JPWO2019130383A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

冷媒の漏洩に対する安全性を確保する空気調和装置を提供することを目的とするものであり、圧縮機、水冷式熱交換器である熱源側熱交換器、絞り部、及び負荷側熱交換器が配管により接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路と、負荷側熱交換器に室内の空気を供給する負荷側送風機と、冷媒回路及び負荷側送風機を収納する筐体と、冷媒回路から漏洩した前記冷媒を検知する冷媒検知センサーと、圧縮機及び負荷側送風機を制御する制御装置と、を備える。冷媒は、地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒である。

Description

本発明は、例えば大型建築物に適用される空気調和装置に関するものである。

大型建築物に適用される空気調和装置として、１つの圧縮機及び室外側熱交換器に、複数の室内側熱交換器を接続した空気調和装置が知られている。このような空気調和装置においては、圧縮機と室外側熱交換器とが設置されている室外機と、膨張装置と室内側熱交換器とが対になって設置されている複数の室内機とが、冷媒配管により接続されている（例えば、特許文献１）。

特許第３８６６３５９号公報

平成２７年４月に施行されたフロン排出抑制法では、店舗又はオフィスエアコン用の空気調和装置で用いられる冷媒の地球温暖化係数を２０２０年までに７５０以下にしなければならない旨が規定されている。特許文献１の空気調和装置では、特許文献１の空気調和装置では、冷媒としてハイドロフルオロカーボン系の冷媒である、例えばＲ４１０Ａを用いたものがあるが、Ｒ４１０Ａの地球温暖化係数は２０９０であり、フロン排出抑制法で規定された数値よりも高くなっている。

大型建築物に適用されるビル用マルチエアコンも、今後地球温暖化係数７５０以下の冷媒を使用する指定製品になると考えられる。また、欧州においても欧州Ｆ−ｇａｓ規制により、Ｑｕｏｔａ調達が２０１８年以降困難となるため、大型建築物に適用される空気調和装置に用いられる冷媒も、大幅な地球温暖化係数の低減策を早急に実現する必要がある。

特許文献１の空気調和装置において、Ｒ４１０Ａの代わりにプロパンを冷媒として用いた場合は、プロパンの地球温暖化係数は３．３であるため、フロン排出抑制法で規定された数値に適合する。しかし、特許文献１の空気調和装置にプロパンを冷媒として用いた場合、室外機に複数の室内機が接続された構成となっているため、空気調和装置に封入されるプロパンの量が数十ｋｇになる。可燃性冷媒であるプロパンの封入量が多くなるにつれて、空気調和装置において冷媒漏洩が発生した場合、多量の冷媒が空気調和装置内又は設置される空間に溜まり、冷媒の燃焼濃度に至る可能性が高くなる。よって、特許文献１の空気調和装置においては、プロパン等の地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒を用いた場合に、冷媒漏洩に対する安全性を確保できないという課題があった。

本発明は、プロパン等の地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒を用いた場合であっても、冷媒の漏洩に対する安全性を確保する空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明の空気調和装置は、圧縮機、水冷式熱交換器である熱源側熱交換器、絞り部、及び負荷側熱交換器が配管により接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路と、前記負荷側熱交換器に室内の空気を供給する負荷側送風機と、前記冷媒回路及び前記負荷側送風機を収納する筐体と、前記冷媒回路から漏洩した前記冷媒を検知する冷媒検知センサーと、前記圧縮機及び前記負荷側送風機を制御する制御装置と、を備え、前記冷媒は、地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒である。

本発明に係る空気調和装置によれば、冷媒の充填量を低減させつつ、冷媒検知センサーにより冷媒漏洩を検知できるため、可燃性冷媒を用いても冷媒漏洩に対する安全性を確保することができる。また、空気調和装置に用いられる冷媒は、地球温暖化係数が７５０以下のものを使用できるため、フロン排出規制に適合した空気調和装置を提供できる。

実施の形態１に係る空気調和装置の一例を示す概略的な冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置を側面から見た内部構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る空気調和装置を下面から見た外観構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の比較例としての空気調和装置の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒検知センサーの一例を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の制御機能ブロック図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒漏洩時の制御フローの一例を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の一例を示す概略的な冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置で用いられる熱源側熱交換器の一例を示す概略図である。 実施の形態１に係る空気調和装置で用いられる熱源側熱交換器の一例を示す概略図である。 実施の形態２に係る空気調和装置を正面から見た内部構成を示す概略図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る空気調和装置１について説明する。図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１の一例を示す概略的な冷媒回路図である。なお、図１を含む以下の図面では各構成部材の寸法、形状、及び配置が、実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面では、同一又は類似の部材又は部分には、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。

図１に示すように、実施の形態１に係る空気調和装置１は、圧縮機２、熱源側熱交換器３、絞り部４、及び負荷側熱交換器５が冷媒配管で接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路６を備えている。また、空気調和装置１は、負荷側熱交換器５に室内空気を供給する負荷側送風機７を備えている。

