WO2013038577A1 - ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

　熱源側の１次側回路と負荷側の２次側回路を備える間接方式を採用したヒートポンプ装置において、２次側回路を介して１次側回路の冷媒が漏洩することを防止することを目的とする。　空気調和機１００は、１次側回路である冷媒回路６を循環する冷媒が、中間熱交換器５から２次側回路である水回路１０へ漏洩したことを検知する漏洩検知装置１３と、漏洩検知装置１３が漏洩したことを検知した場合、水回路１０における中間熱交換器５の両側に設けられた弁８ａ，８ｂを閉じて、冷媒が混入した水が弁８ａ，８ｂの先へ流れることを防止する制御装置１４とを備える。

Description

ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の制御方法

　この発明は、ヒートポンプ装置から冷媒が漏洩した場合の安全を確保する技術に関するものである。

　室内の冷房、暖房、若しくは除湿を行う方法として、冷媒を利用する冷凍サイクル技術を用いた空気調和機（ヒートポンプ装置の一例）が知られている。
　空気調和機では、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）であるＲ４１０Ａ等のフッ素化合物が冷媒として広く用いられている。しかし、この冷媒は地球温暖化への影響が大きいため、地球温暖化防止の観点から、より地球温暖化への影響が小さい冷媒を使用することが望まれている。そこで、ＨＦＣであるＲ３２やＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）であるＲ１２３４ｙｆ、炭化水素であるプロパンやイソブタン等の地球温暖化への影響が小さい冷媒を使用することが提案されている。しかし、これらの冷媒はいずれも可燃性冷媒であり、この点において従来から用いられている冷媒と異なる。

　可燃性冷媒を用いた空気調和機では、冷凍サイクルを構成する熱交換器や配管等から冷媒が漏洩して、室内が爆発性雰囲気となり、火災等の事故を起こすことが懸念される。
　この懸念に対応した空気調和機として、特許文献１には、可燃性冷媒が循環する１次側回路と、非可燃性の伝熱媒体が循環する２次側回路とを用いた間接方式の空気調和機についての記載がある。間接方式の空気調和機では、２次側回路を循環する伝熱媒体を、１次側回路を循環する可燃性冷媒で加熱・冷却し、１次側回路を循環する可燃性冷媒を室内に流すことなく、２次側回路を循環する伝熱媒体だけを室内に流す。間接方式の空気調和機は、可燃性冷媒を室内に流さないことにより、室内が爆発性雰囲気となることを防止している。

特開２００９－１５０６２０号公報

　間接方式の空気調和機では、１次側回路を循環する可燃性冷媒と２次側回路を循環する伝熱媒体とを熱交換させる中間熱交換器としてプレート熱交換器や二重管熱交換器を用いることが一般的である。この場合、中間熱交換器が凍結や経年劣化により破損して１次側回路の流路と２次側回路の流路とが連通してしまうことがある。すると、１次側回路を循環する可燃性冷媒が２次側回路を循環する伝熱媒体に混入してしまう。
　さらに、伝熱媒体に可燃性冷媒が混入したことにより２次側回路内の圧力が上昇し、２次側回路を構成する配管の溶接箇所や継手から、可燃性冷媒が混入した伝熱媒体が室内に漏れる可能性がある。

　この発明は、熱源側の１次側回路と負荷側の２次側回路とを備える間接方式を採用したヒートポンプ装置において、２次側回路を介して１次側回路の冷媒が漏洩することを防止することを主な目的とする。

　この発明に係るヒートポンプ装置は、
　冷媒が循環する第１冷媒回路であって、第１圧縮機と、第１熱源熱交換器と、第１膨張機構と、第１中間熱交換器とが順次配管により接続され環状に構成された第１冷媒回路と、
　流体が循環する流体回路であって、前記第１中間熱交換器と、第１弁と、負荷熱交換器と、第２弁とが順次配管により接続され環状に構成された流体回路と、
　前記第１冷媒回路を循環する冷媒が前記第１中間熱交換器から前記流体回路へ漏洩したことを検知する漏洩検知装置と、
　冷媒が漏洩したことを前記漏洩検知装置が検知した場合、前記流体回路に接続された前記第１弁と前記第２弁とを閉じる制御装置と
を備えることを特徴とする。

　この発明に係るヒートポンプ装置は、１次側回路である第１冷媒回路から、２次側回路である流体回路へ冷媒が漏洩すると、第１弁と第２弁とを閉じるため、１次側回路を循環する冷媒が２次側回路の第１弁や第２弁の先へ流れることを防止できる。そのため、１次側回路を循環する冷媒が２次側回路の第１弁や第２弁の先から外部へ漏洩することを防止できる。

実施の形態１に係る空気調和機１００の構成図。 実施の形態１に係る空気調和機１００における冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図。 実施の形態１に係る空気調和機１００における暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図。 実施の形態１に係る漏洩検知装置１３及び制御装置１４の動作を示すフローチャート。 実施の形態２に係る空気調和機１００の構成図。 実施の形態２に係る空気調和機１００における冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図。 実施の形態２に係る空気調和機１００における暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図。 一般的なプレート熱交換器の分解斜視図。 実施の形態３に係る中間熱交換器５ａ，５ｂの配置を示す図。 実施の形態３に係る中間熱交換器５ａ，５ｂの配置を示す図。 実施の形態３に係る中間熱交換器５ａ，５ｂの配置を示す図。

