JPH10141814A - 冷凍サイクルの空気除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍サイクル内に残存する空気は、非凝縮性
ガスとして冷凍能力を下げたり、酸素や水分が冷凍サイ
クル内物質の劣化を促進するので必ず除去する必要があ
るが、従来の真空ポンプにより排気する方法では、冷凍
サイクルが分離型の空調機などの場合、施工現場で真空
ポンプを稼働させるために電源が利用可能である必要が
あり、また冷媒による置換方法では、冷媒であるフロン
の大気放出がつきまとうので、地球環境的にみてオゾン
層破壊あるいは地球温暖化の問題から好ましくなかっ
た。 【解決手段】 容器１９中に二酸化炭素と二酸化炭素を
吸着したゼオライトを保持する二酸化炭素発生装置１３
と、二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収装置１４をバ
ルブ１６、１７及び配管１５にて連結し、冷凍サイクル
への冷媒循環前に冷凍サイクルの一部または全部に存在
する空気を除去する装置１２である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルの施
工方法における空気を除去する装置に関し、特に冷凍圧
縮機を有する冷凍サイクルの施工時における冷凍サイク
ルへの冷媒循環前に、冷凍サイクルの一部または全部に
存在する空気を除去する装置等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷蔵庫、自動販売機や空調機等に用いら
れる冷凍サイクルは、冷凍圧縮機、熱交換器、そして、
キャピラリーチューブまたは膨張機構を有する冷媒流量
制御部を配管にて接続して構成される機構的な部分と、
冷媒、潤滑油組成物等の冷凍サイクル内部に充填される
流体部分から構成されている。

【０００３】その施工においては、冷媒充填工程の前
に、冷凍サイクル内に存在する空気成分を除去するため
に真空ポンプを利用して冷凍サイクルを排気していた。

【０００４】冷凍圧縮機、熱交換器を有する室外ユニッ
トと、冷凍空調がなされる部位に設置される熱交換器を
有する室内ユニットとを配管にて接続して構成される分
離型空調機の冷凍サイクルでは、予め室外ユニット側に
冷媒の一部あるいは全部と潤滑油組成物を充填しサービ
スバルブを閉じておき、施工時に接続配管を用いて室内
機側熱交換器と接続して冷凍サイクルを形成するのが一
般的である。

【０００５】このように配管を接続しただけでは室内側
熱交換器と接続配管内には空気が残っている。この空気
を取り除くためにサービスバルブのポートに真空ポンプ
を接続し空気を除いてからサービスバルブを開き室内ユ
ニットと室外ユニットを連結して冷凍サイクルを形成し
ていた。

【０００６】また、簡易的には施工時にサービスバルブ
を開いて室外ユニット中の冷媒を配管と室内ユニットへ
流し、もうひとつのサービスバルブのポートより空気を
含んだ冷媒を放出することにより配管内の気体を置換す
る操作が行われていた。

【０００７】これらの方法に対して、特開平３−７０９
５３号公報においては、冷凍サイクル内を酸素に置換し
た後冷媒充填を実施し、冷凍サイクルに装備された酸素
固定剤で酸素を固定化することによる真空ポンプを使用
しない冷凍サイクルの製造方法を開示している。

【０００８】また、特開平７−１５９００４号公報にお
いては、冷凍圧縮機、凝縮器、キャピラリーチューブま
たは膨張弁等の膨張機構部及び蒸発器のうち、凝縮器あ
るいは蒸発器の一方または凝縮器あるいは蒸発器の一方
と膨張機構部が分離され配管で接続されるセパレート型
の冷凍サイクルにおいて、冷凍サイクルの一部に空気中
の水分、酸素、窒素、炭酸ガス等のうち２種類以上を吸
収できる物質を封入する方法を開示している。

