JP2020183829A - 空調システム及び補助ファン - Google Patents

Abstract

【課題】通常時のエネルギ消費量を増やすことなく冷媒漏洩時の換気を補助することができる空調システムを提供する。【解決手段】空調システムＳは、微燃性又は可燃性の冷媒との熱交換により調和空気を生成する熱交換器２２を有する空調機２０と、空調対象空間における前記冷媒の漏洩を検知するための冷媒センサ２４と、ファン３４による給気及び／又はファン３５による排気を行う換気装置３０と、前記空調機２０及び／又は前記換気装置３０に通信可能に接続され、前記冷媒センサ２４による漏洩冷媒の非検知時には作動せず当該冷媒センサ２４による漏洩冷媒の検知時に作動する補助ファン４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は空調システム及び補助ファンに関する。さらに詳しくは、空調機及び換気装置を備えた空調システム及び補助ファンに関する。

事務所ビル、ホテル等の比較的規模の大きい建物では、通常、冷風や温風を生成する空調機と、居室に外気を供給するとともに当該居室の排気を行う換気装置とが併用されている。換気装置の能力は、居室の想定在室人数又は部屋面積を基準にして算出される必要換気量（ｍ^３／ｈ）に基づいて設定される。

ところで、温暖化抑制という観点より、近年、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって室内の冷暖房を行う空調機においては、地球温暖化係数の低いＲ３２冷媒等の採用が進んでいる。しかし、このＲ３２冷媒は僅かな可燃性（微燃性）を有しており、万一の漏洩に対する対策が必要である。

冷媒が漏洩した場合に換気によって当該冷媒を希釈し、冷媒が可燃濃度に達するのを防ぐことが考えられる。ＩＥＣ基準又はＧＬ−１６（ＪＲＡ）では、換気によって冷媒漏洩の安全対策とするために必要な換気量が定められている。

前記換気装置の必要換気量が、冷媒漏洩の安全対策としての必要換気量よりも大きい場合は、当該換気装置を作動させることで冷媒漏洩時に必要な換気量を確保することができる。

しかし、換気装置の必要換気量は、前述したように想定在室人数や部屋の広さで決まるため、人数が少ない部屋や面積が小さい部屋では、必要換気量が小さくなり、冷媒漏洩時に必要な換気量を確保することができない場合がある。これに対し、換気装置の換気量を冷媒漏洩時に必要な換気量以上に設定することが考えられる。しかし、通常時にかかる設定換気量で換気をすると、本来必要とされる換気量よりも多く換気することになり、その結果、居室に導入する外気の負荷が多くなるため、エネルギ消費量が増えてしまう。

本開示は、通常時のエネルギ消費量を増やすことなく冷媒漏洩時の換気を補助することができる空調システム及び補助ファンを提供することを目的としている。

本開示の空調システムは、
（１）微燃性又は可燃性の冷媒との熱交換により調和空気を生成する熱交換器を有する空調機と、空調対象空間における前記冷媒の漏洩を検知するための冷媒センサと、ファンによる給気及び／又はファンによる排気を行う換気装置と、前記空調機及び／又は前記換気装置に通信可能に接続され、前記冷媒センサによる漏洩冷媒の非検知時には作動せず当該冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時に作動する補助ファンと、を備える。

本開示の空調システムでは、冷媒センサが冷媒の漏洩を検知した場合に補助ファンが作動して、換気装置による換気とともに空調対象空間である居室の換気を行うことができる。これにより、漏洩した冷媒を希釈して当該冷媒が可燃濃度に達するのを抑制することができる。また、冷媒が漏洩していない通常時には補助ファンは作動しないので、通常時の空調システムのエネルギ消費量を増やすことがない。

