JP7536429B2 - 冷媒充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒回路に冷媒を充填する冷媒充填装置に関するものである。

例えば、空気調和機をリプレイスする場合、施工者が冷媒の充填量を室内機の台数や配管容積などから算出し、手動で冷媒充填することが一般的であるが、充填量の算出に誤りがあると、冷媒の不足や過充填が生じるという課題がある。

このような課題を解消するために、特許文献１では、冷媒を自動で充填するための、冷媒自動充填技術が提案されている。
冷媒充填を自動で制御する技術としては、冷媒回路を流れる冷媒量の検知しながら冷媒を充填するように構成されたものがある。かかる構成では、冷媒量を正確に検知するために、及び、圧縮機に液戻りが発生して、圧縮機の故障などの信頼性を悪化させることを防止するために、冷媒回路の状態を安定させる必要があり、冷媒を高速で充填することがで
きない。

そこで、液戻りを防ぎつつ、冷媒の充填速度の向上を図るものとしては、特許文献１に示すように、充填される冷媒が流れる充填回路に絞り装置を設けておき、圧縮機の吐出過熱度に基づいて、充填流量が適切となるように、絞り装置の絞り開度を調整するように構成されたものがある。しかしながら、このような絞り装置を利用する構成であると、装置全体が高価なものとなる。

特許第６３０６４５０号

そこで、本発明は、上述した問題を一挙に解決すべくなされたものであり、充填速度を向上させるとともに、コストを抑えつつも液戻りを防ぐことで、安価で信頼性の高い冷媒充填装置を提供することを主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る冷媒充填装置は、圧縮機、室外熱交換器、及び膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機と、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器を接続するとともに液状の冷媒を搬送する液管及びガス状の冷媒を搬送するガス管を有する冷媒回路と、を備える空気調和機に冷媒を充填する装置であって、前記冷媒回路に接続される冷媒充填ポートを有した冷媒充填回路と、前記冷媒充填回路に設けられた開閉バルブと、前記開閉バルブを制御する制御機構とを具備し、前記制御機構が、前記圧縮機から吐出側の冷媒温度及び冷媒圧力から冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出部と、前記吐出過熱度算出部により算出された吐出過熱度に基づいて、前記開閉バルブを制御するバルブ制御部とを備えることを特徴とするものである。

このように構成された冷媒充填装置によれば、算出された吐出過熱度に基づいて開閉バルブを制御するので、吐出過熱度を高く確保できている場合には、開閉バルブを開いたまま冷媒を例えば所定時間充填し続けることで、充填速度の向上を図れる。
一方、この所定時間内に吐出過熱度が所定の閾値を下回った場合には、開閉バルブを閉じることで、液戻りが発生する前に冷媒の充填を停止させることができる。
このように、本発明に係る冷媒充填装置によれば、開閉バルブを利用した安価な構成でありつつも、充填速度を向上させることが可能であり、なおかつ液戻りを防ぐことにより、信頼性を担保することができる。

液戻りが発生する前に冷媒の充填を停止させる具体的な態様としては、前記バルブ制御部は、前記吐出過熱度が所定の閾値を下回った場合に、前記開閉バルブを閉じる態様を挙げることができる。

液戻りの発生をより確実に防ぐためには、前記バルブ制御部は、前記吐出過熱度が前記閾値を下回っていない場合であっても、前記吐出過熱度が、所定の閾値より大きい変化率で減少した場合に、前記開閉バルブを閉じることが好ましい。

適切な冷媒量を充填するためには、前記制御機構が、冷媒量を検知するための冷媒量検知部をさらに備え、前記バルブ制御部が、前記冷媒量検知部の検知結果に基づいて、前記開閉バルブを制御することが好ましい。

冷媒量を検知するための具体的な態様としては、前記制御機構が、前記室外熱交換器の出口側の冷媒温度と冷媒圧力とから冷媒の過冷却度を算出される過冷却度算出部を備え、前記冷媒量検知部が、前記過冷却度と予め設定された目標過冷却度との差から、冷媒量を検知する態様を挙げることができる。

前記目標過冷却度は、種々の環境に応じて定まることから、前記目標過冷却度が、室外温度、室内温度、又は配管長の少なくとも１つをパラメータとして定められていることが好ましい。

吐出過熱度に基づき開閉バルブの制御方法として、例えば冷媒の充填開始後、算出された吐出過熱度が閾値に到るまで、開閉バルブを開き続ければ、充填速度をより向上させることができるように思われる。
ところが、このような制御をする場合、開閉バルブの制御の応答性を速くしなければ、吐出過熱度が閾値を上回り、液戻りが発生する恐れがある。しかし、開閉バルブの制御の応答性を速くすると、装置としては高価なものとなる。
そこで、前記バルブ制御部は、前記過冷却度が前記目標過冷却度よりも小さい間においては、所定の開放時間だけ前記開閉バルブを開放する動作と、所定の閉鎖時間だけ前記開閉バルブを閉鎖する動作とを繰り返すことが好ましい。
このような構成であれば、安価な構成にしつつも、充填速度を可及的に向上させることができ、なおかつ液戻りを確実に防ぐことができる。

