JP2020180718A

JP2020180718A - 冷媒回収装置

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Publication number: JP2020180718A
Application number: JP2019082194A
Authority: JP
Inventors: 康太水野; Kota Mizuno; 前田　晃; Akira Maeda; 晃前田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: JP7334455B2

Abstract

【課題】回収する冷媒が通る構造部分に電気的な駆動を要する箇所も金属同士が摩擦する箇所もなく、かつ、効率的に冷媒を回収できる冷媒回収装置を提供する。【解決手段】この発明に係る冷媒回収装置は、内部に冷媒が封入された冷媒配管１６を有する冷凍サイクル装置１０から冷媒を回収する冷媒回収装置２０であって、冷媒配管１６に接続された冷媒回収用接続管２２と、冷媒回収用接続管２２に接続された冷媒回収容器３０と、冷媒回収容器３０内に設けられ、冷媒を吸着可能な吸着材３４と、冷媒回収容器３０を冷却する冷却装置３７と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、冷媒回収装置に関するものである。

冷媒回収装置においては、冷凍空調サイクルの冷媒をポンプダウン運転により室外機に回収後、室内機及び接続配管に残存した冷媒を真空ポンプを用いて回収するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１１６８８５号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような冷媒回収装置においては、冷媒を回収するために電動の真空ポンプを用いている。したがって、回収する冷媒が通る構造部分に、電気的な駆動を要する箇所及び金属同士が摩擦する箇所等が存在する。このために、特に可燃性冷媒を回収する場合に可燃性冷媒が存在する雰囲気中で火花が生じる可能性がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、回収する冷媒が通る構造部分に電気的な駆動を要する箇所も金属同士が摩擦する箇所もなく、かつ、効率的に冷媒を回収できる冷媒回収装置を提供することにある。

この発明に係る冷媒回収装置は、内部に冷媒が封入された冷媒配管を有する冷凍サイクル装置から前記冷媒を回収する冷媒回収装置であって、前記冷媒配管に接続された冷媒回収用接続管と、前記冷媒回収用接続管に接続された冷媒回収容器と、前記冷媒回収容器内に設けられ、前記冷媒を吸着可能な吸着材と、前記冷媒回収容器を冷却する冷却手段と、を備える。

この発明に係る冷媒回収装置によれば、回収する冷媒が通る構造部分に電気的な駆動を要する箇所も金属同士が摩擦する箇所もなく、かつ、効率的に冷媒を回収できるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る冷媒回収装置の全体構成を模式的に示す図である。この発明の実施の形態１に係る冷媒回収装置の構成を模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る冷媒回収装置を用いた冷媒回収方法の一例を示すフロー図である。この発明の実施の形態１に係る冷媒回収装置の構成の別例を模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る冷媒回収装置の全体構成を模式的に示す図である。この発明の実施の形態２に係る冷媒回収装置が備える混合管の構成を模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る冷媒回収装置を用いた冷媒回収方法の一例を示すフロー図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図４を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。図１は冷媒回収装置の全体構成を模式的に示す図である。図２は冷媒回収装置の構成を模式的に示す断面図である。図３は冷媒回収装置による冷媒回収動作の一例を示すフロー図である。そして、図４は冷媒回収装置の構成の別例を模式的に示す断面図である。

この実施の形態に係る冷媒回収装置２０は、図１に示す冷凍サイクル装置１０から冷媒を回収するものである。まず、冷媒回収装置２０が冷媒を回収する対象である冷凍サイクル装置１０の構成について説明する。冷凍サイクル装置１０は、具体的に例えば、空気調和機、給湯器、ショーケース、冷蔵庫等に搭載される。この実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、図１に示す冷媒回路を備えている。同図に示すように、冷媒回路は、圧縮機１３、凝縮器１１、膨張弁１５及び蒸発器１２が、この順序で循環的に冷媒配管１６により接続されて構成されている。

