(57)【要約】【課題】膨張弁の制御性の低下や冷媒音の発生といった不具合をなくしつつ、また、空調性能が低下することを防ぎつつ、冷媒回路に充填する冷媒量を低減できる空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１の冷媒回路１００に充填する冷媒量を、下限充填量と上限充填量で規定される範囲とする。下限充填量は、凝縮器として機能する室外熱交換器２２において冷媒が凝縮しづらい過負荷条件下で冷房運転を行ったときに、過冷却熱交換器２３の冷媒出口側における冷媒過冷却度が０ｄｅｇかつ冷媒乾き度が０となる充填量である。一方、上限充填量は、過負荷条件よりは室外熱交換器２２において冷媒が凝縮しやすい定格条件下で冷房運転を行ったときに、室外熱交換器２２の冷媒出口側における冷媒過冷却度が０ｄｅｇかつ冷媒乾き度が０となる充填量である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と室外熱交換器を有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機が液管とガス管で接続されて冷媒回路を構成し、前記室外機あるいは前記室内機あるいは前記液管のうちの少なくともいずれか一つに膨張弁を設ける空気調和装置であって、
前記冷媒回路に充填する冷媒の充填量を、下限充填量より多く上限充填量より少ない充填量とし、
前記上限充填量は、所定の定格条件下で冷房運転あるいは暖房運転を行っているときに、凝縮器として機能する前記室外熱交換器あるいは前記室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、凝縮器として機能する前記室外熱交換器あるいは前記室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量であり、
前記下限充填量は、凝縮器として機能する前記室外熱交換器あるいは前記室内熱交換器における冷媒の凝縮温度と、前記室外機あるいは前記室内機に吸い込まれて凝縮器内部の冷媒と熱交換する空気の温度との温度差が、前記定格条件と比べて小さくなる所定の過負荷条件下で冷房運転あるいは暖房運転を行っているときに、前記膨張弁の冷媒入口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、前記膨張弁の冷媒入口における冷媒の乾き度が０となる充填量である、
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記下限充填量より多く前記上限充填量より少ない充填量の冷媒を、前記室外機に予め充填する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記室外機は、凝縮器として機能する前記室外熱交換器あるいは前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷却する過冷却熱交換器を有し、
前記下限充填量は、前記過負荷条件下での冷房運転において、前記過冷却熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、前記過冷却熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を使用した空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、少なくとも１台の室外機と少なくとも１台の室内機が冷媒配管で接続された冷媒回路を有する空気調和装置は、冷媒回路に充填した冷媒を、室外機に備える圧縮機を駆動することで冷媒回路内に循環させて冷房運転あるいは暖房運転を行っている。また、上記のような冷媒回路に、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器から流出した冷媒の一部を分岐して圧縮機の吸入側に戻すバイパス管と、このバイパス管を流れる冷媒によって室外熱交換器から流出した冷媒を冷却する過冷却熱交換器を有する空気調和装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のような空気調和装置では、冷媒回路に所定量（設置された空気調和装置で要求される運転能力を発揮するために十分な量）の冷媒が充填される。冷媒回路に充填される冷媒としては、不燃性であるが地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ＝ＧＷＰ、以降、「ＧＷＰ」と記載する）が高いＲ４１０ＡのようなＨＦＣ冷媒、ＧＷＰは低いが微燃性であるＲ３２（組成中に炭素の二重結合を持たないＨＦＣ冷媒）やＨＦＯ−１２３４ｙｆ（組成中にハロゲン化炭化水素を持つＨＦＣ冷媒、「ＨＦＯ冷媒」と表現される）、等がある。
【０００４】
近年では、地球温暖化防止のため、ＧＷＰが高い冷媒を使用する場合は冷媒回路に充填する冷媒量を低減することが求められている。また、低ＧＷＰの冷媒を使用する場合であっても、これらの冷媒は上述したように微燃性を有する為、万が一冷媒回路から漏洩した冷媒の密度が着火に至る濃度となることを防ぐために、冷媒回路に充填する冷媒量はできる限り低減することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６５９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷媒回路に充填する冷媒量が少なくなるほど、凝縮器として機能する熱交換器（冷房運転時は室外熱交換器／暖房運転時は室内熱交換器）における凝縮圧力が低下して凝縮温度が低下する。凝縮温度が低下すると凝縮器内部の冷媒と空気（冷房運転時は外気／暖房運転時は室内空気）の温度差が小さくなるため、凝縮能力が低下して空気調和装置の空調能力が低下する恐れがあった。
【０００７】
また、凝縮温度が低下して凝縮器内部の冷媒と空気の温度差が小さくなると、凝縮器から流出する冷媒が凝縮し切らずに気液二相状態となる恐れがあり、気液二相状態の冷媒が膨張弁を通過することで冷媒音が発生するという問題があった。さらには、気液二相状態の冷媒が膨張弁を通過することで膨張弁の制御性が低下するという問題があった。この制御性低下の問題は、膨張弁の開度調整が通常は液冷媒が通過することを想定してなされることに起因するものであり、気液二相状態の冷媒ではガス冷媒と液冷媒の比率が不明であることから、液冷媒が通過することを想定した膨張弁の開度調整では、適切な冷媒流量の制御が行えない状態となるためである。
【０００８】
本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、膨張弁の制御性の低下や冷媒音の発生といった不具合をなくしつつ、また、空調性能が低下することを防ぎつつ、冷媒回路に充填する冷媒量を低減できる空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と室外熱交換器を有する室外機と室内熱交換器を有する室内機が液管とガス管で接続されて冷媒回路を形成し、室外機あるいは室内機あるいは液管のうちのいずれかに膨張弁を設け、冷媒回路に充填する冷媒の充填量を、下限充填量より多く上限充填量より少ない充填量とするものである。上限充填量は、所定の定格条件下で冷房運転あるいは暖房運転を行っているときに、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量である。また、下限充填量は、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器における冷媒の凝縮温度と、室外機あるいは室内機に吸い込まれて凝縮器内部の冷媒と熱交換する空気の温度との温度差が、定格条件と比べて小さくなる所定の過負荷条件下で冷房運転あるいは暖房運転を行っているときに、膨張弁の冷媒入口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、膨張弁の冷媒入口における冷媒の乾き度が０となる充填量である。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、冷媒回路に充填する冷媒量を下限充填量より多く上限充填量より少ない充填量とすることで、制御性の低下や冷媒音の発生といった不具合をなくしつつ、また、空調性能が低下することを防ぎつつ、冷媒回路に充填する冷媒充填量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における、空気調和装置の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における、冷房運転時の冷凍サイクルを表すモリエル線図であり、（Ａ）は冷媒回路に上限充填量の冷媒を充填した場合、（Ｂ）は冷媒回路に下限充填量の冷媒を充填した場合を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１台の室外機に３台の室内機が並列に接続され、全ての室内機で同時に冷房運転あるいは暖房運転が行える空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【実施例】
