JP4197020B2 - 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

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（以下、フロンとする）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。車載用空気調和装置の分野では、特許文献１に示されるような二酸化炭素を冷媒として用いるもの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、家庭用の空気調和装置や業務用の空気調和装置の分野においては、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、その冷媒回路に冷媒としての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、冷媒回路に冷媒としての二酸化炭素を充填する作業の効率化という課題が生じてくると考えられる。

また、フロンを冷媒とする現在の業務用空気調和装置などでは、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。空気調和装置の室外ユニットに予め所定量の冷媒が封入されている場合にも、現地において施工された冷媒連絡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。現地における冷媒充填作業では、真空ポンプ等を用いて配管内の空間を真空状態にした後、ボンベから冷媒回路内に冷媒を送り込む手法が採られる。

しかし、この現地における冷媒充填作業について、冷媒として二酸化炭素を用いる場合においても、従来のフロンの場合と同様の作業手順を用いると、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という不具合が生じる。

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ことができる冷媒充填方法を提供することにある。

第１の発明にかかる冷媒充填方法は、利用ユニット及び熱源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据え付け、利用ユニットと熱源ユニットとを冷媒連絡管を介して接続した後に、冷凍装置に対して冷媒の充填を行う際の冷媒充填方法であって、第１冷媒充填ステップと、第２冷媒充填ステップとを備えている。第１冷媒充填ステップは、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、冷媒連絡管を含む冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱した後に、冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで、ガス状態の冷媒を充填するステップである。第２冷媒充填ステップは、冷媒充填対象部分に対して、第１冷媒充填ステップの後から冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、液状態の冷媒を充填するステップである。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、冷媒として二酸化炭素を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニット等の冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用空気調和装置等の冷凍装置の据付現場において、二酸化炭素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、冷媒として二酸化炭素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管が施工され、その後に冷媒充填作業が行われることが多い業務用空気調和装置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、冷媒としての二酸化炭素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、その冷媒充填対象部分へ冷媒を充填する際に、冷媒を供給するボンベ等の冷媒封入容器内の温度及び圧力が臨界温度及び臨界圧力を超える状態であると、冷媒封入容器内の二酸化炭素が超臨界状態となる。そして、その冷媒封入容器から略真空状態となっている冷媒充填対象部分へと冷媒を供給し始めると、冷媒の比エンタルピが比較的小さい場合においては、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）に相変化してしまうことがある。冷媒が冷媒充填対象部分において固体状態に相変化すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象部分を構成する弁や管内における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（固体状態の冷媒が融解あるいは昇華するまでの時間）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の発明に係る冷媒充填方法では、まず、第１冷媒充填ステップにおいて、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、冷媒連絡管を含む冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱した後に、冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで充填し、その後、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、ガス状態の冷媒に比べて密度の大きい液状態の冷媒を充填するようにしている。この方法によれば、充填初期において、冷媒充填対象部分の圧力が二酸化炭素の三重点圧力（０．５２ＭＰａ）よりも低い場合であっても、冷媒の固体状態への相変化が生じないようにすることができ、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができるとともに、その後の第２冷媒充填ステップにおいては、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を回避しながら、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるため、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、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が長くなったりする不具合を抑えることができる。

第２の発明にかかる冷媒充填方法は、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、第１冷媒充填ステップと、第２冷媒充填ステップとを備えている。第１冷媒充填ステップは、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、冷凍装置の冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱した後に、冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に達するまで、ガス状態の冷媒を充填するステップである。第２冷媒充填ステップは、冷媒充填対象部分に対して、第１冷媒充填ステップの後から冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の冷媒量になるまで、液状態の冷媒を充填するステップである。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、冷媒として二酸化炭素を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニット等の冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用空気調和装置等の冷凍装置の据付現場において、二酸化炭素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、冷媒として二酸化炭素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。また、現在のところ、冷媒として二酸化炭素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管が施工され、その後に冷媒充填作業が行われることが多い業務用空気調和装置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、冷媒としての二酸化炭素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、その冷媒充填対象部分へ冷媒を充填する際に、冷媒を供給するボンベ等の冷媒封入容器内の温度及び圧力が臨界温度及び臨界圧力を超える状態であると、冷媒封入容器内の二酸化炭素が超臨界状態となる。そして、その冷媒封入容器から略真空状態となっている冷媒充填対象部分へと冷媒を供給し始めると、冷媒の比エンタルピが比較的小さい場合においては、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）に相変化してしまうことがある。冷媒が冷媒充填対象部分において固体状態に相変化すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象部分を構成する弁や管内における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（固体状態の冷媒が融解あるいは昇華するまでの時間）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の発明に係る冷媒充填方法では、まず、第１冷媒充填ステップにおいて、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、冷凍装置の冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱した後に、冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで充填し、その後、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、ガス状態の冷媒に比べて密度の大きい液状態の冷媒を充填するようにしている。この方法によれば、充填初期においては、冷媒充填対象部分の圧力が二酸化炭素の三重点圧力（０．５２ＭＰａ）よりも低い場合であっても、冷媒の固体状態への相変化が生じないようにすることができ、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができるとともに、その後の第２冷媒充填ステップにおいては、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を回避しながら、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるため、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、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が長くなったりする不具合を抑えることができる。

