JP2003258471A - 移動体用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大幅なコストアップを要することなく、走行
風を利用して高効率で移動体に搭載された発熱体を冷却
する移動体用冷却装置を提供すること。 【解決手段】 車両１の走行方向に延在した複数の平板
状フィン２２を有し、且つ車両１の走行により生じる走
行風Ｗの平板状フィン２２間に流れる風量を増大させる
ように送風する送風機３が設けられる。送風機３は、一
方回転送風機または左右両回転が可能な両回転送風機で
あって、平板状フィンの上記走行方向における一端、中
間、および他端のうちの少なくとも一箇所に設けられ
る。あるいは平板状フィン２２の上記走行方向における
先端面上に上記平板状フィン２２間に走行風Ｗが流入す
るように誘導する風誘導板８が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、列車などの移動体
に搭載された半導体素子などの発熱体を冷却するための
移動体用冷却装置に関し、詳しくは上記移動体が走行す
ることにより生じる走行風を利用した移動体用冷却装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２０〜図２４は、特開平２００１−３
３２８８３号公報に開示された、走行風を利用した従来
の列車用冷却装置を説明するものであって、図２０は列
車用冷却装置の斜視図、図２１は後記する電気機器ボッ
クスの内部側から見た当該装置の斜視図、図２２は図２
０あるいは図２１の矢印Ａの方向から当該装置の側面
図、図２３は走行風の後記する平板状フィン間での風速
値の変化を示すグラフ、図２４は列車の車速、または半
導体素子の発熱量の経時変化を示すグラフである。

【０００３】図２０および図２１において、１は列車、
２は列車１に取り付けられた列車用冷却装置である。一
部分のみが示された列車１は、列車本体１１、ドア１
２、窓１３、列車本体１１の下部に設置された電気機器
ボックス１４、および電気機器ボックス１４を列車本体
１１に取り付けるための取付け金具１５から構成されて
おり、列車用冷却装置２は、電気機器ボックス１４の側
面に取り付けられた基底部２１、および基底部２１に固
定された複数の平板状フィン２２から構成されている。
複数の平板状フィン２２は、列車１の走行方向（矢印
Ｄ）において互いに等間隔で且つ並行に延在しており、
また電気機器ボックス１４に含まれた発熱源たる半導体
素子１６は、基底部２１の裏面に取り付けられている
（図２１参照）。Ｗは走行風を、１７は軌道をそれぞれ
示す。

【０００４】次に上記従来技術の動作について説明す
る。半導体素子１６から発生した熱は、基底部２１を経
由してこれに固定された複数の平板状フィン２２に伝導
され、ついで平板状フィン２２間を流れる走行風Ｗに伝
達され、かくして半導体素子１６が冷却される。列車用
冷却装置２は、冷媒が使用されていないのでその構造が
簡単であり、メンテナンスコストが安く、しかも環境へ
の負荷を低減するなど、優れた長所がある。

【０００５】ところで上記した従来の列車用冷却装置２
では、平板状フィン２２間へ流入した走行風Ｗは、平板
状フィン２２間を流れる行程において当該フィン２２の
表面との摩擦により風速が漸次減速し、当該フィン２２
の下流側ほど冷却性能が低下する問題がある。図２２に
は、平板状フィン２２間を流れる走行風Ｗの走行方向、
つまり流体力学用語でいう流線を示しており、図２３に
は、平板状フィン２２の入口ａから出口ｂに至る行程を
横軸とし、平板状フィン２２間における走行風Ｗの風速
値を縦軸に示す。

【０００６】走行風Ｗは、図２３に示す通り、その風速
値が変化するが、これを平板状フィン２２間に流入する
前の領域Ｗ１、平板状フィン２２間に流入して風速が漸
次低下する領域Ｗ２、低下した風速が外部の走行風と混
合しながら逓増していく領域Ｗ３に３分類される。さら
に領域Ｗ２は、ある程度風速が確保されている領域Ｗ２
１と、風速が大きく低下した領域Ｗ２２に分類される。
領域Ｗ２１に該当する個所に配置された半導体素子１６
１(図２１参照)は、走行風Ｗがある程度確保されている
ため冷却が行われるが、領域Ｗ２２に該当する個所に配
置された半導体素子１６２は殆ど走行風Ｗが得られない
ため実質的に冷却されず、半導体素子１６２の温度は非
常に上昇して熱暴走する問題がある。かかる熱暴走を防
止するには、列車用冷却装置２のサイズを大きくする必
要が生じ、それは重量増加、コスト増加などの問題が生
じる。

【０００７】また半導体素子１６は、一般的に常に一定
の熱量を出すわけではなく、その発熱量は列車１の巡航
速度に基づいて変化する。しかして列車用冷却装置２を
上記発熱量が最大値となる場合を想定して設計すると、
当該装置２は大型化して、発熱量が少ない時間において
は過剰スペックとなる問題がある。

