JP2020148376A - 室外機 - Google Patents

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英久 小林
Hidehisa Kobayashi
英久 小林
三浦 宏之
Hiroyuki Miura
宏之 三浦
春日井 聡
Satoshi Kasugai
聡 春日井
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Abstract

【課題】室外機筐体から露出する位置に通信ユニットを配置する場合の問題と、制御基板に通信ユニットを搭載する場合の問題を一挙に解決する。【解決手段】電装品モジュール200は、制御回路の弱電系の電子部品が正面に搭載される第1基板260と、制御回路のパワーデバイスを含む強電系の電子部品が正面に搭載される第2基板と、正面に前記第1基板260の裏面が対面し裏面に第2基板の裏面が対面するように第1基板260と第2基板が配置される固定板とを備える。第2基板に搭載されたパワーデバイスは機械室110Bの液側冷媒配管に取り付けられた冷却器に熱的に結合される。固定板は第1基板260の正面がサービスパネルと対面するように機械室110Bに取り付けられる。第1基板260の正面に、情報端末500と近距離で無線通信を行う通信ユニット263が搭載される。【選択図】図2

Description

本発明は近距離無線通信システムであるNFC(Near Field Communication)システムを搭載した空気調和機の室外機に関する。
室外機にNFCシステムの通信ユニットを搭載し、その通信ユニットにスマートホン等の情報端末を接近させて、非接触で通信ユニットと情報端末との間で無線通信を行う空気調和機が提案されている(特許文献1,2)。このNFCシステムを使用すれば、情報端末によって空気調和機の運転に必要な各種データを設定したり、空気調和機の状態を診断したりすることができる。
一方、1台の室外機に複数台の室内機を接続する空気調和機のシステムとして、マルチエアコンシステムやVRF(Variable Refrigerant Flow)システムがある。マルチエアコンシステムでは個々の室内機に膨張弁が装備され、VRFシステムでは個々の室内機に共通の膨張弁が室外機に装備されている。これらのマルチエアコンシステムやVRFシステムでは、室外機と個々の室内機を通信可能にするための設定が行われる。
マルチエアコンシステムやVRFシステムについて、図14を用いて具体的に説明する。これらのシステムは、例えば、建造物600の1階の室屋610に室内機710を設置し、2階の室屋620に室内機720を設置し、3階の室屋630に室内機730を設置して、これら室内機710〜730を冷媒配管30及び通信線800によって建造物600の屋上640に設置した室外機100Aに接続して構成される。
室外機100Aは、例えば図15に示すように、筐体17の内部が仕切板171によって左右方向に熱交換器室10Aと機械室10Bに区画されている。熱交換器室10Aには熱交換器や送風ファン11Fが配置されている。機械室10Bには、圧縮機12や冷媒配管30の他に油分離器、膨張弁、アキュムレータ、四方弁、その他が収容され、これらは筐体17の前面の図示しないサービスパネルを取り外すことにより、その機械室10Bが外部から視認可能となっている。
この機械室10Bには、さらに、上下方向のほぼ中間位置に電装品モジュール40が配置されている。この電装品モジュール40は空気調和機を制御するための電子部品が搭載された制御基板41を備える。そして、この制御基板41は機械室110Bの奥側に配管スペースを確保できるように、1枚で構成されている。
図16に制御基板41の正面を示す。制御基板41は機械室10B内に起立した姿勢で取り付けられていて、その正面は上側が弱電領域41Aとなり下側が強電領域41Bとなるように上下方向に領域分割されている。
弱電領域41Aには、空気調和機を制御する制御回路を構成するマイコン等の電子部品、設定表示回路を形成するスイッチ41A1やLED表示器41A2、プラグが抜き差しされる小電力用コネクタ41A3、その他の弱電系の電子部品が搭載されている。また、強電領域41Bには、空気調和機を制御する制御回路を構成する電力変換を行うための強電系の複数の電子部品、例えばコンバータ回路のIC、インバータ回路のIC等のパワーデバイス41B1、平滑用の大容量電解コンデンサ41B2、大電力用コネクタ41B3等電子部品が搭載されている。
