JP2017067397A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機と放熱器とレシーバと過冷却器と膨張機構と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路と、冷媒回路に充填された冷媒を圧縮機、放熱器、レシーバ、過冷却器、膨張機構、蒸発器の順に循環させる冷凍サイクル運転を行う制御部と、を備える冷凍装置において、冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を早期に検知できるようにする。【解決手段】冷凍装置（１）には、レシーバ（２４）の出口における冷媒の温度であるレシーバ出口温度を検出するレシーバ出口温度センサ（３８）が設けられ、制御部（８）が、冷凍サイクル運転時に、レシーバ出口温度に基づいて冷媒回路（１０）からの冷媒漏洩の有無を検知するようにしている。【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍装置、特に、圧縮機と放熱器とレシーバと過冷却器と膨張機構と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路と、冷媒回路に充填された冷媒を圧縮機、放熱器、レシーバ、過冷却器、膨張機構、蒸発器の順に循環させる冷凍サイクル運転を行う制御部と、を備える冷凍装置に関する。

従来より、特許文献１（特開２０１２−２１１７２３号公報）に示すように、２つの凝縮部（放熱器、過冷却器）を有する凝縮器と、放熱器と過冷却器との間に接続された受液器（レシーバ）とを有する冷媒回路を備える冷凍装置において、過冷却器の出口における冷媒の温度から過冷却度を得て、得られた過冷却器の出口における冷媒の過冷却度に基づいて冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知するものがある。

上記従来の冷媒漏洩の検知手法は、冷媒回路からの冷媒漏洩が発生した場合に、過冷却器における冷媒の温度が過度に高くなることを利用して、冷媒漏洩の有無を検知するものである。

しかし、過冷却器においては、放熱器において凝縮した冷媒をさらに冷却しているため、冷媒回路からの冷媒漏洩が発生した場合であっても、過冷却器の出口における冷媒の温度の変化が現れにくい傾向にあり、過冷却器における冷媒の冷却の程度が悪化し始めた後に、ようやく過冷却器の出口における冷媒の温度の変化が現れるようになる。

このため、上記従来の過冷却器の出口における冷媒の温度に基づく冷媒漏洩の検知手法では、冷媒回路からの冷媒漏洩が発生した場合であっても、冷媒回路からの冷媒漏洩が発生していないものと誤解した状況が発生してしまい、冷媒漏洩の検知遅れが発生するおそれがある。

本発明の課題は、圧縮機と放熱器とレシーバと過冷却器と膨張機構と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路と、冷媒回路に充填された冷媒を圧縮機、放熱器、レシーバ、過冷却器、膨張機構、蒸発器の順に循環させる冷凍サイクル運転を行う制御部と、を備える冷凍装置において、冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を早期に検知できるようにすることにある。

第１の観点にかかる冷凍装置は、圧縮機と放熱器とレシーバと過冷却器と膨張機構と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路と、冷媒回路に充填された冷媒を圧縮機、放熱器、レシーバ、過冷却器、膨張機構、蒸発器の順に循環させる冷凍サイクル運転を行う制御部と、を備えている。そして、ここでは、レシーバの出口における冷媒の温度であるレシーバ出口温度を検出するレシーバ出口温度センサを設け、制御部が、冷凍サイクル運転時に、レシーバ出口温度に基づいて冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知している。

ここでは、過冷却器による冷媒の冷却の影響を受けることなく、冷媒漏洩の有無を検知するために使用される冷媒の温度（レシーバ出口温度）を検出することができるため、冷媒回路からの冷媒漏洩が発生した場合に、冷媒の温度の変化が速やかに現れるようになる。

これにより、ここでは、過冷却器による冷媒の冷却に起因した検知遅れの発生をなくすことができるため、過冷却器の出口における冷媒の温度に基づいて冷媒漏洩の有無を検知する場合に比べて、冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を早期に検知することができる。

第２の観点にかかる冷凍装置は、第１の観点にかかる冷凍装置において、制御部が、レシーバ出口温度に基づいて放熱器の出口における冷媒の過冷却度である放熱器出口過冷却度を推定して、放熱器出口過冷却度に基づいて冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知している。

放熱器において凝縮して過冷却状態になった液冷媒は、飽和状態の液冷媒としてレシーバに一時的に溜められることになるため、レシーバ出口温度は放熱器の出口における冷媒の温度とほぼ同じ温度になる。ここでは、このような特性を利用して、上記のように、レシーバ出口温度に基づいて放熱器の出口における冷媒の過冷却度（放熱器出口過冷却度）を推定し、推定した放熱器出口過冷却度に基づいて冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知している。ここで、放熱器の出口に温度センサを設け、この温度センサが検出する放熱器の出口における冷媒の温度から放熱器出口過冷却度を得ることも考えられる。しかし、放熱器の出口においては、冷媒の流れが均質ではなく、また、放熱器で発生する結露水（放熱器が空冷式の場合）の影響を受けやすいため、温度センサの検出誤差が大きくなり、正確な放熱器出口過冷却度を得ることができなくなるおそれがある。これに対して、レシーバ出口温度センサは、レシーバに溜められた後の均質に流れる冷媒の温度を検出することができ、また、結露水の影響を受けないため、放熱器出口過冷却度を正確に推定することができる。