【０００８】また次の問題もある。図２４は、横軸に時
間、縦軸に列車１の車速あるいは半導体素子１６の発熱
量を示し、Ｌ１は列車の車速、Ｌ２は半導体素子１６中
のコンバータ素子（図示せず）からの発熱量、Ｌ３は当
該素子１６中のインバータ素子（図示せず）からの発熱
量、の各経時的変化を示すグラフである。一方、上記列
車の運行パターンは、加速時Ｓ１、一定速度巡航時Ｓ
２、減速時Ｓ３、および停車時Ｓ４、に大きく４分類さ
れる。上記コンバータ素子は、車速が増えると発熱量が
段階的に増加する傾向にあり、上記インバータ素子はそ
の逆で車速が低くなるほど発熱量が増える傾向にある。
コンバータ素子は、発熱量が高い高速巡航時は走行風Ｗ
が得られるために良好に冷却されるが、インバータ素子
においては走行風Ｗが得られ難い低速巡航時において発
熱量が高いためにそれの冷却不足が生じる。つまりイン
バータ素子の発熱挙動に対応して低速巡航時でも充分は
冷却能力を満たすためには、列車用冷却装置２を大型化
する必要があって、重量増加、コスト増加などの問題が
生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける如上の問題点を解決するためになされたものであ
り、大幅なコストアップを要することなく、走行風を利
用して移動体に搭載された発熱体を高効率で冷却するこ
とができる移動体用冷却装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
移動体用冷却装置は、移動体の走行方向に延在した複数
の平板状フィンを有し、且つ上記移動体の走行により生
じる走行風を上記平板状フィン間に流して上記移動体に
搭載された発熱体を冷却する移動体用冷却装置であっ
て、上記走行風の上記平板状フィン間に流れる風量を増
大させるように送風する送風手段が設けられたことを特
徴とするものである。

【００１１】本発明の請求項２に係る移動体用冷却装置
は、請求項１において、上記送風手段は、上記平板状フ
ィンの上記移動体の走行方向における一端、中間、およ
び他端のうちの少なくとも一箇所に設けられたことを特
徴とするものである。

【００１２】本発明の請求項３に係る移動体用冷却装置
は、請求項１または請求項２において、上記送風手段
は、異物の衝突を防止する対異物保護カバーで覆われて
いることを特徴とするものである。

【００１３】本発明の請求項４に係る移動体用冷却装置
は、請求項１または請求項２において、上記発熱体の温
度を検知するセンサ、および上記センサにより検知され
た上記温度に応じて上記送風手段を稼動させる制御手段
が設けられたことを特徴とするものである。

【００１４】本発明の請求項５に係る移動体用冷却装置
は、請求項１または請求項２において、上記複数の平板
状フィンは、上記移動体の外壁に設けられた窪み内に設
置されており、且つ上記窪みの、上記平板状フィンの間
に上記走行風が流入する壁面は、上記移動体の外壁面に
対して７°〜９０°の俯角で傾斜していることを特徴と
するものである。

【００１５】本発明の請求項６に係る移動体用冷却装置
は、請求項１〜請求項５のいずれか一項において、上記
送風手段は、一方回転送風機または左右両回転が可能な
両回転送風機であることを特徴とするものである。

【００１６】本発明の請求項７に係る移動体用冷却装置
は、請求項６において、上記一方回転送風機または上記
両回転送風機は、複数枚の羽根を有し、且つこれら複数
枚の羽根の各先端を結ぶピッチ円の面積中に占める上記
複数枚の羽根の上記送風方向における合計投影面積が１
％以上４０％未満であることを特徴とするものである。

【００１７】本発明の請求項８に係る移動体用冷却装置
は、請求項６において、上記一方回転送風機または上記
両回転送風機は、複数枚の羽根を有し、且つこれら複数
枚の羽根の各先端を結ぶピッチ円の面積中に占める上記
複数枚の羽根の上記送風方向における合計投影面積が４
０％以上９５％未満であることを特徴とするものであ
る。

【００１８】本発明の請求項９に係る移動体用冷却装置
は、請求項６において、上記走行風による上記一方回転
送風機または上記両回転送風機の上記羽根の回転により
生じる電力を充電可能な二次電池が設けられたことを特
徴とするものである。

【００１９】本発明の請求項１０に係る移動体用冷却装
置は、移動体の走行方向に延在した複数の平板状フィン
を有し、且つ上記移動体の走行により生じる走行風を上
記平板状フィン間に流して上記移動体に搭載された発熱
体を冷却する移動体用冷却装置であって、上記平板状フ
ィンの上記走行方向における先端面上に上記平板状フィ
ン間に上記走行風が流入するように誘導する風誘導板が
設けられたことを特徴とするものである。

【００２０】本発明の請求項１１に係る移動体用冷却装
置は、請求項１０において、上記風誘導板は、上記平板
状フィンの上記先端面に対して傾斜した複数の板材から
構成されたことを特徴とするものである。

【００２１】本発明の請求項１２に係る移動体用冷却装
置は、請求項１１において、上記板材は、上記平板状フ
ィンの上記走行方向における一端と中間との間に位置す
るものと、上記中間と他端との間に位置するものとでは
上記先端面に対する傾斜が互いに逆となっていることを
特徴とするものである。

【００２２】本発明の請求項１３に係る移動体用冷却装
置は、請求項１０において、上記複数の平板状フィン
は、上記移動体の外壁に設けられた窪み内に設置されて
おり、且つ上記窪みの、上記平板状フィンの間に上記走
行風が流入する壁面は、上記移動体の外壁面に対して７
°〜９０°の俯角で傾斜していることを特徴とするもの
である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下において、前記図２０〜図２
４における部位または表示と同じ部位または表示に就い
ては同じ符号を付して説明を省略する。

【００２４】実施の形態１．図１〜図３は、本発明の移
動体用冷却装置についての実施の形態１を説明するもの
であって、図１は移動体用冷却装置の一例としての列車
用冷却装置の斜視図、図２は図１の矢印Ａの方向から見
た一部概略側面図、図３は走行風の平板状フィン間にお
ける風速値の変化を示すグラフである。

