JP2012247122A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な超音波型流量センサーを用いることなく、冷凍サイクル装置の能力を求めることができる冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】制御回路１００は、ステップＳ４において算出した冷媒循環量Ｇ［ｋｇ／ｓ］、並びに、ステップＳ５において算出した蒸発器入口比エンタルピーｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］及び蒸発器出口比エンタルピーｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］によって、冷凍サイクルの冷媒側の蒸発能力Ｑｅ［ｋＪ／ｓ］を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸発能力又は放熱能力を算出する冷凍サイクル装置に関する。

従来の冷凍サイクル装置として、例えば、「圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた冷凍機の冷暖房能力を測定する冷凍機の測定装置であって、前記圧縮機の低圧側配管に着脱可能な該低圧側配管の冷媒の低圧圧力を検出する圧力検出センサと、前記圧縮機の高圧側配管に着脱可能な該圧縮機の吐出冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、前記圧縮機の低圧側配管に着脱可能な該圧縮機の吸入冷媒の吸入温度を検出する吸入温度センサと、前記膨張弁の入口側配管に着脱可能な該膨張弁の入口側配管の冷媒の入口温度を検出する膨張弁入口温度センサと、前記冷凍サイクルの配管に着脱可能な該冷凍サイクルを循環する冷媒の冷媒流量を検出する超音波型流量センサと、前記圧力検出センサ、吐出温度センサ、吸入温度センサ、膨張弁入口温度センサ及び超音波型流量センサとその他のセンサが接続可能な変換器と、少なくとも前記圧力検出センサ、吐出温度センサ、吸入温度センサ、膨張弁入口温度センサ及び超音波型流量センサの各検出信号を前記変換器から入力して、該検出信号または前記その他のセンサで検出した検出信号に基づいて前記冷凍機の冷暖房能力を演算する演算制御部と、該演算した冷暖房能力の演算結果を出力表示する表示部とを有する携帯型制御ユニットと、を備え、前記携帯型制御ユニットの演算制御部は、前記変換器に接続され各検出信号を入力する各センサの中から前記冷暖房能力の演算に用いるセンサを選択可能にするとともに、該選択されたセンサの検出信号に応じた演算方法を選択して前記冷暖房能力を演算する」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４４４０７６２号公報（特許請求の範囲、図２）

従来の冷凍サイクル装置においては、運転時の能力を求めたい場合、高価な超音波型流量センサーを用意し、後付けで超音波型流量センサーを膨張弁の入口に取付ける必要があり、取付ける時間と費用がかかり、運転状態をすぐに判断できないという問題点があった。また、冷房運転と暖房運転とでは、冷媒の流れ方向が異なり、膨張弁の出入口が逆転するため、運転に応じて超音波型流量センサーを取り付け直す作業の必要があるという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、第１の目的は、高価な超音波型流量センサーを用いることなく、冷凍サイクル装置の能力を求めることである。
そして、第２の目的は、超音波型流量センサーその他の検出手段を後付けで取り付け直すことなく、冷凍サイクル装置の能力を求めることである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、放熱器として機能する熱源側熱交換器、冷媒を膨張させる膨張装置、及び、蒸発器として機能する負荷側熱交換器が順に冷媒配管によって接続されて構成された冷凍サイクルと、前記圧縮機の冷媒の吐出圧力を検出する高圧検出手段と、前記圧縮機の冷媒の吸入圧力を検出する低圧検出手段と、前記圧縮機の冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出手段と、前記熱源側熱交換器の出口側の冷媒の温度である第１放熱器出口温度を検出する熱源側熱交換器出口温度検出手段と、冷凍サイクル装置の全体動作を制御する制御回路と、を備え、該制御回路は、前記負荷側熱交換器において冷媒に外部から吸熱させる冷却運転を実施し、前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度、及び、前記熱源側熱交換器出口温度検出手段によって検出された前記第１放熱器出口温度に基づいて、前記冷凍サイクルの能力である前記負荷側熱交換器の蒸発能力を算出するものである。

本発明によれば、高価な超音波型流量センサーを用いることなく、安価な圧力検出手段及び温度検出手段のみから冷凍サイクル装置の能力（上記においては蒸発能力）を求めることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷却能力を算出するフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における冷凍サイクルのモリエル線図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別形態のシステム構成図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の加熱能力を算出するフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置における冷凍サイクルのモリエル線図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。

実施の形態１．
（冷凍サイクル装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。この図１においては、負荷側の水の温度を下げる冷却運転を実施しているときの状態が示されている。

図１で示されるように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機１、空気熱交換器２ａ、絞り装置３及び負荷側熱交換器４ａが冷媒配管によって環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。また、この冷凍サイクル装置は、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０、吸入温度センサー３１、空気熱交換器出口温度センサー３２ａ、制御回路１００及び能力表示装置２００を備えている。

