WO2019130383A1 - 空気調和装置 - Google Patents
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- F24F1/02—Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
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- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
Definitions
- the present invention relates to an air conditioner applied to, for example, a large building.
- an air conditioning apparatus in which a plurality of indoor side heat exchangers are connected to one compressor and an outdoor side heat exchanger is known.
- an outdoor unit in which a compressor and an outdoor heat exchanger are installed, and a plurality of indoor units in which an expansion device and an indoor heat exchanger are installed in pairs. are connected by a refrigerant pipe (for example, Patent Document 1).
- Patent No. 3866359 gazette
- the Fluorocarbons Emission Control Act stipulates that the global warming potential of refrigerants used in air conditioners for stores or office air conditioners must be 750 or less by 2020. .
- the air conditioner of Patent Document 1 has a hydrofluorocarbon-based refrigerant, for example, R410A, but the global warming potential of R410A is 2090. It is higher than the value specified in the Emission Control Act.
- An object of the present invention is to provide an air conditioner that ensures safety against refrigerant leakage even when a flammable refrigerant such as propane or the like having a global warming potential of 750 or less is used.
- the air conditioner according to the present invention is a refrigerant circuit in which a compressor, a heat source side heat exchanger that is a water-cooled heat exchanger, a throttling portion, and a load side heat exchanger are connected by piping and the refrigerant circulates inside;
- a load-side fan that supplies indoor air to the load-side heat exchanger, a casing that houses the refrigerant circuit and the load-side fan, a refrigerant detection sensor that detects the refrigerant that has leaked from the refrigerant circuit, the compression
- a controller for controlling the load-side blower wherein the refrigerant is a flammable refrigerant having a global warming potential of 750 or less.
- the refrigerant leakage can be detected by the refrigerant detection sensor while reducing the filling amount of the refrigerant, safety against refrigerant leakage can be ensured even if a flammable refrigerant is used.
- the refrigerant used for an air conditioning apparatus can use the thing whose global warming potential is 750 or less, it can provide the air conditioning apparatus which adapted the freon discharge control.
- FIG. 1 is a schematic refrigerant circuit diagram showing an example of an air conditioning apparatus according to Embodiment 1. It is the schematic which shows the internal structure which looked at the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 from the side. It is the schematic which shows the external appearance structure which looked at the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 from the lower surface.
- FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram of an air conditioner as a comparative example of the air conditioner according to Embodiment 1.
- FIG. 2 is a view showing an example of a refrigerant detection sensor of the air conditioning apparatus according to Embodiment 1;
- FIG. 2 is a control function block diagram of the air conditioning apparatus according to Embodiment 1;
- FIG. 1 is a schematic refrigerant circuit diagram showing an example of an air conditioning apparatus according to Embodiment 1. It is the schematic which shows the internal structure which looked at the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 from the side. It is the schematic which shows the external appearance structure which looked at the air conditioning
- FIG. 6 is a diagram showing an example of a control flow at the time of refrigerant leakage of the air conditioning apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a schematic refrigerant circuit diagram showing an example of an air conditioning apparatus according to Embodiment 1.
- 5 is a schematic view showing an example of a heat source side heat exchanger used in the air conditioning apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. 5 is a schematic view showing an example of a heat source side heat exchanger used in the air conditioning apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. It is the schematic which shows the internal structure which looked at the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 2 from the front.
- FIG. 1 is a schematic refrigerant circuit diagram showing an example of the air conditioning apparatus 1 according to the first embodiment.
- the dimensions, shapes, and arrangements of the respective constituent members may differ from actual ones. Further, in the following drawings, the same or similar members or parts are denoted by the same reference numerals, or the reference numerals are omitted.
- the compressor 2, the heat source side heat exchanger 3, the throttling portion 4, and the load side heat exchanger 5 are connected by refrigerant piping, A refrigerant circuit 6 in which the refrigerant circulates is provided.
- the air conditioning apparatus 1 also includes a load-side blower 7 that supplies room air to the load-side heat exchanger 5.
- the compressor 2 is a fluid machine that compresses low-pressure refrigerant that has been taken in and discharges it as high-pressure refrigerant.
- the compressor 2 can be configured, for example, as a rotary compressor or a scroll compressor.
- the compressor 2 may be configured as, for example, a compressor having a constant rotational frequency, or may be configured as a compressor capable of controlling a rotational frequency on which an inverter is mounted.
- the heat source side heat exchanger 3 is a heat exchanger that functions as a condenser. As shown in FIG. 1, the heat source side heat exchanger 3 is, for example, between the high pressure refrigerant flowing inside the heat source side heat exchanger 3 discharged from the compressor 2 and the heat medium circulating the heat medium circuit 8. Can be configured as a water-cooled heat exchanger capable of performing heat exchange. When the heat source side heat exchanger 3 can be configured as a water-cooled heat exchanger, for example, a plate-type heat exchanger or a double-pipe heat exchanger 40 can be adopted. Further, as the heat medium circulating through the heat medium circuit 8, a liquid medium such as water or brine is used. In the air conditioner 1, the condenser may be also referred to as a radiator.
- the heat medium circuit 8 includes a cooling tower installed outside and an outlet side of the heat medium of the cooling tower and an inlet side of the heat medium of the heat source side heat exchanger 3.
- the water-cooling pump arranged at is connected by piping.
- the cooling tower is a heat exchange device that cools the heat medium in direct or indirect contact with the atmosphere.
- the water-cooling pump is a fluid machine that sucks the heat medium from the cooling tower and presses the sucked heat medium into the heat source side heat exchanger 3.
- the heat source side heat exchanger 3 By configuring the heat source side heat exchanger 3 as a water-cooled heat exchanger, the exhaust heat treatment can be easily performed in the cooling tower, and the air conditioner 1 needs to be provided with a duct or the like for performing the exhaust heat treatment. It disappears. Therefore, by configuring the heat source side heat exchanger 3 as a water-cooled heat exchanger, the configuration of the air conditioner 1 can be miniaturized and simplified. In addition, since the heat source side heat exchanger 3 is configured as a water-cooled heat exchanger, the discharge of heat to the atmosphere is minimized, so that the heat island phenomenon can be suppressed.
- the throttling unit 4 expands and reduces the pressure of the high pressure liquid refrigerant flowing out of the heat source side heat exchanger 3 and causes the high pressure liquid refrigerant to flow into the load side heat exchanger 5.
- the throttling unit 4 is configured of, for example, an expander, which is, for example, a mechanical expansion valve, or a pressure reducing device such as a linear electronic expansion valve whose opening degree can be adjusted in multiple stages or continuously.
- the throttling unit 4 may be configured by a capillary tube.
- the linear electronic expansion valve is also abbreviated as LEV.
- the load side heat exchanger 5 is a heat exchanger that functions as an evaporator.
- the load side heat exchanger 5 is, for example, an air-cooled heat exchanger in which heat exchange is performed between the two-phase refrigerant flowing inside and the indoor air supplied to the load side heat exchanger 5 by the load side blower 7. is there.
- the load-side heat exchanger 5 can be configured, for example, as a cross fin type fin-and-tube heat exchanger composed of a heat transfer tube and a plurality of fins, or a plate fin type heat exchanger.
- the evaporator may be also referred to as a cooler.
- the load-side blower 7 attracts indoor air by the rotational drive of the load-side blower 7 and supplies the indoor air to the load-side heat exchanger 5.
- the load-side blower 7 can be configured as, for example, a centrifugal fan such as a sirocco fan or a turbo fan, a cross flow fan, a diagonal flow fan, or a propeller fan.
- FIG. 2 is a schematic view showing an internal configuration of the air conditioning apparatus 1 according to Embodiment 1 as viewed from the side.
- FIG. 3 is a schematic view showing an appearance of the air conditioning apparatus 1 according to Embodiment 1 as viewed from the lower surface.
- the air conditioning apparatus 1 accommodates the refrigerant circuit 6 and the load-side blower 7, and is attached to the housing 10 disposed on the ceiling 150 and the housing 10. And a panel 11 disposed on the ceiling cassette.
- the compressor 2, the heat source side heat exchanger 3, the throttle unit 4, the first load side heat exchanger 5a, the second load side heat exchanger 5b, the first load side fan 7a, and A second load-side blower 7b is accommodated.
