JP5110167B2 - 冷媒加熱装置組立体の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒加熱装置組立体の取付構造に関する。

従来より、冷媒回路中の冷媒を加熱するために種々の方法があるが、誘導加熱ヒータ（以下、ＩＨヒータという）は、誘導加熱を利用して冷媒を迅速に加熱できる点で便利である。

このような冷媒加熱用のＩＨヒータは、冷媒が流れる配管または配管内外の磁性体を誘導加熱コイルによって励磁することにより、誘導加熱を生じさせ、これにより、配管中の冷媒を加熱することが可能である。

ここで、冷媒回路を構成する配管の材質は、通常、熱伝導性、加工性、または材料費等の面を考慮して銅が採用されている。しかし、ＩＨヒータによって加熱される配管の材質としては、電磁誘導加熱を効率的に行うためステンレス鋼などの磁性体を採用するのが好ましい。

そこで、特許文献１（特開２００１―１７４０５４号公報）記載のＩＨヒータのように、銅管外周に磁性体塗料または粉末をコーティングすることにより、銅管であっても誘導加熱を効率よくできるようにしている。

ここで、誘導加熱の効率をさらに向上させるために、ＩＨヒータ内部における冷媒が流れる管としてステンレス管を採用することが考えられるが、この場合、ＩＨヒータによって加熱されるステンレス管とその他の冷媒回路を構成する銅管とでは材質が異なるために下記のような課題が発生する。

まず、異なる配管同士をろう付けするために特殊なろう材を使用する必要があるため、高度な技能を持った作業者がろう付けを行うことになり、製造コストが高くなるという問題がある。

また、線熱膨張係数が異なる異種金属同士の接続なるため、温度変化による伸縮率の違いにより、ろう付け部分に欠陥（クラックなど）が発生する可能性ある。

しかも、ステンレス管の外周にコイルを直接巻き付けて配置する場合、ＩＨヒータの強度を維持することが困難になる。

本発明の課題は、加熱配管の作業性や信頼性の向上が可能となり、かつ、冷媒加熱装置の強度が向上する冷媒加熱装置組立体の取付構造を提供することにある。

第１発明の冷媒加熱装置組立体の取付構造は、冷媒回路の冷媒配管の一部を構成する銅製の内管が、磁性体からなる外管の内部に挿入され、かつ、内管がその外径が拡大する方向へ拡大されることにより外管の内部に嵌合しており、さらに、外管の外周に、誘導加熱コイルが装着されていることにより構成されている。冷媒加熱装置組立体は、冷媒加熱装置組立体の内管の両端を前記冷媒回路の銅製の冷媒配管にろう付けすることにより、冷媒回路に取り付けられている。

ここでは、銅製の内管が磁性体からなる外管の内部に挿入され、かつ、内管が拡管されることにより外管の内部に嵌合し、さらに、外管の外周に、誘導加熱コイルが装着されているので、内管が他の冷媒配管と同種の銅製になるので配管の接合が容易となる。したがって、同種金属同士の接続となるため温度変化による伸縮率となり、ろう付け部でのクラックが発生する危険性がなくなり、信頼性が向上する。その結果、空気調和機の製造が容易となり、配管の作業性や信頼性の向上が可能となる。しかも、磁性体からなる外管により効率的な誘導加熱が可能である。また、厚みのある外管に誘導加熱コイルが装着されている構造を採用しているので、冷媒加熱装置組立体の全体の強度が向上する。

また、ここでは、冷媒加熱装置組立体がその内管の両端を冷媒回路の銅製の冷媒配管にろう付けすることにより冷媒回路に取り付けられているので、内管が他の冷媒配管と同種の銅製になるので配管の接合が容易となる。したがって、同種金属同士の接続となるため温度変化による伸縮率となり、ろう付け部でのクラックが発生する危険性がなくなり、信頼性が向上する。その結果、空気調和機の製造が容易となり、配管の作業性や信頼性の向上が可能となる。

第２発明の冷媒加熱装置組立体の取付構造は、第１発明の冷媒加熱装置組立体の取付構造であって、冷媒回路は、圧縮機と、圧縮機の吸入側に接続された冷媒の気液分離用のアキュームレータと、四方切換弁と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とを含んでいる。冷媒加熱装置組立体は、アキュームレータの吸入側に接続されている。