前記バルブ制御部は、前記過冷却度と前記目標過冷却度との差が所定の値よりも大きい場合に、前記開放時間を長くし、又は、前記閉鎖時間を短くし、前記過冷却度と前記目標過冷却度との差が所定の値よりも小さい場合に、前記開放時間を短くし、又は、前記閉鎖時間を長くすることが好ましい。
このような構成であれば、算出された過冷却度が目標過冷却度に近づくように開閉バルブの開時間又は閉時間を変更することで、冷媒回路に所望の冷媒量を充填することができる。

より具体的な態様としては、前記バルブ制御部は、前記過冷却度と前記目標過冷却度との差に比例して、前記開放時間を短くし、又は、前記閉鎖時間を長くする態様を挙げることができる。

ところで、室外温度が低い場合に冷媒を多量に充填すると、冷媒回路のうち本来であれば液冷媒が溜まらない部分（例えば、圧縮機の吸入側のガス配管やアキュムレータなど）に液冷媒が溜まってしまい、冷媒回路内の冷媒量と過冷却度との特性が崩れ、冷媒の充填精度が低下する。
そこで、室外温度が低いほど、前記開閉バルブの開時間が短い、又は、前記開閉バルブの閉時間が長いことが好ましい。

前記バルブ制御部が、前記過冷却度算出部により算出された過冷却度の変化率に基づいて、前記開閉バルブの開時間又は閉時間を変更することが好ましい。
このように過冷却度の変化率に基づいて開閉バルブを制御することで、例えば算出過冷却度が目標過冷却度に到達するまでの時間などをある程度予測することができ、冷媒の充填精度を向上させることができる。

前記室外機は、前記液管側に設けられた第１の冷媒充填ポートと、前記ガス管側に設けられた第２の冷媒充填ポートと、を備え、前記冷媒充填装置は、前記空気調和機が運転前に停止しているときに、前記第１の冷媒充填ポートから冷媒を充填し、前記空気調和機が、前記室外熱交換器が凝縮器として機能するとともに、前記室内熱交換器が蒸発器として機能する冷媒充填運転を行うときに、前記第２の冷媒充填ポートから冷媒を充填することが好ましい。
このような構成であれば、空気調和機Ｚの運転状態に応じて、液管及びガス管のそれぞれから冷媒を充填できるので、充填量を増大させることができる。

例えば空気調和機の運転開始の前後など、タイミングに応じて冷媒を充填するための冷媒充填ポートを切り替えるためには、前記冷媒充填装置は、前記第１の冷媒充填ポートに冷媒を充填するための、第１の冷媒充填回路と、前記第２の冷媒充填ポートに冷媒を充填するための、第２の冷媒充填回路と、を備えることが好ましい。

前記第１の冷媒充填回路は、充填される冷媒の流れを制御するための第１の開閉バルブを有し、前記第２の冷媒充填回路は、充填される冷媒の流れを制御するための第２の開閉バルブを有し、前記第１の開閉バルブの口径が、前記第２の開閉バルブの口径より大きいことが好ましい。
このような構成であれば、空気調和機の運転開始の前後において、前記第１の冷媒充填回路と、前記第２の冷媒充填回路と、を使用して充填する充填量を、それぞれ適切な量にすることができる。

前記空気調和機は、冷房運転又は暖房運転を行うための制御部を備え、前記冷媒充填装置は、前記冷媒充填回路が前記空気調和機と別体の筐体に収容されたものであり、前記バルブ制御部が、前記空気調和機の前記制御部に収容されており、前記空気調和機と前記冷媒充填装置とが、有線又は無線で、互いに通信するための通信手段を有し、前記通信手段を介して、前記開閉バルブが制御されることが好ましい。
このような構成であれば、制御部が、室外機に収容されているので、冷暖房運転を制御する制御部に、開閉バルブの制御を担わせることができる。これにより、開閉バルブを制御するための専用の制御部は不要であり、装置をより安価でよりシンプルな構成にすることができる。

より具体的な実施態様としては、前記通信手段は、インターネットを介して通信することが可能であり、前記制御部の制御は、前記通信手段を介して得られた情報によって、制御を変更することが可能である態様を挙げることができる。

例えば、冷媒ボンベから冷媒をそのまま充填する場合、充填速度の向上を図るべく充填量を増大させると、圧縮機の吸入側の冷媒が気液二相になり、圧縮機の信頼性を損なわれる。このため、圧縮機の信頼性を担保しようとすれば、充填速度の向上には限度がある。
そこで、前記冷媒回路に充填する冷媒を減圧する減圧手段を備えることが好ましい。
このような構成であれば、冷媒ボンベの冷媒を減圧させて充填させることができるので、冷媒ボンベの冷媒をそのまま充填する場合に比べて、圧縮機の吸入側の冷媒をよりガス化することができ、圧縮機の信頼性を損なうことなく、充填速度のさらなる向上を図れる。

