JP2016090177A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の漏洩を確実かつ精度よく検出することができる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクルから冷媒が漏洩していない状態で液インジェクションした場合の吐出冷媒温度ＴＤpreを予測し、この予測吐出冷媒温度ＴＤpreと冷凍サイクルの現運転時に液インジェクションしたときの実際の吐出冷媒温度ＴＤａとを比較することにより、冷媒の漏洩を検出する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、冷媒の漏洩に対処した冷凍サイクル装置に関する。

圧縮機から吐出される冷媒を凝縮器、減圧器、蒸発器に通して圧縮機に戻す冷凍サイクルでは、冷媒が通る配管の接続部などから冷媒が漏洩することがある。この漏洩については、確実に検出できることが望まれる。

特開２００８−１６４２６５号公報

本発明の実施形態の目的は、冷媒の漏洩を確実かつ精度よく検出することができる冷凍サイクル装置を提供することである。

請求項１の冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルと、インジェクション手段と、漏洩検出手段とを備える。冷凍サイクルは、冷媒を吸込んで圧縮し吐出する圧縮機を含み、その圧縮機から吐出される冷媒を凝縮器、減圧器、蒸発器に通して同圧縮機に戻す。インジェクション手段は、前記凝縮器から流出する液冷媒の一部を前記圧縮機に必要に応じてインジェクションする。漏洩検出手段は、前記冷凍サイクルから前記冷媒が漏洩していない状態で前記インジェクションした場合の前記圧縮機の吐出冷媒温度を前記冷凍サイクルの状態変化量に基づいて予測し、この予測した吐出冷媒温度と前記インジェクションしたときの前記圧縮機の実際の吐出冷媒温度との比較により、前記冷凍サイクルにおける前記冷媒の漏洩を検出する。

第１実施形態の構成を示すブロック図。 各実施形態の制御を示すフローチャート。 各実施形態のインジェクション路におけるＰ−ｈ線図。 第２実施形態の要部の構成を示す図。 第３実施形態の要部の構成を示す図。

［１］第１実施形態
本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。第１実施形態として、空気調和機に搭載される冷凍サイクル装置を例に説明する。
図１に示すように、圧縮機１の吐出口に室外熱交換器２が配管接続され、その室外熱交換器２に減圧器たとえば電動膨張弁３を介して室内熱交換器４が配管接続される。そして、室内熱交換器４に圧縮機１の吸込口が配管接続される。これら配管接続により、冷凍サイクルが構成される。電動膨張弁３は、入力される駆動パルスの数に応じて開度が連続的に変化するパルスモータバルブ（ＰＭＶ）である。

室外熱交換器２と電動膨張弁３との間の配管にインジェクション路（配管）５の一端が接続され、そのインジェクション路５の他端が圧縮機１の圧縮室（シリンダ）に接続される。そして、インジェクション路５に電動膨張弁６が配置される。電動膨張弁６は、入力される駆動パルスの数に応じて開度Ｑが連続的に変化するパルスモータバルブ（ＰＭＶ）であり、インジェクション路５に流れる液冷媒を圧縮機１の中間圧力（高圧と低圧の中間）まで減圧（膨張）させる。このインジェクション路５および電動膨張弁６により、凝縮器（室外熱交換器２）から流出する液冷媒の一部を圧縮機１に必要に応じてインジェクション（注入）するインジェクション手段が構成される。このインジェクション手段は、圧縮機１に液冷媒のインジェクションするいわゆる液インジェクションにより吐出冷媒温度ＴＤの異常上昇を防ぐためのもので、低圧で作動する冷凍機器や、Ｒ３２冷媒を用いる空気調和機などに搭載される。

室外熱交換器２の近傍に室外ファン７が配置され、室内熱交換器４の近傍に室内ファン８が配置される。

圧縮機１は、吸込口から冷媒を吸込んで圧縮し、圧縮した冷媒を吐出口から吐出する。この圧縮機１から吐出される冷媒（ガス冷媒）は、室外熱交換器（凝縮器）２に流れ、そこで外気に熱を放出して凝縮する。室外熱交換器２から流出する液冷媒は、電動膨張弁３で減圧されて室内熱交換器（蒸発器）４に流れ、そこで室内空気から熱を奪って蒸発する。室内熱交換器４から流出するガス冷媒は、圧縮機１に吸込まれる。

圧縮機１と室外熱交換器２との間の高圧側配管に、圧縮機１の吐出冷媒温度ＴＤを検知する温度センサ１１、および圧縮機１の吐出冷媒圧力（高圧）ＰＤを検知する圧力センサ１２が取付けられる。室外熱交換器２の出口側配管に、冷媒温度Ｔｃを検知する温度センサ１３が取付けられる。室内熱交換器４の入口側配管に，冷媒温度Ｔｅを検知する温度センサ１４が取付けられる。圧縮機１の吸込口との間の低圧側配管に、圧縮機１の吸込冷媒温度ＴＳを検知する温度センサ１５、および圧縮機１の吸込冷媒圧力（低圧）ＰＳを検知する低圧センサ１６が取付けられる。室外熱交換器２の近傍に、外気温度Ｔｏを検知する外気温度センサ１７が配置される。

