JP5320977B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転によって、ビル等の室内の冷暖房を行なう空気調和装置に関する。

現地配管工事が必要な空気調和装置において、据付時に、配管内へ水分が過剰に混入することがあり、飽和水分濃度が低い冷媒を使用している場合、その水分が凍結して配管を閉塞させることがある。このため、冷媒回路にドライヤを接続して水分を吸着させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、ドライヤを使用した場合、ドライヤ内部の成分が冷媒回路中で分解し、分解粉によって配管を閉塞する可能性がある。
特開平１０−２５３１７９号公報

本発明の課題は、ドライヤを使用せずに、冷媒に混入した水分を回収することができる空気調和装置を提供することにある。

第１発明に係る空気調和装置は、蒸気圧縮式の冷媒回路と、貯油器と、制御部とを備えている。貯油器は、冷媒回路の低圧側に取り付けられ、冷媒を冷凍機油と接触させて冷媒に含まれる氷粒子を冷凍機油に捕獲させる。制御部は、貯油器を通過する冷媒の温度を通常の運転時よりも低圧側の圧力を下げることによって水の氷結温度以下にして運転する水分回収運転モードを実行する。貯油器は、容器と、冷媒導入管と、冷媒出口管とを有している。容器は、内部に冷凍機油を貯留している。冷媒導入管は、冷媒を容器の内部へ導く。冷媒出口管は、容器内部の冷媒を外部へ導く。

この空気調和装置では、冷媒に混入している水が、水分回収運転によって氷結して氷粒子となり、冷媒と共に貯油器に入る。氷粒子を含む冷媒が冷凍機油と接触するとき、氷粒子が冷凍機油に吸着されるので、冷媒から氷粒子が取り除かれる。氷粒子が除去された冷媒は、冷媒出口管を通って容器から出て行く。その結果、冷媒中の水分に起因する配管腐食及び配管閉塞などの故障が未然に防止される。

第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、冷媒導入管の冷媒吹出側端部が、冷凍機油の中に進入している。

この空気調和装置では、氷粒子を含む冷媒が冷凍機油の中を通るとき、氷粒子だけが冷凍機油に吸着され、冷凍機油の油面からは冷媒（ガス冷媒）だけがわき出てくるので、冷媒から氷粒子を確実に取り除くことができる。

第３発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、冷媒導入管の外周面に、サイトグラスが設けられている。

この空気調和装置では、作業者は、水分回収運転時に、冷媒導入管を通過する冷媒から氷粒子の発生状況を目視で確認することができる。

第１発明に係る空気調和装置では、冷媒に含まれる水分が氷粒子となって確実に捕獲されるので、冷媒中の水分に起因する配管腐食及び配管閉塞などの故障が未然に防止される。

第２発明に係る空気調和装置では、氷粒子を含む冷媒が冷凍機油の中を通るとき、氷粒子だけが冷凍機油に吸着され、冷凍機油の油面からは冷媒（ガス冷媒）だけがわき出てくるので、冷媒から氷粒子が確実に取り除かれる。

第３発明に係る空気調和装置では、作業者は、水分回収運転時に、冷媒導入管を通過する冷媒から氷粒子の発生状況を目視で確認することができるので、水分回収運転を続行するか否かを作業者自身が判断することができる。

以下図面を参照しながら、本発明の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。

＜空気調和装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転によって、ビル等の室内の冷暖房を行なう。空気調和装置１は、主として、熱源ユニットとしての室外ユニット２と、それに並列に接続される利用ユニットとしての室内ユニット４と、室外ユニット２及び室内ユニット４を制御する制御部６とを備えている。冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４と、冷媒連絡配管とが接続されることによって構成される。

＜室内ユニット＞
室内ユニット４は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げによって、又は、室内の壁面に壁掛けによって設置されており、室内膨張弁４１と室内熱交換器４２とを有している。室内膨張弁４１は、電動膨張弁であり、室内熱交換器４２の液側に接続される。室内熱交換器４２は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器となって室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器となって室内空気を加熱する。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、ビル等の室外に設置されており、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、及び室外膨張弁３５を有している。圧縮機２１は、回転数制御によって容量を変更できるインバータ圧縮機である。

四路切換弁２２は、冷媒の流れの方向を切り換える弁である。冷房運転時には、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを連絡し、室内熱交換器４２のガス側と圧縮機２１の吸入側とを連絡する（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。また、暖房運転時には、圧縮機２１の吐出側と室内熱交換器４２のガス側とを連絡し、圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを連絡する（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。

室外熱交換器２３は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の凝縮器となり、暖房運転時には冷媒の蒸発器となる。

室外膨張弁３５は、電動膨張弁であり、室外側の冷媒回路１０内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外熱交換器２３と室内膨張弁４１との間に接続される。

