JP3531440B2 - 冷媒封入量判定装置付き空気調和機及び冷媒封入量判定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和機に関し、
特に封入されている冷媒量が適正か否かを検知する冷媒
封入量判定装置付き空気調和機及び冷媒封入量判定方法
に好適である。

【０００２】

【従来の技術】冷凍装置または空気調和機に封入されて
いる冷媒量が適性か否かを検出し、冷媒不足が発生して
いることを確認するために、受液器と減圧装置を接続す
る配管部に配管内部の冷媒の流れを目視するためのサイ
トグラスを設けることが例えば、特開平５５−３２９９
１号公報に記載のように知られている。

【０００３】サイトグラスは、一面にガラスを有し、ま
た、内部にはモイスチャーインジケータと称される化学
物質付きのインジケータが取り付けられているものもあ
り、サイトグラス内部を通過する冷媒の状態をガラスを
通して目視して、フラッシュガスの発生を検知し、冷媒
封入量が適正か否かを判定できる。

【０００４】また、受液器出口側の配管に相対向する一
対の透明壁を備えたサイトグラスを設け、透明壁の片側
に発光素子を設け、相対向するもう一方の透明壁に受光
素子を設け、受光素子の受光状態によりサイトグラス内
を通過する冷媒の状態がフラッシュガスか否かを検知す
ることも、特開平７−４３０５２号公報に記載のように
知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来のもので
は、受液器から冷媒封入量を検知するサイトグラスまで
の配管内を流れる冷媒の圧力損失を考慮していないため
次に示す問題がある。

【０００６】受液器内に液層とガス層が存在する場合、
受液器から流出する冷媒は、飽和液状態もしくは過冷却
度の小さい液状態であり、受液器から液を抽出する配管
及び受液器とサイトグラスを接続する配管内を通過する
間に圧力損失が生じ、減圧されて液単相状態から気液二
相状態に相変化しサイトグラス内に流入される。このた
め、冷凍サイクルには十分な冷媒量が封入されている場
合でもサイトグラス内を通過する冷媒の流動状態が気液
二相であるため冷媒量が不足していると判定される。

【０００７】そして、サイトグラス内が液単相状態とな
るためには、受液器内が液で満たされ受液器から流出す
る冷媒の過冷却度が大きくならなければならず、冷凍サ
イクルに対しては、余分な冷媒が封入される。

【０００８】したがって、過封入により冷凍サイクルの
圧力が上昇し、施工時にコストアップとなり、圧縮機へ
の電気入力上昇によるエネルギ効率の低下や冷凍サイク
ルの運転範囲の縮小、圧縮機軸受け部等に掛かる荷重増
大による信頼性の低下といった問題が生じる。

【０００９】本発明の目的は、上記従来の技術の問題を
解決し、冷媒封入量を正確に且つ簡単に検知し、空気調
和機の運転を最適に行い、冷媒量が必要最低限封入され
る冷媒封入量判定装置付き空気調和機及び冷媒封入量判
定方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は圧縮機、室外熱交換器、受液器、減圧装置
を有する室外機と、室内熱交換器、減圧装置を有する室
内機と、前記室外機と前記室内機とが配管で接続され冷
媒が封入された冷凍サイクルとを備えた冷媒封入量判定
装置付き空気調和機において、受液器の冷媒流出側に設
けられ冷媒の流動状態が判定される流動状態監視手段
と、流動状態監視手段と受液器との間に設けられ冷媒を
冷却するための冷却手段とを備えたものである。

【００１１】これにより、冷凍サイクルには十分な冷媒
量が封入されている場合、サイトグラスに流入する冷媒
は冷却器により冷却され十分に過冷却されているため、
サイトグラス内は液単相状態となり、冷媒量が不足して
いると判定されることがない。

【００１２】また、本発明は圧縮機、室外熱交換器、受
液器、減圧装置を有する室外機と、室内熱交換器、減圧
装置を有する室内機と、前記室外機と前記室内機とが配
管で接続され冷媒が封入された冷凍サイクルとを備えた
空気調和機の冷媒量判定方法において、受液器の冷媒流
出側に冷媒の流動状態が判定される流動状態監視手段を
設け、冷媒封入量を判定するときは室内機を冷房運転
し、流動状態監視手段により気液二相状態であると検知
された場合は冷凍サイクル内に封入されている冷媒量は
過少と判定し、流動状態監視手段により液単相状態であ
ると検知された場合は室外機に設けられた減圧装置の開
度を第１の値に設定し、その後、流動状態監視手段によ
り気液二相状態であると検知された場合は冷凍サイクル
内に封入されている冷媒量は適正と判定し、液単相状態
であると検知された場合は冷凍サイクル内に封入されて
いる冷媒量は過多と判定するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる一実施例を
図１ないし図１２を用いて説明する。図１は、一実施例
による冷媒封入量判定装置を具備した多室形空気調和機
の冷凍サイクルの構成を示すブロック図、図２は、冷凍
サイクル内に封入される冷媒量と受液器の液面高さを示
す受液器の断面図、図３は、適正な冷媒量が封入されて
いる場合の冷媒封入量判定時の冷凍サイクルの運転状態
を表したモリエル線図、図４は、適正な冷媒量が封入さ
れている場合のサイトグラス内の状態を示す平面図、図
５は、冷媒量が不足状態で封入されている場合の冷媒封
入量判定時の冷凍サイクルの運転状態を表したモリエル
線図、図６は、冷媒量が不足状態で封入されている場合
のサイトグラス内の状態を示す平面図、図７は、室外機
と室内機の位置と空気調和機の運転モード及び室内機の
運転台数の違いによる冷凍サイクル内に必要な冷媒量の
関係を表したグラフ、図８は、一実施例による冷媒封入
量判定方法を示すフローチャート図、図９は、他の実施
例による超音波発信素子及び受信素子を用いた流動状態
監視手段の断面図、図１０は、他の実施例による冷凍サ
イクルの構成を示すブロック図、図１１は、さらに他の
実施例による冷媒封入量判定方法を示すフローチャート
図、図１２は、所定量の冷媒を受液器から室外熱交換器
に移動させるための室外膨張弁開度と冷媒循環量の特性
を示す線図である。

