JP2010002139A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地球温暖化係数の小さい冷媒（可燃性冷媒に相当する）の充填量を適正に管理することができる冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と四方弁２と室外機熱交換器５と流量制御弁６と、室内機熱交換器７と、これらを順次連結して主回路を形成する循環配管とを有している。循環配管２５には循環開閉弁Ｖ２５が設置され、貯溜管２８が接続されている。貯溜管２８には貯溜開閉弁Ｖ２８が設置され、先端に冷媒貯溜器８が接続されている。冷媒貯溜器８には主回路以外から冷媒を供給するための供給管９８が接続され、供給管９８には供給開閉弁Ｖ９８が設置され、先端に冷媒供給口９が形成されている。圧縮機１を運転して主回路内の冷媒を、冷媒貯溜器８に設置した貯溜量検知手段１１が冷媒量を検知するまで、規定量の冷媒貯溜器８に溜める。その後、溜めた規定量の冷媒を主回路に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍サイクル装置、特に、地球温暖化係数の小さい冷媒を使用する冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁（流量調整弁、キャピラリーチューブ等）と、蒸発器と、が順に冷媒配管によって接続されることによって形成されている（以下、かかる構成を「主回路」と称す場合がある）。
近年、地球温暖化に対する影響が小さく、しかも、オゾン層を破壊しない冷媒として、ＨＣ（ハイドロカーボン）冷媒が用いられている。この冷媒は可燃性であるため、室内に漏洩した際に室内に可燃性空間が形成されることから、凝縮器および蒸発器を形成する伝熱管を小径にして主回路内の封入量（充填量に同じ）を少なくする発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４８７５５号公報（第２−４頁、図１）

特許文献１に開示された発明は、可燃性冷媒の封入量を少なくすることはできるものの、主回路内の充填量を管理することができないという問題があった。すなわち、漏洩によって充填量が減少した場合、減少量を検知することができないだけでなく、適正量を再充填することができない。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、その目的は地球温暖化係数の小さい冷媒（可燃性冷媒に相当する）の充填量を適正に管理することができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器において凝縮した冷媒を膨張させる流量制御弁と、該流量制御弁において膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、これらを順次接続して冷媒を循環させる循環配管と、を有する主回路と、
前記循環配管の前記圧縮機と前記凝縮器との間に接続され、前記圧縮機によって送り出された前記主回路を循環する冷媒を一旦貯溜すると共に、貯溜している冷媒を前記主回路に戻すための冷媒貯溜器と、を有し、
該冷媒貯溜器が、貯溜した冷媒の量を検知する貯溜量検知手段と、前記主回路以外から冷媒を直接供給するための冷媒供給口と、を具備し、
前記貯溜量検知手段によって検知された前記一旦貯溜した冷媒の量が前記主回路に充填されるべき所定の量であるとき、前記一旦貯溜した冷媒を前記主回路に戻し、
前記貯溜量検知手段によって検知された前記一旦貯溜した冷媒の量が前記主回路に充填されるべき所定の量に満たないとき、前記冷媒供給口から冷媒が直接供給されることによって、前記貯溜量検知手段によって検知された冷媒量が前記主回路に充填されるべき所定の量に到達したとき、貯溜している冷媒を前記主回路に戻すことを特徴とする。

したがって、本発明に係る冷凍サイクル装置は、貯溜量検知手段と冷媒供給口とを具備する冷媒貯溜器を有し、貯溜量検知手段によって検知された「主回路に充填されるべき所定の量の冷媒」が主回路に戻されるから、主回路に適正な量の冷媒を封入（充填）することができる。

