WO2018181065A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

冷媒回路（１０）の動作を制御する制御部（１９）は、冷媒回路（１０）のうち室外ユニット（２）に含まれる部分に非共沸混合冷媒を集めるポンプダウン運転を行い、ポンプダウン運転によって室外ユニット（２）に集められた非共沸混合冷媒の圧力及び温度に基づいて非共沸混合冷媒の組成比を得る組成比検知を行い、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比である場合に警告を発報する。

Description

空気調和装置

　本発明は、空気調和装置に関する。

　従来より、空気調和装置の冷媒回路に封入される冷媒として、オゾン層の破壊を防止するために、ＨＦＣ－３２（ジフルオロメタン）や、ＨＦＣ－３２及びＨＦＣ－１２５（ペンタフルオロエタン）の混合物からなるＨＦＣ－４１０Ａ、ＨＦＣ－１３４ａ（１、１、１、２－テトラフルオロエタン）、等が使用されている。しかし、これらの冷媒は、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が大きいという問題がある。

　これに対して、特許文献１（国際公開第２０１２／１５７７６４号）に示されるように、ＨＦＯ－１１２３（１、１、２－トリフルオロエチレン）が、オゾン層及び地球温暖化に対する影響が少ないことが知られている。そして、特許文献１では、ＨＦＯ－１１２３にＨＦＣ－３２等を混合した混合冷媒を冷媒回路に封入して空気調和装置を構成することが示されている。

　ＨＦＯ－１１２３は、高圧、高温の条件下で何らかのエネルギーが付与されると、不均化反応（自己分解反応）を起こす性質を有している。そして、冷媒回路内でＨＦＯ－１１２３が不均化反応を起こすと、急激な圧力上昇や急激な温度上昇が発生し、これにより、冷媒回路を構成する機器や配管が損傷して、冷媒や反応生成物が冷媒回路外に放出されるおそれがある。このため、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を冷媒として冷媒回路に封入して空気調和装置を構成する場合には、不均化反応を起こしにくくする必要がある。これに対して、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素に他の冷媒を混合した混合冷媒を使用すれば、混合冷媒中における不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が小さくなり、不均化反応を起こすおそれを小さくすることができる。

　しかし、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素に混合される冷媒が、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素と沸点が異なると、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素と他の冷媒との混合冷媒は、低沸点冷媒と高沸点冷媒とが混合された非共沸混合冷媒となる。このため、非共沸混合冷媒を使用した空気調和装置では、冷房運転や暖房運転のような空調運転時の放熱や蒸発を伴う非共沸混合冷媒の循環によって、冷媒回路において、低沸点冷媒リッチの組成比になる部分と高沸点冷媒リッチの組成比になる部分とが発生し、その結果、冷媒回路の各部に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素が偏在することになる。そして、このような状態において非共沸混合冷媒の漏洩が発生した場合には、冷媒回路において、非共沸混合冷媒の漏洩が発生していない状態ではあり得ない程度まで、非共沸混合冷媒中における不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が大きくなるおそれがあり、これにより、不均化反応を起こすおそれがある。また、充填不良によって冷媒回路に封入された非共沸混合冷媒の組成比が所望の組成比になっていない場合にも、冷媒回路において、所望の組成比の非共沸混合冷媒が冷媒回路に充填されている状態ではあり得ない程度まで、非共沸混合冷媒中における不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が大きくなるおそれがあり、これにより、不均化反応を起こすおそれがある。

　本発明の課題は、冷媒回路に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒が封入された空気調和装置において、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生しても、不均化反応を起こすことを抑えることにある。

　第１の観点にかかる空気調和装置は、室外ユニットと室内ユニットとが接続されることによって構成された冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有しており、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒が冷媒回路に封入されている。制御部は、冷媒回路のうち室外ユニットに含まれる部分に非共沸混合冷媒を集めるポンプダウン運転を行い、ポンプダウン運転によって室外ユニットに集められた非共沸混合冷媒の圧力及び温度に基づいて非共沸混合冷媒の組成比を得る組成比検知を行い、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比である場合に警告を発報する。

　ここでは、上記のように、まず、ポンプダウン運転によって非共沸混合冷媒を室外ユニットに集めるようにしている。ここで、ポンプダウン運転とは、室外ユニットから室内ユニットへの冷媒の流れを止めた状態で室内ユニットから室外ユニットに冷媒を流す運転である。そして、ポンプダウン運転によって、冷媒回路の各部に偏在している不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒のほぼ全てを室外ユニットに集めて、次に行われる組成比検知に適した状態にすることができる。そして、次に、上記のように、ポンプダウン運転によって室外ユニットに集められた非共沸混合冷媒の圧力及び温度に基づいて非共沸混合冷媒の組成比を得る組成比検知を行うようにしている。ここで、組成比検知は、非共沸混合冷媒の組成比毎に飽和圧力及び飽和温度の関係式やデータテーブルを準備しておき、室外ユニットに集められた非共沸混合冷媒の圧力及び温度から非共沸混合冷媒の組成比を得るものである。そして、上記のように、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがあるものと判定して、警告を発報し、空気調和装置の運転を停止することができる。ここで、警告は、空気調和装置に表示するものであってもよいし、空気調和装置がサービスセンタ等にネットワーク接続されている場合には、サービスセンタ等に知らせるものであってもよい。一方、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲内の組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがないものと判定して、空気調和装置の運転を継続することができる。このように、ここでは、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良によって非共沸混合冷媒に含まれる不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が許容範囲を外れた状態になっていないかどうかをチェックすることができる。

