(57)【要約】【課題】冷媒漏えい時の安全性を担保する空調システムを提供する。【解決手段】本発明の空調システムは、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、およびトリフルオロヨードメタンを混合した冷媒を使用した空気調和機と、空気調和機が空気調和する居室を自然換気する所定の開口面積を有する開口部と、を備えるようにした。さらに、冷媒の最低限の換気を伴う空間での冷媒限界濃度であるＱＬＭＶ（ｋｇ／ｍ３）は、０．０９以上かつ０．１２以下であり、空気調和機の総冷媒量をＭ（ｋｇ）、前記居室の容積をＶ（ｍ３）としたときに、換気ガラリの開口面積Ａ（ｍ２）は、０．０２６６×Ｍ／Ｖ以上であるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、およびトリフルオロヨードメタンを混合した冷媒を使用した空気調和機と、
前記空気調和機が空気調和する居室を自然換気する所定の開口面積を有する開口部と、
を備えた空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載の空調システムにおいて、
前記冷媒の最低限の換気を伴う空間での冷媒限界濃度であるＱＬＭＶ（ｋｇ／ｍ３）は、０．０９以上かつ０．１２以下であり、
前記空気調和機の総冷媒量をＭ（ｋｇ）、前記居室の容積をＶ（ｍ３）としたときに、前記開口部の開口面積Ａ（ｍ２）は、
０．０２６６×Ｍ／Ｖ以上である
ことを特徴とする空調システム。
【請求項３】
請求項２に記載の空調システムにおいて、
前記冷媒は、質量ベースで、ジフルオロメタンの混合比が４５〜６５％、ペンタフルオロエタンの混合比が０〜１２％、トリフルオロヨードメタンの混合比が３１〜５５％で混合され、地球温暖化係数が７５０以下である
ことを特徴とする空調システム。
【請求項４】
請求項２に記載の空調システムにおいて、
前記冷媒は、質量ベースで、ジフルオロメタンの混合比が４５〜６５％、ペンタフルオロエタンの混合比が０〜１２％、トリフルオロヨードメタンの混合比が３１〜５５％で混合され、ＲＣＬは３００００ｐｐｍ以上である
ことを特徴とする空調システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の空調システムにおいて、
前記開口部は、前記居室を自然換気する通気口を有する換気ガラリであり、
前記換気ガラリは、前記通気口を開閉可能な開閉機構部を有し、さらに、
前記空調システムは、
前記居室の冷媒濃度を検出する冷媒センサと、
前記冷媒センサで検出した冷媒濃度に基づいて前記換気ガラリの開閉機構部を制御して通気口を開閉する換気ガラリ開閉制御部を備え、
換気ガラリ開閉制御部は、
前記冷媒センサにより前記冷媒のＱＬＭＶ未満に相当する冷媒濃度を検出した際に、前記換気ガラリの通気口を閉じ、
前記冷媒センサにより前記冷媒のＱＬＭＶ以上に相当する冷媒濃度を検出した際に、前記換気ガラリの通気口を開く
ことを特徴とする空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調システムの漏えい冷媒の排出に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機器では、冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global Warming Potential）の低減のため、小型機器（ＲＡＣ：Room Air Conditionerルームエアコン）においては、順次、冷媒はＲ３２（ＨＦＣ）に置き替わっている。
【０００３】
ただし、Ｒ３２には微燃性があり、業務用エアコンを対象とした「微燃性冷媒を使用した業務用エアコンの冷媒漏えい時の安全確保のための施設ガイドライン」（JRA GL-16、社団法人日本冷凍空調工業会）では、空調システムの総冷媒量を５９．８ｋｇに規制している。
さらに、ビル用マルチエアコン（ＶＲＦ：Variable Refrigerant Flow）などの個別空調可能なシステムにＲ３２を採用した場合、総冷媒量と居室の大きさによっては、漏えい検知器および警報器、安全遮断弁あるいは機械換気の設置が必要となる。
【０００４】
不燃性（Ａ１）冷媒を使用した業務用空調機器の場合には、非特許文献１のガイドラインが適用される。この非特許文献１のガイドラインには、特定のシステムで、地下の最下層階以外にあるシステムでは、冷媒充てん量を居室容積で除した値がＱＬＭＶ（Refrigerant Quantity Limit with Minimum Ventilation：最低限の換気を伴う空間での冷媒限界濃度）以下の場合、漏えい冷媒に対する特別な対策を必要としない、と規定されている。
