JP7169848B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒量を検出する空気調和機に関する。

現状、多くの空気調和機には、温暖化係数（Global Warming Potential：ＧＷＰ）の高い冷媒が使用されているが、地球規模の気候温暖化を抑止するために、空気調和機で使用する冷媒は、温暖化係数の小さい冷媒への転換が求められている。ところが、温暖化係数の小さい冷媒ほど可燃性を有する冷媒となってしまい冷媒の漏えい検出が必要となる。

また、能力が比較的大きい業務用空気調和機については、定期的に冷媒の漏えい量を報告する必要があることが法規に規定されている。
冷媒の漏えい量を検出する技術として、例えば、特許文献１には、冷凍装置において、液溜に冷媒を回収して、液溜内の冷媒質量をレベルセンサ、圧力センサ、および温度センサによる検出値に基づいて算出測定し、冷媒回路からの冷媒の漏れ出しを検出する技術が記載されている。

特開２００２－２８６３３３号公報

特許文献１の技術によれば、冷凍装置からの冷媒の漏えいを検出することができるが、冷媒の液溜への回収時、液溜への冷媒の回収量が安定しないという問題がある。即ち、温度等の影響で、あるときは液溜への冷媒回収量が多くなったり、またあるときは液溜への冷媒の回収量が少なくなったりすることがある。このように液溜への冷媒の回収量が異なると、レベルセンサの検出値にバラツキが生じ、このため、冷媒の漏えいを適切に把握できない場合がある。
本発明の目的は、冷媒の漏えいを適切に把握できる空気調和機を提供することにある。

本発明の空気調和機は、冷媒が通流して空調対象空間を空調する室内機と、前記室内機との間で前記冷媒を循環して、前記冷媒と外気との熱交換を行う室外機と、前記室外機の質量を測定する質量検出装置と、前記室外機をポンプダウン運転して前記室外機に前記冷媒を回収する制御部と、前記室外機が載置される防振架台と、を備え、前記防振架台は、上部架台と、下部架台と、を有するとともに、前記上部架台と前記下部架台との間に設けられる防振装置を有し、前記質量検出装置は、前記防振架台において、前記上部架台と前記下部架台との間に設けられ、前記室外機の荷重が、前記上部架台を介して、前記防振装置に作用するとともに、前記質量検出装置にも作用するようにした。なお、その他については、実施形態の中で説明する。

本発明によれば、冷媒の漏えいを適切に把握できる空気調和機を提供することができる。

室外機の概要を説明する図である。 室外機の冷凍サイクルの系統図である。 防振架台の構成を説明する図である。 室外機の制御部の構成を示す図である。 冷媒漏えい処理部の処理を説明するフロー図である。 室外機の制御部の他の構成を示す図である。 質量検出装置の別例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

図１は、実施形態の空気調和機１００における室外機１の概要を説明する図である。
図１の室外機１は、屋外に設置され、少なくとも一台の図示しない室内機が接続されて、後述する冷凍サイクルにより、冷媒と外気との間で熱交換を行う。
室外機１は、室外熱交換器２１（図２参照）と制御部１１と圧縮機１２と受液器１３とガス阻止弁１４と液阻止弁１５とガス接続配管１６と液接続配管１７とを備えている。また、室外機１は、防振架台３に載置されて基礎に据え付けられている。また、本実施形態では、質量検出装置３４は、防振架台３に具備されている。

