JPH10318634A - 冷凍サイクルの真空引き方法及び空気調和機並びに真空引き装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍サイクルを複雑にすることなく、簡単に冷
凍サイクル内の水分量を低減し、かつ所定真空度にする
時間を短縮出来る冷凍サイクルの真空引き方法及び空気
調和機並びに真空引き装置を得る。 【解決手段】圧縮機１、熱源側熱交換器３、利用側熱交
換器１１、１２、膨張弁４が接続配管１８、１９で接続
された冷凍サイクル内の真空引きを真空ポンプ１００で
行う真空引き方法において、冷凍サイクル内へ冷媒を封
入する前に接続配管１８、１９を接続し、冷凍サイクル
内の大気雰囲気の空気を接続配管１８、１９の複数箇所
から１箇所へ合流させ、その後コールドトラップ１０１
を介して真空引きする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】空気調和機、冷凍機等に用い
られる冷凍サイクル内へ冷媒を封入する前、あるいは冷
媒の入れ替えのときなどに行われる真空引き方法及び空
気調和機並びに真空引き装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機、冷凍機等に用いられる冷凍
サイクルでは、性能、信頼性を確保するために、冷媒を
封入する前に真空引きが行われ、この際、水分量を極力
低減することが必要とされる。

【０００３】また、冷媒がＨＣＦＣ系冷媒、例えばＲ２
２の場合でも重要であるが、オゾン層を破壊しないＨＦ
Ｃ系冷媒の場合、より一層低減することが要求される。
これは、ＨＦＣ系冷媒では鉱油が溶解しないために、エ
ーテル系油あるいはエステル系油等が使用されるが、こ
れら冷凍機油は水分を吸収しやすい性質を有するためで
ある。

【０００４】さらに、室内ユニットが複数接続される空
気調和機では、接続配管の長さが長く室内ユニットの台
数が多いために内容積が大きく、真空引きに多大の時間
が必要であるという問題がある。

【０００５】また、冷凍サイクル内を一定時間真空引き
を行い、その時点の真空度で水分の有無を判定し、水分
の除去を確実にすることは例えば、特開平１−１２１６
６８号公報記載のものが知られている。さらに、冷凍サ
イクル内の水分を除去することについては、冷凍サイク
ル内にコールドトラップを設け液体窒素で低温を発生さ
せて冷凍サイクルを運転して水分を除去する例として、
例えば特開昭５９−１５７４６２号記載のものが挙げら
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の特開平
１ー１２１６６８号公報記載のものは、冷凍サイクルに
水分が存在すると、水分が蒸発し、蒸気量が増大するた
めに真空度が低下しにくいという特性を利用するもので
あるが、水分量を低減し、かつ真空引き時間を短縮を図
れるものではない。また、特開昭５９ー１５７４６２号
記載のものは、冷凍サイクルを運転して水分を除去する
ものであり、冷凍サイクルが複雑化する問題がある。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
決し、簡単に冷凍サイクル内の水分量を低減し、かつ所
定真空度にする時間を短縮出来る冷凍サイクルの真空引
き方法及び空気調和機並びに真空引き装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換
器、膨張弁が接続配管で接続された冷凍サイクル内の真
空引きを真空ポンプで行う真空引き方法において、冷凍
サイクル内へ冷媒を封入する前に接続配管を接続し、冷
凍サイクル内の大気雰囲気の空気を接続配管の複数箇所
から１箇所へ合流させ、その後コールドトラップを介し
て真空引きするものである。

【０００９】これにより、冷凍サイクル内の大気雰囲気
の空気は、簡単かつ効率良くコールドラップに導かれ、
コールドラップの内部をその空気が通過する際に空気中
の水分が氷となるので、冷凍サイクル内の水分を確実に
除去できる。また、水分が除去されてから真空引きされ
るので真空引きされる冷凍サイクル内で水分の蒸発によ
る蒸気量の発生が少なく、真空引きによる圧力低下に要
する時間も短縮でき、同じ時間であれば到達真空度が低
下し、残存空気量を低減できる。

【００１０】また、本発明は、室外ユニットと複数の室
内ユニットが接続配管で接続された冷凍サイクルを有す
る空気調和機において、室外ユニットと複数の室内ユニ
ットを接続配管で接続し、冷凍サイクル内の空気が空気
調和機の複数箇所から合流されてコールドトラップを通
るように真空引きし、冷凍サイクルの冷媒としてＲ４０
７Ｃが封入されたものである。

