JP6642903B2 - 冷媒循環装置、冷媒循環方法、冷媒充填方法および冷媒循環装置の運転方法 - Google Patents
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Description
に関するものである。特に、本発明はヒートポンプ装置および冷凍機、ならびに該装置における冷媒循環方法、冷媒充填方法および運転方法に関するものである。
本実施形態に係るヒートポンプ装置は、冷媒循環回路内にハイドロフルオロオレフィン(HFO)またはハイドロクロロフルオロオレフィン(HCFO)を含む冷媒(以降HFO冷媒またはHCFO冷媒)が充填されている。ハイドロフルオロオレフィン(HFO)またはハイドロクロロフルオロオレフィン(HCFO)は、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有する冷媒である。
ハロカーボン類としては、ハロゲン原子を含む塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等を挙げることができる。
ハイドロフルオロカーボン類としては、ジフルオロメタン(HFC−32)、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン(HFC−125)、フルオロエタン(HFC−161)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(HFC−134)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、1,1,1−トリフルオロエタン(HFC−143a)、ジフルオロエタン(HFC−152a)、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン(HFC−227ea)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−236ea)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236fa)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245eb)、1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245ca)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365mfc)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソブタン(HFC−356mmz)、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタン(HFC−43−10−mee)等を挙げることができる。
アルコール類としては、炭素数1〜4のアルコールを挙げることができ、具体的には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、ペンタフルオロプロパノール、テトラフルオロプロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール等を挙げることができる。
飽和炭化水素類としては、炭素数3以上8以下の飽和炭化水素を挙げることができ、具体的には、プロパン、n−ブタン、i−ブタン、ネオペンタン、n−ペンタン、i−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、n−ヘキサン、およびシクロヘキサンを含む群から選ばれる少なくとも1以上の化合物を混合することができる。これらのうち、特に好ましい物質としてはネオペンタン、n−ペンタン、i−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサンが挙げられる。
蒸発器11から吸い込まれた低圧ガス冷媒は、圧縮機3の上流側羽根車3aによって圧縮され、中間圧まで圧縮される。中間圧まで圧縮されたガス冷媒は、エコノマイザ出口ガス流路20から流入する中間圧ガス冷媒と合流することによって冷却される。中間圧ガス冷媒によって冷却されたガス冷媒は、圧縮機3の下流側羽根車3bによって更に圧縮され高圧ガス冷媒となる。
本実施形態に係るヒートポンプ装置は、駆動機冷却部が異なる以外、第1実施形態と同様の構成である。同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態に係るヒートポンプ装置は、駆動機冷却部が異なる以外、第1実施形態と同様の構成である。同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態は、冷媒を入れ替える際の冷媒充填方法に特徴がある。本実施形態に係るヒートポンプ装置は、報知手段を備えている以外は、第1実施形態と同様の構成である。同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態は、異性化反応が平衡状態となる比率で初期の冷媒充填を行うことを特徴とする。ここで「異性化反応が平衡状態となる」は、ヒートポンプ装置の性能上許容できる圧力変化の範囲内で低圧立体異性体および高圧立体異性体の比率が変化する状態であればよく、完全に平衡である必要はない。
3 圧縮機
5 凝縮器
7 エコノマイザ
9 主膨張弁(膨張弁)
11 蒸発器
11a 容器
11b 伝熱管
11c 冷媒入口部
11d 冷媒出口部
12a (圧縮機を収容している)ケーシング
12b (増速機を収容している)ケーシング
12c (駆動機を収容している)ケーシング
13 増速機
15 駆動機
17a,17b,17c,17d,17e 主配管
19 副膨張弁(膨張弁)
20 エコノマイザ出口ガス流路
21 乾燥剤
23 ステー
25 駆動機冷却部
26 冷却配管
27,57,77a,77b フィルタドライヤ(濾過部,乾燥剤を含む)
28,29,58,59,78a,78b,79a,79b 仕切弁
30,80 絞り弁
31 潤滑油循環部
32 潤滑油タンク
33 ポンプ
34 給油配管
35 排油配管
36 油フィルタ
39 抽気装置
40 吸着材
43 冷媒供給配管
44 冷媒源接続口
45 第1開閉弁
46 排気手段接続口
47 第2開閉弁
60 第1絞り弁
61 第2絞り弁
82 報知手段
Claims (32)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、
増速機を介して前記圧縮機を駆動させる駆動機と、
前記凝縮器にて凝縮された冷媒により前記駆動機を冷却する駆動機冷却部と、
運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒の交換時期を知らせる報知手段と、
を備え、
前記蒸発器または前記駆動機冷却部に、水分を捕捉できる乾燥剤が配置されている冷媒循環装置。 - 前記蒸発器が、前記冷媒を収容する円筒状の容器と、前記容器内に並べられた複数の伝熱管とを有するシェルアンドチューブ式蒸発器であり、
