JP2014224612A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩検知センサの交換修理を不用として安全性を向上させた空気調和機を提供する。
【解決手段】可燃性冷媒を用い、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、絞り装置４、室内熱交換器５を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、前記室内熱交換器５と、前記室内熱交換器５を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進する室内ファン７を備えた室内機２１よりなる空気調和機において、前記可燃性冷媒の漏洩を検知する漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂを、同一箇所に複数備えたもので、漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂを切り替えながら冷媒漏洩を検知できるので、漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの交換修理を不用にでき、安全性の高い空気調和機を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関するもので、特に、可燃性冷媒を用いた空気調和機に関するものである。

図７は、可燃性冷媒を使用すると共に、漏洩検知センサを設置している従来の冷凍装置の漏洩検知方法を示すフローチャートである。漏洩検知センサは、検知精度が経時劣化するため、自己補正する機能を持つ。漏洩検知センサは、ガス検知用の感ガス部と、感ガス部を加熱するヒーター部とを有した半導体式ガスセンサに、感ガス部の動作温度を制御するヒーター制御部を設けて、運用期間中、随時、センサをヒーターにより加熱することで冷媒漏れを模擬して補正する。また漏洩検知センサが故障した場合には表示して知らせるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０３８８３０号公報

しかし、上記特許文献１に記載されたような従来の技術では、可燃性ガスセンサとして使用されている半導体式、接触燃焼式などで可燃性ガスを検知するには、感ガス部を４００℃程度に加熱する必要がある。

ところが、長期間使用すると、高温のためヒーターなどの熱劣化により、検知精度が劣化し最終的には検知不能となる。一般的に、漏洩検知センサは、通常５年程度は検知精度の劣化もなく使用可能であるが、感ガス部の補正を行っても５年程度を超える使用については故障時期などの予測は困難である。

空気調和機の使用期間は１０年程度と予測されるため、空気調和機の使用期間中に高い確率で漏洩検知センサが使用不能になると考えられる。故障した漏洩検知センサを、修理交換せず空気調和機を使用し続けると安全性が保てないという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、可燃性冷媒を使用した空気調和機において、漏洩検知センサの交換修理を不用にして、安全性を向上させた空気調和機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、可燃性冷媒を用い、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、前記室内熱交換器と、前記室内熱交換器を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進する室内ファンを備えた室内機よりなる空気調和機において、前記可燃性冷媒の漏洩を検知する漏洩検知センサを、同一箇所に複数備えたもので、漏洩検知センサを切り替えながら冷媒漏洩を検知できるので、漏洩検知センサの交換修理を不用にでき、安全性の高い空気調和機を提供できる。

本発明の空気調和機は、可燃性冷媒を使用した空気調和機において同一箇所に複数の漏
洩検知センサを設置し、漏洩検知センサを切り替えながら冷媒漏洩を検知できるので、漏洩検知センサの交換修理を不用にでき、安全性の高い空気調和機を提供できる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図 同空気調和機の室内機の断面図 同空気調和機の室内機の前面図 同空気調和機の半導体式センサの原理図 同空気調和機の制御手段のフローチャート 同空気調和機のポンプダウン制御のフローチャート 従来の冷凍装置の漏洩検知のフローチャート

