(57)【要約】【課題】  従来の空気調和機は、新冷媒のガス比重が増加する事でガス冷媒流速が低下する傾向にあることや設計圧の違いにより、基準配管径が異なっているのが一般的であり、流用する既設の配管の内径が、新冷媒対応機器の基準配管の内径より太い場合は流速の低下が起こり、特にガス配管においてはガス冷媒中の冷凍機油が配管内に滞留してしまい、圧縮機の信頼性を低下させてしまうため、そのような場合には既設配管の流用ができないとか、または室内機及び室外機の設置条件に対し制限を設ける等の問題が存在した。【解決手段】  作動冷媒を塩素を含む旧冷媒から塩素を含まない新冷媒に変更時時、冷媒配管は旧冷媒で使用していたものを流用する際、圧縮機及び室外熱交換器と室内熱交換器との間を前記冷媒配管のガス側延長配管及び液側延長配管により接続して形成した新冷媒回路において、冷媒流速をある一定速以上に保つ手段を有する構成とした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動冷媒を塩素を含む旧冷媒から塩素を含まない新冷媒に変更する際に、室外機及び室内機は新冷媒に対応した機器に交換し、冷媒配管は旧冷媒で使用していたものを流用する際、圧縮機及び室外熱交換器と室内熱交換器との間を前記冷媒配管のガス側延長配管及び液側延長配管により接続して形成した新冷媒回路において、配管内での冷凍機油の滞留を防ぎ、圧縮機の信頼性を損なうことなく運転を行えるよう冷媒流速をある一定速以上に保つ手段を有する事を特徴とする空気調和機。
【請求項２】
新冷媒回路において、前記既設配管径が新冷媒対応機種の基準配管サイズよりも太い場合、圧縮機の周波数を変更する周波数下限値変更手段を基板に設けたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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サイクルを塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒に交換する空気調和機等の冷凍サイクルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術としてはヒートポンプ式冷凍サイクルに塩化化合物除去器を設置した冷凍空調装置がある。この冷凍サイクルは、圧縮機より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁を通って凝縮器熱交換器に入り、入ったガス冷媒は凝縮器熱交換器により外気と熱交換されて液状の冷媒となり絞りを介して減圧され蒸発器熱交換器へ流れる。そして、冷房・暖房の切り替えは四方弁により実施され、冷媒の流れが逆転する。塩化物回収手段は複数の開閉器を介し、前記冷媒回路と接合している。
【０００３】
塩化物回収手段による塩化物回収方法は、室内機及び室外機の据え付けを実施した後、運転を実施する際、絞りを全閉にし、同時に開閉器を全開とすることで冷媒を塩化物回収手段に流し、冷媒及び冷凍機油中に存在する、塩化化合物を吸着・除去する。予め設定された所定時間を経過した後、開閉器を全閉及び絞りを開くことで、冷媒を絞りに流し通常の運転状態に戻す。同時に塩化化合物を回収した、塩化物回収手段を冷媒に接し無いよう、遮断するようにしている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００４−７７０３４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の冷凍サイクルにおいては、塩化物回収運転を行うことで、作動冷媒を塩素を含む旧冷媒から塩素を含まない新冷媒に変更する際に、室外機及び室内機は新冷媒に対応した機器に交換し、冷媒配管は旧冷媒で使用していたものを流用することが可能となるが、新冷媒のガス比重が増加する事でガス冷媒流速が低下する傾向にあることや設計圧の違いにより、基準配管径が異なっているのが一般的であり、流用する既設の配管の内径が、新冷媒対応機器の基準配管の内径より太い場合は更に流速の低下が起こり、特にガス配管にあってはガス冷媒中の冷凍機油が配管内に滞留してしまい、圧縮機の信頼性を低下させてしまうため、既設配管の流用ができないと共に、室内機及び室外機の設置条件に対し制限を設ける等の問題が存在していた。
【０００５】
そのため従来機種においては、異径配管使用に対する制限（ガス管が太い場合は使用不可、または使用する場合は室外機高さ≧室内機高さとする）を設けていたため、市場でのユニット据付の際に制約となり、工事の自由度を阻害する原因となっていた。
【０００６】
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、既設の冷媒配管を流用する際に、特にその流用配管径が新冷媒対応機器の標準設定の配管径より太い場合、室内機及び室外機の設置条件に対し、特別な制限を設ける事無く設置可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の空気調和機は、作動冷媒を塩素を含む旧冷媒から塩素を含まない新冷媒に変更する際に、室外機及び室内機は新冷媒に対応した機器に交換し、冷媒配管は旧冷媒で使用していたものを流用する際、圧縮機及び室外熱交換器と室内熱交換器との間を前記冷媒配管のガス側延長配管及び液側延長配管により接続して形成した新冷媒回路において、配管内での冷凍機油の滞留を防ぎ、圧縮機の信頼性を損なうことなく運転を行えるよう冷媒流速をある一定速以上に保つ手段を有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の空気調和機は、作動冷媒を塩素を含む旧冷媒から塩素を含まない新冷媒に変更する際に、室外機及び室内機は新冷媒に対応した機器に交換し、冷媒配管は旧冷媒で使用していたものを流用する際、圧縮機及び室外熱交換器と室内熱交換器との間を前記冷媒配管のガス側延長配管及び液側延長配管により接続して形成した新冷媒回路において、配管内での冷凍機油の滞留を防ぎ、圧縮機の信頼性を損なうことなく運転を行えるよう冷媒流速をある一定速以上に保つ手段を有する構成としたため、作動冷媒を塩素を含む旧冷媒から塩素を含まない新冷媒に変更する際に、室外機及び室内機は新冷媒に対応した機器に交換し、流用する冷媒配管（ガス配管）のサイズに因らずガス冷媒流速の低下を防ぐことで冷凍機油の滞留を防ぎ、圧縮機の信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による空気調和機の冷媒回路について図１を用いて説明する。