JPH05322386A - 除霜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 暖房運転を停止させたり暖房能力の低下を来
すようなことなく、また、電気ヒータを備えさせること
もなく、更には、冷媒配管系の複雑化を招くようなこと
なしに、室外側熱交換器における着霜を回避できるよう
にする。 【構成】 室外側熱交換器（４）の空気流上流側に、超
音波振動を発生することによって前記室外側熱交換器
（４）に付着した霜の融解及び水の蒸発を行う除霜装置
を配設する。この除霜装置を、超音波振動を発する複数
の振動発生部材（９）と、該振動発生部材（９）から発
せられた超音波振動を受けて振動する複数の振動板
（８）と、該振動板（８）から放射された超音波振動を
振動板（８）に向って反射する複数の反射板（７）とを
備えさせて成す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、除霜装置に係り、特
に、室外側熱交換器における着霜の除去及び防止対策の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一般的な空気調和装置は、そ
の暖房運転時において、室外側熱交換器を蒸発器とし且
つ室内側熱交換器を凝縮器として機能させて室内に温風
を供給するようにしている。ところが、このような暖房
運転時において、外気温度が低い場合には室外側熱交換
器に着霜が発生し、該室外側熱交換器での熱交換効率が
低下して暖房運転能力が大幅に低下してしまうことがあ
る。

【０００３】そこで、従来より、このような着霜が発生
した場合には、一時的に除霜運転を行うようにしてい
る。この除霜運転としては、圧縮機からの吐出ガス（ヒ
ートガス）を室外側熱交換器に導入することによって該
室外側熱交換器に付着した霜を融かすようにしたり、ま
たは、この室外側熱交換器に電気ヒータを配設し、この
電気ヒータの加熱によって霜を融かすようにすることが
行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うなこれまでの除霜運転にあっては、以下に述べるよう
な不具合があった。前者の圧縮機の吐出ガスを利用する
ものでは、除霜運転の間は暖房運転が停止されることに
なるために、室内の快適性が損なわれることになってし
まう。一方、後者の電気ヒータを備えさせるものでは、
暖房運転を継続して行えるものの、上述した圧縮機の吐
出ガスを利用するようにしたものと比較して同一の熱量
を得るためには消費電力が大きく不経済であって実用性
に乏しい。

【０００５】また、室内機に電気ヒータを備えさせ、除
霜運転時には、圧縮機からの吐出ガスを室外側熱交換器
に導入すると共に、電気ヒータの熱によって室内への温
風を確保することも行われているが、この場合でも十分
な除霜を行うためには電気ヒータによる消費電力が大き
くなってしまって不経済であった。

【０００６】更に、特開平３−１１７８６６号公報に示
されているように、室外機に風上側の第１室外側熱交換
器と風下側の第２室外側熱交換器とを備えさせ、除霜運
転時には、着霜している第１室外側熱交換器に圧縮機の
吐出ガスを導入し、この第１室外側熱交換器によって冷
媒を凝縮させ、この凝縮した冷媒を室内側熱交換器によ
って凝縮された冷媒と合流させて第２室外側熱交換器に
導入し、該第２室外側熱交換器によって蒸発させるよう
にして、電気ヒータを備えさせることなしに暖房運転と
除霜運転とを同時に行えるようにすることも提案されて
いるが、この公報に示されているものでは、冷媒配管の
複雑化を来すばかりでなく、この運転状態では片側の熱
交換器が暖房と除霜の両方の熱源として利用されること
になるため、暖房能力の低下を来してしまうことにな
る。

【０００７】本発明は、これらの点に鑑みてなされたも
のであって、暖房運転を停止させたり暖房能力の低下を
来すようなことなく、また、電気ヒータを備えさせるこ
ともなく、更には、冷媒配管系の複雑化を招くようなこ
となしに、室外側熱交換器における着霜を回避すること
ができる構成を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、超音波振動を利用することによって、
室外側熱交換器における着霜の防止及び除去を行うよう
にした。具体的に請求項１記載の発明は、空気調和装置
の室外機（１）内に配設された室外側熱交換器（４）に
おける着霜を除去及び防止する除霜装置を対象としてい
る。そして、この除霜装置に、前記室外側熱交換器
（４）の空気流上流側に配設され、超音波振動を発生す
ることによって前記室外側熱交換器（４）に付着した霜
の融解及び水の蒸発を行う振動発生手段を備えさせるよ
うな構成とした。