圧縮機１は、例えば、容量制御可能なインバーター圧縮機等で構成され、ガス冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態にして吐出するものである。
空気熱交換器２ａは、放熱器として機能し、例えば、室外に設置されており、冷媒を室外空気と熱交換させて放熱させるものである。
絞り装置３は、冷媒を膨張及び減圧させるものである。
負荷側熱交換器４ａは、蒸発器として機能し、冷媒が流通する流路と、水が流通する流路とを有し、冷媒を水と熱交換させて蒸発させ、水を冷却するものである。

高圧センサー２０は、圧縮機１の冷媒の吐出圧力である圧縮機吐出圧力Ｐｄを検出する。
低圧センサー２１は、圧縮機１の冷媒の吸入圧力である圧縮機吸入圧力Ｐｓを検出する。
吐出温度センサー３０は、圧縮機１の冷媒の吐出温度である圧縮機吐出温度Ｔｄを検出する。
吸入温度センサー３１は、圧縮機１の冷媒の吸入温度である圧縮機吸入温度Ｔｓを検出する。
空気熱交換器出口温度センサー３２ａは、空気熱交換器２ａの出口側の冷媒の温度である放熱器出口温度Ｔｃｏを検出する。

制御回路１００は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置全体の動作を制御するものであり、圧縮機１の回転制御等を実施する。また、制御回路１００には、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０、吸入温度センサー３１及び空気熱交換器出口温度センサー３２ａが電気的に接続されており、各センサーが検出した検出情報が制御回路１００に送信される。
能力表示装置２００は、制御回路１００に接続されており、後述するように、制御回路１００によって算出された蒸発能力Ｑｅの情報を受信して表示するものである。

なお、空気熱交換器２ａ及び絞り装置３は、それぞれ本発明の「熱源側熱交換器」及び「膨張装置」に相当する。また、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０、吸入温度センサー３１及び空気熱交換器出口温度センサー３２ａは、それぞれ本発明の「高圧検出手段」、「低圧検出手段」、「吐出温度検出手段」、「吸入温度検出手段」及び「熱源側熱交換器出口温度検出手段」に相当する。

（冷凍サイクル装置における冷凍サイクルの基本動作）
次に、図１を参照しながら、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルの動作を説明する。

低温低圧のガス状態の一次側冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、空気熱交換器２ａへ流入する。空気熱交換器２ａへ流入した高温高圧の冷媒は、室外空気等に対して放熱する。空気熱交換器２ａを流出した高圧の冷媒は、絞り装置３へ流入し、膨張及び減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となる。絞り装置３から流出した気液二相冷媒は、負荷側熱交換器４ａへ流入する。負荷側熱交換器４ａへ流入した気液二相冷媒は、水を冷却して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。負荷側熱交換器４ａから流出したガス冷媒は、圧縮機１へ吸入され、再び圧縮される。

（冷却能力の算出処理）
図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷却能力を算出するフローチャートであり、図３は、同冷凍サイクル装置における冷凍サイクルのモリエル線図である。以下、図２及び図３を参照しながら、負荷側熱交換器４ａにおける水への冷却能力、すなわち、冷凍サイクルの冷媒側の蒸発能力Ｑｅ［ｋＪ／ｓ］を算出する処理を説明する。

制御回路１００は、圧縮機１に対して指令回転数ｒｐｓ［１／ｓ］を指令し、圧縮機１は、その指令回転数ｒｐｓ［１／ｓ］に従って回転駆動する。また、圧縮機１のストロークボリュームＶｓｔ［ｍ³］はその設計仕様によって決まっており、制御回路１００は、予めストロークボリュームＶｓｔ［ｍ³］の情報を記憶している。

（Ｓ１）
制御回路１００は、高圧センサー２０によって検出された圧縮機吐出圧力Ｐｄ、低圧センサー２１によって検出された圧縮機吸入圧力Ｐｓ、吸入温度センサー３１によって検出された圧縮機吸入温度Ｔｓ、及び、空気熱交換器出口温度センサー３２ａによって検出された放熱器出口温度Ｔｃｏを受信する。

（Ｓ２）
制御回路１００は、受信した圧縮機吸入圧力Ｐｓ、及び、圧縮機吸入温度Ｔｓに基づいて、制御回路１００が保有する冷媒物性値のテーブル又は算出式に基づいて、圧縮機１に吸入される冷媒の比容積ρｓ［ｍ³／ｋｇ］を算出する（下記式（１））。ここで、「冷媒物性値のテーブル」とは、圧縮機吸入圧力Ｐｓ及び圧縮機吸入温度Ｔｓが比容積ρｓに対応付けられたテーブルを示す。

ρｓ［ｍ³／ｋｇ］＝ｆ１（Ｐｓ，Ｔｓ） （１）

（Ｓ３）
制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び圧縮機吸入圧力Ｐｓ、並びに、指令回転数ｒｐｓに基づき、かつ、圧縮機１の設計仕様による特性に基づいて、運転状態の圧縮機１の体積効率ηｖを算出する（下記式（２））。
なお、体積効率ηｖは無次元量である。