（２）前記（１）の空調システムにおいて、前記補助ファンは、漏洩冷媒を可燃濃度未満に希釈するために必要な換気量Ａと、居室のＣＯ_２濃度を基準値以下に保つために必要な換気量Ｂとの差（Ａ−Ｂ）以上の風量を送風可能であることが望ましい。この場合、補助ファンを作動させることで漏洩冷媒を可燃濃度未満に希釈するために必要な換気量を確保することができ、その結果、漏洩した冷媒が可燃濃度に達するのをより効果的に抑制することができる。

（３）前記（１）又は（２）の空調システムにおいて、前記冷媒センサが漏洩冷媒を検知すると、当該冷媒センサの検知信号を受けた前記空調機又は換気装置から前記補助ファンに作動開始信号が送信されるものとすることができる。この場合、作動開始信号を受けた補助ファンが作動することで、漏洩冷媒を可燃濃度未満に希釈するために必要な換気量を確保することができ、その結果、漏洩した冷媒が可燃濃度に達するのをより効果的に抑制することができる。

（４）前記（１）〜（３）の空調システムにおいて、前記補助ファンを換気用のファンとすることができる。この場合、換気用のファンが作動することで、漏洩冷媒を可燃濃度未満に希釈するために必要な換気量を確保することができ、その結果、漏洩した冷媒が可燃濃度に達するのをより効果的に抑制することができる。

（５）前記（４）の空調システムにおいて、前記冷媒センサが漏洩冷媒を検知すると、前記換気用のファンの回転数が最大回転数とされることが望ましい。この場合、換気用のファンが最大回転数で作動することで、漏洩冷媒を可燃濃度未満に希釈するために必要な換気量を効果的に確保することができ、その結果、漏洩した冷媒が可燃濃度に達するのをより効果的に抑制することができる。

本開示の補助ファンは、
（６）前記（１）〜（５）の空調機及び／又は換気装置に通信可能に接続され、冷媒センサによる漏洩冷媒の非検知時には作動せず当該冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時に作動する。

本開示の補助ファンは、冷媒センサが冷媒の漏洩を検知した場合に作動して、換気装置による換気とともに居室の換気を行うことができる。これにより、漏洩した冷媒を希釈して当該冷媒が可燃濃度に達するのを抑制することができる。また、冷媒が漏洩していない通常時には作動しないので、通常時の空調システムのエネルギ消費量を増やすことがない。

本開示の空調システムの一実施形態の冷媒配管系統及び空気系統の説明図である。 換気装置における全熱交換器の構成を示す斜視説明図である。 各種居室の床面積と必要換気量との関係の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の空調システム及び補助ファンを詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

〔空調システムの全体構成〕
図１は、本開示の一実施形態に係る空調システムＳの冷媒配管系統及び空気系統を示す説明図である。空調システムＳは、冷媒配管方式の分散型の空気調和装置を備えており、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことで居室Ｒ内を冷暖房するとともに、後述する換気装置により当該居室Ｒ内の換気を行う。

空調システムＳが適用される、空調対象空間である居室Ｒの種類は、本開示において特に限定されるものではなく、事務所、ホテル、劇場、店舗等、冷房及び／又は暖房と換気とが行われる空間又はスペースのすべてが含まれる。空調システムＳは、居室Ｒ外に設置される熱源ユニット１０と、居室Ｒ内に設置される複数の空調機である室内機２０と、換気装置３０と、補助ファン４０とを備えている。熱源ユニット１０と室内機２０は、液冷媒連結管１１及びガス冷媒連結管１２により接続されている。また、換気装置３０及び補助ファン４０と、居室Ｒとは給気（ＳＡ）用ダクト３１により接続されている。さらに、換気装置３０と居室Ｒとは、還気（ＲＡ）用ダクト３２により接続されている。居室Ｒ内において、室内機２０は床面に設置してもよいし、天井付近に配設してもよいし、また、天井裏に配設してもよい。なお、図１では、分かり易くするために２台の室内機２０だけが描かれているが、室内機２０の数は１台でもよいし、３台以上でもよい。

