WO2018105102A1 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

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pressure
heat exchanger
valve
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博和 南迫
康巨 鈴木
一隆 鈴木
服部 太郎
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat pump device, and more particularly to leakage of the refrigerant.
  • the heat pump device described in Patent Literature 1 includes a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates and a fluid circuit in which a fluid circulates.
  • the refrigerant circuit is configured in an annular shape, in which a compressor, a heat source heat exchanger, an expansion mechanism, and an intermediate heat exchanger are sequentially connected by piping.
  • an intermediate heat exchanger, a first valve, a load heat exchanger, and a second valve are sequentially connected by piping, and are configured in an annular shape.
  • the heat pump device described in Patent Literature 1 includes a leakage detection device that detects that the refrigerant circulating in the refrigerant circuit has leaked from the intermediate heat exchanger to the fluid, and the leakage detection device is a refrigerant detector.
  • the leakage detection device is a refrigerant detector.
  • a control device for closing the first valve and the second valve connected to the fluid circuit is provided.
  • the control device closes the first valve and the second valve, so that the leaked refrigerant is prevented from flowing beyond the first valve and the second valve.
  • the leakage detection device and the control device that closes the first valve and the second valve are both powered by electric power and cannot operate in a state where electric power is not supplied.
  • the intermediate heat exchanger may be damaged due to corrosion or the intermediate heat exchanger may be damaged due to freezing due to a decrease in temperature even when there is no power supply and these devices are out of operation.
  • leakage of the refrigerant cannot be detected, and there is a possibility that the leaked refrigerant cannot be prevented from flowing beyond the first valve and the second valve.
  • the refrigerant may leak into the room where the load heat exchanger of the fluid circuit is disposed.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a heat pump device capable of preventing refrigerant leakage indoors even when refrigerant leakage occurs in the absence of power supply.
  • the purpose is to do.
  • a heat pump device includes a refrigerant circuit in which a compressor, a heat source heat exchanger, an expansion mechanism, and an intermediate heat exchanger are sequentially connected by piping, and the refrigerant circulates, the intermediate heat exchanger, a load A heat exchanger and a check valve are sequentially connected by a pipe, and a fluid circuit in which a fluid circulates, and a pipe that connects the output port of the intermediate heat exchanger and the input port of the load heat exchanger in the fluid circuit.
  • the pressure regulating valve is configured to block the fluid flow path when the refrigerant leaks into the fluid and the pressure of the fluid rises. .
  • the pressure regulating valve is configured to shut off the fluid flow path when the refrigerant leaks into the fluid circulating in the fluid circuit and the pressure of the fluid rises. It is connected to piping connecting the output port and the input port of the load heat exchanger. Therefore, even when the power is not supplied to the heat pump device, it is possible to prevent the refrigerant leaked into the fluid in the intermediate heat exchanger from reaching the load heat exchanger. As a result, indoor refrigerant leakage can be prevented.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a pressure regulating valve according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the flow of the refrigerant
  • FIG. It is a figure which shows the operation
  • FIG. It is a figure which shows the flow of the refrigerant
  • FIG. 1 It is a figure which shows the flow of a refrigerant
  • FIG. 2 It is a figure which shows operation
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioner according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the air conditioner 1 includes a refrigerant circuit 20 configured in an annular shape, in which a compressor 2, a four-way valve 3, a heat source heat exchanger 6, an expansion valve 5, and an intermediate heat exchanger 4 are sequentially connected by piping.
  • the air conditioner 1 includes an intermediate heat exchanger 4, a pressure regulating valve 7, a load heat exchanger 8, a pump 9, and a check valve 10 sequentially connected by piping, and includes a water circuit 30 configured in an annular shape.
  • a combustible refrigerant such as R32 refrigerant or propane circulates in the refrigerant circuit 20, and water circulates in the water circuit 30.
  • the air vent valve 11 is connected to a pipe branched from a pipe connecting the pressure regulating valve 7 and the load heat exchanger 8, and the load safety valve 12 is composed of the load heat exchanger 8 and the pump 9. It is connected to a pipe that branches off from the pipe that connects.
  • the load heat exchanger 8 is installed in an indoor space where air conditioning is performed.
  • the pressure regulating valve 7 is connected to a pipe that connects the output port of the intermediate heat exchanger 4 and the input port of the load heat exchanger 8.
  • the check valve 10 is a valve for allowing the flow of water from the pump 9 to the intermediate heat exchanger 4 in the water circuit 30 and suppressing the flow of water from the intermediate heat exchanger 4 to the pump 9.
  • the check valve 10 is connected to a pipe connecting the output port of the load heat exchanger 8 and the input port of the intermediate heat exchanger 4.
  • the air vent valve 11 is a valve for discharging air generated or mixed in the water circuit 30 to the outside and preventing the pump 9 from idling.
  • the air vent valve 11 is connected to a pipe branched from the pipe on the uppermost floor in the water circuit 30.
  • the load safety valve 12 is a valve for draining water when the pressure in the water circuit 30 rises and suppressing the pressure rise. Therefore, the load safety valve 12 is connected to a pipe branched from the vicinity of the inflow side of the pump 9 so that it does not operate due to the pressure increase of the pump 9. That is, the air vent valve 11 and the load safety valve 12 are installed in the indoor space.
  • the heat source heat exchanger 6 is housed in an outdoor unit installed outdoors to exchange heat between the air and the refrigerant.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the pressure regulating valve according to the first embodiment.
