JP6484950B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷媒回路を有する冷凍装置に関し、特に、冷媒の漏洩対策に関する。

冷凍装置においては、その冷媒回路の冷媒が漏洩することがある。冷媒が漏洩してしまい冷媒が大きく不足した状態では、冷凍装置の能力が不足し、そのまま運転を続けると、圧縮機が焼損する可能性がある。これを避けるために、冷媒不足の状態を判定する技術が知られている。例えば、特許文献１では、圧縮機のモータを駆動するインバータへの入力電流から、冷媒不足の状態を判定している。

特開昭６３−３２２７２号公報

冷媒が漏洩した場合には、特許文献１のように圧縮機の保護を行うだけではなく、漏洩した冷媒についても配慮が必要である。一般に冷媒の密度は空気より大きいので、漏れた冷媒は、冷凍装置の室外ユニット内やその周辺に滞留することがある。近年用いられるようになってきた地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低い冷媒は、可燃性が比較的高いので、このような冷媒が滞留してその濃度が高くなると、これに着火する可能性は否定できない。特許文献１では、電流値が基準入力量まで至ったことをもって冷媒不足と判定しているが、電流値が基準入力量まで至らない場合でも冷媒が漏洩している可能性がある。そこで、明らかな冷媒不足状態と判定されない場合でも、漏洩した冷媒によって冷凍装置の室外ユニット内やその周辺の冷媒濃度が高くならないようにする必要がある。

本発明は、冷媒が漏洩していても、冷凍装置の室外ユニット内やその周辺の冷媒濃度が高くならないようにすることを目的とする。

本開示による第１の冷凍装置は、室外ユニット（11）と室内ユニット（13）とを連絡配管（23,24）で接続することによって構成された冷媒回路（20）を有する。上記室外ユニット（11）には、圧縮機（30）と、室外熱交換器（34）と、上記室外熱交換器（34）へ室外空気を送る室外ファン（12）とが設けられる。上記冷媒回路（20）の冷媒不足状態の兆候の判定条件が成立するか否かを判定し、上記判定条件が成立すると、上記室外ファン（12）の運転を継続させながら上記圧縮機（30）を第１所定時間に亘って停止させる制御器（52）を、上記冷凍装置は有する。上記制御器（52）は、前記第１所定時間経過後に上記圧縮機（30）を起動し、その後、第２所定時間経過後に上記判定条件が成立するか否かを再び判定すると共に、上記判定条件の成立後にユーザーが上記冷凍装置（10）の運転を停止させた場合であっても、上記第１所定時間に亘って上記室外ファン（12）の運転を継続させる。

これによると、制御器（52）は、上記冷媒回路（20）の冷媒不足状態の兆候の判定条件が成立するか否かを判定する。この判定条件が成立した場合には、冷媒が漏洩して室外ユニット内やその周辺に滞留している可能性が高い。しかし、判定条件が成立すると、制御器（52）は、室外ファン（12）の運転を継続させながら圧縮機（30）を第１所定時間に亘って停止させるので、漏洩する冷媒の量が減少し、かつ、冷媒の拡散が継続して行われる。このため、冷凍装置の室外ユニット内やその周辺の冷媒濃度が高くならないようにすることができる。

また、再び判定を行い、判定条件が成立すると、再び圧縮機（30）を停止させることができる。時間が経過すると、漏洩した冷媒が室外ユニット内やその周辺に再び滞留する可能性があるが、漏洩する冷媒の量を減少させ、かつ、冷媒の拡散を継続して行わせることが再び可能になる。

本開示による第２の冷凍装置では、上記第１の冷凍装置において、上記制御器（52）は、上記圧縮機（30）を停止させている間、上記室外ファン（12）の回転速度を圧縮機（30）停止前よりも増大させる。

これによると、室外ファン（12）の回転速度が増大するので、冷媒の拡散が促進される。

本開示による第３の冷凍装置では、上記第１又は第２の冷凍装置において、上記判定条件は、上記冷凍装置（10）が冷房運転をしている場合に、上記室内ユニット（13）が設置された室内の温度が設定温度より高く、上記冷媒回路（20）の膨張機構の開度が所定の開度より大きく、かつ、上記圧縮機（30）の回転速度が所定の回転速度より小さいことである。

