JP2009067087A - 電気式ディーゼル車両 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、エンジンと電力変換装置を効果的に冷却できる電気式ディーゼル車両を提供することを課題とする。
【解決手段】電気式ディーゼル車両は、エンジン２、電力変換装置４、熱交換器６ａ、６ｂ、および送風機８を有する。エンジン２に接続された熱交換器６ａと、電力変換装置４に接続された熱交換器６ｂは、送風機８から発生される冷却風の流路に沿って直列に配置され、２つの熱交換器６ａ、６ｂと送風機８が一体化されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ディーゼルエンジンの出力を電気エネルギーに変換して動力を得るディーゼル機関車などの電気式ディーゼル車両に関する。

従来、電気式ディーゼル車両として、ディーゼルエンジンを用いて発電機を回して電力を得て、この電力を利用して車輪回転用のモータを駆動する鉄道車両が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。この鉄道車両は、水を冷媒としたラジエターを用いてエンジンを冷却している。

しかし、この種の電気式ディーゼル車両においては、発電機によってエンジンの出力を電力に変えた後、発電機の出力をモータの駆動に適した交流電圧（例えば３層の交流）に変換する電力変換装置が必要であり、この電力変換装置も発熱することが知られている。つまり、この電力変換装置も冷却の必要があり、冷却のための構成が別途必要となる。
MTU Friedrichshafen GmbH / SIM 06 105(52 2E)1/02・Printed in Germany・SIMA 2002-09 R

この発明の目的は、エンジンと電力変換装置を効果的に冷却できる電気式ディーゼル車両を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電気式ディーゼル車両は、エンジンの出力を電力変換装置で変換して車両の駆動装置に給電する電気式ディーゼル車両であって、上記エンジンおよび電力変換装置を冷却するための少なくとも１つの熱交換器およびこの熱交換器を通る冷却風を発生させる少なくとも１つの送風機を一体化したことを特徴とする。

また、本発明の電気式ディーゼル車両は、エンジンの出力を電力変換装置で変換して車両の駆動装置に給電する電気式ディーゼル車両であって、上記エンジンおよび電力変換装置を冷却するための少なくとも１つの熱交換器と、この少なくとも１つの熱交換器、上記エンジン、および上記電力変換装置に循環させる冷媒を収容したタンクと、このタンク内に収容した冷媒を上記少なくとも１つの熱交換器、上記エンジン、および上記電力変換装置に循環させるための少なくとも１つのポンプと、上記冷媒の流通経路を切り換えて上記エンジン用に割り当てる熱交換器と上記電力変換装置用に割り当てる熱交換器を切り換えるための少なくとも１つの切換弁と、上記少なくとも１つの熱交換器を通る冷却風を発生させる少なくとも１つの送風機と、上記エンジンおよび電力変換装置のうち少なくとも一方の発熱量に応じて、上記ポンプ、切換弁、送風機の少なくともいずれかを動作制御する制御部と、を有する。

更に、本発明の電気式ディーゼル車両は、エンジンの出力を電力変換装置で変換して車両の駆動装置に給電する電気式ディーゼル車両であって、上記エンジンおよび電力変換装置を冷却するための複数の熱交換器と、これら複数の熱交換器、エンジン、および電力変換装置に循環させる冷媒を収容した唯一のタンクと、このタンク内に収容した冷媒を上記複数の熱交換器、エンジン、および電力変換装置に循環させるための少なくとも１つのポンプと、上記冷媒の流通経路を切り換えて、上記エンジン用に割り当てる熱交換器と上記電力変換装置用に割り当てる熱交換器を切り換える、少なくとも１つの切換弁と、上記複数の熱交換器それぞれに対応して設けられ、各熱交換器を通る冷却風を発生させる複数の送風機と、上記エンジンおよび電力変換装置のうち少なくとも一方の発熱量に応じて、上記ポンプ、切換弁、送風機の少なくともいずれかを動作制御する制御部と、を有する。

上記発明によると、エンジンと電力変換装置の双方を熱交換器と送風機をユニット化した共通の冷却機構で冷却でき、それぞれの発熱量に応じて、適当な熱交換器を割り当て、適当な量の冷媒を流通させ、適当な量の冷却風を発生させることができ、エンジンと電力変換装置を無駄なく効果的に冷却することができる。

