JP2015158338A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】地球温暖化係数GWPの小さい冷媒を使用しつつ、発火の危険性を回避し、冷媒漏洩検知器の設置個数も低減できる空気調和機を得る。【解決手段】空気調和機は、地球温暖化係数が小さく可燃性のある冷媒を用いると共に、筐体2a内に、前記冷媒が流れる熱交換器22などの冷凍サイクル要素部品、電気部品などを収納した電気品箱28及びモータ24aで駆動される送風装置24を収容して構成された熱源機2を備える。また、前記筐体内には前記送風装置により空気の流れが形成されるように構成すると共に、前記冷媒が流れる冷凍サイクル要素部品は、前記筐体内の空気の流れの中に設置され、前記電気品箱及び前記送風装置のモータなどの電気部品は、前記空気の流れにおける前記冷凍サイクル要素部品より上流側に配置されている。【選択図】図3

Description

本発明は空気調和機に関し、特に地球温暖化係数GWP(Global Warming Potential)の小さい冷媒を使用する空気調和機に関する。
最近、地球温暖化を防止する観点から地球温暖化係数GWPの小さい冷媒の使用が検討されており、特開平11−37619号公報(特許文献1)のものでは、炭化水素系の自然冷媒を用いた空気調和機が提案されている。また、この特許文献1には、可燃性である炭化水素系の自然冷媒の漏洩を検知出力する冷媒漏洩検出手段を設け、該冷媒漏洩検出手段により冷媒漏洩が検知された場合、ファンなどにより漏洩冷媒に攪拌作用を付与してこれを拡散させ、漏洩冷媒が滞留して可燃領域を形成するのを防止するようにしている。
また、冷媒漏洩対策に配慮した従来の空気調和機としては、特開2002−61996号公報(特許文献2)に記載のものがある。この特許文献2のものでは、室内機の設置された部屋に冷媒の漏洩を検知するガス検知器を設け、冷媒が漏洩すると室内機に設けた警報装置が警報を発すると共に、圧縮機並びに室外送風ファンを運転し、室外膨張弁を閉じ、四方切換弁を冷房運転側とし、室内膨張弁を開放して冷媒を室外機へ回収するようにしている。
特開平11−37619号公報 特開2002−61996号公報
上記特許文献1のものでは、空気調和機用の冷媒として炭化水素系の自然冷媒を使用しているので地球温暖化係数GWPは小さくなるが、炭化水素系の自然冷媒は燃焼性が強く、空気調和機用の冷媒としては利用し難い。
また、上記特許文献2のものは、地球温暖化係数GWPの小さい冷媒の使用については配慮されていない。
地球温暖化係数GWPの小さい冷媒として、最近、HFO1234yf(GWP=4)やHFO1234ze(GWP=6)などの冷媒が注目されている。これらHFO1234yfやHFO1234zeなどの冷媒を空気調和機の冷媒として利用する場合、これら冷媒HFO1234yfやHFO1234zeは蒸気であるときの密度が低く、体積が大きくなるという課題がある。例えば、冷媒R410Aと比較すると、圧縮機の吸入部を想定した蒸気比体積は、HFO1234yfの場合にはR410Aの180%程度、HFO1234zeの場合にはR410Aの240%程度と大きくなる。このため、空気調和機の低圧側での冷媒圧力損失が大きくなり(同条件で比較しR410Aの例えば3倍以上)、空気調和機の圧縮機の消費電力が大きくなる課題がある。
また、地球温暖化係数GWPが比較的小さい冷媒としてはR32(GWP=675)も検討されている。
しかし、これらの冷媒(HFO1234yf、HFO1234ze、R32)は、何れも燃焼性は弱いものの可燃性の冷媒(以下、炭化水素系の冷媒よりも弱い可燃性の冷媒を微燃性の冷媒という)である。
上記特許文献1及び2のものでは、冷媒漏洩を検知して、冷媒漏洩があった場合の対応策を講じているが、可燃性或いは微燃性冷媒の漏洩を検知してその発火等を防止するには室外機側と室内機側の両方に冷媒漏洩検知器を設ける必要があり、コストアップになるという課題もある。