【００１４】空調機等に採用される冷凍装置は、圧縮
機、凝縮器、受液器、減圧装置及び蒸発器等を配管接続
して冷媒回路を形成し、この冷媒回路内には所定量の冷
媒が封入されている。冷凍装置が運転されると、圧縮機
により冷媒は圧縮され高温高圧ガス状態となり、凝縮器
で放熱して凝縮液化した後受液器内に流入する。そし
て、受液器から流出する液冷媒は、減圧装置で減圧され
低圧状態となり蒸発器で蒸発し、そのときに周囲から吸
熱することで冷却作用を発揮する。冷媒回路から冷媒が
漏洩し、冷媒回路内の冷媒量が不足すると、受液器内の
液冷媒量が減少し、受液器から流出する冷媒にはフラッ
シュガス（気泡）が発生するようになり、蒸発器に供給
される冷媒が不十分となり、冷却能力が著しく低下す
る。

【００１５】図１に示す空気調和機は、１台の室外機１
と、複数台の室内機２ａ〜２ｃをガス側接続配管１５ａ
〜１５ｅ及び液側接続配管１４ａ〜１４ｅにより接続さ
れている。室外機１は、圧縮機３、四方弁４、室外熱交
換器５、室外膨張弁６、受液器７及びアキュムレータ１
６を有し、図の如く配管接続されている。そして、室外
熱交換器５には、外気と熱交換できるように室外熱交換
器５に空気を送り込むための室外ファン８及び室外ファ
ン８を駆動するための室外ファンモータ９が設けられて
いる。一方、各室内機２ａ〜２ｃは、各室内熱交換器１
１ａ〜１１ｃ及び各室内膨張弁１０ａ〜１０ｃで構成さ
れ、図に示す如く配管接続され、各室内熱交換器１１ａ
〜１１ｃには、室内側空気と熱交換できるように各室内
熱交換器１１ａ〜１１ｃに空気を送り込むための各室内
ファン１２ａ〜１２ｃ及び各室内ファン１２ａ〜１２ｃ
を駆動するための各室内ファンモータ１３ａ〜１３ｃが
設けられている。圧縮機吸入側の配管には、圧縮機３に
吸い込まれる冷媒の圧力を測定する吸入圧力検出器２０
（例えば、圧力センサ）が取り付けられており、また、
圧縮機吐出側の配管には、吐出されるガス冷媒の温度及
び圧力を測定する温度検出器２２（例えば、サーミス
タ）、吐出圧力検出器２１（例えば、圧力センサ）が取
り付けられている。

【００１６】暖房運転時には冷媒は実線で示す方向に流
れ、圧縮機３で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方
弁４を経てガス側接続配管１５ａ〜１５ｅを通り、各室
内機２ａ〜２ｃに送られ、各室内熱交換器１１ａ〜１１
ｃで凝縮し液冷媒となる際に室内熱交換器１１ａ〜１１
ｃを通過する空気に放熱して室内を暖房する。凝縮液化
した冷媒は、液側接続配管１４ａ〜１４ｅを通り室外機
１に送られ、受液器７を通り室外膨張弁６で所定の圧力
に減圧され室外熱交換器５に送られ、室外熱交換器５を
通過する空気から吸熱して蒸発し、四方弁４及びアキュ
ムレータ１６を通り圧縮機３に戻る。

【００１７】一方、冷房運転時には冷媒は破線で示す方
向に流れ、圧縮機３で圧縮された高温高圧のガス冷媒
は、四方弁４を経て室外熱交換器５に送られ、室外熱交
換器５を通過する空気に放熱して凝縮し液冷媒となり、
受液器７を通り液側接続配管１４ａ〜１４ｅを通り、各
室内機２ａ〜２ｃに送られる。各室内機２ａ〜２ｃに送
られた液冷媒は、各室内膨張弁１０ａ〜１０ｃで所定の
圧力に減圧され各室内熱交換器１１ａ〜１１ｃで蒸発す
る際に、各室内熱交換器１１ａ〜１１ｃを通過する空気
から吸熱して室内を冷房する。そして、蒸発した冷媒
は、ガス側接続配管１５ａ〜１５ｅを通り室外機１に送
られ、四方弁４及びアキュムレータ１６を通り圧縮機３
に戻る。多室形空気調和機内には所定量の冷媒が封入さ
れており、この冷媒の循環において、余った冷媒は、室
外機１内に付設する受液器７内に液冷媒として貯留され
る。

