JP2017020762A - 室外機用電気ヒーターユニット及び当該室外機用電気ヒーターユニットを取り付けた室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】 寒冷地でのヒートポンプ式空気調和機の室外機の暖房運転時において、着霜、着雪、凍結により室外から室外機の熱交換器への空気の流れの遮断を防止することが可能な、室外機用部材を提供することを課題とする。【解決手段】 ヒートポンプ式空気調和機の室外機に対して、少ない電気容量で効率的に除霜、除雪が可能であり、該室外機の熱交換器に常時室外の空気を十分に送り込むことができる室外機用電気ヒーターユニットを提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器の空気吸込み口の除霜、除雪、凍結防止を目的として室外機の空気吸込み口側に取り付ける、室外機用電気ヒーターユニットに関する。

ヒートポンプ式空気調和機は、室内に取り付けられる室内機と屋外に設置される室外機が冷媒管により接続されている。該冷媒は、コンプレッサーにより圧縮され高温、高圧のガスとなり、室内機の熱交換器に送られる。該冷媒は、室内で放熱すると凝縮され、低温、低圧の液体ガスとなり、室外機の熱交換器に送られる。該冷媒は、室外の空気を利用して蒸発し、気化し、吸熱し、温度が上がり、再び前記コンプレッサーに送られる。

暖房時には、室内に送られる冷媒が高温でなければ室内を十分に暖めることができない。該冷媒温度は室外機の吸熱の程度に左右され、かかる吸熱の程度は室外の空気を十分に吸い込むことができるかに依存する。

北海道、東北などの寒冷地で冬季にヒートポンプ式空気調和機で暖房運転した場合、上記空気吸込み口に着霜、着雪し、空気吸込み口が目詰まりを起こしやすくなる。このため、室外の空気が十分に吸い込まれなくなり、熱交換器の吸熱が不十分となりコンプレッサーの温度が上がらず室内を十分に暖められなくなる。

また、室外の空気が十分に吸い込まれなくなることは、デフロストサイクルにも影響を与える場合がある。
すなわち、室外の空気が十分に吸い込まれない状態でデフロストを行うと、室外機の熱交換器の暖めが不十分となり、霜等を融解することができないうちにデフロスト運転が終了する。その後、該熱交換器が０℃以下の状態で凍結したまま暖房運転とデフロスト運転を繰り返し、たとえ霜や雪が融解して水となってもすぐに氷となり、室外機の熱交換器の空気吸込み口は該氷によってふさがれるといった問題があることが実験により判明している。或は、デフロスト運転と暖房運転のサイクルが短くなるため、室内を十分に暖められないばかりでなく、冷媒管等にストレスがかかり亀裂を生じ、ガス漏れを引き起こす問題があった。

従来はこの問題を解決するため、ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器の放熱翼部分に接するように、コード状のヒーターやシーズヒーターを取り付ける方法が採用された（図４及び図７参照）。
しかし、コード状のヒーターやシーズヒーターは断面が円形であること、及び、室外機の熱交換器が有する放熱翼板の厚みが約０．２ｍｍと薄いことから、当該コード状のヒーターやシーズヒーターと当該放熱翼板の接触面積が小さく、該ヒーターの熱が伝わりにくい。このため、着いた霜や雪、凍結した氷全体を溶かすことはできず、暖房運転に必要な室外からの空気量の確保ができないことに変わりはなかった。

また、ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器自体のフィンや伝熱管を工夫し、着霜による性能低下を防ぐ検討がなされた（下記特許文献１等参照）。
しかし、一旦熱交換器自体に着霜、着雪し、凍結してしまうと、氷の融解熱が大きいことに起因し、融解させることが困難となる。このため、室外からの空気量を十分に確保することが難しかった。

そこで、ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器自体に着霜、着雪し、凍結しないような手段で、除霜等を行うことができ、十分な室外からの空気量を確保できる方法や装置が望まれた。

