JP2007155259A - 冷媒加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後付けが容易であり、且つ、熱回収効率を向上させることが可能な冷媒加熱装置を提供する。
【解決手段】冷媒を加熱するためのオプションヒータユニット１０であって、液管１２と、ガス管１３と、ヒータ１９と、ケーシング１１とを備えている。液管１２は、液冷媒が流通するように構成されている。ガス管１３は、ガス冷媒が流通するように構成されている。ヒータ１９は、液管を流通する冷媒を加熱する。ケーシング１１は、液管１２およびガス管１３の各両端部分が外部に通じるように、液管１２とガス管１３とヒータ１９とを収納する。そして、ヒータ１９の少なくとも一部が、ガス管１３に近接して配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒加熱装置、特に、冷媒配管中を流れる冷媒を加熱する冷媒加熱装置に関する。

一般に、冷媒加熱装置として、空気調和装置の室内機と室外機との間で循環する冷媒を加熱するものが知られている。
このような冷媒加熱装置では、従来より、例えば、以下に示す特許文献１において、この種の冷媒加熱装置が開示されている。この冷媒加熱装置は、冷媒回路中、圧縮機の吐出側の配管に設けられており、暖房運転時の補助ヒータ等として用いられている。

この冷媒加熱装置のヒータとしては、例えば、磁性体等の発熱体を含む配管にコイルが巻き付けられ、このコイルに対して高周波電流が供給されることにより、磁性体を電磁誘導により加熱するものが用いられる。この電磁誘導加熱方式では、コイルに高周波電流が供給されることで生じる磁力線によって磁性体を非接触に加熱することができるため、冷媒を素早く加熱できる等の利点を有しており、近年、特に注目されている。

そして、本願出願人は、以下に示す特許文献２に記載のように、空気調和装置を構成する室内機や室外機とは別個に、後付け可能な（ユニット化させた）冷媒加熱装置を提案している。この冷媒加熱装置では、ガス管とヒータが設けられた液管とが設けられており、各配管の両端部分において、室外機側と室内機側とのそれぞれに対して接続可能となるように構成されている。このユニット化された冷媒加熱装置によると、冷媒加熱機能を後付けしたい場合であっても、空気調和装置の全体を取り替えること無く、冷媒加熱装置を容易に後付けすることができ、ユーザの希望に応じて冷媒の素早い加熱効果が得られる。
特開平５−２２３１９４号公報 特開２００２−５５３７号公報

この特許文献２に記載の後付け可能な冷媒加熱装置では、冷媒の加熱を素早くする目的で空気調和装置に後付けした場合、運転に必要とされるエネルギが増加することになる。ところが、液管に取り付けられたヒータからの熱の一部が、冷媒に伝わることなく周囲に漏れ出しており、熱ロスが生じている。
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、後付けが容易であり、且つ、熱回収効率を向上させることが可能な冷媒加熱装置を提供することにある。

第１発明に係る冷媒加熱装置は、冷媒を加熱するための冷媒加熱装置であって、液管と、ガス管と、加熱部と、ケーシングとを備えている。液管は、液冷媒が流通するように構成されている。ガス管は、ガス冷媒が流通するように構成されている。加熱部は、液管を流通する冷媒を加熱する。ケーシングは、液管およびガス管の各両端部分が外部に通じるように、液管とガス管と加熱部とを収納する。そして、加熱部の少なくとも一部が、ガス管に近接して配置されている。なお、ここでの加熱部とガス管との近接した配置には、加熱部とガス管とが接触して配置されている場合が含まれる。また、ここでの液管、ガス管および加熱部を収納するケーシングとしては、例えば、液管、ガス管および加熱部に対して繊維状のものを巻き付けて構成されるものであってもよく、樹脂等によって形成される筐体等であってもよく、このケーシングを構成する素材としては硬質の素材であってもよいし柔軟性を有する素材であってもよく、特に限定されるものではない。

冷媒加熱機能を備えさせる目的で空気調和装置に冷媒加熱装置を後付けした場合、運転に必要とされるエネルギが増加するが、従来の冷媒加熱装置では、液管に取り付けられたヒータからの熱の一部が液管を流通する冷媒に伝わることなく周囲に漏れ出すことで熱ロスが生じることがあり、熱効率が悪い。
これに対して第１発明の冷媒加熱装置は、ケーシングによって１つのユニットとして構成され、空気調和装置の設置後に取り付けるようにしている。具体的には、この冷媒加熱装置では、液管およびガス管の各両端部分がケーシングの外部に通じているため、一端を室内機に対して、他端を室外機に対して、それぞれ接続することができる。このため、冷媒加熱機能を後付けしたい場合であっても、空気調和装置の全体を取り替えること無く、冷媒加熱装置を容易に後付けすることができる。また、加熱部は、熱伝達効率の高い液管を流通する冷媒を対象として加熱を行う。そして、この加熱部の少なくとも一部に近接して配置されているガス管は、この加熱部からの液冷媒の加熱に用いられることなく漏れ出した熱の一部を回収する。このように回収された熱を利用して、ガス管を流れる冷媒を加熱することができる。
これにより、空気調和装置に対して容易に後付けすることができ、且つ、熱回収効率を向上させることが可能になる。

