JP2001074342A - Ｃｏ２冷凍サイクルへの冷媒充填方法及び装置 - Google Patents
Ｃｏ２冷凍サイクルへの冷媒充填方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 適切な充填量で、超臨界蒸気圧縮型空気調和
装置の冷媒充填を行うことができ、安価で簡単な超臨界
蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填を行う方法及びその
ための装置を提供すること。 【解決手段】 配管５５，５６，５７，５８を介して連
結された圧縮機５１、ガス冷却器５２、膨張弁５３、及
び蒸発器５４を備えて構成される冷凍回路を有するＣＯ
２を冷媒に用いた蒸気圧縮型空気調和装置１０への冷媒
充填方法において、前記装置１０への冷媒を充填する際
に前記冷凍回路の途中の少なくとも２個所に圧力計１，
２を設け、前記圧力計１，２によって求められる圧力測
定値に基づいて、冷媒充填量を調節する。
装置の冷媒充填を行うことができ、安価で簡単な超臨界
蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填を行う方法及びその
ための装置を提供すること。 【解決手段】 配管５５，５６，５７，５８を介して連
結された圧縮機５１、ガス冷却器５２、膨張弁５３、及
び蒸発器５４を備えて構成される冷凍回路を有するＣＯ
２を冷媒に用いた蒸気圧縮型空気調和装置１０への冷媒
充填方法において、前記装置１０への冷媒を充填する際
に前記冷凍回路の途中の少なくとも２個所に圧力計１，
２を設け、前記圧力計１，２によって求められる圧力測
定値に基づいて、冷媒充填量を調節する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、閉回路において高
圧側が超臨界条件下で作動する冷媒、例えば、二酸化炭
素等を利用する冷凍機、空調ユニット、及びヒートポン
プのような蒸気圧縮サイクルの冷媒充填方法、特に、そ
の種の装置の冷媒漏れ等による、冷媒補充時における充
填方法に関する。
圧側が超臨界条件下で作動する冷媒、例えば、二酸化炭
素等を利用する冷凍機、空調ユニット、及びヒートポン
プのような蒸気圧縮サイクルの冷媒充填方法、特に、そ
の種の装置の冷媒漏れ等による、冷媒補充時における充
填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の空気調和装置は、図７に示すよう
に、夫々配管５５，５６，５７，５８によって接続され
た圧縮機５１、ガス冷却器（放熱器又は凝縮器）５２、
絞り手段５３、及び蒸発器５４を備えた冷凍回路を備え
ている。この冷凍回路の内部には、冷媒が循環してい
る。通常、これらの装置は臨界圧力未満で運転され、冷
媒にはＲ−１２、Ｒ−１３４ａ．Ｒ−２２等が用いられ
ている。そして、高圧測の圧力は、１０〜２０ｋｇ／ｃ
ｍ２で運転している。
に、夫々配管５５，５６，５７，５８によって接続され
た圧縮機５１、ガス冷却器（放熱器又は凝縮器）５２、
絞り手段５３、及び蒸発器５４を備えた冷凍回路を備え
ている。この冷凍回路の内部には、冷媒が循環してい
る。通常、これらの装置は臨界圧力未満で運転され、冷
媒にはＲ−１２、Ｒ−１３４ａ．Ｒ−２２等が用いられ
ている。そして、高圧測の圧力は、１０〜２０ｋｇ／ｃ
ｍ２で運転している。
【０００３】図８は図７の冷凍回路の冷媒の冷凍サイク
ルを示す図である。
ルを示す図である。
【０００４】図８においては、冷媒として、Ｒ１３４ａ
で代表しているが、通常臨界点以下でサイクルが完成し
ている。このサイクルは、まず、Ａ点で圧縮機５１によ
って圧縮された冷媒は、圧力と温度が上昇して（理論的
には断熱圧縮）、Ｂ点に行く。このあと凝縮器５２に入
り冷却されて等圧のまま２相域状態を経て液化されＣ点
に移動する。次に、絞り手段５３である膨張弁に入り減
圧されてＤ点に移る。そこから、蒸発器５４に入り、液
冷媒が室内の温度をもらって蒸発して気相状態になり再
び圧縮機５１で圧縮される。
で代表しているが、通常臨界点以下でサイクルが完成し
ている。このサイクルは、まず、Ａ点で圧縮機５１によ
って圧縮された冷媒は、圧力と温度が上昇して（理論的
には断熱圧縮）、Ｂ点に行く。このあと凝縮器５２に入
り冷却されて等圧のまま２相域状態を経て液化されＣ点
に移動する。次に、絞り手段５３である膨張弁に入り減
圧されてＤ点に移る。そこから、蒸発器５４に入り、液
冷媒が室内の温度をもらって蒸発して気相状態になり再
び圧縮機５１で圧縮される。
【０００５】このような空気調和装置５０で、特に、カ
ーエアコン等の場合、振動等の影響で配管接合部などか
ら冷媒が漏れることがしばしばあり、冷媒補充が必要に
なる。このような場合に対応するために、これらの空気
調和装置５０には、主にガス冷却器（凝縮器）５２の出
口配管５６にガラス窓６０（図７参照）が設置されてい
る。ガラス窓６０は、内部冷媒の様子（主に冷媒量）を
確認するために、設けてある。そして、このガラス窓６
０は、特に、冷媒補充時に内部状態を観察しながら適正
な量になったことを目視により確認することを目的とし