【００１８】多室形空気調和機を施工現地に設置する場
合は、室外機１と遠隔にある複数台の室内機２ａ〜２ｃ
とを必要な長さのガス側接続配管１５ａ〜１５ｅと液側
接続配管１４ａ〜１４ｅにより接続する。室外機１内に
は、予め所定量の冷媒が封入されているが、室内機台数
や接続配管長さが施工の度に異なるため、施工終了後に
必要な冷媒を空気調和機の設置状態に応じて追加封入す
る。冷媒封入量、すなわち冷凍サイクル内に封入されて
いる全冷媒量が適正な範囲にあれば、空気調和機は仕様
通りの性能を発揮し、さらには故障に至るような事態に
陥ることがない。しかし、適正な冷媒量よりもある範囲
以上に過剰あるいは不足した場合は、性能が所定通り発
揮されないばかりか、不足時は圧縮機吐出側の温度が上
昇しモータ巻線の劣化を引き起こしたり、過剰時は圧縮
機吸入側に液冷媒が戻り圧縮時に液圧縮を起こして軸受
けやシャフト、モータ等を損傷するような故障に至る場
合がある。

【００１９】したがって、空気調和機の性能及び信頼性
の確保のためには、空気調和機の施工状態に適した適正
な冷媒量を正確に封入する必要がある。しかし、現地で
の封入作業においては、封入作業時の不備や計量器の故
障等による封入冷媒量の計測ミス、接続配管長さや室内
機台数等の施工状態の見積りミス、追加封入量の計算ミ
ス等があり、必ずしも正確に冷媒を封入できるとは限ら
ない。よって、上記に示すような封入作業時のミスが発
生しても、冷凍サイクル内に封入されている冷媒量が、
その空気調和機の施工状態に対して適正な量であること
を判定できれば、現地での冷媒封入作業における空気調
和機の性能及び信頼性を確保できる。

【００２０】よって、空気調和機は冷凍サイクル内の冷
媒量が適正か否かを判定できる冷媒封入量判定装置を備
えることが望ましい。冷媒封入量判定装置は、図１に示
すように、受液器７から流出する冷媒の流動状態を観察
するための流動状態監視手段（受液器と各室内膨張弁と
を接続する液側接続配管の途中に一面もしくは相対する
面が透明壁でできたサイトグラス１９）と、冷却器１８
（サイトグラス１９と受液器７とを接続する配管を冷却
する）を備えることが望ましい。冷却器１８は、四方弁
４とアキュムレータ１６とを接続する吸入側配管１７を
サイトグラス１９と受液器７とを接続する配管に接触す
るように配設している。接触している２本の配管は、熱
の移動を効率良くするために、接触部をロー付けされそ
の周囲を断熱材で覆われている。

【００２１】次に、冷媒封入量判定装置による冷媒量判
定時の作用について図２ないし図６により説明する。

【００２２】冷媒封入量判定時は、サイトグラス内が液
冷媒となるように、空気調和機の運転モードを冷房とし
て、接続されている室内機全てを運転する。この運転モ
ードにおいて、冷媒封入量を判定することで正確な判定
が可能となる。図２に示すように、適正もしくは過剰に
冷媒量が封入されている場合は、受液器７に挿入されて
いる冷媒導入配管２３及び冷媒導出配管２４の先端部以
上に液冷媒が貯留される状態となり、図３に示すよう
に、圧縮機３で圧縮された高温高圧のガス冷媒はａ点と
なり、四方弁４を経て室外熱交換器５に送られ、室外熱
交換器５を通過する空気に放熱して凝縮液化し各構成部
品及び配管内を通過する際の圧力損失によりｂ点とな
り、室外膨張弁６を通り減圧されほぼ飽和液状態のｃ点
となり、受液器７に流入する。

【００２３】受液器７内は受液器７内から冷媒を流出す
る冷媒導出配管２４の先端部よりも高い位置に液冷媒が
貯留されるため、受液器７から流出した液冷媒は飽和液
状態もしくは多少過冷却した状態であり、配管内を通過
する際に圧力損失を生じ乾き度の非常に小さい気液二相
状態となり冷却器１８に流入し、冷却器１８によりｄ点
に冷却されサイトグラス１９に流入する。ｄ点の状態の
冷媒は、十分に過冷却されているため、サイトグラス１
９内を観察すると、図４に示すように液単相状態とな
る。

【００２４】一方、冷媒量が不足状態で封入されている
場合は、図２に示すように、受液器７に挿入されている
冷媒導入配管２３及び冷媒導出配管２４の先端部付近に
液冷媒が貯留されている状態であり、図５に示すよう
に、圧縮機３で圧縮された高温高圧のガス冷媒はａ１点
となり、四方弁４を経て室外熱交換器５に送られ、室外
熱交換器５を通過する空気に放熱して凝縮液化し各構成
部品及び配管内を通過する際の圧力損失によりｂ１点と
なり、室外膨張弁６を通りｃ１点となり、受液器７に流
入する。受液器７内は受液器７内から冷媒を流出する冷
媒導出配管２４の斜めにカットされた先端部に掛かる位
置に液冷媒が貯留されるため、冷媒を流出させる冷媒導
出配管２４の先端部からガス冷媒が流入し、受液器７か
ら流出する冷媒の状態は、気液二相状態となる。このた
め、受液器７の流入側と同じ冷媒状態であるｃ１点も気
液二相状態となり、ｂ１点も適正な冷媒量が封入されて
いる場合のｂ点よりも過冷却度の小さな状態となる。

