JP4523907B2 - 可燃性冷媒の回収方法及び可燃性冷媒の回収装置 - Google Patents

Description

この発明は、使用済みの低温機器が具備する冷媒回路内に残留する冷媒の回収に関するものであって、さらに詳しくは、前記冷媒が可燃性を呈する場合の回収と保持を安全に行うための回収方法と回収装置に関するものである。

使用済み冷蔵庫が備える冷媒回路に用いられている冷媒には主に、ＣＦＣ１２、ＨＣＦＣ１３４ａなどのフロン類が用いられている。これらフロン類は、オゾン破壊および地球温暖化による地球環境悪化を来す原因物質であることから、大気に放出すること無しに回収することが家電リサイクル法により義務づけられている。

これらフロン類の回収方法は、例えば、冷媒回路を構成する圧縮機の近傍にある配管の一部、多くの場合は冷媒の封入に用いた封入管にピアシングバルブが備える中空の針を挿入して、回収装置に吸引することにより回収する。回収装置では回収した冷媒を再度圧縮しながらボンベに移送して液化状態で保管する。

これに対して、フロン類に替わる冷蔵庫などの低温機器に用いる冷媒として、オゾン層を破壊することなく、しかも地球温暖化係数も極めて低いことから地球環境への悪影響がほとんど無いとされた炭化水素系の冷媒で、例えばイソブタン（Ｒ６００ａ）がフロン類の代替冷媒として用いられるようになった。しかし、回収した使用済みの冷蔵庫やショーケースなどを処理する際に、冷媒回路内に残存するイソブタン（Ｒ６００ａ）などの強い可燃性を呈する冷媒が漏洩した場合、爆発や燃焼の危険性があり、これを回避する必要がある。

このため、現在の家電リサイクル設備では、冷媒回路と圧縮内に残存するイソブタンを燃焼の下限濃度以下になるまで空気で希釈するなどして大気に放出して対処しているが、冷凍機油に溶存した可燃性冷媒の気散が無くなるまで放置するなどの処理に要する時間は膨大で、作業効率も著しく劣ることに加えて、今後、冷蔵庫の回収量増加に伴う排出量の増加によって安全性を確保することが困難になることも予想される。

さらに、イソブタンを含む可燃性を呈する炭化水素などは一般的にＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：揮発性有機化合物）と呼ばれるガスの一種として認識されていることから、不用意な大気中への拡散による環境への影響防止を目的に排出制限されることが予想されるが、その場合に用いる回収装置には、従来のフロン類の回収方法では爆発の危険を回避することが困難である。つまり、冷媒回路から冷媒を回収する際には、冷媒回路とピアシングバルブの接続部分のあるわずかな隙間や不完全な接続に基づく空気の回収回路内に侵入して可燃性冷媒との混合が予測され、燃焼爆発のほかに圧縮爆発、つまりジーゼル爆発の危険性を負うことになる。

この為、可燃性冷媒の回収は、活性炭などの固体吸着剤を備えた回収装置に可燃性冷媒を導入して吸着させることによって安全な回収を確保するとともに、脱着の際には外部から固体吸着剤を加熱して高濃度の冷媒を公知の冷媒回収機を用いて吸引および液化させてボンベなどに保持することができる方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２０００−６５４４７号公報 特開２０００−７０６５２号公報

しかしながら、活性炭への吸着量には限界があるうえに、連続した回収を達成するためには複数の吸着装置を装備して交互に回収と脱離を行う必要があるため、回収装置が過度に大きいものになる。しかも、可燃性冷媒の脱離の際には空気の混入を防止するために不活性ガスを用いたり、空気の混入を想定して活性炭の加熱や搬送に係る電気品の火花などによる着火、爆発の危険性や冷媒を液化する際の加圧によるジーゼル爆発の懸念がある。