【０００９】請求項２記載の発明は、前記請求項１記載
の除霜装置において、振動発生手段に以下の部材を備え
させるような構成とした。つまり、振動子（１０）を備
えて超音波振動を発する振動発生部材（９）と、該振動
発生部材（９）に接続されて、該振動発生部材（９）か
ら発せられた超音波振動を受けて振動し、この超音波振
動を広範囲に亘って放射する振動板（８）とを備えさせ
るようにした。

【００１０】請求項３記載の発明は、前記請求項１記載
の除霜装置において、振動発生手段に以下の部材を備え
させるような構成とした。つまり、振動子（１０）を備
えて超音波振動を発する複数の振動発生部材（９）と、
該振動発生部材（９）に接続されて、該振動発生部材
（９）から発せられた超音波振動を受けて振動し、この
超音波振動を広範囲に亘って放射する複数の振動板
（８）と、該振動板（８）から放射された超音波振動を
反射する複数の反射板（７）とを備えさせるようにし
た。そして、前記振動板（８）及び反射板（７）を、室
外機（１）の外気吸込口（１ｃ）において、室外側熱交
換器（４）のクロスフィン（４ａ）の延長方向に対して
垂直方向に延び、所定間隔を存して互いに平行に配設す
るような構成とした。

【００１１】

【作用】上記の構成により、本発明では、以下に述べる
ような作用が得られる。請求項１記載の発明では、室外
側熱交換器（４）に着霜が発生しているような場合や着
霜の原因となる水が付着しているような場合において、
室外側熱交換器（４）の空気流上流側に配設された振動
発生手段から発せられる超音波振動によって、前記霜の
融解や水の蒸発が行われて着霜を回避できる。このた
め、暖房運転を停止させる必要がなく、また、電気ヒー
タを備えさせる必要もなく、更には、冷媒配管系の複雑
化を招くようなこともなしに、室外側熱交換器（４）に
おける着霜の除去及び防止が行える。

【００１２】請求項２記載の発明では、着霜の除去及び
防止動作において、振動発生部材（９）の振動子（１
０）から発せられた超音波振動が振動板（８）に伝達さ
れ、この振動板（８）によって、該振動板（８）の配設
領域の全体に亘って超音波振動が放射されることにな
る。このように超音波振動の発生領域が拡大されること
により、広範囲に亘って着霜の除去及び防止が行われ
る。

【００１３】請求項３記載の発明では、着霜の除去及び
防止動作において、振動発生部材（９）の振動子（１
０）から発せられた超音波振動が、振動板（８）に伝達
され、該振動板（８）から反射板（７）に向って放射さ
れる。そして、この反射板（７）に達した超音波は、振
動板（８）と反射板（７）とが平行に配設されているこ
とによって、該反射板（７）によって反射されて振動板
（８）に向って放射されることになる。そして、この反
射によって振動板（８）に達した超音波振動は、振動発
生部材（９）から新たに発せられた超音波振動と合成さ
れて再び反射板（７）に向って放射され、このような動
作が繰返して行われることによって各板（７），（８）
の間の空間には強力音波が存在することになり、効果的
に且つ迅速に着霜の融解や水の蒸発が行われる。また、
各板（７），（８）は、室外側熱交換器（４）のクロス
フィン（４ａ）の延長方向に対して垂直方向に延びてい
るために、各板（７），（８）と室外側熱交換器（４）
のクロスフィン（４ａ）とによって格子構造が形成され
ており、室外側熱交換器（４）に導入される空気が整流
されることになる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１及び図２は本例に係る室外機（１）の内部
構造を示しており、図１は室外機（１）を空気吸込側か
ら見た縦断面図であり、図２は室外機（１）の横断平面
図である。

