JP2003230802A - 冷凍機システムの冷媒置換方法、塩化鉄除去装置及び冷凍機システム - Google Patents
冷凍機システムの冷媒置換方法、塩化鉄除去装置及び冷凍機システムInfo
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Abstract
塩素系冷媒に置換する際に、非塩素系冷媒中に混入され
る塩化鉄を除去する。 【解決手段】 塩素系冷媒が充填された冷凍機システム
から、当該塩素系冷媒を排出し、冷凍機システム内に、
非塩素系冷媒を導入する。その後、冷凍機システムか
ら、導入された非塩素系冷媒を主とする内部冷媒を回収
して塩化鉄を吸着除去しうる吸着材26と接触させた
後、冷凍機システム内へ再導入する。
Description
の冷媒置換方法、塩化鉄除去装置及び冷凍機システムに
関するものであり、特に冷凍機システム内の冷媒を塩素
を含む塩素系冷媒から塩素を含まない非塩素系冷媒に置
換する際に、冷凍機システム内に残留する塩化鉄を除去
する方法に関するものである。
素系冷媒であるクロロフルオロカーボン類の冷媒(以下
CFC系冷媒と称する)やヒドロクロロフルオロカーボ
ン類の冷媒(以下HCFC系冷媒と称する)から塩素を
含まない非塩素系冷媒であるヒドロフルオロカーボン類
の冷媒(以下HFC系冷媒と称する)への代替が進めら
れている。ビル用空調機などでは冷媒が循環する配管が
ビルの壁や天井などに埋設されている場合が多く、空調
機などの代替需要に対して、既設の配管をHFC系冷媒
への代替後も使用する場合が多いと予想される。
凍機システムではこれらの塩素系冷媒と相溶性のある塩
素系冷媒用潤滑油として鉱油が用いられてきた。しか
し、鉱油はHFC系冷媒との相溶性が無く、CFC系冷
媒やHCFC系冷媒をHFC系冷媒に置換後、HFC系
冷媒中に冷凍機システム内に残留する鉱油が混入される
と冷凍機システムの蒸発器内部に潤滑油が付着し冷却効
率を下げるなどの問題が発生する。
方法として、例えば、特開平6−249551号公報に
開示されている。図3は特開平6−249551号公報
に示されている従来の冷凍機システムの冷媒置換方法を
説明する図である。図3において、1は圧縮機、2は凝
縮器、3はレシーバードライヤー、4は膨張弁、5は蒸
発器、6はこれらの各部品を接続する循環配管である。
7はレシーバードライヤー3と膨張弁4の間に設けられ
た高圧側サービスポート、8は蒸発器5と圧縮器1の間
に設けられた低圧側サービスポートであり、9は高圧側
サービスポート7と低圧側サービスポート8の間に設け
られた分離器である。分離器9は、バルブ9aを介して
配管で接続された分離管9bと、バルブ9cを介して接
続されたドレイン9dと、分離管9bとバルブ9eを介
して接続され、低圧サービスポート8に接続された蒸発
器9fとから構成されている。通常、冷媒及び潤滑油は
循環配管6内を、圧縮機1、凝縮器2、レシーバードラ
イヤー3、膨張弁4、蒸発器5、圧縮機1の順に循環さ
れている。
は、HFC系冷媒に対する鉱油とエステル油の溶解度の
違いを利用することで、鉱油とエステル油の分離をする
ものである。高圧側サービスポート7よりCFC系冷媒
やHCFC系冷媒を回収し、ついで循環配管6内を真空
ポンプで減圧真空とし、低圧側サービスポート8からH
FC系冷媒用の潤滑油であるエステル油を注入し、さら
にHFC系冷媒を注入した後運転を行い、バルブ9a操
作により分離管9b内に白濁液を回収し二相に分離した
下相をバルブ9eを開けて蒸発器9fを通して低圧サー
ビスポート8より循環配管6に戻し、上相に含まれる鉱
