WO2013145013A1 - 分流コントローラー及びそれを備えた空気調和装置 - Google Patents

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直道 田村
裕之 森本
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a shunt controller applied to, for example, a building multi-air conditioner and the like, and an air conditioner including the shunt controller.
  • an air conditioner such as a multi air conditioning system for buildings, for example, an outdoor unit that is a heat source unit arranged outside a building, an indoor unit arranged inside a building, and a shunt controller that connects the outdoor unit and the indoor unit
  • the refrigerant is circulated between them.
  • coolant is supplied to the indoor unit which implements heating operation or cooling operation by switching opening and closing of the switching valve provided in a shunt controller.
  • a shunt controller of an air conditioner many electrical products such as a throttle device are mounted in addition to the switching valve.
  • a substrate for operating these electrical products is installed in the shunt controller in a state of being housed in an electrical product box.
  • the electrical component box is provided with slits and holes on the upper and lower surfaces and a large heat sink. This is to make the structure in which wind flows inside the electrical product and to suppress the temperature rise due to the electronic components inside the electrical product box.
  • HFC refrigerants for example, R410A, R404A, R407C, R134a, etc.
  • an air conditioner using a refrigerant having a small global warming potential for example, R32, HFO1234yf, HFO1234ze (E), or a mixture of these refrigerants
  • these refrigerants having a low global warming potential are all flammable and may enter the electrical component box when leaked.
  • JP-A-6-101913 ([0030] to [0033], [0045], etc.)
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a shunt controller that greatly improves safety while suppressing an increase in cost, and an air conditioner including the shunt controller. It is aimed.
  • a shunt controller of an air conditioner according to the present invention is a shunt controller that constitutes a part of an air conditioner using a flammable refrigerant, and is provided in a housing and in the housing to determine whether or not to flow a refrigerant.
  • a switching valve that switches, a control device that controls at least the switching valve, an electrical component box that is installed in the housing and contains at least electrical components that are used to control the drive components that constitute the control device and the air conditioning device; And the housing communicates with the housing and the electrical component box, and has a communication portion formed at a position lower than 1/3 of the height of the housing from the bottom surface of the housing, The electrical components are arranged such that their bottom surfaces are higher than 1/3 of the height of the electrical component box from the bottom surface of the electrical component box.
  • the shunt controller of the air conditioner since the installation position of the electrical component box and the control device and the relay accommodated in the electrical component box is specified, the flammable refrigerant has leaked. However, not only can the leaked refrigerant enter the electrical component box, but the controller and relay are not exposed to the refrigerant even if the leaked refrigerant enters the electrical component box. . Therefore, according to the indoor unit according to the present invention, safety is greatly improved while suppressing an increase in cost.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BC of the shunt controller shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BC of the shunt controller shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram showing an example of a circuit configuration of an air-conditioning apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Based on FIG. 1, the detailed circuit structure of the air conditioning apparatus 100 is demonstrated.
  • FIG. 1 shows an example in which four indoor units 20 are connected.
  • the relationship of the size of each component may be different from the actual one.
  • the same reference numerals denote the same or equivalent parts, and this is common throughout the entire specification.
  • the forms of the constituent elements shown in the entire specification are merely examples, and are not limited to these descriptions.
  • an air conditioner 100 includes an outdoor unit (heat source unit) 10, an indoor unit 20 (indoor units 20a to 20d), and a shunt controller 300 that connects the outdoor unit 10 and the indoor unit 20. And are connected to each other by piping. That is, in the air conditioner 100, a plurality of indoor units 20 are connected to the outdoor unit 10 and the diversion controller 300 in parallel.
  • the air conditioner 100 contains R32, HFO1234yf, HFO1234ze (E), a mixture of R32 and HFO1234yf, a mixture of R32 and HFO1234ze (E), and the like as refrigerant.
  • HFO1234yf there are two geometric isomers, and there are a trans type in which F and CF 3 are in a control position with respect to a double bond, and a cis type on the same side.
  • HFO1234ze (E) is a trans type. In IUPAC nomenclature, it is trans-1,3,3,3-tetrafluoro-1-propene.
  • the outdoor unit 10 has a function of providing heating or cooling to the indoor unit 20.
  • the outdoor unit 10 includes a compressor 1, a flow switching device 3 such as a four-way valve, a heat source side heat exchanger 2, an accumulator 4, check valves 5a to 5d, refrigerant pipes 4a and 4b, Are connected by piping.
  • the compressor 1 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant to be brought into a high-temperature and high-pressure state, and conveys the refrigerant to the refrigerant circuit.
  • the compressor 1 may be constituted by an inverter compressor that can control the capacity.
  • the flow path switching device 3 is connected to the refrigerant discharge side of the compressor 1 and switches between the refrigerant flow in the heating operation mode and the refrigerant flow in the cooling operation mode.
  • the heat source side heat exchanger (outdoor heat exchanger) 2 functions as an evaporator during heating operation, functions as a radiator (or condenser) during cooling operation, and is supplied from an outdoor blower (not shown) such as a fan. Heat exchange between the air and the refrigerant.
  • the accumulator 4 is provided on the suction side of the compressor 1, and surplus refrigerant due to a difference between the heating operation mode and the cooling operation mode, or a transient operation change (for example, the number of indoor units 20 operated). The surplus refrigerant is stored against
  • the check valves 5a to 5d and the refrigerant pipes 4a and 4b make the flow of the refrigerant flowing into the diversion controller 300 in a certain direction regardless of the operation required by the indoor unit 20.
  • the air conditioner 100 shown in FIG. 1 is provided with check valves 5a to 5d and refrigerant pipes 4a and 4b, but is not limited thereto. That is, the check valves 5a to 5d and the refrigerant pipes 4a and 4b are not necessarily provided in the air conditioner 100.
  • the indoor unit 20 has a function of heating or cooling an air-conditioning target space such as a room with the refrigerant supplied from the outdoor unit 10.
  • the indoor unit 20 includes at least a use side heat exchanger (indoor side heat exchanger) 22 and an expansion device 21, which are mounted in series. Specifically, the expansion device 21 and the use side heat exchanger 22 are sequentially connected in series in a direction from the side to which the expansion device 15 is connected to the side to which the switching valves 12 and 13 described later are connected. ing.
  • the indoor unit 20 has an indoor blower (not shown) that supplies the air taken into the indoor unit 20 to the use side heat exchanger 22.
  • the use-side heat exchanger 22 functions as a radiator (or condenser) during heating operation, functions as an evaporator during cooling operation, and between air and refrigerant supplied from an indoor fan such as a fan (not shown). Heat exchange is performed to generate heating air or cooling air to be supplied to the air-conditioning target space.
  • the throttling device 21 has a function as a pressure reducing valve or an expansion valve, expands the refrigerant by depressurizing it, and may be constituted by a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve.
  • the use side heat exchanger 22 also uses the use side heat exchanger 22a, the use side heat exchanger 22b, the use side heat exchanger 22c, the use side from the left side (lower side) of the page. It is illustrated as a side heat exchanger 22d.
  • the diaphragm device 21 is also illustrated as a diaphragm device 21a, a diaphragm device 21b, a diaphragm device 21c, and a diaphragm device 21d from the left side (lower side) of the drawing. Note that the number of connected indoor units 20 is not limited to four.
  • the shunt controller 300 is provided between the outdoor unit 10 and the indoor unit 20.
  • the diversion controller 300 has a switching valve 12 (12a to 12d) and a switching valve 13 (13a to 13d) that open and close depending on whether it is in a heating operation mode or a cooling operation mode, and increase the degree of supercooling during cooling to improve performance.
  • the controller 50 that controls energization to the relay 33 and the drive frequency of the compressor 1, the pipe connection port 303 (303 a to 303 h) that connects the indoor unit 20 and the shunt controller 300, the outdoor unit 10 and the shunt controller 300 And pipe connection ports 302 (302a, 302b).
  • the switching valve 12 opens and closes the refrigerant flow path, and is composed of, for example, an electromagnetic valve.
  • the switching valve 12 is switched between opening and closing by switching the supply of current to the relay 33 by the control device 50.
  • the switching valve 12 is controlled such that the switching valves 12a to 12d are opened in the cooling operation mode when all of the indoor units 20a to 20d perform the cooling operation, for example (see FIG. 2).
  • the corresponding switching valve 12 is controlled to be closed.
  • the switching valve 12 is controlled to be closed in the heating operation mode.
  • the switching valve 13 opens and closes the refrigerant flow path, and is composed of, for example, an electromagnetic valve.
  • the switching valve 13 is switched between open and closed by the control device 50 switching the supply of current to the relay 33.
  • the switching valve 13 is controlled so that the switching valves 13a to 13d are opened in the heating operation mode when, for example, all the indoor units 20a to 20d perform the heating operation (see FIG. 3).
  • the corresponding switching valves 13a to 13d are controlled to be closed.
  • the switching valves 13a to 13d are controlled to be closed in the cooling operation mode.
  • the supercooling heat exchanger 16 is a heat exchanger for increasing the degree of supercooling during cooling and improving performance.
  • the subcooling heat exchanger 16 has one channel connected between the gas-liquid separator 11 and one side of the expansion device 14, and the other channel through which the refrigerant that exchanges heat with the refrigerant flowing through the one channel flows.
  • the flow path is connected to the flow path through which the refrigerant flowing out from the expansion device 15 flows. Thereby, the supercooling heat exchanger 16 can cool the gas-liquid two-phase refrigerant flowing out from the gas-liquid separator 11 with the gas-liquid two-phase refrigerant flowing out from the expansion device 15, and can reduce the liquid temperature.
  • the supercooling heat exchanger 17 is also a heat exchanger for increasing the degree of supercooling and improving performance during cooling.
  • the supercooling heat exchanger 17 has one flow path connected to the other side of the expansion device 14, and the other flow path through which the refrigerant that exchanges heat with the refrigerant flowing through the one flow path flows out of the expansion device 15. It is connected to the flow path through which the refrigerant flows. Thereby, the supercooling heat exchanger 17 can further reduce the liquid temperature of the gas-liquid two-phase refrigerant flowing out from the supercooling heat exchanger 16 by the gas-liquid two-phase refrigerant flowing out from the expansion device 15.
  • the expansion device 14 decompresses the refrigerant flowing out of the supercooling heat exchanger 16 and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing into the supercooling heat exchangers 16 and 17.