特許公報 平６−１１７７３４

本発明は、寒冷地でのヒートポンプ式空気調和機の室外機の暖房運転時において、着霜、着雪、凍結により室外から室外機の熱交換器への空気の流れの遮断を防止することが可能な、室外機用部材を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記事情に鑑みて鋭意検討した結果、熱交換器の着霜、着雪、凍結により室外の空気の吸込み低下が問題となる寒冷地においても、少ない電気容量で室外の空気を十分に吸い込むことができ、既存の室外機に容易に取り付け可能な室外機用電気ヒーターユニットを見出した。

すなわち、本発明の発明は、ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器の空気吸込み側面に取り付けられる室外機用電気ヒーターユニットであって、平行に配置される多数の放熱翼と、前記放熱翼に垂直に貫通される複数の金属管と、前記金属管に挿入される電気ヒーターと、前記電気ヒーターを制御する制御装置と、を備え、前記金属管は、空気の流れ方向にほぼ直交するように配列されるとともに、ほぼ平面上に並列され、前記放熱翼は、空気の流路が良好に形成されるように一定間隔で並列されるように構成される。

また、本発明の室外機用電気ヒーターユニットは、既存のヒートポンプ式空気調和機の室外機に着脱可能に構成される。

本発明の室外機用電気ヒーターユニットは、ヒートポンプ式空気調和機の室外機に対して、少ない電気容量で効率的に除霜、除雪が可能であり、該室外機の熱交換器に常時室外の空気を十分に送り込むことができるものである。このため、着霜、着雪、凍結時においても、連続して効率的な暖房運転が可能となる。

室外機に取り付けた室外機用電気ヒーターユニットの一例の構成図（概要）を示す。（ａ）は室外機の空気吸込み口からみた概要図、（ｂ）は室外機側面からみた概要図、（ｃ）は室外機を上から見た概要図、（ｄ）は室外機用電気ヒーターユニットの断面図を示す。 室外機用電気ヒーターユニットの一例の写真を示す。 室外機の概要図を示す。 コード状ヒーターを取りを付けた室外機（従来技術）の概要図を示す。 本発明の室外機用電気ヒーターユニットを取り付けた室外機の概要図を示す（（ａ）は室外機の熱交換器の空気吸込み口全体を室外機用電気ヒーターユニットで覆ったもの。（ｂ）は室外機の熱交換器の空気吸込み口の一部を室外機用電気ヒーターユニットで覆ったもの。）。 本発明の室外機用電気ヒーターユニットを取り付けた室外機の一例の写真を示す。 着霜・着雪時のコード状ヒーターを取り付けた室外機の一例の写真を示す。 室外機用電気ヒーターユニットの有無により比較した、室外機の着雪状態の写真を示す。 室外機用電気ヒーターユニットの有無により比較した、室外機の着雪状態の写真（拡大）を示す。

本発明の室外機用電気ヒーターユニットは、平行に配置される多数の放熱翼を備えるものである。

前記放熱翼の幅は、ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器の空気吸込み口側に取り付けるため、なるべく小さな幅であることが求められる。一方、電気ヒーターを挿入するための金属管を貫通できる程度の幅が必要であり、また、放熱効率の面から該放熱翼の表面積を大きくする必要がある。このため、前記放熱翼の幅は１５〜４５ｍｍ程度であり、２０ｍｍ程度がさらに好ましい。

前記放熱翼の厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度であり、汎用性の面から０．２ｍｍ程度であることが好ましい。

前記放熱翼同士は平行に配置される。該放熱翼は、表面積を大きくして効率よく電気ヒーターの熱を伝導し、霜、雪、氷を融解する必要があるため、該放熱翼同士の間隔を狭く配置することが望ましい。一方、取り付けたヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器へ十分な室外の空気の吸込みが行われなければならないため、空気の吸込みの阻害とならない程度に該放熱翼同士の間隔を広く配置することが望ましい。このため、前記放熱翼同士の間隔は２〜５ｍｍ程度であり、３ｍｍ程度がより好ましい。

