液冷式电力转换装置以及铁道车辆的制作方法
【专利摘要】目的在于提供液冷式电力转换装置，能够抑制铁道车辆用电力转换装置内的温度上升，且能够防止装置内的污损。液冷式电力转换装置具有：设置在铁道车辆（200）的机仓（201）内的电力转换装置（1）及冷却装置（100）；设置于电力转换装置（1）内的电气部件（13）；多个半导体元件（2）；位于电气部件（13）和电动送风机（12）之间的第三换热器（5）；安装有多个半导体元件（2）的冷却体（4）；设置于冷却装置（100）内的第一换热器（111b）；设置于冷却装置内的比第一换热器（111b）小的第二换热器（111a）；连接第三换热器（5）和第二换热器（111a）的配管（7a）以及连接冷却体（4）和第一换热器（111b）的配管（7b）。
【专利说明】液冷式电力转换装置以及铁道车辆
[0001]本申请是以2011年9月26日提出申请的在先日本专利申请第2011 — 209994号作为优先权的基础而提出的，且在此谋求享有优先权的利益，上述日本专利申请的全部内容通过引用被包含于本发明。
【技术领域】
[0002]此处说明的实施方式涉及液冷式电力转换装置以及铁道车辆。
【背景技术】
[0003]通常，从架线对铁道车辆供给电力，铁道车辆用的电力转换装置将该电力转换成能够驱动搭载于车辆的马达的电力。马达接收所转换的电力并进行旋转，由此能够在铁道上行驶。在上述的铁道用电力转换装置内，内置有由半导体元件及其周边电路的电气部件构成的半导体模块。通过该半导体元件的开关动作进行电力转换。由于半导体元件的开关动作会产生大量的热损失，因此需要一种将该热量高效地朝电力转换装置外部排出，将半导体元件的温度保持在动作容许温度范围的冷却技术。
[0004]在电力转换装置内，除了收纳有上述的半导体模块外，还收纳有送风机、控制装置等电气设备，从该电气设备也会产生热损失。由于该热损失，设备室以及装置内的温度上升，所搭载的电气设备暴露在高温环境下。电气设备若不在用于正常动作的使用温度范围中使用则会成为发生故障的原因，寿命比所预想的期间短。因此，为了保护收纳于铁道车辆用电力转换装置的半导体模块、电气设备，必须抑制温度上升。
[0005]作为半导体元件的冷却所需要的技术，存在承受从半导体元件产生的热损失的受热部、和将该热损失朝半导体模块外部排出的散热部。作为冷却该散热部的方法，存在液冷方式。对于该液冷式为，将铁道车辆用电力转换装置内的受热部、和设置于铁道车辆用电力转换装置外部的散热部之间用配管连接，通过使用泵使配管内的冷却液强制循环来输送热，由此得到高冷却效率。
[0006]并且，作为半导体模块的其他电气设备、配线等的冷却技术，以往，存在在铁道车辆用电力转换装置的箱体表面开设通气口、将外部气体引入装置内的技术。利用通风抑制装置内的温度上升。还能够举出如下的结构:在上述结构的铁道车辆用电力转换装置内追加设置风扇，对装置内的空气强制地进行换气。以下，对该现有结构详细地进行说明。[0007]使用图15对现有装置具体地进行说明。图15是以往的液冷式电力转换装置的结构图。图15中的实线箭头表示电力转换装置I的取入设备室201内的空气，虚线箭头表示冷却装置100所取入的外部气体。在车辆200中存在设备室201，在设备室201中设置有电力转换装置1、主变压器之类的控制装置50、冷却装置100。车辆200利用受电弓301从架线300接受电力，并经由控制装置50、电力转换装置I朝设置于台车302的轴的电动机303供给电力，从而在轨道304上行驶。在电力转换装置I中，多个半导体元件2a~2f?安装于冷却体3a~3c，在冷却体3a~3c的内部存在供冷却液流动的流路4，且与电力转换装置I所具备的配管7连接。在冷却装置100中，从外部气体进风口 101取入外部气体，对管道102?106通风，并使外部气体从外部气体排风口 107排出。在管道103中具有电动送风机110，在管道105中具有换热器111。配管60将电力转换装置I的冷却液入口 8、换热器111、泵10以闭环连接，冷却体借助泵10在该闭环内循环，由此来输送热。即，由半导体元件2产生的热损失由冷却体3受热，热传递至在冷却体3内部的流路4中强制地流动的冷却液，借助在配管7的内部流动的冷却液，从换热器111的散热部分将热朝大气排出，由此，将从半导体元件2产生的热损失高效地朝大气排出，将半导体元件2的温度上升保持在容许温度范围内。为了提高换热器111与大气之间的热交换效率，通常利用电动送风机110强制通风。此处引用下述文献，且通过引用将其所有内容包含于本发明。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2007 - 62694
