JP2012007775A

JP2012007775A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2012007775A
Application number: JP2010142312A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kawabe; 義和川邉; Kazuhiko Marumoto; 一彦丸本; Akira Fujitaka; 章藤高
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】ハイドロフルオロオレフィンは分解し易いため、ポンプダウン運転時の摺動部の温度上昇などにより分解する可能性がある。
【解決手段】室外機１００には、圧縮機１、室外熱交換器２、室外送風機３、膨張弁４、液側接続バルブ５、ガス側接続バルブ８が、室内機１０１には、室内熱交換器６、室内送風機７を備えている。冷媒としては、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを使用している。ポンプダウン時に、液側接続バルブ５を切換えて、液側接続配管２１、ガス側接続配管２２の両方から冷媒を回収することでポンプダウン運転の時間を短縮し、圧縮機１の摺動部の温度上昇を抑え、冷媒の分解を防いで信頼性の向上を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、作動冷媒を用いて冷凍、ヒートポンプサイクルを構成して冷暖房をおこなう空気調和機に関するもので、特に室内機と室外機を接続配管で繋いでサイクルを構成する装置において、炭素間に二重結合を有する作動冷媒を使用するに当たり、作動冷媒を室外機に回収するポンプダウン作業時に、圧縮機の温度上昇を抑えて冷媒の分解を防ぐため、ポンプダウンを速やかに行うことのできる技術を提供するものである。

分離型の空気調和機は、通常、室外機に冷媒が予め封入されており、室内機と室外機を液側、ガス側の接続配管で繋いだ後、作動冷媒を接続配管および室内機に開放して設置を行うものである。そして、一旦設置した装置を移設したりするために、室内機、室外機、接続配管を取り外す場合には、冷媒を室外機に回収するポンプダウン作業を行う。

従来ポンプダウン作業は、室外機に設けられた液側の開閉弁を閉じて冷房運転を行い、所定の時間が経過したところで、室外機に設けられたガス側の開閉弁を閉じ、運転を停止して行う（特許文献１参照）。

このとき、室内機側の作業冷媒はガス側の接続配管から圧縮機へ吸引され、最終的に液側接続配管内の作動冷媒が圧縮機へ吸引されてポンプダウンは終了する。

液側の開閉弁を閉じてから運転停止までのポンプダウン時間が短いと、室内機側に作動冷媒が残留し接続配管をはずした際に大気放出されてしまう。逆にポンプダウン時間を長くしすぎると、作動冷媒が流れてこない状態で圧縮機を運転することになり圧縮機内部、特に摺動部の温度が上昇する。

一方、近年は地球温暖化が大きな問題となり、温暖化係数の低い作動冷媒を使用しようという動きが顕著になってきており、自然冷媒や、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンなどの冷媒が注目されている。

ハイドロフルオロオレフィンは、Ｒ１３４ａの代替冷媒として特に注目されており、自動車用エアコンディショナーへの実用化の検討が推進されている。その温暖化係数（１００年）はＨＦＯ１２３４ｙｆの場合は４と、Ｒ１３４ａの１，３００、エアコンなどで使用されているＲ４１０Ａの１７３０に比べてきわめて小さい。この温暖化係数が小さいという特性は、炭素間に２重結合を有し分解し易いことに起因している。

特開平５−１５７３８２号公報

上記従来の空気調和機のポンプダウン運転を、ハイドロフルオロオレフィンを使用する空気調和機に適応すると、圧縮機内部の温度上昇で作動冷媒が分解する可能性がある。

従来の空気調和機では、作動冷媒が分解しにくいものであったため、圧縮機において最も耐熱温度の低い材料はモーターの絶縁皮膜であり、その耐熱温度は１２０℃程度が一般的であった。最も温度が上昇すると考えられるメカ摺動面においては、２００℃程度の温度になっても問題は生じなかった。

ところが、ハイドロフルオロオレフィンは分解し易いため、ポンプダウン運転時の摺動部の温度上昇により分解する可能性がある。

作動流体である冷媒が分解すること自体望ましいことではないし、分解時の生成物が金属表面や有機材料に悪影響を及ぼす可能性もある。

従って本発明は、こうした課題を解決し、圧縮機内部の温度上昇を抑え確実なポンプダウンを行うことで、信頼性の高い空気調和機を提供するものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、作動冷媒としてハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を用いた空気調和機において、ポンプダウン運転を行う際に、ガス側接続配管、液側接続配管の両方から冷媒を室外機に回収するものである。

