JP7187004B2 - 冷媒処理装置及びマニホールドゲージ - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 平成30年2月27日に展示会「HVAC&R JAPAN 2018(ヒーバックアンドアールジャパン)第40回冷凍・空調・暖房展」にて発表。
本発明は、車両用空調システム内などに充填されている冷媒を回収し、回収した冷媒を再生処理し、再生した冷媒を空調システム内に戻すといった処理を行う冷媒処理装置及び冷媒処理装置の一部として、または独立に設けられる、空調システム内の圧力を計測するマニホールドゲージに関する。
カーエアコンに使用される冷媒の代表的なものとしてHFC-134a(R134a)が採用されているが、近年、温暖化係数(GWP)の少ない冷媒として、HFO-1234yfを採用したガソリン・ディーゼル車及びEV・HV車が普及し始めている。さらに、コンプレッサオイルとして、ガソリン・ディーゼル車のベルト駆動式コンプレッサには、PAG(ポリアルキレングリコール)が採用され、また、HV車やEV車の電動式コンプレッサには、絶縁性の高いPOE(ポリオールエステル)が採用されている。
このように、カーエアコンのメンテナンス用途として、2種類の冷媒及び2油種が混在することになる。したがって、PAGを取り扱った冷媒処理装置を使ってEV、HV車の冷媒処理を行うと、処理装置の回路内に残存したPAGがEV、HV車内の空調回路に混入してしまい、空調回路の絶縁性能が低下する可能性が生じてしまう。そのため、油種の異なるガソリン・ディーゼル車とEV・HV車とで異なる複数台の冷媒処理装置を使用する必要性が生じていた。
この課題を解決する手段として、冷媒処理装置の閉回路で冷媒を循環させる管路洗浄を実行することで、管路内に付着する冷凍機油が洗浄され、コンタミネーションによる絶縁性の低下を防ぐことができ、ガソリン・ディーゼル車とHV、EV車の冷媒処理を1台で行うことができる技術が開示されている(例えば、特許文献1)。
また、2種類の冷媒の混入を防止するために、回路中央にインバータモータを配置し、両軸に独立したコンプレッサを接続することで、異なる冷媒用の処理回路を分離して設けることを実現した冷媒処理装置が実用化されている。
特開2012-117719号公報
上記に開示された冷媒処理装置を使用することにより、異なる種類の冷媒及びオイルのコンタミネーションの改善を図ることができるものの、これらの冷媒処理装置の圧力計(マニホールドゲージ)はブルドン管内に冷媒を注入することにより処理装置内の圧力を計測する方法を採用しているため、ブルドン管内にオイルが滞留し、これらのオイルを洗浄処理によって完全に除去することは困難となる。そして、滞留したオイルが冷媒内に混入し、結果として、車両内の空調回路内の汚染を引き起こすリスクが生じる。一方で、マニホールドゲージは、長らくアナログ式表示が親しまれており、特に圧力計の表示に際しては、デジタル式表示ではなく、操作者の視認性に優れるアナログ式表示が適していることが知られている。
そこで、本発明は、車両用空調回路内の冷媒及びオイルの混入によるコンタミネーションを防止可能で、かつ、マニホールドゲージのアナログ表示を実現可能な方法を提供することを目的とする。
本発明の一の実施形態は、複数の異なる空調システムから回収される、複数種の冷媒及び複数種の冷凍機油を処理可能な冷媒処理装置であって、高圧管路に配置され、高圧側圧力を計測する高圧側圧力センサと、低圧管路に配置され、低圧側圧力を計測する低圧側圧力センサと、前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサで検出された圧力値を表示するマニホールドゲージと、を有し、前記マニホールドゲージは、前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサから出力された信号に基づいた、前記圧力値の表示を制御するための信号を入力する入力部と、前記入力された高圧側圧力値をアナログ方式で表示する、高圧側圧力表示部と、前記入力された低圧側圧力値をアナログ方式で表示する、低圧側圧力表示部と、を有する。
