JP2022124314A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性を向上させることができる空気調和機を提供する。【解決手段】本開示に係る空気調和機は、室内機と、室外機とを備え、可燃性冷媒を用いた空気調和機であって、室内機を統括的に制御する制御回路を含む第１電装品を備え、第１電装品は、室外に配置される。【選択図】図２

Description

本開示は、空気調和機に関する。

空気調和機として、例えば、特許文献１には、可燃性冷媒を作動冷媒として用いた空気調和装置が開示されている。

特許文献１には、ケーシング内に、可燃性冷媒を作動冷媒として用いた熱交換器と電装品とを収容してなる空気調和装置が開示されている。特許文献１に記載された空気調和装置は、電装品を、熱交換器よりも上位に位置するようにしてケーシングの上部で且つ熱交換器の幅方向の片側に偏位させて配置したことを特徴としている。

特許第３８０７００４号

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和装置では、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性の向上といった点で未だ改善の余地がある。

したがって、本開示の目的は、上記課題を解決することにあって、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性を向上させることができる空気調和機を提供することにある。

本開示の一態様の空気調和機は、室内機と、室外機とを備え、可燃性冷媒を用いた空気調和機であって、室内機を統括的に制御する制御回路を含む第１電装品を備え、第１電装品は、室外に配置される。

本開示によれば、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性を向上させることができる。

本開示に係る実施の形態の空気調和機の模式図 実施の形態の空気調和機の側面図 変形例の空気調和機の側面図

（本開示に至った経緯）
空気調和機に使用される冷媒として、例えば、Ｒ３２が挙げられる。Ｒ３２の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は６７５であり、地球温暖化防止の観点から、より低い地球温暖化係数を有するイソブタンまたはプロパン等の冷媒の使用が提案されている。

しかしながら、イソブタンまたはプロパン等の冷媒は可燃性冷媒である。一方で、電装品は火花等の着火源を発生させる可能性がある。可燃性冷媒が空気調和機の室内機から漏洩し、電装品から生じた火花等に接触すると、可燃性冷媒が室内において着火し、使用者に被害をもたらす恐れがある。したがって、室内における可燃性冷媒の着火を防止し、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性を向上させることが求められている。

そこで、本発明者らは、可燃性冷媒が漏洩しやすい箇所を室内機の熱交換器と特定し、室内機と、着火源となり得る火花等を発生する電装品とを離して配置する構成を見出した。

これらの新規な知見に基づき、本発明者らは、以下の開示に至った。

本開示の第１態様の空気調和機は、室内機と、室外機とを備え、可燃性冷媒を用いた空気調和機であって、室内機を統括的に制御する制御回路を含む第１電装品を備え、第１電装品は、室外に配置される。

このような構成により、第１電装品から発生する火花等による可燃性冷媒の着火を防止し、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性を向上させることができる。

本開示の第２態様の空気調和機においては、空気調和機は、室外機を統括的に制御する制御回路を含む第２電装品を備え、第２電装品は、室外に配置されてもよい。

このような構成により、第２電装品から発生する火花等による可燃性冷媒の着火を防止し、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性をさらに向上させることができる。

本開示の第３態様の空気調和機においては、第１電装品及び第２電装品は、室内機及び室外機より高い位置に配置されてもよい。

このような構成により、空気より重い可燃性冷媒が、第１電装品及び第２電装品に到達することを防止できる。

本開示の第４態様の空気調和機においては、第１電装品及び第２電装品を収容し、室外に配置され、防爆構造を有する電装品ケースをさらに備えてもよい。

このような構成により、可燃性冷媒の着火による爆発の被害を軽減できる。

本開示の第５態様の空気調和機においては、空気調和機は、第１電装品と室内機の電子部品とを接続する第１電気配線と、第２電装品と室外機の電子部品とを接続する第２電気配線と、可燃性冷媒を循環させる冷媒配管をさらに備え、第１電気配線が室内機の電子部品に接続される位置は、冷媒配管が室内機に接続される位置から離れており、第２電気配線が室外機の電子部品に接続される位置は、冷媒配管が室外機に接続される位置から離れていてもよい。

