JPH0610571B2 - 適正冷媒充填量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空気調和機の据付時の追加冷媒充填の精度
向上あるいは適正冷媒量での運転かどうかを精度よくチ
ェックできるようにした適正冷媒充填量検出装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

第６図は特願昭60-285017 号に示された従来の適正冷媒
充填量検出装置であり、第７図はそれを空気調和機に装
着した状態の冷媒回路構成図である。第７図は圧縮機１
−冷媒配管７ａ−四方弁２−冷媒配管７ｂ−室外熱交換
器３−冷媒配管７ｃ−減圧用毛細管４−冷媒配管７ｄ−
室内熱交換器５−冷媒配管７ｅ−四方弁２−冷媒配管７
ｆ−アキュムレータ６−冷媒配管７ｇ−圧縮機１を順次
連結した冷媒回路構成である。

これに吐出ポート８，吸入ポート９を適正冷媒量検出装
置２１のバイパスポート１１，１２が冷媒配管により連
結されている。

第６図は第１のバイパス配管１３，第２のバイパス配管
１４，毛細管１５，第１の冷媒温度検出器１６，第２の
冷媒温度検出器１７，温度情報入力装置１８，演算装置
１９，演算結果の出力装置２０より構成される適正冷媒
量検出装置２１を示している。第１のバイパス配管１３
と第２のバイパス配管１４は熱交換するように所定の長
さを密着するように固着されて熱交換部が形成されてい
る。

次に動作について説明する。たとえば、冷房運転の場合
のまず空気調和機本体の動作から説明する。圧縮機１か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒は冷媒配管７ａ，四方
弁２，冷媒配管７ｂから室外熱交換器３に入り、ここで
凝縮し高圧の液冷媒となり冷媒配管７ｃに至る。

さらに、減圧用毛細管４により減圧され、冷媒配管７ｄ
を経て、室内熱交換器５に入り、ここで冷媒を蒸発させ
ることにより冷媒効果を出し、さらに冷媒配管７ｅ，四
方弁２，冷媒配管７ｆを経てアキュムレータ６に至り、
そこで余剰冷媒を蓄え、冷媒配管７ｇから圧縮機１に吸
入されるというヒートポンプ式冷凍サイクルを構成す
る。

この空気調和機に第６図の適正冷媒量検出装置２１が装
着されると、吐出冷媒の一部は冷媒配管７ａから吐出ポ
ート８より吐出バイパスポート１１を経て、第１のバイ
パス配管１３，毛細管１５、第２のバイパス配管１４，
吸入バイパスポート９を経て冷媒配管７ｆに戻るという
バイパス回路を形成する。

このとき、高温高圧の過熱ガス冷媒は第１のバイパス配
管１３を通る過程で、毛細管１５で減圧された低温の冷
媒と熱交換部で熱交換することにより冷却され、高圧の
２相状態となり、毛細管１５の入口に至る。この高圧の
冷媒は毛細管１５により減圧され、低圧の２相冷媒とな
り、第２のバイパス配管１４を通る過程で熱交換部で熱
交換することにより加熱され、吐出ガスとほぼ同じエン
タルピとなって冷媒配管７ｆに戻るというサイクルを構
成する。

このとき、第２のバイパス配管１４の入口に設けられた
第２の冷媒温度検出器１７は圧縮機吸入圧力に対する飽
和温度、すなわち飽和蒸発温度が検出される。

この飽和蒸発温度は冷媒充填量に依存することなく、常
に吸入圧力に対する飽和温度を示す。

一方、冷媒配管７ｆに設けられた第１の冷媒温度検出器
１６は吸入冷媒の温度を検出するが、この吸入温度は冷
媒充填量に対して第８図のように変化する。

第８図は縦軸に吸入冷媒温度、横軸に冷媒充填量をとっ
て示しており、図中のＡ点が最適冷媒充填量であり、こ
のＡ点より冷媒充填量が少ない程吸入冷媒温度は高くな
り、ある過熱度（＝吸入冷媒温度−飽和蒸発温度）をも
って吸入される。

