CN105627649B - 冷冻循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供抑制电力消耗、且无损舒适性地实施制冷剂量是否合适的判定的冷冻循环装置。冷冻循环装置(10)具备：通过利用液体连接配管(6)及气体连接配管(9)连接压缩机(1)、热源侧热交换器(3)、节流装置(5)及利用侧热交换器(7)而构成的制冷剂回路；检测外部气温Ta的外部气温传感器(203)；以及切换与利用侧热交换器(7)的运转负荷相应地控制制冷剂回路的通常运转模式和判定制冷剂回路内的制冷剂量是否合适的制冷剂量判定模式而运转的控制装置(100)。此外，控制装置(100)具有当由外部气温传感器(203)检测到的外部气温Ta为设定温度范围内的情况下切换至制冷剂量判定模式的模式切换部(113)。

Description

冷冻循环装置
技术领域
本发明涉及冷冻循环装置，该冷冻循环装置具备判定制冷剂回路内填充的制冷剂量是否合适的功能。
背景技术
以往，已知有分离式的冷冻循环装置，其通过将热源单元与利用单元经由连接配管连接来构成制冷剂回路。在这样的冷冻循环装置中，存在因配管的连接部位的紧固不足或配管的损伤等而产生制冷剂泄漏的情况。制冷剂泄漏成为产生冷冻循环装置的制冷能力或者制热能力的下降、或者构成设备的损伤的原因。此外，在填充于冷冻循环装置的制冷剂的量不足的情况下，无法获得所希望的制冷能力或者制热能力。
因此，已知有具备判定在冷冻循环装置填充的制冷剂量是否合适的功能的冷冻循环装置。例如，在专利文献1中提出有如下的结构：将以规定的制冷剂量(或者初始封入制冷剂量)运转的情况下的运转状态量的基准值预先存储于存储部，并对该基准值与当前的运转状态量的值进行比较，由此来判定所填充的制冷剂量是否合适。
专利文献1：日本特开2009－79842号公报(参照图1以及图15)
在专利文献1所记载的冷冻循环装置中，形成为在假日或深夜等无需进行空气调节的时间段等定期地实施制冷剂量是否合适的判定的结构。但是，当在不利用空调的时间段实施制冷剂量是否合适的判定的情况下，需要仅仅为了进行制冷剂量是否合适的判定而驱动冷冻循环装置。结果，尽管不需要空气调节能力但电力却被消耗，电费变高。此外，如果在盛夏或隆冬这样的需要空气调节能力的时期实施制冷剂量的判定，则无法充分发挥利用者所要求的空气调节能力，有损于舒适性。进而，当在盛夏或隆冬的需要空气调节能力的时期实施制冷剂量的判定而结果判明制冷剂泄漏的情况下，为了进行修理检查等，需要使冷冻循环装置停止。由此，无法在需要空气调节的时期进行空气调节。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种抑制电力消耗、且不会损害舒适性地实施制冷剂量是否合适的判定的冷冻循环装置。
本发明的技术方案1所涉及的冷冻循环装置具备：制冷剂回路，该制冷剂回路通过利用连接配管连接压缩机、热源侧热交换器、节流装置以及利用侧热交换器而构成；外部气温传感器，该外部气温传感器检测外部气温；以及控制装置，该控制装置切换通常运转模式和制冷剂量判定模式而运转，在通常运转模式，与利用侧热交换器的运转负荷相应地控制制冷剂回路，在制冷剂量判定模式，判定制冷剂回路内的制冷剂量是否合适，控制装置具有模式切换部，当由外部气温传感器检测到的外部气温为设定温度范围内的情况下，该模式切换部切换至制冷剂量判定模式。
技术方案2所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案1所记载的冷冻循环装置中，上述冷冻循环装置还具备流路切换装置，该流路切换装置切换从上述压缩机流出的制冷剂的流路，上述控制装置在上述通常运转模式中对上述流路切换装置进行控制来切换制热运转以及制冷运转。
技术方案3所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案2所记载的冷冻循环装置中，在进行上述制热运转的情况下、且由上述外部气温传感器检测到的上述外部气温为10℃～15℃之间的情况下，上述模式切换部切换至上述制冷剂量判定模式。
技术方案4所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案2或3所记载的冷冻循环装置中，在进行上述制冷运转的情况下、且由上述外部气温传感器检测到的上述外部气温为15℃～25℃之间的情况下，上述模式切换部切换至上述制冷剂量判定模式。
技术方案5所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案2或3所记载的冷冻循环装置中，在进行上述制热运转的情况下、且前次进行的是上述制冷运转的情况下，或者在进行上述制冷运转的情况下、且前次进行的是上述制热运转的情况下，上述模式切换部判断上述外部气温是否为上述设定温度范围内。
技术方案6所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案1至3中任一项所记载的冷冻循环装置中，上述控制装置还具有存储部，该存储部将最初切换至制冷剂量判定模式时的上述制冷剂回路的运转状态量作为基准值进行存储，上述控制装置在上述制冷剂量判定模式中对存储于上述存储部的上述基准值与当前的运转状态量进行比较。
技术方案7所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案6所记载的冷冻循环装置中，上述运转状态量为过冷却度。
