JP6095627B2 - 電子部品の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、空調機の室外機等の筐体内に圧縮機等とともに格納された制御箱に内蔵する電子部品の冷却構造に関するものである。

空調機の室外機用筐体内に搭載される制御箱には力率改善やノイズフィルタなどのためにリアクトルやコンデンサなどの電子部品を内蔵している。リアクトルはコイルに電流が流れるため銅損が発生し、コアに磁束が生じるため鉄損が発生して発熱し、コンデンサはリプル電流が流れると発熱する。

例えば、特許文献１の室外機用電装箱における冷却装置は、筐体に吸気口及び排気口を備え、空気を吸気口から流入させ排気口から排出させることによって室外機用電装箱内に配設した電子部品を冷却する。

特開２０１１−５２８９８号公報（第７頁−第８頁、図２−図４）

室外機はビルの屋上などに設置され、その内部空間は、雨、雪、塵芥、錆等の存在する悪環境にあり、上記特許文献１の構成では内部空間における悪環境により電子部品を劣化させる恐れがある。

悪環境の影響を避ける構造とした場合、所要の放熱能力が得られなくなることが想定される。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたものであり、外気による冷却において、所要の放熱能力が得られ、かつ、電子部品を劣化させない構造の電子部品の冷却構造を得ることを目的とする。

本発明に係る電子部品の冷却構造は、外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
上記制御箱の上記筐体内に面する側板を内側板と外側板との２枚の板で構成するとともに、上記内側板に孔を形成し、上記外側板が上記孔を塞ぐように上記内側板を覆う構成とし、上記電子部品の放熱面を上記孔を貫通して上記外側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記内側板に固定する押さえ板または台座を備え、
上記押さえ板または上記台座はその外周に上記内側板の面に沿って上記電子部品の外周近傍に位置した突出部を有し、上記突出部を上記内側板に固定したものである。

また、外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
上記制御箱の上記筐体内に面する側を塞ぐように側板を有し、
上記電子部品の放熱面を上記側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記側板に固定する押さえ板または台座を備え、
上記押さえ板または上記台座はその外周に上記側板の面に沿って上記電子部品の外周近傍に位置した突出部を有し、上記突出部を上記側板に固定したものである。

本発明によれば、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱内が筐体内と隔離されるので、電子部品を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。

本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態１を示す模式断面図である。 電子部品と放熱体の接続及び放熱体の制御箱への取付の様子を示す斜視図である。 実施の形態１における他の例を示す斜視図である。 実施の形態１における他の例を示す斜視図である。 実施の形態１における他の例を示す斜視図である。 実施の形態１における他の例を示す模式断面図である。 実施の形態１における他の例を示す模式断面図である。 実施の形態１における他の例を示す斜視図である。 実施の形態１における他の例を示す斜視図である。 本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態２を示す模式断面図である。 実施の形態２における他の例を示す模式断面図である。 実施の形態２の他の例を示す模式断面図である。 本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態３を示す模式断面図である。 実施の形態３における他の例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態１を示す模式断面図である。
図１に示したように、空調機の室外機１用の筐体１０は、一側面に制御箱２０を備え、上面にファン１１、他の側面に熱交換器１２を備え、他の側面または底面に開口部（図示省略）が形成されている。

空調機の室外機１は、図示していない圧縮機で冷媒を圧縮して加熱したり、熱交換器１２で冷媒を冷却したりして、所望の冷媒温度に温度調整する。この温度調整のため、制御箱２０内の図示していない制御装置で圧縮機のモータやファン１１のモータの駆動を制御する。ファン１１が駆動されることにより、外気が開口部を通過して室外機１内部に取り込まれ、室外機１上部から排気される。あるいは、ファン１１により外気が筐体１０内に取り込まれ開口部から排出される。

制御箱２０には配電系統の交流が入力され、整流器で直流に変換し、インバータで所望の電力を生成して出力する。そのため、力率改善やノイズフィルタが必要で、制御箱２０はコモンモードチョークリアクトルや、直流リアクトル、ノイズフィルタリアクトルや、コンデンサなどの電子部品３０を内蔵する。

電子部品３０において、リアクトルはコイルに電流が流れるため銅損が発生し、コアに磁束が生じるため鉄損が発生して発熱し、コンデンサはリプル電流が流れると発熱する。この発熱を、絶縁性の伝熱材４０を介してヒートシンクである放熱体５０に伝熱し、ファン１１によって取り込まれた風によって放熱体５０で放熱される。電子部品３０及び伝熱材４０は、押さえ板６０の端部がネジ６１によって放熱体５０に固定される。

