JP5666392B2 - 冷媒回収装置及び冷媒回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒回収装置の構造とその装置による冷媒回収方法に関する。

冷凍機や空調機器にはフロンガス等が冷媒として用いられている。フロンガスはオゾン層を破壊して地球環境に悪影響を及ぼす虞のあることから、冷凍機や空調機器の交換或いは、メインテナンスの際には大気に放出させないよう回収容器に回収、処理することが必要となる。冷凍機や空調機器に用いられているフロンガスを回収する場合には、冷凍機や空調機器に滞留しているフロンガスを吸い込んで加圧して回収容器に冷媒を回収する冷媒回収装置が用いられる。

冷凍機や空調機器の内部のフロンガスタンクの中には、飽和状態となった液体のフロンガスと気体のフロンガスとが貯留されており、冷媒回収装置は、フロンガスタンクの気相部分からフロンガスを吸い込んで圧縮して回収容器に移送する。フロンガスの気相部分からフロンガスを吸い込むと、フロンガスタンクの中の気相の圧力が低下するので、液体のフロンガスが蒸発する。その際、蒸発潜熱を奪われるので、フロンガスタンクの中のフロンガスの温度が低下する。この蒸発に必要な熱量は外部環境からフロンガスタンクに供給される程度であれば特に問題にならないが、フロンガスの交換作業時間を短縮しようとしてフロンガスタンクから多量にフロンガスを吸引するとフロンガスタンク内の圧力が急激に低下し、外部環境からの入熱ではフロンガスの蒸発潜熱を補うことができなくなるため、液体のフロンガスが蒸発できなくなってしまう。このため、気体のフロンガスをフロンガスタンクから吸引することができず、結果として冷媒の交換に時間が掛ってしまうという問題があった（例えば、特許文献１参照）。

特開平７-１８０９３１号公報

一方、冷凍機や空調機などから冷媒を回収する作業は、機械が設置されている客先のコンセントからの電源を用いて行うことがほとんどで、コンセントの電気容量が決まっている場合が多い。また、冷媒回収装置の圧縮機は容積式のものが多く、冷媒の回収量を多くする場合には、圧縮機の回転数を上げることが必要となる。しかし、圧縮機の動作状態に関わらず圧縮機の回転数を上げると、圧縮機の消費電力が大きくなりすぎて客先のコンセントの電気容量を超えてしまい、場合によっては、客先の配電盤のブレーカーが動作してしまう場合がある。このため、冷媒回収時間の短縮を図るために圧縮機の回転数を上昇させることができない場合が多い。

そこで、本発明は、冷媒回収装置の使用電力が所定の範囲を超えないように冷媒回収装置のモータの回転数を制御して冷媒回収時間の短縮化を図ることを目的とする。

本発明の冷媒回収装置は、被回収機器の冷媒を回収容器に回収するモータ駆動式の冷媒回収装置であって、動作中の使用電力が略一定となるように、被回収機器の冷媒圧力及び回収容器の圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量とに応じてモータの回転数を変化させること、を特徴とする。

本発明の、冷媒回収装置において、被回収機器の冷媒圧力が変化した際に、圧力が変化する前の被回収機器の圧力と回収容器の圧力との圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、圧力が変化した後の被回収機器の圧力と回収容器の圧力との圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、が略同一となるように、モータの回転数を変化させること、としても好適である。

本発明の、冷媒回収方法は、モータ駆動式の冷媒回収装置を用いて被回収機器の冷媒を回収容器に回収する冷媒回収方法であって、被回収機器の冷媒圧力が変化した際に、圧力が変化する前の被回収機器の圧力と回収容器の圧力との圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、圧力が変化した後の被回収機器の圧力と回収容器の圧力との圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、が略同一となるように、モータの回転数を変化させること、を特徴とする。

