JP2015206553A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可溶栓の不要な溶融を防ぐことができる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】蒸発器と圧縮機との間の低圧側配管に可溶栓を設け、低圧側配管から可溶栓へ伝わる熱量を低減する。可溶栓は、雰囲気温度または低圧側配管から伝わる温度が所定値以上の場合に溶融して前記低圧側配管を大気開放する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アキュームレータにつながる低圧側配管に可溶栓を取り付けた冷凍サイクル装置に関する。

圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を順次に配管接続し、その蒸発器と圧縮機との間の低圧側配管にアキュームレータおよび可溶栓を備えた冷凍サイクル装置が知られている。

可溶栓は、火災等による雰囲気温度の異常上昇時に、アキュームレータ内が高温高圧となることによる破裂を防止するため、温度が所定値に達した場合に溶融し、低圧側配管またはアキュームレータを大気開放する。この大気開放により、アキュームレータ内の圧力を外に逃がし、アキュームレータの破裂が防止される。

特開２０１３−２２８１２９号公報

暖房が可能なヒートポンプ式の冷凍サイクル装置では、暖房時、蒸発器として機能する室外熱交換器の表面に徐々に霜が付着し、そのままでは室外熱交換器の熱交換効率が低下する。そこで、室外熱交換器が着霜した場合は冷媒の流れが逆方向に切換えられ、圧縮機の吐出冷媒が室外熱交換器に直接的に流入するいわゆる逆サイクル除霜が行われる。

ただし、逆サイクル除霜を行うと、それまで高圧ガス冷媒が流れて高温となっていた配管に低圧ガス冷媒が流れ、その低圧ガス冷媒が配管の熱を吸収しながら温度上昇して高温となって低圧側配管に流入する。このとき、高温となった冷媒の熱が可溶栓に伝わり、アキュームレータ内の圧力に異常がないにもかかわらず、可溶栓が溶融してしまう可能性がある。

本発明の実施形態の目的は、可溶栓の不要な溶融を防ぐことができる冷凍サイクル装置を提供することである。

請求項１の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を配管接続してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、前記蒸発器と前記圧縮機との間の低圧側配管に設けたアキュームレータと、所定値以上の温度で溶融して前記低圧側配管を大気開放する可溶栓と、前記低圧側配管から前記可溶栓へ伝わる熱量を低減する熱量低減手段と、を備える。

一実施形態のヒートポンプ式冷凍サイクルの構成を示す図。 同実施形態の可溶栓を示す斜視図。 同実施形態の可溶栓に吸熱部材が装着された状態を示す斜視図。 同実施形態の変形例を示す斜視図。 同実施形態の別の変形例を示す斜視図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルを図１に示す。
圧縮機１の吐出口に四方弁２を介してパックドバルブ３が配管接続され、そのパックドバルブ３にガス側配管１１および複数の流量調整弁２１を介して複数の室内熱交換器２２が配管接続される。これら室内熱交換器２２に液側配管１２を介してパックドバルブ４が接続され、そのパックドバルブ４に膨張弁５を介して室外熱交換器６が配管接続される。さらに、室外熱交換器６に上記四方弁２およびアキュームレータ７を介して上記圧縮機１の吸込口が配管接続される。そして、四方弁２とアキュームレータ７との間の低圧側配管８に、可溶栓９が取り付けられる。

圧縮機１、四方弁２、パックドバルブ３，４、膨張弁５、室外熱交換器６、アキュームレータ７、低圧側配管８、可溶栓９は、室外ユニットＡに収容される。各流量調整弁２１および各室内熱交換器２２は、室内ユニットＢ１，…Ｂｎにそれぞれ収容される。

可溶栓９は、図２に示すように、低圧側配管８の管壁に挿通される管状部９ａ、この管状部９ａの先端側に設けられた基体部９ｂ、この基体部９ｂに嵌合されて管状部９ａの先端開口を閉塞する熱溶融性の金属栓部９ｃを有する。金属栓部９ｃは、雰囲気温度またはアキュームレータ７内の圧力が異常上昇してその温度が所定値に達した場合に、溶融する。この金属栓部９ｃの溶融により、低圧側配管８が大気開放する。この大気開放により、アキュームレータ７内の圧力が低圧側配管８および可溶栓９を介して外に逃がされる。

