特許 7458142 電装品モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-21

(45)【発行日】2024-03-29

(54)【発明の名称】電装品モジュール

(51)【国際特許分類】

   F24F 1/24 20110101AFI20240322BHJP

   F24F 1/22 20110101ALI20240322BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20240322BHJP

   H01L 23/40 20060101ALI20240322BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

F24F1/24

F24F1/22

F25B1/00 321L

H01L23/40 A

H05K7/20 E

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018121263

(22)【出願日】2018-06-26

(65)【公開番号】P2020003116

(43)【公開日】2020-01-09

【審査請求日】2021-05-27

【審判番号】

【審判請求日】2022-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】110002653

【氏名又は名称】弁理士法人アズテックＩＰ

(72)【発明者】

【氏名】三浦 宏之

【合議体】

【審判長】間中 耕治

【審判官】竹下 和志

【審判官】槙原 進

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－７６００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－７９８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４５０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０９３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３２６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９９９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２４７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０９４１９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２７１２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９９７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－７５０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３４５６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２９１２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２２７４８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F24F 1/20 - 1/24

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気調和機の内部に、前記空気調和機の上下方向に平行に配置される仕切板により区画して形成された機械室に、冷媒配管とともに配置される電装品モジュールにおいて、
前記空気調和機の制御を行う制御回路のパワーデバイスが下面に搭載されるプリント基板と、前記パワーデバイスを冷却するヒートシンクと、該ヒートシンクが前記冷媒配管に熱的に結合するよう取り付けられる固定板とを備え、
前記固定板は前記仕切板に直交し且つ前記機械室の前後方向に平行に前記仕切板の前記機械室側に取り付けられ、
前記プリント基板は前記固定板の上方に前記固定板に平行に配置され、
前記プリント基板に搭載された前記パワーデバイスが前記ヒートシンクに結合されることで前記プリント基板が前記固定板に搭載されること、前記パワーデバイスと対向する前記固定板が前記ヒートシンクを間に挟むこと、および、前記プリント基板は、前記下面の前側領域に外部接部用コネクタを含む弱電系の電子部品が搭載され、前記下面の後側領域に入力ＡＣフィルタを含む強電系の電子部品が搭載され、前記下面の前記前側領域と前記後側領域の間の中間領域に前記パワーデバイスが搭載されていることを特徴とする電装品モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の電装品モジュールにおいて、
前記プリント基板は、前記下面と反対側の上面が基板ホルダによって覆われていることを特徴とする電装品モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和機の室外機の正面のサービスパネルの奥側の機械室に取り付けられる電装品モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な空気調和機は、図６に示すように、室外に設置される室外機１０と室内に設置される室内機２０を備えている。室外機１０と室内機２０は、冷媒配管３０によって接続され蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成している。

【0003】

室外機１０には、室外空気と冷媒を熱交換する室外熱交換器１１、送風ファン１１Ｆ、冷媒を圧縮する圧縮機１２、圧縮機１２から吐き出された潤滑油及び冷媒の混合流体から潤滑油を分離する油分離器１３、流入した冷媒を膨張させて所定の圧力に減圧させる膨張弁１４、流入した冷媒を気液分離するアキュムレータ１５、暖房運転と冷房運転を切り替える四方弁１６などが設けられている。また、室内機２０には、室内空気と冷媒を熱交換する室内熱交換器２１、送風ファン２１Ｆなどが設けられている。そして、冷媒配管３０は、これら室外熱交換器１１、圧縮機１２、油分離器１３、膨張弁１４、アキュムレータ１５、四方弁１６、室内熱交換器２１を接続している。冷媒配管３０は、液側冷媒配管３０Ｌとガス側冷媒配管３０Ｇとを含む。

【0004】

室外機１０は、図７に示すように、仕切板１７１によって、筐体１７の内部が左右方向に熱交換器室１０Ａと機械室１０Ｂに区画され、熱交換器室１０Ａには前述した室外熱交換器１１と送風ファン１１Ｆが配置されている。機械室１０Ｂには、前述した圧縮機１２、油分離器１３、膨張弁１４、アキュムレータ１５、四方弁１６などが収容され、これらは筐体１７の前面の図示しないサービスパネルを取り外すことにより、図７に示すように外部から視認可能となっている。

