JP2021110465A - 冷媒処理装置および冷媒処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の損失を低減することのできる技術を提供する。【解決手段】空調システム（Ｕ）で用いられる冷媒を処理する冷媒処理装置（１）は、冷媒が貯留されるタンク（１５）と、空調システム（Ｕ）とタンク（１５）とを連通する経路の中途において、入力側を空調システム（Ｕ）、出力側をタンク（１５）として設けられたコンプレッサ（１３）および空調システム（Ｕ）とコンプレッサ（１３）との間に設けられた油分離部（９）と、油が貯留される油受け部（１８）と、油分離部（９）と油受け部（１８）とを連通する中途に設けられた弁（２７）と、油受け部（１８）の重量を検出する検出器（４０）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒処理技術に関し、特に、空調システムの冷媒を処理する技術に関する。

特開２００６−２２０３８１号公報（特許文献１）には、空調システム内の冷媒を回収再生し、再生した冷媒を空調システム内に充填する技術が記載されている。

特開２００６−２２０３８１号公報

特許文献１に記載の技術では、冷媒から油分離部にて分離された冷凍機油を油受け部に排出するために、タンク内上部に溜まっている高圧空気を所定時間だけ油分離部内に排気することが行われる（特に、その明細書段落［００２０］参照）。しかしながら、高圧空気内には冷媒も含まれるため、排気時間として設定される所定時間が長くなると、冷媒も無駄に排出されてしまうおそれがある。

本発明の一目的は、冷媒の損失を低減することのできる技術を提供することにある。

一解決手段に係る冷媒処理装置は、空調システムで用いられる冷媒を処理する。冷媒処理装置は、冷媒が貯留されるタンクと、前記空調システムと前記タンクとを連通する第１経路と、前記第１経路の中途において入力側を前記空調システム、出力側を前記タンクとして設けられたコンプレッサと、前記第１経路の中途において前記空調システムと前記コンプレッサとの間に設けられた油分離部と、油が貯留される油受け部と、前記油分離部と前記油受け部とを連通する第２経路と、前記第２経路の中途に設けられた弁と、前記油受け部の重量を検出する検出器と、を備える。ここで、冷媒処理装置は、前記弁を閉じ、前記コンプレッサを駆動させて、前記第１経路を介して前記空調システム内の冷媒が前記タンクで回収された状態において、前記弁を開くことで、前記コンプレッサの停止による前記タンク側の残圧を利用して前記第２経路を介して前記油分離部内の油を前記油受け部で回収しつつ、前記検出器を参照して回収量が飽和したと判断したときに前記弁を閉じる機能を有する。

一解決手段によれば、冷媒の損失を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る冷媒処理装置の全体構成図である。 図１に示す冷媒処理装置の制御系のブロック図である。 図１に示す冷媒処理装置における回収再生工程のフローチャートである。 図１に示す冷媒処理装置における充填工程のフローチャートである。 図３に示す回収再生工程における下位工程のタイミングチャートである。

本発明の実施形態に係る冷媒処理技術について、図面を参照して説明する。図１および図２は、冷媒処理装置１の全体構成図および制御系のブロック図である。図３および図４は、冷媒処理装置１における回収再生工程のフローチャートおよび充填工程のフローチャートである。図５は、回収再生工程における下位工程のタイミングチャートである。本実施形態における冷媒処理装置１によれば、空調システムＵ（例えば、カーエアコンディショナ）で用いられる冷媒（例えば、ハイドロフルオロオレフィン）を再生しつつタンク１５へ回収し、その回収した冷媒を空調システムＵへ充填することができる。

冷媒処理装置１は、装置本体１Ａ（筐体）と、高圧ホース２と、低圧ホース３と、管路６と、管路７と、高圧用圧力センサ８と、油分離部９（例えば、オイルセパレータ）と、低圧用圧力センサ１０と、管路１１とを備えている。高圧ホース２及び低圧ホース３は、それぞれ一端にカプラ４、５を備え、空調システムＵの高圧サービスバルブＶＨ及び低圧サービスバルブＶＬと接続されるよう延出している。高圧ホース２及び低圧ホース３の他端は、装置本体１Ａ内の管路６及び管路７とそれぞれ接続されている。管路６は、高圧用圧力センサ８を備え、油分離部９に接続している。管路７は、低圧用圧力センサ１０を備え、管路１１を介して高圧用圧力センサ８と油分離部９間の管路６に接続している。油分離部９は、空調システムＵ内の冷媒を回収する際に、その冷媒に含まれている冷凍機油（空調システムＵを構成するコンプレッサの冷凍機油で、例えば、ポリオールエステル）を分離することができる。なお、油分離部９は、空調システムＵとタンク１５とを連通する経路の中途において、空調システムＵとコンプレッサ１３との間に設けられることとなる。

