JP2016114290A - 冷熱機器の冷媒変更方法及び冷熱機器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷熱機器に対する設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａと略同等であり、しかもＲ４０４Ａよりも温暖化係数の低い冷媒を使用して冷媒の変更を行う新規な冷熱機器の冷媒変更方法を提供することにある。【解決手段】Ｒ２２やＲ４０４Ａを使用した冷熱機器の冷媒を温暖化係数が低い冷媒に変更する際に、冷熱機器に対する設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａと同等であり、しかもＲ４０４Ａよりも温暖化係数の低いＲ４０７Ｅを変更する冷媒として使用する。これによれば、冷熱機器に対する設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａと略同等であり、しかもＲ２２やＲ４０４Ａよりも温暖化係数の低い冷媒を使用することで、地球温暖化を抑制すると共に、既設の冷熱機器の構成部品を利用して冷媒の変更を行うことが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は冷熱機器の冷媒変更方法及び冷熱機器に係り、特に既設の冷熱機器を流用して新しい冷媒に変更するのに好適な冷熱機器の冷媒変更方法及び冷熱機器に関するものである。

現在、市場で多く使用されている冷凍、冷蔵、空調等の用途に使用される冷熱機器の冷媒は、Ｒ４０４Ａ（Ｒ１４３ａ：５２％、Ｒ１２５：４４％、Ｒ１３４ａ：４％）やＲ２２（単一冷媒)が多く使用されている。しかしながら、Ｒ２２はモントリオール議定書によりＯＤＰ（オゾン層破壊係数）を規制されて新たな使用はできないものとなっている。このため、今後はＲ２２を使用した冷熱機器は市場に出回らないものである。

一方、上述した理由からＲ２２の代替として広く普及したＨＦＣ系冷媒であるＲ４０４Ａは、温暖化係数（ＧＷＰ；Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が約３９４０と非常に高く、今後は国内の改正フロン法や、欧州のＦ−ｇａｓ規制等が始まり、現在のまま温暖化係数が高いＲ４０４Ａを使用し続けることが困難である。このため、今後は温暖化係数の低い冷媒へ転換することが強く要請されている。

尚、以下に説明する本発明の冷媒変更方法に関連するものとして、例えば、特開平７−８３５４５号公報(特許文献１)では、塩素を含むフッ化炭化水素系冷媒を作動流体とする空気調和機において、既設機器を流用し最小限の変更で塩素を含まない新冷媒に対応可能とした冷媒変更方法が提案されている。この冷媒変更法では、既設機器内部に残留する冷凍機油の塩素を含むフッ化炭化水素系冷媒（例えば、Ｒ２２）由来の塩素系化合物の量を低減するため、冷媒及び冷凍機油の入替えを規定回数以上実施し、塩素系化合物濃度を許容値レベル以下に低減すると述べている。

また、特開２００８−５１４９７号公報(特許文献２)では、冷凍冷蔵装置用の冷媒回路の冷媒変更方法において、変更前の冷媒配管を流用し、変更前の負荷側機器の温度式膨張弁の感温筒を外し冷媒を２相状態にして運転することで、既設配管内の残留物を回収すると共に液冷媒配管に塩素化合物捕捉フィルターを接続し除去する方法が提案されている。この方法では、塩素をふくむＣＦＣ冷媒やＨＣＦＣ冷媒を使用した既設配管内部に残留する塩素化合物を塩素化合物捕捉フィルターで補足すると述べている。

特開平０７−８３５４５号公報 特開２００８−５１４９７号公報

ところで、地球温暖化を抑制するために温暖化係数が低い冷媒を用いることが要請されていることは上述した通りである。そして、冷熱機器に使用される冷媒のなかで比較的温暖化係数が小さい冷媒としては、自然冷媒としてＣＯ２や、ＨＦＣ系冷媒のなかのＲ４１０ＡやＲ３２等がある。ＣＯ２は臨界温度が他の冷媒と比較して３１．１℃と低く、また、臨界圧力は７．４ＭＰａでサイクルの高圧側が超臨界になる。したがって、ＣＯ２は従来のＨＦＣ系冷媒に対して冷凍サイクルの低圧側、高圧側ともに５倍程度の圧力となる。また、従来のＨＦＣ系冷媒であるＲ４０４Ａと比較して、温暖化係数が小さいＲ４１０ＡやＲ３２にといったＨＦＣ系冷媒は沸点が低く、同じ温度条件では蒸発圧力、凝縮圧力ともに高くなる。

すなわち、ＣＯ２やＨＦＣ系冷媒のＲ４１０Ａ、Ｒ３２を使用すると、冷熱機器の設計圧力(＝強度)を従来の冷媒であるＲ２２、Ｒ４０４Ａよりも高く設定しなければならない。したがって、従来から使用されてきた冷熱機器の冷媒Ｒ２２やＲ４０４Ａを温暖化係数が小さいＣＯ２やＨＦＣ系冷媒のＲ４１０Ａ、Ｒ３２に置き換える場合、設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａに対応した冷熱機器では、ＣＯ２やＲ４１０Ａ、Ｒ３２といった冷媒に対して設計圧力が低く、冷熱機器の構成部品の強度、特に冷媒が流れる配管の肉厚が不足して強度不足となる。