技术方案8所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案6所记载的冷冻循环装置中，上述冷冻循环装置还具备温度传感器，该温度传感器检测在上述利用侧热交换器热交换的空气温度，上述运转状态量是将过冷却度除以从上述利用侧热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下的冷凝温度减去上述空气温度所得的值而得的量。
技术方案9所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案6所记载的冷冻循环装置中，上述冷冻循环装置还具备液体温度检测传感器，在上述利用侧热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下，上述液体温度检测传感器检测上述冷凝器的出口处的液体温度，上述控制装置在上述制冷剂量判定模式中与上述液体温度相应地对上述压缩机的转速进行控制，以使得冷凝温度成为目标值。
技术方案10所涉及的冷冻循环装置的特征在于，在技术方案6所记载的冷冻循环装置中，上述控制装置在上述制冷剂量判定模式中与由上述外部气温传感器检测到的上述外部气温相应地设定上述压缩机的吸入过热度的目标值。
根据本发明的冷冻循环装置，与外部气温相应地在几乎不需要空气调节负荷的时期实施制冷剂量判定模式，因此，不会损害利用者的舒适性。此外，在制冷剂泄漏的情况下，能够在盛夏或隆冬的需要空气调节能力的时期之前实施服务。进而，还能够减少实施制冷剂量判定模式的频率，因此能够抑制电力的消耗量。
附图说明
图1是本发明的实施方式的冷冻循环装置的概要结构图。
图2是示出本发明的实施方式的冷冻循环装置的连接配管的制冷剂密度恒定的、冷凝器出口的液体温度与冷凝温度之间的关系的曲线图。
图3是本发明的实施方式的冷冻循环装置的p－h线图。
图4是示出本发明的实施方式的冷冻循环装置的热源单元的制冷剂密度恒定时的外部气温与过热度之间的关系的曲线图。
图5是示出本发明的实施方式的冷冻循环装置的冷凝器内的制冷剂温度的变化的图。
图6是示出本发明的实施方式的冷冻循环装置的制冷剂的过冷却度与冷凝器内的平均制冷剂密度之间的关系的曲线图。
图7是示出本发明的实施方式的冷冻循环装置的制冷剂量与空气调节能力之间的关系的曲线图。
图8是示出东京的一年间的气温变化的一例的曲线图。
图9是示出东京的一年间的空气调节负荷变化的一例的曲线图。
图10是本发明的实施方式的冷冻循环装置的制冷剂量判定处理的流程图。
图11是本发明的实施方式的冷冻循环装置的模式切换处理的流程图。
附图标记说明
1：压缩机；2：流路切换装置；3：热源侧热交换器；4：室外送风机；5：节流装置；6：液体连接配管；7：利用侧热交换器；8：室内送风机；9：气体连接配管；10：冷冻循环装置；100：控制装置；110：控制部；111：通常运转部；112：制冷剂量判定部；113：模式切换部；120：存储部；130：报告部；201：排出温度传感器；202：气体侧温度传感器；203：外部气温传感器；204：液体侧温度传感器；205：液体侧温度传感器；206：室内温度传感器；207：气体侧温度传感器；301：热源单元；302：利用单元。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的冷冻循环装置的实施方式进行详细说明。图1是本发明的实施方式的冷冻循环装置10的概要结构图。本实施方式的冷冻循环装置10是通过进行蒸气压缩式的冷冻循环运转而在室内的空气调节(制冷以及制热)中使用的装置。冷冻循环装置10具备：热源单元301；利用单元302，该利用单元302经由液体连接配管6以及气体连接配管9与热源单元301并联连接；以及控制装置100，该控制装置100对热源单元301以及利用单元302进行控制。热源单元301和利用单元302经由液体连接配管6和气体连接配管9被连接在一起，构成冷冻循环装置10的制冷剂回路。
另外，在本实施方式中，如图1所示，对在1台热源单元301连接1台利用单元302的情况进行说明，但各单元的台数并无特殊限定。例如可以在热源单元301连接有并联连接的2台以上利用单元302，或者也可以具备并联连接的2台以上热源单元。作为在冷冻循环装置10使用的制冷剂，例如存在R410A、R407C、R404A、R32等HFC制冷剂，R22、R134a等HCFC制冷剂，或者烃、氦、丙烷那样的自然制冷剂等。
＜热源单元＞
热源单元301是设置在室外的室外机。热源单元301经由液体连接配管6以及气体连接配管9连接于利用单元302，构成制冷剂回路的一部分。下面对热源单元301的详细结构进行说明。热源单元301具备压缩机1、流路切换装置2、热源侧热交换器3、室外送风机4以及节流装置5。
压缩机1例如是通过由逆变器控制的马达(未图示)而被驱动的容积式压缩机。压缩机1的运转容量由控制装置100可变地控制。另外，在图1的例子中，压缩机1仅为1台，但并不限定于此，也可以与利用单元302的连接台数等相应地并联连接2台以上压缩机1。
流路切换装置2例如由用于切换制冷剂的流动的方向的四通阀构成。流路切换装置2在制冷运转时如图1的虚线所示将压缩机1的排出侧与热源侧热交换器3连接，并将压缩机1的吸入侧与气体连接配管9连接。由此，使热源侧热交换器3作为在压缩机1中被压缩的制冷剂的冷凝器发挥功能，且使利用侧热交换器7作为在热源侧热交换器3中被冷凝的制冷剂的蒸发器发挥功能。此外，流路切换装置2在制热运转时如图1中用实线所示将压缩机1的排出侧与气体连接配管9连接，并将压缩机1的吸入侧与热源侧热交换器3连接。由此，使利用侧热交换器7作为在压缩机1中被压缩的制冷剂的冷凝器发挥功能，且使热源侧热交换器3作为在利用侧热交换器7中被冷凝的制冷剂的蒸发器发挥功能。利用控制装置100控制由流路切换装置2进行的流路的切换。