また、冷媒処理装置１は、管路１２と、コンプレッサ１３と、コンデンサ１４と、タンク１５とを備えている。管路１２は、コンプレッサ１３とコンデンサ１４を備え、一端を油分離部９に接続し、他端をタンク１５に接続している。コンプレッサ１３は、空調システムＵからの冷媒回収及び空調システムＵへの冷媒充填の駆動源となる。コンプレッサ１３は、管路１２の中途において、入力側（第一次側）を空調システムＵ、出力側（第二次側）をタンク１５として設けられている。コンデンサ１４は、コンプレッサ１３の出力側で油分離部９内に配置されている。タンク１５は、冷媒を貯留することができる容器である。空調システムＵから回収された冷媒がタンク１５に貯留される。

また、冷媒処理装置１は、タンク用圧力センサ１６と、ロードセル１９と、管路２０とを備えている。タンク用圧力センサ１６は、管路１２のタンク１５との接続部に設けられ、タンク１５の内圧を検出する。ロードセル１９は、タンク１５の重量を検出する検出器であり、タンク１５に取り付けられ、タンク１５内に貯留される冷媒の重量を計量することができる。管路２０は、タンク１５と管路１１とを接続し、管路６を通じてタンク１５内に貯留されている冷媒を空調システムＵに充填する。

また、冷媒処理装置１は、管路１７と、油受け部１８と、ロードセル４０とを備えている。管路１７は、油分離部９と油受け部１８を接続する。ここでは、油分離部９と油受け部１８とを連通する経路が管路１７を含んで構成される。油受け部１８は、油を貯留することができる容器（例えば、ボトル）である。管路１７は、油分離部９で冷媒から分離された冷凍機油を油受け部１８に排出する。ロードセル４０は、油受け部１８の重量を検出する検出器であり、油受け部１８に取り付けられ、油受け部１８内に貯留される冷凍機油の重量を計量することができる。

また、冷媒処理装置１は、管路２１と、冷媒供給部２３とを備えている。管路２１は、一端が管路７、管路１１および管路２０の接続部と接続され、他端が冷媒供給部２３（例えば、缶）と接続されている。冷媒供給部２３は、タンク１５内の再生冷媒の量が不足している場合、新しい冷媒を管路１１に供給（補充）する。また、冷媒処理装置１は、管路４１と、油供給部４２とを備えている。管路４１は、一端が空調システムＵ側（具体的には高圧ホース２と圧力センサ８との間）の管路６と接続され、他端が油供給部４２と接続されている。油供給部４２は、例えば、新しい冷凍機油を貯留することができる容器（例えば、ボトル）である。油供給部４２は、油受け部１８で回収した冷凍機油の量に応じて、新しい冷凍機油を管路６に供給（補充）することができる。本実施形態では、油受け部１８と共に油供給部４２の重量をロードセル４０によって計量するよう構成されている。これにより、部品点数が抑制され、構成を簡易にすることができる。なお、別個のロードセルを用いて、油受け部１８と油供給部４２のそれぞれの重量を計量することもできる。

また、冷媒処理装置１は、管路切換用の電磁弁２４〜３０を備えている。電磁弁２４は、管路６における高圧用圧力センサ８と管路１１の接続位置との間に設けられる。電磁弁２５は、管路６における管路１１の接続位置から油分離部９との間に設けられる。電磁弁２６は、管路７における低圧ホース３の接続位置と低圧用圧力センサ１０との間に設けられる。電磁弁２７は、管路１７の中途に設けられる。電磁弁２８は、管路２０の中途に設けられる。電磁弁２９は、管路４１における油供給部４２側に設けられる。電磁弁３０は、冷媒供給部２３側に設けられる。

