JP4114011B2 - 冷凍サイクル装置及びそれに用いられるレシーバ - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルを利用した空気調和機、冷凍機などの冷凍サイクル装置及びそれに用いられるレシーバに関し、特に、ＣＦＣ系又はＨＣＦＣ系冷媒と、冷凍機油として鉱油を用いたものからＨＦＣ系冷媒と、ＨＦＣ用冷凍機油を用いたものに交換するものに好適である。

ＣＦＣ系冷媒またはＨＣＦＣ系冷媒と、冷凍機油として鉱油を使用した空気調和機（旧機）から鉱油とは相溶性のない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内には汚染物質（不純物）が残留する。この不純物は新機に使用したＨＦＣ系冷媒とは不溶、又は弱溶解成分である旧機に封入された冷凍機油（鉱油、アルキルベンゼンなど）、冷凍機油の酸化劣化反応物、酸化スケール、塩素系化合物などである。

上記の既設配管を利用する方法では、接続配管内に残留した不純物により新機内の冷凍機油が劣化する。さらに、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り、空気調和機の信頼性を著しく損なう恐れがある。
そのため、既設配管を利用するに際して、接続配管内に残留した不純物を回収する洗浄運転を実施することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

特開２０００−９３６８号公報

上記従来技術においては、利用側熱交換器と圧縮機との間、ガス冷媒となる位置に異物補足手段を配置しているので、ＨＦＣ用冷凍機油と気体異物は混合され、異物補足手段を何回か繰り返して通さなければならなかった。そのため、旧機から新機に入れ換えた後に接続配管内の洗浄運転を比較的に長い間に渡って、例えば１〜２時間位実施する必要があった。つまり、空気調和機の入れ換え工事、リニューアル工事の作業時間が長くならざるを得なかった。また、特にビル用マルチの空気調和機の場合、冷媒配管は施工されている配管長が長いだけでなく、主管のほか複数台接続された室内ユニットへの枝管が多いなど複雑で冷凍機油の回収が困難であった。

本発明の目的は、再利用した接続配管内に残留した不純物をタンク内で効率良く回収し、リニューアル工事を短時間で可能とすると共に、信頼性及び性能を向上することにある。

また、他の目的は、不純物を回収するタンクの構造を簡単にし、生産性が良く、小型でコンパクトなものにすることにある。

上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機、熱源機側熱交換器、膨張装置、利用側熱交換器を順次接続した冷凍サイクル装置において、前記熱源機側熱交換器から前記利用側熱交換器に至る間で液冷媒を貯留するレシーバと、前記レシーバ内に設けられるフィルタと、前記レシーバの底部に向かって前記フィルタよりも先端が突き出すように配置され、冷媒を導入又は導出する冷媒出入口配管と、前記冷媒出入口配管の前記先端に設けられたストレーナとを備え、前記フィルタはその上下を板状で角部が折り曲げられたツメを有するオサエイタで挟み込まれ、前記ツメのバネ性によって前記フィルタは前記レシーバ内に内壁と間隙を持って配置されていることを特徴とするものである。

また、上記のものにおいて、前記フィルタは、前記冷媒出入口配管の配管方向に、同一形状で薄板の円板状の物が複数枚積層されて構成され、かつこの積層する員数は、前記レシーバの容量またはレシーバに内蔵するフィルタの必要容量に応じて決定されていることことが望ましい。

さらに、本発明の他の特徴は、圧縮機、熱源機側熱交換器、膨張装置、利用側熱交換器を順次接続した冷凍サイクル装置の液冷媒を貯留し、内部にフィルタを有するレシーバであって、冷媒を導入又は導出する一組の冷媒出入口配管とレシーバの上部キャップとを有する第１組部品と、フィルタを複数枚積層しその上下を板状で角部が折り曲げられたツメを有するオサエイタで挟み込まれた第２組部品と、レシーバの下部キャップとボディを溶接した第３組部品とを組み立てて構成されると共に、前記オサエイタが有するツメのバネ性によって前記フィルタは前記レシーバ内に内壁と間隙を持って配置されていることにある。

