JP4720538B2

JP4720538B2 - 冷却加温システム

Info

Publication number: JP4720538B2
Application number: JP2006049670A
Authority: JP
Inventors: 晃一西村; 達也瀬尾; 隆宏井上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007225250A

Description

本発明は、冷温切替弁の故障時にも危険な状態とならない冷却加温システムに関するものである。

近年、様々な機器に用いられる冷却加温システムに対して、環境保護の観点から消費電力量削減の要求が高く、消費電力量を削減するため、加温をヒーターではなくヒートポンプシステムを用いたものが提案されている（特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷却加温システムを説明する。

図７は従来の冷却加温システムが冷却時のシステム図である。図８は従来の冷却加温システムが加温時のシステム図である。図７、図８に示すように、冷却加温システム１は、圧縮機２、高圧側冷却用切替弁３、高圧側加温用切替弁４、室外熱交換器５、室内熱交換器６、冷却用減圧手段７、加温用減圧手段８、冷却用逆止弁９、加温用逆止弁１０、低圧側冷却用切替弁１１、低圧側加温用切替弁１２を環状に接続して構成されている。また、４つの切替弁は、非通電時に閉じた状態となる電磁弁を用いている。

以上のように構成された冷却加温システムについて、以下その動作を説明する。

冷却加温システム１の冷却時には、高圧側冷却用切替弁３と低圧側冷却用切替弁１１が開き、高圧側加温用切替弁４と低圧側加温用切替弁１２が閉じる。これにより、圧縮機２で圧縮された高温高圧の作動流体は、高圧側冷却用切替弁３を流れ、室外熱交換器５で冷却され凝縮液化し、冷却用逆止弁９を流れ、冷却用減圧手段７で減圧され低圧の気液二層流になり、室内熱交換器６で周囲との温度差により蒸発し、蒸発気化熱により周囲を冷却し、低圧側冷却用切替弁１１を流れ再び圧縮機２へと吸い込まれる。

また、冷却加温システム１の加温時には、高圧側加温用切替弁４と低圧側加温用切替弁１２が開き、高圧側冷却用切替弁３と低圧側冷却用切替弁１１が閉じる。これにより、圧縮機２で圧縮された高温高圧の作動流体は、高圧側加温用切替弁４を流れ、室内熱交換器６で周囲を加温しつつ凝縮液化し、加温用減圧手段８で減圧され低圧の気液二層流になり、加温用逆止弁１０を流れ、室外熱交換器５で周囲との温度差により蒸発し、低圧側加温用切替弁１２を流れ再び圧縮機２へと吸い込まれる。

通常、冷却加温システム１加温時には、ヒーターによる加温に比べ、効率が２倍程度と高くなる。

従って、効率の高い冷却加温システムとすることができた。

また、冷却と加温の切替は四方弁を用いて行うのが一般的であるが、４つの切替弁を用いることにより、２つの熱交換器の作動流体の入口と出口を自由に選択することができ、例えば冷却時も加温時も熱交換器の上から下へと作動流体を流すことにより、熱交換器内への圧縮機潤滑オイルの滞留を防止することができ、圧縮機内の潤滑オイルの減少を防止でき、圧縮機信頼性を高くすることができる。
特開２００２−１７４４７８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、配線ミスやコイルの故障などにより冷却加温システム１の冷却時に高圧側冷却用切替弁３が故障し閉じた状態になった時や、加温時に高圧側加温用切替弁４が故障し閉じた状態になった時には、圧縮機２で圧縮された作動流体は圧縮機２から吐出されるが、高圧側冷却用切替弁３、高圧側加温用切替弁４で封止され、さらに低圧側冷却用切替弁１１または低圧側加温用切替弁１２が開いていることから、冷却加温システム１内の全ての作動流体が圧縮機２と高圧側冷却用切替弁３及び高圧側加温用切替弁４の間に閉じこめられることになる。

この時、作動流体は配管内で凝縮し液体となり、圧力も高くなり、周囲温度が急激に変化した時には、液が気化し、急激に体積が膨張し、圧力が極めて高くなり、配管の圧力限界を超え、配管が破断してしまい、作動流体が冷却加温システム１外へ漏れ出る恐れがあった。