これにより、液側接続配管内に存在する液冷媒の回収が容易に行うことができ、速やかにポンプダウンを終了し、圧縮機内部の温度上昇を抑制することができる。

本発明の空気調和機は、ポンプダウン時の温度上昇による冷媒分解を回避し信頼性の高い装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図本発明の実施の形態２における空気調和機の構成図

第１の発明は、作動冷媒を圧縮する圧縮手段、室外熱交換器、膨張弁、室外送風機、液側接続バルブ、ガス側接続バルブを有する室外機と、室内熱交換器、室内送風機を有する室内機とを、液側接続配管とガス側接続配管とで接続して、作動冷媒としてハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を用いた、冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成する空気調和機であって、室外機に作動冷媒を回収するポンプダウン運転を行う際に、液側接続配管とガス側接続配管の両方から冷媒を回収するものである。

従って、冷媒であるハイドロフルオロオレフィンの分解を防ぎ、信頼性の高い装置を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明において、ガス側接続バルブと液側接続バルブとを接続するバイパス回路とを有し、液側接続バルブは液側接続配管を膨張弁に接続された配管とバイパス回路のいずれか一方に連通させる切換え弁であり、通常運転時には膨張弁に接続された配管と液側接続配管とを連通させ、ポンプダウン運転時には膨張弁に接続された配管とバイパス回路とを連通させるものである。

これにより、液側接続バルブを切換えるだけで、簡単にガス側接続配管と液側接続配管の両方から冷媒を回収する構成を実現することができる。

従って、簡単な操作で、速やかにポンプダウンを終了し信頼性の高い装置を提供することができる。

第３の発明は、第２の発明において、液側接続バルブとガス側接続バルブとが、コアを押し込むことで開くことのできるアクセスバルブを有する三方弁であって、ポンプダウン運転時には、液側接続バルブとガス側接続バルブのアクセスバルブを接続する着脱式バイパス手段を装着するものである。

これにより、ポンプダウン運転の際にだけ着脱式バイパス手段を冶工具として使用するので、装置に装備する必要がなくなる。

従って、装置を安価に提供することができる。

第４の発明は、第３の発明において、着脱式バイパス手段が、コアを押し込むことのできる継ぎ手部と、内部の空気を排出するための吸引用バルブとを有するものである。

これにより、着脱式バイパス手段を取り付けた際に内部の空気を容易に排出することができる。

従って、空気の混入を防ぎ、信頼性の高いポンプダウン運転を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の構成図を示すものである。

図１に示すように、第１の実施の形態における空気調和機は、室外機１００と室内機１０１を、接続配管である、液側接続配管２１およびガス側接続配管２２で接続して装置を構成している。

室外機１００には、圧縮手段である圧縮機１、室外熱交換器２、室外送風機３、作動冷媒を減圧膨張させる膨張弁４、三方弁である液側接続バルブ５、ガス側接続バルブ８が備えられている。そして、液側接続バルブ５は液側接続配管２１の接続を、膨張弁４かあるいはバイパス回路１１かに切換えている。そして、バイパス回路１１は液側接続バルブ５から、ガス側接続バルブ８の、ガス側接続配管２２側の接続ポートと接続している。

また、室内機１０１には、室内熱交換器６、室内送風機７を備えている。そして、圧縮機１、室外熱交換器２、膨張弁４、液側接続バルブ５、液側接続配管２１、室内熱交換器６、ガス側接続配管２２、ガス側接続バルブ８は、配管で接続され、作動冷媒が流れる冷媒回路を構成している。作動冷媒としては炭素間に二重結合を有し温暖化係数の小さな、ハイドロフルオロオレフィンであるＨＦＯ−１２３４ｙｆを使用している。

また、この空気調和機には、ポンプダウンの１つの工程が終了したことを表示する出力手段である作業指示ランプ９と、作業者が１つの工程を完了したことを入力する入力手段である作業完了ボタン１０を備えている。作業指示ランプ９と作業完了ボタン１０は、例えば、空気調和機の制御装置を構成する室外機制御基板や、制御装置と通信を行うリモコンに設けられている。

