WO2023157129A1

WO2023157129A1 - 室外機

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Publication number: WO2023157129A1
Application number: PCT/JP2022/006193
Authority: WO
Inventors: 祥治森田; 圭一朗志津
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2023-08-24
Also published as: JPWO2023157129A1

Abstract

室外機は、筐体と、筐体の内部を送風機室と機械室とに区分する仕切り板（６）と、第１実装面（１０ａ）に第１電気部品（１１）が実装され、第２実装面（１０ｂ）に第２電気部品（１３）が実装され、第１実装面（１０ａ）を仕切り板（６）に向けて機械室に設けられた実装基板（１０）と、第１電気部品（１１）に取り付けられ仕切り板（６）に固定されたヒートシンク（１２）と、第１実装面（１０ａ）と垂直な方向から見て第２電気部品（１３）と重なる位置に設けられて第１実装面（１０ａ）に固定されるとともに、ヒートシンク（１２）または仕切り板（６）に固定される保持板金（１６）と、第１実装面（１０ａ）と垂直な方向から見て第２電気部品（１３）と重なる位置に設けられて第１実装面（１０ａ）に当接する熱伝導絶縁材（１４）と、を備える。熱伝導絶縁材（１４）は保持板金（１６）に形成された収納部（１６ａ）に収容されている。

Description

室外機

　本開示は、空気調和機の室外機に関する。

　空気調和機の室外機は、筐体の内部に熱交換器、送風ファン、電機品箱、圧縮機が収容されている。筐体の内部は、一般的に、熱交換器と送風ファンが収容された送風機室と、電気品ユニットが収納されている電機品箱と圧縮機とが収容された機械室に分けられている。電機品箱には電気品ユニットが収納されている。

　送風機室では、送風ファンで内部に取り込まれた外気と熱交換器との間で熱交換が行われる。送風機室には、外気が取り込まれるため、外気とともに粉塵および水が侵入する。

　機械室は、粉塵および湿気に弱い電気品ユニットおよび圧縮機が収容されているため、粉塵および湿気から電気品ユニットおよび圧縮機を保護する必要がある。機械室は、粉塵および水の侵入を防ぐために送風機室とは仕切り板で隔てられた密閉した空間になっている。

　電気品ユニットは、電力を制御したり圧縮機を制御したりするためにインバータ回路が搭載されている。インバータ回路に使用されているパワー半導体素子およびコイル等のいくつかの電気部品は発熱するため、電気品ユニットに対する熱設計が必要となっている。

　例えば特許文献１では、実装基板５０の一方の面にコンデンサ等が実装され、他方の面にパワーモジュールが実装された構成が開示されている。パワーモジュールには、実装基板を収容するケーシングの一部である伝熱板部材を介してヒートシンクが取り付けられている。

特開２００８－１２１９６６号公報

　室外機の電気部品のうちで発熱する主要部品には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびタイオード、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍｏｄｕｌｅ）等のパワー半導体素子である第１電気部品と、リアクトルおよびコモンモードコイル等の巻線を有する第２電気部品が挙げられる。

　第１電気部品は部品サイズが小さく発熱量が大きいことから効率よく冷却するために特許文献１のようにヒートシンクでの自然空冷を行うのが主流である。また、第２電気部品は、部品サイズが大きかったこともあり自然対流に頼った熱設計が多かったが、近年の第２電気部品の小型化、大電流仕様化を受けて構造設計を含めての適切な熱設計が必要になってきている。

　例えば、実装基板のうち第２電気部品が搭載された領域の裏面と、仕切り板との間に熱伝導絶縁材を挟み込んで、熱伝導絶縁材を介して第２電気部品の熱を仕切り板に伝えて第２電気部品からの熱を放熱させることが考えられる。