  • the configuration of the pressure regulating valve 7 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
  • the pressure regulating valve 7 is a valve that can be used only in one direction, and has one inlet and one outlet, and includes a mechanical space 7A that is a space into which water does not flow and a water passage portion 7B through which water flows.
  • the pressure regulating valve 7 includes a diaphragm 71, a shaft 72, a coil spring 73, a shielding plate 74, and an inner wall 75.
  • the inner wall 75 separates the inlet side water passing portion 7BA that is the inflow side of the water passing portion 7B and the outlet side water passing portion 7BB that is the outflow side.
  • An opening 75 ⁇ / b> A is formed in the inner wall 75.
  • the diaphragm 71 is disposed in the inlet side water passing portion 7BA, and separates the mechanical space 7A and the water passing portion 7B.
  • the diaphragm 71 is a member that can be displaced in the vertical direction in FIG. 2 according to pressure.
  • the shaft 72 is a longitudinal member that is inserted through the opening 75 ⁇ / b> A of the inner wall 75 while being supported by the diaphragm 71.
  • the shaft 72 is disposed such that one tip is located in the outlet-side water passage 7BB and the other tip is located in the machine space 7A.
  • a shielding plate 74 is disposed at an end portion of the shaft 72 located at the outlet side water passing portion 7BB. An end portion of the shaft 72 located in the machine space 7A is received by a receiving portion 7C formed in the machine space 7A.
  • the shielding plate 74 has an area larger than the opening area of the opening 75A.
  • a coil spring 73 which is a spring member, is wound around the shaft 72.
  • One end of the coil spring 73 is fixed to the inner peripheral surface forming the machine space 7 ⁇ / b> A in the pressure regulating valve 7, and the other end is fixed to the diaphragm 71.
  • the coil spring 73 urges the diaphragm 71 downward.
  • the shaft 72 and the shielding plate 74 correspond to a shielding mechanism.
  • the diaphragm 71 When the water circulates inside the water circuit 30, the water flows from the inlet of the pressure regulating valve 7 toward the outlet. At that time, an upward biasing force is applied to the diaphragm 71 by water pressure. That is, when water circulates inside the water circuit 30, the diaphragm 71 is applied with a downward biasing force by the coil spring 73 and an upward biasing force due to water pressure. Accordingly, the diaphragm 71 is displaced in a direction in which a stronger urging force is applied among the urging force due to the water pressure and the urging force due to the coil spring 73.
  • the coil spring 73 is provided with the shielding plate 74 of the inner wall 75 during normal heating operation, cooling operation, and defrosting operation in which the refrigerant does not leak into the water circuit 30.
  • a spring having a spring coefficient capable of pushing down the shaft 72 against water pressure is selected so as not to block the opening 75A and block the water flow path. Therefore, as shown in FIG. 2, the diaphragm 71 is displaced downward, that is, in a direction approaching the opening 75 ⁇ / b> A of the inner wall 75, by the urging force of the coil spring 73 against the water pressure. In conjunction with this, the shaft 72 moves downward, and the shielding plate 74 is positioned away from the opening 75A.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and water during the heating operation of the air conditioner according to Embodiment 1.
  • the solid line arrows indicate the flow of the refrigerant
  • the broken line arrows indicate the flow of water.
  • the liquid refrigerant passes through the expansion valve 5 and is expanded to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the heat source heat exchanger 6, exchanges heat with the outside air, and evaporates to become a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant passes through the four-way valve 3 and is sucked into the compressor 2 again to become high temperature and high pressure.
  • the high-temperature water heated by the intermediate heat exchanger 4 passes through the pressure regulating valve 7 and flows into the load heat exchanger 8.
  • the hot water flowing into the load heat exchanger 8 is cooled by exchanging heat with room air. At this time, the room air is heated.
  • the cooled water passes through the pump 9 and the check valve 10 in order, and flows into the intermediate heat exchanger 4 again.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation during heating operation of the pressure regulating valve according to the first embodiment.
  • the coil spring 73 of the pressure regulating valve 7 moves the shaft 72 against the water pressure so that the shielding plate 74 does not block the water flow path due to the water pressure passing through the pressure regulating valve 7. It has a spring coefficient that can be pushed down in the direction. Therefore, during the heating operation, the coil spring 73 of the pressure regulating valve 7 pushes down the diaphragm 71 and pushes down the shaft 72 and the shielding plate 74.
  • a flow path is formed between the inlet-side water passing portion 7BA and the outlet-side water passing portion 7BB, and high-temperature water flowing from the inlet flows out from the outlet.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and water during the cooling operation of the air conditioner according to Embodiment 1.
  • the solid line arrows indicate the flow of the refrigerant
  • the broken line arrows indicate the flow of water.
  • the liquid refrigerant passes through the expansion valve 5 and is expanded to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the intermediate heat exchanger 4, exchanges heat with water and evaporates to become a gas refrigerant. At this time, water circulating in the water circuit 30 is cooled.
  • the gas refrigerant passes through the four-way valve 3 and is sucked into the compressor 2 again to become high temperature and high pressure.
  • the low temperature water cooled by the intermediate heat exchanger 4 passes through the pressure regulating valve 7 and flows into the load heat exchanger 8.
  • the low-temperature water that has flowed into the load heat exchanger 8 is heat-exchanged with room air and heated. At this time, the room air is cooled.
  • the heated water passes through the pump 9 and the check valve 10 in order, and flows into the intermediate heat exchanger 4 again.
