JP4363483B2

JP4363483B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP4363483B2
Application number: JP2007311303A
Authority: JP
Inventors: 幹夫賀川; 岡本　　敦; 拓也小谷
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: WO2009069257A1; JP2009133571A

Description

本発明は、開度可変の膨張弁が設けられた冷媒回路を備える冷凍装置に関するものである。

従来より、開度可変の膨張弁が設けられた冷媒回路を備える冷凍装置が知られている。特許文献１には、この種の冷凍装置としての空気調和機が開示されている。この空気調和機は、過熱度制御装置を備えている。過熱度制御装置の制御部は、暖房時に室外熱交換器の入口温度と室外熱交換器の出口温度との差を室外熱交換器の出口の過熱度として算出し、算出した過熱度と目標過熱度との差を偏差Ｅとして算出する。そして、過熱度制御装置の弁制御部は、偏差Ｅが０になるように電動膨張弁の開度を制御する。

また、この種の冷凍装置には、冷媒回路で利用側熱交換器が蒸発器として動作するように冷凍サイクルを行いながら、冷媒回路に冷媒を充填する冷媒充填運転を行うものがある。冷媒充填運転では、例えば熱源側熱交換器で凝縮した液冷媒の過冷却度を観察しながら、充填した冷媒量を管理しており、充填した冷媒量を正確に把握するために利用側熱交換器と圧縮機の吸入側との間の冷媒がガス状態になるように、利用側熱交換器の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように膨張弁の開度が制御される。開度を調節する際に膨張弁に出力する開度指令値は、所定の下限指令値以上の範囲で調節される。
特開平７−２２５０５８号公報

ところで、この種の冷凍装置に用いる開度可変の膨張弁は、ものによって開度に個体差があり、入力される開度指令値が同じ値でも、実際の開度にばらつきが生じる。このため、膨張弁が閉状態から開状態に変化するときの開度指令値は膨張弁によって異なり、膨張弁によっては、開度指令値が下限指令値に等しくなる場合に、開状態になるものもあれば、閉状態になるものもある。

一方、冷媒充填運転を行う従来の冷凍装置では、冷媒充填運転の際に、例えば利用側熱交換器に送られる空気の温度が通常の運転状態に比べて低くなる場合などに、膨張弁の開度が絞られてゆき、膨張弁の開度指令値が下限指令値に等しくなる場合がある。従って、使用する膨張弁によっては、膨張弁が閉状態になってしまい、膨張弁を冷媒が通過することができずに冷媒充填運転を継続することができない場合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、開度可変の膨張弁が設けられた冷媒回路を備える冷凍装置において、膨張弁が閉状態になることが原因で冷媒充填運転が継続不能になることを防止することにある。

第１の発明は、圧縮機（30）と、利用側熱交換器（37）と、該利用側熱交換器（37）の冷媒流量を調節する開度可変の膨張弁（18）とが設けられた冷媒回路（20）と、上記膨張弁（18）の開度を制御する弁制御手段（53）とを備え、上記冷媒回路（20）で上記利用側熱交換器（37）が蒸発器として動作するように冷凍サイクルを行いながら該冷媒回路（20）に冷媒を充填する冷媒充填運転時に、上記弁制御手段（53）が、上記利用側熱交換器（37）の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように、所定の下限指令値以上の大きさの開度指令値を該膨張弁（18）に出力することによって該膨張弁（18）の開度を制御する冷凍装置を対象とする。

そして、この冷凍装置は、上記弁制御手段（53）が、上記冷媒充填運転時に上記開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で、上記膨張弁（18）と圧縮機（30）の吸入側との間の低圧側冷媒の状態に基づいて上記膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作を行い、該判定動作で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に上記下限指令値を大きな値に補正するように構成され、上記冷媒回路（20）では、上記利用側熱交換器（37）と上記膨張弁（18）とが設けられた利用側回路（17）が複数並列に接続される一方、上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転時に全ての利用側回路（17）の膨張弁（18）の開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態でのみ上記判定動作を行い、該判定動作で全ての利用側回路（17）の膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に、上記下限指令値を補正する。

第１の発明では、弁制御手段（53）が、冷媒充填運転時に開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で、低圧側冷媒の状態（例えば圧力や温度）に基づいて膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作を行う。そして、弁制御手段（53）は、判定動作で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に、下限指令値を大きな値に補正する。下限指令値が大きな値に補正されると、開度指令値もそれに伴って大きな値に変更されるので、膨張弁（18）が開き側へ調節される。この第１の発明では、冷媒充填運転時に開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定された場合に、膨張弁（18）が開き側へ調節される。

第１の発明では、冷媒充填運転時に全ての利用側回路（17）の膨張弁（18）の開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態でのみ判定動作が行われる。そして、その判定動作で、全ての利用側回路（17）の膨張弁（18）が閉状態になっていると判定された場合に、下限指令値が大きな値に補正される。一方、開度指令値が下限指令値よりも大きくなっている膨張弁（18）がある状態では判定動作は行われず、下限指令値が補正されることはない。

