JP2013124792A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アキュムレータを有する熱源側ユニットにポンプダウン運転によって好適に冷媒を集めることができる装置を提供する。
【解決手段】空気調和装置は、室外ユニット２０と、室内熱交換器を有する室内ユニット４０と、制御部とを備える。室外ユニット２０は、液冷媒側閉鎖弁と、ガス冷媒側閉鎖弁と、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、圧縮機の吸入側配管に設けられたアキュムレータとを有している。制御部は、ポンプダウン運転において、第２液溜めステップより前に、第１液溜めステップを実行させる。第１液溜めステップでは、液冷媒側閉鎖弁を開けた状態で、ガス冷媒連絡配管を介して利用側熱交換器から湿りガス冷媒を引いて、アキュムレータに冷媒を溜めさせる。第２液溜めステップでは、液冷媒側閉鎖弁を閉めた状態で、圧縮機から熱源側熱交換器へと冷媒を送って、熱源側熱交換器の中に冷媒を溜めさせる。
【選択図】図８

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

空気調和装置などの冷凍装置では、冷房運転時に最適な冷媒量と暖房運転時に最適な冷媒量とが異なることが多く、冷房運転時に冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器の容量と、暖房運転時に冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器の容量とが異なっていることが多い。従来の冷凍装置においては、熱源側熱交換器の容量が利用側熱交換器の容量よりも大きいことが多く、暖房運転時に利用側熱交換器で収容しきれない冷媒は、例えばアキュムレータに一時的に貯留される。

一方、最近では、特許文献１（特開平６−１４３９９１号公報）に示されるような小型で高性能な熱交換器が存在する。

このような小型の熱交換器を冷凍装置の熱源側熱交換器に採用した場合、従来の冷凍装置とは逆に、熱源側熱交換器の容量が利用側熱交換器の容量よりも小さくなり、冷房運転のサイクルで冷凍装置を作動させるポンプダウン運転において、熱源側ユニットに冷媒を収容しきれない事態が生じる恐れがある。

本発明の課題は、アキュムレータを有する熱源側ユニットにポンプダウン運転によって好適に冷媒を集めることができる冷凍装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、熱源側ユニットと、利用側ユニットと、制御部とを備えている。熱源側ユニットは、液冷媒側閉鎖弁と、ガス冷媒側閉鎖弁と、圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張弁と、圧縮機の吸入側配管に設けられたアキュムレータとを有している。利用側ユニットは、利用側熱交換器を有している。利用側ユニットは、その一端が液冷媒連絡配管を介して液冷媒側閉鎖弁と結ばれており、その他端がガス冷媒連絡配管を介してガス冷媒側閉鎖弁と結ばれている。制御部は、冷媒を熱源側ユニットに集めるポンプダウン運転を実行する。制御部は、ポンプダウン運転において、第２液溜めステップより前に、第１液溜めステップを実行させる。第１液溜めステップでは、液冷媒側閉鎖弁を開けた状態で、ガス冷媒連絡配管を介して利用側熱交換器から湿りガス冷媒を引いて、アキュムレータに冷媒を溜めさせる。第２液溜めステップでは、液冷媒側閉鎖弁を閉めた状態で、圧縮機から熱源側熱交換器へと冷媒を送って、熱源側熱交換器の中に冷媒を溜めさせる。

熱源側ユニットにポンプダウン運転によって冷媒を集める場合、従来であれば、液冷媒側閉鎖弁を閉めた状態で圧縮機から熱源側熱交換器へと冷媒を送るため、熱源側熱交換器には冷媒が溜まっていくが、圧縮機の吸入側配管に設けられたアキュムレータには冷媒が殆ど溜まらない。

そこで、本発明に係る冷凍装置では、液冷媒側閉鎖弁を閉めた状態で行う第２液溜めステップより前に、アキュムレータに冷媒を溜める第１液溜めステップを行わせている。このように、ポンプダウン運転において、液冷媒側閉鎖弁を開けて利用側熱交換器から湿りガス冷媒を引く第１液溜めステップ、液冷媒側閉鎖弁を閉めて熱源側熱交換器へと冷媒を送る第２液溜めステップ、の順で熱源側ユニットの各部に冷媒を溜めさせるようにしているため、本発明に係る冷凍装置では、熱源側ユニットに冷媒を収容しきれないという事態を回避することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、膨張弁は、電動弁である。また、膨張弁は、熱源側熱交換器と液冷媒側閉鎖弁との間に配置される。そして、制御部は、ポンプダウン運転において、第１液溜めステップの後、第２液溜めステップを実行する前に、圧力低下ステップを実行する。圧力低下ステップでは、膨張弁の開度を変更して、段階的にアキュムレータ内の冷媒圧力を下げる。

本発明に係る冷凍装置では、第１液溜めステップでアキュムレータに冷媒を溜めるが、液冷媒側閉鎖弁を開けている第１液溜めステップから液冷媒側閉鎖弁を閉める第２液溜めステップへと急に移行してしまうと、アキュムレータに溜めた液冷媒が減圧発泡する恐れがある。これを回避するために、本発明の第２観点に係る冷凍装置では、第１液溜めステップと第２液溜めステップとの間に圧力低下ステップを設けている。圧力低下ステップにおいて、電動の膨張弁を用いて段階的にアキュムレータ内の冷媒圧力を下げているため、第１液溜めステップで溜めたアキュムレータの中の液冷媒が発泡してアキュムレータ内の冷媒量が減ってしまうことを抑制できる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第２観点に係る冷凍装置であって、液冷媒側閉鎖弁は、手動弁である。そして、制御部は、第２液溜めステップを開始するとき、或いは、第２液溜めステップの開始直前に、膨張弁の開度を下限値にする。また、制御部は、膨張弁の開度が下限値になった後に液冷媒側閉鎖弁の閉動作が行われるように、オペレータに対して液冷媒側閉鎖弁の閉動作を促す報知を行う。

