JP5036790B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に、空気調和装置の機器設置後やメンテナンス時の工程において、空気調和装置から検出した運転特性から適正な冷媒充填量を判断する装置に関するものである。

空気調和装置の冷媒量判定方法については、既にさまざまな手法が提案されている。以下、適正冷媒量判定手法の公知技術について述べる。

従来の冷媒量判定方法では、室外側に設置される熱源側ユニットの熱源側熱交換器出口の過冷却度（ＳＣ）もしくは、過冷却度の変動に応じて変動する膨張弁開度などの運転状態量を検出して、これらの値を基準値と比較することにより、冷媒回路内に充填された冷媒量の適否を判定していた（例えば特許文献１参照）。

また、従来の冷媒量判定方法では、試運転時の熱源側熱交換器出口の過冷却度もしくは、冷媒量推定値（冷媒回路を主要部に分け、各部の冷媒量演算結果（単相配管は容積と密度から、二相の熱交換器は実験式から推定）から合計冷媒量を推定）データを蓄積し、試運転時のこれらの値を基準値として、これらの値の現在値と比較することにより、冷媒回路内に充填された冷媒量の適否を判定していた（例えば特許文献２参照）。

また、この他の従来の冷媒量判定手法では、空気調和装置の室内温度と室外温度と、吸入過熱度もしくは吐出過熱度と冷媒充填率の関係を予め対象機器について試験結果から求め、記憶しておく方法がある（例えば特許文献３参照）。また、予め室内温度、室外温度、吸入過熱度及び吐出過熱度と、冷媒封入率及び接続配管長比との関係式を求めておき、室内温度及び室外温度の計測値、並びに吸入過熱度及び吐出過熱度の計算値から、冷媒封入率と接続配管長比を算出し、冷媒封入率から冷媒封入量を判定する方法がある（例えば特許文献４参照）。

また、冷媒乾き度を算出して冷凍サイクル装置の制御に利用する従来の方法として、使用冷媒が非共沸混合冷媒の場合において、非共沸冷媒は二相域では同一圧力でも乾き度によってその温度が異なる特性（すなわち、二相域では圧力と温度がわかれば、乾き度を算出することができる）を利用して、乾き度を算出する方法がある（例えば特許文献５参照）。

また、冷媒乾き度を算出して冷凍サイクル装置の冷媒量を推定する従来の方法として、二重管熱交換器を利用して、二重管熱交換器での熱収支バランスから冷媒乾き度を算出し、その冷媒密度から冷媒量を推測する方法がある（例えば特許文献６参照）。

また、従来の室内外接続用の延長配管が２本の回路構成で、室内側の冷暖房同時運転が可能な空気調和装置の回路構成の例として特許文献７の例がある。

また、ＨＣＦＣ冷媒使用の冷凍サイクル装置からＨＦＣ−Ｒ４１０Ａの高圧冷媒にリプレースする場合において、ＨＣＦＣ冷媒使用の冷凍サイクル装置時の既設延長配管をそのまま再利用する際に、既設配管の使用耐圧を下げるために減圧装置を設けた空気調和装置の回路構成の例として特許文献８の例がある。

特許第３８５２４７２号公報（要約、図１） 特許第３９６３１９０号公報（要約、図９） 特開平０４−００３８６６号公報（特許請求の範囲、第５図） 特開平０４−１５１４７５号公報（特許請求の範囲、第１図） 特許第３１７８１９２号公報（要約、図１） 特開２００８−１９６８２９号公報（要約、図１） 特許第３１３８４９１号公報（要約、図１） 特開２００５−４９０５７号公報（要約、図１）

しかしながら、上記従来の過冷却度を指標とした、もしくは演算入力とした冷媒量判定手法では、冷媒回路内に充填された冷媒量が少なめで、かつ室内外接続用の延長配管が長い、もしくは、室内外設置場所の高低差が大きいなどの設置条件、または外気などの環境条件によっては、標準冷媒量でも室外側の熱源側熱交換器（凝縮器）出口の過冷却度が確保できない（熱源側熱交換器出口温度＝冷媒飽和温度の二相域となるため、過冷却度＝０となる）。このため、過冷却度を指標とした冷媒量判定方法では、冷媒が漏れても検出ができないという課題があった。

また、従来の冷媒量判定手法の構成では、室内外接続配管の一方を管内に液状態の冷媒が流れる液管と想定して、冷媒量を予測しており、液管内に二相冷媒が流れる条件では、正確な冷媒量を見積もることができないという課題があった。

また、熱源側ユニットが複数台数接続されるマルチ室外ユニット構成では、複数の熱源側熱交換器間における運転状態が異なる場合がある。特に、個体差、容量差（異容量の場合）などにより、アンバランスが大きいと、過冷却度の値がそれぞれ異なり、過冷却度が確保できない（＝０）ユニットが存在する場合もある。このため、過冷却度の正確な測定ができず、冷媒量の適否の判定ができない場合があるという課題があった。

また、冷媒が非共沸冷媒ではなく、単一冷媒もしくはＲ４１０Ａなどの擬似共沸冷媒のように、二相域で飽和圧力に対応する飽和温度が一意に決まる特性の冷媒では、乾き度が過冷却度などのように簡単に算出できないという課題があった。

また、従来の冷媒乾き度を算出して冷凍サイクル装置の冷媒量を、二重管熱交換器を利用して、二重管熱交換器での熱収支バランスから冷媒乾き度を算出し、その冷媒密度から冷媒量を推測する空気調和装置では、乾き度算出のために、二重管熱交換器やバイパス回路を設け減圧手段を設ける必要があり、コストやサイズが大きくなるという課題があった。

また、従来の室内外接続用の延長配管が２本の回路構成で、室内側の冷暖房同時運転が可能な空気調和装置の回路構成では、回路構成上、熱源側熱交換器出口の過冷却度が確保できない傾向があるため、このような回路構成の空気調和装置では過冷却度による冷媒量判定の適用が困難であるという課題があった。

また、従来の既設延長配管を利用するため、減圧手段が設けられた空気調和装置の回路構成では、回路構成上、延長配管部分が二相化し、冷媒密度が低下するため、このような回路構成の空気調和装置では冷媒量判定の適用が困難であるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、過冷却度が確保できない設置条件や運転条件、機種においても正確な冷媒量判定ができるようにした空気調和装置を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と絞り装置と負荷側熱交換器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルと、冷凍サイクルの熱源側熱交換器と絞り装置との間に設けられた減圧手段と、減圧手段の入口の冷媒密度を減圧手段の前後の差圧と冷媒循環量とに基づいて算出し、減圧手段の出口の冷媒密度を、減圧手段の入口の冷媒密度と圧力から算出したエンタルピーと、減圧手段の出口の圧力とから算出し、算出した２つの冷媒密度に基づいて冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段とを備えたものである。

本発明においては、減圧手段の入口の冷媒密度および減圧手段の出口の冷媒密度の何れか一方または両方を、減圧手段の前後の差圧と冷媒循環量とに基づいて算出し、算出した冷媒密度に基づいて冷媒量の適否を判定するようにしたので、過冷却が確保できない設置条件や運転条件、機種においても簡易な構成で短時間に正確な冷媒量の適否を判定できる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における冷媒密度説明用のｐ-ｈ線図である。 本発明の実施の形態１の冷媒密度演算方法の概念を示すｐ-ｈ線図である。 本発明の実施の形態１の冷媒量判定工程のフローチャートを表す図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置（室外マルチ）の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置（２管式冷暖同時マルチ）の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の冷媒回路図である。