可溶栓９の取り付けに伴い、図３に示すように、熱量低減手段であるシート状の吸熱部材３１が低圧側配管８に接する状態で可溶栓９の管状部９ａおよび基体部９ｂに巻き付けられ、その吸熱部材３１上に同じく熱量低減手段であるシート状の吸熱部材３２が巻き付けられる。そして、複数本の弾性の結束バンド３３の締め付けにより、吸熱部材３１，３２が可溶栓９に固定される。吸熱部材３１，３２は、可溶栓９の管状部９ａおよび基体部９ｂのみを被覆する。可溶栓９の金属栓部９ｃは、吸熱部材３１，３２で被覆されることなく、大気に露出する。

吸熱部材３１，３２は、例えばブチルゴムである。ブチルゴムは、イソブチレンとイソプレンとを合成したもので、低圧側配管８から可溶栓９に伝わる熱を吸収する。この吸熱部材３１，３２の装着により、低圧側配管８から可溶栓９に伝わる熱量を低減することができる。

なお、低圧側配管８から可溶栓９に伝わる熱量は、吸熱部材３１，３２のシート厚を変えたり、あるいは吸熱部材の巻き付け枚数を変えることにより、最適な状態に増減することができる。

つぎに、ヒートポンプ式冷凍サイクルの動作および可溶栓９の作用について説明する。
暖房時、図１に実線矢印で示すように、圧縮機１から吐出されるガス冷媒が四方弁２、パックドバルブ３、ガス側配管１１、および各流量調整弁２１を通って各室内熱交換器（凝縮器）２２に流れる。各室内熱交換器２２に流れた冷媒は、室内空気に熱を放出して凝縮する。各室内熱交換器２２から流出する液冷媒は、液側配管１２、パックドバルブ４、および膨張弁５を通って室外熱交換器（蒸発器）６に流れる。室外熱交換器６に流れた冷媒は、外気から熱を汲み上げて蒸発する。そして、室外熱交換器６から流出するガス冷媒は、四方弁２、低圧側配管８、およびアキュームレータ７を通って圧縮機１に吸込まれる。

冷房時は、図１に破線矢印で示すように、圧縮機１から吐出されるガス冷媒が四方弁２を通って室外熱交換器（凝縮器）６に流れる。室外熱交換器６に流れた冷媒は、外気に熱を放出して凝縮する。室外熱交換器６から流出する液冷媒は、膨張弁５、パックドバルブ４、パックドバルブ３、および液側配管１２を通って各室内熱交換器（蒸発器）２２に流れる。各室内熱交換器２２に流れた液冷媒は、室内空気から熱を奪って蒸発する。これら室内熱交換器２２から流出するガス冷媒は、ガス側配管１１、パックドバルブ３、四方弁２、低圧側配管８、およびアキュームレータ７を通って圧縮機１に吸込まれる。

また、暖房時は、蒸発器として機能する室外熱交換器６の表面に徐々に霜が付着し、そのままでは室外熱交換器の熱交換効率が低下する。そこで、暖房中は室外熱交換器６の温度によって室外熱交換器６の着霜状態が監視され、その着霜量が所定以上となった場合に四方弁２の流路が切換えられて、破線矢印の方向に冷媒が流れる逆サイクル除霜が行われる。すなわち、圧縮機１から吐出される高温のガス冷媒が四方弁２を通って室外熱交換器６に直接的に流入し、その高温ガス冷媒の熱で室外熱交換器６が解ける。

この逆サイクル除霜の開始時、それまで高圧ガス冷媒が流れて高温（例えば１０５℃）となっていたガス側配管１１に低圧ガス冷媒が流れるようになる。この低圧ガス冷媒は、ガス側配管１１の熱を吸収して温度上昇し、高温となってパックドバルブ３および四方弁２を通り低圧側配管８に流入する。この流入により、低圧側配管８の温度が上昇してその低圧側配管８の熱が可溶栓９に伝わり（例えば７２℃）、アキュームレータ７内の圧力に異常上昇がないにもかかわらず、可溶栓９が溶融する可能性がある。なお、ガス側配管１１が長いほど、低圧ガス冷媒の吸熱量が増加して低圧側配管８の温度上昇が大きくなる。

ただし、本実施形態の場合、可溶栓９に装着された吸熱部材３１，３２により、低圧側配管８から可溶栓９の金属栓部９ｃに伝わる熱量が低減される。よって、金属栓部９ｃの温度が所定値（作動点）に達することはなく、可溶栓９の誤った不要な溶融を防ぐことができる。

アキュームレータ７の周囲の雰囲気温度が異常上昇した場合、または、アキュームレータ７内の圧力が異常上昇した場合には、吸熱部材３１，３２による熱量低減にかかわらず、可溶栓９の金属栓部９ｃの温度が所定値（作動点）に達し、金属栓部９ｃが溶融する。この金属栓部９ｃの溶融により、低圧側配管８が大気開放し、アキュームレータ７内の異常上昇した圧力が低圧側配管８および可溶栓９を介して外に逃がされる。これにより、異常圧力上昇によるアキュームレータ７の破裂が防止される。