（貯油器）
図１において、貯油器１５０は、冷媒に混入した水分を、圧縮機２１に吸込まれる前に凍結させて回収する目的で配置される。貯油器１５０は、圧縮機２１の吸込口上流の低圧側配管７０と並列に配置され、貯油器１５０の上流側及び下流側となる位置には、予め第１閉鎖弁３９１及び第２閉鎖弁３９２が取り付けられている。低圧側配管７０の途中には、第３閉鎖弁３９３が接続されている。

図２は、第２実施形態に係る空気調和装置の氷捕集器の断面図である。図２において、貯油器１５０は、容器１５１、容器１５１の内部へ冷媒を導く冷媒導入管１５２、容器１５１の外部へ冷媒を導く冷媒出口管１５３、及び容器１５１の内部に貯えられている冷凍器油１５４を有している。冷媒導入管１５２の端部は、冷凍機油１５４に浸かっており、冷媒出口管１５３の端部は、冷凍機油１５４に浸かっていない。氷粒子を含んだガス冷媒は、冷媒導入管１５２から冷凍器油１５４に進入するので、冷媒中の氷粒子は冷凍器油１５４に吸収され、ガス冷媒のみが冷媒出口管１５３を通って圧縮機２１の吸込側へ流れる。冷媒導入管１５２の外周面には、冷媒導入管１５２を通過するガス冷媒の状態を目視するためにサイトグラス１５２ａが設けられている。

＜空気調和装置の動作＞
（冷房運転）
冷房運転時は、四路切換弁２２が図１の実線で示される状態となり、圧縮機２１の吐出側が室外熱交換器２３のガス側に連絡され、かつ、圧縮機２１の吸入側が室内熱交換器４２のガス側に連絡された状態となる。室外膨張弁３５は開状態にされている。

その状態で、圧縮機２１が起動されると、圧縮機２１から吐出された高温・高圧のガス冷媒が室外熱交換器２３に導入される。ガス冷媒は、室外熱交換器２３で室外空気と熱交換して凝縮し高温高圧の液冷媒となり室内膨張弁４１に向う。高温高圧の液冷媒は、室内膨張弁４１で減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器４２に入る。この気液二相冷媒は、室内熱交換器４２で室内空気と熱交換しガス冷媒となり、再び圧縮機２１に吸入される。

（暖房運転）
暖房運転時は、四路切換弁２２が図１の破線で示される状態となり、圧縮機２１の吐出側が室内熱交換器４２のガス側に連絡され、圧縮機２１の吸入側が室外熱交換器２３のガス側に連絡される。室外膨張弁３５は、室外熱交換器２３へ向う冷媒を室外熱交換器２３において蒸発させることが可能な蒸発圧力まで減圧するため、開度調節される。また、室内膨張弁４１は開状態にされる。

その状態で、圧縮機２１が起動されると、圧縮機２１より吐出された高温・高圧のガス冷媒が室内熱交換器４２に導入される。ガス冷媒は、室内熱交換器４２で室内空気と熱交換して凝縮し高温高圧の液冷媒となる。室内熱交換器４２を出た液冷媒は、室外膨張弁３５で減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器２３に入る。この気液二相冷媒は、室外熱交換器２３で室外空気と熱交換しガス冷媒となり、再び圧縮機２１に吸入される。

（水分回収運転）
水分回収運転とは、通常の運転時よりも低圧側の圧力を下げる運転であり、それによって、冷媒に混入している水分が凍結して氷粒子となり、貯油器１５０を通過するときに捕獲される。以下、図３の水分回収運転モードの動作フローを参照しながら、具体的に説明する。

空気調和装置の据付又は修繕等を行う作業者（以後、作業者）は、室外ユニット２及び室内ユニット４を各据付場所に設置し、冷媒連絡配管による室外ユニット２と室内ユニット４との接続が完了した後、貯油器１５０の冷媒導入管５２を第１閉鎖弁３９１に、冷媒出口管５３を第２閉鎖弁３９２に接続する。このとき、第１閉鎖弁３９１及び第２閉鎖弁３９２は閉状態である。次に、作業者は、貯油器１５０内部の真空引きを行い、真空引き終了後に、第３閉鎖弁３９３を閉じ、第１閉鎖弁３９１及び第２閉鎖弁３９２を開ける。そして、制御部６を介して水分回収運転モードを実行させる。