　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る空気調和機１００の構成図である。なお、図１において、白抜き矢印は風の流れを示し、点線矢印は信号の流れを示す。
　空気調和機１００は、圧縮機１（第１圧縮機）と、四方弁２と、熱交換器３（第１熱交換器）と、膨張弁４（第１膨張機構）と、中間熱交換器５（第１中間熱交換器）とが順次配管により接続され、環状に構成された冷媒回路６（第１冷媒回路、１次側回路）を備える。また、空気調和機１００は、中間熱交換器５と、ポンプ７と、弁８ａ（第１弁）と、熱交換器９（負荷熱交換器）と、弁８ｂ（第２弁）とが順次配管により接続され、環状に構成された水回路１０（流体回路、２次側回路）を備える。冷媒回路６は液密度（液ヘッド）が水より低いプロパンやイソブタン等の可燃性冷媒が循環し、水回路１０は水が循環する。熱交換器３の付近には、熱交換器３へ風を送る送風機１１が設けられ、熱交換器９の付近には、熱交換器９へ風を送る送風機１２が設けられている。
　また、空気調和機１００は、冷媒回路６を循環する冷媒が中間熱交換器５から水回路１０へ漏洩したことを検知する漏洩検知装置１３と、冷媒が漏洩したことを漏洩検知装置１３が検知した場合に弁８ａ，８ｂを閉止する制御装置１４とを備える。

　空気調和機１００が備える機器のうち、圧縮機１と、四方弁２と、熱交換器３と、膨張弁４と、中間熱交換器５と、ポンプ７と、弁８ａ，８ｂと、送風機１１と、漏洩検知装置１３と、制御装置１４とは、室外に設置される室外機１５（第１筺体）に収納される。また、空気調和機１００が備える機器のうち、熱交換器９と、送風機１２とは、室内に設置される室内機１６（第２筺体）に収納される。

　ここで、中間熱交換器５は、熱交換効率が高いプレート熱交換器や二重管熱交換器である。ポンプ７は、回転数が可変なポンプである。弁８ａは開度を調整可能な可変絞り機構を有する弁であり、弁８ｂは単純な開閉動作を行う弁である。漏洩検知装置１３は、水回路１０内の圧力を圧力センサーにより検知することにより、冷媒の漏洩を検知する。特に、漏洩検知装置１３は、ポンプ７と弁８ａとの間の圧力を検知することにより、冷媒の漏洩を検知する。制御装置１４は、マイクロコンピュータである。

　実施の形態１に係る空気調和機１００の冷房運転時の動作について説明する。
　図２は、実施の形態１に係る空気調和機１００における冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図２において、実線矢印は冷媒の流れを示し、破線矢印は水の流れを示す。
　冷房運転時には、四方弁２は図１に示す実線の流路に設定される。また、弁８ａは、水の流量が一定になるように開度が設定され、弁８ｂは、開放される。弁８ａを通る水の流量を制御することにより、熱交換器９での熱交換量を制御する。
　冷媒回路６では、圧縮機１により高温・高圧となった冷媒は、四方弁２を通り、熱交換器３へ流入する。熱交換器３へ流入した冷媒は、外気と熱交換され凝縮して液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁４を通り、膨張されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、中間熱交換器５へ流入して、水回路１０を循環する水と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。この際、水回路１０を循環する水は冷却される。ガス冷媒は、四方弁２を通って、再び圧縮機１に吸入され、高温・高圧となる。
　一方、水回路１０では、中間熱交換器５で冷却された低温の水は、ポンプ７と弁８ａとを順に通り、熱交換器９へ流入する。熱交換器９へ流入した水は、室内空気と熱交換され加熱される。この際、室内空気は冷却される。加熱された水は、弁８ｂを通り、再び中間熱交換器５へ流入する。

　実施の形態１に係る空気調和機１００の暖房運転時の動作について説明する。
　図３は、実施の形態１に係る空気調和機１００における暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図３において、実線矢印は冷媒の流れを示し、破線矢印は水の流れを示す。
　暖房運転時には、四方弁２は図１に示す破線の流路に設定される。また、弁８ａは、水の流量が所定値になるように開度が設定され、弁８ｂは、開放される。
　冷媒回路６では、圧縮機１により高温・高圧となった冷媒は、四方弁２を通り、中間熱交換器５へ流入する。中間熱交換器５へ流入した冷媒は、水回路１０を循環する水と熱交換され凝縮して液冷媒となる。この際、水回路１０を循環する水は加熱される。液冷媒は、膨張弁４を通り、膨張されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、熱交換器３へ流入して、外気と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。ガス冷媒は、四方弁２を通って、再び圧縮機１に吸入され、高温・高圧となる。
　一方、水回路１０では、中間熱交換器５で加熱された高温の水は、ポンプ７と弁８ａとを順に通り、熱交換器９へ流入する。熱交換器９へ流入した水は、室内空気と熱交換され冷却される。この際、室内空気は加熱される。冷却された水は、弁８ｂを通り、再び中間熱交換器５へ流入する。

　実施の形態１に係る空気調和機１００の除霜運転時の動作について説明する。
　除霜運転は、暖房運転時に熱交換器３に霜が付いた場合に実行される。
　除霜運転時の動作は、冷房運転時の動作と同じである。つまり、図２に示すように、四方弁２は図１に示す実線の流路に設定され、冷媒回路６では、圧縮機１により高温・高圧となった冷媒は、四方弁２を通り、熱交換器３へ流入する。そして、熱交換器３へ流入した高温・高圧の冷媒によって、熱交換器３に付いた霜が溶け、取り除かれる。他の動作は、冷房運転時の動作と同じであるため説明を省略する。