以上のように構成された空気調和機の通常の運転動作について説明する。室内機１０１から室外機１００に戻ってきた作動冷媒は、ガス側接続バルブ８を経て圧縮機１に吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒となって室外熱交換器２に送られ、室外送風機３によって送られてくる空気で冷却され凝縮し、膨張弁４で減圧され、液側接続バルブ５を経て室内機１０１へ送られ、室内熱交換器６で室内送風機７により送られてきた空気から熱を奪い蒸発して、室外機１００へ戻る。室内熱交換器６で室内送風機７により送られてきた空気から熱を奪うことで、室内機１０１が設置された空間の空気の冷却、つまり冷房が行われる。

次に、このような空気調和機の設置時、移設時について説明する。

図１に示される分離型空気調和機では、設置前は室外機１００に冷媒が封入されている。設置時には、液側接続配管２１およびガス側接続配管２２で室内機１０１と室外機１００とを接続する。その後、ガス側接続バルブ８のサービスポート１２と真空ポンプとをホースで接続する。そして、真空ポンプを運転して室内機１０１側の配管（液側接続バルブ５からガス側接続バルブ８までの配管であって、室内熱交換器６を含む）内の空気をガス側接続バルブ８のサービスポート１２から真空引きする。その後、液側接続バルブ５、ガス側接続バルブ８を開けて冷媒を配管内に開放して設置を行う。このとき、バイパス回路１１は室内機１０１側に繋がっており、室内機１０１側の配管と同様に真空に引かれた後、冷媒で満たされることになる。

また、設置した空気調和機を移動させる場合には、作動冷媒を室外機１００に再び回収し液側接続配管２１およびガス側接続配管２２をはずして移動させる。このような、作動冷媒を再び室外機１００に回収する作業をポンプダウンという。

ポンプダウンは、従来の空気調和機の場合、予備運転として所定の時間、冷房運転を行った後、液側接続バルブ５の代わりに設けられた二方弁を閉切り、３分程度冷房運転を続け、ガス側接続バルブ８の代わりに設けられた三方弁を締切り、運転を停止する。このとき、ゲージマニホールドなどの圧力測定手段をガス側接続バルブ８の代わりに設けられた三方弁のサービスポートに接続してポンプダウンを行う場合は、圧力測定手段の表示が負圧になるまで、液側接続バルブ５の代わりに設けられた二方弁を閉切った状態での冷房運転を行う。

このとき、ポンプダウンが十分でなければ、接続配管および室内機１０１側の配管に作動冷媒が残留する。その結果、そのまま、接続配管をはずすと、作動冷媒を大気放出することになる。温暖化係数が小さいとはいえ、フッ素化合物が大気放出されるのは望ましいとは言えず、装置内の作動冷媒が減るという観点からも作動冷媒はできる限り回収するのが望ましい。しかし、ポンプダウン運転を長時間続けると、作動冷媒が循環しない状態での運転が続くため、圧縮機１の摺動部の冷却が妨げられ、圧縮機１の摺動部の温度が上昇する。

ここで、本実施の形態の空気調和機では、作動冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆを使用しているが、この冷媒は、炭素間に二重結合を有しているがゆえに分解し易く、酸素が存在する雰囲気中であれば温度が上昇すれば容易に分解し、酸を生じたりさまざまな有機物を生じたりし、圧縮機１の摺動部や配管などの金属部品、圧縮機１のモーター巻線や各弁部における有機材料にダメージを与える可能性がある。

さらに、酸素が存在しない場合においても、高温部では冷媒が分解する。圧縮機１において最も耐熱温度の低い材料はモーターの絶縁皮膜であり、その耐熱温度は１２０℃程度が一般的である。最も温度が上昇すると考えられるメカ摺動面においては、２００℃程度の温度になる。従来は冷媒が分解しにくいものであったため問題は発生しなかったが、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆを使用する装置では、分解し易いため、ポンプダウン運転時の摺動部の温度上昇により、作動冷媒が分解する可能性がある。

そこで、本発明の実施の形態１の空気調和機は、以下のようにしてポンプダウン運転の時間を短縮し、圧縮機１の摺動部の温度上昇を抑え、作動冷媒の分解を防いで信頼性の向上を図るものである。

まず、基本的な考え方は、ポンプダウン運転の際に液側接続配管２１とガス側接続配管２２の両方から冷媒を室外機１００へ回収することである。

この理由を以下に説明する。液側接続配管２１は断熱材で覆われているため、液側接続配管２１の内部の液冷媒は、吸熱による蒸発が行われにくい。このため、液側接続配管２１の内部に存在する作動冷媒は低圧側で最も乾き度が低い状態にある。なお、これに対し、室内熱交換器６では液冷媒があっても空気と熱交換して速やかに蒸発する。また、ガス側接続配管２２も断熱材で覆われているので、作動冷媒の速やかな蒸発は望めないが、室内熱交換器６で蒸発した作動冷媒と共に圧縮機１に運ばれていくので、速やかに圧縮機１に回収される。

