JP2005127691A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御基板に搭載された発熱素子の熱が、ヒートシンクへ良好に伝わるようにしつつ、制御基板には伝わりにくくして、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。
【解決手段】 電装箱７内に発熱素子３８a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７には、制御基板３３を取り付ける取付部と、発熱素子３８aの冷却用のヒートシンク３９を取り付けるヒートシンクの取付部６５とが互いに平行に設けられている。制御基板３３には発熱素子３８aがホルダ４０を介して取り付けられる構成とし、ホルダ４０は、発熱素子３８aを収容する収納部を有し、この収容部には発熱素子の一部に当接する受け台５４が設けられている構成である。
【選択図】 図９

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、パワーモジュール等の発熱素子１０１は、図１０に示すように、通常、直方体を成しており、その一面ａが制御基板１０２に接して設けられ、かつ、他面ｂがヒートシンク１０３の一面ｃと密接している。そして、発熱素子１０１とヒートシンク１０３の互いの一面ｂ、ｃを密接させることにより、発熱素子１０１で発生する熱の伝導性を良くし、ヒートシンク１０３から熱を放出させて発熱素子１０１の冷却を図っている。

しかしながら、発熱素子１０１の熱は、ヒートシンク１０３へ伝導されるばかりでなく、この発熱素子１０１を搭載する制御基板１０２へも伝導するため、発熱素子１０１の発熱が原因となって、制御基板１０２の温度が上昇する心配があった。

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、制御基板に搭載された発熱素子の熱が、ヒートシンクへ良好に伝わるようにしつつ、制御基板には伝わりにくくして、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し、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、前記機械室と熱交換器室とに跨って略水平に延びる電装箱が配設され、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ヒートシンクの取付部とが互いに平行に設けられ、前記制御基板には発熱素子がホルダを介して取り付けられる構成とし、前記ホルダは、前記発熱素子を収容する収納部を有し、この収容部には発熱素子の一部に当接する受け台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、前記受け台は、発熱素子を収容する収納部の四隅に設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１に記載の空気調和機の室外機において、前記収納部には、発熱素子の周囲を囲む周壁が設けられ、かつ、この周壁の一部には切欠きが形成さ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板を立設し、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、前記機械室と熱交換器室とに跨って略水平に延びる電装箱が配設され、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ヒートシンクの取付部とが互いに平行に設けられ、前記制御基板には発熱素子がホルダを介して取り付けられる構成とし、前記ホルダは、前記発熱素子を収容する収納部を有し、この収容部には発熱素子の一部に当接する受け台が設けられている構成であるから、発熱素子とヒートシンクとは互いに密接することが可能となって発熱素子の熱が良好にヒートシンクへ伝わる一方、発熱素子はは、前記受け台によって、それの一部のみがホルダに接する関係上、発熱素子の熱がホルダを介して制御基板へ伝わるのを抑制できる。そのため、制御基板の温度上昇が抑えられるとともに、発熱素子の冷却効果を高めることができる。

また、ホルダの受け台は、発熱素子を収容する収納部の四隅に設けられているため、制御基板への熱伝導を抑えつつ、発熱素子を収納部へ安定的に収容可能である。

また、ホルダの収納部には、発熱素子の周囲を囲む周壁が設けられ、かつ、この周壁の一部には切欠きが形成されているから、収容部内に収容された発熱素子の空気との接触面積を拡大させることができる。

以下、本発明の実施の一形態を図に基づいて説明すると、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は箱体状とした空気調和機の室外機であり、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、前板を外した状態の室外機の正面図である。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。即ち、前記電装箱７は、機械室Ｂと熱交換器室Ａとに跨って略水平に延びるように仕切板３の上部に配置されている。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は上蓋を外した状態の電装箱の斜視図である。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。また、２７は電装箱７の上蓋、３１は周囲壁を示している。

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取付部としての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３９を下側からヒートシンク３９の取付部６５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とを含む発熱素子３８が隣接して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はホルダ単体の斜視図、図６はホルダを制御基板へ取り付けた状態を下から見た要部斜視図、図７はホルダと発熱素子を制御基板へ取り付けた状態を下から見た要部斜視図である。

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、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３８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つの素子収容部４４、４５が形成されている。各素子収容部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いる。