また、Ａ点より冷媒充填量が多いときには余剰冷媒が生
じ、液冷媒としてアキュムレータ７に貯留されるため、
冷媒配管７ｆには２相の冷媒が流れることにより、吸入
温度は飽和蒸発温度に等しくなる。

したがって、空気調和機本体を運転しながら冷媒を充填
するとき、上記吸入冷媒温度と飽和蒸発温度をそれぞれ
第１および第２の冷媒温度検出器１６，１７により検出
し、これを電気信号に変え、温度情報入力装置１８を経
て演算装置１９により比較し、両者の温度が丁度等しく
なったところが最適冷媒量とし、出力装置２０に電気信
号を送る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の適正冷媒充填量検出装置は以上のように構成され
ており、冷媒充填量は少ない時点から冷媒を徐々に充填
しなければ、最適冷媒量を見出すことができず、すでに
冷媒を充填した状態で吸入温度が飽和蒸発温度に等しい
値を示している場合は、その冷媒充填量が適正かどうか
判定することができない。

すなわち、下限冷媒充填量は検出できても上限冷媒充填
量が検出できないという問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、冷媒回路の運転状態として、圧縮機の吸入状
態および吐出状態を精度よく検出し、適正冷媒量の下限
および上限をも検知できる信頼性の高い適正冷媒充填量
検出装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る適正冷媒充填量検出装置は、第１のバイ
パス配管，毛細管、第２のバイパス配管を順次直列に接
続し、熱交換部を有する冷媒バイパス回路と、圧縮機の
吐出側の冷媒配管に設けられた第１の冷媒温度検出器
と、アキュムレータの吸入側の冷媒配管に設けられた第
２の冷媒温度検出器と、第１のバイパス配管の熱交換部
出口に設けられた第３の冷媒温度検出器と、第２のバイ
パス配管上の熱交換部入口に設けられた第４の冷媒温度
検出器と、第１ないし第４の冷媒温度検出器の出力を処
理する演算装置とを設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、圧縮機の吐出側の冷媒配管中の高
温，高圧のガス冷媒の一部を第１のバイパス配管に通
し、熱交換部で第２のバイパス配管と熱交換することに
より圧力一定のまま冷却され、高圧の２相状態とし、こ
れを毛細管により減圧し、低圧の２相状態にして第２の
バイパス配管に通し、その通過過程で第１のバイパス配
管と熱交換することにより過熱され、吸入圧力に等しい
過熱ガスとして吸入側の冷媒配管に戻し、第１〜第４の
冷媒温度検出器によりそれぞれ吐出ガス冷媒温度，吸入
冷媒温度，飽和凝縮温度，飽和蒸発温度を検出し、その
検出情報を演算装置で処理する。

〔実施例〕

以下、この発明の適正冷媒充填量検出装置の実施例を図
について説明する。第１図はその一実施例の構成を示す
図であり、第２図はそれを空気調和機に装着した状態の
冷媒回路構成図である。

まず、第２図から述べる。この第２図において、第７図
と同一部分には同一符号を付して述べることにする。こ
の第２図は圧縮機１−冷媒配管７ａ−切換弁としての四
方弁２−冷媒配管７ｂ−室外熱交換器３−冷媒配管７ｃ
−減圧用毛細管４−冷媒配管７ｄ−室内熱交換器５−冷
媒配管７ｅ−四方弁２−冷媒配管７ｆ−アキュムレータ
６−冷媒配管７ａ−圧縮機１を順次連結した空気調和機
の冷媒回路構成を示す図であり、これに吐出ポート８，
吸入ポート９と適正冷媒量検出装置２１のバイパスポー
ト１１，１２がそれぞれ冷媒配管により連結されてい
る。

第１図は適正冷媒充填量検出装置２１の本体を示す図で
あり、吐出バイパスポート１１には第１のバイパス配管
１３が接続され、吸入バイパスポート１２には第２のバ
イパス配管１４が接続されている。