この発明の電気式ディーゼル車両は、上記のような構成および作用を有しているので、エンジンと電力変換装置を効果的に冷却できる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。図１には、この発明の第１の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。

本実施の形態の電気式ディーゼル車両は、ディーゼルエンジン２（ＤＭ；ディーゼル・モータ）（以下、単に、エンジン２と称する）、エンジン２の出力を電気エネルギーに変換する図示しない発電機、この発電機で得た交流電圧を一旦直流に変換してモータ駆動に適した３相の交流に変換する電力変換装置４（ＣＩ；コンバータ・インバータ）、および電力変換装置４で得た交流電圧を用いて図示しない車輪を回転させる図示しないモータ（駆動装置）を有する。

また、この電気式ディーゼル車両は、エンジン２を冷却するための熱交換器６ａ（エンジン用熱交換器）、電力変換装置４を冷却するための熱交換器６ｂ（変換装置用熱交換器）、２つの熱交換器６ａ、６ｂの図示しない放熱フィンを通して流す冷却風Ｗを発生させる送風機８、およびこれら冷却機構６、８を動作させるための補助電源装置１０（ＡＰＵ；オギジラリー・パワー・ユニット）を有する。

エンジン２および電力変換装置４には、それぞれ図示しないウォータージャケットなどを介して上述した専用の熱交換器６ａ、６ｂが接続されており、冷媒（本実施の形態では冷媒として水を用いた）の流路の途中にそれぞれ専用のポンプ１２ａ、１２ｂが取り付けられている。ポンプ１２ａ、１２ｂは、図示のように、それぞれ、エンジン２および電力変換装置４に一体化されても良いが、別体に取り付けても良い。

しかして、各ポンプ１２ａ、１２ｂを駆動して各熱交換器６ａ、６ｂの流路を通して冷媒を循環させることで、エンジン２および電力変換装置４の熱をそれぞれの熱交換器６ａ、６ｂが奪い、熱交換器６を送風機８の冷却風Ｗで冷却することで、エンジン２および電力変換装置４を冷却するようになっている。なお、本実施の形態では、２つの熱交換器６ａ、６ｂは、送風機８により発生される冷却風Ｗの流路に沿って直列に配置されており、これら熱交換器６ａ、６ｂ、送風機８が一体化されている。

補助電源装置１０は、図２に示すように、制御部２０（ＣＴＲ；コントローラ）、および３つの電源装置２１、２２、２３（ＰＵ；パワーユニット）を有する。制御部２０には、エンジン２の発熱量に関する情報、および電力変換装置４の発熱量に関する情報が入力されるようになっている。電源装置２１は、制御部２０の制御に基づいて、エンジン冷却用のポンプ１２ａに駆動電圧を給電する。また、電源装置２２は、制御部２０の制御に基づいて、電力変換装置冷却用のポンプ１２ｂに駆動電圧を給電する。さらに、電源装置２３は、制御部２０の制御に基づいて、送風機８の駆動電圧を給電する。本実施の形態では、２つのポンプ１２ａ、１２ｂによる冷媒の流量、および送風機８による冷却風Ｗの流量が制御可能となっている。

すなわち、制御部２０は、エンジン２および電力変換装置４の発熱量の経時変化を監視して、エンジン２および電力変換装置４のうち少なくとも一方が予め設定したしきい値を超えて発熱量が多くなった場合に、その発熱量が多くなったエンジン２または電力変換装置４に割り当てられた熱交換器６ａ、６ｂに冷媒を循環させるためのポンプを動作させる。また、制御部２０は、エンジン２および電力変換装置４の発熱量に応じて、送風機８を駆動制御する。

以上のように、本実施の形態によると、エンジン２の冷却用に割り当てられた熱交換器６ａ、電力変換装置４の冷却用に割り当てられた熱交換器６ｂ、および２つの熱交換器６ａ、６ｂを通る冷却風を発生させるための送風機８を一体化したため、装置構成を小型化でき、装置の設置スペースを小さくできる。また、本実施の形態によると、１つの送風機８を２つの熱交換器６ａ、６ｂに兼用としたため、騒音の発生源を少なくでき、消費電力も抑えることができる。さらに、本実施の形態によると、エンジン２の経時的な発熱量の変化、および／或いは電力変換装置４の経時的な発熱量の変化を制御部２０で監視して、これら発熱量に応じてポンプ１２ａ、１２ｂによる冷媒の循環速度や送風機８による冷却風の流量をコントロールできるため、エンジン２および電力変換装置４を無駄なく効果的に冷却できる。