【００２５】図１および図２において、３は前記送風手
段の一例としての通常の一方方向に回転する軸流送風機
（以下、一方回転送風機）である。実施の形態１におけ
る基底部２１および平板状フィン２２は、前記図１９に
おける平板状フィン２２の列車１の走行方向における中
央辺りの一部を除去した状態に相当し、一方回転送風機
３は、かく除去された個所に２基設置されており、且つ
平板状フィン２２の他端ｂの方向に送風する機能をな
す。平板状フィン２２は、上流側フィン２２１と下流側
フィン２２２とから構成されている。しかして実施の形
態１は、前記図２０〜図２４にて説明された従来技術と
は、平板状フィン２２の中央辺りに一方回転送風機３が
設けられた点において異なり、その他の構成は同じであ
る。なお列車１は或る速度で走行しているが、図１は列
車１のその速度を仮に零として走行風Ｗのみが移動して
いる様子を示している。

【００２６】次に動作について説明する。以下において
は、列車１が矢印Ｄの方向に進行している場合について
説明を行い、逆方向に進行する場合は上流側と下流側が
入れ替わるだけ（但し、一方回転送風機３の送風方向を
逆にする必要がある。）なので説明は省略する。実施の
形態１と従来技術との違いを明確にするために、図２〜
図３と前記図２２〜図２３とを対比しながら説明する。
一方回転送風機３を使用しない従来技術では、前記図２
２に示すように平板状フィン２２間に流入した走行風Ｗ
は途中から当該フィン２２の外部空間へ漏れ出す。これ
に対して実施の形態１では、途中から外部へ漏れかかっ
ていた走行風Ｗは、図２に示す通り、一方回転送風機３
の吸引力により当該フィン２２側に引き戻されて一方回
転送風機３の羽根間を通過して再び下流側フィン２２２
間を通過し、平板状フィン２２の他端ｂに向かって流れ
る。この結果、走行風Ｗの風速値は、図３と図２３との
対比から明らかなように従来技術と比較して全般的に大
きくなっている。

【００２７】以上のように、実施の形態１の列車用冷却
装置２は、列車１に使用されている半導体素子１６の発
熱を走行風Ｗを利用して効率よく大気へ放出するので、
大幅なコストアップを要することなく上流側フィン２２
１は勿論のこと、下流側フィン２２２も良好に冷却され
る。

【００２８】実施の形態２．本発明の移動体用冷却装置
例としての列車用冷却装置についての実施の形態２の斜
視図は、前記図１にて示される。但し実施の形態２で
は、前記送風手段の他の例として、左右両回転が可能な
両回転軸流送風機（以下、両回転送風機）３が用いら
れ、この点において実施の形態１と異なり、その他の構
成は同じである。両回転送風機３としては、例えば左右
の回転において同等の送風能力を有する対称羽根を備え
たものが用いられる。実施の形態２では、両回転送風機
３が稼動する際には当該送風機３の送風方向と走行風の
向きが常に一致するように回転方向が自動制御されるの
で、列車１の走行方向に変更があっても両回転送風機３
を取付け直す必要がない利点がある。

【００２９】実施の形態３．図４は、本発明の移動体用
冷却装置例としての列車用冷却装置についての実施の形
態３の斜視図であって、前記送風手段として、実施の形
態1で用いられた一方回転送風機３または実施の形態２
において用いられた両回転送風機３（以下において、送
風手段が一方回転送風機３および／または両回転送風機
３である場合は、単に送風機３と記述する。）が平板状
フィン２２の中間に設けられた２基に加えて、上流側フ
ィン２２１の入口ａに２基と下流側フィン２２２の出口
ｂに２基の合計６基が設けられた点において実施の形態
１または実施の形態２と異なり、その他の構成は同じで
ある。６基の送風機３を採用することにより、下流側フ
ィン２２２における走行風Ｗの漏れ防止効果が大きく向
上する。しかも送風機３の設置は、冷媒を循環させる場
合の設備コストと比較すると極めて低コストであるの
で、６基の送風機３を採用することによりコストアップ
を僅かに抑えつつ、平板状フィン２２全体の、特に下流
側フィン２２２の冷却性能を向上させることができるた
め、一層高効率の列車用冷却装置２が得られる。

【００３０】実施の形態１〜３においては、一箇所に２
基の一方回転送風機３あるいは両回転送風機３が設けら
れたが、これは一般的な送風機が円形あるいは正方形の
枠で構成されているのに対して、平板状フィン２２の正
面形状が長方形であるため２基の設置にしたに過ぎな
い。また上記送風機として、３枚羽根のものが例示され
たが、羽根の枚数や形状には特に制限はない。よって送
風機は、列車１に取付けられた列車用冷却装置２の形状
に応じて自由にレイアウトすればよく、その設置個数や
種類などに制限はない。また実施の形態１〜３において
は、移動体として列車を例示したが、列車以外にエレベ
ータ、モノレールあるいはその他の双方向型移動体類、
自動車、航空機、高速艇あるいはその他の１方向型移動
体類などであってもよい。

【００３１】実施の形態４．図５は、本発明の移動体用
冷却装置例としての列車用冷却装置についての実施の形
態４の斜視図であって、４は前記対異物保護カバーの一
例としての飛石防止カバーであって、送風機３が飛石防
止カバー４で覆われている点において実施の形態１また
は実施の形態２と異なり、その他の構成は同じである。
飛石防止カバー４は、通気性の無い金属製平板で構成さ
れている。図５において、Ｆは飛石、矢印ｆは飛石Ｆの
飛散方向を示す。