【０００９】また、特開平７−２６９９９４号公報では
冷媒循環系に酸素吸収剤を配する冷凍サイクルを開示し
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】冷凍サイクル内に残存
する空気は、非凝縮性ガスとして冷凍能力を下げたり、
酸素や水分が冷凍サイクル内物質の劣化を促進するので
必ず除去する必要がある。

【００１１】一番目の、冷凍サイクルを真空ポンプによ
り排気する方法では、冷凍サイクルが分離型の空調機な
どの場合、施工現場で真空ポンプを稼働させるために電
源が利用可能である必要があり、常に利用できる簡便な
方法とは呼べなかった。

【００１２】二番目の、室内ユニット並びに配管部分の
空気の冷媒による置換方法では、冷媒であるフロンの大
気放出がつきまとうので、地球環境的にみてオゾン層破
壊あるいは地球温暖化の問題から好ましくなかった。

【００１３】三番目の、冷凍サイクル内を酸素に置換し
た後冷媒充填を実施し、冷凍サイクルに装備された酸素
固定剤で酸素を固定化する方法では、酸素の冷凍機油劣
化に及ぼす影響が迅速であるために充分効果を発揮でき
ないとともに酸素吸収剤が冷媒や冷凍機油に悪影響を及
ぼす可能性があった。

【００１４】四番目の、冷凍サイクル中の一部に水分、
酸素、窒素、炭酸ガス等のガスの中で２つ以上吸収でき
る物質を封入するというものは、冷凍サイクル中に封入
するため封入する吸収性物質が冷媒や冷凍機油等に悪影
響を及ぼす可能性があった。

【００１５】五番目の、冷媒循環系に酸素吸収剤を配す
るものに関しても酸素吸収剤が冷媒や冷凍機油に悪影響
を及ぼす可能性があった。

【００１６】本発明の目的は、このような従来の施工方
法を考慮し、簡単でしかも環境に好ましいように、冷凍
サイクルの施工において、冷凍サイクルへの冷媒循環前
に冷凍サイクル中の空気を除去する装置とそのための二
酸化炭素発生装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器中に、二
酸化炭素及び二酸化炭素を吸着したゼオライトを保持す
る、バルブ付き二酸化炭素発生装置と、二酸化炭素を吸
収できる材料を保持する、バルブ付き二酸化炭素吸収装
置が配管によって連結され、冷凍サイクルへの冷媒循環
前に冷凍サイクルの一部または全部に存在する空気を除
去することができることを特徴とする空気除去装置であ
る。

【００１８】また、前記二酸化炭素吸収装置が保持する
材料が、ゼオライトまたはエポキシ化合物または水酸化
カルシウムである空気除去装置である。

【００１９】また、本発明は、容器中に、二酸化炭素
と、二酸化炭素を吸着したゼオライトとを保持し、冷凍
サイクルへの冷媒循環前に冷凍サイクルの一部または全
部に存在する空気を二酸化炭素に置換することができる
ことを特徴とする二酸化炭素発生装置である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２１】まず本発明の実施の形態が適用される冷凍
サイクルについて図を用いて説明する。図１は本発明の
実施の形態で適用される冷凍サイクルの構成図であり、
冷凍圧縮機１、熱交換器２ａ、キャピラリーチューブあ
るいは膨張弁等の冷媒流量制御部３、これらを連結する
配管４を有する室外ユニット５と、冷凍空調がなされる
部位に設置される熱交換器２ｂを有する室内ユニット６
とを接続管７、バルブ８ａ、８ｂおよびフレアナット９
ａ、９ｂで連結することにより構成されている。この場
合、四方弁１０を有するので、熱交換器２ａ、２ｂの凝
縮または蒸発という機能を交換することができる。さら
にアキュムレータ１１を装備していてもよい。

【００２２】冷媒の流れとしては、冷房運転をする場合
には冷凍圧縮機１によって圧縮された冷媒が熱交換器２
ａにおいて放熱し、液化状態となり冷媒流量制御部３を
通過することにより低温の気液混合冷媒となり室内ユニ
ット５内の熱交換器２ｂにおいて吸熱気化し再度冷凍圧
縮機に吸い込まれるといったサイクルをとる。四方弁１
０の回転により流路が切り替わると、熱交換器２ｂで凝
縮して熱交換器２ａで蒸発し暖房運転となる。

