JP5478055B2

JP5478055B2 - 空気調和機

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Publication number: JP5478055B2
Application number: JP2008295578A
Authority: JP
Inventors: 達也樋爪
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: JP2010121847A

Description

本発明は、空気調和機に係り、特に室外熱交換器の除霜と室内の暖房とを同時に行うことが可能な空気熱源ヒートポンプ式の空気調和機に好適なものである。

空気熱源ヒートポンプ式の空気調和機を暖房運転した場合、室外空気中に含まれている水分が低温の室外熱交換器に付着し霜となることがある。この状態で長時間に渡り暖房運転を行うと、霜が成長して室外熱交換器の熱交換フィン間に詰まるため、通風量が低減する。通風量が低下した状態で暖房運転をした場合、室外空気から汲み上げる熱量が少なくなることから、暖房能力が低下してしまう。そこで、この現象を防止するために、従来から室外熱交換器の着霜量を監視して所定量を超えた場合に除霜運転を行うことで霜を解かすようにしている。

従来から広く知られている除霜方式としては、暖房サイクルによる暖房運転中に除霜が必要になった場合に、冷房サイクルに切換えて圧縮機や室内熱交換器の熱量を室外熱交換器に運び、霜を解かす逆サイクル除霜方式がある。この逆サイクル除霜方式は冷凍サイクルに部品を追加することなく除霜を行うことが可能であり、コスト的に有利であるが、冷房サイクル中は室内機側で暖気を吐出することが出来ず、室温の低下を招いて快適性を損なう欠点を有している。

そこで、この欠点を補うために室内機側で暖気を出しながら同時に室外熱交換器を除霜する空気調和機として、特開２００８−６２３８１号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

この空気調和機は、図６に示すように、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器２０、減圧装置３及び室外熱交換器６を冷媒配管で連結した冷凍サイクルを備えている。なお、図６に用いる符号を本発明の実施形態に用いる符号と対応するように変更してある。

この冷凍サイクルでは、減圧装置３と室外熱交換器６との間及び室外熱交換器６と四方弁２との間は主回路が２分割されている。この主回路の第１経路は室外熱交換器６の上側熱交換器６ａを経由させ、この主回路の残りの第２経路は室外熱交換器６の下側熱交換器６ｂを経由させている。そして、減圧装置３と室外熱交換器６との間には、各々の経路上に、上側主回路開閉弁４ａと下側主回路開閉弁４ｂとが設けられている。

また、圧縮機１の吐出側配管から延びたホットガスバイパス回路１１が室外熱交換器６と２つの主回路開閉弁４ａ、４ｂとの間で各経路に分かれて接続されている。ホットガスバイパス回路１１には、経路毎に設けられた上側バイパス開閉弁５ａ、下側バイパス開閉弁５ｂが備えられている。上側バイパス開閉弁５ａ、下側バイパス開閉弁５ｂによりホットガス冷媒の流れが個々に制御可能となっている。

この冷凍サイクルの暖房サイクルによる暖房運転は、四方弁２を暖房サイクル側に切換え、２つの主回路開閉弁４ａ、４ｂを開き、各バイパス開閉弁５ａ、５ｂを閉じた状態とし、圧縮機１、室外ファン８及び室内ファン２１を駆動することにより行われる。

この暖房運転から暖房と除霜を同時に行う運転に移行する場合には、室外ファン８を低速運転にし、室外熱交換器６の上側経路に設けられた上側主回路開閉弁４ａを閉じると共に、上側経路にホットガスを流すための上側バイパス開閉弁５ａを開く。これによって、室外熱交換器６の上側熱交換器６ａにホットガスが流れ、上側熱交換器６ａのみが加熱されて霜が解かされる。上側熱交換器６ａの除霜が終了すると、閉じていた上側主回路開閉弁４ａを開き、逆に開いていた上側バイパス開閉弁５ａを閉じて元の暖房サイクル状態に戻し、上側熱交換器６ａの除霜動作を完了させる。続いて、室外熱交換器６の下側熱交換器６ｂについても上側熱交換器６ａと同様に除霜を行うことで、室外熱交換器６の全てを除霜するものである。この動作により、除霜中、常に室内機Ｂへ圧縮機１から吐出された冷媒ガスを供給できるため、室内機Ｂから暖気を継続して吹出すことが可能となる。

