WO2024071140A1 - 熱源ユニット及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

充填された二酸化炭素冷媒が超臨界となることに起因する、冷媒流路内における圧力異常の発生を抑制する空気調和装置の熱源ユニットを提案する。熱源ユニットは、利用ユニットに接続され空気調和装置を構成する。熱源ユニットは、圧縮機と、熱源熱交換器と、第１閉鎖弁と、第２閉鎖弁と、冷媒流路と、冷媒とを備える。冷媒流路は、圧縮機、熱源熱交換器、第１閉鎖弁、及び第２閉鎖弁が冷媒配管で接続された流路である。冷媒は、冷媒流路に充填される。冷媒は、二酸化炭素である。冷媒流路に充填されている冷媒の充填量Ｖ１（ｋｇ）、冷媒流路の容積Ｖ２（Ｌ）、冷媒流路の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）は、次の関係を満たす。Ｖ１×ａ≦Ｖ２≦Ｖ１×ｂ、ａ＝０．０７８×Ｐ^２－２．１１１×Ｐ＋１５．７７１、ｂ＝０．０５５×Ｐ^２－１．７６８×Ｐ＋１６．１４４

Description

熱源ユニット及び空気調和装置

　熱源ユニット及び空気調和装置に関する。

　二酸化炭素を冷媒に用いた空気調和装置が知られている。特許文献１（特開２００８－０４５７６９号公報）は、空気調和装置の設置作業の効率化を目的とした、二酸化炭素冷媒の充填方法を開示している。

　空気調和装置の設置作業のさらなる効率化を図るため、製造工場において熱源ユニット（室外機）に冷媒をあらかじめ充填し、設置場所において熱源ユニットと利用ユニット（室内機）とを接続することで冷媒回路に冷媒を充填する技術が知られている。

　室外機にあらかじめ充填する冷媒として二酸化炭素を用いた場合、外気温度の上昇に起因して冷媒流路内の冷媒が超臨界となることがある。超臨界となった冷媒は圧力が急激に増加するため、冷媒流路内において圧力異常が発生するおそれがある。

　本開示は、充填された二酸化炭素冷媒が超臨界となることに起因する、冷媒流路内における圧力異常の発生を抑制する空気調和装置の熱源ユニットを提案する。

　第１観点の熱源ユニットは、利用ユニットに接続され空気調和装置を構成する。熱源ユニットは、圧縮機と、熱源熱交換器と、第１閉鎖弁と、第２閉鎖弁と、冷媒流路と、冷媒とを備える。冷媒流路は、圧縮機、熱源熱交換器、第１閉鎖弁、及び第２閉鎖弁が冷媒配管で接続された流路である。冷媒は、冷媒流路に充填される。冷媒は、二酸化炭素である。

　冷媒流路に充填されている冷媒の充填量Ｖ１（ｋｇ）、冷媒流路の容積Ｖ２（Ｌ）、冷媒流路の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）は、次の関係を満たす。
　Ｖ１×ａ≦Ｖ２≦Ｖ１×ｂ
　ａ＝０．０７８×Ｐ^２－２．１１１×Ｐ＋１５．７７１
　ｂ＝０．０５５×Ｐ^２－１．７６８×Ｐ＋１６．１４４

　本熱源ユニットによれば、充填された二酸化炭素冷媒が超臨界となることに起因する、冷媒流路内における圧力異常の発生が抑制される。

　第２観点の熱源ユニットは、第１観点の熱源ユニットであって、設計圧力Ｐが、１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下である。

　第３観点の熱源ユニットは、第１観点又は第２観点の熱源ユニットであって、冷媒を貯留する冷媒貯留容器をさらに備える。

　冷媒貯留容器の容積Ｖ３（Ｌ）は、次の関係を満たす。
　０．４×Ｖ２≦Ｖ３＜０．９×Ｖ２

　熱源ユニットは、冷媒流路において、冷媒流路だけでなく冷媒貯留容器にも冷媒を貯留できるため、容積Ｖ２を十分に確保して効果的に冷媒流路内における圧力異常の発生を抑制できる。

　第４観点の熱源ユニットは、第１観点から第３観点のいずれかの熱源ユニットであって、流路切換機構と、冷媒貯留容器とをさらに備える。流路切換機構は、冷媒流路において冷媒が流れる方向を切り換える。冷媒貯留容器は、冷媒を貯留する容器である。

　冷媒貯留容器は、充填された冷媒を貯留するだけでなく、冷房運転と暖房運転との間で生じる運転負荷の変動等に起因して生じる余剰冷媒を貯留できる。

　第５観点の空気調和装置は、第１観点から第４観点のいずれかの熱源ユニットと、利用ユニットとを備える。利用ユニットは、接続配管を介して熱源ユニットに接続される。接続配管は、熱源ユニットと利用ユニットとの設置位置に応じて、長さを変更され、熱源ユニット及び利用ユニットが接続配管を介して接続されることで形成される冷媒回路への冷媒の追加充填が不要な第１長さを有する。熱源ユニットは、前記接続配管が前記第１長さである場合の冷媒回路における必要冷媒量に応じた量の冷媒が充填されている。

