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WO2020250889A1 - 冷媒サイクル装置 - Google Patents

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WO2020250889A1
WO2020250889A1 PCT/JP2020/022690 JP2020022690W WO2020250889A1 WO 2020250889 A1 WO2020250889 A1 WO 2020250889A1 JP 2020022690 W JP2020022690 W JP 2020022690W WO 2020250889 A1 WO2020250889 A1 WO 2020250889A1
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WO
WIPO (PCT)
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refrigerant
gas
leakage
valve
liquid
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2020/022690
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
龍三郎 矢嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=73780748&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2020250889(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to ES20822389T priority Critical patent/ES2966341T3/es
Priority to US17/619,099 priority patent/US11598560B2/en
Priority to CN202080043527.6A priority patent/CN113994151A/zh
Priority to AU2020290866A priority patent/AU2020290866B2/en
Priority to EP20822389.1A priority patent/EP3985331B1/en
Priority to BR112021023548-5A priority patent/BR112021023548B1/pt
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    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor

Definitions

  • the safety shut-off valve when adopted as a safety measure, the maximum concentration at the time of refrigerant leakage in the target room (room) should be 1/4 or less of the LFL value at the time of refrigerant leakage. It is stipulated that the safety shut-off valve must be installed at an appropriate position in the refrigerant circuit to shut off. In addition, it is stipulated that the refrigerant circuit must be shut off by the signal of the detector that detects the leakage of the refrigerant.
  • the safety shut-off valve is a valve that shuts off the refrigerant that leaks from the refrigerant circuit into the refrigerant leakage space when the refrigerant leaks.
  • LFL Lower Flammable Limit
  • the maximum concentration at the time of refrigerant leakage is a value obtained by dividing the total amount of refrigerant in the refrigerant circuit by the volume of the space in which the refrigerant stays (the value obtained by multiplying the leakage height by the floor area).
  • the safety shut-off valve is closed regardless of whether it is a gas-side safety shut-off valve (hereinafter, gas-side shut-off valve) or a liquid-side safety shut-off valve (hereinafter, liquid-side shut-off valve). It is required to keep the amount of leakage to the same amount or less.
  • the gas-refrigerant connecting pipe has a larger pipe diameter than the liquid-refrigerant connecting pipe, the gas side shutoff valve diameter is also larger, and if the gap of the seal portion is constant, the peripheral length of the seal portion becomes longer, so that the gap The area becomes large.
  • the refrigerant cycle device is a refrigerant cycle device that circulates a flammable refrigerant in a refrigerant circuit.
  • the refrigerant cycle device includes a gas-side shutoff valve, a liquid-side shutoff valve, a detection unit, and a control unit.
  • the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve are provided on both sides of the first portion of the refrigerant circuit.
  • the detection unit detects the leakage of the refrigerant from the first portion to the predetermined space. When the detection unit detects the leakage of the refrigerant from the first portion to the predetermined space, the control unit shuts off the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve.
  • the amount of leakage when the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve are shut off is the gas phase single phase in the standard state of the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve when the differential pressure before and after the shutoff state is a predetermined pressure.
  • the amount of leakage when the gas side shutoff valve is shut off is larger than the amount of leakage when the liquid side shutoff valve is shut off.
  • the amount of leakage when shutting off is synonymous with the amount of leakage when closing the valve in the above guideline.
  • the density of the refrigerant to be shut off is different between the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve.
  • the gas side shutoff valve shuts off the gas refrigerant
  • the liquid side shutoff valve shuts off the liquid refrigerant. Therefore, if the amount of leakage during shutoff of the liquid side shutoff valve is reduced, the total amount of refrigerant leakage from the first portion to the predetermined space is specified even if the amount of leakage during shutoff of the gas side shutoff valve is slightly increased. It is possible to suppress it to.
  • the amount of leakage when the gas side shutoff valve is shut off is made larger than the amount of leakage when the liquid side shutoff valve is shut off.
  • the cost related to the manufacture or purchase of the gas side shutoff valve can be suppressed.
  • the refrigerant cycle device is the refrigerant cycle device according to the first aspect.
  • the amount of leakage at the time of shutoff is the amount of air leakage when the temperature is 20 ° C. and the predetermined pressure is 1 MPa.
  • the amount of leakage when the gas side shutoff valve is shut off is larger than 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the amount of leakage when the liquid side shutoff valve is shut off is smaller than 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the refrigerant cycle device is the refrigerant cycle device according to the first aspect.
  • the amount of leakage when the gas side shutoff valve is shut off is 1.0 to 2.7 times or less of 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the amount of leakage when the liquid side shutoff valve is shut off is 0.94 times or less of 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the refrigerant cycle device is the refrigerant cycle device according to the first aspect.
  • the amount of leakage when the gas side shutoff valve is shut off is in the range of 1.6 to 2.7 times that of 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the amount of leakage when the liquid side shutoff valve is shut off is in the range of 0.37 times to 0.94 times that of 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the refrigerant cycle device is a refrigerant cycle device according to any one of the second to fourth aspects.
  • R ( ⁇ md ⁇ V md ⁇ A d) / (C r ⁇ (2 ⁇ ⁇ P r / ⁇ 1r) 0.5 ⁇ A v ⁇ ⁇ 1rl + A v ⁇ (2 / ( ⁇ + 1)) (( ⁇ + 1) / 2 ( ⁇ -1)) ⁇ ( ⁇ ⁇ P 1r ⁇ ⁇ 1rg) 0.5) Is.
  • Av is the valve clearance cross-sectional area (m 2 ) of each of the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve in the shutoff state.
  • ⁇ 1 rl is the density of the refrigerant in the liquid phase (kg / m 3 ).
  • ⁇ 1 rg is the density of the refrigerant in the gas phase (kg / m 3 ).
  • P1r is the pressure (MPa) of the refrigerant on the upstream side of each of the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve.
  • is the specific heat ratio of the refrigerant.
  • ⁇ md is the density (kg / m 3 ) of the mixed gas of air and the refrigerant passing through the gap of the door partitioning the inside and outside of the predetermined space.
  • V md is the velocity (m / s) of the mixed gas of air and the refrigerant passing through the gap of the door partitioning the inside and outside of the predetermined space.
  • Ad is the area (m 2 ) of the gap between the doors that divides the inside and outside of the predetermined space.
  • P r is the inner and outer pressure differences of the hole in the portion where the refrigerant is leaked (Pa).
  • Cr is the flow coefficient of the refrigerant when the liquid-phase refrigerant passes through the hole where the refrigerant is leaking.
  • the manufacturing cost or purchasing cost of the gas side shutoff valve can be further suppressed.
  • the refrigerant cycle device is the refrigerant cycle device according to any one of the second to fourth aspects, and R is at least one of the allowable average concentration, the leakage height, and the type of the refrigerant. It is decided based on one.
  • the permissible average concentration is the average concentration of the refrigerant leaked into the predetermined space.
  • the permissible average concentration is a concentration within a range in which it is recognized that the refrigerant leaked into the predetermined space is not likely to burn.
  • the leak height is the position of the first portion in the predetermined space when the refrigerant leaks into the predetermined space.
  • the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve are satisfied in order to calculate R in consideration of the size of the predetermined space where the refrigerant cycle device is installed, the installation position of the refrigerant cycle device, and the type of the refrigerant. It is possible to obtain the specification of the amount of leakage at the time of shutoff.
  • the refrigerant cycle device is a refrigerant cycle device according to any one of the first to seventh aspects.
  • the flammable refrigerant is a slightly flammable refrigerant that is judged to be "2L class” according to the US ANSI / ASHRAE34-2013 standard.
  • the flammable refrigerant is a weakly flammable refrigerant that is judged to be "Class 2" according to the US ANSI / ASHRAE34-2013 standard.
  • the flammable refrigerant is a highly flammable refrigerant that is judged to be "3 class" according to the US ANSI / ASHRAE34-2013 standard.
  • the figure which shows the schematic structure of the air conditioner as one Embodiment of a refrigerant cycle device The figure which shows the refrigerant circuit of an air conditioner. The figure which shows the room (predetermined space) in which an air conditioner is deployed. Control block diagram of the air conditioner. The figure which shows the control flow for dealing with the refrigerant leakage. Refrigerants in the gas-side shut-off valve and liquid-side shut-off valve when the gas-side shut-off valve and liquid-side shut-off valve are valves that meet the "Appendix A (Specification) Safety Shut-off Valve Specifications" of the guidelines of the Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association
  • the figure which shows the leakage rate The figure which shows the ratio of the refrigerant leakage rate in a liquid side shutoff valve to the refrigerant leakage rate in a gas side shutoff valve.
  • the air conditioning device 1 as an embodiment of the refrigerant cycle device is a room (predetermined) in a building such as a building by a vapor compression refrigeration cycle. It is a device that cools and heats the space).
  • the air conditioner 1 mainly includes a heat source side unit 2, a plurality of user side units 3a, 3b, 3c, 3d, and relay units 4a, 4b, 4c connected to each user side unit 3a, 3b, 3c, and 3d. It has 4d, refrigerant connecting pipes 5 and 6, and a control unit 19 (see FIG. 4).
  • the plurality of user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are connected to each other in parallel with respect to the heat source-side unit 2.
  • the refrigerant communication pipes 5 and 6 connect the heat source side unit 2 and the utilization side units 3a, 3b, 3c and 3d via the relay units 4a, 4b, 4c and 4d.
  • the control unit 19 controls the components of the heat source side unit 2, the user side units 3a, 3b, 3c, 3d, and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • the refrigerant circuit 10 is filled with R32. If flammable refrigerant leaks from the refrigerant circuit 10 to the room (predetermined space) SP (see FIG. 3) and the refrigerant concentration in the room SP becomes high, a combustion accident may occur. It is required to prevent this combustion accident.
  • the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d are switched to the cooling operation or the heating operation by the switching mechanism 22 included in the heat source side unit 2.
  • the liquid refrigerant connecting pipe 5 is mainly branched into a plurality (here, four) in front of the merging pipe portion extending from the heat source side unit 2 and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • the second branch pipe portion 5a, 5bb, 5cc which connects the first branch pipe portion 5a, 5b, 5c, 5d, the relay unit 4a, 4b, 4c, 4d and the user side unit 3a, 3b, 3c, 3d, It has 5 dd and.
  • the gas refrigerant connecting pipe 6 mainly has a merging pipe portion extending from the heat source side unit 2 and a first branch pipe portion branched into a plurality of (here, four) in front of the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d. It has 6a, 6b, 6c, 6d, and second branch pipe portions 6aa, 6bb, 6cc, 6dd for connecting the relay units 4a, 4b, 4c, 4d and the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d. ing.
  • the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are installed in a room such as a building.
  • the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are connected to the heat source-side unit 2 via the liquid-refrigerant connecting pipe 5, the gas-refrigerant connecting pipe 6, and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d as described above.
  • the user-side unit 3a mainly has a user-side expansion valve 51a and a user-side heat exchanger 52a. Further, the user side unit 3a includes a user side liquid refrigerant pipe 53a connecting the liquid side end of the user side heat exchanger 52a and the liquid refrigerant connecting pipe 5 (here, a branch pipe portion 5aa), and the user side heat exchanger. It has a gas refrigerant pipe 54a on the utilization side that connects the gas side end of the 52a and the gas refrigerant connecting pipe 6 (here, the second branch pipe portion 6aa).
  • the utilization side circuit 3aa (first part) of the utilization side unit 3a is configured from the utilization side liquid refrigerant pipe 53a, the utilization side expansion valve 51a, the utilization side heat exchanger 52a, and the utilization side gas refrigerant pipe 54a.
  • the utilization side expansion valve 51a is an electric expansion valve capable of adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the utilization side heat exchanger 52a while reducing the pressure of the refrigerant, and is provided in the utilization side liquid refrigerant pipe 53a.
  • the user-side heat exchanger 52a is a heat exchanger that functions as a refrigerant evaporator to cool the room air, or functions as a refrigerant radiator to heat the room air.
  • the user-side unit 3a has a user-side fan 55a.
  • the user-side fan 55a supplies indoor air as a cooling source or a heating source for the refrigerant flowing through the user-side heat exchanger 52a to the user-side heat exchanger 52a.
  • the user-side fan 55a is driven by the user-side fan motor 56a.
  • the user-side unit 3a includes a user-side heat exchange liquid-side sensor 57a that detects the temperature of the refrigerant at the liquid-side end of the user-side heat exchanger 52a, and a gas-side end of the user-side heat exchanger 52a.
  • a utilization-side heat exchange gas-side sensor 58a for detecting the temperature of the refrigerant and an indoor air sensor 59a for detecting the temperature of the indoor air sucked into the utilization-side unit 3a are provided.
  • the user-side unit 3a is provided with a refrigerant leak detection unit 79a that detects a refrigerant leak.
  • the refrigerant leak detection unit 79a for example, a semiconductor gas sensor or a detection unit that detects a sudden drop in the refrigerant pressure in the user-side unit 3a can be adopted.
  • a semiconductor gas sensor When a semiconductor gas sensor is used, it is connected to the user side control unit 93a (see FIG. 4).
  • a detection unit that detects a sudden drop in refrigerant pressure a pressure sensor is installed in the refrigerant piping, and a detection algorithm that determines refrigerant leakage from changes in the sensor value is provided in the user-side control unit 93a. ..
  • the refrigerant leak detection unit 79a is provided in the user side unit 3a, but the present invention is not limited to this, and the remote controller for operating the user side unit 3a and the user side unit 3a perform air conditioning. It may be provided in an indoor space or the like.
  • the detection unit 79a joins the pipes in the vicinity of the lower part of the outlet where the refrigerant leaks from the user-side unit 3a to the predetermined space SP, or directly below the user-side unit 3a or the outlet in the predetermined space SP and in the room. It may be installed at a position within 10 m in the horizontal direction from the portion and at a height of 0.3 m or less from the floor surface.
  • this expansion valve may be used as the liquid-side shutoff valve 71a.
  • the heat source side unit 2 is installed outdoors of a building such as a building, for example, on the rooftop or on the ground. As described above, the heat source side unit 2 is connected to the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d via the liquid refrigerant connecting pipe 5, the gas refrigerant connecting pipe 6, and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d. , Consists of a part of the refrigerant circuit 10.
  • the heat source side unit 2 mainly has a compressor 21 and a heat source side heat exchanger 23. Further, the heat source side unit 2 has a cooling operation state in which the heat source side heat exchanger 23 functions as a refrigerant radiator and the user side heat exchangers 52a, 52b, 52c, 52d function as a refrigerant evaporator, and a heat source side. It has a switching mechanism 22 as a cooling / heating switching mechanism for switching between a heating operation state in which the heat exchanger 23 functions as a refrigerant evaporator and the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, and 52d function as a refrigerant radiator. doing.
  • the switching mechanism 22 and the suction side of the compressor 21 are connected by a suction refrigerant pipe 31.
  • the suction refrigerant pipe 31 is provided with an accumulator 29 that temporarily stores the refrigerant sucked into the compressor 21.
  • the discharge side of the compressor 21 and the switching mechanism 22 are connected by a discharge refrigerant pipe 32.
  • the switching mechanism 22 and the gas side end of the heat source side heat exchanger 23 are connected by a first heat source side gas refrigerant pipe 33.
  • the liquid side end of the heat source side heat exchanger 23 and the liquid refrigerant connecting pipe 5 are connected by a heat source side liquid refrigerant pipe 34.
  • a liquid side closing valve 27 is provided at a connection portion of the heat source side liquid refrigerant pipe 34 with the liquid refrigerant connecting pipe 5.
  • the switching mechanism 22 and the gas refrigerant connecting pipe 6 are connected by a second heat source side gas refrigerant pipe 35.
  • a gas-side closing valve 28 is provided at a connection portion of the second heat source-side gas-refrigerant pipe 35 with the gas-refrigerant connecting pipe 6.
  • the liquid side closing valve 27 and the gas side closing valve 28 are valves that are manually opened and closed. During operation, the liquid side closing valve 27 and the gas side closing valve 28 are in the open state.
  • the compressor 21 is a device for compressing the refrigerant. For example, compression of a closed structure in which a positive displacement compression element (not shown) such as a rotary type or a scroll type is rotationally driven by a compressor motor 21a. The machine is used.
  • the switching mechanism 22 is a device capable of switching the flow of the refrigerant in the refrigerant circuit 10, and includes, for example, a four-way switching valve. Switching when the heat source side heat exchanger 23 functions as a refrigerant radiator and the user side heat exchangers 52a, 52b, 52c, 52d function as a refrigerant evaporator (hereinafter referred to as "cooling operation state").
