(57)【要約】      （修正有）【課題】除霜運転の必要がない室外熱交換器及びこれを用いたヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】室外熱交換器は、冷媒の流路となる伝熱管５２と、伝熱管と熱的に接触するよう配置された複数のフィン５１と、を備え、伝熱管及びフィンの少なくとも一方に、発熱反応を行う発熱材料が付着されている。この室外熱交換器によれば、暖房運転によって、室外熱交換器のフィンや伝熱部材に水滴が付着しても、フィンや伝熱部材に形成された発熱材料が発熱反応を行うため、水滴から霜へと成長するのを防ぐことができ、ひいては除霜運転の必要をなくすことができる。【選択図】図３
2011012935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の流路となる伝熱部材と、
前記伝熱部材と熱的に接触するよう配置された複数のフィンと、を備え、
前記伝熱部材及びフィンの少なくとも一方に、発熱反応を行う発熱材料が形成されている、室外熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱部材及びフィンの少なくとも一方に電磁波を照射する電磁波照射装置をさらに備えた、請求項１に記載の室外熱交換器。
【請求項３】
前記発熱材料は、前記電磁波照射装置によって電磁波を照射されることにより発熱する、請求項２に記載の室外熱交換器。
【請求項４】
前記発熱材料は、吸光により発熱する、請求項1又は２に記載の室外熱交換器。
【請求項５】
前記発熱材料への光を遮断可能な遮光機構を有する、請求項４に記載の室外熱交換器。
【請求項６】
前記発熱材料は、酸化亜鉛系化合物、酸化チタン系化合物、硫酸バリウム系化合物、硼酸アルミニウム系化合物、チタン酸カリウム系化合物、及び酸化イリジウムと酸化錫との複合酸化物形化合物からなる群より選択される少なくとも一種の無機材料を含む、請求項４に記載の室外熱交換器。
【請求項７】
前記発熱材料は、メチン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、マーキュロクロム色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン色素、アゾ系色素、クマリン系色素からなる群より選択される少なくとも一種の有機色素を含む材料である、請求項４に記載の室外熱交換器。
【請求項８】
前記発熱材料は、ルテニウム金属錯体色素、Os金属錯体色素、Fe金属錯体色素、Cu金属錯体色素、Pt金属錯体色素、Re金属錯体色素からなる群より選択される少なくとも一種の金属錯体色素材料を含む材料である、請求項４に記載の室外熱交換器。
【請求項９】
冷媒の流路となる伝熱部材と、
前記伝熱部材と熱的に接触するよう配置された複数のフィンと、
前記伝熱部材及びフィンの少なくとも一方に電磁波を照射する電磁波照射装置と、
を備えた、室外熱交換器。
【請求項１０】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機からの冷媒を凝縮可能な室内熱交換器と、
前記室内熱交換器からの冷媒を減圧する膨張弁と、
前記膨張弁からの冷媒を蒸発可能な前記請求項１〜９のいずれかに記載の室外熱交換器と、
を備えた、ヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室外熱交換器及びこれを用いたヒートポンプシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプシステムは、環境への負荷の低さや、エネルギー効率の高さなどから空気調和装置などに利用されている。このヒートポンプシステムを利用した空気調和装置で暖房運転を行う際、室外熱交換器は、蒸発器として機能し、室外熱交換器内を流れる冷媒が外気から熱を奪い外気を冷却するため、外気中の水分が室外熱交換器のフィンなどに結露して着霜を引き起こす。このように室外熱交換器のフィンなどに霜が付着した状態を放置しておくと、霜が成長して室外熱交換器のフィン間の目詰まりを引き起こし、室外熱交換器の機能が低下するなどといった問題が生じる。このため、空気調和装置は、室外熱交換器にある程度霜が付着したことを外気温や冷媒蒸発温度などから検知すると、室外熱交換器に高温の冷媒を送る除霜運転へと切り替えるように構成されている（例えば、特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４７９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記空気調和装置では、除霜運転を行う際は、室外熱交換器を凝縮器として機能させるとともに室内熱交換器を蒸発器として機能させているため、室内の暖房運転が一時的に中断されて室内は冷房される状態となり、この結果エネルギー的に非効率的な運転となってしまうといった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、除霜運転の必要がない室外熱交換器及びこれを用いたヒートポンプシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る第１の室外熱交換器は、冷媒の流路となる伝熱部材と、前記伝熱部材と熱的に接触するよう配置された複数のフィンと、を備え、前記伝熱部材及びフィンの少なくとも一方に、発熱反応を行う発熱材料が付着されている。