本発明によれば、液冷媒となる位置のタンク内に粘度の差を利用してフィルタによって鉱油を捕捉するようにしたので、鉱油の捕捉を確実にし、ＨＦＣ用冷凍機油の劣化を抑制することができる。

また、不純物を回収するタンクにフィルタを内蔵するにあたって、冷媒出入口配管がフィルタを貫通するようにしたので、タンクの構造が簡単になり、タンク及び冷凍サイクル装置としても生産性が良く、小型でコンパクトなものにすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
既設配管内に残留した冷媒不溶成分または冷媒に対して弱溶解成分を回収する方法について説明する。以下、既設配管内に残留した冷媒不溶成分としては鉱油と説明する。
ＣＦＣやＨＣＦＣを使った空気調和装置が老朽化した場合、空気調和装置である室外機と室内機とを交換する。つまり、ＣＦＣまたはＨＣＦＣ冷媒を回収し、室外機１１または室外機１１と室内機２０を図７に示すものと交換する。液接続配管７とガス接続配管８は旧機のものを再利用する。室外機１１には予めＨＦＣが充填されているので、阻止弁６、９は閉じたまま室内機２０、液接続配管７とガス接続配管８を接続状態で真空引きをし、その後阻止弁６、または阻止弁６、９の開弁とＨＦＣの追加充填を実施する。

冷房運転の場合、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は圧縮機１から吐出され、ガス冷媒が四方弁２を経て、熱源機側熱交換器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、余剰冷媒はタンク５に貯留され、残りが阻止弁６を経て室内機２０へ送られる。送られた液冷媒は、第２の膨張装置２１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２２で空気など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９、四方弁２、アキュムレ−タ１０を経て圧縮機１へ戻る。

暖房運転の場合、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒はＨＦＣ用冷凍機油と共に圧縮機１から吐出され、四方弁２、阻止弁９を経て利用側熱交換器２２へ流入し、ここで空気など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、タンク５へ流入し、第１の膨張装置４で減圧され熱源機側熱交換器３で空気・水など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、アキュムレ−タ１０を経て圧縮機１へ戻る。

鉱油はＨＦＣ系冷媒（Ｒ４１０Ａなど）にはほとんど溶解せず、一方ＨＦＣ用冷凍機油（エーテル油など）には溶解する。そして、鉱油はＨＦＣ用冷凍機油が多く存在する圧縮機１内では分離せず、液冷媒が多く存在する液接続配管部７およびタンク（レシーバ）５内で分離する。

タンク５内には、フィルタ５４が設けられ、メッシュ数が比較的大きい繊維性の材料であり、その繊維の材質として、ポリエステル、ポリプロピレンの少なくとも１つで構成されている。液冷媒および液冷媒に溶解したＨＦＣ用冷凍機油は粘度が低い液体であるのに対して、鉱油は液冷媒および液冷媒に溶解したＨＦＣ用冷凍機油に比べて粘度が著しく高い液体である。そのため、液冷媒および液冷媒に溶解したＨＦＣ用冷凍機油はフィルタ５４を通過するのに対して、鉱油はメッシュ数の大きいフィルタ５４の繊維間に引っかかり、その後毛細管現象により繊維内部へ捕捉される。また、冷凍機油に劣化した鉱油が混入すると冷凍機油の劣化は促進され、温度が高いほどその劣化は加速される傾向にありますが、フィルタ５４を配置したタンク５内で鉱油を分離、捕捉することで劣化した鉱油を高温の圧縮機内から分離することができ、冷凍機油の劣化を抑制してシステムとしての信頼性を高めることができる。

