(57)【要約】【課題】短時間で簡単に冷媒を充填可能な冷媒ボンベを提供することを目的とする。【解決手段】冷媒ボンベ１０は、サイホン管１２と、補助サイホン管１４と、を備えている。サイホン管１２は、通常の冷媒ボンベに設けられているサイホン管と同様の構造である。補助サイホン管１４は、冷媒ボンベ１０内に起立して配置され、冷媒ボンベ１０内の冷媒１６を取り入れる取入口３２が形成されたシリンダ管２２と、シリンダ管２２内を自重により移動自在なピストン２４と、シリンダ管２２に接続され、シリンダ管２２に取り入れられた冷媒１６を吐出する吐出管２６と、で構成されている。これにより、シリンダ管２２に取り入れられた冷媒１６は、シリンダ管２２内のピストン２４が自重で移動することにより、吐出管２６に押し出され、吐出させることができる。【選択図】　　　　図１
2004019884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイホン管又は補助サイホン管を介して冷媒を冷凍装置に充填する冷媒ボンベであって、
前記補助サイホン管は、
冷媒ボンベ内に起立して配置され、冷媒ボンベ内の冷媒を取り入れる取入口が形成されたシリンダ管と、
前記シリンダ管内を自重により移動自在なピストンと、
前記シリンダ管に接続され、前記シリンダ管に取り入れられた冷媒を吐出する吐出管と、
を備え、
前記冷媒ボンベを倒すと、前記シリンダ管の取入口から冷媒が取り入れられ、前記冷媒ボンベを立てると、シリンダ管内のピストンが自重で移動し、冷媒をシリンダ管から吐出管に押し出して、冷凍装置に冷媒を充填することを特徴とする冷媒ボンベ。
【請求項２】
請求項１に記載の冷媒ボンベであって、
前記シリンダ管の断面積は、前記吐出管の断面積より大きいことを特徴とする冷媒ボンベ。
【請求項３】
請求項１に記載の冷媒ボンベであって、
前記シリンダ管は、その上端側に取入口が形成され、その下端側から上端側に向けて中央から壁面に傾斜しており、
前記吐出管は、その下端側と前記シリンダ管の下端側が接続され、その上端側に吐出口が形成され、
前記冷媒ボンベを倒すと、前記シリンダ管内のピストンがシリンダ管の上端側に自重で移動すると共に、前記取入口から冷媒が取り入れられ、
前記冷媒ボンベを立てると、前記シリンダ管内のピストンが上端側から下端側に自重で移動し、冷媒をシリンダ管から吐出管に押し出して、冷凍装置に冷媒を充填することを特徴とする冷媒ボンベ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒ボンベ、特に冷凍装置（例えば、空気調和機）に冷媒を充填する冷媒ボンベの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍装置として、作用媒体としての冷媒を自然循環させることにより、冷房を行う自然循環式の冷房装置が知られている。図６は、自然循環式の冷房装置の構成を説明する模式的な構成図である。
【０００３】
図６に示すように、冷房装置４０がビルや中継基地局の建物に設けられ、冷房装置４０の冷媒回路内に冷媒が封入される。建物の高所には、熱交換器の凝縮器４２が配置され、凝縮器４２では空気との熱交換によって、ガス状の冷媒を冷却液化する。凝縮器４２によって冷却液化された冷媒液は、重力により冷媒液管４４を下降し、室内機である蒸発器４６に供給される。
【０００４】
このように、冷媒液を自重によって蒸発器４６に供給させるため、凝縮器４２は蒸発器４６より高い位置に設置される。蒸発器４６では、冷媒液と空気との間で熱交換が行われ、空気が冷却されて室内を冷房すると共に、冷媒液は熱吸収されて蒸発する。冷媒ガスは、冷媒ガス管４８を通って上昇し、凝縮器４２に供給される。凝縮器４２では、再び冷媒ガスが冷却液化される。
【０００５】
このように、自然循環式の冷房装置においては、冷媒に対し作用する重力及び凝縮器と蒸発器の圧力差等によって、冷媒の自然循環を成立させている。
【０００６】
