JP6668879B2

JP6668879B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6668879B2
Application number: JP2016066799A
Authority: JP
Inventors: 祐二土屋
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2036-03-29
Also published as: JP2017180927A

Description

本発明は、冷媒センサを備える空気調和機に関する。

従来、可燃性冷媒又は微燃性冷媒が漏洩した場合の検知手段として、半導体式冷媒センサ（半導体式ガスセンサ）を空気調和機に搭載することが提案されている。半導体式冷媒センサは、ヒーターによりセンサ素子を高温（３００〜４００℃）に加熱した状態で使用されるため、熱の影響でセンサ素子が経時劣化することが知られており、経時劣化が進むと、反応が鋭敏化して誤検知が発生する可能性がある。そこで、センサ素子の経時劣化による影響を低減するために、半導体式冷媒センサの出力値の傾きによって冷媒の漏洩を判定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−９４５２４号公報

しかしながら、特許文献１は、冷媒センサの経時劣化を抑制するものではなく、経時劣化が激しい場合の対応としては不十分であった。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、半導体式冷媒センサの経時劣化を抑制できる空気調和機の提供を目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１の発明は、内蔵されるヒーターによる加熱状態で冷媒の漏洩を検知する半導体式の第１冷媒センサと、非加熱状態で冷媒の漏洩を検知する第２冷媒センサと、第１冷媒センサ及び第２冷媒センサの動作を制御する制御部とを備えた空気調和機であって、制御部は、空気調和機の運転中及び運転停止直後から一定時間は第１冷媒センサを加熱して動作させ、空気調和機の停止中は第２冷媒センサを動作させて、且つ、第１冷媒センサを加熱しないように制御することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の空気調和機であって、第２冷媒センサは、第１冷媒センサによる冷媒の検知濃度上限以下の検知濃度下限を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の空気調和機であって、第２冷媒センサが気体熱伝導式であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機であって、空気調和機が床置き式室内機であることを特徴とする。

本発明によれば、半導体式冷媒センサの経時劣化を抑制できる空気調和機の提供が可能になる。

本発明の実施形態に係る空気調和機の室内機を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る空気調和機の室内機を示す分解斜視図である。本発明の実施形態に係る空気調和機の制御構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る第１冷媒センサ及び第２冷媒センサの通電制御を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空気調和機の室内機を示す斜視図、図２は、本発明の実施形態に係る空気調和機の室内機を示す分解斜視図、図３は、本発明の実施形態に係る空気調和機の制御構成を示すブロック図である。図１〜図３に示すように、空気調和機１は、室内に設置される室内機２と、室外に設置される室外機３とを備えており、室内機２と室外機３との間を循環する冷媒（例えば、Ｒ３２冷媒）と空気とを熱交換させて、室内機２から室内に向けて冷風や温風を吹き出して室内の冷房、暖房、除湿などを行うように構成されている。

図１に示すように、本実施形態の室内機２は、床面に設置される床置き式であり、その正面に設けられる吸込口４と、吸込口４の上下に設けられる上吹出口５ｘ（吹出口５）、下吹出口５ｙ（吹出口５）とを備えている。そして、図２に示すように、室内機２の内部には、吸込口４と２つの吹出口５とを結ぶ空気通路に熱交換器６が備えられている。なお、本実施例では、各要素の上下の区別を符号枝番ｘ／ｙで表し、上下の区別をしないときは符号枝番ｘ／ｙを付さないで説明する。

空気通路のうち上送風路２１ｘ（送風路２１）には上モータ２２ｘ（モータ２２）によって回転する上室内ファン７ｘ（室内ファン７）が設けられており、上室内ファン７ｘは、上吹出口５ｘを構成する上ケーシング２３ｘ（ケーシング２３）によって覆われている。同様に、下送風路２１ｙ（送風路２１）には下モータ２２ｙ（モータ２２）によって回転する下室内ファン７ｙ（室内ファン７）が設けられており、下室内ファン７ｙは、下吹出口５ｙを構成する下ケーシング２３ｙ（ケーシング２３）によって覆われている。なお、室内機２には、そのほかに、後述する制御部９が格納される電装品箱２４や、室内機２の運転状態を表示する表示部２５、温度センサ２６が設けられている。

