JP2011242078A - 冷凍サイクル装置および冷凍サイクル装置の更新方法 - Google Patents

冷凍サイクル装置および冷凍サイクル装置の更新方法 Download PDF

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Abstract

【課題】旧機の冷凍機油が鉱油とPAG油の何れの場合でも、既設配管を利用した新機への更新作業を適切に判断する。
【解決手段】第1の冷凍機油を使用した第1の熱源側ユニットと利用側ユニットとを接続する接続配管を再利用して、第1の熱源側ユニットと利用側ユニットとを2の冷凍機油を使用した第2の熱源側ユニットと利用側ユニットとに置き換える冷凍サイクル装置において、第2の熱源側ユニットは密閉式圧縮機を備え、第1の冷凍機油が鉱油の場合に再利用可能な接続配管の長さのパラメータL1と、第1の冷凍機油がPAG油の場合に再利用可能な接続配管の長さのパラメータL2とを設定し、第1の冷凍機油が鉱油の場合に、再利用する接続配管がL1より長ければ接続配管を洗浄するように第1の判断がなされ、第1の冷凍機油がPAG油の場合に、再利用する接続配管がL2より長ければ第2の冷凍機油を追加するように第2の判断がなされる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、既設配管を利用した空気調和機,冷凍機などの冷凍サイクル装置の更新に関し、特に、冷媒及び冷凍機油が異なるものに交換する場合に好適である。
密閉式圧縮機では、冷媒を圧縮する機構部と駆動部であるモータとが同一の圧力容器内に収納されている。そのため電気により駆動するモータは、冷媒及び冷凍機油と接する可能性があり、冷媒及び冷凍機油の電気絶縁性が低いとモータの絶縁低下や漏洩電流の増加などによりモータを安全かつ正常に駆動することができない可能性がある。
そこで密閉式圧縮機では、冷凍機油としては、電気絶縁性の高い油であるCFC系冷媒又はHCFC系冷媒では鉱油が使用され、HFC系冷媒ではエステル油,エーテル油が使用されている。
一方、開放式圧縮機は、冷媒を圧縮する機構部と機構部を駆動するモータやエンジンなどの駆動部とが別々に配置されているので、冷媒及び冷凍機油の電気絶縁性に関しての要求特性は低くとも良い。
そのため、開放式圧縮機を搭載したGHP(ガスヒートポンプ)では、冷凍機油として電気絶縁性の低いPAG油(ポリアルキレングリコール)を使用する場合がある。
CFC系冷媒又はHCFC系冷媒及びCFC系冷媒用冷凍機油又はHCFC系冷媒用冷凍機油を使用した空気調和機(旧機)から、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、再利用される接続配管の内部には旧機で使用したCFC系冷媒用冷凍機油又はHCFC系冷媒用冷凍機油が残留する。
再利用する接続配管の内部を洗浄する等の対策を何も施さずに利用すると、接続配管内に残留したCFC系冷媒用冷凍機油又はHCFC系冷媒用冷凍機油が、新機内に混入することになる。
このとき、旧機がPAG油を使用した開放式圧縮機を搭載したGHP、新機がエステル油あるいはエーテル油を使用した密閉式圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置である場合、電気絶縁性の低いPAG油が密閉式圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置内に混入する。
PAG油の混入量が多いほど、新機内の冷凍機油に対するPAG油の比率が高くなることから、新機内の冷媒及び冷凍機油の混合物の電気絶縁性も低くなり、PAG油の混入比によっては、モータを安全かつ正常に駆動するために必要な電気特性を確保することが困難になる。
そこで従来技術として、例えば特許文献1のものは、新機内に、新機に搭載した密閉式圧縮機のモータからの漏れ電流を打ち消す電流打消し装置を備えている。
特開2004−239447号公報
しかし、旧機の冷凍機油としては、PAG油だけでなく鉱油も使用されており、鉱油はPAG油よりも電気絶縁性が高い。そのため、旧機が鉱油を使用していた場合は電流打消し装置が不要になるという課題がある。
本発明の目的は、既設配管を利用することで、旧機の冷凍機油と新機の冷凍機油とが異なる場合に、旧機の冷凍機油が鉱油とPAG油の何れの場合でも、新機への更新作業を適切に判断することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、第1の冷媒,第1の冷凍機油を使用した第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを接続する接続配管を再利用して、前記第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを第2の冷媒,第2の冷凍機油を使用した第2の熱源側ユニットと第2の利用側ユニットとに置き換える冷凍サイクル装置において、前記第2の熱源側ユニットは密閉式圧縮機を備え、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL1と、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL2とを設定し、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L1より長ければ前記接続配管を洗浄する、あるいは前記接続配管を使用しないように第1の判断がなされ、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L2より長ければ前記第2の冷凍機油を追加するように第2の判断がなされることを特徴とする。