圧縮機１２は、気体の冷媒を圧縮して高温高圧にする、コンプレッサーである。
受液器１３は、冷凍サイクルの冷媒量の変動を吸収する液冷媒の貯留タンクである。
ガス接続配管１６は、図示しない室内機と接続し、暖房運転時には、高温高圧の冷媒ガスが通流し、冷房運転時には、低温低圧の冷媒ガスが通流する。ガス阻止弁１４は、ガス接続配管１６のガス冷媒の通流を遮断する電磁弁である。
液接続配管１７は、図示しない室内機と接続し、暖房運転時には、低温高圧の液冷媒が通流し、冷房運転時には、低温高圧の液冷媒が通流する。液阻止弁１５は、液接続配管１７の液冷媒の通流を遮断する電磁弁である。
ちなみに、ガス接続配管１６も液接続配管１７も、たわむことにより質量検出装置３４による室外機１の質量検出に支障を生じないようになっている。なお、ガス接続配管１６と室外機１の接続部分、および、室外機１と液接続配管１７の接続部分にフレキシブルな配管を用いるようにしてもよい。

制御部１１は、空気調和機１００の冷凍サイクル運転を制御する制御部であり、圧縮機１２の駆動制御、ガス阻止弁１４と液阻止弁１５の開閉、四方弁１８（図２参照）の制御、および、膨張弁２０（図２参照）の制御を行う。

詳細は図３により説明するが、防振架台３には、防振装置３３と質量検出装置３４とが具備され、圧縮機１２とファンモータ（不図示）による室外機１の振動伝達を低減するとともに、質量検出装置３４により、室外機１の質量を測定する。
実施形態の空気調和機１００は、後述するポンプダウン運転により空気調和機１００に充填されている略全ての冷媒を受液器１３に回収して、質量検出装置３４により室外機１全体の質量を測定し、この質量の時間変化量を、冷媒の漏えいによる冷媒量の減少量としている。なお、質量検出装置３４を用いて検出（算出）される冷媒量や冷媒量の減少量の単位は、例えばｋｇである。
以下、室外機１の質量計測の詳細を説明する。

図２は、実施形態の空気調和機１００における室外機１と室内機２の冷凍サイクル系統を示す図である。図２の防振架台３と質量検出装置３４は、図１と同じものである。
なお、図２では、室内熱交換器と膨張弁を備えた室内機２をひとつ図示しているが、実施形態の空気調和機１００は、複数の室内機２が、室外機１に接続する構成であってもよい。

四方弁１８は、圧縮機１２により高温高圧に圧縮した気体の冷媒が通流する流路を切り替える弁である。制御部１１（図１参照）は、空気調和機１００の冷房運転と暖房運転の切替え時に四方弁１８を制御して、冷媒の通流方向を切り替える。
アキュムレータ１９は、圧縮機１２に液状の冷媒が吸入されるのを防止するために、気液二相の冷媒の気液分離を行う。

受液器１３は、冷凍サイクルの冷媒量の変動を吸収する液冷媒の貯留タンクである。
室外熱交換器２１は、空気調和機１００の冷房運転時には冷媒の凝縮器として作用し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として作用して、冷媒と外気との間で熱の授受を行う熱交換器である。
膨張弁２０は、空気調和機１００の暖房運転時に、冷媒の蒸発器となる室外熱交換器２１に流入する高圧冷媒を減圧して冷媒が気化しやすい状態にするとともに、冷媒流量を調整する電磁弁である。膨張弁２０の弁開度は、制御部１１により制御される。
ガス阻止弁１４と液阻止弁１５とガス接続配管１６と液接続配管１７とは、図１と同様であるため、ここでは説明しない。

つぎに、図２に基づいて、室外機１の質量計測時に行う冷凍サイクルのポンプダウン運転について説明する。なお、図２の冷凍サイクル系統図は、周知の構成であり、暖房運転時や冷房運転時の動作については説明を省略する。

室外機１のポンプダウン運転は、室内機２の室内熱交換器や管路の冷媒を含み、空気調和機１００に充填されている冷媒を、室外機１の受液器１３に回収する運転である。
このため、制御部１１（図１参照）は、ガス阻止弁１４を開き、液阻止弁１５を閉じて、冷凍サイクルの冷房運転を行う。