　しかしながら、実装基板と仕切り板との間に熱伝導絶縁材を挟み込む構成では、電気部品の故障時等に実装基板を取り外したり取り付けたりする際に、熱伝導絶縁材が落下してしまったり、そのまま熱伝導絶縁材を紛失してしまうおそれがある。すなわち、実装基板と仕切り板との間に熱伝導絶縁材を挟み込む構成では作業性が悪いという問題がある。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、実装基板に搭載された電気部品からの放熱性を確保しつつ、実装基板の取り付けおよび取り外しをする際の作業性の向上を図ることができる室外機を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる室外機は、筐体と、筐体の内部を送風ファンが設けられる送風機室と圧縮機が設けられる機械室とに区分する仕切り板と、第１実装面に第１電気部品が実装され、第１実装面または第１実装面の裏面である第２実装面に第２電気部品が実装され、第１実装面を仕切り板に向けて機械室に設けられた実装基板と、第１電気部品に取り付けられ仕切り板に一端が固定されたヒートシンクと、第１実装面と垂直な方向から見て第２電気部品と重なる位置に設けられて第１実装面に固定されるとともに、ヒートシンクまたは仕切り板に固定される保持板金と、第１実装面と垂直な方向から見て第２電気部品と重なる位置に設けられて第１実装面に当接する熱伝導絶縁材と、を備える。保持板金には第１実装面と対向する面を凹ませた収納部が形成されており、収納部に熱伝導絶縁材が収容されている。

　本開示によれば、実装基板に搭載された電気部品からの放熱性を確保しつつ、実装基板の取り付けおよび取り外しをする際の作業性の向上を図ることができる室外機を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる室外機の外観全体図図１に示した室外機の内部構造を示す図図２に示すＡ部分の部分拡大断面図であって、実施の形態１における実装基板と周囲の断面図実施の形態１における実装基板の側面図実施の形態２における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図実施の形態２における熱伝導絶縁材の形状の一例を示す図実施の形態２における保持クランパの形状の一例を示す図保持クランパを実装基板と熱伝導絶縁材に実装した形状の一例を示す図実施の形態３における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図実施の形態４における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図実施の形態５における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図実施の形態６における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図

　以下に、本開示の実施の形態にかかる室外機を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる室外機の外観全体図である。図２は、図１に示した室外機の内部構造を示す図である。室外機は、筐体１を備える。筐体１の内部は仕切り板６によって送風機室４と機械室５とに分けられている。

　送風機室４には送風ファン３が設けられている。また、送風機室４の背面側には熱交換器７が設けられている。また、送風機室４の前面の壁にはワイヤーグリル２が設けられている。また、送風機室４の背面の壁には図示を省略した開口が設けられている。送風ファン３が回転することで、背面の開口から送風機室４内に空気が取り込まれ、前面のワイヤーグリルから送風機室４内の空気が吐き出される。すなわち、送風ファン３が回転することで送風機室４内では空気が流動する。機械室５には、圧縮機９が設けられている。

　図３は、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図であって、実施の形態１における実装基板と周囲の断面図である。図４は、実施の形態１における実装基板の側面図である。図３の構成を説明する。実装基板１０は、第１実装面１０ａに第１電気部品１１がはんだ付けされており、第２実装面１０ｂに第２電気部品１３がはんだ付けされている。第１電気部品１１は、仕切り板６に形成された穴６ａから送風機室４に突出されている。穴６ａには送風機室４側からヒートシンク１２が固定されている。第１電気部品１１は、ヒートシンク１２に接触しており、ヒートシンク１２と熱結合している。実装基板１０は、第１実装面１０ａを仕切り板６に向けて設けられている。

　第１実装面１０ａのうち、第２電気部品１３の裏面となる箇所には第１実装面１０ａに接触する熱伝導絶縁材１４が設けられている。熱伝導絶縁材１４は、第１実装面１０ａに垂直な方向から見た場合に第２電気部品１３と重なる位置に設けられているとも換言できる。また、第１実装面１０ａには、実装基板１０と仕切り板６とを連結するとともに、熱伝導絶縁材１４を実装基板１０に固定する保持板金１６が設けられている。保持板金１０は第１実装面１０ａに垂直な方向から見た場合に第２電気部品と重なる位置に設けられている。仕切り板６には、保持板金を送風機室４に露出させる穴６ｂが形成されている。第１電気部品１１は例えばＩＣチップであり、第２電気部品１３は例えばリアクトルやコモンモードコイルである。

　室外機を運転させると、実装基板１０の第１電気部品１１、第２電気部品１３は自身の内部抵抗と回路に流れる電流によって発熱する。第１電気部品１１で発生した熱はヒートシンク１２に伝わる。ヒートシンク１２は送風ファン３の回転によって発生した風を受けることで、自然空冷より大きい冷却効果で第１電気部品１１を冷却することができる。また、第２電気部品１３で発生した熱は、実装基板１０と保持板金１６と熱結合した熱伝導絶縁材１４によって、実装基板１０から熱伝導絶縁材１４、保持板金１６に伝わる。保持板金１６は送風機室４に露出しているため、保持板金１６は送風ファン３の回転によって発生した風を受けることで、より大きな冷却効果で第２電気部品を冷却することができる。

