JP2009109156A - 冷凍空調装置への冷媒充填装置及び冷凍空調装置への冷媒充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍空調装置と冷媒を充填するために必要な冷媒ボンベとの接続間に、冷媒ボンベに備えられたバルブ以外の弁を設けずに、適正冷媒量を充填後に自動で冷媒充填を終了することができる冷凍空調装置への冷媒充填装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明に係る冷凍空調装置への冷媒充填装置は、圧縮機１、四方弁２、室内側熱交換器３、減圧電磁弁４、室外側熱交換器３、アキュームレータ６を有する冷媒回路と、冷媒回路に接続される冷媒ボンベ１０と、冷媒回路へ前記冷媒ボンベ１０から冷媒を充填する際の制御を行い、充填状態を判定する制御装置と、制御装置に設けられ、冷媒の充填状態を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷凍空調装置への冷媒充填装置及び冷凍空調装置への冷媒充填方法に関するものである。

冷凍サイクルを構成する冷凍空調装置は、一般に室内機と、室外機と、室内機と室外機との間を接続する配管とにより構成されている。室内機は、室内側熱交換器等を有する。また、室外機は、室外側熱交換器、圧縮機、減圧電磁弁等を有し、それぞれが室外機内部で配管接続されている。これらで構成された室内機と、室外機とは、据え付け現場にて配管接続され、冷凍空調装置として機能する。

冷凍空調装置の据え付け環境は多種多様である。その据え付け環境に応じた長さの接続配管を接続する。そのため、接続配管長によって冷凍サイクル内の容積は異なる。また、室内側熱交換器３も設置する室内機Ｂによって異なる容積を持つことから、据え付け環境ごとに冷媒回路容積は異なることになる。

冷凍空調装置を機能させる為には冷媒回路を循環する冷媒が必要である。上記据え付け環境による冷媒回路容積の違いから必要冷媒量が異なるため、予め冷媒回路内に容積に応じて必要な全冷媒量を充填しておくことは困難である。

従来、冷凍空調装置の設置状態に対して適正な追加冷媒量を自動で充填し、冷凍サイクルの信頼性を確保するために、圧縮機、室外熱交換器、減圧装置、受液器を有する室外ユニットと、室内熱交換器、減圧装置を有する室内ユニットと、を配管接続した冷凍サイクルに対して、所定量の冷媒を室外ユニット内に充填、又は冷媒を追加充填する冷媒充填装置において、室内ユニットの受液器と室内ユニットの間に副流部を備えた過冷却熱交換器の主流部を配置し、副流部の一方は冷媒充填電磁弁を介して冷媒ボンベに、他方は圧縮機の吸入側に接続し、主流部出口側の冷媒過冷却度に関連して冷媒充填電磁弁の開閉を制御する冷媒充填装置及び冷媒充填方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、冷凍サイクルの現場据え付け時に追加充填する冷媒量を適切且つ自動的に調整し得る冷凍サイクルに対する冷媒充填方法を提供するために、室外側のユニット及び室内側のユニットを連結管で連結した後の試運転の際、冷媒循環系路に冷媒を補充しつつ冷媒循環路の各点での冷媒圧力、冷媒温度を規定する所定の運転パラメータをモニタして冷媒の過熱度及び／又は過冷却度を検出し、これら過熱度及び／又は過冷却度に達したことで適量の冷媒が充填されたとして冷媒の補充を自動的に停止するようにした冷凍サイクルに対する冷媒充填方法及びその装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１１４１８４号公報 特開２００５−２４１１７２号公報

しかしながら、上記特許文献１、２の冷媒充填方法では、冷凍空調装置の冷媒回路に冷媒を自動で充填し適正量充填後にその後の冷媒充填を抑制する為に、冷媒回路と冷媒ボンベの接続間に自動制御弁を備えなければならない。これは、コスト・資源の課題だけでなく、使用できる冷凍空調装置の範囲も限定される。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷凍空調装置と冷媒を充填するために必要な冷媒ボンベとの接続間に、冷媒ボンベに備えられたバルブ以外の弁を設けずに、適正冷媒量を充填後に自動で冷媒充填を終了することができる冷凍空調装置への冷媒充填装置及び冷凍空調装置への冷媒充填方法を提供することを目的とする。