図２は、電子部品３０と放熱体５０の接続及び放熱体５０の制御箱２０への取付の様子を示す斜視図である。図２に示したように、制御箱２０の筐体１０内に面する側板２０ａに孔２１を形成し、押さえ板６０及び電子部品３０を孔２１から制御箱２０内に挿入し、放熱体５０をネジ８１、ネジ用貫通孔２２及びネジ穴５１により制御箱２０の側板２０ａの外面に固定する。これにより、放熱体５０が外側から孔２１を閉塞する。

放熱体５０に熱伝導性の絶縁シートである伝熱材４０を貼り、その上に電子部品３０を載せる。そして、絶縁性の押さえ板６０で、電子部品３０を伝熱材４０を介して放熱体５０に押し付け、固定材であるネジ６１で放熱体５０に固定する。押さえ板６０で放熱体５０に押し付けることにより、電子部品３０と伝熱材４０との間、及び伝熱材４０と放熱体５０との間の接触熱抵抗を低減することができる。また、制御箱２０はメンテナンスの作業性から縦置きが多く、電子部品３０が垂直板に取付けられるため不安定になるが、伝熱材４０に可撓性のある材質を用いて押さえ板６０の端部をネジ６１で放熱体５０に押さえ付けることにより、振動に対して電子部品３０を伝熱面及び放熱体５０の面に伝熱材４０が追従し、耐震性を向上させることができる。

制御箱２０の側板２０ａは雨などの水にさらされることにより、水が放熱体５０や制御箱２０を伝ってネジ用貫通孔２２から制御箱２０内に浸入する可能性があるが、制御箱２０と放熱体５０の接触面の隙間を小さくすることにより防水性を向上させることができる。また、図３の例に示すように、放熱体５０のネジ穴５１を取り囲むように気密性のテープ等の防水材８０設け、制御箱２０の側板２０ａの外面と貼り合せることにより、防水性をさらに向上させることができる。

また、図４の例に示すように、押さえ板６０のネジ用貫通穴６２と、制御箱２０のネジ用貫通孔２２と、放熱体５０のネジ穴５１に使用するネジ８１とを共用し、押さえ板６０と制御箱２０を放熱体５０に共締めすることにより、工程を簡略化でき、ネジ本数を減らすことができる。

防水材８０は制御箱２０側に設けても放熱体５０側に設けてもよく、また、コーティング材でもよい。

電子部品３０がリアクトルの場合、伝熱材４０との接触面は、コアでもコイルでもよいが、発熱がより大きい方の部品の面を接触面にすると放熱性が高いためよい。あるいは、面の凹凸が小さい面を接触面にするとよい。

また、面の凹凸が大きい場合、伝熱材４０を伝熱性のグリースや接着剤にすると伝熱材４０が凹凸に追従するので放熱性を向上させることができる。

図５の例に示すように、電子部品３０に台座６３を設けることにより、台座６３を放熱体５０に固定することで、電子部品３０を伝熱材４０を介して固定することができるため、固定作業を容易にすることができる。ここで、図４の例と同様に、台座６３と制御箱２０を共締めすることにより、工程を簡略化することができる。

電子部品３０がリアクトルで、放熱面がコイルの場合、巻線がエナメルなどで被覆処理されていても、放熱体５０がアルミなどの金属の場合、伝熱材４０がつぶれるなどで巻線が放熱体５０と接触すると、振動などで被覆が剥がれ、絶縁性が低下する。そこで、図６の例に示すように、絶縁性のスペーサ７０を電子部品３０と放熱体５０の間に設けることによりその間の距離を一定に保ち、絶縁性を確保することができる。絶縁性のスペーサ７０は伝熱材４０とは別部材で、放熱体５０と電子部品３０の間に設けてもよく、また、放熱体５０に埋め込むように設けてもよく、また、台座６３に設けると、台座６３と一体成型で作製できるので容易に製造することができる。また、絶縁性のスペーサ７０は、バンプ状の突起を３点以上設けてもよく、ライン状の突起を２本以上設けてもよく、電子部品３０と放熱体５０との絶縁距離を確保することができる。

また、図７の例に示すように、伝熱材４０において、放熱体５０側を固めで伝熱性のある絶縁性シート４２にし、電子部品３０側を凹凸に追従性のある接着剤４１にすることにより、電子部品３０と放熱体５０との接触を防止し、かつ、放熱性を向上させることができる。