　第１電気部品１１または第２電気部品１３の故障に起因した実装基板１０の取り外しまたは取り付けの作業が発生した場合、ヒートシンク１２と仕切り板６を固定するねじ１５と、ヒートシンク１２と第１電気部品１１を固定するねじ１８と、仕切り板６と保持板金１６を固定するねじ１９とを外すと実装基板１０は図４に示す状態になる。

　熱伝導絶縁材１４が実装基板１０に固定された状態で実装基板１０の取り外しおよび取り付けが可能になるため、熱伝導絶縁材１４の位置決めの手間、熱伝導絶縁材１４のサービス部品としての有無の確認、付け忘れ、落下による紛失等の問題がない。これによってユーザやメンテナンス業者の負荷が軽減され、サービス性が向上する。

　ここで、熱伝導絶縁材１４については耐熱性のある非シリコン系樹脂（アクリル系樹脂等）が望ましい。シリコン系樹脂は耐熱性には優れているが、高い熱負荷によるシロキサンガス発生にともなう接点不良の懸念があるためである。

　保持板金１６には、第１実装面１０ａと対向する面に、熱伝導絶縁材１４を収納する収納部１６ａが設けられている。かかる構成により、保持板金１６により熱伝導絶縁材１４を確実に保持できる。

　収納部１６ａは、実装基板１０が仕切り板６に固定された状態において、仕切り板６と実装基板１０との間に位置する。すなわち、収納部１６ａは機械室５側に位置する。また、収納部１６ａの側面は開口しており、熱伝導絶縁材１４の一部が開口部から外部に露出している。かかる構成により、送風ファン３の風が直接当たることのない機械室５側においては開口部により、熱伝導絶縁材１４からの放熱を促進できる。

　なお、仕切り板６に穴６ｂを設けなくても、保持板金１６が仕切り板６に接触していれば、仕切り板６の表面上でも空気が流動しているため、効率よく第２電気部品１３の熱を放熱させることができる。

実施の形態２．
　上記実施の形態１では、第２電気部品１３の冷却効果を上げるために熱伝導絶縁材１４を取り付け、サービス対応での実装基板１０の取り外しおよび取り付けの時に熱伝導絶縁材１４の付け忘れや位置ずれを気にしなくてもよい実装基板単体（サービス用基板の状態）であるように、熱伝導絶縁材１４を実装基板１０に保持する構造にしたものである。図３では、保持板金１６のあたる仕切り板の部分に穴６ｂを形成して、保持板金１６が送風機室４に表出することでより冷却効果を上げているが、さらに防塵性、防水性を上げるために実施の形態２を説明する。上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

　図５は、実施の形態２における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図である。防塵性、防水性を上げるために仕切り板６には実施の形態１における穴６ｂのような開口部を設けていない。熱伝導絶縁材１４の保持構造を変えて、熱伝導絶縁材１４が直接仕切り板６に接触する構造でありながら、熱伝導絶縁材１４を実装基板１０の第１実装面１０ａに固定する構造にしている。具体的には、保持クランパ（固定具）１７を用いて熱伝導絶縁材１４を実装基板１０に固定している。保持クランパ１７は仕切り板６と接触し熱結合している。

　図５に示すように、熱伝導絶縁材１４の中心部が仕切り板６に確実に接触しやすくなるように、仕切り板６の板金面を絞り加工またはプレス加工等で機械室５側に凸としてもよい。また、熱伝導絶縁材１４には保持クランパ１７が取り付けられるように四隅に穴をあけている。図６は、実施の形態２における熱伝導絶縁材の形状の一例を示す図である。図６の熱伝導絶縁材１４の中心部の点線エリアは、仕切り板６と接触する箇所を示している。

　図７は、実施の形態２における保持クランパの形状の一例を示す図である。図８は、保持クランパを実装基板と熱伝導絶縁材に実装した形状の一例を示す図である。図７に示す保持クランパ１７の上側のバネ構造部１７ａで熱伝導絶縁材１４を固定し、下側のロック部１７ｂを実装基板１０に準備しておいた穴に挿入して熱伝導絶縁材１４を実装基板１０に固定できるものとする。バネ構造部１７ａは、熱伝導絶縁材１４に当接して撓み、その復元力で熱伝導絶縁材１４を固定する。また、ロック部１７ｂを実装基板１０の穴に挿入すると、撓み部１７ｃが実装基板１０に当接して撓み、その復元力で実装基板１０を固定する。また、保持クランパ１７によって熱伝導絶縁材１４は実装基板１０に固定され、その実装基板１０を仕切り板６に取り付けると、熱伝導絶縁材１４が仕切り板６の凸となっている位置で接触する位置関係となっている。

