JP2020141050A

JP2020141050A - 電気機器

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Publication number: JP2020141050A
Application number: JP2019035600A
Authority: JP
Inventors: 岡本　直久; Naohisa Okamoto; 直久岡本; 健水口; Takeshi Mizuguchi
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: JP7208827B2

Abstract

【課題】屋外の壁面に設置された場合に発生する諸問題を有効に解決し得る電気機器を提供する。【解決手段】取り付け状態において水平方向に対して傾斜した側面によって構成される筐体と、前記筐体の内部に収容されるとともに、前記筺体の取り付け状態において水平方向に対して傾斜した辺部によって構成された基板に実装された電子部品と、前記筐体内の下方に設けられた水抜き孔と、を備え、筐体外部の側面に異物が留まることを防止するとともに、筐体内部の水を速やかに排出する。【選択図】図１

Description

本発明は、屋外に設置されるパワーコンディショナ等の電気機器に関する。

従来、屋外に設置される電気機器として、例えば太陽光発電システムで発電した直流電流を、家庭で使用できる交流電流に変換する装置であるパワーコンディショナが知られている（特許文献１参照）。

パワーコンディショナを屋外の壁面に設置する場合、例えば、図８に示すように、立方体や直方体の外形形状に形成された筐体２を有するパワーコンディショナ１を固定金具３を介して壁面９０に固定する。

筐体２の内部には、パワーコンディショナ１を構成する基板や電子部品といった構成部品６が設けられている。これらの構成部品の外形を構成する辺や面は、一般的には、筐体２の上面２ａ、底面２ｂ、左右の側面２ｃ、２ｄといった、パワーコンディショナ１を構成する主な構成面に対して平行又は直交する方向に向けて配置される設計が行われる。

また、固定金具３の内部には、放熱用のフィン１１が配置され、パワーコンディショナ１において発生した熱を逃がすようになっている。この放熱用のフィン１１は、その長手方向が水平方向（筐体２の上面２ａ、底面２ｂに対して平行方向）となるように設けられており、固定金具３の側面３ａには、フィン１１からの熱を逃がすための放熱用の排気口（図示せず）が設けられている。

特開２０１５−１６９２１９号公報

しかしながら、パワーコンディショナ１を屋外に設置した場合、当該パワーコンディショナ１の筐体２の天面（上面２ａ）や当該パワーコンディショナ１を壁面に取付けるための固定金具３の上面３ａに落ち葉が落下することがある。特に雨に濡れた落ち葉が筐体２の上面２ａや固定金具３の上面３ａに張り付くと、その上にさらに落ち葉が張り付き、落ち葉の乾燥に時間がかかることとなって、筐体２や固定金具３等、パワーコンディショナ１の構成部品に錆が発生する問題があった。

また、落ち葉等がパワーコンディショナ１の筐体２や固定金具３に付着すると、排気口が塞がれ、パワーコンディショナ１から発生する熱の放熱を妨げることがあった。

さらに、太陽光発電システムに用いられるパワーコンディショナ１においては、例えば、冬の寒い時期の朝に太陽光が照り始めると太陽光発電による動作が開始され、パワーコンディショナ１の内部の温度が急激に上昇するため、内部に結露が発生する場合があった。

同様に、家庭用蓄電システムに用いられるパワーコンディショナ１においては、深夜電力によって充電した電力を冬の朝に放電開始すると、パワーコンディショナ１の内部の温度が急激に上昇するため、内部に結露が発生する場合があった。

上述したように、パワーコンディショナ１の内部に設けられた構成部品６は、パワーコンディショナ１の筐体２の上面２ａと平行な構成面を有している。例えば、基板面の主面が水平方向となるように配置されていると、結露で発生した水滴が落下せずに基板などの構成部品６に付着したままの状態になる。この状態を放置したり繰り返したりすると、構成部品の金属部に錆が発生する問題があった。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、屋外に設置された場合に発生する諸問題を有効に解決し得る電気機器を提供することを目的とするものである。

