WO2023188789A1 - 冷媒チャージ方法 - Google Patents

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WO2023188789A1
WO2023188789A1 PCT/JP2023/003193 JP2023003193W WO2023188789A1 WO 2023188789 A1 WO2023188789 A1 WO 2023188789A1 JP 2023003193 W JP2023003193 W JP 2023003193W WO 2023188789 A1 WO2023188789 A1 WO 2023188789A1
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WO
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refrigerant
port
container
boiling point
refrigeration circuit
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Application number
PCT/JP2023/003193
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English (en)
French (fr)
Inventor
峻 豊岡
Original Assignee
Ｐｈｃホールディングス株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B45/00—Arrangements for charging or discharging refrigerant

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerant charging method.
  • Patent Document 1 discloses a method of filling a refrigerant circuit with a non-azeotropic mixed refrigerant using a cylinder that accommodates the amount of non-azeotropic mixed refrigerant that can be filled at once.
  • the refrigerant circuit is applied to an air conditioner, and R407C is used as the non-azeotropic refrigerant mixture.
  • R407C is composed of HFC32 (boiling point: -51.7°C), HFC125 (boiling point: -48.5°C) and HFC134a (boiling point: -26.5°C).
  • the boiling points of these three refrigerants are relatively close to each other. Therefore, it is considered that these three types of refrigerants are mixed relatively evenly in the cylinder at room temperature before being charged into the refrigerant circuit.
  • non-azeotropic refrigerant mixtures are made up of multiple refrigerants with significantly different boiling points, such as the non-azeotropic refrigerant mixtures that are filled in the refrigeration circuit of ultra-low temperature freezers that achieve extremely low temperatures below -80°C. There is something to be done. These multiple refrigerants may exist separately from each other in a sealed container before being filled into the refrigeration circuit. There is a need for a method for reliably filling a refrigeration circuit with a non-azeotropic mixed refrigerant in such a state.
  • An object of the present disclosure is to provide a refrigerant charging method that can reliably charge a non-azeotropic mixed refrigerant to a refrigeration circuit.
  • the refrigerant charging method includes: refrigerant charging to a refrigeration circuit comprising a compressor, a condenser, a throttling device, an evaporator, and a first port located in a high-pressure portion of the compressor or downstream of the compressor and upstream of the throttling device; A method, Connecting the mouth of a container sealed with a refrigerant containing a high boiling point refrigerant in a liquid state and a medium boiling point refrigerant in a wet gas state having a boiling point lower than the high boiling point refrigerant to the first port, The method includes charging at least a portion of the refrigerant in the container from the container with the mouth facing downward to the refrigeration circuit through the first port.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a refrigeration circuit.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a container and a refrigerant therein.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the container and the refrigerant therein.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the jig.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the container and the refrigerant and oil carrier agent therein.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a modified example of the container and the refrigerant therein.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigeration circuit 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the refrigeration circuit 100 is applied to a refrigeration device such as an ultra-low temperature freezer.
  • the refrigeration circuit 100 includes a compressor 1, a condenser 2, a gas-liquid separator 3, a first heat exchanger 4, an auxiliary throttling device 5, a throttling device 6, a second heat exchanger 7, and an evaporator 8. Further, the refrigeration circuit 100 may include a refrigerant tank 9 and a refrigerant tank connection expansion device 10.
  • the refrigerant flowing through the refrigeration circuit 100 is a non-azeotropic refrigerant mixture that is a mixture of refrigerants having different boiling points.
  • the non-azeotropic refrigerant mixture includes a high-boiling refrigerant, a medium-boiling refrigerant whose boiling point is lower than the high-boiling refrigerant, and a low-boiling refrigerant whose boiling point is lower than the medium-boiling refrigerant.
  • the non-azeotropic mixed refrigerant may be simply referred to as a refrigerant.
  • the compressor 1 compresses the sucked refrigerant and discharges it into the pipe.
  • the discharged refrigerant flows into the condenser 2 through the piping.
  • the compressor 1 has a low-pressure part (a part where refrigerant exists before being compressed) between a suction port that sucks refrigerant and a part that compresses the refrigerant (for example, a cylinder), a part that compresses the refrigerant, and a part that discharges the refrigerant. It has a high pressure part (a part where compressed refrigerant exists) between it and the discharge port.
  • the condenser 2 is a heat exchanger equipped with a fan rotated by a fan motor.
  • the condenser 2 is a heat exchanger that cools the refrigerant by exchanging heat with surrounding air sent in by a fan, and condenses at least a portion of the refrigerant.
  • the refrigerant that has passed through the condenser 2 flows into the gas-liquid separator 3.
  • the gas-liquid separator 3 is a container that separates the refrigerant into gas and liquid.
  • the refrigerant in a gaseous state that is, the components that have not been condensed in the condenser 2 (components with a relatively low boiling point) flows out of the gas-liquid separator 3 while remaining in a gaseous state and flows into the inner pipe 4a of the first heat exchanger 4. flows into.
  • the refrigerant in a liquid state that is, the component condensed in the condenser 2 (component with a relatively high boiling point) flows out of the gas-liquid separator 3 and flows into the auxiliary throttling device 5.
  • the auxiliary throttle device 5 is, for example, a capillary tube.
  • the refrigerant When passing through the auxiliary throttling device 5, the refrigerant is throttled and expanded, and the pressure and temperature of the refrigerant decrease.
  • the refrigerant flowing out from the auxiliary expansion device 5 flows into the outer tube 4b of the first heat exchanger 4.
  • the first heat exchanger 4 is a heat exchanger that includes an inner tube 4a and an outer tube 4b surrounding the inner tube 4a.
  • the refrigerant flowing through the inner tube 4a exchanges heat with the refrigerant flowing through the outer tube 4b, and heat is removed from the refrigerant.
  • the throttle device 6 is, for example, a capillary tube. When passing through the throttling device 6, the refrigerant is throttled and expanded, and the pressure and temperature of the refrigerant decrease.
  • the expansion device 6 constitutes the second heat exchanger 7 together with the outer tube 7b of the second heat exchanger 7.
  • the throttle device 6 is surrounded by an outer tube 7b. Therefore, the refrigerant passing through the expansion device 6 exchanges heat with the refrigerant passing through the outer tube 7b and is further cooled down.
  • the refrigerant flowing out from the expansion device 6 flows into the evaporator 8 and evaporates. At this time, the area around the evaporator 8, that is, the object to be cooled is cooled.
  • the refrigerant flowing out of the evaporator 8 flows into the outer tube 7b of the second heat exchanger 7, absorbs heat from the refrigerant flowing through the expansion device 6, and flows out from the outer tube 7b.
  • the refrigerant flowing out from the outer tube 7b flows into the outer tube 4b of the first heat exchanger 4, and joins and mixes with the refrigerant flowing out from the auxiliary expansion device 5.
  • the mixed refrigerant removes heat from the refrigerant flowing through the inner tube 4a of the first heat exchanger 4, completely evaporates, and flows out from the outer tube 4b.
  • the refrigerant flowing out from the outer tube 4b is sucked into the compressor 1, compressed again, and discharged.
  • a refrigerant tank 9 may be connected to a pipe located downstream of the outer pipe 4b and upstream of the compressor 1 via a refrigerant tank connection throttle device 10.
  • the refrigeration circuit 100 configured as described above is divided into a high-pressure circuit in which high-pressure refrigerant exists and a low-pressure circuit in which low-pressure refrigerant exists, with the compressor 1 and expansion device 6 as boundaries.
  • the high-pressure circuit includes a high-pressure portion of the compressor 1 and a portion located downstream of the compressor 1 and upstream of the throttling device 6 .
  • the high-pressure circuit also includes a section between the gas-liquid separator 3 and the auxiliary throttle device 5.
  • the low-pressure circuit includes a low-pressure portion of the compressor 1 and a portion located upstream of the compressor 1 and downstream of the expansion device 6.
  • the low pressure circuit also includes a refrigerant tank 9 and a throttling device 10 for connecting the refrigerant tank.
  • a first port 11 is arranged in the high voltage circuit. Further, a second port 12 is arranged in the low pressure circuit.
  • the first port 11 is provided, for example, in a pipe located downstream of the condenser 2 and upstream of the gas-liquid separator 3, as shown in FIG.
  • the second port 12 is provided, for example, in the low pressure portion of the compressor 1 and the refrigerant tank 9, as shown in FIG.
  • These ports are normally closed and are connected to a refrigerant supply source when charging refrigerant to the refrigeration circuit 100 for the first time or when charging refrigerant for replenishment. Then, refrigerant is charged from the refrigerant supply source to the refrigeration circuit 100 through these ports. It goes without saying that the number of first ports 11 and second ports 12 is not limited to what is illustrated.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a container 20 filled with a refrigerant, which is a refrigerant supply source.
  • the container 20 includes a container body 21 and a mouth 22.
  • the container body 21 has a cylindrical side wall, a bottom that closes both ends of the side wall, and a ceiling.