圧縮機１にインバータ１８が接続される。インバータ１８は、商用交流電源１９の交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧をスイッチングにより所定周波数Ｆ（Hz）およびその所定周波数Ｆに応じたレベルの交流電圧に変換し出力する。このインバータ１８の出力により、圧縮機１のモータが動作する。

室外ユニットＡは、圧縮機１、室外熱交換器２、電動膨張弁３、インジェクション路５、電動膨張弁６、室外ファン７、インバータ１８などを収容している。室内ユニットＢは、室内熱交換器４および室内ファン８などを収容している。

室外ユニットＡおよび室内ユニットＢに制御部３０が接続され、その制御部３０にリモートコントロール式の操作表示器（リモコンともいう）３１および手操作式のリセットスイッチ３２が接続される。なお、制御部３０は、各種データ記憶用のメモリ３０ａを内蔵している。

操作表示器３１は、空気調和機の運転条件を設定するための操作部を有するとともに、運転条件の設定内容や実際の運転に関わる各種情報を表示するための表示部を有する。リセットスイッチ３２は、いわゆる自動復帰型の押釦スイッチであり、制御部３０が搭載されている制御回路基板などに配置される。

制御部３０は、主要な機能として次の（１）〜（３）の手段を有する。
（１）蒸発器（室内熱交換器４）における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨｔに一定となるように、電動膨張弁３の開度を制御する（過熱度一定値制御）。過熱度ＳＨは、温度センサ１４の検知温度Ｔｅと温度センサ１５の検知温度Ｔｓとの差（＝Ｔｅ−Ｔｓ）である。

（２）温度センサ１１が検知する吐出冷媒温度ＴＤ（または温度センサ１５が検知する吸込冷媒温度ＴＳ）に応じて電動膨張弁６の開度Ｑを制御するインジェクション制御手段。

（３）冷凍サイクルから冷媒が漏洩していない状態で上記液インジェクションした場合の圧縮機１の吐出冷媒温度ＴＤpreを冷凍サイクルの状態変化量に基づいて予測し、この予測吐出冷媒温度ＴＤpreと冷凍サイクルの現運転時に上記液インジェクションしたときの圧縮機１の実際の吐出冷媒温度ＴＤａとを比較することにより、冷凍サイクルにおける冷媒の漏洩を検出する漏洩検出手段。

なお、上記（３）の漏洩検出手段は、具体的には、冷凍サイクルの運転初期における液インジェクション時に温度センサ１１の検知温度（吐出冷媒温度）ＴＤｘをメモリ３０ａに記憶するとともに、同液インジェクション時の冷凍サイクルの状態量を初期状態量としてメモリ３０ａに記憶する。そして、漏洩検出手段は、メモリ３０ａ内の初期状態量と、冷凍サイクルの現運転時における液インジェクション時の冷凍サイクルの状態量との差を、状態変化量として検出する。さらに、漏洩検出手段は、メモリ３０ａ内の吐出冷媒温度ＴＤｘを上記検出した状態変化量で補正することにより、冷凍サイクルから冷媒が漏洩していない状態で液インジェクションした場合の圧縮機１の吐出冷媒温度ＴＤpreを予測する。

予測した吐出冷媒温度ＴＤpreは、冷凍サイクルに冷媒の漏洩がないことを前提とした場合に、冷凍サイクルの現運転時に圧縮機１の吐出冷媒温度ＴＤがあるべき値である。

上記初期状態量は、リセットスイッチ３２が操作されてから設定時間（例えば１０時間乃至５０時間）ｔｘが経過した時点の運転周波数（圧縮機１の運転周波数）Ｆｘ，吐出冷媒圧力（温度センサ１１の検知温度）ＰＤｘ，吸込冷媒圧力（温度センサ１５の検知温度）ＰＳｘ，開度（液インジェクション時の電動膨張弁６の開度）Ｍｘである。

冷凍サイクルの現運転時の状態量は、冷凍サイクルの現運転時における運転周波数（圧縮機１の運転周波数）Ｆａ，吐出冷媒圧力（温度センサ１１の検知温度）ＰＤａ，吸込冷媒圧力（温度センサ１５の検知温度）ＰＳａ，開度（液インジェクション時の電動膨張弁６の開度）Ｍａである。

