JP2009297341A - 冷媒の処理装置および処理方法並びに冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる冷媒を不燃化する方法および装置、該装置を装備した冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる冷媒に酸素を供給した状態において紫外線照射を行い、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）炭素分子の二重結合を切断してカルボン酸構造（Ｒ−ＣＯＯＨ）にすることによりテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を不燃化する。
【選択図】図１

Description

本発明は冷媒の処理装置および処理方法並びに冷凍サイクル装置、特に、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる冷媒の処理装置および処理方法、並びに該処理設備を具備する冷凍サイクル装置に関するものである。

オゾン層保護から、冷凍サイクルに使用されていた冷媒クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）系あるいはハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）系といった塩素原子を含んだ冷媒が規制され、オゾン破壊係数（Ｏｚｏｎｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ（以下、「ＯＤＰ」と称す））が低い冷媒であるハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒に切り替えられてきた。しかし、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒は地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ（以下、「ＧＷＰ」と称す））が炭酸ガスに比べて大きいため、地球環境保護の観点から望ましくない。
そこで、ＯＤＰ及びＧＷＰが共に低い冷媒として、自然冷媒系以外の可燃性を有するテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を用いた冷媒が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、可燃性冷媒を用いる冷媒回路（冷凍サイクルに同じ）において、可搬性がよく、簡易に安全に冷媒を回収することができる冷媒回収装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００７−５３５６１１号公報（第９−１１頁） 特開２００４−１１６９２９号公報（第５−６頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、可燃性を有するテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）であるため、冷媒として使用する場合は、回収や事故等の際、仮に冷媒漏れが生じたとしても、出火や爆発等が起こらないように安全を確保する必要がある。一方、特許文献２に開示された発明は、冷媒回収後の冷凍サイクルに残る残留冷媒量を可燃範囲下限値以下にするものの、冷媒回収装置には可燃範囲下限値を越える冷媒が貯蔵されるという問題があった。また、現行の冷媒回収装置では、冷媒回収の際、外部の点火源（例えば、隣接機器のリレ−接点部のスパ−ク）によって出火したり、爆発したりするという問題があった。また、冷凍サイクルからテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）の漏れが発生した場合は、冷凍サイクル内のテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）がほとんど外部に放出されるため、広範囲にわたってテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）が充満し、爆発に対して危険な環境になるという問題もあった。

本発明の目的は、上記のような問題を解決するものであって、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる冷媒を安全に処理する方法および装置、並びにテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）の漏れが生じても、出火や爆発の危険性を回避することができる冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明に係る冷媒処理方法は、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を含む冷媒と、冷媒を収容する冷媒収容手段と、冷媒収容手段内に付加反応に寄与する物質を供給する付加反応物質供給手段と、冷媒収容手段内に収容された冷媒に紫外線を照射する紫外線照射手段と、を備えるものである。

本発明に係る冷媒処理装置によれば、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を安全に処理することができる。したがって、簡素な装置によって、冷媒回収時における冷媒漏洩による出火等の危険性を現地においても容易に排除することができると共に、かかる危険性のない冷凍サイクル装置を提供することが可能になる。

［実施の形態１：冷媒処理方法］
図１は本発明の実施形態１に係る冷媒処理方法を説明するテトラフルオロプロペンの分子結合変化を示す化学式であって、図１（ａ）は紫外線照射前、図１（ｂ）は紫外線照射後である。すなわち、紫外線が照射されテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）炭素分子の二重結合が切断される付加反応が生じることにより、そこに酸素分子が結合したカルボン酸構造（Ｒ−ＣＯＯＨ）が生成されているから、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）は不燃性の物質になっている。なお、酸素の替わりに水を供給しても同様の不燃化物質を生成することができる。このような物質をここでは付加反応物質と呼ぶこととする。