ここでは、冷媒加熱装置組立体が、冷媒回路内部のアキュームレータの吸入側に接続されているので、冷媒加熱装置組立体を、重量物かつ大容量のアキュームレータや圧縮機の上方へ離間して配置することが可能になり、室外機のレイアウト上好ましい。

第３発明の冷媒加熱装置組立体の取付構造は、第１発明または第２発明の冷媒加熱装置組立体の取付構造であって、外管は、ステンレス鋼で製造されている。

ここでは、外管がステンレス鋼で製造されているので、誘導加熱を効率よく行うことができ、しかも、高強度かつ長寿命である。

第４発明の冷媒加熱装置組立体の取付構造は、第１発明から第３発明のいずれかの冷媒加熱装置組立体の取付構造であって、外管の肉厚は、１〜１．２ｍｍである。

ここでは、外管の肉厚が１〜１．２ｍｍであるので、表皮効果により効果的な誘導加熱が得られる。

第１発明によれば、配管の接合が容易となり、その結果、空気調和機の製造が容易となり、配管の作業性や信頼性の向上が可能となる。しかも、磁性体からなる外管により効率的な誘導加熱が可能である。また、冷媒加熱装置組立体の全体の強度が向上する。また、配管の接合が容易となり、その結果、空気調和機の製造が容易となり、配管の作業性や信頼性の向上が可能となる。

第２発明によれば、冷媒加熱装置組立体を、重量物かつ大容量のアキュームレータや圧縮機の上方へ離間して配置することが可能になり、室外機のレイアウト上好ましい。

第３発明によれば、誘導加熱を効率よく行うことができ、しかも、高強度かつ長寿命である。

第４発明によれば、表皮効果により効果的な誘導加熱が得られる。

本発明の実施形態に係わるＩＨヒータアセンブリが取り付けられた空気調和機の回路図。 図１の室外機の機械室部分の拡大斜視図。 図１のＩＨヒータアセンブリの正面図。 図１のＩＨヒータアセンブリの断面図。 図１のＩＨヒータアセンブリの製造方法における挿入工程を示す断面説明図。 図１のＩＨヒータアセンブリの製造方法における拡管工程を示す断面説明図。 図１のＩＨヒータアセンブリの製造方法におけるボビン装着工程を示す断面説明図。 図１のＩＨヒータアセンブリのろう付けを示す断面説明図。

つぎに本発明の冷媒加熱装置組立体、およびその取付構造の実施形態を図面を参照しながら説明する。

〔実施形態〕
＜基本構成＞
図１に示される冷媒加熱装置組立体３０（以下、ＩＨヒータアセンブリ３０という）を含む空気調和機１では、図１に示すように、室外機２と室内機４とを液冷媒連絡配管６およびガス冷媒連絡配管７で接続して構成される冷媒回路１１を備えている。冷媒回路１１の各冷媒配管は、通常、銅によって構成されている。

冷媒回路１１は、図１〜２に示されるように、室外機２内部に、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、絞り調整可能な電子膨張弁からなる膨張弁２４、ＩＨヒータアセンブリ３０およびアキュームレータ２５等を備えている。また、冷媒回路１１は、室内機４内部には、図１に示されるように、室内熱交換器２６等を備えている。なお、四路切換弁２２は、図１では、暖房運転を行う場合の切換接続状態を示している。

ここで、冷媒回路１１内を流れる冷媒は、本発明ではとくに限定するものではないが、例えば、ＨＦＣ（Ｒ４１０Ａ等）や二酸化炭素冷媒等である。

冷媒回路１１は、図１に示すように、吐出管Ａ、室内側ガス管Ｂ、室内側液管Ｃ、室外側液管Ｄ、室外側ガス管Ｅ、アキューム管Ｆおよび吸入管Ｇを有している。

以下、圧縮機２１から吐出された冷媒が流れ出て再び圧縮機２１に吸入される流路の順に、各冷媒配管の接続状態を説明する。

吐出管Ａは、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２とを接続している。

室内側ガス管Ｂは、四路切換弁２２と室内熱交換器２６のガス側とを接続している。

室内側液管Ｃは、室内熱交換器２６の液側と膨張弁２４とを接続している。ここで、室内側液管Ｃには、室外機２と室内機４とを連絡する液冷媒連絡配管６を含んで構成されている。