本発明は、冷媒回収装置の使用電力が所定の範囲を超えないように冷媒回収装置のモータの回転数を制御して冷媒回収時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における冷媒回収装置の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態における冷媒回収装置の各部の圧力の変化を示すグラフである。 冷媒ガスの圧力に対する比重量の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の冷媒回収装置１００は、内部に入っている冷媒を回収される被回収機である空調機２０から冷媒ガスを吸引して回収容器である回収ボンベ３１に圧送する圧縮機１０と、圧縮機１０を駆動するモータ１１と、モータ１１の回転数を制御するモータ制御装置１２と、を備えている。モータ１１にはコンセントに接続されたプラグ１３を通して駆動電力が供給される。

被回収機である空調機２０の中の冷媒タンク或いは冷媒溜りにはその冷媒圧力Ｐ_Cを検出する圧力センサ２１が設けられている。空調機２０の冷媒溜りと圧縮機１０の入り口とは冷媒吸込み管２５によって接続され、圧縮機１０と冷媒を回収する回収ボンベ３１の入り口とは冷媒吐出管３５によって接続されている。圧縮機１０を駆動するモータ１１は交流モータであり、モータ制御装置１２によってとその回転数がコントロールされるよう構成されている。圧縮機１０は容積式の圧縮機であり、その吐出容量は、回転数に比例する。また、回収ボンベ３１の圧力Ｐ_Bを検出する圧力センサ３２が回収ボンベ３１の直近の冷媒吐出管３５に取り付けられている。

モータ１１の回転数を制御するモータ制御装置１２は、内部にインバータ等の周波数変換のできる電力変換装置であり、インバータを構成するスイッチング素子を内蔵している。インバータのオンオフ動作は内部に設けられたコンピュータによる指令によって行われる。また、内蔵されているコンピュータは、圧力センサ２１，３２からの信号が入力され、内部のメモリに格納した圧力に対する冷媒の比重量のマップに基づいてモータ１１の回転数の指令を出力し、その指令によって内部のスイッチング素子がオンオフ動作してモータ１１の駆動電力の周波数を変更し、これによってモータ１１の回転数を変更するように構成されている。

次に図２を参照して、冷媒回収装置１００によって空調機２０の内部の冷媒溜りにある冷媒を回収ボンベ３１に回収する際の各部の圧力の変化について説明する。図２において一点鎖線ａは、圧力センサ３２によって検出する回収ボンベ３１の圧力Ｐ_Bを示し、実線ｂは、圧力センサ２１によって検出する空調機２０の冷媒溜りの圧力Ｐ_Cを示す。最初、回収ボンベ３１の内部は真空となっているので、図２に示す時間ｔ₀において、その圧力Ｐ_Bは、ゼロとなっている。一方、空調機２０の冷媒溜りには液体の冷媒とガス状の冷媒とが飽和状態で溜まっており、その圧力は、Ｐ_C0となっている。そして、冷媒回収装置１００が始動し、圧縮機１０が空調機２０から冷媒を吸込んで回収ボンベ３１に吐出すると回収ボンベ３１の圧力は次第に上昇していく。一方、空調機２０の冷媒溜りには液体の冷媒とガス状の冷媒とが貯留されているので、ガス状の冷媒が圧縮機１０によって吸い出されても、液体状の冷媒が蒸発するので、冷媒溜りの中の圧力は略一定に保持されている。そして、図２の時間ｔ₀〜時間ｔ₂までの間のように、回収ボンベ３１の圧力Ｐ_Bの方が空調機２０の冷媒溜りの圧力Ｐ_Cよりも低い状態では、圧縮機１０の駆動動力はほとんど必要なく、空調機２０の冷媒溜りの圧力Ｐ_Cと回収ボンベ３１の圧力Ｐ_Bの圧力差によって冷媒は空調機２０の冷媒溜りから回収ボンベ３１に流れていく。