また、冷媒の回収に供した圧縮機などの冷媒配管内には可燃性冷媒を溶存した冷凍機油があり、圧縮機を安全に破砕などの処理に供するうえで、冷凍機油に溶存する可燃性冷媒が容易に気散しない程度まで分離し、気散した可燃性冷媒も回収する必要もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、家電リサイクル設備等で回収された冷蔵庫などの低温機器を適正処理する際に、低温機器が備える冷媒回路中のイソブタン等の可燃性冷媒およびそれを含んだ冷凍機油を安全に回収する可燃性冷媒の回収方法及び可燃性冷媒の回収装置を提供することを目的とする。

この発明に係る可燃性冷媒の回収方法は、低温機器の冷媒回路を構成して冷媒及び冷凍機油を保持する部品に、ピアシングバルブを接続して冷媒及び冷凍機油を吸引する工程と、予め減圧を確保した冷媒分離器に冷媒及び冷凍機油を導入し、冷媒を一時保留すると共に、冷凍機油に溶存している冷媒を気化して分離する工程と、一時保留した冷媒と、冷凍機油から分離した冷媒を吸引機により吸引し、冷媒保持タンクに排出させる工程と、冷媒保持タンクにおいて、冷媒を僅かに加圧しながら低温で凝縮させる工程とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る可燃性冷媒の回収方法は、上記構成により、低温機器からの回収した可燃性冷媒を安全に回収することができるうえ、回収した冷凍機油には容易に気散しないような濃度にまで可燃性冷媒を脱離して安全に保管できる。

実施の形態１．
本実施の形態では、使用済み冷蔵庫（低温機器の一例）に残存する冷媒を回収する際に、冷蔵庫筺体の背面下部に固定して格納されている圧縮機（部品の一例）を取り外した状態とした後、圧縮機から冷媒が、冷媒を相溶した冷凍機油とともに排出されるので、これから冷媒のみを分離し、冷媒を冷温でわずかに加圧した状態で凝縮することによって保持する機能を備えた可燃性冷媒の回収装置について、以下、詳述する。

図１乃至６は実施の形態１を示す図で、図１は可燃性冷媒の回収装置１００を示すブロック図、図２は冷蔵庫の背面下部を示す斜視図、図３は冷蔵庫背面の圧縮機と冷媒回路の関係を示す概念図、図４は可燃性冷媒の回収装置の概念図、図５は冷媒分離器の断面図、図６は可燃性冷媒の回収方法を示すフローチャートである。

図１に示すように、可燃性冷媒の回収装置１００は、冷蔵庫等の低温機器の冷媒回路の部品の一つである圧縮機１に、冷媒回収時に接続されるピアシングバルブ３と、ピアシングバルブ３から吸引した冷媒と冷凍機油の混合物を導入して、冷凍機油から冷媒を分離する冷媒分離器９と、後述するポンプで冷媒分離器９から冷媒と冷凍機油から分離された冷媒を吸引し、空冷する冷媒回収機２２と、冷媒回収機２２から排出された冷媒を加圧・凝縮して液化させて液冷媒を保持する冷媒保持タンク２０とを備える。

ピアシングバルブ３は、例えば、図２に示すように、冷蔵庫１０（低温機器の一例）の背面下部に設置された圧縮機１（部品の一例）の冷媒等を封入する封入管２に、ピアス針を挿入してここから冷媒を回収するのに使用されるものである。

まず、可燃性冷媒を具備した使用済み冷蔵庫から冷媒を回収する方法について、以下に述べる。図３に示す冷蔵庫背面の圧縮機と冷媒回路の関係を示す概念図に基づいて、圧縮機の取り外し方法について説明する。冷蔵庫筐体１０ａの背面下部に固定されている、可燃性冷媒であるイソブタン及び冷凍機油を保持した圧縮機１の固定金具（図示せず）を取り外した後、圧縮機１に接続されている冷媒回路４の配管（通常は２本）の、それぞれの配管の圧縮機１に近接する２箇所を封止し、封止部５とする。その後、封止部５の間にある配管を切断する。図３では切断部６として示す。以上により、圧縮機１は、冷蔵庫筐体１０ａに設けられた配管から分離される。

