JP2012159242A - 冷凍ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒注入に際し現場での弁操作が不要であり、コストダウンを図ることができる冷凍ユニットを提供する。
【解決手段】少なくとも圧縮機１、アキュムレータ２及びレシーバ８を備えており、設置箇所において冷媒配管と接続されることで冷凍サイクルを構成する冷凍ユニットＲ。前記アキュムレータ２及びレシーバ８の少なくとも一方の内部に、前記冷凍サイクルに必要な量の冷媒が充填される冷媒充填室１５が設けられている。前記冷媒充填室１５内と、前記アキュムレータ２及びレシーバ８の少なくとも一方の内部であって当該冷媒充填室１５以外の空間とを繋ぐ流路が、前記冷媒充填室１５内の冷媒の昇圧により破砕可能な破裂板１７で閉止されている。
【選択図】図３

Description

本発明は冷凍ユニットに関する。さらに詳しくは、設置箇所（現場）における冷媒充填が不要である冷凍ユニットに関する。

現場における冷媒の充填作業を省略するために、例えばビル用の空気調和装置における室外ユニット（圧縮機や室外側熱交換器などが内蔵されている）の配管内に予め工場において必要量の冷媒を封入することが行われている（従来技術１）。この場合、室外ユニットのガス管及び液管の端部近傍には、当該室外ユニットの保管及び輸送時における冷媒の漏れを防ぐために開閉弁がそれぞれ配設されている。

現場では、前記室外ユニットのガス管及び液管の各端部を、室内ユニットに接続された所定の冷媒配管に接続して冷凍サイクルを完成させ、ついで室内ユニット側の冷媒配管内の真空引きを行った後に前記両開閉弁を開状態にすることで、室外ユニットの配管内に充填されていた冷媒を冷凍サイクル内全体に充填させることができる。

一方、特許文献１では、配管内ではなく、冷凍サイクルを構成する要素であるアキュムレータ内に予め必要量の冷媒を封入することが提案されている（従来技術２）。従来技術２では、図５に示されるように、冷凍サイクルＣにおけるアキュムレータ５０が二重壁構造にされており、内筒５１と外筒５２との間の空間は仕切板５３により仕切られている。仕切板５３により仕切られた一方の空間は予め内部の空気を抜いて真空にした真空容器５４とされ、他方の空間は予め内部を冷媒で満たした冷媒容器５５とされている。

前記真空容器５４には、当該真空容器５４内と配管５６内とを連通状態又は非連通状態にする開閉弁５８が配設されており、一方、前記冷媒容器５５には、当該冷媒容器５５内と配管５７内とを連通状態又は非連通状態にする開閉弁５９が配設されている。

アキュムレータ５０は、両開閉弁５８、５９が閉じられた状態で配管５６の端部を配管６０の端部に接続し、配管５７の端部を配管６１の端部に接続することで冷凍サイクル中に組み込まれる。そして、開閉弁５８を開くことで冷凍サイクル内の真空引きを行い、ついで開閉弁５８を閉じた後に開閉弁５９を開くことで冷凍サイクル中に冷媒容器５５内の冷媒が注入される。

特開２００６−３００４５７号公報

しかしながら、従来技術１では、室外ユニットのガス管及び液管の端部近傍にそれぞれ開閉弁を設け、これらの開閉弁の操作により冷凍サイクル中に冷媒を注入しており、冷媒注入に際し現場での弁操作が必要である。また、開閉弁を２つ設ける必要があり、コストアップの要因となっている。

また、従来技術２でも、開閉弁の操作により冷凍サイクル中に冷媒を注入しており、冷媒注入に際し現場での弁操作が必要である。また、開閉弁を２つ設ける必要があるとともに、真空容器及び冷媒容器を得るためにアキュムレータを二重壁構造にする必要があるので、コストアップの要因となっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷媒注入に際し現場での弁操作が不要であり、コストダウンを図ることができる冷凍ユニットを提供することを目的としている。

（１）本発明の第１の観点に係る冷凍ユニットは、少なくとも圧縮機、アキュムレータ及びレシーバを備えており、設置箇所において冷媒配管と接続されることで冷凍サイクルを構成する冷凍ユニットであって、
前記アキュムレータ及びレシーバの少なくとも一方の内部に、前記冷凍サイクルに必要な量の冷媒が充填される冷媒充填室が設けられており、
前記冷媒充填室内と、前記アキュムレータ及びレシーバの少なくとも一方の内部であって当該冷媒充填室以外の空間とを繋ぐ流路が、前記冷媒充填室内の冷媒の昇圧により破砕可能な破裂板で閉止されていることを特徴としている。

（２）本発明の第２の観点に係る冷凍ユニットは、前記（１）の冷凍ユニットにおいて、前記破裂板に代えて、加熱により溶融可能な溶栓が配設されていることを特徴としている。