圧縮機２は、吸入した低圧冷媒を圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機２は、例えば、ロータリ圧縮機又はスクロール圧縮機として構成できる。なお、圧縮機２は、例えば、回転周波数が一定の圧縮機として構成してもよいし、インバータを搭載した回転周波数を制御可能な圧縮機として構成してもよい。

熱源側熱交換器３は、凝縮器として機能する熱交換器である。図１に示すように、熱源側熱交換器３は、例えば、圧縮機２から吐出された熱源側熱交換器３の内部を流れる高圧冷媒と、熱媒体回路８を循環する熱媒体との間で熱交換を行うことが可能な水冷式熱交換器として構成できる。熱源側熱交換器３は、水冷式熱交換器として構成できる場合、例えば、プレート式熱交換器、二重管熱交換器４０が採用できる。また、熱媒体回路８を循環する熱媒体としては、水又はブライン等の液状態媒体が用いられる。なお、空気調和装置１においては、凝縮器は、放熱器とも称される場合がある。

なお、図示されていないが、熱媒体回路８には、屋外に設置された冷却塔、及び冷却塔の熱媒体の流出口側と熱源側熱交換器３の熱媒体の流入口側との間に配置された水冷ポンプが、配管により接続されている。冷却塔は、熱媒体を大気と直接的又は間接的に接触させて冷却する熱交換装置である。水冷ポンプは、冷却塔から熱媒体を吸引し、吸引した熱媒体を熱源側熱交換器３に圧入する流体機械である。

熱源側熱交換器３を水冷式熱交換器として構成することにより、排熱処理を冷却塔にて容易に行うことができ、空気調和装置１には排熱処理を行うためのダクト等を設ける必要がなくなる。したがって、熱源側熱交換器３を水冷式熱交換器として構成することにより、空気調和装置１の構成を小型化し、簡易にすることができる。また、熱源側熱交換器３を水冷式熱交換器として構成することにより、大気への熱の排出が最小限に抑制されるため、ヒートアイランド現象を抑制できる。

絞り部４は、熱源側熱交換器３から流出した高圧液冷媒を膨張及び減圧させて、負荷側熱交換器５に流入させる。絞り部４は、例えば、例えば機械式膨張弁である膨張機、又は多段階若しくは連続的に開度を調節可能なリニア電子膨張弁等の減圧装置により構成される。また、絞り部４は、キャピラリーチューブにより構成してもよい。なお、リニア電子膨張弁はＬＥＶとも略称される。

負荷側熱交換器５は、蒸発器として機能する熱交換器である。負荷側熱交換器５は、絞り部４で膨張及び減圧された冷媒が流入する。負荷側熱交換器５は、例えば、内部を流れる二相冷媒と、負荷側送風機７によって負荷側熱交換器５に供給される室内空気との間で熱交換が行われる空冷式熱交換器である。負荷側熱交換器５は、例えば、伝熱管と複数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器、又はプレートフィン型熱交換器として構成できる。なお、空気調和装置１においては、蒸発器は、冷却器とも称される場合がある。

負荷側送風機７は、室内空気を、負荷側送風機７の回転駆動により誘引し、負荷側熱交換器５に供給するものである。負荷側送風機７は、例えば、シロッコファン若しくはターボファン等の遠心ファン、クロスフローファン、斜流ファン、又はプロペラファンとして構成できる。

図２は、実施の形態１に係る空気調和装置１を側面から見た内部構成を示す概略図である。図３は、実施の形態１に係る空気調和装置１を下面から見た外観構成を示す概略図である。次に、実施の形態１に係る空気調和装置１の構成を図２及び図３を用いて説明する。

図２に示すように、空気調和装置１は、冷媒回路６及び負荷側送風機７を収容し、天井裏１５０に配置される筐体１０と、筐体１０に取り付けられ、室内１００の天井面２００に配置されるパネル１１とを備える天井カセット型の一体型装置である。

筐体１０には、圧縮機２、熱源側熱交換器３、絞り部４、第１の負荷側熱交換器５ａ、第２の負荷側熱交換器５ｂ、第１の負荷側送風機７ａ、及び第２の負荷側送風機７ｂが収容されている。圧縮機２、熱源側熱交換器３、第１の負荷側熱交換器５ａ、及び第２の負荷側熱交換器５ｂは、絞り部４とともに冷媒配管で接続され、冷媒回路６を構成している。なお、図２では、絞り部４及び冷媒回路６を構成する冷媒配管は図示されていない。

筐体１０には、第１の吸込導入ガイド１２ａ、及び第２の吸込導入ガイド１２ｂが設けられている。第１の吸込導入ガイド１２ａは、筐体１０の内部に配置され、第１の負荷側送風機７ａの駆動によって室内空気を誘引するための第１の吸込風路１３ａを構成している。第２の吸込導入ガイド１２ｂは、筐体１０の内部に配置され、第１の負荷側送風機７ａの駆動によって室内空気を誘引するための第２の吸込風路１３ｂを構成している。なお、図２に示すように、第１の吸込導入ガイド１２ａと第２の吸込導入ガイド１２ｂとの間の空間は、機械室として圧縮機２、熱源側熱交換器３等が配置されている。

