JP2011021883A

JP2011021883A - 冷凍空調装置

Info

Publication number: JP2011021883A
Application number: JP2010246363A
Authority: JP
Inventors: Masaki Toyoshima; 正樹豊島; Susumu Yoshimura; 寿守務吉村; Shinichi Wakamoto; 慎一若本; Osamu Morimoto; 修森本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: JP4980459B2

Abstract

【課題】第１には配管洗浄時にアキュムレータから異物が圧縮機に戻ることがなく、第２には異物を短時間で回収可能にした冷凍空調装置を提供する。
【解決手段】熱源側ユニットは、既設配管内の異物を分離回収する機能を備えたアキュムレータと、アキュムレータで分離された異物を回収する回収容器と、アキュムレータの下部に接続され、流量調整手段を介して冷凍機油を圧縮機へ返油する返油配管と、圧縮機から四方弁へ至るまでの高圧側からバイパス弁を介してアキュムレータ手前又はアキュムレータへ接続するバイパス管とを備える。通常冷暖房運転時には返油配管に冷凍機油を流し、配管洗浄及び異物回収運転時には、流量調整手段を全閉とし、且つバイパス弁又は熱源側ユニット若しくは負荷側ユニットに内蔵される絞りを開閉することにより、回収容器とアキュムレータとの間に差圧を発生させて異物を回収容器へ引き込む。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設の冷媒配管を用いて熱源側ユニットと負荷側ユニットとを接続して構成される空気調和装置に関し、特に、配管から洗浄回収した主に旧冷凍機油を主成分とする異物を分離し、回収容器に回収する技術に関するのものである。

冷凍空調機リプレースにおける既設配管再利用を目的とした配管洗浄においては、配管洗浄により回収される既設配管内に存在していた主に鉱油などの残留物が圧縮機に戻って新設の冷媒回路へ流れ込まないように鉱油などの残留物を分離回収する必要がある。これは、リプレース前の塩素を含むＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）に用いられていた鉱油などの冷凍機油は、リプレース後の塩素を含まない新冷媒ＨＦＣ系（ハイドロフルオロカーボン）などとは相溶しないためであり、旧冷凍機油が多量に冷凍サイクル中に残留すると異物（コンタミネーション）となって、圧縮機が壊れるなどの問題が発生する可能性がある。

そこで従来より、配管洗浄で回収される異物（主に旧冷凍機油）を分離回収する技術が開発されており、その例として、アキュムレータを冷媒と異物の分離手段として用い、分離回収された異物をアキュムレータ下部に設けた回収容器に回収するものがある（例えば特許文献１参照）。また、アキュムレータを冷媒と異物の分離手段として用い、分離回収された異物を回収容器に回収する技術として、油回収速度を増大させるためにアキュムレータ出口管に回収容器のガス抜き用の配管を接続し、配管圧損差圧分の吸引効果アップを利用したものがある（例えば特許文献２，３，４参照）。

特開２００３−３０２１２７号公報（図１、図２）特開２００４−０６９１０１号公報（図１、図３）特開２００４−０８５０３７号公報（図１、図２）特開２００４−２１９０１６号公報（図１、図２）

従来は、分離手段であるアキュムレータの出口管下部に油戻し用の穴を有したＵ字管を用いていたため、起動時などに異物や液冷媒が多量にアキュムレータへ戻った場合には、異物がＵ字管の穴を経由して圧縮機に戻ってしまう可能性があった。

また、従来の分離手段である、出口管下部に油戻し用の穴を有したＵ字管を内蔵したアキュムレータを用いる方法では、アキュムレータの出口配管を２本として、Ｕ字管と圧縮機とを接続する方の配管の途中に電動弁を設け、配管洗浄時にはこの弁を閉じることにより、起動時などに異物や液冷媒が多量にアキュムレータへ戻った場合にも異物がＵ字管の穴を経由して圧縮機に戻ってしまうことを防いでいたが、φ２８．７などの大口径である吸入配管に対応した電磁弁は高価であり、また圧縮機に直接繋がる配管に大型の弁を設けると配管が振動で折れる可能性がある、などの不都合があった。

また、上記の電磁弁を閉じていてもＵ字管内では油戻し穴高さ位置まで異物が滞留して抜けなくなってしまうため、配管洗浄後に弁を開放して通常運転に戻る際に残異物が圧縮機へ戻ってしまうという課題があった。一般にＵ字管を含めた圧縮機の吸入配管は大口径（φ２８．６ｍｍなど）であり、油戻し穴高さより下の容積は大きく、無視できないほど多くの異物が圧縮機へ戻る可能性があった。

また、従来のアキュムレータを分離回収器として利用しアキュムレータに回収された異物を回収容器に回収する技術では、異物回収の駆動力として回収容器をアキュムレータの下方に設置し、そのヘッド差のみを利用していた。しかし、熱源機ユニット内の設置スペース制約から、ヘッド差を大きく取ることは困難であり吸引力が弱く、回収に多大の時間が掛かり工事性を悪化させるという課題があった。特に暖房期の外気温度が低いときには異物の主成分である油の温度低下に伴い油粘度が上昇するため、その傾向が顕著に現れていた。油の粘度は温度低下に対し急激に粘度が上昇する傾向がある。

