(57)【要約】  冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が配管によって接続され、冷媒が循環するものであり、凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却熱交換器と、過冷却熱交換器から流出した冷媒の一部を圧縮機に流入させるインジェクション回路と、過冷却熱交換器に流入する冷媒の入口温度を検知する入口温度センサと、過冷却熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検知する出口温度センサと、配管を流れる冷媒量が不足しているか否かを判定する制御装置とを備え、制御装置は、入口温度および出口温度に基づき評価値を算出する評価値算出部と、評価値と設定閾値との比較結果に応じて前記冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部とを有する。
2019053880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が配管によって接続され、前記配管を冷媒が循環する冷凍空調装置であって、
前記凝縮器と前記減圧装置との間に設けられ、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却熱交換器と、
前記過冷却熱交換器と前記減圧装置との間から分岐し、前記過冷却熱交換器から流出した冷媒の一部を前記圧縮機に流入させるインジェクション回路と、
前記過冷却熱交換器に流入する冷媒の入口温度を検知する入口温度センサと、
前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検知する出口温度センサと、
前記配管を流れる冷媒量が不足しているか否かを判定する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記入口温度および前記出口温度に基づき、前記過冷却熱交換器の性能を示す評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値と設定閾値との比較結果に応じて冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部と
を有する
冷凍空調装置。
【請求項２】
前記インジェクション回路を流れて前記圧縮機に流入する冷媒の中間圧力を検知する中間圧力センサをさらに備え、
前記評価値算出部は、
前記入口温度と前記出口温度と前記中間圧力を換算した中間圧飽和温度とに基づき、前記評価値を算出する
請求項１に記載の冷凍空調装置。
【請求項３】
前記凝縮器に送られる流体の温度を検知する外気温度センサをさらに備え、
前記評価値算出部は、
前記入口温度と前記出口温度と前記流体の温度とに基づき、前記評価値を算出する
請求項１に記載の冷凍空調装置。
【請求項４】
前記冷媒量判定部は、
前記評価値が前記設定閾値よりも小さい場合に、前記配管を流れる冷媒量が不足していると判定する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
【請求項５】
前記凝縮器または前記過冷却熱交換器は、
扁平管熱交換器またはプレート熱交換器である
請求項１に記載の冷凍空調装置。
【請求項６】
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力値を検知する吐出圧力センサと、
前記過冷却熱交換器から流出して前記減圧装置に流入する冷媒の過冷却圧力値を検知する圧力センサと
をさらに備え、
前記評価値算出部は、
前記吐出圧力値と前記過冷却圧力値との差分により得られる前記凝縮器または前記過冷却熱交換器の圧力損失を前記評価値として算出する
請求項５に記載の冷凍空調装置。
【請求項７】
前記凝縮器の中間部に設けられ、凝縮器中間温度を検知する温度センサをさらに備え、
前記評価値算出部は、
前記凝縮器中間温度と前記出口温度との差分により得られる、前記凝縮器または前記過冷却熱交換器の圧力損失による温度差を前記評価値として算出する
請求項５に記載の冷凍空調装置。
【請求項８】
前記冷媒量判定部は、
前記評価値が前記設定閾値以上である場合に、前記配管を流れる冷媒量が不足していると判定する
請求項５〜７のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
【請求項９】
前記配管を流れる冷媒量が不足していると判定された場合に、冷媒不足を報知する報知手段をさらに備える