本発明によれば、車両用空調回路内の冷媒及びオイルの混入によるコンタミネーションを防止可能で、かつ、マニホールドゲージのアナログ表示を実現可能な方法を提供することができる。
本発明の第1の実施形態による冷媒処理装置の構成図である。 本発明の第1の実施形態によるマニホールドゲージの制御にかかる機能ブロック図である。 本発明の第1の実施形態によるマニホールゲージの高圧側圧力表示部の一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるマニホールゲージの低圧側圧力表示部の一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるマニホールゲージの低圧側圧力表示部の他の一例を示す図である。 本発明による第1の実施形態による冷媒処理装置の管路洗浄工程を説明するフローチャート図である。 本発明による第1の実施形態による管路洗浄時の冷媒の流れを示す図である。
本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による冷凍処理装置は、以下のような構成を備える。
[項目1]
複数の異なる空調システムから回収される、複数種の冷媒及び複数種の冷凍機油を処理可能な冷媒処理装置であって、
高圧管路に配置され、高圧側圧力を計測する高圧側圧力センサと、
低圧管路に配置され、低圧側圧力を計測する低圧側圧力センサと、
前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサで検出された圧力値を表示するマニホールドゲージと、を有し、
前記マニホールドゲージは、
前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサから出力された信号に基づいた、前記圧力値の表示を制御するための信号を入力する入力部と、
前記入力された高圧側圧力値をアナログ方式で表示する、高圧側圧力表示部と、
前記入力された低圧側圧力値をアナログ方式で表示する、低圧側圧力表示部と、を有する、
冷媒処理装置。
[項目2]
前記低圧側圧力表示部は、正圧及び負圧の圧力値を表示可能とすることを特徴とする項目1に記載の冷媒処理装置。
[項目3]
前記低圧側圧力表示部は、正圧値として上限値を1MPa及び下限値を0MPaの範囲を表示し、負圧値として、上限値を0MPa及び下限値-0.1MPaの範囲を表示することを特徴とする項目2に記載の冷媒処理装置。
[項目4]
前記高圧側圧力表示部及び前記低圧側圧力表示部は、目盛盤及び指針を含むことを特徴とする項目1に記載の冷媒処理装置。
[項目5]
前記高圧側圧力表示部及び前記低圧側圧力表示部は、所定の色で発光するLED表示部を含むことを特徴とする項目1に記載の冷媒処理装置。
[項目6]
前記LED表示部は、圧力値の範囲に応じて、所定の色で発光することを特徴とする項目5に記載の冷媒処理装置。
[項目7]
車両用空調システムの高圧サービスバルブ及び低圧サービスバルブに一端が着脱され、前記高圧管路及び低圧管路と他端が接続される高圧ホース及び低圧ホースと、該高圧ホース及び低圧ホースを通じて、車両用空調システムから冷媒を回収するコンプレッサと、該コンプレッサによって回収した冷媒から冷凍機油を分離するオイルセパレータと、該オイルセパレータで分離した冷媒を貯蔵する冷媒回収タンクと、該冷媒回収タンクと前記高圧ホース及び低圧ホースの端部を接続するバルブとを備え、
前記高圧ホース及び低圧ホースの端部を装置本体側のバルブに接続し、前記コンプレッサの駆動により前記オイルセパレータと冷媒回収タンクとの間を循環する閉回路を形成し、該閉回路に冷媒を循環させて閉回路内に残留する冷凍機油を除去する管路洗
浄を実行可能にしたことを特徴とする、項目1に記載の冷媒処理装置。
[項目8]
前記冷媒は、HFC-134a(R134a)及びHFO-1234yfのいずれかを含むことを特徴とする項目1に記載の冷媒処理装置。
[項目9]
前記冷凍機油は、PAG及びPOEのいずれかを含むことを特徴とする項目1に記載の冷媒処理装置。
[項目10]
複数の異なる空調システムから回収される、複数種の冷媒及び複数種の冷凍油を処理する可能な冷媒処理装置の高圧管路の圧力を計測する高圧側圧力センサ及び低圧管路の圧力を計測する低圧側圧力センサで検出された圧力値を表示するマニホールドゲージであって、
