JP2015105808A

JP2015105808A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2015105808A
Application number: JP2013249189A
Authority: JP
Inventors: 篤彦深澤; Atsuhiko Fukazawa; 福治塚田; Fukuji Tsukada
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-06-08
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: JP6238202B2

Abstract

【課題】空気調和機の室内機が設置された室内において、冷媒漏洩が発生した場合であっても、室内に漏洩する冷媒の量を抑えることが可能な空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１は、冷媒を吐出する圧縮機１１と、圧縮機１１から吐出された冷媒の流れる方向を切換える切換え弁１２とを有する室外機１０と、室内熱交換器２１と、室内熱交換器への冷媒の流量を制御可能な室内膨張弁２２とを有し、冷媒配管を介して室外機１０に接続される室内機２０と、室外機１０および室内機２０により形成される冷凍サイクルを制御する制御装置１９とを備える。制御装置１９は、暖房運転を停止した場合に、切換え弁１２を切換えて冷媒の流れる方向を冷房運転時の方向に切換えるとともに、室内膨張弁２２を全閉状態にする。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関し、特に運転停止時において室外機側に冷媒を回収する機能を有するものに関する。

冷凍サイクルを構成する空気調和機は、一般に、室内熱交換器等を有する室内機、室外熱交換器及び圧縮機等を有する室外機を備え、据付現場において、室内機と室外機を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成することで空気調和機として機能する。

空気調和機として機能させるためには、冷凍サイクル（冷媒回路）に適量の冷媒を封入する必要があり、室外機の組立時に必要量の冷媒を予め封入しておくか、室外機と室内機を冷媒配管で接続する配管接続施工時に、冷媒回路に冷媒を封入している。

室内機は、蒸発器（熱交換器）等の密封を必要とする容器を内蔵しているが、密封が不十分であったり、室内機と室外機を連結する配管接続部の密封が不十分だと、冷媒回路に封入した冷媒が建物等の密閉空間に漏洩する場合がある（この冷媒漏れをガス漏れとも呼ぶ）。

冷媒は、ＨＣＦＣ冷媒からオゾン層破壊係数ゼロのＨＦＣ冷媒に転換済みであるが、ＨＦＣ冷媒は温暖化係数が大きく、環境に悪影響を与えることから、次世代冷媒選定が急がれている。そこで、より温暖化影響係数が低い次世代冷媒候補としてＨＦＣ３２、プロパンガス等があがっているが、ＨＦＣ４１０Ａと比べそれ自体に燃焼性があるという課題があり、ガス漏れに至った場合、室内に充満した冷媒が発火源となる恐れがある。また、他の次世代冷媒候補にはＣＯ_２冷媒もあるが、これも消防予第１９３号、消防危第１１７号「二酸化炭素消火設備の安全対策について」に記載されているように、空気中の濃度によっては人体に大きな影響を及ぼすことがある。このように、次世代冷媒の選定をする際には、冷媒種類によらず、室内側への漏洩量を極力少なくする手法を併せて考案する必要がある。

一方で、ヒートポンプ式空気調和機においては、冷房運転時には室外熱交換器側でガス冷媒を凝縮させ、暖房運転時には室内熱交換器側でガス冷媒を凝縮させるために、暖房運転時においては室内機に室外機と比べ、比較的多くの冷媒が存在することとなる。よって、暖房運転停止後に冷媒漏洩に至った場合の室内側への漏洩量も大きくなる可能性がある。

また、空気調和機の施工後においては入念な冷媒漏れ検査を行うが、スローリークと呼ばれる冷媒の微少漏れについては、微少漏れであるため発見が難しく、スローリークがあると経年により冷媒不足に至るが、封入されている冷媒量が大幅に少なくなるまで発覚しないことも多い。

