JP6023356B2 - 空気調和装置およびその設置方法 - Google Patents
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Description
また、低GWP冷媒の候補として、組成中に炭素の二重結合を持たないHFC冷媒、例えばR410AよりもGWPが低いR32(CH2F2;ジフルオロメタン)が存在している。
mmax:一室当たりの許容冷媒量[kg]、
A :据付床面積[m2]、
LFL:冷媒の燃焼下限濃度[kg/m3]、
h0 :装置(室内機)の据付高さ[m]
ここで据付高さh0は、床置形0.6m、壁掛形1.8m、窓置形1.0m、天井形2.2m。
また本発明に係る空気調和装置の設置方法は、前記空気調和装置を用いたものである。
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置(以下、空気調和装置100と称する)を構成する室内機の一例を示す概略図である。図2は、空気調和装置100を構成する室内機の別の一例を示す概略図である。図3は、空気調和装置100を構成する室内機の更に別の一例を示す概略図である。図4は、空気調和装置100を構成する室内機の更に別の一例を示す概略図である。図5は、空気調和装置100の冷媒回路構成を示す概略構成図である。図1〜図5に基づいて、空気調和装置100について、室内機を中心として説明する。
または、室内機1の吸込口3または吹出口4のいずれか低い方の床上高さh0(A)の値を用いてもよい。
または、室内機1の冷媒配管15または冷媒配管継手16のいずれか低い方の床上高さh0(B)を用いても良い。
一般的に、吸込口3または吹出口4が、室内機1の下端部にある壁掛形(図1)、天井形(図2)、窓置形(図3)の室内機1においては、h0(A)とIEC60335−2−40に従うh0とは等しくなる。
一方、床置形(図4)の室内機1については、IEC60335−2−40に従うh0と、h0(A)とh0(B)とが異なるため、適宜値を設定する。
図1に示す「壁掛形」では、IEC60335−2−40に従った据付高さh0=1.8[m]と、吸込口3または吹出口4のいずれか低い方の床上高さh0(A)と同じで、冷媒配管15または冷媒配管継手16のいずれか低い方の床上高さh0(B)よりも低い、すなわちh0=h0(A)<h0(B)とする。
図2に示す「天井形」では、IEC60335−2−40に従った据付高さh0=2.2[m]=h0(A)<h0(B)とする。
図3に示す「窓置形」では、IEC60335−2−40に従った据付高さh0=1.0[m]=h0(A)<h0(B)とする。
図4に示す「床置形」では、IEC60335−2−40に従った据付高さh0=0.6[m]、h0(A)=0.15[m]、h0(B)=0.45[m]とする。
α、βは、以下に説明する冷媒漏洩実験結果から求めるが、基本的に冷媒種による。αは主にLFL、βは主に密度(分子量)の影響を受けると考えられるが、詳細は明確でない。
また、密閉空間50には、ガス濃度センサ51を所定高さに設置する。図6では、一例として、密閉空間50の中央部に上下に5つのガス濃度センサ51を配置した状態を例に示しているが、室内機1の形態や配置位置、密閉空間50の形状などによっては、ガス濃度センサ51の位置や数を増やし、最大ガス濃度を示す位置を特定後、測定を行う。今回は、事前に室内機前を含めたいくつかの位置にガス濃度センサ51を設置して測定を行ない、部屋中央部のガス濃度を代表とすることで問題ないことを確認した。
また、冷媒漏洩量は、電子台秤60のメモリを見て、狙い重量になった時点で開閉バルブ57を閉じることで、調整することができる。
そして密閉空間50の中央部には、ガス濃度センサ51が所定高さに設定されており、検知結果をパソコンによって連続的に記録する。ガス濃度センサ51としては、例えばR32用ガスセンサVT−1(新コスモス電機(株)製)を、用いることができる。
また(式I)を満たす範囲で可燃域を生成しない確認も行ったが、段落[0009]で述べた通り、過剰である懸念があるため比較例として記載した。
実機では、冷媒の大半が圧縮機に貯留されている。そのため、実機から冷媒を室内に漏洩させた場合、冷媒は、圧縮機から漏洩していくことになる。この場合、漏洩開始時に高圧により高速漏洩だった冷媒ガスは、冷凍サイクル装置内に残存する冷媒量の減少とともに冷媒回路の内圧が低下し、漏洩速度も大きく低下する。これにより、漏洩冷媒量によって漏洩速度が変化し、また全量放出できないため漏洩量がわからないなど、安全性を議論するための定量的なデータ取得が困難となるからである。
なお、本実施の形態を行う前に予備実験を行い、本実施の形態で示す手法と同量の冷媒をほぼ同速度で漏洩させた場合、室内濃度が実機から漏洩させた場合の方が低いことを確認した。
表1〜9は、壁掛形の室内機1を、その下端部が床上高さ1.8mになるように、内寸床面積を12、36、64m2、天井高さを2.5mとした密閉空間50の一つの壁面に据え付け、漏洩冷媒量を0.5〜70.0kg、平均漏洩速度Vを5、10、75kg/h、ガス濃度センサの設置床面高さを50、100、250、500、1000、1500、2000mmとした場合の、R32を漏洩させた場合の可燃域発生状況について調べたものである。
mmax=2.5×(LFL)1.25×h0×(A)0.5
