JP2022150675A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体回路のポンプ停止中に液熱交換器から熱媒体回路内に冷媒が侵入した場合に熱媒体回路の圧力弁から冷媒が漏洩し難くすることができるヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ装置は、熱媒体配管の内部圧力が予め設定された動作圧以上になった場合に熱媒体配管を開放する圧力弁２４と、熱媒体配管内における循環方向と反対方向の液状熱媒体の流通を禁止する逆止弁２６とを備える。圧力弁２４及び逆止弁２６は、熱媒体配管内を循環方向に流通する液状熱媒体が、負荷側空気熱交換器、圧力弁２４、逆止弁２６、ポンプ２５、液熱交換器の順で通過する位置にそれぞれ設けられる。逆止弁２６は、循環方向で液熱交換器から圧力弁２４に至る流路と循環方向で圧力弁２４から液熱交換器に至る流路とのうち流路長が短い方の流路の途中に設けられる。【選択図】図１

Description

本開示は、ヒートポンプ装置に関するものである。

ヒートポンプ装置においては、冷媒が循環する冷媒回路と、流体（液状熱媒体）が循環する流体回路（熱媒体回路）とを有するヒートポンプ装置において、冷媒回路では、圧縮機と熱源熱交換器と膨張機構と中間熱交換器とが順次配管により接続され、流体回路では、中間熱交換器（液熱交換器）と負荷熱交換器と屋内空間に設けられた負荷安全弁（圧力弁）とポンプと逆止弁とが順次配管により接続されているものが従来において知られている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１８／１０５１０２号

しかしながら、特許文献１に示されるようなヒートポンプ装置においては、ポンプの停止中に液熱交換器で冷媒回路と熱媒体回路との絶縁が破れ熱媒体回路に冷媒が侵入した場合、液熱交換器の熱媒体入力口とポンプとの間に逆止弁があるため、液熱交換器の熱媒体入力口側には侵入した冷媒がほとんど移動せずに、侵入した冷媒が負荷安全弁にまで到達して負荷安全弁から屋内空間に冷媒が漏洩する可能性がある。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、熱媒体回路のポンプの停止中において、液熱交換器で冷媒回路と熱媒体回路との絶縁が破れ、熱媒体回路内に冷媒が侵入した場合に、熱媒体回路の圧力弁から冷媒が漏洩し難くすることができるヒートポンプ装置を提供することにある。

本開示に係るヒートポンプ装置は、冷媒が封入された冷媒配管と、液状熱媒体が封入された熱媒体配管と、前記冷媒配管を流通する前記冷媒と前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体との間で熱を交換させる液熱交換器と、前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体と空気との間で熱を交換させる負荷側空気熱交換器と、前記熱媒体配管内の前記液状熱媒体を前記液熱交換器と前記負荷側空気熱交換器との間で予め定められた循環方向に循環させるポンプと、を備え、前記循環方向は、前記液状熱媒体が、前記ポンプ、前記液熱交換器、前記負荷側空気熱交換器の順で通過する方向であり、前記熱媒体配管の内部圧力が予め設定された動作圧以上になった場合に前記熱媒体配管を開放する圧力弁と、前記熱媒体配管内における前記循環方向と反対方向の前記液状熱媒体の流通を禁止する逆止弁と、をさらに備え、前記圧力弁及び前記逆止弁は、前記熱媒体配管内を前記循環方向に流通する前記液状熱媒体が、前記負荷側空気熱交換器、前記圧力弁、前記逆止弁、前記ポンプ、前記液熱交換器の順で通過する位置にそれぞれ設けられ、前記逆止弁は、前記循環方向で前記液熱交換器から前記圧力弁に至る流路と前記循環方向で前記圧力弁から前記液熱交換器に至る流路とのうち、流路長が短い方の流路の途中に設けられる。

本開示に係るヒートポンプ装置は、冷媒が封入された冷媒配管と、液状熱媒体が封入された熱媒体配管と、前記冷媒配管を流通する前記冷媒と前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体との間で熱を交換させる液熱交換器と、前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体と空気との間で熱を交換させる負荷側空気熱交換器と、前記熱媒体配管内の前記液状熱媒体を前記液熱交換器と前記負荷側空気熱交換器との間で予め定められた循環方向に循環させるポンプと、を備え、前記循環方向は、前記液状熱媒体が、前記ポンプ、前記液熱交換器、前記負荷側空気熱交換器の順で通過する方向であり、前記熱媒体配管の内部圧力が予め設定された動作圧以上になった場合に前記熱媒体配管を開放する圧力弁と、前記ポンプの運転中に前記熱媒体配管内における前記液状熱媒体の流通を許可し、前記ポンプの停止中に前記熱媒体配管内における前記液状熱媒体の流通を禁止する遮断弁と、をさらに備え、前記遮断弁は、前記循環方向で前記液熱交換器から前記圧力弁に至る流路と前記循環方向で前記圧力弁から前記液熱交換器に至る流路とのうち、流路長が短い方の流路の途中に設けられる。

