JP2001027461A - 蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒量検知方法 - Google Patents
蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒量検知方法Info
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Abstract
サイクルにおいて、サイクル内の冷媒量を正確に算出す
る方法を提供する。 【解決手段】コンプレッサ2、放熱器3、膨張手段5、
蒸発器6が配管接続されて閉ループを構成すると共に、
所定の場所に温度センサ8,9及び圧力センサ10が設
置され、このループ内を循環する冷媒が二酸化炭素であ
る蒸気圧縮式冷凍サイクル1において、前記コンプレッ
サ2の不稼動時に前記温度センサ8,9により検出され
た温度が、前記冷媒の臨界温度よりも高い場合に、前記
圧力センサ10により前記冷媒の圧力を測定し、前記検
出された温度、前記冷媒の圧力、及び前記冷媒が流れる
サイクル内の容積から、冷媒量を算出する。
Description
れる蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒量を検知する方法に
関し、特に冷媒として二酸化炭素を用いたものに関す
る。
サ、放熱器、膨張手段、冷却器を配管接続して閉ループ
を構成する蒸気圧縮式冷凍サイクルが多く採用されてい
る。このサイクル中を循環する冷媒としては、従来から
フロンが多く使用されてきた。しかし、このフロンはオ
ゾン層破壊の原因となるために使用が制限されており、
早急に代替物質への移行が求められている。二酸化炭素
は、このフロンの代替物質として有望な一物質とみられ
ており、以前には船舶上での食料や積荷等の冷凍に使用
されていたが、近年その使用領域を拡大するべく研究、
発明が盛んに行われている。
配管等の破損により、また破損がなくても長期にわたる
使用に伴い、漏洩していくものである。漏洩により冷媒
量が減少すると、空調効果が低下するだけでなく、コン
プレッサの焼き付き等の不具合を招くことになる。そこ
で、冷媒の流れる配管内に圧力低下を感知するロープレ
ッシャスイッチ等を設置することにより、冷媒の漏洩を
検知可能とし、このロープレッシャスイッチが感知した
場合に、空調装置を自動停止させる等の処置が取られて
いる。
ようなロープレッシャスイッチは、通常冷媒量の低下が
かなり進んだ時点でそれを感知するものであり、主にバ
ースト的な漏洩を検知するためのものである。従って、
冷媒量を正確に検知する手段とはなり得ず、冷媒の漏洩
がどの程度進んでいるかといったことを把握することは
できなかった。
(例えば、R−12(CCl2 F2)の臨界温度は約1
12℃)、コンプレッサ停止時には、サイクル内におい
て通常気液二相で存在する。従って、サイクル内に設置
された温度センサ及び圧力センサの検出値から冷媒量を
計算することはできない。
素を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、サイクル
内の冷媒量を正確に算出する方法を提供することを目的
とする。
に、この発明は、コンプレッサ、放熱器、膨張手段、蒸
発器が配管接続されて閉ループを構成すると共に、所定
の場所に温度センサ及び圧力センサが設置され、このル
ープ内を循環する冷媒が二酸化炭素である蒸気圧縮式冷
凍サイクルにおいて、前記コンプレッサの不稼動時に前
記温度センサにより検出された温度が、前記冷媒の臨界
温度よりも高い場合に、前記圧力センサにより前記冷媒
の圧力を測定し、前記検出された温度、前記冷媒の圧
力、及び前記冷媒が流れるサイクル内の容積から、冷媒
量を算出するものである(請求項1)。
め、夏場にはコンプレッサ停止時であっても容易に臨界
温度以上となり得る。冷媒(二酸化炭素)の温度が臨界
温度以上となると、サイクル内の冷媒は全て気相となる
ため、サイクル内に設置された温度及び圧力センサから
の検出値と、サイクル内の冷媒流路容積とから、冷媒量
を計算することができる。これにより、サイクル内の冷
媒量を正確に算出することが可能となり、冷媒量の不足
により発生する不具合を未然に防止することが可能とな
る。
に限定されるものではないが、温度センサとしては、外
気温度を検出するために外部に取り付けられたものや、
蒸発器のフィンや吹出風の温度を検出するために蒸発器
に設置されたもの等が好ましく、また圧力センサとして
は、膨張弁の冷媒流通方向手前の配管内に設置されるの
が好ましい。
以下の場合には、前記検出された温度から求まる冷媒の
飽和圧力と、前記圧力センサにより実際に検知された前
記冷媒の圧力とを比較し、この冷媒圧力が前記飽和圧力
よりも小さい場合に、前記冷媒量を算出するとよい(請
求項2)。
以下であり、且つ検出された温度を冷媒の飽和温度とし
た時に求められる飽和圧力よりも、実際に検知された冷
媒圧力の方が低い場合には、冷媒は全て気相であると判
断できるため、前記冷媒量を算出することができる。
尚、飽和温度及び飽和圧力とは、臨界温度以下の蒸気冷
媒が液化凝縮するのに必要な温度及び圧力である。
