JP5532623B2 - 空気調和機の電装装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に使用される電装装置に関するものである。

空気調和機では電動機を制御するためにインバータ回路などを備えた電気回路が使用される。図７に示すように、電気回路１４は、プリント基板２０にインバータ回路などに使用する電子部品２２が実装されたものである。電気回路１４はスイッチボックス１２の中に収納される。また、図８に示すように、スイッチボックス１２は室外機のケーシング４０内に収納される。なお、電気回路１４をスイッチボックス５２の中に収納したものを電装装置５０と呼ぶ。

電子部品２２の中には、駆動によって高熱を発するパワー素子（ＩＧＢＴモジュール、ダイオードモジュールなど）が含まれる。また、他の電子部品２２も多少は発熱する。安定した駆動をおこなうために冷却する必要がある。高熱を発する電子部品２２にはヒートシンク２４を取り付けて、冷却をおこなう。また、スイッチボックス１２に開口５４を設け、電子部品２２の熱をスイッチボックス１２の内部から外部に排熱する。プリント基板２０を取り付ける板５６には、複数の穴５８を形成し、プリント基板２０の裏面からも排熱をおこなう。

しかし、スイッチボックス５２が取り付けられるのは室外機のケーシング４０内である。そのため、電気回路１４をほこりや雨水などの水分から保護する必要がある。その保護のために開口５４がスイッチボックス５２の側面に設けられているが、多少はほこりなどがスイッチボックス５２の中に入る。保護のためにスイッチボックス５２の開口５４を閉じると、電子部品２２から空気に輻射された熱がスイッチボックス５２の上層や電子部品２２の周辺に滞る。温度の低い空気がスイッチボックス５２の下層に滞ったままになり、スイッチボックス５２内の空気の温度が不均一になる。電子部品２２の放熱効率が低下して、電子部品２２の駆動が不安定になる。

電子部品２２の放熱効率を上げるために、室外機のファン４２によって生じる風路にスイッチボックス５２を設けることが好ましい。しかし、ほこりや水分によって電気回路１４が劣化するおそれがあるため、避けられている。例えば図９のトランク型の室外機に示すように、板６０によって風路にケーシング５２が配置されないようになっている。なお、符号６２は圧縮機を示す。

ほこりや水分から電気回路１４を保護するために電気回路１４を樹脂で覆うことがおこなわれる。しかし、電気回路１４の製造時およびリサイクル時のコストアップや手間となる。

下記の特許文献１には、複数の半導体ユニットを用いた装置の冷却方法について開示されている。冷却フィンに必ず空気が通過するようにファンが設けられている。しかし、空気が冷却フィンを通過しても、半導体ユニットに対して均一に空気が当たり、冷却できるか不明である。一部の半導体ユニットだけが冷却されないおそれがある。

特開平１０−２１２９４９号公報（図１）

本発明の目的は、ほこりや水分などの影響を受けず、効率よく放熱が可能な空気調和機の電装装置を提供することにある。

本発明の電装装置は、密閉されたスイッチボックスと、前記スイッチボックス内に収納された電気回路と、前記スイッチボックス内に収納されたファンと、前記スイッチボックス内を仕切る仕切り板とを備える。前記仕切り板によってスイッチボックス内に空気の循環路が形成され、ファンによってスイッチボックス内の空気が循環される。

電気回路の熱が、周辺の空気に輻射される。スイッチボックスの中の空気が循環することによって、スイッチボックスの空気の温度が均一になる。スイッチボックスの各所に熱が伝えられ、空気が冷却される。上記の工程が繰り返しおこなわれる。

前記電気回路を複数備え、少なくとも１つの電気回路が前記仕切り板に取り付けられる。仕切り板に電気回路を取り付けたときに、開口が塞がれなければ、空気の循環路が維持される。

前記仕切り板の両端部に開口を有する。空気が一方の開口を通って、仕切り板の一方から他方に移動する。空気が他方の開口を通って、仕切り板の他方から一方に移動する。

前記仕切り板の各辺がスイッチボックスの内壁に接してスイッチボックスを２室に分離し、前記開口を介してファンによって空気が２室を循環する。仕切り板が内壁に接することによってスイッチボックスが２室に分離されるが、開口を介して空気が行き来する。

