JP5896833B2 - 屋外設置機器の製造方法およびインバータ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、屋外設置機器の製造方法およびインバータ装置の製造方法に関する。

太陽光発電用のパワーコンディショナなどのインバータ装置は、筐体内に設置された発熱体からの熱を外部へ放出するために、ヒートシンクなどの放熱手段が取り付けられている。また、インバータ装置は、筐体の内部の電気部品への雨水などの浸入を防止するために、密閉構造が採られている。

ヒートシンクによる放熱性を高めるために、ヒートシンクを筐体の外に配置することがある。ヒートシンクは外気に晒される場所に配置されるため、筐体内部の各種電気部品や、電子回路の収納箇所などへの水の浸入を確実に防ぐために、筐体およびヒートシンクの接続部分を密着させることになる。

筐体とヒートシンクとを密着させる構造は、ヒートシンクから筐体へ熱を伝播させ易いことから、筐体の外側表面や内部空間の温度が上昇してしまうことが問題となる。この問題に対し、現状では、筐体を構成する各部材や筐体内部に設置する部品として、高温に耐え得る物を選定することとしている。このような選定が必要となることで、インバータ装置の製造コストを増大させることとなる。また、放熱性を高めるために大型なヒートシンクを適用すると、インバータ装置の製造コストを増大させ、またインバータ装置の重量を増大させることになる。

特開２００９−１６４３５１号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒートシンクから筐体への伝熱を抑制させ、筐体の表面や筐体内における温度の上昇を軽減可能とする屋外設置機器の製造方法およびインバータ装置の製造方法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、本発明に係る屋外設置機器の製造方法は、発熱体を含む電気部品を収納し開口を有する筐体と、発熱体が取り付けられ発熱体からの熱を筐体の外部へ放出させるヒートシンクとの間の接続部分において、ヒートシンクから筐体への熱伝導を抑制し耐水性がある低熱伝導構造体を少なくとも開口の周囲に設け、発熱体が取り付けられたヒートシンクにより筐体の開口を塞ぎ、固定部において筐体及びヒートシンクを固定部材で固定し、固定部材は、低熱伝導構造体を貫通し、低熱伝導構造体は、筐体とヒートシンクとが固定部材で締結されることで圧縮され、少なくとも開口の周囲について接続部分の隙間を埋めるものである。
また、本発明に係るインバータ装置の製造方法は、太陽電池が発電する直流電力を交流電力へ変換する直交変換回路を含む電気部品を収納し開口を有する筐体と、直交変換回路が取り付けられ直交変換回路からの熱を筐体の外部へ放出させるヒートシンクとの間の接続部分において、ヒートシンクから筐体への熱伝導を抑制し耐水性がある低熱伝導構造体を少なくとも開口の周囲に設け、直交変換回路が取り付けられたヒートシンクにより筐体の開口を塞ぎ、固定部において筐体及びヒートシンクを固定部材で固定し、固定部材は、低熱伝導構造体を貫通し、低熱伝導構造体は、筐体とヒートシンクとが固定部材で締結されることで圧縮され、少なくとも開口の周囲について接続部分の隙間を埋めるものである。

本発明によれば、筐体とヒートシンクとの固定箇所に低熱伝導構造体を介在させることで、筐体およびヒートシンクの接続部分における水の浸入を防御しつつ、ヒートシンクから筐体への伝熱を抑制可能とする。これにより、屋外設置機器およびインバータ装置は、ヒートシンクから筐体への伝熱を抑制させ、筐体の表面や筐体内における温度の上昇を軽減できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１に示す筐体の内部の構成を示す上面図である。 図３は、本発明の実施の形態２にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態３にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態４にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。 図６は、屋外設置機器の一例であるインバータ装置の直交変換回路を示す図である。

以下に、本発明にかかる屋外設置機器の製造方法およびインバータ装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。屋外設置機器は、発熱体である半導体部品３をヒートシンク２上に直接接触させ、半導体部品３および回路基板９を含む各種電気部品が筐体１によって覆われている。なお、各種電気部品のうち、半導体部品３および回路基板９以外については、図示を省略している。

筐体１は、金属製の板部材を箱状に組み立てて構成されている。筐体１を構成する箱体のうち一面側には、開口４が設けられている。ヒートシンク２は、複数の放熱フィン５と、放熱フィン５を支持するベース板６とを有する。ヒートシンク２は、ベース板６のうち放熱フィン５が形成されている側とは反対側の面によって、開口４の全体を塞ぐ。

