(57)【要約】【課題】最適な封入冷媒量を容易に決定することができる冷媒サイクル装置の製造方法を提供する。【解決手段】コンプレッサ１０の定格モータ入力Ｗと定格回転数Ｓを乗じた値に予め決定した所定の係数Ｃを乗じることにより、封入冷媒量を決定する。更に、冷媒回路の配管長に応じて当該封入冷媒量を調整する。当該方法により算出された量の冷媒を冷媒サイクル装置に封入した後、冷媒サイクル装置を運転して、コンプレッサ１０の成績係数（ＣＯＰ）や各使用用途における能力（冷却能力若しくは加熱能力）を調べる。この実験を封入する冷媒量を変更して数回行い、成績係数や使用用途における能力が優れているものを封入冷媒量Ｍとして決定する。【選択図】      図２
2004257610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器等を配管接続して所定の冷媒回路を構成する冷媒サイクル装置において、
前記コンプレッサの定格モータ入力と定格回転数を乗じた値に予め決定した所定の係数を乗じることにより、封入冷媒量を決定することを特徴とする冷媒サイクル装置の製造方法。
【請求項２】
前記冷媒回路の配管長に応じて封入冷媒量を調整することを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置の製造方法。
【請求項３】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１又は請求項２の冷媒サイクル装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を配管接続して所定の冷媒回路を構成する冷媒サイクル装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段（膨張弁等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、コンプレッサの回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで吸熱して蒸発した後、回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返すものであった。
【０００３】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷媒サイクルにおいても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転する冷媒サイクルを用いた装置が開発されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような冷媒サイクル装置に封入される冷媒は各冷媒配管の内径、使用冷媒の圧力、使用冷媒の温度、冷媒密度及び冷媒体積などに基づき、所定量の冷媒を封入した後、実験的に冷媒サイクル装置を運転させて、実際の運転状況に基づいて、冷媒を追加チャージ若しくはディスチャージして最適な封入冷媒量を決定していた。このため、機種変更毎に冷媒サイクル装置の最適な封入冷媒量を求めなければならなかった。
【０００６】
特に、冷媒として二酸化炭素を使用する場合、二酸化炭素はガスクーラにおいて凝縮しないため、冷媒の密度を一義的に決めることが困難であり、他の冷媒と比べて実験回数が著しく多くなり、開発コストの増大を招いていた。
【０００７】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、最適な封入冷媒量を容易に決定することができる冷媒サイクル装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の冷媒サイクル装置では、コンプレッサの定格モータ入力と定格回転数を乗じた値に予め決定した所定の係数を乗じることにより、封入冷媒量を決定して、請求項２の如く、冷媒回路の配管長に応じて封入冷媒量を調整することを特徴とする。
【０００９】
このように、冷媒サイクル装置に封入する冷媒量をコンプレッサの能力に寄与するファクターに基づいて決定することで、最適な封入冷媒量を決定するための実験回数を著しく減らすことができるようになる。
【００１０】
請求項３の発明では上記各発明に加えて、冷媒として二酸化炭素を用いるので、環境問題にも寄与できるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷媒サイクル装置に使用するコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図、図２は本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【００１２】
各図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素としての電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）から成る回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１３】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１４】
電動要素１４は所謂磁極集中巻き式のＤＣモータであり、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１５】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４により偏心回転される上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００１６】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー６６、下部カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００１７】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。
【００１８】
そして、冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ２）が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）など既存のオイルが使用される。
【００１９】
また、密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００２０】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２１】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒導入管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２２】
次に、図２において上述したコンプレッサ１０は本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路の一部を構成する。
【００２３】
即ち、この冷媒サイクル装置の冷媒回路はコンプレッサ１０、ガスクーラ１５４、膨張弁１５６及び蒸発器１５７を配管接続することにより構成されている。このコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４に接続される。ガスクーラ１５４を出た配管は減圧手段としての膨張弁１５６を経て蒸発器１５７に接続され、蒸発器１５７を出た配管は冷媒導入管９４に接続されている。