热源侧热交换器3的气体侧与流路切换装置2连接，液体侧与液体连接配管6连接。热源侧热交换器3例如是由传热管和多个翅片构成的交叉翅片式的翅片管型热交换器。热源侧热交换器3在制冷运转时作为制冷剂的冷凝器发挥功能，在制热运转时作为制冷剂的蒸发器发挥功能。
室外送风机4是朝热源侧热交换器3供给空气的风扇。室外送风机4例如由利用DC风扇马达(未图示)驱动的螺旋桨式风扇构成，具有朝热源单元301内吸入室外空气，并将借助热源侧热交换器3与制冷剂之间进行热交换后的空气朝室外排出的功能。室内送风机8所供给的空气的流量由控制装置100可变地控制。
节流装置5配置于热源单元301的液体侧，用于进行在制冷剂回路内流动的制冷剂的流量的调节等。节流装置5具有作为减压阀或者膨胀阀的功能，且开度(节流阀开度)由控制装置100控制。
此外，在热源单元301设置有各种传感器。详细来说，在压缩机1设置有检测排出温度Td的排出温度传感器201。此外，在热源侧热交换器3的气体侧设置有气体侧温度传感器202，该气体侧温度传感器202检测气液二相状态的制冷剂的温度(与制冷运转时的冷凝温度Tc或者制热运转时的蒸发温度Te对应的制冷剂温度)。进而，在热源侧热交换器3的液体侧设置有液体侧温度传感器204，该液体侧温度传感器204检测液体状态或者气液二相状态的制冷剂的温度(与制冷运转时的冷凝器出口温度(液体温度)Tco或者制热运转时的蒸发温度Te对应的制冷剂温度)。此外，在热源单元301的室外空气的吸入口侧设置有外部气温传感器203，该外部气温传感器203检测流入热源单元301内的室外空气的温度来作为外部气温Ta。由排出温度传感器201、气体侧温度传感器202、液体侧温度传感器204以及外部气温传感器203检测到的温度被输出至控制装置100。
＜利用单元＞
利用单元302是通过埋入或悬吊等设置于室内的顶棚、或者通过壁挂等设置于室内的壁面的室内机。利用单元302如上所述经由液体连接配管6以及气体连接配管9连接于热源单元301而构成制冷剂回路的一部分。
下面对利用单元302的详细结构进行说明。利用单元302构成作为制冷剂回路的一部分的室内侧制冷剂回路，具备室内送风机8以及利用侧热交换器7。
利用侧热交换器7例如是由传热管和多个翅片构成的交叉翅片式的翅片管型热交换器。利用侧热交换器7在制冷运转时作为制冷剂的蒸发器发挥功能而对室内的空气进行冷却，且在制热运转时作为制冷剂的冷凝器发挥功能而对室内的空气进行加热。
室内送风机8是朝利用侧热交换器7供给空气的风扇。室内送风机8例如由利用DC风扇马达(未图示)驱动的离心式风扇或多翼式风扇等构成。利用室内送风机8朝利用单元302内吸入室内空气，并将借助利用侧热交换器7与制冷剂之间进行热交换后的空气作为供给空气朝室内供给。室内送风机8所供给的空气的流量由控制装置100可变地控制。
此外，在利用单元302设置有各种传感器。详细来说，在利用侧热交换器7的液体侧设置有液体侧温度传感器205，该液体侧温度传感器205检测液体状态或者气液二相状态的制冷剂的温度(与制热运转时的冷凝器出口温度(液体温度)Tco或者制冷运转时的蒸发温度Te对应的制冷剂温度)。此外，在利用侧热交换器7的气体侧设置有气体侧温度传感器207，该气体侧温度传感器207检测气液二相状态的制冷剂的温度(与制热运转时的冷凝温度Tc或者制冷运转时的蒸发温度Te对应的制冷剂温度)。进而，在利用单元302的室内空气的吸入口侧设置有检测朝单元内流入的室内空气的温度的室内温度传感器206。另外，液体侧温度传感器205、气体侧温度传感器207以及室内温度传感器206例如由热敏电阻构成，但并不限定于此。由液体侧温度传感器205、气体侧温度传感器207以及室内温度传感器206检测到的温度被输出至控制装置100。
＜控制装置＞
下面对控制装置100的详细结构进行说明。控制装置100对冷冻循环装置10的各部进行控制，由微型计算机或者DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等构成。
控制装置100具有控制部110、存储部120以及报告部130。此外，控制部110具有通常运转部111、制冷剂量判定部112以及模式切换部113。通常运转部111、制冷剂量判定部112以及模式切换部113由通过执行程序而实现的功能模块实现，或者由ASIC(ApplicationSpecific IC，专用集成电路)等电子回路实现。
控制装置100进行控制，以使得冷冻循环装置10以通常运转模式或者制冷剂量判定模式运转，在通常运转模式，与利用侧热交换器7的运转负荷相应地控制制冷剂回路，在制冷剂量判定模式，进行制冷剂量是否合适的判定。另外，通常运转模式包含制冷运转以及制热运转。通常运转模式以及制冷剂量判定模式由控制部110的模式切换部113与冷冻循环装置10的运转状况以及外部气温Ta相应地切换。
通常运转部111在通常运转模式中与利用单元302的运转负荷相应地进行热源单元301以及利用单元302的各设备的控制。详细来说，通常运转部111基于由各种温度传感器检测到的温度，以位于所希望的控制目标范围的方式对压缩机1、流路切换装置2、室外送风机4、节流装置5以及室内送风机8进行驱动控制。此外，由通常运转部111获得的运转状态量(过热度或者过冷却度等)的运算结果被存储于存储部120。