ηｖ＝ｆ２（Ｐｄ，Ｐｓ，ｒｐｓ） （２）

（Ｓ４）
制御回路１００は、式（１）により算出した比容積ρｓ［ｍ³／ｋｇ］、式（２）により算出した体積効率ηｖ、ストロークボリュームＶｓｔ［ｍ³］及び指令回転数ｒｐｓ［１／ｓ］によって、下記式（３）から冷凍サイクルの冷媒循環量Ｇ［ｋｇ／ｓ］を算出する。

Ｇ［ｋｇ／ｓ］＝ｒｐｓ［１／ｓ］×Ｖｓｔ［ｍ³］×ηｖ／ρｓ［ｍ³／ｋｇ］
（３）

（Ｓ５）
次に、制御回路１００は、蒸発器として機能している負荷側熱交換器４ａの入口側の冷媒の蒸発器入口比エンタルピーｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］、及び、出口側の冷媒の蒸発器出口比エンタルピーｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する。まず、制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び放熱器出口温度Ｔｃｏに基づいて、所定の冷媒の物性式から、蒸発器入口比エンタルピーｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（下記式（４））。

ｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］＝ｆ３（Ｐｄ，Ｔｃｏ） （４）

そして、制御回路１００は、受信した圧縮機吸入圧力Ｐｓ及び圧縮機吸入温度Ｔｓに基づいて、所定の冷媒の物性式から、蒸発器出口比エンタルピーｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（下記式（５））。

ｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］＝ｆ４（Ｐｓ，Ｔｓ） （５）

（Ｓ６）
制御回路１００は、ステップＳ４において算出した冷媒循環量Ｇ［ｋｇ／ｓ］、並びに、ステップＳ５において算出した蒸発器入口比エンタルピーｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］及び蒸発器出口比エンタルピーｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］によって、下記式（６）から冷凍サイクルの冷媒側の蒸発能力Ｑｅ［ｋＪ／ｓ］を算出する。

Ｑｅ［ｋＪ／ｓ］＝Ｇ［ｋｇ／ｓ］×（ｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］−ｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］） （６）

（Ｓ７）
制御回路１００は、算出した蒸発能力Ｑｅ（冷却能力）の情報を能力表示装置２００に送信し、能力表示装置２００は、蒸発能力Ｑｅ（冷却能力）を表示する。これによって、ユーザーは、現在の冷凍サイクル装置の冷却能力を知ることができる。

（実施の形態１の効果）
以上の構成のように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、高価な超音波型流量センサーを用いることなく、安価な圧力センサー及び温度センサーのみから冷凍サイクル装置の能力（本実施の形態においては冷却能力）を求めることができる。

また、能力表示装置２００によって、制御回路１００によって算出されたリアルタイムの冷却能力が表示されるので、ユーザーは現在の冷凍サイクル装置の冷却能力を簡単に知ることができる。

なお、本実施の形態において負荷側熱交換器４ａを水−冷媒熱交換器としているが、これに限定されるものではなく、空調対象空間を冷房するための空気熱交換器としてもよい。

また、図４で示されるのは、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置のシステム構成の別形態であるが、前述のように算出された蒸発能力Ｑｅを用いて、さらに、負荷側熱交換器４ａに流れる水流量を算出して、能力表示装置２００に表示させる構成としてもよい。
図４で示されるように、冷凍サイクル装置はさらに、水入口温度センサー３３及び水出口温度センサー３４を備えている。

水入口温度センサー３３は、負荷側熱交換器４ａを流通する水の入口側の水温である水入口温度Ｔｗｉ［Ｋ］を検出する。また、水出口温度センサー３４は、負荷側熱交換器４ａを流通する水の出口側の水温である水出口温度Ｔｗｏ［Ｋ］を検出する。

制御回路１００は、水入口温度センサー３３によって検出された水入口温度Ｔｗｉ［Ｋ］、水出口温度センサー３４によって検出された水出口温度Ｔｗｏ［Ｋ］、及び、上記式（６）から算出した蒸発能力Ｑｅによって、下記式（７）から負荷側熱交換器４ａを流れる水の流量である水流量Ｇｗを算出することができる。

Ｇｗ［ｋｇ／ｓ］＝Ｒ×Ｑｅ［ｋＪ／ｓ］×（Ｔｗｉ［Ｋ］−Ｔｗｏ［Ｋ］） （Ｒ：右辺の次元［ｋＪ／（ｓ・Ｋ）］を、左辺の次元［ｋｇ／ｓ］に換算するための換算係数であり、値としては「０．８６」をとる） （７）

制御回路１００は、算出した水流量Ｇｗの情報を能力表示装置２００に送信し、能力表示装置２００は、水流量Ｇｗを表示する。これによって、ユーザーは、現在の負荷側熱交換器４ａにおける水流量Ｇｗを知ることができ、適正な水流量が流れているかを確認することができる。
なお、水流量Ｇｗが所定流量よりも低下した場合、配管の詰まり等の異常が発生しているとして、能力表示装置２００は、その異常の旨を表示するものとしてもよい。

なお、水入口温度センサー３３及び水出口温度センサー３４は、それぞれ本発明の「水入口温度検出手段」及び「水出口温度検出手段」に相当する。

実施の形態２．
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置について、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と相違する点を中心に説明する。

