JP5606732B2 - 冷媒回収装置 - Google Patents
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Description
一方、万が一、気密不良などにより圧縮式冷凍機内に通常の範囲を超える大量の不凝縮ガスが漏入し、冷凍機内部の圧力、特に運転時の高圧部の圧力が、冷凍機の許容圧力を超えるような場合には、安全装置が作動して冷凍機の起動が困難となるため、前記冷凍機に備え付けの抽気回収装置を作用させることも困難となり、自力での回復が困難となる。このような場合には、例えば冷凍機に冷媒回収装置を接続し、冷凍機の気相部分から不凝縮ガスを含んだ冷媒ガスを抽出して冷媒回収装置に取り込み、冷媒のみを凝縮液化して再び冷凍機内に戻すように構成して、冷媒回収装置を運転することにより、冷凍機内の圧力が環境温度に相当する冷媒の飽和圧力に近づくので、再び冷凍機の自力運転が可能となり、前記冷凍機に備え付けの抽気回収装置を作用させることも可能となり、自力での回復が可能となる。
しかし、前記冷媒回収装置内に滞留し蓄積した不凝縮ガスを外部に排出する際には、前記冷凍機に備え付けの抽気回収装置内に滞留し蓄積した不凝縮ガスを外部に排出する場合と同様に、不凝縮ガス中に含まれる冷媒ガスの分圧相当の冷媒ガスが、不凝縮ガスに同伴されて外部に排出されるという問題があった。
図9は、従来の冷媒回収装置の概略構成を示す図であり、図1は、前記冷媒回収装置と圧縮式冷凍機及び冷媒回収容器との接続状況を示す図である。図示するように、冷媒回収装置50は、小形凝縮器1、真空ポンプ6、圧力スイッチ4、電磁弁5、冷却水ポンプ7等を具備する。小形凝縮器1は、コンデンサ室1aとフロート弁室1bの上下2室に分かれており、コンデンサ室1aはコンデンサとして作用し、冷凍機100と小形凝縮器1との間を、真空ポンプ6を備えた連絡配管9によって連通している(いの経路である)。
該フロート弁室1bに一定量以上の冷媒液が溜まると、フロート弁3が開いて冷媒液は連絡配管11に接続された冷媒回収容器106に回収される(にの経路である)。このとき、不凝縮ガスはそのまま小形凝縮器1内に残るため、次第に蓄積され小形凝縮器1内の圧力が上昇する。
上記構成の冷媒回収装置においては、小形凝縮器1のコンデンサ室1aを冷却する冷却コイル2内部を流れる冷却水温度は、真空ポンプ6により圧送された冷媒ガスが凝縮液化するのに十分な温度であればよく、小形凝縮器1内の圧力は、そのときの温度に相当する冷媒の飽和圧力と、含まれる不凝縮ガスの分圧との合計となる。その結果、小形凝縮器1内に溜まった不凝縮ガス中には多くの冷媒ガスが残留しており、即ち冷媒ガスの分圧が高いため、不凝縮ガスを大気中に排出する際に、多くの冷媒ガスも同時に大気中に排出されていた。
なお以下、本明細書の記述で、冷媒の「脱着」とは「吸着」の逆の意味であり、冷媒吸着材に吸着された冷媒が、該冷媒吸着材から離脱するという意味で用いる。
前記従来技術の冷媒回収装置の実施例として株式会社荏原製作所の従来製品のカタログを示す。
株式会社荏原製作所 カタログ番号CR1101JC Y−FRU型ポータブルフロン回収装置"HOZONE"
前記冷媒回収装置において、前記吸着タンクには、冷媒吸着材の温度を制御する温度制御器を備えることができ、また、該吸着タンクには、該タンクの周囲を囲むダクト、冷媒吸着材を冷却する冷却用ファン、又は、内部に拡大伝熱面としてのフィンを備えることができ、さらに冷媒吸着材としては、揮発性溶剤ガス回収用の活性炭を用いることができる
。