  • the defrosting operation is executed when the heat source heat exchanger 6 is frosted by the heating operation.
  • the defrosting operation is the same as the cooling operation. That is, as shown in FIG. 5, in the refrigerant circuit 20, the refrigerant that has become high temperature and high pressure by the compressor 2 passes through the four-way valve 3 and flows into the heat source heat exchanger 6. The high-temperature and high-pressure refrigerant flowing into the heat source heat exchanger 6 melts and removes frost attached to the heat source heat exchanger 6. Other operations are the same as the operations during the cooling operation.
  • the low-temperature refrigerant flows into the intermediate heat exchanger 4 and cools the water flowing through the intermediate heat exchanger 4. Therefore, depending on the case, the water flowing through the intermediate heat exchanger 4 may freeze, and the intermediate heat exchanger 4 may be damaged due to the volume expansion of the water due to the freezing. Further, the intermediate heat exchanger 4 may be damaged due to an abnormal increase in the refrigerant pressure, or fatigue failure due to a pressure increase as a result of repeated operation. Further, the thinning due to the corrosion of the constituent members of the intermediate heat exchanger 4 may cause a decrease in strength and promote the destruction.
  • the refrigerant enters the water circuit 30 due to the difference between the pressure of the refrigerant flowing in the refrigerant circuit 20 and the pressure of the water flowing in the water circuit 30.
  • the refrigerant is gasified due to the decompression effect, causing a pressure increase in the water circuit 30.
  • the pressure in the water circuit 30 increases, drainage is performed by the load safety valve 12 mounted on the water circuit 30.
  • the refrigerant mixed in the water in the water circuit 30 is discharged into the indoor space by drainage. As a result, a flammable zone is formed, and when an ignition source is encountered, there is a possibility of ignition.
  • the gasified refrigerant mixed in the water circuit 30 is discharged from the air vent valve 11, forms a combustible region, and may ignite.
  • the pressure regulating valve 7 is provided to prevent the refrigerant from being discharged into the indoor space and forming a combustible area.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and water when refrigerant leakage occurs during the heating operation of the air conditioner according to Embodiment 1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an operation when refrigerant leakage occurs during the heating operation of the pressure regulating valve according to the first embodiment.
  • the diaphragm 71 is displaced upward, that is, in a direction away from the opening 75 ⁇ / b> A of the inner wall 75 against the urging force of the coil spring 73.
  • the shielding plate 74 is positioned at a position where the opening 75A is shielded as shown in FIG.
  • the opening 75 ⁇ / b> A of the inner wall 75 is shielded by the shielding plate 74, the flow path from the inlet side water passing portion 7 ⁇ / b> BA to the outlet side water passing portion 7 ⁇ / b> BB is blocked in the pressure regulating valve 7, and from the inlet of the pressure regulating valve 7.
  • the inflowing water is prevented from flowing out from the outlet.
  • the water pressure applied to the inlet of the pressure regulating valve 7 further increases, and the pressure with which the shielding plate 74 is pressed against the periphery of the opening 75A of the inner wall 75 by the diaphragm 71 and the shaft 72 also increases. .
  • the amount of refrigerant leakage into the water circulating in the water circuit 30 is reduced.
  • the pressure regulating valve 7 is configured to operate when the water pressure rises due to the refrigerant leaking into the water circulating in the water circuit 30. Therefore, even when the air conditioner 1 is not supplied with electric power, when the refrigerant leaks, the pressure regulating valve 7 blocks the flow path of the water circuit 30 and the refrigerant leaks into the indoor space. Is prevented.
  • the pressure regulating valve 7 is activated by the increase of the water pressure accompanying the refrigerant leakage, so that the flow path can be blocked in a short time. Therefore, the amount of refrigerant leakage to the water circuit 30 can be suppressed.
  • the pressure regulating valve 7 is interposed between the output port of the intermediate heat exchanger 4 and the air vent valve 11 in a pipe connecting the output port of the intermediate heat exchanger 4 and the input port of the load heat exchanger 8. Therefore, the refrigerant that has leaked into the water of the water circuit 30 is prevented from reaching the air vent valve 11. As a result, the refrigerant is prevented from leaking indoors.
  • the flow of water in the pressure regulating valve 7 is blocked, so that the water flow in the water circuit 30 is stopped and the check valve 10 is also closed.
  • the refrigerant that has leaked in from the intermediate heat exchanger 4 is prevented from flowing from the pressure regulating valve 7 and the check valve 10 toward the load heat exchanger 8, and the refrigerant reaches the air vent valve 11, and Refrigerant is prevented from reaching the load safety valve 12. Therefore, the refrigerant can be prevented from leaking into the indoor space.
  • the pressure rise of the water which flows into the load heat exchanger 8, the piping currently stretched indoors, and the welding part of piping can be suppressed. Therefore, it can suppress that the water containing a refrigerant
  • FIG. FIG. 8 is a configuration diagram of an air conditioner according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that an outdoor safety valve 13 is connected to a pipe branched from a pipe connecting the intermediate heat exchanger 4 and the pressure regulating valve 7.
  • the operating pressure of the outdoor safety valve 13, that is, the valve opening pressure is equal to or higher than the operating pressure of the shielding plate 74 of the pressure regulating valve 7, that is, the fluid cutoff pressure of the pressure regulating valve 7.
  • the fluid cutoff pressure of the pressure regulating valve 7 is equal to or less than the operating pressure of the outdoor safety valve 13.