実施の形態１．
《機器構成》
本発明の実施の形態１の空気調和装置の構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒回路である。
空気調和装置の冷媒回路は、圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器３、アキュムレータ４、減圧手段５０が順に接続されて、熱源側ユニットＡのメイン回路を構成する。負荷側ユニットＢ１、Ｂ２は、流量調整弁からなる絞り装置１１ａ、１１ｂと、負荷側熱交換器５ａ、５ｂとを備えており、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２とは、第１の接続配管６及び第２の接続配管７（これらは本発明の延長配管を構成する）と、バルブ１２ａ、１２ｂとにより接続されている。また、熱源側熱交換器３には空気を送風するファン８ｃが設けられており、負荷側熱交換器５ａ、５ｂにも同様に空気を送風するファン８ａ、８ｂが設けられている。これらのファン８ａ〜８ｃは、ＤＣモータ（図示せず）によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等から構成されており、送風量を調整することが可能になっている。また、圧縮機１は運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、たとえば、インバータにより制御されるモータによって駆動される容積式圧縮機から構成されている。なお、バルブ１２ａ、１２ｂは、ボールバルブや、開閉弁、操作弁などの開閉動作が可能な弁であればよい。

なお、上記の空気調和装置において冷媒との熱交換対象となる流体は空気であるが、これは水、冷媒、ブライン等でもよく、流体の供給装置はポンプ等でもよい。また、図１は負荷側ユニットＢ１、Ｂ２が２台の場合の構成例であるが３台以上の複数でもよく、それぞれの負荷側ユニットの容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量でもよい。また、絞り装置１１ａ、１１ｂは、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２に内蔵する構成としたが、熱源側ユニットＡ内の減圧手段５０とバルブ１２ｂとの間に設けて、熱源側ユニットＡに内蔵する構成としてもよい。また、減圧手段５０と、減圧手段５０の出口温度を検出する温度センサ５１とを、熱源側ユニットＡに内蔵する構成としたが、バルブ１２ｂと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２を接続する第２の接続配管の流路の間に設ける構成としてもよい。

続いて、センサ類と制御部について説明する。圧縮機１の吐出側には温度を検出する吐出温度センサ４１（高圧側熱交換器入口側冷媒温度検出部）が設置されている。熱源側熱交換器３には、冷房運転時における凝縮温度を検知するための熱交温度センサ４３ｃが設けられている。熱交温度センサ４３ｃは、冷房運転時は高圧冷媒温度（凝縮温度）検出部となり、暖房運転時は低圧冷媒温度（蒸発温度）検出部となる。また、熱源側熱交換器３の冷房運転時の冷媒出口温度を検出するため熱交出口温度センサ４４ｃ（冷房運転時の高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部）が設けられている。温度センサ５１は、冷房運転時の減圧手段５０の冷媒出口温度を検出する。これらの温度センサは冷媒配管に接するかあるいは挿入するように設けられ、冷媒温度を検出するようになっている。熱源側熱交換器３が設置される室外の周囲温度は、吸込空気温度センサ４０ｃ（流体温度検出部）によって検出される。

負荷側熱交換器５ａ、５ｂにはその冷房運転時の冷媒二相部の蒸発温度を検知するための熱交温度センサ４３ａ、４３ｂ（冷房運転時は低圧冷媒温度（蒸発温度）検出部、暖房運転時は高圧冷媒温度（凝縮温度）検出部）が設けられている。また、負荷側熱交換器５ａ、５ｂの冷房運転時の出口側には熱交出口温度センサ４４ａ、４４ｂが設けられている。圧縮機１の入口側には吸入温度センサ４２が設けられている。負荷側熱交換器が設置されている室内周囲空気温度は、負荷側熱交換器の吸込空気温度センサ４０ａ、４０ｂ（流体温度検出部）によって検出される。

圧縮機１の吐出側には圧力センサ３１が設けられ、また、圧縮機１の吸入側には圧力センサ３２が設けられている。図１の符号３２と４２の位置に圧力、温度センサをそれぞれ設けることにより、アキュムレータ４の入口の冷媒過熱度の検出が可能となる。ここで、温度センサ４２の位置をアキュムレータ４の入口側としたのは、アキュムレータ入口の冷媒過熱度を制御し、液冷媒がアキュムレータ４に戻らない運転を実現するためである。なお、圧力センサ３２の位置については図示位置に限られたものではなく、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。また圧力センサ３１の圧力を飽和温度に換算することにより、冷凍サイクルの凝縮温度を求めることも可能である。

図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成を示すブロック図である。図２には、実施の形態１の空気調和装置の計測制御を行う制御部３０及びこれに接続されるセンサ類、アクチュエータ類の接続構成を示している。
制御部３０は本発明の冷媒量判定手段および制御手段を構成するものであり、本実施の形態では熱源側ユニットＡに内蔵されており、温度、圧力などのセンサ類の測定を行う測定部３０ａと、測定結果に基づき演算、比較、判定などの処理を行う演算部３０ｂと、演算結果に基づき、圧縮機、弁類、ファンなどを駆動する駆動部３０ｃとを備えている。また、演算部３０ｂによって得られた結果や予め定められた定数、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度、エンタルピーなど）を計算する近似式やテーブルなどを記憶する記憶部３０ｄも内蔵しており、必要に応じてこれらの記憶内容を参照、書き換えることが可能である。上記の測定部３０ａ、演算部３０ｂ及び駆動部３０ｃは例えばマイコンにより構成され、記憶部３０ｄは半導体メモリなどによって構成される。

また、制御部３０には、マイコンによる処理結果をＬＥＤやモニタなどにより表示したり、警告音などを出力したり、電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの通信手段（図示せず）により遠隔地へ情報を出力する出力部３０ｆが接続されている。また、制御部３０には、リモコンや基板上のスイッチ類からの操作入力、電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの通信手段（図示せず）からの通信データ情報を入力する入力部３０ｅが接続されている。なお、上記の構成例では制御部３０を熱源側ユニットＡに内蔵する構成としたが、熱源側ユニットＡにメイン制御部を、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２に制御部の機能の一部を持つサブ制御部を設けて、メイン制御部とサブ制御部との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成や、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２に全ての機能を持つ制御部を設置する構成、或いはこれらの外部に制御部を別置する形態などとしてもよい。

《運転動作（冷房モード）》
続いて、実施の形態１の代表的な運転モードであり、後に説明する冷媒量判定モードと同じ冷媒の流れとなる冷房モードの運転動作について図１に基づき説明する。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を経て熱源側熱交換器３へ至り、ファン８ｃの送風作用により冷媒は凝縮液化する。このときの凝縮温度は温度センサ４３ｃにより、もしくは圧力センサ３１の圧力を飽和温度換算することにより求められる。また、凝縮器である熱源側熱交換器３の過冷却度は凝縮温度から温度センサ４４ｃの値を引くことにより求められる。凝縮液化した冷媒は、減圧手段５０にて減圧され、第２の接続配管７を経て流量調整弁１１ａ、１１ｂにてさらに減圧される。流量調整弁１１ａ、１１ｂにて減圧された二相冷媒は蒸発器である負荷側熱交換器５ａ、５ｂにてファン８ａ、８ｂの送風作用によりガス化する。このときの蒸発温度は温度センサ４３ａ、４３ｂにて測定され、熱交出口温度センサ４４ａ、４４ｂの値からそれぞれの蒸発温度を引くことにより熱交換器出口における過熱度が求められる。そしてガス冷媒は四方弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１へ戻る。

