JP2021190442A - 電気機器用筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】結露の発生が長期に亘って抑制され、電気機器の配置の自由度が高く、製造コストが削減できる電気機器用筐体を提供する。【解決手段】電気機器用筐体は、電気機器を設置可能な設置部を有する電気機器用筐体であって、前記設置部を内面に有する筐体部と、前記筐体部の内面に接して設けられ、２５℃における熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、少なくとも前記設置部に対向配置される成形体とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電気機器用筐体に関する。

従来から、車両などに搭載される電気機器用筐体では、パワー半導体やパワーモジュールなどの電気機器が筐体部の内部に収容されている。

筐体部の内部に収容されている電気機器の発熱により、電気機器用筐体内の温度が上昇する。この状態で低温の外気により電気機器が冷却されると、筐体部の内面に結露が生じる。電気機器用筐体の内部と筐体外部との温度差が大きいほど、結露が発生しやすくなる。また、電気機器用筐体の気密性が高い場合、電気機器用筐体の内部では、温度の上昇と共に気圧も上昇するため、露点温度が上昇し、結露が生じやすくなる。そして、結露で生じた水滴が電気機器に付着すると、漏電や腐食の原因となり、電気機器が故障することがある。そのため、電気機器用筐体内で発生する結露を抑制することが求められている。

例えば、特許文献１には、電子部品と、電子部品を制御する制御基板と、電子部品に接続されたコンデンサと、コンデンサに充電された電荷を放電する放電抵抗と、これら電子部品、制御基板、コンデンサ、および放電抵抗を収納する箱状の筐体と、を備える電気機器が記載されている。特許文献１の電気機器では、筐体のうち制御基板より上方の部分を筐体上部とし、放電抵抗は、筐体上部の内面に当接して設けられる。特許文献１では、放電抵抗の発熱で筐体上部の内面を保温することにより、筐体内面と筐体内部との温度差を抑制し、筐体内面の結露発生を抑制する。

また、特許文献２には、電気機器を常時保温する機器筐体金属フレームと、機器筐体金属フレームに接触して暖める発熱体と、機器筐体金属フレームの温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段から発熱体の温度を制御する制御手段と、機器筐体金属フレームと接して熱が伝わる電気回路部と、電気回路部に接触して熱が伝わる電気回路基盤と、制御手段に制御されて電気回路部を動作させる動作スイッチと、機器筐体金属フレームを保護する機器筐体外装部とを備えて成る電気回路を有する機器の結露防止用保温機構が記載されている。特許文献２では、発熱体であるヒーターを用い、筐体を保温して筐体内面と筐体内部との温度差を抑制し、筐体内面の結露発生を抑制する。

また、特許文献３には、機器に設置される電気接続箱において、電気接続箱の内壁の、機器に設置されたときに上部となる部分に断熱層が設けられた電気接続箱が記載されている。特許文献３では、接続箱内壁の断熱層が接続箱内壁の表面温度の低下を抑制し、結露発生を抑制する。

特開２００９−１８９１７５号公報 特開平８−３３０７７１号公報 特開２００６−１３６１１１号公報

しかしながら、特許文献１では、放電抵抗を筐体上部の内面に当接して設けることにより、筐体上部の内面の下方に位置する制御基板に対して、結露で生じる水滴が落下して付着することを抑制しているが、放電抵抗を筐体上部に設けることが必要であるため、各電気部品や回路基板の配置などの設計上の制約が多い。

また、特許文献２では、発熱体であるヒーターを用いて、結露の発生を抑制している。ヒーターは高価であるため、近年の製造コスト削減の要求については改善の余地がある。

また、特許文献３では、電気接続箱の内壁の機器に設置されたときに上部となる部分に発泡体の断熱層を設けて、結露の発生を抑制している。発泡体や繊維状の断熱層は空孔を有する。そのため、一旦結露が生ずると、多孔質の断熱層は、空孔内に水分を保持し、さらなる結露を招くという問題を有する。

