JP2010007994A - 空気調和装置および空気調和装置の冷媒量判定方法 - Google Patents

空気調和装置および空気調和装置の冷媒量判定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の課題は、高圧保護、高低差圧の確保、および生産コストの抑制を実現しつつ、冷媒量の適否の判定誤差を少なくする空気調和装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の空気調和装置1の冷媒量判定方法は、圧縮機21と熱源側熱交換器23と冷却熱源調節手段27とを有する熱源ユニット2と、利用側熱交換器41を有する利用ユニット4と、膨張機構33と、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を含み、冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路10を有する空気調和装置において、冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定方法であって、過冷却度または運転状態量を、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して導出した第1過冷却度補正値に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、空気調和装置の冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を判定する機能、特に、熱源ユニットと利用ユニットとが冷媒連絡配管を介して接続された空気調和装置の冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を判定する機能に関する。
従来、凝縮器の過冷却度にもとづいて冷媒量を判定する冷媒量判定運転、を行う空気調和装置がある(特許文献1参照)。特許文献1のような技術では、冷媒量判定運転は空気調和装置の初回(例えば、空気調和装置の設置時)および定期的(例えば、設置時から1年ごとなど)に行われる。この冷媒量判定運転では、冷房運転状態において蒸発器の過熱度と蒸発圧力が一定になるように制御を行い、凝縮器の過冷却度を測定する。そして、冷媒量判定運転において、その時に測定された過冷却度と初回またはそれ以前に測定された過冷却度との差に基づいて冷媒が漏れているか否かを判定している。
特開2006−23072号公報
しかしながら、冷媒量判定運転において、冷媒回路に充填される冷媒量が同一の条件の場合であっても、例えば、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響により熱源側熱交換器の熱交換効率が変化することがあり、測定される過冷却度にバラツキが出る恐れがある。このため、冷媒量判定運転において、過冷却度に基づく判定を行っても、充填されている冷媒量にあまり変化がない場合においても、冷媒量が変化したと判定される恐れがある。この過冷却度のバラツキが発生しないようにするためには熱源側のファンの風量を一定にすることが考えられる。しかし、熱源側のファンの風量を一定にすると外気温度が変化した場合に凝縮器として機能している熱源側熱交換器の内部の圧力が増減し、その圧力が高すぎる状態になったり低すぎる状態になったりする恐れがある。これにより、高圧保護、または、高低差圧の確保という観点から、熱源側のファンの風量を一定にすることは現実的ではない。また、過冷却度目標値を外気温度の値に応じて場合分けすることも考えられるが、記憶すべきデータ量が大きくなってしまい、容量の大きいメモリを搭載する必要があり、生産コストが大きくなると言う問題が生じる。
本発明の課題は、高圧保護、高低差圧の確保、および生産コストの抑制を実現しつつ、冷媒量の適否の判定誤差を少なくする空気調和装置を提供することにある。
第1発明に係る空気調和装置は、冷媒回路と、モード切替手段と、検出手段と、過冷却度補正手段と、冷媒量適否判定手段とを備える。冷媒回路は、熱源ユニットと、利用ユニットと、膨張機構と、液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管とを含む。熱源ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器と冷却熱源調節手段とを有する。圧縮機は、運転容量を調節可能である。冷却熱源調節手段は、熱源側熱交換器に対する冷却熱源の冷却作用を調節可能である。利用ユニットは、利用側熱交換器を有する。液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管は、熱源ユニットと利用ユニットとを接続する。また、冷媒回路は、熱源側熱交換器を圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、利用側熱交換器を熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能である。モード切替手段は、利用ユニットの運転負荷に応じて熱源ユニットおよび利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転モードから、冷房運転を行い利用側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が正値になるように利用側膨張機構を制御する冷媒量判定運転モードへ切り換える。検出手段は、冷媒量判定運転モードにおいて、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出する。過冷却度補正手段は、過冷却度または運転状態量を、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第1過冷却度補正値として導出する。冷媒量適否判定手段は、冷媒量判定運転モードにおいて、第1過冷却度補正値に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行う。
本発明の空気調和装置では、熱源ユニットと利用ユニットとが冷媒連絡配管を介して接続されて冷媒回路を構成しており、少なくとも冷房運転が可能なセパレートタイプの空気調和装置においてなされる方法である。ここで、「少なくとも」としたのは、本発明が適用可能な空気調和装置として、冷房運転以外に暖房運転等の別の運転も行うことが可能なものが含まれるからである。そして、この空気調和装置では、冷房運転等の通常運転(以下、通常運転モードとする)と、利用ユニットを強制的に冷房運転させる冷媒量判定運転モードとを切り換えて運転することが可能になっており、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を検出し、検出した過冷却度または運転状態量を、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して導出された第1過冷却度補正値に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を判定している。ここで、第1過冷却度補正値には、例えば、過冷却度を外気温度と凝縮温度との関数で除した相対過冷却度値があり、この相対過冷却度値は外気温度及び凝縮温度により補正されているため、外気温度条件が異なる場合(定期的に冷媒量の適否を行う場合などで1回目と2回目とでは外気温度が異なる可能性が高く外気温度の変化により第1検出値は変動する恐れがある)においても、凝縮温度条件が異なる場合(室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱による影響により異なる場合)においても、冷媒回路内の冷媒量がほとんど変化しない場合には、ほとんど一定の値にできる。このように、この第1過冷却度補正値を冷媒量の適否の判定を行うための指標として用いることで、上述した外乱による影響をほとんど受けること無く冷媒回路内の冷媒量の適否の判定を行うことができ、冷媒回路内の冷媒量の適否を誤差がほとんど無く判定できる。
第2発明に係る空気調和装置は、第1発明に係る空気調和装置であって、過冷却度補正手段は、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値の少なくとも1つに関連付けられたマップまたは関数により、検出された過冷却度または運転状態量を補正することにより第1過冷却度補正値を導出する。