【发明内容】
[0011]发明所要解决的课题
[0012]然而，在前述的以往的铁道车辆用电力转换装置中，具有取入用于对电气设备进行冷却的空气的通气口，并非密闭构造。由于在该空气中含有尘埃，因此存在内部污损的问题。作为装置内的污损防止对策，存在在通气口设置过滤器的情况，但是，不仅利用过滤器无法将尘埃完全除去，而且过滤器会因尘埃而逐渐堵塞过滤器网眼，因此产生定期更换或者清扫过滤器等维护增加的问题。
[0013]本发明是鉴于上述的状况而完成的，提供一种能够抑制铁道车辆用电力转换装置内的温度上升、且能够防止装置内的污损的液冷式电力转换装置。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]实施方式的液冷式电力转换装置具有:电力转换装置以及冷却装置，设置于铁道车辆的机仓内；电气部件、多个半导体元件，设置于电力转换装置内；第三换热器，位于电气部件与电动送风机之间；冷却体，安装有多个半导体元件；第一换热器，设置于冷却装置内；第二换热器，设置于冷却装置内，且比第一换热器小；连接第三换热器和第二换热器的配管；以及连接冷却体和第一换热器的配管。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1示出第一实施方式的液冷式电力转换装置。
[0017]图2示出第二实施方式的液冷式电力转换装置。
[0018]图3示出第三实施方式的液冷式电力转换装置。
[0019]图4示出第四实施方式的液冷式电力转换装置。
[0020]图5示出第五实施方式的液冷式电力转换装置。
[0021]图6示出第六实施方式的液冷式电力转换装置。
[0022]图7是表示被收纳于第七实施方式的强制循环电力转换装置内的电气设备的冷却系统的结构的图。
[0023]图8是表示被收纳于第八实施方式的液冷式电力转换装置内的电气设备的冷却系统的结构的图。[0024]图9是表示被收纳于第九实施方式的液冷式电力转换装置内的电气设备的冷却 系统的结构的图。
[0025]图10是表示被收纳于第十实施方式的液冷式电力转换装置内的电气设备的冷却 系统的结构的图。
[0026]图11是表示被收纳于第i^一实施方式的液冷式电力转换装置内的电气设备的冷 却系统的结构的图。
[0027]图12是表示被收纳于第十二实施方式的液冷式电力转换装置内的电气设备的冷 却系统的结构的图。
[0028]图13是表示被收纳于第十三实施方式的液冷式电力转换装置内的电气设备的冷 却系统的结构的图。
[0029]图14是表示被收纳于第十四实施方式的液冷式电力转换装置内的电气设备的冷 却系统的结构的图。
[0030]图15是表示现有装置的结构的图。
【具体实施方式】
[0031]以下，参照附图对液冷式电力转换装置的实施方式进行说明。
[0032](第一实施方式）
[0033](结构）
[0034]首先，使用图1对第一实施方式进行说明。图1是表示液冷式电力转换装置的整 体结构的图。图1中实线箭头示出电力转换装置1内的空气的流动，虚线箭头示出外部气 体的流动。对与示出现有技术的图15相同的结构标注相同标号并省略重复说明。
[0035]图1所示的实线箭头示出电力转换装置1取入的设备室201内的空气，虚线箭头 表示冷却装置100取入的外部气体。在车辆200中存在设备室201，在设备室201中设置有 电力转换装置1以及冷却装置100。车辆200利用受电弓301从架线300接受电力。所接 受的电力经由电力转换装置1朝设置于台车302的轴的电动机303供给。电动机303以电 力作为驱动力使车轮旋转，从而车辆200在轨道304上行驶。在电力转换装置1内设置有 电气部件13、多个半导体元件2a?2f。
[0036]电气部件13与第三换热器5并列，第三换热器5并列地位于电气部件13与电动 送风机12之间。第三换热器5的配管7b设置在内部以及外部，配管7b的一端连接于配管 连接部％，另一端经由泵10b连接于配管连接部8b。
