JP2022543000A - 冷媒システム - Google Patents

Abstract

本発明は、冷媒漏れ防止のための専用のバイパスの配置を必要とすることなく、冷媒回路からの、特に冷媒回路の利用側での冷媒の漏れの虞を低減することを目的とする。冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、センサによって検出される圧力値および／または温度値の関数となることなく独立してバイパス膨張弁の開口度を調整するよう制御器が構成されているように、冷媒システムは構成される。また、冷媒システムを制御する方法をも提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮器と、熱源側熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とが接続される冷媒回路を有する冷媒システムに関する。

冷媒が冷媒回路から漏れるのを防止すること、特に冷媒が冷媒回路の利用側から漏れることを防止することが望ましい。例えば空調装置に冷媒回路が備えられている場合、空調装置の効率が低下する場合があると同時に、冷媒回路の利用側から冷媒が漏れることによって、例えば、オフィスやホテル寝室内へと漏れたときには、影響を受ける部屋にダメージを与えたり、また、それらの部屋にいる人や働いている人にとって不快となったりしうる。また、冷媒が可燃性である場合、屋内空間への冷媒の漏れは重大な火災事故の原因にもなる虞がある。

部屋または他の屋内空間への冷媒の漏れを防止する対策として、冷媒の漏れが検出された場合、冷媒を利用側から熱源側に排出して冷媒回路の熱源側に収容しておく冷媒回収動作を冷媒回路上で実行することが提案されている。そのような冷媒回収動作の例が記載されているものとして、国際特許出願公開第２０１９／０６９４２３号（ＷＯ２０１９０６９４２３）、国際特許出願公開第２０１９／０６９４２２号（ＷＯ２０１９０６９４２２）および国際特許出願公開第２０１９／０３０８８５号（ＷＯ２０１９０３０８８５）が挙げられる。さらに、冷媒の収容を可能にする専用のバイパスを冷媒回路の熱源側に配置することも提案されている。冷媒漏れ防止のためのそのような専用のバイパスを組込んだ冷媒回路の一例は、欧州特許出願公開第３１１５７１４号明細書（ＥＰ３１１５７１４）に開示されている。

本発明は、冷媒漏れ防止のための専用のバイパスの配置を必要とすることなく、冷媒回路からの、特に冷媒回路の利用側での冷媒の漏れの虞を低減することを目的とする。

本発明は、冷媒回路と温度調整機構とバイパス冷媒回路とセンサとを有する冷媒システムを提供する。冷媒回路は、圧縮器と、熱源側熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを備える。温度調整機構は、冷却動作の際に熱源側熱交換器から利用側熱交換器へと膨張機構を介して送出される冷媒の温度を調整するよう構成される。温度調整機構は、熱源側熱交換器と、利用側熱交換器との間の冷媒回路に配置される。バイパス冷媒回路は、冷却動作の際に熱源側熱交換器から利用側熱交換器へと送出される冷媒の一部分が分岐して入っていく。バイパス冷媒回路は、分岐冷媒部分の流量を調整するためのバイパス膨張弁を備える。分岐冷媒部分（分岐した一部分の冷媒）は、バイパス膨張弁から温度調整機構へと通過して熱源側熱交換器から利用側熱交換器へと送出される冷媒と熱交換を行い、その後、分岐冷媒部分は圧縮器の吸込側の位置へと戻る。センサは、冷媒回路内の冷媒の温度ならびに／もしくは圧力または冷媒回路の外部の空気温度を検出するよう構成される。冷媒システム、さらに、制御器と、冷媒漏れ検出センサとを備える。制御器は、バイパス膨張弁の開口度を制御するよう構成される。冷媒漏れ検出センサは、冷媒回路からの冷媒の漏れを検出するよう構成される。制御器は、センサによって検出される圧力値および／または温度値の関数としてバイパス膨張弁の開口度を調整するよう構成される。冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、センサによって検出される圧力値および／または温度値から独立してバイパス膨張弁の開口度を調整するよう制御器は構成されている。

冷媒漏れ検出センサを配置し、そして、冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合にはセンサによって検出される圧力値および／または温度値から独立してバイパス膨張弁の開口度を調整するよう制御器を構成することによって、冷媒漏れの場合には、冷媒回路の利用側への冷媒の流れを低減または停止することができる。

温度調整機構と、漏れが起きた場合の冷媒回路内の冷媒の流れの制御との両方を提供するために必要な迂回（バイパス）回路が一つだけである、つまり、冷媒漏れ防止のための専用のバイパスの必要がない。これにより、冷媒回路を簡単にでき、冷媒回路の大きさを最小限のままに保持すると同時に製造時間およびコストを低減できる。

冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、バイパス膨張弁を完全に開くよう制御器を構成することができる。

本冷媒システムは、空調装置の一部を構成することができる。本冷媒システムは、冷却モードと加熱モードとで動作することができる。冷却モードまたは加熱モードで動作するよう冷媒システムの要素を制御するように、制御器を構成することができる。熱源側を屋外側とできる。利用側を屋内側とできる。例えば、屋内側を建物内の部屋とできる。屋外側を、屋外とできる、あるいは利用側から分離された屋内空間とできる。

膨張機構を膨張弁とできる。

温度調整機構を、熱交換器を有する過冷却器とできる。熱交換器を、二重管式熱交換器（ダブルチューブタイプ・ヒートエクスチェンジャ）とできる。あるいは、熱交換器を、平板熱交換器（プレートタイプ・ヒートエクスチェンジャ）とできる。