このため、室内への冷媒漏洩量を少なくするために、冷媒漏洩対策の安全弁を備えた空気調和機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された空気調和機は、圧縮機と室内熱交換器と室外熱交換器とが冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた空気調和機であって、冷媒回路の室内熱交換器側と室外熱交換器側との間に安全弁を備え、安全弁は、安全弁に対して室内熱交換器側の冷媒圧力が、室外熱交換器側の冷媒圧力より低圧となるときに閉となることを特徴している。ここで、安全弁とは、両方の圧力差がある一定の幅の間では開放し、圧力差が一定以上になると閉じられるものをいう。特許文献１の空気調和機では、安全弁に対して室内機側の冷媒圧力が、室外熱交換器側の冷媒圧力より低圧になったとき、安全弁が閉としている。これにより、突発事故や、スローリークにより室内にて冷媒漏洩が生じた場合に、室外側からの冷媒流を遮断し、室内への冷媒漏洩量を抑えている。

一方、ペアタイプ空気調和機とマルチタイプ空気調和機で室内機を共用化するべく、室内機に室外機の制御装置によって開閉の制御を行なう電子膨張弁を設けた室内機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示された空気調和機は、圧縮機と室外熱交換器とを有する１台の室外機と、電子膨張弁と室内熱交換器とを有する１台の室内機とから構成され、室内機の運転モードが冷房の場合に圧縮機から吐出される冷媒は室内熱交換器で凝縮し、電子膨張弁で膨張し、室外熱交換器で蒸発して圧縮機に戻る冷凍サイクルを形成し、一方、室内機の運転モードが暖房の場合には圧縮機から吐出される冷媒は室内熱交換器で凝縮し、電子膨張弁で膨張し、熱外熱交換器で蒸発して圧縮機に戻る冷凍サイクルを形成する空気調和機であって、一台のみの室内機が接続される専用の室外機に室内機の電子膨張弁を制御する制御手段を設けている。

特開２００８−１７００５８号公報特開平６−２０７７４１号公報

特許文献１の空気調和機では、冷媒回路の室内熱交換器側と室外熱交換器側との間に安全弁を設けるため、安全弁自体のコストが上乗せされること、さらに安全弁の圧力損失もあることから循環冷媒量が減少し、空気調和機としての性能が損なわれる。また、特許文献１の空気調和機において、冷房運転では、圧縮機から室外熱交換器、室内熱交換器を介して圧縮機に循環冷媒が循環する冷凍サイクルとなっている。一方、暖房運転では、上記と逆の順序である逆サイクルにて運転する。従って、室内熱交換器側が室外熱交換器より高圧になることから、安全弁は働かないため、安全弁を圧縮機と室内熱交換器の間にも設ける必要があり、システムとして更に複雑となる。

また、冷房運転においては安全弁の動作があれば、室外熱交換器側に冷媒を保有したまま封止ができ、室内熱交換器の冷媒を室外熱交換器よりも少なくすることができる。このため、室内機側で冷媒漏洩があったとしも、室内への冷媒漏洩量は抑えられる。しかしながら、暖房運転においては、冷媒の移動は圧力平衡に頼る部分が大きく、室外機と室内機の冷媒保有量は同程度になることから、冷房運転停止時と比べて暖房運転停止時には冷媒漏洩量が比較的大きくなる。

一方、特許文献２にある空気調和機のように予め、安全弁とした用途ではないが、膨張弁を設けた空気調和機も存在する。

本発明の目的は、空気調和機の室内機が設置された室内において、冷媒漏洩が発生した場合であっても、室内に漏洩する冷媒の量を抑えることが可能な空気調和機を提供することである。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様である空気調和機は、冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒の流れる方向を切換える切換え弁とを有する室外機と、室内熱交換器と、前記室内熱交換器への前記冷媒の流量を制御可能な室内膨張弁とを有し、冷媒配管を介して前記室外機に接続される室内機と、前記室外機および前記室内機により形成される冷凍サイクルを制御する制御部とを備える。前記制御部は、暖房運転を停止した場合に、前記切換え弁を切換えて前記冷媒の流れる方向を冷房運転時の方向に切換えるとともに、前記室内膨張弁を全閉状態にする。