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、本実施形態における空気調和装置１は、１台の室外機２と、室外機２に液管８およびガス管９で並列に接続された３台の室内機５ａ〜５ｃを備えている。詳細には、液管８は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に、他端が分岐して室内機５ａ〜５ｃの各液管接続部５３ａ〜５３ｃに、それぞれ接続されている。また、ガス管９は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に、他端が分岐して室内機５ａ〜５ｃの各ガス管接続部５４ａ〜５４ｃに、それぞれ接続されている。以上により、空気調和装置１の冷媒回路１００が形成されている。
【００１４】
尚、本実施形態の空気調和装置１では、冷媒回路１００に充填する冷媒量を後述する方法で決定する際に必要な装置情報の一例として、室外機２の能力は１４ｋＷ、室内機５ａ〜５ｃの能力は全て４．５ｋＷ、液管８の内径が７．５ｍｍ、ガス管の内径が１３．９ｍｍ、液管８とガス管９の長さはともに１５ｍ）とする。
＜室外機の構成＞
【００１５】
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２０と、四方弁２１と、室外熱交換器２２と、過冷却熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、液管８の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管９の一端が接続された閉鎖弁２６と、アキュムレータ２７と、室外ファン２８と、バイパス膨張弁２９を備えている。そして、室外ファン２８を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１００の一部をなす室外機冷媒回路２０を形成している。
【００１６】
圧縮機２０は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２０の冷媒吐出側は、後述する四方弁２１のポートａと吐出管４１で接続されており、また、圧縮機２０の冷媒吸入側は、アキュムレータ２７の冷媒流出側と吸入管４２で接続されている。
【００１７】
四方弁２１は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２０の冷媒吐出側と吐出管４１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２２の一方の冷媒出入口と冷媒配管４３で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２７の冷媒流入側と冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管４５で接続されている。
【００１８】
室外熱交換器２２は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器であり、冷媒と、後述する室外ファン２８の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器２２の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２１のポートｂと冷媒配管４３で接続され、他方の冷媒出入口は閉鎖弁２５と室外機液管４４で接続されている。
【００１９】
室外膨張弁２４は、室外機液管４４に設けられている。室外膨張弁２４は電子膨張弁であり、冷房運転時はその開度が全開とされる。また、暖房運転時は、圧縮機２０から吐出される冷媒温度が所定の目標温度となるようにその開度が調整される。
【００２０】
過冷却熱交換器２３は、室外膨張弁２４と閉鎖弁２５の間に配置される。過冷却熱交換器２３は例えば二重管熱交換器であり、二重管熱交換器の図示しない内管が後述するバイパス管４７の一部となるように配置され、図示しない外管が室外機液管４４の一部となるように配置される。過冷却熱交換器２３では、後述するバイパス膨張弁２９で減圧されて内管を流れる低圧冷媒と、冷房運転時に室外熱交換器２２から流出して外管を流れる高圧冷媒が熱交換を行う。
【００２１】
バイパス管４７は、一端が室外機液管４４における過冷却熱交換器２３と閉鎖弁２５の間の接続点Ｓ１に接続され、他端が室外機ガス管４５の接続点Ｓ２に接続されている。上述したように、過冷却熱交換器２３の図示しない内管はバイパス管４７の一部とされており、バイパス管４７の過冷却熱交換器２３側の接続点Ｓ１と過冷却熱交換器２３の内管の間にバイパス膨張弁２９が設けられている。バイパス膨張弁２９は電子膨張弁であり、冷房運転時はその開度が調整されることで室外熱交換器２２から流出した冷媒の一部を減圧し過冷却熱交換器２３を介して室外機ガス管４５に流す冷媒量を調整する。尚、暖房運転時は、バイパス膨張弁２９は全閉とされる。
【００２２】
アキュムレータ２７は、前述したように、冷媒流入側が四方弁２１のポートｃと冷媒配管４６で接続されるとともに、冷媒流出側が圧縮機２０の冷媒吸入側と吸入管４２で接続されている。アキュムレータ２７は、冷媒配管４６からアキュムレータ２７の内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離してガス冷媒のみを圧縮機２０に吸入させる。
【００２３】
室外ファン２８は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２２の近傍に配置されている。室外ファン２８は、図示しないファンモータによって回転することで図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２２において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。
【００２４】
以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管４１には、圧縮機２０から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、圧縮機２０から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２７の冷媒流入口近傍には、圧縮機２０に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ３２と、圧縮機２０に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４とが設けられている。
【００２５】
室外機液管４４における室外熱交換器２２と室外膨張弁２４の間には、冷房運転時に室外熱交換器２２から流出する冷媒の温度を検出するための第１液温度センサ３５が設けられている。室外機液管４４における過冷却熱交換器２３と閉鎖弁２５の間には、冷房運転時に過冷却熱交換器２３から流出する、すなわち、後述する室内機５ａ〜５ｃに流入する冷媒の温度を検出する第２液温度センサ３６が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ３７が備えられている。
【００２６】
また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０を備えている。