本発明の電気機器は、屋外の壁面に取り付けられる電気機器であって、
取り付け状態において水平方向に対して傾斜した側面によって構成される筐体と、前記筐体の内部に収容されるとともに、前記筺体の取り付け状態において水平方向に対して傾斜した辺部によって構成された基板に実装された電子部品と、前記筐体内の下方に設けられた水抜き孔と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、電気機器は固定具を介して屋外の壁面に取り付けられるが、当該電気機器の筐体の側面に落ち葉などの異物が留まることを防止することができるとともに、外部から侵入した水や内部で結露により発生した水を筐体内部から効果的に排出することができる。

また、本発明の電気機器は、上記構成において、前記筺体の取り付け状態において水平方向に対して傾斜した複数の放熱フィンを有し、前記基板の前記電子部品の非実装面に熱的に接続された放熱器をさらに備えることを特徴とする。

複数の放熱フィンを筺体の取り付け状態において水平方向に対して傾斜させるには、筐体の側面（対向する一対の側面）と平行に延びる放熱フィンを形成すればよいので、放熱器の製造コストを低減することができる。

また、本発明の電気機器は、上記構成において、前記放熱フィンの長手方向の下側端部に設けられ、前記放熱フィンに外気を導入して当該放熱フィンを冷却する冷却ファンを備えることを特徴とする。

この構成によれば、冷却ファンにより放熱器の放熱効果を高めることができる。しかも、放熱フィンの長手方向の下側端部に冷却ファンを設けることにより、冷却ファンが外気を導入して放熱フィンの周囲の熱を上方に排出する。そのため、冷却ファンを通過する空気は放熱フィンからの熱を吸収する前の状態であるため、昇温されていない。これにより、冷却ファンが高温になることを回避することができ、当該冷却ファンの寿命が熱劣化により短くなることを防止し得る。

一方で、本発明の電気機器は、上記構成において、前記筺体の取り付け状態において垂直方向に延びる複数の放熱フィンを有し、前記基板の前記電子部品の非実装面に熱的に接続された放熱器をさらに備えるようにしてもよい。

この構成によれば、放熱器からの熱はそのまま放熱フィンが延びる方向（垂直方向）に沿って上昇して速やかに外部に排出されるので、効率良く放熱することができる。

また、本発明の電気機器は、上記構成において、前記筐体の上側面には、前記放熱フィンからの熱を外部に逃がすための排気口が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、筐体に設けられた排気口を介して、放熱フィンからの熱を効果的に外部へ排出することができる。

本発明によると、電気機器を屋外の壁面に取り付けた場合に発生する諸問題を有効に解決することができる。

本発明の実施形態に係る電気機器の壁面への取付の説明に供する斜視図である。本発明の実施形態に係る電気機器を示す正面図である。本発明の実施形態に係る電気機器の背面を示す背面図である。本発明の実施形態に係る電気機器の縦断面図である。本発明の実施形態に係る電気機器の取付の説明に供する側面図である。本発明の実施形態に係る電気機器を右上面から見て示す側面図である。他の実施形態に係る電気機器の放熱フィンを示す背面図である。従来の電気機器の壁面への取付け状態を示す正面図および側面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るパワーコンディショナ（電気機器）１００は、予め壁面９０に固定された固定金具２０と、当該固定金具２０に取付けられるパワーコンディショナ本体１０１とを有する。パワーコンディショナ本体１０１は、その筐体１０２の一部を固定金具２０にねじ止めすることにより、固定金具２０に固定される。すなわち、パワーコンディショナ本体１０１は、固定金具２０を介して壁面９０に固定される。