なお、上述した実施の形態では、エンジン用の熱交換器６ａと電力変換装置用の熱交換器６ｂを使用したが、１つの熱交換器を兼用で用いても良い。また、送風機８も１台に限らず、各熱交換器に専用に設けても良い。さらに、上述した実施の形態では、送風機８による風の流れ方向上流側にエンジン用の熱交換器６ａを配置して下流側に電力変換装置用の熱交換器６ｂを配置したが、送風機８を反対側に取り付けて風の流れる順序を逆にしても良い。

図３には、この発明の第２の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両は、エンジン用の熱交換器６ａと電力変換装置用の熱交換器６ｂを一体化して、送風機８により発生される冷却風Ｗの流路に対して並列に配置したことを特徴としている。また、この一体化した熱交換器６と送風機８との位置関係は、冷却風Ｗの流路に沿って上流側に熱交換器６、下流側に送風機８を配置する構成とした。他の構成については、上述した第１の実施の形態と略同じであるため、ここでは、同様に機能する構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図３に示す構成を採用すると、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏することができるとともに、他の熱交換器を通っていないフレッシュな冷却風Ｗを各熱交換器６ａ、６ｂに供給でき、その分、熱交換能力を高めることができる。

図４には、この発明の第３の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両は、ポンプ１２ａをエンジン２と別体に配置し且つポンプ１２ｂを電力変換装置４と別体に配置し、各ポンプ１２ａ、１２ｂに専用のタンク１６ａ、１６ｂを設けた以外、上述した第２の実施の形態の構成と略同じ構成を有する。よって、第２の実施の形態と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

冷媒を循環させるためのポンプ１２ａ、１２ｂは、このように、発熱体と別体に設けることもでき、設計の自由度を高めることができる。また、ポンプ１２ａ、１２ｂを別体に設けることにより、特に、絶縁不良の原因となり易い装置構成（すなわちポンプ１２ｂ）を電力変換装置４から分離することができ、故障の原因を少なくできる。

図５には、この発明の第４の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両は、エンジン２専用に予め割り当てられた２台の熱交換器６ａ、６ｂ、電力変換装置４専用に予め割り当てられた２台の熱交換器６ｆ、６ｇ、エンジン２の冷却に使用可能であるとともに電力変換装置４の冷却に使用可能な３台の熱交換器６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、および、３台の兼用の熱交換器６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇに循環させる冷媒の流路を切り換えてエンジン２または電力変換装置４に選択的に接続させるための６つの切換弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆを有する。

例えば、兼用の熱交換器６ｃをエンジン２に接続する場合、切換弁１４ａを開にして切換弁１４ｂを閉にする。反対に、熱交換器６ｃを電力変換装置４に接続する場合、切換弁１４ａを閉にして切換弁１４ｂを開にする。或いは、熱交換器６ｃに冷媒を循環させずに機能を停止させる場合には、２つの切換弁１４ａ、１４ｂをともに閉とする。また、２つの切換弁１４ａ、１４ｂをともに開にしてエンジン２と電力変換装置４の双方に接続するようにしても良い。

本実施の形態では、冷媒の流路は１系統に繋がっており、冷媒を循環させるためのポンプ１２および冷媒を収容したタンク１６が兼用となっている。さらに、上述した合計７台の熱交換器６ａ〜６ｇは、この順番で直列に繋げて配置されており、冷却風Ｗの流路に沿って複数の熱交換器６の最下流に送風機８が直列に配置されている。これ以外の基本的な構成は、上述した各実施の形態と同じであるため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

