JP2023105477A - 冷媒量検知を行う熱源ユニット及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過冷却熱交換器を備える冷凍装置において、冷媒量の多寡が反映された状態量を取得する。【解決手段】熱源ユニット１０は、圧縮機１１と、熱源熱交換器１３と、凝縮冷媒流路７１と、熱源膨張弁１５と、過冷却熱交換器１６と、過冷却制限機構４０と、制御部１９と、を備える。圧縮機１１は、低圧冷媒Ｒ１を圧縮することによって高圧冷媒Ｒ２を生成する。熱源熱交換器１３は、高圧冷媒Ｒ２を凝縮する。凝縮冷媒流路７１は、熱源熱交換器が排出する凝縮冷媒Ｒ３を案内する。過冷却熱交換器１６は、凝縮冷媒Ｒ３を冷却する。過冷却制限機構４０は、過冷却熱交換器１６による凝縮冷媒Ｒ３の冷却を制限する。制御部１９は、過冷却制限機構４０の制御と、凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣに応じた冷媒量Ａの判定を行う。制御部１９は、通常運転において過冷却制限機構４０による冷却の制限を停止し、冷媒量判定運転において過冷却制限機構４０による冷却の制限を実行する。【選択図】図１

Description

本開示は、冷媒量検知を行う熱源ユニット及び冷凍装置に関する。

特許文献１（特開２０１０－２２３５４２号公報）に開示される冷凍装置は、冷媒回路を循環する冷媒の量を算出する。冷凍装置の構成要素である熱源ユニットには、過冷却熱交換器が搭載されている。

冷媒量の算出処理は、概して、冷媒回路のある箇所において取得された冷媒の状態量に基づいて行われる。

しかし、過冷却熱交換器が状態量の取得を困難にする場合がある。例えば、凝縮器によって凝縮された後で過冷却熱交換器によって冷却された冷媒の液密度は、冷媒回路の冷媒量の変動によって影響を受けにくい。したがって、冷媒の状態量を取得がそのような箇所で取得される場合、状態量の有意な変化が得られにくい。

よって、過冷却熱交換器を備える冷凍装置において、冷媒量の多寡が反映された状態量を取得することが重要である。

第１観点に係る熱源ユニットは、圧縮機と、熱源熱交換器と、凝縮冷媒流路と、熱源膨張弁と、過冷却熱交換器と、過冷却制限機構と、制御部と、を備える。圧縮機は、低圧冷媒を圧縮することによって高圧冷媒を生成する。熱源熱交換器は、高圧冷媒を凝縮する。凝縮冷媒流路は、熱源熱交換器が排出する凝縮冷媒を案内する。過冷却熱交換器は、凝縮冷媒を冷却する。過冷却制限機構は、過冷却熱交換器による凝縮冷媒の冷却を制限する。制御部は、過冷却制限機構の制御を行う。制御部は、凝縮冷媒の過冷却度に応じて冷媒量の判定を行う。制御部は、通常運転において過冷却制限機構による冷却の制限を停止する。制御部は、冷媒量判定運転において過冷却制限機構による冷却の制限を実行する。

この構成によれば、冷媒量判定運転において、過冷却熱交換器において凝縮冷媒の冷却が制限される。このため、過冷却熱交換器の冷却による液密度変化の冷媒量判定運転への影響が小さくなる。

第２観点の熱源ユニットは、第１観点の熱源ユニットにおいて、過冷却熱交換器が、第１パッセージと、第２パッセージとを有する。第１パッセージは、凝縮冷媒を通過させる。第２パッセージは、凝縮冷媒を冷却する冷却ガスを通過させる。前記過冷却制限機構は、第１流路と、第１弁と、第２流路と、インジェクション流路と、を有する。第１流路は、第１パッセージ及び第２パッセージの少なくとも１つを迂回する。第１弁は、第１流路に設けられる。第２流路は、冷却ガスを第２パッセージへ案内する。インジェクション流路は、過冷却熱交換器が生成する中間圧冷媒を圧縮機へ案内する。

この構成によれば、適量の中間圧冷媒を圧縮機へ供給する冷媒インジェクションが行われる。したがって、圧縮機の性能を維持することができる。

第３観点の熱源ユニットは、第２観点の熱源ユニットにおいて、第１流路が、凝縮冷媒を過冷却熱交換器に通過させることなくインジェクション流路へ案内する。制御部は、通常運転において第１弁を閉め、冷媒量判定運転において第１弁を開ける。

この構成によれば、冷媒量判定運転において、インジェクション冷媒は、過冷却熱交換器を通過しなかった凝縮冷媒である。したがって、インジェクション冷媒の状態に関連するパラメータをモニタすることによって、冷媒量の判定が正確に行われる。

第４観点の熱源ユニットは、第２観点の熱源ユニットにおいて、第１流路が、凝縮冷媒を第１パッセージに通過させることなく第２流路へ案内する。制御部は、通常運転において第１弁を閉め、冷媒量判定運転において第１弁を開ける。

この構成によれば、冷媒量判定運転において、インジェクション冷媒は、第１パッセージを通過しなかった凝縮冷媒である。したがって、インジェクション冷媒の状態に関連するパラメータをモニタすることによって、冷媒量の判定が正確に行われる。

第５観点の熱源ユニットは、第２観点の熱源ユニットにおいて、第１流路が、冷却ガスを第２パッセージに通過させることなくインジェクション流路へ案内する。制御部は、通常運転において第１弁を閉め、冷媒量判定運転において第１弁を開ける。

この構成によれば、冷媒量判定運転において、インジェクション冷媒は、第２パッセージを通過しなかった凝縮冷媒である。したがって、インジェクション冷媒の状態に関連するパラメータをモニタすることによって、冷媒量の判定が正確に行われる。