ここで、減圧手段５０は、減圧手段５０の入口と出口の圧力差が所定の値に一定となるように開度が調節されるか、または減圧手段５０の出口の圧力ｐ２が所定値以下となるように開度が調節されている。この調整は以下の理由による。冷媒回路の冷媒が、たとえばＨＣＦＣ−Ｒ２２冷媒の場合、設計圧力２．８ＭＰａ程度の配管を用いている。このＲ２２冷媒に代えて、オゾン層を破壊しないＨＦＣ−Ｒ４１０Ａ冷媒にリプレースする場合、Ｒ４１０Ａ冷媒はＲ２２冷媒に比べて圧力が約１．４倍高いため、Ｒ４１０Ａ冷媒では延長配管の耐圧を超えてしまう。このため、Ｒ４１０Ａ冷媒に取り替える場合には延長配管も取替える必要があるが、減圧手段５０の開度を調整して延長配管の圧力ｐ２を使用耐圧以下の圧力に制御することで、延長配管を取り替えることなく既設の延長配管を流用できる。

なお、上記説明において、熱源側熱交換器３を出た冷媒は凝縮液化すると記述したが、空気調和装置の設置条件や、外気温度が高い、低いなどの環境条件によっては、標準冷媒量でも室外側の熱源側熱交換器３（凝縮器）出口の過冷却度が確保できず（熱源側熱交換器出口温度＝冷媒飽和温度の二相域となるため）、過冷却度＝０となる可能性があった。過冷却度＝０の場合には、冷媒が漏れて冷凍サイクル内の冷媒量が減少しても、過冷却度ではその変化を検出できず、過冷却度を指標とした冷媒量の適否の判定ができなくなる。なお、過冷却度＝０となる可能性のある設置条件としては、冷媒回路に充填された冷媒量が少なめで、かつ熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２を接続する接続配管（第１の接続配管６と第２の接続配管７）が長い、もしくは、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２の設置場所の鉛直上下方向の高低差が大きいなどが該当する。

《冷媒密度演算方法》
次に、本発明の特徴である冷媒密度の演算方法について、図３及び図４に基づいて説明する。始めに、密度について、図３の密度説明用の冷媒ｐ−ｈ線図（横軸がエンタルピーｈ、縦軸が圧力ｐを表す）を用いて説明する。図３において、太い実線が冷媒の気相、二相、液相の状態変化の境界線を表し、中間域が二相となる。図３では、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａの冷媒密度が２０〜１３００ｋｇ／ｍ³までの等密度線を点破線で表している。

冷凍サイクル内の冷媒量が減ると、凝縮器出口の密度は減少する傾向となり、例えば図３のＡからＢへ移動することになる。この傾向は、過冷却度が確保されている場合に冷媒量が減少すると凝縮器内の冷媒量が減少するため、過冷却度が小さくなるのと同じである。過冷却度が確保される範囲（過冷却度＞０）では、過冷却度を冷媒量判定の指標とすることが可能であり、例えば、図３のＣの位置では判定が可能となるが、Ａの位置では過冷却度＝０と計算されるため、過冷却度による冷媒量判定では、標準冷媒量状態がＡの位置、もしくは外気温度などの環境条件などによりＡの位置となった場合には冷媒量の判定が不可能となる。一方、冷媒密度が検出できれば、初期状態（基準状態）が図３のＡの位置であっても、冷媒量が減少してＢの位置へ移動したということを判定することが可能となる。また、過冷却度が確保されるＣの位置においても冷媒量の増減を冷媒密度で評価することが可能となり、冷媒密度を指標とすることで過冷却度の有無によらず冷媒量の適否の判定が可能となる。例えば、図３の例で、凝縮器出口の密度はＣの１１００ｋｇ／ｍ³の位置が基準であった場合に、冷媒量が減少してＡの５００ｋｇ／ｍ³の密度の位置に移動したとすると、この冷媒密度の差異（変動量）により冷媒量減少を判定することが可能となる。

続いて、冷媒密度の算出方法について図４及び図１に基づいて説明する。図４は密度の演算方法の概念を示すｐ−ｈ線図である。図４において、減圧手段５０の入口（冷房モード）の密度ρ１は、一般的に次の（１）式が成り立つことが知られている。

ここで、
ｐ１：減圧手段５０の入口（冷房モード）の圧力
ｐ２：減圧手段５０の出口（冷房モード）の圧力
Ｇｒ：減圧手段５０を通る冷媒流量［ｋｇ／ｓ］
Ｃｖ：減圧手段５０の流量抵抗によって決まるＣｖ値［ｍ²］（ＣＶ値については後述）

冷媒循環量Ｇｒ［ｋｇ／ｓ］は、圧縮機の押しのけ量Ｖｓｔ［ｍ³］、圧縮機周波数Ｆ［Ｈｚ］、圧縮機吸入の冷媒密度ρｓ［ｋｇ／ｍ³］より次の（２）式から演算可能である。

なお、圧縮機の吸入密度ρｓは圧縮機吸入の吸入圧センサ３２と吸入温度センサ４２から演算可能である。また、圧縮機１の押しのけ量Ｖｓｔは圧縮機１の回転数に応じた値であり、既知である。

（１）式は、冷媒循環量Ｇｒと減圧手段５０の前後差圧Δｐ＝ｐ１−ｐ２とＣｖ値とが計測できれば、冷媒密度ρ１を算出できることを意味している。

また、冷媒密度ρ１が求まれば、その減圧手段５０入口の圧力ｐ１からエンタルピーｈ１を求めることができる。エンタルピーｈ１が求まれば、減圧手段５０での変化は断熱膨張であるため、減圧手段５０出口のエンタルピーはｈ１と同じとなり、減圧手段５０出口の圧力ｐ２とから、減圧手段５０出口の冷媒密度ρ２も求めることが可能となる。

なお、上記に説明した冷媒流量の算出方法は一例であり、このほか、各測定値と出力値とを全てテーブル化し、テーブルデータの間を線形補間するなどの方法により算出してもよい。また、入力項目の圧力としての圧力ｐ１、圧力ｐ２は以下のようにして求められる。

ρｓ：圧縮機吸入の吸入圧センサ３２による検出圧力と、吸入温度センサ４２による検出温度とから演算可能。
ｐ１：吐出圧センサ３１の値を用いてもよいし、熱源側熱交換器３での圧力損失が懸念される場合は、減圧手段５０入口に新たに圧力センサを配置し、高精度に圧力を求めてもよい。
ｐ２：温度センサ５１の温度を圧力に換算して求められる。

また、減圧手段５０は、キャピラリチューブのような固定絞りでもよいし、流路面積を可変にできる電気式膨張弁でもよい。キャピラリチューブであれば流量抵抗であるＣｖ値はその減圧手段５０の開度と長さから一定値となる。電気式膨張弁であれば、その開度とＣｖ値とは相関があるため、その開度（開口面積）とＣｖ値との相関特性をあらかじめ記憶しておけば、Ｃｖ値を演算することが可能となる。

以上の方法により冷媒密度ρ１を算出することにより、減圧手段５０の冷媒の状態が二相（乾き度＝０〜１）でも液相（乾き度はマイナス値）でも、冷媒量の増減に応じた冷媒量判定指標として冷媒密度ρ１、ρ２を適用することが可能となる。よって、従来困難であった冷媒二相域でも冷媒量の適否の判定が可能となる。

