JP2008025924A - 二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置における冷媒充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ２を冷媒として用いる冷凍装置の冷媒充填において、冷媒充填時間の短縮や冷媒充填後に運転可能になるまでの時間の短縮を図る。
【解決手段】ＣＯ２を冷媒として用いる空気調和装置１０における冷媒充填方法であって、接続ステップと冷媒充填ステップとを備える。接続ステップでは、空気調和装置１０の冷媒充填対象空間に対して、冷媒を封入したボンベ８１を、ヒータ８３を介して接続する。冷媒充填ステップでは、ボンベ８１からヒータ８３を介して冷媒充填対象空間へと冷媒を移動させる。そして、冷媒充填ステップでは、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるように、ボンベ８１を出た冷媒をヒータ８３により加熱する。
【選択図】図３

Description

本発明は、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置における冷媒充填方法、特に、室内ユニットと室外ユニットとを連絡配管で結んだ後に現地において冷凍装置に対して冷媒の充填を行う際の冷媒充填方法に関する。

従来、冷凍装置においては、冷媒として主にフルオロカーボン（フロン）が使われているが、近年では、二酸化炭素を冷媒として用いる技術の開発が進められている。カーエアコンの分野では、特許文献１に示すような二酸化炭素冷凍サイクルが公知になっており、給湯機の分野では、二酸化炭素を冷媒とする製品が販売されている。

一方、家庭用エアコンや業務用エアコンの分野においては、現在開発が進められている段階であり、製品化には至っていない。
特開２００１−７４３４２号公報

既に製品化されている給湯機においては、その冷凍サイクルに冷媒（二酸化炭素）を充填する作業が、メーカーの製造工場で行われている。現在のところ、二酸化炭素を冷媒とする給湯機が広範に普及しているとまでは言えず、製造工場においても、大量生産のための冷媒充填作業の時間短縮といった要望は小さい。

しかし、普及が進めば、冷凍サイクルに二酸化炭素冷媒を充填する作業の効率化という課題が生じてくると思われる。

また、フルオロカーボンを冷媒とする現在の業務用エアコンなどでは、据付場所である建物において、その現地で室内外を結ぶ冷媒連絡配管が施工され、現地において冷媒充填作業が行われることが多い。エアコンの室外機に予め所定量の冷媒が封入されている場合にも、現地で施工した冷媒連絡配管の長さなどに応じて、追加冷媒の充填作業が現地で行われることになる。現地での冷媒充填作業においては、配管内の空間を真空ポンプなどを使って真空状態にして、そこにボンベから冷媒を送り込む手法が採られる。

しかし、この現地での冷媒充填作業について、二酸化炭素冷媒の場合も従来のフルオロカーボンの場合と同様の作業手順を用いてしまうと、作業時間が長くなってしまったり充填完了後しばらくの間は空調運転を開始できなくなったりする不具合が生じる。

本発明の課題は、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置における冷媒充填方法であって、冷媒充填時間の短縮や冷媒充填後に運転可能になるまでの時間の短縮を図ることができる冷媒充填方法を提供することにある。

第１発明に係る冷媒充填方法は、室内ユニット及び室外ユニットを有し二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置を現地に据え付け、室内ユニットと室外ユニットとを連絡配管で結んだ後に、現地において冷凍装置に対して冷媒の充填を行う際に用いる冷媒充填方法である。この冷媒充填方法は、接続ステップと冷媒充填ステップとを備えている。接続ステップでは、冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して、冷媒を封入した容器を、加熱手段を介して接続する。冷媒充填ステップでは、容器から加熱手段を介して冷媒充填対象空間へと冷媒を移動させる。そして、冷媒充填ステップでは、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるように、容器を出た冷媒を加熱手段により加熱する。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、二酸化炭素冷媒を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニットなどの冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用エアコンなどの冷凍装置の据付現場において二酸化炭素冷媒を充填するようなことは行われていない。言い換えれば、現状においては、据付現場での充填作業がない冷凍装置のみに二酸化炭素冷媒が用いられていることが多く、製造現場において既に冷媒充填が完了している冷凍装置のみが販売されている状態にある。

しかし、据付場所である建物において室内外を結ぶ冷媒連絡配管が施工され、現地において冷媒充填作業が行われることが多い業務用エアコンなどの冷凍装置で二酸化炭素冷媒を採用することを検討する場合には、冷媒充填作業の適正化や効率化が求められることになる。