前記マニホールドゲージは、
前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサから出力された高圧側圧力値及び低圧側圧力値を示すデジタル値を入力する入力部と、
前記入力された高圧側圧力値をアナログ方式で表示する、高圧側圧力表示部と、
前記入力された低圧側圧力値をアナログ方式で表示する、低圧側圧力表示部と、を有するマニホールドゲージ。
以下、図面を用いて本発明の第1の実施形態による冷媒処理装置について説明する。図1は本発明の第1の実施形態による冷媒処理装置を示す全体構成図である。1は冷媒処理装置本体で、車両用空調システム40の高圧サービスバルブVH及び低圧サービスバルブVLと接続する高圧ホース2及び低圧ホース3を延出している。高圧ホース2及び低圧ホース3は、一端に逆止弁付のカプラ4、5を備え、他端を装置本体1内の高圧管路6及び低圧管路7にそれぞれ接続している。
高圧管路6は、高圧用圧力センサ8と冷媒を減圧気化するためのエバポレータ(図示せず)とを備え、回収冷媒から冷凍機油を分離するオイルセパレータ10と、冷媒から不純物や水分を除去するためのフィルタドライヤ11を経由してコンプレッサ12に配管されている。低圧管路7は、低圧用圧力センサ28と、車両用空調システムU内を真空引きする真空ポンプ14とを備え、低圧用圧力センサ28と真空ポンプ14の間に接続管路15を連結して高圧管路6に接続している。高圧用圧力センサ8と低圧用圧力センサ28は、同じ電磁ブロックというユニットに接続されており、電磁ブロックにすることで冷媒処理装置の組立工数の低減や配管及びメンテナンスの容易性を実現している。
供給管路16は、コンプレッサ12の排出側に接続され、オイルセパレータ13、オイルセパレータ10内で熱交換するコンデンサと、オイルセパレータ10外で液化するコンデンサ9を経由して冷媒回収タンク19に配管されている。冷凍機油受け18は、オイルセパレータ10で分離された冷凍機油を、排油パイプ17を通じて受け取る。安全弁19は、冷媒回収タンク14の上部に取り付けられ、タンク14内の圧力が所定以上になると大気開放してタンク14上部の空気を排出する。
充填管路20は、冷媒回収タンク14と接続管路15を連結し、タンク14内の冷媒を車両用空調システム40に充填する。循環管路21は、先端に高圧ホース2及び低圧ホース3のカプラ4、5が接続されるバルブ22、23を備え、充填管路20に連結し、装置本体1内に閉回路を形成する。補充管路24は、接続管路15に連結し、再生冷媒充填時に冷凍機油を補充するためのオイル缶25、26(PОE缶、PAE缶)と、冷媒回収タンク14内の再生冷媒の量が不足した場合に新規な冷媒をタンク14内に補充するためのフロン缶27が接続される。
管路切換用の電磁弁31-34として、高圧管路6における高圧用圧力センサ8と接続管路15の連結位置との間に電磁弁31、接続管路15の連結位置とエバポレータ(図示せず)との間に電磁弁32を設け、低圧管路7における低圧ホース5の接続位置と低圧用圧力センサ28との間に電磁弁33、循環管路21に電磁弁34を設けている。また、接続管路15の連結位置と真空ポンプ14との間、排油パイプ17、充填管路20、補充管路24におけるオイル缶25、26側、フロン缶27側に、各々電磁弁を設けている。また、逆止弁として、充填管路20、循環管路21、補充管路24におけるオイル缶25、26側、フロン缶27側に、各々逆止弁を設けている。
図2は、本発明の第1の実施形態によるマニホールドゲージの制御にかかる機能ブロック図である。図1の冷媒処理装置における高圧管路6に配置されており、管路内の圧力を計測する高圧用圧力センサ8と、同じく冷媒処理装置の低圧管路7に配置されており、管路内の圧力を計測する低圧用圧力センサ28は、各々制御部50に接続される。圧力センサ8、9は、例えば、ダイヤフラム(例えば、ステンレスダイヤフラム、シリコンダイヤフラム等)を介して、感圧素子が管路内の圧力を計測し、計測した圧力を電気信号に変換して圧力値として出力する装置を用いることができる。制御部50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)であり、作業者が冷媒処理装置を操作するための操作パネルから信号を受信し、ストレージしないストレージに格納されたプログラム等を実行し、電磁弁を制御する等して冷媒処理装置を制御する。
