JP5582773B2 - 空気調和機および空気調和機の冷媒量検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、据付け時に、常に最適な量の冷媒を充填することができる空気調和機および空気調和機の冷媒量検出方法に関するものである。

ビル等の空調に用いられるマルチタイプの空気調和機は、圧縮機、四方切換弁、室外熱交換器、暖房用膨張弁、レシーバおよび室外ファン等を備えている室外機と、室内熱交換器、冷房用膨張弁および室内ファン等を備えている複数台の室内機との間を現地でガス冷媒配管および液冷媒配管により接続するようにしている。このような空気調和機では、予め室外機に所定量の冷媒を充填しておき、現地において空気調和機を据付けした後、試運転するときに、室外機と室内機との間を接続する配管長さや室内機の接続台数等に応じて不足量の冷媒を追加充填するようにしている。

かかる空気調和機において、追加する冷媒の充填量を現地の工事レベルに依存することなく、常に適正な量の冷媒を充填できるようにするため、冷媒充填運転時に、冷媒回路中のレシーバ内に溜まってくる液冷媒が所定の液面レベルに達したことを検出する液面検出回路を設け、この液面検出回路によりレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことが検出されたことを以って、冷媒回路内に必要量の冷媒が充填されていると判定するようにした技術が特許文献１，２により開示されている。

この特許文献１に示された技術は、レシーバの所定高さ位置から圧縮機吸入側にバイパス回路を接続し、このバイパス回路中に開閉弁、減圧機構、温度検出手段を設けたものである。また、特許文献２に示された技術は、バイパス回路中に開閉弁、減圧機構、加熱手段、温度検出手段を設けたものであり、バイパス回路にレシーバから飽和状態のガス冷媒が取出された場合と、飽和状態の液冷媒が取出された場合とにおいて、それぞれ減圧後の冷媒温度を測定し、その温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出することにより、冷媒量を判定するようにしたものである。

特開２００２−３５００１４号公報（図１参照） 特許第３７１９２４６号公報（図１参照）

しかしながら、特許文献１に開示されたものの場合、外気温等が高く、圧縮機の吐出側圧力（高圧）が高くなって、圧力−エンタルピ線図上の飽和ガス線の傾きが左肩上がりとなる圧力条件下では、飽和状態のガス冷媒を取出して減圧したとき、気液二相状態となることがあり、この場合、冷媒の急激な温度降下を検出してしまい、液冷媒が所定液面レベルに到達していると誤判定してしまうおそれがあり、検出精度を確保できないという課題があった。