このようにして、特許文献１から３では、結露の発生を長期に亘って抑制することができず、電気機器の配置の自由度が低く、製造コストを削減できない問題があった。

本開示の目的は、結露の発生が長期に亘って抑制され、電気機器の配置の自由度が高く、製造コストが削減できる電気機器用筐体を提供することである。

［１］ 電気機器を設置可能な設置部を有する電気機器用筐体であって、前記設置部を内面に有する筐体部と、前記筐体部の内面に接して設けられ、２５℃における熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、少なくとも前記設置部に対向配置される成形体とを備えることを特徴とする電気機器用筐体。
［２］ 前記成形体は、樹脂基材と、前記樹脂基材中に分散される複数の潜熱蓄熱材とを含み、前記潜熱蓄熱材の融点は、４０℃以上８０℃以下である上記［１］に記載の電気機器用筐体。
［３］ 前記複数の潜熱蓄熱材は、融点の異なる２種以上の潜熱蓄熱材から構成される、上記［２］に記載の電気機器用筐体。
［４］ 前記成形体は多孔質ではない、上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載の電気機器用筐体。

本開示によれば、結露の発生が長期に亘って抑制され、電気機器の配置の自由度が高く、製造コストが削減できる電気機器用筐体を提供することができる。

図１は、第１実施形態の電気機器用筐体の一例を示す概略図である。 図２は、第１実施形態の電気機器用筐体の結露発生に関係する温度の状態を示す概略図である。 図３は、第１実施形態の電気機器用筐体を構成する成形体を具備しない電気機器用筐体を示す概略図である。 図４は、第１実施形態の電気機器用筐体を構成する成形体の一例を示す概略図である。 図５は、第１実施形態の電気機器用筐体を構成する成形体の他の例を示す概略図である。 図６は、第１実施形態の電気機器用筐体を構成する成形体の他の例を示す概略図である。 図７は、第１実施形態の電気機器用筐体を構成する成形体の他の例を示す概略図である。まざった図 図８は、第１実施形態の電気機器用筐体の他の例を示す概略図である。 図９は、第２実施形態の電気機器用筐体の一例を示す概略図である。

以下、実施形態に基づき詳細に説明する。

実施形態の電気機器用筐体１、２は、電気機器４０を設置可能な設置部４１を有する電気機器用筐体であって、設置部４１を内面に有する筐体部１０と、筐体部１０の内面１０ａに接して設けられ、２５℃における熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、少なくとも設置部４１に対向配置される成形体２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃとを備える。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の電気機器用筐体の一例を示す概略図である。図２は、電気機器用筐体の結露発生に関係する温度の状態を示す概略図である。図３は、電気機器用筐体を構成する成形体を具備しない電気機器用筐体を示す概略図である。図４は、電気機器用筐体を構成する成形体の一例を示す概略図である。

図１、２に示すように、第１実施形態の電気機器用筐体１は、電気機器４０を設置可能な設置部４１を内部に有し、筐体部１０と成形体２０とを備える。電気機器用筐体１は、その内部に電気機器４０を設置可能である。電気機器用筐体１は、例えば車両などに搭載される。

筐体部１０は、内面１０ａに設置部４１を有する。筐体部１０は、電気機器用筐体１の筐体であり、例えば金属から構成される。筐体部１０は、ここでは図１に示すように直方体である。

設置部４１上に設置される電気機器４０は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータなどの発熱量の大きなパワーモジュールなどである。

また、電気機器用筐体１は、筐体部１０の内部と外部とを連通する開口部３０を備える。開口部３０には、通気フィルター３１が設けられている。

筐体部１０の内面には、設置部４１が設けられる。例えば、電気機器４０がＥＣＵの場合、設置部４１が設けられている壁部の外面側が、車両のエンジンルームなどに固定される。よって、車両の傾きに応じて電気機器用筐体１も傾くことになる。

成形体２０は、筐体部１０の内面に接して設けられる。また、成形体２０は、図１に示すように、少なくとも設置部４１に対向配置される。電気機器用筐体１の内部に電気機器４０を設置した状態では、電気機器４０および設置部４１に対向配置される成形体２０は、電気機器４０と接触しない。