第２の発明は、圧縮機（30）と、利用側熱交換器（37）と、該利用側熱交換器（37）の冷媒流量を調節する開度可変の膨張弁（18）とが設けられた冷媒回路（20）と、上記膨張弁（18）の開度を制御する弁制御手段（53）とを備え、上記冷媒回路（20）で上記利用側熱交換器（37）が蒸発器として動作するように冷凍サイクルを行いながら該冷媒回路（20）に冷媒を充填する冷媒充填運転時に、上記弁制御手段（53）が、上記利用側熱交換器（37）の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように、所定の下限指令値以上の大きさの開度指令値を該膨張弁（18）に出力することによって該膨張弁（18）の開度を制御する冷凍装置を対象とする。

そして、この冷凍装置は、上記弁制御手段（53）が、上記冷媒充填運転時に上記開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で、上記膨張弁（18）と圧縮機（30）の吸入側との間の低圧側冷媒の状態に基づいて上記膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作を行い、該判定動作で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に上記下限指令値を大きな値に補正するように構成され、上記弁制御手段（53）は、上記低圧側冷媒の圧力が所定の第１低圧基準値を下回る状態の継続時間が所定の判定時間に達する第１条件と、該低圧側冷媒の圧力が上記第１低圧基準値よりも小さい所定の第２低圧基準値を下回る第２条件との少なくとも一方が成立する場合に、上記判定動作で上記膨張弁（18）が閉状態になっていると判定する。

第２の発明では、判定動作で第１条件と第２条件の少なくとも一方が成立する場合に、膨張弁（18）が閉状態になっていると判定される。第１条件は、低圧側冷媒の圧力が所定の第１低圧基準値を下回る状態の継続時間が所定の判定時間に達するという条件である。第２条件は、低圧側冷媒の圧力が第１低圧基準値よりも小さい所定の第２低圧基準値を下回るという条件である。この第２の発明では、膨張弁（18）が閉じているか否かの判定が、互いに低圧基準値が異なる２つの条件を用いて行われる。

第３の発明は、圧縮機（30）と、利用側熱交換器（37）と、該利用側熱交換器（37）の冷媒流量を調節する開度可変の膨張弁（18）とが設けられた冷媒回路（20）と、上記膨張弁（18）の開度を制御する弁制御手段（53）とを備え、上記冷媒回路（20）で上記利用側熱交換器（37）が蒸発器として動作するように冷凍サイクルを行いながら該冷媒回路（20）に冷媒を充填する冷媒充填運転時に、上記弁制御手段（53）が、上記利用側熱交換器（37）の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように、所定の下限指令値以上の大きさの開度指令値を該膨張弁（18）に出力することによって該膨張弁（18）の開度を制御する冷凍装置を対象とする。

そして、この冷凍装置は、上記弁制御手段（53）が、上記冷媒充填運転時に上記開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で、上記膨張弁（18）と圧縮機（30）の吸入側との間の低圧側冷媒の状態に基づいて上記膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作を行い、該判定動作で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に上記下限指令値を大きな値に補正するように構成され、上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転において上記下限指令値を補正した後は、該下限指令値の補正後の経過時間が所定の基準時間に達するのを待ってから、上記判定動作を行う。

第３の発明では、膨張弁（18）が閉じていると判定されると下限指令値が補正され、開度指令値が補正後の下限指令値以上の値に変更されて膨張弁（18）が開き側へ調節される。そして、下限指令値の補正後は、所定の基準時間が経過するのを待ってから、判定動作が行われる。つまり、この第３の発明では、膨張弁（18）を開き側へ調節してからある程度の時間が経過するのを待ってから、判定動作が行われる。

第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１つの発明において、上記弁制御手段（53）が、上記冷媒充填運転時に、所定の上限値以下の範囲で上記下限指令値の補正を行う。

第４の発明では、下限指令値の補正が上限値以下の範囲で行われる。つまり、下限指令値は、所定の上限値を超えないように補正される。

本発明では、冷媒充填運転時に開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定された場合に、下限指令値が大きな値に補正されることによって、膨張弁（18）が開き側へ調節される。つまり、開度指令値が下限指令値に等しくなる場合に閉状態になるような膨張弁（18）であることが検出された場合に、膨張弁（18）が開き側へ調節される。このため、膨張弁（18）を冷媒が通過することができるように調節されるので、膨張弁（18）が閉状態になることが原因で冷媒充填運転が継続不能になることを防止することができる。

また、上記第２の発明では、膨張弁（18）が閉じているか否かの判定が、互いに低圧基準値が異なる２つの条件を用いて行われる。２つの条件のうち第１条件では、低圧側冷媒の圧力が低圧基準値を下回る状態の継続時間が判定の際に用いられている。このため、１つの条件だけで膨張弁（18）が閉じているか否かを判定する場合に比べて、精度よく膨張弁（18）が閉じているか否かを判定することができるので、膨張弁（18）が閉状態になることが原因で冷媒充填運転が継続不能になることをさらに確実に防止することができる。

また、上記第３の発明では、膨張弁（18）を開き側へ調節してからある程度の時間が経過するのを待ってから、判定動作が行われる。ここで、下限指令値を大きな値に補正することによって膨張弁（18）が閉状態から開状態へ変化すると、低圧側冷媒の状態が変化し始めるが、膨張弁（18）が開状態に変化してから低圧側冷媒の状態が安定するまで、ある程度の時間が必要である。このため、膨張弁（18）を開き側へ調節した後に直ちに、判定動作を行う場合には、低圧側冷媒の状態が安定していないので、膨張弁（18）が開状態になったことに気が付かずに、下限指令値がさらに大きな値に補正されるおそれがある。これに対して、この第３の発明では、膨張弁（18）が開状態に変化してから低圧側冷媒の状態が安定するのを待ってから、判定動作が行われる。従って、膨張弁（18）が開状態へなっているにも拘わらず、膨張弁（18）が閉状態になっていると誤判定されることがなく、下限指令値を正確に設定することができる。

