JP2013113456A - マルチ型空気調和システムの油回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システム更新の際に、冷凍機油を効率良くかつ確実に回収することのできるマルチ型空気調和システムの油回収方法を提供することを目的とする。
【解決手段】室外機ユニット１に予め封入された液冷媒を、液管９から室内機ユニット３に送り込み、この液冷媒と、高圧ガス管５からのガス冷媒とを混合して気液二相状態とする。この、気液二相状態の冷媒を低圧ガス管７に送り込むことで、低圧ガス管７から冷凍油を確実に回収する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一台の室外機ユニットに対し、複数台の室内機を有したマルチ型空気調和システムの油回収方法に関する。

一台の室外機ユニットに対し、複数台の室内機ユニットが並列に接続されたマルチ型空気調和システムが知られている。この空気調和システムは、高圧ガス管、低圧ガス管および液管を室外機ユニットと室内機ユニットとの間に配設し、室外熱交換器および各室内熱交換器のガス管側をそれぞれ高圧ガス管と低圧ガス管とに選択的に連通するよう切換え可能にしている。この空気調和システムの運転時、室内機ユニットに低圧ガス管を接続すると冷房運転を行い、室内機ユニットに高圧ガス管を接続すると暖房運転を行う。
そして、このような構成により、複数台の室内機ユニットを、冷房運転するものと暖房するものとを同時に混在させることを可能としていた。

ところで、このような空気調和システムを長期にわたって使用していくうちに、システムを更新する必要が生じることがある。この場合、ビルディング等に設置された空気調和システムは、室内機ユニットと室外機ユニットとを接続する配管までを入れ替えるとコストと手間が膨大にかかる。そこで、空気調和システムの室外機ユニット、室内機ユニットのみを更新し、配管については既設のものをそのまま用いるのが主流となってきている。

このとき、旧型のシステムと新型のシステムとでは、用いる冷媒と冷凍機油（潤滑油）の種類が異なることがある。この場合、システム更新に際して、冷媒と冷凍機油を入れ替える必要がある。
特に、冷凍機油は、配管の内壁面等に付着しているため、これを完全に回収して除去するには工夫が必要である。
一般的には以下の方法が考えられる（例えば、特許文献１参照。）。
ａ）配管内に、ガス冷媒を、その流速を高めることによって冷凍機油を回収する方法、
ｂ）配管に液冷媒を流し、冷媒に冷凍機油を溶解させて回収する方法。

特開２００８−１４５０３６号公報

しかしながら、複数台の室内機ユニット間で、冷房運転するものと暖房するものとを同時に混在させることのできるシステムにおいては、高圧・高温の過熱ガスが流れる高圧ガス管と呼ばれる配管が存在する。高圧ガス管においては、前記のａ）のガス冷媒の流速を高めることによって冷凍機油の回収が可能であるが、夏季等、外気温が高い条件下では、冷媒密度が高くならないために、十分な流速が確保できないことがある。すると、冷凍機油の回収に、時間がかかり、またその回収率も十分に高くならないという問題がある。このような高圧ガス管は、ガス専用の配管であるため、ｂ）の液冷媒による回収方法は採用できない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、システム更新の際に、冷凍機油を効率良くかつ確実に回収することのできるマルチ型空気調和システムの油回収方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明は、室外機ユニットと、室外機ユニットに対して複数台が並列に接続された室内機ユニットと、を備えたマルチ型空気調和システムの油回収方法であって、室外機ユニットは、圧縮機と、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、を備えるとともに、圧縮機の出口側に接続されて高圧のガス状態の冷媒を送給する高圧ガス管と、圧縮機の入口側に接続されて高圧ガス管よりも低圧のガス状態の冷媒を送給する低圧ガス管と、液状態の冷媒を送給する液管とが導出され、複数の室内機ユニットは、高圧ガス管、低圧ガス管、および液管が接続され、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、室内熱交換器に液管から液状態の冷媒の供給量を調整する膨張弁と、高圧ガス管と低圧ガス管の室内熱交換器への冷媒流路を切り替える分流コントローラと、を備え、室外機ユニットおよび室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、液状態の冷媒を、外部または室外機ユニットから送り込むことで当該冷媒を低圧ガス管内で液相とガス相からなる気液二相状態として、低圧ガス管内の冷凍油を冷媒の液相とともに回収することを特徴とする。
このように、冷媒を液相とガス相からなる気液二相状態として低圧ガス管に送り込むと、低圧ガス管内の冷凍油を確実に回収することができる。