【００１１】これにより、圧縮機の潤滑油に水分を吸収
しやすいものでも使用できるようになり、さらにオゾン
層の破壊の恐れが少ない冷媒であるＲ４０７Ｃが封入さ
れるので、性能、信頼性が十分確保され、環境汚染に好
適な空気調和機を得ることが可能となる。

【００１２】さらに、本発明は、圧縮機、熱源側熱交換
器、利用側熱交換器、膨張弁が接続配管で接続された冷
凍サイクル内の真空引きを真空ポンプで行う真空引き方
法において、冷凍サイクル内へ冷媒を封入する前に接続
配管を接続し、冷凍サイクル内の空気を冷凍サイクル内
から冷却温度が−５℃以下、−８０℃以上とされたコー
ルドトラップを介して真空引きするものである。

【００１３】冷却温度が−５℃以下のコールドトラップ
を介して、真空引きするので、真空引きの過程で冷凍サ
イクル内の水分の温度が低下し、過冷却して水滴となる
ことを防ぐことができる。また、コールドトラップは−
８０℃以上とするので、コールドトラップの熱源として
比較的に安価で実用的なドライアイスを用いることがで
き、コールドトラップによる水分除去の効果を増大さ
せ、真空引きによる圧力低下に要する時間も短縮でき
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１ないし図
３を参照して説明する。図１は、一実施例による冷凍サ
イクルと真空引き装置の構成を示すブロック図、図２
は、コルードトラップ有無による圧力の対時間変化を示
すグラフ線図、図３は、コルードトラップの詳細を示し
主に熱源を示すブロック図である。

【００１５】図１において、真空引きの対象となる冷凍
サイクルは複数の室内ユットが接続される空調機であ
り、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外空気と熱交換す
る室外熱交換器、４は冷媒制御弁、５はレシーバ、６は
圧縮機吸入側に設けられたアキュムレータ、７、８は阻
止弁であり、これらから室外ユニット１５が構成され
る。また、９、１０は冷媒分流器、１１、１２は室内空
気と熱交換する室内熱交換器、１３、１４は冷媒制御弁
であり、これらから２台の室内ユニット１６、１７が構
成される。

【００１６】室外ユニット１５と室内ユニット１６、１
７は接続配管１８、１９で接続されて、冷媒Ｒ２２ある
いはＨＦＣ系冷媒であるＲ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４
０４Ａなどが封入され冷房、あるいは暖房を行う冷凍サ
イクルが構成される。

【００１７】ここで、冷凍サイクル内部に水分があると
信頼性に大きな影響を及ぼすことが知られている。つま
り、冷凍サイクル内に水分があると、冷凍サイクルの低
温部分で氷が生成され、膨張弁あるいはキャピラリチュ
ーブが詰まり、圧縮機が苛酷な運転にさられて故障に至
る恐れがある。また、水分によって酸が生成され、冷凍
サイクル内に腐食が発生する。

【００１８】図１において、真空引き装置の構成を説明
する。１００は真空ポンプ、１０１がコールドトラッ
プ、１０２、１０３、１０４、１０５はホースであり、
１０６、１０７は継ぎ手、１０８は圧力計であり、１０
２から１０５のホースは、圧力的に十分耐えられるホー
スが用いられる。真空引き作業は室外ユニット１５、室
内ユニット１６、１７の据えつけが終了し、接続配管１
８、１９の接続作業が完了してから行う。

【００１９】通常は、室外ユニット１５には、冷媒例え
ばＨＣＦＣ冷媒のＲ２２あるいはＨＦＣ系冷媒であるＲ
４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａなどが封入されてお
り、阻止弁７、８は閉じられている。一方、室内ユニッ
ト１６、１７の冷凍サイクルを構成する内部は大気雰囲
気であり、接続配管１８、１９、室内ユニット１６、１
７内の大気雰囲気の空気を真空引きすることになる。

【００２０】真空引き作業は、コールドトラップ１０１
の温度を所定の温度に低下せしめ真空ポンプ１００を作
動させ、真空度がコールドトラップの出口側に設けられ
た圧力計１０８で計測され、所定の真空度になるまで真
空ポンプが運転される。