第１の吸込風路１３ａの外側には、第１の負荷側熱交換器５ａで熱交換された空気を室内１００に供給するための第１の吹出風路１４ａが設けられている。また、第２の吸込導入ガイド１２ｂの外側には、第２の負荷側熱交換器５ｂで熱交換された空気を室内１００に供給するための第２の吹出風路１４ｂが設けられている。第１の吹出風路１４ａ及び第２の吹出風路１４ｂは、筐体１０の外部にダクト又はチャンバを配置して構成してもよいし、筐体１０の内部に仕切板を設けて構成してもよい。

図２及び図３に示すように、パネル１１には、第１の吸入口１５ａ、第２の吸入口１５ｂ、第１の吹出口１６ａ、及び第２の吹出口１６ｂが設けられている。第１の吸入口１５ａ及び、第２の吸入口１５ｂは、例えば矩形形状の開口部として構成され、パネル１１上の対向する辺に沿って配置されている。第１の吸入口１５ａは、第１の負荷側送風機７ａの駆動によって室内空気を筐体１０の内部に取り込む。第２の吸入口１５ｂは、第２の負荷側送風機７ｂの駆動によって室内空気を筐体１０の内部に取り込む。第１の吹出口１６ａは、例えば矩形形状の開口部として構成され、第１の吸入口１５ａの外側に配置されている。第１の吹出口１６ａは、第１の負荷側熱交換器５ａで熱交換された空気を吹き出し、室内１００に供給する。第２の吹出口１６ｂは、例えば矩形形状の開口部として構成され、第２の吸入口１５ｂの外側に配置されている。第２の吹出口１６ｂは、第２の負荷側熱交換器５ｂで熱交換された空気を吹き出し、室内１００に供給する。

なお、図２では、第１の負荷側熱交換器５ａ及び第２の負荷側熱交換器５ｂを別体として構成しているが、例えば上方から見た時にＵ字形状又はＯ字形状の負荷側熱交換器５として一体化されていてもよい。また、図２及び図３では、パネル１１に吸入口１５及び吹出口１６を２つずつ設けた構成としているが、例えば、パネル１１の各辺に吸入口１５及び吹出口１６を１つずつ設けた構成としてもよい。

次に、実施の形態１に係る空気調和装置１の作動流体である冷媒について説明する。

実施の形態１の空気調和装置１では、作動流体である冷媒として、地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒が用いられ、例えば、プロパン、イソブタンが用いられる。プロパンは、地球温暖化係数が３．３の冷媒である。イソブタンは、地球温暖化係数が４の冷媒である。なお、当該技術分野においては、地球温暖化係数は、ＧＷＰとも略称される。

実施の形態１の空気調和装置１は、圧縮機２、熱源側熱交換器３、絞り部４、負荷側熱交換器５、及び負荷側送風機７を冷媒配管により接続した冷媒回路６を筐体１０に収容した一体型の装置である。そのため、小型化、すなわち冷媒回路６を短く構成することが可能であり、冷媒の充填量を少なくすることができる。例えばプロパンの場合は液密度が小さいため、冷媒の充填量を５００ｇ程度に低減することができる。したがって、空気調和装置１は、地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒を用いた場合であっても、冷媒の漏洩に対する安全性を確保できる。

また、空気調和装置１における冷媒の充填量Ｍ［ｋｇ］は、充填量Ｍの冷媒が気体になったときの体積［ｍ^３］を室内１００の容積Ｖ［ｍ^３］で除算した数値が、室内１００の燃焼範囲の下限値ＬＦＬの４分の１以下となるように調整される。すなわち、空気調和装置１の冷媒の充填量Ｍは、Ｍ／Ｖ≦ＬＦＬ／４の関係を満たすように調整される。燃焼範囲の下限値ＬＦＬは、例えば１．８［ｖｏｌ％］となるように設定される。実施の形態１に係る空気調和装置１は、冷媒充填量が５００ｇ程度と少ないため、冷媒が漏洩した場合であっても、室内１００の冷媒濃度が、冷媒の燃焼濃度に達することを回避できる。

次に、実施の形態１に係る空気調和装置１の動作について図１〜３を用いて説明する。なお、図１における冷媒の流れは、冷媒回路６の上に矢印で示されており、熱源側熱交換器３を流れる熱媒体の流れは、熱媒体回路８の上に矢印で示されている。また、図２における空気の流れは、矢印にて示されている。

空気調和装置１が駆動されると、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器３へ流入する。熱源側熱交換器３に流入した高温高圧のガス冷媒は、低温の媒体である熱媒体に熱を放出することによって熱交換され、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り部４に流入する。絞り部４に流入した高圧の液冷媒は、膨張及び減圧されて低温低圧の二相冷媒となる。低温低圧の二相冷媒は、第１の負荷側熱交換器５ａ及び第２の負荷側熱交換器５ｂに流入し、第１の負荷側熱交換器５ａ及び第２の負荷側熱交換器５ｂに供給される室内空気から熱を吸収し、蒸発して乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒となる。第１の負荷側熱交換器５ａ及び第２の負荷側熱交換器５ｂから流出した乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒は、圧縮機２に吸入される。実施の形態１に係る空気調和装置１では以上のサイクルが繰り返されて冷房運転が行われる。ここで、「冷房運転」とは、第１の負荷側熱交換器５ａ及び第２の負荷側熱交換器５ｂに低温低圧の冷媒を供給する運転のことである。

