JP2020109343A - 空気調和機および遮断弁 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態による空気調和機(10)の構成を例示する。空気調和機(10)は、空調対象空間(例えば室内空間)の空気調和を行う。具体的には、空気調和機(10)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。この例では、空気調和機(10)は、熱源ユニット(20)と、複数の利用ユニット(30)とを備える。空気調和機(10)は、いわゆるマルチ式の空気調和機である。
熱源ユニット(20)は、空調対象空間ではない空間(例えば室外空間)に設置される。複数の利用ユニット(30)の各々は、空調対象空間に設置される。例えば、1つの空調対象空間に対して1つの利用ユニット(30)が設置されてもよいし、1つの空調対象空間に対して2つ以上の利用ユニット(30)が設置されてもよい。なお、熱源ユニット(20)の構成および利用ユニット(30)の構成については、後で詳しく説明する。
図1に示すように、空気調和機(10)は、冷媒回路(10a)を備える。冷媒回路(10a)には、冷媒が充填される。冷媒回路(10a)では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。この例では、冷媒回路(10a)は、熱源回路(20a)と、複数の利用回路(30a)と、複数の第1冷媒流路(41)と、複数の第2冷媒流路(42)とを含む。
熱源ユニット(20)には、熱源回路(20a)が設けられる。熱源回路(20a)は、圧縮機(21)と、四路切換弁(22)と、熱源熱交換器(23)と、熱源膨張弁(24)と、ガス閉鎖弁(25)と、液閉鎖弁(26)とを有する。さらに、熱源ユニット(20)には、熱源制御部(27)が設けられる。なお、これらの熱源ユニット(20)の構成部品は、ケーシング(図示を省略)に収容される。
圧縮機(21)は、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を吐出する。四路切換弁(22)は、第1状態(図1の実線で示した状態)と第2状態(図1の破線で示した状態)とに切り換えられる。第1状態では、第1ポートと第4ポートとが連通し、第2ポートと第3ポートとが連通する。第2状態では、第1ポートと第2ポートとが連通し、第3ポートと第4ポートとが連通する。この例では、四路切換弁(22)の第1ポートは、圧縮機(21)の吐出側に接続される。四路切換弁(22)の第2ポートは、液閉鎖弁(26)に接続される。四路切換弁(22)の第3ポートは、圧縮機(21)の吸入側に接続される。四路切換弁(22)の第4ポートは、熱源熱交換器(23)のガス端に接続される。
熱源熱交換器(23)は、冷媒と空気とを熱交換させる。この例では、熱源熱交換器(23)の液端は、熱源膨張弁(24)を経由してガス閉鎖弁(25)に接続される。熱源熱交換器(23)の近傍には、熱源ファン(23a)が設けられる。熱源ファン(23a)は、熱源熱交換器(23)に空気を搬送する。
熱源膨張弁(24)は、必要に応じて冷媒の圧力を低下させる。具体的には、熱源膨張弁(24)の開度は、調節可能である。熱源膨張弁(24)の開度を調節することにより、熱源膨張弁(24)を通過する冷媒の流量を調節することができ、熱源膨張弁(24)を通過する冷媒の圧力を調節することができる。例えば、熱源膨張弁(24)は、開度を調節可能な電子膨張弁により構成される。
ガス閉鎖弁(25)および液閉鎖弁(26)は、閉状態と開状態とに切り換えられる。例えば、ガス閉鎖弁(25)および液閉鎖弁(26)は、空気調和機(10)を設置する際に閉状態にされ、空気調和機(10)の設置が完了した後に空気調和機(10)を使用する際に開状態にされる。この例では、ガス閉鎖弁(25)には、ガス連絡配管(11)の一端が接続され、液閉鎖弁(26)には、液連絡配管(12)の一端が接続される。