ている。
ーエアコン等の場合、振動等の影響で配管接合部などか
ら冷媒が漏れることがしばしばあり、冷媒補充が必要に
なる。このような場合に対応するために、これらの空気
調和装置５０には、主にガス冷却器（凝縮器）５２の出
口配管５６にガラス窓６０（図７参照）が設置されてい
る。ガラス窓６０は、内部冷媒の様子（主に冷媒量）を
確認するために、設けてある。そして、このガラス窓６
０は、特に、冷媒補充時に内部状態を観察しながら適正
な量になったことを目視により確認することを目的とし
ている。
【０００６】図９（ａ）及び図９（ｂ）は図７のガラス
窓６０の外観を示す図である。図９（ａ）及び図９
（ｂ）を参照すると、目視でガラス窓６０を確認する内
容は、冷凍機運転中において装置内冷媒充填量が少ない
場合、ガス冷却器５２での液化量が少ないいため、図９
（ａ）に示すように、ガラス窓６０内部は、ガス（気
泡）６１の割合が多く、液冷媒６２はほとんど確認でき
ない。これとは反対に、冷媒の充填量が多すぎるとガス
冷却器５２での液化量が多く、図９（ｂ）に示すよう
に、ガラス窓６０内部は液冷媒６２で満たされ、小さな
気泡６１が見られる程度である。
窓６０の外観を示す図である。図９（ａ）及び図９
（ｂ）を参照すると、目視でガラス窓６０を確認する内
容は、冷凍機運転中において装置内冷媒充填量が少ない
場合、ガス冷却器５２での液化量が少ないいため、図９
（ａ）に示すように、ガラス窓６０内部は、ガス（気
泡）６１の割合が多く、液冷媒６２はほとんど確認でき
ない。これとは反対に、冷媒の充填量が多すぎるとガス
冷却器５２での液化量が多く、図９（ｂ）に示すよう
に、ガラス窓６０内部は液冷媒６２で満たされ、小さな
気泡６１が見られる程度である。
【０００７】従って、長い期間にわたってこの種の冷凍
回路を運転している間に、冷媒が抜けたような場合に
は、このようにガラス窓６０の内部状態を確認しなが
ら、冷媒を補充する方法が採られている。
回路を運転している間に、冷媒が抜けたような場合に
は、このようにガラス窓６０の内部状態を確認しなが
ら、冷媒を補充する方法が採られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和装置に
おけるＣＯ２サイクルの作動は、原理的にはフロンを用
いた従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動と同じであ
る。
おけるＣＯ２サイクルの作動は、原理的にはフロンを用
いた従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動と同じであ
る。
【０００９】しかし、ＣＯ２の臨界温度は３１℃と従来
のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１２℃、Ｒ
１３４ａは１０１℃）と比べて低いので夏場等では、ガ
ス冷却器５２側でのＣＯ２温度がＣＯ２の臨界温度より
高くなってしまう。より具体的には、図１０に示すよう
に、放熱器（ガス冷却器）の出口側では凝縮しない。
のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１２℃、Ｒ
１３４ａは１０１℃）と比べて低いので夏場等では、ガ
ス冷却器５２側でのＣＯ２温度がＣＯ２の臨界温度より
高くなってしまう。より具体的には、図１０に示すよう
に、放熱器（ガス冷却器）の出口側では凝縮しない。
【００１０】よって、ＣＯ２を冷媒として用いた空調装
置において、従来技術で記述したようなガラス窓６０で
液状態を確認することはできない。ここで、ＣＯ２ガス
は、臨界点（Ｋ点温度３１．１℃、圧力７５．２８ｋｇ
／ｃｍ２）Ｋ点を越えた状態超臨界状態で、密度が液体
のように高い気体の性質を有する。
置において、従来技術で記述したようなガラス窓６０で
液状態を確認することはできない。ここで、ＣＯ２ガス
は、臨界点（Ｋ点温度３１．１℃、圧力７５．２８ｋｇ
／ｃｍ２）Ｋ点を越えた状態超臨界状態で、密度が液体
のように高い気体の性質を有する。
【００１１】また、ＣＯ２を用いた冷凍サイクルは、外
気温度によって違いはあるものの、通常、１００ｋｇ／
ｃｍ２〜１７０ｋｇ／ｃｍ２という高圧で運転される、
従来の冷媒は、高圧圧力１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２であ
る。尚、ＣＯ２臨界温度に対応する圧力は７５．３ｋｇ
／ｃｍ２である。このように高圧で使用されるため、配
管途中にガラス窓６０を設けることは、耐圧性の面から
困難である。仮に、ガラス窓６０を設けたとしても、耐
圧性確保のために、かなりの厚さになってしまい、内部
の確認が困難となるだけでなく、その大きさのためスペ
−ス効率が悪く、省スペ−ス設計などの妨げになる。
気温度によって違いはあるものの、通常、１００ｋｇ／
ｃｍ２〜１７０ｋｇ／ｃｍ２という高圧で運転される、
従来の冷媒は、高圧圧力１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２であ