また、従来のアキュムレータを分離回収器として利用してアキュムレータに回収された異物を回収容器に回収する技術では、異物回収の吸引力を増大させるためにアキュムレータ出口側（圧縮機吸込側）と回収容器のガス抜き管とを接続していた。このため、回収容器内の異物がオーバーフローして圧縮機に多量に戻る恐れがあった。また、これを防止するためにフロート弁、のぞき窓などを設けていたが、高価であり、フロート弁作動不良時には鉱油がオーバーフローして圧縮機に戻ってしまう恐れがあった。

また、従来のアキュムレータを分離回収器として利用してアキュムレータに回収された異物を回収容器に回収する技術では、回収容器を新冷媒用油補充用の容器として兼用し、予め回収容器に新冷媒用の油を封入して配管洗浄に流出した新冷媒用油の補充に用いていたが、この方法では、新冷媒用油の補充が完了するまで異物回収が行えないため、外気低温時に油粘度が上昇した際には新冷媒用油補充に多大な時間を要し全体の工程時間が長くなり、工事性が悪化するという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、少なくとも、第１には配管洗浄時にアキュムレータから異物が圧縮機に戻ることがなく、第２には異物を短時間で回収することを可能にした冷凍空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍空調装置は、
熱源側ユニットと負荷側ユニットとを既設の冷媒配管で接続してなる冷凍空調装置において、
前記熱源側ユニットは、
既設配管内の異物を分離回収する機能を備えたアキュムレータと、
前記アキュムレータで分離された異物を回収する回収容器と、
前記アキュムレータの下部に接続され、流量調整手段を介して冷凍機油を圧縮機へ返油する返油配管と、
前記圧縮機から四方弁へ至るまでの高圧側から、バイパス弁を介してアキュムレータ手前又はアキュムレータへ接続するバイパス管と
を備え、
通常冷暖房運転時には前記返油配管に冷凍機油を流し、
配管洗浄及び異物回収運転時には、
前記流量調整手段を全閉とし、且つ、
前記バイパス弁又は熱源側ユニット若しくは負荷側ユニットに内蔵される絞りを開閉することにより、前記回収容器と前記アキュムレータとの間に差圧を発生させて異物を前記回収容器へ引き込む。

本発明においては、熱源側ユニットと負荷側ユニットを既設の冷媒配管で接続してなる空調装置において、配管洗浄及び異物回収運転時には、前記流量調整手段を全閉とし、且つ、前記のバイパス弁又は熱源側ユニット若しくは負荷側ユニットに内蔵される絞りを開閉することにより、前記回収容器と前記アキュムレータとの間に差圧を発生させて異物を前記回収容器へ引き込むようにしたので、配管洗浄時にはアキュムレータから異物が圧縮機へ戻されず、異物が新冷凍機油に混入することがなく、確実に異物回収が行われる。

本発明の実施の形態１の冷凍空調装置の冷媒回路図。本発明の実施の形態１の油回収装置のガス戻し部断面詳細図（軸方向）。本発明の実施の形態１の油回収装置のガス戻し部断面詳細図（半径方向）。本発明の実施の形態１の油回収装置の説明図。本発明の実施の形態１の作業フローを示す図。本発明の実施の形態１のアキュムレータ内水平方向の流れを表す図。本発明の実施の形態２の冷凍空調装置の冷媒回路の一部を示す断面図（その１）。本発明の実施の形態２の冷凍空調装置の冷媒回路の一部を示す断面図（その２）。本発明の実施の形態２の冷凍空調装置の冷媒回路の一部を示す断面図（その３）。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の冷凍空調装置の冷媒回路構成を表す図である。図１において、熱源側ユニット１００は、アキュムレータ８、圧縮機１、油分離器１０、四方弁２、熱源側熱交換器３及び圧力調整弁１２を備えており、これらを順に接続して熱源側ユニット１００のメイン回路を構成している。また、負荷側ユニット２００は絞り装置５ａ、５ｂ、及び負荷側熱交換器６ａ、６ｂから構成されており、熱源側ユニット１００と負荷側ユニット２００とは、既設の液冷媒配管１３と既設のガス冷媒配管１４、液側ボールバルブ４とガス側ボールバルブ７にて接続されている。

また、熱源側ユニット１００は、低圧部に設けられた圧力センサー１６と、圧縮機１の吸入側で、アキュムレータ８の手前の温度を測定する温度センサー１７とを備えている。図の符号１６、１７の位置に圧力センサー、温度センサーを設けることにより、アキュムレータ８の入口の冷媒加熱度の検出が可能となる。ここで、温度センサー１７の位置をアキュムレータ８の入口側としたのは、アキュムレータ８の入口の冷媒加熱度を制御し、液冷媒がアキュムレータ８に戻らない運転を実現するためである（詳細は後述）。なお、圧力センサー１６の位置については図示の位置に限られたものではなく、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。