図２に示す時間ｔ₂を過ぎると、回収ボンベ３１の圧力Ｐ_Bが空調機２０の冷媒たまりの圧力Ｐ_Cよりも高くなってくる。すると、空調機２０の冷媒溜りから冷媒を回収ボンベ３１に送るための圧縮機１０の必要駆動力は次第に大きくなってくる。

圧縮機１０の駆動に必要な動力は、
Ｐｏｗｅｒ＝Ａ×γ×Ｑ×ΔＰ×η -------- （式１）
によって表される。ここで、Ａは比例定数、γ（ｋｇ／ｍ³）は冷媒ガスの比重量、Ｑ（ｍ³／ｓｅｃ）は体積流量、ΔＰ（Ｐａ）は昇圧圧力、η（％）は圧縮機の効率である。
また、流量Ｑは圧縮機のシリンダ容量Ｖ₁（ｍ³）、回転数Ｎ（rpm）の掛けたものに比例することからＣを比例定数として、
Ｑ＝Ｃ×Ｖ₁×Ｎ --------- （式２）
となる。式２を式１に代入し、圧縮機１０のシリンダ容積Ｖ₁は一定であり、容積効率ηも略一定であることから、それぞれ、比例定数Ｃとともに定数Ｂに含ませるものとすると、圧縮機１０の駆動に必要な動力は、
Ｐｏｗｅｒ＝Ｂ×γ×Ｎ×ΔＰ -------- （式３）
と表される。

今、図２に示す時間ｔ₃において、圧縮機１０の入口、出口の圧力差即ち、空調機２０の冷媒溜りの圧力Ｐ_C1と回収ボンベ３１の圧力Ｐ_B1との圧力差をΔＰ₂＝Ｐ_B1−Ｐ_C1、冷媒溜り圧力Ｐ_C1の際の冷媒の比重量をγ_C1とすると、圧縮機１０を回転数Ｎ₁で駆動する際の必要駆動力Ｐｏｗｅｒ₁は、
Ｐｏｗｅｒ₁＝Ｂ×γ_C1×Ｎ₁×ΔＰ₂ -------- （式４）
で表される。
また、図２に示す時間ｔ₄において、空調機２０の冷媒溜りの圧力がＰ_C1からＰ_C2に低下し、回収ボンベ３１の圧力がＰ_B1からＰ_B2に上昇した場合、空調機２０の冷媒たまりと回収ボンベ３１との圧力差はΔＰ₃＝Ｐ_B2−Ｐ_C2となる。そして、冷媒溜り圧力Ｐ_C2の際の冷媒の比重量をγ_C2とすると、圧縮機１０を回転数Ｎ₂で駆動するのに必要駆動力Ｐｏｗｅｒ₂は、
Ｐｏｗｅｒ₂＝Ｂ×γ_C2×Ｎ₂×ΔＰ₃ -------- （式５）
となる。
式３からわかるように、圧縮機の必要駆動力は回転数Ｎが一定の場合には、必要動力は、冷媒の比重量γと空調機２０の冷媒溜まりの圧力Ｐ_Cと回収ボンベの圧力Ｐ_Bとの差であるΔＰ＝（Ｐ_B−Ｐ_C）＝（γ×ΔＰ）に比例する事となる。

一方、図３に示すように圧力に対する冷媒の比重量γ（ｋｇ／ｍ₃）は圧力が低くなるに従って、小さくなってくることから、従来の冷媒回収装置のように初期の最大必要駆動力が発生する時期に合わせてモータ１１、圧縮機１０の回転数Ｎを一定とした場合、空調機２０の冷媒溜りの中の圧力Ｐ_Cが低下するにしたがって、必要な駆動力も小さくなり、それに従って圧縮機１０が回収ボンベ３１に移送する冷媒流量（質量流量）が小さくなり、冷媒回収に時間が掛かってしまう場合があった。この場合、圧縮機１０の駆動動力は当初の駆動動力よりも小さくなっているので、プラグ１３の接続されるコンセントの電気容量に対して余裕を持つこととなる。そこで、圧縮機１０の必要動力が常に略一定となるようにモータ１１の回転数Ｎを変化させることが好ましい。

