JP2005114339A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱素子とこの発熱素子を冷却するためのヒートシンクとの密着性を良好にして、発熱素子の冷却効果が高められるようにする。
【解決手段】 電装箱内に発熱素子３８を搭載した制御基板３３が収容されている空気調和機の室外機である。そして、電装箱には、制御基板３３を取り付ける取付部と、発熱素子の冷却用のヒートシンクを取り付ける取付部とが互いに平行に設けられ、制御基板３３には、発熱素子３８がホルダ４０を介して取り付けられる構成とし、ホルダ４０には、発熱素子３８のベース５２、５３の外表面に係合して、この発熱素子３８を制御基板３３に対して平行に仮固定するための複数の素子固定爪４７、４７が設けられている構成である。
【選択図】 図７

Description

本発明は、空気調和機の室外機に関し、特に室外機内に設置された電装箱の内部に収容されているパワーモジュール等の発熱性を持つ電気部品の冷却構造に関する。

通常、空気調和機の室外機は、外装を成す箱体内を仕切板によって、熱交換器及び送風機等が収容された熱交換室と、圧縮機及びアキュームレータ等が収容された機械室とに区画形成されると共に、仕切板の上部の箱体内には、機械室の上部と熱交換器室の上部の一部とに跨るように電装箱が略水平の状態で配置されている。

また、前記電装箱の内部には、空気調和機の運転を制御する多数の電気部品が搭載された制御基板が設けられており、この制御基板に搭載された多数の電気部品の中には、インバータ用のパワーモジュールやブリッジダイオードのような発熱性の電気部品がある。この発熱性の電気部品（以下、発熱素子という）には、放熱を促進して発熱素子を冷却するためのヒートシンクが熱伝導関係に取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。そして、このヒートシンクは、送風機が設置された通風性の良い熱交換器室に延出した電装箱の延出部分に取り付けられている。
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ことにより熱伝導を良くして、発熱素子で発生する熱をヒートシンクへ伝導させ、その発熱素子の冷却を図る構成である。

通常、上記したパワーモジュール等の発熱素子は、制御基板に半田付けされるが、この発熱素子が制御基板に対して傾いて取り付けられると、発熱素子とヒートシンクとの接触面同士が互いに密着せず、両者の間に隙間が生じる場合が多々ある。このように、発熱素子とヒートシンクとの間に隙間が生じると、発熱素子の熱がヒートシンクへ良好に伝導しなくなり、発熱素子の冷却が悪くなる。特に、制御基板に複数個の発熱素子を取り付け、それらを共通の一つのヒートシンクで放熱させる場合においては、それぞれの発熱素子の水平度を確保して、両者を一つの共通のヒートシンクに密着させることが困難となるものであった。

本発明は、上述の事情に鑑みなされものであり、発熱素子とこの発熱素子を冷却するためのヒートシンクとの密着性を良好にして、発熱素子の冷却効果が高められる空気調和機の室外機を提供できるようにすることを目的としている。

請求項１記載の発明は、箱体の底部を構成する底板上に仕切板を立設すると共に、この仕切板を境にして圧縮機が配置された機械室と、熱交換器及び送風機が配置された熱交換器室とに箱体内を区画し、前記仕切板の上部には、前記機械室と前記熱交換器室とに跨って略水平に延びる電装箱が配置され、この電装箱内に発熱素子を搭載した制御基板が収容されている空気調和機の室外機において、前記電装箱には、前記制御基板を取り付ける取付部と、前記発熱素子の冷却用のヒートシンクを取り付ける取付部とが互いに平行に設けられ、前記制御基板には、前記発熱素子がホルダを介して取り付けられる構成とし、前記ホルダには、前記発熱素子のベースの外表面に係合して、この発熱素子を前記制御基板に対して平行に仮固定するための複数の素子固定爪が設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１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、複数の発熱素子が接近した状態で取り付けられ、これら複数の発熱素子は、一つのホルダを介して制御基板に取り付けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空気調和機の室外機において、前記複数の発熱素子は、一つの共通のヒートシンクに密着する構成としたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の空気調和機の室外機において、前記複数の素子固定爪は、発熱素子を制御基板へ半田付けした後に除去されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の空気調和機の室外機において、前記ホルダは、制御基板に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。

