JP2022006764A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、可燃性冷媒を検知する漏洩センサの熱劣化による短寿命化を抑制して安全性に優れた空気調和機を提供する。
【解決手段】本開示における空気調和機は、可燃性のある冷媒が流通する配管を有する熱交換器と、冷媒の漏洩を検知する漏洩センサと、漏洩センサの劣化や故障により異常状態になった場合他の漏洩センサに切り替えて漏洩検知を継続する切替制御手段を有した空気調和機において、漏洩センサは接触燃焼式または半導体式で、互いの近傍に複数設置され、複数の漏洩センサ同士が接触しないように設置している。
【選択図】図１

Description

本開示は、可燃性冷媒を用いた空気調和機に関するものである。

特許文献は、可燃性冷媒を用い、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、室内熱交換器と、室内熱交換器を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進する室内送風機を備えた室内機よりなる空気調和機において、可燃性冷媒の漏洩を検知する漏洩センサを、同一箇所に複数備える。

特開２０１４－２２４６１２号公報

本開示は、可燃性冷媒を検知する漏洩センサの熱劣化による短寿命化を抑制して安全性に優れた空気調和機を提供する。

本開示における空気調和機は、可燃性のある冷媒が流通する配管を有する室内熱交換器と、冷媒の漏洩を検知する漏洩センサと、漏洩センサの劣化や故障により異常状態になった場合他の漏洩センサに切り替えて漏洩検知を継続する切替制御手段を有する空気調和機において、漏洩センサは接触燃焼式または半導体式で、互いの近傍に複数設置され、複数の漏洩センサ同士が接触しないように設置している。

本開示における空気調和機は、高温となる動作中の漏洩センサの熱が休止中の他の漏洩センサへ伝導、対流、輻射伝熱による加熱を抑制できるので、熱劣化による漏洩センサの短寿命化を抑制できるので安全性に優れた空気調和機を提供できる。

実施の形態１の冷凍サイクル図 実施の形態１の室内機詳細図 実施の形態１のセンサユニットの立面図 実施の形態１の断熱材を設置したセンサユニットの構成図 実施の形態１の取付板にスリットを設置したセンサユニットの構成図 実施の形態１の半導体センサの原理図 実施の形態１の制御装置のフローチャート図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、可燃性冷媒の漏洩を検知する複数の漏洩センサを、同一箇所に複数備え、一つの漏洩センサが故障や劣化で使用不能となった場合、他の漏洩センサに切り替えて継続して漏洩検知できるので、漏洩センサのメンテナンス、交換修理を不用にできる技術があった。

しかしながら、複数の漏洩センサの位置関係を規定しておらず、設置位置によっては動作している漏洩センサが停止している漏洩センサを加熱することによって停止している漏洩センサの熱劣化が促進されるため、停止中の漏洩センサの寿命が短くなると言う課題を発明者らは発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

そこで本開示は複数の漏洩センサ同士が接触しないように互いに近傍に設置し、熱劣化による漏洩センサの短寿命化を抑制して安全性に優れた空気調和機を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～図７を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
［１－１－１．冷凍サイクルの構成］
図１は、本実施の形態における空気調和機の冷凍サイクル図である。

本実施の形態における空気調和機は、可燃性冷媒を用いたものであり、可燃性冷媒としては空気より比重の大きなプロパン、イソブタンなど炭素系冷媒でも良いし、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、Ｒ３２などのフロン系冷媒や、その混合冷媒など弱燃性、微燃性の冷媒でも良い。

尚、理解を容易にするため、２個の漏洩センサ１０ａ、１０ｂとして説明を行う。

図１において、本実施の形態における空気調和機は、屋外に設置された室外機８と、屋内に設置された室内機９からなり、室外機８と室内機９は液側接続配管２３とガス側接続配管２４で接続されている。

室外機８は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷房・暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２と、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３と、室外熱交換器３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外送風機６と、冷媒を減圧する絞り装置４で構成されている。

また、室内機９は、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５と、室内熱交換器５内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内送風機７と、取付板１１に冷媒の漏洩を検知する複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂが設置されたセンサユニット１２で構成されており、複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂは、半導体式、接触燃焼式、熱線型半導体式など、どの方式を用いても良い。

また、複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂは、防爆仕様となっている。

圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、絞り装置４及び室内熱交換器５は環状に接続されている。