また、上記第４の発明では、下限指令値の補正が上限値以下の範囲で行われるようにしている。ここで、上述したように、膨張弁（18）が閉状態から開状態になるときの開度指令値は膨張弁（18）によってばらつきがある。しかし、膨張弁（18）が開状態になるときの開度指令値のばらつきの範囲は、ある程度決まっている。つまり、ばらつき量が大きい膨張弁（18）であっても、下限指令値をある程度大きくすると、必ず開状態になる。この第４の発明では、このようなことを考慮して、下限指令値の補正が上限値以下の範囲で行われる。従って、例えば膨張弁（18）が開状態になっているにも拘わらず、誤判定等によって下限指令値が上限値を超えて大きな値に補正されることを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の実施形態について説明する。なお、以下では、先ず本発明に係る冷媒の充填方法が適用される冷凍装置（10）について説明し、次に本発明に係る冷媒の充填方法について説明する。

〈冷凍装置の全体構成〉
本実施形態に係る冷凍装置（10）は、室内空間の温度調節を行う空気調和装置（10）である。この冷凍装置（10）は、図１に示すように、１台の室外ユニット（11）と、複数台（例えば３台）の室内ユニット（13）とを備えている。室外ユニット（11）は熱源ユニットを構成し、室内ユニット（13）は利用ユニットを構成している。

この冷凍装置（10）は、冷媒が充填された冷媒回路（20）を備えている。冷媒回路（20）は、室外ユニット（11）に収容された室外回路（21）と、各室内ユニット（13）に収容された室内回路（17）とが、液側連絡配管（23）及びガス側連絡配管（24）によって接続されることによって構成されている。室外回路（21）は熱源側回路を構成し、各室内回路（17）はそれぞれ利用側回路を構成している。複数の室内回路（17）は互いに並列に接続されている。冷媒回路（20）では、冷媒を循環させることによって蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

《室外回路の構成》
室外回路（21）は、液側端に設けられた液側閉鎖弁（25）に液側連絡配管（23）が接続され、ガス側端に設けられたガス側閉鎖弁（26）にガス側連絡配管（24）が接続されている。室外回路（21）には、圧縮機（30）、熱源側熱交換器である室外熱交換器（34）、室外膨張弁（36）、及び四路切換弁（33）が接続されている。

圧縮機（30）は、例えば全密閉の高圧ドーム型のスクロール圧縮機として構成されている。圧縮機（30）には、インバータを介して電力が供給される。この圧縮機（30）は、インバータの出力周波数を変化させて電動機の回転速度を変更することによって運転容量を複数段階に変更することができるように構成されている。圧縮機（30）の吐出側は、四路切換弁（33）の第１ポート（P1）に接続されている。圧縮機（30）の吸入側は、四路切換弁（33）の第３ポート（P3）に接続されている。

室外熱交換器（34）は、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器として構成されている。室外熱交換器（34）の近傍には、その室外熱交換器（34）に室外空気を送るための室外ファン（12）が設けられている。室外熱交換器（34）では、室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。室外熱交換器（34）の一端は、四路切換弁（33）の第４ポート（P4）に接続されている。室外熱交換器（34）の他端は、液側閉鎖弁（25）に接続されている。また、四路切換弁（33）の第２ポート（P2）はガス側閉鎖弁（26）に接続されている。

液側閉鎖弁（25）と室外熱交換器（34）との間には、室外膨張弁（36）が設けられている。室外膨張弁（36）は、パルスモータ（75）によって弁体であるニードル（76）が駆動される電動膨張弁である。室外膨張弁（36）の開度は、後述する弁制御部（53）が出力するパルス信号の制御パルス（開度指令値）の大きさに応じて調節される。

四路切換弁（33）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）とが連通して第３ポート（P3）と第４ポート（P4）とが連通する状態（図１に実線で示す第１状態）と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）とが連通して第２ポート（P2）と第３ポート（P3）とが連通する状態（図１に破線で示す第２状態）とが切り換え自在に構成されている。

液側閉鎖弁（25）には、液側サービスポート（27）が設けられている。一方、ガス側閉鎖弁（26）には、ガス側サービスポート（28）が設けられている。これらのサービスポート（27,28）は、冷媒回路（20）へ冷媒を充填する時や、冷媒回路（20）の冷媒を回収する時に使用され、冷房運転及び暖房運転時は閉鎖されている。

圧縮機（30）の吐出側と四路切換弁（33）の間には、圧縮機（30）から吐出される高圧側冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ（31）が設けられている。圧縮機（30）の吸入側と四路切換弁（33）の間には、圧縮機（30）に吸入される低圧側冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ（32）が設けられている。これらのセンサ（31,32）の計測値は、コントローラ（50）に入力される。

《室内回路の構成》
各室内回路（17）は、液側端に液側連絡配管（23）が接続され、ガス側端にガス側連絡配管（24）が接続されている。各室内回路（17）では、そのガス側端から液側端へ向かって、利用側熱交換器である室内熱交換器（37）と、室内熱交換器（37）の冷媒流量を調節する室内膨張弁（18）とが設けられている。

