JP2003240390A - 冷凍空調装置及び冷媒充填方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】非共沸混合冷媒または疑似共沸混合冷媒を冷媒
組成の変化なく又圧縮機に損傷を与えずに充填できる冷
凍空調装置を得る。 【解決手段】蒸発器１０と圧縮機１の吸入部間の配管１
１に設けられた配管分岐部１６と、配管分岐部１６から
分岐された配管に設けられ、冷媒を液相冷媒として充填
する冷媒充填部１５と、配管分岐部１６及び冷媒充填部
１５間に設けられた減圧装置１４と、を備える。冷媒充
填部１５と減圧装置１４とを一体化した冷媒充填装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非共沸混合冷媒又
は擬似共沸混合冷媒を充填する冷凍空調装置、及び冷凍
空調装置への非共沸混合冷媒又は擬似共沸混合冷媒の充
填方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の
混合冷媒である為、冷媒ボンベ内部の液相冷媒と気相冷
媒は冷媒の組成比率が異なるという特性がある。したが
って冷媒を充填する場合、この組成比率変化の少ない液
相冷媒より冷媒充填する必要がる。ところが圧縮機吸入
部から、液状態で冷媒チャージが行われると圧縮機が液
冷媒を吸込んで圧縮室内の内部圧力が異常上昇し、例え
ば、スクロール圧縮機の場合にはスクロールの歯折れ等
が起こり易くなる。また、液冷媒の混入により圧縮機冷
凍機油が希釈され冷凍機油の潤滑不良により圧縮機摺動
部の焼き付きが発生し故障につながるという問題があ
る。

【０００３】図５は、特開平８−２１０７３６号公報に
示される従来の非共沸混合冷媒の冷媒充填方法を説明す
るための空気調和機の冷媒充填状態を示す図である。図
５において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外熱交換
器、５は室外膨張弁、６は分岐部、８は室内機と室外機
間を結ぶ液側配管、９は室内膨張弁、１０は室内熱交換
器、１１は室内機と室外機間を結ぶガス側配管であり、
順次配管により接続されている。非共沸混合冷媒が充填
された冷媒ボンベ７は、液側配管８と室外膨張弁５の間
に設けられた分岐部６に接続されている。

【０００４】上記冷凍サイクルで、例えば冷房運転を行
いながら追加充填を実施する場合、冷媒ボンベ７から取
り出された液冷媒は分岐部６、液側配管８、全開の膨張
弁９を通り蒸発器である室内熱交換器１０に流入する。
室内熱交換器１０内では、冷媒温度よりも高い室内空気
と熱交換し、蒸発してガス状となった冷媒がガス側配管
１１、四方弁２を介し圧縮機１へ吸入される。したがっ
て、ボンベ７の液冷媒より取りだし充填する際に、液冷
媒を圧縮機１に直接吸い込むことを抑制することが可能
である。

【０００５】一方、暖房運転を行いながら追加充填を実
施する場合、冷媒ボンベ７から取り出された液冷媒は分
岐部６、全開の膨張弁５を通り蒸発器である外熱交換器
３に流入する。室外熱交換器３内では、冷媒温度よりも
高い室内空気により熱交換されガス状となった冷媒がガ
ス側配管１１、四方弁２を介し圧縮機１へ吸入される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記液
側配管側に設けられた分岐部６より冷媒を追加充填しよ
うとした場合、ボンベ７内の冷媒温度の飽和圧力にバラ
ンスするボンベ内の冷媒圧力が、分岐部６を流れている
作動冷媒の圧力よりも高くなっていないと冷媒を充填す
ることは出来ないという問題があり、夏季の冷房運転時
の冷媒追加充填や冬季の気温が低い時等に充填すること
が難しい。

【０００７】例えば、冷房運転を行いながら冷媒を充填
するのが通常である夏季に、冷房運転を行いながら冷媒
を充填しようとした場合、室内機と室外機をつなぐ液側
配管８の長さにより、分岐部６と室内機の間に冷媒の流
れによる圧力損失が発生する為、分岐部６に流れる冷媒
圧力が高くなるケースがある。もし分岐部６の圧力がボ
ンベ７内の圧力を上回った場合、冷媒を充填することが
出来なくなる。もし、夏季に暖房運転を行いながら冷媒
を充填しようとしても、室内温度が高く、凝縮器となる
室内熱交換器の圧力が上昇することにより、ユニットの
設計圧力を超えてしまい運転不可能となるケースが多
い。一方、冬季に暖房運転を行いながら冷媒を充填する
場合、ボンベ７が外気に冷されボンベ７内の冷媒温度が
下がる為、圧縮機吸入部と分岐部６との圧力損失によ
り、分岐部６に流れる作動流体の圧力がボンベ７内の圧
力を上回り冷媒が充填できないことがある。