本開示に係るヒートポンプ装置によれば、熱媒体回路のポンプの停止中において、液熱交換器で冷媒回路と熱媒体回路との絶縁が破れ、熱媒体回路内に冷媒が侵入した場合に、熱媒体回路の圧力弁から冷媒が漏洩し難くすることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の１次回路及び２次回路の構成を示す図である。 実施の形態１に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の制御系統の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の動作の一例を示すフロー図である。 実施の形態１に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の別例における１次回路及び２次回路の構成を示す図である。 実施の形態１に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の別例における１次回路及び２次回路の構成を示す図である。 実施の形態２に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の１次回路及び２次回路の構成を示す図である。 実施の形態２に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の制御系統の構成を示すブロック図である。

本開示に係るヒートポンプ装置を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。なお、本開示は以下の実施の形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、又は各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

実施の形態１．
図１から図５を参照しながら、本開示の実施の形態１について説明する。図１はヒートポンプ装置が適用された空気調和機の１次回路及び２次回路の構成を示す図である。図２はヒートポンプ装置が適用された空気調和機の制御系統の構成を示すブロック図である。図３はヒートポンプ装置が適用された空気調和機の動作の一例を示すフロー図である。図４及び図５はヒートポンプ装置が適用された空気調和機の別例における１次回路及び２次回路の構成を示す図である。

以下においては、この開示に係るヒートポンプ装置を空気調和機に適用した場合を例にして説明する。なお、この開示は、ルームエアコン及び業務用のパッケージエアコン等を含む空気調和機の他に、例えば、給湯器、ショーケース、冷蔵庫、チラーシステム等に適用され、冷媒が循環する１次回路（冷媒回路）と液状熱媒体（例えば水）が循環する２次回路（熱媒体回路）とを備えたヒートポンプ装置に利用できる。

この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機は、図１に示すように、室外機１０及び室内機２０を備えている。室内機２０は、空気調和の対象となる部屋の室内２に設置される。室外機１０は、当該部屋の室外１に設置される。室外機１０は、冷媒配管１１、圧縮機１２、四方弁１３、室外熱交換器１４、室外ファン１５、膨張弁１６、水熱交換器１７及びポンプ２５を備えている。室内機２０は、室内熱交換器２１及び室内ファン２２を備えている。

冷媒配管１１は、室外機１０の室外熱交換器１４と水熱交換器１７との間で循環的に設けられている。冷媒配管１１内には冷媒が封入されている。冷媒配管１１内に封入される冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の小さいものを用いることが地球環境保護上の観点からいって望ましい。この冷媒は空気よりも平均分子量が大きく（空気よりも密度が大きく）、空気中では重力方向（鉛直方向）の下方へと沈んでいく性質を持っている。

このような冷媒として、具体的に例えば、テトラフルオロプロペン（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２：ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、ジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２：Ｒ３２）、プロパン（Ｒ２９０）、プロピレン（Ｒ１２７０）、エタン（Ｒ１７０）、ブタン（Ｒ６００）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、１．３．３．３－テトラフルオロ－１－プロペン（ＣＦ３－ＣＨ＝ＣＨＦ：ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）等の中から選ばれる１つ以上の冷媒からなる（混合）冷媒を用いることができる。これらの冷媒には、可燃性（微燃性又は強燃性）を有するものが含まれる。

冷媒配管１１は、圧縮機１２、膨張弁１６、室外熱交換器１４及び水熱交換器１７を環状に接続している。したがって、室外熱交換器１４と水熱交換器１７との間で冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。圧縮機１２は、供給された冷媒を圧縮して当該冷媒の圧力及び温度を高める機器である。圧縮機１２は、例えば、ロータリ圧縮機、あるいは、スクロール圧縮機等を用いることができる。

膨張弁１６は、流入した冷媒を膨張させ、当該冷媒の圧力を低下させる。すなわち、膨張弁１６は、冷媒を減圧させる減圧装置である。ここで説明する構成例では、膨張弁１６は、リニア電子膨張弁（ＬＥＶ：Ｌｉｎｅａｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｖａｌｖｅ）である。したがって、膨張弁１６を閉じることで、冷媒の流通を阻止できる。

室外熱交換器１４は、室外熱交換器１４に流入した冷媒と空気との間で熱を交換させる熱源側空気熱交換器である。室外ファン１５は、後述する室外機筐体内の風路の中に気流を発生させ、外気が室外熱交換器１４の周囲を通過するように送風する。室外熱交換器１４は、流入した冷媒を蒸発又は凝縮することにより、室外ファン１５から送られる室外１の空気と熱交換をし、空気を冷却又は加熱する。このように、室外ファン１５は、熱源側空気熱交換器である室外熱交換器１４の周囲を通過する空気流を生成する送風ファンである。

室外機１０と室内機２０とは水配管２３で接続されている。水配管２３は、室外機１０の水熱交換器１７と室内機２０の室内熱交換器２１との間で循環的に設けられている。水配管２３内には、液状熱媒体である水が封入されている。すなわち、水配管２３は、内部に液状熱媒体である水が入れられた熱媒体配管である。なお、水は、液状熱媒体の一例である。液状熱媒体としては、他にブライン等を用いることも可能である。

水熱交換器１７は、水熱交換器１７に流入した冷媒と水（液状熱媒体）との間で熱を交換させる液熱交換器である。水熱交換器１７は、例えば、熱交換効率が高いプレート熱交換器又は二重管熱交換器等が用いられる。