【００２３】次に、本発明の実施の形態の、冷凍サイク
ルの一部または全部に存在する空気を除去する装置につ
いて説明する。

【００２４】本発明の冷凍サイクルの一部または全部に
存在する空気を除去する装置１２は、図２のように容器
中に二酸化炭素と二酸化炭素を吸着したゼオライトを保
持する二酸化炭素発生装置１３と、二酸化炭素吸収装置
１４を配管１５にて連結して構成される。

【００２５】二酸化炭素発生装置１３と二酸化炭素吸収
装置１４は、非使用時のためにバルブ１６、１７を有
し、これを介して配管１５に接続される。さらに、冷凍
サイクル側、あるいは施工で使用するマニホールドへの
接続を容易にするために、フレアなどの接続部１８を有
してる。

【００２６】続いて、本発明の実施の形態の、二酸化炭
素発生装置１３についてさらに詳しく説明する。

【００２７】二酸化炭素発生装置１３は、二酸化炭素と
二酸化炭素を吸着したゼオライトを保持するための容器
１９と、内部の二酸化炭素と、二酸化炭素を吸着したゼ
オライトと、バルブ１６で構成される。

【００２８】ゼオライトは、図３のごとき吸着等温線で
示される吸脱着特性を示すので、たとえばゼオライトを
保持した容器に二酸化炭素を充填して点Ａの状態にある
ものを二酸化炭素発生装置１３とし、冷凍サイクルに接
続してからバルブ１６を開けて大気圧状態にすることに
よって点Ｂの状態へ移行させると、区間Ｃに相当する二
酸化炭素を二酸化炭素発生装置１３から発生させること
ができる。

【００２９】容器中にゼオライトが保持されない場合に
は、区間Ｃ相当量の二酸化炭素を充填すると、気体また
は液化ガスとして充填されることになり、容器内部は数
ＭＰａという高圧に達する。当然、容器自体が十分耐圧
能力を有する高圧ガス容器でなければならない。

【００３０】しかしながら、本発明のように容器内部に
ゼオライトを保持する形態にすることによってゼオライ
トの高い吸着能と吸着平衡の特性を利用でき、１０分の
数ＭＰａといった比較的低い内圧で点Ｂに相当する二酸
化炭素を保持せしめることが可能である。

【００３１】さらに続いて、本発明の実施の形態の、二
酸化炭素吸収装置１４についてさらに詳しく説明する。

【００３２】二酸化炭素吸収装置１４に保持される二酸
化炭素を吸収する物質としては、ゼオライトを挙げるこ
とができる。ゼオライトは水分を吸収することで広く知
られており、冷蔵庫や空調機で冷凍サイクル内の水分を
除去する目的で使用されているが、我々はこのゼオライ
トが室温で二酸化炭素を効率よく吸収し、かつ繰り返し
使用できることを見いだしこのゼオライトを冷凍サイク
ルの施工に用いることで施工を簡便にすることができる
ことを見いだした。

【００３３】二酸化炭素吸収装置１４は、二酸化炭素を
吸収する物質を保持する容器２０とバルブ１７を有す
る。容器２０中にはゼオライトが吸着剤として保持され
ているが、これは使用前に少なくとも二酸化炭素吸収装
置の容器部分に存在する気体を真空ポンプで十分に排気
しておく必要がある。

【００３４】ゼオライトに吸着した物質を脱離させるた
めには、一般に雰囲気における被吸着物質の分圧を小さ
くする、即ち減圧雰囲気下に置く方法と、ゼオライトの
吸着量が小さくなる温度雰囲気に置く、即ち、高温雰囲
気に置く方法がある。これらを併用すると脱離は効率よ
く実施できる。

