JP2005106309A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

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Yoshiaki Kaneko
好章 金子
Kazuhiro Shimaoka
一博 嶋岡
Yumi Kusama
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Abstract

【課題】 制御基板に取り付けられる発熱素子と、この発熱素子に密着して取り付けるヒートシンクとの密着性を良くして発熱素子の冷却効果の向上を図った空気調和機の室外機を提供する。
【解決手段】 機械室の上部と熱交換器室の上部に跨って略水平に延びる電装箱を配設する空気調和機の室外機において、この電装箱には発熱素子38を有する制御基板の取付部と前記発熱素子38に密接して取り付けるヒートシンクの取付部とを互いに平行に設け、前記発熱素子はホルダ40を介して制御基板33へ取り付けられ、このホルダ40には前記発熱素子38を固定する固定爪47、47・・を設け、前記ヒートシンク55には前記固定爪47、47・・を埋没して覆う凹部61、61・・を設けた。
【選択図】 図8

Description

本発明は、空気調和機の室外機に設けられた電気部品の冷却に関する。
一般に、圧縮機、熱交換器及び送風機等を箱体内に収納した室外機が知られている。この種のものでは、箱体は底板と鋼板製のカバーとで構成され、底板の周囲に前板と側板と背板とを配置し、これら前板、側板及び背板の上に天板を載せて組み立てられている。箱体内は底板に立設された仕切板により、熱交換器室と機械室とに区画されており、熱交換器室には熱交換器及び送風機等が配置され、機械室には圧縮機及びアキュームレータ等が配置されている。
また、仕切板の上部には機械室の上部と熱交換器室の上部の一部とに跨って略水平に電装箱が配置されている。この電装箱内には、例えば、空気調和機の運転を制御する制御基板が設けられ、この制御基板上には電気部品が配置され、これら電気部品の中にはインバータ用のパワーモジュール、ブリッジダイオード等の発熱素子があり、これら発熱素子には熱交換器室に延出する電装箱にヒートシンクが取り付けられている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−243210号公報
ところで、一般に、発熱素子とヒートシンクとは、互いにその一面同士を密着して取り付けるようになっており、密着性を良くすることにより、熱伝導を良くし発熱素子で発生する熱をヒートシンクへ伝え易くして発熱素子の冷却を行っている。
しかしながら、例えば、図14に示すように、発熱素子101は制御基板102に半田付けにて取り付けられ、制御基板102が電装箱104の取付用ボスa、aに固定され、ヒートシンク103が電装箱104のヒートシンク取付部b、bに取り付けられ、発熱素子101とヒートシンク103の一面同士c、dが合わされる。
そのため、発熱素子101が制御基板102に対して傾いて半田付けされていると、発熱素子101とヒートシンク103の一面同士c、dが密着せずに隙間ができることがある。隙間ができると発熱素子101からヒートシンク103への熱伝導を悪くし冷却効果を損ねるおそれがあった。特に1つの制御基板に複数の発熱素子を取り付ける場合においては、それぞれの発熱素子の一面を同一面上の位置にして取り付けることがむずかしかった。
本発明の目的は、上述のような従来の事情に鑑みなされものであり、制御基板に取り付けられる発熱素子と、この発熱素子に密着して取り付けるヒートシンクとの密着性を良くして発熱素子の冷却効果の向上を図った空気調和機の室外機を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、箱体を構成する底板上に仕切板を立設し、この仕切板を境に圧縮機を有する機械室と、熱交換器及び送風機を有する熱交換器室とに区画し、前記仕切板の上部に設けられ、かつ、機械室の上部と熱交換器室の上部に跨って略水平に延びる電装箱を配設する空気調和機の室外機において、前記電装箱には発熱素子を有する制御