JP5326488B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する空気調和装置および冷媒量判定運転において、正確に冷媒量の適否の判定を行う空気調和装置および冷媒量判定運転に関する。
一般に、圧縮機と熱源側熱交換器とを有する熱源ユニットと、利用側膨張弁と利用側熱交換器とを有する利用ユニットとが、液冷媒連絡管およびガス冷媒連絡管を介して接続されることによって構成される空気調和装置が知られている。そして、この空気調和装置の冷媒回路内における冷媒量の適否の判定では、空気調和装置の運転を所定の条件下で行い、熱源側熱交換器の冷媒の出口側における過冷却度を検出することで行っている。このような所定の条件下における運転としては、例えば、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が正値になるように制御するとともに、圧縮機による冷媒回路の低圧側の冷媒圧力を一定になるように制御するものがある(特許文献1参照)。
特開2006−023072号公報
しかし、上述のような冷媒量の判定手法を適用する場合に、冷媒回路の低圧側(特にアキュムレータ)に液冷媒が溜まっていると、溜まっている液冷媒を蒸発させることにより熱源側熱交換器に移動させることになるため、多くの時間を要してしまうことになる。また、低圧側に液冷媒が溜まったまま高圧側で冷媒量の適否の判定を行うと、低圧側に溜まった冷媒量の分だけ誤差が生じることになる恐れがある。
本発明の課題は、冷媒量の判定を行う際に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていないことを確認し、あまり多くの時間をかけずに適正な冷媒量の判定を行うことが可能な空気調和装置を提供することにある。
発明に係る空気調和装置は、冷媒回路と、運転制御手段と、液冷媒溜まり判定手段とを備える。冷媒回路は、熱源ユニットと、利用ユニットと、膨張機構と、液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管とを含む。熱源ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器とアキュムレータとを有する。利用ユニットは、利用側熱交換器を有する。液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管は、熱源ユニットと利用ユニットとを接続する。また、冷媒回路は、熱源側熱交換器を圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、利用側熱交換器を熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能である。そして、運転制御手段は、通常運転制御と、冷媒量判定運転制御とを行う。通常運転制御は、利用ユニットの運転負荷に応じて熱源ユニットおよび利用ユニットの各機器の制御を行うものである。また、冷媒量判定運転制御は、冷房運転を行いつつ冷媒回路の冷媒量の適否を判定する制御である。液冷媒溜まり判定手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する。運転制御手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転制御においてアキュムレータに液冷媒が溜まっている、いわゆる液冷媒溜まりがある場合に、液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御を行う。したがって、本発明の空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
しかも、本発明の空気調和装置は、遮断機構と、冷媒検知機構と、冷媒量判定手段とをさらに備える。遮断機構は、冷房運転における冷媒の流れ方向において、熱源側熱交換器の下流側かつ液冷媒連絡配管の上流側に配置され、冷媒の通過を遮断可能である。冷媒検知機構は、冷房運転における冷媒の流れ方向において、遮断機構の上流側に配置され、遮断機構の上流側に存在する冷媒量に関する状態量の検知を行う。冷媒量判定手段は、液冷媒貯留制御において冷媒検知部が検知した冷媒量に関する状態量に基づいて、冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する。膨張機構は、利用ユニットに配置され、冷房運転における冷媒の流れ方向において利用側熱交換器の手前側に位置する。運転制御手段は、冷媒回路のうち液冷媒連絡配管を含む膨張機構と遮断機構との間の液冷媒配管部分の冷媒温度が一定値となるように制御する液温一定制御を行った後に、遮断機構と膨張機構とを閉鎖する液管閉鎖制御を行い、さらにその後に、遮断機構の上流側の部分に液冷媒を溜める液冷媒貯留制御を、冷媒量判定運転制御として行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒回路が冷房運転をする際に、熱源側熱交換器の下流側に設けられている遮断機構が閉鎖されて冷媒の流れが遮断されると、例えば、凝縮器として機能する熱源側熱交換器において凝縮された液冷媒は、冷媒の循環が途絶えているために、主に熱源側熱交換器内において、遮断機構よりも上流側に溜まっていく。一方、冷房運転状態において圧縮機が駆動することにより、冷媒回路のうち遮断機構の下流側であって圧縮機よりも上流側の部分、例えば利用側熱交換器やガス冷媒連絡配管等は減圧されて、冷媒がほとんど存在しない状態になる。このため、冷媒回路の冷媒は、遮断機構よりも上流側に集中的に集められ冷媒検知機構が、この集中的に集められた冷媒量に関する検知を行う。そして、この空気調和装置では、液冷媒溜まり判定手段がアキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定しており、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定された場合に、運転制御手段がアキュムレータに溜まっている液冷媒を解消する液冷媒解消制御を行う。
したがって、本発明の空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
発明に係る空気調和装置は、第発明に係る空気調和装置であって、液冷媒溜まり判定手段は、液温一定制御の間に、入口温度と出口温度とに基づいてアキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する。なお、ここで、入口温度は、アキュムレータの入口側の冷媒配管部分に設けられる入口温度センサが検知する温度である。また、ここで、出口温度は、アキュムレータの出口側の冷媒配管部分に設けられる出口温度センサが検知する温度である。
本発明の空気調和装置では、液温一定制御の間において、液冷媒溜まり判定手段がアキュムレータの入口側の配管に設けられる入口温度センサが検出する温度(すなわち入口温度)とアキュムレータの出口側の配管に設けられる出口温度センサが検出する温度(すなわち出口温度)とに基づいて、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定している。
したがって、液温一定制御のように冷媒回路に冷媒が循環している状態の場合において、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。
発明に係る空気調和装置は、第発明に係る空気調和装置であって、液冷媒溜まり判定手段は、入口温度と出口温度との温度差が所定温度差以上である場合に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する。
アキュムレータ内部に液冷媒が存在すると、その液冷媒が蒸発することにより入口温度と出口温度との間に温度差が生じやすくなる。本発明の空気調和装置では、液温一定制御の間において、液冷媒溜まり判定手段が入口温度と出口温度との温度差が所定温度差以上である場合に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する。
したがって、液温一定制御のように冷媒回路に冷媒が循環している状態の場合において、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。また、例えば、アキュムレータの前後の配管に温度センサがあるような機種の場合にはそのセンサを流用でき、生産コストを削減することができる。
発明に係る空気調和装置は、第1発明から第3発明のいずれかに係る空気調和装置であって、液冷媒溜まり判定手段は、液冷媒貯留制御の間に、アキュムレータの底部に設けられる底部温度センサが検知する底部温度に基づいて、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する。
液冷媒貯留制御が行われると、アキュムレータも含めて利用側膨張弁から圧縮機までの間のガス側の配管内部の圧力は低くなり真空に近い状態となるため、アキュムレータ内部に液冷媒が溜まっていると底部温度が低くなる。本発明では、この底部温度の変化に基づいて、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定している。
したがって、液冷媒貯留制御のように冷媒回路に冷媒があまり循環しておらず、かつ、ガス側の配管部分の圧力が低い場合に、アキュムレータの内部に液冷媒が存在することを比較的正確に判定することができる。
発明に係る空気調和装置は、第発明に係る空気調和装置であって、液冷媒溜まり判定手段は、底部温度が所定温度以下である場合に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する。
