JP2007127325A - 室外機と室内機との連絡配管の洗浄用の運転モードを備えたエンジン駆動式ヒートポンプとその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン駆動式ヒートポンプの配管洗浄能力を向上させる。
【解決手段】複数の室内機３と室外機２の連通を制御する閉鎖弁４０・４１を有する連絡配管５０・５１を有するエンジン駆動式ヒートポンプ１において、前記閉鎖弁４０・４１が閉状態で室外機２の冷媒をレシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収する運転モードと、閉鎖弁４０・４１が開状態で全室内機３の室内熱交換器膨張弁２３を全開にして冷房運転時と同じ経路で冷媒を循環して廃熱回収器１５で冷媒蒸発を行なう運転モードと、閉鎖弁４０・４１が開状態で全室内機３の室内熱交換器膨張弁２３を全閉にして前記ガス側連絡配管５１内の冷媒を吸引して廃熱回収器１５で冷媒蒸発を行なう運転モードと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン駆動式ヒートポンプ、詳しくは、室外機と室内機の連絡配管の洗浄技術に関係する。

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やすい性質がある。そして、このような析出物はキャピラリや膨張弁などの狭くくびれた部分に付着して、詰まりを生じさせる。その結果、圧縮機の吐出管温度の異常上昇や膨張弁の作動不良などの不具合が発生することになる。

また、このＨＦＣ系冷媒に対しては、冷凍機油における冷媒との相互溶解性が重要な特性の一つとなるため、冷凍機油として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、これらの合成油は、極性が強いため、冷凍機油及び冷媒以外の残留不純物を溶かしやす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、電子膨張弁で構成された減圧機構において、冷媒が蒸発したあとのスラッジ等による詰まりが生じやすく、膨張弁の作動不良などの不具合が発生することになる。

ところで、ビル又はマンションにおいては、室外機と室内機を接続する連絡配管が壁面内に埋設されていることが多い。ここで、既設の空気調和装置を撤去して新たな空気調和装置を設置する場合に、最近、既設連絡配管をそのまま使用するケースもあり、その場合、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、ＨＦＣ系冷媒を使用する場合には、この既設配管内の残留コンタミ物質を除去しておく必要がある。

この連絡配管の洗浄方法として、例えば、特許文献１では、所定時間以上の冷房運転を実施して冷媒を昇温させ、その後にポンプダウン運転を実施し、冷媒及び油を回収する方法を開示している。
この方法では、冷媒回路内の冷凍機油等のコンタミ物質が冷媒と溶解しやすくなった状態で冷媒及び油が回収されることにより、連絡配管のコンタミ物質を効率良く回収することができる。
特開２００３−２４０３６８号公報

しかし、特許文献１の配管洗浄運転では、ガス側の連絡配管は、ガス冷媒により洗浄されるため、洗浄が不十分となる場合がある。
そこで、解決しようとする課題は、エンジン駆動式ヒートポンプにおいて室外機と室内機とのガス側の連絡配管の洗浄能力を向上させることである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、エンジン駆動による圧縮機と、室外熱交換器と、高圧の液冷媒を貯留するレシーバと、前記エンジンの廃熱により冷媒を蒸発させる廃熱回収器と、を有する室外機と、個々に膨張弁を有する複数の室内機と、前記複数の室内機と室外機とを接続すると共にその経路上に前記複数の室内機と室外機との連通を制御する開閉手段を有する連絡配管と、より構成されるエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、前記開閉手段が閉状態で室外機の冷媒を前記レシーバ又は室外熱交換器に回収する運転モードと、前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全開にして冷房運転時と同じ経路で冷媒を循環して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転モードと、前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全閉にして前記連絡配管のガス側配管内の冷媒を吸引して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転モードと、を備えるものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプの運転方法において、最初に、前記開閉手段が閉状態で室外機の冷媒を前記レシーバ又は室外熱交換器に回収する運転を行ない、続いて、前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全開にして冷房運転時と同じ経路で冷媒を循環して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転を行ない、最後に、前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全閉にして前記連絡配管のガス側配管内の冷媒を吸引して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転を行なうものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、請求項１においては、連絡配管の液側のみならず、ガス側も液冷媒による洗浄が可能となり、さらには、ガス側の連絡配管に関しては、その配管内の冷媒吸引運転によりコンタミ等の回収が一層、可能となる。そのため、液側より配管径の大きいガス側の連絡配管の洗浄を入念に行なうことが可能となる。