- the compressor 2, the heat source side heat exchanger 3, the first load side heat exchanger 5 a, and the second load side heat exchanger 5 b are connected by a refrigerant pipe together with the throttling portion 4 to form a refrigerant circuit 6.
- coolant piping which comprises the aperture
- the housing 10 is provided with a first suction introduction guide 12a and a second suction introduction guide 12b.
- the first suction introduction guide 12a is disposed inside the housing 10, and constitutes a first suction air passage 13a for inducing room air by driving the first load-side fan 7a.
- the second suction introduction guide 12b is disposed inside the housing 10, and constitutes a second suction air passage 13b for inducing room air by driving the first load-side fan 7a.
- a compressor 2 in the space between the first suction introduction guide 12a and the second suction introduction guide 12b, a compressor 2, a heat source side heat exchanger 3 and the like are disposed as a machine room. .
- a first blowout air passage 14a for supplying the air heat-exchanged by the first load-side heat exchanger 5a to the room 100 is provided outside the first suction air passage 13a.
- chamber interior 100 is provided in the outer side of the 2nd suction introduction guide 12b.
- the first blowoff air passage 14a and the second blowoff air passage 14b may be configured by arranging a duct or a chamber outside the housing 10, or by providing a partition plate inside the housing 10 May be
- the panel 11 is provided with a first inlet 15a, a second inlet 15b, a first outlet 16a, and a second outlet 16b.
- the first suction port 15 a and the second suction port 15 b are configured as, for example, rectangular openings, and are arranged along opposing sides on the panel 11.
- the first suction port 15 a takes in room air into the interior of the housing 10 by the drive of the first load-side blower 7 a.
- the second suction port 15 b takes in room air into the inside of the housing 10 by the drive of the second load-side blower 7 b.
- the first blowout port 16a is configured as, for example, a rectangular opening, and is disposed outside the first suction port 15a.
- the first air outlet 16 a blows out the air heat-exchanged by the first load-side heat exchanger 5 a and supplies it to the room 100.
- the second air outlet 16b is configured as, for example, a rectangular opening, and is disposed outside the second inlet 15b.
- the second air outlet 16 b blows out the air heat-exchanged by the second load-side heat exchanger 5 b and supplies the air to the room 100.
- the load of a U-shape or O-shape for example, when it sees from upper direction It may be integrated as the side heat exchanger 5.
- the inlet port 15 and the blower outlet 16 are provided in each edge of the panel 11. It is good also as composition.
- a flammable refrigerant having a global warming potential of 750 or less is used as the working fluid, for example, propane and isobutane.
- Propane is a refrigerant having a global warming potential of 3.3.
- Isobutane is a refrigerant having a global warming potential of 4.
- the global warming potential is also abbreviated as GWP.
- the air conditioner 1 of the first embodiment has a compressor 2, a heat source side heat exchanger 3, a throttling portion 4, a load side heat exchanger 5, and a refrigerant circuit 6 in which a load side blower 7 is connected by refrigerant piping. It is an integrated device housed in 10. Therefore, it is possible to miniaturize, that is, to configure the refrigerant circuit 6 to be short, and to reduce the filling amount of the refrigerant. For example, in the case of propane, since the liquid density is small, the filling amount of the refrigerant can be reduced to about 500 g. Therefore, the air conditioner 1 can ensure the safety against the leakage of the refrigerant even when the flammable refrigerant having the global warming potential of 750 or less is used.
- the filling amount M [kg] of the refrigerant in the air conditioner 1 is a numerical value obtained by dividing the volume [m 3 ] when the refrigerant having the filling amount M turns into a gas by the volume V [m 3 ] of the room 100 It is adjusted to be equal to or less than a quarter of the lower limit value LFL of the combustion range of the room 100. That is, the filling amount M of the refrigerant of the air conditioner 1 is adjusted to satisfy the relationship of M / V ⁇ LFL / 4.
- the lower limit value LFL of the combustion range is set to, for example, 1.8 [vol%].
- the air conditioner 1 according to Embodiment 1 has a small amount of refrigerant filling of about 500 g, even when the refrigerant leaks, it is possible to prevent the refrigerant concentration in the room 100 from reaching the combustion concentration of the refrigerant.
- the flow of the refrigerant in FIG. 1 is indicated by an arrow above the refrigerant circuit 6, and the flow of the heat medium flowing through the heat source side heat exchanger 3 is indicated by an arrow above the heat medium circuit 8. .
- the flow of air in FIG. 2 is indicated by arrows.
- the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 flows into the heat source side heat exchanger 3.
- the high temperature / high pressure gas refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 3 is heat-exchanged by releasing heat to the heat medium which is a low temperature medium, and becomes a high pressure liquid refrigerant.
- the high pressure liquid refrigerant flows into the throttling unit 4.
- the high-pressure liquid refrigerant flowing into the throttling unit 4 is expanded and reduced in pressure to become a low-temperature low-pressure two-phase refrigerant.
- the low-temperature low-pressure two-phase refrigerant flows into the first load-side heat exchanger 5a and the second load-side heat exchanger 5b, and the first load-side heat exchanger 5a and the second load-side heat exchanger 5b
- the heat is absorbed from the room air supplied to the air and evaporated to be a highly dry two-phase refrigerant or a low-temperature low-pressure gas refrigerant.
- the highly dry two-phase refrigerant or the low-temperature low-pressure gas refrigerant flowing out of the first load-side heat exchanger 5 a and the second load-side heat exchanger 5 b is sucked into the compressor 2.
- the above cycle is repeated to perform the cooling operation.
- the "cooling operation” refers to an operation of supplying a low-temperature low-pressure refrigerant to the first load-side heat exchanger 5a and the second load-side heat exchanger 5b.
- the indoor air is attracted to the first suction air passage 13a via the first suction port 15a by the driving of the first load-side blower 7a.
- the induced indoor air is supplied to the first load-side heat exchanger 5a by the first load-side blower 7a.
- the room air supplied to the first load side heat exchanger 5a is subjected to heat exchange with the first load side heat exchanger 5a, and heat is released from the room air. Air from which heat has been released passes through the first blowoff air passage 14a and is supplied to the room 100 through the first blowout port 16a.
- the room air is attracted to the second suction air passage 13b through the second suction port 15b by the drive of the second load-side blower 7b.
- the induced indoor air is supplied to the second load-side heat exchanger 5b by the second load-side blower 7b.
- the room air supplied to the second load-side heat exchanger 5b is subjected to heat exchange with the second load-side heat exchanger 5b, and heat is released from the room air.
- the air from which the heat has been released passes through the second air outlet 14b and is supplied to the room 100 through the second air outlet 16b.
- the first suction port 15a and the second suction port 15b are also referred to as the "suction port”
- the first blowout port 16a and the second blowout port 16b are also referred to as the "blowing port”.
- the air passage from the first inlet 15a to the first outlet 16a and the air passage from the second inlet 15b to the second outlet 16b are also referred to as "main air passages".
- the load-side fan 7 and the compressor 2 are disposed on the windward side of the load-side heat exchanger 5.
- the control box containing the control device for controlling the compressor 2, the throttling portion 4 and the load-side fan 7 provided in the air conditioner 1 also includes the load-side heat exchanger 5 in the air passage. Installed on the windward side of Alternatively, the control box and the compressor 2 may be installed outside the air path. In the air conditioner 1, refrigerant leakage may occur from the load side heat exchangers 5a and 5b.
- the flammable refrigerant that has leaked can easily touch the electrical components. Since the combustible refrigerant may burn when it contacts the electric parts, by arranging the load-side blower 7, the compressor 2 and the control box on the windward side of the load-side heat exchangers 5a and 5b as described above It is possible to prevent the leaked refrigerant from burning.
- FIG. 4 is a refrigerant circuit diagram of an air conditioning apparatus 101 as a comparative example of the air conditioning apparatus 1 according to the first embodiment.
- the heat source side heat exchanger 104 is installed in the outdoor unit 103
- the load side heat exchanger 105 is installed in the indoor unit 102.
- the indoor unit 102 and the outdoor unit 103 are connected by extension pipes 111 and 112.
