(57)【要約】【課題】如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く、空気調和装置の機器システム構成の違い、機器据付時の配管長さ、配管径、高低差、室内機接続台数、室内機容量に応じて空気調和装置の冷媒量の適否を的確に判断できるようにする。【解決手段】冷媒量調整時に、追加充填用の冷媒が封入された冷媒ボンベ３１から空気調和冷凍サイクル装置への冷媒回路への流路の位置に流量調整手段３２を備え、冷媒量調整時に、冷媒量に応じて変動する運転状態量を検出して、運転状態量が記憶手段に記憶されている基準値に近接してきたら、流量調整手段にて、冷媒ボンベから冷凍サイクル装置への冷媒封入速度を減少させる。【選択図】図８
2011012958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と、少なくとも１つの利用側熱交換器とを液冷媒接続配管およびガス冷媒接続配管で接続し、冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置の制御方法において、
冷媒量調整時に、追加充填用の冷媒が封入された冷媒ボンベから前記空気調和冷凍サイクル装置への冷媒回路への流路の位置に流量調整手段を備え、前記冷媒量調整時に、冷媒量に応じて変動する運転状態量を検出して、前記運転状態量が記憶手段に記憶されている基準値に近接してきたら、前記流量調整手段にて、前記冷媒ボンベから前記冷凍サイクル装置への冷媒封入速度を減少させることを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項２】
圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と、少なくとも１つの利用側熱交換器とを液冷媒接続配管およびガス冷媒接続配管で接続し、冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置の制御方法において、
冷媒充填時に冷媒量の変動に応じて変動する運転状態量を検出して、前記運転状態量が記憶手段に記憶されている基準値に近接してきたら、前記圧縮機の回転数を減少もしくは停止し、追加充填用の冷媒が封入された冷媒ボンベから前記冷凍サイクル装置への冷媒封入速度を減少させることを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項３】
圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と、少なくとも１つの利用側熱交換器とを液冷媒接続配管およびガス冷媒接続配管で接続し、冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置の制御方法において、
前記冷媒回路の高圧側と低圧側のバイパス冷媒回路と、前記バイパス冷媒回路の流路に流量調整手段とを備え、冷媒充填時に冷媒量の変動に応じて変動する運転状態量を検出して、前記運転状態量が記憶手段に記憶されている基準値に近接してきたら、前記流量調整手段の開度を増加させることで、追加充填用の冷媒が封入された冷媒ボンベから前記冷凍サイクル装置への冷媒封入速度を減少させることを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を、適正冷媒量での運転時に装置から検出される運転状態量と現在の運転状態量とから判定する機能を備えた冷凍サイクル装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、熱源ユニットと利用ユニットとが接続配管を介して接続されることにより冷媒回路が構成されたセパレートタイプの冷凍サイクル装置が知られている。このようなものにおいては、配管の接続箇所の締め付け不足や配管の損傷等で冷媒漏れが生じることがある。このような冷媒漏れは、冷凍サイクル装置の冷房もしくは暖房能力の低下や構成機器の損傷を生じさせる原因になる。また、機器据付時に冷凍サイクル装置に過剰な冷媒を充填してしまった場合は、機器稼動時に冷凍サイクル装置内の圧力が高くなり、機器の安全上の問題から停止せざるを得なくなり、運転ができない状態に陥る。また、逆に充填冷媒量が不足している場合は、所望の冷房能力、暖房能力が得られなくなる。このため、冷凍サイクル装置に充填されている冷媒量の適否を判定する機能を備えることが望ましい。
【０００３】
そこで、暖房運転時の室外熱交換器の出口における冷媒過熱度や冷房運転時の室内熱交換器の出口における冷媒過熱度を用いて冷媒量の適否を判定する方法（例えば、特許文献１参照）や、冷房運転時の室外熱交換器の出口における過冷却度より冷媒量を推定し、基準値と比較し、冷媒量の適否を判定する方法（例えば、特許文献２、特許文献３参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−２０８４６９号公報（図３、図５）
【特許文献２】特開２００６−３１３０５７号公報（図１、図９〜図１１）
【特許文献３】特許第３８５２４７２号公報（図１、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、機器設置後に冷媒を充填する場合、現地において配管長さや構成機器の容量等から算出した規定冷媒量になるまで冷媒充填を行うが、この規定冷媒量の算出の際の計算ミスや充填作業ミスにより、現地において実際に充填された初期冷媒量と規定冷媒量との間にばらつきが生じることがある。この状態で、前述した冷媒量の適否を判定する従来の手法を適用すると、初期冷媒量と規定冷媒量との間にばらつきが生じているにもかかわらず、規定冷媒量が充填された場合に対応する過熱度や過冷却度等（以下、これらをまとめて「運転状態量」という場合もある）の値をそのまま基準値として用いて、運転状態量の現在値と比較して、冷媒量の適否の判定を行うことになるため、結果的に、冷媒量の適否の判定の精度が低下するという難点があった。
【０００６】
また、冷房運転で冷媒量の適否の判定を行うものにあっては、熱源ユニット側に絞り手段がある冷凍サイクル装置では、接続配管の液配管が冷房運転時は気液二相冷媒で満たされ、暖房運転時は、液冷媒で満たされるため、暖房運転の方が必要冷媒量が多くなる。したがって、暖房運転を基準として規定封入冷媒量が決定されるものにあっては、冷媒量の適否を、前述のように冷房運転状態下で判定した場合、検知精度が低下するという難点があった。
【０００７】
また、従来の冷凍サイクル装置で、アキュムレータやレシーバーなどの余剰冷媒を貯留する容器が構成要素としてある機種においては、冷媒漏れを検知するために容器内の余剰冷媒量を超音波センサなどの固有の検出器で直接検出し冷媒量を推定する必要があり、コストがかかるといった難点があった。
【０００８】
また、冷媒量を検知する運転状態量として冷媒の過冷却度を用いているものにあっては、ＣＯ2冷媒などのように超臨界領域での物性変化を伴う冷媒を用いた場合、過冷却度が得られない冷凍サイクル装置に対しては適用できないといった難点があった。
【０００９】
また、従来の冷凍サイクル装置では、冷媒の追加充填時に適正冷媒量に近くなってきても、冷媒の封入速度を減少させる制御を行っていないため、追加充填用の冷媒が封入された冷媒ボンベから冷凍サイクル装置へ冷媒が過剰に流入し、オーバーチャージ気味に冷媒が充填されるといった難点があった。
【００１０】
本発明は、叙上のような課題を解決するためになされたもので、如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く、冷凍サイクル装置の機器システム構成の違い、機器据付時の配管長さ、配管径、高低差、室内機接続台数、室内機容量に応じて冷凍サイクル装置の冷媒量の適否を的確に判断できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る冷凍サイクル装置の制御方法は、下記の構成からなるものである。