制冷剂量判定部112在制冷剂量判定模式中进行制冷剂量是否合适的判定。详细来说，制冷剂量判定部112对存储于存储部120的作为基准的运转状态量(例如过冷却度)与当前的运转状态量(例如过冷却度)进行比较，在当前的运转状态量为作为基准的运转状态量以下的情况下，判定为发生了制冷剂泄漏等。模式切换部113与冷冻循环装置10的运转状况以及外部气温Ta相应地切换通常运转模式以及制冷剂量判定模式。
存储部120存储由通常运转部111获得的运转状态量(过热度或者过冷却度等)的运算结果、以及以合适的制冷剂量预先选取的作为基准的运转状态量(例如过冷却度)。报告部130将制冷剂量判定部112的判定结果在冷冻循环装置10的遥控器、设置于热源单元301的LED、或者远程的监视器等进行显示，报告给利用者。
下面对本实施方式的冷冻循环装置10的通常运转模式以及制冷剂量判定模式下的动作进行说明。
＜通常运转模式＞
首先，对通常运转模式下的制冷运转进行说明。制冷运转时，流路切换装置2成为图1的虚线所示的状态，即压缩机1的排出侧与热源侧热交换器3连接、且压缩机1的吸入侧与利用侧热交换器7连接的状态。此外，利用控制部110的通常运转部111对节流装置5进行开度调节，以使得压缩机1吸入侧的制冷剂的过热度成为预定值。在本实施方式中，通过从压缩机1的吸入温度Ts减去由气体侧温度传感器207检测到的制冷剂的蒸发温度Te，求出压缩机1的吸入侧的制冷剂的过热度。此处，压缩机1的吸入温度Ts能够利用下述式(1)计算。在下述式(1)中，Ps是根据由气体侧温度传感器207检测到的制冷剂的蒸发温度Te换算出的低压的饱和压力，Pd是根据由气体侧温度传感器202检测到的制冷剂的冷凝温度Tc换算出的高压的饱和压力。此外，Td是由压缩机1的排出温度传感器201检测到的制冷剂的排出温度，压缩机1的压缩工序被假定为多方指数n的多方变化。
此处，Ts、Td是温度[K]，Ps、Pd是压力[MPa]，n是多方指数[－]。多方指数可以是恒定值(例如n＝1.2)，但通过定义成Ps、Pd的函数，能够更高精度地推测压缩机1的吸入温度Ts。
另外，在上述说明中，根据制冷剂的冷凝温度Tc以及蒸发温度Te来换算压力Pd以及压力Ps，但也可以在各热交换器直接追加压力传感器，求出各压力。此外，对于吸入温度Ts，也可以在压缩机1的吸入侧直接追加温度传感器或者压力传感器来求出。
在以上述方式调节节流装置5的状态下，若起动压缩机1、室外送风机4以及室内送风机8，则低压的气体制冷剂被吸入压缩机1并被压缩而成为高压的气体制冷剂。之后，高压的气体制冷剂经由流路切换装置2被输送至热源侧热交换器3，与由室外送风机4供给的室外空气进行热交换而冷凝，从而成为高压的液体制冷剂。
然后，该高压的液体制冷剂由节流装置5减压而成为低温低压的气液二相制冷剂，经由液体连接配管6被输送至利用单元302，并在利用侧热交换器7与室内空气进行热交换而蒸发，从而成为低压的气体制冷剂。此时，与利用侧热交换器7热交换后的空气被冷却。此处，节流装置5对在利用侧热交换器7内流动的制冷剂的流量进行控制，以使得压缩机1的吸入侧的过热度成为预定值。因此，在利用侧热交换器7中蒸发后的低压的气体制冷剂成为具有预定的过热度的状态。这样，在利用侧热交换器7流动有与在利用单元302所被设置的空气调节空间中要求的运转负荷相应的流量的制冷剂。在利用侧热交换器7中蒸发后的低压的气体制冷剂经由气体连接配管9被输送至热源单元301，并经由流路切换装置2再次被吸入压缩机1。
下面对通常运转模式下的制热运转进行说明。制热运转时，流路切换装置2成为图1的实线所示的状态，即压缩机1的排出侧与利用侧热交换器7连接、且压缩机1的吸入侧与热源侧热交换器3连接的状态。此外，利用控制部110的通常运转部111对节流装置5进行开度调节，以使得压缩机1的吸入侧的制冷剂的过热度成为预定值。在本实施方式中，通过从压缩机1的吸入温度Ts减去由气体侧温度传感器202检测到的制冷剂的蒸发温度Te，求出压缩机1的吸入侧的制冷剂的过热度。此处，吸入温度Ts能够利用上述式(1)计算。在上述式(1)中，Ps是根据由气体侧温度传感器202检测到的制冷剂的蒸发温度Te换算出的低压的饱和压力，Pd是根据由气体侧温度传感器207检测到的制冷剂的冷凝温度Tc换算出的高压的饱和压力。此外，Td是由压缩机1的排出温度传感器201检测到的制冷剂的排出温度，压缩机1的压缩工序被假定为多方指数n的多方变化。
另外，与制冷运转相同，也可以在各热交换器直接追加压力传感器来求出压力Pd以及压力Ps。此外，对于吸入温度Ts，也可以在压缩机1的吸入侧直接追加温度传感器或者压力传感器来求出。
在以上述方式调节节流装置5的状态下，若起动压缩机1、室外送风机4以及室内送风机8，则低压的气体制冷剂被吸入压缩机1并被压缩而成为高压的气体制冷剂，并经由流路切换装置2以及气体连接配管9被输送至利用单元302。
然后，被输送至利用单元302后的高压的气体制冷剂在利用侧热交换器7中与室内空气进行热交换而冷凝，从而成为高压的液体制冷剂，之后，经由液体连接配管6由节流装置5减压而成为低压的气液二相状态的制冷剂。此时，与利用侧热交换器7热交换后的空气被加热。此处，节流装置5对在利用侧热交换器7内流动的制冷剂的流量进行控制，以使得压缩机1的吸入侧的过热度成为预定值。因此，在利用侧热交换器7中冷凝后的高压的液体制冷剂成为具有预定的过冷却度的状态。这样，在利用侧热交换器7流动有与在利用单元302所被设置的空气调节空间中要求的运转负荷相应的流量的制冷剂。
