【発明の詳細な説明】
冷媒再利用方法および装置
本発明は、補修中に冷凍システムから冷媒を取り出し、その大気への逸出を回避
するためにそれを閉じ込め、冷媒から汚染物質を分離し、補修された冷凍システ
ムへ冷媒を戻し若しくはそれを貯蔵容器へ排出する方法および装置に関するもの
である。本発明は特に、米国特許第3゜232.070号および第4.476.
688号に示された一般的形式の可動ユニットへの組込みに適している。
発明の背景
何年も前、空気調和機の冷凍システムが、例えば補修を必要とした場合、あるい
は「フレオン(Freon)Jなる商標名の下に販売されたそれのような冷媒が
冷凍の有効度に影響する程までに汚染された場合には、その冷媒を大気へ流出さ
せるのが標準的な慣習であった。この慣習は費用が掛かるのみならず、環境上も
不健全なものであった。
更に最近では、冷媒を、汚染物質を分離する間それを閉じ込め、それを液化させ
、それを冷凍システムへ戻し若しくはそれを貯蔵するようにした装置で取り出す
ことが慣習となっていた。このような二つの再利用システムが米国特許第4.4
76.688号および第4.646゜527号に示されている。各々に圧縮機が
包含され、その吸込口側が冷凍システムから汚染物質除去装置を経て圧縮機内へ
冷媒を引き入れ、その冷媒を、それを液化させる凝縮器内へ排出し、それを貯蔵
室内へ排出し、必要ならば、そこから冷凍システムへそれを戻すこともできる。
従来技術によるこの形式のシステムは概して、圧縮機の損傷を回避するために必
要な、圧縮機に入る冷媒が気体状態にあることを確かめる真に適切な装置を備え
ていない。また従来技術のシステムは、適正な量の冷媒を冷凍システムへ移し戻
せるように、液体冷媒が再利用システム内に保持ないし貯蔵されている間にそれ
らの温度を冷却し且つ制御する装置を備えてもいない。補修された空気調和機の
冷凍システムが冷媒を再装入される時にしばしば、未だシステム内にあるガスが
高温で、室温の液体冷媒が重力による流れではこのシステムに入り得ないか緩徐
にしか入り得ない程に高い圧力を結果として生ずる。再利用システム内の冷媒が
、充てんすべき容器内のガスの温度を下回る温度まで冷却されると、冷却器の冷
媒がより温かいガス内へ部分的に流れてそれをプロセス中に冷却し、かくしてガ
スの圧力と冷媒の流れに対する抵抗とを減少させる。
酸や水蒸気の最大限の除去を保証するため、補修作業中に標準的なフィルタ乾燥
器を介して冷媒を反復的に再循環させる装置を備えることが従来技術では周知さ
れており、このような再循環ループの一つが米国特許第4゜476.688号に
示されている。しかし、再循環冷媒を冷却する装置がなければ、その温度は必然
的に上昇し、これが標準的なフィルタ乾燥器の効率を低下させ、再利用システム
から補修された冷凍システム内へ冷媒を直接に流し戻すことをはるかに困難にさ
せる。
発明の要約
本発明によれば、容器または補修すべき冷凍システムから冷媒を引き出し、それ
が油分離器を経て圧縮機の吸込口へ流入する間それを気体状態に維持するに足り
るだけ冷媒を加熱する方法および装置が得られる。圧縮された気体の冷媒が圧縮
機から排出され、入って来る液体冷媒を加熱するために熱交換器を流過し、次い
で凝縮器を流過し、そこでそれが液化される。液化された冷媒は凝縮器から保持
タンクへ流入し、その底部から液体冷媒がフィルタ乾燥器と、液体冷媒を気体の
形態に再転換させる膨張装置とを流過する。気体の冷媒は膨張装置から保持タン
ク内の液体中に浸せきされたコイルを流過し、次いで圧縮機の吸込口へ流し戻さ
れる。保持タンク内の液体の温度は、液体中に浸せきされたコイルを流過する膨
張する気体冷媒の急冷効果によって低下されるが、保持タンクは、この急冷効果