第２発明に係る冷媒加熱装置は、第１発明の冷媒加熱装置であって、ケーシングは、加熱部、液管およびガス管を一体化させる断熱材として機能する。
ここでは、断熱材として機能するケーシングが、加熱部、液管およびガス管を一体化させている。これにより、加熱部から生じた熱が外部に漏れ出すことを抑えて、熱を有効に利用しつつ、断熱材をケーシングとは別途新たに設ける必要を無くすることができる。
これにより、ケーシングが加熱部、液管およびガス管を一体化させる機能と断熱機能とを兼ねることで、部品点数の増加を抑えつつ熱回収効率を向上させることが可能になる。

第３発明に係る冷媒加熱装置は、第１発明または第２発明の冷媒加熱装置であって、バイパス管と、開閉機構をさらに備えている。バイパス管は、液管とガス管とをバイパスする。開閉機構は、バイパス管に設けられている。ケーシングは、加熱部、液管およびバイパス管を一体化させる断熱材として機能する。

ここでは、断熱材として機能するケーシングが、加熱部、液管およびバイパス管を一体化させている。これにより、加熱部から生じた熱が外部に漏れ出すことを抑えて、熱を有効に利用しつつ、断熱材をケーシングとは別途新たに設ける必要を無くすることができる。また、バイパス管は、液管とガス管とをバイパスしており冷媒を分流させることができ、開閉機構によって分流を行うか否か、分流される冷媒の量を調整することができる。

このため、ケーシングが加熱部、液管およびバイパス管を一体化させる機能と断熱機能とを兼ねることで、部品点数の増加を抑えつつ、流量調整のためにバイパス管を流れる冷媒についても熱回収効率を向上させることが可能になる。
なお、例えば、本第３発明と第２発明とを両立させて得られる発明では、ガス管だけでなくバイパス管についても一体に断熱されるため、熱回収効率をいっそう向上させることが可能になる。

第４発明に係る冷媒加熱装置は、第１発明から第３発明のいずれかの冷媒加熱装置であって、加熱部、液管およびガス管を一体化させる断熱材をさらに備えている。
ここでは、断熱材によって、加熱部、液管およびガス管が一体化されることで、加熱部からの熱が外部に漏れ出すことを抑えることができる。さらに断熱材は、ケーシングによって覆われているため、断熱効果を向上させることができる。
これにより、ケーシングだけでなく断熱材が設けられていることによって、熱回収効率を向上させることが可能になる。

第５発明に係る冷媒加熱装置は、第１発明から第４発明のいずれかの冷媒加熱装置であって、バイパス管と、開閉機構と、断熱材とをさらに備えている。バイパス管は、液管とガス管とをバイパスしている。開閉機構は、バイパス管に設けられている。断熱材は、加熱部、液管およびバイパス管を一体化させている。

ここでは、断熱材が、加熱部、液管およびバイパス管を一体化させている。これにより、加熱部から生じた熱が外部に漏れ出すことを抑えて、熱を有効に利用することができる。また、バイパス管は、液管とガス管とをバイパスしており冷媒を分流させることができ、開閉機構によって分流を行うか否か、分流される冷媒の量を調整することができる。
このため、ケーシングだけでなく断熱材が設けられていることによって、流量調整のためにバイパス管を流れる冷媒についても熱回収効率を向上させることが可能になる。
なお、例えば、本第５発明と第４発明とを両立させて得られる発明では、ガス管だけでなくバイパス管についても一体に断熱されるため、熱回収効率をいっそう向上させることが可能になる。

第６発明に係る冷媒加熱装置は、第１発明から第５発明のいずれかの冷媒加熱装置であって、液管において冷媒の流れる向きと、ガス管において冷媒の流れる向きとは、互いに略逆向きである。

ここでは、液管を流れる冷媒の方向と、ガス管を流れる冷媒の方向とが互いに逆向きとなっている。このため、ガス管を流れる冷媒は、始めは加熱部によって加熱される前の液管を流れる冷媒からの熱回収によって少しづつ温度が上昇し、終わりは加熱部によって充分に加熱された液管を流れる冷媒からの熱回収によってさらに温度を上昇させることができる。
これにより、熱回収効率をよりいっそう向上させることが可能になる。

第７発明に係る冷媒加熱装置は、第１発明から第６発明のいずれかの冷媒加熱装置であって、液管において冷媒の流れる向きと、ガス管において冷媒の流れる向きとは、略同じ向きである。
ここでは、ガス管と液管とのそれぞれについて冷媒の流れる向きが略同一となっているため、例えば、空気調和装置に対して設置する場合に、室内機側からの冷媒配管および室外機側からの冷媒配管を折り曲げる等によって設置に要するスペースが拡大することを抑えることができる。
これにより、冷媒加熱装置の大きさを抑えて、設置スペースを狭小化させることが可能になる。

第８発明に係る冷媒加熱装置は、第１発明から第７発明のいずれかの冷媒加熱装置であって、加熱部は、液管に巻き付けられるコイルと、磁性体部分と、を有している。コイルの外周は、ガス管に近接して配置されている。なお、ここでの加熱部の有している磁性体部分は、液管の内壁に設けられていてもよいし、液管の内部に設けられていてもよい。

ここでは、磁性体部分に巻き付けられているコイルに高周波電流が流され、電磁誘導によって生じる熱を利用して冷媒を迅速に加熱することができる。

第１発明に係る冷媒加熱装置では、空気調和装置に対して容易に後付けすることができ、且つ、熱回収効率を向上させることが可能になる。
第２発明に係る冷媒加熱装置では、ケーシングが加熱部、液管およびガス管を一体化させる機能と断熱機能とを兼ねることで、部品点数の増加を抑えつつ熱回収効率を向上させることが可能になる。