由节流装置5减压后的低压的气液二相状态的制冷剂流入热源单元301的热源侧热交换器3。然后，流入热源侧热交换器3后的低压的气液二相状态的制冷剂与由室外送风机4供给的室外空气进行热交换而被冷凝，从而成为低压的气体制冷剂，并经由流路切换装置2再次被吸入压缩机1。
＜制冷剂量判定模式＞
下面对包含制冷剂量判定模式中的制冷剂量判定处理的动作进行说明。以下，以设定为制热流路的情况为例进行说明。在设定为制热流路的情况下，热源单元301的流路切换装置2将制冷剂回路切换至图1的实线所示的状态。然后，朝从压缩机1到利用侧热交换器7的流路供给在压缩机1中被压缩并被排出后的高压的气体制冷剂。该高压的气体制冷剂经过气体连接配管9，并在通过作为冷凝器发挥功能的利用侧热交换器7内的期间借助与室内空气之间的热交换而成为从气体状态相变化为液体状态的高压的制冷剂。然后，作为高压的液体制冷剂在包含从利用侧热交换器7到节流装置5的液体连接配管6在内的流路流动。该高压的液体制冷剂在从节流装置5通过作为蒸发器发挥功能的热源侧热交换器3内的期间，借助与室外空气之间的热交换而从气液二相状态相变化为气体状态，作为低压的气体制冷剂在从热源侧热交换器3到压缩机1的流路流动。
接着，测定外部气温或室内空气温度等环境条件、热源单元301以及利用单元302的各部的温度、压缩机1的运转频率以及节流装置5的开度等冷冻循环装置10的运转状态量。
制冷剂量判定模式时，进行使在制冷剂回路内循环的制冷剂的状态稳定的制冷剂量判定运转。具体而言，进行使压缩机1的马达的转速在预定值恒定的转速恒定控制、以及使作为蒸发器发挥功能的热源侧热交换器3的过热度SH在预定值恒定的过热度恒定控制。此处，之所以进行转速恒定控制，是为了使由压缩机1吸入以及排出的制冷剂的流量稳定。此外，之所以进行过热度控制，是为了使热源侧热交换器3的制冷剂量恒定。由此，在制冷剂回路内循环的制冷剂的状态稳定，利用侧热交换器7以外的设备以及配管的制冷剂量大致恒定。
下面对制冷剂量判定模式时的详细的控制方法进行说明。
＜连接配管制冷剂密度恒定控制＞
对将液体连接配管6以及气体连接配管9的制冷剂密度控制为恒定的连接配管制冷剂密度恒定控制进行说明。图2是示出冷冻循环装置10的连接配管的制冷剂密度恒定的、冷凝器出口的液体温度与冷凝温度之间的关系的曲线图。详细来说，图2示出当固定液体连接配管6的管径并使气体连接配管9的气体管径变化时，液体连接配管6与气体连接配管9的制冷剂密度恒定的、冷凝温度与冷凝器出口的液体温度之间的关系。如图2所示，在冷凝温度与液体温度相等的情况(图中以虚线的直线表示的情况)下，过冷却度为零，无法确保过冷却度。相对于液体连接配管6的管径，气体连接配管9的管径越大，则等密度的直线的斜率越小。这意味着：例如在液体温度上升，液体连接配管6的制冷剂密度减少的情况下，需要使气体连接配管9的制冷剂密度增加，因此需要提高冷凝温度而使压力增加，但气体连接配管9的管径相对于液体连接配管6的管径相对地越大，则冷凝温度的增加量可以越小。
无论连接配管的长度、管径如何冷冻循环都处于相同状态这一情况在提高制冷剂量的判定精度的方面是不可或缺的，并且需要排除连接配管对制冷剂量的增减造成的影响。为此，只要根据液体连接配管6以及气体连接配管9的组合，如图2那样与冷凝器出口的液体温度相应地进行控制以使得冷凝温度成为目标值即可。此处，作为使冷凝温度接近所希望的冷凝温度的方法，能够对压缩机1的转速进行控制，在小于目标值的情况下，使转速增加而使冷凝温度增加，在高于目标值的情况下，使压缩机1的转速减少而使冷凝温度下降，由此来进行控制。
另外，此处形成为将与冷凝器出口的液体温度相应地决定的冷凝温度作为目标值而对压缩机1的转速进行控制的结构，但也可以与冷凝器出口的液体温度相应地对气体连接配管9内的制冷剂的高压直接进行控制。作为检测高压的方法，例如，只要在压缩机1的排出侧设置压力传感器(未图示)来检测制冷剂的高压的压力即可。
＜热源单元制冷剂密度恒定控制＞
对将热源单元301的存在制冷剂量控制为恒定的热源单元制冷剂密度恒定控制进行说明。图3是冷冻循环装置10的p－h线图。如果假设存在于液体连接配管6以及气体连接配管9的制冷剂是与配管的长度、管径相应地填充的，则如图3所示，若将热源单元301的内容积设为VOC，将利用单元302的内容积设为VIC，则制热运转时下述式(2)成立。
ρe×VOC+ρc×VIC＝M(恒定) (2)
此处，ρe表示蒸发侧平均制冷剂密度[kg/m3]，ρc表示冷凝侧平均制冷剂密度[kg/m3]，M表示冷凝侧和蒸发侧的合计制冷剂量[kg]。在式(2)中，M是由热源单元301的内容积和利用单元302的内容积的合计内容积决定的值，只要合适的制冷剂量是确定的就是恒定的值。VOC根据热源单元301的容量而不同，但如果将ρe的值控制为恒定，并将存在于热源单元301的制冷剂量保持恒定，则即便由所连接的利用单元的台数、容积决定的VIC不详，只要将成为合适的制冷剂量的ρc作为目标值进行控制即可。