すなわち、圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と、少なくとも１つの利用側熱交換器とを液冷媒接続配管およびガス冷媒接続配管で接続し、冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置の制御方法において、冷媒量調整時に、追加充填用の冷媒が封入された冷媒ボンベから前記空気調和冷凍サイクル装置への冷媒回路への流路の位置に流量調整手段を備え、前記冷媒量調整時に、冷媒量に応じて変動する運転状態量を検出して、前記運転状態量が記憶手段に記憶されている基準値に近接してきたら、前記流量調整手段にて、前記冷媒ボンベから前記冷凍サイクル装置への冷媒封入速度を減少させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の冷凍サイクル装置の制御方法によれば、冷凍サイクル装置の適正冷媒量での冷凍サイクルの運転状態量の基準値を予め記憶しておき、現在の冷凍サイクルの運転状態量と前記基準値とを比較することで、冷媒量の適否を判定するようにしているので、如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く、冷凍サイクル装置の冷媒量の適否を的確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別の冷媒回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒充填時の動作フローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の接続配管長と冷房、暖房運転時の必要冷媒量の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の接続配管の冷媒密度が一定となる、凝縮器出口温度と凝縮温度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のｐ−ｈ線図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の熱源ユニットの冷媒密度が一定となるときの外気温度と過熱度の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒充填時の概観図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の凝縮器内の冷媒温度の変化を表す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒の過冷却度ＳＣと凝縮器内の平均冷媒密度の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転状態量の基準値に対する、現在の運転状態量の報知レベルの関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の凝縮器の液相部の温度効率ＳＣ／ｄＴｃと凝縮器内の平均冷媒密度の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒充填時の別の概観図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の更に別の冷媒回路図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒量判定時の動作フローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置においてより高圧の冷媒（ＣＯ2）を使用した場合のｐ−ｈ線図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２０】本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２１】本発明の実施の形態４、５に係る冷凍サイクル装置のプレート式熱交換器内の冷媒と流体の温度変化を表す図である。
【図２２】本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図である。
【００１５】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、屋内の冷暖房に使用される装置であり、主として並列に接続された複数台（本実施形態では１台）の熱源ユニット３０１と、それに冷媒連絡配管となる液接続配管６及びガス接続配管９を介して並列に接続された複数台（本実施形態では２台）の利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとから構成されている。冷凍サイクル装置に用いられる冷媒としては、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４ＡなどのＨＦＣ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがある。
【００１６】
＜利用ユニット＞
利用ユニット３０２ａ、３０２ｂは、屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または屋内の壁面に壁掛け等により設置され、既述したように液接続配管６及びガス接続配管９を介して熱源ユニット３０１に接続されて冷媒回路の一部を構成している。
【００１７】
次に、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの詳細な構成について説明するが、利用ユニット３０２ａと３０２ｂとは同様の構成を有しているため、ここでは利用ユニット３０２ａについてのみ説明し、利用ユニット３０２ｂについては、各符号にサフィックス「ｂ」を付けて各部の説明を省略する。
【００１８】
利用ユニット３０２ａは、冷媒回路の一部である室内側冷媒回路を構成しており、室内送風機８ａと、利用側熱交換器である室内熱交換器７ａとを備えている。
【００１９】
室内熱交換器７ａは、ここでは伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内の空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内の空気を加熱する。
【００２０】
室内送風機８ａは、室内熱交換器７ａに供給する空気の流量を可変することが可能なファン、例えばＤＣファンモータ（図示せず）によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等からなり、これによって利用ユニット３０２ａ内に室内空気を吸入し、室内熱交換器７ａにより冷媒との間で熱交換した空気を供給空気として室内に供給する機能を有する。
【００２１】
また、利用ユニット３０２ａには、各種のセンサが設置されている。すなわち、室内熱交換器７ａの液側には、液状態または気液二相状態の冷媒の温度（暖房運転時における過冷却液温度Ｔｃｏまたは冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する液側温度センサ２０５ａが設けられている。また室内熱交換器７ａには、気液二相状態の冷媒の温度（暖房運転時における凝縮温度Ｔｃまたは冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出するガス側温度センサ２０７ａが設けられている。更に利用ユニット３０２ａの室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度を検出する室内温度センサ２０６ａが設けられている。なお、ここでは液側温度センサ２０５ａ、ガス側温度センサ２０７ａ、及び室内温度センサ２０６ａは、いずれもサーミスタから構成されている。室内送風機８ａの動作は、運転制御手段によって制御されるようになっている。
【００２２】
＜熱源ユニット＞
熱源ユニット３０１は、屋外に設置されており、液接続配管６およびガス接続配管９を介して利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに接続されており、冷媒回路の一部を構成している。
【００２３】
次に、熱源ユニット３０１の詳細な構成について説明する。熱源ユニット３０１は、圧縮機１と、四方弁２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器３と、室外送風機４と、絞り手段５ａとを備えている。
【００２４】
絞り手段５ａは、冷媒回路内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、熱源ユニット３０１の液側に接続配置されている。
【００２５】
圧縮機１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、ここではインバータにより制御されるモータ（図示せず）によって駆動される容積式圧縮機を用いている。なお、圧縮機１は、ここでは１台のみであるが、これに限定されず、利用ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されたものであってもよいことは言うまでもない。
【００２６】
