JP2001141340A - 洗浄装置、配管の洗浄方法、冷凍空調装置とその取替え方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境上問題のある塩素分を含む洗浄冷媒を用
いて既設配管の洗浄を行うことは環境汚染や洗浄処理に
時間を要する問題がある。 【解決手段】 塩素分を含まない冷媒を用いた冷凍サイ
クルの洗浄装置を使用し、冷媒の液体状態において被洗
浄物を溶解しない、あるいは溶解性の低い冷媒を用い、
既設配管に気液二相混合冷媒を流して洗浄するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、配管の洗浄方法
に関するものであり、特に冷凍空調装置において使用す
る冷媒を交換すると同時に冷凍機油も交換する場合の配
管に残留する冷凍機油の洗浄方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から一般に用いられているセパレー
ト形の冷凍空調装置を図６に示す。図６において、１４
は熱源機であり、圧縮機１、四方弁３，熱源側熱交換器
１０、第１の操作弁１３ａ、第２の操作弁１３ｂ、アキ
ュムレータ１１を内蔵している。１５は室内機であり、
流量調整器１７（あるいは流量制御弁）、及び利用側熱
交換器１８を備えている。熱源機１４と室内機１５は離
れた場所に設置され、第１の接続配管５、第２の接続配
管７により接続されて、冷凍サイクルを形成する。

【０００３】第１の接続配管５の一端は四方弁３と第１
の操作弁１３ａを介して接続され、第１の接続配管５の
他の一端は利用側熱交換器１８と接続されている。第２
の接続配管７の一端は熱源側熱交換器１０と第２の操作
弁１３ｂを介して接続され、第２の接続配管７の他の一
端は流量調整器１７と接続されている。また、アキュム
レータ１１のＵ字管状の流出配管の下部には返油穴１１
ａが設けられている。

【０００４】この冷凍空調装置の冷媒の流れを図６にて
説明する。図中、実線矢印が冷房運転の流れを、波線矢
印が暖房運転の流れを示す。まず、冷房運転の流れを説
明する。圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は四
方弁３を経て、熱源側熱交換器１０へと流入し、ここで
空気・水など熱源媒体と熱交換して凝縮液化する。凝縮
液化した冷媒は第２の操作弁１３ｂ、第２の接続配管７
を経て流量調整器１７へ流入し、ここで低圧まで減圧さ
れて低圧気液二相状態となり、利用側熱交換器１８で空
気などの利用側媒体と熱交換器して蒸発・ガス化する。
蒸発ガス化した冷媒は第１の接続配管５、第１の操作弁
１３ａ、四方弁３、アキュムレータ１１を経て圧縮機１
へ戻る。

【０００５】次に暖房運転の流れを説明する。圧縮機１
で圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方弁３，第１の操
作弁１３ａ、第１の接続配管５を経て、利用側熱交換器
１８へと流入し、ここで空気など利用側媒体と熱交換し
て凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は流量調整器１７へ
と流入し、ここで低圧まで減圧されて低圧気液二相状態
となり、第２の接続配管７、第２の操作弁１３ｂを経
て、熱源側熱交換器１０で空気・水などの熱源媒体と熱
交換して蒸発・ガス化する。蒸発・ガス化した冷媒は四
方弁３、アキュムレータ１１を経て圧縮機１へ戻る。

【０００６】従来、このような冷凍空調装置の多くには
ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）系冷媒やＨＣＦＣ
（ハイドロクロロフルオロカーボン）系冷媒が用いられ
てきたが、これらの分子に含まれる塩素が成層圏でオゾ
ン層を破壊するため、ＣＦＣ系冷媒は既に全廃され、Ｈ
ＣＦＣ系冷媒も生産規制が開始されている。

【０００７】これらに替わって、分子に塩素を含まない
ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒を使用する
冷凍空調装置が実用化されている。ＣＦＣ系冷媒やＨＣ
ＦＣ系冷媒を用いた冷凍空調装置が老朽化した場合、こ
れらの冷媒は全廃・生産規制されているため、ＨＦＣ系
冷媒を用いた冷凍空調装置等に入れ替える必要がある。

【０００８】冷凍空調装置が熱源機１４と室内機１５お
よびこれらを接続する接続配管５と７で構成されるセパ
レート型であった場合、熱源機１４と室内機１５は、Ｈ
ＦＣ系冷媒で使用する冷凍機油・有機材料・熱交換器が
ＨＣＦＣ系冷媒やＣＦＣ系冷媒のそれらとは異なるた
め、ＨＦＣ系冷媒専用のものと交換する必要がある。さ
らに元々ＣＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒用の熱源機１４
と室内機１５は老朽化しているため交換する必要がある
ものであり、交換も比較的容易である。

【０００９】一方、接続配管５、７については、配管長
が長い場合や、パイプシャフトあるいは天井裏など建物
に埋設されている場合、新規配管に交換することは困難
で、しかも老朽化しにくいため、ＣＦＣ系冷媒やＨＣＦ
Ｃ系冷媒を用いた冷凍サイクル装置で使用していた接続
配管５、７をそのまま使用できれば、配管工事が簡略化
できる。

【００１０】しかし、ＣＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を
用いた冷凍空調装置で使用していた接続配管５、７に
は、ＣＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いた冷凍空調装
置の冷凍機油である鉱油が残留している。

