JP2014146769A - 電子機器の筐体構造及びパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱が外乱の影響を受けにくく、放熱器から外殻に熱が伝わらない電子機器の筐体構造及びパワーコンディショナを得ること。
【解決手段】放熱フィンを有し、通電により発熱する発熱部品３ａ，３ｂが実装され、発熱部品３ａ，３ｂが発した熱を放熱フィンに伝導させて放熱フィンから放熱する放熱器１と、放熱器１及び発熱部品３ａ，３ｂを収容する外殻２と、放熱器１を、外殻と直に接しない状態で外殻の内部に固定する固定部材としての上面板４及び下面板６と、を備え、外殻の壁は、内壁２ｂと外壁２ａとが間隔を空けて対向する二重構造である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器の筐体において放熱構造に関するものであり、発熱する電子機器を収める筐体構造に関する。

太陽光発電設備や燃料電池発電設備等を系統連系させるための装置として、電子機器を用いて直流電気を交流電気に変換するパワーコンディショナと呼ばれる装置がある。パワーコンディショナで電力変換に用いられる電子機器部品は、通電により発熱する。電力変換に用いられる電子機器部品は、筐体に収めて水や埃から保護されている。一般的に筐体には温度上昇による電子機器の破損がないように冷却手段が設けられている。

特許文献１のように、筐体の冷却手段は、ヒートシンク等のフィン部を筐体の外殻に設けることで放熱を行う構造としている。一般的に自然空冷の場合、放熱面積を有効に得るために外殻周囲に放熱用フィンを設け筐体内の電子機器の温度上昇防止を行っている。

特開２０１１−２３３８０４号公報

しかしながら、従来のような外殻にフィン部が設けられた筐体は、フィン部が設けられていない部分にも熱伝導により熱が伝わるため、フィン部のみならず、筐体外殻のフィン部が設けられていない部分からも放熱する。したがって、人が触れた際に不快と感じる以上に外殻の温度が上昇する場合や、フィン部が取付面の壁に近い場合には、高温により外壁を焼き、変色させないために製品の出力抑制機能により製品の能力を抑えたり、断熱材料や遮熱板等の追加などコストをかけて温度対策をとったりする必要がある。

また、設置される場所が直射日光の当たるような場所であると、外殻表面が熱せられ効率よく放熱できないことで、電子機器の破損に繋がる可能性がある。すなわち、外殻にフィン部が設けられた筐体の電子機器は、設置場所に制約がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱が外乱の影響を受けにくく、放熱器から外殻に熱が伝わらない電子機器の筐体構造及びパワーコンディショナを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放熱フィンを有し、通電により発熱する発熱部品が実装され、発熱部品が発した熱を放熱フィンに伝導させて放熱フィンから放熱する放熱器と、放熱器及び発熱部品を収容する外殻と、放熱器を、外殻と直に接しない状態で外殻の内部に固定する固定部材と、を備え、外殻の壁は、内壁と外壁とが間隔を空けて対向する二重構造であることを特徴とする。

本発明によれば、放熱が外乱の影響を受けにくく、放熱器から外殻に熱が伝わらないため、温度対策のために遮熱部品などを追加する必要がないという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる電子機器の筐体構造を採用した実施の形態にかかるパワーコンディショナの分解斜視図である。 図２は、実施の形態にかかるパワーコンディショナの断面図である。 図３は、実施の形態にかかるパワーコンディショナの断面図である。 図４−１は、一体構造とした放熱器の一例を示す図である。 図４−２は、同一断面の部品を組み合わせる二分割構造の放熱器の一例を示す図である。 図５は、押出成型で形成した外殻の構造の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる電子機器の筐体構造及びパワーコンディショナの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる電子機器の筐体構造を採用した実施の形態にかかるパワーコンディショナの分解斜視図である。図２は、実施の形態にかかるパワーコンディショナの断面図であり、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す。図３は、実施の形態にかかるパワーコンディショナの断面図であり、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す。パワーコンディショナは、放熱器１、外殻２、発熱部品３ａ，３ｂ、上面板４、天面カバー５、下面板６及びファン７を有する。