アキュームレータ７の周囲の雰囲気温度の異常上昇、または、アキュームレータ７内の異常圧力上昇に対しては、可溶栓９の金属栓部９ｃが確実に溶融し、逆サイクル除霜による低圧側配管８の温度上昇に対しては可溶栓９の金属栓部９ｃが溶融しないよう、吸熱部材３１，３２のシート厚が選定される。

［変形例］
上記実施形態では、２枚の吸熱部材３１，３２を可溶栓９に巻き付ける構成としたが、吸熱部材の巻き付け枚数について限定はなく、低圧側配管８から可溶栓９に伝わる熱量を考慮しながら適切な枚数を選定すればよい。

上記実施形態では、吸熱部材３１，３２を可溶栓９の管状部９ａおよび基体部９ｂに巻き付ける構成としたが、図４に示すように、吸熱部材３１を可溶栓９の管状部９ａおよび基体部９ｂに巻き付け、その吸熱部材３１上に吸熱部材３２を巻き付け、その吸熱部材３２の残り部分を低圧側配管８の周面に巻き付ける構成としてもよい。この場合、複数本の結束バンド３３により、吸熱部材３１，３２を可溶栓９および低圧側配管８に固定する。吸熱部材３１，３２は、吸熱だけでなく、室外ユニットＡの運転や輸送により生じる振動を吸収する緩衝部材としても機能する。この振動の吸収により、可溶栓９の取付け部の疲労破壊を防ぐことができる。

上記実施形態では、熱量低減手段として吸熱部材３１，３２を用いたが、図５に示すように、熱量低減手段として熱抵抗部材である例えばキャピラリチューブ４２を用いてもよい。この場合、Ｌ字形のパイプ４１の一端が低圧側配管８の管壁に挿通され、そのパイプ４１の他端にキャピラリチューブ４２を介して可溶栓９が接続される。キャピラリチューブ４２は細い管を巻回したもので、このキャピラリチューブ４２が結束バンド３３によって可溶栓９に保持される。低圧側配管８の周面に断熱性のチューブ４３が装着され、そのチューブ４３の周面に可溶栓９が配置される。配置された可溶栓９は、結束バンド３３によってチューブ４３および低圧側配管８に保持される。

逆サイクル除霜の開始時、高温状態の低圧ガス冷媒の熱はパイプ４１およびキャピラリチューブ４２を介して可溶栓９に伝わる。このとき、可溶栓９に伝わる熱量がキャピラリチューブ４２によって低減される。この熱量低減により、逆サイクル除霜による可溶栓９の不要な溶融が防止される。

アキュームレータ７の周囲の雰囲気温度が異常上昇した場合、または、アキュームレータ７内の圧力が異常上昇した場合には、キャピラリチューブ４２による熱量低減にかかわらず、可溶栓９の温度が作動点である所定値に達し、可溶栓９が溶融する。この可溶栓９の溶融により、低圧側配管８が大気開放し、アキュームレータ７内の異常上昇した圧力が低圧側配管８および可溶栓９を介して外に逃がされる。これにより、異常圧力上昇によるアキュームレータ７の破裂が防止される。

上記実施形態では、空気調和機に搭載される冷凍サイクル装置を例に説明したが、給湯機等の他の機器に搭載される冷凍サイクル装置においても同様に実施可能である。

その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ａ…室外ユニット、Ｂ１，…Ｂｎ…室内ユニット、１…圧縮機、２…四方弁、５…膨張弁、６…室外熱交換器、７…アキュームレータ、８…低圧側配管、９…可溶栓、１１…ガス側配管、１２…液側配管、２１…流量調整弁、２２…室内熱交換器、３１，３２…吸熱部材、３３…結束バンド、４１…Ｌ字形のパイプ、４２…キャピラリチューブ（熱抵抗部材）

Claims (3)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を配管接続してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、
   前記蒸発器と前記圧縮機との間の低圧側配管に設けたアキュームレータと、
   所定値以上の温度で溶融して前記低圧側配管を大気開放する可溶栓と、
   前記低圧側配管から前記可溶栓へ伝わる熱量を低減する熱量低減手段と、
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記熱量低減手段は、前記可溶栓に装着される吸熱部材であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記熱量低減手段は、前記低圧側配管と前記可溶栓との間に介在する熱抵抗部材であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。

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