  • the mechanism 22 connects the discharge side of the compressor 21 and the gas side of the heat source side heat exchanger 23 (see the solid line of the switching mechanism 22 in FIG. 2).
  • the heat source side heat exchanger 23 functions as a refrigerant evaporator and the user side heat exchangers 52a, 52b, 52c, 52d function as a refrigerant radiator (hereinafter referred to as "heating operation state").
  • the switching mechanism 22 connects the suction side of the compressor 21 and the gas side of the heat source side heat exchanger 23 (see the broken line of the first switching mechanism 22 in FIG. 2).
  • the heat source side heat exchanger 23 is a heat exchanger that functions as a radiator for the refrigerant or as an evaporator for the refrigerant.
  • the heat source side unit 2 has a heat source side fan 24.
  • the heat source side fan 24 sucks outdoor air into the heat source side unit 2, exchanges heat with the refrigerant in the heat source side heat exchanger 23, and then discharges the outdoor air to the outside.
  • the heat source side fan 24 is driven by a heat source side fan motor.
  • the refrigerant in the cooling operation, the refrigerant is transferred from the heat source side heat exchanger 23 through the liquid refrigerant connecting pipe 5 and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d to function as a refrigerant evaporator. It flows through the exchangers 52a, 52b, 52c and 52d. Further, in the air conditioner 1, in the heating operation, the refrigerant is discharged from the compressor 21 through the gas refrigerant connecting pipe 6 and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d, and the heat exchanger 52a on the utilization side that functions as a radiator of the refrigerant. , 52b, 52c, 52d.
  • the switching mechanism 22 is switched to the cooling operation state, the heat source side heat exchanger 23 functions as a refrigerant radiator, and the heat source side is passed through the liquid refrigerant connecting pipe 5 and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • the refrigerant flows from the unit 2 side to the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • the switching mechanism 22 is switched to the heating operation state, and the heat source side unit 2 side from the user side unit 3a, 3b, 3c, 3d side through the liquid refrigerant connecting pipe 5 and the relay unit 4a, 4b, 4c, 4d.
  • the refrigerant flows into the heat exchanger 23, and the heat exchanger 23 functions as a refrigerant evaporator.
  • the heat source side expansion valve 25 is provided in the heat source side liquid refrigerant pipe 34.
  • the heat source side expansion valve 25 is an electric expansion valve that reduces the pressure of the refrigerant during the heating operation, and is provided in a portion of the heat source side liquid refrigerant pipe 34 near the liquid side end of the heat source side heat exchanger 23.
  • the refrigerant return pipe 41 is connected to the heat source side liquid refrigerant pipe 34, and the refrigerant cooler 45 is provided.
  • the refrigerant return pipe 41 branches a part of the refrigerant flowing through the heat source side liquid refrigerant pipe 34 and sends it to the compressor 21.
  • the refrigerant cooler 45 cools the refrigerant flowing through the heat source side liquid refrigerant pipe 34 by the refrigerant flowing through the refrigerant return pipe 41.
  • the heat source side expansion valve 25 is provided in a portion of the heat source side liquid refrigerant pipe 34 closer to the heat source side heat exchanger 23 than the refrigerant cooler 45.
  • the refrigerant return pipe 41 is a refrigerant pipe that sends the refrigerant branched from the heat source side liquid refrigerant pipe 34 to the suction side of the compressor 21.
  • the refrigerant return pipe 41 mainly has a refrigerant return inlet pipe 42 and a refrigerant return outlet pipe 43.
  • the refrigerant return inlet pipe 42 is a portion of the refrigerant flowing through the heat source side liquid refrigerant pipe 34 between the liquid side end of the heat source side heat exchanger 23 and the liquid side closing valve 27 (here, the heat source side expansion valve). It branches from the portion between the 25 and the refrigerant cooler 45) and is sent to the inlet of the refrigerant cooler 45 on the refrigerant return pipe 41 side.
  • the refrigerant return inlet pipe 42 is provided with a refrigerant return expansion valve 44.
  • the refrigerant return expansion valve 44 adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant cooler 45 while reducing the pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant return pipe 41.
  • the refrigerant return expansion valve 44 includes an electric expansion valve.
  • the refrigerant return outlet pipe 43 sends the refrigerant to the suction refrigerant pipe 31 from the outlet on the refrigerant return pipe 41 side of the refrigerant cooler 45.
  • the refrigerant return outlet pipe 43 of the refrigerant return pipe 41 is connected to the inlet side portion of the accumulator 29 in the suction refrigerant pipe 31. Then, the refrigerant cooler 45 cools the refrigerant flowing through the heat source side liquid refrigerant pipe 34 by the refrigerant flowing through the refrigerant return pipe 41.
  • the heat source side unit 2 receives a discharge pressure sensor 36 that detects the pressure (discharge pressure) of the refrigerant discharged from the compressor 21 and the temperature (discharge temperature) of the refrigerant discharged from the compressor 21.
  • a discharge temperature sensor 37 for detecting and a suction pressure sensor 39 for detecting the pressure (suction pressure) of the refrigerant sucked into the compressor 21 are provided.
  • the heat source side unit 2 is provided with a heat source side heat exchange liquid side sensor 38 that detects the temperature of the refrigerant (heat source side heat exchange outlet temperature) at the liquid side end of the heat source side heat exchanger 23.
  • the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d are installed in the space SP1 behind the ceiling of a room (predetermined space) SP (see FIG. 3) of a building such as a building.
  • the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d, together with the liquid refrigerant connecting pipe 5 and the gas refrigerant connecting pipe 6, are interposed between the utilization side units 3a, 3b, 3c, and 3d and the heat source side unit 2, and are interposed in the refrigerant circuit. It constitutes a part of 10.
  • the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d may be arranged near the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d, but are arranged away from the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d. Alternatively, the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d may be arranged together in one place.
  • relay unit 4a the configurations of the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d will be described. Since the relay unit 4a and the relay units 4b, 4c, and 4d have the same configuration, only the configuration of the relay unit 4a will be described here, and the configurations of the relay units 4b, 4c, and 4d will be described as relay units, respectively. Instead of the subscript "a" of the code indicating each part of 4a, a subscript of "b", "c” or “d” is added, and the description of each part is omitted.
  • the relay unit 4a mainly has a liquid connection pipe 61a and a gas connection pipe 62a.
  • the liquid side shutoff valve 71a is provided in the liquid connection pipe 61a.
  • the liquid side shutoff valve 71a is an electric expansion valve.
  • the gas connecting pipe 62a is connected to the first branch pipe portion 6a of the gas refrigerant connecting pipe 6, and the other end is connected to the second branch pipe portion 6aa of the gas refrigerant connecting pipe 6.
  • the gas connection pipe 62a is provided with a gas side shutoff valve 68a.
  • the gas side shutoff valve 68a is an electric expansion valve.
  • the control unit 19 includes a heat source side control unit 92, a relay side control unit 94a, 94b, 94c, 94d, and a user side control unit 93a, 93b, 93c, 93d. Is configured by being connected via transmission lines 95 and 96.
  • the heat source side control unit 92 controls the constituent devices of the heat source side unit 2.
  • the relay side control units 94a, 94b, 94c, 94d control the constituent devices of the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • the user-side control units 93a, 93b, 93c, and 93d control the constituent devices of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • the heat source side control unit 92 includes a control board on which electrical components such as a microcomputer and a memory are mounted, and includes various constituent devices 21, 22, 24, 25, 44 and various sensors 36, 37 of the heat source side unit 2. 38 and 39 are connected.
  • the relay side control units 94a, 94b, 94c, 94d include a control board on which electrical components such as a microcomputer and a memory are mounted, and the gas side shutoff valves 68a to 68d of the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d, Liquid side shutoff valves 71a to 71d are connected.
  • the relay side control units 94a, 94b, 94c, 94d and the heat source side control unit 92 are connected to each other via the first transmission line 95.
  • the user-side control units 93a, 93b, 93c, 93d include a control board on which electrical components such as a microcomputer and a memory are mounted, and various component devices 51a to 51d of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d. 55a to 55d and various sensors 57a to 57d, 58a to 58d, 59a to 59d, 79a to 79d are connected.
  • the wiring for connecting the refrigerant leakage detection units 79a, 79b, 79c, 79d to the user side control units 93a, 93b, 93c, 93d is the wiring 97a, 97b, 97c, 97d.
  • the user side control units 93a, 93b, 93c, 93d and the relay side control units 94a, 94b, 94c, 94d are connected to each other via the second transmission line 96.
  • control unit 19 controls the operation of the entire air conditioner 1. Specifically, the air conditioner 1 (here, heat source) based on the detection signals of various sensors 36, 37, 38, 39, 57a to 57d, 58a to 58d, 59a to 59d, 79a to 79d and the like as described above. Side unit 2, user side unit 3a, 3b, 3c, 3d and relay unit 4a, 4b, 4c, 4d) Various components 21, 22, 24, 25, 44, 51a to 51d, 55a to 55d, 68a to 68d , 71a to 71d are controlled by the control unit 19.
  • the basic operation of the air conditioner 1 includes a cooling operation and a heating operation.
  • the basic operation of the air conditioner 1 described below is to use the components of the air conditioner 1 (heat source side unit 2, user side units 3a, 3b, 3c, 3d and relay unit 4a, 4b, 4c, 4d). It is performed by the control unit 19 that controls.
  • Cooling operation for example, all of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are in the cooling operation (all of the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, and 52d are used as refrigerant evaporators.
  • the switching mechanism 22 is put into the cooling operation state (the state shown by the solid line of the switching mechanism 22 in FIG. 2).
  • the compressor 21, the heat source side fan 24, and the user side fans 55a, 55b, 55c, 55d are switched to be driven.
  • liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d and the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d of the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d are fully opened.
  • the operations of the various devices of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are performed by the user-side control units 93a, 93b, 93c, and 93d.
  • the user-side control units 93a, 93b, 93c, and 93d transmit information to the effect that the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d perform cooling operation via transmission lines 95 and 96 to the heat source-side control unit 92 and the relay side. It is transmitted to the control units 94a, 94b, 94c, 94d.
  • the operations of the various devices of the heat source side unit 2 and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d are the heat source side control units 92 and the relay side control units 94a, 94b, which receive information from the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d. It is performed by 94c and 94d.
  • the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 21 is sent to the heat source side heat exchanger 23 through the switching mechanism 22.
  • the refrigerant sent to the heat source side heat exchanger 23 is condensed by being cooled by exchanging heat with the outdoor air supplied by the heat source side fan 24 in the heat source side heat exchanger 23 that functions as a radiator of the refrigerant. To do.
  • This refrigerant flows out from the heat source side unit 2 through the heat source side expansion valve 25, the refrigerant cooler 45, and the liquid side closing valve 27. At this time, in the refrigerant cooler 45, the refrigerant flowing out of the heat source side unit 2 is cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant return pipe 41.
  • the refrigerant flowing out from the heat source side unit 2 is branched and sent to the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d through the liquid refrigerant connecting pipe 5 (merging pipe portion and first branch pipe portion 5a, 5b, 5c, 5d). ..
  • the refrigerant sent to the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d flows out from the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d through the liquid-side shutoff valves 71a, 71b, 71c, and 71d.
  • the refrigerant flowing out from the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d is the second branch pipe portion 5aa, 5bb, 5cc, 5dd (relay units 4a, 4b, 4c, 4d and the user side unit 3a of the liquid refrigerant communication pipes 5). It is sent to the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d through the portion connecting 3b, 3c, and 3d).
  • the refrigerant sent to the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d is decompressed by the user-side expansion valves 51a, 51b, 51c, and 51d, and then sent to the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, and 52d.
  • the refrigerant sent to the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, 52d is used in the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, 52d, which function as a refrigerant evaporator, in the user-side fans 55a, 55b, 55c, 55d. Evaporates by being heated by exchanging heat with the indoor air supplied from the room. The evaporated refrigerant flows out from the utilization side units 3a, 3b, 3c, and 3d. On the other hand, the indoor air cooled by the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, and 52d is sent into the room, whereby the room is cooled.
  • the refrigerant flowing out from the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d is sent to the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d through the second branch pipes 6aa, 6bb, 6cc, and 6dd of the gas refrigerant connecting pipe 6.
  • the refrigerant sent to the relay units 4a, 4b, 4c and 4d flows out from the relay units 4a, 4b, 4c and 4d through the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c and 68d.
  • the refrigerant flowing out from the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d is sent to the heat source side unit 2 in a merged state through the gas refrigerant connecting pipe 6 (merging pipe portion and first branch pipe portion 6a, 6b, 6c, 6d). Be done.
  • the refrigerant sent to the heat source side unit 2 is sucked into the compressor 21 through the gas side closing valve 28, the switching mechanism 22, and the accumulator 29.
  • (2-2) Heating operation During the heating operation, for example, all of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are in the heating operation (all of the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, and 52d are used as refrigerant radiators.
  • the switching mechanism 22 When performing operation (operation in which the heat source side heat exchanger 23 functions as a refrigerant evaporator), the switching mechanism 22 is put into the heating operation state (the state shown by the broken line of the switching mechanism 22 in FIG. 2). The switch is switched to drive the compressor 21, the heat source side fan 24, and the user side fans 55a, 55b, 55c, 55d.
  • liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d and the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d of the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d are fully opened.
  • the operations of the various devices of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are performed by the user-side control units 93a, 93b, 93c, and 93d.
  • the user-side control units 93a, 93b, 93c, and 93d transmit information to the effect that the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d perform heating operation to the heat source-side control unit 92 and the relay side via transmission lines 95 and 96. It is transmitted to the control units 94a, 94b, 94c, 94d.
  • the operations of the various devices of the heat source side unit 2 and the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d are the heat source side control units 92 and the relay side control units 94a, 94b, which receive information from the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d. It is performed by 94c and 94d.
  • the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 21 flows out from the heat source side unit 2 through the switching mechanism 22 and the gas side closing valve 28.
  • the refrigerant flowing out from the heat source side unit 2 is sent to the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d through the gas refrigerant connecting pipe 6 (merging pipe portion and first branch pipe portion 6a, 6b, 6c, 6d).
  • the refrigerant sent to the relay units 4a, 4b, 4c and 4d flows out from the relay units 4a, 4b, 4c and 4d through the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c and 68d.
  • the refrigerant flowing out from the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d is the second branch pipe portions 6aa, 6bb, 6cc, and 6dd (relay units 4a, 4b, 4c, 4d and the user side unit 3a of the gas refrigerant connecting pipes 6). It is sent to the user unit 3a, 3b, 3c, 3d through the portion connecting 3b, 3c, and 3d).
  • the refrigerant sent to the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d is sent to the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, and 52d.
  • the high-pressure refrigerant sent to the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, 52d is used in the user-side heat exchangers 52a, 52b, 52c, 52d, which function as a refrigerant radiator, with the user-side fans 55a, 55b, 55c. , 55d exchanges heat with the indoor air supplied from the room and is cooled to condense.
  • This refrigerant is depressurized by the utilization side expansion valves 51a, 51b, 51c, 51d, and then flows out from the utilization side units 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • the indoor air heated by the user side heat exchangers 52a, 52b, 52c and 52d is sent into the room, thereby heating the room.
  • the refrigerant flowing out from the user side units 3a, 3b, 3c and 3d is the second branch pipe portion 5aa, 5bb, 5cc, 5dd (relay units 4a, 4b, 4c, 4d and the user side unit 3a of the liquid refrigerant communication pipes 5). It is sent to the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d through the portion connecting 3b, 3c, and 3d).
  • the refrigerant sent to the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d flows out from the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d through the liquid-side shutoff valves 71a, 71b, 71c, and 71d.
  • the refrigerant flowing out from the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d is sent to the heat source side unit 2 in a merged state through the liquid refrigerant connecting pipe 5 (merging pipe portion and first branch pipe portion 5a, 5b, 5c, 5d). Be done.
  • the refrigerant sent to the heat source side unit 2 is sent to the heat source side expansion valve 25 through the liquid side closing valve 27 and the refrigerant cooler 45.
  • the refrigerant sent to the heat source side expansion valve 25 is decompressed by the heat source side expansion valve 25 and then sent to the heat source side heat exchanger 23.
  • the refrigerant sent to the heat source side heat exchanger 23 evaporates by being heated by exchanging heat with the outdoor air supplied by the heat source side fan 24. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 21 through the switching mechanism 22 and the accumulator 29.
  • step S1 of FIG. 5 it is determined whether or not any of the refrigerant leakage detection units 79a, 79b, 79c, and 79d of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d has detected the refrigerant leakage.