本発明では、第1過冷却度補正値として、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値の少なくとも1つに関連付けられたマップまたは関数により過冷却度または運転状態量を補正している。
したがって、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響による冷媒回路内の冷媒量の検知誤差を低減させることができる。
第3発明に係る空気調和装置は、第1発明に係る空気調和装置であって、過冷却度補正手段は、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値の少なくとも1つを変数として含む関数により過冷却度または運転状態量を除した値、を第1過冷却度補正値として導出する。
本発明では、第1過冷却度補正値として、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値の少なくとも1つを変数として含む関数により過冷却度または運転状態量を除すことにより補正している。
したがって、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響による冷媒回路内の冷媒量の検知誤差を低減させることができる。
第4発明に係る空気調和装置は、第1発明から第3発明のいずれかに係る空気調和装置であって、冷媒量適否判定手段は、冷媒量適否判定を定期的に行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転モードによる運転を定期的(例えば、毎年1回)に行うことによって、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を精度良く判定することができ、冷媒量が変化していることがあれば迅速に発見することができる。
第5発明に係る空気調和装置は、第1発明から第4発明のいずれかに係る空気調和装置であって、圧縮機は、インバータにより制御されるモータによって駆動されており、冷媒量判定運転モードにおいて、モータによる回転数が常に所定回転数になるように運転される。
したがって、本発明の空気調和装置では、圧縮機の運転容量を高精細に制御することができる。
第6発明に係る空気調和装置は、第1発明から第5発明のいずれかに係る空気調和装置であって、熱源側熱交換器は、その冷却熱源が空気熱源の空冷式熱交換器である。
本発明は、空気を送風することにより熱源側熱交換器を冷却する方式の空気調和装置に適用される。したがって、このような冷却熱源が空気熱源の空冷式熱交換器を熱源側熱交換器として採用している空気調和装置に対しても、冷媒量の適否の判定の指標として第1過冷却度補正値を採用しているため、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第7発明に係る空気調和装置は、第6発明に係る空気調和装置であって、冷却熱源調節手段は、熱源側熱交換器へ送風する風量を可変できる送風ファンである。検出手段は、冷媒量判定運転モードにおいて、送風ファンの風量を最大にした状態で、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第2検出値として検出する。過冷却度補正手段は、第2検出値を、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第2過冷却度補正値として導出する。冷媒量適否判定手段は、第2過冷却度補正値に基づいて、冷媒量適否判定を行う。
本発明は、送風する風量を可変できる送風ファンにより空気を送風することにより熱源側熱交換器を冷却している空気調和装置に適用される。そして、冷媒量適否判定ステップとして、冷媒量判定運転モードにおいて、送風ファンの風量を最大にした状態で、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を検出して、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を判定している。
したがって、このような冷却熱源が空気熱源の空冷式熱交換器を熱源側熱交換器として採用している空気調和装置に対しても、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第8発明に係る空気調和装置は、第6発明に係る空気調和装置であって、冷却熱源調節手段は、熱源側熱交換器へ水を噴霧する水噴霧装置である。検出手段は、冷媒量判定運転モードにおいて、水噴霧装置から水を噴霧した状態で、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第3検出値として検出する。過冷却度補正手段は、第3検出値を、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第3過冷却度補正値として導出する。冷媒量適否判定手段は、第3過冷却度補正値に基づいて、冷媒量適否判定を行う。
本発明は、空気熱源の空冷式熱交換器を採用した熱源側熱交換器を、水噴霧装置に水を噴霧させることにより、水の顕熱による冷却作用および水の潜熱による冷却作用を利用した熱交換を行う空気調和装置に適用される。このように、熱源側熱交換器として空気熱源の空冷式熱交換器を採用したものに、水を噴霧させることにより冷却熱源の効果を最大限にさせて冷媒量の適否の判定を行うため、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第9発明に係る空気調和装置は、第6発明に係る空気調和装置であって、冷却熱源調節手段は、熱源側熱交換器へ送風する風量を調節できる送風ファンと、熱源側熱交換器へ水を噴霧する水噴霧装置とである。検出手段は、冷媒量判定運転モードにおいて、送風ファンの風量を最大にしつつ、水噴霧装置から水を噴霧した状態で、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第3検出値として検出する。過冷却度補正手段は、第3検出値を、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第3過冷却度補正値として導出する。冷媒量適否判定手段は、第3過冷却度補正値に基づいて、冷媒量適否判定を行う。
本発明は、送風ファンを利用した空気の送風による冷却作用と、水噴霧装置を利用した水の噴霧による冷却作用とを併用したものを冷却熱源としている熱源側熱交換器が採用された空気調和装置に適用される。このように、熱源側熱交換器として空気熱源の空冷式熱交換器を採用したものに、空気を最大風量で送風することに加えて、水を噴霧させることにより冷却熱源の効果を最大限にさせて冷媒量の適否の判定を行うため、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第10発明に係る空気調和装置の冷媒量判定方法は、運転容量を調節可能な圧縮機と熱源側熱交換器と熱源側熱交換器に対する冷却熱源の冷却作用を調節可能な冷却熱源調節手段とを有する熱源ユニットと、利用側熱交換器を有する利用ユニットと、膨張機構と、熱源ユニットと利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管とを含み、熱源側熱交換器を圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、利用側熱交換器を熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路を有する空気調和装置において、冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定方法であって、モード切替ステップと、検出ステップと、検出値補正ステップと、冷媒量適否判定ステップとを備える。モード切替ステップでは、利用ユニットの運転負荷に応じて熱源ユニットおよび利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転モードから、冷房運転を行い利用側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が正値になるように利用側膨張機構を制御する冷媒量判定運転モードへ切り換える。検出ステップでは、冷媒量判定運転モードにおいて、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出する。検出値補正ステップでは、第1検出値を、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第1過冷却度補正値として導出する。冷媒量適否判定ステップでは、冷媒量判定運転モードにおいて、第1過冷却度補正値に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を行う。