一方、特許文献２に開示されたものは、上記課題を解決するため、液面検出回路に減圧機構で減圧された冷媒を加熱する加熱手段を設け、レシーバから取出された冷媒がガス状態の場合は加熱による温度上昇が大きく、液状態の場合は加熱による熱エネルギーが蒸発潜熱として消費されて温度上昇が小さいことを利用し、温度差を十分に確保できるようにして、検出精度を向上させるようにしたものである。しかし、液面検出回路に加熱手段を設置することが不可欠となるため、構成が複雑化するという問題があった。また、特許文献１，２のいずれのものにおいても、低外気温時等で吐出側圧力（高圧圧力）が十分に上昇されない場合、レシーバから取出されるガス冷媒の過熱度が確保できなくなり、検出精度が低下するという問題が内在している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、液面検出回路に特別に加熱手段を設けることなく、また低外気温条件下でも冷媒充填量を常に高精度で検出できる空気調和機および空気調和機の冷媒量検出方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の空気調和機および空気調和機の冷媒量検出方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる圧縮機、圧縮機、室外熱交換器、暖房用膨張弁、液冷媒を貯留するレシーバ、および液冷媒の一部を分流し、該冷媒を減圧機構で減圧した後、過冷却熱交換器で液冷媒と熱交換させ、前記圧縮機の吸入側に戻す過冷却回路を備えた室外機と、室内熱交換器、冷房用膨張弁を備えた室内機とをガス冷媒配管および液冷媒配管により接続し、閉サイクルの冷媒回路を構成している空気調和機において、前記レシーバの所定高さ位置と前記過冷却回路を介して前記圧縮機の吸入側との間を接続するバイパス回路に開閉弁および減圧機構を介装した第１液面検出回路と、前記バイパス回路から分岐され、前記レシーバから取出された冷媒を前記過冷却回路の減圧機構の入口側にバイパスする開閉弁を介装した第２液面検出回路と、前記第１液面検出回路または前記第２液面検出回路を含む前記過冷却回路を経て減圧された冷媒の温度を検出する温度検出手段と、前記レシーバから前記第１液面検出回路または前記第２液面検出回路を介して取出された冷媒の減圧後の温度を前記温度検出手段で検出し、該温度に基づいて冷媒充填量を判定する冷媒量検出手段と、を備え、外気温に応じて前記第１液面検出回路と、前記第２液面検出回路とが切換え使用される構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、レシーバの所定高さ位置と過冷却回路を介して圧縮機の吸入側との間を接続するバイパス回路に開閉弁および減圧機構を介装した第１液面検出回路と、バイパス回路から分岐され、レシーバから取出された冷媒を過冷却回路の減圧機構の入口側にバイパスする開閉弁を介装した第２液面検出回路と、第１液面検出回路または第２液面検出回路を含む過冷却回路を経て減圧された冷媒の温度を検出する温度検出手段と、レシーバから第１液面検出回路または第２液面検出回路を介して取出された冷媒の減圧後の温度を温度検出手段で検出し、該温度に基づいて冷媒充填量を判定する冷媒量検出手段と、を備え、外気温に応じて第１液面検出回路と、第２液面検出回路とが切換え使用される構成とされているため、冷房定格程度の温度条件下では、レシーバからの冷媒を第１液面検出回路に流し込むことにより、レシーバから飽和ガス冷媒が取出された場合と飽和液冷媒が取出された場合とにおいて、それぞれ減圧後の冷媒温度を検出し、その温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを確実に検出することができる。一方、低外気温条件下では、高圧の低下によりレシーバの圧力が低下し、飽和ガス冷媒が取出されている場合、減圧後の冷媒温度を検出しても過熱度を十分確保できないことから、飽和液冷媒が取出された場合との峻別ができず、誤判定される可能性があったが、かかる条件下でも、レシーバから取出された飽和ガス冷媒を、第２液面検出回路を介して過冷却回路に流し込むことにより、過冷却熱交換器で液冷媒と熱交換させて加熱し、過熱度を十分大きくできるため、飽和液冷媒が取出された場合との温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを確実に検出することができる。従って、外気温による高圧の変動等に左右されることなく、広範囲な温度条件下において、上記温度差を十分に確保して高精度で冷媒充填量を検出することができ、過不足のない最適量の冷媒を充填し、空気調和機を安定して運転することが可能となる。また、過冷却回路を利用して冷媒を加熱できるため、第１液面検出回路側に特別に加熱手段を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上記の空気調和機において、前記過冷却回路の前記冷媒回路からの分岐部付近に、冷媒充填運転時に閉とされ、通常の冷暖房運転時には開とされる電磁開閉弁が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、過冷却回路の冷媒回路からの分岐部付近に、冷媒充填運転時に閉とされ、通常の冷暖房運転時には開とされる電磁開閉弁が設けられているため、電磁開閉弁の開閉操作のみによって簡単に冷媒充填運転と通常の冷暖房運転との切換えを行うことができる。従って、過冷却回路を、通常運転時の能力向上以外に、冷媒充填運転時の液面検出回路として併用し、冷媒充填量の検出精度の向上に資することができる。

さらに、本発明にかかる空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、暖房用膨張弁および液冷媒を貯留するレシーバを備えた室外機と、室内熱交換器、冷房用膨張弁を備えた室内機とをガス冷媒配管および液冷媒配管により接続し、閉サイクルの冷媒回路を構成している空気調和機において、前記レシーバの所定高さ位置と前記圧縮機の吸入側との間を接続するバイパス回路に開閉弁および減圧機構を介装した液面検出回路と、前記圧縮機の吐出側から吸入側にホットガスの一部を導入可能な開閉弁および減圧機構を備えているホットガスバイパス回路と、前記液面検出回路を経た冷媒または該冷媒と前記ホットガスバイパス回路を経て導入されたホットガスとが混合された冷媒の温度を検出可能な温度検出手段と、前記レシーバから前記液面検出回路に取出された冷媒または該冷媒と前記ホットガスバイパス回路を経て導入された冷媒との混合冷媒の減圧後の温度を前記温度検出手段で検出し、該温度に基づいて冷媒充填量を判定する冷媒量検出手段と、を備え、外気温に応じて前記液面検出回路のみの使用と、前記液面検出回路および前記ホットガスバイパス回路の併用とが切換え使用される構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、レシーバの所定高さ位置と圧縮機の吸入側との間を接続するバイパス回路に開閉弁および減圧機構を介装した液面検出回路と、圧縮機の吐出側から吸入側にホットガスの一部を導入可能な開閉弁および減圧機構を備えているホットガスバイパス回路と、液面検出回路を経た冷媒または該冷媒とホットガスバイパス回路を経て導入されたホットガスとが混合された冷媒の温度を検出可能な温度検出手段と、レシーバから液面検出回路に取出された冷媒または該冷媒とホットガスバイパス回路を経て導入された冷媒との混合冷媒の減圧後の温度を温度検出手段で検出し、該温度に基づいて冷媒充填量を判定する冷媒量検出手段と、を備え、外気温に応じて液面検出回路のみの使用と、液面検出回路およびホットガスバイパス回路の併用とが切換え使用される構成とされているため、冷房定格程度の温度条件下では、レシーバから液面検出回路に飽和状態のガス冷媒が取出された場合と飽和液冷媒が取出された場合において、それぞれ減圧後の冷媒温度を検出し、その温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出することができる。一方、低外気温条件下では、高圧の低下によりレシーバ内の圧力が低下し、飽和ガス冷媒が取出されている場合、減圧後の冷媒温度を検出しても過熱度が確保できないことから、飽和液冷媒が取出された場合との峻別ができず、誤判定される可能性があったが、かかる条件下でも、レシーバから取出された飽和ガス冷媒に対してホットガスバイパス回路を経て導入されたホットガスを混合することにより加熱し、過熱度を十分確保できるため、飽和液冷媒が取出された場合との温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出することができる。従って、外気温による高圧の変動等にも左右されることなく、広範囲な温度条件下において、上記温度差を十分に確保して高精度で冷媒充填量を検出することができ、過不足のない最適量の冷媒を充填し、空気調和機を安定して運転することが可能となる。