　実施の形態２では、実施の形態１と同様に第２電気部品１３で発生した熱が、実装基板１０と仕切り板６と熱結合した熱伝導絶縁材１４によって、実装基板１０から熱伝導絶縁材１４、仕切り板６に伝わるため、送風機室４内の空気の流動を利用して、第２電気部品１３より大きな冷却効果で冷却することができる。

　また電気部品の故障に起因した基板の取り外しや取り付けの作業が発生した場合には、ヒートシンク１２と仕切り板６を固定するねじ１５、ヒートシンク１２と第１電気部品１１を固定するねじ１８を外すと実装基板１０は保持クランパ１７にて熱伝導絶縁材１４が固定された状態での基板の取り外しや取り付けが可能になるため、実施の形態１と同様、熱伝導絶縁材１４の位置決めの手間や、熱伝導絶縁材１４のサービス部品としての有無確認、付け忘れ、紛失等の問題がなく、ユーザやメンテナンス業者の負荷が軽減され、サービス性が向上する。

　また、実施の形態２では、実施の形態１のように保持板金１６を送風機室４に露出させるために仕切り板６に穴６ｂを形成する必要がないので、送風機室４から水や粉塵が侵入することを抑制でき、防水性、防塵性の向上を図ることができる。

　熱伝導絶縁材１４を実装基板１０に保持する構造であればいいので、熱伝導絶縁材１４に穴が開いていなくてもよい。また保持クランパ１７も絶縁材（樹脂等）であり熱伝導絶縁材１４を保持して実装基板１０に固定できれば形状は問わない。

実施の形態３．
　図９は、実施の形態３における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図である。上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

　実施の形態３では、第２電気部品１３が第１電気部品１１と同様に第１実装面１０ａに実装されている。第２電気部品１３は保持板金１６の収納部１６ａに囲まれ、熱伝導絶縁材１４に覆われている。この構成では、上記実施の形態で得られる効果に加えて、第２電気部品１３から熱伝導絶縁材１４に直接熱を伝わるので、放熱性能がより一層向上する。

実施の形態４．
　図１０は、実施の形態４における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図である。上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

　実施の形態４では、ヒートシンク１２の基部１２ａを保持板金１６と対向する大きさで形成し、保持板金１６を仕切り板６ではなくヒートシンク１２に固定している。実施の形態１の構成では、第２電気部品１３の発熱は最終的に仕切り板６を介して送風機室４の送風ファン３を使って冷却しているが、実施の形態４では第２電気部品１３の発熱は最終的にヒートシンク１２を介して送風機室４の外気ファン３を使って冷却する構成になっており、第１電気部品１１の熱設計に尤度があれば、この構造の方が第２電気部品１３の冷却性能は向上する。

実施の形態５．
　図１１は、実施の形態５における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図である。上記実施の形態と同様の構成には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

　実施の形態５では、第２電気部品１３が第１実装面１０ａに実装されている。また、熱伝導絶縁材１４は保持クランパ１７で実装基板１０の第１実装面１０ａに固定されている。また、第２電気部品１３は、熱伝導絶縁材１４に覆われている。また、熱伝導絶縁材１４は仕切り板６と接触し熱結合している。

　実施の形態５は、実施の形態２の構成から第２電気部品１３の実装面を仕切り板６側にしたもので、実施の形態２と同様、送風機室４内の空気の流動を利用して第２電気部品１３を冷却できる。また、熱伝導絶縁材１４が実装基板１０に固定された状態で基板の取り外しや取り付けが可能になる。第２電気部品１３のために仕切り板６に穴を形成しないので送風機室４から水や粉塵が侵入しにくくなり、防水性、防塵性の向上が図られる。また、実施の形態５では、第２電気部品１３が直接熱伝導絶縁材１４に接触しているため、実施の形態２と比べて第２電気部品１３の冷却性能が向上する。

実施の形態６．
　図１２は、実施の形態６における実装基板と周囲の断面図であって、図２に示すＡ部分の部分拡大断面図に相当する図である。上記実施の形態と同様の構成には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