【００３２】次に動作について説明する。列車１は、走
行する際に線路上の石や落下物の衝突を受けることが稀
にある。それは、列車１の車体からの風圧、自然現象に
よる風圧、あるいは車体に付着した雪・泥などの落下な
どにより、線路上の石が舞い上がって車体に衝突するこ
とにより生じる。いずれの原因によるにせよ、飛石によ
って送風機３が破壊される可能性があるが、飛石防止カ
バー４によりかかる問題は解決する。以上のように実施
の形態４では、送風機３は飛石防止カバー４で覆われて
いるため、飛石が送風機３に衝突してそれが破壊される
ことを防止することができるので、送風機３の故障によ
る冷却性能不足が回避され、送風機３の交換のコスト低
減だけでなく、冷却の信頼性が向上する。

【００３３】なお飛石防止カバー４は、金属製以外に
も、飛石に耐えうる強度を有する材料製のもであればよ
く、飛石に対する強度さえ確保できれば網あるいはネッ
トなどを用いても同様の効果を得ることができる。さら
に本発明において前記対異物保護カバーとしては、飛石
以外にも送風機３などの送風手段を破損あるいは破壊す
る飛来物の可能性がある場合には、かかる飛来物の大き
さ、飛来速度などを考慮してその構造や構成材料を適宜
決めればよい。

【００３４】実施の形態５．図６は、本発明の移動体用
冷却装置例としての列車用冷却装置についての実施の形
態５を説明するものであって、２３は発熱源たる半導体
素子１６と基底部２１との間に設置された温度センサ
（点線で示す）、２４は制御装置である。温度センサ２
３は、半導体素子１６の列車１（図１など参照）の走行
中における温度を常時測定し、その測定結果を制御装置
２４に入力し、制御装置２４では半導体素子１６の温度
が基準値を超えると送風機３を稼動するように電力を供
給し、半導体素子１６の温度が基準値未満であると上記
電力供給を停止して送風機３を止める機能をなす。

【００３５】次に動作について説明する。列車用冷却装
置２は、走行風Ｗによる半導体素子１６の冷却が必要な
場合、例えば列車１が低速運航する時に稼動すればよい
のであって、それ以外の時間、例えば冬場における列車
１の始動時、にはその必要はない。温度センサ２３およ
び制御装置２４を設けて必要時のみ送風機３を稼動させ
ることにより送風機３の騒音を低減できるだけでなく、
年間の総電力消費量を低減することができる。

【００３６】実施の形態６．図７および図８は、本発明
の移動体用冷却装置例としての列車用冷却装置について
の実施の形態６を説明するものであって、図７は実施の
形態６において用いられた送風機３の羽根および回転軸
のみの正面図であり、図８は図７の側面図である。図７
および図８において、３１は送風機３の羽根、３２は回
転軸、３３は羽根３１間の空間、矢印ｇは送風機３の送
風方向である。回転軸３２には、モータ（図示せず）な
どが格納されており、電力供給によってモータの稼動制
御が可能なように構成されている。実施の形態６で用い
られる送風機３の羽根３１は、図７からわかるように、
それの送風方向ｇの投影面積が空間３３の面積に比べて
小さいものである。

【００３７】次に動作について説明する。羽根３１のよ
うにそれの上記投影面積が少なく構成されている場合
は、送風機３が停止しているときの走行風Ｗ（図１など
参照）が羽根３１間を通過する際に受ける抵抗が小さ
く、走行風Ｗの風速はそれほど低下しない効果がある。
よって、前記実施の形態５において説明したように送風
機３を稼動させるまでもない場合における走行風Ｗ自体
に基づく冷却効果を有効活用することができる。

【００３８】なお、羽根３１の上記投影面積が過小であ
ると、送風機３の稼動に基づく前記実施の形態１〜５に
おいて説明した作用が低下し、逆に投影面積が過大であ
ると、走行風Ｗが羽根３１間を通過する際に受ける抵抗
が大きくなる。よって羽根３１の３枚の各先端を結ぶピ
ッチ円３４の面積中に占める上記３枚の合計投影面積が
１％以上４０％未満、特に３％以上２０％未満であるこ
とが好ましい。

【００３９】実施の形態７．図９および図１０は、本発
明の移動体用冷却装置例としての列車用冷却装置につい
ての実施の形態７を説明するものであって、図９は実施
の形態７において用いられた送風機３の羽根および回転
軸のみの正面図であり、図１０は図９の側面図である。
図９および図１０において、３１は送風機３の羽根、３
２は回転軸、３３は羽根３１間の空間、矢印ｇは送風機
３の送風方向である。回転軸３２には、モータなどが格
納されており、電力供給によってモータの稼動制御が可
能なように構成されている。

【００４０】実施の形態７で用いられる送風機３の羽根
３１は、図９からわかるように、実施の形態６の場合と
は逆に、それの送風方向ｇの投影面積が空間３３の面積
に比べて大きいものである。

【００４１】次に動作について説明する。羽根３１のよ
うにそれの上記投影面積が大きく構成されている場合
は、送風機３の回転数が低くても大風量を稼ぐことがで
きる。つまり、下流側フィン２２２（図２など参照）に
頻繁に冷却不足が生じる場合においても低回転数で良好
に冷却することができる。よって実施の形態７は、常時
あるいは頻繁に送風機３を稼動させる場合において、年
間の総電力消費量を低減することができる。

【００４２】なお羽根３１の上記投影面積が過小である
と、上記の作用が低下し、逆に投影面積が過大である
と、走行風Ｗ（図１など参照）が羽根３１間を通過する
際に受ける抵抗が大きくなる。よって羽根３１の３枚の
先端を結ぶピッチ円３４の面積中に占めるその３枚の合
計投影面積が４０％以上９５％未満、特に６０％以上９
０％未満であることが好ましい。

