JP6334341B2 - 放熱構造体 - Google Patents

Description

本発明は、屋外に設置される電子機器の防塵・防水性を好適に確保することができる放熱構造体に関する。

従来、屋外に設置される電子機器の内部の熱を放熱する放熱機構として、発熱部品が配置される電子機器のキャビネット内に外部の空気を取り入れて通流させ、外部へ排気するいわゆる煙突構造型のものが一般的に用いられている。

このような空冷式の放熱機構に関して、例えば特許文献１〜３には、ファンを用いてキャビネット内に空気を効率的に通流させることにより、放熱効果を高める技術が開示されている。

図１２は、従来の放熱構造体１０１の構成を示す斜視図である。図１２に示すように、放熱構造体１０１は筐体１０２を備え、筐体１０２の右壁部１０２ｃおよび左壁部１０２ｄの底壁部１０２ａ近傍に、筐体１０２の外部の空気を筐体１０２の内部に取り入れる吸気口１２１が形成されている。また、筐体１０２の左壁部１０２ｄの上壁部１０２ｂ近傍に、筐体１０２の内部の空気を筐体１０２の外部へ排出する排気口１２２が形成されている。この排気口１２２には、排気口１２２からの空気の排出を促す排気ファン１３４が取り付けられている。

放熱構造体１０１では、発熱部品が配置される筐体１０２の内部に空気を直接通流させることにより、上記発熱部品が発生させた熱を放熱している。

特開２０１３−１２５８６４号公報（２０１３年０６月２４日公開） 特開２０１２−１８１５８８号公報（２０１２年０２月２８日公開） 特開２０１１−０４０６７１号公報（２０１１年０２月２４日公開）

しかしながら、上述のような従来の放熱構造体１０１では、発熱部品が配置される筐体１０２の内部に外部から取り入れた空気を直接通流させるため、筐体１０２の内部の防塵・防水性（ＩＰ４４以上）を確保することが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、屋外に設置される電子機器の防塵・防水性を好適に確保することができる放熱構造体を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る放熱構造体は、筐体と、前記筐体の内部に配置された放熱部材とを備え、前記筐体の内部が、発熱部品が配置される配置空間と、前記筐体の外部の空気を通流させる通流空間とに、前記放熱部材によって分離されており、前記通流空間は、前記筐体の一部の内面と、当該一部の内面に沿って配置された前記放熱部材とによって形成されていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、屋外に設置される電子機器の防塵・防水性を好適に確保することができる放熱構造体を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る放熱構造体の構成を示す斜視図である。 図１に示される囲み枠部分の拡大図である。 図１に示される放熱構造体のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の実施形態２に係る放熱構造体の構成を示す斜視図である。 図４に示される囲み枠部分の拡大図である。 図４に示される放熱構造体の背壁部を示す斜視図である。 図６に示される囲み枠部分の拡大図である。 （ａ）は、図４に示される放熱部材の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示される放熱部材の透視図である。 本発明に係る放熱構造体を備える電力変換ユニットの構成の一例を示す斜視図である。 本発明に係る放熱構造体を備える屋外設置型蓄電システムの構成の一例を示す斜視図である。 本発明に係る放熱構造体を備える自動販売機の構成の一例を示す斜視図である。 従来の放熱構造体の構成を示す斜視図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本発明に係る放熱構造体は、屋外に設置される電子機器（電力変換ユニット、蓄電システム、自動販売機など）に適用され、電子機器の防塵・防水性を確保するものである。

［放熱構造体１の構成］
図１は、本実施形態に係る放熱構造体１の構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示される囲み枠部分の拡大図である。

図１および図２に示すように、放熱構造体１は、筐体２、および放熱機構３を備えている。

＜筐体２＞
筐体２は、放熱構造体１が適用される電子機器の外壁を構成するものである。本実施形態では、筐体２は、底壁部２ａ、上壁部２ｂ、右壁部２ｃ、左壁部２ｄ、背壁部２ｅ、および前壁部２ｆ（図３参照）で構成された、直方体である。前壁部２ｆは、筐体２の正面開口部を塞ぐように、開閉可能に取り付けられている。

筐体２は、金属などの熱伝導性を有する材料から構成される。この筐体２の形状は、特に限定されない。筐体２の形状は、放熱構造体１が適用される電子機器の種類、筐体２の内部に配置される電子部品の数・サイズなどに応じて適宜変更可能である。

