JP7843890B1 - 冷媒遮断装置および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒漏洩箇所によらず、適切に冷媒を遮断する冷媒遮断装置および空気調和装置を提供すること。
【解決手段】 第１の冷媒流路５１と第２の冷媒流路５２とに分岐し、合流する冷媒の流路を含む冷媒遮断装置５０であって、第１の冷媒流路５１は、第１の方向に冷媒を通過させる逆止弁５１２と、冷媒の流れを遮断する遮断弁５１１とを含み、第２の冷媒流路５２は、冷媒が流れる方向を、第１の方向とは異なる第２の方向に制限する冷媒流動方向制限機構５２１を含み、第１の冷媒流路５１において、遮断弁５１１は、第１の方向における逆止弁５１２の上流側に配置される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷媒の漏洩を防止する冷媒遮断装置および空気調和装置に関する。

近年、環境への負荷を軽減する観点から、空気調和装置には、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い冷媒を使用することが求められている。低ＧＷＰ冷媒には、微燃性、可燃性のものがあり、空気調和装置には、規格で定められた安全対策が必要となる場合がある。安全対策の一例としては、例えば、漏洩した冷媒の濃度が燃焼下限界に達しないように、冷媒を検知した場合に換気または攪拌を行う方法や、冷媒配管における冷媒の流れを遮断する方法などが挙げられる。

冷媒の流れを遮断する方法では、室外機から室内機方向への冷媒の流れを遮断すること、冷媒の流れを遮断した際に冷媒遮断装置より室内機側の冷媒配管における液封を防止すること、冷房／暖房運転による双方向の冷媒の流れに対応することなどが求めあれる。このため、遮断弁や圧力調整弁などを用いた冷媒遮断装置が知られている。

この点につき、例えば、特許第７４１５０１７号公報（特許文献１）では、膨張弁ユニットに膨張弁、液側遮断弁およびガス側遮断弁が設けられ、液側遮断弁が膨張弁と室内熱交換器との間に設けられる構成が開示されている。特許文献１によれば、冷媒が安定した状態で膨張弁に流入するため、膨張弁を通過する冷媒を適正に制御することができる。

しかしながら、冷房運転および暖房運転のいずれの運転時においても適切に遮断することが求められるところ、冷媒遮断装置は冷凍サイクルの冷媒回路上に配置されるため、双方向の冷媒流れに対応しなければならない。ここで、一方向の冷媒流れを遮断する遮断弁に逆方向の圧力がかかると、遮断弁の開閉状態に関わらずに弁体が振動し、異音の発生や遮断弁が故障する可能性がある。また、冷媒流れを遮断した際に遮断弁より室内機側の冷媒配管が液封状態となると、冷媒配管が破裂する可能性が生じるが、液封状態を防止するためには、圧力調整弁などの機構を追加する必要がある。

そのため、冷媒を適切に遮断する冷媒遮断装置および空気調和装置が求められていた。

特許第７４１５０１７号公報

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、冷媒漏洩箇所によらず、適切に冷媒を遮断する冷媒遮断装置および空気調和装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明によれば、
第１の冷媒流路と第２の冷媒流路とに分岐し、合流する冷媒の流路を含む冷媒遮断装置であって、
前記第１の冷媒流路は、
第１の方向に冷媒を通過させる第１の逆止弁と、冷媒の流れを遮断する第１の遮断弁とを含み、
前記第２の冷媒流路は、
冷媒が流れる方向を、前記第１の方向とは異なる第２の方向に制限する機構を含み、
前記第１の冷媒流路において、前記第１の遮断弁は、前記第１の方向における前記第１の逆止弁の上流側に配置される、
冷媒遮断装置が提供される。

本発明によれば、冷媒漏洩箇所によらず、適切に冷媒を遮断する冷媒遮断装置および空気調和装置が提供できる。

本実施形態の空気調和装置における冷凍サイクルを説明する図。 本実施形態における冷媒遮断装置の第１の構成例を示す図。 本実施形態における冷媒遮断装置の第２の構成例を示す図。 本実施形態における冷媒遮断装置の第３の構成例を示す図。 本実施形態の冷媒遮断装置を構成する逆止弁の配置の例を説明する図。

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。

図１は、本実施形態の空気調和装置１０における冷凍サイクルを説明する図である。図１に示すように、空気調和装置１０における冷凍サイクルは、室内機２０および室外機３０から構成され、両者は冷媒配管４０を介して接続されている。室内機２０は、空気調和を行う室内空間に設置され、室外機３０は、当該室内空間の外部に設置される。