本発明が採用される空気調和装置では、熱源ユニットと利用ユニットとが冷媒連絡配管を介して接続されて冷媒回路を構成しており、少なくとも冷房運転が可能なセパレートタイプの空気調和装置においてなされる方法である。ここで、「少なくとも」としたのは、本発明が適用可能な空気調和装置として、冷房運転以外に暖房運転等の別の運転も行うことが可能なものが含まれるからである。そして、この空気調和装置では、冷房運転等の通常運転(以下、通常運転モードとする)と、利用ユニットを強制的に冷房運転させる冷媒量判定運転モードとを切り換えて運転することが可能になっており、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を検出し、検出した過冷却度または運転状態量を、外気温度、凝縮温度、および冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して導出された第1過冷却度補正値に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を判定している。ここで、第1過冷却度補正値には、例えば、過冷却度を外気温度と凝縮温度との関数で除した相対過冷却度値があり、この相対過冷却度値は外気温度及び凝縮温度により補正されているため、外気温度条件が異なる場合(定期的に冷媒量の適否を行う場合などで1回目と2回目とでは外気温度が異なる可能性が高く外気温度の変化により第1検出値は変動する恐れがある)においても、凝縮温度条件が異なる場合(室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱による影響により異なる場合)においても、冷媒回路内の冷媒量がほとんど変化しない場合には、ほとんど一定の値にできる。このように、この第1過冷却度補正値を冷媒量の適否の判定を行うための指標として用いることで、上述した外乱による影響をほとんど受けること無く冷媒回路内の冷媒量の適否の判定を行うことができ、冷媒回路内の冷媒量の適否を誤差がほとんど無く判定できる。
第1発明に係る空気調和装置では、第1過冷却度補正値を冷媒量の適否の判定を行うための指標として用いることで、外乱による影響をほとんど受けること無く冷媒回路内の冷媒量の適否の判定を行うことができ、冷媒回路内の冷媒量の適否を誤差がほとんど無く判定できる。
第2発明に係る空気調和装置では、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響による冷媒回路内の冷媒量の検知誤差を低減させることができる。
第3発明に係る空気調和装置では、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響による冷媒回路内の冷媒量の検知誤差を低減させることができる。
第4発明に係る空気調和装置では、冷媒量判定運転モードによる運転を定期的(例えば、毎年1回)に行うことによって、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を精度良く判定することができ、冷媒量が変化していることがあれば迅速に発見することができる。
第5発明に係る空気調和装置では、圧縮機の運転容量を高精細に制御することができる。
第6発明に係る空気調和装置では、冷却熱源が空気熱源の空冷式熱交換器を熱源側熱交換器として採用している空気調和装置に対しても、冷媒量の適否の判定の指標として第1過冷却度補正値を採用しているため、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第7発明に係る空気調和装置では、冷却熱源が空気熱源の空冷式熱交換器を熱源側熱交換器として採用している空気調和装置に対しても、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第8発明に係る空気調和装置では、熱源側熱交換器として空気熱源の空冷式熱交換器を採用したものに、水を噴霧させることにより冷却熱源の効果を最大限にさせて冷媒量の適否の判定を行うため、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第9発明に係る空気調和装置では、熱源側熱交換器として空気熱源の空冷式熱交換器を採用したものに、空気を最大風量で送風することに加えて、水を噴霧させることにより冷却熱源の効果を最大限にさせて冷媒量の適否の判定を行うため、熱源側熱交換器の汚れ、熱源ユニットの設置状況、風雨などの外乱の影響をあまり受けることなく精度良く冷媒量の適否を判定することができる。
第10発明に係る空気調和装置の冷媒量判定方法では、第1過冷却度補正値を冷媒量の適否の判定を行うための指標として用いることで、外乱による影響をほとんど受けること無く冷媒回路内の冷媒量の適否の判定を行うことができ、冷媒回路内の冷媒量の適否を誤差がほとんど無く判定できる。
以下、図面に基づいて、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について説明する。
(1)空気調和装置の構成
図1は、本発明にかかる一実施形態の空気調和装置1の概略の冷媒回路図である。空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置1は、主として、1台の室外ユニット2と、室内ユニット4と、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続する液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット4と、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7とが接続されることによって構成されている。
<室内ユニット>
室内ユニット4は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット4は、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
次に、室内ユニット4の構成について説明する。
室内ユニット4は、主として、冷媒回路10の一部を構成する室内側冷媒回路11を有している。この室内側冷媒回路11は、主として、利用側熱交換器としての室内熱交換器41を有している。
本実施形態において、室内熱交換器41は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。なお、本実施形態において、室内熱交換器41は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であるが、これに限定されず、他の型式の熱交換器であってもよい。
本実施形態において、室内ユニット4は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器41において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための送風ファンとしての室内ファン42を有している。室内ファン42は、室内熱交換器41に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、DCファンモータ等からなるモータ42mによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。
また、室内ユニット4には、室内ユニット4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(すなわち、室内温度)を検出する室内温度センサ43が設けられている。本実施形態において、室内温度センサ43は、サーミスタからなる。また、室内ユニット4は、室内ユニット4を構成する各部の動作を制御する室内側制御部44を有している。そして、室内側制御部44は、室内ユニット4の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット4を個別に操作するためのリモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット2との間で伝送線8aを介して制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。