  • the refrigerant leakage detection unit 79a of the user-side unit 3a detects the leakage of the refrigerant into the predetermined space (indoor) of the user-side unit 3a, the process proceeds to the next step S2.
  • step S2 in the user-side unit 3a where there was a refrigerant leak, a person who is in a predetermined space of the user-side unit 3a by using an alarm (not shown) that issues a warning sound such as a buzzer and turns on a light. To issue an alarm.
  • an alarm not shown
  • step S3 it is determined whether or not the user side unit 3a is performing the cooling operation.
  • the process proceeds from step S3 to step S4.
  • step S4 in order to reduce the pressure of the refrigerant in the user side unit 3a, the user side unit 3a is made to perform a cooling operation.
  • the cooling operation in step S4 is an operation that prioritizes reducing the pressure of the refrigerant in the user-side unit 3a.
  • the air conditioner 1 When the air conditioner 1 is performing the heating operation, the state of the switching mechanism 22 is switched to the cooling operation state, and the air conditioner 1 is made to perform the cooling operation.
  • the user-side unit 3a is in a stopped or temporarily stopped state, the user-side unit 3a is put into a cooling operation state to reduce the pressure of the refrigerant in the user-side unit 3a.
  • step S5 the opening degree of the heat source side expansion valve 25 of the heat source side unit 2 is reduced.
  • the heat source side expansion valve 25 is fully open, but here, the opening degree of the heat source side expansion valve 25 is reduced, and the pressure of the refrigerant flowing to the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d is reduced. Lower.
  • the user-side expansion valve 51a of the user-side unit 3a is fully opened.
  • step S5 the opening degree of the refrigerant return expansion valve 44 is increased as compared with the normal cooling operation, and the amount of refrigerant flowing through the refrigerant return pipe 41 functioning as a bypass path is increased.
  • the heat source side heat exchanger 23 dissipates heat and condenses, and the amount of refrigerant toward the user side units 3a, 3b, 3c, and 3d is reduced.
  • step S5 the rotation speed of the user fan 55a is also reduced.
  • step S6 it is determined whether or not the pressure of the refrigerant in the user side unit 3a has sufficiently decreased based on the sensor values of the user side heat exchange liquid side sensor 57a and the user side heat exchange gas side sensor 58a of the user side unit 3a. To do. When it is determined that the sensor value satisfies the predetermined condition and the pressure of the refrigerant in the user-side unit 3a is sufficiently lowered, the process proceeds from step S6 to step S7. Further, in step S6, the passage of time is also monitored, and if a predetermined time has elapsed after executing step S5, it is determined that the pressure of the refrigerant in the user-side unit 3a has dropped to some extent, and step S7 is performed. Transition.
  • step S6 the pressure of the refrigerant in the user-side unit 3a is monitored, and the pressure of the refrigerant in the user-side unit 3a is controlled so as not to be smaller than the atmospheric pressure.
  • step S7 The transition from step S6 to step S7 is performed before the pressure of the refrigerant in the user-side unit 3a becomes lower than the atmospheric pressure.
  • step S7 the liquid side shutoff valve 71a and the gas side shutoff valve 68a of the relay unit 4a corresponding to the utilization side unit 3a where the refrigerant leaked are closed.
  • the utilization side unit 3a is separated from the refrigerant circuit 10 in which the refrigerant circulates, and the inflow of the refrigerant from the heat source side unit 2 to the utilization side unit 3a is almost eliminated.
  • step S7 the operation of all the units including the other utilization side units 3b, 3c, 3d and the heat source side unit 2 is stopped.
  • the liquid-side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d and the gas-side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d detect the leakage of refrigerant. It is controlled to close when it is closed (see step S7 in FIG. 4).
  • the liquid-side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d of the corresponding relay units 4a, 4b, 4c, and 4d and The gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d are switched from the open non-blocking state to the closed shutoff state.
  • these liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d and gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d are designed or selected as follows.
  • the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are arranged together with the relay units 4a, 4b, 4c, and 4d in the ceiling space SP1 of the room (predetermined space) SP shown in FIG. No user unit is installed on the floor FL of this room SP.
  • the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are ceiling-mounted units, not floor-standing units.
  • the room SP is provided with a door DR for people to enter and exit.
  • the door DR is closed when no one enters or exits.
  • Below the door DR there is a gap (undercut portion) UC.
  • a ventilation port (not shown) is provided on the ceiling of the room SP.
  • the area of the gap UC is Ad (m 2 ).
  • Ad the height dimension 4mm clearance UC, if 800mm width dimension, the area A d of the gap UC is their product, and 0.0032 (m 2).
  • the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d are arranged in the ceiling space SP1 of the room SP, the user-side circuits 3aa, 3bb, and 3cc of the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d from the floor FL,
  • the distance H to 3dd is considered to be equal to the height dimension (ceiling height) of the room SP.
  • the amount of leakage at the time of interruption is evaluated using "air" as a gas having a gas phase single phase in the standard state.
  • the fluid is air and the gas-side shut-off valve and liquid-side shut-off valve.
  • 300 (cm 3 / min) or less is defined as the amount of leakage during shutoff that the gas-side shut-off valve and the liquid-side shut-off valve should be satisfied with.
  • the above guideline assumes from the same leakage amount during shutoff that the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve are uniformly required.
  • the valve clearance in the above and the refrigerant leakage rate in the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve it is possible to calculate the valve clearance in the above and the refrigerant leakage rate in the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve.
  • the refrigerant leakage rate at the liquid side shutoff valve is higher than the refrigerant leakage rate at the gas side shutoff valve. This is because the liquid refrigerant has a higher density than the gas refrigerant. Therefore, if the refrigerant leakage rate can be calculated from the above guideline, it is possible to calculate how much the leakage amount at the time of shutting off the gas side shutoff valve can be increased within the range of the refrigerant leakage rate or less.
  • the horizontal axis of FIG. 6 is the saturation temperature corresponding to the pressure in the cycle of the refrigerant.
  • the saturation temperature corresponding to the pressure in the cycle changes.
  • the calculation of the refrigerant leakage rate derived from the leakage amount at the time of interruption in the above guideline is firstly calculated by an equation using Bernoulli's theorem for liquid refrigerant and an equation expressing the flow rate of compressible fluid for gas refrigerant. There is a method of calculating with (calculation method 1).
  • calculation method 2 there is a method (calculation method 2) of calculating using the Cv value representing the leakage amount peculiar to the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve. It is also possible to calculate the refrigerant leakage rate from the calculation of these leakage amounts.
  • the value according to the calculation method 1 is represented by a solid line
  • the value according to the calculation method 2 is represented by a broken line.
  • R32 having a flammability rank A2L was taken. Even in the case of other flammable refrigerants, this figure can be drawn in the same manner as R32 by setting the physical property value to the value of each refrigerant.
  • valve clearance equivalent diameter d v when the valve blocking of the gas side shut-off valve and the liquid side shut-off valve, the fluid is an air gas side shut-off valve and the liquid side shut-off valve
  • 300 (cm 3 / min) or less is defined as the amount of leakage during shutoff that the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve should be satisfied with. From these conditions, first, the valve clearance at the time of valve shutoff of the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve is obtained.
  • the specific heat ratio ⁇ of air is 1.40 (20 ° C.).
  • the upstream side of the shutoff valve when viewed from the user side unit is the liquid phase refrigerant
  • the gas side line gas refrigerant connecting pipe
  • the leakage speed of the refrigerant in the gas side line that is, the refrigerant leakage speed ( GrG ) of the gas side shutoff valve exceeds the speed of sound.
  • the specific heat ratio ⁇ is represented by the value of the 20 ° C. saturated gas of the refrigerant.
  • Variables that affect the rate of refrigerant leakage from the valve gap of the shutoff valve include (4-2-2-A) to (4-2-2-E).
  • the calculation method for each is as follows.
  • the leakage speed of the refrigerant leaking from the valve gap for each refrigerant is as shown in Table 2 below, for example.
  • the refrigerant leakage speed of each refrigerant when the ambient temperature (temperature outside the building) is changed can be obtained by the above (Equation 4), (Equation 5), and (Equation 6) if the physical property values are changed. Can be done.
  • the amount of refrigerant leaked from the gas-side shutoff valve and the liquid-side shutoff valve is 300 (cm) when the fluid is air and the differential pressure before and after the gas-side shutoff valve and the liquid-side shutoff valve is 1 MPa.
  • the leakage speed of the gas refrigerant and the liquid refrigerant can be calculated using (Equation 7) and (Equation 8).
  • Table 3 shows the gas-refrigerant connecting pipe diameter and the liquid-refrigerant connecting pipe diameter.
  • the ratio of the gas side refrigerant connecting pipe diameter to the liquid side refrigerant connecting pipe diameter is in the range of about 1.6 times to about 2.7 times.
  • the amount of leakage when the gas side shutoff valve is shut off with respect to the liquid side shutoff valve increases in proportion to the refrigerant connecting pipe diameter ratio.
  • FIG. 7 shows X, which is the ratio of the refrigerant leakage rate of the liquid side shutoff valve to the refrigerant leakage rate of the gas side shutoff valve.
  • the maximum leakage amount of the liquid side shutoff valve at the time of shutoff may be designed or selected in the range of 0.78 times to 0.94 times of 300 (cm 3 / min).
  • the amount of leakage during shutoff of the gas side shutoff valve should be increased to a range of 1.0 to 2.7 times or less of the amount of leakage during shutoff specified in the above guideline of 300 (cm 3 / min). Is possible.
  • the leakage amount of the liquid side shutoff valve during shutoff is set in the range of 300 (cm 3 / min) 0.94 times or less, which is the leak amount during shutoff specified in the above guideline.
  • the total of the refrigerant leakage speeds of the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve shall be the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve according to the above guidelines. It is equal to the total refrigerant leakage rate when the same valve clearance is assumed for the liquid side shutoff valve.
  • the leakage amount of the gas side shutoff valve at the time of shutoff is 1.6 to 2.7 times the leak amount at the time of shutoff specified in the above guideline of 300 (cm 3 / min).
  • the amount of leakage during shutoff of the liquid side shutoff valve should be within the range of 0.37 to 0.94 times the amount of leak during shutoff specified in the above guideline of 300 (cm 3 / min). change.
  • G d is calculated by assuming that the refrigerant discharge rate of the refrigerant discharged to the outside of the room through the gap under the door is G d .
  • G d ⁇ md ⁇ V md ⁇ A d
  • V md C d ⁇ (2 ⁇ ⁇ p d / ⁇ md ) 0.5
  • ⁇ p d ( ⁇ md - ⁇ a) ⁇ g ⁇ h s
  • ⁇ md ⁇ mr + ⁇ ma
  • ⁇ mr N / 100 ⁇ ( Ur ⁇ 10 -3 ) / (24.5 ⁇ 10 -3 )
  • Equation 19): ⁇ ma (100-N) / 100 ⁇ (U a ⁇ 10 -3 ) / (24.5 ⁇ 10 -3 )
  • N L
  • Variables that affect the refrigerant discharge rate include (4-4-1-A) and (4-4-1-B).
  • the leakage height is the leakage height when the refrigerant leaks into the predetermined space.
  • the position of the first part in the predetermined space for example, 2.2 m when the user side unit is installed on the ceiling, and 0.6 m, for example, when the user side unit is installed on the floor (IEC60335-2).
  • the permissible average concentration is the average concentration of the refrigerant leaked into the predetermined space, and is the refrigerant concentration within the range where it is recognized that the refrigerant leaked into the predetermined space is not likely to burn.
  • the permissible average concentration is determined by dividing LFL by the safety factor, and the refrigerant discharge rate is affected, for example, as shown in Table 4 below, depending on whether the safety factor is 4 or 2.
  • magnification R for each refrigerant is calculated, for example, as shown in Table 5 below.
  • the gas side shutoff valve generally has a large valve diameter, and tends to have a large leakage amount when shutting off at the same differential pressure.
  • the liquid-side shutoff valve generally has a small valve diameter, and tends to have a small amount of leakage when shutting off at the same differential pressure.
  • it is required to uniformly suppress the leakage amount at the time of shutoff to 300 (cm 3 / min) or less.
  • designing or selecting a gas-side shutoff valve having a valve diameter larger than the valve diameter of the liquid-side shutoff valve with a shutoff leak amount equivalent to that of the liquid-side shutoff valve is a matter of manufacture or purchase. This will increase the cost.
  • the refrigerant leakage rate assumed by the guideline can be calculated from the regulation of the amount of leakage when shutting off in the above guideline. Further, as shown in FIG. 6, since the states of the target refrigerants are different, the refrigerant leakage speed at the liquid side shutoff valve is higher than the refrigerant leakage speed at the gas side shutoff valve in the same valve gap. In other words, when the gas-side shutoff valve and the liquid-side shutoff valve have the same amount of leakage during shutoff, the liquid-side shutoff valve has a higher refrigerant leakage rate than the gas-side shutoff valve, so that a large amount of refrigerant flows in a predetermined space. It will leak.
  • the leakage amount of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d at the time of shutoff is made larger than that of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d.
  • the gas-side shutoff valves 68a, 68b, 68c, and 68d are used having a leakage amount larger than 300 ⁇ R (cm 3 / min) at the time of shutoff.
  • the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d the ones having a leakage amount at the time of shutoff smaller than 300 ⁇ R (cm 3 / min) are adopted. As a result, the manufacturing cost of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d can be reduced while ensuring safety.
  • R calculated in (4-4) is taken into consideration. Therefore, the manufacturing cost of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d can be reduced while ensuring the safety.
  • the leakage amount at the time of shutting off the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve is required to be uniformly suppressed to 300 (cm 3 / min) or less.
  • the cost of manufacturing or purchasing the gas-side shutoff valve which tends to have a relatively large valve diameter, is increased. Therefore, in the present embodiment, the refrigerant leakage speeds of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d and the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d are determined according to the above guidelines, and the gas side shutoff valve and the liquid side shutoff valve.
  • the amount of leakage during shutoff is changed from 300 ⁇ R (cm 3 / min) to design or select.
  • the leakage amount of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d at the time of shutoff is changed to 1.0 to 2.7 times or less of 300 (cm 3 / min).
  • the leakage amount at the time of shutoff is changed to 0.94 times or less of 300 (cm 3 / min) when designing or selecting.
  • the liquid side shutoff valves 71a and 71b , 71c, 71d are designed or selected by changing the leakage amount at the time of interruption to 0.94 times or less of 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the refrigerant leakage speeds of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d and the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d are determined by the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d and the liquid side according to the above guidelines. It is equal to the total refrigerant leakage speed when the same valve clearance is assumed for the shutoff valves 71a, 71b, 71c, and 71d.
  • the leakage amount of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d exceeds the leakage amount of 300 (cm 3 / min) defined in the above guideline, the leakage amount is exceeded.
  • the amount of leakage during shutoff of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, and 71d is designed or selected so as to compensate for the amount of leakage during shutoff. As a result, it is possible to suppress an increase in costs related to the manufacture or purchase of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d while ensuring safety.
  • the leakage amount of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d at the time of shutoff is in the range of 1.6 to 2.7 times that of 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • the liquid side shutoff is such that the leakage amount of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d at the time of shutoff is in the range of 0.37 to 0.94 times that of 300 ⁇ R (cm 3 / min).
  • 300 is how much the permissible amount can be increased with respect to the standard value of the leakage amount at the time of interruption such as 300 (cm 3 / min) in the specifications specified in Annex A of the above guideline. It is calculated as a magnification R with respect to (cm 3 / min). Then, the specific numerical value of the magnification R as shown in Table 5 above is obtained.
  • the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d and the gas side shutoff valve 68a so that the maximum leakage amount at the time of shutoff is 300 ⁇ 1.96 (cm 3 / min) or less.
  • the specifications of 68b, 68c, and 68d have been decided.
  • the manufacturing costs of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d and the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d are compared with the case where the specifications are determined according to the reference value of 300 (cm 3 / min).
  • the purchase cost is reduced, and the introduction cost of the air conditioner 1 using the refrigerant (R32) that can prevent global warming can be suppressed.
  • the air conditioner according to step S7 in FIG. After the device 1 is stopped, the amount of refrigerant leaking from the valve gap between the liquid side shutoff valve 71a and the gas side shutoff valve 68a and flowing out to the room SP is suppressed, and the concentration of the refrigerant in the room SP is suppressed to a value sufficiently lower than LFL. There is.