四方弁２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器３を圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂを室外熱交換器３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３のガス側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側とガス接続配管９側とを接続するように（図１の四方弁２の破線を参照）、冷媒流路を切り換える。また四方弁２は、暖房運転時には、室内熱交換器７ａ、７ｂを圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ室外熱交換器３を室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機１の吐出側とガス接続配管９側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３のガス側とを接続するように（図１の四方弁２の実線を参照）、冷媒流路を切り換える機能を有する。
【００２７】
室外熱交換器３は、そのガス側が四方弁２に接続され、その液側が液接続配管６に接続された伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなり、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。
【００２８】
室外送風機４は、室外熱交換器３に供給する空気の流量を可変することが可能なファン、例えばＤＣファンモータ（図示せず）によって駆動されるプロペラファンからなり、これによって熱源ユニット３０１内に室外空気を吸入し、室外熱交換器３により冷媒との間で熱交換した空気を室外に排出する機能を有する。
【００２９】
また、熱源ユニット３０１には、各種のセンサが設置されている。すなわち、圧縮機１には、吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ２０１が設けられているとともに、室外熱交換器３には、気液二相状態の冷媒の温度（冷房運転時における凝縮温度Ｔｃまたは暖房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出するガス側温度センサ２０２が設けられている。更に室外熱交換器３の液側には、液状態または気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ２０４が設けられている。また、熱源ユニット３０１の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度すなわち外気温度Ｔａを検出する室外温度センサ２０３が設けられている。なお、圧縮機１、四方弁２、室外送風機４、絞り手段５ａは、運転制御手段によって制御されるようになっている。
【００３０】
運転制御手段では、各種温度センサによって検知された各諸量を測定部１０１に入力し、演算部１０２によって処理し、演算結果が制御部１０３に送られるようになっている。そして制御部１０３により、演算手段１０２の演算結果に基づき、圧縮機１、四方弁２、室外送風機４、絞り手段５ａ、室内送風機８が、所望の制御目標範囲に収まるように駆動制御されるようになっている。また、演算部１０２によって得られた運転状態量の演算結果は記憶部１０４に記憶されるようになっている。また記憶部１０４には、適正冷媒量で予め採取した基準となる運転状態量が記憶されており、この記憶された基準値と現在の冷凍サイクルの運転状態量の値が、比較部１０５によって比較され、その比較結果が判定部１０６に送られて冷凍サイクル装置の冷媒量の適否が判定され、その判定結果が報知部１０６によってＬＥＤや遠隔地のモニタ等に報知されるようになっている。
【００３１】
以上のように、熱源ユニット３０１と利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとが液接続配管６とガス接続配管９を介して接続されて、冷凍サイクル装置の冷媒回路が構成されている。
【００３２】
次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の動作について説明する。
本実施形態の冷凍サイクル装置の運転モードとしては、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの運転負荷に応じて熱源ユニット３０１及び利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの各機器の制御を行う通常運転モードと、冷凍サイクル装置の設置後の冷媒充填時に行われる冷媒自動充填運転モードと、冷媒自動充填運転を終了し通常運転を開始した後において利用ユニット３０２ａ、３０２ｂを暖房運転しつつ凝縮器として機能する室内熱交換器７ａ、７ｂの出口における冷媒の状態量を検出して冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を判断する冷媒量検知モードとがある。なお、通常運転モードには、一般に冷房運転と暖房運転とが含まれる。
【００３３】
次に、冷凍サイクル装置の各運転モードにおける動作について説明する。
【００３４】
＜通常運転モード＞
まず、通常運転モードにおける冷房運転について、図１を用いて説明する。
【００３５】
冷房運転時は、四方弁２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室外熱交換器３のガス側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室内熱交換器７ａ、７ｂのガス側に接続された状態となっている。また、絞り手段５ａは圧縮機１の吸入側における冷媒の過熱度が所定値になるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度は、まず圧縮機吸入温度Ｔｓより、ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを差し引くことによって求められる。ここで、圧縮機吸入温度Ｔｓは、ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の蒸発温度を低圧の飽和圧力Ｐｓに換算し、ガス側温度センサ２０２により検出される冷媒の凝縮温度を高圧の飽和圧力Ｐｄに換算し、圧縮機１の吐出温度センサ２０１により検出される冷媒の吐出温度Ｔｄより、圧縮機１の圧縮工程はポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定し、下記（１）式より算出することができる。
【００３６】
【数１】
2011012958.tif 000003
【００３７】
ここで、Ｔｓ、Ｔｄは温度［Ｋ］、Ｐｓ、Ｐｄは圧力［ＭＰａ］、ｎはポリトロープ指数［−］である。ポリトロープ指数は一定値（例えばｎ＝１．２）としてもよいが、Ｐｓ、Ｐｄの関数として定義することで、より精度よく圧縮機吸入温度Ｔｓを推測することができる。
【００３８】
なお、図２の冷媒回路図に示すように、圧縮機１の吸入側に吸入圧力センサ１０と吸入温度センサ２０８を設け、吸入圧力センサ１０により検出される圧縮機１の吸入圧力Ｐｓより蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度値に換算し、吸入温度センサ２０８により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって冷媒の過熱度を検出するようにしてもよい。
【００３９】
なお、高圧の圧力および低圧の圧力を算出するのに、ここでは冷媒の凝縮温度および蒸発温度より換算しているが、圧縮機１の吸入側、吐出側に直接圧力センサを付加し求めるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００４０】
この冷媒回路の状態で、圧縮機１、室外送風機４および室内送風機８ａ、８ｂを起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外熱交換器３に送られて、室外送風機４によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となる。
【００４１】
そして、この高圧の液冷媒は、絞り手段５ａによって減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となり、液接続配管６を経由して利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られ、室内熱交換器７ａ、７ｂで室内空気と熱交換を行って蒸発されて低圧のガス冷媒となる。ここで、絞り手段５ａは、圧縮機１の吸入における過熱度が所定値になるように室内熱交換器内７ａ、７ｂを流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて蒸発された低圧のガス冷媒は、所定の過熱度を有する状態となる。このように、各室内熱交換器７ａ、７ｂには、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。
