JP2018123971A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態にかかる冷凍装置としての空気調和装置1の概略構成図である。
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房や暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、室内ユニット3と、室外ユニット2と室内ユニット3を接続する液冷媒連絡管4及びガス冷媒連絡管5と、室外ユニット2及び室内ユニット3の構成機器を制御する制御部19と、を有している。そして、空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット3と、が冷媒連絡管4、5を介して接続されることによって構成されている。
室内ユニット3は、室内や天井裏に設置されており、冷媒回路10の一部を構成している。室内ユニット3は、主として、第2熱交換器としての室内熱交換器31と、室内ファン32と、を有している。
室外ユニット2は、室外に設置されており、冷媒回路10の一部を構成している。室外ユニット2は、主として、圧縮機21と、放熱器としての室外熱交換器23と、膨張機構としての膨張弁24と、室外ファン25と、を有している。
冷媒連絡管4、5は、空気調和装置1を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管である。
制御部19は、室外ユニット2や室内ユニット3に設けられた制御基板等(図示せず)が通信接続されることによって構成されている。尚、図1においては、便宜上、室外ユニット2や室内ユニット3とは離れた位置に図示している。制御部19は、空気調和装置1(ここでは、室外ユニット2や室内ユニット3)の構成機器21、24、25、31、32の制御、すなわち、空気調和装置1全体の運転制御を行うようになっている。
冷媒回路10には、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が封入されている。このような冷媒として、オゾン層及び地球温暖化への影響がともに少なく、OHラジカルによって分解されやすい炭素−炭素二重結合を有するエチレン系のフッ化炭化水素(ヒドロフルオロオレフィン)がある。そして、ここでは、ヒドロフルオロオレフィン(HFO)の中でも、沸点等がHFC−32やHFC−410Aに近い性質を有しており、優れた性能を有するHFO−1123を含む冷媒が採用されている。このため、HFO−1123を含む冷媒は、HFC−32やHFC−410Aの代替冷媒として使用することができるものである。
空気調和装置1では、基本動作として、冷房運転が行われる。尚、冷房運転は、制御部19によって行われる。
上記のような不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒は、高圧、高温の条件下で何らかのエネルギーが付与されると、不均化反応を起こすおそれがある。図2は、冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の関係を示す図である。図2の曲線は、冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の境界を示しており、この曲線上及び上側の領域では冷媒が不均化反応を起こし、この曲線よりも下側の領域では冷媒が不均化反応を起こさないことを示している。そして、冷媒回路10において、冷媒の圧力や温度が高圧、高温になり、図2の曲線上及び上側の不均化反応を起こす領域まで達すると、冷媒回路10で冷媒が不均化反応を起こして、急激な圧力上昇や急激な温度上昇が発生し、これにより、冷媒回路10を構成する機器や配管が損傷して、冷媒や反応生成物が冷媒回路10外に放出されるおそれがある。
冷媒回路10は、吐出冷媒回収レシーバ41と、吐出冷媒リリーフ機構としてのリリーフ弁43と、をさらに有している。
上記のように、本実施形態では、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が封入された冷媒回路10を有する空気調和装置1において、圧縮機21の吐出側と放熱器(室外熱交換器23)のガス側との間に、吐出冷媒リリーフ機構(リリーフ弁43)を介して吐出冷媒回収レシーバ41を分岐接続している。そして、圧縮機21の吐出側における冷媒が所定の条件を満たす場合に、圧縮機21の吐出側と吐出冷媒回収レシーバ41とを連通させて、圧縮機21の吐出側における冷媒を吐出冷媒回収レシーバ41に回収するようにしている。ここでは、所定の条件が圧縮機21の吐出側における冷媒が不均化反応を起こす第2条件であるため、圧縮機21の吐出側における冷媒を吐出冷媒回収レシーバ41に回収することによって、不均化反応に伴って発生する急激な圧力上昇や急激な温度上昇を抑えることができる。