第３発明に係る冷媒加熱装置では、ケーシングが加熱部、液管およびバイパス管を一体化させる機能と断熱機能とを兼ねることで、部品点数の増加を抑えつつ、流量調整のためにバイパス管を流れる冷媒についても熱回収効率を向上させることが可能になる。
第４発明に係る冷媒加熱装置では、ケーシングだけでなく断熱材が設けられていることによって、熱回収効率を向上させることが可能になる。

第５発明に係る冷媒加熱装置では、ケーシングだけでなく断熱材が設けられていることによって、流量調整のためにバイパス管を流れる冷媒についても熱回収効率を向上させることが可能になる。
第６発明に係る冷媒加熱装置では、熱回収効率をよりいっそう向上させることが可能になる。

第７発明に係る冷媒加熱装置では、冷媒加熱装置の大きさを抑えて、設置スペースを狭小化させることが可能になる。
第８発明に係る冷媒加熱装置では、電磁誘導加熱によって冷媒を迅速に加熱することができる。

＜発明の概略＞
本発明は、冷媒配管中を流れる冷媒を加熱するユニット化された冷媒加熱装置を提供する。本発明の冷媒加熱装置では、ユニット内において、液配管の冷媒を加熱する加熱部の近傍にガス配管を配置して熱回収を行う構造を採用している。本発明は、このように冷媒加熱機能を空気調和装置に対して室内機や室外機とは別個に後付けする場合であっても、取り付けが容易であり、冷媒加熱による熱ロスを低減させて加熱効率を向上させる点に特徴がある。

以下、本発明の一実施形態が採用された冷媒加熱装置について、以下の実施形態を例に挙げて具体的に説明する。また、冷媒加熱装置に関する他の実施形態については、後述する。
＜空気調和装置４０の概略構成＞
空気調和装置４０は、図１に示すように、液配管４３およびガス配管４４によって接続された室外ユニット４１と、室内ユニット４２とを有している。そして、オプションヒータユニット１０は、この液配管４３やガス配管４４等で構成される既設の冷媒回路５０の途中に後付けされ、冷媒回路５０を流れる冷媒を部分的に加熱する補助ヒータとして用いられる。

＜オプションヒータユニット１０の構成＞
オプションヒータユニット１０は、図２に示すように、略直方体形のケーシング１１によってユニット化されており、このケーシング１１に液管１２、ガス管１３、ヒータ１９、除霜コントローラ３０および断熱材１１ａが収納されている。
液管１２は、図２に示すように、ケーシング１１の中央部付近に略水平に配置され、ケーシング１１の対向する第１側面１５および第２側面１６の中央部付近を貫通している。つまり、液管１２の一端部１２ａは、ケーシング１１の第１側面１５から図の左に向かってケーシング１１の外側に突き出している。そして、液管１２の他端部１２ｂは、ケーシング１１の第２側面１６から図の右に向かってケーシング１１の外側に突き出している。液管１２の両端部１２ａ,１２ｂは、図２に示すように、片ユニオン管継手１７がろう付されている。冷媒回路５０の液配管４３と液管１２との接続は、液配管に嵌め込まれているフレアナット５３（図１参照）を液管１２の片ユニオン管継手１７にねじ込むことで接続される。

ヒータ１９は、図３に示すように、コイル１９ａと、磁性体材料を含んでいる磁性体部１９ｂと、高周波電源１９ｃ（図２では図示を省略）と、を有している。このヒータ１９は、図２に示すように、第１側面１５側から順に液管１２を流れる冷媒を加熱する。具体的には、ヒータ１９の磁性体部１９ｂは、液管１２の表面に設けられている。ヒータ１９のコイル１９ａは、液管１２の表面を覆っている磁性体部１９ｂのさらに外部に巻き付けられている。また、高周波電源１９ｃは、コイル１９ａの両端部分に接続されており、後述する除霜コントローラ３０からの指令を受けて、高周波電流をコイル１９ａに対して供給する。そして、ヒータ１９による加熱は、図３に示すように、高周波電源１９ｃからコイル１９ａに高周波電流が供給され、コイル１９ａに高周波の電流が流れることにより、コイル１９ａの周辺に磁力線が生じ、高周波磁界が発生する。この磁束は、電磁誘導にしたがって、磁性体に誘導電流を誘起させる。このため、磁性体材料を含んでいる磁性体部１９ｂにおいて無数の渦電流が誘起される。これにより、磁性体部１９ｂ自体の電気抵抗と無数の渦電流とによってジュール熱が発生し、磁性体部１９ｂは、瞬時に発熱する（電磁誘導加熱方式）。加熱された磁性体部１９ｂの熱は、液管１２および液管を流れる。これにより、磁性体部１９ｂが加熱されるだけでなく液管１２が加熱され、液管１２を流れる冷媒が加熱される。ここで、電磁誘導加熱によって磁性体部１９ｂから生じた熱の一部が、液管１２を流れる冷媒に伝わることなく、ヒータ１９の周囲に拡散する。