　第６観点の空気調和装置は、第１観点から第４観点のいずれかの熱源ユニットと、利用ユニットとを備える。利用ユニットは、接続配管を介して熱源ユニットに接続される。接続配管は、熱源ユニットと利用ユニットとの設置位置に応じて、長さを変更される。熱源ユニットの冷媒流路に充填されている冷媒の充填量は、接続配管が所定の第１長さよりも短い場合の、熱源ユニット及び利用ユニットが接続配管を介して接続されることで形成される冷媒回路における必要冷媒量よりも多い。

第１実施形態に係る熱源ユニット２を備える空気調和装置１の概略構成図である。 Ｒ３２のモリエル線図である。 二酸化炭素のモリエル線図である。 第２実施形態に係る熱源ユニット２ａを備える空気調和装置１ａの概略構成図である。

　＜第１実施形態＞
　（１）全体構成
　図１は、第１実施形態に係る熱源ユニット２を備える空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行い、室内等の空調対象空間（図示省略）における空調運転（冷房運転及び暖房運転）を実行する。空気調和装置１は、１台の熱源ユニット２と、１台の利用ユニット３と、熱源ユニット２及び利用ユニット３を接続する第１接続配管６及び第２接続配管７とを備える。互いに接続された熱源ユニット２と、利用ユニット３と、接続配管６、７とは、冷媒回路１０を構成する。冷媒回路１０に充填された冷媒は、二酸化炭素である。なお、以下では、第１接続配管６及び第２接続配管７をまとめて接続配管６、７とも呼ぶ。

　詳細は後述するが、冷媒回路１０に充填される冷媒は、製造工場等において熱源ユニット２に充填される。空気調和装置１の設置場所等において、熱源ユニット２と利用ユニット３とが接続配管６、７を介して接続されることで、熱源ユニット２に充填された冷媒は、冷媒回路１０に充填される。

　（２）詳細構成
　（２－１）利用ユニット
　利用ユニット３は、空調対象空間に設置される。利用ユニット３は、冷媒回路１０の一部を構成する利用側冷媒流路３０を有する。利用側冷媒流路３０は、利用側熱交換器３１を含む。

　（２－１－１）利用側熱交換器
　利用側熱交換器３１は、内部を流れる冷媒と、空調対象空間の空気との間で熱交換を行わせる。利用側熱交換器３１の一端は、冷媒配管３０ａを介して第１接続配管６に接続される。利用側熱交換器３１の他端は、冷媒配管３０ａを介して第２接続配管７に接続される。

　（２－２）熱源ユニット
　熱源ユニット２は、空調対象空間の外（屋外等）に設置される。熱源ユニット２は、冷媒回路１０の一部を構成する熱源冷媒流路２０を有する。熱源冷媒流路２０は、圧縮機２１と、流路切換機構２２と、熱源熱交換器２３と、熱源膨張機構２４と、第１閉鎖弁２５と、第２閉鎖弁２６と、アキュムレータ２７とを含む。圧縮機２１と、流路切換機構２２と、熱源熱交換器２３と、熱源膨張機構２４と、第１閉鎖弁２５と、第２閉鎖弁２６と、アキュムレータ２７とは、互いに冷媒配管２０ａを介して接続されている。熱源冷媒流路２０は、冷媒流路の一例である。

　（２－２－１）圧縮機
　圧縮機２１は、吸入管２１ａから冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入し圧縮機構（図示省略）で冷媒を圧縮して、圧縮した冷媒を高圧の冷媒として吐出管２１ｂへと吐出する。本実施形態では、熱源ユニット２は、圧縮機２１を１台だけ有するが、圧縮機２１の台数は１台に限定されず、複数であってもよい。圧縮機２１の起動、停止、及び容量の制御は、図示しない制御部が行うことができる。

　（２－２－２）流路切換機構
　流路切換機構２２は、冷媒の流れ方向を切り換え、冷媒回路１０の状態を第１状態と第２状態との間で変更する。冷媒回路１０が第１状態にある時には、熱源熱交換器２３が冷媒の放熱器として機能し、利用側熱交換器３１が冷媒の蒸発器として機能する。冷媒回路１０が第２状態にあるときには、熱源熱交換器２３が冷媒の蒸発器として機能し、利用側熱交換器３１が冷媒の放熱器として機能する。流路切換機構２２の状態の変更は、図示しない制御部が行うことができる。

　本実施形態では、流路切換機構２２は４つのポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を有する四路切換弁である。ポートＰ１は、熱源熱交換器２３の一端に接続されている。ポートＰ２は、圧縮機２１の吐出管２１ｂに接続されている。ポートＰ３は、アキュムレータ２７に接続されている。ポートＰ４は、第２閉鎖弁２６に接続されている。第１状態において、ポートＰ１はポートＰ２と連通し、ポートＰ３はポートＰ４と連通する。第２状態において、ポートＰ１はポートＰ３と連通し、ポートＰ２はポートＰ４と連通する。

　流路切換機構２２は四路切換弁に限られない。例えば、流路切換機構２２は、複数の電磁弁及び冷媒管が上述のような冷媒の流れ方向の切り換えを実現できるように組み合わせられて構成されてもよい。

　（２－２－３）熱源熱交換器
　熱源熱交換器２３は、内部を流れる冷媒と熱源ユニット２の設置場所の空気（熱源空気）との間で熱交換を行わせる。熱源熱交換器２３の一端は、流路切換機構２２のポートＰ１に接続されている。熱源熱交換器２３の他端は、熱源膨張機構２４に接続されている。