この発明に係る冷凍空調装置への冷媒充填装置は、圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器、液溜め装置を有する冷媒回路と、冷媒回路に接続される冷媒ボンベと、冷媒回路へ冷媒ボンベから冷媒を充填する際の制御を行い、充填状態を判定する制御装置と、制御装置に設けられ、冷媒の充填状態を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る冷凍空調装置への冷媒充填装置は、冷凍空調装置と冷媒を充填するために必要な冷媒ボンベとの接続間に、冷媒ボンベに備えられたバルブ以外の弁を設けずに、冷媒ボンベから冷凍空調装置へ冷媒を充填できる。

実施の形態１．
以下、冷凍空調装置の一例である空気調和機を例に説明する。冷凍空調装置としては、空気調和機以外に、例えば、冷蔵ショーケース等がある。

図１乃至図８は実施の形態１を示す図で、図１は空気調和機の冷媒充填時の冷媒回路図、図２は冷媒充填方法を示す冷媒充填フローチャート、図３は冷媒充填量判定運転モードが選択された場合の制御装置３０の制御対象を示す図、図４は外気温と冷凍サイクル安定までに至る時間の関係を示す図、図５は冷媒充填時における圧縮機１の回転数の制御方法を示す図、図６は冷媒充填時における四方弁２の制御方法を示す図、図７は冷媒充填時における冷媒の充填方法を示す図、図８は空気調和機の冷媒充填時の変形例の冷媒回路図である。

図１において、空気調和機は、室外機Ａと室内機Ｂとを備える。室外機Ａは、圧縮機１、四方弁２、減圧電磁弁４（減圧装置の一例）、室外側熱交換器５、及びアキュームレータ６（液溜め装置の一例）等を内蔵している。また、室内機Ｂは、室内側熱交換器３等を内蔵している。

室外機Ａの一端と室内機Ｂの一端とをガス側接続配管Ｃで接続する。一方、室外機Ａの他端と室内機Ｂの他端を液側接続配管Ｄで接続する。これにより、冷媒回路が形成される。

形成された冷媒回路の中で、室外機Ａに内蔵されている四方弁２は、冷媒回路の進路方向を変更する役割を持つ。通常、冷房及び暖房の両方の機能を有する冷凍空調装置は、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒を室外側熱交換器５に送り込んだ場合に冷房運転を行い、室内側熱交換器３に送り込んだ場合に暖房運転を行う。四方弁２はこの運転サイクルを切り替える役割を有し、四方弁２内にあるスライド弁を切り替えることで運転サイクルを自由に切り替えることが出来る。

一方、室外機Ａに内蔵された減圧電磁弁４は、熱交換器によって凝縮された低温・高圧の液冷媒を、蒸発しやすい圧力まで減圧させる役割を持つ。つまり、圧縮機１から吐出された後、冷房、または暖房の運転サイクルに応じた冷媒回路の所定の流路を通過し、減圧電磁弁４に到達するまでは、冷媒は高圧を維持しており、減圧電磁弁４通過以降より圧縮機１の吸入口に到達するまでに通過する冷媒回路では、低圧となる。

上記の通り形成した冷媒回路を持つ装置が、空気調和機として機能するためには、冷媒回路内に冷媒を充填する必要がある。空気調和機の冷媒回路に冷媒を充填する方法は、一般的に冷媒ボンベ１０を冷媒回路中にある低圧側チャージポート７にホース８を介して接続し、冷媒ボンベ１０に備え付けられた冷媒ボンベバルブ９を開くことで、回路内に冷媒が充填される。

本実施の形態の冷媒充填方法においても、冷媒を充填する前準備としては、同様の接続を行う。すなわち、冷媒ボンベバルブ９を有する冷媒ボンベ１０を冷媒回路（低圧側である圧縮機１の吸入側）にホース８を介して接続することを、本実施の形態で提供する冷媒充填方法の準備段階とする。

