JP7357763B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents

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Description

本開示は、冷凍空調装置に関する。
冷凍空調装置においては、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続された冷媒回路(冷凍サイクル)を備え、冷媒回路内では、冷媒が循環する。その冷媒回路において、冷媒漏れが発生した場合には、冷媒が漏れている箇所を特定する作業が行われる。
冷媒が漏れている箇所を特定する一つの手法として、発泡剤を吹き付ける手法がある(非特許文献1)。この手法では、冷媒が漏れていると疑われる箇所に発泡剤を吹き付けることによって、冷媒が漏れている箇所を特定することになる。冷媒が漏れている箇所に発泡剤が吹き付けられると、その箇所では気泡が発生する。
冷媒が漏れている箇所を特定する他の手法として、冷媒ガス検知器を使用する手法がある(非特許文献2)。この手法では、冷媒ガス検知器を冷媒配管(回路)に当てながら、冷媒が漏れている箇所を特定することになる。
冷媒が漏れている箇所を特定するさらに他の手法として、蛍光剤を使用する手法がある(特許文献1)。この手法では、冷凍回路内を冷媒とともに循環する冷凍機油に、冷媒漏れを検知する蛍光剤を添加し、紫外線ランプにより紫外線を照射することによって、冷媒が漏れている箇所を特定することになる。冷媒が漏れている箇所では、冷媒および冷凍機油とともに漏れ出た蛍光剤が、紫外線の照射によって発光する。
国際公開WO2018/225263A1
TRUSCOオレンジブック2020、3-P.1542~P.1543 TRUSCOオレンジブック2020、3-P.1564~P.1565
冷媒が漏れている箇所を特定する手法のうち、特に、蛍光剤を使用して冷媒が漏れている箇所を特定する手法では、冷媒が漏れている箇所を確実に特定するために、冷媒とともに循環する冷凍機油に添加する蛍光剤の濃度を管理する必要がある。
本開示は、このような開発の一環でなされたものであり、その目的は、冷凍機油に添加された蛍光剤の濃度を容易に確認することができる冷凍空調装置を提供することである。
本開示に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が、順に冷媒配管によって接続された冷凍サイクルを有する冷凍空調装置であって、冷媒および冷凍機油と蛍光剤と窓部とを備えている。冷媒および冷凍機油は、冷凍サイクル内を循環する。蛍光剤は、冷媒とともに循環する冷凍機油に添加されている。窓部は、冷凍サイクルに設けられ、冷凍サイクル内の状態を確認する。
本開示に係る冷凍空調装置によれば、冷凍サイクルには、冷凍サイクル内の状態を確認するための窓部が設けられている。これにより、窓部に向けて紫外線を照射し、その紫外線の強度に対して、冷凍機油に添加されている蛍光剤の発光強度を測定することで、適正な濃度の蛍光剤が添加されているか否かを判断することができる。適正な濃度の蛍光剤が冷凍機油に添加されていることで、紫外線を照射することによって発せられる蛍光を確実に観測することができる。その結果、冷媒が漏れている箇所を確実に特定することができる。
各実施の形態に係る冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。 実施の形態1に係る冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。 実施の形態2に係る冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。 実施の形態3に係る冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。 実施の形態4に係る冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。 実施の形態5に係る冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。 各実施の形態において、窓部および供給口の望ましい配置を含む冷凍サイクルを示す図である。 各実施の形態において、窓部の望ましい配置を説明するための室外機の構造を示す部分正面図である。 各実施の形態において、図8に示す窓部に対する筐体の構造を説明するための室外機の正面図である。 各実施の形態において、窓部に筒状体を取り付けた状態を示す冷媒配管の部分斜視図である。
(基本構造)
はじめに、各実施の形態に係る冷凍空調装置を構成する冷凍サイクル(冷媒回路)の基本構造の一例について説明する。図1に示すように、冷凍空調装置1は、室外機3と室内機5とを備えている。室外機3には、圧縮機7と、凝縮器9(または蒸発器)となる熱交換器10と、液溜め11とが収容されている。室内機5には、膨張弁15と、蒸発器13(または凝縮器)となる熱交換器14とが収容されている。
