JP2001091111A - 冷媒加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒回路の冷媒を安定的かつ効率的に加熱す
る冷媒加熱装置を提供する。 【解決手段】 冷媒回路(21)に設けられたレシーバ(16)
は、強磁性体材料により形成されている。レシーバ(16)
を覆う断熱材(34)の外側には、レシーバ(16)の下部の液
溜め部(16a)に高周波磁界を与えるように、誘導コイル
(42)が巻き付けられている。誘導コイル(42)に高周波電
源(41)からの高周波電流が流れると、高周波磁界によっ
てレシーバ(16)の液溜め部(16a)に渦電流が流れ、液溜
め部(16a)は迅速かつ効率的に加熱される。冷媒は液溜
め部(16a)の高熱により、液相の状態で加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒加熱装置に係
り、特に、冷媒回路の冷媒を加熱する冷媒加熱装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、暖房立ち上がり時間やデフロ
スト時間の短縮等のため、補助熱源として、冷媒回路の
冷媒を加熱する冷媒加熱装置が知られている。例えば特
開平５−２２３１９４号公報に開示されている冷媒加熱
装置は、冷媒配管内の冷媒を加熱するように、中空の筒
体と、この筒体に内蔵された螺旋状の電熱線（ヒータ
線）とから構成され、筒体の中に冷媒配管が挿入される
ように構成されている。そして、電熱線に通電したとき
に、電気抵抗により発熱する当該電熱線の熱を冷媒配管
を介して冷媒に伝えるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電熱線を冷媒
配管の外側に取り付けた場合、以下のような課題があっ
た。すなわち、冷媒配管内を流れる冷媒は、その相状態
によって熱伝達率が大きく異なり、例えばガス冷媒は液
冷媒に比べて熱伝達率が著しく低い。そのため、冷媒の
相状態によって冷媒に与えられる熱量が大きく異なり、
加熱量が安定しなかった。また、加熱効率が低かった。

【０００４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、冷媒回路の冷媒を安
定的または効率的に加熱する冷媒加熱装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、冷媒回路に設けられた圧力容器の内部の
冷媒を加熱することとした。

【０００６】具体的には、第１の発明は、冷媒回路(21)
の冷媒を加熱する冷媒加熱装置であって、上記冷媒回路
(21)に設けられた圧力容器(16)の外側に設けられ、該圧
力容器(16)の液溜め部(16a)を加熱する加熱手段(33,42)
を備えていることとしたものである。

【０００７】このことにより、まず、加熱手段(33,42)
によって圧力容器(16)の液溜め部(16a)が加熱され、液
溜め部(16a)の温度が上昇する。そして、この液溜め部
(16a)の熱が液冷媒に伝わり、冷媒の加熱が行われる。
このように、冷媒は液状態で加熱されるので熱伝達は良
好となり、従って、冷媒は安定的かつ効率的に加熱され
る。

【０００８】第２の発明は、冷媒回路(21)の冷媒を加熱
する冷媒加熱装置であって、上記冷媒回路(21)に設けら
れた圧力容器(16)の内側に設けられ、該圧力容器(16)の
液溜め部(16a)を加熱する加熱手段(33a,42a)を備えてい
ることとしたものである。

【０００９】このことにより、冷媒は液状態で加熱され
るので、熱伝達は良好に行われる。さらに、加熱手段(3
3a,42a)は圧力容器(16)の内側に設けられているので、
加熱手段(33a,42a)から圧力容器(16)の外側への熱漏洩
（熱損失）は低減する。従って、冷媒はさらに安定的か
つ効率的に加熱されることになる。

【００１０】第３の発明は、冷媒回路(21)の冷媒を加熱
する冷媒加熱装置であって、上記冷媒回路(21)に設けら
れた圧力容器(16)の液溜め部(16a)に溜まった液冷媒に
浸漬するように設けられた加熱手段(33a,42a)を備えて
いることとしたものである。