つぎに、制御部３０が実行する制御を図２のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部３０は、初期状態フラグｆが“０”であるかを判定する（ステップＳ１）。初期状態フラグｆは、吐出冷媒温度ＴＤｘおよび初期状態量の記憶が済んでいるか否かの指標である。制御部３０は、ユーザや作業員によってリセットスイッチ３２がオン操作された場合に、初期状態フラグｆを“０”にリセットする。

初期状態フラグｆが“０”の場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、制御部３０は、吐出冷媒温度ＴＤｘおよび初期状態量の記憶が済んでいないとの判断の下に、運転時間ｔを積算し（ステップＳ２）、その積算運転時間ｔが設定時間ｔｘ以上（ｔ≧ｔｘ）であるかを判定する（ステップＳ３）。積算運転時間ｔは、メモリ３０ａに逐次に更新記憶される。この記憶内容は、リセットスイッチ３２のオン操作があった場合に制御部３０によって零クリアされる。設定時間ｔｘは、運転初期であるところの１０時間〜５０時間のいずれかの値であり、当該冷凍サイクル装置が設置される環境などに応じた適切な値が選定される。

積算運転時間ｔが設定時間ｔｘ未満の場合（ステップＳ３のＮＯ）、制御部３０は、ステップＳ１のフラグ判定に戻る。積算運転時間ｔが設定時間ｔｘに達した場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、制御部３０は、液インジェクションが必要な状況であるかを判定する（ステップＳ４）。液インジェクションが必要な状況とは、圧縮機１の吐出冷媒温度ＴＤが所定値ＴＤ１以上に上昇した場合、または吸込冷媒温度ＴＳが所定値ＴＳ１以上に上昇した場合のことである。

液インジェクションが必要でない場合（ステップＳ４のＮＯ）、制御部３０は、ステップＳ１のフラグ判定に戻る。液インジェクションが必要な場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、制御部３０は、電動膨張弁６を開いて液インジェクションを実行する（ステップＳ５）。

液インジェクションの実行時、制御部３０は、冷凍サイクルが安定運転状態にあるかを判定する（ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８）。

すなわち、ステップＳ６において、制御部３０は、過熱度ＳＨと目標値ＳＨｔとの差ΔＳＨの絶対値（｜ΔＳＨ｜）が、設定値ΔＳＨｓ未満（｜ΔＳＨ｜＜ΔＳＨｓ）であるかを判定する。設定値ΔＳＨｓは例えば２〜３Ｋである。ステップＳ７において、制御部３０は、過熱度ＳＨが設定値ＳＨｓ以上（ＳＨ≧ＳＨｓ）であるかを判定する。設定値ＳＨｓは例えば１〜２Ｋである。過熱度ＳＨが設定値ＳＨｓ以上の場合、過熱度ＳＨは正の値である。ステップＳ８において、制御部３０は、圧縮機１の運転周波数Ｆが設定値Ｆｓ以上（Ｆ≧Ｆｓ）であるかを判定する。設定値Ｆｓは例えば３０Ｈｚである。

ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８の判定結果の少なくとも１つが否定の場合（ステップＳ６のＮＯ、あるいはステップＳ７のＮＯ、あるいはステップＳ８のＮＯ）、制御部３０は、ステップＳ１のフラグ判定に戻る。

ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８の判定結果が共に肯定の場合（ステップＳ６のＹＥＳ、ステップＳ７のＹＥＳ、ステップＳ８のＹＥＳ）、制御部３０は、冷凍サイクルが安定運転状態に入っているとの判断の下に、そのときの吐出冷媒温度ＴＤｘをメモリ３０ａに記憶（更新記憶）し且つ運転周波数Ｆｘ，吐出冷媒圧力ＰＤｘ，吸込冷媒圧力ＰＳｘ，開度Ｑｘを初期状態量としてメモリ３０ａに記憶（更新記憶）する（ステップＳ７）。

吐出冷媒温度ＴＤｘおよび初期状態量の記憶に伴い、制御部３０は、初期状態フラグｆを“１”にセットし（ステップＳ１０）、ステップＳ１のフラグ判定に戻る。

初期状態フラグｆが“１”の場合（ステップＳ１のＮＯ）、制御部３０は、圧縮機１への液インジェクションが必要な状況であるかを判定する（ステップＳ１１）。

液インジェクションが必要でない場合（ステップＳ１１のＮＯ）、制御部３０は、ステップＳ１のフラグ判定に戻る。液インジェクションが必要な場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、制御部３０は、電動膨張弁６を開いて液インジェクションを実行する（ステップＳ１２）。

液インジェクション時、制御部３０は、冷凍サイクルが安定運転状態にあるかを判定する（ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５）。