の故に「急冷タンク」と称される。冷媒は、その温度を急冷タンク内で継続的に
低下させるためのみならず、反復的に、また従って完全に、酸や水をそれから除
去するためにも、急冷タンクからフィルタ乾燥器と膨張装置と冷却コイルと圧縮
機と熱交換器と凝縮器とを経て急冷タンクへと、反復的に流過させることができ
る。
本発明は、添付図面に関連させて次の詳細な説明を読解することにより、更に充
分に理解することができる。
図 面
図面は本発明の略図であり、ここにおいて図示の諸部品は、購入できる標準的な
品目であるか、この説明に関連して検討した場合、本発明をいかにして実施する
かを当業者に教示するに充分な細部が開示されているか、の何れかである。
詳細な説明
図面に示す如く、本発明の再利用システムには、電磁弁12で制御される冷媒吸
込口流体導管11へその一部分が流体連通している熱交換器10が包含されてい
る。
導管11は、熱交換器10の低温側を構成する導管13と流体連通している。導
管13は、熱伝導性の溶接部14により導管15へ接合されているように示しで
ある。
導管15は熱交換器10の高温側を構成している。図面に示した熱交換器の構成
は、例示の目的のみのものである。実際上は、らせん形フィンまたは隆起と溝と
の配列を備え、それが導管内に取り付けられていわゆる二重管式熱交換器を形成
することを容易にさせるようにした導管に、吸込口11が流体連通していること
が望ましい。
またなるべくなら二重管構造は、真っ直な二重管構造の場合に可能なよりも小さ
い空間内で更に大きい長さを得るために、コイルの形態をなすことが望ましい。
コイル状に巻かれた二重管は熱交換技術上周知の標準的な品目であり、内管が熱
交換器の低温側であり、外管が高温側であるべきことは明らかである。
導管16は熱交換器10の低温側からの出口を構成し、導管21を介して油分離
器20と流体連通している。油分離器20はなるべくなら、その長手方向の軸線
が垂直に延びるように、ある程度球形の両端部を取り付けた、細長い圧力シリン
ダであることが望ましい。流体導管21は、油分離タンク20の下方端部のやや
上方の、タンクの外壁を貫いて延び、その開口端部がタンクの軸線に近くなるよ
うに内方へ延びる。別の流体導管22は、その開口端部を、タンクの丸味のある
頂部の内面の近くに固定させている。この流体導管は下方へ延び、ディスク状部
分24と下方へ延びる部分的に円すい形のスカート25とから成る円形バッフル
23を支えている。導管22はタンクの軸線に沿って延びるように配置され、圧
力計インジケータを結合させた低圧作動電気制御装置27により制御される流体
導管26.31に接続される。制御装置27は、導管31内のゲージ圧がほとん
ど0Pa(Opsi)まで低下した場合、圧縮機を自動的に停止させる。油分離
器20の底部からの油は、電磁弁29で制御される流体導管28を経て排出され
る。
流体導管31は、図示の如く、圧縮機30の外壁を貫き、わずかな距離だけその
内部へ延びる。圧縮機30には、流体導管出口32と油面計と油供給装置33と
が設けられる。出口導管32は低圧作動電気制御装置34をそれに結合させ、熱
交換器10の導管15と流体連通し、従って導管41と流体連通し、それがまた
凝縮器入口導管42を経て凝縮器40と流体連通している。導管32内の圧力が
高過ぎる場合には、制御装置34が自動的に作動して圧縮機30を停止させる。
出口導管43は、図示の如く長手方向軸線を垂直に延在させて配置され且つある
程度球形の上方および下方端部を有する細長い円筒状の圧力タンクである急冷タ
ンク50に凝縮器40を流体連通させている。流体導管43の出口端部51は、
はぼ急冷タンク50の軸線上に位置付けされる。急冷タンク50の底部には、電
磁弁53で制御され且つ急冷タンク50の内部に流体連通して配置された流体導
