JPH01296027A - 空気調和機用加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空気調和機筐体の内部風路中に組込まれること
で空気を補助加熱する空気調和機用加熱装置に関し、特
に正の抵抗温度係数（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａ
ｆｕｒａ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を有する有機ＰＴ
Ｃ面発熱体を、補助加熱源として用いることで空気調和
機での安全性や信頼性を改善してなる空気調和機用加熱
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来この種の空気調和機用加熱装置としては、たとえば
第９図（ａ）に示すような図示しないニクロム線等の発
熱線をシース内部に封入してなるシーズヒータや、同図
（ｂ）に示すように複数の電気ヒータ素線を立設させて
設けてなる電気ヒータ（実公昭８１−１２５０７号公報
等参照）などが知られている。このような補助加熱用ヒ
ータを用いてなる空気調和機の概略構成を、第１θ図お
よび第ｉｔ図を用いて簡単に説明すると、全体を符号１
で示す空気調和機筐体において、この筐体ｌの下側には
吸込口を形成するエアフィルタ２が設けられ、かつこの
フィルタ２上側には、モータ３、ファン４ａおよびファ
ンケーシング４からなる送ＰＩｔ機５が配設されている
。さらに、この送風機５ヒ方の全体ｌ内空間には、吸込
空気の風路を遮るようにして熱交換器６が傾斜して配設
され、かつこの熱交換５ｌ１６の下端部には冷、暖房時
にこの熱交換器６から生じたドレンを処理するドレンパ
ン６ａが配設されている。７は熱交換器６の上側面に並
設して設けられた前述したシーズヒータまたは電気ヒー
タ等（第９図（ａ）、（ｂ）参照）からなる補助加熱装
置で、その−ヒ側で筐体１上部には吹出口８が形成され
ている。なお、図中１ａは前パネル、１ｂは背面パネル
、ｌｃ、ｌｃはこれ蔦両パネルｌａ、ｌｂと共に空気通
路（風路）９を形成する側部パネルである。

従来の補助加熱装置１７を組込んでなる空気調和機は上
述したような構成とされており、空気は送風機５により
フィルタ２から送風機５、熱交換器６、補助加熱装置７
さらに吹出口８を通過して筐体１外部に吹出される。こ
のとき、循環空気は熱交換器６により冷やされたり暖め
られたりするが、暖房運転時に室内または外気温度が低
くて熱交換ｓ６により暖められた空気の温度が低い場合
に前記補助加熱装置１７を作動させて暖房を行なうこと
ができるような構成とされていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述したようなシーズヒータまたは電気ヒー
タ等による従来の補助加熱装Ｗ１７を組込んでなる空気
調和機において、吹出口８が樹脂成形品等といった耐熱
温度の低い部品である場合に、送風機５の故障やフィル
タ２へのごみ等の付着により風績が減少したりすると、
補助加熱装置７の表面温度が高くなるため周囲温度が高
温となり、これにより耐熱温度の低い吹出口８等が変形
したり、また最悪の場合には発火、発煙等を招く虞れも
あるという安全面からの問題をもつもので、このような
問題点を一掃し得る対策が必要とされている。

このような補助加熱装Ｍ７の過加熱を防止するために、
従来から温度ヒユーズ等による温度制御用の安全回路等
を、ヒータへの通電回路の一部に付設することが従来か
ら一般に行なわれているが、装置全体が複雑化するとと
もにその組込みスペース等の面から空気調和機全体が大
型化する等といった問題もあり、さらにこのような安全
回路等が作動しない場合の対策も、空気調和機の安全性
や信頼性を確保するうえでは必要とされるもので、この
ような点を考慮しなければならない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、正の
抵抗温度係数を有する有機ＰＴＣ材等によって形成され
自己温度制御機能を発揮させ得る有機発熱体を用いるこ
とで、常時は１００℃を越える高温とならず、送風機の
故障等による異常時においてたとえその周囲に設置した
安全装置が動作しない場合にあっても、該発熱体自身が
ヒートピーク現象を起こして実質的に通電を停止させる
ように作用し、空気調和機の安全性や信頼性等を向ヒさ
せ得る空ＩＡＩ！４和機用加熱装置を得ることを目的と
している。

〔ｉ！ＩＩＭを解決するための手段〕

本発明に係る空気調和機用加熱装置は、正の抵抗温度係
数をもつ有機ＰＴＣ面発熱体を、空気調和機の補助加熱
源として用い、該発熱体のもつ自己温度制御機能により
異常発熱時などにおける通電制御を適切かつ確実に行な
えるように構成したものである。

