JP4309805B2 - 冷媒供給装置及び冷媒供給方法 - Google Patents

Description

この発明は、エアコンなどの冷却機器に冷媒を充填するために使用される冷媒供給装置及び冷媒供給方法に関するものである。

従来、エアコンなどの冷却機器に充填される冷媒を収容した冷媒容器の中は、冷媒が液層と気層と分かれている。この液層と気層の状態は、周囲の温度による飽和蒸気圧で釣り合っている。ここで、冷媒容器の中の冷媒を冷却機器に充填するには、冷媒容器から冷媒を汲み上げる。このとき、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、冷媒容器１００では、その周囲から熱を吸収して液冷媒が冷媒容器１００の中で気化する。すなわち、液冷媒（液層）１０２のレベルは、液冷媒１０２の汲み上げによって下がり、ガス冷媒（気層）１０１の容積が増える。この気層１０１の容積が増えた分だけ液冷媒１０２が周囲より熱を得て新たに気化して充足することになる。

ここで、混合冷媒では、飽和蒸気圧の違いにより気化する割合が相違している。本実施例では、Ｒ３２、Ｒ１２５，Ｒ１３４ａの３種類の冷媒を混合した混合冷媒であるＲ４０７Ｃを使用している。Ｒ３２の飽和蒸気圧は、１．４７５ＫＰａ／２０℃であり、Ｒ１２５の飽和蒸気圧は、１．２０５ＫＰａ／２０℃であり、Ｒ１３４ａの飽和蒸気圧は、０．５７１７ＫＰａ／℃である。
従って、（ｂ）及び（ｃ）の気層１０１の成分は、主としてＲ３２及びＲ１２５の液が気化したガスとなる。言い換えると、容器内の液冷媒１０２の液面が下がると共に、Ｒ３２とＲ１２５の液冷媒１０２が気化するため、液冷媒１０２中のＲ３２とＲ１２５の液重量が低下する。すなわち、液冷媒１０２中のＲ３２とＲ１２５の割合が減少し、Ｒ１３４ａの重量割合が増加する。

図６の（ａ）に示す満タン状態の冷媒容器１００の使用開始時と、（ｃ）に示す液冷媒の残量が少なくなっている状態とでは、図７に示すように、Ｒ３２とＲ１２５の重量割合が減少している。図７の横軸は時間軸であり、縦軸はＲ３２とＲ１２５の重量濃度である。
図８（ａ）に冷媒容器１００内の３種冷媒の重量濃度を示す。縦軸が重量濃度であり、横軸が冷媒容器１００内の残量である。左端が残量１００で、右端が残量０である。図８（ｂ）に、（ａ）の各冷媒の増減率を見やすいように、分離して示す。３種混合冷媒Ｒ４０７Ｃの基準値は、重量濃度において、Ｒ３２は２１〜２５ｗｔ％であり、Ｒ１２５は２３〜２７ｗｔ％であり、Ｒ１３４ａは５０〜５４ｗｔ％である。（ｂ）に示すように、残量が１０ｗｔ％以下になると、Ｒ３２及びＲ１２５の重量濃度が各々の最低基準値２１ｗｔ％、２３ｗｔ％を下回る問題があった。

その問題を防止するため、従来の第１の方法は、冷媒容器１００の満タン状態から残量１０ｗｔ％までを使用限界として、無補正で使用する方法である。

特開平８−２８７９２号公報

しかしながら、従来の方法では、１０ｗｔ％が無駄となり歩留まりが悪く生産コストがアップする問題があった。
また、冷媒容器１００は、通常工場の建屋の外に置かれるため、夏と冬とで環境が大きく異なり、標準状態で１０ｗｔ％の重量を決めても、組成が規格外となる恐れがあった。

この発明は上記問題を解決するためになされたものであって、冷媒容器内の液冷媒を最後まで使うことができ、かつ、各種液冷媒の重量濃度が規格内に入るようにした冷媒供給装置及び冷媒供給方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の冷媒供給装置又は冷媒供給方法は、次の構成を有している。
（１）飽和蒸気圧の異なる２種以上の冷媒を混合して貯蔵する冷媒容器の中の混合冷媒を圧送ポンプにより圧送し供給配管を通じて消費設備に供給する冷媒供給装置において、第１容器のみから前記混合冷媒を供給する第１モードと、第１容器と第２容器の両方から前記混合冷媒を供給する第２モードと、第２容器のみから前記混合冷媒を供給する第３モードとを順次切り換える供給モード切換手段を有する
（２）（１）に記載する冷媒供給装置において、冷媒が、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａの３種の冷媒の混合液であることを特徴とする。
（３）（１）又は（２）に記載する冷媒供給装置において、第１容器及び第２容器の出入口に、制御用開閉弁と逆止弁とが直列に接続されていることを特徴とする。