【００２１】次に、コールドトラップを介して真空引き
する効果について図２により説明する。図２の横軸は時
間、縦軸は圧力であり、この図は、ある冷凍サイクルに
水分を混入し、コールドトラップの効果を確認した実験
結果を表している。

【００２２】実験は、コールドトラップ無しで水分無し
の場合、コールドトラップ無しで水分有りの場合、コー
ルドトラップ有りで水分有りの場合の３通りで行い、そ
れをの各パラメータとして示している。図２において
は、コールドトラップがある場合のコールドトラップ温
度は−１５℃としている。

【００２３】図２から、水分があると圧力低下が遅くな
り、例えば１Torr（１３３Ｐａ）になる時間は４倍にも
なることが分かる。一方、コールドトラップを用いると
水分蒸発に必要な時間は、コールドトラップの無い場合
に対して、約６０％に低減され、水分除去の所要時間が
短縮されるだけでなく、同じ時間であれば、到達真空度
が低下し残存空気量が低減されることが分かる。

【００２４】したがって、コールドトラップを介して真
空引きすれば、冷凍サイクルの信頼性が向上するだけで
なく、真空引き作業を短時間で終了することが可能とな
り、省力化が図れることになる。

【００２５】上記において、コールドトラップ１０１の
温度は０℃以下が必要であるが、実験によれば真空引き
の過程で冷凍サイクル内の水分の温度は低下し、０℃に
なっても氷にならず水滴のままで過冷却することがあ
る。実験によれば、−５〜８℃程度まで水滴のままで過
冷却することが明らかであり、コールドトラップの温度
（冷却温度）は−５℃以下とすることが望ましい。

【００２６】また、水の３重点すなわち液と氷と水蒸気
が共存する温度、圧力は温度＝０℃、圧力＝４．６Torr
（６．１ｈＰａ）であることから、水分を完全に除去す
るには、圧力は４．６Torr以下とすることが良い。

【００２７】次に、コールドトラップの熱源について実
施例により詳細に説明する。

【００２８】図３はコールドトラップ１０１の熱源とし
て、蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いた例であり、１１
０、１１１は継ぎ手、１２０は圧縮機、１２１は凝縮
器、１２２は減圧装置としてのキヤピラリチューブ、１
１２は伝熱管である。その他の記号は図１と同じ要素を
表している。

【００２９】コールドトラップ１０１は真空ポンプ１０
０と冷凍サイクルの間に配管１０３、１０２、継ぎ手１
１０、１１１を介して接続される。コールドトラップの
低温を得るための別系統冷凍サイクルの圧縮機１２０か
ら吐出された冷媒は凝縮器１２１で凝縮し、キャピラリ
チューブ１２２で減圧されてコールドトラップ１０１に
供給される。コールドトラップに供給された低温冷媒は
伝熱管１１２内の空気と熱交換し圧縮機に戻る。伝熱管
１１２内では、コールドトラップ内部を冷凍サイクルか
ら合流した空気が通過する際に、空気中の水分が氷とな
って除去される。

【００３０】図４は、図３のコールドトラップ装置の具
体的配置例を表すブロック図であり、１２３は送風機、
１２４は圧縮機１２０、凝縮器１２１他を内蔵した箱で
ある。この図４の例では、凝縮器１２１は室外空気で冷
却される。

【００３１】次に、コルードトラップの他の実施例を説
明する。図５は、ペルチェ素子を用いた例を示すブロッ
ク図である。図５で１３０はペルチェ素子、１３１は高
温の放熱面、１３２は低温の吸熱面、１３３は電源線、
１３４は電源回路を含む制御器、１３５は商用電源を表
し、１３６は熱伝導率の大きな金属例えばアルミニウム
板で伝熱管１１２に熱的に接触するように取り付けられ
る。また１３７は断熱材であり、その他の記号は図１と
同じものを表している。