　上記説明の通り、冷房運転時や除霜運転時には、低温の冷媒が中間熱交換器５へ流れる。場合によっては、０度以下の冷媒が中間熱交換器５へ流れることもある。この場合、中間熱交換器５内で水回路１０を循環する水が凍結してしまい、凍結による水の体積膨張で中間熱交換器５が破損することがある。中間熱交換器５が破損すると、中間熱交換器５内の冷媒の流路と水の流路とが連通してしまい、冷媒回路６を循環する冷媒が水回路１０へ漏洩してしまう恐れがある。他にも、中間熱交換器５が経年劣化等により破損して、冷媒回路６を循環する冷媒が水回路１０へ漏洩してしまう恐れもある。
　冷媒が水回路１０へ漏洩した場合、冷媒が水に混入して水回路１０を循環することになる。圧力が高い冷媒が水に混入する際に、減圧効果で冷媒ガスが発生し、水回路１０内の圧力が水回路１０を構成する配管や配管等の溶接部の耐圧を超えてしまい、冷媒が混入した水が室内へ漏洩する恐れがある。

　中間熱交換器５から冷媒が水回路１０へ漏洩した場合の実施の形態１に係る空気調和機１００の動作について説明する。
　図４は、実施の形態１に係る漏洩検知装置１３及び制御装置１４の動作を示すフローチャートである。
　漏洩検知装置１３は、常時、水回路１０内の圧力を検知し（Ｓ１：圧力検知工程）、水回路１０内の圧力が上昇したか否かを判定する（Ｓ２：上昇判定工程）。そして、漏洩検知装置１３は、圧力が上昇したと判定した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、冷媒が水回路１０へ漏洩したとして、冷媒が漏洩したことを示す検知信号を制御装置１４へ送信する（Ｓ３：信号送信工程）。制御装置１４は、検知信号を受信すると、弁８ａ，８ｂを閉止する（Ｓ４：弁制御工程）。弁８ａ，８ｂを閉止することにより、冷媒が混入した水が室内機１６へ流入することを防止できる。

　Ｓ２において、漏洩検知装置１３は、空気調和機１００が停止している場合と運転している場合とで、それぞれ以下のように圧力が上昇したと判定する。
　空気調和機１００が停止している場合は、水回路１０内の圧力は大気圧である。そのため、空気調和機１００が停止している場合は、大気圧よりも所定値高い圧力を閾値として、漏洩検知装置１３は、閾値よりも高い圧力を検知すると、圧力が上昇したと判定する。
　空気調和機１００が運転している場合は、水が循環しているため、空気調和機１００が停止している場合よりも、水回路１０内の圧力は高くなる。ポンプ７の回転数等によって、水の循環速度は変わるため、水回路１０内の圧力も変わる。そのため、冷媒が漏洩していない場合に取り得る水回路１０内の圧力の最高値等よりも所定値高い値を閾値として予め定めておき、漏洩検知装置１３は、閾値よりも高い圧力を検知すると、圧力が上昇したと判定する。閾値は、例えば、空気調和機１００の設計時に定めてもよいし、空気調和機１００を現場に設置した時に、施工配管長、冷媒封入量など実条件を考慮した運転シミュレーションをして定めてもよい。また、閾値をポンプ７の回転数、室内温度、室外温度等毎に定めておき、漏洩検知装置１３は圧力検出時点のポンプ７の回転数、室内温度、室外温度等に応じて使用する閾値を変更してもよい。

　冷媒が漏洩した場合、原則として、水回路１０内の圧力は全体的に上昇する。しかし、弁８ａの開度を調整して、水回路１０を循環する水の流量が一定になるように調整している場合、水中にガス冷媒を含む気液二相状態となるため、弁８ａの前後差圧が増大し、弁８ａの下流側の圧力は低く抑えられ、ほとんど上昇しない可能性がある。そこで、漏洩検知装置１３は、水回路１０のうち、ポンプ７と弁８ａとの間の圧力を検知する。これにより、弁８ａの開度に関係なく、確実に圧力上昇を検知することができる。

　以上のように、実施の形態１に係る空気調和機１００は、冷媒回路６を循環する冷媒が、水回路１０へ漏洩したことを検知して、弁８ａ，８ｂを閉止する。これにより、冷媒が混入した水が室内機１６へ流入することを防止できる。その結果、室内へ冷媒が漏洩することを防止でき、室内が爆発性雰囲気となることを防止できる。

　なお、上記説明では、制御装置１４は、検知信号を受信した場合、弁８ａ，８ｂを閉止するとした。しかし、制御装置１４は、空気調和機１００の運転中に検知信号を受信した場合、弁８ａ，８ｂを閉止するとともに、圧縮機１やポンプ７を停止させてもよい。これにより、より確実に冷媒の漏洩を防止することができる。
　また、制御装置１４は、検知信号を受信した場合、利用者へ室内の換気を促すようにしてもよい。例えば、制御装置１４は、室内機１６や空気調和機１００への指示を入力するリモートコントローラから、利用者へ室内の換気を促すメッセージを音声で出力してもよいし、室内機１６やリモートコントローラの表示部に、利用者へ室内の換気を促すメッセージを表示してもよい。