このとき、冷蔵庫筐体１０ａにある配管内の冷媒は配管内に残留する量も僅かであるから、シクロペンタンなどの可燃性発泡剤を内包した断熱材を用いた冷蔵庫筐体１０ａを燃焼や爆発を来すことの無いように、例えば大きな排気風量を備えるなどした破砕機を用いて大気に放出するなどの処理を行えばよい。

但し、破砕機が上記条件を確保できず、ガス状態で残留している冷蔵庫筐体１０ａに残留する冷媒回路内の冷媒が爆発の原因となりうることが予測される場合は、後述する冷媒回収機を用いて冷蔵庫筐体１０ａの配管内に残留する冷媒を、後述する圧縮機１からの冷媒回収方法に準じて回収しても良い。

圧縮機１が保持する多量の冷媒の回収方法を以下に述べる。冷蔵庫１０から取り出して内部に冷凍機油と可燃性冷媒を貯蔵する圧縮機１を、圧縮機１が具備する冷媒の封入管２を最下点に位置するように配置した後、可燃性冷媒の回収装置に接続するピアシングバルブ３のピアス針を封入管２に挿入すれば、冷媒を冷凍機油と同時に可燃性冷媒の回収装置が備える冷媒分離器９に導入して回収することができる。

圧縮機１内に保持されている冷凍機油は、沸点が室温以下の冷媒であるイソブタンの蒸気圧によって加圧された状態にあるので、ピアシングバルブ３のピアス針を挿入すれば容易に噴出する。しかし、回収初期の速度を確保して冷凍機油の流出が途中で途切れないようにして圧縮機１内に冷凍機油や冷媒が過度に残留するのを防止することが、回収後の圧縮機１を扱うなかでイソブタンの気化に伴う爆発の危険から回避するうえで肝要であるため、ポンプ等の吸引機を用いて圧縮機１の内部が減圧状態になるまで吸引する。この結果、冷凍機油を完全に排出することができる。

次に、可燃性冷媒の回収装置１００の挙動について、図４の概念図を用いて以下に詳述する。図４において、冷媒分離器９は、冷媒と同時に冷凍機油を回収して保持するとともに冷凍機油に溶存している冷媒を気化させる。冷媒保持タンク２０は、ガス状態で回収された冷媒および冷凍機油から分離回収した冷媒を、加圧・低温凝縮により液化させるとともに保持した冷媒を定量排出することが可能に構成されている。これら装置群（冷媒分離器９、冷媒保持タンク２０）は、空気圧駆動のシリンダーを用いて吸引と排出を行うポンプ１１（吸引機の一例）及び空冷器１８を有する冷媒回収機２２を介して連通している。

次に、図６のフローチャートを用いて可燃性冷媒の回収装置１００の動作について、以下に詳述する。圧縮機１と接続したピアシングバルブ３から吸引された冷媒と冷凍機油の混合物１２は、まず、ピアシングバルブ３とポンプ１１の中間に位置する冷媒分離器９に導入される（図６のＳ１０、Ｓ２０）。圧縮機１に残留する冷媒と冷凍機油の混合物１２は同時に回収され、気体である冷媒１３及び冷凍機油１４は冷媒分離器９に一時的に保留され、その後冷凍機油１４から冷媒１３が分離される（図６のＳ３０）。冷媒１３はポンプ１１に吸引される。冷凍機油１４は冷媒１３が分離された後冷媒分離器９に貯蔵される。

冷媒分離器９は、図５の断面図に示す如く、内部に冷凍機油１４を一時的に保持する受皿１５、その受皿１５に設けられた切り欠き１６に保持され、空孔を設けた濡板１７を備える。冷凍機油１４が濡板１７を伝って落下する際に、濡板１７が備える空孔に一時的に滞留して滞留時間が長くなるので、減圧下に放置された冷凍機油１４からイソブタンが効率よく気散する。

なお、ここで用いる濡板１７が空孔を設けた平板である必要はなく、波状の成形品、平板に返りや切り欠きを設けることの他、棒状や鎖状のものであっても同様の効果が得られる。