〔作用〕

本発明によれば、補助加熱源として組込まれた有機ＰＴ
Ｃ面発熱体等により、空気調和機内で吹出し空気を適宜
補助加熱し得るとともに、この発熱体自身の自己温度制
御機能により周囲温度の変動を低減するように作用し、
送風機故障等といった異常時にたとえ温度ヒユーズ等の
安全装置が動作しない場合にあっても、この発熱体自身
がヒートピーク現象により高抵抗化し発熱を停止する機
能を発揮させ得るため、空気調和機における安全性や信
頼性等を向上させ得るものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図ないし第８図は本発明に係る空気調和機用加熱ｖ
ｃＷの実施例を示すものであり、これらの図において前
述した第１０図等と同一または相当する部分には同一番
号を付してその説明は省略する。

さて、本発明によれば、前述したような空気調和機にお
いてその空気の補助加熱源として、正の抵抗温度係数を
もつ有機ＰＴＣ材により形成された面発熱体ｌＯを用い
、該発熱体１０自身のもつ自己温度制御機能により、送
風機５の故障等といった異常発熱時における通電制御を
適切かつ確実に行なえるように構成したところに特徴を
有している。ここで、第１図では、第２図や第３図に例
示したように、面発熱体１０をプレート状またはスパイ
ラル状に間層して形成したものを、加熱装置１１として
熱交換器６）：側面の−Ｅ側に並設した場合と、同様の
面発熱体ｌＯを、加熱装置１２として送風機５のファン
ケーシング４に巻付けた状態で貼り合わせた場合を併記
している。

このような構成によれば、補助加熱源として組込まれた
有４ｉｌＰＴＣ面発熱体１０により、空気調和機から吹
出される空気を適宜新雪の状態で補助加熱し得るととも
に、この面発熱体１０自身の自己温度制御機能で周囲温
度の変動を低減するように作用し、送風機５の故障等と
いった異常発熱時にたとえ温度ヒユーズ等の安全装置（
図示せず）が動作しない場合にあっても、この発熱体ｌ
Ｏ自身がヒートピーク現象により高抵抗化し発熱を実質
的に停止トする機能を発揮させ得るという利点をもち、
空気調和機における安全性や信頼性等を向上させ得るも
のである。すなわち、後述するようなカーボンブラック
を高分子に分散した有機発熱体１０は１発熱温度が１０
０℃以下と低い上に正の抵抗温度係数を有しているため
に自己温度制御機能を有している。そして、入力電力が
過大となった場合にはヒートピーク現象が生じ、不可逆
的に高抵抗化するという自己温度ヒユーズ機能をも併せ
持ち、安全性、信頼性に優れている。したがって、この
ような発熱体１０を空気調和機に採用することで、電気
回路としての安全装置（温度ヒユーズ等）が万一作動し
ない場合にあっても。

発熱体自身が自己温度制御機能を発揮し、オーバーロー
ド時には自己温度ヒユーズ機能で発熱源としての機能を
停止するため、きわめて安全な熱源として用いることが
可能となるものである。

これを詳述すると、正の抵抗温度係数を有する有機ＰＴ
Ｃ面発熱体ｌＯは、第６図に示すように発熱体の発熱温
度（表面温度）が上昇すると該発熱体の比電気抵抗も上
昇するという性質を有し。

その比電気抵抗（ρ）は次式で表わされる。

ρ＝　／）　Ｏ（ｔ＋　ｅｚｐＫ　（Ｔ−Ｔｃ　）　）
ここで、Ｔは発熱温度、Ｔｃは転移温度（第６図では５
０℃）、Ｋは抵抗温度係数、ρＧはＴｃ以下の発熱温度
において比電気抵抗が漸近する一定値（第６図で〜１０
２Ωｃｍ）を表わす。

この第６図において特性曲線■〜■の抵抗温度係数は、
それぞれ０．４．０．８　、０．８　、１．０および１
．２　１／”Ｏであり、抵抗温度係数が大きいほど。

ＰＴＣ特性に優れていることにな・る。

また、このような有＠ＰＴＣ面発熱体ｌＯの通電発熱特
性を、第７図に示している。すなわち、周囲温度を一２
０℃から４０℃の範囲で変化させながら、発熱体の発熱
温度を測定した結果を表わし、特性的ｉ！１（Ｉ）およ
び（ＩＩ）は抵抗温度係数がそれぞれ１．０および０．
４の場合を表わし、特性曲線（ＩＩＩ）は抵抗温度係数
が０、つまりＰＴＣ特性を持たない発熱体の場合を表わ
す、この第７図から明らかなようにＰＴＣ特性に優れる
発熱体１０自身度の変動に対する発熱温度の変化が少な
く、自己温度制御機能を有すると言える。一方、有機Ｐ
ＴＣ面発熱体ｌＯは過大な電力を供給すると。