　これにより、ここでは、冷媒回路に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒が封入された空気調和装置において、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生しても、不均化反応を起こすことを抑えることができる。

　第２の観点にかかる空気調和装置は、第１の観点にかかる空気調和装置において、制御部が、ポンプダウン運転及び組成比検知を定期的に行う。

　ここでは、上記のように、ポンプダウン運転及び組成比検知を定期的に行うようにしているため、不均化反応に対する信頼性を向上させることができる。

　第３の観点にかかる空気調和装置は、第１又は第２の観点にかかる空気調和装置において、室外ユニットが、圧縮機、室外熱交換器及びレシーバを有しており、ポンプダウン運転は、室外熱交換器及びレシーバに非共沸混合冷媒を集める運転である。

　ここでは、上記のように、ポンプダウン運転が室外熱交換器及びレシーバに非共沸混合冷媒を集める運転であるため、高圧の液状態で大量の非共沸混合冷媒を集めることができ、これにより、組成比検知の精度を向上させることができる。

　第４の観点にかかる空気調和装置は、第３の観点にかかる空気調和装置において、組成比検知が、圧縮機の吐出側における非共沸混合冷媒の圧力、及び、室外熱交換器又はレシーバにおける非共沸混合冷媒の温度に基づいて、非共沸混合冷媒の組成比を得る。

　ここでは、ポンプダウン運転によって非共沸混合冷媒が高圧の飽和液状態で集められるため、非共沸混合冷媒の飽和圧力及び飽和温度は、圧縮機の吐出側における非共沸混合冷媒の圧力、及び、室外熱交換器又はレシーバにおける非共沸混合冷媒の温度に近い値である。このため、ここでは、上記のように、圧縮機の吐出側における非共沸混合冷媒の圧力、及び、室外熱交換器又はレシーバにおける非共沸混合冷媒の温度に基づいて、正確な非共沸混合冷媒の組成比を得ることができる。

　第５の観点にかかる空気調和装置は、第３又は第４の観点にかかる空気調和装置において、レシーバが、非共沸混合冷媒を抽出するためのサンプリングポートを有している。

　ここでは、上記のように、レシーバが非共沸混合冷媒を抽出するためのサンプリングポートを有しているため、必要に応じて、非共沸混合冷媒の組成比を詳細に分析することができる。

　第６の観点にかかる空気調和装置は、第１～第５の観点のいずれかにかかる空気調和装置において、非共沸混合冷媒が、ＨＦＯ－１１２３を含んでいる。

　ＨＦＯ－１１２３は、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の一種であり、沸点がＨＦＣ－３２等の他の冷媒よりも低い。このため、ＨＦＯ－１１２３を含む非共沸混合冷媒では、ＨＦＯ－１１２３が低沸点冷媒となって、冷媒回路の各部に偏在することになる。

　しかし、ここでは、上記のポンプダウン運転によって、冷媒回路の各部に偏在するＨＦＯ－１１２３を含む非共沸混合冷媒のほぼ全てを室外ユニットに集めることができ、そして、上記の組成比検知によって、ＨＦＯ－１１２３を含む非共沸混合冷媒の組成比を得ることができる。

　これにより、ここでは、冷媒回路に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素としてＨＦＯ－１１２３を含む非共沸混合冷媒が封入された空気調和装置において、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生しても、不均化反応を起こすことを抑えることができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む混合冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の関係を示す図である。 ポンプダウン運転及び組成比検知を示すフローチャートである。 不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒の飽和温度と飽和圧力の関係を示す図である。 変形例１にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例２にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例３にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例３にかかる空気調和装置を構成する室外ユニットの外観斜視図である。

　以下、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和装置の実施形態の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

　（１）構成
　図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の概略構成図である。

　＜全体＞
　空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット３ａ、３ｂと、室外ユニット２と室内ユニット３ａ、３ｂとを接続する液冷媒連絡管４及びガス冷媒連絡管５と、室外ユニット２及び室内ユニット３ａ、３ｂの構成機器を制御する制御部１９と、を有している。そして、空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット３ａ、３ｂとが冷媒連絡管４、５を介して接続されることによって構成されている。