また、請求項２では、請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて最適な手順での連絡配管の洗浄が可能となる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係るエンジン駆動式ヒートポンプの全体的な構成を示した冷媒回路図、図２は室外機の冷媒をレシーバ又は室外熱交換器に回収する運転状態の冷媒挙動を示す冷媒回路図、図３は液及びガス側連絡配管を液冷媒で洗浄する運転状態の冷媒挙動を示す冷媒回路図である。図４はガス側連絡配管の冷媒を圧縮機で吸引する運転状態の冷媒挙動を示す冷媒回路図、図５は配管洗浄運転の各運転状態での機器動作を示す図である。

図１を用いて、本発明の実施例であるエンジン駆動式ヒートポンプ１の冷媒回路構成について説明する。本実施例では、説明を簡略にするため、１台の室外機２に対し１台の室内機３が接続されるエンジン駆動式ヒートポンプ１を例示しているが、実際には、１台の室外機２に対し複数台の室内機３・・３が接続されることが多い。

エンジン駆動式ヒートポンプ１は、駆動源としてのエンジン（図示略）から動力を得て冷媒を圧縮する圧縮機１０と、該圧縮機１０の吐出側に接続され冷房時及び暖房時で冷媒の流れを切り換える四方弁２０と、冷房時に圧縮機１０から四方弁２０を介して吐出冷媒が供給される室外熱交換器１２と、該室外熱交換器１２を室外空気と熱交換させる室外ファン５と、暖房時に圧縮機１０から四方弁２０を介して吐出冷媒が供給される室内熱交換器１３と、該室内熱交換器１３を室内空気と熱交換させる室内ファン６と、室外熱交換器１２及び室内熱交換器１３間に配設される室外熱交換器膨張弁２１とを有しており、これらで構成される冷媒サイクルを用いるものである。

前記圧縮機１０は、その吸入側からガス冷媒を吸引・圧縮し、高温・高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１０の吐出側には、吐出ラインを構成する経路６０を介して前記四方弁２０が接続されており、この経路６０にはガス冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機１０の吸入側に戻すためのオイルセパレータ１１が設けられている。すなわち、圧縮機１０から吐出されるガス冷媒は、オイルセパレータ１１を介して前記四方弁２０へと流入し、この四方弁２０にて所定の方向に導かれる。また、圧縮機１０に吸引されるガス冷媒も四方弁２０にて導かれるため、圧縮機１０の冷媒吸入側と四方弁２０とは吸入ラインを構成する経路６１により接続されている。なお、吐出管温度センサ７は、圧縮機１０により吐出される高温・高圧のガス冷媒温度を検知するため、経路６０の圧縮機１０側に設けられる。

前記四方弁２０は、前記室外熱交換器１２の一端側に接続されており、この室外熱交換器１２の他端側には、レシーバ１４が接続されている。一方、室内熱交換器１３は、一端が、液側連絡配管５０を介して、前記レシーバ１４に接続されており、他端は、ガス側連絡配管５１を介して、四方弁２０に接続されている。これら液側連絡配管５０及びガス側連絡配管５１は、建物内部に設置されている場合が多く、最近では空調機更新時にはそのまま利用される場合がある。また、これら連絡配管５０・５１の室外機２側には、それぞれ液閉鎖弁４０及びガス閉鎖弁４１が設けられている。これら液閉鎖弁４０、ガス閉鎖弁４１および後述する閉鎖弁４２〜４５は、ボールバルブで構成され、手動により開閉される。

廃熱回収器１５は、前記室外熱交換器膨張弁２１とレシーバ１４の間から分岐し、経路６１に接続される経路６３に設けられている。該経路６３には、経路６１に向かって廃熱回収器膨張弁２２、過冷却熱交換器１７、廃熱回収器１５の順にて、これらが直列に接続されている。前記経路６３を通過する冷媒は、蒸発潜熱により、レシーバ１４内の液冷媒を、過冷却熱交換器１７にて過冷却し、廃熱回収器１５でエンジン冷却水からエンジンの廃熱を回収して蒸発する。

経路６４は、冷媒充填終了の検知を可能とする経路である。該経路６４は、前記レシーバ１４内において、液冷媒の適正液面位置からレシーバ１４底面より取り出される。また、該経路６４は、充填検知電磁弁３０及びキャピラリ２６を介して、経路６３上の廃熱回収器膨張弁２２と過冷却熱交換器１７との間に接続される。

