JP2018169072A

JP2018169072A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2018169072A
Application number: JP2017065478A
Authority: JP
Inventors: 板倉　俊二; Shunji Itakura; 俊二板倉; 藤　利行; Toshiyuki Fuji; 利行藤; 和也船田; Kazuya Funada
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-11-01

Abstract

【課題】冷媒に不均化反応が生じることを抑える。【解決手段】空気調和装置１は、圧縮機１０を備えた室外機２と、室内機５と、室外機制御手段２００とを備え、室外機２と室内機５が液管６ａ及びガス管６ｂによって接続され、液管６ａ及びガス管６ｂには、閉じる動作に少なくとも１秒以上かかる液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂが設けられており、室外機制御手段２００は、冷媒漏洩センサ７０が冷媒漏洩を検知したら液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂを閉じる制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置に関する。

冷媒を圧縮する圧縮機を含む空気調和装置では、冷媒としてハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）であるＲ４１０Ａ冷媒が広く用いられているが、Ｒ４１０Ａ冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ：ＧｌｏｂａｌＷａｒｍｉｎｇＰｏｔｅｎｔｉａｌ）が大きい。そこで、ＧＷＰが比較的小さい冷媒として、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）１１２３冷媒、及びＨＦＯ１１２３冷媒を含む混合冷媒を用いる関連技術が知られている。

国際公開第２０１２／１５７７６４号

しかしながら、ＨＦＯ１１２３冷媒は、所定の条件下で次の化学反応式：
ＣＦ２＝ＣＨＦ→１／２ＣＦ４＋３／２Ｃ＋ＨＦ＋２０ｋＪ／ｍｏｌ
により表現される不均化反応を引き起こす性質を有する。不均化反応は、例えば、ＨＦＯ１１２３冷媒が高密度の状態で温度や圧力が上昇する、又はＨＦＯ１１２３冷媒に対して何らかの強いエネルギーが加わると発生する。ＨＦＯ１１２３冷媒に不均化反応が起きたときには、大きな発熱を伴うので、不均化反応が発生した場合、圧縮機を含む空気調和装置の動作信頼性を低下させたり、急激な圧力の上昇を招き空気調和装置内の配管を損傷したりするおそれがある。

また、ＨＦＯ１１２３は燃焼性を有する。燃焼性を有する冷媒を空気調和装置に用いる場合、室内空間に冷媒が漏洩した時に室内空間で可燃濃度となる領域が発生することを防止する安全対策として、冷媒回路内に遮断弁を設置することが知られている。遮断弁は、例えば、室内機に設置された冷媒漏洩センサが冷媒漏洩を検知した場合に閉じられ、室外機から室内機に向かう方向の冷媒の流れを遮断する。このとき、遮断弁が急閉されることで、冷媒の運動エネルギーが圧力へと変換され強い衝撃を生み出す、いわゆる水撃作用が発生する。この水撃作用によって冷媒に強いエネルギーが加わることで、冷媒に不均化反応が発生する恐れがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、冷媒に不均化反応が発生することを抑えることができる空気調和装置を提供することを目的とする。

本願の開示する空気調和装置の一態様は、室外機と、室内機が冷媒配管によって接続され、冷媒が循環する冷媒回路を形成し、前記冷媒回路は、閉じることで冷媒の流れを遮断する遮断弁と前記冷媒回路からの冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩センサを備え、前記冷媒漏洩センサが冷媒の漏洩を検知したとき前記遮断弁を閉じる制御手段を備えた空気調和装置において、前記冷媒は特定の条件下で不均化反応を起こす性質を有し、前記制御手段は、前記遮断弁を１秒以上かけて開状態から閉状態へと閉じることを特徴とする。

本願の開示する空気調和装置の一態様によれば、冷媒漏洩を検知して遮断弁が閉じられたときに冷媒に不均化反応が発生することを抑えることができる。

図１は、実施例１の空気調和装置を示す冷媒回路図である。図２は、実施例１の遮断弁を示す断面図である。図３は、従来の遮断弁を示す断面図である。

以下に、本願の開示する空気調和装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示する空気調和装置が限定されるものではない。