また、第1の冷媒,第1の冷凍機油を使用した第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを接続する接続配管を再利用して、前記第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを第2の冷媒,第2の冷凍機油を使用した第2の熱源側ユニットと第2の利用側ユニットとに置き換える冷凍サイクル装置の更新方法において、前記第2の熱源側ユニットは密閉式圧縮機を備え、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL1と、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL2とを設定し、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L1より長ければ前記接続配管を洗浄する、あるいは前記接続配管を使用しないように第1の判断を行い、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L2より長ければ前記第2の冷凍機油を追加するように第2の判断を行うことを特徴とする。
本発明によれば、新機への更新作業を適切に判断することができる。
本発明の実施例1における冷凍サイクル装置の一例を示す冷凍サイクル構成図である。 エーテル油にPAG油を混合した場合の、PAG油混合比と混合油の体積抵抗率の関係図である。 劣化油混合比と既設配管の許容配管長との関係図である。 新機への更新時のフローチャートである。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、旧機に封入された冷凍機油としては、電気絶縁性の低い冷凍機油をPAG油、電気絶縁性の高い冷凍機油は鉱油を使用し、新機に封入された冷凍機油としてはエーテル油を使用して説明する。
図1は本実施例の冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図を示す。
CFC又はHCFC系冷媒及び冷凍機油を使った冷凍サイクル装置が老朽化した場合、冷凍サイクル装置を交換する。CFC又はHCFC系冷媒を回収した旧機と、例えば図1に示すような新しい室外機30及び室内機40a,40bとを交換する。液接続配管7,8a,8bとガス接続配管11a,11b,12は旧機のものを再利用する。
次に、室外機30には予めHFC系冷媒及び冷凍機油が充填されているので、阻止弁6,13を閉じたまま、室内機40a,40bと液接続配管7,8a,8bとガス接続配管11a,11b,12と接続した状態で真空引きをする。その後HFC系冷媒及び冷凍機油が足りない場合に追加充填し、阻止弁6,13を開弁する。
冷房運転の場合、圧縮機(密閉式圧縮機)1で圧縮された高温高圧のHFC系のガス冷媒はHFC系冷凍機油と共に圧縮機1から吐出され、ガス冷媒が四方弁2を経て、熱源側熱交換器3へと流入し、ここで熱交換して凝縮液化する。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、阻止弁6を通り、室内機40a,40bへ送られる。送られた液冷媒は、第2の膨張装置9a,9b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10a,10bで空気等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13,四方弁2を経て圧縮機1へ戻る。また、余剰冷媒はレシーバ5又はアキュムレータ14に貯留され、冷凍サイクルの運転圧力,温度が正常な状態に保たれる。
暖房運転の場合、圧縮機1で圧縮された高温高圧のHFC系のガス冷媒はHFC系冷凍機油と共に圧縮機1から吐出され、四方弁2,阻止弁13を経て利用側熱交換器10a,10bへ流入し、ここで空気等の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、阻止弁6,レシーバ5へ流入し、第1の膨張装置4で減圧され熱源側熱交換器3で空気・水等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を経て圧縮機1へ戻る。
旧機に使用した冷凍機油(鉱油又はPAG油)は既設配管7,8a,8b,11a,11b,12に残留し、既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の総配管長が長いほど多く存在する。既設配管7,8a,8b,11a,11b,12に残留する残留油は、冷房運転あるいは暖房運転を実施することで、圧縮機1から吐出された冷媒及び冷凍機油とともに室外機30内に導入され、アキュムレータ14を介し圧縮機1内に導入される。そして、圧縮機1内に貯留したエーテル油と混合し、残留油に応じた混合比にて圧縮機1内に貯留される。
