JP2017208479A - 電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型化することなく湯気や煙の影響を抑制できる電気機器を提供する。
【解決手段】 本発明の電気機器は、筐体１の下壁３に設けられた第１の空気入口９及び
、筐体の上壁４に設けられた第１の空気出口１１の間に構成される第１の空気流路と、前
記下壁３に設けられた第２の空気入口、及び前記上壁４に設けられた第２の空気出口の間
に形成される第２の空気流路とを備え、前記放熱フィン１８を第１の空気流路に設け、第
２の電気部品を第２の空気流路に設け、所定の空隙を有して重ねた複数枚のフィルター３
１、３２を第２の空気入口８に設けるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、家屋の壁面に取り付けられる電力変換装置などの電気機器に関し、特に筐体
の空気の入口から湯気や煙などが浸入するのを抑制する構造に関するものである。

筐体の中に直流電力を交流電力に変換する電気回路を収納すると共に、筐体の下壁の空
気入口から入った空気が上壁の空気出口から出る過程でこの電気回路を構成する発熱性部
品の冷却を成すように構成したものが知られている。
このような電気機器では、空気入口から筐体内に湯気や煙等が入った場合、例えば湯気
が筐体内を通過する過程で発熱性部品やその他の電気部品に長期にわたって結露するとこ
れら部品に絶縁不良が生じることがあった。煙が筐体内に入った場合にも同様にこれらの
部品が絶縁不良に至る場合があった。

筐体に浸入する湯気の対策を施したものには、特許文献１に記載されたようなものがあ
った。例えば、発熱部品（発熱性の電気部品）をカバーで覆って密閉し、湯気がこの部品
で結露しないようにしたものが記載されていた。

特開２０１５−２２３０２５号公報

特許文献１に記載されたものは、発熱部品やその他の電気部品を個別に、またはまとめ
てカバーで覆い夫々の部品の結露を防止するものであった。このような構成では、構造上
小型化が難しくなると共に、これら部品を充分に冷却するための冷却ファンなどを新たに
必要とする問題点があった。

その結果、電気機器の重量が増加し大型化となり、例えば浴室に隣接する脱衣所の壁面
へ取り付ける際には設置スペースが充分に確保できず、この電気機器の取り付に支障をき
たす場合があった。また、空気の自然循環のみでは発熱性部品の冷却が充分に行えない場
合があった。

本発明の電気機器は、放熱フィンを有し発熱性の第１の電気部品を取り付けた状態のヒ
ートシンク、及び発熱性の第２の電気部品を筐体内に収納した電気機器において、筐体の
下壁に設けられた第１の空気入口、及び筐体の上壁に設けられた第１の空気出口の間に形
成される第１の空気流路と、前記下壁に設けられた第２の空気入口、及び前記上壁に設け
られた第２の空気出口の間に形成される第２の空気流路とを備え、前記放熱フィンを第１
の空気流路に設け、第２の電気部品を第２の空気流路に設け、所定の空隙を有して重ねた
複数枚のフィルターを第２の空気入口に設けることを特徴とするものである。

本発明の電気機器は、箱状のカバー部材で空気入口から入る湯気や煙を抑制しながら、
この空気入口から筐体内に入る空気量の確保も可能にしているものである。

図１は、本発明の一実施形態を示す電気機器の説明図である。 図２は、図１に示した電気機器の下壁の説明図である。 図３は、図１に示した電気機器の上壁の説明図である。 図４は、図１に示した電気機器の背壁の説明図である。 図５は、図１に示した電気機器の空気入口付近の説明図である。 図６は、空気入口付近に設けるフィルターの説明図である。 図７は、フィルターの他の実施形態を示す説明図である。 図８は、湯気の流れを示す説明図である。