る。尚、ＣＯ２臨界温度に対応する圧力は７５．３ｋｇ
／ｃｍ２である。このように高圧で使用されるため、配
管途中にガラス窓６０を設けることは、耐圧性の面から
困難である。仮に、ガラス窓６０を設けたとしても、耐
圧性確保のために、かなりの厚さになってしまい、内部
の確認が困難となるだけでなく、その大きさのためスペ
−ス効率が悪く、省スペ−ス設計などの妨げになる。
【００１２】そこで、空気調和装置のＣＯ２冷凍サイク
ル内に、冷媒を充填する方法として、（イ）安価で，
（ロ）簡単，（ハ）場所を取らずに，（ニ）安全な方法
が必要であった。
ル内に、冷媒を充填する方法として、（イ）安価で，
（ロ）簡単，（ハ）場所を取らずに，（ニ）安全な方法
が必要であった。
【００１３】従って、本発明の第１の技術的課題は、適
切な充填量で、超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充
填を行う方法及びそのための装置を提供することにあ
る。
切な充填量で、超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充
填を行う方法及びそのための装置を提供することにあ
る。
【００１４】また、本発明の第２の技術的課題は、安価
で簡単な超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填を行
う方法及びそのための装置を提供することにある。
で簡単な超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填を行
う方法及びそのための装置を提供することにある。
【００１５】さらに、本発明の第３の技術的課題は、配
管途中に管内部の冷媒の状態を観察するためのガラス窓
がなくても適正充填ができ、そのため場所をとらず、安
全に充填することができる超臨界蒸気圧縮型空気調和装
置の冷媒充填を行う方法及びそのための装置を提供する
ことにある。
管途中に管内部の冷媒の状態を観察するためのガラス窓
がなくても適正充填ができ、そのため場所をとらず、安
全に充填することができる超臨界蒸気圧縮型空気調和装
置の冷媒充填を行う方法及びそのための装置を提供する
ことにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、配管を
介して連結された圧縮機、ガス冷却器、膨張弁、及び蒸
発器を備えて構成される冷凍回路を有するＣＯ２を冷媒
に用いた蒸気圧縮型空気調和装置への冷媒充填方法にお
いて、前記装置への冷媒を充填する際に前記冷凍回路の
途中の少なくとも２個所に圧力計を設け、前記圧力計に
よって求められる圧力測定値に基づいて、冷媒充填量を
調節することを特徴とする冷媒充填方法が得られる。
介して連結された圧縮機、ガス冷却器、膨張弁、及び蒸
発器を備えて構成される冷凍回路を有するＣＯ２を冷媒
に用いた蒸気圧縮型空気調和装置への冷媒充填方法にお
いて、前記装置への冷媒を充填する際に前記冷凍回路の
途中の少なくとも２個所に圧力計を設け、前記圧力計に
よって求められる圧力測定値に基づいて、冷媒充填量を
調節することを特徴とする冷媒充填方法が得られる。
【００１７】また、本発明によれば、前記冷媒充填方法
において、前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧
縮機入口までの間に設けられる第１の圧力計と、前記圧
縮機の出口から前記ガス冷却器の入口までの間に設けら
れる第２の圧力計とを含むことを特徴とする冷媒充填方
法が得られる。
において、前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧
縮機入口までの間に設けられる第１の圧力計と、前記圧
縮機の出口から前記ガス冷却器の入口までの間に設けら
れる第２の圧力計とを含むことを特徴とする冷媒充填方
法が得られる。
【００１８】また、本発明によれば、前記冷媒充填方法
において、外気温度及び低圧力側圧力の２つのパラメー
タによって決まる適正冷媒充填量を予備実験によりあら
かじめ表又はグラフにしておき、冷媒充填時に前記表又
はグラフを参照しながら記外気温度と前記低圧力側圧力
との測定値から前記適性冷媒充填量を求め、所定の高圧
側圧力になるまで冷媒を充填することを特徴とする冷媒
充填方法が得られる。
において、外気温度及び低圧力側圧力の２つのパラメー
タによって決まる適正冷媒充填量を予備実験によりあら
かじめ表又はグラフにしておき、冷媒充填時に前記表又
はグラフを参照しながら記外気温度と前記低圧力側圧力
との測定値から前記適性冷媒充填量を求め、所定の高圧
側圧力になるまで冷媒を充填することを特徴とする冷媒
充填方法が得られる。
【００１９】また、本発明によれば、前記冷媒充填方法
において、低圧側圧力をＰＬ、高圧側圧力をＰＨ、ガス
冷却器出口温度をＴとしたときに、下記数３式による関
係によって、前記ＰＨを求めて、当該ＰＨとなるように
冷媒を充填することを特徴とする冷媒充填方法が得られ
る。
において、低圧側圧力をＰＬ、高圧側圧力をＰＨ、ガス
冷却器出口温度をＴとしたときに、下記数３式による関