　また、上記説明では、漏洩検知装置１３は、水回路１０内の圧力を検出することにより、冷媒の漏洩を検知するとした。しかし、漏洩検知装置１３は、他の方法により、冷媒の漏洩を検知してもよい。
　例えば、漏洩検知装置１３は、半導体の表面にガスが吸着することによって半導体の電気抵抗が減少することを利用する半導体式や、電流を流している白金線にガスが接触すると微小な燃焼を起こし、白金線の電気抵抗が増加することを利用する接触燃焼式や、電流を流している白金線（通常は空気に触れている）に可燃性ガスが接触すると、空気と熱伝導率が異なるため白金線の温度が変化することを利用する気体熱伝導式等を用いて、冷媒の漏洩を検知してもよい。なお、気体熱伝導式において、白金線の温度が変化するということは、電気抵抗が変化することである。
　但し、これらの方式は、不燃性ガス中（例えば、空気中）の可燃性ガスを検知する方式である。そのため、定期的に水回路１０から一定量の水（冷媒が漏洩している場合には、水と冷媒との混合物）を大気中へ放出させ、水を取り除いた後に上記方式により冷媒を検知するといった付帯構成が必要となる。例えば、一定圧力以上で開放されるリリーフ弁を用い、水回路１０内の圧力が一定圧力以上になった場合に水回路１０から一定量の水を大気中へ放出させてもよい。
　これらの方式により、冷媒の漏洩を検知する場合、水回路１０の最も高い位置に、リリーフ弁を設置し、放出された混合物から冷媒の漏洩を検知するのがよい。低密度の可燃性冷媒は、水回路１０の最も高い位置に滞留するため、運転中あるいは停止中に関わらず冷媒漏洩を確実に検知できる。

　実施の形態２．
　実施の形態２では、１次側回路を複数備える空気調和機１００について説明する。なお、ここでは、１次側回路を２つ備える空気調和機１００を一例として説明するが、空気調和機１００は１次側回路を３つ以上備えていてもよい。
　実施の形態２に係る空気調和機１００について、実施の形態１に係る空気調和機１００と同一の構成には同一の符号を付す。

　図５は、実施の形態２に係る空気調和機１００の構成図である。なお、図１において、白抜き矢印は風の流れを示し、点線矢印は信号の流れを示す。
　空気調和機１００は、圧縮機１ａ（第１圧縮機）と、四方弁２ａと、熱交換器３ａ（第１熱源熱交換器）と、膨張弁４ａ（第１膨張機構）と、中間熱交換器５ａ（第１中間熱交換器）とが順次配管により接続され、環状に構成された冷媒回路６ａ（第１冷媒回路、１次側回路）を備える。また、空気調和機１００は、圧縮機１ｂ（第２圧縮機）と、四方弁２ｂと、熱交換器３ｂ（第２熱源熱交換器）と、膨張弁４ｂ（第２膨張機構）と、中間熱交換器５ｂ（第２中間熱交換器）とが順次配管により接続され、環状に構成された冷媒回路６ｂ（第２冷媒回路、１次側回路）を備える。また、空気調和機１００は、中間熱交換器５ａと、中間熱交換器５ｂと、ポンプ７と、弁８ａ（第１弁）と、熱交換器９（負荷熱交換器）と、弁８ｂ（第２弁）とが順次配管により接続され、環状に構成された水回路１０（流体回路、２次側回路）を備える。冷媒回路６ａ，６ｂは、液密度が水より低いプロパンやイソブタン等の可燃性冷媒が循環し、水回路１０は水が循環する。熱交換器３ａ，３ｂの付近には、熱交換器３ａ，３ｂへ風を送る送風機１１が設けられ、熱交換器９の付近には、熱交換器９へ風を送る送風機１２が設けられている。
　また、空気調和機１００は、冷媒回路６を循環する冷媒が中間熱交換器５から水回路１０へ漏洩したことを検知する漏洩検知装置１３と、冷媒が漏洩したことを漏洩検知装置１３が検知した場合に弁８ａ，８ｂを閉止する制御装置１４とを備える。

　空気調和機１００が備える機器のうち、圧縮機１ａ，１ｂと、四方弁２ａ，２ｂと、熱交換器３ａ，３ｂと、膨張弁４ａ，４ｂと、中間熱交換器５ａ，５ｂと、ポンプ７と、弁８ａ，８ｂと、送風機１１と、漏洩検知装置１３と、制御装置１４とは室外機１５（第１筺体）に収納される。また、空気調和機１００が備える機器のうち、熱交換器９と、送風機１２とは室内機１６（第２筺体）に収納される。

　ここで、中間熱交換器５ａ，５ｂは、熱交換効率が高いプレート熱交換器や二重管熱交換器である。

　実施の形態２に係る空気調和機１００の冷房運転時の動作について説明する。
　図６は、実施の形態２に係る空気調和機１００における冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図６において、実線矢印は冷媒の流れを示し、破線矢印は水の流れを示す。
　冷房運転時には、四方弁２ａ，２ｂは図５に示す実線の流路に設定される。また、弁８ａは、水の流量が一定になるように開度が設定され、弁８ｂは、開放される。
　冷媒回路６ａでは、圧縮機１ａにより高温・高圧となった冷媒は、四方弁２ａを通り、熱交換器３ａへ流入する。熱交換器３ａへ流入した冷媒は、外気と熱交換され凝縮して液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁４ａを通り、膨張されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、中間熱交換器５ａへ流入して、水回路１０を循環する水と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。この際、水回路１０を循環する水は冷却される。ガス冷媒は、四方弁２ａを通って、再び圧縮機１ａに吸入され、高温・高圧となる。
　冷媒回路６ａと同様に、冷媒回路６ｂでは、圧縮機１ｂにより高温・高圧となった冷媒は、四方弁２ｂを通り、熱交換器３ｂへ流入する。熱交換器３ｂへ流入した冷媒は、外気と熱交換され凝縮して液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁４ｂを通り、膨張されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、中間熱交換器５ｂへ流入して、水回路１０を循環する水と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。この際、水回路１０を循環する水は冷却される。ガス冷媒は、四方弁２ｂを通って、再び圧縮機１ｂに吸入され、高温・高圧となる。
　一方、水回路１０では、水は、中間熱交換器５ａで冷却され、さらに中間熱交換器５ｂで冷却され低温になる。低温の水は、ポンプ７と弁８ａとを順に通り、熱交換器９へ流入する。熱交換器９へ流入した水は、室内空気と熱交換され加熱される。この際、室内空気は冷却される。加熱された水は、弁８ｂを通り、再び中間熱交換器５ａへ流入する。
　このように、水回路１０には、中間熱交換器５ａ，５ｂが直列に接続されているため、水が冷媒回路６ａ，６ｂを循環する冷媒により順次冷却される。そのため、冷媒回路６ａ，６ｂそれぞれの能力が高くなくても、十分に水を冷却することが可能である。