前記乾燥剤が、前記容器の中で、最上段にある伝熱管中心と最下段にある伝熱管中心との距離をHとし、重力方向を下とした場合の、最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から±Hの範囲内に配置されている請求項1に記載の冷媒循環装置。 - 前記駆動機冷却部が、凝縮された前記冷媒を前記駆動機に導く冷媒流路となる冷却配管と、前記冷却配管の途中に設けられた濾過部と、前記濾過部の上流側で前記冷媒流路を絞る絞り弁と、を備え、
前記乾燥剤が、前記濾過部内に配置されている請求項1または請求項2に記載の冷媒循環装置。 - 前記濾過部の上流側および下流側で前記冷媒流路を開閉する仕切弁が設けられている請求項3に記載の冷媒循環装置。
- 前記濾過部の下流側で前記冷媒流路を絞る絞り弁を備えている請求項3または請求項4に記載の冷媒循環装置。
- 複数の前記濾過部が前記冷却配管の途中に並列に設けられており、各濾過部の上流側および下流側に前記冷媒流路を開閉する仕切弁が設けられている請求項3から請求項5のいずれかに記載の冷媒循環装置。
- 前記乾燥剤とともに、酸を捕捉する酸捕捉剤が配置されている請求項1から請求項6のいずれかに記載の冷媒循環装置。
- 前記増速機が収容されているケーシングに潤滑油を循環させる潤滑油循環部を備え、循環させる前記潤滑油が、芳香族系またはフェノール系の酸化防止剤を含んでいる請求項1から請求項7のいずれかに記載の冷媒循環装置。
- 前記潤滑油は、0.2質量%以上1.5質量%以下で前記酸化防止剤を含んでいる請求項8に記載の冷媒循環装置。
- 前記増速機が収容されているケーシングに潤滑油を循環させる潤滑油循環部を備え、循環させる前記潤滑油が、エーテル系またはエポキシ系の酸捕捉剤を含んでいる請求項1から請求項9のいずれかに記載の冷媒循環装置。
- 前記潤滑油は0.2質量%以上3質量%以下で前記酸捕捉剤を含んでいる請求項10に記載の冷媒循環装置。
- 前記潤滑油に含まれる酸捕捉剤の量は、酸化防止剤よりも多い請求項10または請求項11に記載の冷媒循環装置。
- 前記主配管に接続され、前記冷媒循環回路内に冷媒を供給するための流路となる金属製の冷媒供給配管を備え、
前記冷媒供給配管は、冷媒源が接続される冷媒源接続口、前記冷媒源接続口を開閉する第1開閉弁、排気手段が接続される排気手段接続口、および前記排気手段接続口を開閉する第2開閉弁を有している請求項1から請求項12のいずれかに記載の冷媒循環装置。 - 前記冷媒供給配管はステンレス鋼からなる請求項13に記載の冷媒循環装置。
- 運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率にされた前記冷媒が初期充填されている請求項1から請求項14のいずれかに記載の冷媒循環装置。
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、
運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率にされた前記冷媒が初期充填され、
前記所定の範囲は、異性化反応が平衡となる状態の圧力の変動幅である冷媒循環装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、
運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒の交換時期を知らせる報知手段を備えている冷媒循環装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒循環方法であって、
冷媒の作動温度が0℃を超え100℃未満となるところに、水分を捕捉できる乾燥剤を配置して冷媒を循環させ、
運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒を交換する冷媒循環方法。 - 前記蒸発器を、前記冷媒を収容する円筒状の容器と、前記容器内に並べられた複数の伝熱管とを有するシェルアンドチューブ式蒸発器とし、
前記乾燥剤を、前記容器の中で、最上段にある伝熱管中心と最下段にある伝熱管中心との距離をHとし、重力方向を下とした場合の、最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から±Hの範囲内に配置する請求項18に記載の冷媒循環方法。 - 凝縮された前記冷媒を、内部に前記乾燥剤を配置した濾過部を介して、前記圧縮機を駆動させる駆動機に導き、前記駆動機を冷却する請求項18または請求項19に記載の冷媒循環方法。
- 前記乾燥剤とともに、酸を捕捉する酸捕捉剤を配置する請求項18から請求項20のいずれかに記載の冷媒循環方法。
- 前記冷媒循環装置に供給する潤滑油に、芳香族系またはフェノール系の酸化防止剤を添加する請求項18から請求項21のいずれかに記載の冷媒循環方法。
- 前記潤滑油に、0.2質量%以上1.5質量%以下で前記酸化防止剤を添加する請求項22に記載の冷媒循環方法。
- 前記冷媒循環装置に供給する潤滑油に、エーテル系またはエポキシ系の酸捕捉剤を添加する請求項18から請求項23のいずれかに記載の冷媒循環方法。
- 前記潤滑油に、0.2質量%以上3質量%以下で前記酸捕捉剤を添加する請求項24に記載の冷媒循環方法。
- 前記潤滑油に添加する酸捕捉剤の量を、酸化防止剤よりも多くする請求項24または請求項25に記載の冷媒循環方法。
- 前記冷媒循環装置で循環される潤滑油の酸価を計測し、前記潤滑油の酸価が0.5mgKOH/gを超えた場合に潤滑油を入れ替える請求項18から請求項26のいずれかに記載の冷媒循環方法。
- 前記主配管に接続される冷媒供給配管を金属製の配管とし、
充填される冷媒量に対する前記冷媒循環回路内に残る酸素量が50ppm(質量/質量)未満となるよう前記冷媒供給配管内を排気した後、前記冷媒循環回路内に前記冷媒を充填し、前記冷媒を循環させる請求項18から請求項27のいずれかに記載の冷媒循環方法。 - 前記冷媒供給配管をステンレス鋼製とする請求項28に記載の冷媒循環方法。
- 運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率を予め取得し、該異性体比率で初期の冷媒充填を行い、前記冷媒を循環させる請求項18から請求項29のいずれかに記載の冷媒循環方法。
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒充填方法であって、
運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率を予め取得し、該異性体比率で初期の冷媒を充填し、
前記所定の範囲は、異性化反応が平衡となる状態の圧力の変動幅とする冷媒充填方法。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置の運転方法であって、
運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒を交換する冷媒循環装置の運転方法。
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