上記準備が完了した後における、空気調和機への冷媒充填方法を図２に従って説明する。図２は冷媒充填方法を示す冷媒充填フローチャートである。

先ず、予め室外機Ａの制御装置３０に設けられた所定のスイッチ（図示せず）を入れると、冷媒充填量判定運転モードが選択される（Ｓ１）。

冷媒充填量判定運転モードが選択された場合、図１に示すように減圧電磁弁４が室外機Ａに内蔵されている場合は、暖房運転を開始する（Ｓ２）。暖房運転は、室外機Ａに内蔵されたアキュームレータ６内に必要最小限で封入された冷媒が、冷媒回路を図１の矢印で示された方向に循環する。暖房運転で冷媒充填量判定を行う理由は、次の通りである。室外機Ａには、工場出荷時においてその冷媒回路内（アキュームレータ６）に必要最小限の冷媒が封入されている。室内機Ｂには冷媒は充填されていない。従って、空気調和機の据付時には、先ず室外機Ａと室内機Ｂとを冷媒回路が遮断された状態で接続する。室内機Ｂのエアーを放出した後、真空引きを行う。その状態で、室外機Ａと室内機Ｂとを冷媒回路が遮断された状態を解除（開放）する。すると室内機Ｂには、予め室外機Ａに充填されている必要最小限の冷媒が流入し、空気調和機の運転が可能な状態になる。

室外機Ａと室内機Ｂとを接続する接続配管（延長配管）は、据付状況により長さが変化する。この接続配管（延長配管）に液冷媒が存在する状態で、冷媒充填量判定を行うことにより、判定精度を上げている。図１のように、減圧電磁弁４が室外機Ａにある場合は、暖房運転を行うことにより、接続配管（延長配管）の一つである液側接続配管Ｄに液冷媒が存在するようにすることができる。これを冷房運転にすると、液側接続配管Ｄには気液二相冷媒が流れ、室外側熱交換器５が凝縮器となり、液冷媒は室外側熱交換器５と減圧電磁弁４との間に存在する。従って、冷房運転では接続配管（延長配管）の長さに応じた冷媒充填量判定が困難である。

冷媒充填量判定運転モードが選択された場合の制御対象を図３に示す。空気調和機は環境によって最適な運転状態を選択する為、室外機Ａ、室内機Ｂの制御を行っている。

冷媒回路内の冷媒温度を把握するための温度検知装置として、以下に示すものが設けられる。
（１）室外機Ａの圧縮機１の吐出管の温度を検知する圧縮機吐出管温度検知装置２１；
（２）室内機Ｂの室内側熱交換器の温度を検知する室内側熱交換器温度検知装置２２；
（３）室内機Ｂの室内側熱交換器出口の温度を検知する室内側熱交換器出口温度検知装置２３；
（４）室内機Ｂの吹出口の空気温度を温度を検知する室内側吹出口温度検知装置２４；
（５）室外機Ａの室外側熱交換器入口の温度を検知する室外側熱交換器入口温度検知装置２５；
（６）室外機Ａの室外側熱交換器の温度を検知する室外側熱交換器温度検知装置２６；
（７）室外機Ａの吹出口の空気温度を温度を検知する室外側吹出口温度検知装置２７。

また、室内機Ｂの周囲温度を検出する温度検出装置及び室外機Ａの周囲温度を検出する温度検出装置が、夫々室内機Ｂ及び室外機Ａの空気吸込み側に設けられる。

制御装置３０が、上記（１）乃至（７）等の温度検知装置をリアルタイムで検知し、その状況に応じて圧縮機１、減圧電磁弁４、室内側ファン１１及び室外側ファン１２を制御することで、安定した運転状態を確保し、空気調和機としての役割を果たす。

制御装置３０は、冷媒充填状態等を表示する表示装置４０（例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード））を有する。制御装置３０は、室外機Ａに装着される基板にマイコン（マイクロコンピュータ）等を実装して構成される。制御装置３０は、少なくとも冷媒回路へ冷媒ボンベ１０から冷媒を充填する際の制御を行うものである。

本実施の形態による冷媒充填方法も、空気調和機を制御する上記（１）乃至（７）の温度検知装置が検知する各温度を使用し、適切な暖房運転状態を確保出来ているかを判断することで、冷媒回路の冷媒量の状態を判断する。

Ｓ２の暖房運転により、圧縮機１が運転を開始し、冷媒が回路内を循環する。ここで、外気温が低く、且つガス側接続配管Ｃ及び液側接続配管Ｄが長く、アキュームレータ６内に封入された冷媒量では極端に不足している場合、冷媒量過少の状態で運転する。

この場合、冷媒回路内に必要最低限の充填量を満たしておらず、圧縮機１が冷媒を吐出する一方、吸入する冷媒が循環されてこない為、アキュームレータ６から圧縮機１へと繋がる配管経路が真空になる。以上の運転状態は圧縮機１の故障に繋がる可能性がある為、冷媒量過少の場合は、すぐに冷媒が極端に不足している旨を通知し、速やかな冷媒充填を促す。表示装置４０が冷媒が過少（Ｘ＝１、後述する）であることを表示する（Ｓ４）。制御装置３０から信号を受けた表示装置４０（ＬＥＤ）が、例えば点滅することにより作業者に通知し、速やかな冷媒充填を促す。