これによると、冷房運転時において、冷媒回路（20）の冷媒が十分ではない場合に生じる現象から、冷媒不足状態の兆候の有無を判定することができる。

本開示による第４の冷凍装置では、上記第１又は第２の冷凍装置において、上記判定条件は、上記冷凍装置（10）が暖房運転をしている場合に、上記室内ユニット（13）が設置された室内の温度が設定温度より低く、上記冷媒回路（20）の膨張機構の開度が所定の開度より大きく、上記圧縮機（30）の吐出過熱度が第１基準値より大きく、かつ、上記圧縮機（30）の吸入過熱度が第２基準値より大きいことである。

これによると、暖房運転時において、冷媒回路（20）の冷媒が十分ではない場合に生じる現象から、冷媒不足状態の兆候の有無を判定することができる。

本開示による第１〜第４の冷凍装置によれば、冷媒が漏洩していても、冷凍装置の室外ユニット内やその周辺の冷媒濃度が高くならないようにすることができる。このため、冷凍装置の運転をより安全に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る空気調和装置の例を示す構成図である。 図２は、図１の空気調和装置の動作の例を示すフローチャートである。 図３は、冷房運転時における図１の空気調和装置の内部の状態の例を示すグラフである。 図４は、暖房運転時における図１の空気調和装置の内部の状態の例を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

− 空気調和装置の構成 −
冷凍装置としての空気調和装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る空気調和装置（10）の例を示す構成図である。図１の空気調和装置（10）は、熱源側ユニットである室外ユニット（11）と、利用側ユニットである室内ユニット（13）とを有し、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。なお、室内ユニット（13）の台数は、１台に限定されるものではなく、複数であってもよい。

室外ユニット（11）内には、熱源側回路である室外回路（21）が設けられている。室内ユニット（13）内には、利用側回路である室内回路（22）が設けられている。この空気調和装置（10）は、室外回路（21）と室内回路（22）とを液側連絡配管（23）及びガス側連絡配管（24）で接続することによって構成されて蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を有している。

室外ユニット（11）の室外回路（21）には、圧縮機（30）、四路切換弁（冷媒循環方向切換機構）（33）、室外熱交換器（熱源側熱交換器）（34）、膨張弁（膨張機構）（36）及びアキュムレータ（35）が設けられている。室外回路（21）の一端には、液側連絡配管（23）が接続される液側閉鎖弁（25）が設けられている。室外回路（21）の他端には、ガス側連絡配管（24）が接続されるガス側閉鎖弁（26）が設けられている。

液側閉鎖弁（25）には、液側サービスポート（27）が設けられている。液側サービスポート（27）は、液側閉鎖弁（25）の閉鎖位置の液側連絡配管（23）側に開口している。一方、ガス側閉鎖弁（26）には、ガス側サービスポート（28）が設けられている。ガス側サービスポート（28）は、ガス側閉鎖弁（26）の閉鎖位置のガス側連絡配管（24）側に開口している。これらのポート（27,28）は、冷媒回路（20）内の冷媒を回収する時や、冷媒回路（20）へ冷媒を充填する時に使用され、冷房運転及び暖房運転時は閉鎖されている。冷媒回路（20）で用いられる冷媒は、例えばＲ３２であるが、他の冷媒であってもよい。

圧縮機（30）は、密閉型で高圧ドーム型の圧縮機により構成されている。圧縮機（30）の吐出側は、吐出管（40）を介して四路切換弁（33）の第１ポート（P1）に接続されている。圧縮機（30）の吸入側は、吸入管（41）を介して四路切換弁（33）の第３ポート（P3）に接続されている。

室外熱交換器（34）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室外ユニット（11）において、この室外熱交換器（34）の近傍には、室
外ファン（12）が設けられている。この室外熱交換器（34）では、室外ファン（12）によって送られる室外空気と伝熱管を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。室外熱交換器（34）の一端は、接続配管（32）を介して四路切換弁（33）の第４ポート（P4）に接続されている。室外熱交換器（34）の他端は、液配管（42）を介して液側閉鎖弁（25）に接続されている。また、四路切換弁（33）の第２ポート（P2）にはガス側閉鎖弁（26）が接続されている。