冷媒回路には冷媒が充填されている。冷媒回路に充填される冷媒は、炭化水素冷媒であり可燃性である。冷媒として、具体的に例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８：Ｒ２９０）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６：Ｒ１２７０）、ノルマルブタン（Ｃ４Ｈ１０：Ｒ６００）、イソブタン（Ｃ４Ｈ６：Ｒ６００ａ）の中から選ばれる１つ以上の冷媒からなる（混合）冷媒を用いることができる。以下においては、炭化水素冷媒のことを単に冷媒とも呼ぶことがある。

圧縮機１３は、冷媒を圧縮して当該冷媒の圧力及び温度を高める機器である。圧縮された冷媒は、圧縮機１３から吐出される。凝縮器１１は、圧縮機１３から吐出された冷媒と周囲の空気等との間で熱交換させ、冷媒を放熱させて凝縮させる。膨張弁１５は、凝縮器１１で凝縮された冷媒を膨張させ、当該冷媒を減圧する。膨張弁１５は、例えばリニア電子膨張弁（ＬＥＶ：ＬｉｎｅａｒＥｌｅｃｔｒｉｃｅｘｐａｎｓｉｏｎＶａｌｖｅ）である。蒸発器１２は、膨張弁１５で減圧された冷媒と周囲の空気等との間で熱交換させ、冷媒に吸熱させて蒸発させる。

以上のように構成された冷媒回路を冷媒が循環することで冷凍サイクルが実現され、蒸発器１２側と凝縮器１１側との間で熱を移動させるヒートポンプとして働く。なお、図１に示す構成例では、圧縮機１３は四方弁１４を介して冷媒配管１６に接続されている。この四方弁１４を切り換えることにより、冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向を反転させることができる。冷媒の循環方向が反転すると、蒸発器１２と凝縮器１１の機能が逆転する。したがって、四方弁１４を切り換えることで、蒸発器１２側と凝縮器１１側との間における熱の移動方向を切り換えることができる。

このようにして、冷凍サイクル装置１０が有する冷媒配管１６の内部には冷媒が封入されている。そして、この実施の形態の冷媒回収装置２０は、冷凍サイクル装置１０の冷媒配管１６を含む冷媒回路に封入された冷媒を回収する。

冷媒回収装置２０は、冷媒回収用接続管２２及び冷媒回収容器３０を備えている。冷媒回収装置２０による冷媒回収時に、冷媒回収用接続管２２は冷凍サイクル装置１０の冷媒配管１６に接続される。ここで説明する構成例では、冷凍サイクル装置１０の凝縮器１１と膨張弁１５との間の冷媒配管１６に分岐部２１が設けられている。分岐部２１は、例えば三方弁である。分岐部２１に冷媒回収用接続管２２の一端を接続することで、分岐部２１を介して冷媒配管１６と冷媒回収用接続管２２の一端とが接続される。冷媒回収用接続管２２の他端には、冷媒回収容器３０が接続されている。

次に、図２を参照しながら冷媒回収容器３０の構成の一例を説明する。冷媒回収容器３０は、回収容器本体３１を備えている。回収容器本体３１は、中空な例えば円柱状を呈する容器である。なお、以降においては、回収容器本体３１の内部のことを冷媒回収容器３０の内部ということがある。

回収容器本体３１には、容器本体入口３２及び容器本体出口３３が形成されている。容器本体入口３２及び容器本体出口３３は、回収容器本体３１の内部と通じた開口である。容器本体入口３２は、回収容器本体３１の一側に配置されている。容器本体入口３２には、冷媒回収用接続管２２の他端が接続される。容器本体出口３３は、回収容器本体３１の他側に配置されている。

回収容器本体３１の内部には、吸着材３４が充填されている。吸着材３４は、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒を吸着可能である。吸着材３４は、多数の細孔が形成された多孔質素材からなる。吸着材３４の個々の細孔は、吸着する冷媒の分子サイズよりも大きいものとする。例えば、吸着材３４の個々の細孔のサイズを４Å以上とするとよい。このような吸着材３４として、例えば、ゼオライト、活性炭、アルミナ等を用いることができる。