=2.5×(0.306)1.25×h0×(A)0.5
=0.569×h0×A0.5・・・(式III)
A=12m2のとき、mmax=1.02×120.5=3.53[kg]となる。
従って、mmax/A=3.53[kg]/12[m2]=0.294[kg/m2]となる。
A=36m2のとき、1.02×360.5=6.12[kg]となる。
従って、mmax/A=6.12/36=0.170[kg/m2]となる。
A=64m2のとき、1.02×640.5=8.16[kg]となる。
従って、mmax/A=8.16/64=0.128[kg/m2]となる。
(1)mmaxを超えて冷媒を漏洩させても、可燃域は生成しない。
(2)M上限は、Vが大きい程小さくする必要がある。すなわち、Gが大きい程小さくする必要がある。
(3)M上限/A(A一定の場合、「M/Aの最大値」と同義)は、V一定に対して、すなわちG一定に対して一定となる。
なお、想定最大漏洩速度Gを大きくする程、より安全性が向上することは、容易に類推できる。
天井形の室内機1を、その下端部が床上高さ2.2mになるように、内寸床面積を12、36、64m2とした密閉空間50の天井の中央部に据え付け、漏洩冷媒量を0.5〜53.4kg、平均漏洩速度Vを5、10、75kg/h、ガス濃度センサを床上高さ50、100、250、500、1000、1500、2000mmに設置した場合の、R32を漏洩させた場合の可燃域発生状況についても同様に調べた結果、表11のようになった。
窓置形の室内機1を、その下端部が床上1.0mになるように、内寸床面積を12、36、64m2とした密閉空間50の壁面の一部に据え付け、漏洩冷媒量を0.5〜53.4kg、平均漏洩速度Vを5、10、75kg/h、ガス濃度センサの設置床面高さを50、100、250、500、1000、1500、2000mmとした場合の、R32を漏洩させた場合の可燃域発生状況についても同様に調べた結果、表12のようになった。
図4に示すような床置形の室内機1を、内寸床面積が12、36、64m2の密閉空間50の床面に据え付けた(IEC60335−2−40に従うh0=0.6[m])。図6に示す室内機1内のキャピラリ53の下端位置を、図4の熱交換器2の右横空間内に、室内機1の冷媒配管15または冷媒配管継手16のいずれか低い方の床上高さh0(B)=0.6、0.45、0.15[m]となるようにテープで固定した。漏洩冷媒量を0.5〜38.5kg、平均漏洩速度Vを5、10、75kg/h、ガス濃度センサを床上高さ50、100、250、500、1000、1500、2000mmに設置し、R32を漏洩させた場合の可燃域発生状況についても同様に調べた結果、表13、表14、表15のようになった。
そこで、各平均漏洩速度V(5kg/h、10kg/h、75kg/hで一定)における(M/Aの最大値)[kg/m2]とh0[m]との関係を調べた。
横軸に各Vにおける(M/Aの最大値)、縦軸にh0をプロットすると、以下の関係式が得られた。
h0(V=5[kg/h])=1.69×(M/A)・・・(式IV)
h0(V=10[kg/h])=2.38×(M/A)・・・(式V)
h0(V=75[kg/h])=5.21×(M/A)・・・(式VI)
M=1.11×V−0.41×h0×Aとなり、VとGを置き換えることで、
M=1.11×G−0.41×h0×A・・・(式VII)が得られる。
ここで、Mは冷媒量[kg]、Gは想定最大漏洩速度[kg/h]、h0は据付高さ[m]、Aは据付床面積[m2]である。
これにより、IEC60335−2−40に従うh0と比較して、実際に生じる冷媒漏洩位置(床上高さ)が低い場合に、安全性が一層向上する。
但し、表15のA=64[m2]、G=75[kg/h]のように、実質解がないような範囲もあり得る。これは、h0(B)=0.15[m]のときにh0=0.6[m]とすることが、G=75[kg/h]のような高速漏洩時にはもはや成り立たないことを示し、本発明の有効性には何ら問題がない。
段落[0023]に示した通り、想定最大漏洩速度Gとしては5kg/hで十分安全性を確保できるが、Gを10kg/hとすることで、ほぼ全ての冷媒漏洩事故における可燃域生成が抑制可能と考えられ、より一層安全性が高まる。特に床置形については、h0をできるだけ低くすることで、より一層安全性が高まる。すなわち、以下とすることでより一層安全性が高まる。
h0=2.2[m]以上のものについて、M/A≦1.30[kg/m2]
h0=1.8[m]以上のものについて、M/A≦0.925[kg/m2]
h0=1.0[m]以上のものについて、M/A≦0.421[kg/m2]
h0=0.6[m]以上のものについて、M/A≦0.252[kg/m2]
h0=0.45[m]以上のものについて、M/A≦0.189[kg/m2]
h0=0.15[m]以上のものについて、M/A≦0.0546[kg/m2]
またさらに、表16において、別の近似を行うことも可能である。例えば、横軸に平均漏洩速度V[kg/h]、縦軸にgrad[m3/kg]をプロットして、対数近似を行うと、以下の式が得られる。
grad=(h0・A)/M=1.3×Ln(V)+0.5・・・(式VIII)
ここでLn(V)は、Vの自然対数を示す。
これより、M={1/(1.3×Ln(V)+0.5)}×h0×A・・・(式IX)となり、VをGに置き換える。
M≦{1/(1.3×Ln(G)+0.5)}×h0×A・・(式X)
