JP2020183838A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒漏洩時に、居室の用途に応じて冷媒の拡散抑制や冷媒濃度の低減等を図ることができる空調システムを提供する。【解決手段】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、給気及び排気を行う換気装置３０と、前記換気装置の動作を制御する制御部３６と、を備える空調システムＳ。前記制御部は、前記冷媒センサによる冷媒の漏洩を検知していないときの通常運転時と、前記冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時とで前記換気装置の給気と排気のバランスを変更させる。【選択図】図１

Description

本開示は空調システムに関する。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（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−７５７７７号公報

空調機から冷媒が居室内に漏洩すると、酸欠等の不都合が発生する可能性があることから、前述した特許文献１記載の空調装置では、冷媒漏洩検知装置が冷媒を検知すると、被空調空間への給排気を行う給排気機構によって、当該給排気機構や熱交換器等を収容するケーシング内の空気とともに冷媒を被空調空間外に排出している。

しかし、特許文献１記載の技術を含む従来技術には、冷媒漏洩時に、居室（被空調空間）の給気と排気のバランスを換気装置によって変更させて冷媒の拡散抑制や冷媒濃度の低減等を図ることについては開示されていない。
本開示は、冷媒漏洩時に、居室の用途に応じて冷媒の拡散抑制や冷媒濃度の低減等を図ることができる空調システム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）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、給気及び排気を行う換気装置と、前記換気装置の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記冷媒センサによる冷媒の漏洩を検知していないときの通常運転時と、前記冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時とで前記換気装置の給気と排気のバランスを変更
させる。

本開示の空調システムでは、冷媒センサによる冷媒の漏洩を検知していないときの通常運転時と、漏洩冷媒の検知時とで換気装置の給気と排気のバランスを変更させる。これにより、冷媒漏洩時には、空調対象空間である居室の用途に応じて当該居室を、例えば排気リッチ又は給気リッチに変更することができる。排気リッチにすることで当該居室から漏洩冷媒が拡散するのを抑制することができる。一方、給気リッチにすることで当該居室からの漏洩冷媒の排出を促進させ居室内における冷媒濃度を低減させることができる。
なお、本明細書において「排気リッチ」とは、換気装置による排気の風量が給気の風量よりも多いことを意味し、また、「給気リッチ」とは、換気装置による給気の風量が排気の風量よりも多いことを意味する。ただし、給気風量及び排気風量の一方がゼロである場合、例えば換気装置の排気ファンだけが作動し、給気ファンが停止している場合も「排気リッチ」に含まれる。同様に、換気装置の給気ファンだけが作動し、排気ファンが停止している場合も「給気リッチ」に含まれる。

（２）前記（１）の空調システムにおいて、前記制御部は、前記通常運転時には前記換気装置による給気の風量と排気の風量を同量とし、前記冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時には前記換気装置による排気の風量を給気の風量よりも多くすることができる。この場合、通常運転時には給排気の各風量を同量にしている、例えば事務所等において、冷媒漏洩時に排気リッチとして当該事務所等を負圧（陰圧）にすることで、事務所内で漏れた冷媒が他の部屋又はスペースに拡散するのを抑制することができる。

（３）前記（１）の空調システムにおいて、前記制御部は、前記通常運転時には前記換気装置による給気の風量と排気の風量を同量とし、前記冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時には前記換気装置による給気の風量を排気の風量よりも多くすることができる。この場合、通常運転時には給排気の各風量を同量にしている、例えばクリーンルームにおいて、冷媒漏洩時に給気リッチとして当該クリーンルームを正圧（陽圧）にすることで、漏洩冷媒の対応時にごみ等の異物がクリーンルーム内に侵入するのを抑制することができ、その結果、前記対応の終了後にクリーンルームの清浄度を早く元の状態に戻すことができる。