制御部６は、ステップＳ１で、外気温Ｔａが所定温度Ｔよりも低いか否か確認し、ステップＳ２で、水分回収運転を暖房運転モード及び冷房運転モードのいずれで行うのかを選択する。つまり、外気温Ｔａが所定温度Ｔよりも低いときは、暖房運転モードを選択し、外気温Ｔａが所定温度Ｔよりも高いときは、冷房運転モードを選択する。そして、ステップＳ３では、ステップＳ２で選択した運転モードを開始し、同時に運転時間ｔを計時する。なお、水分回収運転では、冷媒に混入している水分が氷結する氷結温度ＴＬ（例えば、−５℃）まで蒸発温度Ｔｅを下げる。本実施形態に係る空気調和機１は、圧縮機２１の吸入温度を測定する吸入温度センサ６５と、圧縮機２１の吸入圧力を測定する吸入圧センサ６６とを備えており、吸入温度センサ６５が氷結温度ＴＬを検知し、吸入圧センサ６６が吸入圧力Ｐｅを検知する。そして、制御部６は、吸入温度センサ６５及び吸入圧センサ６６を介して圧縮機２１の吸入温度および吸入圧力を監視しながら、冷媒が乾き状態で且つ冷媒温度が氷結温度ＴＬ（例えば−５°）以下となるように制御する。

制御部６は、ステップＳ４で、回収運転中に何らかの原因で、圧縮機２１の吸入圧力Ｐｅが吸入圧力下限Ｐｍｉｎより低下したか否かを判定する。ステップＳ４の判定がＹｅｓならば、水分回収運転を終了し、判定がＮｏならば、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、運転時間ｔが所定時間ｔｓｅｔに到達したか否かを判定する。ステップＳ５の判定がＹｅｓならば、水分回収運転を終了し、判定がＮｏならば、ステップＳ３に戻り、水分回収運転を継続する。

以上のように、水分回収運転によって、貯油器１５０を通過する冷媒の温度が水の氷結温度以下となるので、冷媒に混入している水分が凍結し、冷凍機油１５４に捕獲される。作業者は、冷媒導入管１５２を通過する氷粒子の量を、サイトグラス１５２ａを介して目視できるので、作業者自身が、水分回収運転が適切に行なわれたか否かを判断して、不十分と判断した場合は、再度、制御部６を介して、水分回収運転を実行させることもできる。一方、作業者が、水分回収運転が適切に行なわれたと判断したときは、第１閉鎖弁３９１及び第２閉鎖弁３９２を閉じて、貯油器１５０を取り外し、適切に処理する。

なお、本実施形態では、貯油器１５０は、脱着可能であり、水分回収運転の直前に冷媒回路１０に取り付けられているが、これに限定されるものではなく、貯油器１５０を冷媒回路１０に常時取り付けておき、必要に応じて制御部６に水分回収運転を実行させてもよい。

＜特徴＞
貯油器１５０は、冷媒を冷凍機油１５４に通して氷粒子を冷凍機油１５４に捕獲させるので、フィルタでも捕獲されないような超微粒の氷まで捕獲することができ、水分回収能力が向上する。

また、冷媒導入管１５２の外周面には、サイトグラス１５２ａが設けられているので、作業者は、水分回収運転時に、冷媒導入管を通過する冷媒から氷粒子の発生状況を目視で確認することができる。その結果、水分回収運転を続行するか否かを作業者自身が判断することができる。

以上のように、本発明によれば、据付時に配管内へ水分が過剰に混入する可能性のある空気調和装置に有用である。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の概略構成図。 本実施形態に係る空気調和装置の貯油器の側面図。 水分回収運転モードの動作フロー。

１ 空気調和装置
６ 制御部
１０ 冷媒回路
１５０ 貯油器
１５１ 容器
１５２ 冷媒導入管
１５２ａ サイトグラス
１５３ 冷媒出口管

Claims (3)

1. 蒸気圧縮式の冷媒回路（１０）と、
   前記冷媒回路（１０）の低圧側に取り付けられ、冷媒を冷凍機油と接触させて前記冷媒に含まれる氷粒子を前記冷凍機油に捕獲させる貯油器（１５０）と、
   前記貯油器（１５０）を通過する冷媒の温度を通常の運転時よりも低圧側の圧力を下げることによって水の氷結温度以下にして運転する水分回収運転モードを実行する制御部（６）と、
   を備え、
   前記貯油器（１５０）は、
   内部に前記冷凍機油を貯留している容器（１５１）と、
   前記冷媒を前記容器（１５１）の内部へ導く冷媒導入管（１５２）と、
   前記容器（１５１）内部の前記冷媒を外部へ導く冷媒出口管（１５３）と、
   を有する、
   空気調和装置（１）。
2. 前記冷媒導入管（１５２）の冷媒吹出側端部が、前記冷凍機油の中に進入している、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記冷媒導入管（１５２）の外周面に、サイトグラス（１５２ａ）が設けられている、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。

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