  • One of the expansion devices 14 is connected to the supercooling heat exchanger 16 and the other is connected to the supercooling heat exchanger 17.
  • the opening degree of the expansion device 14 is controlled by the control device 50 so as to be fully opened so as not to depressurize the refrigerant in the cooling operation mode. Further, the expansion device 14 is controlled to be closed in the heating operation mode.
  • the expansion device 14 may be configured by a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve.
  • the expansion device 15 depressurizes the refrigerant flowing out of the supercooling heat exchanger 17 and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing into the supercooling heat exchangers 16 and 17.
  • One of the expansion devices 15 is connected to the side of the supercooling heat exchanger 17 where the refrigerant flows out during the cooling operation mode, and the other side is connected to the side of the subcooling heat exchanger 17 where the refrigerant flows in during the cooling operation mode. It is connected.
  • the opening degree of the expansion device 15 is controlled by the control device 50 so as to have a predetermined opening degree in the cooling operation mode. Further, the expansion device 15 is controlled to be opened in the heating operation mode.
  • the expansion device 15 may be configured by a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve.
  • the relay 33 (relays 33a to 33d) is a relay used for controlling the opening / closing (ON / OFF) of the switching valves 12, 13 and the opening / closing of a solenoid valve (not shown).
  • the relay 33 is accommodated in an electrical component box 30 described later.
  • the control device 50 is mounted on the diversion controller 300 and controls various devices provided in the outdoor unit 10 and the indoor unit 20 and various devices provided in the diversion controller 300.
  • the control device 50 performs overall control of the entire system of the air conditioner 100 based on detection information from various detection elements (not shown) and instructions from a remote controller.
  • the control device 50 controls the driving frequency of the compressor 1, the switching of the flow path switching device 3, the openings of the throttle devices 14, 15, and 21, the rotational speed of the outdoor blower and the indoor blower that are not shown in FIG. 1.
  • the switching valves 12 and 13 are opened and closed, and the relay 33 is energized. That is, the control device 50 controls each actuator (driving components such as the compressor 1, the flow path switching device 3, the expansion devices 14, 15, 21, the outdoor blower and the indoor blower, the switching valves 12, 13, and the relay 33). .
  • the pipe connection ports 303a to 303d connect the refrigerant pipe to which the switching valves 12a to 12d and 13a to 13d of the diversion controller 300 are connected to the refrigerant pipe to which the use side heat exchanger 22 of the indoor unit 20 is connected. It is.
  • the pipe connection ports 303e to 303h connect the refrigerant pipe connected to the expansion device 15 and the supercooling heat exchanger 17 of the shunt controller 300 and the refrigerant pipe connected to the expansion device 21 of the indoor unit 20. .
  • the pipe connection ports 302a and 302b are connected to the refrigerant pipes to which the switching valves 13a to 13d and the supercooling heat exchanger 16 of the shunt controller 300 are connected, and to the refrigerant to which the check valves 5a and 5b of the outdoor unit 10 are connected. It connects with piping.
  • FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow when the air-conditioning apparatus 100 is in the cooling operation mode.
  • the cooling operation mode the flow path switching device 3 is switched so that the heat source side heat exchanger 2 acts as a radiator and the use side heat exchanger 22 acts as an evaporator.
  • the flow path switching device 3 is switched so that the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the heat source side heat exchanger 2.
  • the flow direction of the refrigerant is indicated by arrows.
  • a low temperature / low pressure refrigerant is compressed by the compressor 1 and discharged as a high temperature / high pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 passes through the flow path switching device 3 and flows into the heat source side heat exchanger 2.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the heat source side heat exchanger 2 is heat-exchanged with air supplied from a blower (not shown) to become a two-phase refrigerant that is in a liquid state or has a low dryness.
  • the refrigerant that has flowed out flows into the diversion controller 300.
  • the refrigerant that has flowed into the shunt controller 300 flows into the gas-liquid separator 11.
  • the dryness of the refrigerant flowing into the flow dividing controller 300 is small. Therefore, one of the refrigerant flowing into the diversion controller 300 flows to the expansion device 15 via the supercooling heat exchanger 16, the expansion device 14, and the supercooling heat exchanger 17, and the other flows to the supercooling heat exchanger 16, It flows to the indoor units 20a to 20d via the expansion device 14 and the supercooling heat exchanger 17.
  • the refrigerant flowing into the expansion device 15 is decompressed to a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant by the expansion device 15 and then flows into the supercooling heat exchanger 17 and the supercooling heat exchanger 16.
  • heat is exchanged with the high-pressure refrigerant flowing into the supercooling heat exchanger 17 and the supercooling heat exchanger 16 to form a low-pressure gas refrigerant, and then merges with the refrigerant that has passed through the switching valves 13a to 13d.
  • the refrigerant flowing into the indoor units 20a to 20d flows into the supercooling heat exchanger 16 and the supercooling heat exchanger 17 and is cooled by the gas-liquid two-phase refrigerant flowing out of the expansion device 15, and the liquid temperature decreases. That is, the refrigerant flowing into the indoor units 20a to 20d flows into the supercooling heat exchanger 16 and the supercooling heat exchanger 17 to increase the degree of supercooling.
  • the expansion device 14 is fully opened so as not to depressurize the refrigerant in the cooling operation mode.
  • the liquid refrigerant flowing out of the diversion controller 300 flows into the indoor units 20a to 20d through a pipe connecting the diversion controller 300 and the indoor units 20a to 20d.
  • the refrigerant flowing into the indoor unit 20a to the indoor unit 20d is expanded (depressurized) by the expansion devices 21a to 21d to be in a low-temperature / low-pressure gas-liquid two-phase state.
  • the refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows into the use side heat exchanger 22a to the use side heat exchanger 22d.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the use side heat exchanger 22a to the use side heat exchanger 22d absorbs heat from the air by exchanging heat with air (indoor air) supplied from a blower (not shown).
  • the low-pressure gas refrigerant flows out of the use side heat exchanger 22a to the use side heat exchanger 22d.
  • a temperature sensor is usually provided at the refrigerant inlet / outlet of the use side heat exchanger 22.
  • coolant supply amount to the utilization side heat exchanger 22 is adjusted using the temperature information from the temperature sensor provided in the refrigerant inlet / outlet of the utilization side heat exchanger 22.
  • control device 50 calculates the degree of superheat (refrigerant temperature at the outlet side ⁇ refrigerant temperature at the inlet), and the degree of superheat is about 2 to 5 ° C.
  • the opening degree of the expansion device 21 is determined, and the refrigerant supply amount to the use side heat exchanger 22 is adjusted.
  • the low-pressure gas refrigerant that has flowed out of the use side heat exchanger 22a to the use side heat exchanger 22d flows out of the indoor unit 20a to the indoor unit 20d and flows into the diversion controller 300.
  • the switching valve 12a to switching valve 12d of the flow dividing controller 300 are closed and the switching valve 13a to switching valve 13d are opened.
  • the low-pressure gas refrigerant that has flowed into the diversion controller 300 merges with the refrigerant that has flowed out of the supercooling heat exchanger 16 after passing through the switching valves 13a to 13d, and flows out of the diversion controller 300.
  • the refrigerant that has flowed out of the diversion controller 300 flows into the outdoor unit 10 through a pipe that connects the diversion controller 300 and the outdoor unit 10.
  • the refrigerant that has flowed into the outdoor unit 10 flows into the accumulator 4 through the check valve 5 a and the flow path switching device 3.
  • the refrigerant flowing into the accumulator 4 is separated from the liquid refrigerant and the gas refrigerant, and the gas refrigerant is sucked into the compressor 1 again.
  • FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow when the air-conditioning apparatus 100 is in the heating operation mode.
  • the flow path switching device 3 is switched so that the heat source side heat exchanger 2 acts as an evaporator and the use side heat exchanger 22 acts as a radiator.
  • the flow path switching device 3 is switched so that the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the use-side heat exchanger 22.
  • the flow direction of the refrigerant is indicated by arrows.
  • a low temperature / low pressure refrigerant is compressed by the compressor 1 and discharged as a high temperature / high pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows out of the outdoor unit 10 through the flow path switching device 3 and the check valve 5c.
  • the refrigerant that has flowed out of the outdoor unit 10 flows into the diversion controller 300 through a pipe that connects the outdoor unit 10 and the diversion controller 300.
  • the gas refrigerant that has flowed into the diversion controller 300 flows into the gas-liquid separator 11 in the diversion controller 300.
  • the heating mode since all the refrigerant flowing into the gas-liquid separator 11 is gas refrigerant, the refrigerant flowing out from the gas-liquid separator 11 flows to the switching valves 12a to 12d side. In the heating mode, the switching valves 13a to 13d are closed.
  • the gas refrigerant that has flowed into the switching valves 12a to 12b flows out from the flow dividing controller 300, and then flows into the indoor units 20a to 20d through a pipe connecting the flow dividing controller 300 and the indoor units 20a to 20d.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant flowing into the indoor unit 20a to the indoor unit 20d exchanges heat with air (indoor air) supplied from a blower (not shown) in the use side heat exchanger 22a to the use side heat exchanger 22d.
  • air indoor air
  • the heat is radiated to the air, and the liquid is in a liquid state and flows out from the use side heat exchanger 22a to the use side heat exchanger 22d.
  • the high-pressure liquid refrigerant is expanded (depressurized) by the expansion devices 21a to 21d to be in a low-temperature / low-pressure gas-liquid two-phase state and flows out from the indoor units 20a to 20d.
  • a temperature sensor and a pressure sensor are usually provided at the refrigerant outlet of the use side heat exchanger 22.
  • the refrigerant supply amount to the use side heat exchanger 22 is adjusted using information from a temperature sensor and a pressure sensor provided at the refrigerant outlet of the use side heat exchanger 22. Specifically, based on the information from these sensors, the control device 50 calculates the degree of supercooling (saturation temperature converted from the detected refrigerant pressure on the outlet side ⁇ refrigerant temperature on the outlet side), The opening degree of the expansion device 21 is determined so that the degree of cooling is about 2 to 5 ° C., and the amount of refrigerant supplied to the use side heat exchanger 22 is adjusted.