制御部50は、低圧側圧力表示部61及び高圧側圧力表示部62を備えるマニホールドゲージ60に接続し、作業者の指示に応じて、または、指示の有無を問わず、圧力計61、62の表示を制御するために必要な信号を送信する。
図3は、本発明の第1の実施形態によるマニホールゲージの高圧側圧力表示部の一例を示す図である。図3の左手が高圧側圧力表示部62の正面図であり、右手が同表示部を横から見た図である。図3に示すように、高圧側圧力表示部62は、アナログ表示であり、圧力を表す数値の目盛りを配した文字盤71と、目盛りを指し示す指針72とで構成される。本実施形態の高圧側圧力表示部62は、0.1MPa単位の目盛りを、下限を0.0MPa、上限を3.5MPaとする範囲で配置している。本実施形態の圧力計は、デジタル方式の圧力センサで計測された圧力値をアナログ表示とする点を特徴としている。圧力センサ8、28で計測され、デジタル出力された圧力値を、制御部50あるいはマニホールドゲージ60に内蔵された制御部において、指針72のモータ駆動に必要な信号に変換することで本実施形態の表示方式を実現することができる。ここで、モータ駆動のために、デジタル信号をアナログ信号に変換する方式やデジタル信号によってステッピングモータを駆動させることで指針を制御する方式等が考えられる。アナログ表示とすることで、作業者はリアルタイムで目視に優れた方法で圧力を確認することができ、車両用空調システムをはじめ、冷凍空調システムの運転圧力、機密テスト、真空度の管理等の圧力管理をより円滑に遂行することができる。また、本実施形態によるアナログ表示方法は、従来のブルドン管による方式の圧力計測、表示方法に代替する手段として、ブルドン管内に滞留する冷凍機油に起因するフロンガスとのコンタミネーション(回路内汚染)を解決することも同時に可能である。
図4は、本発明の第1の実施形態によるマニホールゲージの低圧側圧力表示部の一例を示す図である。図4の左手が低圧側圧力表示部61の正面図であり、右手が同表示部を横から見た図である。図4に示すように、低圧側圧力表示部61は、アナログ表示であり、圧力を表す数値の目盛りを配した文字盤81と、目盛りを指し示す指針82とで構成される。本実施形態の低圧側圧力表示部61は、0.1MPa単位の目盛りを、正圧値として、下限を0.0MPa、上限を1.0MPaとする範囲で配置し、かつ、0.01MP単位の目盛りを、負圧値として、下限を-(マイナス)0.1MPa、上限を0MPaとする範囲で配置している。低圧側の圧力値が、1MPaから0MPaに下がるにつれて、指針82は、半時計回りに動作し、やがて、負圧に達すると、指針82は、時計回りに動作し、0MPaから-(マイナス)0.1MPaの範囲を指し示すよう、0.01MPa単位の精度で動作する。例えば、真空引き作業の際に負圧時のゲージの値を精度良く視認するために、負圧の表示分解能は正圧の表示分解能の10倍とすることが好ましい。本実施形態のように、低圧側圧力表示をアナログ表示とすることで、デジタル表示では実現することのできない(0.01MPaのような)細かい単位での圧力の変化を表現することができる。
図5は、本発明の第1の実施形態によるマニホールゲージの低圧側圧力表示部の他の一例を示す図である。図5の左手が低圧側圧力表示部63の正面図であり、右手が同表示部を横から見た図である。本例の圧力表示部は、正圧及び負圧を表示する目盛りに沿ってLED表示部を有する。LED表示部は、圧力値の所定の範囲に基づいて、所定の色に発光するよう制御される。例えば、圧力が、-(マイナス)0.08より大きく、0.02MPaより小さい範囲を示すときは、発光しないよう制御し、0.02MPa以上を示すときは、赤く発光するよう制御することができる。また、圧力が、-(マイナス)0.08MPa以下を示すときは、黄色く発光するよう制御することができる。図示しないが、同様に、高圧側圧力表示部についても、LED表示部を適用することは可能であり、例えば、圧力が0.2MPa以上を示すときに、LED表示部を青色に発光させるよう制御することが可能である。このように、アナログ表示に加えて、LED表示を適用することで、作業者は、特に低圧側圧力表示部においては、一目で圧力値が正圧を示しているのか、負圧を示しているのかを判別することができ、また、低圧側、高圧側早々の圧力表示に適用する場合においても、より視認性に優れた圧力表示を実現することができる。