【０００８】以上のように、空気調和機において非共沸
混合冷媒を液冷媒から取りだし、室内機と室外機を接続
する液側配管と室外膨張弁５との間に設けられた分岐部
６を使用して圧縮機１に吸入する冷媒を蒸発熱交換器を
介してガス状態に蒸発させ冷媒を充填しようとする場
合、使用環境温度および延長配管長等により制限を受
け、冷媒を充填できないケースが数多く存在した。

【０００９】本発明は、非共沸混合冷媒または擬似共沸
混合冷媒を冷媒組成の変化なく又圧縮機に損傷を与えず
に充填できる冷凍空調装置を得ることを目的とする。ま
た、非共沸混合冷媒または擬似共沸混合冷媒を冷媒組成
の変化なく又圧縮機に損傷を与えずに充填できる、利用
機と熱源機とが分離したタイプの冷凍空調装置を得るこ
とを目的とする。また、冷媒充填に関する部品等の組立
の容易な冷凍空調装置を得ることを目的とする。また、
冷凍空調装置に、非共沸混合冷媒または擬似共沸混合冷
媒を冷媒組成の変化なく又圧縮機に損傷を与えずに充填
できる冷媒充填方法を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の冷凍
空調装置は、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発
器を順次配管で連結してなる冷凍サイクルを有し、非共
沸混合冷媒または擬似共沸混合冷媒を冷媒とする冷凍空
調装置において、蒸発器と圧縮機の吸入部間の配管に設
けられた配管分岐部と、配管分岐部から分岐された配管
に設けられ、冷媒を液相冷媒として充填する冷媒充填部
と、配管分岐部及び冷媒充填部間に設けられた減圧装置
と、を備えたものである。

【００１１】また、請求項２の冷凍空調装置は、請求項
１において、冷媒充填部と減圧装置とを一体化した冷媒
充填装置を備えたものである。

【００１２】また、請求項３の冷凍空調装置は、請求項
１又は請求項２の冷凍空調装置において、利用機と熱源
機とが分離し、両者をガス側配管及び液側配管で接続し
たものである。

【００１３】また、請求項４の冷凍空調装置の冷媒充填
方法は、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を
順次配管で連結してなる冷凍サイクルを有し、非共沸混
合冷媒または擬似共沸混合冷媒を冷媒とする冷凍空調装
置の冷媒充填方法であって、非共沸混合冷媒または擬似
共沸混合冷媒の冷媒ボンベを冷凍サイクルの冷媒充填部
に接続し、冷媒ボンベから液冷媒を取出し、冷媒充填部
に接続した減圧装置で減圧し二相冷媒とした後、圧縮機
の吸入配管に供給するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１に係わる空気調和機の冷媒充填状態を示す図
である。図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室
外熱交換機、５は膨張弁、７はは非共沸混合冷媒又は擬
似共沸混合冷媒が充填された冷媒ボンベ、８は後述の室
外機と室内機を結ぶ延長配管である液側配管、１０は室
内熱交換器、１１は後述の室外機と室内機を結ぶ延長配
管であるガス側配管、１２は室外熱交換器３の室外ファ
ン、１３は室内熱交換器１０の室内ファン、１４は減圧
装置、１５は冷媒充填部、１６は三方弁等からなる配管
分岐部、１７は圧縮機１の吸入配管である。圧縮機１、
四方弁２、室外熱交換機３、膨張弁５、液側配管８、室
内熱交換器１０、ガス側配管１１等で冷凍サイクルを有
する空気調和機を構成する。また、室内熱交換器１０、
室内ファン１３等で室内機を構成し、室外熱交換器３、
減圧弁５、室外ファン１２、圧縮機１等で室外機を構成
し、本実施の形態の空気調和機は、室内機と室外機とを
２本の延長配管で接続している。また、室内熱交換器１
０及び室外熱交換器３は、四方弁２の切替えにより、そ
れぞれ、蒸発器及び凝縮器となる。