第６観点の熱源ユニットは、第２観点から第５観点のいずれか１つの熱源ユニットにおいて、過冷却制限機構が、第２弁をさらに有する。第２弁は、第２流路に設けられる。第２弁は、凝縮冷媒の一部を減圧することによって冷却ガスを生成する。

この構成によれば、冷却ガスは第２弁が凝縮冷媒を減圧することによって生成される。したがって、冷却ガスを用いることによって凝縮冷媒に過冷却度を与えることができ、かつ、冷却ガスをインジェクション冷媒として用いることができる。

第７観点の熱源ユニットは、第６観点の熱源ユニットにおいて、第２流路が、第１パッセージの出口と第２パッセージの入口を結ぶ。制御部は、通常運転において第２弁を開け、冷媒量判定運転において第２弁を閉める。

この構成によれば、冷却ガスは過冷却熱交換器の第１パッセージを通過した後の凝縮冷媒から生成される。

第８観点の熱源ユニットは、第６観点の熱源ユニットにおいて、第２流路が、第１パッセージの入口と前記第２パッセージの入口を結ぶ。制御部は、通常運転において第２弁を開け、冷媒量判定運転において第２弁を閉める。

この構成によれば、冷却ガスは過冷却熱交換器を通過していない凝縮冷媒から生成される。

第９観点の熱源ユニットは、第２観点から第８観点のいずれか１つの熱源ユニットにおいて、第１弁が、調節可能な第１開度を有する。冷媒量判定運転において、制御部は、第１開度を調節するとともに第１開度に基づいて過冷却度又は冷媒量を判定する。

この構成によれば、インジェクション制御に用いられる第１弁の開度に基づいて過冷却度又は冷媒量が判定される。したがって、制御部は冷媒量の判定のために過度の処理負担を強いられない。

第１０観点の熱源ユニットは、第６観点の熱源ユニットにおいて、第１弁が、調節可能な第１開度を有する。第２弁は、調整可能な第２開度を有する。制御部は、通常運転において第２開度を所定の制御パラメータに基づいて制御する。制御部は、冷媒量判定運転において第１開度を制御パラメータに基づいて制御する。

この構成によれば、第１開度及び第２開度は共通の制御パラメータによって制御される。

第１１観点の熱源ユニットは、第１０観点の熱源ユニットにおいて、制御部が、制御パラメータを一定に保つように、第１開度又は第２開度を制御する。

この構成によれば、第１開度及び第２開度の調節によって、制御パラメータが一定に保たれる。

第１２観点の熱源ユニットは、第１０観点又は第１１観点の熱源ユニットにおいて、圧縮機が、低圧冷媒を吸入する吸入口、高圧冷媒を吐出する吐出口、及び、圧縮室を有する。制御パラメータは、中間圧冷媒の圧力、又は、高圧冷媒の温度である。

この構成によれば、圧縮機に吸入される中間圧冷媒、又は、圧縮機が吐出する高圧冷媒の状態に基づいて冷媒回路の制御が行われる。したがって、冷媒回路の性能を維持できる。

第１３観点の熱源ユニットは、第１２観点の熱源ユニットにおいて、インジェクション流路が、圧縮室と接続されている。

この構成によれば、インジェクション流路の冷媒を圧縮室へ供給する中間圧インジェクションが行われる。

第１４観点の熱源ユニットは、第１２観点の熱源ユニットにおいて、インジェクション流路が、吸入口と接続されている。

この構成によれば、インジェクション流路の冷媒を吸入口へ供給する吸入インジェクションが行われる。

第１５観点の冷凍装置は、熱源ユニットと、利用ユニットと、連絡配管と、を備える。熱源ユニットは、第１観点から第１４観点のいずれか１つのものである。利用ユニットは、利用熱交換器を有する。連絡配管は、熱源ユニット及び利用ユニットを接続する。

この構成によれば、冷凍装置の冷媒量判定運転において圧縮機へ供給される凝縮冷媒は、過冷却熱交換器の第１パッセージ及び第２パッセージの少なくとも一方を通過しない。したがって、冷凍装置において冷媒量の判定が正確に行われる。

第１実施形態の基本形に係る冷凍装置１００の構成を示す模式図である。 冷媒量判定運転における冷媒量Ａの判定の制御手順である。 第１実施形態の第１変形例１Ａに係る冷凍装置１００の構成を示す模式図である。 第１実施形態の第２変形例１Ｂに係る冷凍装置１００の構成を示す模式図である。 第２実施形態の基本形に係る冷凍装置１００の構成を示す模式図である。 第２実施形態の第１変形例２Ａに係る冷凍装置１００の構成を示す模式図である。 第２実施形態の第２変形例２Ｂに係る冷凍装置１００の構成を示す模式図である。 第３実施形態の基本形に係る冷凍装置１００の構成を示す模式図である。

＜第１実施形態＞
（１）全体構成
図１は、第１実施形態の基本形に係る冷凍装置１００を示す。冷凍装置１００は、熱源から冷熱（cold）又は温熱（heat）を取得して、その冷熱又は温熱をユーザに提供するためのものである。冷凍装置１００の具体的態様は、例えば、空気調和装置、冷蔵庫、冷凍庫、給湯機、床暖房装置、洗濯乾燥機である。

冷凍装置１００は、冷媒を循環する冷媒回路ＲＣを有する。冷媒回路ＲＣは、例えば１台の熱源ユニット１０、１台の利用ユニット２０、及び連絡配管３０によって構成されている。１台の冷凍装置１００に含まれる熱源ユニット１０及び利用ユニット２０の数は複数であってもよい。