【００４３】実施の形態８．図１１は、本発明の移動体
用冷却装置例としての列車用冷却装置についての実施の
形態８の説明図（前記図１の矢印Ａの方向から見た他の
一部概略側面図）である。図１１において、５は列車１
（図１など参照）の進行方向に合わせて送風機３の回転
方向を反転制御するための制御装置、６は二次電池、７
は主電力線である。

【００４４】次に動作について説明する。前述したよう
に半導体素子１６の発熱量は、半導体素子の種類により
列車１の走行速度に応じて変化するため、送風機３を常
に稼動させる必要はない。つまり、冷却性能が十分な時
は送風機３には電力を供給する必要はなく、むしろ走行
風Ｗ（図１など参照）は、送風機３を通過する際にその
羽根を回転させるので、実施の形態８ではその際に発生
した電力は二次電池６に充電され、この充電電力は送風
機３を稼動することに用いられる。

【００４５】以上のように、実施の形態８では、充放電
可能な二次電池６を備えているので、冷却能力が十分な
時間に走行風Ｗによって発電された電力を二次電池６に
充電しておき、冷却能力が不足したときに充電された電
力を使用することができるので、主電力線７から供給さ
れる使用電力量を大幅に低減することができる。なお、
二次電池６としては、繰り返し充電・放電可能なもので
あれば何でも良く、例えばニッケルカドミウム二次電
池、鉛蓄電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン
二次電池などが挙げられる。

【００４６】実施の形態９．図１２〜図１４は、本発明
の移動体用冷却装置例としての列車用冷却装置について
の実施の形態９を説明するものであって、図１２は列車
用冷却装置の斜視図（新幹線電車を地面から上向き斜め
に見上げた斜視図）、図１３は図１２の矢印Ｂの方向か
ら見た一部概略側面図、図１４は実施の形態９の効果を
説明するための図１３に対応する参考側面図である。

【００４７】図１２〜図１４において、１は新幹線電車
の列車、１１は列車本体、１３は窓、Ｍは列車本体１１
に施された新幹線電車に特徴的な塗装、１８は列車本体
１１の底面、１９は底面１８に設けられた窪み、２は窪
み１９内に設置された列車用冷却装置である。列車用冷
却装置２は、基底部２１、基底部２１に固定された複数
の平板状フィン２２、および平板状フィン２２の入口と
出口ａ、ｂの２箇所に設けられた送風機３とから構成さ
れており、基底部２１が、窪み１９の底面１９１の内側
に設けられた電気ボックス（図示せず）と密接するよう
に窪み１９内に設置されている。また上記電気機器ボッ
クス内の半導体素子１６は、図１３、図１４に示す通
り、基底部２１裏面に密着状態で取付けられている。図
１４の参考側面図は、送風機３が設けられていない状態
を示す。

【００４８】窪み１９は、その平板状フィン２２間に走
行風Ｗが流入する壁面１９２および走行風Ｗが流出する
壁面１９３が、図示する通り、底面１８に対して傾斜し
ている。壁面１９２、壁面１９３の各傾斜は、走行風Ｗ
が平板状フィン２２間に流入、流出するための誘導スロ
ープとして作用する。

【００４９】次に実施の形態９の動作について図１４を
参照しながら説明する。新幹線電車は、高速で走行する
際の空気の抵抗をできるだけ小さくし且つ低騒音化する
ため、列車本体１１から突起を出さず平坦にする努力、
即ち平滑化がなされている。実施の形態９の列車用冷却
装置２は、窪み１９内に設置されることによりかかる平
滑化に寄与する。

【００５０】新幹線電車が例えば２７０ｋｍ／ｈの速度
で走行した場合の走行風Ｗは、約４０ｍ／ｓにも及ぶ。
ところで、かかる高走行風のもとで送風機３が設けられ
ておらず、且つ壁面１９２の底面１８に対する傾斜角、
即ち俯角θが数度程度でもあると、図１４に示すよう
に、走行風Ｗは窪み１９の面１９２、１９１沿って流動
することができず、空気が淀んだ剥離領域ＤＳ部が生じ
て、走行風Ｗの大部分は平板状フィン２２間に入らずそ
の上端面上をかすめ去さって、平板状フィン２２の冷却
に寄与しない問題が生じる。この場合、壁面１９２の俯
角θを小さくすれば、上記の問題は幾分改善されるが、
その場合は壁面１９２（および壁面１９３）の長さが大
きくなって窪み１９の全長が過大となる別の問題が生じ
る。これに対して図１３に示すように送風機３を設ける
と、壁面１９２の俯角が数度程度では勿論のこと、９０
度近くであっても送風機３による誘風作用により走行風
Ｗは面１９２、１９１に沿って流れて平板状フィン２２
間に流入する。

【００５１】壁面１９２の俯角を大きくし得ることは、
窪み１９の全長を小さくし得ること、換言すると列車用
冷却装置２をコンパクト化し得ることに繋がる。したが
って送風機３は、当該装置２においては、新幹線電車の
平滑化に寄与しつつ、当該装置２のコンパクト化と冷却
の高性能化にも寄与する効果を奏する。なお当該装置２
のコンパクト化と冷却の高性能化とは、その本質におい
て二律背反的であって、両効果をバランスさせる観点か
ら、壁面１９２の俯角は、７〜９０度程度、特に１０〜
４５度程度が好ましい。上記においては、壁面１９２の
俯角について述べたが、新幹線電車が双方向運転される
場合には、壁面１９３についても壁面１９２と同様のこ
とが当てはまる。