  • the magnification R for calculating how much the permissible amount can be increased with respect to the reference value of the leakage amount at the time of interruption such as 300 (cm 3 / min) in the specifications specified in Annex A of the above guideline is It is determined based on at least one of the permissible average concentration, the leakage height, and the type of refrigerant.
  • the leakage height is the position of the first part in the predetermined space SP when the refrigerant leaks into the predetermined space SP, and the user side unit is installed on the ceiling. If this is the case, it will be, for example, 2.2 m, and if the user unit is installed on the floor, it will be, for example, 0.6 m (see IEC60335-2-40: 2016).
  • the permissible average concentration is the average concentration of the refrigerant leaked into the predetermined space SP, and it is recognized that the refrigerant leaked into the predetermined space SP is not likely to burn.
  • the refrigerant concentration is in the range, and the allowable average concentration is obtained by dividing LFL by the safety factor.
  • the type of refrigerant is a flammable refrigerant that is judged to be "2L class" according to the US ANSI / ASHRAE34-2013 standard, and a weakly flammable refrigerant that is judged to be "2 class” according to the US ANSI / ASHRAE34-2013 standard.
  • the magnification R is determined based on at least one of these, and as shown in Table 5, specifically, a numerical value in the range of 1.02 to 11.98 is taken. This makes it possible to obtain specifications for the amount of leakage during shutoff that the gas-side shutoff valve and the liquid-side shutoff valve should satisfy.
  • 68b, 68c, 68d and the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d are calculated, and the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d and the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, It is also possible to design or select 71d.
  • the air conditioner 1 according to the above embodiment is installed in a room (predetermined space SP) of a building such as a building, but when it is installed in the internal space of another building, the design of the specifications of the shutoff valve or The selection may also be changed so as to meet the conditions of the predetermined space SP.
  • an appropriate shutoff valve can be designed or selected for various spaces such as an internal space of a factory, a kitchen, a data center, a computer room, and an internal space of a commercial facility.
  • R32 has been described as an example of the refrigerant that circulates the refrigerant circuit 10 of the air conditioner 1.
  • the molecular weight of the refrigerant, LFL, and the like are described as described above.
  • the magnification R is calculated according to the difference in conditions, and the specifications of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d and the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d suitable for the calculation are designed or selected.
  • control flow shown in FIG. 5 is shown as an example of the operation of the air conditioner 1 at the time of refrigerant leakage, but other operations may be performed as the operation at the time of refrigerant leakage.
  • the pump down operation may be performed, and then the shutoff valve may be closed.
  • steps S4 and S5 the utilization side units 3a, 3b, 3c, and 3d are allowed to perform the cooling operation, the opening degree of the heat source side expansion valve 25 is reduced, and the utilization side units 3a, 3b, The pressure of the refrigerant flowing in 3c and 3d is reduced.
  • this control is an example, and other controls may be performed.
  • all the liquid side shutoff valves 71a are separated from the heat source side unit 2 so that all the user side units 3a, 3b, 3c and 3d are separated from the heat source side unit 2.
  • 71b, 71c, 71d and the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d may be closed, and the compressor 21 of the heat source side unit 2 may also be stopped.
  • the user-side units 3a, 3b, 3c, and 3d installed so as to be embedded in the ceiling are mentioned, but other types of user-side units are also blocked.
  • the valve design or selection method is similar.
  • the magnification R can be obtained by the above (Equation 23) regardless of whether it is a ceiling-suspended type user-side unit, a floor-standing type user-side unit, or a wall-mounted type user-side unit fixed to a side wall.
  • the gas side shutoff valve generally has a large valve diameter, and tends to have a large leakage amount when shutting off at the same differential pressure.
  • the liquid-side shutoff valve generally has a small valve diameter, and tends to have a small amount of leakage when shutting off at the same differential pressure. Therefore, in the above embodiment, it has been assumed that the valve diameters of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d are larger than the valve diameters of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d.
  • valve diameters of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d have a size larger than the valve diameters of the gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d, the gas side shutoff.
  • the leakage amount during shutoff of the valves 68a, 68b, 68c, 68d is made larger than the leakage amount during shutoff specified by the above guideline, and the leakage amount during shutoff of the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d is determined by the above guideline.
  • air is used as the gas that is in the gas phase single phase in the standard state
  • gas side shutoff valves 68a, 68b, 68c, 68d and the liquid side shutoff valves 71a, 71b, 71c, 71d The amount of leakage during shutoff is evaluated.
  • the gas for evaluating the leakage amount at the time of interruption is not limited to "air”, and any gas type containing "nitrogen” or the like and having a gas phase single phase in the standard state may be used.
  • Air conditioner (refrigerant cycle device) 3aa, 3bb, 3cc, 3dd 1st part (utilization side circuit) 10
  • Detection unit (refrigerant leakage detection unit) SP predetermined space

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Abstract

冷媒サイクル装置の遮断弁の仕様が過剰になると、製造コストが上がる。空気調和装置(1)は、可燃性の冷媒を冷媒回路(10)において循環させる装置であって、冷媒の漏えいが検知されたときに遮断状態として所定空間への冷媒の漏えいを抑制する、液側遮断弁(71a)及びガス側遮断弁(68a)を備える。液側遮断弁(71a)及びガス側遮断弁(68a)は、それぞれ、遮断状態において、流体が20℃の空気であって且つ前後の差圧が1MPaであるときの空気の漏れ量である遮断時漏れ量が、液側遮断弁は300×R(cm3/min)より小さく、ガス側遮断弁は300×R(cm3/min)より大きい。ただし、R=(ρmd×Vmd×Ad)/(Cr×(2×ΔPr/ρ1r)0.5×Av×ρ1rl+Av×(2/(λ+1))((λ+1)/2(λ-1))×(λ×P1r×ρ1rg)0.5)であるか、又は、R=1であり、Rは許容平均濃度、漏れ高さ、及び冷媒の種類の少なくとも1つに基づいて決められている。

Description

冷媒サイクル装置
 冷媒サイクル装置に関する。
 2017年9月1日発行の日本冷凍空調工業会のガイドラインである「微燃性(A2L)冷媒を使用した業務用エアコンの冷媒漏えい時の安全確保のための施設ガイドライン」(JRA GL-16:2017)には、「付属書A(規定)安全遮断弁の仕様」が用意されており、所定の仕様を満足しなければならない。この満足すべき安全遮断弁の仕様の1つに、閉弁時漏れ量がある。具体的には、流体が空気であって安全遮断弁の前後の差圧が1MPaであるときに、300(cm/min)以下が、安全遮断弁が満足すべき閉弁時漏れ量と規定されている。
 上記のガイドラインにおいて、安全遮断弁を安全対策として採用する場合、冷媒漏えい時においては、対象となる居室(部屋)の冷媒漏えい時最大濃度が、LFLの1/4の値以下になるように、遮断する冷媒回路中の適切な位置に安全遮断弁を設けなければならない、と規定されている。また、冷媒の漏えいを検知する検知器の信号によって、冷媒回路を遮断しなければならない、と規定されている。
 安全遮断弁は、冷媒が漏えいしたときに、冷媒回路から冷媒漏えい空間に漏えいする冷媒を遮断する弁である。LFL(Lower Flammability Limit;燃焼下限界)は、ISO817で定められた、冷媒と空気を均一に混合させた状態で火炎を伝播することが可能な冷媒の最小濃度である。冷媒漏えい時最大濃度は、冷媒回路の総冷媒量を、冷媒が滞留する空間の容積(漏えい高さに床面積を乗じた値)で除した値である。
 上記のガイドラインでは、安全遮断弁が、ガス側安全遮断弁(以下、ガス側遮断弁)であるか、液側安全遮断弁(以下、液側遮断弁)であるかに関わらず、閉弁時漏れ量を、同一漏れ量以下に抑えることが要求されている。一般に、ガス冷媒連絡管は、液冷媒連絡管よりも管径が大きく、ガス側遮断弁口径も大きくなり、シール部の隙間が一定であるとした場合、シール部周長が長くなるため、隙間面積が大きくなる。従って、前後の空気差圧が同一である場合には、ガス側遮断弁において液側遮断弁よりも閉弁時漏れ量が大きくなる傾向がある。上記のガイドラインの要求を満たすには、ガス側遮断弁の弁隙間を小さくする必要があり、そのため、ガス側遮断弁の製造コストあるいは購入コストが増大するといった課題がある。
 本開示の第1観点に係る冷媒サイクル装置は、可燃性の冷媒を冷媒回路において循環させる冷媒サイクル装置である。冷媒サイクル装置は、ガス側遮断弁及び液側遮断弁と、検知部と、制御部と、を備える。ガス側遮断弁及び液側遮断弁は、冷媒回路の第1部分の両側に設けられる。検知部は、第1部分から所定空間への冷媒の漏えいを検知する。制御部は、検知部が、第1部分から所定空間への冷媒の漏えいを検知したときに、ガス側遮断弁及び液側遮断弁を遮断状態とする。ガス側遮断弁及び液側遮断弁の遮断時漏れ量は、遮断状態における前後の差圧が所定圧力であるときのガス側遮断弁及び液側遮断弁の、標準状態で気相単相となっている気体の漏れ量である。ガス側遮断弁の遮断時漏れ量は、液側遮断弁の遮断時漏れ量よりも大きい。なお、遮断時漏れ量は、上記のガイドラインにおける閉弁時漏れ量と同義である。
 冷媒サイクル装置において、ガス側遮断弁と液側遮断弁とは、遮断する対象である冷媒の密度が異なる。ガス側遮断弁は、ガス冷媒を遮断し、液側遮断弁は、液冷媒を遮断する。したがって、液側遮断弁の遮断時漏れ量を小さくしておけば、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量を少し大きくしたとしても、第1部分から所定空間への冷媒の漏えいの総量を規定量に抑えることが可能である。このことに鑑み、第1観点に係る冷媒サイクル装置では、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量を、液側遮断弁の遮断時漏れ量よりも大きくしている。これにより、ガス側遮断弁の製造あるいは購入に係るコストを抑えることができる。
 本開示の第2観点に係る冷媒サイクル装置は、第1観点に係る冷媒サイクル装置である。遮断時漏れ量は、温度が20℃で所定圧力が1MPaであるときの空気の漏れ量である。ガス側遮断弁の遮断時漏れ量は、300×R(cm/min)より大きい。液側遮断弁の遮断時漏れ量は、300×R(cm/min)より小さい。
 本開示の第3観点に係る冷媒サイクル装置は、第1観点に係る冷媒サイクル装置である。ガス側遮断弁の遮断時漏れ量は、300×R(cm/min)の1.0~2.7倍以下である。液側遮断弁の遮断時漏れ量は、300×R(cm/min)の0.94倍以下である。
 この構成によれば、冷媒漏えい時の安全を確保しつつ、ガス側遮断弁の製造コストあるいは購入コストを抑えることができる。
 本開示の第4観点に係る冷媒サイクル装置は、第1観点に係る冷媒サイクル装置である。ガス側遮断弁の遮断時漏れ量は、300×R(cm/min)の1.6倍~2.7倍の範囲にある。液側遮断弁の遮断時漏れ量は、300×R(cm/min)の0.37倍~0.94倍の範囲にある。