本発明によれば、空気調和機の室内機が設置された室内において冷媒漏洩が発生した場合であっても、室内に漏洩する冷媒の量を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクル系統図である。

以下、本発明の第１の実施形態の空気調和機１について、図面に基づいて説明する。図１は、空気調和機１の冷凍サイクル系統図である。本実施の形態の空気調和装置１で使用する冷媒は、微燃性のＲ３２冷媒、ＨＦＣ３２、プロパンガス、または、自然冷媒であるＣＯ_２である。

空気調和機１は、室外機１０、室内機２０、室外機１０と室内機２０とを接続するガス接続配管２および液接続配管３から構成されている。本実施形態では、室外機１０と室内機２０とを１対１で接続しているが、一台の室内機に対し複数台の室外機を接続しても良いし、一台の室外機に対し複数台の室内機を接続しても良い。

室外機１０は、圧縮機１１と、切換え弁１２と、室外熱交換器１３と、室外ファン１４と、室外膨張弁１５と、外気温度検出器１６と、冷媒温度検出器１７と、圧力センサ１８と、制御装置（制御部）１９とを有している。

圧縮機１１は、その運転周波数がインバータで可変して制御される容量可変式圧縮機である。また、圧縮機１１は、冷媒を高温高圧に圧縮して配管に吐出する。切換え弁１２は、冷媒の流れを変化させ、冷房運転と暖房運転とを切換える弁であり、本実施形態では四方弁である。

室外熱交換器１３は、狭い間隔で並置された多数枚のフィンと、これらのフィンを貫通する蛇行状の冷媒パイプとで構成されたフィンチューブ型熱交換器である。室外熱交換器１３では、冷媒パイプ内を流れる冷媒と室外ファン１４により供給される外気（室外空気）の間で熱交換が行われる。室外膨張弁１５は、冷媒を減圧させるための電子式膨張弁である。外気温度検知器１６は、室外機１０の外板に取り付けられ、外気温度を検知する。冷媒温度検知器１７は、室外熱交換器１３の近傍において、室外熱交換器１３に接続される配管に取り付けられ、室外熱交換器１３で減圧された低温低圧のガス液混合冷媒の温度を検出する。圧力センサ１８は、圧縮機１１の吸入側（低圧側）の冷媒の圧力を検出する。

制御装置１９は、図示せぬリモコンからの運転指令、外気温度検知器１６および冷媒温度検知器１７で検出された温度、及び／又は、圧力センサ１８で検出された圧力に基づいて、室外機１０および室内機２０を構成する機器（圧縮機１１、切換え弁１２、および室外膨張弁１５等）を制御する。

室外機１０は、さらに、ガス阻止弁４および液阻止弁５を有する。ガス阻止弁４および液阻止弁５により、空気調和機１の据え付け前において、室外機１０に充填されている冷媒が封止される。そして、空気調和機１を据え付けて、ガス阻止弁４および液阻止弁５とガス接続配管２および液接続配管３とを接続した後は、ガス阻止弁４および液阻止弁５は、常時開いた状態とされる。

室内機２０は、室内熱交換機２１と、室内膨張弁２２と、室内ファン２３を有している。

室内熱交換器２１は、室外熱交換器１３と同様のフィンチューブ型熱交換器である。室外熱交換器１３では、冷媒パイプ内を流れる冷媒と室外ファン２３により供給される室内空気の間で熱交換が行われる。