［空気調和装置の構成］
図１は、実施例１の空気調和装置を示す冷媒回路図である。空気調和装置１は、図１に示すように、室外機２と、室内機５とを備えている。室外機２と室内機５が液管６ａ及びガス管６ｂにより接続されて内部に冷媒が循環する冷媒回路１ａを形成している。室外機２は、ロータリ圧縮機１０、四方弁２２、室外熱交換器２３、絞り装置（減圧器）２４、電磁弁２６、キャピラリチューブ２７、液側閉鎖弁６１、ガス側閉鎖弁６２及び室外機制御部２００を備えている。また、液管６ａは、冷媒漏洩時に冷媒回路を流れる液冷媒の流れを遮断する液側遮断弁２６ａを備えている。また、ガス管６ｂは、冷媒漏洩時に冷媒回路を流れるガス冷媒の流れ遮断するガス側遮断弁２６ｂを備えている。液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂは、通常時は開かれており、後述する冷媒漏洩センサ７０が冷媒漏洩を検知した時に閉じられる。なお、本実施例では、液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂの両方を設置した例を示すが、液側遮断弁２６ａまたはガス側遮断弁２６ｂのいずれか一方のみを設けるものであってもよい。

ロータリ圧縮機１０は、吐出部としての吐出口１０７と、吸入部としての吸入口（１０４，１０５）と、を備えている。ロータリ圧縮機１０は、室外機制御部２００によって制御されることで、吸入口（１０４，１０５）から吸入管４２及び四方弁２２を介して供給される冷媒を圧縮し、吐出口１０７から、その圧縮された冷媒を吐出管４１を介して四方弁２２へ供給する。冷媒としては、特定の条件下で不均化反応を起こす性質を有するＨＦＯ１１２３冷媒またはＨＦＯ１１２３冷媒を含む混合冷媒が用いられている。特定の条件下とは、冷媒が高密度の状態で温度や圧力が上昇する、又はＨＦＯ１１２３冷媒に対して何らかの強いエネルギーが加わる場合を指す。

四方弁２２は、吐出管４１及び吸入管４２と接続されると共に、冷媒配管４３を介して室外熱交換器２３に、冷媒配管４４、ガス側閉鎖弁６ｂを介して室内機５にそれぞれ接続されている。室内機５と室外熱交換器２３は、液側閉鎖弁６ａ、冷媒配管４５を介して接続されている。四方弁２２は室外機制御部２００に制御されることにより、空気調和装置１を暖房モードまたは冷房モードのどちらかに切り替える。冷房モードに切り替えられたとき四方弁２２は、吐出管４１を介してロータリ圧縮機１０から吐出された冷媒を室外熱交換器２３に供給し、室内機５から流出した冷媒をロータリ圧縮機１０に吸入管４２を介して供給する。暖房モードに切り替えられたとき四方弁２２は、吐出管４１を介してロータリ圧縮機１０から吐出された冷媒を室内機５に供給し、室外熱交換器２３から流出した冷媒をロータリ圧縮機１０に吸入管４２を介して供給する。

室外熱交換器２３は、冷媒配管４５を介して絞り装置２４に接続されている。室外熱交換器２３の近傍には、室外ファン２７が配置されている。室外ファン２７は、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３によって冷媒と熱交換した外気を室外機２の外部へ放出する。室外熱交換器２３は、冷房モードの場合、四方弁２２から供給された冷媒と、室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させ、その熱交換された冷媒を絞り装置２４に供給する。室外熱交換器２３は、暖房モードの場合、絞り装置２４から供給された冷媒と、室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させ、その熱交換された冷媒を四方弁２２に供給する。

絞り装置２４は、冷媒配管４５、液側閉鎖弁６ａを介して室内機５に接続されている。絞り装置２４は、冷房モードの場合に、室外熱交換器２３から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室内機５に供給する。絞り装置２４は、暖房モードの場合に、室内機５から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室外熱交換器２３に供給する。さらに、絞り装置２４は、室外機制御部２００に制御されることにより、開度が調節され、暖房モードの場合、室内機５から室外熱交換器２３に供給される冷媒の流量を調節する。冷房モードの場合、室外熱交換器２３から室内機５に供給される冷媒の流量を調節する。