【００４２】
この低圧のガス冷媒は、ガス接続配管９を経由して熱源ユニット３０１に送られ、四方弁２を経由して、再び、圧縮機１に吸入される。
【００４３】
次に、通常運転モードにおける暖房運転について説明する。
【００４４】
暖房運転時は、四方弁２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室内熱交換器７ａ、７ｂのガス側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室外熱交換器３のガス側に接続された状態となっている。また、絞り手段５ａは圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度が所定値になるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度は、まず圧縮機吸入温度Ｔｓより、ガス側温度センサ２０２により検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを差し引くことによって求められる。ここで、圧縮機吸入温度Ｔｓは、ガス側温度センサ２０２により検出される冷媒の蒸発温度を低圧の飽和圧力Ｐｓに換算し、ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の凝縮温度を高圧の飽和圧力Ｐｄに換算し、圧縮機１の吐出温度センサ２０１により検出される冷媒の吐出温度Ｔｄより、圧縮機の圧縮工程はポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定し、前述の（１）式より算出することができる。
【００４５】
なお、冷房運転と同様に図２に示すように、圧縮機１の吸入側に吸入圧力センサ１０と吸入温度センサ２０８を設け、吸入圧力センサ１０により検出される圧縮機１の吸入圧力Ｐｓより蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度値に換算し、吸入温度センサ２０８により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって冷媒の過熱度を検出するようにしてもよい。
【００４６】
なお、冷房運転と同様に高圧の圧力および低圧の圧力を算出するのに、ここでも冷媒の凝縮温度および蒸発温度より換算しているが、圧縮機１の吸入側、吐出側に直接圧力センサを付加し求めるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００４７】
この冷媒回路の状態で、圧縮機１、室外送風機４および室内送風機８ａ、８ｂを起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四方弁２およびガス接続配管９を経由して、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られる。
【００４８】
そして、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて、室内空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となった後、液接続配管６を経由して、絞り手段５ａによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる。ここで、絞り手段５ａは、圧縮機１の吸入における過熱度が所定値になるように室内熱交換器７ａ、７ｂ内を流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて凝縮された高圧の液冷媒は、所定の過冷却度を有する状態となる。このように、各室内熱交換器７ａ、７ｂには、各利用ユニット３０２ａ、３０２ｂが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。
【００４９】
この低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源ユニット１の室外熱交換器３に流入する。そして、室外熱交換器３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外送風機４によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮されて低圧のガス冷媒となり、四方弁２を経由して再び、圧縮機１に吸入される。
【００５０】
このように、冷房運転及び暖房運転を含む通常運転を行う通常運転制御手段として機能する制御部１０３により、上記の冷房運転および暖房運転を含む通常運転処理が行われる。
【００５１】
＜冷媒自動充填運転モード＞
次に、冷媒自動充填運転モード時の動作について図３および図１を参照しながら説明する。図３は冷媒自動充填運転モード時および冷媒量の適否の判定動作を示すフローチャートである。なお、ここでは現地において、所定量の冷媒が予め充填された熱源ユニット３０１と、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとを設置し、液接続配管６及びガス接続配管９を介して接続して冷媒回路を構成した後に、液接続配管６及びガス接続配管９の長さに応じて不足する冷媒を冷媒回路内に追加充填する場合を例に挙げて説明する。
【００５２】
冷媒自動充填運転モードには、運転を行う者が、制御部１０３に対して直接に、又はリモコン（図示せず）等を通じて遠隔に、冷媒自動充填運転を開始する指令を出すことによって移行する。これにより、制御部１０３によって図３に示されるステップＳ１１の冷媒自動充填運転モードの運転が開始される。
【００５３】
冷媒自動充填運転の開始指令がなされると、熱源ユニット３０１の四方弁２が図１の実線で示される状態となるように冷媒回路が切り換えられ、かつ利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの室内送風機８ａ、８ｂが起動されるとともに、絞り手段５ａが開けられた状態となり、更に圧縮機１、室外送風機４が起動されて、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの全てについて強制的に暖房運転（以下、これを「利用ユニット全数運転」という）が行われる。
【００５４】
すると、冷媒回路において、圧縮機１から室内熱交換器７ａ、７ｂまでの流路には、圧縮機１において圧縮・吐出された高圧のガス冷媒が供給される。この高圧のガス冷媒は、ガス接続配管９を経て、凝縮器として機能する室内熱交換器７ａ、７ｂ内を通過する間に室内空気との熱交換によってガス状態から液状態に相変化する高圧の冷媒となり、室内熱交換器７ａ、７ｂから絞り手段５ａまでの液接続配管６を含む流路に高圧の液冷媒として流れる。この高圧の液冷媒は、絞り手段５ａから蒸発器として機能する室外熱交換器３内を通過する間に、室外空気との熱交換によって気液二相状態からガス状態に相変化し、室外熱交換器３から圧縮機１までの流路には低圧のガス冷媒となって流れるようになる。
【００５５】
次いで、ステップＳ１２にて、外気温度や室内空気温度などの環境条件や、熱源ユニット３０１および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの温度センサや、圧縮機１の運転周波数、絞り手段５ａの開度などの冷凍サイクル装置の運転状態が測定される。
【００５６】
次に、下記のような機器制御を行って、冷媒回路内を循環する冷媒の状態を安定させる運転に移行する。具体的には、圧縮機１のモータの回転数を所定値で一定になるように制御し（圧縮機回転数一定制御）、蒸発器として機能する室外熱交換器３の過熱度ＳＨが所定値で一定になるように絞り手段５ａを制御（以下、これを「室外熱交過熱度一定制御」という）する。ここで、回転数一定制御を行うのは、圧縮機１によって吸入・吐出される冷媒の流量を安定させるためである。また、過熱度制御を行うのは、室外熱交換器３における冷媒量を一定にするためである。
【００５７】
これにより、冷媒回路内を循環する冷媒の状態が安定して、室内熱交換器７ａ、７ｂ以外の機器および配管における冷媒量がほぼ一定となる。このため、続いて行われる冷媒の追加充填によって冷媒回路内に冷媒が充填され始めた際に、室内熱交換器７ａ、７ｂに溜まる液冷媒量のみが変化する状態を作り出すことができる。
【００５８】
そして、絞り手段５ａが熱源ユニット１側にある場合、液接続配管６内を、冷房時は気液二相冷媒が流れ、暖房時は液冷媒が流れる。このため、暖房の方が液接続配管６の存在冷媒量が多くなる。一方、ガス接続配管９内では、冷房時、暖房時ともにガス冷媒が流れるため、冷媒密度が小さく、冷房、暖房運転での存在冷媒量の差は小さい。