 この構成によれば、冷媒漏えい時の安全を確保しつつ、ガス側遮断弁の製造コストあるいは購入コストを抑えることができる。
 本開示の第5観点に係る冷媒サイクル装置は、第2観点から第4観点のいずれかに係る冷媒サイクル装置であって、R=1である。
 本開示の第6観点に係る冷媒サイクル装置は、第2観点から第4観点のいずれかに係る冷媒サイクル装置であって、
R=
(ρmd×Vmd×A)/(C×(2×ΔP/ρ1r0.5×A×ρ1rl

×(2/(λ+1))((λ+1)/2(λ-1))×(λ×P1r×ρ1rg0.5
である。
 Aは、ガス側遮断弁及び液側遮断弁それぞれの、遮断状態における弁隙間断面積(m)である。
 ρ1rlは、液相の冷媒の密度(kg/m)である。
 ρ1rgは、ガス相の冷媒の密度(kg/m)である。
 P1rは、ガス側遮断弁及び液側遮断弁それぞれの、上流側の冷媒の圧力(MPa)である。
 λは、冷媒の比熱比である。
 ρmdは、所定空間の内外を仕切るドアの隙間を通る、空気及び冷媒の混合気体の密度(kg/m)である。
 Vmdは、所定空間の内外を仕切るドアの隙間を通る、空気及び冷媒の混合気体の速度(m/s)である。
 Aは、所定空間の内外を仕切るドアの隙間の面積(m)である。
 ΔPは、冷媒が漏えいしている箇所の穴の内側及び外側の圧力差(Pa)である。
 Cは、冷媒が漏えいしている箇所の穴を液相の冷媒が通過する際の冷媒の流量係数である。
 Cは、0.6である。
 第6観点の冷媒サイクル装置では、例えば、冷媒としてR32を採用し、冷媒回路の第1部分が所定空間の床から2.2mの高さに位置している場合には、ISO817で定められたLFL(燃焼下限界)の1/4が許容される所定空間の冷媒濃度とすれば、R=1.96である。
 この構成によれば、ガス側遮断弁の製造コストあるいは購入コストが更に抑えられる。
 本開示の第7観点に係る冷媒サイクル装置は、第2観点から第4観点のいずれかに係る冷媒サイクル装置であって、Rは、許容平均濃度、漏れ高さ、及び冷媒の種類の少なくとも1つに基づいて決められている。許容平均濃度は、所定空間に漏えいした冷媒の平均濃度である。許容平均濃度は、所定空間に漏えいした冷媒が燃焼するおそれがないと認められる範囲の濃度である。漏れ高さは、所定空間に冷媒が漏えいする際の、所定空間における第1部分の位置である。
 この構成によれば、冷媒サイクル装置が設置される所定空間の広さや、冷媒サイクル装置の設置位置、冷媒の種類を考慮してRを算出するため、ガス側遮断弁及び液側遮断弁が満たすべき遮断時漏れ量の仕様を求めることが出来る。
 本開示の第8観点に係る冷媒サイクル装置は、第1観点から第7観点のいずれかに係る冷媒サイクル装置である。可燃性の冷媒は、米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「2Lクラス」と判断される、微燃性の冷媒である。可燃性の冷媒は、米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「2クラス」と判断される、弱燃性の冷媒である。可燃性の冷媒は、米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「3クラス」と判断される、強燃性の冷媒である。
冷媒サイクル装置の一実施形態としての空気調和装置の概略構成を示す図。 空気調和装置の冷媒回路を示す図。 空気調和装置が配備される部屋(所定空間)を示す図。 空気調和装置の制御ブロック図。 冷媒漏えいに対処するための制御フローを示す図。 ガス側遮断弁及び液側遮断弁が日本冷凍空調工業会のガイドラインの「付属書A(規定)安全遮断弁の仕様」を満たす弁であるときの、ガス側遮断弁及び液側遮断弁における冷媒漏えい速度を示す図。 ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度に対する液側遮断弁における冷媒漏えい速度の比を示す図
 (1)空気調和装置の構成
 図1及び図2に示すように、冷媒サイクル装置の一実施形態としての空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、ビル等の建物内の部屋(所定空間)の冷房や暖房を行う装置である。空気調和装置1は、主として、熱源側ユニット2と、複数の利用側ユニット3a、3b、3c、3dと、各利用側ユニット3a、3b、3c、3dに接続される中継ユニット4a、4b、4c、4dと、冷媒連絡管5、6と、制御部19(図4参照)と、を有している。複数の利用側ユニット3a、3b、3c、3dは、熱源側ユニット2に対して、互いが並列に接続される。冷媒連絡管5、6は、中継ユニット4a、4b、4c、4dを介して、熱源側ユニット2と利用側ユニット3a、3b、3c、3dとを接続する。制御部19は、熱源側ユニット2、利用側ユニット3a、3b、3c、3d及び中継ユニット4a、4b、4c、4dの構成機器を制御する。
 冷媒回路10には、R32が充填されている。冷媒回路10から部屋(所定空間)SP(図3参照)に可燃性の冷媒が漏えいして部屋SPの冷媒濃度が高くなると、燃焼事故が発生するおそれがある。この燃焼事故を防止することが要求されている。
 また、空気調和装置1は、熱源側ユニット2が有する切換機構22によって、利用側ユニット3a、3b、3c、3dが、冷房運転又は暖房運転に切り換わる。
 (1-1)冷媒連絡管
 液冷媒連絡管5は、主として、熱源側ユニット2から延びる合流管部と、中継ユニット4a、4b、4c、4dの手前で複数(ここでは、4つ)に分岐した第1分岐管部5a、5b、5c、5dと、中継ユニット4a、4b、4c、4dと利用側ユニット3a、3b、3c、3dとを接続する第2分岐管部5aa、5bb、5cc、5ddと、を有している。
 また、ガス冷媒連絡管6は、主として、熱源側ユニット2から延びる合流管部と、中継ユニット4a、4b、4c、4dの手前で複数(ここでは、4つ)に分岐した第1分岐管部6a、6b、6c、6dと、中継ユニット4a、4b、4c、4dと利用側ユニット3a、3b、3c、3dとを接続する第2分岐管部6aa、6bb、6cc、6ddと、を有している。
 (1-2)利用側ユニット
 利用側ユニット3a、3b、3c、3dは、ビル等の室内に設置されている。利用側ユニット3a、3b、3c、3dは、上記のように、液冷媒連絡管5、ガス冷媒連絡管6及び中継ユニット4a、4b、4c、4dを介して熱源側ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
 次に、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの構成について説明する。なお、利用側ユニット3aと利用側ユニット3b、3c、3dとは同様の構成であるため、ここでは、利用側ユニット3aの構成のみ説明し、利用側ユニット3b、3c、3dの構成については、それぞれ、利用側ユニット3aの各部を示す添字「a」の代わりに、添字「b」、「c」又は「d」を付して、各部の説明を省略する。
 利用側ユニット3aは、主として、利用側膨張弁51aと、利用側熱交換器52aと、を有している。また、利用側ユニット3aは、利用側熱交換器52aの液側端と液冷媒連絡管5(ここでは、分岐管部5aa)とを接続する利用側液冷媒管53aと、利用側熱交換器52aのガス側端とガス冷媒連絡管6(ここでは、第2分岐管部6aa)とを接続する利用側ガス冷媒管54aと、を有している。これらの利用側液冷媒管53a、利用側膨張弁51a、利用側熱交換器52a及び利用側ガス冷媒管54aから、利用側ユニット3aの利用側回路3aa(第1部分)が構成される。
 利用側膨張弁51aは、冷媒を減圧しながら利用側熱交換器52aを流れる冷媒の流量を調整することが可能な電動膨張弁であり、利用側液冷媒管53aに設けられている。
 利用側熱交換器52aは、冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却する、又は、冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。ここで、利用側ユニット3aは、利用側ファン55aを有している。利用側ファン55aは、利用側熱交換器52aを流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室内空気を、利用側熱交換器52aに供給する。利用側ファン55aは、利用側ファン用モータ56aによって駆動される。
 利用側ユニット3aには、各種のセンサが設けられている。具体的には、利用側ユニット3aには、利用側熱交換器52aの液側端における冷媒の温度を検出する利用側熱交液側センサ57aと、利用側熱交換器52aのガス側端における冷媒の温度を検出する利用側熱交ガス側センサ58aと、利用側ユニット3a内に吸入される室内空気の温度を検出する室内空気センサ59aと、が設けられている。また、利用側ユニット3aには、冷媒の漏えいを検知する冷媒漏えい検知部79aが設けられている。冷媒漏えい検知部79aは、例えば、半導体式ガスセンサや、利用側ユニット3a内の冷媒圧力の急激な低下を検知する検知部を採用することができる。半導体式ガスセンサを用いる場合は、利用側制御部93a(図4参照)と接続する。冷媒圧力の急激な低下を検知する検知部を採用する場合は、冷媒配管に圧力センサを設置し、そのセンサ値の変化から冷媒漏えいを判断する検知アルゴリズムを、利用側制御部93a内に具備させる。
 なお、ここでは、冷媒漏えい検知部79aが利用側ユニット3aに設けられているが、これに限定されるものではなく、利用側ユニット3aを操作するためのリモコンや利用側ユニット3aが空調を行う室内空間等に設けられていてもよい。例えば、検知部79aは、利用側ユニット3aから所定空間SPに冷媒が漏洩する吹出口の下部近傍や、または、所定空間SPであって利用側ユニット3aまたは吹出口の真下及び室内の配管の接合部から水平方向に10m以内の位置で、床面から0.3m以下の高さに設置されても良い。利用側ユニット3aにもともと設置された利用側膨張弁51aが全閉機能を有する場合には、この膨張弁を液側遮断弁71aとして用いても良い。
 (1-3)熱源側ユニット
 熱源側ユニット2は、ビル等の建物の室外、例えば屋上や地上に設置されている。熱源側ユニット2は、上記のように、液冷媒連絡管5、ガス冷媒連絡管6及び中継ユニット4a、4b、4c、4dを介して利用側ユニット3a、3b、3c、3dに接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
 熱源側ユニット2は、主として、圧縮機21と、熱源側熱交換器23と、を有している。また、熱源側ユニット2は、熱源側熱交換器23を冷媒の放熱器として機能させるとともに利用側熱交換器52a、52b、52c、52dを冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転状態と、熱源側熱交換器23を冷媒の蒸発器として機能させるとともに利用側熱交換器52a、52b、52c、52dを冷媒の放熱器として機能させる暖房運転状態と、を切り換える冷暖切換機構としての切換機構22を有している。切換機構22と圧縮機21の吸入側とは、吸入冷媒管31によって接続されている。吸入冷媒管31には、圧縮機21に吸入される冷媒を一時的に溜めるアキュムレータ29が設けられている。圧縮機21の吐出側と切換機構22とは、吐出冷媒管32によって接続されている。切換機構22と熱源側熱交換器23のガス側端とは、第1熱源側ガス冷媒管33によって接続されている。熱源側熱交換器23の液側端と液冷媒連絡管5とは、熱源側液冷媒管34によって接続されている。熱源側液冷媒管34の液冷媒連絡管5との接続部には、液側閉鎖弁27が設けられている。切換機構22とガス冷媒連絡管6とは、第2熱源側ガス冷媒管35によって接続されている。第2熱源側ガス冷媒管35のガス冷媒連絡管6との接続部には、ガス側閉鎖弁28が設けられている。液側閉鎖弁27及びガス側閉鎖弁28は、手動で開閉される弁である。運転時には、液側閉鎖弁27及びガス側閉鎖弁28は開状態とされている。
 圧縮機21は、冷媒を圧縮するための機器であり、例えば、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素(図示せず)が圧縮機用モータ21aによって回転駆動される密閉式構造の圧縮機が使用される。
 切換機構22は、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機器であり、例えば、四路切換弁からなる。熱源側熱交換器23を冷媒の放熱器として機能させるとともに利用側熱交換器52a、52b、52c、52dを冷媒の蒸発器として機能させる場合(以下、「冷房運転状態」とする)に、切換機構22は、圧縮機21の吐出側と熱源側熱交換器23のガス側とを接続する(図2の切換機構22の実線を参照)。また、熱源側熱交換器23を冷媒の蒸発器として機能させるとともに利用側熱交換器52a、52b、52c、52dを冷媒の放熱器として機能させる場合(以下、「暖房運転状態」とする)に、切換機構22は、圧縮機21の吸入側と熱源側熱交換器23のガス側とを接続する(図2の第1切換機構22の破線を参照)。
 熱源側熱交換器23は、冷媒の放熱器として機能する、又は、冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。ここで、熱源側ユニット2は、熱源側ファン24を有している。熱源側ファン24は、熱源側ユニット2内に室外空気を吸入して、熱源側熱交換器23において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出する。熱源側ファン24は、熱源側ファン用モータによって駆動される。
 そして、空気調和装置1では、冷房運転において、冷媒を、熱源側熱交換器23から、液冷媒連絡管5及び中継ユニット4a、4b、4c、4dを通じて、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに流す。また、空気調和装置1では、暖房運転において、冷媒を、圧縮機21から、ガス冷媒連絡管6及び中継ユニット4a、4b、4c、4dを通じて、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに流す。冷房運転時には、切換機構22が冷房運転状態に切り換えられて、熱源側熱交換器23が冷媒の放熱器として機能し、液冷媒連絡管5及び中継ユニット4a、4b、4c、4dを通じて、熱源側ユニット2側から利用側ユニット3a、3b、3c、3d側に冷媒が流れる状態になる。暖房運転時には、切換機構22が暖房運転状態に切り換えられて、液冷媒連絡管5及び中継ユニット4a、4b、4c、4dを通じて、利用側ユニット3a、3b、3c、3d側から熱源側ユニット2側に冷媒が流れ、熱源側熱交換器23が冷媒の蒸発器として機能する状態になる。
 また、ここでは、熱源側液冷媒管34に、熱源側膨張弁25が設けられている。熱源側膨張弁25は、暖房運転時に冷媒を減圧する電動膨張弁であり、熱源側液冷媒管34のうち、熱源側熱交換器23の液側端寄りの部分に設けられている。
 さらに、ここでは、熱源側液冷媒管34に、冷媒戻し管41が接続されており、冷媒冷却器45が設けられている。冷媒戻し管41は、熱源側液冷媒管34を流れる冷媒の一部を分岐して、圧縮機21に送る。冷媒冷却器45は、冷媒戻し管41を流れる冷媒によって、熱源側液冷媒管34を流れる冷媒を冷却する。ここで、熱源側膨張弁25は、熱源側液冷媒管34のうち、冷媒冷却器45よりも熱源側熱交換器23側の部分に設けられている。
 冷媒戻し管41は、熱源側液冷媒管34から分岐した冷媒を圧縮機21の吸入側に送る冷媒管である。そして、冷媒戻し管41は、主として、冷媒戻し入口管42と、冷媒戻し出口管43と、を有している。冷媒戻し入口管42は、熱源側液冷媒管34を流れる冷媒の一部を、熱源側熱交換器23の液側端と液側閉鎖弁27との間の部分(ここでは、熱源側膨張弁25と冷媒冷却器45との間の部分)から分岐させて、冷媒冷却器45の冷媒戻し管41側の入口に送る。冷媒戻し入口管42には、冷媒戻し膨張弁44が設けられている。冷媒戻し膨張弁44は、冷媒戻し管41を流れる冷媒を減圧しながら、冷媒冷却器45を流れる冷媒の流量を調整する。冷媒戻し膨張弁44は、電動膨張弁からなる。冷媒戻し出口管43は、冷媒冷却器45の冷媒戻し管41側の出口から、冷媒を吸入冷媒管31に送る。冷媒戻し管41の冷媒戻し出口管43は、吸入冷媒管31のうち、アキュムレータ29の入口側の部分に接続されている。そして、冷媒冷却器45は、冷媒戻し管41を流れる冷媒によって、熱源側液冷媒管34を流れる冷媒を冷却する。
 熱源側ユニット2には、各種のセンサが設けられている。具体的には、熱源側ユニット2には、圧縮機21から吐出された冷媒の圧力(吐出圧力)を検出する吐出圧力センサ36と、圧縮機21から吐出された冷媒の温度(吐出温度)を検出する吐出温度センサ37と、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力(吸入圧力)を検出する吸入圧力センサ39と、が設けられている。また、熱源側ユニット2には、熱源側熱交換器23の液側端における冷媒の温度(熱源側熱交出口温度)を検出する熱源側熱交液側センサ38、が設けられている。
 (1-4)中継ユニット
 中継ユニット4a、4b、4c、4dは、ビル等の建物の部屋(所定空間)SP(図3参照)の天井裏の空間SP1に設置されている。中継ユニット4a、4b、4c、4dは、液冷媒連絡管5及びガス冷媒連絡管6とともに、利用側ユニット3a、3b、3c、3dと熱源側ユニット2との間に介在しており、冷媒回路10の一部を構成している。中継ユニット4a、4b、4c、4dは、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの近くに配置される場合もあるが、利用側ユニット3a、3b、3c、3dから離れて配置されている場合や、中継ユニット4a、4b、4c、4dが1箇所にまとめて配置されている場合もある。
 次に、中継ユニット4a、4b、4c、4dの構成について説明する。なお、中継ユニット4aと中継ユニット4b、4c、4dとは同様の構成であるため、ここでは、中継ユニット4aの構成のみ説明し、中継ユニット4b、4c、4dの構成については、それぞれ、中継ユニット4aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに、「b」、「c」又は「d」の添字を付して、各部の説明を省略する。
 中継ユニット4aは、主として、液接続管61aと、ガス接続管62aと、を有している。
 液接続管61aは、その一端が液冷媒連絡管5の第1分岐管部5aに接続され、他端が液冷媒連絡管5の第2分岐管部5aaに接続されている。液接続管61aには、液側遮断弁71aが設けられている。液側遮断弁71aは、電動膨張弁である。
 ガス接続管62aは、その一端がガス冷媒連絡管6の第1分岐管部6aに接続され、他端がガス冷媒連絡管6の第2分岐管部6aaに接続されている。ガス接続管62aには、ガス側遮断弁68aが設けられている。ガス側遮断弁68aは、電動膨張弁である。
 そして、冷房運転や暖房運転を行う際には、液側遮断弁71a及びガス側遮断弁68aは、全開の状態にされる。
 (1-5)制御部
 制御部19は、図4に示すように、熱源側制御部92と、中継側制御部94a、94b、94c、94dと、利用側制御部93a、93b、93c、93dとが、伝送線95、96を介して接続されることによって構成されている。熱源側制御部92は、熱源側ユニット2の構成機器を制御する。中継側制御部94a、94b、94c、94dは、中継ユニット4a、4b、4c、4dの構成機器を制御する。利用側制御部93a、93b、93c、93dは、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの構成機器を制御する。熱源側ユニット2に設けられた熱源側制御部92と、中継ユニット4a、4b、4c、4dに設けられた中継側制御部94a、94b、94c、94dと、利用側ユニット3a、3b、3c、3dに設けられた利用側制御部93a、93b、93c、93dとは、互いに、伝送線95、96を介して制御信号等の情報のやりとりを行えるようになっている。