そこで、本願発明者は、二酸化炭素冷媒の冷凍装置への充填作業について、種々の検討を行った。まず、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置においては、その冷媒充填対象空間へ冷媒を充填する際に、冷媒を吐出供給するボンベの温度が３１℃を超える状態であると、ボンベ内の二酸化炭素冷媒が超臨界状態となる。そのボンベから略真空状態となっている冷媒充填対象空間へと冷媒を供給し始めると、冷媒の持つ熱量によっては、圧力が急激に下がることによって冷媒がドライアイス状態（固体状態）に変化することが起こる。具体的には、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ未満であると、急激な圧力低下により冷媒が固体状態に変化してしまう可能性がある。そして、冷媒が冷媒充填対象空間において固体状態に変移すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象空間への後続の冷媒の流れが阻害されて冷媒充填完了までの時間が長くなったり、冷媒充填後に運転可能になるまでの時間（固体状態の冷媒が溶けるまでの時間）が長くなったりする。

このような問題を解消するために、第１発明に係る冷媒充填方法では、冷媒の容器と冷媒充填対象空間との間に加熱手段を設け、その加熱手段により冷媒を加熱することで、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるようにしている。この方法によれば、容器温度が高くボンベ内冷媒が超臨界状態となっていても、充填時において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固定状態への変移を回避することができ、固体状態の冷媒（ドライアイス）が障害となって充填時間が長くなったり充填後に運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合を抑えられる。

第２発明に係る冷媒充填方法は、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置における冷媒充填方法であって、接続ステップと冷媒充填ステップとを備えている。接続ステップでは、冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して、冷媒を封入した容器を、加熱手段を介して接続する。冷媒充填ステップでは、容器から加熱手段を介して冷媒充填対象空間へと冷媒を移動させる。そして、冷媒充填ステップでは、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるように、容器を出た冷媒を加熱手段により加熱する。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、二酸化炭素冷媒を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニットなどの冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用エアコンなどの冷凍装置の据付現場において二酸化炭素冷媒を充填するようなことは行われていない。言い換えれば、現状においては、据付現場での充填作業がない冷凍装置のみに二酸化炭素冷媒が用いられていることが多く、製造現場において冷媒充填が完了している冷凍装置のみが販売されている状態にある。また、現在のところ、二酸化炭素冷媒を用いる給湯機のような冷凍装置を大量生産はしておらず、冷媒充填作業について時間短縮といった要望は小さいと言える。

しかし、据付場所である建物において室内外を結ぶ冷媒連絡配管が施工され、現地において冷媒充填作業が行われることが多い業務用エアコンなどの冷凍装置で二酸化炭素冷媒を採用することを考える場合や、製造現場で冷凍装置を大量生産するような場合には、冷媒充填作業の適正化や効率化が求められることになる。

そこで、本願発明者は、二酸化炭素冷媒の冷凍装置への充填作業について、種々の検討を行った。まず、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置においては、その冷媒充填対象空間へ冷媒を充填する際に、冷媒の持つ熱量によっては、圧力が急激に下がることによって冷媒がドライアイス状態（固体状態）に変化することが起こる。具体的には、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ未満であると、急激な圧力低下により冷媒が固体状態に変化してしまう可能性がある。そして、冷媒が冷媒充填対象空間において固体状態に変移すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象空間への後続の冷媒の流れが阻害されて冷媒充填完了までの時間が長くなったり、冷媒充填後に運転可能になるまでの時間（固体状態の冷媒が溶けるまでの時間）が長くなったりする。

このような問題を解消するために、第２発明に係る冷媒充填方法では、冷媒の容器と冷媒充填対象空間との間に加熱手段を設け、その加熱手段により冷媒を加熱することで、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるようにしている。この方法によれば、容器温度が高くボンベ内冷媒が超臨界状態となっていても、充填時において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固定状態への変移を回避することができ、固体状態の冷媒（ドライアイス）が障害となって充填時間が長くなったり充填後に運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合を抑えられる。

