JP6787482B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態にかかる空気調和装置1の概略構成図である。
−全体−
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房を行うことが可能な装置である。空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、室内ユニット3と、室外ユニット2と室内ユニット3を接続する液冷媒連絡管4及びガス冷媒連絡管5と、室外ユニット2及び室内ユニット3の構成機器を制御する制御部19と、を有している。そして、空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット3と、が冷媒連絡管4、5を介して接続されることによって構成されている。
室内ユニット3は、室内に設置されており、冷媒回路10の一部を構成している。室内ユニット3は、主として、室内熱交換器31と、室内ファン32と、を有している。
室外ユニット2は、室外に設置されており、冷媒回路10の一部を構成している。室外ユニット2は、主として、圧縮機21と、室外熱交換器23と、膨張弁24と、室外ファン25と、を有している。
冷媒連絡管4、5は、空気調和装置1を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、冷媒回路10の一部を構成している。
制御部19は、室外ユニット2や室内ユニット3に設けられた制御基板等(図示せず)が通信接続されることによって構成されている。尚、図1においては、便宜上、室外ユニット2や室内ユニット3とは離れた位置に図示している。制御部19は、空気調和装置1(ここでは、室外ユニット2や室内ユニット3)の構成機器21、24、25、31、32の制御、すなわち、空気調和装置1全体の運転制御を行うようになっている。
冷媒回路10には、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が封入されている。このような冷媒として、オゾン層及び地球温暖化への影響がともに少なく、OHラジカルによって分解されやすい炭素−炭素二重結合を有するエチレン系のフッ化炭化水素(ヒドロフルオロオレフィン)がある。そして、ここでは、ヒドロフルオロオレフィン(HFO)の中でも、沸点等がHFC−32やHFC−410Aに近い性質を有しており、優れた性能を有するHFO−1123を含む冷媒が採用されている。このため、HFO−1123を含む冷媒は、HFC−32やHFC−410Aの代替冷媒として使用することができるものである。
空気調和装置1では、基本動作として、冷房運転が行われる。尚、冷房運転は、制御部19によって行われる。
上記のような不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒は、高圧、高温の条件下で何らかのエネルギーが付与されると、不均化反応を起こすおそれがある。図2は、冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の関係を示す図である。図2の曲線は、冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の境界を示しており、この曲線上及び上側の領域では冷媒が不均化反応を起こし、この曲線よりも下側の領域では冷媒が不均化反応を起こさないことを示している。そして、冷媒回路10において、冷媒の圧力や温度が高圧、高温になり、図2の曲線上及び上側の不均化反応を起こす領域まで達すると、冷媒回路10で冷媒が不均化反応を起こして、急激な圧力上昇や急激な温度上昇が発生する。ここで、室外ユニット2と室内ユニット3とが接続されることによって構成された空気調和装置1では、冷媒回路10のうち、圧縮機21を有する室外ユニット2に含まれる部分において不均化反応が起こりやすい。そして、このような不均化反応が連鎖的に起きると、室外ユニット2側から室内ユニット3側に不均化反応や圧力上昇が伝搬して、冷媒回路10のうち室内ユニット3に含まれる部分を構成する機器や配管が破損してしまい、室内で冷媒が噴出するおそれがある。
冷媒回路10のうち室外ユニット2に含まれる部分は、冷媒遮断機構としての逆止弁41及び膨張弁24を有している。
ここでは、上記のように、室外ユニット2と室内ユニット3とが接続されることによって構成された冷媒回路10に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒を封入した空気調和装置1において、冷媒回路10のうち室外ユニット2に含まれる部分における冷媒が所定条件になった場合(不均化反応を起こす条件を満たす場合)に、室外ユニット2側から室内ユニット3側に冷媒が送られることを遮断する冷媒遮断機構41、24を設けている。特に、ここでは、冷媒回路10が圧縮機21、室外熱交換器23、室内熱交換器31、圧縮機21の順に冷媒を循環させること(冷房運転)が可能になっているため、冷媒回路10のうち室外ユニット2に含まれる部分において不均化反応が発生した場合に、圧縮機21の吸入側から室内ユニット3側に冷媒が送られること、及び、室外熱交換器23の液側から室内ユニット3側に冷媒が送られること、を遮断する必要がある。そこで、ここでは、冷媒遮断機構として、上記のようなガス側冷媒遮断機構41及び液側冷媒遮断機構24を冷媒回路10に設けるようにしている。
上記第1実施形態では、ガス側冷媒遮断機構として、逆止弁41を採用しているが、これに限定されるものではなく、図4に示すように、電磁弁43をガス側冷媒遮断機構として採用してもよい。