油をバルブ9cを開けてドレイン9dに回収・廃棄する
方法である。
残留物を洗浄により除去する方法として、例えば特開平
10−339526号公報では圧縮機、室外熱交換器、
膨張機構、室内熱交換器及び四路切替弁で構成されるH
CFC系冷媒と鉱油或いはアルキルベンゼンとを使用す
る冷凍機システムを、無極性の鉱油或いはアルキルベン
ゼン油に対する相溶性がエステル油よりも良いポリビニ
ルエーテル油とHFC系冷媒を使用する冷凍機システム
にレトロフィットする場合に、フラッシング油として低
粘度ポリビニルエーテル油を用いることにより鉱油或い
はアルキルベンゼン油を除去する方法が述べられてい
る。その他一般的にはトリクロロエチレン、アルコール
洗浄剤、液冷媒など洗浄剤により既設配管に残留する残
留物を洗浄・回収する方法が考えられる。
システムの代替需要に対し、既設配管に残留する残留物
を回収する際に、鉱油の除去については注目されている
が、塩化鉄の除去については注目されていなかった。C
FC系冷媒やHCFC系冷媒を用いた冷凍機システムで
は、冷媒に含まれる塩素化合物が摺動部の材料として用
いられている鉄と反応し、塩化鉄を形成する。CFC系
冷媒やHCFC系冷媒をHFC系冷媒に置換する際に、
塩化鉄が既設の配管内に残留していると、塩化鉄はルイ
ス酸として働き、HFC系冷媒に混合させる非塩素系冷
媒用潤滑油の劣化を著しく進行し、潤滑性能が低下する
という問題が生じる。
開示されたエステル油と鉱油の混合物から鉱油を分離・
除去する方法においては、鉱油を除去することができる
が、塩化鉄を充分に除去することはできなかった。
を洗浄により除去する方法においては、洗浄剤の環境へ
の影響、洗浄にかかる時間及びコスト、洗浄剤の廃棄方
法、洗浄剤が残留した場合の冷凍機システムの信頼性へ
の影響が問題となる。例えば、特開平10−33952
6号公報に述べられた方法では、低粘度フラッシング油
が別途必要であるためコスト高であり、また、フラッシ
ング及び低粘度ポリビニルエーテル油の回収に手間がか
かる。さらに、低粘度フラッシング油の除去が完全でな
い場合、潤滑油の粘度が低下し圧縮機の潤滑性が損なわ
れる可能性がある。
剤は一般的に安価で洗浄効果が高いが環境に与える悪影
響が大きく、また、毒性があるため取り扱いに注意が必
要である。アルコールなどの洗浄剤は、可燃性があり洗
浄後の配管の乾燥や洗浄剤の取り扱いには格別の注意が
必要である。
めになされたものであり、冷凍機システムの冷媒を、塩
素系冷媒から、非塩素系冷媒からに置換する際に、非塩
素系冷媒中に混入する塩化鉄の除去を簡便に行うことを
目的とするものであり、これによって冷凍機システムの
信頼性を向上することを目的とするものである。
方法は、塩素系冷媒が充填された冷凍機システムから、
当該塩素系冷媒を排出する工程と、冷凍機システム内
に、非塩素系冷媒を導入する工程と、冷凍機システムか
ら、導入された非塩素系冷媒を主とする内部冷媒を回収
して塩化鉄を吸着除去しうる吸着材と接触させた後、冷
凍機システム内へ再導入する工程と、を備えるものであ
る。
系冷媒が充填された冷凍機システムから、当該塩素系冷
媒を排出する工程と、冷凍機システム内に、非塩素系冷
媒用潤滑油を含有する非塩素系冷媒を導入する工程と、
冷凍機システムから、導入された非塩素系冷媒を主とす
る内部冷媒を冷媒回収容器に回収して分相処理に付すこ
とにより、当該冷凍機システム内に残留する塩素系冷媒
用潤滑油の相と非塩素系冷媒の相とを分離する工程と、
分離された非塩素系冷媒の相を、塩化鉄を吸着除去しう
る吸着材と接触させた後、冷凍機システム内へ再導入す
る工程と、を備えるものである。
ライトであるものである。