【００５９】
図４は接続配管（液接続配管およびガス接続配管）長と冷房、暖房運転時の必要冷媒量の関係を示すグラフである。図４より明らかなように、液接続配管６およびガス接続配管９の長さに対する必要冷媒量は、暖房運転時の方が冷房運転時よりも多い。これは暖房時に適正冷媒量を決定すべきであることを意味する。つまり、暖房運転を基準として適正冷媒量を決定すべきであり、冷媒量を冷凍サイクルの運転状態から判定する場合は、利用ユニット全数運転、圧縮機回転数一定制御、および室外熱交過熱度一定制御を暖房運転にて行うのが望ましい。
【００６０】
なお、熱源ユニット１に予め冷媒が充填されていない場合には、前記ステップＳ１１の処理に先だって、冷凍サイクル運転を行うことが可能な程度の冷媒量になるまで冷媒充填を行う必要がある。
【００６１】
次に、上記冷媒自動充填運転の詳細な制御方法について説明する。
【００６２】
＜接続配管冷媒密度一定制御＞
液接続配管６、ガス接続配管９は、冷凍サイクル装置を設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や熱源ユニット３０１と利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。このため、例えば新規に冷凍サイクル装置を設置する場合には、適正冷媒充填量を計算するために、液接続配管６、ガス接続配管９の長さや管径等の情報を正確に把握する必要があるが、その情報管理や冷媒量の計算自体が煩雑である。また、既設配管を利用して利用ユニット３０２ａ、３０２ｂや熱源ユニット３０１を更新するような場合には、液接続配管６、ガス接続配管９の長さや管径等の情報が失われていることがある。
【００６３】
したがって、液接続配管６、ガス接続配管９の長さや管径が不明な場合でも、接続配管長さ、管径に応じて一定の冷媒量を封入できるようにする必要があるが、これは液接続配管６、ガス接続配管９部分の冷媒密度を一定に制御してやることで可能になる。
【００６４】
図５は液接続配管の管径を固定してガス接続配管のガス管径を変化させたときに、液接続配管とガス接続配管の冷媒密度が一定となる凝縮温度と凝縮器出口の液温度の関係を示すグラフである。図５より明らかなように、凝縮温度と液温度が等しい場合（図の破線の直線）、過冷却度は零になり、確保できなくなる。液接続配管６の管径に対してガス接続配管９の管径が大きいほど、等密度となる直線の傾きが小さくなっている。これは、例えば液管温度が上昇し、液接続配管６の冷媒密度が減少した場合、ガス接続配管９の密度を増加する必要があるため、凝縮温度を高くし、圧力を増加させる必要があるが、ガス接続配管９の管径が液接続配管６の管径に対して相対的に大きい程、凝縮温度の増加量が小さくてよいことを意味している。
【００６５】
以上述べたように、既設配管など接続配管の長さ、管径が不明な場合でも冷凍サイクルの状態から冷媒の過不足を判定することができる。そしてこの場合、接続配管の長さ、管径によらず冷凍サイクルが同じ状態となることが冷媒量の判定精度向上に必要不可欠であり、かつ接続配管による冷媒量の増減の影響を排除する必要がある。このためには、液接続配管６、ガス接続配管９の組み合わせによって、図５のように凝縮器出口の液管温度に応じて凝縮温度を目標値に制御してやればよい。ここで、凝縮温度を所望の凝縮温度に近づける方法としては、圧縮機１の回転数を制御し、目標値よりも小さい場合は、回転数を増加させて凝縮温度を増加させ、目標値よりも高い場合は、回転数を減らし凝縮温度を低下させることで制御することができる。
【００６６】
また、液管温度に対する凝縮温度の目標値は、施工時に液接続配管６の管径、ガス接続配管９の管径を入力し、液管温度に対する凝縮温度の関係の直線の傾き、切片を決定し制御目標値を決定してもよいが、煩雑となるため、熱源ユニット３０１の容量の情報より、熱源ユニット３０１の容量毎に規定されている標準の液接続配管６、ガス接続配管９の組み合わせで液管温度に応じた凝縮温度目標値を設定すればより簡便となり、作業者にとって煩雑な操作が必要なくなるため操作性が向上する。
【００６７】
なお、ここでは凝縮器出口の液管温度に応じて決定される凝縮温度を目標値に圧縮機の回転数を制御する構成としているが、凝縮器出口の液管温度に応じてガス接続配管９内の冷媒の高圧を直接制御してもよい。高圧を検出する方法としては、例えば、圧縮機１の吐出側に圧力センサ（図示せず）を付加し、冷媒の高圧の圧力を検出すればよい。
【００６８】
＜熱源ユニット冷媒密度一定制御＞
液接続配管６、ガス接続配管９に存在する冷媒は、配管の長さ、管径に応じて充填されるものとすると、図６に示すように熱源ユニット３０１の内容積をＶOC、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの合計の内容積をＶICとすれば暖房運転時は下記（２）式が成り立つ。
【００６９】
［数２］
ρe×ＶOC＋ρc×ＶIC＝Ｍ（一定）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
【００７０】
ここで、ρeは蒸発側平均冷媒密度［ｋｇ／ｍ3 ］、ρｃは凝縮側平均冷媒密度［ｋｇ／ｍ3 ］、Ｍは凝縮側と蒸発側の合計冷媒量［ｋｇ］を示す。（２）式において、Ｍは熱源ユニット３０１の内容積と利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの合計内容積とによって決まる値であるが、適正冷媒量が決まっていれば一定の値となる。ＶOCは熱源ユニット３０１の容量によって異なるが、ρeの値を一定に制御し、熱源ユニット３０１に存在する冷媒量を一定に保てば、接続される利用ユニットの台数、容積によって決まるＶICが不明であっても、適正冷媒量となるρｃを目標値として冷媒充填すればよいことになる。
【００７１】
次に、ρeが一定、すなわち熱源ユニット３０１の存在冷媒量を一定に制御する方法について述べる。熱源ユニット３０１は、蒸発器であり、蒸発器の存在冷媒量は、絞り手段５ａの開度を変更することによって調整可能である。図７は外気温度を横軸にとり、熱源ユニット３０１内の冷媒密度が一定（存在冷媒量が一定）となるときの室外熱交換器３の出口すなわち圧縮機１の吸入の過熱度を表したものである。図７より明らかなように、熱源ユニット３０１の冷媒密度を一定にするためには、外気温度に応じて、過熱度を制御すればよいことがわかる。また、外気温度が高いほど、過熱度を高く制御する必要がある。これは、外気温度が高い程、蒸発温度が高くなり、冷媒の気液二相部の平均密度が増加するからであり、その分、蒸発器の冷媒密度の低い過熱ガス域を増やし平均密度を一定にする必要があるためである。
【００７２】
したがって、熱源ユニット３０１の冷媒密度を一定に制御するには、室外温度センサ２０３によって測定される温度に応じて、図７に示す圧縮機の吸入過熱度の目標値を設定し、吸入過熱度を絞り手段５ａにて制御してやればよい。圧縮機１の吸入の過熱度を所望の過熱度に近づける方法としては、絞り手段５ａの開度を制御し、過熱度が目標値よりも小さい場合は、開度を増加させ、目標値よりも大きい場合は、開度を減少させることで制御することができる。
【００７３】
なお、ここでは圧縮機１の吸入の過熱度は、前述した方法にて、凝縮温度、蒸発温度、吐出温度にて演算可能であるため、吸入過熱度を室外温度センサ２０３に応じて制御すればよいが、吸入過熱度を室外熱交換器３のガス側温度センサ２０２の値より液側温度センサ２０４の値を差し引いた値として求めてもよい。このようにすることで、室外熱交換器３の中間位置で冷媒がガス化されるので、熱源ユニット３０１の平均密度が減少し、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに冷媒が貯留しやすくなり、冷媒量と相関の大きい、室内熱交換器７ａ、７ｂでの過冷却度が確保されやすくなるため、冷媒量を早期検知しやすくなる効果がある。
【００７４】
＜冷媒量の適否の判定＞
図８は冷媒充填時の概観図である。図８に示すように、冷媒ボンベ３１を、チャージホース３３を介して、熱源ユニット３０１の絞り手段５ａから圧縮機１の吸入に至る流路のいずれかに設置されたサービスポート（図示せず）に接続し、流量調整手段であるバルブ３２を開にすることで、冷媒回路内に冷媒が充填される。冷媒が追加充填されると冷媒回路内の冷媒量が徐々に増加するため、室内熱交換器７ａ、７ｂ内における冷媒量が増加し、室内熱交換器７ａ、７ｂの出口における過冷却度ＳＣが大きくなる傾向が現れる。
【００７５】
図９は凝縮器内の冷媒温度の変化を表す図である。図９に示すように、凝縮器入口のガス冷媒温度Ｔciが凝縮器吸込空気温度Ｔaoによって冷却され、凝縮温度Ｔc にて潜熱変化により凝縮し、さらに冷却されて凝縮器出口にて液冷媒温度Ｔcoとなる。ここで過冷却度ＳＣは凝縮温度Ｔc より凝縮器出口冷媒温度Ｔcoを差し引いた値である。