そのため、圧縮機1内のエーテル油中に対する残留油の混合比を抑制するためには、既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の配管長を制限することが有効である。
図2はエーテル油にPAG油を混合した場合の、PAG油混合比と混合油の体積抵抗率の関係を示す。横軸はエーテル油とPAG油の混合油に対するPAG油の混合比を示し、0wt%がエーテル油のみの場合を、100wt%がPAG油のみの場合を示す。縦軸はエーテル油とPAG油の混合油の体積抵抗率を示す。冷凍機油の体積抵抗率は、冷凍機油の電気絶縁性を表し、体積抵抗率が低いほど、電気絶縁性が低いと表現される。
つまり、エーテル油よりもPAG油は電気絶縁性が低いため、エーテル油へPAG油が多く混入するに伴い、エーテル油とPAG油とが混合した混合油の電気絶縁性が低下する傾向にある。
一般に、PAG油の混入比が0wt%、つまりエーテル油100wt%のときの冷凍機油の体積抵抗率は、密閉式圧縮機1のモータを安全かつ正常に駆動する上で十分な電気絶縁性を有しており、PAG油が極少量混入しただけで、圧縮機1のモータを安全かつ正常に駆動できなくなる訳ではない。
そのため、圧縮機1のモータを安全かつ正常に駆動できる体積抵抗率の許容値が存在し、エーテル油とPAG油の場合は約15wt%である。
また、旧機に使用した冷凍機油としては、必ずしもPAG油だけではなく、鉱油の場合もある。GHPのみならずEHP(電気式ヒートポンプ)も含めると、現在施工され使用している旧機の冷凍機油としては鉱油の方が多い。
既設配管7,8a,8b,11a,11b,12に残留する旧機に使用した冷凍機油が鉱油の場合、新機に使用した冷凍機油であるエーテル油よりも鉱油は体積抵抗率が高いので、鉱油がエーテル油に混入したとしても電気絶縁性に関しては問題ない。
しかし、鉱油は新機で使用するHFC系冷媒とは相溶性がないので、新機に交換する際に、既設配管7,8a,8b,11a,11b,12を再利用すると、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って新機の信頼性を低下させる可能性がある。
そのため、残留油が鉱油であっても、新機内に混入可能な許容量が存在する。ただし、その許容量はPAG油の電気絶縁性から決まる量よりも多く、鉱油の場合はエーテル油への混合比が約30wt%であっても、新機の冷凍サイクルが閉塞することはない。図3は、残留油が鉱油又はPAG油である場合の、新機への許容混入比と既設配管の許容配管長との関係を示す。鉱油の場合、新機に混入しても可能な混入比をR1とすると、混入比は既設配管長に依存するので、R1の場合の許容配管長をL1と定めることができる。一方、PAG油の場合、新機に混入しても可能な混入比をR2とすると、R2の場合の許容配管長をL2と定めることができる。これら許容配管長の関係は、L1>L2となる。
つまり、残留油(鉱油又はPAG油)の電気絶縁性が、新機の冷凍機油(エーテル油)の電気絶縁性と比較して良いか悪いかによって、新機に混入する残留油の許容量が異なる。
既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の残留油がPAG油の場合は、鉱油の場合よりも許容混入量が少なくなる。そのため、旧機の冷凍機油がPAG油である冷凍サイクル装置を更新する場合は、旧機の冷凍機油が鉱油の場合に再利用可能な既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の長さ(許容配管長)のパラメータL1よりも、PAG油の場合に再利用可能な既設配管の長さ(許容配管長)のパラメータL2を短くする。
旧機の冷凍機油が鉱油の場合はパラメータL1を用いて、L1より既設配管が長ければ配管を洗浄する、あるいは接続配管を使用しないように判断し(第1の判断)、短ければそのまま更新作業を進めるように判断する(第3の判断)。旧機の冷凍機油がPAG油の場合はパラメータL2を用いて、L2より既設配管が長ければ新機の冷凍機油を追加するように判断し(第2の判断)、短ければそのまま更新作業を進めるように判断する(第4の判断)。これらを判断する制御装置(図示せず)を更新時に既設配管に接続しても良いし、新機に制御装置を設けておいても良い。本実施例によれば、旧機の冷凍機油の種類を考慮した上で、新機に更新するための適切な判断を行うことが可能である。
また、旧機の冷凍機油がPAG油の場合でも、新機に漏れ電流を打消す電流打消し装置を搭載しなくてもよいので、新機の原価上昇を抑制することができる。更に、電流打消し装置が備えられている新機のように、電流打消し装置が故障することにより圧縮機のモータを運転できなくなるというおそれがない。
新機への既設配管7,8a,8b,11a,11b,12に残留する旧機に使用した冷凍機油(残留油)の混入比を低減する方法として、混入する残留油の量に応じて新機に使用する冷凍機油を追加封入することも有効である。
特に、旧機に使用した冷凍機油がPAG油の場合の既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の許容配管長(L2)よりも、再利用する既設配管が長いシステムに、新機を接続する場合に有効である。