冷凍装置１００は、通常運転、及び、冷媒量判定運転を実行することができる。通常運転は、ユーザに冷熱又は温熱を提供することを目的とする運転である。通常運転は、ユーザに冷熱を提供する冷熱提供運転、及び、ユーザに温熱を提供する温熱提供運転を含む。冷媒量判定運転は、冷凍装置１００の冷媒回路ＲＣを循環する冷媒の量である冷媒量Ａを判定することを目的とする運転である。

（２）詳細構成
（２－１）熱源ユニット１０
熱源ユニット１０は、室外空気等の熱源から冷熱又は温熱を取得するためのものである。熱源ユニット１０は、圧縮機１１、四路切換弁１２、熱源熱交換器１３、レシーバ１４、熱源膨張弁１５、過冷却熱交換器１６、液閉鎖弁１７、ガス閉鎖弁１８、制御部１９を有する。熱源ユニット１０は、さらに、過冷却制限機構４０、凝縮冷媒流路７１、センサ群８０、逆止弁９１～９４、及び、電動弁９５を有する。

（２－１－１）圧縮機１１
圧縮機１１は、ガス状の低圧冷媒Ｒ１を圧縮することによってガス状の高圧冷媒Ｒ２を生成する。圧縮機１１は、吸入口１１ａ、吐出口１１ｂ、圧縮室１１ｃ、及び、インジェクション導入口１１ｄを有する。吸入口１１ａは、低圧冷媒Ｒ１を吸入するためのものである。吐出口１１ｂは、高圧冷媒Ｒ２を吐出するためのものである。圧縮室１１ｃは、可変の容積を有し、低圧冷媒Ｒ１を圧縮することによって高圧冷媒Ｒ２を生成する。インジェクション導入口１１ｄは、圧縮室１１ｃに連通しており、中間圧冷媒Ｒ５を吸入するために用いられる。

（２－１－２）四路切換弁１２
冷凍装置１００が冷熱提供運転を実行するとき、四路切換弁１２は、図１の実線で示した接続を確立する。一方、冷凍装置１００が温熱提供運転を実行するとき、四路切換弁１２は、図１の破線で示した接続を確立する。

（２－１－３）熱源熱交換器１３
冷凍装置１００が冷熱提供運転を実行するとき、熱源熱交換器１３は、凝縮器又は放熱器として機能する。このとき、熱源熱交換器１３は、ガス状の高圧冷媒Ｒ２を凝縮することによって、液状の凝縮冷媒Ｒ３を生成する。

一方、冷凍装置１００が温熱提供運転を実行するとき、熱源熱交換器１３は、蒸発器又は吸熱器として機能する。

（２－１－４）レシーバ１４、凝縮冷媒流路７１
レシーバ１４は、冷媒回路ＲＣを循環する冷媒の一部を貯留する。これにより、レシーバ１４は、冷凍装置１００の状態の変化によって生じる必要な冷媒量Ａの変化分を吸収する。

レシーバ１４は、熱源熱交換器１３の液側接続口と、凝縮冷媒流路７１との間に設置される。凝縮冷媒流路７１は、冷熱提供運転の際に、液状の凝縮冷媒Ｒ３をレシーバ１４から過冷却制限機構４０へ案内する。

（２－１－５）熱源膨張弁１５
熱源膨張弁１５は、冷媒を減圧する。さらに、熱源膨張弁１５は、単位時間あたりに移動する冷媒の量を調節する。これらの目的のために、熱源膨張弁１５は、調節可能な開度を有している。

（２－１－６）過冷却熱交換器１６
過冷却熱交換器１６は、冷熱提供運転において、凝縮冷媒Ｒ３を冷却することによって、凝縮冷媒Ｒ３に過冷却度ＳＣを与える。過冷却熱交換器１６は、第１パッセージ６１、及び、第２パッセージ６２を有する。第１パッセージ６１は、入口１６ａと出口１６ｂを有する。第２パッセージ６２は、入口１６ｃと出口１６ｄを有する。第１パッセージ６１及び第２パッセージ６２を流れる冷媒は、互いに熱交換を行うことができる。

第１パッセージ６１は、凝縮冷媒Ｒ３を通過させるためのものである。第２パッセージ６２は、冷却ガスＲ４を通過させるためのものである。冷却ガスＲ４は、第１パッセージ６１を通過する凝縮冷媒Ｒ３を冷却するために用いられる。冷却ガスＲ４は、第２パッセージ６２を通過した後、中間圧冷媒Ｒ５として圧縮機１１へ供給される。

（２－１－７）液閉鎖弁１７、ガス閉鎖弁１８
液閉鎖弁１７及びガス閉鎖弁１８は、冷凍装置１００の設置の際などに冷媒回路ＲＣを遮断する。

（２－１－８）センサ群８０
センサ群８０は、冷媒の状態を取得する。センサ群８０は、低圧冷媒センサ８１、高圧冷媒センサ８２、中間圧冷媒センサ８５を含む。低圧冷媒センサ８１は、低圧冷媒Ｒ１の圧力又は温度を取得する。高圧冷媒センサ８２は、高圧冷媒Ｒ２の圧力又は温度を取得する。中間圧冷媒センサ８５は、中間圧冷媒Ｒ５の圧力又は温度を取得する。

（２－１－９）過冷却制限機構４０
過冷却制限機構４０は、過冷却熱交換器１６による凝縮冷媒Ｒ３の冷却を制限するためのものである。

過冷却制限機構４０は、第１流路５１、第２流路５２、第３流路５３、インジェクション流路５４、第１弁４１、第２弁４２を有する。

第１流路５１は、第１パッセージ６１及び第２パッセージ６２の両方を迂回する冷媒流路である。第１流路５１は、凝縮冷媒Ｒ３を過冷却熱交換器１６に通過させることなくインジェクション流路５４へ案内する。凝縮冷媒Ｒ３が第１流路５１を通過することによって、凝縮冷媒Ｒ３の冷却が制限される。