さらに、本発明にかかる空気調和機の冷媒量検出方法は、上述の空気調和機の冷媒量検出方法において、冷媒充填運転時、冷房定格程度の温度条件下では、前記第２液面検出回路を前記開閉弁により閉鎖して前記第１液面検出回路を使用し、低外気温条件下では、前記第１液面検出回路を前記開閉弁により閉鎖し、前記第２液面検出回路を使用してそれぞれ液面検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、上述の空気調和機において、冷媒充填運転時、冷房定格程度の温度条件下では、第２液面検出回路を開閉弁により閉鎖して第１液面検出回路を使用し、低外気温条件下では、第１液面検出回路を開閉弁により閉鎖し、第２液面検出回路を使用してそれぞれ液面検出を行うようにしているため、外気温に左右されることなく、第１液面検出回路または第２液面検出回路のいずれかを使用することにより、広範囲にわたる温度条件下において、飽和ガス冷媒が取出された場合と飽和液冷媒が取出された場合との温度差から、レシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出し、冷媒充填量を高精度で検出することができる。従って、空気調和機に対して過不足のない最適量の冷媒を充填することができる。

さらに、本発明にかかる空気調和機の冷媒量検出方法は、上述の空気調和機の冷媒量検出方法において、冷媒充填運転時、冷房定格程度の温度条件下では、前記液面検出回路のみを使用し、低外気温条件下では、前記液面検出回路および前記ホットガスバイパス回路の双方を使用して液面検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、上記の空気調和機において、冷媒充填運転時、冷房定格程度の温度条件下では、液面検出回路のみを使用し、低外気温条件下では、液面検出回路およびホットガスバイパス回路の双方を使用して液面検出を行うようにしているため、外気温に左右されることなく、液面検出回路または液面検出回路およびホットガスバイパス回路のいずれかを使用することにより、広範囲にわたる温度条件下において、飽和ガス冷媒が取出された場合と飽和液冷媒が取出された場合との温度差から、レシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出し、冷媒充填量を高精度で検出することができる。従って、空気調和機に対して過不足のない最適量の冷媒を充填することができる。

本発明の空気調和機および空気調和機の冷媒量検出方法によると、冷房定格程度の温度条件下では、レシーバからの冷媒を第１液面検出回路に流し込むことにより、レシーバから飽和ガス冷媒が取出された場合と、飽和液冷媒が取出された場合とにおいて、それぞれ減圧後の冷媒温度を検出し、その温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを確実に検出することができる。一方、低外気温条件下では、レシーバから取出された飽和ガス冷媒を、第２液面検出回路を介して過冷却回路に流し込むことにより、過冷却熱交換器で液冷媒と熱交換させて加熱し、過熱度を十分大きくできるため、飽和液冷媒が取出された場合との温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを確実に検出することができる。これによって、外気温による高圧の変動等に左右されることなく、広範囲な温度条件下において、上記温度差を十分に確保して高精度で冷媒充填量を検出することができ、過不足のない最適量の冷媒を充填し、空気調和機を安定して運転することが可能となる。また、過冷却回路を利用して冷媒を加熱できるため、第１液面検出回路側に特別に加熱手段を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。

また、本発明の空気調和機および空気調和機の冷媒量検出方法によると、冷房定格程度の温度条件下では、レシーバ内から液面検出回路に飽和状態のガス冷媒が取出された場合と、飽和液冷媒が取出された場合とにおいて、それぞれ減圧後の冷媒温度を検出し、その温度差からレシーバ内に所定レベルの液冷媒が溜まったことを検出することができる。一方、低外気温条件下では、レシーバから取出された飽和ガス冷媒に対してホットガスバイパス回路を経て導入されたホットガスを混合することにより加熱し、過熱度を十分大きくできるため、飽和液冷媒が取出された場合との温度差からレシーバ内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出することができる。従って、外気温による高圧の変動等にも左右されることなく、広範囲な温度条件下において、上記温度差を十分に確保して高精度で冷媒充填量を検出することができ、過不足のない最適量の冷媒を充填し、空気調和機を安定して運転することが可能となる。