【００２７】
記憶部２２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２０や室外ファン２８の制御状態等を記憶している。通信部２３０は、室内機５ａ〜５ｃとの通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。
【００２８】
ＣＰＵ２１０は、前述した室外機２の各センサでの検出結果をセンサ入力部２４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ〜５ｃから送信される制御信号を通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機２０や室外ファン２８の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２１の切り換え制御を行う。さらには、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、室外膨張弁２４の開度調整を行う。
＜室内機の構成＞
【００２９】
次に、３台の室内機５ａ〜５ｃについて説明する。３台の室内機５ａ〜５ｃは、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃと、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃと、分岐した液管８の他端が接続された液管接続部５３ａ〜５３ｃと、分岐したガス管９の他端が接続されたガス管接続部５４ａ〜５４ｃと、室内ファン５５ａ〜５５ｃを備えている。そして、室内ファン５５ａ〜５５ｃを除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１００の一部をなす室内機冷媒回路５０ａ〜５０ｃを形成している。
【００３０】
尚、室内機５ａ〜５ｃの構成は全て同じであるため、以下の説明では、室内機５ａの構成についてのみ説明を行い、その他の室内機５ｂ、５ｃについては説明を省略する。また、図１では、室内機５ａ中の各構成に付与した番号の末尾をａからｂまたはｃにそれぞれ変更したものが、室内機５ａ中の各構成と対応する室内機５ｂ、５ｃの各構成となる。
【００３１】
室内熱交換器５１ａは、冷媒と後述する室内ファン５５ａの回転により図示しない吸込口から室内機５ａの内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部５３ａと室内機液管７１ａで接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部５４ａと室内機ガス管７２ａで接続されている。室内熱交換器５１ａは、室内機５ａが冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機５ａが暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。尚、液管接続部５３ａには液管８が溶接やフレアナット等により接続され、また、ガス管接続部５４ａにはガス管９が溶接やフレアナット等により接続されている。
【００３２】
室内膨張弁５２ａは、室内機液管７１ａに設けられている。室内膨張弁５２ａは電子膨張弁であり、室内熱交換器５１ａが蒸発器として機能する場合すなわち室内機５ａが冷房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（ガス管接続部５４ａ側）での冷媒過熱度が目標冷媒過熱度となるように調整される。また、室内膨張弁５２ａは、室内熱交換器５１ａが凝縮器として機能する場合すなわち室内機５ａが暖房運転を行う場合は、その開度は、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（液管接続部５３ａ側）での冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度となるように調整される。ここで、目標冷媒過熱度や目標冷媒過冷却度は、室内機５ａで十分な暖房能力あるいは冷房能力が発揮されるための値である。
【００３３】
室内ファン５５ａは樹脂材で形成されており、室内熱交換器５１ａの近傍に配置されている。室内ファン５５ａは、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機５ａの内に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１ａにおいて冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ供給する。
【００３４】
以上説明した構成の他に、室内機５ａには各種のセンサが設けられている。室内機液管７１ａにおける室内熱交換器５１ａと室内膨張弁５２ａの間には、室内熱交換器５１ａに流入あるいは室内熱交換器５１ａから流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ６１ａが設けられている。室内機ガス管７２ａには、室内熱交換器５１ａから流出あるいは室内熱交換器５１ａに流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ６２ａが設けられている。室内機５ａの図示しない吸込口付近には、室内機５ａの内部に流入する室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ６３ａが備えられている。
【００３５】
また、図示と詳細な説明は省略するが、室内機５ａには、室内機制御手段が備えられている。室内機制御手段は、室外機制御手段２００と同様に、ＣＰＵと、記憶部と、室外機２と通信を行う通信部と、上述した各温度センサの検出値を取り込むセンサ入力部を備えている。
＜空気調和装置の動作＞
【００３６】
次に、本実施形態における空気調和装置１の空調運転時の冷媒回路１００における冷媒の流れや各部の動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機５ａ〜５ｃが冷房運転を行う場合について説明し、暖房運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１（Ａ）における矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。
【００３７】
図１（Ａ）に示すように、室内機５ａ〜５ｃが冷房運転を行う場合、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、四方弁２１を実線で示す状態、すなわち、四方弁２１のポートａとポートｂが連通するよう、また、ポートｃとポートｄが連通するよう、切り換える。これにより、冷媒回路１００は、室外熱交換器２２が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。
【００３８】
圧縮機２０から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２１に流入し、四方弁２１から冷媒配管４３を介して室外熱交換器２２に流入する。室外熱交換器２２に流入した冷媒は、室外ファン２８の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。室外熱交換器２２から室外機液管４４に流出した冷媒は、開度が全開とされている室外膨張弁２４を通過して過冷却熱交換器２３（の図示しない外管）に流入する。過冷却熱交換器２３から室外機液管４４に流出した冷媒の一部はバイパス管４７に分流し、残りの冷媒は閉鎖弁２５を介して液管８に流入する。
【００３９】
過冷却熱交換器２３において、室外機液管４４から図示しない外管に流入した冷媒と、バイパス膨張弁２９で減圧されてバイパス管４７から図示しない内管に流入した冷媒が熱交換する。過冷却熱交換器２３からバイパス管４７に流出した冷媒は、室外機ガス管４５へと流れる。過冷却熱交換器２３から室外機液管４４に流出した冷媒は、前述したように閉鎖弁２５を介して液管８に流入する。尚、バイパス膨張弁２９の開度は、過冷却熱交換器２３からバイパス管４７に流出した冷媒の過熱度が所定値（例えば、３ｄｅｇ）となるように調整される。
【００４０】