［実施の形態１］
（主回路）
図１は本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を説明する冷媒回路図である。図１において、冷凍サイクル装置１００は、冷媒を圧縮して高温高圧のガスにする圧縮機１と、冷媒の流れる方向を変換して冷房運転と暖房運転との切替を行う四方弁２と、凝縮器或いは蒸発器として機能する室外機熱交換器５と、冷媒流量を制御する流量制御弁６と、蒸発器或いは凝縮器として機能する室内機熱交換器７と、これらを順次連結して主回路を形成する循環配管と、を有している。
また、四方弁２を有し、冷房運転と暖房運転との切替を可能にする主回路を例にして、冷房運転においては、室外機熱交換器５が凝縮器として機能すると共に、室内機熱交換器７が蒸発器として機能し、一方、暖房運転においては、室外機熱交換器５が蒸発器として機能すると共に、室内機熱交換器７が凝縮器として機能するものを説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、四方弁２を撤去して冷房運転または暖房運転の一方のみを実行する主回路であってもよい（室内機熱交換器７が蒸発器または凝縮器の一方として機能するに同じ）。

（冷媒貯溜器）
循環配管２５には循環開閉弁（電磁弁に同じ）Ｖ２５が設置され、循環配管２５は循環開閉弁Ｖ２５の上流において分岐され、貯溜管２８と接続されている。そして、貯溜管２８には貯溜開閉弁（電磁弁に同じ）Ｖ２８が設置され、その先端に、冷媒を溜めるための冷媒貯溜器８が接続されている。
また、貯溜管２８は貯溜開閉弁Ｖ２８と冷媒貯溜器８の間において分岐され、供給管９８が接続されている。そして、供給管９８には供給開閉弁Ｖ９８が設置され、その先端に、主回路以外から冷媒を供給するための冷媒供給口９が形成されている。
さらに、冷媒貯溜器８の高さ方向の所定の位置に貯溜量検知手段１１が設置され、冷媒貯溜器８に送り込まれた冷媒の量を検知（液状態において検知）可能になっている。

（制御手段）
制御手段１０は、冷媒貯溜器８に設置された貯溜量検知手段１１からの検知信号を受け、循環開閉弁Ｖ２５、貯溜開閉弁Ｖ２８および供給開閉弁Ｖ９８を制御したり、前記検知信号に基づく情報を報知手段１２（表示パネル、発音器や発声器等）よって報知するものである。以下、制御手段１０の制御要領について説明する。

（通常運転）
まず、通常の冷房サイクルの動作について説明する。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁２を通り、凝縮器として機能する室外機熱交換器５に流れ込む。この際、循環開閉弁Ｖ２５は開、貯溜開閉弁Ｖ２８は閉となっており、冷媒貯溜器８には冷媒が流入することなく室外機熱交換器５に流入する。
室外機熱交換器５に流れ込んだ高温高圧のガス冷媒は室外機熱交換器５により高温高圧の液または二相の冷媒となり（凝縮するに同じ）、その後、流量制御弁６に流れ込む。流量制御弁６に流れ込んだ高温高圧の液または二相の冷媒は、流量制御弁６により低温低圧の二相冷媒となり、その後、室内機熱交換器７に流れ込む。
室内機熱交換器７に流入した低温低圧の二相冷媒は、蒸発器として機能する室内機熱交換器７により低温低圧のガス冷媒となり（蒸発するに同じ）、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。

（冷媒貯溜器への貯溜）
これに対し、冷媒貯溜器８に冷媒を溜める運転は、供給開閉弁Ｖ９８が閉じた状態で、圧縮機１を起動して、貯溜開閉弁Ｖ２８を開くと共に循環開閉弁Ｖ２５を閉じて冷房サイクルの運転モードで行う。このようにすると、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁２を通り室外機熱交換器５に冷媒が流れ込むことはなく、冷媒貯溜器８に冷媒は溜まっていく。
そして、冷媒貯溜器８に規定量の冷媒が溜まった場合、規定量に相当する位置に設置された貯溜量検知手段１１（例えばフロートスイッチなど）が冷媒を検知して、その検知信号を制御手段１０に入力する。
そうすると、制御手段１０は、報知手段１２によって、冷媒貯溜器８に規定量の冷媒が溜まったこと、すなわち、冷媒の漏洩がなく主回路には規定量の冷媒が封入（充填）されていること、を報知する。