本発明によれば、冷媒ガスを含む不凝縮ガスを前記冷媒回収装置の外部に、例えば大気中に排出する前に、前記ガスの全量が吸着タンク内に充填された、例えば顆粒状固体である冷媒吸着材の隙間を通過するように構成できるので、冷媒の大部分は前記吸着材に吸着される結果、冷媒回収装置から外部に排出される不凝縮ガスの中に残留する冷媒ガスは極めてわずかな量となり、冷媒の大気中への排出が効果的に抑制でき、冷媒の損失がほとんど無く、経済的で且つ環境に対しても好ましい運転ができる冷媒回収装置を提供できる。
また、前記小形凝縮器内に残留し蓄積された冷媒ガスを含む不凝縮ガスを、接続配管(A)の開閉弁を所定の時間だけ開いて吸着タンクに移送するが、その時点で小形凝縮器内に存在する冷媒ガス量は有限量であるから、吸着タンクの冷媒吸着材には有限量の冷媒を吸着させることになる。そして、通常では吸着タンクに移送された不凝縮ガスの分圧にほぼ相当する値だけ小形凝縮器の圧力が下がるから、小形凝縮器内の圧力は再び一定値を下回る値にまで下降する。
なお、前記した冷媒吸着材からの冷媒脱着操作は、冷媒ガスを含む不凝縮ガスを接続配管(B)から外部に排出するたびに行っても良いし、不凝縮ガスを接続配管(B)から外部に排出する操作を複数回行うごとに1回行うようにしても良い。どちらが好ましいかは、例えば小形凝縮器内に存在する冷媒ガスの質量と冷媒吸着材の最大吸着冷媒質量との関係など設計条件にもよるから一概には言えない。しかし、本発明の主旨である、環境への影響度をより低減させるためには、例えば一つの指標として、冷媒脱着操作に要する投入エネルギーに相当するCO2排出量と、脱着して回収する冷媒量にGWP(地球温暖化係数)を掛けて求まるCO2相当量とを比較して、よりCO2削減効果が得られるように設計することが好ましい。
冷媒吸着材は、図7−1及び図7−2に示すように、冷媒吸着材と冷媒の種類、及び温度により冷媒を吸着できる容量に限界があるので、その吸着材を再使用するためには冷媒を脱着する必要がある。冷媒吸着材から冷媒を脱着する際には、冷媒吸着材が置かれた環境圧力を低くすると共に、該吸着材を加熱することにより、吸着時の温度より相当程度高い温度まで高めることで効果的且つ十分な脱着ができる。即ち、吸着時の温度における吸着限界量と脱着時の温度における吸着限界量との差が、実用上有効となる吸着容量とみなすことができる。ところで、加熱した結果吸着材が到達する温度が低すぎると、冷媒の十分な脱着ができない。他方、到達温度が過度に高い場合には、吸着材及び冷媒が変質したり加熱に要するエネルギーが過大になるなどの不具合が出る。そこで、上記のように、サーモスタットなどの温度制御器を備えることにより、冷媒吸着材を加熱したときにその到達温度を所望の温度範囲内に維持するように制御すれば、効果的且つ十分な脱着が実現でき、同一の冷媒吸着材を繰り返し使用することが可能になる。
冷媒吸着材に吸着された冷媒を脱着して回収する際には、吸着タンクの表面温度は高温となり、人が触れると火傷を負う危険があるため、容易に人が触れることのないように配慮する必要がある。しかし、仮に吸着タンクの周囲に保温材を設置した場合には、保温材の熱容量が加わる分だけ、脱着時の温度に到達するまでに要する投入エネルギー量が増大する。一方、加熱され冷媒を脱着された冷媒吸着材は、常温に戻ることで再び冷媒吸着力を回復する。ところで、通常の態様では冷媒吸着材は、吸着タンク等の容器の中に収納されており、冷媒回収装置の周囲温度は室温であるから、室温の環境に対して放熱して吸着材の温度を下げることになる。しかし、例えば自然放熱では、冷却のために長時間を要することになる。加えて保温材を設置した場合には、さらに冷却が困難となる。