半導体部品３は、ベース板６のうち放熱フィン５が設けられた側とは反対側の面に配置されている。回路基板９は、例えば、スペーサ（図示省略）等を介して筐体１の一側面に取り付けられている。半導体部品３および回路基板９を含む各種電気部品は、筐体１とヒートシンク２とによって外部からは隔離されて囲まれた内部空間に収納されている。

ヒートシンク２は、発熱体である半導体部品３で生じた熱をベース板６から放熱フィン５へ伝播させる。ヒートシンク２は、放熱フィン５と空気との熱交換により、筐体１の外部へ熱を放出させる。屋外設置機器は、ヒートシンク２のうち放熱フィン５を完全に筐体１の外に配置することで、ヒートシンク２による筐体１外への放熱を促進させている。

図２は、図１に示す筐体の内部の構成を示す上面図である。図２では、図１に示す回路基板９よりヒートシンク２側に設けられている各構成を表している。固定部材であるネジ７は、筐体１のうち、例えば、開口４がなす矩形の角部付近にそれぞれ配置されている。ネジ７は、筐体１にヒートシンク２を固定する。図１に示すように、ネジ７は、筐体１を構成する板部材と低熱伝導率部材層８とを貫通し、先端部がベース板６に埋め込まれている。

低熱伝導率部材層８は、筐体１のうち開口４の周囲の部分と、ヒートシンク２のベース板６との間に設けられている。低熱伝導率部材層８は、ネジ７によって互いに固定された筐体１およびヒートシンク２により挟持されている。低熱伝導率部材層８は、筐体１を構成する板部材に対し熱伝導率が低い部材からなる。低熱伝導率部材層８は、ネジ７によって互いに固定された筐体１およびヒートシンク２の間において、ヒートシンク２から筐体１への熱伝導を抑制させる低熱伝導構造体として機能する。

低熱伝導率部材層８の材料としては、例えば、筐体１を構成する板部材に比べて熱伝導率が１／１０以下である材質を使用する。筐体１を構成する板部材として鉄板を適用する場合、鉄の熱伝導率およそ８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）に対して、例えば熱伝導率０．１３Ｗ／（ｍ・Ｋ）のブチルゴムを低熱伝導率部材層８の材料とする。

屋外設置機器は、筐体１を構成する板部材に比べて熱伝導率が低い部材からなる低熱伝導率部材層８を介在させることで、ヒートシンク２のベース板６から筐体１への伝熱を抑制させる。筐体１への伝熱、さらに筐体１から筐体１内の空間への伝熱を抑制可能とすることで、屋外設置機器は、筐体１全体について温度上昇を軽減させることができる。屋外設置機器は、小型化されたヒートシンク２によっても効率的な放熱が可能となることで、構成の小型化および軽量化を図り得る。

筐体１の表面について温度上昇を軽減可能とすることで、筐体１の外側表面が高温となって屋外設置機器が扱いにくくなるなどの不都合を抑止できる。また、筐体１内の温度上昇を軽減可能とすることで、筐体１内に収納されている各種部品について、温度上昇による悪影響を抑止できる。例えば、温度上昇によって駆動に支障が生じ得る部品が回路基板９に搭載されているとすると、それらの部品を温度上昇から防御可能とすることで、支障の発生を抑制可能とする。これにより、屋外設置機器は、高い信頼性を得ることができる。

低熱伝導率部材層８は、筐体１の内部の電気部品への雨水などの浸入を防止するための防水構造としても機能する。低熱伝導率部材層８は、筐体１の内部を封止する。低熱伝導率部材層８は、圧縮に対抗する反発力により隙間を十分に密閉でき、かつ耐水性を備える部材とすることで、防水機能を発揮し得る。

低熱伝導率部材層８の材質として、上述のブチルゴムは防水性の観点からも適している。低熱伝導率部材層８は、筐体１を構成する板部材に比べて熱伝導率が低く、かつ防水性を発揮可能であれば良く、ブチルゴム以外の材質からなるものとしても良い。

低熱伝導率部材層８は、筐体１およびヒートシンク２の接続部分から筐体１内部への雨水等の浸入を防止する機能を果たす。屋外設置機器は、低熱伝導率部材層８を用いた防水構造により、筐体１内部の各種電気部品などへの水の浸入を防ぐ。また、低熱伝導率部材層８は、筐体１およびヒートシンク２の接続部分から筐体１内部への粉塵等の入り込みを防止する防塵の機能も果たしている。