 熱源側制御部92は、マイクロコンピュータやメモリ等の電装品が実装された制御基板を含んでおり、熱源側ユニット2の各種構成機器21、22、24、25、44や各種センサ36、37、38、39が接続されている。中継側制御部94a、94b、94c、94dは、マイクロコンピュータやメモリ等の電装品が実装された制御基板を含んでおり、中継ユニット4a、4b、4c、4dのガス側遮断弁68a~68d、液側遮断弁71a~71dが接続されている。そして、中継側制御部94a、94b、94c、94dと熱源側制御部92とは、第1伝送線95を介して接続されている。利用側制御部93a、93b、93c、93dは、マイクロコンピュータやメモリ等の電装品が実装された制御基板を含んでおり、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの各種構成機器51a~51d、55a~55dや各種センサ57a~57d、58a~58d、59a~59d、79a~79dが接続されている。ここで、冷媒漏えい検知部79a、79b、79c、79dを利用側制御部93a、93b、93c、93dに接続するための配線を、配線97a、97b、97c、97dとする。そして、利用側制御部93a、93b、93c、93dと中継側制御部94a、94b、94c、94dとは、第2伝送線96を介して接続されている。
 このように、制御部19は、空気調和装置1全体の運転制御を行う。具体的には、上記のような各種センサ36、37、38、39、57a~57d、58a~58d、59a~59d、79a~79dの検出信号等に基づいて空気調和装置1(ここでは、熱源側ユニット2、利用側ユニット3a、3b、3c、3d及び中継ユニット4a、4b、4c、4d)の各種構成機器21、22、24、25、44、51a~51d、55a~55d、68a~68d、71a~71dの制御を、制御部19が行う。
 (2)空気調和装置の基本動作
 次に、空気調和装置1の基本動作について説明する。空気調和装置1の基本動作には、上記のように、冷房運転及び暖房運転がある。なお、以下に説明する空気調和装置1の基本動作は、空気調和装置1(熱源側ユニット2、利用側ユニット3a、3b、3c、3d及び中継ユニット4a、4b、4c、4d)の構成機器を制御する制御部19によって行われる。
 (2-1)冷房運転
 冷房運転の際、例えば、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの全てが冷房運転(利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てが冷媒の蒸発器として機能し、かつ、熱源側熱交換器23が冷媒の放熱器として機能する運転)を行う際には、切換機構22が冷房運転状態(図2の切換機構22の実線で示された状態)に切り換えられて、圧縮機21、熱源側ファン24及び利用側ファン55a、55b、55c、55dが駆動される。また、中継ユニット4a、4b、4c、4dの液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dは全開状態にされる。
 ここで、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの各種機器の動作は、利用側制御部93a、93b、93c、93dによって行われる。利用側制御部93a、93b、93c、93dは、利用側ユニット3a、3b、3c、3dが冷房運転を行う旨の情報を、伝送線95、96を介して、熱源側制御部92や中継側制御部94a、94b、94c、94dに伝送する。熱源側ユニット2や中継ユニット4a、4b、4c、4dの各種機器の動作は、利用側ユニット3a、3b、3c、3dから情報を受けた熱源側制御部92や中継側制御部94a、94b、94c、94dによって行われる。
 冷房運転の際、圧縮機21から吐出された高圧の冷媒は、切換機構22を通じて熱源側熱交換器23に送られる。熱源側熱交換器23に送られた冷媒は、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器23において、熱源側ファン24によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却されることによって凝縮する。この冷媒は、熱源側膨張弁25、冷媒冷却器45及び液側閉鎖弁27を通じて熱源側ユニット2から流出する。このとき、冷媒冷却器45においては、冷媒戻し管41を流れる冷媒によって熱源側ユニット2から流出する冷媒が冷却される。
 熱源側ユニット2から流出した冷媒は、液冷媒連絡管5(合流管部及び第1分岐管部5a、5b、5c、5d)を通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dに分岐して送られる。中継ユニット4a、4b、4c、4dに送られた冷媒は、液側遮断弁71a、71b、71c、71dを通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出する。
 中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出した冷媒は、第2分岐管部5aa、5bb、5cc、5dd(液冷媒連絡管5のうち中継ユニット4a、4b、4c、4dと利用側ユニット3a、3b、3c、3dとを接続する部分)を通じて、利用側ユニット3a、3b、3c、3dに送られる。利用側ユニット3a、3b、3c、3dに送られた冷媒は、利用側膨張弁51a、51b、51c、51dによって減圧された後に、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに送られる。利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに送られた冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおいて、利用側ファン55a、55b、55c、55dによって室内から供給される室内空気と熱交換を行って加熱されることによって、蒸発する。蒸発した冷媒は、利用側ユニット3a、3b、3c、3dから流出する。一方、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおいて冷却された室内空気は、室内に送られ、これにより、室内の冷房が行われる。
 利用側ユニット3a、3b、3c、3dから流出した冷媒は、ガス冷媒連絡管6の第2分岐管部6aa、6bb、6cc、6ddを通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dに送られる。中継ユニット4a、4b、4c、4dに送られた冷媒は、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dを通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出する。
 中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出した冷媒は、ガス冷媒連絡管6(合流管部及び第1分岐管部6a、6b、6c、6d)を通じて、合流した状態で熱源側ユニット2に送られる。熱源側ユニット2に送られた冷媒は、ガス側閉鎖弁28、切換機構22及びアキュムレータ29を通じて、圧縮機21に吸入される。
 (2-2)暖房運転
 暖房運転の際、例えば、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの全てが暖房運転(利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てが冷媒の放熱器として機能し、かつ、熱源側熱交換器23が冷媒の蒸発器として機能する運転)を行う際には、切換機構22が暖房運転状態(図2の切換機構22の破線で示された状態)に切り換えられて、圧縮機21、熱源側ファン24及び利用側ファン55a、55b、55c、55dが駆動される。また、中継ユニット4a、4b、4c、4dの液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dは、全開状態にされる。
 ここで、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの各種機器の動作は、利用側制御部93a、93b、93c、93dによって行われる。利用側制御部93a、93b、93c、93dは、利用側ユニット3a、3b、3c、3dが暖房運転を行う旨の情報を、伝送線95、96を介して、熱源側制御部92や中継側制御部94a、94b、94c、94dに伝送する。熱源側ユニット2や中継ユニット4a、4b、4c、4dの各種機器の動作は、利用側ユニット3a、3b、3c、3dから情報を受けた熱源側制御部92や中継側制御部94a、94b、94c、94dによって行われる。
 圧縮機21から吐出された高圧の冷媒は、切換機構22及びガス側閉鎖弁28を通じて熱源側ユニット2から流出する。
 熱源側ユニット2から流出した冷媒は、ガス冷媒連絡管6(合流管部及び第1分岐管部6a、6b、6c、6d)を通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dに送られる。中継ユニット4a、4b、4c、4dに送られた冷媒は、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dを通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出する。
 中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出した冷媒は、第2分岐管部6aa、6bb、6cc、6dd(ガス冷媒連絡管6のうち中継ユニット4a、4b、4c、4dと利用側ユニット3a、3b、3c、3dとを接続する部分)を通じて、利用側ユニット3a、3b、3c、3dに送られる。利用側ユニット3a、3b、3c、3dに送られた冷媒は、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに送られる。利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに送られた高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおいて、利用側ファン55a、55b、55c、55dによって室内から供給される室内空気と熱交換を行って冷却されることによって凝縮する。この冷媒は、利用側膨張弁51a、51b、51c、51dによって減圧された後に、利用側ユニット3a、3b、3c、3dから流出する。一方、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおいて加熱された室内空気は、室内に送られ、これにより、室内の暖房が行われる。
 利用側ユニット3a、3b、3c、3dから流出した冷媒は、第2分岐管部5aa、5bb、5cc、5dd(液冷媒連絡管5のうち中継ユニット4a、4b、4c、4dと利用側ユニット3a、3b、3c、3dとを接続する部分)を通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dに送られる。中継ユニット4a、4b、4c、4dに送られた冷媒は、液側遮断弁71a、71b、71c、71dを通じて、中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出する。
 中継ユニット4a、4b、4c、4dから流出した冷媒は、液冷媒連絡管5(合流管部及び第1分岐管部5a、5b、5c、5d)を通じて、合流した状態で熱源側ユニット2に送られる。熱源側ユニット2に送られた冷媒は、液側閉鎖弁27及び冷媒冷却器45を通じて、熱源側膨張弁25に送られる。熱源側膨張弁25に送られた冷媒は、熱源側膨張弁25によって減圧された後に、熱源側熱交換器23に送られる。熱源側熱交換器23に送られた冷媒は、熱源側ファン24によって供給される室外空気と熱交換を行って加熱されることによって、蒸発する。蒸発した冷媒は、切換機構22及びアキュムレータ29を通じて圧縮機21に吸入される。
 (3)冷媒漏えい時の空気調和装置の動作
 次に、冷媒漏えい時の空気調和装置1の動作について、図5に示す制御フローを用いて説明する。なお、以下に説明する冷媒漏えい時の空気調和装置1の動作は、上記の基本動作と同様に、空気調和装置1(熱源側ユニット2、利用側ユニット3a、3b、3c、3d及び中継ユニット4a、4b、4c、4d)の構成機器を制御する制御部19によって行われる。
 どの利用側ユニット3a、3b、3c、3dで冷媒漏えいがあっても同様の制御を行うため、ここでは、利用側ユニット3aが設置される室内への冷媒漏えいが検知された場合、を例にとって説明を行う。
 図5のステップS1では、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの冷媒漏えい検知部79a、79b、79c、79dのいずれかが冷媒の漏えいを検知しているか否かが判断される。ここで、利用側ユニット3aの冷媒漏えい検知部79aが、利用側ユニット3aの所定空間(室内)への冷媒の漏えいを検知した場合、次のステップS2に移行する。
 ステップS2では、冷媒漏えいがあった利用側ユニット3aにおいて、ブザーなどの警告音による発報およびライトの点灯を行う警報器(図示せず)を使って、利用側ユニット3aの所定空間に居る人に警報を発する。
 次に、ステップS3では、利用側ユニット3aが冷房運転を行っているか否かを判断する。ここで、利用側ユニット3aが暖房運転を行っている場合、あるいは、利用側ユニット3aが冷房も暖房も行っていない停止又は一時停止の状態であるときには、ステップS3からステップS4に移行する。
 ステップS4では、利用側ユニット3aの冷媒の圧力を低下させるために、利用側ユニット3aに冷房運転を行わせる。但し、このステップS4での冷房運転は、通常の冷房運転とは異なり、利用側ユニット3aの冷媒の圧力を低下させることを優先させる運転である。空気調和装置1が暖房運転を行っていたときには、切換機構22の状態を冷房運転状態に切り換えて、空気調和装置1に冷房運転を行わせる。利用側ユニット3aが停止又は一時停止の状態であったときには、利用側ユニット3aを冷房運転の状態として、利用側ユニット3aの冷媒の圧力を低下させる。
 ステップS4に続き、ステップS5では、熱源側ユニット2の熱源側膨張弁25の開度を小さくする。通常の冷房運転では、熱源側膨張弁25が全開であるが、ここでは、熱源側膨張弁25の開度を小さくして、利用側ユニット3a、3b、3c、3dに流れていく冷媒の圧力を下げる。なお、利用側ユニット3aの利用側膨張弁51aは、全開状態とされる。
 また、ステップS5では、通常の冷房運転よりも冷媒戻し膨張弁44の開度を大きくして、バイパス経路として機能する冷媒戻し管41を流れる冷媒の量を増やす。これにより、熱源側熱交換器23で放熱、凝縮して利用側ユニット3a、3b、3c、3dに向かう冷媒のうち、より多くの冷媒が冷媒戻し管41を通って圧縮機21の吸入側に戻る。言い換えると、熱源側熱交換器23で放熱、凝縮して利用側ユニット3a、3b、3c、3dに向かう冷媒の量が減る。この制御によって、冷媒が漏えいしている利用側ユニット3aの冷媒の圧力が、より速やかに低下する。また、冷媒戻し管41を流れてきた冷媒は、アキュムレータ29に流入する。このため、流入してきた一部の冷媒は、アキュムレータ29に溜めることができる。
 さらに、ステップS5では、利用側ファン55aの回転数も下げられる。
 ステップS6では、利用側ユニット3aの利用側熱交液側センサ57aや利用側熱交ガス側センサ58aのセンサ値に基づいて、利用側ユニット3aの冷媒の圧力が十分に下がったか否かを判定する。センサ値が所定条件を満たし、利用側ユニット3aの冷媒の圧力が十分に下がったと判断すると、ステップS6からステップS7に移行する。また、ステップS6では、時間経過も監視しており、ステップS5を実行した後、所定時間が経過していれば、利用側ユニット3aの冷媒の圧力がある程度低下したと判断して、ステップS7に移行する。
 なお、ステップS6では、利用側ユニット3aの冷媒の圧力を監視しており、実質的に、利用側ユニット3aにおける冷媒の圧力が大気圧よりも小さくならないように制御している。利用側ユニット3aにおける冷媒の圧力が大気圧よりも小さくなる前に、ステップS6からステップS7への移行が行われる。
 ステップS7では、冷媒漏えいがあった利用側ユニット3aに対応する中継ユニット4aの液側遮断弁71a及びガス側遮断弁68aを閉める。これにより、冷媒が循環する冷媒回路10から利用側ユニット3aが分離され、熱源側ユニット2から利用側ユニット3aへの冷媒の流入が殆ど無くなる。その後、ステップS7では、他の利用側ユニット3b、3c、3d及び熱源側ユニット2を含む全てのユニットの運転を停止する。
 (4)ガス側遮断弁及び液側遮断弁の設計又は選定
 先述の通り、液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dは、冷媒の漏えいが検知されたときに閉まるように制御される(図4のステップS7を参照)。言い換えると、利用側ユニット3a、3b、3c、3dのいずれかにおいて冷媒の漏えいが検知されると、対応する中継ユニット4a、4b、4c、4dの液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dが、開いた非遮断状態から、閉じた遮断状態に切り換わる。
 本実施形態に係る空気調和装置1では、これらの液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dが、以下のように設計又は選定される。
 (4-1)空気調和装置の利用側ユニットが配置される部屋(所定空間)について
 まず、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の設計又は選定をする前に、空気調和装置1が配備される建物の情報、具体的には、利用側ユニット3a、3b、3c、3dが設置される部屋の情報を入手する。
 ここでは、図3に示す部屋(所定空間)SPの天井裏空間SP1に、4台の利用側ユニット3a、3b、3c、3dが、中継ユニット4a、4b、4c、4dとともに配置される。この部屋SPの床FLには、利用側ユニットは設置されない。言い換えれば、利用側ユニット3a、3b、3c、3dは、天井設置型のユニットであり、床置き型のユニットではない。
 部屋SPは、人が出入りするためのドアDRが設けられている。ドアDRは、人が出入りしないときには閉められている。ドアDRの下には、隙間(アンダーカット部)UCが存在する。また、部屋SPの天井には、図示しない換気口が設けられている。隙間UCの面積は、A(m)である。例えば、隙間UCの高さ寸法が4mm、幅寸法が800mmであれば、隙間UCの面積Aは、それらの積、0.0032(m)となる。
 また、部屋SPの天井裏空間SP1に利用側ユニット3a、3b、3c、3dが配置されているため、床FLから利用側ユニット3a、3b、3c、3dの利用側回路3aa、3bb、3cc、3ddまでの距離Hは、部屋SPの高さ寸法(天井高さ)と等しいと考える。
 (4-2)ガス側遮断弁及び液側遮断弁の冷媒漏えい速度の計算方法
 次に、順を追って、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の設計又は選定に必要となる遮断時漏れ量の算出方法について説明する。なお、以下の説明においては、本実施形態に係る空気調和装置1に特有のガス側遮断弁及び液側遮断弁や利用側ユニットではなく、一般的なガス側遮断弁及び液側遮断弁や利用側ユニットについて述べるため、図面に付されている数字や記号を使わずに説明を行う。
 また、本実施形態においては、標準状態で気相単相となっている気体として、「空気」を用いて遮断時漏れ量を評価している。