基板の取付部と前記発熱素子に密接して取り付けるヒートシンクの取付部とを互いに平行に設け、前記発熱素子はホルダを介して制御基板へ取り付けられ、このホルダには前記発熱素子を固定する固定爪を設け、前記ヒートシンクには前記固定爪を埋没して覆う凹部を設けたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、箱体を構成する底板上に仕切板を立設し、この仕切板を境に圧縮機を有する機械室と、熱交換器及び送風機を有する熱交換器室とに区画し、前記仕切板の上部に設けられ、かつ、機械室の上部と熱交換器室の上部に跨って略水平に延びる電装箱を配設する空気調和機の室外機において、前記電装箱には発熱素子を有する制御基板の取付部と前記発熱素子に密接して取り付けるヒートシンクの取付部とを互いに平行に設け、前記発熱素子はホルダを介して制御基板へ取り付けられ、このホルダには前記発熱素子を固定するホルダと別体の押え具を設け、前記ヒートシンクには前記押え具を埋没して覆う凹部を設けたことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の空気調和機の室外機において、前記制御基板には複数の発熱素子を取り付け、これら複数の発熱素子のベース面には前記ヒートシンクのベース面が密接して取り付けられることを特徴とする。
本発明の空気調和機の室外機は、制御基板とヒートシンクとを互いに平行に取り付けられる電装箱を備え、前記制御基板にはホルダを介して平行になるように発熱素子を設けて発熱素子のベース面とヒートシンクのベース面とが向かい合い、かつ密接するようにしたので、発熱素子とヒートシンク間の熱伝導性が良くなり発熱素子の冷却効果を高めることができる。
また、発熱素子は発熱素子の外側に位置する固定爪または押え具で押えられ、ヒートシンクには前記固定爪または押え具を覆い隠す凹部をベース面に設けたので、発熱素子とヒートシンクのベース面同士を対面させた場合、固定爪または押え具が凹部に埋没しベース面同士を密接して固定することができる。これにより発熱素子の冷却効果を高めることができる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の一実施例における室外機の分解斜視図である。図1において、1は箱体状の室外機であり、この室外機1は、鋼板製の底板2の上に、同じく鋼板製の仕切板3が立設されて、この仕切板3の両側に熱交換器室A及び機械室Bを備えて構成されている。
機械室Bには、冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機4、アキュームレータ5、冷媒配管6、さらには電装箱7等が配置され、熱交換器室Aには室外熱交換器8、室外送風機9等が設置されている。
室外機1には鋼板製の左右両側板12、13、天板14、前パネル15及び背板16を有しており、左側板12には鎧戸を有する複数の開口が形成され、右側板13には冷媒配管6及びユニット間ケーブルを引き出すための引出口が形成され、前パネル15には格子が取り付けられた開口が形成されている。
前記前パネル15と天板14とは、一体に成形されて略L字状に形成され、熱交換器室Aの背側は、開放されてこの開放された背側に室外熱交換器8が配置され、機械室Bの背側には前記右側板13と略L字状に一体に形成された背板16が配置されている。また、室外熱交換器8の上部に補強板17が配置され、この補強板17は熱交換器室A及び機械室Bのほぼ全幅に亘って設けられている。天板14は左右の側板12、13と室外熱交換器8の上部に配置された補強板17の上に載せて固定される。これらが熱交換器室A及び機械室Bを囲う箱体を構成する。
図2は前パネルを外して示した室外機の正面図である。図2において、前記仕切板3の上部には電装箱7が略水平に設けられ、この電装箱7は仕切板3を跨いで機械室B側から熱交換器室A側に延出している。電装箱7には、その天面から前面に渡って、スポンジ状のシール材18が配置される。このシール材18は、仕切板3の配置される位置の上部に配置され、シール材18を電装箱7の天面及び前面と、図示は省略したが、室外機1の天板14及び前パネル15とで挟み込むことによって、熱交換器室Aと機械室Bとの間を水密に保っている。