本発明の目的は、地球温暖化係数GWPの小さい冷媒を使用しつつ、発火の危険性を回避でき、しかも冷媒漏洩検知器の設置個数も低減できる空気調和機を得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明は、地球温暖化係数が小さく可燃性のある冷媒を用いると共に、筐体内に、前記冷媒が流れる熱交換器などの冷凍サイクル要素部品、電気部品などを収納した電気品箱及びモータで駆動される送風装置を収容して構成された熱源機を備える空気調和機において、前記筐体内には前記送風装置により空気の流れが形成されるように構成すると共に、前記冷媒が流れる冷凍サイクル要素部品は、前記筐体内の空気の流れの中に設置され、前記電気品箱及び前記送風装置のモータなどの電気部品は、前記空気の流れにおける前記冷凍サイクル要素部品より上流側に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、地球温暖化係数GWPの小さい冷媒を使用しつつ、発火の危険性を回避でき、しかも冷媒漏洩検知器の設置個数も低減できる空気調和機を得ることができる効果がある。
本発明の空気調和機の実施例1を説明する概略構成図である。 図1に示す空気調和機の冷凍サイクル構成図である。 本発明の実施例1における天井埋込型熱源機を示す平面図である。 従来の空気調和機としての天井埋込型熱源機の例を説明する斜視図である。 図4に示す天井埋込型熱源機での空気の流れを説明する平面図である。
以下、本発明の空気調和機の具体的実施例を図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。
本発明の空気調和機の実施例1を図1〜図3により説明する。図1は本発明の空気調和機の実施例1を説明する概略構成図、図2は図1に示す空気調和機の冷凍サイクル構成図、図3は本発明の実施例1における天井埋込型熱源機を示す平面図である。なお、比較のために従来の空気調和機の例も図4及び図5を用いて説明する。
本実施例では、可燃性冷媒であるプロパンやイソブタンのような炭化水素系の冷媒よりも燃焼性が弱い微燃性の冷媒(例えば、燃焼速度が10cm/s以下の微燃性冷媒)であるHFO1234yfまたはHFO1234zeを使用した空気調和機の例を説明する。なお、地球温暖化係数GWPが比較的小さい冷媒としては上述したようにR32も含まれるが、本実施例では、冷媒としてHFO1234yfまたはHFO1234zeを使用した例を説明する。
冷媒HFO1234yfやHFO1234zeは、上述したように、蒸気であるときの密度が低く、体積が大きくなるため、低圧側での冷媒圧力損失が大きくなり、空気調和機の圧縮機の消費電力が大きくなる課題があった。そこで、本実施例では、低圧側での冷媒圧力損失を低減するため、熱源機と室内機との距離(即ち、冷媒配管の長さ)を短くできるように、熱源機を、建屋内の天井部などに設置され且つ室外空気を導入して熱交換を行う天井埋込型熱源機としている。以下、図1によりこの具体的構成を説明する。
図1は、天井埋込型熱源機を持つ本実施例の空気調和機の設置状態の例を説明する概略構成図である。図1において、1は建屋、2は筐体内に、前記冷媒が流れる熱交換器などの冷凍サイクル要素部品、電気部品などを収納した電気品箱及びモータで駆動される送風装置などを収容して構成された熱源機で、本実施例では、この熱源機2を建屋1内の天井部(天井裏)1aに設置したいわゆる天井埋込型熱源機としている。3は室内1bを空調する室内機で、この室内機3と前記熱源機2とは冷媒配管4,5(4:ガス側冷媒配管、5:液側冷媒配管)で接続されている。
なお、前記熱源機2は、矢印6で示すように室外空気を吸い込み、熱源機2内に設けられた熱交換器で、室外空気と冷媒とを熱交換させ、この熱交換後の空気を矢印7で示すように室外に吹き出すように構成している。
前記室内機3は矢印8で示すように室内1bの空気を吸い込み、室内機3内設けられた熱交換器で、室内空気と冷媒とを熱交換させ、この熱交換後の冷却された空気(冷房時)或いは加熱された空気(暖房時)を矢印9で示すように室内に吹き出すことで、在室者10のいる室内1bの空調を行う。