［実施の形態２：冷媒処理装置］
図２は本発明の実施形態２に係る冷媒処理装置を模式的に説明する構成図であって、図２（ａ）は処理後の冷媒を大気中に放出するもの、図２（ｂ）は処理後の冷媒を貯蔵するもの、図２（ｃ）は処理前の冷媒と処理後の冷媒とを選択的に貯蔵するものである。なお、以下の図において共通する部材については同一の符号を付し、説明を一部省略する。また、冷媒の流れを矢印付き一点鎖線で、酸素の流れを矢印付き点線で、不燃化された冷媒の流れを矢印付き実線で、それぞれ表示している。なお、本発明は実施の形態２に示す形態に限定されるものではない。

また、冷媒とは、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる単体冷媒、またはテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を含む混合冷媒を指し、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）とは各種異性体を含む全てのテトラフルオロプロピレンを指すものである。

図２（ａ）において、冷媒処理装置（冷媒放出装置に同じ）３０ａは、冷凍サイクル装置（図示せず）から冷媒を導入する導入配管３４と、導入配管３４に接続された紫外線処理装置（処理容器に同じ）３１と、紫外線処理装置３１に付加反応物質である酸素を供給する酸素供給装置（付加反応物質供給手段に同じ）３２と、紫外線処理装置３１に接続された放出手段３５と、を有している。

上述の構成によれば、導入配管３４を経由して紫外線処理装置３１に冷媒を導入し、該冷媒に酸素供給装置３２より酸素を供給して不燃化しやすい環境にする（予め酸素が供給されている紫外線処理装置３１に冷媒を導入してもよい）。そして、酸素の供給を受けている冷媒に紫外線を適量照射し、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）炭素分子の二重結合を切断して不燃化する（図１参照）。さらに、不燃化された冷媒を放出手段３５を開放して大気中に放出する。このとき、放出された冷媒は、オゾン層を破壊しないだけでなく、ＧＷＰの低い値であるから、地球環境を損ねることがない。

なお、紫外線処理装置３１は、紫外線透過窓（たとえば、サイトグラス等によって形成される）を具備する気密容器（冷媒収容手段）と、外部に設置した紫外線照射手段（発光部）とを具備し、紫外線を外部からサイトグラス内部を通過するテトラフルオロプロペンからなる単体冷媒、またはテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を含む混合冷媒全体に照射するように構成してもよい。また、この際に冷媒全体に紫外線が照射できるようにサイトグラス内部を通過する冷媒を乱流若しくは回転流になるように冷媒配管内部に溝を付けるなどの乱流発生手段を備えてもよい。また、本発明はこれに限定するものではなく、紫外線不透過の気密容器の内部に紫外線照射手段（発光部）を設置して、紫外線を内部から内部に照射するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態２での付加反応物質である酸素の替わりに水でも代替可能であるから、酸素供給装置３２に替えて、水を供給する水供給装置としてもよい。

図２（ｂ）において、冷媒処理装置（冷媒放出装置に同じ）３０ｂは、冷凍サイクル装置（図示せず）から冷媒を導入する導入配管３４と、導入配管３４に接続された紫外線処理装置（処理容器に同じ）３１と、紫外線処理装置３１に酸素を供給する酸素供給装置３２と、紫外線処理装置３１に接続された貯蔵手段３３と、を有している。

上述の実施の形態２の構成によれば、冷媒処理装置３０ｂは、実施の形態１における図２（ａ）での冷媒処理装置３０aの放出手段３５に替えて貯蔵手段３３を有している。したがって、不燃化された冷媒を貯蔵手段３３に貯蔵することができる。なお、貯蔵手段３３の形態は限定するものではないが、たとえば、コンプレッサを具備し、不燃化された冷媒を圧縮してボンベ封入するものである。

なお、テトラフルオロプロペン単体で構成された冷媒の場合は、紫外線処理装置３１の働きにより当該冷媒のかなりの部分が不燃化され得るため、図２（ａ）のように大気中に放出するケースもあり得る。しかし、混合冷媒を構成する成分の一つとしてテトラフルオロプロペンを用いる場合、テトラフルオロプロペンだけでは所望の能力（ＣＯＰ等）が得られないために他の冷媒と混合して所望の能力を得ようとする場合が多い。このようにテトラフルオロプロペンと混合する冷媒はたいていの場合ＯＤＰは低いがＧＷＰが高いものが多い。そのため、紫外線処理装置３１によりテトラフルオロプロペンの可燃性を抑制したとしても、他の冷媒のＧＷＰが高いために大気に放出することが適さないケースが往々にしてある。
このようにテトラフルオロプロペンを含む混合冷媒の場合には可燃性を抑制した上で貯蔵手段３３に貯蔵し、処分業者による適切な処理が必要である。