【００１５】配管分岐部１６は、蒸発器と圧縮機１の吸
入部間の配管である吸入配管１７に設けられ、蒸発器、
圧縮機１及び冷媒充填部１５の三方に連通する連通部で
あり、三方弁等で構成される。本実施の形態では、配管
分岐部１６は四方弁２と圧縮機１の吸入部間の吸入配管
１７に設けられている。また、冷媒充填部１５は、冷媒
を充填する時の冷凍サイクルの入口部であり、また接続
部でもあり、冷媒を充填する時、冷媒ボンベ７が接続さ
れ、液冷媒が充填される。冷媒充填部１５は、減圧装置
１４を介して、配管分岐部１６に接続される。また、減
圧装置１４は、例えば毛細管、オリフィス又はそれに相
当する絞り部により形成されている。

【００１６】冷媒を冷凍サイクルに充填する場合は、冷
媒ボンベ７を冷媒充填部１５に接続する。この際、液冷
媒を充填するために、例えば、冷媒ボンベ７にはサイホ
ン管（図示省略）が内部まで延びており、その外部の一
端を冷媒充填部１５に接続する。冷媒ボンベ７から充填
された液冷媒は、減圧装置１４で減圧され二相冷媒とな
り、更に三方に開弁された三方弁である配管分岐部１６
から吸入側配管１７に入り、冷凍サイクルの蒸発器、四
方弁２を経て流れてくる冷媒と合わさり、圧縮機１に流
れる。流れている冷媒は大きく組成変化しないので、冷
媒ボンベ７から取出された液冷媒の冷媒組成の冷媒が圧
縮機に充填される。この際、配管分岐部１６を流れる冷
媒は、圧縮機１の吸入側配管に位置するため、冷媒ボン
ベ７内の圧力よりも低い圧力となっている。そこで、冷
媒ボンベ７内の冷媒は、冷媒ボンベ７内の圧力と圧縮機
１の吸入側配管１７の配管分岐部１６を流れる冷媒との
圧力差により減圧装置１４を介し圧縮機１の吸入部へと
導かれる。

【００１７】この間の冷媒の状態を図２に示されるモリ
エル線図を用いて説明する。冷媒ボンベ７より冷媒充填
部１５に取り出される冷媒は冷媒ボンベ７内で気液平衡
状態より取り出された冷凍サイクルの冷媒組成と同じ液
単相状態の冷媒であり、図中のＡで示される状態とな
る。これが減圧装置１４により減圧され、Ｂで示され
る、ほぼ吸入圧力に近い気液二相混合状態になり、乾き
度Ｘb、エンタルピＩbの冷媒となる。配管分岐部１６に
おいて蒸発器、四方弁２より流入した冷媒と合流、混合
し、圧縮機１の吸入部へと導かれる。

【００１８】ここで、蒸発器、四方弁２より流入する冷
媒循環量をGreva、エンタルピをＩeva、冷媒ボンベ７よ
り流入する冷媒流入量をGrb、エンタルピIbとすると、
合流した後圧縮機１に吸入する冷媒の冷媒量Grs及びエ
ンタルピＩsは、 Ｇrs×Ｉs＝(Greva×Ｉeva＋Grb×Ｉb) Ｇrs＝Greva＋Grb となり、これらより、 Ｉs＝(Greva×Ｉeva＋Grb×Ｉb)／(Greva＋Grb) となる。

【００１９】ここで配管分岐部１６で合流する冷媒流入
量Grbは、流量係数Ｃ、冷媒ボンベ７の圧力と合流する
配管分岐部１６の圧力との圧力差をΔＰ、冷媒の比重γ
とすると、 Grb＝Ｃ(ΔＰ／γ)^0.5 となる。図３に、冷媒ボンベ７内の圧力と合流する配管
分岐部１６の圧力との圧力差ΔＰと、吸入乾き度Ｘｓと
の相関をグラフ化する。図に示すように、ΔＰが上昇す
ると冷媒回路内に流入する冷媒流入量は増大し、合流す
る配管分岐部１６で蒸発器、四方弁２を経て流入して来
た冷媒と合流した際の吸入冷媒乾き度Ｘsは低下する。