ポンプ２５は、水配管２３に設けられている。ポンプ２５は、水熱交換器１７に液状熱媒体である水を流れさせるためのものである。水配管２３は、室内熱交換器２１、水熱交換器１７及びポンプ２５を環状に接続している。したがって、ポンプ２５によって室内熱交換器２１と水熱交換器１７との間で水が循環される水回路が形成されている。

ポンプ２５は、このようにして環状に形成された水配管２３（熱媒体配管）に予め定められた循環方向で水（液状熱媒体）を流れさせる。この循環方向は、液状熱媒体である水が、ポンプ２５、液熱交換器である水熱交換器１７、負荷側空気熱交換器である室内熱交換器２１の順で通過する方向である。

室内熱交換器２１は、室内熱交換器２１に流入した水（液状熱媒体）と空気との間で熱を交換させる負荷側空気熱交換器である。室内ファン２２は、後述する室内機筐体内の風路の中に気流を発生させ、室内熱交換器２１の周囲を通過するように送風する。室内熱交換器２１は、流入した高温又は低温の水を、室内ファン２２から送られる室内２の空気と熱交換させることで室内２の空気を加熱又は冷却する。

室外機１０は、室外機筐体を備えている。室外機筐体は熱源側筐体である。室外機筐体の内部には、冷媒配管１１、圧縮機１２、四方弁１３、室外熱交換器１４、室外ファン１５、膨張弁１６、水熱交換器１７及びポンプ２５と、水配管２３の一部が収容されている。また、室内機２０は、室内機筐体を備えている。室内機筐体の内部には、室内熱交換器２１及び室内ファン２２と、水配管２３の一部が収容されている。

室外機筐体には、室外機筐体の内部と外部とを連通する吸込口及び吹出口が形成されている。室外機筐体の内部には、吸込口から室外熱交換器１４及び室外ファン１５を通過して吹出口へと通じる風路が形成されている。すなわち、この風路は、室外機筐体の外部から取り込んだ空気を室外熱交換器１４で熱交換させた後に室外機筐体の外部へと放出するためのものである。なお、室内機筐体についても同様に、吸込口、吹出口及び風路が形成されている。

このようにして構成された冷媒回路及び水回路は、室外熱交換器１４において冷媒と空気の間で熱交換を行い、水熱交換器１７において冷媒と水の間で熱交換を行い、さらに、室内熱交換器２１において水と空気の間で熱交換を行うことにより、室内機２０と室外機１０との間で熱を移動させるヒートポンプとして働く。すなわち、可燃性冷媒が循環する１次回路（冷媒回路）と非可燃性の熱媒体（ここでは水）が循環する２次回路とを用いた間接方式のヒートポンプ装置である。この際、四方弁１３を切り換えることにより、冷媒回路における冷媒の循環方向を反転させて冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる。

まず、冷房運転時においては、１次側の冷媒回路では、圧縮機１２により冷媒は高温・高圧となり、四方弁１３を通り室外熱交換器１４へ流入する。この際、室外熱交換器１４は、凝縮器として機能し、流入した冷媒を凝縮させる。すなわち、室外熱交換器１４に流入した高温の冷媒は、低温の外気と熱交換して凝縮し液冷媒となる。

液冷媒は、膨張弁１６を通り膨張し、低温・低圧で気相と液相が混じった気液二相状態の冷媒となる。この低温の気液二相冷媒は、水熱交換器１７に流入し、水回路を循環する水と熱交換して蒸発してガス冷媒となる。この熱交換により水回路の水は冷却される。すなわち、水熱交換器１７は、水回路の水から吸熱する吸熱器として働き水を冷却する。ガス冷媒は四方弁１３を通り、再度圧縮機１２に流入し高温・高圧の冷媒となる。

水回路では、ポンプが生成した圧力により水を循環させる。水熱交換器１７で冷却され低温になった水は、低温のまま室外機筐体内の水配管２３から室内機筐体内の水配管２３へと流れる。室内機筐体内の水配管２３を流れる低温の水は、室内熱交換器２１に流入する。

室内熱交換器２１に流入した水は室内空気と熱交換され加熱される。この際、室内空気は冷却される。加熱された水は室外機筐体内の水配管２３に進み、ポンプ２５を通過し、再度水熱交換器１７に流入し冷却され低温の水となる。

次に暖房運転時においては、１次側の冷媒回路では、圧縮機１２により冷媒は高温・高圧となり、四方弁１３を通り水熱交換器１７へ流入する。水熱交換器１７に流入した冷媒は、水回路を循環する水と熱交換して凝縮し液冷媒となる。この際に、水回路を循環する水は加熱される。すなわち、水熱交換器１７は、放熱器として機能して水回路に流れる水を加熱する。

液冷媒は、膨張弁１６を通り膨張して低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、室外熱交換器１４へ流入する。この際、室外熱交換器１４は、蒸発器として機能し、流入した冷媒を蒸発させる。すなわち、室外熱交換器１４へ流入した気液二相冷媒は、外気と熱交換して蒸発してガス冷媒となる。ガス冷媒は、四方弁１３を通り再度圧縮機１２に流入し高温・高圧の冷媒となる。

水回路では、ポンプ２５の生成した圧力により、水回路の水を循環させる。まず、水熱交換器１７で冷却された低温の水は、高温のまま室外機筐体内の水配管２３から室内機筐体内の水配管２３へと流れる。室内機筐体内の水配管２３を流れる高温の水は、室内熱交換器２１に流入する。