説明の前提として、旧冷媒はＲ２２、新冷媒はＲ４１０Ａ、旧冷凍機油は鉱油、新冷凍機油はエステル油とする。
【００１０】
まず新冷媒対応の空気調和装置および冷凍装置の構成について説明する。図１において、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒の流れを切り換える四方切替弁２、並列に設けた熱源側熱交換器である室外熱交換器３、減圧装置である電子膨張弁４、利用側熱交換器である室内熱交換器５、余剰冷媒貯留用のアキュムレータ６、油分離器７でガス冷媒から分離した油を圧縮機１の吸入側へ戻すための毛細管である第１毛細管８により順次冷凍サイクルを構成している。
【００１１】
次に冷凍サイクルに設けられてい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９は、電磁弁１０、流量調整用の毛細管１１、塩化物回収手段１２に構成され、前記第１毛細管８と並列で、かつ一方を前記油分離器７と第１毛細管８間に接続し、他方を前記アキュムレータ６と圧縮機第１吸入管間に接続して設けている。そして、前記室外熱交換器３周辺および室内熱交換器５周辺には、それぞれ室外機ニ相管センサ１３、室外機液管センサ１４、室内機ニ相管センサ１５、室内機液管センサ１６を備えている。
【００１２】
次に、この発明の実施の形態１による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７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から凝縮器として働く熱源側熱交換器である室外機熱交換器３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、蒸発器として働く利用側熱交換器である室内機熱交換器５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させるアキュムレータ６を通り、圧縮機１に戻る。前記油分離器７にて分離された冷凍機油は、第１毛細管８を通り圧縮機１の吸入側に戻る。
【００１３】
また、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、減圧装置である電子膨張弁４は、凝縮器として働く室内機熱交換器３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１３と室外機液管センサ１４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１５と室内機液管センサ１６を、それぞれ用いる。
【００１４】
次に塩化物回収運転時の動作について説明する。ま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７に至りここで冷凍機油を分離されることとなる。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１１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１０を通り塩化物回収手段１２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塩化化合物の回収が可能となる。
【００１５】
塩化物回収手段１２の設置場所は基本的には冷媒が流通するところならばどこ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、実験的に確認したところによれば冷凍機油が多く流れる油分離器７と圧縮機１の吸入管とを連通する油戻し回路内に設置しても良好に塩化化合物の回収がなされた。
【００１６】
塩化物回収手段１２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７の分離効率や第１毛細管８および第２毛細管１１の設定が重要となる。従い油分離器７は分離効率の高いものを（例えばサイクロン方式）、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、第２毛細管１１の冷凍機油流量≧第１毛細管８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。
【００１７】
図２に１０馬力機種を例にとって、基準配管径を新旧冷媒それぞれの対応機器の配管径比較を示し説明する。前記記述した塩化物回収運転を実施後は通常の空調運転を行う事となるが、一般的に、旧冷媒例えばＲ２２で使用していた配管径は、新冷媒例えばＲ４１０Ａ用に基本設定している配管径に比べると、設計圧の違いや冷媒比重の違いによる流速の違い等より太い場合が多い。図中、ガス管で言えば、旧冷媒でφ２８．５８、新冷媒でφ２５．４、液管でも旧冷媒でφ１５．８８、新冷媒でφ１２．７と管径の違いは歴然である。従って既設配管を流用した場合、冷媒流速が低下する事により、特にガス管部での油の滞留が発生する。