ッサの稼動前に行われるとよい(請求項3)。
ルパネル等を操作して空調装置の作動命令を出した時、
コンプレッサが稼動する前に冷媒量が検知されるので、
冷媒量の不足による不具合、例えばコンプレッサの焼き
付き等を未然に防止する処置を取ることが可能となる。
記録手段により時系列的に記録されるとよい(請求項
4)。
握すること、例えば年間漏洩量の推定、冷媒不足状態が
発生する時期の推定等を行うことができる。また、記録
手段に保管されたデータをサービス情報として活用する
こと、例えばユーザに点検や冷媒補充の必要性を知らせ
ることができる。これにより、保守点検等の作業性を向
上させることができる。
面に基づいて説明する。
式冷凍サイクル1は、冷媒を所定の圧力及び温度となる
まで圧縮すると共に図中矢印の方向へ送り出すコンプレ
ッサ2と、コンプレッサ2から吐出された高温高圧の冷
媒を外部と熱交換させて放熱させる放熱器3と、放熱器
3から吐出された冷媒とコンプレッサ1へ再流入する冷
媒とを熱交換させる内部熱交換器4と、冷媒を減圧し気
化しやすい状態にする膨張弁5と、膨張弁5により減圧
された冷媒を外部と熱交換させて蒸発させ、周囲に冷気
を放出させる蒸発器6と、蒸発器6から吐出された冷媒
を気液分離して気相だけを流出させるアキュムレータ7
とが配管接続され、閉ループを構成する。
前記蒸発器6の熱交換を促進させるためのフィンの温度
を検出するフィン温度センサ8と、外気の温度を検出す
る外気温センサ9と、配管内の冷媒圧力を検出する圧力
センサ10とを有する。
9、及び圧力センサ10からのデータは、コントロール
ユニット(C/U)11に入力される。このC/U11
は、蒸気圧縮式冷凍サイクル1の各種機能を制御すると
共に、後述する冷媒量検知処理を行う。また、このC/
U11には、データ記録装置としてのRAM12と接続
している。
び低圧側配管4bを備え、高圧側配管4aは放熱器3の
流出側と膨張弁5の流入側との間に配され、低圧側配管
4bはアキュムレータ7の流出側とコンプレッサ2の吸
入側との間に配されており、これら両配管4a,4b内
を流通する冷媒同士を熱交換させるものである。これに
より、放熱器3から流出した冷媒は更に冷却されて膨張
弁5に流入するので、蒸発器6内での蒸発を促進させる
ことができ、またアキュムレータ7から流出した気体冷
媒は、コンプレッサ2に流入する前に高圧側配管4a内
を流れる冷媒により加熱されるので、コンプレッサ2内
には完全に乾燥した気体冷媒のみを吸入させることがで
きる。このように、内部熱交換器4は、性能を向上させ
るために有効なものであるが、これがなくても蒸気圧縮
式冷凍サイクル1を稼動させることは可能である。
媒量検知制御を、図2及び図3を参照して説明する。こ
の冷媒量検知制御は、メイン制御ルーチンから定期的に
実行されるものである。
のON/OFF命令を伝えるA/CスイッチがONであ
るか否かを判定し、A/CスイッチがONではないと判
定された場合には、メイン制御ルーチンへリターンし、
一方ONであると判定された場合には、ステップ102
において、前記フィン温度センサ8及び外気温度センサ
9により温度Tf 及びTo を検出し、ステップ104に
おいて、前記フィン温度Tf 及び外気温度To の平均値
である温度Tが二酸化炭素の臨界温度Tc (約31℃)
以上であるか否かを判定する。尚、このTcは、31℃
近傍に予め設定された値であり、厳密に二酸化炭素の臨
界温度である必要はない。
界温度Tc 以上であると判定された場合には、冷媒は全
て気相となっていると判断できるため、ステップ106
において、前記圧力センサ10により冷媒の圧力Pを検
出し、ステップ108において、前記温度T、前記圧力
P、及び冷媒流路の容積Vから、冷媒量Qを算出する。
この冷媒量Qは、例えば二酸化炭素の物性表等から算出
することができる。
れた冷媒量Qが、サイクルが正常に機能するのに必要な
設定冷媒量Qs よりも少ないか否かを判定し、冷媒量Q
が設定冷媒量Qs よりも少なくないと判定された場合に
は、ステップ118において、この冷媒量Qとこれを計
測した日時をRAMに記録し、ステップ120におい
て、コンプレッサ2を駆動させた後メイン制御ルーチン
にリターンする。
冷媒量Qが設定冷媒量Qs よりも少ないと判定された場
合には、ステップ112において、冷媒量Qとこれを計
測した日時をRAMに記録し、ステップ114におい
て、計器板等に設けられた警告ランプを点灯させて利用
者に警告を発し、ステップ116において、コンプレッ
サ2を駆動不可能とした後、メイン制御ルーチンへリタ
ーンする。
温度Tが臨界温度Tc 以上ではないと判定された場合に
は、冷媒の全てが気相となった状態ではないと判断でき
る。この場合には、ステップ130(図3参照)におい
て、図4に示すような平衡圧と冷媒量の関係を示すデー
タテーブルを用いて、この温度Tを飽和温度とした時の
飽和圧力Ps を求め、ステップ132において、前記圧
力センサ10により検出された実際の圧力Pが前記飽和
圧力Ps よりも大きいか否かを判定する。
力Pが飽和圧力Ps よりも小さいと判定された場合に
は、冷媒が全て気相となっていると判断できるため、ス