【００１１】図７は、鉱油混入時のＨＦＣ系冷媒用冷凍
機油とＨＦＣ系冷媒（Ｒ４０７Ｃ）との溶解性を示す臨
界溶解度曲線を示す図で、横軸は油量（ｗｔ％）、縦軸
は温度（℃）を示す。冷凍機油は冷媒と混在している場
合、冷媒に溶解して相溶する状態と溶解せず分離する状
態とがあり、相溶と分離の境界点は温度に依存してい
る。相溶する範囲は下限温度と上限温度に挟まれた温度
域にあり、その溶解特性が図７の臨界溶解度曲線にて表
されている。ＨＦＣ系冷媒を用いた冷凍空調装置の冷凍
機油（エステル油やエーテル油などの合成油）に鉱油が
混入し、その鉱油量が増加するにつれて相溶する温度範
囲が狭くなる。そして一定量以上混入すると、図７に示
すように、ＨＦＣ系冷媒との相容性が失われ、アキュム
レータ１１に液冷媒が貯まっている場合にＨＦＣ系冷媒
用冷凍機油が液冷媒の上層に分離・浮遊するため、アキ
ュムレータ１１の下部にある返油穴１１ａから圧縮機へ
冷凍機油が戻らず圧縮機の摺動部が焼き付く恐れがあ
る。また、従来のＣＦＣ系冷媒では、潤滑油に鉱油が用
いられていたのに対し、ＨＦＣ系冷媒では潤滑油に合成
油が用いられているので、鉱油が既設冷媒配管に残存し
ていると、新設の冷媒回路において、異物（コンタミネ
ーション）が生じ、絞り機構を閉塞したり、圧縮機を損
傷するという問題がある。

【００１２】このため、従来はＣＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ
系冷媒を用いた冷凍空調装置で使用していた接続配管
５、７を、洗浄装置を用いて鉱油を溶解する専用の洗浄
液（ＨＣＦＣ１４１ｂやＨＣＦＣ２２５）で配管中に残
存する鉱油を洗浄することが行われている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の洗浄
方法では以下に示すような問題があった。第１に使用す
る洗浄液がＨＣＦＣ系冷媒であり、オゾン破壊係数が０
でないため、冷凍空調装置の冷媒をＨＣＦＣ系冷媒から
ＨＦＣ系冷媒へと代替することと矛盾する。特に、ＨＣ
ＦＣ１４１ｂはオゾン破壊係数が０．１１と大きく、こ
の冷媒を使用して配管を洗浄することは問題である。

【００１４】第２に、使用する洗浄液は可燃性・毒性が
完全に安全なものではないことがあげられる。ＨＣＦＣ
１４１ｂは可燃性で、低毒性であり、また、ＨＣＦＣ２
２５は不燃性だが、低毒性である。

【００１５】第３に洗浄液の沸点が高いため（ＨＣＦＣ
１４１ｂは３２℃、ＨＣＦＣ２２５は５１〜５６℃）洗
浄後の洗浄液が蒸発しにくく配管に付着したままで、こ
れらを回収するためには窒素ガスで洗浄液をブローして
洗浄するなど、回収行程に時間を要する。

【００１６】また前記のような環境上の問題のない、ま
たは回収しやすい洗浄液を用いて洗浄を行おうとして
も、このような洗浄液で鉱油に溶解性のあるものはほと
んど存在しないため、洗浄が速やかに行われないという
問題があった。

【００１７】この発明は、このような問題点を解消する
ためになされたものであり、配管の洗浄を迅速にかつ環
境に支障なく行える洗浄装置および洗浄方法を得るとと
もに、冷凍空調装置において使用する冷媒を交換するた
めに装置の更新を行うときに配管の洗浄を行い、洗浄し
た既設配管を用いることで配管の再設置工事を簡略化す
る冷凍空調装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に関わ
る配管の洗浄方法は、被洗浄物に対して非相溶性または
弱相溶性の洗浄冷媒を搬送手段により吐出して循環流を
生成し、洗浄冷媒を気液二相混合流へ状態変化させてか
ら、被洗浄物が付着した配管を気液二相混合流で洗浄す
るものである。

【００１９】本発明の請求項２に関わる配管の洗浄方法
は、請求項１に記載の配管の洗浄方法において、洗浄冷
媒が液体状態で被洗浄物より密度が大きく、かつ気体状
態で被洗浄物より密度が小さいものである。

【００２０】本発明の請求項３に関わる配管の洗浄方法
は、請求項１または請求項２に記載の配管の洗浄方法に
おいて、洗浄冷媒の気液二相混合流の流動様式が、環状
流もしくは波状流である。

【００２１】本発明の請求項４に関わる洗浄装置は、搬
送手段の吐出側に接続され、洗浄冷媒を熱交換して気液
二相混合流を生成する高低圧熱交換器と、気液二相混合
流が被洗浄物の付着した配管を通過して、再び高低圧熱
交換器へ流入する前に減圧する減圧装置とを備え、気液
二相混合流で配管を洗浄するものである。