【００５２】実施の形態１０．図１５は、本発明の移動
体用冷却装置例としての列車用冷却装置についての実施
の形態１０を説明するものであって、前記図１３に対応
する他の一部概略側面図である。図１５において、点線
で示す１９２１および１９３１は、それぞれ壁面１９２
および壁面１９３に設けられた吸気口、３は各吸気口１
９２１、１９３１の内部（列車本体１１内）のそれぞれ
に設けられた送風機である。送風機３は、外気を上記吸
気口から列車本体１１内に吸引する機能をなし、この機
能により走行風Ｗは壁面１９２、１９１に沿って流れて
平板状フィン２２間に流入し易くなる。よって送風機３
は、前記実施の形態９における送風機３と実質的に同じ
ような誘風作用をなす。なお実施の形態１０において用
いられる送風機３は、その外気吸引力が過大であると、
走行風Ｗの平板状フィン２２間に流入する量よりも列車
本体１１内に吸引される量の方が多くなるので、前記実
施の形態９おいて用いられる送風機３より小型のものが
好ましい。

【００５３】実施の形態１１．図１６は、本発明の移動
体用冷却装置例としての列車用冷却装置についての実施
の形態１１の斜視図（新幹線電車を地面から上向き斜め
に見上げた斜視図）である。実施の形態１１は、前記実
施の形態９とは、送風機３が前記実施の形態１の場合と
同様に平板状フィン２２の中間に設置されている点にお
いて異なり、その他の構成は同じである。送風機３を平
板状フィン２２の中間、即ち上流側フィン２２１と下流
側フィン２２２の間に設置するだけでも実施の形態９と
実質的に同様の効果を得ることができる。

【００５４】実施の形態１２．図１７は、本発明の移動
体用冷却装置例としての列車用冷却装置についての実施
の形態１２の斜視図（新幹線電車を地面から上向き斜め
に見上げた斜視図）である。実施の形態１２は、前記実
施の形態１１とは、送風機３（図１６参照）が飛石防止
カバー４で覆われている点において異なり、その他の構
成は同じである。送風機３が飛石防止カバー４で覆われ
ていることにより、前記実施の形態４において説明した
効果が得られる。

【００５５】実施の形態１３．図１８および図１９は、
本発明の移動体用冷却装置例としての列車用冷却装置に
ついての実施の形態１３を説明するものであって、図１
８は列車用冷却装置の斜視図、図１９は図１８の矢印Ａ
の方向から見た一部概略側面図である。

【００５６】図１８および図１９において、８は平板状
フィン２２の列車１の走行方向における先端面上に設け
られた風誘導板であって、実施の形態１３は、前記実施
の形態１とは、風誘導板８を有する点において異なり、
その他の構成は同じである。図１８では、上流側フィン
２２１と下流側フィン２２２の間に設置された送風機３
は、風誘導板８の裏側に位置する。風誘導板８は、上流
側フィン２２１上に設けられた風誘導板部分８１と下流
側フィン２２２上に設けられた風誘導板部分８２との２
部分から構成されており、当該両部分８１、８２とも平
板状フィン２２の先端面に対して互いに平行に傾斜した
複数の板材８１１、８２１からそれぞれ構成されてい
る。但し、板材８１１と、板材８２１とは、列車１が双
方向に進行することを考慮して図１８および図１９に示
す通り、傾斜方向が互いに逆となっている。

【００５７】次に動作について説明する。風誘導板８が
設けられていない前記実施の形態１においても、走行風
Ｗの一部は平板状フィン２２間に流入するが、風誘導板
部分８１が設けられたことにより実施の形態１において
は平板状フィン２２の外部を素通りしていた走行風Ｗの
一部までもが８１１間から平板状フィン２２間に取込ま
れ、上流側フィン２２１および下流側フィン２２２間を
流れ、このために半導体素子１６は一層良好に冷却され
るので列車用冷却装置２の小型化が可能となる。その
際、送風機３は、風誘導板８により平板状フィン２２間
に取込まれた走行風Ｗの多くが下流側フィン２２２間を
流れるように作用する。

【００５８】本発明において風誘導板８が設けられる場
合、移動体が１方向型移動体でも双方向型移動体でも、
風誘導板８を構成する板材は、走行風Ｗの平板状フィン
２２間への取り込みの観点から一方方向にのみ傾斜して
設置されことが好ましい。しかし双方向型移動体では、
移動体の運転の度に上記板材の傾斜方向を変更する装置
あるいは手間を必要とする問題がある。これに対して、
実施の形態１３における板材８１１と板材８２１とのよ
うに傾斜方向を互いに逆にしておくと、上記の問題が解
消する。なおその場合、下流側フィン２２２間を流れる
走行風Ｗの一部は、図１９に示すように、板材８２１間
から外部に流出するが、本発明者らの実験によれば風誘
導板部分８１による走行風Ｗの取り込み風量が板材８２
１間からの流出風量を大きく上回るので前記した良好な
冷却効果が達成される。なお板材８１１の傾斜角度（板
材８２１も同じ、但し傾斜方向は逆）は、５〜６０度程
度、特に７〜３０度程度が好ましい。

【００５９】また本発明おいて風誘導板８が設けられる
場合、送風機３などの送風手段を省略しても風誘導板８
のみによる走行風Ｗの平板状フィン２２間への取り込み
作用により半導体素子などの各種発熱体を冷却すること
ができる。しかし送風手段を併用することにより、一層
効果的な冷却効果が達成される。送風手段を併用する場
合には、前記実施の形態１〜１２において開示された諸
技術の一部あるいは全部が併用されてよい。