下面对将ρe控制为恒定、即将热源单元301的存在制冷剂量控制为恒定的方法进行叙述。热源单元301是蒸发器，能够通过变更节流装置5的开度来调整蒸发器的存在制冷剂量。图4是示出冷冻循环装置10的热源单元301的制冷剂密度恒定时的、外部气温与过热度之间的关系的曲线图。图4中，以外部气温为横轴，表示热源单元301内的制冷剂密度恒定(存在制冷剂量恒定)时的热源侧热交换器3的出口即压缩机1的吸入侧的过热度。从图4可知，为了使热源单元301的制冷剂密度恒定，只要与外部气温相应地对过热度进行控制即可。此外，外部气温越高，则需要将过热度控制得越高。这是因为：外部气温越高，则蒸发温度越高，制冷剂的气液二相部的平均密度增加，相应地，需要使蒸发器的制冷剂密度低的过热气体区域增加从而使平均密度恒定。
因而，为了将热源单元301的制冷剂密度控制为恒定，只要与由外部气温传感器203测定的温度相应地设定图4所示的压缩机1的吸入过热度的目标值，利用节流装置5对吸入过热度进行控制即可。作为使压缩机1的吸入侧的过热度接近所希望的过热度的方法，能够对节流装置5的开度进行控制，在过热度小于目标值的情况下使开度增加，在过热度大于目标值的情况下使开度减少，由此来进行控制。此外，由于定期地使用制冷剂量判定模式，因此，为了固定压缩机1的吸入过热度的目标值而在恒定的外部气温范围内设定进入制冷剂量判定模式的条件，每次的运转状态的变化变小，从而制冷剂量检测精度提高。
另外，此处压缩机1的吸入侧的过热度能够利用上述的方法根据冷凝温度、蒸发温度、排出温度运算，因此，只要与外部气温传感器203相应地对吸入过热度进行控制即可。或者，也可以将吸入过热度作为从热源侧热交换器3的气体侧温度传感器202的值减去液体侧温度传感器204的值而得的值求出。通过以这种方式进行控制，制冷剂在热源侧热交换器3的中间位置气体化，因此，热源单元301的平均密度减少，制冷剂容易贮存于利用单元302。此外，容易确保与制冷剂量相关性大的利用侧热交换器7处的过冷却度，因此，具有容易提早检测到制冷剂量的效果。
＜制冷剂量是否合适的判定＞
图5是示出冷冻循环装置10的冷凝器内的制冷剂温度的变化的图。如图5所示，冷凝器入口的气体制冷剂温度Tci由冷凝器吸入空气温度Tao冷却，在冷凝温度Tc借助潜热变化而冷凝，进而被冷却并在冷凝器出口成为液体制冷剂温度Tco。此处，过冷却度SC是从冷凝温度Tc减去冷凝器出口的液体制冷剂温度Tco而得的值。根据该温度变化可知：利用侧热交换器7出口处的制冷剂量即冷凝器的平均制冷剂密度与表示液相所占的制冷剂量的过冷却度SC之间存在相关性。
图6是示出冷冻循环装置10的制冷剂的过冷却度SC与冷凝器内的平均制冷剂密度之间的关系的曲线图。详细来说，图6中示出使室内、室外的空气条件变化，合适制冷剂量、使制冷剂量相对于合适制冷剂量增加时(例如增加10％时)的过冷却度SC、以及冷凝器的平均制冷剂密度ρc之间的关系。如图6所示，可知：当制冷剂量减少(即过冷却度SC下降)时，冷凝器的平均制冷剂密度、即冷凝器的液相所占的制冷剂量减少。
在本实施方式中，将与设置冷冻循环装置10而最初进入制冷剂量判定模式时的冷凝器的平均制冷剂密度ρc相当的利用侧热交换器7的出口处的过冷却度SC的值(以下称作“基准值SCr”)存储于存储部120。由此，在下次以后的制冷剂量判定模式时，通过对过冷却度SC的基准值SCr与在制冷剂量判定模式时检测到的过冷却度SC的当前值SCp进行比较，能够判定制冷剂量是否合适。另外，在其他实施方式中，在利用单元302为多台的情况下，只要取各利用单元的过冷却度SC的平均值即可。
通过像这样判定制冷剂量是否合适，即便在现场填充的制冷剂量产生偏差的情况下，或者因制冷剂连接配管的配管长度、管径、多个容量的利用单元的组合而在规定制冷剂量是否合适的判定中使用的运转状态量的基准值产生变动的情况下，也能够高精度地判定冷冻循环装置10内填充的制冷剂量是否合适。
＜运转模式的切换＞
图7是示出冷冻循环装置10的制冷剂量与空气调节能力之间的关系的曲线图。如图7所示，在制冷剂泄漏而不满足合适制冷剂量的情况下，无法充分地发挥空气调节能力。此外，在制冷剂量判定模式中，在进行上述的制冷剂量判定运转(连接配管制冷剂密度恒定控制以及热源单元制冷剂密度恒定控制)的情况下，无法作为冷冻循环装置10发挥利用者所需要的空气调节能力。
图8是示出东京的一年间的气温变化的一例的曲线图，图9是示出东京的一年间的空气调节负荷变化的一例的曲线图、是将图8的气温换算成由JISB8616规定的空气调节负荷的曲线图。如图8以及图9所示，在盛夏(7月到9月)或者隆冬(12月到2月)需要制冷或者制热的空气调节能力。因此，如果在盛夏或隆冬进行制冷剂量判定模式，则存在无法充分地发挥空气调节能力，利用者的舒适性受损的顾虑。此外，在制冷剂泄漏的情况下，在通常运转时无法发挥空气调节能力。
此外，在为了避免利用者的舒适性受损而在夜间或假日等实施制冷剂量判定模式的情况下，由于是在利用者并不需要的状况下使冷冻循环装置10运转，因此会消耗不必要的电力，产生不必要的费用。
因此，在本实施方式中，形成为在相对来说并不怎么需要空气调节能力(即空气调节负荷小)的情况下进行制冷剂量判定模式从而判定制冷剂量是否合适的结构。此处，由JISB8616规定的空气调节的开始时期为：5月份开始制冷，11月份开始制热。如图9所示，在制冷季节开始时(5月)以及制热季节开始时(11月)空气调节负荷小。制冷季节开始时(5月)所需要的空气调节能力为50％以下，制热季节开始时(11月)所需要的空气调节能力为50％以下。因此，模式切换部113通过基于制冷季节的开始时期即5月的外部气温、制热季节的开始时期即11月的外部气温来判断朝制冷剂量判定模式的切换，能够在空气调节负荷比较小的环境下进行制冷剂量是否合适的判定。