本発明の第１の観点及び第２の観点に係る冷凍ユニットでは、アキュムレータ及びレシーバの少なくとも一方の内部に冷媒充填室が設けられている。そして、前記冷媒充填室内と、前記アキュムレータ及びレシーバの少なくとも一方の内部であって当該冷媒充填室以外の空間とを繋ぐ流路が破裂板（第１の観点に係る冷凍ユニット）又は溶栓（第２の観点に係る冷凍ユニット）で閉止されている。破裂板は、冷媒充填室内の冷媒の昇圧により破砕可能であるので、流路の近傍に電熱コイルなどの加熱手段を配置して当該電熱コイルに通電することで当該流路を介して冷媒を昇温（昇圧）し、破裂板を破砕することができる。また、溶栓は、流路の近傍に電熱コイルなどの加熱手段を配置して当該電熱コイルに通電することで溶栓を加熱して溶融させることができる。

電熱コイルへの通電は、例えば冷凍ユニットの試運転ボタンの操作により開始させることができるので、ユーザは、現場で弁操作をすることなく、冷凍サイクル中への冷媒充填を行うことができる。
また、破裂板や溶栓、及びそれを破砕又は溶融させるための加熱手段は、開閉弁に比べて安価であるので、全体として低コスト化を図ることができる。

（３）前記（１）の冷凍ユニットにおいて、前記破裂板が配設された流路の近傍に加熱源が配設されていてもよい。この場合、加熱源を作動させることで流路を介して冷媒充填室内の冷媒を加熱することができる。

（４）前記（２）の冷凍ユニットにおいて、前記溶栓が配設された流路の近傍に加熱源が配設されていてもよい。この場合、加熱源を作動させることで溶栓を加熱して溶融させることができる。

（５）前記（３）又は（４）の冷凍ユニットにおいて、前記加熱源が、冷凍ユニットの試運転指示により加熱を開始するよう構成されていることが好ましい。この場合、例えば冷凍ユニットの試運転ボタンを押すという簡単な操作により、流路の近傍に配設された加熱源による加熱を開始させることができる。この加熱源による加熱により破裂板を破砕するか、又は溶栓を溶融させることができ、その結果、冷媒充填室内に予め充填されている冷媒を冷凍サイクル中に注入することができる。

（６）前記（１）〜（５）の冷凍ユニットにおいて、前記流路が、前記冷媒充填室から前記アキュムレータ及びレシーバの少なくとも一方の壁部を貫通して外部に延設され、ついで前記壁部を外部側から貫通して前記アキュムレータ及びレシーバの少なくとも一方の内部であって当該冷媒充填室以外の空間に開口する配管からなり、
前記破裂板又は溶栓が、前記壁部の外部の配管内に設けられていてもよい。この場合、配管内に設けられた破裂板又は溶栓を加熱することで、破裂板を破砕するか、又は溶栓を溶融させることができ、その結果、冷媒充填室内に予め充填されている冷媒を冷凍サイクル中に注入することができる。

本発明の冷凍ユニットによれば、冷媒注入に際し現場での弁操作が不要であり、コストダウンを図ることができる。

本発明の冷凍ユニットの一実施の形態の冷媒回路図である。 図１に示される冷凍ユニットにおけるアキュムレータの正面説明図である。 図２に示されるアキュムレータの内部構造を示す断面説明図である。 図３のＡ方向から見たアキュムレータの断面説明図である。 従来技術２に係るアキュムレータを含む冷凍サイクルの説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の冷凍ユニットの実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る冷凍ユニットＲの冷媒回路図である。冷凍ユニットＲはビル用の空気調和装置の室外ユニット（室外機）からなり、主として、圧縮機１、アキュムレータ２、油分離器３、四路切換弁４、室外側熱交換器５、室外ファン６、膨張弁７ａ、７ｂ、及びレシーバ（受液器）８を備えている。図示しない１又は複数の室内ユニットの冷媒配管に接続されるガス管９及び液管１０の各端部には、冷凍ユニットＲの保管時や輸送時において、配管内にほこりなどの異物が侵入するのを防止するためのゴム製のキャップ１１が被着されている。

四路切換弁４は、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとを切り替えることができる。冷房運転時には、図１において実線で示される接続状態となり、圧縮機１から、油分離器３、室外側熱交換器５、レシーバ８、室内側熱交換器（図示せず）及びアキュムレータ２を経て当該圧縮機１へと戻る冷房運転サイクルが構成される。一方、暖房運転時には、図１において破線で示される接続状態となり、圧縮機１から、油分離器３、室内側熱交換器（図示せず）、レシーバ８、室外側熱交換器５及びアキュムレータ２を経て当該圧縮機１へと戻る暖房運転サイクルが構成される。