<室外ユニット>
室外ユニット2は、ビル等の室外に設置されており、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して室内ユニット4に接続されており、室内ユニット4とともに冷媒回路10を構成している。
次に、室外ユニット2の構成について説明する。室外ユニット2は、主として、冷媒回路10の一部を構成する室外側冷媒回路12を有している。この室外側冷媒回路12は、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器23と、膨張機構としての室外膨張弁33と、アキュムレータ24と、液側閉鎖弁25と、ガス側閉鎖弁26とを有している。
圧縮機21は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数が制御されるモータ21mによって駆動される容積式圧縮機である。なお、本実施形態において、圧縮機21は、1台のみであるが、これに限定されず、室内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ていてもよい。
四路切換弁22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23を圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器41を室外熱交換器23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21の吐出側と室外熱交換器23のガス側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側(具体的には、アキュムレータ24)とガス冷媒連絡配管7側とを接続し(冷房運転状態:図1の四路切換弁22の実線を参照)、暖房運転時には、室内熱交換器41を圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器23を室内熱交換器41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21の吐出側とガス冷媒連絡配管7側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側と室外熱交換器23のガス側とを接続することが可能である(暖房運転状態:図1の四路切換弁22の破線を参照)。
本実施形態において、室外熱交換器23は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、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熱交換器である。室外熱交換器23は、そのガス側が四路切換弁22に接続され、その液側が液冷媒連絡配管6に接続されている。なお、本実施形態において、室外熱交換器23は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であるが、これに限定されず、他の型式の熱交換器であってもよい。
本実施形態において、室外膨張弁33は、室外側冷媒回路12内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、冷房運転を行う際の冷媒回路10における冷媒の流れ方向において室外熱交換器23の下流側に配置された(本実施形態においては、室外熱交換器23の液側に接続されている)電動膨張弁であり、冷媒の通過を遮断することも可能である。
本実施形態において、室外ユニット2は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器23において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン27を有している。この室外ファン27は、室外熱交換器23に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、DCファンモータ等からなるモータ27mによって駆動されるプロペラファン等である。
アキュムレータ24は、四路切換弁22と圧縮機21との間に接続されており、室内ユニット4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ことが可能な容器である。
液側閉鎖弁25およびガス側閉鎖弁26は、外部の機器・配管(具体的には、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7)との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁25は、室外熱交換器23に接続されている。ガス側閉鎖弁26は、四路切換弁22に接続されている。
また、室外ユニット2には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット2には、室内熱交換器41から流入してきたガス冷媒の圧力を検出する蒸発圧力センサ28と、室外熱交換器23により凝縮される凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサ29と、圧縮機21の吸入温度を検出する吸入温度センサ30と、室外熱交換器23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31とが設けられている。室外ユニット2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、室外温度)を検出する室外温度センサ32が設けられている。本実施形態において、吸入温度センサ30、液側温度センサ31、および室外温度センサ32は、サーミスタからなる。また、室外ユニット2は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する室外側制御部34を備えている。そして、室外側制御部34は、室外ユニット2の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリやモータ21mを制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット4の室内側制御部44との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部44と室外側制御部34と制御部34、44間を接続する伝送線8aとによって、空気調和装置1全体の運転制御を行う制御部8が構成されている。
以上のように、室内側冷媒回路11と、室外側冷媒回路12と、冷媒連絡配管6、7とが接続されて、空気調和装置1の冷媒回路10が構成されている。そして、本実施形態の空気調和装置1は、四路切換弁22により冷房運転および暖房運転を切り換えて運転を行うとともに、室内ユニット4の運転負荷に応じて、室外ユニット2および室内ユニット4の各機器の制御を行うようになっている。
(2)空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について説明する。
本実施形態の空気調和装置1の運転モードとしては、室内ユニット4の運転負荷に応じて、室外ユニット2および室内ユニット4の各機器の制御を行う通常運転モードと、室内ユニット4の全てを冷房運転しつつ凝縮器として機能する室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度を検出して冷媒回路10内に充填されている冷媒量の適否を判断する冷媒量判定運転モードとがある。そして、通常運転モードには冷房運転と暖房運転とがあり、冷媒量判定運転モードには冷媒漏洩検知運転がある。
以下、空気調和装置1の各運転モードにおける動作について説明する。
<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説明する。