液冷媒貯留制御が行われると、アキュムレータも含めて利用側膨張弁から圧縮機までの間のガス側の配管内部の圧力は低くなり真空に近い状態となるため、アキュムレータ内部に液冷媒が溜まっていると底部温度が低くなる。本発明では、この底部温度が所定温度以下である場合に、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定している。
したがって、液冷媒貯留制御のように冷媒回路に冷媒があまり循環しておらず、かつ、ガス側の配管部分の圧力が低い場合に、アキュムレータの内部に液冷媒が存在することを比較的正確に判定することができる。
発明に係る空気調和装置は、第1発明から第5発明に係る空気調和装置であって、液冷媒放出手段をさらに備える。液冷媒放出手段は、バイパス配管とバイパス開閉機構とを有する。バイパス配管は、アキュムレータの底部と圧縮機の吸入側の配管とを接続する。バイパス開閉機構は、バイパス配管内の冷媒の流路を開閉可能である。
本発明の空気調和装置では、アキュムレータの底部から圧縮機の吸入側へ液冷媒を放出するためのバイパス配管が設けられており、そのバイパス配管の流路を開閉することができるバイパス開閉機構が設けられている。
したがって、例えば、液冷媒がアキュムレータに溜まっていると判定された場合にバイパス開閉機構を開にすることで、アキュムレータから圧縮機の吸入側の配管へ液冷媒を放出することができる。また、例えばアキュムレータから圧縮機の吸入側の配管へ油戻し管などの開閉機構を備えた配管が既に存在するような機種の場合にはその配管を流用でき、生産コストを削減することができる。
発明に係る空気調和装置は、第発明に係る空気調和装置であって、液冷媒放出手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、バイパス開閉機構を開にする。
したがって、液冷媒がアキュムレータに溜まっていると判定された場合にバイパス開閉機構を開にすることで、アキュムレータから圧縮機の吸入側の配管へ液冷媒を放出することができる。
発明に係る空気調和装置は、第6発明または第7発明に係る空気調和装置であって、運転制御手段は、液温一定制御の間に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、第1中止制御と、液冷媒放出制御と、第1台液温一定制御とを液冷媒溜まり解消制御として行う。第1中止制御は、運転制御手段が利用側膨張機構の開度を小さくして液温一定制御を中止する制御である。液冷媒放出制御は、第1中止制御の後に液冷媒放出手段がバイパス開閉機構を開にしてアキュムレータから液冷媒を放出する制御である。第1再液温一定制御は、液冷媒放出制御の後に運転制御手段が利用側膨張機構の開度を大きくして再び液温一定制御を行う制御である。
液温一定制御中には、冷媒回路内の冷媒が循環しているために、利用側熱交換器により蒸発しきれなかった液冷媒が流入する可能性がある。本発明の空気調和装置では、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定された場合に、その液冷媒を効率よく放出するために、利用側膨張機構を絞ることで利用側熱交換器からの液冷媒のアキュムレータへの流入を極力防いでいる。
したがって、アキュムレータ内部に溜まっている液冷媒を効率よく放出することができる。このため、極力時間をかけることなく、冷媒回路内の冷媒量の適否をより正確に判定することができる。
発明に係る空気調和装置は、第6発明から第8発明のいずれかに係る空気調和装置であって、過冷却器をさらに備える。過冷却器は、過冷却膨張機構と過冷却配管とを少なくとも有する。過冷却膨張機構は、冷房運転の際に、熱源側熱交換器により凝縮された液冷媒の一部を減圧させる。過冷却配管は、過冷却膨張機構が配置され液冷媒連絡配管を含む利用側膨張機構と遮断機構との間の液冷媒配管部分から液冷媒の一部を分岐させてガス冷媒連絡配管からアキュムレータまでの間のガス冷媒配管部分へ接続される。運転制御手段は、液温一定制御の間に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、第2中止制御と、液冷媒放出制御と、第2再液温一定制御と、を液冷媒溜まり解消制御として行う。第2中止制御は、運転制御手段が過冷却膨張機構の開度を小さくして液温一定制御を中止する制御である。液冷媒放出制御は、第2中止制御の後に液冷媒放出手段がバイパス開閉機構を開にしてアキュムレータから液冷媒を放出する制御である。第2再液温一定制御は、液冷媒放出制御の後に運転制御手段が過冷却膨張機構の開度を大きくして再び液温一定制御を行う制御である。
本発明の空気調和装置のように過冷却器が設けられている場合には、液温一定制御の間に、過冷却配管を通じて過冷却器内部で蒸発しきれなかった液冷媒がアキュムレータに流入する可能性がある。本発明の空気調和装置では、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定された場合に、その液冷媒を効率よく放出するために、過冷却膨張機構を絞ることで利用側熱交換器からの液冷媒のアキュムレータへの流入を極力防いでいる。
したがって、アキュムレータ内部に溜まっている液冷媒を効率よく放出することができる。このため、極力時間をかけることなく、冷媒回路内の冷媒量の適否をより正確に判定することができる。
10発明に係る空気調和装置は、第1発明から第5発明のいずれかに係る空気調和装置であって、運転制御手段は、液温一定制御の間に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、第1中止制御と、解消待機制御と、第1再液温一定制御と、を液冷媒溜まり解消制御として行う。第1中止制御は、利用側膨張機構の開度を小さくして液温一定制御を中止する制御である。解消待機制御は、第1中止制御の後にアキュムレータに液冷媒溜まりが解消されることを待つ制御である。第1再液温一定制御は、解消待機制御の後に利用側膨張機構の開度を大きくして再び液温一定制御を行う制御である。
液温一定制御中には、冷媒回路内の冷媒が循環しているために、利用側熱交換器により蒸発しきれなかった液冷媒が流入する可能性がある。本発明の空気調和装置では、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定された場合に、その液冷媒を効率よく放出するために、利用側膨張機構を絞ることで利用側熱交換器からの液冷媒のアキュムレータへの流入を極力防いでいる。
したがって、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
11発明に係る空気調和装置は、第1発明、第2発明、第3発明、第4発明、第5発明、または第10発明に記載の空気調和装置であって、過冷却器をさらに備える。過冷却器は、過冷却膨張機構と、過冷却配管とを少なくとも有する。過冷却膨張機構は、冷房運転の際に、熱源側熱交換器により凝縮された液冷媒の一部を減圧させる。過冷却配管は、過冷却膨張機構が配置され液冷媒連絡配管を含む利用側膨張機構と遮断機構との間の液冷媒配管部分から液冷媒の一部を分岐させてガス冷媒連絡配管からアキュムレータまでの間のガス冷媒配管部分へ接続される。運転制御手段は、液温一定制御の間に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、第2中止制御と、解消待機制御と、第2再液温一定制御と、を液冷媒溜まり解消制御として行う。第2中止制御は、過冷却膨張機構の開度を小さくして液温一定制御を中止する制御である。解消待機制御は、第2中止制御の後にアキュムレータに液冷媒溜まりが解消されることを待つ制御である。第2再液温一定制御は、解消待機制御の後に過冷却膨張機構の開度を大きくして再び液温一定制御を行う制御である。
本発明の空気調和装置のように過冷却器が設けられている場合には、液温一定制御の間に、過冷却配管を通じて過冷却器内部で蒸発しきれなかった液冷媒がアキュムレータに流入する可能性がある。本発明の空気調和装置では、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定された場合に、その液冷媒を効率よく放出するために、過冷却膨張機構を絞ることで利用側熱交換器からの液冷媒のアキュムレータへの流入を極力防いでいる。
したがって、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
12発明に係る空気調和装置は、第1発明、第2発明、第3発明、第4発明、第5発明、第10発明、または第11発明に記載の空気調和装置であって、運転制御手段は、冷媒貯留制御の間に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、アキュムレータの液冷媒溜まりが解消されるまで冷媒量の適否の判定を行わずに待機させ、アキュムレータの液冷媒溜まりが解消された後に冷媒量の適否の判定を行う。
本発明の空気調和装置では、液冷媒貯留制御中に、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合に、冷媒量の適否の判定を行うことを待機させて、アキュムレータに液冷媒が溜まっていないことが確認された後に冷媒量の適否の判定を行わせている。
したがって、アキュムレータに液冷媒が溜まっていることによる冷媒量の適否の判定誤差を極力抑えることができ、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
