JP4434260B2 - 冷凍空調装置への冷媒充填方法、冷凍空調装置への冷媒充填装置 - Google Patents

冷凍空調装置への冷媒充填方法、冷凍空調装置への冷媒充填装置 Download PDF

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この発明は、冷凍空調装置への適量な冷媒を充填する方法及び冷凍空調装置への冷媒充填装置に関するものである。
冷凍サイクルを構成する空気調和機は、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、減圧弁等を有する。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り、配管長さ、配管径、室内熱交換器容積も多種多様である。そのため、冷媒回路内の容積は各環境で異なる。一方で冷凍空調装置を機能させる為には冷媒回路を循環する適量の冷媒が必要である。
従来、適量の冷媒を自動で充填して、冷凍サイクルの信頼性を確保する技術が提案されている。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、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)。
また、冷媒供給源をヒートポンプ装置にその充填ポートにて取付ける過程と、前記圧縮機を作動させつつ段階的に所定量ずつ冷媒を充填する過程と、所定量の冷媒が充填される毎に屋内コイルの入口温度及び出口温度を検出する過程と、検出された前記二つの温度の温度差を求める過程と、前記温度差を先に求められた温度差と比較する過程と、前記比較に於ける温度差の差が所定の閾値に到達すると充填を停止する過程とを含むヒートポンプ装置の充填方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2005−114184号公報 特開2005−241172号公報 特公H6−21749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、空気調和機の冷媒回路に冷媒を自動充填し、適量充填後に冷媒回路と冷媒ボンベの間を遮断するための自動制御弁を備えている。これは、専用弁と専用の弁に対応する制御を設ける必要があり、コスト・資源の課題だけでなく、使用できる冷凍空調装置も限定される。また、冷媒量が過多の場合については言及していない。これは自動充填が前提であり、手動作業による充填ミスを考慮していないという課題があった。
上記特許文献3の冷媒充填方法では、蒸発器の過熱度で冷媒量を判断する一方、凝縮器や液配管の滞留冷媒量に大きな影響を与える減圧手段の制御方法については言及していない。冷媒の大半は凝縮器や液配管に滞留することを考慮すると従来技術では高精度な冷媒量調整は難しいと考える。また冷媒量が適正か不足かは判断していても過多かどうかは判定していない。その結果、少量ずつ冷媒を充填しては蒸発器出口の過熱度を計測して冷媒量が適量かどうかを判定する必要があり、手間と時間がかかる、という課題がある。また運転状態を外部に表示することに言及しておらず、また充填が停止される、と言及していることから冷媒充填は自動であると解釈できる。上記特許文献1、2と同様に専用弁と専用の弁に対応する制御を設ける必要がある。
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、冷媒充填用の専用弁や専用制御を備えなくても正確に冷媒回路内の冷媒量を把握し、冷媒量が不足している場合は冷媒が適量になるまで所定量の冷媒を所定時間ごとに手動でも充填することもできるように指示や表示を示す冷凍空調装置の冷媒充填方法を提供する。また手動による冷媒充填ミスも想定して冷媒回路の冷媒量が不足、適量、過多のどの状態であるかを判定し、作業者に表示する冷凍空調装置の冷媒充填方法を提供する。
この発明に係る冷凍空調装置の冷媒充填方法は、圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段、前記冷媒量判定手段の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備えた冷凍空調装置の冷媒充填方法であって、前記冷媒供給装置と前記冷媒回路の冷媒充填口とを冷媒充填用ホースで接続するホース接続ステップと、前記冷媒量判定手段と前記表示手段による冷媒量判定と表示を行う運転を選定する運転選定ステップと、前記運転選定ステップで冷媒量判定と表示を行う運転が選定されると起動運転を所定時間行う起動運転ステップと、前記起動運転ステップによる起動運転時間が経過した後、前記凝縮器の過冷却度と、前記温度検出手段により前記凝縮器の周囲空気温度を検出し、それらの過冷却度と周囲温度の値から前