＜放熱機構３＞
放熱機構３は、筐体２の内部の熱を放熱するものである。本実施形態では、放熱機構３は、筐体２の背壁部２ｅ側に設けられている。

図３は、図１に示される放熱構造体１のＡ−Ａ’断面図である。放熱機構３は、放熱部材３１・３２、ファン３４、およびブリッジ（接続部）３５を備えている。

（放熱部材３１・３２）
放熱部材３１・３２は、筐体２の内部に配置される、熱伝導性を有する部材である。放熱部材３１・３２は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属などで好適に構成される。

放熱部材３１と放熱部材３２は互いに連結されて、筐体２の内部に、筐体２の外部の空気を通流させる通流路（通流空間）Ａ２を形成している。これにより、筐体２の内部が、発熱部品（電子部品）が配置される配置空間Ａ１と、筐体２の外部の空気を通流させる通流路Ａ２とに空間的に分離されている。

本実施形態では、放熱部材３１・３２は、筐体２の背壁部２ｅ側に、筐体２の右壁部２ｃと左壁部２ｄとの間に渡って配置されている。放熱部材３１が接続される筐体２の右壁部２ｃには、筐体２の外部の空気を通流路Ａ２に取り入れる吸気口２１が形成されている。また、放熱部材３２が接続される筐体２の左壁部２ｄには、通流路Ａ２の空気を筐体２の外部へ排出する排気口２２が形成されている。そのため、図１の矢印で示すように、筐体２の外部の空気は、右壁部２ｃの吸気口２１から通流路Ａ２に取り入れられ、通流路Ａ２を通流して、左壁部２ｄの排気口２２から筐体２の外部へ排出される。

本実施形態では、２つの通流路Ａ２が、並行に形成されている。このように、複数の通流路Ａ２を形成することによって、放熱機構３による放熱効果を高めることができる。

また、２つの通流路Ａ２は、筐体２の背壁部２ｅの内面に沿って形成されている。筐体２の背壁部２ｅの内面に沿って通流路Ａ２を形成することにより、通流路Ａ２に伝わった熱を、筐体２の背壁部２ｅを介して外部へ放熱することができる。したがって、筐体２の背壁部２ｅを放熱に使用することができるため、放熱効果をさらに高めることができる。

なお、放熱部材３１・３２の形状は、筐体２の内部に通流路Ａ２が形成可能であれば特に限定されない。例えば、放熱部材３１・３２は、背壁部２ｅ側が開口した形状であってもよい。この場合、放熱部材３１・３２の筐体２の背壁部２ｅ側の面と、筐体２の右壁部２ｃ、左壁部２ｄおよび背壁部２ｅの内面とによって通流路Ａ２が形成される。または、放熱部材３１・３２は、背壁部２ｅ側が閉じられた形状であってもよい。この場合、放熱部材３１の内面と、筐体２の右壁部２ｃおよび左壁部２ｄの内面とによって通流路Ａ２が形成される。

（ファン３４）
ファン３４は、排気口２２からの空気の排出を促すものである。ファン３４は、排気口２２側に接続された放熱部材３２の内部に設置されている。そのため、放熱部材３２には、ファン３４が内部に設置可能なように、放熱部材３１と比較して大径のものが用いられる。

このファン３４を排気口２２側に配置することにより、通流路Ａ２の空気を排気口２２から効率的に筐体２の外部へ排出することができる。そのため、通流路Ａ２を通流する単位時間当たりの空気量が増加するので、放熱機構３による放熱効果を高めることができる。

（ブリッジ３５）
ブリッジ３５は、２つの放熱部材３１を接続するものである。ブリッジ３５は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属などで構成される。２つの放熱部材３１を、ブリッジ３５によって接続することにより、配置空間Ａ１に配置された発熱部品が発生した熱を、ブリッジ３５を介して放熱部材３１へ効率的に伝えることができるため、放熱機構３による放熱効果を高めることができる。また、基板などの発熱部品をブリッジ３５に配置することができるので、部品の配置場所を増やしつつ、発熱部品が発生させた熱を、ブリッジ３５を介して効率的に放熱部材３１へ伝えることができる。

［放熱構造体１の効果］
このように、放熱構造体１は、筐体２と、筐体２の内部に配置される放熱部材３１・３２とを備え、筐体２の内部が、発熱部品が配置される配置空間Ａ１と、筐体２の外部の空気を通流させる通流路Ａ２とに、放熱部材３１・３２によって分離されている。

上記の構成では、配置空間Ａ１と通流路Ａ２とが放熱部材３１によって分離されている。そのため、配置空間Ａ１に配置された発熱部品が発生した熱を、放熱部材３１・３２を介して通流路Ａ２へ伝え、通流路Ａ２から筐体２の外部へ排出することによって放熱することができる。