すなわち、ステップＳ１３において、制御部３０は、過熱度ＳＨと目標値ＳＨｔとの差ΔＳＨの絶対値（｜ΔＳＨ｜）が、設定値ΔＳＨｓ未満（｜ΔＳＨ｜＜ΔＳＨｓ）であるかを判定する。ステップＳ１４において、制御部３０は、過熱度ＳＨが設定値ＳＨｓ以上（ＳＨ≧ＳＨｓ）であるかを判定する。ステップＳ１５において、制御部３０は、圧縮機１の運転周波数Ｆが設定値Ｆｓ以上（Ｆ≧Ｆｓ）であるかを判定する。

ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５の判定結果の少なくとも１つが否定の場合（ステップＳ１３のＮＯ、あるいはステップＳ１４のＮＯ、あるいはステップＳ１５のＮＯ）、制御部３０は、ステップＳ１のフラグ判定に戻る。

ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５の判定結果が共に肯定の場合（ステップＳ１３のＹＥＳ、ステップＳ１４のＹＥＳ、ステップＳ１５のＹＥＳ）、制御部３０は、冷凍サイクルが安定運転状態に入っているとの判断の下に、冷凍サイクルの現運転時の状態量とメモリ３０ａ内の初期状態量との差を状態変化量として検出する（ステップＳ１６）。

冷凍サイクルの現運転時の状態量は、運転周波数Ｆａ，吐出冷媒圧力ＰＤａ，吸込冷媒圧力ＰＳａ，開度Ｑａである。状態変化量は、運転周波数Ｆｘと運転周波数Ｆａとの差ΔＦであり、かつ吐出冷媒圧力ＰＤｘと吐出冷媒圧力ＰＤａとの差ΔＰＤであり、かつ吸込冷媒圧力ＰＳｘと吸込冷媒圧力ＰＳａとの差ΔＰＳであり、かつ開度Ｑｘと開度Ｑａとの差ΔＱである。

続いて、制御部３０は、メモリ３０ａ内の吐出冷媒温度ＴＤｘを上記検出した状態変化量で補正（演算）することにより、冷凍サイクルに冷媒の漏洩がない状態で液インジェクションした場合の圧縮機１の吐出冷媒圧力ＴＤpreを予測する（ステップＳ１７）。この予測について、以下、説明する。
まず、インジェクション路５における電動膨張弁６の開度Ｑには次の流量特性理論式が当てはまる。
Ｑ＝Ｌ・｛（１／ρ）・ΔＰ｝＾0.5
Ｌは、インジェクション路５を通る冷媒の量（冷媒流量）である。ρは、電動膨張弁６の入口側の冷媒密度である。ΔＰは、電動膨張弁６の入口側の冷媒圧力Ｐ１（≒ＰＤ）と電動膨張弁６の出口側の冷媒圧力Ｐ２との差（＝Ｐ１−Ｐ２）である。

冷凍サイクルから冷媒が漏洩した場合、凝縮器である室外熱交換器２から流出する冷媒の乾き度ｘｊ、つまりインジェクション路５に流入する冷媒の乾き度ｘｊが、大きくなる。乾き度とは、冷媒が湿り飽和蒸気であるときの蒸気（乾き飽和蒸気）と飽和液との重量比のことである。インジェクション路５に流入する冷媒の乾き度ｘｊが大きくなると、電動膨張弁６の入口側の冷媒密度ρが小さくなる。

電動膨張弁６の入口側の冷媒密度ρが小さくなると、インジェクション路５に流入する冷媒の量が減少するとともに、インジェクション路５に流入する冷媒の質量当たりの比エンタルピー差Δｈｊが小さくなる。インジェクション路５に流入する冷媒の量が減少し、しかもインジェクション路５に流入する冷媒の質量当たりの比エンタルピー差Δｈｊが小さくなると、電動膨張弁６の開度Ｑが同一で冷媒圧力差ΔＰが同一という条件で見た場合、液インジェクションによる吐出温度冷却効果が小さくなる。

冷媒密度ρの変化量は、インジェクション路５における冷媒流量の変化量に相当する。インジェクション路５における冷媒流量の変化量は、吐出温度冷却効果の変化量でもある。

冷凍サイクルから冷媒が漏洩した場合のインジェクション路５における圧力とエンタルピーとの関係を表わすｐ−ｈ線図を図３に示す。

上記流量特性理論式において、開度Ｑはインジェクション制御の対象であるため既知である。冷媒密度ρを除く冷媒流量Ｌおよび冷媒圧力差ΔＰは、運転周波数Ｆ，吐出冷媒圧力ＰＤ，吸込冷媒圧力ＰＳを用いる演算により、求めることが可能である。つまり、運転周波数Ｆ，吐出冷媒圧力ＰＤ，吸込冷媒圧力ＰＳおよび開度Ｑを用いる演算により、冷媒密度ρを知ることができる。

演算用のパラメータとして用いる運転周波数Ｆ，吐出冷媒圧力ＰＤ，吸込冷媒圧力ＰＳ,開度Ｑａは、冷媒の漏洩が生じて冷媒量が減少した場合でも、その冷媒量の減少の影響を受け難い。