本発明の第１実施形態にかかる空気調和機の冷媒回路図である。 図１に示す空気調和機において、高温時に第１液面検出回路を経て飽和ガス冷媒がバイパスされた場合の圧力−エンタルピ線図である。 図１に示す空気調和機において、高温時に第１液面検出回路を経て飽和液冷媒がバイパスされた場合の圧力−エンタルピ線図である。 図１に示す空気調和機において、低温時に第１液面検出回路を経て飽和ガス冷媒がバイパスされた場合の圧力−エンタルピ線図である。 図１に示す空気調和機において、低温時に第２液面検出回路を経て飽和ガス冷媒がバイパスされた場合の圧力−エンタルピ線図である。 本発明の第２実施形態にかかる空気調和機の（一部を省略した）冷媒回路図である。 図６に示す空気調和機において、低温時に液面検出回路およびホットガスバイパス回路を経て飽和ガス冷媒とホットガスとの混合冷媒がバイパスされた場合の圧力−エンタルピ線図である。 図６に示す空気調和機において、低温時に液面検出回路およびホットガスバイパス回路を経て飽和液冷媒とホットガスとの混合冷媒がバイパスされた場合の圧力−エンタルピ線図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかる空気調和機の冷媒回路図が示されている。
空気調和機１は、ビル等の空調に適用されるマルチタイプの空気調和機であり、室外機２と、互いに並列に接続される複数台の室内機３（図１には、１台だけ図示されている。）とから構成されている。

室外機２の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機１０、冷媒の循環方向を切換える四方切換弁１１、外気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器１２、室外熱交換器１２に外気を通風する室外ファン１３、暖房用電動膨張弁（暖房用膨張弁）１４、凝縮された液冷媒を溜めるレシーバ１５等が配設されており、圧縮機１０、四方切換弁１１、室外熱交換器１２、暖房用電動膨張弁１４およびレシーバ１５が順次冷媒配管１６を介して接続されることによって、室外側冷媒回路１７が構成されている。

また、この室外側冷媒回路１７には、液冷媒の一部を分流し、この液冷媒を過冷却用膨張弁（減圧機構）１８で減圧した後、過冷却熱交換器１９を経て圧縮機１０の吸入側に戻すことにより、過冷却熱交換器１９において液冷媒に過冷却を付与する過冷却回路２０が設けられている。

室内機３の内部には、室内熱交換器３０、室内熱交換器３０を通して室内空気を循環させる室内ファン３１、冷房用電動膨張弁（冷房用膨張弁）３２等が配設されており、この室内機３と室外機２とがガス冷媒配管３３および液冷媒配管３４を介して接続されることにより、閉サイクルの冷媒回路３５が構成されるようになっている。なお、複数台の室内機３は、ガス冷媒配管３３および液冷媒配管３４から分岐されたガス冷媒配管３３および液冷媒配管３４を介して互いに並列に接続されるようになっている。

空気調和機１は、圧縮機１０から吐出された冷媒を、四方切換弁１１を介して室外熱交換器１２側に循環させ、レシーバ１５、過冷却熱交換器１９、冷房用電動膨張弁３２、室内熱交換器３０、四方切換弁１１および圧縮機１０の順に時計方向に循環させることによって、室外熱交換器１２を凝縮器、室内熱交換器３０を蒸発器として機能させ、冷房運転できるようになっている。この間、過冷却熱交換器１９において、液冷媒と過冷却回路２０に分流され、過冷却用膨張弁（減圧機構）１８で減圧された冷媒とを熱交換させて液冷媒に過冷却を与えることにより、冷房能力を向上させることができる。

一方、圧縮機１０から吐出された冷媒を、四方切換弁１１を介して室内熱交換器３０側に循環させ、過冷却熱交換器１９、レシーバ１５、暖房用電動膨張弁１４、室外熱交換器１２、四方切換弁１１および圧縮機１０の順に反時計方向に循環させることによって、室内熱交換器３０を凝縮器、室外熱交換器１２を蒸発器として機能させ、暖房運転できるようになっている。

また、上記空気調和機１において、室外機２と室内機３との間を接続するガス冷媒配管３３および液冷媒配管３４の配管長さは、空気調和機１が据付けられる環境によって様々変化する。このため、予め室外機２に所定量の冷媒を充填しておき、現地において空気調和機１を据付けした後、試運転するときに、室外機２と室内機３との間を接続する配管長さや室内機３の接続台数等に応じて不足量の冷媒を追加充填しなければならない。この冷媒を追加充填する際、現地での工事レベルに依存することなく、常に適正な量の冷媒を充填できるようにするため、以下の第１液面検出回路４０および第２液面検出回路４５並びに冷媒量検出手段４８が組み込まれている。