係によって、前記ＰＨを求めて、当該ＰＨとなるように
冷媒を充填することを特徴とする冷媒充填方法が得られ
る。
【００２０】
【数３】
【００２１】また、本発明によれば、配管を介して連結
された圧縮機、ガス冷却器、膨張弁、及び蒸発器を備え
て構成される冷凍回路を有するＣＯ２を冷媒に用いた蒸
気圧縮型空気調和装置への冷媒充填装置において、前記
冷凍回路途中の少なくとも２個所に設けられた圧力計を
備え、前記装置への冷媒を充填する際に、前記圧力計に
よって求められる圧力測定値に基づいて冷媒充填量を調
節することを特徴とする冷媒充填装置が得られる。
された圧縮機、ガス冷却器、膨張弁、及び蒸発器を備え
て構成される冷凍回路を有するＣＯ２を冷媒に用いた蒸
気圧縮型空気調和装置への冷媒充填装置において、前記
冷凍回路途中の少なくとも２個所に設けられた圧力計を
備え、前記装置への冷媒を充填する際に、前記圧力計に
よって求められる圧力測定値に基づいて冷媒充填量を調
節することを特徴とする冷媒充填装置が得られる。
【００２２】また、本発明によれば、前記冷媒充填装置
において、前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧
縮機入口までの間に設けられる第１の圧力計と、前記圧
縮機の出口から前記ガス冷却器の入口までの間に設けら
れる第２の圧力計とを備えていることを特徴とする冷媒
充填装置が得られる。
において、前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧
縮機入口までの間に設けられる第１の圧力計と、前記圧
縮機の出口から前記ガス冷却器の入口までの間に設けら
れる第２の圧力計とを備えていることを特徴とする冷媒
充填装置が得られる。
【００２３】また、本発明によれば、前記冷媒充填装置
において、外気温度を測定する温度計と、前記温度計に
よる測定値と前記低圧力側圧力の２つのパラメータによ
って決まる適正冷媒充填量を予備実験により求め、その
測定データを記憶する記憶手段と、冷媒充填時に前記記
憶手段に記憶された測定データを参照しながら前記外気
温度と前記低圧力側圧力との測定値から前記適性冷媒充
填量を求めて、所定の高圧側圧力になるまで冷媒を充填
する冷媒充填制御手段とを備えていることを特徴とする
冷媒充填装置が得られる。
において、外気温度を測定する温度計と、前記温度計に
よる測定値と前記低圧力側圧力の２つのパラメータによ
って決まる適正冷媒充填量を予備実験により求め、その
測定データを記憶する記憶手段と、冷媒充填時に前記記
憶手段に記憶された測定データを参照しながら前記外気
温度と前記低圧力側圧力との測定値から前記適性冷媒充
填量を求めて、所定の高圧側圧力になるまで冷媒を充填
する冷媒充填制御手段とを備えていることを特徴とする
冷媒充填装置が得られる。
【００２４】さらに、本発明によれば、前記冷媒充填装
置において、低圧側圧力をＰＬ、高圧側圧力をＰＨ、ガ
ス冷却器出口温度をＴとしたときに、下記数４式による
関係によって、前記ＰＨを求めて、当該ＰＨとなるよう
に冷媒を充填することを特徴とする冷媒充填装置が得ら
れる。
置において、低圧側圧力をＰＬ、高圧側圧力をＰＨ、ガ
ス冷却器出口温度をＴとしたときに、下記数４式による
関係によって、前記ＰＨを求めて、当該ＰＨとなるよう
に冷媒を充填することを特徴とする冷媒充填装置が得ら
れる。
【００２５】
【数４】
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００２７】図１は本発明の実施の形態による空気調和
装置の冷媒充填装置を示す概略構成図である。図２は図
１の冷媒充填装置を示すブロック図である。
装置の冷媒充填装置を示す概略構成図である。図２は図
１の冷媒充填装置を示すブロック図である。
【００２８】図１を参照すると、空気調和装置１０の冷
凍回路構成は従来技術によるものと同様であり、吸入さ
れた冷媒を圧縮する圧縮機５１と、圧縮機５１の出口側
に入口側が配管５５を介して接続されたガス冷却器（凝
縮器、放熱器又はガスクーラとも呼ぶ）５２と、ガス冷
却器５２の出口側に、入口側が配管５６を介して接続さ
れた膨張弁からなる絞り手段５３と、絞り手段５３の出
口側に、入口側が配管５７を介して接続され、出口側は
圧縮機５１の入口側に配管５８を介して接続された蒸発
器５４とを備えた冷凍回路を備えている。
凍回路構成は従来技術によるものと同様であり、吸入さ
れた冷媒を圧縮する圧縮機５１と、圧縮機５１の出口側
に入口側が配管５５を介して接続されたガス冷却器（凝
縮器、放熱器又はガスクーラとも呼ぶ）５２と、ガス冷
却器５２の出口側に、入口側が配管５６を介して接続さ
れた膨張弁からなる絞り手段５３と、絞り手段５３の出
口側に、入口側が配管５７を介して接続され、出口側は
圧縮機５１の入口側に配管５８を介して接続された蒸発
器５４とを備えた冷凍回路を備えている。
【００２９】本発明の実施の形態による冷媒充填装置
は、蒸発器５４と圧縮機５１との間の配管５８の部分
（Ａ点）に設けられた第１の圧力計１と、ガス冷却器５
２と絞り手段５３との間に配管５６の部分（Ｃ点）に配