第１のバイパス配管１３と第２のバイパス配管１４は所
定個所で所定量の熱交換を行うよう、図示のごとく所定
長さを密着させて固着することにより熱交換部を形成し
ている。

この第１のバイパス配管１３と第２のバイパス配管１４
との他端間には、毛細管１５が接続されている。

一方、１６ａは第１の冷媒温度検出器であり、吐出側の
冷媒配管７ａ上に装着されている。１６ｂは第２の冷媒
温度検出器であり吸入側の冷媒配管７ｆ上で吸入バイパ
スポート９と四方弁２の間に装着されている。

また、上記第１のバイパス配管１３上で熱交換部出口に
は、第３の冷媒温度検出器１７ａが装着されており、第
２のバイパス配管１４上で熱交換部入口には第４の冷媒
温度検出器１７ｂが装着されている。

上記第１〜第４の冷媒温度検出器１６ａ，１６ｂ，１７
ａ，１７ｂによる温度情報は温度情報入力装置１８によ
り収集され、演算装置１９に送出されるようになってい
る。

演算装置１９は温度情報入力装置１８より送出される温
度情報を演算処理を行ない、出力装置２０に出力するよ
うにしている。

次にこの発明の動作について説明する。まず、空気調和
機本体の動作は、たとえば冷房運転の場合、圧縮機１か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒は吐出側の冷媒配管７
ａから四方弁２、冷媒配管７ｂを通り、室外熱交換器３
に至り、ここで凝縮されて高圧の液冷媒となり、冷媒配
管７ｃを経て減圧用毛細管４を通る過程で減圧され、冷
媒配管７ｄを経て室内熱交換器５に入り、ここで冷媒を
蒸発させることにより冷凍効果を出す。

さらに、冷媒配管７ｅ，四方弁２，吸入側の冷媒配管７
ｆを経てアキュムレータ６に至り、そこで余剰冷媒を貯
留し、冷媒配管７ｇから圧縮機１に吸入されるというヒ
ートポンプ式冷凍サイクルを構成する。

このような空気調和機本体に、第１のこの発明の適正冷
媒充填量検出装置が装着されると、吐出冷媒の一部は吐
出側の冷媒配管７ａからの吐出ポート８より吐出バイパ
スポート１１を経て、第１のバイパス配管１３，毛細管
１５，第２のバイパス配管１４，吸入バイパスポート１
２，吸入ポート９を経て、吸入側の冷媒配管７ｆに戻る
というバイパス回路を形成する。

このとき、高温高圧の過熱ガス冷媒は、第１のバイパス
配管１３を通る過程で、毛細管１５で減圧された低温の
冷媒と熱交換部で熱交換することにより、冷却され、高
圧の２相状態となり、毛細管１５の入口に至る。

この高圧の冷媒は毛細管１５により減圧され、低圧の２
相冷媒となり、第２のバイパス配管１４を通る過程で熱
交換部で熱交換することにより加熱され、吐出ガスとほ
ぼ同じエンタルピとなって吸入側の冷媒配管７ｆに戻る
という、サイクルを構成する。

第３図は以上の動作を示すモリエル線図であり、横軸に
エンタルピｉをとり、縦軸に圧力ｐをとって示し、冷媒
バイパス回路によるサイクルを示している。

この第３図中の(1)，(2)はそれぞれ第１のバイパス配管
１３の入口および出口の冷媒のｉ，ｐを表わしている。

また、(3)，(4)はそれぞれ第２のバイパス配管１４の入
口および出口の冷媒のｉ，ｐを表わしている。特に
(2)，(3)はそれぞれ第３および第４の冷媒温度検出器１
７ａ，１７ｂの設けられている位置での冷媒のｉ，ｐを
表わしている。

この第３図からもわかる通り、(2)の位置で吐出冷媒圧
力に対する飽和温度、すなわち飽和凝縮温度が(3)の位
置で吸入冷媒圧力に対する飽和温度、すなわち飽和蒸発
温度がそれぞれ検出される。