したがって、運転初期の吐出冷媒温度ＴＤｘを運転初期時から現運転時までの状態変化量ΔＦ，ΔＰＤ，ΔＰＳ,ΔＱで補正することにより、冷凍サイクルに冷媒の漏洩がない状態で液インジェクションした場合の吐出冷媒温度ＴＤpreを予測（推定）することができる。予測吐出冷媒温度ＴＤpreは、冷凍サイクルに冷媒の漏洩がないことを前提とした場合に、圧縮機１の吐出冷媒温度ＴＤが現時点の運転において至る筈の値である。

圧縮機１の実際の吐出冷媒温度ＴＤａの上昇には圧縮機１の機械効率ηｔや断熱効率ηｓに応じた上昇分が含まれるが、運転初期の吐出冷媒温度ＴＤｘを冷凍サイクルの状態変化量で補正して予測吐出冷媒温度ＴＤpreを求める手法であれば、機械効率ηｔや断熱効率ηｓの影響を無視することができる。

制御部３０は、液インジェクション時における圧縮機１の実際の吐出冷媒温度ＴＤａを温度センサ１１の検知により認識しており、その吐出冷媒温度ＴＤａと予測吐出冷媒温度ＴＤpreとのずれ量ΔＴＤ（＝ＴＤａ−ＴＤpre）を求める（ステップＳ１８）。そして、制御部３０は、求めたずれ量ΔＴＤが閾値ΔＴＤｓ以上であるかを判定する（ステップＳ１９）。閾値ΔＴＤｓは例えば１０Ｋである。

仮に、冷媒の漏洩が生じている場合、液冷媒にガス冷媒が混入したいわゆる気液二相冷媒がインジェクション路５に流入するため、ずれ量ΔＴＤが閾値ΔＴＤｓ以上となる。

ずれ量ΔＴＤが閾値ΔＴＤｓ以上の場合（ステップＳ１９のＹＥＳ）、制御部３０は、冷凍サイクルに冷媒の漏洩があると判定し、その旨を例えば操作表示器３１の文字表示やアイコン画像表示により報知する（ステップＳ２０）。この報知により、ユーザは、冷媒の漏洩が生じていることを認識し、保守・点検を依頼することができる。

さらに、制御部３０は、上記報知に伴い、圧縮機１を停止して以後の運転を禁止する（ステップＳ２１）。この運転禁止により、冷媒が漏洩したまま運転が継続することがなくなり、冷凍サイクル機器への悪影響を回避することができる。

以上のように、冷媒の漏洩がない状態で液インジェクションした場合の圧縮機１の吐出冷媒温度ＴＤpreを冷凍サイクルの状態変化量に基づいて予測し、この予測吐出冷媒温度ＴＤpreと現運転時に液インジェクションしたときの圧縮機１の実際の吐出冷媒温度ＴＤａとの比較によって冷媒の漏洩を検出することにより、冷凍サイクルの配管長にかかわらず、また当該冷凍サイクル装置が搭載される空気調和機の仕様の相異などにかかわらず、冷凍サイクルにおける冷媒の漏洩の有無を確実にしかも精度よく捕らえることができる。

冷凍サイクルの状態変化量として、冷媒の漏洩の影響を受け難い運転周波数Ｆ，吐出冷媒圧力ＰＤ，吸込冷媒圧力ＰＳのそれぞれ状態変化量ΔＦ，ΔＰＤ，ΔＰＳ,ΔＱを用いるので、予測吐出冷媒温度ＴＤpreを高い精度で求めることができる。結果として、漏洩検出用の閾値ΔＴＤｓを低く設定できる。漏洩検出用の閾値ΔＴＤｓを低く設定できるので、冷媒の漏洩量が少ない場合でも、その漏洩を的確に捕えることができる。

冷凍サイクル中の冷媒を回収する冷媒回収運転を実行して当該冷凍サイクル装置を別の場所に移設した場合には、ユーザや作業員は、移設後の冷媒充填が完了した時点でリセットスイッチ３２をオン操作する。リセットスイッチ３２がオン操作された場合、制御部３０は、メモリ３０ａ内の吐出冷媒温度ＴＤｘおよび初期状態量を消去し、新たな運転が開始された後の吐出冷媒温度ＴＤｘおよび初期状態量をメモリ３０ａに記憶する。こうして、吐出冷媒温度ＴＤｘおよび初期状態量を更新することにより、移設後においても、冷媒の漏洩の有無を確実に捕らえることができる。