ここでは、第２液溜めステップを開始するとき、或いは、第２液溜めステップの開始直前に、圧力低下ステップにおいて段階的に閉状態に近づけていた膨張弁の開度を下限値にする。これにより、第２液溜めステップでは、熱源側熱交換器へと送られた冷媒が利用側ユニットのほうへと流れていくことが抑制される。また、液冷媒側閉鎖弁の閉動作を促す報知を制御部がオペレータに対して行うが、その報知のタイミングが、膨張弁の開度が下限値になった後に液冷媒側閉鎖弁の閉動作が行われるようなタイミングに設定されている。これにより、膨張弁の開度が下限値になる前に液冷媒側閉鎖弁が手動で閉められてしまう事態が回避され、圧力低下ステップの減圧発泡抑制機能が適切に働くことになる。

なお、オペレータに対する報知は、表示ディスプレイがあればそれを用いて行ってもよいし、ＬＥＤ等の点灯部品があればそれを用いて行ってもよい。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第２又は第３観点に係る冷凍装置であって、制御部は、圧力低下ステップを所定時間経過後に終了させるか、或いは、圧縮機の吸入側配管に設けた圧力センサの出力値に基づいて圧力低下ステップにおける膨張弁の開度の変更および圧力低下ステップの終了を判断する。

減圧発泡を抑制するために圧力低下ステップを設けることが好ましいが、圧力低下ステップに時間をかけすぎると、ポンプダウン運転に要する総時間が長くなってしまう。ここでは、減圧発泡が抑制される程度の所定時間を試験等で事前に調べておいて圧力低下ステップを所定時間経過後に終了させる、或いは、圧縮機の吸入側配管の圧力測定値から減圧発泡しないように膨張弁の開度の変更を行いつつ圧力低下ステップの終了を判断する、という何れかの方法で圧力低下ステップを行っている。このため、圧力低下ステップの時間が長くなってしまう事態を回避することができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１〜第４観点のいずれかに係る冷凍装置であって、制御部は、第１液溜めステップを所定時間経過後に終了させる。

第１液溜めステップでは、液冷媒側閉鎖弁を開けた状態で利用側熱交換器から湿りガス冷媒を引いて、アキュムレータに冷媒を溜めさせるが、このような湿りガス冷媒を引く状態を長く続けると、アキュムレータに溜めきれなくなった液冷媒が圧縮機へと流れてしまう不具合が生じる恐れがある。そこで、ここでは、アキュムレータに冷媒が溜まる所定時間を事前に試験等で調べておき、その所定時間の経過後に第１液溜めステップを終了させている。これにより、アキュムレータから液冷媒が圧縮機へと流れて圧縮機が損傷するといった不具合が回避できる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置は、第１〜第５観点のいずれかに係る冷凍装置であって、制御部は、ポンプダウン運転において、第１液溜めステップの前に、起動ステップを実行させる。起動ステップでは、第１液溜めステップにおける圧縮機の回転数よりも高い回転数で圧縮機を運転させる。

ここでは、利用側熱交換器から湿りガス冷媒を引くという通常運転とは異なる第１液溜めステップを行う前に、第１液溜めステップにおける圧縮機の回転数よりも高い回転数で圧縮機を運転させる通常運転に近い起動ステップを実行している。このため、第１液溜めステップでの冷媒の挙動が安定し、ポンプダウン運転前の冷凍装置および冷媒の状態の影響をあまり受けずに第１液溜めステップ以降のステップが良好に実行されるようになる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置は、第１〜第６観点のいずれかに係る冷凍装置であって、熱源側熱交換器の容積は、容積Ｖｈｏである。そして、利用側熱交換器の容積は、容積Ｖｈｉであって、容積Ｖｈｏよりも大きい。