熱源制御部(27)は、熱源ユニット(20)に設けられた圧力センサや温度センサなどの各種センサ(図示を省略)と電気的に接続される。熱源制御部(27)は、後述する利用制御部(35)と通信する。例えば、熱源制御部(27)は、通信線により利用制御部(35)と接続される。そして、熱源制御部(27)は、熱源ユニット(20)の各種センサの出力信号や利用制御部(35)から送信された情報などに基づいて、熱源ユニット(20)の構成部品を制御する。この例では、熱源制御部(27)は、圧縮機(21)と熱源ファン(23a)と熱源膨張弁(24)とを制御する。
利用ユニット(30)には、利用回路(30a)が設けられる。利用回路(30a)は、利用熱交換器(31)と、利用膨張弁(32)と、ガス側継手と、液側継手とを有する。さらに、図2に示すように、利用ユニット(30)には、電源部(33)と、表示部(34)と、利用制御部(35)とが設けられる。なお、これらの利用ユニット(30)の構成部品は、ケーシング(図示を省略)に収容される。
利用熱交換器(31)は、冷媒と空気とを熱交換させる。この例では、利用熱交換器(31)のガス端は、第1冷媒流路(41)を構成するガス分岐管(13)に接続される。具体的には、利用熱交換器(31)のガス端が利用回路(30a)のガス側継手に接続され、利用回路(30a)のガス側継手がガス分岐管(13)の他端に接続される。利用熱交換器(31)の液端は、利用膨張弁(32)を経由して第2冷媒流路(42)を構成する液分岐管(14)に接続される。具体的には、利用熱交換器(31)の液端は、利用膨張弁(32)を経由して利用回路(30a)の液側継手に接続され、利用回路(30a)の液側継手が液分岐管(14)の他端に接続される。利用熱交換器(31)の近傍には、利用ファン(31a)が設けられる。利用ファン(31a)は、利用熱交換器(31)に空気を搬送する。
利用膨張弁(32)は、必要に応じて冷媒の圧力を低下させる。具体的には、利用膨張弁(32)の開度は、調節可能である。利用膨張弁(32)の開度を調節することにより、利用膨張弁(32)を通過する冷媒の流量を調節することができ、利用膨張弁(32)を通過する冷媒の圧力を調節することができる。例えば、利用膨張弁(32)は、開度を調節可能な電子膨張弁により構成される。
電源部(33)は、電源系統に電気的に接続される。具体的には、利用ユニット(30)には、電源系統に設けられたコンセント(図示を省略)に差し込み可能な電源プラグ(図示を省略)と、電源プラグと電源部(33)とを接続する電源ケーブル(図示を省略)とが設けられる。電源系統のコンセントに電源プラグを差し込むことにより、電源系統と電源部(33)とが電気的に接続され、電源系統から電源部(33)に電力が供給される。この例では、電源系統は、商用電源からの電力を供給するための構成である。
表示部(34)は、情報を表示する。例えば、表示部(34)は、利用ユニット(30)の運転状況に関する情報を表示する。この例では、表示部(34)は、利用制御部(35)による制御に応答して、第1遮断弁(51)の開閉状態および第2遮断弁(52)の開閉状態を表示する。具体的には、表示部(34)は、それぞれが利用制御部(35)による制御に応答して点灯状態と消灯状態とに切り換わる第1〜第4発光素子(図示を省略)を有する。第1遮断弁(51)が開状態である場合、第1発光素子が点灯状態となり、第2発光素子が消灯状態となる。第1遮断弁(51)が閉状態である場合、第1発光素子が消灯状態となり、第2発光素子が点灯状態となる。第2遮断弁(52)が開状態である場合、第3発光素子が点灯状態となり、第4発光素子が消灯状態となる。第2遮断弁(52)が閉状態である場合、第3発光素子が消灯状態となり、第4発光素子が点灯状態となる。例えば、第1発光素子および第3発光素子は、第1発光色(例えば緑色)に発光する発光ダイオードにより構成され、第2発光素子および第4発光素子は、第1発光色とは異なる第2発光色(例えば赤色)に発光する発光ダイオードにより構成される。
