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JP-2026076673-A - 室外機用制御装置、室外機及びヒートポンプ装置並びに室外機制御方法

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Abstract

【課題】水交換器を備えたヒートポンプ装置であっても冷媒の漏洩を最小限に抑えることができる室外機用制御装置を提供する。 【解決手段】圧縮機１７と、室外熱交換器３０と、水熱交換器１９と、膨張弁４５と、四方弁４９と、水熱交換器１９にて熱交換された水を室内機に送る水回路Ｗと、を備えた室外機１を制御する室外機用制御装置であって、四方弁４９を切り替えて、水熱交換器１９を蒸発器として動作させるとともに室外熱交換器３０を凝縮器として動作させる冷房モードと、四方弁４９を切り替えて、水熱交換器１９を凝縮器として動作させるとともに室外熱交換器３０を蒸発器として動作させる暖房モードと、を有し、水回路Ｗへの冷媒の漏洩を検知した場合に、冷房モードとした上で、膨張弁４５を全閉とする。 【選択図】図３

Inventors

  • 藤野 哲爾

Assignees

  • 三菱重工サーマルシステムズ株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (8)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、 前記圧縮機から吐出された冷媒が循環する冷媒回路と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒と液体の熱媒体とを熱交換する熱媒体熱交換器と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒を膨張させる膨張弁と、 前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記室外熱交換器又は前記熱媒体熱交換器に流れるように切り替える切替弁と、 前記熱媒体熱交換器にて熱交換された熱媒体を熱利用先に送る熱媒体回路と、 を備えた室外機を制御する室外機用制御装置であって、 前記切替弁を切り替えて、前記熱媒体熱交換器を蒸発器として動作させるとともに前記室外熱交換器を凝縮器として動作させる冷房モードと、 前記切替弁を切り替えて、前記熱媒体熱交換器を凝縮器として動作させるとともに前記室外熱交換器を蒸発器として動作させる暖房モードと、 を有し、 前記熱媒体回路への冷媒の漏洩を検知した場合に、前記冷房モードとした上で、前記膨張弁を全閉とする室外機用制御装置。
  2. 前記室外機は、前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体からガス状の冷媒を分離するガスセパレータと、 前記ガスセパレータから分離された冷媒が検知可能とされた冷媒検知センサと、 を備え、 前記冷媒検知センサによって、前記熱媒体回路への冷媒の漏洩を検知する請求項１に記載の室外機用制御装置。
  3. 前記熱媒体熱交換器の冷媒圧力が、該熱媒体熱交換器の熱媒体圧力に近づくように制御する請求項１又は２に記載の室外機用制御装置。
  4. 前記熱媒体熱交換器を流通する前記熱媒体が凍結しないように前記熱媒体熱交換器の温度制御を行う請求項１又は２に記載の室外機用制御装置。
  5. 前記熱媒体回路への冷媒の漏洩を検知した場合に、前記熱媒体回路を流れる前記熱媒体を流通させる熱媒体ポンプの吐出流量を低下させる請求項１又は２に記載の室外機用制御装置。
  6. 冷媒を圧縮する圧縮機と、 前記圧縮機から吐出された冷媒が循環する冷媒回路と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒と液体の熱媒体とを熱交換する熱媒体熱交換器と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒を膨張させる膨張弁と、 前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記室外熱交換器又は前記熱媒体熱交換器に流れるように切り替える切替弁と、 前記熱媒体熱交換器にて熱交換された熱媒体を熱利用先に送る熱媒体回路と、 請求項１又は２に記載された室外機用制御装置と、 を備えている室外機。
  7. 請求項６に記載の室外機と、 前記室外機に接続された熱利用機と、 を備えているヒートポンプ装置。
  8. 冷媒を圧縮する圧縮機と、 前記圧縮機から吐出された冷媒が循環する冷媒回路と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒と液体の熱媒体とを熱交換する熱媒体熱交換器と、 前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒を膨張させる膨張弁と、 前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記室外熱交換器又は前記熱媒体熱交換器に流れるように切り替える切替弁と、 前記熱媒体熱交換器にて熱交換された熱媒体を熱利用先に送る熱媒体回路と、 を備えた室外機を制御する室外機制御方法であって、 前記切替弁を切り替えて、前記熱媒体熱交換器を蒸発器として動作させるとともに前記室外熱交換器を凝縮器として動作させる冷房モードと、 前記切替弁を切り替えて、前記熱媒体熱交換器を凝縮器として動作させるとともに前記室外熱交換器を蒸発器として動作させる暖房モードと、 を有し、 前記熱媒体回路への冷媒の漏洩を検知した場合に、前記冷房モードとした上で、前記膨張弁を全閉とする室外機制御方法。