これにより、ここでは、放熱器の出口に設けた温度センサによって検出される放熱器の出口における冷媒の温度に基づいて放熱器出口過冷却度を得る場合に比べて、冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を正確に検知することができる。

第３の観点にかかる冷凍装置は、第２の観点にかかる冷凍装置において、制御部が、冷媒漏洩の有無を判定するための過冷却度判定値と放熱器出口過冷却度とを比較して冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知しており、制御部が、過冷却度判定値を圧縮機の運転周波数毎に設定している。

放熱器出口過冷却度は、冷凍サイクル運転時に放熱器を流れる冷媒の流量、ひいては、冷凍サイクル運転時に冷媒回路を循環する冷媒の流量の影響を大きく受ける。このため、冷媒回路内に存在する冷媒量が同じであっても、冷凍サイクル運転時に冷媒回路を循環する冷媒の流量が異なれば、放熱器出口過冷却度の値も異なるものとなる。ここでは、このような特性を利用して、上記のように、冷媒漏洩の有無を判定するための過冷却度判定値を、冷媒回路を循環する冷媒の流量に関係する圧縮機の運転周波数毎に設定している。

これにより、ここでは、冷凍サイクル運転時に冷媒回路を循環する冷媒の流量が異なる場合であっても、冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を正確に検知することができる。

第４の観点にかかる冷凍装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる冷凍装置において、膨張機構が、制御部によって開度制御される電動膨張弁であり、制御部が、冷媒回路からの冷媒漏洩が発生していることを検知した時に、膨張機構を閉止する。

ここでは、冷媒回路からの冷媒漏洩が発生していることを検知した時に、冷媒が冷媒回路の膨張機構の下流側の部分に流れ込むことを抑えて、冷媒回路の膨張機構の下流側の部分からの冷媒漏洩を速やかに抑えることができる。

これにより、ここでは、例えば、膨張機構の下流側に接続された蒸発器が庫内や室内などの利用側空間に設置されている場合には、利用側空間への冷媒漏洩を速やかに抑えることができる。

第５の観点にかかる冷凍装置は、第４の観点にかかる冷凍装置において、制御部が、冷媒回路からの冷媒漏洩が無い状態に復旧するまで、膨張機構を開けることを禁止する。

ここでは、冷媒回路からの冷媒漏洩が無い状態に復旧するまで、冷凍サイクル運転を再開することが可能な状態を作り出さないようにすることができる。

これにより、ここでは、冷媒回路からの冷媒漏洩が無い状態に復旧するまで、冷凍サイクル運転を再開できないようにすることができる。

第６の観点にかかる冷凍装置は、第５の観点にかかる冷凍装置において、制御部が、冷媒回路からの冷媒漏洩が無い状態に復旧した後に冷凍サイクル運転を再開する時に、膨張機構を徐々に開ける。

ここでは、冷媒回路からの冷媒漏洩が無い状態に復旧した後に冷凍サイクル運転を再開する時に、冷媒が冷媒回路の膨張機構の下流側の部分に急激に流れ込まないようにすることができる。

これにより、ここでは、冷凍サイクル運転を再開する時に、液ハンマーが発生することを防ぎ、冷媒回路を構成する機器や配管を保護することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、過冷却器の出口における冷媒の温度に基づいて冷媒漏洩の有無を検知する場合に比べて、冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を早期に検知することができる。また、放熱器の出口に設けた温度センサによって検出される放熱器の出口における冷媒の温度に基づいて放熱器出口過冷却度を得る場合に比べて、冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を正確に検知することができる。

本発明の一実施形態にかかる冷凍装置の概略構成図である。 冷凍装置の制御ブロック図である。 冷却運転時における冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 冷媒漏洩検知処理を示すフローチャートである。 変形例Ａにかかる冷凍装置の概略構成図である。

以下、本発明にかかる冷凍装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる冷凍装置の実施形態の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例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。

（１）冷凍装置の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる冷凍装置１の概略構成図である。冷凍装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、冷蔵倉庫や店舗のショーケースの庫内等の利用側空間の冷却を行う装置である。冷凍装置１は、主として、熱源ユニット２と、利用ユニット５と、熱源ユニット２と利用ユニット５とを接続する液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７と、を有している。そして、冷凍装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、熱源ユニット２と利用ユニット５とを、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して接続することによって構成されている。ここで、冷媒回路１０には、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うための冷媒として、Ｒ３２が充填されている。

＜利用ユニット＞
利用ユニット５は、上記のように、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して熱源ユニット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、利用ユニット５の構成について説明する。

利用ユニット５は、主として、利用側膨張弁５１と、利用側熱交換器５２（蒸発器）と、を有している。また、利用ユニット５は、利用側熱交換器５２の液側端と液冷媒連絡管６とを接続する利用側液冷媒管５３と、利用側熱交換器５２のガス側端とガス冷媒連絡管７とを接続する利用側ガス冷媒管５４と、を有している。