発熱と放熱あるいは熱拡散のバランスが崩れて電極間の
中央付近に高温の部分を生じる。高温の部分はＰＴＣ特
性により高抵抗化するために、他の部分よりジュール熱
（ｉｌＲ）の発生量が多く、さらに高温になるという正
帰還が働き、ついには部分的にマトリックスが溶融する
というヒートピーク現象を発生する。第８図に軟化温度
１１０度のポリエチレンをマトリックスとし、カーボン
ブラックを導電性フィラーとして電極間距離を３゜５、
？および１０ｃｍとした有機ＰＴＣ面発熱体ｌＯを恒温
槽に入れて通電した時のヒートピークが発生する直前の
最大入力電力を測定した結果を示す、同図中Ａ、Ｂ、Ｃ
およびＤは、電極間距離３．５．７および１０ｃ■に対
応している特性を示す、そして、この特性図から明らか
なように、最大入力電力は周囲温度が高くなるほど減少
し、マトリックスの軟化温度〜１１０度付近で〜０とな
ることが確認された。したがって、この最大入力電力は
電極間距離が小さいほど放熱し易くなるため大きくなり
、たとえば電極間距離３Ｃ■の発熱体を２０℃の績温槽
に入れて通電すると、約５ＫＷ／ｍ！の入力電力の時に
ヒートピーク現象を起こし、発熱体自身が高抵抗化する
ため電流は約１／２０に激減する結果となった。そして
、このヒートピーク現象が自己温度ヒユーズの機能を果
たし、安全性を確保するという非常に大きなメリットと
なる。すなわち、軟化温度が〜１１０℃のベースポリマ
ーを用いた有機ＰＴＣ面発熱体ｌＯを空気調和機の補助
加熱源等に用いた場合、何らかの原因で発熱体の発熱温
度が上昇した時に通常は空気調和機に取付けられた温度
ヒユーズ等の安全装置が作動するが、万一この温度ヒユ
ーズ等の安全装置が作動しない場合には、この発熱体１
０自身がヒートピーク現象を起こして高抵抗化し１発熱
を停市するというきわめて安全な発熱体として動作する
結果となる。

特に、このようなヒートピーク現象は、発熱体１０のＰ
ＴＣ特性に起因するものであり、その正の抵抗温度係数
が高いほど起こり易くなる。この正の抵抗温度係数は導
電性フィラーであるカーボン量とマトリックスであるベ
ースポリマーにより決まる特性値であるが、少なくとも
０．８１／”Ｃ以上のものであれば充分に機能するもの
である。したがって、有機ＰＴＣ面発熱体ｌＯとしては
軟化温度が１００〜１６０℃の熱可塑性高分子が好適に
用いられ、たとえばポリエチレンやポリプロピレン等の
ポリオレフィンが好適である。また、導電性フィラーと
しては、カーボンのほかにもカーボンや金属の微細な繊
謔も用いられるが、高い抵抗温度係数を確保するにはカ
ーボンブラックが好適である。また、自己温度制御機能
をコントロールするために低融点の有機化合物が第三成
分として添加されるが、これには低分子量のポリエチレ
ンワックス等のポリオレフィンワックスが好適に用いら
れる。

そして、このような結果に基づき、たとえばベースポリ
マーにカーボンを２０〜３０重量％混合した組成物を、
バンバリーミキサ−等で均一に混練した後、Ｔダイより
押出し成形してシート状の面発熱体を製造するとよい、
また、必要に応じて低分子量ポリエチレンを２０〜３０
重破％添加するとよい、このようにして製造された面発
熱体のＰＴＣ特性は組成および混線、押出し成形条件に
依存するが、正の抵抗温度係数が０．８　１７”Ｃ以上
のものは容易に製造し得るものである。