室内熱交換器（37）は、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器により構成されている。室内熱交換器（37）の近傍には、その室内熱交換器（37）に室内空気を送るための室内ファン（14）が設けられている。室内熱交換器（37）では、室内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。

室内膨張弁（18）は、パルスモータ（75）によって弁体であるニードル（76）が駆動される電動膨張弁である。室内膨張弁（18）の開度は、後述する弁制御部（53）が出力するパルス信号の制御パルス（開度指令値）の大きさに応じて調節される。室内膨張弁（18）の詳細については後述する。

また、室内熱交換器（37）の液側には、室内熱交換器（37）の液側を流通する冷媒の温度を検出する液側温度センサ（38）が設けられている。また、室内熱交換器（37）のガス側には、室内熱交換器（37）のガス側を流通する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ（39）が設けられている。また、室内熱交換器（37）の近傍には、室内熱交換器（37）に流入する空気の温度を計測する吸込温度センサ（40）が設けられている。これらのセンサ（38〜40）の計測値は、コントローラ（50）に入力される。

《膨張弁の構造》
上記室外膨張弁（36）及び室内膨張弁（18）は、共に直動式の電動膨張弁である。ここでは、室内膨張弁（18）について、図２を参照しながら説明する。なお、室外膨張弁（36）も室内膨張弁（18）と同様の構造である。

上記室内膨張弁（18）では、円筒状のモータケーシング（71）の外周側に配設された固定子としてのソレノイド（72）と、該ケーシング（71）内に位置する回転子としてのロータ（73）に設けられたマグネット（74）とによってパルスモータ（75）が構成されている。この室内膨張弁（18）は、ロータ（73）の回転に応じて先端に弁部（76a）の設けられたニードル（76）を上下動させるように構成されている。

ロータ（73）は、円筒状のブッシュ（77）と、その外周側に配設されるマグネット（74）と、を備えている。ブッシュ（77）には、その回転中心近傍に下方に向かって開口する穴部（77a）が形成されている。この穴部（77a）は、その内周面にねじ山の形成された雌ねじになっている。そして、穴部（77a）内には、上端側をロータ（73）に固定されたニードル（76）が、下方に向かって延びるように配設されている。

モータケーシング（71）の下側には、柱状の本体部（78）が一体的に設けられている。この本体部（78）の内部には、側方及び下方に向かってそれぞれ開口する流通路としての穴部（78a,78b）が直交するように形成されている。この本体部（78）には、穴部（78a,78b）にそれぞれ連通して第１及び第２の管路（85,86）を形成するように第１及び第２の継手（79,80）が接続されている。第２の継手（80）の接続される穴部（78b）内には、弁部（76a）を受けるための弁座（81）が設けられている。

また、本体部（78）の内部には、弁座（81）の設けられた穴部（78b）から上方に向かって延びる穴部（78c）も形成されている。そして、本体部（78）の上側には、この穴部（78c）の内部空間と連通するように、上方に向かって延びる円筒部材（82）が配設されている。この円筒部材（82）の外周面上にはねじ部が形成されていて、ロータ（73）の穴部（77a）に螺合している。これにより、ロータ（73）が回転すると、モータケーシング（71）に固定された本体部（78）に対して、ロータ（73）は上下動することになる。

円筒部材（82）の内部において、ニードル（76）は、ロータ（73）に上端側が固定され、穴部（77a）内を下方に向かって延びる姿勢で配置されている。このニードル（76）は、前記円筒部材（82）の内部空間に連通する本体部（78）の穴部（78c）内にも挿通されている。ニードル（76）の下端の弁部（76a）は、本体部（78）の穴部（78a,78b）が互いに直交する部分（即ち、連通部（87））で、本体部（78）内に設けられた弁座（81）と対向する。これにより、上述のように、ロータ（73）が上下動すると、それに応じてニードル（76）が円筒部材（82）内及び本体部（78）の穴部（78c）内を上下動することになり、該ニードル（76）の下端の弁部（76a）が弁座（81）に対して上下動（第２の管路の長手方向に移動）し、これにより室内膨張弁（18）の開閉動作が行われることになる。

なお、この冷凍装置（10）に使用されている室内膨張弁（18）は、制御パルス（EV）の最大値がEV_maxパルス（例えばEV_max＝２０００）の製品である。この製品は、図３に示すように、制御パルス（EV）と室内膨張弁（18）の通過流量との関係を表す流量特性に、特性線Ａから特性線Ｃの範囲のばらつきがある。なお、特性線Ａは、この製品の中で室内膨張弁（18）の通過流量が最大になる室内膨張弁（18）の流量特性を表している。特性線Ｂは、この製品の中で室内膨張弁（18）の通過流量が平均的な値になる室内膨張弁（18）の流量特性を表している。特性線Ｃは、この製品の中で室内膨張弁（18）の通過流量が最少になる室内膨張弁（18）の流量特性を表している。また、この膨張弁（13）の規格は、庫内の設定温度が比較的高い条件（例えば３０℃）に合わせて、全開時の流量が決定されている。