凝縮器として作用する室外熱交換器２１で液化した冷媒は、液阻止弁１５が閉じているため、液化した冷媒は室内機２に供給されることがなく、受液器１３に貯留される。
制御部１１は、ガス接続配管１６の圧力が所定値（略真空）になるまで冷房運転を行い、ガス接続配管１６の圧力が所定値になると、冷凍サイクルの冷房運転を終了し、ガス阻止弁１４を閉じて、室外機１のポンプダウン運転を終了する。
以上の室外機１のポンプダウン運転により、空気調和機１００に充填されている冷媒を、受液器１３に回収することができる。

なお、前記したように、ポンプダウン運転による受液器１３への冷媒の回収は、温度等の諸条件によって、回収量が安定しないことがある。つまり、受液器１３へ回収すべき冷媒が、室外熱交換器２１の内部に残留したり、室外機１に備わる配管中に残留することがある。しかし、本実施形態では、室外機１の全体の質量を質量検出装置３４によって検出するため、受液器１３の液面レベルを検出して冷媒量を算出する場合に比べて、より適切に冷媒量や冷媒量の減少量を把握することができる。

つぎに、図３に基づいて、室外機１の質量を検出する質量検出装置３４が具備された防振架台３の構成を説明する。
防振架台３は、室外機１が設置される上部架台３１と、屋上等の設置面上に設ける下部架台３２と、から構成され、上部架台３１と下部架台３２との間に、質量検出装置３４と防振装置３３とが設けられている。この構成により、室外機１の振動エネルギーが防振装置３３で吸収され、室外機１の振動が他に伝わることを抑止している。

詳しくは、防振装置３３は、粘弾性部材、または、粘性部材と弾性部材から構成され、室外機１を支えるとともに、室外機１の振動を吸収する。防振装置３３は、図３に示すように、防振架台３の４隅に設けられている。
質量検出装置３４が、防振架台３の一辺に設置された防振装置３３の間に設けられている。

本実施形態では、室外機１は、防振装置３３と質量検出装置３４とにより支えられているため、質量検出装置３４の検出値は、室外機１の質量を直接示しておらず、冷媒量を直接求めることができない。そこで、実施形態の空気調和機１００では、つぎのようにして、質量検出装置３４により冷媒量を求める。

まず、予め、受液器１３に貯留する冷媒量を変えて質量検出装置３４の検出値を求め、冷媒量と検出値の対応関係を求めておく。そして、ポンプダウン運転により冷媒を受液器１３に回収した後に、質量検出装置３４の検出値を求め、予め求めておいた冷媒量（例えばｋｇ）と検出値（例えばｋｇ）の対応関係から、冷媒量を求める。

本実施形態では、室外機１は、防振装置３３と質量検出装置３４とにより支えられているため、同じ量の冷媒を貯留する場合でも、室外機１の重心位置が変わると質量検出装置３４の検出値が変わるため、求める冷媒量に誤差が生じる可能性がある。
このため、室外機１の重心位置の変化を少なくするため、充填されている冷媒の全量を、受液器１３に回収できるように、受液器１３は、室内機の台数や管長に依存する最大冷媒量を貯留できる容量をもつことが望ましい。詳しくは、室外熱交換器２１や室外熱交換器２１から受液器１３までの管路に液冷媒が貯留しないようにして、重心位置の変化を小さくする。
なお、受液器１３に全冷媒を回収できないとしても、本実施形態では、冷媒が回収された室外機１の全体の質量を検出するので、受液器１３の液面レベルに基づいて冷媒量を検出する場合よりも、より適切に冷媒量を検出できる。このため、冷媒の漏えいを適切に把握できる。

図４は、室外機１の制御部１１（図１参照）の構成を示す図である。
制御部１１は、図２で説明した室外機１の運転を制御する冷凍サイクル制御部１１５と、質量検出装置３４（図１、図３参照）の検出値に基づいて冷媒の漏えいを判定する冷媒漏えい処理部１１０と、を有している。
制御部１１は、マイクロコントローラと専用または汎用の電気回路とから構成され、マイクロコントローラの内蔵ブログラムにより、冷凍サイクルの運転制御や、冷媒の漏えい判定処理が行われる。