図２（ｃ）において、冷媒処理装置（冷媒放出装置に同じ）３０ｃは、冷凍サイクル装置（図示せず）から冷媒を導入する導入配管３４が三方弁（切換手段に同じ）３６において分岐され、一方は紫外線処理装置３１に接続され、他方は三方弁３６から分岐配管３７を介して貯蔵手段（回収手段に相当する）３３に接続されている。
したがって、冷媒処理装置（冷媒放出装置に同じ）３０ｃは、不燃化された冷媒を貯蔵することができると共に、不燃化された冷媒に替えて、不燃化される前の冷媒を選択的に貯蔵（回収）することができる。すなわち、可燃性を有するままの冷媒を、そのまま回収することができるから、当該冷媒は、当然に再使用可能である。

［実施の形態３：冷凍サイクル装置］
図３は本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置を模式的に説明するものであって、空気調和機における冷房運転時の回路構成図である。なお、実施の形態２（図２）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図３において、空気調和機（冷凍サイクル装置に同じ）１００は、室外機１０と、室内機２０と、冷媒処理装置３０ｃ（図２（ｃ）参照）とを有している。すなわち、室外機１０の圧縮機１１において圧縮された冷媒は、外気熱交換器１２において凝縮され、凝縮された冷媒は膨張弁１３において膨張して低温低圧の冷媒となる。そして、低温低圧の冷媒は室内機２０に流入して、室内熱交換器２１において熱交換（室内空気に冷熱を奪われ）され、室外機１０の圧縮機１１に戻ってくる（循環する）。

このとき、冷媒は、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）若しくはテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を含んだ混合冷媒を指し、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）とは各種異性体を含む全てのテトラフルオロプロピレンを指すものである。

さらに、室内機２０の室内熱交換器２１と室外機１０の圧縮機１１とを連結する配管（循環配管の一部に同じ）に、ポート１４が設置されている。
ポート１４には冷媒処理装置３０ｃの導入配管３４が接続されている。通常サイクル運転時にはポート１４は、室外機１０及び室内機２０で構成される循環回路を開通状態にして、導入配管３４への冷媒の流入を阻止するものである。
一方、冷媒を封入する時及び冷媒を排出（回収）する時にはポート１４は、導入配管３４側にも開放され３方向が「開状態」となる。したがって、冷媒は冷媒処理装置３０ｃに流入する。

上述の構成によれば、三方弁（切換手段に同じ）３６の切換によって、導入配管３４に流入した冷媒が紫外線処理装置３１に導入されて不燃化処理を行うことができる。さらに、不燃化された状態で貯蔵手段３３に貯蔵されることになる。なお、不燃化手段に用いる紫外線処理装置３１は紫外線を照射するだけであるので、紫外線処理を行える冷媒量に上限がないから、室外機１０および室内機２０の各機器や循環配管内に残留する残留冷媒をすべて処理することが可能であり、残留冷媒の量を可燃範囲下限値以下に確実にすることができる。

一方、機器の移設若しくは機器の置換えにより冷媒を機器回路より一旦取り除き再利用する場合には、三方弁（切換手段に同じ）３６の切換によって、導入配管３４に流入した冷媒が貯蔵手段３３に直接貯蔵された場合は、可燃性を有する貯蔵手段３３に貯蔵されることになる。したがって、貯蔵手段３３に貯蔵された可燃性を有する冷媒は、再使用することができる。

［実施の形態４：冷凍サイクル装置］
図４は本発明の実施形態４に係る冷凍サイクル装置を模式的に説明するものであって、空気調和機における冷房運転時の回路構成図である。なお、実施の形態２、３（図２、３）と同一部分または相当部分には同一符号を付し、一部の説明を省略する。