上記構造の冷却機構は、補助電源装置１０内の制御部２０の制御によって、次のように動作する。つまり、制御部２０は、エンジン２の発熱量および電力変換装置４の発熱量を経時的に監視し、両者を適切な温度に冷却するように、送風機８、ポンプ１２、および切換弁１４ａ〜１４ｆを制御する。例えば、車両を停止している状態から走行させるときに、発熱量の比較的大きい電力変換装置４を優先的に冷やすように兼用の３台の熱交換器６ｃ、６ｄ、６ｅを電力変換装置４に接続して合計５台の熱交換器６ｃ〜６ｇで電力変換装置４を冷却し、走行を始めてエンジン２の発熱量が上昇してきたときに、兼用の３台の熱交換器６ｃ、６ｄ、６ｅをエンジン２に接続してエンジン２を優先的に冷却するようにしても良い。

以上のように、エンジン２および電力変換装置４の双方に接続可能な複数台の兼用の熱交換器６ｃ、６ｄ、６ｅを用意することで、切換弁１４を切り換え制御するだけで、これらの熱交換器を適当に割り当てることができ、エンジン２および電力変換装置４の発熱量の経時的な変化に対応でき、エンジン２および電力変換装置４を効果的に冷却できる。なお、兼用の熱交換器６ｃ、６ｄ、６ｅは、エンジン２および電力変換装置４の双方に振り分けて接続しても良い。また、全ての熱交換器６ａ〜６ｇをエンジン２および電力変換装置４に兼用で接続できるように、より多くの切換弁１４を設けても良い。

図６には、この発明の第５の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。また、図７には、この発明の第６の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。図６の電気式ディーゼル車両の冷却機構は、送風機８から発生される冷却風Ｗの流路に対して複数の熱交換器６ａ〜６ｇが並列に配置されており、この点において上述した第４の実施の形態と異なる。また、図７の冷却機構は、冷却風の流路を２系統にした点で上述した第５の実施の形態と異なる。これ以外の構成は、上述した各実施の形態と略同じであるため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６の冷却機構のように送風機８に対して複数の熱交換器６ａ〜６ｇを並列に配置することで、全ての熱交換器にフレッシュな冷却風を流通させることができ、熱交換器６による熱交換能力をより高めることができる。

図７には、この発明の第６の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両の冷却機構は、エンジン専用の２台の熱交換器６ａ、６ｂをユニット化して１台の送風機８ａを組み合わせ、兼用の３台の熱交換器６ｃ、６ｄ、６ｅをユニット化して１台の送風機８ｂを組み合わせ、電力変換装置専用の２台の熱交換器６ｆ、６ｇをユニット化して１台の送風機８ｃを組み合わせた構造を有する。これら３台の送風機８ａ〜８ｃは、制御部２０によって独立して動作制御される。これ以外の構成は、図６を用いて説明した第５の実施の形態と略同じであるため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

このように送風機８を機能的に複数の熱交換器に割り当てることで、上述した第５の実施の形態と同様の効果を奏することができるとともに、送風の必要の無い送風機８の運転を停止したり、ファンの回転を選択的に低速に制御したりすることもでき、騒音の発生源となる送風機８の動作を必要最小限に抑えることができる。

図８には、この発明の第７の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両は、３つの熱交換器６ａ、６ｂ、６ｃをユニット化して１台の送風機８ａを組み合わせて、残り４つの熱交換器６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇをユニット化して１台の送風機８ｂを組み合わせ、且つ、これら２台の送風機８ａ、８ｂが担う冷却風Ｗの流通空間を仕切る仕切り壁１８を設けた点で、上述した第５の実施の形態の冷却機構（図６）と異なる構造を有する。これ以外の構成は、図６の構成と略同じであるため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

このように、車両内の空間を仕切り壁１８で仕切ることで、一方の送風機８ａから発生する冷却風Ｗと他方の送風機８ｂから発生する冷却風Ｗが干渉することを防止でき、互いの送風機８ａ、８ｂから発生する騒音が他方の空間に伝わることも防止できる。例えば、通常の運転時において、図中左側の一方の送風機８ａだけを回転させて、発熱量が上がってきたら他方の部屋の送風機８ｂも回転させるといった運用が考えられる。この場合、切換弁１４ａ〜１４ｆを適宜切り換える必要がある。これにより、送風機８から発生する騒音を最小限に抑えることができ、快適な室内空間を実現できる。