　（２－２－４）熱源膨張機構
　熱源膨張機構２４は、開度が制御されることで、熱源冷媒流路２０を流れる冷媒の流量の調節及び冷媒の減圧を行う。熱源膨張機構２４の一端は、熱源熱交換器２３に接続されている。熱源膨張機構２４の他端は、第１閉鎖弁２５に接続されている。熱源膨張機構２４の開度は、図示しない制御部が制御できる。

　（２－２－５）第１閉鎖弁及び第２閉鎖弁
　第１閉鎖弁２５は、熱源冷媒流路２０と第１接続配管６との接続部に設けられた弁である。第１閉鎖弁２５が閉じられることで、熱源冷媒流路２０と第１接続配管６との間での冷媒の流通が規制される。第１閉鎖弁２５は、例えば、手動で操作される弁である。本実施形態では、第１閉鎖弁２５は、冷媒回路１０の外部と連通可能なサービスポートを備えた３方弁である。

　第２閉鎖弁２６は、熱源冷媒流路２０と第２接続配管７との接続部に設けられた弁である。第２閉鎖弁２６が閉じられることで、熱源冷媒流路２０と第２接続配管７との間での冷媒の流通が規制される。第２閉鎖弁２６は、例えば、手動で操作される弁である。本実施形態では、第２閉鎖弁２６は、冷媒回路１０の外部と連通可能なサービスポートを備えた３方弁である。

　第１閉鎖弁２５及び第２閉鎖弁２６は、製造工場での出荷時に閉状態とされ、空気調和装置１の設置作業が終了すると開状態とされる。設置作業の終了後は、通常、第１閉鎖弁２５及び第２閉鎖弁２６は、開状態が維持される。

　（２－２－６）アキュムレータ
　アキュムレータ２７は、利用ユニット３の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜める容器である。流路切換機構２２のポートＰ３と圧縮機２１の吸入管２１ａとの間に設けられている。アキュムレータ２７は、冷媒貯留容器の一例である。

　（２－２－７）冷媒の充填量と熱源冷媒流路の容積との関係
　熱源ユニット２は、利用ユニット３及び接続配管６、７のいずれにも接続されていない単体の状態で、冷媒が熱源冷媒流路２０に充填されている。熱源冷媒流路２０に充填される冷媒の量は、冷媒回路１０に充填されることで空気調和装置１が必要な能力の冷凍サイクル運転を実行できる量である。より詳細には、熱源冷媒流路２０に充填されている冷媒の充填量Ｖ１（ｋｇ）は、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）、熱源冷媒流路２０の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）との間で、次の（数１）の関係を満たす。
　（数１）
　Ｖ１×ａ≦Ｖ２≦Ｖ１×ｂ　・・・（１）
　ａ＝０．０７８×Ｐ^２－２．１１１×Ｐ＋１５．７７１　・・・（２）
　ｂ＝０．０５５×Ｐ^２－１．７６８×Ｐ＋１６．１４４　・・・（３）

　熱源冷媒流路２０の容積であるＶ２は、圧縮機２１と、流路切換機構２２と、熱源熱交換器２３と、熱源膨張機構２４と、第１閉鎖弁２５と、第２閉鎖弁２６と、アキュムレータ２７とが冷媒配管２０ａを用いて互いに接続され、第１閉鎖弁２５及び第２閉鎖弁２６で外部から閉塞された空間の容積である。

　本実施形態では、熱源冷媒流路２０の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）は、１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下である。

　また、アキュムレータ２７の容積Ｖ３（Ｌ）は、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）との間で、次の（数２）の関係を満たしてもよい。
　（数２）
　０．４×Ｖ２≦Ｖ３＜０．９×Ｖ２

　熱源冷媒流路２０への冷媒の充填は、典型的には、熱源ユニット２の製造工場において行われる。冷媒の充填が行われた後に第１閉鎖弁２５及び第２閉鎖弁が閉状態とされることで、熱源ユニット２が製造工場から出荷されてから空気調和装置１が設置されるまでに、冷媒が熱源冷媒流路２０から漏出することが抑制される。

　（２－３）接続配管
　接続配管６、７は、熱源冷媒流路２０及び利用側冷媒流路３０（言い換えると、熱源ユニット２及び利用ユニット３）を接続する連絡管である。熱源冷媒流路２０と、利用側冷媒流路３０と、第１接続配管６と、第２接続配管７とが接続されることにより、冷媒回路１０が構成される。