ガス管１３は、液管１２もしくはそれを取り巻くヒータ１９に接するようにして、ケーシング１１の下部に略水平に配置され、ケーシング１１の対向する第１側面１５および第２側面１６の下部付近を貫通している。具体的には、ガス管１３は、図２に示すように、ヒータ１９のコイル１９ａに接するようにして配置されているため、磁性体部１９ｂから拡散してくる熱を回収し、内部を流れる冷媒を加熱することができる。また、上述した冷媒回路５０の接続形態によると、ある運転サイクルにおいて、ガス管１３内を流れる冷媒の方向と、液管１２内を流れる冷媒の方向とは、互いに略逆方向となるように配置されている。このため、ガス管１３を流れる冷媒の熱回収は、より効率的に行うことができている。

ここで、ガス管１３の一端部１３ａは、ケーシング１１の第１側面１５から図の左に向かってケーシング１１の外側に突き出している。また、ガス管１３の他端部１３ｂは、ケーシング１１の第２側面１６から図の右に向かってケーシング１１の外側に突き出している。ガス管１３の両端部１３ａ,１３ｂは、図２に示すように、片ユニオン管継手１８がろう付されている。冷媒回路５０のガス配管４４とガス官１３との接続は、ガス配管４４に嵌め込まれているフレアナット５４（図１参照）をガス管１３の片ユニオン管継手１８にねじ込むことで接続される。

除霜コントローラ３０は、ケーシング１１内の上方に配置されており、逆サイクル加熱制御、正サイクル加熱制御、能力制御を行う。また、この除霜コントローラ３０は、冷媒回路の空調コントローラ６０から制御信号を受けることにより、ヒータ１９の高周波電源１９ｃの出力制御を行うように構成されている。
ここで、逆サイクル加熱制御では、逆サイクルデフロスト運転を行う際に空調コントローラ６０が出力する制御信号を受信したときに、ヒータ１９を駆動させる。また、正サイクル加熱制御では、正サイクルデフロスト運転を行う際に空調コントローラ６０が出力する制御信号を受信したときに、ヒータ１９を駆動させる。能力制御では、暖房運転時に暖房負荷に対し暖房能力が不足していると判断したときに空調コントローラ６０が出力する制御信号を受信したときに、ヒータ１９を駆動させる。

断熱材１１ａは、図２に示すように、上述した液管１２、ガス管１３およびヒータ１９を取り巻くようにして設けられている。これにより、ヒータ１９によって生じた熱を、外部に漏らすことなく、液管１２および液管１２を流れる冷媒に対して効率的に伝えることができる。さらに、ヒータ１９によって生じた熱の一部で、液管１２に対して伝わらなかった熱のガス管１３における回収を、効率的行うことができる。
ケーシング１１は、図２に示すように、略直方体形状であって、上述した液管１２、ガス管１３、ヒータ１９、断熱材１１ａおよび除霜コントローラ３０をまとめて覆うことで１つのユニットを構成している。

＜冷媒回路５０の構成＞
図１に示すように、オプションヒータユニット１０が後付けされることで、室内ユニット４２および室外ユニット４１に対して接続されている空気調和装置４０の冷媒回路５０について説明する。

室外ユニット４１は、圧縮機４５と、四路切換弁４６と、流量調整自在な電動膨張弁により構成される膨張弁４８と、室外空気と冷媒とを熱交換させる熱源側熱交換器としての室外熱交換器４７および室外ファン５７と、を備えている。ここで、四路切換弁４６は、接続状態を切り換えることにより冷媒の循環方向を反転させ、ヒートポンプサイクル動作と冷凍サイクル動作とを切り換える。また、室外熱交換器４７には、室外温度Ｔ１を検出して制御信号を出力する外気温センサＳ１が設置されている。室外熱交換器４７の伝熱管には、冷媒温度Ｔ２を検出して、制御信号を出力する熱交温度センサＳ２が設置されている。

室内ユニット４２は、冷媒と室内空気とを熱交換させる利用側熱交換器としての室内熱交換器４９および室内ファン５８を備えている。また、室内熱交換器４９には、室内温度Ｔ３を検出して制御信号を出力する室内温度センサＳ３が設置されている。
冷媒回路５０は、上述した圧縮機４５、四路切換弁４６、室外熱交換器４７、膨張弁４８および室内熱交換器４９が、液配管４３およびガス配管４４により接続され、冷媒循環が可逆となるようにして形成されている。

液配管４３は、室外熱交換器４７に接続する第１液配管５１と室内熱交換器４９に接続する第２液配管５２とにより構成されている。第１液配管５１と第２液配管５２とがオプションヒータユニット１０の液管１２を介して接続されている。
具体的には、液管１２の一端部１２ａは、室外熱交換器４７に接続される第１液配管５１の一端に接続されている。この接続は、第１液配管５１に嵌め込まれているフレアナット５３を液管１２の端部１２ａにろう付されている片ユニオン管継手１７に嵌め込むことにより行っている。液管１２の他端部１２ｂは、室内熱交換器４９に接続される第２液配管５２の一端に接続されている。この接続は、第２液配管５２に嵌め込まれているフレアナット５３を液管１２の端部１２ｂにろう付されている片ユニオン管継手１７に嵌め込むことにより行っている。

暖房および正サイクルデフロスト運転時には、冷媒が端部１２ａから端部１２ｂに向かって液管１２を流れ、逆サイクルデフロスト運転時には、冷媒が端部１２ｂから端部１２ａに向かって流れるように構成されている。
ガス配管４４は、室外熱交換器４７に接続する第１ガス配管５５と室内熱交換器４９に接続する第２ガス配管５６とにより構成されている。第１ガス配管５５は、四路切換弁４６と圧縮機４５が設置され、一端が室外熱交換器４７に接続されている。第１ガス配管５５と第２ガス配管５６とがオプションヒータユニット１０のガス管１３を介して接続されている。

