JP5994361B2 - 燃焼装置 - Google Patents

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この発明は燃焼装置に関し、より詳細には、屋外に設置されるタイプの給湯装置における装置内部に備えられた電源部の空冷技術に関する。
従来、屋外に設置されるタイプの給湯装置(燃焼装置)は、筐体の正面パネルの内側に給湯装置の電源部を構成する電源装置が収容されるとともに、上記正面パネルと電源装置との間には雨水の侵入を防止する防雨板が備えられている(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、このような給湯装置の電源部には、スイッチングトランスを備えた電源装置、いわゆるスイッチング電源装置が用いられている。スイッチング電源装置は、周知のとおり、スイッチングトランスの1次側にスイッチング用の半導体素子(たとえば、FET)が備えられるとともに、スイッチングトランスの2次側に整流用の半導体素子(たとえば、ダイオード)が備えられており、直流電力をスイッチング用の半導体素子で高速スイッチングしてスイッチングトランスの1次側に供給し、スイッチングトランスの2次側に誘起されたエネルギ(交流電力)を整流用の半導体素子で整流し、さらにこれを平滑して直流電力を得るように構成されている。
そして、このような電源装置に使用される上記各半導体素子(スイッチング用および整流用の各半導体素子)は通電によって昇温することから、昇温による熱破壊が起きないように放熱器(たとえば、アルミニウム製の蛇腹状または剣山状の形をしたヒートシンクや鉄製の板状の形をした放熱板など)が備えられている(たとえば、特許文献2参照)。
特開平9−296961号公報の図1 実公平7−39348号公報
しかしながら、このような給湯装置の電源部において半導体素子に備えられる放熱器は、主として電源装置が正常動作(電源装置の定格電流の範囲内で動作)をしているときの放熱を目的としてその材質・形状・大きさが選定(放熱設計)されているため、電源装置の出力側に異常が発生するなどして電源装置が過負荷状態になったときには、放熱器の能力を超えて半導体素子が昇温し、その結果、定格温度を超えて半導体素子が破損(熱破壊)するおそれがある。
このような過負荷による熱破壊のおそれがある半導体素子の主なものとしては、スイッチングトランスの1次側に備えられたスイッチング用の半導体素子と、スイッチングトランスの2次側に備えられた整流用の半導体素子とが挙げられるが、従来の電源装置では、これら半導体素子のうちのどちらが先に熱破壊するかを特定できるように半導体素子の放熱設計が行われていないため、どちらが先に熱破壊を起こすかをあらかじめ特定することができなかった。
そのため、従来の給湯装置では、電源装置のスイッチング用の半導体素子が先に熱破壊を起こすことがあり、その場合、当該半導体素子の周辺回路部品(具体的には、スイッチングトランスの1次側の回路部品)が2次破壊(破損)を起こし、破損部品の特定が困難になるおそれがあった。
また、このようにスイッチング用の半導体素子が先に熱破壊した場合、破損したスイッチング用の半導体素子は高い電圧(たとえば、数100V程度)が印加された状態で放置されることになるので、回路構成上、好ましくないという問題もあった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電源装置が過負荷状態に陥ったときには、スイッチングトランスの2次側に備えられた整流用の半導体素子が先に熱破壊する空冷構造を備えた燃焼装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載の燃焼装置は、燃焼部を有し、筐体の正面パネルの内側に電源部を収容するとともに、上記正面パネルと電源部との間に雨水の侵入を防止する防雨板が備えられた燃焼装置において、上記電源部は、スイッチングトランスの1次側にスイッチング用の半導体素子を備えるとともに、スイッチングトランスの2次側に整流用の半導体素子を備えた電源装置で構成され、上記防雨板には、上記燃焼部に燃焼用の空気を供給する燃焼ファンの作動に伴って筐体内に導入される空気を上記電源部に導入する開口であって、この開口から導入される空気が上記整流用の半導体素子よりも上記スイッチング用の半導体素子により多く当たり、上記電源装置が過負荷状態となったときには、上記整流用の半導体素子が上記スイッチング用の半導体素子より先に熱破壊するように開口位置が設定された通風開口部が形成されていることを特徴とする。