室内熱交換器２１に流入した水は室内空気と熱交換され冷却される。この際、室内空気は加熱される。冷却された水は室外機筐体内の水配管２３に進み、ポンプ２５を通過し、再度水熱交換器１７に流入し加熱され高温の水となる。

この実施の形態に係るヒートポンプ装置は、圧力弁２４と逆止弁２６とをさらに備えている。圧力弁２４は、水配管２３の内部圧力が予め設定された動作圧以上になると水配管２３を開放して水配管２３の内部圧力を一定にすることが可能な制御弁である。なお、圧力弁２４は、水配管２３に直接に設けられるのではなく、水配管２３から分岐した分岐配管３０に設けられてもよい。図示の構成例では、圧力弁２４は室内２に配置されている。

逆止弁２６は、水配管２３内における前述の循環方向と反対方向の水の流通を禁止する弁である。逆止弁２６により、水配管２３内においては前述の循環方向にのみ水が流れることができる。

圧力弁２４及び逆止弁２６を含む水回路の各要素は、水配管２３内を前述の循環方向に流通する水が、室内熱交換器２１、圧力弁２４、逆止弁２６、ポンプ２５、水熱交換器１７の順で通過する位置にそれぞれ設けられている。なお、圧力弁２４が水配管２３から分岐した分岐配管３０に設けられている場合、本開示において水配管２３内を流通する水が圧力弁２４を通過するというのは、分岐配管３０の水配管２３からの分岐部を通過することを含んでいるとする。

また、水回路における水の流路は前述のように環状である。このため、水回路における任意の２点を指定することで、水の流路は２つの部分に分割できる。ここで、水回路における２点として水熱交換器１７と圧力弁２４とを指定した場合、水の流路は次の２つの部分に分割される。すなわち、前述の循環方向で水熱交換器１７から圧力弁２４に至る流路Ａと、前述の循環方向で圧力弁２４から水熱交換器１７に至る流路Ｂの２つである。そして、この実施の形態においては、逆止弁２６は、流路Ａと流路Ｂとのうちで、流路長が短い方の流路の途中に設けられている。

以上のように構成されたヒートポンプ装置が適用された空気調和機においては、前述したように、圧力弁２４とポンプ２５との間に逆止弁２６が設けられている。そして、水熱交換器１７から循環方向と反対方向に遡ってポンプ２５と逆止弁２６とをこの順序で通過して圧力弁２４に至る流路の方が、水熱交換器１７から循環方向に従って室内熱交換器２１を通過して圧力弁２４に至る流路よりも短くなっている。

１次回路（冷媒回路）と２次回路とを用いた間接方式のヒートポンプ装置が適用された空気調和機においては、冷房運転時等には低温の冷媒が水熱交換器１７へ流入する。この際、摂氏０度（水の凍結点）以下の冷媒が水熱交換器１７へ流入することがあり、水回路を循環する水が凍結してしまい、凍結による水の体積膨張により水熱交換器１７が損傷してしまう可能性がある。また、例えば、経年劣化、外部応力等により水熱交換器１７が損傷してしまう場合もある。

水熱交換器１７が損傷すると、水熱交換器１７内の冷媒の流路と水の流路とが通じてしまうことがある。そして、この場合には、冷媒配管１１の内部圧力の方が水配管２３の内部圧力よりも高いため、冷媒回路の冷媒配管１１内の冷媒が、水回路の水配管２３内に侵入してしまう可能性がある。

暖房運転時に水熱交換器１７に流入する冷媒は、圧縮機１２で圧縮された高温・高圧のガス冷媒である。したがって、暖房運転時に水熱交換器１７が損傷して水熱交換器１７内の冷媒の流路と水の流路とが通じてしまった場合、水回路の水配管２３内に気体状態の冷媒が侵入し、侵入した冷媒は気体のまま水回路内を流れる。

また、冷房運転時に水熱交換器１７に流入する冷媒は低温の気液二相冷媒である。したがって、冷房運転時に水熱交換器１７が損傷して水熱交換器１７内の冷媒の流路と水の流路とが通じてしまった場合、水回路の水配管２３内に気液二相状態の冷媒が侵入する。このうち、液相の冷媒は、水配管２３内に侵入した際に水により加熱されて気化する。一方、気相の冷媒はそのまま気体である。したがって、冷房運転時においても水配管２３内に侵入した冷媒は気体の状態で水回路内を流れる。すなわち、暖房運転時及び冷房運転時のいずれにおいても、水配管２３内に侵入した冷媒は気体の状態で水回路内を流れることになる。

水熱交換器１７で水回路に侵入したガス冷媒は、ポンプ２５の生成した圧力によって前述した循環方向に沿って水配管２３内を流れる。水熱交換器１７において冷媒が水回路中に侵入すると、水回路の水配管２３の内部圧力が全体的に上昇する。冷媒が水回路中に侵入したことで水配管２３の内部圧力が上昇し、水配管２３の内部圧力が予め設定された動作圧以上になると、圧力弁２４が作動して水配管２３が開放される。