具体的には、ガス管１３の一端部１３ａは、室外熱交換器４７に接続する第１ガス配管５５の一端に接続されている。この接続は、第１ガス配管５５に嵌め込まれているフレアナット５４をガス管１３の端部１３ａにろう付されている片ユニオン管継手１８に嵌め込むことにより行っている。ガス管１３の他端部１３ｂは、室内熱交換器４９に接続する第２ガス配管５６の一端に接続されている。この接続は、第２ガス配管５６に嵌め込まれているフレアナット５４をガス管１３の端部１３ｂにろう付されている片ユニオン管継手１８に嵌め込むことにより行っている。

＜空調コントローラ６０による制御＞
空調コントローラ６０は、上述した外気温センサＳ１、熱交温度センサＳ２および室内温度センサＳ３等の各センサから出力される各温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３についての制御信号を受信する。この空調コントローラ６０は、各温度の制御信号Ｔ１,Ｔ２,Ｔ３を受け取り、暖房運転とデフロスト運転との切り換えを行うと共に、オプションヒータユニット１０に設けられる除霜コントローラ３０に制御信号を送る。

空調コントローラ６０は、逆サイクルデフロスト制御、正サイクルデフロスト制御、暖房制御を行う。
逆サイクルデフロスト制御では、外気温センサＳ１が検出する室外温度Ｔ１が０℃未満の場合の暖房運転時において、熱交温度センサＳ２が検出する冷媒温度Ｔ２から着霜と判断されたときに、暖房運転を逆サイクルデフロスト運転に切り換えると共に、除霜コントローラ３０に制御信号である逆サイクルデフロスト信号を出力する。

正サイクルデフロスト制御では、外気温センサＳ１が検出する室外温度Ｔ１が０℃以上の場合の暖房運転時において、熱交温度センサＳ２が検出する冷媒温度Ｔ２から着霜と判断されたときに、暖房運転を正サイクルデフロスト運転に切り換えると共に、除霜コントローラ３０に制御信号である正サイクルデフロスト信号を出力する。
暖房制御部６３は、暖房運転時において、外気温センサＳ１が検出する室外温度Ｔ１および室内温度センサＳ３が検出する室内温度Ｔ３により室内熱交換器４９の能力が不足していると判断されたときに、除霜コントローラ３０に制御信号であるハイパワー要求信号を出力する。

−運転動作−
オプションヒータユニット１０が接続された空気調和装置４０の運転動作について説明する。
（暖房運転）
暖房運転時には、四路切換弁４６による接続状態が図２中に示す実線側に切り換わる。圧縮機４５から吐出されたガス冷媒は、四路切換弁４６を通過した後、オプションヒータユニット１０のガス管１３を流れ、室内熱交換器４９に流れる。室内熱交換器４９に流入したガス冷媒は、室内空気と熱交換し、室内を暖房すると共に凝縮する。室内熱交換器４９から流出した液冷媒は、オプションヒータユニット１０の液管１２を通過した後、膨張弁４８により減圧されると共に低温の液冷媒となる。この低温の液冷媒は、室外熱交換器４７に流入し、室外空気と熱交換する。室外熱交換器４７では、液冷媒が蒸発し、この室外熱交換器４７を流出したガス冷媒は、四路切換弁４６を通過し、圧縮機４５に戻り、この循環が繰り返される。

（逆サイクルデフロスト運転）
また、空調コントローラ６０は、外気温センサＳ１が検出する室外温度Ｔ１が０℃未満の場合において、熱交温度センサＳ２によって検出される冷媒温度Ｔ２により着霜と判断されると、逆サイクルデフロスト制御を行う。逆サイクルデフロスト制御では、冷媒回路５０を逆サイクルデフロスト運転に切り換えると共に、除霜コントローラ３０に対して逆サイクルデフロスト信号を出力する。

この逆サイクルデフロスト運転では、圧縮機４５の出力を上げ、四路切換弁４６による接続状態を図中の波線側に切り換え、膨張弁４８を全開し、室外ファン５７および室内ファン５８を停止する。除霜コントローラ３０が逆サイクルデフロスト信号を受けると、逆サイクル加熱制御によってヒータ１９を駆動させる。
したがって、冷媒の循環方向が反転するため、圧縮機４５から吐出したガス冷媒は、四路切換弁４６、室外熱交換器４７、膨張弁４８、オプションヒータユニット１０の液管１２、ガス管１３および四路切換弁４６の順に通過し、圧縮機４５に戻る。

つまり、圧縮機４５から吐出した高温のガス冷媒は、室外熱交換器４７に流れる。そして、室外熱交換器４７に付着した霜が高温のガス冷媒によって融解する。
室外熱交換器４７を流れた冷媒は、冷媒回路５０の液配管４３を流れることになるが、この液配管４３を流れる途中において、オプションヒータユニット１０の液管１２を流れる。この液管１２を流れる際、冷媒はヒータ１９によって加熱される。この加熱された冷媒は、室内熱交換器４９を流れた後、オプションヒータユニット１０のガス管１３を流れる。そして、このガス管１３を流れる際に、ヒータ１９からの熱を回収することで、冷媒が加熱され、圧縮機４５に戻る。この循環動作を繰り返して室外熱交換器４７の逆サイクルデフロストが行われる。このように、逆サイクルデフロスト運転時において、オプションヒータユニット１０のヒータ１９が冷媒を加熱するので、除霜能力を向上させることができる。また、ガス管１３を流れる際に、冷媒に過熱度を充分に付けることができるため、圧縮機４５の運転を安定化させることができるようになる。