ここで、室外機ユニットおよび室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、室外機ユニットに予め封入された液状態の冷媒を、室内機ユニットの膨張弁を開いて液管から室内熱交換器を介して低圧ガス管に送り込むとともに、分流コントローラを介して高圧ガス管から高温・高圧のガス状態を低圧ガス管に送り込むことで、低圧ガス管内で冷媒を気液二相状態とすることができる。

また、室外機ユニットおよび室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、外部から高圧ガス管に液状態の冷媒を注入して高圧ガス管内で膨張することで気液二相状態の冷媒とし、当該気液二相状態の冷媒を高圧ガス管および低圧ガス管に流すことで、低圧ガス管内で冷媒を気液二相状態とすることもできる。これにより、高圧ガス管内も気液二相状態の冷媒により冷凍油を回収することもできる。

さらに、室外機ユニットおよび室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、外部から液管に液状態の冷媒を注入し、当該冷媒を室内機ユニットの膨張弁を開いて液管から室内熱交換器を介して低圧ガス管に送り込み、分流コントローラを介して高圧のガス状態の冷媒を低圧ガス管に送り込むことで、低圧ガス管内で冷媒を気液二相状態とすることができる。

本発明によれば、冷媒を液相とガス相からなる気液二相状態として低圧ガス管に送り込むことで、低圧ガス管内の冷凍油を冷媒の液相とともに回収することができる。
これにより、システム更新の際に、冷凍機油を効率良くかつ確実に回収することができる。
このとき、予め封入された冷媒や外部から注入した冷媒を用いることにより、特にハードウェアを追加することなく、低コストで上記効果を得ることができる。

本実施の形態におけるマルチ型空気調和システムの概略構成を説明するための図である。 第一の実施形態における油回収方法の流れを示す図である。 図２に続く状態を示す図である。 図３に続く状態を示す図である。 第二の実施形態における油回収方法の流れを示す図である。 図５に続く状態を示す図である。 図６に続く状態を示す図である。 第二の実施形態における油回収方法の流れの変形例を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１は、本実施の形態におけるマルチ型空気調和システムの全体構成を説明するための図である。
図１に示すように、マルチ型空気調和システムは、一つの室外機ユニット１と、複数の室内機ユニット３（図１には２台のみを図示してある）と、これらを接続する高圧ガス管５、低圧ガス管７、および液管９を備えている。なお、以下に示す室外機ユニット１、室内機ユニット３の構成は、基本的な構成を例示するに過ぎず、その構成を例示したものに限るものではない。

室外機ユニット１は、圧縮機１０、室外膨張弁１１ａ，１１ｂ、室外熱交換器１２ａ，１２ｂ、室外四方弁１４ａ，１４ｂ、レシーバ１６を主に備えている。

室外熱交換器１２ａ，１２ｂは、室外空気と冷媒とを熱交換するものであり、通過する冷媒の状態に応じて、凝縮器または蒸発器として動作する。各室外熱交換器１２ａ，１２ｂとレシーバ１６との間には、室外膨張弁１１ａ，１１ｂが設けられている。

圧縮機１０としては、例えばスクロールコンプレッサを用いるのが好ましい。この圧縮機１０は、圧縮機１０で圧縮された冷媒は、高圧ガス冷媒となり、高圧ガス管５へと吐出される。

室外四方弁１４ａ，１４ｂには、高圧ガス管５の入口側および出口側、低圧ガス管７、圧縮機１０、室外熱交換器１２ａ，１２ｂが接続されており、冷媒の流れを切り替えられるようになっている。