【００２２】本発明の請求項５に関わる洗浄装置は、請
求項４に記載の洗浄装置において、洗浄冷媒を循環流出
させる搬送手段と、搬送手段の吸入側に接続され、高低
圧熱交換器から流出する洗浄冷媒を冷却する熱源側熱交
換器とを備え、熱源側熱交換器を高低圧熱交換器に接続
して回路を構成するものである。

【００２３】本発明の請求項６に関わる洗浄装置は、請
求項４または請求項５に記載の洗浄装置において、被洗
浄物が付着した配管を通過した洗浄冷媒から被洗浄物を
除去する分離装置を配管と搬送手段との間に設けたもの
である。

【００２４】本発明の請求項７に関わる洗浄装置は、請
求項４乃至請求項６に記載の洗浄装置において、被洗浄
物は塩素分を含むハイドロクロロフルオロカーボン（Ｈ
ＣＦＣ）系冷媒またはクロロフルオロカーボン（ＣＦ
Ｃ）系冷媒を使用する冷凍機油に用いる鉱油であり、洗
浄冷媒として、塩素分を含まないハイドロフルオロカー
ボン（ＨＦＣ）系冷媒またはハイドロカーボン（ＨＣ）
系冷媒を用いるものである。

【００２５】本発明の請求項８に関わる洗浄装置は、請
求項４乃至請求項７のいずれかに記載の洗浄装置におい
て、ＨＦＣ系冷媒としてＲ４０７Ｃを使用するものであ
る。

【００２６】本発明の請求項９に関わる洗浄装置は、請
求項４乃至請求項７のいずれかに記載の洗浄装置におい
て、ＨＣ系冷媒としてイソブタン系またはプロパン系を
使用するものである。

【００２７】本発明の請求項１０に関わる冷凍空調装置
は、請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の洗浄装置
で洗浄された配管を、非共沸混合冷媒を含む圧縮機、熱
源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を接続した冷
凍サイクルの熱源機と室内機とを接続する配管としたも
のである。

【００２８】本発明の請求項１１に関わる洗浄装置は、
洗浄冷媒の循環流量を可変させる搬送手段の回転数を調
整し、または減圧装置の開度を調整する制御手段を備
え、洗浄冷媒の気液二相混合流の流動様式を環状流もし
くは波状流とするものである。

【００２９】本発明の請求項１２に関わる冷凍空調装置
の取替え方法は、塩素分を含む冷媒を使用した冷凍空調
装置を熱源機側と利用機側および接続配管に切り離し、
その間に高低圧熱交換器と減圧装置で構成される洗浄装
置を接続するステップと、熱源機側に塩素分を含まない
冷媒を置換封入するステップと、冷媒を高低圧熱交換器
で気液二相混合流に生成してから利用機側および接続配
管へ導き洗浄するステップとを備えたものである。

【００３０】本発明の請求項１３に関わる冷凍空調装置
の取替え方法は、請求項１２に記載の冷凍空調装置の取
替え方法において、利用機側および接続配管は冷媒回路
を全開にするとともに、強制した熱交換を行わないもの
である。

【００３１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下本発明の実施
の形態１を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１
による洗浄装置の冷媒回路図である。図において、１は
圧縮機、２は油分離器、３は四方弁、４は高低圧熱交換
器、１９、２０は冷凍空調装置の熱源機と室内機を接続
する既設配管であり、洗浄を行う配管、６は既設配管１
９、２０の一端を接続するバイパス管、８は減圧装置、
９は被洗浄物の分離装置、１０は熱源側熱交換器、１１
はアキュムレータである。１２は洗浄装置であり、洗浄
装置１２は圧縮機１、油分離器２、四方弁３、高低圧熱
交換器４、減圧装置８、分離装置９、熱源側熱交換器１
０、アキュムレータ１１で構成され、既設配管１９、２
０のバイパス管６が接続されなかったもう一端に操作弁
１３ａ、１３ｂを介して接続される。２１は洗浄冷媒の
循環流量や流動状態を制御するために、圧縮機１の回転
数を変化させる運転回転数を調整したり、または減圧装
置８の開度調整を行う制御手段である。

【００３２】この発明では、図１に示すように冷凍サイ
クルが構成されており、冷凍サイクルを循環する冷媒と
してＨＦＣ系混合冷媒であるＲ４０７Ｃが用いられる。
Ｒ４０７Ｃは、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａが２３／
２５／５２ｗｔ％の割合で混合した非共沸混合冷媒であ
り、冷凍機油としてはこの冷媒と相溶性を有するエステ
ル油が使用される。また既設配管１９、２０はＨＣＦＣ
系冷媒を用いた冷凍空調装置が過去に接続されており、
この既設配管にはＨＣＦＣ系冷媒用の冷凍機油である鉱
油が残存している。Ｒ４０７Ｃに対する鉱油の溶解度は
１％以下であり、鉱油とはほとんど溶解性がない。