図２は、図１に示されるアキュムレータ２の正面説明図であり、図３は、その内部構造を示す断面説明図であり、図４は、図３のＡ方向から見た断面説明図である。
アキュムレータ２は、中間部分が円筒状であり、両端がドーム状の金属製容器からなっている。アキュムレータ２の上面部２ａに、蒸発器（冷房運転サイクルにおける室内側熱交換器）からの冷媒ガスの入口管１２、及び圧縮機１への冷媒ガスの出口管１３が接続されている。入口管１２の端部１２ａは、図３〜４に示されるように、アキュムレータ２の内部空間Ｓの上方部分で開口している。一方、出口管１３は、前記内部空間Ｓ内において略Ｊ字状をなるように曲げられており、その端部１３ａは、アキュムレータ２の内部空間Ｓの上下方向（図３〜４において上下方向）の中央やや下方部分で開口している。

アキュムレータ２の内部には、隔壁１４によって冷媒充填室１５が形成されている。冷媒充填室１５は、アキュムレータ２の内部空間Ｓの上方部分に設けられている。冷媒充填室１５内には、本実施の形態に係る冷凍ユニットＲ及び室内ユニット（図示せず）により構成される冷凍サイクルを機能させるために必要な量の冷媒が充填される。

本実施の形態では、冷媒充填室１５の内部と、アキュムレータ２の内部空間Ｓであって当該冷媒充填室１５以外の空間とを繋ぐ配管１６からなる流路が設けられている。この配管１６は、冷媒充填室１５の底部隔壁１４ａから、アキュムレータ２の円筒状の壁部２ｂを貫通して当該アキュムレータ２の外部に延設され、ついで前記壁部２ｂを外部側から貫通して前記アキュムレータ２の内部空間Ｓであって当該冷媒充填室１５以外の空間に開口している。

アキュムレータ２の外部における配管１６内には、通常の破裂板１７（圧力容器などの安全装置として一般に採用されている破裂板）が配設されており、この破裂板１７によって配管１６が閉止されている。
破裂板１７が配設されている配管部分の周囲には、ニクロム線などからなる加熱手段１８が設けられている。この加熱手段１８は、冷凍ユニットＲの全体制御基板（図示せず）の制御部からの指示信号により加熱を開始するように構成されている。

アキュムレータ２の内部空間Ｓに開口している配管１６の端部近傍には、フィルタ１９が配設されている。
次に本実施の形態に係る冷凍ユニットＲの冷媒充填方法について説明する。
まず、工場段階において、アキュムレータ２の冷媒充填室１５内に所定量の冷媒が充填される。この所定量とは、冷凍ユニットＲ及び室内ユニットからなる冷凍サイクルを機能させるのに必要な量のことであり、圧縮機の出力や配管長などに基づいて予め設定される。工場において冷媒を充填することができるので、充填作業及び検査が容易である。なお、ガス管９及び液管１０の各端部にはゴム製のキャップ１１が被着される。

現場において、前記ゴム製のキャップ１１が外され、ついでガス管９及び液管１０の各端部と、室内ユニットの冷媒配管の端部とが接続されて冷凍サイクルが構成される。
ついで、冷凍サイクル内が真空引きされて所定の真空圧にされ、その後、加熱手段１８が作動され、アキュムレータ２の外部の配管１６であって破裂板１７が配設された部分が加熱される。加熱手段１８によって、配管１６を介して冷媒充填室１５内に充填されている冷媒が加熱されて圧力が上昇する。そして、所定の圧力以上になると前記破裂板１７が破砕し、冷媒充填室１５内の冷媒は差圧によりアキュムレータ２の内部空間Ｓ内に放出され、冷凍サイクルを構成する機器や配管内に順次移動する。これにより、現場において弁操作をすることなく、冷凍サイクル内に必要量の冷媒を充填させることができる。

破砕した破裂板１７の破片の殆どの部分は、フィルタ１９により捕捉されるか、又はアキュムレータ２内に沈殿する。一方、アキュムレータ２の出口管１３から圧縮機１側に移動した微細な破片は、当該圧縮機１への配管入口に配設されたフィルタ（図示せず）により捕捉される。したがって、破裂板１７の破片が冷媒ガスとともに圧縮機１内に混入することはない。

加熱手段１８は、冷凍サイクルの試運転開始指示のより加熱を開始するようにすることができる。この場合、冷凍ユニットＲの全体制御基板などに設けられた試運転ボタンを押すという簡単な操作により、加熱手段１８による配管１６の加熱を開始させることができる。