　接続配管６、７のそれぞれの長さは、上限１００ｍ程度を目処に、熱源ユニット２と利用ユニット３との間の距離等に応じて任意に変更される。

　（３）空気調和装置の動作
　次に、空調運転における空気調和装置１の各部の動作について説明する。

　（３－１）冷房運転
　冷房運転時では、流路切換機構２２は、第１状態に制御される。また、熱源膨張機構２４は、利用側熱交換器３１の負荷に応じて開度が制御される。

　この状態において、圧縮機２１が起動すると、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮機２１の吸入管２１ａから吸入された後、圧縮されて高圧の冷媒として吐出管２１ｂから吐出される。圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、流路切換機構２２を経由して熱源熱交換器２３に送られて、熱源空気と熱交換を行って冷却される。言い換えると、熱源熱交換器２３は、放熱器として機能する。熱源熱交換器２３において冷却された高圧の冷媒は、熱源膨張機構２４を通過する際に減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、第１閉鎖弁２５、及び第１接続配管６を経由して、利用ユニット３に送られる。利用ユニット３に送られた冷媒は、利用側熱交換器３１において空調対象空間の空気と熱交換を行って加熱された結果、蒸発して低圧の冷媒となる。言い換えると、利用側熱交換器３１は、蒸発器として機能する。利用側熱交換器３１において加熱された低圧の冷媒は、第２接続配管７を経由して熱源ユニット２に送られ、第２閉鎖弁２６及び流路切換機構２２を経由して、アキュムレータ２７に流入する。アキュムレータ２７に流入した低圧の冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。

　（３－２）暖房運転
　暖房運転時では、流路切換機構２２は、第２状態に制御される。また、熱源膨張機構２４は、冷媒を熱源熱交換器２３において蒸発させることが可能な圧力まで減圧できる開度に制御される。

　この状態において、圧縮機２１が起動すると、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮機２１の吸入管２１ａから吸入された後、圧縮されて高圧の冷媒として吐出管２１ｂから吐出される。圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、流路切換機構２２、第２閉鎖弁２６、及び第２接続配管７を経由して、利用ユニット３に送られる。利用ユニット３に送られた高圧の冷媒は、利用側熱交換器３１において、空調対象空間の空気と熱交換を行って冷却される。言い換えると、利用側熱交換器３１は、放熱器として機能する。利用側熱交換器３１において冷却された高圧の冷媒は、第１接続配管６を経由して熱源ユニット２に送られる。熱源ユニット２に送られた冷媒は、第１閉鎖弁２５を経由した後、熱源膨張機構２４を通過する際に減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり熱源熱交換器２３に流入する。熱源熱交換器２３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発して低圧の冷媒となる。言い換えると、熱源熱交換器２３は、蒸発器として機能する。熱源熱交換器２３に加熱された低圧の冷媒は、流路切換機構２２を経由してアキュムレータ２７に流入する。アキュムレータ２７に流入した低圧の冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。

　（４）冷媒充填方法
　次に、空気調和装置１の設置作業における冷媒回路１０への冷媒の充填方法について説明する。

　空気調和装置１の設置作業は、熱源ユニット２及び利用ユニット３がそれぞれ設置場所に据え付けられる工程と、接続配管６、７を介して熱源冷媒流路２０及び利用側冷媒流路３０が接続される工程とを有する。

　空気調和装置１では、熱源ユニット２の熱源冷媒流路２０に冷媒が充填されているため、熱源冷媒流路２０及び利用側冷媒流路３０が接続配管６、７を介して接続されることで、熱源ユニット２に充填された冷媒が、接続配管６、７を通り利用ユニット３に送られることで冷媒回路１０に充填される。このように、空気調和装置１の設置作業においては、接続配管６、７を介して熱源冷媒流路２０及び利用側冷媒流路３０が接続されことで冷媒回路１０に冷媒が充填されるため、冷媒を冷媒回路１０に外部から充填する作業が不要である。したがって、熱源ユニット２を備えた空気調和装置１によれば、効率的に設置作業が行われる。

　（５）特徴
　（５－１）
　熱源ユニット２は、利用ユニット３に接続され空気調和装置１を構成する。熱源ユニット２は、圧縮機２１と、熱源熱交換器２３と、第１閉鎖弁２５と、第２閉鎖弁２６と、熱源冷媒流路２０と、冷媒とを備える。熱源冷媒流路２０は、圧縮機２１、熱源熱交換器２３、第１閉鎖弁２５、及び第２閉鎖弁２６が冷媒配管２０ａで接続された流路である。冷媒は、熱源冷媒流路２０に充填される。冷媒は、二酸化炭素である。

　熱源冷媒流路２０に充填されている冷媒の充填量Ｖ１（ｋｇ）、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）、熱源冷媒流路２０の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）は、次の（数１）の関係を満たす。
　（数１）
　Ｖ１×ａ≦Ｖ２≦Ｖ１×ｂ　・・・（１）
　ａ＝０．０７８×Ｐ^２－２．１１１×Ｐ＋１５．７７１　・・・（２）
　ｂ＝０．０５５×Ｐ^２－１．７６８×Ｐ＋１６．１４４　・・・（３）

　二酸化炭素冷媒は、他の冷媒と比較して超臨界となった際の圧力の増加が急激であることが知られている。図２は、Ｒ３２のモリエル線図である。図３は、二酸化炭素のモリエル線図である。

　図２に示されるように、気液二相の状態にあるＲ３２は、非運転時の熱源ユニットに通常想定される外気温度や直射日光などによって上昇する冷媒温度の上限である７０℃においても気液二相状態を維持することができ、その際の圧力は約５．０ＭＰａである。

