JP2767937B2 - 冷凍サイクルの冷媒封入量検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、冷凍機または空気調和機などの蒸気圧縮冷
凍サイクル応用機の据付時等に、冷凍サイクルへの冷媒
の封入量を検知する装置に関し、特に、冷媒の封入量を
適正値を基準とした比率で表示する手段を備えた冷凍サ
イクルの冷媒封入量検知装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の冷凍サイクルの冷媒封入量検知装置と
して、特開平１−107070号公報に開示された第一従来
例、及び、特開昭61−110847号公報に開示された第二従
来例の技術を挙げることができる。

第４図は前記第一従来例の冷凍サイクルの冷媒封入量
検知装置を備えた空気調和機の室内機を示し、第４図
（ａ）は正面図、第４図（ｂ）は側面図である。

図において、（24）は空気調和機の空気吸込口、（2
5）は空気吹出口、（26）は冷房運転時に蒸発器として
機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する熱交換器、
（27）は液冷媒集合配管、（28）はガス冷媒集合配管で
ある。（29）は液冷媒集合配管（27）に設けられたサー
ミスタＡ、（30）はガス冷媒集合配管（28）に配設され
たサーミスタＢ、（31）は空気吸込口（24）の近傍に設
置されたサーミスタＣである。（32）は制御装置、（3
3）は冷媒を断熱圧縮する圧縮機、（34）は送風機であ
る。

上記の構成における第一従来例の冷凍サイクルの冷媒
封入量検知装置の動作について説明する。

熱交換器（26）の各部の温度はサーミスタＡ（29）、
サーミスタＢ（30）、及び、サーミスタＣ（31）によっ
て検出される。そして、制御装置（32）は下記の温度条
件のうち少なくとも一つを満足した場合に、冷凍サイク
ル中の冷媒不足を検知する。

蒸発器入口冷媒と蒸発器出口冷媒との温度差がある
値より大きい。

蒸発器出口冷媒と蒸発器吸込空気との温度差がある
値より小さい。

凝縮器入口冷媒と凝縮器出口冷媒との温度差がある
値より大きい。

凝縮器出口冷媒と凝縮器吸込空気との温度差がある
値より小さい。

蒸発器吸込空気と蒸発器吹出空気との温度差がある
値より小さい。

凝縮器吸込空気と凝縮器吹出空気との温度差がある
値より小さい。

したがって、冷媒不足が検知されたときに、警報信号
を発生したり、或いは、空気調和機の運転を停止したり
することにより、圧縮機の焼損事故を未然に防止するこ
とができる。

第５図は第二従来例の冷凍サイクルの冷媒封入量検知
装置を概略的に示すブロック図である。

図において、（41）は冷媒を断熱圧縮する圧縮機、
（42）は冷媒を凝縮する凝縮器、（43）は冷媒を蒸発さ
せる蒸発器、（44）はアキュームレータ、（45）は圧縮
機（41）と凝縮器（42）との間に配管された吐出管、
（46）はアキュームレータ（44）と圧縮機（41）との間
に配管された吸入管である。（47）は吐出管（45）上に
設けられた温度センサであり、冷媒不足による吐出ガス
の温度上昇を検知する機能を有する。（48）は吸入管
（46）上に設けられた圧力開閉器であり、冷媒不足によ
る吸入圧力の異常低下を検知する機能を有する。

上記の構成における第二従来例の冷凍サイクルの冷媒
封入量検知装置の動作について説明する。

冷凍サイクル中の冷媒量が不足した状態では、吐出ガ
スの温度が上昇するとともに、吸入ガスの圧力が低下す
る。そして、吐出ガス温度及び吸入ガス圧力は温度セン
サ（47）及び圧力開閉器（48）によって検出され、それ
らが所定の設定値に達すると、制御回路（図示略）が圧
縮機（41）の運転を停止する。したがって、冷媒不足に
よる圧縮機（41）の焼付事故を未然に防止することがで
きる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、第一従来例の冷凍サイクルの冷媒封入量検
知装置によると、上記したように、熱交換器（26）の出
入口の冷媒温度差、または、空気温度差、或いは、冷媒
と空気との温度差に基づいて冷媒の封入量を検知してい
るので、少なくとも３個の温度検出手段、つまり、サー
ミスタＡ（29）、サーミスタＢ（30）、及び、サーミス
タＣ（31）が必要となり、構成及び信号処理が複雑であ
った。また、各温度検出手段が熱交換器（26）に関連し
て設けられているため、熱交換器（26）に目詰りが発生
したり、送風機（34）が故障したりした場合に、その外
的な熱影響によって検出値が不正確となり、適正な冷媒
封入量を検知できなくなる可能性もあった。更に、制御
装置（32）は、冷媒不足を検知したときに警報信号また
は運転停止信号を発生する機能を備えているが、実際の
冷媒の不足量を適正封入量との関係で表示する機能を具
備していないので、空気調和機の据付等に際し、冷媒を
充填するときの作業性が悪かった。