図９には、この発明の第８の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両は、複数の熱交換器６ａ〜６ｇそれぞれに１台ずつ送風機８ａ〜８ｇを組み合わせた構成を有する。これら複数の送風機８ａ〜８ｇは、制御部２０の制御によって独立してＯＮ／ＯＦＦ制御可能となっている。これ以外の構成は、上述した第５の実施の形態と略同じ構造を有するため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

このように、１台の熱交換器６と１台の送風機８を１対１で組み合わせて冷却ユニットを構成し、このような冷却ユニットを複数組設け、且つその中の数組の冷却ユニットをエンジン２と電力変換装置４に兼用とすることで、より細かな冷却制御が可能となる。例えば、複数の冷却ユニットのうち数台は休止させても良く、その分、送風機８の騒音を減らすことができる。これに対し、１台の送風機８で複数台の熱交換器６に冷却風Ｗを送る例えば図６の構成の場合、機能させる必要のない熱交換器６にも冷却風Ｗを送ることになり、１台でも熱交換器６を機能させようとすると、大きな送風機８を動作させる必要がある。

図１０には、この発明の第９の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両は、熱交換能力の異なる複数種類（本実施の形態では２種類）の熱交換器６ａ〜６ｇを有するとともに、送風能力の異なる複数種類（本実施の形態では３種類）の送風機８ａ〜８ｇを有する。これ以外の構成は、上述した第８の実施の形態の電気式ディーゼル車両（図９）と略同じ構成を有するため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

熱交換器６は、熱交換能力の比較的低い熱交換器６ａ、６ｄ、６ｅ、６ｇと、熱交換能力の比較的高い熱交換器６ｂ、６ｃ、６ｆと、を含む。送風機８は、比較的送風能力の低い送風機８ａ、８ｇ、比較的送風能力の高い送風機８ｂ、８ｆ、および、中間の送風能力を有する送風機８ｃ、８ｄ、８ｅを含む。本実施の形態では、各熱交換器６および送風機８は、図示のように組み合わされているが、熱交換器６の種類と送風機８の種類は組み合わせ自由である。

以上のように、熱交換能力の異なる熱交換器６と送風能力の異なる送風機８とを適当に組み合わせて冷却能力の異なる複数種類の冷却ユニットを用意することにより、エンジン２および電力変換装置４の運用形態に応じて適切な冷却ユニットを構成でき、且つ、発熱量の経時的な変化に合わせて使用するユニットを適宜選択できる。これにより、切換弁１４ａ〜１４ｆの切り換え動作だけで、エンジン２および電力変換装置４を無駄なく効果的に冷却することができる。なお、本実施の形態では、熱交換能力の異なる複数種類の熱交換器６を用意するとともに送風能力の異なる複数種類の送風機８を用意して適当に組み合わせた場合について説明したが、熱交換能力の異なる複数種類の熱交換器６を用いるだけでも良く、送風能力の異なる複数種類の送風機８を用いるだけでも良い。

図１１には、図１０の冷却機構を有する電気式ディーゼル車両の速度、エンジン２の発熱量、および電力変換装置４の発熱量の経時変化をグラフにして示してある。なお、発熱量のグラフは、冷却機構を動作させていない状態の生のデータをプロットしてある。これによると、電気式ディーゼル車両を停止した状態から走行させると、エンジン２の発熱量はアイドリング状態から徐々に上昇してある程度時間が経ってからピークを迎えるのに対し、電力変換装置４の発熱量は車両の走行を開始した直後にピークを迎えているのが分かる。つまり、エンジン２と電力変換装置４とでは、発熱の経時的な変化が異なり、時定数が異なると言える。

このため、上述したような発熱特性を有するエンジン２および電力変換装置４を効果的に無駄なく冷却するためには、両者の経時的な発熱量の変化に合わせて冷却機構を動作させる必要がある。ここでは、発熱量の変化に応じて、上述した切換弁１４ａ〜１４ｆを切り換えることに加えて、送風能力の異なる複数の送風機８ａ〜８ｇの回転速度を独立して制御することで、エンジン２および電力変換装置４を効果的に冷却するようにした。さらに、図１０に示した兼用の１つのポンプ１２に代えて、各熱交換器６ａ〜６ｇに１対１で対応して複数の図示しないポンプを設け、各ポンプによる冷媒の流量を独立して制御するようにしても良い。