【００２５】受液器７から流出した気液二相状態の冷媒
は、配管内を通過する際に圧力損失を生じさらに乾き度
の大きな状態となり、冷却器１８に流入し、前記冷却器
１８によりｄ１点に冷却され、サイトグラス１９に流入
する。ところが、ｄ１点の状態の冷媒は、冷却器１８に
流入する冷媒の乾き度が大きいため、冷却器１８で十分
な過冷却を取ることができないため、サイトグラス１９
内を観察すると、図６に示すように気液二相状態もしく
は、気液二相状態と液単相状態が交互に流れる間欠流と
なる。したがって、サイトグラス１９内を通過する冷媒
の流動状態を観察し、液単相状態となれば冷媒封入量は
適正もしくは過剰であり、気液二相状態もしくは気液二
相状態と液単相状態が交互に流れる間欠流となれば冷媒
封入量は不足であることが判定できる。ここで、サイト
グラス１９内が液単相状態の場合は、冷媒封入量が適正
状態であることが上記のままでは判定できない。そこ
で、初期判定時に不足状態と判定された場合は、冷媒を
追加封入する際にサイトグラス１９内を通過する冷媒の
流動状態が、気液二相状態もしくは気液二相状態と液単
相状態が交互に流れる間欠流から液単相状態となれば適
正であると判定できる。

【００２６】また、初期判定時に適正もしくは過剰であ
ると判定された場合は、空気調和機内の冷媒を回収し不
足状態にしてから冷媒を追加封入し、サイトグラス１９
内を通過する冷媒の流動状態が、気液二相状態もしくは
気液二相状態と液単相状態が交互に流れる間欠流から液
単相状態となれば適正であると判定できる。

【００２７】上記に示した冷媒封入量判定時の運転モー
ドは冷房としているため接続されている室内機全数を冷
房で運転する場合には、空気調和機の運転が正しく行わ
れる。しかし、空気調和機の運転モードとしては暖房も
存在し、また、多室形空気調和機では室内機２ａ〜２ｃ
の運転台数も変化する。このような運転状態の変化に対
して、上記に示す冷媒封入量判定装置で判定した冷媒量
で全ての運転状態においても空気調和機の運転が正しく
行わなければならない。

【００２８】図７は、室外機１と室内機２ａ〜２ｃの位
置、空気調和機の運転モード及び室内機２ａ〜２ｃの運
転台数の違いによる冷凍サイクル内に必要な冷媒量の関
係を表した関係図である。横軸は室外機１を基準にした
場合の室内機２ａ〜２ｃの高さ方向に対する位置を示
し、縦軸はその時に冷凍サイクル内に必要な冷媒量を示
している。また、パラメータとして、空気調和機の運転
モード（冷房もしくは暖房）と接続されている室内機２
ａ〜２ｃの運転台数を表している。

【００２９】接続されている室内機２ａ〜２ｃを全台数
運転する場合は、室外機１と室内機２ａ〜２ｃの高さ方
向の位置に関係なく冷房運転の方が必要冷媒量が多くな
る。これは、冷房運転の場合は、受液器７出口側に設け
た冷却器１８により十分に過冷却され、液側接続配管１
４ａ〜１４ｅ内を通過する時に発生する圧力損失があっ
とも各室内膨張弁１０ａ〜１０ｃ前の冷媒状態が液単相
となり、ガス側接続配管１５ａ〜１５ｅ内も気液二相状
態となるのに対して、暖房運転の場合は、受液器７の外
表面より空気に対して放熱する分だけ受液器７入口の冷
媒状態が気液二相状態となり、ガス側接続配管１５ａ〜
１５ｅ内は過熱ガス状態であるため、冷房運転の方が必
要冷媒量が多くなる。

【００３０】一方、接続されている室内機２ａ〜２ｃの
内１台だけ運転する場合は、冷房運転の場合は、停止し
ている室内機の室内膨張弁は全閉状態となり、室内熱交
換器及びガス側接続配管内はほぼ飽和ガス状態に近くな
るため、全台数を運転している場合よりも必要冷媒量は
少なくなり、暖房運転の場合は、停止している室内機の
室内膨張弁は室内熱交換器内が液冷媒で満たされないよ
うに少し開いた状態となっているが、運転している室内
機よりも液冷媒が溜まり込むため、全台数を運転してい
る場合よりも必要冷媒量は多くなる。但し、暖房運転の
場合は、液側接続配管１４ａ〜１４ｅ内が気液二相状態
であることや、ガス側接続配管１５ａ〜１５ｅ内が過熱
ガス状態であることから、接続されている室内機２ａ〜
２ｃ全台数による冷房運転の場合と比較して、室外機１
と室内機２ａ〜２ｃの高さ方向に対してほとんど必要冷
媒量が少なくなる。唯一、室内機２ａ〜２ｃが下に設置
されいる場合は、液側接続配管１４ａ〜１４ｅ内を上昇
する気液二相状態の冷媒に重力が作用し、液側接続配管
１４ａ〜１４ｅ内が液冷媒で埋まるために、室内機１台
による暖房運転の方が必要冷媒量が多くなる。但し、室
内機全台数の冷房運転の必要冷媒量と室内機１台による
暖房運転の必要冷媒量の差は、極端に大きくはない。