作動流体が冷却加温システム１外に漏れ出ると、冷却、加温する能力が無くなる恐れがあった。そして作動流体が冷却加温システム１外に漏れると、修理する際には作動流体の封入し直し、配管溶接など、大きな手間がかかってしまった。

また、近年の冷却加温システムには作動流体としてオゾン層を破壊せず、地球温暖化係数も低い炭化水素系ガスが使用されているものもある。この炭化水素系ガスは可燃性ガスであり、もし冷却加温システム外に漏れた時には、近くに着火源がある場合には燃焼、爆発する恐れがあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷却加温システム１の冷却時に高圧側冷却用切替弁３が故障し、閉じた状態になった時や、加温時に高圧側加温用切替弁４が故障し閉じた状態になった時には、速やかに冷却加温システムの運転を停止し、作動流体が冷却加温システム外に漏れることを防止することにより、修理する際には高圧側冷却用切替弁３または高圧側加温用切替弁４のコイルの交換や配線の改善のみでよく、また、作動流体に炭化水素系ガスを用いていても、作動流体が燃焼、爆発することはなく、サービス性及び安全性の高い冷却加温システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷却加温システムは、圧縮機と、高圧側冷却用切替弁と、高圧側加温用切替弁と、室外熱交換器と、冷却用逆止弁と、冷却用減圧手段と、加温用逆止弁と、加温用減圧手段と、室内熱交換器と、低圧側冷却用切替弁と、低圧側加温用切替弁とを環状に接続し、冷却時には圧縮機、高圧側冷却用切替弁、室外熱交換器、冷却用逆止弁、冷却用減圧手段、室内熱交換器、低圧側冷却用切替弁の順に作動流体を流し、加温時には圧縮機、高圧側加温用切替弁、室内熱交換器、加温用減圧手段、加温用逆止弁、室外熱交換器、低圧側加温用切替弁の順に作動流体を流し、前記圧縮機吸込配管に当接した吸込温度検出手段を備え、前記吸込温度検出手段の検出する温度が、圧縮機の起動から冷却加温システムが安定するための所定時間以降で、高圧側冷却用切替弁あ
るいは高圧側加温用切替弁が故障し作動流体の流れが阻害され、圧縮機からの熱伝導で所定温度以上となった時に前記圧縮機を停止させるとともに、少なくとも冷却時には前記高圧側加温用切替弁を、加温時には前記高圧側冷却用切替弁を強制開放動作させて、前記圧縮機と前記高圧側冷却用切替弁および前記高圧側加温用切替弁との間の狭い空間に前記作動流体が封止されることによる不安全状態を解除する制御手段を備えたものである。

これによって、冷却加温システムの冷却時に高圧側冷却用切替弁が故障し閉じた状態になった時や、加温時に高圧側加温用切替弁が故障し閉じた状態になった時にも、故障を確実にかつ誤検知なく検出し冷却加温システムを停止することにより、作動流体の漏洩を防止することができるとともに、圧縮機と高圧側切替弁の間に全ての作動流体が封止されることなく、サービス性および安全性を高めることができる。