なお、加熱手段は、高圧冷媒を封入したボンベ等の容器と冷凍装置の冷媒配管等の冷媒充填対象空間とを結ぶホースや配管であって、その中を流れる冷媒を加熱できるものであれば、ヒータ付きの配管であっても、断熱されておらず外気の熱を冷媒に伝えるホースや配管であってもよい。特に、周囲の気温が二酸化炭素の臨界温度である３１℃を超えるような環境においては、ボンベ等の容器と冷媒充填対象空間とを結ぶホースを長くして断熱材を巻かずに使うことで、そのホースを加熱手段として用いることができる。

第３発明に係る冷媒充填方法は、第１，第２発明の方法であって、冷媒充填ステップでは、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の温度及び圧力が、第１点〜第５点を通る境界線を上回るように、容器を出た冷媒を加熱手段により加熱する。第１点は、温度が０℃で圧力が３．４９ＭＰａの点であり、第２点は、温度が１０℃で圧力が４．２４ＭＰａの点であり、第３点は、温度が２０℃で圧力が５．０７ＭＰａの点であり、第４点は、温度が３０℃で圧力が６．００ＭＰａの点であり、第５点は、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの点である。

ここでは、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の温度及び圧力が、第１点〜第５点を通る境界線を上回るように、容器を出た冷媒を加熱手段により加熱するため、冷媒充填対象空間に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になって、冷媒充填対象空間において冷媒が固体状態に変移することがなくなる。

第４発明に係る冷媒充填方法は、室内ユニット及び室外ユニットを有し二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置を現地に据え付け、室内ユニットと室外ユニットとを連絡配管で結んだ後に、現地において冷凍装置に対して冷媒の充填を行う際に用いる冷媒充填方法である。この冷媒充填方法は、冷却ステップと冷媒充填ステップとを備えている。冷却ステップでは、冷媒が封入されており冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して冷媒を送り出す容器を、３１℃以下になるように冷却する。冷媒充填ステップでは、冷却ステップを経て３１℃以下となった容器から、冷媒充填対象空間へと、冷媒を移動させる。そして、冷媒充填ステップでは、まず容器内の気相状態の冷媒を冷媒充填対象空間へと移動させ、次に容器内の液相状態の冷媒を冷媒充填対象空間へと移動させる。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、二酸化炭素冷媒を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニットなどの冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用エアコンなどの冷凍装置の据付現場において二酸化炭素冷媒を充填するようなことは行われていない。言い換えれば、現状においては、据付現場での充填作業がない冷凍装置のみに二酸化炭素冷媒が用いられていることが多く、製造現場において既に冷媒充填が完了している冷凍装置のみが販売されている状態にある。

しかし、据付場所である建物において室内外を結ぶ冷媒連絡配管が施工され、現地において冷媒充填作業が行われることが多い業務用エアコンなどの冷凍装置で二酸化炭素冷媒を採用することを検討する場合には、冷媒充填作業の適正化や効率化が求められることになる。

そこで、本願発明者は、二酸化炭素冷媒の冷凍装置への充填作業について、種々の検討を行った。まず、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置においては、その冷媒充填対象空間へ冷媒を充填する際に、ボンベから略真空状態となっている冷媒充填対象空間へと冷媒を供給し始めると、冷媒の持つ熱量によっては、圧力が急激に下がることによって冷媒がドライアイス状態（固体状態）に変化することが起こる。そして、冷媒が冷媒充填対象空間において固体状態に変移すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象空間への後続の冷媒の流れが阻害されて冷媒充填完了までの時間が長くなったり、冷媒充填後に運転可能になるまでの時間（固体状態の冷媒が溶けるまでの時間）が長くなったりする。

このような問題を解消するために、第４発明に係る冷媒充填方法では、冷媒充填ステップの前に冷却ステップを設け、その冷却ステップにおいて、冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して冷媒を送り出す容器を、３１℃以下になるように冷却している。これにより、容器の中の冷媒は、超臨界状態とはならず、液相状態か気相状態で存在するようになる。そして、その上で容器内の気相状態にある冷媒から冷媒充填対象空間へと移動させるため、冷媒充填対象空間が真空状態であって冷媒に急激な圧力低下が起きても、そこで冷媒が固体状態に変化してしまう可能性は殆どなくなる。一方、容器内の気相状態にある冷媒が冷媒充填対象空間に入り、冷媒充填対象空間の圧力がある程度上がってから容器内の液相状態の冷媒が冷媒充填対象空間へと入ることになるため、液相状態の冷媒も冷媒充填対象空間で固体状態に変移することはない。