室内機２０は室内熱交換器２１と、室内ファン２２とを含んで構成される。また、室外機３０は、圧縮機３１と、四方弁３２と、室外熱交換器３３と、膨張弁３４と、室外ファン３５とを含んで構成される。ここで、図１中の矢印は、冷房運転時の冷媒の流れる方向を示しており、以下の冷凍サイクルの説明においては、特に断りの無い限り、便宜的に冷房運転時における動作を例に説明する。なお、暖房運転時には、冷媒の流れる方向は図１の矢印の方向から反転する。

室内機２０は、室内ファン２２によって、室内空間の空気と、室内熱交換器２１を流れる冷媒との間で熱交換をし、空気を再度室内に吐出することで、室内空間の空気調和を行う。冷房運転時における室内熱交換器２１は、蒸発器として動作し、低温低圧の液冷媒と、室内ファン２２から送風される空気とを熱交換する。室内機２０は、熱交換された空気を吐出することで、室内空間の温度を下げることができる。なお、室内熱交換器２１から流出した冷媒は、低温低圧のガス冷媒であり、冷媒配管４０を介して、室外機３０に流れる。

次に室外機３０について説明する。圧縮機３１は、モータの駆動によって、室外機側から流入した低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。圧縮機３１から吐出されたガス冷媒は、四方弁３２を通り、室外熱交換器３３に流入する。室外熱交換器３３は、内部を通流する冷媒と、室外ファン３５から送り込まれる外気との間で熱交換を行う。冷房運転時における室外熱交換器３３は、凝縮器として動作し、熱交換によって冷媒を高温の液体として吐出する。なお、室外熱交換器３３は、暖房運転時には蒸発器として動作する。

室外熱交換器３３から吐出された冷媒は、膨張弁３４によって体積が膨張され、減圧されることによって温度が低下する。その後、冷媒は室内機２０に流れ、上述したように室内空間の温度を下げる冷房運転を行う。

四方弁３２は、空気調和装置１０の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。すなわち、冷房運転時には図１における実線のような接続となり、暖房運転時には破線のような接続とする。これによって、室内熱交換器２１および室外熱交換器３３のいずれか一方を凝縮器とし、他方を蒸発器として動作させることができ、適切な空気調和運転を行うことができる。

なお、図１に示す空気調和装置１０は、いわゆる家庭用エアコン（ルームエアコンとも参照される）のような、１台の室内機２０に対して１台の室外機３０を備える構成のものであるが、特に実施形態を限定するものではない。したがって、空気調和装置１０は、例えば、いわゆる業務用エアコン（ビル用マルチエアコン、ＶＲＦ（Variable Refrigerant Flow）などとも参照される）のような、複数の室内機２０に対して１または複数の室外機３０を備える構成とすることができる。

また、本実施形態の空気調和装置１０は、図１に示すように、室内機２０と室外機３０とを接続する冷媒配管４０に冷媒遮断装置５０、冷媒漏洩検知センサ６０を備える構成とすることができる。本実施形態の冷媒遮断装置５０は、冷媒漏洩検知センサ６０が冷媒の漏洩を検知した場合に、冷媒の流れを遮断するように動作することができる。なお、本実施形態の空気調和装置１０に含まれる冷媒遮断装置５０および冷媒漏洩検知センサ６０は、図１のように必ずしも２つでなくてもよく、任意の数とすることができる。また、配置される位置も、図１のような室内機２０と室外機３０とを接続する冷媒配管４０でなくてもよく、例えば、室内機２０の内部や室外機３０の内部に配置されることとしてもよい。

ここまで、本実施形態の空気調和装置１０について説明した。以下では、本実施形態の冷媒遮断装置５０の具体的な構成の例について、図２～図４を参照して説明する。なお、以下の図２～図４の説明において、同じ参照符号が付された共通する構成については、適宜説明を省略するものとする。

まず、第１の構成例について説明する。図２は、本実施形態における冷媒遮断装置５０の第１の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態のお冷媒遮断装置５０は、室外機３０と室内機２０とを接続する冷媒配管４０の途中に設けることができる。冷媒遮断装置５０は、図２に示すように、室外機３０側の冷媒配管４０と接続され、冷媒の流路を２つに分岐（または合流）し、合流（または分岐）して再び冷媒配管４０と接続される。すなわち、本実施形態の冷媒遮断装置５０には、第１の冷媒流路５１と、第２の冷媒流路５２とが含まれて構成される。