強電領域41Bには、さらに、パワーデバイス41B1で発生する熱を冷却するための冷却器50が配置されている。この冷却器50は冷媒配管30の内の液側冷媒配管30Lに取り付けられるヒートシンクを備える。この冷却器50はパワーデバイス41B1が発生する熱を受けるように、制御基板41の正面側にサービスパネルと対面して配置されている。液側冷媒配管30Lには液化された低温の冷媒が流れるので、その低温の冷媒によって冷却器50が冷却され、パワーデバイス41B1の温度が所定値以下に保持される。図13、図14で説明した空気調和機については、特許文献3に記載がある。
弱電領域41Aの設定表示回路を形成するスイッチ41A1には、前記した個々の室内機710〜730のアドレスを設定するロータリスイッチや個々の室内機710〜730の能力(馬力)設定を行うディップスイッチ等のスイッチが含まれる。また、LED表示器41A2は、個々の室内機710〜730や室外機100A自体の運転情報やエラー情報のモニタ表示を行う。
WO2016/080352公報 WO2016/208223公報 特許第5472364公報
特許文献1,2に記載のNFCシステムをそのまま採用すると、通信ユニットが室外機の筐体から露出する位置に配置されることになるので、その通信ユニットが室外機の筐体の内部に取り付けられた電装品モジュールから遠くなる。このため、通信ユニットと電装品モジュールを接続するケーブルの配線距離が長くなり、外来ノイズの影響を受け易くなったりコスト増加を招く問題がある。また、通信ユニットが外部に露出しているので、その通信ユニットに特別な防水機構を設ける必要が生じたり、人が容易に触れることができるためセキュリティが悪化する問題もある。
そこで、本発明者は、図15、図16で説明した室外機100Aの機械室10Bに取り付けられる電装品モジュール40の制御基板41に、設定表示回路を構成するスイッチ41A1やLED表示器41A2に代えて、NFCシステムの通信ユニットを直接搭載しておき、サービスパネルを取り外して電装品モジュール40の制御基板41を露出させてから、制御基板41に搭載した通信ユニットに情報端末を接近させることで、通信端末と通信ユニットの間で無線通信を行わせることを着想した。
しかし、制御基板41には、パワーデバイス41B1を冷却する冷却器50と液側冷媒配管30Lが、制御基板41のサービスパネルと対面する側に配置されているので、冷却器50や液側冷媒配管30Lが携帯端末と通信ユニットとの間の無線通信の妨げとなる。
本発明の目的は、室外機筐体から露出しない位置に通信ユニットを配置しつつ、携帯端末と通信ユニットとの間の無線通信を可能とし、またパワーデバイスを冷却する冷却器や液側冷媒配管が携帯端末と通信ユニットとの間の無線通信の妨げとならないようにした室外機を提供することである。
本発明の一つの形態は、熱交換器室及び機械室を有し冷媒配管が配置された筐体と、前記機械室に着脱自在又は開閉自在に取り付けられるメンテナンス用のサービスパネルと、前記サービスパネルと対面するよう前記機械室に取り付けられる電装品モジュールとを備えた空気調和機の室外機において、前記電装品モジュールは、前記空気調和機の制御を行う制御回路のパワーデバイスを含む電子部品が正面に搭載される第1基板と、前記第1基板が取り付けられる固定板とを備え、前記第1基板に搭載された前記パワーデバイスは、前記機械室の前記冷媒配管の内の液側冷媒配管に取り付けられた冷却器に前記第1基板の裏面側から熱的に結合され、前記固定板は、前記第1基板の前記正面が前記サービスパネルと対面するように前記電装品モジュールに取り付けられ、前記第1基板の前記正面に、情報端末と近距離で無線通信を行う通信ユニットが搭載されていることを特徴とする。
本発明によれば、通信ユニットは第1基板の正面に搭載され、パワーデバイスは第1基板の裏面側で冷却器に熱的に結合されるので、携帯端末をその通信ユニットに接近させる際に、冷却器や液側冷媒配管が妨げとならない。
第1実施例の室外機の斜視図である。 サービスパネルを取り外して携帯端末を接近させた同室外機の斜視図である。 機械室から電装品モジュールを取り外した状態の同室外機の斜視図である。 電装品モジュールと冷却器の展開斜視図である。 上フレームと下フレームを仕切板へ取り付ける取付説明図である。 電装品モジュールの縦断面図である。 図6のA-A線の横断面図である。 室外機の天面パネルを取り外した平面図である。 室外機の右側面パネルを取り外した右側面図である。 第1基板の正面図である。 第2基板の正面図である。 本発明の第2実施例の電装品モジュールの縦断面図である。 図12のB-B線の横断面図である。 VRFシステム或いはマルチエアコンシステムの説明図である。 従来の室外機のサービスパネルを取り外した状態の正面図である。 従来の電装品モジュールの正面図である。