このような冷房装置４０の作用媒体となる冷媒は、図６に示すように、冷媒（冷媒液）が収容された冷媒ボンベ５０で供給されている。冷媒の充填は、まず、冷房装置の真空引きを実施し、冷房装置４０の内圧を下げられ、冷媒ボンベ５０内の冷媒が冷媒ボンベ５０のサイホン管５２から取り出され、チャージポート５４を介して、冷房装置４０の冷媒回路内へ供給されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
冷房装置の真空引き後、冷媒の充填を開始すると、冷媒ボンベ５０から冷房装置４０に冷媒が注入されていく。それに伴い、冷房装置内の内圧が上昇し、冷房装置４０の内圧と冷媒ボンベ５０の内圧の圧力差が小さくなり、冷媒の充填が困難になってくる。
【０００８】
このような場合には、例えば、冷媒ボンベ５０を温水等で温めて、冷媒ボンベ５０の内圧を上げて充填が行われている。しかし、冷媒の蒸発潜熱により直ぐに温水が冷えてしまい、円滑に冷媒の充填を行うことができない。
【０００９】
また、冷房装置に設けられた圧縮機を起動させて冷房装置の内圧を下げることが考えられるが、上述した自然循環式の冷房装置４０には、圧縮機が設けられていないので、圧縮機を起動させて冷房装置４０の内圧を下げることができない。
【００１０】
更に冷房装置４０の真空引きを実施しても、外気温が低い場合には、冷媒ボンベ５０の内圧が低いので、冷房装置４０に冷媒を供給するために長時間が必要であるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので、冷媒充填の際に、冷房装置の内圧と冷媒ボンベの内圧の圧力差が小さくなった場合においても、短時間で簡単に冷媒を充填可能な冷媒ボンベを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、外気温等の環境に影響を受けずに短時間で冷媒を充填可能な冷媒ボンベを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷媒ボンベは、サイホン管又は補助サイホン管を介して冷媒を冷凍装置に充填する冷媒ボンベであって、補助サイホン管は、冷媒ボンベ内に起立して配置され、冷媒ボンベ内の冷媒を取り入れる取入口が形成されたシリンダ管と、シリンダ管内を自重により移動自在なピストンと、シリンダ管に接続され、シリンダ管に取り入れられた冷媒を吐出する吐出管と、を備え、冷媒ボンベを倒すと、シリンダ管の取入口から冷媒が取り入れられ、冷媒ボンベを立てると、シリンダ管内のピストンが自重で移動し、冷媒をシリンダ管から吐出管に押し出して、冷凍装置に冷媒を充填することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の冷媒ボンベのシリンダ管の断面積は、吐出管の断面積より大きいことを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の冷媒ボンベのシリンダ管は、その上端側に取入口が形成され、その下端側から上端側に向けて中央から壁面に傾斜しており、吐出管は、その下端側とシリンダ管の下端側が接続され、その上端側に吐出口が形成され、冷媒ボンベを倒すと、シリンダ管内のピストンがシリンダ管の上端側に自重で移動すると共に、取入口から冷媒が取り入れられ、冷媒ボンベを立てると、シリンダ管内のピストンが上端側から下端側に自重で移動し、冷媒をシリンダ管から吐出管に押し出して、冷凍装置に冷媒を充填することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態の冷媒ボンベの構成を示す説明図である。図１に示すように、本実施形態の冷媒ボンベ１０は、サイホン管１２と、補助サイホン管１４と、を備えている。冷媒ボンベ１０内には、冷媒１６が収容され、冷媒１６は、サイホン管１２又は補助サイホン管１４を介して冷凍装置（空気調和機）に供給することができる。
【００１８】