（４）前記（１）の空調システムにおいて、前記制御部は、前記通常運転時には前記換気装置による排気の風量を給気の風量よりも多くし、前記冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時には前記換気装置による給気の風量を排気の風量よりも多くすることができる。この場合、通常運転時には排気リッチにしている、例えば病院において、冷媒漏洩時に給気リッチとして当該病院を正圧にすることで、病院内で漏れた冷媒を早く排出することができる。通常は負圧にしているのを正圧にすることで、その差圧を利用して病院の部屋からの漏れ空気量を増やし、冷媒排出のための風量を増やすことができる。

（５）前記（１）の空調システムにおいて、前記制御部は、前記通常運転時には前記換気装置による給気の風量を排気の風量よりも多くし、前記冷媒センサによる漏洩冷媒の検知時には前記換気装置による排気の風量を給気の風量よりも多くすることができる。この場合、通常運転時には給気リッチにしている、例えば大規模事務所や劇場等において、冷媒漏洩時に排気リッチとして当該大規模事務所等を負圧にすることで、事務所内で漏れた冷媒が他の部屋又はスペースに拡散するのを抑制することができる。

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。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の空調システムを詳細に説明する。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、空調対象空間である居室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、病院、工場、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と居室Ｒとは、給気（ＳＡ）用ダクト３１及び還気（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。

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後述するリモートコントローラに搭載したり、また、居室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、送風用ファン３４により給気され、排気用ファン３５により排気される第１種換気装置である。

〔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。

前記冷媒センサ２４による冷媒の漏洩が検知されていないときの通常運転時には、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。
一方、本実施形態では、室内機２０に配設された冷媒センサ２４が漏洩冷媒を検知すると、冷媒漏洩の情報を室内機２０から受けた換気装置３０の制御部３６が当該換気装置３０の給気と排気のバランスを変更させる。具体的に、送風用ファン３４及び／又は排気用ファン３５の運転を制御して、以下の表１に例示されるように給気と排気のバランスを変更することができる。変更の態様は、居室Ｒの用途に応じて適宜設定することができる。

パターン１では、居室として、事務所等の一般的な用途が想定されている。このパターン１では、通常運転時は換気装置３０による給気風量と当該換気装置３０による排気風量とは同じである。かかる給気と排気のバランスは、室内機２０に配設された冷媒センサ２４が漏洩冷媒を検知すると、冷媒漏洩の情報を受けた換気装置３０制御部３６によって、当該換気装置３０による排気風量が換気装置３０による給気風量よりも多くなる排気リッチに変更される。冷媒漏洩時に排気リッチとして、当該事務所等を負圧（陰圧）にすることで、事務所内で漏洩した冷媒が当該事務所に隣接する他の部屋やスペースに拡散するのを抑制することができる。

パターン２では、居室として、クリーンルーム等の所定の清浄度が要求される用途が想定されている。このパターン２では、通常運転時は換気装置３０による給気風量と当該換気装置３０による排気風量とは同じである。かかる給気と排気のバランスは、室内機２０に設けられた冷媒センサが漏洩冷媒を検知すると、冷媒漏洩の情報を受けた換気装置３０制御部３６によって、当該換気装置３０による給気風量が換気装置３０による排気風量よりも多くなる給気リッチに変更される。冷媒漏洩時に給気リッチとして、当該クリーンルーム等を正圧（陽圧）にすることで、漏洩冷媒の対応時にごみ等の異物がクリーンルーム内に侵入するのを抑制することができ、その結果、前記対応の終了後にクリーンルームの清浄度を早く元の状態に戻すことができる。