経路６５及び経路６６は、吐出ラインである経路６０と吸入ラインである経路６１とを短絡するバイパス経路である。経路６５には、減圧機構としてバイパス膨張弁２４が、経路６６には、バイパス電磁弁３２が設けられている。これらバイパス経路６５・６６は、圧縮機１０の吐出ガスを短絡して吸入ラインに戻すことで、エンジン駆動式ヒートポンプ１の高圧側圧力の異常上昇を防止する。

経路６７は、前記レシーバ１４の上面から、前記吐出ラインである経路６０に向かう経路である。該経路６７は、レシーバ１４の高圧が異常上昇したとき、ガス冷媒を吐出ラインへ逃がすことができる。また、経路６７は、逆止弁７５及び７６を介して、高温・高圧の吐出ガス冷媒が、レシーバ１４に逆流することを防止している。

経路６９は、冷媒ボンベ８（図３参照）と経路６３とを接続する経路である。経路６９によって、冷媒ボンベ８より追加冷媒を充填することができる。通常、室外機２には、工場出荷時に標準量の冷媒が予め充填されているが、連絡配管５０・５１が長い場合は、追加充填冷媒量が必要となる。このような場合は、据付時に、冷媒ボンベ８（図３参照）を閉鎖弁４２に接続して、冷媒充填電磁弁３１を開いて経路６９を介して追加冷媒を充填する。
一方、経路６８は、経路６９から、逆止弁７７を介して経路６７に接続される。この経路６８は、冷媒追加充填終了時に経路６９に残留する冷媒が高圧となった場合に経路６７を介して圧縮機１０の吐出側へ逃がすためのものである。

経路７０は、オイルタンク１６を介して、吸入ラインである経路６１に並列に接続されている。オイルタンク１６は、ガス冷媒中のコンタミ物質を除去する装置であり、その内部構造は除去形式により様々である。除去方式としては、遠心分離式、バッフル式又は金網式が主流であり、本実施例では、除去形式は特に限定しないとする。
経路７０は、前記経路６１と経路６３との接続部に対し、並列に設けられている。該経路７０は、廃熱回収器１５の出口より閉鎖弁４３を介してオイルタンク１６の上部に接続され、オイルタンク１６上部からはオイルタンク電磁弁３４及び閉鎖弁４５を介して経路６１に接続される。また、オイルタンク１６下部からは、経路７１が、油戻し電磁弁３５を介して前記経路７０に接続されている。ガス冷媒は、オイルタンク１６の上方より内部に流入し、コンタミ物質が除去された後、再度オイルタンク１６の上方より流出する。さらに、下方に落下した冷凍機油は、経路７１によって経路７０に戻されるのである。

次に、本発明の実施例である配管洗浄運転について説明する。
最近では、ビル又はマンションでのエンジン駆動式ヒートポンプ１の更新工事の場合、室外機２と室内機３の連絡配管５０・５１は壁面に埋設されていることが多いので、取り替えることなく、既設連絡配管５０．５１がそのまま使用される場合がある。このとき、既設空気調和設備の冷媒と新規エンジン駆動式ヒートポンプ１の冷媒が異なる場合は、冷凍機油も異なり、連絡配管５０・５１内における残留冷凍機油等のコンタミ物質を、洗浄により除去する必要がある。そこで、新規エンジン駆動式ヒートポンプ１設置後に、連絡配管の洗浄運転が必要となるのである。
なお、この配管洗浄運転の際に、必要なら、冷媒充填追加も同時に行なう。連絡配管５０・５１が長い場合は、出荷時に標準量にて予め室外機２に充填されている冷媒量よりも、さらに冷媒を追加充填する必要が生じる。このような場合は、新規エンジン駆動式ヒートポンプ１設置後に、配管洗浄と同時に追加冷媒充填も行なうのである。
これらの現状を踏まえ、既設連絡配管５０・５１を利用して、エンジン駆動式ヒートポンプ１を新規に設置した場合の、配管洗浄運転並びに冷媒追加充填について、以下に説明する。

図２及び図５を用いて、室外機２の冷媒をレシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収する運転状態について説明する。図２は、この運転状態の冷媒挙動を、太い実線にて表している。また、図５は、電磁弁、電子膨張弁又は閉鎖弁の作動を示している。
この運転は、配管洗浄運転の準備段階であり、その目的は、圧縮機１０を駆動するエンジン（図示なし）冷却水の昇温、及び室外機２の冷媒をレシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収することである。通常、工場出荷時に室外機２に予め充填されている標準量の冷媒は、回路内に偏在している場合があるので、洗浄運転前にレシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収する運転を行なうのが望ましい。