冷房運転時は、四路切換弁22が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室外熱交換器23のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室内熱交換器41のガス側に接続された状態となっている。ここで、液側閉鎖弁25およびガス側閉鎖弁26は、開状態にされている。また、室外膨張弁33は、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却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、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度は、凝縮圧力センサ29により検出される室外熱交換器23の出口側の冷媒圧力(凝縮圧力)値を冷媒の飽和温度値に換算し、液側温度センサ31により検出される冷媒温度値をこの冷媒の飽和温度値から差し引くことによって検出される。
この冷媒回路10の状態で、圧縮機21および室外ファン27を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21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、四路切換弁22を経由して室外熱交換器23に送られて、室外ファン27によって供給される屋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。そして、高圧の液冷媒は、室外膨張弁33によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、液側閉鎖弁25および液冷媒連絡配管6を経由して、室内ユニット4に送られる。ここで、室外膨張弁33は、室外熱交換器23の出口における過冷却度が所定値になるように室外熱交換器23内を流れる冷媒の流量を制御しているため、室外熱交換器23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。
室内ユニット4に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器41に送られ、室内熱交換器41で屋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。そして、室内熱交換器41には、室内ユニット4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。
この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管7を経由して室外ユニット2に送られ、ガス側閉鎖弁26および四路切換弁22を経由して、アキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。ここで、室内ユニット4の運転負荷に応じて、例えば、室内ユニット4の運転負荷が小さい場合や停止している場合には、アキュムレータ24に余剰冷媒が溜まるようになっている。
ここで、通常運転モードの冷房運転を行っている際における冷媒回路10の冷媒の分布状態は、図2に示されるように、冷媒が、液状態(図2における塗りつぶしのハッチング部分)、気液二相状態(図2における格子状のハッチング部分)、ガス状態(図2における斜線のハッチング部分)の各状態をとって分布している。具体的には、室外熱交換器23の出口付近から室外膨張弁33までの部分は、液状態の冷媒で満たされている。そして、室外熱交換器23の中間の部分、および、室外膨張弁33から室内熱交換器41の入口付近までの間の部分は、気液二相状態の冷媒で満たされている。また、室内熱交換器41の中間部分から、ガス冷媒連絡配管7、アキュムレータ24の一部を除く部分、圧縮機21を介して室外熱交換器23の入口付近までの間の部分は、ガス状態の冷媒で満たされている。なお、ここで除外されているアキュムレータの一部には、余剰冷媒として溜まり込んだ液冷媒が溜まっている場合がある。ここで、図2は、冷房運転における冷媒回路10内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。
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。
暖房運転時は、四路切換弁22が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室内熱交換器41のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室外熱交換器23のガス側に接続された状態となっている。室外膨張弁33は、室外熱交換器23に流入する冷媒を室外熱交換器23において蒸発させることが可能な圧力(すなわち、蒸発圧力)まで減圧するために開度調節されるようになっている。また、液側閉鎖弁25およびガス側閉鎖弁26は、開状態にされている。
この冷媒回路10の状態で、圧縮機21および室外ファン27を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁22、ガス側閉鎖弁26およびガス冷媒連絡配管7を経由して、室内ユニット4に送られる。
そして、室内ユニット4に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器41において、屋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、液冷媒連絡配管6を経由して室外ユニット2に送られる。ここで、室内膨張弁41、51は、室内熱交換器41の出口における過冷却度が所定値になるように室内熱交換器41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41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。そして、室内熱交換器41には、室内ユニット4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。
この高圧の液冷媒は、液側閉鎖弁25を経由して、室外膨張弁33によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、室外熱交換器23に流入する。そして、室外熱交換器23に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン27によって供給される屋外空気と熱交換を行って蒸発されて低圧のガス冷媒となり、四路切換弁22を経由してアキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。ここで、室内ユニット4の運転負荷に応じて、例えば、室内ユニット4の一方の運転負荷が小さい場合や停止している場合等のように、冷媒回路10内に余剰冷媒量が発生する場合には、冷房運転時と同様、アキュムレータ24に余剰冷媒が溜まるようになっている。
<冷媒量判定運転モード>
冷媒量判定運転モードでは、冷媒漏洩検知運転が行われることになりその中に、空気調和装置1が設置されて初めて行われる運転(以下、初回設定運転とする)と、2回目以降の運転(以下、判定運転とする)との運転の仕方が異なる。このため、以下に初回設定運転と、判定運転とに分けて説明する。
(初回設定運転)
現地において、冷媒が予め充填された室外ユニット2と、室内ユニット4とを液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して接続して冷媒回路10を構成した後に、リモコン(図示せず)を通じて、または、室内ユニット4の室内側制御部44や室外ユニット2の室外側制御部34に対して直接に、冷媒量判定運転モードの1つである冷媒漏洩検知運転を行うように指令を出すと、下記のステップS1からステップS7の手順で初回設定運転が行われる(図3参照)。なお、図3上では簡略化のために相対過冷却度を相対SCと表記する。
−ステップS1、室内ユニットを冷房運転(室外ファン風量が最大)−