このため、ＣＯ２やＲ４１０Ａ、Ｒ３２といった冷媒に置き換えると、配管や室内機のような負荷機器等の全て、または多くの構成部分を置き換える必要があるため、冷熱機器の置き換えに工事期間を含めた多大の費用を要するという課題があった。

したがって、温暖化係数が小さく、しかもＲ２２やＲ４０４Ａに対応した設計圧力の冷熱機器で使用できる新規な冷媒に変更することが強く要請されている。つまり、既設の冷熱機器の構成部品の流用性と温暖化係数の低減を満足する冷媒への変更方法が必要とされている。尚、特許文献１や特許文献２には、上述した課題や既設の冷熱機器の構成部品の流用性と温暖化係数の低減を満足する冷媒への変更については開示するところがないものである。

また、この他に、冷熱機器の冷媒を置き換える際には、置き換える冷媒に対応した新規な熱源機器(いわゆる室外機)に変更するが、既設の冷媒配管や負荷機器(いわゆる室内機)を流用する場合、冷媒配管や負荷機器内部に変更前の冷凍機油が残留している場合が多い。特に既設の冷熱機器が圧縮機の故障によって運転不可能な場合は、ポンプダウン運転ができないことから残留している冷凍機油が多く、この分だけ酸性物質が多くなるという事例や、或いは既設の冷熱機器の冷媒がＲ２２である場合には冷媒分解による塩素系化合物が多く含まれ、冷凍機油が劣化しているという事例がある。

このように劣化した置き換え前の既存の冷凍機油が、冷媒の置き換え後の冷熱機器内に混入した場合、残留してる酸性物質や塩素系化合物が新しい圧縮機の摺動部において、機械摩耗に加えて化学的な反応による化学摩耗を増加させ、圧縮機の信頼性を低下させて冷熱機器の長期信頼性を損なう恐れがある。

上述したように、モントリオール議定書によるＲ２２のようなＨＣＦＣ系冷媒の生産等が原則全廃され、市場で現在使用される冷熱機器の多くがＲ４０４Ａのようなオゾン層を破壊しないＨＦＣ系冷媒へと転換が進んでいる。したがって、冷熱機器においては今後の冷媒の変更となる対象は、ＨＦＣ系冷媒のＲ４１０Ａが同じ温度条件では蒸発圧力、凝縮圧力が共に高くなるという弱点があるので、ＨＦＣ系冷媒のＲ４０４Ａが多くなっていくものである。

尚、Ｒ４０４Ａは塩素を含まない冷媒であり、冷媒の変更時に既設機器の配管や負荷機器内部に残留する冷凍機油も塩素化合物の残留量がＲ２２と比較して少ないという特徴を有しているものである。

しかしながら、Ｒ２２に使用される冷凍機油（パラフィン系やナフテン系の鉱油）に比べて、Ｒ４０４Ａではポリビニルエーテル（ＰＶＥ）油やポリオールエステル（ＰＯＥ）油などが用いられている。これらのＰＶＥ油やＰＯＥ油よりなる冷凍機油は、Ｒ２２に使用されている鉱油と比較し、ＰＶＥ油は空気共存下で酸化劣化を起こしやすく、その結果ハイドロパーキサイドを経て酸性物質が発生する、また、ＰＯＥ油は水の存在下で加水分解反応により原料脂肪酸とアルコールに分解しやすい特性を持つようになる。

したがって、Ｒ４０４Ａを使用した冷熱機器の冷媒を変更する場合は、Ｒ４０４Ａに対応した冷凍機油（ＰＶＥ油やＰＯＥ油）が既設の冷熱機器の配管や負荷機器内部に残留するため、残留する冷凍機油に含まれる酸性物質に対する対策が必要であった。

本発明の主たる目的は、地球温暖化を抑制すると共に、冷媒の変更を多大の費用を費やすことなく行うことができる新規な冷熱機器の冷媒変更方法及び冷熱機器を提供することにある。

本発明の特徴は、少なくとも、熱源機器及び負荷機器と、前記熱源機器と前記負荷機器を接続する液冷媒配管とガス冷媒配管を備え、冷媒としてＲ２２或いはＲ４０４Ａが使用される冷熱機器の冷媒変更方法において、前記Ｒ２２或いは前記Ｒ４０４Ａから温暖化係数が低い冷媒に変更する際に、変更すべき冷媒をＲ４０７Ｅとする共に、少なくとも既設の前記液冷媒配管と前記ガス冷媒配管を使用して前記Ｒ４０７Ｅに変更することにある。

また、少なくとも、熱源機器及び負荷機器と、前記熱源機器と前記負荷機器を接続する液冷媒配管とガス冷媒配管を備え、既設の冷熱機器から置き換えられて構成される冷熱機器において、前記既設の冷熱機器に使用されていた冷媒はＲ２２或いはＲ４０４Ａであると共に変更後の冷媒がＲ４０７Ｅであって、少なくとも前記液冷媒配管と前記ガス冷媒配管は前記既設の冷熱機器のものが使用されることにある。

本発明によれば、冷熱機器に対する設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａと略同等で、しかもＲ４０４Ａよりも温暖化係数の低い冷媒を使用することで、地球温暖化を抑制すると共に、冷媒の変更を多大の費用を費やすことなく行うことが可能となる。