[0037]多个半导体元件2a?2f安装于冷却体3a?3c，在冷却体3a?3c的内部分别设 置有供冷却液流动的流路4a?4c。流路4a?4c的一端经由配管7a与外部和电力转换 装置1的箱体11连接的配管连接部9a连接，另一端经由配管7a以及泵10a与其他的配管 连接部8a连接。电力转换装置1内的配管7b将电气部件的冷却系统的冷却液入口 8b、泵 10b、作为电气部件13的热损失的受热部的第三换热器5、对第三换热器5强制通风的电动 送风机6、电气部件13的冷却系统的冷却液出口 ％、电气部件的冷却系统所具备的部件之 间连接。
[0038]冷却装置100由风洞102、电动送风机安装部103、风洞104、换热器收纳部105a? b构成。筒状的风洞102位于最上部、且是电动送风机安装部103的上部。电动送风机安装部103位于筒状的风洞上部，且在内部设置有电动送风机110。风洞104位于换热器收纳部105a?b的上部。换热器收纳部105a?b位于风洞106的上部。换热器收纳部105b设置有作为电力转换装置I内的电气部件13的热损失的散热部的第二换热器111b，且具有用于使冷却水流入的换热器入口 108b、换热器出口 109b。换热器收纳部105a设置有作为电力转换装置I内的半导体元件2a?2f的热损失的散热部的第一换热器111a，且具有用于使冷却水流入的换热器入口 108a、换热器出口 109a。风洞106位于换热器收纳部105a?b的下部，成为最下部。在风洞102的顶部设置有进风口 101，在106的底面部设置有排风口 107。分别与外部连通。
[0039]对于上述的冷却装置100和电力转换装置I，换热器入口 108b和冷却液出口 9b、换热器出口 109b和冷却液入口 8b、换热器入口 108a和冷却液出口 9a、换热器出口 109a和冷却液入口 8a经由配管连接。
[0040](作用)
[0041]首先，对第一个电力转换装置内的温度抑制作用进行说明。
[0042]在电力转换装置I内，半导体元件2a?2f发热量最大。半导体元件2a?2f的热借助自然对流集中在电力转换装置I的上侧(顶侧)并滞留。电动送风机12设置于上侧，送风方向从上侧朝向下侧(地板部)。因此，包含滞留在电力转换装置I内的上侧的热的空气从上侧朝下侧流动，进一步，与地板面碰撞后的空气朝左右分流，并且产生朝上侧上升的两个较大的气流。因此，箱体11内的空气始终扩散，伴随于此箱体11内的温度均匀化。
[0043]对接下来的温度抑制作用进行说明。使上述箱体11内的空气扩散、实现温度均匀化的电动送风机12的旋转具有电气部件13的温度抑制作用。
[0044]当电动送风机12旋转时，空气被送入第三换热器5。此时，借助泵10的挤出力，冷却液通过配管7b流入第三换热器5的换热器内流路6。通过电动送风机12的旋转而送风的空气与换热器内流路6碰撞。含有箱体11内或者半导体元件2的热的空气沿着换热器内流路6的壁面流动，由此，空气内的热由在配管内通过的冷却液夺取。因此，在通过换热器内流路6后,空气成为热被夺取的状态。该被冷却后的空气由电动送风机12朝电气部件13送风。送风的空气吸收在电气部件13产生的热，并朝箱体11内扩散。并且，在换热器5吸收了来自空气的热后的冷却液通过配管7b被送入作为散热部的第二换热器111b。第二换热器Illb借助来自电动机送风机110的送风将冷却液的热朝大气排出。进而，当将热散热而成为不再包含热的冷却液后，再次被朝第三换热器5送入。因此，电气部件12始终由热被吸収后的空气冷却。这样，通过分别利用电动送风机12或者电动送风机110强制通风，提闻了与空气之间的热交换效率。
[0045]并且，下面叙述针对半导体元件2的温度抑制作用。
[0046]上述的半导体元件2a?2f的热由冷却体3受热。由冷却体3受热的热被热传递至借助泵10的作用在冷却体3内部的冷却体内流路4中强制地流动的冷却液。通过各个冷却体内流路4a?4c并吸收热后的冷却液通过配管7a被输送至第一换热器111a。在换热器111中，借助来自电动送风机111的送风，冷却液的热被夺取。并且，此时，由于第二换热器Illb < 111a，因此，借助电动送风机，不包含热的空气与第二换热器Illb和第一换热器Illa中的任一个都碰撞。因此，在第二换热器Illb中，能够将冷却液所包含的热朝大气散热。进而，在将热散出而成为不再包含热的冷却液后，被送入半导体元件2a?2f。这样，能够将因半导体元件2a?2f的热损失而产生的热高效地朝大气排出，能够将半导体元件2的温度上升保持在容许温度范围内。
[0047]并且，这种作用通过将箱体11形成为密闭空间实现。因此，设备室201内的尘埃不会侵入电力转换装置I内，因此电力转换装置I内的污损度大幅改善。