【００２０】また、オリフィス１４の絞りを開くと、流
量係数Ｃが大きくなり、流入冷媒量Grbが増大するた
め、吸入乾き度Ｘsは低下する。従って、オリフィス１
４の絞り量を適度に調整し流量係数Ｃを下げることによ
り、ΔＰが上昇しても流入冷媒量Grbが過度になるのを
押えて、吸入乾き度Ｘｓを下げないことが可能となり、
圧縮機１の信頼性を維持することができる。

【００２１】実施の形態２．本実施の形態は、実施の形
態１における冷媒充填部１５及び減圧装置１４を一体化
して冷媒充填装置としたものである。その他は実施の形
態１と同じである。図４は、本発明の実施形態２に係わ
る冷媒ボンベ７の液冷媒が流入する冷媒充填装置を示す
図である。図において、２１は弁座、２２はスプリン
グ、２３は軸、２４はパッキンであり、弁座２１とパッ
キン２４の間の隙間２６が減圧弁となる。２７はストッ
パー、２８は冷媒流入孔であり、これらにより冷媒充填
装置３０を構成する。冷媒充填装置３０は、図１の配管
分岐部１６に接続される。

【００２２】通常、冷凍サイクルの冷媒回路内に冷媒が
封入された状態では、（冷媒を充填しない場合には）ス
プリング２２により軸２３及びパッキン２６が押し上げ
られ、パッキン２６と弁座２１との間でシールされ、冷
媒が外部へ漏れることはない。一方、冷媒を充填する場
合には、液冷媒を充填するために、例えば、冷媒ボンベ
７にはサイホン管（図示省略）が内部まで延びており、
その外部の一端を冷媒充填部１５に接続する。同時に軸
２３を押すことによりパッキン２４が押され、弁座２１
との間に隙間ができる。この隙間は、ストッパー２７に
より過大に開かないように調整される。この状態で冷媒
流入孔２８より流入した冷媒は、減圧弁２６を通過し、
乾き度Ｘｓ及び流量が調整された気液二相流量とされ
る。この減圧弁２６により、前記の如く冷媒回路内に流
入する乾き度Ｘｓ及び冷媒流入量を調整でき、圧縮機１
を液バック運転から回避し保護することが可能となり、
又、冷凍サイクルに組成変化のない冷媒を充填できる。

【００２３】実施の形態１、２の吸入配管１７の配管配
管分岐部１６は、冷媒を充填しない時は、三方弁の場合
は、冷媒充填部１５側を閉止することにより、また、三
方に連通する配管部の場合は、冷媒充填部１５側の配管
に開閉弁を設け、この開閉弁を閉止することにより、冷
媒充填装置３０、または冷媒充填部１５及び減圧装置１
４からなる冷媒充填部１５側の部分を取外せるようにし
てもよい。

【００２４】実施の形態１、２では、室内機と室外機と
の間に液側配管８、ガス側配管１１を有するスプリット
タイプの空気調和機で説明してきたが、これらの実施の
形態の冷媒充填に関する技術は、スプリットタイプの空
気調和機以外の空気調和機にも適用できる。また、冷凍
装置への冷媒の充填にも適用できる。即ち、室内機に対
応する負荷側である利用機と室外機に対応する圧縮機を
有する熱源機を備えた冷凍装置にも適用できる。そこ
で、実施の形態１、２に記載の冷媒充填に関する技術
は、液側配管及びガス側配管からなる延長配管の有無に
関係なく、利用側熱交換器を有する利用機、及び圧縮
機、熱源側熱交換器を有する熱源機を備えた空気調和
機、冷凍装置等の冷凍空調装置に広く適用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の冷凍空調装置は、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張
弁、蒸発器を順次配管で連結してなる冷凍サイクルを有
し、非共沸混合冷媒または擬似共沸混合冷媒を冷媒とす
る冷凍空調装置において、蒸発器と圧縮機の吸入部間の
配管に設けられた配管分岐部と、配管分岐部から分岐さ
れた配管に設けられ、冷媒を液相冷媒として充填される
冷媒充填部と、配管分岐部及び冷媒充填部間に設けられ
た減圧装置とを備えたので、冷媒充填時、冷媒ボンベを
冷媒充填部に接続することにより、冷媒ボンベより液相
状態で取り出された非共沸混合冷媒又は擬似共沸混合冷
媒は減圧装置により気液二相状態に減圧され、圧縮機に
吸入されるため、冷媒の組成変化なく、又、液圧縮によ
る圧縮機故障を起こすこともなく圧縮機に冷媒を供給で
き、冷凍空調装置に冷媒を充填できる。