　実施の形態２に係る空気調和機１００の暖房運転時の動作について説明する。
　図７は、実施の形態２に係る空気調和機１００における暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図７において、実線矢印は冷媒の流れを示し、破線矢印は水の流れを示す。
　暖房運転時には、四方弁２ａ，２ｂは図５に示す破線の流路に設定される。また、弁８ａは、水の流量が所定値になるように開度が設定され、弁８ｂは、開放される。
　冷媒回路６ａでは、圧縮機１ａにより高温・高圧となった冷媒は、四方弁２ａを通り、中間熱交換器５ａへ流入する。中間熱交換器５ａへ流入した冷媒は、水回路１０を循環する水と熱交換され凝縮して液冷媒となる。この際、水回路１０を循環する水は加熱される。液冷媒は、膨張弁４ａを通り、膨張されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、熱交換器３ａへ流入して、外気と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。ガス冷媒は、四方弁２ａを通って、再び圧縮機１ａに吸入され、高温・高圧となる。
　冷媒回路６ａと同様に、冷媒回路６ｂでは、圧縮機１ｂにより高温・高圧となった冷媒は、四方弁２ｂを通り、中間熱交換器５ｂへ流入する。中間熱交換器５ｂへ流入した冷媒は、水回路１０を循環する水と熱交換され凝縮して液冷媒となる。この際、水回路１０を循環する水は加熱される。液冷媒は、膨張弁４ｂを通り、膨張されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、熱交換器３ｂへ流入して、外気と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。ガス冷媒は、四方弁２ｂを通って、再び圧縮機１ｂに吸入され、高温・高圧となる。
　一方、水回路１０では、水は、中間熱交換器５ａで加熱され、さらに中間熱交換器５ｂで加熱され高温になる。高温の水は、ポンプ７と弁８ａとを順に通り、熱交換器９へ流入する。熱交換器９へ流入した水は、室内空気と熱交換され冷却される。この際、室内空気は加熱される。冷却された水は、弁８ｂを通り、再び中間熱交換器５ａへ流入する。
　このように、水回路１０には、中間熱交換器５ａ，５ｂが直列に接続されているため、水が冷媒回路６ａ，６ｂを循環する冷媒により順次加熱される。そのため、冷媒回路６ａ，６ｂそれぞれの能力が高くなくても、十分に水を加熱することが可能である。

　実施の形態２に係る空気調和機１００の除霜運転時の動作について説明する。
　除霜運転は、暖房運転時に熱交換器３ａ，３ｂに霜が付いた場合に実行される。
　除霜運転時の動作は、冷房運転時の動作と同じである。つまり、図６に示すように、四方弁２ａ，２ｂは図５に示す実線の流路に設定される。冷媒回路６ａでは、圧縮機１ａにより高温・高圧となった冷媒は、四方弁２ａを通り、熱交換器３ａへ流入する。同様に、冷媒回路６ｂでは、圧縮機１ｂにより高温・高圧となった冷媒は、四方弁２ｂを通り、熱交換器３ｂへ流入する。そして、熱交換器３ａ，３ｂへ流入した高温・高圧の冷媒によって、熱交換器３ａ，３ｂに付いた霜が溶け、取り除かれる。他の動作は、冷房運転時の動作と同じであるため説明を省略する。

　実施の形態１に係る空気調和機１００と同様に、実施の形態２に係る空気調和機１００も、中間熱交換器５ａ，５ｂが破損して、冷媒回路６を循環する冷媒が水回路１０へ漏洩してしまう恐れがある。そして、冷媒が水回路１０へ漏洩した場合、冷媒が混入した水が室内へ漏洩する恐れがある。
　そこで、冷媒回路６を循環する冷媒が、水回路１０へ漏洩したことを検知した場合、制御装置１４が弁８ａ，８ｂを閉止する。これにより、冷媒が混入した水が室内機１６へ流入することを防止できる。また、制御装置１４は、圧縮機１ａ，１ｂやポンプ７を停止させ、より確実に冷媒の漏洩を防止してもよい。

　以上のように、実施の形態２に係る空気調和機１００は、実施の形態１に係る空気調和機１００と同様に、冷媒回路６ａ，６ｂを循環する冷媒が、水回路１０へ漏洩したことを検知して、弁８ａ，８ｂを閉止する。これにより、冷媒が混入した水が室内機１６へ流入することを防止できる。その結果、室内へ冷媒が漏洩することを防止でき、室内が爆発性雰囲気となることを防止できる。