【００１５】本図１及び図２に示すように、室外機
（１）は、室外機ケーシング（１ａ）内に圧縮機
（２）、アキュムレータ（３）、室外側熱交換器
（４）、ファン（５）等を備えて成っている。そして、
前記室外機ケーシング（１ａ）は仕切壁（１ｂ）によっ
て２つの空間に仕切られており、一方の空間に前記圧縮
機（２）及びアキュムレータ（３）が配設されており、
他方の空間に前記室外側熱交換器（４）及びファン
（５）等が配設されている。

【００１６】そして、前記圧縮機（２）は、アキュムレ
ータ（３）から供給された冷媒を高温高圧に圧縮し、そ
の吐出ガスを、暖房運転時には図示しない室内側熱交換
器側に、冷房運転時には前記室外側熱交換器（４）に夫
々導出するようになっている。また、この室外機（１）
では、前記ファン（５）の駆動に伴って前記室外機ケー
シング（１ａ）の吸込口（１ｃ）から外気が導入され、
該外気が、室外側熱交換器（４）を通過する際に、該室
外側熱交換器（４）の冷媒管を流通する冷媒との間で熱
交換が行われた後、室外機ケーシング（１ａ）の吹出口
（１ｄ）から吹出されるようになっている。また、前記
室外側熱交換器（４）は、図１に示すように、上下方向
に延びる多数枚のクロスフィン（４ａ），（４ａ），…
を備えており、このクロスフィン（４ａ）によって熱交
換効率の向上が図られている。

【００１７】そして、空気調和装置の暖房運転時には、
前記室外側熱交換器（４）が蒸発器として機能するよう
になっている。そして、このような暖房運転時におい
て、外気温度が低い場合には室外側熱交換器（４）のク
ロスフィン（４ａ）等に着霜が発生し、該室外側熱交換
器（４）での熱交換効率が低下して暖房運転能力が大幅
に低下してしまうことがある。

【００１８】そこで、本例の室外機（１）には、この着
霜の防止及び除去を行うことができる除霜装置（６）が
配設されている。以下、この除霜装置（６）について説
明する。

【００１９】この除霜装置（６）は、前記室外側熱交換
器（４）の空気流上流側空間、つまり、室外側熱交換器
（４）と室外機ケーシング（１ａ）の吸込口（１ｃ）と
の間に配設されている。この除霜装置（６）の構成につ
いて説明すると、該除霜装置（６）は、反射板（７）、
振動板（８）、振動発生部材（９）を備えて成ってい
る。

【００２０】反射板（７）は、図１に示すように、水平
方向に配設された第１〜第３の３枚の反射板（７ａ），
（７ｂ），（７ｃ）で成っている。第１反射板（７ａ）
は、前記室外機ケーシング（１ａ）の吸込口（１ｃ）の
上端部に配設されている。第２反射板（７ｂ）は、前記
第１反射板（７ａ）の下側に所定間隔を存した位置に配
設されている。第３反射板（７ｃ）は、前記第２反射板
（７ｂ）の下側に前記と同様の所定間隔を存した位置で
且つ前記室外機ケーシング（１ａ）の吸込口（１ｃ）の
下端部に配設されている。つまり、第１反射板（７ａ）
及び第３反射板（７ｃ）は夫々室外機ケーシング（１
ａ）の吸込口（１ｃ）の上下両端において前記室外側熱
交換器（４）のクロスフィン（４ａ）の延長方向に対し
て直行するように水平方向に配設されており、第２反射
板（７ｂ）は室外機ケーシング（１ａ）の吸込口（１
ｃ）の上下方向の中間位置において前記室外側熱交換器
（４）のクロスフィン（４ａ）の延長方向に対して直行
するように水平方向に配設されていることになる。

【００２１】振動板（８）は、前記各反射板（７ａ），
（７ｂ），（７ｃ）の中間位置に配設された第１及び第
２の２枚の振動板（８ａ），（８ｂ）で成っている。第
１振動板（８ａ）は、前記第１反射板（７ａ）と第２反
射板（７ｂ）との略中間位置において前記室外側熱交換
器（４）のクロスフィン（４ａ）の延長方向に対して直
行するように水平方向に配設されており、第２振動板
（８ｂ）は、前記第２反射板（７ｂ）と第３反射板（７
ｃ）との略中間位置において前記室外側熱交換器（４）
のクロスフィン（４ａ）の延長方向に対して直行するよ
うに水平方向に配設されている。

