JP4120221B2 - 冷媒及び油回収運転方法、および、冷媒及び油の回収制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
この発明は、冷媒及び油回収運転方法に関するものであって、特に既設連絡配管内の残留冷凍機油、冷凍機油以外の油、水分、空気、磨耗金属粉、ゴミ等のコンタミ物質を冷媒と共に効果的に回収して、既設連絡配管を再利用する場合の各種トラブルの発生を抑制することが可能な冷媒及び油回収運転方法、および、冷媒及び油の回収制御装置に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
フロン系冷媒がフロン規制の対象となったことから、その代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が用いられるようになってきている。このＨＦＣ系冷媒は、分子構造中に塩素原子を含んでいないため、圧縮機の潤滑性能が低下する。また、ＨＦＣ系冷媒はその構造上極性が強いため、非極性のスラッジやコンタミ物質（鉱油など）を溶解させず、凝縮した液冷媒中に析出させ易い性質がある。析出物はキャピラリチューブや膨張弁等の狭隘な部分に付着し、詰まりを生ずる。その結果、圧縮機の吐出温度上昇による異常停止や、膨張弁の作動不良による圧縮機故障の原因になるので、十分対応しておく必要がある。
【０００３】
また、このＨＦＣ系冷媒に対しては、冷凍機油としては、冷媒との相互溶解性が重要な特性の一つとなるため、エーテル油やエステル油等の合成油が用いられている。しかしながら、上記合成油は極性が強く、そのため冷凍機油及び冷媒以外の残留不純物を溶かし易いという性質を有している。そのため冷凍機油として合成油を用いた冷凍装置では、電動膨張弁で構成された減圧機構において、冷媒が蒸発した後のスラッジ等による詰まりが生じ易く、これによって冷凍サイクルに異常が発生するという問題が生じ易い。
【０００４】
ところで、マンション、ビル等においては冷媒配管が壁面内に埋設されていることが多いが、このように冷媒配管が埋設されている場合において、既設の空気調和機を撤去して新たな空気調和機を設置する場合には、既設連絡配管内における残留冷凍機油等のコンタミ物質の存在が問題となる。特に、上記のようにＨＦＣ系冷媒を使用する場合には、この既設連絡配管内の残留コンタミ物質をできるだけ除去しておく必要がある。そのため従来より、既設の空気調和機を撤去した後、既設連絡配管内を洗浄して残留冷凍機油をはじめとするコンタミ物質を除去して清浄度を確保した上で、新たな空気調和機を設置する方法が実施されている。
【０００５】
しかしながら上記のように既設連絡配管内を洗浄する従来の方法は、多くの手数と時間とを要し、そのため新たな空気調和機の設置に多大なコストを要するという問題がある。
【０００６】
（発明の開示）
この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、既設連絡配管内の清浄度を安価に確保することが可能であり、そのため新たな空気調和機の設置を低コストに実施可能な冷媒及び油回収運転方法、および、冷媒及び油の回収制御装置を提供することにある。
【０００７】
そこで、この発明の冷媒及び油回収運転方法は、
冷媒回路中の冷媒を回収する冷媒及び油回収運転方法において、
冷媒回路内の冷凍機油等のコンタミ物質が冷媒と溶解する温度以上に冷媒を昇温させた状態で冷媒及び油回収運転を行なうことを特徴とする冷媒及び油回収運転方法であって、
圧縮機、熱源側熱交換器、減圧機構、利用側熱交換器を有する空気調和機において、
暖房運転モードで配管加熱運転を行なった後、上記熱源側熱交換器側に冷媒を回収する冷媒及び油回収運転を行なう
ことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、冷媒回路内の冷凍機油等のコンタミ物質が冷媒と溶解する温度以上に冷媒を昇温させた状態で冷媒及び油回収運転を行なうので、残された冷媒配管、例えば既設連絡配管内の清浄度を確保することができる。
【０００９】
さらに、暖房運転モードで配管加熱運転を行なうことによって、冷媒回路内の冷凍機油等のコンタミ物質が冷媒と溶解する温度以上に冷媒を昇温させた状態で冷媒及び油回収運転を行なうことが可能であるので、残された冷媒配管、例えば既設連絡配管内の清浄度を確保することができる。
【００１０】
この実施例は、上記圧縮機から熱源側熱交換器に至る配管温度が３０°Ｃ以上になった後に所定時間だけ継続したり、利用側熱交換器５の温度が３０°Ｃ以上になった後に所定時間だけ継続したり、あるいは、圧縮機の吐出温度が４０°Ｃ以上になった後に所定時間だけ継続すればよい。また、上記継続時間は、約１０分以上とするのが好ましい。なお、上記配管加熱運転は、予め設定した所定時間だけ継続するようにすることも可能である。
【００１１】
上記配管加熱運転を行なった後に冷媒の温度が低下しないうちに、すなわち所定時間以内に冷媒及び油回収運転を開始するのが好ましく、実際的には上記所定時間を３０分以下とする。
【００１２】
上記配管加熱運転の後、冷房運転モードで冷媒及び油回収運転を行なってもよいし、また暖房運転モードで冷媒及び油回収運転を行なってもよい。なお、暖房運転モードで冷媒及び油回収運転を行なう場合には、運転モード変更が必要ないので、その実施が容易であるとの利点に加えて、さらに昇温された冷媒が冷却されることなくそのまま回収されることになるので、冷凍機油を含むコンタミ物質の残留量、及び劣化物やゴミ等の不純物を一段と低減できることになる。
【００１３】
また、この発明の冷媒及び油回収運転方法は、
運転モードを暖房運転モードに切換える第１のステップと、
この第１のステップの後、最大回転数で圧縮機を運転する第２のステップと、
上記第２のステップを終えて、所定時間が経過した後に均圧のために上記圧縮機を停止する第３のステップと、
上記第３のステップの後、運転モードを冷房運転モードに切換えると共に、液閉鎖弁を閉鎖する第４のステップと、
上記第４のステップの後、上記圧縮機を運転して、冷媒及び油を熱源側熱交換器に回収する第５のステップ
を備えたことを特徴としている。
【００１４】
この実施例によれば、上記配管加熱運転を暖房運転モードで行うと共に、上記冷媒及び油回収運転を冷房運転モードで作業性良く行うことができる。
【００１５】
また、この発明の冷媒及び油の回収制御装置は、
圧縮機，四路切換弁，室外熱交換器，減圧機構，室内熱交換器，液閉鎖弁を有する空気調和機を、
上記四路切換弁を暖房運転モードに切換え、
最大回転数で上記圧縮機を運転し、
所定時間が経過した後に上記圧縮機を停止し、
上記四路切換弁を冷房運転モードに切換え、
上記液閉鎖弁を閉鎖し、
上記圧縮機を運転する
ように順次制御して、冷媒及び油の上記室外熱交換器への回収動作を行うことを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、冷媒回路内の冷凍機油が冷媒と溶解する温度以上に冷媒を昇温させた状態で、上記ポンプダウン運転によって冷媒及び油を回収することが可能になり、例えば既設連絡配管等の冷媒配管内の清浄度を確保することができる。
【００１７】
（発明を実施するための最良の形態）
次に、この発明の冷媒及び油回収運転方法および冷媒及び油の回収制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