管52がある。急冷タンク50の上方端部には、電磁弁55で制御され且つ圧力
計インジケータを結合させた空気出口導管54がある。導管54は、空気の爆発
的な排出を防止するため、小さいオリフィスを経て大気へ通気されている。流体
導管52.54は、望ましくはタンクの長手方向軸線上の点で、急冷タンク50
の内部に開口する。急冷タンク50の上方端部にはまた、高圧作動安全弁56も
位置している。
導管52に流体連通し且つ電磁弁62で制御される導管61から成る冷却再循環
システム60が、一部分急冷タンク50の内部に、また一部分その外分に位置し
ている。流体導管61はフィルタ乾燥器63に流体連通しており、それがまた、
細管として図面に示した膨張装置64に流体連通して接続されている。膨張装置
64は、急冷タンク50内にコイルの形態で配置された導管65に流体連通して
いる。冷却コイル65は導管66に流体連通しており、それがまた圧縮機30の
入口導管31に流体連通している。
本発明の再利用システムの全ての構成要素は、制御パネルを一方の外面に、そし
てキャスタをその底面に備えた移動キャビネット(図示せず)内に取り付けるこ
とができる。
制御パネルには、各種の弁の位置やシステム内の種々の個所における圧力に応じ
て、圧縮機30と弁12,29.55,53.62とを加圧する電力オンオフ・
スイッチが包含される。電力がオンの場合は制御弁27,34が圧縮機30を停
止または始動させ、またリリーフ弁56が圧力に自動的に応答するので、制御パ
ネルは、これらの装置を手動で作動させるスイッチを包含する必要がない。それ
故に制御パネルは、電力オンオフ・スイッチに加えて、弁12(冷媒流入)と弁
29(油流出)と弁53(冷媒流出)と弁55(空気流出)と弁62(冷却再循
環システム60の制御)とのスイッチのみ若しくは6組のスイッチの全てを包含
している。制御パネルもまた、一方が流入導管31における圧力を表示するため
の、また他方が弁55と急冷タンク50の上方部分とにおける圧力を表示するた
めの、2組の圧力計インジケータを包含している。スイッチと制御装置と弁と計
器とを電気的に接続する回路機構の詳細は当業者には明らかである。
急冷タンク50は再利用システムの最大構成要素であり、高さは約1.219m
(48in)なので、キャビネットは、キャスタの高さを含めて、高さが約1
.575m(62in)でなければならない。キャビネットは、1組の急冷タン
ク50しか備えていない図面に示されたシステムをキャビネットが包有する場合
には凡そ、幅が0、711m (28in) 、深さが0.610m (24i
n)であれば良い。当業者には明らかとなろうが、1組の急冷タンク50による
冷却効果が不充分な場合には、1組以上の追加急冷タンクを設けて第一の急冷タ
ンク50と並行に作動させることができる。各急冷タンクはなるべくなら、直径
が約15. 24an (6in)で、20、412kg (451bs)の、
「フレオン(Freon)J(商標名)12.22または502のような冷媒を
貯蔵し若しくは保持する容量を有し、且つ圧力タンクに関する米国機械学会(A
SME)および保険業者研究所(Underwriters L*botxto
r7)の規格に適合することが望ましい。油分離器20のタンクはなるべく同上
規格に適合することが望ましく、高さは0.914an (36in)、直径は
15. 24aa (6in)である。圧縮機30は、圧縮機30内に適切な潤
滑を維持するために、目視計器と油入口キャップ33とを備え得るようにした形
式である。
下記事項は、購入可能な標準的諸装置である諸品目ならびにこれら諸品目の識別
の集成である。
品目種別 製造業者 識別番号圧縮機 30 コープ
