JP6143712B2 - 複数の床下機器を備えた鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、床下に複数の床下機器が設置された鉄道車両、特に床下機器の遮熱構造に関するものである。

鉄道車両の床下には、駆動用電動機に供給する電力を制御するための電力変換装置や、空調等の電気設備へ供給する電力を制御するための補助電源装置などの床下機器が設置されている。
こうした床下機器のうち、特に熱源となる発熱機器を搭載した床下機器は、冷却排風などにより、周辺に熱的負荷を与えるため、こうした床下機器からの熱の影響を防ぐ構造として、特許文献１に示すようなものが知られている。

特開２０１２−３５７９６号公報

特許文献１に記載の鉄道車両の遮熱構造では、発熱機器の上部に遮熱板を設けることで、床下機器から上部へ排出される熱を遮断し、床下機器の上部にある各種電気配線ならびに客室への熱の影響を防ぐことが示されている。しかしながら、近年、鉄道車両の高速化や、省エネ化、さらには、客室スペース確保の観点から、様々な床下機器を近接配置せざるを得ず、特許文献１に記載の構造では、車両の床下に隣接して設置される他の床下機器への熱の影響を防ぐことができないという課題がある。

本発明は上述した課題を解決するためのものであり、床下に設置される複数の床下機器間で、高温の排気を伴う床下機器からの排熱による熱の影響を防ぐ遮熱構造を有した鉄道車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明における鉄道車両は、高温の排気を伴う床下機器を含め、複数の床下機器を床下に備えた鉄道車両であって、前記高温の排気を伴う床下機器からの排熱による温度上昇を抑制するため、少なくとも他の床下機器の底面に遮熱部材を設けたことを特徴とする。

鉄道車両の床下に、底面方向に高温の排気を伴う床下機器が設置された場合、排気の影響により放熱機器周辺に設置される床下機器の底面側の空気温度が高くなる。しかし、本発明によれば、こうした床下機器の少なくとも底面に遮熱部材を設けることで、底面から床下機器内への入熱を防ぎ、床下機器の温度上昇を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の実施例１に関わる鉄道車両用床下機器が、車体の床下に設置されている状態を表す斜視図である。 図２は、図１を車体側面方向から見た図である。 図３は、実施例１に関わる鉄道車両用床下機器のうち、電力変換装置を車体側面方向から見た図である。 図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。 図５は、図４のＢ矢視図である。 図６は、実施例１に関わる鉄道車両用床下機器のうち、電力変換装置に設置される遮熱部材の詳細構造を表す、図３のＣ部拡大断面図である。 図７は、実施例２に関わる鉄道車両用床下機器のうち、電力変換装置に設置される遮熱部材の詳細構造を表す、図３のＣ部拡大断面図である。 図８は、実施例３に関わる鉄道車両用床下機器を車体側面方向から見た図である。 図９は、実施例３に関わる鉄道車両用床下機器のうち、電力変換装置を車体側面方向から見た図である。 図１０は、実施例４に関わる鉄道車両用床下機器が、車体の床下に設置されている状態を進行方向から見た図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
図１は、実施例１に関わる鉄道車両用床下機器が車体の床下に設置されている状態を斜視図で示すものであり、図２は、図１を車体側面方向から見た図を示す。なお、図１、２は本実施例に関連する複数の床下機器が設置される領域のみを抜き出しており、本来、鉄道車両床下に設置される台車等は省略している。

車体１００の床下には、非電化区間走行時に床下機器に供給する電力を発電するための発電ユニット２１０、駆動用電動機に供給する電力を制御するための電力変換装置２２０、その他の床下機器２４０が設置される。発電ユニット２１０は、ディーゼル発電機２１１と、ディーゼル発電機２１１を冷却するための発電機用放熱器２１２で構成される。

なお、図示はしていないが、発電機用放熱器２１２は、床下空間において、発電ユニット２１０の車体長手方向両側面側に各１台ずつ、計２台設置され、各発電機用放熱器２１２の車体幅方向内側には送風機が、それぞれ床下空間の中央に向かって風が流れるように設置されている。中央付近で衝突したラジエータ排気２１３は、上方が鉄道車両の床面で遮られているため、下方の線路との空間に排出される。