室内膨張弁２２は、冷凍サイクルの主回路を流れる冷媒の減圧を行うための電子式膨張弁であり、室内熱交換器２１と液接続配管３との間に設置されている。

次に、空気調和機１の冷凍サイクルの動作について説明する。

まず、空気調和機１における暖房運転について説明する。図１における実線の矢印は、空気調和機１の暖房運転における冷媒の流れを示している。暖房運転において、切換え弁１２は、実線で示すように、圧縮機１１の吐出側とガス接続配管２とを連通させ、圧縮機１１の吸入側と室外熱交換器１３とを連通させる。

圧縮機１１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、切換え弁１２により、ガス阻止弁４側に流れ、ガス接続配管２を通って室内機２０の室内熱交換器２１に流入する。室内熱交換器２１に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内ファン２３により供給される室内空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となる。この際、室内空気は、冷媒によって加熱され、温風が室内に送られる。その後、液化した冷媒は、全開状態の室内膨張弁２２、および液接続配管３を通過して、室内機１０へと戻される。

室外機１０へ戻った液冷媒は、液阻止弁５を通過して、室外膨張弁１５により減圧されて、低温低圧のガス液混合冷媒となる。減圧された冷媒は、室外熱交換器１３に流入して、室外ファン１４により供給される外気と熱交換し、蒸発され、低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器１３から流出したガス冷媒は、切換え弁１２を通過後、圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１で圧縮されることにより、一連の冷凍サイクルが形成される。

次に、空気調和機１における冷房運転について説明する。図１における点線の矢印は、空気調和機１の冷房運転における冷媒の流れを示している。冷房運転において、切換え弁１２は、点線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とを連通させ、圧縮機１１の吸入側とガス接続配管２とを連通させる。

圧縮機１１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、切換え弁１２により、室外熱交換器１３側に流れ、室内熱交換器１３に流入し、室外ファン１４により供給される外気と熱交換して凝縮され、液冷媒となる。この液冷媒は、全開状態の室外膨張弁１５、液阻止弁５、およびガス接続配管３を通過して、室内機２０に流入する。室内機２０に流入した液冷媒は、室内膨張弁２２により減圧されて、低温低圧のガス液混合冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、室内熱交換器２１に流入して、室内ファン１４により供給される室内空気と熱交換されて蒸発し、ガス冷媒となる。この際、室内空気は、冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷風が室内に送られる。その後、ガス冷媒は、ガス接続配管２を通って、室外機１０に戻される。

室外機１０に戻ったガス冷媒は、ガス阻止弁４および切換え弁１２を通過し、圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１で圧縮されることにより、一連の冷凍サイクルが形成される。

次に、空気調和機１における除霜運転について説明する。空気調和機１において、暖房運転時に、蒸発器として作用している室外熱交換器１１の表面に霜が付着する場合がある。このようなときに暖房運転が所定時間継続されると、霜により風路が閉塞されて風量が次第に低下し、暖房能力が低下する。

そのため、一定の着霜量となった時点にて、室外熱交換器１３に付着した霜を融解させる、いわゆる除霜運転が行われる。ここでは、暖房運転時の冷媒のサイクルと逆となる逆サイクル（冷房サイクル）除霜運転での除霜について説明する。

除霜運転は、外気温度検出器１６および冷媒温度検出器１７により検出される温度が、所定の判定値以下である場合に実行される。除霜運転時には、室外ファン１４は停止し、外気への放熱を避け、霜の融解に利用される熱量を確保する。また、室内ファン２３も停止する。

除霜運転中の冷媒循環は冷房運転時の冷媒循環と同一方向であり、切換え弁１２は冷房運転時の状態に切り換えられる。すなわち、除霜運転中、冷媒は図１の点線の矢印で示す方向に沿って流れる。このため、圧縮機１１から圧縮された高温高圧のガス冷媒は、切換え弁１２を経由し、室外熱交換器１３へ流入する。室内熱交換器２１へ流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器１３に付着する霜を冷媒の凝縮熱により加熱して融解する。

