JP2008196847A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
再利用した接続配管内に残留した不純物を効率良く回収し、リニューアル工事の短時間で可能とすると共に、信頼性及び性能を向上する。
【解決手段】
圧縮機１、熱源機側熱交換器３、第１の膨張装置４、第２の膨張装置２１、利用側熱交換器２２を順次連結してなる冷凍サイクル装置において、第１の膨張装置４と第２の膨張装置２１との間に、冷媒不溶成分又は冷媒に対して弱溶解成分の少なくともいずれかを捕捉するフィルタ３２を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを利用した空気調和機、冷凍機などの冷凍サイクル装置に関し
、特に、ＣＦＣ系又はＨＣＦＣ系冷媒と、冷凍機油として鉱油を用いたものからＨＦＣ系冷媒と、ＨＦＣ用冷凍機油を用いたものに交換するものに好適である。

ＣＦＣ系冷媒またはＨＣＦＣ系冷媒と、冷凍機油として鉱油を使用した空気調和機（旧機）から鉱油とは相溶性のないＨＦＣ系冷媒と、ＨＦＣ用冷凍機油を使用した空気調和機（新機）に交換する際に室内機と室外機とを接続する接続配管を再利用すると、再利用される設配管を内には汚染物質（不純物）が残留する。この不純物は新機に使用したＨＦＣ系冷媒とは不溶、又は弱溶解成分である旧機に封入された冷凍機油（鉱油、アルキルベンゼンなど）、冷凍機油の酸化劣化反応物、酸化スケール、塩素系化合物などである。

上記の既設配管を利用する方法では、接続配管内に残留した不純物により新機内の冷凍機油が劣化する。さらに、冷媒に溶解しない成分が冷凍サイクル内の低温部分において、析出し冷凍サイクルが詰まり、空気調和機の信頼性を著しく損なう恐れがある。
そのため、既設配管を利用するに際して、接続配管内に残留した不純物を回収する洗浄運転を実施することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

特開２０００−９３６８号公報

上記従来技術においては、利用側熱交換器と圧縮機との間、ガス冷媒となる位置に異物捕捉手段を配置しているので、ＨＦＣ用冷凍機油と気体異物は混合され、異物捕捉手段を何回か繰り返して通さなければならなかった。そのため、旧機から新機に入れ換えた後に接続配管内の洗浄運転を比較的に長い間に渡って、例えば１〜２時間位実施する必要があった。つまり、空気調和機の入れ換え工事、リニューアル工事の作業時間が長くならざるを得なかった。

本発明の目的は、再利用した接続配管内に残留した不純物を効率良く回収し、リニューアル工事の短時間で可能とすると共に、信頼性及び性能を向上することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機、熱源機側熱交換器、第１の膨張装置、第２の膨張装置、利用側熱交換器を順次連結してなる冷凍サイクル装置において、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に、冷媒不溶成分又は冷媒に対して弱溶解成分の少なくともいずれかを捕捉するフィルタを設けたものである。

また、上記のものにおいて、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に液冷媒を貯留するレシーバを設け、前記フィルタは前記レシーバ内に配置されたことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記フィルタはＨＦＣ冷凍機油が通過し、鉱油が捕捉されるメッシュ数を有する繊維性の材料が使用されることが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に液冷媒を貯留するレシーバを設け、前記フィルタは前記レシーバ内に配置され、前記レシーバ内に冷媒を導入する冷媒導入管の先端部は前記フィルタの下方に設定されたことが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に液冷媒を貯留するレシーバを設け、前記フィルタは前記レシーバの内壁面と所定間隔が設けて配置されたことが望ましい。

さらに、圧縮機、熱源機側熱交換器、第１の膨張装置、第２の膨張装置、利用側熱交換器を順次連結してなる冷凍サイクル装置において、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に設けられた液冷媒を貯留するレシーバと、前記レシーバ内に配置され、冷媒不溶成分又は冷媒に対して弱溶解成分の少なくともいずれかを捕捉するフィルタと、を備え、前記圧縮機の始動時又は圧縮機停止時の少なくともいずれかにおいて、前記レシーバ後流側となる前記第１の膨張装置又は第２の膨張装置を全閉あるいは小開度として運転するものである。