第１の発明は、可燃性冷媒を用い、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、前記室内熱交換器と、前記室内熱交換器を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進する室内ファンを備えた室内機よりなる空気調和機において、前記可燃性冷媒の漏洩を検知する漏洩検知センサを、同一箇所に複数備えたもので、漏洩検知センサを切り替えながら冷媒漏洩を検知できるので、漏洩検知センサの交換修理を不用にでき、安全性の高い空気調和機を提供できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の可燃性冷媒の漏洩の検知には、複数の漏洩検知センサの内の一つを使用し、一定時間後または使用中に前記漏洩検知センサが故障した場合に、他の漏洩検知センサに切り替える切り替制御手段を備えたもので、漏洩検知センサが故障や劣化する前に漏洩検知センサを切り替えながら漏洩検知できるので、漏洩検知センサの交換修理を不用にでき、安全性の高い空気調和機を提供できる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の複数の漏洩検知センサを一体にした一体型漏洩検知センサを備えたもので、構成部品を共通化して小型化できるので、省スペース化できよりコンパクトで安全性の高い空気調和機を提供できる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明の漏洩検知センサを、室内機を室内に取り付けた時に室内熱交換器の鉛直最下部となる溶接部と同等位置またはその下部となる位置に設置したもので、最も冷媒漏洩の可能性の高い熱交換器の溶接箇所からの漏洩検知ができるので、漏洩冷媒検知の確実性が向上しより安全性の高い空気調和機を提供できる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか一つの発明の室内機は、室内熱交換器で熱交換された空気を吹き出す吹出口を備え、漏洩検知センサを、前記吹出口の近傍に設置すると共に、前記漏洩検知センサの感度を、室内ファンの運転中に、前記室内ファンの停止中のときより高くする感度設定制御手段を備えたもので、熱交換器溶接部以外からの冷媒漏洩の検知が可能となると共に、室内ファン運転中の低濃度の冷媒漏洩にも対応できるのでより安全性の高い空気調和機を提供できる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか一つの発明の漏洩検知センサが、可燃性冷媒の漏洩を検知した場合に、自動でポンプダウンするポンプダウン制御手段を備えたもので、室内で冷媒が漏洩したとき、可燃性冷媒を室外に設置してある室外機に移動できるので、より安全性の高い空気調和機を提供できる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか一つの発明の複数の漏洩検知センサの全てが故障した時、空気調和機の運転を強制的に停止すると共に、使用者に故障の旨を表示する
故障検知表示手段を備えたもので、使用者に漏洩検知センサの故障をすばやく察知させることができ、修理交換を促すことができるので、より安全性の高い空気調和機を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における空気調和機について、図１〜６を用いて説明する。図１は、本実施の形態における空気調和機の構成図である。

本実施の形態における空気調和機は、可燃性冷媒を用いたものであり、可燃性冷媒としてはプロパン、イソブタン、アンモニアなど自然冷媒でも良いし、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、Ｒ３２やその混合冷媒など弱燃性、微燃性の冷媒でも良い。

図１において、本実施の形態における空気調和機は、屋外に設置された室外機２２と、屋内に設置された室内機２１からなり、室外機２２と室内機２１は液側接続管２３とガス側接続管２４で接続されている。

室外機２２は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷房・暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２と、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３と、室外熱交換器３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン８と、冷媒を減圧する絞り装置４と、室内熱交換器５と四方弁２の間に設置され冷媒の流れを制御する開閉弁６で構成され、室内機２１は、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５と、室内熱交換器５内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン７と、室内熱交換器５で熱交換された空気を吹き出す吹出口２５で構成されている。

圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、絞り装置４と、室内熱交換器５及び開閉弁６は環状に接続されている。また、室内機２１内には、可燃性冷媒の漏洩を検知する複数の漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂと、複数の漏洩検知センサ１０ａまたは１０ｂを一体にした一体型漏洩検知センサ１１ａ、１１ｂを設置している。これらの漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂは、半導体式、接触燃焼式、熱線型半導体式など、どの方式を用いても良い。

制御装置１７は、一定時間後または使用中の漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの故障を判断して、故障した場合に切り替える切り替制御手段１３と、室内ファン７運転中は、停止中より感度を高くする感度設定制御手段１４と、漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂが可燃性冷媒の漏洩を検知した場合、自動でポンプダウンを行なうポンプダウン制御手段１５と、複数の漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂが全て故障となった時、空気調和機の運転を強制的に停止して、使用者に故障を表示する故障検知表示手段１６より構成されている。

図２は、室内機２１の断面図である。矢印は空気の流れ方向を示している。また、吹出口２５に配した風向調整板３０を用いて、室内ファン７の気流方向を使用者が調整でき、一体型漏洩検知センサ１１ｂは、風路内に漏れた可燃性ガスを検知できるようセンサを風路と接するように設置している。