Description

本開示は、室外機用制御装置、室外機及びヒートポンプ装置並びに室外機制御方法に関するものである。 自然冷媒であるプロパンとされたＲ２９０は、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が小さいためヒートポンプ装置の冷媒として利用が進められている。しかし、Ｒ２９０は強燃性冷媒に分類され漏洩した場合に発火のおそれがある。 特許文献１には、冷媒の漏洩を検知したら、ユーザに告知し、室外機に冷媒を回収することが開示されている。特許文献１の空気調和機は、室内機に冷媒を導いて室内空調を行う直膨式（直接膨張方式）とされている。 上述の直膨式に対して、室外機に冷媒回路を形成し、この冷媒回路に冷媒と水（熱媒体）とを熱交換する水熱交換器を設けたヒートポンプ装置が知られている（特許文献２参照）。水熱交換器で熱交換した水は、水回路を介して熱利用先である室内機へと送られる。 特開２０２２－２４２９０号公報特開２０２４－５１５１１号公報 本開示の一実施形態に係る室外機を示した斜視図である。図１の室外機の縦断面図である。ヒートポンプ装置の冷凍サイクルの概略構成図である。冷媒漏洩抑制制御を示したフローチャートである。 以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。 図１には、ヒートポンプ装置に用いられる室外機１が示されている。図１の室外機１は、機械室７のパネルが取り外された状態として示されている。 室外機１は、図示しない水配管（熱媒体配管）を用いた水回路を介して室内機（熱利用機）と接続されている。水配管によって水が室外機１と室内機とを循環する。これにより、室外機１で生成された温熱又は冷熱が水配管を介して室内機に送られて室内に温熱又は冷熱を提供する。 図１に示すように、室外機１は、略直方体の筐体３を備えている。筐体３の底部は板金製のベース４とされている。ベース４は、長手方向に沿って両側のそれぞれに設けられたベース脚部４ａと、両側のベース脚部４ａの上端の間に設けられた略平板状の平板部４ｂとを備えている。平板部４ｂは、略水平に延在し、その上方に種々の機器が設置される。平板部４ｂは、プレス加工によって凹凸が形成されている。 図１に示すように、筐体３内には、ベース４の上方に、仕切壁９によって左右に区画されたファン室５と機械室７とを備えている。 ファン室５は、図１において左側に位置している。ファン室５内には、図示しない室外ファン及び室外熱交換器３０（図２参照）が設けられている。室外熱交換器３０は、ファン室５の側面及び背面を構成するようにＬ字状に折り曲げた形状とされている。室外ファンによって取り込まれた外気が室外熱交換器３０を流通する冷媒と熱交換する。冷媒と熱交換した後の外気はファン開口部１１から外部へ排出される。 機械室７は、図１において右側に位置している。機械室７には、ベース４（具体的には平板部４ｂ）の上に、板状体とされたサブベース１３が設けられている。サブベース１３は、平面視して矩形状とされ、機械室７の下方の略全領域を覆う程度の大きさとされている。ただし、サブベース１３の４辺の周囲には、対向する筐体３の側壁及び仕切壁９との間に所定の隙間が形成されている。 ベース４とサブベース１３との間には、図２に示すように、防振ゴムを備えた複数のサブベース支持部材１５が設けられている。各サブベース支持部材１５によって、サブベース１３がベース４に対して支持されている。 図１に示されているように、機械室７には、サブベース１３の上方に、圧縮機１７、水熱交換器１９、ガスセパレータ２１、制御ボックス２３などが設けられている。 