JP2006317020A - 冷媒加熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気ヒータを用いた冷媒加熱器の使用時における漏電において、感電を防止することが出来る冷媒加熱器を提供する。
【解決手段】ヒータ部２と冷媒通過部３を備え、前記冷媒通過部３は冷媒配管と絶縁性材料で構成され、前記冷媒配管の周囲を前記絶縁性材料で覆い、前記冷媒通過部３を前記ヒータ部２の周囲に螺旋状に配設し、前記冷媒通過部３および前記ヒータ部２の間に液体および／または金属を充填させた冷媒加熱器１０を使用することで、前記ヒータ部２の基礎絶縁が絶縁破壊を起こした時でも、前記冷媒通過部３が絶縁性材料を含んでいるため、前記冷媒配管に電気が伝わることなく、感電を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に搭載した冷媒加熱器であって、冷媒を加熱し、暖房能力を向上することができるものである。

従来、加熱器を搭載したヒートポンプ式空気調和機において、その除霜方式は、四方弁を切り替え、除霜運転時には冷媒を逆方向に流す除霜方式に比べて、高暖房能力が得られるものとして実施されてきた（例えば、特許文献１参照）。図４は従来の空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。以下、図４を用いて従来の空気調和機の冷凍サイクルを説明する。

図４に示すように、圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１０３、膨張機構１０４および室外熱交換器１０５を冷媒配管１０６で連結してなる冷凍サイクルにおいて、この冷凍サイクルにおける膨張機構１０４と室外熱交換器１０５の間と、圧縮機１０１の吸入側とを連結してなる冷媒加熱回路２０１を設け、冷媒加熱回路２０１には燃焼式冷媒加熱器１０７と二方弁１０８を有している。また、圧縮機１０１の吐出側と四方弁１０２の間と、室外熱交換器１０５とを連結してなる除霜回路２０２を設け、除霜回路２０２には二方弁１０９およびキャピラリチューブ１１０を有している。また、膨張機構１０４と室外熱交換器の間および四方弁１０２と圧縮機１０１の間に、図４に示すように二方弁１１１、二方弁１１２を設けている。

以下では、加熱器を搭載した空気調和機に用いられていた、室外熱交換器の除霜方式を説明する。

上記構成の空気調和機は、通常、二方弁１０８および１０９は閉め、二方弁１１１および１１２は開けて暖房運転する。しかし、暖房運転中に、室外熱交換器１０５に霜が着霜した場合には、二方弁１１１を閉め、冷媒加熱器１０７の着火と同時に、二方弁１１２を閉め、二方弁１０８を開ける。次に、二方弁１０９と二方弁１１１を開くことで、冷媒加熱器１０７によって加熱された冷媒が、圧縮機１０１を通った後、室内熱交換器１０３を流れる冷媒と、除霜回路２０２を通り室外熱交換器１０５を流れる冷媒に分岐される。このとき除霜回路２０２はキャピラリチューブ１１０を有しているので、低温側である室外熱交換器１０５には極端に冷媒が流れにくい。図４の矢印は除霜運転時における冷媒の流れを示したものである。

このように室内熱交換器１０３を流れる冷媒で室内の暖房運転を行い、室外熱交換器１０５を流れる冷媒で除霜運転を行う。そして室内熱交換器１０３および膨張機構１０４を通った冷媒と、室外熱交換器１０５を通った冷媒とが、冷媒加熱回路２０１の入り口側（二方弁８側）で合流し、再び冷媒加熱器１０７によって加熱される。

以上のような構成のヒートポンプ式給湯装置で用いられる冷媒加熱器は、燃焼式冷媒加熱器であるが、一方で電気ヒータなどを使った冷媒加熱器なども考えられる。
特開平１１−１８２９９４号公報

しかしながら、電気ヒータを使った冷媒加熱器では、電気を使用しているため、漏電する可能性がある。もし漏電してしまうと、冷媒配管を通して電気が伝わり、作業時などに
おいて感電してしまう可能性があるという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気ヒータを冷媒加熱器の熱源として使用時に漏電したときでも、感電することがない使用性の高い冷媒加熱器の提供を目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の冷媒加熱器は、ヒータ部と冷媒通過部を備え、前記冷媒通過部は、冷媒が内部を通過する冷媒配管と絶縁性材料で構成され、冷媒配管の周囲を前記絶縁性材料で覆ったことを特徴とするものである。これにより、ヒータ部による漏電の影響を防ぐことができ、安全を確保することができる。

また本発明の冷媒加熱器は、ヒータ部と冷媒通過部を備え、前記冷媒通過部は、冷媒が内部を通過する冷媒配管と絶縁性材料と金属管で構成され、前記金属管の内部に前記冷媒配管を挿入し、前記金属管および前記冷媒配管の間隙に、前記絶縁性材料を充填させたことを特徴とするものである。これにより、ヒータ部による漏電の影響を防ぐことができ、安全を確保することができる。