このように、第４発明に係る冷媒充填方法によれば、充填時において容器から冷媒充填対象空間に入った冷媒が固定状態へ変移するような事態は回避され、固体状態の冷媒が障害となって充填時間が長くなったり充填後に運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合を抑えられる。

第５発明に係る冷媒充填方法は、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置における冷媒充填方法であって、冷却ステップと冷媒充填ステップとを備えている。冷却ステップでは、冷媒が封入されており冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して冷媒を送り出す容器を、３１℃以下になるように冷却する。冷媒充填ステップでは、冷却ステップを経て３１℃以下となった容器から、冷媒充填対象空間へと、冷媒を移動させる。そして、冷媒充填ステップでは、まず容器内の気相状態の冷媒を冷媒充填対象空間へと移動させ、次に容器内の液相状態の冷媒を冷媒充填対象空間へと移動させる。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、二酸化炭素冷媒を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニットなどの冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用エアコンなどの冷凍装置の据付現場において二酸化炭素冷媒を充填するようなことは行われていない。言い換えれば、現状においては、据付現場での充填作業がない冷凍装置のみに二酸化炭素冷媒が用いられていることが多く、製造現場において冷媒充填が完了している冷凍装置のみが販売されている状態にある。また、現在のところ、二酸化炭素冷媒を用いる給湯機のような冷凍装置を大量生産はしておらず、冷媒充填作業について時間短縮といった要望は小さいと言える。

しかし、据付場所である建物において室内外を結ぶ冷媒連絡配管が施工され、現地において冷媒充填作業が行われることが多い業務用エアコンなどの冷凍装置で二酸化炭素冷媒を採用することを考える場合や、製造現場で冷凍装置を大量生産するような場合には、冷媒充填作業の適正化や効率化が求められることになる。

そこで、本願発明者は、二酸化炭素冷媒の冷凍装置への充填作業について、種々の検討を行った。まず、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置においては、その冷媒充填対象空間へ冷媒を充填する際に、ボンベから略真空状態となっている冷媒充填対象空間へと冷媒を供給し始めると、冷媒の持つ熱量によっては、圧力が急激に下がることによって冷媒がドライアイス状態（固体状態）に変化することが起こる。そして、冷媒が冷媒充填対象空間において固体状態に変移すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象空間への後続の冷媒の流れが阻害されて冷媒充填完了までの時間が長くなったり、冷媒充填後に運転可能になるまでの時間（固体状態の冷媒が溶けるまでの時間）が長くなったりする。

このような問題を解消するために、第５発明に係る冷媒充填方法では、冷媒充填ステップの前に冷却ステップを設け、その冷却ステップにおいて、冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して冷媒を送り出す容器を、３１℃以下になるように冷却している。これにより、容器の中の冷媒は、超臨界状態とはならず、液相状態か気相状態で存在するようになる。そして、その上で容器内の気相状態にある冷媒から冷媒充填対象空間へと移動させるため、冷媒充填対象空間が真空状態であって冷媒に急激な圧力低下が起きても、そこで冷媒が固体状態に変化してしまう可能性は殆どなくなる。一方、容器内の気相状態にある冷媒が冷媒充填対象空間に入り、冷媒充填対象空間の圧力がある程度上がってから容器内の液相状態の冷媒が冷媒充填対象空間へと入ることになるため、液相状態の冷媒も冷媒充填対象空間で固体状態に変移することはない。

このように、第５発明に係る冷媒充填方法によれば、充填時において容器から冷媒充填対象空間に入った冷媒が固定状態へ変移するような事態は回避され、固体状態の冷媒が障害となって充填時間が長くなったり充填後に運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合を抑えられる。

なお、冷却ステップとして、冷却水によって容器を冷却してもよいし、周囲の気温が低いときには容器の周りの空気によって容器を冷却してもよい（容器が３１℃以下になるまで待つことを含む）。

第１〜第３発明に係る冷媒充填方法によれば、容器温度が高くボンベ内冷媒が超臨界状態となっていても、充填時において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固定状態への変移を回避することができ、固体状態の冷媒が障害となって充填時間が長くなったり充填後に運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合を抑えられる。