特開２００８−６２３８１号公報

この特許文献１の空気調和機は、基本的には圧縮機１を熱源にして除霜を行っている。このため、暖房運転中に蓄えた圧縮機１の熱容量が尽きると、除霜能力が極端に低下し、室内機側の暖気も低い温度となる短所を有している。よって室外空気温度が低くなる程、除霜時間が長くなり暖房能力も低下することから、除霜期間中に室温が下がり快適性が損なわれてしまう課題が残されている。

本発明の目的は、室外空気温度が低い場合でも、暖房による室内の快適性を維持しつつ、室外熱交換器の除霜時間を短縮できる空気調和機を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様では、筐体の通風口に沿って配置されて該通風口を通して吸込まれる室外空気と熱交換する室外熱交換器を部分的に除霜しながら室内の暖房を行うことが可能な冷凍サイクルと、前記室外熱交換器の吸込み面に対向して設置され、前記室外熱交換器に室外空気を通風する室外ファンとを備えた空気調和機において、縦長環状の加熱コイルを複数接続して構成した誘導加熱ヒータを前記室外熱交換器と前記室外ファンの間であって、前記室外熱交換器の熱交換フィンの室外空気の吹出し面側である内側に隣接して設置し、前記室外熱交換器を除霜する部分に対応する前記誘導加熱ヒータの加熱コイルに交流電流を通電することで除霜中の前記室外熱交換器の熱交換フィンを誘導加熱する構成にしたことにある。

また、前述の目的を達成するための本発明の第２の態様では、圧縮機、切換弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して冷凍サイクルを構成し、前記室外熱交換器を蛇行状の冷媒管とこの冷媒管の水平部に狭い間隔で垂直に多数並置した縦長の熱交換フィンとで構成し、前記室外熱交換器に対して当該室外熱交換器の熱交換フィンの幅が狭い方向に室外空気を通風するように室外ファンを設置し、前記室外熱交換器を２つに分けて並列に接続し、前記２つに分けられた室外熱交換器の一方に前記圧縮機からホットガスを流して当該室外熱交換器の一方を除霜しながら室内の暖房を行い、その後に前記２つに分けられた室外熱交換器の他方に前記圧縮機からホットガスを流して当該室外熱交換器の他方を除霜しながら室内の暖房を行うように制御する制御装置を備えた空気調和機において、前記２つに分けられた室外熱交換器のそれぞれに対応する２つの誘導加熱ヒータを備え、前記各誘導加熱ヒータは、縦長環状の加熱コイルを複数接続して構成されると共に、前記室外熱交換器の熱交換フィンの内側に隣接して設置され、前記制御装置は、前記２つに分けられた各室外熱交換器の除霜を行う場合に、その除霜を行う方の室外熱交換器に対応する誘導加熱ヒータに交流電流を供給して当該室外熱交換器の熱交換フィンを誘導加熱するように制御する構成としたことにある。

係る本発明の第１または第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記誘導加熱ヒータの加熱コイルは略長方形または略楕円形に形成されていること。
（２）前記誘導加熱ヒータの加熱コイルは垂直に設けられた前記熱交換フィンに対して平行に延びる垂直部を両側に有すること。
（３）前記室外熱交換器の熱交換フィンをアルミフィンの表面に当該アルミフィンより電気抵抗の高い材料の被膜を形成したこと。
（４）前記室外熱交換の熱交換フィンの表面に形成される皮膜は、撥水性を高めるために当該熱交換フィンの表面に施される撥水コーティング材の中に電気抵抗の高い素材である炭素系繊維またはカーボン粒子を混ぜることにより形成されていること。
（５）前記誘導加熱ヒータの加熱コイルは、絶縁被覆の内部に絶縁被膜を有した細線を複数本撚り合わせた撚り線からなる導線を有すると共に、この導線より前記室外熱交換器の熱交換フィン側に掘削防止部材を有すること。

係る本発明の空気調和機によれば、室外空気温度が低い場合でも、暖房による室内の快適性を維持しつつ、室外熱交換器の除霜時間を短縮できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態における同一符号は同一物または相当物を示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の空気調和機を図１から図５を用いて説明する。図１は本実施形態の空気熱源ヒートポンプ式の空気調和機の構成図、図２は図１の空気調和機の制御系の構成図、図３は図１の室外熱交換器及び誘導加熱ヒータの斜視図、図４は図３の室外熱交換器と誘導加熱ヒータの加熱コイルの部分拡大模式図、図５は図４における加熱コイルによる加熱原理を説明する図である。

空気調和機は、図１に示すように、冷凍サイクルと、誘導加熱ヒータ７と、送風装置と、これらを制御する制御系とを備えて構成されている。なお、この空気調和機は、室外機Ａと室内機Ｂとを冷媒配管、電気配線、信号配線などを介して接続して構成されたセパレート形空気調和機である。