また、熱源側ユニット１００はオイルタンク１１を備えており、このオイルタンク１１の上部には、油分離器１０の下部と返油用毛細管１８ａの間の冷媒回路を分岐した配管が接続されている。オイルタンク１１の別の上部は、配管にて圧縮機吸入配管と接続される。さらに、オイルタンク１１の下部からは電磁弁１５ｂを介して返油用毛細管１８ａと圧縮機吸入配管との間に接続する配管へ接続される。また油分離器１０の出口側とアキュムレータ８の入口側はバイパス電磁弁３０を介して接続されており、バイパス電磁弁３０を開くことで、圧縮機１の高温高圧ガスをアキュムレータ８の手前に導くことができる。なお、図１ではバイパス回路の高圧側接続部を油分離器１０の出口側としているが、油分離器１０の手前側に接続してもよい。

続いて、熱源側ユニット１００内に内蔵された異物回収装置１１０の構成について説明する。なお、本実施の形態における異物とは主に旧冷凍機油のことであり、以降、旧冷凍機油と既設配管中に残留する異物とを総称して異物と表現する。異物回収装置１１０は、アキュムレータ８、回収容器９及びこれらに付随する配管や弁類から構成されており、アキュムレータ８が異物分離手段として機能し、アキュムレータ８に貯留された異物を回収容器９へ回収する。

アキュムレータ８には主冷媒回路の入口管（アキュムレータ入口管８ａ）と出口管（アキュムレータ出口管８ｂ）とが接続されている。アキュムレータ入口管８ａは開口部がアキュムレータ８の上部に位置しており、流入ガスが壁面に水平、又は水平より若干下方に沿う流れとなるように、管の出口が管壁面水平方向に向くように曲げられている。アキュムレータ出口管８ｂは開口部がアキュムレータ８の上方に位置しており、アキュムレータ８内に液体が多量に貯留しない限り液体を直接吸い込まない構成となっている。アキュムレータ８の底部には、アキュムレータ８に貯留された異物を回収するため回収配管２４ａと、通常冷暖房運転時に油を圧縮機１へ返油するための返油配管２４ｂとが接続されている。回収配管２４ａは流量調整弁２１ａ及びボールバルブ２２ａを介して回収容器９の上部に接続されている。回収容器９はアキュムレータ８の下方に設けられており、アキュムレータ８の底面と回収容器９の上下方向の位置関係は、回収容器９の上端で回収配管２４ａが接続される部位よりもアキュムレータ８の底面が高い位置となるように設置されている。これにより異物回収の際にヘッド差の利用が可能となり回収速度を速くすることができる。

返油配管２４ｂは、流量調整弁２１ｂを介してアキュムレータ８と圧縮機１の間のアキュムレータ後吸入管２８へ接続されている。返油配管２４ｂは２分岐されてアキュムレータ後吸入管２８と上下２箇所で接続されているが、これはアキュムレータ８の液面高さ変化に対応するためで、通常は液面が低いため下方接続配管を通して油が返油されるが、過渡的に液面が高くなった際には上方に位置する接続配管からも返油されることにより、油がアキュムレータ８に多量に溜まり、圧縮機１に油を早く返す必要があるときに返油速度を大きくして対応することが可能となる。

回収配管２４ａ及び返油配管２４ｂは、液体を流すための配管であり主冷媒管よりも細く、また回収容器９は鉛直下方に設置しているため、異物回収の際に異物が配管内に滞留し、主冷媒回路側に残ることはない。また、回収配管２４ａから返油配管２４ｂが分岐して流量調整弁２１ｂに至るまでの部分はトラップなどの滞留部がなく、分岐部を鉛直下方にして設置するため、この部分についても異物が滞留する可能性はなく、異物回収運転後に異物が圧縮機１へ戻ることはない。

回収容器９の上部には、異物回収時に異物を吸引するためのガス抜き管２５が設けられており、ガス抜き管２５はボールバルブ２２ｂ、電磁弁１５ｃを介してアキュムレータ前吸入管２７へ接続されている。また、ガス抜き管２５にはボールバルブ２２ｂと電磁弁１５ｃを迂回するように圧力逃し弁２３が並列に接続されている。圧力逃し弁２３は回収容器９の内圧が上昇した場合に適宜開いて圧力を逃す構造となっており、回収容器９内が異常高圧となり破損することを防いでいる。

ここで、ガス抜き管２５、アキュムレータ前吸入管２７及びガス抜き管合流部２６の構成を図２及び図３を用いて説明する。図２は軸方向から見た異物回収装置１１０のガス戻し部断面詳細図であり、図３はガス抜き管（回収容器９内のガスを低圧側主冷媒回路に戻すのでガス戻し管ともいう）２５の中心断面にて半径方向から見た異物回収装置１１０のガス戻し部断面詳細図である。図２に示されるように、アキュムレータ前吸入管２７のガス抜き管２５が接続される部分はその前後の配管内径よりも小さい内径となるように構成されている。水力学の定理であるベルヌーイの定理（式１）によれば圧力ヘッドと速度ヘッドと位置ヘッドの合計は一定であり、図２のように水平方向のみの変化であれば位置ヘッドは変化がなく無視できる。

ここで、Ｐ：静圧［Ｐａ］、Ｖ：流速［ｍ／ｓ］、Ｈ：位置ヘッド［ｍ］、ρ：密度［ｋｇ／ｍ³］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ²］