【0005】

この機械室１０Ｂには、さらに、その上下方向のほぼ中間位置に電装品モジュール４０が配置されている。この電装品モジュール４０は、空気調和機の全体の動作を制御する制御回路、空気調和機の各種設定を行うための設定回路、空気調和機の動作状態を表示する表示回路、外部から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ回路、コンバータ回路から出力された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路、その他の回路などを搭載したモジュールであり、プリント基板４１にそれらの回路を実現するための複数の電子部品が搭載されている。プリント基板４１は、機械室１０Ｂの奥側に配管スペースを確保できるように１枚で構成され、機械室１０Ｂ内に起立した姿勢で取り付けられている。

【0006】

図８にプリント基板４１の正面を示す。このプリント基板４１は上下方向が弱電領域４１Ａと強電領域４１Ｂに分けられている。弱電領域４１Ａには、例えば、前記した制御回路の一部を構成するマイコン等の電子部品４１Ａ１、設定回路を構成するスイッチ４１Ａ２、プラグを抜き差しする小電力用コネクタ４１Ａ３、表示器としてのＬＥＤ４１Ａ４等の弱電系の電子部品が搭載される。また、強電領域４１Ｂには、前記した制御回路の残りを構成する電力変換を行うための強電系の複数の電子部品、例えばコンバータ回路のＩＣやインバータ回路のＩＣなどのパワーデバイス４１Ｂ１、平滑用の大容量電解コンデンサ４１Ｂ２、コンバータ用のリアクトル４１Ｂ３、大電力用コネクタ４１Ｂ４、その他の図示しない電子部品が搭載される。

【0007】

強電領域４１Ｂには、さらに、パワーデバイス４１Ｂ１で発生する熱を冷却するための冷却器５０が配置されている。この冷却器５０は冷媒配管３０の液側冷媒配管３０Ｌに取り付けられる図示しないヒートシンクを備える。そのヒートシンクはパワーデバイス４１Ｂ１が発生する熱が伝わるようにプリント基板４１の正面側に配置されている。液側冷媒配管３０Ｌには、冷房運転時には室外熱交換器１１で凝縮した冷媒が流れ暖房運転時には室内熱交換器２１で凝縮され膨張弁１４で減圧された冷媒が流れるので、その冷媒温度によって冷却器５０のヒートシンクが冷却され、パワーデバイス４１Ｂ１の温度が所定値以下に保持される。以上説明した空気調和機については、特許文献１に記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許第５４７２３６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、上記のようにプリント基板４１を上下方向に平行に配置する構造では、機械室１０Ｂの上下方向サイズを大きくする必要があり、室外機自体の高さが高くなる。近年の空気調和機には、設置の自由度が高いコンパクトな室外機が要請されおり、室外機の高さが高くなる構造はその要請に逆行することになる。

【0010】

そこで、プリント基板４１を、前記した弱電領域４１Ａに配置される電子部品を搭載したメイン基板と、前記した強電領域４１Ｂに配置される電子部品を搭載したパワー基板に分けて形成し、機械室１０Ｂ内に上下方向に平行な固定板を取り付けて、この固定板の一方の面にメイン基板を取り付け、他方の面にパワー基板を取り付けることが考えられる。これによれば、メイン基板とパワー基板のそれぞれの上下方向のサイズを、それらメイン基板とパワー基板を上下方向に並べた場合に相当する１枚のプリント基板４１の上下方向のサイズよりも小さくできるので、室外機の上下方向サイズを小型化ができる。

【0011】

しかし、このようにメイン基板とパワー基板という２枚のプリント基板を使用する場合は、それらメイン基板とパワー基板の間の接続ワイヤの増加や組立工数の増加によってコスト高を招く問題がある。