このような構成により、第１電気配線及び第２電気配線が接続される位置から発生する火花等による可燃性冷媒の着火を防止し、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性を向上させることができる。

本開示の第６態様の空気調和機においては、第１電気配線が室内機の電子部品に接続される位置は、冷媒配管が室内機に接続される位置より高く、第２電気配線が室外機の電子部品に接続される位置は、冷媒配管が室外機に接続される位置より高くてもよい。

このような構成により、第１電気配線及び第２電気配線が室内機及び室外機の電子部品に接続される位置に、空気より重い可燃性冷媒が到達することを防止できる。

本開示の第７態様の空気調和機においては、第２電気配線が室外機の電子部品に接続される位置の周囲における室外機は、メッシュ部材で形成され、メッシュ部材が形成する開口の間隔は、可燃性冷媒の消炎距離以下であり、第２電気配線が、室外機のメッシュ部材に挿通されてもよい。

このような構成により、可燃性冷媒の着火によって爆発が発生した場合においても、火炎伝搬を抑制することができる。

（実施の形態）
本開示の実施の形態に係る空気調和機について説明する。

［全体構成］
図１は、本開示に係る実施の形態の空気調和機１の一例を示す模式図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内機１０と、室外機２０と、第１電装品３０と、第２電装品４０と、を備える。室内機１０と室外機２０とは、冷媒配管５０を介して接続されている。第１電装品３０と第２電装品４０とは、電装品ケース６０内に配置される。

室内機１０は、第１熱交換器１１、室内ファン１２、室内ファンモータ１３、及び冷媒配管５０の一部を備える。室内機１０は室内に配置される。

室外機２０は、第２熱交換器２１、室外ファン２２、圧縮機２３、膨張機構２４、四方弁２５、及び冷媒配管５０の一部を備える。室外機２０は室外に配置される。

室内機１０の構成要素について説明する。

＜第１熱交換器＞
第１熱交換器１１は、例えば冷房運転時には、空気との熱交換を行い、第１熱交換器１１に流入する冷媒を蒸発させる。

＜室内ファン＞
室内ファン１２は、第１熱交換器１１内に配置され、第１熱交換器１１で温度が調整された空気を室内に向けて吹き出す。例えば、室内ファン１２は、クロスフローファンである。

＜室内ファンモータ＞
室内ファンモータ１３は、室内ファン１２に接続されており、室内ファン１２を駆動する。室内ファンモータ１３は、室内ファン１２と共に室内機１０内に配置される。

＜冷媒配管＞
冷媒配管５０は、第１熱交換器１１、圧縮機２３、四方弁２５、第２熱交換器２１及び膨張機構２４を接続するように配置される。例えば、冷媒配管５０は、第１熱交換器１１、圧縮機２３、四方弁２５、第２熱交換器２１及び膨張機構２４を順に接続する。

冷媒配管５０は、冷媒配管５０の内部に冷媒が流れる流路を有し、冷媒を循環させる。例えば、冷媒配管５０は中空の円筒形状を有する。

空気調和機１の作動冷媒として、イソブタン、プロパン等の可燃性冷媒が用いられる。
作動冷媒は、単一の可燃性冷媒であってもよく、または、他種冷媒と可燃性冷媒との混合冷媒であってもよい。

次に、室外機２０の構成要素について説明する。

＜第２熱交換器＞
第２熱交換器２１は、例えば冷房運転時には、空気との熱交換を行い、第２熱交換器２１に流入する冷媒を凝縮させる。第２熱交換器２１は、第２熱交換器２１で温度が調整された空気を室外に向けて吹き出す室外ファン２２をさらに備える。