【００３１】以上のことから、本実施例で示した冷凍サ
イクル構成を持つ空気調和機の場合は、接続されている
室内機２ａ〜２ｃ全台数による冷房運転の場合が必要冷
媒量が一番多く、受液器７から流出する冷媒の状態が飽
和液に近い状態であれば、全ての運転状態において問題
なく運転が可能となる。すなわち、接続されている室内
機２ａ〜２ｃ全台数による冷房運転の時に、冷媒を追加
封入する際にサイトグラス１９内を通過する冷媒の流動
状態が、気液二相状態もしくは気液二相状態と液単相状
態が交互に流れる間欠流から液単相状態となれば適正で
あると判定できる。

【００３２】次に、本実施例の冷媒封入量判定装置の判
定方法について説明する。空気調和機の施工終了後に、
室外機１以外の配管内及び室内機２ａ〜２ｃ内の空気を
真空ポンプで引き出して真空状態にし、接続配管長さや
接続されている室内機台数、容量等により追加封入冷媒
量を演算する。次に、上記演算された追加封入冷媒量を
計量器を用いて空気調和機内に封入し、接続されている
室内機２ａ〜２ｃ全台数による冷房運転を開始する。運
転開始から所定時間（例えば、３０分）待機した後に、
吐出圧力、吸入圧力等の圧力状態や圧縮機吐出側のガス
冷媒温度等の温度状態等の冷凍サイクルの運転状態が、
ある程度安定し、且つ各運転状態が予め決められている
設定値に近い状態、すなわち冷媒封入量の判定が可能な
範囲にあることを判定した後に、サイトグラス１９内を
通過する冷媒の流動状態を観察する。

【００３３】サイトグラス１９内が気液二相状態もしく
は気液二相状態と液単相状態が交互に流れる間欠流の場
合は、冷凍サイクル内に封入されている冷媒量は不足で
あると判定し、所定量（例えば、１ｋｇ）の冷媒を追加
封入する。さらに、所定時間（例えば、１５分）待機し
た後に、再度サイトグラス１９内を通過する冷媒の流動
状態を観察し、液単相状態であれば冷凍サイクル内に封
入されている冷媒量は適正であると判定して冷媒封入量
判定を終了し、気液二相状態もしくは気液二相状態と液
単相状態が交互に流れる間欠流であれば、上記冷媒追加
封入作業をサイトグラス１９内が液単相となるまで繰り
返す。

【００３４】一方、サイトグラス１９内が液単相の場合
は、冷凍サイクル内に封入されている冷媒量は適正もし
くは過剰であると判定される。但し、このままでは、適
正封入状態なのか過剰封入状態なのかの判定ができない
ため、冷凍サイクル内の冷媒を所定量（例えば、１ｋ
ｇ）ずつ回収し、サイトグラス１９内が気液二相状態も
しくは気液二相状態と液単相状態が交互に流れる間欠流
となるまで上記回収作業を繰り返し、その後に所定量
（例えば、１ｋｇ）を追加封入することで冷凍サイクル
内に封入されている冷媒量を適正にすることができる。

【００３５】以上、説明したように、受液器７の出口側
に設けたサイトグラス１９内を通過する冷媒の流動状態
を観察して冷凍サイクル内に封入されている冷媒量が適
正か否かを判定する冷媒封入量判定装置は、受液器７と
サイトグラス１９を接続する配管を冷却器１８により冷
却することにより、受液器７から流出する飽和液状態に
近い冷媒が配管を通過する際に生じる圧力損失によって
気液二相状態になるのを抑えられ、空気調和機に対して
封入される冷媒量を必要最小限に抑えられ、且つ確実に
簡単に判定することができる。また、冷却手段として四
方弁とアキュムレータを接続する吸入側配管１７を前記
受液器７とサイトグラス１９を接続する配管に接触させ
た構造とすることにより、冷却手段として原価が高く設
置スペースを大きく必要とする二重管式熱交換器やカス
ケード熱交換器と比較して、空気調和機の原価を低減で
き、設置スペースもほとんど要らないためユニットを小
形化できる。

【００３６】次に、本発明の他の実施例として、受液器
７の出口側に付設する流動状態監視手段の他の構造につ
いて説明する。本実施例の流動状態監視手段は、冷却手
段の冷媒流出側の液側接続配管配管１４ａ部の外側に超
音波発信素子２５と超音波受信素子２６を設け、超音波
発信素子２５の制御及び超音波受信素子２６の信号処理
等を行う制御回路２７を、信号線２８ａ，２８ｂにより
接続した構造としている。冷却手段の冷媒流出側の液側
接続配管１４ａ部を通過する冷媒の流動状態が液単相の
場合は、超音波発信素子２５と超音波受信素子２６の間
の密度変化が配管壁面と液冷媒の間しかないため、超音
波発信素子２５から出力される音波はあまり減衰せずに
超音波受信素子２６に到達する。一方、液側接続配管１
４ａ部を通過する冷媒の流動状態が気液二相状態もしく
は気液二相状態と液単相状態が交互に流れる間欠流の場
合は、超音波発信素子２５と超音波受信素子２６の間の
密度変化が配管壁面と液冷媒の間と液冷媒と気泡の間に
発生するため、超音波発信素子２５から出力される音波
は気泡の量に反比例して超音波受信素子２６に到達す
る。