例えば、エンジン２および電力変換装置４の発熱量を監視して図１０の冷却機構を動作させる場合、まず、図１１のグラフの地点Ｃで示すタイミング（電力変換装置４の発熱量がピークとなるタイミング）で電力変換装置４に接続する熱交換器６の台数が最も多くなるように切換弁１４を切り換えて、電力変換装置４に接続した全ての熱交換器６に組み合わされた送風機８の回転速度を速めるように送風機を動作制御する。つまり、このタイミングでは、電力変換装置４をエンジン２に優先して冷却する。このとき、冷媒の流量が通常より多くなるように、ポンプ１２を一時的に動作制御しても良い。

そして、次に、エンジン２の発熱量がピークになるタイミング（地点Ｄ）でエンジン２に接続する熱交換器６の台数が最も多くなるように切換弁１４を切り換えて、エンジン２に接続した全ての熱交換器６に組み合わされた送風機８も高速回転させる。つまり、このタイミングでは、エンジン２を電力変換装置４に優先して冷却する。

以上のように、エンジン２および電力変換装置４の発熱特性に合わせて冷却機構を動作させることにより、冷却を必要とするタイミングで冷却を必要とする装置を確実に冷却することができ、エンジン２および電力変換装置４を無駄なく効果的に冷却することができる。なお、上述したように冷却機構を動作制御するタイミングは、車両の速度や時間の経過に基づいて取得しても良いが、車両の走行位置に関する情報を取得（地点検知）して冷却機構の制御タイミングを取得しても良い。

図１２には、この発明の第１０の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図を示してある。この電気式ディーゼル車両は、３つの熱交換器６ａ、６ｂ、６ｃをユニット化して送風機８ａを組み合わせ、残り４つの熱交換器６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇをユニット化して送風機８ｂを組み合わせ、且つ２台の送風機８ａ、８ｂそれぞれに専用の補助電源装置１０ａ、１０ｂを接続したことを特徴としている。これ以外の構成は、図１０を用いて説明した冷却機構と略同じ構造を有するため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

すなわち、図１２の冷却機構によると、比較的送風能力の低い一方の送風機８ａを一方の補助電源装置１０ａの制御部（ここでは図示省略）が制御して、当該送風機８ａの図示しないファンを可変速で回転させ、比較的送風能力の高い他方の送風機８ｂを他方の補助電源装置１０ｂの制御部（ここでは図示省略）が制御して、当該送風機８ｂの図示しないファンを可変速で回転させることができる。

一般に、大きなファンを有する送風機ほど騒音が大きいことが知られているため、例えば、通常時には、切換弁１４ａを開いて（切換弁１４ｂ閉）、送風能力の低い小さなファンを有する送風機８ａだけを可変速で動作させて、エンジン２および電力変換装置４を冷却するようにして、エンジン２または電力変換装置４の発熱量が予め設定したしきい値を超えて高くなったときだけ、他方の送風機８ｂを動作させるようにして、送風機８の騒音をできるだけ小さくするように、冷却機構を運用する方法が考えられる。

図１３には、上述した各実施の形態で説明した送風機８に代えて車両の走行により発生する風（以下、このような風を走行風Ｗ’と称する）を冷却風として利用した、この発明の第１１の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の模式図を示してある。図１３（ａ）には車両を上方から見たときの走行風Ｗ’の流れを説明するための模式図を示してあり、図１３（ｂ）には走行風Ｗ’の流れを車両側面側から見た模式図を示してある。また、図１４には、この電気式ディーゼル車両の冷却機構の構成ブロック図を示してある。この冷却機構は、図５を用いて説明した冷却機構の送風機８を取り除いて、車両の走行風Ｗ’を複数の熱交換器６ａ〜６ｇを通して流通させたことを特徴としており、それ以外の構成は略同じであるため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