冷媒の水回路への侵入がポンプ２５の運転中だった場合、ポンプ２５の生成した圧力によって前述した循環方向に沿って水配管２３内の水を押しながら流れる。そして、内部圧力が予め設定された動作圧以上になると、圧力弁２４が作動して水配管２３が開放され、水が圧力弁２４から漏洩する。このとき、冷媒は循環方向に沿って水を圧力弁２４まで押し流しながら移動していく。したがって、水熱交換器１７で水配管２３内に冷媒が侵入を開始した時点において、前述の流路Ａ（循環方向で水熱交換器１７から圧力弁２４に至る流路）にあった水が最初に圧力弁２４から漏洩し、その後に圧力弁２４にまで到達した冷媒が圧力弁２４から漏洩する。

このため、前述の流路Ａの水配管２３内の容積よりも水配管２３内に侵入した冷媒の体積が小さい場合つまりは侵入冷媒量が少ない場合は、圧力弁２４からは、水のみが漏洩し、冷媒は漏洩せずに流路Ａの水配管２３内に留まる。一方、流路Ａの水配管２３内の容積よりも水配管２３内に侵入した冷媒の体積が大きい場合つまりは侵入冷媒量が多い場合は、圧力弁２４から水が漏洩した後に圧力弁２４まで冷媒が到達して冷媒が漏洩する。

これに対し、冷媒の水回路への侵入がポンプ２５の停止中だった場合、侵入した冷媒は、水熱交換器１７から前述の循環方向だけでなく、循環方向とは反対方向にも水を押す。この実施の形態においては、逆止弁２６を備えているため、循環方向とは反対方向の流れは抑制される。これにより、ポンプ２５の停止中においても前述したポンプ２５の動作中と同様に、基本的に侵入冷媒は循環方向に沿って水配管２３内の水を押しながら流れるようになる。したがって、前述の流路Ｂ（循環方向とは反対方向で水熱交換器１７から圧力弁２４に至る流路）ではなく、前述の流路Ａ（循環方向で水熱交換器１７から圧力弁２４に至る流路）の方に侵入冷媒を誘導できるため、流路Ｂよりも長い流路Ａの水配管２３内の容積と比較して侵入冷媒の体積が小さければ、圧力弁２４から冷媒が漏洩しないようにすることが可能である。

ただし、逆止弁２６があるとはいえ水熱交換器１７から侵入する冷媒の圧力が高ければ、侵入冷媒が水を押し退けつつ循環方向とは反対方向にも移動する。この際、この実施の形態においては逆止弁２６がポンプ２５と圧力弁２４との間にあるため、循環方向と反対方向に移動した冷媒は、逆止弁２６に到達する前にポンプ２５を通過する。したがって、循環方向とは反対方向で水熱交換器１７から逆止弁２６に至る流路における容積を、ポンプ２５の容積分だけ大きくできるため、より多くの侵入冷媒を流路Ｂにおける水熱交換器１７から逆止弁２６までの間に溜めることが可能である。

以上のように構成されたヒートポンプ装置が適用された空気調和機によれば、ポンプ２５の停止中において、水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れ、水回路内に冷媒が侵入した場合に、侵入した冷媒が水回路の圧力弁２４にまで到達して漏洩を開始するに至る侵入冷媒量を大きくすることができる。したがって、ポンプ２５の運転中のみならずポンプ２５の停止中においても、水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れ、水回路内に冷媒が流入した場合に、水回路の圧力弁２４から冷媒が漏洩し難くすることができる。

次に、図２を参照しながら、この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の制御系統の構成について説明する。同図に示すように、空気調和機は制御装置５０を備えている。制御装置５０は、空気調和機の運転動作全般を制御する。具体的には、制御装置５０は、圧縮機１２、室外ファン１５、室内ファン２２、膨張弁１６及びポンプ２５の動作を制御する。

制御装置５０の制御回路には、例えば、図示しないプロセッサ及びメモリが備えられている。制御装置５０は、メモリに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することによって予め設定された処理を実行し、空気調和機を制御する。制御装置５０においてメモリに記憶されたプログラムをプロセッサが実行し、制御装置５０のハードウェアとソフトウェアとが協働することによって、制御装置５０が備える機能が実現される。

プロセッサは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータあるいはＤＳＰともいう。メモリには、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、または磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク及びＤＶＤ等が該当する。

なお、制御装置５０の制御回路は、例えば、専用のハードウェアとして形成されてもよい。制御装置５０の制御回路の一部が専用のハードウェアとして形成され、かつ、当該制御回路にプロセッサ及びメモリが備えられていてもよい。一部が専用のハードウェアとして形成される制御回路には、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。

この実施の形態に係る空気調和機は、前述の冷房運転及び暖房運転に加えて、回収運転が可能である。回収運転とは、冷媒回路中の冷媒を、冷媒回路の室外熱交換器１４側に回収する運転である。回収運転においては、制御装置５０は、まず、膨張弁１６を閉止させる。そして、制御装置５０は圧縮機１２を動作させる。これにより、冷媒回路の水熱交換器１７側の冷媒は、圧縮機１２に吸い出される。

圧縮機１２から吐出された高温の気相の冷媒は、室外熱交換器１４を通過して空気と熱交換される。この熱交換により気相の冷媒は液化する。液化した冷媒は室外熱交換器１４を抜け、膨張弁１６に到達する。この時、膨張弁１６は閉止されているため、液相の冷媒は、主に、圧縮機１２と室外熱交換器１４との間の冷媒配管１１内、室外熱交換器１４と膨張弁１６との間の冷媒配管１１内、及び、室外熱交換器１４に回収される。