前記減圧手段の具体的な実施態様としては、前記冷媒充填回路に設けられた膨張弁や、前記冷媒充填回路を構成するキャピラリー管を挙げることができる。

また、前記冷媒回路に充填する冷媒を加熱する加熱手段を備えても良い。
このような構成であっても、冷媒ボンベの冷媒をそのまま充填する場合に比べて、圧縮機の吸入側の冷媒をガス冷媒にすることができ、圧縮機の信頼性を損なうことなく、充填速度のさらなる向上を図れる。

前記加熱手段の具体的な実施態様としては、ヒータや、前記冷媒充填回路を流れる冷媒と、前記冷媒回路を流れる高温冷媒との間で熱交換させるものや、前記冷媒充填回路を流れる冷媒と、前記冷媒充填回路の周囲の空気との間で熱交換させるものを挙げることができる。

また、例えば空気調和機の運転開始の前後など、タイミングに応じて冷媒を充填するための冷媒充填ポートを切り替えるためには、前記冷媒回路に冷媒を充填する回路を、前記第１の冷媒充填回路又は前記第２の冷媒充填回路に切り替え可能に構成されていることが好ましい。

前記冷媒充填装置は、前記第１の冷媒充填回路と、前記第２の冷媒充填回路と、を連通する、連通回路と、前記連通回路に設けられ、異物除去または劣化冷凍機油を取り除くためのフィルターとを更に備えることが好ましい。
このような構成であれば、連通回路に冷媒が流れるようにバルブ類を制御することで、異物除去や劣化冷凍機油の除去を行い、その結果、空気調和機の信頼性を向上させることができる。

このように構成した本発明によれば、充填速度を向上させるとともに、コストを抑えつつも液戻りを防ぐことで、安価で信頼性の高い冷媒充填装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における空気調和機の概略構成図。 同実施形態における冷媒充填装置の模式図。 同実施形態における制御機構の機能を示す機能ブロック図。 同実施形態における圧力センサ及び温度センサの配置を示す模式図。 同実施形態における制御機構の制御を示すフローチャート。 同実施形態における制御機構の制御内容を示すグラフ。 本発明のその他の実施形態における冷媒充填装置の模式図。 同実施形態における冷媒充填装置の模式図。 同実施形態における冷媒充填装置の作用を説明するためのモリエル線図。

以下に本発明の一実施形態における冷媒充填装置について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る冷媒充填装置１００は、例えば空気調和機Ｚの冷媒回路Ｘに冷媒を充填するためのものであり、図１に示すように、充填される冷媒の供給源である冷媒ボンベＢと、冷媒回路Ｘとの間に接続される冷媒充填機構１０と、この冷媒充填機構１０による冷媒充填動作を制御する制御機構２０とを備えている。なお、空気調和機Ｚは、圧縮機、室外熱交換器、及び膨張弁を有する室外機Ｚ１と、室内熱交換器を有する室内機Ｚ２と、室外機Ｚ１及び室内機Ｚ２を接続するとともに、液状の冷媒を搬送する液管Ｌ及びガス状の冷媒を搬送するガス管Ｇを有する冷媒回路Ｘとを備えたものである。ここでは、室外側に配置されて室外熱交換器を収容する１つの室外機Ｚ１に、室内側に配置されて室内熱交換器を収容する複数の室内機Ｚ２が接続されている。ただし、室外機Ｚ１は複数設けられていても良いし、室外機Ｚ１に接続される室内機Ｚ２は１つであっても良い。

＜冷媒充填機構＞
まず、冷媒充填機構１０について説明する。
冷媒充填機構１０は、図２に示すように、冷媒回路Ｘに接続される冷媒充填回路１１Ａと、冷媒充填回路１１Ａを収容する筐体１２とを備えている。

冷媒充填回路１１Ａは、冷媒回路Ｘに接続されるとともに、冷媒回路Ｘに冷媒を充填する冷媒充填ポートＰａ１を有しており、冷媒の充填及びその停止を切り替える電磁弁等の開閉バルブＶ１が設けられている。ここでの冷媒充填回路１１Ａは、冷媒回路Ｘに接続されるとともに、充填される冷媒の供給源である冷媒ボンベＢに例えばマニホールドゲージＭを介して接続される冷媒吸入ポートＰｂ１をさらに有している。

この冷媒充填回路１１Ａの冷媒充填ポートＰａ１は、図１に示すように、室外機Ｚ１及び室内機Ｚ２を接続する液管Ｌに接続されている。なお、冷媒充填ポートＰａ１は、チャージホースを介して液管Ｌに接続される。

また、本実施形態の冷媒充填機構１０は、図１及び図２に示すように、上述した冷媒充填回路１１Ａ（以下、第１の冷媒充填回路１１Ａともいう）とは別に、室外機Ｚ１及び室内機Ｚ２を接続するガス管Ｇに接続される冷媒充填ポートＰａ２を有した第２の冷媒充填回路１１Ｂを備えている。なお、この冷媒充填ポートＰａ２も、チャージホースを介してガス管Ｇに接続される。