ここで、図８の例に示すように、伝熱材４０の配置領域を、電子部品３０の領域だけでなく、制御箱２０に空けた孔２１より広い領域まで拡大することにより、伝熱材として機能するだけでなく、防水機構としても機能させることができる。伝熱材４０は、制御箱２０のネジ８１用のネジ用貫通孔２２及び放熱体５０のネジ穴５１よりも外側まで配置されることが望ましい。

伝熱材４０の気密性が低い場合において、制御箱２０との僅かな隙間から湿気が進入し、絶縁性が低下する場合は、図９に示すように、熱伝導性のシートの上から接着剤４４を塗布するとよい。この場合、接着剤４４の塗布領域は、制御箱２０の孔２１の枠の外側とするのがよい。これにより、伝熱性と防水性及び絶縁性を確保することができる。

本実施の形態１によれば、外気を吸入する吸気口と外気へ排気する排気口とを形成した筐体１０の内部に、圧縮機などの機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、筐体１０内に配置され電子部品３０を収容した制御箱２０、及び制御箱２０の筐体１０内に面する側板２０ａに、筐体１０内に通じる孔２１を形成し、その放熱部を外側にして孔２１を上記外側から閉塞するように制御箱２０に固定された放熱体５０を備えるとともに、電子部品３０の放熱面を放熱体５０の、孔２１を閉塞する部分に押し付けるように、電子部品３０を制御箱２０内に固定するようにしたので、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱２０内が筐体１０内と隔離されるので、電子部品３０を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、電子部品３０の熱を放熱する放熱部をヒートシンクである放熱体５０としたが、本実施の形態２では、放熱部を制御箱２０の外側板の外面とするものである。
図１０は、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態２の模式断面図である。
制御箱２０の側板２０ａを内側板２５と外側板２６との２枚の板で構成し、内側板２５に台座６３をネジ６１により固定する。このとき、内側板２５に電子部品３０の放熱面が入る大きさの孔を開け、ネジ６１を締め付けることにより電子部品３０を伝熱材４０を介して外側板２６に押し付けるようにする。外側板２６側に電子部品３０を押し付けることにより、電子部品３０と伝熱材４０との間、及び伝熱材４０と外側板２６との間の接触熱抵抗を低減することができ、また、耐震性を向上させることができる。これにより、電子部品３０の熱は、外側板２６に伝熱し、ファン１１により取り込まれた風により、外側板２６が放熱することができるだけでなく、防水材などを必要としない簡素化された構造が得られる。

ここで、外側板２６と電子部品３０との間に絶縁性のスペーサ７１を設けて、その間の距離を一定に保つようにして絶縁性を確保してもよい。また、図１１の例に示すように、内側板２５の縁を折り曲げてこの折り曲げ部２５ａを外側板２６に接触させることにより、電子部品３０と外側板２６との絶縁距離を確保することができる。

また、図１２の例に示すように、外側板２６の放熱領域にフィン２７を設けることにより、放熱性を向上させることができる。ここで、フィン２７はＬ字の板を外側板２６にスポット溶接などで固定する。

本実施の形態２によれば、外気を吸入する吸気口と外気へ排気する排気口とを形成した筐体１０の内部に、圧縮機等の機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、筐体１０内に配置され電子部品３０を収容した制御箱２０を備え、制御箱２０の筐体１０内に面する側板２０ａを内側板２５と外側板２６との２枚の板で構成するとともに、内側板２５に孔を形成し、電子部品３０の放熱面を孔を貫通して外側板２６の内面に押し付けるように、電子部品３０を内側板２５に固定するようにしたので、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱２０内が筐体１０内と隔離されるので、電子部品３０を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。

実施の形態３．
図１３は、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態３を示す模式断面図である。
図１３に示したように、制御箱２０の側板２０ａに伝熱材４０を介して電子部品３０を接続する。このとき、電子部品３０に台座６３を設け、台座６３の側板２０ａと接触する部分を金属にし、溶接することにより溶接部６４で接続する。これにより、制御箱２０の側板２０ａを２枚板にする必要がなく、電子部品３０の熱を放熱し、さらに防水性を得ることができる。
台座６３の代わりに、図２、図３、図４に示した押さえ板６０としてもよい。この場合には、電子部品３０と接触する部分を絶縁性部材とし、溶接する端部を金属とする。

ここで、溶接方向は、制御箱２０の内側からでもよいが、溶接時に飛散物が生じる場合、制御箱２０内の密接したパターン部に付着すると短絡するので、外側からの方がよい。

また、側板２０ａにおける放熱部の板厚を厚くすると放熱性を高めることができ、溶接部６４の板厚を薄くすると溶接を低出力で行え、また、溶接の安定性を向上させることができる。