具体而言，作为制冷季节的开始时期即5月的外部气温设定为15℃～25℃的温度范围，作为制热季节的开始时期即11月的外部气温设定为10℃～15℃的温度范围，并存储于存储部120。当由外部气温传感器203检测到的外部气温Ta为存储于存储部120的设定温度范围内的情况下，模式切换部113朝制冷剂量判定模式切换。此外，为了判断是否为制冷以及制热的开始时期，模式切换部113在刚刚从制冷切换至制热之后、或者刚刚从制热切换至制冷之后的情况下，立即进行基于外部气温的切换。
图10是示出本实施方式的冷冻循环装置10的制冷剂量判定处理的流程图。本处理由控制装置100的制冷剂量判定部112执行。在本处理中，首先，从利用者指示运转开始(S1)。在该运转开始时，作为初始模式设定为通常运转模式，由利用者指定制热运转或者制冷运转。然后，由模式切换部113进行模式切换处理(S2)。图11是冷冻循环装置10的模式切换处理的流程图。如图11所示，在本处理中，首先，判断是否为制热运转(S11)。然后，在为制热运转的情况下(S11：是)，判断是否为刚刚从制冷切换之后(S12)。此处，判断上次的运转是否为制冷运转。通过像这样判断是否为刚刚从制冷切换之后，来判断是否为空气调节负荷比较小的制热季节的开始时。
然后，在为刚刚从制冷切换之后的情况下(S12：是)，判断外部气温Ta是否位于10℃～15℃之间(S13)。此处，外部气温Ta是外部气温传感器203的检测温度。此外，10℃～15℃是作为制热季节的开始时期即11月的外部气温而预先设定的温度范围，且存储于存储部120。通过像这样判断外部气温Ta是否位于制热开始时期的设定温度范围内，判断是否为空气调节负荷比较小的环境。
然后，当外部气温Ta位于10℃～15℃之间的情况下(S13：是)，将运转模式切换至制冷剂量判定模式(S14)。另一方面，当不是刚刚从制冷切换之后的情况下(S12：否)、或者外部气温Ta并不位于10℃～15℃之间的情况下(S13：否)，将运转模式维持在通常运转模式(S17)。这样，在判断为并非空气调节负荷比较小的环境的情况下，不切换至制冷剂量判定模式、而进行通常模式下的通常运转。
另一方面，在不是制热运转的情况下(S11：否)，判断为制冷运转，判断是否为刚刚从制热切换之后(S15)。然后，在为刚刚从制热切换之后的情况下(S15：是)，判断外部气温Ta是否位于15℃～25℃之间(S16)。此处，15℃～25℃是作为制冷季节的开始时期即5月的外部气温而预先设定的温度范围，且存储于存储部120。然后，当外部气温Ta位于15℃～25℃之间的情况下(S16：是)，设定为制冷剂量判定模式(S14)。另一方面，当不是刚刚从制热切换之后的情况下(S15：否)、或者外部气温Ta并不位于15℃～25℃之间的情况下(S16：否)，维持在通常运转模式(S17)。这样，在制冷运转时也与制热运转时相同，根据运转模式的切换以及外部气温Ta来推测空气调节负荷，进行朝制冷剂量判定模式的切换、或者通常运转模式的维持。
在模式切换处理结束后，返回图10的制冷剂量判定处理，判断是否为制冷剂量判定模式(S3)。然后，在并非制冷剂量判定模式的情况下(S3：否)，结束本处理，实施通常运转模式下的通常运转。
另一方面，在为制冷剂量判定模式的情况下(S3：是)，进行上述的制冷剂量判定运转，取得当前的过冷却度SCp(S4)。然后，判断在存储部120是否存储有过冷却度的基准值SCr(S5)。当在存储部120未存储基准值SCr的情况下(S5：否)，将当前的过冷却度SCp作为过冷却度的基准值SCr存储于存储部120(S6)。此处，判断为设置冷冻循环装置10而最初进入制冷剂量判定模式的情况，将该情况下的过冷却度作为基准值SCr存储于存储部120。之后，切换至通常运转模式(S7)，结束本处理。
另一方面，当在存储部120存储有基准值SCr的情况下(S5：是)，即第二次以后进入制冷剂量判定模式的情况下，判断当前的过冷却度SCp是否为基准值SCr以下(S8)。
然后，在当前的过冷却度SCp为基准值SCr以下的情况下(S8：是)，进行将制冷剂量变少这一警告在冷冻循环装置10的遥控器、设置于热源单元301的LED、或者远程的监视器等进行显示等的处理(S9)。之后，切换至通常运转模式(S7)，结束本处理。
通过像这样将进入制冷剂量判定模式的时期限定为空气调节负荷小的时期，能够无损于利用者的舒适性地进行制冷剂量是否合适的判定。此外，通过将进入制冷剂量判定模式的时期限定为制冷季节开始时以及制热季节开始时，在制冷剂泄漏的情况下，能够在真正需要使空调机运转的时期之前进行修理或添加制冷剂的作业，能够提高舒适性。此外，通过如上所述在通常运转开始时与条件相应地切换运转模式，能够消除在夜间或假日等不需要空气调节的情况下进行运转的情况，能够抑制电力的消耗。进而，也能够减少实施制冷剂量判定模式的频率，因此能够抑制电力的消耗量。
以上基于附图对本实施方式进行了说明，但具体结构并不限于此，能够在不脱离发明的主旨的范围进行变更。例如，在上述实施方式中，以将本发明应用于可进行制冷制热切换的冷冻循环装置10的情况为例进行了说明，但并不限定于此，也可以将本发明应用于制热专用的冷冻循环装置、或制冷专用的冷冻循环装置、或可同时进行制冷制热运转的冷冻循环装置。此外，也可以将本发明应用于家庭用的室内空调或冰箱等小型的冷冻循环装置、或者冷库的冷却用的冷冻机或热泵冷却机等大型的冷冻循环装置。