13発明に係る空気調和装置は、冷媒回路と、運転制御手段と、液冷媒溜まり判定手段とを備える。冷媒回路は、熱源ユニットと、利用ユニットと、膨張機構と、液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管とを含む。熱源ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器とアキュムレータとを有する。利用ユニットは、利用側熱交換器を有する。液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管は、熱源ユニットと利用ユニットとを接続する。また、冷媒回路は、熱源側熱交換器を圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、利用側熱交換器を熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能である。そして、運転制御手段は、通常運転制御と、冷媒量判定運転制御とを行う。通常運転制御は、利用ユニットの運転負荷に応じて熱源ユニットおよび利用ユニットの各機器の制御を行うものである。また、冷媒量判定運転制御は、冷房運転を行いつつ冷媒回路の冷媒量の適否を判定する制御である。液冷媒溜まり判定手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する。運転制御手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転制御においてアキュムレータに液冷媒が溜まっている、いわゆる液冷媒溜まりがある場合に、液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御を行う。したがって、本発明の空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
しかも、本発明の空気調和装置は、検出手段をさらに備える。検出手段は、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出可能である。そして、運転制御手段は、冷媒量判定運転制御において、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ、第1検出値に基づいて冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転制御を、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ、第1検出値として検出される熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量(例えば後述の相対過冷却度)に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量適否判定を行っている。
したがって、冷媒量判定運転制御を利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ行う空気調和装置において、アキュムレータに液冷媒溜まりがある場合に液冷媒溜まりを解消することができるため、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。また、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で冷媒量の適否の判定を行うことができるため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
さらに、本発明の空気調和装置では、液冷媒溜まり判定手段は、冷媒量判定運転制御の間に、入口温度と、出口温度とに基づいてアキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する。入口温度は、アキュムレータの入口側の冷媒配管部分に設けられる入口温度センサが検知する温度である。また、出口温度は、アキュムレータの出口側の冷媒配管部分に設けられる出口温度センサが検知する温度である。
本発明の空気調和装置では、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御するような運転を行っており、冷媒回路内に冷媒が循環している。このような、冷媒回路内を冷媒が循環している場合に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると、アキュムレータの入口側の温度と出口側の温度とに温度差が生じる。本発明の空気調和装置では、液冷媒溜まり判定手段がアキュムレータの入口側の配管に設けられる入口温度センサが検出する温度(すなわち入口温度)とアキュムレータの出口側の配管に設けられる出口温度センサが検出する温度(すなわち出口温度)とに基づいて、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定している。したがって、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。
14発明に係る空気調和装置は、第13発明に係る空気調和装置であって、液冷媒溜まり判定手段は、入口温度と出口温度との温度差が所定温度差以上である場合に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する。
アキュムレータ内部に液冷媒が存在すると、その液冷媒が蒸発することにより入口温度と出口温度との間に温度差が生じやすくなる。本発明の空気調和装置では、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御するような運転を行いつつ冷媒量判定運転制御を行っており、液冷媒溜まり判定手段が入口温度と出口温度との温度差が所定温度差以上である場合に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する。
したがって、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御するような冷媒回路に冷媒が循環している状態の場合において、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。また、例えば、アキュムレータの前後の配管に温度センサがあるような機種の場合にはそのセンサを流用でき、生産コストを削減することができる。
15発明に係る空気調和装置は、冷媒回路と、運転制御手段と、液冷媒溜まり判定手段とを備える。冷媒回路は、熱源ユニットと、利用ユニットと、膨張機構と、液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管とを含む。熱源ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器とアキュムレータとを有する。利用ユニットは、利用側熱交換器を有する。液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管は、熱源ユニットと利用ユニットとを接続する。また、冷媒回路は、熱源側熱交換器を圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、利用側熱交換器を熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能である。そして、運転制御手段は、通常運転制御と、冷媒量判定運転制御とを行う。通常運転制御は、利用ユニットの運転負荷に応じて熱源ユニットおよび利用ユニットの各機器の制御を行うものである。また、冷媒量判定運転制御は、冷房運転を行いつつ冷媒回路の冷媒量の適否を判定する制御である。液冷媒溜まり判定手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する。運転制御手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転制御においてアキュムレータに液冷媒が溜まっている、いわゆる液冷媒溜まりがある場合に、液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御を行う。したがって、本発明の空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
しかも、本発明の空気調和装置は、検出手段をさらに備える。検出手段は、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出可能である。そして、運転制御手段は、冷媒量判定運転制御において、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ、第1検出値に基づいて冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転制御を、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ、第1検出値として検出される熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量(例えば後述の相対過冷却度)に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量適否判定を行っている。
したがって、冷媒量判定運転制御を利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ行う空気調和装置において、アキュムレータに液冷媒溜まりがある場合に液冷媒溜まりを解消することができるため、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。また、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で冷媒量の適否の判定を行うことができるため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