【００３７】また、気泡の量は、冷凍サイクル内に封入
されている冷媒の不足量に対して比例するため、超音波
受信素子２６で受信される音波の量を測定することによ
り、冷凍サイクル内に封入されている冷媒量がどの程度
不足しているかを判定できるようになる。また、超音波
受信素子２６の受信音波量を制御回路２７内で電気的信
号に変換することにより、サイトグラス１９では作業者
が観察して確認している冷媒流動状態を自動で確認する
ことができ、冷媒封入量の判定を自動化することができ
る。超音波発信素子２５及び受信素子２６の変わりに発
光素子及び受光素子を用いた場合も、冷却手段の冷媒流
出側の配管を透明壁とするか、流動状態監視手段を相対
向する一対の透明壁を備えたサイトグラスとして、前記
透明壁の片側に発光素子を設け、相対向するもう一方の
透明壁に受光素子を設けた場合も同様の効果がある。

【００３８】次に、さらに他の実施例として、受液器７
と流動状態監視手段とを接続する配管を冷却する冷却手
段の他の構造について説明する。図１０において、冷却
手段は、受液器７から冷媒が流出する配管を室外熱交換
器５最下段に設けたサブクーラ３０に接続し、サブクー
ラ３０の出口側配管を流動状態監視手段に接続した構造
としている。これにより、圧縮機吸入側からの余計な配
管の引き回しや溶接等の作業がなくなり、冷凍サイクル
を簡素化することができ、空気調和機の原価を低減する
ことができる。

【００３９】、さらに他の実施例として、正確且つ判定
時間を短縮できる冷媒封入量の判定方法について説明す
る。図１１において、既に述べた図８において、空気調
和機の施工終了後から流動状態監視手段であるサイトグ
ラス１９で流動様式を観察するまでは同様であり、説明
は省略する。

【００４０】流動状態監視手段であるサイトグラス１９
内の冷媒の流動状態が気液二相状態もしくは気液二相状
態と液単相状態が交互に流れる間欠流と判定される場合
は、冷凍サイクル内に封入されている冷媒量は不足であ
ると判定し、所定量（例えば、１ｋｇ）の冷媒を追加封
入する。そして、所定時間（例えば、１５分）待機した
後に、サイトグラス１９内を通過する冷媒の流動状態が
液単相状態であれば冷凍サイクル内に封入されている冷
媒量は適正であると判定し、気液二相状態もしくは気液
二相状態と液単相状態が交互に流れる間欠流であれば、
上記冷媒追加封入作業をサイトグラス１９内が液単相状
態と判定されるまで繰り返す。

【００４１】但し、冷媒追加時に計量器が故障していた
場合は、所定量だけ冷媒が追加されているかが不明であ
る。そこで、室外膨張弁６を所定量絞ることにより、受
液器７から室外熱交換器５に対して所定量（例えば、１
ｋｇ）の冷媒を移動させて、封入されている冷媒量が間
違いなく適正であることが判定できる。図１２は、冷媒
封入量判定時に用いられる所定量（例えば、１ｋｇ）の
冷媒を受液器７から室外熱交換器５に移動させるための
室外膨張弁６開度の特性図であり、室外熱交換器５に所
定量（例えば、１ｋｇ）の冷媒を移動させるための室外
膨張弁開度は、冷凍サイクル内を循環する冷媒循環量に
比例する。

【００４２】したがって、冷凍サイクルに付設する吸入
圧力検出器２０からの吸入圧力値もしくは吸入圧力値か
ら圧縮機吸入側の比体積を演算するとともに、圧縮機の
１回転当たりの吐出量（予め記憶する）及び回転数（駆
動周波数）の指令値等から冷媒循環量を演算し、室外膨
張弁開度の特性図を用いて室外膨張弁６の開度を決定
し、室外膨張弁６の駆動回路に求めた開度を出力する。
そして、所定時間（例えば、１５分）待機した後に、再
度サイトグラス１９内を通過する冷媒の流動状態が気液
二相状態もしくは気液二相状態と液単相状態が交互に流
れる間欠流であれば、冷凍サイクル内に封入されている
冷媒量は適正であると判定でき、液単相状態であれば冷
凍サイクル内に封入されている冷媒量は過剰であると判
定でき、サイトグラス１９内を通過する冷媒の流動状態
が気液二相状態もしくは気液二相状態と液単相状態が交
互に流れる間欠流となるまで冷媒を回収することで、冷
媒封入量を適正にすることができる。

【００４３】一方、サイトグラス１９内で液単相状態と
判定された場合は、冷凍サイクル内に封入されている冷
媒量は適正もしくは過剰であると判定される。但し、こ
のままでは、適正封入状態なのか過剰封入状態なのかの
判定ができない。