[0048](效果)
[0049]因此，根据以上的效果，在将电力转换装置I形成为密闭构造的状态下，几乎不会污损装置内，抑制箱体11内的温度上升，实现电力转换装置2的可靠性提高以及长寿命化。
[0050]另外,在图中，不出冷却体在循环系统中分别具有三个冷却配管系统的图，但该冷却体多数情况下分别单体设置或者多个连接在一起，或者并列地连接有多个，但无论是一个还是多个，本实施方式的效果都不变，因此，利用三个的情况下的图进行说明。
[0051](第二实施方式)
[0052](结构)
[0053]使用图2对液冷式电力转换装置的第二实施方式进行说明。图2是示出液冷式电力转换装置的整体结构的图。另外，对与第一实施方式相同的结构标注相同的标号并省略重复的说明。
[0054]在第二实施方式中，与第一实施方式的不同点在于，在冷却装置100内具有换热器收纳部105c，在换热器收纳部105c内收纳有作为电力转换装置Ia的电气部件13a的热损失和电力转换装置Ib的电气部件13b的热损失的散热部的换热器111c。
[0055]形成为作为设置于电力转换装置Ia的电气设备13a的热损失的受热部的第三换热器5a、作为设置于另一方的电力转换装置Ib的电气设备13b的热损失的受热部的第三换热器5b、泵10c、冷却装置100内的换热器105c利用相同的闭环连接的冷却系统。
[0056](作用)
[0057]第二实施方式具有与第一实施方式中的电力转换装置内以及半导体元件的温度抑制作用同样的作用。
[0058]此外，在第二实施方式中，将对电力转换装置内进行冷却的换热器12a、12b串联连接，形成相同的闭环。由于冷却液与电力转换装置内的空气的温度差大的一方的热交换效率提高，因此，通过在通过温度上升小的电力转换装置Ib内的第三换热器5b之后，配置温度上升大的电力转换装置Ia内的第三换热器5a，由此能够高效地对电力转换装置la、lb内进行冷却。
[0059](效果)
[0060]因此，根据以上的效果，通过将电力转换装置la、lb内连接于相同的冷却系统，与针对电力转换装置I单独地具备冷却装置100的情况相比节省空间，且实现部件数量的削减。
[0061]另外，如图3所示，不仅是电力转换装置1，在将收纳电力转换装置I和电气设备的装置(以下称为设备箱)50内的第三换热器52与冷却装置100内的换热器Illg利用配管连接的情况下，本实施方式的效果同样不变。
[0062](第三实施方式)(与权利要求1、3对应)
[0063]其次，使用图4对液冷式电力转换装置的第三实施方式进行说明。图3是示出液冷式电力转换装置的整体结构的图。另外，对与第一实施方式?第二实施方式相同的结构标注相同的标号并省略重复的说明。
[0064]在第三实施方式中，与第一实施方式?第二实施方式的不同点在于，在车辆200中，具有多个电力转换装置Ia?lb。在冷却装置100中具有换热器收纳部105d?105g。在换热器收纳部105d内收纳有作为电力转换装置Ia的半导体元件2a?2f的热损失的散热部的换热器llld。换热器收纳部105e配置在换热器收纳部105d的上方，且收纳有作为电力转换装置Ia的电气部件13a的热损失的散热部的换热器llle。换热器收纳部105f配置在换热器收纳部105d的下方，且收纳有作为电力转换装置Ib的半导体元件2g?21的热损失的散热部的换热器lllf。(需要修改编号)换热器收纳部105g与换热器收纳部105e邻接，且收纳有作为电力转换装置Ib的电气部件13b的热损失的散热部的换热器lllg。
[0065]对于上述的电力转换装置la、Ib和冷却装置100，换热器入口 108d和冷却液出口9a、换热器出口 109d和冷却液入口 8a、换热器入口 108e和冷却液出口 9b、换热器出口 109e和冷却液入口 8b、换热器入口 108f和冷却液出口 9c、换热器出口 109f和冷却液入口 8c、换热器入口 108g和冷却液出口 9d、换热器出口 109g和冷却液入口 8d经由配管连接。
[0066](作用)