本発明によれば、液冷媒となる位置に粘度の差を利用して鉱油を捕捉するようにしたので、鉱油の捕捉を確実にし、ＨＦＣ用冷凍機油の劣化を抑制することができる。したがって、既設配管を利用しても冷凍サイクル装置の信頼性及び性能を確保することができる。さらに、既設配管の洗浄運転を特に必要とせず、リニューアル工事の作業時間を短縮することができる。

以下本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１は一実施の形態による空気調和機のサイクル系統図を示し、図２は他の実施の形態によるサイクル系統図を示す。図３、図４は冷媒不溶成分を除去するフィルタを内蔵したレシーバ（不純物回収装置）の構成を示し、図５はＨＦＣ系冷媒とＨＦＣ用冷凍機油と鉱油共存下での鉱油分離特性を示す。

図１、２、５を用いて、既設配管内に残留した冷媒不溶成分または冷媒に対して弱溶解成分を回収する方法について説明する。以下、既設配管内に残留した冷媒不溶成分としては鉱油と説明する。
ＣＦＣやＨＣＦＣを使った空気調和装置が老朽化した場合、空気調和装置を交換する。まず、ＣＦＣまたはＨＣＦＣ冷媒を回収し、室外機４０と室内機２０を図１又は図２に示すものと交換する。液接続配管７とガス接続配管８は旧機のものを再利用する。室外機４０には予めＨＦＣが充填されているので、阻止弁６、９は閉じたまま室内機２０、液接続配管７とガス接続配管を接続状態で真空引きをし、その後阻止弁６、の開弁とＨＦＣの追加充填を実施する。

冷房運転の場合、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は圧縮機１から吐出され、ガス冷媒が四方弁２を経て、熱源機側熱交換器３へと流入し、ここで熱交換器して凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は全開とされた第１の膨張装置４を通り、余剰冷媒はレシーバ５に貯留され、残りが阻止弁６、図１ではさらに不純物回収キット３０を経て室内機２０
へ送られる。送られた液冷媒は、第２の膨張装置２１へ流入し、ここで低圧まで減圧されて低圧二相状態となり、利用側熱交換器２２で空気などの利用側媒体と熱交換して蒸発・ガス化する。その後、ガス冷媒は、阻止弁９、四方弁２、アキュムレ−タ１０を経て圧縮機１へ戻る。

暖房運転の場合、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒はＨＦＣ用冷凍機油と共に圧縮機１から吐出され、四方弁２、阻止弁９を経て利用側熱交換器２２へ流入し、ここで空気など利用側媒体と熱交換して凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は不純物回収キット３０、阻止弁６、レシーバ５へ流入し、第１の膨張装置４で減圧され熱源機側熱交換器３で空気・水などの熱源媒体と熱交換して蒸発・ガス化する。蒸発・ガス化した冷媒は四方弁２、アキュムレ−タ８を経て圧縮機１へ戻る。

図５はＨＦＣ系冷媒とＨＦＣ用冷凍機油に対し、ＨＦＣ系冷媒に不溶な成分である鉱油が約１０％（＝鉱油量／（ＨＦＣ用冷凍機油量＋鉱油量））混入した場合の鉱油の分離特
性を示す。横軸は冷凍機油（ＨＦＣ用冷凍機油＋鉱油）への冷媒溶解度を示し、０％が冷凍機油（ＨＦＣ用冷凍機油＋鉱油）のみの場合を、１００％が冷媒のみの場合を示す。縦軸は温度を示している。
つまり、鉱油はＨＦＣ系冷媒にはほとんど溶解せず、一方ＨＦＣ用冷凍機油には溶解する。そして、鉱油はＨＦＣ用冷凍機油が多く存在する圧縮機内では分離せず、液冷媒が多く存在する液接続配管部７およびレシーバ５、図２ではレシーバ３１ｂ内で分離する。
フィルタ３２ａは不純物回収キット３０、フィルタ３２ｂはレシーバ３１ｂ内に設けられ、メッシュ数が比較的大きい繊維性の材料であり、その繊維の材質として、ポリエステル、ポリプロピレンの少なくとも１つで構成されている。