＜圧縮機＞
圧縮機２３は、冷媒配管５０によって第１熱交換器１１及び四方弁２５に接続される。圧縮機２３は、冷媒配管５０から流入した冷媒を圧縮するために用いられる。

＜膨張機構＞
膨張機構２４は、冷媒配管５０によって第１熱交換器１１及び第２熱交換器２１に接続される。膨張機構２４は、冷媒配管５０から流入した冷媒を膨張させるために用いられる。例えば、膨張機構２４は膨張弁である。

＜四方弁＞
四方弁２５は、冷媒配管５０によって圧縮機２３、第１熱交換器１１及び第２熱交換器２１に接続される。冷房運転時において、四方弁２５は、冷媒の流れ方向５１に沿って、圧縮機２３から流出した冷媒を第２熱交換器２１に送る。一方で、四方弁２５は、空気調和機１の運転モード（冷房運転、暖房運転）によって、冷媒の流れ方向を変更する。

次に、第１電装品３０及び第２電装品４０について説明する。

＜第１電装品＞
第１電装品３０は、例えば、半導体素子などで構成される。第１電装品３０は、室内機１０を統括的に制御する制御回路を含む。例えば、第１電装品３０は、制御基板、及び冷媒配管５０の温度や外気温度を検知するサーミスタを含む。また、第１電装品３０は、第１電気配線３１によって、室内機１０の電子部品に接続される。例えば、室内機１０の電子部品は、室内機１０の吹き出し口を覆うフラップのモータ、室内機１０の掃除用モータ、及びそれぞれのモータを駆動するドライバを含む。後で詳述するように、第１電装品３０は、室外に配置される。

＜第２電装品＞
第２電装品４０は、例えば、半導体素子などで構成される。第２電装品４０は、室外機２０を統括的に制御する制御回路を含む。例えば、第２電装品４０は、圧縮機２３のモータを駆動するドライバ、膨張機構２４のパルス制御回路、及び冷媒配管５０の温度、外気温度、圧縮機２３の壁面温度等を検知するサーミスタを含む。また、第２電装品４０は、第２電気配線４１によって、室外機２０の電子部品に接続される。例えば、室外機２０の電子部品は、室外ファン２２のモータ及びモータを駆動するドライバを含む。後で詳述するように、第２電装品４０は、室外に配置される。

図２は実施の形態の空気調和機１の側面図である。

図２に示すように、第１電装品３０及び第２電装品４０は、室外に配置される。言い換えると、第１電装品３０及び第２電装品４０と、室内機１０の第１熱交換器１１との間に、室内と室外との境界を形成する建物の壁Ｋが位置することとなる。このような構成によって、第１熱交換器１１から漏洩した可燃性冷媒が第１電装品３０及び第２電装品４０に到達することを抑制し、空気調和機１の安全性を向上させることができる。さらに、第２電装品４０は、室外において、室外機２０の外側に配置される。このような構成によって、第２電装品４０と室外機２０の第２熱交換器２１とが仕切られて、第２熱交換器２１から漏洩した可燃性冷媒が第２電装品４０に到達することを抑制できる。

第１電装品３０及び第２電装品４０は、電装品ケース６０内に収納される。電装品ケース６０は室外に配置される。第１電装品３０及び第２電装品４０と、室内機１０の第１熱交換器１１とは、建物の壁Ｋ及び電装品ケース６０によって、仕切られている。

電装品ケース６０は、室外において、室内機１０及び室外機２０より高い位置に配置される。電装品ケース６０は、第１熱交換器１１及び第２熱交換器２１より高い位置に配置されてもよい。このような構成によって、空気より重いため、第１熱交換器１１から漏洩した可燃性冷媒が、電装品ケース６０の位置まで上昇することを抑制できる。

電装品ケース６０は、防爆構造を有してもよい。防爆構造は、例えば、構造の内部の爆発に対して、受ける損傷が抑制される耐圧構造である。防爆構造の耐性を向上させるように、電装品ケース６０は金属で形成されてもよい。また、電装品ケース６０は、可燃性冷媒の流入を抑制するような気密な構造を有してもよい。