容器本体出口３３には、大気開放管３５の一端が接続されている。大気開放管３５は中空管状の部材である。大気開放管３５の他端は、開放口３６である。回収容器本体３１の内部は、容器本体出口３３、大気開放管３５及び開放口３６を通じて、外部に開放されている。このように、冷媒回収容器３０は、回収容器本体３１の内部と外部とを連通する大気開放管３５を備えている。

冷媒回収装置２０は、冷却装置３７を備えている。冷却装置３７は、冷媒回収容器３０を冷却する冷却手段である。ここで説明する構成例では、冷却装置３７は、回収容器本体３１の周囲に巻き回された金属管を備えている。金属管には、図示しない供給源から供給された液体窒素が流通している。この金属管内を流れる液体窒素により、回収容器本体３１が冷却される。

冷媒回収用接続管２２の中途部分には、冷媒回収用弁２３が設けられている。冷媒回収用接続管２２の冷媒配管１６への接続が完了する前は、冷媒回収用弁２３を閉じておく。そして、冷媒回収用接続管２２の冷媒配管１６への接続が完了した後に冷媒回収用弁２３を開くことで、冷媒回収容器３０への冷媒の回収が開始する。なお、以降においては冷媒回収装置２０により回収される対象となる冷凍サイクル装置１０の冷媒を「回収冷媒」と呼ぶことがある。

冷媒配管１６から分岐部２１及び冷媒回収用接続管２２を通って冷媒回収容器３０へと導入された回収冷媒は、容器本体入口３２から回収容器本体３１内に流入する。回収容器本体３１内に流入した回収冷媒は、回収容器本体３１内の吸着材３４に吸着される。この際、回収容器本体３１は冷却装置３７により冷却されている。回収容器本体３１内に流入した回収冷媒は、冷却装置３７により冷却されることで、体積及び圧力が減少する。このため、吸着材３４に吸着された回収冷媒が再放出されることを抑制し、吸着効率の向上を図ることができる。

また、冷凍サイクル装置１０の冷媒回路側の圧力よりも回収容器本体３１内の圧力が低い状態を維持できるため、冷凍サイクル装置１０の冷媒を円滑かつ継続的に冷媒回収装置２０へと導入し、冷媒回収率の向上を図ることができる。そして、以上により、冷媒の回収にかかる時間を短縮し、冷媒回収作業の効率向上を図ることが可能である。

この際、冷却装置３７は、冷媒回収容器３０を冷媒の沸点以下に冷却するとよい。具体的に例えば、冷媒がＲ２９０である場合、冷却装置３７は−４２℃以下に冷却するとよい。このようにすることで、回収容器本体３１内に流入した回収冷媒を液化させ、回収容器本体３１内における回収冷媒の体積及び圧力を大きく減少させることができる。したがって、冷媒回収装置２０による冷媒回収をさらに促進し、冷媒回収作業のさらなる効率向上を図ることが可能となる。

なお、前述したように、回収容器本体３１の内部は、大気開放管３５を介して外部と通じている。回収容器本体３１に導入されたものの吸着材３４に吸着されなかった一部の回収冷媒は、大気開放管３５を通じて開放口３６から大気開放される。

次に、図３のフロー図を参照しながら、以上のように構成された、この実施の形態に係る冷媒回収装置２０を用いた冷媒回収方法の一例を説明する。まず、ステップＳ１において、冷媒回収用接続管２２を介して冷媒回収容器３０を冷凍サイクル装置１０の冷媒配管１６に接続する。この際、冷媒回収用弁２３は閉じられている。