【００３２】コールドトラップ１０１は配管１０３、１
０２、継ぎ手１１０、１１１を介して真空ポンプ、冷凍
サイクルに接続される。ペルチェ素子は制御器１３４か
ら通電されることによって、吸熱面１３２の温度が低下
し、放熱面１３１の温度が上昇する。吸熱面１３２の温
度が低下すると金属板１３６によって伝熱管１１２が冷
却される。伝熱管１１２内では、コールドトラップ内部
を冷凍サイクルから合流した空気が通過する際に、空気
中の水分が氷となって除去される。低温部１３２の温度
を制御する必要がある場合には、温度検出器を用い、制
御器１３４で電源をオン、オフさせることが可能であ
る。また、ペルチェ素子１３１は、−１０℃程度以下の
温度を得るには多段で使用すれば良い。

【００３３】さらに、コルードトラップの他の実施例を
説明する。図６は簡易的に低温を得る方法を示すブロッ
ク図である。図６で１４０は断熱された容器、１４１は
容器の蓋、１４２はドライアイスを表し、その他の記号
は図１と同じものを表す。

【００３４】真空引き作業を行う際に予めドライアイス
１４２を容器１４０に封入する。ドライアイスの昇華温
度は約−８０℃であり、コルドトラップ１０１の伝熱管
１１２を冷却し、伝熱管１１２内では、内部を空気が通
過する際に、空気中の水分が氷となって除去される。そ
して、この場合熱源として−８０℃の低温が得られ、コ
ールドトラップによる水分除去、圧力低下に要する時間
の短縮等の効果が増大する。

【００３５】次に、図７の真空引き作業の流れを示すフ
ローチャート図で真空引き方法を説明する。まず、冷凍
サイクルにコールドトラップ１０１、真空ポンプ１００
を接続し、コールドトラップ１０１を作動させる。

【００３６】コールドトラップ温度が所定温度に低下し
た時点で真空ポンプ１００の運転を開始する。ただし、
コールドトラップ１０１、真空ポンプ１００の運転順序
はこの限りでなくともよい。圧力計１０８で所定の真空
度に到達したことが確認出来れば、冷凍サイクル側と遮
断し、真空ポンプを停止する。

【００３７】次にコールドトラップを取り外し、コール
ドトラップ１０１内を加熱して水分を除き、次の作業に
使用する。コールドトラップ１０１を乾燥するには、コ
ールドトラップ１０１に温風を吹き込む。また、コール
ドトラップ１０１の周囲に電気ヒータを設けておき、取
り外した後電気ヒータに通電し加熱することも良い。

【００３８】以上真空引きの対象となる冷凍サイクルで
使用する冷媒として、主にＲ２２で説明したが、オゾン
層を破壊しないＨＦＣ系冷媒では、圧縮機の潤滑に用い
られる油が従来の鉱油ではなく、水分を吸収しやすい、
エーテル油あるいはエステル油が用いられ冷凍サイクル
内の水分除去がさらに重要となる。ＨＦＣ系冷媒として
は、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａなどが挙げら
れる。

【００３９】また、図３ないし６ではコールドトラップ
１０１と真空ポンプ１００を別置きの実施例を示した
が、コールドトラップ１０１と真空ポンプ１００とを一
体化あるいは同一ベース上に配置し、取扱を容易にする
ことが望ましい。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、冷凍サイクルを複雑に
することなく、簡単に冷凍サイクル内の水分量を低減
し、かつ所定真空度にする時間を短縮出来る冷凍サイク
ルの真空引き方法及び空気調和機並びに真空引き装置を
得ることができる。

【００４１】以上により、空気調和機等において、冷凍
サイクルの水分に関わる故障を大幅に低減し、特に、オ
ゾン層を破壊する恐れの少ない冷媒であるＨＦＣ系冷媒
を冷凍サイクルに使用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による冷凍サイクルと真空引き装置の
構成を示すブロック図。

