JP2018115782A

JP2018115782A - 空気調和装置の室内ユニット

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Publication number: JP2018115782A
Application number: JP2017005352A
Authority: JP
Inventors: 豪典塩濱; Kosuke Shiohama; 義照野内; Yoshiteru Nouchi; 匡史齋藤; Tadashi Saito
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-16
Also published as: JP7105538B2

Abstract

【課題】冷媒漏洩時に、室内ファンの回転による騒音を低減する。
【解決手段】室内ユニット２０は、冷媒を循環する冷媒回路８０を形成するように構成された空気調和装置９０のためのものである。室内ユニット２０は、室内熱交換器２２と、ファン２３と、冷媒回路８０からの冷媒漏洩量を検知する冷媒漏洩検知部２６と、ファン２３の回転速度を制御する制御部２５と、を備える。制御部２５は、冷媒漏洩量が所定の閾値より多いときは、冷媒漏洩量が閾値より少ないときよりも、回転速度を大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置の室内ユニットに関する。

空気調和装置を構成する冷媒回路には、冷媒が循環する。冷媒として用いられる多岐にわたる物質の中には、毒性や、人間の窒息を引き起こす性質を有するものがある。このため、室内ユニットから冷媒が漏洩した場合に、ファンを高速で回転する制御が行われる場合がある。この制御の目的は、漏洩した冷媒を室内に拡散させ、冷媒の濃度を低下させ、それによってユーザの健康に与える悪影響を最低限に抑えることである。この制御は、例えば特許文献１（特開２０１６−０７０５９４号公報）に開示されている床置き型の空気調和装置でも行われる。

この特許文献１の空気調和装置では、冷媒漏洩量がさらに多くなると、ファンを停止させる制御もまた行われる。その理由は、床面付近に設けられた吹出口から空気より重い冷媒が漏洩するので、冷媒の拡散によって可燃濃度領域を広げるよりも、床面付近に冷媒を集中させておいた方が安全であるという認識のためである。これに対し、壁掛け型や天井埋め込み型など、床面から離間した高さに吹出口のある空気調和装置では、冷媒が吹出口から床面までの距離を移動することは避けられない。この場合には、ファンの高速回転による冷媒の拡散は、冷媒漏洩量の大小に関わらず、ユーザの安全確保に有効であると考えられる。

しかしながら、ファンの高速回転は騒音の原因になる。室内ユニットから急に大きな騒音が発されると、ユーザは不快感を抱く。したがって、冷媒の漏洩時であっても、可能な限り、ファンを過剰な速度で回転させる制御は行わないほうがよい。

本発明の課題は、空気調和装置の冷媒漏洩時に、ファンの回転による騒音を低減することである。

本発明の第１観点に係る室内ユニットは、冷媒を循環する冷媒回路を形成するように構成された空気調和装置のためのものである。室内ユニットは、熱交換器と、ファンと、冷媒回路からの冷媒漏洩量を検知する冷媒漏洩検知部と、ファンの回転速度を制御する制御部と、を備える。制御部は、冷媒漏洩量が所定の閾値より多いときは、冷媒漏洩量が閾値より少ないときよりも、回転速度を大きくする。

この構成によれば、冷媒漏洩量が多いときにはファンの回転速度が大きくなり、冷媒漏洩量が少ないときにはファンの回転速度が小さくなる。したがって、冷媒漏洩に緊急に対処する必要がある場合には漏洩した冷媒が迅速に室内に拡散されることによって冷媒の濃度が低下し、冷媒漏洩に緊急に対処する必要がない場合には騒音が抑制される。

本発明の第２観点に係る室内ユニットは、第１観点に係る室内ユニットにおいて、制御部は、冷媒漏洩量の増大に伴い回転速度を大きくする。

この構成によれば、冷媒漏洩量が増加するにつれてファンの回転速度が大きくなる。したがって、冷媒の濃度低下と騒音の抑制の緊急度を考慮した適切な回転速度が決定される。

本発明の第３観点に係る室内ユニットは、第１観点または第２観点に係る室内ユニットにおいて、冷媒漏洩検知部は、冷媒濃度センサを有する。冷媒漏洩量は、冷媒濃度センサから出力される濃度信号に基づいて判定される。