発電機用放熱器２１２の周囲は、車体長手方向前後については、ディーゼル発電機２１１とその他の床下機器２４０により、そして、上方は車体１００の床面により囲まれているため、発電機用放熱器２１２でディーゼル発電機２１１から発生する熱を受け取った高温のラジエータ排気２１３は、中央付近で衝突した後、図２に示すように、底面側を介して線路面に向けて放出される。このように、ラジエータ排気２１３は地面と衝突することで、ディーゼル発電機２１１、電力変換装置２２０、その他の床下機器２４０の底面に向けて拡散することになる。

こうしたラジエータ排気２１３による排熱の影響を抑止するため、特に遮熱構造を施した床下機器として、図２に示すように、電力変換装置２２０の底面に遮熱構造２２１を設置した例について詳細に説明する。
図３は本実施例の鉄道車両用床下機器のうち、電力変換装置２２０を車体側面方向から見た図、図４は図３のＡ−Ａ断面図であり、電力変換装置２２０の内部構造を示している。
図５は図４のＢ矢視図であり、図３とは反対側から電力変換装置２２０を見た図である。

電力変換装置２２０の底面には、複数の遮熱部材２２１が、振動発生の要因となることなく、また、着脱時に支障をきたすことがなく、さらに、内部の機器や他の機器等と干渉しない範囲で、全面にわたって隙間なく設置される。また、電力変換装置２２０の内部において、発電ユニット２１０から離れた位置に設けられた送風機室２２２（図２参照）には、図３に示されるように、羽根車を左右に２台備える送風機２２３が設置される。送風機室２２２の外気取込口２２４は、車体側壁と平行に形成されており、防塵フィルタ２２５を介して外気を取り込む。
なお、図１〜図３では、防塵フィルタ２２５の図示を省略している。

一方、図４に示すように、電力変換装置２２０内に設置した通風ダクト２２６内には、電力変換用の半導体素子を冷却するための冷却器２２７が設置され、送風機２２３の吹出口にそれぞれ連通する通風ダクト２２６により、冷却器２２７に冷却風を供給する。
通風ダクト２２６は排気口２２８に連通し、冷却後の排気は電力変換装置２２０の外に放出される。
電力変換装置２２０内における送風機室２２２、通風ダクト２２６以外の空間、すなわち図３〜５において点線で囲った領域は、外気とは連通しない密閉室２２９であり、内部に半導体素子による電力変換を制御する電子部品などが設置される。

次に、遮熱部材２２１の形状及び設置について説明する。図６は、実施例１の鉄道車両用床下機器のうち、電力変換装置２２０に設置される遮熱部材２２１の詳細構造を表す断面図であり、図３で図示する一点鎖線で囲ったＣ部を拡大したものである。
遮熱部材２２１は、電力変換装置２２０の筐体底壁面２３１との間に空間２３２を設けて平行に設置されている。この空間２３２は、断熱空間層として作用するもので、厚さは１０〜５０ｍｍ程度が望ましい。また、遮熱部材２２１は、車体長手方向の両端部（図６において符号２３０で図示している箇所）では車体幅方向に沿うよう、そして、紙面手前側、奥行き側の両端では車体長手方向に沿うよう垂直に折り曲げられている。

遮熱部材２２１には貫通穴２３３が複数個所に設けられており、この貫通穴２３３には、筐体底壁面２３１との間に間隙を形成する凹形状の連結部材２３４が挿入され、リベット２３５により遮熱部材２２１に接続される。また、電力変換装置２２０の密閉室２２９内にはタップ２３６が設けられ、連結部材２３４とタップ２３６をボルト２３７で締結することで、遮熱部材２２１は電力変換装置２２０の筐体壁面２３１に固定される。

次に、本実施例の効果について説明する。前述のとおり、発電機用放熱器２１２でディーゼル発電機２１１からの熱を受け取ったラジエータ排気２１３は、床下機器の底面側に放出され、地面と衝突することで周囲に拡散するため、電力変換装置２２０等の底面は高温のラジエータ排気２１３にさらされる。
ここで、鉄道車両走行中に、電力変換装置２２０の底壁面、そして、車体長手方向の両側壁に流れる空気の温度を測定したところ、車体長手方向両側壁に流れる空気の温度が外気温＋１０℃前後であったのに対し、底面に流れる空気は、ラジエータ排気２１３の影響がきわめて強く、外気温＋４０℃前後に上る。