【００１１】このことにより、冷媒は液状態で加熱され
るので、熱伝達は良好に行われる。さらに、加熱手段(3
3a,42a)は液冷媒に浸漬され、液冷媒に直接接している
ので、冷媒はさらに安定的かつ効率的に加熱されること
になる。また、加熱手段(33a,42a)から冷媒への熱の移
動が円滑に行われるので、加熱手段(33a,42a)が過度に
高温になることがなく、加熱手段(33a,42a)の損傷や冷
媒及び冷凍機油の劣化が防止される。

【００１２】第４の発明は、冷媒回路(21)の冷媒を加熱
する冷媒加熱装置であって、上記冷媒回路(21)に設けら
れた圧力容器(16)の内部配管(19)に設けられた加熱手段
(33b,42b)を備えていることとしたものである。

【００１３】このことにより、加熱手段(33b,42b)から
内部配管(19)の外側に漏れた熱は、圧力容器(16)の内部
の冷媒または圧力容器(16)自体を加熱することになり、
圧力容器(16)の外部への熱損失は低減する。従って、冷
媒は安定的かつ効率的に加熱される。

【００１４】第５の発明は、上記第１〜第４の発明にお
いて、上記加熱手段が電熱線(33,33a,33b)により構成さ
れているものである。

【００１５】このことにより、安価かつ簡易な構成によ
り、加熱手段の具体的構成が得られる。

【００１６】第６の発明は、上記第１または第２の発明
において、少なくとも圧力容器(16)の液溜め部(16a)
は、磁性体材料により形成され、加熱手段は、電磁誘導
コイル(42,42a)により構成されているものである。

【００１７】第７の発明は、上記第４の発明において、
少なくとも圧力容器(16)の内部配管(19a)の一部は、磁
性体材料により形成され、加熱手段は、上記内部配管(1
9a)の一部に設けられた電磁誘導コイル(42b)により構成
されているものである。

【００１８】このことにより、電磁誘導コイル(42,42a,
42b)に高周波電流が供給されると、電磁誘導コイル(42,
42a,42b)の周りに高周波磁界が生じる。圧力容器(16)の
液溜め部(16a)または内部配管(19a)は磁性体により形成
されているので、当該液溜め部(16a)または内部配管(19
a)は電磁誘導作用により発生した渦電流により、瞬時に
高温に加熱される。従って、圧力容器(16)の内部の冷媒
は瞬時に加熱され、効率的な冷媒加熱が実現される。ま
た、加熱の方式が電磁誘導加熱方式であり、電磁誘導コ
イル(42,42a,42b)自体は加熱されないので、加熱手段の
高寿命化が図られる。また、電磁誘導コイル(42,42a,42
b)が液冷媒に浸漬されている場合であっても、電磁誘導
コイル(42,42a、42b)自体は高温にならないので、液冷媒
や液冷媒に溶解している冷凍機油が劣化することはな
い。

【００１９】なお、冷媒回路に設けられる圧力容器と
は、液冷媒を一時的にまたは常時溜めることのできる冷
媒回路上の要素機器をいい、例えば受液器（レシーバ）
や気液分離器（アキュムレータ）等である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２１】＜実施形態１＞図１に示すように、実施形
態１に係る冷媒加熱装置が組み込まれた冷凍装置(1)
は、室外ユニット(1a)と室内ユニット(1b)とを備えた空
気調和装置である。室外ユニット(1a)内の圧縮機(10)、
室外熱交換器(11)、レシーバ(16)及び膨張弁(12)と、室
内ユニット(1b)内の室内熱交換器(13)とが、冷媒配管(2
0)により順に接続され、冷媒回路(21)が構成されてい
る。

【００２２】圧縮機(10)と両熱交換器(11),(13)とは、
四路切換弁(22)を介して接続されており、暖房運転と冷
房運転とを選択的に実行できるように、冷媒の循環方向
が可逆に構成されている。なお、暖房運転時には、四路
切換弁(22)は図１の実線側に切り換えられ、室内熱交換
器(13)が凝縮器となり、室外熱交換器(11)が蒸発器とな
る。一方、冷房運転時には、四路切換弁(22)は図１の破
線側に切り換えられ、室外熱交換器(11)が凝縮器とな
り、室内熱交換器(13)が蒸発器となる。