《冷媒量判定方法》
次に、密度ρ１を用いた冷媒量判定の方法について図５のフローチャートに基づき説明する。なお、以下に説明する冷媒量判定方法は、機器設置初期の冷媒充填運転や、メンテナンスのために冷媒を一度排出して再度充填する際などに適用してもよい。また、冷媒量判定運転は有線または無線での外部からの操作信号を制御部３０に伝えることにより実施してもよい。冷媒量の適否の判定は、負荷側ユニットを全て冷房モードで稼動させる冷房全数運転にて行う。

ＳＴ１では、冷媒量判定運転制御を行う。すなわち、冷房全数運転を行うとともに、冷媒量判定に適した運転状態となるように運転制御を行う。運転制御は、制御部３０にて、運転時の冷凍サイクル各部の圧力、温度などの運転データを測定し、過冷却度（ＳＣ）、過熱度などの目標値からの偏差などの制御値を演算し、各アクチュエータを制御することにより行う。以下、各アクチュエータの動作について説明する。

まず、冷媒量判定に適した運転状態とするための運転制御とは、具体的にはアキュムレータ４入口の過熱度をプラス域に保つようにする制御である。過熱度がマイナスの場合、液冷媒がアキュムレータ４に戻ることになり、アキュムレータ４内に液冷媒が溜まってしまう。この場合、冷媒分布に偏りが生じて正確な冷媒量が判定できなくなる。よって、冷媒量判定運転制御では、アキュムレータ４入口の過熱度をプラス域に保つ制御を行う。以下、具体的な制御について説明する。

まず、圧縮機の運転周波数を、冷凍サイクルの蒸発温度（吸入圧センサ３２の圧力を飽和温度換算した温度、もしくは負荷側ユニットの熱交温度センサ４３ａ、４３ｂなど）の出力が目標値（例えば０℃）と一致するように制御する。すなわち、現在の蒸発温度が目標値より高い場合には運転周波数を上昇させる、目標値より低い場合には運転周波数を下降させるなどである。

また、熱源側熱交換器３に空気を送風するファン８ｃの回転数は、冷凍サイクルの凝縮温度（吐出圧センサ３１の圧力を飽和温度換算した温度、もしくは熱源側熱交換器３の熱交温度センサ４３ｃなど）が目標値（例えば４５℃）と一致するように制御する。すなわち、現在の凝縮温度が目標値より高い場合にはファン回転数を大きくする、低い場合は小さくするなどである。

負荷側ユニット内に設けられた流量調整弁１１ａ、１１ｂは、負荷側熱交換器５ａ、５ｂの出口の冷媒過熱度（負荷側ユニットＢ１の場合は、熱交出口温度センサ４４ａの温度から、熱交温度センサ４３ａの値を差し引いた値。Ｂ２の場合も同様。）が目標値（例えば５℃）となるように開度を調整する。負荷側熱交換器に空気を送風するファン８ａ、８ｂは、ユーザー指定の固定の回転数で運転する。

上記の運転制御を行うことにより、アキュムレータ４入口の過熱度をプラス域に保つことが可能となり、アキュムレータ４へ液冷媒が戻ることがなくなる。このため、液冷媒がアキュムレータ４内に溜まり、冷媒分布に偏りが生じて正確な冷媒量の適否判定ができなくなるという不都合を回避することができる。

なお、上記の運転制御では、凝縮温度一定制御且つ蒸発温度一定制御としたが、これに限られたものではなく、アキュムレータ４入口の過熱度をプラス域に保つ運転制御であればよい。例えば、圧縮機１の運転周波数と、熱源側ユニットのファン８ｃの回転数とをそれぞれ一定値に保つようにし、凝縮温度一定制御と蒸発温度一定制御を行わない運転制御としてもよいし、凝縮温度と蒸発温度のいずれか１つのみを目標値に一定にする運転制御としてもよい。

ＳＴ２では、ＳＴ１の運転制御により冷凍サイクルが安定しているかどうかを判別する。制御目標値である、凝縮温度と、蒸発温度と、負荷側熱交換器５ａ、５ｂ出口の過熱度とが、それぞれの目標に対して所定の範囲（例えば±２％など）に入っているか否かを判定する。判定の結果がＹｅｓであればＳＴ３へ、ＮｏであればＲＥＴＵＲＮへ移動し、もう一度ＳＴＡＲＴからの動作を繰り返す。なお、上記の制御目標値の安定判定に加えて、アキュムレータ４内の液冷媒を完全に蒸発させてガス状態とするために、圧縮機起動からの運転時間が所定時間以上か否かを加えてもよい。

ＳＴ３では、前述の方法により、減圧手段５０の入口の冷媒密度ρ１および出口の冷媒密度ρ２を算出する。

ＳＴ４では、冷媒密度ρ１が適正か否かを判断する。判断方法としては、冷媒密度ρ１と予め設定された適正密度ρ１ｍとの偏差量Δρ１（＝ρ１−ρ１ｍ）を求め、偏差量Δρ１の絶対値の適正密度ρ１ｍに対する割合Ｒ１（｜Δρ１｜／ρ１ｍ）が予め設定した所定範囲（０≦Ｒ１≦ε１）内か否かを判定する。割合Ｒ１が所定範囲内でない場合には、現在の冷媒量は適性でないと判断し、ＳＴ５で冷媒量異常出力を行う。一方、割合Ｒ１が所定範囲内の場合には、続いてＳＴ６の判断を行う。

ＳＴ６では、冷媒密度ρ２が適正か否かを判断する。判断方法としては、冷媒密度ρ２と予め設定された適正密度ρ２ｍとの偏差量Δρ２（＝ρ２−ρ２ｍ）を求め、偏差量Δρ２の絶対値の適正密度ρ２ｍに対する割合Ｒ２（｜Δρ２｜／ρ２ｍ）が予め設定した所定範囲（０≦Ｒ２≦ε２）内か否かを判定する。所定範囲内の場合は、冷媒量が適正であると判断し、ＳＴ７で冷媒量適正出力を行う。冷媒量適正出力の方法は、制御部３０の基板上に配置されたＬＥＤや液晶などの出力端末での表示出力、遠隔地への通信データ出力などが可能である。

一方、ＳＴ６において割合Ｒ２が予め設定した所定範囲外の場合には、現在の冷媒量は適性でないと判断し、ＳＴ５で冷媒量異常出力を行う。冷媒量異常出力の方法は、ＳＴ７と同様、制御部３０の基板上に配置されたＬＥＤや液晶などの出力端末での表示出力、遠隔地への通信データ出力などが可能である。また、異常の場合は緊急を要すため、電話回線などを通じて、サービスマンへ異常発生を直接出力し、報知する方法としてもよい。

また、図５のフローチャートには図示していないが、ＳＴ５の冷媒量異常出力の際、その異常の内容が冷媒漏れなのか、冷媒過剰なのかを判断し、その判断結果を出力するようにしてもよい。この判断は以下のようにして行うことができる。冷媒密度ρ１による場合を例に説明すると、Δρ１（冷媒密度ρ１と適正密度ρ１ｍとの偏差量）がマイナスの値の場合には冷媒量不足と判断し、Δρ１がプラスの値の場合は冷媒量過剰と判断する。冷媒密度ρ２の場合も同様に、Δρ２がマイナスの値の場合には冷媒量不足と判断し、Δρ２がプラスの値の場合は冷媒量過剰と判断する。