第１液面検出回路４０は、レシーバ１５内の所定高さ位置から圧縮機１０の吸入側に冷媒を取出すことができるバイパス回路４１と、このバイパス回路４１中に設けられているキャピラリチューブ、膨張弁等からなる減圧機構４２および電磁開閉弁４３とか構成されており、バイパス回路４１は、過冷却回路２０が圧縮機１０の吸入配管と接続される接続部近くで過冷却回路２０に接続合流されている。このバイパス回路４１の接続合流部より圧縮機１０の吸入配管側の位置に、バイパス回路４１および過冷却回路２０内を流れる減圧機構４２または減圧機構１８で減圧された冷媒温度を検出するサーミスタ等の温度センサ（温度検出手段）４４が設置されている。

また、第２液面検出回路４５は、第１液面検出回路４０を構成しているバイパス回路４１中の減圧機構４２の手前位置から分岐され、過冷却回路２０の過冷却用膨張弁（減圧機構）１８の入口側に接続された回路に電磁開閉弁４６を設けた構成とされている。この第２液面検出回路４５は、冷媒充填運転時に、レシーバ１５から取出された冷媒を過冷却回路２０中の過冷却用膨張弁（減圧機構）１８および過冷却熱交換器１９を経て圧縮機１０の吸入側に戻す回路を構成するものである。この際、過冷却回路２０に液冷媒が分流されるのを止めるため、過冷却回路２０の分岐部近くに電磁開閉弁４７が設けられている。

冷媒量検出手段４８は、温度センサ４４の検出温度に基づいて冷媒が適正量充填されたか否かを判定するためのものであり、冷媒充填運転中に、レシーバ１５内に液冷媒が溜まり、その液面レベルが、バイパス回路３１が開口する高さ位置に達し、第１液面検出回路４０または第２液面検出回路４５に飽和状態の液冷媒が取出された場合における温度センサ４４からの検出温度と、液冷媒が所定高さ位置に到達するまで間、第１液面検出回路４０または第２液面検出回路４５に飽和状態のガス冷媒が取出されていた場合における温度センサ４４からの検出温度との温度差に基づいて、冷媒が適正量充填されたか否かを判定できる構成とされている。

なお、冷媒量検出手段４８は、冷媒充填運転時、過冷却回路２０に設けられている電磁開閉弁４７を閉とするとともに、外気温や高圧側圧力等に応じて第１液面検出回路４０または第２液面検出回路４５の何れの回路を使って液面検出を行うのかを決定する際、電磁開閉弁４３，４６を開閉制御する機能を担っている。すなわち、第１液面検出回路４０を使う場合は、電磁開閉弁４３を開、電磁開閉弁４６を閉とし、第２液面検出回路４５を使う場合は、電磁開閉弁４３を閉、電磁開閉弁４６を開とするようになっている。

次に、冷媒充填運転と冷媒充填量の検出方法について、図２ないし図５を参照して更に詳しく説明する。
冷媒充填運転は、冷媒回路３５を冷房サイクルとして運転される。この際、室外熱交換器１２での凝縮圧力が所定値となるように室外ファン１３が制御されるとともに、室内熱交換器３０の出口で冷媒に所定の過熱度が付与されるように冷房用電動膨張弁３２の開度が制御される。これにより、液冷媒配管３４内に所定密度の液冷媒を満たした状態として冷媒回路３５に冷媒を充填することができる。

このとき、過冷却回路２０中の電磁開閉弁４７は閉とされるとともに、例えば外気温が冷房定格程度の高温時には、電磁開閉弁４３が開、電磁開閉弁４６が閉とされ、低外気温時には、電磁開閉弁４３が閉、電磁開閉弁４６が開とされる。この状態で運転を継続すると、冷媒回路３５中の冷媒循環量が徐々に増大され、レシーバ１５内の冷媒の液面が徐々に上昇してくる。これは、室内熱交換器３０での冷媒の蒸発量と室外熱交換器１２での冷媒の凝縮量がバランスしているためであり、外部から充填される冷媒量の分だけ、レシーバ１５内に凝縮した液冷媒が徐々に溜まってくる。

ここで、外気温が冷房定格程度の高温時で電磁開閉弁４３が開、電磁開閉弁４６が閉とされている場合、バイパス回路４１が開口されている高さ位置までレシーバ１５内に液冷媒が溜まるまでの間は、レシーバ１５内の飽和ガス冷媒が第１液面検出回路４０に流れることになり、バイパス回路４１が開口されている高さ位置まで液冷媒の液面レベルが上昇すると、飽和状態の液冷媒が第１液面検出回路４０に流れることになる。なお、外気温が高く、高圧が上昇する場合には、圧縮機１０の回転数、室外ファン１３の回転数等を制御して高圧を低下させるようにすればよい。