【００２３】室外ユニット(1a)内には、室外熱交換器(1
1)に空気を供給する室外送風機(14)が設けられ、室内ユ
ニット(1b)内には、室内熱交換器(13)に空気を供給する
室内送風機(15)が設けられている。

【００２４】室外熱交換器(11)には、暖房運転の際に室
外熱交換器(11)の着霜を検出する着霜センサ(17)が設け
られている。そして、膨張弁(12)と室外熱交換器(11)と
の間に設けられたレシーバ(16)には、デフロスト運転の
際にレシーバ(16)内の冷媒を加熱するように、冷媒加熱
装置(30)が設けられている。

【００２５】図２に示すように、実施形態１の冷媒加熱
装置(30)は、レシーバ(16)の下部の液溜め部(16a)をレ
シーバ(16)の外側から加熱するように、少なくともレシ
ーバ(16)の下部の外表面を覆う絶縁体(32)と、絶縁体(3
2)の外側に巻かれた電熱線(33)と、電熱線(33)に接続さ
れた交流電源(31)と、絶縁体(32)及び電熱線(33)を含む
レシーバ(16)の全体を覆う断熱材(34)とを備えている。
レシーバ(16)の液溜め部(16a)と電熱線(33)との間に設
けられた絶縁体(32)は、電熱線(33)を流れる電流をレシ
ーバ(16)に漏洩させないために設けられているが、電熱
線(33)の熱を液溜め部(16a)に効率よく伝達するよう
に、その厚みは薄い方が好ましく、また、熱伝導率の大
きな材料で形成されていることが望ましい。

【００２６】室外送風機(14)、室内送風機(15)、冷媒加
熱装置(30)の交流電源(31)、及び着霜センサ(17)は、コ
ントローラ(18)に接続されている。コントローラ(18)
は、暖房運転時に着霜センサ(17)からの着霜検出信号を
受けると、圧縮機(10)の運転を正サイクルで継続しなが
ら冷媒加熱装置(30)を作動させ（電熱線(33)に交流電源
(31)からの電流を通電させ）、デフロスト運転を行うよ
うに構成されている。なお、この際、両送風機(14),(1
5)は運転を停止するように制御される。

【００２７】次に、本冷凍装置の運転動作について説明
する。暖房運転時には、圧縮機(10)から吐出された高温
高圧の冷媒は、室内熱交換器(13)において室内空気と熱
交換して凝縮し、室内空気を加熱する。加熱された室内
空気は、温風となって室内に供給され、室内が暖房され
る。凝縮した冷媒は、室内熱交換器(13)を流出した後、
膨張弁(12)で減圧され、レシーバ(16)を経て室外熱交換
器(11)に流入する。室外熱交換器(11)において、冷媒は
室外空気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器(11)
を流出した冷媒は、圧縮機(10)に戻る。その後は、以上
の暖房サイクルが繰り返される。

【００２８】この暖房運転において、室外熱交換器(11)
に着霜が起こると、室外熱交換器(11)の霜が着霜センサ
(17)によって検出され、着霜センサ(17)はコントローラ
(18)に着霜検出信号を送信する。着霜検出信号を受けた
コントローラ(18)は、冷媒加熱装置(30)を作動させ、デ
フロスト運転を開始する。

【００２９】デフロスト運転時には、暖房サイクルのま
ま、圧縮機(10)の作動が継続しているので、レシーバ(1
6)内の冷媒は冷媒加熱装置(30)によって加熱されてから
室外熱交換器(11)に流入する。そして、冷媒加熱装置(3
0)によって加熱された冷媒は、室外熱交換器(11)を流通
する際に室外熱交換器(11)の霜を溶かし、デフロストが
行われる。

【００３０】一方、冷房運転を行うときは、四路切換弁
(22)が図１の破線側に切り換えられ、冷媒が圧縮機(10)
から室外熱交換器(11)、膨張弁(12)、室内熱交換器(13)
の順に送られ、室内に冷風が供給される。

【００３１】以上のように、本冷媒加熱装置(30)では、
レシーバ(16)の液溜め部(16a)を加熱するので、当該液
溜め部(16a)に溜まった液冷媒を加熱することができ
る。従って、冷媒回路(21)の冷媒を液状態で加熱するこ
とができるので、加熱量が安定するとともに、冷媒加熱
を迅速かつ高効率に行うことができる。