室外側液管Ｄは、膨張弁２４と室外熱交換器２３の液側とを接続している。

室外側ガス管Ｅは、室外熱交換器２３のガス側と四路切換弁２２とを接続している。

アキューム管Ｆは、四路切換弁２２とアキュームレータ２５とを接続している。

吸入管Ｇは、アキュームレータ２５と圧縮機２１の吸入側とを接続している。

このようにして、冷媒回路１１は構成されており、上述した向きに冷媒が循環して流れることで、暖房運転を行うことができる。なお、四路切換弁２２の接続状態を切り換えることで、冷房運転を行うこともできる。

アキューム管Ｆの途中には、後述するＩＨヒータアセンブリ３０がろう付けによって接続されている。

＜ＩＨヒータアセンブリ３０の構成＞
図３および図４に示されるように、ＩＨヒータアセンブリ３０は、二重管からなるＩＨヒータであり、内管３１と、外管３２と、誘導加熱コイル３３と、ボビン３４と、一対の蓋３５と、一対のナット３６と、複数のフェライトブロック３７と、フェライトホルダ３８と、板金カバー３９とを備えている。

内管３１は、冷媒配管５と同じ材料である銅で製造されており、その内部を冷媒が流れる。

外管３２は、磁性体であるステンレス鋼で製造されており、内管３１の周囲に取り巻いて配置されている。具体的には、内管３１を拡管することにより、内管３１の外周面と外管の内周面とが密着している。外管３２の肉厚は、表皮効果（高周波電流が導体を流れる時、電流密度が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる現象）により効果的な誘導加熱が得られるように、１〜１．２ｍｍである。

なお、外管３２の材質は、ステンレス鋼に限定されるものではなく、例えば、鉄、銅、アルミ、クロム、ニッケル等の導体およびこれらの群から選ばれる少なくとも２種以上の金属を含有する合金等とすることができる。また、ステンレス鋼としては、例えば、フェライト系、マルテンサイト系の少なくとも１種またはこれらの組合せが例として挙げられる。

誘導加熱コイル３３は、外管３２の周囲を取り巻き、外管３２を誘導加熱する。誘導加熱コイル３３は、外管３２と別部材のボビン３４に巻き付けられた状態で、外管３２の外周を取り巻くように配置されている。

ボビン３４は、両端が開放された円筒状の部材であり、その側周面に誘導加熱コイル３３が巻き付けられている。

一対の蓋３５は、中央に開口３５ａが開口され、外管３２の外周に嵌合している。また、一対の蓋３５は、ボビン３４に取り付けられた状態で、後述するＣ字状のフェライトホルダ３８によって上下両側から固定されている。

一対のナット３６は、外管３２の両端付近の外周に形成された雄ねじ部３２ａに螺合することにより、ＩＨヒータアセンブリ３０のボビン３４、蓋３５、フェライトホルダ３８およびナット３６をあらかじめ組み合わせたものを、外管３２の外周に固定している。

複数のフェライトブロック３７は、ＩＨヒータアセンブリ３０の板金カバー３９の外側への漏れ磁束の低減のために、Ｃ字状のフェライトホルダ３８に並べて取り付けられている。フェライトホルダ３８は、ボビン３４の四方から誘導加熱コイル３３の外方から取り付けられている。

板金カバー３９は、金属薄板からなるカバーであり、フェライトホルダ３８の外側にネジ止めされている。板金カバー３９は、円筒状のボビン３４を取り巻くように、円筒形または多角形状をしており、一体形状であったり、２分割またはそれ以上に分割された形状をしている。

これにより、内管３１が他の冷媒配管Ｆと同種の銅製なので、内管３１と冷媒配管Ｆとの接合が容易（製造容易）となる。しかも、ステンレス鋼などの磁性体からなる外管３２により効率的な誘導加熱が可能である。

また、厚みのある外管３２に誘導加熱コイル３３が巻き付いたボビン３４を支持させる構造を採用しているので、ＩＨヒータアセンブリ３０の全体の強度が向上する。

以上のように、ＩＨヒータアセンブリ３０が四路切換弁２２とアキュームレータ２５とを接続しているアキューム管Ｆの部分の途中に設けられていることにより、図１に示されるように、電源線７１を介して高周波電源６０から高周波交流電流を受けたＩＨヒータアセンブリ３０によって、四路切換弁２２からアキュームレータ２５に向かう吸入ガス冷媒を暖めることができ、暖房能力を向上させることができる。

