JP6798322B2 - 遮断弁を有する冷凍装置 - Google Patents
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Description
(1)全体構成
図1は本発明の第1実施形態に係る冷凍装置90を示す。冷凍装置90は空気調和装置として構成されているが、これに代えて冷凍庫、または給湯器など、他の形態として構成されてもよい。冷凍装置90は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路80を有している。冷媒回路80は、熱源ユニット10、利用ユニット20、連絡配管30を有している。
(2−1)熱源ユニット10
熱源ユニット10は、冷熱源または温熱源として機能するものであり、典型的には屋外に設置される。熱源ユニット10は、ケーシング11、圧縮機12、四路切換弁13、熱源側熱交換器14、ファン15、熱源側膨張弁16、液側閉鎖弁17、ガス側閉鎖弁18、制御部19、および部品間を接続する配管を有している。
ケーシング11は、熱源ユニット10の構成部品を収容する。
圧縮機12は、低圧ガス冷媒を圧縮して高圧ガス冷媒を吐出する。圧縮機12は、吸入口12aと吐出口12bを有する。低圧ガス冷媒は、吸入口12aから吸入される。高圧ガス冷媒は、吐出口12bから矢印Dの方向に吐出される。
四路切換弁13は、冷房運転と暖房運転を切り替える。冷房運転を行うときは、四路切換弁13は図1の実線で示される接続を行い、それによって冷媒は矢印Cの方向に循環する。一方、暖房運転を行うときは、四路切換弁13は図1の破線で示される接続を行い、それによって冷媒は矢印Hの方向に循環する。
熱源側熱交換器14は、冷媒と外気との熱交換を行う。熱源側熱交換器14は、冷房運転のときは放熱器として機能し、暖房運転のときは吸熱器として機能する。熱源側熱交換器14は、冷媒分流器14aを有していてもよい。冷媒分流器14aは、例えば暖房運転において、低圧の気液二相冷媒を熱源側熱交換器14の各部へ均等に送るのに役立つ。
ファン15は、熱源側熱交換器14による冷媒と外気の熱交換を促進する。
熱源側膨張弁16は、開度が調整可能な弁によって構成されている。開度は例えば電気的に調節される。熱源側膨張弁16は、必要に応じて冷媒を減圧し、または通過する冷媒の量を制限する。
液側閉鎖弁17およびガス側閉鎖弁18は、冷媒の経路を開放または閉鎖するためのものである。開放と閉鎖は例えば手動により行われる。液側閉鎖弁17およびガス側閉鎖弁18は、例えば冷凍装置90の設置時において、熱源ユニット10に封入された冷媒が外部に漏洩しないようにするために閉鎖される。一方、液側閉鎖弁17およびガス側閉鎖弁18は、冷凍装置90の使用時においては開放される。
制御部19は、熱源ユニット10に設けられた各種センサの出力信号を受信する。この各種センサには、図示しない温度センサまたは圧力センサなどが含まれていてもよい。制御部19はさらに、圧縮機12、四路切換弁13、ファン15、熱源側膨張弁16、その他の図示しないアクチュエータを駆動する。
連絡配管30は、熱源ユニット10と利用ユニット20の間で冷媒を案内する。連絡配管30は、液連絡配管31とガス連絡配管32を有する。液連絡配管31は液側閉鎖弁17に接続されている。ガス連絡配管32はガス側閉鎖弁18に接続されている。液連絡配管31は、おもに液冷媒または気液二相冷媒を案内する。ガス連絡配管32は、おもにガス冷媒を案内する。
利用ユニット20は、利用者に冷熱または温熱を提供するためのものであり、典型的には室内に設けられる。空気調和機を構成する利用ユニット20は、冷風または温風を発生させて利用者の室内の温度を調節する。利用ユニット20は、ケーシング21、利用側熱交換器22、ファン23、回路遮断機構50、冷媒解放部53、および部品間を接続する配管29a〜29dを有している。利用ユニット20は、さらに制御部25、冷媒漏洩検知部26、冷媒圧力取得部27、を有している。
ケーシング21は、利用ユニット20の構成部品を収容する。