【0012】

本発明の目的は、コスト高を招くことなく室外機の上下方向のサイズを小さくできるようにし、且つパワーデバイスを冷媒配管を流れる冷媒によって冷却できるようにした電装品モジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、空気調和機の内部に、前記空気調和機の上下方向に平行に配置される仕切板により区画して形成された機械室に、冷媒配管とともに配置される電装品モジュールにおいて、前記空気調和機の制御を行う制御回路のパワーデバイスが下面に搭載されるプリント基板と、前記パワーデバイスを冷却するヒートシンクと、該ヒートシンクが熱的に結合するよう取り付けられる固定板とを備え、前記固定板は前記仕切板に直交し且つ前記機械室の前後方向に平行に前記仕切板の前記機械室側に取り付けられ、前記プリント基板は前記固定板の上方に前記固定板に平行に配置され、前記プリント基板に搭載された前記パワーデバイスが前記ヒートシンクに結合されることで前記プリント基板が前記固定板に搭載されること、前記パワーデバイスと対向する前記固定板が前記ヒートシンクを間に挟むこと、および、前記プリント基板は、前記下面の前側領域に外部接部用コネクタを含む弱電系の電子部品が搭載され、前記下面の後側領域に入力ＡＣフィルタを含む強電系の電子部品が搭載され、前記下面の前記前側領域と前記後側領域の間の中間領域に前記パワーデバイスが搭載されていることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の電装品モジュールにおいて、前記プリント基板は、前記下面と反対側の上面が基板ホルダによって覆われていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、プリント基板が機械室内に前後方向に配置されることになり、室外機の上下方向のサイズを小さくできる。また、プリント基板は１枚であるので、メイン基板とパワー基板という２枚のプリント基板を使用する場合に比べて、接続ワイヤの増加や組立工数の増加を押えてコスト安を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】室外機の斜視図である。

【図2】筺体を底面パネルのみとした同室外機の斜視図である。

【図3】筺体を底面パネルのみとし且つ電装品モジュールを分解した同室外機の斜視図である。

【図4】電装品モジュールのプリント基板の平面図である。

【図5】図４のＡ-Ａ線断面図である。

【図6】空気調和機の冷媒回路の回路図である。

【図7】従来の室外機のサービスパネルを取り外した正面図である。

【図8】従来の電装品モジュールの正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施例を説明する。図６～図８で説明したものと同じものには同じ符号を付けた。室外機１００は、図１に示すように、その筐体１１０が、前面パネル１１１、その前面パネル１１１の右横のサービスパネル１１２、右側面パネル１１３、左側面パネル１１４、天面パネル１１５、背面パネル１１６、底面パネル１１７を備え、底面パネル１１７には脚１１８が取り付けられている。

【0017】

以下の説明では、前面パネル１１１側を前、背面パネル１１６側を後、右側面パネル１１３側を右、左側面パネル１１４側を左、天面パネル１１６側を上、底面パネル１１７側を下とする。

【0018】

図２、図３に、筐体１１０の前面パネル１１１、サービスパネル１１２、右側面パネル１１３、左側面パネル１１４、天面パネル１１５、背面パネル１１６を取り去った図を示す。室外機１００は、前面パネル１１１の後側が熱交換器室１１０Ａになり、サービスパネル１１２の後側が機械室１１０Ｂになるように、筐体１１０の上下方向に平行な仕切板１１９によってその内部が左右方向に区画されている。

【0019】

熱交換器室１１０Ａには、図６で説明した室外熱交換器１１や送風ファン１１Ｆが配置されている。６１は送風ファン１１Ｆが取り付けられるファン支持フレームであり、その下端が底面パネル１１７に取り付けられ、その上端は取付金具６２で室外熱交換器１１に支持されるともに取付金具６３で前面パネル１１１に支持されている。

【0020】

機械室１１０Ｂには、図６、図７で説明した冷媒配管３０、圧縮機１２、油分離器１３、膨張弁１４、アキュムレータ１５、四方弁１６などが収容されているが、図２、図３ではその一部のみを示している。機械室１１０Ｂは、サービスパネル１１２を取り外すことにより、室外機１００の前面側から視認可能となっている。