また、冷媒処理装置１は、逆止弁３１〜３３、５０を備えている。逆止弁３１は、管路１１に設けられ、管路７、２０側への流れを阻止する。逆止弁３２は、管路４１における油供給部４２側に設けられ、油供給部４２側への流れを阻止する。逆止弁３３は、管路２１における冷媒供給部２３側に設けられ、冷媒供給部２３側への流れを阻止する。逆止弁５０は、管路１２の中途におけるタンク１５手前（管路１２の接続端の手前）に設けられ、コンプレッサ１３側への流れを阻止する。

また、冷媒処理装置１は、制御部３５を備えている（図２）。制御部３５は、高圧用圧力センサ８、低圧用圧力センサ１０、コンプレッサ１３、タンク用圧力センサ１６、ロードセル１９、４０、電磁弁２４〜３０および操作ボード３６と電気的に接続されている。制御部３５は、操作ボード３６からの指令に基づいて記憶されたプログラムを実行し、各圧力センサ８、１０、１６、ロードセル１９、４０からの信号に応じてコンプレッサ１３、電磁弁２４〜３０を作動させる種々の機能を有する。

操作ボード３６は、冷媒充填量を表示する充填量表示部、高圧側の圧力を表示する高圧用圧力表示部、低圧側の圧力を表示する低圧用圧力表示部といった表示部３７を備えている。操作ボード３６は、コース選択キー、充填量等を調整する調整キー、スタートキー、作業を一時中断させるための一時停止キー、途中停止した充填を再開させる再開キー、全作業終了後、装置を初期状態に戻すための終了キーといった入力部３８を備えている。

次に、冷媒処理装置１の機能を用いた冷媒処理方法について、再生充填コースを選択する場合を説明する。再生充填コースでは、空調システムＵからほぼ全量の冷媒を回収しつつ、冷凍機油を分離等して再生する回収再生工程（図３）と、適量の冷媒を空調システムＵに充填する充填工程（図４）が順次実行される。作業者は、まず準備作業として、車両エンジンを停止し、空調システムＵの高圧サービスバルブＶＨ及び低圧サービスバルブＶＬに、装置本体１Ａの高圧ホース２及び低圧ホース３をカプラ４・５によって接続する。この状態から操作ボード３６のコース選択キーで『再生充填コース』を選択し、充填量表示部を見ながら調整キーで充填する規定冷媒量Ｃを設定した後、スタートキーを入力すると、回収再生工程が開始される。なお、開始時においては、コンプレッサ１３は停止、電磁弁２４〜３０は閉じた状態である。

＜回収再生工程＞
図３に示す回収再生工程では、冷媒処理装置１の動作が開始すると、高圧用圧力センサ８で高圧ホース２の圧力ＰＨを確認し、所定値Ｐ１以上の圧力が検出されると（工程Ｓ１）、高圧ホース２が確実に装着されていると判断して管路６の電磁弁２４、２５を開き（工程Ｓ２）、コンプレッサ１３を駆動する（工程Ｓ３）。ここでは、空調システムＵとタンク１５とを連通する回収経路（回収回路）が管路６、１２を含んで構成されている。

コンプレッサ１３の駆動に伴い、空調システムＵの冷媒は、高圧ホース２から高圧液体の状態で取り込まれ、油分離部９に導入される。油分離部９に導入された液体冷媒は、容器開放による減圧で気化し、含有する劣化した冷凍機油が分離される。冷凍機油を分離して再生された冷媒は、コンプレッサ１３で圧縮されて再度液化し、油分離部９に内蔵したコンデンサ１４を通過した後、タンク１５で回収される。このタンク１５はロードセル１９によって計量されるよう構成されているため、冷媒を回収しつつ、冷媒の重量が計量される。なお、油分離部９に内蔵したコンデンサ１４に液化冷媒を通すことで、油分離部９が加熱され、熱交換を促進することができる。

続いて、管路６の高圧用圧力センサ８で検出される圧力ＰＨが所定値Ｐ２以下になると（工程Ｓ４）、空調システムＵの高圧側に残留している冷媒が気体状態であると判断して、管路７の電磁弁２６を開き（工程Ｓ５）、空調システムＵの高圧側及び低圧側に残留している気体冷媒をタンク１５で回収する。ここでは、空調システムＵとタンク１５とを連通する回収経路（回収回路）が管路６、７、１１、１２を含んで構成されている。また、タンク１５に回収された冷媒量がロードセル１９で監視されている。なお、タンク１５内の冷媒量が不足していると判断された場合には、管路２１の電磁弁３０を開くことで、新しい冷媒をタンク１５内に補充することができる。