図５に示すように、室外機２の冷媒をレシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収する運転状態での機器制御について説明する。
この運転状態では、液閉鎖弁４０及びガス閉鎖弁４１は閉じられている。四方弁２０は圧縮機１０の吐出側と室外熱交換器１２を連通する冷房運転と同じ切り換え位置とされる。
また、レシーバ１４に液冷媒を回収するために、レシーバ１４出口の開閉弁は、全て閉じられる。具体的には、充填検知電磁弁３０は閉じられ、廃熱回収器膨張弁２２及び室外熱交換器膨張弁２１は全閉とされる。さらに、バイパス電磁弁３２は閉じられ、バイパス膨張弁２４は全閉とされる。また、閉鎖弁４２及び冷媒充填電磁弁３１も閉じられている。
一方、廃熱回収器連絡用電磁弁３３は開とされ、経路７０上の開閉弁は全て開とされ、閉鎖弁４４は閉とされる。経路７０上の開閉弁とは、閉鎖弁４３・４５、オイルタンク電磁弁３４、及び油戻し電磁弁３５である。この経路７０の機器作動によって、廃熱回収器１５及びオイルタンク１６を並列にする吸入ラインが形成されるのである。
なお、これら、電磁弁、電子膨張弁、及び四方弁の開閉作動又は開度制御は、コントローラ１００によって制御され、閉鎖弁は作業者の手によって開閉作動される（図５参照）。

図２の太線で表す冷媒挙動に示すように、この運転状態では、圧縮機１０は、経路６３やガス閉鎖弁４１〜四方弁２０〜廃熱回収器連絡用電磁弁３３の経路に滞留している冷媒を吸入し吐出する。そして、室外熱交換器１２又はレシーバ１４に回収される。このとき、同時に、エンジン冷却水も昇温される。この運転状態は、吐出管温度センサ７にて吐出ガス冷媒温度の上昇等を検知して、室外機２の冷媒をレシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収できた頃合に終了する。

図３及び図５を用いて、液及びガス側連絡配管５０・５１を液冷媒で洗浄する運転状態について説明する。図３は、この運転状態の冷媒挙動を、太い実線にて表している。また、図５は、電磁弁、電子膨張弁又は閉鎖弁の作動を示している。この運転状態での目的は、連絡配管５０・５１の洗浄及び追加冷媒充填である。

図５に示すように、液及びガス側連絡配管５０・５１を液冷媒で洗浄する運転状態での機器制御について説明する。
この運転状態では、室内機３へ冷媒を流すため、液閉鎖弁４０及びガス閉鎖弁４１が開とされる。また、室内熱交換器膨張弁２３は全開とされる。さらに、追加冷媒を充填するため、冷媒ボンベ８が閉鎖弁４２に接続されて、閉鎖弁４２及び冷媒充填電磁弁３１が開とされる。さらに、充填検知電磁弁３０も開とされる。

図３の太線で表す冷媒挙動に示すように、液及びガス側連絡配管５０・５１を液冷媒で洗浄する運転状態では、室外熱交換器１２を凝縮器、廃熱回収器１５を蒸発器とする冷凍サイクルが形成される。特記すべきこととして、室内熱交換器１３は、液冷媒が通過するのみで、室内ファン６は作動せず、熱交換が行なわれない。そのため、液側の連絡配管５０のみならず、ガス側の連絡配管５１にも液冷媒の流動が可能となる。このように、液冷媒にて連絡配管５０・５１から洗浄されたコンタミ物質は、オイルタンク１６によって除去される。
また、追加充填冷媒は、外部より設置される冷媒ボンベ８より、経路６９を介して廃熱回収器１５の上流側から圧縮機１０に吸引される。
なお、液及びガス側連絡配管５０・５１を液冷媒で洗浄する運転状態は、通常タイマなどによる終了とする。なお、冷媒充填終了については、本実施例では説明を省略する。