まず、本発明者は、冷媒及び油回収運転（ポンプダウン運転）に着目し、この冷媒及び油回収運転によって、残留冷凍機油量がどのように変化するのかについて検討した。この残留冷凍機油は、新たな空気調和機に対しては、冷凍機油以外の油、水分、空気、磨耗金属粉、ゴミ等と共にコンタミ物質となるものである。通常の冷媒及び油回収運転について簡単に説明すると、これは、図１に示すように、圧縮機１の吐出側と吸込側とを四路切換弁２の１次ポートに接続すると共に、四路切換弁２の２次ポートに室外熱交換器３、電動膨張弁４、室内熱交換器５を順に接続して冷媒回路を構成した空気調和機において、液閉鎖弁６を閉じた状態で冷房運転を行ない、液冷媒を室外熱交換器３に回収する運転のことである。なお、図１において、７、８は室外機１０と室内機１１とを接続する連絡配管であり、マンション、ビル等においては、通常は壁面内又は天吊面内に埋設されている。そしてこのような冷媒及び油回収運転を行なった後において、連絡配管７、８内にどの程度の冷凍機油が残留コンタミ物質として残留しているのかについて検討した。
【００１９】
その結果を図５に示している。同図においては、冷媒及び油回収運転を実施した場合と実施しない場合の連絡配管７、８内の残留冷凍機油量を対比して示しているが、それと共に、その直前の運転モードが冷房運転モードであった場合と暖房運転モードであった場合との残留冷凍機油量も対比して示している。そして同図から次のことが明らかとなった。まず、第１には、冷媒及び油回収運転を行なうと、運転モードにかかわらず残留冷凍機油は大幅に減少するということである。また、第２には、冷房運転モードのときと暖房運転モードのときとを比較すると、冷媒及び油回収運転を行なう場合、及び行なわない場合のいずれの場合にも、残留冷凍機油量は、暖房運転モードにおいて大幅に減少するということである。そしてこのことから、直前の運転モードが暖房運転モードであり、冷媒及び油回収運転を行なった場合には、残留冷凍機油量、及び不純物が最も減少することが明らかである。
【００２０】
次に、直前の運転モードが暖房運転モードであれば、何故に残留冷凍機油量が減少するのかについて検討した。まず、冷房運転モードにおいては、室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器５が蒸発器として機能する。このとき連絡配管７、８においては、図２のモリエル線図から明らかなように、室内熱交換器５の入口側連絡配管７には、低温の気液混合の２相流が流れ、また出口側連絡配管８には、低温のガス冷媒が流れる。その一方、暖房運転モードにおいては、図３の冷媒回路図、及び図４のモリエル線図に示すように、凝縮器として機能する室内熱交換器５の入口側連絡配管８には、高温のガス冷媒が流れ、また出口側連絡配管７には、高温の液冷媒が流れる。
【００２１】
冷凍機油は、冷媒に対して、低温であるよりも高温である方が溶解し易く、またガス冷媒よりも液冷媒に溶解し易い性質を有している。従って、冷媒及び油回収運転の直前に暖房運転を行なっていた場合には、冷媒中には、冷房運転を行なっていた場合よりも多くの冷凍機油が溶解していたことになり、そのためこの冷凍機油が冷媒及び油回収運転と共に回収され、この結果、連絡配管７、８中の残留冷凍機油量が減少することになるのである。以下の実施形態は、このような知見に基づくものである。
【００２２】
（第１実施形態）
まず、図１及び図３に示す空気調和機が既設のものであることを前提として説明する。既設空気調和機の冷媒及び油回収運転に際しては、最初に四路切換弁２を暖房運転モードに切換え、暖房運転（配管加熱運転）を行なう。この暖房運転は、図６に示すように、約１０分〜２０分間行なう。暖房運転を開始すると、凝縮器として機能する室内熱交換器（利用側熱交換器）５及びその周辺の連絡配管７、８の温度が次第に上昇する。そして、室内熱交換器５の温度が３０°Ｃ以上になった状態を１０分間以上確保して暖房運転を終了する。このように室内熱交換器５の温度が３０°Ｃ以上になった状態は、冷媒回路内の冷凍機油、及びその他のコンタミ物質が冷媒と溶解する温度以上に冷媒を昇温させた状態である。そしてこの暖房運転の終了後、冷媒温度が低下しない内に、例えば３０分以内のできるだけ早い時期に、冷媒及び油回収運転を開始する。すなわち、四路切換弁２を冷房運転モードに切換えると共に、液閉鎖弁６を閉鎖した状態で冷房運転を行ない、冷媒を室外熱交換器（熱源側熱交換器）３に回収する。この冷媒及び油回収運転は、公知のポンプダウン運転と同様なものであり、約１〜２０分間行なう。
