JP5800562B2 - 冷凍空調機の不良原因推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍空調機の診断方法、および、冷凍空調機の不良原因推定方法に関する。

冷凍空調機の冷媒回路では、作動流体として冷凍機油と冷媒が使用されている。冷凍機油と冷媒の劣化は、温度が高いほど進行が早く、例えば圧縮機内の摩擦熱で高温になる摺動部で多く生じる。また、冷凍機油中の添加剤（磨耗防止剤、酸化防止剤など）も同様に熱劣化する。このような劣化物は冷凍機油や冷媒に対して不溶であり、一般にスラッジと呼ばれる。このスラッジが多量に発生すると冷媒回路内において流路断面積の小さい毛細管やニードル弁などで流路閉塞を起こすことがある。このような状況になると流路抵抗が増大して冷媒の循環量が低下し、冷凍能力が低下する。

以上のように、冷凍空調機の材料の劣化により発生するスラッジは冷凍空調機に重大な不具合を発生させる要因となる。このようなスラッジ発生の有無を調べる技術は皆無であり、スラッジ発生の有無を調べるためには機器を解体し、冷凍機油や配管を取り出して判断しなければならない。このため、機器を解体することなく、比較的容易に採取できる冷媒から冷凍空調機の異常を診断する技術が必要である。

冷媒を採取することによる冷凍空調機の構成材料の劣化診断方法としては、例えば、特許文献１（特開２００８−１７５７５１号公報）に開示された技術が挙げられる。特許文献１には、冷媒の劣化により生成し、冷媒中に含まれるハロゲンイオンの濃度を測定した結果、または、ハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定した結果により、冷媒の劣化の程度を診断する技術が開示されている。

しかしながら、生成したハロゲンイオンは冷媒中に溶存して、機器の構成材料を腐食し、さらには地絡を生じさせることとなるため、冷凍空調機を長期間、安定して運転するには、ハロゲンイオンが発生する前の段階で機器の異常を診断する必要がある。

特開２００８−１７５７５１号公報

本発明は、冷凍空調機を解体することなく、冷凍空調機から比較的容易に採取できる冷媒を採取・分析することにより、ハロゲンイオンが発生する前の段階で機器の異常を診断することのできる冷凍空調機の診断方法を提供することを目的とする。

本発明は、冷凍空調機の冷媒中から、前記冷媒の分解により生成する特定化合物が検出された場合に、前記冷凍空調機が異常であると判断する、冷凍空調機の診断方法である。

前記冷凍空調機の診断方法は、加熱容器に冷媒のみを封入して行った冷媒分解試験の結果と、加熱容器に冷媒および空気を封入して行った冷媒分解試験の結果とから、前記特定化合物を決定する工程を含むことが好ましい。

前記特定化合物は、メタン、エチレン、トリフルオロメタン、トリフルオロエタン、１，
２−ジフルオロエテン、フルオロエテン、１，１，２−トリフルオロエタン、３，３，３−トリフルオロプロペン、トリフルオロ酢酸、１，１，１−トリフルオロプロパン−２−オン、および、メチルトリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

前記冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であることが好ましい。
また、本発明は、冷凍空調機の冷媒中から、前記冷媒の分解により生成する特定化合物のうち酸素原子を有する特定化合物が検出された場合に、冷凍空調機の冷媒回路内に空気が混入したと判断する、冷凍空調機の不良原因推定方法にも関する。

前記冷凍空調機の不良原因推定方法は、加熱容器に冷媒のみを封入して行った冷媒分解試験の結果と、加熱容器に冷媒および空気を封入して行った冷媒分解試験の結果とから、前記特定化合物を決定する工程を含むことが好ましい。

前記酸素原子を有する特定化合物は、トリフルオロ酢酸、１，１，１−トリフルオロプロパン−２−オン、メチルトリフルオロアセテートからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

前記冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であることが好ましい。

本発明によれば、冷媒の分解により生成する特定化合物を検出することで、冷凍空調機を解体することなく、ハロゲンイオンが発生する前の段階で機器の異常を診断することができる。また、冷凍空調機に使用される冷媒、冷凍機油などの経年劣化や冷媒回路内におけるスラッジ発生の有無を判断することもできる。