すなわち、この請求項1に係る燃焼装置では、燃焼ファンの作動に伴って筐体内に導入される空気(空気流)は防雨板の通風開口部を介して電源装置に導入されるが、防雨板に設けられる通風開口部は、当該開口部から導入される空気(空気流)がスイッチングトランスの2次側に備えられた整流用の半導体素子よりもスイッチングトランスの1次側に備えられたスイッチング用の半導体素子により多く当たり、上記電源装置が過負荷状態となったときには、上記整流用の半導体素子が上記スイッチング用の半導体素子より先に熱破壊するようにその位置が設定されているため、通風開口部から導入される空気(空気流)による半導体素子の空冷効果は、上記整流用の半導体素子よりも上記スイッチング用の半導体素子の方が高くなる。そのため、この請求項1に係る燃焼装置では、電源装置が過負荷状態になって上記スイッチング用の半導体素子および整流用の半導体素子がともに昇温するときでも、通風開口部からの空気流による空冷効果の高いスイッチング用の半導体素子が熱破壊することが抑制される結果、スイッチングトランスの2次側に備えられた整流用の半導体素子がスイッチングトランスの1次側に備えられたスイッチング用の半導体素子よりも先に熱破壊するようになり、電源装置が過負荷状態となることによって熱破壊される半導体素子をあらかじめ特定できるようになる。
本発明の請求項2に記載の燃焼装置は、請求項1に記載の燃焼装置において、上記通風開口部は、上記電源装置と正対しないようにその開口位置が設定されていることを特徴とする。
すなわち、この請求項2に係る燃焼装置によれば、防雨板に設けられる通風開口部は電源装置と正対しないように、換言すれば、通風開口部の開口位置が電源装置と対面しないようにずらして設定されるので、仮にこの通風開口部から雨水やホコリが侵入したときでも、これら雨水やホコリが電源装置にかかり難くなる。そのため、この請求項2に係る燃焼装置によれば、防雨板本来の機能を損ねることなく、電源装置の半導体素子(特に、スイッチングトランスの1次側に備えられたスイッチング用の半導体素子)を効果的に空冷することができる。
本発明の請求項3に記載の燃焼装置は、請求項1または2に記載の燃焼装置において、上記防雨板と上記電源装置との間に、上記電源装置の正面側の露出部分を部分的に覆うカバー板が介装されていることを特徴とする。
すなわち、この請求項3に係る燃焼装置では、防雨板と電源装置との間に電源装置の正面側の露出部分を部分的に覆うシート状のカバー板が介装されているので、たとえば、台風や暴風雨などの影響で防雨板の内側に雨水などが勢いよく侵入したとしても、カバー板によって覆われた範囲については侵入した雨水などが電源装置にかかり難い構造となって電源装置への雨水などの付着が抑制される。また、カバー板は電源装置の正面側の露出部分を部分的に覆っているので、防雨板に設けられた通風開口部から導入された空気による半導体素子の空冷効果は損なわれずに維持することができる。
本発明によれば、燃焼装置に備えられた電源装置が過負荷状態となったときでも、防雨板に設けられた通風開口部から電源装置に導入される空気によってスイッチングトランスの1次側に備えられたスイッチング用の半導体素子には高い空冷効果が与えられるので、スイッチング用の半導体素子よりも先にスイッチングトランスの2次側に備えられた整流用の半導体素子が熱破壊することとなり、電源装置が過負荷状態となったときに破損する部品の特定が容易に行える。
本発明を適用した給湯装置に備えられる電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。 本発明を適用した給湯装置における防雨板と電源装置の位置関係を模式的に示した給湯装置の部分側面断面図である。 同給湯装置における防雨板と電源装置の位置関係を模式的に示した給湯装置の部分正面断面図である。 本発明を適用した給湯装置の第2の実施形態における防雨板と電源装置の位置関係を模式的に示した給湯装置の部分側面断面図である。 同給湯装置の第2の実施形態における防雨板と電源装置の位置関係を模式的に示した給湯装置の部分正面断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態1