空気調和装置１で冷房運転が行われると、第１の負荷側送風機７ａの駆動により、室内空気は第１の吸入口１５ａを介して第１の吸込風路１３ａに誘引される。誘引された室内空気は、第１の負荷側送風機７ａによって第１の負荷側熱交換器５ａに供給される。第１の負荷側熱交換器５ａに供給された室内空気は、第１の負荷側熱交換器５ａとの間で熱交換が行われ、室内空気からは熱が放出される。熱が放出された空気は、第１の吹出風路１４ａを通り、第１の吹出口１６ａを介して室内１００に供給される。同様に、第２の負荷側送風機７ｂの駆動により、室内空気は第２の吸入口１５ｂを介して第２の吸込風路１３ｂに誘引される。誘引された室内空気は、第２の負荷側送風機７ｂによって第２の負荷側熱交換器５ｂに供給される。第２の負荷側熱交換器５ｂに供給された室内空気は、第２の負荷側熱交換器５ｂとの間で熱交換が行われ、室内空気からは熱が放出される。熱が放出された空気は、第２の吹出風路１４ｂを通り、第２の吹出口１６ｂを介して室内１００に供給される。なお、第１の吸入口１５ａ及び第２の吸入口１５ｂは「吸入口」、第１の吹出口１６ａ及び第２の吹出口１６ｂは「吹出口」とも称する。また、第１の吸入口１５ａから第１の吹出口１６ａに至る風路及び第２の吸入口１５ｂから第２の吹出口１６ｂに至る風路は、「主風路」とも称する。

上述の空気調和装置１の主風路の構成において、負荷側送風機７及び圧縮機２は、負荷側熱交換器５の風上側に配置される。また、図示されていないが、空気調和装置１に設けられた圧縮機２、絞り部４、負荷側送風機７を制御する制御装置を内蔵した制御ボックスも、風路内の負荷側熱交換器５の風上側に設置される。又は、制御ボックス及び圧縮機２は、風路外に設置されてもよい。空気調和装置１において、冷媒漏洩は負荷側熱交換器５ａ、５ｂから発生する場合がある。そのため、主風路において負荷側熱交換器５ａ、５ｂの風下側、つまり負荷側熱交換器５ａ、５ｂよりも吹出口１６側に負荷側送風機７、圧縮機２、及び制御ボックスといった電気部品を配置すると、漏洩した可燃性冷媒が電気部品に触れやすくなる。可燃性冷媒が電気部品に触れると、燃焼する場合があるため、上述のように負荷側送風機７、圧縮機２、及び制御ボックスを負荷側熱交換器５ａ、５ｂの風上側に配置することにより漏洩した冷媒が燃焼するのを防止することができる。

図４は、実施の形態１に係る空気調和装置１の比較例としての空気調和装置１０１の冷媒回路図である。比較例の空気調和装置１０１においては、室外機１０３に熱源側熱交換器１０４が設置され、室内機１０２に負荷側熱交換器１０５が設置されている。室内機１０２と室外機１０３との間は、延長配管１１１、１１２により連結される。建築物の規模によっては、延長配管１１１、１１２は１００ｍ程度の長さになる場合があり、延長配管１１１、１１２が長くなる分、空気調和装置１０１の冷媒回路１０６に充填される冷媒量が多くなる。このような空気調和装置１０１においては、室内機１０２において冷媒漏洩が発生した場合、多量の冷媒が室内１００に流出し、流出した冷媒により室内１００において冷媒の燃焼濃度に達する場合がある。

一方、実施の形態１に係る空気調和装置１においては、冷媒回路６は、室内１００の天井裏１５０に設置される筐体１０内に収容されている。したがって、空気調和装置１の配管の長さは、比較例の空気調和装置１０１と比較して短い。そのため、冷媒回路６に充填される冷媒量も少なくて済み、冷媒漏洩が発生した場合であっても、室内１００に流出する冷媒の絶対量が少ないため、冷媒の燃焼濃度に達する可能性が低くなる。

上述の構成によれば、一体型の空気調和装置１を提供できるため、空気調和装置１を小型化し、冷媒の充填量を低減することができる。したがって、実施の形態１に係る空気調和装置１によれば、地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒を用いた場合であっても、冷媒の漏洩に対する安全性を確保することができる。また、空気調和装置１を小型化することができるため、製品の包装の小型化及び製品の輸送の効率化を図ることができる。