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを前記冷媒量判定手段で判定し、その判定結果を前記表示手段に表示する判定・表示ステップと、前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量不足状態の間、前記圧縮機は運転を続け、前記冷媒供給装置に備えた開閉弁を動作させて、冷媒を前記冷媒回路意に充填する冷媒充填ステップと、前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合、前記圧縮機を停止して、前記圧縮機停止後の数秒以内に前記四方弁の流路を切り替えるとともに前記表示手段により冷媒量状態を表示する停止・表示ステップと、を備えたものであります。
また、この発明に係る冷凍空調装置の冷媒充填装置は、圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段、前記冷媒量判定手段の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備え、前記冷媒量判定手段は前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを判定するとともに、前記表示手段に冷媒量が不足、適量又は過多のいずれかの判定結果を表示し、前記冷媒量判定手段の判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合には前記圧縮機を停止して、前記圧縮機停止後の数秒以内に前記四方弁の流路を切り替えるものである。
この発明に係る冷凍空調装置の冷媒充填方法は、圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段、前記冷媒量判定手段の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備えた冷凍空調装置の冷媒充填方法であって、前記冷媒供給装置と前記冷媒回路の冷媒充填口とを冷媒充填用ホースで接続するホース接続ステップと、前記冷媒量判定手段と前記表示手段による冷媒量判定と表示を行う運転を選定する運転選定ステップと、前記運転選定ステップで冷媒量判定と表示を行う運転が選定されると起動運転を所定時間行う起動運転ステップと、前記起動運転ステップによる起動運転時間が経過した後、前記凝縮器の過冷却度と、前記温度検出手段により前記凝縮器の周囲空気温度を検出し、それらの過冷却度と周囲温度の値から前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを前記冷媒量判定手段で判定し、その判定結果を前記表示手段に表示する判定・表示ステップと、前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量不足状態の間、前記圧縮機は運転を続け、前記冷媒供給装置に備えた開閉弁を動作させて、冷媒を前記冷媒回路意に充填する冷媒充填ステップと、前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合、前記圧縮機を停止して、前記圧縮機停止後の数秒以内に前記四方弁の流路を切り替えるとともに前記表示手段により冷媒量状態を表示する停止・表示ステップと、を備えたもので、冷媒供給用の専用弁や専用制御を備えなくても正確に冷媒回路内の冷媒量を把握できる。また、冷凍空調装置は所定時間ごとに冷媒回路の冷媒量が不足、適量、過多のどの状態かを判定し、作業者に表示してくれるので、作業者は冷媒供給装置の開閉弁を手動し、任意の冷媒量を、任意のタイミングで冷媒回路に充填しながら適量の冷媒量を充填することができる。また、作業ミスなどにより冷媒回路の冷媒量が過多になってしまった場合は、過多状態であることを冷凍空調装置が判定して作業者に表示する。それにより作業者は余剰冷媒を回収するなどして冷媒回路中の冷媒を適量化することができるという効果が有る。
また、この発明に係る冷凍空調装置の冷媒充填装置は、圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段、前記冷媒量判定手段の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備え、前記冷媒量判定手段は前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを判定するとともに、前記表示手段に冷媒量が不足、適量又は過多のいずれかの判定結果を表示し、前記冷媒量判定手段の判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合には前記圧縮機を停止して、前記圧縮機停止後の数秒以内に前記四方弁の流路を切り替えるもので、冷媒供給用の専用弁や専用制御を備えなくても正確に冷媒回路内の冷媒量が不足、適量、過多のどの状態かを把握でき、作業者に表示してくれるので、作業者が冷媒供給装置の開閉弁を手動で作動し、容易に冷媒を冷媒回路に充填でき、また適量あるいは過多の場合は圧縮機を停止した後冷媒を充填しにくくするという効果が有る。