そして、冷媒充てん量を居室容積で除した値がＱＬＭＶを超え、ＯＤＬ（Oxygen Deprivation Limit：酸素欠乏となる冷媒限界濃度）以下の場合には、換気、安全遮断弁、あるいは、警報のうちの一つ以上を採用することが規定されている。
詳しくは、非特許文献１には、ＱＬＭＶは、0.0032ｍ２（0.8ｍ幅のドア下部と床面との４ｍｍの隙間）の開口部が設けられた居室において、全充てん冷媒量がもれてもＲＣＬ（Refrigerant Concentration Limit：密閉空間での冷媒限界濃度）に達しない最大濃度と定義されている。
【０００５】
特許文献１には、循環式の空調システムにおいて、ドアのアンダカットやガラリ等を、居室の通気部（換気口）とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１３３９４５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「マルチ形パッケージエアコンの冷媒漏えい時の安全確保のための施設ガイドライン」JRA GL-13:2012、ＪＲＡガイドライン、社団法人日本冷凍空調工業会、２０１２年３月３１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）を混合して、低ＧＷＰを実現しながら、不燃化を図った混合冷媒が登場してきた。
【０００９】
この混合冷媒を使用した空気調和機においても、非特許文献１のガイドラインに則った安全対策を行うことが望ましい。
【００１０】
本発明の目的は、非特許文献１のガイドラインに準拠し、冷媒漏えい時の安全性を担保する空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明の空調システムは、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、およびトリフルオロヨードメタンを混合した冷媒を使用した空気調和機と、前記空気調和機が空気調和する居室を自然換気する所定の開口面積を有する開口部と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷媒漏えい時の安全性を担保する空調システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の空調システムの概要を示す図である。
【図２】冷凍空調機器の主な冷媒のＲＣＬを示す図である。
【図３】冷媒の飽和線とET(蒸発温度)0℃/CT(凝縮温度)50℃/SC(過冷却度)0K/SH(過熱度)0Kにおける理論冷凍サイクルのＰＨ線図である。
【図４】他の実施形態における空調システムの概要を示す図である。
【図５】換気ガラリの開閉を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施形態の空調システムの概要を示す図である。
実施形態の空調システムは、ＣＦ３Ｉを混合した混合冷媒を使用して低ＧＷＰ化を図るとともに、非特許文献１のガイドラインに則った安全性を担保するために、空気調和機が空気調和する居室毎に、自然換気する換気ガラリを設ける。
【００１５】
実施形態の空調システムの混合冷媒のＧＷＰは７５０以下である。
ここで、ＧＷＰは、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）第４次評価報告書（ＡＲ４）の値が用いられる。また、ＡＲ４に記載されていない冷媒のＧＷＰは、ＩＰＣＣ第５次評価報告書（ＡＲ５）の値を用いてもよいし、他の公知文献に記載された値を用いてもよいし、公知の方法を用いて算出または測定した値を用いてもよい。ＣＦ３ＩのＧＷＰは、５以下であることが知られている。
【００１６】
混合冷媒のＧＷＰは、７５０以下であり、好ましくは５００以下であり、より好ましくは１５０以下であり、さらに好ましくは１００以下であり、特に好ましくは７５以下である。
冷媒の２５℃の蒸気圧は、好ましくは１．４ＭＰａから１．８ＭＰａの範囲である。また数式（１）で示される冷媒の難燃化パラメーターは、好ましくは０．４６以下である。
Ｆｍｉｘ＝Σｉ Ｆｉ ｘｉ            ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
なお、Ｆｍｉｘは混合冷媒の難燃化パラメーター、Ｆｉは各冷媒成分の難燃化パラメーター、ｘｉは各冷媒成分のモル分率を示す。