センサを温度センサとできる。あるいは、センサを圧力センサとできる。センサをサーミスタとすることもできる。センサを、バイパス冷媒回路における分岐冷媒部分の温度および／または圧力を検出するよう構成されるバイパス・センサとすることもできる。センサを、冷媒回路外部の空気温度（例えば室外空気の周囲温度または冷却もしくは加熱すべき屋内空間における空気の温度等）を検出するよう構成されるセンサとすることもできる。センサを、圧縮器から出てくる冷媒の温度を測定するための吐出サーミスタとすることもできる。センサを、温度調整機構から出てくる冷媒の温度を測定するためのサーミスタとすることもできる。

冷媒システムは、また、冷媒の回収のためのアキュムレータを有することができる。アキュムレータは、分岐冷媒部分がバイパス冷媒回路から冷媒回路に戻る位置と、圧縮器の吸込側との間の冷媒回路に配置できる。

第一オン／オフ弁を、温度調整機構と、利用側熱交換器との間の冷媒回路に配置することができる。第一オン／オフ弁は、熱源側に配置できる、あるいは利用側に配置できる。第一オン／オフ弁を、熱源側と、利用側との間に配置することもできる。第一オン／オフ弁を、冷媒回路の熱源側部分から冷媒回路の利用側部分への冷媒の通過を可能にするまたは禁止するよう開閉可能とできる。第一オン／オフ弁の動作を、制御器によって制御することができる。第一オン／オフ弁を制御する制御器の構成において、冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、第一オン／オフ弁を閉じて、これにより、冷媒回路の熱源側部分から冷媒回路の利用側部分への冷媒の通過を防止するよう、制御器は構成されている。

第一オン／オフ弁を膨張弁とできる。第一オン／オフ弁をボール弁とできる。第一オン／オフ弁をソレノイドバルブとできる。

冷媒漏れ検出センサを、冷媒回路上にまたは冷媒回路内に配置することができる。

制御器の構成において、冷媒漏れが検出された場合圧縮器を作動させるよう制御器を構成することができる。

第二オン／オフ弁を、利用側熱交換器と、分岐冷媒部分がバイパス冷媒回路から冷媒回路に戻る位置と、の間の冷媒回路に配置することができる。第二オン／オフ弁は、熱源側に配置できる、あるいは利用側に配置できる。第二オン／オフ弁を、熱源側と利用側との間に配置することもできる。第二オン／オフ弁を、冷媒回路の利用側部分から冷媒回路の熱源側部分への冷媒の通過を可能にするまたは禁止するよう開閉可能とできる。第二オン／オフ弁を膨張弁とできる。第二オン／オフ弁をボール弁とできる。第二オン／オフ弁をソレノイドバルブとできる。第二オン／オフ弁の動作を、制御器によって制御することができる。第二オン／オフ弁を制御する制御器の構成において、冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、第二オン／オフ弁を開いた状態に保持し、これにより、冷媒回路の利用側部分から冷媒回路の熱源側部分への冷媒の通過を可能にするよう、制御器を構成することができる。

圧縮器の吐出側で検出される圧力値および／または温度値が所定値以上に達した場合、圧縮器は動作を停止し、第二オン／オフ弁が閉じるよう、制御器を構成することができる。例えば、ポンプダウン動作の際に、圧縮器の吐出側の圧力は増加することになり、圧縮器の吐出側で検出される圧力が所定の値まで増加した場合、圧縮器の動作を停止するよう、制御器を構成することができる。ポンプダウン動作の際に、圧縮器の吐出側の温度は初めに上昇し、その後、より低い値に低下することになる。通常動作の際に計測されるよりも低い温度値を所定の値として設定することができ、そして、圧縮器の吐出側で検出される温度が低下して所定の値以下まで下がった場合、圧縮器の動作を停止するよう、制御器を構成することができる。

膨張機構は、第一オン／オフ弁と、利用側熱交換器との間に配置される膨張弁を備えることができる。冷媒システムが冷却モードで動作する場合、この膨張弁を利用できる。

膨張機構は、熱源側熱交換器と、温度調整機構との間に配置される膨張弁を備えることができる。冷媒システムが加熱モードで動作する場合、この膨張弁を利用できる。

膨張機構は一以上の膨張弁を備えることができる。膨張機構の一つまたは複数の膨張弁を、制御器によって制御することができる。

冷媒システムは、冷却動作の際に温度調整機構から第一オン／オフ弁へと送出される冷媒の一部分が分岐して入っていく第二バイパス冷媒回路を備えることができる。第二バイパス冷媒回路は第二バイパス弁を備えることができる。第二分岐冷媒部分は圧縮器の吸込側へと戻ることができる。第二バイパス弁を制御器によって制御することができる。冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、第二バイパス弁を完全に閉じるよう制御器を構成することができる。

冷媒回路は冷媒を収容することができる。冷媒を可燃性とすることができる。

制御器は一以上の制御ユニットを備えることができる。複数の制御ユニットが備えられる場合、一の制御ユニットは熱源側のセンサおよび他の装置（圧縮器等）を制御でき、他の制御ユニットは利用側の他のセンサおよび装置を制御することができる。制御ユニットは互いに通信するよう構成できる。