【００２２】このようにして反射板（７ａ），（７
ｂ），（７ｃ）及び振動板（８ａ），（８ｂ）が配設さ
れているために、この各板（７ａ），（７ｂ），（７
ｃ），（８ａ），（８ｂ）は上下方向に一定間隔を存し
た平行状態で交互に配設されていることになる。従っ
て、この各板（７ａ），（７ｂ），（７ｃ），（８
ａ），（８ｂ）と室外側熱交換器（４）とによって格子
構造が形成されており、室外側熱交換器（４）に導入さ
れる空気が整流されるようになっている。

【００２３】そして、前記振動発生部材（９）は、一体
形成された振動子（１０）及びホーン（１１）によって
成る第１振動発生部材（９ａ）及び第２振動発生部材
（９ｂ）で成っており、各振動発生部材（９ａ），（９
ｂ）の各ホーン（１１）から発せられた超音波振動を振
動板（８）に伝達するようにしている。詳しくは、図３
に示すように、振動子（１０）は、所謂電歪型振動子で
成り、交流電源（１２）に接続された電歪素子（１３）
を備えている。この電歪素子（１３）は２組の電極とそ
の間に充填されたセラミック（ジルコン・チタン酸鉛系
磁器）から成っており、この電歪素子（１３）を２個の
金属ブロック（１３ａ），（１３ａ）の間に挟み込んで
ボルト（Ｂ）で締結して前記振動子（１０）が構成され
ている。そして、この振動子（１０）に２０kHz の波形
をもった電気信号を通電することにより、機械的超音波
振動が発せられるようになっている。そして、このよう
にして構成された振動子（１０）が、第１振動発生部材
（９ａ）にあっては第２反射板（７ｂ）と第２振動板
（８ｂ）との間の空間に、第２振動発生部材（９ｂ）に
あっては第３反射板（７ｃ）の下側の空間に夫々配置さ
れている。一方、ホーン（１１）は前記振動子（１０）
の上端部に固定された略円錐台状の中実金属体であっ
て、その上下方向の中間位置が取付けブラケット（１１
ａ）を介して反射板（７）に固着されている。また、こ
のホーン（１１）の上端部は振動板（８）を貫通して僅
かにその上方に突出されており、前記振動子（１０）に
おいて発生された超音波振動を増幅させて前記振動板
（８）に伝達するようになっている。つまり、このよう
に構成されたホーン（１１）は、第１振動発生部材（９
ａ）にあっては取付けブラケット（１１ａ）が第２反射
板（７ｂ）に固定され上端部が第１振動板（８ａ）を貫
通しており、第２振動発生部材（９ｂ）にあっては取付
けブラケット（１１ａ）が第３反射板（７ｃ）に固定さ
れ上端部が第２振動板（８ｂ）を貫通している。

【００２４】また、上述した振動板（８）及びホーン
（１１）は、その共振周波数が前記振動子（１０）で発
生される超音波振動の周波数と一致するように設計され
ている。更に、前記ホーン（１１）を反射板（７）に固
着する取付けブラケット（１１ａ）の配設位置は、この
ホーン（１１）の振動を妨げないように、該ホーン（１
１）の振動節面に一致する位置に設定されている。

【００２５】そして、前記振動発生部材（９）から発せ
られる超音波振動の周波数と、前記各反射板（７ａ），
（７ｂ），（７ｃ）及び各振動板（８ａ），（８ｂ）と
の間隔との関係について説明すると、各板（７ａ），
（７ｂ），（７ｃ），（８ａ），（８ｂ）の間隔が前記
超音波周波数の１／２波長の整数倍となるように、この
両者の関係が設定されている。このような構成により、
本例では、前記反射板（７）、振動板（８）及び振動発
生部材（９）によって本発明でいう振動発生手段が構成
されている。