【０００７】
この室外熱交換器によれば、暖房運転によって室外熱交換器のフィンや伝熱部材に水滴が付着しても、フィンや伝熱材料に形成された発熱材料が発熱反応を行うため、水滴から霜へと成長するのを防ぐことができ、ひいては除霜運転の必要をなくすことができる。
【０００８】
上記室外熱交換器は種々の構成をとることができるが、例えば、伝熱部材及びフィンの少なくとも一方に電磁波を照射する電磁波照射装置をさらに備えた構成とすることもできる。これによれば、フィンや伝熱部材に付着した水滴が電磁波の照射によって発熱するため、より確実に霜の形成を防止することができる。また、この場合は、発熱材料は、電磁波照射装置によって電磁波を照射されることにより発熱するような性質を有するものであることが好ましい。
【０００９】
また、上記発熱材料は、吸光により発熱するようなものとすることもできる。この場合、発熱材料への光を遮断可能な遮断機構を有するように構成することが好ましい。
【００１０】
また、吸光により発熱する発熱材料としては、酸化亜鉛系化合物、酸化チタン系化合物、硫酸バリウム系化合物、硼酸アルミニウム系化合物、チタン酸カリウム系化合物、及び酸化イリジウムと酸化錫との複合酸化物形化合物からなる群より選択される少なくとも一種の無機材料を含むものとすることができる。
【００１１】
また、吸光により発熱する他の発熱材料として、メチン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、マーキュロクロム色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン色素、アゾ系色素、クマリン系色素からなる群より選択される少なくとも一種の有機色素を含む材料とすることができる。
【００１２】
また、吸光により発熱するさらに他の発熱材料は、ルテニウム金属錯体色素、Os金属錯体色素、Fe金属錯体色素、Cu金属錯体色素、Pt金属錯体色素、Re金属錯体色素からなる群より選択される少なくとも一種の金属錯体色素材料を含む材料とすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る第２の室外熱交換器は、冷媒の流路となる伝熱部材と、前記伝熱部材と熱的に接触するよう配置された複数のフィンと、前記伝熱部材及びフィンの少なくとも一方に電磁波を照射する電磁波照射装置と、を備えている。
【００１４】
この室外熱交換器によれば、暖房運転によってフィンや伝熱部材に付着した水滴が、電磁波照射装置から照射される電磁波によって発熱するため、霜に成長することがない。このため、除霜運転の必要がない室外熱交換器とすることができる。
【００１５】
また、本発明に係るヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの冷媒を凝縮可能な室内熱交換器と、前記室内熱交換器からの冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁からの冷媒を蒸発可能な上記いずれかの室外熱交換器と、を備えている。
【００１６】
このヒートポンプシステムによれば、上述したいずれかの室外熱交換器を使用するため、霜の発生を防止することができ、ひいては除霜運転の必要がない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、除霜運転の必要がない室外熱交換器及びこれを用いたヒートポンプシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明に係るヒートポンプシステムの一実施形態を示す暖房運転時の冷媒回路である。
【図２】図２は本発明に係るヒートポンプシステムの一実施形態を示す冷房運転時の冷媒回路である。
【図３】図３は本発明に係る室外熱交換器の一実施形態を示す斜視図である。
【図４】図４は本発明に係るヒートポンプシステムの別の実施形態を示す暖房運転時の冷媒回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る室外熱交換器の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１及び図２に示すように、ヒートポンプシステム１０は、圧縮機１、四方切換弁２，室内熱交換器３、膨張弁４，室外熱交換器５を備えており、これらが冷媒配管Ｐによって接続されている。暖房運転時においては、図１に示すように、ヒートポンプシステム１０は、圧縮機１，四方切換弁２，室内熱交換器３、膨張弁４，室外熱交換器５、四方切換弁２の順で冷媒が循環するよう接続されている。なお、ヒートポンプシステム１０は、冷房運転時においては、図２に示すように、四方切換弁２によって冷媒配管Ｐの接続を変更し、圧縮機１、四方切換弁２，室外熱交換器５，膨張弁４，室内熱交換器３、四方切換弁２の順で冷媒が循環するように接続されている。
【００２１】
上記ヒートポンプシステム１０を構成する各機器について以下説明する。なお、以下では暖房運転時の冷媒の流れを基準に説明するが、冷房運転時では、冷媒の流れは以下の暖房運転時の流れとは逆になる。