【００７６】
この温度変化から、室内熱交換器７ａ、７ｂの出口における冷媒量すなわち凝縮器の平均冷媒密度と液相の占める量を表す過冷却度ＳＣとに相関があることがわかる。
【００７７】
図１０は冷媒の過冷却度ＳＣと凝縮器内の平均冷媒密度の関係、つまり室内、室外の空気条件を変化させて、適正冷媒量と、適正冷媒量に対して冷媒量を１０％増加させたときの過冷却度ＳＣと、凝縮器の平均冷媒密度ρｃとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、過冷却度ＳＣと凝縮器の平均冷媒密度ρｃとの相関を表す決定係数Ｒ２値が０．６５であり、相関が高いことがわかる。
【００７８】
したがって、規定冷媒量で冷凍サイクル装置が前述の冷媒自動充填運転モードで運転されたときの凝縮器の平均冷媒密度ρｃに相当する室内交換器７ａ、７ｂの出口における過冷却度ＳＣの値（以下、これを「過冷却度ＳＣの基準値」という）を予め記憶部１０４に記憶しておけば、冷媒自動充填運転時にこの過冷却度ＳＣの規定値と冷媒充填時に検出される過冷却度ＳＣの現在値とを比較することによって、冷媒の追加充填により冷媒回路内に充填される冷媒量の適否を判定することができる。
【００７９】
本実施形態のように、利用ユニットが複数台ある場合は、各利用ユニットの過冷却度ＳＣの平均値とすればよい。
【００８０】
図３のステップＳ１３は、上述のような相関関係を利用して、冷媒の追加充填により冷媒回路内に充填された冷媒量の適否を判定する処理である。
【００８１】
すなわち、追加充填される冷媒量が少なく、冷媒回路における冷媒量が規定冷媒量に達していない場合においては、室内熱交換器７ａ、７ｂにおける冷媒量が少ない状態となる。ここで、室内熱交換器７ａ、７ｂにおける冷媒量が少ない状態とは、室内熱交換器７ａ、７ｂの出口における過冷却度ＳＣの現在値が、過冷却度ＳＣの規定値よりも小さいことを意味する。このため、ステップＳ１３において、室内熱交換器７ａ、７ｂの出口における過冷却度ＳＣの値が規定値よりも小さく、冷媒の追加充填が完了していない場合には、ステップＳ１５に移行し、異常表示を行い、ステップＳ１１に戻る。
【００８２】
そして、過冷却度ＳＣの現在値が規定値に達するまで、ステップＳ１３の処理が繰り返される。また、過冷却度ＳＣの現在値が規定値に達した場合には、冷媒の追加充填を完了し、冷媒自動充填運転モードを終了する。なお、現地において配管長さや構成機器の容量等から算出した規定冷媒量と、冷媒の追加充填が完了した後の初期冷媒量とが一致しない場合もある。そのため、本実施形態では、ステップＳ１４にて冷媒の追加充填が完了した際における過冷却度ＳＣの値を初期封入冷媒量での運転状態量として記憶し、後述の冷媒量判定運転モードにおける過冷却度ＳＣの運転状態量の基準値としている。
【００８３】
このように、冷媒自動充填運転において冷媒回路に充填された冷媒量の適否を判定する際には、規定冷媒量もしくは初期封入冷媒量での運転状態量の基準値は、図１の記憶部１０４にて記憶され、この記憶された基準値と現在の運転状態量とが比較部１０５によって比較され、冷媒量の適否は判定部１０６によって行われ、その判定結果に基づいて、報知部１０７によって冷媒量の過不足をＬＥＤ等によって報知する処理が行われる。図１１はその報知例を示すもので、運転状態量の基準値に対する現在の運転状態量のレベルを色分け等により表示したものである。
【００８４】
すなわち、判定部１０６での判定方法は、図１１に示すように、現在の冷媒量を表す運転状態量が基準値の運転状態量に対してある一定値以上で大きい場合は、冷媒量過多と判定（表示）し、基準値の運転状態量に対してある一定値以下で小さい場合は、冷媒量不足と判定（表示）するようにすれば、その判定結果に応じて、報知部１０７にて出力できるため、冷媒量の適否のみならず過不足も判定できる。また、基準値との乖離度合いによって、判定レベルを多段階に設定しておけば、報知部１０７の表示方法を切り替えることによって、作業者に現在の冷媒充填量の状態を認識させ易くなり、その状態に応じて、図８に示す冷媒ボンベ３１のバルブ３２開度を調整できるため、操作性が向上する。
【００８５】
また、本実施形態では、冷媒量を表す運転状態量として過冷却度ＳＣを例に説明したが、これに限るものではなく、凝縮器の液相部の熱交換効率を表す温度効率ＳＣ／ｄＴｃを用いてもよい。ここで、ｄＴｃは凝縮温度Ｔｃから凝縮器吸込空気温度Ｔaoを差し引いた値である。一般的に冷媒密度は、冷媒の質量速度が低いほど大きくなるので、冷媒の質量速度が小さいほど温度効率は高くなる。したがって、冷媒の密度が高いほど、温度効率が高くなるため、冷媒量すなわち冷媒密度を表す運転状態量として、液相部の温度効率ＳＣ／ｄＴｃを採用してもよい。
【００８６】
図１２は、室内、室外の空気条件を変化させて、適正冷媒量と、適正冷媒量に対して冷媒量を１０％増加させたときの液相部の温度効率ＳＣ／ｄＴｃと凝縮器の平均冷媒密度ρｃとの関係を示すグラフである。図１２に示すように、液相部の温度効率ＳＣ／ｄＴｃと凝縮器の平均冷媒密度ρｃとの相関を表す決定係数Ｒ２値が０．８７であり、過冷却度ＳＣを採用した場合よりも相関が高いため、より検知精度の高い判定が可能となる。
【００８７】
なお、本実施形態では、図８のように冷媒追加充填時に冷媒ボンベ３１のバルブ３２と熱源ユニット３０１とがチャージホース３３を介して接続されているが、図１３に示すように、チャージホース３３から熱源ユニット３０１に至る流路の途中に流量調整手段である絞り手段３４を接続する構成とし、冷媒の追加充填の過程において、現在の冷媒量での運転状態量と、規定冷媒量での運転状態量の基準値とを比較し、判定部１０６での基準値との乖離度合いに応じて、制御部１０３を介して絞り手段３４の開度を制御すれば、規定冷媒量での運転状態量の基準値に対して現在の冷媒量の運転状態量が少ないときには絞り手段３４の開度を開けた状態にし、現在の冷媒量が規定冷媒量に近づいてきたら、絞り手段３４の開度を絞っていくことで、冷媒充填速度を減少できるので、冷凍サイクルの運転状態が安定し易くなり、より正確に適正冷媒量を充填可能となるとともに、作業者は、バルブ３２の開度を調整する必要がなくなるため操作性が向上する。
【００８８】
また、冷媒の追加充填の過程において、現在の冷媒量での運転状態量と、規定冷媒量での運転状態量の基準値が近接してきたら、圧縮機１の回転数を減少もしくは停止することによって、冷凍サイクル装置の低圧側圧力が増加するため、冷媒ボンベ内の内圧と、冷凍サイクル装置の冷媒吸入圧力との差圧が小さくなり、冷凍サイクル装置への冷媒封入速度が減少する。このように制御することによって、過剰な冷媒が冷凍サイクル装置に流入することを防止でき、より正確な適正冷媒量の充填および判定が可能となる。
【００８９】
また、図１４の冷媒回路図に示すように、圧縮機１の吐出の高圧側から圧縮機１の吸入の低圧側へのバイパス回路１２を設け、その流路に流量調整手段である絞り手段５ｃを設けることで、冷媒の追加充填の過程において、現在の冷媒量での運転状態量と、規定冷媒量での運転状態量の基準値が近接してきたら、絞り手段５ｃの開度を増加することによって、冷凍サイクル装置の低圧側圧力が増加するため、冷媒ボンベ内の内圧と、冷凍サイクル装置の冷媒吸入圧力との差圧が小さくなり、冷凍サイクル装置への冷媒封入速度が減少する。このように制御することによって過剰な冷媒が冷凍サイクル装置に流入することを防止できるため、より正確な適正冷媒量の充填および判定が可能となる。
【００９０】
＜冷媒量判定運転モード＞
次に、冷媒量判定運転モード時の動作について、図１５を用いて説明する。図１５は、冷媒量判定運転モード時の動作を示すフローチャートである。なお、ここでは定期的（例えば、休日や深夜等で空調を行う必要がない時間帯等）に、不測の原因により冷媒回路から冷媒が外部に漏洩していないかどうかを検知する場合を例に挙げて説明する。
【００９１】
まず、前述の冷房運転や暖房運転のような通常運転モードにおける運転が一定時間（例えば、半年〜１年）経過した場合に、自動または手動で通常運転モードから冷媒量判定運転モードに切り換えて、初期設置時に行った冷媒自動充填運転モードと同様に、利用ユニット全数運転にて暖房運転する冷媒量判定運転を開始する（ステップＳ２１）。
【００９２】
次いで、ステップＳ２２にて室内・室外の空気温度などの環境条件や、熱源ユニット３０１および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの冷凍サイクルの運転状態を測定する。次にステップＳ２３にて設置時の初期封入冷媒量で記憶した運転状態量の基準値と現在の運転状態量を比較し、基準値との乖離度合いが大きい場合は、冷媒が漏れて、冷媒量が不足していると判定し、ステップＳ２５にて冷媒漏れあるいは冷媒不足の異常を報知し、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２３にて基準値との乖離が小さいと判定された場合は、冷媒の漏れが無く、正常であるため、ステップＳ２４にて正常であることを報知し、運転を終了する。