他の実施態様において、圧縮器と熱源側熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを有する冷媒システムを制御する方法を提供する。

方法は、温度調整機構を配置する工程と、バイパス冷媒回路を配置する工程と、センサを配置する工程と、制御器を配置する工程とを含む。温度調整機構は、冷却動作の際に熱源側熱交換器から利用側熱交換器へと膨張機構を介して送出される冷媒の温度を調整するよう構成される。温度調整機構は、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間の冷媒回路に配置される。

バイパス冷媒回路には、冷却動作の際に熱源側熱交換器から利用側熱交換器へと送出される冷媒の一部分が分岐して入っていく。バイパス冷媒回路は分岐冷媒部分の流量を調整するためのバイパス膨張弁を備える。分岐冷媒部分はバイパス膨張弁から温度調整機構へと通過して熱源側熱交換器から利用側熱交換器へと送出される冷媒と熱交換を行い、その後分岐冷媒部分は圧縮器の吸込側の位置へと戻る。センサは、冷媒回路内の冷媒の温度ならびに／もしくは圧力または冷媒回路の外部の空気温度を検出するよう構成される。制御器は、冷媒システムを制御するよう構成される。制御器が通常冷却モードの動作で冷媒システムを動作させる場合には、制御器はセンサによって検出される圧力値および／または温度値の関数としてバイパス膨張弁の開口度を調整する。制御器がポンプダウン・モードの動作で冷媒システムを動作させる場合には、制御器はセンサによって検出される圧力値および／または温度値から独立してバイパス膨張弁の開口度を調整する。

センサを温度センサとできる。あるいは、センサを圧力センサとできる。センサをサーミスタとすることもできる。センサを、バイパス冷媒回路における分岐冷媒部分の温度および／または圧力を検出するよう構成されるバイパス・センサとすることもできる。センサを、冷媒回路外部の空気温度（例えば外気の周囲温度または冷却もしくは加熱すべき屋内空間における空気の温度等）を検出するよう構成されるセンサとすることもできる。センサを、圧縮器から出てくる冷媒の温度を測定するための吐出サーミスタとすることもできる。センサを、温度調整機構から出てくる冷媒の温度を測定するためのサーミスタとすることもできる。

制御器が冷媒システムをポンプダウン・モードで動作させる場合、制御器はバイパス膨張弁を完全に開くことができる。

ポンプダウン・モードを、冷媒システムからの冷媒の漏れの検出に応じて、作動させることができる。冷媒漏れ検出センサを配置して、冷媒回路からの冷媒の漏れを検出させることもできる。冷媒漏れ検出センサを室内ユニットに配置して、室内ユニット内での冷媒回路からの冷媒の漏れを検出させることもできる。

図１は、本発明の実施形態にかかる冷媒システムの概略的構成図である。 図２は、冷媒システムの動作モードを示すフローチャートである。

本発明にかかる冷媒システムの概略図を図１に示す。本実施態様において、冷媒システム１は空調装置の一部であり、熱源ユニットとしての室外ユニット２と、利用ユニットとしての室内ユニット４とを有する。液体冷媒パイプ６と、気体冷媒パイプ７とが、室外ユニットと、室内ユニットとを互いに接続する。

室内ユニットを、建物内の部屋の天井に埋設、取り付け、もしくは懸架することによって設置できる、または部屋の壁面もしくは床に埋設もしくは装着することによって設置できる。室内ユニットは、冷媒回路１０の室内側１０ａを有し、そして室内膨張弁４１の態様の屋内膨張機構と利用側熱交換器としての室内熱交換器４２とを備える。室内熱交換器は、冷却動作の際には部屋の空気を冷却する冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転の際には部屋の空気を加熱する冷媒の凝縮器として機能する。室内ユニットは、部屋からユニット内へと空気を取り込む室内ファン４３を有し、これにより、その空気を室内熱交換器において冷媒と熱交換させ、その後、冷却／加熱された空気を部屋へと戻すよう供給する。複数の室内ユニットを建物における複数の異なる部屋を独立して冷却または加熱するために、並列に接続することもできる。

室外ユニットは、建物の外部にまたは少なくとも冷却／加熱すべき空間の外部に設置される。室外ユニットは、冷媒回路１０の室外側１０ｂを有し、そしてまた、圧縮器２１と、四方切換弁２２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２３と、室外膨張弁３８の態様の屋外膨張機構と、アキュムレータ２４と、過冷却器２５の態様の温度調整機構とを有する。また室外ユニットは、室内ユニットと、室外ユニットとの間の冷媒の流れを可能にするまたは禁止するための液体側停止弁（ストップバルブ）２６および気体側停止弁２７を有する。液体側停止弁および気体側停止弁を、手動操作弁とすることもまたは電子作動弁とすることもできる。室外熱交換器２３の気体側は四方切換弁２２に接続される。そして、室外熱交換器２３の液体側は液体冷媒パイプ６に接続される。

また冷媒回路は、室内ユニットと室外ユニットとの間の冷媒の流れを可能にするまたは禁止するための第一オン／オフ弁８０および第二オン／オフ弁８１を有する。第一オン／オフ弁および第二オン／オフ弁を電子作動弁とすることができ、制御器によって制御することができる。