図１において、サイホン管１２は、従来の冷媒ボンベに設けられているサイホン管と同様の構造であり、冷媒１６はサイホン管１２の下端からサイホン管１２に取り入れられ、バルブ１８を介して吐出口２０から吐出される。吐出口２０は、チャージホース（図示せず）等を介して、図６に示すチャージポート５４につながれ、冷房装置に冷媒１６が供給される。
【００１９】
本実施形態において特徴的なことは、補助サイホン管１４が備えられている点である。補助サイホン管１４は、サイホン管１２を使用してある程度の量の冷媒１６を冷房装置に供給した後、冷房装置の内圧と冷媒ボンベの内圧の圧力差が小さくなった場合に使用すると好適である。以下、補助サイホン管について説明する。
【００２０】
補助サイホン管１４は、冷媒ボンベ１０内に起立して配置され、冷媒ボンベ１０内の冷媒１６を取り入れ可能なシリンダ管２２と、シリンダ管２２内を自重により移動自在なピストン２４と、シリンダ管２２に接続され、シリンダ管２２に取り入れられた冷媒１６を吐出する吐出管２６と、で構成されている。これにより、シリンダ管２２に取り入れられた冷媒１６は、シリンダ管２２内のピストン２４が移動することにより、シリンダ管２２から吐出管２６に押し出され、吐出させることができる。
【００２１】
シリンダ管２２は、本実施形態において、その下端側から上端側に向かって冷媒ボンベ１０の壁面に、すなわち、縦壁面１０ａ側に傾斜して設けられている。シリンダ管２２には、ピストン２４の移動を停止させるストッパとして、上端側に上端ストッパ２８、下端側の内壁に下端ストッパ３０が設けられている。従って、ピストン２４は、上端ストッパ２８から下端ストッパ３０まで移動する。本実施形態において、上端ストッパ２８は、シリンダ管２２の上端を内側に折り曲げられて形成されている。更に、シリンダ管２２の上端側には、冷媒ボンベ１０内の冷媒１６を取り入れる取入口３２が形成され、本実施形態においては、取入口３２は、図１に示すように、シリンダ管２２の上端ストッパ２８からピストン２４の長さ分下方の位置に形成されている。すなわち、取入口３２の上方領域は、ピストン２４が移動した際の待避領域となり、ピストン２４は上方領域に待避することができる。
【００２２】
シリンダ管２２内には、ピストン２４が配置され、ピストン２４は、上述したように、その自重でシリンダ管２２内を移動することができる。ピストン２４は、本実施形態においては、全体が円筒形状で構成され、下方端は円錐形状に形成されている。ピストン２４は、冷媒に侵食されず、密度の大きい材料で構成することが好ましく、本実施形態においては、銅合金で構成されている。
【００２３】
従って、本実施形態の冷媒ボンベ１０によれば、冷媒ボンベ１０を倒すと、すなわち横置きにすると、シリンダ管２２内のピストン２４がシリンダ管２２の上端側の上端ストッパ２８まで移動、すなわち取入口３２の上方領域に待避すると共に、取入口３２から冷媒１６が取り入れられる。再び冷媒ボンベ１０を立てると、すなわち縦置きに戻すと、上端側に移動したピストン２４は、下端側に自重で移動、本実施形態においては下端ストッパ３０の位置まで下降する。これにより、ピストン２４は、シリンダ管２２に取り入れられた冷媒１６をシリンダ管２２から吐出管２６に押し出して、冷房装置に充填することができる。上述したように、シリンダ管２２は、傾斜しているので、冷媒ボンベ１０を横置き、縦置きに姿勢を変えるだけで、ピストン２４を自重で移動させることができる。この結果、冷媒ボンベ１０の姿勢を横置き、縦置きに変えるだけで、繰り返し冷媒１６を冷房装置に充填することができる。また、取入口３２は、冷媒ボンベ１０の縦壁面１０ａ付近に位置するので、冷媒１６が少ない場合であっても、シリンダ管２２内に冷媒を取り入れることができる。
【００２４】
吐出管２６は、その下端側とシリンダ管２２の下端側が接続される。吐出管２６は、シリンダ管２２との接続部から冷媒ボンベ１０の底壁面１０ｂに沿ってほぼ水平に延ばされた後、上方に屈曲され、その上端側に吐出口３４が形成される。また、吐出管２６の上方には、吐出された冷媒１６が逆流しないように逆止弁３６が設けられている。この結果、シリンダ管２２内に取り入れられた冷媒１６は、吐出管２６に押し出され、バルブ３８を介して吐出口３４から吐出させることができる。