利用制御部(35)は、利用ユニット(30)に設けられた圧力センサや温度センサなどの各種センサ(図示を省略)と電気的に接続される。利用制御部(35)は、熱源制御部(27)と通信する。例えば、利用制御部(35)は、通信線により熱源制御部(27)と接続される。そして、利用制御部(35)は、利用ユニット(30)の各種センサの出力信号や熱源制御部(27)から送信された情報などに基づいて、利用ユニット(30)の構成部品を制御する。この例では、利用制御部(35)は、利用ファン(31a)と利用膨張弁(32)と表示部(34)とを制御する。
図1に示すように、空気調和機(10)は、複数の第1遮断弁(51)と、複数の第2遮断弁(52)とを備える。複数の第1遮断弁(51)は、複数の第1冷媒流路(41)にそれぞれ設けられる。複数の第2遮断弁(52)は、複数の第2冷媒流路(42)にそれぞれ設けられる。言い換えると、1つの第1遮断弁(51)と1つの第2遮断弁(52)の組は、1つの第1冷媒流路(41)と1つの第2冷媒流路(42)の組に対応する。1つの第1遮断弁(51)と1つの第2遮断弁(52)の組には、複数の利用ユニット(30)のうち少なくとも1つの利用ユニット(30)が対応する。この例では、1つの第1遮断弁(51)と1つの第2遮断弁(52)の組に対して1つの利用ユニット(30)が対応する。
この例では、空気調和機(10)は、複数の遮断ユニット(60)を備える。複数の遮断ユニット(60)の各々は、第1遮断弁(51)となる外部遮断弁(61)と、第2遮断弁(52)となる外部遮断弁(61)とを有する。言い換えると、1つの第1遮断弁(51)と1つの第2遮断弁(52)の組が1つの遮断ユニット(60)に設けられる。さらに、複数の遮断ユニット(60)の各々は、第1遮断弁(51)となる外部遮断弁(61)に対応する弁駆動部(62)と、第2遮断弁(52)となる外部遮断弁(61)に対応する弁駆動部(62)と、弁制御部(63)とを有する。なお、これらの遮断ユニット(60)の構成部品は、ケーシング(図示を省略)に収容される。
外部遮断弁(61)は、利用ユニット(30)に設けられた電源部(33)から供給された動作電力により駆動する。この例では、利用ユニット(30)の電源部(33)から供給された動作電力は、弁駆動部(62)を経由して外部遮断弁(61)に伝達される。
弁駆動部(62)は、利用ユニット(30)の電源部(33)から供給される電力を用いて外部遮断弁(61)を駆動する。具体的には、弁駆動部(62)は、利用ユニット(30)の電源部(33)から供給される電力を外部遮断弁(61)のアクチュエータに供給することで、その弁駆動部(62)に対応する外部遮断弁(61)を駆動する。例えば、弁駆動部(62)は、複数のスイッチング素子を有するドライブ回路により構成される。ドライブ回路は、複数のスイッチング素子のスイッチング動作により電源部(33)から供給される電力を外部遮断弁(61)のアクチュエータに供給する。弁駆動部(62)のスイッチング動作は、パルス信号により制御される。また、弁駆動部(62)は、電源部(33)から供給される電力を所望の電力(具体的には外部遮断弁(61)に適した電力)に変換して外部遮断弁(61)のアクチュエータに供給するように構成されてもよい。
弁制御部(63)は、利用ユニット(30)の電源部(33)から供給される電力により動作する。そして、弁制御部(63)は、弁駆動部(62)を制御して外部遮断弁(61)の開閉を制御する。例えば、弁制御部(63)は、弁駆動部(62)にパルス信号を出力することで、弁駆動部(62)のスイッチング動作を制御して外部遮断弁(61)の開閉を制御する。
空気調和機(10)は、複数の漏洩センサ(70)を備える。複数の漏洩センサ(70)は、複数の利用ユニット(30)にそれぞれ対応する。この例では、1つの利用ユニット(30)に対して1つの漏洩センサ(70)が対応する。複数の漏洩センサ(70)の各々は、その漏洩センサ(70)に対応する利用ユニット(30)の利用回路(30a)における冷媒の漏洩を検出する。この例では、漏洩センサ(70)は、利用回路(30a)における冷媒の漏洩量を検出する。具体的には、漏洩センサ(70)は、利用ユニット(30)に設置され、その設置位置における冷媒の量を利用ユニット(30)における冷媒の漏洩量として検出する。例えば、漏洩センサ(70)は、利用ユニット(30)のケーシング(図示を省略)内に設置される。なお、漏洩センサ(70)は、利用ユニット(30)の外部に設置されてもよい。漏洩センサ(70)の出力信号は、利用制御部(35)に送信される。