まず、ステップS1では、初回設定運転の開始指令がなされると、冷媒回路10が、室外ユニット2の四路切換弁22が図1の実線で示される状態となり、圧縮機21、室外ファン27が起動されて、室内ユニット4の全てについて強制的に冷房運転が行われる(図2参照)。なお、このとき室外ファン27は、その風量が最大になるように、モータ27mの回転数が最大となっている。ステップS1では、冷房運転において室外ファン27の風量を最大にしているため、室外熱交換器23により行われる熱交換効率の空気側における熱伝達率を最大にすることができ、外乱による影響を低減させることができる。なお、ここにいう「外乱」とは、室外熱交換器23の汚れ、室外ユニット2の設置状況、風雨の有無などがある。したがって、室外ファン27の風量が最大であると、室外熱交換器23そして、この室外ファン27の風量が最大になった時に、次のステップS2へ移行する。
−ステップS2、温度の読込−
ステップS2では、室内温度センサ43により検出される室内温度と、室外温度センサにより検出される室外温度との読込が行われる。室内温度と室外温度とが検出されると次のステップS3へ移行する。
−ステップS3、検知可能範囲か否かの判定−
ステップS3では、検出された室内温度と室外温度とが予め設定されている冷媒量判定運転モードに適した所定の温度範囲内であるか否かを判定する。ステップS3で、室内温度と室外温度とが、所定の温度範囲内にあった場合には次のステップS4へ移行し、所定の温度範囲内になかった場合にはステップS1の冷房運転を継続することになる。
−ステップS4、相対過冷却度が所定値以上であるか否かの判定−
ステップS4では、相対過冷却度値を導出し、相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。なお、ここにいう「相対過冷却度値」とは、室外熱交換器23の出口における過冷却度値を、凝縮温度値から室外温度とを差し引いた値により除した値のことを言う。「相対過冷却度値」については、後に詳述する。本実施形態では、凝縮温度値は、凝縮圧力センサ29により検出される室外熱交換器23の出口側の圧力(凝縮圧力)値を冷媒の飽和温度に換算した値を用いることになる。ステップS4において、相対過冷却度値が所定値未満であると判定されると次のステップS5へ移行し、所定値未満であると判定されるとステップS6へ移行する。
−ステップS5、相対過冷却度の制御−
ステップS5では、相対過冷却度値が所定値未満であるため、相対過冷却度値が所定値以上になるように、圧縮機21の回転周波数と室内熱交換器41の出口における過熱度とを制御する。例えば、圧縮機21の回転周波数が40Hz、室内熱交換器41の出口における過熱度を5℃の状態でステップS1における冷房運転を行い、相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。この運転状態において、相対過冷却度値が所定値未満である場合には、圧縮機21の回転周波数をそのままにして、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度を5℃上げて10℃にして相対過冷却度値を導出し、相対過冷却度値が所定値以上になるか否かを判定する。そして、相対過冷却度値が所定値未満である場合には、これを繰り返し、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度が上がりきっても相対過冷却度値が所定値未満である場合には、圧縮機21の回転周波数を40Hzから例えば50Hzに上げて、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度を5℃に下げて、同様に相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。そして、上述したように室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度を再び5℃ずつ上げることを繰り返すことにより、相対過冷却度値が所定値以上になるように制御する。そして、相対過冷却度値が所定値以上になったら、ステップS6へ移行する。なお、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度の制御(例えば過熱度を5℃から5℃ずつ上げていく制御)は、室外膨張弁33を開の状態から絞っていくことによって制御している。また、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度の制御は、これに限らずに、室内ファン42の風量を制御することにより行っても構わないし、室外膨張弁33の弁開度の制御と室内ファン42の風量の制御とを併用して行っても構わない。なお、ここで室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度は、吸入温度センサ30により検出される冷媒温度値から、蒸発圧力センサ28により検出される蒸発圧力値を冷媒の飽和温度値に換算した値を、差し引くことによって検出される。
なお、ステップS5により過熱度が正値になるように制御されるため、図4で示されるように、アキュムレータ24に余剰冷媒が溜まっていない状態となり、アキュムレータ24に溜まっていた冷媒は室外熱交換器23に移動することになる。
−ステップS6、相対過冷却度を記憶−
ステップS6では、ステップS4またはステップS6において所定値以上である相対過冷却度値を初回相対過冷却度値として記憶し、次のステップS7へ移行する。
−ステップS7、パラメータを記憶−
ステップS7では、ステップS6において記憶した過冷却度値の際の運転状態における、圧縮機21の回転周波数と、室内ファン42の回転周波数と、室外温度Taと、室内温度Tbとを記憶して、初回設定運転を終了する。
(判定運転)
次に、冷媒量判定運転モードにおいて初回設定運転が行われた後に定期的に行われる運転である判定運転について、図5を用いて説明する。ここで、図5は、判定運転時のフローチャートである。なお、図5上では簡略化のために相対過冷却度を相対SCと表記する。
ここでは、通常運転モードにおける冷房運転や暖房運転時に、定期的(例えば、毎月1回、空調空間に負荷を必要としないとき等)に、冷媒量判定運転モードの1つである判定運転に切り換えて運転を行うことによって、不測の原因により冷媒回路内の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して説明する。
−ステップS11、通常運転モードが一定時間経過したか否かの判定−
まず、上記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(毎1ヶ月等)経過したかどうかを判定し、通常運転モードにおける運転が一定時間経過した場合には、次のステップS12に移行する。
−ステップS12、室内ユニットを冷房運転−
通常運転モードにおける運転が一定時間経過した場合には、上記の初回設定運転のステップS1と同様に、冷媒回路10が、室外ユニット2の四路切換弁22が図1の実線で示される状態となり、圧縮機21、室外ファン27が起動されて、室内ユニット4の全てについて強制的に冷房運転が行われる(図2参照)。
−ステップS13、温度の読込−
ステップS13では、上記の初回設定運転のステップS2と同様に、室内温度と室外温度との読込が行われる。室内温度と室外温度とが検出されると次のステップS14へ移行する。
−ステップS14、検知可能範囲か否かの判定−
ステップS14では、上記の初回設定運転のステップS3と同様に、検出された室内温度と室外温度とが予め設定されている冷媒量判定運転モードに適した所定の温度範囲内であるか否かを判定する。ステップS14で、室内温度と室外温度とが、所定の温度範囲内にあった場合には次のステップS15へ移行し、所定の温度範囲内になかった場合にはステップS12の冷房運転を継続することになる。
−ステップS15、初回設定運転における条件に制御−
ステップS15では、上記の初回設定運転のステップS7において記憶した圧縮機21の回転周波数と、室内ファン42の回転周波数とに、圧縮機21および室内ファン42を制御する。これにより、冷媒回路10内の冷媒量が変化していなければ、冷媒回路10内部の冷媒の状態を、初回設定運転と同様の状態であると見なすことができる。すなわち、初回設定運転において行った冷房運転の諸条件を同一のものとして再現していることになる。ステップS15が終了すると、次のステップS16へ移行する。
−ステップS16、冷媒量の適否の判定−
ステップS16では、上記の初回設定運転のステップS4と同様に、相対過冷却度を導出する。そして、初回相対過冷却度から相対過冷却度を差し引いた値(以下、相対過冷却度差とする)が第2所定値以上であるか否かを判定する。ステップS16において、相対過冷却度差が第2所定値未満であると判定されると判定運転を終了し、相対過冷却度差が第2所定値以上であると判定されるとステップS17へ移行する。