なお、上記では、割合Ｒ１、Ｒ２に基づき冷媒量の適否を判断するようにしていたが、偏差量Δρ（Δρ１、Δρ２）に基づき判断するようにしてもよい。すなわち、偏差量Δρが所定偏差量Δρｍ（Δρ１ｍ、Δρ２ｍ）以内の場合に冷媒量適正、偏差量Δρが所定偏差量Δρｍ（Δρ１ｍ、Δρ２ｍ）外の場合に冷媒量異常と判断する。ここで、Δρｍの値は、予め熱源側ユニットＡの運転容量に応じて、冷媒漏れ量と所定偏差量Δρｍとの関係を試験室試験や詳細シミュレーションで求めておき、この関係から許容冷媒漏れ量に対応するΔρｍを求めて設定しておく方法としてもよい。また、初期設置における冷媒充填時に、冷媒量を所定量（Δｋｇ）変化させた場合の密度ρの変化量（Δρｉ）との関係Δρｋｇ（＝Δρｉ／Δｋｇ）を記憶し、この関係から所望の冷媒漏れ量ｋｇｍに対応するΔρｍを決定する（Δρ＝Δρｋｇ×ｋｇｍ）などの方法としてもよい。なお、所望の検出目標冷媒漏れ量ｋｇｍやΔρは、予め制御部３０内の記憶部３０ｄに記憶していても、リモコンや基板上のスイッチ類などの入力部３０ｅからの入力や、遠隔地からの通信データに基づいて設定してもよい。

上記説明のように、減圧手段５０の前後の差圧と冷媒循環量とに基づいて冷媒密度を算出し、算出した冷媒密度を用いて冷媒量の適否の判定を行うことにより、過冷却度が確保できない設置条件や環境条件においても精度良く冷媒充填量の適否の判定を行うことが可能となる。したがって、如何なる環境条件、設置条件下においても、冷媒密度の変動を検出することで、冷媒漏れや冷媒充填量の適正状態を精度良く短時間に的確に判断することができる。

また、本実施の形態の説明においては、Ｒ４１０Ａ冷媒を使用することを前提に述べたが、本冷媒量の適否の判定方法は、冷媒の種類を特に限定するものではない。たとえば、二酸化炭素（ＣＯ₂）や炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒や、Ｒ４１０Ａはもちろん、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒を採用してもよい。

また、本実施の形態のように、延長配管に流れる冷媒を減圧手段５０にて減圧して流すことで、延長配管を流れる冷媒密度が低下するため、延長配管に必要な冷媒量を削減でき、冷媒コストを抑制できるという効果がある。

また、減圧手段５０の入口と出口の圧力差を一定もしくは、出口の圧力を一定以下に制御するように減圧手段５０の開度を制御するようにしたので、Ｒ２２冷媒に代えて、オゾン層を破壊しないＨＦＣ−Ｒ４１０Ａ冷媒にリプレースする場合に、延長配管を取り替えることなく既設の延長配管を流用できる。

また、延長配管に流れる冷媒を減圧手段５０にて減圧し、延長配管に流れる冷媒を二相冷媒としているため、減圧手段５０の出口（冷房モード）に圧力センサを配置しなくとも温度センサ５１により検出された温度を換算することにより減圧手段５０の出口の圧力ｐ２を得ることができる。

実施の形態２．
《機器構成》
実施の形態２の構成について図６を参照して説明する。図６は実施の形態１の熱源側ユニットを２台（Ａ１、Ａ２）並列接続の構成とした場合の例であり、実施の形態１と同一部分については同一符号を付す。

熱源側ユニットＡ１とＡ２は同一の構成であり、第１の接続配管６、第２の接続配管７それぞれに対して並列接続されている。Ａ１とＡ２は、空調容量が同一容量でもよいし、異容量でもよい、また、本実施の形態では２台接続について説明するが、これ以上の複数台数接続に対しても同様の手法を適用できる。

《冷媒密度演算方法》
熱源側ユニットが複数台存在する場合には、冷媒量判定指標である減圧手段５０入口の冷媒密度ρ１がそれぞれ異なる可能性がある。従来のように過冷却度で判定する場合には、複数台数の過冷却度を平均化した値を冷媒量判定の指標とすることが可能であったが、熱源側ユニットの容量や、設置状況、運転状況によっては冷媒分布にアンバランスが生じ、いずれかのユニットの過冷却度が確保できない状態（過冷却度＝０）となることがあった。この場合には、冷媒量変化に応じて過冷却度が変化しなくなり、判定不能となる可能性があった。

本実施の形態のように熱源側ユニットが複数台存在する場合には、熱源側ユニットＡ１、Ａ２のそれぞれについて、減圧手段５０の入口と出口の冷媒密度を実施の形態１に記載の方法によって計算する。Ａ１とＡ２の入口冷媒密度および出口冷媒密度をそれぞれ算出した後、減圧手段５０の入口側と出口側のそれぞれについて、複数熱源側ユニット接続における冷媒量判定指標である加重平均の冷媒密度ρ１ａｖ、ρ２ａｖを算出する。ρ１ａｖ、ρ２ａｖはそれぞれ次式にて算出される。

ここで、
Ｇｒａ：熱源側ユニットＡ１の冷媒流量［ｋｇ／ｓ］
Ｇｒｂ：熱源側ユニットＡ２の冷媒流量［ｋｇ／ｓ］
ρ１ａ：熱源側ユニットＡ１の減圧手段５０入口密度［ｋｇ／ｍ³］
ρ１ｂ：熱源側ユニットＡ２の減圧手段５０入口密度［ｋｇ／ｍ³］
ρ２ａ：熱源側ユニットＡ１の減圧手段５０出口密度［ｋｇ／ｍ³］
ρ２ｂ：熱源側ユニットＡ２の減圧手段５０出口密度［ｋｇ／ｍ³］
なお、上記の実施の形態１にて説明したように、冷媒密度は冷媒状態が二相でも液相でも演算が可能であり、どちらの場合においても冷媒量の増減を判定することができ、極めて適用範囲が広い。また式（３）、式（４）は２台接続の場合の式であるが、これ以上の複数台数接続においても同様に加重平均することにより平均密度を求めることができる。

《冷媒量判定方法》
冷媒量判定方法は、基本的には実施の形態１と同様であり、冷房モードにて行う。熱源側ユニットが２台あるため、制御上の相違点としては、圧縮機の周波数の増減はそれぞれの圧縮機容量比に応じて変化させる点である。熱源側熱交換器３に送風するファン８ｃおよび絞り装置５０の制御は熱源側ユニットが１台の場合と同一であり、それぞれの熱源側ユニットに対応するセンサの出力値に基づき、個別制御を行う。

また、熱源側ユニットが複数台ある場合には、空気調和装置の設置条件や、運転条件によっては、それぞれの熱源側ユニットに対して演算される冷媒密度が大きくばらつく可能性がある。ばらつきが大きいと、冷凍サイクルの冷媒分布に偏りが生じ、加重平均のρａｖを算出しても誤差が大きくなる可能性がある。このような事態を回避するために、制御部３０は、それぞれの熱源側ユニットにおける密度の値がなるべく近い値となるように熱源側ユニットＡ１、Ａ２それぞれのファン８ｃの回転数を制御する。これにより、熱源側ユニット間の冷媒分布ばらつきを抑制し、加重平均密度ρ１ａｖによる冷媒量の適否の判定精度を向上させることが可能となる。なお、熱源側ユニットにおける密度の値を各熱源側ユニットにおいて互いになるべく近い値とするためのファン回転数制御としては、例えば、Ａ１側の入口密度ρ１ａが小さく、Ａ２側の入口密度ρ１ｂが大きい場合には、Ａ１のファン８ｃの回転数を増速してρ１ａが大きくなる方向に制御し、Ａ２のファン８ｃの回転数を減速してρ１ｂが小さくなる方向に制御する。