【００３３】次に本発明の洗浄手順について説明する。
既設配管１９、２０に接続されている交換の必要な空調
装置、利用側熱交換器を取り外し、図１のように既設配
管１９、２０に洗浄装置１２、バイパス管６を接続す
る。接続後冷凍サイクル全体を真空引きした後、Ｒ４０
７Ｃを適量充填する。その後圧縮機１を運転し、四方弁
の流れ方向を図１の実線方向に設定する。このときの冷
凍サイクルの運転状況は以下のようになる。圧縮機１か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒はまず油分離器２を通
過する。この段階でガス冷媒と一緒に圧縮機１から吐出
された冷凍機油は油分離器２で分離され圧縮機１吸入側
に戻される。高温高圧のガス冷媒はその後四方弁３を通
過し、高低圧熱交換器４によってガスが一部冷却され液
となり、高圧の気液二相冷媒になる。この高圧の気液二
相冷媒は既設配管１９、バイパス管６、既設配管２０を
通過した後、減圧装置８によって低圧の気液二相冷媒に
減圧される。この後高低圧熱交換器４で加熱され低圧の
ガスになる。次に分離装置９を通過し、この際、既設配
管１９、２０内で洗浄された鉱油が分離され、鉱油は分
離装置９に保持される。低圧の冷媒ガスは圧縮機１の吐
出温度が高くなりすぎないよう熱源側熱交換器１０で温
度を下げられた後、四方弁３、アキュムレータ１１を経
て圧縮機１に吸入される。

【００３４】このように冷凍サイクルを運転させること
で既設配管に気液二相混合流、すなわちガスと液の混合
された冷媒を流すことが可能となる。ここで、既設配管
に気液二相冷媒を流して洗浄を行う理由について説明す
る。図２は本発明に関して、洗浄する際の冷媒の状態毎
に鉱油の洗浄特性を示したグラフであり、横軸は洗浄時
間、縦軸は洗浄後配管に残留する鉱油量を表している。
図２にあるように鉱油の洗浄を行う場合、ガス単相、液
単相、気液二相（ガス液混合）の３つの状態のなかでは
気液二相で洗浄を行ったときの洗浄特性が優れているこ
とがわかる。従来の洗浄ではＨＣＦＣ２２５などの洗浄
液を液として配管に流し、洗浄液が鉱油を溶解すること
で洗浄を行っていた。Ｒ４０７Ｃを流して洗浄を行った
場合、従来と同様に配管に液として流して洗浄を行う
と、溶解性がほとんどないので、鉱油をＲ４０７Ｃとの
せん断力で引っ張って移動させて洗浄することになる。
この場合、鉱油の移動速度は冷媒液の流速に比べて著し
く遅く、洗浄を行うのに時間がかかり実用的でない。ま
た配管にＲ４０７Ｃをガスとして流す方法もあるが、こ
の場合も同様に鉱油をＲ４０７Ｃとのせん断力で引っ張
って移動させて洗浄することになり、鉱油の移動速度が
遅く洗浄を行うのに時間がかかり実用的でない。一方、
気液二相混合流で洗浄する場合、二相流は気液が混合し
て流れるため流れの乱れ具合が液単相、ガス単相を流す
場合よりも大きくなる。そのため気液二相冷媒中の液冷
媒の乱れが配管壁面付近で大きくなり、壁面に付着して
いる鉱油を壁面から引き剥がす作用を行う。壁面から引
き剥がされた鉱油は冷媒中を移動するので、移動速度は
冷媒と同じとなる。従ってＲ４０７Ｃとのせん断力で引
っ張って移動させて洗浄することに比べ高速で冷媒を移
動させることが可能となり、鉱油の洗浄が速やかに短時
間で行われる。なお、鉱油の洗浄特性は、配管から鉱油
を引き剥がす能力に依存する。鉱油を引き剥がす能力は
気液二相流の乱れ具合によって決定され、二相流の乱れ
具合は、二相流中の液、ガスの割合、および二相流の流
速によって決定される。従ってこれらの二相流を流す条
件としては、配管中の鉱油をどれぐらいの時間で、どの
量まで洗浄するかで決定される。

【００３５】配管の洗浄終了後は、圧縮機の運転を停止
し、四方弁の流れ方向を図１の点線方向に設定し、第２
の操作弁１３ｂを閉じる。その後再度圧縮機の運転を行
うと、第２の操作弁１３ｂが閉じられているので、圧縮
機１から吐出された冷媒は熱源側熱交換器１０や分離装
置９などに追い込まれて蓄積され、一方既設配管１９，
２０やバイパス管６内の冷媒はアキュムレータ１１ヘ引
き出され、所謂ポンプダウン運転を行うことで、既設配
管１９、２０中に残存するＲ４０７Ｃを回収する。Ｒ４
０７Ｃの沸点は−４３℃と低いため、このポンプダウン
運転を行うことで容易に蒸発ガス化するため、洗浄液と
してのＲ４０７Ｃの回収も容易に行うことができる。ポ
ンプダウン運転終了後は第１の操作弁１３ａを閉じ、Ｒ
４０７Ｃの回収を終了する。

【００３６】Ｒ４０７Ｃ回収後は既設配管から洗浄装置
１２、バイパス管６を取り外し、新規に交換後設置され
る熱源機１４、室内機１５を取り付け、既設配管の洗浄
および冷凍空調装置の交換を完了する。このように行う
ことで、配管の再設置を行うことなく簡単に冷凍空調装
置の入れ替えが可能となる。また洗浄装置では洗浄冷媒
を回路ヘ搬送する手段としては圧縮機に限るものではな
く、液ポンプでもよく、洗浄冷媒の特性に合わせて選択
できる。