これにより、熱交換器室Aには前面(前パネル15)及び側面の開口から雨水が浸入するが、機械室Bは天板14、前パネル15、右側板13及び背板16によって覆われているため、雨水が浸入しないようになっている。
図3は電装箱の斜視図、図4は電装箱の上蓋を外して示した斜視図である。図3において、電装箱7は下部の箱体状の箱部21と上部の平板状の基板収納部22とで一体に構成され、基板収納部22が箱部21の上方から上左方にかけて形成されている。
箱部21は後板23及び下板24を有して機械室B側に設けられ、上方、前方及び左右方向に開口しており、前開口部21a及び右開口部21bが機械室Bへ臨み、左開口部21cが熱交換器室A側へ臨んでいる。下板24の上側には電気部品及び電装箱7内の配線類を固定する配線固定部25が設けられ、電装箱7の左寄りの前後端部には前記仕切板3に固定するための電装箱固定部26が設けられている。
基板収納部22は、平板状の箱体の上面を覆い着脱自在に設けられる上蓋27を有し、下方へ開口している。基板収納部22は、図4に示すように、周囲壁31を有しこの周囲壁31の外側と内側へ突出するフランジが形成されている。内側のフランジ32の上側には制御基板33を水平に収納する基板収納部22が設けられ、フランジ32の下側にはヒートシンク55を水平に取り付けるヒートシンク取付部(図示せず)が設けられている。基板収納部22は熱交換器室Aと機械室Bに渡って配置され、ヒートシンク取付部は熱交換器室A側に配置される。
図4において、前記基板収納部22は、上から見て長方形をし周囲に周囲壁31が形成されている。この周囲壁31には外側と内側へ突出するフランジが形成され、内側のフランジ32には、制御基板33を固定するためのねじ孔を有する4ヵ所のボス36、36・・が立設されている。また制御基板33は、長方形をして前後長さが周囲壁31の前後の間隔とほぼ同じで、左右の長さが周囲壁31の左右の間隔より短くなっており、制御基板33の左端部と周囲壁31の間に隙間を有して熱交換器室A側へ開口している。さらに半円形の2ヵ所の切欠き35、35と制御基板33固定用の4ヵ所の挿通ねじ孔37、37・・及び複数の電気部品の接続用ピンを挿通するピン孔n、n・・が設けられている。切欠き35、35は、ヒートシンク55のねじ止め用ボス62、62を避けるようになっている。制御基板33の下面には各種電気部品が配置され、熱交換器室A側の端部にはインバータ用のパワーモジュール38a及びブリッジダイオード38bの発熱素子38(以下、パワーモジュール38aとブリッジダイオード38bの両方を指す場合には発熱素子38という)が取り付けられる(図7参照)。
そして、フランジ32の下側にはヒートシンク55の取付部(図示せず)が設けられ、ヒートシンク55が水平にねじ止め固定されるようになっている。基板収納部22は熱交換器室Aと機械室Bに渡って配置され、ヒートシンク55の取付部は、熱交換器室A側に配置される。
ここで、発熱素子の取付用ホルダの構造と、ホルダを制御基板へ取り付ける手順とについて説明する。図5は発熱素子のホルダを示す斜視図、図6は発熱素子のホルダを制御基板へ取り付けた状態を下方から見た斜視図、図7は発熱素子のホルダに発熱素子を取り付けた状態を下方から見た斜視図である。
前記発熱素子38はホルダ40を介して制御基板33に取り付けられ、ホルダ40は、図5、図6に示すように、細長く平板状の箱形をしている。ホルダ40の長手寸法が制御基板33の短手寸法より少し短めになっており、ホルダ40は、その長手方向を制御基板33の熱交換器室A側の端部へ基板当接面41を上にして取り付けられる。基板当接面41には上方に突出する4ヵ所のホルダ固定爪42、42・・が設けられており、一方、制御基板33には、ホルダ固定爪42に対応して4ヵ所の角孔43、43・・が形成されている(図4参照)。角孔43は大小幅の異なる四角形の孔を組み合せて作られており、幅広の孔にホルダ固定爪42を挿入し、幅狭の孔へホルダ40をスライドさせることにより、ホルダ固定爪42が角孔43の縁に掛止されホルダ40が制御基板33に固定される。