図1〜図3、図8、図9に第1実施例の室外機100を示す。この室外機100の筐体110は、前面パネル111、その前面パネル111の右横の着脱自在のサービスパネル112、右側面パネル113、左側面パネル114、天面パネル115、背面パネル116、底面パネル117を備え、底面パネル117にはスタンド118が取り付けられている。この筐体110は仕切板119によって、正面パネル111の奥側が熱交換器室110Aになり、サービスパネル112の奥側が機械室110Bになるように、左右方向に区画されている。この仕切板119は機械室110Bの壁面の一部となっている。そして、熱交換器室110Aに熱交換器11や送風ファン11Fが配置されている。また、機械室110Bに圧縮機12やアキュムレータ15や冷媒配管30の他に油分離器、膨張弁、四方弁、その他が収容されている。機械室110Bは、サービスパネル112を取り外すことにより、室外機100の前面側から視認可能となっている。
この室外機100はマルチエアコンシステムあるいはVRFシステムに適用されている。このため、室外機100は図12で説明した室外機100Aと同様に、建造物600の屋上640に設置される。そして、室外機100は、図12で説明した1階の室屋610に設置した室内機710、2階の室屋620に設置した室内機720、3階の室屋630に設置した室内機730と、配管800及び通信線900によって接続されている。
200は電装品モジュールである。この電装品モジュール200は、図4〜図9に示すように、正面がサービスパネル112と対面するよう機械室110Bに配置される固定板210と、固定板210の上部が取り付けられる長尺形状の上フレーム220と、固定板210の下部が取り付けられる長尺形状の下フレーム230と、上フレーム220を仕切板119に取り付ける取付金具240と、下フレーム230を仕切板119に取り付ける取付金具250と、空気調和機の制御回路を構成する弱電系の電子部品が搭載される第1基板260と、空気調和機の制御回路を構成する強電系の電子部品が搭載される第2基板270を備える。
このように、図13、図14で説明した電装品モジュール40の制御基板41に相当する電装品モジュール200の制御基板は、第1基板260と第2基板270に分割されていて、第1基板260は後記する裏面260bが固定板210の後記する正面211aに対面するように固定板210に取り付けられ、第2基板270は後記する裏面270bが固定板210の後記する裏面211bに対面するよう固定板210に取り付けられる。
300は冷却器であり、冷媒配管30の内の液側冷媒配管30LのU字折曲部31が取り付けられた状態で後記するように上フレーム220と下フレーム230に跨るように、その上フレーム220と下フレーム230に取り付けられる。
固定板210は、正面211aに第1基板260が取り付けられ裏面211bに第2基板270が取り付けられる本体部211と、その本体部211の上端から裏面211bの方向に90度に折り曲げられた補強用の上横片212と、その折曲片212の後端から上方に90度に折り曲げられた取付用の上縦片213を備える。また、本体部211の下端から正面211aの方向に90度に折り曲げられた補強用の下横片214と、その下横片214の前端から下方に90度に折り曲げられた下縦片215とを備える。その下縦片215の両端には下方に突出させた取付部215aが形成されている。
上フレーム220は、固定板210の上縦片213にネジ止めされる縦片221と、その縦片221の上端から後方に90度に折り曲げられた補強用の上横片222と、縦片211の左端から前方に向けて45度に折り曲げられた取付片223とを備える。224は冷却器300が取り付けられる端部である。
下フレーム230は、固定板210の下縦片215にネジ止めされる下縦片231と、下縦片231の上端から後方に90度に折り曲げられた上横片232と、上横片232の奥端から上方に90度に折り曲げられた補強用の上縦片233と、下縦片231の左端から前方に向けて45度に折り曲げられた取付片234とを備える。そして、下縦片231の正面側には端子板400が取り付けられる。235は冷却器300が取り付けられる端部である。