置された第２の圧力計２とを備えている。
は、蒸発器５４と圧縮機５１との間の配管５８の部分
（Ａ点）に設けられた第１の圧力計１と、ガス冷却器５
２と絞り手段５３との間に配管５６の部分（Ｃ点）に配
置された第２の圧力計２とを備えている。
【００３０】第１の圧力計１の部位には、電磁弁３を介
して、充填用の冷媒を蓄えたＣＯ２ガス容器４が接続さ
れている。
して、充填用の冷媒を蓄えたＣＯ２ガス容器４が接続さ
れている。
【００３１】図２を参照すると、冷媒充填装置２０は、
前述したように、冷凍回路の低圧側に配置された第１の
圧力計１と、同じく冷凍回路の高圧側に配置された第２
の圧力計２と、冷凍回路の外部の温度を検知する外気温
センサ５と、ガス冷却器５２の出口の冷媒温度を測定す
る冷媒出口センサ６とを備えている。これらの第１、第
２の圧力計１，２、外気温度センサ５、冷媒出口センサ
６は、制御手段７を為すＣＰＵに夫々接続されている。
また、制御手段７には、外気温度を測定する外気温セン
サ５による測定値と第１の圧力計１により求められた低
圧力側圧力の２つのパラメータによって決まる適正冷媒
充填量が予備実験により求められ、その測定データが記
憶されている。測定データとしては、下記表１で示され
るものがある。また、下記表１は図３に示すようなグラ
フによっても表される。
前述したように、冷凍回路の低圧側に配置された第１の
圧力計１と、同じく冷凍回路の高圧側に配置された第２
の圧力計２と、冷凍回路の外部の温度を検知する外気温
センサ５と、ガス冷却器５２の出口の冷媒温度を測定す
る冷媒出口センサ６とを備えている。これらの第１、第
２の圧力計１，２、外気温度センサ５、冷媒出口センサ
６は、制御手段７を為すＣＰＵに夫々接続されている。
また、制御手段７には、外気温度を測定する外気温セン
サ５による測定値と第１の圧力計１により求められた低
圧力側圧力の２つのパラメータによって決まる適正冷媒
充填量が予備実験により求められ、その測定データが記
憶されている。測定データとしては、下記表１で示され
るものがある。また、下記表１は図３に示すようなグラ
フによっても表される。
【００３２】
【表１】 なお、上記表１に示される値は、一般に下記の数５式で
示されるものである。
示されるものである。
【００３３】また、制御手段７は、電磁弁３（図１）を
開閉する電磁弁駆動手段９に接続されている。
開閉する電磁弁駆動手段９に接続されている。
【００３４】
【数５】 次に、図１及び図２を再び参照して、冷媒充填装置の動
作について説明する。
作について説明する。
【００３５】まず、第１の圧力計１による圧力測定値が
制御手段７に入力され、一方、外気温センサ５又は冷媒
出口センサ６による温度測定値が制御手段７に入力され
る。制御手段７は、記憶手段８に記憶されている測定デ
ータを参照して、最適な吐出圧力を計算する。この計算
値に基づき、Ｂ点の吐出圧力又はＣ点に設けられた第２
の圧力計２による圧力値が最適圧力となるように、電磁
弁駆動手段９を作動させて、ＣＯ２ガス容器４内の冷媒
である高圧ＣＯ２を冷凍回路へと充填し、最適値となっ
た時点で、制御手段７は、電磁弁３を閉じるように、電
磁弁駆動手段９に信号を送り動作させる。
制御手段７に入力され、一方、外気温センサ５又は冷媒
出口センサ６による温度測定値が制御手段７に入力され
る。制御手段７は、記憶手段８に記憶されている測定デ
ータを参照して、最適な吐出圧力を計算する。この計算
値に基づき、Ｂ点の吐出圧力又はＣ点に設けられた第２
の圧力計２による圧力値が最適圧力となるように、電磁
弁駆動手段９を作動させて、ＣＯ２ガス容器４内の冷媒
である高圧ＣＯ２を冷凍回路へと充填し、最適値となっ
た時点で、制御手段７は、電磁弁３を閉じるように、電
磁弁駆動手段９に信号を送り動作させる。
【００３６】尚、冷媒充填時に外気温度と低圧圧力の２
つのパラメータにより、予め用意した上記表１又は図３
のグラフから所要の高圧圧力を求めて、その圧力になる
まで、冷媒を充填することを手動によっても行うことも
可能である。
つのパラメータにより、予め用意した上記表１又は図３
のグラフから所要の高圧圧力を求めて、その圧力になる
まで、冷媒を充填することを手動によっても行うことも
可能である。
【００３７】次に、本発明の実施の形態による冷媒充填
装置及び方法の具体的な原理について図面を参照しなが
ら説明する。
装置及び方法の具体的な原理について図面を参照しなが
ら説明する。
【００３８】本発明の実施の形態において用いられる空
気調和装置では、冷媒としてＣＯ２を用いている。
気調和装置では、冷媒としてＣＯ２を用いている。
【００３９】図４はＣＯ２のエンタルピと圧力との関係
を示す図である。図４を参照すると、ＣＯ２サイクルの
特徴として、同じガス冷却器５２のもとで、外気温度一
定であれば、ガス冷却器出口温度（Ｔ）は、回転数等に
関係なく一定であり等温線の上にある。例えば、Ｔ＝４
０℃の等温度線上となっている。一方、圧力は充填量の
変化で上下する。
を示す図である。図４を参照すると、ＣＯ２サイクルの
特徴として、同じガス冷却器５２のもとで、外気温度一
定であれば、ガス冷却器出口温度（Ｔ）は、回転数等に