利用側熱交換器の容積Ｖｈｉが熱源側熱交換器の容積Ｖｈｏよりも大きい場合、冷媒を熱源側ユニットに集めるポンプダウン運転をしても、熱源側ユニットの冷媒回路の容量が足りない恐れがある。しかし、本発明に係る冷凍装置では、第１液溜めステップでアキュムレータに冷媒を溜め、第２液溜めステップで熱源側熱交換器に冷媒を溜めるという方法で、熱源側ユニットのアキュムレータを有効活用しているため、ポンプダウン運転で熱源側ユニットに冷媒が集められないという不具合を回避することができる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、液冷媒側閉鎖弁を開けて利用側熱交換器から湿りガス冷媒を引く第１液溜めステップでアキュムレータに冷媒を溜めるため、熱源側ユニットに冷媒を収容しきれないという事態を回避することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、第１液溜めステップで溜めたアキュムレータの中の液冷媒が発泡してアキュムレータ内の冷媒量が減ってしまうことを抑制できる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置では、膨張弁の開度が下限値になる前に液冷媒側閉鎖弁が手動で閉められてしまう事態が回避され、圧力低下ステップの減圧発泡抑制機能が適切に働くことになる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置では、圧力低下ステップの時間が長くなってしまう事態を回避することができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置では、アキュムレータから液冷媒が圧縮機へと流れて圧縮機が損傷するといった不具合が確実に回避できるようになる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置では、第１液溜めステップでの冷媒の挙動が安定し、ポンプダウン運転前の冷凍装置および冷媒の状態の影響をあまり受けずにポンプダウン運転が良好に実行されるようになる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置では、利用側熱交換器の容積Ｖｈｉが熱源側熱交換器の容積Ｖｈｏよりも大きいが、熱源側ユニットのアキュムレータを有効活用しているため、ポンプダウン運転で熱源側ユニットに冷媒が集められないという不具合を回避することができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図。 室外熱交換器の斜視図。 室外熱交換器の縦断面図。 室外熱交換器の冷媒パスを示す図。 第２液溜めステップにおいて室外熱交換器および大径管に液冷媒を溜めているときの一状態を示す図。 空気調和装置の制御部のブロック図。 ポンプダウン運転の各ステップにおける制御対象機器の制御状態等を示す図。 ポンプダウン運転の概略フロー図。 変形例に係る室外熱交換器の斜視図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の１つの具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）空気調和装置の構成
（１−１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置の冷媒回路を示す図である。図１において、空気調和装置は、冷房運転や暖房運転が可能な空気調和装置であり、室外ユニット２０と、室内ユニット４０と、室外ユニット２０と室内ユニット４０とを接続するための液冷媒連絡配管７１およびガス冷媒連絡配管７２とを備えている。また、空気調和装置の各機器は、制御部８０（図６参照）によって制御される。

（１−２）室内ユニット
室内ユニット４０は、室内熱交換器４２と、室内ファン４４とを有している。室内熱交換器４２は、クロスフィン型熱交換器であり、室内空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を蒸発又は凝縮させ、室内の空気を冷却又は加熱することができる。

（１−２−１）室内熱交換器
室内熱交換器４２は、その容積が容積Ｖｈｉであり、伝熱フィンと伝熱管とを備えている。伝熱フィンは、薄いアルミニウム製の平板であり、一枚の伝熱フィンには複数の貫通孔が形成されている。伝熱管は、伝熱フィンの貫通孔に挿入される円筒状の直管と、隣り合う直管の端部同士を連結するＵ字管とから成り、総容積が容積Ｖｈｉである。直管は、伝熱フィンの貫通孔に挿入された後、拡管機によって拡管加工され、伝熱フィンと密着する。

（１−２−２）室内ファン
室内ファン４４は、回転することによって室内空気を取り込んで室内熱交換器４２に送風し、室内熱交換器４２と室内空気との熱交換を促進する。

（１−３）室外ユニット
図１において、室外ユニット２０は、主に、アキュムレータ２２、圧縮機付属容器２３、圧縮機２４、四路切換弁２６、室外熱交換器２８、大径管３０、膨張弁３３、液冷媒側閉鎖弁３７およびガス冷媒側閉鎖弁３８を有し、これらが室外ユニット冷媒配管３１によって結ばれている。さらに、室外ユニット２０は室外ファン３５も有している。

（１−３−１）圧縮機、四路切換弁およびアキュムレータ
圧縮機２４は、圧縮機付属容器２３を介してガス冷媒を吸入し、ガス冷媒を圧縮する。圧縮機２４の手前には、アキュムレータ２２が配置されている。

四路切換弁２６は、冷房サイクルと暖房サイクルとの切換時に、冷媒の流れの方向を切り換える。冷房運転時および後述するポンプダウン運転時、四路切換弁２６は、圧縮機２４の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器２８のガス側の出入り口とを接続するとともに圧縮機２４の吸入側の冷媒配管とガス冷媒側閉鎖弁３８とを接続する。つまり、図１の四路切換弁２６内の実線で示された冷房サイクル状態である。

また、暖房運転時、四路切換弁２６は、圧縮機２４の吐出側の冷媒配管とガス冷媒側閉鎖弁３８とを接続するとともに圧縮機２４の吸入側の冷媒配管と室外熱交換器２８のガス側の出入り口とを接続する。つまり、図１の四路切換弁２６内の点線で示された暖房サイクル状態である。

アキュムレータ２２は、その容積が容積Ｖａである容器であり、冷媒を気相と液相とに分ける気液分離機能を具備している。アキュムレータ２２に流入する冷媒は、液相と気相とに分かれ、上部空間に集まる気相の冷媒が圧縮機２４へと流れ出ていく。

（１−３−２）室外熱交換器
室外熱交換器２８は、その容積が容積Ｖｈｏである積層型熱交換器であって、室外空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を凝縮又は蒸発させることができる。室外ファン３５が、この室外熱交換器２８に対面するように配置されており、回転することによって室外空気を取り込んで室外熱交換器２８に送風し、室外熱交換器２８と室外空気との熱交換を促進する。

図２は、室外熱交換器２８の外観斜視図である。室外熱交換器２８は、扁平多穴管５３、差込フィン５４およびヘッダ５１，５２を有している。

扁平多穴管５３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で成形されており、伝熱面となる上下の平面部と、冷媒が流れる複数の内部流路５３ａ（図３参照）を有している。扁平多穴管５３は、平面部を上下に向けた状態で、間隔をあけて複数段配列されている。