−運転動作−
次に、冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）は、四路切換弁（33）の切り換えによって冷房運転と暖房運転とを切換自在に構成されている。冷房運転と暖房運転は、室内を温度調節する通常運転である。なお、この冷凍装置（10）は、通常運転以外に、冷媒回路（20）に冷媒を充填するときに行われる冷媒充填運転を実行可能に構成されている。

<冷房運転>
冷房運転では、四路切換弁（33）が第２状態に設定される。そして、この状態で圧縮機（30）を運転すると、冷媒回路（20）では室外熱交換器（34）が凝縮器となって各室内熱交換器（37）が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

具体的に、圧縮機（30）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（34）で室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（34）で凝縮した冷媒は、各室内回路（17）へ分配される。各室内回路（17）では、冷媒が室内膨張弁（18）で減圧され、減圧された冷媒が室内熱交換器（37）で室内空気から吸熱して蒸発する。これにより、室内熱交換器（37）で冷却された空気が室内へ供給される。各室内熱交換器（37）で蒸発した冷媒は、液側連絡配管（23）で合流した後に、圧縮機（30）へ吸入されて圧縮される。

<暖房運転>
暖房運転では、四路切換弁（33）が第１状態に設定される。そして、この状態で圧縮機（30）を運転すると、冷媒回路（20）では室外熱交換器（34）が蒸発器となって各室内熱交換器（37）が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

具体的に、圧縮機（30）から吐出された冷媒は、各室内回路（17）へ分配される。各室内回路（17）では、冷媒が室内熱交換器（37）で室内空気へ放熱して凝縮する。これにより、室内熱交換器（37）で加熱された空気が室内へ供給される。各室内熱交換器（37）で凝縮した冷媒は、各室内膨張弁（18）で減圧された後に液側連絡配管（23）で合流し、室外回路（21）に流入する。室外回路（21）では、冷媒が室外熱交換器（34）で室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（34）で蒸発した冷媒は、圧縮機（30）へ吸入されて圧縮される。

<冷媒充填運転>
冷媒充填運転の運転動作は、冷房運転と全く同じである。冷媒充填運転では、冷媒が充填されたボンベが冷媒ホースを介して液側サービスポート（27）及びガス側サービスポート（28）に接続した状態で、圧縮機（30）の運転が行われる。四路切換弁（33）は第２状態に設定される。冷媒回路（20）では、室外熱交換器（34）が凝縮器となって各室内熱交換器（37）が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

冷媒充填運転では、室外熱交換器（34）で凝縮した液冷媒の過冷却度を観察しながら、充填した冷媒量を管理しており、充填した冷媒量を正確に把握するために室内熱交換器（37）と圧縮機（30）の吸入側との間の冷媒がガス状態になるように、各室内熱交換器（37）の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度（例えば５℃）になるように各室内膨張弁（18）の開度が制御される。

−コントローラの構成−
本実施形態の冷凍装置（10）には、冷凍装置（10）の運転を制御するためのコントローラ（50）が設けられている。コントローラ（50）は、室外ユニット（11）及び室内ユニット（13）の運転を制御するように構成されている。なお、コントローラ（50）は、室外ユニット（11）の制御基板と、その室外ユニット（11）の制御基板と通信可能な各室内ユニット（13）の制御基板とから構成されていてもよい。

本実施形態では、コントローラ（50）が、弁制御手段である弁制御部（53）を備えている。弁制御部（53）は、冷房運転時及び冷媒充填運転時に各室内ユニット（13）に対して、室内熱交換器（37）から流出するガス冷媒の過熱度（SH）が所定の目標過熱度（例えば５℃）になるように室内膨張弁（18）の開度を制御する過熱度制御を行う。また、弁制御部（53）は、暖房運転時に各室内ユニット（13）に対して、各室内熱交換器（37）から流出する液冷媒の過冷却度（SC）が所定の目標過冷却度（例えば５℃）になるように各室内膨張弁（18）の開度を制御するサブクール制御を行うように構成されている。

具体的に、過熱度制御では、弁制御部（53）が、ガス側温度センサ（39）の計測値と液側温度センサ（38）の計測値との差を、室内熱交換器（37）から流出する冷媒の過熱度（SH）として検出する。そして、弁制御部（53）は、検出した過熱度（SH）が目標過熱度に近づくように、室内膨張弁（18）の制御パルス（EV）を決定して、決定した制御パルス（EV）のパルス信号を室内膨張弁（18）のパルスモータ（75）に出力する。弁制御部（53）は、検出した過熱度（SH）が目標過熱度よりも大きい場合には、制御パルス（EV）を増大させる。一方、弁制御部（53）は、検出した過熱度（SH）が目標過熱度よりも小さい場合には、制御パルス（EV）を減少させる。

一方、サブクール制御では、弁制御部（53）が、ガス側温度センサ（39）の計測値と液側温度センサ（38）の計測値との差を、室内熱交換器（37）から流出する冷媒の過冷却度（SC）として検出する。そして、弁制御部（53）は、検出した過冷却度（SC）が目標過冷却度に近づくように、室内膨張弁（18）の制御パルス（EV）を決定して、決定した制御パルス（EV）のパルス信号を室内膨張弁（18）のパルスモータ（75）に出力する。弁制御部（53）は、検出した過冷却度（SC）が目標過冷却度よりも大きい場合には、制御パルス（EV）を増大させる。一方、弁制御部（53）は、検出した過冷却度（SC）が目標過冷却度よりも小さい場合には、制御パルス（EV）を減少させる。