続いて、管路７の低圧用圧力センサ１０で検出される圧力ＰＬが所定値Ｐ３以下になると（工程Ｓ６）、冷媒回収が終了したと判断して、電磁弁２４、２５、２６を閉じ（工程Ｓ７）、コンプレッサ１３を停止して（工程Ｓ８）、タンク１５への冷媒の回収を終了する。コンプレッサ１３を停止することで、コンプレッサ１３の出力側（二次側）からタンク１５側の経路（特に管路１２）には残圧が掛かった状態となる。言い換えると、コンプレッサ１５の入力側より出力側の経路が昇圧された状態となる。

続いて、管路１７の電磁弁２７を開く（工程Ｓ９）。ここでは、油分離部９と油受け部１８とを連通する経路が管路１７によって構成されている。電磁弁２７を開くことで、コンプレッサ１３の停止によるタンク１５側の残圧を利用して、管路１７を介して油分離部９内の冷凍機油を油受け部１８で回収する。この油受け部１８はロードセル４０によって計量されるよう構成されているため、冷凍機油を回収しつつ、冷凍機油の重量が計量される。このロードセル４０を参照して油受け部１８での冷凍機油の回収量が飽和したと判断（工程Ｓ１０）したときに電磁弁２７を閉じる（工程Ｓ１１）。これにて、回収再生工程が終了となり、工程終了と次の充填工程に移行する案内を出力する（工程Ｓ１２）。

ここで、冷凍機油の回収量が飽和したと判断する場合について、具体的に図５を参照して説明する。図５のグラフは、横軸を時間Ｔ、縦軸を冷凍機油の重量Ｗとし、パラメータとして異なる車両で行った場合の曲線Ｃ１、Ｃ２を示す。曲線Ｃ１は、時間Ｔの経過と共に重量Ｗが上昇した後、変化の程度がなくなり、重量Ｗ１で飽和した状態となる。この飽和状態では、冷媒から分離された冷凍機油がすべて油分離部９から油受け部１８へ送り出されたと判断することができる。電磁弁２７を閉じることで、油受け部１８での冷凍機油の回収を終了する。曲線Ｃ１では、電磁弁２７を閉じたときが時間Ｔ１であり、冷凍機油の回収の終了となる。同様に、曲線Ｃ２では、重量Ｗ２で飽和した状態となり、冷凍機油の回収を終了したとき（電磁弁２７を閉じたとき）が時間Ｔ２である。

ところで、冷媒処理装置１では、タンク１５側の経路（特に管路１２）の残圧を利用して油分離部９から油受け部１８へ冷凍機油を送り出す際に、冷媒も合わせて送り出されてしまう。このため、仮に特許文献１に記載の技術のように冷凍機油の回収終了を所定時間Ｔ１と設定したのでは、曲線Ｃ１の場合は最適であるが、曲線Ｃ２の場合は最適な時間Ｔ２よりも長く冷媒が排出されてしまう。そこで、冷媒処理装置１では、冷凍機油の回収判断を時間ではなく、冷凍機油の重量の変化で判断することとしている。これにより、無駄な冷媒の排出を抑制することができ、冷媒の損失を低減することができる。また、冷媒処理装置１では、管路１２の中途においてタンク１５の手前に逆止弁５０を設け、油受け部１８で油を回収する際に、コンプレッサ１３と逆止弁５０との間の管路１２の残圧を利用するよう構成されている。これにより、タンク１５内の冷媒を排出することなく、冷凍機油を回収することができる。

＜充填工程＞
図４に示す充填工程では、まず、管路４１の電磁弁２９を開く（工程Ｓ１３）。管路４１と接続されている管路６が冷媒回収時に減圧されているため、電磁弁２９を開くと油供給部４２内の冷凍機油が管路６に吸引される。これにより、油供給部４２から管路６へ新しい冷凍機油が供給される。油供給部４２の重量がロードセル４０によって計量されており、油受け部１８での回収量分だけ減少すると（工程Ｓ１４）、電磁弁２９を閉じる（工程Ｓ１５）。これにより、油受け部１８での回収量分の新しい冷凍機油が油供給部４２から管路６中に供給（補充）される。