熱源ユニット１０は、圧縮機１３、四路切換弁１４、熱源側熱交換器１５、熱源側膨張弁１６、液側閉鎖弁１７、及びガス側閉鎖弁１８を備えている。

圧縮機１３は、圧縮機用のモータ（図示せず）によって駆動される密閉式圧縮機であり、吸入流路１３ａからガス冷媒を吸入する。本実施形態に係る空調システムＳでは、冷媒として微燃性を有するＲ３２冷媒が用いられている。なお、本開示の空調システムＳでは、可燃性の冷媒を用いることもできる。
Ｒ３２冷媒は、その空気中の濃度が可燃濃度になると燃焼する恐れがある。燃焼を起こす濃度の範囲である燃焼範囲には下限と上限とがあり、漏洩したＲ３２冷媒の空気中の濃度が下限よりも低い場合には火気があってもＲ３２冷媒は燃焼しない。本実施形態に係る空調システムＳでは、居室Ｒ内に室内機からＲ３２冷媒が漏洩した場合に、換気装置とともに補助ファンを作動させて居室Ｒの換気を行い、漏洩冷媒の濃度を前記下限に達しないように希釈している。なお、冷媒としては、Ｒ３２冷媒以外に、例えばＲ７１７、Ｒ２９０及びこれらの混合物や、これらとＲ３２との混合物等を用いることもでき、本開示において特に限定されるものではない。

四路切換弁１４は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、図１において実線で示されるように、四路切換弁１４は、圧縮機１３の吐出側の冷媒配管１３ｂと熱源側熱交換器１５の一端とを接続するとともに、圧縮機１３の吸入側の吸入流路１３ａとガス側閉鎖弁１８とを接続する。これにより、熱源側熱交換器１５が、圧縮機１３によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能し、かつ、後述する利用側熱交換器が、熱源側熱交換器１５において凝縮した冷媒の蒸発器として機能する。

また、暖房運転時には、図１において破線で示されるように、四路切換弁１４は、圧縮機１３の吐出側の冷媒配管１３ｂとガス側閉鎖弁１８とを接続するとともに、吸入流路１３ａと熱源側熱交換器１５の一端とを接続する。これにより、利用側熱交換器が、圧縮機１３によって圧縮された冷媒の凝縮器として機能し、かつ、熱源側熱交換器１５が、利用側熱交換器において冷却された冷媒の蒸発器として機能する。

熱源ユニット１０は、当該熱源ユニット１０内に外気を取り入れ、熱源側熱交換器１５を流れる冷媒との間で熱交換された外気を屋外に排出するための熱源側ファン１９を備えている。

室内機２０は、それぞれ冷媒連絡管１１、１２を介して熱源ユニット１０に接続されている。室内機２０は、いずれも同じ外形及び内部構造である。室内機２０は、利用側膨張弁２１、利用側熱交換器２２、及び利用側ファン２３を備えている。利用側ファン２３は、室内機２０内に居室Ｒの空気を吸入し、利用側熱交換器２２を流れる冷媒との間で熱交換された空気を居室Ｒに供給する。本実施形態における室内機２０は、利用側熱交換器２２及び冷媒配管等から漏洩した冷媒を検知する冷媒センサ２４を備えている。冷媒センサ２４の位置は、漏洩冷媒が検知可能な箇所であれば特に限定されないが、例えば、冷媒配管同士の接合点、冷媒配管の９０度以上の曲げ箇所、配管厚さが薄い箇所等、冷媒の漏洩が発生しやすい箇所の近傍に配置することが望ましい。なお、冷媒センサ２４は、室内機２０の内部に配設する以外に、例えば室温や風量等を設定するためのリモートコントローラ（図示せず）に搭載したり、また、居室Ｒの壁面等の適宜の箇所に配設したりすることもできる。