上記第1実施形態及び変形例1においては、冷媒遮断機構による冷媒の不均化反応への対策がなされているが、これに加えて、冷媒の不均化反応への別の対策がなされていることが好ましい。
上記第1実施形態及び変形例1、2では、液側冷媒遮断機構として、室外熱交換器23と室内熱交換器31との間を流れる冷媒を減圧する膨張弁24を使用しているが、これに限定されるものではなく、冷媒回路10のうち圧縮機21の吐出側から室外熱交換器23及び膨張弁24を通じて液冷媒連絡管4に至るまでの間に電磁弁等の開閉可能な弁機構を別途設けて液側冷媒遮断機構としてもよい。この場合には、制御部19が、冷媒回路10のうち室外ユニット2に含まれる部分における冷媒が所定条件になった場合(不均化反応を起こす条件を満たす場合)に、別途設けた弁機構を開状態から閉状態に制御することによって、室外熱交換器23の液側から室内ユニット3側に冷媒が送られることを遮断することができる。
上記第1実施形態及びその変形例では、基本動作として冷房運転を行う冷房専用の空気調和装置1を例に挙げて、本発明を適用した例を説明したが、本発明を適用可能な空気調和装置は、これに限定されるものではなく、図7に示すような、基本動作として冷房運転及び暖房運転を行う冷暖切替可能な空気調和装置101にも適用可能である。
−全体−
空気調和装置101は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房や暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置101は、主として、室外ユニット102と、室内ユニット3と、室外ユニット102と室内ユニット3を接続する液冷媒連絡管4及びガス冷媒連絡管5と、室外ユニット102及び室内ユニット3の構成機器を制御する制御部119と、を有している。そして、空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路110は、室外ユニット102と、室内ユニット3と、が冷媒連絡管4、5を介して接続されることによって構成されている。
室内ユニット3は、室内に設置されており、冷媒回路110の一部を構成している。尚、室内ユニット3の構成は、第1実施形態及びその変形例の室内ユニット3と同じであるため、ここでは、説明を省略する。
室外ユニット102は、室外に設置されており、冷媒回路110の一部を構成している。室外ユニット102は、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、室外熱交換器23と、膨張弁24と、室外ファン25と、を有している。
冷媒連絡管4、5は、空気調和装置101を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、冷媒回路110の一部を構成している。
制御部119は、室外ユニット102や室内ユニット3に設けられた制御基板等(図示せず)が通信接続されることによって構成されている。尚、図7においては、便宜上、室外ユニット102や室内ユニット3とは離れた位置に図示している。制御部119は、空気調和装置101(ここでは、室外ユニット102や室内ユニット3)の構成機器21、22、24、25、31、32の制御、すなわち、空気調和装置1全体の運転制御を行うようになっている。
冷媒回路110には、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が封入されている。尚、冷媒回路110に封入される冷媒は、第1実施形態及びその変形例の冷媒と同じであるため、ここでは、説明を省略する。
空気調和装置101では、基本動作として、冷房運転及び暖房運転が行われる。尚、冷房運転及び冷房運転は、制御部119によって行われる。
冷房運転時は、四路切換弁22が放熱状態(図7の実線で示される状態)に切り換えられる。冷媒回路110において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁22を通じて、室外熱交換器23に送られる。室外熱交換器23に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器23において、室外ファン25によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。室外熱交換器23において放熱した高圧の液冷媒は、膨張弁24に送られる。膨張弁24に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁24によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁24で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液冷媒連絡管4を通じて、室内熱交換器31に送られる。室内熱交換器31に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器31において、室内ファン32によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器31において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管5及び四路切換弁22を通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