室内機５は、室内熱交換器５１、室内ファン５５、冷媒漏洩センサ７０及び室内機制御部５００を有する。室内ファン５５は、室内熱交換器５１の近傍に配置されており、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、室内機５の内部へ室内空気を取り込み、室内熱交換器５１によって冷媒と熱交換した室内空気を室内へ放出する。室内熱交換器５１は、ガス側閉鎖弁６ｂ、冷媒配管４４を介して四方弁２２に、冷媒配管４５を介して室外機２の絞り装置２４にそれぞれ接続されている。室内熱交換器５１は、空気調和装置１が冷房モードに切り替えられたときに蒸発器として機能し、空気調和装置１が暖房モードに切り替えられたときに凝縮器として機能する。すなわち、室内熱交換器５１は、冷房モードの場合に、絞り装置２４から供給された低温低圧となった二相冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を四方弁２２に供給する。室内熱交換器５１は、暖房モードの場合に、四方弁２２から供給された冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を絞り装置２４に供給する。冷媒漏洩センサ７０は、例えば室内熱交換器５１の近傍に設けられ、室内熱交換器５１や図示しない配管接続部から漏洩した冷媒を検知する。室内機制御部５００は、冷媒漏洩センサ７０が冷媒漏洩を検知したら、液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂを閉じる。

（遮断弁の構成）
まず、従来の遮断弁３００を図３を用いて説明する。従来の遮断弁３００は、液管６ａと接続する一方の接続端６ａ−１と、液管６ａと接続する他方の接続端６ａ−２を有する弁本体３００ａを備える。弁本体３００ａは、他方の接続端６ａ−２に弁座３１０が設けられている。弁本体３００ａは、弁座３１０を開閉する弁部３２１を備えたニードル３２０を内部に有する。弁本体３００ａは、他方の接続端６ａ−２と同軸上にニードル３２０を上下に摺動自在に支持するスライド孔３３０を備える。更に、遮断弁３００は、ニードル３２０を開く方向に移動させるコイル３４０と、ニードル３２０を閉じる方向に付勢するスプリング３６０が設けられている。

遮断弁３００は、コイル３４０への通電時にニードル３２０が開方向に移動して遮断弁３００が開き、コイル３４０の非通電時にスプリング３６０の付勢力によってニードル３２０が弁座３１０を塞いで遮断弁３００が閉じられる。なお、このとき遮断弁３００の開状態から閉状態へと閉じる動作に要する時間は遅くとも１秒未満である。

このような遮断弁３００の場合、例えば、室内機５に設置された冷媒漏洩センサ７０が冷媒漏洩を検知した場合に閉じられ、室外機２から室内機５に向かう方向の冷媒の流れを遮断すると、遮断弁３００が１秒以内の短い時間で急閉されるので、冷媒の運動エネルギーが圧力へと変換されて強い衝撃を生み出す、いわゆる水撃作用が発生する。これによって、冷媒が不均化反応を発生させるおそれがある。

そこで、本発明に係る空気調和装置１では、遮断弁として開状態から閉状態へと閉じる動作に１秒以上要する電磁弁を採用している。以下に、本実施例における遮断弁４００を図２を用いて説明する。

遮断弁４００は、液管６ａと接続する一方の接続端６ａ１と、液管６ａと接続する他方の接続端６ａ２を有する弁本体４００ａを備える。弁本体４００ａは、他方の接続端６ａ−２に弁座４１０が設けられている。弁本体４００ａ内部には、長手方向一端に弁座４１０を開閉する弁部４２１を備え、他端側に雌ねじ部４２２と磁石４２３を備えたニードル４２０が摺動自在に設けられている。

弁本体４００ａは、接続端６ａ−２と同軸上にニードル４２０を上下に摺動自在に支持するスライド孔４３０と、ニードル４２０の雌ねじ部４２２に対応するように、ニードル４２０を回転自在に支持する雄ねじ部４５０が設けられている。
更に、遮断弁４００は、ニードル４２０の周囲を取り巻くようにして設けられたコイル４４０が設けられている。