圧縮機7、熱交換器10、液溜め11、膨張弁15および熱交換器14が、順に冷媒配管31によって接続されている。室外機3と室内機5との間は、冷媒配管31の一部として、現地液配管31aと現地ガス配管31bとによって接続されている。冷媒が室外機3から室内機5へ流れる場合には、冷媒は、現地液配管31aを流れる。冷媒が室内機5から室外機3へ流れる場合には、冷媒は、現地ガス配管31bを流れる。
圧縮機7は、吸入した低圧の冷媒を圧縮し、高圧の冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機7では、たとえば、回転周波数がインバータ制御されていてもよい。また、圧縮機7として、一定の回転数で回転する圧縮機でもよい。
熱交換器10を凝縮器9として機能させる場合には、熱交換器10では、圧縮機7から吐出された冷媒と、たとえば、室外空気等の外気との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、冷媒から外気に熱が放出される。また、熱交換器10(凝縮器9)としては、ファン12によって送り込まれる外気に、冷媒の熱を放出させる熱交換器(凝縮器)でもよい。
膨張弁15は、凝縮器9から現地液配管31aを流れてきた冷媒を膨張させて減圧させる。膨張弁15として、たとえば、電子膨張弁、機械式の温度式自動膨張弁、または、キャピラリ等を用いることができる。
熱交換器14を蒸発器13として機能させる場合には、熱交換器14では、膨張弁15によって減圧された冷媒と、たとえば、冷凍室内の空気等の室内空気との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、室内空気から冷媒に熱が放出されて、室内空気が冷却される。また、熱交換器14(蒸発器13)としては、ファン16によって送り込まれる外気の熱を、冷媒に放出させる熱交換器(蒸発器)でもよい。
次に、冷凍空調装置1の動作の一例として、室外機3の熱交換器10を凝縮器9として機能させるとともに、室内機5の熱交換器14を蒸発器13として機能させる動作について説明する。
圧縮機7を駆動させることによって、圧縮機7から高温高圧のガス冷媒が吐出する。吐出した高温高圧のガス冷媒(単相)は、熱交換器10に流れ込む。熱交換器10は、凝縮器9として機能する。熱交換器10では、流れ込んだ冷媒と、ファン12によって供給される空気との間で熱交換が行われる。高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒(単相)になる。
熱交換器10から送り出された高圧の液冷媒は、液溜め11を経て室内機5へ送り込まれて、膨張弁15を流れる。高圧の液冷媒は、膨張弁15によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、熱交換器14に流れ込む。熱交換器14では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、ファン16によって供給される空気との間で熱交換が行われる。二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒(単相)になる。この熱交換によって、室内が冷却されることになる。
熱交換器14から送り出された低圧のガス冷媒は、圧縮機7に流れ込む。圧縮機7に流れ込んだ低圧のガス冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機7から吐出する。以下、冷凍空調装置1では、このサイクルが繰り返される。
なお、室外機3の熱交換器10を蒸発器として機能させるとともに、室内機5の熱交換器14を凝縮器として機能させる動作では、冷媒の流れが、上述した流れとは反対向きになる。いずれの動作の場合も、冷媒は、冷凍機油および蛍光剤ととともに、冷凍サイクル内を循環することになる。
冷凍空調装置1では、冷凍サイクル(冷媒回路)を循環する冷媒として、たとえば、単一冷媒、疑似共沸混合冷媒または非疑似共沸混合冷媒等が使用される。単一冷媒には、たとえば、R22またはR134a等がある。疑似共沸混合冷媒には、たとえば、R410AまたはR404A等がある。非疑似共沸混合冷媒には、たとえば、R407C等がある。
その冷媒とともに冷凍サイクル内を循環する冷凍機油には、冷媒配管31等からの冷媒の漏れを検知するための蛍光剤が添加されている。冷媒が漏れている箇所を確実に特定するために、冷凍機油に添加する蛍光剤の濃度を管理する必要がある。
上述した冷凍空調装置1には、冷凍サイクル内の状態を確認するための窓部17が形成されている。窓部17には、サイトグラスが装着されている。窓部17に向けて紫外線を照射し、その紫外線の強度に対して蛍光剤の発光強度を測定することで、冷凍機油に添加された蛍光剤の濃度を見積もることができる。
蛍光剤の添加量(混入量)は、たとえば、冷凍機油に対して、0.25重量%程度である。以下、各実施の形態において、窓部17の配置等のバリエーションについて説明する。
実施の形態1.