Ｓ３で冷媒量が過少でない場合は、冷凍サイクルが安定し、適正な冷媒量状態を判定するまでの間、冷媒量を追加しないまま運転を行う（Ｓ５）。

Ｓ５の運転は、現在冷媒回路内で循環している冷媒量が適正であるか判断するのに必要なだけでなく、冷凍サイクル自体の信頼性確保にも重要である。

冷凍サイクルが安定するまでの運転時間は、外気温によって左右される。

Ｓ６で外気温度を所定値α℃と比較する。所定値α℃は、例えば、１０℃である。

外気温が低い場合、圧縮機１で吐出された高温・高圧の冷媒は、室内側熱交換器３（凝縮器）に至るまでの配管を通過する過程で外気によって冷やされるため、凝縮温度と室温との差が小さい値となり、且つ過冷却度もほとんど０となる。この場合、外気温の影響を受けず、また冷媒温度を上昇させる為には圧縮機１の周波数を上げる必要がある為、冷凍サイクルが安定し、凝縮温度が上昇するまでには時間を要する。

Ｓ６で外気温度が所定値α℃より低い場合は、Ｓ７に進み所定時間Ｆ（分）経過したか判定する。Ｓ７で所定時間Ｆ（分）経過していない場合は、冷媒充填量判定中時間とし、冷媒の充填を控えてさらに運転を行う。所定時間Ｆ（分）は、冷凍サイクルが安定し、凝縮温度が上昇するまでの時間であり、例えば２０分である。所定時間Ｆ（分）の決定は、各外気温条件において、冷凍空調装置の安定運転に至るまでの時間を実験的に求めた数値である。外気温と冷凍サイクル安定までに至る時間の関係を図４に示す。図４に示すように、外気温が運転保証温度範囲では、外気温が低い場合は冷凍空調装置の安定運転に至るまでの時間が、外気温が高い場合よりも長くなる。

一方、外気温が高い場合は、上記外気温が低い場合に比べて、凝縮温度は圧縮機１の周波数が低い状態から高い為、冷凍サイクルの安定までの時間は短縮される。

Ｓ６で外気温度が所定値α℃より高い場合は、Ｓ８に進み所定時間Ｅ（分）経過したか判定する。所定時間Ｅ（分）は、Ｓ７のＦ（分）より短い時間である。所定時間Ｅ（分）は、冷凍サイクルが安定し、凝縮温度が上昇するまでの時間であり、例えば１２分である。Ｓ８で所定時間Ｅ（分）経過していない場合は、冷媒充填量判定中時間とし、冷媒の充填を控えてさらに運転を行う。

このように、冷凍サイクルの安定時間の差異を考慮し、外気温によって冷媒量を追加しないまま運転する時間を変更する。

次に、図２に示す冷媒充填方法フローチャートのＳ９の冷媒量状態判定値Ｘの表示方法について説明を行う。

外気温によって指定された待機時間（Ｅ、Ｆ（分））を経過すると、冷凍サイクル状態を示す各因子のうち、過冷却度及び凝縮温度パラメータにより演算された冷媒量状態判定値Ｘが出力される。冷媒量状態判定値Ｘは、刻々と変化する冷凍サイクル状態に従ってリアルタイムで算出し、算出するパラメータとしては、冷凍サイクル安定状態移行後における過冷却度、および凝縮温度と室温の差を利用し、過冷却度を凝縮温度と室温の差で除した値の範囲によって、冷媒量状態判定値Ｘを決定する。

結果の表示は、室外機Ａの制御装置３０（基板）に設置された表示装置４０（ＬＥＤ）によって行われる。ＬＥＤの表示方法としては、１つのＬＥＤの点滅パターンを変化させることによって様々な信号を明確に伝達する。例えば、６秒間を１セットと考えた場合、その中で点滅１回、２回、３回、４回と割り振ることで、冷媒回路内に存在する冷媒量が過少、小、適正または過充填かをリアルタイムに出力した冷媒量状態判定値を伝達する。