一般的には、熱源機2は室外機として建屋1の屋上或いは建屋1の壁の外などに設置されることが多いが、屋上や建屋外よりも室内機3からの距離が近い天井部(本実施例では天井裏1aに、天井埋込型熱源機2として設置することにより、室内機3と熱源機2を接続する冷媒配管4,5を室外設置の熱源機よりも短くすることができる。本実施例では、前記熱源機2と前記室内機3を接続する冷媒配管4,5の長さを10m以下となるように構成している。このように前記冷媒配管4,5を短くできることで、空気調和機の圧縮機の低圧側での冷媒圧力損失を低減することができる。
即ち、冷媒HFO1234yfやHFO1234zeは、蒸気であるときの密度が低く、体積が大きくなるため、低圧側での冷媒圧力損失が大きくなり易いが、本実施例のように構成することにより、低圧側の冷媒圧力損失を低減できるから、圧縮機の消費電力を低減することができ、地球温暖化係数の低い冷媒であるHFO1234yfやHFO1234zeを使用しても効率の高い空気調和機を得ることができる。
なお、図1に示す実施例は、熱源機2が直接建屋1の外の空気と接している状態のもので説明したが、室内機3との距離をより短くするなどの理由で、熱源機2を建屋内部に設けることも考えられる。このような場合、熱源機2は直接建屋外の空気と接していないため、空気ダクトを介して外部の空気を前記熱源機2に導入するように構成すれば良い。このように構成すれば、前記熱源機2と前記室内機3を接続する冷媒配管4,5の長さを10m以下となるように構成することが容易に可能となり、冷媒としてHFO1234yfやHFO1234zeを使用した場合でも低圧側の冷媒圧力損失を容易に低減できる。
図2は図1に示す空気調和機の冷凍サイクル構成図である。2は熱源機、3は室内機で、これら熱源機2と室内機3とは、ガス側冷媒配管(ガス側接続配管)4と液側冷媒配管(液側接続配管)5により接続されている。
前記熱源機2は、圧縮機20、四方切換弁21、熱源側の熱交換器22、膨張装置23が順次冷媒配管で接続されている。24は建屋外部から室外空気を吸い込んで前記熱源側熱交換器22に吹き出すための送風装置である。前記熱源側熱交換器22では、吸い込んだ室外空気と熱交換器22の冷媒配管内を流れる冷媒とを熱交換させ、これにより冷媒を凝縮(冷房時)させたり蒸発(暖房時)させる。
前記室内機3は、室内側の熱交換器30と膨張装置31とが冷媒配管で接続されて構成されている。32は室内の空気を吸い込んで前記室内側熱交換器30に吹き出すための送風装置である。前記室内側熱交換器30では、吸い込んだ室内空気と熱交換器30の冷媒配管内を流れる冷媒とを熱交換させ、冷媒を蒸発(冷房時)させたり、凝縮(暖房時)させることで、冷風や温風を室内に供給して室内を空調することができるようになっている。
なお、本実施例では、室内機3内に冷媒漏洩検知器(冷媒漏洩検知手段)33を設置しており、室内機3内で冷媒漏洩が発生するとこれを即座に検知できるようにしている。この冷媒漏洩検知器33は室内機3の外部或いは室内機3を設置している室内に設置するようにしても良い。
前記熱源機2と前記室内機3とはガス側冷媒配管4及び液側冷媒配管5により互いに接続されており、前記ガス側冷媒配管4にはガス側阻止弁25、前記液側冷媒配管5には液側阻止弁26がそれぞれ設けられている。通常、これらの阻止弁25,26は熱源機2側に設けられている。
なお、前記熱源機2における矢印Aは暖房運転時の冷媒の流れを示し、矢印Bは冷房運転時の冷媒の流れを示している。
次に、前記熱源機2の構成を図3により説明するが、その前に、従来の天井埋込型熱源機の構成を、比較のために、図4及び図5により説明する。
図4は従来の空気調和機としての天井埋込型の熱源機の例を説明する斜視図、図5は図4に示す天井埋込型の熱源機での空気の流れを説明する平面図である。