放熱器１は、筒状であり、内筒面に放熱フィン１ａが形成されている。放熱器１の外筒面には、発熱部品３ａ，３ｂが実装されている。また、発熱部品３ａ，３ｂが実装された面とは別の面にはプリント基板が実装されている。外殻２は、上面及び下面が開放した箱状である。外殻２は、外壁２ａと内壁２ｂとを有する二重壁構造であり、外壁２ａと内壁２ｂとは離れている。発熱部品３ａ，３ｂは、外部から入力される電力を直流から交流、又は交流から直流などに変換する際に用いられる。上面板４は、第１の開口４ａが形成された板状であり、放熱器１及び外殻２の上端に固定されることにより、外殻２の上面を覆っている。天面カバー５は、上面板４と隙間を空けて上面板４の上方に設置される。下面板６は、第２の開口６ａが形成された板状であり、放熱器１及び外殻２の下端に固定されることにより、外殻２の下面を覆っている。上面板４及び下面板６は、放熱器１を、外殻２と直に接しない状態で外殻２の内部に固定する固定部材としての機能を備えている。ファン７は、放熱器１の下方に設置され、放熱器１の内部に下側から空気を送り込む。

上記筐体構造のパワーコンディショナにおいては、放熱器１は、上面板４と下面板６とに挟まれて、軸方向が鉛直となるように支持されている。これにより、放熱器１は、外殻２とは直に接しない状態で外殻２に収容されている。なお、上面板４及び下面板６には、それぞれ開口部が設けられており、放熱器１は、第１の開口４ａと第２の開口６ａとを繋ぐように上面板４及び下面板６に固定されている。この状態においては、放熱フィン１ａは内壁２ｂと対向しないため、放熱フィン１ａから内壁２ｂへ輻射で熱が伝わることは防止されている。

発熱する電子機器（発熱部品３ａ，３ｂ）は放熱器１に固定されており、ファン７が放熱器１の筒内に下方から空気を送り込んで放熱器１を強制空冷することによって冷却される。なお、放熱性能を確保できるだけの放熱面積を有する場合には、ファン７を省略して自然空冷を行う構造とすることも可能である。ここでは、発熱部品３ａは昇圧用のダイオードを備えた昇圧ユニットであり、発熱部品３ｂはノイズ除去用のコイルであるとするが、これらに限定されることはない。

空気に放熱する放熱器１が外殻２に接する構造でないため、放熱器１から外殻２への熱伝導がなく、外殻２の温度上昇を抑えることができる。したがって、人が不意に外殻２に触れても不快に感じることがなく、やけどなどの怪我の恐れがない。

放熱器１は、一体構造として製作しても良いし、同一断面の部品を組み合わせる二分割構造として製作しても良い。放熱器１を押出成型で製造する場合、二分割構造とすることで一体構造とするよりも製造コストを低減できる。図４−１は、一体構造とした放熱器の一例を示す図である。図４−２は、同一断面の部品を組み合わせる二分割構造の放熱器の一例を示す図である。放熱フィン１ａの本数は図示した数に限定されることはなく、放熱量に応じて適宜変更できる。

図１〜図３に示したように、外殻２は、壁が二重構造となっており、外壁２ａと内壁２ｂとの間に空気層２ｃを設けることで内部で発生した熱が外殻２に伝わりにくくなっている。なお、この空気層２ｃを真空層とすると、内部で発生した熱が外殻２へ伝わりにくくなる効果がさらに大きくなる。また、外部の熱が内部に伝わりにくくもなっているため、日射による外部環境が筐体に影響を与えることがなく、安定した放熱性能を確保することができる。これにより、電子機器の過熱による破損を防止し、長寿命化を実現できる。外殻２は板金部品でも押出部品でも同様の性能を有する構造が形成できる。図５は、押出成型で形成した外殻の構造の一例を示す図である。押出構造の場合、外壁２ａと内壁２ｂとが微小な接合部２ｄで繋がれていても概略同様の性能を達成することができる。外殻２の二重構造の壁は、同一断面の部品を使用した二分割構造とすることでも一体構造と同一の形態を作り出すことができる。

外殻２の壁を二重構造とすることで、飛来物が衝突しても、内部の電子機器まで到達しない効果が付加される。また、外殻２が分割構造である場合には、外殻２を構成する部品同士の突き合わせ部２ｅを入り組んだ形状（ラビリンス形状）とすることにより、内部に水が侵入しにくくなる効果が得られる。

放熱器１と外殻２とが別々の部材として構成されるため、分解が容易であり、放熱器１と外殻２との材料が異なる場合でも再生材料として使用可能である。また、放熱器１は筐体に内蔵されるため、耐候性を付与する処理（塗装やめっきなど）が不要であり、表面処理を行う環境負荷液の使用がないことで環境に負荷を与える物質の使用量を低減できる。

