JP3245475U - ルームエアコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性ガス冷媒を使用するルームエアコンディショナにおける運転時と停止時のガス漏れに起因する火災や爆発を回避する。【解決手段】ルームエアコンディショナは、室外親機２の筐体２０の内部上方に、室内子機１の運転動作を制御するための第１回路３と、運転指令信号に応じて当該室外親機２の運転の開始／停止および空調動作の制御を行うための第２回路４を防爆絶縁膜３４で封止したシステム制御基板部５０を備えると共に、前記筐体２０内部下方に冷媒の漏洩を検知するガスセンサー４０を設置してなり、かつ、システム制御基板部５０にガスセンサー４０の検知信号が発生した場合にはルームエアコンディショナの運転制御を無効にする無効化信号生成回路とファン回転継続回路を備えた。【選択図】図１

Description

本考案は空調技術に係り、特に、冷媒に可燃性ガスを用いたルームエアコンディショナに関する。

本考案におけるルームエアコンディショナは、住居用と業務用を含めたヒートポンプ方式の空調技術全般を意味し、一般的には“エアコン”と称する機器である。
ヒートポンプ方式のルームエアコンディショナに用いる冷媒として、歴史的には所謂“フロン系ガス”（ＣＦＣ、ＨＣＦＣ）が用いられてきた。しかし、地球環境破壊の観点、特に温暖化の問題から使用規制がなされ、現状では新規にフロン系のガス冷媒の使用は禁止されている。

その代替として、「代替フロン」と呼ばれているＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）への転換が勧められたが、ＨＦＣは地球温暖化効果（ＧＷＰ：Global Warning Potential）が二酸化炭素（ＣＯ_２）の数千倍にも達することから「代替フロン」に代わる冷媒が求められている。なお、ＧＷＰはＣＯ_２を１とした場合の地球温暖化能力を数値化したものである。
しかし、「モントリオール議定書第２８回締約国会議」ではＨＦＣの生産及び消費量の段階的削減義務等を定める改正議定書」（ギガリ改正、2019.1.1.発効）で、ＨＦＣはオゾン層破壊物質ではないものの、温室効果が高いために規制されることになった、

「代替フロン」に代わる冷媒には二酸化炭素（ＣＯ_２）や炭化水素ガス（プロパン、ブタンなど）がある。しかし、二酸化炭素は運転圧力が高いことで機器の設計に高度な対策が要求されることで普及が進んでいない。
一方、プロパン、ブタンなどの炭化水素は燃えない限り毒性がないため、可燃性への対策を施すことで「代替フロン」に代わる冷媒として極めて有用である。

そしてさらに、２０１９年春の国際電気標準会議（ＩＥＣ）において、弱撚性冷媒（Ａ２）、微燃性冷媒（Ａ２Ｌ）、可燃性冷媒（Ａ３）の充填量制限基準が改正され、例えばプロパン（Ａ３）が１５０ｇから５００ｇに引き上げられたことで、自然冷媒である炭化水素の用途が拡大した。

炭化水素冷媒としては、プロパン（Ｒ２９０）、ブタン（イソブタン：Ｒ６００ａ）などが知られている。これらの冷媒はオゾン層を破壊せず、温暖化係数（ＧＷＰ）が低いことに加えて熱運搬効率が高く、環境に与える負荷が小さいという特徴を有するため、特にプロパンはヨーロッパなどで導入が推奨されている。

上記のように、冷媒として空気よりも重い炭化水素ガスの典型的なガスはプロパン、ブタンで、これらの炭化水素ガスは可燃性である。そして、上記した環境負荷が小さいと言う利点を有する一方で、冷媒に可燃性ガスを用いた場合に危惧されるガス漏れに伴う空気汚染、あるいは火災や爆発の発生に対して対応機器を安全サイド導くフェィルセ－フを徹底することが解決すべき重要課題となっている。

一般的に、住居などの建物に設置する、ルームエアコンディショナ（以下、エアコンとも記す）は、吸熱／放熱器等を備える室内子機と冷媒圧縮器等を備える室外親機から構成され、室内子機の吸熱／放熱器と室外親機の冷媒圧縮器の間を冷媒管（通常は銅管）で繋ぎ、冷凍サイクルに合わせて冷媒（ガス）を循環させて室内機の排出空気の脱熱（吸熱）あるいは加熱（放熱）をすることで室内の空調を行うものであることは前記したとおりである。なお、室内子機）と室外親機を共通の筐体に収容したものもある。