（冷媒貯溜器への供給）
一方、前記貯溜運転を所定時間継続しても、貯溜量検知手段１１が冷媒を検知しない場合、制御手段１０は、主回路に規定量の冷媒が封入（充填）されていないこと、すなわち、冷媒の漏洩があったため、漏洩量を補うだけの冷媒を、冷媒供給口９から供給する必要があることを報知手段１２によって作業者に知らせる（表示または音声等によって知らせる）。
このとき、前記貯溜運転（圧縮機１の運転）を継続してもよいし、貯溜開閉弁Ｖ２８を閉じて圧縮機１を停止してもよい。
そして、冷媒供給用の冷媒タンク（図示しない）が冷媒供給口９に接続されると、供給開閉弁Ｖ９８が開かれ、冷媒貯溜器８に冷媒が供給される。やがて、貯溜量検知手段１１が冷媒を検知した時点で、制御手段１０は供給開閉弁Ｖ９８を閉じる。したがって、冷媒貯溜器８には規定量の冷媒が溜まるから、前記漏洩量に相当する量の冷媒が供給されるだけで、過剰な量が充填されることはない。

（主回路への戻し）
貯溜量検知手段１１が、冷媒貯溜器８に規定量の冷媒が溜まっていることが検知すると、その検知信号を受けた制御手段１０は、圧縮機１を停止、あるいは、既に停止している場合には、貯溜開閉弁Ｖ２８を開く。そうすると、冷媒貯溜器８に溜まっていた冷媒は、減圧状態の主回路に流れ出すから、主回路には規定量の冷媒が封入（充填）されることになる。
したがって、冷凍サイクル装置１００は、冷媒の漏洩を簡単に検知することができると共に、漏洩量に相当する量の冷媒を供給することができるから、主回路に封入される冷媒を規定量に管理することができる。

なお、冷媒貯溜器８を定期点検に合わせて一時的に取り付けるようにしても良い。この場合、実際に作業者が現地で冷媒貯溜器８のそばで作業をすることになるため、冷媒貯溜器８に目盛付きの窓を設け、これを貯溜量検知手段１１として利用することも十分可能である。このときは冷媒貯溜器８から主回路へ冷媒を戻す作業も作業者が冷凍サイクル装置を操作して戻すことになる。ただし、作業の利便性や冷媒貯溜器８の製造し易さといった付加的な効果を得ようとする場合は、前述したようにフロートスイッチなどで検出し、通知し、自動で戻すシステムに対応した構成を主回路及び冷媒貯溜器８等に設ける方がよい。

（冷媒）
冷凍サイクル装置１００に使用される冷媒は限定されるものではないが、地球温暖化係数（地球温暖化可能性に同じ、二酸化炭素の温室効果を基準にした温室効果の度合いを示す値、Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が極めて低い可燃性冷媒、たとえばプロパン、イソブタン、ジクロロメタン（Ｒ３２）、フルオロメタン（Ｒ４１）、テトラフルオロプロピレン（２，３，３，３−テトラフルオロプロペンなど、各種異性体を含む全てのテトラフルオロプロピレン）などを主成分とする冷媒が好適である。
すなわち、可燃性冷媒については、国際規格によって装置に充填可能な量が規定され、冷媒充填に関して厳しく管理する必要があるところ、冷凍サイクル装置１００では正確な冷媒充填を前記のように誰もが確実、簡単に行うことができる為、冷凍サイクル装置１００は、充填量が少量に規制された可燃性冷媒を安全かつ正確に使用することができる冷凍サイクル装置であるということができる。また、地球温暖化係数が低い可燃性冷媒を使用するから、地球温暖化の抑制に貢献することができるものである。

［実施の形態２］
図２は本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を説明する冷媒回路図である。図２において、冷凍サイクル装置２００は、冷媒貯溜器８に貯溜量検知手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃ（以下、それぞれまたはまとめて「貯溜量検知手段１１」と称す場合がある）が設置されている。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付す。
このとき、貯溜量検知手段１１ｃが検知する冷媒量は、当初の主回路に封入（充填）されるべき規定量であり、貯溜量検知手段１１ｂが検知する冷媒量は、室外機熱交換器５と室内機熱交換器７との距離を延長した（たとえば、５ｍの延長配管を追加した）際に主回路に封入（充填）されるべき規定量であり、貯溜量検知手段１１ａが検知する冷媒量は、さらに前記距離を延長した（たとえば、１０ｍの延長配管を追加した）際に主回路に封入（充填）されるべき規定量である。