また、室内機２０は、冷媒センサ２４からの検知信号を受信したり、室内機２０における利用側ファン２３等の動作を制御したりする制御部２５を備えている。この制御部２５は、後述する換気装置３０の制御部３６と通信可能に接続されている。冷媒センサ２４により冷媒の漏洩が検知されると、この冷媒漏洩の情報は換気装置３０に伝えられる。

換気装置３０は、居室Ｒに新鮮な外気ＯＡを供給するとともに、居室からの還気ＲＡを機外に排出する。換気装置３０は、全熱交換器３３と、送風用ファン３４と、排気用ファン３５と、当該送風用ファン３４及び排気用ファン３５の動作を制御する制御部３６とを備えている。本実施形態における全熱交換器３３は、室外からの外気ＯＡと居室からの還気ＲＡとがほぼ直交するように構成された直交型の全熱交換器である。全熱交換器３３は、図２に示されるように、伝熱性及び透湿性を有する平板状の仕切板３３ａと、ほぼ三角形状の断面を有しており、流路高さを維持する間隔板３３ｂとの積層体から構成されている。間隔板３３ｂは、或る側面において上下方向（図２において上下の方向）で波形状の断面が１枚おきに現れるように、１枚ごとに９０度角度を変えて積層されている。これにより、透湿性を有する仕切板３３ａを挟んで給気側通路（図２における白抜き矢印参照）と排気側通路（図２における黒矢印参照）とが形成され、この仕切板３３ａを介して顕熱と潜熱の交換が行われるようになっている。本実施形態における換気装置３０は、ファンにより給気され、ファンにより排気される第１種換気装置である。なお、本開示における換気装置として、給気はファンにより行い、排気は自然排気である第２種換気装置、又は、排気はファンにより行い、給気は自然給気である第３種換気装置を用いることもできる。

補助ファン４０は、換気装置３０とは別に配設された換気用のファンである。補助ファン４０は、換気装置３０と居室Ｒとを接続し当該居室Ｒに全熱交換器３３により熱交換された外気ＯＡを供給する給気用ダクト３１に接続される送風ダクト４１を備えている。送風ダクト４１内には、当該送風ダクト４１の開閉を行う電動ダンパ４２が配設されている。また、補助ファン４０は、当該補助ファン４０及び電動ダンパ４２の動作を制御する制御部４３を備えている。制御部４３は、換気装置３０の制御部３６と通信可能に接続されている。なお、送風ダクト４１は、換気装置３０の給気用ダクト３１と合流させずに直接に居室Ｒと接続させることもできる。

〔空調システムの動作〕
前述した構成を有する空調システムＳは、以下のようにして冷房運転又は暖房運転を行う。
冷房運転時には、前述したように、四路切換弁１４は図１において実線で示される状態となる。この状態において、圧縮機１３から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁１４を経由して凝縮器として機能する熱源側熱交換器１５に送られ、熱源側ファン１９によって供給される外気と熱交換を行って冷却される。熱源側熱交換器１５において冷却されて液化した高圧の冷媒は、液冷媒連絡管１１を経由して各室内機２０に送られる。各室内機２０に送られた冷媒は、利用側膨張弁２１によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、蒸発器として機能する利用側熱交換器２２において居室Ｒ内の空気と熱交換をし、蒸発して低圧のガス冷媒となる。利用側熱交換器２２において加熱された低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管１２を経由して熱源ユニット１０に送られ、四路切換弁１４を経由して再び圧縮機１３に吸入される。

一方、暖房運転時には、前述したように、四路切換弁１４は図１において破線で示される状態となる。この状態において、圧縮機１３から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁１４及びガス冷媒連絡管１２を経由して各室内機２０に送られる。各室内機２０に送られた高圧のガス冷媒は、凝縮器として機能する利用側熱交換器２２に送られ、居室Ｒ内の空気と熱交換を行って冷却された後、利用側膨張弁２１を通過し、液冷媒連絡管１１を経由して熱源ユニット１０に送られる。熱源ユニット１０に送られた高圧の冷媒は、熱源側膨張弁１６によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、蒸発器として機能する熱源側熱交換器１５に流入する。熱源側熱交換器１５に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側ファン１９によって供給される外気と熱交換を行って加熱され、蒸発して低圧の冷媒となる。熱源側熱交換器１５を出た低圧のガス冷媒は、四路切換弁１４を経由して再び圧縮機１３に吸入される。