冷凍サイクルは、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６、主回路開閉弁４ａ、４ｂ、減圧装置３、室内熱交換器２０、バイパス開閉弁５ａ、５ｂを備え、これらを冷媒配管を介して接続することにより構成されている。誘導加熱ヒータ７は、室外熱交換器６のホットガスによる除霜中に室外熱交換器６を誘導加熱するものであり、室外熱交換器６の上側熱交換器６ａを誘導加熱する誘導加熱ヒータ７ａと、室外熱交換器６の下側熱交換器６ｂを誘導加熱する誘導加熱ヒータ７ｂとを備えて構成されている。送風装置は、室外熱交換器６に室外空気を流通させる室外ファン８と、室内熱交換器２０に室内空気を流通させる室内ファン２１とを備えて構成されている。

室外機Ａには、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６、主回路開閉弁４ａ、４ｂ、減圧装置３、バイパス開閉弁５ａ、５ｂ、及び室外ファン８が収納されている。室内機Ｂには、室内熱交換器２０及び室内ファン２１が収納されている。

四方弁２は冷媒流路の切換弁の一例である。この四方弁２は、冷房サイクルと暖房サイクルとを切換えるものである。ここで、冷房サイクルは、圧縮機１から吐出配管１２を介して吐出された冷媒を室外熱交換器６へ導き、室内熱交換器２０からの冷媒を圧縮機１に戻すサイクルである。暖房サイクルは、圧縮機１から吐出された冷媒を室内熱交換器２０へ導き、室外熱交換器６から圧縮機１に戻すサイクルである。従って、室外熱交換器６は、冷房サイクルの冷房運転時に凝縮器を構成し、暖房サイクルの暖房運転時に蒸発器を構成する。また、室内熱交換器２０は、暖房サイクルの暖房運転時に凝縮器を構成し、冷房サイクルの冷房運転時に蒸発器を構成する。

室外熱交換器６は、図３に示すように、蛇行状の冷媒管６１と、この冷媒管６１の水平部に狭い間隔で垂直に多数並置した縦長の熱交換フィン６２とで構成されている。冷媒管６１で形成される冷媒回路は、上側冷媒回路６１ａと下側冷媒回路６１ｂとの２つの冷媒回路に区分して構成されている。熱交換フィン６２はアルミフィンで構成されている。室外熱交換器６は、上側冷媒回路６１ａを含む上側熱交換器６ａと、下側冷媒回路６１ｂを含む下側熱交換器６ｂとからなっている。

この室外熱交換器６は、全体がＬ字状に形成されており、室外機Ａの筐体の２つの側面に設けられた通風口に沿って配置されている。室外熱交換器６は、図３の奥側の広い面が吸込み面となり、手前側の広い面が吹出し面となる。

室外ファン８は、室外熱交換器６に対して当該室外熱交換器６の熱交換フィン６２の幅が狭い方向に室外空気を通風するように、室外熱交換器６の吸込み面に対向して設置されている。室外空気は、室外ファン８の回転よって、筐体の通風口を通して室外熱交換器６の吸込み面より熱交換フィン６２間に吸込まれ、熱交換フィン６２及び冷媒管６１と熱交換した後に、室外熱交換器６の吹出し面より吹き出される。

減圧装置３は、図１に示すように、室外熱交換器６と室内熱交換器２０との間に設けられ、冷房サイクルの冷房時に室外熱交換器６からの冷媒を減圧し、暖房サイクルの暖房運転時に室内熱交換器２０からの冷媒を減圧する。なお、本実施形態では、減圧装置３は絞り開度が制御可能な膨張弁、例えば電動式などで構成されている。

冷凍サイクルでは、減圧装置３と室外熱交換器６との間及び室外熱交換器６と四方弁２との間は主回路が２分割されている。この主回路の第１経路は室外熱交換器６の上側冷媒回路６１ａを経由させ、この主回路の残りの第２経路は室外熱交換器６の下側冷媒回路６１ｂを経由させている。そして、減圧装置３と室外熱交換器６との間には、各々の経路上に、上側主回路開閉弁４ａと下側主回路開閉弁４ｂとが設けられている。

また、圧縮機１の吐出側配管から延びるホットガスバイパス回路１１が設けられている。ホットガスバイパス回路１１は、室外熱交換器６と２つの主回路開閉弁４ａ、４ｂとの間に、各経路に分かれて接続されている。ホットガスバイパス回路１１には、経路毎に設けられた上側バイパス開閉弁５ａ、下側バイパス開閉弁５ｂが備えられている。上側バイパス開閉弁５ａ、下側バイパス開閉弁５ｂによりホットガス冷媒の流れが個々に制御可能となっている。