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、図2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、減圧装置である減圧手段4、室外側熱交換器5、及びアキュームレータ(液溜め装置)6を備え、室内機Bは、室内側熱交換器3等を備える。
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に備える四方弁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はこの運転モード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冷房や暖房の運転モードを自由に切り替えることが出来る。そして、暖房運転時に室内熱交換器3は冷媒を凝縮させる凝縮器となり室外熱交換器5は冷媒を蒸発させる蒸発器となり、また、冷房運転時は逆に室内熱交換器3が蒸発器となり室外熱交換器5が凝縮器となる。
一方、室外機Aに内蔵された減圧手段4は、熱交換器3,5によって凝縮された高圧液冷媒を、蒸発圧力まで減圧させるものである。
次にサーミスタ等の温度検出手段について説明する。T1は室外機Aの周囲温度を検出する室外機温度検出手段で、外気温を検出し、T2は室内機Bの周囲温度を検出する室内機周囲温度検出手段、T3は室内熱交換器3内の二相冷媒温度を検出する二相冷媒温度検出手段、T4は室内熱交換器3の液配管Dと連通する側の出口温度を検出するための出口温度検出手段である。制御手段20は冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段22とこの冷媒量判定手段22の判定の閾値などを記憶した記憶手段21を含み、圧縮機1、減圧手段4、室外ファンモータ(図示せず)、室内ファンモータ(図示せず)の運転状態を制御し、前記温度検出手段T1〜T4が検出した値を前記記憶手段21などに格納する。冷媒量状態の判定結果は表示手段23に表示される。表示手段23は例えば制御手段20上に備えたLEDランプやリモコン表示部などがあげられる。また、この実施の形態の一例では、制御装置である制御手段20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。
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、冷媒回路内に冷媒が存在する必要がある。
空気調和機の冷媒量充填方法を図2に従って説明する。
まず、過程1であるホース接続ステップ101が行なわれる。ホース接続ステップ101では、冷媒回路に接続し充填する冷媒を供給する冷媒供給装置10と、前記冷媒回路の低圧側となる吸入配管と連通する冷媒充填口7と、を冷媒充填用ホース8で接続する。なお、冷媒供給装置10としては運搬可能で開閉弁9を備えた冷媒ボンベを想定している。
過程2である運転選定ステップ102について説明する。この運転選定ステップ102では冷媒量判定手段22と表示手段23による冷媒量判定・表示運転を行なう冷媒充填運転の運転開始を選定するもので、制御手段20に設けられた所定のスイッチ(図示せず)を入れると、空気調和機は冷媒量判定・表示運転モードを選択する。冷媒量判定・表示運転モードが選択された場合、減圧手段4が室外機Aに備えられている本実施の形態の場合は暖房運転が可能な冷媒回路を構成する。暖房運転時の冷媒の流れ方を図1に矢印で示す。減圧手段4を室外機Aに備えた装置では暖房運転で冷媒量判定・表示運転を行う。理由は、暖房運転時の液配管内は高圧液冷媒で満たされるため接続配管が長い場合は暖房運転の方が冷房運転の場合より必要冷媒量が多く、冷媒量の判定がより正確に行なえるからである。同様の理由により、減圧手段4を室内機Bに備えた装置では冷媒量判定・表示運転の運転モードとして冷房運転を選択する。
次に、過程3である起動運転を行なう所定時間を決定する時間決定ステップ103について説明する。この時間決定ステップ103では、後述の起動運転ステップ104の起動運転を行なう所定時間を制御手段20が決定するもので、室外機周囲温度の検出手段T1で検出した周囲空気温度である外気温度から起動運転時間を決定する。前記温度検出手段T1の検出温度と起動運転時間との関係式は予め制御手段20の記憶手段21に格納しておく。前記温度が低いほど冷凍サイクルが安定するように起動運転時間を長くする。起動運転時間は冷凍サイクルの冷媒量の判定を精度よく行なえるように冷凍サイクルが安定するために必要な時間であり概ね10分前後が一つの目安である。なお、起動運転時間は低い外気温でも冷凍サイクルが安定する長い時間を設定することも可能であるが、外気温によって一意的に時間を決めるようにすることで、外気温が低くない場合に不必要に長く起動運転を行いエネルギーのロスや冷媒充填作業が長くなることを防止できる効果がある。
