JP4060786B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷媒として塩素を含む弗化炭素水素系冷媒を使用していた冷凍空調装置を、塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用する冷凍空調装置に交換する際に、既設の接続用冷媒配管を再利用可能にする、冷媒回路に塩化物回収手段を備えた冷凍空調装置に関するものである。
尚、以下の説明は、空気調和機を例に挙げて説明するが、この発明は空気調和機に限らず他の冷凍サイクルを用いた冷凍装置に適用可能である。

従来の塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用する冷凍空調装置において、冷媒中の異物を除去するための異物除去器を設けたものがある。これは、冷媒にＲ−１３４ａ等の代替フロンを使用した場合、コンプレッサオイル中の不純物等が高温部にて化学反応を起こし、コンタミと称される異物（例えばカルボン酸の金属塩）が生成され、その異物が低温部で析出するようになり、長期間の使用に伴い、その異物が特に径の細いキャピラリチューブ内に堆積し、最悪の場合キャピラリチューブを詰まらせる恐れがあるため、冷凍サイクルのコンデンサとエバポレータとの間の冷媒流路中に、冷媒中から異物を除去するための異物除去器を設けたものである。

この異物除去器は、略円筒状の管体内に、例えば活性炭等の吸着剤を充填して構成され、キャピラリチューブの終端部分に嵌挿された状態で接続されている。

冷媒に代替フロン（Ｒ−１３４ａ）を使用した場合、コンプレッサオイル中の不純物等が高温部にて化学反応を起こし、コンタミと称される異物（例えばカルボン酸の金属塩）が生成され、その異物が冷媒と共に流通して特にキャピラリチューブの終端部分に析出しやすい。

キャピラリチューブの終端部分に異物除去器があると、冷媒が異物除去器内を流通する際に、その中にふくまれている異物が、吸着剤により吸着されて冷媒中から除去される。従って、細径のキャピラリチューブ内に異物が堆積することを防止でき、長時間の使用にあっても、キャピラリチューブが異物により詰まってしまうという事態の発生が未然に防止されるというものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１５９８６６号公報

従来の冷凍空調装置の異物除去器は、コンプレッサオイル中の不純物等が高温部にて化学反応を起こし、コンタミと称される異物（例えばカルボン酸の金属塩）が生成されるが、その異物がキャピラリチューブに堆積することを防止するために使用されるものであり、塩素を含む弗化炭素水素系冷媒を使用していた冷凍空調装置を、塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用する冷凍空調装置に交換する際に、既設の接続用冷媒配管を再利用可能にする塩化物回収手段を想定したものではない。

従来の冷凍空調装置の異物除去器は、冷媒回路内において常時流通する冷媒と接触している。活性炭の吸着は活性炭孔内表面と吸着物の分子との間に働く分子間力や炭孔内表面に存在する分子との化学結合などで引き付けて捕捉するので、その引き付けっる度合いは活性炭が置かれている周囲環境の温度、圧力、濃度によって平衡状態が変化し、それに合わせて吸脱着が異なる。常時活性炭が冷媒と接触していると、長時間かけて吸着回収したものが、冷暖切換などで冷媒の状態が変化する度に、活性炭に吸着した異物を一度に大量に脱着する可能性があり、これによりスラッジ生成を促進する問題が発生する。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、冷凍空調装置の冷媒種類を変更する際に、簡易、短時間、少ない追加設備、且つ低価格で、既設の接続冷媒配管を再利用できるようにすることを目的とする。さらに、既設の冷媒配管を流用する際に必要な塩化物回収運転を、冷凍空調装置の運転モードに関係なく実施する事ができ、かつ専用スイッチの入力を必要とせずに製品を据付後、予め設定された必要時間が経過するまで自動的に塩化物回収運転を実施できるようにすることを目的とする。