第３の発明にかかる冷媒充填方法は、利用ユニット及び熱源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据え付け、利用ユニットと熱源ユニットとを冷媒連絡管を介して接続した後に、冷凍装置に対して冷媒の充填を行う際の冷媒充填方法であって、第１冷媒充填ステップと、第２冷媒充填ステップとを備えている。第１冷媒充填ステップは、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、二酸化炭素のモリエル線図上において、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、及び、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの第５点を結ぶ線よりも高い比エンタルピの領域に存在するように加熱した後に、冷媒連絡管を含む冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで、ガス状態の冷媒を充填するステップである。第２冷媒充填ステップは、冷媒充填対象部分に対して、第１冷媒充填ステップの後から冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、液状態の冷媒を充填するステップである。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、冷媒として二酸化炭素を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニット等の冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用空気調和装置等の冷凍装置の据付現場において、二酸化炭素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、冷媒として二酸化炭素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管が施工され、その後に冷媒充填作業が行われることが多い業務用空気調和装置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、冷媒としての二酸化炭素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、その冷媒充填対象部分へ冷媒を充填する際に、冷媒を供給するボンベ等の冷媒封入容器内の温度及び圧力が臨界温度及び臨界圧力を超える状態であると、冷媒封入容器内の二酸化炭素が超臨界状態となる。そして、その冷媒封入容器から略真空状態となっている冷媒充填対象部分へと冷媒を供給し始めると、冷媒の比エンタルピが比較的小さい場合においては、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）に相変化してしまうことがある。冷媒が冷媒充填対象部分において固体状態に相変化すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象部分を構成する弁や管内における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（固体状態の冷媒が融解あるいは昇華するまでの時間）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３の発明に係る冷媒充填方法では、まず、第１冷媒充填ステップにおいて、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、二酸化炭素のモリエル線図上において、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、及び、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの第５点を結ぶ線よりも高い比エンタルピの領域に存在するように加熱した後に、冷媒連絡管を含む冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで充填し、その後、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、ガス状態の冷媒に比べて密度の大きい液状態の冷媒を充填するようにしている。この方法によれば、充填初期において、冷媒充填対象部分の圧力が二酸化炭素の三重点圧力（０．５２ＭＰａ）よりも低い場合であっても、冷媒の固体状態への相変化が生じないようにすることができ、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができるとともに、その後の第２冷媒充填ステップにおいては、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を回避しながら、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるため、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、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が長くなったりする不具合を抑えることができる。

第４の発明にかかる冷媒充填方法は、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、第１冷媒充填ステップと、第２冷媒充填ステップとを備えている。第１冷媒充填ステップは、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、二酸化炭素のモリエル線図上において、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、及び、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの第５点を結ぶ線よりも高い比エンタルピの領域に存在するように加熱した後に、冷凍装置の冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に達するまで、ガス状態の冷媒を充填するステップである。第２冷媒充填ステップは、冷媒充填対象部分に対して、第１冷媒充填ステップの後から冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の冷媒量になるまで、液状態の冷媒を充填するステップである。

現在、メーカーの製造工場などの製造現場では、冷媒として二酸化炭素を採用する冷凍サイクルを有する給湯機ユニット等の冷凍装置への冷媒充填作業が行われているが、業務用空気調和装置等の冷凍装置の据付現場において、二酸化炭素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、冷媒として二酸化炭素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。また、現在のところ、冷媒として二酸化炭素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管が施工され、その後に冷媒充填作業が行われることが多い業務用空気調和装置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、冷媒としての二酸化炭素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、その冷媒充填対象部分へ冷媒を充填する際に、冷媒を供給するボンベ等の冷媒封入容器内の温度及び圧力が臨界温度及び臨界圧力を超える状態であると、冷媒封入容器内の二酸化炭素が超臨界状態となる。そして、その冷媒封入容器から略真空状態となっている冷媒充填対象部分へと冷媒を供給し始めると、冷媒の比エンタルピが比較的小さい場合においては、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）に相変化してしまうことがある。冷媒が冷媒充填対象部分において固体状態に相変化すると、その固体となった冷媒によって冷媒充填対象部分を構成する弁や管内における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（固体状態の冷媒が融解あるいは昇華するまでの時間）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の発明に係る冷媒充填方法では、まず、第１冷媒充填ステップにおいて、冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、二酸化炭素のモリエル線図上において、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、及び、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの第５点を結ぶ線よりも高い比エンタルピの領域に存在するように加熱した後に、冷凍装置の冷媒充填対象部分に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで充填し、その後、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、ガス状態の冷媒に比べて密度の大きい液状態の冷媒を充填するようにしている。この方法によれば、充填初期においては、冷媒充填対象部分の圧力が二酸化炭素の三重点圧力（０．５２ＭＰａ）よりも低い場合であっても、冷媒の固体状態への相変化が生じないようにすることができ、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができるとともに、その後の第２冷媒充填ステップにおいては、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を回避しながら、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるため、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、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が長くなったりする不具合を抑えることができる。

第５の発明にかかる冷媒充填方法は、第１〜第４の発明のいずれかにかかる冷媒充填方法において、所定の圧力は、０．５２ＭＰａである。

この冷媒充填方法では、冷媒充填対象部分の圧力が、二酸化炭素の三重点温度（−５６．５６℃）に相当する０．５２ＭＰａまで達した後に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップに移行するようにしているため、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができる。

第６の発明にかかる冷媒充填方法は、第１〜第４の発明のいずれかにかかる冷媒充填方法において、所定の圧力は、１ＭＰａ以上１．４ＭＰａ以下の範囲である。

この冷媒充填方法では、冷媒充填対象部分の圧力が、冷凍装置の冷媒回路を構成する使用部品のうち冷媒充填対象部分及びその近傍部分を構成する弁等の使用部品の最低使用温度（−４０℃から−３０℃の範囲）に相当する１ＭＰａ以上１．４ＭＰａ以下の範囲まで達した後に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップに移行するようにしているため、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することに加えて、冷媒回路の使用部品の保護を図ることができる。

第７の発明にかかる冷媒充填方法は、第１〜第４の発明のいずれかにかかる冷媒充填方法において、所定の圧力は、３．４９ＭＰａである。

この冷媒充填方法では、冷媒充填対象部分の圧力が水の融点（０℃）に相当する３．４９ＭＰａまで達した後に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップに移行するようにしているため、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することに加えて、弁や管外表面等における着氷や多量の結露の発生を抑えることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１〜第４の発明では、充填初期において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができるとともに、その後の第２冷媒充填ステップにおいては、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を回避しながら、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるため、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、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が長くなったりする不具合を抑えることができる。

第５の発明では、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができる。

第６の発明では、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することに加えて、冷媒回路の使用部品の保護を図ることができる。

第７の発明では、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することに加えて、弁や管外表面等における着氷や多量の結露の発生を抑えることができる。

以下、図面に基づいて、本発明にかかる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の実施形態について説明する。