本発明が適用される冷熱機器としての冷凍機器の冷凍サイクルを説明する構成図である。 各冷媒の理論サイクルにおける温暖化係数、凝縮、蒸発、飽和の各圧力の関係を示す図である。 冷凍機油の全酸価と摩耗量の関係を説明するための説明図である。 冷凍機器における各冷媒に対して適用される冷凍機油の関係を示す図である。 冷凍機器における冷媒の変更手順を説明する変更フロー図である。 冷凍機器にリニューアルフィルタを設置した場合の構成図である。 冷凍機油の交換回数に対する冷凍機油の混入率の関係を示す説明図である。

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

以下、本発明の実施形態になる冷熱機器としての冷凍機器の冷媒の変更方法について図面を用いて詳細に説明する。ここで、以下の説明で変更する前の冷媒としてＲ４０４Ａを例にして説明するが、Ｒ２２の場合も実質的に同様である。

図１に冷熱機器の一例としての一般的な冷凍機器の冷凍サイクルを示している。冷凍機器１は室外に設置される熱源機器(＝室外機)１０と室内の負荷機器(＝室内機)２０によって構成されている。熱源機器１０においては、内部配管によって圧縮機１１から順に凝縮器１２、ドライヤ１３と連通され、更に熱源機器１０は外部の液冷媒配管５０を介して負荷機器２０と接続されている。ドライヤ１３と負荷機器２０の間の液冷媒配管５０には液側阻止弁１６が設けられている。

液冷媒配管５０と接続された負荷機器２０内の内部配管には、膨張弁３３が設けられ蒸発器３１の入口と連通している。蒸発器３１の出口はガス冷媒配管５１に接続され、更に負荷機器２０は外部のガス冷媒配管５１を介して熱源機器１０と接続されている。蒸発器３１と熱源機器１０の間のガス冷媒配管５１にはガス側阻止弁１７が設けられている。ガス冷媒配管５１から熱源機器１０に戻った冷媒は、アキュームレータ１５により気液分離を行い圧縮機１１へと戻る構成で冷凍サイクルが構成されている。

尚、図面では、熱源機器１０に対して負荷機器２０を１対１で接続しているが、複数台の負荷機器２０が接続される冷凍機器であっても良いことは言うまでもない。この場合は、各膨張弁３０、各蒸発器３１が並列に設けられ、各膨張弁３０が液冷媒配管５０に接続され、各蒸発器３１がガス冷媒配管５１に接続されるものである。

熱源機器１０は、例えば屋外に設置される冷凍機、すなわちコンデンシングユニットがあり、負荷機器２０としては、例えば、スーパー、コンビニエンスストア等で使用されるショーケースや冷凍・冷蔵用途のユニットクーラー等がある。

このため、液冷媒配管５０やガス冷媒配管５１はかなりの長さ（数十メートル〜百メートル）となること、場合によっては液冷媒配管５０やガス冷媒配管５１が地中に埋設されていること等の理由から、液冷媒配管５０やガス冷媒配管５１を交換するのが困難となっている。したがって、冷媒の変更を行う場合は既設の冷熱機器の構成部品を利用して変更を行うことが強く要請されるようになっている。

そして、本実施例では、上述した既設の冷凍機器１のうち少なくとも、液冷媒配管５０及びガス冷媒配管５１の他に、望ましくは負荷機器２０を含めて冷凍機器の構成部品を再利用すると共に冷凍機器の温暖化係数を低減する冷媒の変更方法を提案するものである。

図２には各冷媒の温暖化係数及び理論サイクルにおける凝縮圧力、蒸発圧力、及び冷媒温度が６５℃の時の飽和圧力を示している。理論サイクルの圧力は蒸発温度Ｔｅ＝４０℃、凝縮温度Ｔｃ＝−４０℃、過冷却度ＳＣ＝５Ｋ、吸入過熱度ＳＨ＝２Ｋとして計算し、６５℃の飽和圧力は冷凍サイクルの高圧部の設計圧力の参考値として示している。

冷凍機器の冷媒として従来使用されていた、塩素を含むＲ２２はオゾン層保護の観点から２０２０年までに全廃され、順次Ｒ４０４Ａに転換されてきた経緯がある。しかしながら、昨今の地球温暖化防止の観点から、冷凍機器に封入される冷媒では温暖化係数も規制対象となる予定である。

欧州では改正Ｆ−ｇａｓ規制によって、２０２０年までに温暖化係数が冷凍機器に対しては２５００以下に規制される。また、国内においても改正フロン法により温暖化係数が規制される予定である。現在広く普及しているＲ４０４Ａは温暖化係数が約３９４０と高く、温暖化係数の規制適用後まで使用し続けることは許されないものとなっている。

そこで、本実施例ではＨＦＣ系冷媒であるＲ４０７Ｅ（Ｒ３２：２５％、Ｒ１２５：１５％、Ｒ１３４ａ：６０％）を変更冷媒として採用することを特徴としている。変更冷媒であるＲ４０７Ｅは、現行のＲ４０４Ａに比べて温暖化係数が約１４２５と大幅に低減可能である。しかも、既設の冷凍機器に使用されている冷媒であるＲ４０４ＡやＲ２２と略同等の設計圧力に設定することが可能であるため、液冷媒配管５０、ガス冷媒配管５１や、ショーケースをはじめとする負荷機器２０を変更することなく利用可能となる。