本発明は電気機器を家屋の壁面に取り付けた際に、空気入口に設けるフィルターで空気
入口から湯気や煙が筐体内に入ることを抑制するものである。

図１は本発明の一実施形態を示す電気機器の説明図であり、筐体１は少なくとも背壁２
とこの背壁２を囲むように立ち上げられた状態の下壁３、上壁４、右壁５、左壁６および
、前面側から着脱自在に取り付けられる前面パネル７から構成されている。
背壁２、下壁３、上壁４、右壁５、左壁６は金属板を折曲・接合加工して塗装を施して
成したもの、カラー鋼板を絞り加工して成したもの、金属補強した合成樹脂で一体に構成
したものなどを用いることができるので材料、製法等は限定されるものではない。筐体１
は後記する電装回路、発熱性の電気部品などを収容できる構成であればよい。前面パネル
７も同様に材料、加工方法は限定されるものではないが、本発明では金属板で補強した合
成樹脂の一体成型品を一例として用いる。

筐体１の中には直流電力を交流電力に変換する電気回路が収納され、筐体１の下壁３の
第１の空気入口９（以下、空気入口９と記す。）、第２の空気入口８（以下、空気入口８
と記す）から入った空気が上壁４の第１の空気出口１１（図１では図示せず。また、以下
、空気出口１１と記す。）、第２の空気出口１０（以下、空気出口１０と記す）から出る
過程で電気回路を構成する発熱性の電気部品の冷却を成すように空気流路が形成されてい
る。電気回路は、太陽電池、燃料電池、蓄電池などの直流電源から供給される直流電力を
例えば系統と同期可能な周波数の交流電力に変換するものである。このように構成される
電気機器には、例えば直流電力を交流電力に変換する電力変換装置がある。

この変換のための電気回路は例えば、単相であれば４個のスイッチング素子をブリッジ
状に結線し、これらスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）方式に基づいてＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御して疑似正弦波を得るものを用いることができる。この変換の電気回路はこれに
限るものではなく中性点クランプ方式、階調方式、出力クランプ方式などを用いても良い
。また、いずれの方式による疑似正弦波でも系統と連系する前にこの疑似正弦波の高周波
成分を減衰または実質的に除去するローパスフィルターが備えられる。

このローパスフィルターは少なくともリアクタ１２、１３とコンデンサ（図示せず）を
含むものであり、リアクタ１２、１３はその鉄損、銅損等により発熱する。従って本発明
の電気回路を構成する発熱性の第２の電気部品にはこのリアクタ１２、１３が含まれる。
図１においてヒートシンク１４には直流電力を交流電力への変換のためのスイッチング素
子が取り付けられ、その発熱を放熱フィンで放熱する。スイッチング素子は複数個を単一
のパッケージに収納したモジュール１５であっても良い。従って本発明の電気回路を構成
する発熱性の第１の電気部品にはこのようなスイッチング素子やモジュール１５が含まれ
る。

筐体１の下壁３に設けられた空気入口９及び、筐体１の上壁４に設けられた空気出口１
１（図３参照）の間に第１の空気流路が形成されている。この第１の空気流路にはヒート
シンク１４の放熱フィン１８（図４参照）が位置して設けられている。従って、モジュー
ル１５の放熱はこの放熱フィン１８を介して第１の空気流路で空気に放熱される。すなわ
ち第１の空気流路を流れる空気でモジュール１５が冷却される。
下壁３に設けられた空気入口８及び、上壁４に設けられた空気出口１０の間に第２の空
気流路が形成されている。この第２の空気流路中に電気部品（リアクタ１２、１３、及び
モジュール１５など）が位置されている。従って、リアクタ１２、１３、及びモジュール
１５などは第２の空気流路を流れる空気で冷却される。

空気入口８はメッシュ（網）状のフィルター３１が設けられている。このフィルター３
１は金属線又は樹脂線を編んだもの、又は樹脂をフィルター上に一体成形したものなどを
用いることができる。このメッシュ（網）状の粗さは、例えば１８メッシュ、２０メッシ
ュ等を用いることができるが、第２の空気流路が自然通風時又は強制送風時に必要とする
通風量が得られる値であれば良い。