上記実施形態では、吐出冷媒リリーフ機構として、機械式の弁機構であるリリーフ弁43を採用しているが、これに限定されるものではなく、図4に示すように、雰囲気温度が規定温度以上になると可溶材料が溶融するように構成された可溶栓44を吐出冷媒リリーフ機構として採用してもよい。
上記実施形態及び変形例1では、吐出冷媒リリーフ機構として、機械式の弁機構であるリリーフ弁43又は可溶栓44を採用しているが、リリーフ弁43及び可溶栓44の両方を吐出冷媒リリーフ機構として採用してもよい。
上記実施形態及び変形例1、2では、吐出冷媒リリーフ機構としてのリリーフ弁43や可溶栓44を作動させる所定の条件として、不均化反応に伴って発生する急激な圧力上昇や急激な温度上昇を抑えるという観点で、冷媒が不均化反応を起こす条件、すなわち、図2、3、5の冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の境界を示す曲線を基準にした第1条件を採用している。
上記実施形態及び変形例1〜3では、吐出冷媒リリーフ機構として、機械式の弁機構であるリリーフ弁43や可溶栓44を採用しているが、これに限定されるものではなく、図10に示すように、冷媒回路10の動作を制御する制御部19によって開閉状態が制御される第1制御弁45を吐出冷媒リリーフ機構として採用してもよい。
変形例4では、制御部19が、圧縮機21の吐出側における冷媒の圧力及び温度がいずれも、所定の条件(不均化反応を起こす第2条件又は不均化反応を起こす前の第1条件)を示す圧力及び温度に達するかどうかを判定して、第1制御弁45の開閉状態を制御しているが、これに限定されるものではない。
変形例4では、制御部19が、圧縮機21の吐出側における冷媒の圧力及び温度がいずれも、所定の条件(不均化反応を起こす第2条件又は不均化反応を起こす前の第1条件)を示す圧力及び温度に達するかどうかを判定して、第1制御弁45の開閉状態を制御しているが、これに限定されるものではない。
変形例4〜6では、圧縮機21の吐出側と放熱器のガス側との間に、吐出冷媒リリーフ機構としての第1制御弁45を介して吐出冷媒回収レシーバ41を分岐接続し、所定の条件(不均化反応を起こす第2条件又は不均化反応を起こす前の第1条件)を満たすかどうかに応じて、制御部19によって第1制御弁45の開閉状態を制御するようにしている。
上記実施形態及び変形例1〜7において、吐出冷媒回収レシーバ41を冷却する冷却機構を設けるようにしてもよい。冷却機構としては、吐出冷媒回収レシーバ41を空気によって冷却するものを採用することができる。尚、ここでは、吐出冷媒リリーフ機構としてリリーフ弁43を採用した構成に冷却機構を設けた例について説明するが、これに限定されるものではなく、吐出冷媒リリーフ機構として可溶栓44や第1制御弁45を採用した構成に冷却機構を設けてもよい。
変形例8では、冷却機構として、吐出冷媒回収レシーバ41を空気によって冷却するものを採用しているが、これに限定されるものではなく、吐出冷媒回収レシーバ41を水やブライン等の冷却液によって冷却するものを採用してもよい。尚、ここでは、吐出冷媒リリーフ機構としてリリーフ弁43を採用した構成に冷却機構を設けた例について説明するが、これに限定されるものではなく、吐出冷媒リリーフ機構として可溶栓44や第1制御弁45を採用した構成に冷却機構を設けてもよい。
上記実施形態及び変形例1〜9では、室内側の冷房負荷を処理する冷房専用の空気調和装置1を例に挙げて、本発明を適用した例を説明したが、本発明を適用可能な空気調和装置は、これに限定されるものではなく、図20に示すような冷暖切替式の空気調和装置1や室内ユニット3が複数接続された室内マルチ式の空気調和装置(図示せず)等のような他の型式の空気調和装置にも適用可能である。
6 冷却液管
10 冷媒回路
19 制御部
21 圧縮機
23 室外熱交換器(放熱器、蒸発器)
24 膨張弁(膨張機構)
25 室外ファン(冷却機構)
31 室内熱交換器(蒸発器、放熱器)
42 吐出冷媒分岐管
41 吐出冷媒回収レシーバ
41a 放熱フィン
43 リリーフ弁(吐出冷媒リリーフ機構)
44 可溶栓(吐出冷媒リリーフ機構)
45 第1制御弁(吐出冷媒リリーフ機構)
46 吐出冷媒センサ
47 吐出冷媒センサ
48 冷媒吸入戻し管
49 第2制御弁
Claims (15)
- 圧縮機(21)、放熱器(23、31)、膨張機構(24)及び蒸発器(31、23)が接続されることによって構成された冷媒回路(10)を有しており、前記冷媒回路に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が封入された冷凍装置において、
前記冷媒回路は、
前記圧縮機の吐出側と前記放熱器のガス側との間に、吐出冷媒分岐管(42)を介して分岐接続された吐出冷媒回収レシーバ(41)と、