液配管（42）には、室外熱交換器（34）と液側閉鎖弁（25）との間に膨張弁（36）が設けられている。この膨張弁（36）は開度可変の電子膨張弁により構成されている。

吸入管（41）には、アキュムレータ（35）が設けられている。アキュムレータ（35）は、密閉容器状に形成されて、圧縮機（30）が液冷媒を吸入しないように圧縮機（30）へ向かう冷媒から液冷媒を分離して内部に貯留するように構成されている。

四路切換弁（33）は、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）が互いに連通して第２ポート（P2）と第３ポート（P3）が互いに連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）が互いに連通して第３ポート（P3）と第４ポート（P4）が互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とが切り換え可能となっている。

室内ユニット（13）の室内回路（22）には、室内熱交換器（37）が設けられている。室内回路（22）の一端には、液側連絡配管（23）が接続される液側フレア継手（38）が設けられている。室内回路（22）の他端には、ガス側連絡配管（24）が接続されるガス側フレア継手（39）が設けられている。

室内熱交換器（37）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。この室内熱交換器（37）の近傍には、室内ファン（14）が設けられている。この室内熱交換器（37）では、室内ファン（14）によって送られる室内空気と伝熱管を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。

室外ユニット（11）は、制御器（52）を更に有する。制御器（52）は、室外ファン（12）、圧縮機（30）、及び膨張弁（36）等、空気調和装置（10）の構成要素の動作を制御する。

− 空気調和装置の運転動作 −
次に、空気調和装置（10）の運転動作について説明する。この空気調和装置（10）は、四路切換弁（33）の切り換えによって冷房運転と暖房運転とが実行可能になっている。

<冷房運転>
冷房運転では、四路切換弁（33）が第１状態に設定される。そして、この状態で圧縮機（30）を運転すると、冷媒回路（20）では室外熱交換器（34）が凝縮器となって室内熱交換器（37）が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。なお、冷房運転では、膨張弁（36）の開度が適宜調節される。

この状態で、圧縮機（30）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（34）で室外空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器（34）で凝縮した冷媒は、膨張弁（36）を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器（37）で室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器（37）で蒸発した冷媒は、圧縮機（30）へ吸入されて圧縮される。冷房運転時には、冷媒が以上のように冷媒回路（20）内を循環して室内が冷却される。

<暖房運転>
暖房運転では、四路切換弁（33）が第２状態に設定される。そして、この状態で圧縮機（30）を運転すると、冷媒回路（20）では室内熱交換器（37）が凝縮器となって室外熱交換器（34）が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。なお、暖房運転においても、膨張弁（36）の開度が適宜調節される。

この状態で、圧縮機（30）から吐出された冷媒は、室内熱交換器（37）で室内空気と熱交換して凝縮する。室内熱交換器（37）で凝縮した冷媒は、膨張弁（36）を通過する際に減圧され、その後に室外熱交換器（34）で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器（34）で蒸発した冷媒は、圧縮機（30）へ吸入されて圧縮される。暖房運転時には、冷媒が以上のように冷媒回路（20）内を循環して室内が加熱される。

− 冷媒不足状態の兆候の判定及びその後の動作 −
冷媒回路（20）の冷媒が十分ではない場合の判定等について説明する。図２は、図１の空気調和装置（10）の動作の例を示すフローチャートである。

図２のブロック（B12）において、制御器（52）は、空気調和装置（10）の運転状態に基づいて、冷媒回路（20）の冷媒不足状態の兆候の判定条件が成立するか否かを判定する。冷媒不足状態とは、冷媒回路（20）の冷媒が大きく不足しており、冷凍装置（10）を運転をするべきではない状態である。冷媒不足状態は、冷媒回路（20）の冷媒の量が例えば規定量の３０％未満であるような状態である。冷媒回路（20）の冷媒が規定量より少ないが冷媒不足状態には達していない状態では、冷媒不足状態の兆候が見られる。ブロック（B12）において、制御器（52）は、このような兆候の判定条件が成立するか否かを判定する。冷媒不足状態の兆候が見られる場合においては、冷媒回路（20）の冷媒の量は、例えば規定量の３０％以上７０％未満である。判定条件が成立する場合にはブロック（B14）に進み、判定条件が成立しない場合にはブロック（B12）に戻る。