（１）空気調和装置の構成
図１は、冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍装置の一例としての空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、１台の熱源ユニット２と、複数台（ここでは、２台）の利用ユニット４、５と、熱源ユニット２と利用ユニット４、５とを接続する冷媒連絡管としての第１冷媒連絡管６及び第２冷媒連絡管７とを備えている。すなわち、空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、熱源ユニット２と、利用ユニット４、５と、冷媒連絡管６、７とが接続されることによって構成されたセパレート型の空気調和装置である。そして、冷媒回路１０内には、二酸化炭素が冷媒として封入されており、後述のように、圧縮され、冷却され、減圧され、蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。

＜利用ユニット＞
利用ユニット４、５は、室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されたり、天井裏空間や壁裏空間等に設置されるとともにダクト等を介して室内空間に接続されている。利用ユニット４、５は、冷媒連絡管６、７を介して熱源ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、利用ユニット４、５の構成について説明する。尚、利用ユニット４と利用ユニット５とは同様の構成であるため、ここでは、利用ユニット４の構成のみ説明し、利用ユニット５の構成については、それぞれ、利用ユニット４の各部を示す４０番台の符号の代わりに５０番台の符号を付して、各部の説明を省略する。

利用ユニット４は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する利用側冷媒回路１０ａ（利用ユニット５では、利用側冷媒回路１０ｂ）を有している。この利用側冷媒回路１０ａは、主として、利用側膨張機構４１と、利用側熱交換器４２とを有している。

利用側膨張機構４１は、冷媒を減圧するための機構であり、ここでは、利用側冷媒回路１０ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、利用側熱交換器４２の一端に接続された電動膨張弁である。利用側膨張機構４１は、その一端が利用側熱交換器４２に接続され、その他端が第１冷媒連絡管６に接続されている。

利用側熱交換器４２は、冷媒の加熱器又は冷却器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器４２は、その一端が利用側膨張機構４１に接続され、その他端が第２冷媒連絡管７に接続されている。

利用ユニット４は、ここでは、ユニット内に室内空気を吸入して、再び室内に供給するための利用側ファン４３を備えており、室内空気と利用側熱交換器４２を流れる冷媒とを熱交換させることが可能である。利用側ファン４３は、ファンモータ４３ａによって回転駆動されるようになっている。

＜熱源ユニット＞
熱源ユニット２は、室外に設置されており、冷媒連絡管６、７を介して利用ユニット４、５に接続されており、利用ユニット４、５の間で冷媒回路１０を構成している。

次に、熱源ユニット２の構成について説明する。熱源ユニット２は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する熱源側冷媒回路１０ｃを有している。この熱源側冷媒回路１０ｃは、主として、圧縮機２１と、切換機構２２と、熱源側熱交換器２３と、熱源側膨張機構２４と、第１閉鎖弁２６と、第２閉鎖弁２７とを有している。

圧縮機２１は、ここでは、圧縮機駆動モータ２１ａによって駆動される密閉式圧縮機である。尚、圧縮機２１は、ここでは、１台のみであるが、これに限定されず、利用ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。また、熱源側冷媒回路１０ｃには、圧縮機２１の吸入側にアキュムレータ２８が設けられている。アキュムレータ２８は、切換機構２２と圧縮機２１との間に接続されており、利用ユニット４、５の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。

切換機構２２は、冷媒回路１０内における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構であり、冷房運転時には、熱源側熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の冷却器として、かつ、利用側熱交換器４２、５２を熱源側熱交換器２３において冷却された冷媒の加熱器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側と熱源側熱交換器２３の一端とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と第２閉鎖弁２７とを接続し（図１の切換機構２２の実線を参照）、暖房運転時には、利用側熱交換器４２、５２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の冷却器として、かつ、熱源側熱交換器２３を利用側熱交換器４２、５２において冷却された冷媒の加熱器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側と第２閉鎖弁２７とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と熱源側熱交換器２３の一端とを接続することが可能である（図１の切換機構２２の破線を参照）。切換機構２２は、圧縮機２１の吸入側、圧縮機２１の吐出側、熱源側熱交換器２３及び第２閉鎖弁２７に接続された四路切換弁である。尚、切換機構２２は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上述と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。

熱源側熱交換器２３は、冷媒の冷却器又は加熱器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器２３は、その一端が切換機構２２に接続されており、その他端が熱源側膨張機構２４に接続されている。

熱源ユニット２は、ユニット内に室外空気を吸入して、再び室外に排出するための熱源側ファン２９を有している。この熱源側ファン２９は、室外空気と熱源側熱交換器２３を流れる冷媒とを熱交換させることが可能である。熱源側ファン２９は、ファンモータ２９ａによって回転駆動されるようになっている。尚、熱源側熱交換器２３の熱源としては、室外空気に限定されるものではなく、水等の別の熱媒体であってもよい。

熱源側膨張機構２４は、冷媒を減圧するための機構であり、ここでは、熱源側冷媒回路１０ｃ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、熱源側熱交換器２３の他端に接続された電動膨張弁である。熱源側膨張機構２４は、その一端が熱源側熱交換器２３に接続され、その他端が第１閉鎖弁２６に接続されている。また、熱源側冷媒回路１０ｃには、熱源側膨張機構２４をバイパスするように逆止機構２５が設けられている。逆止機構２５は、一方向に向かう冷媒の流れを許容し、かつ、逆方向に向かう冷媒の流れを遮断する機構であり、ここでは、熱源側熱交換器２３から第１閉鎖弁２６に向かう冷媒の流れを許容するが、第１閉鎖弁２６から熱源側熱交換器２３に向かう冷媒の流れを遮断するように設けられた逆止弁である。

第１閉鎖弁２６は、熱源ユニット２と利用ユニット４、５との間で冷媒をやりとりするための第１冷媒連絡管６が接続される弁であり、熱源側膨張機構２４に接続されている。第２閉鎖弁２７は、熱源ユニット２と利用ユニット４、５との間で冷媒をやりとりするための第２冷媒連絡管７が接続される弁であり、切換機構２２に接続されている。ここで、第１及び第２閉鎖弁２６、２７は、冷媒回路１０の外部と連通可能なサービスポートを備えた３方弁である。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管６、７は、空気調和装置１を設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管である。これらの冷媒連絡管６、７は、利用ユニットと熱源ユニットとの組み合わせ等によって決まる装置容量の条件や設置場所の条件等に応じて種々の管径や長さを有するものが使用される。