さらに、図２に示すように、第１電気配線３１は、室外に配置された電装品ケース６０から延びて、壁Ｋを通じて、室内機１０の電子部品に接続される。第１電気配線３１が室内機１０の電子部品に接続される位置Ｐ１は、冷媒配管５０が室内機１０に接続される位置Ｐ２より高い。第２電気配線４１は、室外に配置された電装品ケース６０から延びて、室外機２０の電子部品に接続される。第２電気配線４１が室外機２０の電子部品に接続される位置Ｐ３は、冷媒配管５０が室外機２０に接続される位置Ｐ４より高い。このような構成によって、火花等が発生する電気的な接続位置Ｐ１、Ｐ３を、冷媒が漏洩し得る冷媒配管５０の接続位置Ｐ２、Ｐ４から離すことができる。

［効果］
実施の形態に係る空気調和機１によれば、以下の効果を奏することができる。

空気調和機１は、室内機１０と、室外機２０とを備え、可燃性冷媒を用いた空気調和機１であって、室内機１０を統括的に制御する制御回路を含む第１電装品３０を備える。第１電装品３０は、室外に配置される。

このような構成により、第１電装品３０と室内機１０との間に、室内及び室外空間を仕切る建物の壁Ｋが位置することとなる。第１電装品３０を、可燃性冷媒が漏洩しやすい室内機１０の第１熱交換器１１から離すことができ、第１電装品３０から発生する火花等が着火源となることを防止できる。よって、可燃性冷媒の着火を防止し、可燃性冷媒を用いた空気調和機１の安全性を向上させることができる。

空気調和機１は、室外機２０を統括的に制御する制御回路を含む第２電装品４０を備え、第２電装品４０は、室外に配置される。

このような構成により、第２電装品４０と室内機１０との間に、室内及び室外空間を仕切る建物の壁Ｋが位置することとなる。第２電装品４０を、室内機１０の第１熱交換器１１から離すことができ、第２電装品４０から発生する火花等が着火源となることを防止できる。よって、可燃性冷媒を用いた空気調和機１の安全性をさらに向上させることができる。

第１電装品３０及び第２電装品４０は、室内機１０及び室外機２０より高い位置に配置される。

このような構造により、空気より重い可燃性冷媒が、第１電装品３０及び第２電装品４０に到達することを防止できる。

空気調和機１は、第１電装品３０及び第２電装品４０を収容し、室外に配置され、防爆構造を有する電装品ケース６０をさらに備える。

このような構成により、可燃性冷媒の着火による爆発が生じた場合、爆発を電装品ケース６０内に制限することができ、爆発の被害を軽減できる。

第１電気配線３１が室内機１０の電子部品に接続される位置Ｐ１は、冷媒配管５０が室内機１０に接続される位置Ｐ２より高い。第２電気配線４１が室外機２０の電子部品に接続される位置Ｐ３は、冷媒配管５０が室外機２０に接続される位置Ｐ４より高い。

このような構成により、位置Ｐ２、Ｐ４の周囲から漏洩した空気より重い可燃性冷媒が、第１電気配線３１及び第２電気配線４１が室内機１０及び室外機２０の電子部品に接続される位置Ｐ１、Ｐ３に到達することを防止できる。位置Ｐ１、Ｐ３において発生する火花等が着火源となることを防止できる。

なお、実施の形態では、室内機１０が室内に配置される例について説明したが、これに限定されない。室内機１０が室外に配置されてもよく、室内機１０の吹き出し口に合わせて、建物の壁Ｋに、室内及び室外が連通させる開口が形成されてもよい。このような構成においても、室内における安全性を向上させることができる。

なお、実施の形態では、第２電装品４０が室外機２０の外側に配置される例について説明したが、これに限定されない。第２電装品４０は室外機２０内にあってもよい。このような構成においても、室内における安全性を向上させることができる。