冷媒漏えい処理部１１０は、センサ入力部１１１と、冷媒量取得部１１２と、漏えい判定部１１３と、記憶部１１４と、から構成される。
センサ入力部１１１は、質量検出装置３４の検出値の入力部である。
また、図４に示されるように、センサ入力部１１１には、室外機１への積雪・着雪（積雪という）や室外熱交換器２１への着霜・着氷（着霜という）の有無を検出する積雪・着霜検出手段３５を接続するようにしてもよい。そして、室外機１の積雪や室外熱交換器２１の着霜を検出した時には、冷媒量による冷媒の漏えい判定を行わないようにする。これにより、冷媒の漏えい判定の精度を向上することができる。

なお、室外機１への積雪は、室外機１を撮影するカメラを設けることで検出できる。また、室外熱交換器２１への着霜は、室外熱交換器２１を通流する冷媒の温度等を測定することや、室外熱交換器２１へ送風する室外ファン（不図示）の電流値等を測定することにより検出できる。また、室外熱交換器２１への着霜は、室外熱交換器２１を撮像するカメラを設けることで検出できる。即ち、積雪・着霜検出手段３５は、室外機１を撮影するカメラや、室外熱交換器２１を通流する冷媒の温度を検出する温度センサや、室外ファンの電流値を検出する電流センサや、室外熱交換器２１を撮影するカメラで構成できる。このうち、温度センサや電流センサは、室外機１に備わっているものを利用することができる。ちなみに、冬場の暖房運転時には、室外熱交換器２１が蒸発器として作用するので、空気中の水分が室外熱交換器２１に着霜しやすくなる。
なお、積雪・着霜検出手段３５は、室外機１への積雪のみを検出するものや、室外熱交換器２１への着霜のみを検出ものとしてもよい。

また、図４に示される記憶部１１４は、予め測定された室外機１に貯留する冷媒の量（冷媒量）と質量検出装置３４の検出値の対応関係を記憶する冷媒量対応テーブル１１４１と後述する冷媒量履歴情報１１４２と冷媒補充量１１４３と冷媒充填量１１４４を記憶する記憶部である。
冷媒量取得部１１２は、センサ入力部１１１に入力された質量検出装置３４の検出値に基づいて、冷媒量対応テーブル１１４１を参照して、検出値に対応する冷媒の冷媒量を取得する。そして、取得した冷媒量を冷媒量履歴情報１１４２に記憶する。

漏えい判定部１１３は、冷媒量履歴情報１１４２に記憶されている冷媒量の経時変化値が（前回点検時と今回点検時の冷媒量の差が）、所定値以上の減少であれば、冷媒が漏えいしていると判定する。空気調和機１００の設置時に室外機１に充填されている冷媒量（冷媒充填量１１４４に記憶）から、冷媒量取得部１１２で取得した冷媒量を減じて冷媒の漏えい量を算出し、補充量として冷媒補充量１１４３に記憶するとともに、冷媒漏えいの警報報知を行う。

図５は、冷媒漏えい処理部１１０（図４参照）の処理を説明するフロー図である。
冷媒量対応テーブル１１４１には、室外機１に貯留する冷媒の冷媒量と質量検出装置３４の検出値の対応関係が記憶されているものとする。また、冷媒充填量１１４４の初期設定は、実施形態の空気調和機１００の据付け時に設定されているものとする。
実施形態の空気調和機１００は、以下のフローにより冷媒の漏えい判定処理を行う。

ステップＳ５１で、冷媒漏えい処理部１１０（制御部１１）は、冷媒漏えいのチェックタイミングであるか否かを判定し、チェックタイミングであれば、ステップＳ５２に進む（Ｓ５１のＹｅｓ）。チェックタイミングでなければ、待機する（Ｓ５１のＮｏ）。例えば、冷媒漏えいのチェックタイミングは、冷房運転や暖房運転等の空調運転の停止時とする。