請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過冷却熱交換器を備えた冷凍空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍空調装置において、装置内の冷媒量に過不足が発生すると、能力低下または構成部品の損傷の原因となる。そこで、冷凍空調装置に充填されている冷媒量の過不足を判定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１には、過冷却熱交換器の温度効率を算出し、算出した温度効率から冷媒量を推定して冷媒量の過不足を判定する冷凍空調装置が開示されている。この冷凍空調装置は、圧縮機の吐出側に設けられた圧力センサによって圧縮機の吐出圧力を測定し、測定した吐出圧力に基づき飽和ガス温度を算出する。冷凍空調装置は、算出した飽和ガス温度と外気温度もしくは凝縮器の出口温度とに基づき、温度効率を算出する。温度効率が設定閾値を下回った場合、冷凍空調装置の制御装置は、冷媒量の過不足が発生したと判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の冷凍空調装置では、飽和ガス温度と外気温度もしくは過冷却熱交換器の出口温度とに基づき、過冷却熱交換器の温度効率が算出される。過冷却熱交換器として円管熱交換器または二重管コイルなどの圧力損失の小さい冷却装置を用いた冷凍空調装置では、圧力損失による温度変動を考慮する必要がない。したがって、温度変動が生じた場合には、冷媒漏れに起因するものと言えるため、特許文献１に記載の温度効率で、冷媒量の過不足を検知することができる。【０００６】
しかしながら、過冷却熱交換器として扁平管熱交換器またはプレート熱交換器などの圧力損失の大きい冷却装置を用いた冷凍空調装置で特許文献１に記載の温度効率を算出した場合、過冷却量が圧力損失に起因するものなのか、あるいは冷媒漏れに起因するものなのか区別がつかない。そのため、特許文献１に記載されたようにして算出した温度効率による冷媒不足の検知が困難である。【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、圧力損失に影響されず、冷媒量の判定を精度よく行うことができる冷凍空調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】
【０００８】
本発明の冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が配管によって接続され、前記配管を冷媒が循環する冷凍空調装置であって、前記凝縮器と前記減圧装置との間に設けられ、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却熱交換器と、前記過冷却熱交換器と前記減圧装置との間から分岐し、前記過冷却熱交換器から流出した冷媒の一部を前記圧縮機に流入させるインジェクション回路と、前記過冷却熱交換器に流入する冷媒の入口温度を検知する入口温度センサと、前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検知する出口温度センサと、前記配管を流れる冷媒量が不足しているか否かを判定する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記入口温度および前記出口温度に基づき、前記過冷却熱交換器の性能を示す評価値を算出する評価値算出部と、前記評価値と設定閾値との比較結果に応じて冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部とを有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、過冷却熱交換器の入口温度および出口温度に基づき評価値を算出し、評価値と設定閾値との比較結果に応じて冷媒量が不足しているか否かを判定することにより、圧力損失に影響されず、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る冷凍空調装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】図１の冷凍空調装置に適正な冷媒量が充填された場合のｐ−ｈ線図である。
【図４】図１の冷凍空調装置の冷媒量が不足している場合のｐ−ｈ線図である
【図５】実施の形態１における冷媒量判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２に係る冷凍空調装置の構成の一例を示す概略図である。
【図７】図６の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図８】図６の冷凍空調装置における冷媒量の過不足により、凝縮器または過冷却熱交換器で圧力損失が発生した場合のｐ−ｈ線図である。
【図９】実施の形態２における冷媒量判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置について説明する。
［冷凍空調装置１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、冷凍空調装置１００は、熱源側ユニット１および負荷側ユニット２で構成されている。冷凍空調装置１００において、熱源側ユニット１と負荷側ユニット２とが冷媒配管で接続されることにより、冷凍サイクルが形成されている。なお、図１に示す例では、１台の負荷側ユニット２が設けられているが、これに限られず、例えば、２台以上の負荷側ユニット２を並列に接続してもよい。また、負荷側ユニット２を複数設けた場合、それぞれの負荷側ユニット２は、すべて同一の容量でもよいし、それぞれが異なる容量でもよい。