  • It is desirable that the valve opening pressure of the outdoor safety valve 13 is higher than the operating pressure of the shielding plate 74.
  • the outdoor safety valve 13 and the drain port extending from the outdoor safety valve 13 are preferably installed in an open space such as outdoors or in a room with a large floor area.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and water when refrigerant leakage occurs during the heating operation of the air conditioner according to Embodiment 2.
  • the solid line arrows indicate the flow of the refrigerant, and the broken lines indicate the flow of water.
  • the pressure regulating valve 7 is activated and the flow path of the water is shut off as described in the above embodiment. This is the same as the first aspect.
  • the water pressure in the water circuit 30 continues to rise, and when the operating pressure of the outdoor safety valve 13 is exceeded, the outdoor safety valve 13 releases water and the refrigerant to the open space. Then, the pressure in the water circuit 30 gradually decreases. When the pressure in the water circuit 30 drops, the outdoor safety valve 13 is closed, and the discharge of water and refrigerant into the open space is stopped.
  • the outdoor safety valve 13 is provided in the pipe branched from the pipe connecting the intermediate heat exchanger 4 and the pressure regulating valve 7. Accordingly, the refrigerant flowing from the damaged portion of the intermediate heat exchanger 4 is prevented from reaching the indoor space, and the pipe connecting the check valve 10 and the intermediate heat exchanger 4, the intermediate heat exchanger 4, An increase in pressure applied to the pipe connecting the pressure regulating valve 7 can be suppressed. Furthermore, since the increase in pressure applied to these pipes during refrigerant leakage is suppressed, the pressure regulating valve 7, the check valve 10, and the pipe connecting these to the intermediate heat exchanger 4 are resistant to reverse pressure. Can be used. That is, there is no need to prepare parts with special specifications for the pressure regulating valve 7, the check valve 10, and the pipe connecting these to the intermediate heat exchanger 4, which is economical.

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Abstract

圧縮機と、熱源熱交換器と、膨張機構と、中間熱交換器とが順次配管により接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、中間熱交換器と、負荷熱交換器と逆止弁とが順次配管により接続され、流体が循環する流体回路とを有するヒートポンプ装置に、圧力調整弁を設ける。圧力調整弁は、流体回路において、中間熱交換器の出力口と負荷熱交換器の入力口とを接続する配管に接続されている。圧力調整弁は、流体に冷媒が漏洩し流体の圧力が上昇すると、流体の流路を遮断するよう構成されている。

Description

ヒートポンプ装置
 本発明は、ヒートポンプ装置に関し、特にその冷媒漏洩に関するものである。