続くステップＳ２において、冷却装置３７による冷媒回収容器３０の冷却を開始する。なお、前述したように、冷却装置３７は冷媒回収容器３０を回収冷媒の沸点以下に冷却するとよい。冷却装置３７による冷媒回収容器３０の冷却は、ステップＳ４の処理が完了し冷媒回収が終了するまで継続される。ステップＳ２の後、処理はステップＳ３へと進む。

ステップＳ３においては、冷媒回収用弁２３を開いて冷媒回収容器３０へと回収冷媒を導入する。続くステップＳ４において、冷媒回収容器３０へと導入された回収冷媒は、回収容器本体３１内に流入する。そして、回収容器本体３１内に流入した回収冷媒は、冷却装置３７により冷却されながら回収容器本体３１内の吸着材３４に吸着される。なお、回収容器本体３１に流入した回収冷媒のうち、吸着材３４に吸着されなかった一部の回収冷媒は、大気開放管３５を通じて開放口３６から大気中に放出される。ステップＳ４の処理が完了すると、一連の冷媒回収処理は終了となる。

次に、図４を参照しながら、冷媒回収容器３０の別例について説明する。図４に示す構成例では、冷媒回収容器３０の回収容器本体３１内には、筒状のメッシュ３８が設けられている。回収容器本体３１の内壁面とメッシュ３８との間には、一定の間隔が生じるように配置されている。メッシュ３８の内側には、ビーズ状の吸着材３４が充填されている。また、この別例では、冷却装置３７としてドライアイスを用いている。

以上のように構成された冷媒回収容器３０を用いた別例においても、図２に示す構成例の冷媒回収容器３０を用いた場合と同様の効果を得ることができる。さらに、吸着材３４と回収容器本体３１の内壁面との間に間隙を形成できるため、回収容器本体３１に流入した回収冷媒が、この間隙を通って吸着材３４表面の広い範囲に行き渡ることができ、吸着効率を向上できる。また、ビーズ状の吸着材３４を用いることで、吸着材３４の表面積を増大させて回収冷媒と吸着材３４との接触面積を増加させることが可能なため、吸着効率の向上が期待できる。さらに、冷却装置３７にドライアイスを用いることで、冷却装置３７の構成を簡易なものとすることができる。

以上のように構成された冷媒回収装置２０は、吸着材３４が内部に設けられた冷媒回収容器３０内に回収冷媒を導入し、吸着材３４に冷媒を吸着をさせることで、冷凍サイクル装置１０から冷媒を回収する。このため、回収冷媒が通る構造部分に電気的な駆動を要する箇所も金属同士が摩擦する箇所もなく、冷媒を回収できる。この際、冷却装置３７により冷媒回収容器３０を冷却することで、吸着材３４に吸着された回収冷媒が再放出されることを抑制するとともに、回収容器本体３１内の圧力が低い状態を維持して冷凍サイクル装置１０の冷媒を円滑かつ継続的に冷媒回収装置２０へと導入し、冷媒回収率及び冷媒回収作業の効率向上を図ることが可能である。

実施の形態２．
図５から図７を参照しながら、この発明の実施の形態２について説明する。図５は冷媒回収装置の全体構成を模式的に示す図である。図６は冷媒回収装置が備える混合管の構成を模式的に示す断面図である。そして、図７は冷媒回収装置を用いた冷媒回収方法の一例を示すフロー図である。

ここで説明する実施の形態２は、前述した実施の形態１の構成において、回収冷媒に不活性ガスを加えて希釈しながら回収するようにしたものである。以下、この実施の形態２に係る冷媒回収装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。説明を省略した構成については実施の形態１と基本的に同様である。

この実施の形態に係る冷媒回収装置２０は、図５に示すように、不活性ガスボンベ４０及びガス混合管４２を備えている。冷媒回収用接続管２２の一端は、実施の形態１と同様に分岐部２１を介して冷凍サイクル装置１０の冷媒配管１６に接続されている。冷媒回収用接続管２２の他端側は２つに分岐している。冷媒回収用接続管２２の他端側の分岐の一方は、ガス混合管４２を介して冷媒回収容器３０に接続されている。