関係なく一定であり等温線の上にある。例えば、Ｔ＝４
０℃の等温度線上となっている。一方、圧力は充填量の
変化で上下する。
【００４０】例えば、図４において、外気温度が３０℃
の場合の運転を考えると、圧縮機から吐出されたおよそ
８０〜１００℃の冷媒はガス冷却器５２に入り、放熱後
４０℃になる。この状態は、図４のサイクルで左上のガ
ス冷却器５２の出口温度Ｔが４０℃等温線上にあること
を示す。また、図４において、Ｃｙ１乃至Ｃｙ５に示す
ように、冷凍回路内の冷媒充填量を増減すると、ガス冷
却器出口温度Ｔ（＝４０℃）は変わらずに等温線上で、
圧力のみ上下する。そして、冷凍サイクルもＣ１からＣ
２，Ｃ３，又はＣ４→Ｄ２、Ｄ３、又はＤ４→Ａ→Ｂ
２，Ｂ３，又はＢ４と変化する。
の場合の運転を考えると、圧縮機から吐出されたおよそ
８０〜１００℃の冷媒はガス冷却器５２に入り、放熱後
４０℃になる。この状態は、図４のサイクルで左上のガ
ス冷却器５２の出口温度Ｔが４０℃等温線上にあること
を示す。また、図４において、Ｃｙ１乃至Ｃｙ５に示す
ように、冷凍回路内の冷媒充填量を増減すると、ガス冷
却器出口温度Ｔ（＝４０℃）は変わらずに等温線上で、
圧力のみ上下する。そして、冷凍サイクルもＣ１からＣ
２，Ｃ３，又はＣ４→Ｄ２、Ｄ３、又はＤ４→Ａ→Ｂ
２，Ｂ３，又はＢ４と変化する。
【００４１】ここで、一般的に冷凍回路の能力評価を行
う場合、次の数６式に示される成績係数が用いられる。
う場合、次の数６式に示される成績係数が用いられる。
【００４２】
【数６】 冷凍能力と圧縮機動力の関係がもっとも良い（ＣＯＰが
もっとも高い）サイクルがあることは、理論計算や他社
論文等から既に周知であり、これはＣＯ２サイクルの特
徴である。
もっとも高い）サイクルがあることは、理論計算や他社
論文等から既に周知であり、これはＣＯ２サイクルの特
徴である。
【００４３】つまり、ある外気温度で、充填量を増やし
ていくと、サイクルの高圧側圧力が上昇し、図４中のＣ
ｙ３で示したサイクルで、ＣＯＰ最高値が得られる高圧
側圧力に到達したことになる。
ていくと、サイクルの高圧側圧力が上昇し、図４中のＣ
ｙ３で示したサイクルで、ＣＯＰ最高値が得られる高圧
側圧力に到達したことになる。
【００４４】ところで、冷媒の充填量としては、上記Ｃ
ｙ３を目標とすれば、適正充填ができることになる。
ｙ３を目標とすれば、適正充填ができることになる。
【００４５】本発明の実施の形態においては、この外気
温度によりガス冷却器５２の出口温度は一定となる性質
を利用して、上述のようにＣＯＰが最大になる圧力まで
充填する方法である。
温度によりガス冷却器５２の出口温度は一定となる性質
を利用して、上述のようにＣＯＰが最大になる圧力まで
充填する方法である。
【００４６】ちなみに、本発明の実施の形態において
は、外気温度３０℃として説明したが、ガス冷却器の出
口温度４０℃は、ガス冷却器５２の放熱能力に依存して
おり、能力が大きければ、４０℃以下に下がる。
は、外気温度３０℃として説明したが、ガス冷却器の出
口温度４０℃は、ガス冷却器５２の放熱能力に依存して
おり、能力が大きければ、４０℃以下に下がる。
【００４７】また、外気温度が変われば、ガス冷却器の
出口温度が変化するため、図４の最適ＣＯＰが得られる
Ｃｙ３は、３０℃及び４０℃では、図５に示すように、
変化する。
出口温度が変化するため、図４の最適ＣＯＰが得られる
Ｃｙ３は、３０℃及び４０℃では、図５に示すように、
変化する。
【００４８】図６は、最大ＣＯＰの得られるガス冷却器
５２の出口温度と圧力との関係を理論計算上求めた図で
ある。図６に示すように、ガス冷却器５２の出口温度
は、外気条件が一定であれば、一定であるために、圧縮
機の回転数１５００ｒｐｍで用いた４５℃に設定した。
蒸発温度−５℃（３．０４ＭＰａ）、０℃（３．４８Ｍ
ｐａ）、５℃（３．９６Ｍｐａ）、１０℃（３．９６Ｍ
Ｐａ）、加熱度：１０ｄｅｇ、等エントロピー圧縮を行
った。
５２の出口温度と圧力との関係を理論計算上求めた図で
ある。図６に示すように、ガス冷却器５２の出口温度
は、外気条件が一定であれば、一定であるために、圧縮
機の回転数１５００ｒｐｍで用いた４５℃に設定した。
蒸発温度−５℃（３．０４ＭＰａ）、０℃（３．４８Ｍ
ｐａ）、５℃（３．９６Ｍｐａ）、１０℃（３．９６Ｍ
Ｐａ）、加熱度：１０ｄｅｇ、等エントロピー圧縮を行
った。
【００４９】また、ＣＯＰ最大値が得られた時の各種値
を下記表２に示した。
を下記表２に示した。
【００５０】
【表２】 上記のように、蒸発温度が低くなる（回転数が高い）ほ
ど圧力は高くなる（０．１ＭＰａ（１乃至３ｋｇ／ｃｍ
２））ことがわかる。
ど圧力は高くなる（０．１ＭＰａ（１乃至３ｋｇ／ｃｍ
２））ことがわかる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
適切な充填量で、超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒
充填を行う方法及びそれを実施するための装置を提供す
ることができる。