テップ134において、前記冷媒量Qを算出し、その後
前記ステップ110(図2参照)へ戻る。一方、前記ス
テップ132において、圧力Pが飽和圧力Ps と同等
か、或いは小さくないと判定された場合には、冷媒は気
液二相となっていると判断できるため、ステップ136
において、冷媒量Qの計算が不可能であったことと、こ
の計測が行われた日時とを前記RAM12に記録し、そ
の後前記ステップ120(図2参照)に戻る。
動させるためにA/CスイッチをONとすると、C/U
11はコンプレッサ2を駆動させる前に、冷媒量Qの算
出を行う。この冷媒量Qの算出は、冷媒である二酸化炭
素が、気相一相となっている場合に行われる。冷媒が気
相一相であると判断されるのは、温度センサ8,9によ
り検出される両温度の平均の温度Tが二酸化炭素の臨界
温度Tc (約31℃)以上である場合と、前記温度Tが
臨界温度Tc よりも低く且つ冷媒の圧力Pが温度Tを飽
和温度とした時の飽和圧力Ps よりも小さい場合であ
る。上記以外の場合には、冷媒は気液二相で存在すると
判断されるので、冷媒量Qの計算は行われない。
測された日時と共にRAM12に格納されて時系列的に
記録保管され、また冷媒が気液二相で存在し、冷媒量Q
の算出が不可能であった場合にも、計算が不可能だった
ことを示すデータと計測された日時とがRAM12に記
録保管される。
が低いという性質を利用することにより、サイクル1内
の冷媒量Qを正確に算出することができる。また、この
冷媒量Qの算出は、コンプレッサ2の駆動前に行われる
ので、冷媒量Qの不足によるコンプレッサ2の焼き付け
等の不具合の発生を未然に防止することができる。更
に、冷媒量Qとその計測日時とが記録されるので、冷媒
量Qの変化を時系列的に把握することができる。例え
ば、年間に冷媒が漏洩すると思われる量や、冷媒不足状
態が発生する時期を推定することができ、またRAM1
2に保管されたデータを保守点検時のサービス情報とし
て活用することができる。
温度を蒸発器6のフィンの温度Tf及び外気温度To と
したが、この発明はこれに限られるものではなく、適宜
な場所を選択してもよい。また、前記温度Tを、前記フ
ィン温度Tf と前記外気温度To との平均値としたが、
この発明はこれに限られるものではない。更に、冷媒流
路容積Vを、V1 +V2 +・・・=Vとなるように複数
の区画に分割し、それぞれの区画V1 ,V2 ,・・・に
対して設けられた温度センサにより温度T1 ,T2 ,・
・・を検出し、冷媒量Qを、Q=f1 (P,T1 )V1
+f2 (P,T2 )V2 +・・・のように算出してもよ
い。更にまた、上述のような冷媒量Qの計算を、コンプ
レッサ2の停止後に行うようにしてもよい。
ンの代替冷媒としての二酸化炭素の性質を有効に利用す
ることにより、サイクル内の冷媒量を正確に算出するこ
とができる。また、この冷媒量の算出は、コンプレッサ
の駆動前に行われるので、冷媒量の不足によるコンプレ
ッサの焼き付け等の不具合の発生を未然に防止すること
ができる。更に、冷媒量とその計測日時とを記録するこ
とにより、冷媒量の変化を時系列的に把握することがで
き、もって保守点検等の作業性を向上させることができ
る。
式冷凍サイクルを示すブロック図である。
である。
である。
グラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 コンプレッサ、放熱器、膨張手段、蒸発
器が配管接続されて閉ループを構成すると共に、所定の
場所に温度センサ及び圧力センサが設置され、このルー
プ内を循環する冷媒が二酸化炭素である蒸気圧縮式冷凍
サイクルにおいて、 前記コンプレッサの不稼動時に前記温度センサにより検
出された温度が、前記冷媒の臨界温度よりも高い場合
に、前記圧力センサにより前記冷媒の圧力を測定し、前
記検出された温度、前記冷媒の圧力、及び前記冷媒が流
れるサイクル内の容積から、冷媒量を算出することを特
徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒量検知方法。 - 【請求項2】 前記検出された温度が前記臨界温度以下
の場合には、前記検出された温度から求まる冷媒の飽和
圧力と、前記圧力センサにより実際に検知された前記冷
媒の圧力とを比較し、この冷媒圧力が前記飽和圧力より
も小さい場合に、前記冷媒量を算出することを特徴とす
る請求項1記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒量検知
方法。 - 【請求項3】 前記冷媒量の計算は、前記コンプレッサ
稼動前に行われることを特徴とする請求項1又は2記載
の蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒量検知方法。 - 【請求項4】 前記算出された冷媒量のデータは、記録
手段により時系列的に記録されることを特徴とする請求
項1、2又は3記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒量
検知方法。
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