冷媒の吸着時には、発熱を伴い冷媒吸着材の温度が上昇する。このため、例えば気密性の低下した冷凍機から、全ての冷媒を一旦冷媒回収容器に回収する必要が生じた場合のように、一度に大量の冷媒ガスから不凝縮ガスを分離する必要がある場合等において、単位時間あたりの冷媒吸着量が非常に大きくなる場合には、本発明のように冷却用ファンをさらに備え、空気流を生じさせて吸着タンクを強制空冷することにより、冷媒吸着材の温度上昇を抑制することが可能である。
また、冷媒の脱着時には、加熱されて冷媒を脱着された冷媒吸着材は、常温に戻ることで再び冷媒吸着力を回復する。ところで、通常の態様では、冷媒吸着材は吸着タンク等の容器の中に収納されており、冷媒回収装置の周囲温度は室温であるから、室温の環境に対して放熱して吸着材の温度を下げることになる。しかし、例えば自然放熱では、冷却のために長時間を要することになる。そこで、本発明のように、冷却用ファンをさらに備え、空気流を生じさせて強制空冷することにより、実用的な時間内での冷媒吸着材の冷却が可能となる。なお、冷却効率の更なる改善を図るため、例えば吸着タンクの周囲に放熱用のフィンを設けたり、吸着タンクの周囲をダクトなどで囲って、自然対流及び/又は強制空気流が効果的に吸着タンクの近傍を流れるようにしても良い。
冷媒吸着材は、一般的に熱伝導率が低く、加熱再生時に速やかにかつ均一に温度を上昇させることや、冷却時に速やかに均一に冷却させることが難しい。そこで、前記吸着タンクの内部に拡大伝熱面としてのフィン、さらにはフィンを有するヒートシンクを設けることにより、該冷媒吸着材の単位体積あたりの伝熱面積を広げかつ伝熱距離を縮小することが可能となるので、均一且つ速やかな加熱、冷却を行うことができる。また、該ヒートシンクは、アルミ製さらにはアルミ鋳物製とすることが好ましく、これによりフィン効率の向上、軽量化及び効果的なフィン形状及び配置の実現が容易となる。
さらに、該ヒートシンクをアルミ鋳物製とする場合には、吸着タンクと一体化して製作することも可能となり、製造コストの低減が可能となる。なお、本明細書においては説明の便宜のために、「ヒートシンク」という語を通常の「放熱器」の意味に加え、熱を供給する「給熱器」の意味も含めて用いる。本発明におけるヒートシンクは、冷媒吸着材の冷却時のほかに加熱時にも効果的に機能するからである。
吸着作用は、被吸着ガスと吸着材との相互の分子間力によって、吸着材表面の微細な穴に被吸着ガスの分子が引き止められる現象である。このため、被吸着ガスの分子の極性と吸着材の分子の極性との適合性、及び、被吸着ガスの分子の大きさと吸着材表面の微細な穴の大きさとの適合性が、吸着能力及び脱着能力に影響を及ぼす。また、圧縮式冷凍機の冷媒回収装置のように、密閉経路で運転を行いながら被吸着ガスを回収し、吸着材共々再使用するためには、前記冷媒脱着時の吸着材到達温度範囲において、再び相互の分子間力を断ち切って脱着作用を起こし得るものでなければならないばかりでなく、被吸着ガスと吸着材とが化学反応を起こしたり変質したりしてはならない。
このため、冷媒吸着材の選定に際しては、冷媒ガスとの適合性を十分に検証する必要がある。本発明では、前記冷媒吸着材は冷媒ガスとの適合性を十分に検証した上で、揮発性溶剤ガス回収用の活性炭を用いることにより所望の効果を実現することができることを確認した。
図1は、本発明にかかる冷媒回収装置とターボ冷凍機及び冷媒回収容器の接続状況を示す図であり、冷媒回収装置の詳細については、図2による。図2は、本発明にかかる冷媒回収装置の一例を示す全体構成図である。図1及び図2に記載の記号い、ろ、は、に、は、同一の記号が付されている部分が、相互に接続される部分であることを示している。なお、本発明を説明する各図において、バルブ記号を塗りつぶして示したものは、当該バルブの閉状態を示し、バルブ記号が白抜きのままのものは、開状態を示す。