また、実施の形態１に係る空気調和装置１は、一体型の空気調和装置１であるため、比較例に係る空気調和装置１０１のように室内機１０２と室外機１０３を別体とし、室内機１０２と室外機１０３とを連結する延長配管１１１、１１２を設ける必要がない。比較例に係る空気調和装置１０１のように室内機１０２と室外機１０３を別体とした場合、延長配管１１１、１１２は１００ｍ程度の長さになる場合があるため、圧損による冷却能力の低下又は冷凍機油の戻り不具合による圧縮機損傷が生じる可能性がある。しかしながら、実施の形態１に係る空気調和装置１は、延長配管１１１、１１２を設ける必要がないため、圧損による冷却能力の低下又は冷凍機油の戻り不具合による圧縮機損傷を回避することができ、空気調和装置１の信頼性及び安全性を確保できる。

また、実施の形態１に係る空気調和装置１では、筐体１０を天井カセット型として構成し、冷媒をプロパン又はイソブタンとすることができる。空気調和装置１の冷媒として可燃性冷媒のプロパン又はイソブタンを採用するが、冷媒の充填量を約５００ｇ以下に抑えることができるため、冷媒の漏洩に対する安全性を確保可能な空気調和装置１を提供することができる。

また、室内機１０２と室外機１０３を別体とした場合は、室外機１０３の台数の増加等のために、機械室を建物内に設けなければならず、設置場所の選定に苦慮する場合がある。しかしながら、本実施の形態１に係る空気調和装置１は、一体型の空気調和装置１であり、天井裏１５０に収容可能な天井カセット型の装置として構成できるため、空気調和装置１の設置場所を容易に選定できる。

また、実施の形態１に係る空気調和装置１では、熱源側熱交換器３を、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う水冷式熱交換器とし、熱媒体が水又はブラインであるように構成できる。

熱源側熱交換器３を水冷式熱交換器として構成することにより、冷媒から熱媒体に吸熱させた熱を冷却塔にて容易に排熱することができる。よって、空気調和装置１には排熱処理を行うためのダクト等を設ける必要がなくなる。したがって、熱源側熱交換器３を水冷式熱交換器として構成することにより、空気調和装置１の構成を小型化し、簡易にすることができる。また、熱源側熱交換器３を水冷式熱交換器として構成することにより、大気への熱の排出を最小限に抑制されるため、ヒートアイランド現象を抑制できる。また、熱媒体が水又はブラインとすることにより、空気調和装置１の安全性を確保することができる。

また、実施の形態１に係る空気調和装置１では、冷媒の充填量Ｍは、充填量Ｍの冷媒が室温下で気体になった時の体積を室内１００の容積で除算した数値が、室内１００の燃焼範囲の下限値の４分の１以下となるように調整される。これにより、冷媒が室内１００に漏洩した場合であっても、室内１００の冷媒濃度が、冷媒の燃焼濃度に達することを回避できる。

実施の形態１に係る空気調和装置１は、冷媒回路６から冷媒が漏洩した場合に、冷媒を検知する冷媒検知センサー２０を備える。図２に示される様に、冷媒検知センサー２０は、室内１００に設置されている。冷媒検知センサー２０は、第１の吹出口１６ａ及び第２の吹出口１６ｂの少なくとも一方の下方に設置される。又は、冷媒検知センサー２０は、室内１００において漏洩した冷媒が検知し易い位置に設置されていてもよい。

空気調和装置１は、筐体１０内の冷媒回路６の冷媒配管から冷媒が漏洩する場合がある。特に負荷側熱交換器５と冷媒配管との接続部から冷媒が漏洩する場合があるため、負荷側熱交換器５の下方にある、第１の吹出口１６ａ及び第２の吹出口１６ｂの少なくとも一方から冷媒が漏洩する。そのため、冷媒検知センサー２０は、負荷側熱交換器５の下方であって、吹出口１６の近傍にあるのが望ましい。

図５は、実施の形態１に係る空気調和装置１の冷媒検知センサー２０の一例を示す図である。冷媒検知センサー２０は、酸化スズ２０ａと、アルミナ基板２０ｂと、ヒータ２０ｃの３部分により構成されている。ヒータ２０ｃは、冷媒である例えばプロパンの検知に最適な動作温度まで酸化スズ２０ａを加熱するものである。ヒータ２０ｃは、アルミナ基板２０ｂを介して、酸化スズ２０ａに接触している。冷媒検知センサー２０がきれいな空気に接しているときは、酸化スズ２０ａの表面に吸着した酸素が酸化スズ２０ａ中の電子をとらえているため、酸化スズ２０ａは電子が流れにくい状態になっている。しかし、冷媒検知センサー２０がプロパンを含む空気に接すると、還元性ガスにより酸化スズ２０ａの表面の酸素が還元したガスと反応して取りさられる。すると、酸化スズ２０ａ中の電子が自由になるので、冷媒検知センサー２０の酸化スズ２０ａの抵抗値Ｒが小さくなる。すなわち、図５にＲで示された部分の電気的な抵抗値Ｒが小さくなり、この抵抗値Ｒの変化で空気中に含まれるプロパンの濃度を検出する。

なお、冷媒の検出方法としては、上述の半導体式センサーと同じ原理である、熱線型半導体センサーを用いてもよい。また、冷媒検知センサー２０の表面でプロパンが触媒反応によって燃焼し、冷媒検知センサー２０の温度が上昇してこの温度変化がガス濃度に比例することによりプロパンの検知を行う接触燃焼式センサーや、プロパンガスを特定の電極上で化学反応させた際に生じる電流を検出する電気化学式センサーがある。