また、上面板４には、上方向から水や埃が筐体に直接かかって堆積しないように天面部カバー５を設けている。天面部カバー５は、上面板４との間が空いていることにより、放熱器１を下から上に通過した気流は、図２、図３に矢印で示したように、横方向に抜けることができる。このため自然放熱においても、通風性が良く放熱性に優れたものとすることができる。

上記電子機器の筐体構造は、高温となる放熱用のフィン１が露出することなく、外殻２の表面は内部の熱を外殻に伝えにくいことで、取付部の壁を焦がしたり、焼けによる変色を発生させることがない。また外殻２の壁は二重構造のため、日射による温度上昇時も外殻２の温度を内部に伝えることがなく、放熱器１の放熱性能に影響を与えない。このため、温度対策のために遮熱部品を追加するなどの対策をとる必要がなくなるためコストダウンも図れる。

このように、実施の形態にかかる電子機器の筐体構造は、放熱が外乱（外気温など）の影響を受けにくく、かつ外殻の熱伝導を抑えることで、触れた人間に不快感を与えることを防止でき、日射による温度上昇の影響を受けにくい。したがって、パワーコンディショナの筐体構造に適用した場合には、温度上昇に起因する変換効率の低下を防ぐことができ、省エネルギー化を図ることができる。

上記の説明では、放熱器１が筒状であり、内筒面に放熱フィン１ａが設けられた構造を例としたが、放熱器１は必ずしも筒状である必要はない。例えば、放熱器１は、アングル状やチャンネル状であってもよい。放熱器１を筒状としない場合には、放熱フィン１ａが内壁２ｂと対向しない状態で放熱器１を設置し、放熱フィン１ａからの内壁２ｂへ輻射で熱が伝わらないようにすればよい。例えば、放熱器１をアングル状とする場合は、２辺に挟まれる部分に放熱フィン１ａを設け、チャンネル状とする場合は３辺で囲まれる部分に放熱フィン１ａを設ければ、放熱フィン１ａが内壁２ｂと対向しないように放熱器１を設置するのが容易となる。また、軸方向が鉛直となるように放熱器１を設置する構造を例としたが、強制空冷の場合は軸方向が水平となるように放熱器１を設置しても同様の性能が得られる。

以上のように、本発明にかかる電子機器の筐体構造及びパワーコンディショナは、放熱が外乱の影響を受けにくく、放熱器から外殻に熱が伝わらない点で有用であり、特に、直射日光が当たる環境へ設置するのに適している。

１ 放熱器、１ａ 放熱フィン、２ 外殻、２ａ 外壁、２ｂ 内壁、２ｃ 空気層、２ｄ 接合部、２ｅ 突き合わせ部、３ａ，３ｂ 発熱部品、４ 上面板、４ａ 第１の開口、５ 天面部カバー、６ 下面板、６ａ 第２の開口、７ ファン。

Claims (5)

1. 放熱フィンを有し、通電により発熱する発熱部品が実装され、前記発熱部品が発した熱を前記放熱フィンに伝導させて該放熱フィンから放熱する放熱器と、
   前記放熱器及び前記発熱部品を収容する外殻と、
   前記放熱器を、前記外殻と直に接しない状態で該外殻の内部に固定する固定部材と、
   を備え、
   前記外殻の壁は、内壁と外壁とが間隔を空けて対向する二重構造であることを特徴とする電子機器の筐体構造。
2. 前記放熱器は、前記放熱フィンが前記内壁と対向しないように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の筐体構造。
3. 前記外殻は、上面及び下面が開放された箱状であり、
   前記固定部材は、第１の開口が形成された板状であって、前記外殻の上面を覆うように設置される上面板と、第２の開口が形成された板状であって、前記外殻の下面を覆うように設置される下面板とを含み、
   前記放熱器は、内筒面に前記放熱フィンが形成された筒状であり、外筒面に前記発熱部品が実装され、前記第１の開口と前記第２の開口とを繋ぐように、前記上面板及び前記下面板に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器の筐体構造。
4. 前記上面板と間隔を空けて設置されて、前記外殻を上方から覆う天面カバーを備えることを特徴とする請求項３に記載の電子機器の筐体構造。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器の筐体構造を用いたパワーコンディショナ。

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