そこで、電力変換装置２２０の底面に、複数の遮熱部材２２１を隙間無く設置することで、底面から密閉室２２９内への入熱を防ぎ、しかも車体長手方向両側壁を流れる空気は外気温より若干高温高いものの、密閉室２２９内の電子部品の温度上昇を抑制できる温度である。さらに、外気取込口２２４から取り込まれる外気温度の上昇は、わずかであるため、冷却器２２７による冷却効果も維持することが可能となる。
なお、本実施例の場合、電力変換装置２２０の底面に設置される遮熱部材２２１を、その他の床下機器２４０（図２参照）の底面に向けて延長し、両者間の隙間を封止することで、この隙間を介して電力変換装置２２０の車体幅方向垂直壁面に流入しようとするラジエータ排気２１３をも遮断することができる。

また、遮熱部材２２１を、電力変換装置２２０の筐体底壁面２３１との間に空間２３２を設けて平行に設置し、さらに、遮熱部材２２１の端を垂直に折り曲げることで、筐体底壁面２３１と遮熱部材２２１との間の空間２３２に高温のラジエータ排気２１３が流入するのを防止し、断熱性能をさらに高めることで、密閉室２２９内の電子部品の温度上昇を抑制することができる。なお、折り曲げ部の上端と筐体底壁面２３１底面との間には、最小限の隙間が設けられており、遮熱部材２２１が振動した際にも、折り曲げ部の上端が筐体底壁面２３１と接触しないようにすることで騒音発生を防止するものである。これに代え、折り曲げ部の上端に沿ってゴムなどのストリップを取り付け、筐体底壁面２３１との間を封止するようにしてもよい。

このように、電力変換装置２２０の筐体壁面２３１に設けたタップ２３６と連結部材２３４を締結して、遮熱部材２２１を筐体底壁面２３１に固定することで、遮熱部材２２１から筐体壁面２３１への熱伝導による伝熱経路は連結部材２３４のみとなる。したがって、伝熱経路の断面積を小さくできるため、断熱性能が維持され、密閉室２２９内の温度上昇を抑制することができる。なお、連結部材２３４の上面と遮熱部材２２１の底面の間に、断熱性を有するとともに弾力性を有する発泡樹脂などからなるＯリングを介装するとさらに振動発生を抑止し、断熱性を向上させる観点でさらに好適である。

また、ボルト２３７の頭部が凹形状の連結部材２３４の内側に隠れ、遮熱部材２２１から底面側に突き出ない構成となっているため、バラストの飛散によるボルト２３７の頭部の破損、及びボルト２３７の締結力の低下を防止することができる。

なお、本実施例では、床下機器として発電ユニット２１０及び電力変換装置２２０の組み合わせを例に挙げた。本実施例により、大量の高温排気を伴う床下機器として、ディーゼル発電機を備えた発電ユニットが設けられている場合でも、その周辺に設置された電力変換装置の温度上昇を効果的に抑制することができる。
しかし、床下機器の組み合わせはこれに限定されない。例えば、変圧器、ブレーキ抵抗器などの床下機器も、発電ユニット２１０と同様に、その高温排気が他の床下機器の温度上昇の要因となるので、これらを含む床下装置の組み合わせにも有効である。

また、遮熱部材２２１の設置枚数は、電力変換装置２２０の内部構成や、遮熱部材２２１の製作性に応じて任意に変更してもよい。さらに、タップ２３６と連結部材２３４の連結箇所の数も任意に変更してもよい。
しかし、連結箇所の数を少なくすると遮熱部材２２１や連結箇所の強度が小さくなり、逆に連結箇所の数を多くすると底面から密閉室２２９内への入熱経路が増えるために断熱性能が低下してしまう。そのため、鉄道車両の床下機器として要求される強度が保たれる範囲で、連結箇所の数を必要最小限にすることが好ましい。