　なお、仮に冷媒が室内に漏洩してしまった場合であっても、室内が爆発性雰囲気にならないように、１次側回路に封入する冷媒量を所定量未満（例えば、冷媒としてプロパンを用いる場合、欧州のＦ－ｇａｓ規制に基づく１５０ｇ未満）に抑えることが望ましい。しかし、高い能力を発揮する大型の空気調和機では、一般に封入される冷媒量は多くなってしまう。
　これに対して、実施の形態２に係る空気調和機１００では、冷媒回路６ａ，６ｂの２つの１次側回路を備えるため、冷媒回路６ａ，６ｂそれぞれに封入する冷媒量を抑え、冷媒回路６ａ，６ｂそれぞれの能力を低くしても、空気調和機１００として高い能力を発揮することができる。つまり、実施の形態２に係る空気調和機１００は、高い能力を発揮する大型の空気調和機とする場合であっても、各１次側回路に封入する冷媒量を少なくすることができる。

　また、図５に示すように、送風機１１によって送られる風は、熱交換器３ａを通過した後に熱交換器３ｂを通過する。そのため、例えば、冷房運転であれば熱交換器３ａで冷媒回路６ａを循環する冷媒と熱交換され、加熱された風が熱交換器３ｂへ送られる。つまり、熱交換器３ａ，３ｂへ供給される風は温度が異なる。その結果、冷媒回路６ａと冷媒回路６ｂとでは、凝縮温度を異なる温度にすることができる。
　また、図５に示すように、水回路１０を循環する水は、中間熱交換器５ａを通過した後に中間熱交換器５ｂを通過する。そのため、例えば、冷房運転であれば、中間熱交換器５ａで冷媒回路６ａを循環する冷媒と熱交換され、冷却された水が中間熱交換器５ｂへ送られる。つまり、中間熱交換器５ａ，５ｂへ供給される水は温度が異なる。その結果、冷媒回路６ａと冷媒回路６ｂとでは、蒸発温度を異なる温度にすることができる。
　つまり、冷媒回路６ａと冷媒回路６ｂとでは、凝縮温度及び蒸発温度を異なる温度にすることができる。ここでは、冷房運転の場合を例として説明したが、暖房運転の場合も同様に、冷媒回路６ａと冷媒回路６ｂとでは、凝縮温度及び蒸発温度を異なる温度にすることができる。冷媒回路６ａ，６ｂにおける凝縮温度及び蒸発温度を異なる温度にすることにより、水や空気の温度変化に応じた冷媒温度を実現でき、効率のよい空気調和機を構成することが可能になる。

　図５に示す例では、冷房運転時には、熱交換器３ａで熱交換され加熱された空気が熱交換器３ｂに送られるため、熱交換器３ａにおける凝縮温度は低く、熱交換器３ｂにおける凝縮温度は高くなる。また、中間熱交換器５ａで熱交換され冷却された水が中間熱交換器５ｂへ流入するため、中間熱交換器５ａにおける蒸発温度は高く、中間熱交換器５ｂにおける蒸発温度は低くなる。暖房運転時には、熱交換器３ａで熱交換され冷却された空気が熱交換器３ｂに送られるため、熱交換器３ａにおける蒸発温度は高く、熱交換器３ｂにおける蒸発温度は低くなる。また、中間熱交換器５ａで熱交換され加熱された水が中間熱交換器５ｂへ流入するため、中間熱交換器５ａにおける凝縮温度は低く、中間熱交換器５ｂにおける凝縮温度は高くなる。
　つまり、図５に示す例では、冷媒回路６ａは、凝縮温度が低く、蒸発温度が高い回路となり、冷媒回路６ｂは、凝縮温度が高く、蒸発温度が低い回路となる。したがって、冷媒回路６ａは高低圧差が小さくなり、冷媒回路６ｂは高低圧差が大きくなる。
　しかし、送風機１１によって送られる風が熱交換器３ｂを通過した後に熱交換器３ａを通過するようにする、又は、水回路１０を循環する水が中間熱交換器５ｂを通過した後に中間熱交換器５ａを通過するようにして、冷媒回路６ａと冷媒回路６ｂとのの高低圧差の差が小さくなるようにしてもよい。
　冷媒回路６ａ，６ｂの高低圧差の差を大きくするか小さくするかは、冷媒回路６ａ，６ｂに搭載される圧縮機の単体性能差や空気調和機１００の設置環境等に応じて効率がよくなる方を選択すればよい。

　実施の形態３．
　実施の形態３では、実施の形態１，２に係る中間熱交換器５（５ａ，５ｂ）の配置について説明する。なお、ここでは、実施の形態２に係る空気調和機１００を例として説明する。

　図８は、一般的なプレート熱交換器の分解斜視図である。
　図９から図１１は、実施の形態３に係る中間熱交換器５ａ，５ｂの配置を示す図である。図９から図１１において、実線矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、破線矢印は水の流れを示す。暖房運転時には、冷媒の流れは実線矢印と逆の方向になる。また、図９から図１１では、上下方向が鉛直方向を示す。
　図９から図１１では、中間熱交換器５ａ，５ｂがプレート熱交換器であることを想定している。図８に示すように、プレート熱交換器は、複数の略矩形のプレート５１を積層して構成され、厚さの薄い直方体状に形成される。そして、端に積層されたプレート５１に、１次側回路との接続口５２，５３と、２次側回路との接続口５４，５５とが設けられる。１次側回路を循環する冷媒が流れる冷媒流路５６と、２次側回路を循環する水とが流れる水流路５７とは、各プレートの間に交互に形成される。