以上のように、利用側冷媒回路１０ａ、１０ｂと、熱源側冷媒回路１０ｃと、冷媒連絡管６、７とが接続されて、冷媒回路１０が構成されている。

（２）空気調和装置の動作
次に、空気調和装置１の動作について説明する。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構２２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が熱源側熱交換器２３に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が第２閉鎖弁２７に接続された状態となっている。熱源側膨張機構２４は全閉状態にされている。閉鎖弁２６、２７は、開状態にされている。各利用側膨張機構４１、５１は、利用側熱交換器４２、５２の負荷に応じて開度調節されるようになっている。

この冷媒回路１０の状態において、圧縮機２１、熱源側ファン２９及び利用側ファン４３、５３を起動すると、低圧の冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧の冷媒となる。その後、高圧の冷媒は、切換機構２２を経由して熱源側熱交換器２３に送られて、熱源側ファン２９によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却される。そして、熱源側熱交換器２３において冷却された高圧の冷媒は、逆止機構３０、第１閉鎖弁２６及び第１冷媒連絡管６を経由して、利用ユニット４、５に送られる。この利用ユニット４、５に送られた高圧の冷媒は、各利用側膨張機構４１、５１によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって各利用側熱交換器４２、５２に送られ、各利用側熱交換器４２、５２において室内空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発して低圧の冷媒となる。

この利用側熱交換器４２、５２において加熱された低圧の冷媒は、第２冷媒連絡管７を経由して熱源ユニット２に送られ、第２閉鎖弁２７及び切換機構２２を経由して、アキュムレータ２８に流入する。そして、アキュムレータ２８に流入した低圧の冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構２２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が第２閉鎖弁２７に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が熱源側熱交換器２３に接続された状態となっている。熱源側膨張機構２４は、冷媒を熱源側熱交換器２３において蒸発させることが可能な圧力まで減圧するために開度調節されるようになっている。また、第１閉鎖弁２６及び第２閉鎖弁２７は、開状態にされている。利用側膨張機構４１、５１は、利用側熱交換器４２、５２の負荷に応じて開度調節されるようになっている。

この冷媒回路１０の状態において、圧縮機２１、熱源側ファン２９及び利用側ファン４３、５３を起動すると、低圧の冷媒は、圧縮機２１に吸入されて臨界圧力を超える圧力まで圧縮されて高圧の冷媒となる。この高圧の冷媒は、切換機構２２、第２閉鎖弁２７及び第２冷媒連絡管７を経由して、利用ユニット４、５に送られる。

そして、利用ユニット４、５に送られた高圧の冷媒は、利用側熱交換器４２、５２において、室内空気と熱交換を行って冷却された後、各利用側膨張機構４１、５１を通過する際に、各利用側膨張機構４１、５１の開度に応じて減圧される。

この利用側膨張機構４１、５１を通過した冷媒は、第１冷媒連絡管６を経由して熱源ユニット２に送られ、第１閉鎖弁２６、熱源側膨張機構２４を経由してさらに減圧された後に、熱源側熱交換器２３に流入する。そして、熱源側熱交換器２３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側ファン２９によって供給される室外空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発して低圧の冷媒となり、切換機構２２を経由してアキュムレータ２４に流入する。そして、アキュムレータ２４に流入した低圧の冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。

（３）第１実施形態にかかる冷媒充填方法
空気調和装置１の現地施工は、熱源ユニット２及び利用ユニット４、５が現地に据え付けられ、配管施工によって、熱源ユニット２及び利用ユニット４、５が冷媒連絡管６、７を介して接続されることで冷媒回路１０が形成された後に（ここでは、閉鎖弁２６、２７は閉状態である）、以下の冷媒充填作業が行われる。

本実施形態にかかる冷媒充填方法では、まず、利用ユニット４、５の利用側冷媒回路１０ａ、１０ｂ及び冷媒連絡管６、７の内部（以下、冷媒充填対象部分とする）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２に示されるように、熱源ユニット２の第２閉鎖弁２７のサービスポートに、冷媒（二酸化炭素）が封入された冷媒封入容器としてのボンベ８を、冷媒充填ユニット９を介して接続する。ここで、図２は、本発明の第１実施形態にかかる冷媒充填方法に使用されるボンベ８及び冷媒充填ユニット９が接続された状態の空気調和装置１の概略構成図である。尚、ボンベ８の冷媒充填対象部分への接続位置は、第２閉鎖弁２７のサービスポートに限定されず、第１閉鎖弁２６のサービスポートでもよいし、閉鎖弁２６、２７付近に別途チャージポートが設けられている場合には、このようなチャージポートに接続してもよい。

ここで、冷媒充填ユニット９は、冷媒充填対象部分に対して、ボンベ８から冷媒を充填する際に、冷媒の気液分離を行い、気液分離されたガス冷媒を充填したり、気液分離された液冷媒を充填することができるようにするためのユニットであり、主として、入口管９１と、気液分離器９２と、ガス出口管９３と、液出口管９４と、合流管９５とを有している。

入口管９１は、ボンベ８内の冷媒を気液分離器９２に送る流路を構成しており、その一端がボンベ８に接続されており、他端が気液分離器９２に接続されている。そして、入口管９１には、ボンベ８から気液分離器９２への冷媒の流れを開閉する入口弁９１ａが設けられている。

気液分離器９２は、入口管９１を通じて流入する冷媒の気液分離を行うための機器であり、ここでは、その上部に気液分離されたガス冷媒が溜まり、下部に気液分離された液冷媒が溜まる構造を有している。

ガス出口管９３は、気液分離器９２において分離されたガス冷媒を流出させる流路を構成しており、その一端が気液分離器９２の気液分離されたガス冷媒が溜まる部分に接続されており、他端が合流管９５に接続されている。そして、ガス出口管９３には、気液分離器９２から合流管９５へのガス冷媒の流れを開閉するガス出口弁９３ａと、ガス出口管９３内を流れるガス冷媒を加熱する加熱器９３ｂとが設けられている。