【００２５】
本実施形態においては、吐出管２６は、例えば３／８インチ管（直径Ｄ＝０．９５×１０−２ｍ）で構成され、シリンダ管２２は、例えば１インチ管（直径Ｄ’＝２．５４×１０−２ｍ）で構成されている。すなわち、シリンダ管２２の断面積は、吐出管２６の断面積より大きい。従って、冷媒１６の吐出動作の際、後述するように吐出管２６の吐出高さを大きくすることができる。また、吐出管２６内に残留する冷媒１６を少なくし、１回の操作でより多くの冷媒１６を吐出させることができる。
【００２６】
次に、図１〜図４を参照して、本実施形態の冷媒ボンベを使用する場合の好適な冷媒充填の動作について説明する。
【００２７】
図２は、補助サイホン管のシリンダ管へ冷媒が取入られる様子を示す図であり、図３は、シリンダ管から吐出管へ冷媒が押し出される様子を示す図であり、図４は、吐出管から冷媒が吐出する様子を示す図である。
【００２８】
まず、従来と同様に、冷房装置の真空引きを実施し、冷房装置の内圧を下げ、サイホン管１２を使用して冷媒１６を冷房装置に充填する。
【００２９】
冷房装置の内圧と冷媒ボンベ１０の内圧の圧力差が小さくなり、サイホン管１２で冷媒１６の供給が困難になってきたら、補助サイホン管１４に切り替える。すなわち、図２に示すように、冷媒ボンベ１０を倒す、すなわち横置きにする。冷媒ボンベ１０を横置きにすると、シリンダ管２２内のピストン２４は、シリンダ管２２の上端側の上端ストッパ２８まで自重で移動すると共に、取入口３２から冷媒１６が取り入れられる。この時、ピストン２４は、取入口３２の上方領域に待避する。上述したように、シリンダ管２２の上端側は、縦壁面１０ａに向かって傾斜しているので、冷媒ボンベ１０を横置きにした状態で、ピストン２４は自重により上端側に移動することができる。次に、図３に示すように、冷媒ボンベ１０を立てていくと、ピストン２４は、上端側から下端側に自重で移動する。これにより、シリンダ管２２に取り入れられた冷媒１６は、徐々に吐出管２６に押し出されていく。最終的には、図４に示すように、冷媒ボンベ１０を立てると、すなわち、縦置きにすると、ピストン２４は下端ストッパ３０まで移動する。これにより、吐出管２６に押し出された冷媒１６は、吐出口３４から吐出される。図１から図４の動作が終了したら、横置き、縦置き動作を繰り返す。このように、本実施形態の冷媒ボンベ１０は、横置き、縦置きという単純な動作を繰り返すことにより、繰り返し冷媒１６を冷房装置に充填することができる。
【００３０】
なお、外気温が低い場合には、最初から補助サイホン管１４を使用して冷媒を充填しても好適である。
【００３１】
次に、冷媒ボンベの大きさ、冷媒押出量、ピストンの質量について説明する。図５は、本実施形態の冷媒ボンベの動作原理を示す図である。
【００３２】
簡易的に考えるために、ピストン２４は、銅製で円筒形状で構成されている。また、冷媒１６として、Ｒ−２２（ＨＣＦＣ−２２、クロロジフルオロメタン、沸点：−４０．８２℃（大気圧））を使用する。ピストン２４は、シリンダ管２２の上端側から下端側に移動するが、その上端側を押出開始位置Ａとし、その下端側を押出終了位置Ｂとする。また、吐出管２６の断面積をＳ（直径をＤ）、吐出管２６の押出終了位置Ｂから吐出口３４までの吐出高さをｈ、冷媒１６の密度をρ、シリンダ管２２の断面積をＳ’（直径をＤ’）、ピストン２４の密度ρ’、ピストン２４の長さをＬ、重力をｇとする。
【００３３】
ピストン２４の自重による圧力は、吐出管２６に伝わるので、パスカルの原理から、
【数１】
ｇ・ρ・ｈ・Ｓ／Ｓ＝ｇ・ρ’・Ｌ・Ｓ’／Ｓ’−ｇ・ρ・Ｌ・Ｓ’／Ｓ’
と表すことができる。上記数１の最終項は、ピストン２４に作用する浮力であり、ピストン２４が冷媒１６の中にある場合を考慮している。上記数１を整理すると、
【数２】
ρ・ｈ＝（ρ’−ρ）・Ｌ
となる。ここで、冷媒Ｒ−２２の密度は、０℃において１．２７×１０３ｋｇ／ｍ３（３０℃においては、１．１７×１０３ｋｇ／ｍ３　）とし、銅の密度は、８．９２×１０３ｋｇ／ｍ３　とすると、上記数２は、