第２流路５２は、冷却ガスＲ４を第２パッセージ６２へ案内する冷媒流路である。第２流路５２は、前記第１パッセージ６１の出口１６ｂと前記第２パッセージ６２の入口１６ｃを結ぶ。

第３流路５３は、前記第２パッセージ６２の出口１６ｄと中間圧冷媒導入点７９とを結ぶ。

インジェクション流路５４は、過冷却熱交換器１６が生成する中間圧冷媒Ｒ５を圧縮機１１へ案内する。インジェクション流路５４の起点は中間圧冷媒導入点７９である。インジェクション流路５４は、インジェクション導入口１１ｄを介して圧縮室１１ｃと接続されている。

第１弁４１は、調節可能な第１開度αを有する。第１弁４１は、第１流路５１に設けられる。第１弁４１は、過冷却熱交換器１６を迂回する凝縮冷媒Ｒ３の量を調節する。過冷却熱交換器１６を迂回した凝縮冷媒Ｒ３は、中間圧冷媒Ｒ５として圧縮機１１へ供給される。

第２弁４２は、調節可能な第２開度βを有する。第２弁４２は、第２流路５２に設けられる。第２弁４２は、凝縮冷媒Ｒ３の一部を減圧することによって冷却ガスＲ４を生成する。

（２－１－１０）逆止弁９１～９４、電動弁９５
逆止弁９１～９４は、冷媒を一方向にのみ通過させる。電動弁９５は、冷媒の流量を適宜調節する。

（２－１－１１）制御部１９
制御部１９は、冷凍装置１００に搭載されている各種センサからデータを取得するとともに、各種アクチュエータを制御する。さらに、制御部１９は、各種演算を実行する。

制御部１９は、過冷却制限機構４０の制御を行う。例えば、制御部１９は、通常運転において過冷却制限機構４０による冷却の制限を停止する。さらに、制御部１９は、冷媒量判定運転において過冷却制限機構４０による冷却の制限を実行する。

通常運転の冷熱提供運転において、制御部１９は、第１弁４１を閉め、かつ、第２弁４２を開ける。そして、制御部１９は、センサ群８０によって取得された制御パラメータに基づいて第２開度βを制御する。制御パラメータは、例えば、中間圧冷媒Ｒ５の圧力である。あるいは、これに代えて、制御パラメータは、高圧冷媒Ｒ２の温度であってもよい。制御部１９は、例えば制御パラメータを一定に保つように、第２開度βを制御する。

冷媒量判定運転において、制御部１９は、第１弁４１を開け、かつ、第２弁４２を閉める。そして、制御部１９は、第１開度αを制御パラメータに基づいて制御する。例えば、制御部１９は、制御パラメータを一定に保つように、第１開度αを制御する。さらに、制御部１９は、第１開度αに基づいて凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣを判定する。加えて、制御部１９は、凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣに基づいて、冷凍装置１００の冷媒量Ａを判定する。

（２－２）利用ユニット２０
利用ユニット２０は、冷熱又は温熱をユーザに提供するためのものである。利用ユニット２０は、利用熱交換器２１を有する。

冷凍装置１００が冷熱提供運転を実行するとき、利用熱交換器２１は、蒸発器又は吸熱器として機能する。冷凍装置１００が温熱提供運転を実行するとき、利用熱交換器２１は、凝縮器又は放熱器として機能する。

（２－３）連絡配管３０
連絡配管３０は、熱源ユニット１０と利用ユニット２０とを接続する。連絡配管３０は、液連絡配管３１、及び、ガス連絡配管３２を有する。液連絡配管３１は、液閉鎖弁１７と利用熱交換器２１とを接続する。ガス連絡配管３２は、ガス閉鎖弁１８と利用熱交換器２１とを接続する。

（３）全体動作
以下に、様々な運転における冷凍装置１００の動作を説明する。

（３－１）通常運転
通常運転は、ユーザに冷熱又は温熱を提供することを目的とする運転である。前述した通り、通常運転は、冷熱提供運転、及び、温熱提供運転を含む。

（３－１－１）冷熱提供運転
冷熱提供運転において、冷凍装置１００は、ユーザに冷熱を提供する。

四路切換弁１２は、図１の実線で示した接続を確立する。圧縮機１１は、吸入口１１ａから吸入されたガス状の低圧冷媒Ｒ１を圧縮することによって、ガス状の高圧冷媒Ｒ２を生成する。圧縮機１１は、高圧冷媒Ｒ２を吐出口１１ｂから吐出する。その後、高圧冷媒Ｒ２は、四路切換弁１２を経由して、熱源熱交換器１３に到達する。熱源熱交換器１３は、ガス状の高圧冷媒Ｒ２を凝縮することによって、液状の凝縮冷媒Ｒ３を生成する。凝縮冷媒Ｒ３は、逆止弁９１及びレシーバ１４を順に通過した後、凝縮冷媒流路７１を通過し、分岐点７２において過冷却制限機構４０に到達する。

過冷却制限機構４０では、第１弁４１は閉じられており、かつ、第２弁４２は第２開度βを有する状態で開かれている。凝縮冷媒Ｒ３は、入口１６ａにおいて過冷却熱交換器１６の中に入り、第１パッセージ６１を通過することによって冷却され、その後、出口１６ｂにおいて過冷却熱交換器１６の外へ出て、第２流路５２へ到達する。