前記吐出冷媒分岐管に設けられており、前記圧縮機の吐出側における前記冷媒が前記不均化反応を起こす又は前記不均化反応を起こす前の所定の条件を満たす場合に、前記圧縮機の吐出側と前記吐出冷媒回収レシーバとを連通させる吐出冷媒リリーフ機構(43、44、45)と、
をさらに有している、
冷凍装置(1)。 - 前記吐出冷媒回収レシーバを冷却する冷却機構(25、41a、6)をさらに備えている、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記冷却機構は、前記吐出冷媒回収レシーバに空気を送るファン(25)である、
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記ファンは、前記放熱器又は前記蒸発器にも前記空気を送る、
請求項3に記載の冷凍装置。 - 前記冷却機構は、前記吐出冷媒回収レシーバの外表面に設けられた放熱フィン(41a)である、
請求項2〜4のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記冷却機構は、前記吐出冷媒回収レシーバに設けられた冷却液が流れる冷却液管(6)である、
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記蒸発器は、前記冷却液によって前記冷媒を蒸発させる熱交換器(31)であり、
前記冷却液管には、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発によって冷却された前記冷却液が流れる、
請求項6に記載の冷凍装置。 - 前記吐出冷媒リリーフ機構は、一次側の圧力が規定圧力以上になると作動するリリーフ弁(43)であり、
前記規定圧力は、前記所定の条件に対応する閾圧力である、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記吐出冷媒リリーフ機構は、雰囲気温度が規定温度以上になると可溶材料が溶融するように構成された可溶栓(44)であり、
前記規定温度は、前記所定の条件に対応する閾温度である、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記冷媒回路の動作を制御する制御部(19)と、
前記圧縮機の吐出側における前記冷媒の圧力及び温度を検出する吐出冷媒センサ(46、47)と、
をさらに備えており、
前記吐出冷媒リリーフ機構は、前記制御部によって開閉状態が制御される第1制御弁で(45)あり、
前記制御部は、前記吐出冷媒センサによって検出された前記冷媒の圧力及び温度に基づいて、前記所定の条件を満たすかどうかを判定し、前記所定の条件を満たす場合には、前記第1制御弁を閉状態から開状態になるように制御する、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、前記吐出冷媒センサによって検出された前記冷媒の圧力及び温度の乗算値が、前記冷媒が前記不均化反応を起こす又は前記不均化反応を起こす前の閾乗数値以上である場合に、前記所定の条件を満たすものと判定する、
請求項10に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、前記吐出冷媒センサによって検出された前記冷媒の温度が、前記冷媒回路の最大使用圧力において前記冷媒が前記不均化反応を起こす又は前記不均化反応を起こす前の閾温度以上である場合に、前記所定の条件を満たすものと判定する、
請求項10に記載の冷凍装置。 - 前記冷媒回路は、
前記吐出冷媒回収レシーバと前記圧縮機の吸入側とを接続する冷媒吸入戻し管(48)と、
前記冷媒吸入戻し管に設けられており、前記制御部によって開閉状態が制御される第2制御弁(49)と、
をさらに有しており、
前記所定の条件には、前記冷媒が前記不均化反応を起こす前の第1条件と、前記冷媒が前記不均化反応を起こす第2条件と、があり、
前記制御部は、前記吐出冷媒センサによって検出された前記冷媒の圧力及び温度に基づいて、前記第1条件を満たすかどうかを判定し、前記第1条件を満たす場合には、前記第1制御弁を開状態になるように、かつ、前記第2制御弁を開状態になるように制御する、
請求項10〜12のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、前記吐出冷媒センサによって検出された前記冷媒の圧力及び温度に基づいて、前記第2条件を満たすかどうかを判定し、前記第2条件を満たす場合には、前記第1制御弁を開状態になるように、かつ、前記第2制御弁を閉状態になるように制御し、前記圧縮機の運転を停止させる、
請求項13に記載の冷凍装置。 - 前記冷媒は、HFO−1123を含んでいる、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の冷凍装置。
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