また、上記の構成では、筐体２の内部が、放熱部材３１・３２によって配置空間Ａ１と通流路Ａ２とに空間的に分離されている。そのため、発熱部品が配置される配置空間Ａ１には、外部の空気が通流しないので、塵や水蒸気を含む外部の空気に発熱部品が晒されることがない。

したがって、本実施形態によれば、屋外に設置される電子機器の防塵・防水性を好適に確保することができる放熱構造体１を実現することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図４〜図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

［放熱構造体１１の構成］
図４は、本実施形態に係る放熱構造体１１の構成を示す斜視図であり、図５は、図４に示される囲み枠部分の拡大図である。

図４および図５に示すように、放熱構造体１１は、筐体２、および放熱機構１３を備えている。この放熱構造体１１は、吸気口２１が筐体２の背壁部２ｅに形成されている点、並びに、通流路Ａ２の一部が筐体２の長手（縦）方向に延伸するように形成されている点において、実施形態１の放熱構造体１と主に異なっている。

＜筐体２＞
本実施形態では、筐体２の背壁部２ｅに吸気口２１が形成されている。図６は、図４に示される放熱構造体１１の背壁部２ｅを示す斜視図であり、図７は、図６に示される囲み枠部分の拡大図である。

図６および図７に示すように、本実施形態では、筐体２の背壁部２ｅの底壁部２ａ側に吸気口２１が形成されている。

通流路Ａ２を筐体２の縦方向に形成する場合、吸気口２１は、通流路Ａ２の始点、すなわち、最下点近傍に形成することが好ましい。通流路Ａ２に取り入れられた空気は、配置空間Ａ１からの熱によって暖められて上昇流が発生する。そのため、吸気口２１を通流路Ａ２の最下点近傍に形成することにより、この空気の流れを有効に利用することができる。

また、縦方向に延在する部分の通流路Ａ２の中間点に吸気口２１を形成した場合、吸気口２１より下方に位置する通流路Ａ２内の空気の流れが滞留し熱が籠るため、放熱効果が低下する。そのため、吸気口２１を通流路Ａ２の最下点近傍に形成することにより、上述のような放熱効果の低下を抑制することができる。

＜放熱機構１３＞
放熱機構１３は、筐体２の内部の熱を放熱するものである。本実施形態では、放熱機構１３は、放熱部材３１・３２・３３、および放熱部材３２の内部に配置された図示しないファンを備えている。

（放熱部材３３）
放熱部材３３は、筐体２の内部に配置される、熱伝導性を有する部材である。放熱部材３３は、吸気口２１から縦方向に延伸する通流路Ａ２の進路を変更して、排気口２２へ向かう空気の流れを作るためのものである。

図８の（ａ）は、図４に示される放熱部材３３の構成を示す斜視図であり、図８の（ｂ）は、図８の（ａ）に示される放熱部材３３の透視図である。

図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、放熱部材３３には、第１開口部３６、および第２開口部３７形成されている。

第１開口部３６には、吸気口２１から縦方向に延伸する通流路Ａ２を形成する放熱部材３１が連結される。また、第２開口部３７には、放熱部材３３から横方向に延伸して排気口２２へと繋がる通流路Ａ２を形成する放熱部材３２が連結される。

これにより、放熱部材３３において、吸気口２１から縦方向に上昇する空気の進路を略９０度変更して、排気口２２へ向かわせることができる。

この放熱部材３３には、放熱部材３３における空気溜りを防止するために、傾斜した空気溜り防止壁３８が形成されていることが好ましい。空気溜り防止壁３８を形成しない場合、空気溜り防止壁３８の角部に空気が滞留する。そのため、通流路Ａ２内の空気の流れが滞り、放熱効果が低下する。

そこで、放熱部材３３の角部に空気溜り防止壁３８を形成することにより、放熱部材３３における滞留が抑制されるため、上述のような放熱効果の低下を防止することができる。

なお、排気口２２を筐体２の上壁部２ｂに形成することも可能である。これにより、通流路Ａ２の進路を変更するための放熱部材３３を省略することができる。ただし、屋外で使用する電子機器において、筐体２の上壁部２ｂに排気口２２を形成した場合、排気口２２から塵や雨が通流路Ａ２に侵入し易くなる。そのため、本実施形態のように、筐体２の側壁部に排気口２２を形成することが好ましい。

［放熱構造体１１の効果］
このように、放熱構造体１１は、筐体２と、筐体２の内部に配置される放熱部材３１・３２・３３とを備え、筐体２の内部が、発熱部品が配置される配置空間Ａ１と、筐体２の外部から取り入れた空気を通流させる通流路Ａ２とに、放熱部材３１・３２・３３によって分離されており、通流路Ａ２の一部が筐体２の長手（縦）方向に延伸するように形成されている。