　＜室内ユニット＞
　室内ユニット３ａ、３ｂは、室内や天井裏に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。尚、室内ユニット３ａと室内ユニット３ｂとは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット３ａの構成のみ説明し、室内ユニット３ｂの構成については、それぞれ、室内ユニット３ａの各部を示す添え字「ａ」の代わりに添え字「ｂ」を付して、各部の説明を省略する。室内ユニット３ａは、主として、室内膨張弁３１ａと、室内熱交換器３２ａと、室内ファン３３ａと、を有している。

　室内膨張弁３１ａは、冷媒の減圧を行う膨張機構であり、ここでは、電動膨張弁が使用されている。

　室内熱交換器３２ａは、液冷媒連絡管４及びガス冷媒連絡管５を通じて室外ユニット２とやりとりされる冷媒と室内空気との熱交換を行う熱交換器である。室内熱交換器３２ａの液側は、液冷媒連絡管４に接続されており、室内熱交換器３２ａのガス側は、ガス冷媒連絡管５に接続されている。

　室内ファン３３ａは、室内空気を室内熱交換器３２ａに送るファンである。室内ファン３３ａは、室内ファン用モータ３４ａによって駆動される。

　＜室外ユニット＞
　室外ユニット２は、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、レシーバ２４と、室外膨張弁２５と、液側閉鎖弁２６と、ガス側閉鎖弁２７と、室外ファン２８と、を有している。

　圧縮機２１は、冷媒を圧縮するための機器であり、例えば、容積式の圧縮要素（図示せず）が圧縮機用モータ２１ａによって回転駆動される圧縮機が使用されている。圧縮機２１の吸入側及び吐出側は、四路切換弁２２に接続されている。

　四路切換弁２２は、室外熱交換器２３を冷媒の放熱器として機能させる場合（以下、「放熱状態」とする）には圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続し（図１の四路切換弁２２の実線を参照）、室外熱交換器２３を冷媒の蒸発器として機能させる場合（以下、「蒸発状態」とする）には圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続するように（図１の四路切換弁２２の破線を参照）、冷媒回路１０内における冷媒の流れを切り換えることが可能な切換機構である。

　室外熱交換器２３は、液冷媒連絡管４及びガス冷媒連絡管５を通じて室内ユニット３とやりとりされる冷媒と室外空気との熱交換を行う熱交換器である。室外熱交換器２３の液側は、レシーバ２４に接続されており、室外熱交換器２３のガス側は、四路切換弁２２に接続されている。

　レシーバ２４は、液冷媒連絡管４を通じて室内ユニット３とやりとりされる冷媒を一時的に溜めるための容器である。レシーバ２４の一端側は、室外熱交換器２３の液側に接続されており、レシーバ２４の他端側は、室外膨張弁２５に接続されている。

　室外膨張弁２５は、冷媒の減圧を行う膨張機構であり、ここでは、電動膨張弁が使用されている。室外膨張弁２５の一端側は、レシーバ２４に接続されており、室外膨張弁２５の他端側は、液側閉鎖弁２６に接続されている。

　液側閉鎖弁２６は、室外ユニット２と液冷媒連絡管４との接続部に設けられた弁機構であり、ここでは、冷媒充填等に使用されるサービスポート２６ａ付きの手動弁が使用されている。液側閉鎖弁２６の一端側は、室外膨張弁２５に接続されており、液側閉鎖弁２６の他端側は、液冷媒連絡管４に接続されている。ガス側閉鎖弁２７は、室外ユニット２とガス冷媒連絡管５との接続部に設けられた弁機構であり、ここでは、冷媒充填等に使用されるサービスポート２７ａ付きの手動弁が使用されている。ガス側閉鎖弁２７の一端側は、四路切換弁２２に接続されており、ガス側閉鎖弁２７の他端側は、ガス冷媒連絡管５に接続されている。尚、サービスポート２６ａ、２７ａは、冷媒回路１０のうち室外ユニット２に含まれる部分に設けられていればよく、閉鎖弁２６、２７に設けられたものに限定されない。

　室外ファン２８は、室外空気を室外熱交換器２３に送るファンである。室外ファン２８は、室外ファン用モータ２８ａによって駆動される。

　室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット２には、圧縮機２１の吐出側における冷媒の圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサ１１が設けられている。また、室外ユニット２には、室外熱交換器２３における冷媒の温度Ｔｌを検出する室外熱交温度センサ１２と、が設けられている。

　＜冷媒連絡管＞
　冷媒連絡管４、５は、空気調和装置１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管である。液冷媒連絡管４の一端側は、室内ユニット２の液側閉鎖弁２６に接続され、液冷媒連絡管５の他端側は、室内ユニット３ａ、３ｂの室内膨張弁３１ａ、３１ｂに接続されている。ガス冷媒連絡管５の一端側は、室内ユニット２のガス側閉鎖弁２７に接続され、ガス冷媒連絡管５の他端側は、室内ユニット３ａ、３ｂの室内熱交換器３２ａ、３２ｂのガス側に接続されている。