液管８を流れる冷媒は、液管接続部５３ａ〜５３ｃを介して室内機５ａ〜５ｃに流入する。室内機５ａ〜５ｃに流入した冷媒は、室内機液管７１ａ〜７１ｃを流れ、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃで減圧されて室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入する。室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入した冷媒は、室内ファン５５ａ〜５５ｃの回転により室内機５ａ〜５ｃの内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能し、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃで冷媒と熱交換を行って冷却された室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機５ａ〜５ｃが設置された室内の冷房が行われる。
【００４１】
室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出した冷媒は室内機ガス管７２ａ〜７２ｃを流れ、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃを介してガス管９に流入する。ガス管９を流れる冷媒は、閉鎖弁２６を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管４５、四方弁２１、冷媒配管４６、アキュムレータ２７、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２０に吸入されて再び圧縮される。
【００４２】
尚、室内機５ａ〜５ｃが暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、四方弁２１を破線で示す状態、すなわち、四方弁２１のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するように切り換える。これにより、冷媒回路１００が、室外熱交換器２２が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。
＜冷媒充填量の決定＞
【００４３】
次に、図１および図２を用いて、本実施形態の空気調和装置１において、冷媒回路１００に充填する冷媒量の決定方法について説明する。本実施形態では、以下に説明する充填量の上限値である上限充填量より少なく、充填量の下限値である下限充填量より多い量の冷媒を冷媒回路１００に充填する。
【００４４】
図２に示すのは、空気調和装置１が冷房運転を行っているときの冷凍サイクルを示すモリエル線図であり、縦軸が冷媒の圧力（単位：ＭＰａ）、横軸が比エンタルピ（単位：ｋＪ／ｋｇ）を示す。図２における点Ａが図１における点Ａ、つまり、圧縮機２０の冷媒吸入側での冷媒の状態に対応する。図２における点Ｂが図１における点Ｂ、つまり、圧縮機２０の冷媒吐出側での冷媒の状態に対応する。図２における点Ｃが図１における点Ｃ、つまり、室内機５ａ〜５ｃの室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒流入側での冷媒の状態に対応する。図２における点Ｘが図１における点Ｘ、つまり、室外熱交換器２２の冷媒出口側での冷媒の状態に対応する。図２における点Ｙが図１における点Ｙ、つまり、室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒流入側での冷媒の状態に対応する。
＜上限充填量について＞
【００４５】
まず、冷媒回路１００に充填する冷媒の上限となる上限充填量について説明する。上限充填量とは、空気調和装置１を定格条件、つまり、屋外の乾球温度：３５℃／湿球温度：２４℃、および、室内の乾球温度：２７℃／湿球温度：１９℃、の条件下で冷房運転を行ったときに、図１に示す点Ｘすなわち凝縮器として機能する室外熱交換器２２の冷媒出口側での冷媒が、冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となる冷媒量である。
【００４６】
つまり、上限充填量とは、定格条件下での冷房運転時において、室外熱交換器２２の冷媒出口側で冷媒が凝縮し切る（室外熱交換器２２に流入したガス冷媒が全て液冷媒となる）充填量である。そして、室外機２に上限充填量の冷媒を予め充填して冷房運転を行ったときの冷凍サイクルが図２（Ａ）に示すモリエル線図となる。
【００４７】
具体的には、圧縮機２０に吸入された圧力Ｐｌの低温冷媒（図２（Ａ）の点Ａの状態）は、圧縮機２０で圧縮されて圧力Ｐｈ（＞Ｐｌ）の高温冷媒（図２（Ａ）の点Ｂの状態）となって圧縮機２０から吐出される。圧縮機２０から吐出された冷媒は、四方弁２１を介して室外熱交換器２２に流入し、室外熱交換器２２で外気と熱交換を行って凝縮して室外熱交換器２２の冷媒出口側で圧力Ｐｈであり、かつ、冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０の低温冷媒（図２（Ａ）の点Ｘの状態）となる。
【００４８】
室外熱交換器２２から流出した冷媒は、全開とされている室外膨張弁２４を通過して過冷却熱交換器２３に流入し、過冷却熱交換器２３で冷却されてさらに圧力Ｐｈであり、かつ、冷媒過冷却度＞０ｄｅｇの冷媒（図２（Ａ）の点Ｙ）の低温冷媒となって過冷却熱交換器２３から流出する。過冷却熱交換器２３から流出した冷媒は閉鎖弁２５を介して室外機２から流出し液管８を流れて室内機５ａ〜５ｃに分流する。
【００４９】
室内機５ａ〜５ｃに液管接続部５３ａ〜５３ｃを介して流入した冷媒は、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃにより圧力Ｐｌまで減圧されて（図２（Ａ）の点Ｃの状態）室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入し、室内空気と熱交換して蒸発して過熱蒸気となり（図２（Ａ）の点Ａの状態）室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出する。そして、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出した冷媒は、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃ、ガス管９、閉鎖弁２６を介して室外機２に流入し、四方弁２１、アキュムレータ２７を介して再び圧縮機２０に吸入される。
【００５０】
室外機２に上述した上限充填量より多い量の冷媒を予め充填して定格条件で冷房運転を行った場合の室外熱交換器２２における凝縮圧力（図２（Ａ）の圧力Ｐｈに相当）は、予め上限充填量を充填した場合の圧力Ｐｈより高くなる。これにより、凝縮温度と外気温度の温度差が大きくなって、室外熱交換器２２の冷媒出口側より室外熱交換器２２の内部側のある地点で冷媒が全て凝縮し、その地点から冷媒出口側までの間は液冷媒で満たされることとなる。
【００５１】
つまり、上記のような室外熱交換器２２の冷媒出口側より室外熱交換器２２の内部側のある地点までを満たす液冷媒は室外熱交換器２２内部に滞留することになる。一方、冷媒回路１００に上限充填量の冷媒が充填されていれば、室外熱交換器２２の冷媒出口側での冷媒が冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となり、室内機５ａ〜５ｃで必要な冷房能力発揮するのに必要な比エンタルピ差を確保できる。
【００５２】
以上のことから、冷媒回路１００に上限充填量以上の量の冷媒を充填したときは、室外熱交換器２２内部に滞留する冷媒が余分なものと考えられる。本実施形態の空気調和装置１では、冷媒回路１００に充填する冷媒量の上限値として上記上限充填量を定めているので、室内機５ａ〜５ｃで必要な冷房能力発揮するのに必要な比エンタルピ差を確保しつつ、余分な量の冷媒が充填されることを防ぐことができる。
＜下限充填量について＞
【００５３】