さらに、本発明の空気調和装置では、運転制御手段は、冷媒量判定運転制御の間に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、膨張機構の開度を小さくして低圧圧力を低下させる低圧圧力低下制御を液冷媒溜まり解消制御として行う。
このように、液冷媒溜まり解消制御として膨張機構の開度を小さくして低圧圧力を低下させることにより、アキュムレータ24内部の液冷媒を蒸発させやすくできる。このため、冷媒量判定運転制御における冷房運転において、速やかに圧縮機の入口における冷媒に過熱が付いた状態にすることができ、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。
16発明に係る空気調和装置は、冷媒回路と、運転制御手段と、液冷媒溜まり判定手段とを備える。冷媒回路は、熱源ユニットと、利用ユニットと、膨張機構と、液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管とを含む。熱源ユニットは、圧縮機と熱源側熱交換器とアキュムレータとを有する。利用ユニットは、利用側熱交換器を有する。液冷媒連絡配管およびガス冷媒連絡配管は、熱源ユニットと利用ユニットとを接続する。また、冷媒回路は、熱源側熱交換器を圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、利用側熱交換器を熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能である。そして、運転制御手段は、通常運転制御と、冷媒量判定運転制御とを行う。通常運転制御は、利用ユニットの運転負荷に応じて熱源ユニットおよび利用ユニットの各機器の制御を行うものである。また、冷媒量判定運転制御は、冷房運転を行いつつ冷媒回路の冷媒量の適否を判定する制御である。液冷媒溜まり判定手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する。運転制御手段は、アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転制御においてアキュムレータに液冷媒が溜まっている、いわゆる液冷媒溜まりがある場合に、液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御を行う。したがって、本発明の空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
しかも、本発明の空気調和装置は、検出手段をさらに備える。検出手段は、熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出可能である。そして、運転制御手段は、冷媒量判定運転制御において、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ、第1検出値に基づいて冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行う。
本発明の空気調和装置では、冷媒量判定運転制御を、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ、第1検出値として検出される熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度または過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量(例えば後述の相対過冷却度)に基づいて、冷媒回路内に充填されている冷媒量適否判定を行っている。
したがって、冷媒量判定運転制御を利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ行う空気調和装置において、アキュムレータに液冷媒溜まりがある場合に液冷媒溜まりを解消することができるため、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。また、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で冷媒量の適否の判定を行うことができるため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
さらに、本発明の空気調和装置では、運転制御手段は、冷媒量判定運転制御の間に、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、圧縮機の運転容量を増大させる運転容量増大制御を液冷媒溜まり解消制御として行う。
このように、液冷媒溜まり解消制御として圧縮機の運転容量を増大させることにより、低圧圧力を低下させてアキュムレータ24内部の液冷媒を蒸発させやすくできる。このため、冷媒量判定運転制御における冷房運転において、速やかに圧縮機の入口における冷媒に過熱が付いた状態にすることができ、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。
発明に係る空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。しかも、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
発明に係る空気調和装置では、液温一定制御のように冷媒回路に冷媒が循環している状態の場合において、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。
発明に係る空気調和装置では、液温一定制御のように冷媒回路に冷媒が循環している状態の場合において、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。また、例えば、アキュムレータの前後の配管に温度センサがあるような機種の場合にはそのセンサを流用でき、生産コストを削減することができる。
発明に係る空気調和装置では、液冷媒貯留制御のように冷媒回路に冷媒があまり循環しておらず、かつ、ガス側の配管部分の圧力が低い場合に、アキュムレータの内部に液冷媒が存在することを比較的正確に判定することができる。
発明に係る空気調和装置では、液冷媒貯留制御のように冷媒回路に冷媒があまり循環しておらず、かつ、ガス側の配管部分の圧力が低い場合に、アキュムレータの内部に液冷媒が存在することを比較的正確に判定することができる。
発明に係る空気調和装置では、例えば、液冷媒がアキュムレータに溜まっていると判定された場合にバイパス開閉機構を開にすることで、アキュムレータから圧縮機の吸入側の配管へ液冷媒を放出することができる。また、例えばアキュムレータから圧縮機の吸入側の配管へ油戻し管などの開閉機構を備えた配管が既に存在するような機種の場合にはその配管を流用でき、生産コストを削減することができる。
発明に係る空気調和装置では、液冷媒がアキュムレータに溜まっていると判定された場合にバイパス開閉機構を開にすることで、アキュムレータから圧縮機の吸入側の配管へ液冷媒を放出することができる。
発明に係る空気調和装置では、アキュムレータ内部に溜まっている液冷媒を効率よく放出することができる。このため、極力時間をかけることなく、冷媒回路内の冷媒量の適否をより正確に判定することができる。
発明に係る空気調和装置では、アキュムレータ内部に溜まっている液冷媒を効率よく放出することができる。このため、極力時間をかけることなく、冷媒回路内の冷媒量の適否をより正確に判定することができる。
10発明に係る空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
11発明に係る空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
12発明に係る空気調和装置では、アキュムレータに液冷媒が溜まっていることによる冷媒量の適否の判定誤差を極力抑えることができ、適正な冷媒量の判定を行うことができる。
13発明に係る空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。しかも、冷媒量判定運転制御を利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ行う空気調和装置において、アキュムレータに液冷媒溜まりがある場合に液冷媒溜まりを解消することができるため、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。また、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で冷媒量の適否の判定を行うことができるため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。さらに、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。
14発明に係る空気調和装置では、利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御するような冷媒回路に冷媒が循環している状態の場合において、アキュムレータに液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。また、例えば、アキュムレータの前後の配管に温度センサがあるような機種の場合にはそのセンサを流用でき、生産コストを削減することができる。