ホルダ40の発熱素子38を取付面側には、図6に示すように、前記パワーモジュール38a及びブリッジダイオード38bを取り付けるための2つの素子固定部44、45が設けられている。各素子固定部44、45は長手方向の両端部に別れて配置されており、各素子固定部44、45の前後側及び熱交換器室A側の一部には側壁46が設けられている。前後側側壁46の高さは、発熱素子38の本体高さ(ピンを除く高さ寸法)より僅かに高くなっている。パワーモジュール用の素子固定部44には、前後側の側壁46の端面にパワーモジュール38aを押える素子固定爪47、47が対角線上に設けられ、素子固定部44の両端部の2ヵ所に素子固定用ねじ孔48、48が設けられている。また、ブリッジダイオード用の素子固定部45には、前後側の側壁46の端面にブリッジダイオード38bを押える素子固定爪47、47が対角線上に設けられ、中央部には素子固定用ねじ孔48が1ヵ所設けられている。なお、素子固定爪47、47・・が設けられている側壁46の高さは同一の高さになっている。
パワーモジュール38aはベース52及び樹脂部とからなる本体と、この本体の一側部に突出して設けられる複数のピンp、p・・とを有し、図7に示すように、本体の長手方向の両端部に固定用のねじ挿通孔51、51が設けられている。これらピンp、p・・を機械室B側にして、パワーモジュール38bの反ベース52面を当接し、パワーモジュール38bの一部を熱交換器室A側へはみ出して取り付ける。ピンp、p・・を制御基板33のピン孔n、n・・に挿入した後、ベース52を素子固定爪47、47に掛止し固定される。
ブリッジダイオード38aは、ベース53及び樹脂部とからなる本体と、この本体の一側部に突出して設けられる複数のピンp、p・・とを有し、本体中央部に固定用のねじ挿通孔51が設けられている。これらピンp、p・・を機械室B側にして、ブリッジダイオード38aの反ベース53面を当接して取り付ける。ピンp、p・・を制御基板33のピン孔n、n・・に挿入した後、ベース53を素子固定爪47に掛止して固定される。
このように、これら発熱素子38がホルダ40に取り付けられ、かつ制御基板33上に電気部品が配設された後、制御基板33の半田付けが行われる。制御基板33の半田面側を下にして半田面側が半田槽へ所定時間浸される。発熱素子38は、半田付け作業時に制御基板33から浮いて離れる方向へ動くので、発熱素子38のベース面52、53が素子固定爪47、47・・に当接する位置で固定される。これにより2つの発熱素子38は、そのベース面52、53と制御基板33面とが平行に保たれ、2つのベース面52、53が同一平面上に配置される。その後、ねじ挿通孔51、51・・にねじを挿入し素子固定用ねじ孔48、48・・にねじ止めする。
次に、前記制御基板とヒートシンクとを電装箱へ取り付ける手順について、図8、図9、図10を参照して説明する。図8は発熱素子のベース面とヒートシンクのベースとの関係を示す斜視図、図9は発熱素子とヒートシンクの取付状態を示す断面説明図、図10はヒートシンクの取付状態を下方から見た斜視図である。
ヒートシンク55は平板状のベース56とこのベース56に直交して設けられた複数のフィン57、57・・を有し、ベース56には、電装箱7への取付用の3つのねじ挿通孔58、58・・と、素子固定爪47、47・・に対応する位置に素子固定爪47、47・・を覆う4つの埋没穴61、61・・が設けられている。一方、電装箱7の基板収納部22のフランジ32には、ヒートシンク55のねじ挿通孔58、58・・に対応する位置に3つのヒートシンク55の取付用ボス62、62、62が設けられている。
このように構成されたヒートシンク55と電装箱7において、ヒートシンク55のフィン57、57・・を下向きにして反フィン側の面をフランジ32に当接させる。ねじ挿通孔58、58・・と取付用ボス62、62、62とを合わせ、ねじ止めする。そして、ヒートシンク55が電装箱7に取り付けられる。基板収納部22の左下部の開口部がベース56で封鎖され、箱部21の左開口部21cが距離をおいてフィン57で覆われる。これにより、電装箱7内の通気性が保たれ、かつ電装箱7内への雨水の浸入を防止することができる。