冷媒漏洩は、空気調和装置１が運転中であっても運転停止中であっても発生しうる。空気調和装置１が運転中である場合には、負荷側送風機７が駆動しているため、漏洩した冷媒は、室内１００の空間に放出される。実施の形態１においては、空気調和装置１の冷媒回路６に充填されている冷媒の量が室内１００の冷媒濃度が燃焼濃度に達しないようにされている。そのため、漏洩した冷媒が、負荷側送風機７によって室内１００に拡散することにより漏洩冷媒が燃焼することがない。しかし、負荷側送風機７が運転を停止している場合は、漏洩した冷媒は、室内１００に流出して空間の一部に局所的に溜まる場合がある。この場合、冷媒濃度が燃焼濃度に達し漏洩した冷媒が燃焼するおそれがある。

図６は、実施の形態１に係る空気調和装置１の制御機能ブロック図である。図７は、実施の形態１に係る空気調和装置１の冷媒漏洩時の制御フローの一例を示す図である。冷媒検知センサー２０は、空気調和装置１が運転中であっても運転停止中であっても、常時冷媒検知ができるように構成されている。冷媒回路６から冷媒漏洩が発生し、冷媒検知センサー２０が冷媒を検知した場合（ＳＴＥＰ１）、制御装置は、冷媒検知センサー２０から信号を受ける。例えば、制御装置は、冷媒検知センサー２０の酸化スズ２０ａの抵抗値Ｒが所定の値よりも低くなったことを判定する。

制御装置は、冷媒検知センサー２０が冷媒を検知した場合、負荷側送風機７の運転状態を判断する（ＳＴＥＰ２）。制御装置は、負荷側送風機７が駆動している状態のときはそのまま負荷側送風機７の運転を継続する（ＳＴＥＰ３）。制御装置は、負荷側送風機７が停止している状態のときは負荷側送風機７を運転を開始するように制御する（ＳＴＥＰ４）。なお、空気調和装置１が運転停止状態であっても、冷媒検知センサー２０は常時冷媒漏洩を検知できる様に構成されているのが望ましい。また、冷媒漏洩が発生した場合の負荷側送風機７の風量は、予め設定してもよく、例えば強風に設定することにより、漏洩した冷媒を速やかに拡散させてもよい。

以上のように空気調和装置１を制御することにより、冷媒漏洩が発生しても、冷媒は室内１００の空間に拡散するため、燃焼濃度に達するのを防止でき、安全性を向上させることができる。

図８は、実施の形態１に係る空気調和装置１の一例を示す概略的な冷媒回路図である。図８では、冷房運転時の冷媒の流れを黒矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを白抜きのブロック矢印で示している。また、図８では、熱源側熱交換器３を流れる熱媒体の流れを、熱媒体回路８の上に黒矢印で示している。ここで、「暖房運転」とは、負荷側熱交換器５に高温高圧の冷媒を供給する運転のことである。

上述の実施の形態１に係る空気調和装置１の変形例であり、空気調和装置１の冷媒回路６に冷媒流路切替装置９を接続したものである。冷媒流路切替装置９としては、例えば四方弁が用いられる。

冷媒流路切替装置９は、冷房運転時には、乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒を負荷側熱交換器５から圧縮機２に吸入させ、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒を熱源側熱交換器３へ流入させるように冷媒流路の経路制御を行うものである。また、冷媒流路切替装置９は、暖房運転時には、乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒を熱源側熱交換器３から圧縮機２に吸入させ、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒を負荷側熱交換器５へ流入させるように冷媒流路の経路制御を行うものである。

実施の形態１の空気調和装置１は、図８に示される様な冷房運転と暖房運転の切り替えが可能な、小型化した空気調和装置１としてもよい。なお、冷媒流路切替装置９として、二方弁又は三方弁を用いてもよい。

図９は、実施の形態１に係る空気調和装置１で用いられる熱源側熱交換器３の一例を示す概略図である。図９は、熱源側熱交換器３の熱源側熱交換器３内を流れる冷媒及び熱媒体の流れ方向に垂直な断面を示している。

実施の形態１の空気調和装置１は、熱源側熱交換器３として水冷式熱交換機を採用し、水冷式熱交換機を二重管熱交換器として構成しても良い。

図９に示される熱源側熱交換器３は、内管４０ａと外管４０ｂとを有する二重管熱交換器４０であり、内管４０ａに冷媒を流し、内管４０ａと外管４０ｂとの間に熱媒体を流すように構成されている。二重管熱交換器４０では、内管４０ａの円周面を介して、冷媒と熱媒体との間で熱交換が行われる。図９に示すように、二重管熱交換器４０は、管断面において、内管４０ａの円周面と外管４０ｂの円周面とが同心円状となるように構成されている。