実施の形態1に係る冷凍空調装置1の一例について説明する。図2に示すように、ここでは、冷凍サイクル内の状態を確認するための窓部17として、圧縮機7に窓部17aが設けられている。窓部17aは、たとえば、圧縮機7における油溜まり付近の油面が確認できる高さ(位置)に設けられている。
上述した冷凍空調装置1では、圧縮機7に設けられた窓部17aに向けて、たとえば、紫外線ランプから発せられる紫外線を照射する。紫外線を照射することで蛍光剤から発せられる蛍光の発光強度を測定する。その発光強度を基準の発光強度と比較することで、冷凍機油に添加されている蛍光剤の濃度が、適正範囲内にあるか否かが判断される。ここでは、蛍光剤の添加量(混入量)は、冷凍機油に対して、0.25重量%程度であるか否かが判断される。
冷凍空調装置1において、冷媒漏れが発生したと判断される場合には、冷媒が漏れている箇所では、冷媒とともに、蛍光剤が添加された冷凍機油も漏れ出ることになる。その冷凍機油に、適正な濃度(添加量)の蛍光剤が添加されていることで、紫外線を照射することによって発せられる蛍光を確実に観測することができる。その結果、冷媒が漏れている箇所を確実に特定することができる。
実施の形態2.
実施の形態2に係る冷凍空調装置1の一例について説明する。図3に示すように、圧縮機7には、冷凍サイクル内に供給する冷凍機油を貯溜するオイルレギュレータ19が接続されている。そのオイルレギュレータ19に、冷凍サイクル内の状態を確認するための窓部17bが設けられている。なお、図3では、圧縮機7にも窓部17aが設けられている冷凍サイクルを示しているが、圧縮機7に窓部17aが設けられていない冷凍サイクルでもよい。
上述した冷凍空調装置1では、オイルレギュレータ19に設けられた窓部17bに向けて紫外線を照射することで、蛍光剤から発せられる蛍光の発光強度を測定する。その発光強度を基準の発光強度と比較することで、冷凍機油に添加されている蛍光剤の濃度が、適正範囲内にあるか否かが判断される。
冷凍空調装置1において、冷媒漏れが発生したと判断される場合には、冷媒が漏れている箇所では、冷媒とともに、蛍光剤が添加された冷凍機油も漏れ出ることになる。その冷凍機油に、適正な濃度(添加量)の蛍光剤が添加されていることで、紫外線を照射することによって発せられる蛍光を確実に観測することができる。その結果、冷媒が漏れている箇所を確実に特定することができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る冷凍空調装置1の一例について説明する。図4に示すように、室外機3に配置された液溜め11と室内機5との間の冷媒配管31に、冷凍サイクル内の状態を確認するための窓部17cが設けられている。室外機3の熱交換器10を凝縮器9として機能させるとともに、室内機5の熱交換器14を蒸発器13として機能させる動作の場合には、窓部17cは、凝縮器9(熱交換器10)に対して、冷媒の流れの下流側に配置されており、冷媒配管31における室外機3の出口側に配置されていることになる。
なお、図4では、圧縮機7に窓部17aが設けられ、オイルレギュレータ19に窓部17bが設けられている冷凍サイクルを示している。窓部17としては、窓部17aおよび窓部17bの双方が設けられていない冷凍サイクル装置でもよい。また、窓部17aおよび窓部17bのいずれか一方の窓部17が設けられていない冷凍サイクルでもよい。
上述した冷凍空調装置1では、室外機3の出口側に設けられた窓部17cに向けて紫外線を照射することで、蛍光剤から発せられる蛍光の発光強度を測定する。その発光強度を基準の発光強度と比較することで、冷凍機油に添加されている蛍光剤の濃度が、適正範囲内にあるか否かが判断される。
冷凍空調装置1において、冷媒漏れが発生したと判断される場合には、冷媒が漏れている箇所では、冷媒とともに、蛍光剤が添加された冷凍機油も漏れ出ることになる。その冷凍機油に、適正な濃度(添加量)の蛍光剤が添加されていることで、紫外線を照射することによって発せられる蛍光を確実に観測することができる。その結果、冷媒が漏れている箇所を確実に特定することができる。
実施の形態4.