図４はルームエアコンディショナの仕組みを簡単に説明する模式図で、冷媒の循環系統を説明している。図４において、参照符号１００は吸熱器側筐体、２００は放熱器側筐体、５００は冷媒管（熱媒体流通管）、１３０は膨張弁、１４０は圧縮／凝縮器を示す。運転を制御する制御回路等の付帯機器は図示を省略した。

図４において、吸熱器側筐体１００では吸熱ラジエーター１５０で冷媒の冷媒管内の蒸発気体による当該筐体１００内の吸熱が行われる。吸熱を“→Ｃ”で示す。吸熱した冷媒は圧縮凝縮器１４０で液化（半液化を含む）される。

液化された冷媒は放熱器側筐体２００に収納されている放熱ラジエーター２５０で放熱器側筐体２００の外部に熱を放出する。放出熱を“→Ｈ”で示す。放熱した冷媒は、膨張弁１３０で気化されて吸熱器側筐体１００に収納されている吸熱ラジエーター１５０に循環する。これにより吸熱器側筐体１００の内部が冷却された雰囲気に処理される。

ルームエアコンディショナが冷房機として使用されるモードでは吸熱器側筐体１００は室内子機側になり、暖房機として使用されるモードでは放熱器側筐体２００が室内子機側となる。

この種の空調設備では、設置において加工が必要となる上記したような繋ぎ目を必然的に有する。この繋ぎ目の近傍から冷媒の漏洩発生を完全に否定することはできない。空調機の設置時に規定に合った配管接続がなされてあっても、その後の環境変化、材料の経年劣化、あるいは地震等による外的衝撃などで冷媒の漏洩が生じることを否定できない。なお、継ぎ目部分に限らず、機器内部の様々な接続部分でも同様の漏洩が発生する可能性はある。また、大きな外力が冷媒管にかかったような場合に配管の途中に破損が生じてガスの漏洩が起きることも可能性としてはある。

前記したように、従来のルームエアコンディショナは、冷媒の熱交換効率の観点と、上記のような原因による冷媒の漏洩による火災などの発生がない安全性の観点から冷媒にフロンを含んだ不燃性のガスを用いるのが一般的であった。
しかしながら、オゾン層破壊の懸念から塩素とフロンを含んだ冷媒の使用が禁止され、その代替品として塩素を含まないＨＦＣが使用されているが、ＨＦＣは温暖化係数（ＧＷＰ）が極めて高いため、新たな冷媒の採用が模索されてきた。

新たな冷媒として、自然冷媒であるプロパンやブタンなどの炭化水素ガス、あるいは二酸化炭素（ＣＯ_２）の使用が考慮されるようになった。しかし、二酸化炭素は不燃性で毒性はないが液化のための圧縮圧力が高いために機器の設計が難しく、一般住居に供するためのコスト面からも実用的ではないことは前記したとおりである。

一方、プロパンやブタンなどのような可燃性ガスを冷媒とした場合には、前記したように冷媒の漏洩が引き起こす火災発生や爆発の懸念を防止する必要が生じる。空調機を構成する室内子機と室外親機には、それらの運転のための電気エネルギーを供給するための電気回路や空調の動作を制御するための電子回路を搭載した配線基板（一般的にはプリント基板、単に基板とも称する）が収納されている。

これらの配線基板の動作時には、その配線回路や部品端子の間において稀にスパークなどが生じることがある。この時、回路基板の近傍に漏洩した可燃性の冷媒のガスが漂っていると、その漏洩ガスに着火が起こって火災、あるいは爆発の原因となる。このような事故は未然に防ぐ必要がある。

可燃性ガスを冷媒とした場合の防爆対策に関連する先行技術を開示したものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４を挙げることができる。
特許文献１は、可燃性冷媒を用いた空気調和機の室内機を統括的に制御する制御回路を含む第１電装品、室内機を制御する統括的に第２電装品の一方又は双方を室外で、冷媒接続部分よりも高い位置に設置して安全性を向上させる空気調和機（エアコン）を開示する。

特許文献２は、配線基板上に実装された複数の金属部品の少なくとも一つと安全保持部品としての電子部品を覆う樹脂膜を有し、当該樹脂膜は、少なくとも１．０Ｗ／ｍｋの熱伝導率と少なくとも３．０ｋＶ／ｍｍの絶縁破壊強さとを有する基板ユニットを開示する。