この構成によれば、冷媒濃度センサが出力する濃度信号によりファンの回転速度が決定される。したがって、漏洩した冷媒の濃度に基づいて必要な風量が判定され、その風量を生じさせるのに十分なファンの回転速度が得られるので、不必要な大きさの騒音によってユーザに不快感を与えることを抑制できる。

本発明の第４観点に係る室内ユニットは、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る室内ユニットにおいて、冷媒漏洩検知部は、冷媒漏洩量を多段階で検知する。

この構成によれば、冷媒漏洩量は多段階の値として検知される。したがって、多段階の検知レベルに応じて回転速度を多段階に決定することにより、冷媒漏洩量に適した回転速度を実現できる。

本発明の第５観点に係る室内ユニットは、第１観点から第４観点のいずれか１つに係る室内ユニットにおいて、天井設置型または壁設置型である。

この構成によれば、室内ユニットは、例えば天井埋込型、天井吊型、壁掛型、または壁埋込型などである。したがって、冷媒漏洩時に天井または壁から降りてくる冷媒を室内に拡散して、濃度を低下させることができる。

本発明の第６観点に係る室内ユニットは、第１観点から第４観点のいずれか１つに係る室内ユニットにおいて、床面に設置される床設置型である。室内ユニットは、ケーシング、をさらに備える。ケーシングは、床面から離間した高さに設けられた吹出口を有する。

この構成によれば、室内ユニットは床設置型であり、かつ床面から離間した吹出口を有する。したがって、吹出口から降りてくる冷媒を室内に拡散して、濃度を低下させることができる。

本発明の第１観点から第４観点に係る室内ユニットによれば、冷媒の濃度低下と騒音の抑制が緊急度に応じて実行される。

本発明の第５観点に係る室内ユニットによれば、天井または壁から降りてくる冷媒の濃度を低下できる。

本発明の第６観点に係る室内ユニットによれば、床面から離間した吹出口から降りてくる冷媒の濃度を低下できる。

本発明の一実施形態に係る室内ユニット２０を含む空気調和装置９０の模式図である。室内ユニット２０の設置状態を示す模式図である。冷媒漏洩検知部２６の構成を示すブロック図である。冷媒漏洩検知部２６の処理特性を示すグラフである。冷媒漏洩検知部２６の処理特性を示すグラフである。冷媒漏洩検知部２６の処理特性を示すグラフである。冷媒漏洩検知部２６の処理特性を示すグラフである。本発明の変形例Ａに係る室内ユニット２０Ａ、および本発明の変形例Ｂに係る室内ユニット２０Ｂの設置状態を示す模式図である。本発明の変形例Ｃに係る室内ユニット２０の冷媒漏洩検知部２６の構成を示すブロック図である。

（１）全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る室内ユニット２０を用いた空気調和装置９０を示す。空気調和装置９０は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路８０を有している。冷媒回路８０は、室外ユニット１０、室内ユニット２０、連絡配管３０を有している。

（２）詳細構成
（２−１）室外ユニット１０
室外ユニット１０は、冷熱源または温熱源として機能するものであり、室外に設置される。室外ユニット１０は、ケーシング１１、圧縮機１２、四路切換弁１３、室外熱交換器１４、ファン１５、膨張弁１６、液側閉鎖弁１７、ガス側閉鎖弁１８、制御部１９、および部品間を接続する配管を有している。

（２−１−１）ケーシング１１
ケーシング１１は、室外ユニット１０の構成部品を収容する。

（２−１−２）圧縮機１２
圧縮機１２は、低圧ガス冷媒を圧縮して高圧ガス冷媒を吐出する。圧縮機１２は、吸入口１２ａと吐出口１２ｂを有する。低圧ガス冷媒は、吸入口１２ａから吸入される。高圧ガス冷媒は、吐出口１２ｂから矢印Ｄの方向に吐出される。

（２−１−３）四路切換弁１３
四路切換弁１３は、冷房運転と暖房運転を切り替える。冷房運転を行うときは、四路切換弁１３は図１の実線で示される接続を行い、それによって冷媒は矢印Ｃの方向に循環する。一方、暖房運転を行うときは、四路切換弁１３は図１の破線で示される接続を行い、それによって冷媒は矢印Ｈの方向に循環する。