これらの飽和凝縮温度および飽和蒸発温度は冷媒充填量
に依存することなく、常に吐出圧力および吸入圧力に対
する飽和温度を示す。

一方、吐出側の冷媒配管７ａ上に設けられた第１の冷媒
温度検出器１６ａは吐出冷媒温度を検出し、吸入側の冷
媒配管７ｆ上に設けられた第２の冷媒温度検出器１６ｂ
は吸入冷媒温度を検出するが、この吐出冷媒温度および
吸入冷媒温度は冷媒充填量の変化に対して第４図に示す
ように変化する。

第４図は縦軸に冷媒温度をとり、横軸に冷媒充填量をと
って示しており、同図には飽和凝縮温度および飽和蒸発
温度の変化も示す。

第４図において矢印ＡおよびＢに相当する冷媒充填量Ｗ
_ＡおよびＷ_Ｂはそれぞれ適正と判断される下限冷媒充填
量および上限冷媒充填量である。

また、同図において、実線は吐出冷媒温度、一点鎖線は
飽和凝縮温度、二点鎖線は吸入冷媒温度、破線は飽和蒸
発温度をそれぞれ示し、また、吸入温度と飽和蒸発温度
の差を吸入スーパーヒートＳＨｓ、吐出温度と飽和凝縮
温度との差を吐出スーパーヒートＳＨｄとそれぞれ定義
する。

下限冷媒量Ｗ_Ａより冷媒充填量が少ないときは、吸入ガ
ス冷媒は常にある吸入スーパーヒートＳＨｓを持って圧
縮機に吸入される。また、吐出スーパーヒートＳＨｄに
ついても大きな値となる。つまり、冷媒量が不足した過
熱運転となる。冷媒充填量を増してＷ_Ａに近づく程、吸
入スーパーヒートＳＨｓは０に、吐出スーパーヒートＳ
Ｈｄはある一定値に近づく。

冷媒充填量がＷ_ＡとＷ_Ｂの間にあるときは、吸入ＳＨｓ
は常に０、吐出スーパーヒートＳＨｄは常に一定値とな
る。これはアキュムレータ６に液冷媒貯留されているこ
とにより、運転状態に変化がないからである。

さらに、冷媒充填量を増しＷ_Ｂより多くなると、アキュ
ムレータ６に貯留しきれなくなり、多量の液冷媒が吸入
側の冷媒配管７ｇより圧縮機１に吸入されることにより
吐出温度が低下し、吐出スーパーヒートＳＨｄも急激に
低下する。

このとき、吸入スーパーヒートＳＨｓは０のままであ
る。これはいわゆる液戻り運転であり、圧縮機１に悪影
響を及ぼす。

したがって、Ｗ_ＡとＷ_Ｂの間の冷媒充填量が適正冷媒充
填量であり、適正であることの判定条件は第４図からも
わかるように ＳＨｄ＝ＳＨｄ₀ ……(1) ＳＨｓ＝０ ……(2) である。

上記(1)式，(2)式が同時に成立することが必要である。
ＳＨｄ₀とは適正冷媒充填量のときの吐出スーパーヒー
トであり、運転条件が変化しても同一の値を示し、ほぼ
ＳＨｄ＝４０(deg)である。

空気調和機を運転しながら冷媒を充填するとき、あるい
は運転中の空気調和機について、上記吐出温度および飽
和凝縮温度をそれぞれ第１および第３の冷媒温度検出器
により検出し、また、吸入温度および飽和蒸発温度をそ
れぞれ第２および第４の冷媒温度検出器により検出し、
これらを電気信号に変え、温度情報入力装置１８により
収集し、演算装置１９により比較演算し、上記(1)式の
条件は第１および第３の冷媒温度検出器により検出され
る温度値が丁度等しくなることであり、上記(2)式の条
件は第２および第４の冷媒温度検出器により検出される
温度の差がＳＨｄ₀に等しくなることである。