さらに室内機９内に設置された制御装置１５は漏洩センサ１０ａ、１０ｂからの信号を受けて可燃性冷媒の漏洩の有無を判定するとともに、一定時間毎に使用中の漏洩センサ１０ａ、１０ｂの故障を判断して、故障した場合に複数の他の漏洩センサ１０ａ、１０ｂに切り替える切替制御手段２２と、漏洩センサ１０ａ、１０ｂが冷媒の漏洩を検知した場合に室内送風機７を運転する送風機運転手段１４及び、一定時間毎に、使用中の漏洩センサ１０ａ、１０ｂの検知精度のズレを自ら補償して検知精度の劣化を抑制する自己診断補償手段１３で構成されている。
［１－１－２．室内機の構成］
図２は、室内機９の詳細図である。

図２より、室内熱交換器５の片方の端部は拡管加工されたスリーブ管１７であり、Ｕ字型の溶接管１６をスリーブ管１７に挿入して溶接している。もう一方の片側の端部はＵ字型に曲げられた曲げ管１８であり、直管をＵ字曲げした片側がスリーブ管１７、もう一方の片側が曲げ管１８であり、これらで室内熱交換器５の冷媒流路を形成している。

また、室内機９は室内熱交換器５と、室内送風機７と、溶接管１６を覆う溶接管部ケーシング１９、室内熱交換器５で冷媒と空気の熱交換を行う熱交換部２７を覆う熱交換器部ケーシング２０、曲げ管１８を覆う曲げ管部ケーシング２１の各ケーシングで構成されている。

また、センサユニット１２ａは溶接管１６からの冷媒漏洩を検知するべく溶接管部ケーシング１９内に、センサユニット１２ｂは室内熱交換器５の熱交換部２７からの冷媒漏洩を検知すべく熱交換器部ケーシング２０内に、センサユニット１２ｃは曲げ管１８からの冷媒漏洩を検知すべく曲げ管部ケーシング２１内に設置されている。さらに漏洩センサ１０ａ、１０ｂを室内熱交換器５より鉛直下側となるよう設置している。

尚、溶接管部ケーシング１９、熱交換器部ケーシング２０及び曲げ管部ケーシング２１は一体に形成しても構わない。
［１－１－３．センサユニットの構成］
図３はセンサユニット１２の立面図であり、センサユニット１２の設置姿勢を示した図である。

図３より取付板１１に冷媒の漏洩を検知する複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂが設置されたセンサユニット１２で構成されている。取付板１１上の複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂはお互いに接触しないように近傍に設置されている。

近傍に設置されて対となる漏洩センサ１０ａと漏洩センサ１０ｂは少なくとも、溶接管部ケーシング１９内、または、熱交換器部ケーシング２０内、または、曲げ管部ケーシング２１内の何れかの同一空間内に設置されている。

室内機９への設置に際しては複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂが互いに水平となる位置に設置しており、図３の（ａ）は取付板１１が鉛直方向、漏洩センサ１０ａ、１０ｂは水平方向に取り付けられている。

また、図３の（ｂ）、（ｃ）は取付板１１が水平方向、漏洩センサ１０ａ、１０ｂは鉛直方向に設置され、図３の（ｂ）では複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂは取付板１１の上側に、図３の（ｃ）では取付板１１に下側に取り付けられている。

本実施の形態でのセンサユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃの設置姿勢は図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の何れでも構わない。

図４は実施の形態１の断熱材を設置したセンサユニットの構成図である。

図４の（ｅ）は図４（ｄ）のＡ?Ａ断面であり、漏洩センサ１０ａと１０ｂの間の輻射伝熱を抑制するために断熱材２５が設置されている。

図５は実施の形態１の取付板にスリットを設置したセンサユニット１２の構成図である。

図５の（ｇ）は図５（ｆ）のＢ?Ｂ断面であり、漏洩センサ１０ａと漏洩センサ１０ｂの間の取付板１１の間の熱伝導を抑制するためにスリット２６が設置されている。

断熱材２５、スリット２６は各々別個に説明したが、両方を同時に設置しても構わない。
［１－１－４．漏洩センサの構成］
図６は半導体センサの原理図である。以下、漏洩センサ１０ａ、１０ｂが半導体センサであるとして説明を進める。