　＜制御部＞
　制御部１９は、室外ユニット２や室内ユニット３ａ、３ｂに設けられた制御基板やリモコン等（図示せず）が通信接続されることによって構成されている。尚、図１においては、便宜上、室外ユニット２や室内ユニット３ａ、３ｂとは離れた位置に図示している。制御部１９は、空気調和装置１（ここでは、室外ユニット２や室内ユニット３ａ、３ｂ）の構成機器２１、２２、２５、３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂの制御、すなわち、冷媒回路１０の動作を含む空気調和装置１全体の運転制御を行うようになっている。

　＜冷媒回路に封入される冷媒＞
　冷媒回路１０には、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む冷媒が封入されている。このような冷媒として、オゾン層及び地球温暖化への影響がともに少なく、ＯＨラジカルによって分解されやすい炭素－炭素二重結合を有するエチレン系のフッ化炭化水素（ヒドロフルオロオレフィン）がある。そして、ここでは、ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）の中でも、優れた性能を有するＨＦＯ－１１２３を含む冷媒が採用されている。

　しかし、冷媒回路内でＨＦＯ－１１２３が不均化反応を起こすと、急激な圧力上昇や急激な温度上昇が発生し、これにより、冷媒回路１０を構成する機器や配管が損傷して、ＨＦＯ－１１２３を含む冷媒や反応生成物が冷媒回路１０外に放出されるおそれがある。

　このため、ＨＦＯ－１１２３のような不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を冷媒として冷媒回路１０に封入する場合には、不均化反応を起こしにくくする必要がある。これに対して、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素に他の冷媒を混合した混合冷媒を使用すれば、混合冷媒中における不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が小さくなり、不均化反応を起こすおそれを小さくすることができる。ここで、図２は、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む混合冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の関係を示す図である。図２に示される複数の曲線は、混合冷媒が不均化反応を起こす圧力及び温度の境界を示しており、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が小さいほど、曲線が高圧、高温の領域（図の右上側）にシフトしている。そして、これら曲線上及び上側の領域では冷媒が不均化反応を起こし、曲線よりも下側の領域では冷媒が不均化反応を起こさないことを示している。すなわち、上記のように、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素に他の冷媒（不均化反応を起こす性質を有しない冷媒）を混合した混合冷媒を使用し、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成を小さくすることによって、不均化反応を起こすおそれを小さくすることができるのである。ここでは、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素としてのＨＦＯ－１１２３を含む冷媒として、ＨＦＯ－１１２３と他の冷媒との混合冷媒が使用される。そして、ＨＦＯ－１１２３と他の冷媒との混合冷媒としては、ＨＦＯ－１１２３とＨＦＣ－３２との混合物がある。ここで、ＨＦＯ－１１２３とＨＦＣ－３２の組成（ｗｔ％）は、４０：６０である。また、ＨＦＯ－１１２３とＨＦＣ－１３４ａやＨＦＯ－１２３４ｙｆ（２、３、３、３－テトラフルオロプロペン）等との混合物もある。ここで、ＨＦＯ－１１２３は、他の冷媒（ＨＦＣ－３２等）と沸点が異なるため、このような混合冷媒は、低沸点冷媒と高沸点冷媒とが混合された非共沸混合冷媒となる。また、ＨＦＯ－１１２３は、ＨＦＣ－３２等の他の冷媒よりも沸点が低いため、ＨＦＯ－１１２３を低沸点冷媒とし、かつ、他の冷媒を高沸点冷媒とする非共沸混合冷媒となる。尚、ＨＦＯ－１１２３に混合される他の冷媒としては、ＨＦＣ－３２等に限定されるものではなく、不均化反応を起こす性質を有しない冷媒であればよい。また、ＨＦＯ－１１２３に混合される他の冷媒は、１つだけでなく２つ以上であってもよい。また、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素としては、ＨＦＯ－１１２３に限定されるものではなく、不均化反応を起こす性質のエチレン系やアセチレン系のフッ化炭化水素であってもよく、この場合に、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素が他の冷媒よりも沸点が高い高沸点冷媒であってもよい。