【００３２】＜実施形態２＞図３に示すように、実施形
態２に係る冷媒加熱装置(30b)は、電熱線(33a)をレシー
バ(16)の内側に設けたものである。本冷媒加熱装置(30
b)の電熱線(33a)は、レシーバ(16)の液溜め部(16a)に溜
まった液冷媒に浸漬するように、液溜め部(16a)の内部
に設けられている。レシーバ(16)の下部には、電熱線(3
3a)と交流電源(31)とを接続する接続端子(35),(35)が設
けられている。なお、レシーバ(16)は、図示しない断熱
材によって覆われている。

【００３３】従って、本冷媒加熱装置(30b)によれば、
レシーバ(16)の液溜め部(16a)の液冷媒を直接的に加熱
することができる。そのため、冷媒を迅速かつ効率的に
加熱することができる。また、電熱線(33a)の熱がレシ
ーバ(16)の外側に逃げにくいので、熱損失が低減する。
従って、冷媒加熱を安定的かつ効率的に行うことができ
る。

【００３４】＜実施形態３＞図４に示すように、実施形
態３に係る冷媒加熱装置(30c)は、電磁誘導加熱方式の
加熱装置である。本実施形態では、レシーバ(16)は強磁
性体材料で形成されており、その全体が断熱材(34)によ
って覆われている。冷媒加熱装置(30c)は、レシーバ(1
6)の液溜め部(16a)に高周波磁界を発生させるように、
断熱材(34)におけるレシーバ(16)の液溜め部(16a)に対
応する位置に巻かれたコイル(42)と、コイル(42)に高周
波電流を供給する高周波電源(41)とを備えている。

【００３５】なお、使用する高周波電流は、一般に周波
数が高いほど加熱効率を高められるが、過度の発熱は不
要であるので、冷媒の加熱に必要な熱量と、レシーバ(1
6)のサイズや材質などの条件を考慮して、適当な範囲で
選定すればよい。

【００３６】デフロスト運転時には、高周波電源(41)か
らコイル(42)に高周波電流が供給され、その周りに高周
波磁界が生じる。それに伴い、レシーバ(16)の液溜め部
(16a)に渦電流が発生し、液溜め部(16a)が瞬時に高温に
加熱される。その結果、液溜め部(16a)の熱が液冷媒に
伝達され、液冷媒は加熱される。

【００３７】このように、本冷媒加熱装置(30c)によれ
ば、電磁誘導加熱を行うので、冷媒を迅速かつ強力に加
熱することができ、冷媒加熱を安定的かつ効率的に行う
ことができる。また、冷媒加熱の制御性を向上させるこ
とができる。さらに、電磁誘導加熱方式の加熱装置は小
型でも十分な熱量を得ることができるので、装置を小型
化することができる。また、コイル(42)自体は高温にな
らないので、装置が高寿命化する。

【００３８】＜実施形態４＞図５に示すように、実施形
態４に係る冷媒加熱装置(30d)は、電磁誘導加熱を行う
装置であって、コイル(42a)をレシーバ(16)の内側に設
けたものである。

【００３９】本実施形態においても、レシーバ(16)は強
磁性体材料で形成されている。冷媒加熱装置(30d)は、
レシーバ(16)の液溜め部(16a)に高周波磁界を発生させ
るように、レシーバ(16)内の液溜め部(16a)の近傍に設
けられたコイル(42a)と、コイル(42a)に高周波電流を供
給する高周波電源(41)とを備えている。レシーバ(16)に
は、高周波電源(41)とコイル(42a)とを接続する接続端
子(43),(43)が設けられている。

【００４０】本実施形態においても、デフロスト運転時
には高周波電源(41)からコイル(42a)に高周波電流が供
給され、その周りに高周波磁界が生じる。それに伴い、
レシーバ(16)の液溜め部(16a)に渦電流が発生し、液溜
め部(16a)が瞬時に高温に加熱される。そして、液溜め
部(16a)の熱が液冷媒に伝達され、液冷媒は迅速かつ効
率的に加熱される。