上記の構成では、通流路Ａ２の一部が筐体２の長手（縦）方向に延伸するように形成されているため、通流路Ａ２に取り入れられた空気は、配置空間Ａ１からの熱によって暖められて上昇流が発生する。そのため、この上昇流を利用することにより、通流路Ａ２において好適な空気の流れを生じさせることができる。

したがって、本実施形態によれば、屋外に設置される電子機器の防塵・防水性を好適に確保しつつ、効率的に放熱することができる放熱構造体１１を実現することができる。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図９〜図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態では、本実施形態に係る放熱構造体を備えた電子機器の一例について説明する。

［電力変換ユニット４］
図９は、本発明に係る放熱構造体を備える電力変換ユニット４の構成を示す斜視図である。図９に示すように、電力変換ユニット（電子機器）４は、筐体２、放熱機構３、および発熱部品４１を備えている。

発熱部品４１は、例えば、太陽電池の発電電力を交流に変換し商用系統に出力する電力変換装置である。

電力変換ユニット４では、定格出力を大きくするに際し、大型の発熱部品４１を筐体２の内部に配置する必要がある。このような場合、例えば２つの放熱部材３１に亘って発熱部品４１を配置することにより、大型の発熱部品４１を配置空間Ａ１に配置することができる。

また、発熱部品４１を放熱部材３１に当接して配置することにより、発熱部品４１が発生した熱を、直接放熱部材３１に伝えることができる。

したがって、上記の構成によれば、防塵・防水性を好適に確保しつつ、発熱部品４１の発熱を好適に放熱することができる電力変換ユニット４を実現することができる。

［屋外設置型蓄電システム５］
図１０は、本発明に係る放熱構造体を備える屋外設置型蓄電システム５の構成を示す斜視図である。図１０に示すように、屋外設置型蓄電システム（電子機器）５は、筐体２、放熱機構３、およびバッテリー５１を備えている。

屋外設置型蓄電システム５は、今後、発熱部品４１などに接続されることが想定され、ＤＣ−ＡＣ変換などの回路が追加されることが予想される。その際、発熱を伴う発熱部品（トランスなど）を筐体２の内部に配置する必要が生じる。

このような場合、例えば、バッテリー５１を筐体２の底壁部２ａ側に配置し、放熱機構３を筐体２の上壁部２ｂ側に偏らせて配置することにより、トランスなどの発熱部品を配置空間Ａ１に好適に配置することができる。

したがって、上記の構成によれば、防塵・防水性を好適に確保しつつ、発熱部品からの発熱を放熱することができる電力変換ユニット４を実現することができる。

［自動販売機６］
図１１は、本発明に係る放熱構造体を備える自動販売機６の構成を示す斜視図である。図１１に示すように、自動販売機（電子機器）６は、筐体２、放熱機構３、および図示しない冷却装置など備えている。

自動販売機６では、製品を収容する収容スペース６１を確保する必要がある。この場合、例えば、放熱機構３を筐体２の底壁部２ａ側に偏らせて配置することにより、筐体２の上壁部２ｂ側に製品を配置する収容スペース６１を容易に設けることができる。

したがって、上記の構成によれば、防塵・防水性を好適に確保しつつ、冷却装置などの発熱を放熱することができる電力変換ユニット４を実現することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る放熱構造体は、筐体と、前記筐体の内部に配置される放熱部材とを備え、前記筐体の内部が、発熱部品が配置される配置空間と、当該筐体の外部から取り入れた空気を通流させる通流空間（通流路Ａ２）とに、前記放熱部材によって分離されていることを特徴としている。

上記の構成では、配置空間と通流空間とが放熱部材によって分離されている。そのため、配置空間に配置された発熱部品が発生した熱を、放熱部材を介して通流空間へ伝え、通流空間から筐体の外部へ排出することによって放熱することができる。

また、上記の構成では、筐体の内部が、放熱部材によって配置空間と通流空間とに空間的に分離されている。そのため、発熱部品が配置される配置空間には、外部の空気が通流しないので、塵や水蒸気を含む外部の空気に発熱部品が晒されることがない。