実施の形態4に係る冷凍空調装置1の一例について説明する。図5に示すように、圧縮機7に対して、冷媒の流れの上流側に、冷凍サイクル内を確認するための窓部17dが設けられている。室外機3の熱交換器10を凝縮器9として機能させるとともに、室内機5の熱交換器14を蒸発器13として機能させる動作の場合には、窓部17dは、冷媒配管31における室外機3の入口側に配置されていることになる。
なお、図5では、圧縮機7に窓部17aが設けられ、オイルレギュレータ19に窓部17bが設けられ、室外機の出口側に窓部17cが設けられた冷凍サイクルを示している。窓部17としては、窓部17a、窓部17bおよび窓部17cの全部が設けられていない冷凍サイクル装置でもよい。また、窓部17a、窓部17bおよび窓部17cのいずれか2つの窓部17が設けられていない冷凍サイクルでもよい。さらに、窓部17a、窓部17bおよび窓部17cのいずれか1つの窓部17が設けられていない冷凍サイクルでもよい。
上述した冷凍空調装置1では、室外機3の入口側に設けられた窓部17dに向けて紫外線を照射することで、蛍光剤から発せられる蛍光の発光強度を測定する。その発光強度を基準の発光強度と比較することで、冷凍機油に添加されている蛍光剤の濃度が、適正範囲内にあるか否かが判断される。
冷凍空調装置1において、冷媒漏れが発生したと判断される場合には、冷媒が漏れている箇所では、冷媒とともに、蛍光剤が添加された冷凍機油も漏れ出ることになる。その冷凍機油に、適正な濃度(添加量)の蛍光剤が添加されていることで、紫外線を照射することによって発せられる蛍光を確実に観測することができる。その結果、冷媒が漏れている箇所を確実に特定することができる。また、冷凍サイクル内の冷媒の漏れを特定するために、蛍光剤を冷凍サイクル内に循環させる必要がある。上述した冷凍空調装置1では、窓部17dが、圧縮機7の吸入側に配置されていることで、蛍光剤が冷凍サイクル内を循環していることを確認することができる。
実施の形態5.