図３は、冷房運転時における図１の空気調和装置（10）の内部の状態の例を示すグラフである。冷房運転時における判定について説明する。冷媒不足状態の兆候がある場合には、空気調和装置（10）の冷房能力が低下するので、室内温度が低下しにくく、リモートコントローラ等を用いてユーザによって設定された室温（設定温度）に到達するのに時間を要する。冷媒の量が十分ではないので、冷媒回路（20）の低圧側の圧力が通常時より低くなり、制御器（52）は、低圧側の圧力を高くするために、膨張弁（36）の開度を次第に大きくする。また、制御器（52）は、低圧側の圧力を高くするために、圧縮機（30）の回転速度を次第に低下させる。

そこで、ブロック（B12）において、制御器（52）は、例えば、室内ユニット（13）が設置された室内の温度が設定温度より高く、膨張弁（36）の開度が全開時の０．９倍の開度（V1）より大きく、かつ、圧縮機（30）の回転速度が所定の回転速度（C1）より小さい、ということを、冷房運転時における判定条件とする。図３では、時刻（T11）においてこの判定条件が満たされ、制御器（52）は、冷媒不足状態の兆候があると判定する。

図４は、暖房運転時における図１の空気調和装置（10）の内部の状態の例を示すグラフである。暖房運転時における判定について説明する。冷媒不足状態の兆候がある場合には、空気調和装置（10）の暖房能力が低下するので、室内温度が上昇しにくく、リモートコントローラ等を用いてユーザによって設定された室温（設定温度）に到達するのに時間を要する。冷媒の量が十分ではないので、冷媒回路（20）の低圧側の圧力が通常時より低くなり、また、圧縮機（30）の吐出過熱度及び吸入過熱度が通常時より高くなる。制御器（52）は、低圧側の圧力を高く、吸入過熱度等を低くするため、膨張弁（36）の開度を次第に大きくする。

ここで、冷媒回路（20）において、吐出過熱度は、吐出温度から凝縮温度を減じて得られた値である。吸入過熱度は、蒸発温度から吸入温度を減じて得られた値である。また、本明細書において、通常時とは、冷媒回路（20）に冷媒が十分に充填されており、冷媒不足状態の兆候の判定条件が成立しない状態をいう。

ブロック（B12）において、制御器（52）は、例えば、室内ユニット（13）が設置された室内の温度が設定温度より低く、膨張弁（36）の開度が全開時の０．９倍の開度（V2）より大きく、圧縮機（30）の吐出過熱度が基準値（A1）より大きく、かつ、圧縮機（30）の吸入過熱度が基準値（A2）より大きい、ということを、暖房運転時における判定条件とする。図４では、時刻（T21）においてこの判定条件が満たされ、制御器（52）は、冷媒不足状態の兆候があると判定する。

図３及び図４を参照して説明したような、ブロック（B12）における判定条件は、例であって、他の条件を採用してもよい。

図２のブロック（B14）において、制御器（52）は、圧縮機（30）を停止させる。圧縮機（30）が停止するので、冷媒回路（20）の高圧側の圧力が低下し、単位時間に漏洩する冷媒の量が減少する。このとき、制御器（52）は、室外ファン（12）の運転を継続させる。室外ファン（12）の運転を継続するので、冷媒が漏洩していたとしても、冷媒の拡散が継続して行われる。制御器（52）は、圧縮機（30）の運転を停止させている間、室外ファン（12）の回転速度を増大させてもよい。これにより、冷媒の拡散が促進される。

ブロック（B16）において、制御器（52）は、第１所定時間が経過したか否かを判定する。この条件が満たされない場合はブロック（B16）に戻る。この条件が満たされた場合には、制御器（52）は、漏洩した冷媒が拡散されたであろうと判定し、ブロック（B18）に進む。

ブロック（B18）では、制御器（52）は、圧縮機（30）を起動する。つまり、制御器（52）は、圧縮機（30）を第１所定時間に亘って停止させた後に起動する。ブロック（B14）において室外ファン（12）の回転速度を増大させた場合には、制御器（52）はブロック（B18）では室外ファン（12）の回転速度を減少させる。つまり、制御器（52）は、室外ファン（12）の回転速度を通常時の速度に戻す。このように、冷媒回路（20）は、通常時の運転に戻る。