圧縮機１７は、例えばロータリ圧縮機であり、Ｒ２９０等の燃焼性を有する冷媒を圧縮する。図２に示すように、圧縮機１７の下部には、防振ゴムを備えた圧縮機用脚部１７ａが設けられている。圧縮機用脚部１７ａはサブベース１３上に取り付けられている。防振ゴムを備えた圧縮機用脚部１７ａによって、サブベース１３に伝達される圧縮機１７の振動が緩和される。サブベース１３には、サブベース支持部材１５や圧縮機用脚部１７ａ等の機器を取り付けるための穴を除いて、不要な貫通孔が設けられていない。したがって、機器を取り付けた後のサブベース１３には、基本的に貫通孔が存在しない。 圧縮機１７で圧縮された冷媒は、図示しない四方弁を介して、水熱交換器１９又は室外熱交換器３０へと送られる。圧縮機１７、四方弁（図示せず）、水熱交換器１９，室外熱交換器３０、膨張弁（図示せず）及びこれらを接続する冷媒配管によって、冷媒が循環する冷媒回路が形成される。 水熱交換器１９は、冷媒と水（熱媒体）とを熱交換する。冷媒と熱交換した水は、ガスセパレータ２１でガス（空気や冷媒など）を分離された後に、水往き配管２５を通り室内機へと導かれる。室内機にて室内空気と熱交換した後の水は、水戻り配管２６を通り水熱交換器１９へと戻される。これにより、水は水回路を介して水熱交換器１９と室内機との間を循環する。 ガスセパレータの側部には水熱交換器１９から水を導く水接続管４６が接続され、ガスセパレータ２１の下部には水往き配管２５が接続されている。水接続管４６を介して流入した水がガスセパレータ２１内で気液分離され、処理後の水が水往き配管２５へと排出される。 ガスセパレータ２１の上部には、分離したガス（冷媒や空気など）を噴出する噴出部２１ａが上方に突出するように設けられている。噴出部２１ａには逆止弁が設けられており、分離されたガスが所定圧力以上になると逆止弁が開となりガスが外部に噴出される。ガスの噴出方向は、矢印Ａ１で示すように、水平方向とされる。 ガスセパレータの側部には、流入した水の圧力が所定値以上になったら開となる圧力リリーフバルブが設けられた水リリーフ出口２１ｂが設けられている。水リリーフ出口２１ｂには、図示しないが、室外機１の外部へと水を導く水排出管が接続される。 制御ボックス２３は、内部にキャパシタやコイル等の電気機器を収容した密閉構造とされている。さらに、制御ボックス２３内には、外部から電源供給を受ける電気端子を備えた端子台が設けられている。 図２にも図１と同様に圧縮機１７、水熱交換器１９、ガスセパレータ２１が示されている。圧縮機１７の側方にはアキュムレータ２８が示されている。また図２の右側には室外熱交換器３０が示されている。室外熱交換器３０は、上述したようにファン室５（図１参照）に設置されている。 なお、図示しないが、ベース４には、ファン室５に相当する位置に、ドレン孔が設けられている。ドレン孔は例えば円形とされており、直径が例えば２０ｍｍとされている。ドレン孔は、ベース４の平板部４ｂの最も低い位置である下段面に設けられている。下段面は、機械室７にわたって連続して設けられている。下段面は、ドレン孔が下方となるように傾斜している。これにより、筐体３内の室外熱交換器３０等の機器に凝縮水が付着して下方へ流れた場合に、下段面を伝ってドレン孔からドレン水を外部へ排出できるようになっている。 図２に示すように、ベース４には、機械室７に対応する位置に、１つの冷媒排出孔３４が設けられている。冷媒排出孔３４を介して、機械室７内に放出された冷媒が外部（大気）へと排出される。 冷媒排出孔３４は、例えば円形とされており、直径が３０ｍｍ以上、好ましくは６０ｍｍ程度とされている。