ランド・コーポレーション 5SC4−0200(Copelxnd C
orp、)
凝縮器 40 スノー・コイル・カンパニー 5858 M 78
1i(Snow Co11 Compi++y)熱交換器 10 パックレ
ス・インダストリーズ AES 001672(Packless 1
ndosj+1es)制御装置 34 ランフ・インコーホレーテッド
016−42(Ranco Inc、)
制御装置 27 ペン・コーポレーション P70AB −
2(Penn Corp、)
電磁弁12.62. スポーラン・バルブ・カンパニー E 35−1
3055、53.29 (Sporelxn Valve Co、)安全弁
56 スベリオル 3014−400(Supe
+1or)
制御パネル上の アッシュクロット 研究所品質1377−
AS諸計器 (Ashcroll) (Lab
o+x+or7 Qualij7)フィルタ乾燥器63 スポーラン・バルブ・
カンパニー 6.291 (3841n3)(Spor山n Valve C
o、)上記のに開示の如くに構成されたユニットは、重量が約147.4kg(
3251b)である。
図示のシステムが、例えば、空気調和機の補修に利用される場合には、流体導管
11が冷凍システムの冷媒出口に接続され、弁12が開かれる。圧縮機への入口
にある制御装置27は、それが流体導管31内の圧力を検知した時に作動され、
電力を通じさせて圧縮機30が機能し始める。冷凍システムからの冷媒は、導管
11を経て再利用システム内へ引き入れられる。通常、この個所での冷媒は液体
であり、図面ではそれを、流体導管内部のダブル・クロス・ハツチングで示しで
ある。熱交換器10の流体導管13のある個所で、冷媒が、圧縮機30の排出物
を運ぶ導管15からそれへ伝達された熱により、気体の形態へ転換される。流体
導管13におけるシングル・クロス・ハツチングは、気体の形態の冷媒を示して
いる。図面全体を通じて、ダブル・クロス・ハツチングは液体、シングル・クロ
ス・ハツチングは気体ないし蒸気を表示する。冷媒は、流体導管16.21を経
て油分離器20へ流入する。この個所では、それが比較的高温で、油分離器20
のタンク内を急速に上昇する膨張ガスである。上方へのガスの流れは、バッフル
23により突然に遮られて、油が分離され且つタンクの底部へ落下するようにさ
せる。気体の冷媒は、導管22の上方端部の開口面積にほぼ等しい全開口面積が
得られる量だけ周囲のタンクの内壁から隔置されたスカート25の外(下)縁の
周りを流れる。気体の冷媒は、スカート25を囲んで流体導管22の上方端部内
へ、次いで流体導管26を経て流体導管31内へと流れる。
空気調和機の冷凍システムが完全に真空排気されていることを示すに足る圧力が
流体導管31内に存在する限り、圧縮機30は作動し続ける。流体導管31から
の冷媒は圧縮機31へ流入して圧縮され且つ流体導管32を経て排出され、流体
導管15内で熱交換器を通り、次いで流体導管41を通り、凝縮器人口42を経
て凝縮器40内へと流れる。凝縮器へ入る気体の冷媒は、44のような凝縮器内
のある個所で液体へ転換される。
液体の冷媒は、凝縮器40から導管43内へ、且つその導管を経て急冷タンク5
0の上方部分内へと流れる。
この個所では弁53.62が閉鎖されて圧縮機が空気調和機の冷凍システムから
冷媒を抽出し続け、圧縮機30への入口のゲージ圧力がほとんどOPa (Op
si )まで低下して空気調和機の冷凍システムから全ての冷媒が除去されたこ
とを示するまで、急冷タンク50内へ液体冷媒が排出されるようにさせる。ここ
で制御装置27が作用して圧縮機30を停止させる。
圧力が導管31内で再び強まり且つ圧縮機が再び始動するようにされるか否かを
調べた後、操作員は、弁12(冷媒吸込口)を閉鎖し弁62を開放して、液体冷