冷却器300は、第2基板270の正面270aに搭載された後記する複数のパワーデバイス274に熱的に結合されるアルミニウム製のヒートシンク310と、そのヒートシンク310に形成された断面が半円形状の2個の溝311に嵌め込まれた液側冷媒配管30LのU字折曲部31と、そのU字折曲部31をヒートシンク310に固定するための板金製のカバー320とで形成されている。ヒートシンク310は、溝311に加えて、パワーデバイス274に押し付けられて熱的に結合する厚板部312と、その厚板部312の両側に形成されたカバー取付部313、314を有する。カバー320は、液側冷媒配管30LのU字折曲部31を押圧する中央の押え部321と、その押え部321の一端から折り曲げられたフック部322と、押え部321の他端からフック部322と向き合うように折り曲げられた取付部323とを備える。
第1基板260の正面260aには、前記したように制御回路を形成する弱電系の電子部品が搭載されている。即ち、図10に示すように、AC入力電流検出/温度検出回路261、膨張弁や四方弁を駆動するアクチュエータ駆動回路262、スマートホン等の携帯端末300と近距離で無線通信を行うためのNFCシステムが組み込まれた通信ユニット263、マイクロコンピュータ等のメイン制御IC264、コモンモードチョークコイル254aやコンデンサ265bを含む外来ノイズ及び自発ノイズの対策用のEMC(Electro Magnetic Compatibillity)フィルタ回路265、スイッチングトランス266aやスイッチングIC266bを有するスイッチング電源回路266、突入電流制御回路267、周辺部に配置される複数のコネクタ268等が搭載されている。260bは第1基板260の裏面である。この第1基板260は、裏面260bが固定板210の本体部211の正面211aと対面するように、その正面211aに取り付けられる。
第2基板270の正面270aには、前記したように制御回路を形成する強電系の電子部品が搭載されている。即ち、図11に示すように、整流用のダイオードブリッジ回路271a、バイポーラトランジスタのゲート部分にMOSFETを組み込み動作抵抗を小さくした2個のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子271b、高速動作用の2個のFRD(Fast Recovery Diode)素子271c、力率改善用の2個のPFC(Power Factor Correction)コイル271d、大電力平滑用の2個のアルミ電解コンデンサ271e等が搭載される。これらダイオードブリッジ回路271a、IGBT素子271b、FRD素子271c、PFCコイル271d、電解コンデンサ271e等は、外部から供給される交流電力を変換して出力するコンバータ回路271を構成する。さらに、駆動回路や自己保護機能を組み込まれコンバータ回路271から供給される直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路を構成するIPM(Intelligent Power Module)素子272やインバータ制御IC273も搭載されている。270bは第2基板270の裏面である。ダイオードブリッジ回路271a、IGBT素子271b、FRD素子271c、IPM素子272等は、それぞれ発熱の大きなパワーデバイス274であり、冷却器300による冷却がし易いように、縦に並べて搭載されている。この第2基板270は、裏面270bが固定板210の本体部211の裏面211bと対面するように、その裏面211bに取り付けられる。冷却器300は、複数のパワーデバイス274の部分に対面して当接される。
さて、電装品モジュール200を室外機100の機械室110Bに配置するには、まず仕切板119に、斜面241を有する取付金具240と斜面251を有する取付金具250を予め取り付けておく。そして、図5に示すように、上フレーム220の取付片223を取付金具240の斜面241にネジ止めし、下フレーム230の取付片234を取付金具250の斜面251にネジ止めする。これにより、上フレーム220と下フレーム230が、仕切板119に片持ち支持の姿勢で取り付けられる。