また本発明の冷媒加熱器は、冷媒通過部をヒータ部の周囲に螺旋状に配設したことを特徴とするものである。これにより、冷媒加熱器をコンパクトに形成でき、かつ効率のよい加熱を実現できる。

また本発明の冷媒加熱器は、冷媒通過部が少なくとも１回以上、Ｕ字形状に曲折していることを特徴とするものである。これにより、冷媒加熱器をコンパクトに形成でき、かつ効率のよい加熱を実現できる。

また本発明の冷媒加熱器は、ヒータ部および冷媒通過部の間は、液体および／または金属で充填されていることを特徴とするものである。これにより、ヒータ部と冷媒通過部の熱伝導率が向上し、冷媒通過部を流動する冷媒に効率よく熱を伝えることができる。

また本発明の冷媒加熱器は、冷媒通過部の入り口および／または出口を複数個設けたことを特徴とするものである。これにより、効率のよい加熱を実現できる。

本発明は、電気ヒータを熱源として使用したときでも、漏電することがない使用性の高い冷媒加熱器を提供できる。

第１の発明の冷媒加熱器は、ヒータ部と冷媒通過部を備え、冷媒通過部は、冷媒が内部を通過する冷媒配管と絶縁性材料で構成され、冷媒配管の周囲を絶縁性材料で覆ったことで、ヒータ部の基礎絶縁が絶縁破壊を起こしたとしても、冷媒配管の周囲に絶縁性材料が覆われているため、冷媒配管はヒータ部による漏電の影響を防ぐことができ、安全を確保することができる。

第２の発明の冷媒加熱器は、ヒータ部と冷媒通過部を備え、冷媒通過部は、冷媒が内部を通過する冷媒配管と絶縁性材料と金属管で構成され、金属管の内部に冷媒配管を挿入し、金属管および冷媒配管の間隙に、絶縁性材料を充填させたことで、ヒータ部の基礎絶縁が絶縁破壊を起こしたとしても、冷媒配管の周囲に絶縁性材料が覆われているため、冷媒配管はヒータ部による漏電の影響を防ぐことができ、安全を確保することができる。

第３の発明の冷媒加熱器は、特に第１および第２の発明の冷媒加熱器によるもので、冷媒通過部をヒータ部の周囲に螺旋状に配設したことで、冷媒加熱器内により多くの冷媒を通過させることができ、効率のよい加熱が実現できる。

第４の発明の冷媒加熱器は、特に第１および第２の発明の冷媒加熱器によるもので、冷媒通過部を少なくとも一回以上曲折させたことで、冷媒加熱機内により多くの冷媒を通過させることができ、効率のよい加熱が実現できる。

第５の発明の冷媒加熱器は、特に第３および第４の発明の冷媒加熱器によるもので、ヒータ部および冷媒通過部の間を液体および／または金属で充填したことで、ヒータ部と冷媒通過部が当接していなくても液体および／または金属によって熱が冷媒配管に伝わり、効率よく冷媒を加熱することができる。

第６の発明の冷媒加熱器は、特に第１〜第５の発明の冷媒加熱器によるもので、冷媒通過部の入り口および／または出口が複数個設けられたことで、冷媒加熱器内に冷媒通過部を複数設けることができ、効率よく冷媒を加熱することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷媒加熱器の構成図で、図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における冷媒加熱器の正面図、図１（ｂ）は、同側面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１における冷媒加熱器１０は、金属で形成された略円筒形状の筐体１の内部に、ヒータ部２と冷媒通過部３を設けている。

図２は、本発明の実施の形態１における冷媒通過部の構成図であり、図２（ａ）は、実施の形態１における冷媒通過部の反長手方向断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１、図２に示すように、冷媒通過部３は、ヒータ部２の周囲に螺旋状に配設されており、ステンレス製の金属管１１に、銅製の冷媒配管１２を挿入し、その間隙に絶縁性材料である酸化マグネシウム１３を充填させたものである。本発明では、絶縁性があり、熱伝導率が比較的高いことから、絶縁性材料には酸化マグネシウムを用いている。また、筐体１の端部４からは、ヒータ部２が延出しており、筐体１の内部へと続いている。筐体１の内部において、ヒータ部２と冷媒通過部３以外の空間を金属で充填している。

本発明の実施の形態１では、軽量であり、熱伝導率が高く、加工がしやすいため金属にはアルミニウムを用いている。また、筐体１の下部には脚部５が設けられており、設置性を向上させている。また筐体１の側面には、入り口６および出口７を設け、入り口６および出口７より、筐体１の内部に配設された冷媒通過部３を突出させている。実施の形態１では、入り口６および出口７は、筐体１の長手方向の略両端部で、かつ同一側面方向に設けている。