この第２の冷媒充填回路１１Ｂは、第１の冷媒充填回路１１Ａと同様、冷媒吸入ポートＰｂ２及び開閉バルブＶ２を有しており、ここでは第２の冷媒充填回路１１Ｂを第１の冷媒充填回路１１Ａとは別の配管から構成してある。また、第２の冷媒充填回路１１Ｂに設けられた開閉バルブＶ２の口径は、第１の冷媒回路１１Ａの開閉バルブＶ１の口径よりも小さくしても良い。なお、第２の冷媒充填回路１１Ｂは、少なくとも冷媒充填ポートＰａ２が第１の冷媒充填回路１１Ａの冷媒充填ポートＰａ１とは別であれば良く、第２の冷媒充填回路１１Ｂを構成する配管の一部と、第１の冷媒充填回路１１Ａを構成する配管の一部とを共通化しても良い。以下、第１の冷媒回路１１Ａと第２の冷媒回路１１Ｂを明示的に区別しない場合は、第１の冷媒回路１１Ａまたは第２の冷媒回路１１Ｂを含む上位概念として、冷媒回路１１とも記す。同様に、開閉バルブＶ１または開閉バルブＶ２を含む上位概念として、開閉バルブＶとも記す。

筐体１２は、空気調和機Ｚとは別体のものであり、具体的には室外機Ｚ１の電装品箱ＣＢとは別体のものである。ここでの筐体１２は、把持部を備えた可搬型のものであり、この筐体１２の外壁を第１の冷媒充填回路１１Ａや第２の冷媒充填回路１１Ｂを構成する配管が貫通して、上述した各ポートが、筐体１２の外部に位置している。

＜制御機構＞
次に、制御機構２０について説明する。
制御機構２０は、冷媒充填回路１１による冷媒充填動作を制御するものである。

具体的に制御機構２０は、マイクロコンピュータやメモリ等を備え、図３に示すように、吐出過熱度算出部２１、過冷却度算出部２２、目標過冷却度格納部２３、バルブ制御部２４などとしての機能を発揮するものである。

この制御機構２０は、室外機Ｚ１の電装品箱ＣＢ内に収容されており、同電装品箱ＣＢ内に収容されて圧縮機や四方弁などを制御する制御部としての機能を発揮する。つまり、本実施形態では、空気調和機Ｚの動作を制御する制御部に、冷媒充填回路１１の動作を制御する機能を兼ね備えさせている。
また、空気調和機Ｚと冷媒充填装置１００とは、有線又は無線の通信手段を有し、これらの通信手段がインターネットを介して通信可能に構成されており、前記制御部の制御は、通信手段を介して得られた情報によって変更することが可能である。

以下、制御機構２０の各部について説明する。

吐出過熱度算出部２１は、圧縮機から吐出された冷媒の過熱度である吐出過熱度を算出するものである。この吐出過熱度は、圧縮機から吐出されたガス冷媒の温度と、そのガス冷媒の圧力における飽和温度との差である。

本実施形態では、図４に示すように、冷媒回路Ｘにおける圧縮機Ｃの下流側に第１温度センサＴ１及び第１圧力センサＰ１を設けてある。具体的には、圧縮機ＣとオイルセパレータＯＳとの間に第１温度センサＴ１が設けられており、オイルセパレータＯＳと室外熱交換器Ｈとの間に第１圧力センサＰ１が設けられている。そして、吐出過熱度算出部２１は、第１温度センサＴ１により検出された冷媒温度と、第１圧力センサＰ１により検出された冷媒圧力とに基づいて、吐出過熱度を算出する。

過冷却度算出部２２は、室外熱交換器Ｈを通過した冷媒の温度及び圧力に基づいて過冷却度である過冷却度を算出する。この過冷却度は、凝縮器たる室外熱交換器Ｈを通過した後の液冷媒の温度と、その液冷媒の圧力における飽和温度との差であり、冷媒充填量が多いほど高くなる。なお、室外熱交換器Ｈにおける冷媒の凝縮は圧力損失が小さいため、室外熱交換器Ｈに流入する前の液冷媒の圧力と、室外熱交換器Ｈを通過した後の液冷媒の圧力とは互いに等しいとみなしてもよい。

本実施形態では、図４に示すように、室外熱交換器Ｈの下流にサブクーラＳＣＬを設けてあり、さらにその下流に第２温度センサＴ２を設けてある。そして、過冷却度算出部２２は、第２温度センサＴ２により検出された冷媒温度と、上述した第１圧力センサＰ１により検出された冷媒圧力に基づいて、過冷却度を算出する。

目標過冷却度格納部２３は、過冷却度算出部２２により算出された過冷却度（以下、算出過冷却度という）の目標値（以下、目標過冷却度という）と、室外温度、室内温度、又は配管長の少なくとも１つとの相関を示す相関データが格納されている。