（冷凍サイクル装置の構成）
図５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。この図５においては、負荷側の水の温度を上げる加熱運転を実施しているときの状態が示されている。

図５で示されるように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機１、負荷側熱交換器２ｂ、絞り装置３及び空気熱交換器４ｂが冷媒配管によって環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。また、この冷凍サイクル装置は、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０、吸入温度センサー３１、負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｂ、制御回路１００及び能力表示装置２００を備えている。

負荷側熱交換器２ｂは、放熱器として機能し、冷媒が流通する流路と、水が流通する流路とを有し、冷媒を水と熱交換させて放熱させ、水を加熱するものである。
空気熱交換器４ｂは、蒸発器として機能し、例えば、室外に設置されており、冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させるものである。
なお、圧縮機１及び絞り装置３の機能は、実施の形態１と同様である。

負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｂは、負荷側熱交換器２ｂの出口側の冷媒の温度である放熱器出口温度Ｔｃｏを検出する。
なお、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０及び吸入温度センサー３１の機能は、実施の形態１と同様である。

制御回路１００は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置全体の動作を制御するものであり、圧縮機１の回転制御等を実施する。また、制御回路１００には、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０、吸入温度センサー３１及び負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｂが電気的に接続されており、各センサーが検出した検出情報が制御回路１００に送信される。
能力表示装置２００は、制御回路１００に接続されており、後述するように、制御回路１００によって算出された放熱能力Ｑｃの情報を受信して表示するものである。

なお、負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｂは、本発明の「負荷側熱交換器出口温度検出手段」に相当する。

（冷凍サイクル装置における冷凍サイクルの基本動作）
次に、図５を参照しながら、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルの動作を説明する。

低温低圧のガス状態の一次側冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、負荷側熱交換器２ｂへ流入する。負荷側熱交換器２ｂへ流入した高温高圧の冷媒は、水に対して放熱し加熱する。負荷側熱交換器２ｂを流出した高圧の冷媒は、絞り装置３へ流入し、膨張及び減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となる。絞り装置３から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器４ｂへ流入する。空気熱交換器４ｂへ流入した気液二相冷媒は、室外空気等から吸熱して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器４ｂから流出したガス冷媒は、圧縮機１へ吸入され、再び圧縮される。

（加熱能力の算出処理）
図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の加熱能力を算出するフローチャートであり、図７は、同冷凍サイクル装置における冷凍サイクルのモリエル線図である。以下、図６及び図７を参照しながら、負荷側熱交換器２ｂにおける水への加熱能力、すなわち、冷凍サイクルの冷媒側の放熱能力Ｑｃ［ｋＪ／ｓ］を算出する処理を説明する。

制御回路１００は、圧縮機１に対して指令回転数ｒｐｓ［１／ｓ］を指令し、圧縮機１は、その指令回転数ｒｐｓ［１／ｓ］に従って回転駆動する。また、圧縮機１のストロークボリュームＶｓｔ［ｍ³］はその設計仕様によって決まっており、制御回路１００は、予めストロークボリュームＶｓｔ［ｍ³］の情報を記憶している。

（Ｓ１１）
制御回路１００は、高圧センサー２０によって検出された圧縮機吐出圧力Ｐｄ、低圧センサー２１によって検出された圧縮機吸入圧力Ｐｓ、吐出温度センサー３０によって検出された圧縮機吐出温度Ｔｄ、吸入温度センサー３１によって検出された圧縮機吸入温度Ｔｓ、及び、負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｂによって検出された放熱器出口温度Ｔｃｏを受信する。

（Ｓ１２）
制御回路１００は、受信した圧縮機吸入圧力Ｐｓ、及び、圧縮機吸入温度Ｔｓに基づいて、制御回路１００が保有する冷媒物性値のテーブル又は算出式に基づいて、圧縮機１に吸入される冷媒の比容積ρｓ［ｍ³／ｋｇ］を算出する（前述の式（１））。

（Ｓ１３）
制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び圧縮機吸入圧力Ｐｓ、並びに、指令回転数ｒｐｓに基づき、かつ、圧縮機１の設計仕様による特性に基づいて、運転状態の圧縮機１の体積効率ηｖを算出する（前述の式（２））。
なお、体積効率ηｖは無次元量である。

（Ｓ１４）
制御回路１００は、式（１）により算出した比容積ρｓ［ｍ³／ｋｇ］、式（２）により算出した体積効率ηｖ、ストロークボリュームＶｓｔ［ｍ³］及び指令回転数ｒｐｓ［１／ｓ］によって、前述の式（３）から冷凍サイクルの冷媒循環量Ｇ［ｋｇ／ｓ］を算出する。

（Ｓ１５）
次に、制御回路１００は、放熱器として機能している負荷側熱交換器２ｂの入口側の冷媒の放熱器入口比エンタルピーｈｃｉ［ｋＪ／ｋｇ］、及び、出口側の冷媒の放熱器出口比エンタルピーｈｃｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する。まず、制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び圧縮機吐出温度Ｔｄに基づいて、所定の冷媒の物性式から、放熱器入口比エンタルピーｈｃｉ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（下記式（８））。