一方、第二従来例の冷凍サイクルの冷媒封入量検知装
置の場合は、冷媒不足を検出するために、温度センサ
（47）及び圧力開閉器（48）の二つの検出手段が必要で
あった。しかも、温度センサ（47）が圧縮機（41）と凝
縮器（42）との間の吐出管（45）上に設けられているか
ら、外気温等の外的な熱負荷の変動による影響を受けや
すく、検出値が不安定となって、適正な冷媒封入量を検
知できなくなる可能性があった。しかも、制御装置は冷
媒不足時に圧縮機（41）を停止する機能を備えるのみ
で、実際の冷媒の過不足量を適正封入量との関係で表示
する手段を具備しないので、第一従来例と同様に、空気
調和機の据付時等における封入作業性が悪かった。

他の先行技術として、実開昭55−126176号公報、実開
昭63−144309号公報等がある。

実開昭55−126176号公報に掲載の技術は、低圧側の圧
力を検出し、この圧力の減少によって冷媒量不足を検出
するもので、冷媒量不足を適性充填量の半分ほどで発見
できるようにし、早期に冷媒量不足を検出するものであ
る。しかし、実際の冷媒封入量を表示することができな
い。

また、実開昭63−144309号公報に掲載の技術は、吸入
圧センサ、吐出圧センサ、吹出空気温センサ及び外気温
センサから入力された信号に基いて冷媒封入状態を判断
するものであり、センサ数が多く高価となり、簡単な構
成で適正封入量を正確に検知できなかった。

そこで、本発明の課題は、単一の圧力検出手段で封入
量検知機構を簡単及び廉価に構成できるとともに、外的
熱負荷の変動による影響を受けることなく、適正封入量
を正確に検知でき、しかも、その適正値に対する比率で
もって実際の冷媒封入量を明瞭に表示できる冷凍サイク
ルの冷媒封入量検知装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル
の冷媒封入量検知装置は、低圧シェルタイプ圧縮機の吸
入管に取付けられ、冷媒の吸入圧力（Ps）を検出する圧
力検出手段と、冷凍サイクル中の冷媒の所定の増分量
（ΔＭ）に対する吸入圧力（Ps）の上昇量（ΔPs）の比
率（ΔPs/ΔＭ）が設定値（Ｓ）以下となるとき、この
ときの冷媒の総封入量（ΣＭ）は、その冷凍サイクルに
おける冷媒の適正封入量として特定し、その適正値を基
準に冷凍サイクルへの冷媒の封入率を演算する演算手段
と、前記演算手段により演算された冷媒の封入率を表示
する表示手段とを具備するものである。

［作用］ 本発明の冷凍サイクルの冷媒封入量検知装置において
は、冷凍機または空気調和機の据付等に際し、冷凍サイ
クル中に冷媒を充填すると、その充填量の増加に伴い、
低圧シェルタイプ圧縮機の吸入側における冷媒が適度の
過熱ガスになって、吸入圧力（Ps）が上昇する。更に、
過剰な冷媒を追加すると、冷凍サイクル中の液冷媒量が
増加して、その過冷却度が増し、吸入圧力（Ps）は再び
低下する。こうした吸入圧力（Ps）の変化は低圧シェル
タイプ圧縮機への吸入管に取付けた圧力検出手段により
検出され、演算手段に入力される。演算手段は、冷凍サ
イクル中の冷媒の所定の増分量（ΔＭ）に対する吸入圧
力（Ps）の上昇量（ΔPs）の比率（ΔPs/ΔＭ）が設定
値（Ｓ）以下となるとき、このときの冷媒の総封入量
（ΣＭ）は、その冷凍サイクルにおける冷媒の適正封入
量として特定し、その適正値を基準に冷凍サイクルへの
冷媒の封入率を演算する。そして、この封入率の演算値
は表示手段に数値表示される。

したがって、本発明の冷凍サイクルの冷媒封入量検知
装置によれば、単一の圧力検出手段により封入量検知機
構を簡単に構成できる。また、吸入圧力（Ps）に基づい
て封入量を検知する構成であるため、従来の温度センサ
の場合とは異なり、熱交換器の運転状態または外気温等
の外的熱負荷の変動による影響を受けることなく、冷媒
の適正封入量を正確に検知できる。しかも、実際の冷媒
封入量が適正値に対する比率でもって明瞭に表示される
ので、冷凍機または空気調和機の据付時等における冷媒
の封入作業を、その封入率を視認しつつ能率よく行うこ
とができる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を図面に基づいて説
明する。