  • the opening 22 is provided in the ceiling.
  • the container 20 is, for example, a cylinder.
  • Container 20 does not have a siphon tube. Therefore, the container 20 can be easily manufactured.
  • the container 20 may include a short siphon tube that does not reach the bottom of the container 20.
  • a side hole may be formed near the root (ceiling side end) of the siphon pipe. By forming the side hole, when the container 20 is placed in a position with the mouth 20 facing downward, the liquid high boiling point refrigerant 23 can be discharged from the container 20 via the siphon pipe, as will be explained later. .
  • the container 20 has a shape that allows it to be stably placed on a horizontal surface with the bottom of the container body 21 facing down and the ceiling, that is, the mouth 22 facing up. In other words, the container 20 can stand up on a horizontal surface.
  • FIG. 2 shows the container 20 in a position with the mouth 22 facing upward (that is, in an upright position). Note that the container 20 may have any shape as long as it has an opening 22.
  • the container 20 is filled with a non-azeotropic mixed refrigerant including a high-boiling refrigerant 23, a medium-boiling refrigerant 24 whose boiling point is lower than that of the high-boiling refrigerant 23, and a low-boiling refrigerant 25 whose boiling point is lower than that of the medium-boiling refrigerant.
  • a non-azeotropic mixed refrigerant including a high-boiling refrigerant 23, a medium-boiling refrigerant 24 whose boiling point is lower than that of the high-boiling refrigerant 23, and a low-boiling refrigerant 25 whose boiling point is lower than that of the medium-boiling refrigerant.
  • the high boiling point refrigerant 23 is in a liquid state
  • the medium boiling point refrigerant 24 is in a wet gas state
  • the low boiling point refrigerant 25 is in a gas state inside the container 20. Therefore, the three refrigerants exist substantially separately in the container 20.
  • a high boiling point refrigerant 23 in a liquid state is present near the bottom of the container body 21
  • a low boiling point refrigerant 25 in a gas state is present near the mouth 22
  • a medium boiling point refrigerant 25 in a wet gas state is present near the bottom of the container body 21.
  • a refrigerant 24 is present between the high boiling refrigerant 23 and the low boiling refrigerant 25 .
  • the container 20 when the container 20 is in an upside-down position, that is, the mouth 22 is facing downward, the high boiling point refrigerant 23 in liquid state is present near the mouth 22, as shown in FIG.
  • a low-boiling refrigerant 25 in the state is present near the bottom of the container body 21, and a medium-boiling refrigerant 24 in the wet gas state is present between the high-boiling refrigerant 23 and the low-boiling refrigerant 25.
  • the high boiling point refrigerant 23, medium boiling point refrigerant 24, and low boiling point refrigerant 25 may be any refrigerant as long as it becomes a liquid state, a wet gas state, and a gas state, respectively, inside the container 20 placed in a room temperature environment. It's okay.
  • the high boiling point refrigerant 23 is normal butane
  • the medium boiling point refrigerant 24 is ethane
  • the low boiling point refrigerant 25 is methane.
  • High boiling point refrigerant 23 may be normal butane or isobutane
  • medium boiling point refrigerant 24 may be ethane, ethylene, or xenon
  • low boiling point refrigerant 25 may be methane or krypton.
  • the total weight of the non-azeotropic refrigerant mixture may be 150 g or less.
  • the total weight it is possible to comply with the IEC (International Electrotechnical Commission) standard.
  • hydrocarbon gas and rare gas can suppress environmental load.
  • the ratio of each refrigerant sealed in the container 20 is, for example, the high boiling point refrigerant 23 is 50% by weight or more and 80% by weight, assuming that the total of the contents enclosed in the container 20 (that is, non-azeotropic mixed refrigerant) is 100% by weight.
  • the medium boiling point refrigerant 24 is 10% by weight or more and less than 50% by weight
  • the low boiling point refrigerant 25 is 20% by weight or less.
  • the total of the medium boiling point refrigerant 24 and the low boiling point refrigerant 25 is 50% by mass or less. All low-boiling refrigerants may be replaced by medium-boiling refrigerants.
  • Charging of the refrigerant from the container 20, which is a refrigerant supply source, to the refrigeration circuit 100 is performed as follows. Note that the refrigerant is charged before the refrigeration circuit 100 starts operating, or when a refrigerant leak occurs after the refrigeration circuit 100 starts operating. For example, if the lubricating oil used to lubricate the compressor 1 tends to accumulate in the evaporator 8 for a certain period of time (for example, if the temperature is low and the power is left unattended for a while after a power outage occurs), then the refrigerant leaks. It will be done if the lubricating oil used to lubricate the compressor 1 tends to accumulate in the evaporator 8 for a certain period of time (for example, if the temperature is low and the power is left unattended for a while after a power outage occurs), then the refrigerant leaks. It will be done if the lubricating oil used to lubricate the compressor 1 tends to accumulate in the evaporator
  • the first port 11 and the port 22 are connected via a valve and piping.
  • the container 20 may include a valve attached to the mouth 22.
  • the container 20 is placed in the position shown in FIG. 3, ie, with the mouth 22 facing downward.
  • the valve is opened.
  • the pressure inside the refrigeration circuit 100 may be reduced before the valve is opened.
  • the pressure reduction can be performed, for example, by sucking the inside of the refrigeration circuit 100 with a vacuum pump through at least one of the first port 11 and the second port 12.
  • the refrigerant sealed in the container 20 is charged into the refrigeration circuit 100 via the first port 11.
  • the high-boiling refrigerant 23 present near the mouth 22 is charged first, then the medium-boiling refrigerant, and finally the low-boiling refrigerant.
  • the initially charged high boiling point refrigerant 23 first spreads throughout the high pressure circuit. Subsequently, the high boiling point refrigerant 23 enters the expansion device 6 and the auxiliary expansion device 5, which have large piping resistance, passes through them, and enters the low-pressure circuit. Note that, due to the structure of the compressor 1, the refrigerant cannot flow from the high pressure section of the compressor 1 to the low pressure section.
  • the force that pushes the high-boiling point refrigerant 23 that has entered the expansion device 6 and the auxiliary expansion device 5, which have large pipe resistance, toward the low-pressure circuit side is provided by the medium-boiling point refrigerant 24 and the low-boiling point refrigerant 25 in the container 20. This is because the medium-boiling point refrigerant 24 and the low-boiling point refrigerant 25 have lower boiling points than the high-boiling point refrigerant 23, and therefore have a higher pressure than the high-boiling point refrigerant 23 in the same temperature environment.
  • the high boiling point refrigerant 23 that has spread to the high pressure circuit is pushed by the medium boiling point refrigerant 24 and the low boiling point refrigerant 25 in the container 20, and enters the expansion device 6 and the auxiliary expansion device 5, and enters the expansion device 6 and the auxiliary expansion device. 5 can be passed. Then, following the high-boiling refrigerant 23, a medium-boiling refrigerant 24 and a low-boiling refrigerant 25 can enter the high-pressure circuit.
  • the medium boiling point refrigerant 24 is then charged into the refrigeration circuit 100, and finally the low boiling point refrigerant 25 is charged into the refrigeration circuit 100.
  • the pressure of the refrigerant in the refrigeration circuit 100 increases, but since the low boiling point refrigerant 25 charged last is the refrigerant with the highest pressure in the same temperature environment, the pressure of the refrigerant in the container 20 increases. Almost the entire amount of refrigerant can be charged.
  • the refrigerant pressure at least in the high-pressure circuit portion gradually increases. Therefore, while the refrigerant remains in the container 20, the refrigerant may not enter the refrigeration circuit 100 from the first port 11, or may become difficult to enter. In this case, the following steps may be performed.
  • the low-pressure circuit in which the second port 12 is provided is located downstream from the first port 11 than the throttle device 6 and the auxiliary throttle device 5, which have a large pipe resistance. Therefore, even if the high-boiling point refrigerant 23 is charged into the high-pressure circuit upstream of the expansion device 6 and the auxiliary expansion device 5, the high-boiling point refrigerant 23 cannot immediately flow into the low-pressure circuit. That is, the state in which the pressure in the low pressure circuit is low continues at least for a while after the start of refrigerant charging.
  • the refrigerant circuit 100 specifically, the high pressure circuit
  • the low boiling point refrigerant and medium boiling point refrigerant remaining in the container 20 are transferred to the second port 11. It is possible to enter the refrigerant circuit (specifically, the low pressure circuit) from the refrigerant circuit.
  • the attitude of the container 20 may be such that the mouth 22 faces upward or downward, and in either case, the entire amount remaining in the container 20 can be reliably charged to the refrigeration circuit 100.
  • the refrigeration circuit 100 does not need to include the second port 12.
  • the refrigerant inlet port can be switched from the first port 11 to the second port 12 by disconnecting the container 20 and the first port 11 and then connecting the container 20 and the second port 12 via piping and a valve. This can be done by connecting. Furthermore, a jig 30 described below may be used.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the jig 30.