ｈｃｉ［ｋＪ／ｋｇ］＝ｆ５（Ｐｄ，Ｔｄ） （８）

そして、制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び放熱器出口温度Ｔｃｏに基づいて、所定の冷媒の物性式から、放熱器出口比エンタルピーｈｃｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（下記式（９））。

ｈｃｏ［ｋＪ／ｋｇ］＝ｆ６（Ｐｄ，Ｔｃｏ） （９）

（Ｓ１６）
制御回路１００は、ステップＳ１４において算出した冷媒循環量Ｇ［ｋｇ／ｓ］、並びに、ステップＳ１５において算出した放熱器入口比エンタルピーｈｃｉ［ｋＪ／ｋｇ］及び放熱器出口比エンタルピーｈｃｏ［ｋＪ／ｋｇ］によって、下記式（１０）から冷凍サイクルの冷媒側の放熱能力Ｑｃ［ｋＪ／ｓ］を算出する。

Ｑｃ［ｋＪ／ｓ］＝Ｇ［ｋｇ／ｓ］×（ｈｃｉ［ｋＪ／ｋｇ］−ｈｃｏ［ｋＪ／ｋｇ］） （１０）

（Ｓ１７）
制御回路１００は、算出した放熱能力Ｑｃ（加熱能力）の情報を能力表示装置２００に送信し、能力表示装置２００は、放熱能力Ｑｃ（加熱能力）を表示する。これによって、ユーザーは、現在の冷凍サイクル装置の加熱能力を知ることができる。

（実施の形態２の効果）
以上の構成のように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、高価な超音波型流量センサーを用いることなく、安価な圧力センサー及び温度センサーのみから冷凍サイクル装置の能力（本実施の形態においては加熱能力）を求めることができる。

また、能力表示装置２００によって、制御回路１００によって算出されたリアルタイムの加熱能力が表示されるので、ユーザーは現在の冷凍サイクル装置の加熱能力を簡単に知ることができる。

なお、本実施の形態において負荷側熱交換器２ｂを水−冷媒熱交換器としているが、これに限定されるものではなく、空調対象空間を暖房するための空気熱交換器としてもよい。

また、実施の形態１の図４で示されるように、水入口温度センサー３３及び水出口温度センサー３４を備えることによって、負荷側熱交換器２ｂを流れる水の流量を算出することができる。このとき、制御回路１００は、算出した水の流量の情報を能力表示装置２００に送信し、能力表示装置２００は、その水の流量を表示する。これによって、ユーザーは、現在の負荷側熱交換器２ｂにおける水の流量を知ることができ、適正な水の流量が流れているかを確認することができる。
なお、水の流量が所定流量よりも低下した場合、配管の詰まり等の異常が発生しているとして、能力表示装置２００は、その異常の旨を表示するものとしてもよい。

実施の形態３．
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置について、実施の形態１及び実施の形態２に係る冷凍サイクル装置と相違する点を中心に説明する。

（冷凍サイクル装置の構成）
図８は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。
図８で示されるように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機１、四方弁５、空気熱交換器２ｃ、絞り装置３、負荷側熱交換器４ｃ、四方弁５、そして圧縮機１の順に冷媒配管によって接続されて冷凍サイクルを構成している。また、この冷凍サイクル装置は、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０、吸入温度センサー３１、空気熱交換器出口温度センサー３２ｃ、負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｄ、制御回路１００及び能力表示装置２００を備えている。

空気熱交換器２ｃは、例えば、室外に設置されており、冷媒を室外空気と熱交換させるものである。空気熱交換器２ｃは、冷却運転時には、放熱器として機能し、冷媒を室外空気と熱交換させて放熱させる。一方、空気熱交換器２ｃは、加熱運転時には、蒸発器として機能し、冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる。

負荷側熱交換器４ｃは、冷媒が流通する流路と、水が流通する流路とを有し、冷媒と水との熱交換を実施するものである。負荷側熱交換器４ｃは、冷却運転時には、蒸発器として機能し、冷媒を水と熱交換させて蒸発させ、水を冷却する。一方、負荷側熱交換器４ｃは、加熱運転時には、放熱器として機能し、冷媒を水と熱交換させて放熱させ、水を加熱する。

四方弁５は、冷媒流路を切り替える機能を備えるものである。具体的には、四方弁５は、冷却運転時には、圧縮機１から吐出されたガス冷媒を空気熱交換器２ｃへ流れるように冷媒流路を切り替える。一方、四方弁５は、加熱運転時には、圧縮機１から吐出されたガス冷媒を負荷側熱交換器４ｃへ流れるように冷媒流路を切り替える。すなわち、四方弁５は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷却運転及び加熱運転のいずれかを、直接的に切り替えるものであり、後述する制御回路１００の指令に基づいて、冷媒流路を切り替える。