【００２２】
まず、圧縮機１は、駆動装置（図示省略）によって駆動され、吸引した冷媒を内部で圧縮して高圧・高温とし、四方切換弁２へと吐出するように構成されている。四方切換弁２は、冷媒の流路を切り替えることができる弁として構成されており、圧縮機１から送られてきた冷媒を、暖房運転時は室内熱交換器３に送り、冷房運転時は室外熱交換器５に送るように切り替えることができる。室内熱交換器３は、冷媒を凝縮する凝縮器として機能することができる熱交換器であって、凝縮した冷媒を膨張弁４に送るように構成されている。膨張弁４は、上記室内熱交換器３からの冷媒を減圧して低圧・低温とするように構成されている。
【００２３】
膨張弁４によって低圧・低温となった冷媒は、室外熱交換器５に送られる。室外熱交換器５は、ファン５３を有しており、ファン５３を回転させることによって外気を室外熱交換器５内に送り込むように構成されている。そして、室外熱交換器５は、ファン５３を回転させることによって送り込まれた外気と、室外熱交換器５の内部を流れる冷媒とを熱交換させることによって冷媒を蒸発する蒸発器として機能するよう構成されている。この室外熱交換器５について、図３を参照しつつより詳細に説明する。発熱材料なお、図３では、ファン５３の記載を省略しているが、前面側にファン５３が設置されているものとし、暖房運転時にファン５３によって送風される空気流の方向を矢印Ｙで示している。また、図３では、フィン５１が右端の３枚及び左端の３枚しか記載おらず、その中間に位置する各フィン５１の記載を省略しているが、その中間にも同じ要領でフィン５１が配列されているものとする。
【００２４】
図３に示すように、室外熱交換器５は、板状の複数のフィン５１と、各フィン５１と熱的に接触する伝熱管５２とから構成されている。板状の各フィン５１は、所定間隔をあけて横方向に配列されている。各フィン５１の材質として、伝熱の観点からアルミニウムなどを挙げることができる。このように構成された各フィン５１の両面には、発熱材料が形成されている。なお、発熱材料は、各フィン５１の全面に形成されていることが好ましいが、各フィン５１の両面に網目状や複数の線状のように部分的に形成することもできる。
【００２５】
各フィン５１に形成される発熱材料は、例えば、加水反応により発熱する材料や、吸光により発熱する材料を用いることができる。この加水反応により発熱する材料としては、例えば、ゼオライト、アルミノ珪酸塩、無水珪酸、及び含水珪酸や、これらの誘導体、変性体などを挙げることができる。また、吸光により発熱する材料としては、酸化亜鉛系化合物、酸化チタン系化合物、硫酸バリウム系化合物、硼酸アルミニウム系化合物、チタン酸カリウム系化合物、及び酸化イリジウムと酸化錫との複合酸化物形化合物などの無機材料から選ばれる少なくとも1つの材料を含むものや、メチン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、マーキュロクロム色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン色素、アゾ系色素、クマリン系色素等の有機色素から選ばれる少なくとも1つの材料を含むもの、ルテニウム金属錯体色素、Os金属錯体色素、Fe金属錯体色素、Cu金属錯体色素、Pt金属錯体色素、Re金属錯体色素等の金属錯体色素材料から選ばれる少なくとも1つの材料を含むものを挙げることができる。また、吸光により発熱反応を行う物質は、０．７〜０．９μｍの波長の光を選択的に吸光する有機色素とすることができる。なお、発熱材料として、吸光により発熱反応を行う物質を用いた場合は、この発熱材料に光を照射するために光源を別途設けることが好ましい。このような光源としては、例えば、白熱電灯や、アーク灯、無電極放電灯、ＨＩＤランプ、低圧放電灯、発光ダイオード、冷陰極型蛍光管、外部電極型蛍光管、エレクトロルミネッセンスライト、レーザー光照射装置、放射光照射装置などを用いることができる。また、これらの光を遮断する遮光機構をさらに設けていてもよい。このように遮光機構を設けることで、例えば、冷房運転時のような発熱を必要としない場合は、遮光機構により発熱材料への光の照射を遮断することができる。
【００２６】
なお、発熱材料を各フィン５１へ付着する方法は、種々の方法をとることができるが、例えば、上述したような発熱材料を薄くのばして箔状態にしてフィン５１上に貼付したり、細粉化して塗布や吹付などを行うことによりフィン５１上に発熱材料の皮膜を形成したりすることができる。
【００２７】
このように構成された各フィン５１を貫通するように伝熱管５２が蛇行状に延びている。より詳細には、図３に示すように、伝熱管５２は、まず左端側のフィン５１から右端側のフィン５１まで各フィン５１を貫通するよう水平方向に延び、右端側のフィン５１を貫通したところで折り返して所定間隔をあけて下方へ下がり、そこからまた、右端側のフィン５１から左端側のフィン５１まで各フィン５１を貫通するように水平方向に延びる。これを繰り返して、伝熱管５２が各フィン５１の下部まで到達したものを上流側伝熱管列５２ａと称する。そして、上流側伝熱管列５２ａと同様の構成のものが空気流の下流側にも形成されており、これを下流側伝熱管列５２ｂと称する。なお、上流側伝熱管列５２ａと下流側伝熱管列５２ｂとは、それぞれの最下部同士が左端側のフィン５１の外側で接続されており、全体として一本の伝熱管５２となっている。また、下流側伝熱管列５２ｂの最上部は膨張弁４からの冷媒配管Ｐと接続されており、上流側伝熱管列５２ａの最上部は、四方切換弁２を経由して圧縮機１へと冷媒配管Ｐを介して接続されている。このように構成された伝熱管５２を流れる冷媒は、暖房運転時において、まず下流側伝熱管列５２ｂの上部から下部へと流れ、次に上流側伝熱管列５２ａの下部へと送られて、上流側伝熱管列５２ａの下部から上部へと流れる。