図６より触媒である金属酸化物半導体３１例えばＳｎＯ2を、Ｉｒ―Ｐｄ合金線などのヒータ兼用電極３３で、４００℃程度まで加熱し、金属酸化物半導体３１の表面でのガス吸着による電気伝導度の変化を、リード線３２で測定してガス濃度を検知する。

［１－２．動作］
以上のように構成された空気調和機について、その動作を以下説明する。

［１－２－１．冷暖房の動作］
図１に基づいて、空気調和機の冷暖房動作を説明する。

先ず、冷房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は、高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って室外熱交換器３に送られる。そして、室外送風機６によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置４に送られる。絞り装置４では、減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液側接続配管２３を通って、室内熱交換器５に送られる。

室内送風機７によって吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は、室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は、温度湿度が低下して室内送風機７によって室内に吹き出され室内を冷房する。また、ガス冷媒は、ガス側接続配管２４を通って四方弁２に入り圧縮機１に戻る。

また、暖房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は、高温高圧の冷媒となって四方弁２を通りガス側接続配管２４に送られる。室内送風機７によって吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は、室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は、冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で、室内送風機７によって室内に吹き出され室内を暖房する。

その後、冷媒は、液側接続配管２３を通って絞り装置４に送られ、絞り装置４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて、室外送風機６によって外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁２を経由して圧縮機１へ戻される。

このようにして、冷暖房運転がなされる。

［１－２－２．漏洩センサの動作］
漏洩センサ１０ａ、１０ｂは、空気調和機の冷・暖房運転、あるいは運転停止に係わらず常に漏洩冷媒の検知を行なっている。先述したように、漏洩センサ１０ａ、１０ｂは、金属酸化物半導体３１をヒータ兼用電極３３で４００℃程度に加熱し、可燃性ガスが金属酸化物半導体３１に接触すると電気伝導度が変化し、電気伝導度の変化度合いによってガス濃度を検知している。

従って、可燃性ガスを検知するには、金属酸化物半導体３１が４００℃程度に加熱されている必要があるため、一旦、ヒータ兼用電極３３での加熱を止めた後、再度可燃性ガスを検知する場合、金属酸化物半導体３１を４００℃程度になるまでの加熱時間を要し加熱が終了するまでの間、可燃性ガスの検知精度が低くなる。

この様なことから金属酸化物半導体３１を常に加熱しておく必要がある。

しかしながら、常に加熱し続けると金属酸化物半導体３１が熱劣化を起こし、一般的に最長５年程度で検知精度が低下し異常値を出力する。また、接触燃焼式、熱線型半導体式についても検知のために４００℃程度に常に加熱を行なう必要があり何れの方式についても熱劣化は避けられない。

ところが、空気調和機の製品寿命としては１０年程度と見込まれ、漏洩センサの寿
命が製品寿命より短いことになる。

そこで、本実施の形態では、それぞれ２個の漏洩センサ１０ａ、１０ｂが当該箇所近傍の漏洩を検知するようセンサユニット１２を設置している
漏洩検知は、２個のセンサの内１個を使用して行い、他の１個は、劣化を避けるため加熱せず検知を行うのに使用しない。そして使用中の漏洩センサ１０ａ又は１０ｂが劣
化や故障した場合に、他の１個と切り替えることで、製品寿命と同程度の期間、漏洩検知を継続して行なうことを可能としたものである。

また、本実施の形態では、漏洩センサ１０ａ又は１０ｂを切り替えた後も、漏洩検
知に最も効果的と考えられる漏洩センサの近傍の設置位置での検知を行っている。

［１－２－３．制御装置の動作］
図７は制御装置１５のフローチャート図である。制御装置１５の動作について図７を用いて説明する。

ＳＴＥＰ１では、利用者がリモコン（図示しない）での通常運転である冷房運転、暖房運転または停止動作を行ない、ＳＴＥＰ２に移行する。

ＳＴＥＰ２では、自己診断補償手段１３は漏洩検知に使用している漏洩センサ１０ａ、１０ｂの加熱時間を積算して、積算加熱時間を演算するとともに、現在の電気伝導度が予め決めておいた値と比較して異常値か否かの判定を行う。積算加熱時間が５年未満でかつ電気伝導度が異常値でない場合、積算加熱時間から予め決めておいた自己補償値を用いて電気伝導度の自己補償を行って測定精度の劣化を抑制する。この場合、ＳＴＥＰ３では異常と判定せず、ＳＴＥＰ４に移行する。積算加熱時間が５年以上または電気伝導度が異常値の場合ＳＴＥＰ３で異常と判定しＳＴＥＰ５に移行する。