利用側熱交換器22は、冷媒と室内空気との熱交換を行う。利用側熱交換器22は、冷房運転のときは吸熱器として機能し、暖房運転のときは放熱器として機能する。利用側熱交換器22は、冷媒分流器22aを有していてもよい。冷媒分流器22aは、例えば冷房運転において、低圧の気液二相冷媒を利用側熱交換器22の各部へ均等に送るのに役立つ。
ファン23は、利用側熱交換器22による冷媒と室内空気の熱交換を促進する。加えて、ファン23は熱交換を終えた空気をケーシング21から吹き出して、室内空間へ送る。
冷媒漏洩検知部26は、冷媒回路80からの冷媒の漏洩を検知する。冷媒漏洩検知部26は、例えば冷媒濃度センサにより構成される。冷媒漏洩検知部26は、冷媒濃度センサの出力信号に所定の処理を行うための信号処理回路などをさらに含んでもよい。
冷媒圧力取得部27は、特定箇所の冷媒の圧力を取得する。図2に示すように、冷媒圧力取得部27は、温度取得部27aと、換算部27bとを有する。温度取得部27aは、冷媒温度、利用ユニット20が設置される室内温度、利用ユニット20の機内温度などのいずれかの対象の温度を取得する。換算部27bは、温度取得部27aが取得した温度を、冷媒の圧力に換算する。
図1に戻り、回路遮断機構50は、冷媒の漏洩が検知された場合に、冷媒回路80を遮断するためのものである。回路遮断機構50は、第1遮断弁51および第2遮断弁52を有する。第1遮断弁51および第2遮断弁52は開度が調整可能な弁である。第1遮断弁51および第2遮断弁52は、冷媒漏洩の検知時には閉状態になるように制御される。なお、液連絡配管31の側に接続されている第1遮断弁51は、冷媒の減圧を行うために用いられてもよい。
配管29aは、液連絡配管31と第1遮断弁51とを接続する。配管29aは液連絡配管31と別体であり、かつ液連絡配管31に接続されていてもよいし、液連絡配管31と一体であってもよい。
制御部25は、利用ユニット20に設けられた各種センサの出力信号を受信する。この各種センサには、冷媒漏洩検知部26、冷媒圧力取得部27のほか、図示しない温度センサまたは圧力センサなどが含まれていてもよい。制御部25はさらに、ファン23、第1遮断弁51、第2遮断弁52、その他の図示しないアクチュエータを駆動する。制御部25はさらに、図示しない通信線を介して、熱源ユニット10の制御部19と通信を行う。
以下では、冷凍装置90の冷凍サイクルの基本動作について、簡便化のため、冷媒が凝縮および蒸発などの相変化を伴う反応を起こすものとして説明する。しかし、当該反応が放熱および吸熱を起こす限り、必ずしも相変化を伴う必要はない。
図1において、熱源ユニット10の四路切換弁13は実線で示される接続を行う。圧縮機12は高圧ガス冷媒を矢印Dの方向に吐出する。その後、高圧ガス冷媒は四路切換弁13を経て熱源側熱交換器14へ到達し、そこで凝縮して高圧液冷媒になる。高圧液冷媒は、熱源側膨張弁16へ到達し、そこで減圧されて低圧気液二相冷媒になる。低圧気液二相冷媒は、開放された液側閉鎖弁17および液連絡配管31を順に経て、利用ユニット20に入る。低圧気液二相冷媒は、必要に応じて第1遮断弁51によって減圧される。低圧気液二相冷媒は、利用側熱交換器22に到達し、そこで蒸発して低圧ガス冷媒になる過程で吸熱し、利用者に冷熱を提供する。低圧ガス冷媒は、全開状態の第2遮断弁52、ガス連絡配管32、および開放されたガス側閉鎖弁18を順に通過して、熱源ユニット10へ入る。低圧ガス冷媒は四路切換弁13を通過した後、圧縮機12に吸入される。
図1において、熱源ユニット10の四路切換弁13は破線で示される接続を行う。圧縮機12は高圧ガス冷媒を矢印Dの方向に吐出する。その後、高圧ガス冷媒は四路切換弁13を通過した後、開放されたガス側閉鎖弁18およびガス連絡配管32を順に通過して、利用ユニット20に入る。高圧ガス冷媒は、全開状態の第2遮断弁52を通過して、利用側熱交換器22に到達し、そこで凝縮して高圧液冷媒になる過程で利用者に温熱を提供する。高圧液冷媒は、第1遮断弁51、液連絡配管31、および開放された液側閉鎖弁17を順に経て、熱源ユニット10へ入り、熱源側膨張弁16へ到達する。高圧液冷媒は、熱源側膨張弁16、第1遮断弁51、または熱源側膨張弁16と第1遮断弁51の両方によって減圧されて低圧気液二相冷媒になる。低圧気液二相冷媒は、熱源側熱交換器14へ到達し、そこで吸熱し、蒸発して低圧ガス冷媒になる。低圧ガス冷媒は、四路切換弁13を経て圧縮機12に吸入される。