利用側膨張弁５１は、開度制御が可能な電動膨張弁であり、利用側液冷媒管５３に設けられている。

利用側熱交換器５２は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の蒸発器として機能して庫内空気（利用側空気）を冷却する熱交換器である。ここで、利用ユニット５は、利用ユニット５内に利用側空気を吸入して、利用側熱交換器５２において冷媒と熱交換させた後に、利用側空間に供給するための利用側ファン５５を有している。すなわち、利用ユニット５は、利用側熱交換器５２を流れる冷媒の加熱源としての利用側空気を利用側熱交換器５２に供給するファンとして、利用側ファン５５を有している。利用側ファン５５は、利用側ファン用モータ５６によって回転駆動されるようになっている。

利用ユニット５は、利用ユニット５を構成する各部の動作を制御する利用側制御部５０を有している。そして、利用側制御部５０は、利用ユニット５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、熱源ユニット２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。

＜熱源ユニット＞
熱源ユニット２は、上記のように、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して利用ユニット５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、熱源ユニット２の構成について説明する。

熱源ユニット２は、主として、圧縮機２１と、熱源側熱交換器２３（放熱器）と、レシーバ２４と、過冷却器２５と、インジェクション管２６と、熱源側膨張弁２８（膨張機構）と、液側閉鎖弁２９と、ガス側閉鎖弁３０と、を有している。また、熱源ユニット２は、圧縮機２１の吐出側と熱源側熱交換器２３のガス側端とを接続する第１熱源側ガス冷媒管３１と、熱源側熱交換器２３の液側端と液冷媒連絡管６とを接続する熱源側液冷媒管３２と、圧縮機２１の吸入側とガス冷媒連絡管７とを接続する第２熱源側ガス冷媒管３３と、を有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。ここでは、圧縮機２１として、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）が圧縮機用モータ２２によって回転駆動される密閉式構造の圧縮機が使用されている。また、ここでは、圧縮機用モータ２２は、インバータにより運転周波数Ｆｃの制御が可能であり、これにより、圧縮機２１の容量制御が可能になっている。

熱源側熱交換器２３は、冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。ここで、熱源ユニット２は、熱源ユニット２内に庫外空気（熱源側空気）を吸入して、熱源側熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための熱源側ファン３４を有している。すなわち、熱源ユニット２は、熱源側熱交換器２３を流れる冷媒の冷却源としての熱源側空気を熱源側熱交換器２３に供給するファンとして、熱源側ファン３４を有している。熱源側ファン３４は、熱源側ファン用モータ３５によって回転駆動されるようになっている。

レシーバ２４は、放熱器としての熱源側熱交換器２３において凝縮した冷媒を一時的に溜める容器であり、熱源側液冷媒管３２に設けられている。

過冷却器２５は、レシーバ２４において一時的に溜められた冷媒をさらに冷却する熱交換器であり、熱源側液冷媒管３２のレシーバ２４の下流側の部分に設けられている。

インジェクション管２６は、熱源側液冷媒管３２を流れる冷媒の一部を分岐して圧縮機２１に戻す冷媒管であり、ここでは、熱源側液冷媒管３２の過冷却器２５の下流側の部分から分岐して、圧縮機２１の圧縮行程の途中に戻すように設けられている。インジェクション管２６は、熱源側液冷媒管３２から分岐されて圧縮機２１に戻す途中で過冷却器２５を通過するように設けられている。インジェクション管２６のうち過冷却器２５の入口に至るまでの部分には、インジェクション弁２７が設けられている。インジェクション弁２７は、開度制御が可能な電動膨張弁であり、インジェクション管２６を流れる冷媒を過冷却器２５に流入させる前に減圧するようになっている。このように、過冷却器２５は、インジェクション管２６を通じて熱源側液冷媒管３２から分岐した冷媒を冷却源として、レシーバ２４において一時的に溜められた冷媒を冷却するようになっている。

熱源側膨張弁２８は、開度制御が可能な電動膨張弁であり、熱源側液冷媒管３２の過冷却器２５の下流側の部分に設けられている。

液側閉鎖弁２９は、熱源側液冷媒管３２の液冷媒連絡管６との接続部分に設けられた手動弁である。

ガス側閉鎖弁３０は、第２熱源側ガス冷媒管３３のガス冷媒連絡管７との接続部分に設けられた手動弁である。

熱源ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、熱源ユニット２の圧縮機２１周辺には、圧縮機２１の吸入側における冷媒の圧力である吸入圧力ＬＰを検出する吸入圧力センサ３６と、圧縮機２１の吐出側における冷媒の圧力である吐出圧力ＨＰを検出する吐出圧力センサ３７と、が設けられている。また、熱源側液冷媒管３２のうちレシーバ２４の出口と過冷却器２５の入口との間の部分には、レシーバ２４の出口における冷媒の温度であるレシーバ出口温度ＴＬを検出するレシーバ出口温度センサ３８が設けられている。さらに、熱源側熱交換器２３又は熱源側ファン３４の周辺には、熱源ユニット２内に吸入される熱源側空気の温度Ｔａを検出する熱源側空気温度センサ３９が設けられている。

熱源ユニット２は、熱源ユニット２を構成する各部の動作を制御する熱源側制御部２０を有している。そして、熱源側制御部２０は、熱源ユニット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やメモリ等を有しており、利用ユニット５の利用側制御部５０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、利用側制御部５０と熱源側制御部２０とが通信可能に接続されることによって、冷凍装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。

制御部８は、図２に示されるように、各種センサ３６〜３９の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器２１、２７、３４、５１等を制御することができるように接続されている。ここで、図２は、冷凍装置１の制御ブロック図である。