ターボ冷凍機及び冷媒回収容器と、冷媒回収装置との相互連絡部分から説明する。これらの部分については、図9の従来例と同等であるので簡略に説明する。即ち、冷媒回収装置50の小形凝縮器1は、ターボ冷凍機の熱源を構成する冷却水の一部を用いて冷却される。即ち、ターボ冷凍機の凝縮器101の冷却水配管104から、冷却水の一部を連絡配管12を用いて取り出し、ポンプ7により小形凝縮器1内に設置された熱交換器である冷却コイル2に向けて圧送される(ろの経路である)。なお、前記冷却コイル2に導入する冷却媒体は、ターボ冷凍機の冷却水の代わりに、ターボ冷凍機の冷水や一般水道水その他を用いても良いが、ここではターボ冷凍機の冷却水を用いた例で説明する。
小形圧縮機又は真空ポンプ6によって、冷凍機100から不凝縮ガスを含む冷媒ガスが、連絡配管9を通り小形凝縮器1内に流入する(いの経路である)。コンデンサ室1a内で冷媒ガスは、凝縮液化したのちフロート弁室1bに流れる。該フロート弁室1bに一定量以上の液冷媒が溜まると、フロート弁3が開いて冷媒は冷媒回収容器106に回収される(にの経路である)。一方、不凝縮ガスはコンデンサ室1a内に滞留し、次第に蓄積していく。
なお、小形凝縮器1内の圧力を検出するための導圧配管が、小形凝縮器1から取り出されて圧力スイッチ4に接続されている。
以上に記述した内容は、従来例と同等である。
本発明の冷媒回収装置の冷媒ガス回収運転に関し、図3を用いて説明する。
図3において、動作に関連する部分の流路は太い実線で表示し、以降の他の図面においても同様にする。冷媒回収運転時において、通常は図3に示す運転を行なう。上述した通り、冷媒回収運転中には、冷凍機100から連絡配管9を経由して、小形圧縮機又は真空ポンプ6により不凝縮ガスを含む冷媒ガスが、小形凝縮器1に圧送され、その内の冷媒ガスは、コンデンサ室1aにおいて冷却コイル2により冷却・液化され、フロート弁室1b、フロート弁3、連絡配管11を経由して冷媒回収容器106に回収される。一方、不凝縮ガスは、コンデンサ室1a内に次第に蓄積し、小形凝縮器1の内圧が徐々に上昇する。
なお、小形凝縮器1及び吸着タンク63内の圧力は、大気圧以上となるよう、圧力スイッチ4の動作圧力を選定することが望ましい。このようにすることで、不凝縮ガスを吸着タンク63と大気圧との圧力差により、大気中に排出することができる。換言すれば、前記圧力が常に大気圧以上であるならば、圧力スイッチ4の動作圧力は、冷媒回収装置の設計圧力の範囲で自由に選定できる。
なお、前記の冷媒吸着材60からの冷媒の脱着の説明では、図5において電磁弁5を閉にした態様について説明したが、接続配管54にはオリフィス57が設置されているから、小形凝縮器1から吸着タンク63への接続配管54を経由するガスの流れは絞られて、小形圧縮機又は真空ポンプ6の吐出流量に比べてわずかであるので、電磁弁5を開状態にして上記冷媒脱着操作をしても良い。このように、冷媒ガスの一部が循環しても、回収できる冷媒量には顕著な影響は与えない。
一方、冷媒脱着動作の前に、電磁弁52を開にして吸着タンク63内に残留している不凝縮ガスを機外へ排出すれば、不凝縮ガスを小形凝縮器1に逆送することがなくなるから、より好ましい。なお、初期状態において、既にある程度の水分を含む冷媒吸着材を用いる際には、使用前に吸着材を十分に(冷媒脱着再生温度以上、活性炭の場合にあっては130℃ないし150℃が望ましい)加熱して、真空引きし乾燥させておくと良い。