冷凍サイクルが安定運転状態であることを条件として、吐出冷媒温度ＴＤｘおよび初期状態量を記憶しかつ冷媒の漏洩を検出するので、漏洩の検出精度が向上する。

冷凍サイクルが安定運転状態にあるかを判定する要素として、過熱度ＳＨと目標値ＳＨｔとの差の絶対値ΔＳＨが設定値ΔＳＨｓ未満である場合、かつ過熱度ＳＨが設定値ＳＨｓ以上（過熱度ＳＨが正の値）である場合という、複数の条件を用いるので、圧縮機１に液冷媒が吸込まれるいわゆる液バックや電動膨張弁３の動作遅れがない状態で、冷媒の漏洩を検出できる。つまり、検出精度が向上する。

運転周波数Ｆが低い場合に室外熱交換器２に液冷媒が溜まり込むことがあるが、冷凍サイクルが安定運転状態にあるかを判定する要素として、さらに、運転周波数Ｆが設定値Ｆｓ以上であるという条件を加えているので、液冷媒が室外熱交換器２に溜まり込まない状態で、冷媒の漏洩を検出できる。この点でも、検出精度が向上する。

なお、インジェクション路５に配置する減圧手段として電動膨張弁６を用いたが、電動膨張弁６に代えて、キャピラリチューブに二方弁を並列接続した構成の絞り機構を用いてもよい。二方弁の開放により、絞り量が可変である。ただし、電動膨張弁６を用いたほうが、吐出冷媒温度ＴＤpreの予測精度が高くなり、ひいては冷媒漏洩の検出精度も高くなる。

なお、実際の吐出冷媒温度ＴＤａは、圧縮機１に吸込まれる冷媒の過熱度にも依存する。また、低圧部にアキュームレータなどの液溜め装置を備える冷凍サイクルの場合、蒸発器で十分な過熱度を得ていない冷媒がアキュームレータに流入した際に、未蒸発の液冷媒がアキュームレータに溜まって冷媒漏洩時と疑似の現象が生じる。これらの影響を受けずに冷媒の漏洩を的確に検出するためには、温度センサ１５の検知による吸込冷媒温度ＴＳを冷媒漏洩検出に加味すればよい。

［２］第２実施形態
第２実施形態では、図４に示すように、室外熱交換器２と電動膨張弁３との間の配管（冷媒流路）に、液冷媒を一時的に貯める受液器（リキッドレシーバ）２０が配置される。この受液器２０の側壁の所定高さ位置に、インジェクション路５の一端が接続される。そして、インジェクション路５において、受液器２０と電動膨張弁６との間に、温度センサ２１が取付けられる。

受液器２０内の液冷媒の液面レベルが所定高さ以上の場合、その所定高さ以上に存する液冷媒がインジェクション路５に流入する。受液器２０内の液冷媒の液面レベルが所定高さ未満に低下した場合、受液器２０に流入してくる液冷媒と受液器２０内の上部に存するガス冷媒とが気液二相状態でインジェクション路５に流入する。ガス冷媒の温度は、液冷媒の温度よりも高い。
制御部３０は、第１実施形態と同じく液インジェクション時に冷媒漏洩を検出することに加え、温度センサ２１の検知温度変化に応じて受液器２０内の液冷媒の液面レベルを検出する。そして、制御部３０は、検出した液面レベルが所定高さ未満に低下した場合に、強制的な液インジェクションを実行して冷媒漏洩を検出する。

ところで、圧縮機１側の温度状況に応じた通常の液インジェクションおよび冷媒漏洩検出が実行されてから、次の通常の液インジェクションおよび冷媒漏洩検出が実行されるまでの間に、冷媒漏れが発生する可能性がある。

この冷媒漏れの発生によって受液器２０内の液冷媒の液面レベルが所定高さ未満に低下した場合、制御部３０は、その液面レベルの低下を温度センサ２１の検知温度変化により検出する。この検出に基づき、制御部３０は、電動膨張弁６を開いて強制的な液インジェクションと冷媒漏洩検出を実行する。

強制的な液インジェクションおよび冷媒漏洩検出では、液冷媒およびガス冷媒がいわゆる気液二相状態で圧縮機１に流入するので、液インジェクション本来の吐出温度冷却効果が小さくなる。結果として、予測吐出冷媒温度ＴＤpreを高い精度で求めることができる。結果として、冷媒漏洩検出の精度が向上する。

この第２実施形態によれば、圧縮機１側の温度状況に応じた通常の液インジェクションの繰り返しを待つことなく、冷媒の漏洩を早期に検出することができる。

圧縮機１側の温度状況に応じた通常の液インジェクションの繰り返しを待っていると、受液器２０が空になって次の液インジェクションおよび冷媒漏洩検出を実行できなくなる可能性もあるが、受液器２０が空になくなる前に液インジェクションおよび冷媒漏洩検出を確実に実行することができる。よって、冷媒漏洩検出の信頼性が向上する。