前記電気回路はプリント基板に電子部品を実装しており、該電子部品がスイッチボックスの内壁および仕切り板に接せずに、循環する空気が電子部品に当たる位置に仕切り板が取り付けられる。電気回路に備えられた電子部品などによって空気の循環路が分断されず、全ての電気回路に空気が当たって冷却される。

前記電気回路はプリント基板に電子部品を実装しており、仕切り板とプリント基板とが平行に配置されている。仕切り板とプリント基板とが平行になって、空気の循環路が形成される。

前記仕切り板とプリント基板とが平行に対向し、電子部品の形状に合わせて仕切り板に凹凸が設けられてもよい。仕切り板とプリント基板とで空気の循環路が形成され、その途中に電子部品が配置された構成となる。電子部品に当たらない空気を減らす。

空気調和機の室外機のケーシング内に生じる風路に前記スイッチボックスが設置される。ケーシングの表面から放熱が放熱される。

本発明の電装装置は、スイッチボックスを密閉するため、電気回路は外部からのほこりや水分による劣化の影響がない。仕切り板によって空気の循環路を形成し、さらにファンによって空気を循環させることによって、電子部品に対する冷却能力を落とすこともない。空気の循環路を分断せずに、電子部品に当たらない空気を減らすため、冷却能力を高めることができる。

空気調和機の室外機のケーシング内に電装装置を配置した図である。 電装装置の構成を示す図である。 仕切り板を示す図である。 トランク型の室外機のケーシング内に電装装置を配置した図である。 電装装置の他の構成を示す図である。 電装装置の他の構成を示す図である。 従来の電装装置の構成を示す図である。 空気調和機の室外機のケーシング内に従来の電装装置を配置した図である。 トランク型の室外機のケーシング内に従来の電装装置を配置した図である。

本発明について図面を用いて説明する。なお、図は模式的に示しており、実際の大きさとは異なる場合がある。

図１に示すように、電装装置１０は、空気調和機の室外機のケーシング４０の中に収納される。図２に示すように、電装装置１０は、スイッチボックス１２、電気回路１４、仕切り板１６、およびファン１８を備える。

スイッチボックス１２は、密閉されており、スイッチボックス１２の内外で空気の出入りがない。スイッチボックス１２は熱伝導の高い金属で構成されている。スイッチボックス１２内の熱をスイッチボックス１２の表面から放熱できる。

電気回路１４の電子部品２２やファン１８を駆動させるための電力がスイッチボックス１２の外部から供給される。スイッチボックス１２と配線とを密着させるなどしてスイッチボックス１２の密閉状態を保ったまま、スイッチボックス１２の外部から内部に配線をおこなう。

電気回路１４はスイッチボックス１２の中に収納される。電気回路１４は、プリント基板２０にパワー素子などの電子部品２２が実装された物である。電子部品２２などによってインバータ回路などが構成される。スイッチボックス１２が密閉されているので、電気回路１４を樹脂で覆う必要はない。

パワー素子などの高熱を発する電子部品２２には、ヒートシンク２４が取り付けられる。ヒートシンク２４は、電子部品２２に取り付けられる伝熱板２６、冷媒が循環する配管（図示せず）、伝熱板２６に接続され、内部に配管が通過する冷媒ジャケット２８から構成される。電子部品２２にヒートシンク２４を取り付けるために、スイッチボックス１２の一部に開口３０を設ける。ヒートシンク２４の伝熱板２６などがスイッチボックス１２の外壁と密着されることにより、スイッチボックス１２の密閉状態を保つ。

プリント基板２０とスイッチボックス１２の内壁との間にスペーサー３２を設けて、スペーサー３２を介してプリント基板２０をスイッチボックス１２の内壁に取り付ける。

図３に示す仕切り板１６は、図２に示すようにスイッチボックス１２の中に収納される。仕切り板１６によって、スイッチボックス１２が２室に分離され、少なくとも２カ所で２室がつながり、空気が各部屋を行き来する。すなわち、仕切り板１６によって、図１の矢印で示すように、スイッチボックスの中に空気の循環路が形成される。仕切り板１６の各辺はスイッチボックス１２の内壁に接する。仕切り板１６の材料は、金属、樹脂など限定されない。空気の循環路を形成するために、仕切り板１６とプリント基板２０とは平行である。また、プリント基板２０とスイッチボックス１２の内壁とも平行である。このように平行にすることによって、空気の循環路が形成され、途中にある電子部品２２に空気が当たる。