〔その他の変形例〕
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、前述した実施の形態では、冷媒充填室からの配管内に破裂板が配設されているが、この破裂板に代えて加熱により溶融する通常の溶栓（圧力容器などの安全装置として一般に採用されている溶栓）を用いることができる。かかる溶栓の材料は、本発明において特に限定されるものではないが、例えばインジウム６３．５質量％、ビスマス３５質量％、錫０．５質量％、及びアンチモン１．０％からなる合金を用いることができる。この場合、溶融した溶栓の殆どの部分は、フィルタ１９により捕捉されるか、又はアキュムレータ２内に沈殿する。一方、アキュムレータ２の出口管１３から圧縮機１側に移動した微細な溶融片は、当該圧縮機１への配管入口に配設されたフィルタ（図示せず）により捕捉される。したがって、溶栓の溶融片が冷媒ガスとともに圧縮機１内に混入することはない。

また、前述した実施の形態では、冷凍ユニットＲを構成するアキュムレータ２内に冷媒を充填する冷媒充填室１５を設けているが、同じく冷凍ユニットＲを構成するレシーバ８内に冷媒充填室を設けることもできる。この場合も、冷媒充填室内と、レシーバ８の内部空間であって当該冷媒充填室以外の空間とを繋ぐ流路である配管内に破裂板又は溶栓が配設される。そして、この破裂板又は溶栓が配設された配管近傍に配設された加熱手段によって当該破裂板を破砕するか、又は溶栓を溶融させることで、冷媒充填室内の冷媒を冷凍サイクル内に充填させることができる。

また、前述した実施の形態では、破裂板１７が配設された配管部分に加熱手段１８を配設しているが、冷媒充填室１５を画定するアキュムレータ２の壁部２ｃに近接して加熱手段２８を配設することもできる（図４の２点鎖線参照）。この場合も、冷媒充填室内の冷媒を加熱することで、配管１６内の破裂板１７を破砕することができる。

また、前述した実施の形態では、冷媒充填室１５からの配管１６を一旦アキュムレータ２の外部に延設し、アキュムレータ２の外部の配管１６内に破裂板１７を配設しているが、図４において２点鎖線で示されるように、冷媒充填室１５の底部隔壁１４ａを貫通する配管２６を当該アキュムレータ２の内部空間Ｓであって前記冷媒充填室１５以外の空間に開口させることもできる。この場合、冷媒充填室１５を確定するアキュムレータ２の隔壁２ｃに近接して加熱手段２８を配設し、当該冷媒充填室１５内の冷媒を加熱することで、配管２６内の破裂板２７を破砕することができる。

１ 圧縮機
２ アキュムレータ
３ 油分離器
４ 四路切換弁
５ 室外側熱交換器
６ 室外ファン
７ａ 膨張弁
７ｂ 膨張弁
８ レシーバ
９ ガス管
１０ 液管
１１ キャップ
１４ 隔壁
１５ 冷媒充填室
１６ 配管
１７ 破裂板
１８ 加熱手段
１９ フィルタ
Ｒ 冷凍ユニット
Ｓ 内部空間

Claims (6)

1. 少なくとも圧縮機（１）、アキュムレータ（２）及びレシーバ（８）を備えており、設置箇所において冷媒配管と接続されることで冷凍サイクルを構成する冷凍ユニット（Ｒ）であって、
   前記アキュムレータ（２）及びレシーバ（８）の少なくとも一方の内部に、前記冷凍サイクルに必要な量の冷媒が充填される冷媒充填室（１５）が設けられており、
   前記冷媒充填室（１５）内と、前記アキュムレータ（２）及びレシーバ（８）の少なくとも一方の内部であって当該冷媒充填室（１５）以外の空間とを繋ぐ流路が、前記冷媒充填室（１５）内の冷媒の昇圧により破砕可能な破裂板（１７）で閉止されていることを特徴とする冷凍ユニット（Ｒ）。
2. 請求項１記載の冷凍ユニット（Ｒ）において、前記破裂板（１７）に代えて、加熱により溶融可能な溶栓で閉止されていることを特徴とする冷凍ユニット（Ｒ）。
3. 前記破裂板（１７）が配設された流路の近傍に加熱源（１８）が配設されている請求項１に記載の冷凍ユニット（Ｒ）。
4. 前記溶栓が配設された流路の近傍に加熱源（１８）が配設されている請求項２に記載の冷凍ユニット（Ｒ）。
5. 前記加熱源（１８）が、冷凍ユニット（Ｒ）の試運転指示により加熱を開始するよう構成されている請求項３又は４に記載の冷凍ユニット（Ｒ）。
6. 前記流路が、前記冷媒充填室（１５）から前記アキュムレータ（２）及びレシーバ（８）の少なくとも一方の壁部を貫通して外部に延設され、ついで前記壁部を外部側から貫通して前記アキュムレータ（２）及びレシーバ（８）の少なくとも一方の内部であって当該冷媒充填室（１５）以外の空間に開口する配管（１６）からなり、
   前記破裂板（１７）又は溶栓が、前記壁部の外部の配管（１６）内に設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍ユニット（Ｒ）。

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