このように、冷凍装置１の冷媒回路１０は、主として、圧縮機２１と熱源側熱交換器２３（放熱器）とレシーバ２４と過冷却器２５と熱源側膨張弁２８（膨張機構）と利用側熱交換器５２（蒸発器）とが接続されることによって構成されている。そして、冷凍装置１の制御部８は、冷媒回路１０に充填された冷媒を圧縮機２１、熱源側熱交換器２３（放熱器）、レシーバ２４、過冷却器２５、熱源側膨張弁２８（膨張機構）、利用側熱交換器５２（蒸発器）の順に循環させる冷却運転（冷凍サイクル運転）を行うようになっている。

（２）冷凍装置の基本動作
次に、冷凍装置１の基本動作及び制御について、図１〜図３を用いて説明する。ここで、図３は、冷却運転時における冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。

冷凍装置１は、基本動作として、冷媒回路１０に充填された冷媒が、主として、圧縮機２１、熱源側熱交換器２３（放熱器）、レシーバ２４、過冷却器２５、熱源側膨張弁２８（膨張機構）、利用側膨張弁５１、利用側熱交換器５２（蒸発器）の順に循環する冷却運転（冷凍サイクル運転）を行うようになっている。この冷却運転においては、インジェクション管２６を通じて熱源側液冷媒管３２を流れる冷媒の一部が分岐されて、過冷却器２５を通過した後に、圧縮機２１に戻されるようになっている。尚、以下に説明する冷凍装置１の基本動作としての冷却運転は、冷凍装置１の構成機器を制御する制御部８によって行われる。

冷媒回路１０に充填された冷媒は、まず、圧縮機２１に吸入されて冷凍サイクルにおける低圧から高圧になるまで圧縮された後に吐出される（図１、３の点Ａ、Ｂ参照）。ここで、冷凍サイクルにおける低圧は、吸入圧力センサ３６によって検出される吸入圧力ＬＰであり、冷凍サイクルにおける高圧は、吐出圧力センサ３７によって検出される吐出圧力ＨＰである。また、圧縮機２１は、利用ユニット５で要求される冷却負荷に応じて容量制御が行われるようになっている。具体的には、吸入圧力ＬＰの目標値ＬＰｔを利用ユニット５で要求される冷却負荷に応じて設定するとともに、吸入圧力ＬＰが目標値ＬＰｔになるように、圧縮機２１の運転周波数Ｆｃを制御するようにしている。圧縮機２１から吐出されたガス冷媒は、第１熱源側ガス冷媒管３１を通じて、熱源側熱交換器２３のガス側端に流入する。

熱源側熱交換器２３のガス側端に流入したガス冷媒は、熱源側熱交換器２３において、熱源側ファン３４によって供給される熱源側空気と熱交換を行って放熱して凝縮し、過冷却状態の液冷媒になり、熱源側熱交換器２３の液側端から流出する（図１、３の点Ｃ参照）。ここで、熱源側熱交換器２３の出口における冷媒の温度を放熱器出口温度ＴＬ１とし、熱源側熱交換器２３の出口における冷媒の過冷却度を放熱器出口過冷却度ＳＣとする。

熱源側熱交換器２３の液側端から流出した液冷媒は、熱源側液冷媒管３２の熱源側熱交換器２３からレシーバ２４までの間の部分を通じて、レシーバ２４の入口に流入する。

レシーバ２４に流入した液冷媒は、レシーバ２４において飽和状態の液冷媒として一時的に溜められた後に、レシーバ２４の出口から流出する（図１、３の点Ｄ参照）。ここで、レシーバ２４の出口における冷媒の温度は、レシーバ出口温度センサ３８によって検出されるレシーバ出口温度ＴＬである。

レシーバ２４の出口から流出した液冷媒は、熱源側液冷媒管３２のレシーバ２４から過冷却器２５までの間の部分を通じて、過冷却器２５の熱源側液冷媒管３２側の入口に流入する。

過冷却器２５に流入した液冷媒は、過冷却器２５において、インジェクション管２６を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却されて過冷却状態の液冷媒になり、過冷却器２５の熱源側液冷媒管３２側の出口から流出する（図１、３の点Ｅ参照）。ここで、過冷却器２５の出口における冷媒の温度を過冷却器出口温度ＴＬ２とする。このとき、熱源側液冷媒管３２を流れる冷媒の一部は、インジェクション管２６に分岐され、インジェクション弁２７によって冷凍サイクルにおける中間圧になるまで減圧される。インジェクション弁２７によって減圧された後のインジェクション管２６を流れる冷媒は、過冷却器２５のインジェクション管２６側の入口に流入する。過冷却器２５のインジェクション管２６側の入口に流入した冷媒は、過冷却器２５において、熱源側液冷媒管３２を流れる冷媒と熱交換を行って加熱されてガス冷媒になる。そして、過冷却器２５において加熱された冷媒は、過冷却器２５のインジェクション管２６側の出口から流出して、圧縮機２１の圧縮行程の途中に戻される。