本発明の冷却加温システムは、システムの故障を速やかに検知することができ、サービス性及び安全性を高くすることができる。

請求項１に記載の発明は、圧縮機と、高圧側冷却用切替弁と、高圧側加温用切替弁と、室外熱交換器と、冷却用逆止弁と、冷却用減圧手段と、加温用逆止弁と、加温用減圧手段と、室内熱交換器と、低圧側冷却用切替弁と、低圧側加温用切替弁とを環状に接続し、冷却時には圧縮機、高圧側冷却用切替弁、室外熱交換器、冷却用逆止弁、冷却用減圧手段、室内熱交換器、低圧側冷却用切替弁の順に作動流体を流し、加温時には圧縮機、高圧側加温用切替弁、室内熱交換器、加温用減圧手段、加温用逆止弁、室外熱交換器、低圧側加温用切替弁の順に作動流体を流し、前記圧縮機吸込配管に当接した吸込温度検出手段を備え、前記吸込温度検出手段の検出する温度が、圧縮機の起動から冷却加温システムが安定するための所定時間以降で、高圧側冷却用切替弁あるいは高圧側加温用切替弁が故障し作動流体の流れが阻害され、圧縮機からの熱伝導で所定温度以上となった時に前記圧縮機を停止させるとともに、少なくとも冷却時には前記高圧側加温用切替弁を、加温時には前記高圧側冷却用切替弁を強制開放動作させて、前記圧縮機と前記高圧側冷却用切替弁および前記高圧側加温用切替弁との間の狭い空間に前記作動流体が封止されることによる不安全状態を解除する制御手段を備えたことにより、冷却加温システムが冷却中に高圧側冷却用切替弁が故障した時、または冷却加温システムが加温中に高圧側加温用切替弁が故障した時には、運転中高温となることがない吸込温度検出手段の検出する温度がシェル温度からの熱伝導により高くなることによって故障を検出し、冷却加温システムを停止することができるので、１つの温度検出手段で確実にかつ誤検知なく作動流体の漏洩を防止することができ、より簡単な構成でサービス性及び安全性の高い冷却加温システムとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

また、従来と同一構成についてはその動作、作用は同様であり、説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による冷却加温システムが冷却時のシステム図である。図２は同実施の形態の冷却加温システムが加温時のシステム図である。

図１、図２において冷却加温システム１３は同じ部屋を冷却または加温にできる冷却加温サイクルを構成しており、高圧側冷却用切替弁３の出口配管１４に出口配管温度を吐出ガス温度として代用する冷却吐出ガス温度検出手段１５及び高圧側加温用切替弁４の出口配管１６に吐出ガス温度として代用する加温吐出ガス温度検出手段１７を備え、冷却吐出ガス温度検出手段１５及び加温吐出ガス温度検出手段１７の検出する温度に従って圧縮機２を停止させる制御手段１８を備えている。

また高圧側冷却用切替弁３と高圧側加温用切替弁４は圧縮機２の近傍に備えられている。具体的には圧縮機２と室外熱交換器５または室内熱交換器６との間で、圧縮機２に接続される吐出配管に高圧側冷却用切替弁３と高圧側加温用切替弁４が接続されている。

冷却加温システム１３が冷却中、圧縮機２から吐出された高温高圧のガスは、先ず高圧側冷却用切替弁３を流れ、出口配管１４においても高温を保っている。

この状態で高圧側冷却用切替弁３の故障などにより高圧側冷却用切替弁３が閉じると、作動流体の流れが阻害されるため、出口配管１４の温度が低下する。

この時、冷却吐出ガス温度検出手段１５の検出する温度が、システムの安定する、圧縮機２の起動から基準時間ｔ１（例えば５分）後以降に、基準温度Ｔ１（例えば４０℃）以下となった時に、制御手段１８により圧縮機２を停止させるので、冷却加温システム１３内の作動流体全てが圧縮機２と高圧側冷却用切替弁３及び高圧側加温用切替弁４との間に閉じこめられる前に冷却加温システム１３を停止させることができる。

従って、作動流体の漏洩を防止することができ、サービス性及び安全性の高い冷却加温システムとすることができる。

また、冷却加温システム１３が加温中にも、同様の動作により加温吐出ガス温度検出手段１７の検出する温度が基準温度Ｔ１（例えば４０℃）以下となった時に、制御手段１８により圧縮機２を停止させるので、冷却加温システム１３内の作動流体全てが圧縮機２と高圧側冷却用切替弁３及び高圧側加温用切替弁４との間に閉じこめられる前に冷却加温システム１３を停止させることができる。

なお、冷却吐出ガス温度検出手段１５及び加温吐出ガス温度検出手段１７の他に、外気温度を検出する手段を設け、外気温度が低い時には基準温度Ｔ１をより低く、外気温度が高い時にはより高くすることにより、より素早く冷却加温システム１３を停止させることができる。

また、高圧側冷却用切替弁３または高圧側加温用切替弁４の故障を検出した際に、故障を表示する手段を設けて表示することにより、より迅速に故障に対応することができる。

また、高圧側冷却用切替弁３または高圧側加温用切替弁４の故障を検出した際に、４つの切替弁のうち、少なくとも冷却時には高圧側加温用切替弁４、加温時には高圧側冷却用切替弁３、望ましくは４つの切替弁全てを開くことにより、異常な状態をいち早く抜け出すことができる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２による冷却加温システムが冷却時のシステム図である。図４は同実施の形態の冷却加温システムが加温時のシステム図である。