また、放熱性を向上させるために、図１２に示したフィン２７を側板２０ａに設けてもよい。

なお、図１４に示すように、制御箱２０に吸気口９２と排気口９１を設けることにより、制御箱２０内に風が取り込まれ、電子部品３０に風を当てることができるため、放熱性能を向上させることができる。実験の結果によれば、電子部品３０の劣化を抑制するために、制御箱２０内の風速を０．４ｍ／ｓ以下にすることが望ましい。

また、吸気口９２を制御箱２０の側面の下側に配置し、排気口９１を制御箱２０の側面の上側に配置することにより、ファン１１の取り込む風の流れに沿って空気を取り込むことができる。

制御箱２０内に空気を流入させ、電子部品３０に当る風速を速くすることにより冷却できるが、空調機の室外機１は屋外に設置される場合が多く、流入した空気は塵や埃、湿気を含んでおり、電子部品３０の巻線や被覆、絶縁紙、端子などの劣化を加速してしまうが、風速を０，４ｍ／ｓ以下とすることにより、制御箱２０内への空気流入を極力抑えることができ、放熱効果を高めるだけでなく、防水も可能とし、電子部品の劣化を抑制することもできる。

本実施の形態３によれば、外気を吸入する吸気口と外気へ排気する排気口とを形成した筐体１０の内部に、機器と共に収容された電子部品３０の冷却構造において、筐体１０内に配置され電子部品３０を収容した制御箱２０を備え、電子部品３０の放熱面を制御箱２０の筐体１０内に面する側板２０ａの内面に押し付けるように、電子部品３０を側板２０ａに固定するようにしたので、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱２０内が筐体１０内と隔離されるので、電子部品３０を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、書く実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明に係る電子部品の冷却構造は、空調機などの室外機に有効に利用することができる。

１ 室外機、１０ 筐体、１１ ファン、１２ 熱交換器、２０ 制御箱、
２０ａ 側板、２２，６２ ネジ用貫通孔、２５ 内側板、２６ 外側板、
２７ フィン、３０ 電子部品、４０ 伝熱材、４１，４４ 接着剤、
４２，４３ 絶縁性シート、５０ 放熱体、５１ ネジ穴、６０ 押さえ板、
６１ ネジ穴、６２ ネジ用貫通穴、６３ 台座、７０，７１ スペーサ、
８０ 防水材、８１ ネジ、９１ 排気口、９２ 吸気口。

Claims (9)

1. 外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
   上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
   上記制御箱の上記筐体内に面する側板を内側板と外側板との２枚の板で構成するとともに、上記内側板に孔を形成し、上記外側板が上記孔を塞ぐように上記内側板を覆う構成とし、上記電子部品の放熱面を上記孔を貫通して上記外側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記内側板に固定する押さえ板または台座を備え、
   上記押さえ板または上記台座はその外周に上記内側板の面に沿って上記電子部品の外周近傍に位置した突出部を有し、上記突出部を上記内側板に固定したことを特徴とする電子部品の冷却構造。
2. 外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
   上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
   上記制御箱が上記筐体内に面する側を塞ぐように側板を有し、
   上記電子部品の放熱面を上記側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記側板に固定する押さえ板または台座を備え、
   上記押さえ板または上記台座はその外周に上記側板の面に沿って上記電子部品の外周近傍に位置した突出部を有し、上記突出部を上記側板に固定したことを特徴とする電子部品の冷却構造。
3. 上記制御箱の上記側板の外面にフィンを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品の冷却構造。
4. 上記電子部品の放熱面上に絶縁性の伝熱材を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品の冷却構造。
5. 上記電子部品を押さえ板により、押し付けるようにしたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電子部品の冷却構造。
6. 上記制御箱に、上記電子部品を設けた位置の流路において風速０．４ｍ／ｓｅｃ以下で空気が通る吸気口と排気口を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電子部品の冷却構造。
7. 上記伝熱材が絶縁性シートと接着剤とからなることを特徴とする請求項４に記載の電子部品の冷却構造。
8. 上記制御箱の上記吸気口を上記制御箱の下方に設け、上記制御箱の上記排気口を上記制御箱の上方に設けたことを特徴とする請求項６に記載の電子部品の冷却構造。
9. 上記電子部品の放熱面に絶縁性の伝熱材を設け上記電子部品の放熱面と上記側板の内面との間の距離を一定に保つ絶縁材からなるスペーサを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品の冷却構造。

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