続いて、管路６の電磁弁２４、管路２０の電磁弁２８を開く（工程Ｓ１６）。ここでは、空調システムＵとタンク１５とを連通する充填経路（充填回路）が管路６、１１、２０を含んで構成されている。これにより、タンク１５の内圧によって、空調システムＵの高圧側から冷媒を充填することができる。管路６には新しい冷凍機油が供給されているので、これを含有した再生された冷媒が空調システムＵに充填される。

ロードセル１９でタンク１５内の冷媒が設定した規定冷媒量Ｃだけ減少したことを検出すると（工程Ｓ１７）、空調システムＵ内に規定量Ｃの冷媒が充填されたと判断して、管路６の電磁弁２４と管路２０の電磁弁２８を閉じて（工程Ｓ１８）、工程終了の案内を出力する（工程Ｓ１９）。

このように、冷媒処理装置１では、空調システムＵとタンク１５とを連通する回収経路において、空調システムＵから油分離部９を通して冷媒をタンク１５へ圧送した後、タンク１５側の残圧を油分離部９と連通する油受け部１８へ排出する。この排出の際、油分離部９から送り出される冷凍機油の重量を検出し、重量が飽和した（変化がなくなった）と判断したときに、油受け部１８への排出を停止する。残圧の排出の際には冷媒も排出されてしまうことになるが、適切なタイミング（回収された冷凍機油の重量が飽和したとき）に排出を停止することで、無駄な冷媒の排出を防止することで、冷媒の損失を低減することができる。

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

前記実施形態では、空調システムとして車両用に適用した場合について説明した。これに限らず、例えば、住宅用などにも適用することもできる。

また、前記実施形態では、新しい冷凍機油を供給する油供給部として油入りボトルを用いる場合について説明した。これに限らず、例えば、油入り缶（油缶）を用いることもできる。また、前記実施形態では、冷媒としてハイドロフルオロオレフィンの場合について説明した。これに限らず、例えば、ハイドロフルオロカーボンに対しても適用することができる。また、前記実施形態では、冷凍機油としてポリオールエステルを用いる場合について説明した。これに限らず、例えば、ポリアルキレングリコールに対しても適用することができる。

１ 冷媒処理装置、 ９ 油分離部、 １３ コンプレッサ、 １５ タンク、 １８ 油受け部、 ４０ 検出部（ロードセル）。

Claims (4)

1. 空調システムで用いられる冷媒を処理する冷媒処理装置であって、
   冷媒が貯留されるタンクと、
   前記空調システムと前記タンクとを連通する第１経路と、
   前記第１経路の中途において入力側を前記空調システム、出力側を前記タンクとして設けられたコンプレッサと、
   前記第１経路の中途において前記空調システムと前記コンプレッサとの間に設けられた油分離部と、
   油が貯留される油受け部と、
   前記油分離部と前記油受け部とを連通する第２経路と、
   前記第２経路の中途に設けられた弁と、
   前記油受け部の重量を検出する検出器と、を備え、
   前記弁を閉じ、前記コンプレッサを駆動させて、前記第１経路を介して前記空調システム内の冷媒が前記タンクで回収された状態において、
   前記弁を開くことで、前記コンプレッサの停止による前記タンク側の残圧を利用して前記第２経路を介して前記油分離部内の油を前記油受け部で回収しつつ、前記検出器を参照して回収量が飽和したと判断したときに前記弁を閉じる機能を有する、
   冷媒処理装置。
2. 前記第１経路の中途において前記空調システム側に設けられ、新しい油を供給する油供給部を備え、
   前記油受け部での回収量分の新しい油を前記油供給部から前記第１経路中に供給する機能を有する、
   請求項１記載の冷媒処理装置。
3. 前記第１経路の中途において前記タンク側に設けられ、前記コンプレッサ側への流れを阻止する逆止弁を備え、
   前記油受け部で油を回収する際に、前記コンプレッサと前記逆止弁との間の前記第１経路中の残圧が利用される、
   請求項１または２記載の冷媒処理装置。
4. 以下の工程を含む冷媒処理方法；
   （ａ）空調システムとタンクとを連通する経路において、前記空調システムから油分離部を通して冷媒を前記タンクへ圧送する工程、
   （ｂ）前記（ａ）工程の後、前記タンク側の残圧を前記油分離部と連通する油受け部へ排出する工程、
   （ｃ）前記（ｂ）工程の際、前記油分離部から送り出される油の重量を検出し、重量が飽和したと判断したときに、前記油受け部への排出を停止する工程。

Images