ステップＳ５２で、冷媒漏えい処理部１１０は、冷凍サイクル制御部１１５（図４参照）に、ポンプダウン運転を指示する。
そして、ステップＳ５３で、冷媒漏えい処理部１１０は、ポンプダウン運転が終了するまで待機し、ポンプダウンが終了すると、ステップＳ５４に進む（Ｓ５３のＹｅｓ）。

冷媒漏えい処理部１１０は、ステップＳ５４で、積雪・着霜検出手段３５（図４参照）により室外機１への積雪や室外熱交換器２１への着霜の有無を検出する時には、ステップＳ５３でポンプダウンを終了した後に、センサ入力部１１１を介して、積雪・着霜検出手段３５により室外機１への積雪や室外熱交換器２１への着霜の有無を検出する。そして、冷媒漏えい処理部１１０は、室外機１への積雪や室外熱交換器２１への着霜を検出した時に、冷媒の漏えい判定精度や冷媒補重量の算出精度の低下を抑制するために、冷媒の漏えい判定は行わずにステップＳ５１に戻る。

ステップＳ５５で、冷媒量取得部１１２は、センサ入力部１１１から、質量検出装置３４の検出値を取得する。
そして、ステップＳ５６で、冷媒量取得部１１２は、冷媒量対応テーブル１１４１を参照して、ステップＳ５５で取得した質量検出装置３４の検出値に対応する冷媒量（ｋｇ）を取得する。
冷媒量取得部１１２は、ステップＳ５７で、ステップＳ５６で取得した冷媒量を、冷媒量履歴情報１１４２に記憶する。

漏えい判定部１１３は、ステップＳ５８で、所定期間の冷媒量履歴情報に基づいて、冷媒量の変化量（冷媒質量の変化量）を算出する。
そして、ステップＳ５９で、漏えい判定部１１３は、ステップＳ５８で算出した冷媒量の変化量が所定値以上の減少であるか否かを判定することで、冷媒の漏えいを判定する。漏えい判定部１１３は、変化量が所定値以上の減少であれば、空気調和機１（冷凍サイクル）から冷媒の漏えいが生じていると判定し（Ｓ５９のＹｅｓ）、ステップＳ６０に進む。変化量が増加あるいは、所定値より小さければ、冷媒の漏えいが生じていないと判定して（Ｓ５９のＮｏ）、ステップＳ５１に戻る。

ステップＳ６０で、漏えい判定部１１３は、冷媒漏えいを報知する。例えば、制御部１１に設けられた冷媒漏えい警報ランプを点灯するようにする。
ステップＳ６１で、漏えい判定部１１３は、冷媒充填量１１４４の値からステップＳ５６で取得した冷媒量を減じて、冷媒補充量を算出し、冷媒補充量１１４３に記憶する。そして、ステップＳ５１に戻る。

冷媒を補充する時には、冷媒補充量１１４３の値を参照して、冷媒の補充量を取得すればよい。冷媒補充により、冷媒量履歴情報１１４２と冷媒補充量１１４３はリセットする。

上記のように、空気調和機１００の運転停止時に、室外機１の質量変化により冷媒の漏えいの有無を判定することで、冷媒の漏えい判定作業を容易に行えるとともに、冷媒補充を精度よく行うことができる。

上記の実施形態の空気調和機１００では、室外機１の制御部１１に冷媒漏えい警報表示を行う例を説明したが、求めた冷媒量等の情報を外部に通知するようにしてもよい。
図６は、冷媒漏えい処理部１１０に通信部１１６を設けた、室外機１の制御部１１（図１参照）の構成を示す図である。通信部１１６は、例えば、セルラー回線による無線通信装置である。他の部分は、図４と同様であり、説明は省略する。