第１図は本発明による冷凍サイクルの冷媒封入量検知
装置の一実施例を概略的に示すブロック図、第２図は第
１図の冷凍サイクルにおいて封入冷媒量Ｍと吸入圧力Ps
との関係を示す特性図、第３図は第１図の冷媒封入量検
知装置の動作を説明するフローチャートである。

第１図において、（１）は冷凍サイクル中の冷媒を断
熱圧縮する低圧シェルタイプ圧縮機、（２）は冷媒を凝
縮する凝縮器、（３）は冷媒を断熱膨脹させる膨張機
構、（４）は冷媒を蒸発させて空気と熱交換する蒸発器
である。（1a）は前記低圧シェルタイプ圧縮機（１）の
外郭を形成するシェルであり、その内部には、電動機
（５）及び圧縮室（６）が設置されとともに、冷凍機油
（７）が貯留されている。

（８）は前記圧縮室（６）から吐出された高圧冷媒ガ
スを凝縮器（２）へ導く吐出管、（９）は前記蒸発器
（４）から出た冷媒を低圧シェルタイプ圧縮機（１）内
へ導く吸入管である。前記吸入管（９）には、冷媒封入
口（12）が設けられるとともに、冷媒の吸入圧力を検出
する圧力センサ（10）が取付けられている。

（14）は冷凍サイクルの全体を制御する制御盤であ
り、そこには、演算手段及び記憶手段等を具備するマイ
クロコンピュータ（11）が装備されるとともに、各種の
データを表示する表示器（13）が配設されている。そし
て、前記マイクロコンピュータ（11）は圧力センサ（1
0）の検出信号を入力し、その信号に基づいて後記する
所定の演算を行い、その演算結果を前記表示器（13）に
表示するように構成されている。

次に、上記のように構成された本実施例の冷凍サイク
ルの冷媒封入量検知装置の動作について説明する。

冷凍機または空気調和機の据付等に際し、それらの運
転状態で、冷媒封入口（12）から冷凍サイクルに冷媒が
充填されると、第２図に示すように、低圧シェルタイプ
圧縮機（１）に吸入される冷媒の吸入圧力Psは緩やかな
上昇曲線を描いて変化する。すなわち、冷凍サイクル中
の冷媒量が増加すると、蒸発器（４）の出口側の冷媒が
適度の過熱ガスになって、その吸入圧力Psが漸次上昇
し、その最高値近辺にて冷凍サイクルが良好な状態に維
持される。これよりさらに、過剰な冷媒を追加すると、
凝縮器（２）に液冷媒が溜まり、その過冷却度が増加
し、蒸発器（４）の入口側のエンタルピーが減少し、蒸
発圧力及び吸入圧力Psがそれぞれ低下する。したがっ
て、冷媒の所定の増分量ΔＭに対する吸入圧力Psの上昇
値ΔPsの比率が設定値Ｓ以下 ΔPs/ΔＭ≦Ｓ となるとき、このときの冷媒の総封入量ΣＭは、その冷
凍サイクルにおける冷媒の適正封入量に相当する。

本実施例においては、第３図のフローチャートに示す
ように、マイクロコンピュータ（11）が前記適正封入量
を特定し、その適正封入量を基準として冷媒の封入率を
演算する。

第３図において、まず、ステップS1で、冷媒封入口
（12）から冷凍サイクルに所定量（ΔMkg）の冷媒が封
入される。次いで、ステップS2では、そのときの吸入圧
力Psが圧力センサ（10）により検出される。次に、ステ
ップS3で、上記した式を用いて、冷媒の所定の増分量Δ
Ｍに対する吸入圧力Psの上昇率が設定値Ｓ以下であるか
否かが判断される。冷凍サイクル中の冷媒不足につき、
その判断結果がNOの場合は、再度、前記ステップS1で、
ΔMkgの冷媒が封入され、ステップS2で、圧力ンサ（1
0）により吸入圧力Psが検出される。

こうして、冷凍サイクル中における冷媒の封入量が増
加して、吸入圧力Psがほぼ最高値に達すると、前記ステ
ップS3の判断結果がYESとなり、次のステップS4で、そ
のときの冷媒の総封入量ΣＭが適正冷媒量として特定さ
れて、マイクロコンピュータ（11）の記憶手段に記憶さ
れる。ステップS5では、前記総封入量ΣＭ及びそれ以後
の追加封入量ｋΔＭとに基づき、冷媒の封入率Ｃが Ｃ＝（ΣＭ＋ｋΔＭ）／ΣＭ の式を用いて演算される。そして、ステップS6におい
て、前記封入率Ｃの演算値が表示器（13）に数値表示さ
れる。