すなわち、図２からわかるように、Ｒ４０７Ｅの温暖化係数はＲ２２、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａの温暖化係数より小さくなっており、Ｒ４０７Ｅが温暖化係数の観点から最も優れている。また、冷凍機器に対するＲ４０７Ｅの各設計圧力（凝縮圧力、蒸発圧力、飽和圧力）はＲ４１０Ａに比べて低く、Ｒ２２やＲ４０４Ａと略同等の範囲に収まっている。このため、市場に出回っているＲ２２やＲ４０４Ａを使用した冷凍機器をそのまま流用できることがわかる。

特に、市場に最も多く出回っているＲ４０４Ａを使用した冷凍機器の各設計圧力において、Ｒ４０４ＡとＲ４０７Ｅを比較すると、すべての設計圧力でＲ４０４Ａ＞Ｒ４０７Ｅとなり、Ｒ４０４Ａが使用されている冷凍機器を流用してＲ４０７Ｅを使用した場合であっても強度が充分確保されていることがわかる。

このため、冷媒配管５０、５１や負荷機器２０の膨張弁３３等を変更後の新しい冷媒Ｒ４０７Ｅに対応したものに交換することなく、冷媒配管５０、５１や負荷機器２０をそのまま流用することが可能となる。また、Ｒ４０４ＡからＲ４０７Ｅに冷媒を変更する際、冷媒の密度の違いに伴い冷媒配管５０、５１を流れる冷媒の流速が異なるようになる。負荷機器２０に使用される膨張弁３３が電子式膨張弁である場合には、Ｒ４０７Ｅに冷媒を変更した後に、電子式膨張弁３３の制御を変更して絞り量を調整することで、冷凍機器の性能を最適にすることが可能となる。

例えば、屋外に熱源機器１０を設置して店舗屋内にショーケースとの負荷機器２０を設置するような場合、液冷媒配管５０及びガス冷媒配管５１は夫々１００ｍ程度になる場合もあり、新規に配管施工を行う場合には工事に時間を要すると共に、置き換えのための新規の構成部品も必要となって冷凍機器の利用者にとっては金銭的に大きな負担になる。

しかしながら、本実施例のように、Ｒ４０４Ａを使用した冷凍機器をＲ４０７Ｅの冷媒に変更することにより、温暖化係数の低減を図ると共に、液冷媒配管５０やガス冷媒配管５１、更には負荷機器２０を再利用することで、冷凍機器の置き換えに多大の費用や工事期間を要するという課題を解決することができる。

このように本実施では、Ｒ２２やＲ４０４Ａを使用した冷凍機器の冷媒を温暖化係数が低い冷媒に変更する際に、冷凍機器に対する設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａと略同等であり、しかもＲ４０４Ａよりも温暖化係数の低いＲ４０７Ｅを変更すべき冷媒として使用することによって、地球温暖化を抑制すると共に、冷媒の変更を多大の費用を費やすことなく行うことが可能となる。

次に、冷媒の変更の際に残留する冷凍機油に含まれる酸性物質に対する対策を説明する。冷凍機器の冷媒を新しい冷媒Ｒ４０７Ｅ及びこれに対応する冷凍機油へ変更する場合では、液冷媒配管５０やガス冷媒配管５１、及び負荷機器２０を再利用する際に、冷媒配管５０、５１や負荷機器２０の内部配管や蒸発器内部に既存の冷媒Ｒ４０４及びこれに対応した冷凍機油が残留している。

一般的に冷凍機油は冷凍機器の冷凍サイクル内を冷媒と共に循環しているが、圧縮機１１の油溜りに主に貯留されて高温の環境に晒されている。このため、冷凍機油の劣化が進んで冷凍機油中の酸性物質の量を示す全酸価［ｍｇＫＯＨ／ｇ］が上昇するようになる。

図３に冷凍機油中の全酸価と圧縮機１１の摺動部の摩耗量の関係を示している。横軸は全酸価、すなわち冷凍機油中の酸性物質の量を示し、縦軸は摺動部の摩耗量を表している。全酸価が高く冷凍機油中の酸性物質が多く含まれる場合、圧縮機１１の摺動部での機械摩耗に加えて化学的な反応による化学摩耗が増加し、圧縮機の信頼性が低下して冷凍機器の運転を阻害してしまう恐れがある。図３からわかるように、機械摩耗はほぼ一定であるが、全酸化が大きくなると摩耗量が急激に増加する。このため、冷媒を変更した場合もできるだけ残留する冷凍機油を減らし、また、残留している冷凍機油の全酸化の値を小さくすることが重要である。

図４に各冷媒に適合する冷凍機油の種類を示している。例えば、既設の冷凍機器に使用される冷媒がＲ４０４Ａの場合は塩素を含まない冷媒であるので、冷媒をＲ４０４ＡからＲ４０７Ｅに変更する時には、既設の冷凍機器の冷媒配管５０、５１や負荷機器２０の内部に残留する冷凍機油は、塩素化合物が存在しないので塩素化合物に対する対策は必要ないものである。