　（２）空調運転
　空気調和装置１では、空調運転として、冷房運転及び暖房運転が行われる。尚、空調運転は、制御部１９によって行われる。

　＜冷房運転＞
　冷房運転時には、四路切換弁２２が放熱状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機２１から吐出された高圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に送られた高圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒の放熱器として機能する室外熱交換器２３において、室外ファン２８によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液状態の非共沸混合冷媒になる。室外熱交換器２３において放熱した高圧の液状態の非共沸混合冷媒は、レシーバ２４に一時的に溜められた後に、室外膨張弁２５、液側閉鎖弁２６及び液冷媒連絡管４を通じて、室内膨張弁３１ａ、３１ｂに送られる。室内膨張弁３１ａ、３１ｂに送られた非共沸混合冷媒は、室内膨張弁３１ａ、３１ｂによって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の非共沸混合冷媒になる。室内膨張弁３１ａ、３１ｂで減圧された低圧の気液二相状態の非共沸混合冷媒は、室内熱交換器３２ａ、３２ｂに送られる。室内熱交換器３２ａ、３２ｂに送られた低圧の気液二相状態の非共沸混合冷媒は、室内熱交換器３２ａ、３２ｂにおいて、室内ファン３３ａ、３３ｂによって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器３２ａ、３２ｂにおいて蒸発した低圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、ガス冷媒連絡管５、ガス側閉鎖弁２７及び四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

　＜暖房運転＞
　暖房運転時には、四路切換弁２２が蒸発状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機８から吐出された高圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２７及びガス冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器３２ａ、３２ｂに送られる。室内熱交換器３２ａ、３２ｂに送られた高圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、室内熱交換器３２ａ、３２ｂにおいて、室内ファン３３ａ、３３ｂによって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液状態の非共沸混合冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器３２ａ、３２ｂで放熱した高圧の液状態の非共沸混合冷媒は、室内膨張弁３１ａ、３１ｂ、液冷媒連絡管４及び液側閉鎖弁２６を通じて、室外膨張弁２５に送られる。室外膨張弁２５に送られた非共沸混合冷媒は、室外膨張弁２５によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の非共沸混合冷媒になる。室外膨張弁２５で減圧された低圧の気液二相状態の非共沸混合冷媒は、レシーバ２４に一時的に溜められた後に、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の非共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器２３において、室外ファン２８によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス状態の非共沸混合冷媒になる。室外熱交換器２３で蒸発した低圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

　（３）冷媒の不均化反応への対策（非共沸混合冷媒の組成比の検知）
　不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素（ここでは、ＨＦＯ－１１２３）を含む非共沸混合冷媒が冷媒回路１０に封入された空気調和装置１では、冷房運転や暖房運転のような空調運転時の放熱や蒸発を伴う非共沸混合冷媒の循環によって、冷媒回路１０において、低沸点冷媒（ここでは、ＨＦＯ－１１２３）リッチの組成比になる部分と高沸点冷媒（ここでは、ＨＦＣ―３２等）リッチの組成比になる部分とが発生する。このため、冷媒回路１０の各部には、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素（ここでは、低沸点冷媒であるＨＦＯ－１１２３）が偏在することになる。そして、このような状態において非共沸混合冷媒の漏洩が発生した場合には、冷媒回路１０において、非共沸混合冷媒の漏洩が発生していない状態ではあり得ない程度まで、非共沸混合冷媒中における不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が大きくなるおそれがあり（図２参照）、これにより、不均化反応を起こすおそれがある。また、充填不良によって冷媒回路１０に封入された非共沸混合冷媒の組成比が所望の組成比になっていない場合にも、冷媒回路１０において、所望の組成比の非共沸混合冷媒が冷媒回路１０に充填されている状態ではあり得ない程度まで、非共沸混合冷媒中における不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が大きくなるおそれがあり（図２参照）、これにより、不均化反応を起こすおそれがある。このため、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生しても、不均化反応を起こすことを抑える必要がある。

　そこで、ここでは、以下に説明するように、冷媒回路１０のうち室外ユニット２に含まれる部分に非共沸混合冷媒を集めるポンプダウン運転を行い、室外ユニット２に集められた非共沸混合冷媒の圧力及び温度に基づいて非共沸混合冷媒の組成比を得る組成比検知を行い、非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比である場合に警告を発報するようにしている。

　＜ポンプダウン運転及び組成比検知＞
　次に、ポンプダウン運転及び組成比検知について、図１～図４を用いて説明する。ここで、図３は、ポンプダウン運転及び組成比検知を示すフローチャートである。図４は、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒の飽和温度と飽和圧力の関係を示す図である。尚、以下に説明するポンプダウン運転及び組成比検知は、空調運転と同様に、制御部１９によって行われる。また、ここでは、冷媒回路１０に封入される冷媒として、ＨＦＯ－１１２３とＨＦＣ－３２との混合冷媒のような不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を低沸点冷媒として含む２成分系の非共沸混合冷媒を採用した場合を例に挙げて説明する。

　まず、制御部１９は、ステップＳＴ１において、前回の組成比検知からの時間（例えば、空調運転を行った時間の積算値等）が所定の検知時間を経過したかどうかを判定する。すなわち、制御部１９は、ポンプダウン運転及び組成比検知を定期的に行う。尚、初回の組成比検知である場合には、空気調和装置１の設置後に検知時間を経過したかどうかを判定すればよい。そして、制御部１９は、ステップＳＴ１において、検知時間を経過したと判定した場合には、次のステップＳＴ２の処理に移行する。