差込フィン５４は、図３に示す形状のアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフィンであり、扁平多穴管５３に接している。両ヘッダ５１，５２の間に配列された複数段の扁平多穴管５３に対して差込フィン５４を差し込めるように、差込フィン５４には、水平に細長く延びる複数の切り欠き５４ａが形成されている。これらの差込フィン５４の切り欠き５４ａの形状は、図３に示すように、扁平多穴管５３の断面の外形にほぼ一致している。

ヘッダ５１，５２は、上下方向に複数段配列された扁平多穴管５３の両端に連結されている。ヘッダ５１，５２は、扁平多穴管５３を支持する機能と、冷媒を扁平多穴管５３の内部流路５３ａに導く機能と、内部流路５３ａから出てきた冷媒を集合させる機能とを有している。ヘッダ５１は、仕切り板５１ａ，５１ｂ，５１ｃによって、内部空間が４つに仕切られている。ヘッダ５２は、仕切り板５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄによって、内部空間が５つに仕切られている。これらのヘッダ５１，５２内の各内部空間に、扁平多穴管５３のほか、図４および図５に示す連絡配管５４，５５、分流器２９から延びる細管５７，５８，５９および室外ユニット冷媒配管３１が接続されている。

扁平多穴管５３の内部容積とヘッダ５１，５２の内部容積との和である室外熱交換器２８の容積Ｖｈｏは、室内熱交換器４２の容積Ｖｈｉよりも小さい。逆に言えば、室内熱交換器４２の容積Ｖｈｉは、室外熱交換器２８の容積Ｖｈｏよりも大きい。

図５に示すように、冷房サイクルの運転において圧縮機２４から流れてくる高圧のガス冷媒は、室外ユニット冷媒配管３１を介してヘッダ５１の上部空間に流入してくる。このガス冷媒は、扁平多穴管５３を通ってヘッダ５２の５つの内部空間のうち上の３つに流れ、それぞれ折り返され、下のほうに配置されている扁平多穴管５３を通ってヘッダ５１の４つの内部空間のうち下の３つに流れていく。扁平多穴管５３を通過するときに液化した冷媒は、さらにヘッダ５１の下の３つの内部空間から、細管５７，５８，５９を通って分流器２９でまとめられ、膨張弁３３へと流れる。暖房サイクルの暖房運転においては、冷媒の流れる向きが逆となる。

（１−３−３）大径管
大径管３０は、室外ユニット冷媒配管３１よりも直径が大きい円筒状の管であり、余剰冷媒を溜めることが可能な管である。この大径管３０の容積は、容積Ｖｔである。

大径管３０の容積である容積Ｖｔが、室内熱交換器４２の容積Ｖｈｉ，室外熱交換器２８の容積Ｖｈｏおよびアキュムレータ２２の容積Ｖａに対し、
式：容積Ｖｔ＞容積Ｖｈｉ−容積Ｖｈｏ−容積Ｖａ
を満たすように、大径管３０の直径および長さが決められている。ここでは、室外熱交換器２８の容積Ｖｈｏおよびアキュムレータ２２の容積Ｖａがそれぞれ１４００〜１６００ｃｃであり、大径管３０の容積Ｖｔが約３００ｃｃである。

大径管３０は、図１および図５に示すように、室外熱交換器２８と液冷媒側閉鎖弁３７との間に設けられている。具体的には、大径管３０は、室外ユニット２０において、室外熱交換器２８と膨張弁３３との間に配置されている。大径管３０は、鉛直方向に沿って長く延びるように配備され、上端が室外熱交換器２８に、下端が膨張弁３３に接続されている。すなわち、大径管３０は、後述するポンプダウン運転において液冷媒が上から下に向かって流れるように配備されている。また、大径管３０は、単なる円筒状の管であり、冷媒を気相と液相とに分ける気液分離機能を具備していない。

（１−３−４）膨張弁
膨張弁３３は、冷媒圧力や冷媒流量の調節を行うために、大径管３０と液冷媒側閉鎖弁３７の間の室外ユニット冷媒配管３１に設けられ、冷房運転時および暖房運転時のいずれにおいても、冷媒を膨張させる機能を有している。膨張弁３３は、制御部８０の指令に応じて開度が調整される電動弁である。

（１−３−５）閉鎖弁および冷媒連絡配管
液冷媒側閉鎖弁３７およびガス冷媒側閉鎖弁３８は、手動で開け閉めする手動弁であり、それぞれ、液冷媒連絡配管７１およびガス冷媒連絡配管７２に接続されている。液冷媒連絡配管７１は、室内ユニット４０の室内熱交換器４２の液側の配管と室外ユニット２０の液冷媒側閉鎖弁３７との間を接続している。ガス冷媒連絡配管７２は、室内ユニット４０の室内熱交換器４２のガス側の配管と室外ユニット２０のガス冷媒側閉鎖弁３８との間を接続している。

これらの冷媒連絡配管７１，７２によって、冷房サイクルのときには、圧縮機２４、室外熱交換器２８、膨張弁３３および室内熱交換器４２の順に冷媒が流れ、暖房サイクルのときには、圧縮機２４、室内熱交換器４２、膨張弁３３および室外熱交換器２８の順に冷媒が流れる。