また、暖房運転の起動時においては、圧縮機２１が十分に暖まっていない状態の場合もあるが、ここでは、ＩＨヒータアセンブリ３０が発熱することで、四路切換弁２２からアキュームレータ２５に向かうガス冷媒を加熱することができ、起動時の能力不足を補うことができる。

さらに、四路切換弁２２を冷房運転用の状態に切り換えて、室外熱交換器２３に付着した霜を除去するデフロスト運転を行う場合には、ＩＨヒータアセンブリ３０を通過して暖められたガス冷媒を圧縮機２１でさらに圧縮することができるため、圧縮機２１から吐出するホットガスの温度を上げることができる。これにより、デフロスト運転によって霜を解凍させるのに必要とされる時間を短縮化させることができる。これにより、暖房運転中に適時デフロスト運転を行うことが必要となる場合であっても、できるだけ早く暖房運転に復帰させることができ、ユーザの快適性を向上させることができる。

＜ＩＨヒータアセンブリ３０の製造方法＞
本実施形態のＩＨヒータアセンブリ３０を製造する場合、まず、図５に示されるように、冷媒回路１１の冷媒配管の一部を構成する銅製の内管３１が、磁性体からなるステンレス鋼製の外管３２の内部に挿入される（挿入工程）。

そして、図６に示されるように、内管３１の内部にその内径より少し大きい外径を有する拡管ビレット４１を圧入することによって、内管３１が、その外径が拡大する方向へ拡大されることにより、外管３２の内部に嵌合する（拡管工程）。

その後、図７に示されるように、ＩＨヒータアセンブリ３０のボビン３４、蓋３５、フェライトホルダ３８およびナット３６をあらかじめ組み合わせたものを、ナット３６を緩めた状態で外管３２の外周に挿入し、その後、ナット３６を外管３２に締め付けることにより、Ｃ字型リング４３に内径方向に押し付けられることにより、ボビン３４その他の主要部が装着される（ボビン装着工程）。これにより、ＩＨヒータアセンブリ３０の製造が完了する。

＜ＩＨヒータアセンブリ３０の取付構造＞
ＩＨヒータアセンブリ３０は、図８に示されるように、その内管３１の上下両端を冷媒回路１１の銅製の冷媒配管Ａ〜Ｇのうちアキューム管Ｆの途中に金属ろう４２によってろう付けすることにより、冷媒回路１１に取り付けられている。なお、図８には示されていないが、内管３１の下端についても同様にろう付けされている。

これにより、同種材料同士のろう付けなので内管３１とアキューム管Ｆとの接合が容易（製造容易）となり、しかも、効率的な誘導加熱が可能である。

また、ＩＨヒータアセンブリ３０は、アキューム管Ｆを介してアキュームレータ２５の上端の吸入側に接続されているので、ＩＨヒータアセンブリ３０をアキュームレータ２５の上方へ配置することが可能になる。

＜実施形態の特徴＞
（１）
実施形態のＩＨヒータアセンブリ３０では、冷媒回路１１の冷媒配管Ａ〜Ｇの一部を構成する銅製の内管３１が、磁性体からなるステンレス鋼製の外管３２の内部に挿入され、内管３１が、その外径が拡大する方向へ拡大されることにより、外管３２の内部に嵌合しており、かつ、外管３２の外周に、ボビン３４に巻かれた誘導加熱コイル３３が装着されている。

これにより、内管３１が他の冷媒配管Ａ〜Ｇと同種の銅製なので、内管３１と冷媒配管Ａ〜Ｇのうちアキューム管Ｆとの接合が容易となる。したがって、同種金属同士の接続となるため温度変化による伸縮率となり、ろう付け部でのクラックが発生する危険性がなくなり、信頼性が向上する。その結果、空気調和機１の製造が容易となり、配管の作業性や信頼性の向上が可能となる。

しかも、磁性体のステンレス鋼製の外管３２により効率的な誘導加熱が可能である。

また、本実施形態では、外管３２の外周に誘導加熱コイル３３が装着されている構造、具体的には厚みのある外管３２に誘導加熱コイル３３が巻き付いたボビン３４を支持させる構造を採用しているので、ＩＨヒータアセンブリ３０の全体の強度が向上する。

（２）
また、実施形態のＩＨヒータアセンブリ３０では、外管３２は、ステンレス鋼で製造されているので、他の磁性体材料の管、例えば鉄管などと比較して、誘導加熱を効率よく行うことができ、しかも、強度が高く、寿命も長いなどの利点を有する。