図3は、異常時の制御のフローチャートである。
(5−1)
第1遮断弁51および第2遮断弁52によって閉じ込められた冷媒は、圧力が大きくなったときに、開度を開方向へ調節された遮断弁、すなわち第1遮断弁51または第2遮断弁52を介して放出される。したがって、閉じ込められた冷媒の圧力上昇による冷凍装置90の破損が抑制される。
要警戒状態においては、冷媒の圧力が大きいほど第1遮断弁51または第2遮断弁52が開度を大きくなるように調節してもよい。この場合、閉じ込められた冷媒を開放すべき緊急度を考慮しつつ、異常箇所の遮断を行うことができる。
冷媒圧力取得部27は、温度取得部27aと換算部27bによって構成される。したがって、利用側熱交換器22または配管29a〜29dに専用の圧力センサを設ける必要がない。
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。
上述の第1実施形態では、冷媒を解放する必要がある場合、冷房運転のときには第2遮断弁52が開方向へ調節され(ステップS7)、暖房運転のときは第1遮断弁51が開方向へ調節される(ステップS8)。これに代えて、冷房運転および暖房運転を問わず、第1遮断弁51および第2遮断弁52の両方を開方向へ調節してもよい。この制御によれば、冷媒の解放をより迅速に行なうことができる。
上述の第1実施形態では、冷媒漏洩検知部26は、図2に示すように、温度取得部27aを用いて構成されている。これに代えて、冷媒漏洩検知部26は、圧力センサにより構成されてもよい。この場合、第1遮断弁51および第2遮断弁52によって閉じ込められた冷媒の圧力は、圧力センサによって直接的に取得され、制御部25へ送られる。
上述の第1実施形態では、第1遮断弁51と第2遮断弁52は利用ユニット20のケーシング21の内部に設けられている。これに代えて、第1遮断弁51および第2遮断弁52は、ケーシング21の外部に設けられてもよい。
上述の第1実施形態の変形例1Cでは、第1遮断弁51と第2遮断弁52はいずれもケーシング21の外部に設けられている。これに代えて、第1遮断弁51と第2遮断弁52の一方がケーシング21の外部に設けられてもよい。
(1)構成
図6は本発明の第2実施形態に係る冷凍装置90Aを示す。冷凍装置90Aは、複数の利用ユニット20を有する点で、第1実施形態の変形例1Dと異なっている。冷媒回路80は、複数の利用ユニット20、弁ユニット40A、および、弁ユニット40Aに接続される図示しない熱源ユニットを有する。
第2遮断弁52は、弁ユニット40Aに設けられる。したがって、弁ユニット40Aを、例えば天井裏などの普段利用されないスペースに配置することにより、空間の有効利用ができる。
第1実施形態の各変形例を、第2実施形態に係る冷凍装置90Aに適用してもよい。
21 ケーシング
22 熱交換器
23 ファン
25 制御部
26 冷媒漏洩検知部
27 冷媒圧力取得部
27a 温度取得部
27b 換算部
29a〜29d 配管
30 連絡配管
31 液連絡配管
32 ガス連絡配管
40、40A 弁ユニット
41 ケーシング
45 制御部
46 冷媒漏洩検知部
50 回路遮断機構
51 第1遮断弁
52 第2遮断弁
53 冷媒解放部
71 第1冷媒配管
72 第2冷媒配管
80 冷媒回路
90、90A 冷凍装置
Claims (6)
- 利用ユニット(20)を含む冷媒回路(80)を有し、前記冷媒回路で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
前記利用ユニットは、
熱交換器(22)と、
前記熱交換器に接続された第1冷媒配管(71)および第2冷媒配管(72)と、