図１０は、タンク５を組み立てる手順を示し、下右図及び図１はタンク５が組み立てられた状態を示している。

まず、図１０の上左図のようにタンク上部のキャップ５３ｂ、冷媒出入口配管５１、ストレーナ５２を一体の纏め部品、上右図のようにフィルタ５４の積層を一体の纏め部品とし、つぎに下左図のようにタンク５のボディ５３ａ、タンク５下部のキャップ５３ｃを一体の纏め部品とする。そして、一体纏め部品を３点にしてからタンク５を組み立てているので、ボディ５３ａの中にフィルタ５４を内蔵する前にボディ５３ａとタンク５下部のキャップ５３ｃの溶接を実施することができ、フィルタ５４の繊維が熱で劣化することを防ぐことができる。また、フィルタ５４を一体の纏め部品点数が３点となるまで部品として組付けないでおくことにより、フィルタ５４の汚れ、不要水分の吸湿による劣化を防止できる、より一層、信頼性が向上し、組立時の扱いが容易となり、生産性も向上できる。

図２は、タンク５の平面図、図３はフィルタ５４がタンク５内で層状に構成されている状態を示し、フィルタ５４は、冷媒出入口配管５１の配管方向に同一形状、円板状の物を積層する。この積層する員数は、タンク５の容量またはタンク５に内蔵するフィルタ５４の必要容量に合わせて決定される。したがって、同一形状のフィルタ５４の要素で異なる容量に対応する事ができ、フィルタ５４の量産性が向上され、低価格化を図ることができる。

図６は、タンク５内に積層されたフィルタ５４を収納するオサエイタ５５を示しており、図２の平面図に示すようにオサエイタ５５は、上方から見て四角形状で、その頂点がボディ５３ａの内周に４個所が接触するように折り曲げられ、バネ性を持ってそれぞれ固定されている。したがって、フィルタ５４の上下に設けられたオサエイタ５５にてフィルタ５４が輸送による振動及び冷凍サイクルの圧力変動等があっても上下及び横方向に動かないように固定される。また、オサエイタ５５により、フィルタ５４が上下方向に動かないように防振されるので、フィルタ５４繊維の破壊、解れが防止され、信頼性が向上する。

また、冷媒出入口配管５１配管形状が変形してもフィルタ５４がボディ５３ａと接触することが無く、組立中においても同様にボディ５３ａとの接触を避けることができ、生産性の向上を図ることができる。そして、フィルタ５４とオサエイタ５５との接触部がツメとしてバネ性を持っているので、フィルタ５４とボディ５３ａとの隙間を均一にすることが容易となる。

図４は、冷媒出入口配管５１の先端に取り付けられたメッシュ構造のストレーナ５２部位の拡大図を示し、冷媒出入口配管５１側に対して先端部が小さくなる先細り形状とされている。そして、冷媒出入口配管５１の配管内径は、冷凍サイクルが想定している冷媒循環量等から必要な内径（内面積）を決定するが、メッシュ構造の面積、スクリーン部開口面積は、冷媒出入口配管５１の内面積に対して３倍以上となるようにし、ストレーナ５２が冷媒出入口配管５１より露出（突き出した）形状としている。これにより、フィルタ５４の繊維が目詰まりした場合においても機器に必要な循環量が確保できる。

また、冷凍サイクルの運転状態に合わせて余剰の冷媒がタンク５内に液状態で溜まることにより、冷凍サイクルが安定するようになっているが、このとき液冷媒は、タンク５の底部より溜まる。そこで、ストレーナ５２をタンク５の最下部に設け、液冷媒の溜まりこみにより、ストレーナ５２のメッシュ部位にフィルタ５４の繊維が目詰まりした場合においても、フィルタ５４の繊維が液冷媒の液面高さにより、液面へ浮上するようにする。つまり、ストレーナ５２が液冷媒の液面高さより、下にあるように配置して、フィルタ５４の繊維がストレーナ５２から冷媒液により取り除かれ、ストレーナ５２の目詰まりした場合に起きる冷媒流れ圧力損失による性能低下を防止する。

さらに、冷媒出入口配管５１の先端に、フィルタ５４の繊維より目の細かい網状のメッシュストレーナとなるストレーナ５２を取り付けているので、フィルタ５４の繊維が解れたとしても、タンク５の外に放出されず、繊維が冷媒と供に流出し、冷凍サイクルの途中で詰まることがなく、空気調和機としての信頼性を損なうことがない。