既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の許容配管長以上の場合、既設配管7,8a,8b,11a,11b,12に残留する残留油の量が多くなり、残留油の混入比が高くなるので、図2より冷凍機油の体積抵抗率の許容値を満足できない。
そこで、残留油の混合比が冷凍機油の体積抵抗率の許容値を満足できるように既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の許容配管長以上の場合は、新機に使用する冷凍機油を新機内に追加封入することで、新機内の冷凍機油の残留油混合比を体積抵抗率の許容値にて決まる値以下に抑制することができる。
図4は新機への更新時のフローチャートを示す。既設配管7,8a,8b,11a,11b,12を再利用して、旧機から新機に交換後、室外機30には予めHFC系冷媒及び冷凍機油が充填されているので、阻止弁6,13を閉じたまま、室内機40a,40bと液接続配管7,8a,8bとガス接続配管11a,11b,12と接続した状態で真空引きをする。
次に、旧機の冷凍機油がPAG油か否かを判断し、PAG油であれば許容配管長のパラメータはL2なので、再利用する既設配管がL2以上か否かを判断する。L2より短ければ、室内機40a,40bと液接続配管7,8a,8bとガス接続配管11a,11b,12内を所定の真空度(5Torr以下)になるまで真空引きを実施する。L2以上であればPAG油の混入率が許容値以上となるので、真空引きしながらガス接続配管11a,11b,12に新機にて使用する冷凍機油を所定量追加封入する。
旧機の冷凍機油がPAG油でない場合、例えば鉱油の場合では許容配管長のパラメータはL1(L1>L2)であり、再利用する既設配管がL1以下か否かを判断する。L1より短ければ、既設配管を洗浄することなく引き続き真空引きを実施する。L1以上であれば、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するのを防止するために既設配管を洗浄する必要がある。洗浄した後、上記同様に真空引きを実施する。これらの判断過程を経て、新機の冷媒を追加し、試運転へと進む。ここで、旧機の設置状況によっては既設配管の洗浄作業が困難な場合が存在する。例えば十分なスペースがなく物理的に洗浄装置の設置が不可能な場合は、既設配管を洗浄することができず、新規の接続配管にて施工する必要がある。その場合は、既設配管がL1以上であっても既設配管を再利用しないという判断をすることで、新機への更新作業に必要な判断を適切に行うことができる。
新機を最初に稼動する際に冷房運転での冷媒の流れに設定し、所定の時間以上運転することで、ガス接続配管11a,11b,12に封入した新機に使用する冷凍機油が、既設配管7,8a,8b,11a,11b,12に残留する残留油よりも、圧縮機1内に早く導入される。このため、圧縮機1内の残留油混入比を許容比以下とすることができるので、新機に搭載した密閉式圧縮機のモータを安全かつ正常に駆動することができ、新機の信頼性を確保することが可能である。
さらに、既設配管7,8a,8b,11a,11b,12が長くなるほど、残留油の量が多くなることから、ガス接続配管11a,11b,12内に新機にて使用する冷凍機油を追加封入する量が多くなるように設定しても良い。既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の配管長に応じて新機に使用する冷凍機油の追加量を設定することで、新機にて接続可能な最大の既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の配管長に合わせて、新機に使用する冷凍機油の追加量を設定した場合よりも、施工現場での冷凍機油の追加量を抑制することができるので、冷凍機油の追加作業時間を短縮できることから、更新施工の時間を短縮することができる。
また、既設配管7,8a,8b,11a,11b,12の配管長に応じて段階的に追加量を設定することで、配管長から追加する冷凍機油の量を算出する手間が省けるので、更新施工時間の短縮と作業効率の向上が可能である。
本実施例によれば、既設配管が非常に長い場合でも、新機で使用する冷凍機油に対する旧機の冷凍機油の混入比が許容値以下となるように、新機の冷凍機油を機器の更新工事時に追加することにより、新機の原価上昇を抑制するとともに、信頼性の低下を抑制することが可能である。
従来は許容配管長のパラメータが1種類の場合しか想定していなかったが、上述した実施例のように体積抵抗率の異なる2種類の冷凍機油について、新機の冷凍機油に混入できる各許容量を、配管の長さを用いてそれぞれの許容配管長のパラメータとして規定する。
これにより、旧機に使用した冷凍機油が鉱油とPAG油のそれぞれの場合において、再利用可能な既設配管長のパラメータを規定し、各パラメータに対して既設配管が長いか短いかを判断することで、その後に必要な更新作業を適切に判断することができる。更に、適切な判断後に新機の冷凍機油の充填等の更新作業を行うため、新機内に混入した場合でも、新機に搭載した密閉式圧縮機のモータを安全かつ正常に駆動することが可能な信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。