この発明に係る冷凍空調装置は、冷媒として塩素を含む弗化炭素水素系冷媒を使用していた冷凍空調装置を、塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用する冷凍空調装置に交換する際に、冷媒配管は塩素を含む弗化炭素水素系冷媒で使用していたものを再利用して新冷媒回路を形成する冷凍空調装置において、圧縮機、四方切替弁、熱源側熱交換器、第１の絞り装置、余剰冷媒を貯留するレシーバ、第２の絞り装置、利用側熱交換器を順次接続した冷凍サイクルと、電磁弁、活性炭を有する塩化物回収手段、逆止弁を有し、第１の絞り装置及び第２の絞り装置に並列に接続された塩化物回収回路と、を備え、冷凍空調装置の据付直後における冷房運転開始時に、第１の絞り装置を閉じ、塩化物回収回路の電磁弁を開いて、熱源側熱交換器、電磁弁、塩化物回収手段、レシーバ、第２の絞り装置、利用側熱交換器の順に冷媒が流れる回路を形成し、所定時間経過後電磁弁を閉じると共に第１の絞り装置を開いて通常の冷媒回路にて冷房運転を行うように制御し、又は、冷凍空調装置の据付直後における暖房運転開始時に、第２の絞り装置を閉じ、塩化物回収回路の電磁弁を開いて、利用側熱交換器、電磁弁、塩化物回収手段、レシーバ、第１の絞り装置、熱源側熱交換器の順に冷媒が流れる回路を形成し、所定時間経過後電磁弁を閉じると共に第２の絞り装置を開いて通常の冷媒回路にて暖房運転を行うように制御することを特徴とする。

この発明に係る冷凍空調装置は、冷媒として塩素を含む弗化炭素水素系冷媒を使用していた冷凍空調装置を、塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用する冷凍空調装置に交換する際に、冷媒配管は塩素を含む弗化炭素水素系冷媒で使用していたものを再利用して新冷媒回路を形成し、冷房又は暖房運転開始時に、所定時間塩化物回収回路を運転して冷媒中の塩化物を回収し、その後塩化物回収回路を冷凍サイクルから遮断するように制御するので、既設の接続冷媒配管を再利用できると共に、既設の冷媒配管を流用する際に必要な塩化物回収運転を、冷凍空調装置の運転モードに関係なく実施することができ、且つ専用スイッチの入力を必要とせずに製品を据付後、予め設定された必要時間が経過するまで自動的に塩化物回収運転を実施できるため、塩化物回収運転の実施の忘れを防ぎ、圧縮機の信頼性を確保できる。

実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、空気調和機の冷媒配管系統図である。
先ず、新冷媒対応の空気調和機の冷凍サイクルについて説明する。図１において、冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒の流れを切り替える四方切替弁２、熱源側熱交換器である室外熱交換器３、第１の絞り装置である電子膨張弁４ａ、レシーバ７、第２の絞り装置である電子膨張弁４ｂ、利用側熱交換器である室内熱交換器５を備える。

次に、冷凍サイクルに設けられる塩化物回収回路について説明する。図１において、塩化物回収回路は、逆止弁８ａ、８ｂ、８ｃ、電磁弁６、活性炭を有する塩化物回収手段１０を備え、塩化物回収手段１０は二つの電子膨張弁４ａ、４ｂと並列に接続されている。

先ず、空気調和機の通常の運転状態について説明する。圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒は吐出配管を通り四方切替弁２に入る。冷房運転時には実線で示すように四方切替弁２から室外熱交換器３（凝縮器として働く）に入り、冷却され凝縮液化した後電子膨張弁４ａに至る。電子膨張弁４ａにより減圧され湿り状態になった後レシーバ７に入る。レシーバ７の内部には、レシーバ７の上部を貫通して四方切替弁２から圧縮機１の吸入部に接続される吸入配管９の内部を流れる低温低圧の冷媒により、飽和液状態まで冷却され、レシーバ７を流出する。その後電子膨張弁４ｂにより再度減圧された後、室内熱交換器５（蒸発器として働く）に入り、加熱され蒸発した後、四方切替弁２を通り吸入配管９を通り、レシーバ７内の余剰冷媒と熱交換を行った後、圧縮機１に戻る。

暖房運転時は、四方切替弁２により、破線で示すように冷房時と逆の冷媒の流れとなる。暖房運転時には、四方切替弁２から室内熱交換器５（凝縮器として働く）に入り、冷却され凝縮液化した後電子膨張弁４ｂに至る。電子膨張弁４ｂにより減圧され湿り状態になった後レシーバ７に入る。レシーバ７の内部には、レシーバ７の上部を貫通して四方切替弁２から圧縮機１の吸入部に接続される吸入配管９の内部を流れる低温低圧の冷媒により、飽和液状態まで冷却され、レシーバ７を流出する。その後電子膨張弁４ａにより再度減圧された後、室外熱交換器３（蒸発器として働く）に入り、加熱され蒸発した後、四方切替弁２を通り吸入配管９を通り、レシーバ７内の余剰冷媒と熱交換を行った後、圧縮機１に戻る。