特許文献３は、室内子機と室外親機の電装品を熱交換器よりも上位に位置するようにケーシング（筐体）の上部に配置した空気調和器（エアコン）を開示する。
また、特許文献４は、室外ファンが故障や動作不良等の不具合の発生により換気性能を維持できない場合に対する可燃性冷媒が漏れる不具合が発生し、室外ファンの駆動を指令する室外ファン駆動指令を受け付けた場合に、室外ファンの回転数が予め定めた所定の目標回転数以下のときに当該ヒートポンプの運転を停止するヒートポンプを開示する。

特開２０２２－１２４３１４号公報 特開２０１７－１８８５９７号公報 特許第３８０７００４号公報 特開２０１６－３８１０７号公報

上記した文献に開示された先行技術は、何れも、冷媒に可燃性ガスとしての炭化水素ガス（プロパン、ブタンなど）の使用を想定したものであり、これらの炭化水素ガスの比重は、空気を１．０とした場合に、それぞれ１．５６（プロパン）、２．０９（ブタン）で、平均mol分子量は空気が約２９ｇ／mol、プロパンが約４４ｇ／mol、ブタンが約５８ｇ／molであり、空気よりも重いことを前提としている。

そして、上記特許文献１、３では、その電装品（通常、基板を用いて構成される）を冷媒の漏洩を考慮して、機器の上位に設置することで電装品にスパークが生じても漏洩ガスとの接触を極力回避するようにしている。
また、特許文献２では、電装品を実装した基板の防爆基準が基板の温度上昇で確保できない可能性を、スパーク安全性が特に要求される素子の搭載領域に樹脂膜を樹脂膜で覆い、その熱伝導率を少なくとも１．０Ｗ／ｍｋ、絶縁破壊強度を少なくとも３．０ｋＶ／ｍｍとした基板ユニットとしている。

上記の特許文献１、３に開示された先行技術では、室内子機や室外親機の周辺の空気流が漏洩ガスの巻き上げで電装部品に達する可能性について考慮されていない。また、特許文献２の基板ユニットは、スパーク安全性が特に要求される素子（実施例ではツェナーダイオード）の搭載領域当の特定領域にのみ上記した樹脂膜を充填している。基板に搭載される他の領域の配線や素子についても、設置環境や経年に伴う塵埃の付着でその絶縁破壊能が低下することについては考慮されていない。

そして、上記特許文献１～４は、エアコンが運転停止している状態での冷媒漏洩対策については考慮がされていない。すなわち、エアコンの運転時に冷媒の漏洩があってもファンの回転で大気中に拡散して室外親機とその周辺にガスが滞留して危険濃度になり難いが、エアコンが使用されていないとき（運転停止状態）で冷媒が漏洩すると室外親機内部とその周辺に淀み、運転スタートスイッチを投入した際に起こり得るスパーク等の発生による発火の危険性が生じる。

室内子機と室外親機にガス漏れセンサを設置しても、室内子機側のガス漏れはわかるが、室外親機側のガス漏れセンサの発する異常事態を知らせる音や光の信号を室内に居て認識できない場合がある。エアコンの運転中（運転モード）でのガス漏れ対策には前記した特許文献４のような対策が可能であるが、エアコンの停止状態（運転停止モード）でのガス漏れ対策は困難である。

本考案の目的は、冷媒に可燃性ガスを使用するルームエアコンディショナにおけるガス漏れに起因する火災や爆発を回避することにあり、特に、搭載した制御板（回路基板）等に生じる絶縁破壊（スパーク）やコロナ放電（以下、単にコロナ）、アーク放電（以下、単にアーク）等によって着火する火災、爆発の懸念をエアコンの運転停止モードを含めて回避可能としたルームエアコンディショナを提供することにある。

上記目的を達成するための本考案の典型的な構成を以下に記載する。なお、ここでは、本考案の理解を容易にするために、考案の構成に後述する実施例の図面に用いる参照符号を付してある。

（１）本考案に係るルームエアコンディショナは、居室などの空間に設置されて冷却または暖房用のエアを生成する室内ラジエーターと室内ファンを備えた室内子機１と、前記空間との間で可燃性の冷媒を巡回させる冷媒管５で結合されて冷媒を圧縮／凝縮するコンプレッサー１４と室外親機ファン８を備えた室外親機２で構成される。

そして、前記室外親機２の筐体２０の内部上方に、前記室内子機１の運転動作を制御するための第１回路３と、運転指令信号に応じて当該室外親機２の運転の開始／停止および空調動作の制御を行うための第２回路４を防爆絶縁膜３４で封止したシステム制御基板部５０を備えると共に、前記筐体２０内部下方に冷媒の漏洩を検知するガスセンサー４０を設置してなり、
かつ、前記システム制御基板部５０に、前記ガスセンサー４０の検知信号が発生した場合には前記ルームエアコンディショナの運転制御を無効にする無効化信号生成回路とファン回転継続回路を備えた。