なお、既設配管内の残留油量は、冷凍サイクル装置内の冷媒循環量や油循環率,既設配管内径にも依存し、特に内径が大きいほど残留油量も多くなる。これらを考慮することで残留油の許容混入量に基づく許容配管長が精度良く規定できるので、新機のモータをより安全かつ正常に駆動することができる。
1 圧縮機(密閉式圧縮機)
2 四方弁
3 熱源側熱交換器
4 第1の膨張装置
5 レシーバ
6,13 阻止弁
7,8a,8b 液接続配管(既設配管)
9a,9b 第2の膨張装置
10a,10b 利用側熱交換器
11a,11b,12 ガス接続配管(既設配管)
14 アキュムレータ
15,16 チャージポート
30 室外機
40a,40b 室内機

Claims (10)

  1. 第1の冷媒,第1の冷凍機油を使用した第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを接続する接続配管を再利用して、前記第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを第2の冷媒,第2の冷凍機油を使用した第2の熱源側ユニットと第2の利用側ユニットとに置き換える冷凍サイクル装置において、
    前記第2の熱源側ユニットは密閉式圧縮機を備え、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL1と、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL2とを設定し、
    前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L1より長ければ前記接続配管を洗浄する、あるいは前記接続配管を使用しないように第1の判断がなされ、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L2より長ければ前記第2の冷凍機油を追加するように第2の判断がなされることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 請求項1において、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L1より短ければ前記接続配管を洗浄しないように第3の判断がなされることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  3. 請求項1又は2において、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L2より短ければ前記第2の冷凍機油を追加しないように第4の判断がなされることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  4. 請求項1において、前記第1の判断後に前記接続配管を洗浄することを特徴とする冷凍サイクル装置。
  5. 請求項1において、前記第2の判断後に前記第2の冷凍機油を追加することを特徴とする冷凍サイクル装置。
  6. 第1の冷媒,第1の冷凍機油を使用した第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを接続する接続配管を再利用して、前記第1の熱源側ユニットと第1の利用側ユニットとを第2の冷媒,第2の冷凍機油を使用した第2の熱源側ユニットと第2の利用側ユニットとに置き換える冷凍サイクル装置の更新方法において、
    前記第2の熱源側ユニットは密閉式圧縮機を備え、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL1と、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に再利用することが可能な接続配管の長さのパラメータL2とを設定し、
    前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L1より長ければ前記接続配管を洗浄する、あるいは前記接続配管を使用しないように第1の判断を行い、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L2より長ければ前記第2の冷凍機油を追加するように第2の判断を行うことを特徴とする冷凍サイクル装置の更新方法。
  7. 請求項6において、前記第1の冷凍機油が鉱油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L1より短ければ前記接続配管を洗浄しないように第3の判断を行うことを特徴とする冷凍サイクル装置の更新方法。
  8. 請求項6又は7において、前記第1の冷凍機油がPAG油の場合に、再利用する前記接続配管が前記L2より短ければ前記第2の冷凍機油を追加しないように第4の判断を行うことを特徴とする冷凍サイクル装置の更新方法。
  9. 請求項6において、前記第1の判断後に前記接続配管を洗浄することを特徴とする冷凍サイクル装置の更新方法。
  10. 請求項6において、前記第2の判断後に前記第2の冷凍機油を追加することを特徴とする冷凍サイクル装置の更新方法。
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