図4において、2は図1に示す天井埋込型熱源機2に相当する従来の天井埋込型熱源機である。2aは筐体で、この筐体2a内は仕切り板2bにより上流側の空間2cと下流側の空間2dに仕切られている。2eは前記上流側空間2cに室外空気(外気)を導入するための空気吸込口、2fは前記下流側空間2dから熱交換された空気を建屋外に吹き出すための空気吹出口である。
前記上流側空間2cには、伝熱管内を流れる冷媒と前記空気吸込口2eから導入された室外空気とを熱交換させるための熱交換器(熱源側熱交換器)22、前記室外空気を吸い込むことで前記熱交換器22に室外空気を供給するための送風装置24、冷媒を圧縮するための圧縮機20、前記熱交換器22などで凝縮した余剰冷媒を溜めるための受液器27などが収容されている。なお、24aは前記送風装置24を駆動するためのモータである。
一方、前記下流側空間2dには、電子部品を搭載した制御基板や端子台等の電気部品などを収納している電気品箱28などが収容されている。
なお、従来の熱源機2においては、冷媒としては、R407CやR410Aなどが使用されている。また、図4において、圧縮機20、熱交換器22及び受液器27は冷媒が流れる冷凍サイクル要素部品である。図4には図示していないが、図2に示すような四方切換弁21や膨張装置23も、冷媒が流れる冷凍サイクル要素部品である。
次に、図4に示す従来の天井埋込型熱源機における空気の流れを図5により説明する。図5において、矢印Cが熱源機2の筐体2a内での空気の流れである。
従来の天井埋込型熱源機2においては、前記送風装置24によって形成される空気の流れCの上流側に、前記圧縮機20、前記熱交換器22及び前記受液器27などの冷凍サイクル要素部品が設置され、空気の流れCの下流側には前記送風装置24や前記電気品箱28が設置されている。このため、これら冷凍サイクル要素部品の何れかから冷媒が漏洩すると、漏洩した冷媒は空気の流れCに沿って流れることになる。
しかし、冷媒として地球温暖化係数GWPの小さいHFO1234yfやHFO1234zeなどの冷媒、或いは前記GWPが比較的小さいR32などの冷媒を採用した場合、これらの冷媒は微燃性であるため、微燃性冷媒が空気の流れCに乗って前記送風装置24のモータ24aや前記電気品箱28と接触する。前記電気品箱28には電気部品が収められているため、電気部品の発熱や電流漏れが発生したときに、可燃性冷媒がそのまわりに存在すると燃焼の危惧があることがわかった。送風装置24の前記モータ24aに関しても同様である。
そこで、本実施例では、天井埋込型熱源機2の内部の機器配置を図3に示すように構成したものである。図3に示す天井埋込型熱源機において、図4、図5に示した従来の天井埋込型熱源機と対応する構成については同一符号で示し、重複する部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
本実施例の天井埋込型熱源機2において、送風装置24が稼働すると、白抜き矢印6で示す室外空気の吸込空気流れが、空気吸込口2eから筐体2a内に流入して、空気の流れCで示すように、前記筐体2a内を流れ、空気吹出口2fから白抜き矢印7で示すように吹き出されて建屋外に排出される。
本実施例では、圧縮機20、熱交換器22及び受液器27などの冷媒が流れる冷凍サイクル要素部品を筐体2a内の下流側空間2dに配置し、送風装置24や電気品箱28は筐体2a内の上流側空間2cに配置している。
このように構成することにより、前記冷凍サイクル要素部品は空気の流れの中の下流側にあり、前記電気品箱28や送風装置24は前記冷凍サイクル要素部品よりも空気の流れの上流側に設置されているため、仮に前記冷凍サイクル要素部品の何れかから冷媒漏洩が発生した場合であっても、漏洩冷媒は、前記電気品箱28や送風装置24に接触することなく、空気の流れCに乗って建屋外に流出させることができる。
従って、前記冷凍サイクル要素部品から微燃性或いは可燃性の冷媒が漏洩しても、該冷媒は着火源となりうる前記電気品箱28内の電気部品や前記送風装置24のモータ24aなどの電気部品に接触するのを防止でき、燃焼の危惧を回避することができる。