【００４４】よって、室外熱交換器５に所定量（例え
ば、１ｋｇ）の冷媒を移動させるために、図１２で説明
した室外膨張弁開度の特性を用いて室外膨張弁６を所定
の開度に絞り、所定時間（例えば、１５分）待機した後
にサイトグラス１９内を通過する冷媒の流動状態を観察
し、サイトグラス１９内を通過する冷媒の流動状態が気
液二相状態もしくは気液二相状態と液単相状態が交互に
流れる間欠流であれば冷凍サイクル内に封入されている
冷媒量は適正であると判定し、液単相状態であれば冷凍
サイクル内の冷媒を所定量（例えば、１ｋｇ）ずつ回収
し、サイトグラス１９内を通過する冷媒の流動状態が気
液二相状態もしくは気液二相状態と液単相状態が交互に
流れる間欠流となるまで繰り返す。

【００４５】冷媒回収時に計量器が故障していた場合
は、所定量だけ冷媒が回収されているかが不明である。
そこで、室外膨張弁６を絞ることによって室外熱交換器
５に移動させる冷媒量と回収作業時の所定量を同一量と
することにより、所定量絞り込まれている室外膨張弁６
を通常冷房運転時の状態に戻して、所定時間（例えば、
１５分）待機した後にサイトグラス１９内を通過する冷
媒の流動状態を観察し、前記サイトグラス１９内を通過
する冷媒の流動状態が液単相状態であれば冷凍サイクル
内に封入されている冷媒量は適正であると判定し、気液
二相状態もしくは気液二相状態と液単相状態が交互に流
れる間欠流であれば冷凍サイクル内に封入されている冷
媒量は不足であると判定でき、液単相となるまで冷媒を
追加することで、冷媒封入量を適正にすることができ
る。

【００４６】以上、説明したように、室外膨張弁６を所
定量絞り受液器７から室外熱交換器５に対して所定量の
冷媒を移動させることにより、冷凍サイクル内に封入さ
れている冷媒量を不足状態、適正状態、過剰状態の３種
類に判定できるため、初期冷媒封入時に適正な冷媒量を
封入されている場合は、冷媒封入量の判定時間を短縮す
ることができる。さらに、冷凍サイクル内の冷媒封入量
を適正にするために冷媒を回収したり追加したりする作
業時において、計量器が故障あるいは計量器がない場合
でも、冷凍サイクル内に封入されている冷媒量を適正に
することができる。

【００４７】また、空気調和機に必要な最適な冷媒封入
量に対して実際に空気調和機内に封入されている冷媒量
との差を示す冷媒封入量判定精度及び、冷媒封入量判定
装置により封入されている冷媒量が適正であると判定で
きるまでの時間を示す冷媒封入量判定時間は、冷媒を追
加あるいは回収する所定量及び室外膨張弁を絞り受液器
から室外熱交換器に冷媒を移動させる所定量に対して、
冷媒封入量判定精度は比例し、冷媒封入量判定時間は反
比例する。したがって、この所定量を調整し少ない量に
することにより冷媒封入量判定精度を向上させることが
でき、所定量を調整し多い量にすることにより冷媒封入
量判定精度は低下するが冷媒封入量判定時間を短縮する
ことができる。

【００４８】冷却手段として圧縮機吸入側の配管を前記
受液器とサイトグラス１９を接続する配管に接触させた
構造や、受液器から冷媒が流出する配管を室外熱交換器
５最下段に設けたサブクーラ３０に接続し、サブクーラ
３０の出口側配管を流動状態監視手段に接続した構造し
ているが、二重管式熱交換器やカスケード熱交換器、さ
らには、別の冷凍サイクルを形成して蒸発器を利用し手
も良い。

【００４９】また、該空気調和機に封入される冷媒の種
類としては、現在空気調和機に用いられている冷媒であ
るＲ２２を代表とするＨＣＦＣ系冷媒や現在カーエアコ
ン等で用いられている冷媒であるＲ１３４ａを代表とす
るＨＦＣ系冷媒や、これら冷媒を混合して成る共沸混合
冷媒（例えば、Ｒ３２とＲ１２５を混合して成る冷媒）
や非共沸混合冷媒（例えば、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３
４ａを混合して成る冷媒）があり、本実施例によれば、
冷媒の種類によらず同じ判定をすることができる。さら
に、冷媒の種類が変わることにより圧縮機駆動部の潤滑
剤である冷凍機油が鉱油からエステル油、エーテル油等
に変わることや冷凍機油の粘度が低粘度から高粘度に変
わること、熱交換器の洗浄等に用いられている洗浄剤等
が変わる場合であっても、受液器から流出する冷媒を冷
却器により十分に過冷却させ、冷凍サイクル内を流れる
冷媒の流動状態を観察することにより冷媒封入量の判定
を行っているため、これら油や洗浄剤等の種類が変わっ
た場合や冷凍機油の粘度が変わった場合でも何の問題も
なく同じ判定をすることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、室外機に付設する受液器の冷媒流出側の配管に、配
管内の流動状態が液単相状態か気液二相状態かを観察す
る流動状態監視手段と、受液器と流動状態監視手段を接
続する配管部を冷却するための冷却手段を設けることに
より、受液器から流出する飽和液状態に近い冷媒が配管
を通過する際に生じる圧力損失によって気液二相状態に
なるのを抑えられ、空気調和機に対して封入される冷媒
量を確実に簡単に判定し、冷媒量は必要最小限に抑える
ことができる。