  • the jig 30 includes a container connection port 31, a branch pipe 32, two port connection ports 33, and two valves 34.
  • the two valves 34 constitute a path switching device.
  • the container connection port 31 is a connection component that is connected to the port 22 of the container 20.
  • the branch pipe 32 is a pipe having a shape in which one pipe branches into two pipes, and the container connection port 31 is attached to the end of one pipe before branching.
  • port connection ports 33 are attached to the ends of the two branched pipes of the branch pipe 32, respectively.
  • the port connection port 33 is a connection component that is connected to the first port 11 or the second port 12.
  • a valve 34 is attached to each of the two pipes after branching of the branch pipe 32.
  • charging of refrigerant from the container 20 to the refrigeration circuit 100 is performed as follows. First, the two valves 34 are closed. The mouth 22 of the container 20 is connected to the container connection port 31, one of the port connection ports 33 is connected to the first port 11, and the other of the port connection ports 33 is connected to the second port 12. Concurrent with these connections, the container 20 is placed in a position with the mouth 22 facing downward.
  • valve 34 attached to the pipe connected to the first port 11 of the two pipes after branching of the branch pipe 32 is opened.
  • the refrigerant sealed in the container 20 is charged into the refrigeration circuit 100 via the first port 11.
  • the high boiling point refrigerant 23 present near the mouth 22 is charged first.
  • valve 34 attached to the pipe connected to the first port 11 is closed, and then the valve 34 attached to the pipe connected to the second port 12 is opened.
  • the route is switched by the route switching device.
  • the refrigerant remaining in the container 20 is charged into the refrigerant circuit from the second port 12.
  • the opening/closing of the valve 34 may be performed while measuring the weight of the container 20, and may be performed at the timing when the weight has reached a predetermined value, or may be performed using a pressure gauge attached to the refrigeration circuit 100, the jig 30, or the container 20. It may be carried out at the timing when the pressure is shown to be a predetermined pressure.
  • the position where the refrigerant is charged from the container 20 to the refrigeration circuit 100 can be easily changed, and in turn, the refrigerant in the container 20 can be reliably charged to the refrigeration circuit 100.
  • the mouth 22 of the container 20 may be connected to the second port 12 instead of the first port 11, and the refrigerant circuit 100 may be charged from the beginning via the second port 12.
  • the container 20 is placed in a position with the mouth 22 facing upward (that is, in an upright position). That is, the low boiling point refrigerant 25 present in the upper part of the container 20 is first charged into the refrigeration circuit 100 (specifically, the low pressure circuit). Subsequently, the medium boiling point refrigerant 24 is charged into the refrigeration circuit 100.
  • the high boiling point refrigerant 23 in a liquid state is located at the bottom of the container 20 and cannot enter the refrigeration circuit 100. Therefore, after the low boiling point refrigerant 25 and the medium boiling point refrigerant 24 are charged into the refrigeration circuit 100 through the second port 12, the attitude of the container 20 is changed to one in which the mouth 22 faces downward. Then, the high boiling point refrigerant 23 in the container 20 is charged into the refrigeration circuit 100 via the second port 12.
  • the low boiling point refrigerant 25 and the medium boiling point refrigerant 24 have small molecular weights, they can pass through the expansion device 6 and the auxiliary expansion device 5 relatively easily. Therefore, the low boiling point refrigerant 25 and the medium boiling point refrigerant 24 charged into the low pressure circuit from the second port 12 can pass through the expansion device 6 and the auxiliary expansion device 5 and flow into the high pressure circuit. Further, the total ratio of the medium boiling point refrigerant 24 and the low boiling point refrigerant 25 to the total weight of the refrigerant sealed in the container 20 is 50% by mass or less.
  • the low pressure circuit includes members having a relatively large volume (that is, the evaporator 8, the outer tube 4b of the first heat exchanger 4, the outer tube 7b of the second heat exchanger 7, and the refrigerant tank 12). Therefore, even if the low-boiling point refrigerant 25 and the medium-boiling point refrigerant 24 are charged into the low-pressure circuit from the second port 12, the pressure increase in the low-pressure circuit is relatively suppressed. Therefore, after charging the low-boiling point refrigerant 25 and the medium-boiling point refrigerant 24 from the second port 12 to the low-pressure circuit, the high-boiling point refrigerant 23 can be charged from the second port 12 to the low-pressure circuit.
  • the low pressure portion of the compressor 1 has a relatively large volume.
  • the compressor 1 also becomes a member with a relatively large volume that constitutes the low pressure circuit.
  • the lubricating oil for lubricating the compressor 1 remains in a low temperature and large volume part, for example, the evaporator 8, in a state where the temperature has decreased and the viscosity has increased. There is a possibility that it is.
  • the medium-boiling refrigerant is a hydrocarbon (for example, ethane)
  • the low-pressure circuit can be charged with a medium-boiling refrigerant 24 that is compatible with lubricating oil for lubricating the compressor 1 . Therefore, by bringing the medium boiling point refrigerant 24 into contact with the lubricating oil retained in the evaporator 8, the viscosity of the lubricating oil can be reduced.
  • the high boiling point refrigerant 23 is present in the low pressure circuit, and the low boiling point refrigerant 25 and the medium boiling point refrigerant 24 are present in the high pressure circuit.
  • the compressor 1 is started in this state, the refrigerant that is sucked in and compressed is mainly the high boiling point refrigerant 23. Since the high boiling point refrigerant 23 has a higher boiling point than the low boiling point refrigerant 25 and the medium boiling point refrigerant 24, the pressure is lower than that of the low boiling point refrigerant 25 and the medium boiling point refrigerant 24 in the same temperature environment. In other words, the compressor 1 can be easily started with a relatively low load because the discharge pressure at startup does not become high.
  • the port to which the container 20 is first connected may be the first port 11 or the second port 12.
  • the port to be used first when charging the refrigerant from the container 20 can be determined based on the detected state by detecting the state of the refrigeration circuit 100 or the refrigeration apparatus including the refrigeration circuit 100.
  • the state of the refrigeration circuit 100 or the refrigeration system including the refrigeration circuit 100 may be detected, and the port 22 may be connected to the second port 12 instead of being connected to the first port 11 based on the detected state. good.
  • the refrigerant in the container 20 is charged into the refrigeration circuit 100 via the second port 12 from the container 20 with the mouth 22 facing upward. Further, thereafter, the attitude of the container 20 is changed to one in which the mouth 22 faces downward, and the refrigerant remaining in the container 20 is charged.
  • the state of the refrigeration circuit 100 or the refrigeration device including the refrigeration circuit 100 is detected by a temperature sensor attached to the refrigeration circuit 100 or the refrigeration device before refrigerant is charged and while the refrigeration circuit 100 is in operation. be done.
  • Table 1 An example of the relationship between the installation position of the temperature sensor, the detection result of the temperature sensor, and the port where the refrigerant is charged is as shown in Table 1. Note that when the refrigeration circuit 100 is applied to a cold storage such as an ultra-low temperature freezer, a temperature sensor that detects the temperature inside the refrigerator is used in addition to each temperature sensor shown in Table 1 for determination. Hereinafter, a case where the refrigeration circuit 100 is applied to a cold storage such as an ultra-low temperature freezer will be described.
  • the refrigerant temperature at the outlet of the condenser 2 is higher than a predetermined value and the temperature inside the refrigerator is higher than a predetermined value, that is, the detection results of the temperature sensors at the outlet of the condenser 2 and the temperature inside the refrigerator are If abnormally high temperatures are indicated, the following abnormalities may be occurring. That is, there is a possibility that clogging of lubricating oil or impurities that causes poor condensation within the inner tube 4a of the first heat exchanger 4 has occurred. In other words, there is a possibility that an abnormality has occurred in the high pressure circuit (particularly in the inner tube 4a of the first heat exchanger).
  • the first port 11 is used for charging the refrigerant. By charging the refrigerant from the first port 11, the above problem can be solved.
  • the temperature sensor detects the temperature at the evaporator 8 inlet and the temperature inside the refrigerator. If the results indicate abnormally high temperatures, the following abnormalities may have occurred. In other words, there is a possibility that the throttling device 6 or the high pressure circuit is clogged with lubricating oil or impurities. In other words, there is a possibility that an abnormality has occurred in the high voltage circuit. Therefore, in this case, the first port 11 is used for charging the refrigerant. By charging the refrigerant from the first port 11, the above problem can be solved.
  • the temperature sensor detects the temperature at the evaporator 8 outlet and the temperature inside the refrigerator. If the results indicate abnormally high temperatures, the following abnormalities may have occurred. That is, clogging with lubricating oil or impurities may occur inside the evaporator 8 or other parts of the low-pressure circuit. Alternatively, lubricating oil may remain inside the evaporator 8. In other words, there is a possibility that an abnormality has occurred in the low voltage circuit. Therefore, in this case, the second port 12 is used for charging the refrigerant. By charging the refrigerant from the second port 12, the above problem can be solved.