  • the low-temperature, low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed out of the indoor units 20a to 20d flows into the diversion controller 300 through a pipe connecting the indoor units 20a to 20d and the diversion controller 300.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the diversion controller 300 flows out of the diversion controller 300 through the expansion device 15, the supercooling heat exchanger 17, and the supercooling heat exchanger 16.
  • the refrigerant flowing out from the diversion controller 300 flows into the outdoor unit 10 through a pipe connecting the diversion controller 300 and the outdoor unit 10.
  • the expansion device 14 is closed.
  • the expansion device 15 is fully open.
  • the refrigerant pressure is adjusted by the expansion devices 21a to 21d in this heating operation mode.
  • the refrigerant pressure may be adjusted by the expansion device 15 or adjusted by both the expansion device 15 and the expansion devices 21a to 21d. Also good.
  • the refrigerant of the gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the outdoor unit 10 flows into the heat source side heat exchanger 2 through the check valve 5b.
  • the low-temperature / constant-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 2 absorbs heat from the air by exchanging heat with air supplied from a blower (not shown), and the dryness gradually increases.
  • the refrigerant flowing out from the heat source side heat exchanger 2 flows into the accumulator 4 through the flow path switching device 3.
  • the refrigerant flowing into the accumulator 4 is separated from the liquid refrigerant and the gas refrigerant, and the gas refrigerant is sucked into the compressor 1 again.
  • FIG. 4 is a circuit configuration diagram for schematically explaining the electrical connection state of the air conditioner 100. Based on FIG. 4, the electrical configuration of the air-conditioning apparatus 100 will be described. The installation position of the electrical component box 30 will be described in detail with reference to FIGS.
  • the control device 50 includes a rectifier 52 that converts an AC voltage of the three-phase AC power supply 51 into a DC voltage, a reactor 53 for performing power factor improvement, a smoothing capacitor 54, an inverter main circuit 55, and a control circuit that controls the inverter main circuit 55.
  • the inverter board 31 on which 56 and the like are mounted is provided, and is connected to the motor 57 of the compressor 1.
  • the inverter main circuit 55 converts the DC power source smoothed by the smoothing capacitor 54 into an AC power source, and is composed of, for example, a plurality of switching elements composed of a silicon (Si) semiconductor or a wide band gap semiconductor.
  • the wide band gap semiconductor is a general term for semiconductor elements having a larger band gap compared to silicon (Si) elements.
  • silicon carbide (SiC) elements for example, gallium nitride (GaN), diamond elements, etc. Is mentioned.
  • Each switching element of the inverter main circuit 55 performs a switching operation based on an operation signal (PWM signal, gate signal) sent from the control circuit 56.
  • the control circuit 56 is configured by a microcomputer or the like, and actually controls driving of various actuators based on detection information from various detection means (not shown) (for example, a temperature sensor, a pressure sensor, etc.) and instructions from a remote controller. In addition, heating operation and cooling operation are executed.
  • detection means for example, a temperature sensor, a pressure sensor, etc.
  • heating operation and cooling operation are executed.
  • FIG. 4 only the motor 57 of the compressor 1 is illustrated for the sake of convenience, and for example, the explanation of the motor of the indoor fan and the outdoor fan is omitted. Further, not only the switching element but also the diode element can be constituted by a wide band gap semiconductor.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing an appearance image of the flow dividing controller 300 according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a side view of the side of the shunt controller 300 shown in FIG. 5 where the electrical component box 30 is installed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the shunt controller BC shown in FIG. 5 (a).
  • the shunt controller 300 will be described in detail with reference to FIGS.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view of the side surface on which the electrical component box 30 is attached, and the pipe connection ports 302 and 303 are not visible.
  • FIG. 5B is a schematic perspective view on the side where the pipe connection ports 302 and 303 are attached, and the electrical component box 30 is not visible.
  • the diversion controller 300 constitutes a part of the air conditioner 100, is connected via the refrigerant pipe, and is used to cool or heat the air-conditioning target space from the outdoor unit 10 or Warm heat is supplied to the indoor unit 20.
  • the diversion controller 300 includes the switching valves 12a to 12d and 13a to 13d described above, the supercooling heat exchanger 16 and the supercooling heat exchanger 17, the expansion device 14 and In addition to the diaphragm device 15, it has the following configuration.
  • the shunt controller 300 constitutes an outer shell of the shunt controller 300, and is an approximately rectangular parallelepiped outer shell panel 301, a rubber bush 92 attached to the outer shell panel 301, and an electrical device provided with the relay 33 and the like.
  • a product box 30 In the following description, the space in the outer panel 301 of the shunt controller 300 is referred to as space S1, and the space in the electrical component box 30 is referred to as space S2.
  • the outer panel 301 constitutes the outer wall of the flow dividing controller 300 and has a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the outer panel 301 is provided with an electrical component box 30 in which the control device 50 and the like are accommodated on the front side thereof so that it can be opened and closed via, for example, a hinge.
  • a communication portion 305 that connects the space S1 and the space S2 is formed at a position on the front surface of the outer panel 301 where the electrical component box 30 is provided.
  • the communication portion 305 is provided with a rubber bush 92.
  • a pipe connection port 303 that connects the indoor unit 20 and the flow dividing controller 300 is provided on the surface facing the front surface of the outer panel 301.
  • a pipe connection port 302 for connecting the outdoor unit 10 and the flow dividing controller 300 is provided on the right side of the front surface of the outer panel 301.
  • the rubber bush 92 is to prevent the refrigerant from entering the space S2 from the space S1 while securing a space through which the wiring passes.
  • the rubber bush 92 is provided in a communication portion 305 that is an opening portion of the outer panel 301 that allows the space S1 and the space S2 to communicate with each other. Even if the flammable refrigerant leaks, the rubber bush 92 can greatly suppress the refrigerant from entering the space S2 in the electrical component box 30 from the space S1 of the outer panel 301. It has become.
  • the electrical component box 30 houses a control device 50 that is an electrical component.
  • the control device 50 provided in the electrical component box 30 is connected to the expansion devices 14 and 15 and the relay 33 used for opening and closing the switching valves 12 and 13 via the wiring 304. More specifically, the wires connected to the expansion devices 14 and 15 and the switching valves 12 and 13 reach the space S2 of the electrical component box 30 from the space S1 through the rubber bush 92 and are connected to the control device 50.
  • Table 1 shows the refrigerant gas density at 25 ° C. and atmospheric pressure (101.3 kPa abs) in the next-generation refrigerant that is currently regarded as promising.
  • the physical property values are obtained from REFPROP Version 9.0 released by NIST (National Institute of Standards and Technology).
  • the diversion controller 300 has a communication portion so that the position of the upper surface of the communication portion 305 is lower than 1/3 of the height h1 of the outer panel 301 (line F in FIG. 6) from the bottom surface E2 of the outer panel 301. 305 is formed.
  • corresponds to the line F of FIG.6 and FIG.7.
  • FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing the arrangement of the electrical components in the electrical component box 30. Based on FIG. 8, arrangement
  • the electrical component box 30 houses the control device 50 that is an electrical component.
  • the control device 50 includes an inverter board 31.
  • the electrical component box 30 includes a relay 33a to a relay 33d for turning on / off electromagnetic valves and switching valves 12 and 13 which are not shown in FIGS. Contains electrical components.
  • the control apparatus 50 controls so that the rotation speed of the motor of the compressor 1 may be changed from several Hz to several hundred Hz.
  • a wide bandgap semiconductor is used for some of the electronic components constituting the inverter board 31.
  • the wide band gap semiconductor mounted on the inverter substrate 31 is illustrated as a wide band gap semiconductor 32 for convenience.
  • the wide band gap semiconductor 32 includes, for example, a gallium nitride (GaN), a diamond element, and the like in addition to a silicon carbide (SiC) element.
  • a semiconductor element formed of the wide band gap semiconductor 32 (for example, the inverter main circuit 55 shown in FIG. 4) has excellent heat resistance and can withstand even at high temperatures. This eliminates the need for slits and holes that are connected to the air for suppressing the temperature rise in the electrical component box 30, and allows a structure in which ambient air is difficult to enter. Therefore, the electrical component box 30 is made of a non-combustible material such as a sheet metal, and the cover of the electrical component box 30 is placed on the front surface of the outer panel 301 so that it can be used at the time of service such as wiring connection or replacement of electrical components. On the other hand, a structure that can be removed with a screwdriver from the right side is adopted.
  • a communication portion 305 that connects the space S2 in the electrical component box 30 and the space S1 in the outer panel 301 is formed.
  • the communication portion 305 is sealed by a rubber bush 92. That is, the electrical component box 30 has a structure in which ambient air does not easily enter the space S ⁇ b> 2 in the electrical component box 30.
  • the electrical component box 30 By making the electrical component box 30 in such a structure, even if the refrigerant leaks, it is possible to greatly suppress the penetration of the refrigerant into the electrical component box 30 and further improve safety. That is, by adopting a structure in which ambient air does not easily enter, measures against refrigerant intrusion are further strengthened. Even if such a structure in which ambient air is difficult to enter is adopted in the electrical component box 30, since the wide band gap semiconductor 32 having excellent heat resistance is used, only heat radiation from the electrical component box 30 to the surroundings can be achieved. The temperature rise in the electrical component box 30 can be suppressed. That is, the shunt controller 300 has a structure in which the communication portion 305 is sealed with the rubber bush 92 so that ambient air does not easily enter.
  • the shunt controller 300 can be connected to the outer panel 301 from the bottom surface E2. Since the communication portion 305 is formed to be lower than 1/3 of the height h1 (line F in FIG. 6), even if the refrigerant flows into the electrical component box 30, it accumulates. Is prevented.
  • the wide band gap semiconductor 32 Since the wide band gap semiconductor 32 has high heat resistance and can operate at a high temperature, it is possible to adopt a fanless structure or a radiating finless structure (or a radiating fin downsized structure), and the electrical component box 30 is substantially sealed. Can be structured. Moreover, since the switching element and the diode element constituted by the wide band gap semiconductor 32 have a high voltage resistance and a high allowable current density, the switching element can be miniaturized, and a semiconductor module incorporating these elements can be reduced. Miniaturization is possible. Furthermore, since the wide band gap semiconductor 32 has low power loss, the switching element can be highly efficient, and thus the semiconductor module can be highly efficient.