次に、過程4である起動運転ステップ104について説明する。起動運転ステップ104では運転選定ステップ102で冷媒量判定と表示を行なう冷媒充填運転が選定されると時間決定ステップ103で決定された所定時間起動運転を行なう。つまり、圧縮機1を運転開始して起動運転する。起動運転時間は過程3の時間決定ステップ103で定めた時間とする。この間、制御手段20の表示手段23には起動運転中である旨を記号、数字、点滅方法などで示す。それらが意味する内容は室外機Aの取り外しが簡単な外郭パネルの裏や取扱説明書などに明示する。圧縮機1、減圧手段4、室外ファンモータは冷凍サイクルが安定するように可変制御される。
次に、過程5であるステップ105(105a,105b含む)からなる判定・表示ステップについて説明する。この、判定・表示ステップ105(105a,105b含む)は起動運転ステップ104による起動運転時間が経過した後、所定時間が経過するたびに凝縮器(この実施の形態では室内熱交換器3)の過冷却度と、温度検出手段T2により凝縮器3の周囲空気温度を検出し、それらの過冷却度と周囲空気温度の値から冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを冷媒量判定手段22で判定し、その判定結果を表示手段23に表示するものである。つまり、室内機周囲温度検出手段T2、室内熱交換器3の二相冷媒温度検出手段T3、室内熱交換器3の液冷媒出口温度検出手段T4で各温度を検出する。後者2つの温度値から過冷却度を求め、室内機周囲温度と合わせて冷媒量判定に用いる。
過冷却度と室内機周囲温度の関係と、冷媒量不足、適量、過多状態との関係式や閾値は予め制御手段20の記憶手段21に格納しておく。それらを冷媒量判定手段22で比較して冷媒量状態を判定し(ステップ105a)、表示手段23に不足、適量、過多である旨を記号、数字、点滅方法などで示す(ステップ105)。それらが意味する内容は室外機Aのパネルの裏や取扱説明書などに明示する。冷媒量判定と表示は起動運転時間経過後は所定時間ごと(ステップ105b)に実施する。所定時間として、冷凍サイクルの時定数を考慮して1〜2分が望ましい。また、表示手段23による冷媒量不足、適量、過多である状態の表示一例を詳しく示すと、例えば不足の場合はLED点灯、適量ではLEDをゆっくり点滅、過多の場合は早く点滅させるなどで表したり、それぞれの状態を表わすように別々に3個のLEDを設けて表示するなどでもよい。
次に、過程6である冷媒充填ステップ106について説明する。この冷媒充填ステップ106は判定・表示ステップ105の冷媒量判定結果(ステップ105a)が冷媒量不足状態の間、圧縮機1は運転を続け、冷媒供給装置10に備えた開閉弁9を動作させて、冷媒を冷媒回路に充填するステップである。
つまり、過程5の判定・表示ステップで冷媒量不足と判定された場合、圧縮機1は運転し続ける。その間に作業者は冷媒供給装置10の開閉弁9を手動で作動し、任意の冷媒量を、任意のタイミングで冷媒回路に充填することが望ましい。実際に冷媒充填作業の準備、充填、後片付け、表示手段の確認に要する時間は、1回の充填当たり2〜3分必要と考えることができる。なお、1回当たりにどれくらいの冷媒を充填してよいか見当がつかない作業者のために、作業説明書などに1回当たりの推奨充填冷媒量を記述しておくことは望ましい。なお、この過程6(冷媒充填ステップ106)の作業をしない場合、過程5(判定・表示ステップ105,105a,105b)の状態が続くことは言うまでもない。
次に、過程7の停止・表示ステップ107について説明する。停止・表示ステップ107は、判定・表示ステップ105の冷媒量判定結果(ステップ105a)が冷媒量適量あるいは過多の場合、圧縮機1を停止するとともに表示手段23により冷媒量状態を表示するステップである。
つまり、過程5の判定・表示ステップ105において冷媒量状態の判定結果が適量あるいは過多の場合、冷凍空調装置は自動で圧縮機1を停止する。表示手段23には冷媒量状態が適量あるいは過多である旨を表示する。作業者は圧縮機1停止や表示を見て充填作業を終える。このとき、冷媒供給装置10の手動開閉弁9は開いたままである。圧縮機1停止後に冷媒回路に冷媒が充填し続けないようにするために圧縮機1停止後、数秒以内に四方弁2の流路を切り替えて冷媒回路内を短時間に均圧して冷媒を充填しにくくすることは効果的である。つまり、冷媒回路内の均圧により冷媒供給装置10の圧力と冷媒回路の接続部との圧力差が少なくなり、冷媒が充填し難くなるわけである。また、四方弁2切替時に冷媒均圧音(比較的に大きなプシュー音が鳴る)がなるので、表示手段23を見なくても冷媒均圧音で冷媒量状態が適量あるいは過多であることや圧縮機1が停止したことを作業者が把握することもでき、冷媒充填作業を容易にできる。また記憶手段21にこの冷媒回路に冷媒を充填した運転を実施したことや、判定結果が適量あるいは過多であったことを記憶することが望ましく、その後の冷凍空調装置のサービスなどのメンテナンスに有用な情報となる。