固定金具２０は、壁面９０にねじ等により固定される正方形板状の取付板２１と、当該取付板２１の４辺それぞれから前方に延出した枠部（第１上枠部２２、第２上枠部２３、第１下枠部２４および第２下枠部２５）とを有しており、前面は開放された開口形状となっている。第１上枠部２２には、固定金具２０に固定されるパワーコンディショナ１００から発生する熱を外部に逃がすための排気口２７が複数設けられている。固定金具２０の取付板２１は枠部（第１上枠部２２と第２下枠部２５、または第２上枠部２３と第１下枠部２４）の構成面を水平（または垂直）にした姿勢から垂直面内で４５度回転させた状態で壁面９０に固定される。これにより、枠部はいずれも水平方向から４５度傾斜した状態で壁面９０に固定される。この枠部の外面は固定金具２０の外壁を構成し、内面は固定金具２０の内壁を構成する。なお、枠部はパワーコンディショナ１００の側面を構成する。

なお、本実施形態では、枠部（第１上枠部２２、第２上枠部２３、第１下枠部２４および第２下枠部２５）を水平方向から４５度傾斜させた状態とするが、４５度以外であってもよく、要は、水平方向に対して角度を有していればよい。例えば、水平方向に対して３０度傾斜した構成や水平方向に対して６０度の角度を持った構成としてもよい。

第１下枠部２４と第２下枠部２５との境界部２９には、水抜き孔３０が設けられており、内部に溜まった雨水などを外部に排出するようになっている。上述したように、固定金具２０は第１上枠部２２、第２上枠部２３、第１下枠部２４および第２下枠部２５が水平垂直方向から４５度傾けられた状態で壁面９０に固定され、第１下枠部２４と第２下枠部２５との境界部２９は、固定金具２０において最も低い位置（最下点）となる。これにより、当該境界部２９に設けられた水抜き孔３０は固定金具２０において最も低い位置に配置されることになり、内部に侵入した雨水や内部で発生した結露による水を速やかに外部へ排出することができる。

図２は、パワーコンディショナ本体１０１を前面１０２ｆ側から見た正面図であり、図３は、パワーコンディショナ本体１０１を背面１０２ｅ側から見た背面図である。図３に示すように、パワーコンディショナ本体１０１の筐体１０２は、略正方形の背面１０２ｅの４辺から前方に延びる４つの側面部（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄ）を有する。筐体１０２は、背面１０２ｅと４つの側面部（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄ）と前面１０２ｆ（図２）とによって内部が閉塞されている。前面１０２ｆには、水平方向に所定の文字（例えば社名、商品名等の文字。本実施例では「ＰＯＷＥＲ」という文字）が表記されている。なお、第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃ、第２下側面１０２ｄ、背面１０２ｅおよび前面１０２ｆは、パワーコンディショナ本体１０１の筐体１０２を構成するものである。

図４は、パワーコンディショナ本体１０１を背面側から見て示す縦断面図である。図４に示すように、筐体１０２の内部には、メイン基板１０６ｂが垂直方向に主面を有するように収容され、このメイン基板１０６ｂの主面に対して直交する方向にサブ基板１０６ｃが取付けられている。また、これらの基板には電子部品１０６ａが実装されている。基板１０６ｂ、１０６ｃは、筐体１０２の側面部（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄ）、背面１０２ｅ、前面１０２ｆと平行または直交する方向に各々の主面が向くように取付けられている。具体的には、メイン基板１０６ｂは矩形状に構成され、矩形の各辺部が第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄのいずれかと平行に対向配置されるとともに、基板１０６ｂの主面（表裏面）が背面１０２ｅ、前面１０２ｆと平行に対向配置している。また、サブ基板１０６ｃも矩形状に構成され、主面（表裏面）が第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄのいずれか（図４では、第２上側面１０２ｂと第１下側面１０２ｃ）と平行に対向配置されるとともに、メイン基板１０６ｂの主面に平行な矩形の各辺部が背面１０２ｅ、前面１０２ｆと平行に対向配置されている。同様に、基板１０６ｂ、１０６ｃに搭載された電子部品１０６ａの多くも同様にして、その構成面が筐体１０２の側面部（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄ）、背面１０２ｅ、前面１０２ｆのいずれかと平行または直交する方向に沿って配置されている。