【００３５】使用前のゼオライトへの吸着量が小さいほ
ど、二酸化炭素の吸着能力は高くなるので、被吸着物質
の脱離操作は十分に行うべきである。

【００３６】上記の排気及び脱離操作は施工直前におこ
なう必要はなく、予め排気及び脱離操作した二酸化炭素
吸収装置１４をバルブ１７を閉じた状態で持ち運びする
のが簡便で好ましい。

【００３７】二酸化炭素吸収装置１４におけるゼオライ
トの保持量は、脱気すべき部分の二酸化炭素量で決定で
きるが、二酸化炭素量１Ｌあたり２０ｇ以上にすると脱
気速度も速く好ましい。

【００３８】また、前記ゼオライトとしては、細孔径の
平均が１．０ｎｍ程度のＸ型ゼオライトを使用すると二
酸化炭素を迅速に除去できるので好ましい。

【００３９】またゼオライトの形状は特に規定しない
が、球状になっている方がかさ比重が大きく同重量のゼ
オライトを二酸化炭素吸収装置に保持させる上では体積
を小さくできるので好ましい。

【００４０】また、二酸化炭素吸収装置に保持される二
酸化炭素を吸収する別の物質としては、エポキシ化合物
が好ましい。具体的には、エポキシエタン、1,2-エポキ
シプロパン、1,2-エポキシブタン、2,3-エポキシブタ
ン、1,2-エポキシヘキサン、1,2-エポキシオクタン、3,
4-エポキシ-1-プロペン、スチレンオキシド、シ クロヘ
キセンオキシド、グリシジルフェニル、パーフルオロプ
ロピレンオキシド等の単官能及び多官能エポキシ化合
物、酢酸グリシジルエステル、プロピオン酸グリシジル
エステル、アジピン酸ジグリシジルエステル等のグリシ
ジルエステル化合物、フェニルグリシジルエーテル、ト
リメチルシリルグリシジルエーテル、レゾルシンジグリ
シジルエーテル、アリールグリシジルエーテル等のグリ
シジルエーテル化合物といったエポキシ化合物を挙げる
ことができる。

【００４１】該エポキシ化合物による二酸化炭素の吸収
においては、反応触媒として有機亜鉛化合物もしくは、
マグネシウム系の触媒を併用することが好ましい。

【００４２】反応触媒として具体的には、ジアルキル亜
鉛やジアルキルマグネシウムと２価の活性水素化合物、
例えば水、一級アミン、２価のフェノール、芳香族ジカ
ルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸とのモル比１：
１で反応させた物質、ジエチル亜鉛/γ-アルミナ、炭酸
亜鉛、酢酸亜鉛、酢酸コバルト、塩化亜鉛/テトラブチ
ルアンモニウムブロマイド等の有機亜鉛系触媒や無機系
触媒、トリエチルアルミニウム/ルイス塩基系、ジエチ
ルアルミニウムジエチル アミド、α,β,γ,δ-テトラ
フェニルポルフィナトアルミニウムメトキシド等のアル
ミニウム化合物系触媒を挙げることができる。

【００４３】室温でも容易に該エポキシ化合物による二
酸化炭素の吸収は起こるが、二酸化炭素吸収装置１４が
ヒータを有するなどして二酸化炭素を吸収する物質を保
持する容器部分を加熱すればより高速に反応させること
ができる。

【００４４】さらにまた、二酸化炭素吸収装置１４に保
持される二酸化炭素を吸収する別の物質としては、水酸
化カルシウムを挙げることができる。これは、二酸化炭
素と反応して炭酸カルシウムと水になる反応を利用する
ものであり、反応初期に微量の水分が存在するとさらに
効率よく二酸化炭素を吸収させることができる。

【００４５】次に、本発明の実施の形態が適用される冷
凍サイクルの施工例について説明する。この実施の形態
の場合は、二酸化炭素発生装置１３と二酸化炭素吸収装
置１４とを別々に扱う場合である。