二重管熱交換器４０の内管４０ａで冷媒が漏洩したとしても、内管４０ａと外管４０ｂとの間を流れる熱媒体に混合するため、漏洩した冷媒は熱媒体とともに室外に排出されることとなる。熱源側熱交換器３では、空気調和装置１の駆動時に冷媒量が一番多くなる場合があるが、熱源側熱交換器３から漏洩した冷媒が室内１００に漏洩することがないため、空気調和装置１の安全性を確保することができる。

図１０は、実施の形態１に係る空気調和装置１で用いられる熱源側熱交換器３の一例を示す概略図である。実施の形態１の空気調和装置１は、熱源側熱交換器３として水冷式熱交換器を採用し、水冷式熱交換器をプレート熱交換器３０として構成しても良い。

図１０に示される熱源側熱交換器３は、プレート熱交換器本体３０ａの周囲を密閉するように密閉部材３０ｂで覆ったものである。このように構成されることにより、プレート熱交換器本体３０ａから冷媒が漏洩したとしても、密閉部材３０ｂで覆われているため、漏洩した冷媒が密閉部材３０ｂ内に溜まる。天井裏１５０の空間は、室内１００の空間よりも容積が小さいため、冷媒が漏洩すると燃焼濃度に達しやすい。しかし、漏洩した冷媒が密閉部材３０ｂ内にとどまることにより、冷媒が空気調和装置１の筐体１０が配置されている天井裏１５０の空間に漏えいすることがないため、空気調和装置１の安全性を確保できる。

実施の形態２．
実施の形態２について図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態２に係る空気調和装置１を正面から見た内部構成を示す概略図である。図１１においては、空気調和装置１における空気の流れを白抜きのブロック矢印で示している。

実施の形態２では、空気調和装置１を天井埋込型の装置として構成したものであり、その他の構成は上述の実施の形態１の空気調和装置１と同一である。実施の形態２の空気調和装置１では、筐体１０は天井裏１５０に埋め込まれるように配置されている。また、吸込側チャンバ１７ａ及び吹出側チャンバ１７ｂが、筐体１０と室内１００を連通するように配置されている。また、吸込側チャンバ１７ａの室内１００側には、吸込側パネル１１ａが配置されており、吹出側チャンバ１７ｂの室内１００側には、吹出側パネル１１ｂが配置されている。吸込側パネル１１ａから吹出側パネル１１ｂに至る風路は、「主風路」に相当するものである。実施の形態５の空気調和装置１は、筐体１０の内部の冷媒回路６及び負荷側送風機７、すなわち、圧縮機２、絞り部４、負荷側熱交換器５、及び負荷側送風機７が収納されている。なお、図１１においては、絞り部４及び冷媒回路６を構成する冷媒配管は図示していない。また筐体１０内の主風路において、負荷側熱交換器５の風上側に負荷側送風機７、圧縮機２、及び制御ボックスが配置されている。制御ボックスは風路外に配置してもよい。

また、熱源側熱交換器３も空気調和装置１の主風路に設置してもよい。熱源側熱交換器３は、電気部品ではないため、負荷側熱交換器５の風上側又は風下側のどちらに配置しても良い。ただし、熱源側熱交換器３は、冷媒漏洩する可能性があるため、圧縮機２、負荷側送風機７、又は制御ボックスの風下側に位置しているのが望ましい。実施の形態２では、上述の実施の形態１の天井カセット型の空気調和装置１と同様に、小型化が可能な一体型の空気調和装置１を提供できる。

その他の実施の形態．
上述の実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態の空気調和装置１は、アキュムレータ、オイルセパレータ、制御装置等の他の構成要素を含むように構成してもよい。

また、上述の実施の形態は互いに組み合わせて用いることが可能である。

１ 空気調和装置、２ 圧縮機、３ 熱源側熱交換器、４ 絞り部、５ 負荷側熱交換器、５ａ （第１の）負荷側熱交換器、５ｂ （第２の）負荷側熱交換器、６ 冷媒回路、７ 負荷側送風機、７ａ 第１の負荷側送風機、７ｂ 第２の負荷側送風機、８ 熱媒体回路、９ 冷媒流路切替装置、１０ 筐体、１１ パネル、１１ａ 吸込側パネル、１１ｂ 吹出側パネル、１２ａ 第１の吸込導入ガイド、１２ｂ 第２の吸込導入ガイド、１３ａ 第１の吸込風路、１３ｂ 第２の吸込風路、１４ａ 第１の吹出風路、１４ｂ 第２の吹出風路、１５ 吸入口、１５ａ 第１の吸入口、１５ｂ 第２の吸入口、１６ 吹出口、１６ａ 第１の吹出口、１６ｂ 第２の吹出口、１７ａ 吸込側チャンバ、１７ｂ 吹出側チャンバ、２０ 冷媒検知センサー、２０ａ 酸化スズ、２０ｂ アルミナ基板、２０ｃ ヒータ、３０ プレート熱交換器、３０ａ プレート熱交換器本体、３０ｂ 密閉部材、４０ 二重管熱交換器、４０ａ 内管、４０ｂ 外管、１００ 室内、１０１ 空気調和装置、１０２ 室内機、１０３ 室外機、１０４ 熱源側熱交換器、１０５ 負荷側熱交換器、１０６ 冷媒回路、１１１ 延長配管、１１２ 延長配管、１５０ 天井裏、２００ 天井面、ＬＦＬ 下限値、Ｍ 充填量、Ｒ 抵抗値。