室外熱交換器１３にて霜の融解に使用され比エンタルピが小さくなった液冷媒は、室外膨張弁１５および液接続配管３を通過して、室内機２０へ送られる。室内機２０に流入した液冷媒は、室内膨張弁２２にて減圧され、室内熱交換器２１を通過する際に暖房時に暖められていた熱交換器の熱容量を消費して加熱され、ガス接続配管２を通って、室外機１０へと戻される。

室外機１０に戻ったガス冷媒は、ガス阻止弁４および切換え弁１２を通過し、圧縮機１１へと戻されて再度圧縮され、一連の冷凍サイクルが形成される。

次に、暖房運転を停止した場合の冷媒の室外機１０への回収動作について説明する。

図示せぬリモコンにより暖房運転が停止されると、制御装置１９は、切換え弁１２を切換え、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とを連通させ、圧縮機１１の吸入側とガス接続配管２とを連通させる。すなわち、切換え弁１２の状態を冷房運転の状態にする。また、制御装置１９は、室内膨張弁２２を全閉状態にする。切換え弁１２の切換えは、暖房運転時の室外熱交換器１３と室内熱交換器２１との圧力差を利用して行われる。切換え弁１２を切換えたことにより、冷媒の流れる方向が、冷房運転時の冷媒の流れと同じになる。

暖房運転停止後であるので、室内熱交換器２１（室内機２０）が高圧側、室外熱交換器１３（室外機１０）が低圧側となっている。よって、冷媒は、圧力平衡によって、ガス接続配管２を介して、高圧側の室内機２０から低圧側の室外機１０に流れ込む。室内膨張弁２２が全閉状態であるので、液接続配管３を介して、室外機１０から室内機２０に冷媒が流入することはなく、室内機２０よりも室外機１０に冷媒を多く留めることができる。よって、冷媒が室内に漏洩したとしても、漏洩する冷媒の量を少なくすることができる。本実施の形態で使用する冷媒は、微燃性のＲ３２冷媒、ＨＦＣ３２、プロパンガス、または、自然冷媒であるＣＯ_２であるので、冷媒漏洩による発火の可能性を小さくし、人体への影響を少なくすることができる。

また、暖房運転停止時に、圧縮機１１を継続して動作させても良い。これにより、積極的に室内機２０内にある冷媒を室外機１０に回収し、圧縮機１１を停止させているよりも多くの冷媒を室外機１０に留めることができる。なお、圧縮機１１を動作させすぎると、圧縮機１１の低圧側の冷媒が少なくなり、次の運転を開始する際に圧縮機１１がうまく動作しない場合がある。よって、圧力センサ１８により、圧縮機１１の吸入側（低圧側）の圧力を検出し、検出した圧力が所定の圧力になると圧縮機１１を停止させて、冷媒の回収を終了する。

次に、冷房運転停止時の冷媒の室外機１０への回収動作について説明する。

図示せぬリモコンにより冷房運転が停止されると、制御装置１９は、室内膨張弁８を閉じる。室内機２０内の冷媒は、冷房運転時の流れのままに室外機１０に流れ込む。そして、室内膨張弁８を閉じることで、室外熱交換器１３に保有している高圧の液冷媒を封止することができ、室内機２０と比べて室外機１０側で比較的多く冷媒を保有することができる。

次に、本発明の第２の実施形態の空気調和機について説明する。本実施の形態の空気調和機と、第２の実施の形態の空気調和機１とでは、暖房運転停止後の動作のみが異なる。よって、以下では本実施形態における暖房運転停止後の動作についてのみ説明する。

図示せぬリモコンにより暖房運転が停止されると、制御装置１９は、外気温度検出器１６および冷媒温度検出器１７により検出される温度が、所定の判定値以下であるか否かを判定する。検出された温度が、所定の判定値以下であった場合、制御装置１９は、上述の除霜運転を実行する。除霜運転終了後に、室内膨張弁２２を閉じて、圧縮機１１を動作さる。これにより、積極的に室内機２０側にある冷媒を室外機１０側に回収し、より多くの冷媒を室外機１０に留めることができる。なお、除霜運転終了後に、圧縮機１１を動作させなくても良い。