【００３７】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２を示す図で、洗浄装置の冷媒回路図である。図におい
て、前述の図１と同符号は相当部分を示し、熱源機１４
は、圧縮機１、油分離器２、四方弁３、熱源側熱交換器
１０、アキュムレータ１１で構成され、鉱油回収装置１
６は高低圧熱交換器４、減圧装置８、分離装置９で構成
される。また１３ａ、１３ｂは鉱油回収装置１６と既設
配管１９、２０を接続する操作弁、１３ｃ、１３ｄ、１
３ｅ、１３ｆは熱源機１４と鉱油回収装置１６を接続す
る接続弁である。図１に示す洗浄装置１２の代わりに、
交換後設置される熱源機１４と鉱油回収装置１６を組み
合わせて洗浄を行うものである。図３で構成される冷凍
サイクルは図１と同じ構成となり、上述の実施の形態１
と同様の効果を奏するものであり、洗浄も同様に行うこ
とが可能となる。洗浄完了後は鉱油回収装置１６、およ
びバイパス管６を取り外し、既設配管１９、２０と熱源
機１４、室内機１５を接続することで、配管の洗浄およ
び冷凍空調装置の交換を完了する。

【００３８】また、室内機１５に設けられた図６に示す
ような流量調整器１７の冷媒回路を開閉する装置を全開
とし、さらに熱交換用送風機への通電を遮断すれば、既
設配管と直列に接続して同時に冷媒回路洗浄が可能とな
る。

【００３９】なお既設配管１９、２０に洗浄冷媒を気液
二相混合流で供給できるような構成であれば前記のよう
な構成に限定されることなく配管の洗浄を行うことが可
能となる。

【００４０】配管を洗浄する洗浄冷媒としてはＲ４０７
Ｃに限るものではなく、他のＨＦＣ系の単一冷媒や混合
冷媒でもよく、例えばＲ３２（微燃性・無毒）、Ｒ１２
５（不燃性・無毒）、Ｒ１３４ａ（不燃性・無毒）、Ｒ
４１０Ａ（不燃性・無毒）、Ｒ４０４Ａ（不燃性・無
毒）で洗浄を行ってもよい。またプロパンやブタンなど
のＨＣ系冷媒およびその混合冷媒、アンモニア、炭酸ガ
ス、水などの自然冷媒を用いてもよい。また二相流とし
ては、同一洗浄液のガス化されたものと洗浄液との組み
合わせに限らず、別種のガスと液を組み合わせてもよ
い。例えば、空気と水を混合した二相流で洗浄を行って
もよい。

【００４１】実施の形態３．以下本発明の実施の形態３
について説明する。本発明の実施の形態３では、図１の
ように洗浄を行い、洗浄冷媒としてＲ４０７Ｃのガス、
液を混合した気液二相混合流を用い、配管中に残留する
鉱油を洗浄する。このとき洗浄冷媒として用いるＲ４０
７Ｃの既設配管入口での圧力が１５ｋｇｆ／ｃｍ²ａｂ
ｓになるように洗浄条件を設定する。このときＲ４０７
Ｃの液の密度は１１００ｋｇ／ｍ³、Ｒ４０７Ｃのガス
の密度は６６ｋｇ／ｍ³となる。鉱油の密度は９００ｋ
ｇ／ｍ³であり、Ｒ４０７Ｃの液の密度は鉱油の密度よ
り大きくなる。

【００４２】ここで、配管の内部流れのような管内流で
は、一般に管中心部の速度が速く、管壁に近づくほど速
度が遅くなる流速分布をとる。このとき密度の大きいも
のと小さいものが混在して流れる場合の運動エネルギを
考える。密度の大きいものが管中心部を流れ密度が小さ
いものが管壁に近いところを流れた場合と、逆に密度の
小さいものが管中心部を流れ密度が大きいものが管壁に
近いところを流れた場合を比較すると、密度の大きいも
のが管中心部を流れ、密度が小さいものが管壁に近いと
ころを流れる場合の方が、密度の大きいものの流速が早
いため、運動エネルギが大きくなる。一般に流体は流体
の持つエネルギが減少するように流れるため、密度の大
きいものと小さいものが混在して流れる場合、運動エネ
ルギが小さくなるよう、密度の小さいものが管中心部を
流れ密度が大きいものが管壁に近いところを流れる。

【００４３】気液二相混合流で洗浄を行う場合、前述し
たように液によって壁面に付着している鉱油を引き剥が
し移動させる。この後、もし、液の密度が鉱油に比べて
軽いのであれば鉱油が壁面近くを流れやすくなり、再付
着を起こしやすくなる。再付着すると鉱油の移動はせん
断力による移動となるため移動速度が遅くなり洗浄に時
間を要するようになる。

【００４４】ところが、実施の形態３のように洗浄液と
してＲ４０７Ｃを用い、Ｒ４０７Ｃの液の密度が鉱油の
密度より大きくなるように洗浄条件を設定すると、液に
よって鉱油を引き剥がした後、鉱油は液を介して壁面か
ら離れた管中心よりの位置で流れるため、壁面に再付着
しなくなる。従って、鉱油は洗浄液と同じ速度で移動す
るようになり、速やかに洗浄が可能となる。