一般的に、室内機と室外機の間で冷媒を循環させる空気調和機において冷媒が漏洩した場合は、漏洩した冷媒が床面付近に滞留して冷媒濃度が上昇する。特に、可燃性冷媒又は本実施形態で使用するＲ３２冷媒のような微燃性冷媒を用いる場合は、漏洩した冷媒の濃度が可燃濃度に達する可能性がある。しかし、本実施形態の床置き式の室内機２であれば、室内ファン７の動作によって吹き出される空気が床面付近を流れるので、漏洩した冷媒を室内に拡散させやすいという特徴がある。

図３に示すように、空気調和機１には、赤外線リモコン、赤外線受光部などで構成される操作部８の設定操作に応じて、室外機３や、室内機２の室内ファン７、などを制御する制御部９が設けられている。さらに、制御部９には、冷媒の漏洩を検知するセンサであり検知方式が異なる第１冷媒センサ１０および第２冷媒センサ１１と、警報音を出力する警報機１２とが接続されており、冷媒センサ１０、１１による冷媒の漏洩検知に基づき、警報機１２によってユーザに冷媒の漏洩を報知したり、室内ファン７によって漏洩した冷媒を室内に拡散させたり、図示しない遮断弁によって冷媒の循環を遮断する、などの安全対策制御を行う。

第１冷媒センサ１０は、低濃度の冷媒を精度良く検知可能な半導体式の冷媒センサであり、本実施形態では、主に０．１％〜１％の濃度範囲での冷媒検知に用いる。また、第２冷媒センサ１１は、高濃度の冷媒を精度良く検知可能な気体熱伝導式の冷媒センサであり、本実施形態では、主に１％〜３．６％の濃度範囲での冷媒検知に用いる。

半導体式の第１冷媒センサ１０は、加熱状態（例えば、３００〜４００℃）において冷媒の漏洩を検知する検知部と、検知部を加熱するヒーターを備えている。検知部は、可燃性の冷媒が存在するとセンサ素子の電気抵抗が下がり、電気抵抗の低下率が冷媒濃度に依存することを利用して冷媒の漏洩を検知するものである。センサ素子は、半導体特性を有する金属酸化物（例えば、酸化スズ）の焼結体で形成される。

このような検知部１０ａのセンサ素子をヒーターの発熱で３００〜４００℃に加熱すると、冷媒のような還元性のガスを含まない大気中では、空気中の酸素が一定量その表面に負電荷吸着（酸素が酸化スズの電子を捉えて表面に吸着）し、抵抗値が高い状態となる。このセンサ素子の表面に冷媒のような還元性のガスが接触すると、吸着酸素と反応を起こして吸着酸素が脱離するのに伴い、捉えていた電子が解放されて抵抗値が減少する。このような抵抗値の変化に基づいて、冷媒の漏洩や漏洩した冷媒濃度を検知することが可能になる。

しかしながら、半導体式の第１冷媒センサ１０は、ヒーターの加熱による影響で経時劣化することが知られている。その理由は、酸化スズの結晶粒子が、長期間にわたってヒーターで加熱されることで、酸化活性が低下するからであり、経時劣化すると、抵抗値が低い状態のままになり、反応が鋭敏化してしまう。すなわち、ごく微量な還元性のガスにも反応してしまうため、例えば生鮮食品から発生する僅かなガスにも反応してしまう（誤検知）。このような第１冷媒センサ１０の経時劣化は、ヒーターによる加熱時間を短縮することで抑制することが可能である。

一方、気体熱伝導式の第２冷媒センサ１１は、空気と冷媒の熱伝導度の差による発熱体（白金線コイル）の温度変化に基づいて、冷媒の漏洩を検知する。気体熱伝導式の第２冷媒センサ１１は、１％〜１００％の高濃度範囲で冷媒を良好に検知できるだけでなく、熱伝導という物理的性質を利用して冷媒を検知するため、触媒の劣化、被毒などの問題がなく、経時的に安定である。

気体熱伝導式の第２冷媒センサ１１により漏洩を検知する冷媒は、第２冷媒センサ１１の検知濃度下限である１％よりも高い許容濃度規制値（ＩＥＣ／ＩＳＯ）を有することが望ましい。例えば、Ｒ３２冷媒は、ＬＦＬ（ＬｏｗｅｒＦｌａｍｍａｂｌｅＬｉｍｉｔ）が１３％であり、許容濃度規制値は、ＬＦＬに安全率（１／４）を掛けた３．６％であるため、「許容濃度規制値（３．６％）＞検知濃度下限（１％）」である。