過冷却器２５の熱源側液冷媒管３２側の出口から流出した液冷媒は、熱源側液冷媒管３２の過冷却器２５と熱源側膨張弁２８との間の部分を通じて、熱源側膨張弁２８に流入する。このとき、過冷却器２５の熱源側液冷媒管３２側の出口から流出した液冷媒の一部は、熱源側液冷媒管３２の過冷却器２５と熱源側膨張弁２８との間の部分からインジェクション管２６に分岐されるようになっている。

熱源側膨張弁２８に流入した液冷媒は、熱源側膨張弁２８によって減圧された後に、液側閉鎖弁２９、液冷媒連絡管６及び利用側液冷媒管５３の一部を通じて、利用側膨張弁５１に流入する。

利用側膨張弁５１に流入した冷媒は、利用側膨張弁５１によって冷凍サイクルにおける低圧になるまで減圧されて、利用側液冷媒管５３の利用側膨張弁５１から利用側熱交換器５２までの間の部分を通じて、利用側熱交換器５２の液側端に流入する（図１、３の点Ｆ参照）。

利用側熱交換器５２の液側端に流入した冷媒は、利用側熱交換器５２において、利用側ファン５５によって供給される利用側空気と熱交換を行って蒸発し、ガス冷媒になり、利用側熱交換器５２のガス側端から流出する。

利用側熱交換器５２のガス側端から流出したガス冷媒は、利用側ガス冷媒管５４、ガス冷媒連絡管７、ガス側閉鎖弁３０及び第２熱源側ガス冷媒管３３を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される（図１、３の点Ａ参照）。

このようにして、冷凍装置１における冷却運転（冷凍サイクル運転）が行われる。

（３）冷媒漏洩検知処理
上記の冷凍装置１の冷却運転（冷凍サイクル運転）時に冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生すると、利用側空間やその周辺空間に冷媒が滞留して、酸欠事故が発生するおそれがあり、また、冷凍装置１において使用しているＲ３２のような可燃性冷媒の場合には、着火事故が発生するおそれがある。

そこで、冷凍装置１では、冷却運転時に、冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を検知して適切な処理を行う冷媒漏洩検知処理を行うようにしている。次に、この冷媒漏洩検知処理について、図１〜図４を用いて説明する。ここで、図４は、冷媒漏洩検知処理を示すフローチャートである。尚、以下に説明する冷媒漏洩検知処理も、冷凍装置１の構成機器を制御する制御部８によって行われる。

まず、制御部８は、ステップＳＴ１において、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧しているかどうかを判定する。ここで、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧しているかどうかは、例えば、作業員やユーザー等が、制御部８に対して、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態になっている旨の入力を行い、この入力の有無を制御部８が確認することによって行われる。尚、冷凍装置１を現地に設置した直後の状態においては、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態になっていることが明らかであるため、冷凍装置１の工場出荷時等から、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態になっている旨の入力が制御部８に対して予めなされた状態にしておき、作業員やユーザー等による入力作業を省略するようにしてもよい。そして、制御部８は、ステップＳＴ１において、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧しているものと判定した場合には、ステップＳＴ２の処理に移行する。一方、制御部８は、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧していないものと判定した場合には、閉状態（全閉状態）になっている熱源側膨張弁２８を開けることを禁止（開禁止）したままにする。

次に、制御部８は、ステップＳＴ２において、閉状態（全閉状態）になっている熱源側膨張弁２８を開けることを許可する（開禁止を解除）。これにより、冷却運転を行うことが可能な状態になる。その後、制御部８は、圧縮機２１及びファン３４、５５を運転するとともに、弁２７、２８、５１を開けることによって、冷却運転を開始する。このとき、制御部８は、熱源側膨張弁２８（膨張機構）を徐々に開けるようにする。

次に、制御部８は、ステップＳＴ３において、冷却運転時における圧縮機２１の運転周波数Ｆｃ、熱源側空気温度Ｔａ、吐出圧力ＨＰを検出する。

次に、制御部８は、ステップＳＴ４において、冷媒漏洩の有無を判定するための過冷却度判定値ＳＣｒを設定する。ここで、過冷却度判定値ＳＣｒは、規定量の冷媒が冷媒回路１０に充填されており、かつ、冷媒漏洩が発生していない状態において、冷却運転時に放熱器出口過冷却度ＳＣが示すべき値の下限である。そして、この放熱器出口過冷却度ＳＣは、冷却運転時に利用ユニット５が要求する冷却負荷や冷却運転が行われる季節の影響を受けるため、制御部８は、過冷却度判定値ＳＣｒを圧縮機２１の運転周波数Ｆｃ及び熱源側空気温度Ｔａの関数値として準備している。具体的には、過冷却度判定値ＳＣｒは、圧縮機２１の運転周波数Ｆｃが大きくなるほど、また、熱源側空気温度Ｔａが高くなるほど、小さくなるような関数値として準備される。そして、制御部８は、ステップＳＴ３において検出された圧縮機２１の運転周波数Ｆｃ及び熱源側空気温度Ｔａから過冷却度判定値ＳＣｒを設定する。