防水構造は、例えば、筐体１およびヒートシンク２の間にシート状の低熱伝導率部材層８を挟み、ネジ７を締めることにより構成される。低熱伝導率部材層８は、筐体１およびヒートシンク２により挟み付ける前における厚みが、筐体１およびヒートシンク２の間の隙間よりも厚くなるように構成されたものとする。これにより、低熱伝導率部材層８は、筐体１およびヒートシンク２による圧縮に対抗する反発力により筐体１およびヒートシンク２の双方に密着する。筐体１およびヒートシンク２の接続部分を低熱伝導率部材層８によって十分に密閉することで、屋外設置機器は、高い防水性および防塵性を確保できる。

屋外設置機器において、固定部を配置する態様は、本実施の形態で説明するものに限られず、適宜変更可能であるものとする。例えば、ネジ７は、筐体１のうち開口４の角部に対峙する位置以外の位置に設けることとしても良い。また、ネジ７の数は４つである場合に限られず、適宜変更しても良い。固定部としては、低熱伝導率部材層８を圧縮させながら筐体１およびヒートシンク２を固定し得るいずれの構造物を適用しても良い。

屋外設置機器は、ヒートシンク２のうち放熱フィン５を外気に晒して配置するものであれば良く、筐体１に対しヒートシンク２を配置する位置や、筐体１に対しヒートシンク２が占める範囲などは任意であるものとする。筐体１とヒートシンク２との接続部分の構成は、低熱伝導率部材層８を介在させていれば良く、適宜変形しても良い。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

突出部１２は、筐体１１のうち開口４の周囲の、ベース板６に対向する部分に形成されている。突出部１２は、筐体１１の内部側からベース板６の側へ突出させて構成されている。突出部１２は、例えば、図２と同様に筐体１１を平面視した場合における、開口４がなす矩形の角部付近にそれぞれ配置されている。

固定部であるネジ７は、開口４の周辺に形成されている突出部１２において、筐体１１にヒートシンク２を固定する。ネジ７は、筐体１１のうちの突出部１２を、ヒートシンク２のベース板６に当接させて固定する。ネジ７は、筐体１１の内部側からベース板６の側まで突出部１２を貫通し、先端部がベース板６に埋め込まれている。

突出部１２は、筐体１１を構成する板部材のうち、開口４の周辺となる部分の所望の位置に、例えば絞り加工を施すことにより形成されたものとする。突出部１２は、筐体１１を構成する板部材に対する絞り加工の追加により、簡易に形成することができる。なお、突出部１２は、絞り加工により形成されたものに限られず、いずれの加工方法により形成されたものとしても良い。

仮に、筐体１１に突出部１２を設けず、筐体１１のうちベース板６に対向する面を平坦面としたとする。この場合、筐体１１は、かかる平坦面の全体をベース板６に当接させることとなる。本実施の形態では、筐体１１のうちの突出部１２をベース板６に当接させることで、筐体１１とヒートシンク２とが接触する部分を突出部１２の範囲に限定させる。筐体１１とヒートシンク２とが接触する部分の面積を少なくできることで、ヒートシンク２から筐体１への熱伝導を抑制させることができる。

このように、突出部１２は、ネジ７によって互いに固定された筐体１およびヒートシンク２の間において、ヒートシンク２から筐体１への熱伝導を抑制させる低熱伝導構造体として機能する。本実施の形態においても、屋外設置機器は、ヒートシンクから筐体への伝熱を抑制させ、筐体１１の表面や筐体１１内の温度の上昇を軽減できるという効果を奏する。屋外設置機器は、小型化されたヒートシンク２によっても効率的な放熱が可能となることで、構成の小型化および軽量化を図り得る。

屋外設置機器において、突出部１２を配置する態様は、本実施の形態で説明するものに限られず、適宜変更可能であるものとする。例えば、突出部１２は、筐体１１のうち開口４の角部に対峙する位置以外の位置に設けることとしても良い。また、突出部１２の数は４つである場合に限られず、適宜変更しても良い。筐体１１とヒートシンク２との接続部分の構成は、筐体１１の突出部１２をヒートシンク２に当接させていれば良く、適宜変形しても良い。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

断熱シート１３は、ヒートシンク２のうちのベース板６と、ベース板６上の半導体部品３とを覆う。断熱シート１３の中央部は、半導体部品３を覆う。断熱シート１３のうち、半導体部品３を覆う部分の周辺に位置する周辺部は、筐体１のうち開口４の周囲の部分とベース板６との間に挟み込まれている。ネジ７は、筐体１を構成する板部材と断熱シート１３とを貫通し、先端部がベース板６に埋め込まれている。