連絡配管５０・５１内部は、液冷媒の通過により洗浄される。液冷媒は、比体積も小さく非圧縮性であり、配管内壁に十分密着しながら流動するため、ガス冷媒より洗浄能力が高い。
本実施例では、室内熱交換器１３を熱交換器として機能させず、廃熱回収器１５を蒸発器として冷房運転時と同じ冷媒循環を行ない、連絡配管５０・５１に液冷媒を流入させることで、洗浄能力の高い配管洗浄運転を実現している。

図４及び図５を用いて、ガス側連絡配管５１の冷媒を圧縮機１０で吸引する運転状態について説明する。図４は、この運転状態の冷媒挙動を、太い実線にて表している。また、図５は、電磁弁、電子膨張弁又は閉鎖弁の作動を示している。この運転状態での目的は、既設ガス側連絡配管５１の一層の洗浄である。

図５に示すように、ガス側連絡配管５１の冷媒を圧縮機１０で吸引する運転状態での機器制御について説明する。
この運転状態では、冷媒追加充填は行なわないため、閉鎖弁４２及び冷媒充填電磁弁３１は閉とされる。さらに、充填検知電磁弁３０も閉とされる。さらに、室内熱交換器膨張弁２３は全閉とされる。

図４の太線で表す冷媒挙動に示すように、ガス側連絡配管５１の冷媒を圧縮機１０で吸引する運転状態では、圧縮機１０によって、ガス側連絡配管５１の冷媒を吸入・吐出し、レシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収する。このとき、ガス側連絡配管５１内部では、圧力が急激に低下し、配管内に滞留している冷媒は、廃熱回収器１５を介して急激に圧縮機１０に吸引される。この冷媒流動により、さらに、ガス側連絡配管５１の洗浄がなされるのである。そして、ガス側連絡配管５１から洗浄されるコンタミ物質は、液及びガス側連絡配管５０・５１を液冷媒で洗浄する運転状態同様に、オイルタンク１６によって除去される。
つまり、ガス側連絡配管５１は、液及びガス側連絡配管５０・５１を液冷媒で洗浄する運転状態にて洗浄されるだけではなく、ガス側連絡配管５１の冷媒を圧縮機１０で吸引する運転状態において、さらに洗浄されるのである。
また、この運転状態は、吐出管温度センサ７にて吐出ガス冷媒温度の上昇等を検知して、ガス側連絡配管５１の冷媒をレシーバ１４又は室外熱交換器１２に回収できた頃合に終了する。

本発明の実施例に係るエンジン駆動式ヒートポンプの全体的な構成を示した冷媒回路図。 室外機の冷媒をレシーバ又は室外熱交換器に回収する運転状態の冷媒挙動を示す冷媒回路図。 液及びガス側連絡配管を液冷媒で洗浄する運転状態の冷媒挙動を示す冷媒回路図。 ガス側連絡配管の冷媒を圧縮機で吸引する運転状態の冷媒挙動を示す冷媒回路図。 配管洗浄運転の各運転状態での機器動作を示す図。

符号の説明

１ エンジン駆動式ヒートポンプ
２ 室外機
３ 室内機
１０ 圧縮機
２３ 室内熱交換器膨張弁
４０ 閉鎖弁
４１ 閉鎖弁
５０ 液側連絡配管
５１ ガス側連絡配

Claims (2)

1. エンジン駆動による圧縮機と、
   室外熱交換器と、
   高圧の液冷媒を貯留するレシーバと、
   前記エンジンの廃熱により冷媒を蒸発させる廃熱回収器と、
   を有する室外機と、
   個々に膨張弁を有する複数の室内機と、
   前記複数の室内機と室外機とを接続すると共にその経路上に前記複数の室内機と室外機との連通を制御する開閉手段を有する連絡配管と、
   より構成されるエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
   前記開閉手段が閉状態で室外機の冷媒を前記レシーバ又は室外熱交換器に回収する運転モードと、
   前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全開にして冷房運転時と同じ経路で冷媒を循環して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転モードと、
   前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全閉にして前記連絡配管のガス側配管内の冷媒を吸引して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転モードと、
   を備えることを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
2. 請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプの運転方法において、
   最初に、前記開閉手段が閉状態で室外機の冷媒を前記レシーバ又は室外熱交換器に回収する運転を行ない、
   続いて、前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全開にして冷房運転時と同じ経路で冷媒を循環して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転を行ない、
   最後に、前記開閉手段が開状態で全室内機の膨張弁を全閉にして前記連絡配管のガス側配管内の冷媒を吸引して前記廃熱回収器で冷媒蒸発を行なう運転を行なう、
   ことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプの運転方法。

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