分岐点７３に到達した凝縮冷媒Ｒ３の一部は、第２弁４２へ移動する。第２弁４２は、凝縮冷媒Ｒ３を減圧することによって、冷却ガスＲ４を生成する。冷却ガスＲ４は、入口１６ｃにおいて過冷却熱交換器１６の中に入り、第２パッセージ６２を通過し、その後、出口１６ｄにおいて過冷却熱交換器１６の外へ出て、第３流路５３を通過し、その後、中間圧冷媒Ｒ５として中間圧冷媒導入点７９へ到達する。

中間圧冷媒Ｒ５は、その後、インジェクション流路５４を通過する。次いで、中間圧冷媒Ｒ５は、インジェクション導入口１１ｄを介して圧縮室１１ｃへ注入される。

分岐点７３に到達した凝縮冷媒Ｒ３の残りは、熱源膨張弁１５へ到達する。熱源膨張弁１５は、凝縮冷媒Ｒ３を減圧することによって気液二相冷媒を生成する。気液二相冷媒は、逆止弁９４、液閉鎖弁１７、及び液連絡配管３１を経由して、利用熱交換器２１へ到達する。利用熱交換器２１は、気液二相冷媒を蒸発させて、ガス状の低圧冷媒Ｒ１を生成する。

低圧冷媒Ｒ１は、ガス連絡配管３２、及びガス閉鎖弁１８、及び四路切換弁１２を順に経由して、吸入口１１ａにおいて圧縮機１１に吸入される。

制御部１９は、センサ群８０によって取得された制御パラメータに基づいて、例えば高圧冷媒Ｒ２の温度を一定に保つような態様で、第２弁４２の第２開度βを制御する。

（３－１－２）温熱提供運転
冷熱提供運転において、冷凍装置１００は、ユーザに温熱を提供する。

四路切換弁１２は、図１の破線で示した接続を確立する。圧縮機１１は、吸入口１１ａから吸入されたガス状の低圧冷媒Ｒ１を圧縮することによって、ガス状の高圧冷媒Ｒ２を生成する。圧縮機１１は、高圧冷媒Ｒ２を吐出口１１ｂから吐出する。その後、高圧冷媒Ｒ２は、四路切換弁１２、ガス閉鎖弁１８、及びガス連絡配管３２を順に経由して、利用熱交換器２１に到達する。

利用熱交換器２１は、ガス状の高圧冷媒Ｒ２を凝縮することによって、液状の凝縮冷媒を生成する。凝縮冷媒は、液連絡配管３１、液閉鎖弁１７、逆止弁９３、及びレシーバ１４を順に通過した後、冷熱提供運転の場合と同様の処置を経て、インジェクション導入口１１ｄを介して圧縮室１１ｃへ注入される。

液状の凝縮冷媒の残りは、膨張弁１５で減圧されることにより、気液二相冷媒になる。気液二相冷媒は、電動弁９５を通過した後、熱源熱交換器１３へ入る。

熱源熱交換器１３は、気液二相冷媒を蒸発させて、ガス状の低圧冷媒Ｒ１を生成する。低圧冷媒Ｒ１は、四路切換弁１２を経由して、吸入口１１ａにおいて圧縮機１１に吸入される。

（３－２）冷媒量判定運転
冷媒量判定運転において、冷凍装置１００の冷媒回路ＲＣを循環する冷媒量Ａが判定される。

四路切換弁１２は、冷熱提供運転と同様に、図１の実線で示した接続を確立する。圧縮機１１は、吸入口１１ａから吸入されたガス状の低圧冷媒Ｒ１を圧縮することによって、ガス状の高圧冷媒Ｒ２を生成する。圧縮機１１は、高圧冷媒Ｒ２を吐出口１１ｂから吐出する。その後、高圧冷媒Ｒ２は、四路切換弁１２を経由して、熱源熱交換器１３に到達する。熱源熱交換器１３は、ガス状の高圧冷媒Ｒ２を凝縮することによって、液状の凝縮冷媒Ｒ３を生成する。凝縮冷媒Ｒ３はレシーバ１４を通過した後、凝縮冷媒流路７１を通過し、分岐点７２において過冷却制限機構４０に到達する。

過冷却制限機構４０では、第１弁４１は第１開度αを有する状態で開けられており、かつ、第２弁４２は閉じられている。

分岐点７２に到達した凝縮冷媒Ｒ３の一部は、第１弁４１を通過することによって減圧された後、中間圧冷媒Ｒ５として中間圧冷媒導入点７９へ到達する。中間圧冷媒Ｒ５は、その後、インジェクション流路５４を通過する。次いで、中間圧冷媒Ｒ５は、インジェクション導入口１１ｄを介して圧縮室１１ｃへ注入される。

分岐点７２に到達した凝縮冷媒Ｒ３の残りは、過冷却熱交換器１６の第１パッセージ６１を通過した後、熱源膨張弁１５へ到達する。熱源膨張弁１５は、凝縮冷媒Ｒ３を減圧することによって気液二相冷媒を生成する。

気液二相冷媒は、液閉鎖弁１７、及び液連絡配管３１を経由して、利用熱交換器２１へ到達する。利用熱交換器２１は、気液二相冷媒を蒸発させて、ガス状の低圧冷媒Ｒ１を生成する。

低圧冷媒Ｒ１は、ガス連絡配管３２、及びガス閉鎖弁１８、及び四路切換弁１２を順に経由して、吸入口１１ａにおいて圧縮機１１に吸入される。

制御部１９は、センサ群８０によって取得された制御パラメータに基づいて、例えば高圧冷媒Ｒ２の温度を一定に保つような態様で、第１弁４１の第１開度αを制御する。さらに、制御部１９は、第１開度αに基づいて凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣを判定する。さらに、制御部１９は、凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣに基づいて、冷凍装置１００の冷媒量Ａを判定する。