即ち、Ｓ７で運転時間がＦ（分）以上の場合、Ｓ８で運転時間がＥ（分）以上の場合は、Ｓ９に進み過冷却度及び凝縮温度パラメータにより演算された冷媒量状態判定値Ｘを出力する。冷媒量状態判定値Ｘは、次の４レベルに分かれる。
Ｘ＝１（冷媒量が過少）
Ｘ＝２（冷媒量が小）
Ｘ＝３（冷媒量が適正）
Ｘ＝４（冷媒量が過充填）

冷媒量状態判定値Ｘは、刻々と変化する冷凍サイクル状態に従ってリアルタイムで制御装置３０が算出する。制御装置３０の算出結果は、室外機Ａの基板（図示せず）に設置された表示装置４０（例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード））に表示される。

次に、図２に示す冷媒充填方法フローチャートのＳ１０で冷媒量判定の結果冷媒不足と判断された際の、冷媒充填方法について説明を行う。

判定の結果、冷媒量が少ないと判断された場合、冷媒を充填する作業へと移行する。

Ｓ１０でＸ＝１又はＸ＝２かを判定する。Ｘ＝１又はＸ＝２の場合は、Ｓ１１に進み冷媒を充填する。

冷媒量過少（Ｘ＝１）の場合は、冷媒量過少（Ｘ＝１）を表示装置４０に表示する（Ｓ１１）。

そして、予め冷媒回路（例えば、アキュームレータ６）に必要最小限充填された冷媒量の３％以内の冷媒を充填する（Ｓ１３）。これを約１分毎に行う。１回に充填する冷媒量を予め充填された冷媒量の３％以内にする理由は、次の通りである。

即ち、冷凍空調装置が安定した運転状態に移行している場合、冷媒回路内を循環している冷媒の分布は場所によって差はあるものの、拡散している状態にある。この運転状態において、初期冷媒量に対して３％以上の冷媒充填を行った場合、局所的に冷媒密度の高い冷凍サイクル運転となり、冷凍サイクルとして安定した運転状態から逸脱する。この状態では、正確な判定を行うことは困難であり、運転状態を安定に移行するまでに時間がかかるデメリットを生じる。以上のことから、冷媒充填を行う際の１分間当りの最大値を規制することとする。

冷媒量小（Ｘ＝２）の場合は、冷媒量小（Ｘ＝２）を表示装置４０に表示し、予め冷媒回路（例えば、アキュームレータ６）に必要最小限充填された冷媒量の１％以内の冷媒を充填する（Ｓ１２）。

冷媒量を追加し、追加冷媒量を反映した冷凍サイクルの安定状態になるまでには、追加から時間差が生じる。このため、冷媒量が冷媒量小（Ｘ＝２）の状態から、予め冷媒回路に必要最小限充填された冷媒量の１％以内の冷媒を充填を追加し続けた場合、冷媒量を適正と判断した時点において実際の冷媒量は過多の状態である可能性がある。従って、判定値が適正冷媒量に近似するにつれて追加冷媒量を順次減らしていく必要がある。

次に、図２に示す冷媒充填方法フローチャートのＳ１４の冷媒充填量判定時、冷媒量適正（Ｘ＝３）、または冷媒量過充填（Ｘ＝４）と判断し、冷媒充填量判定運転モードを停止するステップについて説明を行う。

上記冷媒充填方法により、Ｓ１４で、初回の判定時にまたは追加冷媒充填を繰り返した結果、冷媒量適正（Ｘ＝３）、または冷媒量過充填（Ｘ＝４）と判断された場合、冷媒量を判定する運転を停止するモードへと移行する。

即ち、Ｓ１４でＸを判定し、Ｓ１４でＸ＝３又はＸ＝４の場合、Ｓ１５に進み冷媒量が適正であるから、運転停止モードに移行し冷媒充填量判定運転を停止する（Ｓ１５）。運転停止モードに移行した場合、圧縮機１は自動で停止する。圧縮機１が停止すると同時に室外機Ａの基板に設置された表示装置４０（ＬＥＤ）には適正判定結果が表示される（Ｓ１６）。これにより、冷媒充填作業が終了した旨を作業者が把握することができる。

さらに、冷媒充填量判定運転を停止すると、圧縮機１が停止するとともに、四方弁２が切替る。さらに減圧電磁弁４が全開となる（Ｓ１５）。図１で示されるような冷媒回路の場合、四方弁２の内部に備えられた仕切りを挟み、圧縮機１の吐出側から流入する高温高圧の冷媒と、室外側熱交換器５から流入する常温低圧の冷媒の、状態の異なる冷媒が通過している。