（２）前記室外親機２の筐体２０の外部に、前記ガスセンサー４０ｂがガス漏洩を検知した時にその検知状態を周囲に表示する表示手段１９を備える。

（３）前記無効化信号生成回路５１は、ルームエアコンディショナの運転時に前記スセンサー４０の検知信号が発生した場合には運転状態の変更を禁止し、前記室外親機２のファン８の回転のみを継続して他の制御動作を停止させるファン回転継続回路５２を具備する。

（４）前記運転無効化信号生成回路５１は、ルームエアコンディショナの運転停止時に前記ガスセンサー４０の検知信号が発生した状態で前記指令信号が運転開始であるには前記室内子機と前記室外親機の運転を不能とする全システム運転禁止信号生成回路５３を具備する。

（５）前記可燃性の冷媒が炭化水素ガスで、ブタン、シクロペンタン、イソブタン、プロパンの何れかまたはそれら２以上の混合ガスを好適とすることを特徴とする請求項１に記載のルームエアコンディショナ。

本考案により、冷媒に可燃性ガスを使用する際の電気回路や素子を搭載した基板をコーティングする防爆膜として耐スパーク性（耐コロナ性、耐アーク性も含む）が良好な絶縁膜を用いることで、基板内や基板周りに生じる絶縁破壊に起因する火災、爆発の懸念を回避し、温度や湿度などの環境からの影響を最小とする冷凍／空調機を提供することができる。

また、動作中では、空調動作の制御内容変更を禁止してファンの稼働を継続することで、漏洩したガスが室外親機の筐体内に滞留して空気との混合比が爆発／燃焼値にならないよう拡散させる。これにより、ガスもれによる発火事故を回避させることができる。

さらに、ガス漏れがあった場合に機器の運転開始を回避して、回路動作に起因するスパーク発生、その他の予測できない着火原因による事故が防止される。

本考案に係るセパレート式のルームエアコンディショナの説明図 図1に示した室外親機の構成例の説明図 本考案に係るセパレート式のルームエアコンディショナの制御回路例の説明図 エアコンディショナの原理図

以下、本考案に係るルームエアコンディショナの実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は本考案をセパレート式のエアコンに適用した場合の実施例１を説明する模式図で、基本的な設置態様は従来例と同様であるので、重複して説明される部分もある。図１において、参照符号１は室内子機、２は室外機である。室内子機１は建物の外壁９の内側の天井近くに設置される。室外親機２は外壁９の外側で床側（地面側）に設置される。

室内子機１と室外親機２を繋ぐ冷媒管５は外壁９を貫通して配管される。この冷媒管５は室内機１と室外機２の冷媒出入口の接手管（図示せず）に接合される。冷媒管５を継ぎ足す場合も同様の接合構造を用いる。

また、室内子機１の運転動作を制御するための電気回路を搭載した第１基板３は室外機２の運転動作を制御するための電気回路を搭載した第２基板４と共にシステム制御基板部５０として室外機２の筐体内上部に設置される。第１基板３と第２基板４の全周囲は防爆絶縁膜３４で被覆されている。

図２は図１に示した室外親機の構成例の説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面透視図である。室外親機２は設置台１０に設置されており、筐体２０の内部にはコンプレッサー１４とファン８が設置され、筐体２０内の上部にシステム制御基板部５０が内蔵されている。システム制御基板部５０はシールド５４で防火遮蔽されている。

ファン８はモータ８１で駆動され、コンプレッサー１４はモータと一体化されて密閉容器に収納されている。
また、筐体２０内の下部にはガスセンサー４０が設置されている。ガスセンサーがガス漏れを検知したことを周囲に知らせるためのＬＥＤ１９が筐体２０の外側で適宜の場所に設けてある。

図３は本考案に係るセパレート式のルームエアコンディショナの制御回路例の全体説明図である。このルームエアコンディショナは商用電源ＡＣを整流回路１５整流し、インバータ１６とモータ制御回路１７を介してコンプレッサー１４のモータ部Ｍに供給されてコンプレッサー部Ｃを駆動する。また、モータ制御回路１７にはファン８のモータ８１に供給される。

ルームエアコンディショナの室内機１にはリモコン６０とリモコン受信器３０を有し、リモコン６０から運転指令が送信されると、システム制御基板部５０に運転指令が与えられる。通常の運転時は従来と同様の正常運転が開始される。