 従来、空気調和機及び冷凍装置等に使用されるヒートポンプ装置が知られている。特許文献1に記載のヒートポンプ装置は、冷媒が循環する冷媒回路と流体が循環する流体回路とを備えている。冷媒回路は、圧縮機と、熱源熱交換器と、膨張機構と、中間熱交換器とが順次配管により接続されており、環状に構成されている。流体回路は、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ており、環状に構成されている。さらに、冷媒漏洩に対処するため、特許文献1に記載のヒートポンプ装置は、冷媒回路を循環する冷媒が中間熱交換器から流体へ漏洩したことを検知する漏洩検知装置と、漏洩検知装置が冷媒の漏洩を検知した場合、流体回路に接続された第1弁と第2弁とを閉じる制御装置とを備えている。このヒートポンプ装置では、冷媒回路から流体回路へ冷媒が漏洩すると、制御装置により第1弁と第2弁が閉じられるため、漏洩した冷媒が第1弁や第2弁の先へ流れることが防止される。
国際公開第2013/038577号
 引用文献1のヒートポンプ装置において、漏洩検知装置、並びに第1弁と第2弁を閉じる制御装置は、いずれも電力を動力源とするものであり、電力が供給されない状態では動作できない。しかしながら、電力供給がなくこれらの機器が運転停止の状態でも、腐食による中間熱交換器の破損、気温低下による凍結が引き起こす中間熱交換器の破損の可能性はある。このような場合、冷媒の漏洩を検出することができず、また、漏洩した冷媒が第1弁及び第2弁の先へ流れることを防止することができない可能性がある。その結果、流体回路の負荷熱交換器が配設されている室内に冷媒が漏洩する可能性がある。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力の供給が無い状態において冷媒漏洩が発生した場合でも、屋内への冷媒漏洩を防止することができるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
 本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機と、熱源熱交換器と、膨張機構と、中間熱交換器とが順次配管により接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記中間熱交換器と、負荷熱交換器と逆止弁とが順次配管により接続され、流体が循環する流体回路と、前記流体回路において、前記中間熱交換器の出力口と前記負荷熱交換器の入力口とを接続する配管に接続されている圧力調整弁とを備え、前記圧力調整弁は、前記流体に前記冷媒が漏洩し前記流体の圧力が上昇すると、前記流体の流路を遮断するよう構成されているものである。
 本発明に係るヒートポンプ装置によると、圧力調整弁は、流体回路を循環する流体に冷媒が漏洩し流体の圧力が上昇すると、流体の流路を遮断するよう構成されており、中間熱交換器の出力口と負荷熱交換器の入力口とを接続する配管に接続されている。従って、ヒートポンプ装置に電源が供給されていない状態であっても、中間熱交換器において流体に漏洩した冷媒が負荷熱交換器に到達することを防止することができる。その結果、屋内への冷媒漏洩を防止することができる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和機の構成図である。 実施の形態1に係る圧力調整弁の構成図である。 実施の形態1に係る空気調和機の暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。 実施の形態1に係る圧力調整弁の暖房運転時の動作を示す図である。 実施の形態1に係る空気調和機の冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。 実施の形態1に係る空気調和機の暖房運転時に冷媒漏洩が発生したときの冷媒及び水の流れを示す図である。 実施の形態1に係る圧力調整弁の暖房運転時に冷媒漏洩が発生したときの動作を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和機の構成図である。 実施の形態2に係る空気調和機の暖房運転時に冷媒漏洩が発生したときの冷媒及び水の流れを示す図である。
 以下に、本発明におけるヒートポンプ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機の構成図である。空気調和機1は、圧縮機2と四方弁3と熱源熱交換器6と膨張弁5と中間熱交換器4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20を備える。また、空気調和機1は、中間熱交換器4と圧力調整弁7と負荷熱交換器8とポンプ9と逆止弁10とが順次配管により接続され、環状に構成された水回路30を備える。冷媒回路20には、R32冷媒やプロパン等の可燃性冷媒が循環し、水回路30には水が循環する。冷媒回路20において、空気抜き弁11は、圧力調整弁7と負荷熱交換器8とを接続している配管から分岐する配管に接続されており、負荷安全弁12は、負荷熱交換器8とポンプ9とを接続している配管から分岐する配管に接続されている。
 負荷熱交換器8は空気調和を行う対象の屋内空間に設置される。圧力調整弁7は、水回路30において、中間熱交換器4の出力口と負荷熱交換器8の入力口とを接続する配管に接続されている。逆止弁10は、水回路30においてポンプ9から中間熱交換器4への水の流れを許容し、中間熱交換器4からポンプ9への水の流れを抑止するための弁である。
逆止弁10は、水回路30において、負荷熱交換器8の出力口と中間熱交換器4の入力口とを接続する配管に接続されている。空気抜き弁11は、水回路30内に発生若しくは混入した空気を外部へ排出し、ポンプ9の空回りを防止すための弁である。空気を効率的に排出するため、空気抜き弁11は、水回路30において最上階の配管から分岐された配管に接続されている。負荷安全弁12は、水回路30内の圧力が上昇したとき排水を行い、圧力上昇を抑えるための弁である。従って、ポンプ9の昇圧の影響を受けて作動しないよう、負荷安全弁12はポンプ9の流入側の近傍から分岐する配管に接続されている。すなわち、空気抜き弁11及び負荷安全弁12は屋内空間に設置されている。熱源熱交換器6は、空気と冷媒を熱交換するため、室外に設置される室外機に収納される。
(圧力調整弁7の構成)
 図2は、実施の形態1に係る圧力調整弁の構成図である。図2を参照しながら、実施の形態1に係る圧力調整弁7の構成について説明する。圧力調整弁7は1方向のみに使用可能な弁であって、入口と出口を1つずつ有しており、水が流入しないスペースである機械空間7Aと、水が流れる通水部7Bとを有している。また、圧力調整弁7はダイアフラム71と、シャフト72と、コイルスプリング73と、遮蔽板74と、内壁75とを有している。