　次に、制御部１９は、ステップＳＴ２において、ポンプダウン運転を行う。ポンプダウン運転は、上記のように、冷媒回路１０のうち室外ユニット２に含まれる部分に非共沸混合冷媒を集める運転であり、室外ユニット２から室内ユニット３ａ、３ｂへの冷媒の流れを止めた状態で室内ユニット３ａ、３ｂから室外ユニット２に冷媒を流すことによって行われる。具体的には、冷房運転時と同様に、四路切換弁２２を放熱状態（図１の実線で示される状態）に切り換えて、室外熱交換器２３を非共沸混合冷媒の放熱器として機能させる。但し、冷房運転時とは異なり、室外膨張弁２５を全閉状態にすることによって、室外ユニット２から室内ユニット３ａ、３ｂへの冷媒の流れを止めた状態にする。この場合、冷房運転時と同様、圧縮機２１から吐出された高圧のガス状態の非共沸混合冷媒は、室外熱交換器２３において放熱して、高圧の液状態の非共沸混合冷媒になり、圧縮機２１の吐出側と室外膨張弁２５との間に位置する室外熱交換器２３及びレシーバ２４に溜まる。一方で、液冷媒連絡管４、室内ユニット３ａ、３ｂ及びガス冷媒連絡管５に存在する非共沸混合冷媒は、圧縮機２１に吸入されることによって減少し、室外ユニット２（主として、室外熱交換器２３及びレシーバ２４）に集められる。そして、制御部１９は、ステップＳＴ２において、ポンプダウン運転終了条件が成立した場合に、ポンプダウン運転を終了して、次のステップＳＴ３の処理に移行する。ここで、ポンプダウン運転終了条件としては、ポンプダウン運転が開始されてから所定時間（非共沸混合冷媒の室外ユニット２への移動が十分に行われたものとみなすことができる時間）が経過した場合、及び／又は、冷媒回路１０における非共沸混合冷媒の圧力や温度（例えば、圧縮機２１の吐出側における冷媒の圧力Ｐｄ）が所定値に達した場合等が挙げられる。このポンプダウン運転によって、冷媒回路１０の各部に偏在している不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒のほぼ全てを室外ユニット２に集めて、続いて行われる組成比検知に適した状態にしている。

　次に、制御部１９は、ステップＳＴ３、ＳＴ４において、組成比検知を行い、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比であるかどうかを判定する。組成比検知は、上記のように、ポンプダウン運転によって室外ユニット２に集められた非共沸混合冷媒の圧力及び温度に基づいて非共沸混合冷媒の組成比を得る処理である。具体的には、図４に示すような不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒の飽和温度と飽和圧力の関係を、非共沸混合冷媒の組成比毎に飽和圧力及び飽和温度の関係式やデータテーブルとして準備しておく。図４においては、非共沸混合冷媒の組成比が正常値である場合の飽和圧力及び飽和温度の関係（実線）、及び、非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応に対する許容範囲の上限値である場合の飽和圧力及び飽和温度の関係（破線）を示している。そして、室外ユニット２に集められた非共沸混合冷媒の圧力及び温度から非共沸混合冷媒の組成比を得る。ここでは、ポンプダウンによって非共沸混合冷媒が高圧の飽和液状態で集められるため、非共沸混合冷媒の飽和圧力及び飽和温度は、圧縮機２１の吐出側における非共沸混合冷媒の圧力Ｐｄ、及び、室外熱交換器２３における非共沸混合冷媒の温度Ｔｌに近い値である。そして、制御部１９は、これらの圧力Ｐｄ及び温度Ｔｌを非共沸混合冷媒の飽和温度と飽和圧力の関係式やデータテーブルに当てはめることによって、非共沸混合冷媒の組成比を得る。そして、制御部１９は、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比であるかどうかを判定する。具体的には、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が、図４の破線（すなわち、不均化反応に対する許容範囲の上限値）を超えているかどうかを判定する。例えば、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が圧力Ｐａ及び温度Ｔａに対応する点Ａである場合には、図４の実線（非共沸混合冷媒の組成比の正常値）上の位置にあり、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生しておらず正常である。また、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が圧力Ｐｂ及び温度Ｔａに対応する点Ｂである場合には、図４の実線と破線（不均化反応に対する許容範囲の上限値）との間の位置にあり、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生しているが許容範囲内である。また、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が圧力Ｐｃ及び温度Ｔａに対応する点Ｃである場合には、図４の破線を超える位置にあり、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生し許容範囲から外れている。そして、制御部１９は、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがあるものと判定して、次のステップＳＴ５の処理に移行する。一方、制御部１９は、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲内の組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがないものと判定して、ステップＳＴ１の処理に戻り、空気調和装置１の運転（空調運転）を継続する。この組成比検知を含む処理によって、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良によって非共沸混合冷媒に含まれる不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が許容範囲を外れた状態になっていないかどうかがチェックされる。