主回路開閉弁４ａ、４ｂ及びバイパス開閉弁５ａ、５ｂは、電磁式開閉弁で構成され、冷媒の主回路及びホットガスバイパス回路を開閉するものである。

この冷凍サイクル上には、暖房運転中に室外熱交換器６の着霜状態を検知する冷媒温度検知センサー３２と、除霜中に室外熱交換器６の上側経路の冷媒温度を検知する上側出口冷媒温度センサー３３ａと、下側経路の冷媒温度を検知する下側出口冷媒温度センサー３３ｂとが備えられている。

制御系は、図２に示すように、室外機Ａに設けられた室外制御装置３１と、室内機Ｂに設けられた室内制御装置４１とを備えて構成されている。室外制御装置３１と室内制御装置４１とは制御信号の送受信を行うためのデータ伝送線で接続されている。

室内制御装置４１には、暖房運転中の吹出空気温度を検出するための吹出空気温度センサー４２が接続されている。室内制御装置４１は、室内通風路に設けられた室内ファン２１を、空気調和機の運転状態や吹出空気温度などに応じて制御する。

一方、室外制御装置３１には、冷媒温度検知センサー３２、２つの出口冷媒温度センサー３３ａ、３３ｂが接続されている。室外制御装置３１の内部には、図２に明示していないが、各機器の制御手段が設けられている。この室外制御装置３１の制御手段により、圧縮機１、四方弁２、室外ファン８、２つの誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂ、減圧装置３、２つの主回路開閉弁４ａ、４ｂ、２つのバイパス開閉弁５ａ、５ｂを制御する。

このように構成した空気調和機の暖房運転について説明する。

暖房運転が設定されると、室内制御装置４１は暖房運転に関わる制御情報をデータ伝送線を通して室外制御装置３１に送信すると共に、リモコンから受けた設定風速と吹出空気温度センサー４２により検知した温度とを基に吹出空気温度が所定以上の温度となるよう室内ファン２１を制御する。

室外制御装置３１は室内機Ｂから制御情報を受けると、四方弁２を暖房サイクル側に切換え、２つの主回路開閉装置４ａ、４ｂを開き、２つのバイパス開閉弁５ａ、５ｂを閉じて基本的な暖房サイクルを形成する。その後、室外ファン８を所定の回転数となるように制御し、その時に必要となる暖房能力にあわせて圧縮機１の回転数を制御する。

この状態で暖房運転すると、圧縮機１に吸込まれたガス冷媒は、圧縮機１で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁２を通過して凝縮器となる室内熱交換器２０に入る。ここで、ガス冷媒は、室内空気と熱交換を行い、冷やされて凝縮し、液または気液混合の冷媒となる。液または気液混合の冷媒となった冷媒は、室内機Ｂを出て室外機Ａに入り、減圧装置３を通過することで減圧されて低圧の気液混合の冷媒となる。

この気液混合冷媒は、２つの主回路開閉弁４ａ、４ｂを通過し、蒸発器となる室外熱交換器６の上側熱交換器６ａ及び下側熱交換器６ｂに分かれて入り、上側熱交換器６ａ及び下側熱交換器６ｂで室外空気と熱交換し、加熱されてガス冷媒となって圧縮機１に戻る。

上述した冷媒の流れが繰り返えされることにより、暖房運転が継続される。この暖房運転中に室外空気から熱を奪うため、室外熱交換器６が低温となる。室外空気温度が０℃近辺まで下がると、室外熱交換器６の冷媒管６１及び熱交換フィン６２に着霜が始まる。この現象は、室外空気の温度が低く、湿度が高いと顕著になる。この着霜が進むと、室外空気から汲み上げる熱量が減少するために、暖房能力が低減し、室内を十分に暖房できなくなる。このため、暖房能力を維持しつつ除霜を行うために、暖房サイクルによる除霜・暖房同時運転に切換えられる。

暖房サイクルにおける除霜・暖房同時運転について具体的に説明する。

暖房サイクルによる暖房運転を継続すると、環境条件によっては、前述のように室外熱交換器６に霜が付き、暖房能力が低下する。このとき、循環する冷媒の温度も低下するため、冷媒温度検知センサー３２によりこの温度を検知し、この検知温度と暖房運転の継続時間とに基づいて除霜・暖房同時運転の開始タイミングを判定している。具体的には、冷媒温度検知センサー３２の検知温度が所定の温度を下回り、かつ暖房サイクルでの暖房運転を所定の時間以上行っている場合に、着霜の量が所定の量に達したとみなし、暖房サイクルによる除霜・暖房同時運転を開始する。