実施の形態5に係る冷凍空調装置1の一例について説明する。図6に示すように、室外機3において、冷凍機油に添加する蛍光剤を冷凍サイクル内に供給する供給口21が、たとえば、2ヶ所設けられている。ここでは、オイルレギュレータ19に供給口21aが設けられ、圧縮機7に供給口21bが設けられている。
上述した冷凍空調装置1では、圧縮機7等に設けられた窓部17aに向けて紫外線を照射することで、蛍光剤から発せられる蛍光の発光強度を測定する。その発光強度を基準の発光強度と比較することで、冷凍機油に添加されている蛍光剤の濃度が、適正範囲内にあるか否かが判断される。
このとき、冷凍機油に添加されている蛍光剤の濃度が、適正範囲よりも低いと判断される場合がある。そこで、供給口21aまたは供給口21bから蛍光剤を冷凍サイクル内に供給する。紫外線を照射して窓部17から発せられる蛍光の発光強度が、適正範囲に入れば、蛍光剤の供給を止めればよい。
これにより、適正な濃度(添加量)の蛍光剤が冷凍機油に添加されていることで、紫外線を照射することによって発せられる蛍光を確実に観測することができる。その結果、冷媒が漏れている箇所を確実に特定することができる。
発明者らは、窓部17の位置および蛍光剤の供給口21の位置について、紫外線の照射、蛍光の測定および蛍光剤の供給等の作業のしやすさ、コスト等の観点から種々検討を行った。その結果、図7に示すように、窓部17としては、オイルレギュレータ19に窓部17bを設け、室外機3の出口側に窓部17cを設けることが好ましいと判断した。また、供給口21としては、オイルレギュレータ19に供給口21aを設けることが好ましいと判断した。
これについて、もう少し詳しく説明する。オイルレギュレータ19は、冷凍機油を貯溜するタンクである。タンク内には、冷凍機油を供給する供給配管、冷凍機油の油面を調整する部材としての浮き、浮きによって供給配管を開閉して供給される冷凍機油の量を調整する調整機構が配置されている。これにより、タンク内には、所望量の冷凍機油が貯溜されることになる。
ここで、オイルレギュレータ19のタンク内の圧力と、圧縮機7(吸入側)の圧力とは同じ圧力になるため、タンク内の冷凍機油の油面の位置と、圧縮機7内の冷凍機油の油面の位置とは同じ位置(高さ)になる。
このため、オイルレギュレータ19のタンク内の油面の位置および圧縮機内の油面の位置のそれぞれを確認するには、オイルレギュレータ19および圧縮機7のいずれか一方に窓部17のサイトグラスを設ければよい。成形性(製造のしやすさ)および蛍光剤の供給口21から蛍光剤を供給できたか否かを確認する点を考慮すると、オイルレギュレータ19のタンクに、窓部17bのサイトグラスを、油面が見える位置に配置することがより好ましいと考えられる。なお、圧縮機7に窓部17aを配置することで、冷凍機油の油面の位置をより的確に確認することができる。
実施の形態6.
実施の形態6に係る冷凍空調装置1の一例について説明する。上述したように、各実施の形態に係る冷凍空調装置1では、窓部17に向けて紫外線を照射することによって、蛍光剤から発せられる蛍光の発光強度が測定される。このとき、蛍光剤から発せられる蛍光を捉えるのは、周囲が明るいところよりも、周囲が暗いところの方が容易である。
このことから、窓部17の位置としては、日の光が直接差し込まない位置が好ましい。そこで、図8に示すように、窓部17としては、たとえば、室外機3の筐体4内に配置させることが好ましい。図8では、たとえば、オイルレギュレータに設けられた窓部17bと、室外機3の出口側に設けられた窓部17cとが示されている。
窓部17b、17cのそれぞれのサイトグラスは、メンテナンス時も使用される。このため、窓部17b、17cは、筐体4内のメンテナンスがしやすい位置に配置されることが望ましく、たとえば、メンテナンス用の板金(扉)を開けて直ぐに確認できる位置に配置させることが望ましい。
また、筐体4には、窓部17cを臨む開口部4bと、窓部17bを臨む開口部4aとが設けられていることが望ましい。開口部4a、4bから紫外線を照射し、周囲が暗い所に位置する窓部17b、17cから発せられる蛍光を確認することで、扉等を開けることなく、蛍光剤の濃度をより精度よく測定することができる。
なお、窓部17を筐体4内に配置させる他に、図10に示すように、たとえば、窓部17に筒状体23を配置し、窓部17の周囲を暗くするようにしてもよい。筒状体23を配置することによっても、蛍光剤の濃度をより精度よく測定することができる。