一方、検出された温度が、所定の判定値より大きい場合、制御装置１９は、切換え弁１２を切換え、室内膨張弁２２を全閉状態にする。これにより、第１の実施形態と同様に、冷媒が、高圧側の室内機２０から低圧側の室外機１０に流れ込み、室内機２０よりも室外機１０に冷媒を多く留めることができる。なお、この時に圧縮機１１を動作させても良い。

なお、上述した本発明の実施形態および実施例は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態あるいは実施例のみに限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

例えば、暖房運転を停止した場合、室内膨張弁２２を全閉状態にすると共に、室外膨張弁１５を全閉状態にしても良い。この場合、室外膨張弁１５を閉じて所定時間経過後、室内膨張弁２２を閉じることが好ましい。ここで、所定時間とは、室外膨張弁１５と室内膨張弁２２との間にある冷媒が、室内機２０内に移動するのに必要な時間である。室外膨張弁１５と室内膨張弁２２とを閉じることにより、運転停止中に室外機１０から室内機２０へ冷媒が流入するのをさらに抑制することができる。また、暖房運転停止時に液接続配管３内にある冷媒も、室外機１０に回収することができる。よって、液接続配管３は、施工によっては室内へ露出することもあるので、室内において冷媒漏洩が発生したとしても、漏洩する冷媒の量を抑えることができる。

空気調和機１において使用する冷媒に応じて、空調運転停止時に圧縮機１１を運転または停止させる機能を、予め制御装置１９に持たせても良い。

制御装置１９は、室外機１０設けられていたが、室内機２０に設けられていても良い。

１：空気調和機、１０：室外機、１１：圧縮機、１２：切換え弁、１３：室外熱交換器、１５：室外膨張弁、１６：外気温度検出装置、１７：冷媒温度検出装置、１９：制御装置、２０：室内機、２１：室内熱交換器、２２：室内膨張弁

Claims

冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒の流れる方向を切換える切換え弁とを有する室外機と、
室内熱交換器と、前記室内熱交換器への前記冷媒の流量を制御可能な室内膨張弁とを有し、冷媒配管を介して前記室外機に接続される室内機と、
前記室外機および前記室内機により形成される冷凍サイクルを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、暖房運転を停止した場合に、前記切換え弁を切換えて前記冷媒の流れる方向を冷房運転時の方向に切換えるとともに、前記室内膨張弁を全閉状態にする、
空気調和機。
前記制御部は、暖房運転を停止した場合に、前記圧縮機を動作させる、
請求項１に記載の空気調和機。
前記室外機は、温度を検出する温度検出器を有し、
前記制御部は、暖房運転を停止した場合、前記温度検出器により検出される温度が所定の判定値以下であるか否かを判断し、
前記温度検出器により検出される温度が、前記所定の判定値以下である場合、前記制御部は、除霜運転を実行し、前記除霜運転終了後に、前記室内膨張弁を全閉状態にし、
前記温度検出器により検出される温度が、前記所定の判定値より大きい場合、前記制御部は、前記切換え弁を切換えて前記冷媒の流れる方向を冷房運転時の方向に切換えるとともに、前記室内膨張弁を全閉状態にする、
請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
前記室外機は、前記室外熱交換器と前記室内膨張弁とに間に設けられた室外膨張弁を有し、
前記制御部は、暖房運転を停止した場合、前記室外膨張弁を全閉状態にする、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。
前記制御部は、暖房運転を停止した場合、前記室外膨張弁を全閉状態にし、その後、前記室内膨張弁を全閉状態にする、
請求項４に記載の空気調和機。
前記冷媒は、燃焼性のある冷媒、ＨＦＣ３２、プロパンガス、または自然冷媒であるＣＯ_２である、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の空気調和機。