15発明に係る空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。しかも、冷媒量判定運転制御を利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ行う空気調和装置において、アキュムレータに液冷媒溜まりがある場合に液冷媒溜まりを解消することができるため、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。また、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で冷媒量の適否の判定を行うことができるため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。さらに、液冷媒溜まり解消制御として膨張機構の開度を小さくして低圧圧力を低下させることにより、アキュムレータ24内部の液冷媒を蒸発させやすくできる。このため、冷媒量判定運転制御における冷房運転において、速やかに圧縮機の入口における冷媒に過熱が付いた状態にすることができ、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。
16発明に係る空気調和装置では、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で、冷媒量の適否の判定を行うことができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。しかも、冷媒量判定運転制御を利用側熱交換器の出口から圧縮機の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように膨張機構を制御しつつ行う空気調和装置において、アキュムレータに液冷媒溜まりがある場合に液冷媒溜まりを解消することができるため、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。また、アキュムレータの液冷媒溜まりを解消した上で冷媒量の適否の判定を行うことができるため、アキュムレータに液冷媒が溜まっている場合であっても、誤差があまりない状態で、適正な冷媒量の判定を行うことができる。さらに、液冷媒溜まり解消制御として圧縮機の運転容量を増大させることにより、低圧圧力を低下させてアキュムレータ24内部の液冷媒を蒸発させやすくできる。このため、冷媒量判定運転制御における冷房運転において、速やかに圧縮機の入口における冷媒に過熱が付いた状態にすることができ、冷媒量判定運転制御にかかる時間を短縮することができる。
以下、図面に基づいて、本発明にかかる空気調和装置および冷媒量判定方法の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
(1)空気調和装置の構成
図1は、本発明の第1実施形態にかかる空気調和装置1の概略構成図である。空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置1は、主として、1台の熱源ユニットとしての室外ユニット2と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、2台)の利用ユニットとしての室内ユニット4、5と、室外ユニット2と室内ユニット4、5とを接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット4、5と、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7とが接続されることによって構成されている。
<室内ユニット>
室内ユニット4、5は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット4、5は、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して室外ユニット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、室内ユニット4、5の構成について説明する。なお、室内ユニット4と室内ユニット5とは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット4の構成のみ説明し、室内ユニット5の構成については、それぞれ、室内ユニット4の各部を示す40番台の符号の代わりに50番台の符号を付して、各部の説明を省略する。
室内ユニット4は、主として、冷媒回路10の一部を構成する室内側冷媒回路10a(室内ユニット5では、室内側冷媒回路10b)を有している。この室内側冷媒回路10aは、主として、利用側膨張機構としての室内膨張弁41と、利用側熱交換器としての室内熱交換器42とを有している。
本実施形態において、室内膨張弁41は、室内側冷媒回路10a内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器42の液側に接続された電動膨張弁であり、冷媒の通過を遮断することも可能である。
本実施形態において、室内熱交換器42は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。なお、本実施形態において、室内熱交換器42は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であるが、これに限定されず、他の型式の熱交換器であっても良い。
本実施形態において、室内ユニット4は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器42において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための送風ファンとしての室内ファン43を有している。室内ファン43は、室内熱交換器42に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、DCファンモータ等からなるモータ43mによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。
また、室内ユニット4には、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器42の液側には、冷媒の温度(すなわち、暖房運転時における凝縮温度または冷房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度)を検出する液側温度センサ44が設けられている。室内熱交換器42のガス側には、冷媒の温度を検出するガス側温度センサ45が設けられている。室内ユニット4の室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度(すなわち、室内温度)を検出する室内温度センサ46が設けられている。本実施形態において、液側温度センサ44、ガス側温度センサ45および室内温度センサ46は、サーミスタからなる。また、室内ユニット4は、室内ユニット4を構成する各部の動作を制御する室内側制御部47を有している。そして、室内側制御部47は、室内ユニット4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、室内ユニット4を個別に操作するためのリモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット2との間で伝送線8aを介して制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。
<室外ユニット>
室外ユニット2は、ビル等の室外に設置されており、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して室内ユニット4、5に接続されており、室内ユニット4、5とともに冷媒回路10を構成している。
次に、室外ユニット2の構成について説明する。室外ユニット2は、主として、冷媒回路10の一部を構成する室外側冷媒回路10cを有している。この室外側冷媒回路10cは、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器23と、膨張機構としての室外膨張弁38と、アキュムレータ24と、温度調節機構としての過冷却器25と、液側閉鎖弁26と、ガス側閉鎖弁27とを有している。
圧縮機21は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数が制御されるモータ21mによって駆動される容積式圧縮機である。なお、本実施形態において、圧縮機21は、1台のみであるが、これに限定されず、室内ユニットの接続台数等に応じて、2台以上の圧縮機が並列に接続されていても良い。
四路切換弁22は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器23を圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器42、52を室外熱交換器23において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機21の吐出側と室外熱交換器23のガス側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側(具体的には、アキュムレータ24)とガス冷媒連絡配管7側とを接続し(冷房運転状態:図1の四路切換弁22の実線を参照)、暖房運転時には、室内熱交換器42、52を圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器23を室内熱交換器42、52において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機21の吐出側とガス冷媒連絡配管7側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側と室外熱交換器23のガス側とを接続することが可能である(暖房運転状態:図1の四路切換弁22の破線を参照)。