暖房運転時には、四路切換弁22が蒸発状態(図7の破線で示される状態)に切り換えられる。冷媒回路110において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁22及びガス冷媒連絡管5を通じて、室内熱交換器31に送られる。室内熱交換器31に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器31において、室内ファン32によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器31で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管4を通じて、膨張弁24に送られる。膨張弁24に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁24によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁24で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器23に送られる。室外熱交換器23に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器23において、室外ファン25によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器23で蒸発した低圧のガス冷媒は、四路切換弁22を通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
本実施形態の空気調和装置101においても、第1実施形態及びその変形例の空気調和装置1と同様に、冷媒回路110のうち、圧縮機21を有する室外ユニット102に含まれる部分において不均化反応が起こりやすい。そして、このような不均化反応が連鎖的に起きると、室外ユニット102側から室内ユニット3側に不均化反応や圧力上昇が伝搬して、冷媒回路110のうち室内ユニット3に含まれる部分を構成する機器や配管が破損してしまい、室内で冷媒が噴出するおそれがある。
冷媒回路110のうち室外ユニット102に含まれる部分は、冷媒遮断機構としての電磁弁46及び膨張弁24を有している。
ここでは、上記のように、室外ユニット102と室内ユニット3とが接続されることによって構成された冷媒回路110に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒を封入した空気調和装置101において、冷媒回路110のうち室外ユニット102に含まれる部分における冷媒が所定条件になった場合(不均化反応を起こす条件を満たす場合)に、室外ユニット102側から室内ユニット3側に冷媒が送られることを遮断する冷媒遮断機構46、24を設けている。特に、ここでは、冷媒回路110が圧縮機21、室外熱交換器23、室内熱交換器31、圧縮機21の順に冷媒を循環させること(冷房運転)が可能になっているため、冷媒回路110のうち室外ユニット102に含まれる部分において不均化反応が発生した場合に、圧縮機21の吸入側から室内ユニット3側に冷媒が送られること、及び、室外熱交換器23の液側から室内ユニット3側に冷媒が送られること、を遮断する必要がある。また、冷媒回路110が圧縮機21、室内熱交換器31、室外熱交換器23、圧縮機21の順に冷媒を循環させること(暖房運転)が可能になっているため、冷媒回路110のうち室外ユニット102に含まれる部分において不均化反応が発生した場合に、圧縮機21の吐出側から室内ユニット3側に冷媒が送られること、及び、室外熱交換器23の液側から室内ユニット3側に冷媒が送られること、を遮断する必要がある。そこで、ここでは、冷媒遮断機構として、上記のようなガス側冷媒遮断機構46及び液側冷媒遮断機構24を冷媒回路110に設けるようにしている。
上記第2実施形態の構成において、図8に示すように、吸入管11に逆止弁47を設けてもよい。ここで、逆止弁47は、冷房運転時においては、第2ガス冷媒管14から圧縮機21の吸入側への冷媒の流れを許容するが、圧縮機21の吸入側から第2ガス冷媒管14側への流れを遮断する弁機構として機能し、暖房運転時においては、第1ガス冷媒管13から圧縮機21の吸入側への冷媒の流れを許容するが、圧縮機21の吸入側から第1ガス冷媒管13側への流れを遮断する弁機構として機能する。
上記第2実施形態の変形例1の構成において、図9に示すように、逆止弁47に代えて、制御部119によって開閉状態が電気的に制御される弁機構からなる電磁弁48を採用してもよい。
上記2実施形態及び変形例1、2においては、冷媒遮断機構による冷媒の不均化反応への対策がなされているが、これに加えて、冷媒の不均化反応への別の対策がなされていることが好ましい。
上記第2実施形態及び変形例1、2では、冷房運転時における液側冷媒遮断機構として、室外熱交換器23と室内熱交換器31との間を流れる冷媒を減圧する膨張弁24を使用しているが、これに限定されるものではなく、冷媒回路110のうち圧縮機21の吐出側から室外熱交換器23及び膨張弁24を通じて液冷媒連絡管4に至るまでの間に電磁弁等の開閉可能な弁機構を別途設けて液側冷媒遮断機構としてもよい。この場合には、制御部119が、冷媒回路110のうち室外ユニット2に含まれる部分における冷媒が所定条件になった場合(不均化反応を起こす条件を満たす場合)に、別途設けた弁機構を開状態から閉状態に制御することによって、室外熱交換器23の液側から室内ユニット3側に冷媒が送られることを遮断することができる。
また、上記第1、2実施形態及びこれらの変形例では、室外ユニット2、102に1台の室内ユニット3が接続された構成を例に挙げて、本発明を適用した例を説明したが、室外ユニット2、102に複数台の室内ユニット3が接続された構成に本発明を適用してもよい。
2、102 室外ユニット
3 室内ユニット
10、110 冷媒回路
19、119 制御部
21 圧縮機
23 室外熱交換器
24 膨張弁(液側冷媒遮断機構)