（２−１−４）室外熱交換器１４
室外熱交換器１４は、冷媒と外気との熱交換を行う。室外熱交換器１４は、冷房運転のときは放熱器として機能し、暖房運転のときは吸熱器として機能する。室外熱交換器１４は、冷媒分流器１４ａを有していてもよい。冷媒分流器１４ａは、例えば暖房運転において、低圧の気液二相冷媒を室外熱交換器１４の各部へ均等に送るのに役立つ。

（２−１−５）ファン１５
ファン１５は、室外熱交換器１４による冷媒と外気の熱交換を促進する。

（２−１−６）膨張弁１６
膨張弁１６は、開度が調整可能な弁によって構成されている。開度は例えば電気的に調節される。膨張弁１６は、必要に応じて冷媒を減圧し、または通過する冷媒の量を制限する。

（２−１−７）液側閉鎖弁１７、ガス側閉鎖弁１８
液側閉鎖弁１７およびガス側閉鎖弁１８は、冷媒の経路を開放または閉鎖するためのものである。開放と閉鎖は例えば手動により行われる。液側閉鎖弁１７およびガス側閉鎖弁１８は、例えば空気調和装置９０の設置時において、室外ユニット１０に封入された冷媒が外部に漏洩しないようにするために閉鎖される。一方、液側閉鎖弁１７およびガス側閉鎖弁１８は、空気調和装置９０の使用時においては開放される。

（２−１−８）制御部１９
制御部１９は、室外ユニット１０に設けられた各種センサの出力信号を受信する。この各種センサには、図示しない温度センサまたは圧力センサなどが含まれていてもよい。制御部１９はさらに、圧縮機１２、四路切換弁１３、ファン１５、膨張弁１６、その他の図示しないアクチュエータを駆動する。

（２−２）連絡配管３０
連絡配管３０は、室外ユニット１０と室内ユニット２０の間で冷媒を案内する。連絡配管３０は、液連絡配管３１とガス連絡配管３２を有する。液連絡配管３１は液側閉鎖弁１７に接続されている。ガス連絡配管３２はガス側閉鎖弁１８に接続されている。液連絡配管３１は、おもに液冷媒または気液二相冷媒を案内する。ガス連絡配管３２は、おもにガス冷媒を案内する。

（２−３）室内ユニット２０
室内ユニット２０は、利用者の室内に設けられ、冷風または温風を発生させて、室内の温度を快適にするためのものである。室内ユニット２０は、ケーシング２１、室内熱交換器２２、ファン２３、および配管２９ａ、２９ｂを有している。室内ユニット２０は、さらに制御部２５、冷媒漏洩検知部２６を有している。

（２−３−１）ケーシング２１
ケーシング２１は、室内ユニット２０の構成部品を収容する。図２に示すように、室内ユニット２０は天井設置型であり、調和された空気を室内５０の上方から利用者に供給する。ケーシング２１には、室内空気を吸い込むための吸込口２１ａと、室内へ空気を吹き出すための吹出口２１ｂが形成されている。ケーシング２１は、天井に埋め込まれるように構成されている。これに代えて、ケーシング２１は、天井から吊り下げられるように構成されていてもよい。

（２−３−２）室内熱交換器２２
図１に戻り、室内熱交換器２２は、冷媒と室内空気との熱交換を行う。室内熱交換器２２は、冷房運転のときは吸熱器として機能し、暖房運転のときは放熱器として機能する。室内熱交換器２２は、冷媒分流器２２ａを有していてもよい。冷媒分流器２２ａは、例えば冷房運転において、低圧の気液二相冷媒を室内熱交換器２２の各部へ均等に送るのに役立つ。

（２−３−３）ファン２３
ファン２３は、室内熱交換器２２による冷媒と室内空気の熱交換を促進する。加えて、ファン２３は熱交換を終えた空気をケーシング２１から吹き出して、室内空間へ送る。

（２−３−４）配管２９ａ、２９ｂ
配管２９ａは、液連絡配管３１と室内熱交換器２２とを接続する。配管２９ａは液連絡配管３１と別体であり、かつ液連絡配管３１に接続されていてもよいし、液連絡配管３１と一体であってもよい。