図３、図４において、冷却加温システム１９は、圧縮機２の吸込配管２０に吸込温度検出手段２１を備え、吸込温度検出手段２１の検出する温度に従って圧縮機２を停止させる制御手段２２を備えている。

冷却加温システム１９が冷却中、室外熱交換器５を流れた作動流体は、高くても外気温度＋１０Ｋ以上にはならず、吸込側冷却用切替弁１１を流れ、吸込配管２０においてもその温度を保っている。

この状態で高圧側冷却用切替弁３の故障などにより高圧側冷却用切替弁３が閉じると、作動流体の流れが阻害されるため、吸込配管２０内を流れる作動流体が無くなり、吸込配管２０の温度は圧縮機２からの熱伝導により徐々に温度上昇していく。

この時、吸込温度検出手段２１の検出する温度が、システムの安定する、圧縮機２の起動から基準時間ｔ１（例えば５分）後以降に、基準温度Ｔ２（例えば６０℃）以上となった時に、制御手段２２により圧縮機２を停止させるので、冷却加温システム１３内の作動流体全てが圧縮機２と高圧側冷却用切替弁３及び高圧側加温用切替弁４との間に閉じこめられる前に冷却加温システム１３を停止させることができる。

従って、１つの温度検出手段だけで作動流体の漏洩を防止することができるので、より簡単な構成でサービス性及び安全性の高い冷却加温システムとすることができる。

また、冷却加温システム１９が加温中にも、同様の動作により吸込温度検出手段２１の検出する温度が基準温度Ｔ２（例えば６０℃）以上となった時に、制御手段２２により圧縮機２を停止させるので、冷却加温システム１３内の作動流体全てが圧縮機２と高圧側冷却用切替弁３及び高圧側加温用切替弁４との間に閉じこめられる前に冷却加温システム１３を停止させることができる。

なお、高圧側冷却用切替弁３または高圧側加温用切替弁４の故障を検出した際に、故障を表示する手段を設けて表示することにより、より迅速に故障に対応することができる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３による冷却加温システムが冷却時のシステム図である。図６は同実施の形態の冷却加温システムが加温時のシステム図である。

図５、図６において、冷却加温システム２３は、室外熱交換器５の入口配管２４に室外熱交換器５の入口流体温度を検出する室外熱交換器入口温度検出手段２５を備え、室外熱交換器入口温度検出手段２５の検出する温度に従って圧縮機２を停止させる制御手段２６を備えている。

冷却加温システム２３が冷却中、室外熱交換器５は凝縮器として作動し、入口配管２４は圧縮機２で圧縮された高温高圧のガスが流れるため、高温となる。

この状態で高圧側冷却用切替弁３の故障などにより高圧側冷却用切替弁３が閉じると、作動流体の流れが阻害されるため、入口配管２４を流れる作動流体が無くなり、入口配管２４は外気により冷却され低くなっていく。

この時、室外熱交換器入口温度検出手段２５の検出する温度が、システムの安定する、圧縮機２の起動から基準時間ｔ１（例えば５分）後以降に、基準温度Ｔ３（例えば５０℃）以下となった時に、制御手段２６により圧縮機２を停止させるので、冷却加温システム１３内の作動流体全てが圧縮機２と高圧側冷却用切替弁３及び高圧側加温用切替弁４との間に閉じこめられる前に冷却加温システム１３を停止させることができる。

また、冷却加温システム２３が加温中には、室外熱交換器５は蒸発器として作動し、入口配管２４は加温用減圧手段８で減圧された気液二層流体が流れ、低温となる。

この状態で高圧側加温用切替弁４の故障などにより高圧側加温用切替弁４が閉じると、作動流体の流れが阻害されるため、入口配管２４を流れる作動流体が無くなり、入口配管２４は外気により加熱され高くなっていく。