具体的にこの相関データは、室外温度、室内温度、又は配管長の少なくとも１つをパラメータとして目標過冷却度を求めるためのものであり、例えばルックアップテーブルや算出式などである。なお、予め定めた目標過冷却度の値そのものを目標過冷却度格納部２３に格納しても良い。

バルブ制御部２４は、少なくとも冷媒充填回路１１の開閉バルブＶを制御するものであり、具体的には過冷却度算出部２２により算出された算出過冷却度が目標過冷却度に近づくように、開閉バルブＶを所定開度の開状態か、閉状態かの何れかに択一的に制御する。また、バルブ制御部２４は、算出過冷却度と目標過冷却度との差から冷媒量を検知するための冷媒量検知部としての機能を備えており、検出した冷媒量に基づいて、開閉バルブＶを制御するように構成されている。

そして、本実施形態のバルブ制御部２４は、吐出過熱度算出部２１により算出された吐出過熱度をも開閉バルブＶの制御に用いており、具体的には、吐出過熱度の下限値として予め設定した閾値と、算出された吐出過熱度とを比較して、開閉バルブＶを制御する。なお、この閾値は、閾値格納部２５に格納されており、少なくとも圧縮機への液戻りが発生しない吐出過熱度の値である。

このように構成された冷媒充填装置１００を用いて、空気調和機Ｚの冷媒回路Ｘに冷媒を充填する動作について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、施工者が、室外機に収容された制御機構２０を、オートチャージモードに設定する（Ｔ１）。

これにより、冷媒充填機構１０は、空気調和機Ｚの運転前に、一定時間開閉バルブＶ１を開くことによって、液管Ｌに一定時間冷媒を封入するプレチャージを実施する（Ｔ２）。

次に、施工者が、室外機Ｚ１のガス管Ｇ側のサービスバルブと、液管Ｌ側のサービスバルブとを手動で全開にする。その後、空気調和機Ｚは冷房運転を開始する（Ｔ３）。なお、ここでいうサービスバルブとは、ガス管Ｇや液管Ｌから冷媒を充填可能とする開状態と、その充填を停止する閉状態とに切り替わるものである。

冷房運転が安定してから、フィードバック制御による充填動作が開始される。具体的には、開閉バルブＶ２の開閉を繰り返す（Ｔ４）。

そして、算出過冷却度と目標過冷却度との差に基づいて、開閉バルブＶ２の開閉時間が変更される（Ｔ５）。

その後、算出過冷却度が目標過冷却度に一致したかを判断し（Ｔ６）、一致した場合に充填動作が終了する。

ここで、上述したフィードバック制御以降の動作を詳述する。
まず、フィードバック制御が開始されると、バルブ制御部２４が、第２の冷媒充填回路１１Ｂの開閉バルブＶ２の開閉を所定の時間間隔で開閉を繰り返す。なお、このとき第１の冷媒充填回路１１Ａの開閉バルブＶ１は閉状態である。

図６に示すように、算出過冷却度と目標過冷却度との差が所定の値よりも大きいときは、所定の開時間（以下、初期開時間という）と、所定の閉時間（以下、初期閉時間という）とが交互に繰り返されるようにしてある。開閉バルブＶ２が開状態のときは、冷媒が充填されることで吐出過熱度が減少し、開閉バルブＶ２が閉状態のときは、冷媒の充填が停止されることで吐出過熱度が増加する。

本実施形態では、吐出過熱度の下限値を予め閾値として設定してあり、図６に示すように、吐出過熱度算出部２１により算出された吐出過熱度が閾値以下になると、バルブ制御部２４が、上述した時間間隔に関わらず、開閉バルブＶ２を閉じる。

前記バルブ制御部２４は、吐出過熱度が閾値を下回っていない場合であっても、吐出過熱度が、所定の閾値より大きい変化率で減少した場合に、開閉バルブＶ２を閉じてもよい。

また、バルブ制御部２４は、算出過冷却度と目標過冷却度とを比較して開閉バルブＶ２を制御するように構成されている。具体的には、算出過冷却度と目標過冷却度との差が所定値以下になった場合に、開閉バルブＶ２の開時間を初期開時間よりも短い終盤開時間に変更する。
このとき、算出過冷却度と目標過冷却度との差に比例して、開時間を短くし、又は、閉時間を長くしても良い。この実施形態では、算出過冷却度及び目標過冷却度の差と比較する所定値が１つ設定されているが、複数の所定値を段階的に設定しておき、初期開時間よりも短い第１終盤開時間、第１終盤開時間よりもさらに短い第２終盤開時間など、終盤開時間を段階的に変更するようにしても良い。また、終盤動作モードにおける閉時間は、初期閉時間から変更しなくても良いし、初期閉時間よりも長く或いは短くしても良い。

その後、バルブ制御部２４は、算出過冷却度と目標過冷却度との差が所定の許容範囲内に収まったか否かを判断し、算出過冷却度と目標過冷却度との差が所定の許容範囲内に収まった場合には、開閉バルブＶ２を閉状態に維持する。これにより、冷媒充填動作は終了する。