【0021】

２００は電装品モジュールであり、プリント基板２１０と、そのプリント基板２１０の上面２１０ａを覆うようにそのプリント基板２１０に着脱自在に取り付けられる基板ホルダ２２０と、プリント基板２１０に搭載されたパワーデバイス２１２を冷却するヒートシンク２４０と、ヒートシンク２４０が取り付けられる固定板２３０を備える。

【0022】

プリント基板２１０は、図５に示すように、その上面２１０ａが基板ホルダ２２０に覆われている。図４に示すように、プリント基板２１０の下面２１０ｂには、中央領域２１０ｂ１にパワーデバイス２１１が搭載され、後側領域２１０ｂ２に図示しない入力ＡＣフィルタなどを含む強電系の電子部品が搭載され、前側領域２１０ｂ３に図示しない外部接部用コネクタなどを含む弱電系の電子部品が搭載される。このように、プリント基板２１０の下面２１０ｂは、前側から後側にかけて、前側領域２１０ｂ３、中央領域２１０ｂ１、後側領域２１０ｂ２が並んで配置されている。そして、中央領域２１０ｂ１のパワーデバイス２１１が搭載される箇所には開口２１２が形成されている。

【0023】

基板ホルダ２２０は、上蓋２２１と、アーム２２２と、アーム２２２を囲む枠板を備える。基板ホルダ２２０は、上蓋２２１を取り外した状態では、図３に示すように格子形状に配置されたアーム２２２を介してプリント基板２１０の上面２１０ａが上面から視認できるようになっている。そして、図５に示すように、枠板２２３の下端２２３ａの内側に設けられた爪２２４がプリント基板２１０の下面２１０ｂの縁部に係止し、アーム２２２がプリント基板２１０の上面２１０ａを押圧することで、そのプリント基板２１０が基板ホルダ２２０に保持されている。基板ホルダ２２０の爪２２４を矢印で示すように外側に押せば、枠板２２３が外側に撓んで爪２２４がプリント基板２１０から外れ、そのプリント基板２１０を取り外すことができる。基板ホルダ２２０にプリント基板２１０を保持させるときは、プリント基板２１０の縁部を爪２２４に押し当ててからアーム２２２に当接するまで、そのプリント基板２１０を押し込めばよい。

【0024】

固定板２３０は板金製であり、仕切板１１９の機械室１１０Ｂ側に取り付けられている。この固定板２３０は、縦板２３１と横板２３２から形成され、縦板２３１が仕切板１１９に取り付けられ、縦板２３１は仕切板１１９と垂直に伸び、横板２３２は右側パネル１１３の方向に伸びている。そして、横板２３２の上面２３２ａには、前後方向に並ぶ２本の冷媒配管３０Ｌが左右方向に平行に並ぶように配置されている。この冷媒配管３０Ｌは仕切板１１９を向く側の部分３１がＵ字形状に曲折されている。また、この冷媒配管３０Ｌは横板２３２における取付片２３１と反対側、つまり図３における右側の先端において曲折部３２により下方向に折り曲げられている。

【0025】

ヒートシンク２４０は、溝形状の湾曲凹部２４１を有し、固定板２３０の横板２３２の上面２３２ａに配置された冷媒配管３０Ｌを、その湾曲凹部２４１で横板２３２に押さえ付けるように、ネジＢ１，Ｂ２によって横板２３２に取り付けられている。前記したパワーデバイス２１１はリード２１１ａによってプリント基板２１０に搭載されており、ヒートシンク２４０に熱的に結合させる際は、プリント基板２１０に形成された開口２１２からドライバを挿入してネジＢ３でそのヒートシンク２４０にネジ止めされる。パワーデバイス２１１とヒートシンク２４０の間に図示しない伝熱シートを介在させれば、パワーデバイス２１１とヒートシンク２４０の熱的な結合が良好となる。

【0026】

以上から本実施例の電装品モジュール２００によれば、プリント基板２１０を備える電装品モジュール２００が、天面パネル１１５や底面パネル１１７に対して平行な姿勢、つまり前後方向に平行に機械室１１０Ｂ内に取り付けられるので、サービスパネル１１２や背面パネル１１６に平行な姿勢、つまり上下方向に平行に機械室１１０Ｂ内に取り付けられる場合と比較して、その電装品モジュール２００が室外機１００の上下方向に占めるサイズを大幅に小さくすることができ、室外機１００を小型化し易くなる。