図４は、本発明の実施形態に係る第１冷媒センサ及び第２冷媒センサの通電制御を示すタイミングチャートである。この図に示すように、制御部９は、冷媒の漏洩リスク（空気調和機１の運転開始時／停止時や冷房−暖房切換え時といった急激な圧力変動が発生するときに、冷媒配管やその接続部等にピンホールや亀裂が発生するリスク）が低く、また、冷媒漏洩が発生しても冷媒の濃度上昇が緩やかである空気調和機１の運転停止中は、半導体式の第１冷媒センサ１０への通電をオフにし、気体熱伝導式の第２冷媒センサ１１に通電して動作させて冷媒の漏洩を検知する。これにより、半導体式の第１冷媒センサ１０に対する通電時間（ヒータによるセンサ素子の加熱時間）が短くなり、第１冷媒センサ１０の経時劣化が抑制される。

気体熱伝導式の第２冷媒センサ１１は、空気調和機１の運転停止中、主に１％〜３．６％の濃度範囲で冷媒の検知を行う。これにより、漏洩した冷媒の濃度が許容濃度規制値に到達する以前に冷媒の漏洩を検知することができる。特に、空気調和機１の運転停止中は、室内ファン７も停止しており、漏洩した冷媒が室内ファン７によって拡散されないため、検知濃度範囲が第１冷媒センサ１０よりも高い第２冷媒センサ１１であっても漏洩した冷媒を確実に検知することができる。また、第１冷媒センサ１０が通電状態で高濃度の冷媒や雑ガス（生鮮食品や果物から発生するガス、エタノール等）に接触して故障することを回避でき、第１冷媒センサ１０の雑ガスによる誤検知も防止できる。

また、空気調和機１の運転停止中における冷媒の低速漏洩（スローリーク）であっても、一定時間経過後には漏洩した冷媒の濃度が第２冷媒センサ１１の検知濃度下限である１％を超えるので、許容濃度規制値に到達する以前に漏洩した冷媒を検知することが可能になる。

一方、冷媒の漏洩リスクが高く、また、冷媒漏洩が発生したときに運転停止時と比べて冷媒の濃度が早く上昇する空気調和機１の運転中は、低濃度の冷媒も検知可能な半導体式の第１冷媒センサ１０に通電してセンサ素子を加熱することで第１冷媒センサ１０を動作させて冷媒の漏洩を検知する。半導体式の第１冷媒センサ１０は、主に０．１％〜１％の濃度範囲で冷媒の検知を行う。これにより、冷媒の漏洩リスクが高い空気調和機１の運転中は、低速漏洩であっても漏洩した冷媒を迅速に検知することが可能になる。

また、圧力変動が大きく、冷媒の漏洩リスクが高い運転停止直後の一定時間（例えば、２０分程度）は、引き続き半導体式の第１冷媒センサ１０を動作させて冷媒の漏洩を検知することが好ましい。このようにすると、運転停止後における冷媒の低速漏洩も迅速に検知することが可能になる。

以上に述べた本実施形態の空気調和機１によれば、ヒーターによる加熱状態で冷媒の漏洩を検知する半導体式の第１冷媒センサ１０と、非加熱状態で冷媒の漏洩を検知する第２冷媒センサ１１と、第１冷媒センサ１０及び第２冷媒センサ１１の動作を制御する制御部９とを備え、制御部９は、空気調和機１の運転中及び運転停止直後から一定時間は第１冷媒センサ１０を加熱して動作させ、空気調和機１の停止中は第２冷媒センサ１１を動作させ、且つ、第１冷媒センサ１０を加熱しないように制御するので、冷媒の漏洩検知期間を短縮することなく、半導体式である第１冷媒センサ１０の加熱時間を短縮して第１冷媒センサ１０の経時劣化を抑制できる。

また、第２冷媒センサ１１は、第１冷媒センサ１０による冷媒の検知濃度上限以下の検知濃度下限を有するので、第１冷媒センサ１０で検出できない濃度範囲の全てを第２冷媒センサ１１で検出できる。これにより、空気調和機１の運転停止中における冷媒の低速漏洩（スローリーク）であっても、一定時間経過後には漏洩した冷媒の濃度が第２冷媒センサ１１の検知濃度下限である１％を超えるので、許容濃度規制値に到達する以前に漏洩した冷媒を検知することが可能になる。