  • the bottom surfaces E4 and E5 of the electrical components are positioned higher than 1/3 (line G in FIG. 8) of the height h2 of the electrical component box 30 from the bottom surface E3 of the electrical component box 30. Electric parts are to be arranged. In this way, even if the refrigerant leaks, the electrical component is not exposed to a region exceeding the lower explosion limit concentration. With such an arrangement, even if the refrigerant leaked from the gap of the electrical component box 30 enters, the refrigerant stays in the lower part of the electrical component box 30 and the safety is further improved.
  • the refrigerant shown in Table 1 When it is assumed that the refrigerant shown in Table 1 has entered the currently widely used electrical box, the refrigerant that has entered should stay at a height of about several tens of centimeters from the bottom of the electrical box. I understood. For this reason, it is only necessary to install electrical components at a height exceeding several tens of centimeters from the bottom of the electrical component box.
  • the electrical components are arranged so that the bottom surfaces E4 and E5 of the electrical components are higher than 1/3 of the height h2 of the electrical component box 30 from the bottom surface E3 of the electrical component box 30.
  • FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing an installation example of the wide band gap semiconductor 32. Based on FIG. 9, the case where safety
  • 9A is a perspective view of the wide band gap semiconductor 32 and the temperature detection means 34 as viewed from the front
  • FIG. 9B is a perspective view of the wide band gap semiconductor 32 and the temperature detection means from the H direction shown in FIG. FIG. 34 is a view.
  • Table 2 shows the ignition temperatures of the next-generation refrigerants that are currently considered promising.
  • the ignition temperature shown in Table 2 is the temperature at which the refrigerant itself ignites when it reaches that temperature. That is, when the temperature of the wide band gap semiconductor 32 becomes higher than the temperature shown in Table 2 and the refrigerant has a concentration higher than the lower explosion limit, the refrigerant may ignite. From this, it can be seen that the surface temperature of the wide band gap semiconductor 32 that is the highest temperature among the electrical components in the electrical component box 30 must be lower than the ignition temperature of the refrigerant used in the air conditioner 100.
  • the temperature detecting means 34 may be brought into contact with the surface of the wide band gap semiconductor 32 so that the temperature of the wide band gap semiconductor 32 can be detected as appropriate. If the temperature of the wide band gap semiconductor 32 can be detected as appropriate, the temperature increase of the wide band gap semiconductor 32 can be efficiently suppressed.
  • the temperature detecting means 34 can be attached to the surface of the wide band gap semiconductor 32 using a heat conductive adhesive, and both can be brought into contact with each other.
  • the temperature detector 34 and the wide band gap semiconductor 32 can be brought into contact with each other using the attachment 35 and the stopper 36.
  • a thermistor may be used as the temperature detection means 34.
  • another temperature sensor such as a thermocouple may be used as the temperature detection means 34.
  • the attachment 35 and the stopper 36 are not limited to those shown in the material, shape, size, number, and the like, and can be configured such that the wide band gap semiconductor 32 and the temperature detecting means 34 can be brought into contact with each other. It only has to be.
  • the temperature rise suppression operation of the wide band gap semiconductor 32 will be described.
  • the control device 50 stops the operation of the air conditioner 100.
  • the control device 50 reduces the rotational speed of the compressor 1. By performing such control, it is possible to suppress further heat generation of the wide band gap semiconductor 32 and to suppress the temperature rise of the wide band gap semiconductor 32.
  • the control device 50 stops the air conditioner 100 completely. That is, when the temperature of the wide band gap semiconductor 32 reaches a predetermined temperature (suppression control start temperature) used as a start condition for the temperature rise suppression control of the wide band gap semiconductor 32, the control device 50 performs the wide band gap semiconductor 32.
  • the control which suppresses the temperature rise of is performed. By performing such control, it is possible to further reduce the risk at the time of refrigerant leakage, and to provide the air conditioner 100 with greatly improved safety. In addition, when such control is performed, it is good to be able to alert
  • the suppression control start temperature which is a predetermined temperature used as the temperature rise suppression control start condition of the wide band gap semiconductor 32, is determined in consideration of variations in the thermistor, mounting variations between the thermistor and the wide band gap semiconductor, and the like. There is a need.
  • the ignition temperature of the refrigerant also changes depending on the humidity and temperature around the refrigerant. That is, when the predetermined temperature is set to be equal to the ignition temperature, it can be assumed that the temperature increase suppression control of the wide band gap semiconductor 32 is executed or not depending on the conditions.
  • the predetermined temperature is set to “the ignition temperature of the refrigerant to be used—about 100 ° C.”.
  • the predetermined temperature may be changed in accordance with the refrigerant to be used, but the predetermined temperature may be set based on HFO 1234ze (E) having the lowest ignition temperature among the refrigerants shown in Table 2 in consideration of versatility.
  • the predetermined temperature in this case is about 188 ° C.