炭であるものである。
充填された冷凍機システムに接続可能な冷媒導入口と、
導入された冷媒を冷凍機システムへ供給しうる冷媒供給
管路とを備え、この冷媒供給管路に、塩化鉄を吸着除去
しうる吸着材を介在せしめてなるものである。
充填された冷凍機システムと、この冷凍機システムに接
続された冷媒導入口と、導入された冷媒を冷凍機システ
ムへ供給しうる冷媒供給管路とを備え、この冷媒供給管
路に、塩化鉄を吸着除去しうる吸着材を介在せしめてな
るものである。
実施の形態1の塩化鉄除去装置の構成を説明する図であ
る。図1において、21は冷媒が充填された冷凍機シス
テムに接続可能な冷媒導入口、22は冷媒導入口から導
入された冷媒を所定時間保持しうる冷媒回収容器、23
は冷媒回収容器22内から気体状冷媒を排出する配管、
24は冷媒回収容器22内に回収された潤滑油を含む冷
媒であり、上相24aと下相24bの2相に分離された
状態を示す。25は吸着容器、26は吸着容器25内に
設けられた吸着材、27は冷媒回収容器22と吸着容器
25とを接続する接続配管、28は接続配管27の途中
に設けられた3方バルブ、29は3方バルブ28に接続
され、3方バルブ28を通して冷媒回収容器22内に導
入された冷媒を系外に排出しうる配管、30は吸着容器
25に導入され吸着材26と接触後の冷媒を取り出し、
冷凍機システムに再導入可能な排出口である。
填された冷凍機システムに接続可能な冷媒導入口を備
え、導入された冷媒を所定時間保持しうる冷媒回収容器
と、冷媒回収容器から冷凍機システムへ冷媒を供給しう
る冷媒供給管路を備え、この冷媒供給管路に、塩化鉄を
吸着除去しうる吸着材を介在せしめてなるものである。
示したものと同様に、圧縮機1、凝縮器2、レシーバー
ドライヤー3、膨張弁4、蒸発器5、循環配管6などか
ら構成される冷凍機システムの冷媒の置換に用いること
ができる。この塩化鉄除去装置を用いた冷凍機システム
の冷媒置換方法について説明する。まず、塩素系冷媒用
潤滑油を含有する塩素系冷媒が循環されている冷凍機シ
ステムの循環配管の一部から、塩素系冷媒用潤滑油を含
有する塩素系冷媒を排出し回収する。通常は循環配管内
を減圧真空とする。塩素系冷媒としては、CFC系冷媒
やHCFC系冷媒が用いられ、塩素系冷媒と相溶性の塩
素系冷媒用潤滑油としては、パラフィン系鉱油、ナフテ
ン系鉱油、ポリアルファオレイン油、アルキルベンゼン
油、ナフテン油とアルキルベンゼンの混合油などが用い
られる。
系冷媒用潤滑油を含有する非塩素系冷媒を導入する。非
塩素系冷媒としては、HFC系冷媒が用いられ、非塩素
系冷媒と相溶性の非塩素系冷媒用潤滑油としては、エス
テル油、ポリアルキレングリコール油、ポリビニルエー
テル油などが用いられる。
されている冷凍機システムの循環配管の一部に接続した
後に、冷凍機システムの循環配管内の非塩素系冷媒を主
とする内部冷媒が冷媒導入口21を通して冷媒回収容器
22内に導入される。冷媒回収容器22内に導入された
冷媒のうち、気体状の冷媒は、配管23を通して冷凍機
システムの循環配管に再導入される。冷媒回収容器22
内に導入された液体状の冷媒は冷媒回収容器22内で上
相24aと下相24bに分離される。上相24aは塩素
系冷媒用潤滑油の相であり、塩素系冷媒用潤滑油が主成
分である。下相24bは非塩素系冷媒の相であり、非塩
素系冷媒が主成分である。
非塩素系冷媒の相を接続配管27を通して吸着容器25
に導入し、非塩素系冷媒の相を吸着容器25内に設けら
れている吸着材26と接触させる。尚、非塩素系冷媒の
相のみを吸着容器25に導入する方法として、冷媒回収
容器22に透明窓を設けて、この透明窓を見ながら人間