 内壁75は、通水部7Bの流入側である入口側通水部7BAと流出側である出口側通水部7BBとを隔てている。内壁75には開口部75Aが形成されている。ダイアフラム71は、入口側通水部7BAに配設され、機械空間7Aと通水部7Bとを隔てている。ダイアフラム71は、圧力に応じて、図2中の上下方向に変位可能な部材である。シャフト72は、ダイアフラム71に支持されながら内壁75の開口部75Aを挿通している長手部材である。シャフト72は、一方の先端が出口側通水部7BBに位置し、他方の先端が機械空間7A内に位置するよう配設されている。シャフト72の出口側通水部7BBに位置している端部には遮蔽板74が配設されている。シャフト72の機械空間7A内に位置している端部は、機械空間7Aに形成された受部7Cで受けられている。遮蔽板74は、開口部75Aの開口面積よりも大きい面積を有している。
 機械空間7Aにおいて、シャフト72にはバネ部材であるコイルスプリング73が巻き回されている。コイルスプリング73の一方の端部は圧力調整弁7において機械空間7Aを形成している内周面に固定され、他方の端部はダイアフラム71に固定されている。コイルスプリング73は、ダイアフラム71を下方向へ付勢している。シャフト72をコイルスプリング73の付勢力に抗して上方向に移動させることにより、内壁75の開口部75Aは遮蔽板74により遮蔽され、入口側通水部7BAと出口側通水部7BBとを接続している流路が遮断される。本実施の形態1では、シャフト72と遮蔽板74が遮蔽機構に相当する。
 水回路30の内部を水が循環しているとき、圧力調整弁7の入口から出口に向かって水が流れる。その際、ダイアフラム71には、水圧により上方向への付勢力が加わる。すなわち、水回路30の内部を水が循環しているとき、ダイアフラム71には、コイルスプリング73による下方向への付勢力が加わると共に、水圧による上方向への付勢力が加わる。従って、ダイアフラム71は、水圧による付勢力とコイルスプリング73による付勢力のうちより強い付勢力が作用する方向へ変位する。本実施の形態1では、コイルスプリング73には、冷媒の水回路30への漏洩が発生していない通常の暖房運転時、冷房運転時、及び除霜運転時において、遮蔽板74が内壁75の開口部75Aを遮蔽して水の流路を遮断しないよう、シャフト72を水圧に抗して下方向へ押し下げることができるバネ係数を有するバネが選定されている。従って、図2に示すように、水圧に抗してコイルスプリング73の付勢力により、ダイアフラム71が下方向、すなわち内壁75の開口部75Aに近づく方向へ変位した状態となり、このダイアフラム71の変位に連動してシャフト72が下方向へ移動し、遮蔽板74が開口部75Aから離れた位置に位置づけられている。
(暖房運転)
 図3を参照しながら、実施の形態1に関わる暖房運転の動作について説明する。図3は、実施の形態1に係る空気調和機の暖房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図3中、実線の矢印は冷媒の流れを示し、破線の矢印は水の流れを示している。空気調和機1の暖房運転時、冷媒回路20では、圧縮機2により高温・高圧になった冷媒は、四方弁3を通過し、中間熱交換器4へ流入する。中間熱交換器4へ流入した冷媒は、水回路30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30を循環する水は加熱される。液冷媒は、膨張弁5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、熱源熱交換器6へ流入し、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3を通過し、再び圧縮機2へ吸入され、高温・高圧となる。
 一方、水回路30では、中間熱交換器4で加熱された高温の水は、圧力調整弁7を通過し、負荷熱交換器8へ流入する。負荷熱交換器8に流入した高温の水は、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、ポンプ9、逆止弁10を順に通り、再び中間熱交換器4へ流入する。
 暖房運転中の圧力調整弁7の動作について説明する。図4は、実施の形態1に係る圧力調整弁の暖房運転時の動作を示す図である。上述のように、圧力調整弁7のコイルスプリング73は、圧力調整弁7を通る水の圧力で遮蔽板74が水の流路を遮断することがないよう、シャフト72を水圧に抗して下方向へ押し下げることができるバネ係数を有している。従って、暖房運転中は、圧力調整弁7のコイルスプリング73はダイアフラム71を押し下げ、シャフト72及び遮蔽板74を押し下げている。その結果、圧力調整弁7において、入口側通水部7BAと出口側通水部7BBとの間に流路が形成され、入口から流入した高温の水は出口から流出する。
(冷房運転)
 図5を参照しながら、実施の形態1に関わる冷房運転の動作について説明する。図5は、実施の形態1に係る空気調和機の冷房運転時の冷媒及び水の流れを示す図である。図5中、実線の矢印は冷媒の流れを示し、破線の矢印は水の流れを示している。冷房運転時には、冷媒回路20では、圧縮機2により高温・高圧になった冷媒は、四方弁3を通過し、熱源熱交換器6へ流入する。熱源熱交換器6へ流入した冷媒は、空気と熱交換され液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁5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4へ流入して、水と熱交換され蒸発してガス冷媒となる。この際、水回路30を循環する水は冷却される。ガス冷媒は、四方弁3を通過し、再び圧縮機2へ吸入され、高温・高圧となる。
 一方、水回路30では、中間熱交換器4で冷却された低温の水は、圧力調整弁7を通過し、負荷熱交換器8へ流入する。負荷熱交換器8に流入した低温の水は、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、ポンプ9、逆止弁10を順に通り、再び中間熱交換器4へ流入する。
 冷房運転中の圧力調整弁7の動作について説明する。暖房運転中と同様、図4に示すように、圧力調整弁7において機械空間7Aと通水部7Bとの間に流路が形成され、入口から流入した低温の水は出口から流出する。