遮断弁４００は、コイル４４０と磁石４２３とを駆動源とするパルスモータ（ステッピングモータ）が形成されており、磁石４２３を備えたニードル４２０が回転子として機能する。また、雌ねじ部４２２と雄ねじ部４５０とは互いに対応して設けられているから、ニードル４２０はその回転に伴って弁本体４００ａ内を移動する。そして、ニードル４２０はコイル４４０に投入されたパルスに応じて弁本体４００ａに対して上下に移動する。

この遮断弁４００では、ニードル４２０が回転することで、上下方向に徐々に移動して弁座４１０と弁部４２１との間の隙間４６０の広さが変化し、隙間４６０を通過する冷媒の流量が変化する。冷媒センサ７０が冷媒漏洩を検知した場合、室外機制御部２００は、遮断弁２６ａ及び２６ｂを閉じる動作をさせるが、本実施例では、閉じる動作に少なくとも１秒以上かかるようにニードル４２０が動作する構造を持つ遮断弁を採用している。これによって、水撃作用が抑えられ、冷媒の不均化反応を抑制できる。

このように、実施例における空気調和装置１は、室外機２と、室内機５が液管６ａ及びガス管６ｂによって接続され、冷媒が循環する冷媒回路１ａを形成し、液管６ａ及びガス管６ｂには、閉じることで冷媒の流れを遮断する液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂと、冷媒回路１ａからの冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩センサ７０を備え、冷媒漏洩センサ７０が冷媒の漏洩を検知したとき、液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂを閉じる室外機制御手段２００を備えた空気調和装置１において、冷媒は特定の条件下で不均化反応を起こす性質を有し、室外機制御手段２００は、液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂを１秒以上かけて開状態から閉状態へと閉じることを特徴とする。これによって、水撃作用が抑えられ、冷媒漏洩センサ７０が冷媒漏洩を検知して室外機制御手段２００によって液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂが閉じられたときに冷媒に不均化反応が発生するのを抑制できる。

なお、本実施例では、液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂとして、閉じる動作に少なくとも１秒以上かかるようにニードル４２０が動作する構造を持つ遮断弁４００を採用しているが、従来の遮断弁３００の様に雄ねじ部と雌ねじ部を持たない弁であっても電気的な制御のみで緩やかに閉じる動作を行うことで、同様の効果を得られる。

なお、圧縮機１０の運転中は、停止中に比べて冷媒回路１ａを流れる冷媒の流速が速いため、不均化反応が発生しやすい条件となる。そのため、冷媒漏洩センサ７０が冷媒漏洩を検知したら、まず圧縮機１０を停止させてから液側遮断弁２６ａとガス側遮断弁２６ｂを閉じる動作させることで、冷媒の不均化反応を更に抑制できる。

また、本実施例では、遮断弁として閉じる動作に少なくとも１秒以上かかる電磁弁を用いるようにしていたが、圧縮機１０の停止中は冷媒回路１ａを流れる冷媒の流速が比較的遅いので、急閉したとしても水撃作用により冷媒の不均化反応が発生する可能性は低い。そのため、圧縮機１０の停止中は遮断弁を急閉できるようにすることで、漏洩する冷媒量を低減させることができる。

１空気調和装置
２室外機
５室内機
１０ロータリ圧縮機
４００遮断弁
４１０弁座
４２０ニードル
４２１弁部
４２２雌ねじ部
４２３磁石
４３０スライド孔
４４０コイル
４５０雄ねじ部
４６０隙間

Claims

室外機と、室内機が冷媒配管によって接続され、冷媒が循環する冷媒回路を形成し、
前記冷媒回路は、閉じることで冷媒の流れを遮断する遮断弁と前記冷媒回路からの冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩センサを備え、
前記冷媒漏洩センサが冷媒の漏洩を検知したとき、前記遮断弁を閉じる制御手段を備えた空気調和装置において、
前記冷媒は、特定の条件下で不均化反応を起こす性質を有し、
前記制御手段は、前記遮断弁を１秒以上かけて開状態から閉状態へと閉じる
ことを特徴とする空気調和装置。
前記遮断弁は、開状態から閉状態へと閉じる動作に１秒以上かかる電磁弁である
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記制御手段は、圧縮機を停止してから前記遮断弁を閉じる動作を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
前記冷媒は、ＨＦＯ１１２３冷媒、又はＨＦＯ１１２３冷媒を含む混合冷媒であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の空気調和装置。