次に、過程8である開閉弁閉ステップ108について説明する。開閉弁閉ステップ108では停止・表示ステップ107で圧縮機1を停止するとともに冷媒量状態を表示した後、冷媒供給装置10に備えた開閉弁9を閉じるステップである。
つまり、この過程8の開閉弁閉ステップ108において圧縮機1が停止し、表示装置23で冷媒回路の冷媒量状態が適量あるいは過多であることを確認したら冷媒供給装置10に備えた開閉弁9を手動で閉じてもらう。
このように、圧縮機1、四方弁2、凝縮器、減圧装置4、蒸発器及び液溜め装置6を有する冷媒回路と、冷媒回路の温度や凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段22及び冷媒量判定手段22の判定の閾値を記憶した記憶手段21を含む制御手段20と、冷媒量判定手段22で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段23と、冷媒回路に接続する冷媒供給装置10と、を備えた冷凍空調装置への冷媒充填方法であって、冷媒供給装置10と冷媒回路の冷媒充填口7とを冷媒充填用ホース8で接続するホース接続ステップ101と、冷媒量判定手段22と表示手段23による冷媒量判定と表示を行なう運転を選定する運転選定ステップ102と、運転選定ステップ102で冷媒量判定と表示を行なう運転が選定されると起動運転を所定時間行なう起動運転ステップ104と、起動運転ステップ104による起動運転時間が経過した後、所定時間が経過するたびに凝縮器の過冷却度と、温度検出手段により凝縮器の周囲空気温度を検出し、それらの過冷却度と周囲温度の値から冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを冷媒量判定手段22で判定し、その判定結果を表示手段23に表示する判定・表示ステップ105(105a,105b含む)と、判定・表示ステップ105の冷媒量判定結果が冷媒量不足状態の間、圧縮機1は運転を続け、冷媒供給装置10に備えた開閉弁9を動作させて、冷媒を冷媒回路に充填する冷媒充填ステップ106と、判定・表示ステップ105(105a,105b含む)の冷媒量判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合、圧縮機1を停止するとともに表示手段23により冷媒量状態を表示する停止・表示ステップ107と、を備えたので、冷媒供給用の専用弁や専用制御を備えなくても正確に冷媒回路内の冷媒量を把握できる。また、冷凍空調装置は所定時間ごとに冷媒回路の冷媒量が不足、適量、過多のどの状態かを判定し、作業者に表示してくれるので、作業者は冷媒供給装置の開閉弁を手動で作動し、任意の冷媒量を、任意のタイミングで冷媒回路に充填しながら適量の冷媒量を充填することができる。また、作業ミスなどにより冷媒回路の冷媒量が過多になってしまった場合は、過多状態であることを冷凍空調装置が判定して作業者に表示する。それにより作業者は余剰冷媒を回収するなどして冷媒回路中の冷媒を適量化することができるという効果が有る。
また、圧縮機1、四方弁2、凝縮器、減圧装置4、蒸発器、液溜め装置6を有する冷媒回路と、冷媒回路の温度や凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段22、冷媒量判定手段22の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段21を含む制御手段20と、冷媒量判定手段22で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段23と、冷媒回路に接続する冷媒供給装置10と、を備え、冷媒量判定手段22は冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを判定するとともに、表示手段23に冷媒量が不足、適量、又は過多のいずれかの判定結果を表示したので、冷媒供給用の専用弁や専用制御を備えなくても正確に冷媒回路内の冷媒量が不足、適量、過多のどの状態かを把握でき、作業者に表示してくれるので、作業者が冷媒供給装置10の開閉弁9を手動で作動し、容易に冷媒を冷媒回路に充填できるものが得られるという効果が有る。特に、冷媒過多状態であることを判定して作業者に表示するので、それにより作業者は余剰冷媒を回収するなどして冷媒回路中の冷媒を適量化することができるという効果が有る。
実施の形態2.