液冷媒および液冷媒に溶解したＨＦＣ用冷凍機油は粘度が著しく低い液体であるのに対して、鉱油は液冷媒および液冷媒に溶解したＨＦＣ用冷凍機油に比べて粘度が著しく高い液体である。そのため、液冷媒および液冷媒に溶解したＨＦＣ用冷凍機油はフィルタ３２ａ、３２ｂを通過するのに対して、鉱油はメッシュ数の大きいフィルタ３２ａ、３２ｂの繊維間に引っかかり、その後毛細管現象により繊維内部へ捕捉される。
したがって、フィルタ３２ａ、３２ｂを液接続配管７またはレシーバ３１ｂ内に配置することで、圧縮機１内からＨＦＣ用冷凍機油ととも吐出された鉱油は液接続配管部７およびレシーバ３１ｂ内で分離し、その分離した鉱油のみをフィルタ３２ａ、３２ｂにて捕捉することが可能となる。

圧縮機１の形態として圧縮機１内の冷凍機油貯留部の圧力が高い高圧チャンバー方式、あるいは圧縮機１の吐出部にオイルセパレータを配置している場合には、圧縮機１内あるいはオイルセパレータ内に貯留した冷凍機油の温度は高温なる。一方、液接続配管部７およびレシーバ５、３１ｂの温度はその温度よりも低くなる。そして、冷凍機油の劣化は、温度が上昇するほど促進し、さらにＨＦＣ用冷凍機油の劣化は既設配管内に残留した鉱油（劣化油）の混入量が多いほど劣化は促進するので、圧縮機１内あるいはオイルセパレータ内よりも低温の液接続配管部７およびレシーバ３１ｂで鉱油を捕捉することにより、ＨＦＣ用冷凍機油の劣化を抑制することができる。

また、鉱油をフィルタ３２ａ、３２ｂに捕捉するためには、フィルタ３２ａ、３２ｂと鉱油とが接触する必要がある。そこで、圧縮機１の起動時および圧縮機の停止時に、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂの後流側の膨張装置（冷房運転時であれば２１ａ、２１ｂ、暖房運転時であれば４）を全閉あるいは全閉に近い小開度に設定して運転することで、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂ内に冷媒を回収する。これにより、フィルタ３２ａ、３２ｂにＨＦＣ系冷媒とＨＦＣ用冷凍機油と鉱油との混合液とを接触することができるので、不純物回収容器３１ａ、およびレシーバ３１ｂ内においては鉱油のみが分離することから、鉱油のみを捕捉することができる。

さらに、フィルタ３２ａ、３２ｂに対する流速が大きいほどフィルタ３２ａ、３２ｂの鉱油捕捉量は減少する。これは、一度フィルタ３２ａ、３２ｂに捕捉された鉱油が、冷媒の流体力によりフィルタ３２ａ、３２ｂの外に押し出されるからである。そして、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂ内にＨＦＣ系冷媒とＨＦＣ用冷凍機油と鉱油の混合液を導入する冷媒導入出管３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂの管先端部の近傍であるほど、混合液の流入速度は大きいので、管先端部を下方に向けて、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂ内に導入したＨＦＣ系冷媒とＨＦＣ用冷凍機油と鉱油の混合液がフィルタ３２ａ、３２ｂを通過した後に、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂから導出するようにする。これにより、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂ内に導入した鉱油がフィルタ３２ａ、３２ｂを通過することなく、導出することを抑制することができる。

さらに、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂ内に導入する冷媒導入出管３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂとフィルタ３２ａ、３２ｂとの空間を確保するとともに、不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂ内に冷媒導入出管３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂとの間に仕切板３３ａ、３３ｂを配置することが望ましい。