適切な充填量で、超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒
充填を行う方法及びそれを実施するための装置を提供す
ることができる。
【００５２】また、本発明によれば、安価で簡単な超臨
界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填を行う方法及びそ
れを実施するための装置を提供することができる。
界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填を行う方法及びそ
れを実施するための装置を提供することができる。
【００５３】さらに、本発明によれば、配管途中に管内
部の冷媒の状態を観察するためのガラス窓がなくても適
正充填ができ、そのため場所をとらず、安全に充填する
ことができる超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填
を行う方法及びそれを実施するための装置を提供するこ
とができる。
部の冷媒の状態を観察するためのガラス窓がなくても適
正充填ができ、そのため場所をとらず、安全に充填する
ことができる超臨界蒸気圧縮型空気調和装置の冷媒充填
を行う方法及びそれを実施するための装置を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の実施の形態による空気調和装置の冷媒
充填装置を示す概略構成図である。
充填装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の冷媒充填装置を示すブロック図である。
【図３】低圧圧力と、高圧圧力との関係を示す図であ
る。
る。
【図４】ＣＯ２のエンタルピと圧力との関係を示す図で
ある。
ある。
【図５】Ｔｇｏ＝４５℃における各種蒸発温度でのＣＤ
Ｐ変化
Ｐ変化
【図６】最大ＣＯＰの得られるガスクーラ出口温度と圧
力との関係を理論計算上求めた図である。
力との関係を理論計算上求めた図である。
【図７】従来技術による空気調和装置の概略構成を示す
図である。
図である。
【図８】図７の冷凍回路の冷媒の冷凍サイクルを示す図
である。
である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は上述のガラス窓６０の外観
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】ＣＯ２の冷凍サイクルにおける圧力とエンタ
ルピとの関係を示す図である。
ルピとの関係を示す図である。
１ 第１の圧力計 ２ 第２の圧力計 ３ 電磁弁 ４ ＣＯ２ガス容器 ５ 外気温センサ ６ 冷媒出口センサ ７ 制御手段 ８ 記憶手段 ９ 電磁弁駆動手段 １０ 空気調和装置 ２０ 冷媒充填装置 ５０ 空気調和装置 ５１ 圧縮機 ５２ ガス冷却器（凝縮器、放熱器，又はガスクー
ラ） ５３ 絞り手段 ５４ 蒸発器 ５５，５６，５７，５８ 配管 ６０ ガラス窓 ６１ 気泡 ６２ 液冷媒
ラ） ５３ 絞り手段 ５４ 蒸発器 ５５，５６，５７，５８ 配管 ６０ ガラス窓 ６１ 気泡 ６２ 液冷媒
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１２月１３日（１９９９．１２．
１３）
１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、配管を
介して連結された圧縮機、ガス冷却器、絞り手段、及び
蒸発器を備えて構成される冷凍回路を有するＣＯ２を冷
媒に用いた蒸気圧縮型空気調和装置への冷媒充填方法に
おいて、前記装置への冷媒を充填する際に前記冷凍回路
の途中の少なくとも２個所に圧力計を設け、前記圧力計
によって求められる圧力測定値に基づいて、冷媒充填量
を調節することを特徴とする冷媒充填方法が得られる。
介して連結された圧縮機、ガス冷却器、絞り手段、及び
蒸発器を備えて構成される冷凍回路を有するＣＯ２を冷
媒に用いた蒸気圧縮型空気調和装置への冷媒充填方法に
おいて、前記装置への冷媒を充填する際に前記冷凍回路
の途中の少なくとも２個所に圧力計を設け、前記圧力計
によって求められる圧力測定値に基づいて、冷媒充填量
を調節することを特徴とする冷媒充填方法が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】また、本発明によれば、前記冷媒充填方法
において、前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧
縮機入口までの間に設けられる第１の圧力計と、前記ガ
ス冷却器の出口から前記絞り手段の入口までの間に設け
られる第２の圧力計とを含むことを特徴とする冷媒充填
方法が得られる。
において、前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧
縮機入口までの間に設けられる第１の圧力計と、前記ガ
ス冷却器の出口から前記絞り手段の入口までの間に設け
られる第２の圧力計とを含むことを特徴とする冷媒充填
方法が得られる。
Claims (8)
- 【請求項１】 配管を介して連結された圧縮機、ガス冷