液冷媒は、ポンプダウン運転を行う際に滞留し易く、液溜りが生じるとその部分の冷媒は蒸発してから圧縮機１に回収されるので周囲から熱を吸収する必要がある。一部の液冷媒が周囲から蒸発熱をもらって蒸発すると、周囲の温度はその分下がっていく。蒸発、温度低下を繰り返していくうち液冷媒の周囲の温度は下がり、ますます、液冷媒は蒸発しにくくなって冷媒回収に時間がかかるようになる。

一方、液冷媒の量が少ないと周囲の温度は比較的高い温度に保たれ、液冷媒は蒸発し易い状態が保たれる。その結果、作動冷媒の回収が速やかに行われ、圧縮機１の摺動部の温度上昇を抑え、冷媒の分解を防いで信頼性の向上が図れる。

液側接続配管２１、ガス側接続配管２２の両方から冷媒を室外機１００へ回収する方法は次の通りである。ポンプダウンは、予備運転として所定の時間、冷房運転を行った後、液側接続バルブ５を、液側接続配管２１とバイパス回路１１とが連通するように切り換える。これにより、膨張弁４に接続された配管は圧縮機１の吸入側には連通しない状態となる。そして、３分程度冷房運転を続け、液側接続配管２１内の冷媒はバイパス回路１１を介して、また、ガス側接続配管２２内の冷媒は直接、圧縮機１へと回収する。その後、ガス側接続バルブ８を締切り、運転を停止する。このとき、ゲージマニホールドなどの圧力測定手段をガス側接続バルブ８のサービスポート１２に接続してポンプダウンを行う場合は、圧力測定手段の表示が負圧になるまで、液側接続バルブ５を液側接続配管２１とバイパス回路１１とが連通するように切り換えた状態での冷房運転を行う。

本実施の形態のように、液側接続配管２１とガス側接続配管２２の両方から冷媒を回収すると、室内熱交換器６が液溜りの生じる場所となる。しかし、上述のように、室内熱交換器６では液冷媒があっても空気と熱交換して蒸発し、液、ガス状態を問わず液側接続配管２１およびガス側接続配管２２内の冷媒と共に、速やかに室外機１００へ回収される。

本実施の形態では、液側接続バルブ５が液側接続配管２１の接続を、膨張弁４かあるいはバイパス回路１１かに切換えるよう構成されているので、液側接続バルブ５を操作するだけで、膨張弁４の先は封止され、液側接続配管２１はバイパス回路１１によってガス側接続バルブ８に接続されるので、簡単な操作で、液側接続配管２１とガス側接続配管２２の両方から冷媒を室外機１００へ回収することができる。つまり、本実施の形態の空気調和機は、ポンプダウン時の温度上昇による作動冷媒の分解の回避を、実現することができる。

また、本実施の形態では、作業手順を進めて良い状態になったことを知らせる出力手段である作業指示ランプ９と、作業者が１つの作業を完了したことを入力する入力手段である作業完了ボタン１０を備えており、作業者が作業を進めて良い状態になったらそれを知らせる作業指示ランプ９を点灯あるいは点滅させ、作業者が１つの作業を終了したら作業完了ボタン１０で作業の完了を入力することで、１つ１つの作業を確実に遂行し作業ミスの発生を減らすことができる。

例えば、ポンプダウンを実施する際に、まず作業者が作業完了ボタン１０を押し作業の開始を入力する。すると、制御装置（図示せず）は、空気調和機の冷房運転を開始する。そして、一定時間、冷房運転を実施したところで、作業指示ランプ９の１回点滅を繰り返す。これを確認した作業者はポンプダウン運転の開始のため、液側接続バルブ５を操作し、作業完了ボタン１０を押す。そして、所定の時間が過ぎたところで空気調和機は作業指示ランプ９の２回点滅を繰り返し、ポンプダウン運転の工程の終了を告げる。これを確認した作業者がガス側接続バルブ８を閉切り、作業完了ボタン１０を押すと空気調和機は運転を停止する。これでポンプダウンは終了である。