図２のように接続される部分の配管内径を絞ることにより、絞り部では断面積Ａが減少して管内の流速Ｖが上昇する。

ここで、Ｇ：質量流量［ｋｇ／ｓ］、Ａ：断面積［ｍ²］
このため絞り部では動圧が上昇し、ベルヌーイの定理（式１）より、速度ヘッド（すなわち動圧）が上昇した分だけ、圧力ヘッド（すなわち静圧）が低下する。このため絞り部の静圧が低下した分だけ、回収容器９のガス抜き管２５側の静圧が低下し、アキュムレータ前吸入管２７側へ引き込む吸引力が大きくなる。この吸引力増大効果は冷媒循環量すなわち管内流速が大きい領域の方が絞りによる速度変化量が大きくなるため、その効果が顕著に現れる。一方、圧縮機吸入配管の一部を絞ると圧力損失が増大して冷媒循環量低下を招くため、絞り部の絞り比を極端に大きくすることはできない。絞り比は性能に悪影響のない範囲で決定する。

本実施の形態では、配管を絞る部分の長さをガス抜き管合流部２６付近のみと極力小さく設定しているため、絞り量が適切であれば（例えば面積比６〜９割程度）圧力損失による性能悪化はほとんど発生しない。

また、図２及び図３に示されるようにガス抜き管２５はアキュムレータ前吸入管２７に対して水平から垂直までの角度、すなわち水平よりも高い位置に接続されている。これにより、過渡的にアキュムレータ前吸入管２７内を液冷媒が流れたときに、液冷媒がガス抜き管２５を通して回収容器９へ流れ落ちることを防止している。

次に図４に基づき異物回収の動作原理について説明する。
図４は図１のアキュムレータ８及び回収容器９からなる異物回収装置１１０の拡大図である。なお、図４では異物回収の原理説明に直接関係のない弁類については省略している。

図４において、回収容器９の上端からアキュムレータ８の底面とのヘッド差（液状の異物が流れる流路高さ）をＨ［ｍ］、ガス抜き管合流部２６内の静圧をＰ１［Ｐａ］、アキュムレータ８内の静圧をＰ２［Ｐａ］、回収容器９内の静圧をＰ３［Ｐａ］、返油配管２４ｂとアキュムレータ後吸入管２８との合流部の静圧をＰ４［Ｐａ］とする。また、回収配管２４ａ内を流れる油の流速をＶｏ［ｍ／ｓ］、回収配管２４ａの圧損をΔＰ［ｐａ］とする。なお、異物回収の回路であるアキュムレータ８の底面からガス抜き管合流部２６までの回収回路における配管圧損の中で、問題となるのは異物の主成分である粘度の高い油が流れる回収配管２４ａの圧損であり、これと同一流量であるが粘度の低いガス冷媒のみが流れるガス抜き管２５の圧損は流量が小さいため相対的に無視できるほど小さく、ここでは簡略化のためＰ１≒Ｐ３として扱い、説明する。

回収容器９の上端を高さの基準とすると、ベルヌーイの定理より式（３）が導かれる。

式（３）を変形すると式（４）になる。

式（４）から分かるように異物回収速度を上昇させるためには、
(1)Ｐ２とＰ３の差圧を大きくする、すなわちＰ２は固定とするとＰ３の圧力を下げる
（右辺第一項より）、
(2)ヘッド差Ｈを大きくする（右辺第二項より）、
(3)回収配管の圧損を下げる（右辺第三項より）、方法が考えられる。

そこで、本実施の形態では上記（1)〜(3)の相乗効果により異物回収速度を上昇させた。
第一に、ヘッド差Ｈを確保するために、回収容器９の上端高さ位置をアキュムレータ８の底面よりも低く設置する構成とした。またこの高低差を機器構成配置制約が許す限り最大とすることでより大きな回収速度を得ることができる。

第二に、本実施の形態では、回収配管内の圧損を小さくするために、回収配管２４ａの配管径を極力大きく、また長さを短くして、介在させる弁類も圧損係数の極力小さなものを選定することとした。

第三に、本実施の形態のようにガス抜き管合流部２６におけるアキュムレータ前吸入管２７の内径をその前後よりも小さくして、静圧Ｐ１（≒Ｐ３）を低下させることにより静圧差による吸引効果を大きくした。

なお、式（４）において静圧差（Ｐ２−Ｐ３）を（Ｐ２−Ｐ４）に置き換えると、ガス抜き管２５をアキュムレータ出口側に接続した場合の式となる。この場合にはＰ２からＰ４へ至る間に配管の摩擦損失による圧損などがある。主冷媒回路の冷媒循環量が大きければ、圧損により（Ｐ２−Ｐ４）の差圧は回収速度を確保するのに十分なほど大きくなり、図のＰ４の部位の合流部を絞らなくてもよい。このため、アキュムレータ８の下流側にガス抜き管２５を戻せば配管を絞るなどの手段を用いなくても回収速度を確保することができる。

一方、ガス抜き管合流部２６を絞らずにガス抜き管２５をアキュムレータ８の手前に戻した場合には、通常は配管圧損とアキュムレータ８内の急拡大圧損によりＰ１（≒Ｐ３）＞Ｐ２となるため、静圧差だけでは異物回収のための吸引力が得られず、むしろ抵抗となってしまう。このためヘッド差Ｈを大きくとらなければ異物回収ができなくなる。本実施の形態では上述のようにアキュムレータ前吸入管２７の一部を絞り、静圧を下げた部分にガス抜き管２５を戻すことにより吸引力を発生させてこの問題を解決している。