（正サイクルデフロスト運転）
また、空調コントローラ６０は、外気温センサＳ１が検出する室外温度Ｔ１が０℃以上の場合において、熱交温度センサＳ２により検出される冷媒温度Ｔ２によって着霜と判断されると、正サイクルデフロスト制御を行う。この正サイクルデフロスト運転では、空調コントローラ６０は、オプションヒータユニット１０に設置される除霜コントローラ３０に正サイクルデフロスト信号を出力する。

正サイクルデフロスト運転では、圧縮機４５の能力を小さくし、膨張弁４８を全開し、室内ファン５８を低回転に制御する。室外ファン５７は、暖房運転時と同様に運転されている。除霜コントローラ３０が正サイクルデフロスト信号を受けると正サイクル加熱制御を行って、ヒータ１９を駆動させる。
この場合、冷媒循環方向が反転することなく、冷媒が循環する。暖房運転時に比べ低圧の状態で圧縮機４５から吐出したガス冷媒はオプションヒータユニット１０のガス管１３を通過する際にヒータ１９から熱を回収することで加熱される。このため、室内熱交換器４９に流入する冷媒のエンタルピを上昇させることができる。そして、室内熱交換器４９において、このようにエンタルピが上昇したガス冷媒を用いて、室内空気と熱交換させて、室内の暖房を行うと共に冷媒を凝縮させる。このため、特に圧縮機４５の出力を上げることなく、暖房の能力を向上させることができる。液冷媒がオプションヒータユニット１０のヒータ１９により加熱された後、室外熱交換器４７に流れる。冷媒は、室外熱交換器４７の伝熱管に付着した霜を除霜して圧縮機４５に戻る。つまり、暖房運転を継続しながら除霜が行われる。

低外気温時での使用の場合や運転開始時の場合に、室内温度センサＳ３が検出する室内温度Ｔ３が所定温度以下の低温状態が所定時間以上継続するときには、室内熱交換器４９の能力が不足していると判断され、暖房制御部６３が除霜コントローラ３０にハイパワー要求信号を出力する。除霜コントローラ３０がハイパワー要求信号を受けると、能力制御を行い、ヒータ１９の高周波電源１９ｃの出力を上げる制御を行い、室内熱交換器４９から流出した冷媒を加熱する。

このため、室外熱交換器４７における冷媒の熱交換量を低減させることができる。したがって、室外熱交換器４７において、冷媒温度Ｔ２と外気温度Ｔ１との温度差が小さくなっても、冷媒の蒸発に必要な熱交換量を確保することができるので、室外熱交換器４７の冷媒温度を上昇させることができる。この結果、圧縮機４５に吸入される冷媒の温度が上昇すると共に、吐出温度が上昇し、室内熱交換器４９に流入する冷媒のエンタルピが上昇する。また、圧縮機４５から吐出した冷媒は、オプションヒータユニット１０のガス管１３を通過する際にヒータ１９からの熱を回収することでさらに加熱されるため、室内熱交換器４９に流入する冷媒のエンタルピはよりいっそう上昇される。

一方、室外熱交換器４７に流入する前に液冷媒が加熱されるので、室外熱交換器４７に流入する冷媒のエンタルピが低下することなく、室内熱交換器４９における冷媒の過冷却度を大きくすることができる。したがって、室内熱交換器４９から流出する冷媒のエンタルピを小さくすることができる。
よって、室内熱交換器４９に流入する冷媒のエンタルピが大きくなると共に、室内熱交換器４９から流出する冷媒のエンタルピが小さくなるので、室内熱交換器４９における冷媒凝縮量が増大し、室内熱交換器４９の能力が増大する。このように、空気調和装置４０の構成として能力の大きな室外熱交換器４７を採用することなく、室内熱交換器４９の能力を向上させることができ、暖房能力の不足を解消することができる。

（冷房運転）
冷房運転時には、四路切換弁４６が図中の波線側に切り換わる。圧縮機４５から吐出したガス冷媒は、四路切換弁４６を通過し、室外熱交換器４７に流れ、室外空気と熱交換をして凝縮する。凝縮した液冷媒は、膨張弁４８により減圧され、液管１２を通過して室内熱交換器４９に流入する。室内熱交換器４９において、液冷媒は、室内空気と熱交換し、該室内空気を冷却すると共に、蒸発する。蒸発したガス冷媒は、ガス管１３を通過し、四路切換弁４６を通過して、圧縮機４５に戻り、この循環が繰り返される。

＜本実施形態のオプションヒータユニット１０の特徴＞
（１）
既設の空気調和装置に冷媒加熱機能を備えさせる場合には、加熱に必要とされるエネルギが増大するが、従来の冷媒加熱装置では、このエネルギの増大分に関する配慮が特になされていないため、熱効率の向上が図られていない。