さらに、冷媒の分解生成物の中から酸素原子を有する特定化合物が検出されることを指標とすれば、冷凍空調機の不良原因が冷媒回路内に空気が混入したことによるものであると判断することができる。

実施の形態１における冷媒の分解と分解生成物との関係を示すグラフである。

本発明において、冷凍空調機は、冷媒回路において、作動流体として少なくとも冷媒が使用されたものである。作動流体としてさらに冷凍機油などが使用されていてもよい。冷媒は、好ましくはハロゲン化炭化水素であり、より好ましくはＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒である。ＨＦＣ系冷媒としては、例えば、ＨＦＣ４１０Ａ、ＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ３２が挙げられる。ＨＦＣ系冷媒の分解生成物としては、例えば、トリフルオロメタン、トリフルオロエタン、１，２−ジフルオロエテン、フルオロエテン、１，１，２−トリフルオロエタン、３，３，３−トリフルオロプロペン、トリフルオロ酢酸、１，１，１−トリフルオロプロパン−２−オン、メチルトリフルオロアセテートが挙げられる。冷媒は、このような分解生成物（特定化合物）に分解し、これらの化合物がさらに分解することで、フッ化水素などのハロゲンイオン化する物質が生成すると考えられる。したがって、これらの特定化合物の内の少なくとも１種を冷媒中から検出することにより、ハロゲンイオンが発生する前の段階で冷凍空調機の異常を診断することができる。

特定化合物は、種々公知の方法で検出することができ、例えば、ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）を用いた方法により検出することができる。なお、本発明における特定化合物には、ハロゲンイオンは含まれない。

本発明の冷凍空調機の診断方法および冷凍空調機の不良原因推定方法においては、加熱容器に冷媒を封入して行った冷媒分解試験の結果から、特定化合物を決定する工程を含むことが好ましい。さらに、加熱容器に冷媒のみを封入して行った冷媒分解試験の結果と、加熱容器に冷媒および空気を封入して行った冷媒分解試験の結果とから、前記特定化合物を決定する工程を含むことがより好ましい。なお、ここでいう冷媒とは、診断の対象となる冷凍空調機に使用される冷媒と同じ種類の冷媒であればよく、冷凍空調機からサンプリングした冷媒である必要はない。

＜実施の形態１＞
上述のように、本発明は、冷媒の分解により生成する特定化合物を検出することで、冷凍空調機の異常を診断する方法である。しかしながら、各種の冷媒の分解生成物が具体的に何であるかは明らかではないため、まずは、冷凍空調機に用いられている冷媒の分解によって、どのような化合物が生成するかを調べる必要がある。冷媒の分解生成物を見つけるためには、以下のような冷媒分解試験が最適である。

（冷媒分解試験）
冷媒分解生成物を見つけるために行った実験を以下に説明する。ＳＵＳ配管をつなぎ合わせて作成した１０ｃｃの加熱容器内に、ＨＦＣ系冷媒のみを封入したガスを試料Ａとする。また、ＨＦＣ系冷媒と空気を等量で調整したガスを容器に封入したものを試料Ｂとする。これらの試料を２００℃で所定の時間加熱した。加熱後の容器を室温まで冷却した後、容器内のガスをガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）で分析した。

図１に、ＨＦＣ系冷媒としてＨＦＣ３２を用いた試料Ｂについて、上記の方法で所定時間（２４、４８、７２、９６時間）加熱した場合における、分解した冷媒量と冷媒分解生成物量との関係を示す。分解した冷媒のモル数は、ＧＣ／ＭＳにより得られた加熱前後の冷媒のピーク面積値から求めた容器内の冷媒濃度から算出した。

図１に示すように、分解した冷媒量が増加するに従って、冷媒分解生成物の量も増加する。このように冷媒分解生成物の量を測定することにより、冷媒の分解の度合いを判断することができる。