図４において、空気調和機（冷凍サイクル装置に同じ）２００は、室外機１０と、室内機２０と、冷媒処理装置３０ａ（図２（ａ）参照）とを有している。すなわち、室内機２０の室内熱交換器２１と室外機１０の圧縮機１１とを連結する配管（循環配管の一部に同じ）に、ポート１４が設置され、ポート１４には冷媒処理装置３０ａの導入配管３４が接続されている。

さらに、室内機２０側の循環配管部分に冷媒の漏れを検知する冷媒漏洩センサー２２が設置されている。
そして、通常サイクル運転時には、室外機１０と室内機２０とによって構成される循環回路（閉空間）を循環する冷媒は、冷媒漏洩センサー２２が冷媒の漏洩を感知した場合には、冷媒漏洩センサー２２の信号に基づきポート１４を制御する。すなわち、ポート１４を導入配管３４が連通するように開き冷媒が冷媒処理装置３０ａ側に流れるようにする。すなわち、ポート１４は、導入配管３４にも開放され、３方向開状態になる。

そうすると、冷媒処理装置３０ａに流入した冷媒は、不燃化処理されて大気に放出されることになる。したがって、漏洩した可燃性を有する冷媒が室内機２０の内部に停留することがなく、火災等のおそれが早期に消失する。また、室外機１０および室内機２０の各機器や循環配管内に残留する残留冷媒の量を可燃範囲下限値以下に確実にすることができる。このとき、放出された冷媒は、オゾン層を破壊しないだけでなく、ＧＷＰの低い値であるから、地球環境を損ねることがない。

なお、上述の実施の形態４では、冷媒漏洩センサー２２を室内機２０側に設けたが、この冷媒漏洩センサー２２を室外機１０側に設けたり、室内機１０および室外機２０の両方に設けてもよい。

［その他の実施の形態］
以上、本発明の冷媒処理装置が装備される装置として、冷凍サイクル装置を例示しているが、本発明は冷凍サイクル装置に限定するものではなく、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる冷媒を使用する装置（たとえば、当該冷媒の製造装置、当該冷媒を使用した発泡材の製造装置ないし処理装置等）であれば、前記冷媒処理装置を装備することができるものである。

また、冷凍サイクル装置は、空気調和機に限定されるものではなく、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる冷媒を使用する冷蔵庫（冷凍機）や給湯器であってもよい。

また、上述の各実施の形態では、紫外線処理装置３１を、冷凍サイクル装置１００、および２００の冷凍サイクルの外部にポート１４により接続して連通させる構成としたが、紫外線処理装置３１を冷凍サイクル装置１００および２００の冷凍サイクル内に設けてもよい。この場合、冷凍サイクルでは、圧縮機１１と室内熱交換器２１の間の配管に設けてもよいし、圧縮機１１と外気熱交換器１２の間の配管に設けてもよい。前者の場合は紫外線処理装置３１が冷凍サイクル内での比較的低温低圧環境に位置するため耐久性の点で有利であり、後者の場合、屋外であるので、図２（ａ）の構成を用いて処理後の冷媒を放出する際にそのまま屋外に排出でき利便性がよい。

本発明に係る冷媒の処理装置および処理方法並びに冷凍サイクル装置は、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）からなる冷媒を容易に不燃化することができるから、家庭用および業務用の各種冷媒処理装置並びに冷凍サイクル装置として広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係る冷媒処理方法を説明するテトラフルオロプロペンの分子結合変化を示す化学式である。 本発明の実施形態２に係る冷媒処理装置を模式的に説明する構成図である。 本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置を模式的に説明する回路構成図である。 本発明の実施形態４に係る冷凍サイクル装置を模式的に説明する回路構成図である。