本発明の空気調和機の室外機は、箱体の底部を構成する底板上に仕切り板を立設すると共に、この仕切り板を境にして圧縮機が配置された機械室と、熱交換器及び送風機が配置された熱交換器室とに箱体内を区画し、前記仕切り板の上部には、前記機械室の上部と前記熱交換器室の上部とに跨って略水平に延びる電装箱が配置され、この電装箱内に発熱素子を搭載した制御基板が収容されている空気調和機の室外機において、前記電装箱には、前記制御基板を取り付ける取付部と、前記発熱素子の冷却用のヒートシンクを取り付ける取付部とが互いに平行に設けられ、前記制御基板には、前記発熱素子がホルダを介して取り付けられる構成とし、前記ホルダには、前記発熱素子のベースの外表面に係合して、この発熱素子を前記制御基板に対して平行に仮固定するための複数の素子固定爪が設けられている構成であるから、発熱素子のベースの外表面とヒートシンクのベースの一面とが互いに平行となって密接させた状態で両者を電装箱に取り付けることが可能になり、発熱素子とヒートシンク間の熱伝導が良好となって、発熱素子の冷却効果を高めることができる。

以下、本発明の実施の一形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明の実施の一形態を示す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が立設されており、この仕切板３の左右の両側には、熱交換器室Ａと機械室Ｂとが区画形成されている。

前記機械室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及び電装箱７等が配置されている。また、前記熱交換器室Ａには、室外熱交換器８及びこの室外熱交換器８に送風する室外送風機９等が設置されている。

前記室外機１は、前記した底板２や仕切板３の他に、鋼板製の左右両側板１２、１３、天板１４、この天板１４に一体成型された前パネル１５及び前記右側板１３に一体成型された背板１６等を備えて構成され、これらによって室外機１の外装としての箱体が構成される。また、前記左側板１２には、鎧戸を有する複数の開口が形成され、前記右側板１３には、前記冷媒配管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送風吹出し用の開口が形成されている。

前記熱交換器室Ａの背面側は開放されており、この開放された背面側には、前記室外熱交換器８が配置され、また、前記機械室Ｂの背面側には前記背板１６が配置されている。前記室外熱交換器８の背面側の上部には補強板１７が配置され、この補強板１７は、前記熱交換器室Ａ及び機械室Ｂのほぼ全幅にわたって設けられている。前記天板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の上に載せて固定する。

図２は、天板１４及びそれと一体の前パネル１５を外して示した室外機１の正面図である。図２において、前記箱体内における仕切板３の上部には、前記した電装箱７が略水平状態に取り付けられており、この電装箱７は、前記仕切板３を跨いで前記機械室Ｂ側から熱交換器室Ａ側に一部が延出している。

前記電装箱７には、その天面から前面にわたってスポンジ状のシール材１８が配置されており、このシール材１８は、仕切板３が配置された位置の上部に配置されている。また、前記シール材１８は前記熱交換器室Ａと機械室Ｂとの間の水密を保つためのものである。

上述の構成により、前記熱交換器室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、前記機械室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、前記電装箱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とを合成樹脂にて一体成型して成るものである。また、前記基板収納部２２は、箱部２１の上方から上左方にかけて形成されている。

前記箱部２１は、後板２３及び下板２４を有して機械室Ｂ側に設けられ、それの上方、前方及び左右方向に開口しており、その前開口部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。前記下板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ための配線固定部２５が設けられ、また、前記電装箱７の左寄りの前後両端部には、この電装箱７を前記仕切板３に固定するための電装箱固定部２６が設けられている。

前記基板収納部２２の上面は、着脱自在な合成樹脂製の上蓋２７で覆われており、またこの基板収納部２２は、下方へ開口している。そして、図４に示すように、前記基板収納部２２は、それの周囲に周囲壁３１を有すると共に、この周囲壁３１から内外双方へ突出するフランジを有しており、その内側のフランジ３２の上側に、多数の制御用の電気部品を搭載した制御基板３３を水平に取り付けて収納するための前記した基板収納部２２が形成されるものである。