本実施形態において、室外熱交換器23は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、図2に示されるように、主として、伝熱管と多数のフィンとから構成される熱交換器本体23aと、熱交換器本体23aのガス側に接続されるヘッダ23bと、熱交換器本体23aの液側に接続される分流器23cとを有している。ここで、図2は、室外熱交換器23の概略図である。室外熱交換器23は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器23は、そのガス側が四路切換弁22に接続され、その液側が室外膨張弁38に接続されている。また、室外熱交換器23の側面には、図2に示されるように、冷房運転を行う際の冷媒回路10における冷媒の流れ方向において液側閉鎖弁26の上流側に配置されており、室外膨張弁38の上流側に存在する冷媒量に関する状態量を検知する冷媒検知機構としての液面検知センサ39が設けられている。液面検知センサ39は、室外膨張弁38の上流側に存在する冷媒量に関する状態量としての室外熱交換器23に溜まっている液冷媒の量を検出するためのセンサであり、室外熱交換器23(より具体的には、ヘッダ23b)の高さ方向に沿って配置された管状検知部材によって構成されている。ここで、冷房運転の場合において、圧縮機21から吐出される高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器23内において、室外ファン28により供給される空気によって冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となる。すなわち、液面検知センサ39は、冷媒が気体状態で存在する領域と、液体状態で存在する領域との境界を液面として検出するものである。なお、液面検知センサ39は、このような管状検知部材に限られるものではなく、例えば、室外熱交換器23(より具体的には、ヘッダ23b)の高さ方向に沿って複数箇所に配置されたサーミスタ等の温度センサによって構成し、室外熱交換器23の雰囲気温度よりも高温のガス冷媒の部分と、室外熱交換器23の雰囲気温度と同程度の温度の液冷媒の部分との境界を液面として検出するものであっても良い。なお、本実施形態において、室外熱交換器23は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であるが、これに限定されず、他の型式の熱交換器であっても良い。また、本実施形態において、ヘッダ23bは熱交換器本体23aの一端に設けられ、分流器23cは熱交換器本体23aの他端に設けられているが、これに限定されず、ヘッダ23bおよび分流器23cが熱交換器本体23aの同じ端部に設けられていても良い。
本実施形態において、室外膨張弁38は、室外側冷媒回路10c内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、冷房運転を行う際の冷媒回路10における冷媒の流れ方向において室外熱交換器23の下流側であって過冷却器25の上流側に配置された(本実施形態においては、室外熱交換器23の液側に接続されている)電動膨張弁であり、冷媒の通過を遮断することも可能である。なお、室外膨張弁38の前後の配管をバイパスした配管に、冷媒回路10のうち液冷媒連絡配管7を含む室内膨張弁41、51と室外膨張弁38との間の部分(以下、液冷媒配管部分とする)が破損することを防ぐために、液冷媒配管部分内部の液冷媒の圧力が所定圧力を超えると室外熱交換器23へ流出させることが可能な高圧制御弁77が設けられている。これにより、温度上昇などによる液冷媒配管部分の破損を防ぐことが可能となる。
本実施形態において、室外ユニット2は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器23において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン28を有している。この室外ファン28は、室外熱交換器23に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、DCファンモータ等からなるモータ28mによって駆動されるプロペラファン等である。
アキュムレータ24は、四路切換弁22と圧縮機21との間に接続されており、室内ユニット4、5の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路10内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。また、本実施形態においてアキュムレータ24の底部とアキュムレータ24から圧縮機21までの間の配管を接続するする第2バイパス冷媒回路71が設けられている。そして、この第2バイパス冷媒回路71上にはこの流路を開閉可能な冷媒放出弁72が設けられている。なお、冷媒放出弁72は、電磁弁からなる。
過冷却器25は、本実施形態において、2重管式の熱交換器や、熱源側熱交換器において凝縮された冷媒が流れる冷媒管と後述の第1バイパス冷媒配管61第1第1バイパス冷媒配管61とを接触させることによって構成された配管熱交換器であり、室外熱交換器23において凝縮された後に、室内膨張弁41、51に送られる冷媒を冷却するために、室外熱交換器23と液冷媒連絡配管6との間に設けられている。より具体的には、過冷却器25は、室外膨張弁38と液側閉鎖弁26との間に接続されている。
本実施形態においては、過冷却器25の冷却源としての第1バイパス冷媒配管61が設けられている。なお、以下の説明では、冷媒回路10から第1バイパス冷媒配管61および後述する第2バイパス冷媒配管71を除いた部分を、便宜上、主冷媒回路と呼ぶことにする。第1バイパス冷媒配管61は、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51へ送られる冷媒の一部を主冷媒回路から分岐させて、分岐された冷媒を減圧した後に、過冷却器25に導入して、室外熱交換器23から液冷媒連絡配管6を通じて室内膨張弁41、51に送られる冷媒と熱交換させた後に、圧縮機21の吸入側に戻すように主冷媒回路に接続されている。具体的には、第1バイパス冷媒配管61は、室外膨張弁38から室内膨張弁41、51に送られる冷媒の一部を室外熱交換器23と過冷却器25との間の位置から分岐させるように接続された第1分岐管64と、過冷却器25のバイパス冷媒配管側の出口から圧縮機21の吸入側に戻すように圧縮機21の吸入側に接続された第1合流管65と、第1バイパス冷媒配管61を流れる冷媒の流量を調節するための膨張機構としてのバイパス膨張弁62とを有している。ここで、バイパス膨張弁62は、電動膨張弁からなる。これにより、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51に送られる冷媒は、過冷却器25において、バイパス膨張弁62によって減圧された後の第1バイパス冷媒配管61を流れる冷媒によって冷却される。すなわち、過冷却器25は、バイパス膨張弁62の開度調節によって能力制御が行われることになる。また、第1バイパス冷媒配管61は、後述のように、冷媒回路10のうち液側閉鎖弁26と室外膨張弁38との間の部分と圧縮機21の吸入側の部分とを接続する連通管としても機能するようになっている。なお、第1バイパス冷媒配管61は、本実施形態において、室外膨張弁38と過冷却器25との間の位置から冷媒を分岐させるように設けられているが、これに限定されず、室外膨張弁38と液側閉鎖弁26との間の位置から冷媒を分岐させるように設けられていれば良い。
液側閉鎖弁26およびガス側閉鎖弁27は、外部の機器・配管(具体的には、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7)との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁26は、冷房運転を行う際の冷媒回路10における冷媒の流れ方向において室外膨張弁38の下流側であって液冷媒連絡配管6の上流側に配置されており(本実施形態においては、過冷却器25に接続されている)、冷媒の通過を遮断することが可能である。ガス側閉鎖弁27は、四路切換弁22に接続されている。