がマニュアルで3方バルブ28を操作する方法であって
も良く、また冷媒回収容器22に液面計を設けて、この
液面計を用いて自動的に3方バルブ28を操作する方法
であっても良い。
きるものであればよく、例えば銀イオンを担持した吸着
材が用いられる。このような吸着材として、例えば銀イ
オンを担持したゼオライトが用いられる。また吸着材2
6として、塩化鉄に加えて塩素系冷媒用潤滑油を吸着除
去できるもの用いることにより、塩化鉄と同時に非塩素
系冷媒の相に混入される塩素系冷媒用潤滑油も吸着除去
することができる。このような吸着材として、例えば、
銀イオンを担持した活性炭が用いられる。
オライト、活性炭などに担持された銀イオンと反応し、
潤滑油に不溶な塩化銀と硝酸鉄に化学的に変化して吸着
材26に吸着除去され、塩化鉄の濃度が低下した非塩素
系冷媒の相が、排出口30から取り出され冷凍機システ
ム内に再導入される。
媒用潤滑油の相は3方バルブ28により排出配管29を
通して系外に排出し、回収する。
持したゼオライトを用いる場合には、銀イオンを担持し
たゼオライトで処理して塩化鉄の濃度が低下した非塩素
系冷媒をさらに活性炭で処理することにより、非塩素系
冷媒中に混入された塩素系冷媒用潤滑油も吸着除去する
ことができる。
導入口21により冷媒を回収する位置と、排出口30よ
り冷媒を冷凍機システムの循環配管に再導入する位置
は、循環配管内のどこでも良いが、特に圧縮機の入り口
側から冷媒を回収することによって、効率よく塩素系冷
媒用潤滑油を分離回収できるので望ましい。
媒を置換することによって、塩素系冷媒用潤滑油を分離
回収するとともに、非塩素系冷媒中に混入される塩化鉄
を、簡便に且つ短時間で除去することができる。このた
め、塩化鉄がルイス酸として働くことによる非塩素系冷
媒に混合させる非塩素系冷媒用潤滑油の劣化と、これに
よる潤滑性能の低下を防ぐことができる。これにより、
冷凍機システムの信頼性を飛躍的に向上することができ
る。また、上述した、冷凍機システム内に残留する残留
物を洗浄により除去するという従来の方法に比べて、低
コストで且つ安全に置換することができる。また、吸着
材として活性炭を用いる場合には、非塩素系冷媒中に塩
素系冷媒用潤滑油が混入されていても、この塩素系冷媒
用潤滑油を、簡便に且つ短時間で除去することができ
る。このため、冷凍機システム内で非塩素系冷媒用潤滑
油が非塩素系冷媒から分離することによる潤滑油の枯渇
を防ぎ、潤滑性能の低下も防ぐことができる。
容器と吸着容器とをそれぞれ設けて、冷媒回収容器内で
分相処理した後に吸着容器で、冷媒と吸着材とを接触さ
せるものであるが、実施の形態2は、1つの容器で処理
するものである。冷凍機システム中から取り出した冷媒
中の塩素系冷媒用潤滑油濃度が低い場合や、用いる吸着
材が塩素系冷媒用潤滑油を吸着除去可能なものである場
合などには、実施の形態2の塩化鉄除去装置を用いるこ
とができる。例えば、エステル油中に混入される鉱油が
5%以下の場合には、2相分離しないので、この装置が
用いられる。
除去装置の構成を説明する図である。図2において、3
1は冷媒が充填された冷凍機システムに接続可能な冷媒
導入口、32は冷媒導入口31から導入された冷媒を入
れる吸着容器、33は吸着容器32内に設けられた吸着
材、34は吸着容器32内から気体状冷媒を排出する配
管、35は吸着容器32に導入され吸着材33と接触後
の冷媒を取り出し、冷凍機システムに再導入可能な排出
口である。
いた冷凍機システムの冷媒置換方法について説明する。
冷媒導入口31は、冷媒及び潤滑油が循環されている冷
凍機システムの循環配管の一部に接続した後に、冷凍機