【００９３】
このように、本実施形態の冷凍サイクル装置は、冷媒充填後の冷媒回路内に充填された冷媒量の適否を判定するための冷媒量判定機能をも備えている。
【００９４】
また、冷媒自動充填運転モードおよび冷媒量判定運転モード時における熱源ユニット３０１の室外送風機４および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの室内送風機８ａ、８ｂの送風量は、冷媒充填運転モードおよび冷媒量判定運転モードで常に同じ送風量に設定し固定することは好ましい。この場合、冷凍サイクルが安定し、より正確に冷媒量の適否を判定可能となる。
【００９５】
また、冷凍サイクル装置に、その各構成機器を管理して運転データを電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの外部との通信を行い取得する管理装置としてのローカルコントローラを接続し、このローカルコントローラを冷凍サイクル装置の運転データを受信する情報管理センターの遠隔サーバにネットワークを介して接続し、遠隔サーバに運転状態量を記憶するディスク装置等の記憶装置を接続することによって、冷媒量判定システムを構成してもよい。例えば、ローカルコントローラを冷凍サイクル装置の運転状態量を取得する測定部および運転状態量を演算する演算部とし、記憶装置を記憶部とし、遠隔サーバを比較部、判定部、及び報知部として機能させる等の構成が考えられる。この場合には、冷凍サイクル装置には現在の運転状態量および運転状態量の基準値や演算比較する機能を有しておく必要がなくなる。また、このように遠隔監視できるシステムを構成することによって、定期メンテナンス時に、作業者が現地に赴いて冷媒量の適否を確認する作業の必要が無くなるため、機器の信頼性、操作性が向上する。
【００９６】
以上は冷媒が凝縮過程において二相状態となるものについて述べたものであるが、冷凍サイクル内の冷媒がＣＯ2などの高圧冷媒で超臨界点以上の圧力で状態変化する場合は、図１６に示すように、飽和温度が存在しないため、ガスクーラの平均冷媒密度ρｃを高圧側圧力Ｐｄとガスクーラ出口の冷媒温度Ｔｃｏの関数（すなわち、ρｃ＝ｆ（Ｐｄ、Ｔｃｏ））として表して、算出すれば同様の考え方で冷媒漏れ時はρｃが小さくなるため凝縮圧力が臨界圧力を超える冷媒であっても冷媒漏れの判定が可能となる。
【００９７】
なお、ガスクーラ内の冷媒の平均密度ρｃの推定方法は、前記方法に限るものではなく、ガスクーラ入口温度Ｔｃｉ、ガスクーラ吸込空気温度Ｔａｏの関数として、ガスクーラの平均冷媒密度を推定してもよく、このようにパラメータを増やした方が、冷媒の密度の推定精度が向上する。
【００９８】
以上、本実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これに限られるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば前述の実施形態では、冷暖切り換え可能な冷凍サイクル装置に本発明を適用したものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、暖房専用の冷凍サイクル装置や冷房専用の冷凍サイクル装置や冷暖同時運転可能な冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。また、家庭用のルームエアコンや冷蔵庫などの小型の冷凍サイクル装置や、冷蔵倉庫の冷却用の冷凍機やヒートポンプチラーなどの大型の冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。
【００９９】
また、通常運転時に使用環境条件から高圧縮比運転となることによる圧縮機吐出温度上昇抑制するために凝縮器通過後のエンタルピーの小さい液冷媒を圧縮機にバイパスするインジェクションタイプの圧縮機を用いる冷凍サイクル装置でも本発明は適用可能である。
【０１００】
また、前述の実施形態では、１台の熱源ユニットを備えた冷凍サイクル装置に本発明を適用したものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、複数台の熱源ユニットを備えた冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。
【０１０１】
また、前述の実施形態では、暖房運転を行う冷凍サイクル装置に本発明を適用したものを例に挙げて説明したが、利用側熱交換器が蒸発器となり、熱源側熱交換器が凝縮器となる冷房運転で本発明を適用し冷媒量を判定してもよい。この場合、暖房運転に比較し、液接続配管６内が二相冷媒となるため、冷媒密度誤差が大きくなり配管長が長い場合は、検知精度は若干低下するが、冷媒回路内に充填された冷媒量の適否を判定することができる。
【０１０２】
実施の形態２．
図１７は本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。
【０１０３】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１７に示すように、絞り手段５ａの後に冷房と暖房の必要冷媒量の差である余剰冷媒量を溜めるレシーバ２０を設けるとともに、そのレシーバ２０と液接続配管６の流路の間に絞り手段５ｂを新たに付加したものであり、現地での接続配管長が長く、冷房と暖房の差での余剰冷媒が多量に発生するタイプの冷凍サイクル装置に好適である。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。
【０１０４】
本実施形態の冷凍サイクル装置においては、冷凍サイクル内に液冷媒が貯留する部分があるため、前述の冷媒自動充填運転モードおよび冷媒量判定運転モードのときに、絞り手段５ａの開度を開けて、絞り手段５ｂの開度を絞り、圧縮機１の吸入部分の過熱度を制御する運転を行いレシーバ２０内の余剰冷媒を室内熱交換器７ａ、７ｂに貯留する運転を実施させる。このように制御することで、冷凍サイクルは、前述の実施の形態１と同じ冷媒回路になる。その結果、冷媒量が規定冷媒量に対して少ない場合は、凝縮器の過冷却度もしくは凝縮器液相部の温度効率が小さくなるため、凝縮器の平均冷媒密度を冷凍サイクルの運転状態量から推定することができる。したがって、冷凍サイクル装置の冷媒の追加充填時においては、レシーバ２０がある機種であっても液面を検知する固有の検出装置を用いることなく、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く、冷媒量の適否の判定を行うことができる。また、通常運用時においては、定期的に冷媒量判定運転モードの運転を行うことにより、冷媒の漏れを早期発見でき、機器の故障を未然に防止することができる。
【０１０５】
実施の形態３．
図１８は本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。
【０１０６】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１８に示すように、圧縮機１の吸入部分にアキュムレータ１１を設け、冷房と暖房の必要冷媒量の差である余剰冷媒量をアキュムレータ１１に溜めるように構成したものであり、現地での接続配管長が長く、冷房と暖房の差での余剰冷媒が多量に発生するタイプの冷凍サイクル装置に好適である。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。
【０１０７】
アキュムレータ１１がある場合は、アキュムレータ１１に液冷媒を溜めない運転をする必要があるので、前述の冷媒自動充填運転モードおよび冷媒量判定運転モードのときに室外熱交換器３で十分に過熱度が確保できるように絞り手段５ａを絞った運転を行い、アキュムレータ１１内の余剰冷媒を室内熱交換器７ａ、７ｂに貯留する運転を実施させる。このように制御することで、冷凍サイクルは、前述の実施の形態１と同じ冷媒回路になる。その結果、冷媒量が規定冷媒量に対して少ない場合は、凝縮器の過冷却度もしくは凝縮器液相部の温度効率が小さくなるため、凝縮器の平均冷媒密度を冷凍サイクルの運転状態量から推定することができる。したがって、冷凍サイクル装置の冷媒の追加充填時においては、アキュムレータ１１がある機種であっても液面を検知する固有の検出装置を用いることなく、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く、冷媒量の適否の判定を行うことができる。また、通常運用時においては、定期的に冷媒量判定運転モードの運転を行うことにより、冷媒の漏れを早期発見でき、機器の故障を未然に防止することができる。