この飽和ガス冷媒または飽和液冷媒は、それぞれ減圧機構４３によって低圧状態に減圧され、温度降下する。この冷媒の温度を温度センサ４４で検出することにより、飽和ガス冷媒の状態から温度降下された場合と、飽和液冷媒の状態から温度降下された場合との温度差を見て、冷媒量検出手段４８がレシーバ１５内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出し、所要量の冷媒が充填されたと判定するようにしており、この時点で冷媒の充填運転が終了されることになる。

冷媒が適正量充填されたか否かを精度よく検出するためには、上記温度差が十分に確保されることが望ましい。上記において、レシーバ１５から第１液面検出回路４０に飽和ガス冷媒が取出されている場合は、図２に示されるように、レシーバ１５内の圧力が２ＭＰａ付近（冷媒がＲ４１０Ａの場合）であれば、減圧機構４３で減圧されてＡ点に温度降下し、一定の大きさの過熱度ＳＨを確保することができる。一方、図３に示されるように、飽和液冷媒が取出され、減圧機構４３で減圧されて蒸発することによりＢ点に温度降下した冷媒の過熱度は０℃であり、一定値以上の温度差を確保できることから、適正量の冷媒が充填されたことを確実に検出することができる。

しかし、低外気温時は、高圧が低下し、レシーバ１５内の圧力も低下するため、図４に示されるように、飽和ガス冷媒が取出された場合、減圧機構４３で減圧されてＣ点に温度降下されることから、殆んど過熱度ＳＨを確保することができない。従って、飽和液冷媒が取出され、減圧機構４３で減圧されて温度降下することにより過熱度が０℃となる場合に対して、十分に温度差を確保することができず、これが誤判定の要因となる。特に、過熱度が２〜３℃以下の場合は、誤判定される可能性が高くなる。

そこで、本実施形態では、高圧が低下する低外気温時で、圧力−エンタルピ線図上の飽和ガス線の傾きが右肩上がりのときには、電磁開閉弁４３を閉、電磁開閉弁４６を開として液面検知回路を第２液面検出回路４５に切換えることにより、レシーバ１５から取出された冷媒を、第２液面検出回路４５を介して過冷却回路２０に流すようにしている。このように、第２液面検出回路４５を介して過冷却回路２０に取出された冷媒は、過冷却用膨張弁（減圧機構）１８により減圧された後、過冷却熱交換器１９で液冷媒と熱交換されて加熱、蒸発され、圧縮機１０の吸入側に戻されることになる。

この過冷却回路２０を経た冷媒の温度を温度センサ４４で検出することによって、飽和ガス冷媒が取出された場合と飽和液冷媒が取出された場合とにおいて、一定値以上の温度差を確保することができる。つまり、図５に示されるように、飽和液冷媒は、減圧機構１８で減圧されて温度降下した後、過冷却熱交換器１９で加熱、蒸発され、飽和ガス線上のＤ点で過熱度が０℃の冷媒となる。これに対して、飽和ガス冷媒は、減圧されてＣ点まで温度降下した後、過冷却熱交換器１９で加熱されることによってＥ点まで過熱度ＳＨが増大される。このため、温度差を十分確保でき、冷媒量検出手段４８により適正量の冷媒が充填されたことを確実に検出することができる。

このように、低外気温時で高圧側の圧力が確保できないような条件下でも、レシーバ１５から取出された飽和ガス冷媒を、第２液面検出回路４５を介して過冷却回路２０に流し込むことにより、過冷却熱交換器１９で液冷媒と熱交換させて加熱し、過熱度を十分大きくできるため、飽和液冷媒が取出された場合との温度差からレシーバ１５内に所定液面の液冷媒が溜まったことを確実に検出することができる。
従って、外気温による高圧の変動等に左右されることなく、広範囲に亘る温度条件下において、飽和ガス冷媒と飽和液冷媒との温度差を十分に確保して高精度で冷媒充填量を検出することができ、過不足のない最適量の冷媒を充填し、空気調和機１を安定して運転することが可能となる。また、過冷却回路２０を利用して冷媒を加熱できるため、第１液面検出回路４０側に特別に加熱手段を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。