【００１２】
（熱源側ユニット１）
熱源側ユニット１は、圧縮機ユニット１Ａ、凝縮器ユニット１Ｂおよび制御装置３を備えている。圧縮機ユニット１Ａと凝縮器ユニット１Ｂとは、冷媒配管１０ａおよび１０ｂによって接続されている。制御装置３には、報知手段４が接続されている。
【００１３】
圧縮機ユニット１Ａは、圧縮機１１、レシーバ１３、過冷却熱交換器１４および流量調整装置１５を有している。凝縮器ユニット１Ｂは、凝縮器１２およびファン１２ａを有している。
【００１４】
圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。圧縮機１１は、スクロール圧縮機であり、圧縮室の中間圧部にインジェクションポートが設けられている。インジェクションポートには、過冷却熱交換器１４の出口側で主回路から分岐して形成されたインジェクション回路５のバイパス配管１６が接続されている。なお、図１に示す例では、１台の圧縮機１１が設けられているが、これに限られず、例えば、負荷側ユニット２の負荷に応じて、２台以上の圧縮機１１を並列に接続してもよい。
【００１５】
圧縮機１１として、例えば、駆動周波数を変化させることにより、単位時間あたりの冷媒送出量である容量を制御することが可能なインバータ圧縮機が用いられる。この場合、熱源側ユニット１には、駆動周波数を変更するための圧縮機インバータ基板が搭載され、圧縮機１１の駆動周波数は、制御装置３によって制御される。
【００１６】
凝縮器１２は、冷媒配管１０ａを介して圧縮機１１の吐出側に接続され、空気等の流体と冷媒との間で熱交換を行う。凝縮器１２は、冷媒の熱を流体に放熱して冷媒を凝縮させる。凝縮器１２として、例えば伝熱管と多数のフィンとを有するフィンアンドチューブ型熱交換器が用いられる。なお、凝縮器１２において、冷媒との間で熱交換を行う流体は、空気である場合について例示しているが、これに限られず、例えば水、冷媒またはブライン等でもよい。
【００１７】
ファン１２ａは、凝縮器１２に対して送風するものであり、ファン１２ａの回転数は、制御装置３によって制御される。レシーバ１３は、冷媒配管１０ｂを介して凝縮器ユニット１Ｂの凝縮器１２の出口側に接続されている。レシーバ１３は、凝縮器１２から流出した冷媒を一時的に貯留するとともに、液冷媒とガス冷媒とを分離させる。
【００１８】
過冷却熱交換器１４は、冷媒配管１０ｂおよびレシーバ１３を介して凝縮器１２に接続され、凝縮器１２から流出した冷媒を過冷却する。過冷却熱交換器１４は、主回路部分を流れる冷媒と、主回路から分岐したインジェクション回路５を流れる冷媒との間で熱交換を行う。過冷却熱交換器１４として、例えば円管熱交換器と比較して圧力損失が大きい扁平管熱交換器またはプレート熱交換器が用いられる。
【００１９】
流量調整装置１５は、制御装置３の制御に基づき、過冷却熱交換器１４の出口側からインジェクション回路５へ分岐する冷媒の流量を調整する。流量調整装置１５として、例えば電子式膨張弁が用いられる。
【００２０】
また、熱源側ユニット１は、吐出圧力センサ４１、吸入圧力センサ４２、外気温度センサ４３、入口温度センサ４４、出口温度センサ４５および中間圧力センサ４６を備えている。吐出圧力センサ４１は、圧縮機１１の吐出側に設けられ、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出圧力値を検知する。吸入圧力センサ４２は、圧縮機１１の吸入側に設けられ、圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入圧力値を検知する。外気温度センサ４３は、凝縮器１２に送られる流体の外気温度を検知する。入口温度センサ４４は、過冷却熱交換器１４に流入する冷媒の入口温度Ｔｉｎを検知する。出口温度センサ４５は、過冷却熱交換器１４から流出した液冷媒の出口温度Ｔｏｕｔを検知する。
【００２１】
中間圧力センサ４６は、インジェクション回路５を形成するバイパス配管１６上に設けられ、圧縮機１１のインジェクションポートに流入する冷媒の中間圧力を検知する。なお、中間圧力センサ４６は、必ずしも設けられる必要はない。中間圧力は、例えば、吐出圧力センサ４１によって検知された吐出圧力値と、吸入圧力センサ４２によって検知された吸入圧力値とに基づき、公知の数式を用いて算出することができる。
【００２２】
（負荷側ユニット２）
負荷側ユニット２は、熱源側ユニット１の圧縮機ユニット１Ａと冷媒配管１０ｃおよび１０ｄによって接続されている。負荷側ユニット２は、減圧装置２１および蒸発器２２を有している。
【００２３】
減圧装置２１は、過冷却熱交換器１４で過冷却された冷媒を減圧して膨張させるとともに、冷媒流量を調整する。減圧装置２１として、例えば電子式膨張弁もしくは温度式膨張弁が用いられる。なお、図１の例では、減圧装置２１が負荷側ユニット２に設けられるように説明しているが、これに限られず、熱源側ユニット１に設けられてもよい。
【００２４】
蒸発器２２は、空気等の流体と冷媒との間で熱交換を行う。蒸発器２２は、減圧装置２１で減圧および膨張された冷媒を吸熱して蒸発させる。蒸発器２２として、例えば伝熱管と多数のフィンとを有するフィンアンドチューブ型熱交換器が用いられる。なお、蒸発器２２において、冷媒との間で熱交換を行う流体は、主に空気であるが、これに限られず、例えば水、冷媒またはブライン等でもよい。