システム制御基板部５０には無効化信号生成回路５１が設けられている。無効化信号生成回路５１にはファン回転継続回路５２と全システム運転禁止信号生成回路５３が設けてある。無効化信号生成回路５１は、ルームエアコンディショナの運転時（運転モード）に前記ガスセンサー４０の検知信号が発生した場合には運転状態の変更を禁止し、室外親機２のファン８の回転のみを継続して他の制御動作を停止させるファン回転継続回路５２を具備する。
ファンを停止させずにコンプレッサーなどの動作を無効とすることで、漏れたガスを大気に拡散させることで、ガスの燃焼や爆発が抑制される。

また、運転無効化信号生成回路５１は、ルームエアコンディショナの運転停止上状態（停止モード）に前記ガスセンサー４０の検知信号が発生した状態で前記指令信号が運転開始の指令であるには前内子機と室外親機の運転を不能とする全システム運転禁止信号生成回路５３を備える。
これにより、電気回路や電子回路の予期しないスパークなどの発生で漏洩したガスに着火することが抑制される。
なお、室外親機２のファン８の回転のみを継続して他の制御動作を停止させるファン回転継続信号や全システム運転禁止信号は論理回路で形成できる。

実施例１の構成としたことにより、冷媒に可燃性ガスを使用する際の電気回路や素子を搭載した基板や付帯回路の動作が禁止されるので、ガス漏れに起因する火災、爆発の懸念を回避した冷凍／空調機を提供することができる。

本考案は、上記したセパレート型のエアコン限らず、室内機能／室内機能一体型のエアコンにも同様に適用できる。
また、本考案は、Ｒ２９０に限らず、他の自然冷媒の可燃性ガスを取り扱う機器の運転や制御にも適用できることは言うまでもない。

１・・・室内子機
２・・・室外親機
３・・・第１基板
４・・・第２基板
５・・・冷媒管
６・・・制御線
８・・・ファン
８１・・・ファンモータ
９・・・外壁
１０・・・設置台
１１（１１ａ，１１ｂ）・・・冷媒管接続部
１２・・・商用電源
１３・・・膨張弁
１４・・・コンプレッサー
１５・・・整流回路
１６・・・インバータ
１７・・・モータ駆動制御回路
１９・・・ＬＥＤ（ランプ）
２０・・・室外親機の筐体
３０・・・リモート信号受信回路
５０・・・システム制御基板部
５１・・・無効化信号生成回路
５２・・・ファン回転継続回路
５３・・・全システム運転禁止信号生成回路
５４・・・シールド

Claims (5)

1. 室内ラジエーターと室内子機ファンを備えた室内子機と、室内空間との間で可燃性の冷媒を巡回させる冷媒管で結合されて冷媒を圧縮／凝縮するコンプレッサーと室外親機ファンを備えた室外親機で構成されるルームエアコンディショナであって、
   前記室外親機の筐体の内部上方に、前記室内子機の運転動作を制御するための第１回路と、運転指令信号に応じて当該室外親機の運転の開始／停止および空調制御動作を行うための第２回路を含めた全体を防爆絶縁膜で封止したシステム制御基板部とコンプレッサーと室外親機のモータの駆動制御回路および全システム運転禁止回路を備え、前記室外親機の筐体の内部下方に冷媒の漏洩を検知するガスセンサーを設置してなり、
   かつ、前記システム制御基板部に、前記ガスセンサーの検知信号が発生した場合には前記ルームエアコンディショナの運転制御を無効にする無効化信号生成回路とファン回転継続回路を有することを特徴とするルームエアコンディショナ。
2. 前記室外親機の筐体の外部に、前記ガスセンサーがガス漏洩を検知した時にその検知状態を周囲に表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のルームエアコンディショナ。
3. 前記無効化信号生成回路は、ルームエアコンディショナの運転時に前記ガスセンサーの検知信号が発生した場合には運転状態の変更を禁止し、前記室外親機のファンの回転のみを継続して他の制御動作を停止させるファン回転継続回路を具備したことを特徴とする請求項１に記載のルームエアコンディショナ。
4. 前記無効化信号生成回路は、ルームエアコンディショナの運転停止時に前記ガスセンサーの検知信号が発生した状態で前記指令信号が運転開始である場合には前記室内子機と前記室外親機の運転を不能とする全システム運転禁止信号生成回路を具備したことを特徴とする請求項１に記載のルームエアコンディショナ。
5. 前記可燃性の冷媒が炭化水素ガスで、ブタン、シクロペンタン、イソブタン、プロパンの何れかまたはそれら２以上の混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載のルームエアコンディショナ。
   

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