  • the refrigerant temperature at the inlet or outlet of the inner pipe 4a of the first heat exchanger 4 is higher than a predetermined value and the internal temperature of the refrigerator is higher than a predetermined value, that is, the first heat exchanger 4
  • the detection results of the temperature sensor at the inlet or outlet of the inner pipe 4a of the exchanger 4 and the temperature inside the refrigerator indicate an abnormally high temperature
  • the following abnormality may have occurred. That is, there is a possibility that the inner pipe 4a of the first heat exchanger 4 is clogged with lubricating oil or impurities that cause poor condensation of the refrigerant. In other words, there is a possibility that an abnormality has occurred in the high pressure circuit (particularly in the inner tube 4a of the first heat exchanger). Therefore, in this case, the first port 11 is used for charging the refrigerant. By charging the refrigerant from the first port 11, the above problem can be solved.
  • the refrigerant temperature at the inlet or outlet of the outer tube 4b of the first heat exchanger 4 is higher than a predetermined value and the internal temperature is higher than a predetermined value, that is, the first heat exchanger 4
  • the detection results of the temperature sensors at the inlet or outlet of the outer pipe 4b of the exchanger 4 and the temperature inside the refrigerator indicate an abnormally high temperature
  • the following abnormality may have occurred. That is, there is a possibility that the outer tube 4b of the first heat exchanger 4 is clogged with lubricating oil or impurities that cause poor evaporation of the refrigerant.
  • the second port 12 is used for charging the refrigerant. By charging the refrigerant from the second port 12, the above problem can be solved.
  • the opening 22 of the container 20 is connected to the first port 11 to charge the refrigerant. Further, if there is an abnormality in the temperature of the refrigerant flowing from the expansion device 6 toward the compressor 1, the mouth 22 of the container 20 is connected to the second port 12 to charge the refrigerant. In other words, instead of connecting the mouth 22 of the container 20 to the first port 11, it is connected to the second port 12.
  • the detection results of the temperature sensor are recorded as a log in the control device of the refrigeration equipment.
  • the control device may determine a port to charge the refrigerant based on the log, and display the determination result on a display device included in the refrigeration device. The operator can look at this display and charge the refrigerant from the appropriate port.
  • the container 20 may contain an oil carrier agent 26 that is charged into the refrigeration circuit 100 together with the non-azeotropic mixed refrigerant.
  • the oil carrier agent 26 is enclosed in the container 20 in an amount of 0.14 wt. may have been done.
  • the oil carrier agent may be, for example, normal pentane or propane.
  • the oil carrier agent is in a liquid state in the container 20 in a normal temperature environment. Since the oil carrier agent is in a liquid state, it mixes with the liquid high boiling point refrigerant 23. Therefore, when the attitude of the container 20 is such that the mouth 22 faces downward, the refrigerating circuit 100 is charged together with the liquid high boiling point refrigerant 23. Therefore, by connecting the mouth 22 of the container 20 to the second port 12 and charging the refrigerant from the second port, the oil carrier agent can first be brought into contact with the refrigerant staying in the low pressure circuit. Therefore, the stagnant refrigerant can be quickly distributed to the refrigeration circuit 100.
  • the oil carrier can be used in the process of charging the refrigerant without performing a special process of charging the oil carrier agent.
  • the agent can be charged into the refrigeration circuit 100.
  • the compressor 1 may be a compressor that does not require lubricating oil.
  • the high boiling point refrigerant 23 is charged from the first port 11, and then the low boiling point refrigerant 25 and the medium boiling point refrigerant 24 are charged from the second port 12. Since the low pressure circuit has a relatively large volume, the pressure increase in the low pressure circuit can be suppressed to some extent. Further, since the high pressure circuit has a relatively small volume, the high boiling point refrigerant 23 passes through the expansion device 6 and the auxiliary expansion device 5 and flows from the high pressure circuit into the low pressure circuit. In other words, the pressure increase in the high-pressure circuit can be suppressed to some extent. Therefore, the discharge pressure of the compressor 1 at startup does not become high, so that the compressor 1 can be easily started with a relatively low load even without lubricating oil.