【００５１】また、本発明によれば、冷媒封入量を判定
するときは室内機を冷房運転し、流動状態監視手段によ
り気液二相状態であると検知された場合は冷凍サイクル
内に封入されている冷媒量は過少と判定し、流動状態監
視手段により液単相状態であると検知された場合は室外
機に設けられた減圧装置の開度を第１の値に設定し、そ
の後、流動状態監視手段により気液二相状態であると検
知された場合は冷凍サイクル内に封入されている冷媒量
は適正と判定し、液単相状態であると検知された場合は
冷凍サイクル内に封入されている冷媒量は過多と判定す
る。よって、どのような運転状態であっても正確に冷媒
を移動するので、冷媒封入量の判定精度を向上すること
ができる。

【００５２】以上により、冷媒封入量を正確に且つ簡単
に検知し、空気調和機の運転を最適に行い、冷媒量が必
要最低限封入される冷媒封入量判定装置付き空気調和機
及び冷媒封入量判定方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による冷媒封入量判定装置を具備した
多室形空気調和機の冷凍サイクルの構成を示すブロック
図である。

【図２】冷凍サイクル内に封入される冷媒量と受液器の
液面高さを示す受液器の断面図である。

【図３】適正な冷媒量が封入されている場合の冷媒封入
量判定時の冷凍サイクルの運転状態を表したモリエル線
図である。

【図４】適正な冷媒量が封入されている場合のサイトグ
ラス内の状態を示す平面図である。

【図５】冷媒量が不足状態で封入されている場合の冷媒
封入量判定時の冷凍サイクルの運転状態を表したモリエ
ル線図である。

【図６】冷媒量が不足状態で封入されている場合のサイ
トグラス内の状態を示す平面図である。

【図７】室外機と室内機の位置と空気調和機の運転モー
ド及び室内機の運転台数の違いによる冷凍サイクル内に
必要な冷媒量の関係を表したグラフである。

【図８】一実施例による冷媒封入量判定方法を示すフロ
ーチャート図である。

【図９】他の実施例による超音波発信素子及び受信素子
を用いた流動状態監視手段の断面図である。

【図１０】他の実施例による冷凍サイクルの構成を示す
ブロック図である。

【図１１】さらに他の実施例による冷媒封入量判定方法
を示すフローチャート図である。

【図１２】所定量の冷媒を受液器から室外熱交換器に移
動させるための室外膨張弁開度と冷媒循環量の特性を示
す線図である。

【符号の説明】

１…室外機、２ａ〜２ｃ…室内機、３…圧縮機、４…四
方弁、５…室外熱交換器、６…室外膨張弁、７…受液
器、８…室外ファン、９…室外ファンモータ、１０ａ〜
１０ｃ…室内膨張弁、１１ａ〜１１ｃ…室内熱交換器、
１２ａ〜１２ｃ…室内ファン、１３ａ〜１３ｃ…室内フ
ァンモータ、１４ａ〜１４ｅ…液側接続配管、１５ａ〜
１５ｅ…ガス側接続配管、１６…アキュムレータ、１７
…吸入側配管、１８…冷却器、１９…サイトグラス、２
０…吸入側圧力検出器、２１…吐出側圧力検出器、２２
…温度検出器、２３…冷媒導入配管、２４…冷媒導出配
管、２５…超音波発信素子、２６…超音波受信素子、２
７…制御回路、２８ａ，２８ｂ…信号線、３０…サブク
ーラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 眞一朗 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (72)発明者 中村 憲一 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (56)参考文献 特開 平８−122128（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−219603（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−39971（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−126568（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−186170（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−145489（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101941（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−158958（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−90866（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−26156（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 49/02 520 F25B 49/02 530 F25B 1/00 385 F25B 1/00 321

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、室外熱交換器、受液器、減圧装置
   を有する室外機と、室内熱交換器、減圧装置を有する室
   内機と、前記室外機と前記室内機とが配管で接続され冷
   媒が封入された冷凍サイクルとを備えた空気調和機の冷
   媒量判定方法において、 前記受液器の冷媒流出側に前記冷媒の流動状態が判定さ
   れる流動状態監視手段を設け、冷媒封入量を判定すると
   きは室内機を冷房運転し、 前記流動状態監視手段により気液二相状態であると検知
   された場合は前記冷凍サイクル内に封入されている冷媒
   量は過少と判定し、 前記流動状態監視手段により液単相状態であると検知さ
   れた場合は室外機に設けられた減圧装置の開度を第１の
   値に設定し、 その後、前記流動状態監視手段により気液二相状態であ
   ると検知された場合は前記冷凍サイクル内に封入されて
   いる冷媒量は適正と判定し、 液単相状態であると検知された場合は前記冷凍サイクル
   内に封入されている冷媒量は過多と判定することを特徴
   とする冷媒封入量判定方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、冷媒量の
   判定に要する時間を定め、この値により前記第１の値が
   決定されることを特徴とする冷媒封入量判定方法。