四方切換弁２２は、冷媒の流れ方向を切り換えるための弁であり、冷却動作の際には、四方切換弁２２が、圧縮器２１の吐出側と、室外熱交換器２３の気体側とを接続し、そして圧縮器２１の吸込側と、気体冷媒パイプ７とを接続する（図１における四方切換弁２２の実線を参照）ことによって、圧縮器２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として室外熱交換器２３を機能させ、そして室外熱交換器２３において凝縮される冷媒の蒸発器として室内熱交換器４２を機能させることができる弁である。加熱動作の際には、四方切換弁２２は、圧縮器２１の吐出側と、気体冷媒パイプ７とを接続し、そして圧縮器２１の吸込側と、室外熱交換器２３の気体側とを接続する（図１における四方切換弁２２の点線を参照）ことによって、圧縮器２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として室内熱交換器４２を機能させ、そして室内熱交換器４２において凝縮される冷媒の蒸発器として室外熱交換器２３を機能させることができる。

室外ユニットは、外気をユニット内へと取り込む室外ファン２８を有し、これにより、その空気を室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させ、その後、その空気を外部へと排出する。

アキュムレータ２４は、四方切換弁２２と、圧縮器２１との間に接続され、室内ユニット４の動作負荷の変化に応じて冷媒回路１０において生じる過剰冷媒を収集することができる容器である。

過冷却器２５は、ダブルチューブ熱交換器とでき、冷媒が室外熱交換器２３において凝縮された後、室内膨張弁４１へと送出される冷媒を冷却するために配置される。この例において、過冷却器２５は、室外膨張弁３８と、液体側停止弁２６との間に接続される。バイパス冷媒回路６１は過冷却器２５の冷却源である。以下の説明においては、便宜上そして理解をし易くするために、バイパス冷媒回路６１以外の冷媒回路１０に対応する部分を主冷媒回路という。本実施態様において、バイパス冷媒回路６１が主冷媒回路に接続され、これにより、室外熱交換器２３から室内膨張弁４１へ送出される冷媒の一部を主冷媒回路から分岐させて圧縮器２１の吸込側へと戻す。バイパス冷媒回路は、分岐回路６１ａと、合流回路６１ｂとを有する。分岐回路６１ａは、室外膨張弁３８から室内膨張弁４１へと送出される冷媒の一部を室外熱交換器２３と、過冷却器２５との間の位置Ａにおいて分岐するように接続される。合流回路６１ｂは、冷媒の一部を過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の出口から圧縮器２１の吸込側へと戻すよう、圧縮器２１の吸込側に接続される。分岐回路６１ａには、バイパス冷媒回路６１に流れる冷媒の流量を調整するためのバイパス膨張弁６２が配置される。バイパス膨張弁６２は電気作動膨張弁を備えることができる。室外熱交換器２３から室内膨張弁４１へと送出される冷媒は、過冷却器２５において、バイパス膨張弁６２によって減圧されたバイパス冷媒回路を流れる冷媒によって冷却される。過冷却器の性能は、バイパス膨張弁６２の開口度を調整することにより制御できる。

バイパス冷媒回路６１の合流回路６１ｂは、過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の出口を通って流れる冷媒の温度を検出するためのバイパス温度センサ６３を有する。バイパス温度センサ６３をサーミスタとすることもできる。

種々のセンサを室内ユニットと、室外ユニットとの両方に配置できる。この例では、圧縮器２１の吸込圧力Ｐｓを検出する吸込圧力センサ２９が室外ユニットに配置される。また同様に、圧縮器２１の吐出圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサ３０も室外ユニットに配置される。この例において、室内ユニットには、室内熱交換器４２の液体側で冷媒の温度（例えば冷却動作における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する液体側温度センサ４４が配置される。また、室内ユニットには、室内熱交換器４２の気体側で冷媒の温度Ｔｅｏを検出する気体側温度センサ４５が配置される。温度センサ４４，４５をサーミスタとすることができる。室外ユニットには、圧縮器の出口で冷媒の温度を検出する吐出温度センサ４６が配置される。また、過冷却器２５の出口で冷媒の温度を検出する過冷温度センサ４７が配置される。温度センサ４６，４７をサーミスタとすることができる。

また、制御器３７が備えられる。制御器３７は、バイパス温度センサ６３を含む種々のセンサから信号を受信可能に接続されるとともに、バイパス膨張弁６２と、第一オン／オフ弁８０と、第二オン／オフ弁８１とを制御可能に接続される。