しかしながら、ＨＦＣ系冷媒であるＲ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａでは、冷凍機油としてＰＶＥ油やＰＯＥ油などが用いられている。これらの冷凍機油はＲ２２用の鉱油と比較して、ＰＶＥ油は空気共存下で酸化劣化を起こしやすく、その結果ハイドロパーキサイドを経て酸性物質が発生する。また、ＰＯＥ油は水の存在下で加水分解反応により原料脂肪酸とアルコールに分解しやすい特性を持っている。尚、Ｒ４１０Ａは上述した様に変更すべき冷媒として不適であるため、以下の説明では省略する。

このため、変更する前の冷媒としてＲ４０４Ａ及びこれに適合するＰＶＥ油やＰＯＥ油が既設の冷凍機器に封入されている場合、ＰＶＥ油やＰＯＥ油が酸化劣化や加水分解の影響を受けやすく、冷媒の変更時には全酸価が上昇していることが多い。したがって、既存の冷媒Ｒ４０４Ａ及びこれの冷凍機油から、置き換え後の新しい冷媒Ｒ４０７Ｅ及びこれの冷凍機油を新規の熱源機器１０に入れ替える際に、既設の配管５０、５１や負荷機器２０の内部配管や蒸発器３１の残留冷凍機油の量を低減させること、及び残留した冷凍機油の酸性物質をできるだけ取り除くことが重要である。

このような要請に基づき、既設の冷凍機器から既存の冷媒Ｒ４０４Ａ及びこれの冷凍機油を、新しい冷媒Ｒ４０７Ｅ及びこれの冷凍機油へ変更する場合の手順を以下に説明する。尚、既存の冷媒Ｒ２２の場合も同様であるので説明は省略する。ここで、この例では、既設の冷凍機器が運転可能な場合であり、ポンプダウン運転によって冷媒や冷凍機油が回収できる状態である。

まず第１ステップとして既設の冷凍機器にてポンプダウン運転を実施する。このポンプダウン運転は、液側阻止弁１６を閉じた後に圧縮機１１を運転して既存の冷媒Ｒ４０４Ａを回収するための運転モードである。これは既設の冷凍機器の冷媒配管５０、５１及び負荷機器の内部に残留する冷凍機油を回収し、低圧側の冷媒をなるべく高圧側に回収することを目的としている。

次に、第２ステップではポンプダウン運転による既設の冷凍機器の冷媒Ｒ４０４Ａを回収し、既設の熱源機器１０を新しい冷媒Ｒ４０７Ｅに対応した熱源機器１０に置き換える。ポンプダウン運転直後に冷媒Ｒ４０４Ａを回収することで、圧縮機１１の圧力容器や冷凍機油の温度が下がらないうちに冷媒を回収することができる。これによって、冷媒が冷えて冷凍機油に溶け込むのを回避して冷媒Ｒ４０４Ａの回収率を向上することができる。

ここで、本実施例では熱源機器１０以外は置き換えず、既設の構成部品である冷媒配管５０、５１及び負荷機器２０を流用するものである。これは先に述べたように、新しい冷媒Ｒ４０７Ｅの設計圧力が変更前の冷媒Ｒ４０４Ａより小さいため、強度的な問題を考慮することなく既設の構成部品を流用できるからである。また新しい熱源機器１０の圧縮機には変更されるべき新しい冷媒Ｒ４０７Ｅに適合する冷凍機油が封入されており、この冷凍機油は使用されていない新規品である。

次に、第３のステップにて酸捕捉能力を有する材料が充填されたリニューアルフィルタを液冷媒配管５０の液側阻止弁１６と膨張弁３３の間に装着する。図６に冷凍機器の冷凍サイクルでのリニューアルフィルタ５２の設置位置を示している。リニューアルフィルタ５２に充填する酸捕捉能力を有する材料としては、例えば、ケイ酸・アルミン酸アルカリ金属複合塩からなる合成ゼオライトを選択するのが望ましい。

この合成ゼオライトの特性としては、結晶中にほぼ均一な細孔を有しており特定の分子径の物質を選択的に吸着することが可能である。その性質を利用して、水分を選択的に吸着する乾燥剤として使用されることが多い。この乾燥剤としての用途に加えて、合成ゼオライト自身が冷凍機油の劣化により生じた酸性物質を中和反応により無害化する性質を有している。

このような性質を持つ合成ゼオライトを封入したリニューアルフィルタ５２を図６のような位置に設置することで、冷凍機器の配管等に残留した冷凍機油の酸性物質を捕捉し、冷凍サイクル中で無害化することができると共に、冷凍サイクル中に混入した水分も除去して冷凍サイクルの信頼性向上を図ることが可能となる。

合成ゼオライトを封入したリニューアルフィルタ５２を冷凍サイクル中に設置する際は、合成ゼオライト同士が擦れあって摩耗粉を発生させることを回避するため、リニューアルフィルタ５２を通過する冷媒Ｒ４０４Ａの流速を下げるため、配管５３ａ、５３ｂによって主流部よりバイパスさせることが望ましい。

また、リニューアルフィルタ５２に充填する酸捕捉能力を有する合成ゼオライトの形状は、ビーズ状にしたものを充填することにより、表面積を増加させて冷凍機油の劣化による酸性物質やサイクル中の水分の捕捉能力を高めることができる。リニューアルフィルタ５２に充填する合成ゼオライトは酸捕捉能力を材料１ｇあたり２．０ｍｇＫＯＨ以上の能力を有することが望ましい。