そして、制御装置５０は、回収運転を開始してから予め設定した基準時間が経過した場合に、圧縮機１２の動作を停止させて当該回収運転を終了させる。この際の基準時間は、冷媒回路に封入された冷媒の充填量及び圧縮機１２の能力等の空気調和機の仕様に基づいて、冷媒を室外熱交換器１４側に移動させるために必要な時間を考慮することで決定できる。

圧縮機１２の内部には、逆流を防止する弁等の構造が備えられていることが一般的である。このため、回収運転の終了後に圧縮機１２を停止したままにしても、圧縮機１２から水熱交換器１７側に冷媒が逆流しない。なお、水熱交換器１７側への冷媒の逆流を阻止するため、圧縮機１２と室外熱交換器１４との間又は圧縮機１２と水熱交換器１７との間に逆止弁等を設けてもよい。

この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機は、水回路のポンプ２５を停止させる際、回収運転を行なってから水回路のポンプ２５を停止させる。すなわち、制御装置５０は、ポンプ２５を停止させる前に回収運転を行なう。そして、制御装置５０は、回収運転の完了後に、ポンプ２５を停止させる。

次に、この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の動作の流れの一例について、図３のフロー図を参照しながら説明する。制御装置５０は、空気調和機のユニット停止指示を行う際に（ステップＳ１０）、ステップＳ１１の処理を行い、冷媒回路の冷媒を水熱交換器１７側から室外熱交換器１４に回収する回収運転を開始させる。回収運転においては、制御装置５０は、膨張弁１６を閉止させた状態で圧縮機１２を動作させる。ステップＳ１１の後、制御装置５０は次にステップＳ１２の処理を行う。

ステップＳ１２においては、制御装置５０は、回収運転の終了条件が成立したか否かを判定する。回収運転の終了条件は、例えば前述したように回収運転を開始してから基準時間が経過することである。なお、回収運転の終了条件は、この例に限られない。他に例えば、冷媒回路の水熱交換器１７側の冷媒圧力を検出する圧力センサを設け、この圧力センサの検出値が基準値以下に低下することを終了条件としてもよい。回収運転の終了条件が成立していなければ、制御装置５０はステップＳ１１に戻って処理を継続する。

一方、回収運転の終了条件が成立したら、制御装置５０は次にステップＳ１３の処理を行い、圧縮機１２を停止させて、回収運転を終了させる。そして、制御装置５０はポンプ２５を停止させる。ステップＳ１３の処理が完了すれば、一連の動作は終了となる。

以上のように構成されたヒートポンプ装置が適用された空気調和機によれば、ポンプ２５の停止中における水熱交換器１７側の冷媒残留量を少なくできる。このため、ポンプ２５の停止中に水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れた場合に、水回路への冷媒の侵入を抑制し、又は、冷媒の侵入を最小限に抑えることが可能である。

次に、図４を参照しながら、この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和装置の変形例について説明する。同図に示す変形例においても、図１に示した構成と同様に、圧力弁２４が室内２に配置されている。なお、圧力弁２４が分岐配管３０に設けられている場合、分岐配管３０の水配管からの分岐部が室内に配置されている。

そして、この変形例においては、圧力弁２４の開放口２９側に、延長ホース２８が接続されている。圧力弁２４の開放口２９側に接続された延長ホース２８により圧力弁２４の開放経路が延長されることで、圧力弁２４の開放口２９が、延長ホース２８による延長先の端部に形成されている。延長ホース２８による延長先の端部、すなわち、圧力弁２４の開放口２９は室外１に配置されている。このようにすることで、水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れ、水回路に侵入した冷媒が圧力弁２４にまで達したとしても、圧力弁２４から水回路の外に出た冷媒を、室内２でなく室外１に放出できる。

また、図４に示す構成例では、延長ホース２８による延長先の端部すなわち圧力弁２４の開放口２９は、室外機１０の室外機筐体内における前述した風路中に配置されている。このようにすることで、水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れ、水回路に侵入した冷媒が圧力弁２４にまで達したとしても圧力弁２４から水回路の外に出た冷媒を、室外ファン１５により生成された気流で拡散させることができる。

以上においては、熱源側の１台の室外機１０に対し、負荷側の室内機２０が１台設けられている場合の構成例について説明した。１台の室外機１０に対して設けられる室内機２０の台数は１台に限られない。この実施の形態に係るヒートポンプ装置においては、１台の熱源機に対して２台以上の負荷機が接続されていてもよい。図５に示すのは、この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機において、熱源側の１台の室外機１０に対し、負荷側の室内機が２台設けられている場合の構成例である。負荷側には、室内機２０に加えて第２室内機４０がさらに設けられている。第２室内機４０は、室内機２０と同様の、あるいは類似する構成を有する。図示の例では、第２室内機４０は、室内機２０と同様に、第２室内熱交換器４１及び第２室内ファン４２を備えている。水配管２３は途中で分岐して、第２水配管４３が設けられている。第２水配管４３は、第２室内機４０の第２室内熱交換器４１に接続されている。