更に詳しく説明する。本実施例では、微燃性冷媒であるHFO1234yfやHFO1234zeなどを使用し、熱源機を天井埋込型熱源機としているため、熱源機で冷媒漏洩すると次の危惧がある。つまり、熱源機内での燃焼の危惧、熱源機外に冷媒が漏洩すると天井裏など建屋内に冷媒が流出するおそれがあり、建物内での燃焼発生の危惧や、漏洩冷媒が室内に侵入した場合には室内が酸欠となる危惧がある。このような課題に対して、本実施例では、電気品箱28や送風装置24は冷凍サイクル要素部品よりも空気の流れの上流側に設置する構成としたことにより、仮に天井埋込型熱源機で冷媒漏洩が発生しても、漏洩冷媒を前記電気品箱28や送風装置24に接触させることなく建屋外に排出することができ、天井埋込型熱源機からの冷媒漏洩による燃焼や酸欠を防止することができる効果が得られる。
なお、室内機からの冷媒漏洩に対しては、室内機に冷媒漏洩検知器33を備えているため、室内での燃焼発生や酸欠防止の危惧を回避することができる。即ち、本実施例では、図2に示すように、室内機3内に冷媒検知器33を備えているので、仮に室内機3側で冷媒漏洩が発生した場合には、これを前記冷媒検知器33で検知でき、警報などを発することにより、微燃性冷媒が室内機3や室内1bに堆積して燃焼や酸欠が発生するのを防止することができる。
また、前記冷媒検知器は高価なものであるが、本実施例では前記熱源機側からの冷媒漏洩に対しては燃焼や酸欠を防止できる構成としているので、冷媒漏洩検知器を熱源機側に設ける必要はない。従って、高価な冷媒検知器の設置個数を低減することができ、その分安価な空気調和機を得ることができる。即ち、本実施例では、前記熱源機2を図3で説明した構成としているので、冷媒検知器を熱源機2側には設置しなくて良いから、高価な冷媒検知器の設置個数を少なくでき、コストアップを抑えて安価な空気調和機を実現することができる。
更に、本実施例では、地球温暖化係数GWPの小さい冷媒である、HFO1234yfやHFO1234zeを空気調和機の冷媒として使用しているため、空気調和機の低圧側での冷媒圧力損失が大きくなり易いという課題がある。この課題に対しても、本実施例では前記熱源機2を天井埋込型熱源機としているので、室内機と熱源機を接続する冷媒配管の長さを短く、例えば10m以下に構成することができる。従って、蒸気であるときの密度が低く体積が大きくなるHFO1234yfやHFO1234zeなどの冷媒を使用しながら空気調和機の低圧側での冷媒圧力損失を低減することが可能となり、この結果、消費電力も低減できる効率の良い空気調和機を得ることができる。
また、本実施例においては、前記天井埋込型の熱源機2の送風装置24を、空気調和機が運転していないときでも定期的に駆動するように構成している。即ち、空気調和機の停止中であっても、タイマーなどを使用して定期的に、例えば1日につき1回〜数回、数秒〜数分間づつ、前記送風装置24を回転させて、熱源機2の筐体2a内に空気の流れCを発生させる。これにより、空気調和機の停止中に冷媒漏洩が発生しても、この漏洩冷媒を定期的に建屋外に排出できるから、筐体2a内に漏洩冷媒が徐々に堆積して燃焼の危険性が増大していくのを回避することができる。
空気調和機の停止中に、本実施例のように、定期的に送風装置を運転しない場合、冷媒漏洩が発生すると、熱源機2内に微燃性の冷媒が滞留してその濃度が上昇し、発火の危険性を上昇させる。また、漏洩冷媒が熱源機2から天井裏などを伝わって、在室者10のいる室内1b(図1参照)に前記冷媒が侵入すると、室内での燃焼や酸欠の発生も危惧される。
これに対して、本実施例では、前述したように、空気調和機の停止中であっても定期的に送風装置24を駆動するので、熱源機2内に漏洩冷媒が滞留してその濃度を上昇させたり、漏洩冷媒が室内1bに侵入するのを防止できるから、微燃性冷媒の漏洩による燃焼や酸欠発生を確実に回避することができる。