本発明は、燃焼部を有し、筐体の正面パネルの内側に電源部を収容するとともに、上記正面パネルと電源部との間に雨水の侵入を防止する防雨板を備えた燃焼装置において、上記電源部の空冷構造を提案するものであり、たとえば屋外に設置されるタイプの給湯装置に好適に適用される。
ところで、この種の給湯装置は、周知のとおり、温水を生成する熱交換器と、この熱交換器を燃焼ガスにより加熱するバーナ(燃焼部)と、給湯装置を制御するコントローラ(制御部)と、コントローラなどに電力を供給する電源装置(電源部)とを主要部として構成されており、これら給湯装置の各部は、いずれも給湯装置の筐体に収容されている。なお、給湯装置の基本構成やその動作は周知であるので、ここではその詳細な説明は省略し、以下、図1乃至図3に基づいて、給湯装置における電源装置の空冷構造について説明する。
そこで、まず、本発明が適用される給湯装置に備えられる電源装置について、図1に基づいて説明する。図1は、給湯装置に備えられる電源装置の回路構成の一例を示している。
この図1に示す電源装置1は、商用電源などから供給される交流電源AC1から所定の直流電圧出力Vout1を得るためのスイッチング電源装置であって、スイッチングトランスST1の1次側には、交流電源AC1と、交流電源AC1から入力される交流電力を整流するブリッジダイオードD1と、ブリッジタイオードD1で整流された電力を平滑する平滑コンデンサC1と、平滑コンデンサC1で平滑された直流電力をスイッチングするスイッチング用の半導体素子(図示例ではFET)Q1と、スイッチング用の半導体素子Q1の動作を制御する制御回路IC1とが主要部として備えられるとともに、スイッチングトランスST1の2次側には、当該スイッチングトランスST1の2次側に発生する交流電力を整流する整流用の半導体素子(図示例ではダイオード)D2と、このダイオードD2で整流された電力を平滑して上記所定の直流電圧出力Vout1を生成する平滑用のコンデンサC2とが主要部として備えられている。
なお、図1においてL1は、交流電源AC1への帰還雑音を除去するためのACラインフィルタを示している。また、上記スイッチング用の半導体素子Q1は、そのドレイン端子Dおよびソース端子SがスイッチングトランスST1の1次巻線に直列に接続されるとともに、そのゲート端子(制御端子)Gが制御回路IC1と接続されて、制御回路IC1による制御を受けてスイッチングするように構成されている。抵抗R1〜R4およびコンデンサC3は、これらスイッチング用の半導体素子Q1および制御回路IC1を動作させるための周辺部品をそれぞれ示している。
ここで、制御回路IC1は、スイッチング用の半導体素子Q1のゲート端子Gに制御信号を与えることによって半導体素子Q1のオン/オフを制御して半導体素子Q1をスイッチングさせる制御回路を集積化したものであって、この制御回路IC1は、スイッチングトランスの2次側にあらかじめ設定された規定値(たとえば、電源装置1の定格電流)Io以上の電流が流れるのを防止する過電流保護回路としても機能するように構成されている。
この過電流保護回路としての機能は、スイッチングトランスST1の2次側の電流I2に比例するスイッチングトランスST1の1次側の電流I1を図示しないカレントトランスなどで電圧信号に変換して制御回路IC1に入力することによって、制御回路IC1が、電流I1を通じてスイッチングトランスST1の2次側の電流I2を監視するようになっている。
そして、制御回路IC1は、スイッチングトランスST1の2次側の電流I2があらかじめ設定された規定値Io以上であると判断される場合には、あらかじめ設定された所定の過電流保護動作(たとえば、スイッチング用の半導体素子Q1をオンさせないシャットダウン動作や、あるいは、半導体素子Q1のスイッチングを間欠的に行う間欠動作などの保護動作)を行って、スイッチングトランスST1の2次側の電流が過電流となるのを防止するように構成されている。