冷却動作の際に、冷媒は矢印Ｂで示す方向に流れ、四方切換弁２２は図１において実線で示す状態にある。室外膨張弁３８は完全に開いた状態にある。液体側停止弁２６と、気体側停止弁２７とは開いた状態にある。第一オン／オフ弁８０と、第二オン／オフ弁８１とは開いた状態にある。室内熱交換器４２の出口（つまり室内熱交換器４２の気体側）における冷媒の過熱度ＳＨｒが目標過熱度ＳＨｒｓで一定となるよう、室内膨張弁４１の開口度が調整される。室内熱交換器４２の出口における冷媒の過熱度ＳＨｒは、気体側温度センサ４５によって検出される冷媒温度から液体側温度センサ４４によって検出される冷媒温度（蒸発温度Ｔｅに対応する）を減算することにより検出できる。または吸込圧力センサ２９によって検出される圧縮器２１の吸込圧力Ｐｓを蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度へと変換し、そして冷媒のこの飽和している温度を気体側温度センサ４５によって検出される冷媒温度から減算することによって、過熱度ＳＨｒを検出することができる。なお、本実施態様においては用いていないが、室内熱交換器４２を通って流れる冷媒の温度を検出する温度センサを配置することもできる。この場合、室内熱交換器４２の出口における冷媒の過熱度ＳＨｒは、この温度センサによって検出される蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度を気体側温度センサ４５によって検出される冷媒温度から減算することによって検出される。また、過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の出口における冷媒の過熱度ＳＨｂが目標過熱度ＳＨｂｓとなるよう、バイパス膨張弁６２の開口度は調整される。この例において、過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の出口における冷媒の過熱度ＳＨｂは、吸込圧力センサ２９によって検出される圧縮器２１の吸込圧力Ｐｓを蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度へと変換し、そして、冷媒のこの飽和温度をバイパス温度センサ６３によって検出された冷媒温度から減算することによって検出される。なお、本実施態様においては用いていないが、温度センサを過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の入口に配置することもできる。この場合、過冷却器２５のバイパス冷媒回路側の出口における冷媒の過熱度ＳＨｂは、この温度センサによって検出される冷媒温度をバイパス温度センサ６３によって検出される冷媒温度から減算することによって検出される。

圧縮器２１、室外ファン２８および室内ファン４３が、冷媒回路１０のこの状態で始動すると、低圧気体冷媒が圧縮器２１へと吸い込まれ、そして高圧気体冷媒へと圧縮される。

次に、高圧気体冷媒は四方切換弁２２を介して室外熱交換器２３へと送出され、室外ファン２８によって供給される外気と熱交換を行い、そして凝縮されて高圧液体冷媒へとなる。その後、この高圧液体冷媒は室外膨張弁３８を通過して過冷却器２５内へと流れ、バイパス冷媒回路６１を流れる冷媒と熱交換を行い、さらに冷却されて過冷却状態となる。このとき、室外熱交換器２３内で凝縮する高圧液体冷媒の一部はバイパス冷媒回路６１へ分岐して入っていき、そしてバイパス膨張弁６２によって減圧される。次に、図１に示す位置Ｃで圧縮器２１の吸込側に戻る。ここで、バイパス膨張弁６２を通過する冷媒は圧縮器２１の吸込圧力Ｐｓ近くまで減圧され、したがって、冷媒の一部は蒸発する。その後、バイパス冷媒回路６１のバイパス膨張弁６２の出口から圧縮器２１の吸込側に向かって流れる冷媒は、過冷却器２５を通過し、そして主冷媒回路側の室外熱交換器２３から室内ユニット４へと送出される高圧液体冷媒と熱交換を行う。

その後、過冷却状態となった高圧液体冷媒は、液体側停止弁２６と、液体冷媒連結パイプ６とを介して室内ユニット４へと送り出される。室内ユニット４へと送出される高圧液体冷媒は、室内膨張弁４１によって圧縮器２１の吸込圧力Ｐｓ近くまで減圧されて低圧気液二相状態の冷媒となり、室内熱交換器４２へと送出されて室内熱交換器４２において部屋の空気と熱交換を行い、蒸発して低圧気体冷媒となる。

この低圧気体冷媒は、気体冷媒連結パイプ７を介して室外ユニット２へと送出され、そして気体側停止弁２７と、四方切換弁２２とを介してアキュムレータ２４へと流れ込む。その後、アキュムレータ２４へと流れ込んだ低圧気体冷媒は、圧縮器２１へと再び吸い込まれる。

加熱動作の際に、四方切換弁２２は図１において点線で示す状態にある、つまり、圧縮器２１の吐出側が気体側停止弁２７と気体冷媒連結パイプ７を介して室内熱交換器４２の気体側に接続されるとともに、圧縮器２１の吸込側は室外熱交換器２３の気体側に接続される。室外熱交換器２３に流れ込む冷媒を、冷媒が室外熱交換器２３において蒸発できる圧力（つまり蒸発圧力Ｐｅ）へと、減圧できるよう、室外膨張弁３８の開口度が調整される。また、液体側停止弁２６、気体側停止弁２７、第一オン／オフ弁８０および第二オン／オフ弁８１は、開いている状態にある。室内熱交換器４２の出口における冷媒の過冷度ＳＣｒが、目標過冷度ＳＣｒｓで一定となるよう、室内膨張弁４１の開口度が調整される。本実施態様において、室内熱交換器４２の出口における冷媒の過冷度ＳＣｒは、吐出圧力センサ３０によって検出される圧縮器２１の吐出圧力Ｐｄを凝縮温度Ｔｃに対応する飽和温度へと変換し、そして、冷媒のこの飽和している温度から液体側温度センサ４４によって検出される冷媒温度を減算することによって、検出される。なお、本実施態様においては用いていないが、室内熱交換器４２を通って流れる冷媒の温度を検出する温度センサを配置することもできる。この場合、室内熱交換器４２の出口における冷媒の過冷度ＳＣｒは、この温度センサによって検出される凝縮温度Ｔｃに対応する冷媒温度を液体側温度センサ４４によって検出される冷媒温度から減算することによって検出される。また、バイパス膨張弁６２を閉じることもできる。