本発明の空気調和装置は、圧縮機、水冷式熱交換器である熱源側熱交換器、絞り部、及び負荷側熱交換器が配管により接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路と、前記負荷側熱交換器に室内の空気を供給する負荷側送風機と、前記冷媒回路及び前記負荷側送風機を収納する筐体と、前記冷媒回路から漏洩した前記冷媒を検知する冷媒検知センサーと、前記圧縮機及び前記負荷側送風機を制御する制御装置と、を備え、前記筐体は、外部の空気を取り込む吸入口と、外部に空気を吹き出す吹出口と、を備え、前記吸入口から前記吹出口に至る主風路に前記負荷側送風機及び前記負荷側熱交換器が配置され、前記負荷側熱交換器は、前記主風路において前記負荷側送風機よりも前記吹出口側に配置され、前記熱源側熱交換器は、前記冷媒と熱媒体とを熱交換する水冷式熱交換器であり、前記熱媒体は、前記筐体の外部の冷却塔において冷却され、前記冷媒は、地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒であり、前記冷媒検知センサーは、前記吹出口の近傍に設置され、前記制御装置は、前記冷媒検知センサーが前記冷媒を検知すると、前記負荷側送風機を運転状態にする。

Claims (17)

1. 圧縮機、水冷式熱交換器である熱源側熱交換器、絞り部、及び負荷側熱交換器が配管により接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路と、
   前記負荷側熱交換器に室内の空気を供給する負荷側送風機と、
   前記冷媒回路及び前記負荷側送風機を収納する筐体と、
   前記冷媒回路から漏洩した前記冷媒を検知する冷媒検知センサーと、
   前記圧縮機及び前記負荷側送風機を制御する制御装置と、を備え、
   前記冷媒は、
   地球温暖化係数が７５０以下の可燃性冷媒である、空気調和装置。
2. 前記冷媒は、
   プロパン又はイソブタンである、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記筐体は、
   外部の空気を取り込む吸入口と、外部に空気を吹き出す吹出口と、を備え、
   前記吸入口から前記吹出口に至る主風路に前記負荷側送風機及び前記負荷側熱交換器が配置され、
   前記負荷側熱交換器は、
   前記主風路において前記負荷側送風機よりも前記吹出口側に配置された、請求項１又は２記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置が収納された制御ボックスを備え、
   前記制御ボックスは、
   前記主風路において前記負荷側熱交換器よりも前記吸入口側に配置された、請求項３に記載の空気調和装置。
5. 前記圧縮機及び前記負荷側送風機を制御する制御装置が収納された制御ボックスを備え、
   前記制御ボックスは、
   前記主風路の外部に設置されている、請求項３に記載の空気調和装置。
6. 前記圧縮機は、
   前記主風路において前記負荷側送風機よりも前記吸入口側に配置された、請求項３〜５の何れか１項に記載の空気調和装置。
7. 前記熱源側熱交換器は、
   前記主風路内に設置されている、請求項３〜６の何れか１項に記載の空気調和装置。
8. 前記熱源側熱交換器は、
   内管と外管を有する二重管熱交換器であり、前記内管に前記冷媒を流し、前記内管と前記外管との間に熱媒体を流すように構成される、請求項１〜７の何れか１項に記載の空気調和装置。
9. 前記熱源側熱交換器は、
   プレート熱交換器であり、周囲を密閉部材で覆われている、請求項１〜７の何れか１項に記載の空気調和装置。
10. 前記冷媒検知センサーは、
    前記室内に設置されている、請求項１〜９の何れか１項に記載の空気調和装置。
11. 前記筐体は、
    外部の空気を取り込む吸入口と、外部に空気を吹き出す吹出口と、を備え、
    前記冷媒検知センサーは、
    前記吹出口の近傍に設置されている、請求項１〜９の何れか１項に記載の空気調和装置。
12. 前記制御装置は、
    前記負荷側送風機が運転停止状態において、前記冷媒検知センサーが前記冷媒を検知すると、前記負荷側送風機の運転を開始させる、請求項１〜１１の何れか１項に記載の空気調和装置。
13. 前記制御装置は、
    前記負荷側送風機が運転状態において、前記冷媒検知センサーが前記冷媒を検知すると、前記負荷側送風機の運転を継続する、請求項１〜１２の何れか１項に記載の空気調和装置。
14. 前記冷媒回路は、
    冷媒流路切替装置が更に接続される、請求項１〜１３の何れか１項に記載の空気調和装置。
15. 前記冷媒の充填量は、
    前記充填量を前記室内の容積で除算した数値が、前記室内の燃焼範囲の下限値の４分の１以下である、請求項１〜１４の何れか１項に記載の空気調和装置。
16. 前記筐体は、天井裏に埋め込まれるように構成された、請求項１〜１５の何れか１項に記載の空気調和装置。
17. 前記筐体は、
    天井カセット型である、請求項１〜１６の何れか１項に記載の空気調和装置。

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