次に、冷媒回路１００に充填する冷媒の下限となる下限充填量について説明する。下限充填量とは、空気調和装置１を過負荷条件、例えば、空気調和装置１が冷房運転を行える屋外／室内のそれぞれの乾球温度／湿球温度の上限温度（例えば、屋外の乾球温度：４３℃／湿球温度：２６℃、および、室内の乾球温度：３２℃／湿球温度：２３℃）、で冷房運転を行ったときに、図１に示す点Ｙすなわち室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒入口側での冷媒が、冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となる冷媒量である。
【００５４】
つまり、下限充填量とは、定格条件よりも屋外／室内のそれぞれの乾球温度／湿球温度が高い環境で空気調和装置１が冷房運転を行う、すなわち、定格条件である場合と比べて凝縮器として機能する室外熱交換器２２で冷媒が凝縮しにくい環境下において、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒入口側で冷媒が凝縮し切る（室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを通過する冷媒が液冷媒となる）冷媒の充填量である。そして、室外機２に下限充填量の冷媒を予め充填して冷房運転を行ったときの冷凍サイクルが図２（Ｂ）に示すモリエル線図となる。
【００５５】
具体的には、圧縮機２０に吸入された低温かつ圧力Ｐｌの冷媒（図２（Ｂ）の点Ａの状態）は、圧縮機２０で圧縮されて圧力Ｐｈ（＞Ｐｌ）の高温冷媒（図２（Ｂ）の点Ｂの状態）となって圧縮機２０から吐出される。圧縮機２０から吐出された冷媒は、四方弁２１を介して室外熱交換器２２に流入し、室外熱交換器２２で外気と熱交換を行って凝縮して室外熱交換器２２の冷媒出口側で圧力Ｐｈの低温冷媒となるが、この時点では冷媒は完全に凝縮し切っておらず、まだ気液二相状態である（図２（Ｂ）の点Ｘの状態）。
【００５６】
室外熱交換器２２から流出した気液二相状態の冷媒は、全開とされている室外膨張弁２４を通過して過冷却熱交換器２３に流入し、過冷却熱交換器２３で冷却されて圧力Ｐｈであり、かつ、冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０の低温冷媒（図２（Ｂ）の点Ｙの状態）となって過冷却熱交換器２３から流出する。過冷却熱交換器２３から流出した冷媒は閉鎖弁２５を介して室外機２から流出し液管８を流れて室内機５ａ〜５ｃに分流する。尚、これ以降（点Ｙ→点Ｃ→点Ａの過程）については、上限充填量の説明の際に図２（Ａ）を用いて説明した内容と同じであるため、説明は省略する。
【００５７】
室外機２に上述した下限充填量より少ない量の冷媒を予め充填した場合は、室外熱交換器２２における凝縮圧力（図２（Ｂ）の圧力Ｐｈに相当）が下限充填量を予め充填した場合の圧力Ｐｈと比べて低くなる。このような場合は、凝縮温度と外気温度の温度差が小さくなって室外熱交換器２２で冷媒を冷却しても冷媒が凝縮し切らず、過冷却熱交換器２３で冷媒を更に冷却しても気液二相状態の冷媒が室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを流れる恐れがある。
【００５８】
上記のような状態では、気液二相状態の冷媒が室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを通過する際に冷媒音が発生する恐れがある。また、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの開度調整は、本来室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを液冷媒が通過することを想定してなされるものであるため、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃを通過する冷媒が気液二相状態であれば、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの制御性が低下する。
【００５９】
以上記載したことを考慮して、本実施形態では下限充填量を、前述した過負荷条件で室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒入口側での冷媒が冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となる冷媒量と定めている。室外機２に予め下限量以上の量の冷媒を充填すれば、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃにおける冷媒音の発生や制御性の低下を抑制できる。
＜下限充填量と上限充填量の算出方法＞
【００６０】
次に、下限充填量と上限充填量の算出方法について説明する。
＜下限充填量の算出方法＞
【００６１】
まず、下限充填量は以下の数式１〜４を用いて算出する。これら数式１〜４は、予め試験等を行って求められる。
下限充填量＝（ρｃ１×Ｖｃ＋ρｅ１×Ｖｅ+α１×Ｖｏ）×１０−３  ・・・数式１
ρｃ１＝ａ１×βｃ  ・・・数式２
ρｅ１＝ｂ１×βｅ  ・・・数式３
α１＝ｃ１×βｌ  ・・・数式４
ρｃ１：過負荷条件での室外熱交換器２２内部の平均冷媒密度
ρｅ１：過負荷条件での室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ内部の平均冷媒密度
α１：過負荷条件で、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００
の冷媒配管に分布する平均冷媒密度と、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１
ｃ以外の冷媒回路１００の容積を、室外熱交換器２２の管内容積に関連付けた係数
Ｖｃ：凝縮器として機能する熱交換器の管内容積
Ｖｅ：蒸発器として機能する熱交換器の管内容積
Ｖｏ：室外熱交換器２２の管内容積
βｃ：凝縮温度５０℃における、基準冷媒の乾き度０〜１．０の冷媒密度の平均値と、使用冷媒
の乾き度０〜１．０の冷媒密度の平均値との比率
βｅ：蒸発温度１０℃における、基準冷媒の乾き度０．３〜１．０の冷媒密度の平均値と、使用
冷媒の乾き度０．３〜１．０の冷媒密度の平均値との比率
βｌ：５０℃の基準冷媒の飽和液冷媒の密度と、５０℃の使用冷媒の飽和液冷媒の密度との比率
ａ１、ｂ１、ｃ１：試験によって求めた係数
【００６２】
上記数式１〜４の各値のうち、凝縮器として機能する熱交換器の管内容積Ｖｃと蒸発器として機能する熱交換器の管内容積Ｖｅと室外熱交換器２２の管内容積Ｖｏは、各熱交換器が有する図示しないパスの容積であり、空気調和装置１の設置時には判明している（空気調和装置１を設置する建物の規模や部屋数に応じた室外機や室内機を、設置前に選定するので）ものである。従って、これら各容積Ｖｃ、Ｖｅ、Ｖｏは全て定数となる。例えば、本実施形態の空気調和装置１が冷房運転を行うときは、凝縮器として機能する熱交換器の管内容積Ｖｃは室外熱交換器２２の管内容積であり、蒸発器として機能する熱交換器の管内容積Ｖｅは室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの合計管内容積である。
【００６３】
また、βｃ、βｅ、およびβｌは、それぞれが上述した条件下での基準冷媒と使用冷媒の冷媒密度の比率である。ここで、基準冷媒は任意に定められる冷媒であり、例えば、空気調和装置で一般的に使用されるＲ４１０Ａ冷媒とする。また、使用冷媒とは、実際に冷媒回路に充填して空気調和装置で使用する冷媒であり、例えばＲ３２冷媒とする。従って、基準冷媒と使用冷媒が同じであれば、βｃ、βｅ、およびβｌは全て１となる。また、基準冷媒が例えばＲ４１０Ａ冷媒、使用冷媒がＲ３２冷媒であれば、βｃ＝０．８０、βｅ＝０．７３、βｌ＝０．９３となる。
【００６４】
このように、βｃ、βｅ、およびβｌを基準冷媒と使用冷媒の冷媒密度の比率としておけば、空気調和装置１の冷媒回路１００に充填する冷媒が変更された場合であっても、数式１を変更することなく用いることができる。尚、βｃを決定する際の条件である「凝縮温度５０℃」は、空気調和装置１の冷房運転時の一般的な凝縮圧力を温度に換算したものであり、また、βｅを決定する際の条件である「蒸発温度１０℃」は、空気調和装置１の冷房運転時の一般的な蒸発圧力を温度に換算したものである。また、βｅの決定に使用する冷媒密度を算出する際の条件である「冷媒の乾き度０．３」とは、図２（Ａ）に示す点Ｃでの冷媒の乾き度である。