- the extension pipes 111 and 112 may have a length of about 100 m, and as the extension pipes 111 and 112 become longer, the amount of refrigerant charged in the refrigerant circuit 106 of the air conditioner 101 is large. Become.
- the refrigerant circuit 6 is accommodated in the housing 10 installed on the ceiling and back 150 of the room 100. Therefore, the length of the piping of the air conditioning apparatus 1 is short compared to the air conditioning apparatus 101 of the comparative example. Therefore, the amount of refrigerant charged into the refrigerant circuit 6 is also small, and even when refrigerant leakage occurs, the absolute amount of refrigerant flowing out into the room 100 is small, so the possibility of reaching the combustion concentration of the refrigerant is low. Become.
- the air conditioning apparatus 1 since the integrated air conditioning apparatus 1 can be provided, the air conditioning apparatus 1 can be miniaturized, and the filling amount of the refrigerant can be reduced. Therefore, according to the air conditioning apparatus 1 according to Embodiment 1, even when the flammable refrigerant having a global warming potential of 750 or less is used, the safety against the leakage of the refrigerant can be secured. Moreover, since the air conditioning apparatus 1 can be miniaturized, the packaging of the product can be miniaturized and the transportation of the product can be made more efficient.
- the air conditioner 1 according to the first embodiment is the integrated air conditioner 1
- the indoor unit 102 and the outdoor unit 103 are separated as in the air conditioner 101 according to the comparative example. It is not necessary to provide the extension pipes 111 and 112 connecting the 102 and the outdoor unit 103.
- the extension pipes 111 and 112 may have a length of about 100 m, the cooling capacity may be reduced due to pressure loss or Compressor damage may occur due to refrigeration oil return failure.
- the air conditioner 1 does not need to provide the extension pipes 111 and 112, so that it is possible to avoid the compressor damage due to the decrease of the cooling capacity due to pressure loss or the return failure of the refrigerator oil. The reliability and safety of the conditioner 1 can be ensured.
- casing 10 can be comprised as a ceiling cassette type, and a refrigerant
- coolant can be made into propane or isobutane.
- propane or isobutane which is a flammable refrigerant
- the air conditioner 1 capable of ensuring the safety against leakage of the refrigerant can be provided because the filling amount of the refrigerant can be suppressed to about 500 g or less. can do.
- the air conditioning apparatus 1 is the integrated air conditioning apparatus 1 and can be configured as a ceiling cassette type apparatus that can be accommodated in the ceiling and back 150, the installation location of the air conditioning apparatus 1 can be It can be easily selected.
- the heat source side heat exchanger 3 is a water-cooled heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant and the heat medium, and the heat medium is water or brine. Can be configured.
- the heat source side heat exchanger 3 By configuring the heat source side heat exchanger 3 as a water-cooled heat exchanger, the heat absorbed from the refrigerant by the heat medium can be easily exhausted in the cooling tower. Therefore, it is not necessary to provide the air conditioner 1 with a duct or the like for performing the exhaust heat treatment. Therefore, by configuring the heat source side heat exchanger 3 as a water-cooled heat exchanger, the configuration of the air conditioner 1 can be miniaturized and simplified. In addition, since the heat source side heat exchanger 3 is configured as a water-cooled heat exchanger, the discharge of heat to the atmosphere is suppressed to the minimum, so the heat island phenomenon can be suppressed. Moreover, the safety
- the filling amount M of the refrigerant is a value obtained by dividing the volume when the refrigerant of the filling amount M turns into a gas at room temperature by the volume of the indoor 100 is the indoor 100 It is adjusted so as to be less than or equal to one-fourth of the lower limit value of the combustion range.
- the refrigerant concentration in the room 100 can be prevented from reaching the combustion concentration of the refrigerant.
- the air conditioning apparatus 1 includes a refrigerant detection sensor 20 that detects a refrigerant when the refrigerant leaks from the refrigerant circuit 6. As shown in FIG. 2, the refrigerant detection sensor 20 is installed in the room 100. The refrigerant detection sensor 20 is installed below at least one of the first outlet 16a and the second outlet 16b. Alternatively, the refrigerant detection sensor 20 may be installed at a position where the refrigerant leaking in the room 100 can be easily detected.
- the refrigerant may leak from the refrigerant pipe of the refrigerant circuit 6 in the housing 10.
- the refrigerant since the refrigerant may leak from the connection portion between the load side heat exchanger 5 and the refrigerant pipe, at least at least the first air outlet 16a and the second air outlet 16b below the load side heat exchanger 5.
- the refrigerant leaks from one side. Therefore, it is desirable that the refrigerant detection sensor 20 be located below the load-side heat exchanger 5 and in the vicinity of the outlet 16.
- FIG. 5 is a view showing an example of the refrigerant detection sensor 20 of the air conditioning apparatus 1 according to the first embodiment.
- the refrigerant detection sensor 20 is composed of three parts: a tin oxide 20a, an alumina substrate 20b, and a heater 20c.
- the heater 20 c heats the tin oxide 20 a to an operating temperature optimum for detecting a refrigerant, for example, propane.
- the heater 20c is in contact with the tin oxide 20a through the alumina substrate 20b.
- the oxygen adsorbed on the surface of the tin oxide 20a catches the electrons in the tin oxide 20a, so that the tin oxide 20a is in a state in which the electrons hardly flow.
- oxygen on the surface of the tin oxide 20a is reacted with the reduced gas by the reducing gas and is taken. Then, the electrons in the tin oxide 20a become free, so the resistance value R of the tin oxide 20a of the refrigerant detection sensor 20 decreases. That is, the electrical resistance value R of the portion indicated by R in FIG. 5 decreases, and the change in the resistance value R detects the concentration of propane contained in the air.
- the refrigerant leakage may occur whether the air conditioner 1 is in operation or not in operation.
- the air conditioner 1 since the load-side blower 7 is driven, the leaked refrigerant is discharged to the space of the room 100.
- the refrigerant concentration in the room 100 does not reach the combustion concentration in the amount of refrigerant filled in the refrigerant circuit 6 of the air conditioner 1. Therefore, the leaked refrigerant is not diffused by the load-side blower 7 into the room 100, so that the leaked refrigerant does not burn.
- the load-side blower 7 has stopped operation, the leaked refrigerant may flow into the room 100 and be locally accumulated in a part of the space. In this case, the refrigerant concentration has reached the combustion concentration, and there is a risk that the refrigerant that has leaked may burn.
- FIG. 6 is a control function block diagram of the air conditioning apparatus 1 according to the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of a control flow at the time of refrigerant leakage of the air conditioning apparatus 1 according to Embodiment 1.
- the refrigerant detection sensor 20 is configured to always be able to perform the refrigerant detection even when the air conditioner 1 is in operation or in operation stop.
- the control device receives a signal from the refrigerant detection sensor 20. For example, the control device determines that the resistance value R of the tin oxide 20a of the refrigerant detection sensor 20 has become lower than a predetermined value.
- the control device determines the operating state of the load-side blower 7 (STEP 2).
- the control device continues the operation of the load-side fan 7 as it is when the load-side fan 7 is driven (STEP 3).
- the control device controls the load-side fan 7 to start operation when the load-side fan 7 is stopped (STEP 4).
- the refrigerant detection sensor 20 be configured to always be able to detect the refrigerant leakage.
- the air volume of the load-side blower 7 when refrigerant leakage occurs may be set in advance. For example, the leakage refrigerant may be diffused quickly by setting it as strong wind.
- the air conditioner 1 By controlling the air conditioner 1 as described above, even if refrigerant leakage occurs, the refrigerant diffuses into the space of the room 100, so that it is possible to prevent the concentration of combustion from reaching and improve safety. .
- FIG. 8 is a schematic refrigerant circuit diagram showing an example of the air conditioning apparatus 1 according to the first embodiment.
- the flow of the refrigerant during the cooling operation is indicated by a black arrow
- the flow of the refrigerant during the heating operation is indicated by a white block arrow.
- the flow of the heat medium flowing through the heat source side heat exchanger 3 is indicated by a black arrow above the heat medium circuit 8.
- the “heating operation” is an operation of supplying the high-temperature high-pressure refrigerant to the load-side heat exchanger 5.