次に、空気調和機(10)において行われる冷房運転と暖房運転について説明する。
冷房運転では、熱源ユニット(20)において、圧縮機(21)と熱源ファン(23a)とが駆動し、四路切換弁(22)が第1状態となり、熱源膨張弁(24)が開状態となる。なお、必要に応じて熱源膨張弁(24)の開度が調節されてもよい。一方、複数の利用ユニット(30)の各々において、利用ファン(31a)が駆動し、利用熱交換器(31)から流出される冷媒の過熱度に応じて利用膨張弁(32)の開度が調節される。これにより、熱源熱交換器(23)が凝縮器となり利用熱交換器(31)が蒸発器となる冷凍サイクル(冷房サイクル)が行われる。
暖房運転では、熱源ユニット(20)において、圧縮機(21)と熱源ファン(23a)とが駆動し、四路切換弁(22)が第2状態となり、熱源熱交換器(23)から流出される冷媒の過熱度に応じて熱源膨張弁(24)の開度が調節される。一方、複数の利用ユニット(30)の各々において、利用ファン(31a)が駆動し、利用熱交換器(31)から流出される冷媒の過冷却度に応じて利用膨張弁(32)の開度が調節される。これにより、利用熱交換器(31)が凝縮器となり熱源熱交換器(23)が蒸発器となる冷凍サイクル(暖房サイクル)が行われる。
次に、利用制御部(35)と弁制御部(63)の動作について説明する。以下では、利用ユニット(30)に設けられる利用制御部(35)と表示部(34)と、その利用ユニット(30)に対応する遮断ユニット(60)に設けられる外部遮断弁(61)と弁駆動部(62)と弁制御部(63)と、その利用ユニット(30)に対応する漏洩センサ(70)とを例に挙げて説明する。なお、この例では、第1遮断弁(51)と第2遮断弁(52)の両方が外部遮断弁(61)である。
利用制御部(35)は、利用回路(30a)における冷媒の漏洩が検出される(言い換えると利用回路(30a)において冷媒の漏洩が発生していると判定される)まで、外部遮断弁(61)を閉状態にするための指令である弁閉鎖指令を弁制御部(63)に送信しない。この例では、利用制御部(35)は、漏洩センサ(70)により検出される冷媒の漏洩量が許容量を上回るまで、弁閉鎖指令を弁制御部(63)に送信しない。
利用制御部(35)は、利用回路(30a)における冷媒の漏洩が検出される(言い換えると利用回路(30a)において冷媒の漏洩が発生していると判定される)と、弁閉鎖指令を弁制御部(63)に送信する。この例では、利用制御部(35)は、漏洩センサ(70)により検出される冷媒の漏洩量が許容量を上回ると、弁閉鎖指令を弁制御部(63)に送信する。
以上のように、本実施形態の空気調和機(10)は、圧縮機(21)および熱源熱交換器(23)を有する熱源回路(20a)と、利用熱交換器(31)を有する利用回路(30a)と、利用回路(30a)のガス端が接続される第1冷媒流路(41)と、利用回路(30a)の液端が接続される第2冷媒流路(42)とを含み、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる冷媒回路(10a)と、熱源回路(20a)が設けられる熱源ユニット(20)と、利用回路(30a)が設けられる利用ユニット(30)と、第1冷媒流路(41)に設けられる第1遮断弁(51)と、第2冷媒流路(42)に設けられる第2遮断弁(52)とを備える。第1遮断弁(51)および第2遮断弁(52)は、利用回路(30a)における冷媒の漏洩に応じて開状態から閉状態となる。利用ユニット(30)は、電源系統から供給される電力を受けて動作電力を供給する電源部(33)を有する。第1遮断弁(51)および第2遮断弁(52)のうち少なくとも一方は、利用ユニット(30)の外部に設けられる外部遮断弁(61)である。外部遮断弁(61)は、電源部(33)から供給される動作電力により駆動する。