上記の熱源側ユニット間の冷媒密度のばらつきは、例えば、全ての熱源側ユニットの冷媒密度ρ１を比較して、最大ＭＡＸと最小ＭＩＮとの差の最小ＭＩＮに対する割合（（（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／ＭＩＮ））を例えば５％以内にする、標準偏差を一定値以内に入れるなどである。なお、上記密度について説明したが、過冷却度を冷媒量検知の指標として利用した場合でも同様に、各熱源側ユニット間の過冷却度差を小さくすることで、冷媒量検出精度を向上させることが可能である。

実施の形態２は、前記加重平均密度ρａｖに基づくことが実施の形態１との相違点であるが、その他の冷媒量判定手順は、実施の形態１と同様である。

以上の説明のように、加重平均の冷媒密度ρａｖを用いれば、熱源側ユニットの接続台数が複数の構成で、冷媒の状態が二相もしくは液相の両相が出現する可能性がある場合においても、正確な冷媒量の適否の判定を行うことが可能となる。

実施の形態３．
《機器構成》
実施の形態３の機器構成について図７及び図８を参照して説明する。
図７は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の冷媒回路図である。この冷媒回路では、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２の間に中継ユニットＣが介在している。そして、熱源側ユニットＡと中継ユニットＣとを接続する主冷媒配管が２本の回路構成で、負荷側ユニットの冷暖房同時運転が可能な空気調和装置の回路構成であり、基本的な回路構成は、例えば特許文献７（特許第３１３８４９１号）と同じである。本回路構成では、接続配管が２本で、負荷側ユニットの冷暖房同時運転が可能となるため、３本管冷暖同時方式に比べて、設置工事の省力化、使用部材（配管類）の削減が可能となる。

以下、本実施の形態３において、既に説明済みの実施の形態１の回路構成と差異がある熱源側ユニットＡと中継ユニットＣの構成を中心に説明する（負荷側ユニットＢ１、Ｂ２は実施の形態１と同じ構成である）。なお、実施の形態１と同一部分については同一符号を付す。また、図７は負荷側ユニットを２台とした構成であるが、これ以上の複数台接続でも同様の構成により実現が可能である。

実施の形態３の空気調和装置の冷媒回路は、圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器３、アキュムレータ４、減圧手段５０が順に接続されて、熱源側ユニットＡのメイン回路を構成する。熱源側熱交換器３と第２の接続配管７との間には逆止弁１３ａが設けられており、熱源側熱交換器３から第２の接続配管７の方向へのみ冷媒流通を許容する。四方弁２と第１の接続配管６との間には逆止弁１３ｂが設けられており、第１の接続配管６から四方弁２の方向へのみ冷媒流通を許容する。四方弁２と第２の接続配管７との間には逆止弁１３ｃが設けられており、四方弁２から第２の接続配管７の方向へのみ冷媒流通を許容する。熱源側熱交換器３と第１の接続配管６との間には逆止弁１３ｄが設けられており、第１の接続配管６から熱源側熱交換器３の方向へのみ冷媒流通を許容する。

中継ユニットＣは、四方弁２へと繋がる太い第１の接続配管６によって熱源側熱交換器３と接続されている。また、中継ユニットＣは、第１の接続配管６より細い第２の接続配管７によって熱源側ユニットＡと接続されている。さらに、中継ユニットＣは、負荷側ユニットＢ１の負荷側熱交換器５ａと接続配管２１ａで接続されるとともに、負荷側ユニットＢ１の流量調整弁１１ａと接続配管２２ａで接続されている。また、中継ユニットＣは、負荷側ユニットＢ２の負荷側熱交換器５ｂと接続配管２１ｂで接続されるとともに、負荷側ユニットＢ２の流量調整弁１１ｂと接続配管２２ｂで接続されている。

続いて、中継ユニットＣの内部構成について説明する。電磁弁１６ａ、１６ｂは、接続配管２１ａと、第２の接続配管７または第１の接続配管６のどちらかとを選択的に接続するための弁である。電磁弁１７ａ、１７ｂは、接続配管２１ｂと、第２の接続配管７または第１の接続配管６のどちらかとを選択的に接続するための弁である。電磁弁１６ａ、１７ａを開、電磁弁１６ｂ、１７ｂを閉とすることで、接続配管２１ａ、２１ｂと第２の接続配管７とを接続することが可能となる。これとは逆に電磁弁１６ａ、１７ａを閉、電磁弁１６ｂ、１７ｂを開とすることで、接続配管２１ａ、２１ｂと第１の接続配管６とを接続することが可能となる。

気液分離器２０は、その気相部（図示せず）が、第２の接続配管７を経て電磁弁１６ａ、１７ａに接続され、その液相部（図示せず）は第１の過冷却熱交換器１８ａに接続されている。第１の過冷却熱交換器１８ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂとの間には流量調整弁１９ａが接続されており、上記、第１の過冷却熱交換器１８ａ〜流量調整弁１９ａ〜第２の過冷却熱交換器１８ｂを結ぶ主冷媒配管側流路（以下、主冷媒流路という）を、以降、第１の過冷却熱交換器１８ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂの１次側と呼ぶ。

第２の過冷却熱交換器１８ｂは、さらに逆止弁１４ｂ、１５ｂを経て接続配管２２ａ、２２ｂと接続している（逆止弁１４ｂ、１５ｂはこの方向の冷媒流通のみ許容）。また、接続配管２２ａは、接続ポイントＰ１ａから逆止弁１４ａを経て、流量調整弁１９ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂとの中間点（図７の接続ポイントＰ２）に接続されている（逆止弁１４ａはこの方向の冷媒流通のみ許容）。同様に、接続配管２２ｂは、接続ポイントＰ１ｂから逆止弁１５ａを経て、流量調整弁１９ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂとの中間点（図７の接続ポイントＰ２）に接続されている（逆止弁１５ａはこの方向の冷媒流通のみ許容）。

逆止弁１４ａ、１４ｂは、接続配管２２ａと中継ユニットＣ内の２箇所の接続ポイントＰ３、Ｐ４のどちらかとを負荷側ユニットの冷媒の流れに応じて選択的に接続可能な構成となっている。逆止弁１５ａ、１５ｂは、接続配管２２ｂと中継ユニットＣ内の２箇所の接続ポイントＰ３、Ｐ４のどちらかとを負荷側ユニットの冷媒の流れに応じて選択的に接続可能な構成となっている。

また、第１の過冷却熱交換器１８ａおよび第２の過冷却熱交換器１８ｂの主冷媒流路を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒が流れる副冷媒配管は、第２の過冷却熱交換器１８ｂと逆止弁１４ｂ、１５ｂの間の接続ポイントＰ４に端を発し、流量調整弁１９ｂ〜第２の過冷却熱交換器１８ｂ〜第１の過冷却熱交換器１８ａ〜第１の接続配管６へと繋がる構成となっている。上記、第２の過冷却熱交換器１８ｂ〜第１の過冷却熱交換器１８ａを結ぶ副冷媒配管側流路（以下、副冷媒流路という）を、以降、第２の過冷却熱交換器１８ｂと第１の過冷却熱交換器１８ａの２次側と呼ぶ。