成形体２０を少なくとも設置部４１に対向配置することによって、断熱性および潜熱蓄熱性を有する成形体２０は、筐体部１０の内面１０ａを断熱すると共に、電気機器４０からの放熱を潜熱により蓄熱し、筐体部１０の内面１０ａを保温し、筐体部１０の内面１０ａの急激な温度変化を効率的に抑制できる。そのため、電気機器用筐体１内の結露の発生を抑制できる。さらには、ヒーターなどの発熱体を別途設置しなくとも、結露の発生を十分に抑制できるため、電気機器用筐体１内の電気機器の配置の自由度を高めると共に、製造コストを削減できる。

成形体２０は、筐体部１０の内面１０ａの全面、例えば、設置部４１を備える壁部の内面を除く、筐体部１０の内面１０ａの全面に設けられてもよい。

例えば、成形体２０は、筐体部１０の内面１０ａに両面粘着テープまたは板バネなどを設置することによって、筐体部１０の内面１０ａに密着して取り付けることができる。

また、成形体２０は、断熱性および潜熱蓄熱性を有し、２５℃における熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。

成形体２０の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると、成形体２０中に内包する潜熱蓄熱材と同等以上の熱伝導を有し、発熱デバイスなどの電気機器４０からの熱を潜熱蓄熱材に効率良く伝達し、蓄熱効率が良好となる。さらに、蓄熱した熱を電気機器用筐体１に加温する効果も得られる。また、成形体２０の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であると、筐体部１０を構成する金属材料に対し、断熱の効果がある。また、上記観点から、成形体２０の熱伝導率は、筐体部１０の熱伝導率よりも低いことが好ましい。

成形体２０は、図４に示すように、樹脂基材２１と、樹脂基材２１中に分散される複数の潜熱蓄熱材２２とを含み、潜熱蓄熱材２２の融点は、４０℃以上８０℃以下であることが好ましい。樹脂基材２１中に複数の潜熱蓄熱材２２を分散させた成形体２０は、形状の自由度が高く、取扱い性に優れる上、蓄熱性がさらに良好である。

また、電気機器用筐体１の内部では、電気機器４０の稼動時の発熱により、温度が上昇する。潜熱蓄熱材２２の融点が電気機器用筐体１内の上昇温度以下であると、温度保持に有効な潜熱が得られる。また、電気機器用筐体１は外気温により冷却を受けるので、潜熱蓄熱材２２の融点は通年を通して外気温より高いことが好ましい。このような観点から、潜熱蓄熱材２２の融点は、４０℃以上８０℃以下であることが好ましい。

樹脂基材２１は、金属製である筐体部１０の内面１０ａでの断熱性を有するものが好ましく、さらに、絶縁抵抗値が高く、電気絶縁性に優れ、電気機器の発熱温度に対する耐熱性、耐久性の良好な材料から構成される。樹脂基材２１は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、ウレタン、エポキシ、アクリル、オレフィン、フェノール、ポリイミド、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）のような合成ゴムなどが挙げられる。

樹脂基材２１中に分散している潜熱蓄熱材２２としては、マイクロカプセル型の潜熱蓄熱材、顆粒状の固体結晶転移性の潜熱蓄熱材、潜熱蓄熱性を有する樹脂材であるトランス１，４ポリブタジエンであることが好ましい。

例えば、マイクロカプセル型の潜熱蓄熱材２２として、固液相転移潜熱蓄熱材パラフィンをメラミン樹脂のシェルに内包したマイクロカプセル、顆粒状の潜熱蓄熱材として、強相間電子系化合物などが挙げられる。強相間電子系化合物は、例えば、二酸化バナジウム（ＶＯ_２）やＶＯ_２に、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などをドープしたバナジウム酸化物が挙げられる。

潜熱蓄熱材２２を樹脂基材２１と混合して成形することによって、断熱性および潜熱蓄熱性の良好な成形体２０を容易に製造できる。

成形体２０は、多孔質ではないことが好ましい。成形体２０が発泡体や繊維状のような多孔質であると、吸水性が増加するため、結露発生の抑制効果が低下する。

成形体２０は、潜熱蓄熱材２２における、融解と凝固を繰り返すことで、蓄熱と放熱を行う。成形体２０は、潜熱蓄熱材２２の融点で潜熱を有し、高い熱エネルギーを蓄熱または放熱する。電気機器４０の発熱温度や発熱量に応じて、融点が適切な潜熱蓄熱材２２を適宜選択する。