次に、図6に示すように、上フレーム220の縦片221の端部224と下フレーム230の上部縦片233の端部235の間に跨るように、冷却器300のヒートシンク310をネジB1,B2で取り付ける。また、図7に示すように、このヒートシンク310の溝311に液側冷媒配管30LのU字折曲部31を押し当ててから、カバー320のフック部322をヒートシンク310の一方のカバー取付部313に係合し、押え部323をヒートシンク310の他方のカバー取付部314に押し付けて、その押え部323をカバー取付部314にネジB3、B4で固着する。この作業は室外機100の背面パネル116を取り外した状態で行われる。以上によって、上フレーム220の端部224と下フレーム230の端部235の間に跨るように、且つヒートシンク310の厚板部312がサービスパネル112の方向を向くように、冷却器300が取り付けられる。
また、固定板210の本体部211の正面211aに第1基板260を取り付け、裏面211bに第2基板260を取り付けておく。そして、これら第1基板260と第2基板270が取り付けられた固定板210を、その上縦片213が上フレーム220の縦片221に、その下縦片215が下フレーム230の下縦片231に合わさるように、ネジB5、B6によって取り付ける。これにより、第2基板270の複数のパワーデバイス274は、冷却器300のヒートシンク310の厚板部312に対面して押し付けられて、そこで熱的に結合が行われる。よって、空気調和機の運転が開始すれば、パワーデバイス274で発生した熱は冷却器300によって冷却される。以上のようにして機械室110Bに電装品モジュール200が取り付けられた後に、その電装品モジュール200の第1基板260のコネクタ263に、所要の配線が接続されたプラグが接続され、端子板400に所要の別の配線が接続される。
以上から、第1実施例の室外機では、室外機100のサービスパネル112を取り外せば、図2に示すように、電装品モジュール200の第1基板260が正面に露出するので、その第1基板260の正面260aに搭載された通信ユニット263に情報端末500を接近させることにより、その情報端末500と通信ユニット263の間で無線によるデータ通信を行わせることが可能となる。
よって、情報端末500と通信ユニット263に、室外機100と接続される3台の室内機710〜730のアドレスや能力等の設定機能、室外機100自体や3台の室内機710〜730の運転情報或いはエラー情報を情報端末500にモニタ表示させる機能等を具備させておけば、情報端末500を通信ユニット263に接近させて情報端末500を操作することで、3台の室内機710〜730のアドレスや能力等の設定を行ったり、室外機100自体及び室内機710〜730の運転情報やエラー情報のモニタ表示等を行わせて空気調和機の診断を行ったりすることができる。
このとき、通信ユニット263は第1基板260に直接搭載されているので、その通信ユニット263と第1基板260を接続するケーブルは不要となり、外来ノイズの影響を受け難くコスト増加を招くこともない。また、通信ユニット263は筐体110の機械室110B内に取り付けられる電装品モジュール200の第1基板260に搭載され、機械室110Bはサービスパネル112で閉じられるので、通信ユニット263のための特別な防水機構は必要はない。また、同様の理由から、通信ユニット243に人が簡単に触れることができなくなり、セキュリティが向上する。
さらに、冷却器300や液側冷媒配管30Lは第2基板270の側に配置されていて、それらは第1基板260の側には無いので、携帯端末500を第1基板260に搭載された通信ユニット263に接近させる際に、その携帯端末500が冷却器300や液側冷媒配管30Lに触れて携帯端末500が故障したり破壊されたりするなどの事故が発生するおそれはない。また、通信ユニット263にはスイッチやLED表示器を搭載する必要がないので、その通信ユニット263の第1基板260における占有面積が小さくなる。
図12、図13に第2実施例の室外機の電装品モジュール200Aと冷却器300Aを示す。ここでは、前述した第1実施例における第2基板270に搭載されていたパワーデバイス274を含む強電系の電子部品を、通信ユニット263を含む弱電系の電子部品が搭載される第1基板260の正面260aに搭載し、第2基板270を削除している。そして、第1基板260のパワーデバイス274が搭載される部分には第1開口260cが形成され、固定板210にも第1基板260の第1開口260cに対面するように第2開口211cが形成されている。冷却器300Aのヒートシンク310には、その板厚部312にアルミニウム製の熱伝導ブロック330が図示しないネジ等で固着され、その熱伝導ブロック330が第1基板260の裏面260bの側からパワーデバイス274の背面に熱的に結合できるようになっている。