パターン３では、居室として、病院等の用途が想定されている。このパターン３では、通常運転時は換気装置３０による排気風量と当該換気装置３０による給気風量よりも多い排気リッチである。かかる給気と排気のバランスは、室内機２０に設けられた冷媒センサが漏洩冷媒を検知すると、冷媒漏洩の情報を受けた換気装置３０制御部３６によって、当該換気装置３０による給気風量が換気装置３０による排気風量よりも多くなる給気リッチに変更される。冷媒漏洩時に給気リッチとして当該病院を正圧にすることで、病院内で漏れた冷媒を早く排出して当該病室内における漏洩冷罵の濃度を低減させることができる。パターン３では、通常は負圧にしているのを正圧にすることで、その差圧を利用して病院の部屋からの漏れ空気量を増やし、冷媒排出のための風量を増やすことができる。

パターン４では、居室として、劇場や大規模事務所等の用途が想定されている。このパターン４は、パターン３とは逆であり、通常運転時は換気装置３０による給気風量と当該換気装置３０による排気風量よりも多い給気リッチである。かかる給気と排気のバランスは、室内機２０に設けられた冷媒センサが漏洩冷媒を検知すると、冷媒漏洩の情報を受けた換気装置３０制御部３６によって、当該換気装置３０による排気風量が換気装置３０による給気風量よりも多くなる排気リッチに変更される。冷媒漏洩時に排気リッチとして当該大規模事務所等を負圧にすることで、事務所内で漏れた冷媒が他の部屋又はスペースに拡散するのを抑制することができる。パターン４では、通常運転時に劇場や大規模事務所等を給気リッチとすることで、当該劇場等からの排気ダクトを省略することができる。この場合、劇場等からの排気は、当該劇場に隣接する廊下やトイレからファンで排気することができる。

〔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３０による給気と排気のバランス変更として４つのパターンについて説明したが、本開示はこれらに限定されるものではなく、居室の用途によっては、例えば通常運転時は排気リッチ又は給気リッチであるものを、冷媒漏洩時には、換気装置による給気と排気の各風量を同じにすることもできる。

また、通常運転時に給気リッチであるものを、冷媒漏洩には、その給気リッチの程度を大きくすることや、その逆に、通常運転時は排気リッチであるものを、冷媒漏洩時には、その排気リッチの程度を大きくすることも、本開示における給気と排気のバランス変更に含まれる。例えば、給気リッチの場合、通常運転時に給気１２０ｍ^３／ｈ、排気１００ｍ^３／ｈであるのを、冷媒漏洩時には、給気１５０ｍ^３／ｈ、排気１００ｍ^３／ｈにすることも、本開示における給気と排気のバランス変更に含まれる。

また、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。

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

Claims (5)

1. 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、給気及び排気を行う換気装置（３０）と、前記換気装置（３０）の動作を制御する制御部（３６）と、を備え、
   前記制御部（３６）は、前記冷媒センサ（２４）による冷媒の漏洩を検知していないときの通常運転時と、前記冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の検知時とで前記換気装置（３０）の給気と排気のバランスを変更させる空調システム（Ｓ）。
2. 前記制御部（３６）は、前記通常運転時には前記換気装置（３０）による給気の風量と排気の風量を同量とし、前記冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の検知時には前記換気装置（３０）による排気の風量を給気の風量よりも多くする、請求項１に記載の空調システム（Ｓ）。
3. 前記制御部（３６）は、前記通常運転時には前記換気装置（３０）による給気の風量と排気の風量を同量とし、前記冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の検知時には前記換気装置（３０）による給気の風量を排気の風量よりも多くする、請求項１に記載の空調システム（Ｓ）。
4. 前記制御部（３６）は、前記通常運転時には前記換気装置（３０）による排気の風量を給気の風量よりも多くし、前記冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の検知時には前記換気装置（３０）による給気の風量を排気の風量よりも多くする、請求項１に記載の空調システム（Ｓ）。
5. 前記制御部（３６）は、前記通常運転時には前記換気装置（３０）による給気の風量を排気の風量よりも多くし、前記冷媒センサ（２４）による漏洩冷媒の検知時には前記換気装置（３０）による排気の風量を給気の風量よりも多くする、請求項１に記載の空調システム（Ｓ）。

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