（４）沸点の異なる２種以上の冷媒を混合して貯蔵する冷媒容器の中の混合冷媒を圧送ポンプにより圧送し供給配管を通じて消費設備に供給する冷媒供給方法において、第１容器のみから前記混合冷媒を供給する第１工程と、第１容器と第２容器の両方から前記混合冷媒を供給する第２工程と、第２容器のみから前記混合冷媒を供給する第３工程とを順次切り換える。

次に、上記構成を有する本発明の冷媒供給装置及び冷媒供給方法の作用・効果について説明する。
飽和蒸気圧の異なる２種以上の冷媒を混合して貯蔵する冷媒容器の中の混合冷媒を圧送ポンプにより圧送し供給配管を通じて消費設備に供給する冷媒供給装置において、第１容器のみから前記混合冷媒を供給する第１モードと、第１容器と第２容器の両方から前記混合冷媒を供給する第２モードと、第２容器のみから前記混合冷媒を供給する第３モードとを順次切り換える供給モード切換手段を有するので、第１容器のみから前記混合冷媒を供給する第１工程と、第１容器と第２容器の両方から前記混合冷媒を供給する第２工程と、第２容器のみから前記混合冷媒を供給する第３工程とを順次切り換えることができるため、
第２工程においては、冷媒の残量が少なくなり、Ｒ３２の重量％が低下した冷媒と、満タン状態で、飽和蒸気圧の大きい冷媒の重量％が低下した冷媒と、満タン状態で飽和蒸気圧の大きい冷媒の重量％が高い冷媒とを半々に混合でき、第１工程、第２工程、第３工程を通じて常に飽和蒸気圧の大きい冷媒の重量％を規制値内に保つことができる。

ここで、第１容器及び第２容器の出入口に、制御用開閉弁と逆止弁とが直列に接続されているので、第２工程において、低圧の第１容器を常時開状態として、高圧の第２容器を開閉制御することにより、第１容器と第２容器の冷媒を交互に供給することが可能となり、第１容器の開閉弁を駆動しないで済むため、省エネが実現できる。ここで、逆止弁は、第１容器と第２容器とが開いているときに、第２容器の高圧冷媒が低圧の第１容器に逆流するのを防止している。

以下、本発明の冷媒供給装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。図１に冷媒供給装置（直接供給方式）の概略構成図を示す。
この冷媒供給装置は、３つの冷媒容器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備えている。各冷媒容器には、１０００ｋｇの３種混合冷媒（Ｒ３２，Ｒ１２５，Ｒ１３４ａ）が貯蔵されている。冷媒容器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃには、各々の冷媒容器の全体重量を計測するための秤量器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが配設されている。秤量器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、中に貯蔵されている冷媒及び冷媒容器を含めた全体の重量を計測し、空の冷媒容器の重量を減算することにより、冷媒の重量を計測している。
冷媒容器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの出入口には、エアオペレーションバルブである開閉弁１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの入口ポートが接続されている。開閉弁１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの出口ポートは、各々逆止弁１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃを介してヘッター１８に接続している。ヘッター１８は、圧送ポンプ１３Ａ、１３Ｂに接続している。圧送ポンプ１３Ａ、１３Ｂは注入機１５Ａ、１５Ｂに接続している。圧送ポンプ１３Ａ、１３Ｂと注入機１５Ａ、１５Ｂとの間には、圧力計１４Ａ、１４Ｂが設けられている。注入機１５Ａ、１５Ｂは、工場内で製品であるエアコンに冷媒を注入するための装置である。エアコンには、約２０ｋｇの冷媒が注入される。

図２に、冷媒供給装置の制御装置をブロック図で示す。制御装置２０には、秤量器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、開閉弁１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが接続されている。制御装置２０は、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３を備えている。ＲＯＭ２３は、制御プログラム２３１を記憶している。
図３（ａ）に制御プログラム２３１が行う制御方法の概念図を示し、（ｂ−１）に開閉弁１２Ａの開閉状態を示し、（ｂ−２）に開閉弁１２Ｂの開閉状態を示し、（ｂ−３）に開閉弁１２Ｃの開閉状態を示す。図４に制御プログラム２３１のフローチャートを示す。