- the refrigerant flow switching device 9 sucks the two-phase refrigerant having high dryness or the low-temperature low-pressure gas refrigerant from the load-side heat exchanger 5 into the compressor 2 and discharges the high-temperature high-pressure refrigerant discharged from the compressor 2.
- path control of the refrigerant flow path is performed.
- the refrigerant flow switching device 9 causes the compressor 2 to suck the two-phase refrigerant having high dryness or the low-temperature low-pressure gas refrigerant from the heat source side heat exchanger 3, and the high temperature discharged from the compressor 2
- the path control of the refrigerant flow path is performed so that the high-pressure gas refrigerant flows into the load-side heat exchanger 5.
- the air conditioner 1 of the first embodiment may be a miniaturized air conditioner 1 capable of switching between the cooling operation and the heating operation as shown in FIG.
- a two-way valve or a three-way valve may be used as the refrigerant flow switching device 9.
- FIG. 9 is a schematic view showing an example of the heat source side heat exchanger 3 used in the air conditioning apparatus 1 according to the first embodiment.
- FIG. 9 shows a cross section perpendicular to the flow direction of the refrigerant and the heat medium flowing in the heat source side heat exchanger 3 of the heat source side heat exchanger 3.
- the air conditioner 1 of the first embodiment may adopt a water-cooled heat exchanger as the heat source side heat exchanger 3 and configure the water-cooled heat exchanger as a double-pipe heat exchanger.
- the heat source side heat exchanger 3 shown in FIG. 9 is a double-pipe heat exchanger 40 having an inner pipe 40a and an outer pipe 40b, and the refrigerant is allowed to flow through the inner pipe 40a to combine the inner pipe 40a and the outer pipe 40b. It is comprised so that a heat carrier may flow among them.
- heat exchange is performed between the refrigerant and the heat medium via the circumferential surface of the inner pipe 40a.
- the double-pipe heat exchanger 40 is configured such that the circumferential surface of the inner pipe 40a and the circumferential surface of the outer pipe 40b are concentric in the cross section of the pipe.
- the amount of refrigerant may be the largest when the air conditioner 1 is driven, but since the refrigerant leaked from the heat source side heat exchanger 3 does not leak into the room 100, the air conditioning The safety of the device 1 can be secured.
- FIG. 10 is a schematic view showing an example of the heat source side heat exchanger 3 used in the air conditioning apparatus 1 according to the first embodiment.
- a water-cooled heat exchanger may be adopted as the heat source side heat exchanger 3, and the water-cooled heat exchanger may be configured as the plate heat exchanger 30.
- the heat source side heat exchanger 3 shown in FIG. 10 is covered with a sealing member 30b so as to seal the periphery of the plate heat exchanger main body 30a.
- a sealing member 30b so as to seal the periphery of the plate heat exchanger main body 30a.
- FIG. 11 is a schematic view showing an internal configuration of the air conditioning apparatus 1 according to Embodiment 2 as viewed from the front.
- the flow of air in the air conditioner 1 is indicated by a white block arrow.
- the air conditioner 1 is configured as a ceiling-embedded device, and the other configuration is the same as the air conditioner 1 of the first embodiment described above.
- the housing 10 is arranged to be embedded in the ceiling and back 150.
- the suction side chamber 17a and the blowout side chamber 17b are arranged to connect the housing 10 and the room 100 with each other.
- the suction side panel 11a is arrange
- the blowing side panel 11b is arrange
- the air passage from the suction side panel 11a to the blowout side panel 11b corresponds to the "main air passage".
- the refrigerant circuit 6 and the load-side blower 7 inside the housing 10, that is, the compressor 2, the throttle portion 4, the load-side heat exchanger 5, and the load-side blower 7 are accommodated. It is done.
- coolant piping which comprises the aperture
- the load-side blower 7, the compressor 2, and the control box are disposed on the windward side of the load-side heat exchanger 5.
- the control box may be located outside the air path.
- the heat source side heat exchanger 3 may also be installed in the main air passage of the air conditioner 1. Since the heat source side heat exchanger 3 is not an electrical component, it may be disposed on either the windward side or the windward side of the load side heat exchanger 5. However, since the heat source side heat exchanger 3 may leak refrigerant, it is desirable that the heat source side heat exchanger 3 be located on the downwind side of the compressor 2, the load side blower 7 or the control box.
- an integrated air conditioner 1 capable of downsizing can be provided.
- the air conditioner 1 of the above-described embodiment may be configured to include other components such as an accumulator, an oil separator, and a control device.
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Abstract
冷媒の漏洩に対する安全性を確保する空気調和装置を提供することを目的とするものであり、圧縮機、水冷式熱交換器である熱源側熱交換器、絞り部、及び負荷側熱交換器が配管により接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路と、負荷側熱交換器に室内の空気を供給する負荷側送風機と、冷媒回路及び負荷側送風機を収納する筐体と、冷媒回路から漏洩した前記冷媒を検知する冷媒検知センサーと、圧縮機及び負荷側送風機を制御する制御装置と、を備える。冷媒は、地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒である。
Description
本発明は、例えば大型建築物に適用される空気調和装置に関するものである。
大型建築物に適用される空気調和装置として、1つの圧縮機及び室外側熱交換器に、複数の室内側熱交換器を接続した空気調和装置が知られている。このような空気調和装置においては、圧縮機と室外側熱交換器とが設置されている室外機と、膨張装置と室内側熱交換器とが対になって設置されている複数の室内機とが、冷媒配管により接続されている(例えば、特許文献1)。
平成27年4月に施行されたフロン排出抑制法では、店舗又はオフィスエアコン用の空気調和装置で用いられる冷媒の地球温暖化係数を2020年までに750以下にしなければならない旨が規定されている。特許文献1の空気調和装置では、特許文献1の空気調和装置では、冷媒としてハイドロフルオロカーボン系の冷媒である、例えばR410Aを用いたものがあるが、R410Aの地球温暖化係数は2090であり、フロン排出抑制法で規定された数値よりも高くなっている。
大型建築物に適用されるビル用マルチエアコンも、今後地球温暖化係数750以下の冷媒を使用する指定製品になると考えられる。また、欧州においても欧州F-gas規制により、Quota調達が2018年以降困難となるため、大型建築物に適用される空気調和装置に用いられる冷媒も、大幅な地球温暖化係数の低減策を早急に実現する必要がある。
特許文献1の空気調和装置において、R410Aの代わりにプロパンを冷媒として用いた場合は、プロパンの地球温暖化係数は3.3であるため、フロン排出抑制法で規定された数値に適合する。しかし、特許文献1の空気調和装置にプロパンを冷媒として用いた場合、室外機に複数の室内機が接続された構成となっているため、空気調和装置に封入されるプロパンの量が数十kgになる。可燃性冷媒であるプロパンの封入量が多くなるにつれて、空気調和装置において冷媒漏洩が発生した場合、多量の冷媒が空気調和装置内又は設置される空間に溜まり、冷媒の燃焼濃度に至る可能性が高くなる。よって、特許文献1の空気調和装置においては、プロパン等の地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒を用いた場合に、冷媒漏洩に対する安全性を確保できないという課題があった。
本発明は、プロパン等の地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒を用いた場合であっても、冷媒の漏洩に対する安全性を確保する空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明の空気調和装置は、圧縮機、水冷式熱交換器である熱源側熱交換器、絞り部、及び負荷側熱交換器が配管により接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路と、前記負荷側熱交換器に室内の空気を供給する負荷側送風機と、前記冷媒回路及び前記負荷側送風機を収納する筐体と、前記冷媒回路から漏洩した前記冷媒を検知する冷媒検知センサーと、前記圧縮機及び前記負荷側送風機を制御する制御装置と、を備え、前記冷媒は、地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒である。
本発明に係る空気調和装置によれば、冷媒の充填量を低減させつつ、冷媒検知センサーにより冷媒漏洩を検知できるため、可燃性冷媒を用いても冷媒漏洩に対する安全性を確保することができる。また、空気調和装置に用いられる冷媒は、地球温暖化係数が750以下のものを使用できるため、フロン排出規制に適合した空気調和装置を提供できる。
実施の形態1.