即ち、一体型漏洩検知センサ１１ｂは、室内機２１の風路に接した銅管部よりの漏洩検知を主な目的とし風路と接するように設置している。

図３は、室内機２１の前面図である。冷媒の通路を構成するために、室内熱交換器５の
端部にＵ字型接続管１８を溶接接続している。溶接されたＵ字型接続管１８の中で、最も鉛直下側に位置するＵ字型接続管１８の同等位置またはその下部に、一体型漏洩検知センサ１１ａを設置している。

即ち、一体型漏洩検知センサ１１ａは、室内熱交換器５でＵ字型接続管１８の溶接による接続部からの漏洩検知を主な目的としている。室内熱交換器５の溶接による接続部は、室内熱交換器５の片側の端部に集中していること、また漏洩ガスは、空気の比重より大きく鉛直下部に降下していくことから、Ｕ字型接続管１８の中で最も鉛直下側に位置するＵ字型接続管１８の同等位置または下部に一体型漏洩検知センサ１１ａを設置した。

この様に構成された、本実施の形態における空気調和機について動作を説明する。

先ず、冷房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は、高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って室外熱交換器３に送られる。そして、室外ファン８によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置４に送られる。絞り装置４では、減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液側接続管２３を通って、室内熱交換器５に送られる。

室内ファン７によって吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は、室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は、温度湿度が低下して室内ファン７によって室内に吹き出され室内を冷房する。また、ガス冷媒は、ガス側接続管２４を通って通常の運転時は開成されている開閉弁６を通過して四方弁２に入り圧縮機１に戻る。

また、暖房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は、高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り、通常の運転時は開成されている開閉弁６を通過してガス側接続管２４に送られる。室内ファン７によって吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は、室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は、冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で、室内ファン７によって室内に吹き出され室内を暖房する。

その後、冷媒は、液側接続管２３を通って絞り装置４に送られ、絞り装置４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて、室外ファン８によって外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁２を経由して圧縮機１へ戻される。

このようにして、冷・暖房運転がなされる。

次に、本発明の特徴である一体型漏洩検知センサ１１ａ、１１ｂ、制御装置１７の動作について説明する。また、一体型漏洩検知センサ１１ａ、１１ｂは複数の漏洩検知センサから構成されているが、本実施の形態では、２個の漏洩検知センサ１０ａで１個の一体型漏洩検知センサ１１ａを、２個の漏洩検知センサ１０ｂで１個の一体型漏洩検知センサ１１ｂを、それぞれ構成している、として説明を進める。

先ず漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの検知原理とその特性について説明する。図４は、半導体式センサの原理図である。触媒である金属酸化物半導体３１例えばＳｎＯ₂を、Ｉｒ―Ｐｄ合金線などのヒーター兼用電極３３で、４００℃程度まで加熱し、金属酸化物半導体３１の表面でのガス吸着による電気伝導度の変化を、リード線３２で測定してガス濃度を検知する。

一体型漏洩検知センサ１１ａ、１１ｂは、空気調和機の冷・暖房運転、あるいは運転停
止に係わらず常に漏洩冷媒の検知を行なっている。漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂが半導体式センサの場合、検知部は、金属酸化物半導体３１をヒータ兼用電極３３で４００℃程度に加熱し、可燃性ガスが金属酸化物半導体３１に接触すると電気伝導度が変化し、電気伝導度の変化度合いによってガス濃度を検知している。

従って、可燃性ガスの検知は、金属酸化物半導体３１が４００℃程度に加熱されている必要があるため、一旦ヒータ兼用電極３３での加熱を止めた後、再度可燃性ガスを検知する場合、金属酸化物半導体３１を４００℃程度になるまでの加熱時間を要し加熱が終了するまでの間、可燃性ガスの検知精度が低くなる。この様なことから可燃性ガスを常に検知し続けるためには、金属酸化物半導体３１を常に加熱しておく必要がある。