圧縮器２１、室外ファン２８および室内ファン４３が、冷媒回路１０のこの状態で始動すると、低圧気体冷媒が圧縮器２１へ吸い込まれ、そして高圧気体冷媒へと圧縮され、そして、四方切換弁２２と、気体側停止弁２７と、気体冷媒連結パイプ７とを介して室内ユニット４へと送出される。その後、室内ユニット４へと送出される高圧気体冷媒は、室内熱交換器４２において部屋の空気と熱交換を行い、凝縮して高圧液体冷媒となる。次に、室内膨張弁４１を通過するとき、室内膨張弁４１の開口度に応じて減圧される。室内膨張弁４１を通過した冷媒は、液体冷媒連結パイプ６を介して室外ユニット２へと送出され、液体側停止弁２６と、過冷却器２５と、室外膨張弁３８とを介してさらに減圧され、そしてその後、室外熱交換器２３に流れ込む。その後、室外熱交換器２３へと流れ込んだ低圧気液二相状態にある冷媒は、室外ファン２８によって供給される外気と熱交換を行い、蒸発して低圧気体冷媒となり、四方切換弁２２を介してアキュムレータ２４へと流れ込む。その後、アキュムレータ２４へと流れ込んだ低圧気体冷媒は、圧縮器２１へと再び吸い込まれる。

上で説明した冷却および加熱動作は、制御器３７によって制御される。

冷媒システムは冷媒漏れ検出センサを有する。各室内ユニットに冷媒漏れ検出センサを配置することができる。冷媒漏れが検出された場合、冷媒漏れ検出センサは制御器に通知する。複数の室内ユニットがそれぞれ冷媒漏れ検出センサを有して配置されている場合、制御器はどの室内ユニットで冷媒が漏れているかが分かるよう構成される。冷媒漏れ検出センサは一のセンサを備えることができる。または、冷媒漏れ検出センサは、複数のセンサを備えることができ、冷媒が漏れているか否かがわかるようそれらのデータを累積的に用いることもできる。制御器は、冷媒回路に冷媒漏れがあるか否かが分かるよう、冷媒回路に配置されたセンサからのデータを追加的にまたは任意選択的に用いることができる。

通常動作においては、上で説明した通り、制御器は、バイパス温度センサ６３によって検出される冷媒温度の関数としてバイパス膨張弁６２の開口度を調整する。しかしながら、冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、制御器はポンプダウン動作を実行するよう構成される。ポンプダウン動作においては、制御器は、バイパス温度センサ６３によって検出される冷媒温度とは無関係に、バイパス膨張弁６２を完全に開くよう構成される。また、ポンプダウン動作においては、制御器はまた、冷媒が室外ユニットから室内ユニットに流れるのを禁止するよう第一オン／オフ弁８０を閉じるように、圧縮器を作動させるように、そして冷媒が室内ユニットから室外ユニットへと流れることを可能にするよう第二オン／オフ弁８１を開いた状態に保持するように、構成される。その結果、ポンプダウン動作の際には、室内ユニットからの冷媒は室外ユニットに流れることができるが、冷媒は室外ユニットから室内ユニットには流れない。これにより、室内ユニットからの冷媒の漏れを防止する。圧縮器の吐出側の冷媒の温度および／または圧力が所定の値未満となると、制御器は圧縮器の作動を停止し、第二オン／オフ弁を閉じる。アキュムレータがある場合、室外ユニット内の冷媒は、冷媒主回路に沿って第二オン／オフ弁からアキュムレータへと、そしてバイパス回路に沿ってアキュムレータへと、いずれの回路に沿ってもアキュムレータへと流れ込み、そこで冷媒を回収することができる。アキュムレータがない場合、冷媒を室外ユニット熱交換器内に収容することができる。この例では、第一オン／オフ弁８０と、第二オン／オフ弁８１とを室外ユニット内に配置するよう示しているが、それに代わって、第一オン／オフ弁８０と、第二オン／オフ弁８１とを室内ユニット内にまたは室内ユニットと、室外ユニットとの間に配置することもできる。

同様に、スケジューリングされたポンプダウン動作の際に（例えば室内ユニットがメンテナンスを受ける必要があるときまたは取り外すもしくは修理する必要があるとき）、制御器は、バイパス温度センサ６３からの温度データを無視し、代わりに、バイパス膨張弁６２を完全に開いた位置に調整する。四方弁は、冷却動作モードに切り換えられ、そして、第一オン／オフ弁は閉じられ、第二オン／オフ弁は開いた状態に保持される。この構成においては、室内ユニットからの冷媒は室外ユニットに流れ、かつ、冷媒は室外ユニットから室内ユニットには流れない。冷媒が室内ユニットから室外ユニットに排出されると、第二オン／オフ弁を閉じることができ、そして、室内ユニットを取り外すまたは修理することができる。