  • the wide band gap semiconductor 32 is certainly excellent in heat resistance, but at 200 ° C. or higher, there is a high possibility of failure. Therefore, in order to ensure safety and to ensure the reliability of the wide band gap semiconductor 32, the predetermined temperature is set to around 150 ° C. In this way, the safety of the wide band gap semiconductor 32 is ensured as well as the safety, and the reliability of the air conditioner 100 is greatly improved.
  • the position of the upper surface of the communication unit 305 is 1/3 of the height h1 of the outer panel 301 from the bottom surface E2 of the outer panel 301 (line F in FIG. 6). Since the lower position is set, even if the refrigerant leaks, the refrigerant does not accumulate in the electrical component box 30 and the electrical component box 30 is exposed to a region exceeding the lower explosion limit concentration. Absent.
  • the bottom surfaces E4 and E5 of the electrical components are positioned higher than 1/3 of the height h2 of the electrical component box 30 from the bottom surface E3 of the electrical component box 30.
  • the electrical parts are arranged like this. Thereby, even if the refrigerant enters the space S2 in the electrical component box 30 from the gap of the electrical component box 30, the refrigerant stays in the lower part of the electrical component box 30, and the electrical component exceeds the lower explosion limit concentration. The safety of the shunt controller 300 is further improved.
  • the shunt controller 300 of the air conditioner 100 has a structure in which the ambient air is difficult to enter by the communication portion 305 being sealed with the rubber bush 92, so that even if the refrigerant leaks, Intrusion of the refrigerant from the space S1 of the panel 301 into the space S2 in the electrical component box 30 can be significantly suppressed.
  • the shunt controller 300 of the air-conditioning apparatus 100 uses the wide band gap semiconductor 32 as a part of the inverter substrate 31, it has excellent heat resistance and can ensure high reliability.
  • the shunt controller 300 of the air conditioner 100 uses the wide band gap semiconductor 32 as a part of the inverter substrate 31, it has a fanless structure and a radiating finless structure (or a radiating fin miniaturized structure).
  • the electrical component box 30 can have a substantially sealed structure.
  • the air conditioner 100 includes the shunt controller 300, safety and reliability are greatly improved in the same manner as the shunt controller 300.

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Abstract

 筐体10aは、当該筐体10aと電気品箱30と連通し、筐体10aの底面E2から筐体10aの高さの1/3よりも低い位置に形成される連通部305を有し、制御装置50及び電気部品(リレー)33は、それらの各底面E4、E5が、電気品箱30の底面から電気品箱30の高さの1/3よりも高い位置に配置されているものである。

Description

分流コントローラー及びそれを備えた空気調和装置
 本発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される分流コントローラー及びそれを備えた空気調和装置に関するものである。
 従来から、ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置においては、たとえば建物外に配置した熱源機である室外機と、建物の室内に配置した室内機と、室外機と室内機とを接続する分流コントローラーとの間に冷媒を循環させている。そして、このような空気調和装置では、分流コントローラーに設けられる切替弁の開閉を切り替えることで、暖房運転或いは冷房運転を実施する室内機に冷媒を供給している。
 このような空気調和装置の分流コントローラーにおいては、切替弁に加え絞り装置等、多くの電気品が搭載されている。加えて、これらの電気品を稼動させるための基板が電気品箱に収納された状態で分流コントローラーに設置されている。電気品箱には、その上面や下面にスリットや穴を設けたり、大きなヒートシンクを設けたりしている。これは、電気品内部に風が流れる構造にし、電気品箱の内部の電子部品による温度上昇を抑制するためである。
 ところで、近年、地球温暖化の観点から、地球温暖化係数が高いHFC系冷媒(たとえば、R410Aや、R404A、R407C、R134a等)の使用を制限する動きがある。それに伴い、地球温暖化係数が小さい冷媒(たとえば、R32、HFO1234yf、HFO1234ze(E)、これらの冷媒を混合したもの)を用いた空気調和装置が提案されている。しかしながら、地球温暖化係数が小さいこれらの冷媒は、すべて可燃性を有しており、漏洩した時に、電気品箱内に侵入してしまう可能性がある。
 このような事態に備えたものとして、電気品に無接点スイッチを用いたり、電気品箱にガスのみを透過させる膜を設けたりする技術が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開平6-101913号公報([0030]~[0033]、[0045]等)
 しかしながら、特許文献1に記載されている技術のように、無接点スイッチを設けたり、ガスのみを透過させる膜を用いたりすると、コストが大幅にアップしてしまう。また、膜は経年劣化が激しいため、長期的な信頼性を確保することが難しい。そのため、定期的に膜を交換する必要が発生し、手間や維持費が非常にかかってしまうシステムとなっている。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コストアップを抑えつつ、安全性を大幅に向上させた分流コントローラー及びその分流コントローラーを備えた空気調和装置を提供することを目的としている。
 本発明に係る空気調和装置の分流コントローラーは、可燃性冷媒を用いた空気調和装置の一部を構成する分流コントローラーであって、筐体と、筐体内に設けられ、冷媒を流すか否かを切り替える切替弁と、少なくとも切替弁を制御する制御装置と、筐体に設置され、制御装置及び空気調和装置を構成する駆動部品の制御に利用される電気部品が少なくとも収容される電気品箱と、を有し、筐体は、当該筐体と電気品箱と連通し、筐体の底面から筐体の高さの1/3よりも低い位置に形成される連通部を有し、制御装置及び電気部品は、それらの各底面が、電気品箱の底面から電気品箱の高さの1/3よりも高い位置に配置されているものである。
 本発明に係る空気調和装置の分流コントローラーによれば、電気品箱、及び、電気品箱に収容される制御装置及びリレーの設置位置を特定しているので、たとえ可燃性を有する冷媒が漏れたとしても、漏洩した冷媒の電気品箱への侵入を大幅に抑制することができるだけでなく、漏洩した冷媒が仮に電気品箱に侵入したとしても制御装置及びリレーが冷媒に曝されることがない。よって、本発明に係る室内機によれば、コストアップを抑えつつ、安全性が大幅に向上することになる。
本発明の実施の形態に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の電気的な接続状態を模式的に説明する回路構成図である。 本発明の実施の形態に係る分流コントローラーの外観イメージを示す概略斜視図である。 図5に示す分流コントローラーの側面のうち、電気品箱が設置された側の側面図である。 図5(a)に示す分流コントローラーのB-C断面図である。 本発明の実施の形態に係る分流コントローラーに搭載される電気品箱内の電気部品の配置を模式的に示した模式図である。 本発明の実施の形態に係る分流コントローラーに搭載される制御装置を構成する素子の少なくとも一部を構成するワイドバンドギャップ半導体の設置例を模式的に示す模式図である。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
 図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置100の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図1に基づいて、空気調和装置100の詳しい回路構成について説明する。図1では、室内機20が4台接続されている場合を例に示している。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
 図1に示すように、空気調和装置100は、室外機(熱源機)10と、室内機20(室内機20a~室内機20d)と、室外機10と室内機20とを接続する分流コントローラー300とが配管で接続されて連絡するように構成されている。つまり、空気調和装置100では、複数台の室内機20が、室外機10及び分流コントローラー300に対して並列となるように接続されている。
 また、空気調和装置100には、冷媒として、R32、HFO1234yf、HFO1234ze(E)、R32とHFO1234yfを混合したもの、R32とHFO1234ze(E)を混合したもの等が封入されているものとする。HFO1234yfについては、二つの幾何学的異性体が存在しており、二重結合に対してFとCF3 が対照の位置にあるトランス型と、同じ側にあるシス型があり、本実施の形態のHFO1234ze(E)はトランス型である。IUPAC命名法では、トランス-1,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペンである。
[室外機10]
 室外機10は、室内機20に暖房又は冷房を提供する機能を有している。この室外機10には、圧縮機1と、四方弁等の流路切替装置3と、熱源側熱交換器2と、アキュムレーター4と、逆止弁5a~5dと、冷媒配管4a、4bとが配管で接続されて搭載されている。
 圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして冷媒回路に搬送するものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。
 流路切替装置3は、圧縮機1の冷媒吐出側に接続され、暖房運転モード時における冷媒の流れと冷房運転モードおける冷媒の流れとを切り替えるものである。
 熱源側熱交換器(室外側熱交換器)2は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には放熱器(又は凝縮器)として機能し、ファン等の室外送風機(図示省略)から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。
 アキュムレーター4は、圧縮機1の吸入側に設けられており、暖房運転モード時と冷房運転モード時との違いによる余剰冷媒、あるいは、過渡的な運転の変化(たとえば、室内機20の運転台数の変化)に対する余剰冷媒を蓄えるものである。
 逆止弁5a~5d及び冷媒配管4a、4bは、室内機20の要求する運転に関わらず、分流コントローラー300に流入させる冷媒の流れを一定方向にするものである。なお、図1に示す空気調和装置100は、逆止弁5a~5d及び冷媒配管4a、4bが設けられたものであるが、それに限定されるものではない。すなわち、必ずしも逆止弁5a~5d及び冷媒配管4a、4bが、空気調和装置100に設けられる必要はない。