【００４５】ここで、図４は気液二相混合流の流動様式
を表した図である。図４において、（ａ）は液相流量が
小の場合で、成層流や波状流そして環状流などと呼ばれ
る気液二相の偏流が大きい流動状態であり、一方（ｃ）
は液相流量が大の場合で、気泡流や環状噴霧流と呼ばれ
る気液二相が混合、攪拌された流動状態である。配管が
水平管である場合には二相流の流れとして図４の中に示
すようにガスが管上部、液が管下部を流れる波状流と呼
ばれる流動状態となる場合がある。このとき仮に鉱油の
密度がＲ４０７Ｃのガス密度より小さいと、引き剥がさ
れた鉱油が重力の影響で上部に浮き、管上部に再付着し
てしまい、洗浄速度が遅くなる。Ｒ４０７Ｃのガス密度
は鉱油より小さため、波状流のような流れであっても引
き剥がされた鉱油は重力の影響で気相と液相の間で移動
するため、鉱油の移動速度は洗浄物と同じ速度となり、
速やかに洗浄が可能となる。

【００４６】実施の形態４．以下本発明の実施の形態４
について説明する。本発明の実施の形態４では、図１の
ように洗浄を行い、洗浄冷媒としてＲ４０７Ｃのガス、
液を混合した気液二相混合流を用い、配管中に残留する
鉱油を洗浄する。

【００４７】管内を流れる気液二相流は図４に示すよう
な形で分類できる。実施の形態４ではこのなかでも波状
流（成層流）、環状流で表される流動状態になるように
洗浄を行う。波状流（成層流）で洗浄を行うと、前述し
たように、鉱油を壁面から引き剥がした後、鉱油は重力
の影響で気相と液相の間で移動するため、鉱油の移動速
度は洗浄物と同じ速度となり、速やかに洗浄が可能とな
る。また環状流で流したときは、液とガスと鉱油の密
度、および流体の運動エネルギの関係より壁面から引き
剥がされた鉱油は液とガスの間を流れる。従って鉱油の
移動速度は洗浄冷媒と同じ速度となり、速やかに洗浄が
可能となる。また環状噴霧流でも環状流と同様な効果が
得られるので、環状噴霧流で洗浄を行っても良い。一
方、それ以外の流動様式、特に気泡流では二相流の中の
ガスの割合が低いため、波状流、環状流に比べ、流れの
乱れ具合が低くなる。従って壁面に付着した鉱油を引き
剥がす能力が波状流、環状流に比べ低下してしまう。ま
た水平配管の場合、気泡流では、鉱油の密度より洗浄液
の密度が大きいため重力の影響により鉱油が配管上部を
流れてしまう。この場合、配管から引き剥がされた鉱油
が配管上部に再付着しやすくなり結果的に洗浄に時間が
かかり、洗浄には不適当となる。

【００４８】二相流の流動様式がどのようになるかはＲ
４０７Ｃの流速や液ガスの割合などの洗浄条件で決定さ
れる。図５は気液二相流の流動様式を表したベーカー
（Ｂａｋｅｒ）線図と呼ばれるものである。図５の縦
軸、横軸はそれぞれ冷媒の流動状態を表す値であり、縦
軸は冷媒の質量流量の大きさを示し上に行くほどその値
は大きくなる。また、横軸は冷媒のガス質量流量と液質
量流量の比、即ち乾き度を示し、右に行くほど乾き度は
小さくなり液リッチの状態になる。この線図から環状
流、波状流（成層流）で流動させる条件が明らかにな
り、洗浄条件を決定できる。例えば本発明のＲ４０７Ｃ
の場合では、流速にあたる質量流量が１００〜３００
［ｋｇ／ｍ²・ｓ］、液ガスの割合、つまり乾き度（＝
ガスの質量流量／（ガスの質量流量＋液の質量流量））
が０．２以上の条件となるように、搬送手段である圧縮
機の回転数を変化させる運転周波数制御または減圧装置
の開度調整制御を行う。またベーカー線図以外にも、例
えばＭａｎｄｈａｎｅ線図等いくつか流動様式を表した
線図があり、その線図に基づいて洗浄条件を決定しても
よい。

【００４９】また、気液二相流を用いた配管付着物の剥
離効果による除去では、液送ポンプと圧縮空気を使って
洗浄液と空気とを交互に、所定の間隔で配管へ圧入する
ウオータープラグ法による洗浄があるが、これに比べて
本発明による、圧縮機による循環冷媒を状態変化させ
て、配管を流れる気液二相流を環状流もしくは波状流の
流動状態とするので、装置が簡単にできる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の請求項１に関わる配管の洗浄方
法は、被洗浄物に対して非相溶性または弱相溶性の洗浄
冷媒を搬送手段により吐出して循環流を生成し、洗浄冷
媒を気液二相混合流へ状態変化させてから、被洗浄物が
付着した配管を気液二相混合流で洗浄するので、環境に
問題のある洗浄液を用いなくても既設配管の洗浄を速や
かに実施することができる。

【００５１】本発明の請求項２に関わる配管の洗浄方法
は、請求項１に記載の配管の洗浄方法において、洗浄冷
媒が液体状態で被洗浄物より密度が大きく、かつ気体状
態で被洗浄物より密度が小さいものを使用するので、被
洗浄物を剥離した後の再付着を防止し、また洗浄液冷媒
と同じ速度で移動させて短時間で洗浄が可能となる。