第１の冷媒流路５１は、遮断弁５１１と、逆止弁５１２とを含んで構成される。また、第１の冷媒流路５１は、図２の矢印Ａの方向、すなわち、室外機３０側から室内機２０側に冷媒が流れるように構成され、室内機２０側から室外機３０側へは冷媒は流れない。本実施形態において、遮断弁５１１は、第１の冷媒流路５１における冷媒が流れる方向における逆止弁５１２の上流側に配置される。

遮断弁５１１は、配管の冷媒の流れを遮断する弁である。本実施形態の遮断弁５１１は、冷媒が流動する方向の方向性を有していてもよく、第１の冷媒流路５１における冷媒が流れる方向のみに冷媒が通過する構成としてもよい。

逆止弁５１２は、冷媒を一方向のみに通過させ、逆方向には通過させない弁である。本実施形態の逆止弁５１２は、第１の冷媒流路５１における冷媒が流れる方向（矢印Ａの方向。第１の方向として参照する）のみに冷媒を通過させることができ、矢印Ａとは逆方向に流れる冷媒は通過させない。

第２の冷媒流路５２は、冷媒が一方向のみに流動するように制限する機構（以下、冷媒流動方向制限機構５２１として参照する）を備えて構成される。本実施形態の第２の冷媒流路５２は、冷媒流動方向制限機構５２１によって、図２の矢印Ｂの方向（第２の方向として参照する）、すなわち、室内機２０側から室外機３０側に冷媒が流れるように構成され、室外機３０側から室内機２０側へは冷媒は流れない。

本実施形態の冷媒遮断装置５０は、図２に示すように、第１の方向のみに冷媒を通過させる第１の冷媒流路５１と、第１の方向とは反対方向の第２の方向のみに冷媒を通過させる第２の冷媒流路５２とを備える構成である。したがって、空気調和装置１０が通常の動作をしている場合には、冷房運転時でも暖房運転時でも室内機２０と室外機３０との間で冷媒を流動させることができる。換言すると、本実施形態の冷媒遮断装置５０は、双方向の冷媒の流れに対応することができる。

また、図２に示す構成の冷媒遮断装置５０によれば、例えば、室外機３０側で冷媒の漏洩が発生した場合において、遮断弁５１１によって冷媒の流れを遮断したとしても、第１の方向における遮断弁５１１の下流側に逆止弁５１２が配置されていることにより、室内機２０側から室外機３０側への圧力を遮断することができる。したがって、遮断弁５１１の逆圧による振動を防止することができる。

また、例えば、室内機２０側で冷媒の漏洩が発生した場合において、遮断弁５１１によって冷媒の流れを遮断することで、第１の冷媒流路５１における室外機３０側から室内機２０側への冷媒の流れを遮断することができる。この場合、第２の冷媒流路５２は、第２の方向のみにしか冷媒を通過させないため、第２の冷媒流路５２でも室外機３０側から室内機２０側への冷媒の流れは遮断される。したがって、本実施形態の冷媒遮断装置５０によって、室外機３０側から室内機２０側への冷媒の流れは遮断される。そして、第２の冷媒流路５２は第２の方向のみにしか冷媒を通過させないことから、冷媒遮断装置５０によって冷媒の流れが遮断された場合であっても、室内機２０側の冷媒配管４０が液封状態となるのを防止することができる。

次に、第２の構成例について説明する。図３は、本実施形態における冷媒遮断装置５０の第２の構成例を示す図である。図３に示す第２の構成例は、冷媒流動方向制限機構５２１の構成を具体化したものである。すなわち、第２の構成例は、第１の構成例の冷媒流動方向制限機構５２１を逆止弁５２２に置き換えたものである。逆止弁５２２も、冷媒の流れる方向を一方向とすることができることから、第２の構成例における第２の冷媒流路５２も、室内機２０側から室外機３０側に冷媒が流れるように構成され、室外機３０側から室内機２０側へは冷媒は流れない。

したがって、第２の構成例の冷媒遮断装置５０も、遮断弁５１１による遮断時に、遮断弁５１１の逆圧による振動の防止と、液封状態の防止とをすることができる。

次に、第３の構成例について説明する。図４は、本実施形態における冷媒遮断装置５０の第３の構成例を示す図である。図４に示す第３の構成例は、第２の構成例における第２の冷媒流路５２に遮断弁５２３を追加した構成である。ここで、遮断弁５２３は、第２の冷媒流路５２の第２の方向における、逆止弁５２２の上流側に配置することができる。すなわち、第３の構成例における第１の冷媒流路５１と第２の冷媒流路５２とは、冷媒を通過させる方向が異なるのみで、同様の構成となっている。