なお、弁制御部（53）には、制御パルスの下限値である下限指令値（EVL）が予め設定されている。弁制御部（53）では、下限指令値（EVL）以上で且つ上記最大値（EV_max）以下の範囲で制御パルス（EV）が決定される。

また、この実施形態では、図１に示すように、弁制御部（53）が、下限補正部（54）を備えている。下限補正部（54）は、冷媒充填運転時に下限指令値（EVL）を補正するための下限補正動作を行うように構成されている。下限補正動作についての詳細は後述する。なお、下限補正部（54）は、通常運転時にも下限補正動作を行うように構成されていてもよい。

−コントローラの動作−
冷媒充填運転時のコントローラ（50）の動作について、図４を参照しながら、以下に説明する。

まず、冷媒充填運転は、コントローラ（50）が、四路切換弁（33）を第２状態に設定すると共に、圧縮機（30）、室外ファン（12）、及び各室内ファン（14）を起動させることによって開始される。その際、弁制御部（53）は、所定の初期値（例えば１６０パルス）を制御パルス（EV）とするパルス信号を各室内膨張弁（18）に出力して、各室内膨張弁（18）を閉状態から開き側へ調節する。これにより、各室内膨張弁（18）のニードル（76）が僅かに上昇する。冷媒充填運転が開始されると、弁制御部（53）は各室内ユニット（13）に対して過熱度制御を行う。そして、冷媒充填運転から所定の第１時間（例えば３０秒間）の経過後に、弁制御部（53）の下限補正部（54）が下限補正動作を開始する。

ここで、冬季などの室内空気の温度が低い状態、つまり室内熱交換器（37）に送られる空気の温度が通常運転に比べて低い状態で、冷媒充填運転が行われる場合には、室内熱交換器（37）での吸熱量が少なくなる。このため、過熱度制御によって各室内熱交換器（37）を通過する冷媒流量が少なくなるように各室内膨張弁（18）が制御されるので、通常運転に合わせて全開時の流量規格が決定されている各室内膨張弁（18）では、制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）のまま変化しない場合がある。そして、上述してように、膨張弁によっては、制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）に等しくなる場合に閉状態になるものがあるので、室内膨張弁（18）を冷媒が通過することができずに冷媒充填運転を継続することができない場合がある。この下限補正動作は、このような問題を解消するために行われる。

下限補正動作では、下限補正部（54）が、まずステップ１（ST1）で、全ての室内ユニット（13）の室内膨張弁（18）の制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）に等しくなっているか否かを判定する。下限補正部（54）は、全ての室内ユニット（13）の室内膨張弁（18）の制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）に等しくなっていれば、ステップ２（ST2）を行う。一方、下限補正部（54）は、何れかの室内ユニット（13）の室内膨張弁（18）の制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）よりも大きくなっていれば、下限補正動作を終了する。

ステップ２（ST2）では、下限補正部（54）が、今回の冷媒充填運転で下限指令値（EVL）の補正が既に行われている場合に、前回の下限指令値（EVL）の補正からの経過時間が所定の基準時間（例えば３０秒）に達しているか否かの判定を行う。下限補正部（54）は、前回の下限指令値（EVL）の補正からの経過時間が所定の基準時間に達している場合には、ステップ３（ST3）を行う。一方、下限補正部（54）は、前回の下限指令値（EVL）の補正からの経過時間が所定の基準時間に達していない場合には、下限補正動作を終了する。なお、下限補正部（54）は、今回の冷媒充填運転で下限指令値（EVL）の補正がまだ行われていない場合には、ステップ２（ST2）を省略してステップ３（ST3）を行う。

ステップ３（ST3）では、下限補正部（54）が、室内膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作が行われる。この判定動作は、全ての室内ユニット（13）の室内膨張弁（18）の制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）に等しくなっている状態のときだけ行われる。また、この判定動作は、今回の冷媒充填運転で下限指令値（EVL）の補正が既に行われている場合には、下限指令値（EVL）の補正後の経過時間が基準時間に達するのを待ってから行われる。

この判定動作では、第１条件と第２条件から構成された所定の判定条件が用いられる。第１条件は、吸入圧力センサ（32）の計測値が第１低圧基準値（例えば２ｋＰａ）を下回る状態が所定の判定時間（例えば９０秒）を超えるという条件である。第２条件は、吸入圧力センサ（32）の計測値が第１低圧基準値よりも小さい第２低圧基準値（例えば１ｋＰａ）を下回るという条件である。第２低圧基準値は第１低圧基準値よりも小さい値に設定されている。判定条件は、第１条件と第２条件の少なくとも一方が成立する場合に成立する。下限補正部（54）は、判定条件が成立すれば、全ての室内ユニット（13）の室内膨張弁（18）が閉状態になっていると判断して、ステップ４（ST4）を行う。一方、下限補正部（54）は、判定条件が成立しなければ、下限補正動作を終了する。

ステップ４（ST4）では、下限補正部（54）が、以下に示す式１を用いて下限指令値（EVL）を補正する。但し、下限補正部（54）は、補正後の下限指令値（EVL）が所定の上限値（例えば２００パルス）を超える場合には、下限指令値（EVL）の補正を行わない。下限指令値（EVL）の補正は、上限値以下の範囲で行われる。