また、室外ユニット2には、上述した液面検知センサ39以外にも、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット2には、圧縮機21の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ29と、圧縮機21の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ30と、圧縮機21の吸入温度を検出する吸入温度センサ31と、圧縮機21の吐出温度を検出する吐出温度センサ32とが設けられている。過冷却器25の主冷媒回路側の出口には、冷媒の温度(すなわち、液管温度)を検出する液管温度センサ35が設けられている。第1バイパス冷媒配管61の第1合流管65には、過冷却器25のバイパス冷媒配管側の出口を流れる冷媒の温度を検出するためのバイパス温度センサ63が設けられている。室外ユニット2の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度(すなわち、室外温度)を検出する室外温度センサ36が設けられている。室外ユニット2のガス側閉鎖弁27とアキュムレータ24との間には、冷媒の温度(すなわち、ガス管温度)を検出するガス管温度センサ73が設けられている。また、室外ユニット2のアキュムレータ24の底部には、アキュムレータ24内部の温度(すなわち、アキュムレータ温度)を検出するアキュムレータ温度センサ74が設けられている。本実施形態において、吸入温度センサ31、吐出温度センサ32、液管温度センサ35、室外温度センサ36、バイパス温度センサ63、ガス管温度センサ73、およびアキュムレータ温度センサ74は、サーミスタからなる。また、室外ユニット2は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する室外側制御部37を有している。そして、室外側制御部37は、室外ユニット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、メモリやモータ21mを制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット4、5の室内側制御部47、57との間で伝送線8aを介して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、室内側制御部47、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8aとによって、空気調和装置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3に示されるように、各種センサ29〜32、35、36、39、44〜46、54〜56、63、73、74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および弁21、22、28、38、41、43、51、53、62、72、74を制御することができるように接続されている。また、制御部8を構成するメモリには、各種データが格納されており、例えば、建物に施工された後の配管長さ等が考慮された物件毎における空気調和装置1の冷媒回路10の適正冷媒量データ等が格納されている。そして、制御部8は、後述の冷媒自動充填運転や冷媒漏洩検知運転を行う際に、これらのデータを読み出して、冷媒回路10に適正な量だけの冷媒を充填したり、この適正冷媒量データとの比較によって冷媒漏洩の有無を判断したりするようになっている。また、制御部8のメモリには、この適正冷媒量データ(適正冷媒量Z)とは別に、液管確定冷媒量データ(液管確定冷媒量Y)と、室外熱交収集冷媒量データ(室外熱交収集冷媒量X)とが格納されており、Z=X+Yの関係が満たされるようになっている。ここで、液管確定冷媒量Yは、後述の室外熱交換器23の下流側から室外膨張弁38、過冷却器25、および液冷媒連絡配管6を介して室内膨張弁41、51に至るまで、第1分岐管64からバイパス膨張弁62に至るまで、および、第2分岐管75から第1開閉弁に至るまでの部分(以下、液冷媒配管部分とする)を一定温度の液冷媒によってシールさせる運転を行った場合に、この液冷媒配管部分に固定される冷媒量である。また、室外熱交収集冷媒量Xは、適正冷媒量Zから、液管確定冷媒量Yを差し引いて得られる冷媒量である。さらに、制御部8のメモリには、室外熱交換器23の液面のデータに基づいて、室外膨張弁38から室外熱交換器23にかけて溜まった冷媒量を算出できる関係式が格納されている。ここで、図3は、空気調和装置1の制御ブロック図である。
<冷媒連絡配管>
冷媒連絡配管6、7は、空気調和装置1をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。このため、例えば、新規に空気調和装置を設置する場合には、空気調和装置1に対して、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の設置条件に応じた適正な量の冷媒を充填する必要がある。
以上のように、室内側冷媒回路10a、10bと、室外側冷媒回路10cと、冷媒連絡配管6、7とが接続されて、空気調和装置1の冷媒回路10が構成されている。そして、本実施形態の空気調和装置1は、室内側制御部47、57と室外側制御部37とから構成される制御部8によって、四路切換弁22により冷房運転および暖房運転を切り換えて運転を行うとともに、各室内ユニット4、5の運転負荷に応じて、室外ユニット2および室内ユニット4、5の各機器の制御を行うようになっている。
(2)空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について説明する。
本実施形態の空気調和装置1の運転モードとしては、各室内ユニット4、5の運転負荷に応じて室外ユニット2および室内ユニット4、5の構成機器の制御を行う通常運転モードと、空気調和装置1の構成機器の設置後等に試運転を行う際において冷媒回路10に対して適正量の冷媒を充填する冷媒自動充填運転モードと、このような冷媒自動充填運転を含む試運転を終了して通常運転を開始した後において冷媒回路10からの冷媒の漏洩の有無を判定する冷媒漏洩検知運転モードとがある。
以下、空気調和装置1の各運転モードにおける動作について説明する。
<通常運転モード>
まず、通常運転モードにおける冷房運転について、図1を用いて説明する。
冷房運転時は、四路切換弁22が図1の実線で示される状態(冷房運転状態)、すなわち、圧縮機21の吐出側が室外熱交換器23のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側がガス側閉鎖弁27およびガス冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器42、52のガス側に接続された状態となっている。ここで、室外膨張弁38、バイパス膨張弁62、第2開閉弁74は、全開状態にされ、液側閉鎖弁26およびガス側閉鎖弁27も開状態にされている。また、第1開閉弁72は、閉状態にされている。
この冷媒回路10の状態で、圧縮機21、室外ファン28および室内ファン43、53を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四路切換弁22を経由して室外熱交換器23に送られて、室外ファン28によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、この高圧の液冷媒は、室外膨張弁38を通過して、過冷却器25に流入し、第1バイパス冷媒配管61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になる。このとき、室外熱交換器23において凝縮した高圧の液冷媒の一部は、第1バイパス冷媒配管61に分岐され、バイパス膨張弁62によって減圧された後に、圧縮機21の吸入側に戻される。ここで、バイパス膨張弁62を通過する冷媒は、圧縮機21の吸入圧力近くまで減圧されることで、その一部が蒸発する。そして、第1バイパス冷媒配管61のバイパス膨張弁62の出口から圧縮機21の吸入側に向かって流れる冷媒は、過冷却器25を通過して、主冷媒回路側の室外熱交換器23から室内ユニット4、5へ送られる高圧の液冷媒と熱交換を行う。
そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、液側閉鎖弁26および液冷媒連絡配管6を経由して、室内ユニット4、5に送られる。
この室内ユニット4、5に送られた高圧の液冷媒は、室内膨張弁41、51によって圧縮機21の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器42、52に送られ、室内熱交換器42、52において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管7を経由して室外ユニット2に送られ、ガス側閉鎖弁27および四路切換弁22を経由して、アキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。このように、空気調和装置1では、室外熱交換器23を圧縮機21において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器42、52を室外熱交換器23において凝縮された後に液冷媒連絡配管6および室内膨張弁41、51を通じて送られる冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能である。
ここで、通常運転モードの冷房運転を行っている際における冷媒回路10の冷媒の分布状態は、図4に示されるように、冷媒が、液状態(図4における塗りつぶしのハッチング部分)、気液二相状態(図4における格子状のハッチング部分)、ガス状態(図4における斜線のハッチング部分)の各状態をとって分布している。具体的には、室外膨張弁38を介して室外熱交換器23の出口付近の部分から、過冷却器25の主冷媒回路側の部分および液冷媒連絡配管6を介して、室内膨張弁41、51に至るまでの部分、および、第1バイパス冷媒配管61のバイパス膨張弁62上流側の部分は、液状態の冷媒で満たされている。そして、室外熱交換器23の中間の部分、第1バイパス冷媒配管61のバイパス膨張弁62上流側の部分、過冷却器25のバイパス冷媒配管側の部分であって入口付近の部分、および、室内熱交換器42、52の入口付近の部分は、気液二相状態の冷媒で満たされている。また、ガス冷媒連絡配管7および圧縮機21を介して室内熱交換器42、52の中間の部分から室外熱交換器23の入口に至るまでの部分、室外熱交換器23の入口付近の部分、および、過冷却器25のバイパス冷媒配管側の部分であって中間の部分から第1バイパス冷媒配管61の圧縮機21の吸入側に合流するまでの部分は、ガス状態の冷媒で満たされている。ここで、図4は、冷房運転における冷媒回路10内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。
なお、通常運転モードの冷房運転においては、冷媒はこのような分布で冷媒回路10内に分布しているが、後述する冷媒自動充填運転モードおよび冷媒漏洩検知運転モードの冷媒量判定運転においては、液冷媒連絡配管6と室外熱交換器23に液冷媒が集められた分布となる(図6参照)。