先に、図４のフローチャートを説明する。冷媒容器１０Ａの残量が満タン時の１／３以下になるまで（Ｓ２；ＮＯ）、冷媒容器１０Ａのみから供給を行う（Ｓ１）。冷媒容器１０Ａの残量が１／３以下になると（Ｓ２；ＹＥＳ）、冷媒容器１０Ａの残量が最低量未満になるまで（Ｓ３；ＹＥＳ）、満タン冷媒容器１０Ｂと冷媒容器１０Ａとから３０秒間ずつ交互に供給を行う（Ｓ４）。これにより、冷媒容器１０Ａと冷媒容器１０Ｂとから等量ずつ冷媒が供給される。
冷媒容器１０Ａの残量が最低量未満になると（Ｓ３；ＮＯ）、冷媒容器１０Ｂの残量が満タン時の１／３以下になるまで（Ｓ６；ＮＯ）、冷媒容器１０Ｂのみから冷媒を供給する（Ｓ５）。冷媒容器１０Ｂの残量が１／３以下になると（Ｓ６；ＹＥＳ）、冷媒容器１０Ｂの残量が最低量未満になるまで（Ｓ７；ＹＥＳ）、満タン冷媒容器１０Ｃと冷媒容器１０Ｂとから３０秒間ずつ交互に供給を行う（Ｓ８）。これにより、冷媒容器１０Ｂと冷媒容器１０Ｃとから等量ずつ冷媒が供給される。

冷媒容器１０Ｂの残量が最低量未満になると（Ｓ７；ＮＯ）、冷媒容器１０Ｃの残量が満タン時の１／３以下になるまで（Ｓ１０；ＮＯ）、冷媒容器１０Ｃのみから冷媒を供給する（Ｓ９）。冷媒容器１０Ｃの残量が１／３以下になると（Ｓ１０；ＹＥＳ）、冷媒容器１０Ｃの残量が最低量未満になるまで（Ｓ１１；ＹＥＳ）、満タン冷媒容器１０Ａと冷媒容器１０Ｃとから３０秒間ずつ交互に供給を行う（Ｓ１２）。これにより、冷媒容器１０Ｃと冷媒容器１０Ａとから等量ずつ冷媒が供給される。冷媒容器１０Ｃの残量が最低量未満になると（Ｓ１１；ＮＯ）、Ｓ１へ戻る。

上記供給を行っているときの冷媒の重量％について、図３を用いて説明する。図３において、横軸は時間軸であり、縦軸は、供給される冷媒のうち、Ｒ３２の重量％を採っている。太線Ｌ１１は、圧送ポンプ１３Ａ、１３Ｂの出口付近におけるＲ３２の重量％を示している。太線Ｌ１２は、ヘッター１８におけるＲ３２の重量％を示している。破線Ｌ１３は、Ｒ１２５の重量％を示している。
Ｌ１、Ｌ４は、冷媒容器１０Ａ内のＲ３２の重量％を示している。Ｌ２、Ｌ５は、冷媒容器１０Ｂ内のＲ３２の重量％を示している。Ｌ３、Ｌ６は、冷媒容器１０Ｃ内のＲ３２の重量％を示している。また、Ｌ７は、冷媒容器１０内における、満タン状態でのＲ３２の重量％を示している。

ステップ１においては、開閉弁１２Ａが全開、開閉弁１２Ｂは、３０秒間隔で開閉を繰り返している。ステップ１の状態では、冷媒容器１０Ａ内の冷媒残量が少ないため、内圧が冷媒容器１０Ｂより低い。従って、開閉弁１１Ａを開いたままで、開閉弁１２Ｂを開くと、逆止弁１７Ａが作用して、冷媒容器１０Ｂからのみ冷媒が供給される。また、開閉弁１２Ｂを閉じれば、冷媒容器１０Ａからのみ冷媒が供給される。この現象により、一方の開閉弁を開閉するだけで、冷媒容器１０Ａと冷媒容器１０Ｂから交互に冷媒を供給することができる。
開閉弁の開状態は、バネ力のみで行われているので、この方法によれば、エアオペレーションバルブである開閉弁の動作回数を減少できるため、省エネが実現できる。また、開閉弁の動作回数を減らせるので、開閉弁の耐久性を向上させることができる。