　図９では、直方体状の中間熱交換器５ａ，５ｂを縦にして２段積みにしている。室外機１５は、２つの冷媒回路６ａ，６ｂを収納するため、大型化し、設置面積が大きくなってしまう。しかし、図９に示すように、中間熱交換器５ａ，５ｂを縦にして２段積みにすることで、中間熱交換器５ａ，５ｂを効率的に配置でき、室外機１５の設置面積を小さくすることができる。
　なお、膨張弁４ａ，４ｂ側となる接続口５３ａ，５３ｂとポンプ７側となる接続口５５ａ，５５ｂとを下側にし、四方弁２ａ，２ｂ側となる接続口５２ａ，５２ｂと弁８ｂ側となる接続口５４ａ，５４ｂとを上側にする。冷房運転時及び除霜運転時は、二相冷媒が接続口５３ａ，５３ｂから流入し、ガス冷媒が接続口５２ａ，５２ｂから流出する。暖房運転時は、ガス冷媒が接続口５２ａ，５２ｂから流入し、液冷媒が接続口５３ａ，５３ｂから流出する。したがって、このように配置することにより、ガス冷媒が通る接続口５２ａ，５２ｂが上側になり、ガス冷媒が中間熱交換器５ａ，５ｂ内に滞留することを防止できる。

　図１０、図１１では、中間熱交換器５ａ，５ｂを傾けて、ガス冷媒が通る接続口５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂが斜め上を向くようにしている。これにより、室外機１５の設置面積は少し大きくなるものの、中間熱交換器５ａ，５ｂの上部（図９の破線で示す範囲５８ａ，５８ｂ）にガス冷媒が滞留する領域を低減できる。
　図１０の変形例として、図１１では、接続口５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂと接続口５３ａ，５３ｂ，５５ａ，５５ｂとを逆側の端に積層されたプレート５１に設けている。接続口５３ａ，５３ｂは、冷房運転時及び除霜運転時の冷媒の入口である。

　微小な冷媒漏洩が起きた場合、中間熱交換器５ａ，５ｂ内に冷媒ガスが滞留してしまい、冷媒漏洩の検知が遅れる恐れがある。しかし、上述した方法により、中間熱交換器５ａ，５ｂ内に冷媒ガスが滞留する領域を低減できるため、速やかに冷媒漏洩を検知することができる。

　なお、上記説明では、実施の形態２に係る中間熱交換器５ａ，５ｂを例として説明した。しかし、実施の形態１に係る空気調和機１００においても、図９に示すように中間熱交換器５を縦にしてもよいし、図１０に示すように中間熱交換器５を傾けてもよいし、図１１に示すように接続口を逆側の端に積層されたプレート５１に設けてもよい。

　なお、１次側冷媒回路を２つ以上備え、この１次側冷媒回路を循環する可燃性冷媒として、液密度（液ヘッド）が水より大きいＲ３２、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ、Ｒ３２を含む混合冷媒や、ＨＦＯ－１２３４ｙｆを含む混合冷媒を用いる場合には、各中間熱交換器を縦にした状態で左右方向に並列配置する。即ち、接続口５３ａ，５３ｂ，５５ａ，５５ｂを下側にし、接続口５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂを上側にした状態で、中間熱交換器５ａ，５ｂを左右に並列配置する。これにより、性能を確保し、室外機１５の上部空間を冷媒配管スペースとして活用して設置面積のコンパクト化を図ることができる。

　以上の実施の形態では、２次側回路である水回路１０を水が循環するとした。しかし、２次側回路を循環する流体は、水に限らず、ブライン等の他の非可燃性の流体であってもよい。
　２次側回路をブラインが循環する場合、中間熱交換器５（実施の形態２では中間熱交換器５ａ，５ｂ）内でブラインが凍結することはないが、経年劣化等により中間熱交換器５が破損する恐れはある。したがって、以上の実施の形態に係る空気調和機１００は、２次側回路をブラインが循環する場合にも有効である。

　また、以上の実施の形態では、ポンプ７を水回路１０における中間熱交換器５（実施の形態２では中間熱交換器５ｂ）と弁８ａとの間に設置した。しかし、ポンプ７を設置する位置は、水の循環方向における弁８ｂと弁８ａとの間であれば他の位置であってもよい。
　ポンプ７を設置する位置によらず、漏洩検知装置１３はポンプ７と弁８ａとの間における水回路１０内の圧力を検出することで、確実に冷媒漏洩を検知できる。

　また、以上の実施の形態では、ヒートポンプ装置の一例として、空気調和機について説明した。空気調和機としては、比較的冷媒量が少ないルームエアコンに限らず、業務用のパッケージエアコンやビル用のマルチエアコン等の大型のものであってもよい。また、ヒートポンプ装置は、空気調和機に限らず、チラーや低温機器等であってもよい。この場合、２次側回路の流体を水ではなく、ブラインにする必要がある。また、この場合、冷凍や冷蔵専用となるため、四方弁は不要となる。

　１　圧縮機、２　四方弁、３　熱交換器、４　膨張弁、５　中間熱交換器、６　冷媒回路、７　ポンプ、８　弁、９　熱交換器、１０　水回路、１１，１２　送風機、１３　漏洩検知装置、１４　制御装置、１５　室外機、１６　室内機、５１　プレート、５２，５３，５４，５５　接続口、５６　冷媒流路、５７　水流路、５８　ガス冷媒の滞留する領域、１００　空気調和機。