冷媒システムは、任意選択的に、第二バイパス冷媒回路９０を有することができる。第二バイパス冷媒回路９０がある場合には、主冷媒回路に接続され、これにより、過冷却器２５から室内膨張弁４１へ送出される冷媒の一部を主冷媒回路から分岐させて圧縮器２１の吸込側へと戻すことができる。第二バイパス冷媒回路９０を、主回路から、例えば図１における過冷却器２５と第一オン／オフ弁との間の位置Ｄで分岐させることができる。あるいは、第二バイパス回路を、主回路から室外膨張弁３８と過冷却器２５との間の位置で分岐させることもできる。例えば、第二バイパス回路を、第一バイパス回路と同じ位置で主回路から分岐することができる。アキュムレータが冷媒システム内にある場合には、第二バイパス冷媒回路を、アキュムレータと、圧縮器の吸込側との間の位置で例えば図１における位置Ｅで主回路へと戻すことができる。第二バイパス冷媒回路９０により、過冷却状態となった冷媒を過冷却器の出口から圧縮器の吸込側に流すことができ、これにより、圧縮器の吐出過熱を低減できる。第二バイパス冷媒回路９０には、第二バイパス冷媒回路９０に流れる冷媒の流量を調整するための第二バイパス膨張弁９２が配置される。第二バイパス膨張弁９２は電気作動膨張弁を備えることができる。第二バイパス冷媒回路がある場合、制御器は第二バイパス膨張弁９２を制御するよう構成される。通常動作においては、制御器は、圧縮器の吐出過熱の関数として第二バイパス膨張弁９２の開口度を調整する。圧縮器の吐出過熱は、例えば圧縮器の出口に配置されるセンサ４６によって測定できる。一方、ポンプダウン動作の場合には、制御器は、圧縮器の吐出過熱とは無関係に、第二バイパス膨張弁９２を完全に閉じるよう構成される。これにより、過剰液体冷媒が圧縮器内に入ってしまうことを防止できる。

図２は、図１の冷媒システムの動作を説明するフローチャートを示す。ステップＳ１００において、制御器は、通常冷却モードまたは通常加熱モードで動作するよう冷媒システムを動作させる。通常動作において、制御器は、漏れが検出されたか否かを確認する（ステップＳ１１０）。制御器には、例えば室内ユニットに配置される冷媒漏れ検出センサが、漏れを通知することができる。漏れが検出されていない場合、制御器はバイパス温度センサによって測定されるバイパス回路における冷媒の温度を監視し（ステップＳ１２０）、測定された温度に応じてバイパス膨張弁の開口度を調整する（ステップＳ１３０）。制御器は、冷媒漏れが検出されない限り、上で説明した通常モードでの冷媒システムの動作を続ける。冷媒漏れが検出された場合、制御器は、バイパス回路における冷媒の温度とは無関係にバイパス膨張弁を完全に開き（ステップＳ１４０）、ポンプダウン動作を開始する。

本発明の好ましい実施態様を図面を参照して説明したが、本発明の範囲は上記の実施態様には限定されず、種々の追加、変形および置換を本発明の範囲から逸脱することなく行えることは理解されよう。したがって、ここで開示した実施態様はすべての点で例示的であって限定的でないと見なすべきであって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の請求項によって示され、先の記載には限定されない。

例えば、上で記載した実施態様において、本発明は、冷却動作と加熱動作とを切り換えることができる空調装置の冷媒システムに適用した。しかしながら、本発明は、冷却と加熱の両方の機能を実行できる空調装置には限定されない。本発明を、例えば冷却（冷房）専用空調装置にも利用することができ、さらには空調装置以外の装置にも利用することができる。また、本発明を、複数の室外ユニットおよび／または複数の室内ユニットが配置される冷媒システムにも適用することができる。

１ 冷媒システム
２ 室外ユニット
４ 室内ユニット
６ 液体冷媒パイプ
７ 気体冷媒パイプ
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮器
２２ 四方切換弁
２３ 室外熱交換器
２４ アキュムレータ
２５ 過冷却器
２６ 液体側停止弁
２８ 室外ファン
２９ 吸込圧力センサ
３０ 吐出圧力センサ
３７ 制御器
３８ 室外膨張弁
４１ 室内膨張弁
４２ 室内熱交換器
４３ 室内ファン
４４ 液体側温度センサ
４５ 気体側温度センサ
４６ 吐出温度センサ
４７ 過冷温度センサ
６１ バイパス冷媒回路
６２ バイパス膨張弁
６３ バイパス温度センサ
８０ 第一オン／オフ弁
８１ 第二オン／オフ弁
９０ 第二バイパス冷媒回路

国際特許出願公開第２０１９／０６９４２３号 国際特許出願公開第２０１９／０６９４２２号 国際特許出願公開第２０１９／０３０８８５号 欧州特許出願公開第３１１５７１４号明細書

Claims (15)