冷媒吸着材60の冷却操作について、図6を用いて説明する。吸着した冷媒の脱着のため、冷媒吸着材60は前記のようにヒータ58により昇温されるが、再び冷媒吸着能力を取り戻すためには、冷媒吸着材60の温度を冷媒回収装置の周囲環境温度程度にまで冷やす必要がある。このため、次の操作が必要になる。本冷却工程においては、制御部14はファン62に対して起動指令を出す。
図8は、内部に拡大伝熱面としてのフィン65を有するヒートシンクを一体に設けた吸着タンク63の断面形状の一例を示す。
以上に説明した通り、本発明による冷媒回収装置によれば、冷媒回収装置から大気中に排出される不凝縮ガスに同伴して大気中に漏れ出る冷媒量を、冷媒吸着材を用いて極限まで減少することができる。また、前記冷媒吸着材は、好適に再生されて反復使用でき、かつ前記冷媒吸着材を再生する際に、冷媒を回収して冷媒回収容器に戻すことが可能な冷媒回収装置を提供することができる。
Claims (6)
- 蒸発器、凝縮器、圧縮機及びこれを駆動する原動機を備え、冷媒を作動媒体として運転する圧縮式冷凍機に接続して用いる冷媒回収装置であって、内部に熱交換器を有する小型凝縮器と、該小型凝縮器と前記圧縮式冷凍機とを真空ポンプを有する連絡配管で接続し、該圧縮式冷凍機からの冷媒ガスを前記真空ポンプの運転により前記小型凝縮器内に導入すると共に、該導入した冷媒ガスを前記小型凝縮器に冷却媒体を導いて冷却して凝縮液化し
、該液化した冷媒を前記小型凝縮器に連絡配管を介して接続した冷媒回収容器に回収するように構成した圧縮式冷凍機の冷媒回収装置において、前記冷媒回収装置は、冷媒吸着材及び該冷媒吸着材加熱用ヒータを有する吸着タンクと、前記小型凝縮器と該吸着タンクとを接続する開閉弁及びオリフィスを有する接続配管(A)とを有し、前記吸着タンクには
、外部排出口を接続した開閉弁を有する接続配管(B)と、前記小型凝縮器へ向けて冷媒ガスと該冷媒ガスに同伴される不凝縮ガスとを移送する真空ポンプ及び開閉弁を有する接続配管(C)と、前記各開閉弁及び冷媒吸着材加熱用ヒータを制御する制御部を有し、該制御部は、吸着時には、前記小形凝縮器内の圧力を検知する圧力スイッチの内圧低下により、前記接続配管(A)の開閉弁を閉じ、小形凝縮器内に蓄積された不凝縮ガスの排出を完了し、脱着時には、前記吸着材加熱用ヒータを用いて前記冷媒吸着材を加熱して冷媒をガスとして脱着し、該冷媒ガスを前記接続配管(C)の開閉弁を開き真空ポンプを運転して該接続配管(C)を経由して吸着タンクから小形凝縮器へ移送する構成としたことを特徴とする冷媒回収装置。 - 前記吸着タンクには、冷媒吸着材の温度を制御する温度制御器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の冷媒回収装置。
- 前記吸着タンクには、該タンクの周囲を囲むダクトを備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の冷媒回収装置。
- 前記吸着タンクには、冷媒吸着材を冷却する冷却用ファンを備えたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の冷媒回収装置。
- 前記吸着タンクには、内部に拡大伝熱面としてのフィンを備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷媒回収装置。
- 前記冷媒吸着材は、揮発性溶剤ガス回収用の活性炭であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷媒回収装置。
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