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。
実施の形態2を示す冷媒回路図は図1及び冷媒充填フローチャートは図2であって、実施の形態1と同じであり、実施の形態1と回路構成、動作は同様なので詳細な説明を省略する。この実施の形態の起動運転ステップ104の説明を次に示す。
起動運転ステップ104では圧縮機1を起動して運転を開始する。起動運転時間は室外機Aの周囲温度により一意的に決定する。室外機A周囲温度が高い場合は短時間、低い場合は長時間とする。
延長配管が数mから30mと短い場合、冷媒は短時間で冷媒回路を循環することができる。この場合、起動運転開始から数十秒から数分で冷媒回路内の冷媒分布が安定し、凝縮器内の冷媒圧力も上昇する。その結果、凝縮器(この実施の形態の例では室内熱交換器3)の二相冷媒温度と凝縮器の周囲温度の差も大きくなる、という傾向がある。例えば凝縮器の二相冷媒温度と凝縮器の周囲温度の差の閾値を6degとし、所定時間を3〜5分の数分とする。延長配管長が数mから30mと短い場合、起動運転開始から前記所定時間経過後に凝縮器の二相冷媒温度と凝縮器の周囲温度の差は前記閾値以上になる。
一方、空調機の中には、数十mの延長配管長分の冷媒を予め室外機に充填しておくものがある。一般にチャージレス仕様と呼ばれ、店舗用や業務用のパッケージエアコンでは多くの機種で採用されている。
例としてR410A冷媒を採用し、30mチャージレス仕様で初期充填冷媒量が4.3kgの5馬力室外機を想定する。また5馬力の標準配管径はガス管で15.88mm、液管で9.52mmであり、追加冷媒量は1m当たり0.06kgとする。この場合、配管に溜まる冷媒量は1.8kgであり、残りの2.5kgは室外機、室内機に溜まる分といえる。
この室外機と室内機を接続する配管が5mの場合、25m分の冷媒に相当する1.5kg(25m×0.06kg/m=1.5kg)が余剰となる。1.5kgは全体の35%に相当するため、前記判定・表示ステップ105で冷媒量判定を行うと冷媒量は過多である、という判定になる。
配管長が短い場合は、冷房運転、暖房運転、デフロスト運転の各運転における冷媒回路滞留冷媒量(必要冷媒量)の差は小さいため、冷媒回路中の冷媒量が過多になっても、各運転時の必要冷媒量差に相当する余剰冷媒を液溜6に溜めることができるので信頼性上問題はない。それゆえに配管長が短いときは、信頼性上問題となるくらいの相当な過多状態になるまで冷媒量は適量である、と判定したい。
冷媒量判定は凝縮器の過冷却度と凝縮器の周囲温度の関係で決定する。概ね過冷却度が大きいと過多、小さいと不足と判定する。適量と過多とを区分けする過冷却度の閾値を大きくすると通常過多と判定するところを適量と判定することができる。例えば通常8degを16degにするなど。
以上から、起動運転開始から例えば3〜5分経過後に凝縮器の二相冷媒温度と凝縮器の周囲温度の差が例えば6deg以上になった場合、判定・表示ステップ105において冷媒量適量と過多を区分けする閾値を過冷却度が大きくなる方向に(例えば8degから16degに)変更することで、配管長が短い場合、通常ならば過多判定となるところを適量判定とすることができ、冷媒再充填が必要かどうかを考慮する手間を省くことができる。
実施の形態3.