前記パワーモジュール３８ａ用の素子収容部４４は、底部４６と周壁４７とを有し、底
部４６には、複数の肉盗み（板厚を薄くした部分）５１及び開口５２を設けてホルダ４０
の材料軽減を図っている。また底部４６の四隅にはパワーモジュール３８ａの一部に当接
してこれを支える受け台５４、５４が設けられ、前後端部には素子固定用の挿通ねじ孔５５が設けられている。

前記周壁４７は、素子収容部４４の長手方向となる前後と素子収容部４４の機械室Ｂ側に位置して設けられ、熱交換器Ａ側には形成されておらず、また、機械室Ｂ側に位置する周壁４７には、中央部に切欠き５６が形成されている。そして、この周壁４７の高さは、前記パワーモジュール３８ａの本体５８の高さと受け台５４高さの合計よりも僅かに高く設定されており、素子収容部４４の長手方向となる前後に位置する周壁４７の先端部には、それぞれ対角線上にパワーモジュール３８ａを仮固定するための素子固定爪５７、５７が設けられている。

前記ブリッジダイオード３８ｂ用の素子収容部４５は、底部６１と周壁６２とを有し、底部６１には、複数の肉盗み５１が設けられ、ホルダ４０の材料軽減を図っている。前記底部６１の中央部には前記ブリッジダイオード３８ｂの本体６７を固定するための挿通ねじ孔５５が設けられている。

前記素子収容部４５の長手方向となる前後に設けられた周壁６２の高さは、ブリッジダイオード３８ｂの本体６７の高さより僅かに高く設定されると共に、その前後の周壁６２の先端部には、それぞれ対角線上にブリッジダイオード３８ｂを仮固定するための素子固定爪５７、５７が設けられている。

また、前記素子収容部４５の短手方向となる左右に設けられた周壁６２には、それらの中央にそれぞれ切欠き６４、６４が形成されている。なお、パワーモジュール３８ａ用の素子収容部４４における前後の周壁４７と、ブリッジダイオード３８ｂ用の素子収容部４５における前後の周壁６２の高さは、同一高さになっている。

図６及び図７において、パワーモジュール３８ａの本体５８は、金属製のベースに樹脂部が結合されて形成されており、それの長手方向の両端部にはねじ挿通孔５９、５９が設けられ、また、前記本体５８の一側部には複数のピンｐ、ｐ・・が突出して設けられ、これら複数のピンｐ、ｐ・・は、略直角に折り曲げられている。前記パワーモジュール３８ａは、これらのピンｐ、ｐ・・の位置を機械室Ｂ側にして、本体５８の下面の４隅を前記受け台５４、５４・・に当接載置させる。そして、前記パワーモジュール３８ｂの一部が熱交換器室Ａ側へはみ出した状態で、前記パワーモジュール３８ｂは素子収納部４４へ収納される。

そして、前記ピンｐ、ｐ・・を制御基板３３のピン孔ｎ、ｎ・・に挿入した後、パワーモジュール３８ｂの本体５８を素子固定爪５７、５７に掛けることにより、パワーモジュール３８ａは、ホルダ４０の素子収容部４４に仮固定される。このようにしてパワーモジュール３８ａがホルダ４０へ取り付けられた状態では、パワーモジュール３８ａの本体５８とホルダ４０の素子収容部４４の底部６１との間には、図６に示すように、受け台５４の高さ分の隙間ｔができ、また左右の周壁４７には切欠き５６を形成しているので、これら切欠き５６及び隙間ｔを通してパワーモジュール３８ａの本体５８とホルダ４０との間に空気の流通が可能になり、パワーモジュール３８ａの本体５８における空気との接触面積を拡大できる。

前記ブリッジダイオード３８ｂの本体６７は、金属製のベースに樹脂部が結合されて形成されており、それの中央部には固定用のねじ挿通孔５９が設けられ、また、前記ブリッジダイオード３８ｂの本体６７の一側部には複数のピンｐ、ｐ・・が突出して設けられ、これら複数のピンｐ、ｐ・・は、略直角に折り曲げられている。

そして、前記ピンｐ、ｐ・・の位置を機械室Ｂ側にして、本体６７の下面を前記底部６１に当接載置させる。そして、前記ブリッジダイオード３８ｂの一部が熱交換器室Ａ側へはみ出した状態で、このブリッジダイオード３８ｂは素子収納部４５へ収納される。そして、前記ピンｐ、ｐ・・を制御基板３３のピン孔ｎ、ｎ・・に挿入した後、前記ブリッジダイオード３８ｂの本体６７を素子固定爪５７、５７に掛けることにより、前記ブリッジダイオード３８ｂは、ホルダ４０の素子収容部４５に仮固定される。