したがって、ヒートシンク310を上フレーム220と下フレーム230に取り付けてから、第1基板260が取り付けられた固定板210を上フレーム220と下フレーム230に取りつければ、ヒートシンク310に固着されたその熱伝導ブロック330が、開口260c、211cを経由してパワーデバイス274の背面に押し付けられるようになる。このため、パワーデバイス274で発生した熱が、熱伝導ブロック330、ヒートシンク310、液側冷媒配管30Lへと伝わり、パワーデバイス274が冷却される。
なお、以上説明した各実施例ではメンテンナンス用のサービスパネル112として着脱自在なサービスパネルを使用した例で説明したが、機械室110Bを露出できるよう開閉自在となったサービスパネルを使用することもできる。この場合には、その開閉自在のサービスパネルを開くことで通信ユニット263が露出するので、この状態で、情報端末500をその通信ユニット263に接近させて、情報端末500と通信ユニット263の間でデータ通信を行わせることができる。
30:冷媒配管、30L:液側冷媒配管、31:U字折曲部
100、100A:室外機、110:筐体、110A:熱交換器室、110B:機械室、111:正面パネル、112:サービスパネル、113:右側面パネル、114:左側面パネル、115:天面パネル、116:背面パネル、117:下面パネル、118:スタンド、119:仕切板
200、200A:電装品モジュール
210:固定板、211:本体部、211a:正面、211b:裏面、211c:第2開口、212:上横片、213:上縦片、214:下横片、215:下縦片
220:上フレーム、221:縦片、222:横片、223:取付片
230:下フレーム、231:下縦片、232:上横片、233:上縦片、234:取付片
240,250:取付金具
260:第1基板、260a:正面、260b:裏面、260c:第1開口、263:通信ユニット
270:第2基板、270a:正面、270b:裏面、274:パワーデバイス
300、300A:冷却器、310:ヒートシンク、320:カバー、330:熱伝導ブロック
400:端子板
500:携帯端末
600:建造物
710〜730:室内機

Claims (2)

  1. 熱交換器室及び機械室を有し冷媒配管が配置された筐体と、前記機械室に着脱自在又は開閉自在に取り付けられるメンテナンス用のサービスパネルと、前記サービスパネルと対面するよう前記機械室に取り付けられる電装品モジュールとを備えた空気調和機の室外機において、
    前記電装品モジュールは、前記空気調和機の制御を行う制御回路のパワーデバイスを含む電子部品が正面に搭載される第1基板と、前記第1基板が取り付けられる固定板とを備え、
    前記第1基板に搭載された前記パワーデバイスは、前記機械室の前記冷媒配管の内の液側冷媒配管に取り付けられた冷却器に前記第1基板の裏面側から熱的に結合され、
    前記固定板は、前記第1基板の前記正面が前記サービスパネルと対面するように前記電装品モジュールに取り付けられ、
    前記第1基板の前記正面に、情報端末と近距離で無線通信を行う通信ユニットが搭載されていることを特徴とする室外機。
  2. 熱交換器室及び機械室を有し冷媒配管が配置された筐体と、前記機械室に着脱自在又は開閉自在に取り付けられるメンテナンス用のサービスパネルと、前記サービスパネルと対面するよう前記機械室に取り付けられる電装品モジュールとを備えた空気調和機の室外機において、
    前記電装品モジュールは、前記空気調和機の制御を行う制御回路の弱電系の電子部品が正面に搭載される第1基板と、前記制御回路のパワーデバイスを含む強電系の電子部品が正面に搭載される第2基板と、正面に前記第1基板の裏面が対面し裏面に前記第2基板の裏面が対面するように前記第1基板と前記第2基板が取り付けられる固定板とを備え、
    前記第2基板に搭載された前記パワーデバイスは、前記機械室の前記冷媒配管の内の液側冷媒配管に取り付けられた冷却器に熱的に結合され、
    前記固定板は、前記第1基板の前記正面が前記サービスパネルと対面するように前記電装品モジュールに取り付けられ、
    前記第1基板の前記正面に、情報端末と近距離で無線通信を行う通信ユニットが搭載されていることを特徴とする室外機。
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