なお、アキュムレータ８の下流側にガス抜き管２５を戻した場合には、運転過渡状態において一時的に多量の液冷媒が戻った場合などに回収容器９がオーバーフローして異物が圧縮機１へ直接戻ってしまう可能性がある。圧縮機１へ異物が戻った場合には回収が不可能となり、圧縮機１の交換など大きな補修を行わなければならなくなる。

そこで、本実施の形態では、ガス抜き管２５をアキュムレータ８の手前に戻したことにより、万が一、回収容器９がオーバーフローした場合でも圧縮機１に異物が戻ることがなく、高い安全性を確保することができる。

続いて、現地でユニットを施工後、空調運転を開始するまでのフローについて図５に基づき説明する。施工後のＳＴＥＰ１では、ユニットの室外機又は室内機に設けた開始スイッチ（図示せず）により、運転を開始する。ここで、一連の洗浄運転が終了するまでは、誤って制御用のリモコン（図示せず）が操作されても、圧縮機１が回らないようにしておく。また、一連の洗浄運転が終了しない場合にリモコンが操作された場合には、洗浄運転を自動で開始してもよい。

ＳＴＥＰ２では、圧縮機１を起動し洗浄運転１を開始する。ここでは、冷房サイクルで運転する場合の動作について説明する。圧縮機１を運転すると、高温高圧のガス冷媒が油分離器１０で圧縮機１から持ち出された冷凍機油を分離し、冷媒ガスは四方弁２を介して熱源側熱交換器３で凝縮・液化される。油分離器１０で分離された冷凍機油は返油用毛細管１８ａを介して圧縮機１の吸入配管に流れ、冷媒とともに圧縮機１に戻る。熱源側熱交換器３で凝縮した冷媒は、液又は低乾き度の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒が圧力調整弁１２で中間圧力まで絞られる。ここで、圧力調整弁１２は既設配管の耐圧より低くなるように制御する。中間圧力の気液二相冷媒もしくは液単相冷媒は液冷媒配管１３を流れ、絞り装置５ａ、５ｂにて低圧まで絞られる。負荷側熱交換器６ａ、６ｂでは低圧の気液二相冷媒が周囲から熱を奪い冷房するとともに、自身は蒸発してガス冷媒となってガス冷媒配管１４を流れる。ガス冷媒配管１４を流れた冷媒が鉱油などの液状の異物とともに四方弁２を介してアキュムレータ８に入る。アキュムレータ８では冷媒ガスと異物とが分離され、冷媒ガスが圧縮機１に戻り、液状の異物はアキュムレータ８内に滞留する。

アキュムレータ８では、上述のようにアキュムレータ入口管８ａの構造を冷媒ガスがアキュムレータ内壁水平方向に沿って噴出する構成としている。このため、図６に示されるようにアキュムレータ８内では液状の異物が遠心力により壁面に衝突してガス冷媒と分離するサイクロン効果により、ガス冷媒と異物とが効率良く分離される。また、アキュムレータ８のシェル径を大きくして、アキュムレータ８内の微細化された液状異物が重力により沈降し、ガス流速に乗って上昇することがないようにすることにより、より大きな分離効率を得ることができる。これにより、ガス冷媒の流れに乗って異物がアキュムレータ８から流出し圧縮機１へ至って新冷凍機油に混入してしまう、という不都合を回避できる。また、洗浄運転中はアキュムレータ８の下部に設けられた流量調整弁２１ａと、ガス抜き管２５に設けられた電磁弁１５ｃとは閉じられており、回収容器９への異物や冷媒などの流れはなく、完全に閉じられている。なお、流量調整弁２１ａと電磁弁１５ｃが開放されるのは異物回収のときだけであり、これ以外の運転状態のときには閉じられている。また、ボールバルブ２２ａ，２２ｂは開となっており、これは出荷時の初期設定である。また、返油配管２４ｂに設けられた返油用の流量調整弁２１ｂはＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ５が完了するまで閉じられており、異物が返油配管２４ｂを経由して圧縮機１に戻ることはない。

アキュムレータ８に流入するガス冷媒の加熱度は、圧力センサー１６及び温度センサー１７の出力から演算されており（加熱度＝ガス冷媒温度―圧力の飽和温度）、加熱度演算値と過熱度目標値との差を演算比較して、目標過熱度の範囲に入るように絞り装置５ａ、５ｂの開度を変化させることにより制御されている。なお、上記演算処理と制御処理は熱源側ユニット１００内に内蔵されているマイコン（図示せず）などにて行われる。目標加熱度は例えば１０℃などであり、少なくともアキュムレータ８に流入するガス冷媒の加熱度をプラス域に保つようにする。このようにアキュムレータ手前の冷媒加熱度を適切に制御することにより、アキュムレータ８へ流入する冷媒に液冷媒が混入せず、液冷媒がアキュムレータ８内に滞留することはない。