新しい熱源機器１０に置き換えた後の冷凍機器において、新規の冷凍機油に対する既存の冷凍機油の混入率は、既設の冷凍機器の圧縮機が故障していると冷媒や冷凍機油を回収するポンプダウン運転を行うことができないので、混入率が最大４０％程度と想定される。

一般的に置き換え後の冷凍機器において、冷凍機油は最大で約２０リットル封入される。そして、熱源機器１０と負荷機器２０の間の配管長を約１００ｍのシステムを想定した場合、既設の冷凍機器の冷媒配管５０、５１及び負荷機器２０の内部に残留する冷凍機油は、既存の冷凍機油の混入率及び冷凍機油の密度から７．５ｋｇ程度である。

圧縮機が故障して劣化した冷凍機油の全酸価は０．１ｍｇＫＯＨ／ｇ程度であるため、既設の冷凍機器内に残留する酸性物質の量、すなわちリニューアルフィルタ５２に必要な酸捕捉能力は合計で７５０ｍｇＫＯＨである。

酸捕捉材料の１ｇあたり酸捕捉能力が低い場合、この酸を捕捉するには多量の酸捕捉材料をリニューアルフィルタ５２に充填する必要がある。しかしながら、大量に酸捕捉剤を封入する場合にはリニューアルフィルタ５２の外径の増加や長さの増加を招き、その分、設計圧力に見合うように、リニューアルフィルタ５２の肉厚を確保する、増加した長さ分の銅などの配管材料を多量に必要としコストが増大してしまうことが考えられる。

また、冷凍機油には、冷凍機油の酸化劣化を防ぐ酸化防止剤や、潤滑性を向上する極圧剤、酸性物質を無害化する酸捕捉剤などが添加されている。このため、合成ゼオライトのような酸捕捉材料が多量にリニューアルフィルタ５２に使用される場合、これら添加剤を吸着してしまう性質があり、添加剤による冷凍機油の安定性向上が見込めなくなって圧縮機の長期信頼性を確保できなくなる。

以上のことから多量に酸捕捉材料を使用することなく想定される酸を捕捉しなければならないため、酸捕捉材料の１ｇあたりの酸捕捉能力が２．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上を有する材料であることが望ましい。また、負荷機器２０の接続台数やユニットクーラーやショーケース等の様々なシステムの形態に対応するため、この最大の酸量に対し安全率を見て２倍量の酸を１００ｇ程度の酸捕捉材料で捕捉可能とするのが、据付性やコストの面から鑑みて望ましい形態となる。したがって１ｇあたりの酸捕捉材料の酸捕捉能力は最大１５ｍｇＫＯＨ／ｇであることが望ましい。

次に第４ステップにおいて、冷媒配管５０、５１と新しい熱源機器１０を接続して冷媒配管５０、５１との気密、液密状態を確認し、真空引き及び冷媒の封入を行う。真空引きは液冷媒配管５０とガス冷媒配管５１中の空気や冷凍サイクル内に残留する既存の冷媒を排出するものである。この真空引きが終了したら、液側阻止弁１６、ガス側阻止弁１７を開いて新しい冷媒Ｒ４０７Ｅを封入するものである。

次に第５ステップに進んで洗浄運転を行うものである。この洗浄運転は熱源機器１０を運転し、冷媒配管５０、５１及び負荷機器２０の内部から既存の冷凍機油を回収するための運転である。これは、熱源機器１０を置き換えた後の冷凍機器を所定時間運転して、冷凍サイクル中に新しい冷媒Ｒ４０７Ｅと新規の冷凍機油を循環させるもので、この冷媒と冷凍機油の循環により負荷機器２０の内部や液冷媒配管５０とガス冷媒配管５１中に残留している既存の冷凍機油を圧縮機１１に戻し、既存の冷凍機油の残留濃度を薄めるものである。

洗浄運転を実施する時間としては、冷凍機油が冷凍サイクル内を一巡する程度の時間に設定すれば良く、更にこれ以上の時間を設定しても良いものである。この洗浄運転が終了すると一旦冷凍機器の運転を停止する。このようにして、冷媒配管５０、５１や負荷機器の内部に残留した既存の冷凍機油を新規の冷凍機油中に回収する。

次に第６ステップ及び第７ステップに進んで新しい冷媒Ｒ４０７Ｅと新規の冷凍機油に交換して再び洗浄運転を行うものである。つまり、残留した既存の冷凍機油を回収したままでは、熱源機器１０を置き換えた後の冷凍機器の冷凍サイクル内に既存の冷凍機油が存在している。このため、許容される混入率以下にして劣化した既存の冷凍機油の影響を確実になくすために、この第６ステップ、第７ステップを実施するようにしている。

第６ステップでは、新しい冷媒Ｒ４０７Ｅと新規の冷凍機油を入れ替える。まず、冷媒を液側阻止弁１２等から回収すると共に、圧縮機１１を熱源機器１０より取り外して圧縮機１１内にある冷凍機油を排出する。そして新規の冷凍機油を圧縮機１１に封入して、熱源機器１０に戻し、さらに真空引きを実施して新冷媒を封入するものである。

第７ステップでは、既存の冷凍機油の混入率が許容値以下となるように所定回数まで洗浄運転及び冷媒と冷凍機油の交換を実施する。本実施例では、新しい冷媒Ｒ４０７Ｅと新規の冷凍機油の交換を所定回数行なったかを判断し、少なくとも１回以上、２回以下だけ交換を行った場合は作業完了としている。