（３）
また、実施形態のＩＨヒータアセンブリ３０では、外管３２の肉厚は、１〜１．２ｍｍであるので、表皮効果により効果的な誘導加熱が得られる。

（４）
また、実施形態のＩＨヒータアセンブリ３０の取付構造では、ＩＨヒータアセンブリ３０は、図８に示されるように、その内管３１の上下両端を冷媒回路１１の銅製の冷媒配管Ａ〜Ｇのうちアキューム管Ｆに金属ロウ４２によってろう付けすることにより、冷媒回路１１に取り付けられている。これにより、同種材料同士のろう付けなので内管３１とアキューム管Ｆとの接合が容易となり、その結果、空気調和機１の製造が容易となり、しかも、効率的な誘導加熱が可能である。

（５）
また、実施形態のＩＨヒータアセンブリ３０の取付構造では、ＩＨヒータアセンブリ３０がアキューム管Ｆを介してアキュームレータ２５の上端の吸入側に接続されているので、ＩＨヒータアセンブリ３０を、重量物かつ大容量のアキュームレータや圧縮機の上方へ離間して配置することが可能になり、室外機のレイアウト上好ましい。

＜変形例＞
（Ａ）
上記実施形態では、外管３２の外周に誘導加熱コイル３３が装着されている構造の例として、誘導加熱コイル３３がボビン３４の全周に渦巻状に巻き付いた構造を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘導加熱コイル３３の巻線がボビン３４の外周面の一部（例えば、円筒面の半分の領域など）または全部の領域に渦巻状に配置されていてもよい。この場合、外管３２の一部または全部の所定の領域を誘導加熱することが可能になる。また、このように誘導加熱コイル３３が外管３２の外周に装着された場合でも、ＩＨヒータアセンブリ３０の全体の強度が向上する。

本発明は、冷媒加熱装置組立体、およびその取付構造の分野に種々適用することが可能である。

１ 空気調和機
２ 室外機
４ 室内機
６ 液冷媒連絡配管
７ ガス冷媒連絡配管
１１ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四路切換弁
２３ 室外熱交換器
２４ 膨張弁
２５ アキュームレータ
２６ 室内熱交換器
３０ ＩＨヒータアセンブリ（冷媒加熱装置組立体）
３１ 内管
３２ 外管
３３ 誘導加熱コイル
３４ ボビン
３５ 蓋
３６ ナット
３７ フェライトブロック、
３８ フェライトホルダ
３９ 板金カバー
４１ 拡管ビレット
Ａ 吐出管
Ｂ 室内側ガス管
Ｃ 室内側液管
Ｄ 室外側液管
Ｅ 室外側ガス管
Ｆ アキューム管
Ｇ 吸入管

特開２００１―１７４０５４号公報

Claims (4)

1. 冷媒回路（１１）の冷媒配管の一部を構成する銅製の内管（３１）が、磁性体からなる外管（３２）の内部に挿入され、
   前記内管（３１）が、その外径が拡大する方向へ拡大されることにより、前記外管（３２）の内部に嵌合しており、
   前記外管（３２）の外周に、誘導加熱コイル（３３）が装着されている、
   冷媒加熱装置組立体（３０）が、
   前記冷媒加熱装置組立体（３０）の前記内管（３１）の両端を前記冷媒回路（１１）の銅製の冷媒配管（Ｆ）にろう付けすることにより、前記冷媒回路（１１）に取り付けられている、
   冷媒加熱装置組立体（３０）の取付構造。
2. 前記冷媒回路（１１）は、圧縮機（２１）と、前記圧縮機（２１）の吸入側に接続された冷媒の気液分離用のアキュームレータ（２５）と、四方切換弁（２２）と、室内熱交換器（２６）と、膨張弁（２４）と、室外熱交換器（２３）とを含んでおり、
   前記冷媒加熱装置組立体（３０）は、前記アキュームレータ（２５）の吸入側に接続されている、
   請求項１記載の冷媒加熱装置組立体（３０）の取付構造。
3. 前記外管（３２）は、ステンレス鋼で製造されている、
   請求項１または２に記載の冷媒加熱装置組立体（３０）の取付構造。
4. 前記外管（３２）の肉厚は、１〜１．２ｍｍである、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷媒加熱装置組立体（３０）の取付構造。

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