【数３】
ｈ≒６．３Ｌ
となる。これは、吐出管２６の押出終了位置Ｂから吐出口３４までの吐出高さｈをピストン２４の長さＬの６．３倍にできることを意味する。逆に考えれば、吐出高さｈがピストン２４の長さＬの６．３倍以上になると、ピストン２４がシリンダ管２２を自重で移動して、冷媒１６を吐出管２６に押し出すことができない。従って、この式に基づいて、冷媒ボンベ１０の大きさを決めることができる。
【００３４】
次に、シリンダ管２２の冷媒押出量について説明する。
【００３５】
仮に、ピストン２４の長さをＬ＝１．５×１０−１ｍ、ピストンが押出開始位置Ａから押出終了位置Ｂまで移動したときのピストンの移動量をΔｈ＝３．０×１０−１ｍ、シリンダ管２２の直径Ｄ’を１インチ管（Ｄ’＝２．５４×１０−２ｍ）とすると、冷媒押出量Ｑは、
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従って、この場合、冷媒ボンベ１０を１回倒し立たせると、冷媒押出量は約１．９３×１０−１ｋｇとなり、冷媒ボンベ１０を５回倒し立たせると、約１ｋｇの冷媒を充填することができる。例えば、自然循環式の冷房装置の冷媒の規定量は３ｋｇ程度であり、通常のサイホン管１２を使用して規定量の６０〜７０％充填することができるので、補助サイフォン管１４で残り１ｋｇを充填することとなり、この例によれば、５回の操作で冷媒を充填できることになる。なお、この例において、吐出管２６に残留する冷媒については考慮していない。
【００３６】
また、この場合において、ピストン２４の質量Ｗは、
2004019884.tif 000004
となり、ピストン２４の質量Ｗは、約６．７８×１０−１（ｋｇ）となる。
【００３７】
上記では、冷媒Ｒ−２２を例に取り説明したが、ＨＦＣ系非共沸冷媒混合物、例えば、Ｒ４０４Ａ（Ｒ１２５／Ｒ１４３ａ／１３４ａ、重量比４４／５２／４、沸点−４６．７８℃、露点−４６．０８℃、商品名：ＨＰ６２、デュポン社製）、Ｒ４０７Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５／１３４ａ、重量比２０：２０：４０、沸点−４５．４℃、露点−３８．８℃、商品名：ＫＬＥＡ６０Ｇ２、ＩＣＩ社製）を用いても好適である。この場合において、冷媒Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃの密度は、冷媒Ｒ−２２の密度より小さいので、上記数３を適用することができる。もちろん、冷媒ボンベに収容される冷媒は、本実施形態に例示したもの以外でもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サイホン管の他に補助サイホン管を設けたので、冷媒ボンベ内の冷媒が少なくなった場合、外気温が低い場合等に、補助サイホン管を使用して効率的に冷媒を充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の冷媒ボンベの構成を示す説明図である。
【図２】補助サイホン管のシリンダ管へ冷媒が取入られる様子を示す図である。
【図３】シリンダ管から吐出管へ冷媒が移動する様子を示す図である。
【図４】吐出管から冷媒が吐出する様子を示す図である。
【図５】本実施形態の冷媒ボンベの動作原理を示す図である。
【図６】自然循環式の冷房装置の構成を説明する模式的な構成図である。
【符号の説明】
１０　冷媒ボンベ、１０ａ　縦壁面、１０ｂ　底壁面、１２　サイホン管、１４　補助サイホン管、１６　冷媒、１８　バルブ、２０　吐出口、２２　シリンダ管、２４　ピストン、２６　吐出管、２８　上端ストッパ、３０　下端ストッパ、３２　取入口、３４　吐出口、３６　逆止弁、３８　バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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