【００２６】次に、上述したように構成された室外機
（１）を備えた空気調和装置の暖房運転時における除霜
運転について説明する。この暖房運転時において、外気
温度が低い場合には室外側熱交換器（４）のクロスフィ
ン（４ａ）等に着霜が発生することがあり、このような
着霜が発生すると、前記除霜装置（６）を駆動させて除
霜運転を開始させる。この除霜運転が開始されると、前
記各振動発生部材（９）の振動子（１０）に通電され
て、この振動子（１０）において電気信号が機械的振動
出力に変換されて所定周波数（例えば２０kHz ）の超音
波振動が発せられる。すると、この超音波振動がホーン
（１１）によって増幅された後、振動板（８）に伝達さ
れ、該振動板（８）の全体から超音波振動が反射板
（７）に向って超音波振動が放射される。つまり、この
振動板（８）によって超音波振動の発生領域が拡大され
て、この超音波振動が反射板（７）に向って放射される
ことになる。その後、この反射板（７）に達した超音波
は、該反射板（７）によって反射されて振動板（８）に
向って放射されることになる。そして、この反射によっ
て振動板（８）に達した超音波振動は、振動発生部材
（９）から新たに発せられた超音波振動と合成されて再
び反射板（７）に向って放射される。このような動作が
繰返して行われることによって各板（７），（８）の間
の空間には強力音波が存在することになり、この音波に
よって室外側熱交換器（４）に付着した霜が除去される
ことになる。また、この除霜動作においては、上述した
如く、振動板（８）によって超音波振動の発生領域が拡
大されているために、クロスフィン（４ａ）の略全域に
亘って着霜の除去が行われる。

【００２７】このように、本例によれば、従来のよう
に、暖房運転を停止させることがないので室内の快適性
が維持されたままで、また、電気ヒータを備えさせる必
要もなく、更には、冷媒配管系の複雑化を招くようなこ
ともなしに、室外側熱交換器（４）における霜を除去す
ることができる。

【００２８】また、このような除霜運転の他に、本例の
除霜装置（６）によれば着霜を防止するような運転を行
わせることもできる。つまり、暖房運転時において、常
時、振動発生部材（９）から超音波振動を発信させてお
くようにすれば、室外側熱交換器（４）のフィン（４
ａ）等に付着して霜となる虞れのある水滴を蒸発させる
ことができるので、霜の発生を防止することができる。
また、常時駆動させることなく、着霜の発生の虞れがあ
る状態、つまり、外気温度や室外側熱交換器における蒸
発温度を検知しておいてこの検知温度が所定値以下にな
った場合に振動発生部材（９）を作動させるようにする
ことによって消費電力を抑制しながら着霜の発生を防止
することができることになる。

【００２９】また、上述した如く、本例の構成によれ
ば、反射板（７）及び振動板（８）が、室外側熱交換器
（４）のクロスフィン（４ａ）に対して直行する方向に
配置されているために、この各板（７），（８）によっ
て室外側熱交換器（４）に導入される外気が整流される
ことになり、この室外側熱交換器（４）内での風速分布
が一定になってこの室外側熱交換器（４）における熱交
換効率の向上を図ることができる。

【００３０】また、本例の効果を確認するために行った
実験の結果によれば、本例のような超音波振動による除
霜は、解凍熱量に換算して音響エネルギの３倍の解凍が
可能であり、これは、従来から行われている圧縮機の吐
出ガスを室外側熱交換器（４）に導入して除霜する場合
の効率に匹敵しており、超音波振動による有効な除霜動
作が行われていることが確認された。

【００３１】尚、本例では、反射板（７）、振動板
（８）及び振動発生部材（９）を夫々複数配設するよう
な構成としたが、本発明は、これに限らず夫々を１個づ
つ配設するようにしたり、本例のものよりも多数配設す
るようにしてもよい。また、請求項２記載の発明にあっ
ては、反射板（７）を備えさせないような構成としても
よい。