 上記の「発明の概要」において説明したように、日本冷凍空調工業会のガイドラインの「付属書A(規定)安全遮断弁の仕様」において、流体が空気であってガス側遮断弁及び液側遮断弁の前後の差圧が1MPaであるときに、300(cm/min)以下が、ガス側遮断弁及び液側遮断弁が満足すべき遮断時漏れ量と規定されている。上記ガイドラインが、ガス側遮断弁及び液側遮断弁に対して一律に要求している同一の遮断時漏れ量から、上記のガイドラインが想定する、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の弁遮断時における弁隙間や、ガス側遮断弁及び液側遮断弁における冷媒漏えい速度を計算することができる。図6に示すように、同一の漏れ隙間においては、液側遮断弁における冷媒漏えい速度は、ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度よりも大きい。これは、液冷媒はガス冷媒よりも密度が大きいためである。そのため、上記ガイドラインから冷媒漏えい速度を計算することができれば、当該冷媒漏えい速度以下に収まる範囲で、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量をどの程度大きくできるのかを計算することが可能となる。
 ガス側遮断弁及び液側遮断弁が、上記のガイドラインの仕様を満たすときのガス側遮断弁及び液側遮断弁における冷媒漏えい速度は、図6のようになる。
 図6の横軸は、冷媒のサイクル内圧力相当飽和温度である。液冷媒が溜まっている部屋(所定空間)もしくは熱源側熱交換器の周囲温度が変わると、このサイクル内圧力相当飽和温度が変わる。ここで、上記ガイドラインの遮断時漏れ量から導かれる冷媒漏えい速度の計算は、第1には、液冷媒はベルヌーイの定理を利用した式で計算し、ガス冷媒は圧縮性流体の流量を現す式で計算する方法(計算方法その1)がある。第2には、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の弁固有の漏れ量を表すCv値を用いて計算する方法(計算方法その2)がある。また、これらの漏れ量の計算から、冷媒漏えい速度を計算することもできる。図6は、計算方法その1による値を実線で、計算方法その2による値を破線で表す。ここでは、可燃性冷媒の代表として、燃焼性ランクA2LであるR32をとった。その他の可燃性冷媒の場合においても、物性値を各冷媒の値にすることにより、R32同様にこの図を描くことが出来る。
 (4-2-1)ガス側遮断弁及び液側遮断弁の弁遮断時における弁隙間相当直径dの計算
 上記のガイドラインでは、流体が空気であってガス側遮断弁及び液側遮断弁の前後の差圧が1MPaであるときに、300(cm/min)以下であることが、ガス側遮断弁及び液側遮断弁が満足すべき遮断時漏れ量と規定されている。これらの条件から、まずはガス側遮断弁及び液側遮断弁の弁遮断時における弁隙間を求める。
 空気体積流量、空気の入口絶対圧力、空気の密度、空気比熱比から、弁隙間断面積Aを求め、断面が円だとして弁隙間の相当直径dを求める。空気の比熱比κは、1.40とする(20℃)。圧力比P2/P1が、(2/(κ+1))×(κ/(κ-1))を超えると、流速が音速を超える。上記の差圧においては、
 P2/P1=(1+0.1013)/0.1013=10.87
 (2/(κ+1))×(κ/(κ-1))=(2/2.4)×1.4/0.4=0.528
なので、流速は超音速を超える。
 質量流量G、体積流量Q、弁隙間相当直径dは、以下の式で求められる。流速が音速を超える場合、
(式1):
=A×(2/(κ+1))((κ+1)/2(κ-1))×(κ×P1a×ρ1a0.5
(式2):
=Q×ρ2a×(2/(κ+1))(-(κ+1)/2(κ-1))×(κ×P1a×ρ1a(-0.5)
(式3):
=(4×A/π)0.5
になる。
 上記のガイドラインでは、ガス側遮断弁及び液側遮断弁が満足すべき遮断時漏れ量が300(cm/min)以下と定められており、これは5×10-6(m/s)に相当する。また、上記のガイドラインでは、ガス側遮断弁及び液側遮断弁に対して同一に300(cm/min)以下との遮断時漏れ量を定めていることから、ガス側遮断弁及び液側遮断弁に対して同一の弁隙間を想定していることになる。
 この条件を、(式2)に代入してAを求める。上記の「付属書A(規定)安全遮断弁の仕様」において許容されている弁隙間(dvG)、弁隙間断面積(AvG)は、
vG=dvL=5.47E-5(m)
vG=AvL=2.24E-9(m
になる。
 (4-2-2)計算方法その1による冷媒漏えい速度の計算
 次に、求めた弁隙間(dvG)から漏れる冷媒の漏えい速度Gを計算する。
 液側ライン(液冷媒連絡管)では、利用側ユニットから見たときの遮断弁の上流側が液相の冷媒であり、ガス側ライン(ガス冷媒連絡管)では、利用側ユニットから見たときの遮断弁の上流側が気相の冷媒である、として計算を行う。
 まず、液側ラインでの冷媒の漏れ速度、すなわち液側遮断弁の冷媒漏えい速度(GrL)は、漏れ穴がオリフィスとなり、その漏れ穴を液相の冷媒が通過すると想定して、ベルヌーイの定理から求めると、
(式4):
rL=C×(2×ΔP/ρ1rl0.5×AvL×ρ1rl
になる。
 次に、ガス側ラインでの冷媒の漏れ速度、すなわちガス側遮断弁の冷媒漏えい速度(GrG)は、音速を超える。比熱比κは、冷媒の20℃飽和ガスの値を代表値とする。すると、ガス側ラインでの冷媒の漏れ速度(GrG)は、
(式5):
rG=AvG×(2/(λ+1))((λ+1)/2(λ-1))×(λ×P1r×ρ1rg0.5
になる。
 したがって、液側遮断弁、ガス側遮断弁を遮断したときの所定空間への冷媒の漏れ速度Gは、
(式6):
=GrL+GrG
=C×(2×ΔP/ρ1rl0.5×AvL×ρ1rl
+AvG×(2/(λ+1))((λ+1)/2(λ-1))×(λ×P1r×ρ1rg0.5
になる。
 なお、遮断弁の弁隙間からの冷媒漏えい速度に影響する変数としては、(4-2-2-A)~(4-2-2-E)が挙げられる。それぞれに関する算出方法は、以下のとおりである。
 (4-2-2-A)冷媒の種類
 冷媒として、R32、R452B、R454B、R1234yf、R1234ze(E)のいずれかを想定し、各冷媒の物性値に関しては、NIST Refprop V9.1を用いて算出する。
 (4-2-2-B)空気調和装置の停止後の遮断弁の上流側の冷媒圧力を決定する周囲温度、及び、その冷媒圧力と大気圧との差圧
 空気調和装置が停止した後、遮断弁よりも熱源側ユニットの側(上流側)にある冷媒の圧力は、建物の外の最高温度によって決まると考えることができる。米国における空気調和装置の高温試験条件(以下の表1)から、外の最高温度を55℃と設定し、遮断弁の上流側の冷媒圧力が55℃における飽和圧力であると設定している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 (4-2-2-C)液密度、ガス密度
 液相冷媒の密度(kg/m)、ガス相冷媒の密度(kg/m)については、NIST Refprop V9.1を用いて算出する。
 (4-2-2-D)比熱比
 比熱比については、NIST Refprop V9.1を用いて算出する。なお、27℃の冷媒の飽和ガスの比熱比を用いる。
 (4-2-2-E)液側ライン及びガス側ラインにおける冷媒の状態
 遮断弁を遮断状態にした後、遮断弁の上流側の液側ラインの冷媒及びガス側ラインの冷媒が、液相・気相となっているか、気相・気相となっているか、いずれも想定される。ここでは、冷媒の漏えい速度がより大きく算出される前者と想定した計算を行う。言い換えると、遮断弁を遮断状態にした後、遮断弁の上流側の液側ラインの冷媒が液相で、遮断弁の上流側のガス側ラインの冷媒が気相であるとして、計算を行う。
 以上のように変数を算出すると、冷媒別の、弁隙間から漏れる冷媒の漏えい速度は、例えば以下の表2のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
 なお、周囲温度(建物の外の温度)を変更した場合の各冷媒の冷媒漏えい速度は、物性値を変更すれば、上記の(式4)、(式5)、(式6)によって求めることができる。周囲温度が高いほど、冷媒漏えい速度も大きくなる傾向がある。したがって、各地域の外の温度(最高の外気温)の条件で冷媒漏えい速度を求めることにより、それぞれの地域に合った遮断弁の選定や設計ができるようになる。
 (4-2-3)計算方法その2による冷媒漏えい速度計算
 次に、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の漏れ量を、弁固有の漏れ量を表すCv値を用いて計算した場合の式を示す。
 ガス側遮断弁の漏れ量を、Cv値を用いて求めると、
(式7):
Cv=Q×3600×(ρ/ρ×(273+20))0.5/(2519×P1/1000000)
になる。
 液側遮断弁の漏れ量を、Cv値を用いて求めると、
(式8):
Cv=0.02194×Q×1000×60×(ρ/1000/Δp/1000000)0.5
になる。
 上記のガイドラインでは、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の冷媒漏れ量は、流体が空気であってガス側遮断弁及び液側遮断弁の前後の差圧が1MPaであるときに、300(cm/min)以下を満たすため、(式7)を用いると、Cvは、
Cv=1.11×10-4
になる。
 また、このCv値を用いて、ガス冷媒及び液冷媒の漏えい速度を、(式7)、(式8)を用いて計算することが出来る。
 (4-3)
 (4-1)~(4-2)で行った計算により、上記のガイドラインが想定する弁隙間、冷媒漏えい速度が導かれる。次に、これらを基にして、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量をどの程度大きくできるのか、計算する。また、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量を大きくすることに伴い、液側遮断弁の遮断時漏れ量をどの程度小さくすると適切であるのか、計算する。そこで、ガス側遮断弁及び液側遮断弁におけるそれぞれの冷媒漏えい速度の合計が、上記のガイドラインに従ってガス側遮断弁及び液側遮断弁に対して同一の弁隙間を想定した場合における冷媒漏えい速度の合計と等しくなるような範囲で、ガス側遮断弁及び液側遮断弁のそれぞれの遮断時漏れ量を、300(cm/min)から変更して設計又は選定する。
 この場合のガス側遮断弁及び液側遮断弁における冷媒漏えい速度の変化は、図6に示す通りである。
 ガス側遮断弁及び液側遮断弁の遮断時漏れ量を変更したとき、ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度は、gからg00に増加し、液側遮断弁における冷媒漏えい速度は、lからl00に減少するとする。ここで、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の遮断時漏れ量を変更する前の、ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度に対する液側遮断弁における冷媒漏えい速度の比は、
(式9):l0/g0=X
とする。
 また、遮断時漏れ量を変更する前のガス側遮断弁における冷媒漏えい速度に対する、遮断時漏れ量を変更した後のガス側遮断弁における冷媒漏えい速度の比を、
(式10):g00/g0=Y
とする。
 遮断時漏れ量を変更する前と変更した後の、液側遮断弁及びガス側遮断弁における冷媒漏えい速度の和は変わらないとすると、
(式11):l0-l00=g00-g0
である。
(式11)は、(式9)、(式10)を用いて変形すると、
(式12):l00=(X-Y+1)×g0
である。
 よって、液側遮断弁における冷媒漏えい速度の変化は
(式13):l00/l0=1-(Y-1)/X
で求められる。
 表3は、ガス冷媒連絡管径及び液冷媒連絡管径を表したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3の、ガス/液側管径の項目に示す通り、液側冷媒連絡管径に対するガス側冷媒連絡管径の比は、約1.6倍~約2.7倍の範囲にある。液側遮断弁に対するガス側遮断弁の遮断時漏れ量は、この冷媒連絡管径比に比例して増加する。図7は、ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度に対する液側遮断弁における冷媒漏えい速度の比であるXを示す。冷媒サイクル内の圧力を、10℃飽和圧から55℃飽和圧までの範囲で変化させると、Xは、2.7倍~10.8倍の幅で変化する。
 ここで、Y=1.6とした場合、式(13)より、
00/l0=1-0.6/X
となり、この時にXを2.7倍~10.8倍で変化させると、液側遮断弁における冷媒漏えい速度の変化を示すl00/l0は、0.78倍~0.94倍の間で変化する。従って、この場合は、液側遮断弁の最大遮断時漏れ量を、300(cm/min)の0.78倍~0.94倍の範囲で設計又は選定すれば良い。
 同様に、Y=2.7とした場合、式(13)より、
00/l0=1-1.7/X
となり、この時にXを2.7倍~10.8倍の範囲で変化させると、液側遮断弁における冷媒漏えい速度の変化を示すl00/l0は、0.37倍~0.84倍の間で変化する。従って、この場合は、液側遮断弁の最大遮断時漏れ量を、300(cm/min)の0.37倍~0.84倍の範囲で設計又は選定すればよい。
 これらの結果から、ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度を1.6倍~2.7倍の範囲で変化させると、液側遮断弁における冷媒漏えい速度の変化であるl00/l0は、0.37倍~0.94倍の範囲で変化することが分かる。
 以上より、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量は、上記のガイドラインが規定する遮断時漏れ量である300(cm/min)の1.0倍~2.7倍以下の範囲まで大きくすることが可能である。この場合、液側遮断弁の遮断時漏れ量は、上記のガイドラインが規定する遮断時漏れ量である300(cm/min)0.94倍以下の範囲で設定する。
 この範囲でガス側遮断弁及び液側遮断弁の遮断時漏れ量を変更する限り、ガス側遮断弁及び液側遮断弁におけるそれぞれの冷媒漏えい速度の合計は、上記のガイドラインに従ってガス側遮断弁及び液側遮断弁に対して同一の弁隙間を想定した場合における冷媒漏えい速度の合計と等しくなる。
 更に適切に設計又は選定するとすれば、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量を、上記のガイドラインが規定する遮断時漏れ量である300(cm/min)の1.6倍~2.7倍の範囲で変更するとき、液側遮断弁の遮断時漏れ量を、上記のガイドラインが規定する遮断時漏れ量である300(cm/min)の0.37倍~0.94倍の範囲で変更する。
 (4-4)
 次に、空気調和装置の利用側ユニットが設置されている所定空間(部屋)には、ドアが設置されていることを想定する。そのドア下には隙間があり、漏えいした冷媒は、ドア下隙間から室外に排出されることを考慮する。以上をふまえた上で、遮断弁における冷媒漏えい速度を設定する。
 まずは、ドアの下の隙間から部屋の外に排出される冷媒の冷媒排出速度をGとして、Gを計算する。
(式14):G=ρmd×Vmd×A
(式15):Vmd=C×(2×Δp/ρmd0.5
(式16):Δp=(ρmd-ρ)×g×h
(式17):ρmd=ρmr+ρma
(式18):ρmr=N/100×(U×10-3)/(24.5×10-3
(式19):ρma=(100-N)/100×(U×10-3)/(24.5×10-3
(式20):N=LFL/S
 冷媒排出速度に影響する変数としては、(4-4-1-A)及び(4-4-1-B)が挙げられる。
 (4-4-1-A)漏れ高さ
 (4-4-1-B)部屋(所定空間)中の平均冷媒濃度のLFLに対する安全係数
 漏れ高さは、所定空間に冷媒が漏えいする際の、所定空間における第1部分の位置であり、利用側ユニットが天井に設置される場合は例えば2.2mとなり、利用側ユニットが床に設置される場合は例えば0.6mとなる(IEC60335-2-40:2016年を参照)。許容平均濃度は、所定空間に漏えいした冷媒の平均濃度であって、所定空間に漏えいした冷媒が燃焼するおそれがないと認められる範囲の冷媒濃度である。許容平均濃度は、安全係数でLFLを除することによって求められるが、安全係数を4にするか2にするかで、冷媒排出速度は、例えば以下の表4に示すように影響を受ける。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 (4-4-2)
 次に、ドアの下に隙間がある場合の遮断弁の遮断状態における最大遮断時漏れ量(Qmax)を計算する。
 ドア下の隙間を通じて部屋(所定空間)の外へ排出される冷媒の冷媒排出速度Gが、遮断弁を遮断状態にしたときの弁隙間を通じた冷媒漏えい速度Gよりも大きければ、遮断時漏れ量を300(cm/min)よりも大きくすることができる。上記の(4-2-1)で述べたように、ガス側遮断弁及び液側遮断弁に対して同一の最大遮断時漏れ量(Qmax)を定めるとすれば、日本冷凍空調工業会のガイドラインが定める300(cm/min)に対する倍率Rは、ガス側遮断弁、液側遮断弁の各遮断弁で同一となる。
(式21):R=G/G
(式22):Qmax=300×R
 ここでは、遮断弁を遮断状態にする前において、液側ラインの遮断弁の上流には液相の冷媒が存在し、ガス側ラインの遮断弁の上流には気相の冷媒が存在すると考える。(式22)に(式6)及び(式15)を代入すると、以下の(式23)になる。
(式23):
R=(ρmd×Vmd×A)/(C×(2×ΔP/ρ1r0.5×A×ρ1rl
+A×(2/(λ+1))((λ+1)/2(λ-1))×(λ×P1r×ρ1rg0.5
 この(式23)を用いて、各冷媒についての倍率Rを求めると、例えば以下の表5のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 (4-4-3)
 以上、遮断時漏れ量などの算出に関する説明を行ったが、各式で使われる記号等について、特に断りが無い場合、記号等には以下(4-4-3-1)~(4-4-3-3)の意味が含まれている。
 (4-4-3-1)記号
 A:面積(単位は、m
 C:流量係数
 d:相当直径(単位は、m)
 G:質量流量速度(単位は、kg・s-1
 g:重力加速度(単位は、m・s-2
 h:漏れ高さ(単位は、m)
 L:冷媒燃焼下限界LFL(単位は、kg・m-3
 N:冷媒体積濃度(単位は、vol%)
 P:圧力(単位は、Pa)
 Q:体積流量速度(単位は、m・s-1
 R:弁漏れ量許容倍数
 Δp:差圧(単位は、Pa)
 S:安全係数
 U:冷媒分子量
 v:速度(単位は、m・s-1
 X :ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度に対する液側遮断弁における冷媒漏えい速度の比
 Y :変更前のガス側遮断弁における冷媒漏えい速度に対する変更後のガス側遮断弁における冷媒漏えい速度の比
 (4-4-3-2)ギリシャ文字
 κ:空気比熱比
 λ:冷媒比熱比
 ρ:質量密度(単位は、kg・m-3
 (4-4-3-3)添字
 :空気
 :ドアの下の隙間
 :気相
 :液相
 :冷媒と空気の混合
 :冷媒
 :冷媒漏えい点
 :遮断弁
 :ガス側ライン
 :液側ライン
 :上流
 :下流
 max:許容
 :変更前
 00:変更後
 (5)空気調和装置の特徴
 (5-1)
 2017年9月1日発行の日本冷凍空調工業会のガイドラインである「微燃性(A2L)冷媒を使用した業務用エアコンの冷媒漏えい時の安全確保のための施設ガイドライン」(JRA GL-16:2017)には、「付属書A(規定)安全遮断弁の仕様」が用意されている。「付属書A(規定)安全遮断弁の仕様」においては、流体が空気であってガス側遮断弁及び液側遮断弁の前後の差圧が1MPaであるときに、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の遮断時漏れ量が、300(cm/min)であることを満たすよう規定されている。