したがって、延長量に応じて、何れの貯溜量検知手段１１によって冷媒量を検知するかを、貯溜量検知手段１１側または制御手段１０側において切り替えておけば、延長量に応じた規定量の冷媒が主回路に封入（充填）されることになる。
なお、貯溜量検知手段１１の数量は３台に限定するものではなく、また、複数台の貯溜量検知手段１１に替えて、１台の貯溜量検知手段１１を高さ方向に移動自在にしてもよい。

［実施の形態３］
図３は本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を説明する冷媒回路図である。図２において、冷凍サイクル装置３００は、貯溜管２８に一対の貯溜開閉弁Ｖ２８ａ、Ｖ２８ｂを設置し、貯溜開閉弁Ｖ２８ａと貯溜開閉弁Ｖ２８ｂとの間に貯溜管２８を着脱するための継手手段（カプラー）Ｃ２８を設けたものである。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付す。

したがって、前記要領に準じて、貯溜開閉弁Ｖ２８ａ、Ｖ２８ｂを共に開いて、主回路を循環していた冷媒を冷媒貯溜器８に回収して、主回路を空にしたところで、貯溜開閉弁Ｖ２８ａ、Ｖ２８ｂを共に閉じる。そして、継手手段Ｃ２８において、貯溜管２８を分離することによって、冷媒貯溜器８を主回路から切り離すことができる。

そうすると、冷媒の種類を変更することや規定冷媒量を変更することを、容易かつ正確に実行することができる。すなわち、前記切り離された冷媒貯溜器８に替えて、新たな冷媒が規定量だけ溜められた冷媒貯溜器８や、変更後の規定冷媒量が溜められた冷媒貯溜器８を、継手手段Ｃ２８を介して接合して、貯溜開閉弁Ｖ２８ａ、Ｖ２８ｂを共に開くだけでよい。

また、主回路を循環していた冷媒を冷媒貯溜器８に回収して、主回路を空にした際、貯溜量検知手段１１が冷媒を検知しない場合、前記要領に準じて、冷媒供給口９から冷媒を供給して、冷媒貯溜器８には規定量の冷媒が溜まるようにしてもよい。そうすると、切り離された冷媒貯溜器８に溜まった冷媒量が正確であるから、管理（たとえば、予備品として在庫する）の精度が向上すると共に、転用（たとえば、別の冷凍サイクル装置に利用）が容易かつ迅速になる。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、充填量が少量に規制される地球温暖化係数の小さい冷媒の減少量を検知することができるだけでなく、適正量を再充填することができるから、能力を維持することができると共に、地球温暖化を引き起こすおそれが小さいから、各種冷凍サイクル装置として広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を説明する冷媒回路図。 本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を説明する冷媒回路図。 本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を説明する冷媒回路図。

符号の説明

１：圧縮機、２：四方弁、５：室外機熱交換器、６：流量制御弁、７：室内機熱交換器、８：冷媒貯溜器、９：冷媒供給口、１０：制御手段、１１：貯溜量検知手段、１１ａ：貯溜量検知手段、１１ｂ：貯溜量検知手段、１１ｃ：貯溜量検知手段、１２：報知手段、２５：循環配管、２８：貯溜管、９８：供給管、１００：冷凍サイクル装置（実施の形態１）、２００：冷凍サイクル装置（実施の形態２）、３００：冷凍サイクル装置（実施の形態３）、Ｃ２８：継手手段、Ｖ２５：循環開閉弁、Ｖ２８：貯溜開閉弁、Ｖ２８ａ：貯溜開閉弁、Ｖ２８ｂ：貯溜開閉弁、Ｖ９８：供給開閉弁。