【００２５】
（制御装置３）
制御装置３は、例えばマイクロコンピュータ等の演算装置上で実行されるソフトウェア、あるいは各種機能を実現するアナログ回路またはデジタル回路等の回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。制御装置３は、各種センサによる検知結果に基づき、圧縮機１１等の各構成機器の動作の制御を行う。
【００２６】
制御装置３は、蒸発器２２における蒸発温度が目標値となるように、圧縮機１１の駆動周波数を制御する。制御装置３は、凝縮器１２における凝縮温度が目標値となるように、ファン１２ａの回転数を制御する。制御装置３は、圧縮機１１の吐出圧力から換算される冷媒の吐出温度に基づき、流量調整装置１５の開度を調整する。
【００２７】
また、制御装置３は、各種センサによる検知結果に基づき、冷凍サイクル内の冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定処理を行う。図２は、図１の制御装置３の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置３は、評価値算出部３１、冷媒量判定部３２および出力制御部３３を有している。
【００２８】
評価値算出部３１は、入口温度センサ４４による入口温度Ｔｉｎと、出口温度センサ４５による出口温度Ｔｏｕｔと、中間圧力センサ４６による中間圧力Ｐｍとに基づき、式（１）を用いて過冷却熱交換器１４の温度効率を評価値Ｐとして算出する。評価値Ｐは、過冷却熱交換器１４の性能を示す値である。なお、式（１）における中間圧飽和温度は、中間圧力Ｐｍを飽和温度に換算したものである。
評価値Ｐ＝（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）／（Ｔｉｎ−中間圧飽和温度）
・・・（１）
【００２９】
評価値Ｐは、これに限らず、入口温度センサ４４で検知された入口温度Ｔｉｎと、出口温度センサ４５で検知された出口温度Ｔｏｕｔと、外気温度センサ４３で検知された外気温度とに基づき、式（２）を用いて算出することもできる。
評価値Ｐ＝（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）／（Ｔｉｎ−外気温度）  ・・・（２）
【００３０】
なお、評価値Ｐを算出する際に、式（１）または式（２）で用いられる各温度は、ある時点で検知された瞬時値を用いてもよいが、例えば、異なる時点で検知された複数の瞬時値を用いて評価値Ｐの移動平均を求めるとよい。
【００３１】
冷媒量判定部３２は、評価値算出部３１で算出された評価値Ｐに基づき、冷媒不足であるか否かを判定する。冷媒量判定部３２は、評価値Ｐと設定閾値Ｐｒｅｆとを比較し、評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆよりも小さい場合に、冷媒量が不足していると判定する。設定閾値Ｐｒｅｆは、予め記憶されていてもよいし、図示しない入力部等を用いて操作者によって入力されてもよい。また、設定閾値Ｐｒｅｆは、遠隔地等の外部から通信によって取得してもよい。
【００３２】
出力制御部３３は、冷媒量判定部３２で冷媒不足であると判定された場合に、冷媒不足を示す情報を報知手段４に出力する。報知手段４は、出力制御部３３から出力された冷媒不足を示す情報に基づき、冷媒不足を示す報知を行う。報知手段４として、例えば、制御装置３の基板上に配置されたＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、液晶ディスプレイまたはスピーカ等が用いられる。
【００３３】
なお、出力制御部３３は、これに限られず、遠隔地等の外部に設けられた情報出力装置と通信を行い、通信によって冷媒不足を示す情報を情報出力装置に対して送信してもよい。これにより、遠隔地で冷凍空調装置１００を管理するサービスマン等に、冷媒不足であることを直接報知することができる。
【００３４】
［冷凍空調装置１００の動作］
図３は、図１の冷凍空調装置１００に適正な冷媒量が充填された場合のｐ−ｈ線図である。図１および図３を参照して、適正な冷媒量が充填された冷凍空調装置１００の動作について説明する。
【００３５】
低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される（図３の点Ａ→点Ａ１→ｎ→点Ｂ）。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管１０ａを介して凝縮器１２に流入する。凝縮器１２に流入した高温高圧のガス冷媒は、ファン１２ａによって取り込まれた空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となって凝縮器１２から流出する（点Ｂ→点ｋ）。
【００３６】
凝縮器１２から流出した高圧の液冷媒は、冷媒配管１０ｂを介してレシーバ１３で気液分離された後、過冷却熱交換器１４に流入する。過冷却熱交換器１４に流入した高圧の液冷媒は、過冷却熱交換器１４の出口側で分岐した冷媒と熱交換して過冷却され、過冷却熱交換器１４から流出する（点ｋ→点Ｃ）。過冷却熱交換器１４から流出した高圧の液冷媒は、過冷却熱交換器１４の出口側で分岐する。