  • the container 20 may include a skirt 27, as shown in FIG.
  • the skirt 27 By providing the skirt 27, the container 20 can stably stand on its own in a horizontal plane even when the mouth 22 faces downward. Further, a similar opening 22 may be formed at a position symmetrical to the opening 22 (a portion corresponding to the bottom of the container in FIG. 6). By providing the skirt 27, the workability of charging refrigerant to the refrigeration circuit 100 can be improved.
  • the path switching device included in the jig 30 may be configured with one three-way valve instead of the two valves 34.
  • the refrigeration apparatus may include two refrigeration circuits 100.
  • the low boiling point refrigerant 23 is not sealed in the container 20, and the medium boiling point refrigerant 24 and the high boiling point refrigerant are used as refrigerants constituting the non-azeotropic mixed refrigerant. Only the refrigerant 25 may be enclosed.
  • the present disclosure can be used in various refrigeration devices that use a non-azeotropic mixed refrigerant as a refrigerant, such as an ultra-low temperature storage, an ultra-low temperature freezer, a medical cold storage, a blood cold storage, or a thermostat.
  • refrigeration equipment used in environments without gravity such as zero gravity space or microgravity space (eg, space environment) includes a compressor that does not require lubricating oil.
  • the present disclosure can also be applied to a refrigeration system equipped with such a compressor, and therefore can be used extremely effectively in industry.
  • Refrigeration circuit 1 Compressor 2 Condenser 3 Gas-liquid separator 4 First heat exchanger 4a Inner tube 4b Outer tube 5 Auxiliary throttle device 6 Throttle device 7 Second heat exchanger 7b Outer tube 8 Evaporator 9 Refrigerant tank 10 Refrigerant Tank connection throttle device 11 First port 12 Second port 20 Container 21 Container body 22 Port 23 High boiling point refrigerant 24 Medium boiling point refrigerant 25 Low boiling point refrigerant 26 Oil carrier agent 27 Skirt 30 Jig 31 Container connection port 32 Branch piping 33 Port Connection port 34 valve

Abstract

冷媒チャージ方法は、圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器、並びに、圧縮機の高圧部分または圧縮機よりも下流側かつ絞り装置よりも上流側の位置に配置された第１ポートを備える冷凍回路への冷媒チャージ方法であって、液状態の高沸点冷媒と、高沸点冷媒よりも沸点が低く、湿りガス状態の中沸点冷媒とを含む冷媒が封入された容器の口を第１ポートに接続し、口が下を向く姿勢の容器から、冷凍回路に第１ポートを介して容器内の冷媒の少なくとも一部をチャージする、ことを含む。

Description

冷媒チャージ方法
　本発明は、冷媒チャージ方法に関する。
　特許文献１には、一度に充填可能な量の非共沸混合冷媒を収容するボンベを用いて、冷媒回路に非共沸混合冷媒を充填する方法が開示されている。この方法において、冷媒回路は空気調和機に適用されており、非共沸混合冷媒としてＲ４０７Ｃが用いられている。
　Ｒ４０７Ｃは、ＨＦＣ３２（沸点：－５１．７℃）、ＨＦＣ１２５（沸点：－４８．５℃）およびＨＦＣ１３４ａ（沸点：－２６．５℃）によって構成されている。これら３種の冷媒の沸点は互いに比較的近い。よって、冷媒回路への充填前に、これら３種の冷媒は、常温のボンベの中で、比較的均等に混合されていると考えられる。
特開平０８－２００８９７号公報
　例えば－８０℃以下の極低温を実現する超低温フリーザの冷凍回路に充填される非共沸混合冷媒のように、非共沸混合冷媒の中には、互いの沸点が大きく異なる複数の冷媒によって構成されるものがある。これらの複数の冷媒は、冷凍回路に充填される前に封入されている容器の中で、互いに分離して存在している可能性がある。このような状態の非共沸混合冷媒を冷凍回路に確実に充填する方法が求められる。
　本開示は、非共沸混合冷媒を冷凍回路に確実にチャージすることが可能な冷媒チャージ方法を提供することを課題とする。
　本開示に係る冷媒チャージ方法は、
　圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器、並びに、圧縮機の高圧部分または圧縮機よりも下流側かつ絞り装置よりも上流側の位置に配置された第１ポートを備える冷凍回路への冷媒チャージ方法であって、
　液状態の高沸点冷媒と、高沸点冷媒よりも沸点が低く、湿りガス状態の中沸点冷媒とを含む冷媒が封入された容器の口を第１ポートに接続し、
　口が下を向く姿勢の容器から、冷凍回路に第１ポートを介して容器内の冷媒の少なくとも一部をチャージする、ことを含む。
　本開示によれば、非共沸混合冷媒を冷凍回路に確実にチャージすることが可能な冷媒チャージ方法を提供することができる。
図１は、冷凍回路の一例を示す図である。 図２は、容器およびその中の冷媒を示す模式図である。 図３は、容器およびその中の冷媒を示す模式図である。 図４は、治具の模式図である。 図５は、容器並びにその中の冷媒およびオイルキャリア剤を示す模式図である。 図６は、容器の変形例およびその中の冷媒を示す模式図である。
　図１は、本開示の一実施形態に係る冷凍回路１００の概要図である。冷凍回路１００は、超低温フリーザ等の冷凍装置に適用される。
　冷凍回路１００は、圧縮機１、凝縮器２、気液分離器３、第１熱交換器４、補助絞り装置５、絞り装置６、第２熱交換器７および蒸発器８を備えている。また、冷凍回路１００は、冷媒タンク９および冷媒タンク接続用絞り装置１０を備えていてもよい。
　図１において冷凍回路１００を構成する上記各要素を接続する線は、配管を示しており、図１中の矢印は、配管中の冷媒の流れを示す。冷凍回路１００を流れる冷媒は、互いに沸点が異なる冷媒の混合物である非共沸混合冷媒である。非共沸混合冷媒は、高沸点冷媒、高沸点冷媒よりも沸点が低い中沸点冷媒、および、中沸点冷媒よりも沸点が低い低沸点冷媒を含んでいる。以下、非共沸混合冷媒を単に冷媒と記載する場合がある。
　圧縮機１は、吸い込んだ冷媒を圧縮して配管に吐出する。吐出された冷媒は、配管を通って凝縮器２に流入する。圧縮機１は、冷媒を吸い込む吸込口と冷媒を圧縮する部位（例えばシリンダ）との間の低圧部分（圧縮される前の冷媒が存在する部分）と、冷媒を圧縮する部位と冷媒を吐出する吐出口との間の高圧部分（圧縮された後の冷媒が存在する部分）を有している。
　凝縮器２は、ファンモータによって回転するファンを備える熱交換器である。凝縮器２は、ファンによって送り込まれた周囲の空気との熱交換によって冷媒を冷却する熱交換器であり、少なくとも冷媒の一部を凝縮させる。凝縮器２を通過した冷媒は、気液分離器３に流入する。
　気液分離器３は、冷媒を気液分離する容器である。ガス状態である冷媒、つまり、凝縮器２で凝縮しなかった成分（沸点が比較的低い成分）は、ガス状態のまま気液分離器３から流出し、第１熱交換器４の内管４ａに流入する。また、液体状態である冷媒、つまり、凝縮器２で凝縮した成分（沸点が比較的高い成分）は、気液分離器３から流出し、補助絞り装置５に流入する。
　補助絞り装置５は例えばキャピラリーチューブである。補助絞り装置５を通過する際、冷媒は絞られて膨張し、冷媒の圧力および温度は低下する。補助絞り装置５から流出した冷媒は、第１熱交換器４の外管４ｂに流入する。
　第１熱交換器４は、内管４ａおよび内管４ａを取り囲む外管４ｂを備える熱交換器である。内管４ａを流れる冷媒は、外管４ｂを流れる冷媒と熱交換し、熱を奪われる。