（４）冷媒量Ａの判定
凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣに基づいて、冷凍装置１００の冷媒量Ａを判定する計算手順としては、公知の技術を使用することができる。例えば、過冷却度ＳＣとして制御対象弁の開度情報を使用することができる。

図２は冷媒量判定運転における冷媒量Ａの判定の制御手順である。

ステップＳ１００において、制御を開始する。

ステップＳ１０２において、制御パラメータを目標値に近づけるように過冷却制限機構４０の制御対象弁が制御されるに際し、制御パラメータとして高圧冷媒Ｒ２の温度（すなわち、吐出温度Ｔｄ）及び中間圧冷媒Ｒ５の圧力（中間圧力ＭＰ）のいずれか一方が設定される。ここでいう制御対象弁は、第１弁４１又は第２弁４２である。

ステップＳ１０４において、制御対象弁として第２弁４２が設定される。

ステップＳ１０６において、冷媒量の検知の開始条件が満たされたか否かが判断される。開始条件が満たされている場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０８へ進む。開始条件が満たされていない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、処理はステップＳ１２０へ進む。

ステップＳ１０８において、制御対象弁の開度Ａｖ（ここでは第２弁４２の開度）が開度情報Ａｓとして記憶される。

ステップＳ１１０において、制御対象弁として第１弁４１が設定される。

ステップＳ１１２において、ステップＳ１１０の制御対象弁の切り替え時から所定時間が経過したか否かが判断される。所定時間が経過している場合（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１４へ進む。所定時間が経過していない場合（Ｓ１１２：Ｎｏ）、処理はステップＳ１２０へ進む。

ステップＳ１１４において、制御対象弁の開度Ａｖ（ここでは第１弁４１の開度）が、記憶され開度情報Ａｓよりも小さいか否かが判断される。制御対象弁の開度Ａｖが開度情報Ａｓよりも小さい場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１６に進む。制御対象弁の開度Ａｖが開度情報Ａｓよりも大きい又は同じである場合（Ｓ１１４：Ｎｏ）、処理はステップＳ１１８に進む。

ステップＳ１１６において、冷媒量Ａは正常であると判定される。

ステップＳ１１８において、冷媒量Ａは異常であると判定される。

ステップＳ１２０において、制御が終了する。

（５）特徴
（５－１）
冷媒量判定運転において圧縮機１１へ供給される中間圧冷媒Ｒ５は、過冷却熱交換器１６によって冷却されない。過冷却熱交換器１６によって冷却される冷媒の液密度が冷媒量Ａの多寡によって大きく変化しないのに対し、本実施形態に係る冷凍装置１００においては、冷媒回路ＲＣを循環する冷媒量Ａが少ない場合と多い場合では圧縮機１１へ供給される中間圧冷媒Ｒ５の液密度が大きく変化する。したがって、冷媒量Ａの判定が正確に行われる。

（５－２）
適量の中間圧冷媒Ｒ５を圧縮機１１へ供給する冷媒インジェクションが行われる。したがって、圧縮機１１の性能を維持することができる。

（５－３）
冷媒量判定運転において、圧縮機１１へ供給される中間圧冷媒Ｒ５は、過冷却熱交換器１６を通過しなかった凝縮冷媒Ｒ３である。したがって、インジェクション冷媒の状態に関連するパラメータをモニタすることによって、冷媒量Ａの判定が正確に行われる。

（５－４）
冷却ガスＲ４は、第２弁４２が凝縮冷媒Ｒ３を減圧することによって生成される。したがって、冷却ガスＲ４を用いることによって凝縮冷媒Ｒ３に過冷却度ＳＣを与えることができ、かつ、冷却ガスＲ４を冷媒インジェクションのために中間圧冷媒Ｒ５として用いることができる。

（５－５）
冷却ガスＲ４は過冷却熱交換器１６の第１パッセージ６１を通過した後の凝縮冷媒Ｒ３から生成される。

（５－６）
インジェクション制御に用いられる第１弁４１の第１開度αに基づいて、過冷却度ＳＣ及び冷媒量Ａが判定される。したがって、制御部１９は冷媒量Ａの判定のために過度の処理負担を強いられない。

（５－７）
第１開度α及び第２開度βは共通の制御パラメータによって制御される。制御においては、例えば第１開度α及び第２開度βの調節によって、制御パラメータが一定に保たれる。

（５－８）
圧縮機１１に吸入される中間圧冷媒Ｒ５、又は、圧縮機１１が吐出する高圧冷媒Ｒ２の状態に基づいて冷媒回路ＲＣの制御が行われる。したがって、冷媒回路ＲＣの性能を維持できる
（５－９）
インジェクション流路５４の冷媒を圧縮室１１ｃへ供給する中間圧インジェクションが行われる。

（６）変形例
（６－１）第１変形例１Ａ
図３に示す第１実施形態の第１変形例１Ａに係る冷凍装置１００は、過冷却制限機構４０の第１流路５１の構成が前述の第１実施形態とは異なっている。

過冷却制限機構４０は、第１弁４１、及び第２弁４２に加えて、第３弁４３を有している。第３弁４３は、分岐点７２と第１パッセージ６１の入口１６ａの間に配置されている。さらに、第１流路５１は、第１パッセージ６１を迂回している。

通常運転の冷熱提供運転において、制御部１９は、第１実施形態と同様に第１弁４１を閉め、かつ、第２弁４２を開ける。加えて、制御部１９は、第３弁４３の第３開度γを適切に調節することにより、過冷却熱交換器１６が凝縮冷媒Ｒ３に過冷却度ＳＣを与えることを可能にする。