【００４６】冷凍圧縮機、熱交換器を有する室外ユニッ
トと、冷凍空調がなされる部位に設置される熱交換器を
有する室内ユニットとを流路配管にて接続して構成され
る冷凍サイクルの施工において、 １）室外ユニットと室内ユニットを流路配管にて結合し ２）二酸化炭素発生装置によって、室内ユニットまたは
流路配管部分を二酸化炭素で置換した後 ３）室外ユニットまたは流路配管の途中に配した二酸化
炭素吸収装置により二酸化炭素を除去し ４）そののち二酸化炭素吸収装置を冷凍サイクルから切
り放し ５）続いて冷凍サイクル中に冷媒を循環させる ことによって、室内ユニットまたは流路配管部分の空気
を除去した冷凍サイクルの施工が可能になる。

【００４７】さらに図面を用いて手順を詳しく説明す
る。

【００４８】図４は、室外ユニット５と、室内ユニット
６を、作動媒体の流路配管で結合する冷凍空調装置の施
工例を示す。

【００４９】室外ユニット５と室内ユニット６を接続管
７およびバルブ８ａ、８ｂおよびフレアナット９ａ、９
ｂで連結する。室外機側作動媒体流路と作動媒体の流路
配管側との結合を司るバルブ８ａ，８ｂは作動媒体の流
路配管との接合ポート以外に真空ポンプによる排気や二
酸化炭素の充填あるいは冷媒の追加充填を行うためのポ
ート２３ａ，２３ｂを有する。このポート部２３の一方
２３ａに二酸化炭素を発生する装置１３を接続し、他方
２３ｂを開放して、二酸化炭素を発生する装置１３から
二酸化炭素を送気することにより、室内ユニット６並び
に接続管７部分を二酸化炭素に置換することができる。

【００５０】二酸化炭素発生装置１３からの二酸化炭素
の送気を終了し、二酸化炭素発生装置１３を接続しなか
った方のポート２３ｂを閉鎖し、その後図５のようにポ
ート２３部の一方２３ａに二酸化炭素吸収装置１４を接
続する。すなわち、二酸化炭素吸収装置１４のバルブ１
７を閉じた状態でポート２３ａに接続する。この時バル
ブ８は閉じておき室外ユニット５と室内ユニット６間は
隔離されている。引き続き二酸化炭素吸収装置１４のバ
ルブ１７を開けて、室内ユニット５、配管７、容器２０
内に二酸化炭素を流通させて二酸化炭素を吸収させ、一
定時間放置した後、二酸化炭素吸収装置１４のバルブ１
７を閉じ、バルブ８を開けて室外ユニット５の冷媒を、
室内ユニット６並びに接続管７へ流通させた後、ポート
２３ａから二酸化炭素吸収装置１４をとりはずすことに
よって施工を実施する。

【００５１】このように、二酸化炭素吸収装置１４は、
二酸化炭素を除去してしまえば不要になること、および
二酸化炭素吸収装置１４に保持される二酸化炭素を吸収
する物質が冷媒や冷凍機油と相互作用する場合もあるの
で、二酸化炭素除去後は冷凍サイクルから切り放す。も
ちろん再利用できるので物理的に取り外しても良い。

【００５２】なお、図５ではバルブ８ａ側に二酸化炭素
吸収装置１４を接続しているが、８ｂ側に接続しても構
わないし、同様な機能を有するバルブであれば室内ユニ
ット６側に存在するものでも良い。また、バルブ８ａ，
８ｂの開栓前に冷凍サイクル内部に冷媒を追加充填して
も良い。