車両の走行風Ｗ’は、一般に、車両の速度が遅いときには流量が少なく、車両の速度が速いときには流量が多くなる。つまり、走行風Ｗ’の流量はコントロールができないため、電気式ディーゼル車両が停止した状態から走行を開始した直後では、十分な量の走行風Ｗ’を熱交換器６に流通させることができない。しかし、本実施の形態の冷却機構は、切換弁１４ａ〜１４ｆを切り換えることでエンジン２または電力変換装置４に割り当てる熱交換器６の台数を変更でき、且つポンプ１２による冷媒の流量も変更可能であるため、走行風Ｗ’が少ない状況（すなわち車両の速度が遅いとき）においては、これら切換弁１４やポンプ１２を制御することで、エンジン２および電力変換装置４の双方を確実且つ効果的に冷却できる。

例えば、図１１のグラフを用いて説明したように、エンジン２および電力変換装置４の発熱量は、車両の走行に伴って経時的に変化する。本実施の形態のように走行風Ｗ’を用いた冷却機構で特に問題となるのは、車両の速度が遅いときであるため、車両の速度が遅いときに発熱量の比較的多い電力変換装置４を効果的に冷却する工夫が必要となる。すなわち、本実施の形態では、図１１の地点Ｃで示すタイミングで、できるだけ多くの熱交換器６を電力変換装置４に割り当てるように切換弁１４を切り換えるようにした。また、このとき、地点Ｃのタイミングで冷媒の流量が一時的に許容値を超えて多くなるようにポンプ１２を動作させても良い。

以上のように、本実施の形態によると、車両の走行風Ｗ’を冷却風として利用した場合における不具合を解消でき、より簡単な構成の冷却機構を構成できる。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、上述した実施の形態では、冷媒として水を用いた場合について説明したが、これに限らず、他の冷媒を使用しても良い。いずれにしても、本発明の冷却機構を用いれば、１種類の冷媒を用いてエンジン２および電力変換装置４の両方を無駄なく効果的に冷却でき、且つ構成を簡略化することもできる。

また、上述した実施の形態では、エンジン２と電力変換装置４を同時に冷却する冷却機構について説明したが、これに限らず、例えば、パンタグラフで集電して動力を得る鉄道車両の変圧器などを冷却する装置としても利用できる。

さらに、冷却機構に組み込んだ熱交換器、ポンプ、送風機なども、上述した実施の形態で説明した組み合わせに限らず、任意の台数、配置箇所、能力で適当に組み合わせることができ、車両に合った冷却機構を構成できる。

この発明の第１の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 図１のディーゼル車両の冷却機構の制御ブロック図。 この発明の第２の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第３の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第４の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第５の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第６の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第７の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第８の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第９の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 図１０の電気式ディーゼル車両の速度、エンジンの発熱量、および電力変換装置の発熱量の経時的な変化を示すグラフ。 この発明の第１０の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の要部構成ブロック図。 この発明の第１１の実施の形態に係る電気式ディーゼル車両の模式図。 図１３の電気式ディーゼル車両の冷却機構の構成を説明するためのブロック図。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…電力変換装置、６…熱交換器、８…送風機、１０…補助電源装置、１２…ポンプ、１４…切換弁、１６…タンク、１８…仕切壁、２０…制御部、２１〜２３…電源装置、Ｗ…冷却風、Ｗ’…走行風。

Claims (16)