冷媒回収用接続管２２の他端側の分岐の他方は、不活性ガスボンベ４０に接続されている。不活性ガスボンベ４０は、不活性ガスの供給源である。不活性ガスボンベ４０には、不活性ガスが充填されている。不活性ガスボンベ４０に充填される不活性ガスは、具体的に例えば、アルゴン等の希ガス、窒素等である。

冷媒回収用接続管２２の分岐箇所と分岐部２１との間には、流量調節弁４１が設けられている。また、冷媒回収用接続管２２の分岐箇所と不活性ガスボンベ４０との間にも、流量調節弁４１が設けられている。これらの流量調節弁４１により、分岐部２１から冷媒回収装置２０に流入する回収冷媒の流量と、不活性ガスボンベ４０から供給する不活性ガスの流量とを調節できる。

分岐部２１から冷媒回収装置２０に流入する回収冷媒と、不活性ガスボンベ４０から供給する不活性ガスとは、冷媒回収用接続管２２の分岐箇所において合流する。合流した回収冷媒と不活性ガスとは、ガス混合管４２を通過して冷媒回収容器３０に流入する。

次に、図６を参照しながらガス混合管４２の構成の一例について説明する。同図に示すように、ガス混合管４２の内側表面には、複数の壁部４３が設けられている。複数の壁部４３は互い違いになるように配置されており、ガス混合管４２内の流路は壁部４３により屈曲されている。ガス混合管４２を通過する回収冷媒と不活性ガスはこのような屈曲した流路を通ることで十分に混合される。こうして、ガス混合管４２を通過して冷媒回収容器３０に流入する回収冷媒は、不活性ガスにより均一な濃度に混合希釈されたものになる。

以上のようにして構成された不活性ガスボンベ４０及びガス混合管４２は、冷媒回収用接続管２２中を通過する冷媒に不活性ガスを加えて冷媒を希釈する冷媒希釈手段を構成している。そして、この実施の形態では、冷媒希釈手段は、冷媒と不活性ガスとを混合するガス混合管４２を備えている。

図５に示す構成例では、流量調節弁４１により、分岐部２１から冷媒回収装置２０に流入する回収冷媒の流量と、不活性ガスボンベ４０から供給する不活性ガスの流量とを調節することで、不活性ガスによる回収冷媒の希釈の程度を変更できる。そこで、混合希釈後の回収冷媒濃度が、回収冷媒のＬＦＬ濃度（ＬＦＬ＝ＬｏｗｅｒＦｌａｍｍａｂｌｅＬｉｍｉｔ：燃焼下限）未満となるように、回収冷媒の流量及び不活性ガスの流量を調節するとよい。このようにすることで、冷媒回収作業中に回収冷媒を含むガスが漏洩しても、外部に冷媒がＬＦＬ濃度以上となる領域が直ちに形成されてしまうことを抑制できる。なお、流量調節弁４１に代えて、圧力制御式のガス混合器を用いてもよい。

次に、図７のフロー図を参照しながら、以上のように構成された、この実施の形態に係る冷媒回収装置２０を用いた冷媒回収方法の一例を説明する。まず、ステップＳ１１において、冷媒回収用接続管２２を介して冷媒回収容器３０を冷凍サイクル装置１０の冷媒配管１６に接続する。また、冷媒回収用接続管２２を介して不活性ガスボンベ４０を冷媒回収容器３０に接続する。この際、冷媒回収用弁２３は閉じられている。ステップＳ１１の後、処理はステップＳ１２へと進む。

ステップＳ１２においては、それぞれの流量調節弁４１により、混合希釈後の回収冷媒濃度が、回収冷媒のＬＦＬ濃度未満となるように、回収冷媒の流量及び不活性ガスの流量を調節する。続くステップＳ１３において、冷却装置３７による冷媒回収容器３０の冷却を開始する。なお、前述したように、冷却装置３７は冷媒回収容器３０を回収冷媒の沸点以下に冷却するとよい。冷却装置３７による冷媒回収容器３０の冷却は、ステップＳ１５の処理が完了し冷媒回収が終了するまで継続される。ステップＳ１３の後、処理はステップＳ１４へと進む。