却器、膨張弁、及び蒸発器を備えて構成される冷凍回路
を有するＣＯ２を冷媒に用いた蒸気圧縮型空気調和装置
への冷媒充填方法において、前記装置への冷媒を充填す
る際に前記冷凍回路の途中の少なくとも２個所に圧力計
を設け、前記圧力計によって求められる圧力測定値に基
づいて、冷媒充填量を調節することを特徴とする冷媒充
填方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の冷媒充填方法において、
前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧縮機入口ま
での間に設けられる第１の圧力計と、前記圧縮機の出口
から前記ガス冷却器の入口までの間に設けられる第２の
圧力計とを含むことを特徴とする冷媒充填方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の冷媒充填方法において、
外気温度及び低圧力側圧力の２つのパラメータによって
決まる適正冷媒充填量を予備実験によりあらかじめ表又
はグラフにしておき、冷媒充填時に前記表又はグラフを
参照しながら記外気温度と前記低圧力側圧力との測定値
から前記適性冷媒充填量を求め、所定の高圧側圧力にな
るまで冷媒を充填することを特徴とする冷媒充填方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の冷媒充填方法において、
低圧側圧力をＰＬ、高圧側圧力をＰＨ、ガス冷却器出口
温度をＴとしたときに、下記数１式による関係によっ
て、前記ＰＨを求めて、当該ＰＨとなるように冷媒を充
填することを特徴とする冷媒充填方法。 【数１】 - 【請求項５】 配管を介して連結された圧縮機、ガス冷
却器、膨張弁、及び蒸発器を備えて構成される冷凍回路
を有するＣＯ２を冷媒に用いた蒸気圧縮型空気調和装置
への冷媒充填装置において、前記冷凍回路途中の少なく
とも２個所に設けられた圧力計を備え、前記装置への冷
媒を充填する際に、前記圧力計によって求められる圧力
測定値に基づいて冷媒充填量を調節することを特徴とす
る冷媒充填装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の冷媒充填装置において、
前記圧力計は、前記蒸発器の出口から前記圧縮機入口ま
での間に設けられる第１の圧力計と、前記圧縮機の出口
から前記ガス冷却器の入口までの間に設けられる第２の
圧力計とを備えていることを特徴とする冷媒充填装置。 - 【請求項７】 請求項５記載の冷媒充填装置において、
外気温度を測定する温度計と、前記温度計による測定値
と前記低圧力側圧力の２つのパラメータによって決まる
適正冷媒充填量を予備実験により求め、その測定データ
を記憶する記憶手段と、冷媒充填時に前記記憶手段に記
憶された測定データを参照しながら前記外気温度と前記
低圧力側圧力との測定値から前記適性冷媒充填量を求め
て、所定の高圧側圧力になるまで冷媒を充填する冷媒充
填制御手段とを備えていることを特徴とする冷媒充填装
置。 - 【請求項８】 請求項５記載の冷媒充填装置において、
低圧側圧力をＰＬ、高圧側圧力をＰＨ、ガス冷却器出口
温度をＴとしたときに、下記数２式による関係によっ
て、前記ＰＨを求めて、当該ＰＨとなるように冷媒を充
填することを特徴とする冷媒充填装置。 【数２】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25038499A JP2001074342A (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | Ｃｏ２冷凍サイクルへの冷媒充填方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25038499A JP2001074342A (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | Ｃｏ２冷凍サイクルへの冷媒充填方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001074342A true JP2001074342A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17207128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25038499A Pending JP2001074342A (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | Ｃｏ２冷凍サイクルへの冷媒充填方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001074342A (ja) |
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1999
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