式１：EVL'＝EVL＋ΔE
上記式１において、EVL'は補正後の下限指令値、EVLは補正前の下限指令値、ΔEは補正開度（例えばΔE＝１０パルス）を表している。また、上限値は、室内膨張弁（18）が閉状態から開状態に変化するときの開度指令値の個体差によるばらつき範囲の最大値を想定している。

下限補正部（54）は、ステップ４が終了すると、下限補正動作を終了する。そして、下限補正部（54）は、所定時間（例えば５秒）の経過後に再び下限補正動作を行う。下限補正部（54）は、冷媒充填運転が終了するまで、下限補正動作を繰り返し行う。

弁制御部（53）は、ステップ４（ST4）で下限指令値（EVL）が補正されると、補正後の下限指令値（EVL'）を制御パルス（EV）とするパルス信号を各室内膨張弁（18）に出力して、各室内膨張弁（18）の開度を開き側へ調節する。各室内膨張弁（18）では、ニードル（76）が僅かに上昇する。そして、このニードル（76）の上昇によって、ニードル（76）と弁座（81）との間に隙間ができれば、室内膨張弁（18）が開状態になる。室内膨張弁（18）が開状態になれば、圧縮機（30）に吸入される低圧側冷媒の圧力が上昇し、吸入圧力センサ（32）の計測値が上記第１低圧基準値よりも大きくなるので、次回の下限補正動作では、判定条件が成立しなくなり、下限指令値（EVL）の補正は行われなくなる。

一方、このニードル（76）の上昇によっても、室内膨張弁（18）が開状態にならない場合には、圧縮機（30）に吸入される低圧側冷媒の圧力は変化しないので、次回の下限補正動作でも判定条件が成立し、下限指令値（EVL）の補正が再び行われることになる。

−実施形態の効果−
本実施形態では、冷媒充填運転時に制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）に等しくなっている状態で室内膨張弁（18）が閉状態になっていると判定された場合に、下限指令値が大きな値に補正されることによって、室内膨張弁（18）が開き側へ調節される。つまり、制御パルス（EV）が下限指令値（EVL）に等しくなる場合に閉状態になるような室内膨張弁（18）であることが検出された場合に、室内膨張弁（18）が開き側へ調節される。このため、室内膨張弁（18）を冷媒が通過することができるように調節されるので、室内膨張弁（18）が閉状態になることが原因で冷媒充填運転が継続不能になることを防止することができる。

また、本実施形態では、室内膨張弁（18）が閉じているか否かの判定が、互いに低圧基準値が異なる２つの条件を用いて行われる。２つの条件のうち第１条件では、低圧側冷媒の圧力が低圧基準値を下回る状態の継続時間が判定の際に用いられている。このため、１つの条件だけで室内膨張弁（18）が閉じているか否かを判定する場合に比べて、精度よく室内膨張弁（18）が閉じているか否かを判定することができるので、室内膨張弁（18）が閉状態になることが原因で冷媒充填運転が継続不能になることをさらに確実に防止することができる。

また、本実施形態では、室内膨張弁（18）を開き側へ調節してからある程度の時間が経過するのを待ってから、判定動作が行われる。ここで、下限指令値（EVL）を大きな値に補正することによって室内膨張弁（18）が閉状態から開状態へ変化すると、低圧側冷媒の圧力が変化し始めるが、室内膨張弁（18）が開状態に変化してから低圧側冷媒の圧力が安定するまで、ある程度の時間が必要である。このため、室内膨張弁（18）を開き側へ調節した後に直ちに、判定動作を行う場合には、低圧側冷媒の圧力が安定していないので、室内膨張弁（18）が開状態になったことに気が付かずに、下限指令値（EVL）がさらに大きな値に補正されるおそれがある。これに対して、本実施形態では、室内膨張弁（18）が開状態に変化してから低圧側冷媒の圧力が安定するのを待ってから、判定動作が行われる。従って、室内膨張弁（18）が開状態へなっているにも拘わらず、室内膨張弁（18）が閉状態になっていると誤判定されることがなく、下限指令値（EVL）を正確に設定することができる。

また、本実施形態では、下限指令値（EVL）の補正が上限値以下の範囲で行われるようにしている。ここで、上述したように、室内膨張弁（18）が閉状態から開状態になるときの制御パルス（EV）は室内膨張弁（18）によってばらつきがある。しかし、室内膨張弁（18）が開状態になるときの制御パルス（EV）のばらつきの範囲は、ある程度決まっている。つまり、ばらつき量が大きい室内膨張弁（18）であっても、下限指令値（EVL）をある程度大きくすると、必ず開状態になる。本実施形態では、このようなことを考慮して、下限指令値（EVL）の補正が上限値以下の範囲で行われる。従って、例えば室内膨張弁（18）が開状態になっているにも拘わらず、誤判定等によって下限指令値（EVL）が上限値を超えて大きな値に補正されることを防止することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態について、室内ユニット（13）の台数が１台であってもよい。この場合、図５に示すように、下限補正動作で、上記実施形態の図４におけるステップ１（ST1）が行われない。

また、上記実施形態について、下限補正部（54）が、下限補正動作時の最終的な下限指令値（EVL）を記憶可能に構成されていてもよい。この場合、記憶された下限指令値（EVL）が、次の冷媒充填運転の際の上記初期値として用いられる。