前記放熱翼は、放熱効率と空気の流路の確保の点から、室外からの空気の流路が良好に形成されるように、すなわち、熱交換器の空気吸込み口に対してほぼ垂直方向に配置される。

前記放熱翼の材質は、熱の伝導特性のよい金属、たとえばアルミニウム、鉄、銅等から選択される。なかでも汎用性の面からは、アルミニウムが選択される。

前記金属管は、前記放熱翼にほぼ垂直に貫通される。
また、該金属管に挿入される電気ヒーターの数を増やせる点から、及び、平行に配置された多数の前記放熱翼を構造上安定させる点から、前記室外機用電気ヒーターユニットに前記金属管は２本以上備えられる。

上述のように前記金属管が前記放熱翼にほぼ垂直に貫通される位置関係、及び、前記室外機用電気ヒーターユニットの幅を小さくする観点から、前記金属管は、室外からの空気の流れ方向にほぼ直交するように配列され、複数の該金属管同士は、ほぼ平面上に並列される。

前記金属管の直径は６〜１２ｍｍ程度であり、該金属管に挿入される電気ヒーターの径、及び、前記放熱翼の幅との関係から、８〜１０ｍｍ程度が好ましい。
また、前記金属管の長さは、前記放熱翼を貫通可能に調整される。

前記金属管の材質は、本熱の伝導特性のよい金属、たとえばアルミニウム、鉄、銅等から選択される。なかでも汎用性の面からは、銅又はアルミニウムが選択される。

前記金属管に挿入される前記電気ヒーターは、通常２０〜４００ワット程度の電気容量を有し、前記室外機用電気ヒーターユニットの大きさや外気温等により適宜選択される。具体的には、外気温が摂氏０℃を下回るときに、該室外機用電気ヒーターユニットが５℃程度まで加熱可能な電気容量のものが使用される。
また、前記電気ヒーターは、前記金属管に挿入可能な径及び長さのものが選択される。

前記制御装置は、前記電気ヒーターの動作を制御する。
また、前記制御装置の一例では、センサーをさらに備え、着霜、着雪、凍結時のみ前記電気ヒーターを作動させるように制御する装置である。
前記センサーは、温度を感知する温度センサー、水分と気温等から降雪を感知する降雪センサー、雪や霜の重量を感知する重量センサー等が、適宜選択される。

前記室外機用電気ヒーターユニットは、ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器の空気吸込み側面に平行となるように取り付けられる。
前記室外機用電気ヒーターユニットは、前記室外機の熱交換器の空気吸込み側面全面を覆ってもよいし、部分的に覆ってもよい。覆う面の割合は、熱交換器の空気吸込み側面に対して１／６〜１の範囲であり、熱交換器への着霜、着雪の状況や室外からの空気吸込み量の確保等によって適宜設計される。
前記室外機用電気ヒーターユニットは、ヒートポンプ式空気調和機の室外機に対し、コイルばね固定板で左右を固定する方法等で取り付けられる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例）
実施例の室外機用電気ヒーターユニットは、以下のとおり構成された。
放熱翼として、厚み０．２ｍｍ、幅２０ｍｍのアルミニウムのフィンを用いた。該アルミニウムのフィンは、３ｍｍの間隔で平行に配置された。
金属管として、直径１０ｍｍ、長さ７０ｃｍの銅管を用いた。該銅管は、平行に配置された前記アルミフィンに対しほぼ垂直に複数貫通させた。複数の前記銅管は、同一平面上に２５ｍｍの間隔で並列させるように配置された。該銅管の使用本数は図８及び図９の場合では４本である。
前記銅管に電気ヒーターが挿入された。電気ヒーターは、電気容量４０ワット、直径５ｍｍ、長さ７０ｃｍのものを用いた。本実施例では前記銅管すべてに挿入された。
前記電気ヒーターには該電気ヒーターを制御する制御装置（図示せず）が取り付けられ、該制御装置には着雪、着霜及び凍結を感知するセンサー（図示せず）が備えられた。
実施例の室外機用電気ヒーターユニットの面積は、幅７００ｍｍ、高さ２５０ｍｍである。