したがって、上記の構成によれば、屋外に設置される電子機器の防塵・防水性を好適に確保することができる熱構造体を提供することができる。

また、本発明の態様２に係る放熱構造体では、上記態様１において、複数の前記放熱部材を備え、前記筐体の内部は、互いに独立した複数の前記通流空間に分離されてもよい。

上記の構成によれば、筐体の内部に、互いに独立した複数の通流空間が形成されているため、放熱構造体の放熱効果を高めることができる。

また、本発明の態様３に係る放熱構造体では、上記態様１または２において、複数の前記通流空間は、互いに並行であってもよい。

上記の構成によれば、複数の通流空間は互いに並行であるため、スペースが制限される筐体の内部に、複数の通流空間を形成することが可能となる。

また、本発明の態様４に係る放熱構造体では、上記態様２または３において、前記放熱部材間は、熱伝導性を有する接続部（ブリッジ３５）によって接続されていてもよい。

上記の構成では、配置空間に配置された発熱部品が発生した熱を、接続部を介して放熱部材へ効率的に伝えることができる。したがって、上記の構成によれば、放熱構造体の放熱効果を高めることができる。

また、上記の構成によれば、発熱部品を接続部に配置することができるので、発熱部品の配置場所を増やしつつ、発熱部品が発生させた熱を、接続部を介して効率的に放熱部材へ伝えることができる。

また、本発明の態様５に係る放熱構造体では、上記態様１から４のいずれかにおいて、前記放熱部材は、前記筐体の背面側の内面と略平行に配置されており、前記通流空間は、前記筐体の背面側の内面に沿って延伸していてもよい。

上記の構成では、通流空間は、筐体の背面側の内面に沿って延伸しているため、通流空間に伝わった熱を、筐体の背壁部を介して外部へ放熱することができる。

したがって、上記の構成によれば、筐体の背壁部を放熱に使用することができるため、放熱構造体の放熱効果を高めることができる。

また、本発明の態様６に係る放熱構造体では、上記態様１から５のいずれかにおいて、前記発熱部品は、前記放熱部材に当接して配置されていてもよい。

上記の構成では、発熱部品が放熱部材に当接して配置されているため、熱部品が発生した熱を直接放熱部材に伝えることができる。

したがって、上記の構成によれば、発熱部品が発生した熱を、放熱部材を介して通流空間へ効率的に伝えることができるので、放熱構造体の放熱効果を高めることができる。

本発明の態様７に係る電子機器は、上記態様１から６のいずれかの放熱構造体を備えることを特徴としている。

したがって、上記の構成によれば、屋外に設置された場合において、防塵・防水性を好適に確保することができる電子機器を実現することができる。

〔補足〕
なお、本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る放熱構造体は、放熱構造を縦長筺体内背面に対して横方向に有し、本放熱構造を境に筺体内外を分け防塵・防水性を確保する構造を特徴としている。

また、本発明に係る放熱構造体は、上記放熱構造体において、放熱構造を２つ以上並行に備えた構造を特徴としている。

また、本発明に係る放熱構造体は、上記放熱構造体において、２つ以上並行に備えた放熱構造の間に放熱に優れた素材を用いたブリッチ構造を特徴としている。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、屋外に設置される電子機器に利用することができ、特に、電力変換ユニット、蓄電システム、自動販売機など電子機器の防塵・防水性を確保するために好適に利用することができる。

１ 放熱構造体
２ 筐体
２ｅ 背壁部（背面）
３ 放熱機構
４ 電力変換ユニット（電子機器）
５ 屋外設置型蓄電システム（電子機器）
６ 自動販売機（電子機器）
１１ 放熱構造体
１３ 放熱機構
２１ 吸気口
２２ 排気口
３１ 放熱部材
３２ 放熱部材
３３ 放熱部材
３４ ファン
３５ ブリッジ（接続部）
４１ 発熱部品
Ａ１ 配置空間
Ａ２ 通流路（通流空間）

Claims (5)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部に配置される放熱部材とを備え、
   前記筐体の内部は、発熱部品が配置される配置空間と、当該筐体の外部の空気を通流させる通流空間とに、前記放熱部材によって分離されており、
   前記通流空間は、前記筐体の一部の内面と、当該一部の内面に沿って配置された前記放熱部材とによって形成されていることを特徴とする放熱構造体。
2. 複数の前記放熱部材を備え、
   前記筐体の内部は、互いに独立した複数の前記通流空間に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
3. 複数の前記放熱部材間は、熱伝導性を有する接続部によって接続されていることを特徴とする請求項２に記載の放熱構造体。
4. 前記放熱部材は、前記筐体の背面側の内面と略平行に配置されており、
   前記通流空間は、前記筐体の背面側の内面に沿って延伸することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の放熱構造体。
5. 前記発熱部品は、前記放熱部材に当接して配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の放熱構造体。

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