図6は、本発明による第1の実施形態による冷媒処理装置の管路洗浄工程を説明するフローチャート図であり、また、図7は、本発明による第1の実施形態による管路洗浄時の冷媒の流れを示す図である。まず、作業者は、高圧ホース2及び低圧ホース3のカプラ4、5を循環管路21のバルブ22、23に接続し、所定の管路洗浄の指示操作を行うことで、管路洗浄工程が開始される。
管路洗浄が開始すると、循環管路21の電磁弁31、32、33、34を開き(S101)、コンプレッサ12を駆動させ(S102)、冷媒回収タンク14内の液状冷媒が、循環管路21から高圧ホース2、低圧ホース3、高圧管路6、低圧管路7、接続管路15、補充管路、24、供給管路20を通じて再び冷媒回収タンク14に至る閉回路を循環する。液状冷媒を循環させることで、管路中に付着した冷凍機油が回収され、オイルセパレータ10で分離される。その後、冷媒処理装置は、所定時間T1が経過すると、管路内の冷凍機油が回収されたと判断して(S103)、管路洗浄工程が終了したことの案内を出力する(S104)。
作業者は、バルブ22、23からカプラ4、5を外し、所定の終了操作を行う。次に、コンプレッサ12によって管路内が真空引きされ、管路に残留している冷媒が全て冷媒回収タンク14内に回収される。そして、低圧用圧力センサ28で検出される圧力が所定圧P1以下となったら(S105)、電磁弁31、32、33、34を閉じ(S106)、コンプレッサ12を停止して(S107)管路洗浄工程が終了となる。
このように本装置では、管路洗浄工程を実行可能にし、再生充填後に、冷媒処理装置本体1の管路内に残留する冷凍機油(PAG油またはPOE油)を回収することで、複数種の冷媒(HFC-134a(R134a)、HFO-1234yf)の各々に対するコンタミネーションを防止することができる。特に、冷凍機油は、車両用空調システム40から冷媒を抜き取る際、冷媒が気化した状態になって分離し、管路の内壁などに付着してしまう。本冷媒処理装置においては、カプラ4、5からオイルセパレータ10までの管路、すなわち高圧ホース2、低圧ホース3、高圧管路6、低圧管路7、接続管路15、補充管路24に冷凍機油が付着している可能性があるため、これら管路内に液状冷媒を循環させて、残留したPAG油またはPOE油を除去することができる。特に、本実施形態においては、高圧側圧力センサ8及び低圧側圧力センサ28を、高圧管路6、低圧管路7にブロックとして配置することで、本管路洗浄の方法によりセンサに付着したオイルを除去することが可能となり、従来管路洗浄後の冷凍機油の残留が問題となっていたブルドン管に依存することなく、コンタミネーションの防止しながらアナログ表示を実現することができる。
本発明の冷媒処理装置は、主として車両用空調システムの冷媒回収、充填及び管路洗浄としての利用が期待できる。また、本発明の冷媒処理装置は、環境政策の下、低GWP冷媒への移行が始まるなかで、フロンガスの再生・再利用を必要とするフロンガス回収作業において、新旧冷媒の混入の防止を図ることができ、環境の向上と冷媒空調産業の発展に寄与することができる。
上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。
1 冷媒処理装置
2 高圧ホース
3 低圧ホース
4、5 カプラ
6 高圧管路
7 低圧管路
8 高圧用圧力センサ
9 コンデンサ
10、13 オイルセパレータ
11 フィルタドライヤ
12 コンプレッサ
14 タンク
15 接続管路
16 供給管路
17 排油パイプ
18 冷凍機油受
19 冷媒回収タンク
20 充填管路
21 循環管路
22、23 バルブ
24 補充管路
25、26 オイル缶
27 フロン缶
28 低圧用圧力センサ
31、32、33、34 電磁弁

Claims (10)

  1. 複数の異なる空調システムから回収される、複数種の冷媒及び複数種の冷凍機油を処理可能な冷媒処理装置であって、