前記フランジ３２の下側には、ヒートシンク５５を水平に取り付けるためのヒートシンク取付部が設けられている。また、前記基板収納部２２は、熱交換器室Ａと機械室Ｂの双方にわたって配置され、前記ヒートシンク取付部は、熱交換器室Ａ側に配置されている。

図４において、前記基板収納部２２における内側のフランジ３２には、前記制御基板３３を固定するためのねじ孔を有する２ヵ所のボス３６、３６を立設している。

前記制御基板３３には、半円形の２ヵ所の切欠き３５、３５と、２ヵ所の挿通ねじ孔３７、３７と、複数の電気部品の接続ピンを挿通するための多数のピン孔ｎ、ｎ・・が設けられている。

前記切欠き３５、３５には、前記ヒートシンク５５を下側からヒートシンク取付部（図示せず）へねじ止め固定したときに、それらのねじの先端が通り抜けるようになっている。

前記制御基板３３は、半田付けのための半田面が上になるようにボス３６、３６の上に置かれ、前記挿通ねじ孔３７、３７にねじを通してそのねじをボス３６、３６へ螺合させることにより固定される。

前記制御基板３３の下面側には、制御用の各種の電気部品が配置されており、前記熱交換器室Ａ側に位置する制御基板３３の一端部には、図７に示すように、インバータ用のパワーモジュール３８ａとブリッジダイオード３８ｂとを含む複数の発熱素子３８が互いに接近した状態で取り付けられている。

ここで、前記したインバータ用のパワーモジュール３８ａとブリッジダイオード３８ｂとを含む発熱素子３８の制御基板３３への取り付けについて説明する。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３３へ取り付けた状態を下方から見た斜視図、図７は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。

前記インバータ用のパワーモジュール３８ａとブリッジダイオード３８ｂとを含む発熱素子３８は、図７に示すように、一つの合成樹脂製のホルダ４０を介して制御基板３３に取り付けられている。前記ホルダ４０は細長く平板状の箱形を呈しており、このホルダ４０の長手方向の寸法は、前記制御基板３３の短手方向の寸法よりも少し短い寸法になっている。

前記ホルダ４０は、前記制御基板３３における熱交換器室Ａ側の端部に基板当接面４１を上にして取り付けられる。前記基板当接面４１には、図５に示すように、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、図４に示すように、前記制御基板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。

前記角孔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、このホルダ固定爪４２を幅狭の孔へスライドさせることにより、そのホルダ固定爪４２が角孔４３の縁に掛けられて、前記ホルダ４０が制御基板３３に着脱可能に固定されることになる。

図６において、前記ホルダ４０における発熱素子を取り付ける面側には、前記パワーモジュール３８ａと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が形成されている。各素子固定部４４、４５は、ホルダ４０の長手方向に別れてそれぞれ形成されており、各素子固定部４４、４５の前後側及び熱交換器室Ａ側の一部にはリブ４６が形成されている。

前記パワーモジュール３８ａ用の素子固定部４４の対角線上には、前記リブ４６に連続して、前記パワーモジュール３８ａを押えるための２つの素子固定爪４７、４７が設けられると共に、この素子固定部４４の底面の２ヵ所には素子固定用ねじ孔４８、４８が設けられている。前記２つの素子固定爪４７、４７は、前記パワーモジュール３８ａのベース５２の外表面に係合して、このパワーモジュール３８ａのベース５２を、前記制御基板３３に対して平行に仮固定するものである。

前記ブリッジダイオード用の素子固定部４５の対角線上には、前記リブ４６に連続して、前記ブリッジダイオード３８ｂを押えるための２つの素子固定爪４７、４７が設けられると共に、この素子固定部４５の底面中央の１箇所には素子固定用ねじ孔４８が設けられている。前記素子固定部４５側の２つの素子固定爪４７、４７は、前記ブリッジダイオード３８ｂのベース５３の外表面に係合して、このブリッジダイオード３８ｂのベース５３を、前記制御基板３３に対して平行に仮固定するものである。