液出口管９４は、気液分離器９２において分離された液冷媒を流出させる流路を構成しており、その一端が気液分離器９２の気液分離された液冷媒が溜まる部分に接続されており、他端が合流管９５に接続されている。そして、液出口管９４には、気液分離器９２から合流管９５への液冷媒の流れを開閉する液出口弁９４ａが設けられている。

合流管９５は、その一端がガス出口管９３の他端及び液出口管９４の他端に接続されており、他端が第２閉鎖弁２７のサービスポート、すなわち、空気調和装置１の冷媒充填対象部分に接続されている。そして、合流管９５には、圧力計９５ａが設けられており、冷媒充填対象部分の圧力に相当する冷媒の圧力を計測できるようになっている。

また、ボンベ８は、重量計９６に載置されており、冷媒充填対象部分に充填される冷媒量を計測できるようになっている。

このような冷媒充填の構成において、まず、第１冷媒充填ステップとして、入口弁９１ａ及びガス出口弁９３ａを開状態にし、液出口弁９４ａを閉状態にし、加熱器９３ｂを稼働させた状態にする。すると、ボンベ８から出た冷媒は、入口管９１を通じて減圧されながら気液分離器９２に流入し、ガス冷媒と液冷媒とに気液分離された後、液冷媒は気液分離器９２内に溜まり、ガス冷媒は、加熱器９３ｂによって、冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱された後に、ガス出口管９３及び合流管９５を通じて冷媒充填対象部分の圧力まで減圧されながら冷媒充填対象部分に流入することになる。具体的には、冷媒充填対象部分に入るときの冷媒の温度及び圧力が、図３に示される５つの点Ｐ１〜Ｐ５を結ぶ線よりも高くなる領域に存在するように、加熱器９３ｂを稼働させる。ここで、点Ｐ１は、温度が０℃で圧力が３．４９ＭＰａの点であり、点Ｐ２は、温度が１０℃で圧力が４．２４ＭＰａの点であり、点Ｐ３は、温度が２０℃で圧力が５．０７ＭＰａの点であり、点Ｐ４は、温度が３０℃で圧力が６．００ＭＰａの点であり、点Ｐ５は、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの点である。ここで、図３は、二酸化炭素のモリエル線図（出典：Fundamentals: 2005 Ashrae Handbook: Si Edition）である。

このような第１冷媒充填ステップによると、充填初期において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を回避することができるようになる。

すなわち、図３に示されるように、二酸化炭素の臨界点ＣＰ（臨界温度：約３１℃、臨界圧力：約７．３ＭＰａ）における温度及び圧力よりも高い冷媒としての二酸化炭素は、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４における圧力が０．５２ＭＰａ以下で比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ未満の領域に相変化して、固体状態に変化してしまう。例えば、ボンベ８内の冷媒の温度が４０℃でかつ圧力が１２ＭＰａの超臨界状態（図３の点Ｑ１参照）である場合において、冷媒充填ユニット９を介することなく、直接に冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填行うと、充填初期には、冷媒充填対象部分の圧力が二酸化炭素の三重点圧力である０．５２ＭＰａよりも低いことから、点Ｑ１の状態から二酸化炭素の三重点（三重点温度：−５６．５６℃、三重点圧力：０．５２ＭＰａ）よりも温度及び圧力が低い点Ｑ２の状態に相変化して、固体状態に変化することになる。これを防ぐために、ここでは、ボンベ８を出て減圧された後（例えば、冷媒が約６ＭＰａまで減圧される場合を想定する、図３の点Ｑ３参照）に、気液分離器９２おいて気液分離されたガス冷媒（図３の点Ｑ４参照）を加熱器９３ｂによって加熱して、冷媒充填対象部分に入る時のガス冷媒の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるようにしている（図３の点Ｑ５参照）。これにより、充填初期において、冷媒充填対象部分に入るときにどんなに急激に圧力が低下しても、冷媒が固体状態に変わることはなくなる。図３に示されるように、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。

そして、第１冷媒充填ステップを継続すると、冷媒充填対象部分が昇圧されて、圧力計９５ａによって計測される圧力が所定の圧力としての０．５２ＭＰａに達する。ここで、所定の圧力としての０．５２ＭＰａとは、二酸化炭素の三重点温度（−５６．５６℃）に相当する三重点圧力であり、冷媒充填対象部分の圧力がこの圧力以上になるまで、冷媒充填対象部分に冷媒を充填すれば、図３に示されるように、その後は、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができるからである。

そして、上述のように、圧力計９５ａによって計測される圧力が０．５２ＭＰａに達したら、第１冷媒充填ステップを終了し、第２冷媒充填ステップに移行する。第２冷媒充填ステップでは、液出口弁９４ａを開状態にし、ガス出口弁９３ａを閉状態にする。すると、ボンベ８から出た冷媒は、入口管９１を通じて減圧されながら気液分離器９２に流入し、ガス冷媒と液冷媒とに気液分離された後、ガス冷媒は気液分離器９２内に溜まり、液冷媒は、液出口管９４及び合流管９５を通じて冷媒充填対象部分の圧力まで減圧されながら冷媒充填対象部分に流入することになる。

このような第２冷媒充填ステップによると、冷媒充填対象部分に対して、液状態の冷媒（図３の点Ｑ６参照）を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるようになる。

そして、第２冷媒充填ステップを継続すると、第１及び第２冷媒充填ステップを通じて冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量に達する。ここでは、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量は、重量計９６によって計測されたボンベ８の重量変化の値から得られる。

以上のように、第１実施形態に係る冷媒充填方法では、まず、第１冷媒充填ステップにおいて、冷媒連絡管６、７を含む冷媒充填対象部分（ここでは、真空引きされた利用ユニット４、５の利用側冷媒回路１０ａ、１０ｂ及び冷媒連絡管６、７）に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで、比エンタルピが比較的大きいガス状態の冷媒を充填し、その後、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、ガス状態の冷媒に比べて密度の大きい液状態の冷媒を充填するようにしている。この方法によれば、充填初期において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を回避することができるとともに、その後の第２冷媒充填ステップにおいては、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を回避しながら、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるため、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、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が長くなったりする不具合を抑えることができる。