実施の形態1に係る空気調和装置1について説明する。図1は、実施の形態1に係る空気調和装置1の一例を示す概略的な冷媒回路図である。なお、図1を含む以下の図面では各構成部材の寸法、形状、及び配置が、実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面では、同一又は類似の部材又は部分には、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。
実施の形態1に係る空気調和装置1について説明する。図1は、実施の形態1に係る空気調和装置1の一例を示す概略的な冷媒回路図である。なお、図1を含む以下の図面では各構成部材の寸法、形状、及び配置が、実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面では、同一又は類似の部材又は部分には、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。
図1に示すように、実施の形態1に係る空気調和装置1は、圧縮機2、熱源側熱交換器3、絞り部4、及び負荷側熱交換器5が冷媒配管で接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路6を備えている。また、空気調和装置1は、負荷側熱交換器5に室内空気を供給する負荷側送風機7を備えている。
圧縮機2は、吸入した低圧冷媒を圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機2は、例えば、ロータリ圧縮機又はスクロール圧縮機として構成できる。なお、圧縮機2は、例えば、回転周波数が一定の圧縮機として構成してもよいし、インバータを搭載した回転周波数を制御可能な圧縮機として構成してもよい。
熱源側熱交換器3は、凝縮器として機能する熱交換器である。図1に示すように、熱源側熱交換器3は、例えば、圧縮機2から吐出された熱源側熱交換器3の内部を流れる高圧冷媒と、熱媒体回路8を循環する熱媒体との間で熱交換を行うことが可能な水冷式熱交換器として構成できる。熱源側熱交換器3は、水冷式熱交換器として構成できる場合、例えば、プレート式熱交換器、二重管熱交換器40が採用できる。また、熱媒体回路8を循環する熱媒体としては、水又はブライン等の液状態媒体が用いられる。なお、空気調和装置1においては、凝縮器は、放熱器とも称される場合がある。
なお、図示されていないが、熱媒体回路8には、屋外に設置された冷却塔、及び冷却塔の熱媒体の流出口側と熱源側熱交換器3の熱媒体の流入口側との間に配置された水冷ポンプが、配管により接続されている。冷却塔は、熱媒体を大気と直接的又は間接的に接触させて冷却する熱交換装置である。水冷ポンプは、冷却塔から熱媒体を吸引し、吸引した熱媒体を熱源側熱交換器3に圧入する流体機械である。
熱源側熱交換器3を水冷式熱交換器として構成することにより、排熱処理を冷却塔にて容易に行うことができ、空気調和装置1には排熱処理を行うためのダクト等を設ける必要がなくなる。したがって、熱源側熱交換器3を水冷式熱交換器として構成することにより、空気調和装置1の構成を小型化し、簡易にすることができる。また、熱源側熱交換器3を水冷式熱交換器として構成することにより、大気への熱の排出が最小限に抑制されるため、ヒートアイランド現象を抑制できる。
絞り部4は、熱源側熱交換器3から流出した高圧液冷媒を膨張及び減圧させて、負荷側熱交換器5に流入させる。絞り部4は、例えば、例えば機械式膨張弁である膨張機、又は多段階若しくは連続的に開度を調節可能なリニア電子膨張弁等の減圧装置により構成される。また、絞り部4は、キャピラリーチューブにより構成してもよい。なお、リニア電子膨張弁はLEVとも略称される。
負荷側熱交換器5は、蒸発器として機能する熱交換器である。負荷側熱交換器5は、絞り部4で膨張及び減圧された冷媒が流入する。負荷側熱交換器5は、例えば、内部を流れる二相冷媒と、負荷側送風機7によって負荷側熱交換器5に供給される室内空気との間で熱交換が行われる空冷式熱交換器である。負荷側熱交換器5は、例えば、伝熱管と複数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器、又はプレートフィン型熱交換器として構成できる。なお、空気調和装置1においては、蒸発器は、冷却器とも称される場合がある。
負荷側送風機7は、室内空気を、負荷側送風機7の回転駆動により誘引し、負荷側熱交換器5に供給するものである。負荷側送風機7は、例えば、シロッコファン若しくはターボファン等の遠心ファン、クロスフローファン、斜流ファン、又はプロペラファンとして構成できる。
図2は、実施の形態1に係る空気調和装置1を側面から見た内部構成を示す概略図である。図3は、実施の形態1に係る空気調和装置1を下面から見た外観構成を示す概略図である。次に、実施の形態1に係る空気調和装置1の構成を図2及び図3を用いて説明する。
図2に示すように、空気調和装置1は、冷媒回路6及び負荷側送風機7を収容し、天井裏150に配置される筐体10と、筐体10に取り付けられ、室内100の天井面200に配置されるパネル11とを備える天井カセット型の一体型装置である。
筐体10には、圧縮機2、熱源側熱交換器3、絞り部4、第1の負荷側熱交換器5a、第2の負荷側熱交換器5b、第1の負荷側送風機7a、及び第2の負荷側送風機7bが収容されている。圧縮機2、熱源側熱交換器3、第1の負荷側熱交換器5a、及び第2の負荷側熱交換器5bは、絞り部4とともに冷媒配管で接続され、冷媒回路6を構成している。なお、図2では、絞り部4及び冷媒回路6を構成する冷媒配管は図示されていない。
筐体10には、第1の吸込導入ガイド12a、及び第2の吸込導入ガイド12bが設けられている。第1の吸込導入ガイド12aは、筐体10の内部に配置され、第1の負荷側送風機7aの駆動によって室内空気を誘引するための第1の吸込風路13aを構成している。第2の吸込導入ガイド12bは、筐体10の内部に配置され、第1の負荷側送風機7aの駆動によって室内空気を誘引するための第2の吸込風路13bを構成している。なお、図2に示すように、第1の吸込導入ガイド12aと第2の吸込導入ガイド12bとの間の空間は、機械室として圧縮機2、熱源側熱交換器3等が配置されている。
第1の吸込風路13aの外側には、第1の負荷側熱交換器5aで熱交換された空気を室内100に供給するための第1の吹出風路14aが設けられている。また、第2の吸込導入ガイド12bの外側には、第2の負荷側熱交換器5bで熱交換された空気を室内100に供給するための第2の吹出風路14bが設けられている。第1の吹出風路14a及び第2の吹出風路14bは、筐体10の外部にダクト又はチャンバを配置して構成してもよいし、筐体10の内部に仕切板を設けて構成してもよい。
図2及び図3に示すように、パネル11には、第1の吸入口15a、第2の吸入口15b、第1の吹出口16a、及び第2の吹出口16bが設けられている。第1の吸入口15a及び、第2の吸入口15bは、例えば矩形形状の開口部として構成され、パネル11上の対向する辺に沿って配置されている。第1の吸入口15aは、第1の負荷側送風機7aの駆動によって室内空気を筐体10の内部に取り込む。第2の吸入口15bは、第2の負荷側送風機7bの駆動によって室内空気を筐体10の内部に取り込む。第1の吹出口16aは、例えば矩形形状の開口部として構成され、第1の吸入口15aの外側に配置されている。第1の吹出口16aは、第1の負荷側熱交換器5aで熱交換された空気を吹き出し、室内100に供給する。第2の吹出口16bは、例えば矩形形状の開口部として構成され、第2の吸入口15bの外側に配置されている。第2の吹出口16bは、第2の負荷側熱交換器5bで熱交換された空気を吹き出し、室内100に供給する。
なお、図2では、第1の負荷側熱交換器5a及び第2の負荷側熱交換器5bを別体として構成しているが、例えば上方から見た時にU字形状又はO字形状の負荷側熱交換器5として一体化されていてもよい。また、図2及び図3では、パネル11に吸入口15及び吹出口16を2つずつ設けた構成としているが、例えば、パネル11の各辺に吸入口15及び吹出口16を1つずつ設けた構成としてもよい。
次に、実施の形態1に係る空気調和装置1の作動流体である冷媒について説明する。
実施の形態1の空気調和装置1では、作動流体である冷媒として、地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒が用いられ、例えば、プロパン、イソブタンが用いられる。プロパンは、地球温暖化係数が3.3の冷媒である。イソブタンは、地球温暖化係数が4の冷媒である。なお、当該技術分野においては、地球温暖化係数は、GWPとも略称される。