【００２６】また、請求項２の冷凍空調装置は、請求項
１の冷凍空調装置において、冷媒充填部と減圧装置とを
一体化した冷媒充填装置を備えたので、請求項１の効果
が得られるとともに、配管分岐部に減圧装置、冷媒充填
部を個別に取付ける必要がなく、冷凍空調装置の組立が
容易となる。

【００２７】また、請求項３の冷凍空調装置は、請求項
１又は請求項２の冷凍空調装置において、利用機と熱源
機とが分離し、両者をガス側配管及び液側配管で接続し
たので、利用機と熱源機間にガス側配管及び液側配管か
らなる延長配管があるが、延長配管に制限を受けること
なく、空気調和機に冷媒組成の変化なしに冷媒が供給で
きる。

【００２８】また、請求項４の冷凍空調装置の冷媒充填
方法は、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を
順次配管で連結してなる冷凍サイクルを有し、非共沸混
合冷媒または擬似共沸混合冷媒を冷媒とする冷凍空調装
置の冷媒充填方法であって、非共沸混合冷媒または擬似
共沸混合冷媒の冷媒ボンベを冷凍サイクルの冷媒充填部
に接続し、冷媒ボンベから液冷媒を取出し、冷媒充填部
に接続した減圧装置で減圧し、二相冷媒とした後、圧縮
機の吸入配管に供給するので、冷媒ボンベの液相状態の
非共沸混合冷媒又は擬似共沸混合冷媒は冷媒充填部を経
て、減圧装置により気液二相状態に減圧され、吸入配管
から圧縮機に吸入されるため、冷媒の組成変化なく、
又、液圧縮による圧縮機故障を起こすこともなく圧縮機
に冷媒を供給でき、冷凍空調装置に冷媒を充填できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１に係わる空気調和機の冷媒充填
状態を示す図である。

【図２】 実施の形態１に関わるモリエル線図である。

【図３】 実施の形態１に係わる冷媒充填量と吸入乾き
度の相関図である。

【図４】 実施の形態２に係わる冷媒充填装置を示す図
である。

【図５】 従来の空気調和機の冷媒充填状態を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 圧縮機、３、１０ 凝縮器（蒸発器）、５ 減圧
弁、７ 冷媒ボンベ、８液側配管、１１ ガス側配管、
１４ 減圧装置、１５ 冷媒充填部、１６ 配管分岐
部、１７ 吸入配管、３０ 冷媒充填装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸
   発器を順次配管で連結してなる冷凍サイクルを有し、非
   共沸混合冷媒または擬似共沸混合冷媒を冷媒とする冷凍
   空調装置において、 前記蒸発器と前記圧縮機の吸入部間の配管に設けられた
   配管分岐部と、 前記配管分岐部から分岐された配管に設けられ、前記冷
   媒を液相冷媒として充填される冷媒充填部と、 前記配管分岐部及び前記冷媒充填部間に設けられた減圧
   装置と、を備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
2. 【請求項２】 前記冷媒充填部と前記減圧装置とを一体
   化した冷媒充填装置を備えたことを特徴とする請求項１
   記載の冷凍空調装置。
3. 【請求項３】 前記冷凍空調装置が利用機と熱源機とが
   分離し、両者をガス側配管及び液側配管で接続した冷凍
   空調装置であることを特徴とする請求項１又は請求項２
   記載の冷凍空調装置。
4. 【請求項４】 少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸
   発器を順次配管で連結してなる冷凍サイクルを有し、非
   共沸混合冷媒または擬似共沸混合冷媒を冷媒とする冷凍
   空調装置の冷媒充填方法において、 前記非共沸混合冷媒または擬似共沸混合冷媒の冷媒ボン
   ベを冷凍サイクルの冷媒充填部に接続し、前記冷媒ボン
   ベから液相冷媒を取出し、前記冷媒充填部に接続した減
   圧装置で減圧し二相冷媒とした後、前記圧縮機の吸入配
   管に供給することを特徴とする冷媒充填方法。