冷媒量判定運転において、制御部１９は、第１実施形態とは異なり、第１弁４１と第２弁４２の両方を開けるとともに、第３弁４３を閉じる。そして、制御部１９は、第１開度α及び第２開度βを制御パラメータに基づいて制御する。さらに。制御部１９は、第１開度αに基づいて凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣを判定する。さらに、制御部１９は、凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣに基づいて、冷凍装置１００の冷媒量Ａを判定する。

この構成によれば、冷媒量判定運転において、圧縮機１１に吸入される中間圧冷媒Ｒ５は、第１パッセージ６１を通過しなかった凝縮冷媒Ｒ３である。したがって、中間圧冷媒Ｒ５の状態に関連するパラメータをモニタすることによって、冷媒量Ａの判定が正確に行われる。

（６－２）第２変形例１Ｂ
図４に示す第１実施形態の第２変形例１Ｂに係る冷凍装置１００は、過冷却制限機構４０の構成が前述の第１実施形態とは異なっている。

過冷却制限機構４０は、第１弁４１、及び第２弁４２に加えて、第３弁４３を有している。第３弁４３は、凝縮冷媒流路７１に配置されている。さらに、第１流路５１は、第２パッセージ６２を迂回するように、第２流路５２から第３流路５３へ延びている。

通常運転の冷熱提供運転において、制御部１９は、第１実施形態と同様に第１弁４１を閉め、かつ、第２弁４２を開ける。加えて、制御部１９は、第３弁４３を開けることにより、過冷却熱交換器１６が凝縮冷媒Ｒ３に過冷却度ＳＣを与えることを可能にする。

冷媒量判定運転において、制御部１９は、第１実施形態とは異なり、第１弁４１、第２弁４２、第３弁４３のすべてを開ける。そして、制御部１９は、第１開度α及び第２開度βを制御パラメータに基づいて制御する。さらに。制御部１９は、第１開度αに基づいて凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣを判定する。さらに、制御部１９は、凝縮冷媒Ｒ３の過冷却度ＳＣに基づいて、冷凍装置１００の冷媒量Ａを判定する。

この構成によれば、冷媒量判定運転において、圧縮機１１に吸入される中間圧冷媒Ｒ５は、第２パッセージ６２を通過しなかった冷却ガスＲ４である。したがって、中間圧冷媒Ｒ５の状態に関連するパラメータをモニタすることによって、冷媒量Ａの判定が正確に行われる。

＜第２実施形態＞
（１）構成
図５は、第２実施形態の基本形に係る冷凍装置１００を示す。第２実施形態に係る冷凍装置１００は、過冷却制限機構４０の第２流路５２の構成が前述の第１実施形態とは異なっている。

第２流路５２は、第１パッセージ６１の出口１６ｂから延びるのではなく、第１パッセージ６１の入口１６ａにある分岐点７３から延びている。

（２）特徴
冷却ガスＲ４は過冷却熱交換器１６を通過していない凝縮冷媒Ｒ３から生成される。

（３）変形例
第１実施形態の第１変形例１Ａ又は第２変形例１Ｂを、第２実施形態に係る冷凍装置１００に適用してもよい。

（３－１）第１変形例２Ａ
図６は、第２実施形態の第１変形例２Ａに係る冷凍装置１００を示す。この構成は、第１実施形態の第１変形例１Ａを、第２実施形態の基本形に適用したものである。

（３－２）第２変形例２Ｂ
図７は、第２実施形態の第２変形例２Ｂに係る冷凍装置１００を示す。この構成は、第１実施形態の第２変形例１Ｂを、第２実施形態の基本形に適用したものである。

＜第３実施形態＞
（１）構成
図８は、第３実施形態の基本形に係る冷凍装置１００を示す。第２実施形態に係る冷凍装置１００は、過冷却制限機構４０のインジェクション流路５４の構成が前述の第１実施形態とは異なっている。

インジェクション流路５４は、圧縮機１１の吸入口１１ａに接続されている。インジェクション流路５４は、圧縮室１１ｃとは直接的に接続されていない。

（２）特徴
この構成によれば、インジェクション流路５４の冷媒を吸入口１１ａへ供給する吸入インジェクションが行われる。

（３）変形例
第１実施形態の第１変形例１Ａ又は第２変形例１Ｂを、第３実施形態に係る冷凍装置１００に適用してもよい。

＜むすび＞
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１０ ：熱源ユニット
１１ ：圧縮機
１１ａ ：吸入口
１１ｂ ：吐出口
１１ｃ ：圧縮室
１１ｄ ：インジェクション導入口
１３ ：熱源熱交換器
１５ ：熱源膨張弁
１６ ：過冷却熱交換器
１６ａ ：入口
１６ｂ ：出口
１６ｃ ：入口
１６ｄ ：出口
１９ ：制御部
２０ ：利用ユニット
２１ ：利用熱交換器
３０ ：連絡配管
４０ ：過冷却制限機構
４１ ：第１弁
４２ ：第２弁
４３ ：第３弁
５１ ：第１流路
５２ ：第２流路
５３ ：第３流路
５４ ：インジェクション流路
６１ ：第１パッセージ
６２ ：第２パッセージ
７１ ：凝縮冷媒流路
７９ ：中間圧冷媒導入点
８０ ：センサ群
１００ ：冷凍装置
Ａ ：冷媒量
Ｒ１ ：低圧冷媒
Ｒ２ ：高圧冷媒
Ｒ３ ：凝縮冷媒
Ｒ４ ：冷却ガス
Ｒ５ ：中間圧冷媒
ＳＣ ：過冷却度
α ：第１開度
β ：第２開度
γ ：第３開度