[室内機20]
 室内機20は、室外機10から供給される冷媒によって室内などの空調対象空間を暖房又は冷房する機能を有している。室内機20は、少なくとも、利用側熱交換器(室内側熱交換器)22と、絞り装置21とを有しており、これらが直列に接続されて搭載されている。
 具体的には、絞り装置15が接続されている側から、後述の切替弁12、13が接続されている側に向かう方向に、絞り装置21、利用側熱交換器22が順に直列に接続されている。また、室内機20は、室内機20内に取り込んだ空気を利用側熱交換器22に供給する室内送風機(図示省略)を有している。
 利用側熱交換器22は、暖房運転時には放熱器(又は凝縮器)として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能し、図示省略のファン等の室内送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、空調対象空間に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。
 絞り装置21は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものであり、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
 実施の形態では、4台の室内機20が接続されている場合を例に示しており、紙面左側(下側)から室内機20a、室内機20b、室内機20c、室内機20dとして図示している。また、室内機20a~室内機20dに応じて、利用側熱交換器22も、紙面左側(下側)から利用側熱交換器22a、利用側熱交換器22b、利用側熱交換器22c、利用側熱交換器22dとして図示している。同様に、絞り装置21も、紙面左側(下側)から絞り装置21a、絞り装置21b、絞り装置21c、絞り装置21dとして図示している。なお、室内機20の接続台数を4台に限定するものではない。
[分流コントローラー300]
 分流コントローラー300は、室外機10と室内機20との間に設けられている。分流コントローラー300は、暖房運転モード及び冷房運転モードであるかに応じて開閉する切替弁12(12a~12d)及び切替弁13(13a~13d)と、冷房時に過冷却度を大きくし性能アップを図るための過冷却熱交換器16及び過冷却熱交換器17と、絞り装置14及び絞り装置15と、切替弁12及び切替弁13の開閉(ON/OFF)などを切り替えるためのリレー33と、リレー33への通電及び圧縮機1の駆動周波数などを制御する制御装置50と、室内機20と分流コントローラー300とを接続する配管接続口303(303a~303h)と、室外機10と分流コントローラー300とを接続する配管接続口302(302a、302b)とを有している。
 切替弁12は、冷媒流路の開閉をするものであり、たとえば電磁弁などで構成される。切替弁12は、制御装置50によって、リレー33への電流の供給が切り替えられることで、開閉が切り替えられるものである。なお、切替弁12は、たとえば室内機20a~20dの全てが冷房運転を実施する場合の冷房運転モード時には、切替弁12a~12dが開となるように制御される(図2参照)。なお、いずれかの室内機20a~20dが冷房運転を実施しない場合には、対応する切替弁12は閉となるように制御される。一方、切替弁12は、暖房運転モード時においては閉となるように制御される。
 切替弁13も、切替弁12と同様に、冷媒流路の開閉をするものであり、たとえば電磁弁などで構成される。切替弁13は、制御装置50によって、リレー33への電流の供給が切り替えられることで、開閉が切り替えられるものである。なお、切替弁13は、たとえば室内機20a~20dの全てが暖房運転を実施する場合の暖房運転モード時には、切替弁13a~13dが開となるように制御される(図3参照)。なお、いずれかの室内機20a~20dが暖房運転を実施しない場合には、対応する切替弁13a~13dは閉となるように制御される。一方、切替弁13a~13dは、冷房運転モード時においては閉となるように制御される。
 過冷却熱交換器16は、冷房時に過冷却度を大きくし性能アップを図るための熱交換器である。過冷却熱交換器16は、その一方の流路が気液分離器11と絞り装置14の一方側との間に接続され、当該一方の流路を流れる冷媒と熱交換する冷媒が流れる他方の流路が絞り装置15から流出する冷媒が流れる流路に接続されている。これにより、過冷却熱交換器16は、気液分離器11から流出する気液二相冷媒を、絞り装置15から流出した気液二相冷媒によって冷却し、液温を低下させることができる。
 過冷却熱交換器17も、過冷却熱交換器16と同様に、冷房時に過冷却度を大きくし性能アップを図るための熱交換器である。過冷却熱交換器17は、その一方の流路が絞り装置14の他方側に接続され、当該一方の流路を流れる冷媒と熱交換する冷媒が流れる他方の流路が絞り装置15から流出する冷媒が流れる流路に接続されている。これにより、過冷却熱交換器17は、過冷却熱交換器16から流出する気液二相冷媒の液温を、絞り装置15から流出した気液二相冷媒によって、さらに低下させることができる。
 絞り装置14は、過冷却熱交換器16から流出する冷媒を減圧させるものであり、過冷却熱交換器16、17に流入する冷媒の流量を調整するものである。絞り装置14は、一方が過冷却熱交換器16に接続され、他方が過冷却熱交換器17に接続されている。絞り装置14は、冷房運転モード時において冷媒を減圧させないように全開となるように、制御装置50によって開度が制御される。また、絞り装置14は、暖房運転モード時においては閉となるように制御される。絞り装置14は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
 絞り装置15は、過冷却熱交換器17から流出する冷媒を減圧させるものであり、過冷却熱交換器16、17に流入する冷媒の流量を調整するものである。絞り装置15は、一方が過冷却熱交換器17のうち冷房運転モード時において冷媒が流出する側に接続され、他方が過冷却熱交換器17のうち冷房運転モード時において冷媒が流入する側に接続されている。絞り装置15は、冷房運転モード時において所定の開度となるように制御装置50によって開度が制御される。また、絞り装置15は、暖房運転モード時においては開となるように制御される。絞り装置15は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
 リレー33(リレー33a~33d)は、切替弁12、13の開閉(ON/OFF)や、図示されていない電磁弁などの開閉を制御する際に用いられるリレーである。リレー33は、後述の電気品箱30内に収容されている。
 制御装置50は、分流コントローラー300に搭載され、室外機10及び室内機20に設けられる各種機器と、分流コントローラー300に設けられる各種機器の制御を実施するものである。制御装置50は、図示省略の各種検知素子での検出情報及びリモコンからの指示などに基づいて、空気調和装置100のシステム全体を統括制御するものである。 具体的には、制御装置50は、圧縮機1の駆動周波数、流路切替装置3の切り替え、絞り装置14、15、21の開度、図1では図示省略の室外送風機及び室内送風機の回転数、切替弁12、13の開閉、リレー33への通電などを制御する。つまり、制御装置50は、各アクチュエーター(圧縮機1、流路切替装置3、絞り装置14、15、21、室外送風機及び室内送風機、切替弁12、13、リレー33等の駆動部品)を制御する。
 配管接続口303a~303dは、分流コントローラー300の切替弁12a~12d、13a~13dが接続される冷媒配管と、室内機20の利用側熱交換器22が接続される冷媒配管とを接続するものである。
 配管接続口303e~303hは、分流コントローラー300の絞り装置15及び過冷却熱交換器17に接続される冷媒配管と、室内機20の絞り装置21に接続される冷媒配管とを接続するものである。
 配管接続口302a、302bは、分流コントローラー300の切替弁13a~13d及び過冷却熱交換器16が接続される冷媒配管と、室外機10の逆止弁5a及び逆止弁5bが接続される冷媒配管とを接続するものである。
 空気調和装置100が実行する各運転モードについて説明する。
[冷房運転モード]
 図2は、空気調和装置100の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図2では、室内機20の全部が駆動している場合を例に説明する。冷房運転モードでは、流路切替装置3は、熱源側熱交換器2が放熱器として、利用側熱交換器22が蒸発器として作用するように切り替えられる。具体的には、流路切替装置3は、圧縮機1の吐出冷媒を熱源側熱交換器2に流入させるように切り替えられる。なお、図2では、冷媒の流れ方向を矢印で示している。
 低温・低圧の冷媒が圧縮機1によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、流路切替装置3を通り、熱源側熱交換器2に流入する。熱源側熱交換器2に流入した高温・高圧のガス冷媒は、図示省略の送風機から供給される空気と熱交換することで、液状態もしくは乾き度の小さい2相冷媒となって熱源側熱交換器2から流出する。流出した冷媒は、分流コントローラー300に流れ込む。
 分流コントローラー300に流入した冷媒は、気液分離器11に流入する。ここで、冷房運転モード時は、分流コントローラー300に流入する冷媒の乾き度が小さい。このため、分流コントローラー300に流入する冷媒は、一方が過冷却熱交換器16、絞り装置14、及び過冷却熱交換器17を介して絞り装置15に流れ、他方が過冷却熱交換器16、絞り装置14、及び過冷却熱交換器17を介して室内機20a~20dに流れる。
 絞り装置15に流入する方の冷媒は、絞り装置15で低圧の気液二相冷媒に減圧された後に、過冷却熱交換器17及び過冷却熱交換器16に流れ込む。これにより、過冷却熱交換器17及び過冷却熱交換器16に流入する高圧の冷媒と熱交換し、低圧のガス冷媒となった後に、切替弁13a~13dを通過した冷媒と合流する。
 室内機20a~20dに流入する方の冷媒は、過冷却熱交換器16及び過冷却熱交換器17に流れ込み、絞り装置15から流出した気液二相冷媒によって冷却され、液温が低下する。すなわち、室内機20a~20dに流入する方の冷媒は、過冷却熱交換器16及び過冷却熱交換器17に流れ込んで過冷却度を増大する。なお、絞り装置14は、冷房運転モード時において、冷媒を減圧させないように全開としている。
 分流コントローラー300から流出した液状態の冷媒は、分流コントローラー300と室内機20a~20dとを接続する配管を通って、室内機20a~室内機20dに流入する。室内機20a~室内機20dに流入した冷媒は、絞り装置21a~絞り装置21dで膨張(減圧)させられて、低温・低圧の気液二相状態となる。この気液二相状態となった冷媒は、利用側熱交換器22a~利用側熱交換器22dに流入する。利用側熱交換器22a~利用側熱交換器22dに流入した気液二相状態の冷媒は、図示省略の送風機から供給される空気(室内空気)と熱交換することで、空気から吸熱して、低圧のガス冷媒となって利用側熱交換器22a~利用側熱交換器22dから流出する。
 ここでは、図示していないが、通常、利用側熱交換器22の冷媒出入口には、温度センサーが設けられている。そして、利用側熱交換器22への冷媒供給量は、利用側熱交換器22の冷媒出入口に設けられている温度センサーからの温度情報を利用して調整されている。具体的には、それらの温度センサーからの情報に基づいて、制御装置50は、過熱度(出口側における冷媒温度-入口における冷媒温度)を算出し、その過熱度が2~5℃程度になるように絞り装置21の開度を決定し、利用側熱交換器22への冷媒供給量を調整している。
 利用側熱交換器22a~利用側熱交換器22dから流出した低圧ガス冷媒は、室内機20a~室内機20dから流出し、分流コントローラー300に流入する。冷房モード時においては、分流コントローラー300の切換弁12a~切換弁12dは閉とし、切換弁13a~切換弁13dは開としている。分流コントローラー300に流入した低圧ガス冷媒は、切換弁13a~13dを通った後に過冷却熱交換器16から流出した冷媒と合流し、分流コントローラー300から流出する。分流コントローラー300から流出した冷媒は、分流コントローラー300と室外機10とを接続する配管を通って、室外機10に流入する。室外機10に流入した冷媒は、逆止弁5a及び流路切替装置3を介してアキュムレーター4に流入する。アキュムレーター4に流入した冷媒は、液冷媒とガス冷媒とが分離され、ガス冷媒が再び圧縮機1に吸い込まれる。
 このような冷房運転モードでは、室内機20において過熱度制御が行なわれているので、液状態の冷媒がアキュムレーター4に流れ込まない。しかしながら、過渡的な状態や、停止している室内機20があるときは、少量の液状態(乾き度0.95程度)の冷媒がアキュムレーター4に流れ込むことがある。アキュムレーター4に流れ込んだ液冷媒は、蒸発して圧縮機1に吸引されたり、アキュムレーター4の出口配管に設けられている油戻し穴(図示省略)を介して圧縮機1に吸引されたりする。
[暖房運転モード]
 図3は、空気調和装置100の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図3では、室内機20の全部が駆動している場合を例に説明する。暖房運転モードでは、流路切替装置3は、熱源側熱交換器2が蒸発器として、利用側熱交換器22が放熱器として作用するように切り替えられる。具体的には、流路切替装置3は、圧縮機1の吐出冷媒を利用側熱交換器22に流入させるように切り替えられる。なお、図3では、冷媒の流れ方向を矢印で示している。
 低温・低圧の冷媒が圧縮機1によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、流路切替装置3及び逆止弁5cを介して室外機10から流出する。室外機10から流出した冷媒は、室外機10と分流コントローラー300とを接続する配管を通って分流コントローラー300に流入する。