（１−４）制御部およびセンサ
図６に示す制御部８０は、マイクロコンピュータやメモリ等から成り、冷房運転、暖房運転のほか、冷媒を室外ユニット２０に集めるポンプダウン運転を実行する。このため、制御部８０は、機能部として、冷房運転制御部９１、暖房運転制御部９２、ポンプダウン運転制御部９３などを備えている。

また、空気調和装置には、各種のセンサが設けられている。具体的には、圧縮機２４の吐出側の冷媒配管において圧縮機吐出圧力を検出する吐出圧力センサ８１、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度センサ８２、圧縮機２４の吸入側の冷媒配管において圧縮機２４に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ８３、室外熱交換器２８の冷媒の温度を検出する室外熱交換器温度センサ８４、室内熱交換器４２の冷媒の温度を検出する室内熱交換器温度センサ８５などが設けられている。制御部８０は、これらのセンサ８１〜８５から各種データを集め、各運転において、室外ファン３５、膨張弁３３、圧縮機２４、室内ファン４４の動作を制御するための情報として使う。

（２）暖房運転時の冷媒の流れ
図１において、暖房運転時、四路切換弁２６は、点線で示す暖房サイクルの状態となる。すなわち、四路切換弁２６が、圧縮機２４の吐出側の冷媒配管とガス冷媒側閉鎖弁３８とを接続するとともに圧縮機２４の吸入側の冷媒配管と室外熱交換器２８のガス側の冷媒配管とを接続する。また、膨張弁３３は開度を絞られる。その結果、室外熱交換器２８が冷媒の蒸発器として機能し、かつ、室内熱交換器４２が冷媒の凝縮器として機能する。

このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機２４に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機２４から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁２６、ガス冷媒側閉鎖弁３８およびガス冷媒連絡配管７２を通って、室内熱交換器４２に入る。室内熱交換器４２に入った高圧の冷媒は、そこで室内空気と熱交換を行って凝縮する。これにより、室内空気は加熱される。

なお、室内熱交換器４２の容量Ｖｈｉは室外熱交換器２８の容量Ｖｈｏより大きいので、暖房運転時ではほとんどの液冷媒が凝縮器（室内熱交換器４２）に収容される。室内熱交換器４２で凝縮した高圧の冷媒は、液冷媒連絡配管７１および液冷媒側閉鎖弁３７を通って、膨張弁３３に至る。

冷媒は、膨張弁３３によって低圧に減圧され、その後、大径管３０を経て室外熱交換器２８に入る。室外熱交換器２８を通る冷媒は、室外ファン３５によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。

室外熱交換器２８で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２６を通じて、再び、圧縮機２４に吸入される。

（３）冷房運転時およびポンプダウン運転時の冷媒の流れ
図１において、冷房運転時およびポンプダウン運転時、四路切換弁２６が、実線で示す冷房サイクルの状態となる。すなわち、四路切換弁２６が、圧縮機２４の吐出側と室外熱交換器２８のガス側の冷媒配管とを接続するとともに圧縮機２４の吸入側の冷媒配管とガス冷媒側閉鎖弁３８とを接続する。また、膨張弁３３は開度を絞られる。その結果、室外熱交換器２８が冷媒の凝縮器として機能し、且つ、室内熱交換器４２が冷媒の蒸発器として機能する。

このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機２４に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機２４から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁２６を通じて、室外熱交換器２８に送られる。

室外熱交換器２８に送られた高圧の冷媒は、そこで室外空気と熱交換を行って凝縮する。室外熱交換器２８において凝縮した高圧の冷媒は、大径管３０を介して膨張弁３３に送られる。なお、室外熱交換器２８の容量Ｖｈｏは室内熱交換器４２の容量Ｖｈｉより小さいので、冷房運転時およびポンプダウン運転時に、凝縮器（室外熱交換器２８）が全ての液冷媒を収容することができない。それゆえ、ポンプダウン運転時においては、室外熱交換器２８に収容しきれない液冷媒が大径管３０に溜まり、大径管３０は液冷媒で満たされる（図５参照）。

大径管３０を出た液冷媒は、膨張弁３３に送られて低圧に減圧される。膨張弁３３で減圧された低圧の冷媒は、液冷媒側閉鎖弁３７および液冷媒連絡配管７１を通って、室内熱交換器４２に入る。

室内熱交換器４２に入った低圧の冷媒は、そこで室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却される。室内熱交換器４２において蒸発した低圧の冷媒は、ガス冷媒連絡配管７２、ガス冷媒側閉鎖弁３８および四路切換弁２６を通じて、再び、圧縮機２４に吸入される。

（４）ポンプダウン運転
上述のように、ポンプダウン運転は、冷房運転のときと同じく、四路切換弁２６を実線で示す冷房サイクルの状態として行う運転である。制御部８０は、室内ユニット４０や冷媒連絡配管７１，７２にある冷媒を室外ユニット２０に封じ込めるポンプダウン運転を、図７および図８に示す４つのステップに分けて行う。

ポンプダウン運転においては、まず、起動ステップが開始される（図８のステップＳ１）。起動ステップでは、圧縮機２４のモータが６０ｒｐｓ（１秒間に６０回転）で回され、膨張弁３３の開度が３００ｐｌｓ（膨張弁３３の開度調整用のモータに与えるパルス）にセットされる。室外ファン３５および室内ファン４４は、所定回転数で回される。なお、通常の運転と同じく、このときの液冷媒側閉鎖弁３７およびガス冷媒側閉鎖弁３８は開の状態である。