この除霜・暖房同時運転では、室外熱交換器６の上側熱交換器６ａ及び下側熱交換器６ｂに対して各々異なった冷媒を通流させると共に、ホットガス冷媒を流す上側熱交換器６ａまたは下側熱交換器６ｂに対応する誘導加熱ヒータ７ａまたは７ｂに通電することで、上側熱交換器６ａまたは下側熱交換器６ｂの熱交換フィンを直接加熱して除霜しつつ、他の冷媒を流す下側熱交換器６ｂまたは上側熱交換器６ａにより室内の暖房を継続する。即ち、除霜・暖房同時運転中、室外熱交換器６の一方の熱交換器（上側熱交換器６ａまたは下側熱交換器６ｂ）にホットガスを流して除霜すると共に、室外熱交換器６の他方の残された熱交換器（下側熱交換器６ｂまたは上側熱交換器６ａ）で室外空気から熱を吸収し室内機の暖房を継続する。この間に誘導加熱ヒータ７ａまたは７ｂで上側熱交換器６ａまたは下側熱交換器６ｂを直接誘導加熱することで除霜性能を向上させる。

この除霜・暖房同時運転時の各部の動作について具体的に説明する。

暖房サイクルによる暖房運転中に除霜・暖房同時運転を開始する場合、室外制御装置３１は四方弁２を暖房サイクル側に保持しながら、始めに室外熱交換器６の上側熱交換器６ａの経路に存在する上側主回路開閉弁４ａを閉じ、次に上側熱交換器６ａの経路にホットガスを流すために上側バイパス開閉弁５ａを開く。このことにより、室外熱交換器６の上側熱交換器６ａが凝縮器として機能し、ホットガスが持つ熱量を冷媒管６１を通して熱交換フィン６２に熱伝達しながら霜を解かし始める。また、室外制御装置３１は、係る冷凍サイクルの切換えと共に、室外ファン８を停止させ、室外熱交換器６の上側熱交換器６ａの熱交換フィン６２をフィン外側から直接加熱するために上側誘導加熱ヒータ７ａに通電する。上側熱交換器６ａの熱交換フィン６２はホットガスから得た熱量と上側誘導加熱ヒータ７ａから得た熱量を同時に霜へ与えられるため、付着した霜を短時間で除霜することが可能となる。

霜が解けきると、上側熱交換器６ａを通った冷媒の温度が上昇を始める。室外制御装置３１は、この温度を上側熱交換器６ａの出口に取付けられた上側出口冷媒温度センサー３３ａで検知して、所定の温度に達した所で上側熱交換器の除霜を終了する。

上側熱交換器の除霜を終了すると、室外制御装置３１は下側熱交換器６ｂの除霜を開始させる。即ち、室外制御装置３１は、まず、室外熱交換器６の上側熱交換器６ａの経路の上側主回路開閉弁４ａを開き、下側熱交換器６ｂの経路の下側主回路開閉弁４ｂを閉じ、次に、上側バイパス開閉弁５ａを閉じて下側バイパス開閉弁５ｂを開く。そして、室外制御装置３１は上側誘導加熱ヒータ７ａの通電を止めて下側誘導加熱ヒータ７ｂの通電を開始する。このことにより室外熱交換器６の下側熱交換器６ｂについて除霜を行い、下側熱交換器６ｂの出口に取付けられた下側出口冷媒温度センサー３３ｂで冷媒の温度を監視しながら所定の温度に達した所で下側熱交換器６ｂの除霜を終了する。

下側熱交換器６ｂの除霜が終了すると、室外制御装置３１は、下側熱交換器６ｂの経路の下側主回路開閉弁４ｂを開き、下側熱交換器６ｂの経路にホットガスを流していた下側バイパス開閉弁５ｂを閉じることで、冷凍サイクルを通常の暖房サイクルによる暖房運転に戻す。また同時に、室外制御装置３１は、下側誘導加熱ヒータ７ｂの通電を停止させ、室外ファン８を通常回転数の駆動に戻して除霜・暖房同時運転を終了する。

次に、除霜・暖房同時運転中に動作する誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂについて、図３から図５を参照しながら具体的に説明する。