　これに対して、図３に示されるように、気液二相状態にある二酸化炭素は、臨界点ＣＰ（臨界温度：約３１．１℃、臨界圧力：約７．３８ＭＰａ）超えた場合に、超臨界となる。超臨界となった二酸化炭素は、例えば、密度が５００ｋｇ／ｍ^３である場合、４０℃において約９ＭＰａ（Ｐｒ１）であった圧力が通常想定される外気温度や直射日光などによって上昇する冷媒温度の上限である７０℃において約１４．９ＭＰａ（Ｐｒ２）まで急激に上昇する。このため、二酸化炭素冷媒が充填された熱源冷媒流路２０では、外気温の上昇等にともない超臨界となった冷媒の圧力が熱源冷媒流路２０の設計圧力Ｐを超える圧力異常が発生し、熱源冷媒流路２０を構成する各部の破損の原因となるおそれがある。

　熱源ユニット２では、冷媒の充填量Ｖ１と、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２との関係が、二酸化炭素冷媒の温度と圧力との間の特性及び想定される冷媒の温度範囲から得られた（数１）に基づいて設定される。ここで、想定される冷媒の温度範囲は、５０℃以上７０℃以下である。５０℃は、熱源ユニット２が保管される倉庫等の場所において、夏季などに想定される温度（例えば、倉庫内の温度）である。また、７０℃は、熱源ユニット２が保管される倉庫等の場所において外気温度や直射日光などによって上昇する冷媒温度の上限である。

　式１の（２）は、冷媒の温度が５０℃である場合に、設計圧力Ｐである熱源冷媒流路２０を構成する各部が圧力上昇で破損することが抑制される比容積を求める。

　式１の（３）は、冷媒の温度が７０℃である場合に、設計圧力Ｐである熱源冷媒流路２０の容積が必要以上に大きくなる熱源冷媒流路２０の大型化が抑制される比容積を求める。

　任意の冷媒量Ｖ１において、熱源冷媒流路２０の設計圧力Ｐを任意に選択した場合に、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２が、式１の（１）左辺で算出される容積Ｖ１×ａ以上、かつ、式１の（１）右辺で算出される容積Ｖ１×ｂ以下を満たすように設定されることで、熱源冷媒流路２０の大型化を抑制しながら、熱源冷媒流路２０に充填された二酸化炭素冷媒が超臨界となることに起因する、冷媒流路内における圧力異常の発生が抑制される。

　したがって、熱源ユニット２によれば、熱源冷媒流路２０の大型化を抑制しながら、熱源冷媒流路２０に充填された二酸化炭素冷媒が超臨界となることに起因する、冷媒流路内における圧力異常の発生が抑制される。

　（５－２）
　設計圧力Ｐは、１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下である。

　冷媒の圧力が１４ＭＰａとなった場合に式１の（２）で算出される点は、図３の第１点Ｐａとなり、式１の（３）で算出される点は、図３の第２点Ｐｂとなる。さらに冷媒の圧力が１０ＭＰａとなった場合に式１の（２）で算出される点は、図３の第３点Ｐｃとなり、式１の（３）で算出される点は、図３の第４点Ｐｄとなる。そして、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２が式１の（１）を満たすことで、熱源冷媒流路２０に充填された冷媒は、図３の斜線ハッチングで示した範囲に含まれる。

　（５－３）
　アキュムレータ２７の容積Ｖ３（Ｌ）は、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）との間で、次の（数２）の関係を満たすことが好ましい。
　（数２）
　０．４×Ｖ２≦Ｖ３＜０．９×Ｖ２

　熱源ユニット２は、熱源冷媒流路２０において、熱源冷媒流路２０だけでなくアキュムレータ２７にも冷媒を貯留できるため、容積Ｖ２を十分に確保して効果的に冷媒流路内における圧力異常の発生を抑制できる。

　（５－４）
　熱源ユニット２は、熱源冷媒流路２０において冷媒が流れる方向を切り換える流路切換機構２２と、冷媒を貯留するアキュムレータ２７とをさらに備える。

　アキュムレータ２７は、充填された冷媒を貯留するだけでなく、冷房運転と暖房運転との間で生じる運転負荷の変動等に起因して生じる余剰冷媒を貯留できる。

　（６）変形例
　（６－１）変形例Ａ１
　空気調和装置１は、１台の熱源ユニット２と、複数台の利用ユニット３とにより構成されるマルチタイプの空気調和装置であってもよい。

　（６－２）変形例Ａ２
　空気調和装置１は、流路切換機構２２を有さず、空調運転として冷房運転及び暖房運転のいずれかのみを実行可能であってもよい。

　（６－３）変形例Ａ３
　空気調和装置１の設置作業は、接続配管６、７を介して熱源ユニット２及び利用ユニット３が接続される工程の後に、冷媒の追加充填工程をさらに有してもよい。冷媒の追加充填工程は、熱源ユニット２及び利用ユニット３の接続に用いられる接続配管６、７の長さが所定の第１長さＬ１以上である場合に行われる。