システムの循環配管内の非塩素系冷媒を主とする内部冷
媒が冷媒導入口31を通して吸着容器32内に導入され
る。吸着容器32内に導入された冷媒のうち、気体状の
冷媒は、配管34を通して冷凍機システムの循環配管に
再導入される。吸着容器32内に導入された冷媒を吸着
容器32内に設けられている吸着材33と接触させる。
冷媒に含まれる塩化鉄は吸着材33に吸着除去され、塩
化鉄の濃度が低下した冷媒が、排出口35から取り出さ
れ冷凍機システム内に再導入される。吸着材33として
は、実施の形態1と同様のものが用いられる。
施の形態1と同様の効果を得ることができるとともに、
実施の形態1に比べて、装置を簡略化することができ
る。
説明した塩化鉄除去装置を用いて、塩化鉄の除去を行っ
た結果を説明する。表1は、鉱油濃度が40%、20
%、10%のエステル油を上記実施の形態1の処理を施
したときのエステル油中の鉱油濃度及び塩化鉄濃度を調
べた結果をまとめたものである。鉱油は日本サン石油社
製SUNISO3GSD(商品名)、エステル油はヒン
ダードエステルである。吸着材としては、硝酸銀を担持
した活性炭を用いた。鉱油の初期濃度が40%のエステ
ル油の場合(条件1)、2相分離した後、下相であるH
FC系冷媒の相に含まれるエステル油には25〜27%
の鉱油が含まれていた。このHFC系冷媒の相を活性炭
処理することにより、エステル油中の鉱油濃度は1%以
下、塩化鉄濃度は10ppm以下となった。同様に鉱油
の初期濃度が20%のエステル油の場合(条件2)、鉱
油の初期濃度が10%のエステル油の場合(条件3)も
HFC系冷媒の相に含まれるエステル油には、それぞれ
11〜12%、4〜7%の鉱油が含まれていた。このH
FC系冷媒の相を活性炭処理することにより、エステル
油中の鉱油濃度は1%以下、塩化鉄濃度は10ppm以
下となった。このように、実施の形態1の塩化鉄除去装
置を用い、吸着材として、硝酸銀を担持した活性炭を用
いることにより、エステル油中の鉱油及び塩化鉄を除去
できることを確認できた。
説明した塩化鉄除去装置を用いて、塩化鉄の除去を行っ
た結果を説明する。表2は、鉱油濃度が40%、20
%、10%のエステル油を上記実施の形態1の処理を施
したときのエステル油中の鉱油濃度及び塩化鉄濃度を調
べた結果をまとめたものである。鉱油は日本サン石油社
製SUNISO3GSD(商品名)、エステル油はヒン
ダードエステルである。吸着材としては、硝酸銀を担持
したゼオライトを用いた。鉱油の初期濃度が40%のエ
ステル油の場合(条件1)、2相分離した後、下相であ
るHFC系冷媒の相に含まれるエステル油には25〜2
7%の鉱油が含まれていた。このHFC系冷媒の相をゼ
オライト処理することにより、エステル油中の鉱油濃度
は25〜27%、塩化鉄濃度は10ppm以下となっ
た。同様に鉱油の初期濃度が20%のエステル油の場合
(条件2)、鉱油の初期濃度が10%のエステル油の場
合(条件3)もHFC系冷媒の相に含まれるエステル油
には、それぞれ11〜12%、4〜7%の鉱油が含まれ
ていた。このHFC系冷媒の相を活性炭処理することに
より、エステル油中の鉱油濃度は、それぞれ11〜12
%、4〜7%となり、塩化鉄濃度は、いずれも10pp
m以下となった。このように、実施の形態1の塩化鉄除
去装置を用い、吸着材として、硝酸銀を担持したゼオラ
イトを用いることにより、エステル油中の塩化鉄を除去
できることを確認できた。
説明した塩化鉄除去装置を用いて、塩化鉄の除去を行っ
た結果を説明する。表3は、塩化鉄濃度が1000pp
mのエステル油を含み、鉱油を含まないHCF系冷媒を