なお、圧縮機１及び絞り装置３の機能は、実施の形態１と同様である。

空気熱交換器出口温度センサー３２ｃは、冷却運転時に、放熱器として機能する空気熱交換器２ｃの出口側の冷媒の温度である放熱器出口温度Ｔｃｏ１を検出する。
負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｄは、加熱運転時に、放熱器として機能する負荷側熱交換器４ｃの出口側の冷媒の温度である放熱器出口温度Ｔｃｏ２を検出する。
なお、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０及び吸入温度センサー３１の機能は、実施の形態１と同様である。

制御回路１００は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置全体の動作を制御するものであり、圧縮機１の回転制御、及び、四方弁５の冷媒流路切り替え制御等を実施する。また、制御回路１００には、高圧センサー２０、低圧センサー２１、吐出温度センサー３０、吸入温度センサー３１、空気熱交換器出口温度センサー３２ｃ及び負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｄが電気的に接続されており、各センサーが検出した検出情報が制御回路１００に送信される。
能力表示装置２００は、制御回路１００に接続されており、後述するように、制御回路１００によって算出された蒸発能力Ｑｅ及び放熱能力Ｑｃの情報を受信して表示するものである。

なお、空気熱交換器出口温度センサー３２ｃ及び負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｄは、それぞれ本発明の「熱源側熱交換器出口温度検出手段」及び「負荷側熱交換器出口温度検出手段」に相当する。

（冷凍サイクル装置における冷凍サイクルの基本動作）
次に、図８を参照しながら、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルの動作を説明する。

まず、制御回路１００が、予め、四方弁５に対して冷媒流路を切り替えさせ、冷却運転を実施する場合の冷凍サイクルの動作について説明する。

低温低圧のガス状態の一次側冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁５を経由して、空気熱交換器２ｃへ流入する。空気熱交換器２ｃへ流入した高温高圧の冷媒は、室外空気等に対して放熱する。空気熱交換器２ｃを流出した高圧の冷媒は、絞り装置３へ流入し、膨張及び減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となる。絞り装置３から流出した気液二相冷媒は、負荷側熱交換器４ｃへ流入する。負荷側熱交換器４ｃへ流入した気液二相冷媒は、水を冷却して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。負荷側熱交換器４ｃから流出したガス冷媒は、四方弁５を経由して、圧縮機１へ吸入され、再び圧縮される。

次に、制御回路１００が、予め、四方弁５に対して冷媒流路を切り替えさせ、加熱運転を実施する場合の冷凍サイクルの動作について説明する。

低温低圧のガス状態の一次側冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁５を経由して、負荷側熱交換器４ｃへ流入する。負荷側熱交換器４ｃへ流入した高温高圧の冷媒は、水に対して放熱し加熱する。負荷側熱交換器４ｃを流出した高圧の冷媒は、絞り装置３へ流入し、膨張及び減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となる。絞り装置３から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器２ｃへ流入する。空気熱交換器２ｃへ流入した気液二相冷媒は、室外空気等から吸熱して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器２ｃから流出したガス冷媒は、四方弁５を経由して、圧縮機１へ吸入され、再び圧縮される。

（冷却能力の算出処理）
次に、実施の形態１における図２及び図３を参照しながら、冷却運転時において、負荷側熱交換器４ｃにおける水への冷却能力、すなわち、冷凍サイクルの冷媒側の蒸発能力Ｑｅ［ｋＪ／ｓ］を算出する処理を説明する。なお、蒸発能力Ｑｅの算出処理については、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の処理と相違する点を中心に説明する。

（Ｓ１）
制御回路１００は、高圧センサー２０によって検出された圧縮機吐出圧力Ｐｄ、低圧センサー２１によって検出された圧縮機吸入圧力Ｐｓ、吸入温度センサー３１によって検出された圧縮機吸入温度Ｔｓ、及び、空気熱交換器出口温度センサー３２ｃによって検出された放熱器出口温度Ｔｃｏ１を受信する。

（Ｓ５）
制御回路１００は、蒸発器として機能している負荷側熱交換器４ｃの入口側の冷媒の蒸発器入口比エンタルピーｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］、及び、出口側の冷媒の蒸発器出口比エンタルピーｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する。まず、制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び放熱器出口温度Ｔｃｏ１に基づいて、所定の冷媒の物性式から、蒸発器入口比エンタルピーｈｅｉ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（実施の形態１における式（４））。そして、制御回路１００は、受信した圧縮機吸入圧力Ｐｓ及び圧縮機吸入温度Ｔｓに基づいて、所定の冷媒の物性式から、蒸発器出口比エンタルピーｈｅｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（実施の形態１における式（５））。

なお、ステップＳ２〜ステップＳ４、ステップＳ６及びステップＳ７の処理は、実施の形態１と同様である。

（加熱能力の算出処理）
次に、実施の形態２における図６及び図７を参照しながら、加熱運転時において、負荷側熱交換器４ｃにおける水への加熱能力、すなわち、冷凍サイクルの冷媒側の放熱能力Ｑｃ［ｋＪ／ｓ］を算出する処理を説明する。なお、放熱能力Ｑｃの算出処理については、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の処理と相違する点を中心に説明する。