符号の説明

１０：室外機、１１：圧縮機、１２：外気熱交換器、１３：膨張弁、１４：ポート、２０：室内機、２１：室内熱交換器、２２：冷媒漏洩センサー、３０ａ：冷媒処理装置、３０ｂ：冷媒処理装置、３０ｃ：冷媒処理装置、３１：紫外線処理装置、３２：酸素供給装置、３３：貯蔵手段、３４：導入配管、３５：放出手段、３６：三方弁、３７：分岐配管、1００：空気調和機、２００：空気調和機。

Claims (12)

1. テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）を含む冷媒と、
   前記冷媒を収容する冷媒収容手段と、
   前記冷媒収容手段内に付加反応に寄与する物質を供給する付加反応物質供給手段と、
   前記冷媒収容手段内に収容された前記冷媒に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
   を備える冷媒処理装置。
2. 前記冷媒収容手段と接続され、前記冷媒を大気中に放出する放出手段を備える請求項１記載の冷媒処理装置。
3. 前記冷媒収容手段と接続され、前記冷媒を貯蔵する貯蔵手段を備える請求項１記載の冷媒処理装置。
4. 冷凍サイクル装置の冷媒が導入配管を介して流れ込む冷媒収容手段と、
   前記冷媒収容手段内に付加反応に寄与する物質を供給する付加反応物質供給手段と、
   前記冷媒収容手段内に収容された前記冷媒に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
   前記冷媒収容手段の前記冷媒を貯蔵する貯蔵手段と、
   前記導入配管内の前記冷媒が流れ込む先を前記冷媒収容手段から前記貯蔵手段に切り換える切換手段と、
   を備える冷媒処理装置。
5. 前記付加反応に寄与する物質として酸素を用いることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の冷媒処理装置。
6. 圧縮機と、
   前記圧縮機と接続され冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器と接続され前記冷媒を膨張させる流量制御弁と、
   前記流量制御弁と接続され前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器と前記圧縮機とを繋ぐ配管と導入配管を介して連通する冷媒収容手段と、
   前記冷媒収容手段内に付加反応に寄与する物質を供給する付加反応物質供給手段と、
   前記冷媒収容手段内に収容された前記冷媒に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
   前記冷媒収容手段の前記冷媒を大気中に放出する放出手段と、
   を備える冷凍サイクル装置。
7. 圧縮機と、
   前記圧縮機と接続され冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器と接続され前記冷媒を膨張させる流量制御弁と、
   前記流量制御弁と接続され前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器と前記圧縮機とを繋ぐ配管と導入配管を介して連通する冷媒収容手段と、
   前記冷媒収容手段内に付加反応に寄与する物質を供給する付加反応物質供給手段と、
   前記冷媒収容手段内に収容された前記冷媒に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
   前記冷媒収容手段の前記冷媒を貯蔵する貯蔵手段と、
   を備える冷凍サイクル装置。
8. 前記冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩検知手段と、
   前記蒸発器と前記圧縮機とを繋ぐ前記配管と前記導入配管との接続部に設けられた切換手段と、
   前記冷媒漏洩検知手段からの冷媒漏洩を示す信号を受信すると前記切換手段により前記配管から前記冷媒収容手段に前記冷媒を流すように制御する制御手段と、
   を備える請求項６又は７記載の冷凍サイクル装置。
9. 圧縮機と、
   前記圧縮機と接続され冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器と接続され前記冷媒を膨張させる流量制御弁と、
   前記流量制御弁と接続され前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器と前記圧縮機とを繋ぐ配管に設けられ前記配管内の前記冷媒に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
   前記配管内に付加反応に寄与する物質を供給する付加反応物質供給手段と、
   を備える冷凍サイクル装置。
10. 前記付加反応に寄与する物質として酸素を用いることを特徴とする請求項６乃至９いずれか記載の冷凍サイクル装置。
11. テトラフルオロプロペンを含む冷媒に付加反応に寄与する物質を供給するステップと、
    前記冷媒と前記付加反応に寄与する物質との混合物に紫外線を照射して前記テトラフルオロプロペンをカルボン酸構造（Ｒ−ＣＯＯＨ）にするステップと、
    を備える冷媒処理方法。
12. 前記付加反応に寄与する物質として酸素を用いることを特徴とする請求項１１記載の冷媒処理方法。

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