特開２０１０－２２３５４２号公報

Claims (15)

1. 低圧冷媒（Ｒ１）を圧縮することによって高圧冷媒（Ｒ２）を生成する圧縮機（１１）と、
   前記高圧冷媒を凝縮する熱源熱交換器（１３）と、
   前記熱源熱交換器が排出する凝縮冷媒（Ｒ３）を案内する凝縮冷媒流路（７１）と、
   熱源膨張弁（１５）と、
   前記凝縮冷媒を冷却する過冷却熱交換器（１６）と、
   前記過冷却熱交換器による前記凝縮冷媒の冷却を制限する過冷却制限機構（４０）と、
   前記過冷却制限機構の制御を行うとともに前記凝縮冷媒の過冷却度（ＳＣ）に応じて冷媒量（Ａ）の判定を行う制御部（１９）であって、通常運転において前記過冷却制限機構による冷却の制限を停止し、冷媒量判定運転において前記過冷却制限機構による冷却の制限を実行する、制御部（１９）と、
   を備える、熱源ユニット（１０）。
2. 前記過冷却熱交換器は、前記凝縮冷媒を通過させる第１パッセージ（６１）と、前記凝縮冷媒を冷却する冷却ガス（Ｒ４）を通過させる第２パッセージ（６２）、とを有し、
   前記過冷却制限機構は、
   前記第１パッセージ及び前記第２パッセージの少なくとも１つを迂回する第１流路（５１）と、
   前記第１流路に設けられる第１弁（４１）と、
   前記冷却ガスを前記第２パッセージへ案内する第２流路（５２）と、
   前記過冷却熱交換器が生成する中間圧冷媒（Ｒ５）を前記圧縮機へ案内するインジェクション流路（５４）と、
   を有する、
   請求項１に記載の熱源ユニット。
3. 前記第１流路（５１）は、前記凝縮冷媒（Ｒ３）を前記過冷却熱交換器に通過させることなく前記インジェクション流路（５４）へ案内し、
   前記制御部は、前記通常運転において前記第１弁（４１）を閉め、前記冷媒量判定運転において前記第１弁を開ける、
   請求項２に記載の熱源ユニット。
4. 前記第１流路（５１）は、前記凝縮冷媒（Ｒ３）を前記第１パッセージ（６１）に通過させることなく前記第２流路（５２）へ案内し、
   前記制御部は、前記通常運転において前記第１弁（４１）を閉め、前記冷媒量判定運転において前記第１弁を開ける、
   請求項２に記載の熱源ユニット。
5. 前記第１流路（５１）は、前記冷却ガス（Ｒ４）を前記第２パッセージ（６２）に通過させることなく前記インジェクション流路（５４）へ案内し、
   前記制御部は、前記通常運転において前記第１弁（４１）を閉め、前記冷媒量判定運転において前記第１弁を開ける、
   請求項２に記載の熱源ユニット。
6. 前記過冷却制限機構は、
   前記第２流路に設けられるとともに前記凝縮冷媒の一部を減圧することによって前記冷却ガスを生成する第２弁（４２）と、
   をさらに有する、
   請求項２から５のいずれか１項に記載の熱源ユニット。
7. 前記第２流路（５２）は、前記第１パッセージの出口（１６ｂ）と前記第２パッセージの入口（１６ｃ）を結び、
   前記制御部は、通常運転において前記第２弁（４２）を開け、冷媒量判定運転において前記第２弁を閉める、
   請求項６に記載の熱源ユニット。
8. 前記第２流路（５２）は、前記第１パッセージの入口（１６ａ）と前記第２パッセージの入口（１６ｃ）を結び、
   前記制御部は、通常運転において前記第２弁（４２）を開け、冷媒量判定運転において前記第２弁を閉める、
   請求項６に記載の熱源ユニット。
9. 前記第１弁は調節可能な第１開度（α）を有し、
   前記冷媒量判定運転において、前記制御部は、前記第１開度を調節するとともに前記第１開度に基づいて前記過冷却度又は前記冷媒量を判定する、
   請求項２から８のいずれか１項に記載の熱源ユニット。
10. 前記第１弁は調節可能な第１開度（α）を有し、
    前記第２弁は調整可能な第２開度（β）を有し、
    前記制御部は、通常運転において前記第２開度を所定の制御パラメータに基づいて制御するとともに、冷媒量判定運転において前記第１開度を前記制御パラメータに基づいて制御する、
    請求項６に記載の熱源ユニット。
11. 前記制御部は、前記制御パラメータを一定に保つように、前記第１開度又は前記第２開度を制御する、
    請求項１０に記載の熱源ユニット。
12. 前記圧縮機は、前記低圧冷媒を吸入する吸入口（１１ａ）、前記高圧冷媒を吐出する吐出口（１１ｂ）、及び、圧縮室（１１ｃ）を有し、
    前記制御パラメータは前記中間圧冷媒（Ｒ５）の圧力、又は、前記高圧冷媒の温度である、
    請求項１０又は請求項１１に記載の熱源ユニット。
13. 前記インジェクション流路（５４）は、前記圧縮室と接続されている、
    請求項１２に記載の熱源ユニット。
14. 前記インジェクション流路（５４）は、前記吸入口と接続されている、
    請求項１２に記載の熱源ユニット。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の熱源ユニット（１０）と、
    利用熱交換器（２１）を有する利用ユニット（２０）と、
    前記熱源ユニット及び前記利用ユニットを接続する連絡配管（３０）と、
    を備える冷凍装置（１００）。

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