なお、実施の形態では、第１電装品３０及び第２電装品４０が、室内機１０及び室外機２０より高い位置において、電装品ケース６０内に収容される例について説明したが、これに限定されない。第１電装品３０及び第２電装品４０は、室外に配置されていればよい。例えば、第１電装品３０及び第２電装品４０は、室外において、室内機１０及び室外機２０より高い位置に配置される。このような構成によっても、可燃性冷媒が第１電装品３０及び第２電装品４０に到達することを防止できる。

なお、実施の形態では、第１電気配線３１が室内機１０に接続される位置Ｐ１は、冷媒配管５０の位置Ｐ２より高く、第２電気配線４１が室外機２０に接続される位置Ｐ３は、冷媒配管５０の位置Ｐ４より高い例について説明したが、これに限定されない。位置Ｐ１は位置Ｐ２から離れており、位置Ｐ３は位置Ｐ４から離れていてもよい。このような構成によっても、第１電気配線３１及び第２電気配線４１から発生する火花等による可燃性冷媒の着火を防止し、可燃性冷媒を用いた空気調和機１の安全性を向上させることができる。

なお、実施の形態では、第１電気配線３１が室内機１０の電子部品に接続され、第２電気配線４１が室外機２０の電子部品に接続される例について説明したが、これに限定されない。後述の変形例のように、位置Ｐ３の周囲における室外機２０は、メッシュ部材で形成され、第２電気配線４１が、室外機２０のメッシュ部材に挿通されてもよい。また、メッシュ部材が形成する開口の間隔は、可燃性冷媒の消炎距離以下であってもよい。

なお、実施の形態では、室外機２０が膨張機構２４及び四方弁２５を備える例について説明したが、これに限定されない。例えば、膨張機構２４は第１電装品３０に含まれてもよく、四方弁２５は第２電装品４０に含まれてもよい。

図３は、変形例の空気調和機１の側面図である。

図３に示すように、位置Ｐ１の周囲における室内機１０は、複数の貫通孔が形成された第１メッシュ部材１６で形成される。第１メッシュ部材１６は、室内機１０の外壁から、位置Ｐ１における第１電気配線３１の接続点まで延びる立方体の部材であってもよい。第１電気配線３１は、室内機１０の第１メッシュ部材１６に挿通される。位置Ｐ３の周囲における室外機２０は、複数の貫通孔が形成された第２メッシュ部材２６で形成される。第２メッシュ部材２６は、室外機２０の外壁から、位置Ｐ３における第２電気配線４１の接続点まで延びる立方体の部材であってもよい。第２電気配線４１は、室外機２０の第２メッシュ部材２６に挿通される。

第１メッシュ部材１６及び第２メッシュ部材２６が形成する開口の間隔は、可燃性冷媒の消炎距離Ｄ１以下であってもよい。電荷火花法による消炎距離Ｄ１は、可燃性冷媒の最小エネルギＥを用いて、以下の式（１）によって計算される。
Ｄ１＝０．３５Ｅ／２ ・・・（１）
最小エネルギＥは、可燃性冷媒が電気火花で着火するときのエネルギである。例えば、可燃性冷媒がプロパンである場合、プロパンの最小エネルギは、０．３ｍＪ以上０．７ｍＪ以下である。したがって、プロパンの消炎距離Ｄ１は２ｍｍとなる。プロパンの火炎伝搬を抑制するためには、第１メッシュ部材１６及び第２メッシュ部材２６の開口の間隔を２ｍｍ以下に設定してもよい。