31 室内熱交換器
41 逆止弁(ガス側冷媒遮断機構)
43 電磁弁(ガス側冷媒遮断機構)
45 リリーフ弁(冷媒リリーフ機構)
46 電磁弁(ガス側冷媒遮断機構)
47 逆止弁(ガス側冷媒遮断機構、液側冷媒遮断機構)
48 電磁弁(ガス側冷媒遮断機構、液側冷媒遮断機構)
Claims (11)
- 圧縮機を有する室外ユニット(2、102)と、室内ユニット(3)とが接続されることによって構成された冷媒回路(10、110)を有しており、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が前記冷媒回路に封入された空気調和装置において、
前記冷媒回路は、前記冷媒回路のうち前記室外ユニットに含まれる部分における前記冷媒が所定条件になった場合に、前記室外ユニット側から前記室内ユニット側に前記冷媒が送られることを遮断する冷媒遮断機構(24、41、43、46、47、48)を有し、
前記所定条件は、前記圧縮機の吐出側における前記冷媒の圧力が所定値以上となることである、
空気調和装置(1、101)。 - 前記室外ユニット(2、102)は、さらに室外熱交換器(23)を有しており、
前記室内ユニットは、室内熱交換器(31)を有しており、
前記冷媒回路は、前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室内熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒を循環させることが可能に構成されており、
前記冷媒遮断機構は、前記圧縮機の吸入側から前記室内ユニット側に前記冷媒が送られることを遮断するガス側冷媒遮断機構(41、43、46、47、48)と、前記室外熱交換器の液側から前記室内ユニット側に前記冷媒が送られることを遮断する液側冷媒遮断機構(24)と、を有している、
請求項1に記載の空気調和装置(1、101)。 - 前記ガス側冷媒遮断機構は、逆止弁(41、47)である、
請求項2に記載の空気調和装置。 - 前記室外ユニット(102)は、さらに室外熱交換器(23)を有しており、
前記室内ユニットは、室内熱交換器(31)を有しており、
前記冷媒回路は、前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒を循環させることが可能に構成されており、
前記冷媒遮断機構は、前記圧縮機の吐出側から前記室内ユニット側に前記冷媒が送られることを遮断するガス側冷媒遮断機構(46)と、前記室外熱交換器の液側から前記室内ユニット側に前記冷媒が送られることを遮断する液側冷媒遮断機構(24、47、48)と、を有している、
請求項1に記載の空気調和装置(101)。 - 前記ガス側冷媒遮断機構は、電磁弁(43、46、48)である、
請求項2又は4に記載の空気調和装置。 - 前記液側冷媒遮断機構は、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間を流れる冷媒の減圧を行う膨張弁(24)である、
請求項2〜5のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒回路は、前記冷媒回路のうち前記室外ユニットに含まれる部分における前記冷媒が所定条件になった場合に、前記冷媒回路外に前記冷媒を放出させる冷媒リリーフ機構(45)をさらに有している、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒リリーフ機構は、前記圧縮機の吐出側に設けられたリリーフ弁である、
請求項7に記載の空気調和装置。 - 圧縮機を有する室外ユニット(2、102)と、室内ユニット(3)とが接続されることによって構成された冷媒回路(10、110)を有しており、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が前記冷媒回路に封入された空気調和装置において、
前記冷媒回路は、前記冷媒回路のうち前記室外ユニットに含まれる部分における前記冷媒が所定条件になった場合に、前記室外ユニット側から前記室内ユニット側に前記冷媒が送られることを遮断する冷媒遮断機構(24、41、43、46、47、48)を有し、
前記冷媒回路は、前記冷媒回路のうち前記室外ユニットに含まれる部分における前記冷媒が所定条件になった場合に、前記冷媒回路外に前記冷媒を放出させる冷媒リリーフ機構(45)をさらに有し、
前記冷媒リリーフ機構は、前記圧縮機の端子部を覆う端子カバーである、
空気調和装置。 - 室外熱交換器を有する室外ユニット(2、102)と、室内ユニット(3)とが接続されることによって構成された冷媒回路(10、110)を有しており、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が前記冷媒回路に封入された空気調和装置において、
前記冷媒回路は、前記冷媒回路のうち前記室外ユニットに含まれる部分における前記冷媒が所定条件になった場合に、前記室外ユニット側から前記室内ユニット側に前記冷媒が送られることを遮断する冷媒遮断機構(24、41、43、46、47、48)を有し、
前記冷媒回路は、前記冷媒回路のうち前記室外ユニットに含まれる部分における前記冷媒が所定条件になった場合に、前記冷媒回路外に前記冷媒を放出させる冷媒リリーフ機構(45)をさらに有し、
前記冷媒リリーフ機構は、前記室外熱交換器のロウ付け部を覆う保護カバーである、
空気調和装置。 - 前記冷媒は、HFO−1123を含んでいる、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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