図3に示すように、利用回路(30a)から利用膨張弁(32)が省略されてもよい。この変形例1では、第1遮断弁(51)および第2遮断弁(52)のうち少なくとも第2遮断弁(52)は、開度を調節可能な電動弁で構成された外部遮断弁(61)である。第2遮断弁(52)は、利用回路(30a)を流れる冷媒の圧力を調節する膨張弁としても利用される。
図4に示すように、1つの第1冷媒流路(41)と1つの第2冷媒流路(42)との組に対して2つ以上の利用ユニット(30)が対応してもよい。
図5に示すように、空気調和機(10)は、1つの熱源ユニット(20)と1つの利用ユニット(30)とを備える空気調和機(いわゆるペア式の空気調和機)であってもよい。この変形例3では、利用ユニット(30)に設けられる利用回路(30a)のガス端は、ガス連絡配管(11)を経由して熱源ユニット(20)に設けられる熱源回路(20a)のガス端に接続される。利用ユニット(30)に設けられる利用回路(30a)の液端は、液連絡配管(12)を経由して熱源ユニット(20)に設けられる熱源回路(20a)の液端に接続される。この例では、第1冷媒流路(41)は、ガス連絡配管(11)により構成され、第2冷媒流路(42)は、液連絡配管(12)により構成される。
以上の説明では、外部遮断弁(61)が電動弁により構成される場合を例に挙げたが、外部遮断弁(61)は、開閉を切り換え可能な電磁弁により構成されてもよい。電磁弁は、冷媒流路と冷媒流路を開閉する弁体とを有する弁本体と、利用ユニット(30)の電源部(33)から供給された動作電力により駆動して弁本体の弁体を操作するソレノイド(アクチュエータの一例)とを有する。なお、この電磁弁は、交流電力により駆動する。また、このような電磁弁の弁本体に設けられる弁座部分(弁体と摺接する部分)は、真鍮やステンレス鋼で作製されてもよいし、テフロン(登録商標)などの弾性を有する樹脂で作製されてもよい。電磁弁の弁座部分を弾性を有する樹脂で作製することにより、電磁弁の弁座部分を真鍮やステンレス鋼で作製する場合よりも、電磁弁における冷媒の漏れ量を少なくすることができる。特に、液分岐管(14)よりも配管径が大きいガス分岐管(13)に設けられる外部遮断弁(61)(具体的には第1遮断弁(51))を電磁弁で構成する場合、テフロン(登録商標)などの弾性を有する樹脂で作製された弁座部分を有する電磁弁を用いることが好ましい。
上記の実施形態および変形例による空気調和機(10)の冷媒回路(10a)に使用される冷媒は、可燃性の冷媒である。なお、ここでは、可燃性の冷媒には、米国のASHRAE34 Designation and safety classification of refrigerantの規格又はISO817 Refrigerants−Designation and safety classificationの規格でClass3(強燃性)、Class2(弱燃性)、Subclass2L(微燃性)に該当する冷媒を含む。上記の実施形態および変形例で使用される冷媒の具体例を図6に示す。図6中の″ASHRAE Number″はISO817で定められた冷媒のアシュレイ番号を、″成分″は冷媒に含まれる物質のアシュレイ番号を、″質量%″は冷媒に含まれる各物質の質量パーセント濃度を、″Alternative″は、その冷媒によって代替されることの多い冷媒の物質の名称を示す。本実施形態では、使用される冷媒はR32とする。なお、図6に例示した冷媒は、空気より密度が大きいという特徴を有する。
10a 冷媒回路
20 熱源ユニット
20a 熱源回路
30 利用ユニット
30a 利用回路
41 第1冷媒流路
42 第2冷媒流路
51 第1遮断弁
52 第2遮断弁
60 遮断ユニット
61 外部遮断弁
62 弁駆動部
63 弁制御部
70 漏洩センサ
Claims (10)
- 圧縮機(21)および熱源熱交換器(23)を有する熱源回路(20a)と、利用熱交換器(31)を有する利用回路(30a)と、前記利用回路(30a)のガス端が接続される第1冷媒流路(41)と、前記利用回路(30a)の液端が接続される第2冷媒流路(42)とを含み、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる冷媒回路(10a)と、