そして、この冷媒充填方法では、冷媒充填対象部分の圧力が、二酸化炭素の三重点温度（−５６．５６℃）に相当する０．５２ＭＰａまで達した後に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップに移行するようにしているため、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができる。

しかも、この冷媒充填方法では、充填初期の第１冷媒充填ステップにおいて、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を回避できるようにするために、冷媒が封入された冷媒封入容器としてのボンベ８からガス状態の冷媒を、冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱することで、冷媒充填対象部分の圧力が二酸化炭素の三重点圧力（０．５２ＭＰａ）よりも低い場合であっても、冷媒の固体状態への相変化が生じないようにして、冷媒充填対象部分に送るようにしている。これにより、充填初期において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができる。

尚、この冷媒充填方法では、冷媒充填対象部分に入るときの冷媒の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるようにするために、ガス出口管９３に加熱器９３ｂを設けているが、加熱器９３ｂを設ける代わりにガス出口管９３の長さを長くし、ガス出口管９３に断熱材等を巻かず、その配管の周囲の空気による伝熱を利用することで、ガス出口管９３内を流れる冷媒を加熱するという構成を採用することも可能である。

（４）第１実施形態の変形例１
上述の冷媒充填方法では、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することを考慮して、冷媒充填対象部分の圧力が、二酸化炭素の三重点温度（−５６．５６℃）に相当する０．５２ＭＰａまで達した後に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップに移行するようにしているが、この考慮に加えて、空気調和装置１の冷媒回路１０を構成する使用部品のうち冷媒充填対象部分及びその近傍部分を構成する弁等の使用部品の保護を図るために、冷媒回路１０を構成する使用部品の最低使用温度を考慮するようにしてもよい。ここで、空気調和装置１の冷媒回路１０を構成する使用部品のうち冷媒充填対象部分及びその近傍部分を構成する弁等の使用部品としては、利用側膨張機構４１、５１や閉鎖弁２６、２７等があり、これらの最低使用温度は−４０℃から−３０℃の範囲のものが使用されるため、所定の圧力としては、この温度範囲に相当する１ＭＰａ以上１．４ＭＰａ以下の範囲に設定することが望ましい。これにより、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することに加えて、冷媒回路１０の使用部品の保護を図ることができる。

また、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することや冷媒回路１０の使用部品の保護に加えて、弁や管外表面（ここでは、第２閉鎖弁２７やその近傍の冷媒管）等における着氷や多量の結露の発生を抑えるために、水の融点を考慮するようにしてもよい。ここで、水の融点は０℃であるため、所定の圧力としては、水の融点に相当する３．４９ＭＰａまで達した後に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップに移行するようにしてもよい。これにより、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することや冷媒回路１０の使用部品の保護に加えて、弁や管外表面等における着氷や多量の結露の発生を抑えることができる。

（５）第１実施形態の変形例２
上述の実施形態及び変形例１の冷媒充填方法において、ガス出口弁９３ａ及び液出口弁９４ａとして電動弁や電磁弁等のような自動制御に使用可能な弁を採用するとともに、圧力計９５ａとして圧力センサや圧力スイッチ等のような自動制御に使用可能なものを採用することで、第１冷媒充填ステップにおいて、圧力計９５ａが計測した圧力値が所定の圧力に達したら、自動的に、液出口弁９４ａを開状態にする制御と、ガス出口弁９３ａを閉状態にする制御とを行って、第２冷媒充填ステップに自動的に移行するようにしてもよい。

また、重量計９６として冷媒充填対象部分に充填される冷媒の所定の量を設定することが可能なものを採用し、入口弁９１ａとして電動弁や電磁弁等のような自動制御に使用可能な弁を採用することで、第２冷媒充填ステップにおいて、重量計９６が計測した冷媒量が所定の量に達したら、入口弁９１ａを閉状態にする制御を行って、冷媒充填作業を自動的に終了するようにしてもよい。

尚、重量計９６として冷媒充填対象部分に充填される冷媒の所定の量を設定する代わりに、冷媒充填ユニット９の構成部品を制御する制御部に所定の量を設定するとともに、重量計９６によって計測されたボンベ８の重量変化の値に相当する冷媒量の値が、この所定の量に達したかどうかを判定するようにしてもよい。

また、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量を計測するものとして、重量計９６の代わりに、積算流量計等の冷媒流量を計測できるものを入口管９１や合流管９５に設けて、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量を計測するようにしてもよい。

（６）第２実施形態にかかる冷媒充填方法
空気調和装置１の現地施工は、熱源ユニット２及び利用ユニット４、５が現地に据え付けられ、配管施工によって、熱源ユニット２及び利用ユニット４、５が冷媒連絡管６、７を介して接続されることで冷媒回路１０が形成された後に（ここでは、閉鎖弁２６、２７は閉状態である）、以下の冷媒充填作業が行われる。

本実施形態にかかる冷媒充填方法では、まず、利用ユニット４、５の利用側冷媒回路１０ａ、１０ｂ及び冷媒連絡管６、７の内部（以下、冷媒充填対象部分とする）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４に示されるように、熱源ユニット２の第２閉鎖弁２７のサービスポートに、冷媒（二酸化炭素）が封入された冷媒封入容器としてのボンベ８を、冷媒充填ユニット１０９を介して接続する。ここで、図４は、本発明の第２実施形態にかかる冷媒充填方法に使用されるボンベ８及び冷媒充填ユニット１０９が接続された状態の空気調和装置１の概略構成図である。尚、ボンベ８の冷媒充填対象部分への接続位置は、第２閉鎖弁２７のサービスポートに限定されず、第１閉鎖弁２６のサービスポートでもよいし、閉鎖弁２６、２７付近に別途チャージポートが設けられている場合には、このようなチャージポートに接続してもよい。