次に、上記制御を行ったときに供給される冷媒について、図３の（ａ）に基づいて説明する。
ステップ１の開始時においては、冷媒容器１０Ａ内のＲ３２の重量％が約２２ｗｔ％であり、ステップ１の終了時におけるＲ３２のｗｔ％が２１ｗｔ％を下回り、Ｒ３２の許容値である２３±２ｗｔ％の下限値２１ｗｔ％を割り込む恐れがあるため、満タン状態にある冷媒容器１０Ｂと冷媒容器１０Ａとから交互に冷媒供給を行う。この方法によれば、ステップ１開始時の冷媒容器１０Ｂ内のＲ３２の重量％は、約２４．５ｗｔ％であり、冷媒容器１０Ｂと冷媒容器１０Ａから交互に供給すると、ヘッター１８におけるＲ３２の重量％は、２３ｗｔ％を少し越える値となる。
製品に供給する重量は、約２０ｋｇであり、冷媒容器に貯蔵されている冷媒重量は、例えば、１０００ｋｇであるから、１６、７個の製品に供給する間、ステップ１を継続する。

ステップ１においては、冷媒容器１０Ｂと冷媒容器１０Ａとから交互に冷媒が供給されるので、ヘッター１８におけるＲ３２の重量％を示すＬ１２は、冷媒容器１０Ｂ内のＲ３２の重量％を示すＬ２と、冷媒容器１０Ａ内のＲ３２の重量％を示すＬ１との中間の線となる。さらに、圧送ポンプ１３Ａ、１３Ｂで冷媒が混合されることにより、圧送ポンプ１３Ａ、１３Ｂの出口付近におけるＲ３２の重量％は、Ｌ１１に示す線になる。

次に、ステップ１で１６、７個の製品に供給した後、ステップ２に切り替える。ステップ２においては、冷媒容器１０Ｂからのみ冷媒を供給する。冷媒容器１０Ｂ内のＲ３２の重量％は、ステップ２の開始時において２３ｗｔ％を少し超えた値であり、ステップ２の終了時において約２２ｗｔ％なので、冷媒容器１０Ｂ内の冷媒をそのまま供給すれば、Ｒ３２の許容値である２３±２ｗｔ％内に納まっている。
ステップ２の供給状態を、１６、７個の製品に対して行う。始めの製品に対する供給は、Ｒ３２の重量％が２３ｗｔ％を少し超えた値であり、ステップ２の終了時においては約２２ｗｔ％となる。

次に、ステップ３においては、冷媒容器１０Ｂのみで供給を続けると、ステップ３の終了時におけるＲ３２のｗｔ％が２１ｗｔ％を下回り、許容値を割り込む恐れがあるため、満タン状態にある冷媒容器１０Ｃと、残量が３分の１程度となっている冷媒容器１０Ｂとから交互に冷媒供給を行う。この方法によれば、ステップ３開始時の冷媒容器１０Ｃ内のＲ３２の重量％は、約２４．５ｗｔ％であり、冷媒容器１０Ｃと冷媒容器１０Ｂから交互に供給すると、ヘッター１８におけるＲ３２の重量％は、２３ｗｔ％を少し越える値となる。
製品に供給する重量は、約２０ｋｇであり、冷媒容器に貯蔵されている冷媒重量は、例えば、１０００ｋｇであるから、１６、７個の製品に供給する間、ステップ３を継続する。

次に、ステップ４においては、冷媒容器１０Ｃからのみ冷媒を供給する。冷媒容器１０Ｃ内のＲ３２の重量％は、ステップ４の開始時において２３ｗｔ％を少し超えた値であり、ステップ４の終了時において約２２ｗｔ％なので、冷媒容器１０Ｃ内の冷媒をそのまま供給すれば、Ｒ３２の許容値である２３±２ｗｔ％内に納まっている。
ステップ４の供給状態を、１６、７個の製品に対して行う。始めの製品に対する供給は、Ｒ３２の重量％が２３ｗｔ％を少し超えた値であり、ステップ４の終了時においては約２２ｗｔ％となる。
以下、ステップ５〜１０においては、満タンの容器に交換された冷媒容器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃをそれぞれ用いて、ステップ１以下と同様の作用を繰り返す。

以上の説明では、Ｒ３２について説明したが、Ｒ１２５についても同様の動作により同様の作用を奏し、混合冷媒の組成を維持することに寄与している。
図５に製品毎に測定した冷媒の成分であるＲ３２，Ｒ１２５，Ｒ１３４ａの各々の重量％を示す。Ｒ３２は全ての製品において、２３±２ｗｔ％内の規制値に合格している。Ｒ１２５は全ての製品において、２５±２ｗｔ％内の規制値に合格している。Ｒ１３４ａは全ての製品において、５２±２ｗｔ％内の規制値に合格している。