[0067]在冷却装置100内，从进风口 101取入的外部气体被送入换热器Ille和换热器Illgo外部气体在换热器Ille中与因电力转换装置Ia内的空气受热的热损失而变暖的冷却液进行热交换，温度上升。同样，在换热器Illg中，与因电力转换装置Ib内的空气受热的热损失而变暖的冷却液进行热交换，温度上升。变暖的外部气体被送入设置在换热器IlleUllg的下方的换热器11 ld，与因电力转换装置Ia的半导体元件2a?2f的空气受热的热损失而变暖的冷却液进行热交换，温度上升。进一步变暖后的外部气体被送入设置在换热器Illd的下方的换热器Illf，与因电力转换装置Ib的半导体元件2g?21的空气受热的热损失而变暖的冷却液进行热交换，温度上升。接受热损失而变暖的外部气体通过风洞106自排风口 107被朝车辆200外排出。
[0068](效果)
[0069]与第二实施方式相比较，由于针对电力转换装置la、lb的热损失在冷却装置100内独立地设置换热器111，因此与在相同的冷却系统连接有多个装置的情况相比，冷却效率提闻。
[0070]另外，如图5所示，不仅是电力转换装置I，在将收纳电力转换装置I和电气设备的装置(以下称为设备箱)50内的第三换热器52与冷却装置100内的换热器Illg利用配管连接的情况下，本实施方式的效果同样不变。
[0071](第四实施方式)
[0072](结构)
[0073]使用图6对液冷式电力转换装置的第四实施方式进行说明。图6是示出被收纳在电力转换装置内的电气设备的冷却系统的结构的图。另外，对与第一实施方式?第三实施方式相同的结构标注相同的标号并省略重复的说明。图6中的箭头表示空气的流动。
[0074]在第四实施方式中，与第一实施方式的不同点在于，利用箱体11将设置于车辆I的电力转换装置I内分隔成箱体密闭部23和箱体敞开部24。在箱体密闭部24内，电气部件13与第三换热器5并列，第三换热器5并列地位于电气部件13与电动送风机6之间。配管7b设置于第三换热器5的内部以及外部，配管7b的一端连接于配管连接部％、另一端经由泵10连接于配管连接部8b。并且，多个半导体元件2a?2f安装于冷却体3a?3c，在冷却体3a?3c的内部分别设置有供冷却液流动的流路4a?4c。流路4a?4c的一端经由配管7a与外部和电力转换装置I的箱体11连接的配管连接部9a连接、另一端经由配管7a以及泵IOa与其他的配管连接部8a连接。在箱体敞开部24内内置有在第一实施方式中设置于车辆200的冷却装置100。
[0075](作用)
[0076]当电动送风机12旋转时，空气被送入第三换热器5。此时，借助泵10的挤出力，冷却液通过配管7b流入第三换热器5的换热器内流路6。通过电动送风机12的旋转而送风的空气与换热器内流路6碰撞。包含箱体11内或者半导体元件2的热的空气沿着换热器内流路6的壁面流动，由此，空气内的热由在配管内通过的冷却液夺取。因此，在通过换热器内流路6后,空气成为热被夺取的状态。该被冷却后的空气由电动送风机12朝电气部件13送风。送风的空气吸收在电气部件13产生的热，并朝箱体11内扩散。并且，在换热器5中吸收了来自空气的热后的冷却液通过配管7b被送入作为散热部的第二换热器111b。第二换热器Illb借助来自电动机送风机110的送风将冷却液的热朝大气排出。进而，当将热散热而成为不再包含热的冷却液后，再次被朝第三换热器5送入。因此，电气部件12始终由热被吸収后的空气冷却。这样，通过分别利用电动送风机12或者电动送风机110强制通风，提闻了与空气之间的热交换效率。
[0077]在电力转换装置I内，半导体元件2a?2f发热量最大。该热滞留在电力转换装置I的上侧。电动送风机12的送风方向从上侧朝向下侧。因此，含有滞留在电力转换装置I内的上侧的热的空气对流，箱体11内的温度偏差均匀化。
[0078]配管7a将电力转换装置I的冷却液入口 8、换热器111、泵10以闭环连接，冷却体借助泵10在该闭环内循环，由此来输送热。即，由半导体元件2产生的热损失由冷却体3受热，热传递至在冷却体3内部的流路4中强制地流动的冷却液，且借助在配管7的内部流动的冷却液从换热器111的散热部分朝大气散热，由此，将从半导体元件2产生的热损失高效地朝大气排出，将半导体元件2的温度上升保持在容许温度范围内。
[0079](效果)
[0080]与第一实施方式相比较，通过将冷却系统内置在电力转换装置内，实现节省空间化、设备配置的自由度的提高、以及部件数量的削减。
[0081](第五实施方式)
[0082](结构)
[0083]使用图7对上述液冷式电力转换装置的第五实施方式进行说明。图7是示出被收纳在电力转换装置内的电气设备13的冷却系统的结构的图。另外，对与第一实施方式?第四实施方式相同的结构标注相同的标号并省略重复的说明。在图7的结构中，仅记载第一实施方式的电力转换装置1、作为电气设备的受热部的第三换热器5、电动送风机12、箱体