続いて、センサ類について説明する。熱源側ユニットＡおよび負荷側ユニットＢ１、Ｂ２のセンサ類については実施の形態１と同一構成であるため説明を省略する。以下、中継ユニットＣのセンサ類について説明する。
中継ユニットＣには、圧力センサ４６ａ、４６ｂと、温度センサ４５ａ〜４５ｄが設けられている。圧力センサ４６ａは、気液分離器２０と第１の過冷却熱交換器１８ａの中間の主冷媒配管圧力を検出する。圧力センサ４６ｂは第１の過冷却熱交換器１８ａと流量調整弁１９ａの中間の主冷媒配管圧力を検出する。温度センサ４５ａは気液分離器２０と第１の過冷却熱交換器１８ａの中間の主冷媒配管温度を検出する。温度センサ４５ｂは第１の過冷却熱交換器１８ａと流量調整弁１９ａの中間の主冷媒配管温度を検出する。温度センサ４５ｃは第２の過冷却熱交換器１８ｂと接続ポイントＰ４の中間の配管温度を検出する。温度センサ４５ｄは第１の過冷却熱交換器１８ａと第１の接続配管６とを結ぶ副冷媒配管の配管温度を検出する。

図８は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の構成を示すブロック図である。図８には、実施の形態３の空気調和装置の計測制御を行う制御部３０及びこれに接続されるセンサ類、アクチュエータ類の接続構成を示している。実施の形態３の空気調和装置の基本的な構成・機能は実施の形態１に同じであり、差異はセンサ、アクチュエータの数、アクチュエータに電磁弁が加わった点である。

《運転動作（冷房モード）》
上記説明のように構成された空気調和装置では、大きく分けて３つの形態の運転が可能となる。即ち、複数台の負荷側ユニットの総てで冷房運転を行う場合（冷房モード）と、複数台の負荷側ユニットの総てで暖房運転を行う場合（暖房モード）と、複数台の負荷側ユニットのうち一部は冷房運転を行い、他の一部は暖房運転を行う場合（冷暖房同時運転モード）とである。各運転時の動作は基本的には特許文献７（特許第３１３８４９１号）と同じであるため、ここでは、代表的な運転モードであり、後に説明する冷媒量判定モードと同じ冷媒の流れとなる冷房モードの運転動作についてのみ図７に基づき説明する。

図７に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機１より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方弁２を通り、熱源側熱交換器３で熱交換して凝縮された後、逆止弁１３ａ、第２の接続配管７を通り、中継ユニットＣへ流入する。このときの熱源側熱交換器３における凝縮温度は温度センサ４３ｃにより、もしくは圧力センサ３１の圧力を飽和温度換算することにより求められる。中継ユニットＣへ流入した冷媒は気液分離器２０、第１の過冷却熱交換器１８ａ、流量調整弁１９ａ、第２の過冷却熱交換器１８ｂを経て、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２へとそれぞれ流入する（逆止弁１４ａ、１５ａは逆向きとなるため閉止となり、順方向の逆止弁１４ｂと１５ｂ側を流れる）。ここで流量調整弁１９ａは全開開度であり、ほとんど圧損がない状態である。冷媒の流れは第２の過冷却熱交換器１８ｂを出た後、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２への主冷媒流路の流れと、接続ポイントＰ４から流量調整弁１９ｂを通過して第２の過冷却熱交換器１８ｂに戻る副冷媒流路の流れに２分岐される。

負荷側ユニットＢ１、Ｂ２では、流量調整弁１１ａ、１１ｂにて減圧された二相冷媒が蒸発器である負荷側熱交換器５ａ、５ｂにてファン８ａ、８ｂの送風作用により蒸発しガス化する。このときの蒸発温度は温度センサ４３ａ、４３ｂにて測定され、熱交出口温度センサ４４ａ、４４ｂの値からそれぞれの蒸発温度を引くことにより熱交換器出口における過熱度が求められる。負荷側ユニットＢ１、Ｂ２を出たガス冷媒は再び中継ユニットＣへ流入する。冷房時、中継ユニットＣでは電磁弁１６ａ、１７ａが閉、電磁弁１６ｂ、１７ｂが開の状態となるため、ガス冷媒は電磁弁１６ｂ、１７ｂを経て第１の接続配管６を通り、四方弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸引される。

一方、副冷媒流路を流れる冷媒は、流量調整弁１９ｂにて減圧され、低温低圧の二相状態となって、第２の過冷却熱交換器１８ｂ、第１の過冷却熱交換器１８ａを経て第１の接続配管６へ戻る。このとき、副冷媒流路の冷媒は過冷却熱交換器１８ａ、１８ｂにて主冷媒流路側の高温高圧冷媒と熱交換を行う。これにより、副冷媒流路側の冷媒は二相状態から蒸発してガス冷媒となり、一方、主冷媒流路側の冷媒は冷却されて過冷却度を増し、液冷媒状態で負荷側ユニットＢ１、Ｂ２へ流れる。ここで、第１の過冷却熱交換器１８ａ入口における過冷却度は、圧力センサ４６ａの圧力値を飽和温度換算した値から温度センサ４５ａの温度を差し引くことで求められる。

本実施の形態３の回路構成では、設置条件や、外気温度が高い、低いなどの環境条件によっては、標準冷媒量でも室外側の熱源側熱交換器３（凝縮器）出口の過冷却度が確保できず（熱源側熱交換器出口温度＝冷媒飽和温度の二相域となるため）、過冷却度＝０となる可能性があった。この傾向は、回路構成上、第２の接続配管７を実施の形態１の回路よりも太くする必要がある本実施の形態３の方が強い。本実施の形態３の回路では暖房時に第２の接続配管７に液冷媒よりも密度の小さい高温高圧のガスを流すため、冷暖いずれの場合も第２の接続配管７に液冷媒が流れる実施の形態１の回路の場合よりも第２の接続配管７を太くして圧損を減らす必要がある。このように過冷却度＝０となる場合には、冷媒が漏れて冷凍サイクル内の冷媒量が減少しても、過冷却度がゼロに固定されたままとなりその変化を検出できず、過冷却度を指標とした冷媒量判定ができなくなる。なお、設置条件としては、接続配管（第１の接続配管６と第２の接続配管７）が長い、もしくは、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２の設置場所の鉛直上下方向の高低差が大きいなどが該当する。

《冷媒密度演算方法》
本実施の形態３の冷媒回路においても冷媒密度の算出方法は、実施の形態１と同様であり、減圧手段５０の前後の冷媒状態と冷媒循環量Ｇｒとから減圧手段入口冷媒密度ρ１および減圧手段出口冷媒密度ρ２が演算可能である。

以上より冷媒密度を算出することにより、熱源側熱交換器３の出口で過冷却度が確保できず二相状態となり、過冷却度による冷媒量判定ができない場合でも、本手法によれば、熱源側熱交換器３の出口の冷媒状態が二相（乾き度＝０〜１）であっても、液相（乾き度はマイナス値）であっても、冷媒量の増減に応じた冷媒量判定指標として冷媒密度を適用することが可能となり、従来困難であった冷媒二相域でも冷媒量の適否の判定が可能となる。

《冷媒量判定方法》
冷媒量判定方法は、基本的には実施の形態１に同様であるため詳細な説明を省略する。

以上の説明のように、減圧手段５０前後の冷媒状態と冷媒循環量Ｇｒから演算される冷媒密度を冷媒量の適否判定の指標に用いれば、熱源側ユニットＡと中継ユニットＣを接続する主冷媒配管が２本の回路構成で負荷側ユニットの冷暖房同時運転が可能な空気調和装置の回路構成においても、正確な冷媒量判定を行うことが可能となる。