液冷媒がアキュムレータ８内に滞留すると、後に述べるＳＴＥＰ５の異物回収の際に液冷媒も一緒に回収してしまうため、冷凍サイクル内の冷媒量が変化してしまい、空調能力が低下するなどの悪影響が出る可能性がある。このため、洗浄運転中はアキュムレータ８内に液冷媒が戻らない運転とする必要がある。また、アキュムレータ８の出口側の温度を測定して、圧縮機吸入加熱度を測定する方法もあるが、この方法では起動時などに液冷媒がアキュムレータ８へ戻った場合に、アキュムレータ８の入口では加熱度がついていても、出口では飽和に近い状態と計測されてしまう（液がアキュムレータ８から蒸発するため）。このため、アキュムレータ８の入口の加熱度が正確に検知できず、液冷媒が混入してしまう可能性がある。そこで、本実施の形態のようにアキュムレータ８の入口に温度センサー１７を設けることにより、アキュムレータ８へ液冷媒が戻らない運転が確実に実行可能となる。

なお、アキュムレータ８の外周にヒーター（図示せず）を巻きつけて外装し、又はヒーターをアキュムレータ８内に内蔵（内装）させて通電加熱することにより、アキュムレータ８内に液冷媒が混入した場合でも、より早期に液冷媒を蒸発させる構成としてもよい。また、回収容器９にヒーター（図示せず）を巻きつけて外装し、又は内蔵させることにより、万が一液冷媒が回収容器９へ混入した場合でもヒーターを通電加熱することにより液冷媒を完全に除去することができ、これにより冷凍サイクル主回路で必要とする冷媒を確実に確保することができる。

また、図１に示すバイパス電磁弁３０を開くことにより圧縮機１から吐出される高温のガス冷媒をアキュムレータ８へ導くことも可能であり。高温ガスによりアキュムレータ８内を加熱して液冷媒を早期に蒸発乾燥させる運転を行ってもよい。

ＳＴＥＰ３では、冷媒量調整をする。冷媒量の調整は、冷媒充填ポートから冷媒を追加し、冷凍サイクルの凝縮機出口ＳＣや蒸発器出口ＳＨが所定の値となったことを検知して、ＳＴＥＰ３を終了し、ＳＴＥＰ４へ移行する。また、所定時間以上、冷媒の充填が適正にならない場合には、熱源側ユニット１００及び負荷側ユニット２００の駆動を停止し、時間オーバーの警告を外部に発報する。ここで、適正冷媒量とは、通常の空調運転で必要な冷媒量と、洗浄運転を継続するために必要な冷媒量の２つの基準を設け、どちらかを満足すれば、適正と判断する。但し、洗浄運転を継続するために必要な冷媒量は満足するが、通常の空調運転で必要な冷媒量を満足しない場合には、一連の洗浄運転後、再度、冷媒量調整を実施する必要があることを外部に発報する。

ＳＴＥＰ４では、洗浄運転２を行う。運転動作はＳＴＥＰ２とほぼ同じであるが、圧縮機１の運転周波数は、洗浄運転を素早く終了させるために、最大容量で運転してもよい。この運転を所定の時間運転し、ＳＴＥＰ４を終了し、ＳＴＥＰ５へ移行して異物回収をする。

ＳＴＥＰ５では、これまでのステップで閉じられていた流量調整弁２１ａ及び電磁弁１５ｃが開放されて、アキュムレータ８に貯留された異物が回収容器９へ移動する。本実施の形態では、上述のように、ヘッド差利用、ガス抜き管２５を通した吸引効果などにより異物回収速度を高めているため、短時間で異物の回収を終えることができる。異物回収時間は異物の主成分である油の粘度に大きく依存し、外気温度から予測することができる。この予測時間に対して、たとえば１．５倍などの余裕を持たせて、回収時間を設定することでアキュムレータ８内の異物を完全に回収容器９へ移動させることができる。

また、ＳＴＥＰ５において、回収容器９内の圧力を低く保った状態で流量調整弁２１ａ及び電磁弁１５ｃを一旦閉じて、この状態でバイパス電磁弁３０（図１）を開いて高圧の吐出ガスをアキュムレータ８へ導きアキュムレータ８側の圧力を上昇させることによりアキュムレータ８（高圧）と回収容器９（低圧）との間に差圧を発生させる。そして、次に流量調整弁２１ａを開放することにより、発生させた差圧を利用して異物回収速度を大きくすることも可能である。

また、ＳＴＥＰ５において圧力調整弁（冷房運転の場合は５ａ，５ｂ、暖房運転の場合は１２）を一旦閉じてアキュムレータ８を含む低圧側圧力を低下させて、この状態で流量調整弁２１ａ及び電磁弁１５ｃを閉じることにより回収容器９の圧力を低く保ち、次に圧力調整弁（冷房運転の場合は５ａ，５ｂ、暖房運転の場合は１２）を開いてアキュムレータ８を含む低圧側の圧力を回復させて回収容器９内よりも高圧とし、これにより発生するアキュムレータ８と回収容器９との差圧を利用して異物回収速度を大きくすることも可能である。