断熱シート１３は、ネジ７によって互いに固定された筐体１およびヒートシンク２により挟持されている。断熱シート１３は、筐体１を構成する板部材に対し熱伝導率が低い部材からなる低熱伝導率部材層である。断熱シート１３は、ヒートシンク２および筐体１の接続部分において、ヒートシンク２から筐体１への伝熱を遮断する。断熱シート１３は、ネジ７によって互いに固定された筐体１およびヒートシンク２の間において、ヒートシンク２から筐体１への熱伝導を抑制させる低熱伝導構造体として機能する。また、断熱シート１３は、半導体部品３から、筐体１内に設けられている半導体部品３以外の電気部品への伝熱を遮断する。

断熱シート１３は、例えば、筐体１を構成する板部材に比べて熱伝導率が１／１０以下である材質を使用して構成されている。筐体１を構成する板部材として鉄板を適用する場合、鉄の熱伝導率およそ８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）に対して、例えば熱伝導率０．１５〜０．１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）のシリコン樹脂を断熱シート１３の材料に使用する。

屋外設置機器は、筐体１を構成する板部材に比べて熱伝導率が低い部材からなる断熱シート１３を介在させることで、ヒートシンク２のベース板６から筐体１への伝熱を抑制させる。また、断熱シート１３のうち筐体１およびヒートシンク２の間に挟み込まれた部分以外の部分において半導体部品３の周囲および上部を覆うことで、半導体部品３から、筐体１内部の各種電気部品、例えば回路基板９等への熱の伝播も効果的に抑制可能とする。本実施の形態においても、屋外設置機器は、ヒートシンク２から筐体１への伝熱を抑制させ、筐体１の表面や筐体１内の温度の上昇を軽減できるという効果を奏する。屋外設置機器は、小型化されたヒートシンク２によっても効率的な放熱が可能となることで、構成の小型化および軽量化を図り得る。

断熱シート１３は、筐体１の内部の電気部品への雨水などの浸入を防止するための防水構造としても機能する。断熱シート１３は、筐体１の内部を封止する。断熱シート１３の材質として、上述のシリコン樹脂は防水性の観点からも適している。断熱シート１３は、筐体１を構成する板部材に比べて熱伝導率が低く、かつ防水性を発揮可能であれば良く、シリコン樹脂以外の樹脂からなるものとしても良い。

断熱シート１３は、筐体１およびヒートシンク２の接続部分から筐体１内部への雨水等の浸入を防止する機能を果たす。屋外設置機器は、断熱シート１３を用いた防水構造により、筐体１内部の各種電気部品などへの水の浸入を防ぐ。また、断熱シート１３は、筐体１およびヒートシンク２の接続部分から筐体１内部への粉塵等の入り込みを防止する防塵の機能も果たしている。断熱シート１３は、筐体１およびヒートシンク２の双方に十分に密着している。筐体１およびヒートシンク２の接続部分を断熱シート１３によって十分に密閉することで、屋外設置機器は、高い防水性および防塵性を確保できる。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４にかかる屋外設置機器の概略構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

樹脂層１４は、筐体１のうちベース板６と対向する側の表面に形成されている。樹脂層１４と、筐体１を構成する板部材とは、例えば接着剤を用いて貼り合わせられている。ネジ７は、筐体１を構成する板部材と樹脂層１４とを貫通し、先端部がベース板６に埋め込まれている。樹脂層１４は、ネジ７によって筐体１およびヒートシンク２を固定することで、筐体１およびヒートシンク２により挟持された状態とされている。

樹脂層１４は、筐体１を構成する板部材に対し熱伝導率が低い部材である樹脂からなる低熱伝導率部材層である。樹脂層１４は、ネジ７によって互いに固定された筐体１およびヒートシンク２の間において、ヒートシンク２から筐体１への熱伝導を抑制させる低熱伝導構造体として機能する。

屋外設置機器は、筐体１を構成する板部材に比べて熱伝導率が低い樹脂からなる樹脂層１４を介在させることで、ヒートシンク２のベース板６から筐体１への伝熱を抑制させる。筐体１への伝熱を抑制可能とすることで、屋外設置機器は、筐体１全体について温度上昇を軽減させることができる。本実施の形態においても、屋外設置機器は、ヒートシンク２から筐体１への伝熱を抑制させ、筐体１の表面や筐体１内の温度の上昇を軽減できるという効果を奏する。屋外設置機器は、小型化されたヒートシンク２によっても効率的な放熱が可能となることで、構成の小型化および軽量化を図り得る。