　上述したように、熱源ユニット２の熱源冷媒流路２０には、冷媒回路１０に充填されることで空気調和装置１が必要な能力の冷凍サイクル運転を実行できる量（以下、必要冷媒量ともいう）の冷媒が充填されている。しかしながら、熱源ユニット２及び利用ユニット３が互いに離れた位置に配置される場合等に、通常よりも長い接続配管６、７を用いて熱源ユニット２及び利用ユニット３を接続する必要が生じる。このような場合、冷媒回路１０の容量が当初の想定よりも大きくなり、熱源ユニット２の熱源冷媒流路２０に充填された冷媒が、必要冷媒量に対して不足するおそれがある。そこで、変形例Ａ３に係る空気調和装置１では、熱源冷媒流路２０に充填された冷媒が、必要冷媒量未満とならない最大の長さが第１長さＬ１としてあらかじめ設定される。言い換えると、接続配管６、７は、熱源ユニット２と利用ユニット３との設置位置に応じて、長さを変更される。接続配管６、７は、熱源ユニット２及び利用ユニット３が接続配管６、７を介して接続されることで形成される冷媒回路１０への冷媒の追加充填が不要である第１長さＬ１を長さのバリエーションの１つとして有する。熱源ユニット２は、接続配管６、７が第１長さＬ１である場合の冷媒回路１０における必要冷媒量に応じた量の冷媒が充填されている。

　これにより、空気調和装置１の設置作業を行う作業者等は、空気調和装置１の設置作業に際して必要となる接続配管６、７の長さが第１長さＬ１以上であるか否かを判断する。

　接続配管６、７の長さが第１長さＬ１よりも短い場合は、熱源冷媒流路２０に充填された冷媒が必要冷媒量よりも多いため、冷媒の追加充填工程は不要である。したがって、冷媒の追加充填工程は行われずに、接続配管６、７を介して熱源ユニット２及び利用ユニット３が接続される工程が行われた後、設置作業は終了する。言い換えると、熱源ユニット２の熱源冷媒流路２０に充填されている冷媒の充填量は、接続配管６、７が第１長さＬ１よりも短い場合の、熱源ユニット２及び利用ユニット３が接続配管６、７を介して接続されることで形成される冷媒回路１０における必要冷媒量よりも多い。

　他方、接続配管６、７の長さが第１長さＬ１以上である場合は、熱源冷媒流路２０に充填された冷媒が必要冷媒量に足りないため、冷媒の追加充填工程が必要となる。したがって、冷媒の追加充填工程が行われ、接続配管６、７の長さに応じた量の冷媒が冷媒回路１０へ追加充填される。冷媒は、例えば、第１閉鎖弁２５又は第２閉鎖弁２６のサービスポートから追加充填される。

　空気調和装置１が１台の熱源ユニット２と、１台の利用ユニット３とを備えるペア型の空気調和装置である場合は、第１長さＬ１は、例えば、１５ｍ程度である。空気調和装置１が１台の熱源ユニット２と、複数台の利用ユニット３とを備えるマルチ型の空気調和装置である場合は、第１長さＬ１は、例えば、３０ｍから７０ｍ程度である。

　（６－４）変形例Ａ４
　熱源ユニット２の熱源冷媒流路２０は、余剰冷媒を貯留するレシーバをさらに有してもよい。この場合、Ｖ３は、アキュムレータ２７の容積に加えてレシーバの容積も含む。

　＜第２実施形態＞
　（１）全体構成
　第２実施形態に係る熱源ユニット２ａについて熱源ユニット２との相違点を中心に説明する。熱源ユニット２ａも、熱源ユニット２と同様に、第１接続配管６及び第２接続配管７を用いて１台以上の利用ユニット３に接続され空気調和装置１ａを構成する。以下では、第１実施形態と同じ又は対応する特徴については、同一の符号を付して説明を省略する図４は、第２実施形態に係る熱源ユニット２ａを備える空気調和装置１ａの概略構成図である。

　熱源ユニット２ａの熱源ユニット２との間の主な相違点は、熱源ユニット２ａが冷媒量調整部２８をさらに備える点である。冷媒量調整部２８は、空気調和装置１ａの設置作業において充填する冷媒を貯留するとともに、利用ユニット３の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜める。冷媒量調整部２８は、熱源ユニット２ａの熱源冷媒流路２０に含まれる。これにより、熱源ユニット２ａでは、熱源ユニット２と比べて多くの冷媒が熱源冷媒流路２０に充填される。冷媒量調整部２８は、冷媒貯留容器２８ａと、圧力調整弁２８ｂと、逆止弁２８ｃと、電磁弁２８ｄと、膨張機構２８ｅとを有する。

　（２）詳細構成
　（２－１）冷媒貯留容器
　冷媒貯留容器２８ａは、熱源冷媒流路２０に充填される冷媒の少なくとも一部を貯留するとともに、冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜める容器（タンク）である。冷媒貯留容器２８ａは、第１ポート２８ａａと、第２ポート２８ａｂとを有する。冷媒貯留容器２８ａは、冷媒貯留容器の一例である。

　第１ポート２８ａａは、冷媒貯留容器２８ａの内部の圧力を調整するために設けられたポートである。第１ポート２８ａａは、流路切換機構２２のポートＰ３とアキュムレータ２７と接続する冷媒配管２０ａ及び圧縮機２１の吐出管２１ｂに圧力調整用配管２０ｂを介して接続されている。

　第２ポート２８ａｂは、冷媒が流通するポートである。第２ポート２８ａｂは、圧縮機２１の吸入管２１ａに冷媒配管２０ａを介して接続されている。

　（２－２）圧力調整弁
　圧力調整弁２８ｂは、冷媒貯留容器２８ａ内の冷媒の圧力が高くなり過ぎることを抑制する弁である。圧力調整弁２８ｂは、流路切換機構２２のポートＰ３とアキュムレータ２７と接続する冷媒配管２０ａに接続された圧力調整用配管２０ｂに設けられる。圧力調整弁２８ｂは、冷媒貯留容器２８ａ内の冷媒の圧力が所定の値以上となると開き、高圧の冷媒をアキュムレータ２７へ逃がす。