以上詳細に説明したように、本実施例の冷媒供給装置または冷媒供給方法によれば、飽和蒸気圧の異なる２種以上の冷媒を混合して貯蔵する冷媒容器の中の混合冷媒を圧送ポンプ１３Ａ、１３Ｂにより圧送し供給配管を通じて消費設備に供給する冷媒供給装置において、第１容器１０Ａのみから前記混合冷媒を供給する第１モードと、第１容器１０Ａと第２容器１０Ｂの両方から混合冷媒を供給する第２モードと、第２容器１０Ｂのみから混合冷媒を供給する第３モードとを順次切り換える供給モード切換手段２３１を有するので、第１容器１０Ａのみから混合冷媒を供給する第１工程と、第１容器１０Ａと第２容器１０Ｂの両方から混合冷媒を供給する第２工程と、第２容器１０Ｂのみから混合冷媒を供給する第３工程とを順次切り換えることができるため、第２工程においては、冷媒の残量が少なくなり、Ｒ３２の重量％が低下した冷媒と、満タン状態でＲ３２の重量％が高い冷媒とを半々に混合して供給でき、第１工程、第２工程、第３工程を通じて常にＲ３２の重量％を規制値内に保つことができる。
また、Ｒ１２５の重量％が低下した冷媒と、満タン状態でＲ１２５の重量％が高い冷媒とを半々に混合して供給でき、第１工程、第２工程、第３工程を通じて常にＲ１２５の重量％を規制値内に保つことができる。

ここで、第１容器１０Ａ、第２容器１０Ｂ、第３容器１０Ｃの出入口に、制御用開閉弁と逆止弁とが直列に接続されているので、例えば、ステップ１において、低圧の第１容器１０Ａを常時開状態として、高圧の第２容器１０Ｂを開閉制御することにより、第１容器１０Ａと第２容器の冷媒を交互に供給することが可能となり、第１容器１０Ａの開閉弁１２Ａを駆動しないで済むため、省エネが実現できる。ここで、逆止弁は、第１容器１０Ａと第２容器１０Ｂとが開いているときに、第２容器１０Ｂの高圧冷媒が低圧の第１容器１０Ａに逆流するのを防止している。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で、構成の一部を適宜に変更して以下のように実施することもできる。
本実施例では、冷媒容器を３個使用したが、２個でも実施できるし、４個以上でも実施可能である。また、本実施例では使用する冷媒容器の容量を同じとしているが、異なる容量の冷媒容器を用いても同様である。

冷媒供給装置の構成を示す図である。 冷媒供給装置の制御構成を示すブロック図である。 冷媒供給装置の作用説明図である。 冷媒供給装置の制御方法を示すフローチャートである。 冷媒供給装置で供給される冷媒の重量％を示す図である。 従来の冷媒供給方法の説明図である。 従来の冷媒供給装置で供給される冷媒の重量％を示す図である。 従来の冷媒供給装置で供給される冷媒の説明図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 冷媒容器
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 秤量器
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 開閉弁
１３Ａ、１３Ｂ 圧送ポンプ
１５Ａ、１５Ｂ 注入機
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ 逆止弁
１８ ヘッター

Claims (4)

1. 飽和蒸気圧の異なる２種以上の冷媒を混合して貯蔵する冷媒容器の中の混合冷媒を圧送ポンプにより圧送し供給配管を通じて消費設備に供給する冷媒供給装置において、
   第１容器のみから前記混合冷媒を供給する第１モードと、
   第１容器と第２容器の両方から前記混合冷媒を供給する第２モードと、
   第２容器のみから前記混合冷媒を供給する第３モードとを順次切り換える供給モード切換手段を有することを特徴とする冷媒供給装置。
2. 請求項１に記載する冷媒供給装置において、
   冷媒が、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａの３種の冷媒の混合液であることを特徴とする冷媒供給装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する冷媒供給装置において、
   第１容器及び第２容器の出入口に、制御用開閉弁と逆止弁とが直列に接続されていることを特徴とする冷媒供給装置。
4. 沸点の異なる２種以上の冷媒を混合して貯蔵する冷媒容器の中の混合冷媒を圧送ポンプにより圧送し供給配管を通じて消費設備に供給する冷媒供給方法において、
   第１容器のみから前記混合冷媒を供給する第１工程と、
   第１容器と第２容器の両方から前記混合冷媒を供給する第２工程と、
   第２容器のみから前記混合冷媒を供給する第３工程とを順次切り換えることを特徴とする冷媒供給方法。

Images