図７に冷凍機油の交換回数と置き換え後の冷凍機油に対する既存の冷凍機油の残留率を示している。この図では、冷媒及び冷凍機油の変更直後の混入率は、既設の冷凍機器の故障により圧縮機１１がポンプダウン運転できない場合を想定した時の混入率である。

混入率は負荷機器２０の蒸発器内部、熱源機器１０と負荷機器２０の冷媒配管５０、５１に残留する冷凍機油の質量と、置き換え後の冷凍機油の質量から求められる。圧縮機１１の故障によりポンプダウン運転が実施できない場合は、既存の冷凍機油を圧縮機側に戻すことができず、既設の冷媒配管５０、５１や負荷機器２０の内部に多量に既存の冷凍機油が残留している。尚、既設の冷凍機器が運転可能な場合はポンプダウン運転を実施できるため、既存の冷凍機油の残油量を大幅に低減できるが、確実に残油量を許容混入率以下にするためには冷凍機油の交換を実施することが望ましい。

例えば、従来のＲ２２を封入した冷凍機器での冷媒変更では、Ｒ２２に適合する冷凍機油は鉱油であり、置き換え後の冷媒、例えばＲ４０４Ａに適合する冷凍機油はＰＶＥ油もしくはＰＯＥ油であり、これらは屈折率の異なる冷凍機油である。したがって、屈折率の違いを利用して糖度計によって鉱油の残留率を計測することができた。

しかしながら、本実施例では既設の冷凍機に使用される冷媒がＲ４０４Ａと想定しているので、置き換え後の新しい冷媒としてＲ４０７Ｅを採用すると、この両冷媒の冷凍機油は共にＰＶＥ油もしくはＰＯＥ油である。このため、Ｒ２２で用いた屈折率の違いによる冷凍機油の残留率の計測は困難である。このため、冷凍サイクル中の冷凍機油を採取し、詳細に化学分析を実施して既存の冷凍機油の混入率を計測することは可能であるが、分析機器の持ち込みや、分析完了まで所要時間を考えると現実的ではない。

そこで本実施例では、冷媒と冷凍機油の交換回数を規定することで、既存の冷凍機油の混入率が許容レベル以下になっているかどうかを推定している。冷媒と冷凍機油の交換前にポンプダウン運転を実施することで、冷媒配管５０、５１及び負荷機器２０内部の冷凍機油の回収率を向上することができる。すなわち、同時にその中に混入する既設の冷凍機油の回収率を向上することができる。

そして、冷媒配管５０、５１及び負荷機器２０内部の既存の冷凍機油の残油量と、最初の新規冷凍機油の封入量から交換後の既存の冷凍機油の混入率を算出できる。更に、同様の冷媒と冷凍機油の交換操作を繰り返すことで、交換回数毎の既存の冷凍機油の混入率を算出できる。これによって、冷媒と冷凍機油の交換回数に対して、既存の冷凍機油がどの程度残留しているか目安を付けることができる。尚、本実施例では、既設の冷凍機器がポンプダウン運転できない場合に、圧縮機から吐き出される冷凍機油の量、冷媒配管の径及び配管の長さ等を基に混入率が最も多い場合の冷凍機油の残油量を計算した。この結果を図７に示している。

図７にある通り、冷媒と冷凍機油の交換回数が多いほど既存の冷凍機油の混入率は低くなるが、現実的には冷媒と冷凍機油の交換回数は２回以下が望ましい。１回目の冷媒と冷凍機油の交換で、混入率を許容値以下に低減することは充分可能であるが、より確実に許容値以下の混入率を確保するためには交換回数を２回とするのが望ましい。３回以上の交換は、作業工数や作業時間の増加を招くと共に、混入率を必要以上に低減することになって無駄な交換となり、現実的でないものである。

また、既存の冷凍機油と冷媒Ｒ４０７Ｅに変更した後の冷凍機油が共にＰＶＥ油、或いはＰＯＥ油と同種であることが望ましい。なぜならば密度や粘度、冷媒との相溶性等の特性が近いため、回収率が向上して冷凍機油の交換時に混入率をより低減させることができるためである。

本実施例は、基本的にはＲ４０４Ａが既設の冷凍機器に使用されている場合を想定して説明したが、Ｒ２２が既設の冷凍機器に使用されている場合においても適用できるものである。Ｒ２２もＲ４０７Ｅと略同等の設計圧力であり、冷媒配管５０、５１や負荷機器２０の内部配管、膨張弁を変更することなく冷媒を変更することが可能である。

本実施例によれば、Ｒ４０４Ａ或いはＲ２２の冷媒から、温暖化係数が低いＲ４０７Ｅの冷媒に変更する際に、交換すべき構成部品を極力少なくすることができるので安価に冷媒変更ができると共に短時間の作業しか必要とせず、経済的に冷凍機器をＲ４０７Ｅの冷媒に変更することができるものである。

また、冷媒の変更に伴いリニューアルフィルタによって冷凍機油中の酸化成分を取り除いているため、酸化成分による圧縮機内の摩耗を低減できるので、圧縮機の信頼性を向上して冷凍機器の信頼性を長期に亘って保つことができる。