第４，第５発明に係る冷媒充填方法によれば、充填時において容器から冷媒充填対象空間に入った冷媒が固定状態へ変移するような事態は回避され、固体状態の冷媒が障害となって充填時間が長くなったり充填後に運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合を抑えられる。

本発明に係る冷媒充填方法は、冷媒として二酸化炭素を使う冷凍サイクルにおいて、ボンベ等の冷媒を封入した容器から冷凍サイクル内の冷媒充填対象空間へ冷媒を供給させて冷媒充填対象空間に必要量の冷媒を効率よく充填させる方法である。まず、この冷媒充填方法による冷媒充填の対象となる冷凍サイクルについて簡単に説明し、その後、第１実施形態に係る冷媒充填方法および第２実施形態に係る冷媒充填方法について説明する。

＜冷凍サイクル＞
図１は、冷媒として二酸化炭素（以下、ＣＯ２冷媒という。）を使用した空気調和装置１０の冷凍サイクルである。空気調和装置１０は、ビルなどの建物に設置されて、複数の空間を冷房したり暖房したりする装置であって、１の室外ユニット２０に対して複数の室内ユニット５０が連結されるマルチ式の空気調和装置である。この空気調和装置１０は、室外ユニット２０、複数の室内ユニット５０および両ユニット２０，５０を結ぶ冷媒連絡配管６，７から構成されている。室外ユニット２０は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、閉鎖弁２５，２６などを有しており、予めＣＯ２冷媒が充填された状態で建物に搬入されてくる。室内ユニット５０は、それぞれ、室内膨張弁５１および室内熱交換器５２を有しており、建物内の各空間（部屋など）の天井等に設置され、現地施工される冷媒連絡配管６，７によって室外ユニット２０と結ばれる。このようにして、建物に搬入された室外ユニット２０および室内ユニット５０は、現地配管施工によって１つの冷凍サイクルを形成することになる。

この空気調和装置１０の冷凍サイクルは、図１に示すように、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、室内膨張弁５１および室内熱交換器５２が、冷媒連絡配管６，７を含む冷媒配管で連結された閉回路である。現地において冷凍サイクルが形成された後、室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部空間（冷媒充填対象空間）にボンベからＣＯ２冷媒が吐出供給されるが、この冷媒充填作業については後に詳述する。

冷媒充填作業が済み、冷凍サイクル内に必要量のＣＯ２冷媒が充填されると、空気調和装置１０は、室内ユニット５０の室内熱交換器５２を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との間で熱交換を行わせることで建物内の空間を冷暖房する空調運転を行うことができる状態となる。

空気調和装置１０は、四路切換弁２２で冷媒の流れ方向を切り換える事により、暖房運転と冷房運転を切り換えることができる。

冷房運転時においては、室外熱交換器２３がガスクーラーとなり、室内熱交換器５２が蒸発器となる。一方、暖房運転時においては、室外熱交換器２３が蒸発器となり、室内熱交換器５２がガスクーラーとなる。

図１において、Ａ点は、暖房運転時における圧縮機２１の吸入側であり、Ｂ点は、暖房運転時における圧縮機２１の吐出側である。Ｃ点は暖房運転時における室内熱交換器５２の冷媒出口側であり、Ｄ点は、暖房運転時における室外熱交換器２３の冷媒入口側である。

図２は、ＣＯ２冷媒の圧力−エンタルピ状態を簡易的に表した図であり、縦軸が圧力、横軸がエンタルピを表す。Ｔｃｐは、臨界点ＣＰを通る等温線である。この等温線Ｔｃｐの右側で且つ臨界点ＣＰの圧力である臨界圧以上の領域では、ＣＯ２冷媒が超臨界状態となり、気体の性質である拡散性と液体の性質である溶解性とを併せ持つ流体になる。空気調和装置１０は、図２において太線で示すように、超臨界状態を含む冷凍サイクルで運転される。暖房運転の冷凍サイクルにおいては、ＣＯ２冷媒が、圧縮機２１で臨界圧力を超える圧力まで圧縮され、室内熱交換器５２で冷却され液体となり、室外膨張弁２４で減圧され、室外熱交換器２３で蒸発し、気体となって再び圧縮機２１に吸入される。