　次に、制御部１９は、ステップＳＴ５において、非共沸混合冷媒が不均化反応を起こすおそれがある組成比になっている旨の警告を発報する。そして、制御部１９は、空気調和装置１の運転を停止する。ここで、警告は、空気調和装置１に表示するものであってもよいし、空気調和装置１がサービスセンタ等にネットワーク接続されている場合には、サービスセンタ等に知らせるものであってもよい。

　＜特徴＞
　上記のように、本実施形態では、まず、ポンプダウン運転によって非共沸混合冷媒を室外ユニット２に集めるようにしている。このポンプダウン運転によって、冷媒回路１０の各部に偏在している不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒のほぼ全てを室外ユニット２に集めて、次に行われる組成比検知に適した状態にすることができる。そして、次に、上記のように、ポンプダウン運転によって室外ユニット２に集められた非共沸混合冷媒の圧力Ｐｄ及び温度Ｔｌに基づいて非共沸混合冷媒の組成比を得る組成比検知を行うようにしている。そして、上記のように、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがあるものと判定して、警告を発報し、空気調和装置１の運転を停止することができる。一方、組成比検知によって得られた非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲内の組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがないものと判定して、空気調和装置１の運転を継続することができる。このように、ここでは、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良によって非共沸混合冷媒に含まれる不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が許容範囲を外れた状態になっていないかどうかをチェックすることができる。

　これにより、ここでは、冷媒回路１０に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒が封入された空気調和装置１において、非共沸混合冷媒の漏洩や充填不良が発生しても、不均化反応を起こすことを抑えることができる。

　また、ここでは、上記のように、ポンプダウン運転及び組成比検知を定期的に行うようにしているため、不均化反応に対する信頼性を向上させることができる。

　また、ここでは、上記のように、ポンプダウン運転が室外熱交換器２３及びレシーバ２４に非共沸混合冷媒を集める運転であるため、高圧の液状態で大量の非共沸混合冷媒を集めることができ、これにより、組成比検知の精度を向上させることができる。

　また、ここでは、上記のように、圧縮機２１の吐出側における非共沸混合冷媒の圧力Ｐｄ、及び、室外熱交換器２３における非共沸混合冷媒の温度Ｔｌに基づいて、正確な非共沸混合冷媒の組成比を得ることができる。

　（４）変形例１
　上記実施形態では、組成比検知において使用される非共沸混合冷媒の温度として、室外熱交換器２３における非共沸混合冷媒の温度Ｔｌを使用しているが、これに限定されるものではない。

　例えば、図５に示すように、レシーバ２４にレシーバ２４における非共沸混合冷媒の温度を検出するレシーバ温度センサ１３を設けて、このレシーバ温度センサ１３によって検出される非共沸混合冷媒の温度Ｔｌを組成比検知において使用される非共沸混合冷媒の温度として使用してもよい。

　この場合においても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

　（５）変形例２
　上記実施形態及び変形例１の構成（図１及び図５参照）において、図６に示すように、レシーバ２４に非共沸混合冷媒を抽出するためのサンプリングポート２９を設けるようにしてもよい。ここで、サンプリングポート２９には、手動で開閉されるサンプリング弁２９ａが設けられている。

　ここでは、上記のように、レシーバ２４が非共沸混合冷媒を抽出するためのサンプリングポート２９を有しているため、必要に応じて、非共沸混合冷媒の組成比を詳細に分析することができる。例えば、組成比検知によって非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応に対する許容範囲内であるものと判定されたが、その組成比が不均化反応に対する許容範囲の上限値（図４の破線）に非常に近い場合には、サンプリングポート２９から非共沸混合冷媒を抽出して、詳細な組成比分析を行うことができる。

　（６）変形例３
　上記実施形態及び変形例１、２では、充填不良によって非共沸混合冷媒に含まれる不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成が許容範囲を外れた状態になっていないかどうかを組成比検知によってチェックするようにしている。

　ここで、このような充填不良は、ボンベから非共沸混合冷媒を冷媒回路１０に充填する際に、ガス状態で充填することによって起こることが多い。なぜなら、ボンベ内には、正常な組成比の非共沸混合冷媒が入っているが、ボンベの上部には、低沸点冷媒を多く含むガス状態の非共沸混合冷媒が存在しているからである。すなわち、ボンベから非共沸混合冷媒をガス状態で冷媒回路１０に充填すると、冷媒回路１０には、低沸点冷媒を多く含む非共沸混合冷媒が充填されることになり、正常な組成比からずれてしまうのである。このような充填不良を防ぐためには、ボンベから非共沸混合冷媒を液状態で冷媒回路１０に充填することが好ましい。