図７において、前記パワーモジュール３８ａは、素子の一側部からのみ複数のピンｐ、ｐ・・が突出して設けられており、長手方向の両端部には、固定用のねじ挿通孔５１、５１が設けられている。そして、このパワーモジュール３８ａは、前記ピンｐ、ｐ・・を機械室Ｂ側に位置させて、また、パワーモジュール３８ａのベース５２の表面が外に表れるようにして、かつ、このパワーモジュール３８ａの一部を熱交換器室Ａ側へはみ出させて、ホルダ４０の素子固定部４４側に取り付ける。そしてまた、前記ピンｐ、ｐ・・を制御基板３３のピン孔ｎ、ｎ・・に挿入した後、ベース５２をホルダ４０の前記素子固定爪４７、４７に挟んでこのパワーモジュール３８ａを仮固定させる。

前記ブリッジダイオード３８ｂは、素子の一側部からのみ複数のピンｐ、ｐ・・が突出して設けられており、それの中央部には、固定用のねじ挿通孔５１が設けられている。そして、このブリッジダイオード３８ｂは、前記ピンｐ、ｐ・・を機械室Ｂ側に位置させて、また、ブリッジダイオード３８ｂのベース５３の表面が外に表れるようにして、かつ、このブリッジダイオード３８ｂの一部を熱交換器室Ａ側にはみ出させて、ホルダ４０の素子固定部４５側に取り付ける。そしてまた、前記ピンｐ、ｐ・・を制御基板３３のピン孔ｎ、ｎ・・に挿入した後、ベース５３をホルダ４０の素子固定爪４７に挟んでこのブリッジダイオード３８ｂを仮固定させる。

これらパワーモジュール３８ａとブリッジダイオード３８ｂを含む発熱素子３８が、ホルダ４０を介して制御基板３３に仮固定され、かつ制御基板３３上に他の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。このとき、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。制御基板３３には溶けた半田の熱が加わり温度上昇するが、ホルダ４０が制御基板３３の一辺の端部に取り付けられて、その制御基板３３の補強をしているので、制御基板３３が反ったり歪んだりして変形することはない。

また発熱素子３８は、制御基板３３とホルダ４０の素子固定爪４７、４７・・とで挟持されているので、半田付け作業時に制御基板３３から浮き上がることはない（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がホルダ４０の素子固定爪４７、４７・・で押えられているので、素子固定爪４７、４７・・の押えている位置において半田で固定される）。

これにより２つの発熱素子３８は、ホルダ４０によってベース５２、５３の外表面と制御基板３３の一面とが平行に保たれると共に、２つの発熱素子３８のベース５２、５３のそれぞれの外表面が、同一高さ位置となって固定される。

前記発熱素子３８は、半田付けされた後、各ねじ挿通孔５１、５１・・にねじ（図示せず）を挿入し、そのねじをホルダ４０に設けられたねじ穴４８、４８に螺着することで前記ホルダ４０を介して制御基板３３に固定される。

その後、ホルダ４０の４つの素子固定爪４７、４７・・を切断することにより、制御基板３３の半田付け作業が終了する。即ち、前記ホルダ４０の各素子固定爪４７、４７・・は、半田付け作業の終了後に除去されるため、修理サービス時における発熱素子３８の交換の際、この発熱素子３８の交換作業に手間取るようなことがない。

次に、前記制御基板３３とヒートシンク５５の電装箱７への取り付けについて、図４、図８及び図９を参照して説明する。図８は電装箱の左側を下方から見た要部斜視図、図９はヒートシンクを下方から見た斜視図である。

前記電装箱７の基板収納部２２のフランジ３２には、図８に示すように、下方に突出するヒートシンク取付用のねじ孔を有する３つのボス５４、５４・・が立設されている。一方、ヒートシンク５５は熱伝導性に優れたアルミニウム等で作られ、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・・とを有して構成されている。前記ベース５６には、図９に示すように、前記ボス５４、５４・・に対応して３つのねじ挿通孔５８、５８・・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は、複数のフィン５７、５７・・を下向きにして、反フィン側のベースの一面をボス５４、５４・・に当接させる。このヒートシンク５５は、前記ねじ挿通孔５８、５８・・とボス５４、５４・・のねじ孔とを合わせ、ねじをねじ挿通孔５８、５８・・に通して、ボス５４、５４に止めることにより、電装箱７に取り付けられる。こうすることにより、前記基板収納部２２の左側下部の開口部が、前記ベース５６で封鎖され、前記箱部２１の左開口部２１ｃが距離をおいてフィン５７により覆われる。これにより、電装箱７内の通気性が保たれ、雨水の浸入を防止することができる。