1. エンジンの出力を電力変換装置で変換して車両の駆動装置に給電する電気式ディーゼル車両であって、
   上記エンジンおよび電力変換装置を冷却するための少なくとも１つの熱交換器およびこの熱交換器を通る冷却風を発生させる少なくとも１つの送風機を一体化したことを特徴とする電気式ディーゼル車両。
2. 上記熱交換器は上記冷却風の流路に沿って直列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気式ディーゼル車両。
3. 上記エンジンを冷却するための少なくとも１つのエンジン用熱交換器と上記電力変換装置を冷却するための少なくとも１つの変換装置用熱交換器とを有し、これらエンジン用熱交換器と変換装置用熱交換器が上記冷却風の流路に対して並列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気式ディーゼル車両。
4. 上記エンジン、電力変換装置、および少なくとも１つの熱交換器に冷媒を循環させるための少なくとも１つのポンプと、
   上記エンジンおよび電力変換装置のうち少なくとも一方の発熱量に応じて上記ポンプを動作制御する制御部と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電気式ディーゼル車両。
5. 上記少なくとも１つのポンプは、上記エンジンおよび電力変換装置のうち少なくとも一方と一体化されていることを特徴とする請求項４に記載の電気式ディーゼル車両。
6. 上記少なくとも１つのポンプは、上記エンジンおよび電力変換装置とは別体に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電気式ディーゼル車両。
7. 上記少なくとも１つの送風機は、上記エンジンおよび電力変換装置のうち少なくとも一方の発熱量に応じて、上記制御部によって動作制御されることを特徴とする請求項４に記載の電気式ディーゼル車両。
8. エンジンの出力を電力変換装置で変換して車両の駆動装置に給電する電気式ディーゼル車両であって、
   上記エンジンおよび電力変換装置を冷却するための少なくとも１つの熱交換器と、
   この少なくとも１つの熱交換器、上記エンジン、および上記電力変換装置に循環させる冷媒を収容したタンクと、
   このタンク内に収容した冷媒を上記少なくとも１つの熱交換器、上記エンジン、および上記電力変換装置に循環させるための少なくとも１つのポンプと、
   上記冷媒の流通経路を切り換えて上記エンジン用に割り当てる熱交換器と上記電力変換装置用に割り当てる熱交換器を切り換えるための少なくとも１つの切換弁と、
   上記少なくとも１つの熱交換器を通る冷却風を発生させる少なくとも１つの送風機と、
   上記エンジンおよび電力変換装置のうち少なくとも一方の発熱量に応じて、上記ポンプ、切換弁、送風機の少なくともいずれかを動作制御する制御部と、
   を有することを特徴とする電気式ディーゼル車両。
9. 上記少なくとも１つの送風機による冷却風の流通空間は、それぞれ仕切り壁によって互いに区画されていることを特徴とする請求項８に記載の電気式ディーゼル車両。
10. 上記熱交換器は、熱交換能力の異なる複数種類の熱交換器を含み、および／或いは、上記送風機は、送風能力の異なる複数種類の送風機を含むことを特徴とする請求項８または請求項９のいずれかに記載の電気式ディーゼル車両。
11. 上記制御部は、上記エンジンおよび電力変換装置の発熱量の経時変化を監視して、当該発熱量が多い上記エンジンまたは電力変換装置に対して比較的熱交換能力の高い熱交換器を割り当てるように上記切換弁を切り換え、且つ比較的送風能力の高い送風機を起動させることを特徴とする請求項１０に記載の電気式ディーゼル車両。
12. 上記制御部は、上記エンジンおよび電力変換装置の発熱量に応じて、起動させる上記送風機の回転数を可変制御することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の電気式ディーゼル車両。
13. 上記送風機は、全ての熱交換器に冷却風を流通可能な単一の送風機であることを特徴とする請求項８に記載の電気式ディーゼル車両。
14. 上記少なくとも１つの送風機の代りに当該車両の走行風を上記冷却風として利用したことを特徴とする請求項８に記載の電気式ディーゼル車両。
15. エンジンの出力を電力変換装置で変換して車両の駆動装置に給電する電気式ディーゼル車両であって、
    上記エンジンおよび電力変換装置を冷却するための複数の熱交換器と、
    これら複数の熱交換器、エンジン、および電力変換装置に循環させる冷媒を収容した唯一のタンクと、
    このタンク内に収容した冷媒を上記複数の熱交換器、エンジン、および電力変換装置に循環させるための少なくとも１つのポンプと、
    上記冷媒の流通経路を切り換えて、上記エンジン用に割り当てる熱交換器と上記電力変換装置用に割り当てる熱交換器を切り換える、少なくとも１つの切換弁と、
    上記複数の熱交換器それぞれに対応して設けられ、各熱交換器を通る冷却風を発生させる複数の送風機と、
    上記エンジンおよび電力変換装置のうち少なくとも一方の発熱量に応じて、上記ポンプ、切換弁、送風機の少なくともいずれかを動作制御する制御部と、
    を有することを特徴とする電気式ディーゼル車両。
16. 上記制御部は、上記エンジンおよび電力変換装置のうち発熱量の多い方に多くの熱交換器を割り当てるように上記切換弁を制御することを特徴とする請求項１５に記載の電気式ディーゼル車両。

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