(除霜運転)
 実施の形態1に係る空気調和機1の除霜運転時の動作について説明する。除霜運転は、暖房運転によって熱源熱交換器6に霜がついた場合に実行される。除霜運転は、冷房運転動作と同じである。すなわち、図5に示すように、冷媒回路20では、圧縮機2により高温高圧になった冷媒は、四方弁3を通過し、熱源熱交換器6へ流入する。熱源熱交換器6へ流入した高温高圧の冷媒によって、熱源熱交換器6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様である。
(冷媒漏洩時)
 上述のように、冷房運転時及び除霜運転には、中間熱交換器4に低温冷媒が流入し、中間熱交換器4に流れる水を冷却する。従って、場合によっては、中間熱交換器4に流れる水が凍結し、凍結に因る水の体積膨張で中間熱交換器4を破損する可能性がある。また、中間熱交換器4には、冷媒圧力の異常上昇による破損や、運転が繰り返された結果、圧力上昇による疲労破壊が生じる可能性がある。また、中間熱交換器4の構成部材の腐食による薄肉化が強度低下を引き起こし、破壊を促進する可能性もある。
 中間熱交換器4が破損すると、冷媒回路20に流れる冷媒の圧力と水回路30を流れる水の圧力の差により、冷媒は水回路30へ混入する。水回路30へ混入する際、冷媒は減圧効果によりガス化し、水回路30内の圧力上昇を引き起こす。水回路30内の圧力が上昇すると、水回路30に搭載されている負荷安全弁12により、排水が行われる。その際、水回路30内の水に混入している冷媒が、排水により室内空間へ排出される。その結果、可燃域を形成し、着火源と遭遇した場合、着火する可能性がある。同様に、水回路30へ混入したガス化した冷媒は、空気抜き弁11より排出され、可燃域を形成し、着火する可能性がある。しかしながら、本実施の形態1においては、圧力調整弁7を設けることにより、冷媒が室内空間へ排出され、可燃域が形成されることを防止している。
 ここで、本実施の形態1における冷媒漏洩時の圧力調整弁7の動作について説明する。図6は、実施の形態1に係る空気調和機の暖房運転時に冷媒漏洩が発生したときの冷媒及び水の流れを示す図である。図7は、実施の形態1に係る圧力調整弁の暖房運転時に冷媒漏洩が発生したときの動作を示す図である。冷媒漏洩時、水回路30を循環する水に冷媒が漏洩することにより、圧力調整弁7のコイルスプリング73の付勢力よりも、圧力調整弁7の入口から流入する水の水圧が強くなる。その結果、コイルスプリング73の付勢力に抗して、ダイアフラム71が上方へ、すなわち内壁75の開口部75Aから離れる方向へ変位する。このダイアフラム71の変位に連動してシャフト72が移動することにより、図7に示すように、遮蔽板74が開口部75Aを遮蔽する位置に位置づけられる。遮蔽板74により内壁75の開口部75Aは遮蔽されると、圧力調整弁7において、入口側通水部7BAから出口側通水部7BBへの流路が遮断され、圧力調整弁7の入口から流入した水が出口より流出することが抑制される。そして、流路が遮断されることにより、圧力調整弁7の入口にかかる水圧は更に上昇し、ダイアフラム71及びシャフト72により遮蔽板74が内壁75の開口部75Aの周縁に押し付けられる圧力も上昇する。その結果、水回路30を循環する水への冷媒の漏れ量は減少する。
 以上のように、本実施の形態1において、圧力調整弁7は、水回路30を循環する水へ冷媒が漏洩することにより水圧が上昇すると作動するよう構成されている。従って、空気調和機1に電力が供給されていない状態においても、冷媒が漏洩する事態が発生した場合、圧力調整弁7により水回路30の流路が遮断され、冷媒が室内空間に漏洩することが防止される。
 また、特許文献1に開示された空気調和装置において、漏洩検知装置が検知してから、第1弁と第2弁を遮断するまで、時間を要するために、漏洩した冷媒が第1弁と第2弁の先へ流れる可能性がある。その結果、流体回路の負荷熱交換器が配設されている室内に冷媒が漏洩する可能性がある。これに対し、本実施の形態1によれば、冷媒漏洩に伴う水圧の上昇により圧力調整弁7が作動するため、短時間で流路を遮断することができる。従って、水回路30への冷媒の漏洩量を抑えることができる。
 圧力調整弁7は中間熱交換器4の出力口と負荷熱交換器8の入力口を接続する配管において、中間熱交換器4の出力口と空気抜き弁11との間に介在している。従って、水回路30の水に漏洩した冷媒が、空気抜き弁11に到達することが防止される。その結果、冷媒が屋内に漏洩することが防止される。
 さらに、圧力調整弁7において水の流路が遮断されることで、水回路30における水の流れが止まり、逆止弁10も閉状態になる。その結果、中間熱交換器4から漏洩して流入した冷媒が圧力調整弁7及び逆止弁10から負荷熱交換器8の側へ流れることが防止され、冷媒の空気抜き弁11への到達、及び冷媒の負荷安全弁12への到達が防止される。従って、室内空間への冷媒の漏洩を抑制することができる。また、負荷熱交換器8、屋内に張りめぐらされている配管、及び配管同士の溶接部に流れる水の圧力上昇を抑制できる。従って、負荷熱交換器8、屋内の配管、配管の溶接部の耐圧を超えて冷媒を含む水が漏洩することを抑制できる。
実施の形態2.
 図8は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機の構成図である。本実施の形態2において実施の形態1と異なる点は、中間熱交換器4と圧力調整弁7とを接続している配管から分岐した配管に室外安全弁13が接続されている点である。この室外安全弁13の作動圧力、すなわち弁開圧力は、圧力調整弁7の遮蔽板74の作動圧力、すなわち圧力調整弁7の流体遮断圧力と等しいか、あるいはより高い。換言すると、圧力調整弁7の流体遮断圧力は、室外安全弁13の作動圧力と以下である。尚、室外安全弁13の弁開圧力は、遮蔽板74の作動圧力より高いことが望ましい。また、室外安全弁13、及び室外安全弁13から延びる排水口は、屋外などの開放空間や、床面積の広い部屋に設置するのが望ましい。