【０１０８】
実施の形態４．
図１９は本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。
【０１０９】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１９に示すように、圧縮機１の吐出部分に高圧圧力を検出する圧力センサ４００を設け、利用ユニット３０２ａは、冷媒回路の一部である室内側冷媒回路を構成しており、利用側熱交換器であるプレート式熱交換器４０１と、プレート式熱交換器内を流れる冷媒と熱交換する流体の熱交換前後の温度を検出する流体入口温度センサ４０２と、流体出口温度センサ４０３とで構成されたものである。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。
【０１１０】
ここで、プレート式熱交換器４０１内を流れる冷媒と熱交換を行う流体は冷媒の凝縮熱の吸熱対象となるものであり、これは水、冷媒、ブライン等でも構わず、流体の供給手段は圧縮機やポンプ等でもよい。また、プレート式熱交換器４０１もこの形態に限るものではなく、冷媒と流体間で熱交換できるものであれば、二重管熱交換器やマイクロチャネル等でもよい。
【０１１１】
この冷媒回路構成でも、前述の冷媒自動充填運転モードおよび冷媒量判定運転モードのときに室外熱交換器３で十分に過熱度が確保できるように絞り手段５ａを絞った運転を行い、冷媒をプレート式熱交換器４０１に貯留する運転を実施させる。このように制御することで、冷凍サイクルは、前述の実施の形態１と同じ冷媒回路になる。その結果、冷媒量が規定冷媒量に対して少ない場合は、プレート式熱交換器出口の過冷却度もしくは凝縮器液相部の温度効率が小さくなるため、凝縮器の平均冷媒密度を冷凍サイクルの運転状態量から推定することができる。したがって、冷凍サイクル装置の冷媒回路構成によらず、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く、冷媒量の適否の判定を行うことができる。また、通常運用時においては、定期的に冷媒量判定運転モードの運転を行うことにより、冷媒の漏れを早期発見でき、機器の故障を未然に防止することができる。ここで、温度効率を算出する場合の冷媒と流体の温度差ｄＴｃは、図２１に示すように圧力センサ４００から換算される冷媒の凝縮温度Ｔｃより流体の平均温度（流体入口温度Ｔｗｉ＋流体出口温度Ｔｗｏ）／２を差し引くことによって演算可能である。また、図１９では冷媒と流体の流れの関係は並行流で示しているが、対向流であっても構わない。
【０１１２】
実施の形態５．
図２０は本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態４のものと同一部分には同一符号を付してある。
【０１１３】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、図２０に示すように、実施の形態４に示した液側温度センサ２０５ａを排除したものである。それ以外の構成は前述の実施の形態４のものと同様である。
【０１１４】
図２１に示すように、冷媒と熱交換する流体が水、冷媒、ブライン等の場合は実施の形態１に示したフィン・アンド・チューブ型の空気を媒体とした熱交換の形態に比較し熱通過率が約２０倍以上高くなるため、並行流であれば、プレート式熱交換器出口の冷媒温度Ｔｓｃはほぼ流体出口温度Ｔｗｏと等しいと仮定してよい。したがって、プレート式熱交換器出口の冷媒温度Ｔｓｃを流体出口温度Ｔｗｏで代用することにより過冷却度もしくは凝縮器液相部の温度効率を演算することができる。このように、実施の形態４で示した液側温度センサ２０５ａは不要となるため、液側温度センサ２０５ａ分のコストを減らすことでき、冷凍サイクル装置の冷媒回路構成によらず、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く、安価に冷媒量の適否の判定を行うことができる。
【０１１５】
実施の形態６．
図２２は本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。
【０１１６】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、図２２に示すように、実施の形態１に示した液側温度センサ２０４と室外熱交換器３の間に、レシーバ２０を設け、レシーバ２０と液側温度センサ２０４の間に冷媒-冷媒熱交換器２０９を設け、高圧側の冷媒-冷媒熱交換器通過後の冷媒を絞り手段５ｄによって減圧し、低温低圧の冷媒を冷媒−冷媒熱交換器に流し、レシーバ通過後の冷媒の過冷却度を増加により冷却能力を増加させるバイパス回路を備え、冷媒−冷媒熱交換器２１０の前後に冷媒−冷媒熱交換器入口温度センサ２０８、冷媒−冷媒熱交換器出口温度センサ２０９を設けたものである。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。
【０１１７】
この冷媒回路構成でも、冷房運転にて前述の冷媒自動充填運転モードおよび冷媒量判定運転モードのときに室内熱交換器２０７ａ、２０７ｂで十分に過熱度が確保できるように絞り手段５ａを絞った運転を行い、冷媒−冷媒熱交換器出口温度センサ２０９にて検出される温度から冷媒−冷媒熱交換器入口温度センサ２０８にて検出される温度を減算して算出される過熱度が確保できるように絞り手段５ｃを絞った運転を行うことで、冷媒を室外熱交換器３もしくはレシーバ２０に貯留する運転を実施させる。このとき冷媒−冷媒熱交換器の過冷却度はガス側温度センサ２０２で検出される凝縮温度から液側温度センサ２０４を減算することで演算でき、冷媒−冷媒熱交換器での温度効率は、過冷却度を凝縮温度から冷媒−冷媒熱交換器低圧入口温度センサ２０８との温度差で割った値で演算することができる。冷媒が適正冷媒量よりも減った場合は冷媒−冷媒熱交換器２１０の高圧側出口の過冷却度もしくは温度効率が小さくなるため、凝縮器の平均冷媒密度を冷凍サイクルの運転状態量から推定することができる。したがって、冷凍サイクル装置の冷媒回路構成によらず、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く、冷媒量の適否の判定を行うことができる。また、通常運用時においては、定期的に冷媒量判定運転モードの運転を行うことにより、冷媒の漏れを早期発見でき、機器の故障を未然に防止することができる。
【０１１８】
また、本実施の形態ではレシーバ２０を設けた冷媒回路構成で示したが、レシーバ２０が無い冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。また、図２２で示した冷媒−冷媒熱交換器２１０はプレート式熱交換器や二重管式熱交換器等が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明を利用すれば、熱源ユニットと利用ユニットとが接続配管を介して接続された冷凍サイクル装置において、現地において充填された冷媒量にバラツキが生じたり、冷媒連絡配管の配管長さ・管径、複数の容量の利用ユニットの組み合わせによって、規定冷媒量の適否の判定に使用される運転状態量の基準値に変動が生じる場合であっても、装置内に充填されている冷媒量の適否を精度よく判定できるようになる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  圧縮機、２  四方弁、３  室外熱交換器、４  室外送風機、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  絞り手段、６  液接続配管、７ａ、７ｂ  室内熱交換器、８ａ、８ｂ  室内送風機、９  ガス接続配管、１１  アキュムレータ、１２  バイパス回路、２０  レシーバ、３１  冷媒ボンベ、３２  バルブ、３３  チャージホース、３４  絞り手段、１０１  測定部、１０２  演算部、１０３  制御部、１０４  記憶部、１０５  比較部、１０６  判定部、１０７  報知部、２０１  圧縮機吐出温度センサ、２０２  ガス側温度センサ、２０３  室外温度センサ、２０４  液側温度センサ、２０５ａ、２０５ｂ  液側温度センサ、２０６ａ、２０６ｂ  室内温度センサ、２０７ａ、２０７ｂ  ガス側温度センサ、２０８  冷媒−冷媒熱交換器低圧入口温度センサ、２０９  冷媒−冷媒熱交換器低圧出口温度センサ、２１０  冷媒−冷媒熱交換器、３０１  熱源ユニット、３０２ａ、３０２ｂ  利用ユニット、４００  圧力センサ、４０１  プレート式熱交換器、４０２  流体入口温度センサ、４０３  流体出口温度センサ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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