制御部１１は、質量検出装置３４から得られた冷媒量等の情報を、通信部１１６を介して、空気調和機１００の管理者の情報処理装置に通知する。これより、管理者の情報処理装置でデータ加工する。例えば、空気調和機１００の定期点検時における冷媒量や冷媒漏えいの有無の報告書を作成することができ、報告書作成の作業の軽減、報告書作成必要時期の失念を防止することができる。

上記の説明では、冷媒漏えい処理部１１０を、制御部１１の一つの機能部として説明したが、冷媒漏えい処理部１１０が、室外機１とは独立の装置（冷媒漏えい検出装置）であってもよく、さらに、この独立の冷媒漏えい検出装置が、複数の室外機のそれぞれに質量検出装置３４と積雪・着霜検出手段３５を設けて、複数の室外機の冷媒の漏えいを判定するようにしてもよい。また、前記のように、積雪・着霜検出手段３５は、室外機１への積雪のみを検出する手段や、室外熱交換器２１への着霜のみを検出する手段としてもよい。

また、図７のように、質量検出装置３４の上に室外機１が載置され、質量検出装置３４が室外機１の全質量を受けるようにしてもよい。なお、質量検出装置３４と防振装置３の上下の順序は逆でもよい。また、図１や図３において、防振装置３３のそれぞれが質量検出装置３４を兼ねて、それぞれの質量検出装置３４の合計で室外機１の全質量を受けるようにしてもよい。

なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではない。また、実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。

１ 室外機
１１ 制御部
１１０ 冷媒漏えい処理部（冷媒漏えい検出装置）
１１１ センサ入力部
１１２ 冷媒量取得部
１１３ 漏えい判定部
１１４ 記憶部
１１５ 冷凍サイクル制御部
１１６ 通信部
１２ 圧縮機
１３ 受液器
１４ ガス阻止弁
１５ 液阻止弁
１６ ガス接続配管
１７ 液接続配管
１８ 四方弁
１９ アキュムレータ
２０ 膨張弁
２１ 室外熱交換器
３ 防振架台
３１ 上部架台
３２ 下部架台
３３ 防振装置
３４ 質量検出装置
３５ 積雪・着霜検出手段（着霜検出手段）
２ 室内機
１００ 空気調和機

Claims (3)

1. 冷媒が通流して空調対象空間を空調する室内機と、
   前記室内機との間で前記冷媒を循環して、前記冷媒と外気との熱交換を行う室外機と、
   前記室外機の質量を検出する質量検出装置と、
   前記室外機をポンプダウン運転して前記室外機に前記冷媒を回収する制御部と、
   前記室外機が載置される防振架台と、を備え、
   前記防振架台は、上部架台と、下部架台と、を有するとともに、前記上部架台と前記下部架台との間に設けられる防振装置を有し、
   前記質量検出装置は、前記防振架台において、前記上部架台と前記下部架台との間に設けられ、
   前記室外機の荷重が、前記上部架台を介して、前記防振装置に作用するとともに、前記質量検出装置にも作用することを特徴とする空気調和機。
2. 冷媒が通流して空調対象空間を空調する室内機と、
   前記室内機との間で前記冷媒を循環して、前記冷媒と外気との熱交換を行う室外機と、
   前記室外機の質量を検出する質量検出装置と、
   前記室外機をポンプダウン運転して前記室外機に前記冷媒を回収する制御部と、
   前記室外機が載置される防振架台と、を備え、
   前記防振架台は、上部架台と、下部架台と、を有するとともに、前記上部架台と前記下部架台との間に設けられる防振装置を有し、
   前記防振装置は、前記質量検出装置の機能を兼ね備えており、
   前記防振装置に作用する荷重に基づいて、前記室外機の質量が算出されることを特徴とする空気調和機。
3. 前記制御部は、
   前記冷媒を前記室外機に回収した後に前記質量検出装置によって検出した冷媒回収後の前記室外機の質量を、過去に検出した前記冷媒回収後の前記室外機の質量と比較して、前記冷媒の質量の変化量を算出し、冷媒の漏えいを判定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。

Images