 分流コントローラー300に流入したガス冷媒は、分流コントローラー300内の気液分離器11に流入する。暖房モード時は、気液分離器11に流入する冷媒は全てガス冷媒であるため、気液分離器11から流出する冷媒が切替弁12a~12d側に流れる。なお、暖房モード時においては、切替弁13a~13dは閉としている。
 切替弁12a~12bに流入したガス冷媒は、分流コントローラー300から流出した後に、分流コントローラー300と室内機20a~20dとを接続する配管を通って室内機20a~20dへ流入する。
 室内機20a~室内機20dに流入した高温・高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器22a~利用側熱交換器22dで、図示省略の送風機から供給される空気(室内空気)と熱交換することで空気に放熱し、液状態となって利用側熱交換器22a~利用側熱交換器22dから流出する。この高圧の液状態の冷媒は、絞り装置21a~絞り装置21dで膨張(減圧)させられて低温・低圧の気液二相状態となり、室内機20a~室内機20dから流出する。
 ここでは、図示していないが、通常、利用側熱交換器22の冷媒出口には、温度センサー及び圧力センサーが設けられている。そして、利用側熱交換器22への冷媒供給量は、利用側熱交換器22の冷媒出口に設けられている温度センサー及び圧力センサーからの情報を利用して調整されている。具体的には、それらのセンサーからの情報に基づいて、制御装置50は、過冷却度(出口側における冷媒の検知圧力から換算された飽和温度-出口側における冷媒温度)を算出し、その過冷却度が2~5℃程度になるように絞り装置21の開度を決定し、利用側熱交換器22への冷媒供給量を調整している。
 室内機20a~室内機20dから流出した低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、室内機20a~20dと分流コントローラー300とを接続する配管を通って、分流コントローラー300に流入する。分流コントローラー300に流入した気液二相の冷媒は、絞り装置15、過冷却熱交換器17及び過冷却熱交換器16を介して分流コントローラー300から流出する。分流コントローラー300から流出した冷媒は、分流コントローラー300と室外機10とを接続する配管を通って室外機10へ流入する。なお、暖房モード時においては、絞り装置14は閉としている。
 ここで、絞り装置15は全開としている。本暖房運転モードでは、絞り装置21a~21dによって冷媒の圧力を調整する場合を説明したが、絞り装置15によって調整してもよいし、絞り装置15及び絞り装置21a~21dの両方で調整してもよい。
 室外機10に流入した気液二相冷媒の冷媒は、逆止弁5bを介して熱源側熱交換器2に流入する。熱源側熱交換器2に流入した低温・定圧の気液二相状態の冷媒は、図示省略の送風機から供給される空気と熱交換することで、空気から吸熱して、乾き度が徐々に大きくなる。この熱源側熱交換器2から流出した冷媒は、流路切替装置3を介してアキュムレーター4に流入する。アキュムレーター4に流入した冷媒は、液冷媒とガス冷媒とが分離され、ガス冷媒が再び圧縮機1に吸い込まれる。
[空気調和装置100の電気的な構成]
 図4は、空気調和装置100の電気的な接続状態を模式的に説明する回路構成図である。図4に基づいて、空気調和装置100の電気的な構成について説明する。なお、電気品箱30の設置位置については、図5~図7で詳細に説明する。
 制御装置50は、三相交流電源51の交流電圧を直流電圧に変換する整流器52、力率改善を行うためのリアクタ53、平滑コンデンサ54、インバータ主回路55、インバータ主回路55を制御する制御回路56等が実装されているインバータ基板31を備えており、圧縮機1のモータ57に接続されている。
 インバータ主回路55は、平滑コンデンサ54によって平滑された直流電源を交流電源に変換するものであり、たとえばシリコン(Si)半導体やワイドバンドギャップ半導体で構成した複数のスイッチング素子で構成される。なお、ワイドバンドギャップ半導体とは、シリコン(Si)素子と比較して、バンドギャップが大きい半導体素子の総称であり、炭化ケイ素(SiC)素子の他、例えば、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド素子等が挙げられる。インバータ主回路55の各スイッチング素子は、制御回路56から送られる動作信号(PWM信号、ゲート信号)に基づいてスイッチング動作を行なうようになっている。
 制御回路56は、マイコン等で構成されており、図示省略の各種検出手段(たとえば、温度センサーや圧力センサー等)での検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、各種アクチュエーターの駆動を実際に制御し、暖房運転や冷房運転を実行するようになっている。なお、図4には、便宜的に圧縮機1のモータ57のみを図示し、たとえば、室内送風機や室外送風機のモータなどについては説明を省略している。また、スイッチング素子だけでなく、ダイオード素子もワイドバンドギャップ半導体によって構成することができる。
[電気品箱30の設置位置]
 図5は、実施の形態に係る分流コントローラー300の外観イメージを示す概略斜視図である。図6は、図5に示す分流コントローラー300の側面のうち、電気品箱30が設置された側の側面図である。図7は、図5(a)に示す分流コントローラーのB-C断面図である。図5~図7を参照して分流コントローラー300について詳細に説明する。なお、図5(a)は、電気品箱30が取り付けられている側の側面における概略斜視図であり、配管接続口302、303については見えていない。図5(b)は、配管接続口302、303が取り付けられている側における概略斜視図であり、電気品箱30については見えていない。
 上述したように、分流コントローラー300は、空気調和装置100の一部を構成し、冷媒配管を介して接続され、空調対象空間を冷房又は暖房をするために、室外機10から供給される冷熱又は温熱を室内機20に供給する。なお、以下の説明において、図5に示す矢印Aから見た面を分流コントローラー300の正面とする。
 図5~図7に示すように、分流コントローラー300は、上記して説明した切替弁12a~12d、13a~13dと、過冷却熱交換器16及び過冷却熱交換器17と、絞り装置14及び絞り装置15とに加え以下の構成を有している。すなわち、分流コントローラー300は、分流コントローラー300の外郭を構成し、略直方体形状の外郭パネル301と、外郭パネル301に取り付けられるゴムブッシュ92と、外郭パネル301に取り付けられ、リレー33などが設けられる電気品箱30とを有している。なお、以下の説明において、分流コントローラー300の外郭パネル301内の空間を空間S1と称し、電気品箱30内の空間を空間S2と称する。
 外郭パネル301は、分流コントローラー300の外郭を構成するものであり、略直方体形状をしている。外郭パネル301には、その正面側に制御装置50等が収容されている電気品箱30が、たとえばヒンジを介して開閉可能なように設けられる。また、外郭パネル301の正面であって電気品箱30が設けられる位置には、空間S1と空間S2とを連通する連通部305が形成されている。そして、この連通部305には、ゴムブッシュ92が設けられている。
 外郭パネル301の正面と対向する面には、図5(b)に示すように、室内機20と分流コントローラー300とを接続する配管接続口303が設けられている。また、外郭パネル301の正面に対して右側の面には、図5(b)に示すように、室外機10と分流コントローラー300とを接続する配管接続口302が設けられている。
 ゴムブッシュ92は、配線の通る空間を確保しながら、空間S1から空間S2に冷媒が侵入することを抑制するものである。ゴムブッシュ92は、空間S1と空間S2とを連通させる外郭パネル301の開口部分である連通部305に設けられている。このゴムブッシュ92により、たとえ可燃性を有する冷媒が漏れたとしても、外郭パネル301の空間S1から、電気品箱30内の空間S2に冷媒が侵入することを大幅に抑制することができるようになっている。
 電気品箱30は、電気部品である制御装置50を収容するものである。電気品箱30内に設けられる制御装置50は、絞り装置14、15、及び切替弁12、13の開閉に用いられるリレー33などに配線304を介して接続されている。より詳細に、絞り装置14、15、及び切替弁12、13に接続される配線は、空間S1からゴムブッシュ92を介して電気品箱30の空間S2に至って制御装置50に接続されている。
 表1に、現在有力視されている次世代冷媒における25℃、大気圧(101.3kPa abs)での冷媒ガス密度を示す。物性値はNIST(National Institute of Standards and Technology)が発売しているREFPROP Version 9.0から得られたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1から、現在有力視されている次世代冷媒のガス密度は、空気密度1.2[kg/m3 ]よりも大きいということがわかる。現在有力視されている次世代冷媒とは、表1に示すように、R32、HFO1234yf、HFO1234ze(E)である。これは、表1に示す冷媒は、空気より重たく、室外機10から漏れ出たとき、室内機20の底部に澱みやすいということを意味している。
 たとえば、表1に示した冷媒が現在広く普及している分流コントローラーで漏洩したことを想定したとき、漏洩した冷媒は、分流コントローラーの底面から約10cm程度の高さまでの位置で滞留することがわかっている。そこで、分流コントローラーの底面から10cmを超える高さ位置に配線を通す連通部を形成し、ゴムブッシュを設ければよいことになる。
 しかしながら、底面から10cmを超える高さ位置に、連通部を形成した場合には、何らかの事柄が原因で冷媒が上昇し、連通部から電気品箱に流入すると、次世代冷媒が空気より重たいことにより電気品箱内に蓄積してしまい、爆発下限界濃度を超えてしまう可能性がある。
 そこで、分流コントローラー300は、連通部305の上面の位置が、外郭パネル301の底面E2から外郭パネル301の高さh1の1/3(図6の線F)より低い位置となるように連通部305が形成されている。なお、ここで言う連通部305の上面の位置とは、図6及び図7の線Fに対応している。これにより、たとえ冷媒が漏洩したとしても、冷媒は電気品箱30内に蓄積することがなく、電気品箱30が爆発下限界濃度を超える領域にさらされることはない。
[電気品箱30内の電気部品の配置]
 図8は、電気品箱30内の電気部品の配置を模式的に示した模式図である。図8に基づいて、電気品箱30内の電気部品の配置について説明する。上述したように、電気品箱30には、電気部品である制御装置50が収容されている。そして、制御装置50は、インバータ基板31を備えている。
 また、電気品箱30内には、制御装置50の他、図1~図3には図示されていない電磁弁や切替弁12、13などをON/OFFさせるためのリレー33a~リレー33d等の電気部品が収容されている。なお、制御装置50は、圧縮機1のモータの回転数を数Hzから数百Hzまで変化させるように制御する。
 インバータ基板31を構成している電子部品の一部には、上述したようにワイドバンドギャップ半導体が用いられている。図8では、インバータ基板31上に実装されているワイドバンドギャップ半導体を便宜的にワイドバンドギャップ半導体32として図示している。ワイドバンドギャップ半導体32としては、炭化ケイ素(SiC)素子の他、例えば、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド素子等が挙げられることは上述した通りである。
 ワイドバンドギャップ半導体32によって形成された半導体素子(たとえば、図4に示したインバータ主回路55等)は、すぐれた耐熱性を有しているため、高い温度でも耐えることができる。このため、電気品箱30内の温度上昇を抑制するための空気と導通させるスリットや穴は不要となり、周囲空気が入り込み難い構造にすることができる。
 そこで、電気品箱30は、板金等の不燃材で製作されており、配線の繋ぎこみや電気部品の交換等のサービス時に対応できるように、電気品箱30のカバーが外郭パネル301の正面に対して右側からドライバー等で取り外すことができる構造が採用されている。また、電気品箱30内の空間S2と、外郭パネル301内の空間S1とを連通する連通部305が形成されるが、この連通部305はゴムブッシュ92でシールされている。すなわち、電気品箱30は、電気品箱30内の空間S2に、周囲空気が入り込み難い構造となっている。
 電気品箱30をこのような構造にすることによって、冷媒が漏れたとしても、冷媒が電気品箱30に侵入することを大幅に抑制することができ、安全性を更に向上させることができる。つまり、周囲空気が入り込み難い構造を採用することにより、冷媒の侵入に対しての対策を更に強化している。そして、このような周囲空気が入り込み難い構造を電気品箱30に採用しても、耐熱性に優れたワイドバンドギャップ半導体32を用いているため、電気品箱30からの周囲への放熱だけで、電気品箱30内の温度上昇を抑えることができる。
 すなわち、分流コントローラー300は、連通部305がゴムブッシュ92でシールされることで周囲空気が入り込み難い構造となっているだけでなく、上述したように、外郭パネル301の底面E2から外郭パネル301の高さh1の1/3(図6の線F)より低い位置となるように連通部305が形成されているので、仮に、冷媒が電気品箱30内に流入してしまっても蓄積してしまうことが防止される。
 ワイドバンドギャップ半導体32は、耐熱性が高く高温動作が可能なことから、ファンレス構造、放熱フィンレス構造(あるいは放熱フィンの小型化構造)を採用することが可能となり、電気品箱30を略密閉構造にすることができる。また、ワイドバンドギャップ半導体32によって構成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。さらに、ワイドバンドギャップ半導体32は、電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、ひいては半導体モジュールの高効率化が可能になる。