また、イソブタンを含む冷凍機油１４をわずかに加温した状態、例えば４０〜５０℃とすれば、イソブタンの気散が促進するので有効である。

冷媒分離器９から分離した冷媒１３（イソブタン）は、ポンプ１１によって減圧状態で吸引されると同時に、加圧状態で排出される。この際に後述する冷却の効率向上を目的に空冷器１８を通過させたうえで冷媒保持タンクに導入される（図６のＳ４０）。このとき、冷媒保持タンク２０の内部温度は、イソブタンの沸点である−１２℃よりもわずかに高い−５〜−１０℃に、外部に設けた冷却装置１９で冷却されたブラインが通過する凝縮器２１を用いて調整されると同時に、冷媒分離器９との間に設けたポンプ１１によって１０〜３０Ｋｐａに加圧されており、ガス状で導入された冷媒１３は容易に凝縮して液体状態で回収することができる（図６のＳ５０）。凝縮した液冷媒は、液冷媒排出弁２７（液冷媒排出機構の一例）から排出される。

なお、冷媒保持タンク２０の内部温度が、イソブタンの沸点である−１２℃よりも僅かに高い−５〜−１０℃内に調整しているのは、回収時に混入または冷媒１３および冷凍機油１４が僅かに含有する水分が氷結して、冷媒保持タンク２０から液状で冷媒１３の排出に用いるポンプ１１の駆動部が氷結による損傷を軽減させるためである。内部温度が―１０℃よりもはるかに低い場合は、氷の硬度が上昇して冷媒保持タンク２０が備えるバルブ類の駆動部を損傷させて漏洩を来たし易くなるのを抑止して、当該部分から可燃性であるイソブタンの漏洩に起因する火災や爆発を防止して、安全性を確保するうえで有効である。

低温機器の例としては、冷蔵庫以外に、空気調和機、チーリングユニット、ショーケース、飲料水自販機等がある。

冷媒と冷凍機油を保持する低温機器の部品としては、圧縮機以外に、アキュムレータ、気液分離器、冷媒配管等がある。

吸引機として、ポンプ以外に、アスピレータ等がある。

実施の形態２．
冷蔵庫１０等の低温機器が備える既設の冷媒配管に、ピアシングバルブ３のピアス針を挿入して配管内部に残存する冷媒を吸引する方法では、冷媒の回収に際し、ピアス針の挿入不全と挿出時の回収回路遮断が不完全な場合が大半の原因とする空気の混入を否定できない。本実施の形態では、空気などの非凝縮ガスの吸引抑止と冷媒保持タンク２０の備蓄回避の機能を備えることによって燃焼や爆発を回避する安全を確保するようにした。

図７は実施の形態２を示す図で、可燃性冷媒の回収装置２００の概念図である。冷媒配管へのピアス針の挿入不全による配管との間で隙間の形成や、ピアス針を挿出した時に回収回路を遮断する弁の閉塞が不完全な場合、多量の空気が吸引されて冷媒保持タンク２０内に混入する。これを酸素濃度計の設置によって検知して適正措置を行うことも想定されるが、防爆化に伴う検知精度が低いうえに応答が遅く、措置の遅延が想定された。

回収装置に非凝縮性ガスである空気が侵入した場合の検知手段である各部位の圧力の変化を述べる。まず、冷凍機油に２０〜４０％のイソブタンが残留する圧縮機１内部の室温での圧力が１００〜２５０ｋＰａに達するのに対して、ピアス針の挿入不全によって多量の空気の侵入を来す場合には、０〜１００ｋＰａ程度にしか到達しない。

従って、圧縮機１からイソブタンを回収する際の圧力を回収圧力計２３が１００ｋＰａ以上であることを条件として回収装置への流入を制御する流入遮断弁２６を解放するようにしたので、多量の空気を冷媒保持タンク２０に流入するのを抑止できる。

つまり、ピアス針が冷媒配管の正常な挿入位置から外れた場合、ピアス針の外周に設けたパッキンが、冷媒配管の挿入部の外周全面を均一に圧迫できずに一部に隙間を形成して冷媒の吸引に伴う減圧状態にある回収回路に向かって隙間から外気（空気）の侵入が生じる状態を形成する。つまり、ピアス針の挿入と同時に圧縮機１内部の冷媒の蒸気圧を検知して急激に上昇するが、冷媒配管を正常位置に挿入せずにピアス針外周に形成された隙間から冷媒が漏洩して蒸気圧を確保できない状況を検知して回収装置への吸引を中止するようにしたものである。