　そこで、ここでは、図７に示すように、正常な組成比の非共沸混合冷媒が入ったボンベ６として、ボンベ６の底部付近から液状態の非共沸混合冷媒を取り出すためのサイフォン管６ａを有するものを準備し、室外ユニット２のサービスポート（図７では、サービスポート２６ａを使用）を通じて冷媒回路１０に非共沸混合冷媒を充填するようにしている。ここで、ボンベ６がサイフォン管６ａを有しないものである場合には、ボンベ６を上下逆さまにして冷媒回路１０に非共沸混合冷媒を充填するようにしてもよい。これにより、冷媒回路１０に正常な組成比の非共沸混合冷媒を充填することができる。

　また、ボンベ６から非共沸混合冷媒を液状態で冷媒回路１０に充填する作業を作業者に確実に行わせるために、室外ユニット２に、非共沸混合冷媒をガス状態で充填しない旨、又は、非共沸混合冷媒を液状態で充填する旨の警告情報が表示されたラベルを設けることが好ましい。例えば、図８に示すように、室外ユニット２の外表面に、非共沸混合冷媒をガス状態で充填しない旨、又は、非共沸混合冷媒を液状態で充填する旨の警告情報が表示されたラベル２ａを設けるのである。このとき、作業者への注意喚起を促すために、ラベル２ａを冷媒充填に使用されるサービスポート２６ａ、２７ａ付近に設けることが好ましい。尚、ここでは、室外熱交換器２３の上側に室外ファン２８が配置された型式の室外ユニット２にラベル２ａを設けた例を挙げて説明しているが、室外ユニット２の型式はこれに限定されるものではなく、他の型式の室外ユニット２にラベル２ａを設けてもよい。

　（７）他の変形例
　上記実施形態及び変形例１～３では、冷房運転及び暖房運転を切り換えて行うことが可能な冷暖切替式の空気調和装置１を例に挙げて、本発明を適用した例を説明したが、本発明を適用可能な空気調和装置はこれに限定されるものではなく、冷房のみが可能な空気調和装置や冷暖同時運転可能な空気調和装置にも適用可能である。また、上記実施形態及び変形例１～３では、室外ユニット２に複数の室内ユニット３ａ、３ｂが接続された室内マルチ式の空気調和装置１を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、室外ユニット２に１つの室内ユニットが接続されたペア式の空気調和装置であってもよい。

　本発明は、冷媒回路に不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒が封入された空気調和装置に対して、広く適用可能である。

　１　　　　　空気調和装置
　２　　　　　室外ユニット
　３ａ、３ｂ　室内ユニット
　１０　　　　冷媒回路
　１９　　　　制御部
　２１　　　　圧縮機
　２３　　　　室外熱交換器
　２４　　　　レシーバ
　２９　　　　サンプリングポート

国際公開第２０１２／１５７７６４号

Claims (6)

1. 　室外ユニット（２）と室内ユニット（３ａ、３ｂ）とが接続されることによって構成された冷媒回路（１０）と、前記冷媒回路の動作を制御する制御部（１９）と、を有しており、不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素を含む非共沸混合冷媒が前記冷媒回路に封入された空気調和装置において、
   　前記制御部は、前記冷媒回路のうち前記室外ユニットに含まれる部分に前記非共沸混合冷媒を集めるポンプダウン運転を行い、前記ポンプダウン運転によって前記室外ユニットに集められた前記非共沸混合冷媒の圧力及び温度に基づいて前記非共沸混合冷媒の組成比を得る組成比検知を行い、前記組成比検知によって得られた前記非共沸混合冷媒の組成比が前記不均化反応を起こす性質のフッ化炭化水素の組成の許容範囲を外れた組成比である場合に警告を発報する、
   空気調和装置（１）。
2. 　前記制御部は、前記ポンプダウン運転及び前記組成比検知を定期的に行う、
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 　前記室外ユニットは、圧縮機（２１）、室外熱交換器（２３）及びレシーバ（２４）を有しており、
   　前記ポンプダウン運転は、前記室外熱交換器及び前記レシーバに前記非共沸混合冷媒を集める運転である、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 　前記組成比検知は、前記圧縮機の吐出側における前記非共沸混合冷媒の圧力、及び、前記室外熱交換器又は前記レシーバにおける前記非共沸混合冷媒の温度に基づいて、前記非共沸混合冷媒の組成比を得る、
   請求項３に記載の空気調和装置。
5. 　前記レシーバは、前記非共沸混合冷媒を抽出するためのサンプリングポート（２９）を有している、
   請求項３又は４に記載の空気調和装置。
6. 　前記非共沸混合冷媒は、ＨＦＯ－１１２３を含んでいる、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の空気調和装置。

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