【００３２】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば以
下に述べるような効果が発揮される。請求項１記載の発
明によれば、除霜装置に、室外側熱交換器（４）の空気
流上流側に配設され、超音波振動を発生することによっ
て前記室外側熱交換器（４）に付着した霜の融解及び水
の蒸発を行う振動発生手段を備えさせるような構成と
し、室外側熱交換器（４）に着霜が発生しているような
場合や着霜の原因となる水が付着しているような場合に
は、振動発生手段から発せられる超音波振動により前記
霜の融解や水の蒸発を行って着霜の発生を回避するよう
にしたために、従来のように、暖房運転を停止させる必
要がなく、また、電気ヒータを備えさせる必要もなく、
更には、冷媒配管系の複雑化を招くようなこともなし
に、室外側熱交換器（４）における着霜の除去及び防止
が行え、室内の快適性を維持したままで除霜を行うこと
ができる。

【００３３】請求項２記載の発明によれば、振動発生手
段を、振動子（１０）を備えて超音波振動を発する振動
発生部材（９）と、該振動発生部材（９）に接続され
て、該振動発生部材（９）から発せられた超音波振動を
受けて振動し、この超音波振動を広範囲に亘って放射す
る振動板（８）とを備えさせて成すようにし、着霜の防
止及び除去動作において、振動板（８）によって超音波
振動の発生領域を拡大するようにしたために、広範囲に
亘って着霜の除去及び防止が行え、着霜による室外側熱
交換器（４）の熱交換効率の低下を防止することができ
る。

【００３４】請求項３記載の発明によれば、振動板
（８）及び反射板（７）を、室外機（１）の外気吸込口
（１ｃ）において、室外側熱交換器（４）のクロスフィ
ン（４ａ）の延長方向に対して垂直方向に延び、所定間
隔を存して互いに平行に配設するような構成とし、着霜
の除去及び防止動作において、反射板（７）によって反
射されて振動板（８）に達した超音波振動を、振動発生
部材（９）から新たに発せられた超音波振動と合成させ
て強力音波を発生させるようにしたために、効果的な着
霜の除去及び防止が行われる。また、各板（７），
（８）と室外側熱交換器（４）のクロスフィン（４ａ）
とによって格子構造が形成されているために、室外側熱
交換器（４）に導入される空気が整流され、室外側熱交
換器（４）の熱交換効率の向上を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】室外機を吸込口側から見た縦断面図である。

【図２】室外機の横断平面図である。

【図３】振動発生部材を示す側面図である。

【符号の説明】

（１） 室外機 （１ｃ） 吸込口 （４） 室外側熱交換器 （４ａ） クロスフィン （７） 反射板 （８） 振動板 （９） 振動発生部材 （１０） 振動子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気調和装置の室外機（１）内に配設さ
   れた室外側熱交換器（４）における着霜を除去及び防止
   する除霜装置であって、 前記室外側熱交換器（４）の空気流上流側に配設され、
   超音波振動を発生することによって前記室外側熱交換器
   （４）に付着した霜の融解及び水の蒸発を行う振動発生
   手段を備えていることを特徴とする除霜装置。
2. 【請求項２】 振動発生手段は、振動子（１０）を備え
   て超音波振動を発する振動発生部材（９）と、該振動発
   生部材（９）に接続されて、該振動発生部材（９）から
   発せられた超音波振動を受けて振動し、この超音波振動
   を広範囲に亘って放射する振動板（８）とを備えて成っ
   ていることを特徴とする請求項１記載の除霜装置。
3. 【請求項３】 振動発生手段は、振動子（１０）を備え
   て超音波振動を発する複数の振動発生部材（９）と、該
   振動発生部材（９）に接続されて、該振動発生部材
   （９）から発せられた超音波振動を受けて振動し、この
   超音波振動を広範囲に亘って放射する複数の振動板
   （８）と、該振動板（８）から放射された超音波振動を
   反射する複数の反射板（７）とを備えて成っており、 前記振動板（８）及び反射板（７）は、室外機（１）の
   外気吸込口（１ｃ）において、室外側熱交換器（４）の
   クロスフィン（４ａ）の延長方向に対して垂直方向に延
   び、所定間隔を存して互いに平行に配設されていること
   を特徴とする請求項１記載の除霜装置。