【００１７】
詳細は後述するが、混合冷媒のＣＦ３Ｉの配合量は、質量ベースで、１０％以上１００％以下、好ましくは２０％以上８０％以下、より好ましくは３０％以上５０％以下である。
以後、本明細書においては、混合冷媒の配合量や組成比の％表記は、質量ベースの百分率（質量百分率）を意味するものとする。
【００１８】
図１の実施形態の空調システムは、建物外部に設けられた室外ユニット２と、居室（５ａ、５ｂ、５ｃ）のそれぞれに設けられ、調和空気を吐出する室内ユニット（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、天井裏４等に配設され前記室外ユニット２と前記室内ユニット（１ａ、１ｂ、１ｃ）との間を混合冷媒が循環するように接続する施工配管３と、居室（５ａ、５ｂ、５ｃ）のそれぞれの扉６に設けられた換気ガラリ６１とを備えている。
【００１９】
居室５ａ（居室Ａ）に設けられている室内ユニット１ａは、天井カセット形の室内ユニットである。居室５ｂ（居室Ｂ）に設けられている室内ユニット１ｂは、壁かけ形の室内ユニットである。居室５ｃ（居室Ｃ）に設けられている室内ユニット１ｃは、床置き形の室内ユニットである。
図１においては、異なるタイプの室内ユニット（１ａ、１ｂ、１ｃ）を設けている例を示したが、自由に組み合わせて設置できることはいうまでもない。例えば、室内ユニット（１ａ、１ｂ、１ｃ）を全て天井カセット形にしてもよい。
また、室内ユニット（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、上記の以外にも、天井埋め込み型、天井ビルトイン型、天吊り型等の他のタイプであってもよい。
【００２０】
換気ガラリ６１は、居室に漏えいした混合冷媒を居室外に排出するために通気口を設けた部材である。換気ガラリ６１を介した通気は、居室の内外の圧力差や温度差や比重差等により行われ、自然換気に分類される。
図１では、換気ガラリ６１が扉６に設けられていることを図示しているが、引き戸や窓であってもよい。また、換気ガラリ６１は、居室内部と居室外部（廊下）とを隔てる壁に設けられていてもよい。
また、複数の換気ガラリ６１を居室に設けるようにしてもよい。
なお、混合冷媒の比重が空気より大きいので、換気ガラリ６１は、床面より０．２ｍ以内に設けるのがよい。
【００２１】
以下に、室内ユニット１ａで混合冷媒の漏えいが生じた場合を例に換気ガラリ６１の作用を説明する。
室内ユニット１ａから漏えいした混合冷媒は、居室５ａに充満して行くが、空気より重い混合冷媒は、居室５ａ外の空気との温度差や圧力差等により、換気ガラリ６１を通気し、居室５ａの外に排出される。
この際、換気ガラリ６１の開口面積が大きいほど通気量が大きくなるので、居室５ａの冷媒濃度を低くすることができ、自然換気により冷媒漏えい時の安全性を高めることができる。
【００２２】
つぎに、より詳細に実施形態の空調システムの換気ガラリ６１について説明する。
まず、混合冷媒の組成について説明する。
業務用空調機の冷媒は現在、Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２：５０％／Ｒ１２５：５０％）が主流であるが、Ｒ４１０ＡはＧＷＰが２０９０と高く、地球温暖化防止の観点からＧＷＰが５以下のＣＦ３Ｉを混合させた混合冷媒が提案されている。
【００２３】
ただし、ＣＦ３Ｉは熱搬送能力が他の成分より低い。このため、ＣＦ３Ｉの混合比はかなり限定される。
空調機器用の冷媒は、居室に漏えいする可能性があるため、ＲＣＬが高くなるように混合することが好ましい。
【００２４】
混合冷媒のＲＣＬは、図２に示す冷凍空調機器の主な冷媒のＲＣＬの最低値である30,000[ppm]以上とする。
ただし、ＲＣＬは、様々な因子で決定され、混合する側の冷媒のＲＣＬを構成する項目値（Mortality, Cardiac, Anesthesia）から簡易的に計算できるが、最終的には、混合した冷媒で試験（動物試験）する必要がある。
【００２５】
つぎに、混合冷媒の混合比について説明する。
図３は、Ｒ３２、Ｒ１２５、ＣＦ３ＩとＲ４１０Ａの飽和線と、ＥＴ（蒸発温度）０℃、ＣＴ（凝縮温度）５０℃、ＳＣ（過冷却度）０Ｋ、ＳＨ（過熱度）０Ｋの理想サイクルのＰＨ線図を示している。
【００２６】
図３に示すとおり、Ｒ３２はＲ１２５、ＣＦ３Ｉと比較して、二相域が圧倒的に広くＲ４１０Ａの混合からＲ３２を削減すると能力低下が懸念される。Ｒ１２５とＣＦ３Ｉのエンタルピ差はほぼ同等であるが、Ｒ１２５は冷媒密度がＲ３２やＣＦ３Ｉの２倍程度あるので、同じ行程容積の圧縮機を使用した場合、ＣＦ３Ｉよりも大きな能力が出せる。同じ行程容積の圧縮機を使用し、Ｒ４１０Ａの冷凍能力を１とした場合、Ｒ３２は１．１５９、Ｒ１２５は０．６３２、ＣＦ３Ｉは０．３５９となる。