冷凍サイクル内を循環する蛍光剤は、冷凍機油の温度が低下すると固化して析出するおそれがある。たとえば、液バック現象が生じた場合には、冷媒の蒸発温度が低い場合(たとえば、-45℃)には、蛍光剤が析出するおそれがある。蛍光剤が析出すると、冷凍機油に蛍光剤が含まれなくなるか、冷凍機油に含まれる蛍光剤の量が少なくなる。液バック現象とは、たとえば、蒸発器の霜付きまたは風量の大幅な低下等によって、熱交換が良好に行われなくなった場合に、冷媒が、液体と気体との二相状態で圧縮機に吸入される現象をいう。
このため、冷凍サイクル内において冷媒が漏れている箇所を、蛍光剤の発光によって特定することが難しくなることがある。そこで、冷媒が漏れていると判断される場合であって、その直前に液バックが生じ、蛍光剤の析出が確認された場合には、冷媒の温度を上げて、蛍光剤の析出をなくしたうえで、紫外線を照射することによって冷媒が漏れている箇所を特定することが望ましい。なお、蛍光剤への紫外線の照射と、蛍光剤から発せられる蛍光の測定については、作業員が行うようにしてもよいし、蛍光の強度を測定するセンサ等を用いて、測定するようにしてもよい。
上述した各実施の形態では、室外機3の熱交換器10を凝縮器として機能させるとともに、室内機5の熱交換器14を蒸発器として機能させる場合について説明した。冷凍空調装置1としては、室外機3の熱交換器10を蒸発器として機能させるとともに、室内機5の熱交換器14を凝縮器として機能させてもよい。この場合には、冷媒の流れは、上述した冷媒の流れとは反対の流れになるため、必要に応じて、窓部を設ける位置を適宜変更してよい。このような場合においても、蛍光剤の濃度を測定することができる。
各実施の形態において説明した冷凍空調装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示は、冷媒が循環する冷凍サイクルを備えた冷凍空調装置に有効に利用される。
1 冷凍空調装置、3 室外機、4 筐体、4a、4b 開口部、5 室内機、7 圧縮機、9 凝縮器、10 熱交換器、11 液溜め、12 ファン、13 蒸発器、14 熱交換器、15 膨張弁、16 ファン、17、17a、17b、17c、17d 窓部、19 オイルレギュレータ、21、21a、21b 供給口、23 筒状体、31 冷媒配管、31a 現地液配管、31b 現地ガス配管。

Claims (9)

  1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が、順に冷媒配管によって接続された冷凍サイクルを有する冷凍空調装置であって、
    前記冷凍サイクル内を循環する冷媒および冷凍機油と、
    前記冷媒とともに循環する前記冷凍機油に添加された蛍光剤と、
    前記冷凍サイクルに設けられ、前記冷凍サイクル内の状態を確認するための窓部と
    を備え
    前記窓部は、前記窓部を介して前記冷凍サイクル内に照射された紫外線によって発せられる蛍光を、前記窓部を介して測定しうるよう構成され、
    前記圧縮機および前記凝縮器は、筺体内に配置され、
    前記窓部は、前記筺体内に配置され、
    前記筺体には、前記窓部を臨む開口部が形成された、冷凍空調装置。
  2. 前記窓部は、前記圧縮機に配置された、請求項1記載の冷凍空調装置。
  3. 前記窓部は、前記凝縮器に対して、前記冷媒の流れの下流側に配置された、請求項1または2に記載の冷凍空調装置。
  4. 前記窓部は、前記圧縮機に対して、前記冷媒の流れの上流側に配置された、請求項1~3のいずれか1項に記載の冷凍空調装置。
  5. 前記冷凍サイクルは、前記圧縮機に接続され、前記冷凍サイクル内に供給する前記冷凍機油を貯溜するオイルレギュレータを含み、
    前記窓部は、前記オイルレギュレータに配置された、請求項1~4のいずれか1項に記載の冷凍空調装置。
  6. 前記オイルレギュレータには、前記冷凍サイクル内に前記蛍光剤を供給する第1蛍光剤供給口が設けられた、請求項5記載の冷凍空調装置。
  7. 前記冷凍サイクルは、前記冷凍サイクル内に前記蛍光剤を供給する第2蛍光剤供給口を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の冷凍空調装置。
  8. 前記第2蛍光剤供給口は、前記圧縮機に設けられた、請求項7記載の冷凍空調装置。
  9. 前記窓部には、筒状体が配置された、請求項1~8のいずれか1項に記載の冷凍空調装置。
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