【００６０】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る移動体用冷却装
置は、以上説明した通り、移動体の走行方向に延在した
複数の平板状フィンを有し、且つ上記移動体の走行によ
り生じる走行風を上記平板状フィン間に流して上記移動
体に搭載された発熱体を冷却する移動体用冷却装置であ
って、上記走行風の上記平板状フィン間に流れる風量を
増大させるように送風する送風手段が設けられ、上記送
風手段は、例えば上記平板状フィンの上記移動体の走行
方向における一端、中間、および他端のうちの少なくと
も一箇所に設けられたことを特徴とするものであるの
で、送風手段を使用しない従来技術では、平板状フィン
間に流入した走行風は途中から当該フィンの外部空間へ
漏れ出す問題のあるところ、送風手段を使用することに
より走行風の平板状フィン間における風量あるいは風速
値が増大して、大幅なコストアップを要することなく上
流側フィンは勿論のこと、下流側フィンも良好に冷却さ
れる効果がある。

【００６１】また上記送風手段は、飛石などの異物の衝
突を防止する対異物保護カバーで覆われていると、送風
手段の異物の衝突による故障や破壊が防止され、送風手
段の交換コスト低減だけでなく、冷却の信頼性が向上す
る。

【００６２】また上記発熱体の温度を検知するセンサ、
および上記センサにより検知された上記温度に応じて上
記送風手段を稼動させる制御手段が設けられていると、
必要時のみ送風手段を稼動させることにより年間の総電
力消費量を低減することができる。

【００６３】また上記複数の平板状フィンは、上記移動
体の外壁に設けられた窪み内に設置されており、且つ上
記窪みの、上記平板状フィンの間に上記走行風が流入す
る壁面は、上記移動体の外壁面に対して７°〜９０°の
俯角で傾斜しているものであると、上記移動体が例えば
新幹線電車である場合、それの平滑化に寄与しつつ本発
明の移動体用冷却装置のコンパクト化と冷却の高性能化
にも寄与する効果がある。

【００６４】また上記送風手段は、一方回転送風機また
は左右両回転が可能な両回転送風機であると、一方回転
送風機は、移動体が自動車、航空機、高速艇あるいはそ
の他の１方向型移動体類である場合に適し、両回転送風
機は、移動体が列車、エレベータ、モノレールあるいは
その他の双方向型移動体類である場合に適している。

【００６５】また上記一方回転送風機または上記両回転
送風機は、複数枚の羽根を有し、且つこれら複数枚の羽
根の各先端を結ぶピッチ円の面積中に占める上記複数枚
の羽根の上記送風方向における合計投影面積が１％以上
４０％未満であると、上記送風機が停止しているときの
走行風が羽根間を通過する際に受ける抵抗が小さく、走
行風の風速はそれほど低下しない効果がある。よって、
送風機を稼動させるまでもない場合における走行風自体
に基づく冷却効果を有効活用することができる。

【００６６】また上記一方回転送風機または上記両回転
送風機は、複数枚の羽根を有し、且つこれら複数枚の羽
根の各先端を結ぶピッチ円の面積中に占める上記複数枚
の羽根の上記送風方向における合計投影面積が４０％以
上９５％未満であると、送風機の回転数が低くても大風
量を稼ぐことができるので、常時あるいは頻繁に送風機
を稼動させる場合において、年間の総電力消費量を低減
することができる。

【００６７】また上記走行風による上記一方回転送風機
または上記両回転送風機の上記羽根の回転により生じる
電力を充電可能な二次電池が設けられたものであると、
冷却能力が十分な時間に走行風によって発電された電力
を二次電池に充電しておき、冷却能力が不足したときに
充電された電力を使用することができるので、主電力線
から供給される使用電力量を大幅に低減することができ
る。

【００６８】本発明の請求項１０に係る移動体用冷却装
置は、移動体の走行方向に延在した複数の平板状フィン
を有し、且つ上記移動体の走行により生じる走行風を上
記平板状フィン間に流して上記移動体に搭載された発熱
体を冷却する移動体用冷却装置であって、上記平板状フ
ィンの上記走行方向における先端面上に上記平板状フィ
ン間に上記走行風が流入するように誘導する風誘導板が
設けられ、上記風誘導板は、上記平板状フィンの上記先
端面に対して傾斜した複数の板材から構成されたもので
あると、平板状フィン間への走行風の取り込み風量が増
大して移動体用冷却装置の走行風による冷却能力は向上
する。

【００６９】また上記板材は、上記平板状フィンの上記
走行方向における一端と中間との間に位置するものと、
上記中間と他端との間に位置するものとでは上記先端面
に対する傾斜が互いに逆となっていると、移動体用冷却
装置が双方向型移動体類向けとして好適である。

【００７０】上記複数の平板状フィンは、上記移動体の
外壁に設けられた窪み内に設置されており、且つ上記窪
みの、上記平板状フィンの間に上記走行風が流入する壁
面は、上記移動体の外壁面に対して７°〜９０°の俯角
で傾斜していると前記した効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１および実施の形態２の
斜視図。