【００２３】
図７は、図１及び図３に示す制御装置１２による制御の下に実行される冷媒及び油回収処理動作のフローチャートである。ステップＳ1で、四路切換弁２が暖房運転モードに切換えられる。その場合、室内ファン（図示せず）をオフする一方、室外ファン（図示せず）をオンすることが望ましい。ステップＳ2で、圧縮機１が運転される。その場合、冷凍機油が冷媒中に溶解し易くして分離状態を無くすために、圧縮機１を最大回転数で運転して顕熱が最大になるようにする。ステップＳ3で、室内熱交換器５の温度が３０°Ｃ以上になった状態で１０分以上が経過したか否かが判別される。その結果、１０分以上経過していれば、ステップＳ4に進む。ステップＳ4で、均圧させるために圧縮機１が一旦停止される。尚、この圧縮機１の停止は、冷媒温度が低下しないように例えば３０分以内が望ましい。ステップＳ5で、四路切換弁２が冷房運転モードに切換えられる。また、液閉鎖弁６が閉鎖される。ステップＳ6で、圧縮機１が運転され、冷媒及び油が室外熱交換器（熱源側熱交換器）３に回収された後、冷媒及び油回収運転が終了される。
【００２４】
尚、その場合における上記冷媒及び油の回収終了の判断は、時間（２分〜３分）や、サービスポートに設けた温度センサや圧力センサ等のセンサ１３からの温度や圧力（真空圧力）を表わす信号に基づいて行う。
【００２５】
上記の冷媒及び油回収運転方法によれば、冷媒回路内の冷凍機油やコンタミ物質が冷媒と溶解する温度以上に冷媒を昇温させた状態で冷媒及び油回収運転を行なうので、残された冷媒配管、特に連絡配管７、８内の清浄度を確保することができる。従って、上記のように既設の空気調和機の冷媒及び油回収運転を行なった後、新たな空気調和機を設置する場合にも、従来のように既設連絡配管７、８内の洗浄を行なう必要がなくなり、この既設連絡配管７、８をそのまま新たな空気調和機のための連絡配管として利用でき、そのため新たな空気調和機の設置コストを大幅に低減することが可能となる。
【００２６】
上記においては、室内熱交換器５の温度（凝縮器温度）が３０°Ｃ以上になった状態を１０分以上確保した後、冷媒及び油回収運転を行なうようにしているが、この温度に関しては、理想的には、室内熱交換器５から室外熱交換器３へと至る冷媒配管の温度を検出し、その最低温度が３０°Ｃ以上になった状態が好ましい。なお、実用的には、圧縮機１から室内熱交換器５へと至る冷媒配管のいずれかの部位の温度を検出してもよいし、あるいは圧縮機１の吐出温度（検出吐出管温度や検出吐出圧力による推定温度）が４０°Ｃ以上になった状態を冷媒昇温状態とみなしてもよい。さらには、サービス時や据付け工事時には、液閉鎖弁６やガス閉鎖弁９に設けたサービスポートを利用した圧力測定による相当飽和温度が３０°Ｃ以上の状態を冷媒昇温状態とみなしてもよい。
【００２７】
上記方法による冷媒及び油回収運転のなされる既設の空気調和機においては、通常は冷媒として、ルームエアコンやパッケージエアコンの場合にはＲ２２、低温用エアコンの場合にはＲ５０２、大型チラータイプのエアコンの場合にはＲ１２やＲ２２が使用され、また冷凍機油としては、鉱油（スニソ油、アルキルベンゼン油、これらの混合油）が使用される。