例えば、図５および図６に示すように、潜熱蓄熱材２２の融点よりも低い融点を有する潜熱蓄熱材２２ａを樹脂基材２１に分散した成形体２０ａや、潜熱蓄熱材２２ａの融点よりも低い融点を有する潜熱蓄熱材２２ｂを樹脂基材２１に分散した成形体２０ｂを適宜選択してもよい。

また、図７に示すように、複数の潜熱蓄熱材は、融点の異なる２種以上の潜熱蓄熱材から構成されることが好ましい。ここでは、融点の異なる３種の潜熱蓄熱材２２、２２ａ、２２ｂを含む成形体２０ｃを示すが、成形体２０ｃは、融点の異なる２種の潜熱蓄熱材を含んでもよいし、融点の異なる４種の潜熱蓄熱材を含んでもよい。

次に、電気機器用筐体の内部の結露を抑制するメカニズムについて、図２および図３を用いて説明する。

電気機器用筐体１、１００は、低温の外気Ｌ１により冷やされ、筐体部１０の内面１０ａの温度が低下する。また、電気機器用筐体１、１００の設置部４１に電気機器４０が設置されて、電気機器４０が稼働すると、電気機器４０による放熱流Ｌ２で電気機器用筐体１の内部の温度が上昇する。

成形体２０を備えない電気機器用筐体１００では、電気機器４０による放熱流Ｌ２で温められた空気が露点以下になりやすいため、筐体部１０の内面１０ａに結露６０が生じやすい。筐体部１０の内面１０ａの温度と電気機器用筐体１、１００の内部の温度との温度差が大きいほど、筐体部１０の内面１０ａに結露６０が生じやすい。断熱性および潜熱蓄熱性を有する成形体２０は、上記数値範囲内の熱伝導率を有し、低い熱伝導性を有しており、断熱効果が得られる。そのため、筐体部１０の内面１０ａの温度と電気機器用筐体１の内部との温度差が大きくなることを抑制できるので、電気機器用筐体１内の空気が露点以下になりにくく、筐体部１０の内面１０ａに発生する結露６０の発生を長期に亘って抑制する効果が得られる。

また、断熱性および潜熱蓄熱性を有する成形体２０は、電気機器４０からの放熱を潜熱により蓄熱し、筐体部１０の内面１０ａを保温し、筐体部１０の内面１０ａの急激な温度変化を抑制する。そのため、筐体部１０の内面１０ａの温度と電気機器用筐体１の内部との温度差が大きくなることを抑制できるので、電気機器用筐体１内の空気が露点以下になりにくく、筐体部１０の内面１０ａに発生する結露６０の発生を長期に亘って抑制する効果が得られる。

また、電気機器用筐体１は、好適には内気と外気の圧力平衡を行う通気フィルター３１を有する開口部３０を備える。電気機器用筐体１の内気と外気の圧力平衡によって、露点温度が下がり、電気機器用筐体内１の結露６０の発生を抑制することができる。外気温度に対する電気機器用筐体１内の温度の差が小さい状態では、電気機器用筐体１の内気と外気の換気が不十分となり、結露が生じやすくなる。電気機器用筐体１の内部温度の上昇が低い場合、上記換気が不十分となる。電気機器用筐体１の内部に断熱性および潜熱蓄熱性を有する成形体２０を設けることにより、電気機器用筐体１の内部温度が上昇し換気効率を高め、さらに前述の筐体部１０の内面１０ａの断熱と保温の作用が働くことにより、電気機器用筐体１内の結露発生の抑制を強化することができる。