　第１熱交換器４の内管４ａから流出した冷媒は、絞り装置６に流入する。絞り装置６は例えばキャピラリーチューブである。絞り装置６を通過する際、冷媒は絞られて膨張し、冷媒の圧力および温度は低下する。
　また、絞り装置６は、第２熱交換器７の外管７ｂとともに第２熱交換器７を構成している。絞り装置６は、外管７ｂに取り囲まれている。よって、絞り装置６を通過する冷媒は、外管７ｂを通過する冷媒と熱交換して熱を奪われてさらに低温になる。
　第１熱交換器４の内管４ａおよび絞り装置６を通過する過程で、これらを通過する冷媒は凝縮する。
　絞り装置６から流出した冷媒は、蒸発器８に流入し、蒸発する。このとき、蒸発器８の周囲、つまり、冷却対象が冷却される。
　蒸発器８から流出した冷媒は、第２熱交換器７の外管７ｂに流入し、絞り装置６の中を流れる冷媒から熱を奪い、外管７ｂから流出する。
　外管７ｂから流出した冷媒は、第１熱交換器４の外管４ｂに流入し、補助絞り装置５から流出した冷媒と合流し混合する。混合した冷媒は、第１熱交換器４の内管４ａの中を流れる冷媒から熱を奪い、完全に蒸発し、外管４ｂから流出する。
　外管４ｂから流出した冷媒は、圧縮機１に吸い込まれ、再び圧縮されて吐出される。
　外管４ｂの下流側かつ圧縮機１の上流側に位置する配管には、冷媒タンク９が、冷媒タンク接続用絞り装置１０を介して接続されていてもよい。
　以上のように構成された冷凍回路１００は、圧縮機１および絞り装置６を境界として、高圧の冷媒が存在する高圧回路と、低圧の冷媒が存在する低圧回路に分かれる。図１には、高圧回路を構成する部分が太線で示されている。高圧回路は、圧縮機１の高圧部分、および、圧縮機１よりも下流側かつ絞り装置６よりも上流側に位置する部分を含む。高圧回路には、気液分離器３と補助絞り装置５との間の部分も含まれる。また、低圧回路は、圧縮機１の低圧部分、および、圧縮機１よりも上流側かつ絞り装置６よりも下流側に位置する部分を含む。低圧回路には、冷媒タンク９および冷媒タンク接続用絞り装置１０も含まれる。
　高圧回路には、第１ポート１１が配置されている。また、低圧回路には、第２ポート１２が配置されている。第１ポート１１は、例えば、図１に示されるように、凝縮器２の下流側かつ気液分離器３の上流側に位置する配管に設けられている。また、第２ポート１２は、例えば、図１に示されるように、圧縮機１の低圧部分および冷媒タンク９に設けられている。これらのポートは、通常時は閉止されており、冷凍回路１００に初めて冷媒をチャージする際、または、補充のために冷媒をチャージする際に、冷媒供給源に接続される。そして、これらのポートを介して、冷媒供給源から冷凍回路１００に冷媒がチャージされる。第１ポート１１および第２ポート１２の数が図示されるものに限られないことは言うまでもない。
　図２は、冷媒供給源である冷媒が充填された容器２０の模式断面図である。容器２０は、容器本体２１と口２２を備えている。容器本体２１は、円筒状の側壁、側壁の両端を塞ぐ底および天井部を有する。口２２は天井部に設けられている。容器２０は例えばボンベである。容器２０はサイホン管を有していない。よって、容器２０は容易に製造することができる。なお、容器２０は、容器２０の底までは達しない短尺のサイホン管を備えていてもよい。この場合、サイホン管の付け根（天井部側端部）付近に側孔が形成されていてもよい。側孔が形成されていることにより、後に説明するように容器２０を口２０が下を向く姿勢にしたときに、液状の高沸点冷媒２３を、サイホン管を介して容器２０から出すことができる。
　容器２０は、容器本体２１の底部を下にし、天井部つまり口２２を上にした姿勢で、水平面に安定的に載置することができる形状を有している。換言すれば、容器２０は、水平面上で起立することができる。図２には、口２２が上を向く姿勢（つまり起立姿勢）の容器２０が示されている。なお、容器２０は、口２２を有していればどのような形状であってもよい。
　容器２０には、高沸点冷媒２３と、高沸点冷媒２３よりも沸点が低い中沸点冷媒２４と、中沸点冷媒よりも沸点が低い低沸点冷媒２５とを含む非共沸混合冷媒が封入されている。
　常温環境で容器２０が静置されると、容器２０の内部で、高沸点冷媒２３は液状態であり、中沸点冷媒２４は湿りガス状態であり、低沸点冷媒２５はガス状態である。よって、容器２０の中で３つの冷媒は略分離して存在する。
　容器２０が起立姿勢である場合、液状態の高沸点冷媒２３が容器本体２１の底の近くに存在し、ガス状態の低沸点冷媒２５が口２２の近くに存在し、湿りガス状態の中沸点冷媒２４が高沸点冷媒２３と低沸点冷媒２５の間に存在する。
　また、容器２０が天地をひっくり返した姿勢、つまり、口２２が下を向く姿勢である場合、図３に示されるように、液状態の高沸点冷媒２３が口２２の近くに存在し、ガス状態の低沸点冷媒２５が容器本体２１の底の近くに存在し、湿りガス状態の中沸点冷媒２４が高沸点冷媒２３と低沸点冷媒２５の間に存在する。
　高沸点冷媒２３，中沸点冷媒２４および低沸点冷媒２５は、常温環境に置かれた容器２０の内部で、それぞれ液状態、湿りガス状態およびガス状態になる冷媒であれば、どのような冷媒であっても良い。例えば、高沸点冷媒２３は、ノルマルブタンであり、中沸点冷媒２４は、エタンであり、低沸点冷媒２５は、メタンである。高沸点冷媒２３は、ノルマルブタンまたはイソブタンであり、中沸点冷媒２４は、エタン、エチレン、または、キセノンであり、低沸点冷媒２５は、メタンまたはクリプトンであってもよい。
　非共沸混合冷媒が炭化水素を組み合わせて構成される場合、非共沸混合冷媒の総重量は、１５０ｇ以下であってもよい。総重量を１５０ｇ以下とすることによって、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）規格に準ずることができる。また、炭化水素ガスおよび希ガスは、環境負荷を抑制することができる。
　容器２０に封入されている各冷媒の比率は、容器２０の封入物（つまり、非共沸混合冷媒）の合計を１００重量％として、例えば、高沸点冷媒２３が５０重量％以上かつ８０重量％以下、中沸点冷媒２４が１０重量％以上かつ５０重量％未満、低沸点冷媒２５が２０重量％以下である。換言すれば、中沸点冷媒２４と低沸点冷媒２５の合計は５０質量％以下である。低沸点冷媒がすべて中沸点冷媒に置き換わってもよい。
　冷凍回路１００への、冷媒供給源である容器２０からの冷媒のチャージは、次のように行われる。なお、冷媒のチャージは、冷凍回路１００が稼働を開始する前、または、稼働開始後に冷媒のリークが発生したときに行われる。例えば、圧縮機１を潤滑するための潤滑油が蒸発器８にたまりやすい状態がある程度の時間にわたって継続し（例えば気温が低いときに停電が発生してしばらく放置されて）、さらに、冷媒がリークした場合に行われる。
　まず、第１ポート１１と口２２がバルブおよび配管を介して接続される。なお、容器２０は、口２２に取り付けられたバルブを備えていてもよい。相前後して、容器２０は、図３に示される姿勢、つまり、口２２が下を向く姿勢にされる。
　次に、バルブが開かれる。なお、バルブが開かれる前に、冷凍回路１００の内部が減圧されていてもよい。減圧は、例えば、第１ポート１１および第２ポート１２の少なくとも一方を介して、真空ポンプで冷凍回路１００の内部を吸引することで行うことができる。バルブが開かれると、容器２０に封入されている冷媒が、第１ポート１１を介して、冷凍回路１００にチャージされる。詳細には、口２２の近くに存在する高沸点冷媒２３が最初にチャージされ、次に中沸点冷媒がチャージされ、最後に低沸点冷媒がチャージされる。
　最初にチャージされた高沸点冷媒２３は、まず、高圧回路の中に行き渡る。続いて、高沸点冷媒２３は、配管抵抗が大きい絞り装置６および補助絞り装置５に入り込むとともにこれらを通過し、低圧回路に入り込む。なお、圧縮機１の構造上、冷媒は、圧縮機１の高圧部分から低圧部分に流れることができない。
　配管抵抗が大きい絞り装置６および補助絞り装置５に入り込んだ高沸点冷媒２３を低圧回路側に向けて押す力は、容器２０内の中沸点冷媒２４および低沸点冷媒２５によってもたらされる。なぜならば、中沸点冷媒２４および低沸点冷媒２５は、高沸点冷媒２３よりも沸点が低いため、同じ温度環境にある場合、高沸点冷媒２３よりも高圧になるからである。つまり、高圧回路に行き渡った高沸点冷媒２３は、容器２０内の中沸点冷媒２４および低沸点冷媒２５に押されることで、絞り装置６および補助絞り装置５に入り込み、絞り装置６および補助絞り装置５を通過することができる。そして、高沸点冷媒２３に続いて、中沸点冷媒２４および低沸点冷媒２５が高圧回路に入り込むことができる。
　略全ての高沸点冷媒２３が冷凍回路１００にチャージされると、続いて、中沸点冷媒２４が冷凍回路１００にチャージされ、最後に、低沸点冷媒２５が冷凍回路１００にチャージされる。冷媒のチャージが進むにつれて冷凍回路１００内の冷媒の圧力が高くなるが、最後にチャージされる低沸点冷媒２５が、同じ温度環境にある場合に最も高圧となる冷媒であるので、容器２０内の略全量の冷媒をチャージすることができる。
　ただし、冷媒をチャージしている途中で、少なくとも高圧回路部分の冷媒圧力は徐々に高くなる。そのため、容器２０に冷媒が残っている状態で、第１ポート１１から冷凍回路１００に冷媒が入らなくなる、または、入りにくくなる場合がある。この場合、次のような工程が行われてもよい。
　すなわち、冷凍回路１００に第１ポート１１を介して容器２０内の冷媒をチャージした後に、冷凍回路１００に第２ポート１２を介して容器２０内に残っている冷媒の少なくとも一部をチャージしてもよい。第２ポート１２が設けられている低圧回路は、第１ポート１１から見て、管路抵抗が大きい絞り装置６および補助絞り装置５よりも下流に位置する。よって、絞り装置６および補助絞り装置５よりも上流側の高圧回路に高沸点冷媒２３がチャージされても、高沸点冷媒２３はすぐには低圧回路に流入できない。つまり、低圧回路の圧力が低い状態は、冷媒チャージの開始後少なくともしばらくの間、継続する。したがって、容器２０に残っている冷媒が第１ポート１１から冷凍回路１００（具体的には高圧回路）に入らなくなっても、容器２０に残っている低沸点冷媒および中沸点冷媒を第２ポート１２から冷媒回路（具体的には低圧回路）に入れることが可能である。
　このとき、容器２０の姿勢は、口２２が上を向く姿勢でも下を向く姿勢でもよく、いずれにしても容器２０に残った全量を確実に冷凍回路１００にチャージすることができる。
　なお、第１ポート１１からチャージされる冷媒で足りる場合は、冷凍回路１００は第２ポート１２を備えていなくてもよい。
　また、第１ポート１１から第２ポート１２への冷媒導入口の切り替えは、容器２０と第１ポート１１との接続を解除した後、容器２０と第２ポート１２とを配管とバルブを介して接続することで行うことができる。また、以下に説明する治具３０が用いられてもよい。
　図４は、治具３０の模式図である。治具３０は、容器接続口３１と、分岐配管３２と、２つのポート接続口３３と、２つのバルブ３４を備えている。２つのバルブ３４は、経路切替装置を構成する。
