JP3923680B2 - 車両用半導体装置の冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の床下に取り付けられた半導体装置を冷却する車両用半導体装置の冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、鉄道車両の床下には、鉄道車両の駆動用あるいは補助電源用の電力を供給するための半導体装置が取り付けられており、半導体装置から発生する熱を冷却装置により大気へ放散するようにしている。
【0003】
図6は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の後部から見た説明図であり、図6(a)は車両の後部から見た平面図、図6(b)は車両の後部から見た熱の流れの説明図である。図6(a)に示すように、冷却装置は、受熱板4、ヒートパイプ5、放熱フィン6からなる冷却器1で構成される。この冷却器1は後述するように複数個のものが列車の進行方向に並んで配置される。図6(a)では車両の後部から見た場合であるので、1個の冷却器1が示されている。
【0004】
車両2の床下に設けられた半導体装置3からの熱は冷却器1の受熱板4で受熱され、ヒートパイプ5により受熱板4から放熱フィン6に熱輸送が行われる。複数枚の放熱フィン6は所定の間隔でヒートパイプ5に設置されている。この冷却器1は、それぞれの放熱フィン6が半導体装置3の取り付く受熱板4とヒートパイプ5とにより接続されたヒートパイプ式冷却器であり、冷却器1を車体側方側へ突出させて構成されている。
【0005】
図6(b)に示すように、半導体装置3内の半導体素子7で発生した熱は、図中の矢印方向に流れる。つまり、冷却器1の受熱板4を介してヒートパイプ5により各々の放熱フィン6に熱伝達されて、放熱フィン6から空気に熱を伝達し、この結果温度が高くなった空気を放散することで冷却を行う。
【0006】
図7は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図7(a)は平面図、図7(b)は側面図である。図7(a)に示すように、冷却装置は、複数個の冷却器1a、1b、1cを車両進行方向に並んで配置して構成されている。
【0007】
従って、冷却装置の各々の冷却器1a、1b、1cには、車両の走行によって図7(b)に示すように走行風8が当たることになる。走行風8が各々の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cを通過して行くと、各々の放熱フィン6a、6b、6cからの放熱により、走行風8の温度は徐々に上昇して行く。この様な温度の上昇を、以後熱あおりと言う。走行風8の風速が低い時には熱あおりは大きくなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、無風状態や自然冷却の条件で製作した冷却器1では、この熱あおりが大きくなると進行方向後段の冷却器1cの周囲温度が高くなり、半導体装置3の半導体素子7の温度は無風状態よりも高くなることがあり得る。この熱あおりを充分に考慮するには、冷却器1に、より熱性能の良いものを使うことが必要になり、小型化、軽量化、コストの面で不利になる。
【0009】
このように、車両の走行風が低い時には、下流側の冷却器1b、1cの放熱フィン6b、6cは、上流側の熱あおりを受けるため、走行風8が放熱フイン6b、6c部分に流入しない様にするのが好ましい。一方、冷却風風速が大きい時には、熱あおりの値は小さくなり、放熱フィン6bの熱性能は向上するので、冷却性能は総合的には向上する。この観点からは走行風8を積極的に取り込むのが得策である。
【0010】
従来の冷却装置では、走行風8の風速にあわせて走行風8を最適に利用する方策が不十分であり、走行風8で冷却することで機能する冷却装置であっても、車両の低速走行時には熱あおりにより却って逆効果になっている場合がある。
【0011】
本発明の目的は、走行風の取り入れを最適とし冷却効率を高めた車両用半導体装置の冷却装置を得ることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置は、鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すように前記複数個の冷却器の両端部の冷却器から傾斜した整風板を設けたことを特徴とする。
【0013】
請求項1の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置では、複数個の冷却器のうちの両端部の冷却器に傾斜して設けられた整風板は、鉄道車両が走行したとき
複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流す。また、複数個の各々の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風は、放熱フィンの上方の走行風と合流して流れる。これにより、後段の冷却器の放熱フィンに前段の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風が流れ込むことがなくなり、冷却効率が向上する。
【0014】
請求項2の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置は、鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すダクトと、前記ダクトに設けられ前記複数個の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風を前記ダクト内に取り込むための開口部とを設けたことを特徴とする。
【0015】
請求項2の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置では、ダクトは、鉄道車両が走行したとき複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流す。また、複数個の各々の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風は、開口部を通してダクト内に流れ込む。これにより、後段の冷却器の放熱フィンに前段の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風が流れ込むことがなくなり、冷却効率が向上する。
【0016】
請求項3の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置は、鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき走行風の大きさに応じた開度で開き前記複数個の冷却器の放熱フィンに走行風を流す扉を設けたことを特徴とする。
【0017】
請求項3の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置では、鉄道車両が走行したとき、走行風の大きさに応じた開度で扉が開き、複数個の冷却器の放熱フィンに走行風を流す。走行風が大きいときには、その走行風を各々の冷却器の放熱フィンに流して熱あおりの値を小さくし、走行風が小さいときには走行風を各々の冷却器の放熱フィンに流すことを止めて熱あおりの発生を防ぐ。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。冷却装置は複数個の冷却器1a、1b、1cを車両進行方向に並べて配置されている。そして、車両の進行方向の前後端に位置する冷却器1a、1cの進行方向外側に、走行風8の流れの向きを調整する整風板9が取り付けられている。
【0019】
図2は、本発明の第1の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図である。
【0020】
図2(a)に示すように、複数個の冷却器1a、1b、1cは車両進行方向に並んで配置されており、並んで配置された複数個の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cの車両進行方向外側、それぞれ整風板9が設けられている。この整風板9は、図2(b)に示すように、両端部の冷却器1a、1cの放熱フィン6a、6cの上方に走行風8を流すように傾斜して取り付けられている。これにより、車両が走行したとき複数個の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cの上方に走行風が流れる。