 ガス側遮断弁は一般に、弁口径が大きく、同一差圧での遮断時漏れ量が大きくなる傾向がある。一方で、液側遮断弁は一般に、弁口径が小さく、同一差圧での遮断時漏れ量が小さくなる傾向がある。上記のガイドラインでは、ガス側遮断弁及び液側遮断弁に関わらず、一律に、300(cm/min)以下の遮断時漏れ量に抑えることが要求されている。しかしながら、液側遮断弁の弁口径よりも大きい弁口径を有するガス側遮断弁を、液側遮断弁の遮断時漏れ量と同等の遮断時漏れ量に設計又は選定することは、製造あるいは購入に係るコストの増大を招く。
 上記のガイドラインの遮断時漏れ量の規定から、ガイドラインが想定する冷媒漏えい速度を計算することができる。また、図6に示すように、対象となる冷媒の状態が異なるため、同一の弁隙間においては、液側遮断弁における冷媒漏えい速度は、ガス側遮断弁における冷媒漏えい速度よりも大きい。言い換えると、ガス側遮断弁及び液側遮断弁が同一の遮断時漏れ量であるとき、液側遮断弁はガス側遮断弁よりも冷媒漏えい速度が大きいため、所定空間に対して多くの冷媒が漏れることとなる。
 このことに鑑み、本実施形態では、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの遮断時漏れ量を、液側遮断弁71a、71b、71c、71dよりも大きくしている。
 これにより、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dからの冷媒漏えい速度が増加しても、液側遮断弁71a、71b、71c、71dからの冷媒漏えい速度が減少することによって、上記のガイドラインの遮断時漏れ量の規定を満たすことが可能となる。従って、安全性を確保しつつ、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの製造コストを低減することができている。
 (5-2)
 本実施形態では、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dとして、遮断時漏れ量が300×R(cm/min)よりも大きいものを採用している。その一方で、液側遮断弁71a、71b、71c、71dについては、遮断時漏れ量が300×R(cm/min)よりも小さいものを採用している。これにより、安全性を確保しつつ、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの製造コストを低減することができている。ここでは液側遮断弁及びガス側遮断弁の遮断時漏れ量を変更するにあたり、(4-4)で計算した、Rを考慮している。従って、安全性を確保しつつ、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの製造コストを低減することができている。
 (5-3)
 上記のガイドラインでは、ガス側遮断弁及び液側遮断弁の遮断時漏れ量は、一律に、300(cm/min)以下に抑えるように要求されている。しかし、この場合、比較的大きい弁口径を有する傾向のあるガス側遮断弁の製造あるいは購入に係るコストの増大を招く。そこで、本実施形態では、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dにおける冷媒漏えい速度が、上記のガイドラインに従って、ガス側遮断弁及び液側遮断弁に対して同一の弁隙間を想定した場合における冷媒漏えい速度の合計と等しくなるような範囲で、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dのそれぞれの遮断時漏れ量を、300×R(cm/min)から変更して設計又は選定する。
 (4-3)で示した計算に従い、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの遮断時漏れ量を、300(cm/min)の1.0倍~2.7倍以下に変更して設計又は選定するとき、液側遮断弁71a、71b、71c、71dの遮断時漏れ量は、300(cm/min)の0.94倍以下に変更して設計又は選定する。
 このように選定したガス側遮断弁及び液側遮断弁の遮断時漏れ量の数値に、さらに(4-4)で計算したRを考慮する。
 以上より、ガス側遮断弁の遮断時漏れ量を300×R(cm/min)の1.0倍~2.7倍以下に変更して設計又は選定するとき、液側遮断弁71a、71b、71c、71dの遮断時漏れ量は、300×R(cm/min)の0.94倍以下に変更して設計又は選定する。このとき、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dにおける冷媒漏えい速度は、上記のガイドラインに従ってガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dに対して同一の弁隙間を想定した場合における冷媒漏えい速度の合計と等しくなる。
 このように、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの遮断時漏れ量が、上記のガイドラインで定められた300(cm/min)の遮断時漏れ量を超過したとしても、その超過した遮断時漏れ量を補うように、液側遮断弁71a、71b、71c、71dの遮断時漏れ量を設計又は選定する。これにより、安全性を確保しつつ、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの製造あるいは購入に係るコストの増大を抑えることができている。
 更に適切に設計又は選定するとすれば、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの遮断時漏れ量が、300×R(cm/min)の1.6倍~2.7倍の範囲であるとき、液側遮断弁71a、71b、71c、71dの遮断時漏れ量が、300×R(cm/min)の0.37倍~0.94倍の範囲とするように、液側遮断弁71a、71b、71c、71dを設計又は選定する。
 (5-4)
 空気調和装置1では、その利用側ユニット3a、3b、3c、3dが設置される部屋(所定空間)SPの寸法(ドアDRの下の隙間UCの寸法や天井高さ)、冷媒の種類(R32)、利用側ユニット3a、3b、3c、3dの設置場所(床置きではなく天井設置)などの条件に合わせて、上記の(4-3)~(4-4-2)で述べた方法で遮断弁に要求される最大遮断時漏れ量を算出し、液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの仕様を決めている。具体的には、上記のガイドラインの付属書Aで規定されている仕様における、300(cm/min)といった遮断時漏れ量の基準値に対して、どの程度許容量を大きくできるのかを、300(cm/min)に対する倍率Rとして算出している。そして、上記の表5にあるような具体的な倍率Rの数値を求めている。Rは、ここでは、冷媒としてR32を使って部屋SPの天井に利用側ユニット3a、3b、3c、3dを設置する場合、安全係数Sを4とすれば、表5に示すとおり倍率R=1.96となる。
 これに従い、空気調和装置1では、最大遮断時漏れ量が300×1.96(cm/min)以下になるように、液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの仕様を決定している。これにより、基準値である300(cm/min)に従って仕様を決定する場合に較べて、液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの製造コストあるいは購入コストが下がり、地球温暖化を防止できる冷媒(R32)を用いた空気調和装置1の導入コストを抑制することができている。
 そして、このように液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの仕様を決定した空気調和装置1においても、上記の図5のステップS7による空気調和装置1の停止後に液側遮断弁71a及びガス側遮断弁68aの弁隙間から漏れて部屋SPに流れ出る冷媒量が抑えられ、部屋SPにおいて冷媒の濃度がLFLよりも十分に低い値に抑えられている。
 (5-5)
 上記のガイドラインの付属書Aで規定されている仕様における、300(cm/min)といった遮断時漏れ量の基準値に対して、どの程度許容量を大きくできるのかを算出するための倍率Rは、許容平均濃度、漏れ高さ、及び冷媒の種類の少なくとも1つに基づいて決められている。
 (4-4-1-A)で述べた通り、漏れ高さとは、所定空間SPに冷媒が漏えいする際の、所定空間SPにおける第1部分の位置であり、利用側ユニットが天井に設置される場合は例えば2.2mとなり、利用側ユニットが床に設置される場合は例えば0.6mとなる(IEC60335-2-40:2016年を参照)。
 (4-4-1-B)で述べた通り、許容平均濃度とは、所定空間SPに漏えいした冷媒の平均濃度であって、所定空間SPに漏えいした冷媒が燃焼するおそれがないと認められる範囲の冷媒濃度であり、安全係数でLFLを除することによって許容平均濃度になる。
 冷媒の種類は、米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「2Lクラス」と判断される、燃性の冷媒、米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「2クラス」と判断される、弱燃性の冷媒、米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「3クラス」と判断される、強燃性の冷媒、のいずれかに属する冷媒の種類を指す。
 倍率Rは、少なくともこれらのうちいずれか1つに基づいて決められ、表5に示す通り、具体的には、1.02~11.98の範囲の数値を取る。これにより、ガス側遮断弁及び液側遮断弁が満たすべき遮断時漏れ量の仕様を求めることができている。
 (5-6)
なお、所定空間SPが、ドアDRの下に隙間UCを有しない場合等を考慮して、上記のような倍率Rの数値の計算を行わずに、単にR=1として、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dの遮断時漏れ量を計算して、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dを設計又は選定することも可能である。
 (6)変形例
 (6-1)
 上記の実施形態に係る空気調和装置1は、ビル等の建物の部屋(所定空間SP)に設置されるが、他の建物の内部空間に設置される場合には、遮断弁の仕様の設計又は選定も所定空間SPの条件に合うように変更すればよい。例えば、工場の内部空間、厨房、データセンタ、電算機室、商業施設の内部空間、など、様々な空間に対して、適切な遮断弁の設計又は選定をすることができる。
 (6-2)
 上記の実施形態の説明では、空気調和装置1の冷媒回路10を循環させる冷媒としてR32を例にとって説明したが、他の可燃性冷媒を使う場合には、先述の通り冷媒の分子量やLFLなどの条件の違いに応じて倍率Rを算出し、それに合った液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの仕様を設計又は選定することになる。
 (6-3)
 上記の実施形態では、冷媒漏えい時の空気調和装置1の動作の一例として図5に示す制御フローを示したが、冷媒漏えい時の動作として他の動作を行わせることもできる。例えば、冷媒漏えいを検知したときに、ポンプダウン運転を行わせ、その後に遮断弁を閉める制御を行ってもよい。
 (6-4)
 上記の実施形態では、ステップS4およびステップS5において、利用側ユニット3a、3b、3c、3dに冷房運転を行わせ、熱源側膨張弁25の開度を小さくして、利用側ユニット3a、3b、3c、3dに流れていく冷媒の圧力を下げている。しかし、この制御は一例であり、他の制御を行ってもよい。
 例えば、利用側ユニット3aの所定空間SPへの冷媒の漏えいを検知した場合、その利用側ユニット3aに対応する中継ユニット4aの液側遮断弁71a及びガス側遮断弁68aのみを、即座に閉めてもよい。
 また、利用側ユニット3aの所定空間SPへの冷媒の漏えいを検知した場合、全ての利用側ユニット3a、3b、3c、3dが熱源側ユニット2から切り離されるように、全ての液側遮断弁71a、71b、71c、71d及びガス側遮断弁68a、68b、68c、68dを閉じて、熱源側ユニット2の圧縮機21も停止させる制御を採用してもよい。
 (6-5)
 上記の実施形態では、利用側ユニットの例として、天井に埋め込まれる形で設置される利用側ユニット3a、3b、3c、3dを挙げているが、他の形式の利用側ユニットであっても遮断弁の設計又は選定方法は同様である。例えば、天井吊り下げタイプの利用側ユニットでも、床置きタイプの利用側ユニットでも、側壁に固定される壁掛けタイプの利用側ユニットでも、上記の(式23)によって倍率Rを求めることができる。
 (6-6)
 ガス側遮断弁は一般に、弁口径が大きく、同一差圧での遮断時漏れ量が大きくなる傾向がある。一方で、液側遮断弁は一般に、弁口径が小さく、同一差圧での遮断時漏れ量が小さくなる傾向がある。そのため、上記の実施形態では、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの弁口径が、液側遮断弁71a、71b、71c、71dの弁口径よりも大きい状況を想定してきた。しかしながら、仮に、液側遮断弁71a、71b、71c、71dの弁口径が、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの弁口径以上の大きさを有する場合であったとしても、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68dの遮断時漏れ量を上記のガイドラインが定める遮断時漏れ量よりも大きくして、液側遮断弁71a、71b、71c、71dの遮断時漏れ量を上記のガイドラインが定める遮断時漏れ量よりも小さくすることにより、上記のガイドラインから想定される冷媒漏えい速度以下に抑えることができる。ガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dを1つずつ設置する形態のほか、ガス側遮断弁を2つ、液側遮断弁を1つ設置する形態も考えられる。
 (6―7)
 本実施形態においては、標準状態で気相単相となっている気体として、「空気」を用いて、ガス側遮断弁68a、68b、68c、68d及び液側遮断弁71a、71b、71c、71dの遮断時漏れ量を評価している。しかしながら、遮断時漏れ量を評価する気体としては、「空気」に限られず、「窒素」などを含む、標準状態で気相単相となっているガス種であれば良い。
 以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
  1  空気調和装置(冷媒サイクル装置)
  3aa、3bb、3cc、3dd  第1部分(利用側回路)
 10  冷媒回路
 19  制御部
 68a、68b、68c、68d  ガス側遮断弁
 71a、71b、71c、71d  液側遮断弁
 79a、79b、79c、79d  検知部(冷媒漏えい検知部)
 SP  所定空間
 微燃性(A2L)冷媒を使用した業務用エアコンの冷媒漏えい時の安全確保のための施設ガイドライン(JRA GL-16:2017;日本冷凍空調工業会)、及び、付属書A(規定)安全遮断弁の仕様

Claims (8)

  1.  可燃性の冷媒を冷媒回路(10)において循環させる冷媒サイクル装置(1)であって、
     前記冷媒回路の第1部分(3aa、3bb、3cc、3dd)の両側に設けられる、ガス側遮断弁(68a、68b、68c、68d)及び液側遮断弁(71a、71b、71c、71d)と、
     前記第1部分から所定空間(SP)への冷媒の漏えいを検知する検知部(79a、79b、79c、79d)と、
     前記検知部が、前記第1部分から前記所定空間への冷媒の漏えいを検知したときに、前記ガス側遮断弁及び前記液側遮断弁を遮断状態とする、制御部(19)と、
    を備え、
     前記ガス側遮断弁及び前記液側遮断弁の遮断時漏れ量は、遮断状態における前後の差圧が所定圧力であるときの、標準状態で気相単相となっている気体の漏れ量であって、
     前記ガス側遮断弁の前記遮断時漏れ量は、前記液側遮断弁の前記遮断時漏れ量よりも大きい、
    冷媒サイクル装置。
  2.  前記遮断時漏れ量は、温度が20℃で前記所定圧力が1MPaであるときの空気の漏れ量であって、
     前記ガス側遮断弁の前記遮断時漏れ量は、
     300×R(cm/min)より大きく、
     前記液側遮断弁の前記遮断時漏れ量は、
     300×R(cm/min)より小さい、
    請求項1に記載の冷媒サイクル装置。
  3.  前記ガス側遮断弁の前記遮断時漏れ量は、
     300×R(cm/min)の1.0~2.7倍以下であり、
     前記液側遮断弁の前記遮断時漏れ量は、
     300×R(cm/min)の0.94倍以下である、
    請求項1に記載の冷媒サイクル装置。
  4.  前記ガス側遮断弁の前記遮断時漏れ量は、
     300×R(cm/min)の1.6倍~2.7倍の範囲にあり、
     前記液側遮断弁の前記遮断時漏れ量は、
     300×R(cm/min)の0.37倍~0.94倍の範囲にある、
    請求項1に記載の冷媒サイクル装置。
  5.  R=1
    である、
    請求項2から4のいずれか1つに記載の冷媒サイクル装置。
  6.  R=
    (ρmd×Vmd×A)/(C×(2×ΔP/ρ1r0.5×A×ρ1rl

    ×(2/(λ+1))((λ+1)/2(λ-1))
    ×(λ×P1r×ρ1rg0.5
    であり、
     Aは、前記ガス側遮断弁及び前記液側遮断弁それぞれの、前記遮断状態における弁隙間断面積(m)であり、
     ρ1rlは、液相冷媒の密度(kg/m)であり、
     ρ1rgは、ガス相冷媒の密度(kg/m)であり、
     P1rは、前記ガス側遮断弁及び前記液側遮断弁それぞれの、上流側の冷媒の圧力(MPa)であり、
     λは、冷媒の比熱比であり、
     ρmdは、前記所定空間の内外を仕切るドアの隙間を通る、空気及び冷媒の混合気体の密度(kg/m)であり、
     Vmdは、前記所定空間の内外を仕切るドアの隙間を通る、空気及び冷媒の混合気体の速度(m/s)であり、
     Aは、前記所定空間の内外を仕切るドアの隙間の面積(m)であり、
     ΔPは、冷媒が漏えいしている箇所の穴の内側及び外側の圧力差(Pa)であり、
     Cは、冷媒が漏えいしている箇所の穴を液相の冷媒が通過する際の冷媒の流量係数であって、0.6である、
    請求項2から4のいずれか1つに記載の冷媒サイクル装置。
  7.  許容平均濃度は、前記所定空間に漏えいした冷媒の平均濃度であって、前記所定空間に漏えいした冷媒が燃焼するおそれがないと認められる範囲の濃度であり、
     漏れ高さは、前記所定空間に冷媒が漏えいする際の、前記所定空間における前記第1部分の位置であり、
     Rが、前記許容平均濃度、前記漏れ高さ、及び冷媒の種類の少なくとも1つに基づいて決められている、
    請求項2から4のいずれか1つに記載の冷媒サイクル装置。
  8.  前記可燃性の冷媒は、
     米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「2Lクラス」と判断される、微燃性の冷媒、
     米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「2クラス」と判断される、弱燃性の冷媒、
    あるいは
     米国ANSI/ASHRAE34-2013規格に従い「3クラス」と判断される、強燃性の冷媒
    である、
    請求項1から7のいずれか1つに記載の冷媒サイクル装置。
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