ステップＳ１４においては、冷媒回収用弁２３を開いて冷媒回収容器３０へと回収冷媒を含む混合ガスを導入する。続くステップＳ１５において、冷媒回収容器３０へと導入された混合ガスは、回収容器本体３１内に流入する。そして、回収容器本体３１内に流入した混合ガスは、冷却装置３７により冷却されながら回収容器本体３１内の吸着材３４に吸着される。なお、回収容器本体３１に流入した混合ガスのうち、吸着材３４に吸着されなかった一部の混合ガスは、大気開放管３５を通じて開放口３６から大気中に放出される。ステップＳ１５の処理が完了すると、一連の冷媒回収処理は終了となる。

以上のように構成された冷媒回収装置においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。さらに、不活性ガスにより混合希釈しながら冷媒を回収することで、冷媒回収作業中に回収冷媒を含むガスが漏洩しても、外部に冷媒濃度が高い領域が形成されてしまうことを抑制できる。

なお、以上においては、回収対象の冷媒としてプロパン（Ｒ２９０）、プロピレン（Ｒ１２７０）、ノルマルブタン（Ｒ６００）、イソブタン（Ｒ６００ａ）を挙げた。しかし、回収対象の冷媒はこれらに限られない。他に例えば、テトラフルオロプロペン（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２：ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、ジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２：Ｒ３２）、エタン（Ｒ１７０）、１．１．１．２−テトラフルオロエタン（Ｃ２Ｈ２Ｆ４：Ｒ１３４ａ）、ペンタフルオロエタン（Ｃ２ＨＦ５：Ｒ１２５）、１．３．３．３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＣＦ３−ＣＨ＝ＣＨＦ：ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）等の冷媒を回収対象としてもよい。

また、回収対象の冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２：Ｒ７４４）、アンモニア（ＮＨ３：Ｒ７１７）、Ｒ１１２３等の毒性を有する冷媒であってもよい。これらの毒性を有する冷媒を用いる場合、回収冷媒を希釈するガスは、空気又は酸素であってもよい。

１０冷凍サイクル装置
１１凝縮器
１２蒸発器
１３圧縮機
１４四方弁
１５膨張弁
１６冷媒配管
２０冷媒回収装置
２１分岐部
２２冷媒回収用接続管
２３冷媒回収用弁
３０冷媒回収容器
３１回収容器本体
３２容器本体入口
３３容器本体出口
３４吸着材
３５大気開放管
３６開放口
３７冷却装置
３８メッシュ
４０不活性ガスボンベ
４１流量調節弁
４２ガス混合管
４３壁部

Claims

内部に冷媒が封入された冷媒配管を有する冷凍サイクル装置から前記冷媒を回収する冷媒回収装置であって、
前記冷媒配管に接続された冷媒回収用接続管と、
前記冷媒回収用接続管に接続された冷媒回収容器と、
前記冷媒回収容器内に設けられ、前記冷媒を吸着可能な吸着材と、
前記冷媒回収容器を冷却する冷却手段と、を備えた冷媒回収装置。
前記冷却手段は、前記冷媒回収容器を前記冷媒の沸点以下に冷却する請求項１に記載の冷媒回収装置。
前記冷媒回収容器は、前記冷媒回収容器の内部と外部とを連通する大気開放管を備えた請求項１又は請求項２に記載の冷媒回収装置。
前記冷媒回収用接続管中を通過する前記冷媒に不活性ガスを加えて前記冷媒を希釈する冷媒希釈手段をさらに備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷媒回収装置。
前記冷媒希釈手段は、前記冷媒と前記不活性ガスとを混合する混合管を備えた請求項４に記載の冷媒回収装置。