また、表１に、２００℃で９６時間加熱した場合の試料Ａと試料Ｂにおいて発生した冷媒分解生成物をまとめた。表１に示す数値は、ＧＣ／ＭＳのピーク面積値である。

表１に示すように、試料Ａから、トリフルオロメタントリフルオロエタン、１，２−ジフルオロエテン、フルオロエテン、１，１，２−トリフルオロエタン、および、３，３，３−トリフルオロプロペンの５種類の化合物が発生することが分かった。試料Ｂからは、これら５種類の化合物に加えて、トリフルオロ酢酸、１，１，１−トリフルオロプロパン−２−オン、および、メチルトリフルオロアセテートの３種類の化合物が発生した。これら３種類の化合物は、酸素原子を有する化合物であり、試料Ｂのように冷媒と酸素が共存しなければ発生しない。このため、このような酸素原子を有する化合物が検出された場合、冷媒回路内に空気が混入して生成したことを推定できる。

また、冷凍空調機の冷媒が異なれば発生する分解生成物も異なると考えられるため、冷媒の種類ごとにこの冷媒分解試験を実施することが好ましい。

＜実施の形態２＞
（冷媒分解生成物と冷凍機油の劣化の関係）
本実施の形態では、冷媒分解生成物と冷凍機油の劣化との関係について調べるために行った実験を、以下に記す。試験方法はＪＩＳ Ｋ ２２１１に準拠し、鉄、銅およびアルミニウムを触媒としてシールドガラスチューブ試験を行い、２００℃で長期間保持した。試験後、これらの試料の冷媒をガスクロマトグラフ質量分析装置で分析し、スラッジの有無、冷凍機油の変色、および触媒の外観変化を観察した。なお、試料１では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒を使用し、冷凍機油はエステル系冷凍機油を使用した。試料２では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒に空気を混入させたものを使用し、冷凍機油としてエステル系冷凍機油を使用した。得られた結果を表２に示す。

表２の「冷媒分解生成物」の欄中には検出された冷媒分解生成物を示す。「スラッジ」の欄中、Ａはスラッジの発生が認められなかったことを、Ｂはスラッジの発生が認められたことをそれぞれ意味する。「冷凍機油の変色」の欄中、Ａは冷凍機油の変色がなかったことを、Ｂは冷凍機油が変色したことを意味する。また、「触媒の外観変化」の欄中、Ａは触媒の外観変化が認められなかったこと、Ｂは触媒の外観変化が認められたことをそれぞれ意味する。このように、冷媒分解生成物が検出された場合、冷凍機油の劣化が確認された。また、試料２については、触媒の外観変化が確認された。空気が混入した場合は、トリフルオロ酢酸のような金属腐食性の化合物が生成するため触媒の外観変化が確認されたと考えられる。このように、冷媒回路において、空気の混入を判断する技術が重要であることが分かる。

＜実施の形態３＞
以上では、冷媒の分解により生成する特定化合物を決定する方法、冷媒回路内に空気が混入することで酸素原子を有する特定化合物が発生すること、および、冷媒の分解と冷凍機油の劣化について説明した。これらの説明に基づいて、以下のような工程で冷媒と冷凍機油の劣化を診断することができる。

（工程１）
実施の形態１に記載した冷媒分解試験により、冷媒の分解により生成する特定化合物を決定する。この工程１は、冷媒のみを分解させる試験と、冷媒に空気を混入させて分解させる試験の２種類の冷媒分解試験から成ることを特徴とする。

（工程２） 冷凍空調機の異常を診断する工程
実機（運転中の冷凍空調機）から採取した冷媒について、前記工程１で決定した特定化合物を検出し、特定化合物が検出された場合は異常であると判断する。

（工程３） 冷凍空調機の不良原因を推定する工程
前記工程２で検出された特定化合物の中に酸素原子を有する特定化合物が検出された場合は、冷媒回路内に空気が混入していると推定する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (2)

1. 冷凍空調機の冷媒中から、前記冷媒の分解により生成する特定化合物が検出された場合に、冷凍空調機の冷媒回路内に空気が混入したと判断する、冷凍空調機の不良原因推定方法であって、
   前記特定化合物は、１，１，１−トリフルオロプロパン−２−オン、および、メチルトリフルオロアセテートの少なくともいずれかである、冷凍空調機の不良原因推定方法。
2. 前記冷媒は、ＨＦＣ系冷媒である、請求項１に記載の冷凍空調機の不良原因推定方法。

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