実施の形態1の空気調和装置1は、圧縮機2、熱源側熱交換器3、絞り部4、負荷側熱交換器5、及び負荷側送風機7を冷媒配管により接続した冷媒回路6を筐体10に収容した一体型の装置である。そのため、小型化、すなわち冷媒回路6を短く構成することが可能であり、冷媒の充填量を少なくすることができる。例えばプロパンの場合は液密度が小さいため、冷媒の充填量を500g程度に低減することができる。したがって、空気調和装置1は、地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒を用いた場合であっても、冷媒の漏洩に対する安全性を確保できる。
また、空気調和装置1における冷媒の充填量M[kg]は、充填量Mの冷媒が気体になったときの体積[m3]を室内100の容積V[m3]で除算した数値が、室内100の燃焼範囲の下限値LFLの4分の1以下となるように調整される。すなわち、空気調和装置1の冷媒の充填量Mは、M/V≦LFL/4の関係を満たすように調整される。燃焼範囲の下限値LFLは、例えば1.8[vol%]となるように設定される。実施の形態1に係る空気調和装置1は、冷媒充填量が500g程度と少ないため、冷媒が漏洩した場合であっても、室内100の冷媒濃度が、冷媒の燃焼濃度に達することを回避できる。
次に、実施の形態1に係る空気調和装置1の動作について図1~3を用いて説明する。なお、図1における冷媒の流れは、冷媒回路6の上に矢印で示されており、熱源側熱交換器3を流れる熱媒体の流れは、熱媒体回路8の上に矢印で示されている。また、図2における空気の流れは、矢印にて示されている。
空気調和装置1が駆動されると、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器3へ流入する。熱源側熱交換器3に流入した高温高圧のガス冷媒は、低温の媒体である熱媒体に熱を放出することによって熱交換され、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り部4に流入する。絞り部4に流入した高圧の液冷媒は、膨張及び減圧されて低温低圧の二相冷媒となる。低温低圧の二相冷媒は、第1の負荷側熱交換器5a及び第2の負荷側熱交換器5bに流入し、第1の負荷側熱交換器5a及び第2の負荷側熱交換器5bに供給される室内空気から熱を吸収し、蒸発して乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒となる。第1の負荷側熱交換器5a及び第2の負荷側熱交換器5bから流出した乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒は、圧縮機2に吸入される。実施の形態1に係る空気調和装置1では以上のサイクルが繰り返されて冷房運転が行われる。ここで、「冷房運転」とは、第1の負荷側熱交換器5a及び第2の負荷側熱交換器5bに低温低圧の冷媒を供給する運転のことである。
空気調和装置1で冷房運転が行われると、第1の負荷側送風機7aの駆動により、室内空気は第1の吸入口15aを介して第1の吸込風路13aに誘引される。誘引された室内空気は、第1の負荷側送風機7aによって第1の負荷側熱交換器5aに供給される。第1の負荷側熱交換器5aに供給された室内空気は、第1の負荷側熱交換器5aとの間で熱交換が行われ、室内空気からは熱が放出される。熱が放出された空気は、第1の吹出風路14aを通り、第1の吹出口16aを介して室内100に供給される。同様に、第2の負荷側送風機7bの駆動により、室内空気は第2の吸入口15bを介して第2の吸込風路13bに誘引される。誘引された室内空気は、第2の負荷側送風機7bによって第2の負荷側熱交換器5bに供給される。第2の負荷側熱交換器5bに供給された室内空気は、第2の負荷側熱交換器5bとの間で熱交換が行われ、室内空気からは熱が放出される。熱が放出された空気は、第2の吹出風路14bを通り、第2の吹出口16bを介して室内100に供給される。なお、第1の吸入口15a及び第2の吸入口15bは「吸入口」、第1の吹出口16a及び第2の吹出口16bは「吹出口」とも称する。また、第1の吸入口15aから第1の吹出口16aに至る風路及び第2の吸入口15bから第2の吹出口16bに至る風路は、「主風路」とも称する。
上述の空気調和装置1の主風路の構成において、負荷側送風機7及び圧縮機2は、負荷側熱交換器5の風上側に配置される。また、図示されていないが、空気調和装置1に設けられた圧縮機2、絞り部4、負荷側送風機7を制御する制御装置を内蔵した制御ボックスも、風路内の負荷側熱交換器5の風上側に設置される。又は、制御ボックス及び圧縮機2は、風路外に設置されてもよい。空気調和装置1において、冷媒漏洩は負荷側熱交換器5a、5bから発生する場合がある。そのため、主風路において負荷側熱交換器5a、5bの風下側、つまり負荷側熱交換器5a、5bよりも吹出口16側に負荷側送風機7、圧縮機2、及び制御ボックスといった電気部品を配置すると、漏洩した可燃性冷媒が電気部品に触れやすくなる。可燃性冷媒が電気部品に触れると、燃焼する場合があるため、上述のように負荷側送風機7、圧縮機2、及び制御ボックスを負荷側熱交換器5a、5bの風上側に配置することにより漏洩した冷媒が燃焼するのを防止することができる。
図4は、実施の形態1に係る空気調和装置1の比較例としての空気調和装置101の冷媒回路図である。比較例の空気調和装置101においては、室外機103に熱源側熱交換器104が設置され、室内機102に負荷側熱交換器105が設置されている。室内機102と室外機103との間は、延長配管111、112により連結される。建築物の規模によっては、延長配管111、112は100m程度の長さになる場合があり、延長配管111、112が長くなる分、空気調和装置101の冷媒回路106に充填される冷媒量が多くなる。このような空気調和装置101においては、室内機102において冷媒漏洩が発生した場合、多量の冷媒が室内100に流出し、流出した冷媒により室内100において冷媒の燃焼濃度に達する場合がある。
一方、実施の形態1に係る空気調和装置1においては、冷媒回路6は、室内100の天井裏150に設置される筐体10内に収容されている。したがって、空気調和装置1の配管の長さは、比較例の空気調和装置101と比較して短い。そのため、冷媒回路6に充填される冷媒量も少なくて済み、冷媒漏洩が発生した場合であっても、室内100に流出する冷媒の絶対量が少ないため、冷媒の燃焼濃度に達する可能性が低くなる。
上述の構成によれば、一体型の空気調和装置1を提供できるため、空気調和装置1を小型化し、冷媒の充填量を低減することができる。したがって、実施の形態1に係る空気調和装置1によれば、地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒を用いた場合であっても、冷媒の漏洩に対する安全性を確保することができる。また、空気調和装置1を小型化することができるため、製品の包装の小型化及び製品の輸送の効率化を図ることができる。
また、実施の形態1に係る空気調和装置1は、一体型の空気調和装置1であるため、比較例に係る空気調和装置101のように室内機102と室外機103を別体とし、室内機102と室外機103とを連結する延長配管111、112を設ける必要がない。比較例に係る空気調和装置101のように室内機102と室外機103を別体とした場合、延長配管111、112は100m程度の長さになる場合があるため、圧損による冷却能力の低下又は冷凍機油の戻り不具合による圧縮機損傷が生じる可能性がある。しかしながら、実施の形態1に係る空気調和装置1は、延長配管111、112を設ける必要がないため、圧損による冷却能力の低下又は冷凍機油の戻り不具合による圧縮機損傷を回避することができ、空気調和装置1の信頼性及び安全性を確保できる。
また、実施の形態1に係る空気調和装置1では、筐体10を天井カセット型として構成し、冷媒をプロパン又はイソブタンとすることができる。空気調和装置1の冷媒として可燃性冷媒のプロパン又はイソブタンを採用するが、冷媒の充填量を約500g以下に抑えることができるため、冷媒の漏洩に対する安全性を確保可能な空気調和装置1を提供することができる。
また、室内機102と室外機103を別体とした場合は、室外機103の台数の増加等のために、機械室を建物内に設けなければならず、設置場所の選定に苦慮する場合がある。しかしながら、本実施の形態1に係る空気調和装置1は、一体型の空気調和装置1であり、天井裏150に収容可能な天井カセット型の装置として構成できるため、空気調和装置1の設置場所を容易に選定できる。
また、実施の形態1に係る空気調和装置1では、熱源側熱交換器3を、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う水冷式熱交換器とし、熱媒体が水又はブラインであるように構成できる。
熱源側熱交換器3を水冷式熱交換器として構成することにより、冷媒から熱媒体に吸熱させた熱を冷却塔にて容易に排熱することができる。よって、空気調和装置1には排熱処理を行うためのダクト等を設ける必要がなくなる。したがって、熱源側熱交換器3を水冷式熱交換器として構成することにより、空気調和装置1の構成を小型化し、簡易にすることができる。また、熱源側熱交換器3を水冷式熱交換器として構成することにより、大気への熱の排出を最小限に抑制されるため、ヒートアイランド現象を抑制できる。また、熱媒体が水又はブラインとすることにより、空気調和装置1の安全性を確保することができる。