媒に、流体導管52を経て急冷タンク50を離れさせ流体導管61を経てフィル
タ乾燥器63へ流入させる。次いで液体冷媒は膨張装置64を流過し、それがそ
こでガスに転換され、コイル65を流過して液体冷媒を冷却するが、図面には、
急冷タンク50の約3/4を満たし、その中にコイル65を浸せきさせているよ
うに示されている。
コイル65からの膨張ガスが流体導管66を経由して圧縮機入口導管31に到達
すると、制御装置27を作動させるに充分な圧力がそこに生じ、圧縮機は再び自
動的に作動を開始する。
弁12が閉鎖されると、熱交換器10の低温側と油分離器20の全体とが停止さ
れる。流体導管31内の圧力により圧縮機は作動し続け、導管66を経て圧縮機
に入った気体の冷媒は圧縮され、流体導管32を経て圧縮機から排出され、そこ
から熱交換器10と凝縮器40とを経て急冷タンク50内へ戻されるが、ここに
述べたサイクルは、急冷タンク50内の液体冷媒の温度が所要のレベル、通常的
3.33〜7.22℃(38〜45″F″)、に減少されるまで何回も繰り返さ
れる。
繰り返される液体冷媒のフィルタ乾燥器63を通る流過により、はぼ全ての酸と
水分とが液体冷媒から除去される。この再循環中、通常若干量の空気が冷媒から
分離して急冷タンク50の上方部分に集まり、そこで圧力を上昇させる。空気は
、導管54を経て空気が逸出するように、弁55を開放して再利用システムから
除去することができる。これは、急冷タンク50内の圧力が2068kPs
(300psi )を若干超えるゲージ圧力に到達した時に通常行われ、制御パ
ネル上のスイッチ、望ましくは押しボタン、を作動させることによってなされる
。何等かの理由でゲージ圧力が約2758kPx (400psi )のレベ
ルに到達した場合には安全弁56が作動され、システム内のガスが吐出される。
何等かの液体冷媒が空気調和ユニットの冷凍システムへ戻される、これは弁62
を閉じ弁53を開くことによって行われるが、に先立って、図面に概略的に示す
如く油分離器20の底部に集められたいかなる油も、弁29を開放することによ
り出口28から除去しなければならない。除去された油の量は、冷凍システムへ
適正量の油が再供給されるように測定する必要がある。
本発明の冷媒再利用システムは、冷媒を一つの容器から他へ移すために利用する
ことができる。これは、冷媒を取り出すべき容器(第一容器)へ流体導管11を
、そして受容即ち第二容器へ流体導管52を、接続することによってなされる。
弁12を開放して圧縮機30に電力を供給する際、冷媒は容器から取り出され、
熱交換器10と油除去器20と圧縮機30と凝縮器40とを経て急冷タンク50
内へ流される。作動は、第一容器がからになったことを制御パネル上の表示が示
すまで、この態様で続けられる。他の諸作動における如く、全ての冷媒が第一容
器から取り去られると、管路31内のゲージ圧力がほとんどOPi (Opsi
)まで低下し、従って制御装置27を作動させて圧縮機を停止させるが、冷却
装置60から出る気体の冷媒により管路31内に圧力が存在するに至るまで、こ
れが再び作動し始めることはない。次いで弁12は閉鎖される。先ず弁53を閉
鎖し、冷却装置60が作動自在となるように弁62を開放することは、それによ
り受容容器内へ冷媒を排出することが容易になるので、望ましいことである。こ
の態様での作動は、急冷タンク50内の液体の冷媒の温度を所望の温度にまで低
下させるに充分な期間、継続される。所望の温度に到達すると、弁62が閉鎖さ
れ、弁53が開放され、重力と、急冷タンク50の上方部分内の何等かのガスに
よる圧力とによって、急冷タンク50から受容容器へ液体の冷媒が流入する。
手続補正書
平成2年S月−6日
(¥ )