次に、制御部８は、ステップＳＴ５において、レシーバ出口温度ＴＬを検出する。

次に、制御部８は、ステップＳＴ６において、放熱器出口温度ＴＬ１を推定する。ここで、放熱器出口温度ＴＬ１は、ステップＳＴ５において検出されたレシーバ出口温度ＴＬから推定される。具体的には、熱源側熱交換器２３（放熱器）において凝縮して過冷却状態になった液冷媒（図１、３の点Ｃ参照）は、飽和状態の液冷媒（図１、３の点Ｄ参照）としてレシーバ２４に一時的に溜められることになる。このため、レシーバ出口温度ＴＬは放熱器出口温度ＴＬ１とほぼ同じ温度になるという特性がある。ここでは、このような特性を利用して、放熱器出口温度ＴＬ１がレシーバ出口温度ＴＬと同じであるものとするのである。

次に、制御部８は、ステップＳＴ７において、放熱器出口過熱度ＳＣを推定する。ここで、放熱器出口過熱度ＳＣは、ステップＳＴ３において検出された吐出圧力ＨＰをその相当飽和液温度ＴＣ（＝凝縮温度）に換算し、この相当飽和液温度ＴＣからステップＳＴ６において推定された放熱器出口温度ＴＬ１を差し引くことによって得られる。

次に、制御部８は、ステップＳＴ８において、放熱器出口過冷却度ＳＣに基づいて冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生しているかどうかを判定する。ここで、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生しているかどうかは、過冷却度判定値ＳＣｒと放熱器出口過冷却度ＳＣとを比較して、放熱器出口過冷却度ＳＣが過冷却度判定値ＳＣｒよりも小さいかどうかを確認することによって行われる。例えば、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生していない状態においては、図３の実線で示された冷凍サイクルのように、熱源側熱交換器２３の出口から冷媒が十分に冷却された状態で流出することになる。この場合には、放熱器出口過冷却度ＳＣが過冷却度判定値ＳＣｒ以上になる（すなわち、放熱器出口過冷却度ＳＣが過冷却度判定値ＳＣｒよりも小さくならない）ため、これにより、冷媒漏洩が発生していないものと判定される。一方、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生していない状態においては、図３の二点鎖線で示された冷凍サイクルのように、熱源側熱交換器２３の出口から冷媒が十分に冷却されていない状態で流出することになる。この場合には、放熱器出口過冷却度ＳＣが過冷却度判定値ＳＣｒよりも小さくなるため、これにより、冷媒漏洩が発生しているものと判定される。そして、制御部８は、ステップＳＴ８において、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生していないものと判定した場合には、ステップＳＴ３の処理に戻り、ステップＳＴ３〜ＳＴ８の処理を繰り返す。一方、制御部８は、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生しているものと判定した場合には、ステップＳＴ９の処理に移行する。

次に、制御部８は、ステップＳＴ９において、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生している旨を警報音や警報表示によって報知する。

次に、制御部８は、ステップＳＴ１０において、熱源側膨張弁２８を閉止して、冷却運転を停止する。そして、制御部８は、閉状態になっている熱源側膨張弁２８を開けることを禁止して、ステップＳＴ１の処理に戻る。

（４）冷媒漏洩検知処理の特徴
上記の冷媒漏洩検知処理には、以下のような特徴がある。

＜Ａ＞
ここでは、上記のように、冷媒回路１０に充填された冷媒を圧縮機２１、熱源側熱交換器２３（放熱器）、レシーバ２４、過冷却器２５、熱源側膨張弁２８（膨張機構）、利用側熱交換器５２（蒸発器）の順に循環させる冷却運転（冷凍サイクル運転）時に、レシーバ２４の出口における冷媒の温度（レシーバ出口温度ＴＬ）を検出するレシーバ出口温度センサ３８を設け、レシーバ出口温度ＴＬに基づいて冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を検知している。

ここで、特許文献１と同様に、過冷却器２５の出口における冷媒の温度（過冷却器出口温度ＴＬ２）に基づいて冷媒漏洩の有無を検知しようとすると、過冷却器２５による冷媒の冷却の影響を受けてしまい、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生した場合であっても、過冷却器出口温度ＴＬ２の変化が現れにくい傾向にあり（図３の点Ｅ参照）、検知遅れが発生するおそれがある。

これに対して、ここでは、過冷却器２５による冷媒の冷却の影響を受けることなく、冷媒漏洩の有無を検知するために使用される冷媒の温度（レシーバ出口温度ＴＬ）を検出することができるため、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生した場合に、冷媒の温度の変化が速やかに現れるようになる。

これにより、ここでは、過冷却器２５による冷媒の冷却に起因した検知遅れの発生をなくすことができるため、過冷却器２５の出口における冷媒の温度ＴＬ２に基づいて冷媒漏洩の有無を検知する場合に比べて、冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を早期に検知することができる。

＜Ｂ＞
ここでは、上記のように、レシーバ出口温度ＴＬに基づいて熱源側熱交換器２３（放熱器）の出口における冷媒の過冷却度である放熱器出口過冷却度ＳＣを推定して、放熱器出口過冷却度ＳＣに基づいて冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を検知している。