また、実施の形態1に係る空気調和装置1では、冷媒の充填量Mは、充填量Mの冷媒が室温下で気体になった時の体積を室内100の容積で除算した数値が、室内100の燃焼範囲の下限値の4分の1以下となるように調整される。これにより、冷媒が室内100に漏洩した場合であっても、室内100の冷媒濃度が、冷媒の燃焼濃度に達することを回避できる。
実施の形態1に係る空気調和装置1は、冷媒回路6から冷媒が漏洩した場合に、冷媒を検知する冷媒検知センサー20を備える。図2に示される様に、冷媒検知センサー20は、室内100に設置されている。冷媒検知センサー20は、第1の吹出口16a及び第2の吹出口16bの少なくとも一方の下方に設置される。又は、冷媒検知センサー20は、室内100において漏洩した冷媒が検知し易い位置に設置されていてもよい。
空気調和装置1は、筐体10内の冷媒回路6の冷媒配管から冷媒が漏洩する場合がある。特に負荷側熱交換器5と冷媒配管との接続部から冷媒が漏洩する場合があるため、負荷側熱交換器5の下方にある、第1の吹出口16a及び第2の吹出口16bの少なくとも一方から冷媒が漏洩する。そのため、冷媒検知センサー20は、負荷側熱交換器5の下方であって、吹出口16の近傍にあるのが望ましい。
図5は、実施の形態1に係る空気調和装置1の冷媒検知センサー20の一例を示す図である。冷媒検知センサー20は、酸化スズ20aと、アルミナ基板20bと、ヒータ20cの3部分により構成されている。ヒータ20cは、冷媒である例えばプロパンの検知に最適な動作温度まで酸化スズ20aを加熱するものである。ヒータ20cは、アルミナ基板20bを介して、酸化スズ20aに接触している。冷媒検知センサー20がきれいな空気に接しているときは、酸化スズ20aの表面に吸着した酸素が酸化スズ20a中の電子をとらえているため、酸化スズ20aは電子が流れにくい状態になっている。しかし、冷媒検知センサー20がプロパンを含む空気に接すると、還元性ガスにより酸化スズ20aの表面の酸素が還元したガスと反応して取りさられる。すると、酸化スズ20a中の電子が自由になるので、冷媒検知センサー20の酸化スズ20aの抵抗値Rが小さくなる。すなわち、図5にRで示された部分の電気的な抵抗値Rが小さくなり、この抵抗値Rの変化で空気中に含まれるプロパンの濃度を検出する。
なお、冷媒の検出方法としては、上述の半導体式センサーと同じ原理である、熱線型半導体センサーを用いてもよい。また、冷媒検知センサー20の表面でプロパンが触媒反応によって燃焼し、冷媒検知センサー20の温度が上昇してこの温度変化がガス濃度に比例することによりプロパンの検知を行う接触燃焼式センサーや、プロパンガスを特定の電極上で化学反応させた際に生じる電流を検出する電気化学式センサーがある。
冷媒漏洩は、空気調和装置1が運転中であっても運転停止中であっても発生しうる。空気調和装置1が運転中である場合には、負荷側送風機7が駆動しているため、漏洩した冷媒は、室内100の空間に放出される。実施の形態1においては、空気調和装置1の冷媒回路6に充填されている冷媒の量が室内100の冷媒濃度が燃焼濃度に達しないようにされている。そのため、漏洩した冷媒が、負荷側送風機7によって室内100に拡散することにより漏洩冷媒が燃焼することがない。しかし、負荷側送風機7が運転を停止している場合は、漏洩した冷媒は、室内100に流出して空間の一部に局所的に溜まる場合がある。この場合、冷媒濃度が燃焼濃度に達し漏洩した冷媒が燃焼するおそれがある。
図6は、実施の形態1に係る空気調和装置1の制御機能ブロック図である。図7は、実施の形態1に係る空気調和装置1の冷媒漏洩時の制御フローの一例を示す図である。冷媒検知センサー20は、空気調和装置1が運転中であっても運転停止中であっても、常時冷媒検知ができるように構成されている。冷媒回路6から冷媒漏洩が発生し、冷媒検知センサー20が冷媒を検知した場合(STEP1)、制御装置は、冷媒検知センサー20から信号を受ける。例えば、制御装置は、冷媒検知センサー20の酸化スズ20aの抵抗値Rが所定の値よりも低くなったことを判定する。
制御装置は、冷媒検知センサー20が冷媒を検知した場合、負荷側送風機7の運転状態を判断する(STEP2)。制御装置は、負荷側送風機7が駆動している状態のときはそのまま負荷側送風機7の運転を継続する(STEP3)。制御装置は、負荷側送風機7が停止している状態のときは負荷側送風機7を運転を開始するように制御する(STEP4)。なお、空気調和装置1が運転停止状態であっても、冷媒検知センサー20は常時冷媒漏洩を検知できる様に構成されているのが望ましい。また、冷媒漏洩が発生した場合の負荷側送風機7の風量は、予め設定してもよく、例えば強風に設定することにより、漏洩した冷媒を速やかに拡散させてもよい。
以上のように空気調和装置1を制御することにより、冷媒漏洩が発生しても、冷媒は室内100の空間に拡散するため、燃焼濃度に達するのを防止でき、安全性を向上させることができる。
図8は、実施の形態1に係る空気調和装置1の一例を示す概略的な冷媒回路図である。図8では、冷房運転時の冷媒の流れを黒矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを白抜きのブロック矢印で示している。また、図8では、熱源側熱交換器3を流れる熱媒体の流れを、熱媒体回路8の上に黒矢印で示している。ここで、「暖房運転」とは、負荷側熱交換器5に高温高圧の冷媒を供給する運転のことである。
上述の実施の形態1に係る空気調和装置1の変形例であり、空気調和装置1の冷媒回路6に冷媒流路切替装置9を接続したものである。冷媒流路切替装置9としては、例えば四方弁が用いられる。
冷媒流路切替装置9は、冷房運転時には、乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒を負荷側熱交換器5から圧縮機2に吸入させ、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒を熱源側熱交換器3へ流入させるように冷媒流路の経路制御を行うものである。また、冷媒流路切替装置9は、暖房運転時には、乾き度の高い二相冷媒又は低温低圧のガス冷媒を熱源側熱交換器3から圧縮機2に吸入させ、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒を負荷側熱交換器5へ流入させるように冷媒流路の経路制御を行うものである。
実施の形態1の空気調和装置1は、図8に示される様な冷房運転と暖房運転の切り替えが可能な、小型化した空気調和装置1としてもよい。なお、冷媒流路切替装置9として、二方弁又は三方弁を用いてもよい。
図9は、実施の形態1に係る空気調和装置1で用いられる熱源側熱交換器3の一例を示す概略図である。図9は、熱源側熱交換器3の熱源側熱交換器3内を流れる冷媒及び熱媒体の流れ方向に垂直な断面を示している。
実施の形態1の空気調和装置1は、熱源側熱交換器3として水冷式熱交換機を採用し、水冷式熱交換機を二重管熱交換器として構成しても良い。
図9に示される熱源側熱交換器3は、内管40aと外管40bとを有する二重管熱交換器40であり、内管40aに冷媒を流し、内管40aと外管40bとの間に熱媒体を流すように構成されている。二重管熱交換器40では、内管40aの円周面を介して、冷媒と熱媒体との間で熱交換が行われる。図9に示すように、二重管熱交換器40は、管断面において、内管40aの円周面と外管40bの円周面とが同心円状となるように構成されている。
二重管熱交換器40の内管40aで冷媒が漏洩したとしても、内管40aと外管40bとの間を流れる熱媒体に混合するため、漏洩した冷媒は熱媒体とともに室外に排出されることとなる。熱源側熱交換器3では、空気調和装置1の駆動時に冷媒量が一番多くなる場合があるが、熱源側熱交換器3から漏洩した冷媒が室内100に漏洩することがないため、空気調和装置1の安全性を確保することができる。
図10は、実施の形態1に係る空気調和装置1で用いられる熱源側熱交換器3の一例を示す概略図である。実施の形態1の空気調和装置1は、熱源側熱交換器3として水冷式熱交換器を採用し、水冷式熱交換器をプレート熱交換器30として構成しても良い。
図10に示される熱源側熱交換器3は、プレート熱交換器本体30aの周囲を密閉するように密閉部材30bで覆ったものである。このように構成されることにより、プレート熱交換器本体30aから冷媒が漏洩したとしても、密閉部材30bで覆われているため、漏洩した冷媒が密閉部材30b内に溜まる。天井裏150の空間は、室内100の空間よりも容積が小さいため、冷媒が漏洩すると燃焼濃度に達しやすい。しかし、漏洩した冷媒が密閉部材30b内にとどまることにより、冷媒が空気調和装置1の筐体10が配置されている天井裏150の空間に漏えいすることがないため、空気調和装置1の安全性を確保できる。
実施の形態2.