【００４１】さらに、コイル(42a)はレシーバ(16)の内
側に設けられているので、高周波磁界がレシーバ(16)の
外部に及ぼす影響は少ない。従って、レシーバ(16)の液
溜め部(16a)のみを加熱することができる。また、コイ
ル(42a)が液冷媒に浸漬している場合には、一見したと
ころコイル(42a)が冷媒や冷凍機油に対し悪影響を与え
るようにみえるが、電磁誘導加熱方式を採用しているこ
とからコイル(42a)自体は高温にはならないので、冷媒
や冷凍機油を劣化させるおそれは小さい。

【００４２】＜実施形態５＞図６に示すように、実施形
態５に係る冷媒加熱装置(30e)は、レシーバ(16)の内部
配管(19)を流れる冷媒を加熱するものである。本冷媒加
熱装置(30e)は、交流電源(31)と、内部配管(19)に巻き
付けられた電熱線(33b)とを備えている。交流電源(31)
と電熱線(33b)とは、レシーバ(16)に設けられた接続端
子(35),(35)を介して接続されている。

【００４３】このように、本冷媒加熱装置(30e)によれ
ば、電熱線(33b)はレシーバ(16)の内側に設けられてい
るので、電熱線(33b)からの放熱はレシーバ(16)の外部
に漏洩することなく、レシーバ(16)内の冷媒の加熱に利
用されることになる。つまり、レシーバ(16)内の冷媒に
より、電熱線(33b)の放熱が回収される。従って、電熱
線(33b)の熱損失は極めて少なく、冷媒加熱を効率的に
行うことができる。

【００４４】＜実施形態６＞図７に示すように、実施形
態６の冷媒加熱装置(30f)は、レシーバ(16)の内部配管
(19a)を電磁誘導加熱方式により加熱するものである。
本実施形態では、内部配管(19a)は鉄管によって構成さ
れている。本冷媒加熱装置(30f)は、高周波電源(41)
と、内部配管(19a)に巻き付けられたコイル(42b)とを備
えている。高周波電源(41)とコイル(42b)とは、レシー
バ(16)に設けられた接続端子(43),(43)を介して接続さ
れている。

【００４５】従って、本冷媒加熱装置(30f)によれば、
レシーバ(16)の内部に設けられた内部配管(19a)を加熱
するので、内部配管(19a)の熱はレシーバ(16)の外部に
漏洩しにくく、加熱の熱効率が高い。つまり、内部配管
(19a)の熱の一部は内部配管(19a)の外部に放出されるも
のの、この放出熱はレシーバ(16)内の冷媒の加熱に用い
られるので、全体の熱損失は小さい。従って、冷媒加熱
を効率的に行うことができる。

【００４６】また、コイル(42b)がレシーバ(16)の内部
に設けられているので、コイル(42b)の高周波磁界がレ
シーバ(16)の外部に与える影響は少ない。また、レシー
バ(16)を強磁性体材料により形成した場合には、コイル
(42b)から漏れた高周波磁界の一部がレシーバ(16)の加
熱に用いられ、高周波磁界の効率的な利用が図られる。

【００４７】＜その他の実施形態＞上記の各実施形態は
高圧容器としてレシーバ(16)を用いたものであったが、
高圧容器はレシーバ(16)に限定されるものではなく、単
独の気液分離器や、圧縮機に付属した気液分離器など、
他の圧力容器であってもよいことは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、第１〜３の発明によれ
ば、加熱手段により圧力容器の液溜め部を加熱し、これ
により液溜め部に溜まった液冷媒を加熱することとした
ので、安定的かつ効率的に冷媒を加熱することができ
る。

【００４９】特に、第２の発明によれば、加熱手段を圧
力容器の内側に設けることとしたので、圧力容器外への
熱損失が低減し、さらに高効率な冷媒加熱が可能とな
る。

【００５０】第３の発明によれば、加熱手段を圧力容器
の液溜め部の液冷媒に浸漬するように設けることとした
ので、液冷媒を直接的に加熱することができ、安定的か
つ効率的に冷媒を加熱することができる。また、加熱手
段の熱を速やかに冷媒に伝えることができるので、加熱
手段の過度の温度上昇を抑制することができ、加熱手段
の損傷、冷媒の劣化、冷凍機油の劣化等を防止すること
ができる。