図２では仕切り板１６をスイッチボックス１２の中央に配置しているが、電子部品２２の大きさなどによって適宜仕切り板１６の位置を変更しても良い。仕切り板１６の位置は、（Ａ）電子部品２２がスイッチボックス１２の内壁や仕切り板１６に接しない位置、（Ｂ）電子部品２２によって空気の循環が遮断されない位置、（Ｃ）循環する空気が電子部品２２に当たる位置の３つの条件を満たす位置である。電子部品２２に多くの空気が当たるように、電子部品２２と仕切り板１６との距離、および電子部品２２とスイッチボックス１２の内壁との距離は狭い方が好ましい。上記距離が狭いことによって、電子部品２２に当たらずに単に循環する空気を減らすことができる。

また、電子部品２２に確実に空気を当てるために、電気回路１４と対向する仕切り板１６の対向面に凹凸を設けてもよい。凹凸は、電子部品２２の形状に対応したものである。プリント基板２０の箇所は凸部、電子部品２２の箇所は凹部となる。仕切り板１６とプリント基板２０とが対向する箇所の距離を縮めて電子部品２２に向かう空気の量を増やすことができる。具体的には、仕切り板１６とプリント基板２０とで狭い幅の空気の循環路が形成され、その途中に電子部品２２が配置された構造となる。なお、仕切り板１６に対するプリント基板２０と電子部品２２の距離を一定にしてもよい。また、電気回路１４と対向するスイッチボックス１２の内壁にも同様の凹凸を設けてもよい。

空気の循環路を形成するために、仕切り板１６は開口３４ａ，３４ｂを有する。開口３４ａ，３４ｂは、仕切り板１６において、対抗する両端部に設けられる。図１や図２では、仕切り板１６の上端部と下端部に開口３４ａ，３４ｂを有する。一方の開口３４ａによって、仕切り板１６の一方から他方に空気が移動でき、他方の開口３４ｂによって、仕切り板１６の他方から一方に空気が移動できる。すなわち、仕切り板１６によってできたスイッチボックス１２の中の２室を空気が行き来する。図３の開口３４ａ，３４ｂの形状は方形であるが、円形などであっても良い。

図１や図２では、複数の電気回路１４があり、一部の電気回路１４がスペーサー３２を介して仕切り板１６に取り付けられている。仕切り板１６に電気回路１４を取り付けたとき、電気回路１４によって開口３４ａ，３４ｂが閉じないようにする。従来のプリント基板２０を取り付ける板５６は単なる取り付け用部材であり、空気循環路は形成されず例えば、プリント基板２０と対抗する面に穴５８があったが、本発明では循環路を形成するために、仕切り板１６のプリント基板２０と対抗する面には穴はない。空気の流れが遮断されないように、電気回路１４は、スイッチボックス１２の内壁や仕切り板１６に取り付けられる。

ファン１８はスイッチボックス１２の中に収納される。ファン１８が回転することによって、スイッチボックス１２の中の空気を循環させる。開口３４ａにファン１８を取り付けているが、空気を循環させることができれば、ファン１８の位置や数は限定されない。例えば、発熱量の大きい電子部品２２の付近にファン１８を設けて電子部品２２の冷却能力を上げても良いし、空気が流れにくい位置にファン１８を設けて空気の流れを良くしても良い。さらには、両方の開口３４ａ，３４ｂにファン１８を取り付けても良い。ファン１８の種類は、プロペラファン、クロスフローファン、シロッコファンなどの種々のファンが挙げられる。

スイッチボックス１２は密閉されている。電子部品２２が発熱することによって、電子部品２２の熱が周囲の空気に輻射される。高温の空気が電子部品２２の周辺からスイッチボックス１２の上層に集中する。スイッチボックス１２の下層に行くにしたがって、空気の温度は低くなる。このままであれば、電子部品２２の熱がスイッチボックス１２の上層だけに伝熱される。放熱が追いつかず、電子部品２２の駆動が不安定になるおそれがある。

そこで本発明は、仕切り板１６によって形成された循環路をファン１８によって空気が循環することによって、スイッチボックス１２の中の空気温度を均一にする。空気の循環によって、スイッチボックス１２の内壁全体に均一に熱が伝えられる。スイッチボックス１２への伝熱効率が良く、電子部品２２を冷却させるための空気が効率よく冷却され、電子部品２２の冷却効率も上がる。