冷媒に使用する耐圧容器構造として、ボディ５３ａとキャップ５３ｂ、５３ｃの組立は溶接により結合される。そして、溶接温度は、非常に高温となるため、フィルタ５４の最高使用温度を超え、フィルタ５４の繊維を熱で劣化し、冷媒不溶成分を捕捉できなくなる。そこで、溶接により高温となるボディ５３ａのタンク５内面温度上昇が、フィルタ５４の最高使用温度以下となるようにボディ５３ａとフィルタ５４の間に所定の間隔を設けるようにする。
図５は、フィルタ５４を冷媒出入口配管５１の関係を示す斜視図であり、フィルタ５４に穴が２箇所設けられ、冷媒出入口配管５１が挿入されて、フィルタ５４を貫通するようになっている。そして、フィルタ５４の直径は、タンク５の内径よりも小さくされ、オサエイタ５５で固定されるので、ボディ５３ａとは非接触となる位置に固定されている。

また、フィルタ５４に貫通穴を開けるのに替えて、その形状を図８のように切り欠き部を２箇所設けても良い。これによれば、図８の矢印に示すように冷媒出入口配管５１を組み立てれば良いので、作業性が改善される。さらに、図９に示すように、オサエイタ５５に替えて、板状の部材５６、５７とし、フィルタ５４を四角柱状として、さらに板状の部材５７に対して板状の部材５６が直交するように配置して挟み込みフィルタ５４を固定しても良い。これによれば、フィルタ５４の形状が簡単となり、組立も容易であるため、低価格化するのに都合が良い。

以上、フィルタ５４はタンク５内に配置することで、圧縮機１内からＨＦＣ用冷凍機油ととも吐出された鉱油は液接続配管部７およびタンク５内で分離し、その分離した鉱油のみをフィルタ５４にて捕捉することが可能となる。圧縮機１の形態として圧縮機１内の冷凍機油貯留部の圧力が高い高圧チャンバー方式、あるいは圧縮機１の吐出部にオイルセパレータを配置している場合には、圧縮機１内あるいはオイルセパレータ内に貯留した冷凍機油の温度は高温なる。一方、液接続配管部７およびタンク５の温度はその温度よりも低くなる。そして、冷凍機油の劣化は、温度が上昇するほど促進し、さらにＨＦＣ用冷凍機油の劣化は既設配管内に残留した鉱油（劣化油）の混入量が多いほど劣化は促進するので、圧縮機１内あるいはオイルセパレータ内よりも低温のタンク５で鉱油を捕捉することにより、ＨＦＣ用冷凍機油の劣化を抑制することができる。

また、タンク５に設けられた冷媒出入口配管５１の先端部にフィルタ繊維より微細な目のストレーナ５２を設けた（冷媒の流れ方向が特定できる場合においては、出口側となる配管先端部にストレーナを設ける）ので、フィルタの繊維が解れた場合においても、フィルタ繊維により冷凍サイクルの詰まり、効率の低下など、冷凍サイクルの信頼性を著しく低下させることがない。さらに、フィルタ自身を全てストレーナにより包み込むことでも良い。

さらに、ストレーナ表面積は、解れたフィルタ繊維がストレーナ部位で溜まった場合においても冷媒出入口配管と同等以上の流路が確保できるよう冷媒出入口配管の内面積比３倍以上とし、ストレーナの配置をタンク最下部に配置したので、解れたフィルタ繊維がストレーナ部位に過大に溜まった場合においても、タンク内の液冷媒によりフィルタ繊維が冷媒液面上に浮上し、ストレーナの目詰まりが防止できる。

さらに、タンク５内の冷媒出入口配管５１がフィルタ５４を貫通する構造とし、タンク５のボディに直接接触しないので、タンク製作時のボディとキャップ部の溶接作業による熱がフィルタに直接フィルタ５４に加わらないため、熱によるフィルタ５４の信頼性低下を防止でき、溶接工程におけるフィルタ５４に対する温度管理も容易となり、生産性を向上、容易にタンクを製作できる。そして、冷媒出入口配管５１を貫通させるフィルタの形状としては、丸穴および切り欠きでもよく、２本の配管によりフィルタを挟み込み固定することによっても、タンク５を構成する外郭容器部分のボディに直接接触しないようにできる。