 さらに、図8に示すように、電気品箱30では、着火源と成り得るリレー33a~リレー33dや、高温となるワイドバンドギャップ半導体32等の電気部品をできるだけ上部に配置するようにしている。そこで、電気品箱30では、電気部品の底面E4、E5が電気品箱30の底面E3から電気品箱30の高さh2の1/3(図8の線G)より高い位置となるように電気部品を配置することとしている。こうすることで、たとえ冷媒が漏洩したとしても、電気部品が爆発下限界濃度を超える領域にさらされることはない。このような配置にすることによって、電気品箱30の隙間から漏洩した冷媒が侵入したとしても、冷媒は電気品箱30の下部に滞留するので、安全性が更に向上することになる。
 表1に示した冷媒が現在広く普及している電気品箱内に浸入したことを想定したとき、侵入した冷媒は、電気品箱の底面から数十cm程度の高さまでの位置で滞留することがわかった。このことから、電気品箱の底面から数十cmを超える高さ位置に電気部品を設置すればよいことになるが、分流コントローラー300では、安全性の配慮だけでなく、メンテナンス性や操作性等も考慮して、電気部品の底面E4、E5が電気品箱30の底面E3から電気品箱30の高さh2の1/3より高い位置となるように電気部品を配置することとした。
[ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇抑制]
 図9は、ワイドバンドギャップ半導体32の設置例を模式的に示す模式図である。図9に基づいて、ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇を抑制することで安全性を更に向上させる場合について説明する。なお、図9(a)がワイドバンドギャップ半導体32と温度検知手段34を正面から見た透視図であり、図9(b)が図8に示すH方向からワイドバンドギャップ半導体32と温度検知手段34見た図である。
 表2に、現在有力視されている次世代冷媒それぞれの発火温度を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示す発火温度とは、冷媒自身がその温度になると発火する温度である。すなわち、ワイドバンドギャップ半導体32が表2に示す温度以上になり、冷媒が爆発下限界以上の濃度となった場合、冷媒が発火する可能性がある。このことから、電気品箱30内の電気部品で最も高温となるワイドバンドギャップ半導体32の表面温度を、空気調和装置100に使用する冷媒の発火温度未満にしなければならないということがわかる。
 そこで、ワイドバンドギャップ半導体32の温度を適宜検知できるように、ワイドバンドギャップ半導体32の表面に温度検知手段34を接触させるとよい。ワイドバンドギャップ半導体32の温度を適宜検知できれば、ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇の抑制を効率的に図ることができる。たとえば、熱伝導性接着剤を用いて、ワイドバンドギャップ半導体32の表面に温度検知手段34を貼り付けて、両者を接触させることができる。または、図9に示すように、アタッチメント35と止め具36を用いて、温度検知手段34とワイドバンドギャップ半導体32とを接触させることができる。
 なお、温度検知手段34としては、サーミスターを用いるとよい。または、熱電対等の他の温度センサーを温度検知手段34として用いてもよい。また、アタッチメント35及び止め具36は、その材質や形状、大きさ、個数などを図示したものに限定するものではなく、ワイドバンドギャップ半導体32と温度検知手段34とを接触させることが可能な構成になっていればよい。
 ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇抑制動作について説明する。温度検知手段34がワイドバンドギャップ半導体32の表面温度が所定温度であることを検知したとき、制御装置50は、空気調和装置100の運転を停止させる。または、制御装置50は、圧縮機1の回転数を下げる。このような制御をすることにより、ワイドバンドギャップ半導体32のそれ以上の発熱を抑えることができ、ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇の抑制を図ることが可能になる。
 この制御を施しても、ワイドバンドギャップ半導体32の発熱温度が所定温度未満に下がらないときは、制御装置50は、空気調和装置100を完全に停止させる。つまり、制御装置50は、ワイドバンドギャップ半導体32の温度が、ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇抑制制御の開始条件に使用する所定温度(抑制制御開始温度)に到達した際、ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇を抑制させる制御を実行する。このような制御を行うことで、冷媒漏洩時のリスクをさらに低減させることができ、安全性を大幅に向上させた空気調和装置100を提供することができる。なお、このような制御を行った場合には、音声や表示により、外部に報知可能にしておくとよい。
 次に、所定温度(抑制制御開始温度)について説明する。ワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇抑制制御の開始条件に使用する所定温度である抑制制御開始温度は、サーミスターのバラツキや、サーミスターとワイドバンドギャップ半導体との取り付けバラツキ等を考慮して決定する必要がある。また、冷媒の発火温度は、冷媒周辺の湿度や温度によっても変化する。つまり、所定温度を発火温度と同じに設定した場合、条件次第ではワイドバンドギャップ半導体32の温度上昇抑制制御を実行したり、しなかったりしてしまうことが想定できる。
 そのため、所定温度の設定には、かなりマージンをとらなければならない。このような背景から、あらゆる環境的影響、経年劣化、固体バラツキなどを考慮し、空気調和装置100では所定温度を「使用する冷媒の発火温度-100℃程度」に設定することにした。使用する冷媒に応じて所定温度を変更すればよいが、汎用性を考慮して表2に示す冷媒の中で最も発火温度が低いHFO1234ze(E)を基準として所定温度を設定するとよい。この場合の所定温度は、約188℃となる。
 また、ワイドバンドギャップ半導体32は、確かに耐熱性に優れるが、200℃以上では、故障する可能性が高くなる。そこで、安全性を確保するとともに、ワイドバンドギャップ半導体32の信頼性を確保するために、所定温度を150℃付近に設定することにしている。こうすれば、安全性の確保とともに、ワイドバンドギャップ半導体32の信頼性の確保にもなり、空気調和装置100の信頼性が大幅に向上することになる。
 [本実施の形態に係る空気調和装置100の有する効果]
 本実施の形態に係る空気調和装置100の分流コントローラー300は、連通部305の上面の位置が、外郭パネル301の底面E2から外郭パネル301の高さh1の1/3(図6の線F)より低い位置となるようにしているので、たとえ冷媒が漏洩したとしても、冷媒は電気品箱30内に蓄積することがなく、電気品箱30が爆発下限界濃度を超える領域にさらされることはない。
 本実施の形態に係る空気調和装置100の分流コントローラー300は、電気部品の底面E4、E5が、電気品箱30の底面E3から電気品箱30の高さh2の1/3より高い位置となるように電気部品を配置することとしている。これにより、電気品箱30の隙間から、冷媒が電気品箱30内の空間S2に侵入したとしても、冷媒は電気品箱30の下部に滞留し、電気部品が爆発下限界濃度を超える領域にさらされることはなく、分流コントローラー300の安全性が更に向上することになる。
 本実施の形態に係る空気調和装置100の分流コントローラー300は、連通部305がゴムブッシュ92でシールされることで周囲空気が入り込み難い構造となっているので、たとえ冷媒が漏れたとしても、外郭パネル301の空間S1から電気品箱30内の空間S2に冷媒が侵入することを大幅に抑制することができる。
 本実施の形態に係る空気調和装置100の分流コントローラー300は、インバータ基板31の一部にワイドバンドギャップ半導体32を用いているので、耐熱性にすぐれ、高い信頼性を確保することができる。
 本実施の形態に係る空気調和装置100の分流コントローラー300は、インバータ基板31の一部にワイドバンドギャップ半導体32を用いているので、ファンレス構造、放熱フィンレス構造(あるいは放熱フィンの小型化構造)を採用することが可能となり、電気品箱30を略密閉構造にすることができる。
 本実施の形態に係る空気調和装置100は、分流コントローラー300を備えているので、分流コントローラー300と同様に安全性及び信頼性が大幅に向上したものになる。
 1 圧縮機、2 熱源側熱交換器、3 流路切替装置、4a、4b 冷媒配管、4 アキュムレーター、5a~5d 逆止弁、10 室外機、11 気液分離器、12a~12d 切替弁、13a~13d 切替弁、14 絞り装置、15 絞り装置、16 過冷却熱交換器、17 過冷却熱交換器、20 室内機、20a~20d 室内機、21 絞り装置、21a~21d 絞り装置、22 利用側熱交換器、22a~22d 利用側熱交換器、30 電気品箱、31 インバータ基板、32 ワイドバンドギャップ半導体、33 リレー、33a~33d リレー、34 温度検知手段、35 アタッチメント、36 止め具、50 制御装置、51 三相交流電源、52 整流器、53 リアクタ、54 平滑コンデンサ、55 インバータ主回路、56 制御回路、57 モータ、92 ゴムブッシュ、100 空気調和装置、300 分流コントローラー、301 外郭パネル、302 配管接続口、302a、302b 配管接続口、303 配管接続口、303a~303h 配管接続口、304 配線、305 連通部、S1 空間、S2 空間。

Claims (15)

  1.  可燃性冷媒を用いた空気調和装置の一部を構成する分流コントローラーであって、
     筐体と、
     前記筐体内に設けられ、冷媒を流すか否かを切り替える切替弁と、
     少なくとも前記切替弁を制御する制御装置と、
     前記筐体に設置され、前記制御装置及び前記空気調和装置を構成する駆動部品の制御に利用される電気部品が少なくとも収容される電気品箱と、を有し、
     前記筐体は、
     当該筐体と前記電気品箱と連通し、前記筐体の底面から前記筐体の高さの1/3よりも低い位置に形成される連通部を有し、
     前記制御装置及び前記電気部品は、
     それらの各底面が、前記電気品箱の底面から前記電気品箱の高さの1/3よりも高い位置に配置されている
     ことを特徴とする分流コントローラー。
  2.  前記連通部には、
     前記筐体内から前記電気品箱内とをシールするゴムブッシュが設けられ、
     前記制御装置は、
     前記切替弁と前記ゴムブッシュを介して接続されている
     ことを特徴とする請求項1に記載の分流コントローラー。
  3.  前記制御装置を構成する素子の少なくとも一部は、
     ワイドバンドギャップ半導体で構成されている
     ことを特徴とする請求項1又は2に記載の分流コントローラー。
  4.  前記ワイドバンドギャップ半導体の温度を検知する温度検知手段を設け、
     前記温度検知手段は、
     前記ワイドバンドギャップ半導体の表面に接触するように設置されている
     ことを特徴とする請求項3に記載の分流コントローラー。
  5.  前記制御装置は、
     前記温度検知手段が予め設定されている所定温度を検知したとき、前記空気調和装置の運転を停止する
     ことを特徴とする請求項4に記載の分流コントローラー。
  6.  前記所定温度を150℃以上に設定した
     ことを特徴とする請求項5のいずれか一項に記載の分流コントローラー。
  7.  前記ワイドギャップ半導体は、
     炭化ケイ素素子、窒化ガリウム素子、及び、ダイヤモンド素子の少なくとも一つで構成されている
     ことを特徴とする請求項3~6のいずれか一項に記載の分流コントローラー。
  8.  前記可燃性を有する冷媒にR32を用いた
     ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の分流コントローラー。
  9.  前記可燃性を有する冷媒にHFO1234yfを用いた
     ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の分流コントローラー。
  10.  前記可燃性を有する冷媒にHFO1234ze(E)を用いた
     ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の分流コントローラー。
  11.  前記可燃性を有する冷媒にR32とHFO1234fyとの混合冷媒を用いた
     ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の分流コントローラー。
  12.  前記可燃性を有する冷媒にR32とHFO1234ze(E)との混合冷媒を用いた
     ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の分流コントローラー。
  13.  請求項1~12のいずれか一項に記載の分流コントローラーと、
     利用側熱交換器及び絞り装置が搭載され、前記分流コントローラーに冷媒配管を介して接続される室内機と、
     圧縮機及び熱源側熱交換器が搭載され、前記分流コントローラーに冷媒配管を介して接続される室外機と、を備えた
     ことを特徴とする空気調和装置。
  14.  前記制御装置は、
     前記温度検知手段が予め設定されている所定温度を検知したとき、前記圧縮機の回転数を現在の回転数よりも減少させる
     ことを特徴とする請求項4に従属する請求項13に記載の空気調和装置。
  15.  前記制御装置は、
     所定時間が経過後に、前記ワイドバンドギャップ半導体の温度が所定温度未満にならないとき、前記空気調和装置の運転を停止する
     ことを特徴とする請求項14に記載の空気調和装置。
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