なお、入り口６および出口７を設ける位置はこの限りではなく、筐体１の長手方向を形成する面上であればどの位置に配設してもよい。また、ヒータ部２と冷媒通過部３の周囲を充填する金属は、アルミニウムに限るものではなく、筐体１と同じ金属でも、複数の金属でもよく、液体のみや、金属と液体で充填されていてもよい。また、筐体１と同じ金属を利用する場合には、筐体１と一体的に形成してもよい。

また冷媒通過部を形成する外側の金属管１１の材質はステンレスに限ることなく、熱伝導が可能である金属であればよい。また絶縁性材料に関しても、酸化マグネシウムに限る
ことなく、熱伝導が可能であり、絶縁性がある物質であればよい。

以上のように構成された冷媒加熱器において、以下その動作、作用を説明する。本発明の冷媒加熱器１０は、冷凍サイクル中に設置される冷媒加熱器であり、冷媒通過部３に冷媒を通すことで、冷媒をヒータ部２の熱を利用して加熱することができる。冷媒は冷媒加熱器１０に設けた入り口６より冷媒加熱器１０の内部に設けた冷媒通過部３に流入し、出口７より流出する。このとき、冷媒通過部３はヒータ部２に螺旋状に配設することで、冷媒加熱器１０内部に出来るだけ多くの冷媒を通すことができるので、効率の良い熱の利用ができる。

また、冷媒通過部３を冷媒配管１２と金属管１１の２重構造にし、冷媒配管１２と金属管１１の間隙を、絶縁性材料で充填している。これによってヒータ部には基礎絶縁されているが、その基礎絶縁において、絶縁破壊が起こった場合でも、冷媒通過部３は絶縁性材料を含んでいるので、冷媒加熱器１０より外部に繋がる銅製の冷媒配管１２には、電気は伝わることなく安全性が確保できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における冷媒加熱器の構成図で、図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における冷媒加熱器の正面図、図３（ｂ）は、同側面図である。また、冷媒通過部３は、実施の形態１と同様である。実施の形態２において、実施の形態１と同じものについては、同じ番号を付して説明を省略する。

図３において、実施の形態２における冷媒加熱器は、冷媒通過部３をＵ字形状に加工したものである。冷媒通過部３が金属管１１と冷媒配管１２の２重構造であると、比較的加工するのが困難である。そのためＵ字形状に加工した方が曲げが少ないので、実施の形態１のように螺旋状に加工するよりも低コストで加工でき、冷媒加熱器１０内に冷媒通過部３を長く設けることができるので、効率よく熱の利用が可能となる。

また、実施の形態２における冷媒加熱器は、冷媒通過部３の入り口６および出口７を、それぞれ２口づつ設けたものである。そのため、冷媒加熱器１０内に冷媒通過部３を複数設けることができるため、より効率のよい加熱が可能となる。

以上のように、本発明にかかる加熱器は、効率よく冷媒を加熱することができるので、冷媒以外にも、他の流体を効率よく加熱することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１における冷媒加熱器の正面図（ｂ）同側面図 （ａ）本発明の実施の形態１における冷媒通過部の反長手方向断面図（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における冷媒加熱器の正面図（ｂ）同側面図 従来の空気調和機の冷凍サイクルの構成図

符号の説明

１ 筐体
２ ヒータ部
３ 冷媒通過部
４ 端部
５ 脚部
６ 入り口
７ 出口
１０ 加熱器
１１ 金属管
１２ 冷媒配管
１３ 酸化マグネシウム

Claims (6)

1. ヒータ部と冷媒通過部とを備え、
   前記冷媒通過部は、冷媒が内部を通過する冷媒配管と絶縁性材料とで構成され、
   前記冷媒配管の周囲を前記絶縁性材料で覆ったこと
   を特徴とする冷媒加熱器。
2. ヒータ部と冷媒通過部とを備え、
   前記冷媒通過部は、冷媒が内部を通過する冷媒配管と絶縁性材料と金属管とで構成され、前記金属管の内部に前記冷媒配管を挿入し、
   前記金属管および前記冷媒配管の間隙に前記絶縁性材料を充填させたこと
   を特徴とする冷媒加熱器。
3. 冷媒通過部をヒータ部の周囲に螺旋状に配設したこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の冷媒加熱器。
4. 冷媒通過部は、少なくとも一回以上、Ｕ字形状に曲折していること
   を特徴とする請求項１または２に記載の冷媒加熱器。
5. ヒータ部および冷媒通過部の間は液体および／または金属で充填されていること
   を特徴とする請求項３または４に記載の冷媒加熱器。
6. 冷媒通過部の入り口および／または出口が複数個設けられたこと
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷媒加熱器。

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