本実施形態のパワーコンディショナ１００は、このように構成されたパワーコンディショナ本体１０１を筐体１０２の側面部を水平または垂直にした姿勢から垂直面内で４５度回転させて壁面９０に取付けるように固定金具２０が設けられている。これにより、図４に示すように、壁面９０（固定金具２０）に取付けられた状態において、筐体１０２を構成する４つの側面部（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄ）と筐体１０２の内部に収容されたメイン基板１０６ｂの各辺部は、いずれも水平方向から４５度傾斜した状態で取付けられることになる。

なお、本実施形態では、筐体１０２の側面（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄ）と筐体１０２の内部に収容されたメイン基板１０６ｂとを水平方向から４５度傾斜した状態とするが、４５度以外であってもよく、要は、水平方向に対して角度を有していればよい。例えば、水平方向に対して３０度傾斜した構成や水平方向に対して６０度の角度を持った構成としてもよい。

筐体１０２を構成する側面（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃ、第２下側面１０２ｄ）のうち、下側の側面を構成する第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄの境界部１２９には、水抜き孔１３０（図５）が設けられている。この境界部１２９はパワーコンディショナ本体１０１を固定金具２０を介して壁面９０に取付けた状態において、パワーコンディショナ本体１０１のなかで最も低い部位（最下点）となることにより、筐体１０２の内部に侵入した雨水や結露により発生した水を水抜き孔１３０を介して速やかに外部へ排出することができる。

パワーコンディショナ本体１０１においては、筐体１０２の内部に基板１０６ｂ、１０６ｃや電子部品１０６ａが収容されており（図４）、筐体１０２の背面１０２ｅには、電子部品１０６ａから発生する熱を効率良く放熱するための複数の放熱フィン１２１を有する放熱器１２０が設けられている（図３）。具体的には、メイン基板１０６ｂの非実装面１０６ｄ（図４、図６）に放熱器１２０が熱的に接続されている。放熱器１２０と筐体１０２との間には防水パッキンが介在し、放熱器１２０と筺体１０２との境目からの水の侵入を防止している。各放熱フィン１２１は、第２上枠部２３および第１下枠部２４（図１）と平行に設けられている。すなわち、各放熱フィン１２１は、その長手方向が水平方向に対して４５度傾斜して配置されている。これにより、各放熱フィン１２１からの放熱により高温となった空気が各放熱フィン１２１の間において放熱フィン１２１に沿って斜め上方に流れるように自然対流を促す構成となっている。放熱フィン１２１は、アルミニウム等の軽量かつ耐腐食性を有する金属で形成することが好ましい。なお、熱伝導性が高ければ、防錆処理を施した他の金属で形成してもよい。さらに、筐体１０２の背面１０２ｅには、全ての放熱フィン１２１を覆うようにカバー１２３が設けられており（図１、図３）、また放熱フィン１２１の下側の端部１２１ａには、冷却ファン１３１、１３２が設けられている。冷却ファン１３１、１３２は、各放熱フィン１２１の間に外気（空気）を導入し、上側の端部１２１ｂから排出するようになっている。これにより、放熱フィン１２１が冷却される。放熱フィン１２１の周囲をカバー１２３によって覆うことにより、冷却ファン１３１、１３２によって各放熱フィン１２１の間に強制的に導入された空気を、放熱フィン１２１に沿って上方へ（下側の端部１２１ａから上側の端部１２１ｂへと）強制対流させるように構成されている。