また、上記実施形態について、冷凍装置（10）が、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定される超臨界サイクルを行うように構成されていてもよい。その場合、室外熱交換器（34）及び室内熱交換器（37）は、その一方がガスクーラとして動作し、他方が蒸発器として動作する。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、開度可変の膨張弁が設けられた冷媒回路を備える冷凍装置について有用である。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の概略構成図である。本発明の実施形態に係る室内膨張弁の縦断面図である。本発明の実施形態に係る室内膨張弁の流量特性を表す図表である。本発明の実施形態に係る冷凍装置における下限補正動作の流れを表すフローチャートである。その他の実施形態に係る冷凍装置における下限補正動作の流れを表すフローチャートである。

１０冷凍装置
１７室内回路（利用側回路）
１８室内膨張弁（膨張弁）
２０冷媒回路
３０圧縮機
３４室外熱交換器
３６室外膨張弁
３７利用側熱交換器（室内熱交換器）
５０コントローラ
５３弁制御部（弁制御手段）
５４下限補正部

Claims

圧縮機（30）と、利用側熱交換器（37）と、該利用側熱交換器（37）の冷媒流量を調節する開度可変の膨張弁（18）とが設けられた冷媒回路（20）と、
上記膨張弁（18）の開度を制御する弁制御手段（53）とを備え、
上記冷媒回路（20）で上記利用側熱交換器（37）が蒸発器として動作するように冷凍サイクルを行いながら該冷媒回路（20）に冷媒を充填する冷媒充填運転時に、上記弁制御手段（53）が、上記利用側熱交換器（37）の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように、所定の下限指令値以上の大きさの開度指令値を該膨張弁（18）に出力することによって該膨張弁（18）の開度を制御する冷凍装置であって、
上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転時に上記開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で、上記膨張弁（18）と圧縮機（30）の吸入側との間の低圧側冷媒の状態に基づいて上記膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作を行い、該判定動作で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に上記下限指令値を大きな値に補正するように構成され、
上記冷媒回路（20）では、上記利用側熱交換器（37）と上記膨張弁（18）とが設けられた利用側回路（17）が複数並列に接続される一方、
上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転時に全ての利用側回路（17）の膨張弁（18）の開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態でのみ上記判定動作を行い、該判定動作で全ての利用側回路（17）の膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に、上記下限指令値を補正することを特徴とする冷凍装置。
圧縮機（30）と、利用側熱交換器（37）と、該利用側熱交換器（37）の冷媒流量を調節する開度可変の膨張弁（18）とが設けられた冷媒回路（20）と、
上記膨張弁（18）の開度を制御する弁制御手段（53）とを備え、
上記冷媒回路（20）で上記利用側熱交換器（37）が蒸発器として動作するように冷凍サイクルを行いながら該冷媒回路（20）に冷媒を充填する冷媒充填運転時に、上記弁制御手段（53）が、上記利用側熱交換器（37）の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように、所定の下限指令値以上の大きさの開度指令値を該膨張弁（18）に出力することによって該膨張弁（18）の開度を制御する冷凍装置であって、
上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転時に上記開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で、上記膨張弁（18）と圧縮機（30）の吸入側との間の低圧側冷媒の状態に基づいて上記膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作を行い、該判定動作で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に上記下限指令値を大きな値に補正するように構成され、
上記弁制御手段（53）は、上記低圧側冷媒の圧力が所定の第１低圧基準値を下回る状態の継続時間が所定の判定時間に達する第１条件と、該低圧側冷媒の圧力が上記第１低圧基準値よりも小さい所定の第２低圧基準値を下回る第２条件との少なくとも一方が成立する場合に、上記判定動作で上記膨張弁（18）が閉状態になっていると判定することを特徴とする冷凍装置。
圧縮機（30）と、利用側熱交換器（37）と、該利用側熱交換器（37）の冷媒流量を調節する開度可変の膨張弁（18）とが設けられた冷媒回路（20）と、
上記膨張弁（18）の開度を制御する弁制御手段（53）とを備え、
上記冷媒回路（20）で上記利用側熱交換器（37）が蒸発器として動作するように冷凍サイクルを行いながら該冷媒回路（20）に冷媒を充填する冷媒充填運転時に、上記弁制御手段（53）が、上記利用側熱交換器（37）の出口の冷媒の過熱度が所定の目標過熱度になるように、所定の下限指令値以上の大きさの開度指令値を該膨張弁（18）に出力することによって該膨張弁（18）の開度を制御する冷凍装置であって、
上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転時に上記開度指令値が下限指令値に等しくなっている状態で、上記膨張弁（18）と圧縮機（30）の吸入側との間の低圧側冷媒の状態に基づいて上記膨張弁（18）が閉状態になっているか否かを判定する判定動作を行い、該判定動作で膨張弁（18）が閉状態になっていると判定した場合に上記下限指令値を大きな値に補正するように構成され、
上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転において上記下限指令値を補正した後は、該下限指令値の補正後の経過時間が所定の基準時間に達するのを待ってから、上記判定動作を行うことを特徴とする冷凍装置。
請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
上記弁制御手段（53）は、上記冷媒充填運転時に、所定の上限値以下の範囲で上記下限指令値の補正を行うことを特徴とする冷凍装置。