前記第1冷媒配管および前記第2冷媒配管にそれぞれ設けられる、開度の調節が可能な第1遮断弁(51)および第2遮断弁(52)と、
を有し、
冷凍装置は、
前記冷媒回路からの前記冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩検知部(26、46)と、
前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の間の冷媒の圧力を取得する冷媒圧力取得部(27、47)と、
前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の前記開度を調節する制御部(25、45)と、
をさらに備え、
前記第1遮断弁および前記第2遮断弁がいずれも閉状態にあり、かつ前記冷媒漏洩検知部が前記漏洩を検知している要警戒状態において、前記制御部は、前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の間の前記冷媒の前記圧力が所定の閾値より大きいときに、前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の少なくとも1つの前記開度を開方向へ調節する、
冷凍装置(90、90A)。 - 前記要警戒状態において、前記制御部は、前記冷媒の前記圧力が大きいほど、前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の前記少なくとも1つの前記開度を大きくする、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記利用ユニットは、前記熱交換器を収容するケーシング(21)をさらに備え、
前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の少なくとも一方が、前記ケーシングの外に設けられている、
請求項1または請求項2に記載の冷凍装置。 - 弁ユニット(40、40A)、
をさらに備え、
前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の少なくとも一方は、前記弁ユニットに設けられている、
請求項3に記載の冷凍装置。 - 前記冷媒圧力取得部は、
冷媒温度、前記利用ユニットが設置される室内温度、および、前記利用ユニットの機内温度のいずれかの温度を取得する温度取得部(27a)と、
前記温度を前記圧力に換算する換算部(27b)と、
を有する、
請求項1から4のいずれか1つに記載の冷凍装置。 - 利用ユニット(20)を含み、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路において、前記冷媒の圧力を抑制する方法であって、
前記利用ユニットは、
熱交換器(22)と、
前記熱交換器に接続された第1冷媒配管(71)および第2冷媒配管(72)と、
前記第1冷媒配管および前記第2冷媒配管にそれぞれ設けられる、開度の調節が可能な第1遮断弁(51)および第2遮断弁(52)と、
を有し、
冷媒漏洩検知部(26、46)が前記冷媒の漏洩を検知するステップと、
前記漏洩の検知を受けて、制御部(25、45)が、前記第1遮断弁および前記第2遮断弁を閉状態にするステップと、
前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の間の冷媒の前記圧力を、冷媒圧力取得部(27、47)が取得するステップと、
前記第1遮断弁および前記第2遮断弁がいずれも前記閉状態にあり、かつ前記冷媒漏洩検知部が前記漏洩を検知している要警戒状態において、前記制御部が、前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の間の前記冷媒の前記圧力が所定の閾値より大きいときに、前記第1遮断弁および前記第2遮断弁の少なくとも1つの前記開度を開方向へ調節するステップと、
を含む、方法。
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