図５はパワーコンディショナ本体１０１を固定金具２０に取付ける方法の説明に供する側面図であり、図６は、パワーコンディショナ本体１０１が固定金具２０に取付けられた状態を第１上枠部２２および第１上側面１０２ａ側（斜め上方）から見て示す側面図である。図５および図６に示すように、パワーコンディショナ本体１０１を固定金具２０に取付けた状態において、放熱器１２０は固定金具２０の内部に収納される構成となっており、この収納された状態において、放熱フィン１２１の上側の端部１２１ｂに対して、固定金具２０側の第１上枠部２２の排気口２７が対向するように設けられていることにより（図６）、強制対流により放熱フィン１２１の上側の端部１２１ｂまで上昇した高温の空気を排気口２７から外部に排出することができる。

また、放熱器１２０の上側の端部１２１ｂとの間には金網１５０（図１、図５）が設けられており、排気口２７を介して落ち葉などの異物が放熱器１２０（放熱フィン１２１）の上側の端部１２１ｂから内部に侵入することを防止できるようになっている。

以上の構成において、固定金具２０にパワーコンディショナ本体１０１を固定した状態において、パワーコンディショナ本体１０１の筐体１０２を構成する第１上側面１０２ａおよび第２上側面１０２ｂはいずれも水平方向から４５度傾斜した状態となる。また、固定金具２０の第１上枠部２２および第２上枠部２３はいずれも水平方向から４５度傾斜した状態となる。これにより、屋外にあって落ち葉などがパワーコンディショナ本体１０１の筐体１０２（第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ）や固定金具２０の筐体（第１上枠部２２、第２上枠部２３）の上に落下しても第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１上枠部２２、第２上枠部２３の表面を滑り落ち易くなることにより、第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１上枠部２２、第２上枠部２３の表面に落ち葉が積もり難くなる。これにより、雨に濡れた落ち葉がパワーコンディショナ本体１０１の筐体１０２や固定金具２０の筐体の上に留まることによる錆の発生を抑制することができる。

また、第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１上枠部２２、第２上枠部２３が傾斜していることにより、雨水などはこれらの表面を流れ落ちることにより、これらの表面に雨水などが長時間留まることによる錆の発生を抑制するとともに、表面の異物除去および防汚効果も期待することができる。

一方、固定金具２０の内部に侵入した雨水は、傾斜した内壁を伝って水抜き孔３０から外部に排出されることにより、固定金具２０の内部に雨水が留まることによる錆の発生を抑制することができる。

また、パワーコンディショナ本体１０１の内部に侵入した雨水または結露により内部で発生した水は、パワーコンディショナ本体１０１の内部に収容されたメイン基板１０６ｂおよびそれに実装された多くの電子部品１０６ａの各構成面が水平方向から傾斜していることにより、これらの面に留まることなく、パワーコンディショナ本体１０１の筐体１０２の最も低い位置に設けられた水抜き孔１３０に集まり、当該水抜き孔１３０から外部に排出される。これにより、パワーコンディショナ本体１０１（筐体１０２）の内部に水が留まることによる錆の発生を抑制することができる。

パワーコンディショナ本体１０１（筐体１０２）の背面１０２ｅに設けられた放熱器１２０においては、放熱フィン１２１が傾斜して設けられており、その上側の端部１２１ｂに対向して固定金具２０に排気口２７が設けられていることにより、放熱フィン１２１からの熱を排気口２７から外部に逃がすことができる。この排気口２７と放熱器１２０の上側の端部１２１ｂとの間には金網１５０が設けられていることにより、落ち葉などの異物が放熱フィン１２１の間に落下することを防止できる。また、冷却ファン１３１、１３２による強制対流は、放熱フィン１２１に沿って下から上へと空気を流し、排気口２７から外部へ排気する構成となっていることにより、落ち葉などの異物が排気口２７から内部に入り込むためには排気の流れに逆らうことになるため、これらの異物が排気口２７から内部に入り込むことを抑制することができる。なお、冷却ファン１３１、１３２の動作中に金網１５０に吸い寄せられた異物は、冷却ファン１３１、１３２の停止中に落下し、内部への入り込みを防止することができる。