（Ｓ１１）
制御回路１００は、高圧センサー２０によって検出された圧縮機吐出圧力Ｐｄ、低圧センサー２１によって検出された圧縮機吸入圧力Ｐｓ、吐出温度センサー３０によって検出された圧縮機吐出温度Ｔｄ、吸入温度センサー３１によって検出された圧縮機吸入温度Ｔｓ、及び、負荷側熱交換器出口温度センサー３２ｄによって検出された放熱器出口温度Ｔｃｏ２を受信する。

（Ｓ１５）
制御回路１００は、放熱器として機能している負荷側熱交換器４ｃの入口側の冷媒の放熱器入口比エンタルピーｈｃｉ［ｋＪ／ｋｇ］、及び、出口側の冷媒の放熱器出口比エンタルピーｈｃｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する。まず、制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び圧縮機吐出温度Ｔｄに基づいて、所定の冷媒の物性式から、放熱器入口比エンタルピーｈｃｉ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（実施の形態２における式（８））。そして、制御回路１００は、受信した圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び放熱器出口温度Ｔｃｏ２に基づいて、所定の冷媒の物性式から、放熱器出口比エンタルピーｈｃｏ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（実施の形態２における式（９））。

なお、ステップＳ１２〜ステップＳ１４、ステップＳ１６及びステップＳ１７の処理は、実施の形態２と同様である。

（実施の形態３の効果）
以上の構成のように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、高価な超音波型流量センサーを用いることなく、安価な圧力センサー及び温度センサーのみから冷凍サイクル装置の能力（本実施の形態においては冷却能力及び加熱能力）を求めることができる。

また、四方弁５による冷媒流路が切り替えられることによって、冷却運転又は加熱運転に切り替わって冷媒の流れ方向が逆となり、絞り装置３の出入口が逆転しても、能力を算出するための各センサーを取り付け直す作業を必要とすることがなく冷凍サイクル装置の能力を求めることができる。

また、能力表示装置２００によって、制御回路１００によって算出されたリアルタイムの冷却能力及び加熱能力が表示されるので、ユーザーは現在の冷凍サイクル装置の冷却能力を簡単に知ることができる。

なお、本実施の形態において負荷側熱交換器４ｃを水−冷媒熱交換器としているが、これに限定されるものではなく、空調対象空間を冷房又は暖房するための空気熱交換器としてもよい。

また、実施の形態１の図４で示されるように、水入口温度センサー３３及び水出口温度センサー３４を備えることによって、負荷側熱交換器４ｃを流れる水の流量を算出することができる。このとき、制御回路１００は、算出した水の流量の情報を能力表示装置２００に送信し、能力表示装置２００は、その水の流量を表示する。これによって、ユーザーは、現在の負荷側熱交換器２ｂにおける水の流量を知ることができ、適正な水の流量が流れているかを確認することができる。
なお、水の流量が所定流量よりも低下した場合、配管の詰まり等の異常が発生しているとして、能力表示装置２００は、その異常の旨を表示するものとしてもよい。

１ 圧縮機 ２ａ 空気熱交換器、２ｂ 負荷側熱交換器、２ｃ 空気熱交換器、３ 絞り装置、４ａ 負荷側熱交換器、４ｂ 空気熱交換器、４ｃ 負荷側熱交換器、５ 四方弁、２０ 高圧センサー、２１ 低圧センサー、３０ 吐出温度センサー、３１ 吸入温度センサー、３２ａ 空気熱交換器出口温度センサー、３２ｂ 負荷側熱交換器出口温度センサー、３２ｃ 空気熱交換器出口温度センサー、３２ｄ 負荷側熱交換器出口温度センサー、３３ 水入口温度センサー、３４ 水出口温度センサー、１００ 制御回路、２００ 能力表示装置。