室外熱交換器１２ａ，１２ｂは、室外四方弁１４ａ，１４ｂに接続される側の反対側に、液管９が接続されている。この室外機ユニット１内の液管９に、液冷媒を貯留するレシーバ１６が設けられている。

室内機ユニット３は、複数設けられている（図１では２台のみを示し、図２〜図８では４台のみを示している。）。
各室内機ユニット３は、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器４０ａ、４０ｂを備えている。室内熱交換器４０ａ，４０ｂは、室内空気と冷媒とを熱交換するものであり、通過する冷媒の状態に応じて、凝縮器または蒸発器として動作する。各室内熱交換器４０ａ、４０ｂにおいて、液管９側には、室内膨張弁４２ａ、４２ｂが設けられている。
室内機ユニット３には、室外機ユニット１との間に、高圧ガス管５および低圧ガス管７の切り換えを行う分流コントローラ４６ａ，４６ｂが設けられている。

分流コントローラ４６ａ、４６ｂは、高圧ガス管５と低圧ガス管７とを直結するバイパス管４８ａ、４８ｂを備えている。そして、分流コントローラ４６ａ、４６ｂは、室内熱交換器４０ａ、４０ｂと高圧ガス管５との間、室内熱交換器４０ａ、４０ｂと低圧ガス管７との間、およびバイパス管４８ａ、４８ｂに、バルブ４７ａ、４７ｂ、４７ｃを備えている。

また、低圧ガス管７には、油回収タンク１００が設けられている。この油回収タンク１００は、吐出管１０１と、冷媒排出管１０２とを備え、それぞれが低圧ガス管７に接続されている。

このような空気調和システムにおいては、既設のシステムから室内機ユニット３および室外機ユニット１の少なくとも一方を新設のものに更新した後に、以下のようにして、低圧ガス管７からの油回収運転を行う。この油回収運転は、予め設定したコンピュータプログラムに基づいてマルチ側空気調和システムを自動的に運転させることで実行しても良いし、各部のバルブを個別に操作することで実行しても良い。

ここで、新設された室外機ユニット１、各室内機ユニット３には、予め、冷媒が封入されている。
これにはまず、図２に示すように、室内熱交換器４０ａ、４０ｂ、…の直前の室内膨張弁４２ａ、４２ｂを閉じておく。
その状態で、新設された室外機ユニット１側で、既設の高圧ガス管５、低圧ガス管７のそれぞれへの接続口に設けられたバルブ８０、８１を開き、液管９の接続口に設けられたバルブ８２を閉じておく。
そして、各室内機ユニット３の分流コントローラ４６ａ、４６ｂ、…において、バルブ４７ｃを開く。これにより、高圧ガス管５と低圧ガス管７とが連通した状態となる。

そして、図３に示すように、液管９のバルブ８２を開くとともに、室内熱交換器４０ａ、４０ｂ、…の直前の室内膨張弁４２ａ、４２ｂを微開し、室外機ユニット１、各室内機ユニット３を運転する。

すると、液管９から室内熱交換器４０ａ、４０ｂ、…を経て流れ込んだ液冷媒と、高圧ガス管５からバルブ４７ｃを通って流れ込んだ高圧ガス冷媒とが低圧ガス管７に送り込まれる。低圧ガス管７において、液冷媒と高圧ガス冷媒とが合流すると、液冷媒の一部がガス化して飽和し、気液二相状態の冷媒となる。
この気液二相状態とされた冷媒の液相成分により、低圧ガス管７の内周面に付着した冷凍油は、冷媒とともに押し流され、油回収タンク１００へと送り込まれる。
この運転は、予め設定した目標回収量を確保できるだけの時間だけ継続するのが好ましい。また、設置条件、運転条件によっては、この運転が十分に出来ない場合があり、システムを構成する部品の使用制限（圧力・温度等）を超える場合がある。そこで、システムに損傷を与えないため、適宜箇所において冷媒の圧力・温度をモニタリングし、予め定めた制限値を越えないように運転を自動的に制御するのが好ましい。