さらに、本実施形態では、過冷却回路２０の冷媒回路３５からの分岐部付近に、冷媒充填運転時に閉とされ、通常の冷暖房運転時には開とされる電磁開閉弁４７が設けられているため、電磁開閉弁４７の開閉操作のみによって簡単に冷媒充填運転と通常の冷暖房運転との切換えを行うことができる。従って、過冷却回路２０を、通常の冷暖房運転時の能力向上以外に、冷媒充填運転時の液面検出回路として併用し、冷媒充填量の検出精度の向上に資することができる。また、温度センサ４４として、過冷却回路２０に設けられている既存の温度センサを共用化することができるため、温度センサを節減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図６ないし図８を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、第２液面検出回路４５に代え、ホットガスバイパス回路５０を設けた構成としている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図６に示されるように、上記第１液面検出回路４０と同様、レシーバ１５内の所定高さ位置と圧縮機１０の吸入側との間を接続するバイパス回路４１にキャピラリチューブ、膨張弁等からなる減圧機構４２および電磁開閉弁４３を介装した液面検出回路４０と、圧縮機１０の吐出側から吸入側にホットガスの一部を導入可能な電磁開閉弁５１およびキャピラリチューブ、膨張弁等からなる減圧機構５２を備えたホットガスバイパス回路５０と、液面検出回路４０を経た冷媒または該冷媒とホットガスバイパス回路５０より導入されたホットガスとの混合冷媒の温度を検出する温度センサ５３と、を備えた構成とされている。

なお、本実施形態において、冷媒量検出手段４８は、上記第１実施形態と同様、温度センサ５３からの検出値に基づいてレシーバ１５内に所定液面の液冷媒が溜まったことを検出し、冷媒充填量を判定できるようになっている。また、冷媒量検出手段４８は、冷媒充填運転時、外気温や高圧側圧力等に応じて液面検出回路４０のみを使うのか、ホットガスバイパス回路５０を併用して液面検出を行うのかを決定する際、電磁開閉弁４３，５１を開閉制御する機能を担っている。すなわち、液面検出回路４０のみを使う場合には、電磁開閉弁４３を開、電磁開閉弁５１を閉とし、液面検出回路４０とホットガスバイパス回路５０とを併用する場合には、電磁開閉弁４３，５１の双方を開とするようになっている。

このように、レシーバ１５の所定高さ位置と圧縮機１０の吸入側との間に減圧機構４２および電磁開閉弁４３を備えた液面検出回路４０を設けるとともに、圧縮機１０の吐出側と吸入側との間に、電磁開閉弁４１および減圧機構４２が介装されたホットガスバイパス回路５０を設け、このホットガスバイパス回路５０を介して圧縮機１０から吐出されたホットガスの一部を吸入側に導入可能な構成とすることにより、外気温が冷房定格程度の高温時には、液面検出回路４０のみを使用して上記第１実施形態と同様、レシーバ１５から飽和ガス冷媒が取出された場合と、飽和液冷媒が取出された場合との間において、一定値以上の温度差を確保できることから、冷媒量検出手段４８により適正量の冷媒が充填されたことを確実に検出することができる。

また、低外気温時には、電磁開閉弁５１を開き、ホットガスバイパス回路５０を介して減圧機構５２で減圧されたホットガスを圧縮機１０の吸入側に導入することにより、このホットガスをレシーバ１５から液面検出回路４０に取出された冷媒と混合し、該冷媒を加熱することができる。このため、レシーバ１５から液面検出回路４０に取出された飽和ガス冷媒は、図７に示されるように、減圧されてＦ点に温度降下した後、Ｇ点に減圧されたホットガスと混合されて過熱度ＳＨがＨ点まで上昇される。一方、レシーバ１５から取出された飽和液冷媒は、図８に示されるように、減圧されて蒸発され、Ｉ点に温度降下した後、Ｊ点に減圧されたホットガスと混合されてＫ点とされても過熱度を確保することができない。従って、温度差を十分に確保することができ、冷媒量検出手段４８により適正量の冷媒が充填されたことを確実に検出することができる。

このため、低外気温条件下でも、液面検出回路４０に取出された冷媒に対して、圧縮機１０の吐出側からホットガスバイパス回路５０を介して吸入側に導入されたホットガスを混合し加熱することにより、飽和ガス冷媒が取出された場合と飽和液冷媒とが取出された場合との温度差からレシーバ１５内に所定液面の液冷媒が溜まったことを確実に検出することができる。従って、外気温による高圧の変動等に左右されることなく、広範囲の温度条件下において、飽和ガス冷媒と飽和液冷媒との温度差を十分に確保して高精度で冷媒充填量を検出することができ、過不足のない最適量の冷媒を充填し、空気調和機１を安定して運転することが可能となる。