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。前記各発熱素子３８の本体５８、６７は、半田付け作業時に制御基板３３から離れる方向へ移動しようとするが、各発熱素子３８の本体５８、６７が素子固定爪５７、５７に当接する位置で固定される。

前記発熱素子３８は、半田付けされた後、各ねじ挿通孔５５、５５…にねじを挿入してねじ止めすることにより、ホルダ４０を介して制御基板３３へ固定される。その後、ホルダ４０の４つの各素子固定爪５７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。

図８はヒートシンク単体の斜視図、図９は発熱素子とヒートシンクの取付状態を説明する説明図である。図８において、ヒートシンク３９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７１と、このベース７１に直交して設けられた複数のフィン７２、７２・・とを有して構成されている。前記ベース７１には、電装箱７への取付用の３つのねじ挿通孔７３、７３・・が設けられている。

次に、ヒートシンク３９は、複数のフィン７２、７２・・を下向きにして反フィン側のベース７１の一面をフランジ３２に当接させ、前記ねじ挿通孔７３、７３・・と取付部６５、６５・・のねじ穴とを合わせ、ねじ（図示せず）をねじ挿通孔７３、７３に通して、取付部６５、６５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７１で封鎖され、箱部２１の左開口部２１ｃが距離をおいてフィン７２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、かつ、電装箱７内への雨水の浸入が防止されるものである。

また、前記制御基板３３を取り付ける取付部としてのボス３６、３６と、ヒートシンク３９を取り付ける取付部６５、６５とは、互いに平行に設けられている。

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を基板収容部２２へ取り付けることにより、制御基板３３とヒートシンク３９とが、電装箱７へ取り付けられ、かつ、２つの発熱素子３８の本体５８、６７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、各発熱素子３８の本体５８、６７の外表面とヒートシンク３９のベース７１の一面とが密接した状態になって固定される。

このように、各発熱素子３８とヒートシンク３９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３９間の熱伝導が良くなり、発熱素子３８の発熱がヒートシンク３９へ良好に伝わって、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の本体５８、６７の外表面とヒートシンク３９のベース７１の一面との間には、熱伝導性を高め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が駆動すると、室外熱交換器８を通って熱交換器室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を通過する送風の一部が熱交換器室Ａに配置されたヒートシンク３９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３９が冷却されるため、発熱素子３８の熱がヒートシンク３９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、図９の矢印で示すように、機械室Ｂへ入り込んだ空気がその電装箱７の右開口部２１ｂ及び前開口部２１ａ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。また、外気が前記制御基板３３の右端部と周囲壁３１の間の隙間ｓ（図４参照）から基板収納部２２を経て制御基板３３とパワーモジュール３８ａ間を流れるので、パワーモジュール３８ａが冷却されるとともに、制御基板３３へ熱を伝わりにくくすることができる。

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。

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。 前板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へ取り付けた状態を下から見た要部斜視図である。 ヒートシンク単体の斜視図である。 発熱素子とヒートシンクの取付状態を説明する説明図である。 従来の発熱素子とヒートシンクの取付状態を説明する説明図である。

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
４ 圧縮機
７ 電装箱
８ 室外熱交換器（熱交換器）
９ 室外送風機（送風機）
３３ 制御基板
３５ 切欠き
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（発熱素子）
３８ｂ ブリッジダイオード（発熱素子）
３９ ヒートシンク
４０ ホルダ
４４ 素子収容部（収容部）
４５ 素子収容部（収容部）
４７ 周壁
５４ 受け台
５６ 切欠き
５７ 素子固定爪
５８ 発熱素子の本体
６２ 周壁
６４ 切欠き
６５ ヒートシンクの取付部
６７ 発熱素子の本体

Claims (3)

1. 箱体の底部を構成する底板上に仕切板を立設し、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、前記機械室と熱交換器室とに跨って略水平に延びる電装箱が配設され、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ヒートシンクの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、
   前記ホルダは、前記発熱素子を収容する収納部を有し、この収容部には発熱素子の一部に当接する受け台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. 前記受け台は、発熱素子を収容する収納部の四隅に設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. 前記収納部には、発熱素子の周囲を囲む周壁が設けられ、かつ、この周壁の一部には切欠きが形成さ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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