起動ステップ開始から１２０秒が経過すると、ステップＳ２に移行し、第１液溜めステップが開始される。第１液溜めステップでは、起動ステップのときの圧縮機２４の回転数よりも低い３０ｒｐｓで圧縮機２４のモータが回される。膨張弁３３の開度は、起動ステップのときよりも大きくなるように（ここでは５００ｐｌｓに）セットされる。室外ファン３５は所定回転数で回し続けるが、室内ファン４４は停止される。室内ファン４４が止まっているため、第１液溜めステップでは、室内ユニット４０で蒸発しきっていない湿りガス冷媒が室外ユニット２０へと流れ、アキュムレータ２２で気液分離される。アキュムレータ２２で気液分離された冷媒のうち、ガス冷媒は圧縮機２４へと流れていき、液冷媒はアキュムレータ２２の内部に溜まっていく。

第１液溜めステップの開始から３００秒が経過すると、ステップＳ３に移行し、圧力低下ステップが始まる。圧力低下ステップでは、圧縮機２４のモータの回転数は変化させず、室外ファン３５は所定回転数で回し続け、室内ファン４４は停止させ続ける。そして、圧力低下ステップでは、膨張弁３３の開度が、前半の６０秒の間は２００ｐｌｓにセットされ、後半の６０秒の間は１００ｐｌｓにセットされる。このように、圧力低下ステップにおいて段々と膨張弁３３の開度を小さくしていく（全閉の状態に近づける）ことによって、アキュムレータ２２の内部圧力が段階的に下がる。これにより、アキュムレータ２２の内部に溜まっている液冷媒が減圧発泡することが抑えられる。

１２０秒の圧力低下ステップが終わると、ステップＳ４に移行し、第２液溜めステップが開始される。制御部８０は、圧縮機２４、室外ファン３５および室内ファン４４の状態は変えず、膨張弁３３の開度だけを変える。具体的には、膨張弁３３の開度が０ｐｌｓにセットされ、膨張弁３３が全閉状態となる。そして、第２液溜めステップの開始後に、制御部８０は、オペレータに対して液冷媒側閉鎖弁３７の閉動作を促す報知を行う。ここでは、オペレータが確認できるＬＥＤ（図示せず）を点灯させて、液冷媒側閉鎖弁３７の閉動作をオペレータに促す（ステップＳ５）。これにより、オペレータが液冷媒側閉鎖弁３７を閉め、液冷媒側閉鎖弁３７を閉めた状態での第２液溜めステップが始まる。ここでは、膨張弁３３や液冷媒側閉鎖弁３７が閉まっていることから、圧縮機２４から室外熱交換器２８へと送られた冷媒が、室外熱交換器２８の中で凝縮して液化し、大径管３０や室外熱交換器２８の中に溜まっていく。図５は、大径管３０や室外熱交換器２８の中に液冷媒が溜まっていくときの一状態である。

ステップＳ６では、第２液溜めステップの終了条件を満たすか否かが判断される。ここでは、終了条件として、圧縮機２４の吐出側の冷媒温度が所定温度以上になったときに終了するという条件を採用している。なお、この終了条件として、第２液溜めステップの開始から所定時間が経過したことや、圧縮機２４の吸入側の冷媒温度が所定温度以下になったことを採用してもよい。

（５）空気調和装置の特徴
（５−１）
この空気調和装置では、室内熱交換器の容積Ｖｈｉが室外熱交換器の容積Ｖｈｏよりも大きくなっているが、室外ユニット２０が、従来の装置にはない大径管３０を備えている。そして、大径管３０の容積Ｖｔを、室内熱交換器４２の容積Ｖｈｉから室外熱交換器２８の容積Ｖｈｏとアキュムレータ２２の容積Ｖａとを引いた容積、よりも大きくしている。具体的には、
式：容積Ｖｔ＞容積Ｖｈｉ−容積Ｖｈｏ−容積Ｖａ
を満たすように大径管３０の直径や長さを決めている。

これにより、ポンプダウン運転によって室外ユニット２０に好適に冷媒を集めることができるようになっている。

（５−２）
この空気調和装置では、従来の装置にも備わっているアキュムレータ２２には従来と同様の気液分離機能を持たせているが、大径管３０については、気液分離機能を持たせていない。大径管３０は、単なる円筒状の管であり、安価に製造・組立ができるため、空気調和装置のコストアップが小さく済んでいる。

また、この大径管３０を、鉛直方向に沿って長く延びるように配備し、上端を室外熱交換器２８に、下端を膨張弁３３に接続している。これにより、ポンプダウン運転において、液冷媒が大径管３０の上から下に向かって流れ、大径管３０の内部空間に液冷媒が溜まりやすくなっている。

（５−３）
この空気調和装置では、室外熱交換器２８と膨張弁３３との間に大径管３０を配置するとともに、ポンプダウン運転の第２液溜めステップの開始時において膨張弁３３を全閉状態にしている。このため、第２液溜めステップのときに、オペレータが液冷媒側閉鎖弁３７を閉める前から、大径管３０および室外熱交換器２８に液冷媒が溜まっていく。これにより、ポンプダウン運転の時間短縮が図られている。