1. 圧縮器と、熱源側熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを有する冷媒回路と、
   冷却動作の際に前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器へと前記膨張機構を介して送出される冷媒の温度を調整するよう構成される温度調整機構であって、前記熱源側熱交換器と、前記利用側熱交換器との間の前記冷媒回路に配置される温度調整機構と、
   冷却動作の際に前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器へと送出される冷媒の一部分が分岐して入っていくバイパス冷媒回路であって、該バイパス冷媒回路は前記分岐冷媒部分の流量を調整するためのバイパス膨張弁を備えており、前記分岐冷媒部分は前記バイパス膨張弁から前記温度調整機構へと通過して前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器へと送出される冷媒と熱交換を行い、その後前記分岐冷媒部分は前記圧縮器の吸込側の位置へと戻るバイパス冷媒回路と、
   前記冷媒回路内の冷媒の温度ならびに／もしくは圧力または前記冷媒回路の外部の空気温度を検出するよう構成されるセンサと、
   を備える冷媒システムであって、さらに、
   前記バイパス膨張弁の開口度を制御するよう構成される制御器と、
   前記冷媒回路からの冷媒の漏れを検出するよう構成される冷媒漏れ検出センサと、
   を備えており、
   前記制御器は、前記センサによって検出される圧力値および／または温度値の関数として前記バイパス膨張弁の開口度を調整するよう構成されており、
   前記冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、前記センサによって検出される前記圧力値および／または温度値と独立して前記バイパス膨張弁の開口度を調整するよう前記制御器は構成されている冷媒システム。
2. 請求項１に記載の冷媒システムであって、前記温度調整機構は過冷熱交換器を有する過冷却器である冷媒システム。
3. 請求項１または２に記載の冷媒システムであって、さらに、前記分岐冷媒部分が前記バイパス冷媒回路から前記冷媒回路に戻る位置と、前記圧縮器の前記吸込側との間の前記冷媒回路に配置されるアキュムレータを備える冷媒システム。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の冷媒システムであって、さらに、前記温度調整機構と、前記利用側熱交換器との間の前記冷媒回路に配置される第一オン／オフ弁を備える冷媒システム。
5. 請求項４に記載の冷媒システムであって、前記第一オン／オフ弁は、前記冷媒回路の熱源側部分に配置され、前記冷媒回路の熱源側部分から前記冷媒回路の利用側部分への流体の通過を可能とするまたは禁止するよう開閉可能である冷媒システム。
6. 請求項５に記載の冷媒システムであって、前記第一オン／オフ弁を制御する前記制御器の構成において、前記冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、前記第一オン／オフ弁を閉じて、これにより、前記冷媒回路の前記熱源側部分から前記冷媒回路の前記利用側部分への流体の通過を防止するよう、前記制御器は構成されている冷媒システム。
7. 請求項６に記載の冷媒システムであって、冷媒漏れが検出されたことにより前記第一オン／オフ弁が閉じた場合、前記圧縮器が作動するよう、前記制御器は構成されている冷媒システム。
8. 請求項７に記載の冷媒システムであって、さらに、前記利用側熱交換器と、前記分岐冷媒部分が前記バイパス冷媒回路から前記冷媒回路に戻る位置との間の前記冷媒回路に配置される第二オン／オフ弁を備える冷媒システム。
9. 請求項８に記載の冷媒システムであって、前記圧縮器の吐出側で検出される圧力値および／または温度値が所定値以上に達した場合、前記圧縮器は動作を停止し、前記第二オン／オフ弁が閉じるよう、前記制御器は構成されている冷媒システム。
10. 請求項４～９のいずれかに記載の冷媒システムであって、前記第一オン／オフ弁および前記第二オン／オフ弁は、膨張弁、ボール弁およびソレノイドバルブからなる群から選択されるいずれかを備える冷媒システム。
11. 請求項４～１０のいずれかに記載の冷媒システムであって、前記膨張機構は、前記第一オン／オフ弁と、前記利用側熱交換器との間に配置される膨張弁を備える冷媒システム。
12. 請求項４～１１のいずれかに記載の冷媒システムであって、前記膨張機構は、前記熱源側熱交換器と、前記温度調整機構との間に配置される膨張弁を備える冷媒システム。
13. 請求項１～１２のいずれかに記載の冷媒システムであって、さらに、冷却動作の際に前記温度調整機構から前記第一オン／オフ弁へと送出される冷媒の一部分が分岐して入っていく第二バイパス冷媒回路を備えており、
    前記第二バイパス冷媒回路は第二バイパス弁を備えており、
    前記第二分岐冷媒部分は前記圧縮器の吸込側へと戻り、
    前記冷媒漏れ検出センサが冷媒漏れを検出した場合、前記制御器は前記第二バイパス弁を閉じるよう構成されている冷媒システム。
14. 請求項１～１３のいずれかに記載の冷媒システムであって、可燃性冷媒を有する冷媒システム。
15. 圧縮器と、熱源側熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを有する冷媒システムを制御する方法であって、
    冷却動作の際に前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器へと前記膨張機構を介して送出される冷媒の温度を調整するよう構成される温度調整機構であって、前記熱源側熱交換器と、前記利用側熱交換器との間の前記冷媒回路に配置される温度調整機構を配置する工程と、
    冷却動作の際に前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器へと送出される冷媒の一部分が分岐して入っていくバイパス冷媒回路であって、該バイパス冷媒回路は前記分岐冷媒部分の流量を調整するためのバイパス膨張弁を備えており、前記分岐冷媒部分は前記バイパス膨張弁から前記温度調整機構へと通過して前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器へと送出される冷媒と熱交換を行い、その後前記分岐冷媒部分は前記圧縮器の吸込側の位置へと戻るバイパス冷媒回路を配置する工程と、
    前記冷媒回路内の冷媒の温度および／または圧力を検出するよう構成されるセンサを配置する工程と、
    前記冷媒システムを制御するよう構成される制御器を配置する工程と
    を含んでおり、
    前記制御器が通常冷却モードの動作で前記冷媒システムを動作させる場合には、前記制御器は前記センサによって検出される圧力値および／または温度値の関数として前記バイパス膨張弁の開口度を調整し、
    前記制御器がポンプダウン・モードの動作で前記冷媒システムを動作させる場合には、前記制御器は前記センサによって検出される圧力値および／または温度値の関数となることなく独立して前記バイパス膨張弁の開口度を調整する。

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