式４、式５で示される各状態での圧縮機１０の必要駆動力が同一になるようにモータ１１の回転数、即ち圧縮機１０の回転数を変化させるとすると、
Ｐｏｗｅｒ₁＝Ｐｏｗｅｒ₂
即ち、
Ｂ×γ_C1×Ｎ₁×ΔＰ₂＝Ｂ×γ_C2×Ｎ₂×ΔＰ₃
これから
Ｎ２＝（γ_C1×ΔＰ₂）／（γ_C3×ΔＰ₃）×Ｎ₁ -------- （式６）
となるように、圧縮機１０或いはモータ１１の回転数Ｎを変化されば良いこととなる。

図３に示すように、圧力に対する冷媒の比重量γ（ｋｇ／ｍ₃）は物理特性として決まっているので、モータ制御装置１２は、圧力センサ２１によって取得した空調機２０の冷媒溜りの圧力Ｐ_Cと内部のメモリに格納した図３に示す圧力に対する冷媒の比重量のマップからその圧力の際の冷媒の比重量を計算する。そして、モータ制御装置１２は、圧力センサ３２から取得した回収ボンベ３１の圧力Ｐ_Bと圧力センサ２１によって取得した空調機２０の冷媒溜りの圧力Ｐ_Cとから圧力差ΔＰを計算し、式６に従ってモータ１１の回転数Ｎ₁を変化させることによって常に同一の駆動力によって圧縮機１０を駆動することができる。

この場合、空調機２０の圧力が低下するに従って、モータ１１の回転数が次第に上昇するが、冷媒の比重量γが低下するので、モータ１１の消費する駆動電力は略一定に保持される。このため、図２に二点鎖線Ｃで示す従来技術で回転数Ｎを一定とした際よりも図２の実線ｂの様に空調機２０の冷媒溜りの圧力Ｐ_Cを早く低下させて、冷媒の回収時間を短縮することができる。また、モータ１１の使用電力が一定となるので、プラグ１３の接続されるコンセントの電気容量を超えたりすることがなく、安定して冷媒の回収を短時間に行うことができる。

以上説明したよう、本実施形態では、冷媒回収装置の使用電力が所定の範囲を超えないように冷媒回収装置のモータの回転数を制御して冷媒回収時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。

１０ 圧縮機、１１ モータ、１２ モータ制御装置、１３ プラグ、２０ 空調機、２１，３２ 圧力センサ、２５ 吸込み管、３１ 回収ボンベ、３５ 冷媒吐出管、１００ 冷媒回収装置。

Claims (3)

1. 被回収機器の冷媒を回収容器に回収するモータ駆動式の冷媒回収装置であって、
   動作中の使用電力が略一定となるように、被回収機器の冷媒圧力及び回収容器の圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量とに応じてモータの回転数を変化させること、
   を特徴とする冷媒回収装置。
2. 請求項１に記載の冷媒回収装置であって、
   被回収機器の冷媒圧力が変化した際に、
   圧力が変化する前の被回収機器の圧力及び回収容器の圧力の圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、
   圧力が変化した後の被回収機器の圧力及び回収容器の圧力の圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、が略同一となるように、モータの回転数を変化させること、
   を特徴とする冷媒回収装置。
3. モータ駆動式の冷媒回収装置を用いて被回収機器の冷媒を回収容器に回収する冷媒回収方法であって、
   被回収機器の冷媒圧力が変化した際に、
   圧力が変化する前の被回収機器の圧力及び回収容器の圧力の圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、
   圧力が変化した後の被回収機器の圧力及び回収容器の圧力の圧力差と、被回収機器の残留冷媒の比重量と、モータの回転数とを掛け合わせた数値と、が略同一となるように、モータの回転数を変化させること、
   を特徴とする冷媒回収方法。

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