−ステップS17、警告表示−
ステップS17では、冷媒の漏洩が発生しているものと判定して、冷媒漏洩を検知したことを知らせる警告表示を行った後に、判定運転を終了する。
<相対過冷却度値について>
相対過冷却度値について図6〜8にもとづいて説明する。
まず、図6は、室外ファン風量に対する室外温度Taが一定の際の凝縮温度Tcおよび室外熱交換器出口温度Tlを表すグラフである。図6を見ると、室外温度Taが一定の条件においては、室外ファン風量が増大するにしたがって、凝縮温度Tcおよび室外熱交換器出口温度Tlが減少していく。そして、その減少の落差は、凝縮温度Tcの方が室外熱交換器出口温度Tlよりも大きい。すなわち、室外ファン風量が大きくなると、凝縮温度Tcと室外熱交換器出口温度Tlとの差である過冷却度値が小さくなることが分かる。
ここで、室外ファン風量に対する過冷却度値の分布を表すグラフである図7をみると、室外ファン風量が増大すると、過冷却度値が小さくなっていることが分かる。また、図7では、室外ファン風量が小さい場合の方が、室外ファン風量が大きい場合よりも過冷却度値のバラツキが大きくなっている。これは、室外ファン風量が小さい場合の方が、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響を受けやすく、室外ファン風量が大きい場合の方が外乱の影響を受けにくいためであると考えられる。このため、室外ファン風量を最大にすることにより、検出される過冷却度値のバラツキを抑えることができ、検知誤差を低減させることができる。
そして、図8は、室外ファン風量に対する相対過冷却度値の分布を表すグラフである。相対過冷却度値とは、上述したように、凝縮温度値から室外温度を差し引いた値により、過冷却度値を除した値である。図8を見ると、室外ファン風量の大小にかかわらず、その値はほぼ0.3から0.4の間に収まっており、バラツキが少ないことが分かる。このため、この相対過冷却度値を冷媒量の適否を判定する際に指標として利用することにより、外乱による影響を極力受けることなく冷媒量の適否を判定することができ、検知誤差を抑えることができる。したがって、相対過冷却度値を冷媒量の適否の判定に利用することは大変有用である。
(3)空気調和装置の特徴
(A)
本実施形態の空気調和装置1では、室外ユニット2と室内ユニット4とが冷媒連絡配管6,7を介して接続されて冷媒回路10を構成している。そして、この空気調和装置1では、冷房運転等の通常運転(以下、通常運転モードとする)と、室内ユニット4を強制的に冷房運転させる冷媒量判定運転モードとを切り換えて運転することが可能になっており、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度を検出して冷媒回路10内に充填されている冷媒量の適否を判定することができる。
(B)
本実施形態の空気調和装置1では、相対過冷却度値を冷媒量の適否の判定における指標として採用しており、相対過冷却度値とは、凝縮温度値から室外温度を差し引いた値により、過冷却度値を除した値である。そして、相対過冷却度値は、室外ファン風量の大小にかかわらず、その値はほぼ0.3から0.4の間に収まっており、バラツキが少ない。
このため、この相対過冷却度値を冷媒量の適否を判定する際に指標として利用することにより、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱による影響を極力受けることなく冷媒量の適否を判定することができ、検知誤差を抑えることができる。したがって、相対過冷却度値を冷媒量の適否の判定に利用することは大変有用である。
(4)変形例1
本実施形態において、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度は、凝縮圧力センサ29により検出される室外熱交換器23の出口側の冷媒圧力(凝縮圧力に相当)値を冷媒の飽和温度値に換算し、液側温度センサ31により検出される冷媒温度値をこの冷媒の飽和温度値から差し引くことによって検出しているが、これに限らない。
例えば、室外熱交換器23の冷媒の温度を検出可能な室外熱交センサを設けて凝縮温度値を冷媒の飽和温度値として検出し、液側温度センサ31により検出される冷媒温度値をこの冷媒の飽和温度値から差し引くことによって検出しても構わない。
(5)変形例2
本実施形態において、室外熱交換器23は、空気熱源の空冷式熱交換器を採用しており送風ファン27によりその熱伝達効果の促進が行われているが、これに限らず、水噴霧装置をさらに備えて送風ファン27の送風とともに水噴霧が行われるようなものであっても構わないし、送風ファン27を有さずに水噴霧装置による水噴霧のみで熱伝達効果の促進が行われるようなものであっても構わない。
(6)変形例3
本実施形態において、室外熱交換器23は、空気熱源の空冷式熱交換器を採用しているが、これに限らずに、水熱源の水冷式熱交換器を採用しても構わない。
なお、この場合に、冷媒量判定運転モードにおける冷房運転は、水熱源である冷却水の供給流量が最大の状態、または、水熱源である冷却水の温度を最低にした状態、のいずれかあるいはこれらを併用した状態で行われることになる。
(7)変形例4
本実施形態において、室外熱交換器23の出口における過冷却度値を、凝縮温度値から室外温度を差し引いた値により除した値と、相対過冷却度を定義しているが、これに限らず、過冷却度と室外温度、凝縮温度、室外ファン風量の少なくとも1つとによる式で補正した値であれば構わない。特に、この場合の相対過冷却度は、室外温度、凝縮温度、室外ファン風量の少なくとも1つを変数として含む関数で過冷却度を除したものであると望ましい。また、相対過冷却度は、これらの式による補正だけでなくあらかじめ保持されているマップによる補正であっても構わない。なお、変形例2のような場合には、水噴霧による冷却作用を数値化したものを加えたものを、上記の室外ファン風量と置き換えることになる。さらに、変形例3のような場合には、冷却水による冷却作用(冷却水流量および冷却水温度の少なくとも1つ)を数値化したものを、上記の室外ファン風量と置き換えることになる。
(8)変形例5
本実施形態においては、図5およびその説明に示されたように、通常運転モードと冷媒量判定運転モードとが一定の時間間隔で切り換える制御を行う場合を例として挙げているが、これに限定されるものではない。
例えば、制御的に切り換えられるのではなく、空気調和装置1に冷媒量判定運転モードに切り換えるためのスイッチ等を設けておき、サービスマンや設備管理者が、現地において、スイッチ等を操作することにより、冷媒漏洩検知運転を定期的に行うようなものであってもよい。
(9)他の実施形態
以上、本発明の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、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、冷暖切り換え可能な空気調和装置に本発明を適用した例を説明したが、これに限定されず、セパレートタイプの空気調和装置であれば適用可能であり、ペア型の空気調和装置や冷房専用の空気調和装置に本発明を適用してもよい。
本発明を利用すれば、熱源ユニットと利用ユニットとが冷媒連絡配管を介して接続されたセパレートタイプの空気調和装置において、冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否を精度良く判定できるようにすることができる。
本発明にかかる一実施形態の空気調和装置の概略の冷媒回路図である。 冷房運転における冷媒回路内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。 初期設定運転のフローチャートである。 冷媒量判定運転モード(初期設定運転および判定運転)における冷媒回路内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。 判定運転のフローチャートである。 室外ファン風量に対する室外温度Taが一定の際の凝縮温度Tcおよび室外熱交換器出口温度Tlを表すグラフである。 室外ファン風量に対する過冷却度値の分布を表すグラフである。 室外ファン風量に対する相対過冷却度値の分布を表すグラフである。
符号の説明
1 空気調和装置
2 室外ユニット(熱源ユニット)
4 室内ユニット(利用ユニット)
6 液冷媒連絡配管