　（２－３）逆止弁及び電磁弁
　逆止弁２８ｃ及び電磁弁２８ｄは、冷媒貯留容器２８ａ内の冷媒の圧力を増加させる際に用いられる弁である。逆止弁２８ｃ及び電磁弁２８ｄは、圧縮機２１の吐出管２１ｂに接続された圧力調整用配管２０ｂに設けられる。圧縮機２１の運転中に電磁弁２８ｄが開くと、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒が冷媒貯留容器２８ａに送られる。電磁弁２８ｄは、典型的には、冷媒貯留容器２８ａの冷媒を冷媒回路１０に充填する際に開かれる。逆止弁２８ｃは、冷媒貯留容器２８ａから圧縮機２１の吐出管２１ｂへ冷媒が流れることを抑制する。電磁弁２８ｄの開閉は、図示しない制御部が行うことができる。なお、逆止弁２８ｃ及び電磁弁２８ｄは電動弁を含む流量調整機構であってもよい。

　（２－４）膨張機構
　膨張機構２８ｅは、圧縮機２１の吸入管２１ａと冷媒貯留容器２８ａとの間を接続する冷媒配管２０ａを流れる冷媒の流量の調節及び冷媒の減圧を行う。膨張機構２８ｅの開度は、図示しない制御部が行うことができる。

　（２－５）冷媒の充填量と熱源冷媒流路の容積との関係
　熱源ユニット２ａも、熱源ユニット２と同様に、利用ユニット３及び接続配管６、７のいずれにも接続されていない単体の状態で、冷媒が熱源冷媒流路２０に充填されている。熱源冷媒流路２０に充填される冷媒の量は、冷媒回路１０に充填されることで空気調和装置１ａが必要な能力の冷凍サイクル運転を実行できる量である。この際、熱源冷媒流路２０に充填されている冷媒の充填量Ｖ１（ｋｇ）は、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）、熱源冷媒流路２０の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）との間で、上述した（数１）の関係を満たす。

　また、熱源ユニット２ａでは、Ｖ３は、アキュムレータ２７の容積に加えて冷媒貯留容器２８ａの容積も含む。Ｖ３（Ｌ）は、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）との間で、上述した（数２）の関係を満たす。

　（３）空気調和装置の動作
　冷房運転及び暖房運転のいずれにおいても、膨張機構２８ｅと電磁弁２８ｄは、冷媒供給時は全開又は全開近くまで開度が制御される。膨張機構２８ｅと電磁弁２８ｄは、冷媒供給が終わると全閉又は全閉近くまで開度が制御される。これにより、空気調和装置１ａの冷媒回路１０内に必要な冷媒が供給される。また、冷媒貯留容器２８ａにあらかじめ充填されていた冷媒の内、余剰となる冷媒は、冷媒回路１０内に供給されることなく冷媒貯蔵容器２８ａに貯蓄される。

　空調運転における空気調和装置１ａのこれ以外の各部の動作については、空気調和装置１と同様であるため説明を省略する。

　（４）冷媒充填方法
　空気調和装置１ａの設置作業は、熱源ユニット２及び利用ユニット３がそれぞれ設置場所に据え付けられる工程と、接続配管６、７を介して熱源ユニット２及び利用ユニット３が接続される工程とに加えて、冷媒貯留容器２８ａに貯留された冷媒が冷媒回路１０に送り出される工程をさらに有する。

　冷媒貯留容器２８ａに貯留された冷媒が冷媒回路１０に送り出される工程では、熱源膨張機構２４、電磁弁２８ｄ、及び膨張機構２８ｅは、全開又は全開近くまで開度が制御される。この状態で、圧縮機２１が起動すると、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒が第１ポート２８ａａを通過して冷媒貯留容器２８ａに貯留された冷媒を第２ポート２８ａｂから押し出す。この結果、膨張機構２８ｅを通過した冷媒は、圧縮機２１の吸入管２１ａから吸入されることで、冷媒回路１０に充填される。圧縮機２１が停止することで、本工程が終了する。

　空気調和装置１ａでは、熱源ユニット２ａが冷媒量調整部２８をさらに含むため、熱源ユニット２と比べて多くの冷媒が熱源冷媒流路２０に充填される。このため、熱源ユニット２ａを備えた空気調和装置１ａによれば、複数の利用ユニット３を備える場合でも、熱源ユニット２ａは必要冷媒量を十分に熱源冷媒流路２０に貯留できる。

　（５）特徴
　（５－１）
　熱源ユニット２ａは、利用ユニット３に接続され空気調和装置１ａを構成する。熱源ユニット２ａは、圧縮機２１と、熱源熱交換器２３と、第１閉鎖弁２５と、第２閉鎖弁２６と、熱源冷媒流路２０と、冷媒とを備える。熱源ユニット２ａの熱源冷媒流路２０は、圧縮機２１、熱源熱交換器２３、第１閉鎖弁２５、第２閉鎖弁２６、及び、冷媒量調整部２８が冷媒配管２０ａで接続された流路である。冷媒は、熱源冷媒流路２０に充填される。冷媒は、二酸化炭素である。