（５−４）
室外ユニットにポンプダウン運転によって冷媒を集める場合、従来の装置であれば、液冷媒側閉鎖弁を閉めた状態で圧縮機から室外熱交換器へと冷媒を送るため、室外熱交換器には冷媒が溜まっていくが、圧縮機の吸入側配管に設けられたアキュムレータには冷媒が殆ど溜まらない。

この空気調和装置では、液冷媒側閉鎖弁３７を閉めた状態で行われる第２液溜めステップより前に、アキュムレータ２２に冷媒を溜める第１液溜めステップを行わせている。このように、ポンプダウン運転において、液冷媒側閉鎖弁３７を開けて室内熱交換器４２から湿りガス冷媒を引く第１液溜めステップ、液冷媒側閉鎖弁３７を閉めて室外熱交換器２８へと冷媒を送る第２液溜めステップ、の順で室外ユニット２０の各部に冷媒を溜めさせるようにしているため、室外ユニット２０に冷媒を収容しきれないという事態を回避することができている。

（５−５）
この空気調和装置では、制御部８０が、ポンプダウン運転において、第１液溜めステップの後、第２液溜めステップを実行する前に、圧力低下ステップを実行する。圧力低下ステップでは、膨張弁３３の開度変更によって段階的にアキュムレータ２２の内部の冷媒圧力が下がっていく。

仮に、第１液溜めステップから、液冷媒側閉鎖弁３７を閉めた第２液溜めステップへと急に移行したとすれば、アキュムレータ２２に溜めた液冷媒が減圧発泡する恐れがある。

しかしながら、ここでは第１液溜めステップと第２液溜めステップとの間に圧力低下ステップを設けているため、第１液溜めステップで溜めたアキュムレータ２２の中の液冷媒が発泡してアキュムレータ２２内の冷媒量が減ってしまうことが殆どない。

（５−６）
この空気調和装置では、制御部８０が、第２液溜めステップを開始するときに、膨張弁３３の開度を下限値にし、膨張弁３３を全閉状態にしている。さらに、制御部８０は、膨張弁３３の開度が下限値になった後に液冷媒側閉鎖弁３７の閉動作が行われるように、オペレータに対して液冷媒側閉鎖弁３７の閉動作を促す報知を行っている。

これにより、第２液溜めステップでは、液冷媒側閉鎖弁３７が閉められる前においても、圧縮機２４から室外熱交換器２８へと送られた冷媒が室内ユニット４０のほうへと流れていくことがない。また、液冷媒側閉鎖弁３７の閉動作を促す報知のタイミングが、膨張弁３３が全閉状態になった後に液冷媒側閉鎖弁３７の手動の閉動作が行われるようなタイミングに設定されている。このため、膨張弁３３が全閉になる前に液冷媒側閉鎖弁３７が手動で閉められてしまうという事態が回避され、圧力低下ステップの減圧発泡抑制機能が適切に働く。

（５−７）
この空気調和装置では、アキュムレータ２２における減圧発泡を抑制するために圧力低下ステップを設けているが、圧力低下ステップに時間をかけすぎると、ポンプダウン運転に要する総時間が長くなってしまう。そこで、空気調和装置の制御部８０は、圧力低下ステップを所定時間（１２０秒）経過後に終了させている。これにより、圧力低下ステップの時間が長くなってしまう事態を回避することができている。

（５−８）
第１液溜めステップでは、液冷媒側閉鎖弁３７や膨張弁３３を開けた状態で室内熱交換器４２から湿りガス冷媒を引いて、アキュムレータ２２に冷媒を溜めさせているが、このような湿りガス冷媒を引く状態を長く続けると、アキュムレータ２２に溜めきれなくなった液冷媒が圧縮機２４へと流れてしまう恐れがある。

そこで、この空気調和装置では、制御部８０が、第１液溜めステップを所定時間（３００秒）経過後に終了させている。３００秒は、アキュムレータ２２に冷媒が溜まる時間を事前に試験によって調べ、制御部８０に組み込んだ時間である。これにより、アキュムレータ２２から液冷媒が圧縮機２４へと流れてポンプダウン運転において圧縮機２４が損傷するといった不具合が回避できている。

なお、第１液溜めステップを終了させる所定時間であるが、空気調和装置の構成によって好適な時間が変わってくるものである。

（５−９）
この空気調和装置の制御部８０は、室内熱交換器４２から湿りガス冷媒を引くという通常運転とは異なる第１液溜めステップを行う前に、第１液溜めステップにおける圧縮機２４の回転数（３０ｒｐｓ）よりも高い回転数（６０ｒｐｓ）で圧縮機２４を運転させる起動ステップを実行している。この通常運転に近い起動ステップをポンプダウン運転の最初に行っているため、第１液溜めステップでの冷媒の挙動が安定し、ポンプダウン運転前の空気調和装置および冷媒の状態の影響をあまり受けずに第１液溜めステップ以降のステップが良好に実行される。

（６）変形例
（６−１）
上記実施形態では、圧力低下ステップを所定時間（１２０秒）経過後に終了させているが、圧力低下ステップに要する時間を短縮するために、以下のようにすることも可能である。