実施の形態2について図11を用いて説明する。図11は、実施の形態2に係る空気調和装置1を正面から見た内部構成を示す概略図である。図11においては、空気調和装置1における空気の流れを白抜きのブロック矢印で示している。
実施の形態2について図11を用いて説明する。図11は、実施の形態2に係る空気調和装置1を正面から見た内部構成を示す概略図である。図11においては、空気調和装置1における空気の流れを白抜きのブロック矢印で示している。
実施の形態2では、空気調和装置1を天井埋込型の装置として構成したものであり、その他の構成は上述の実施の形態1の空気調和装置1と同一である。実施の形態2の空気調和装置1では、筐体10は天井裏150に埋め込まれるように配置されている。また、吸込側チャンバ17a及び吹出側チャンバ17bが、筐体10と室内100を連通するように配置されている。また、吸込側チャンバ17aの室内100側には、吸込側パネル11aが配置されており、吹出側チャンバ17bの室内100側には、吹出側パネル11bが配置されている。吸込側パネル11aから吹出側パネル11bに至る風路は、「主風路」に相当するものである。実施の形態5の空気調和装置1は、筐体10の内部の冷媒回路6及び負荷側送風機7、すなわち、圧縮機2、絞り部4、負荷側熱交換器5、及び負荷側送風機7が収納されている。なお、図11においては、絞り部4及び冷媒回路6を構成する冷媒配管は図示していない。また筐体10内の主風路において、負荷側熱交換器5の風上側に負荷側送風機7、圧縮機2、及び制御ボックスが配置されている。制御ボックスは風路外に配置してもよい。
また、熱源側熱交換器3も空気調和装置1の主風路に設置してもよい。熱源側熱交換器3は、電気部品ではないため、負荷側熱交換器5の風上側又は風下側のどちらに配置しても良い。ただし、熱源側熱交換器3は、冷媒漏洩する可能性があるため、圧縮機2、負荷側送風機7、又は制御ボックスの風下側に位置しているのが望ましい。実施の形態2では、上述の実施の形態1の天井カセット型の空気調和装置1と同様に、小型化が可能な一体型の空気調和装置1を提供できる。
その他の実施の形態.
上述の実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態の空気調和装置1は、アキュムレータ、オイルセパレータ、制御装置等の他の構成要素を含むように構成してもよい。
上述の実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態の空気調和装置1は、アキュムレータ、オイルセパレータ、制御装置等の他の構成要素を含むように構成してもよい。
また、上述の実施の形態は互いに組み合わせて用いることが可能である。
1 空気調和装置、2 圧縮機、3 熱源側熱交換器、4 絞り部、5 負荷側熱交換器、5a (第1の)負荷側熱交換器、5b (第2の)負荷側熱交換器、6 冷媒回路、7 負荷側送風機、7a 第1の負荷側送風機、7b 第2の負荷側送風機、8 熱媒体回路、9 冷媒流路切替装置、10 筐体、11 パネル、11a 吸込側パネル、11b 吹出側パネル、12a 第1の吸込導入ガイド、12b 第2の吸込導入ガイド、13a 第1の吸込風路、13b 第2の吸込風路、14a 第1の吹出風路、14b 第2の吹出風路、15 吸入口、15a 第1の吸入口、15b 第2の吸入口、16 吹出口、16a 第1の吹出口、16b 第2の吹出口、17a 吸込側チャンバ、17b 吹出側チャンバ、20 冷媒検知センサー、20a 酸化スズ、20b アルミナ基板、20c ヒータ、30 プレート熱交換器、30a プレート熱交換器本体、30b 密閉部材、40 二重管熱交換器、40a 内管、40b 外管、100 室内、101 空気調和装置、102 室内機、103 室外機、104 熱源側熱交換器、105 負荷側熱交換器、106 冷媒回路、111 延長配管、112 延長配管、150 天井裏、200 天井面、LFL 下限値、M 充填量、R 抵抗値。
Claims (17)
- 圧縮機、水冷式熱交換器である熱源側熱交換器、絞り部、及び負荷側熱交換器が配管により接続され、内部を冷媒が循環する冷媒回路と、
前記負荷側熱交換器に室内の空気を供給する負荷側送風機と、
前記冷媒回路及び前記負荷側送風機を収納する筐体と、
前記冷媒回路から漏洩した前記冷媒を検知する冷媒検知センサーと、
前記圧縮機及び前記負荷側送風機を制御する制御装置と、を備え、
前記冷媒は、
地球温暖化係数が750以下の可燃性冷媒である、空気調和装置。 - 前記冷媒は、
プロパン又はイソブタンである、請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記筐体は、
外部の空気を取り込む吸入口と、外部に空気を吹き出す吹出口と、を備え、
前記吸入口から前記吹出口に至る主風路に前記負荷側送風機及び前記負荷側熱交換器が配置され、
前記負荷側熱交換器は、
前記主風路において前記負荷側送風機よりも前記吹出口側に配置された、請求項1又は2記載の空気調和装置。 - 前記制御装置が収納された制御ボックスを備え、
前記制御ボックスは、
前記主風路において前記負荷側熱交換器よりも前記吸入口側に配置された、請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機及び前記負荷側送風機を制御する制御装置が収納された制御ボックスを備え、
前記制御ボックスは、
前記主風路の外部に設置されている、請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機は、
前記主風路において前記負荷側送風機よりも前記吸入口側に配置された、請求項3~5の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記熱源側熱交換器は、
前記主風路内に設置されている、請求項3~6の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記熱源側熱交換器は、
内管と外管を有する二重管熱交換器であり、前記内管に前記冷媒を流し、前記内管と前記外管との間に熱媒体を流すように構成される、請求項1~7の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記熱源側熱交換器は、
プレート熱交換器であり、周囲を密閉部材で覆われている、請求項1~7の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒検知センサーは、
前記室内に設置されている、請求項1~9の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記筐体は、
外部の空気を取り込む吸入口と、外部に空気を吹き出す吹出口と、を備え、
前記冷媒検知センサーは、
前記吹出口の近傍に設置されている、請求項1~9の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記負荷側送風機が運転停止状態において、前記冷媒検知センサーが前記冷媒を検知すると、前記負荷側送風機の運転を開始させる、請求項1~11の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記負荷側送風機が運転状態において、前記冷媒検知センサーが前記冷媒を検知すると、前記負荷側送風機の運転を継続する、請求項1~12の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒回路は、
冷媒流路切替装置が更に接続される、請求項1~13の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒の充填量は、
前記充填量を前記室内の容積で除算した数値が、前記室内の燃焼範囲の下限値の4分の1以下である、請求項1~14の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記筐体は、天井裏に埋め込まれるように構成された、請求項1~15の何れか1項に記載の空気調和装置。
- 前記筐体は、
天井カセット型である、請求項1~16の何れか1項に記載の空気調和装置。
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