この場合、ヒートポンプ装置は、第２圧力弁４４と第２逆止弁４５とさらに備えるとよい。第２圧力弁４４及び第２逆止弁４５は、第２水配管４３に設けられている。そして、第２圧力弁４４及び第２逆止弁４５を含む各要素は、第２水配管４３内を前述の循環方向に流通する水が、第２室内熱交換器４１、第２圧力弁４４、第２逆止弁４５、ポンプ２５、水熱交換器１７の順で通過する位置にそれぞれ設けられている。また、前述の循環方向で水熱交換器１７から第２圧力弁４４に至る流路と、前述の循環方向で第２圧力弁４４から水熱交換器１７に至る流路とのうちで、流路長が短い方の流路の途中に第２逆止弁４５が設けられている。

第２圧力弁４４及び第２逆止弁４５を、第２水配管４３に設けることで、水熱交換器１７から循環方向とは反対方向における流路の容積を、水配管２３の逆止弁２６までに加えて、第２水配管４３の第２逆止弁４５までの分だけ大きくできるため、より多くの侵入冷媒を流路Ｂにおける水熱交換器１７から逆止弁２６及び第２逆止弁４５までの間に溜めることが可能である。

実施の形態２．
図６及び図７を参照しながら、本開示の実施の形態２について説明する。図６はヒートポンプ装置が適用された空気調和機の１次回路及び２次回路の構成を示す図である。図７はヒートポンプ装置が適用された空気調和機の制御系統の構成を示すブロック図である。

ここで説明する実施の形態２は、前述した実施の形態１の構成において、水回路に設ける弁を逆止弁に代えて、開閉を制御可能な遮断弁にしたものである。以下、この実施の形態２に係るヒートポンプ装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。説明を省略した構成については実施の形態１と基本的に同様である。以降の説明においては、実施の形態１と同様の又は対応する構成について、原則として実施の形態１の説明で用いたものと同じ符号を付して記載する。

この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機は、図６に示すように、遮断弁２７を備えている。遮断弁２７は、例えば電磁弁、電動弁等である。遮断弁２７は、水配管２３内の水の流路を開閉可能である。

実施の形態１と同様に、水回路における２点として水熱交換器１７と圧力弁２４とを指定した場合、水の流路は次の２つの部分に分割される。すなわち、前述の循環方向で水熱交換器１７から圧力弁２４に至る流路Ａと、前述の循環方向で圧力弁２４から水熱交換器１７に至る流路Ｂの２つである。そして、この実施の形態においては、遮断弁２７は、流路Ａと流路Ｂとのうちで、流路長が短い方の流路の途中に設けられている。

以上のように構成されたヒートポンプ装置が適用された空気調和機においては、水熱交換器１７から循環方向と反対方向に遡って遮断弁２７を通過して圧力弁２４に至る流路の方が、水熱交換器１７から循環方向に従って室内熱交換器２１を通過して圧力弁２４に至る流路よりも短くなっている。

次に、図７を参照しながら、この実施の形態に係るヒートポンプ装置が適用された空気調和機の制御系統の構成について説明する。同図に示すように、空気調和機は制御装置５０を備えている。制御装置５０は、空気調和機の運転動作全般を制御する。具体的には、制御装置５０は、圧縮機１２、室外ファン１５、室内ファン２２、膨張弁１６、ポンプ２５及び遮断弁２７の動作を制御する。

制御装置５０は、ポンプ２５の運転中に遮断弁２７を開放させる。また、制御装置５０は、ポンプ２５の停止中に遮断弁２７を閉止させる。したがって、遮断弁２７は、ポンプ２５の運転中に水配管２３内における水の流通を許可する。そして、遮断弁２７は、ポンプ２５の停止中に水配管２３内における水の流通を禁止する。

以上のように構成されたヒートポンプ装置において、ポンプ２５の停止中に水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れ、水回路内に冷媒が侵入した場合、侵入した冷媒は、水熱交換器１７から前述の循環方向だけでなく、循環方向とは反対方向にも水を押す。この実施の形態においては、ポンプ２５の停止中には遮断弁２７が閉止される。特に、遮断弁２７は、前述の流路Ｂ（循環方向とは反対方向で水熱交換器１７から圧力弁２４に至る流路）における水の流通を禁止するため、圧力弁２４が作動した場合に循環方向とは反対方向の流れは抑制され、侵入冷媒は循環方向に沿って水配管２３内の水を押しながら流れるようになる。したがって、前述の流路Ｂではなく、前述の流路Ａ（循環方向で水熱交換器１７から圧力弁２４に至る流路）の方に侵入冷媒を誘導できるため、流路Ｂよりも長い流路Ａの水配管２３内の容積と比較して侵入冷媒の体積が小さければ、圧力弁２４から冷媒が漏洩しないようにすることが可能である。

したがって、以上のように構成されたヒートポンプ装置によれば、実施の形態１と同様に、ポンプ２５の停止中において、水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れ、水回路内に冷媒が侵入した場合に、侵入した冷媒が水回路の圧力弁２４にまで到達して漏洩を開始するに至る侵入冷媒量を大きくすることができる。そして、ポンプ２５の運転中のみならずポンプ２５の停止中においても、水熱交換器１７で冷媒回路と水回路との絶縁が破れ、水回路内に冷媒が流入した場合に、水回路の圧力弁２４から冷媒が漏洩し難くすることができる。