配管２９ｂは、ガス連絡配管３２と室内熱交換器２２とを接続する。配管２９ｂはガス連絡配管３２と別体であり、かつガス連絡配管３２に接続されていてもよいし、ガス連絡配管３２と一体であってもよい。

（２−３−５）冷媒漏洩検知部２６
冷媒漏洩検知部２６は、冷媒回路８０からの冷媒の漏洩を検知する。冷媒漏洩検知部２６の構成については後述する。

（２−３−６）制御部２５
制御部２５は、室内ユニット２０に設けられた各種センサの出力信号を受信する。この各種センサには、冷媒漏洩検知部２６のほか、図示しない温度センサまたは圧力センサなどが含まれていてもよい。制御部２５はさらに、ファン２３、その他の図示しないアクチュエータを駆動する。制御部２５はさらに、図示しない通信線を介して、室外ユニット１０の制御部１９と通信を行う。

（３）冷凍サイクルの基本動作
以下では、空気調和装置９０の冷凍サイクルの基本動作について、簡便化のため、冷媒が凝縮および蒸発などの相変化を伴う反応を起こすものとして説明する。しかし、当該反応が放熱および吸熱を起こす限り、必ずしも相変化を伴う必要はない。

（３−１）冷房運転
図１において、室外ユニット１０の四路切換弁１３は実線で示される接続を行う。圧縮機１２は高圧ガス冷媒を矢印Ｄの方向に吐出する。その後、高圧ガス冷媒は四路切換弁１３を経て室外熱交換器１４へ到達し、そこで凝縮して高圧液冷媒になる。高圧液冷媒は、膨張弁１６へ到達し、そこで減圧されて低圧気液二相冷媒になる。低圧気液二相冷媒は、開放された液側閉鎖弁１７、および液連絡配管３１を順に経て、室内ユニット２０に入る。低圧気液二相冷媒は、室内熱交換器２２に到達し、そこで蒸発して低圧ガス冷媒になる過程で吸熱し、利用者に冷熱を提供する。低圧ガス冷媒は、ガス連絡配管３２、および開放されたガス側閉鎖弁１８を順に通過して、室外ユニット１０へ入る。低圧ガス冷媒は四路切換弁１３を通過した後、圧縮機１２に吸入される。

（３−２）暖房運転
図１において、室外ユニット１０の四路切換弁１３は破線で示される接続を行う。圧縮機１２は高圧ガス冷媒を矢印Ｄの方向に吐出する。その後、高圧ガス冷媒は四路切換弁１３を通過した後、開放されたガス側閉鎖弁１８、およびガス連絡配管３２を順に通過して、室内ユニット２０に入る。高圧ガス冷媒は、室内熱交換器２２に到達し、そこで凝縮して高圧液冷媒になる過程で利用者に温熱を提供する。高圧液冷媒は、液連絡配管３１、および開放された液側閉鎖弁１７を順に経て、室外ユニット１０へ入る。高圧液冷媒は、膨張弁１６へ到達し、そこで減圧されて低圧気液二相冷媒になる。低圧気液二相冷媒は、室外熱交換器１４へ到達し、そこで吸熱し、蒸発して低圧ガス冷媒になる。低圧ガス冷媒は、四路切換弁１３を経て圧縮機１２に吸入される。

（４）冷媒漏洩時の動作
（４−１）冷媒漏洩検知部２６の構成
図３は、冷媒漏洩検知部２６のブロック構成の一例である。この例では、冷媒漏洩検知部２６は、冷媒濃度センサ２６ａ、増幅部２６ｂ、ＡＤ変換部２６ｃ、処理部２６ｄを有する。冷媒濃度センサ２６ａは検出した冷媒の濃度を表す濃度信号ＣＳを出力する。増幅部２６ｂは濃度信号ＣＳをＡＤ変換に適したレベルに増幅する。ＡＤ変換部２６ｃは、増幅されたアナログ信号をＡＤ変換して、デジタル信号として出力する。このデジタル信号は、濃度信号ＣＳに基づいて判定された冷媒漏洩量を表す。処理部２６ｄは、冷媒漏洩量を表す入力信号Ｉを所定の閾値と比較して所定の処理を行うことによって出力信号Ｏを出力し、制御部２５へ送る。