    高圧管路に配置され、高圧側圧力を計測する高圧側圧力センサと、
    低圧管路に配置され、低圧側圧力を計測する低圧側圧力センサと、
    前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサで検出された圧力値を表示するマニホールドゲージと、を有し、
    前記マニホールドゲージは、
    前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサから出力された信号に基づいた、前記圧力値の表示を制御するための信号を入力する入力部と、
    前記入力された高圧側圧力値をアナログ方式で表示する、高圧側圧力表示部と、
    前記入力された低圧側圧力値をアナログ方式で表示する、低圧側圧力表示部と、を有し、前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサは、デジタル方式で圧力を計測するセンサである、
    冷媒処理装置。
  2. 前記低圧側圧力表示部は、正圧及び負圧の圧力値を表示可能とすることを特徴とする請求項1に記載の冷媒処理装置。
  3. 前記低圧側圧力表示部は、正圧値として上限値を1MPa及び下限値を0MPaの範囲を表示し、負圧値として、上限値を0MPa及び下限値-0.1MPaの範囲を表示することを特徴とする請求項2に記載の冷媒処理装置。
  4. 前記高圧側圧力表示部及び前記低圧側圧力表示部は、目盛盤及び指針を含むことを特徴とする請求項1に記載の冷媒処理装置。
  5. 前記高圧側圧力表示部及び前記低圧側圧力表示部は、所定の色で発光するLED表示部を含むことを特徴とする請求項1に記載の冷媒処理装置。
  6. 前記LED表示部は、圧力値の範囲に応じて、所定の色で発光することを特徴とする請求項5に記載の冷媒処理装置。
  7. 車両用空調システムの高圧サービスバルブ及び低圧サービスバルブに一端が着脱され、前記高圧管路及び低圧管路と他端が接続される高圧ホース及び低圧ホースと、該高圧ホース及び低圧ホースを通じて、車両用空調システムから冷媒を回収するコンプレッサと、該コンプレッサによって回収した冷媒から冷凍機油を分離するオイルセパレータと、該オイルセパレータで分離した冷媒を貯蔵する冷媒回収タンクと、該冷媒回収タンクと前記高圧ホース及び低圧ホースの端部を接続するバルブとを備え、
    前記高圧ホース及び低圧ホースの端部を装置本体側のバルブに接続し、前記コンプレッサの駆動により前記オイルセパレータと冷媒回収タンクとの間を循環する閉回路を形成し、該閉回路に冷媒を循環させて閉回路内に残留する冷凍機油を除去する管路洗浄を実行可能にしたことを特徴とする、請求項1に記載の冷媒処理装置。
  8. 前記冷媒は、HFC-134a(R134a)及びHFO-1234yfのいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の冷媒処理装置。
  9. 前記冷凍機油は、PAG及びPOEのいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の冷媒処理装置。
  10. 複数の異なる空調システムから回収される、複数種の冷媒及び複数種の冷凍油を処理する
    可能な冷媒処理装置の高圧管路の圧力を計測する高圧側圧力センサ及び低圧管路の圧力を計測する低圧側圧力センサで検出された圧力値を表示するマニホールドゲージであって、
    前記マニホールドゲージは、
    前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサから出力された高圧側圧力値及び低圧側圧力値を示すデジタル値を入力する入力部と、
    前記入力された高圧側圧力値をアナログ方式で表示する、高圧側圧力表示部と、
    前記入力された低圧側圧力値をアナログ方式で表示する、低圧側圧力表示部と、を有し、前記高圧側圧力センサ及び前記低圧側圧力センサは、デジタル方式で圧力を計測するセンサである、
    するマニホールドゲージ。
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