また、本実施の形態では熱源側ユニットＡが１台の構成で説明したが、熱源側ユニットを複数設置して合流させて、第１の接続配管、第２の接続配管を経て１台の中継ユニットに接続する熱源機側マルチ構成においても、本実施の形態１と同様に冷媒密度を冷媒量判定の指標に用いることにより、正確な冷媒量判定を行うことが可能となる。

実施の形態４．
《機器構成》
実施の形態４について図９を参照して説明する。図９は本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の冷媒回路図である。実施の形態４の空気調和装置は、実施の形態１の熱源側ユニットＡの暖房運転時の熱源側熱交換器３の入口側に冷媒の分配器６０を付加すると共に、減圧手段５０と熱交出口温度センサ４４ｃとを除去した回路構成であり、その他部位の構成は実施の形態１と同じである。その他、実施の形態１と同一部分については同一符号を付す。

分配器６０は、暖房運転時に熱源側熱交換器３へ流入する冷媒を、熱源側熱交換器３において複数並列に設けられた各パスに均一に分配することを目的として設けられるものである。分配用の管はキャピラリチューブなどの細管の配管から構成されるのが一般的である。このように、細管の冷媒配管を通過することで圧力損失が発生するため、実施の形態１の減圧手段５０と同等の冷媒回路となっていることがわかる。したがって、本実施の形態４においても分配器６０の前後の冷媒密度を算出することにより、熱源側熱交換器３出口における冷媒の状態が二相であっても、液相であっても、冷媒量の増減に応じた冷媒量の適否の判定指標として冷媒密度を適用することが可能となり、従来困難であった冷媒二相域でも冷媒量の適否の判定が可能となる。分配器６０の前後の冷媒密度は、実施の形態１と同様に、分配器６０の前後の冷媒状態と冷媒循環量とから算出することができる。

また、本実施の形態４では熱源側ユニットＡが１台の場合について説明したが、熱源側ユニットを複数台数接続した構成としてもよい。この場合でも、実施の形態２にて説明の内容と同様に加重平均の冷媒密度を算出することにより冷媒量の適否の判定が可能であり、熱源側ユニットの複数台数接続にも対応することが可能となる。

上述した実施の形態１〜４においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせて空気調和装置を構成してもよい。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 熱源側熱交換器、４ アキュムレータ、５ａ，５ｂ 負荷側熱交換器、６ 第１の接続配管、７ 第２の接続配管、８ａ，８ｂ，８ｃ ファン、１１ａ，１１ｂ 流量調整弁、１２ａ，１２ｂ バルブ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 逆止弁、１４ａ，１４ｂ 逆止弁、１５ａ，１５ｂ 逆止弁、１６ａ，１６ｂ 電磁弁、１７ａ，１７ｂ 電磁弁、１８ａ 第１の過冷却熱交換器、１８ｂ 第２の過冷却熱交換器、１９ａ，１９ｂ 流量調整弁、２０ 気液分離器、２１ａ，２１ｂ 接続配管、２２ａ，２２ｂ 接続配管、３０ 制御部、３１ 吐出圧センサ、３２ 吸入圧センサ、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 空気温度センサ、４１ 吐出温度センサ、４２ 吸入温度センサ、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 熱交温度センサ、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 熱交出口温度センサ、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ 配管温度センサ、４６ａ，４６ｂ 圧力センサ、５０ 減圧手段、５１ 温度センサ、６０ 分配器、Ａ 熱源側ユニット、Ｂ１，Ｂ２ 負荷側ユニット、Ｃ 中継ユニット。

Claims (12)

1. 圧縮機と熱源側熱交換器と絞り装置と負荷側熱交換器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルと、
   前記冷凍サイクルの前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間に設けられた減圧手段と、
   前記減圧手段の入口の冷媒密度を前記減圧手段の前後の差圧と冷媒循環量とに基づいて算出し、前記減圧手段の出口の冷媒密度を、前記減圧手段の入口の冷媒密度と圧力から算出したエンタルピーと、減圧手段の出口の圧力とから算出し、前記算出した２つの冷媒密度に基づいて冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段と
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記減圧手段および前記絞り装置を有する熱源側ユニットと、前記負荷側熱交換器を有する負荷側ユニットとが延長配管で接続され、前記減圧手段で減圧した後の冷媒を前記延長配管に流すように、前記熱源側ユニットに前記減圧手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記冷媒量判定手段は、算出した冷媒密度と予め設定した適正密度との偏差を求め、前記偏差が予め設定した所定範囲から外れている場合、または前記偏差の絶対値の適正密度に対する割合が予め設定した所定範囲から外れている場合、冷媒量が不適と判断することを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和装置。
4. 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧手段および絞り装置を有する複数の熱源側ユニットと、負荷側熱交換器を有する負荷側ユニットと、これらを接続する延長配管とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルと、
   前記各熱源側ユニットのそれぞれについて、前記減圧手段の前後の差圧と冷媒循環量とに基づいて前記減圧手段の入口側の冷媒密度を算出し、前記減圧手段の出口の冷媒密度を、前記減圧手段の入口の冷媒密度と圧力から算出したエンタルピーと、減圧手段の出口の圧力とから算出し、
   算出した各冷媒密度に基づいて減圧手段の入口側における冷媒密度の加重平均値と、減圧手段の出口側における冷媒密度の加重平均値とを算出し、前記算出した２つの加重平均値に基づいて冷媒量の適否の判定を行う冷媒量判定手段と
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
   
5. 前記冷媒量判定手段は、算出した加重平均値と予め設定した適正密度との偏差を求め、前記偏差が予め設定した所定範囲から外れている場合、または前記偏差の絶対値の適正密度に対する割合が予め設定した所定範囲から外れている場合、冷媒量が不適と判断することを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記冷媒量判定手段は、前記減圧手段の入口および出口の両方について、前記偏差が予め設定した所定範囲内の場合、または前記偏差の絶対値の適正密度に対する割合が予め設定した所定範囲内の場合、冷媒量が適切と判断することを特徴とする請求項３または請求項５記載の空気調和装置。
7. 前記制御手段は、各熱源側ユニットの前記減圧手段の入口側の冷媒密度どうしが近い値となるか、または前記各熱源側ユニットの前記減圧手段の入口側の冷媒密度どうしが近い値となるように運転制御を行うことを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
8. 前記減圧手段の開度と前記減圧手段における流路抵抗との相関関係を近似式もしくはデータテーブルとして記憶する記憶部を有し、前記冷媒量判定手段は、前記減圧手段の開度と、前記記憶部に記憶された前記相関関係とに基づいて流路抵抗を求め、この流路抵抗と、前記減圧手段の前後の差圧と、冷媒循環量とに基づいて前記減圧手段の入口の冷媒密度および出口の冷媒密度を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の空気調和装置。
9. 前記冷媒循環量は、少なくとも冷媒圧力、温度、圧縮機運転周波数、圧縮機押しのけ量の情報を用いて演算することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の空気調和装置。
10. 前記減圧手段の開度を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記減圧手段の入口と出口の圧力差を一定もしくは、出口の圧力を一定以下に制御するように前記減圧手段の開度を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の空気調和装置。
11. 前記延長配管中を流れる冷媒が二相冷媒であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の空気調和装置。
12. 前記減圧手段に代えて、前記熱源側熱交換器からの冷媒を分配して負荷側熱交換器に並列に流す分配器を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の空気調和装置。

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