【００３７】
分岐した冷媒は、冷媒配管１０ｃを介して減圧装置２１に流入する。減圧装置２１に流入した冷媒は、減圧装置２１によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器２２に流入する（点Ｃ→点Ｄ）。蒸発器２２に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって蒸発器２２から流出する（点Ｄ→点Ａ）。蒸発器２２から流出した低温低圧のガス冷媒は、冷媒配管１０ｄを介して圧縮機１１に吸入される。
【００３８】
一方、過冷却熱交換器１４の出口側で分岐した一部の冷媒は、流量調整装置１５に流入する。流量調整装置１５に流入した冷媒は、流量が調整されるとともに減圧され、過冷却熱交換器１４において熱交換されて中間圧の冷媒となり、過冷却熱交換器１４から流出する（点Ｃ→点ｍ）。過冷却熱交換器１４から流出した中間圧の冷媒は、インジェクション回路５のバイパス配管１６を介して圧縮機１１のインジェクションポートに流入する（点ｍ→点ｎ）。インジェクションポートに流入した中間圧の冷媒は、高圧である圧縮機１１の吐出側の冷媒温度を下げる（点Ａ１→点ｎ）。
【００３９】
（冷媒不足の検知）
図４は、図１の冷凍空調装置１００の冷媒量が不足している場合のｐ−ｈ線図である。冷凍空調装置１００の冷媒量が不足している場合、凝縮器１２から流出する冷媒は、気液二相状態となる（点ｋ１）。これにより、過冷却熱交換器１４から流出する冷媒のエンタルピは、冷媒量が適正である場合と比較して上昇する（点Ｃ１）。そのため、過冷却度が小さくなり、過冷却熱交換器１４の温度効率が小さくなる。
【００４０】
ここで、過冷却熱交換器１４における過冷却度の変動に基づいて冷媒不足を検知することが考えられる。しかしながら、過冷却度は、冷媒量の変動だけでなく、冷凍空調装置１００の運転条件によっても変動する。また、過冷却度は、過冷却熱交換器１４での圧力損失の大きさによっても変動する。つまり、過冷却度の変動は、冷媒量の変動のみによって生じるものではない。そのため、過冷却度によって冷媒不足を検知することは困難である。
【００４１】
一方、過冷却熱交換器１４の温度効率は、過冷却度と比較して運転条件による変動が小さい。つまり、温度効率の変動は、冷媒量の変動によって生じると考えることができる。そこで、本実施の形態１では、式（１）または式（２）を用いて過冷却熱交換器１４の温度効率としての評価値Ｐを算出し、算出した評価値Ｐに基づいて冷媒量が不足しているか否かを判定する。これにより、冷媒の不足量が少量の場合であっても、冷媒量不足を検知することができる。
【００４２】
［冷媒量判定処理］
図５は、本実施の形態１における冷媒量判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５を参照して、冷凍空調装置１００による冷媒量判定処理について説明する。
【００４３】
ステップＳ１において、制御装置３は、冷凍空調装置１００が通常運転を行っている場合に、各種センサでの検知結果に基づき通常運転時の制御を行う。例えば、制御装置３は、冷凍サイクルの各部に設けられた各種センサでの検知結果に基づき、凝縮温度および蒸発温度の目標値からの偏差などの制御値を演算する。そして、制御装置３は、演算した制御値に基づき、ファン１２ａ、流量調整装置１５および減圧装置２１を制御する。
【００４４】
ステップＳ２において、評価値算出部３１は、式（１）または式（２）に基づき評価値Ｐを算出する。ステップＳ３において、冷媒量判定部３２は、評価値算出部３１で算出された評価値Ｐと設定閾値Ｐｒｅｆとを比較し、評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆより小さいか否かを判定する。
【００４５】
評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆ以上である場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、冷媒量判定部３２は、冷媒不足ではないと判定し、処理がステップＳ１に戻る。一方、評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆより小さい場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、冷媒量判定部３２は、冷媒不足が生じていると判定する。そして、ステップＳ４において、出力制御部３３は、冷媒不足を示す情報を報知手段４に対して出力する。これにより、報知手段４は、冷媒不足であることを報知する。
【００４６】