すなわち、冷媒排出孔３４の面積は、ドレン孔の面積よりも大きい。 図２に示すように、冷媒排出孔３４には、外部から虫などの小動物が筐体３の内部に侵入することを防止するために樹脂製のメッシュ４０が設けられている。 機械室７の下方には、冷媒検知センサ４２が設けられている。冷媒検知センサ４２によって、機械室７内に漏洩した冷媒が検出される。冷媒検知センサ４２の検出出力は、図示しない制御部へと送信される。制御部は、冷媒検知センサ４２で検知された冷媒の濃度が所定値を超えた場合に冷媒の漏洩が発生したと判断する。冷媒検知センサ４２の設置位置は、ガスセパレータ２１よりも下方に設けられている。 制御部は、室外機１の各機器を制御する室外機用制御装置とされ、例えば制御ボックス２３に設けられている。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。 図３には、上記構成の室外機１を用いたヒートポンプ装置の冷凍サイクルの概略構成が示されている。なお、図１及び図２に示した同一の機器については同一符号を用いて示している。 冷凍サイクルを構成する冷媒回路Ｃは、圧縮機１７と、水熱交換器１９と、膨張弁４５と、室外熱交換器３０とを備えている。圧縮機１７の吐出口に接続された吐出管４７の下流側には四方弁（切替弁）４９が設けられている。圧縮機１７の吸込口の上流側にはアキュムレータ２８と吸込圧力センサ２９が設けられている。吸込圧力センサ２９の出力は制御部へ送信される。 膨張弁４５と水熱交換器１９との間の液冷媒配管５１には、水熱交換器１９の直近に液管温度センサ５３が設けられている。液管温度センサ５３の出力は制御部へ送信される。 水熱交換器１９には水回路Ｗが接続されている。水回路Ｗには、図示しない室内機（熱利用機）と、ガスセパレータ２１と、水ポンプ（熱媒体ポンプ）５５とが設けられている。ガスセパレータ２１は水熱交換器１９の水出口側に設けられ、水ポンプ５５は水熱交換器１９の水入口側に設けられている。水熱交換器１９の水入口側には水入口温度センサ５７が設けられ、水熱交換器１９の水出口側には水出口温度センサ５９が設けられている。各温度センサ５７の出力は制御部へ送信される。 図３に示したヒートポンプ装置は以下のように動作する。 ＜冷房モード＞ 冷房モードの際は、制御部の指令によって四方弁４９を切り替えて、実線矢印のように動作する。圧縮機１７から吐出した高圧冷媒は四方弁を通り室外熱交換器３０へと送られる。室外熱交換器３０では、外気に熱を放出して冷媒が凝縮される。凝縮して液化した冷媒は膨張弁４５へと送られて、膨張弁４５にて冷媒を所定圧力まで減圧させる。膨張弁４５の開度は制御部によって制御される。 膨張弁４５にて減圧された冷媒は水熱交換器１９へ送られ、水熱交換器１９を流れる水から吸熱し、蒸発させられる。水熱交換器１９にて蒸発した冷媒は、四方弁４９及びアキュムレータ２８を通り圧縮機１７の吸入側へと導かれる。 水熱交換器１９にて冷媒の蒸発潜熱によって冷却されて生成された冷水は、水ポンプ５５によってガスセパレータ２１へと流れる。ガスセパレータ２１では、冷水に含まれる冷媒や空気等のガスを分離し、分離後の冷水が室内機へと送られる。室内機で冷房を終えた冷水は、水ポンプ５５へと返送されて水熱交換器１９へと再び導かれる。 ＜暖房モード＞ 暖房モードの際は、制御部の指令によって四方弁４９を切り替えて、破線矢印のように動作する。圧縮機１７から吐出した高圧冷媒は四方弁を通り水熱交換器１９へと送られる。水熱交換器１９では、水回路Ｗから導かれた水に熱を放出して水が加熱されて温水となる。 水熱交換器１９で凝縮して液化した冷媒は膨張弁４５へと送ら