上記実施の形態2の処理を施したときのエステル油中の
塩化鉄濃度を調べた結果をまとめたものである。エステ
ル油はヒンダードエステルである。銀イオンを担持した
吸着材として、硝酸銀を担持した活性炭を用いた場合
(条件1)、処理後のエステル油中の塩化鉄濃度は10
ppm以下であった。吸着材としては、硝酸銀を担持し
たゼオライトを用いた場合(条件2)、処理後のエステ
ル油中の塩化鉄濃度は220ppmであった。このよう
に、実施の形態2の塩化鉄除去装置を用いても、エステ
ル油中の塩化鉄を除去できることを確認できた。
換方法は、冷凍機システム内に充填された塩素系冷媒用
潤滑油を含む塩素系冷媒を、非塩素系冷媒潤滑油を含む
非塩素系冷媒に置換する際に、冷凍機システム内に残留
する塩化鉄を除去することができる。
イトであるので、冷凍機システム内に残留する塩化鉄を
効率よく除去することができる。
であるので、冷凍機システム内に残留する塩化鉄を効率
よく除去することができるとともに塩素系冷媒用潤滑油
も効率よく除去することができる。
の塩化鉄を除去することができる。
システムに充填された冷媒中の塩化鉄を除去することが
できる。このため冷凍機システム内で潤滑油が塩化鉄に
よって劣化するという問題を防ぐことができ、飛躍的に
冷凍機システムの信頼性を向上することができる。
構成を説明する図である。
構成を説明する図である。
する図である。
吸着材。
Claims (6)
- 【請求項1】 塩素系冷媒が充填された冷凍機システム
から、当該塩素系冷媒を排出する工程と、上記冷凍機シ
ステム内に、非塩素系冷媒を導入する工程と、上記冷凍
機システムから、導入された上記非塩素系冷媒を主とす
る内部冷媒を回収して塩化鉄を吸着除去しうる吸着材と
接触させた後、上記冷凍機システム内へ再導入する工程
と、を備えてなる冷凍機システムの冷媒置換方法。 - 【請求項2】 塩素系冷媒用潤滑油を含有する塩素系冷
媒が充填された冷凍機システムから、当該塩素系冷媒を
排出する工程と、上記冷凍機システム内に、非塩素系冷
媒用潤滑油を含有する非塩素系冷媒を導入する工程と、
上記冷凍機システムから、導入された上記非塩素系冷媒
を主とする内部冷媒を冷媒回収容器に回収して分相処理
に付すことにより、当該冷凍機システム内に残留する上
記塩素系冷媒用潤滑油の相と上記非塩素系冷媒の相とを
分離する工程と、分離された上記非塩素系冷媒の相を、
塩化鉄を吸着除去しうる吸着材と接触させた後、上記冷
凍機システム内へ再導入する工程と、を備えてなる冷凍
機システムの冷媒置換方法。 - 【請求項3】 吸着材が、銀イオンを担持したゼオライ
トである請求項1または2に記載の冷凍機システムの冷
媒置換方法。 - 【請求項4】 吸着材が、銀イオンを担持した活性炭で
ある請求項1または2に記載の冷凍機システムの冷媒置
換方法。 - 【請求項5】 冷媒が充填された冷凍機システムに接続
可能な冷媒導入口と、導入された冷媒を上記冷凍機シス
テムへ供給しうる冷媒供給管路とを備え、この冷媒供給
管路に、塩化鉄を吸着除去しうる吸着材を介在せしめて
なる塩化鉄除去装置。 - 【請求項6】 冷媒が充填された冷凍機システムと、こ
の冷凍機システムに接続された冷媒導入口と、導入され
た冷媒を上記冷凍機システムへ供給しうる冷媒供給管路
とを備え、この冷媒供給管路に、塩化鉄を吸着除去しう
る吸着材を介在せしめてなる冷凍機システム。
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---|---|---|---|
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