【００２７】
また、Ｒ３２のＧＷＰは６７５、Ｒ１２５のＧＷＰは３５００である。したがって、Ｒ３２とＲ１２５の混合比が５０％：５０％のＲ４１０Ａにおいて、冷媒の一部をＣＦ３Ｉに置き換えて低ＧＷＰ冷媒（混合冷媒）を組成する場合、Ｒ１２５を減らしてＲ３２を極力維持することが、性能面では望ましい。なお、ＣＦ３ＩのＧＷＰは５とする。
【００２８】
以上から、Ｒ３２、Ｒ１２５、ＣＦ３Ｉを混合して、Ｒ４１０Ａ代替の不燃かつＧＷＰ７５０未満の混合冷媒を作成する際の、各冷媒の要求特性は以下のとおりとなる。
【００２９】
Ｒ３２は、性能面の柱であり、現状のＲ４１０Ａの比率から大きく削減することは好ましくない。また、Ｒ４１０Ａの開発時に、Ｒ３２の混合比を５２％にすると微燃性冷媒になってしまい、混合比を５０％に抑えた経緯がある。一方、Ｒ３２とＣＦ３Ｉの混合の場合には、Ｒ３２を６５％まで混合しても不燃である場合がある。ここでは、Ｒ３２の混合比は４５％から６０％とする。
【００３０】
Ｒ１２５は、ＧＷＰが３５００あり、Ｒ４１０Ａの混合比を５０％から大きく削減する必要がある。上記のとおり、Ｒ３２を４５％以上混合し、ＧＷＰ７５０未満に抑えるには、Ｒ１２５の混合比を１２．６％以下に抑える必要がある。ただし、Ｒ１２５はＣＦ３Ｉよりも性能面等、安定性において優位なため、必要以上に削減しなくても良い。
【００３１】
ＣＦ３Ｉは、ＧＷＰが５以下であり、低ＧＷＰ化の柱である。ただし、性能面や、急性毒性面や、加水分解性を有し信頼性面で、他の２冷媒に劣る。このため、目標ＧＷＰに合わせて最小混合比を決定する必要がある。
【００３２】
以上から、実施形態の空調システムにおける混合冷媒のＲ３２、Ｒ１２５、ＣＦ３Ｉの混合比は、Ｒ３２が４５〜６５％、Ｒ１２５が０〜１２％、ＣＦ３Ｉが３１〜５５％となる。そして、ＲＣＬを目標最小値である30,000[ppm]と仮定すると、ＱＬＶＭは、０．０９から０．１２の範囲となることを発明者らは算出した。
【００３３】
つぎに、実施形態の空調システムにおける換気ガラリ６１の通気口の開口面積について説明する。
非特許文献１には、特定システムにおいて冷媒充てん量を居室容積で除した値がＱＬＭＶを超えた場合には、居室の換気を行って安全対策するように規定されている（５．２．１参照）。そして、自然換気により換気を行う場合には、数式（２）で求まる開口面積以上の換気開口を設けることが規定されている（５．３．１のａ）参照）。
【００３４】
Ａ＝０．００３２×Ｍ／（ＱＬＭＶ×Ｖ）・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここに、Ａ：開口面積（ｍ２）
Ｍ：システムの総冷媒量（ｋｇ）
ＱＬＭＶ：最低限の換気を伴う空間での冷媒限界濃度（ｋｇ／ｍ３）
Ｖ：居室の容積（ｍ３）
【００３５】
実施形態の空調システムにおける混合冷媒のＱＬＭＶは、０．０９〜０．１２であるので、実施形態の空調システムにおける換気ガラリ６１の開口面積は、数式（２）に基づいて数式（３）により決まる面積以上とする。
Ａ＝０．０２６６×Ｍ／Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
【００３６】
実施形態の空調システムが、数式（３）で求めた開口面積を有する換気ガラリ６１を設けることにより、上記の混合比でＣＦ３Ｉを含む混合冷媒を使用する空気調和機においても、非特許文献１のガイドラインに則った安全性を担保することができる。
なお、混合冷媒の各冷媒の混合比やＲＣＬの目標最小値が変われば、混合冷媒のＱＬＭＶは変わるが、その場合でも、上記と同様の手順で換気ガラリ６１の開口面積を求めて、換気ガラリ６１を設ければよい。
【００３７】
上記実施形態の空調システムの換気ガラリ６１は、居室５ａの内外における気体の圧力差（比重差）により換気が行われる。このため、空気調和機の冷房運転時には、冷気が換気ガラリ６１から排気される場合がある。
以下に、冷気が換気ガラリ６１から排気されることを抑止する空調システムについて説明する。
【００３８】
図４は、実施形態の冷気が換気ガラリ６１から排気されることを抑止可能な空調システムの概要を示す図である。
図４の空調システムは、図１の空調システムに換気ガラリ開閉制御部７と冷媒センサ８を追加した構成と成っている。
【００３９】
図４の冷媒センサ８は、居室（５ａ、５ｂ、５ｃ）のそれぞれに設けられ、居室内に冷媒漏えいを検出する冷媒濃度センサである。冷媒センサ８は、半導体式センサ、熱線型半導体センサあるいは赤外線式センサを使用することができる。