実施例の室外機用電気ヒーターユニットは、既存のヒートポンプ式空気調和機の室外機（幅９００ｍｍ）に、該室外機の熱交換器の空気吸込み側面に平行となるように取り付けられた（図５、図８及び図９参照）。

（比較例）
比較例として、従来技術のひとつ、コード状ヒーターを既存のヒートポンプ式空気調和機の室外機に取り付けた室外機を使用した（図４及び図７参照）。
コード状ヒーターは、電気容量２００ワット、直径５ｍｍ、長さ２ｍの、シリコン被覆されたニクロム線を用い、該室外機の熱交換器の空気吸込み側面に接するように蛇行させて取り付けられた（図４及び図７参照）。

（実施例と比較例の比較）
実施例に記載の室外機用電気ヒーターユニットを取り付けたヒートポンプ式空気調和機の室外機と、比較例に記載のコード状ヒーターを取り付けたヒートポンプ式空気調和機の室外機を、２月〜３月にかけて寒冷地の室外に設置し、暖房運転を行い、着霜、着雪、凍結状況、空気吸込み状況を確認した。

図７に示すように、比較例ではコード状ヒーターのごく近くの霜や雪しか融解することができず、熱交換器の空気吸込み面は霜や雪で覆われており、連続して暖房運転ができないことが分かった。

一方、図８及び図９に示すように、室外機用電気ヒーターを取り付けていない左側の室外機の熱交換の空気吸込み口には着霜、着雪が見られたが、実施例の室外機用電気ヒーターを取り付けた右側の室外機の熱交換器の空気吸込み面には着霜、着雪、凍結は見られず、熱交換器に室外からの空気を十分に送り込むことができ、実施例の室外機においては連続して暖房運転が可能なことが分かった。

本発明の室外機用電気ヒーターユニットにより、ヒートポンプ式空気調和機の室外機に対して、少ない電気容量、取り付けスペースで除霜、除雪が可能であり、寒冷地に設置された該室外機の熱交換器であっても常時室外の空気を送り込むことができ、効率的な暖房運転が可能となる。
また、室内を効率的に暖められるようになるとともに、冷媒管等へのストレスが軽減されるために、冷媒管の亀裂も生じにくくなり、室外機の故障が減るといった経済的メリットも大きい。

１：室外機用電気ヒーターユニット
２：放熱翼
３：金属管
４：電気ヒーター
５：室外機
６：室外機の熱交換器の空気吸込み口
７：空気の流れ方向
８：コード状ヒーター

特開平６−１１７７３４号公報

Claims (5)

1. ヒートポンプ式空気調和機の室外機の熱交換器の空気吸込み側面に取り付けられる室外機用電気ヒーターユニットであって、
   平行に配置される多数の放熱翼と、
   前記放熱翼に垂直に貫通される複数の金属管と、
   前記金属管に挿入される電気ヒーターと、
   前記電気ヒーターを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記金属管は、空気の流れ方向にほぼ直交するように配列されるとともに、ほぼ平面上に並列され、
   前記放熱翼は、空気の流路が良好に形成されるように一定間隔で並列される、室外機用電気ヒーターユニット。
2. 前記放熱翼の幅は１５〜４５ｍｍであり、厚みは０．１〜０．３ｍｍであり、前記放熱翼同士は２〜５ｍｍの間隔で配置される、請求項１に記載の室外機用電気ヒーターユニット。
3. 前記金属管の直径は６〜１２ｍｍである、請求項１又は２に記載の室外機用電気ヒーターユニット。
4. 前記制御装置はセンサーをさらに備え、前記センサーは、着霜、着雪及び凍結を感知する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の室外機用電気ヒーターユニット。
5. 請求項１〜４にいずれか１項に記載の室外機用電気ヒーターユニットを取り付けた、室外機。

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