その一方、新たに設置される空気調和機においては、ルームエアコンやパッケージエアコンの場合にはＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ３２、Ｒ３２を少なくとも６０ｗｔ％以上含む混合冷媒、低温用エアコンの場合にはＲ４０４Ａ、大型チラータイプのエアコンの場合にはＲ１３４ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃが使用され、また冷凍機油としては主として合成油（エーテル油、エステル油、アルキルベンゼン油、これらの２種又は３種の混合油、鉱油、鉱油と前記２種又は３種の混合油）が使用される。このようにＨＦＣ系冷媒を使用する場合には、この既設連絡配管内の残留コンタミ物質をできるだけ除去しておく必要があるので、上記した冷媒及び油回収運転方法を実施しておけば、電動膨張弁４、あるいはキャピラリーチューブで構成された減圧機構において、冷媒が蒸発した後のスラッジ（ゴミ、劣化物）等による詰まりが生じ、これによって冷凍サイクルに異常が発生するという問題の発生を抑制できる。すなわち、圧縮機１の吐出温度上昇による異常停止や、膨張弁４の作動不良による圧縮機１の故障を抑制することが可能となるのである。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の冷媒及び油回収運転方法について説明する。これは上記第１実施形態において、暖房運転（配管加熱運転）を終了した後、冷房運転モードで冷媒を回収するのではなく、そのまま暖房運転モードのままで冷媒を回収する冷媒及び油回収運転を行なうのである。この場合、液閉鎖弁６にサービスポートを設けておき、室内熱交換器５で凝縮した液冷媒を、このサービスポートから回収容器等に回収するのである。また、上記サービスポートからではなく、凝縮器として機能している室内熱交換器５に回収するようにしてもよい。なお、暖房運転に関する温度、時間等の条件、及び冷媒及び油回収運転を開始するまでの時間等については、上記第１実施形態と同様である。この実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用、効果が得られるのに加えて、運転モード変更が必要ないので、その実施が容易であるとの利点に加えて、さらに昇温された冷媒が冷却されることなくそのまま回収されることになるので、冷凍機油を含むコンタミ物質の残留量を低減できるとの利点も生じる。
【００２９】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記においては、既設の空気調和機がＨＣＦＣ系の冷媒と鉱油とを使用したものであり、また新たに設置される空気調和機がＨＦＣ系の冷媒と合成油とを使用する場合に好適であるとの説明をしたが、既設の空気調和機がＨＦＣ系の冷媒と合成油とを使用したものであり、また新たに設置される空気調和機がＨＦＣ系の冷媒と合成油とを使用する場合にも好適である。もっとも既設、新設の両空気調和機がＨＣＦＣ系の冷媒と鉱油とを使用したものである場合にも、その適用が可能である。また、上記暖房運転（配管加熱運転）に関する温度、時間等の条件、及び冷媒及び油回収運転を開始するまでの時間等については、既設の空気調和機において使用している冷媒や冷凍機油の種類、あるいは外気温度等の周囲温度に応じて変更するのが好ましい。尚、コンタミ物質の代表例として冷凍機油を挙げたのは、連絡配管を残して既設の空気調和機を撤去して、新たな空気調和機を設置する場合に、この新たな空気調和機から見たら、既設の空気調和装置(油回収運転を行う装置)に用いていた冷凍機油は不純物となるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、この発明の実施の形態の冷媒及び油回収運転方法を説明するための空気調和機の冷房運転時の冷媒回路図である。
【図２】 図２は、上記空気調和機における運転状態を説明するための冷房運転時のモリエル線図である。
【図３】 図３は、この発明の実施の形態の冷媒及び油回収運転方法を説明するための空気調和機の暖房運転時の冷媒回路図である。