油回収タンク１００においては、冷媒の液相成分と冷凍油とが底部に溜まり、冷媒のガス相成分が、吐出管１０１よりも高い位置に開口した冷媒排出管１０２から排出される。

この後、図４に示すように、高圧ガス管５のバルブ８０、液管９のバルブ８２、各室内膨張弁４２ａ，４２ｂ、…を閉じる。すると、高圧ガス管５からバルブ４７ｃを通って流れ込んだ高圧ガス冷媒が低圧ガス管７に送り込まれて気液二相状態の冷媒を押し流し、低圧ガス管７、油回収タンク１００内の液冷媒を取り除く。
このとき、圧縮機１０の上流側で、吸入する冷媒の過熱度を圧力・温度センサにより検出し、過熱度が予め定めたしきい値以上となったときには、低圧ガス管７内がガス冷媒のみとなり、液冷媒および冷凍油の回収が終了したと判断して、運転を自動的に停止させることができる。
ただし、システム内の冷媒量の過少・過大は不明なので、液冷媒が圧縮機１０に送り込まれる、いわゆる液バックしない場合があることを考慮して、予め定めた運転時間が経過した時点で運転を停止させるようにしても良い。

上述したような構成によれば、液管９からの液冷媒と、高圧ガス管５からのガス冷媒とを混合して気液二相状態とした冷媒を低圧ガス管７に送り込むことで、低圧ガス管７から冷凍油を確実に回収することが可能となる。このとき、液相の冷媒により冷凍油を効率良く回収できるため、季節に関わらずシステム更新作業を短時間で容易に行うことが可能となる。また、このために特に機器を付加する必要もなく、作業手順によって上記効果を得ることができるので、低コストである。
ここで、一般に、高圧ガス管５は低圧ガス管７に比較して管径が細いため、内部での冷媒の流速が高くなる。したがって、高圧ガス管５においては、高い流速で高圧ガス冷媒が流れることによって冷凍油の回収を行える。これに対し、高圧ガス管５よりも管径の太い低圧ガス管７では冷媒の流速が低く、ガス冷媒のみでは冷凍油の回収が行えない。そこで、上記のように、気液二相状態の冷媒を低圧ガス管７に流すことによって冷凍油の回収を確実に行うのである。
また、このような油回収運転は、マルチ型空気調和システムの設置後の通常運転時においても実施することが可能となる。

［第二の実施形態］
次に、本発明に係る第二の実施形態について説明する。以下に説明する構成において、上記第一の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態におけるマルチ型空気調和システムは、全体的な構成は図１に示した第一の実施形態のマルチ型空気調和システムと共通している。そして、本実施形態におけるマルチ型空気調和システムは、図１に示した構成に加え、高圧ガス管５において、バルブ８０に対して室外機ユニット１側に、冷媒が室外機ユニット１側に流れるのを阻止する逆止弁９０を備える。

上記のような構成の本実施形態のマルチ型空気調和システムにおいて、既設のシステムから室内機ユニット３や室外機ユニット１を新設のものを更新した後に、以下のようにして、低圧ガス管７からの油回収運転を行う。この油回収運転は、予め設定したコンピュータプログラムに基づいてマルチ側空気調和システムを自動的に運転させることで実行しても良いし、各部のバルブを個別に操作することで実行しても良い。

ここで、新設された室外機ユニット１、各室内機ユニット３には、予め、冷媒が封入されている。
まず、図５に示すように、室内熱交換器４０ａ、４０ｂ、…の直前の室内膨張弁４２ａ、４２ｂを閉じておく。
また、新設された室外機ユニット１側で、既設の高圧ガス管５、低圧ガス管７、液管９のそれぞれへの接続口に設けられたバルブ８０、８１、８２をそれぞれ閉じておく。