このように、本実施例の冷凍サイクルの冷媒封入量検
知装置は、低圧シェルタイプ圧縮機（１）の吸入管
（９）に、冷媒の吸入圧力Psを検出する圧力検出手段と
しての圧力センサ（10）を取付け、冷凍サイクル中の冷
媒量の増加に伴って吸入圧力Psがほぼ最高値となるとき
の冷媒の総封入量ΣＭを適正値として特定し、その適正
値を基準に冷凍サイクルへの冷媒の封入率Ｃを演算する
演算手段としてのマイクロコンピュータ（11）を装備
し、そのマイクロコンピュータ（11）により演算された
冷媒の封入率Ｃを表示する表示手段としての表示器（1
3）を設置したものである。

したがって、本実施例の冷凍サイクルの冷媒封入量検
知装置によれば、単一の圧力センサ（10）により封入量
検知機構を簡単に構成できる。また、吸入圧力Psに基づ
いて封入量を検知する構成であるため、従来の温度セン
サの場合とは異なり、熱交換器の運転状態または外気温
等の外的熱負荷の変動による影響を受けることなく、冷
媒の適正封入量を正確に検知できる。しかも、実際の冷
媒封入量が適正封入量ΣＭに対する比率でもって表示器
（13）に明瞭に数値表示されるので、冷凍機または空気
調和機の据付時等における冷媒の封入作業を、その表示
を視認しつつ能率よく行うことができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の冷凍サイクルの冷媒封入量検
知装置は、低圧シェルタイプ圧縮機の吸入管に取付けら
れ、冷媒の吸入圧力（Ps）を検出する圧力検出手段と、
冷凍サイクル中の冷媒の所定の増分量（ΔＭ）に対する
吸入圧力（Ps）の上昇量（ΔPs）の比率（ΔPs/ΔＭ）
が設定値（Ｓ）以下となるとき、このときの冷媒の総封
入量（ΣＭ）は、その冷凍サイクルにおける冷媒の適正
封入量として特定し、その適正値を基準に冷凍サイクル
への冷媒の封入率を演算する演算手段と、前記演算手段
により演算された冷媒の封入率を表示する表示手段とを
具備するものであるから、単一の圧力検出手段により封
入量検知機構を簡単に、しかも、廉価に構成できるとと
もに、吸入圧力（Ps）に基づいて封入量を検知する構成
であるため、従来の温度センサの場合とは異なり、熱交
換器の運転状態または外気温等の外的熱負荷の変動によ
る影響を受けることなく、冷媒の適正封入量を正確に検
知できる。しかも、実際の冷媒封入量が適正値に対する
比率でもって明瞭に表示されるので、冷凍機または空気
調和機の据付時等における冷媒の封入作業を、その封入
率を視認しつつ能率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷凍サイクルの冷媒封入量検知装
置の一実施例を概略的に示すブロック図、第２図は第１
図の冷凍サイクルにおいて封入冷媒量と吸入圧力との関
係を示す特性図、第３図は第１図の冷媒封入量検知装置
の動作を説明するフローチャートである。第４図は第一
従来例の冷凍サイクルの冷媒封入量検知装置を備えた空
気調和機の室内機を示し、第４図（ａ）は正面図、第４
図（ｂ）は側面図である。第５図は第二従来例の冷凍サ
イクルの冷媒封入量検知装置を概略的に示すブロック図
である。 図において、 1:低圧シェルタイプ圧縮機 9:吸入管 10:圧力センサ 11:マイクロコンピュータ 13:表示器 である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 45/00 F25B 49/02 520

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低圧シェルタイプ圧縮機の吸入管に取付け
   られ、冷媒の吸入圧力（Ps）を検出する圧力検出手段
   と、 冷凍サイクル中の冷媒の所定の増分量（ΔＭ）に対する
   吸入圧力（Ps）の上昇量（ΔPs）の比率（ΔPs/ΔＭ）
   が設定値（Ｓ）以下となるとき、このときの冷媒の総封
   入量（ΣＭ）は、その冷凍サイクルにおける冷媒の適正
   封入量として特定し、その適正値を基準に冷凍サイクル
   への冷媒の封入率を演算する演算手段と、 前記演算手段により演算された冷媒の封入率を表示する
   表示手段と を具備することを特徴とする冷凍サイクルの冷媒封入量
   検知装置。