他の構成および制御は第１実施形態と同じである。よって、その詳細な説明は省略する。

［３］第３実施形態
第３実施形態では、図５に示すように、インジェクション路５の一端側が２つの流路５ａ，５ｂに分けられ、一方の流路５ａが受液器２０の側壁の所定高さ位置に接続される。この流路５ａに電磁式の二方弁２２が配置される。そして、流路５ａにおいて、受液器２０と二方弁２２との間に、温度センサ２１が取付けられる。他方の流路５ｂは、受液器２０と電動膨張弁３との間の配管（冷媒流路）に接続される。

受液器２０内の液冷媒の液面レベルが所定高さ以上の場合、その所定高さ以上に存する液冷媒が流路５ａに流入する。受液器２０内の液冷媒の液面レベルが所定高さ未満に低下した場合、受液器２０に流入してくる液冷媒と受液器２０内の上部に存するガス冷媒とが気液二相状態で流路５ａに流入する。

制御部３０は、二方弁２２を閉じた状態で電動膨張弁６を開く第１液インジェクションを所定回数たとえば３回連続して実行し、続いて、二方弁２２を開いた状態で電動膨張弁６を開く第２液インジェクションを所定回数たとえば１回実行し、これら実行を繰り返す。

第１液インジェクションの実行時、受液器２０から流出して電動膨張弁３に流れる液冷媒の一部が流路５ｂおよびインジェクション路５を通って圧縮機１に流れる。

第２液インジェクションの実行時、受液器２０内の液冷媒（またはガス冷媒）が流路５ａ，二方弁２２，およびインジェクション路５を通って圧縮機１に流れるとともに、受液器２０から流出する液冷媒の一部が流路５ｂおよびインジェクション路５を通って圧縮機１に流れる。
他の構成および制御は第２実施形態と同じである。よって、その詳細な説明は省略する。

［４］第４実施形態
第４実施形態では、冷凍サイクルの安定運転状態の判定要素として、運転周波数Ｆに代えて、外気温度センサ１７により検知される外気温度Ｔｏを用いる。

制御部３０は、過熱度ＳＨと目標値ＳＨｔとの差ΔＳＨの絶対値が設定値ΔＳＨｓ未満（ステップＳ６のＹＥＳ）、かつ過熱度ＳＨが設定値ＳＨｓ以上（ステップＳ７のＹＥＳ）、かつ外気温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以上（ステップＳ８のＹＥＳ）の場合に、冷凍サイクルが安定運転状態に入っていると判断する。

外気温度Ｔｏが低い場合に室外熱交換器２に液冷媒が溜まり込むことがあるが、安定運転状態の判定要素として外気温度Ｔｏを用いることにより、液冷媒が室外熱交換器２に溜まり込まない状態で、冷媒の漏洩を検出できる。
なお、運転周波数Ｆおよび外気温度Ｔｏの両方を判定要素として用いることも可能である。

他の構成および制御は第１ないし第３実施形態のいずれかと同じである。よって、その詳細な説明は省略する。

［５］第５実施形態
第５実施形態では、冷媒が漏洩していない状態で液インジェクションした場合の吐出冷媒温度ＴＤpreの単位時間当たりの変化量ΔＴＤpreを予測し、この予測した変化量ΔＴＤpreと、現運転時に液インジェクションしたときの実際の吐出冷媒温度ＴＤａの単位時間当たりの変化量ΔＴＤａとを比較することにより、冷媒の漏洩を検出する。

液インジェクションの実行時は、冷凍サイクルが一時的に非定常状態となるため、吐出冷媒温度ＴＤが大きく変動する可能性がある。そのような場合でも、変化量ΔＴＤpreと変化量ΔＴＤａとを比較することで、冷媒の漏洩を的確に検出することができる。

他の構成および制御は第１ないし第４実施形態のいずれかと同じである。よって、その詳細な説明は省略する。

［６］変形例
上記各実施形態では、空気調和機に搭載される冷凍サイクル装置を例に説明したが、冷凍機や給湯機等の他の機器に搭載される冷凍サイクル装置においても同様に実施可能である。また、冷凍サイクルとしては、冷房時に室外熱交換器２が凝縮器となって室内熱交換器４が蒸発器となり、暖房時に室内熱交換器４が凝縮器となって室外熱交換器２が蒸発器となるヒートポンプ式冷凍サイクルを用いてもよい。

その他、上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ａ…室外ユニット、Ｂ…室内ユニット、１…圧縮機、２…室外熱交換器（凝縮器）、３…電動膨張弁、４…室内熱交換器（蒸発器）、５…インジェクション路、６…電動膨張弁、１１，１３，１４，１５…冷媒温度センサ、１２，１６…冷媒圧力センサ、１７…外気温度センサ、１８…インバータ、１９…商用交流電源、３０…制御部、３０ａ…メモリ、３１…操作表示器、３２…リセットスイッチ