11、电气部件13，省略其他结构。图7中的箭头表示空气的流动。
[0084]第五实施方式在电力转换装置I中具备电气设备13、作为电气设备13的受热部的第三换热器5、换热器内流路6、电动送风机12、箱体11、以及管道14。电动送风机12与第三换热器5并列配置,在相对于第三换热器5与电动送风机12相反侧铺设管道14。电气部件13位于管道14的排气口附近。[0085](作用)
[0086]当电动送风机12旋转时，因电气部件13的热损失而被加热的空气被送入第三换热器5。空气在第三换热器5中与冷却液进行热交换而被冷却,变冷后的空气经由管道14朝电气部件13直接通风。
[0087](效果)
[0088]与第一实施方式相比，能够对电气部件13直接通风被冷却后的空气，因此电气部件13的冷却效率提高。
[0089]另外，如图8所示，在对并列配置的多个电气部件13a?13c进行冷却的情况下，通过改变管道14的排气口，能够在不改变本实施方式的效果的状态下进行应对。作为其他的应用例。图9示出对上下并列配置的电气部件进行冷却的情况、图10示出对上下左右配置的电气部件进行冷却的情况。在图8?10的任一个中，第五实施方式的发明的效果均不变。
[0090](第六实施方式)
[0091](结构)
[0092]使用图11对液冷式电力转换装置的第六实施方式进行说明。图11是示出被收纳在电力转换装置I内的电气设备13的冷却系统的结构的图。另外，对与第一实施方式?第五实施方式相同的结构标注相同的标号并省略重复的说明。在图11的结构中，仅记载第一实施方式的电力转换装置1、电气设备13、作为电气设备13的受热部的第三换热器5、换热器内流路6、电动送风机12、箱体11、电气部件13a?13c，省略其他结构。图11中的箭头表示空气的流动。
[0093]在第六实施方式中，电力转换装置I具有由分隔板分隔成区块16a?16c的箱体
11。电气部件13a被收纳于区块16a、电气部件13b被收纳于区块16b、电气部件13c被收纳于区块16c。
[0094](作用)
[0095]当电动送风机12旋转时，因电气部件13的热损失而被加热的空气被送入第三换热器5。空气在第三换热器5中与冷却液进行热交换而被冷却。由于由电动送风机12产生的风从上朝下吹，因此，通过热交换而被冷却后的空气借助箱体11内的对流朝区块16a?16c扩散。被收纳于各区块16a?16c的电气部件13a?13c由冷风冷却。
[0096](效果)
[0097]由电动送风机12进行的对作为电气设备的受热部的第三换热器5的强制通风针对热损失大的电气设备或者模块直接进行，因此，能够实现强制通风的电气设备或者模块的可靠性提高以及长寿命化，并且能够抑制对其他设备、模块的热影响。
[0098]另外，图中的箱体分隔板16a?16b不出了两个、区块13a?13c不出了二个，但无论是一个还是多个，本实施方式的效果都不变，因此，在图中对分隔板为两个、区块为三个的情况进行说明。
[0099]作为应用例，在如图12所示特意对被收纳于区块16a的电气部件13a进行冷却的情况下，能够将电动送风机12垂直设置。在图12中，第六实施方式的发明的效果也不变。
[0100](第七实施方式)
[0101](结构)[0102]使用图13对液冷式电力转换装置的第七实施方式进行说明。图13是示出被收纳于电力转换装置内的电气设备的冷却系统的结构的图。另外，对与第一实施方式~第六实施方式相同的结构标注相同的标号、并省略重复的说明。在图13的结构中仅记载了第一实施方式的电力转换装置1、作为电气设备的受热部的第三换热器5、换热器内流路6、电动送风机12、箱体11、电气部件13、管道14，省略了其他结构。图13中的箭头表示空气的流动。
[0103]在第七实施方式中，与第六实施方式的不同点在于，在电力转换装置I中，在箱体11设置多个分隔板而分隔成区块16a~16c的部分铺设管道14，针对各区块16a~16c的每个设置管道14的排气口。
[0104](作用)
[0105]当电动送风机12旋转时，因电气部件13的热损失而被加热的空气被送入第三换热器5。空气在第三换热器5中与冷却液进行热交换而被冷却。由电动送风机12产生的风通过管道14，且被朝区块16a~16c送风。所输送来的冷风比区块16a~16c内的空气冷且重，因此从管道14的排气口朝下方下降。下降的空气对电气部件13a~13c进行冷却。由于各区块16a~16c借助下方的分隔板的间隙而在空间上连通，因此朝电动送风机12所处的区块16c流动。因此，电力转换装置I内的空气进行对流。