【0021】
すなわち、車両が走行したとすると、走行風8の流れの向きを調整する整風板9により、走行風8が各々の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cの上方に集められる。この集められた走行風8は、放熱フィン6a、6b、6cの上部を流れる。そうすると放熱フィン6a、6b、6cで熱交換された温度が高い空気は走行風8に引張られ、走行風8と合流して流れる。従って、放熱フィン6a、6b、6cの下部より温度が低い新鮮な外気が取り入れられる。この作用は、走行風の強弱に拘わらず行われるので、上流側の放熱フィン6による熱あおりは発生しない。
【0022】
この第1の実施の形態によれば、整風板9により走行風8を各々の冷却器1a、1b、1cの上方に流し、各々の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cに流さないので、上流側の放熱フィン6による熱あおり発生が防止でき冷却効率が向上する。
【0023】
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図3は本発明の第2の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、整風板9に代えて、車両が走行したとき複数個の冷却器1a、1b、1cの上方に走行風8を流すダクト10を設けたものであり、そのダクト10には複数個の冷却器1a、1b、1cで熱交換された冷却風をダクト10内に取り込むための開口部11が設けられている。この開口部11は放熱フィン6a、6b、6cの投影面積程度の大きさである。
【0024】
図4は、本発明の第2の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た一部切欠断面図である。図4に示すように、複数個の冷却器1a、1b、1cは車両進行方向に並んで配置されており、並んで配置された複数個の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cの上部にダクト10が設けられている。このダクト10の放熱フィン6a、6b、6c側には、開口部11が設けられており、複数個の各々の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cで熱交換された冷却風は、この開口部11を通してダクト10内に流れ込む。
【0025】
このように、各々の放熱フィン1a、1b、1cの上部を走行風8がより確実に通過できるので、放熱フィン1a、1b、1cで熱交換を終えた温度が高い空気は走行風8に引張られ、走行風8と合流して流れる。従って、放熱フィン1a、1b、1cには、その下部より温度が低い新鮮な外気が取り入れられる。従って、走行風8がダクト10を流れることにより、より確実に冷却を行うことができる。これにより、後段の冷却器の放熱フィンに前段の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風が流れ込むことがなくなり、冷却効率が向上する。
【0026】
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。図5は、本発明の第3の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図5(a)は平面図、図5(b)は側面図である。
【0027】
この第3の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、整風板9に代えて、車両が走行したとき走行風の大きさに応じた開度で開く扉12を設けたものであり、この扉12の開閉により複数個の冷却器1a、1b、1cの放熱フィン6a、6b、6cに流す走行風を調整するようにしたものである。
【0028】
図5(a)において、車両の進行方向の前後端に位置する放熱フィン6a、6bの外側に走行風8の大小に応じて開閉する扉12が軸13により開閉自在に取り付けられている。
【0029】
すなわち、この扉12は軸13周りに自由に回転できるように支持されているので、走行風8の風速が高くなると、図5(b)に示すように、扉12が開き走行風8が放熱フィン6a、6b、6cに当たるようになる。一方、走行風8の風速が低い時には扉12はほとんど開かず、従って、放熱フィン6a、6b、6cは自冷として作用する。上流側の放熱フィン6からの熱あおりもない。
【0030】
図5(b)に示すように、走行風8の風速が高く扉12が開いているときは、放熱フィン6a、6b、6cに当たる風速が高くなっているので、熱あおりより冷却器1a、1b、1cの熱性能の向上が支配的である。その結果として、走行風8を遮蔽した時よりも熱性能は向上する。
【0031】
このように、第3の実施の形態では、走行風8の取り入れが最適となるように扉12で放熱フィン6a、6b、6cに当たる風速を調整できるので、冷却効率を高めることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、前段の冷却器の放熱フィンによる熱あおりを防止できるので、冷却効率を高めることができる。また、冷却器の放熱フィンに走行風を取り入れる場合には、走行風による熱あおりの影響を小さくなるようにして走行風を取り入れるので、適正に冷却効率を高めることができる。このように、冷却性能が向上することで半導体装置の温度上昇が低減されて信頼性も向上し、冷却器の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。
【図2】図2は、本発明の第1の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図である。
【図3】図3は、本発明の第2の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。
【図4】図4は、本発明の第2の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た一部切欠断面図である。
【図5】図5は、本発明の第3の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図5(a)は平面図、図5(b)は側面図である。
【図6】図6は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の後部から見た説明図であり、図6(a)は車両の後部から見た平面図、図6(b)は車両の後部から見た熱の流れの説明図である。
【図7】図7は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図7(a)は平面図、図7(b)は側面図である。
【符号の説明】
1 冷却器
2 車両
3 半導体装置
4 受熱板
5 ヒートパイプ
6 放熱フィン
7 半導体素子
8 走行風
9 整風板
10 ダクト
11 開口部
12 扉
13 軸
Claims (3)
- 鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すように前記複数個の冷却器の両端部の冷却器から傾斜した整風板を設けたことを特徴とする車両用半導体装置の冷却装置。
- 鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、
前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すダクトと、前記ダクトに設けられ前記複数個の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風を前記ダクト内に取り込むための開口部とを設けたことを特徴とする車両用半導体装置の冷却装置。 - 鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき走行風の大きさに応じた開度で開き前記複数個の冷却器の放熱フィンに走行風を流す扉を設けたことを特徴とする車両用半導体装置の冷却装置。
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