　実施の形態６では、仕切り板６の穴６ｂの上下に断面Ｌ字状の突出部６ｃが設けられている。突出部６ｃによって形成された溝に保持板金１６の突部１６ｂが嵌まっている。

　仕切り板６に具備したＬ字型の突出部に実装基板１０をスライドして位置を決め、実装基板１０と仕切り板６、ヒートシンク１２と第１電気部品１１をねじ１８で固定することで実装基板１０が仕切り板６に固定される。ヒートシンク１２に第１電気部品１１を固定する前であっても、突出部６ｃによって形成された溝に保持板金１６の突部１６ｂを嵌めてしまえば、作業者が実装基板１０から手を離しても実装基板１０は落下しないため、実装基板の取り付け作業の作業性が向上する。なお、図１２では、保持板金１６の送風機室４側に穴６ｂを形成して送風ファン３による冷却効果を十分に発揮できる構造としているが、第２電気部品１３に尤度がある場合は、開口部を塞ぐ構造としてもよい。

　また、実施の形態６では、実施の形態１の構成から保持板金１６を仕切り板６にねじ止めせずに仕切り板６に固定するため、実施の形態１と比較して実装基板１０の取り付け、取り外しがより容易になっている。

　以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

　１　筐体、２　ワイヤーグリル、３　送風ファン、４　送風機室、５　機械室、６　仕切り板、６ａ，６ｂ　穴、６ｃ　突出部、７　熱交換器、９　圧縮機、１０　実装基板、１０ａ　第１実装面、１０ｂ　第２実装面、１１　第１電気部品、１２　ヒートシンク、１２ａ　基部、１３　第２電気部品、１４　熱伝導絶縁材、１５，１８，１９　ねじ、１６　保持板金、１６ａ　収納部、１６ｂ　突部、１７　保持クランパ、１７ａ　バネ構造部、１７ｂ　ロック部、１７ｃ　撓み部。

Claims

　筐体と、
　前記筐体の内部を送風ファンが設けられる送風機室と圧縮機が設けられる機械室とに区分する仕切り板と、
　第１実装面に第１電気部品が実装され、前記第１実装面または前記第１実装面の裏面である第２実装面に第２電気部品が実装され、前記第１実装面を前記仕切り板に向けて前記機械室に設けられた実装基板と、
　前記第１電気部品に取り付けられ前記仕切り板に一端が固定されたヒートシンクと、
　前記第１実装面と垂直な方向から見て前記第２電気部品と重なる位置に設けられて前記第１実装面に固定されるとともに、前記ヒートシンクまたは前記仕切り板に固定される保持板金と、
　前記第１実装面と垂直な方向から見て前記第２電気部品と重なる位置に設けられて前記第１実装面に当接する熱伝導絶縁材と、を備え、
　前記保持板金には前記第１実装面と対向する面を凹ませた収納部が形成されており、前記収納部に前記熱伝導絶縁材が収容されている室外機。
　前記第２電気部品は前記第１実装面に搭載されており、前記収納部に収容されて前記熱伝導絶縁材に覆われている請求項１に記載の室外機。
　前記仕切り板には、前記保持板金を前記送風機室に露出させる穴が形成されている請求項１または２に記載の室外機。
　前記保持板金は、前記ヒートシンクに固定されている請求項１または２に記載の室外機。
　前記仕切り板にＬ字状の突出部が形成され、
　前記保持板金に形成された突部が前記突出部によって形成された溝に嵌まる請求項１から４のいずれか１つに記載の室外機。
　筐体と、
　前記筐体の内部を送風ファンが設けられる送風機室と圧縮機が設けられる機械室とに区分する仕切り板と、
　第１実装面に第１電気部品が実装され、前記第１実装面または前記第１実装面の裏面である第２実装面に第２電気部品が実装され、前記第１実装面を前記仕切り板に向けて前記機械室に設けられた実装基板と、
　前記第１電気部品に取り付けられ前記仕切り板に一端が固定されたヒートシンクと、
　前記第１実装面と垂直な方向から見て前記第２電気部品と重なる位置に設けられて前記第１実装面に当接し固定具によって第１実装面に固定された熱伝導絶縁材と、を備え、
　前記熱伝導絶縁材は前記仕切り板に当接している室外機。
　前記第２電気部品は前記第１実装面に搭載されており、前記熱伝導絶縁材に覆われている請求項６に記載の室外機。