次に、このように構成された電源装置1の空冷構造について説明する。図2は、本発明を適用した給湯装置における防雨板と電源装置の位置関係を模式的に示した部分側面断面を、図3は、同給湯装置の防雨板と電源装置の位置関係を模式的に示した部分正面断面をそれぞれ示している。
これらの図において、2は給湯装置の筐体を、3は防雨板を、4は電源装置1を収容したコントローラケースを、5は燃焼部6に燃焼用の空気を供給する燃焼ファンをそれぞれ示している。
ここで、筐体2は、給湯装置の各部を収容する略直方体形をした金属製のケースであって、図示しない背面側のパネルを給湯装置を設置する建物の壁面に近接させて配置するように構成されており、正面側のパネル(正面パネル)2aには、燃焼部からの排ガスを排出するための排気孔(図示せず)と、燃焼部6に供給する燃焼用の空気を取り込むための給気孔(図示せず)とが備えられている。
そして、この筐体2の正面パネル2aの内側(背面側)には、正面パネル2aと間隔を空けて防雨板3が配設されている。この防雨板3は、風などの影響によって、正面パネル2aの給気孔から雨水やホコリが筐体2の内部に侵入しないようにするために設けられた板状の遮蔽物(遮蔽板)であって、正面パネル2aの内側にあって、少なくとも、正面パネル2aの給気孔に対面して設けられている。また、この防雨板3は、コントローラケース4に雨水などがかかることを防止する役割も担っているので、少なくとも、電源装置1が収容されたコントローラケース4の正面側の全面を覆ってコントローラケース4と対面するようにも配設されている(図2および図3参照)。なお、本実施形態では、この防雨板3には金属製の板材が用いられるが、金属に限らず樹脂などの他の材質で構成されていてもよい。
コントローラケース4は、電源装置1や図示しないコントローラなど給湯装置の各種電気部品を収容するためのケースであって、一面が開口された箱状に形成されており、このケース内に各種電気部品が収容されるとともに、開口された面が上記防雨板3と対面するように配設されている。なお、このコントローラケース4は、図3では正面側から見て矩形のケースとして図示したが、その形状はケース内に収容する電気部品の配置などに応じて適宜設計変更される。そのため、このコントローラケース4は、正面側から見たときに略L字型となるように構成される場合もある。また、図3において符号8は、電源装置1における図示しない電気部品の放熱板を示している。
燃焼ファン5は、燃焼部6に燃焼用の空気を供給する電動ファンであって、本実施形態の給湯装置では、この燃焼ファン5は、図2に示すように、コントローラケース4の背面側に配設されている。そして、この燃焼ファン5は背面側から空気を取り込むように構成されており、燃焼ファン5の作動によって筐体2内に生じる空気流によって、正面パネル2aの給気孔から導入される空気(空気流)が筐体2内において正面側から背面側に回り込み(図2の符号A参照)、燃焼ファン5を通じて燃焼部6に導入されるようになっている。
しかして、このように構成された給湯装置において、本発明では、上記防雨板3に、燃焼ファン5の作動に伴って筐体2内に導入される空気(空気流)を電源装置1に導入する開口(通風開口部)7が設けられている。
具体的には、この通風開口部7は、燃焼ファン5の作動に伴って筐体2の正面パネル2aに設けられた給気孔から導入される空気(空気流)の一部を電源装置1に導入する開口であって、通風開口部7から導入された空気(空気流)が整流用の半導体素子D2よりもスイッチング用の半導体素子Q1により多く当たるように、その開口位置が設定されている。
ここで、通風開口部7から導入された空気が整流用の半導体素子D2よりもスイッチング用の半導体素子Q1により多く当たるように開口位置を設定するのは、通風開口部7から導入される空気(空気流)による半導体素子Q1,D2に対する空冷効果について、スイッチング用の半導体素子Q1に対する空冷効果を整流用の半導体素子D2に対する空冷効果よりも高くするためである。つまり、本発明の給湯装置では、スイッチング用の半導体素子Q1により高い空冷効果を与えることによって、電源装置1が過負荷状態になったときに、スイッチング用の半導体素子Q1が整流用の半導体素子D2よりも先に熱破壊するのを防止するとともに整流用の半導体素子D2が先に熱破壊するように、意図的に空気の流れを形成している。これにより、電源装置1が過負荷状態となったときには、整流用の半導体素子D2がスイッチング用の半導体素子Q1より先に熱破壊することになり、過負荷状態による破損部品の特定が容易になる。