此外，对于制冷剂量判定模式的动作，并不限定于上述实施方式，能够使用各种方法。例如，在上述实施方式中，作为表示制冷剂量的运转状态量以过冷却度SC为例进行了说明，但并不限于此，也可以使用表示冷凝器的液相部的热交换效率的温度效率SC/dTc。此处，dTc是从冷凝温度Tc减去冷凝器吸入空气温度Tao而得的值。冷凝器吸入空气温度Tao例如是由室内温度传感器206检测到的室内温度。一般情况下，制冷剂的质量速度越低，则制冷剂密度越大，因此，制冷剂的质量速度越小则温度效率越高。因而，由于制冷剂的密度越高则温度效率越高，因此，作为表示制冷剂量即制冷剂密度的运转状态量，也可以采用液相部的温度效率SC/dTc。
此外，在上述实施方式中，以将本发明应用于进行制热运转的冷冻循环装置10的情况为例进行了说明，但也可以在利用侧热交换器7成为蒸发器、热源侧热交换器3成为冷凝器的制冷运转中应用本发明来判定制冷剂量。在该情况下，与制热运转相比较，液体连接配管6内的制冷剂为二相制冷剂，因此，在制冷剂密度误差大且配管长度长的情况下，检测精度稍稍下降，但仍能够判定制冷剂回路内填充的制冷剂量是否合适。
进而，在上述实施方式中，形成为如下的结构：以外部气温位于特定的温度范围内、以及刚刚从制热切换至制冷之后或者刚刚从制冷切换至制热之后作为条件来进行朝制冷剂量判定模式的切换，但本发明并不限定于此，例如，也可以形成为如下的结构：在满足上述条件中的至少一个的情况下进行朝制冷剂量判定模式的切换。例如，如图8以及图9所示，不仅在制冷以及制热的开始时期，而且在制冷以及制热的结束时期空气调节负荷也小。因此，也可以形成为如下的结构：在刚刚从制冷以及制热切换之后以外的情况下，也基于外部气温Ta切换至制冷剂量判定模式。在该情况下，能够在制冷以及制热结束后的不需要空气调节的时期进行服务。此外，当在遥控器等中设定有日期和时间的情况下，也可以将所设定的日期和时间是否为制冷开始时期或者制热开始时期、或者是否为空气调节负荷小的时间段(例如早晨或傍晚)追加到朝制冷剂量判定模式切换的条件中。

Claims (9)

1.一种冷冻循环装置，其特征在于，
所述冷冻循环装置具备：
制冷剂回路，该制冷剂回路通过利用连接配管连接压缩机、热源侧热交换器、节流装置以及利用侧热交换器而构成；
外部气温传感器，该外部气温传感器检测外部气温；
流路切换装置，该流路切换装置切换从所述压缩机流出的制冷剂的流路；以及
控制装置，该控制装置切换通常运转模式和制冷剂量判定模式而运转，在所述通常运转模式，与所述利用侧热交换器的运转负荷相应地控制所述制冷剂回路，在所述制冷剂量判定模式，判定所述制冷剂回路内的制冷剂量是否合适，
所述控制装置在所述通常运转模式中对所述流路切换装置进行控制来切换制热运转以及制冷运转，
所述控制装置具有模式切换部，
当进行所述制热运转的情况下、且由所述外部气温传感器检测到的外部气温为第一设定温度范围内的情况下，所述模式切换部切换至所述制冷剂量判定模式，
当进行所述制冷运转的情况下、且由所述外部气温传感器检测到的所述外部气温为不同于所述第一设定温度范围的第二设定温度范围内的情况下，所述模式切换部切换至所述制冷剂量判定模式，
所述第一设定温度范围的下限值比所述第二设定温度范围的下限值低，
所述第一设定温度范围的上限值比所述第二设定温度范围的上限值低。
2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，
所述第一设定温度范围为10℃～15℃之间。
3.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，
所述第二设定温度范围为15℃～25℃之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，
在进行所述制热运转的情况下、且前次进行的是所述制冷运转的情况下，判断所述外部气温是否为所述第一设定温度范围内，
或者
在进行所述制冷运转的情况下、且前次进行的是所述制热运转的情况下，所述模式切换部判断所述外部气温是否为所述第二设定温度范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，
所述控制装置还具有存储部，该存储部将最初切换至制冷剂量判定模式时的所述制冷剂回路的运转状态量作为基准值进行存储，
所述控制装置在所述制冷剂量判定模式中对存储于所述存储部的所述基准值与当前的运转状态量进行比较。
6.根据权利要求5所述的冷冻循环装置，其特征在于，
所述运转状态量为过冷却度。
7.根据权利要求5所述的冷冻循环装置，其特征在于，
所述冷冻循环装置还具备温度传感器，该温度传感器检测在所述利用侧热交换器热交换的空气温度，
所述运转状态量是将过冷却度除以从所述利用侧热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下的冷凝温度减去所述空气温度所得的值而得的量。
8.根据权利要求5所述的冷冻循环装置，其特征在于，
所述冷冻循环装置还具备液体温度检测传感器，在所述利用侧热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下，所述液体温度检测传感器检测所述冷凝器的出口处的液体温度，
所述控制装置在所述制冷剂量判定模式中与所述液体温度相应地对所述压缩机的转速进行控制，以使得冷凝温度成为目标值。
9.根据权利要求5所述的冷冻循环装置，其特征在于，
所述控制装置在所述制冷剂量判定模式中与由所述外部气温传感器检测到的所述外部气温相应地设定所述压缩机的吸入过热度的目标值。
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