なお、図６に示した構成例では、圧力弁２４及び遮断弁２７を含む水回路の各要素は、水配管２３内を前述の循環方向に流通する水が、室内熱交換器２１、圧力弁２４、遮断弁２７、ポンプ２５、水熱交換器１７の順で通過する位置にそれぞれ設けられている。すなわち、圧力弁２４とポンプ２５との間に遮断弁２７が設けられている。このようにすることで、実施の形態１と同様に、ポンプ２５の容積分だけ侵入した冷媒を溜めることができるため、圧力弁２４からの冷媒漏洩をさらに発生し難くすることが可能である。ただし、この実施の形態においては、遮断弁２７は、圧力弁２４とポンプ２５との間に限らず、水熱交換器１７から圧力弁２４に至る、循環方向と反対方向の２つの流路のうちで流路長が短い方に設けられていればよい。

１ 室外
２ 室内
１０ 室外機
１１ 冷媒配管
１２ 圧縮機
１３ 四方弁
１４ 室外熱交換器
１５ 室外ファン
１６ 膨張弁
１７ 水熱交換器
２０ 室内機
２１ 室内熱交換器
２２ 室内ファン
２３ 水配管
２４ 圧力弁
２５ ポンプ
２６ 逆止弁
２７ 遮断弁
２８ 延長ホース
２９ 開放口
３０ 分岐配管
４０ 第２室内機
４１ 第２室内熱交換器
４２ 第２室内ファン
４３ 第２水配管
４４ 第２圧力弁
４５ 第２逆止弁
５０ 制御装置

Claims (6)

1. 冷媒が封入された冷媒配管と、
   液状熱媒体が封入された熱媒体配管と、
   前記冷媒配管を流通する前記冷媒と前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体との間で熱を交換させる液熱交換器と、
   前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体と空気との間で熱を交換させる負荷側空気熱交換器と、
   前記熱媒体配管内の前記液状熱媒体を前記液熱交換器と前記負荷側空気熱交換器との間で予め定められた循環方向に循環させるポンプと、を備え、
   前記循環方向は、前記液状熱媒体が、前記ポンプ、前記液熱交換器、前記負荷側空気熱交換器の順で通過する方向であり、
   前記熱媒体配管の内部圧力が予め設定された動作圧以上になった場合に前記熱媒体配管を開放する圧力弁と、
   前記熱媒体配管内における前記循環方向と反対方向の前記液状熱媒体の流通を禁止する逆止弁と、をさらに備え、
   前記圧力弁及び前記逆止弁は、前記熱媒体配管内を前記循環方向に流通する前記液状熱媒体が、前記負荷側空気熱交換器、前記圧力弁、前記逆止弁、前記ポンプ、前記液熱交換器の順で通過する位置にそれぞれ設けられ、
   前記逆止弁は、前記循環方向で前記液熱交換器から前記圧力弁に至る流路と前記循環方向で前記圧力弁から前記液熱交換器に至る流路とのうち、流路長が短い方の流路の途中に設けられるヒートポンプ装置。
2. 冷媒が封入された冷媒配管と、
   液状熱媒体が封入された熱媒体配管と、
   前記冷媒配管を流通する前記冷媒と前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体との間で熱を交換させる液熱交換器と、
   前記熱媒体配管を流通する前記液状熱媒体と空気との間で熱を交換させる負荷側空気熱交換器と、
   前記熱媒体配管内の前記液状熱媒体を前記液熱交換器と前記負荷側空気熱交換器との間で予め定められた循環方向に循環させるポンプと、を備え、
   前記循環方向は、前記液状熱媒体が、前記ポンプ、前記液熱交換器、前記負荷側空気熱交換器の順で通過する方向であり、
   前記熱媒体配管の内部圧力が予め設定された動作圧以上になった場合に前記熱媒体配管を開放する圧力弁と、
   前記ポンプの運転中に前記熱媒体配管内における前記液状熱媒体の流通を許可し、前記ポンプの停止中に前記熱媒体配管内における前記液状熱媒体の流通を禁止する遮断弁と、をさらに備え、
   前記遮断弁は、前記循環方向で前記液熱交換器から前記圧力弁に至る流路と前記循環方向で前記圧力弁から前記液熱交換器に至る流路とのうち、流路長が短い方の流路の途中に設けられるヒートポンプ装置。
3. 前記圧力弁は、室内に配置され、
   前記圧力弁の開放口は、室外に配置された請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記圧力弁は、前記熱媒体配管から分岐した分岐配管に設けられ、
   前記分岐配管の前記熱媒体配管からの分岐部は、室内に配置され、
   前記圧力弁の開放口は、室外に配置された請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記冷媒配管を流通する前記冷媒と空気との間で熱を交換させる熱源側空気熱交換器と、前記熱源側空気熱交換器の周囲を通過する空気流を生成する送風ファンとを内部に収容し、内部に前記送風ファンにより生成された空気流が通過する風路が形成された熱源側筐体をさらに備え、
   前記圧力弁の開放口は、前記熱源側筐体内の前記風路中に配置された請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記ポンプを停止させる前に、前記冷媒配管により圧縮機と熱源側空気熱交換器と膨張弁と前記液熱交換器とが順に接続された冷媒回路の前記熱源側空気熱交換器側に前記冷媒を回収する回収運転を行った後、前記ポンプを停止させる制御手段をさらに備えた請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。

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