また、この通風開口部7の開口位置の設定にあたっては、この他にも通風開口部7がコントローラケース4(特に、コントローラケース4内の電源装置1)と正対しないように開口位置を設定している。これは、防雨板3に設けられる通風開口部7から雨水やホコリが侵入したときでも、これら雨水やホコリが電源装置1にできるだけかからないようにするためである。
本実施形態では、通風開口部7は、図2に示すように、防雨板3の一部を切り欠いて内側に上向きに開口するように形成しているため、通風開口部7から導入される空気流は図2および図3に符号Bで示すような上向きの空気流となる。そのため、本実施形態では、この通風開口部7は、上下方向ではスイッチング用の半導体素子Q1の下方で、かつ、左右方向では整流用の半導体素子D2よりもスイッチング用の半導体素子Q1に近い位置に設けている。ここで、通風開口部7を内側に上向きに開口させているのは、防雨板3で侵入が阻止された雨水が通風開口部7を伝って防雨板3の内側に侵入するのを防止するためである。
このように、本発明の給湯装置では、防雨板3に、燃焼ファン5の作動に伴って筐体2内に導入される空気を電源装置1に導入する開口であって、この開口から導入される空気が整流用の半導体素子D2よりもスイッチング用の半導体素子Q1により多く当たるように開口位置が設定された通風開口部が形成されているので、出力側の異常などによって電源装置1が過負荷状態に陥ったときには、スイッチングトランスST1の2次側に備えられた整流用の半導体素子D2がスイッチングトランスST1の1次側に備えられたスイッチング用の半導体素子Q1よりも先に熱破壊するようになる。
そして、スイッチングトランスST1の2次側に備えられた整流用の半導体素子D2が熱破壊することによって短絡した場合には、制御回路IC1の過電流保護機能が動作するので、スイッチングトランスST1の2次側に過電流が流れるのが防止され、半導体素子D2を熱破壊させたことに伴って、スイッチングトランスST1の1次側の回路部品が2次破壊を起こすことが回避される。
そのため、本発明の給湯装置では、電源装置1が過負荷状態となったことによる破損部品(熱破壊される部品)は、スイッチングトランスST1の2次側に備えられた整流用の半導体素子D2に限定され、破損部品の特定を容易に行うことができるとともに、2次破壊による部品の破損を抑制することができる。
しかも、この場合、スイッチングトランスST1の1次側に備えられたスイッチング用の半導体素子Q1は、熱破壊されることなく、制御回路IC1による過電流保護動作によってシャットダウンあるいは間欠動作することになるので、故障部品に高い電圧が印加されることが回避され、電源装置1を安全な状態に保つことができる。
実施形態2
次に、本発明の第2の実施形態を図4および図5に基づいて説明する。
これら図4および図5に示す給湯装置は、上述した実施形態1に示す給湯装置に対して、電源装置1の正面側の露出部分を部分的に覆うカバー板10を付加したものであって、その他の構成は実施形態1に示す給湯装置と共通するので、構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
すなわち、この実施形態に示す給湯装置は、防雨板3とコントローラケース4(特に、電源装置1)との間に、電源装置1の正面側の露出部分を部分的に覆うカバー板10を介装させている。このカバー板10は、コントローラケース4の上端面に係合させて取り付ける樹脂製の薄い板状の部材で構成されており、本実施形態では、図5に示すように、コントローラケース4の開口された一面のほぼ全面を覆うように構成されている。
ただし、このカバー板10は、コントローラケース4の開口された一面を全面的に覆うように構成すると、上記通風開口部7からの空気流がコントローラケース4内に導入されるのがカバー板10によって阻害されてしまうので、本実施形態では、通風開口部7からの空気流がコントローラケース4内に流れ込むように、コントローラケース4の一部についてはその正面側が開放され、コントローラケース4を部分的に覆うように構成されている。