【００５２】本発明の請求項３に関わる配管の洗浄方法
は、請求項１または請求項２に記載の配管の洗浄方法に
おいて、洗浄冷媒の気液二相混合流の流動様式が、環状
流もしくは波状流であるので、速やかに既設配管の洗浄
を実施することができる。

【００５３】本発明の請求項４に関わる洗浄装置は、搬
送手段の吐出側に接続され、洗浄冷媒を熱交換して気液
二相混合流を生成する高低圧熱交換器と、気液二相混合
流が被洗浄物の付着した配管を通過して、再び高低圧熱
交換器へ流入する前に減圧する減圧装置とを備え、気液
二相混合流で配管を洗浄するので、環境に問題のある洗
浄液を用いなくても既設配管の洗浄を速やかに実施する
ことができる。

【００５４】本発明の請求項５に関わる洗浄装置は、請
求項４に記載の洗浄装置において、洗浄冷媒を循環流出
させる搬送手段と、搬送手段の吸入側に接続され、高低
圧熱交換器から流出する洗浄冷媒を冷却する熱源側熱交
換器とを備え、熱源側熱交換器を高低圧熱交換器に接続
して回路を構成するので、再設置利用後の使用冷媒に限
定することなく、環境上の問題のない他の洗浄冷媒を用
いて既設配管の洗浄を速やかに実施することができる。

【００５５】本発明の請求項６に関わる洗浄装置は、請
求項４または請求項５に記載の洗浄装置において、被洗
浄物が付着した配管を通過した洗浄冷媒から被洗浄物を
除去する分離装置を配管と搬送手段との間に設けたの
で、被洗浄物を効率よく捕集でき、被洗浄物による冷媒
回路の目詰まりや搬送手段の摺動部焼き付き故障を防ぐ
ことができる。

【００５６】本発明の請求項７に関わる洗浄装置は、請
求項４乃至請求項６に記載の洗浄装置において、被洗浄
物は塩素分を含むハイドロクロロフルオロカーボン（Ｈ
ＣＦＣ）系冷媒またはクロロフルオロカーボン（ＣＦ
Ｃ）系冷媒を使用する冷凍機油に用いる鉱油であり、洗
浄冷媒として、塩素分を含まないハイドロフルオロカー
ボン（ＨＦＣ）系冷媒またはハイドロカーボン（ＨＣ）
系冷媒を用いるので、環境に問題のある洗浄液を用いな
くても既設配管の洗浄を速やかに実施することができ
る。

【００５７】本発明の請求項８に関わる洗浄装置は、請
求項４乃至請求項７のいずれかに記載の洗浄装置におい
て、ＨＦＣ系冷媒としてＲ４０７Ｃを使用するので、環
境に問題のある洗浄液を用いなくても既設配管の洗浄を
速やかに実施することができる。

【００５８】本発明の請求項９に関わる洗浄装置は、請
求項４乃至請求項７のいずれかに記載の洗浄装置におい
て、ＨＣ系冷媒としてイソブタン系またはプロパン系を
使用するので、環境に問題のある洗浄液を用いなくても
既設配管の洗浄を速やかに実施することができる。

【００５９】本発明の請求項１０に関わる冷凍空調装置
は、請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の洗浄装置
で洗浄された配管を、非共沸混合冷媒を含む圧縮機、熱
源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を接続した冷
凍サイクルの熱源機と室内機とを接続する配管としたの
で、冷凍空調装置における使用冷媒を交換するために装
置の更新を行う場合、配管の再設置工事を簡略化するこ
とができる。

【００６０】本発明の請求項１１に関わる洗浄装置は、
洗浄冷媒の循環流量を可変させる搬送手段の回転数を調
整し、または減圧装置の開度を調整する制御手段を備
え、洗浄冷媒の気液二相混合流の流動様式を環状流もし
くは波状流とするので、速やかに既設配管の洗浄を実施
することができる。

【００６１】本発明の請求項１２に関わる冷凍空調装置
の取替え方法は、塩素分を含む冷媒を使用した冷凍空調
装置を熱源機側と利用機側および接続配管に切り離し、
その間に高低圧熱交換器と減圧装置で構成される洗浄装
置を接続するステップと、熱源機側に塩素分を含まない
冷媒を置換封入するステップと、冷媒を高低圧熱交換器
で気液二相混合流に生成してから利用機側および接続配
管へ導き洗浄するステップとを備えたので、環境に問題
のある洗浄液を用いなくても既設の冷凍空調装置の洗浄
を効率良く速やかに実施でき、省工事性が得られる。

【００６２】本発明の請求項１３に関わる冷凍空調装置
の取替え方法は、請求項１２に記載の冷凍空調装置の取
替え方法において、利用機側および接続配管は冷媒回路
を全開にするとともに、強制した熱交換を行わないの
で、環境に問題のある洗浄液を用いなくても既設配管と
ともに室内機側も短時間で洗浄ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１を示す洗浄装置の冷媒
回路図である。