これに対して、本実施形態に係るオプションヒータユニット１０では、ガス管１３が、液管１２を加熱するヒータ１９に接するように配置されている。このため、液管１２の冷媒の補助ヒータ等として用いられるヒータ１９から得られる熱のうち、液管１２を流れる冷媒の加熱に利用されることなく漏れ出した熱があったとしても、近接されたガス管１３において熱回収することができる。このため、回収された熱によってガス管１３を流れている冷媒を加熱することができる。これにより、オプションヒータユニット１０を空気調和装置４０に対して後付けした場合であっても、熱ロスを抑えて、熱効率を向上させることができる。

また、オプションヒータユニット１０は、空気調和装置の設置当初と比較して室内の快適性を向上させたい場合や暖房能力を向上させたい場合において、空気調和装置を新たに買い換える必要がなく、既設装置と有効に利用しつつ一体化されたユニットを後付けするだけで、容易に快適性や暖房能力を向上させることができる。このため、ユーザの希望に応じて冷媒の加熱を素早くさせたり、補助ヒータとして活用させることができる。
また、上述のオプションヒータユニット１０のヒータ１９は、電磁誘導加熱方式を採用しているため、ヒータ１９を小型化させることができ、その結果、後付けするオプションヒータユニット１０自体をコンパクトに設計でき、後付けの際に必要とされる設置スペースが多く必要とならない。

（２）
本実施形態におけるオプションヒータユニット１０では、断熱材１１ａが、液管１２、ガス管１３およびヒータ１９を覆っている。このため、ヒータ１９から生じた熱が外部に漏れ出すことを抑えて、ヒータ１９から得られる熱を冷媒の加熱に有効に利用することができる。また、断熱材１１ａは、さらにケーシング１１によって覆われている。この結果、液管１２、ガス管１３およびヒータ１９は、二重に覆われていることになり、断熱効果をより向上させることができている。

（３）
本実施形態におけるオプションヒータユニット１０では、液管１２を流れる冷媒の方向と、ガス管１３を流れる冷媒の方向とが互いに逆向きになるように、各管が配置されている。このため、ガス管１３を流れる冷媒は、始めはヒータ１９によって加熱される前の液管１２を流れる冷媒からの熱回収によって少しづつ温度が上昇し、終わりはヒータ１９によって充分に加熱された液管１２を流れる冷媒からの熱回収によってさらに温度を上昇させることができる。これにより、ガス管１３における熱回収効率がより向上される。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態におけるオプションヒータユニット１０では、液管１２とガス管１３とがそれぞれ独立して並んでいる場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、図４に示すように、ケーシング１１内において、第１電磁弁２０が設けられた液管１２とガス管１３とが、第２電磁弁が設けられたバイパス管１４によってバイパスされている構成を採用してもよい。
具体的には、図４に示すように、バイパス管１４の一端は、液管１２におけるヒータ１９と第１電磁弁２０との間に接続されている。また、バイパス管１４の他端は、ガス管１３に接続されている。そして、第２開閉機構である第２電磁弁２２は、バイパス管１４の液管１２接続部分とガス管１３接続部分との間において設けられている。

そして、空調コントローラ６０からの制御指令にしたがって、除霜コントローラ３０は、第１電磁弁２０の開閉制御および第２電磁弁２２の開閉制御を行う。この開閉制御では、逆サイクルデフロスト運転に切り換えられる際に空調コントローラ６０が出力する制御信号を受けたときに、液管１２に設置される第１電磁弁２０を閉鎖し、バイパス管１４に設置される第２電磁弁２２を開放する。このようにバイパス管１４を設けることで、液管１２を流通するガス冷媒の一部を分流させて冷媒流量を調整することが可能になる。

ここでは、逆サイクルデフロスト運転時において冷媒を加熱するので、除霜能力を向上させることができる。また、これと同時に、室内熱交換器４９に流れる冷媒が遮断されて、室内熱交換器４９の温度低下を抑制することができ、室内熱交換器４９の温度低下を抑制することができる。これにより、暖房運転開始後、室内熱交換器４９が停止前の温度に戻るまでの時間の短縮効果を奏することができ、室内をさらに快適に保つことができる。

このような構成を採用する場合に、図５に示すように、ヒータ１９から液管１２の冷媒に伝わらなかった熱を、液管１２およびガス管１３だけでなく、バイパス管１４においても回収することができる。また、断熱材１１ａによって、液管１２、ガス管１３、ヒータ１９だけでなく、さらにバイパス管１４を取り囲むことで、上記実施形態における断熱効果だけでなく、バイパス管１４を流れる冷媒についての断熱性をも確保することができ、熱効率をよりいっそう向上させることができる。

（Ｂ）
上記実施形態におけるオプションヒータユニット１０では、ケーシング１１の内部に断熱材１１ａが設けられている場合について例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、ケーシング１１自体に断熱機能を備えた材料を採用した構成として、断熱材１１ａを省略してもよい。

これにより、断熱性を確保しつつ、断熱材１１ａをケーシング１１とは別途新たに設ける必要を無くすることができ、部品点数を削減させることができる。
（Ｃ）
上記実施形態におけるヒータ６０では、液管１２を流れる冷媒の向きと、ガス管１３を流れる冷媒の向きとが互いに逆向きである場合について例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、オプションヒータユニット１０内の液管１２の冷媒の流れる向きと、ガス管１３の冷媒の流れる向きとが共通するような配置構成を採用してもよい。この場合には、冷媒配管の配置を互いに冷媒の流れる向きが逆側になるように配置する必要がなく、冷媒配管の折り曲げ部分を設ける必要が少なくなる場合がある。これにより、オプションヒータユニット１０の内部構成を簡略化させることができ、全体形状を小型化させることができ、設置スペースを確保し易く、後付け作業が容易になる。