図２は下壁３の説明図であり、図３は上壁４の説明図であり、図４は背壁２を筐体１の
外側から見た状態の説明図である。図１に合わせて説明すると、ヒートシンク１４に平行
に配置された複数の放熱フィン１３で構成された複数の風路（この複数の風路はまとめて
第１の空気流路に相当する）が筐体１の内で下壁３の空気入口９と上壁４の空気出口１１
との間に構成されている。従って、筐体の下壁３の空気入口９から入った空気が上壁４の
空気出口１１から出る過程で電気回路を構成する発熱性の電気部品（ヒートシンク１４に
取り付けられたモジュール１５）の冷却を成す。ヒートシンク１４が加熱されることによ
り風路内の温度が上がり、空気入口９から入った空気は上昇気流により空気出口１１へ自
然循環する。空気入口９、空気出口１１は複数のスリット状の孔から構成され、このスリ
ットはヒートシンク１４の放熱フィン間の風路に相対応している。

また、空気入口８、空気出口１０との間には、図１において筐体１内の左側において発
熱性の電気部品であるリアクトル１２、１３が配置されている。従って、筐体の下壁３の
空気入口８から入った空気が上壁４の空気出口１０から出る過程で電気回路を構成する発
熱性の電気部品（リアクトル１２、１３）の冷却を成す。同時にモジュール１５もその表
面に空気が流れることによって冷却される。空気出口１０は空気入口８と同様にメッシュ
（網）が設けられている。また、空気入口８から入った空気の一部は電装基板（図示せず
）等の他の電気部品を冷却して空気出口１０から排気される。

筐体１の中の電気回路にはコンデンサ、抵抗、リレー等の電気部品も用いられており、
空気入口８から入った空気が自然循環でこれらの電気部品も冷却するように風路を形成し
ても良い。

図４において、取付板１６は係止部１７に嵌った状態である。背壁２には開口１９ａ、
１９ｂが設けられており、この開口１９ａ、１９ｂはヒートシンク１４の放熱フィン１８
の間に構成される風路へ臨んでいる。背壁２が取付板１６を介して家屋の壁面に取り付け
られることにより風路が略筒状になりトンネル効果が生じやすくなる。同時に開口１９ａ
、１９ｂから風路への空気の供給も可能になり、空気入口９の空気吸入量を補填すること
が可能になる。尚２０は直流電源から供給される直流電力の配線や系統へ出力する交流電
力の配線を筐体１内へ引き込む引込口である。この引込口２０は信号線を引き込んでも良
いものである。

図５は空気入口８付近の説明図であり、フィルター３１は空気入口８の筐体内側に空気
入口８を覆うように設けられている。フィルター３１は図６に示すように周囲に枠部３１
ａを有し、この枠部３１ａほぼ４隅に設けた４つ設のビス孔３１ｂを用いて下壁３に取り
付けられる。フィルター３２はスペーサー３３を介してフィルター３１と共にビス孔３１
ｂを用いて共締めされている。フィルター３２はフィルター３１と同じ構造のものを用い
ているので説明は省略する。スペーサー３３はフィルター３１の枠部３１ａと重なる形状
の枠状の構造を有し、フィルター３１とフィルター３２との間に同様のビス孔を用いて共
締めされる。このように共締めすることにより重ねたフィルター３１とフィルター３２と
の間には所定の空隙ができる。例えば、２ｍｍの空隙が構成される。

このように所定の空隙を有して重ねた複数（２枚）のフィルター３１、３２が通風抵抗
となり、下壁３の下方から上昇している湯気や煙等の浸入が抑制される。湯気や煙等は通
風抵抗が空気入口８より小さい筐体１の外周及び第１の空気流路に沿って上昇する。一方
、第２の電気部品の発熱により第２の空気流路に上昇する空気の流れが生じている場合は
、空隙がこの上気流に対応する大きさであれば、空隙に溜まっている空気がフィルター３
２を介して第２の空気流路に順に供給されることになり実質的にフィルター３１による空
気抵抗の影響を少なくすることができる。
従って、所定の空隙はこの空隙に溜まる空気の容量を加味した値であれば良く、本実施
形態ではフィルター３１の面積を考慮して２ｍｍを用いている。この空隙はフィルター通
風抵抗、面積、第２の電気部品の発熱量、第２の空気流路の空気の上昇量等から適に設定
するものである。

フィルターの枚数（数）は２枚に限るものではない。第２の空気流路への空気供給量を
多くするためにフィルターの通風抵抗を小さくした場合（例えば、１０メッシュ等）は３
枚、４枚と複数重ねて湯気や煙に対する通風抵抗を増加させても良いものである。この場
合、筐体１内のスペースを考慮して枚数を決めればよい。