第１メッシュ部材１６及び第２メッシュ部材２６は金属で形成されてもよい。第１メッシュ部材１６及び第２メッシュ部材２６は、例えば、鋼鉄で形成される。

また、位置Ｐ１の周囲における室内機１０及び位置Ｐ３の周囲における室外機２０は、第１メッシュ部材１６及び第２メッシュ部材２６の代わりに、パンチングメタルで形成されてもよい。パンチングメタルとは、金型を用いたプレス加工によって形成された複数の開口を有する金属の板状部材である。開口の形状は円形であってもよい。また、開口の直径は、可燃性冷媒の消炎直径Ｄ２以下であってもよい。電荷火花法による消炎直径Ｄ２は、消炎距離Ｄ１を用いて、以下の式（２）によって計算される。
Ｄ２＝Ｄ１／０．７ ・・・（２）
プロパンの消炎直径Ｄ２は３ｍｍとなる。プロパンの火炎伝搬を抑制するためには、パンチングメタルの開口の直径を３ｍｍ以下に設定してもよい。

このような構成により、位置Ｐ１または位置Ｐ３において発生した火花等が着火源となり、爆発が発生した場合においても、火炎伝搬を抑制することができる。

なお、第１メッシュ部材１６または第２メッシュ部材２６を「メッシュ部材」と称してもよい。

なお、空気調和機１が第１メッシュ部材１６及び第２メッシュ部材２６の両方を有する例について説明したが、これに限定されない。空気調和機１は、第１メッシュ部材１６または第２メッシュ部材２６の少なくとも一方を有していればよい。

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本開示の空気調和機は、可燃性冷媒を用いた空気調和機の安全性を向上させることができるため、空気調和機として有用である。

１ 空気調和機
１０ 室内機
１１ 第１熱交換器
１２ 室内ファン
１３ 室内ファンモータ
１６ 第１メッシュ部材
２０ 室外機
２１ 第２熱交換器
２２ 室外ファン
２３ 圧縮機
２４ 膨張機構
２５ 四方弁
２６ 第２メッシュ部材
３０ 第１電装品
３１ 第１電気配線
４０ 第２電装品
４１ 第２電気配線
５０ 冷媒配管
６０ 電装品ケース
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 位置

Claims (7)

1. 室内機と、室外機とを備え、可燃性冷媒を用いた空気調和機であって、
   前記室内機を統括的に制御する制御回路を含む第１電装品を備え、
   前記第１電装品は、室外に配置される、空気調和機。
2. 前記空気調和機は、前記室外機を統括的に制御する制御回路を含む第２電装品を備え、
   前記第２電装品は、室外に配置される、請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記第１電装品及び前記第２電装品は、前記室内機及び前記室外機より高い位置に配置される、請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記第１電装品及び前記第２電装品を収容し、室外に配置され、防爆構造を有する電装品ケースをさらに備える、請求項２または３に記載の空気調和機。
5. 前記空気調和機は、前記第１電装品と前記室内機の電子部品とを接続する第１電気配線と、前記第２電装品と前記室外機の電子部品とを接続する第２電気配線と、
   前記可燃性冷媒を循環させる冷媒配管と、をさらに備え、
   前記第１電気配線が前記室内機の前記電子部品に接続される位置は、前記冷媒配管が前記室内機に接続される位置から離れており、
   前記第２電気配線が前記室外機の前記電子部品に接続される位置は、前記冷媒配管が前記室外機に接続される位置から離れている、請求項２から４のいずれか一項に記載の空気調和機。
6. 前記第１電気配線が前記室内機の前記電子部品に接続される位置は、前記冷媒配管が前記室内機に接続される位置より高く、
   前記第２電気配線が前記室外機の前記電子部品に接続される位置は、前記冷媒配管が前記室外機に接続される位置より高い、請求項５に記載の空気調和機。
7. 前記第２電気配線が前記室外機の前記電子部品に接続される位置の周囲における前記室外機は、メッシュ部材で形成され、
   前記メッシュ部材が形成する開口の間隔は、前記可燃性冷媒の消炎距離以下であり、
   前記第２電気配線が、前記室外機の前記メッシュ部材に挿通される、請求項５または６に記載の空気調和機。

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