本実施の形態の冷媒充填方法は、冷媒ボンベ１０をホース８によって介して冷媒回路の低圧側に接続し、空気調和機を運転することで生じる、接続した冷媒回路中の配管の圧力低下を利用し、圧力差からスムーズに冷媒が回路内に充填することを特徴としている。

しかし、冷媒が適正に充填された後も、冷媒ボンベ１０と冷媒回路の間に制御弁がないことから、そのまま冷媒が充填され続けてしまう恐れが生じる。

そこで、上記のように状態の異なる冷媒が通過している四方弁２を切替え、互いの冷媒をバイパスすることで、冷媒回路内の圧力は均一となる。このことで冷媒回路と冷媒ボンベ１０の圧力差はなくなり、冷媒充填運転完了後の必要以上の冷媒充填を抑制することが出来る。

さらに、圧力差を生じる装置として、冷媒回路内には減圧電磁弁４がある。図１のような暖房運転において、減圧電磁弁４は、室内側熱交換器３から流れてくる低温高圧の液冷媒を、流路の断面積を調整することで低温低圧の気液二相冷媒へと変換する役割を持つ。

つまり、空気調和機の運転中において、減圧電磁弁４の前後では圧力差が生じる構造となっている。この減圧電磁弁４を、冷媒充填運転が完了すると同時に全開にする。すなわち回路上の流路の断面積を均一にすることにより、圧力差を生じることがなくなり、四方弁２と同様に冷媒回路中の圧力を均一にすることが出来る。このことも、冷媒充填運転完了後の必要以上の冷媒充填を抑制する役割を果たす。

次に、図２に示す冷媒充填方法フローチャートのＳ１７の冷媒量判定運転モード終了後の運転履歴の記録について説明を行う。

冷媒充填運転を完了した後、室外機Ａの基板に運転履歴を記録する（Ｓ１７）。直前の冷媒充填運転作業の状況を記録することにより、空気調和機の点検時など、冷媒の充填作業がどのように行われていたかと把握することができ、冷媒量がどのような状態で冷凍サイクルが運転されていたかを瞬時に検討することが出来る。このことは、空気調和機のメンテナンスに関して負担を減らし、且つ制度の向上に役立てることが可能である。

本実施の形態における冷媒充填方法を実施するにあたり、冷媒量状態判定運転モード時における、冷媒充填過程と、運転中に制御を行う圧縮機１、四方弁２の動作について説明を行う。

冷媒量状態判定運転モード中における、圧縮機１が行う周波数制御の一例を図５に、四方弁２が行う切り替え制御の一例を図６に、冷媒充填状況を図７にそれぞれ示す。

図２に示すフローチャート上のＳ１、Ｓ２に示すように、冷媒充填判定運転モードが選択されることにより、暖房運転がスタートする。同時に、制御装置３０から信号を受けた圧縮機１も運転を開始し、四方弁２も切替ることにより、暖房運転としての冷媒回路での冷媒の流路方向を確保する。

運転開始から、時間経過とともに圧縮機１は周波数を上昇させ、冷媒の循環を促すことにより、置かれた温度環境下での安定した冷凍サイクル運転を確保しようとする。この時、冷凍サイクルの安定状態を確保したかを判定する要素として、図３に示す各温度検知装置、圧縮機吐出管温度検知装置２１、室内側熱交換器温度検知装置２２、室内側熱交換器出口温度検知装置２３、室内側吹出口温度検知装置２４、室外側熱交換器入口温度検知装置２５、室外側熱交換器温度検知装置２６、室外側吹出口温度検知装置２７を利用し、その検知状況に応じて圧縮機１は周波数を刻々と変化させる。

冷凍サイクルが安定し、図２のＳ７、Ｓ８にて選択された所定の運転時間経過後、判定結果がＳ９のように出力される。冷媒過少（Ｘ＝１）と判断された場合、この段階が図５〜図７の運転時間アに当るが、その段階から図７に示すように冷媒充填を開始する。

指示された冷媒を充填後、図５〜図７の運転時間イに到達し、１分当りの冷媒充填量を変化する表示を確認した後、図７に示すように指示通りの冷媒量をさらに充填する。

本冷媒充填作業を繰り返し、冷媒充填量適正と判断された場合、図２のフローチャートのＳ１５に示す通り、冷媒量充填判定運転の停止モードに移行する。

この段階は、図５〜図７に示す運転時間ウに対応しており、圧縮機１が運転停止モード移行の信号を受けるとほぼ同時に停止し、四方弁２も切り替えを即時行う。それにより、冷媒の現在量以上の充填を抑制するようにする。