【図２】 図１の洗浄装置による配管残油量と洗浄時間
の関係を示すゲラフである。

【図３】 本発明の実施の形態２を示す洗浄装置の冷媒
回路図である。

【図４】 実施の形態３、４に係る、気液二相流の流動
様式を表した説明図である。

【図５】 本発明の実施の形態４に係る、既設配管にお
いて、気液二相冷媒の流動状態を表した特性図である。

【図６】 従来の冷凍空調装置の冷媒回路図である。

【図７】 従来の冷凍機油（鉱油）混入時のＨＦＣ用冷
凍機油とＨＦＣ冷媒との溶解性を示す臨界溶解度曲線の
関係線図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２ 油分離器、３ 四方弁、４ 高低圧熱
交換器、５ 第１の接続配管、６ バイパス管、７ 第
２の接続配管、８ 減圧装置、９ 分離装置、１０ 熱
源側熱交換器、１１ アキュムレータ、１２ 洗浄装
置、１３ａ 第１の操作弁、１３ｂ 第２の操作弁、１
３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ 接続弁、１４ 熱源
機、１５ 室内機、１６ 鉱油回収装置、１７ 流量調
整器、１８利用側熱交換器、１９、２０ 既設配管、２
１ 制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 修 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 田中 直樹 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 井上 誠司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3B116 AA13 AB51 BB01 BB90 CD22

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被洗浄物に対して非相溶性または弱相溶
   性の洗浄冷媒を搬送手段により吐出して循環流を生成
   し、前記洗浄冷媒を気液二相混合流へ状態変化させてか
   ら、前記被洗浄物が付着した配管を前記気液二相混合流
   で洗浄することを特徴とする配管の洗浄方法。
2. 【請求項２】 洗浄冷媒が液体状態において被洗浄物よ
   り密度が大きく、かつ気体状態において被洗浄物より密
   度が小さいことを特徴とする請求項１に記載の配管の洗
   浄方法。
3. 【請求項３】 洗浄冷媒の気液二相混合流の流動様式
   が、環状流もしくは波状流であることを特徴とする請求
   項１または請求項２に記載の配管の洗浄方法。
4. 【請求項４】 搬送手段の吐出側に接続され、洗浄冷媒
   を熱交換して気液二相混合流を生成する高低圧熱交換器
   と、前記気液二相混合流が被洗浄物の付着した配管を通
   過して、再び前記高低圧熱交換器へ流入する前に減圧す
   る減圧装置とを備え、前記気液二相混合流で前記配管を
   洗浄することを特徴とする洗浄装置。
5. 【請求項５】 洗浄冷媒を循環流出させる搬送手段と、
   前記搬送手段の吸入側に接続され、高低圧熱交換器から
   流出する洗浄冷媒を冷却する熱源側熱交換器とを備え、
   前記熱源側熱交換器を前記高低圧熱交換器に接続して回
   路を構成することを特徴とする請求項４に記載の洗浄装
   置。
6. 【請求項６】 被洗浄物が付着した配管を通過した洗浄
   冷媒から被洗浄物を除去する分離装置を前記配管と搬送
   手段との間に設けたことを特徴とする請求項４または請
   求項５に記載の洗浄装置。
7. 【請求項７】 被洗浄物は塩素分を含むハイドロクロロ
   フルオロカーボン（ＨＣＦＣ）系冷媒またはクロロフル
   オロカーボン（ＣＦＣ）系冷媒を使用する冷凍機油に用
   いる鉱油であり、前記洗浄冷媒として、塩素分を含まな
   いハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒またはハ
   イドロカーボン（ＨＣ）系冷媒を用いることを特徴とす
   る請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の洗浄装置。
8. 【請求項８】 ＨＦＣ系冷媒として、Ｒ４０７Ｃを使用
   することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか
   に記載の洗浄装置。
9. 【請求項９】 ＨＣ系冷媒として、イソブタン系または
   プロパン系を使用することを特徴とする請求項４乃至請
   求項７のいずれかに記載の洗浄装置。
10. 【請求項１０】 請求項４乃至請求項６のいずれかに記
    載の洗浄装置で洗浄された配管を、非共沸混合冷媒を含
    む圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器
    を接続した冷凍サイクルの熱源機と室内機とを接続する
    配管としたことを特徴とする冷凍空調装置。
11. 【請求項１１】 洗浄冷媒の循環流量を可変させる搬送
    手段の回転数を調整し、または減圧装置の開度を調整す
    る制御手段を備え、前記洗浄冷媒の気液二相混合流の流
    動様式を環状流もしくは波状流とすることを特徴とする
    洗浄装置。
12. 【請求項１２】 塩素分を含む冷媒を使用した冷凍空調
    装置を熱源機側と利用機側および接続配管に切り離し、
    その間に高低圧熱交換器と減圧装置で構成される洗浄装
    置を接続するステップと、前記熱源機側に塩素分を含ま
    ない冷媒を置換封入するステップと、前記冷媒を高低圧
    熱交換器で気液二相混合流に生成させてから利用機側お
    よび接続配管へ導き洗浄するステップと、を備えたこと
    を特徴とする冷凍空調装置の取替え方法。
13. 【請求項１３】 利用機側および接続配管は冷媒回路を
    全開にするとともに、強制した熱交換を行わないことを
    特徴とする請求項１２に記載の冷凍空調装置の取替え方
    法。