 本実施の形態2において、暖房運転、冷房運転、及び除霜運転は、それぞれ上述の実施の形態1と同様の態様で実行されるので説明を省略する。中間熱交換器4から冷媒が水回路30へ漏洩した場合の実施の形態2に係る空気調和機1の動作について説明する。図9は、実施の形態2に係る空気調和機の暖房運転時に冷媒漏洩が発生したときの冷媒及び水の流れを示す図である。図9中、実線の矢印は冷媒の流れを示し、破線は水の流れを示している。冷媒が中間熱交換器4から水回路30へ漏洩し、水回路30を循環する水の圧力が上昇すると、圧力調整弁7が作動し、水の流路を遮断する態様は上述の実施の形態1の態様と同様である。本実施の形態2においては、冷媒漏洩後、水回路30における水の圧力上昇が継続し、室外安全弁13の作動圧力を超えると、室外安全弁13は水及び冷媒を開放空間へ放出する。すると、水回路30の圧力は徐々に降下する。水回路30の圧力が降下することにより室外安全弁13は閉じ、水及び冷媒の開放空間への放出は停止する。
 本実施の形態2によれば、中間熱交換器4と圧力調整弁7とを接続している配管から分岐した配管に室外安全弁13が設けられている。従って、中間熱交換器4の破損部分から流入した冷媒が屋内空間へ到達することを防止すると共に、逆止弁10と中間熱交換器4とを接続している配管、中間熱交換器4と圧力調整弁7とを接続している配管に加わる圧力の上昇を抑制することができる。さらに、冷媒漏洩時においてこれらの配管に加わる圧力の上昇が抑制されるため、圧力調整弁7、逆止弁10、及びこれらを中間熱交換器4と接続している配管に、逆圧に対する耐力が低い部品を用いることができる。すなわち、圧力調整弁7、逆止弁10、及びこれらを中間熱交換器4と接続している配管に特別な仕様の部品を用意する必要が無く、経済的である。
 1 空気調和機、2 圧縮機、3 四方弁、4 中間熱交換器、5 膨張弁、6 熱源熱交換器、7 圧力調整弁、7A 機械空間、7B 通水部、7BA 入口側通水部、7BB 出口側通水部、7C 受部、8 負荷熱交換器、9 ポンプ、10 逆止弁、11 空気抜き弁、12 負荷安全弁、13 室外安全弁、20 冷媒回路、30 水回路、71 ダイアフラム、72 シャフト、73 コイルスプリング、74 遮蔽板、75 内壁、75A 開口部。

Claims (7)

  1.  圧縮機と、熱源熱交換器と、膨張機構と、中間熱交換器とが順次配管により接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
     前記中間熱交換器と、負荷熱交換器と逆止弁とが順次配管により接続され、流体が循環する流体回路と、
     前記流体回路において、前記中間熱交換器の出力口と前記負荷熱交換器の入力口とを接続する配管に接続されている圧力調整弁とを備え、
     前記圧力調整弁は、前記流体に前記冷媒が漏洩し前記流体の圧力が上昇すると、前記流体の流路を遮断するよう構成されているヒートポンプ装置。
  2.  前記圧力調整弁は、
     前記流体が流れる流通部と、
     前記流体が流入しないスペースと、
     前記流通部の流入側と流出側とを隔てている内壁と、
     前記流入側に配設され、前記スペースと前記流路とを隔てており、圧力に応じて変位するダイアフラムと、
     前記ダイアフラムの変位に連動して前記内壁に形成された開口部を開放及び遮蔽するよう移動する遮蔽機構と、
     前記開口部を遮蔽しない位置へ前記遮蔽機構を移動させるよう前記ダイアフラムに付勢力を加えて変位させるバネとを有し、
     前記冷媒が漏洩していない状態では、前記開口部が前記遮蔽機構により遮蔽されないよう、前記流体の圧力に抗して前記付勢力により前記ダイアフラムが変位し、前記冷媒が漏洩している状態では、前記付勢力に抗して、前記冷媒が漏洩することにより上昇する前記流体の圧力により前記ダイアフラムが変位し、前記開口部が前記遮蔽機構により遮蔽されるよう、前記バネの前記付勢力は設定されている、請求項1に記載のヒートポンプ装置。
  3.  前記遮蔽機構は、前記ダイアフラムに支持されながら前記開口部を挿通し、一方の先端が前記流出側に位置し、他方の先端が前記スペース内に位置するよう配設されている長手部材のシャフトと、前記シャフトの前記一方の先端に配設されている遮蔽板とを有しており、
     前記バネは、前記スペース内において前記シャフトに巻き回されており、
     前記冷媒が漏洩していない状態では、前記流体の圧力に抗して前記バネの付勢力により、前記ダイアフラムが前記開口部に近づく方向へ変位しており、前記ダイアフラムの変位に連動して前記シャフトが移動することにより、前記遮蔽板が前記開口部から離れた位置に位置づけられ、
     前記冷媒が漏洩している状態では、前記冷媒が漏洩することにより上昇する前記流体の圧力により、前記バネの付勢力に抗して、前記ダイアフラムが前記開口部から離れる方向へ変位し、前記ダイアフラムの変位に連動して前記シャフトが移動することにより、前記遮蔽板が前記開口部を遮蔽する位置に位置づけられる、請求項2に記載のヒートポンプ装置。
  4.  さらに、前記流体回路内の空気を前記流体回路内の外部へ排出する空気抜き弁であって、前記中間熱交換器の出力口と前記負荷熱交換器の入力口とを接続する配管から分岐した配管に接続されている空気抜き弁を備え、
     前記圧力調整弁は、前記中間熱交換器の出力口と前記空気抜き弁との間に介在している、請求項1~3のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  5.  さらに、前記流体回路内の圧力が上昇すると開放し、前記流体を前記流体回路の外部へ排出し、前記流体回路内の圧力の上昇を抑制する安全弁を備え、
     前記安全弁は、前記逆止弁から前記中間熱交換器の入力口に入力し、前記中間熱交換器の出力口から前記圧力調整弁へ至る前記流体の循環方向において、前記逆止弁と前記圧力調整弁との間から分岐した配管に接続されており、
     前記冷媒が前記流体に漏洩し、前記流体回路内の圧力が上昇すると、前記冷媒を含んだ前記流体が前記安全弁から排出される、請求項1~4のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  6.  前記圧力調整弁の流体遮断圧力は、前記安全弁の作動圧力以下に設定されている、請求項5に記載のヒートポンプ装置。
  7.  前記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、請求項1~6のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
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