ブロック（B20）では、制御器（52）は、第２所定時間が経過したか否かを判定する。第２所定時間が経過した場合には、ブロック（B12）に戻り、制御器（52）は、ブロック（B12）の判定条件が成立するか否かを再び判定する。第２所定時間が経過していない場合には、ブロック（B20）に戻る。

なお、ブロック（B14）において、制御器（52）が圧縮機（30）を停止させたことを表示器等によってユーザに知らせてもよい。また、圧縮機（30）の停止を知らされたユーザが、空気調和装置（10）の運転を停止させてもよい。この場合、圧縮機（30）の停止後、例えば第１所定時間に亘って、室外ファン（12）の運転を継続させてもよい。

− 効果 −
図２を参照して説明したように、制御器（52）は、冷媒回路（20）の状態等に基づいて、冷媒回路（20）の冷媒不足状態の兆候の判定条件が成立するか否かを判定する。判定条件が成立した場合には、冷媒が漏洩している可能性があるが、圧縮機（30）が停止するので、単位時間に漏洩する冷媒の量が減少する。室外ファン（12）の運転は継続されるので、冷媒が漏洩していたとしても、冷媒の拡散が継続して行われる。このため、空気調和装置（10）の室外ユニット（11）内やその周辺の冷媒濃度（すなわち、空気中の冷媒の濃度）が高くならないようにすることができる。したがって、冷媒が燃焼する可能性を抑えることができ、空気調和装置（10）の運転をより安全に行うことができる。冷媒不足状態になる前に圧縮機（30）を所定時間に亘って停止させるので、冷媒濃度の上昇を早期に抑えることができる。

時間が経過すると、漏洩した冷媒が室外ユニット内やその周辺に再び滞留する可能性があるが、ブロック（B12）に戻り、再び判定を行うので、漏洩する冷媒を減少させ、滞留した冷媒の拡散を行うことが再び可能になる。

以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷媒回路を有する冷凍装置等について有用である。

10 空気調和装置（冷凍装置）
11 室外ユニット
12 室外ファン
13 室内ユニット
20 冷媒回路
30 圧縮機
34 室外熱交換器
36 膨張弁（膨張機構）
52 制御器

Claims (4)

1. 室外ユニット（11）と室内ユニット（13）とを連絡配管（23,24）で接続することによって構成された冷媒回路（20）を有する冷凍装置（10）であって、
   上記室外ユニット（11）には、
   圧縮機（30）と、
   室外熱交換器（34）と、
   上記室外熱交換器（34）へ室外空気を送る室外ファン（12）とが設けられ、
   上記冷媒回路（20）の冷媒不足状態の兆候の判定条件が成立するか否かを判定し、上記判定条件が成立すると、上記室外ファン（12）の運転を継続させながら上記圧縮機（30）を第１所定時間に亘って停止させる制御器（52）を備え、
   上記制御器（52）は、
   上記第１所定時間経過後に上記圧縮機（30）を起動し、その後、第２所定時間経過後に上記判定条件が成立するか否かを再び判定すると共に、
   上記判定条件の成立後にユーザーが上記冷凍装置（10）の運転を停止させた場合であっても、上記第１所定時間に亘って上記室外ファン（12）の運転を継続させる
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記制御器（52）は、上記圧縮機（30）を停止させている間、上記室外ファン（12）の回転速度を圧縮機（30）停止前よりも増大させる
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１又は２において、
   上記判定条件は、上記冷凍装置（10）が冷房運転をしている場合に、上記室内ユニット（13）が設置された室内の温度が設定温度より高く、上記冷媒回路（20）の膨張機構の開度が所定の開度より大きく、かつ、上記圧縮機（30）の回転速度が所定の回転速度より小さいことである
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１又は２において、
   上記判定条件は、上記冷凍装置（10）が暖房運転をしている場合に、上記室内ユニット（13）が設置された室内の温度が設定温度より低く、上記冷媒回路（20）の膨張機構の開度が所定の開度より大きく、上記圧縮機（30）の吐出過熱度が第１基準値より大きく、かつ、上記圧縮機（30）の吸入過熱度が第２基準値より大きいことである
   ことを特徴とする冷凍装置。

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