　容器接続口３１は、容器２０の口２２に接続される接続部品である。分岐配管３２は、１本の配管が２本の配管に分岐する形状を有する配管であり、分岐する前の１本の配管の端部に容器接続口３１が取り付けられている。また、分岐配管３２の分岐した後の２本の配管の端部には、それぞれ、ポート接続口３３が取り付けられている。ポート接続口３３は、第１ポート１１または第２ポート１２に接続される接続部品である。分岐配管３２の分岐した後の２本の配管には、それぞれ、バルブ３４が取り付けられている。
　このような治具３０を用いる場合、容器２０から冷凍回路１００への冷媒のチャージは次のように行われる。まず、２つのバルブ３４が閉じられる。そして、容器接続口３１に容器２０の口２２が接続され、第１ポート１１にポート接続口３３の一方が接続され、第２ポート１２にポート接続口３３の他方が接続される。これらの接続と相前後して、容器２０が、口２２が下を向く姿勢にされる。
　続いて、分岐配管３２の分岐した後の２本の配管のうち、第１ポート１１に接続された配管に取り付けられているバルブ３４が開かれる。すると、容器２０に封入されている冷媒が、第１ポート１１を介して、冷凍回路１００にチャージされる。詳細には、口２２の近くに存在する高沸点冷媒２３が最初にチャージされる。
　ある程度時間が経過したら、第１ポート１１に接続された配管に取り付けられているバルブ３４が閉じられ、続いて、第２ポート１２に接続された配管に取り付けられているバルブ３４が開かれる。つまり、経路切替装置によって経路が切り替えられる。すると、容器２０に残っている冷媒が第２ポート１２から冷媒回路にチャージされる。なお、バルブ３４の開閉切替は、容器２０の重量を測定しながら行い、重量が所定値担ったタイミングで行われてもよいし、冷凍回路１００、治具３０または容器２０に取り付けられた圧力計が所定の圧力を示したタイミングで行われてもよい。
　治具３０を用いることにより、容器２０から冷凍回路１００へ冷媒をチャージする位置を容易に変更することができ、ひいては、容器２０内の冷媒を確実に冷凍回路１００にチャージすることができる。
　また、容器２０の口２２を第１ポート１１に代えて第２ポート１２に接続し、最初から第２ポート１２を介して冷凍回路１００に冷媒をチャージしてもよい。この場合、容器２０は、口２２が上を向く姿勢（つまり、起立姿勢）にされる。つまり、容器２０の中で上の方に存在している低沸点冷媒２５が最初に冷凍回路１００（具体的には低圧回路）にチャージされる。続いて、中沸点冷媒２４が冷凍回路１００にチャージされる。
　容器２０が起立姿勢にある場合、液体状態である高沸点冷媒２３は、容器２０の底に位置しているため、冷凍回路１００に入り込むことができない。そこで、低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４が第２ポート１２を介して冷凍回路１００にチャージされた後、容器２０の姿勢は、口２２が下を向く姿勢に変更される。すると、容器２０内の高沸点冷媒２３が、第２ポート１２を介して冷凍回路１００にチャージされる。
　低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４は、分子量が小さいため、絞り装置６および補助絞り装置５を比較的容易に通過することができる。よって、第２ポート１２から低圧回路にチャージされた低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４は、絞り装置６および補助絞り装置５を通過して、高圧回路に流れていくことができる。また、容器２０に封入されている冷媒の全重量に占める中沸点冷媒２４と低沸点冷媒２５の合計比率は５０質量％以下である。また、低圧回路は比較的容積が大きい部材（つまり、蒸発器８、第１熱交換器４の外管４ｂ、第２熱交換器７の外管７ｂ、冷媒タンク１２）を有する。そのため、第２ポート１２から低圧回路に低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４がチャージされても、低圧回路の圧力上昇は比較的抑えられる。よって、第２ポート１２から低圧回路に低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４をチャージした後に、第２ポート１２から低圧回路に高沸点冷媒２３をチャージすることができる。すなわち、第１ポート１１に代えて第２ポート１２から容器２０内の略全量の冷媒をチャージすることができる。なお、圧縮機１の種類によっては、圧縮機１の低圧部分は、比較的大容積となっている。この場合、圧縮機１も低圧回路を構成する比較的容積が大きい部材となる。
　また、第２ポート１２から低沸点冷媒２５、中沸点冷媒２４および高沸点冷媒２３をこの順にチャージすることによって、潤滑油の滞留を効果的に解消することができ、かつ、圧縮機１の起動性をよくすることができる。この点について、以下に説明する。
　冷媒チャージ前に冷凍回路１００が停止したとき、圧縮機１を潤滑するための潤滑油は、低温かつ大容積の部分例えば蒸発器８の中で、温度が下がって粘度が高くなった状態で滞留している可能性がある。中沸点冷媒が炭化水素（例えばエタン）である場合、圧縮機１を潤滑するための潤滑油と相溶性がよい中沸点冷媒２４を、低圧回路にチャージすることができる。よって、中沸点冷媒２４を蒸発器８に滞留している潤滑油に接触させることで潤滑油の粘度を低下させることができる。続いて、高沸点冷媒２３がチャージされると、先にチャージされていた低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４は、比較的容易に絞り装置６および補助絞り装置５を通過して高圧回路側に流れ込む。このとき、粘度が低下した潤滑油は、冷媒に同伴して冷凍回路１００の全域に広がる。つまり、潤滑油を冷凍回路に行き渡らせることができる。
　また、このとき、低圧回路に高沸点冷媒２３が存在し、高圧回路に低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４が存在する状態となる。この状態で圧縮機１を起動すると、吸い込まれて圧縮される冷媒は主に高沸点冷媒２３となる。高沸点冷媒２３は、低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４よりも沸点が高いため、同じ温度環境にある場合、低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４よりも低圧になる。つまり、圧縮機１は、起動時の吐出圧が高くならないので、比較的低負荷で容易に起動することができる。
　これまでに説明したように、最初に容器２０が接続されるポートは、第１ポート１１であってもよいし、第２ポート１２であってもよい。容器２０から冷媒をチャージする時に最初に使用されるポートは、冷凍回路１００または冷凍回路１００を備える冷凍装置の状態を検知し、検知された状態に基づいて決定することができる。
　すなわち、冷凍回路１００または冷凍回路１００を備える冷凍装置の状態を検知し、検知された状態に基づいて、口２２を第１ポート１１に接続することに代えて第２ポート１２に接続してもよい。この場合、口２２が上を向く姿勢の容器２０から、冷凍回路１００に第２ポート１２を介して容器２０内の冷媒の少なくとも一部がチャージされる。また、その後、容器２０の姿勢は、口２２が下を向く姿勢に変更され、容器２０内に残っている冷媒がチャージされる。
　冷凍回路１００または冷凍回路１００を備える冷凍装置の状態は、冷媒のチャージが行われる前であって、冷凍回路１００が稼働している時に、冷凍回路１００または冷凍装置に取り付けられた温度センサによって検知される。
　温度センサの設置位置、温度センサの検知結果、および、冷媒がチャージされるポートの関係の例は、表１に示されるとおりである。なお、冷凍回路１００が超低温フリーザ等の保冷庫に適用される場合、表１に示される各温度センサとともに、庫内温度を検知する温度センサが併せて判断に用いられる。以下、冷凍回路１００が超低温フリーザ等の保冷庫に適用される場合について説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　凝縮器２出口の冷媒温度が予め定められた所定値よりも高く、庫内温度が予め定められた所定値よりも高い場合、つまり、凝縮器２出口および庫内温度の温度センサの検知結果が異常高温を示している場合、以下のような異常が発生している可能性がある。すなわち、第１熱交換器４の内管４ａ内での凝縮不良を引き起こす原因となる潤滑油または不純物の詰まりが発生している可能性がある。つまり、高圧回路（特に第１熱交換器の内管４ａ）に異常が発生している可能性がある。なお、潤滑油または不純物の詰まりの発生原因は、凝縮器２での凝縮不良（例えばファンモータの故障）である可能性がある。よって、この場合、冷媒のチャージには第１ポート１１が使用される。第１ポート１１から冷媒をチャージすることにより、上記不具合を解消することができる。
　また、蒸発器８入口の冷媒温度が予め定められた所定値よりも高く、庫内温度が予め定められた所定値よりも高い場合、つまり、蒸発器８入口および庫内温度の温度センサの検知結果が異常高温を示している場合、以下のような異常が発生している可能性がある。すなわち、絞り装置６または高圧回路で、潤滑油または不純物の詰まりが発生している可能性がある。つまり、高圧回路に異常が発生している可能性がある。よって、この場合、冷媒のチャージには第１ポート１１が使用される。第１ポート１１から冷媒をチャージすることにより、上記不具合を解消することができる。
　また、蒸発器８出口の冷媒温度が予め定められた所定値よりも高く、庫内温度が予め定められた所定値よりも高い場合、つまり、蒸発器８出口および庫内温度の温度センサの検知結果が異常高温を示している場合、以下のような異常が発生している可能性がある。すなわち、蒸発器８の内部または低圧回路の他の部分で、潤滑油又は不純物の詰まりが発生している可能性がある。または、蒸発器８の内部に潤滑油が滞留している可能性がある。つまり、低圧回路に異常が発生している可能性がある。よって、この場合、冷媒のチャージには第２ポート１２が使用される。第２ポート１２から冷媒をチャージすることにより、上記不具合を解消することができる。
　また、第１熱交換器４の内管４ａの入口または出口の冷媒温度が予め定められた所定値よりも高く、庫内温度が予め定められた所定値よりも高い場合、つまり、第１熱交換器４の内管４ａの入口または出口および庫内温度の温度センサの検知結果が異常高温を示している場合、以下のような異常が発生している可能性がある。すなわち、第１熱交換器４の内管４ａにおいて冷媒の凝縮不良を引き起こす原因となる潤滑油または不純物の詰まりが発生している可能性がある。つまり、高圧回路（特に第１熱交換器の内管４ａ）に異常が発生している可能性がある。よって、この場合、冷媒のチャージには第１ポート１１が使用される。第１ポート１１から冷媒をチャージすることにより、上記不具合を解消することができる。