設定された回収時間が終了した場合には、流量調整弁２１ａ及び電磁弁１５ｃを閉じて、異物回収運転を終了する。

ＳＴＥＰ６では、通常の空調運転の開始をする。このときに、電磁弁１５ｂを開放することにより出荷前にオイルタンク１１内に貯めておいた新冷媒用の冷凍機油が圧縮機吸入配管に流れ、冷媒ガスとともに圧縮機１に戻る。

このように新冷媒用の冷凍機油を溜めるオイルタンク１１を主冷媒回路とは別置することにより、洗浄運転中に異物と共にアキュムレータ８へ回収されてしまう新冷媒用冷凍機油を、洗浄運転後に迅速に主冷媒回路内へ戻すことが可能となる。また、起動時に大きく持ち出される新冷媒用冷凍機油分の余剰油を予め主冷媒回路内貯留しておく従来の方式の場合には余剰油が圧縮機１へ戻るまでの間、異物回収運転に移れないが（余剰油も異物とともに回収されてしまうため）、本実施の形態のようにオイルタンク１１を別置とすれば運転開始後すぐに異物回収運転を行うことができるため、工事時間の短縮が可能となる。

ここで、洗浄中に圧縮機１から冷媒回路中へ持ち出される油量を、出荷前にオイルタンク１１へ充填しておく方法について説明する。熱源側ユニット１００の液側ボールバルブ４とガス側ボールバルブ７にダミーの熱交換器を接続するか、液側ボールバルブ４とガス側ボールバルブ７とを短絡し三角運転させられるような状態で電磁弁１５ａを開き、電磁弁１５ｂを閉じて圧縮機１を起動すると、圧縮機１から持ち出された冷凍機油が油分離器１０で分離されオイルタンク１１に入る。オイルタンク１１内で冷媒ガスと冷凍機油が分離され、冷凍機油はオイルタンク１１に滞留し、冷媒ガスは電磁弁１５ａを介して圧縮機吸入側へ戻る。この運転を一定時間続けることにより、オイルタンク１１に冷凍機油を溜め、電磁弁１５ａ、１５ｂを閉じた状態として出荷する。

なお、上記ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ６までが終了後、ボールバルブ２２ａ及び２２ｂを手動で閉じて、回収容器９を冷凍サイクル回路から完全に閉じた状態とすることも可能である。またボールバルブ２２ａ，２２ｂから回収容器９側を取り外し、回収容器９自体を熱源側ユニット１００から除去してしまうことも可能である。

ＳＴＥＰ６以降の通常空調運転では、返油回路の流量調整弁２１ｂを開いて、冷凍機油を圧縮機１へ戻す返油運転を行うことにより、圧縮機１の油量は常に適正に維持される。流量調整弁２１ｂの開度は、圧縮機運転周波数などの運転条件に合わせた油量を返油するように適切に制御される。また、返油回路はアキュムレータ８の下流側に戻しているため、上述のように配管圧損によりアキュムレータ後吸入管２８と返油配管２４ｂの静圧はアキュムレータ８内よりも低く、吸引力が発生しているため油の回収が可能となる。

また、本実施の形態のアキュムレータ返油機構は、従来多用されている穴開きＵ字管を用いず、ガス冷媒はアキュムレータ８上方から戻し、油はアキュムレータ８の底面から流量調整弁２１ｂを介して戻す構成となっている。このため流量調整弁２１ｂを全閉にすればアキュムレータ８に溜まる油や液体を戻すことはなく、上述のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ５では流量調整弁２１ｂを閉じているため、アキュムレータ８に回収される異物が圧縮機１へ戻る不都合が発生することはない。

なお、上記ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ６の運転例では冷房運転を例に説明したが、暖房運転についても同様のアキュムレータ８による異物分離と、回収容器９への回収運転が可能である。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２の冷凍空調装置の冷媒回路の一部を示す断面図である。一端が回収容器９に接続されたガス抜き管２５は、他端が熱源側ユニット１００の四方弁２から圧縮機１の吸入側に至る低圧側主冷媒回路配管（図示の例ではアキュムレータ前吸入管２７）内に突き出して接続されている。その他の構成は実施の形態１と同様のため説明を省略する。

アキュムレータ８から回収容器９への異物回収時には、実施の形態１で示したとおり、異物はアキュムレータ８とガス抜き管２５が接続された主冷媒回路配管との圧力差と自重の作用によって移動する。主冷媒回路配管内では、冷媒ガスが流れ、突き出されたガス抜き管２５の端部はガス冷媒の流れにさらされる。

一般に、流れの中に置かれた円柱などの物体の表面付近では、周囲よりも静圧が上昇する上流側の一部を除いて、静圧が著しく低下する領域が下流側に発生することが知られている。本実施の形態は、この現象を巧みに利用したものであり、すなわち、ガス抜き管２５の周りに大きな静圧低下を発生させて吸引力を増加させる。これにより、異物回収速度を増大させることができる。通常、ガス抜き管２５の径は主冷媒回路配管径に比べて小さく、突き出されたガス抜き管２５による主冷媒回路配管内の流路断面積の減少割合は小さいため、ガス冷媒の圧力損失の増加はほとんどなく、したがって冷媒循環量の低下による性能低下は小さい。