ＳＴＥＰ５では、切替制御手段２２はこれまで加熱していなかった他の１個の漏洩センサ１０ａまたは１０ｂを加熱し漏洩検知を行なう。このとき、加熱を開始した検知の安定性を確保してからこれまでの加熱していた漏洩センサ１０ａまたは１０ｂの加熱を停止して検知を終了して検知を他の漏洩センサ１０ａまたは１０ｂに切り替えてＳＴＥＰ４に移行する。

ＳＴＥＰ４では、室内機９に設置したセンサユニット１２ａ，１２ｂ、１２ｃからの信号を解析して室内熱交換器５からの冷媒漏洩の有無を判定する。

ＳＴＥＰ６では冷媒漏洩が検出されない場合はＳＴＥＰ１に移行して通常の冷房、暖房または停止動作を行ない、冷媒漏洩が検出された場合にはＳＴＥＰ７に移行する。

ＳＴＥＰ７では室内送風機７の運転を強制的に行う。さらに、冷媒漏洩していることを知らせるための信号を発信してもよい。信号はリモコンなどへの表示、警報音、ネットを使用したスマートフォンなどの機器への通信などで行う。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、室内機９は可燃性のある冷媒が流通する配管を有する室内熱交換器５と、冷媒の漏洩を検知する漏洩センサ１０ａ、１０b と、漏洩センサ１０ａ,１０b の劣化や故障により異常状態になった場合他の漏洩センサ１０ａ、１０b
に切り替えて漏洩検知を継続する切替制御手段２２を有した空気調和機において、漏洩センサ１０ａ,１０b は接触燃焼式または半導体式で、互いの近傍に複数設置され、複数の漏洩センサ１０ａ、１０b 同士が接触しないように設置した。

これにより、高温となる動作中の漏洩センサ１０ａ、１０b からの熱伝導による他の漏洩センサ１０ａ、１０b への加熱を防止し熱劣化を抑制することができるので、安全性に優れた空気調和機を提供できる。

本実施の形態のように、室内機９は複数の漏洩センサ１０ａ、１０ｂが互いに水平となるよう設置した。

これにより、高温となる動作中の漏洩センサ１０ａ、１０ｂからの対流伝熱による他の漏洩センサ１０ａ、１０ｂへの加熱を防止し熱劣化を抑制することができるので、安全性に優れた空気調和機を提供できる。

本実施形態のように、室内機９は漏洩センサ１０ａ、１０b を室内熱交換器５の溶接管１６を覆う溶接管部ケーシング１９と、室内熱交換器５の熱交換部２７を覆う熱交換器部ケーシング２０と、室内熱交換器５の曲げ管１８を覆う曲げ管部ケーシング２１の内側の少なくとも1か所以上に設置した。

これにより、室内送風機７運転時に空気の流れが発生する熱交換部２７からの冷媒漏れを漏洩センサ１０ａ、１０ｂで検知できるとともに、室内送風機７運転時にも空気の動きが小さく冷媒漏れ検知がより困難な溶接管１６、曲げ管１８からの冷媒漏れも検知できるので、安全性に優れた空気調和機を提供できる。

本実施形態のように、室内機９に設置した漏洩センサ１０ａ、１０ｂを室内熱交換器５より鉛直下側となるよう設置した。漏洩センサ１０ａ、１０ｂを室内熱交換器５より鉛直下側となるよう設置した。

これにより、空気より比重の大きな可燃性冷媒として例えばプロパン、イソブタン、Ｒ３２、ＨＦＯ１２３４y f などを使用した場合には、冷媒漏洩源である室内熱交換器５より漏れた冷媒は室内熱交換器５より鉛直下側に流れることになるため、漏洩検知が速やかに行われるので、安全性に優れた空気調和機を提供できる。

本実施形態のように、室内機９に設置した漏洩センサ１０ａ、１０ｂを防爆仕様とした。

これにより、漏洩センサ１０ａ、１０ｂは４００℃程度まで加熱されおり、可燃性冷媒が漏洩した場合、漏洩センサ１０ａ、１０ｂを着火源として引火するリスクを低減できるので、安全性に優れた空気調和機を提供できる。