熱源側熱交換器２３において凝縮して過冷却状態になった液冷媒は、飽和状態の液冷媒としてレシーバ２４に一時的に溜められることになるため、レシーバ出口温度ＴＬは熱源側熱交換器２３の出口における冷媒の温度（放熱器出口温度ＴＬ１）とほぼ同じ温度になる。ここでは、このような特性を利用して、上記のように、レシーバ出口温度ＴＬに基づいて熱源側熱交換器２３の出口における冷媒の過冷却度（放熱器出口過冷却度ＳＣ）を推定し、推定した放熱器出口過冷却度ＳＣに基づいて冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を検知している。ここで、熱源側熱交換器２３の出口に温度センサを設け、この温度センサが検出する熱源側熱交換器２３の出口における冷媒の温度から放熱器出口過冷却度ＳＣを得ることも考えられる。しかし、熱源側熱交換器２３の出口においては、冷媒の流れが均質ではなく、また、熱源側熱交換器２３で発生する結露水の影響を受けやすいため、温度センサの検出誤差が大きくなり、正確な放熱器出口過冷却度ＳＣを得ることができなくなるおそれがある。これに対して、レシーバ出口温度センサ３８は、レシーバ２４に溜められた後の均質に流れる冷媒の温度を検出することができ、また、結露水の影響を受けないため、放熱器出口過冷却度ＳＣを正確に推定することができる。

これにより、ここでは、熱源側熱交換器２３の出口に設けた温度センサによって検出される熱源側熱交換器２３の出口における冷媒の温度に基づいて放熱器出口過冷却度ＳＣを得る場合に比べて、冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を正確に検知することができる。

＜Ｃ＞
ここでは、上記のように、冷媒漏洩の有無を判定するための過冷却度判定値ＳＣｒと放熱器出口過冷却度ＳＣとを比較して冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を検知しており、過冷却度判定値ＳＣｒを圧縮機２１の運転周波数Ｆｃや熱源側空気温度Ｔａ毎に設定している。

放熱器出口過冷却度ＳＣは、冷却運転時に利用ユニット５が要求する冷却負荷の影響を大きく受ける。すなわち、放熱器出口過冷却度ＳＣは、冷凍サイクル運転時に熱源側熱交換器２３（放熱器）を流れる冷媒の流量、ひいては、冷却運転（冷凍サイクル運転）時に冷媒回路１０を循環する冷媒の流量の影響を大きく受ける。また、放熱器出口過冷却度ＳＣは、冷却運転が行われる既設の影響も受ける。このため、冷媒回路１０内に存在する冷媒量が同じであっても、冷却運転時に冷媒回路１０を循環する冷媒の流量が異なったり、冷却運転を行う季節が異なれば、放熱器出口過冷却度ＳＣの値も異なるものとなる。ここでは、このような特性を利用して、上記のように、冷媒漏洩の有無を判定するための過冷却度判定値ＳＣを、冷媒回路１０を循環する冷媒の流量に関係する圧縮機２１の運転周波数Ｆｃや冷却運転を行う季節に関係する熱源側空気の温度Ｔａ毎に設定している。

これにより、ここでは、冷却運転時に冷媒回路１０を循環する冷媒の流量や冷却運転を行う季節が異なる場合であっても、冷媒回路１０からの冷媒漏洩の有無を正確に検知することができる。

＜Ｄ＞
ここでは、上記のように、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生していることを検知した時に、熱源側膨張弁２８（膨張機構）を閉止するようにしている。

ここでは、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が発生していることを検知した時に、冷媒が冷媒回路１０の熱源側膨張弁２８の下流側の部分に流れ込むことを抑えて、冷媒回路１０の熱源側膨張弁２８の下流側の部分からの冷媒漏洩を速やかに抑えることができる。

これにより、ここでは、熱源側膨張弁２８の下流側に接続された利用側熱交換器５２（蒸発器）が庫内や室内などの利用側空間に設置されている場合に、利用側空間への冷媒漏洩を速やかに抑えることができる。

＜Ｅ＞
ここでは、上記のように、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧するまで、熱源側膨張弁２８（膨張機構）を開けることを禁止するようにしている。

ここでは、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧するまで、冷却運転（冷凍サイクル運転）を再開することが可能な状態を作り出さないようにすることができる。

これにより、ここでは、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧するまで、冷却運転を再開できないようにすることができる。

＜Ｆ＞
ここでは、上記のように、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧した後に冷却運転（冷凍サイクル運転）を再開する時に、熱源側膨張弁２８（膨張機構）を徐々に開けるようにしている。

ここでは、冷媒回路１０からの冷媒漏洩が無い状態に復旧した後に冷却運転を再開する時に、冷媒が冷媒回路１０の熱源側膨張弁２８の下流側の部分に急激に流れ込まないようにすることができる。

これにより、ここでは、冷却運転を再開する時に、液ハンマーが発生することを防ぎ、冷媒回路１０を構成する機器や配管を保護することができる。

（５）変形例
＜Ａ＞
上記実施形態（図１参照）では、冷凍サイクル運転として冷却運転を行う冷凍装置１を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、図５に示すように、利用側熱交換器５２を冷媒の放熱器として機能させ、かつ、熱源側熱交換器２３を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転も行うことができるようにするため、第１及び第２熱源側ガス冷媒管３１、３２に四路切換弁４０を設けて、利用側熱交換器５２の逆サイクル除霜運転を行えるようにしたり、空調用途（冷房運転と暖房運転）に使用できるようにしてもよい。