図１に示すように、スイッチボックス１２は、空気調和機の室外機のケーシング４０内に収納される。ケーシング４０内のファン４２が駆動することによって、図の矢印で示すように、ケーシング４０内に熱交換機４４からファン４２に続く風路が形成されている。スイッチボックス１２はこの風路に配置されるようにする。スイッチボックス１２の内壁に伝えられた熱は、スイッチボックス１２の外壁から放熱をおこなう。例えば、図４のトランク型の室外機のケーシング４０ｂであれば、図９にある板６０を省き、図中の矢印で示す風路に配置されている。

電装装置１０の放熱方法をまとめると以下の３段階でおこなわれる。（１）電子部品２２が駆動し、発熱すれば、スイッチボックス１２内の空気の循環で電子部品２２を冷却する。（２）内壁表面への空気の循環によって、スイッチボックス１２の内壁の各所に均一に伝熱される。（３）ケーシング４０に形成された風路によって、スイッチボックス１２の外壁から放熱をおこなう。

以上のように、本発明はスイッチボックス１２を密閉することによって電気回路２２をほこりや水分から保護することができる。スイッチボックス１２内の仕切り板１６やファン１８によって空気を循環させて電子部品２２の冷却もおこなっている。

以上、本発明について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、図５のように、仕切り板１６に電気回路１４を取り付けないで、スイッチボックス１２の内壁に電気回路１４を取り付けても良い。スペーサー３２を介してプリント基板２０をスイッチボックス１２に取り付ける。図５の電装装置１０ｂは、ヒートシンク２４に取り付けられた電気回路１４とスイッチボックス１２の内壁に取り付けられた電気回路１４が存在する。各電気回路１４によって空気の流れが遮断されないように、スイッチボックスの大きさや仕切り板１６の位置を適宜設定する。

電気回路１４の数が多くなれば、電気回路１４を仕切り板１６に取り付けつつ、スイッチボックス１２の内壁にも電気回路１４を取り付けるようにしても良い。

また、電気回路１４の数が少ない電装装置１０ｃであれば、図６のように、仕切り板１６に電気回路１６を取り付けなくてもよい。電気回路１４は、ヒートシンク２４に取り付けられた電気回路１４のみになる。

空気の循環路を形成するために、仕切り板１６に開口３４ａ，３４ｂを設けたが、開口３４ａ，３４ｂの代わりに仕切り板１６の両端とスイッチボックス１２の内壁に空間を設けてもよい。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０：電装装置
１２：スイッチボックス
１４：電気回路
１６：仕切り板
１８、４２：ファン
２０：プリント基板
２２：電子部品
２４：ヒートシンク
２６：伝熱板
２８：冷媒ジャケット
３０、３４ａ、３４ｂ：開口
３２：スペーサー
４０：ケーシング
４４：熱交換機

Claims (4)

1. 密閉されたスイッチボックスと、
   前記スイッチボックス内に収納され、プリント基板に電子部品を実装した複数の電気回路と、
   前記スイッチボックス内に収納されたファンと、
   少なくとも１つの前記電気回路が取り付けられ、前記スイッチボックス内を仕切る仕切り板と、
   を備え、
   前記スイッチボックスの中を仕切り板によって空気の循環路を形成し、ファンによって空気を循環させることによって、スイッチボックスの中の空気温度を均一にしてスイッチボックスの内壁全体に均一に熱を伝え、スイッチボックスの外壁から放熱し、
   前記電子部品がスイッチボックスの内壁および仕切り板に接せずに、循環する空気が電子部品に当たる位置に仕切り板が取り付けられ、仕切り板とプリント基板とが平行に配置されて対向し、電子部品の箇所にあわせて仕切り板に凹部を設けた
   電装装置。
2. 前記仕切り板の両端部に開口を有する請求項１の電装装置。
3. 前記仕切り板の各辺がスイッチボックスの内壁に接してスイッチボックスを２室に分離し、前記開口を介してファンによって空気が２室を循環する請求項２の電装装置。
4. 空気調和機の室外機のケーシング内に生じる風路に前記スイッチボックスが設置された請求項１から３のいずれかの電装装置。

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