また、このように製造された面発熱体ｌＯに対し幅が５
１１の電解銅箔１３を電極として、第５図（ａ）、（ｂ
）に示すように熱溶着して固定するとよい、ここで、電
極間距離は、＠８図から明らかなように小さい方が最大
入力電力を大きく取ることができるが、コストは高くな
る０本実施例では５ｃ■のものを製作した。さらに、電
気絶縁性を与えるために、前記電極材きの面発熱体を膜
厚１２ＩＬ虐のポリプロピレンフィルムで挟み込み。

その端部をヒートシールして帯状のヒータを製作すると
よい、このようなヒータ構造を、第２図あるいは第３図
に示すように、波板状のセパレータと共に、プレート状
あるいはスパイラル状に積層して空気調和機ｍＪＷｉ熱
装置として用いるとよいものである。なお、これらの図
において符号１４は加熱装置１１を構成するヒータで、
また１５は空気の通路を確保するための波板状のセパレ
ータを表わすが、第２図ではこのセパレータ１５を省略
した場合を示している。

また、このような有機ＰＴＣ面発熱体１０は、前述した
ように発熱体内部に温度分布を生じるとＰＴＣ特性に起
因するヒートピーク現象を生じるが１発熱体１０に熱伝
導率の高いアルミ箔等を貼り合わせることで温度分布の
発生をある程度抑えることが可能である。その結果、必
要以上にヒートピークの発生を抑制でき、ヒータの寿命
を延ばすことが可能となる。

さらに、上述した有機ＰＴＣ面発熱体１０によれば、こ
れを第１図や第４図に示すように、送風１１５でアルシ
ロッコファンのファンケーシング４に貼り合わせて使用
することもできる。そして。

このような構成とすると、金属製のファンケーシング４
が均熱板としての機能を持つために発熱体の寿命が延び
るとともに、発熱体が空気流の中に置かれるため、放熱
の効率が高い、また、補助加熱装置としての発熱体のた
めの専用のスペースも不要であり、コンパクトな加熱源
として簡便に用いられるという利点がある。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、空気
調和機を始めとして加熱装置各部の形状、構造等を、適
宜変形、変更することは自由で、種々の変形例が考えら
れよう。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る空気調和機用加熱装置
によれば、正の抵抗温度係数をもつ有機ＰＴＣ面発熱体
を、空気調和機の補助加熱源として用い、該発熱体のも
つ自己温度制御機能により異常発熱時における通電制御
を適切かつ確実に行なえるように構成したので、簡単か
つ安価な構成にもかかわらず、補助加熱源として組込ま
れた面発熱体で所要の補助加熱源としての機能を確保す
る一方、この発熱体自身の自己温度１ｔＪＩ御機能によ
り周囲温度の変動を低減するように作用し、送風機故障
等といった異常発熱時にたとえ温度ヒユーズ等の安全装
置が動作しない場合にあっても、この発熱体自身がヒー
トピーク現象により高抵抗化し発熱を１！質的に停止す
る機能を発揮させ得るため、空気調和機における安全性
や信頼性等を従来に比べて大幅に向上させ得る等といっ
た種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空気調和機用加熱１Ｊｔｌｌの一
実施例を示す空気調和機の概略構成図、第２図ないし第
４図は木発［ＪＪに係る有機発熱体による加熱装置を例
示する概略図、第５図（ａ）、（ｂ）はその発熱体構成
を説明するための図、第６図ないし第８図はＰＴＣ特性
、自己温度制御機能および通電発熱特性をそれぞれ示す
特性図、ｆｌＳ９図（ａ）。 （ｂ）は従来の空気調和機用として用いていた補助加熱
装置の二個を示す概略図、第１Ｏ図および第１１図は従
来の補助加熱！ｅｉｔを採用してなる空気調和機の概略
構成を示す要部側断面図および前パネルを取外した正面
図である。 ｌ・・・・空気調和機筐体、２・・・・エアフィルタ、
４・・・・ファンケーシング、５・・・・送風機、６・
・・・熱交換器、８・・・・吹出口、９・・・・空気通
路（風路）、ｌＯ・・・・有機発熱体（有機ＰＴＣ面発
熱体）、１１．１２・・・・加熱装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気調和機筐体内の風路中に配設されて空気を補助加熱
   する空気調和機用加熱装置において、正の抵抗温度係数
   を有する有機発熱体を、前記風路中での空気補助加熱源
   として設け、この発熱体の自己温度制御機能により送風
   機の故障等による異常運転時に、該発熱体自身のヒート
   ピーク現象で実質的に通電を停止させるように構成した
   ことを特徴とする空気調和機用加熱装置。