図３に示すように、誘導加熱ヒータ７は、２つの独立した誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂで構成されている。各誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂは、縦長環状の加熱コイル５０を複数接続して構成され、室外熱交換器６の上側熱交換器６ａ、下側熱交換器６ｂの内側（吹出し面側）に沿って設置されている。係る構成によって、室外空気が通る室外熱交換器６の通風面に誘導加熱ヒータ７を設けても、通風抵抗の増大を抑制することができると共に、加熱コイル５０の磁力線７１による室外熱交換器６の放熱フィン６２の面での渦電流７２の発生を増大することができ、加熱量を増大することができる。

図３及び図４に示すように、加熱コイル５０は、略長方形をしており、垂直に設けられた熱交換フィン６２に対して平行に延びる垂直部５０ａを両側に有している。垂直部５０によって、加熱コイル５０の磁力線７１による室外熱交換器６の放熱フィン６２の面での渦電流７２の発生をより一層増大することができる。なお、加熱コイル５０は略楕円形の形状をしていてもよい。

加熱コイル５０は室外熱交換器６の熱交換フィン６２の内側に隣接して取付けられている。これによって、加熱コイル５０が室外機Ａの通風口などの外部から室外熱交換器６で保護されることとなり、安全性を向上することができる。

そして、複数の加熱コイル５０が電気的に直列に接続されて各誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂが構成されている。室外熱交換器６の熱交換フィン６２を直接誘導加熱するために１０〜１００ｋＨｚの高周波交流電流を数十Ａ流せる加熱コイル５０としている。

図５に示すように、加熱コイル５０は、絶縁樹脂５１、導線５２及び導線保護部材５３を備えている。導線５２は、絶縁皮膜を有した細線を複数本寄り合せた寄り線で構成されると共に、電気抵抗が極めて低い特性の線材を用いている。この導線５２を用いることで線材内の表面効果による損失と自己発熱による損失を抑制し、数十Ａの高周波交流電流を低損失で通電することを可能としている。そして、この導線５２が加熱コイル５０内部に多段状に積層巻きされ、外郭が絶縁樹脂５１によりモールドされている。

効率の良い誘導加熱を行うためには、被加熱体である熱交換フィン６２と誘導加熱に用いる加熱コイル５０とが隙間無く密着していることが望ましい。また、誘導加熱の効率は被加熱体である熱交換フィンの電気的抵抗値が高い程、良くなる。言い換えれば、誘導加熱の基となる渦電流の流路の抵抗値が高い程、高効率になる。

そこで、本実施形態では、図３及び図４に示すように、概ね長方形、または楕円形の形状をした加熱コイル５０の長手方向と熱交換フィン６２の長手方向を同一にして取付けている。このことにより、図５に示すように、加熱コイル５０が発する磁力線７１の大半が熱交換フィン６２の平面部に直交させて通すことが可能となり、有効に磁力線７１を利用することが可能となる。また、熱交換フィン６２は、その厚みが薄いことから、渦電流７２の流路上の電気抵抗値を高められる効果も得られる。また、室外熱交換器６と加熱コイル５０を実質的に接触させて設置しているので、加熱コイル５０周辺での磁気漏洩を低減し、一環の加熱コイル５０で複数の熱交換フィン６２に対し一度に磁力線７１を供給することを可能としている。また、複数の加熱コイル５０を室外熱交換器６に均等に配置しているので、室外熱交換器６の全域に対して均一に磁気を供給することができる。

誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂは熱交換フィン６２に実質的に接触させた状態で取付けている。このため、空気調和機が運転を開始すると、熱交換フィン６２が微少振動を繰返し、誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂの接触面を掘削する可能性がある。加熱コイル５０の接触面が掘削されてしまうと、モールドされている内部の導線５２に熱交換フィン６２が接触する恐れがでてくる。そこで、本実施形態では、図５に示すように、薄い板で形成された導線保護部材５３を導線５２の熱交換フィン側の導線５２と共にモールドしている。導線保護部材５３は誘導加熱時に発熱しない性質のものであり、かつ磨耗性に優れた材質を選定することが望ましい。本実施形態では銅板を用いているが、同等の性能を有した材料であれば代替板として利用可能である。この導線保護部材５３の存在により、熱交換フィン６２がモールド部分を削り落とした場合でも掘削の進行が薄い板５３の部分で止まり、電気的な事故を未然に防止することが可能となる。

なお、導線保護部材５３を加熱コイル５０と共にモールドせず、前記性質をもった素材のテープ、例えば厚手の銅箔テープ等を加熱コイル５０の熱交換フィン６２側面に貼り付け、剥離しないように固定してもよい。