また、フィルターはメッシュ状に限るものでなく図７に示すように複数の孔を有するパ
ンチングメタル（直径５ｍｍの円形、一辺５ｍｍの四角形、長辺５ｍｍの長方形など種々
な形状が可能である）やスリット（例えば幅５ｍｍなど）など形状や数量は限定されるも
のではないが、空気の通過量を加味して決められるものである。

また、複数のフィルターはメッシュ状のみに限るものではなく、少なくとも１つはメッ
シュ状のフィルターであれば良く、パンチングメタルを用いたフィルターと混在しても良
いものである。例えば、下壁３の空気入口８に直接パンチングメタル状のフィルターを構
成し、筐体１の内側に空気入口８を覆うようにメッシュ状のフィルター（例えば、フィル
ター３１）を所定の空隙が得られるようにスペーサーを介して取り付けても良いものであ
る。

このようにフィルター３１、３２を備えると、図８（電気機器を壁２３に取り付けた状
態）に示すように、湯気（実線矢印）や煙が下方から上がってきた場合、この湯気や煙は
フィルター３１にあたり上昇方向が電気機器の空気入口８から離れる方向へ曲げられる。
従って、湯気や煙が空気入口８から筐体内に入ることを抑制することができるものである
。特に電気機器が実質的な停止状態にあり、発熱性の電気部品による空気の流れが第２の
空気流路に生じていない場合は、湯気が第２の空気流路を流れる際の抵抗は電気機器の外
側を流れる際の抵抗より大きくなる。従って、湯気が電気機器内に入ることを抑制できる
ものである。尚、電気機器の運転中に空気の筐体１内への自然循環がある際は、一部の湯
気や煙が筐体内に入り込む場合がある。また、ヒートシンク１４の放熱フィン１８にアル
ミニュームやアルミ合金などを用いた場合は、結露による損傷がほとんど見られないため
湯気などの通過を抑制する必要はない。従って、フィルター３１により空気入口９から湯
気が第１の空気流路に入ってもモジュール１５の冷却効果を抑制するものではない。

さらに、フィルター３１、３２のメッシュ形状は湯気の立ち具合（湯気の量や時間）や
発熱性の電気部品の冷却に要する空気の量等を考慮して適正に設定するものである。例え
ば、電力変換装置を脱衣場に設置する場合は、その設置位置や浴室のドアを開けた際の湯
気の立ち具合に応じて設定することができる。

本発明の電気機器は湯気や煙があるところに取り付ける電気機器に適用できるものであ
る。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

１ 筐体
２ 背壁
３ 下壁
４ 上壁
８ 空気入口
９ 空気入口
１０ 空気出口
１１ 空気出口
１２ リアクタ
１３ リアクタ
１４ ヒートシンク
１５ モジュール
３１ フィルター
３２ フィルター
３３ スペーサー

Claims (5)

1. 放熱フィンを有し発熱性の第１の電気部品を取り付けた状態のヒートシンク、及び発熱
   性の第２の電気部品を筐体内に収納した電気機器において、前記筐体の下壁に設けられた
   第１の空気入口、及び前記筐体の上壁に設けられた第１の空気出口の間に形成される第１
   の空気流路と、前記下壁に設けられた第２の空気入口、及び前記上壁に設けられた第２の
   空気出口の間に形成される第２の空気流路とを備え、前記放熱フィンを第１の空気流路に
   設け、第２の電気部品を第２の空気流路に設け、所定の空隙を有して重ねた複数枚のフィ
   ルターを第２の空気入口に設けることを特徴とする電気機器。
2. 前記複数枚のフィルターのうちの少なくとも１つはメッシュ状のフィルターであること
   を特徴とする請求項１に記載の電気機器。
3. 前記複数枚のフィルターは全てメッシュ状のフィルターであることを特徴とする請求項
   １に記載の電気機器。
4. 前記複数枚のフィルターは２枚であることを特徴とする請求項３に記載の電気機器。
5. 前記複数枚のフィルターのうちの少なくとも１つは複数の孔を有するパンチングメタル
   で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機器。

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