換気ガラリ開閉制御部７は、冷媒センサ８で検出した冷媒濃度に基づいて、冷媒漏えいのレベルを判定し、換気ガラリ６１の通気口を開閉する制御部である。
【００４０】
換気ガラリ６１は、換気ガラリ開閉制御部７の指示に基づいて、通気口を開閉する。
例えば、換気ガラリ６１は、通気口にシャッターを設け、シャッターの開閉により通気の可否を制御するように構成する。
図４の他の構成は、図１の空調システムと同様の構成であり、説明は省略する。
【００４１】
より詳細には、換気ガラリ開閉制御部７は、周期的に、冷媒センサ８により居室の冷媒濃度を検出し、検出した冷媒濃度が混合冷媒のＱＬＭＶ相当の冷媒濃度と比較する。そして、検出した冷媒濃度が混合冷媒のＱＬＭＶ未満に相当する冷媒濃度である場合には、換気ガラリの通気口を閉じ、検出した冷媒濃度が混合冷媒のＱＬＭＶ以上に相当する冷媒濃度である場合には、式（３）で求めた開口面積を有する前記換気ガラリの通気口を開くように制御する。
【００４２】
図５は、冷媒センサからの信号に基づき換気ガラリの開閉制御等を行う換気ガラリ制御部とシャッターの開閉機構を含むシステムの構成を示す図である。図５は、一つ居室の構成を示している。
【００４３】
図５の換気ガラリ６１は、換気方向の断面を示している。
換気ガラリ６１は、複数のシャッター６１１を備えている。そして、それぞれのシャッター６１１は、央部で軸６１２に回動可能に軸支され、ステー６１３により連接されている。ひとつのシャッター６１１は、モータ６１４の回転に連動するように軸支されており、ステー６１３により連接する他のシャッター６１１は、モータ６１４の回転に連動して回動する。
上記のシャッター６１１の開閉機構により、モータ６１４を回転駆動することで、シャッター６１１の開閉を行うことができる。なお、図５のシャッター６１１の開閉機構は、一例であって、スライドシャッター等の他の開閉機構であってもよい。
【００４４】
換気ガラリ開閉制御部７は、冷媒センサ８に接続して居室内に漏えいした混合冷媒の濃度を取得するセンサ入力部７２と、センサ入力部７２で取得した冷媒濃度の基づいて換気ガラリ６１のシャッター６１１の開閉要否を判定する開閉判定部７１と、開閉判定部７１の判定結果に基づいてモータ６１４を駆動するシャッター駆動部７３から構成される。
【００４５】
換気ガラリ開閉制御部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよいし、専用または汎用の電気回路であってもよい。センサ入力部７２は、冷媒センサ８を電気的に接続するＩ／Ｆ（Interface）であってもよい。あるいは、無線信号または有線信号を受信する受信機であってもよい。開閉判定部７２は、専用または汎用の電気回路であってもよいし、所定のプログラムを基づいたＣＰＵからの命令によって実現する機能であってもよい。シャッター駆動部７３は、専用または汎用の電気回路であってもよいし、モータ６１４に電気的に接続するＩ／Ｆであってもよい。
【００４６】
開閉判定部７１は、混合冷媒のＱＬＭＶに相当する冷媒濃度に対応する冷媒センサ８の検出値を判定閾値として予め記憶部（不図示）に記憶しておく。そして、開閉判定部７１は、シャッター駆動部７３を制御してモータ６１４を駆動してシャッター６１１を閉じ状態に回動した状態で、周期的に、センサ入力部７２を介して冷媒センサ８の検出値を取得する。
【００４７】
開閉判定部７１は、取得した冷媒センサ８の検出値と判定閾値とを比較し、検出値が判定閾値以上の場合に、シャッター駆動部７３を制御してモータ６１４を駆動してシャッター６１１が開くように回動し、式（３）で求めた開口面積の通気口を形成する。
開閉判定部７１は、検出値が判定閾値未満の場合には、処理を継続する。
【００４８】
これにより、実施形態の空調システムは、ＱＬＭＶに相当する冷媒漏えいを検出してから換気ガラリ６１を開口して居室の自然換気を行うので、冷房運転中の冷気の排出を抑止し、冷房効率の低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ａ  １ｂ  １ｃ  室内ユニット
２  室外ユニット
３  施工配管
４  天井裏
５  居室
６  扉
６１  換気ガラリ（開口部）
７  換気ガラリ開閉制御部
８  冷媒センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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