このときが最適冷媒充填量とし、出力装置２０に電気信
号を送る。この出力装置２０はたとえばランプを点灯す
るなどとすることにより最適な冷媒充填量が検出でき
る。

なお、上記実施例は第１のバイパス配管１３および第２
のバイパス配管１４の熱交換部を所定長接触させ、ろう
付けなどで固着するものを示したが、第５図に示すよう
に、熱交換部として第１のバイパス配管１３を第２のバ
イパス配管１４内に配設するように構成した２重管方式
で熱交換させ得るようにしても、上記実施例と同様の効
果を奏する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、通常の空気調和機本体
に熱交換部を有する冷媒バイパス回路を装着し、飽和凝
縮温度および飽和蒸発温度を生成，検出できるように構
成したので、精度のよい追加冷媒充填ができるとともに
運転中の空気調和機の冷媒充填量が適正かどうかの判定
ができ、しかも安価に据付現場にて行なうことができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の適正冷媒充填量検出装置の一実施例
の構成を示す図、第２図は同上適正冷媒充填量検出装置
を装着した空気調和機本体の冷媒回路の構成を示す図、
第３図は同上適正冷媒充填量検出装置の動作を示すため
のバイパスサイクルモリエ線図、第４図は同上適正冷媒
充填量検出装置の動作を説明するための冷媒温度と冷媒
充填量の関係を示す図、第５図はこの発明の適正冷媒充
填量検出装置の他の実施例の構成を示す図、第６図は従
来の適正冷媒充填量検出装置の構成を示す図、第７図は
従来の適正冷媒充填量検出装置を空気調和機本体に装着
したときの冷媒回路の構成を示す図、第８図は吸入冷媒
温度と冷媒充填量の関係を示す図である。 １……圧縮機、２……四方弁、３……室外熱交換器、４
……減圧用毛細管、５……室内熱交換器、６……アキュ
ムレータ、７ａ〜７ｇ……冷媒配管、１３……第１のバ
イパス配管、１４……第２のバイパス配管、１５……毛
細管、１６ａ……第１の冷媒温度検出器、１６ｂ……第
２の冷媒温度検出器、１７ａ……第３の冷媒温度検出
器、１７ｂ……第４の冷媒温度検出器、１９……演算装
置 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧用毛
   細管、室内熱交換器、アキュムレータを順次冷媒配管で
   連結してなる冷媒回路を持つ空気調和機において、前記
   圧縮機の吐出側の冷媒配管に一端が接続される第１のバ
   イパス配管、前記圧縮機の吸入側の冷媒配管に一端が接
   続され前記第１のバイパス配管と熱交換部を構成する第
   ２のバイパス管、前記第１および第２のバイパス配管の
   他端間に接続される毛細管、前記圧縮機の吐出側と四方
   弁とを連結する冷媒配管上に設置されてこの冷媒配管の
   冷媒温度を検出する第１の冷媒温度検出器、前記アキュ
   ムレータと四方弁とを連結する冷媒配管上に設置されて
   この冷媒配管の冷媒温度を検出する第２の冷媒温度検出
   器、前記第１のバイパス配管上の前記熱交換部の冷媒の
   飽和凝縮温度を検出する第３の冷媒温度検出器、前記第
   ２のバイパス配管上の前記熱交換部の冷媒の飽和蒸発温
   度を検出する第４の冷媒温度検出器、前記第１ないし第
   ４の冷媒温度検出器の温度情報を処理する演算装置を備
   えた適正冷媒充填量検出装置。
2. 【請求項２】熱交換部は第１および第２の配管を所定長
   密接して固続することにより熱交換するよう構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の適正冷媒充
   填量検出装置。
3. 【請求項３】熱交換部は第２のバイパス配管内に第１の
   バイパス配管を挿入した２重管構造とすることを特徴と
   する特許請釜の範囲第１項記載の適正冷媒充填量検出装
   置。
4. 【請求項４】演算装置は適正冷媒量の判定基準として吐
   出温度と飽和凝縮温度との差である吐出スーパーヒート
   および吸入温度と飽和蒸発温度との差である吸入スーパ
   ーヒートを演算処理することを特徴とする特許請求の範
   囲第１図記載の適正冷媒充填量検出装置。