以上のように構成された冷媒充填装置１００によれば、吐出過熱度に基づいて開閉バルブＶ２を制御するので、吐出過熱度を高く確保できている場合には、開閉バルブＶ２を開いたまま冷媒を例えば一定時間充填し続けることで、充填速度の向上を図れる。
一方、この一定時間内に吐出過熱度が所定の閾値を下回った場合には、開閉バルブＶ２を閉じて冷媒の充填を停止するので、液戻りが発生を防ぐことができる。
このように、本実施形態に係る冷媒充填装置１００によれば、開閉バルブＶ２を利用した安価な構成でありつつも、充填速度を向上させることができ、なおかつ液戻りを防ぐことにより、信頼性を担保することができる。

ここで、冷媒の充填開始後、吐出過熱度が閾値に到るまでは、開閉バルブＶ２を開き続けると、開閉バルブＶ２の制御の応答性を速くしなければ、液戻りが発生する恐れがある。しかし、開閉バルブＶ２の制御の応答性を速くすると、装置としては高価なものとなる。
これに対して、本実施形態では、冷媒の充填開始後、前記過冷却度が前記目標過冷却度よりも小さい間においては、所定の時間間隔でバルブの開閉を繰り返すように構成されている。その後、吐出過熱度が閾値以下になった場合に、バルブ制御部２４が、前記所定の時間間隔に関わらず、開閉バルブＶ２を閉じる。
このような構成であれば、装置を安価な構成にしつつも、充填速度を可及的に向上させることができ、なおかつ液戻りを確実に防ぐことができる。

さらに、バルブ制御部２４が、算出過冷却度が目標過冷却度に近づくように開閉バルブＶ２を制御するので、冷媒回路Ｘに所望の冷媒量が流れるように、冷媒を充填していくことができる。

加えて、目標過冷却度が、室外温度、室内温度、又は配管長の少なくとも１つをパラメータとして定められているので、種々の環境に応じた適切な冷媒量に基づいて、適切な目標過冷却度を設定することができる。

制御機構２０が、室外機Ｚ１に収容されており、圧縮機などを制御する制御部に開閉バルブＶ１、Ｖ２の制御を担わせているので、開閉バルブＶ１、Ｖ２を制御するための専用の制御部は不要であり、装置をより安価でよりシンプルな構成にすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、第１の冷媒充填回路１１Ａと第２の冷媒充填回路１１Ｂのうち、いずれか一方のみを用いても良い。

また、空気調和機Ｚとしては、配管長又は室内機台数を含む設置条件を記憶するための記憶部を備えており、冷媒充填機構１０は、第１の冷媒充填ポートＰａ２から冷媒を充填するときに、所定の運転前充填時間だけ、開閉バルブＶ１を開放するように構成されていても良い。また、この運転前充填時間は、前記記憶部の情報及び室外温度によって可変であることが好ましい。

以下に、本発明のその他の実施形態における冷媒充填装置について図面を参照して説明する。
冷媒充填機構１０は、図７に示すように、冷媒回路Ｘに充填する冷媒を減圧する減圧手段３０を備えていても良い。
ここでの減圧手段３０は、冷媒充填回路１１の一部を構成するキャピラリー管であるが、例えば、冷媒充填回路１１に設けた膨張弁を減圧手段３０として用いることもできる。

さらに、冷媒充填機構１０は、図８に示すように、冷媒回路Ｘに充填する冷媒を加熱する加熱手段４０を備えていても良い。
ここでの加熱手段４０は、冷媒充填回路１１を流れる冷媒と、冷媒充填回路１１の周囲の空気との間で熱交換させるものである。具体的にこの加熱手段４０は、上述した減圧手段３０により減圧した後の冷媒が流れる熱交換器であり、減圧して低温になった冷媒が、この熱交換器を流れることで、冷媒充填回路１１の周囲の空気との間で熱交換するように構成されている。この加熱手段４０は、熱交換器に送風するファンＦをさらに備えており、送風による熱交換効率の向上を図っている。
なお、加熱手段４０としては、例えば、冷媒充填回路１１を流れる冷媒と、冷媒回路Ｘを流れる高温冷媒との間で熱交換させるものであっても良いし、冷媒充填回路１１を流れる冷媒を加熱するヒータを利用したものであっても良い。このような構成であれば、必ずしも減圧手段３０を設ける必要はない。

図７や図８に示したように、減圧手段３０や加熱手段４０を設けて、冷媒ボンベＢの冷媒を減圧及び／又は加熱して充填することで、図９に示すように、冷媒ボンベＢの冷媒をそのまま充填する場合に比べて、圧縮機の吸入側の冷媒をよりガス化することができ、圧縮機の信頼性を損なうことなく、充填速度のさらなる向上を図れる。