＜第１実施形態に係る冷媒充填方法＞
現地配管施工によって室外ユニット２０および室内ユニット５０が冷媒連絡配管６，７によって結ばれ、それらが１つの閉じた冷凍サイクルを形成した後、冷媒充填作業が行われる。

第１実施形態に係る冷媒充填方法では、まず、室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部を、図示しない真空ポンプなどによって真空（非常に低い圧力）にする。次に、図３に示すように、室外ユニット２０の閉鎖弁２６の近くに設置したチャージポートに、ＣＯ２冷媒が封入されたボンベ８１を接続する。この接続において、ボンベ８１とチャージポートとの間の配管には、その配管を加熱して内部を流れるＣＯ２冷媒を暖めるヒータ８３を取り付けておく。次に、ヒータ８３を稼働させ、チャージポートから冷媒連絡配管７に入るときのＣＯ２冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるようにして冷媒充填を行う。具体的には、冷媒連絡配管７に入るときのＣＯ２冷媒の温度および圧力が、図４に示す５つのポイントＰ１〜Ｐ５を結ぶ線よりも高くなる領域に存在するように、ヒータ８３を稼働させる。ポイントＰ１は、温度が０℃で圧力が３．４９ＭＰａの点であり、ポイントＰ２は、温度が１０℃で圧力が４．２４ＭＰａの点であり、ポイントＰ３は、温度が２０℃で圧力が５．０７ＭＰａの点であり、ポイントＰ４は、温度が３０℃で圧力が６．００ＭＰａの点であり、ポイントＰ５は、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの点である。

このように冷媒充填作業を開始すると、冷媒連絡配管７に入ったＣＯ２冷媒が固体に変移して後続のＣＯ２冷媒の流れを阻害したりする不具合がなくなる。

すなわち、図２および図４の二酸化炭素の圧力−エンタルピ状態図に示すように、二酸化炭素の臨界点ＣＰ（臨界温度：約３１℃，臨界圧力：約７．３ＭＰａ）を通る等温線Ｔｃｐの右側の状態のＣＯ２冷媒は、比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ未満であると、急激な圧力低下が起きたときに図２のハッチング領域（図４では、圧力が約０．５ＭＰａ以下で比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ未満の領域）に移り、固体状態に変化してしまう。これを防ぐために、ここでは、ボンベ８１を出たＣＯ２冷媒をヒータ８３によって暖めて、ＣＯ２冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるようにしている。これにより、冷媒連絡配管７に入るときにどんなに急激に圧力が低下しても、ＣＯ２冷媒が固体状態に変わることはなくなる。比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上であれば、二酸化炭素が固体に変わることはないからである（図４参照）。

以上のように、第１実施形態に係る冷媒充填方法では、真空引きされた冷媒充填対象空間（室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部空間）に入るときのＣＯ２冷媒の比エンタルピを４３０ＫＪ／ｋｇ以上にするため、チャージポートの近くでＣＯ２冷媒が固体化して後続のＣＯ２冷媒の流れを阻害したり充填後に空気調和装置１０が運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合が発生しなくなる。

＜第１実施形態の変形例＞
上記の冷媒充填方法では、ボンベ８１とチャージポートとの間の配管にヒータ８３を取り付けているが、ヒータ８３を取り付ける代わりにボンベ８１とチャージポートとの間の配管を長くするという方法を採ることもできる。ボンベ８１とチャージポートとの間の長い配管に断熱材などを巻かず、その配管の周囲の空気の熱を利用することで、配管内を流れるＣＯ２冷媒を加熱することができる。このようにした場合でも、冷媒充填対象空間に入るときのＣＯ２冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上である状態が確保できれば、チャージポートの近くでＣＯ２冷媒が固体化して後続のＣＯ２冷媒の流れを阻害したり充填後に空気調和装置１０が運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合が発生しなくなる。

＜第２実施形態に係る冷媒充填方法＞
現地配管施工によって室外ユニット２０および室内ユニット５０が冷媒連絡配管６，７によって結ばれ、それらが１つの閉じた冷凍サイクルを形成した後、冷媒充填作業が行われる。ここでは、図３を利用して説明を行うが、第２実施形態に係る冷媒充填方法を採用する場合には、図３に示すヒータ８３は不要である。