この状態で、バルブ８０、８１に設けられたチャージポート８０ａ、８１ａに真空ポンプ等を接続して高圧ガス管５、低圧ガス管７の真空引きを行う。

真空引き後、バルブ８０に設けられたチャージポート８０ａから液状態の冷媒を充填する。すると、充填された冷媒は、高圧ガス管５内で膨張して気液二相状態となる。

所定量の冷媒を充填した後、図６に示すように、室内機ユニット３の分流コントローラ４６ａ、４６ｂ、…において、バルブ４７ｃを開く。これにより、高圧ガス管５と低圧ガス管７とが連通した状態となる。

そして、液管９のバルブ８２、高圧ガス管５のバルブ８０を開き、この状態で、室外機ユニット１、各室内機ユニット３を運転する。
すると、高圧ガス管５からバルブ４７ｃを通って流れ込んだ二相状態の冷媒が低圧ガス管７に送り込まれる。
この気液二相状態とされた冷媒の液相成分により、高圧ガス管５、および低圧ガス管７の内周面に付着した冷凍油は、冷媒とともに押し流され、油回収タンク１００へと送り込まれる。

油回収タンク１００においては、冷媒の液相成分と冷凍油とが底部に溜まり、冷媒のガス相成分が、吐出管１０１よりも高い位置に開口した冷媒排出管１０２から排出される。

この後、図７に示すように、液管９のバルブ８２を閉じ、高圧ガス管５からバルブ４７ｃを通って流れ込んだ高圧ガス冷媒を低圧ガス管７に送り込んで気液二相状態の冷媒を押し流し、低圧ガス管７、油回収タンク１００内の液冷媒を取り除く。

上述したような構成によれば、高圧ガス管５に冷媒を外部から充填することで、気液二相状態とした冷媒を高圧ガス管５に送り込み、高圧ガス管５および低圧ガス管７から冷凍油を確実に回収することが可能となる。このとき、液冷媒により冷凍油を効率良く回収できるため、季節に関わらずシステム更新作業を短時間で容易に行うことが可能となる。また、このために、特に機器を付加する必要もなく、作業手順によって上記効果を得ることができるので、低コストである。

なお、上記第二の実施形態では、高圧ガス管５に冷媒を外部から充填するようにしたが、これに代えて、液管９に外部から冷媒を充填することもできる。
すなわち、まず、図８に示すように、室内熱交換器４０ａ、４０ｂ、…の直前の室内膨張弁４２ａ、４２ｂを閉じておく。
また、新設された室外機ユニット１側で、既設の高圧ガス管５、低圧ガス管７、液管９のそれぞれへの接続口に設けられたバルブ８０、８１、８２をそれぞれ閉じておく。

この状態で、バルブ８２に設けられたチャージポート８２ａから液状態の冷媒を液管９に充填する。

次いで、図２に示したように、各室内機ユニット３の分流コントローラ４６ａ、４６ｂ、…において、バルブ４７ｃを開く。これにより、高圧ガス管５と低圧ガス管７とが連通した状態となる。

そして、低圧ガス管７のバルブ８１、高圧ガス管５のバルブ８０を開き、この状態で、室外機ユニット１、各室内機ユニット３を運転する。

この状態から、図３に示すように、室内熱交換器４０ａ、４０ｂ、…の直前の室内膨張弁４２ａ、４２ｂを微開する。
すると、液管９から室内熱交換器４０ａ、４０ｂ、…を経て流れ込んだ液冷媒と、高圧ガス管５からバルブ４７ｃを通って流れ込んだ高圧ガス冷媒とが低圧ガス管７に送り込まれる。低圧ガス管７において、液冷媒と高圧ガス冷媒とが合流すると、液冷媒の一部がガス化して飽和し、気液二相状態の冷媒となる。
この気液二相状態とされた冷媒の液相成分により、低圧ガス管７の内周面に付着した冷凍油は、冷媒とともに押し流され、油回収タンク１００へと送り込まれる。

油回収タンク１００においては、冷媒の液相成分と冷凍油とが底部に溜まり、冷媒のガス相成分が、吐出管１０１よりも高い位置に開口した冷媒排出管１０２から排出される。

この後、図４に示すように、液管９のバルブ８２、各室内膨張弁４２ａ，４２ｂ、…を閉じ、高圧ガス管５からバルブ４７ｃを通って流れ込んだ高圧ガス冷媒を低圧ガス管７に送り込み、気液二相状態の冷媒を押し流し、低圧ガス管７、油回収タンク１００内の液冷媒を取り除く。