ところで、室外温度が低い場合に冷媒を多量に充填すると、冷媒回路Ｘのうち本来でばれ液冷媒が溜まらない部分（例えば、圧縮機の吸入側のガス配管やアキュムレータなど）に液冷媒が溜まってしまい、冷媒回路Ｘ内の冷媒量と過冷却度との特性が崩れ、冷媒の充填精度が低下する。
そこで、バルブ制御部２４は、室外温度を取得して、それらの温度に基づいて開閉バルブＶの開時間又は閉時間を変更するように構成されていても良い。
具体的には、室外温度が低いほど、開閉バルブＶの開時間を短くする、又は、開閉バルブＶの閉時間を長くする実施態様を挙げることができる。

前記実施形態のバルブ制御部２４は、算出された吐出過熱度と閾値とを比較して開閉バルブＶを制御するように構成されていたが、算出された吐出過熱度が閾値を下回っていない場合であっても、算出された吐出過熱度の時間変化率（減少率）に基づいて開閉バルブＶを制御するようにしても良い。
具体的には、吐出過熱度の減少率が所定の閾値よりも大きい場合に、開閉バルブＶの開時間を短くする、又は、開閉バルブＶの閉時間を長くする実施態様を挙げることができる。

また、前記実施形態のバルブ制御部２４は、算出過冷却度と目標過冷却度との差分に基づいて開閉バルブＶを制御していたが、算出過冷却度の時間変化率（増加率）に基づいて開閉バルブＶを制御しても良い。
具体的には、吐出過熱度の増加率の絶対値が所定値よりも大きい場合に、開閉バルブＶの開時間を短くする、又は、開閉バルブＶの閉時間を長くする実施態様を挙げることができる。

さらに、前記実施形態の吐出過熱度算出部２１は、吐出過熱度を算出していたが、吐出過熱度の代わり或いは吐出過熱度に加えて、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度である過熱度を算出するものであっても良い。
この場合、バルブ制御部２４は、算出された過熱度が所定の閾値を下回った場合に開閉バルブＶを閉じるように構成されていても良い。

そのうえ、冷媒充填装置１００は、第１の冷媒充填回路１１Ａ及び第２の冷媒充填回路１１Ｂを連通する連通回路と、連通回路に設けられ、異物除去または劣化冷凍機油を取り除くためのフィルターと、連通回路に設けられ、連通回路を開閉するための連通用開閉バルブをさらに備えていても良い。
このような構成であれば、連通回路に冷媒が流れるように連通用開閉バルブを制御することで、異物除去や劣化冷凍機油の除去を行い、その結果、空気調和機Ｚの信頼性を向上させることができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

Ｚ ・・・空気調和機
Ｚ１ ・・・室外機
Ｚ２ ・・・室内機
１００・・・冷媒充填装置
Ｂ ・・・冷媒ボンベ
１０ ・・・冷媒充填機構
２０ ・・・制御機構
１１Ａ、１１Ｂ・・・冷媒充填回路
１２ ・・・筐体
Ｖ１、Ｖ２ ・・・開閉バルブ
２１ ・・・吐出過熱度算出部
２２ ・・・過冷却度算出部
２３ ・・・目標過冷却度格納部
２４ ・・・バルブ制御部

Claims (22)