以上述べた通り、本発明はＲ２２やＲ４０４Ａを使用した冷熱機器の冷媒を温暖化係数が低い冷媒に変更する際に、冷熱機器に対する設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａと略同等であり、しかもＲ４０４Ａよりも温暖化係数の低いＲ４０７Ｅを変更する冷媒として使用するようにしたものである。これによれば、冷熱機器に対する設計圧力がＲ２２やＲ４０４Ａと略同等で、しかもＲ４０４Ａよりも温暖化係数の低い冷媒Ｒ４０７Ｅを使用することで、地球温暖化を抑制すると共に、冷媒の変更を多大の費用を費やすことなく行うことが可能となるものである。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…冷凍機器、１０…熱源機器、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…ドライヤ、１５…アキュームレータ、１６…液側阻止弁、１７…ガス側阻止弁、２０…負荷機器、３１…蒸発器３３…膨張弁、５０…液冷媒配管、５１…ガス冷媒配管、５２…リニューアルフィルタ、５３ａ…バイパス管、５３ｂ…バイパス管。

Claims (9)

1. 少なくとも、熱源機器及び負荷機器と、前記熱源機器と前記負荷機器を接続する液冷媒配管とガス冷媒配管を備え、冷媒としてＲ２２或いはＲ４０４Ａが使用される冷熱機器の冷媒変更方法において、
   前記Ｒ２２或いは前記Ｒ４０４Ａから温暖化係数が低い冷媒に変更する際に、変更すべき冷媒をＲ４０７Ｅとする共に、少なくとも既設の前記液冷媒配管と前記ガス冷媒配管を使用して前記Ｒ４０７Ｅに変更することを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
2. 請求項１に記載の冷熱機器の冷媒変更方法において、
   変更前の前記冷媒はＲ４０４Ａであり、前記Ｒ４０７Ｅへの変更する際、前記負荷機器の冷媒流路に設けられている既設の膨張弁を使用して前記Ｒ４０７Ｅに変更することを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
3. 請求項１に記載の冷熱機器の冷媒変更方法において、
   変更前の前記冷媒はＲ４０４Ａであると共に、前記負荷機器は少なくとも蒸発器と膨張弁を備えており、前記Ｒ４０７Ｅへの変更する際、前記液冷媒配管と前記ガス冷媒配管の他に既設の前記蒸発器と前記膨張弁を備えた前記負荷機器を使用して前記Ｒ４０７Ｅに変更することを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
4. 請求項３に記載の冷熱機器の冷媒変更方法において、
   前記Ｒ４０７Ｅに変更する際に、前記液冷媒配管に酸を捕捉するリニューアルフィルタが装着され、前記リニューアルフィルタは酸捕捉能力が２．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の酸補足材料が使用されることを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
5. 請求項１に記載の冷熱機器の冷媒変更方法において、
   変更前の前記冷媒はＲ２２であり、前記Ｒ４０７Ｅに変更する際に、前記液冷媒配管に酸を捕捉するリニューアルフィルタが装着され、前記リニューアルフィルタは酸捕捉能力が２．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の酸補足材料が使用されることを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
6. 請求項１に記載の冷熱機器の冷媒変更方法において、
   変更前の前記冷媒はＲ４０４Ａであり、前記Ｒ４０７Ｅへの変更する際、前記Ｒ４０４Ａの冷凍機油がポリビニルエーテル系である場合はＲ４０７Ｅの冷凍機油をポリビニルエーテル系とし、前記Ｒ４０４Ａの冷凍機油がポリオールエステル系である場合はＲ４０７Ｅの冷凍機油をポリオールエステル系とすることを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
7. 請求項１に記載の冷熱機器の冷媒変更方法において、
   前記Ｒ４０７Ｅに変更する際の前記Ｒ４０７Ｅ及びこれに対応する冷凍機油の交換回数は１回、或いは２回であることを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
8. 熱源機器及び負荷機器を備えた冷熱機器機の作動冷媒をＲ４０４Ａから温暖化係数が低い冷媒に変更する冷熱機器の冷媒変更方法において、
   前記変更すべき冷媒をＲ４０７Ｅとすると共に、前記熱源機器中に前記Ｒ４０４Ａを内蔵したまま回収運転を行った後に、前記熱源機器だけを前記Ｒ４０７Ｅに適合した新規の冷凍機油を内蔵した新規の熱源機器に置き換え、前記熱源機器と前記負荷機器とを真空引きし、その後に前記Ｒ４０７Ｅを冷凍サイクル中に封入した後、所定時間だけ前記冷熱機器を運転し、その後に前記Ｒ４０７Ｅと前記新規の冷凍機油を新たな新規のＲ４０７Ｅと新規の冷凍機に入れ替える交換作業を行い、前記所定時間の運転と前記交換作業からなる洗浄運転を所定回数以上繰り返すことを特徴とする冷熱機器の冷媒変更方法。
9. 少なくとも、熱源機器及び負荷機器と、前記熱源機器と前記負荷機器を接続する液冷媒配管とガス冷媒配管を備え、既設の冷熱機器から置き換えられて構成される冷熱機器において、
   前記既設の冷熱機器に使用されていた冷媒はＲ２２或いはＲ４０４Ａであると共に変更後の冷媒がＲ４０７Ｅであって、少なくとも前記液冷媒配管と前記ガス冷媒配管は前記既設の冷熱機器のものが使用されることを特徴とする冷熱機器。

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