レシーバ７内部を貫通する吸入配管９の一部が、レシーバ７に貯留された余剰冷媒と熱交換するように配設したので、運転効率の良い空気調和機が得られる。

次に塩化物回収運転時の動作について説明する。
塩化物回収運転は、新冷媒用空気調和機が据付られた後の運転開始時に、回収運転が所定時間行われるように予め設定されている。そして十分な時間の塩化物回収が行われ、冷媒中の異物である塩化物を回収した後は、冷凍サイクルとは遮断されて、内部に塩化物を閉じこめる。

先ず、冷房運転開始時には、圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒は四方切替弁２から室外熱交換器３に入り冷却され凝縮液化した後電子膨張弁４ａに至るが、この時電子膨張弁４ａを全閉にし、かつ電磁弁６を全開にすることで、逆止弁８ａ、電磁弁６を通り、液冷媒が塩化物回収手段１０に至ることとなる。塩化物回収手段１０で、塩化化合物を吸着・除去した後、逆止弁８ｃを通りレシーバ７に至る。この後は通常冷房運転時と同じ経路をたどり圧縮機１に至る。

この冷房運転時の塩化物回収運転では、電子膨張弁４ａを全閉にするが、冷房運転時の主な減圧手段である下流側の電子膨張弁４ｂで制御が行われるので、冷房運転は正常に行われる。

暖房運転開始時は、四方切替弁２により破線で示す流れとなり、圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒は四方切替弁２から室内熱交換器５に入り冷却され凝縮液化した後電子膨張弁４ｂに至るが、この時電子膨張弁４ｂを全閉にし、かつ電磁弁６を全開にすることで、逆止弁８ｂ、電磁弁６を通り、液冷媒が塩化物回収手段１０に至ることとなる。ここで塩化化合物を吸着・除去した後、逆止弁８ｃを通りレシーバ７に至る。この後は通常暖房運転時と同じ経路をたどり圧縮機１に至る。

この暖房運転時の塩化物回収運転では、電子膨張弁４ｂを全閉にするが、暖房運転時の主な減圧手段である下流側の電子膨張弁４ａで制御が行われるので、暖房運転は正常に行われる。

塩化物回収運転は、据付直後の冷凍空調装置の運転開始時に合わせて回収運転を開始し、塩化物回収手段１０が塩化化合物を吸着・除去するのに十分な時間行うように予め設定されている。その時間を経過した後は電磁弁６を全閉とし、冷房時は電子膨張弁４ａを、暖房時は電子膨張弁４ｂを開く事で、通常運転状態に戻すことができ、かつ塩化化合物を吸着した塩化物回収手段１０を冷媒回路から遮断することが可能となる。

尚、上記実施の形態では、吸入配管９をレシーバ７内に貫通させ、レシーバ７内余剰冷媒と吸入配管９内冷媒とで熱交換をさせるようにしたが、かかる実施の形態に限定されるものではなく、高低圧熱交換部の有無に係わらず適用する事ができる。

上述の実施の形態によれば、新冷媒用空気調和機が据付られた後の運転開始時に、塩化物回収運転が所定時間行われるように予め設定されているので、塩化物回収運転を自動的に実施することができるため、塩化物回収運転を実施するための室外機制御基板上に設置された専用スイッチ等での回収運転開始指示を必要としないため、塩化物回収運転の実施の忘れを防ぎ、圧縮機１の信頼性を確保できる。

また、冷房、暖房運転の何れの場合でも、塩化物回収運転を行うことができるので、冬場などに室内機を据え付けた空間が冷えてしまうという問題は発生しない。

また、塩化物回収運転が終了すれば、塩化物回収回路は冷凍サイクルから遮断されるので、塩化物が再び冷凍サイクルに流出することはない。

実施の形態２．
図２は実施の形態２を示す図で、空気調和機の冷媒配管系統図である。図２において、冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機１、ガス冷媒中の冷凍機油を分離する油分離器１１、冷媒の流れを切り替える四方切替弁２、室外熱交換器３、減圧装置である電子膨張弁４、室内熱交換器５、余剰冷媒貯留用のアキュムレータ１３、油分離器１１でガス冷媒から分離した油を圧縮機吸入側へ戻すための第１の毛細管である毛細管１２ａを備える。