Claims (13)

1. 　冷媒が循環する第１冷媒回路であって、第１圧縮機と、第１熱源熱交換器と、第１膨張機構と、第１中間熱交換器とが順次配管により接続され環状に構成された第１冷媒回路と、
   　流体が循環する流体回路であって、前記第１中間熱交換器と、第１弁と、負荷熱交換器と、第２弁とが順次配管により接続され環状に構成された流体回路と、
   　前記第１冷媒回路を循環する冷媒が前記第１中間熱交換器から前記流体回路へ漏洩したことを検知する漏洩検知装置と、
   　冷媒が漏洩したことを前記漏洩検知装置が検知した場合、前記流体回路に接続された前記第１弁と前記第２弁とを閉じる制御装置と
   を備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 　前記ヒートポンプ装置は、さらに、
   　前記第１圧縮機と、前記第１熱源熱交換器と、前記第１膨張機構と、前記第１中間熱交換器と、前記第１弁と、前記第２弁とを収納する第１筺体と、
   　前記負荷熱交換器を収納する第２筺体と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 　前記第１冷媒回路を循環する冷媒は、可燃性であり、
   　前記流体回路を循環する流体は、不燃性である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ装置。
4. 　前記制御装置は、冷媒が漏洩したことを前記漏洩検知装置が検知した場合、前記第１圧縮機を停止させる
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のヒートポンプ装置。
5. 　前記流体回路は、さらに、前記第１中間熱交換器、前記第１弁、前記負荷熱交換器、前記第２弁の順に前記流体を循環させるポンプが、前記流体が循環する方向における前記第２弁と前記第１弁との間に接続され、
   　前記第１弁は、前記流体回路を循環する流体の流量が所定の流量になるように開度が調整され、
   　前記漏洩検知装置は、前記流体回路における前記ポンプと前記第１弁との間の圧力を検知することにより、冷媒が漏洩したことを検知する
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のヒートポンプ装置。
6. 　前記第１中間熱交換器は、前記第１圧縮機に接続される配管の接続口が上になり、前記第１膨張機構に接続される配管の接続口が下になるように配置された
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載のヒートポンプ装置。
7. 　前記第１中間熱交換器は、複数のプレートが積層され、いずれかの端に積層されたプレートに前記第１圧縮機に接続される配管の接続口と前記第１膨張機構に接続される配管の接続口とが設けられたプレート熱交換器であり、前記第１圧縮機に接続される配管の接続口が斜め上を向くように傾けて配置された
   ことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ装置。
8. 　前記第１中間熱交換器は、前記第１圧縮機に接続される配管の接続口が、前記複数のプレートのうち、前記第１膨張機構に接続される配管の接続口が設けられたプレートと逆側の端に積層されたプレートに設けられた前記プレート熱交換器であり、前記第１圧縮機に接続される配管の接続口が斜め上を向き、前記第１膨張機構に接続される配管の接続口が斜め下を向くように傾けて配置された
   ことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ装置。
9. 　前記ヒートポンプ装置は、さらに、
   　冷媒が循環する第２冷媒回路であって、第２圧縮機と、第２熱源熱交換器と、第２膨張機構と、第２中間熱交換器とが順次配管により接続され環状に構成された第２冷媒回路
   を備え、
   　前記第２中間熱交換器は、前記流体回路において、前記第１中間熱交換器と前記第１弁との間に接続され、
   　前記漏洩検知装置は、前記第１冷媒回路を循環する冷媒と、前記第２冷媒回路を循環する冷媒とが前記第１中間熱交換器から前記流体回路へ漏洩したことを検知する
   ことを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載のヒートポンプ装置。
10. 　前記第１冷媒回路及び前記第２冷媒回路を循環する冷媒は、Ｒ３２、又はＲ３２を含む混合冷媒であり、
    　前記第１中間熱交換器及び前記第２中間熱交換器は、複数のプレートが積層されたプレート熱交換器であり、配管の接続口が上下に位置する縦にした状態で、左右方向に並んで配置された
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに従属する請求項９に記載のヒートポンプ装置。
11. 　前記ヒートポンプ装置は、さらに、
    　前記第１熱源熱交換器と前記第２熱源熱交換器との一方で冷媒と熱交換された空気が他方へ送られ前記他方で冷媒と熱交換されるように、風を起こす送風機
    を備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載のヒートポンプ装置。
12. 　前記ヒートポンプ装置は、部屋の空気調和を行う空気調和機であり、
    　前記第１筺体は、前記部屋の外部に設置される室外機であり、
    　前記第２筺体は、前記部屋の内部に設置される室内機である
    ことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
13. 　冷媒が循環する第１冷媒回路であって、第１圧縮機と、第１熱源熱交換器と、第１膨張機構と、第１中間熱交換器とが順次配管により接続され環状に構成された第１冷媒回路と、
    　流体が循環する流体回路であって、前記第１中間熱交換器と、第１弁と、負荷熱交換器と、第２弁とが順次配管により接続され環状に構成された流体回路と
    を備えるヒートポンプ装置の制御方法であり、
    　漏洩検知装置が、前記第１冷媒回路を循環する冷媒が前記第１中間熱交換器から前記流体回路へ漏洩したことを検知する漏洩検知工程と、
    　制御装置が、冷媒が漏洩したことを前記漏洩検知装置が検知した場合、前記流体回路に接続された前記第１弁と前記第２弁とを閉じる弁制御工程と
    を備えることを特徴とするヒートポンプ装置の制御方法。

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