次いで制御基板33を上方から基板収納部22へ取り付ける。制御基板33を取り付けることにより、素子固定爪47、47・・が埋没穴61、61・・に合わせられ、かつ2つの発熱素子38のベース52、53面とヒートシンク55のベース56面とが当接される。ベース52、53面が同一面上に固定されているので、発熱素子38のベース52、53面とヒートシンク55のベース56面とが密接する。密接することにより発熱素子38とベース56間の熱伝導性が良くなり、発熱素子38の冷却効果を高めることができる。なお、発熱素子38のベース面とヒートシンク55のベース56面との間には、熱伝導性を良くするためのシール剤が塗布される。
以上のように構成された空気調和機の室外機1において、空調運転時に室外送風機9が稼動すると、熱交換器8を通して熱交換器室Aへ取り込まれた外気が、前パネル15から吹き出される。このとき熱交換器室Aを通過する風が熱交換器室Aに配置されたヒートシンク55に当たることにより、発熱素子38の熱で温度上昇したヒートシンク55が冷却され、発熱素子38を冷却することができる。また、熱交換器室A内を風が流れることにより、熱交換器室A内の風圧が低くなり熱交換器室Aに延出した電装箱7の左開口部21cから電装箱7内の空気が排出される。電装箱7内の空気が排出されたことにより室外機1の隙間から機械室Bへ入り込んだ外気が電装箱7の右及び前開口部21a、21bから電装箱7内へ入って流れ、電装箱7内が冷却される。
実施例2はホルダとヒートシンクの構造が実施例1と異なるものであり、これら異なる点について説明し、その他の詳細な説明は省略する。図11はホルダと押え具の関係を示す斜視図、図12は発熱素子のベース面とヒートシンクのベースとの関係を示す斜視図、図13は発熱素子とヒートシンクの取付状態を示す断面説明図である。なお、実施例1と同じ構成要素には同じ符号を付している。
図11において、パワーモジュール38aとブリッジダイオード38aとの発熱素子38は、ホルダ70を介して制御基板33に取り付けられる。素子固定部44、45の前後側及び熱交換器室A側の一部には側壁73が設けられ、前後側側壁73の高さは、発熱素子38の本体高さより僅かに高くなっている。素子固定部44、45の側壁73には、その外側面に押え具71、72を固定するための溝74が形成されている。一方、押え具71、72は、それぞれ長方形の金属板の両端部を略コの字状に折曲加工され、パワーモジュール38aの押え具71には、ねじ止め用の2ヵ所の挿通孔75a、75aが、ブリッジダイオード38aの押え具72には、ねじ止め用の1ヵ所の挿通孔75bが設けられている。
そして、発熱素子38をホルダ70の素子固定部44、45に取り付けた後、それぞれの押え具71、72の両先端部を溝74、74・・に嵌入することにより発熱素子38がホルダ70と押え具71、72とに挟持され固定される。
これら発熱素子38が取り付けられ、かつ制御基板33上に電気部品が配設された後に、制御基板33の半田付けが行われる。制御基板33の半田面側を下にして半田面側が半田槽へ所定時間浸される。発熱素子38は、制御基板33から浮いて離れ押え具71、72に当接する位置で固定される。これにより2つの発熱素子38は、そのベース面52、53と制御基板33面とが平行に保たれ、2つのベース面52、53が同一平面上になっている。その後、発熱素子38のねじ挿通孔51、51・・にねじを挿入しねじ固定用ねじ孔48、48・・にねじ止めする。
ヒートシンク55のベース56には、図12に示すように、電装箱7への取付用の3つのねじ挿通孔58、58・・と、2つの押え具71、72に対応する位置にこれら押え具71、72を覆う2つの埋没穴76、76が設けられている。また、電装箱7の基板収納部22のフランジ32には、ヒートシンク55のねじ挿通孔58、58・・に対応する位置に3つのヒートシンク55の固定部62、62、62が設けられている。これらヒートシンク55のねじ挿通孔58、58、58と固定部62、62、62とを合わせ、ねじ止めすることにより、ヒートシンク55が電装箱7に取り付けられる。
次いで、図13に示すように、制御基板33を上方から基板収納部22へ取り付ける。制御基板33を取り付けると、押え具71、72が埋没穴76、76に合わせられ、かつ2つの発熱素子38のベース52、53面とヒートシンク55のベース56面とが当接する。そして、発熱素子38のベース52、53面とヒートシンク55のベース56面とが密接して合わされる。密接することにより発熱素子38とベース56間の熱伝導性が良くなり、発熱素子38の冷却効果を高めることができる。