本実施形態のように、室内機９に設置した漏洩センサ１０ａ、１０ｂが冷媒の漏洩を検知すると室内送風機７を運転する送風機運転手段１４を備えた。

これにより、可燃性冷媒が室内熱交換器５より漏洩した場合においても、室内機９内部に漏洩冷媒が滞留することなく室内に拡散されるので、室内機９内及び室内に滞留する可燃性冷媒が燃焼下限界に到達するリスクを低減できるので、安全性に優れた空気調和機を提供できる。

本実施形態のように、室内機９に設置した漏洩センサ１０ａ、１０ｂと漏洩センサ１０ａ、１０ｂの間に断熱材を備えた。

これにより、高温となる動作中の漏洩センサ１０ａ、１０ｂからの輻射伝熱による他の漏洩センサ１０ａ、１０ｂへの加熱を防止し熱劣化を抑制することができる。

本実施形態のように、室内機９に設置した複数の前記漏洩センサ１０ａ,１０bが設置されている取付板１１にスリットを設けた。

これにより、高温となる動作中の漏洩センサ１０ａ、１０ｂからの取付板１１からの熱伝導による他の漏洩センサ１０ａ、１０ｂへの加熱を防止し熱劣化を抑制することができるので、安全性に優れた空気調和機を提供できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
実施の形態１では、取付板の一例として１つの取付板に複数の漏洩センサを配置してスリットを設置したが、伝導伝熱を抑制するためには分割しても良い。即ち１つの取付板に1個の漏洩センサを設置しても良く、これにより漏洩センサ設置位置の自由度を広げることができる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、可燃性冷媒を用いた空気調和機に適用可能である。具体的には、ルームエアコン、パッケージエアコン、ビル用マルチエアコンなどに、本開示は適用可能である。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 絞り装置
５ 室内熱交換器
６ 室外送風機
７ 室内送風機
８ 室外機
９ 室内機
１０ａ、１０ｂ 漏洩センサ
１１ 取付板
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ センサユニット
１３ 自己診断補償手段
１４ 送風機運転手段
１５ 制御装置
１６ 溶接管
１７ スリーブ管
１８ 曲げ管
１９ 溶接管部ケーシング
２０ 熱交換器部ケーシング
２１ 曲げ管部ケーシング
２２ 切替制御手段
２３ 液側接続配管
２４ ガス側接続配管
２５ 断熱材
２６ スリット
２７ 熱交換部
３１ 金属酸化物半導体
３２ リード線
３３ ヒータ兼用電極

Claims (9)

1. 可燃性のある冷媒が流通する配管を有する室内熱交換器を備える空気調和機であって、
   前記冷媒の漏洩を検知する漏洩センサと、
   前記漏洩センサの劣化や故障により異常状態になった場合他の漏洩センサに切り替えて漏洩検知を継続する切替制御手段と、を備え、
   前記漏洩センサは接触燃焼式または半導体式で、互いの近傍に複数設置され、複数の前記漏洩センサ同士が接触しないように設置されていることを特徴とする空気調和機。
2. 複数の前記漏洩センサは互いに水平となるよう設置したことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記漏洩センサは前記室内熱交換器の溶接管を覆う溶接管部ケーシングと、前記室内熱交換器の熱交換部を覆う熱交換器部ケーシングと、前記室内熱交換器の曲げ管を覆う曲げ管部ケーシングの内側の少なくとも1か所以上に設置したことを特徴とする請求項１または２記載の空気調和機。
4. 前記漏洩センサを室内熱交換器より鉛直下側となるよう設置したことを特徴とする請求項１～３に記載の空気調和機。
5. 前記漏洩センサは防爆仕様であることを特徴する請求項１～４に記載の空気調和機。
6. 前記漏洩センサは精度劣化を検知して補正を行う自己診断補償手段を備えたことを特徴とする請求項１～５に記載の空気調和機。
7. 前記漏洩センサが冷媒の漏洩を検知すると室内送風機を運転する送風機運転手段を備えたことを特徴とする請求項1～６に記載の空気調和機。
8. 複数の前記漏洩センサの間に断熱材を備えたことを特徴とする請求項1～７に記載の空気調和機。
9. 複数の前記漏洩センサが設置されている取付板を備え、前記取付板にスリットを設けたことを特徴とする請求項1～８に記載の空気調和機。

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