このように、本実施形態に示す給湯装置では、防雨板3と電源装置1との間に電源装置1の正面側の露出部分を部分的に覆うシート状のカバー板10を介装しているので、たとえば、台風や暴風雨などの影響で防雨板3の内側に雨水などが勢いよく侵入したとしても、カバー板10によって覆われた範囲については侵入した雨水などが電源装置1にかかり難くなるため、電源装置1への雨水などの付着を抑制することができる。
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
たとえば、上述した実施形態では、給湯装置の電源装置1として、交流電源AC1から所定の直流電圧出力Vout1を得るように構成した電源装置を用いた場合を示したが、給湯装置の筐体2内に収容される電源装置であって、スイッチングトランスST1の1次側にスイッチング用の半導体素子Q1を備えるとともに、スイッチングトランスST1の2次側に整流用の半導体素子D2を備える構成であれば、直流電源から所定の直流電圧出力Vout1を得るように構成してなる電源装置を備える給湯装置にも本発明は適用可能である。
また、上述した実施形態では、スイッチングトランスST1の2次側の直流電圧出力Vout1が単一の電源装置1を示したが、もちろん多出力の電源装置にも適用可能である。たとえば、スイッチングトランスST1の2次側の巻線が複数備えられている場合であっても、スイッチング用の半導体素子Q1の空冷効果が2次側の整流用の半導体素子よりも高くなるように通風開口部7が設けられていればよい。
また、上述した実施形態では、本発明を給湯装置に適用した場合を示したが、本発明は、燃焼部を有し、筐体の正面パネルの内側に電源部を収容するとともに、正面パネルと電源部との間に雨水の侵入を防止する防雨板を備えた燃焼装置であれば、給湯装置以外の燃焼装置にも適用することができる。
なお、上述した実施形態では、コントローラケース4内における電源装置1(具体的には、スイッチング用の半導体素子Q1および整流用の半導体素子D2)の配置や、通風開口部7の形状(開口方向)に応じて、通風開口部7をスイッチング用の半導体素子Q1の斜め下方に配設した場合を図示したが、通風開口部7の開口位置はコントローラケース4内における電源装置1の配置や通風開口部7の形状に応じて適宜設計変更可能である。また、通風開口部7の開設数ももちろん適宜設計変更可能である。
1 電源装置(電源部)
2 筐体
2a 正面パネル
3 防雨板
4 コントローラケース
5 燃焼ファン
6 燃焼部
7 通風開口部
8 放熱板
10 カバー板
D2 整流用の半導体素子
Q1 スイッチング用の半導体素子
ST1 スイッチングトランス

Claims (3)

  1. 燃焼部を有し、筐体の正面パネルの内側に電源部を収容するとともに、前記正面パネルと電源部との間に雨水の侵入を防止する防雨板が備えられた燃焼装置において、
    前記電源部は、スイッチングトランスの1次側にスイッチング用の半導体素子を備えるとともに、スイッチングトランスの2次側に整流用の半導体素子を備えた電源装置で構成され、
    前記防雨板には、前記燃焼部に燃焼用の空気を供給する燃焼ファンの作動に伴って筐体内に導入される空気を前記電源部に導入する開口であって、この開口から導入される空気が前記整流用の半導体素子よりも前記スイッチング用の半導体素子により多く当たり、前記電源装置が過負荷状態となったときには、前記整流用の半導体素子が前記スイッチング用の半導体素子より先に熱破壊するように開口位置が設定された通風開口部が形成されていることを特徴とする燃焼装置。
  2. 前記通風開口部は、前記電源装置と正対しないようにその開口位置が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
  3. 前記防雨板と前記電源装置との間に、前記電源装置の正面側の露出部分を部分的に覆うカバー板が介装されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃焼装置。
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