さらに、同一形状のフィルタを複数枚積層することでボディ長手方向の寸法変更によりタンク容量が変る場合においても、フィルタ積層枚数調整により、異なる容量を同一形状のフィルタ部品を使用枚数により任意のフィルタ容量が選択でき、タンク取り付け構造およびフィルタ部品を共用化できる。

さらに、フィルタ５４を固定するオサエイタ５５の形状は、タンク５のボディに対して３個所または４個所での部分接触となる形状をしているので、フィルタ５４の取り付け位置が中心に保持しやすく、タンク５の組立時において、ボディとフィルタ５４の隙間を均一に管理すること、タンク５へのフィルタを挿入すること、が容易にできる。

本発明の一実施の形態によるレシーバ（タンク）の正面図。 図１の上面より見た平面図。 本発明の一実施の形態によるレシーバ（タンク）側断面図。 一実施の形態による冷媒出入口配管の先端部の拡大図。 一実施の形態によるフィルタ取り付け部の斜視図。 一実施の形態によるオサエイタを示すレシーバ（タンク）正面図。 本発明による−実施の形態を示すサイクル系統図。 他の実施の形態によるフィルタ取り付け部を示す斜視図。 さらに、他の実施の形態によるフィルタ取り付け部を示す斜視図。 一実施の形態によるレシーバ（タンク）の組み立て方を示す組立説明図。

符号の説明

１…圧縮機、２…四方弁、３…熱源機側熱交換器、４…第一の膨張装置、５…タンク、６、９…阻止弁、７…液接続配管、８…ガス接続配管、１０…アキュムレータ、１１…室外機、２０ａ，２０ｂ…室内機、２１ａ，２１ｂ…第２の膨張装置、２２ａ，２２ｂ…利用側熱交換器、５１ａ，５１ｂ…冷媒出入口配管、５２ａ，５２ｂ…ストレーナ、５３ａ…ボディ、５３ｂ，５３ｃ…キャップ、５４…フィルタ、５５ａ，５５ｂ…オサエイタ、５６…シキリイタ、５７…固定板。

Claims (3)

1. 圧縮機、熱源機側熱交換器、膨張装置、利用側熱交換器を順次接続した冷凍サイクル装置において、
   前記熱源機側熱交換器から前記利用側熱交換器に至る間で液冷媒を貯留するレシーバと、
   前記レシーバ内に設けられるフィルタと、
   前記レシーバの底部に向かって前記フィルタよりも先端が突き出すように配置され、冷媒を導入又は導出する冷媒出入口配管と、
   前記冷媒出入口配管の前記先端に設けられたストレーナとを備え、
   前記フィルタはその上下を板状で角部が折り曲げられたツメを有するオサエイタで挟み込まれ、前記ツメのバネ性によって前記フィルタは前記レシーバ内に内壁と間隙を持って配置される
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記フィルタは、前記冷媒出入口配管の配管方向に、同一形状で薄板の円板状の物が複数枚積層されて構成され、かつこの積層する員数は、前記レシーバの容量またはレシーバに内蔵するフィルタの必要容量に応じて決定されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 圧縮機、熱源機側熱交換器、膨張装置、利用側熱交換器を順次接続した冷凍サイクル装置の液冷媒を貯留し、内部にフィルタを有するレシーバであって、
   冷媒を導入又は導出する一組の冷媒出入口配管と前記レシーバの上部キャップとを有する第１組部品と、
   前記フィルタを複数枚積層しその上下を板状で角部が折り曲げられたツメを有するオサエイタで挟み込まれた第２組部品と、
   前記レシーバの下部キャップとボディを溶接した第３組部品と、
   を組み立てて構成されると共に、前記オサエイタが有するツメのバネ性によって前記フィルタは前記レシーバ内に内壁と間隙を持って配置されていることを特徴とするレシーバ。

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