次に図３および図４を用いて、液接続管に配置する不純物回収キット３０ａの不純物回収容器３１ａあるいはレシーバ３１ｂに内蔵する冷媒不溶成分を除去するフィルタ３２ａ
、３２ｂの設置方法について説明する。
製造時においてフィルタ３２ｃ、３２ｄをパンチングメタル３６１ｃ、３６２ｃ、３６１ｄ、３６２ｄで挟んだ後、キャップ３７１ｃ、３７１ｄ、３７１ｃ、３７１ｄとボディ３８ｃ、３８ｄとを溶接する。その際にボディ３９ｃ、３９ｄの内壁面の温度がフィルタ３２ｃ、３２ｄの最高使用温度を超える。よって、フィルタ３２ｃ、３２ｄがボディ３８ｃ、３８ｄの内壁面に接する構造であれば、フィルタ３２ｃ、３２ｄが熱で劣化し、冷媒不溶成分を捕捉できなくなる。そのため、フィルタ３２ｃの温度が最高使用温度以下となるようにボディ３８ｃとフィルタ３２ｃの間に所定の間隔Δｄを設ける。あるいは、熱伝導性の低いセラミック、ガラスなどの断熱材３９ｄを挿入し、ボディ３８ｄ内壁面の温度がフィルタに伝わるのを抑制する。

本発明による一実施の形態を示すサイクル系統図。 本発明による他の実施の形態を示すサイクル系統図。 一実施の形態によるレシーバ（不純物回収装置）の断面図。 他の実施の形態によるレシーバ（不純物回収装置）の断面図。図。 ＨＦＣ系冷媒とＨＦＣ用冷凍機油と鉱油共存下での鉱油分離特性を示すグラフ。

符号の説明

１…圧縮機、２…四方弁、３…熱源機側熱交換器、４…第１の膨張装置、２１ａ、２１ｂ…第２の膨張装置、５、３１ｂ…レシーバ、６、９…阻止弁、７…液接続配管、８…ガス接続配管、１０…アキュムレータ、２０ａ、２０ｂ…室内機、２２ａ、２２ｂ…利用側熱交換器、３０ａ…不純物回収キット、３１ａ…不純物回収容器、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ…フィルタ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…仕切板、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ…冷媒導入出管、３６１ｃ、３６１ｄ、３７１ｃ、３７１ｄ…パンチングメタル、３７１ｃ、３７１ｄ、３７２ｃ、３７２ｄ…キャップ、３８ｃ、３８ｄ…ボディ、３９ｄ…断熱材、４０ａ、４０ｂ…室外機。

Claims (6)

1. 圧縮機、熱源機側熱交換器、第１の膨張装置、第２の膨張装置、利用側熱交換器を順次連結してなる冷凍サイクル装置において、
   前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に、冷媒不溶成分又は冷媒に対して弱溶解成分の少なくともいずれかを捕捉するフィルタを設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に液冷媒を貯留するレシーバを設け、前記フィルタは前記レシーバ内に配置されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記フィルタはＨＦＣ冷凍機油が通過し、鉱油が捕捉されるメッシュ数を有する繊維性の材料が使用されることを特徴とする冷凍サイクル装置
   。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に液冷媒を貯留するレシーバを設け、前記フィルタは前記レシーバ内に配置され、前記レシーバ内に冷媒を導入する冷媒導入管の先端部は前記フィルタの下方に設定されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に液冷媒を貯留するレシーバを設け、前記フィルタは前記レシーバの内壁面と所定間隔が設けて配置されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
6. 圧縮機、熱源機側熱交換器、第１の膨張装置、第２の膨張装置、利用側熱交換器を順次連結してなる冷凍サイクル装置において、
   前記第１の膨張装置と第２の膨張装置との間に設けられた液冷媒を貯留するレシーバと
   、
   前記レシーバ内に配置され、冷媒不溶成分又は冷媒に対して弱溶解成分の少なくともいずれかを捕捉するフィルタと、
   を備え、前記圧縮機の始動時又は圧縮機停止時の少なくともいずれかにおいて、前記レシーバ後流側となる前記第１の膨張装置又は第２の膨張装置を全閉あるいは小開度として運転することを特徴とする冷凍サイクル装置。

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