【００２４】
ここで、冷媒サイクル装置には図示しないサービスバルブなどからコンプレッサ１０内に冷媒が封入されるが、この冷媒サイクル装置に封入される冷媒量Ｍはコンプレッサ１０の能力に寄与するファクターに基づいて決定されている。即ち、コンプレッサの定格モータ入力Ｗと定格回転数Ｓを乗じた値に予め決定した所定の係数Ｃを乗じることにより封入冷媒量を決定している。そして、各冷媒配管の配管長に応じて当該封入冷媒量を調整して、冷媒サイクル装置のコンプレッサ１０内に封入している。
【００２５】
そして、コンプレッサ１０内に上記方法により算出された量の冷媒を封入した後、当該冷媒サイクル装置を運転して、コンプレッサ１０の成績係数（ＣＯＰ）や各使用用途における能力（冷却能力若しくは加熱能力）を調べる。この実験を封入する冷媒量を変更して数回行い、成績係数や使用用途における能力が優れているものを封入冷媒量Ｍとして決定する。
【００２６】
ここで、実際に冷媒サイクル装置内に封入される封入冷媒量Ｍと当該方法により、算出される冷媒量について図３を用いて説明する。係数Ｃを例えば１０として、冷媒サイクル装置を常温地向けの給湯機に使用する場合、冷媒量は上述した算出方法により６３０ｇと算出される。実際の最適な封入冷媒量Ｍは図３に示すように６５０ｇである。
【００２７】
また、冷媒サイクル装置を常温地向けの給湯機に使用する場合、冷媒量は７７０ｇと算出され、実際の最適な封入冷媒量Ｍは８００ｇである。更に、冷媒サイクル装置を自販機に使用する場合、冷媒量は２６５ｇと算出され、実際の最適な封入冷媒量Ｍも２６５ｇとなる。
【００２８】
このように、コンプレッサ１０の能力に寄与するファクターに基づいて算出された値が、実際の最適な封入冷媒量Ｍと非常に近い値となる。このため、当該方法によって算出された冷媒量を封入して最適な封入冷媒量Ｍを決定するための実験を行うことで、実験回数を著しく減らすことができるようになる。
【００２９】
従来のように各冷媒配管の内径、使用冷媒の圧力、使用冷媒の温度、冷媒密度及び冷媒体積などに基づき、所定量の冷媒を封入した後、実験的に冷媒サイクル装置を運転させて最適な封入冷媒量Ｍを決定した場合には、最適な封入冷媒量Ｍを決定するための実験回数は必然的に多くなってしまう。特に、二酸化炭素のようなガスクーラにおいて凝縮しない冷媒では、密度を一義的に決めることができないので、他の冷媒に比べて実験回数が著しく多くなり、開発に要する時間及びコストの増大が生じていた。
【００３０】
しかしながら、このようにコンプレッサ１０の能力に寄与するファクターに基づいて冷媒量を算出して、当該算出された冷媒を封入して、冷媒サイクル装置を運転して最適な封入冷媒量Ｍを決定することで、少ない実験回数で最適な封入冷媒量Ｍを決定することができるようになるので、開発コストの著しい低減を図ることができるようになる。
【００３１】
以上の構成で次に本発明の遷臨界冷媒サイクル装置の動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介してコンプレッサ１０の電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３２】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３３】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは冷媒導入管９２を経て上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８の低圧室側に吸入され、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２を経て冷媒吐出管９６より外部に吐出される。
【００３４】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスはガスクーラ１５４に流入し、そこで放熱した後、膨張弁１５６に至る。尚、膨張弁１５６の入口では冷媒ガスはまだ気体の状態である。冷媒は膨張弁１５６における圧力低下により、ガス／液体の二相混合体とされ、その状態で蒸発器１５７内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲から吸熱する。その後、冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００３５】
このように、コンプレッサ１０の能力に寄与するファクターであるコンプレッサの定格モータ入力Ｗと定格回転数Ｓを乗じた値に予め決定した所定の係数Ｃを乗じることにより封入冷媒量を決定し、各冷媒配管の配管長に応じて当該封入冷媒量を調整して、冷媒サイクル装置のコンプレッサ１０内に封入するので、最適な封入冷媒量Ｍを決定するための実験回数を著しく減らすことができるようになる。
【００３６】
これにより、最適な封入冷媒量Ｍを容易に決定することができるようになるので、開発に要する時間及びコストを著しく低減することができるようになる。
【００３７】
尚、本実施例においてコンプレッサとして内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを用いたが、本発明はこれに限定されるものでなく、どのようなコンプレッサであっても構わない。
【００３８】
更に、実施例では二酸化炭素を冷媒として使用したが、請求項１又は請求項２の発明ではそれに限定されるものではなく、ＨＣ、亜酸化窒素、ＨＦＣ系冷媒など該存の冷媒も適用可能である。更にまた、本実施例では所定の係数Ｃを１０として冷媒量を算出したが、所定の係数はこれに限定された値ではなく、冷媒サイクル装置の使用用途などにより適宜変更するものとする。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、コンプレッサの定格モータ入力と定格回転数を乗じた値に予め決定した所定の係数を乗じることにより、封入冷媒量を決定して、請求項２の如く冷媒回路の配管長に応じて封入冷媒量を調整する。
【００４０】
このように、冷媒サイクル装置に封入する冷媒量をコンプレッサの能力に寄与するファクターに基づいて決定することで、最適な封入冷媒量を決定するための実験回数を著しく減らすことができるようになる。
【００４１】
これにより、機種変更等で最適な封入冷媒量を求める際に、従来のような大がかりな実験を行うことなく、冷媒サイクル装置に封入する冷媒量を容易に決定することができるようになるので、開発に要する時間及びコストの削減を図ることができるようになる。
【００４２】
そして、請求項３に記載の二酸化炭素のように、冷媒の密度を一義的に決めることができない冷媒を使用する場合により一層効果的である。
【００４３】
更に、冷媒として二酸化炭素を使用することで、環境問題にも寄与することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷媒サイクル装置に使用する実施例のコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図３】各用途における最適な封入冷媒量を示した図である。
【符号の説明】
１０  コンプレッサ
１２  密閉容器
１４  電動要素
３２  第１の回転圧縮要素
３４  第２の回転圧縮要素
９２、９４  冷媒導入管
９６  冷媒吐出管
１５４  ガスクーラ
１５６  膨張弁（絞り手段）
１５７  蒸発器
【図１】
2004257610.tif 000003
【図２】
2004257610.tif 000004
【図３】
2004257610.tif 000005