通常時には、前記のような冷房運転又は暖房運転とともに、換気装置３０による居室Ｒの換気が行われる。必要な換気量（ｍ^３／ｈ）は居室Ｒの用途及び当該居室Ｒの床面積に応じて選定される。図３は、各種居室の床面積と必要換気量との関係の一例を示す図である。この例では、ホテルの客室、一般的な事務所及びレストランの必要換気量を示している。各居室の天井高さは２．７ｍとしており、又、換気回数（回／ｈ）は日本空調衛生工学会規格を用いている。例えば、床面積が５０ｍ^２の一般的な事務所の場合、必要換気量は５０（ｍ^２）×２．７（ｍ）×２．７（回／ｈ）＝３６４．５（ｍ^３／ｈ）である。

図３において、点線はＧＬ−１６（ＪＲＡ）に規定されている、冷媒漏洩時の必要換気量である１６２ｍ^３／ｈを示しており、一点鎖線はＩＥＣに規定されている、冷媒漏洩時の必要換気量である１３０ｍ^３／ｈを示している。
冷媒が漏洩した場合、換気装置３０による換気量がＧＬ−１６（ＪＲＡ）又はＩＥＣで規定されている漏洩冷媒の安全対策としての必要換気量よりも大きければ、当該換気装置３０を作動させることで漏洩冷媒を希釈して漏洩冷媒の空気中の濃度が可燃濃度に達するのを抑制することができる。

しかし、居室の床面積が小さい場合、換気装置３０による換気量がＧＬ−１６（ＪＲＡ）又はＩＥＣで規定されている漏洩冷媒の安全対策としての必要換気量よりも小さくなる。例えば、床面積が３０ｍ^２のホテル客室の場合、空調システムＳとしてＣＯ^２濃度をベースに選定される必要換気量（ｍ^３／ｈ）は、３０（ｍ^２）×２．７（ｍ）×１．２（回／ｈ）＝９７．２（ｍ^３／ｈ）であり、ＩＥＣに規定されている、冷媒漏洩時の必要換気量である１３０ｍ^３／ｈよりも小さい。図３において、点線又は一点鎖線よりも下方の領域が、空調システムＳとしてＣＯ^２濃度をベースに選定される必要換気量（ｍ^３／ｈ）がＧＬ−１６（ＪＲＡ）又はＩＥＣで規定されている漏洩冷媒の安全対策としての必要換気量以下となる領域である。

本実施形態では、換気装置３０による換気量が、居室Ｒの用途及び床面積により前記下方の領域に入る換気量である場合に、冷媒が漏洩したときに補助ファン４０を作動させて換気装置３０による換気量を補っている。これにより、漏洩した冷媒を希釈して当該冷媒の空気中の濃度が可燃濃度に達するのを抑制することができる。補助ファン４０は、ＧＬ−１６（ＪＲＡ）又はＩＥＣで規定されている漏洩冷媒の安全対策としての必要換気量Ａと、居室のＣＯ_２濃度を基準値以下に保つために必要な換気量Ｂとの差（Ａ−Ｂ）以上の風量を送風可能であることが望ましい。これにより、漏洩した冷媒の空苦衷の濃度が可燃濃度に達するのをより効果的に抑制することができる。なお、漏洩冷媒の安全対策としての必要換気量は、ＩＥＣでは給気又は排気のいずれか一方の風量が基準値をクリアしておればよい、とされている。