でも可燃域の生成を抑制することができる。
その他にも、
grad=0.9×V0.41や、1/grad=−0.14×Ln(V)+0.8など様々な近似が可能であるが、最も汎用性および精度が高いものは(式VII)であることは、明白である。
実施の形態1で行った実験を、冷媒ガスをHFO−1234yfに変えて実施してみた。
2.5×(LFL)1.25×h0×(A)0.5≦M≦α×G−β×h0×A
α=0.78,β=0.34
下限は、
2.5×(0.294[kg/m3])1.25×h0=2.5×0.217×h0=0.54[kg]となり、HFO−1234yfについても、本発明の効果が得られることを確認した。
実施の形態1で行った実験を、強燃焼性を示すプロパン(R290:C3H8)に変えて実施してみた。
2.5×(LFL)1.25×h0×(A)0.5≦M≦α×G−β×h0×A
α=0.22,β=1.0
下限は、
2.5×(0.038[kg/m3])1.25×h0×(A)0.5
=2.5×0.0168×h0×(A)0.5
=0.042×h0×(A)0.5となる。
一方上限は、
0.22×G−1×h0×Aとなる。
M≦0.22×(5)−1×h0×A=0.044×h0×Aとなり、
h0=0.6[m]に対しては、M≦0.0264Aが成り立ち、
h0=2.2[m]に対しては、M≦0.0968Aが成り立つ。
α=0.2exp[6×LFL]
β=−0.5Ln[ガス密度]+1
以上より、αは燃焼下限濃度[kg/m3]に、βは25℃前後のガス密度と相関する。
但し、これら量については、液化温度や飽和蒸気圧の影響等を受けるため、厳密に従わない場合もある。
α=Xexp[Y×LFL]
β=−ZLn[W×密度]+1
ここで、X、Y、Z、Wは、冷媒種によって定まる正の定数である。
また、上記実施の形態で示したように設置した空気調和装置が、実効性のある冷媒量を充填しつつ、安全性を損なわないことは、言うまでもない。
Claims (15)
- 室内熱交換器が搭載された室内機を有し、大気圧下において密度が空気より大きい可燃性冷媒を用いた空気調和装置であって、
前記室内機は、
据付床面積A[m2]の空間に、据付高さh0[m]以上に据え付けられ、充填する冷媒量M[kg]を以下の式の範囲内とした
空気調和装置。
(式)0.53×h 0 ×A 0.5 ≦M≦α×G−β×h0×A
LFL 前記冷媒の燃焼下限濃度[kg/m3]
G 前記冷媒の想定最大漏洩速度[kg/h]
α 前記冷媒の、主にLFLと相関する正の定数
β 前記冷媒の、主に密度と相関する正の定数 - 前記h0が2.2m以上のものにおいて、
前記冷媒量Mを、前記式よりM≦1.3Aを満たす範囲とした
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記h0が1.8m以上のものにおいて、
前記冷媒量Mを、前記式よりM≦1.1Aを満たす範囲とした
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記h0が1.0m以上のものにおいて、
前記冷媒量Mを、前記式よりM≦0.42Aを満たす範囲とした
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記h0が0.6m以下のものにおいて、
前記冷媒量Mを、前記式よりM≦0.25Aを満たす範囲とした
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒として炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素冷媒の、単一または混合冷媒を使用している
請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒としてR32の、単一または混合冷媒を使用している
請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - α=Xexp[Y×LFL]、β=−ZLn[W×密度]+1とした
請求項1に記載の空気調和装置。
ここで、X、Y、Z、Wは、冷媒種によって定まる正の定数である。 - αを0.22≦α≦1.1、βを0.3≦β≦1.0の範囲とした
請求項1に記載の空気調和装置。 - αを0.22≦α≦1.1、βを0.3≦β≦1.0の範囲とし、
前記冷媒が、R32、HFO−1234yf、C3H8のうち少なくとも1つ以上が含まれた混合冷媒である
請求項9に記載の空気調和装置。 - αを0.78≦α≦1.1、βを0.34≦β≦0.41の範囲とし、
前記冷媒が、R32、HFO−1234yfのうち少なくとも1つ以上が含まれた混合冷媒である
請求項10に記載の空気調和装置。 - αを1.1、βを0.41とし、
前記冷媒がR32である
請求項1に記載の空気調和装置。 - αを0.78、βを0.34とし、
前記冷媒がHFO−1234yfである
請求項1に記載の空気調和装置。 - αを0.22、βを1.0とし、
前記冷媒がC3H8である
請求項1に記載の空気調和装置。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載の空気調和装置を用いた
ことを特徴とする空気調和装置の設置方法。
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