一方で、冷媒配管に挿入するピアス針に起因する回収回路への空気の侵入が微量な場合にあっても、その変化を捉えることが必要である。本実施の形態は、空気の侵入が圧力上昇と回収時間の延長を招くことから、その時間変化を捉えて異常検知と認識し、回収の遮断（中止）を行う必要があり、以下、空気混入の事例に基づいて述べる。

つまり、正常なピアス針の挿入状態を確保して空気が侵入しない場合には、圧縮機１からの吸引力が回収装置の有する静的状態の吸引力である−８０Ｋｐａに近い−７５ｋＰａで流入遮断弁２６を閉塞して回収を完了していた。しかし、ピアス針の外周やパッキン部分に僅かな隙間を形成して、上述の回収時におけるイソブタンの蒸気圧から設定した１５０ｋＰａ以上を確保した状態であっても、僅かな空気が侵入する状況がある場合には所定の負圧力に到達せず、過度に長い時間を要して上記の冷媒回収時の圧力に至るか、または到達しないことになる。

このことは、空気の侵入しない正常な状態であれば、設定圧力の−７５ｋＰａに到達して流入遮断弁２６を閉塞する時間が６０〜１５０秒である場合に、冷媒を回収する時間が１８０秒に到達した段階で流入遮断弁２６を遮断して回収を中断するようにして、空気の侵入を抑止するように設定したものである。

つまり、正常な回収状態を含んで到達することのない任意に設定した−７５Ｋｐａ以上に到達するか、または任意に設定した回収時間である１８０秒を経過した段階で流入遮断弁２６を遮断して空気の侵入を抑止するように設定したものであり、これによって、僅かずつの空気の侵入を抑止することができた。

次に、微量の空気が冷媒保持タンク２０内に流入して非凝縮性ガスである空気が蓄積した場合について述べると、内部が−５〜−１０℃に温度調整した冷媒保持タンク２０の圧力は、空気が混入していない場合の内部圧力は１１０〜１５０ｋＰａであるのに対して、非凝縮性ガスである空気が流入して蓄積した量が増すとともに顕著に上昇する。

従って、冷媒保持タンク２０内に空気が約２０％の蓄積した場合のタンク圧力計２４の示す圧力が２００ｋＰａを越えた段階で、冷媒保持タンク２０の上部にある緊急開放弁２５（ガス排出機構の一例）を解放して空気を多く含むガス層を放出したので、その放出量に応じてイソブタンが相対的に気散することによって空気の含有量（濃度）を低下させるようにする。

上述の如く、低温機器が備える冷媒配管にピアス針が正常に挿入できずに生じる空気の侵入を抑止するため、任意に設定した回収時間と回収時の想定圧力を超過した場合に、ピアス針とポンプ１１の間に設けた流入遮断弁２６を遮断することで回収装置の回収停止をおこなうことによって、回収装置に接続した複数のピアス針の個々に対応することが可能である。また、単一のピアス針を備えた回収装置の場合であれば、ポンプ１１自体を停止しても良い。

なお、本発明は、以上述べた実施の形態において説明し、かつ図面に示した可燃性冷媒の回収と同時に回収した冷凍機油との分別および分解処理の方法およびその装置に限定されるものではなく、例えば、空気調和機の冷媒回路の一部から限定した複数の種類を混合して回収する場合においても本発明の一部または全てを使用することができ、その要旨を脱し得ない範囲で種々変形して実施することができる。