補助ファン４０は、漏洩冷媒を検知した冷媒センサ２４の検知信号を室内機２０の制御部２５経由で受信した換気装置４０の制御部３６からの作動信号に基づいて作動する。補助ファン４０の作動に先立って、通常時は送風ダクト４１を閉状態にしている電動ダンパ４２を開状態にする。補助ファン４０からの送風は、換気装置３０からの給気ＳＡとともに居室Ｒに供給される。補助ファン４０は、冷媒が漏洩していない通常時には作動せず、冷媒漏洩時にだけ作動する。したがって、通常時の空調システムのエネルギ消費量を増やすことはない。漏洩冷媒の検知時には、換気用のファンである補助ファン４０を最大回転数で作動させることが望ましい。これにより、漏洩冷媒を可燃濃度未満に希釈するために必要な換気量を効果的に確保することができ、その結果、漏洩した冷媒が可燃濃度に達するのをより効果的に抑制することができる。

〔その他の変形例〕
本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、換気装置内に直交型の全熱交換器を配設しているが、ロータの回転により還気からの熱回収を行う回転型の全熱交換器を採用することもできる。また、換気装置における、かかる全熱交換器の採用を省略することもできる。

また、前述した実施形態では、補助ファン４０は居室に空気を供給する送風ファンであるが、これに代えて、居室から排気をする排気ファンとすることもできる。さらに、送風ファンと排気ファンとで補助ファンを構成することもできる。
また、前述した実施形態では、補助ファンを換気装置に通信可能に接続しているが、当該補助ファンを室内機に通信可能に接続することもできる。この場合、冷媒センサが漏洩冷媒を検知すると、その検知信号を受けた室内機の制御部が補助ファンに冷媒漏洩の信号を発する。

１０ ： 熱源ユニット
１３ ： 圧縮機
１４ ： 四路切換弁
１５ ： 熱源側熱交換器
１６ ： 熱源側膨張弁
１９ ： 熱源側ファン
２０ ： 室内機（空調機）
２１ ： 利用側膨張弁
２２ ： 利用側熱交換器
２３ ： 利用側ファン
２４ ： 冷媒センサ
２５ ： 制御部
３０ ： 換気装置
３３ ： 全熱交換器
３４ ： 送風用ファン
３５ ： 排気用ファン
３６ ： 制御部
４０ ： 補助ファン
４１ ： 送風ダクト
４２ ： 電動ダンパ
４３ ： 制御部

Claims (6)

1. 微燃性又は可燃性の冷媒との熱交換により調和空気を生成する熱交換器（２２）を有する空調機（２０）と、空調対象空間における前記冷媒の漏洩を検知するための冷媒センサ（２４）と、ファン（３４）による給気及び／又はファン（３５）による排気を行う換気装置（３０）と、前記空調機（２０）及び／又は前記換気装置（３０）に通信可能に接続され、前記冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の非検知時には作動せず当該冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の検知時に作動する補助ファン（４０）と、を備える空調システム（Ｓ）。
2. 前記補助ファン（４０）は、漏洩冷媒を可燃濃度未満に希釈するために必要な換気量Ａと、居室のＣＯ_２濃度を基準値以下に保つために必要な換気量Ｂとの差（Ａ−Ｂ）以上の風量を送風可能である、請求項１に記載の空調システム（Ｓ）。
3. 前記冷媒センサ（２４）が漏洩冷媒を検知すると、当該冷媒センサ（２４）の検知信号を受けた前記空調機（２０）又は換気装置（４０）から前記補助ファン（４０）に作動開始信号が送信される、請求項１又は請求項２に記載の空調システム（Ｓ）。
4. 前記補助ファン（４０）は換気用のファンである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調システム（Ｓ）。
5. 前記冷媒センサ（２４）が漏洩冷媒を検知すると、前記換気用のファンの回転数が最大回転数とされる、請求項４に記載の空調システム（Ｓ）。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の空調機（２０）及び／又は換気装置（３０）に通信可能に接続され、冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の非検知時には作動せず当該冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の検知時に作動する補助ファン（４０）。
   

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