7 ガス冷媒連絡配管
10 冷媒回路
21 圧縮機
23 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
27 室外ファン(冷却熱源調節手段)
33 室外膨張弁(膨張機構)
41 利用側熱交換器

Claims (10)

  1. 運転容量を調節可能な圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)と前記熱源側熱交換器に対する冷却熱源の冷却作用を調節可能な冷却熱源調節手段(27)とを有する熱源ユニット(2)と、利用側熱交換器(41)を有する利用ユニット(4)と、膨張機構(33)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)を含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(10)と、
    前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転モードから、前記冷房運転を行い前記利用側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が正値になるように前記利用側膨張機構を制御する冷媒量判定運転モードへ切り換えるモード切替手段と、
    前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出する検出手段と、
    前記過冷却度または前記運転状態量を、外気温度、凝縮温度、および前記冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第1過冷却度補正値として導出する過冷却度補正手段と
    前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記第1過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行う冷媒量適否判定手段と、
    を備える空気調和装置(1)。
  2. 前記過冷却度補正手段は、外気温度、凝縮温度、および前記冷却作用を数値化した値の少なくとも1つに関連付けられたマップまたは関数により、検出された前記過冷却度または前記運転状態量を補正することにより前記第1過冷却度補正値を導出する、
    請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記過冷却度補正手段は、外気温度、凝縮温度、および前記冷却作用を数値化した値の少なくとも1つを変数として含む関数により前記過冷却度または前記運転状態量を除した値、を前記第1過冷却度補正値として導出する、
    請求項1に記載の空気調和装置(1)。
  4. 前記冷媒量適否判定手段は、前記冷媒量適否判定を定期的に行う、
    請求項1から3のいずれかに記載の空気調和装置(1)。
  5. 前記圧縮機(21)は、インバータにより制御されるモータ(21m)によって駆動されており、前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記モータによる回転数が常に所定回転数になるように運転される、
    請求項1から4のいずれかに記載の空気調和装置(1)。
  6. 前記熱源側熱交換器(23)は、その冷却熱源が空気熱源の空冷式熱交換器である、
    請求項1から5のいずれかに記載の空気調和装置(1)。
  7. 前記冷却熱源調節手段(27)は、前記熱源側熱交換器へ送風する風量を可変できる送風ファンであり、
    前記検出手段は、前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記送風ファンの風量を最大にした状態で、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第2検出値として検出し、
    前記過冷却度補正手段は、前記第2検出値を、外気温度、凝縮温度、および前記冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第2過冷却度補正値として導出し、
    前記冷媒量適否判定手段は、前記第2過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒量適否判定を行う、
    請求項6に記載の空気調和装置(1)。
  8. 前記冷却熱源調節手段は、前記熱源側熱交換器へ水を噴霧する水噴霧装置であり、
    前記検出手段は、前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記水噴霧装置から水を噴霧した状態で、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第3検出値として検出し、
    前記過冷却度補正手段は、前記第3検出値を、凝縮温度、および前記冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第3過冷却度補正値として導出し、
    前記冷媒量適否判定手段は、前記第3過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒量適否判定を行う、
    請求項6に記載の空気調和装置。
  9. 前記冷却熱源調節手段は、前記熱源側熱交換器へ送風する風量を調節できる送風ファンと、前記熱源側熱交換器へ水を噴霧する水噴霧装置とであり、
    前記検出手段は、前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記送風ファンの風量を最大にしつつ、前記水噴霧装置から水を噴霧した状態で、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第3検出値として検出し、
    前記過冷却度補正手段は、前記第3検出値を、凝縮温度、および前記冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第3過冷却度補正値として導出し、
    前記冷媒量適否判定手段は、前記第3過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒量適否判定を行う、
    請求項6に記載の空気調和装置。
  10. 運転容量を調節可能な圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)と前記熱源側熱交換器に対する冷却熱源の冷却作用を調節可能な冷却熱源調節手段(27)とを有する熱源ユニット(2)と、利用側熱交換器(41)を有する利用ユニット(4)と、膨張機構(33)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)とを含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(10)を有する空気調和装置(1)において、前記冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定方法であって、
    前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転モードから、前記冷房運転を行い前記利用側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が正値になるように前記利用側膨張機構を制御する冷媒量判定運転モードへ切り換えるモード切替ステップと、
    前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出する検出ステップと、
    前記第1検出値を、外気温度、凝縮温度、および前記冷却作用を数値化した値、の少なくとも1つにより補正して、第1過冷却度補正値として導出する検出値補正ステップと、
    前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記第1過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を行う冷媒量適否判定ステップと、
    を備える空気調和装置の冷媒量判定方法。
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