実施の形態１を示す図で、可燃性冷媒の回収装置１００を示すブロック図である。 実施の形態１を示す図で、冷蔵庫の背面下部を示す斜視図である。 実施の形態１を示す図で、冷蔵庫背面の圧縮機と冷媒回路の関係を示す概念図である。 実施の形態１を示す図で、可燃性冷媒の回収装置１００の概念図である。 実施の形態１を示す図で、冷媒分離器の断面図である。 実施の形態１を示す図で、可燃性冷媒の回収方法を示すフローチャート図である。 実施の形態２を示す図で、可燃性冷媒の回収装置２００の概念図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 封入管、３ ピアシングバルブ、４ 冷媒回路、５ 封止部、６ 切断部、９ 冷媒分離器、１０ 冷蔵庫、１０ａ 冷蔵庫筐体、１１ ポンプ、１２ 冷媒と冷凍機油の混合物、１３ 冷媒、１４ 冷凍機油、１５ 受皿、１６ 切り欠き、１７ 濡板、１８ 空冷器、１９ 冷却装置、２０ 冷媒保持タンク、２１ 凝縮器、２２ 冷媒回収機、２３ 回収圧力計、２５ 緊急開放弁、２６ 流入遮断弁、２７ 液冷媒排出弁、１００ 可燃性冷媒の回収装置、２００ 可燃性冷媒の回収装置。

Claims (7)

1. 低温機器の冷媒回路を構成して冷媒及び冷凍機油を保持する部品に、ピアシングバルブを接続して前記冷媒及び冷凍機油を吸引する工程と、
   予め減圧を確保した冷媒分離器に前記冷媒及び冷凍機油を導入し、前記冷媒を一時保留すると共に、前記冷凍機油に溶存している冷媒を気化して分離する工程と、
   前記一時保留した冷媒と、前記冷凍機油から分離した冷媒をポンプにより吸引し、冷媒保持タンクに排出させる工程と、
   前記冷媒保持タンクの内部温度が、前記冷媒の沸点よりもわずかに高い温度に、外部に設けた冷却装置で冷却されたブラインが通過する凝縮器を用いて調整されると同時に、前記冷媒分離器との間に設けた前記ポンプによって所定の圧力に加圧されており、ガス状で導入された前記冷媒が凝縮して液体状態で回収される工程と、を備えたことを特徴とする可燃性冷媒の回収方法。
2. 前記冷凍機油に溶存している冷媒を、前記冷凍機油を減圧状態に維持した前記冷媒分離器内に設けた濡板の表面に沿わせて流動する際に気化させることを特徴とする請求項１に記載の可燃性冷媒の回収方法。
3. 低温機器の冷媒回路を構成する部品に接続して、冷媒及び冷凍機油を吸引するピアシングバルブと、
   前記ピアシングバルブを通じて前記冷媒と同時に回収した前記冷凍機油を保持するとともに、前記冷凍機油に溶存している冷媒を気化させる冷媒分離器と、
   前記ピアシングバルブから回収した前記冷媒と、前記冷凍機油から分離して回収された冷媒とを吸引する吸引機と、
   前記吸引機から排出する際の加圧力に加えて、内部温度が、前記冷媒の沸点よりもわずかに高い温度に、外部に設けた冷却装置で冷却されたブラインが通過する凝縮器を用いて調整されることで前記冷媒を液化・凝縮および保持する冷媒保持タンクとを備えたことを特徴とする可燃性冷媒の回収装置。
4. 前記冷媒分離器内に、回収した前記冷凍機油から冷媒を分離する、表面に空孔または切り起こしを有する濡板を設けたことを特徴とする請求項３記載の可燃性冷媒の回収装置。
5. 前記冷媒保持タンクが、少なくとも、前記冷媒を前記低温機器から回収する際に混入した非凝縮性気体を強制排出するガス排出機構と、液化した冷媒を排出する液冷媒排出機構と、僅かな加圧状態にある回収した冷媒を液化して保持する凝縮器とを備えたことを特徴とする請求項３記載の可燃性冷媒の回収装置。
6. 前記ピアシングバルブと前記吸引機との間に、所定の圧力以上で開放する流入遮断弁を設けたことを特徴とする請求項３記載の可燃性冷媒の回収装置。
7. 前記ピアシングバルブと前記吸引機との間に、所定の回収時間を超過した場合に閉じる流入遮断弁を設けたことを特徴とする請求項３記載の可燃性冷媒の回収装置。

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