なお、上記各実施の形態で示したように、同様の機能・作用を発揮できるのであれば、上記した以外の適宜構成を採用することができる。
例えば、マルチ型空気調和システムの各部の構成は、上記したものに限らず、適宜他の構成を採用しても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 室外機ユニット
３ 室内機ユニット
５ 高圧ガス管
７ 低圧ガス管
９ 液管
１０ 圧縮機
１１ａ，１１ｂ、… 室外膨張弁
１２ａ，１２ｂ、… 室外熱交換器
１４ａ，１４ｂ、… 室外四方弁
１６ レシーバ
４０ａ，４０ｂ、… 室内熱交換器
４２ａ，４２ｂ 各室内膨張弁
４６ａ，４６ｂ 分流コントローラ
４８ａ バイパス管
８０、８２ バルブ
８０ａ、８２ａ チャージポート
９０ 逆止弁
１００ 油回収タンク

Claims (4)

1. 室外機ユニットと、前記室外機ユニットに対して複数台が並列に接続された室内機ユニットと、を備えたマルチ型空気調和システムの油回収方法であって、
   前記室外機ユニットは、圧縮機と、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、を備えるとともに、前記圧縮機の出口側に接続されて高圧のガス状態の冷媒を送給する高圧ガス管と、前記圧縮機の入口側に接続されて前記高圧ガス管よりも低圧のガス状態の冷媒を送給する低圧ガス管と、液状態の冷媒を送給する液管とが導出され、
   複数の前記室内機ユニットは、前記高圧ガス管、前記低圧ガス管、および前記液管が接続され、室内の空気と前記冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、
   前記室内熱交換器に前記液管から液状態の前記冷媒の供給量を調整する膨張弁と、
   前記高圧ガス管と前記低圧ガス管の前記室内熱交換器への冷媒流路を切り替える分流コントローラと、を備え、
   前記室外機ユニットおよび前記室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、
   液状態の冷媒を、外部または前記室外機ユニットから送り込むことで当該冷媒を前記低圧ガス管内で液相とガス相からなる気液二相状態として、前記低圧ガス管内の冷凍油を前記冷媒の液相とともに回収することを特徴とするマルチ型空気調和システムの油回収方法。
2. 前記室外機ユニットおよび前記室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、
   前記室外機ユニットに予め封入された液状態の前記冷媒を、前記室内機ユニットの前記膨張弁を開いて前記液管から前記室内熱交換器を介して前記低圧ガス管に送り込むとともに、前記分流コントローラを介して高圧のガス状態の前記冷媒を前記高圧ガス管から前記低圧ガス管に送り込むことで、前記低圧ガス管内で前記冷媒を気液二相状態とすることを特徴とする請求項１に記載のマルチ型空気調和システムの油回収方法。
3. 前記室外機ユニットおよび前記室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、
   外部から前記高圧ガス管に液状態の冷媒を注入して前記高圧ガス管内で膨張することで気液二相状態の前記冷媒とし、当該気液二相状態の前記冷媒を前記高圧ガス管および前記低圧ガス管に流すことで、前記低圧ガス管内で前記冷媒を気液二相状態とすることを特徴とする請求項１に記載のマルチ型空気調和システムの油回収方法。
4. 前記室外機ユニットおよび前記室内機ユニットの少なくとも一方を更新したときには、
   外部から前記液管に液状態の冷媒を注入し、当該冷媒を前記室内機ユニットの前記膨張弁を開いて前記液管から前記室内熱交換器を介して前記低圧ガス管に送り込むとともに、前記分流コントローラを介して高圧のガス状態の前記冷媒を前記高圧ガス管からから前記低圧ガス管に送り込むことで、前記低圧ガス管内で前記冷媒を気液二相状態とすることを特徴とする請求項１に記載のマルチ型空気調和システムの油回収方法。

Images