つまり、本実施の形態の空気調和機は、作業指示ランプ９、作業完了ボタン１０により、１つ１つの工程を確実に遂行でき、作業ミスを減らすことができる。

なお、本実施の形態では、液側接続バルブ５やガス側接続バルブ８の操作は、作業者が行い、それらの操作の完了は作業完了ボタン１０を押すことで入力するものとしたが、液側接続バルブ５やガス側接続バルブ８の操作も制御装置が自動的に行うことで、作業完了ボタン１０を廃止することも可能である。この際には、さらに作業ミスを減らすことができることはいうまでもない。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における空気調和機の構成図を示すものである。

図２に示すように、図１の空気調和機において、液側接続バルブ５をサービスポート１２を備えた液側接続用三方弁１５に変更し、バイパス回路１１を、サービスポート１２のコアを任意のタイミングで押し込むことのできる継ぎ手部３３、開閉弁と真空ポンプへの接続口とを有する吸引用バルブ３２を備えた着脱式バイパス回路３１に変更したものである。着脱式バイパス回路３１は、液側接続用三方弁１５とガス側接続バルブ８のサービスポート１２にポンプダウンのときだけ接続される。

本実施の形態では、ポンプダウンのときだけ、着脱式バイパス回路３１が取り付けられるので、通常運転時には、空気調和機の室外機１００に着脱式バイパス回路３１は装備されておらず、装置を安価に提供することができる。

また、着脱式バイパス回路３１を取り付けた際に、吸引用バルブ３２から内部の空気を排出してからポンプダウンを行えば、冷媒中に空気が混入するのを防ぎ、信頼性の高い作業が行える。

なお、以上の実施の形態における空気調和機は暖房運転を行うことができない冷房専用機であるが、圧縮機１の出口に作動冷媒の流れ方向を切り換える四方弁を備え暖房運転を行うことができる冷暖機種でも同様の効果が得られる。

また、冷媒はＨＦＯ−１２３４ｙｆを使用したが、ＨＦＯ−１２３４ｚｅであっても、ＨＦＯ−１２３４ｙｆあるいはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒であっても同様の効果を奏するものである。このような、混合冷媒としては、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−３２との混合冷媒などがある。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、ポンプダウン運転を行う際に、液側接続配管、ガス側接続配管の両方から冷媒を回収してポンプダウン運転を行うものである。これにより、速やかにポンプダウンを終了し、圧縮機内部の温度上昇を抑制することができる。

その結果、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンのような、分解しやすい冷媒も使用することができ、環境性に優れている。

そして、空気調和機だけに止まらず、セパレート型のショーケースや冷凍機、ヒートポンプ式の温水器などに広く適用することができ、効果をもたらすものである。

１圧縮機
２室外熱交換器
３室外送風機
４膨張弁
５液側接続バルブ
６室内熱交換器
７室内送風機
８ガス側接続バルブ
９作業指示ランプ
１０作業完了ボタン
１１バイパス回路
１２サービスポート
２１液側接続配管
２２ガス側接続配管
１００室外機
１０１室内機

Claims

作動冷媒を圧縮する圧縮手段、室外熱交換器、膨張弁、室外送風機、液側接続バルブ、ガス側接続バルブを有する室外機と、室内熱交換器、室内送風機を有する室内機とを、液側接続配管とガス側接続配管とで接続して、前記作動冷媒としてハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を用いた、冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成する空気調和機であって、前記室外機に前記作動冷媒を回収するポンプダウン運転を行う際に、前記液側接続配管と前記ガス側接続配管の両方から冷媒を回収することを特徴とする空気調和機。
前記ガス側接続バルブと前記液側接続バルブとを接続するバイパス回路とを有し、前記液側接続バルブは前記液側接続配管を前記膨張弁に接続された配管と前記バイパス回路のいずれか一方に連通させる切換え弁であり、通常運転時には前記膨張弁に接続された配管と前記液側接続配管とを連通させ、前記ポンプダウン運転時には前記膨張弁に接続された配管と前記バイパス回路とを連通させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記液側接続バルブと前記ガス側接続バルブとが、コアを押し込むことで開くことのできるアクセスバルブを有する三方弁であって、前記ポンプダウン運転時には、前記液側接続バルブと前記ガス側接続バルブの前記アクセスバルブを接続する着脱式バイパス手段を装着することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記着脱式バイパス手段が、前記コアを押し込むことのできる継ぎ手部と、内部の空気を排出するための吸引用バルブとを有することを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。