また、冷却ファン１３１、１３２は、放熱フィン１２１の下側の端部１２１ａに設けられており、外部の空気を放熱器１２０に取り込む構成となっていることにより、冷却ファン１３１、１３２を通る空気は放熱フィン１２１からの熱を吸収する前の状態であるため、昇温されていない。これにより、冷却ファン１３１、１３２の寿命が熱劣化により短くなることを抑制することができる。

なお、上述の実施形態においては、筐体１０２の第１上側面１０２ａ、第２上側面１０２ｂ、第１下側面１０２ｃおよび第２下側面１０２ｄと、固定金具２０の第１上枠部２２、第２上枠部２３、第１下枠部２４および第２下枠部２５とを水平方向に対して４５度傾ける場合について述べたが、これに限られるものではなく、付着した水分が排出される程度に水平方向に対して傾斜していれば他の角度を適用してもよい。

また、上述の実施形態においては、放熱フィン１２１を斜め方向に傾斜して延びる場合について述べたが、これに限られるものではなく、例えば、図７に示すように垂直方向に延びるように形成してもよい。このようにすれば、放熱フィン１２１からの放熱により高温となった空気が垂直上方に上昇し得ることにより、一段と自然対流を促し易くなり、放熱効果を高めることができる。なお、図７に示す構成においても、放熱フィン１２１の周囲をカバー１２３（図３）によって覆い、冷却ファン１３１、１３２（図３）によって強制対流させるようにしてもよい。また図７に示す構成では、放熱フィン１２１からの熱は垂直上方に上昇することにより、固定金具２０の第１上枠部２２および第２上枠部２３にそれぞれ排気口２７（図１）を設けるようにすればよい。なお、自然空冷でも熱的に問題がない場合は、冷却ファンを取り付けることは必須ではない。

また、上述の実施形態においては、正面から見て略正方形の筐体１０２を４５度回転させて壁面９０に取付ける場合について述べたが、これに限られるものではなく、正面から見てひし形の筐体を用いるようにしてもよい。また、上部と下部とで水平方向に対する傾斜角度が異なる側面を有する筐体を用いてよい。

また、上述の実施形態においては、本発明をパワーコンディショナ１００を屋外に取り付ける場合について述べたが、これに限られるものではなく、他の種々の電気機器を屋外に取り付ける取付装置に広く適用することができる。

２０固定金具
２２第１上枠部
２３第２上枠部
２４第１下枠部
２５第２下枠部
３０、１３０水抜き孔
９０壁面
１００パワーコンディショナ
１０１パワーコンディショナ本体
１０２筐体
１０２ａ第１上側面
１０２ｂ第２上側面
１０２ｃ第１下側面
１０２ｄ第２下側面
１０２ｅ背面
１０２ｆ前面
１２０放熱器
１２１放熱フィン
１２３カバー
１３１、１３２冷却ファン
１５０金網

Claims

屋外の壁面に取り付けられる電気機器であって、
取り付け状態において水平方向に対して傾斜した側面によって構成される筐体と、
前記筐体の内部に収容されるとともに、前記筺体の取り付け状態において水平方向に対して傾斜した辺部によって構成された基板に実装された電子部品と、
前記筐体内の下方に設けられた水抜き孔と、
を備えることを特徴とする電気機器。
前記筺体の取り付け状態において水平方向に対して傾斜した複数の放熱フィンを有し、前記基板の前記電子部品の非実装面に熱的に接続された放熱器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
前記放熱フィンの長手方向の下側端部に設けられ、前記放熱フィンに外気を導入して当該放熱フィンを冷却する冷却ファンをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電気機器。
前記筺体の取り付け状態において垂直方向に延びる複数の放熱フィンを有し、前記基板の前記電子部品の非実装面に熱的に接続された放熱器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
前記筐体の上側面には、前記放熱フィンからの熱を外部に逃がすための排気口が設けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電気機器。