この変形例では、圧縮機２４の吸入側の冷媒配管に新たに吸入圧力センサを設け、その吸入圧力センサの出力値に基づいて、圧力低下ステップにおける膨張弁３３の開度の変更および圧力低下ステップの終了を判断する。この場合、膨張弁３３の開度は、アキュムレータ２２の内部圧力を示すことになる吸入圧力センサの出力値に基づき、アキュムレータ２２の中の液冷媒が減圧発泡しないよう、段階的に小さくされる。そして、膨張弁３３の開度を全閉状態にしても減圧発泡しないほどに吸入圧力センサの値が小さくなったときに、圧力低下ステップを終了させて第２液溜めステップに移行させる。これにより、吸入圧力センサを新たに設ける必要はあるが、圧力低下ステップに要する時間を短縮することができる。

（６−２）
上記実施形態では、第２液溜めステップ開始後のオペレータに対する液冷媒側閉鎖弁３７の閉動作を促す報知を、図示しないＬＥＤの点灯によって行っているが、表示ディスプレイがあればそれを用いて行ってもよいし、他の報知手段があればそれを用いて行ってもよい。

（６−３）
上記実施形態では、扁平多穴管５３、差込フィン５４およびヘッダ５１，５２を有する積層型の熱交換器を室外熱交換器２８として採用しているが、他の構造を持つ積層型の熱交換器を採用することもできる。

例えば、図９に示す、扁平多穴管１５３、波形フィン１５４およびヘッダ１５１，１５２を有する熱交換器１２８でも良い。波形フィン１５４は、波形に折り曲げられたアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフィンである。波形フィン１５４は、上下に隣接する扁平多穴管１５３に挟まれた通風空間に配置され、谷部および山部が扁平多穴管１５３の平面部と接触するものである。

２０ 室外ユニット（熱源側ユニット）
２２ アキュムレータ（冷媒容器）
２４ 圧縮機
２８，１２８ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
３０ 大径管
３１ 冷媒配管
３３ 膨張弁
３７ 液冷媒側閉鎖弁
３８ ガス冷媒側閉鎖弁
４０ 室内ユニット（利用側ユニット）
４２ 室内熱交換器（利用側熱交換器）
５３，１５４ 扁平多穴管（扁平管）
５４，１５４ フィン（伝熱フィン）
７１ 液冷媒連絡配管
７２ ガス冷媒連絡配管
８０ 制御部

特開平６−１４３９９１号公報

Claims (7)

1. 液冷媒側閉鎖弁（３７）と、ガス冷媒側閉鎖弁（３８）と、圧縮機（２４）と、熱源側熱交換器（２８，１２８）と、膨張弁（３３）と、前記圧縮機の吸入側配管に設けられたアキュムレータ（２２）と、を有する熱源側ユニット（２０）と、
   一端が液冷媒連絡配管（７１）を介して前記液冷媒側閉鎖弁（３７）と結ばれ他端がガス冷媒連絡配管（７２）を介して前記ガス冷媒側閉鎖弁（３８）と結ばれる利用側熱交換器（４２）を有する、利用側ユニット（４０）と、
   冷媒を前記熱源側ユニット（２０）に集めるポンプダウン運転を実行する制御部（８０）と、
   を備え、
   前記制御部（８０）は、前記ポンプダウン運転において、前記液冷媒側閉鎖弁（３７）を閉めた状態で前記圧縮機（２４）から前記熱源側熱交換器（２８，１２８）へと冷媒を送って前記熱源側熱交換器（２８，１２８）の中に冷媒を溜めさせる第２液溜めステップより前に、前記液冷媒側閉鎖弁（３７）を開けた状態で前記ガス冷媒連絡配管（７２）を介して前記利用側熱交換器（４２）から湿りガス冷媒を引いて前記アキュムレータ（２２）に冷媒を溜めさせる第１液溜めステップを実行させる、
   冷凍装置。
2. 前記膨張弁（３３）は、前記熱源側熱交換器（２８，１２８）と前記液冷媒側閉鎖弁（３７）との間に配置される電動弁であり、
   前記制御部（８０）は、前記ポンプダウン運転において、前記第１液溜めステップの後、前記第２液溜めステップを実行する前に、前記膨張弁（３３）の開度を変更して段階的に前記アキュムレータ（２２）内の冷媒圧力を下げる圧力低下ステップを実行する、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記液冷媒側閉鎖弁（３７）は、手動弁であり、
   前記制御部（８０）は、前記第２液溜めステップを開始するとき或いは開始直前に前記膨張弁（３３）の開度を下限値にして、前記膨張弁（３３）の開度が下限値になった後に前記液冷媒側閉鎖弁（３７）の閉動作が行われるようにオペレータに対して閉動作を促す報知を行う、
   請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御部は、
   前記圧力低下ステップを、所定時間経過後に終了させる、
   或いは、
   前記圧縮機の吸入側配管に設けた圧力センサの出力値に基づいて、前記圧力低下ステップにおける前記膨張弁の開度の変更および前記圧力低下ステップの終了を判断する、
   請求項２又は３に記載の冷凍装置。
5. 前記制御部（８０）は、前記第１液溜めステップを、所定時間経過後に終了させる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
6. 前記制御部（８０）は、前記ポンプダウン運転において、前記第１液溜めステップの前に、前記第１液溜めステップにおける前記圧縮機の回転数よりも高い回転数で前記圧縮機を運転させる起動ステップを実行させる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
7. 前記熱源側熱交換器（２８，１２８）の容積は、容積Ｖｈｏであり、
   前記利用側熱交換器（４２）の容積は、容積Ｖｈｉであって、前記容積Ｖｈｏよりも大きい、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の冷凍装置。

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