1. 圧縮機、室外熱交換器、及び膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機と、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器を接続するとともに液状の冷媒を搬送する液管及びガス状の冷媒を搬送するガス管を有する冷媒回路と、を備える空気調和機に冷媒を充填する冷媒充填装置であって、
   前記冷媒回路に接続される冷媒充填ポートを有した冷媒充填回路と、
   前記冷媒充填回路に設けられた開閉バルブと、
   前記開閉バルブを制御する制御機構とを具備し、
   前記制御機構が、前記圧縮機の吐出側の冷媒温度及び冷媒圧力から冷媒の吐出過熱度を算出する吐出過熱度算出部と、
   前記室外熱交換器の出口側の冷媒温度と冷媒圧力とから冷媒の過冷却度を算出される過冷却度算出部と、
   前記過冷却度算出部により算出された過冷却度及び前記吐出過熱度算出部により算出された吐出過熱度に基づいて、前記開閉バルブの開閉状態を制御するバルブ制御部とを備え、
   前記バルブ制御部は、
   前記吐出過熱度が所定の閾値を下回っておらず、かつ前記過冷却度が予め設定された目標過冷却度よりも小さい間においては、所定の開放時間だけ前記開閉バルブを開放する動作と、所定の閉鎖時間だけ前記開閉バルブを閉鎖する動作とを繰り返し、かつ、前記過冷却度と前記目標過冷却度との差に基づいて、前記開閉バルブの前記開放時間又は前記閉鎖時間を変更し、前記開放時間内に前記吐出過熱度が前記所定の閾値を下回った場合に、前記開閉バルブを閉じることを特徴とする冷媒充填装置。
2. 前記バルブ制御部は、前記吐出過熱度が前記閾値を下回っていない場合であっても、前記吐出過熱度が、所定の閾値より大きい変化率で減少した場合に、前記開閉バルブを閉じることを特徴とする請求項１記載の冷媒充填装置。
3. 前記制御機構が、
   冷媒量を検知するための冷媒量検知部をさらに備え、
   前記バルブ制御部が、前記冷媒量検知部の検知結果に基づいて、前記開閉バルブを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷媒充填装置。
4. 前記冷媒量検知部が、前記過冷却度と前記目標過冷却度との差から、冷媒量を検知することを特徴とする請求項３記載の冷媒充填装置。
5. 前記目標過冷却度が、室外温度、室内温度、又は配管長の少なくとも１つをパラメータとして定められている請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の冷媒充填装置。
6. 前記バルブ制御部は、
   前記過冷却度と前記目標過冷却度との差が所定の値よりも大きい場合に、前記開放時間を長くし、又は、前記閉鎖時間を短くし、
   前記過冷却度と前記目標過冷却度との差が所定の値よりも小さい場合に、前記開放時間を短くし、又は、前記閉鎖時間を長くすることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の冷媒充填装置。
7. 前記バルブ制御部は、前記過冷却度と前記目標過冷却度との差に比例して、前記開放時間を短くし、又は、前記閉鎖時間を長くすることを特徴とする請求項６記載の冷媒充填装置。
8. 室外温度が低いほど、前記開放時間が短い、又は、前記閉鎖時間が長い、請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の冷媒充填装置。
9. 前記バルブ制御部が、前記過冷却度算出部により算出された過冷却度の変化率に基づいて、前記開閉バルブの開放時間又は閉鎖時間を変更する、請求項１乃至８のうち何れか一項に記載の冷媒充填装置。
10. 前記室外機は、前記液管側に設けられた第１の冷媒充填ポートと、前記ガス管側に設けられた第２の冷媒充填ポートと、を備え、
    前記冷媒充填装置は、
    前記空気調和機が運転前に停止しているときに、前記第１の冷媒充填ポートから冷媒を充填し、
    前記空気調和機が、前記室外熱交換器が凝縮器として機能するとともに、前記室内熱交換器が蒸発器として機能する冷媒充填運転を行うときに、前記第２の冷媒充填ポートから冷媒を充填することを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の冷媒充填装置。
11. 前記空気調和機は、配管長又は室内機台数を含む設置条件を記憶するための記憶部を備え、
    前記冷媒充填装置は、
    前記第１の冷媒充填ポートから冷媒を充填するときに、所定の運転前充填時間だけ、前記開閉バルブを開放するように構成されており、
    前記運転前充填時間は、前記記憶部の情報及び室外温度によって可変であることを特徴とする請求項１０記載の冷媒充填装置。
12. 前記冷媒充填装置は、
    前記第１の冷媒充填ポートに冷媒を充填するための、第１の冷媒充填回路と、
    前記第２の冷媒充填ポートに冷媒を充填するための、第２の冷媒充填回路と、を備えることを特徴とする請求項１０又は１１記載の冷媒充填装置。
13. 前記第１の冷媒充填回路は、充填される冷媒の流れを制御するための第１の開閉バルブを有し、
    前記第２の冷媒充填回路は、充填される冷媒の流れを制御するための第２の開閉バルブを有し、
    前記第１の開閉バルブの口径が、前記第２の開閉バルブの口径より大きいことを特徴とする請求項１２記載の冷媒充填装置。
14. 前記冷媒回路に冷媒を充填する回路を、前記第１の冷媒充填回路又は前記第２の冷媒充填回路に切り替え可能に構成されている、請求項１２記載の冷媒充填装置。
15. 前記空気調和機は、冷房運転又は暖房運転を行うための制御部を備え、
    前記冷媒充填装置は、前記冷媒充填回路が前記空気調和機と別体の筐体に収容されたものであり、
    前記バルブ制御部は、前記空気調和機の前記制御部と兼用されており、
    前記空気調和機と前記冷媒充填装置とが、有線又は無線で、互いに通信するための通信手段を有し、
    前記通信手段を介して、前記開閉バルブが制御されることを特徴とする請求項１乃至１４のうち何れか一項に記載の冷媒充填装置。
16. 前記通信手段は、インターネットを介して通信することが可能であり、
    前記制御部の制御は、前記通信手段を介して得られた情報によって、制御を変更することが可能であることを特徴とする請求項１５記載の冷媒充填装置。
17. 前記冷媒回路に充填する冷媒を減圧する減圧手段を備える、請求項１乃至１６のうち何れか一項に記載の冷媒充填装置。
18. 前記減圧手段が、前記冷媒充填回路に設けられた膨張弁、又は、前記冷媒充填回路を構成するキャピラリー管である、請求項１７記載の冷媒充填装置。
19. 前記冷媒回路に充填する冷媒を加熱する加熱手段を備える、請求項１７又は１８記載の冷媒充填装置。
20. 前記加熱手段が、ヒータである、請求項１９記載の冷媒充填装置。
21. 前記加熱手段が、前記冷媒充填回路を流れる冷媒と、前記冷媒回路を流れる高温冷媒との間で熱交換させるものである、請求項１９記載の冷媒充填装置。
22. 前記加熱手段が、前記冷媒充填回路を流れる冷媒と、前記冷媒充填回路の周囲の空気との間で熱交換させるものである、請求項１９記載の冷媒充填装置。