【図２】コルードトラップ有無による圧力の対時間変化
を示すグラフ線図。

【図３】コルードトラップの詳細を示し主に熱源を示す
ブロック図。

【図４】図３のコールドトラップ装置の具体的配置例を
表すブロック図。

【図５】他の実施例によるコールドトラップを示すブロ
ック図。

【図６】さらに、他の実施例によるコールドトラップを
示すブロック図。

【図７】真空引き作業の流れを示すフローチャート図。

【符号の説明】

１…圧縮機、３…室外熱交換器、４…冷媒制御弁、７、
８…阻止弁、１１、１２…室内熱交換器、１５…室外ユ
ニット、１６、１７…室内ユニット、１００…真空ポン
プ、１０１…コールドトラップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡部 信也 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所空調システム事業部内 (72)発明者 木村 照夫 東京都千代田区神田須田町一丁目23番地２ 日立冷熱株式会社内 (72)発明者 岩田 正 東京都千代田区神田須田町一丁目23番地２ 日立冷熱株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換
   器、膨張弁が接続配管で接続された冷凍サイクル内の真
   空引きを真空ポンプで行う真空引き方法において、 前記冷凍サイクル内へ冷媒を封入する前に前記接続配管
   を接続し、前記冷凍サイクル内の大気雰囲気の空気を前
   記接続配管の複数箇所から１箇所へ合流させ、その後コ
   ールドトラップを介して真空引きすることを特徴とする
   冷凍サイクルの真空引き方法。
2. 【請求項２】 圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換
   器、膨張弁が接続配管で接続され冷媒としてＨＦＣ系冷
   媒が用いられる冷凍サイクルの真空引き方法において、 前記冷凍サイクル内へ前記ＨＦＣ系冷媒を封入する前に
   前記接続配管を接続し、前記冷凍サイクル内の大気雰囲
   気の空気を前記接続配管に設けられた複数の阻止弁から
   ホースを接続して１箇所へ合流させ、その後コールドト
   ラップを介して真空引きすることを特徴とする冷凍サイ
   クルの真空引き方法。
3. 【請求項３】 室外ユニットと複数の室内ユニットが接
   続配管で接続され冷媒としてＨＦＣ系の冷媒が用いられ
   る空気調和機において、 前記空気調和機内へ前記冷媒を封入する前に接続された
   前記接続配管と、 前記接続配管が接続された後の前記空気調和機内の大気
   雰囲気の空気を前記接続配管の複数箇所から真空に引く
   手段とを備え、前記接続配管の複数箇所から真空に引か
   れる前記大気雰囲気の空気が合流され、その後コールド
   トラップを介して真空引きされたことを特徴とする空気
   調和機。
4. 【請求項４】 室外ユニットと複数の室内ユニットが接
   続配管で接続された冷凍サイクルを有する空気調和機に
   おいて、 前記室外ユニットと複数の室内ユニットを接続配管で接
   続し、前記冷凍サイクル内の空気が前記空気調和機の複
   数箇所から合流されてコールドトラップを通るように真
   空引きし、前記冷凍サイクルの冷媒としてＲ４０７Ｃが
   封入されたことを特徴とする空気調和機。
5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載のいずれかのもの
   において、前記コールドラップの温度を−５℃以下、−
   ８０℃以上とすることを特徴とする冷凍サイクルの真空
   引き方法。
6. 【請求項６】 請求項３又は４に記載のいずれかのもの
   において、前記コールドラップの温度を−５℃以下、−
   ８０℃以上とすることを特徴とする空気調和機。
7. 【請求項７】 請求項１又は２に記載のいずれかのもの
   において、前記真空引きによる真空度を４．６Torr（6.
   1 hPa）以下、０．８Torr（1.0hPa）以上とすること特
   徴とする冷凍サイクルの真空引き方法。
8. 【請求項８】 圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換
   器、膨張弁が接続配管で接続された冷凍サイクル内の真
   空引きを真空ポンプで行う真空引き方法において、 前記冷凍サイクル内へ冷媒を封入する前に前記接続配管
   を接続し、前記冷凍サイクル内の空気を前記冷凍サイク
   ル内から冷却温度が−５℃以下、−８０℃以上とされた
   コールドトラップを介して真空引きすることを特徴とす
   る冷凍サイクルの真空引き方法。
9. 【請求項９】 圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換
   器、膨張弁が接続配管で接続された冷凍サイクル内の真
   空引きを行う真空引き装置において、 前記冷凍サイクル内の複数箇所と接続され前記冷凍サイ
   クル内の大気雰囲気の空気を１箇所へ合流させるホース
   と、 １箇所へ合流された前記空気を−５℃以下、−８０℃以
   上で冷却するコールドトラップと、 前記コールドトラップの出口側に設けられた圧力計と、 前記コールドトラップの出口側に設けられ前記冷凍サイ
   クル内が所定の真空度になるまで運転される真空ポンプ
   とを備えたことを特徴とする真空引き装置。