ここで、冷媒充填ユニット１０９は、冷媒充填対象部分に対して、ボンベ８から冷媒を充填する際に、冷媒の気液分離を行い、気液分離されたガス冷媒を充填したり、気液分離された液冷媒を充填することができるようにするためのユニットであり、主として、入口管９１と、気液分離器９２と、ガス出口管１９３と、気液分離器９２において分離された液冷媒を流出させる液出口管９４と、ガス出口管９３を流れる冷媒と液出口管９４を流れる冷媒とが合流して第２閉鎖弁２７のサービスポートに接続される合流管９５とを有している。尚、冷媒充填ユニット１０９は、ガス出口管１９３に加熱器９３ｂが設けられていない点を除いては、第１実施形態の冷媒充填ユニット９と同様の構成であるため、入口管９１、気液分離器９２、ガス出口管１９３、気液分離器９２、液出口管９４、合流管９５の構成については、説明を省略する。

また、ボンベ８は、重量計９６に載置されており、冷媒充填対象部分に充填される冷媒量を計測できるようになっている。そして、ボンベ８の周囲には、冷却水等の冷却媒体が流れる冷却器９７が設けられている。

このような冷媒充填の構成において、まず、第１冷媒充填ステップとして、冷却器９７を稼動させてボンベ８を３１℃以下になるまで冷却する。そして、ボンベ８の温度が３１℃以下になったことを確認した後に、入口弁９１ａ及びガス出口弁９３ａを開状態にし、液出口弁９４ａを閉状態にする。すると、ボンベ８から出た冷媒は、入口管９１を通じて気液分離器９２に流入し、ガス冷媒と液冷媒とに気液分離された後、液冷媒は気液分離器９２内に溜まり、ガス冷媒は、ガス出口管９３及び合流管９５を通じて冷媒充填対象部分の圧力まで減圧されながら冷媒充填対象部分に流入することになる。

このような第１冷媒充填ステップによると、充填初期において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を回避することができるようになる。

すなわち、上述のように、二酸化炭素の臨界点ＣＰ（臨界温度：約３１℃、臨界圧力：約７．３ＭＰａ）における温度及び圧力よりも高い冷媒としての二酸化炭素は、急激な圧力低下が起きたときに、圧力が０．５２ＭＰａ以下になると固体状態に相変化してしまう。これを防ぐために、ここでは、冷却器９７を稼動させてボンベ８を３１℃以下になるまで冷却しているため、ボンベ８の中の冷媒は、超臨界状態ではない状態（すなわち、液状態やガス状態が存在しうる状態）にして、気液分離器９２において、ガス冷媒と液冷媒とに気液分離し、気液分離されたガス冷媒を冷媒充填対象部分に送るようにしている。これにより、充填初期において、冷媒充填対象部分に入るときに急激に圧力が低下しても、冷媒が固体状態に変わることは殆どなくなる。

そして、第１冷媒充填ステップを継続すると、冷媒充填対象部分が昇圧されて、圧力計９５ａによって計測される圧力が所定の圧力としての０．５２ＭＰａに達する。ここで、所定の圧力としての０．５２ＭＰａとは、二酸化炭素の三重点温度（−５６．５６℃）に相当する三重点圧力であり、冷媒充填対象部分の圧力がこの圧力以上になるまで、冷媒充填対象部分に冷媒を充填すれば、その後は、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができるからである。

そして、上述のように、圧力計９５ａによって計測される圧力が０．５２ＭＰａに達したら、第１冷媒充填ステップを終了し、第２冷媒充填ステップに移行する。第２冷媒充填ステップでは、液出口弁９４ａを開状態にし、ガス出口弁９３ａを閉状態にする。すると、ボンベ８から出た冷媒は、入口管９１を通じて減圧されながら気液分離器９２に流入し、ガス冷媒と液冷媒とに気液分離された後、ガス冷媒は気液分離器９２内に溜まり、液冷媒は、液出口管９４及び合流管９５を通じて冷媒充填対象部分の圧力まで減圧されながら冷媒充填対象部分に流入することになる。

このような第２冷媒充填ステップによると、冷媒充填対象部分に対して、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるようになる。

そして、第２冷媒充填ステップを継続すると、第１及び第２冷媒充填ステップを通じて冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量に達する。ここでは、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量は、重量計９６によって計測されたボンベ８の重量変化の値から得られる。

以上のように、第１実施形態に係る冷媒充填方法では、まず、第１冷媒充填ステップにおいて、冷媒連絡管６、７を含む冷媒充填対象部分（ここでは、真空引きされた利用ユニット４、５の利用側冷媒回路１０ａ、１０ｂ及び冷媒連絡管６、７）に対して、充填開始から冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで、比エンタルピが比較的大きいガス状態の冷媒を充填し、その後、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、ガス状態の冷媒に比べて密度の大きい液状態の冷媒を充填するようにしている。この方法によれば、充填初期において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を回避することができるとともに、その後の第２冷媒充填ステップにおいては、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を回避しながら、液状態の冷媒を充填することによって、冷媒充填の速度を高めることができるため、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、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が長くなったりする不具合を抑えることができる。

そして、この冷媒充填方法では、冷媒充填対象部分の圧力が、二酸化炭素の三重点温度（−５６．５６℃）に相当する０．５２ＭＰａまで達した後に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップに移行するようにしているため、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができる。

しかも、この冷媒充填方法では、充填初期の第１冷媒充填ステップにおいて、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を回避できるようにするために、冷媒が封入された冷媒封入容器としてのボンベ８を３１℃以下になるまで冷却し、ボンベ８の中の冷媒を超臨界状態ではない状態（すなわち、液状態やガス状態が存在しうる状態）にして、その上で冷媒封入容器からガス状態の冷媒を冷媒充填対象部分に送るようにすることで、冷媒充填対象部分の圧力が二酸化炭素の三重点圧力（０．５２ＭＰａ）よりも低い場合であっても、冷媒の固体状態への相変化が生じないようにしている。これにより、充填初期において、急激に圧力が下がることによる冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することができる。

尚、この冷媒充填方法では、ボンベ８を３１℃以下になるまで冷却するために、冷却器９７を設けているが、ボンベ８の周囲の気温が低いときには、自然にボンベ８の温度が３１℃以下になるまで待つという方法を採用することも可能である。