以上、2つの実施例に基づいて本発明を実施したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々変形が可能である。
2つの本実施例では、制御基板33、ヒートシンク55及び発熱素子38を水平に取り付けた場合で説明しているが、これらの部品33、55、38を垂直に取り付けた場合でも良く、またそれぞれの部品33、55、38を同一角度で平行に取り付ける場合にも適用可能である。
また、実施例2の押え具71、72は平板状をしているが、棒状でも良く、また側壁間に跨らないで側壁の縁に設けたホルダと別体の爪でも良い。
本発明の一実施例における室外機の分解斜視図である。 前板を外した室外機の正面図である。 電装箱の斜視図である。 電装箱の蓋を外して示した斜視図である。 ホルダを示す斜視図である。 ホルダを制御基板へ取り付けた状態を下から見た斜視図である。 ホルダに発熱素子を取り付けた状態を下から見た斜視図である。 発熱素子のベース面とヒートシンクのベースとの関係を示す斜視図である。 発熱素子とヒートシンクの取付状態を示す断面説明図である。 ヒートシンクの取付状態を下方から見た斜視図である。 実施例2におけるホルダと押え具の関係を示す斜視図である。 実施例2における発熱素子のベース面とヒートシンクのベースとの関係を示す斜視図である。 実施例2における発熱素子とヒートシンクの取付状態を示す断面説明図である。 従来の発熱素子とヒートシンクの取付状態を示す断面説明図である。
符号の説明
A 熱交換器室
B 機械室
1 室外機
2 底板
3 仕切板
7 電装箱
8 室外熱交換器
9 室外送風機
21 箱部
22 基板収納部
23 後板
24 下板
26 電装箱固定部
27 上蓋
32 フランジ(制御基板の取付部)
33 制御基板
35 切欠き
36 ボス(制御基板の取付部)
37 挿通ねじ孔
38 発熱素子
38a パワーモジュール
38b ブリッジダイオード
40、70 ホルダ
41 基板当接面
42 ホルダ固定爪
43 角孔
44、45 素子固定部
46、73 側壁
47 素子固定爪
48 素子固定用ねじ孔
51 ねじ挿通孔
52、53 ベース
55 ヒートシンク
56 ベース
62 ヒートシンク取付用ボス
71、72 押え具
74 溝
76 埋没穴

Claims (3)

  1. 箱体を構成する底板上に仕切板を立設し、この仕切板を境に圧縮機を有する機械室と、熱交換器及び送風機を有する熱交換器室とに区画し、前記仕切板の上部に設けられ、かつ、機械室の上部と熱交換器室の上部に跨って略水平に延びる電装箱を配設する空気調和機の室外機において、
    前記電装箱には発熱素子を有する制御基板の取付部と前記発熱素子に密接して取り付けるヒートシンクの取付部とを互いに平行に設け、前記発熱素子はホルダを介して制御基板へ取り付けられ、このホルダには前記発熱素子を固定する固定爪を設け、前記ヒートシンクには前記固定爪を埋没して覆う凹部を設けたことを特徴とする空気調和機の室外機。
  2. 箱体を構成する底板上に仕切板を立設し、この仕切板を境に圧縮機を有する機械室と、熱交換器及び送風機を有する熱交換器室とに区画し、前記仕切板の上部に設けられ、かつ、機械室の上部と熱交換器室の上部に跨って略水平に延びる電装箱を配設する空気調和機の室外機において、
    前記電装箱には発熱素子を有する制御基板の取付部と前記発熱素子に密接して取り付けるヒートシンクの取付部とを互いに平行に設け、前記発熱素子はホルダを介して制御基板へ取り付けられ、このホルダには前記発熱素子を固定するホルダと別体の押え具を設け、前記ヒートシンクには前記押え具を埋没して覆う凹部を設けたことを特徴とする空気調和機の室外機。
  3. 前記制御基板には複数の発熱素子を取り付け、これら複数の発熱素子のベース面には前記ヒートシンクのベース面が密接して取り付けられることを特徴とする請求項1または2に記載の空気調和機の室外機。


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