この場合において、利用側熱交換器５２を冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、熱源側熱交換器２３を冷媒の放熱器として機能させる場合（冷却運転や冷房運転）だけでなく、利用側熱交換器５２を冷媒の放熱器として機能させ、かつ、熱源側熱交換器２３を冷媒の蒸発器として機能させる場合（逆サイクル除霜運転や暖房運転）においても、冷媒をレシーバ２４、過冷却器２５及び熱源側膨張弁２８（膨張機構）の順に流すことができるようにするために、熱源側液冷媒管３２にブリッジ回路４１を設けるようにしてもよい。具体的には、図５に示すように、熱源側液冷媒管３２のレシーバ２４、過冷却器２５及び熱源側膨張弁２８が設けられた部分を跨ぐように、４つの逆止弁４２〜４５を含むブリッジ回路４１を設ける。ここで、第１入口逆止弁４２は、熱源側熱交換器２３の液側端からレシーバ２４の入口に向かう冷媒の流れを許容し、かつ、その逆の冷媒の流れを禁止する逆止弁である。第２入口逆止弁４３は、液側閉鎖弁２９からレシーバ２４の入口に向かう冷媒の流れを許容し、かつ、その逆の冷媒の流れを禁止する逆止弁である。第１出口逆止弁４４は、熱源側膨張弁２８から熱源側熱交換器２３の液側端に向かう冷媒の流れを許容し、かつ、その逆の冷媒の流れを禁止する逆止弁である。第２出口逆止弁４５は、熱源側膨張弁２８から液側閉鎖弁２９に向かう冷媒の流れを許容し、かつ、その逆の冷媒の流れを禁止する逆止弁である。

このような冷媒回路１０を有する冷凍装置１では、冷却運転や冷房運転のような利用側熱交換器５２を冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、熱源側熱交換器２３を冷媒の放熱器として機能させる冷凍サイクル運転を行う場合だけでなく、暖房運転のような利用側熱交換器５２を冷媒の放熱器として機能させ、かつ、熱源側熱交換器２３を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行う場合においても、上記の冷媒漏洩検知処理を行うことができる。

＜Ｂ＞
上記実施形態及び変形例Ａでは、冷媒としてＲ３２を使用しているが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態及び変形例Ａでは、利用ユニット５が１台だけであるが、複数台であってもよい。

また、上記実施形態及び変形例Ａでは、インジェクション管２６が圧縮機２１の圧縮行程の途中に冷媒を戻すように設けられているが、これに限定されるものではなく、圧縮機２１の吸入側に冷媒を戻すように戻るように設けられていてもよい。

また、上記実施形態及び変形例Ａでは、利用側膨張弁５１として電動膨張弁を使用しているが、これに限定されるものではなく、感温式膨張弁であってもよい。

本発明は、圧縮機と放熱器とレシーバと過冷却器と膨張機構と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路と、冷媒回路に充填された冷媒を圧縮機、放熱器、レシーバ、過冷却器、膨張機構、蒸発器の順に循環させる冷凍サイクル運転を行う制御部と、を備える冷凍装置に対して、広く適用可能である。

１ 冷凍装置
８ 制御部
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 熱源側熱交換器（放熱器、蒸発器）
２４ レシーバ
２５ 過冷却器
２８ 熱源側膨張弁（膨張機構）
３８ レシーバ出口温度センサ
５２ 利用側熱交換器（蒸発器、放熱器）

特開２０１２−２１１７２３号公報

Claims (6)

1. 圧縮機（２１）と放熱器（２３、５２）とレシーバ（２４）と過冷却器（２５）と膨張機構（２８）と蒸発器（５２、２３）とが接続されることによって構成される冷媒回路（１０）と、前記冷媒回路に充填された冷媒を前記圧縮機、前記放熱器、前記レシーバ、前記過冷却器、前記膨張機構、前記蒸発器の順に循環させる冷凍サイクル運転を行う制御部（８）と、を備える冷凍装置において、
   前記レシーバの出口における前記冷媒の温度であるレシーバ出口温度を検出するレシーバ出口温度センサ（３８）を設け、
   前記制御部は、前記冷凍サイクル運転時に、前記レシーバ出口温度に基づいて前記冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知する、
   冷凍装置（１）。
2. 前記制御部は、前記レシーバ出口温度に基づいて前記放熱器の出口における前記冷媒の過冷却度である放熱器出口過冷却度を推定して、前記放熱器出口過冷却度に基づいて前記冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知する、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記制御部は、前記冷媒漏洩の有無を判定するための過冷却度判定値と前記放熱器出口過冷却度とを比較して前記冷媒回路からの冷媒漏洩の有無を検知しており、
   前記制御部は、前記過冷却度判定値を前記圧縮機の運転周波数毎に設定する、
   請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記膨張機構は、前記制御部によって開度制御される電動膨張弁であり、
   前記制御部は、前記冷媒回路からの冷媒漏洩が発生していることを検知した時に、前記膨張機構を閉止する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
5. 前記制御部は、前記冷媒回路からの冷媒漏洩が無い状態に復旧するまで、前記膨張機構を開けることを禁止する、
   請求項４に記載の冷凍装置。
6. 前記制御部は、前記冷媒回路からの冷媒漏洩が無い状態に復旧した後に前記冷凍サイクル運転を再開する時に、前記膨張機構を徐々に開ける、
   請求項５に記載の冷凍装置。

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