前記熱源回路(20a)が設けられる熱源ユニット(20)と、
前記利用回路(30a)が設けられる利用ユニット(30)と、
前記第1冷媒流路(41)に設けられる第1遮断弁(51)と、
前記第2冷媒流路(42)に設けられる第2遮断弁(52)とを備え、
前記第1遮断弁(51)および前記第2遮断弁(52)は、前記利用回路(30a)における冷媒の漏洩に応じて開状態から閉状態となり、
前記利用ユニット(30)は、電源系統から供給される電力を受けて動作電力を供給する電源部(33)を有し、
前記第1遮断弁(51)および前記第2遮断弁(52)のうち少なくとも一方は、前記利用ユニット(30)の外部に設けられる外部遮断弁(61)であり、
前記外部遮断弁(61)は、前記電源部(33)から供給される動作電力により駆動する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1において、
前記電源部(33)から供給される動作電力は、直流電力である
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1または2において、
遮断ユニット(60)を備え、
前記遮断ユニット(60)は、
前記外部遮断弁(61)と、
前記電源部(33)から供給される動作電力を用いて前記外部遮断弁(61)を駆動する弁駆動部(62)と、
前記電源部(33)から供給される動作電力により動作し、前記弁駆動部(62)を制御して前記外部遮断弁(61)の開閉を制御する弁制御部(63)とを有する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項3において、
前記利用回路(30a)における冷媒の漏洩を検出する漏洩センサ(70)を備え、
前記利用ユニット(30)は、利用制御部(35)を有し、
前記利用制御部(35)は、前記漏洩センサ(70)の出力を監視し、前記利用回路(30a)における冷媒の漏洩が検出されると前記外部遮断弁(61)を閉状態にするための指令を前記弁制御部(63)に送信し、
前記弁制御部(63)は、前記指令を受信すると、前記弁駆動部(62)を制御して前記外部遮断弁(61)を閉状態にする
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項4において、
表示部(34)を備え、
前記利用制御部(35)は、前記指令を送信すると、前記外部遮断弁(61)が閉状態であることを前記表示部(34)に表示させる
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項5において、
前記利用制御部(35)は、前記指令を送信するまで、前記外部遮断弁(61)が開状態であることを前記表示部(34)に表示させる
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1〜6のいずれか1つにおいて、
前記外部遮断弁(61)は、開度を調節可能な電動弁により構成される
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項7において、
前記第1遮断弁(51)および前記第2遮断弁(52)のうち少なくとも第1遮断弁(51)は、前記電動弁により構成される前記外部遮断弁(61)である
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項7または8において、
前記第1遮断弁(51)および前記第2遮断弁(52)のうち少なくとも第2遮断弁(52)は、前記電動弁により構成される前記外部遮断弁(61)であり、
前記第2遮断弁(52)は、前記利用回路(30a)を流れる冷媒の圧力を調節する膨張弁としても利用される
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1〜9のいずれか1つに記載の空気調和機の前記外部遮断弁(61)であることを特徴とする遮断弁。
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