次いで前記制御基板３３を上方から基板収納部２２へ取り付ける（図４参照）。この制御基板３３を基板収納部２２へ取り付けると、制御基板３３とヒートシンク５５とが電装箱７にも取り付けられ、かつ、２つの発熱素子３８のベース５２、５３の外表面が同一高さ位置になって水平状態に固定されているので、発熱素子３８のベース５２、５３の外表面と、ヒートシンク５５のベース５６の一面とが密接した状態で固定される。このように、発熱素子８とヒートシンク５５とが互いに密接することにより、発熱素子３８とヒートシンク５５間の熱伝導性が良くなり、発熱素子３８の発熱がヒートシンク５５に良好に伝わって、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５２、５３の外表面とヒートシンク５５のベース５６の一面との間には、伝導性を高めるための高熱伝導性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が駆動すると、室外熱交換器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の開口から放出される。このとき、熱交換器室Ａを通過する送風空気の一部が熱交換器室Ａに配置されたヒートシンク５５に接触し、発熱素子３８の発熱による熱で温度上昇したヒートシンク５５が冷却されるため、発熱素子３８の熱がヒートシンク５５に奪われ、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に延出した電装箱７の左開口部２１ｃの周囲が負圧になり、電装箱７内の空気が左開口部２１ｃから熱交換器室Ａに排出され、電装箱７内には、機械室Ｂへ入り込んだ外気が、その電装箱７の右及び前開口部２１ａ、２１ｂから流入し、この流入する外気によって電装箱７内が冷却される。

以上、実施の一形態に基づいて本発明を説明したが、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。

上述の実施の一形態では、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について説明しているが、これらの部品３３、５５、３８を垂直に取り付けても良い。

本発明の一実施形態を示す室外機の分解斜視図である。 前パネルを外した状態の室外機の正面図である。 電装箱の斜視図である。 上蓋を外した状態の電装箱の斜視図である。 ホルダ単体の斜視図である。 ホルダを制御基板へ取り付けた状態を下方から見た要部斜視図である。 ホルダと発熱素子を制御基板に取り付けた状態を下方から見た要部斜視図である。 ヒートシンクを取り除いた状態の電装箱の左側部分を下方から見た要部斜視図である。 ヒートシンクが配置された状態の電装箱の左側部分を下方から見た要部斜視図である。

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
４ 圧縮機
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
３２ フランジ（制御基板の取付部）
３３ 制御基板
３６ ボス（制御基板の取付部）
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 ホルダ
４４ 素子固定部
４５ 素子固定部
４７ 素子固定爪
５４ ボス（ヒートシンクの取付部）
５５ ヒートシンク

Claims (5)

1. 箱体の底部を構成する底板上に仕切板を立設すると共に、この仕切板を境にして圧縮機が配置された機械室と、熱交換器及び送風機が配置された熱交換器室とに箱体内を区画し、前記仕切板の上部には、前記機械室と前記熱交換器室とに跨って略水平に延びる電装箱が配置され、この電装箱内に発熱素子を搭載した制御基板が収容されている空気調和機の室外機において、
   前記電装箱には、前記制御基板を取り付ける取付部と、前記発熱素子の冷却用のヒートシンクを取り付ける取付部とが互いに平行に設けられ、
   前記制御基板には、前記発熱素子がホルダを介して取り付けられる構成とし、
   前記ホルダには、前記発熱素子のベースの外表面に係合して、この発熱素子を前記制御基板に対して平行に仮固定するための複数の素子固定爪が設けられていることを特徴とする空気調和機の室外機。
2. 前記制御基板には、複数の発熱素子が接近した状態で取り付けられ、これら複数の発熱素子は、一つのホルダを介して制御基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外機。
3. 前記複数の発熱素子は、一つの共通のヒートシンクに密着する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の室外機。
4. 前記複数の素子固定爪は、発熱素子を制御基板へ半田付けした後に除去されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外機。
5. 前記ホルダは、制御基板に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外機。

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