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。
実施の形態3を示す冷媒回路図は図1及び冷媒充填フローチャートは図2であって、実施の形態1と同じであり、実施の形態1と回路構成、動作は同様なので詳細な説明を省略する。この実施の形態の起動運転ステップ104の説明を次に示す。
冷媒回路中の冷媒量が大きく不足している場合、運転中に低圧が下降して圧縮機1が負圧吸入状態になる可能性がある。負圧吸入運転が続くと圧縮機1内の弁故障や軸磨耗などが発生し、圧縮機1が故障する可能性が高い。そのとき冷媒回路の冷媒循環量はほとんどゼロであるため、凝縮器の二相冷媒温度は凝縮器の周囲温度とほぼ同じである。
例えば温度差の閾値を3degとし、所定時間を10分とする。冷媒量が大きく不足している場合、起動運転開始から前記所定時間経過後に凝縮器の二相冷媒温度と凝縮器の周囲温度の差は前記閾値以下になる。
前記状態が発生した場合は冷媒量不足であることを早く知らせたいので、検知したらすぐに冷媒量不足判定し、その旨を表示する。
以上から、起動運転開始から例えば10分経過後に凝縮器の二相冷媒温度と凝縮器の周囲温度の差が例えば2deg以下になった場合、すぐに冷媒量不足と判定し、表示することで圧縮機信頼性を確保する。
上記実施の形態1〜3のように、この発明の冷凍空調装置の冷媒充填方法によれば、圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段及び記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備えた冷凍空調装置の冷媒充填方法であって、起動運転を所定時間行なう起動運転ステップと、前記起動運転ステップによる起動運転時間が経過した後、所定時間が経過するたびに前記凝縮器の過冷却度と、前記温度検出手段により前記凝縮器の周囲空気温度を検出し、それらの過冷却度と周囲温度の値から前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを前記冷媒量判定手段で判定し、その判定結果を前記表示手段に表示する判定・表示ステップと、前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量不足状態の間、前記圧縮機は運転を続け、前記冷媒供給装置に備えた開閉弁を動作させて、冷媒を前記冷媒回路に充填する冷媒充填ステップと、前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合、前記圧縮機を停止するとともに前記表示手段により冷媒量状態を表示する停止・表示ステップと、を備えたので、冷媒供給用の専用弁や専用制御を備えなくても正確に冷媒回路内の冷媒量を把握できる。また、冷凍空調装置は所定時間ごとに冷媒回路の冷媒量が不足、適量、過多のどの状態かを判定し、作業者に表示してくれるので、作業者は冷媒供給装置の開閉弁を手動で作動し、任意の冷媒量を、任意のタイミングで冷媒回路に充填しながら適量の冷媒量を充填することができる。一方、作業ミスなどにより冷媒回路の冷媒量が過多になってしまった場合は、過多状態であることを冷凍空調装置が判定して作業者に表示する。それにより作業者は余剰冷媒を回収するなどして冷媒回路中の冷媒を適量化することができるという効果がある。
また、前記起動運転ステップの起動運転を行なう所定時間を前記制御手段が決定する時間決定ステップを備えたので、起動運転の時間を効率よく決めることができる。
また、前記起動運転を行なう所定時間は外気温によって一意的に決定するので、起動運転の必要な時間を効率よく決めることができる効果がある。
また、前記停止・表示ステップで前記圧縮機を停止するとともに冷媒量状態を表示した後、前記冷媒供給装置に備えた前記開閉弁を閉じる開閉弁閉ステップを備えたので、作業者が冷媒充填作業を行いやすい。
また、室内機と室外機を備え、前記減圧装置が前記室外機に搭載されている場合は暖房運転、前記減圧装置が前記室内機に搭載されている場合は冷房運転が可能な前記冷媒回路を構成して冷媒を充填する運転を行なうので、減圧装置が室内機と室外機のどちらにあっても冷媒を充填できる。
また、前記圧縮機の回転数と、前記減圧手段の減圧量は前記冷媒回路の冷媒温度状態が予め定めた目標値になるように変化させるので、冷凍サイクルの冷媒量を精度よく判定できる。
また、前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が不足であり、前記冷媒充填ステップが実施されない場合、前記判定・表示ステップが継続されるので、冷媒回路への冷媒充填作業が行いやすい。
また、前記停止・表示ステップで冷媒量判定結果が適量あるいは過多で前記圧縮機を停止する場合、前記圧縮機停止後の数秒以内に前記四方弁の流路を切り替えるので、冷媒の過充填がされ難くなる。
また、前記四方弁の流路を切り替える音で、冷媒量判定結果が適量あるいは過多で前記圧縮機が停止したことを、報知するので、作業者が作業工程を判りやすい。
また、上記実施の形態のようにこの発明の冷凍空調装置への冷媒充填装置によれば、
圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段、前記冷媒量判定手段の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備え、前記冷媒量判定手段は前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを判定するとともに、前記表示手段に冷媒量が不足、適量、又は過多のいずれかの判定結果を表示したので、冷媒供給用の専用弁や専用制御を備えなくても正確に冷媒回路内の冷媒量が不足、適量、過多のどの状態かを把握でき、作業者に表示してくれるので、作業者が冷媒供給装置の開閉弁を手動で作動し、容易に冷媒を冷媒回路に充填できるものが得られる。