また、冷媒の漏洩リスクが高い空気調和機１の運転中は、低濃度の冷媒も検知可能な半導体式の第１冷媒センサ１０に通電するので、冷媒の漏洩を高精度に検知することができる。

また、冷媒の漏洩リスクが低い空気調和機１の運転停止中は、第１冷媒センサ１０ではなく第２冷媒センサ１１を動作させることにより、第１冷媒センサ１０の経時劣化を抑制する。空気調和機１の運転停止中は、室内ファン７も停止しており、漏洩した冷媒が室内ファン７によって拡散されないため、検知濃度範囲が第１冷媒センサ１０よりも高い第２冷媒センサ１１であっても漏洩した冷媒を確実に検知することができる。また、第１冷媒センサ１０が通電状態で高濃度の冷媒や雑ガスに接触して故障することも回避でき、第１冷媒センサ１０の雑ガスによる誤検知も防止できる。

また、本実施形態では、第２冷媒センサ１１として、半導体式よりも経時的に安定で、赤外線式よりもコストが安い気体熱伝導式の冷媒センサを用いるので、大幅なコストアップを回避しつつ、第１冷媒センサ１０の耐用年数を延ばすことができる。

また、本実施形態では、冷媒が第２冷媒センサ１１の検知濃度下限よりも高い許容濃度規制値を有するので、空気調和機１の運転停止中であっても、漏洩した冷媒をその濃度が許容濃度規制値に達する前に検知することができる。

また、本実施形態では、圧力変動が大きく、冷媒の漏洩リスクが高い運転停止直後の一定時間については、検知濃度範囲が低い第１冷媒センサ１０が通電されるように制御するので、運転停止後における冷媒の低速漏洩も検知することができ、また、一定時間経過後は、低速漏洩であっても第２冷媒センサ１１の検知濃度下限に到達し、第２冷媒センサ１１による検知が可能になる。

また、本実施形態では、漏洩した冷媒が床面に滞留しやすい床置き式の室内機２に第１冷媒センサ及び第２冷媒センサが搭載されているので、本発明の効果が顕著になる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上述した実施形態は、床置き式の室内機を例として説明したが、本発明は壁掛け式の室内機や室外機でも実施することができる。

また、上述の実施形態では、第１冷媒センサ及び第２冷媒センサを室内機の内部に配置することを想定しているが、室内機の外部に配置してもよい。

また、上述の実施形態では、第２冷媒センサとして気体熱伝導式の冷媒センサを用いているが、気体熱伝導式以外（半導体式も除外）の方式で冷媒を検知する冷媒センサであってもよい。

また、上述の実施形態では、冷媒としてＲ３２を使用しているが、他の冷媒を使用した空気調和機であってもよい。ただし、冷媒の種類によってＬＦＬ（ＬｏｗｅｒＦｌａｍｍａｂｌｅＬｉｍｉｔ）が異なるので、冷媒の種類に応じて規格値（ＬＦＬ＊１／４）を変更する必要がある。例えば、Ｒ３２のＬＦＬは１４．４％だが、Ｒ１２３４ｙｆは６．２％、Ｒ１２３４ｚｅは６．５％である。

１…空気調和機、２…室内機、３…室外機、４…吸込口、５…吹出口、６…熱交換器、７…室内ファン、８…操作部、９…制御部、１０…第１冷媒センサ、１１…第２冷媒センサ、１２…警報機

Claims

ヒーターによる加熱状態で冷媒の漏洩を検知する半導体式の第１冷媒センサと、
非加熱状態で前記冷媒の漏洩を検知する第２冷媒センサと、
前記第１冷媒センサ及び前記第２冷媒センサの動作を制御する制御部と、を備えた空気調和機であって、
前記制御部は、前記空気調和機の運転中及び運転停止直後から一定時間は前記第１冷媒センサを加熱して動作させ、前記空気調和機の停止中は前記第２冷媒センサを動作させ、且つ、前記第１冷媒センサを加熱しないように制御することを特徴とする空気調和機。
第２冷媒センサは、第１冷媒センサによる冷媒の検知濃度上限以下の検知濃度下限を有することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記第２冷媒センサが気体熱伝導式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
前記空気調和機が床置き式室内機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。