第２実施形態に係る冷媒充填方法では、まず、室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部を、図示しない真空ポンプなどによって真空（非常に低い圧力）にする。次に、室外ユニット２０の閉鎖弁２６の近くに設置したチャージポートに、ＣＯ２冷媒が封入されたボンベ８１を接続する。この接続の前あるいは後に、ボンベ８１の温度が３１℃を超えている場合には、ボンベ８１内のＣＯ２冷媒の温度が３１℃以下になるように、ボンベ８１を冷却する。具体的には、冷却水などによってボンベ８１の冷却を行う（図示せず）。そして、ボンベ８１の温度が３１℃以下になったことを確認した後に、ボンベ８１内の気相状態（気体状態）のＣＯ２冷媒を、冷媒充填対象空間（室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部空間）へと吐出供給させる。この気相状態のＣＯ２冷媒の供給に続き、ボンベ８１内の液相状態（液体状態）のＣＯ２冷媒を、冷媒充填対象空間へと吐出供給させる。

このように冷媒充填作業を開始すると、冷媒連絡配管７に入ったＣＯ２冷媒が固体に変移して後続のＣＯ２冷媒の流れを阻害したりする不具合がなくなる。

すなわち、図２および図４の二酸化炭素の圧力−エンタルピ状態図に示すように、二酸化炭素の臨界点ＣＰ（臨界温度：約３１℃，臨界圧力：約７．３ＭＰａ）を通る等温線Ｔｃｐの右側の状態のＣＯ２冷媒は、比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ未満であると、急激な圧力低下が起きたときに冷媒が図２のハッチング領域（図４では、圧力が約０．５ＭＰａ以下で比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ未満の領域）に移り、固体状態に変化してしまう。これを防ぐために、ここでは、冷媒充填を行う前にボンベ８１を３１℃以下になるように冷却している。これにより、ボンベ８１内の冷媒は、超臨界状態とはならず、液相状態か気相状態で存在するようになる。そして、その上でボンベ８１内の気相状態にあるＣＯ２冷媒から冷媒充填対象空間へと移動させるため、冷媒充填対象空間が真空状態であってＣＯ２冷媒に急激な圧力低下が起きても、そこでＣＯ２冷媒が固体状態に変化してしまう可能性は殆どなくなる。一方、ボンベ８１内の気相状態にあるＣＯ２冷媒が冷媒充填対象空間に入り、冷媒充填対象空間の圧力がある程度上がってからボンベ８１内の液相状態の冷媒が冷媒充填対象空間へと入ることになるため、液相状態のＣＯ２冷媒も冷媒充填対象空間で固体状態に変移することはない。

以上のように、第２実施形態に係る冷媒充填方法では、チャージポートの近くでＣＯ２冷媒が固体化して後続のＣＯ２冷媒の流れを阻害したり充填後に空気調和装置１０が運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合が殆ど発生しなくなる。

＜第２実施形態の変形例＞
上記の冷媒充填方法では、ボンベ８１の冷却に冷却水などを用いているが、ボンベ８１の周囲の気温が低いときには、自然にボンベ８１の温度が３１℃以下になるまで待つという方法を採ることもできる。このようにした場合でも、ボンベ３１内のＣＯ２冷媒の温度が下がり、液相状態および気相状態のＣＯ２冷媒のうち気相状態にあるものから冷媒充填対象空間に吐出されれば、チャージポートの近くでＣＯ２冷媒が固体化して後続のＣＯ２冷媒の流れを阻害したり充填後に空気調和装置１０が運転可能になるまでの時間が長くなったりする不具合が殆ど発生しなくなる。

＜冷媒充填方法の他の冷凍装置における適用について＞
（１）
上述の空気調和装置１０では、メーカーの製造工場などで予めＣＯ２冷媒が封入された室外ユニット２０を現地（建物）に搬入し、現地では室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部空間に冷媒充填をしているが、全ての冷媒充填を現地で行うような場合にも本発明に係る冷媒充填方法は適用できる。また、製造工場などにおける室外ユニット２０に対する冷媒充填においても、本発明に係る冷媒充填方法を適用することができる。

（２）
マルチ式の空気調和装置１０ではなく、他の冷凍装置に対して本発明に係る冷媒充填方法を適用することも可能である。例えば、メーカーの製造工場などにおいて冷凍サイクルが完成し冷媒充填も行われるヒートポンプ給湯機においても、本発明に係る冷媒充填方法を用いれば、冷媒充填作業について時間短縮を図ることができる。