さらに、図８に空気調和機の冷媒充填時の第１の変形例の冷媒回路図を示す。図８に示す冷媒回路は、パワーレシーバー１３を持つレシーバー回路である。そして、図１に示す冷媒回路に比し、アキュームレータ６の代わりに取り付けられたパワーレシーバー１３は、室内側熱交換器３と室外側熱交換器５との間の接続配管をその内部に取り込むとともに、前後に減圧電磁弁４、２次減圧電磁弁１４を持つ構成である。

アキュームレータ６の代わりに取り付けられたパワーレシーバー１３は、アキュームレータ６で有する余剰冷媒の蓄積タンクの役割を持つ。さらに、減圧電磁弁４で低温、低圧となった気液二相冷媒をパワーレシーバー１３に入れ、出口で液のみを回収して２次減圧電磁弁１４でさらに減圧を行うことで、液冷媒を２段で効率的に低圧化し、運転効率を増加させる役割を持つ。

図８の構成の冷媒回路であっても、２次減圧電磁弁１４を全開とすることによって、図１に示したアキュームレータ回路に酷似した冷凍サイクルとなることから、実施の形態１と同様の冷媒充填方法が利用できることはいうまでもない。

実施の形態２．
図９は実施の形態２を示す図で、空気調和機の冷媒充填時の冷媒回路図である。図１と異なるのは、減圧電磁弁４が室内機Ｂ側に内蔵されている点である。

室内機Ｂに減圧電磁弁４が内蔵されている場合、図９の矢印の方向に従って冷媒回路を循環させることで、実施の形態１で示した内容と同様な冷媒充填方法が可能である。つまり、冷媒量状態を把握する為には、減圧電磁弁４が室外機Ａ側にある場合は、暖房運転する必要があるが、室内機Ｂ側にある場合は、冷房運転する必要があるということを示している。

これは、冷媒の密度が最も高くなる、つまり冷媒量を最も必要とする冷媒回路上の区間は、凝縮器（室外側熱交換器５）から液側接続配管Ｄまでの通路である。このことは上記区間で冷媒が液化することに起因する。言うまでもなく、ガス状態と液状態の密度には大きな違いがある。冷媒回路内においては、ガス状態で通過する部分がほとんどであるが、冷媒量として考えた場合、上記液化区間が最も冷媒量を保有する区間である。よって、減圧電磁弁４の調整によって冷媒量状態を検討する本発明の冷媒充填方法を適用する場合、上記区間の密度を把握することができる冷凍サイクル（冷房運転）とするのが適切である。

実施の形態３．
一方、図１と同様の冷媒回路を持ち、冷媒ボンベ１０と冷媒回路の間に開閉を可能とする自動制御弁１５を持つ図１０に示すような冷媒充填方法であっても、前述までの運転方法は利用可能である。

図１０は実施の形態３を示す図で、空気調和機の冷媒充填時の冷媒回路図である。

本発明による冷媒充填方法は、冷媒量が適正と判断した段階で、暖房運転モードを停止し、圧縮機１を停止すると同時に四方弁２を切替え、さらに減圧電磁弁４を全開にすることで、暖房運転を行うことで生じる冷媒回路中の圧力差を無くし、その結果以降の過度な冷媒充填を抑制するものである。

それに対し、冷媒ボンベ１０と冷媒回路の間に、開閉の切替を室外機運転制御により可能とした自動制御弁１５を追加した図１０に示す回路は、冷媒充填量判定運転を行っている段階では冷媒を充填するために自動制御弁１５は開いており、冷媒量適正判定により停止する際に自動制御弁１５を閉じることで運転停止以降の冷媒充填を即時中止することが出来る。

図１０の冷媒回路の最も重要な利点は、自動制御弁１５を閉じることによる冷媒充填量判定運転停止以降の冷媒充填を完全に止めることが可能なことである。そのため、冷媒量をより正確に充填でき、製品の信頼性向上が図れる。