【００５１】第４の発明によれば、加熱手段を圧力容器
の内部配管に設けることとしたので、圧力容器外への熱
損失が低減し、高効率な冷媒加熱が可能となる。

【００５２】第５の発明によれば、加熱手段を電熱線に
より構成することとしたので、簡易かつ安価に加熱手段
を得ることができる。

【００５３】第６の発明によれば、加熱手段を電磁誘導
コイルにより構成することとしたので、圧力容器の液溜
め部を電磁誘導加熱方式により迅速かつ効率的に加熱す
ることができ、冷媒加熱をさらに高効率に行うことがで
きる。

【００５４】第７の発明によれば、圧力容器の内部配管
を電磁誘導加熱方式により加熱するので、内部配管内の
冷媒を迅速かつ効率的に加熱することができる。また、
圧力容器外への熱損失が低減し、高効率な冷媒加熱が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気調和装置の冷媒回路図である。

【図２】実施形態１の冷媒加熱装置の構成図である。

【図３】実施形態２の冷媒加熱装置の構成図である。

【図４】実施形態３の冷媒加熱装置の構成図である。

【図５】実施形態４の冷媒加熱装置の構成図である。

【図６】実施形態５の冷媒加熱装置の構成図である。

【図７】実施形態６の冷媒加熱装置の構成図である。

【符号の説明】

(1) 空気調和装置（冷凍装置） (1a) 室外ユニット (1b) 室内ユニット (10) 圧縮機 (11) 室外熱交換器 (12) 膨張弁 (13) 室内熱交換器 (16) レシーバ (16a) 液溜め部 (17) 着霜センサ (18) コントローラ (21) 冷媒回路 (30) 冷媒加熱装置 (31) 交流電源 (32) 絶縁体 (33) 電熱線 (34) 断熱材 (41) 高周波電源 (42) コイル（電磁誘導コイル）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒回路(21)の冷媒を加熱する冷媒加熱
   装置であって、 上記冷媒回路(21)に設けられた圧力容器(16)の外側に設
   けられ、該圧力容器(16)の液溜め部(16a)を加熱する加
   熱手段(33,42)を備えている冷媒加熱装置。
2. 【請求項２】 冷媒回路(21)の冷媒を加熱する冷媒加熱
   装置であって、 上記冷媒回路(21)に設けられた圧力容器(16)の内側に設
   けられ、該圧力容器(16)の液溜め部(16a)を加熱する加
   熱手段(33a,42a)を備えている冷媒加熱装置。
3. 【請求項３】 冷媒回路(21)の冷媒を加熱する冷媒加熱
   装置であって、 上記冷媒回路(21)に設けられた圧力容器(16)の液溜め部
   (16a)に溜まった液冷媒に浸漬するように設けられた加
   熱手段(33a,42a)を備えている冷媒加熱装置。
4. 【請求項４】 冷媒回路(21)の冷媒を加熱する冷媒加熱
   装置であって、 上記冷媒回路(21)に設けられた圧力容器(16)の内部配管
   (19)に設けられた加熱手段(33b,42b)を備えている冷媒
   加熱装置。
5. 【請求項５】 加熱手段は、電熱線(33,33a,33b)により
   構成されている請求項１〜４のいずれか一つに記載の冷
   媒加熱装置。
6. 【請求項６】 少なくとも圧力容器(16)の液溜め部(16
   a)は、磁性体材料により形成され、 加熱手段は、電磁誘導コイル(42,42a)により構成されて
   いる請求項１または２のいずれか一つに記載の冷媒加熱
   装置。
7. 【請求項７】 少なくとも圧力容器(16)の内部配管(19
   a)の一部は、磁性体材料により形成され、 加熱手段は、上記内部配管(19a)の一部に設けられた電
   磁誘導コイル(42b)により構成されている請求項４に記
   載の冷媒加熱装置。