Claims (11)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器において凝縮した冷媒を膨張させる流量制御弁と、該流量制御弁において膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、これらを順次接続して冷媒を循環させる循環配管と、を有する主回路と、
   前記循環配管の前記圧縮機と前記凝縮器との間に接続され、前記圧縮機によって送り出された前記主回路を循環する冷媒を一旦貯溜すると共に、貯溜している冷媒を前記主回路に戻すための冷媒貯溜器と、を有し、
   該冷媒貯溜器が、貯溜した冷媒の量を検知する貯溜量検知手段と、前記主回路以外から冷媒を直接供給するための冷媒供給口と、を具備し、
   前記貯溜量検知手段によって検知された前記一旦貯溜した冷媒の量が前記主回路に充填されるべき所定の量であるとき、前記一旦貯溜した冷媒を前記主回路に戻し、
   前記貯溜量検知手段によって検知された前記一旦貯溜した冷媒の量が前記主回路に充填されるべき所定の量に満たないとき、前記冷媒供給口から冷媒が直接供給されることによって、前記貯溜量検知手段によって検知された冷媒量が前記主回路に充填されるべき所定の量に到達したとき、貯溜している冷媒を前記主回路に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記循環配管が前記圧縮機と前記凝縮器との間に接続され、貯溜開閉弁が設置されて先端に冷媒貯溜器が接続された貯溜管と、
   前記貯溜管の前記貯溜開閉弁と前記冷媒貯溜器との間に接続され、供給開閉弁が設置されて先端に冷媒供給口を具備する冷媒供給管と、
   前記循環配管の前記貯溜管の接続部と前記凝縮器との間に設置された循環開閉弁と、
   前記貯溜量検知手段によって検知された冷媒量が入力され、前記貯溜開閉弁、前記供給開閉弁および前記循環開閉弁の開閉を制御する制御手段と、を有し、
   該制御手段は、前記冷媒貯溜器に冷媒を一旦貯溜する際、前記供給開閉弁が閉じた状態で前記圧縮機を起動して、前記貯溜開閉弁を開くと共に前記循環開閉弁を閉じ、前記主回路に冷媒を戻す際、前記供給開閉弁が閉じた状態で前記圧縮機を停止して、前記貯溜開閉弁を開くと共に前記循環開閉弁を開いた後、冷媒を戻し終わったとき、前記貯溜開閉弁を閉じることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御手段は、前記貯溜量検知手段によって検知された検知結果についての情報を報知する報知手段を制御することを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御手段は、前記貯溜量検知手段によって検知された前記一旦貯溜した冷媒の量が、前記主回路に充填されるべき所定の量に満たないとき、前記冷媒供給口から冷媒が直接供給される際、前記供給開閉弁を開くと共に、
   前記直接供給されるに伴って、前記貯溜量検知手段によって検知された冷媒量が前記主回路に充填されるべき所定の量に到達したとき、前記供給開閉弁を閉じることを特徴とする請求項２または３記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷媒貯溜器が前記循環配管に着脱自在に接続されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記冷媒が可燃性または弱燃性であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の冷凍サイクル装置。
7. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機と循環配管で接続され、前記圧縮機から吐出される冷媒が凝縮される凝縮器と、
   前記凝縮器からの冷媒が膨張される流量制御弁と、
   膨張された冷媒が蒸発される蒸発器と、
   前記循環配管に設けられる循環開閉弁と、
   前記圧縮機と前記循環開閉弁との間で前記循環配管から分岐される貯溜管と接続される貯溜器と、
   前記貯溜管に設けられる貯溜開閉弁と、
   前記貯溜器に設けられ、貯溜される冷媒量が既定値であることを検知する貯溜量検知手段とを備える冷凍サイクル装置。
8. 前記循環開閉弁の開閉動作と前記貯溜開閉弁の開閉動作とを制御する制御手段を備える請求項７記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記制御手段は、前記循環開閉弁に閉動作させ、前記貯溜開閉弁に開動作させ、前記貯溜器に前記循環配管内の冷媒を導くように制御する請求項８記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記制御手段は、前記循環開閉弁に開動作させ、前記貯溜開閉弁に閉動作させ、前記循環配管に前記貯溜器内の冷媒を導くように制御する請求項８又は９記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記貯溜開閉弁と前記貯溜器との間で前記貯溜管から分岐される供給管を備える請求項７乃至１０の何れかに記載の冷凍サイクル装置。

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