実施の形態１を示す図で、空気調和機の冷媒充填時の冷媒回路図。 実施の形態１を示す図で、冷媒充填方法を示す冷媒充填フローチャート図。 実施の形態１を示す図で、冷媒充填量判定運転モードが選択された場合の制御装置３０の制御対象を示す図。 実施の形態１を示す図で、外気温と冷凍サイクル安定までに至る時間の関係を示す図。 実施の形態１を示す図で、冷媒充填時における圧縮機１の回転数の制御方法を示す図。 実施の形態１を示す図で、冷媒充填時における四方弁２の制御方法を示す図。 実施の形態１を示す図で、冷媒充填時における冷媒の充填方法を示す図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機の冷媒充填時の変形例の冷媒回路図。 実施の形態２を示す図で、空気調和機の冷媒充填時の冷媒回路図。 実施の形態３を示す図で、空気調和機の冷媒充填時の冷媒回路図。

符号の説明

Ａ 室外機、Ｂ 室内機、Ｃ ガス側接続配管、Ｄ 液側接続配管、１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室内側熱交換器、４ 減圧電磁弁、５ 室外側熱交換器、６ アキュームレータ、７ 低圧側チャージポート、８ ホース、９ 冷媒ボンベバルブ、１０ 冷媒ボンベ、１１ 室内側ファン、１２ 室外側ファン、１３ パワーレシーバー、１４ ２次減圧電磁弁、１５ 自動制御弁、２１ 圧縮機吐出管温度検知装置、２２ 室内側熱交換器温度検知装置、２３ 室内側熱交換器出口温度検知装置、２４ 室内側吹出口温度検知装置、２５ 室外側熱交換器入口温度検知装置、２６ 室外側熱交換器温度検知装置、２７ 室外側吹出口温度検知装置、３０ 制御装置、４０ 表示装置。

Claims (13)

1. 圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器、液溜め装置を有する冷媒回路と、
   前記冷媒回路に接続される冷媒ボンベと、
   前記冷媒回路へ前記冷媒ボンベから冷媒を充填する際の制御を行い、充填状態を判定する制御装置と、
   前記制御装置に設けられ、前記冷媒の充填状態を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする冷凍空調装置への冷媒充填装置。
2. 当該冷凍空調装置を運転しながら、前記冷媒回路へ前記冷媒ボンベから冷媒を充填することを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置への冷媒充填装置。
3. 前記冷媒回路の状態を検知する温度検出装置を備えた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への冷媒充填装置。
4. 圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器、液溜め装置を有する冷媒回路と、少なくとも室温、外気温、凝縮温度、蒸発温度及び凝縮器となる前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器の出口温度を検出する温度検出装置と、冷媒充填時に前記冷媒回路の低圧側に接続される冷媒ボンベと、前記冷媒回路への前記冷媒ボンベから冷媒を充填する際の制御を行い、充填状態を判定する制御装置とを有する冷凍空調装置への冷媒充填方法において、
   前記冷媒量状態判定値が適正の場合、前記圧縮機を停止すると共に前記四方弁を切替えて冷媒充填量判定運転を停止することを特徴とする冷凍空調装置への冷媒充填方法。
5. 前記冷媒量状態判定値が適正の場合、さらに前記減圧装置を略全開にして冷媒充填量判定運転を停止することを特徴とする請求項４記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
6. 前記制御装置は、表示装置を有し、
   冷媒量が過少の場合は、冷媒が極端に不足している旨を前記表示装置に表示し、速やかに冷媒充填を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
7. 室内機と室外機とを備え、
   前記減圧装置が前記室外機に設けられる場合は、当該冷凍空調装置の運転は暖房運転であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
8. 室内機と室外機とを備え、
   前記減圧装置が前記室内機に設けられる場合は、当該冷凍空調装置の運転は冷房運転であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
9. 前記外気温に応じて冷媒量を追加しないまま運転する時間を変更することを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
10. 前記外気温が所定値より高い場合は、前記冷媒ボンベから冷媒を追加しないまま運転を行う時間を、前記外気温が所定値より低い場合より短くすることを特徴とする請求項９記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
11. 前記制御装置は、表示装置を有し、
    前記制御装置は、前記冷媒量状態判定値をリアルタイムで算出し、当該制御装置の算出結果は前記表示装置に表示されることを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
12. 前記冷媒量状態判定値が過少又は小の場合の冷媒の充填において、冷媒を所定時間に充填する最大量は、予め前記冷媒回路内に必要最小限で封入された冷媒量の３％以内とすることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれかに記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。
13. 前記制御装置は、冷媒充填量判定運転を完了した後運転履歴を記録することを特徴とする請求項４乃至１２いずれかに記載の冷凍空調装置への冷媒充填方法。

Images