上記したように、第１実施形態の電気機器用筐体１によれば、上記特性を有する成形体２０を、筐体部１０の内部における電気機器を設置可能な設置部に対向して設置することによって、筐体部１０内の結露の発生を長期に亘って抑制できる。また、従来のようにヒーターなどの発熱体を設けなくても、結露の発生を十分に抑制することができる。そのため、従来に比べて、電気機器用筐体１は、内部に収容する電子機器の配置自由度の向上や製造コストの削減を図ることができる。

なお、上記では図１に示すように、紙面の上部に成形体２０を設置し、紙面の下部、すなわち重力方向に電気機器４０を設置可能な設置部４１を配置する電気機器用筐体の例を説明したが、図８に示すような配置構成でもよい。すなわち、図８に示す電気機器用筐体１では、紙面の一方の側壁に設置部４１を配置し、紙面の他方の側壁に成形体２０を対向配置すると共に、紙面の上部、すなわち重力方向上方に成形体２０を配置する。このような配置構成の電気機器用筐体１は、電気機器４０の放熱流Ｌ２に起因する結露の発生をさらに効率的に抑制できる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の電気機器用筐体の一例を示す概略図である。

第２実施形態の電気機器用筐体２において、成形体２０の配置構成が異なること以外は、第１実施形態の電気機器用筐体１の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

図９に示すように、電気機器用筐体２は、熱伝導率および融点の少なくとも一方の物性が異なる複数種類の成形体を備える。複数種類の成形体では、熱伝導率が異なる、融点が異なる、または熱伝導率と融点とが異なる。ここでは、電気機器用筐体２は、融点が互いに異なり、融点の高い成形体２０、および成形体２０よりも融点の低い成形体２０ａを備える。

電気機器用筐体２に収容する電気機器４０の発熱量や、冬季、夏季での電気機器用筐体２内の温度上昇に応じて、融点の異なる複数種類の成形体２０、２０ａを配置する。例えば、電気機器４０の種類に応じて、電気機器４０の発熱量が異なる。ＥＣＵ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータなどの発熱量の大きなパワーモジュールに比べて、制御基板や電源基板の発熱量は小さい。また、冬季は電気機器用筐体２内の温度上昇が低いので低融点の潜熱蓄熱材２２ａを有する成形体２０ａの潜熱が活用され、夏季は電気機器用筐体２内の温度上昇が高いので高融点の潜熱蓄熱材２２を有する成形体２０の潜熱が活用される。このように、通年において、電気機器４０の種類などに応じて、融点の異なる複数種類の成形体２０を適宜配置することによって、成形体２０、２０ａは電気機器４０からの熱を効率的に蓄熱できる。そのため、低温の外気による電気機器用筐体２の内部温度の冷却が遅延され、筐体部１０内の結露の発生を効率的に抑制できる。

上記したように、第２実施形態の電気機器用筐体によれば、電気機器用筐体の内部温度や電気機器の発熱状況に応じて、熱伝導率および融点の少なくとも一方の物性が異なる複数種類の成形体を配置することによって、電気機器からの熱を効率的に蓄熱できる。そのため、電気機器用筐体における結露の発生をさらに抑制できる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本開示の範囲内で種々に改変することができる。

１、２、１００ 電気機器用筐体
１０ 筐体部
１０ａ 筐体部の内面
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 成形体
２１ 樹脂基材
２２、２２ａ、２２ｂ 潜熱蓄熱材
３０ 開口部
３１ 通気フィルター
４０ 電気機器
４１ 設置部
６０ 結露

Claims (4)

1. 電気機器を設置可能な設置部を有する電気機器用筐体であって、
   前記設置部を内面に有する筐体部と、
   前記筐体部の内面に接して設けられ、２５℃における熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、少なくとも前記設置部に対向配置される成形体と
   を備えることを特徴とする電気機器用筐体。
2. 前記成形体は、樹脂基材と、前記樹脂基材中に分散される複数の潜熱蓄熱材とを含み、
   前記潜熱蓄熱材の融点は、４０℃以上８０℃以下である請求項１に記載の電気機器用筐体。
3. 前記複数の潜熱蓄熱材は、融点の異なる２種以上の潜熱蓄熱材から構成される、請求項２に記載の電気機器用筐体。
4. 前記成形体は多孔質ではない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機器用筐体。
   

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