次に塩化物回収回路について説明する。塩化物回収回路は、電磁弁６、流量調整用の第２の毛細管である毛細管１２ｂ、塩化物回収手段１０を備える。

先ず、空気調和機の通常の運転状態について説明する。圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒は油分離器１１にてガス冷媒中の冷凍機油を分離された後、四方切替弁２に入る。冷房運転時には実線で示すように四方切替弁２から室外熱交換器３（凝縮器として働く）に入り冷却され凝縮液化した後電子膨張弁４に至る。電子膨張弁４により減圧され湿り状態になった後、室内熱交換器５（蒸発器として働く）に入り、加熱され蒸発した後四方切替弁２を通り余剰冷媒を貯留するアキュムレータ１３を通り、圧縮機１に戻る。油分離器１１にて分離された冷凍機油は、毛細管１２ａを通り圧縮機１の吸入側に戻る。

暖房運転時は四方切替弁２により、破線で示すように冷房時と逆の冷媒の流れとなる。四方切替弁２から室内熱交換器５（凝縮器として働く）に入り冷却され凝縮液化した後電子膨張弁４に至る。電子膨張弁４により減圧され湿り状態になった後、室外熱交換器３（蒸発器として働く）に入り、加熱され蒸発した後四方切替弁２を通り余剰冷媒を貯留するアキュムレータ１３を通り、圧縮機１に戻る。油分離器１１にて分離された冷凍機油は、毛細管１２ａを通り圧縮機１の吸入側に戻る。

減圧装置である電子膨張弁４は、凝縮器のサブクールが予め定められた設定値となるように開度制御を実施している。サブクールの検出方法は、冷房時は室外熱交換器３に取り付けられた室外機二相管センサ１６と室外機液管センサ１７を、暖房時は室内熱交換器５に取り付けられた室内機二相管センサ１８と室内機液管センサ１９を、それぞれ用いてサブクールの検出を行う。

次に塩化物回収運転時の動作について説明する。
上記実施の形態１と同様、塩化物回収運転は、新冷媒用空気調和機が据付られた後の運転開始時に、回収運転が所定時間行われるように予め設定されている。

先ず、冷房運転時には、圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒は油分離器１１に至り、ここで冷凍機油が分離される。ガス冷媒はその後四方切替弁２へと流れるが、分離された冷凍機油は毛細管１２ａを通り圧縮機１の吸入側に戻る。その際、電磁弁６を全開とすることで、冷凍機油の一部が毛細管１２ｂを通り塩化物回収手段１０を通り圧縮機１の吸入側へ戻ることとなり、冷凍機油中に含まれる塩化化合物を吸着・除去することが可能となる。

暖房時も全く同じ動作で、冷凍機油中に含まれる塩化化合物の回収が可能となる。

塩化物回収手段１０の設置場所は、基本的には冷媒が流通するところならば何処に設置しても塩化化合物を吸着・除去することが可能であるが、冷凍機油が多く流れる、油分離器１１と圧縮機１の吸入管とを連通する油戻し回路内に設置すると塩化化合物の回収結果が良好であることを実験的に確認した。

塩化物回収手段１０にて塩化化合物を回収する場合、冷凍機油をより多く流した方が効率的に短時間で回収を行えるため、油分離器１１の分離効率や毛細管１２ａ及び毛細管１２ｂの設定が重要となる。

従って油分離器１１は、分離効率の高いものを（例えば遠心分離式）、また毛細管のサイズの設定としては、それぞれの毛細管を流れる冷凍機油量が、
毛細管１２ｂの冷凍機油流量＞毛細管１２ａの冷凍機油流量
となるようにそれぞれの毛細管の内径・長さを設定することが望ましい。このようにすることにより、塩化化合物を効率的に短時間で回収を行える。

また、塩化物回収運転時も、電子膨張弁４は通常運転時と同様に凝縮器のサブクールによる開度制御を実施しているため、大幅な性能の低下等も起こさずに通常運転時とほぼ同様な運転を行うことが可能となる。

上述の実施の形態によれば、塩化物回収手段１０を、圧縮機１と四方切替弁２との間に設置された油分離器１１と、圧縮機１の吸入管との間に電磁弁６を介して設け、塩化物回収運転は、新冷媒用空気調和機が据付られた後の運転開始時に、回収運転が所定時間行われるように予め設定されているので、空気調和機の運転モードに依存せずに塩化物回収運転を自動的に実施することができ、塩化物回収運転を実施するための室外機制御基板上に設置された専用スイッチ等での回収運転開始指示を必要としないため、塩化物回収運転の実施の忘れを防ぎ、圧縮機１の信頼性を確保できる。