Claims (11)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、放熱器として機能する熱源側熱交換器、冷媒を膨張させる膨張装置、及び、蒸発器として機能する負荷側熱交換器が順に冷媒配管によって接続されて構成された冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の冷媒の吐出圧力を検出する高圧検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吸入圧力を検出する低圧検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出手段と、
   前記熱源側熱交換器の出口側の冷媒の温度である第１放熱器出口温度を検出する熱源側熱交換器出口温度検出手段と、
   装置全体の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   該制御回路は、
   前記負荷側熱交換器において冷媒に外部から吸熱させる冷却運転を実施し、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度、及び、前記熱源側熱交換器出口温度検出手段によって検出された前記第１放熱器出口温度に基づいて、前記冷凍サイクルの能力である前記負荷側熱交換器の蒸発能力を算出する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 冷媒を圧縮する圧縮機、蒸発器として機能する熱源側熱交換器、冷媒を膨張させる膨張装置、及び、放熱器として機能する負荷側熱交換器が順に冷媒配管によって接続されて構成された冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の冷媒の吐出圧力を検出する高圧検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吸入圧力を検出する低圧検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出手段と、
   前記負荷側熱交換器の出口側の冷媒の温度である第２放熱器出口温度を検出する負荷側熱交換器出口温度検出手段と、
   装置全体の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   該制御回路は、
   前記負荷側熱交換器において冷媒に外部へ放熱させる加熱運転を実施し、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、前記吐出温度検出手段によって検出された前記吐出温度、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度、及び、前記負荷側熱交換器出口温度検出手段によって検出された前記第２放熱器出口温度に基づいて、前記冷凍サイクルの能力である前記負荷側熱交換器の放熱能力を算出する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機から吐出された冷媒の流路を切り替える四方弁、冷媒の熱交換を実施する熱源側熱交換器、冷媒を膨張させる膨張装置、及び、冷媒の熱交換を実施する負荷側熱交換器が冷媒配管によって接続されて構成された冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の冷媒の吐出圧力を検出する高圧検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吸入圧力を検出する低圧検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、
   前記圧縮機の冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出手段と、
   前記熱源側熱交換器が放熱器として機能する冷却運転において、前記熱源側熱交換器の出口側の冷媒の温度である第１放熱器出口温度を検出する熱源側熱交換器出口温度検出手段と、
   前記負荷側熱交換器が放熱器として機能する加熱運転において、前記負荷側熱交換器の出口側の冷媒の温度である第２放熱器出口温度を検出する負荷側熱交換器出口温度検出手段と、
   装置全体の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   該制御回路は、
   前記圧縮機から吐出された冷媒が前記熱源側熱交換器に流入されるように前記四方弁に冷媒流路を切り替えさせた状態で前記冷却運転を実施している場合、前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度、及び、前記熱源側熱交換器出口温度検出手段によって検出された前記第１放熱器出口温度に基づいて、前記冷凍サイクルの能力である前記負荷側熱交換器の蒸発能力を算出し、
   前記圧縮機から吐出された冷媒が前記負荷側熱交換器に流入されるように前記四方弁に冷媒流路を切り替えさせた状態で前記加熱運転を実施している場合、前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、前記吐出温度検出手段によって検出された前記吐出温度、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度、及び、前記負荷側熱交換器出口温度検出手段によって検出された前記第２放熱器出口温度に基づいて、前記冷凍サイクルの能力である前記負荷側熱交換器の放熱能力を算出する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 前記制御回路は、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度、前記圧縮機の回転数、及び、該圧縮機のストロークボリュームに基づいて、前記冷凍サイクルの冷媒循環量を算出し、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、及び、前記熱源側熱交換器出口温度検出手段によって検出された前記第１放熱器出口温度に基づいて、前記負荷側熱交換器の入口側の冷媒の比エンタルピーである蒸発器入口比エンタルピーを導出し、
   前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、及び、前記吐出温度検出手段によって検出された前記吐出温度に基づいて、前記負荷側熱交換器の出口側の冷媒の比エンタルピーである蒸発器出口比エンタルピーを導出し、
   前記冷媒循環量、前記蒸発器入口比エンタルピー及び前記蒸発器出口比エンタルピーに基づいて、前記蒸発能力を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御回路は、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度、前記圧縮機の回転数、及び、該圧縮機のストロークボリュームに基づいて、前記冷凍サイクルの冷媒循環量を算出し、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、及び、前記吐出温度検出手段によって検出された前記吐出温度に基づいて、前記負荷側熱交換器の入口側の冷媒の比エンタルピーである放熱器入口比エンタルピーを導出し、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、及び、前記負荷側熱交換器出口温度検出手段によって検出された前記第２放熱器出口温度に基づいて、前記負荷側熱交換器の出口側の冷媒の比エンタルピーである放熱器出口比エンタルピーを導出し、
   前記冷媒循環量、前記放熱器入口比エンタルピー及び前記放熱器出口比エンタルピーに基づいて、前記放熱能力を算出する
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御回路は、
   前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、及び、前記吸入温度検出手段によって検出された前記吸入温度に基づいて、前記圧縮機に吸入される冷媒の比容積を導出し、
   前記高圧検出手段によって検出された前記吐出圧力、前記低圧検出手段によって検出された前記吸入圧力、及び、前記回転数に基づいて、前記圧縮機の体積効率を導出し、
   前記比容積、前記体積効率、前記回転数及び前記ストロークボリュームに基づいて、前記冷媒循環量を算出する
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記負荷側熱交換器は、水と冷媒との熱交換を実施する水−冷媒熱交換器である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記負荷側熱交換器を流通する水の入口側の水温である水入口温度を検出する水入口温度検出手段と、
   前記負荷側熱交換器を流通する水の出口側の水温である水出口温度を検出する水出口温度検出手段と、
   前記制御回路は、前記水入口温度検出手段によって検出された前記水入口温度、前記水出口温度検出手段によって検出された前記水出口温度、及び、前記冷凍サイクルの前記能力に基づいて、前記負荷側熱交換器を流通する水流量を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記制御回路によって算出された前記冷凍サイクルの前記能力を表示する表示装置を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記制御回路によって算出された前記水流量を表示する表示装置を備えた
    ことを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記制御回路は、算出した前記水流量についての異常の有無を判定し、異常があると判定した場合、その旨を前記表示装置に表示させる
    ことを特徴とする請求項１０記載の冷凍サイクル装置。

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