しかしながら、常に加熱し続けると金属酸化物半導体３１が熱劣化を起こし、一般的に５年程度で検知精度が低下する。また、接触燃焼式、熱線型半導体式についても検知のために４００℃程度に常に加熱を行なう必要があり何れの方式についても熱劣化は避けられない。

ところが、空気調和機の製品寿命としては１０年程度と見込まれ、漏洩検知センサの寿命が製品寿命より短いことになる。

そこで、本実施の形態では、それぞれ２個の漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂを一体にした一体型漏洩検知センサ１１ａ、１１ｂを設置して、同一箇所の漏洩を検知している。即ち、一体型漏洩検知センサ１１ａには、２個の漏洩検知センサ１０ａが装備され、一体型漏洩検知センサ１１ｂには、２個の漏洩検知センサ１０ｂが装備されている。

漏洩検知は、２個のセンサの内１個を使用して行い、他の１個は、劣化を避けるため加熱せず検知を行うのに使用しない。そして使用中の漏洩検知センサ１０ａ又は１０ｂが劣化や故障した場合に、他の１個と切り替えることで、製品寿命と同程度の期間、漏洩検知を継続して行なうことを可能としたものである。

また、本実施の形態では、漏洩検知センサ１０ａ又は１０ｂを切り替えた後も、漏洩検知に最も効果的と考えられる漏洩検知センサの同一の設置位置での検知を行っている。

次に、制御装置１７の制御動作について、図５のフローチャートで説明する。

ＳＴＥＰ１では、通常の冷・暖房及び停止動作を行ない、そのままＳＴＥＰ２に移行する。ＳＴＥＰ２では、切り替制御手段１３は、切替制御を行なう。切り替制御手段１３は漏洩検知に使用している漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの加熱時間を積算して、加熱時間が、５年程度を越えたら検知を終了して、加熱していない他の１個の漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂを加熱し漏洩検知を行なう。

このとき、これまで検知に使用してきた漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの加熱時間が５年程度を超える前に、他の１個の加熱を開始し、検知の安定性を確保してからこれまでのセンサの検知を終了する。また、これまで使用している漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの電気伝導率が、異常値となった場合、他の１個の加熱を開始して検知を他の漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂに切り替える。

ＳＴＥＰ３では感度設定制御手段１４は、感度制御を行なう。感度設定制御手段１４は、室内ファン７の動作を検知して漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの感度を変える。室内ファン７が停止時に、冷媒が漏洩した場合には、静止空気内に冷媒が混合して降下する。一方、室内ファン７が動作中に冷媒が漏洩した場合には、流動空気内に冷媒が混合する。

従って、漏洩量が同等であれば室内ファン７が動作中には、停止中より漏洩冷媒の濃度が小さくなる。

本実施の形態では、感度設定制御手段１４が、室内ファン７の動作を検知して室内ファン７が動作している場合には、停止中より漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの感度を高くして低濃度の漏洩冷媒に対応するようにした。

ＳＴＥＰ４では、故障検知表示手段１６で全ての漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの故障の有無を判断する。漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの電気伝導率が異常値であれば故障と判断する。さらに全ての漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂが故障と判断された場合は、ＳＴＥＰ７に、それ以外はＳＴＥＰ５に移行する。

ＳＴＥＰ５では、一体型漏洩検知センサ１１ａ、１１ｂで漏洩冷媒の検知の有無を判断する。

冷媒が漏洩していると判断した場合ＳＴＥＰ６に移行し、冷媒漏洩が無いと判断すればＳＴＥＰ１に戻り通常制御を行なう。

ＳＴＥＰ６では、ポンプダウン制御手段１５でポンプダウン制御を行なう。室内への冷媒漏洩を抑制するため、自動的にポンプダウン運転を行なって、冷媒を屋内に設置されている室内機２１から屋外に設置されている室外機２２に移動させる。