（Ｄ）
上記実施形態におけるオプションヒータユニット６０では、液管１２に対してのみコイル１９ａが巻き付けられている場合を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、液管１２に巻き付けられているコイル１９ａの一部をガス管１３にも巻き付け、磁性体部１９ｂについてもガス管１３に設けるような構成にしてもよい。これにより、液管１２およびガス管１３の両者を一緒に加熱することができるようになる。

（Ｅ）
実施形態におけるオプションヒータユニット６０では、１つの室外ユニット４１に対して１つに室内ユニット４２が接続されたペア型の空気調和装置４０を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、１つの室外ユニット４１に対して複数の室内ユニット４２が接続されているマルチ空調方式が採用されたシステム構成の各室内ユニット４２それぞれに対して、オプションヒータユニット１０を後付けするような構成としてもよい。

また、この場合、接続されている複数の室内ユニット４２のうち、オプションヒータユニット１０の設置を望むユーザに対応した室内ユニット４２についてのみ選択的に後付けするようにしてもよい。
（Ｆ）
上記実施形態におけるオプションヒータユニット１０のヒータ１９では、コイル１９ａによって束ねられて電磁誘導によって加熱される対象部分である磁性体部１９ｂとして、磁性体材料が含まれたているものを例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、電磁誘導に基づいて発熱させる対象となるものとしては、例えば、電導体を含む部材や、抵抗値と比誘磁率との積が所定値以上の部材や、冷媒の加熱時の温度がキュリー温度以下である強磁性体を含む部材等であってもよい。この場合であっても、実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、ユニット化されていることにより、室内機や室外機とは別個に、後付けすることが容易であり、熱回収効率を向上させる効果が得られるため、冷媒回路を流れる冷媒を部分的に加熱する装置への適用が特に有用である。

本発明の一実施形態に係るオプションヒータユニットが接続された冷媒回路の構成図。 オプションヒータユニットの概略構成図。 電磁誘導による加熱についての説明図。 他の実施形態（Ａ）に係る冷媒回路の構成図。 他の実施形態（Ａ）に係るオプションヒータユニットの概略構成図。

符号の説明

１０ オプションヒータユニット（冷媒加熱装置）
１１ ケーシング
１２ 液管
１２ａ 端部
１２ｂ 端部
１３ ガス管
１３ａ 端部
１３ｂ 端部
１４ バイパス管
１９ ヒータ（加熱部）
１９ａ コイル
１９ｂ 磁性体部
１９ｃ 高周波電源
２０ 第１電磁弁
２２ 第２電磁弁
３０ 除霜コントローラ
４３ 液配管
４４ ガス配管
４５ 圧縮機
４７ 室外熱交換器
４８ 膨張弁
４９ 室内熱交換器
５０ 冷媒回路
６０ 空調コントローラ

Claims (8)

1. 冷媒を加熱するための冷媒加熱装置（１０）であって、
   液冷媒が流通するように構成された液管（１２）と、
   ガス冷媒が流通するように構成されたガス管（１３）と、
   前記液管（１２）を流通する冷媒を加熱する加熱部（１９）と、
   前記液管（１２）および前記ガス管（１３）の各両端部分が外部に通じるように、前記液管（１２）と前記ガス管（１３）と前記加熱部（１９）とを収納するケーシング（１１）と、
   を備え、
   前記加熱部（１９）の少なくとも一部が、前記ガス管（１３）に近接して配置されている、
   冷媒加熱装置（１０）。
2. 前記ケーシング（１１）は、前記加熱部（１９）、前記液管（１２）および前記ガス管（１３）を一体化させる断熱材として機能する、
   請求項１に記載の冷媒加熱装置（１０）。
3. 前記液管（１２）と前記ガス管（１３）とをバイパスするバイパス管（１４）と、
   前記バイパス管（１４）に設けられた開閉機構（２２）と、
   をさらに備え、
   前記ケーシング（１１）は、前記加熱部（１９）、前記液管（１２）および前記バイパス管（１４）を一体化させる断熱材として機能する、
   請求項１または２に記載の冷媒加熱装置（１０）。
4. 前記加熱部（１９）、前記液管（１２）および前記ガス管（１３）を一体化させる断熱材（１１ａ）をさらに備えた、
   請求項１に記載の冷媒加熱装置（１０）。
5. 前記液管（１２）と前記ガス管（１３）とをバイパスするバイパス管（１４）と、
   前記バイパス管（１４）に設けられた開閉機構（２２）と、
   前記加熱部（１９）、前記液管（１２）および前記バイパス管（１４）を一体化させる断熱材（１１ａ）をさらに備えた、
   請求項１または４に記載の冷媒加熱装置（１０）。
6. 前記液管（１２）において冷媒の流れる向きと、前記ガス管（１３）において冷媒の流れる向きとは、互いに略逆向きである、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷媒加熱装置（１０）。
7. 前記液管（１２）において冷媒の流れる向きと、前記ガス管（１３）において冷媒の流れる向きとは、略同じ向きである、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷媒加熱装置（１０）。
8. 前記加熱部（１９）は、前記液管（１２）に巻き付けられるコイル（１９ａ）と、磁性体部分（１９ｂ）と、を有しており、
   前記コイル（１９ａ）の外周は、前記ガス管（１３）に近接して配置されている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の冷媒加熱装置（１０）。

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