（４−２）冷媒漏洩検知部２６の処理特性
図４Ａ〜図４Ｄは、処理部２６ｄにおける処理の例を示す。

図４Ａに示す例では、処理部２６ｄは、冷媒漏洩量を表す入力信号Ｉを単一の閾値ＴＨと比較して、二値の出力信号Ｏを出力する。

図４Ｂに示す例では、処理部２６ｄは、入力信号Ｉを複数の閾値ＴＨ１〜ＴＨ３と比較して、多段階の信号として出力信号Ｏを出力する。閾値ＴＨ１〜ＴＨ３によって分割された各ステップの出力レベルは、線形に並んでいてもよいし、図４Ｂに示すように非線形に並んでいてもよい。

図４Ｃに示す例では、さらに多数の閾値を採用することによって滑らかな特性曲線が作られている。この特性曲線は、入力レンジの両端の領域では傾きが小さく、中央の領域では傾きが大きくなっているので非線形である。また、この特性曲線は、冷媒漏洩量を表す入力信号Ｉの増大に伴い、出力信号Ｏも大きくなるという、いわゆる狭義の単調増加の関係である。当然ながら、特性曲線は図示の曲線に代えて線形であってもよく、この場合も狭義の単調増加の関係に該当する。

図４Ｄに示す例でも、多数の閾値を採用することによって滑らかな特性曲線が作られている。この特性曲線も全体として非線形である。具体的には、特性曲線は、入力レンジの両端の領域では傾きがゼロであり、中央の領域では傾きをもつ線形であり、これらの接合部は曲線である。また、特性曲線は、冷媒漏洩量を表す入力信号Ｉの増大に伴い、出力信号Ｏはレベルを維持するか、またはより大きくなるという、いわゆる広義の単調増加の関係である。

（４−３）出力信号Ｏに基づくファン２３の制御
出力信号Ｏは冷媒漏洩検知部２６から制御部２５へ送られる。制御部２５は、出力信号Ｏに基づいてファン２３の回転速度を決定する。具体的には、制御部２５は、出力信号Ｏが大きいほどファン２３の回転速度を大きくする。例えば、制御部２５は、出力信号Ｏに比例するようにファン２３の回転速度を決定する。あるいは、制御部２５は、出力信号Ｏが大きいほどファン２３用のモータの電流値を大きくしてもよい。例えば、制御部２５は、出力信号Ｏに比例するようにファン２３用のモータの電流値を決定してもよい。

（５）特徴
（５−１）
冷媒漏洩量が多いときにはファン２３の回転速度が大きくなり、冷媒漏洩量が少ないときにはファン２３の回転速度が小さくなる。したがって、冷媒漏洩に緊急に対処する必要がある場合には漏洩した冷媒が迅速に室内に拡散されて濃度が低下し、冷媒漏洩に緊急に対処する必要がない場合には騒音が抑制される。

（５−２）
冷媒漏洩量が増加するにつれてファンの回転速度が大きくなるような制御を行うことができる。したがって、冷媒の濃度低下と騒音の抑制の緊急度を考慮した適切な回転速度が決定される。

（５−３）
冷媒濃度センサ２６ａが出力する濃度信号ＣＳによりファン２３の回転速度が決定される。したがって、漏洩した冷媒の濃度に基づいて必要な風量が判定され、その風量を生じさせるのに十分なファン２３の回転速度が得られるので、不必要な大きさの騒音によってユーザに不快感を与えることを抑制できる。

（５−４）
冷媒漏洩量が多段階の値として検知されるような制御を行うことができる。したがって、多段階の検知レベルに応じて回転速度を多段階に決定することにより、冷媒漏洩量に適した回転速度を実現できる。

（５−５）
室内ユニット２０は、天井設置型であり、例えば天井埋込型、または天井吊型である。したがって、冷媒漏洩時に天井から降りてくる冷媒を室内に拡散して、濃度を低下させることができる。