なお、冷媒量判定処理は、通常運転時に限られず、例えば、冷凍空調装置１００を設置する際の冷媒充填運転時、またはメンテナンスのために冷媒を一度排出して再度充填する際などにも適用することができる。また、冷媒量判定処理は、通常運転時には自動的に行われるが、これに限られず、例えば外部から冷媒量判定処理を行う指示を制御装置３に対して行うことによっても実施することができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００は、過冷却熱交換器１４に流入する冷媒の入口温度Ｔｉｎと、過冷却熱交換器１４から流出する冷媒の出口温度Ｔｏｕｔとに基づき、過冷却熱交換器１４の性能を示す評価値Ｐを算出する。そして、冷凍空調装置１００は、評価値Ｐと設定閾値Ｐｒｅｆとの比較結果に応じて冷媒量が不足しているか否かを判定する。特に、凝縮器１２または過冷却熱交換器１４として扁平管熱交換器またはプレート熱交換器などの圧力損失が大きい熱交換器を用いることができる。これにより、冷媒量に応じた評価値Ｐが算出されるため、圧力損失に影響されず、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。
【００４８】
また、冷凍空調装置１００は、入口温度Ｔｉｎと、出口温度Ｔｏｕｔと、インジェクション回路５を流れて圧縮機１１に流入する冷媒の中間圧力Ｐｍを換算した中間圧飽和温度とに基づき、評価値Ｐを算出する。これにより、温度効率である評価値Ｐが冷媒量に応じて算出されるため、冷媒量の判定をより精度よく行うことができる。
【００４９】
さらに、冷凍空調装置１００は、入口温度Ｔｉｎと出口温度Ｔｏｕｔと凝縮器１２に送られる流体の温度とに基づき、評価値Ｐを算出する。これにより、温度効率である評価値Ｐが冷媒量に応じて算出されるため、冷媒量の判定をより精度よく行うことができる。
【００５０】
さらにまた、冷凍空調装置１００は、配管を流れる冷媒量が不足していると判定された場合に、冷媒不足を報知する報知手段４を備えている。これにより、冷凍空調装置１００の冷媒が不足していることが外部に報知されるため、サービスマン等に対して、冷媒不足を迅速に報知することができる。
【００５１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置について説明する。なお、以下の説明において、実施の形態１と共通する構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５２】
［冷凍空調装置２００の構成］
図６は、本実施の形態２に係る冷凍空調装置２００の構成の一例を示す概略図である。図６に示すように、冷凍空調装置２００において、熱源側ユニット１は、圧縮機ユニット１Ｃ、凝縮器ユニット１Ｄおよび制御装置３を備えている。圧縮機ユニット１Ｃは、実施の形態１における圧縮機ユニット１Ａの構成に加えて、圧力センサ４７を有している。凝縮器ユニット１Ｄは、実施の形態１における凝縮器ユニット１Ｂの構成に加えて、温度センサ４８を有している。
【００５３】
圧力センサ４７は、過冷却熱交換器１４から流出して減圧装置２１に流入する冷媒の過冷却圧力値を検知する。温度センサ４８は、凝縮器１２の中間部に設けられ、凝縮器中間温度Ｔｍｉｄを検知する。
【００５４】
図７は、図６の制御装置３の構成の一例を示す機能ブロック図である。図７に示すように、評価値算出部３１には、吐出圧力センサ４１、圧力センサ４７、出口温度センサ４５および温度センサ４８が接続されている。
【００５５】
評価値算出部３１は、吐出圧力センサ４１で検知された吐出圧力値と、圧力センサ４７で検知された過冷却圧力値とに基づき、式（３）を用いて凝縮器１２または過冷却熱交換器１４における圧力損失を評価値Ｐとして算出する。
評価値Ｐ＝吐出圧力値−過冷却圧力値        ・・・（３）
【００５６】
また、評価値算出部３１は、出口温度センサ４５で検知された出口温度Ｔｏｕｔと、温度センサ４８で検知された凝縮器中間温度Ｔｍｉｄとに基づき、式（４）を用いて凝縮器１２または過冷却熱交換器１４における圧力損失よる温度差を評価値Ｐとして算出する。
評価値Ｐ＝Ｔｍｉｄ−Ｔｏｕｔ        ・・・（４）
【００５７】
冷媒量判定部３２は、評価値算出部３１で算出された評価値Ｐに基づき、冷媒不足であるか否かを判定する。冷媒量判定部３２は、評価値Ｐと設定閾値Ｐｒｅｆとを比較し、評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆ以上である場合に、冷媒量が不足していると判定する。
【００５８】
［冷凍空調装置２００の動作］
図８は、図６の冷凍空調装置２００における冷媒量の過不足により、凝縮器１２または過冷却熱交換器１４で圧力損失が発生した場合のｐ−ｈ線図である。図８および図６を参照して、圧力損失が発生した場合の冷凍空調装置２００の動作について説明する。
【００５９】
低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される（図８の点Ａ→点Ａ１→ｎ→点Ｂ）。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管１０ａを介して凝縮器１２に流入する。凝縮器１２に流入した高温高圧のガス冷媒は、ファン１２ａによって取り込まれた空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となって凝縮器１２から流出する。
【００６０】