また、冷房、暖房運転の何れの場合でも、塩化物回収運転を行うことができるので、冬場などに室内機を据え付けた空間が冷えてしまうという問題は発生しない。

実施の形態１を示す図で、空気調和機の冷媒配管系統図である。 実施の形態２を示す図で、空気調和機の冷媒配管系統図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方切替弁、３ 室外熱交換器、４,４ａ,４ｂ 電子膨張弁、５ 室内熱交換器、６ 電磁弁、７ レシーバ、８ａ,８ｂ,８ｃ 逆止弁、９ 吸入配管、１０ 塩化物回収手段、１１ 油分離器、１２ａ,１２ｂ 毛細管、１３ アキュムレータ、１４ ガス冷媒配管、１５ 液冷媒配管、１６ 室外機二相管センサ、１７ 室外機液管センサ、１８ 室内機二相管センサ、１９ 室内機液管センサ。

Claims (4)

1. 冷媒として塩素を含む弗化炭素水素系冷媒を使用していた冷凍空調装置を、塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用する冷凍空調装置に交換する際に、冷媒配管は前記塩素を含む弗化炭素水素系冷媒で使用していたものを再利用して新冷媒回路を形成する冷凍空調装置において、
   圧縮機、四方切替弁、熱源側熱交換器、第１の絞り装置、余剰冷媒を貯留するレシーバ、第２の絞り装置、利用側熱交換器を順次接続した冷凍サイクルと、
   電磁弁、活性炭を有する塩化物回収手段、逆止弁を有し、前記第１の絞り装置及び第２の絞り装置に並列に接続された塩化物回収回路と、を備え、
   当該冷凍空調装置の据付直後における冷房運転開始時に、前記第１の絞り装置を閉じ、前記塩化物回収回路の電磁弁を開いて、前記熱源側熱交換器、前記電磁弁、前記塩化物回収手段、前記レシーバ、前記第２の絞り装置、前記利用側熱交換器の順に冷媒が流れる回路を形成し、所定時間経過後前記電磁弁を閉じると共に前記第１の絞り装置を開いて通常の冷媒回路にて冷房運転を行うように制御し、
   又は、当該冷凍空調装置の据付直後における暖房運転開始時に、前記第２の絞り装置を閉じ、前記塩化物回収回路の電磁弁を開いて、前記利用側熱交換器、前記電磁弁、前記塩化物回収手段、前記レシーバ、前記第１の絞り装置、前記熱源側熱交換器の順に冷媒が流れる回路を形成し、所定時間経過後前記電磁弁を閉じると共に前記第２の絞り装置を開いて通常の冷媒回路にて暖房運転を行うように制御することを特徴とする冷凍空調装置。
2. 前記余剰冷媒を貯留するレシーバ内を、前記四方切替弁から前記圧縮機の吸入部に接続する吸入管が貫通し、この吸入管内を流れる冷媒が、前記余剰冷媒と熱交換することを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
3. 冷媒として塩素を含む弗化炭素水素系冷媒を使用していた冷凍空調装置を、塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用する冷凍空調装置に交換する際に、冷媒配管は前記塩素を含む弗化炭素水素系冷媒で使用していたものを再利用して新冷媒回路を形成する冷凍空調装置において、
   圧縮機、油分離器、四方切替弁、熱源側熱交換器、絞り装置、利用側熱交換器、アキュムレータを順次接続し、前記油分離器を第１の毛細管を経て前記圧縮機の吸入管に接続する冷凍サイクルと、
   電磁弁、第２の毛細管、活性炭を有する塩化物回収手段を有し、前記油分離器と前記圧縮機の吸入管との間に設けられた塩化物回収回路と、を備え、
   当該冷凍空調装置の据付直後における冷房又は暖房運転開始時に、前記塩化物回収回路の電磁弁を開き、前記塩化物回収手段により冷凍機油中の塩化物を回収する運転を行い、所定時間経過後前記塩化物回収回路の電磁弁を閉じて通常の冷房又は暖房運転に移行するように制御することを特徴とする冷凍空調装置。
4. 前記油分離器は、分離効率の高い遠心分離式のものを用い、また前記第１、第２の毛細管のサイズは、それぞれの毛細管を流れる冷凍機油量が、
   第２の毛細管の冷凍機油流量＞第１の毛細管の冷凍機油流量
   となるようにそれぞれの毛細管の内径・長さを設定することを特徴とする請求項３記載の冷凍空調装置。

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