　また、第１熱交換器４の外管４ｂの入口または出口の冷媒温度が予め定められた所定値よりも高く、庫内温度が予め定められた所定値よりも高い場合、つまり、第１熱交換器４の外管４ｂの入口または出口および庫内温度の温度センサの検知結果が異常高温を示している場合、以下のような異常が発生している可能性がある。すなわち、第１熱交換器４の外管４ｂにおいて冷媒の蒸発不良を引き起こす原因となる潤滑油または不純物の詰まりが発生している可能性がある。つまり、低圧回路（特に第１熱交換器の外管４ｂ）に異常が発生している可能性がある。よって、この場合、冷媒のチャージには第２ポート１２が使用される。第２ポート１２から冷媒をチャージすることにより、上記不具合を解消することができる。
　すなわち、圧縮機１から絞り装置６に向かって流れる冷媒の温度に異常がある場合には、第１ポート１１に容器２０の口２２を接続して冷媒のチャージが行われる。また、絞り装置６から圧縮機１に向かって流れる冷媒の温度の温度に異常がある場合には、第２ポート１２に容器２０の口２２を接続して冷媒のチャージが行われる。換言すれば、容器２０の口２２を第１ポート１１に接続することに代えて第２ポート１２に接続することが行われる。
　なお、温度センサの検知結果は、冷凍装置の制御装置にログとして記録されている。制御装置は、ログに基づいて、冷媒をチャージするポートを決定し、決定結果を冷凍装置が備える表示装置に表示してもよい。作業者は、この表示を見て、適切なポートから冷媒をチャージすることができる。
　本開示はこれまでに説明された実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限り、様々な変形を加えたものも本開示に含まれる。
　例えば、容器２０には、図５に示されるように、非共沸混合冷媒とともに冷凍回路１００にチャージされるオイルキャリア剤２６が封入されていてもよい。容器２０の封入物の合計（つまり、非共沸混合冷媒とオイルキャリア剤２６の合計）を１００重量％として、０．１４重量％以上かつ１４重量％以下のオイルキャリア剤２６が容器２０に封入されていてもよい。オイルキャリア剤は例えばノルマルペンタンまたはプロパンであってもよい。
　オイルキャリア剤は、常温環境の容器２０の中で液体になっている。オイルキャリア剤は液状態であるため、液状の高沸点冷媒２３と混ざり合う。よって、容器２０の姿勢が、口２２が下を向く姿勢である場合、液状の高沸点冷媒２３と共に冷凍回路１００にチャージされる。よって、第２ポート１２に容器２０の口２２を接続して、第２ポートから冷媒をチャージすることにより、低圧回路に滞留している冷媒に最初にオイルキャリア剤を接触させることができる。よって、滞留している冷媒を迅速に冷凍回路１００に行き渡らせることができる。また、非共沸混合冷媒に加えてオイルキャリア剤が封入された容器２０を使用することにより、オイルキャリア剤をチャージする特別な工程を行うこと無く、冷媒をチャージする工程の中で、オイルキャリア剤を冷凍回路１００にチャージすることができる。
　また、圧縮機１は、潤滑油を必要としない圧縮機であってもよい。この場合、まず第１ポート１１から高沸点冷媒２３がチャージされ、続いて第２ポート１２から低沸点冷媒２５および中沸点冷媒２４がチャージされる。低圧回路は比較的容積が大きいので、低圧回路の圧力上昇はある程度抑えられる。また、高圧回路は比較的容積が小さいので、絞り装置６および補助絞り装置５を通過して、高圧回路から低圧回路に高沸点冷媒２３が流入する。つまり、高圧回路の圧力上昇はある程度抑えられる。したがって、圧縮機１は、起動時の吐出圧が高くならないので、潤滑油が無くても、比較的低負荷で容易に起動することができる。
　また、容器２０は、図６に示されるように、スカート２７を備えていてもよい。スカート２７を備えることで、容器２０は、口２２が下を向く姿勢においても、水平面状に安定的に自立することができる。また、口２２と対称となる位置（図６の容器底にあたる部位）に同様の口２２が形成されていてもよい。スカート２７を備えることによって、冷凍回路１００への冷媒のチャージの作業性を向上させることができる。
　また、治具３０が備える経路切替装置は、２つのバルブ３４に代えて、１つの三方弁によって構成されてもよい。
　また、冷凍装置は、冷凍回路１００を２つ備えてもよい。
　また、冷凍回路１００の性能を引き出すことができる場合は、容器２０には、低沸点冷媒２３は封入されておらず、非共沸混合冷媒を構成する冷媒としては、中沸点冷媒２４と高沸点冷媒２５だけが封入されていてもよい。
　２０２２年３月２９日出願の特願２０２２－５４１３５の日本出願に含まれる明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本開示は、超低温貯蔵庫、超低温フリーザ、薬用保冷庫、血液保冷庫または恒温器など、冷媒として非共沸混合冷媒を使用する種々の冷凍装置に用いることができる。また、無重力空間や微小重力空間などの重力がない環境（例えば宇宙環境）で使用される冷凍装置は、潤滑油を必要としない圧縮機を備える。本開示は、このような圧縮機を備える冷凍装置にも適用することができるので、産業上、極めて有効に利用することができる。
　１００　冷凍回路
　１　圧縮機
　２　凝縮器
　３　気液分離器
　４　第１熱交換器
　４ａ　内管
　４ｂ　外管
　５　補助絞り装置
　６　絞り装置
　７　第２熱交換器
　７ｂ　外管
　８　蒸発器
　９　冷媒タンク
　１０　冷媒タンク接続用絞り装置
　１１　第１ポート
　１２　第２ポート
　２０　容器
　２１　容器本体
　２２　口
　２３　高沸点冷媒
　２４　中沸点冷媒
　２５　低沸点冷媒
　２６　オイルキャリア剤
　２７　スカート
　３０　治具
　３１　容器接続口
　３２　分岐配管
　３３　ポート接続口
　３４　バルブ
 

Claims (15)

  1. 　圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器、並びに、前記圧縮機の高圧部分または前記圧縮機よりも下流側かつ前記絞り装置よりも上流側の位置に配置された第１ポートを備える冷凍回路への冷媒チャージ方法であって、
    　液状態の高沸点冷媒と、前記高沸点冷媒よりも沸点が低く、湿りガス状態の中沸点冷媒とを含む冷媒が封入された容器の口を前記第１ポートに接続し、
    　前記口が下を向く姿勢の前記容器から、前記冷凍回路に前記第１ポートを介して前記容器内の前記冷媒の少なくとも一部をチャージする、
    　ことを含む、冷媒チャージ方法。
  2. 　前記冷凍回路は、前記圧縮機の低圧部分または前記圧縮機よりも上流側かつ前記絞り装置よりも下流側の位置に配置された第２ポートをさらに備えている、
    　請求項１に記載の冷媒チャージ方法。
  3. 　前記冷凍回路に前記第１ポートを介して前記容器内の前記冷媒をチャージした後に、前記容器から、前記冷凍回路に前記第２ポートを介して前記容器内に残っている前記冷媒の少なくとも一部をチャージする、
    　ことをさらに含む、請求項２に記載の冷媒チャージ方法。
  4. 　前記容器の前記口と、前記第１ポートと、前記第２ポートを、分岐配管および経路切替装置を備える治具で接続することをさらに含み、
    　前記冷凍回路に前記第２ポートを介して前記容器内に残っている前記冷媒の少なくとも一部をチャージすることは、前記経路切替装置で経路を切り替えることによって行われる、
    　請求項３に記載の冷媒チャージ方法。
  5. 　前記冷凍回路または前記冷凍回路を備える冷凍装置の状態を検知し、
    　検知された前記状態に基づいて、前記口を前記第１ポートに接続することに代えて前記第２ポートに接続し、
    　前記口が上を向く姿勢の前記容器から、前記冷凍回路に前記第２ポートを介して前記容器内の前記冷媒の少なくとも一部をチャージする、
    　ことをさらに含む、請求項２に記載の冷媒チャージ方法。
  6. 　前記冷凍回路に前記第２ポートを介して前記容器内の前記冷媒の少なくとも一部をチャージした後に、前記口が下を向く姿勢の前記容器から、前記冷凍回路に前記第２ポートを介して前記容器内に残っている前記冷媒の少なくとも一部をチャージする、
    　ことをさらに含む、請求項５に記載の冷媒チャージ方法。
  7. 　検知された前記状態は、前記絞り装置から前記圧縮機に向かって流れる冷媒の温度であり、
    　前記温度が予め定められた所定値より高い場合、前記口を前記第１ポートに接続することに代えて前記第２ポートに接続することが行われる、
    　請求項５または６に記載の冷媒チャージ方法。
  8. 　前記冷凍回路に前記第２ポートを介して前記容器内の前記冷媒の少なくとも一部をチャージすることにより、前記蒸発器に滞留している潤滑油とチャージされた前記冷媒の少なくとも一部とを接触させ、
    　前記潤滑油の粘度を低下させ、
    　前記潤滑油を前記冷凍回路に行き渡らせる、
    　ことをさらに含む、請求項３から７のいずれか一項に記載の冷媒チャージ方法。
  9. 　前記容器には、さらに、前記中沸点冷媒よりも沸点が低く、ガス状態の低沸点冷媒が封入されている、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載の冷媒チャージ方法。
  10. 　前記容器には、５０重量％以上かつ８０重量％以下の前記高沸点冷媒と、１０重量％以上かつ５０重量％未満の前記中沸点冷媒と、２０重量％以下の前記低沸点冷媒とが封入されている、
    　請求項９に記載の冷媒チャージ方法。
  11. 　前記高沸点冷媒は、ノルマルブタンまたはイソブタンであり、
    　前記中沸点冷媒は、エタン、エチレン、または、キセノンであり、
    　前記低沸点冷媒は、メタンまたはクリプトンである、
    　請求項９または１０に記載の冷媒チャージ方法。
  12. 　前記高沸点冷媒は、ノルマルブタンであり、
    　前記中沸点冷媒は、エタンであり、
    　前記低沸点冷媒は、メタンである、
    　請求項１１に記載の冷媒チャージ方法。
  13. 　前記容器には、さらに、前記冷媒とともに前記冷凍回路にチャージされるオイルキャリア剤が封入されている、
    　請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷媒チャージ方法。
  14. 　前記容器には、０．１４重量％以上かつ１４重量％以下の前記オイルキャリア剤が封入されている、
    　請求項１３に記載の冷媒チャージ方法。
  15. 　前記オイルキャリア剤は、ノルマルペンタンまたはプロパンである、
    　請求項１３または１４に記載の冷媒チャージ方法。
     
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