一方、ａ１、ｂ１、ｃ１は、後述する試験を行うことによって決定される係数である。
【００６５】
数式１における第１項「ρｃ１×Ｖｃ」、第２項「ρｅ１×Ｖｅ」、および、第３項「α１×Ｖｏ」はそれぞれ、過負荷条件下での冷房運転時に、過冷却熱交換器２３の冷媒出口側での冷媒過冷却度が０ｄｅｇかつ冷媒乾き度が０となるときの、凝縮器として機能する室外熱交換器２２に存在する冷媒量（ここで「冷媒量」とは、熱交換器に存在する冷媒の質量を表す。以下、必要がある場合を除き単に「冷媒量」と記載する）、蒸発器として機能する室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに存在する冷媒量、および、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００に存在する冷媒量を表す。
【００６６】
また、数式１の第３項「α１×Ｖｏ」の「α１」は、具体的には、過負荷条件下で室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００に分布する冷媒の平均密度に、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００の容積を室外熱交換器２２の管内容積で除して求める室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００の容積と室外熱交換器２２の管内容積との比率を乗じた値である。ここで、冷媒回路１００の容積とは、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００で冷媒が流通する冷媒配管や装置の容積の合計値である。
【００６７】
本来、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００に存在する冷媒量を算出するためには、冷媒回路１００の上記各熱交換器を除く全ての箇所に存在する冷媒量を算出して合計する必要がある。具体的には、冷媒回路１００の各熱交換器以外の箇所の容積に、当該箇所に存在する冷媒の密度を乗じたものを合計して、冷媒回路１００の上記各熱交換器を除く全ての箇所に存在する冷媒量を算出する。しかし、上述した冷媒回路１００の各熱交換器を除く箇所の容積は、求められる能力に応じて様々な値となり、また、凝縮器や蒸発器として機能する熱交換器の内部と冷媒回路１００の各熱交換器を除く箇所とでは、滞留する冷媒の状態が異なる。従って、冷媒回路１００の上記各熱交換器を除く全ての箇所に存在する冷媒量を空気調和装置毎に算出するのは多大な労力を要する。
【００６８】
そこで、本実施形態では、冷媒回路１００の各熱交換器以外の箇所の容積と、室外機２に備えられる室外熱交換器２２の管内容積との間に相関関係がある、つまり、大きな能力を求められる空気調和装置では室外熱交換器の管内容積が大きくなり、これに伴って冷媒回路の各熱交換器以外の箇所の容積も大きくなることに着目し、過負荷条件で、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００の容積を室外熱交換器２２の管内容積で除して求める室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００の容積と室外熱交換器２２の管内容積との比率を、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００に分布する冷媒の平均密度を乗じることで、冷媒回路１００の室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の箇所に存在する冷媒量を算出している。
【００６９】
次に、数式２〜４で使用する係数ａ１、ｂ１、ｃ１の決定方法について説明する。まず、空気調和装置１の冷媒回路１００に所定量の冷媒（冷房運転を開始できる程度の量）を充填する。冷媒回路１００への冷媒の充填は、冷媒ボンベを冷媒回路１００の図示しない充填ポートに接続して充填を開始し、冷媒ボンベを重量計等に乗せて冷媒ボンベの重量が上記所定量の冷媒の重さ分だけ減少すれば、充填を一旦止める。次に、空気調和装置１の設置環境を前述した過負荷条件（屋外の乾球温度：４３℃／湿球温度２６℃、室内の乾球温度：３２℃／湿球温度：２３℃）とし、冷媒回路１００を冷房サイクルに切り換えて冷房運転を開始する。
【００７０】
冷房運転を開始して冷媒回路１００における冷媒圧力が安定すれば冷媒の充填を再開し、所定時間毎（例えば、３０秒毎）に、過冷却熱交換器２３の冷媒出口側つまりは室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒流入側（図１（Ａ）の点Ｙ）での冷媒過冷却度と冷媒乾き度を確認する。尚、過冷却熱交換器２３の冷媒出口側での冷媒過冷却度は、吐出圧力センサ３１で検出した高圧（図２（Ｂ）の圧力Ｐｈに相当）を用いて求めた高圧飽和温度から、第２液温度センサ３６で検出した冷媒温度を減じて求める。また、冷媒乾き度は、例えばサイトグラスを過冷却熱交換器２３の冷媒出口側に挿入して目視で確認する（冷媒が気液二相状態であれば冷媒が白く濁り、液冷媒であれば透明となる）。尚、上記冷媒過冷却度は、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が、吐出圧力センサ３１で検出した高圧と第２液温度センサ３６で検出した冷媒温度をセンサ入力部２４０を介して取り込み、取り込んだ高圧と冷媒温度を用いて算出した冷媒過冷却度を、図示しない室外機２の表示部に表示するようにすればよい。
【００７１】
上述の冷媒を充填しつつ冷房運転を行っているときは、室外機２の室外ファン２８および室内機５ａ〜５ｃの室内ファン５５ａ〜５５ｃは、各々が予め定められた所定の回転数で駆動される。室外機２の室外膨張弁２４は全開とされる。室外機２のバイパス膨張弁２９は、過冷却熱交換器２３からバイパス管４７に流出する冷媒の過熱度が所定値（例えば、３ｄｅｇ）となるように、その開度が調整される。室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃは、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃの冷媒出口側における冷媒過熱度が所定値（例えば、２ｄｅｇ）となるように、それぞれの開度が調整される。
【００７２】
上記のように冷房運転を行いながら冷媒の充填を進め、過冷却熱交換器２３の冷媒出口側での冷媒過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、冷媒乾き度が０となれば、冷媒回路１００への冷媒の充填を停止し、冷媒ボンベの重量の減少分を充填した冷媒量、つまり、下限量とする。
【００７３】
以上説明した工程を、室外機２に接続される室内機の台数や能力が各々異なる組合せで複数種類について行う。つまり、本実施形態以外の室外機２と室内機の組合せ複数種類について、各々の場合の下限量を求める。そして、各組合せについて数式１で算出した下限充填量が、各組合せで実施した試験で得た下限充填量となるような、ａ１、ｂ１、ｃ１の各係数を決定する。一例として、Ｒ４１０Ａ冷媒である場合の、ａ１＝３１０、ｂ１＝１５０、ｃ１＝２５０、となる。そして、ａ１、ｂ１、ｃ１の各係数が決定すれば、これら各係数とβｃ、βｅ、βｌを用いて数式２〜４を使ってρｃ１、ρｅ１、α１が算出できる。例えば、基準冷媒と使用冷媒が同じＲ４１０Ａ冷媒の場合は、βｃ＝βｅ＝βｌ＝１であるので、ρｃ１＝３１０、ρｅ１＝１５０、α１＝２５０となる。
＜上限充填量の算出方法＞
【００７４】
次に、上限充填量は以下の数式５〜８を用いて算出する。これら数式５〜８は、前述した数式１〜４と同様に予め試験等を行って求められる。
上限充填量＝（ρｃ２×Ｖｃ＋ρｅ２×Ｖｅ+α２×Ｖｃ）×１０−３  ・・・数式５
ρｃ２＝ａ２×βｃ  ・・・数式６
ρｅ２＝ｂ２×βｅ  ・・・数式７
α２＝ｃ２×βｌ  ・・・数式８
ρｃ２：定格条件での室外熱交換器２２内部の平均冷媒密度（＞ρｃ１）
ρｅ２：定格条件での室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ内部の平均冷媒密度（＞ρｅ１）