（６）変形例
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（６−１）変形例Ａ：壁設置型
上述の実施形態では、室内ユニット２０は天井設置型である。これに代えて、室内ユニットは壁設置型でもよい。図５には壁設置型の室内ユニット２０Ａが示されている。ケーシング２１には、室内空気を吸い込むための吸込口２１ａと、室内へ空気を吹き出すための吹出口２１ｂが形成されている。ケーシング２１は、壁に掛けられるように構成されている。これに代えて、ケーシング２１は、壁に埋め込まれるように構成されていてもよい。

この構成によれば、室内ユニット２０Ａは壁設置型であり、例えば壁掛型、または壁埋込型である。したがって、冷媒漏洩時に壁から降りてくる冷媒を室内に拡散して、濃度を低下させることができる。

（６−２）変形例Ｂ：床設置型
上述の実施形態では、室内ユニット２０は天井設置型である。これに代えて、室内ユニットは床設置型でもよい。図５には床設置型の室内ユニット２０Ｂが示されている。ケーシング２１には、室内空気を吸い込むための吸込口２１ａと、室内へ空気を吹き出すための吹出口２１ｂが形成されている。吹出口２１ｂは床面から離間した箇所に設けられている。ケーシング２１は、床に置かれるように構成されている。これに代えて、ケーシング２１は、床に固定されるように構成されていてもよい。

この構成によれば、室内ユニット２０Ｂは床設置型であり、かつ床面から離間した吹出口２１ｂを有する。したがって、吹出口２１ｂから降りてくる冷媒を室内に拡散して、濃度を低下させることができる。

（６−３）変形例Ｃ：冷媒漏洩検知部２６の構成
上述の実施形態では、冷媒漏洩検知部２６の構成は図３に示すものであり、単一の冷媒濃度センサ２７ａが用いられている。これに代えて、冷媒漏洩検知部２６の構成を図６に示すものとしてもよい。冷媒漏洩検知部２６は複数の冷媒濃度センサ２６ａおよび複数のＡＤ変換部２６ｃを有している。複数のＡＤ変換部２６ｃのデジタル信号はすべて処理部２６ｄへ入力される。処理部２６ｄは、それぞれの冷媒濃度センサ２６ａに由来する入力信号Ｉを、それぞれ異なる閾値ＴＨ１〜ＴＨ３と比較し、その結果を総合考慮することによって、図４Ａ〜図４Ｄに例示した処理特性に応じた出力信号Ｏを出力する。

この構成によれば、いずれか１つの冷媒濃度センサ２６ａが故障しても、処理特性が崩壊する度合いが減る。したがって、安定的にファン２３の制御を継続しやすい。

２０室内ユニット
２１ケーシング
２１ａ吸込口
２１ｂ吹出口
２２室内熱交換器
２３ファン
２５制御部
２６冷媒漏洩検知部

特開２０１６−０７０５９４号公報

Claims

冷媒を循環する冷媒回路（８０）を形成するように構成された空気調和装置（９０）の室内ユニット（２０）であって、
熱交換器（２２）と、
ファン（２３）と、
前記冷媒回路からの冷媒漏洩量を検知する冷媒漏洩検知部（２６）と、
前記ファンの回転速度を制御する制御部（２５）と、
を備え、
前記制御部は、前記冷媒漏洩量が所定の閾値より多いときは、前記冷媒漏洩量が前記閾値より少ないときよりも、前記回転速度を大きくする、
室内ユニット（２０）。
前記制御部は、前記冷媒漏洩量の増大に伴い前記回転速度を大きくする、
請求項１に記載の室内ユニット。
前記冷媒漏洩検知部は、冷媒濃度センサ（２６ａ）を有し、
前記冷媒漏洩量は、前記冷媒濃度センサから出力される濃度信号（ＣＳ）に基づいて判定される、
請求項１または請求項２に記載の室内ユニット。
前記冷媒漏洩検知部は、前記冷媒漏洩量を多段階で検知する、
請求項１から３のいずれか１つに記載の室内ユニット。
天井設置型または壁設置型である、
請求項１から４のいずれか１つに記載の室内ユニット。
床面に設置される床設置型であり、前記床面から離間した高さに設けられた吹出口（２１ｂ）を有するケーシング（２１）、
をさらに備える、
請求項１から４のいずれか１つに記載の室内ユニット。