[0106](效果)
[0107]由电动送风机12进行的对作为电气设备13的受热部的第三换热器5的强制通风被朝多个区块16a~16c送风，因此会产生空气的对流，将电力转换装置I内的温度抑制在规定值内，实现可靠性提高以及长寿命化。
[0108]另外，图中的箱体分隔板16a~16b不出了两个、区块13a~13c不出了二个，但无论是一个还是多个，本实施方式的效果均不变，因此，在图中对分隔板为两个、区块为三个的情况进行说明。
[0109]作为应用例，在如图14所示将管道14设置于箱体11内的中央，不仅能够对在左右方向并列的区块进行冷却，而且对在上下方向并列的区块同样进行冷却。在图14中，第七实施方式的发明的效果也不变。
[0110]上述说明了的所有的实施方式均只是作为例子加以提示，并不限定发明的范围。因此，能够以其他的各种各样的方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形也包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围中。
[0111]标号说明
[0112]1 (a~b)…电力转换装置
[0113]2 (a~1)…半导体元件
[0114]3 (a~f)…冷却体
[0115]4 (a~f)…冷却体内流路
[0116]5 (a~c)…作为受热部的换热器
[0117]6 (a~c)…换热器内流路
[0118]7 (a~d)…配管
[0119]8 (a~d)…冷却液入口
[0120]9 (a~d)…冷却液出口[0121]10 (a ~e)…栗
[0122]11 (a~b)…箱体
[0123]12 (a~e)…电动送风机
[0124]13 (a~b)…电气部件
[0125]14…管道
[0126]50…设备箱(收纳电气设备的箱)
[0127]51…电气设备
[0128]52…换热器
[0129]53…电动送风机
[0130]54…冷却液入口
[0131]55…冷却液出口
[0132]56…配管
[0133]100…冷却装置
[0134]101 …进风口
[0135]102…风洞`
[0136]103…电动送风机收纳部
[0137]104…风洞
[0138]105…换热器收纳部
[0139]106…风洞
[0140]107 …排风口
[0141]Illa
[0142]Illb
[0143]200…车身
[0144]201…设备室(收纳电车行驶所需要的电气装置的车辆)
[0145]300…架线
[0146]301…受电弓
[0147]302…台车
[0148]303…马达
[0149]304…轨道
【权利要求】
1.一种液冷式电力转换装置，具有: 电力转换装置以及冷却装置，设置于铁道车辆的机仓内； 电气部件和多个半导体元件，设置于所述电力转换装置内； 第三换热器，位于所述电力转换装置内的所述电气部件和电动送风机之间； 冷却体，安装有所述多个半导体元件； 第一换热器，设置于所述冷却装置内； 第二换热器，设置于所述冷却装置内，且比所述第一换热器小； 第三换热器用配管，连接所述第三换热器和所述第二换热器；以及 冷却体用配管，连接所述冷却体和第一换热器。
2.根据权利要求1所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述机仓内的所述电力转换装置设置有多个， 所述电气部件设置于所述多个电力转换装置内的各个中， 所述电气部件、所述电动送风机以及所述第三换热器配置成大致同一直线状， 设置于所述多个电力转换装置内的多个第三换热器和设置于所述冷却装置内的第二换热器经由第三换热器用配管连接。
3.根据权利要求2所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述冷却装置内的第二换热器以将所述冷却装置内分割的方式并列地配置有多个。
4.根据权利要求3所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述液冷式电力转换装置配置相对于所述第三换热器设置在与所述电动送风机相反侧的管道， 将所述电气部件配置在所述管道的排气口附近。