α２：定格条件で、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００の
冷媒配管に分布する冷媒の密度と、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ
以外の冷媒回路１００の容積を、室外熱交換器２２の管内容積に関連付けた係数（＞α１）
ａ２、ｂ２、ｃ２：試験によって求めた係数（ａ２＞ａ１、ｂ２＞ｂ１、ｃ２＞ｃ１）
※Ｖｃ、Ｖｅ、Ｖｏ、βｃ、βｅ、βｌの各値については、数式１〜４と同じ。
【００７５】
上記数式５〜８の各値のうち、凝縮器として機能する熱交換器の管内容積Ｖｃ、蒸発器として機能する熱交換器の管内容積Ｖｅ、室外熱交換器２２の管内容積Ｖｏ、βｃ、βｅ、βｌは、数式１〜４と同じで定数となる。一方、ａ２、ｂ２、ｃ２は、試験を行うことによって決定される係数である。
【００７６】
数式５における第１項「ρｃ２×Ｖｃ」、第２項「ρｅ２×Ｖｅ」、および、第３項「α２×Ｖｏ」はそれぞれ、定格条件下での冷房運転時に、室外熱交換器２２の冷媒出口側での冷媒過冷却度が０ｄｅｇかつ冷媒乾き度が０となるときの、凝縮器として機能する室外熱交換器２２に存在する冷媒量、蒸発器として機能する室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに存在する冷媒量、および、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００に存在する冷媒量を表す。
【００７７】
また、数式５の第３項「α２×Ｖｏ」の「α２」は、具体的には、定格条件下で室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００に分布する冷媒の平均密度に、室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００の容積を室外熱交換器２２の管内容積で除して求める室外熱交換器２２および室内熱交換器５１ａ〜５１ｃ以外の冷媒回路１００の容積と室外熱交換器２２の管内容積との比率を乗じた値である。尚、「α２」の考えかたは「α１」と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７８】
次に、数式６〜８で使用する係数ａ２、ｂ２、ｃ２の決定方法について説明する。まず、前述した方法で下限充填量を冷媒回路１００に充填した後、空気調和装置１の設置環境を過負荷条件から前述した定格条件（屋外の乾球温度：３５℃／湿球温度２４℃、室内の乾球温度：２７℃／湿球温度：１９℃）に変更して、冷媒の充填を再開する。
【００７９】
冷媒の充填を再開してからは、所定時間毎（例えば、３０秒毎）に、室外熱交換器２２の冷媒出口側（図１（Ａ）の点Ｘ）での冷媒過冷却度と冷媒乾き度を確認する。尚、過冷却熱交換器２３の冷媒出口側での冷媒過冷却度は、吐出圧力センサ３１で検出した高圧（図２（Ａ）の圧力Ｐｈに相当）を用いて求めた高圧飽和温度から、第１液温度センサ３５で検出した冷媒温度を減じて求める。また、冷媒乾き度は、例えばサイトグラスを室外熱交換器２２の冷媒出口側に挿入して目視で確認する（確認方法は前述の通り）。尚、上記冷媒過冷却度は、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が、吐出圧力センサ３１で検出した高圧と第１液温度センサ３５で検出した冷媒温度をセンサ入力部２４０を介して取り込み、取り込んだ高圧と冷媒温度を用いて算出した冷媒過冷却度を、図示しない室外機２の表示部に表示するようにすればよい。
【００８０】
冷媒を充填しつつ冷房運転を行っているときは、室外機２の室外膨張弁２４は全開とされるとともに、室外機２のバイパス膨張弁２９および室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃは、上述した室外熱交換器２２の冷媒出口側における冷媒過冷却度が０ｄｅｇとなるようにそれぞれの開度が調整される。尚、室外機２の室外ファン２８および室内機５ａ〜５ｃの室内ファン５５ａ〜５５ｃの駆動は、前述した下限充填量の冷媒を充填した際と同じである。
【００８１】
上記のように冷房運転を行いながら冷媒の充填を進め、室外熱交換器２２の冷媒出口側での冷媒過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、冷媒乾き度が０となれば、冷媒回路１００への冷媒の充填を停止し、冷媒ボンベの重量の減少分を充填した冷媒量、つまり、最大冷媒量とする。
【００８２】
以上説明した工程を、下限充填量を求めたときと同様に、室外機２に接続される室内機の台数や能力が各々異なる複数種類の組合せで行う。そして、各組合せについて数式５で算出した上限充填量が、各組合せで実施した試験で得た上限充填量となるような、ａ２、ｂ２、ｃ２の各係数を決定する。一例として、Ｒ４１０Ａ冷媒である場合の、ａ２＝４２０、ｂ２＝１８０、ｃ１＝２９０、となる。そして、ａ２、ｂ２、ｃ２の各係数が決定すれば、これら各係数とβｃ、βｅ、βｌを用いて数式６〜８を使ってρｃ２、ρｅ２、α２が算出できる。例えば、基準冷媒と使用冷媒が同じＲ４１０Ａ冷媒の場合は、βｃ＝βｅ＝βｌ＝１であるので、ρｃ１＝４２０、ρｅ１＝１８０、α１＝２９０となる。
＜室外機２への冷媒の充填＞
【００８３】
以上説明した方法で、下限充填量と上限充填量を求め、これら下限充填量と上限充填量で定められる範囲内の量の冷媒を、冷媒回路１００に充填する。冷媒回路１００への充填は、算出した上限充填量が、冷媒充填量に関わる規制（例えば、「国際海上危険物規定（ＩＭＤＧ）」）によって出荷時に室外機２に充填できる冷媒量の上限量（国際海上危険物規定では、上限量が１２ｋｇ）よりも少ない場合は、下限充填量と上限充填量で定められる範囲内の量の冷媒を、室外機２の生産時に室外機２に全て充填して室外機２を出荷すればよい。
【００８４】
また、算出した下限充填量が、冷媒充填量に関わる上記規制で定められる上限量よりも多い場合は、上記の規制上の上限量を室外機２の生産時に充填して室外機２を出荷し、その後設置場所にて上限量と下限充填量の差分を充填してもよい。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態の空気調和装置１は、冷媒回路１００に充填する冷媒量を下限量と最大冷媒量で定められる範囲の充填量とする。これにより、充填量が少ないことに起因して発生する室内膨張弁５２ａ〜５２ｃにおける冷媒音や制御性の低下を抑制しつつ、また、凝縮能力を確保しつつ、充填量を低減できる。
【００８６】
以上説明した実施形態では、数式１〜８の各変数を試験で求める際に、空気調和装置１を冷房運転して求めた。これは、本実施形態の空気調和装置１では、暖房運転時より冷房運転時の方が冷媒回路１００で必要とされる冷媒量が多くなるためである。つまり、暖房運転時は室内機５ａ〜５ｃの室内熱交換器５１ａ〜５１ｃで凝縮した冷媒が室内膨張弁５２ａ〜５２ｃで減圧されて、液管８を介して室外機２に流れる際に気液二相状態となるのに対し、冷房運転時は室外機２の室外熱交換器２２で凝縮した冷媒が減圧されず（室外膨張弁２４は全開）、液管８を介して室内機５ａ〜５ｃに流れる際に液冷媒となっているためである。
【００８７】
これに対し、冷房運転時より暖房運転時の方が冷媒回路で必要とされる冷媒量が多くなる空気調和装置、例えば、各室内機に室内膨張弁が設けられず、室外機に室内機の台数と同じ個数の膨張弁が設けられて、室外機と各室内機が室内機の台数と同じ組数のガス管および液管で接続される空気調和装置では、数式１〜８の各変数を試験で求める際に、空気調和装置を暖房運転とすればよい。このような空気調和装置では、冷房運転時は室外機の室外熱交換器で凝縮した冷媒が各膨張弁で減圧されて、各液管を介して各室内機に流れる際に気液二相状態となるのに対し、暖房運転時は各室内機の室内熱交換器で凝縮した冷媒が減圧されず（各室内機に膨張弁が設けられていないので）、各液管を介して室外機に流れる際に液冷媒となっているためである。
【００８８】
尚、上記のような暖房運転で各変数を決める空気調和装置では、凝縮器として機能する全ての室内熱交換器の冷媒出口側における冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となるときの冷媒充填量が上限充填量となり、全ての膨張弁の冷媒入口側における冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となるときの冷媒充填量が下限充填量となる。