また、本実施形態では、液面検出回路４０からの冷媒に対して、直接ホットガスを混合して冷媒を加熱するようにしているため、時間遅れなく温度検出でき、従って、冷媒充填量の検出精度をより高めることができる。更に、温度センサ５３として、圧縮機１０の吸入配管に設けられている既存の吸入温度センサを共用化することができるため、温度センサを節減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記第２実施形態では、過冷却回路２０が省略されているが、過冷却回路２０を備えた空気調和機１に第２実施形態にかかる発明を適用してもよいことはもちろんである。また、上記実施形態では、第１液面検出回路（液面検出回路）４０のバイパス回路４１がレシーバ１５の上面から挿入接続された構成とされているが、バイパス回路４１は、レシーバ１５内の所定高さ位置に開口されるように接続されておればよく、従って、レシーバ１５の側面あるいは下面から挿入して所定高さ位置に開口されるように接続してもよい。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
１０ 圧縮機
１２ 室外熱交換器
１４ 暖房用電動膨張弁（暖房用膨張弁）
１５ レシーバ
１８ 過冷却用膨張弁（減圧機構）
１９ 過冷却熱交換器
２０ 過冷却回路
３０ 室内熱交換器
３２ 冷房用電動膨張弁（冷房用膨張弁）
３３ ガス冷媒配管
３４ 液冷媒配管
３５ 冷媒回路
４０ 第１液面検出回路（液面検出回路）
４１ バイパス回路
４２ 減圧機構
４３ 電磁開閉弁
４４ 温度センサ（温度検出手段）
４５ 第２液面検出回路
４６ 電磁開閉弁
４７ 電磁開閉弁
４８ 冷媒量検出手段
５０ ホットガスバイパス回路
５１ 電磁開閉弁
５２ 減圧機構
５３ 温度センサ（温度検出手段）

Claims (5)

1. 圧縮機、室外熱交換器、暖房用膨張弁、液冷媒を貯留するレシーバ、および液冷媒の一部を分流し、該冷媒を減圧機構で減圧した後、過冷却熱交換器で液冷媒と熱交換させ、前記圧縮機の吸入側に戻す過冷却回路を備えた室外機と、室内熱交換器、冷房用膨張弁を備えた室内機とをガス冷媒配管および液冷媒配管により接続し、閉サイクルの冷媒回路を構成している空気調和機において、
   前記レシーバの所定高さ位置と前記過冷却回路を介して前記圧縮機の吸入側との間を接続するバイパス回路に開閉弁および減圧機構を介装した第１液面検出回路と、
   前記バイパス回路から分岐され、前記レシーバから取出された冷媒を前記過冷却回路の減圧機構の入口側にバイパスする開閉弁を介装した第２液面検出回路と、
   前記第１液面検出回路または前記第２液面検出回路を含む前記過冷却回路を経て減圧された冷媒の温度を検出する温度検出手段と、
   前記レシーバから前記第１液面検出回路または前記第２液面検出回路を介して取出された冷媒の減圧後の温度を前記温度検出手段で検出し、該温度に基づいて冷媒充填量を判定する冷媒量検出手段と、を備え
   外気温に応じて前記第１液面検出回路と、前記第２液面検出回路とが切換え使用される構成とされていることを特徴とする空気調和機。
2. 前記過冷却回路の前記冷媒回路からの分岐部付近に、冷媒充填運転時に閉とされ、通常の冷暖房運転時には開とされる電磁開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 圧縮機、室外熱交換器、暖房用膨張弁および液冷媒を貯留するレシーバを備えた室外機と、室内熱交換器、冷房用膨張弁を備えた室内機とをガス冷媒配管および液冷媒配管により接続し、閉サイクルの冷媒回路を構成している空気調和機において、
   前記レシーバの所定高さ位置と前記圧縮機の吸入側との間を接続するバイパス回路に開閉弁および減圧機構を介装した液面検出回路と、
   前記圧縮機の吐出側から吸入側にホットガスの一部を導入可能な開閉弁および減圧機構を備えているホットガスバイパス回路と、
   前記液面検出回路を経た冷媒または該冷媒と前記ホットガスバイパス回路を経て導入されたホットガスとが混合された冷媒の温度を検出可能な温度検出手段と、
   前記レシーバから前記液面検出回路に取出された冷媒または該冷媒と前記ホットガスバイパス回路を経て導入された冷媒との混合冷媒の減圧後の温度を前記温度検出手段で検出し、該温度に基づいて冷媒充填量を判定する冷媒量検出手段と、を備え、
   外気温に応じて前記液面検出回路のみの使用と、前記液面検出回路および前記ホットガスバイパス回路の併用とが切換え使用される構成とされていることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項１または２に記載の空気調和機の冷媒量検出方法において、
   冷媒充填運転時、冷房定格程度の温度条件下では、前記第２液面検出回路を前記開閉弁により閉鎖して前記第１液面検出回路を使用し、低外気温条件下では、前記第１液面検出回路を前記開閉弁により閉鎖し、前記第２液面検出回路を使用してそれぞれ液面検出を行うことを特徴とする空気調和機の冷媒量検出方法。
5. 請求項３に記載の空気調和機の冷媒量検出方法において、
   冷媒充填運転時、冷房定格程度の温度条件下では、前記液面検出回路のみを使用し、低外気温条件下では、前記液面検出回路および前記ホットガスバイパス回路の双方を使用して液面検出を行うことを特徴とする空気調和機の冷媒量検出方法。
   

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