【図４】 図４は、上記空気調和機における運転状態を説明するための暖房運転時のモリエル線図である。
【図５】 図５は、既設連絡配管における残留冷凍機油量を冷媒及び油回収運転の有無、及び直前の運転状態との関連において示すグラフである。
【図６】 図６は、この発明の実施の形態の冷媒及び油回収運転方法を説明するためのタイムチャート図である。
【図７】 図７は、図１及び図３における制御装置による制御の下に行われる冷媒及び油回収処理動作のフローチャートである。

Claims (12)

1. 冷媒回路中の冷媒を回収する冷媒及び油回収運転方法において、
   冷媒回路内の冷凍機油等のコンタミ物質が冷媒と溶解する温度以上に冷媒を昇温させた状態で冷媒及び油回収運転を行なうことを特徴とする冷媒及び油回収運転方法であって、
   圧縮機（１）、熱源側熱交換器（３）、減圧機構（４）、利用側熱交換器（５）を有する空気調和機において、
   暖房運転モードで配管加熱運転を行なった後、上記熱源側熱交換器（３）側に冷媒を回収する冷媒及び油回収運転を行なう
   ことを特徴とする冷媒及び油回収運転方法。
2. 上記配管加熱運転は、圧縮機（１）から熱源側熱交換器（３）に至る配管温度が３０°Ｃ以上になった後、所定時間だけ継続することを特徴とする請求項１の冷媒及び油回収運転方法。
3. 上記配管加熱運転は、利用側熱交換器（５）の温度が３０°Ｃ以上になった後、所定時間だけ継続することを特徴とする請求項１の冷媒及び油回収運転方法。
4. 上記配管加熱運転は、圧縮機（１）の吐出温度が４０°Ｃ以上になった後、所定時間だけ継続することを特徴とする請求項１の冷媒及び油回収運転方法。
5. 上記所定時間を約１０分以上としていることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つの冷媒及び油回収運転方法。
6. 上記配管加熱運転は、予め設定した所定時間だけ継続することを特徴とする請求項１の冷媒及び油回収運転方法。
7. 上記配管加熱運転を行なった後、所定時間以内に冷媒及び油回収運転を開始することを特徴とする請求項１の冷媒及び油回収運転方法。
8. 上記所定時間を３０分以下とすることを特徴とする請求項７の冷媒及び油回収運転方法。
9. 上記配管加熱運転の後、冷房運転モードで冷媒及び油回収運転を行なうことを特徴とする請求項１の冷媒及び油回収運転方法。
10. 上記配管加熱運転の後、暖房運転モードで冷媒及び油回収運転を行なうことを特徴とする請求項１の冷媒及び油回収運転方法。
11. 運転モードを暖房運転モードに切換える第１のステップと、
    この第１のステップの後、最大回転数で圧縮機（１）を運転する第２のステップと、
    上記第２のステップを終えて、所定時間が経過した後、均圧のために上記圧縮機（１）を停止する第３のステップと、
    上記第３のステップの後、運転モードを冷房運転モードに切換えると共に、液閉鎖弁（６）を閉鎖する第４のステップと、
    上記第４のステップの後、上記圧縮機（１）を運転して、冷媒及び油を熱源側熱交換器（３）に回収する第５のステップ
    を備えたことを特徴とする冷媒及び油回収運転方法。
12. 圧縮機（１），四路切換弁（２），室外熱交換器（３），減圧機構（４），室内熱交換器（５），液閉鎖弁（６）を有する空気調和機を、
    上記四路切換弁（２）を暖房運転モードに切換え、
    最大回転数で上記圧縮機（１）を運転し、
    所定時間が経過した後に上記圧縮機（１）を停止し、
    上記四路切換弁（２）を冷房運転モードに切換え、
    上記液閉鎖弁（６）を閉鎖し、
    上記圧縮機（１）を運転する
    ように順次制御して、冷媒及び油の上記室外熱交換器（３）への回収動作を行うことを特徴とする冷媒及び油の回収制御装置。

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