【００２８】
次に、このように構成されたヒートポンプシステム１０による暖房運転について図面を参照しつつ説明する。
【００２９】
まず、室内を暖房する暖房運転について図１を参照しつつ説明する。暖房運転時においては、四方切換弁２は、圧縮機１から吐出された冷媒が室内熱交換器３へと流れるように冷媒配管Ｐを接続している。
【００３０】
冷媒回路内を循環する冷媒は、圧縮機１に吸引され、圧縮機１内で圧縮されて高圧にされることで温度が上昇する。高温・高圧にされて圧縮機１から吐出された冷媒は、四方切換弁２を経由して室内熱交換器３へと送られる。室内熱交換器３へと送られた冷媒は、室内の空気と熱交換して凝縮することで温度が低下する。冷媒が凝縮するときは熱を放出するので、この放出された熱によって、室内の空気が暖められる。このように室内の空気と熱交換して凝縮された冷媒は、次に膨張弁４へと送られる。膨張弁４へと送られた冷媒は、膨張弁４によって急激に圧力が下げられることで温度が低下し、低温・低圧となって、室外熱交換器５へと送られる。
【００３１】
室外熱交換器５へと送られてきた冷媒は、図３に示すように、まず、下流側の伝熱管列５２ｂへと送られる。そして、下流側伝熱管列５２ｂを上から下まで流れた冷媒は、次に上流側伝熱管列５２ａへと送られ、上流側伝熱管列５２ａを下から上へと流れる。このように室外熱交換器５の伝熱管５２内を流れる過程で、冷媒はファン５３によって送り込まれた空気と熱交換することで蒸発し、外部を流れる空気から熱を奪う。蒸発した冷媒は、再度圧縮機１に吸引されて、上述したサイクルを繰り返すことによって、室内の空気を暖める。
【００３２】
以上のように暖房運転を一定時間行うと、室外熱交換器５のフィン５１や伝熱管５２に外気中の水分が付着する。この付着した水分が飽和状態に達すると霜が発生するが、本実施形態では、フィン５１に発熱材料が形成されているため、この発熱材料が発熱することによって水分が霜に成長することを防ぐことができる。このため、本実施形態では除霜運転を行う必要がなくなる。
【００３３】
以上のように本実施形態によれば、発熱材料が室外熱交換器５における各フィン５１に形成されているため、霜の発生を防止することができ、ひいては除霜運転の必要が無くなる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、フィンチューブ式の室外熱交換器５としているが、特にこのタイプの室外熱交換器５に限定されるものではなく、その他のタイプの室外熱交換器５にも使用することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、発熱材料は、各フィン５１に形成されているが、伝熱管５２に形成されていてもよいし、各フィン５１と伝熱管５２との両方に形成されていてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、発熱材料を各フィン５１に形成することによって霜の付着を防止しているが、発熱材料をフィン５１等に形成するのではなく、もしくは発熱材料の形成と並行して、電磁波をフィン５１や伝熱管５２に照射することによって霜の付着を防止することもできる。例えば、図４に示すように電磁波照射装置５４をさらに設置して、この電磁波照射装置５４から各フィンに電磁波を照射し、各フィンに付着した水を加熱して霜の形成を防止することができる。なお、このような電磁波としては、例えば、マイクロ波や、テラヘルツ波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線などを挙げることができ、電磁波照射装置の光源としては、白熱電灯や、アーク灯、無電極放電灯、HIDランプ、低圧放電灯、発光ダイオード、冷陰極型蛍光管、外部電極型蛍光管、エレクトロルミネッセンスライト、レーザー光照射装置、放射光照射装置などを挙げることができる。また、電磁波を照射することにより発熱する発熱材料を各フィン５１や伝熱管５２に形成することもできる。このような発熱材料としては、例えば、ニクロムや、カンタル、アルミニウム、鉄、金、白金、銀、銅などの金属系無機材料を挙げることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      圧縮機
３      室内熱交換器
４      膨張弁
５      室外熱交換器
５１    フィン
５２    伝熱管（伝熱部材）
５４    電磁波照射装置
１０    ヒートポンプシステム
【図１】
2011012935.tif 000003
【図２】
2011012935.tif 000004
【図３】
2011012935.tif 000005
【図４】
2011012935.tif 000006