【００８９】
また、本実施形態の空気調和装置１において室外機２に複数個の室外熱交換器２２を有する場合や、室外機２が複数台設けられるものにおいては、凝縮器として機能する全ての室外熱交換器２２の冷媒出口側における冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となるときの冷媒充填量が上限充填量となり、室内機５ａ〜５ｃの室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒入口側における冷媒過冷却度＝０ｄｅｇかつ冷媒乾き度＝０となるときの冷媒充填量が下限充填量となる。
【００９０】
また、以上説明した実施形態における数式１〜８の各変数は、空気調和装置１の各装置条件が前述した数値である場合についての例示であるが、空気調和装置１の各装置条件が本実施形態と異なる値、例えば、室外機や室内機の能力が本実施形態と異なる、室外機に接続される室内機の台数が異なる、という場合には、数式１〜８の各変数が各装置条件に応じて変化する。
【００９１】
また、以上説明した実施形態では、下限充填量の算出に用いる数式２〜４で使用する係数ａ１、ｂ１、ｃ１の決定する際に、過冷却熱交換器２３の冷媒出口側での冷媒過冷却度および冷媒乾き度が、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒流入側での冷媒過冷却度および冷媒乾き度が同じとして説明した。これに対し、過冷却熱交換器２３を設けない場合や、液管８の長さが長く（例えば、２０ｍ以上）て液管８による冷媒の圧力損失が大きい場合には、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒流入側に温度センサとサイトグラスを設けて、室内膨張弁５２ａ〜５２ｃの冷媒流入側での冷媒過冷却度および冷媒乾き度を直接検出すればよい。
【符号の説明】
【００９２】
１  空気調和装置
２  室外機
５ａ〜５ｃ  室内機
２０  圧縮機
２２  室外熱交換器
２３  過冷却熱交換器
２４  室外膨張弁
２９  バイパス膨張弁
３１  吐出圧力センサ
３５  第１液温度センサ
３６  第２液温度センサ
５１ａ〜５１ｃ  室内熱交換器
５２ａ〜５２ｃ  室内膨張弁
１００  冷媒回路
２００  室外機制御手段
２１０  ＣＰＵ
２２０  記憶部
【図１】
2019011899.tif 000003
【図２】
2019011899.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月8日(2018.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と室外熱交換器を有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機が液管とガス管で接続されて冷媒回路を構成し、
前記室外機あるいは前記室内機あるいは前記液管のうちの少なくともいずれか一つに膨張弁を設ける空気調和装置であって、
前記冷媒回路に充填する冷媒の充填量を、下限充填量より多く上限充填量より少ない充填量とし、
前記上限充填量は、
所定の冷房定格条件下で冷房運転を行っているときに、凝縮器として機能する前記室外熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、凝縮器として機能する前記室外熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量と、
所定の暖房定格条件下で暖房運転を行っているときに、凝縮器として機能する前記室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、凝縮器として機能する前記室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量のうち、多い方であり、
前記下限充填量は、
凝縮器として機能する前記室外熱交換器における冷媒の凝縮温度と、前記室外機に吸い込まれて凝縮器内部の冷媒と熱交換する空気の温度との温度差が、前記冷房定格条件と比べて小さくなる所定の冷房過負荷条件下で冷房運転を行っているときに、前記膨張弁の冷媒入口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、前記膨張弁の冷媒入口における冷媒の乾き度が０となる充填量と、
凝縮器として機能する前記室内熱交換器における冷媒の凝縮温度と、前記室内機に吸い込まれて凝縮器内部の冷媒と熱交換する空気の温度との温度差が、前記暖房定格条件と比べて小さくなる所定の暖房過負荷条件下で暖房運転を行っているときに、前記膨張弁の冷媒入口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、前記膨張弁の冷媒入口における冷媒の乾き度が０となる充填量のうち、多い方である、
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記下限充填量より多く前記上限充填量より少ない充填量の冷媒を、前記室外機に予め充填する、ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記室外機は、凝縮器として機能する前記室外熱交換器あるいは前記室内熱交換器から流出した冷媒を冷却する過冷却熱交換器を有し、
前記下限充填量は、前記冷房過負荷条件下での冷房運転において、前記過冷却熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、前記過冷却熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量と、
前記下限充填量は、前記暖房過負荷条件下での暖房運転において、前記過冷却熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、前記過冷却熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量のうち、多い方である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と室外熱交換器を有する室外機と室内熱交換器を有する室内機が液管とガス管で接続されて冷媒回路を形成し、室外機あるいは室内機あるいは液管のうちのいずれかに膨張弁を設け、冷媒回路に充填する冷媒の充填量を、下限充填量より多く上限充填量より少ない充填量とするものである。上限充填量は、所定の冷房定格条件下で冷房運転を行っているときに、凝縮器として機能する室外熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、凝縮器として機能する室外熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量と、所定の暖房定格条件下で暖房運転を行っているときに、凝縮器として機能する室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、凝縮器として機能する室内熱交換器の冷媒出口における冷媒の乾き度が０となる充填量のうち、多い方である。また、下限充填量は、凝縮器として機能する室外熱交換器における冷媒の凝縮温度と、室外機に吸い込まれて凝縮器内部の冷媒と熱交換する空気の温度との温度差が、冷房定格条件と比べて小さくなる所定の冷房過負荷条件下で冷房運転を行っているときに、膨張弁の冷媒入口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、膨張弁の冷媒入口における冷媒の乾き度が０となる充填量と、凝縮器として機能する室内熱交換器における冷媒の凝縮温度と、室内機に吸い込まれて凝縮器内部の冷媒と熱交換する空気の温度との温度差が、暖房定格条件と比べて小さくなる所定の暖房過負荷条件下で暖房運転を行っているときに、膨張弁の冷媒入口における冷媒の過冷却度が０ｄｅｇとなり、かつ、膨張弁の冷媒入口における冷媒の乾き度が０となる充填量のうち、多い方である。