【0027】

また、プリント基板２１０は１枚であるので、２枚のプリント基板を使用する場合と比較して、２枚のプリント基板の間の接続ワイヤの増加や組立工数の増加を防ぎ、コスト安を実現することができる。

【0028】

また、プリント基板２１０のパワーデバイス２１１はヒートシンク２４０によって冷却され、ヒートシンク２４０は冷媒配管３０Ｌを流れる冷媒によって冷却される。これにより、充分冷却されるので、そのパワーデバイス２１１を熱交換器室１１０Ａの送風ファン１１Ｆで生じる風を利用して空冷する必要はない。このため、ヒートシンク２４０を含めた電装品モジュール２００の全体を機械室１１０Ｂに配置することができ、熱交換器室１１０Ａの送風性能を低下させることはない。

【0029】

また、プリント基板２１０には、後側領域２１０ｂ２に入力ＡＣフィルタなどを含む強電系の電子部品が搭載され、前側領域２１０ｂ３には外部接部用コネクタなどを含む弱電系の電子部品が搭載される。したがって、手前のサービスパネル１１２側に外部接続部品が配置されることで、アクセスが容易となって組立時やメンテナンス時の作業性が良好となる。また、手前のサービスパネル１１２側に弱電系の電子部品が配置され背面パネル１１６側に高電圧が加わる強電系の電子部品が配置されるので、メンテナンス時の感電を防止することができる。さらに、サービスパネル１１２側に入力用の電子部品が配置され背面パネル１１６側に出力用の電子部品が配置されるので、自己発生ノイズが外部に漏洩することを抑制することができる。

【0030】

また、後側領域２１０ｂ２と前側領域２１０ｂ３の間の中央領域２１０ａにパワーデバイス２１２が配置されるため、冷媒配管３０Ｌを後側領域２１０ｂ２や前側領域２１０ｂ３を迂回することなくパワーデバイス２１２の下面に配管できるので、冷媒配管３０Ｌの引き回し距離が短くなり、構造を簡素化できる。

【0031】

なお、以上説明した実施例では、熱交換器室１１０Ａと機械室１１０Ｂを区画する仕切板１１９を、その上下方向の形状が、天面パネル１１５と底面パネル１１７の間で前方から見て直線形状となっている例で説明したが、これに限られるものではない。例えば、この仕切板１１９の天面パネル１１５の側を熱交換器室１１０Ａ方向に、つまり左方向に折り曲げて左右方向に平行な固定板部を形成し、さらにその固定板部の熱交換器室１１０Ａ側を天面パネル１１５の方向に、つまり上方向に折り曲げることで、前面からみるとクランク形状に変形して、天面パネル１１５の下面に機械室１１０Ｂを熱交換器室１１０Ａの方向に拡張する拡張空間を設けることができる。

【0032】

仕切板１１９をこのようなクランク形状に形成すれば、固定板部を前記実施例の固定板２３０として機能させることができ、固定板２３０は不要となる。つまり、その固定板部の上面に冷媒配管３０Ｌを左右方向に配管して、電装品モジュール２００のパワーデバイスを冷媒配管３０Ｌで冷却できるように、その拡張空間にヒートシンク２４０や電装品モジュール２００を配置して取り付けることもできる。このため、電装品モジュール２００が左右方向に長い場合であっても、機械室１１０Ｂに取り付けることができる。

【符号の説明】

【0033】

３０Ｌ：冷媒配管
１００：室外機、１１０：筐体、１１０Ａ：熱交換器室、１１０Ｂ：機械室、１１１：正面パネル、１１２：サービスパネル、１１３：右側面パネル、１１４：左側面パネル、１１５：天面パネル、１１６：背面パネル、１１７：底面パネル、１１８：スタンド、１１９：仕切板、
２００：電装品モジュール、２１０：プリント基板、２１２：パワーデバイス、２２０：基板ホルダ、２３０：固定板、２４０：ヒートシンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】