このとき、凝縮器１２または過冷却熱交換器１４として扁平管熱交換器またはプレート熱交換器を用いた場合、凝縮器１２に流入したガス冷媒は、冷媒量が不足していることに起因して、気液二相状態となる。また、これによって凝縮器１２における圧力損失が大きくなる。そのため、凝縮器１２に流入したガス冷媒は、圧力損失によって減圧される（点Ｂ→点ｋ２）。したがって、凝縮器１２の入口温度と過冷却熱交換器１４の出口温度との間に、圧力損失による温度差が生じる。
【００６１】
そこで、本実施の形態２では、凝縮器１２または過冷却熱交換器１４で生じる圧力損失、または圧力損失による凝縮器１２の入口温度と過冷却熱交換器１４の出口温度との間の温度差に基づき、冷媒量が不足しているか否かを判定する。
【００６２】
［冷媒量判定処理］
図９は、実施の形態２における冷媒量判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図９を参照して、冷凍空調装置２００による冷媒量判定処理について説明する。なお、図９に示すフローチャートにおいて、図５に示す実施の形態１のフローチャートと共通するステップについては同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６３】
ステップＳ１において、制御装置３は、冷凍空調装置２００が通常運転を行っている場合に、各種センサでの検知結果に基づき通常運転時の制御を行う。ステップＳ１２において、評価値算出部３１は、式（３）または式（４）に基づき評価値Ｐを算出する。
【００６４】
ステップＳ１３において、冷媒量判定部３２は、評価値算出部３１で算出された評価値Ｐと設定閾値Ｐｒｅｆとを比較し、評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆ以上であるか否かを判定する。
【００６５】
評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆより小さい場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、冷媒量判定部３２は、冷媒不足ではないと判定し、処理がステップＳ１に戻る。一方、評価値Ｐが設定閾値Ｐｒｅｆ以上である場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、冷媒量判定部３２は、冷媒不足が生じていると判定する。そして、ステップＳ４において、出力制御部３３は、冷媒不足を示す情報を報知手段４に対して出力する。これにより、報知手段４は、冷媒不足であることを報知する。
【００６６】
以上のように、本実施の形態２に係る冷凍空調装置２００は、圧縮機１１の吐出圧力値と、過冷却熱交換器１４から流出する冷媒の過冷却圧力値との差分により得られる凝縮器１２または過冷却熱交換器１４の圧力損失を評価値Ｐとして算出する。これにより、圧力損失である評価値Ｐが冷媒量に応じて算出されるため、凝縮器１２または過冷却熱交換器１４の圧力損失が大きい場合でも、冷媒不足を精度よく検知することができる。
【００６７】
また、冷凍空調装置２００は、凝縮器中間温度Ｔｍｉｄと出口温度Ｔｏｕｔとの差分により得られる、凝縮器１２または過冷却熱交換器１４の圧力損失による温度差を評価値Ｐとして算出する。これにより、圧力損失による温度差である評価値Ｐが冷媒量に応じて算出されるため、凝縮器１２または過冷却熱交換器１４の圧力損失が大きい場合でも、冷媒不足を精度よく検知することができる。
【００６８】
なお、冷媒として、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ３２またはＣＯ２等の地球温暖化係数（ＧＷＰ；Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の低い冷媒が用いられる。また、これに限られず、上述の冷媒のうち少なくとも１つを含んだ非共沸混合冷媒等の混合冷媒、またはこれらの冷媒とは異なる他の種類の冷媒が用いられてもよい。
【００６９】
非共沸混合冷媒は、例えばＲ４０７ＣまたはＲ４４８Ａであり、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆおよびＣＯ２等の混合冷媒である。また、非共沸混合冷媒は、Ｒ３２の割合ＸＲ３２、Ｒ１２５の割合ＸＲ１２５、Ｒ１３４ａの割合ＸＲ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆの割合ＸＲ１２３４ｙｆおよびＣＯ２の割合ＸＣＯ２が以下に示す（１）〜（６）の条件をすべて満たす冷媒であってもよい。
（１）３３＜ＸＲ３２［ｗｔ％］＜３９
（２）２７＜ＸＲ１２５［ｗｔ％］＜３３
（３）１１＜ＸＲ１３４ａ［ｗｔ％］＜１７
（４）１１＜ＸＲ１２３４ｙｆ［ｗｔ％］＜１７
（５）３＜ＸＣＯ２［ｗｔ％］＜９
（６）ＸＲ３２、ＸＲ１２５、ＸＲ１３４ａ、ＸＲ１２３４ｙｆおよびＸＣＯ２の総和が１００
【符号の説明】
【００７０】