（７）第２実施形態の変形例
上述の第２実施形態にかかる冷媒充填方法においても、第１実施形態にかかる冷媒充填方法の変形例１と同様に、空気調和装置１の冷媒回路１０を構成する使用部品のうち冷媒充填対象部分及びその近傍部分を構成する弁等の使用部品の保護を図るために、所定の圧力として、冷媒回路１０を構成する使用部品の最低使用温度（−４０℃から−３０℃の範囲）に相当する１ＭＰａ以上１．４ＭＰａ以下の範囲に設定したり、弁や管外表面等における着氷や多量の結露の発生を抑えるために、所定の圧力として、水の融点（０℃）に相当する３．４９ＭＰａに設定してもよい。

これにより、第２実施形態にかかる冷媒充填方法においても、第２冷媒充填ステップにおいて、冷媒充填対象部分に対して、冷媒を充填する際の圧力の低下による冷媒の固体状態への相変化を確実に回避することに加えて、冷媒回路１０の使用部品の保護を図ることことができ、また、弁や管外表面等における着氷や多量の結露の発生を抑えることができる。

また、第１実施形態にかかる冷媒充填方法の変形例２と同様に、第１冷媒充填ステップから第２冷媒充填ステップへの移行を自動的に行うことが可能な構成にしてもよいし、冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量に達したかどうかの判定を自動的に行うことやその判定に基づいて冷媒充填作業を自動的に終了させることが可能な構成にしてもよい。

（８）他の実施形態
以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（Ａ）
上述の空気調和装置１では、メーカーの製造工場などで予め冷媒としての二酸化炭素が封入された熱源ユニット２を現地に搬入し、現地では利用ユニット４、５の利用側冷媒回路１０ａ、１０ｂ及び冷媒連絡管６、７に冷媒充填をしているが、熱源ユニット２の熱源側冷媒回路１０ｃを含めた全ての冷媒充填を現地で行うような場合にも、本発明にかかる冷媒充填方法を適用することが可能である。また、製造工場などにおける熱源ユニット２の熱源側冷媒回路１０ｃに対する冷媒充填においても、本発明にかかる冷媒充填方法を適用することが可能である。

（Ｂ）
また、上述の空気調和装置１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、本発明にかか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。

本発明を利用すれば、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ことができる。

冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍装置の一例としての空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態にかかる冷媒充填方法に使用されるボンベ及び冷媒充填ユニットが接続された状態の空気調和装置の概略構成図である。 二酸化炭素のモリエル線図（出典：Fundamentals: 2005 Ashrae Handbook: Si Edition）である。 本発明の第２実施形態にかかる冷媒充填方法に使用されるボンベ及び冷媒充填ユニットが接続された状態の空気調和装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 空気調和装置（冷凍装置）
２ 熱源ユニット
４、５ 利用ユニット
６ 第１冷媒連絡管（冷媒連絡管）
７ 第２冷媒連絡管（冷媒連絡管）
８ ボンベ（冷媒封入容器）

Claims (7)

1. 利用ユニット（４、５）及び熱源ユニット（２）を有し二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１）を据え付け、前記利用ユニットと前記熱源ユニットとを冷媒連絡管（６、７）を介して接続した後に、前記冷凍装置に対して冷媒の充填を行う際の冷媒充填方法であって、
   冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、前記冷媒連絡管を含む冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱した後に、前記冷媒充填対象部分に対して、充填開始から前記冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで、ガス状態の冷媒を充填する第１冷媒充填ステップと、
   前記冷媒充填対象部分に対して、前記第１冷媒充填ステップの後から前記冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、液状態の冷媒を充填する第２冷媒充填ステップと、
   を備えた冷媒充填方法。
2. 二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１）における冷媒充填方法であって、
   冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、前記冷凍装置の冷媒充填対象部分に入る時の比エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以上になるように加熱した後に、前記冷媒充填対象部分に対して、充填開始から前記冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に達するまで、ガス状態の冷媒を充填する第１冷媒充填ステップと、
   前記冷媒充填対象部分に対して、前記第１冷媒充填ステップの後から前記冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の冷媒量になるまで、液状態の冷媒を充填する第２冷媒充填ステップと、
   を備えた冷媒充填方法。
3. 利用ユニット（４、５）及び熱源ユニット（２）を有し二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１）を据え付け、前記利用ユニットと前記熱源ユニットとを冷媒連絡管（６、７）を介して接続した後に、前記冷凍装置に対して冷媒の充填を行う際の冷媒充填方法であって、
   冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、二酸化炭素のモリエル線図上において、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、及び、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの第５点を結ぶ線よりも高い比エンタルピの領域に存在するように加熱した後に、前記冷媒連絡管を含む冷媒充填対象部分に対して、充填開始から前記冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に上昇するまで、ガス状態の冷媒を充填する第１冷媒充填ステップと、
   前記冷媒充填対象部分に対して、前記第１冷媒充填ステップの後から前記冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の量になるまで、液状態の冷媒を充填する第２冷媒充填ステップと、
   を備えた冷媒充填方法。
4. 二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍装置（１）における冷媒充填方法であって、
   冷媒が封入された冷媒封入容器から、ガス状態の冷媒を、二酸化炭素のモリエル線図上において、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、及び、温度が４０℃で圧力が７．０６ＭＰａの第５点を結ぶ線よりも高い比エンタルピの領域に存在するように加熱した後に、前記冷凍装置の冷媒充填対象部分に対して、充填開始から前記冷媒充填対象部分の圧力が所定の圧力に達するまで、ガス状態の冷媒を充填する第１冷媒充填ステップと、
   前記冷媒充填対象部分に対して、前記第１冷媒充填ステップの後から前記冷媒充填対象部分に充填された冷媒量が所定の冷媒量になるまで、液状態の冷媒を充填する第２冷媒充填ステップと、
   を備えた冷媒充填方法。
5. 前記所定の圧力は、０．５２ＭＰａである、請求項１〜４のいずれかに記載の冷媒充填方法。
6. 前記所定の圧力は、１ＭＰａ以上１．４ＭＰａ以下の範囲である、請求項１〜４のいずれかに記載の冷媒充填方法。
7. 前記所定の圧力は、３．４９ＭＰａである、請求項１〜４のいずれかに記載の冷媒充填方法。