【００５３】また、図６のように、室外機側作動媒体流
路と作動媒体の流路配管側との結合を司るバルブ８ａ，
８ｂに、作動媒体の流路配管との接合ポート以外に真空
ポンプによる排気や二酸化炭素の充填あるいは冷媒の追
加充填を行うためのポート２３が１つしかなくても、本
発明の上記二酸化炭素発生装置１３と二酸化炭素吸収装
置１４をバルブ１６、１７及び配管１５にて連結して構
成してなる、冷凍サイクルへの冷媒循環前に冷凍サイク
ルの一部または全部に存在する空気を除去する装置１２
を用いることにより、室内ユニット６と流路配管部分を
二酸化炭素により置換後、二酸化炭素を吸収することが
できる。

【００５４】即ち、このポート２３に、接続部１８を利
用して、空気を除去する装置１２を接続し、ポート２３
を有していない方のバルブ８ｂ部分での流路配管とのフ
レア接続を緩めた状態で、バルブ１６を開けて、二酸化
炭素発生装置１３から二酸化炭素を送気し、置換後バル
ブ１６を閉じて二酸化炭素の送気を終了する。その後、
バルブ８ｂ部分での流路配管とのフレア接続を完全に行
い、続いてバルブ１７を開けることにより、二酸化炭素
吸収装置１４によって、二酸化炭素の吸収が可能であ
る。

【００５５】二酸化炭素の吸収が完了すれば、バルブ１
７を閉じ、バルブ８を開けて室外ユニット５の冷媒を室
内ユニット６並びに接続管７へ流通させた後、ポート２
３から冷凍サイクルの一部または全部に存在する空気を
除去する装置１２をとりはずすことによって施工を実施
できる。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、冷凍サイクルの施工において、簡単で
しかも環境に好ましいように、冷凍サイクルへの冷媒循
環前に冷凍サイクル中の空気を除去出来る空気除去装置
と、そのための二酸化炭素発生装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態で用いる冷凍サイクルの
簡略図である。

【図２】本発明の一実施の形態の空気除去装置を示す図
である。

【図３】本発明の一実施の形態で用いるゼオライトの吸
着等温線を示す図である。

【図４】本発明の一実施の形態の二酸化炭素発生装置を
冷凍サイクル施工時に接続した際の配管の管路図であ
る。

【図５】本発明の一実施の形態で用いる二酸化炭素吸収
装置を冷凍サイクル施工時に接続した際の配管の管路図
である。

【図６】本発明の一実施の形態の空気除去装置を冷凍サ
イクル施工時に接続した際の配管の管路図である。

【符号の説明】

１ 冷凍圧縮機 ２ 熱交換器 ３ 冷媒流量制御部 ４ 配管 ５ 室外ユニット ６ 室内ユニット ７ 接続管 ８ 三方バルブ ９ フレアナット １０ 四方弁 １１ アキュムレータ １２ 冷凍サイクルの一部または全部に存在する空
気を除去する装置 １３ 二酸化炭素発生装置 １４ 二酸化炭素吸収装置 １５ 配管 １６ バルブ １７ バルブ １８ 接続部 １９ 二酸化炭素発生装置を構成する容器 ２０ 二酸化炭素を吸収する物質を保持する容器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器中に、二酸化炭素及び二酸化炭素を
   吸着したゼオライトを保持する、バルブ付き二酸化炭素
   発生装置と、二酸化炭素を吸収できる材料を保持する、
   バルブ付き二酸化炭素吸収装置が配管によって連結さ
   れ、冷凍サイクルへの冷媒循環前に冷凍サイクルの一部
   または全部に存在する空気を除去することができること
   を特徴とする冷凍サイクル空気除去装置。
2. 【請求項２】 二酸化炭素吸収装置が保持する材料が、
   ゼオライトまたはエポキシ化合物または水酸化カルシウ
   ムであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイク
   ル空気除去装置。
3. 【請求項３】 容器中に、二酸化炭素と、二酸化炭素を
   吸着したゼオライトとを保持し、冷凍サイクルへの冷媒
   循環前に冷凍サイクルの一部または全部に存在する空気
   を二酸化炭素に置換することができることを特徴とする
   二酸化炭素発生装置。