［実施例２］
図７は、本発明の実施例２に関わる鉄道車両用床下機器のうち、電力変換装置２２０に設置される遮熱部材２２１の詳細構造を表す断面図であり、図３で図示する一点鎖線で囲ったＣ部を拡大したものである。実施例１では、遮熱部材２２１は、車体長手方向両端（図６において符号２３０で図示している箇所）を垂直に折り曲げているのに対し、本実施例では、図７に示すように、遮熱部材２２１の車体長手方向両端部を車体幅方向に沿い、車体長手方向（図７における左右方向）に向けて、斜め方向に折り曲げている。なお、遮熱部材２２１の車体幅方向両端部については、実施例１と同様である。
車両走行時の遮熱部材２２１の空気抵抗を考慮する必要がある場合は、このように遮熱部材２２１の端部を、車体長手方向に対し斜め方向に折り曲げることで、空気抵抗を低減しつつ、実施例１と同様に底面から密閉室２２９内への入熱を防ぎ、密閉室２２９内の電子部品の温度上昇を抑制することができる。

［実施例３］
図８に実施例３の関わる鉄道車両用床下機器を車体側面方向から見た図を、図９に電力変換装置を車体側面方向から見た図を示す。
図８に示すように、本実施例では、電力変換装置２２０と発電機用放熱器２１２の間に他の床下機器は設置されず、両者を隣接配置せざるを得ない場合を想定している。
このような場合、高温のラジエータ排気２１３は、電力変換装置２２０の底面だけでなく、発電ユニットに近い方の筐体壁面周囲にも拡散することが想定される。
そこで、図９に示すように、発電ユニットに面する筐体壁面にも遮熱部材２２１を設置することで、筐体側壁の断熱性能を高め、密閉室２２９内の電子部品の温度上昇を抑制することができる。なお、電力変換装置２２０と発電機用放熱器２１２が距離をおいて設置され、両者の間に他の床下機器が設置されない場合においても、同様の効果を得ることができる。

［実施例４］
図１０は、実施例４に関わる鉄道車両用床下機器が、車体の床下に設置されている状態を表す、進行方向から見た図である。実施例１〜３では、遮熱部材２２１を電力変換装置２２０の筐体壁面２３１に固定する構造を示しているが、本実施例のように、遮熱部材２２１を車体１００に固定し、電力変換装置２２０を覆うように設置してもよい。このような構成とすることで、実施例１〜３と同様に、底面から密閉室２２９内への入熱を防ぎ、密閉室２２９（図４参照）内の電子部品の温度上昇を抑制することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１００；車体 ２１０；発電ユニット ２１１；ディーゼル発電機
２１２；発電機用放熱器 ２１３；ラジエータ排気 ２２０；電力変換装置
２２１；遮熱部材 ２２２；送風機室 ２２３；送風機
２２４；外気取込口 ２２５；防塵フィルタ ２２６；通風ダクト
２２７；冷却器 ２２８；排気口 ２２９；密閉室
２３０；折り曲げ部 ２３１；筐体底壁面 ２３２；空間
２３３；貫通穴 ２３４；連結部材 ２３５；リベット
２３６；タップ ２３７；ボルト ２４０；その他の床下機器

Claims (5)

1. ディーゼル発電機を有する発電ユニットを含め、複数の床下機器を床下に備えた鉄道車両であって、
   前記発電ユニットからの排熱による温度上昇を抑制するため、前記複数の床下機器に含まれる少なくとも電力変換装置の底面に遮熱部材を設けたことを特徴とする鉄道車両。
2. 前記遮熱部材は、前記電力変換装置の筐体底壁面との間に空間を設けて平行に設置され、前記空間を断熱層空間層としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
3. 前記遮熱部材を、前記電力変換装置の筐体底壁面に向けて折り曲げることにより、前記電力変換装置の筐体底壁面との間に前記空間を形成したことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両。
4. 前記遮熱部材には貫通穴が複数個所設けられ、前記貫通穴には、前記電力変換装置の筐体底壁面との間に空隙を形成する連結部材が各々挿入され、前記連結部材のそれぞれを、前記筐体底壁面の上面に設けたタップに接続することで、前記筐体底壁面に前記遮熱部材を固定することを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両。
5. 前記遮熱部材は、前記鉄道車両の下面に固定され、前記電力変換装置の少なくとも底面を覆うように設置されることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両。
   

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