樹脂層１４は、筐体１およびヒートシンク２の接続部分から筐体１の内部の電気部品への雨水などの浸入を防止するための防水構造としても機能する。樹脂層１４は、筐体１の内部を封止する。屋外設置機器は、樹脂層１４を用いた防水構造により、筐体１内部の各種電気部品などへの水の浸入を防ぐ。また、樹脂層１４は、筐体１およびヒートシンク２の接続部分から筐体１内部への粉塵等の入り込みを防止する防塵の機能も果たしている。樹脂層１４は、筐体１を構成する板部材のみならずヒートシンク２にも十分に密着している。筐体１およびヒートシンク２の接続部分を樹脂層１４によって十分に密閉することで、屋外設置機器は、高い防水性および防塵性を確保できる。

図６は、屋外設置機器の一例であるインバータ装置の直交変換回路を示す図である。インバータ装置１００は、例えば、太陽光発電用のパワーコンディショナである。インバータ装置１００は、太陽電池で発生させた電力の総和を交流電力に変換する。インバータ装置１００の直交変換回路は、昇圧部、インバータ部およびフィルタ部を有する。

昇圧部は、太陽電池の発電電圧を昇圧する。インバータ部は、昇圧部からの直流電圧を、系統電圧に同期した交流電圧に変換する。フィルタ部は、交流電圧の波形を整え、商用系統へ出力する。例えば、インバータ部に設けられた半導体部品であるパワーモジュールは、インバータ装置１００における主な発熱体である。

屋外設置機器であるインバータ装置１００は、パワーモジュールをヒートシンク２（例えば図１参照）に接触させて構成されている。インバータ装置１００は、各実施の形態で説明するいずれの構成を採用することとしても良い。各実施の形態で説明する構成のいずれかを採用することで、インバータ装置１００は、ヒートシンク２から筐体１、１１への伝熱を抑制させ、筐体１、１１の表面や筐体１、１１内における温度の上昇を軽減できる。インバータ装置１００は、小型化されたヒートシンク２によっても効率的な放熱が可能となることで、構成の小型化および軽量化を図り得る。

屋外設置機器は、パワーコンディショナ等のインバータ装置１００のほか、太陽光発電用の接続箱や、昇圧機能内蔵の接続箱等、発熱体を含む各種電気部品を筐体内部に収納して屋外に設置されるいずれの機器であっても良い。

１、１１ 筐体
２ ヒートシンク
３ 半導体部品
４ 開口
５ 放熱フィン
６ ベース板
７ ネジ
８ 低熱伝導率部材層
９ 回路基板
１２ 突出部
１３ 断熱シート
１４ 樹脂層
１００ インバータ装置

Claims (3)

1. 発熱体を含む電気部品を収納し開口を有する筐体と、前記発熱体が取り付けられ前記発熱体からの熱を前記筐体の外部へ放出させるヒートシンクとの間の接続部分において、前記ヒートシンクから前記筐体への熱伝導を抑制し耐水性がある低熱伝導構造体を少なくとも前記開口の周囲に設け、
   前記発熱体が取り付けられた前記ヒートシンクにより前記筐体の前記開口を塞ぎ、固定部において前記筐体及び前記ヒートシンクを固定部材で固定し、
   前記固定部材は、前記低熱伝導構造体を貫通し、
   前記低熱伝導構造体は、前記筐体と前記ヒートシンクとが前記固定部材で締結されることで圧縮され、少なくとも前記開口の周囲について前記接続部分の隙間を埋める
   ことを特徴とする屋外設置機器の製造方法。
2. 前記低熱伝導構造体は、前記筐体を構成する部材に対し熱伝導率が低い部材からなる低熱伝導率部材層であって、
   前記低熱伝導率部材層は、前記固定部によって互いに固定された前記筐体および前記ヒートシンクにより挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の屋外設置機器の製造方法。
3. 太陽電池が発電する直流電力を交流電力へ変換する直交変換回路を含む電気部品を収納し開口を有する筐体と、前記直交変換回路が取り付けられ前記直交変換回路からの熱を前記筐体の外部へ放出させるヒートシンクとの間の接続部分において、前記ヒートシンクから前記筐体への熱伝導を抑制し耐水性がある低熱伝導構造体を少なくとも前記開口の周囲に設け、
   前記直交変換回路が取り付けられた前記ヒートシンクにより前記筐体の前記開口を塞ぎ、固定部において前記筐体及び前記ヒートシンクを固定部材で固定し、
   前記固定部材は、前記低熱伝導構造体を貫通し、
   前記低熱伝導構造体は、前記筐体と前記ヒートシンクとが前記固定部材で締結されることで圧縮され、少なくとも前記開口の周囲について前記接続部分の隙間を埋める
   ことを特徴とするインバータ装置の製造方法。

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