　熱源冷媒流路２０に充填されている冷媒の充填量Ｖ１（ｋｇ）、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）、熱源冷媒流路２０の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）は、上述した（数１）の関係を満たす。

　したがって、熱源ユニット２ａによっても、熱源冷媒流路２０の大型化を抑制しながら、充填された二酸化炭素冷媒が超臨界となることに起因する、冷媒流路内における圧力異常の発生が抑制される。

　（５－２）
　アキュムレータ２７及び冷媒貯留容器２８ａの容積Ｖ３（Ｌ）は、熱源冷媒流路２０の容積Ｖ２（Ｌ）との間で、上述した（数３）の関係を満たすことが好ましい。

　熱源ユニット２ａは、熱源冷媒流路２０において、熱源冷媒流路２０だけでなくアキュムレータ２７及び冷媒貯留容器２８ａにも冷媒を貯留できるため、容積Ｖ２を十分に確保して効果的に冷媒流路内における圧力異常の発生を抑制できる。

　（６）変形例
　空気調和装置１ａ及び熱源冷媒流路２０も、上述した変形例Ａ１から変形例Ａ５の特徴を有してもよい。

　以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１、１ａ：空気調和装置
２、２ａ：熱源ユニット
３　　　：利用ユニット
６　　　：第１接続配管（接続配管）
７　　　：第２接続配管（接続配管）
１０　　：冷媒回路
２０　　：熱源冷媒流路（冷媒流路）
２０ａ　：冷媒配管
２１　　：圧縮機
２２　　：流路切換機構
２３　　：熱源熱交換器
２５　　：第１閉鎖弁
２６　　：第２閉鎖弁
２７　　：アキュムレータ（冷媒貯留容器）
２８　　：冷媒量調整部
２８ａ　：冷媒貯留容器
Ｌ１　　：第１長さ

特開２００８－０４５７６９号公報

Claims (6)

1. 　利用ユニット（３）に接続され空気調和装置（１、１ａ）を構成する熱源ユニット（２、２ａ）であって、
   　圧縮機（２１）と、
   　熱源熱交換器（２３）と、
   　第１閉鎖弁（２５）と、
   　第２閉鎖弁（２６）と、
   　前記圧縮機、前記熱源熱交換器、前記第１閉鎖弁、及び前記第２閉鎖弁が冷媒配管で接続された冷媒流路（２０）と、
   　前記冷媒流路に充填された冷媒と
   を備え、
   　前記冷媒は、
   　　二酸化炭素であって、
   　前記冷媒流路に充填されている前記冷媒の充填量Ｖ１（ｋｇ）、前記冷媒流路の容積Ｖ２（Ｌ）、前記冷媒流路の設計圧力Ｐ（ＭＰａ）は、
   　　Ｖ１×ａ≦Ｖ２≦Ｖ１×ｂ
   　　ａ＝０．０７８×Ｐ^２－２．１１１×Ｐ＋１５．７７１
   　　ｂ＝０．０５５×Ｐ^２－１．７６８×Ｐ＋１６．１４４
   の関係を満たす、
   熱源ユニット。
2. 　前記設計圧力Ｐは、
   　　１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下である、
   請求項１に記載の熱源ユニット。
3. 　前記冷媒を貯留する冷媒貯留容器（２７、２８ａ）をさらに備え、
   　前記冷媒貯留容器の容積Ｖ３（Ｌ）は、
   　　０．４×Ｖ２≦Ｖ３＜０．９×Ｖ２、
   の関係を満たす、
   請求項１又は２に記載の熱源ユニット。
4. 　前記冷媒流路において前記冷媒が流れる方向を切り換える流路切換機構（２２）と、
   　前記冷媒を貯留する冷媒貯留容器（２７、２８ａ）と
   をさらに備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の熱源ユニット。
5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の前記熱源ユニットと、
   　接続配管（６、７）を介して前記熱源ユニットに接続される前記利用ユニットと、
   を備え、
   　前記接続配管は、
   　　前記熱源ユニットと前記利用ユニットとの設置位置に応じて、長さを変更され、
   　　前記熱源ユニット及び前記利用ユニットが前記接続配管を介して接続されることで形成される冷媒回路（１０）への前記冷媒の追加充填が不要な第１長さ（Ｌ１）を有し、
   　前記熱源ユニットは、
   　　前記接続配管が前記第１長さである場合の前記冷媒回路における必要冷媒量に応じた量の前記冷媒が充填されている、
   空気調和装置。
6. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の前記熱源ユニットと、
   　接続配管（６、７）を介して前記熱源ユニットに接続される前記利用ユニットと
   を備え、
   　前記接続配管は、
   　　前記熱源ユニットと前記利用ユニットとの設置位置に応じて、長さを変更され、
   　前記熱源ユニットの前記冷媒流路に充填されている冷媒の充填量は、
   　　前記接続配管が所定の第１長さ（Ｌ１）よりも短い場合の、前記熱源ユニット及び前記利用ユニットが前記接続配管を介して接続されることで形成される冷媒回路（１０）における必要冷媒量よりも多い、
   空気調和装置。

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