ポンプダウン制御の詳細について図６のフローチャートに示した。

ポンプダウン制御を開始すると、先ずＳＴＥＰ１１でタイマー（図示せず）による計時を開始する。

ＳＴＥＰ１２では、ポンプダウン運転を開始する。強制冷房運転を行い、絞り装置４を全閉する。次にＳＴＥＰ１３に進みポンプダウン運転を開始すると、ステップＳ２２に進み、タイマーで計時した時間が、所定の時間以上になったか否かを判断し、所定の時間以上になったと判断すれば、ＳＴＥＰ１４に進む。所定の時間未満であればポンプダウン運転をそのまま継続する。

ＳＴＥＰ１４ではポンプダウン運転を終了する。開閉弁６を閉止して、圧縮機１、室内ファン７、室外ファン８を停止してポンプダウン制御を終了する。この時冷媒は、室外機２２内の絞り装置４と開閉弁６との間に封じられることになる。またこのとき、冷媒の漏洩を検知したことをリモコン（図示せず）や室内機２１に設けたランプ（図示せず）などにより使用者に知らせる。

ＳＴＥＰ７では、故障検知表示手段１６で、漏洩検知センサが全て故障していることを使用者に認識させるため、空気調和機が運転中の場合は、強制停止し、停止中の場合は、再運転しないようにする。さらに、リモコンや室内機２１のランプなどにより故障の表示を行なう。

この様にして、可燃性冷媒を使用した空気調和機において、同一箇所に複数の漏洩検知センサを設置し、漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂを切り替えながら冷媒漏洩を検知するので、漏洩検知センサ１０ａ、１０ｂの交換修理を不用にでき、安全性の高い空気調和機を提供できる。

尚、上記実施の形態では、空気調和機を例に説明したが、四方弁を有しない、例えば、加熱専用の給湯機等や、冷却専用のクーラーや冷凍庫等にも応用できるものである。

本発明に係る空気調和機によれば、可燃性冷媒、例えば、プロパン、イソブタン、アンモニアなど自然冷媒やＨＦＯ１２３４ｙｆ、Ｒ３２やその混合冷媒など弱燃性、微燃性の冷媒を冷媒回路に封入する空気調和機の安全性を向上させることができるもので、空気調和機に限らず、給湯機や冷凍庫などにも適用できる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 絞り装置
５ 室内熱交換器
６ 開閉弁
７ 室内ファン
１０ａ、１０ｂ 漏洩検知センサ
１１ａ、１１ｂ 一体型漏洩検知センサ
１３ 切り替制御手段
１４ 感度設定制御手段
１５ ポンプダウン制御手段
１６ 故障検知表示手段
２１ 室内機
２２ 室外機

Claims (7)

1. 可燃性冷媒を用い、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、前記室内熱交換器と、前記室内熱交換器を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進する室内ファンを備えた室内機よりなる空気調和機において、前記可燃性冷媒の漏洩を検知する漏洩検知センサを、同一箇所に複数備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 可燃性冷媒の漏洩の検知には、複数の漏洩検知センサの内の一つを使用し、一定時間後または使用中に前記漏洩検知センサが故障した場合に、他の漏洩検知センサに切り替える切り替制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 複数の漏洩検知センサを一体にした一体型漏洩検知センサを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 漏洩検知センサを、室内機を室内に取り付けた時に室内熱交換器の鉛直最下部となる溶接部と同等位置またはその下部となる位置に設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。
5. 室内機は、室内熱交換器で熱交換された空気を吹き出す吹出口を備え、漏洩検知センサを、前記吹出口の近傍に設置すると共に、前記漏洩検知センサの感度を、室内ファンの運転中に、前記室内ファンの停止中のときより高くする感度設定制御手段を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和機。
6. 漏洩検知センサが、可燃性冷媒の漏洩を検知した場合に、自動でポンプダウンするポンプダウン制御手段を備えた請求項１〜５のいずれか１項に空気調和機。
7. 複数の漏洩検知センサの全てが故障した時、空気調和機の運転を強制的に停止すると共に、使用者に故障の旨を表示する故障検知表示手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和機。