室外熱交換器６の通風性能は風路上に障害物があると低下するが、本実施形態では、複数の加熱コイル５０を室外熱交換器６に均等に配置したことで、個々の通風抵抗を低く抑えることが可能となり、通常の暖房サイクルまたは冷房サイクルを行う上では支障をきたすことなく、十分に熱交換が行えるようになっている。

以上説明した通り、本実施形態の空気調和機は、暖房運転中に除霜を行うが、除霜中に誘導加熱ヒータ７ａ、７ｂへ交流電流を通電し室外熱交換器６を直接誘導加熱することで、除霜時間を短縮することが可能となり、室外空気温度が低い場合においても圧縮機１の熱容量のみに除霜熱量を依存する必要性が無くなる。よって室内機Ｂの吹出空気温度を常に高く維持することが可能となり快適性も向上させることができる。換言すれば、本実施形態によれば、除霜時の熱源を圧縮機以外に設けて、室外空気温度が低い場合においても除霜を暖房と同時に行って室内の快適性を維持しつつ、除霜時間を短縮可能とする空気調和機を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。この第２実施形態は、より高効率に誘導加熱を行うことを可能にした実施形態である。

第１実施形態のアルミニウムを主原料とした熱交換フィン６２は、弱磁性体であり、かつ電気抵抗が低くい特性をもっている。このため、加熱コイル５０の誘導加熱により短時間で熱交換フィン６２加熱するには、極力高い周波数、例えば３０ｋＨｚ以上の周波数でかつ数十Ａの交流電流を加熱コイル５０に通電し、熱交換フィン６２に交流磁界を与える必要がある。

しかし、高周波交流電流を導線５２に通電すると、導線５２の内部で表皮効果の影響が高まり導線５２自体の電気抵抗値が上昇すると共に大電流が流れることで、導線５２の損失も上昇してしまう。導線５２に流れる電流をＩ、導線５２の抵抗をＲとすると、「Ｉ×Ｉ×Ｒ」で求められる電力が熱に変化して失われてしまう。

また、過大な交流磁界を熱交換フィン６２に与えると、熱交換フィン６２が着磁し、保磁力が働いている一瞬の期間だけ熱交換フィン６２自体が磁気を発生する。このため、この磁気が自然消滅するまで加熱コイル５０がこの磁気の影響を受け、次の２つの現象を発生させる。１つは熱交換フィン６２の磁気が自然消滅する一瞬の期間だけ加熱コイル５０に直流電流が流れ、この間は加熱コイル５０の磁束密度を変化させることができず、熱交換フィン６２内の渦電流７２の流れも止まってしまう。２つ目の現象は直流電流が流れている期間は交流性が損なわれるため交流電流の周波数が低下する欠点がある。

そこで、この第２実施形態では、誘導加熱に適した素材を熱交換フィン６２の表面にコーティングし、このコーティングした熱交換フィン６２を誘導加熱により直接加熱することで前述した欠点を解決している。

一例を挙げると、熱交換フィン６２の表面に電気抵抗が高い金属を鍍金し、この鍍金した部分に対して誘導加熱を行うことで鍍金した金属内に渦電流７２を通電する。このことにより被加熱体の電気抵抗を高めることが可能となり、誘導加熱に用いる交流電流の周波数と電流量を抑えることができる。なお、この鍍金に適した金属としては耐食性が優れ、かつ電気抵抗がアルミニウムより高い金属であるステンレス鋼等を候補として挙げることができる。また、鍍金はスパッタリング等の真空蒸着方法を用いることで行うことが可能である。

製造コストを抑えたコーティングの方法の一例を挙げると、誘導加熱に適した素材をコーティング材に混ぜて熱交換フィン６２に塗装することで製造コストを抑えることが可能である。室外熱交換６は熱交換フィン６２の撥水性を高めるために撥水コーティングを施すことが一般的に行われている。よってこのコーティング材の中に電気抵抗の高い素材、例えば炭素系繊維またはカーボン粒子を混ぜて、熱交換フィン６２に塗布することで渦電流７２に対する電気抵抗を高めることが可能となる。

この第２実施形態によれば、熱交換フィン６２に前述した工夫を施すことで誘導加熱に用いる電力を効率良く利用することが可能となるため、暖房運転時の消費電力についても低く抑えることができる。

本発明の第１実施形態の空気熱源ヒートポンプ式の空気調和機の構成図。図１の空気調和機の制御系の構成図。図１の室外熱交換器及び誘導加熱ヒータの斜視図。図３の室外熱交換器と誘導加熱ヒータの加熱コイルの部分拡大模式図。図４における加熱コイルによる加熱原理を説明する図。従来の空気調和機の構成図。