静圧低下量は、流れの動圧、すなわち突き出されたガス抜き管２５の端部に衝突するガス冷媒の流速の自乗に比例する。実用運転範囲では主冷媒回路配管内の冷媒ガスの流れはほぼ乱流状態であり、この場合、管内の流速は半径方向に分布を持つ。この流速分布は、例えば管壁から計った距離の１／７乗で増加し管軸で最大になる、いわゆる１／７乗則と呼ばれる分布で表され、管壁から計った距離が管半径の１０〜２０％の比較的流速が小さい領域とそれ以外の流速が大きく比較的一様な領域に分けられる。したがって、ガス抜き管２５の先端を後者の領域まで突き出せば安定した吸引力を得ることができる。ただし、ガス抜き管２５の突き出し長さが増加するほど主冷媒回路配管内の流路断面積の減少割合が増加するため、特に、ガス抜き管２５の径が比較的大きい場合などは、冷媒循環量の低下を招く。このため、突き出されたガス抜き管２５の先端の最適位置は、半径方向に管壁から計った距離が管半径の１０〜２０％から管軸の間に存在する。

また、図８は、ガス抜き管２５において、低圧側主冷媒回路配管に接続する方の端部の開口部が下流側に対向するような斜め先端形状を有する場合を示した断面図である。この構成にすれば、製造上、ガス抜き管２５を低圧側主冷媒回路配管に接続する際、傾いて取り付けられても上流側に開口部が向くことがなく、組立てが容易で、ばらつきが少ない安定した吸引力を発生させることができる。なお、ガス抜き管２５の前記端部の開口部が上流側に傾いて取り付けられると、流れの動圧の影響を受けて吸引力が低下してしまう。このため、ガス抜き管２５の取り付け時には取り付け角度に留意する必要がある。図８の構成では、もし、取り付け精度が低く、前記端部の開口部が上流側に傾いて取り付けられるような場合であっても安定した吸引力を得ることができる。

また、図８の構成では、ガス抜き管２５の開口面積を大きくすることができるため、異物回収運転時の回収容器９内のガス抜きが促進され、回収容器９内の内圧上昇による吸引力の低下を抑制することができる。なお、図９に示されるように、開口部が下流側に対向するように、突き出したガス抜き管２５の先端下流側を切り欠いて構成してもよい。

また、突き出されたガス抜き管２５の一部が曲がっていても、その開口部が上流側に対向してなければ、開口部の周りでは静圧低下が生じるため、吸引力が得られる。

さらに、突き出されたガス抜き管２５の開口部は、流れに対向する前面から背面の間に存在する最も大きな静圧低下が得られる場所に設けることが望ましい。

また、低圧側主冷媒回路配管のガス抜き管２５が接続される部分の内径が、その前後の内径よりも絞られていると、流速の増加により流れの動圧が増大し、より一層大きな静圧低下が発生し、吸引力が増大する。

上記説明のように主冷媒配管に接続されるガス抜き管２５の端部を構成することにより、アキュムレータ８から回収容器９への異物回収における吸引力を大きくすることができるため、異物回収速度を大きくすることが可能となる。このため異物の回収を短時間で終了することが可能となり、作業工程にかかる時間を短縮できる。また、外気温度が低温で異物の主成分である油の粘度が低下する場合においても、強力な吸引力により短時間での回収が可能となる。

１圧縮機、２四方弁、３熱源側熱交換器、４液側ボールバルブ、５ａ，５ｂ圧力調整弁、６ａ，６ｂ負荷側熱交換器、７ガス側ボールバルブ、８アキュムレータ、８ａアキュムレータ入口管、８ｂアキュムレータ出口管、９回収容器、１０油分離器、１１オイルタンク、１２圧力調整弁、１３液冷媒配管、１４ガス冷媒配管、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ電磁弁、１６圧力センサー、１７温度センサー、１８ａ返油用毛細管、２１ａ，２１ｂ流量調整弁、２２ａ，２２ｂボールバルブ、２３圧力逃し弁、２４ａ回収配管、２４ｂ返油配管、２５ガス抜き管、２６ガス抜き管合流部、２７アキュムレータ前吸入管、２８アキュムレータ後吸入管、３０バイパス電磁弁、１００熱源側ユニット、１１０異物回収装置、２００負荷側ユニット。

Claims

熱源側ユニットと負荷側ユニットとを既設の冷媒配管で接続してなる冷凍空調装置において、
前記熱源側ユニットは、
既設配管内の異物を分離回収する機能を備えたアキュムレータと、
前記アキュムレータで分離された異物を回収する回収容器と、
前記アキュムレータの下部に接続され、流量調整手段を介して冷凍機油を圧縮機へ返油する返油配管と、
前記圧縮機から四方弁へ至るまでの高圧側から、バイパス弁を介してアキュムレータ手前又はアキュムレータへ接続するバイパス管と
を備え、
通常冷暖房運転時には前記返油配管に冷凍機油を流し、
配管洗浄及び異物回収運転時には、
前記流量調整手段を全閉とし、且つ、
前記バイパス弁又は熱源側ユニット若しくは負荷側ユニットに内蔵される絞りを開閉することにより、前記回収容器と前記アキュムレータとの間に差圧を発生させて異物を前記回収容器へ引き込むことを特徴とする冷凍空調装置。