5.根据权利要求1所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述电动送风机设置在所述电力转换装置内的上部，第三换热器设置在所述电力转换装置的下侧，所述电气部件配置在所述第三换热器的下侧。
6.一种液冷式电力转换装置，具有: 箱体敞开部，设置于铁道车辆，且具有敞开部； 箱体密闭部，设置于铁道车辆，且被密闭； 冷却装置，设置在所述箱体敞开部内； 第三换热器，在所述箱体密闭部内位于电动送风机与电气部件之间； 冷却体，在所述箱体密闭部内安装有多个半导体元件； 第一换热器，设置在所述冷却装置内； 第二换热器，设置在所述冷却装置内，且比所述第一换热器小； 第三换热器用配管，连接所述第三换热器和所述第二换热器；以及 冷却体用配管，连接所述冷却体和第一换热器。
7.根据权利要求6所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述箱体密闭部设置有多个， 所述电气部件设置于所述多个箱体密闭部内的各个中， 所述电气部件、所述电动送风机以及所述第三换热器配置成大致同一线状， 设置于所述多个箱体密闭部内的多个第三换热器和设置于所述冷却装置内的第二换热器经由所述第三换热器用配管连接。
8.根据权利要求6所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述冷却装置内的第二换热器以将所述冷却装置内分割的方式并列地配置有多个。
9.根据权利要求6所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述液冷式电力转换装置配置相对于所述第三换热器设置在与所述电动送风机相反侧的管道， 将所述电气部件配置在所述管道的排气口附近。
10.根据权利要求6所述的液冷式电力转换装置，其中， 所述电动送风机设置在所述箱体密闭部内的上部，所述第三换热器设置在所述箱体密闭部内的下侧，所述电气部件配置在所述第三换热器的下侧。
11.一种铁道车辆，具有: 电力转换装置，对从架线供给的电力进行转换，且设置在机仓内； 电气部件和半导体元件，设置在所述电力转换装置内； 第三换热器，配置在所述电力转换装置内，用于对所述电气部件进行冷却； 冷却体，用于对所述半导体元件进行冷却； 冷却装置，设置于机仓内，对用于冷却电力转换装置内部的介质进行冷却； 第一换热器，设置于所述冷却装置内，且与所述冷却体连接； 第二换热器，设置于所述冷却装置内，与所述第三换热器连接，且比所述第一换热器小；以及 电动机，借助由所述电力转换装置转换的电力进行驱动。
12.根据权利要求11所述的铁道车辆，其特征在于， 所述铁道车辆还具有电动送风机，该电动送风机对所述第三换热器进行送风，且借助该送风对所述电气部件进行冷却。
13.根据权利要求12所述的铁道车辆，其特征在于， 所述电气部件、所述电动送风机以及所述第三换热器配置成大致同一线状。
14.根据权利要求12所述的铁道车辆，其中， 所述铁道车辆配置相对于所述第三换热器设置在与所述电动送风机相反侧的管道， 将所述电气部件配置在所述管道的排气口附近。
15.根据权利要求11所述的铁道车辆，其特征在于， 所述第二换热器相比所述第一换热器沿着风的流动方向配置在上游侧。
16.根据权利要求13所述的铁道车辆，其特征在于， 所述电动送风机设置在所述电力转换装置内的上部，并且，所述电动送风机、所述第三换热器以及所述电气部件沿着由所述电动送风机产生的风的流动方向依次配置。
17.根据权利要求11所述的铁道车辆，其特征在于， 所述半导体元件以及所述冷却体配置在所述电气部件的下方。
18.根据权利要求11所述的铁道车辆，其特征在于， 所述机仓内的所述电力转换装置设置有多个， 所述电气部件以及所述第三换热器设置于所述多个电力转换装置内的各个中， 所述多个第三换热器和设置在所述冷却装置内的第二换热器连接。
19.根据权利要求11所述的铁道车辆，其特征在于，所述第二换热器还设置有多个，且与所述多个第三换热器分别对应地连接。
20.根据权利要求19所述的铁道车辆，其中， 所述冷却装置内的第二换热器以将所述冷却装置内分割的方式并列地配置有多个。
【文档编号】B61D27/00GK103842234SQ201280046811
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年5月28日 优先权日:2011年9月26日
【发明者】山下光世, 井手勇治 申请人:株式会社东芝