符号の説明

Ａ…室外機、Ｂ…室内機、１…圧縮機、２…四方弁、３…減圧装置、４ａ…上側主回路開閉弁、４ｂ…下側主回路開閉弁、５ａ…上側バイパス開閉弁、５ｂ…下側バイパス開閉弁、６…室外熱交換器、７ａ…上側誘導加熱ヒータ、７ｂ…下側誘導加熱ヒータ、８…室外ファン、１１…ホットガスバイパス回路、１２…吐出配管、２０…室内熱交換器、２１…室内ファン、３１…室外制御装置、３２…冷媒温度検知センサー、３３ａ…上側出口冷媒温度センサー、３３ｂ…下側出口冷媒温度センサー、４１…室内制御装置、４２…吹出空気温度センサー、５０…加熱コイル、５１…絶縁樹脂、５２…コイル導線、５３…導線保護部材、６１…冷媒管、６２…熱交換フィン、７１…磁力線、７２…渦電流。

Claims

筐体の通風口に沿って配置されて該通風口を通して吸込まれる室外空気と熱交換する室外熱交換器を部分的に除霜しながら室内の暖房を行うことが可能な冷凍サイクルと、前記室外熱交換器の吹き出し面に対向して設置され、前記室外熱交換器に室外空気を通風する室外ファンとを備えた空気調和機において、
縦長環状の加熱コイルを複数接続して構成した誘導加熱ヒータを前記室外熱交換器と前記室外ファンの間であって、前記室外熱交換器の熱交換フィンの室外空気の吹出し面側である内側に隣接して設置し、前記室外熱交換器を除霜する部分に対応する前記誘導加熱ヒータの加熱コイルに交流電流を通電することで除霜中の前記室外熱交換器の熱交換フィンを誘導加熱することを特徴とする空気調和機。
圧縮機、切換弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して冷凍サイクルを構成し、前記室外熱交換器を蛇行状の冷媒管とこの冷媒管の水平部に狭い間隔で垂直に多数並置した縦長の熱交換フィンとで構成し、前記室外熱交換器に対して当該室外熱交換器の熱交換フィンの幅が狭い方向に室外空気を通風するように室外ファンを設置し、前記室外熱交換器を２つに分けて並列に接続し、前記２つに分けられた室外熱交換器の一方に前記圧縮機からホットガスを流して当該室外熱交換器の一方を除霜しながら室内の暖房を行い、その後に前記２つに分けられた室外熱交換器の他方に前記圧縮機からホットガスを流して当該室外熱交換器の他方を除霜しながら室内の暖房を行うように制御する制御装置を備えた空気調和機において、
前記２つに分けられた室外熱交換器のそれぞれに対応する２つの誘導加熱ヒータを備え、前記各誘導加熱ヒータは、縦長環状の加熱コイルを複数接続して構成されると共に、前記室外熱交換器の熱交換フィンの内側に隣接して設置され、前記制御装置は、前記２つに分けられた各室外熱交換器の除霜を行う場合に、その除霜を行う方の室外熱交換器に対応する誘導加熱ヒータに交流電流を供給して当該室外熱交換器の熱交換フィンを誘導加熱するように制御することを特徴とする空気調和機。
請求項１または２において、前記誘導加熱ヒータの加熱コイルは略長方形または略楕円形に形成されていることを特徴とする空気調和機。
請求項１または２において、前記誘導加熱ヒータの加熱コイルは垂直に設けられた前記熱交換フィンに対して平行に延びる垂直部を両側に有することを特徴とする空気調和機。
請求項１または２において、前記室外熱交換器の熱交換フィンをアルミフィンの表面に当該アルミフィンより電気抵抗の高い材料の被膜を形成したことを特徴とする空気調和機。
請求項５において、前記室外熱交換の熱交換フィンの表面に形成される皮膜は、撥水性を高めるために当該熱交換フィンの表面に施される撥水コーティング材の中に電気抵抗の高い素材である炭素系繊維またはカーボン粒子を混ぜることにより形成されていることを特徴とする空気調和機。
請求項１または２において、前記誘導加熱ヒータの加熱コイルは、絶縁被覆の内部に絶縁被膜を有した細線を複数本撚り合わせた撚り線からなる導線を有すると共に、この導線より前記室外熱交換器の熱交換フィン側に掘削防止部材を有することを特徴とする空気調和機。