１  熱源側ユニット、１Ａ、１Ｃ  圧縮機ユニット、１Ｂ、１Ｄ  凝縮器ユニット、２  負荷側ユニット、３  制御装置、４  報知手段、５  インジェクション回路、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  冷媒配管、１１  圧縮機、１２  凝縮器、１２ａ  ファン、１３  レシーバ、１４  過冷却熱交換器、１５  流量調整装置、１６  バイパス配管、２１  減圧装置、２２  蒸発器、３１  評価値算出部、３２  冷媒量判定部、３３  出力制御部、４１  吐出圧力センサ、４２  吸入圧力センサ、４３  外気温度センサ、４４  入口温度センサ、４５  出口温度センサ、４６  中間圧力センサ、４７  圧力センサ、４８  温度センサ、１００、２００  冷凍空調装置。
【図１】
2019053880.tif 000003
【図２】
2019053880.tif 000004
【図３】
2019053880.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019053880.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019053880.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月14日(2019.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が配管によって接続され、前記配管を冷媒が循環する冷凍空調装置であって、前記凝縮器と前記減圧装置との間に設けられ、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却熱交換器と、前記過冷却熱交換器と前記減圧装置との間から分岐し、前記過冷却熱交換器から流出した冷媒の一部を前記圧縮機に流入させるインジェクション回路と、前記過冷却熱交換器に流入する冷媒の入口温度を検知する入口温度センサと、前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検知する出口温度センサと、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力値を検知する吐出圧力センサと、前記過冷却熱交換器から流出して前記減圧装置に流入する冷媒の過冷却圧力値を検知する圧力センサと、前記配管を流れる冷媒量が不足しているか否かを判定する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記吐出圧力値と前記過冷却圧力値との差分により得られる前記凝縮器または前記過冷却熱交換器の圧力損失を、前記過冷却熱交換器の性能を示す評価値として算出する評価値算出部と、前記評価値と設定閾値との比較結果に応じて冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部とを有するものである。
【手続補正２】
【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、凝縮器、減圧装置および蒸発器が配管によって接続され、前記配管を冷媒が循環する冷凍空調装置であって、
前記凝縮器と前記減圧装置との間に設けられ、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却熱交換器と、
前記過冷却熱交換器と前記減圧装置との間から分岐し、前記過冷却熱交換器から流出した冷媒の一部を前記圧縮機に流入させるインジェクション回路と、
前記過冷却熱交換器に流入する冷媒の入口温度を検知する入口温度センサと、
前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の出口温度を検知する出口温度センサと、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力値を検知する吐出圧力センサと、
前記過冷却熱交換器から流出して前記減圧装置に流入する冷媒の過冷却圧力値を検知する圧力センサと、
前記配管を流れる冷媒量が不足しているか否かを判定する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記吐出圧力値と前記過冷却圧力値との差分により得られる前記凝縮器または前記過冷却熱交換器の圧力損失を、前記過冷却熱交換器の性能を示す評価値として算出する評価値算出部と、
前記評価値と設定閾値との比較結果に応じて冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部と
を有する
冷凍空調装置。
【請求項２】
前記冷媒量判定部は、
前記評価値が前記設定閾値よりも小さい場合に、前記配管を流れる冷媒量が不足していると判定する
請求項１に記載の冷凍空調装置。
【請求項３】
前記凝縮器または前記過冷却熱交換器は、
扁平管熱交換器またはプレート熱交換器である
請求項１に記載の冷凍空調装置。
【請求項４】
前記配管を流れる冷媒量が不足していると判定された場合に、冷媒不足を報知する報知手段をさらに備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
【国際調査報告】
2019053880.tif 000012
2019053880.tif 000013
2019053880.tif 000014
2019053880.tif 000015