【図２】 図１の矢印Ａの方向から見た側面図。

【図３】 走行風の風速値の変化を示すグラフ。

【図４】 本発明の実施の形態３の斜視図。

【図５】 本発明の実施の形態４の斜視図。

【図６】 本発明の実施の形態５の説明図。

【図７】 本発明の実施の形態６において用いられた送
風機の羽根および回転軸の正面図。

【図８】 図７の側面図。

【図９】 本発明の実施の形態７において用いられた送
風機の羽根および回転軸の正面図。

【図１０】 図９の側面図。

【図１１】 本発明の実施の形態８の説明図。

【図１２】 本発明の実施の形態９の斜視図。

【図１３】 図１２の矢印Ｂの方向から見た側面図。

【図１４】 実施の形態９の効果を説明するため参考側
面図。

【図１５】 本発明の実施の形態１０の側面図。

【図１６】 本発明の実施の形態１１の斜視図。

【図１７】 本発明の実施の形態１２の斜視図。

【図１８】 本発明の実施の形態１３の斜視図。

【図１９】 図１８の矢印Ａの方向から見た側面図。

【図２０】 従来の車載用冷却装置の斜視図。

【図２１】 図２０の裏側から見た斜視図。

【図２２】 図２０あるいは図２１の矢印Ａの方向から
見た側面図。

【図２３】 走行風の風速値の変化を示すグラフ。

【図２４】 列車の車速（または半導体素子の発熱量）
の経時変化を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 列車、１１ 列車本体、１２ ドア、１３ 窓、１
４ 電気機器ボックス、１６ 半導体素子、１７ 軌
道、１８ 底面、１９ 窪み、２ 列車用冷却装置、２
１ 基底部、２２ 平板状フィン、３ 送風機、４ 飛
石防止カバー、２３ 温度センサ、２４ 制御装置、５
制御装置、６ 二次電池、８ 風誘導板、Ｗ 走行
風。

フロントページの続き (72)発明者 東村 充章 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 石田 貴仁 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BA04 BB06 BB07 EA10 5F036 AA01 BA04 BA25 BB05 BB35 BB37

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体の走行方向に延在した複数の平板
   状フィンを有し、且つ上記移動体の走行により生じる走
   行風を上記平板状フィン間に流して上記移動体に搭載さ
   れた発熱体を冷却する移動体用冷却装置であって、上記
   走行風の上記平板状フィン間に流れる風量を増大させる
   ように送風する送風手段が設けられたことを特徴とする
   移動体用冷却装置。
2. 【請求項２】 上記送風手段は、上記平板状フィンの上
   記移動体の走行方向における一端、中間、および他端の
   うちの少なくとも一箇所に設けられたことを特徴とする
   請求項１記載の移動体用冷却装置。
3. 【請求項３】 上記送風手段は、異物の衝突を防止する
   対異物保護カバーで覆われていることを特徴とする請求
   項1または請求項２記載の移動体用冷却装置。
4. 【請求項４】 上記発熱体の温度を検知するセンサ、お
   よび上記センサにより検知された上記温度に応じて上記
   送風手段を稼動させる制御手段が設けられたことを特徴
   とする請求項1または請求項２記載の移動体用冷却装
   置。
5. 【請求項５】 上記複数の平板状フィンは、上記移動体
   の外壁に設けられた窪み内に設置されており、且つ上記
   窪みの、上記平板状フィンの間に上記走行風が流入する
   壁面は、上記移動体の外壁面に対して７°〜９０°の俯
   角で傾斜していることを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の移動体用冷却装置。
6. 【請求項６】 上記送風手段は、一方回転送風機または
   左右両回転が可能な両回転送風機であることを特徴とす
   る請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の移動体用冷
   却装置。
7. 【請求項７】 上記一方回転送風機または上記両回転送
   風機は、複数枚の羽根を有し、且つこれら複数枚の羽根
   の各先端を結ぶピッチ円の面積中に占める上記複数枚の
   羽根の上記送風方向における合計投影面積が１％以上４
   ０％未満であることを特徴とする請求項６記載の移動体
   用冷却装置。
8. 【請求項８】 上記一方回転送風機または上記両回転送
   風機は、複数枚の羽根を有し、且つこれら複数枚の羽根
   の各先端を結ぶピッチ円の面積中に占める上記複数枚の
   羽根の上記送風方向における合計投影面積が４０％以上
   ９５％未満であることを特徴とする請求項６記載の移動
   体用冷却装置。
9. 【請求項９】 上記走行風による上記一方回転送風機ま
   たは上記両回転送風機の上記羽根の回転により生じる電
   力を充電可能な二次電池が設けられたことを特徴とする
   請求項６記載の移動体用冷却装置。
10. 【請求項１０】 移動体の走行方向に延在した複数の平
    板状フィンを有し、且つ上記移動体の走行により生じる
    走行風を上記平板状フィン間に流して上記移動体に搭載
    された発熱体を冷却する移動体用冷却装置であって、上
    記平板状フィンの上記走行方向における先端面上に上記
    平板状フィン間に上記走行風が流入するように誘導する
    風誘導板が設けられたことを特徴とする移動体用冷却装
    置。
11. 【請求項１１】 上記風誘導板は、上記平板状フィンの
    上記先端面に対して傾斜した複数の板材から構成された
    ことを特徴とする請求項１０記載の移動体用冷却装置。
12. 【請求項１２】 上記板材は、上記平板状フィンの上記
    走行方向における一端と中間との間に位置するものと、
    上記中間と他端との間に位置するものとでは上記先端面
    に対する傾斜が互いに逆となっていることを特徴とする
    請求項１１記載の移動体用冷却装置。
13. 【請求項１３】 上記複数の平板状フィンは、上記移動
    体の外壁に設けられた窪み内に設置されており、且つ上
    記窪みの、上記平板状フィンの間に上記走行風が流入す
    る壁面は、上記移動体の外壁面に対して７°〜９０°の
    俯角で傾斜していることを特徴とする請求項１０記載の
    移動体用冷却装置。