空気調和装置の冷凍サイクルを示す図。 ＣＯ２冷媒の圧力−エンタルピの状態を示す簡略図。 空気調和装置の冷凍サイクルに冷媒充填用のボンベを接続した状態を示す図。 ＣＯ２冷媒の圧力−エンタルピの状態を示す詳細図（Fundamentals: 2005 Ashrae Handbook: Si Editionを利用した図面）。

符号の説明

６，７ 冷媒連絡配管（冷媒充填対象空間）
１０ 空気調和装置
２０ 室外ユニット
５０ 室内ユニット（冷媒充填対象空間）
８１ ボンベ（容器）
８３ ヒータ（加熱手段）

Claims (5)

1. 室内ユニット（５０）及び室外ユニット（２０）を有し二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１０）を現地に据え付け、前記室内ユニットと前記室外ユニットとを連絡配管（６，７）で結んだ後に、現地において前記冷凍装置に対して前記冷媒の充填を行う際の冷媒充填方法であって、
   前記冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して、前記冷媒を封入した容器（８１）を、加熱手段（８３）を介して接続する接続ステップと、
   前記容器から前記加熱手段を介して前記冷媒充填対象空間へと前記冷媒を移動させる冷媒充填ステップと、
   を備え、
   前記冷媒充填ステップでは、前記冷媒充填対象空間に入るときの前記冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるように、前記容器を出た前記冷媒を前記加熱手段により加熱する、
   冷媒充填方法。
2. 二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１０）における冷媒充填方法であって、
   前記冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して、前記冷媒を封入した容器（８１）を、加熱手段（８３）を介して接続する接続ステップと、
   前記容器から前記加熱手段を介して前記冷媒充填対象空間へと前記冷媒を移動させる冷媒充填ステップと、
   を備え、
   前記冷媒充填ステップでは、前記冷媒充填対象空間に入るときの前記冷媒の比エンタルピが４３０ＫＪ／ｋｇ以上になるように、前記容器を出た前記冷媒を前記加熱手段により加熱する、
   冷媒充填方法。
3. 前記冷媒充填ステップでは、前記冷媒充填対象空間に入るときの前記冷媒の温度及び圧力が、温度が０℃で圧力が３．４９ＭＰａの第１点、温度が１０℃で圧力が４．２４ＭＰａの第２点、温度が２０℃で圧力が５．０７ＭＰａの第３点、温度が３０℃で圧力が６．００ＭＰａの第４点、および温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの第５点を通る境界線を上回るように、前記容器を出た前記冷媒を前記加熱手段により加熱する、
   請求項１又は２に記載の冷媒充填方法。
4. 室内ユニット（５０）及び室外ユニット（２０）を有し二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１０）を現地に据え付け、前記室内ユニットと前記室外ユニットとを連絡配管（６，７）で結んだ後に、現地において前記冷凍装置に対して前記冷媒の充填を行う際の冷媒充填方法であって、
   前記冷媒が封入されており前記冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して前記冷媒を送り出す容器（８１）を、３１℃以下になるように冷却する冷却ステップと、
   前記冷却ステップを経て３１℃以下となった容器から、前記冷媒充填対象空間へと、前記冷媒を移動させる冷媒充填ステップと、
   を備え、
   前記冷媒充填ステップでは、まず前記容器内の気相状態の冷媒を前記冷媒充填対象空間へと移動させ、次に前記容器内の液相状態の冷媒を前記冷媒充填対象空間へと移動させる、
   冷媒充填方法。
5. 二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１０）における冷媒充填方法であって、
   前記冷媒が封入されており前記冷凍装置の冷媒充填対象空間に対して前記冷媒を送り出す容器（８１）を、３１℃以下になるように冷却する冷却ステップと、
   前記冷却ステップを経て３１℃以下となった容器から、前記冷媒充填対象空間へと、前記冷媒を移動させる冷媒充填ステップと、
   を備え、
   前記冷媒充填ステップでは、まず前記容器内の気相状態の冷媒を前記冷媒充填対象空間へと移動させ、次に前記容器内の液相状態の冷媒を前記冷媒充填対象空間へと移動させる、
   冷媒充填方法。