この時、室外熱交換器入口温度検出手段２５の検出する温度が、システムの安定する、圧縮機２の起動から基準時間ｔ１（例えば５分）後以降に、基準温度Ｔ３（例えば２０℃）以上となった時に、制御手段２６により圧縮機２を停止させるので、冷却加温システム１３内の作動流体全てが圧縮機２と高圧側冷却用切替弁３及び高圧側加温用切替弁４との間に閉じこめられる前に冷却加温システム１３を停止させることができる。

また、入口配管２４の温度は、高圧側冷却用切替弁３または高圧側加温用切替弁４が故障するとすぐに低下、または上昇するため、吸込温度検出手段２１によって圧縮機２を停止させる時よりも素早く確実に冷却加温システム２３を停止させることができる。

従って、より簡単な構成でより素早く確実に異常状態が検出できるサービス性及び安全性の高い冷却加温システムとすることができる。

なお、室外熱交換器入口温度検出手段２５の他に、外気温度を検出する手段を設け、冷却加温システム２３が冷却時に外気温度が低い時には基準温度Ｔ３をより低く、高い時にはより高くすることにより、より素早く冷却加温システム１３を停止させることができる。

以上のように、本発明にかかる冷却加温システムは、配管温度を検出することにより切替弁の故障を検出することができるので、冷却加温の切り替えが無い、例えば１つの圧縮機で複数のシステムを切り替えて運転するシステムなど、切替弁を持つ全てのシステム及びそれを用いた機器に適用できる。

本発明の実施の形態１による冷却加温システムが冷却時のシステム図同実施の形態の冷却加温システムが加温時のシステム図本発明の実施の形態２による冷却加温システムが冷却時のシステム図同実施の形態の冷却加温システムが加温時のシステム図本発明の実施の形態３による冷却加温システムが冷却時のシステム図同実施の形態の冷却加温システムが加温時のシステム図従来の冷却加温システムが冷却時のシステム図従来の冷却加温システムが加温時のシステム図

符号の説明

２圧縮機
３高圧側冷却用切替弁
４高圧側加温用切替弁
５室外熱交換器
６室内熱交換器
７冷却用減圧手段
８加温用減圧手段
９冷却用逆止弁
１０加温用逆止弁
１１低圧側冷却用切替弁
１２低圧側加温用切替弁
１３冷却加温システム
１４出口配管
１５冷却吐出ガス温度検出手段
１６出口配管
１７加温吐出ガス温度検出手段
１８制御手段
１９冷却加温システム
２０吸込配管
２１吸込温度検出手段
２２制御手段
２３冷却加温システム
２４入口配管
２５室外熱交換器入口温度検出手段
２６制御手段

Claims

圧縮機と、高圧側冷却用切替弁と、高圧側加温用切替弁と、室外熱交換器と、冷却用逆止弁と、冷却用減圧手段と、加温用逆止弁と、加温用減圧手段と、室内熱交換器と、低圧側冷却用切替弁と、低圧側加温用切替弁とを環状に接続し、冷却時には前記圧縮機、前記高圧側冷却用切替弁、前記室外熱交換器、前記冷却用逆止弁、前記冷却用減圧手段、前記室内熱交換器、前記低圧側冷却用切替弁の順に作動流体を流し、加温時には前記圧縮機、前記高圧側加温用切替弁、前記室内熱交換器、前記加温用減圧手段、前記加温用逆止弁、前記室外熱交換器、前記低圧側加温用切替弁の順に作動流体を流し、前記圧縮機吸込配管に当接した吸込温度検出手段を備え、前記吸込温度検出手段の検出する温度が、圧縮機の起動から冷却加温システムが安定するための所定時間以降で、高圧側冷却用切替弁あるいは高圧側加温用切替弁が故障し作動流体の流れが阻害され、圧縮機からの熱伝導で所定温度以上となった時に前記圧縮機を停止させるとともに、少なくとも冷却時には前記高圧側加温用切替弁を、加温時には前記高圧側冷却用切替弁を強制開放動作させて、前記圧縮機と前記高圧側冷却用切替弁および前記高圧側加温用切替弁との間の狭い空間に前記作動流体が封止されることによる不安全状態を解除する制御手段を備えた冷却加温システム。