Claims (9)

1. 冷媒を吸込んで圧縮し吐出する圧縮機を含み、その圧縮機から吐出される冷媒を凝縮器、減圧器、蒸発器に通して同圧縮機に戻す冷凍サイクルと、
   前記凝縮器から流出する液冷媒の一部を前記圧縮機に必要に応じてインジェクションするインジェクション手段と、
   前記冷凍サイクルから前記冷媒が漏洩していない状態で前記インジェクションした場合の前記圧縮機の吐出冷媒温度を前記冷凍サイクルの状態変化量に基づいて予測し、この予測した吐出冷媒温度と前記冷凍サイクルの現運転時に前記インジェクションしたときの前記圧縮機の実際の吐出冷媒温度との比較により、前記冷凍サイクルにおける前記冷媒の漏洩を検出する漏洩検出手段と、
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記漏洩検出手段は、
   前記冷凍サイクルの運転初期に前記インジェクションしたときの前記冷凍サイクルの状態量と、前記冷凍サイクルの現運転時に前記インジェクションしたときの前記冷凍サイクルの状態量との差を、前記冷凍サイクルの状態変化量として検出し、
   前記冷凍サイクルの運転初期に前記インジェクションしたときの前記圧縮機の吐出冷媒温度を前記検出した状態変化量で補正することにより、前記冷凍サイクルから前記冷媒が漏洩していない状態で前記インジェクションした場合の前記圧縮機の吐出冷媒温度を予測する、
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記漏洩検出手段は、
   前記冷凍サイクルの運転初期および同冷凍サイクルの安定運転状態において前記インジェクションしたときの前記冷凍サイクルの状態量と、前記冷凍サイクルの現運転時および同冷凍サイクルの安定運転状態において前記インジェクションしたときの前記冷凍サイクルの状態量との差を、前記冷凍サイクルの状態変化量として検出し、
   前記冷凍サイクルの運転初期および同冷凍サイクルの安定運転状態において前記インジェクションしたときの前記圧縮機の吐出冷媒温度ＴＤａを前記検出した状態変化量で補正することにより、前記冷凍サイクルから前記冷媒が漏洩していない状態で前記インジェクションした場合の前記圧縮機の吐出冷媒温度ＴＤpreを予測する、
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記漏洩検出手段は、前記蒸発器における冷媒の過熱度ＳＨと目標値ＳＨｔとの差ΔＳＨの絶対値（｜ΔＳＨ｜）が設定値ΔＳＨｓ未満（｜ΔＳＨ｜＜ΔＳＨｓ）であり、かつ前記過熱度ＳＨが設定値ＳＨｓ以上（ＳＨ≧ＳＨｓ）であり、かつ前記圧縮機の運転周波数Ｆが設定値Ｆｓ以上（Ｆ≧Ｆｓ）である場合に、前記冷凍サイクルが安定運転状態にあると判定する、
   ことを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記漏洩検出手段は、前記蒸発器における冷媒の過熱度ＳＨと目標値ＳＨｔとの差ΔＳＨの絶対値（｜ΔＳＨ｜）が設定値ΔＳＨｓ未満（｜ΔＳＨ｜＜ΔＳＨｓ）であり、かつ前記過熱度ＳＨが設定値ＳＨｓ以上（ＳＨａ≧ＳＨｓ）であり、かつ外気温度Ｔｏが設定値Ｔｓ以上（Ｔｏ≧Ｔｓ）である場合に、前記冷凍サイクルが安定運転状態にあると判定する、
   ことを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記インジェクション手段は、前記凝縮器から流出する液冷媒の一部を前記圧縮機に導くインジェクション路と、このインジェクション路に配置した膨張弁とを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記冷凍サイクルは、前記凝縮器と前減圧器との間の冷媒流路に受液器を備え、
   前記インジェクション手段は、前記受液器内の所定高さ以上に存する液冷媒を前記圧縮機に導くインジェクション路と、このインジェクション路に配置した膨張弁とを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記冷凍サイクルは、前記凝縮器と前減圧器との間の冷媒流路に受液器を備え、
   前記インジェクション手段は、前記受液器内の所定高さ以上に存する液冷媒および前記受液器を経た液冷媒のいずれか一方を前記圧縮機に導くインジェクション路と、このインジェクション路に配置した膨張弁とを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記漏洩検出手段は、
   前記冷凍サイクルから前記冷媒が漏洩していない状態で前記インジェクションした場合の前記圧縮機の吐出冷媒温度の変化量を前記冷凍サイクルの状態変化量に基づいて予測し、この予測した吐出冷媒温度の変化量と前記冷凍サイクルの現運転時に前記インジェクションしたときの前記圧縮機の実際の吐出冷媒温度の変化量との比較により、前記冷凍サイクルにおける前記冷媒の漏洩を検出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。

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