したがって、第３の構成例の冷媒遮断装置５０も、第１の構成例および第２の構成例と同様に、遮断弁５１１による遮断時に、遮断弁５１１の逆圧による振動の防止と、液封状態の防止とをすることができる。また、第３の構成例では、第１の冷媒流路５１および第２の冷媒流路５２は、構成が同様であることから、冷媒配管４０への設置時に取り付け方向を問わず設置することができ（すなわち、室内機２０側と、室外機３０側とを気にせずに取り付けることができ）、取り付け作業を行う作業者の手間を軽減することができる。

なお、図２～図４に示した冷媒遮断装置５０において、遮断弁５１１、５２３は、フェイルセーフの観点から、非通電時に閉弁する構成の電磁弁とすることができる。非通電時に閉弁する電磁弁とすることで、電源を喪失した場合に冷媒遮断装置５０を作動させることができ、安全に冷媒の流れを遮断することができる。

次に、図３に示した冷媒遮断装置５０の逆止弁５１２、５２２の配置について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の冷媒遮断装置５０を構成する逆止弁５１２、５２２の配置の例を説明する図である。図５において、破線の矩形で示される領域が逆止弁５１２、５２２である。また、図５中の矢印は、各逆止弁５１２、５２２が冷媒を通過させることができる方向である。

図５に示すように、本実施形態の冷媒遮断装置５０において、逆止弁５１２、５２２は、冷媒が通過する方向に対して縦にして配置することができる。一般的に逆止弁は、ばねの力、弁体の自重、流体の流れなどによって閉弁することで、流体を通過させる方向を一方向に制限する構成となっている。本実施形態では、ばねを用いない方式の逆止弁であっても、図５に示すように、冷媒が通過する方向が下から上となるように逆止弁５１２、５２２を配置することで、逆止弁５１２、５２２の弁体の自重によって適切に閉弁しやすくできる。そのため、図４に示す第３の構成例のように、第２の冷媒流路５２に遮断弁５２３を設けなくても、冷媒の取り付け方向を問わない構成とすることができる。

ここまでに説明した実施形態の冷媒遮断装置５０によれば、室外機３０側で冷媒の漏洩が発生した場合には、遮断弁５１１による遮断時における遮断弁５１１の逆圧による振動を防止することができる。また、室内機２０側で冷媒の漏洩が発生した場合には、圧力調整弁などを設けなくても、液封状態を防止することができる。

以上、説明した本発明の実施形態によれば、冷媒漏洩箇所によらず、適切に冷媒を遮断する冷媒遮断装置および空気調和装置を提供することができる。

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…空気調和装置、
２０…室内機、
２１…室内熱交換器、
２２…室内ファン、
３０…室外機、
３１…圧縮機、
３２…四方弁、
３３…室外熱交換器、
３４…膨張弁、
３５…室外ファン、
４０…冷媒配管、
５０…冷媒遮断装置、
５１…第１の冷媒流路、
５２…第２の冷媒流路、
５１１…遮断弁、
５１２…逆止弁、
５２１…冷媒流動方向制限機構、
５２２…逆止弁、
５２３…遮断弁、
６０…冷媒漏洩検知センサ

Claims (5)

1. 第１の冷媒流路と第２の冷媒流路とに分岐し、合流する冷媒の流路を含む冷媒遮断装置であって、
   前記第１の冷媒流路は、
   第１の方向に冷媒を通過させる第１の逆止弁と、冷媒の流れを遮断する第１の遮断弁とを含み、
   前記第２の冷媒流路は、
   冷媒が流れる方向を、前記第１の方向とは異なる第２の方向に制限する第２の逆止弁と、冷媒の流れを遮断する第２の遮断弁とを含み、
   前記第１の冷媒流路において、前記第１の遮断弁は、前記第１の方向における前記第１の逆止弁の上流側に配置され、
   前記第２の冷媒流路において、前記第２の遮断弁は、前記第２の方向における前記第２の逆止弁の上流側に配置され、
   前記冷媒遮断装置は、空気調和装置の室内機と膨張弁を備える室外機とを接続する２つの接続配管のそれぞれに設けられる、
   冷媒遮断装置。
2. 前記第１の逆止弁および前記第２の逆止弁は、前記冷媒が通過する方向が下から上となるように配置される、
   請求項１に記載の冷媒遮断装置。
3. 前記第１の遮断弁が、非通電時に閉弁する電磁弁である、
   請求項１に記載の冷媒遮断装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の冷媒遮断装置を含む、
   空気調和装置。
5. 前記第１の冷媒流路の前記第１の方向が、前記室外機から前記室内機に向かう方向である、
   請求項４に記載の空気調和装置。