【００１８】
ガス配管部においては、冷媒と油は気液二相流での流動様相を示し、特に上昇流においては気体流速により液体（油）の流動状態が変化する事となる。気体流速が大きい場合は液体も気体流中に同伴されて上昇し気体流速が減少すると液体は管壁に沿って下降する現象が生ずる。気体流速が速まり下降液膜が減少した状態をゼロペネトレーションと呼び、その時の流速をゼロペネトレーション速度（以下ゼロペネ速度）という。
【００１９】
一般的にゼロペネ速度とは、下式で表せられる。
Ｖ＝（9.8×φＤ×（ρoil−ρgas）／ρgas）０．５
Ｖ：ゼロペネ速度（ｍ／ｓ）
φＤ：管内径（ｍ）
ρoil：油密度（ｋｇ／ｍ３）
ρgas：ガス密度（ｋｇ／ｍ３）
従って、上式で求められるゼロペネ速度が、実際の冷媒流速＞ゼロペネ速度となれば冷凍機油が垂直配管内で滞留することなくスムーズに冷媒回路内を循環し圧縮機に返油される。
【００２０】
従って最も冷媒流速が小さくなる条件においてもゼロペネ速度を上回ることが望ましいが、具体的な条件としては、圧縮機周波数が最低で、かつ圧縮機吸入圧が低下する低蒸発温度条件、すなわち蒸発器吸い込み空気が低温となる。
【００２１】
特に近年の低外気時の暖房性能の訴求に伴い暖房運転範囲が拡大していることもあり、暖房運転範囲の最低外気温度で、かつ圧縮機周波数が最低となった場合で、さらに室外機が室内機よりも低い位置に設置されている場合、圧縮機より吐出されたガス冷媒が、ガス配管を上昇する際が最も厳しい条件となるので、圧縮機周波数の制御において、暖房時室外吸い込み温度（＝蒸発器吸い込み温度）に応じて、能力確保及び冷媒流速低下防止を目的に、最低周波数に制限を設けている場合がある。具体的な制限の設け方としては、基本的にはゼロペネ速度以下とならない様に最低周波数を設定する事となるが、計算上満足する事が難しい場合には、実際にユニットを用いて冷凍機油の流動状態を確認する。
【００２２】
図３に実機評価結果を示す様に、計算値に比して実測値では、上記ゼロペネ速度の約５割の速度状態においても、配管内を冷凍機油が上昇・循環し、圧縮機油面が低下する事無く信頼性が損なわれない事を確認している。
【００２３】
図４はこの発明の空気調和機の室外制御基板要部平面図、図５は図４のＤｉｐ  スイッチ設定状態を示す要領説明図。図６は暖房時の周波数の変更特性図、図７は暖房時の周波数の変更設定表である。図４の室外制御基板説明図に示すＤｉｐ  ＳＷを、工場出荷時のＯＦＦ設定から設置時のＯＮ設定に変えることで、図４及び図５に示すように圧縮機下限周波数の値が高めに変更される。この周波数値は予め計算及び実機評価により標準設定よりも太い配管が使用された場合でも、各外気温度において冷凍機油が滞留しない事を確認しているものである。
【００２４】
上記制限周波数は、予め規定している配管径を想定した場合に一定の流速以上を保つ様設定されているため、規定外の配管（特に太い場合）が使用された場合は当然の事ながら流速が低下する事となり、流速の低下に伴い油の滞留が発生し、圧縮機内冷凍機油量を確保できず圧縮機の信頼性を損なう可能性がある。そのため従来機種においては、異径配管使用に対する制限（ガス管が太い場合は使用不可、または使用する場合は室外機高さ≧室内機高さとする）を設けていたため、市場で規定配管とは異なる径の配管が接続される事を想定し、特にガス配管が太くかつ室外機設置高さが室内設置高さより低い場合、すなわち暖房運転時にガス配管内を、ガス冷媒と冷凍機油が上昇する場合は、圧縮機の周波数を変更する周波数下限値変更手段である室外制御基板上のＤｉｐ  ＳＷ設定を変更することで、暖房時の圧縮機の最低周波数の値を変更し、ガス冷媒流速の低下を防止する事で、冷凍機油の滞留を防ぎ、圧縮機の信頼性を損なう事無く、既設の配管を流用する事が可能となる。室外機基板上ＤｉｐＳＷ設定変更例を図５に示す。
【００２５】
予め高い周波数値を標準設定にせずにＳＷ設定により変更可能としたのは、規定配管を使用する場合等で、特に最低周波数を上げる必要が無い場合は、運転範囲を狭めずに、快適性・省エネ性が損なわれ無い様に配慮したためである。
【００２６】
なお、上記実施例では、冷媒配管について既設配管流用時の説明を行ったが、新規配管を使用する場合にも適用する事ができるは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１による空気調和機を示す冷媒配管系統図である。
【図２】この発明の実施の形態１による空気調和機の新旧冷媒配管径を示す対応表である。
【図３】この発明の実施の形態１による空気調和機の配管径とゼロペネ速度の関係を示す特性図である。
【図４】この発明の空気調和機の室外制御基板要部平面図である。
【図５】図５は図４のＤｉｐ  スイッチ設定状態を示す要領説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による暖房時の周波数の変更特性図である。
【図７】この発明の実施の形態１による暖房時の周波数の変更設定表である。
【符号の説明】
【００２８】
１  圧縮機、
２  四方切替え弁、
３  室外熱交換器、
４  電子膨張弁、
５  室内熱交換器、
６  アキュムレータ、
７  油分離器
８  第１毛細管
９  塩化物回収回路、
１０  電磁弁、
１１  流量調整用毛細管、
１２  塩化物回収手段、
１３  室外機二相管センサ、
１４  室外機液管センサ、
１５  室内機二相管センサ、
１６  室内機液管センサ、
１７  室外制御基板
１８  Ｄｉｐ  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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