以上説明したように本実施例によれば、地球温暖化係数GWPの小さい微燃性の冷媒を使用しつつ、発火の危惧を回避でき、しかも冷媒漏洩検知器の設置個数も少なくできるから低コスト化を実現できる。また、空気調和機の低圧側での冷媒圧力損失も小さくできるので、効率の良い空気調和機を得ることができる効果も得られる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では冷媒として、地球温暖化係数GWPが小さく微燃性のHFO1234yfやHFO1234zeを使用する例で説明したが、GWPが比較的小さく微燃性のR32を使用するもの、或いは同様の性質をもつ他の冷媒や混合冷媒を使用する場合にも同様に適用できる。また、熱源機を天井埋込型熱源機とした場合について説明したが、熱源機は天井埋込型のものに限られず、建屋外に設置するタイプの室外機であっても本発明の技術思想は同様に適用できるものである。
更に、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
1:建物、1a:天井部(天井裏)、1b:室内、
2:天井埋込型の熱源機、2a:筐体、2b:仕切り板、
2c:上流側空間、2d:下流側空間、
2e:空気吸込口、2f:空気吹出口、
3:室内機、
4:ガス側冷媒配管、5:液側冷媒配管、
6:熱源機への吸込空気流れ、7:熱源機からの吹出空気流れ、
8:室内機の吸込空気流れ、9:室内機の吹出空気流れ、
10:在席者、
20:圧縮機、21:四方切換弁、
22:熱源側の熱交換器、23:膨張装置、
24:送風装置、24a:モータ、
25:ガス側阻止弁、26:液側阻止弁、
27:受液器、28:電気品箱、
30:室内側の熱交換器、31:室内側の膨張装置、
32:送風装置、33:冷媒検知器(冷媒検知手段)、
A:暖房運転時の冷媒流れ、B:冷房運転時の冷媒流れ。

Claims (7)

  1. 地球温暖化係数が小さく可燃性のある冷媒を用いると共に、筐体内に、前記冷媒が流れる熱交換器などの冷凍サイクル要素部品、電気部品などを収納した電気品箱及びモータで駆動される送風装置を収容して構成された熱源機を備える空気調和機において、
    前記筐体内には前記送風装置により空気の流れが形成されるように構成すると共に、前記冷媒が流れる冷凍サイクル要素部品は、前記筐体内の空気の流れの中に設置され、前記電気品箱及び前記送風装置のモータなどの電気部品は、前記空気の流れにおける前記冷凍サイクル要素部品より上流側に配置されている
    ことを特徴とする空気調和機。
  2. 請求項1に記載の空気調和機において、前記冷媒は、炭化水素系の自然冷媒よりも燃焼性の弱い微燃性の冷媒であることを特徴とする空気調和機。
  3. 請求項2に記載の空気調和機において、前記微燃性の冷媒は、HFO1234yf、HFO1234ze、R32のうちの少なくとも何れかであることを特徴とする空気調和機。
  4. 請求項3に記載の空気調和機において、前記微燃性の冷媒は、HFO1234yfまたはHFO1234zeの少なくとも何れかであり、前記熱源機は、建屋内の天井部などに設置され且つ室外空気を導入して熱交換を行う天井埋込型熱源機であることを特徴とする空気調和機。
  5. 請求項4に記載の空気調和機において、前記天井埋込型熱源機は室内を空調する室内機と冷媒配管で接続されると共に、前記熱源機と前記室内機間を接続する前記冷媒配管の長さが10m以下となるように構成していることを特徴とする空気調和機。
  6. 請求項5に記載の空気調和機において、前記室内機或いは該室内機を設置している室内に冷媒漏洩検知手段を備えていることを特徴とする空気調和機。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の空気調和機において、空気調和機が停止中であっても、前記熱源機の送風装置を定期的に駆動する構成としていることを特徴とする空気調和機。
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