また、前記冷媒量判定手段の判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合、前記圧縮機を停止したので作業者が冷媒充填作業を行いやすい。
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。
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 減圧手段、5 室外側熱交換器、6 アキュームレータ(液溜め装置)、7 冷媒供給口、8 ホース、9 冷媒供給装置用開閉弁、10 冷媒供給装置、20 制御手段、21 記憶手段、22 冷媒量判定手段、23 表示手段、T1 室外機周囲温度検出手段、T2 室内機周囲温度検出手段、T3 二相冷媒温度検出手段、T4 出口温度検出手段。

Claims (9)

  1. 圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段、前記冷媒量判定手段の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備えた冷凍空調装置の冷媒充填方法であって、
    前記冷媒供給装置と前記冷媒回路の冷媒充填口とを冷媒充填用ホースで接続するホース接続ステップと、
    前記冷媒量判定手段と前記表示手段による冷媒量判定と表示を行う運転を選定する運転選定ステップと、
    前記運転選定ステップで冷媒量判定と表示を行う運転が選定されると起動運転を所定時間行う起動運転ステップと、
    前記起動運転ステップによる起動運転時間が経過した後、前記凝縮器の過冷却度と、前記温度検出手段により前記凝縮器の周囲空気温度を検出し、それらの過冷却度と周囲温度の値から前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを前記冷媒量判定手段で判定し、その判定結果を前記表示手段に表示する判定・表示ステップと、
    前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量不足状態の間、前記圧縮機は運転を続け、前記冷媒供給装置に備えた開閉弁を動作させて、冷媒を前記冷媒回路意に充填する冷媒充填ステップと、
    前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合、前記圧縮機を停止して、前記圧縮機停止後の数秒以内に前記四方弁の流路を切り替えるとともに前記表示手段により冷媒量状態を表示する停止・表示ステップと、
    を含むことを特徴とする冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  2. 前記起動運転ステップの起動運転を行う所定時間を外気温によって前記制御手段が決定する時間決定ステップを備えたことを特徴とする請求項1記載の冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  3. 前記起動運転を行なう所定時間は外気温度が高い場合は短く、低い場合は長くなることを特徴とする請求項2記載の冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  4. 前記停止・表示ステップで前記圧縮機を停止するとともに冷媒量状態を表示した後、前記冷媒供給装置に備えた前記開閉弁を閉じる開閉弁閉ステップを備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  5. 室内機と室外機を備え、前記減圧装置が前記室外機に搭載されている場合は暖房運転、前記減圧装置が前記室内機に搭載されている場合は冷房運転が可能な前記冷媒回路を構成して冷媒を充填する運転を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  6. 前記圧縮機の回転数と、前記減圧手段の減圧量は前記冷媒回路の冷媒温度状態が予め定めた目標値になるように変化させることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  7. 前記判定・表示ステップの冷媒量判定結果が不足であり、前記冷媒充填ステップが実施されない場合、前記判定・表示ステップが継続されることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  8. 前記四方弁の流路を切り替える音で、冷媒量判定結果が適量あるいは過多で前記圧縮機が停止したことを報知することを特徴とする請求項に記載の冷凍空調装置の冷媒充填方法。
  9. 圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧装置、蒸発器、液溜め装置を有する冷媒回路と、前記冷媒回路の温度や前記凝縮器の周囲空気温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒回路内の冷媒量を判定する冷媒量判定手段、前記冷媒量判定手段の判定の閾値を少なくとも記憶した記憶手段を含む制御手段と、前記冷媒量判定手段で判定した冷媒量状態を表示し外部に知らせる表示手段と、前記冷媒回路に接続する冷媒供給装置と、を備え、前記冷媒量判定手段は前記冷媒回路の冷媒量が不足、適量、又は過多のどの状態であるかを判定するとともに、前記表示手段に冷媒量が不足、適量又は過多のいずれかの判定結果を表示し、前記冷媒量判定手段の判定結果が冷媒量適量あるいは過多の場合には前記圧縮機を停止して、前記圧縮機停止後の数秒以内に前記四方弁の流路を切り替えることを特徴とする冷凍空調装置の冷媒充填装置。
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