次に、通常運転モードにおける暖房運転について説明する。
暖房運転時は、四路切換弁22が図1の破線で示される状態(暖房運転状態)、すなわち、圧縮機21の吐出側がガス側閉鎖弁27およびガス冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器42、52のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室外熱交換器23のガス側に接続された状態となっている。室外膨張弁38は、室外熱交換器23に流入する冷媒を室外熱交換器23において蒸発させることが可能な圧力(すなわち、蒸発圧力)まで減圧するために開度調節されるようになっている。また、液側閉鎖弁26およびガス側閉鎖弁27は、開状態にされている。室内膨張弁41、51は、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過冷却度は、吐出圧力センサ30により検出される圧縮機21の吐出圧力を凝縮温度に対応する飽和温度値に換算し、この冷媒の飽和温度値から液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度値を差し引くことによって検出される。なお、本実施形態では採用していないが、各室内熱交換器42、52内を流れる冷媒の温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサにより検出される凝縮温度に対応する冷媒温度値を、液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度値から差し引くことによって室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過冷却度を検出するようにしても良い。また、第2開閉弁74は全開状態になっており、第1開閉弁72およびバイパス膨張弁62は閉止されている。
この冷媒回路10の状態で、圧縮機21、室外ファン28および室内ファン43、53を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁22、ガス側閉鎖弁27およびガス冷媒連絡配管7を経由して、室内ユニット4、5に送られる。
そして、室内ユニット4、5に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器42、52において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、室内膨張弁41、51を通過する際に、室内膨張弁41、51の弁開度に応じて減圧される。
この室内膨張弁41、51を通過した冷媒は、液冷媒連絡配管6を経由して室外ユニット2に送られ、液側閉鎖弁26、過冷却器25および室外膨張弁38を経由してさらに減圧された後に、室外熱交換器23に流入する。そして、室外熱交換器23に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン28によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁22を経由してアキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。
以上のような通常運転モードにおける運転制御は、冷房運転および暖房運転を含む通常運転を行う運転制御手段として機能する制御部8(より具体的には、室内側制御部47、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8a)によって行われる。
<冷媒自動充填運転モード>
次に、試運転の際に行われる冷媒自動充填運転モードについて、図5〜図7を用いて説明する。ここで、図5は、冷媒量判定運転のフローチャートである。図6は、冷媒量判定運転における冷媒回路10内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。図7は、図2の熱交換器本体23aおよびヘッダ23bの内部を模式的に示した図であって、冷媒量判定運転において室外熱交換器23に冷媒が溜まる様子を示す図である。
冷媒自動充填運転モードは、空気調和装置1の構成機器の設置後等における試運転の際に行われる運転モードであり、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7の容積に応じた適正な冷媒量を冷媒回路10に対して自動で充填するものである。
まず、室外ユニット2の液側閉鎖弁26およびガス側閉鎖弁27を開けて、室外ユニット2に予め充填されている冷媒を冷媒回路10内に充満させる。
次に、冷媒自動充填運転を行う作業者が、追加充填用の冷媒ボンベを冷媒回路10(例えば、圧縮機21の吸入側等)に接続して充填を開始する。
そして、作業者が、制御部8に対して直接にまたはリモコン(図示せず)等によって冷媒自動充填運転を開始する指令を出すと、制御部8によって、図5に示されるステップS1〜ステップS11の処理を伴うが行われる。
−ステップS1、液温一定制御−
まず、ステップS1では、冷房運転状態において液温一定制御が開始され、基本的には、上述の通常運転モードの冷房運転と同様の運転を行うように機器制御が行われる。ただし、液温一定制御を行う点が通常運転モードの冷房運転とは異なる。この液温一定制御では、凝縮圧力制御と液管温度制御とが行われる。凝縮圧力制御では、室外熱交換器23における冷媒の凝縮圧力が一定になるように、室外ファン28によって室外熱交換器23に供給される室外空気の風量を制御する。凝縮器における冷媒の凝縮圧力は、室外温度の影響より大きく変化するため、モータ28mによって室外ファン28から室外熱交換器23に供給される室内空気の風量を制御する。これにより、室外熱交換器23における冷媒の凝縮圧力が一定となり、凝縮器内を流れる冷媒の状態が安定化することになる。そして、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51の間において、室外膨張弁38、過冷却器25の主冷媒回路側の部分、液冷媒連絡配管6を含む流路、および室外熱交換器23から第1バイパス冷媒配管61のバイパス膨張弁62までの流路には、高圧の液冷媒が流れる状態となる。よって、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51およびバイパス膨張弁62までの部分における冷媒の圧力も安定する。本実施形態の凝縮圧力制御では、吐出圧力センサ30によって検出される圧縮機21の吐出圧力が凝縮圧力として用いられている。なお、本実施形態では採用していないが、室外熱交換器23内を流れる冷媒の温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサにより検出される凝縮温度に対応する冷媒温度値を凝縮圧力に換算して凝縮圧力制御に用いても良い。液管温度制御では、上述の通常運転モードの冷房運転における過熱度制御とは異なり、過冷却器25から室内膨張弁41、51に送られる冷媒の温度が一定になるように過冷却器25の能力を制御する。より具体的には、液管温度制御では、過冷却器25の主冷媒回路側の出口に設けられた液管温度センサ35によって検出される冷媒の温度が液管温度目標値で一定になるように、第1バイパス冷媒配管61のバイパス膨張弁62を開度調節する。これにより、過冷却器25の主冷媒回路側の出口から室内膨張弁41、51に至る液冷媒連絡配管6を含む冷媒管内における冷媒密度が安定化する。
−ステップS2、アキュムレータ内の液溜まりを判定−
ステップS2では、この液温一定制御の間に、制御部8が、ガス管温度センサ73により検出されるアキュムレータ24の入口側の配管の温度(すなわち、ガス管温度)と、吸入温度センサ31により検出されるアキュムレータ24の出口側の配管の温度(すなわち、吸入温度)との温度差(以下、入出温度差とする)に基づいて、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいるか否かを判定している。具体的には、制御部8は、この入出温度差が所定温度差以上になると、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいると判定する。ステップS2において、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定されるとステップS3へ移行し、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていないと判定されるとステップS5へ移行する。
−ステップS3、液温一定制御の中止−
ステップS3では、制御部8は、ステップS1において開始した液温一定制御を中止する。具体的には、室内膨張弁41、51の開度を小さくする。ステップS3の処理が終了すると、ステップS4へ移行する。
−ステップS4、液冷媒の放出−
ステップS4では、制御部8は、第2バイパス冷媒回路71に設けられた冷媒放出弁72を開にしてアキュムレータ24に溜まり込んでいる液冷媒を圧縮機21側へ放出する。これにより、液温一定制御中にアキュムレータ24に溜まり込んでいる液冷媒を速やかに放出することができる。制御部8は、アキュムレータ24に溜まり込んでいる液冷媒を放出が終了すると、冷媒放出弁72を閉にする。ステップS4の処理が終了すると、ステップS1に戻り再び液温一定制御が開始される。
このように、ステップS2においてアキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定された場合には、ステップS3およびステップS4の処理により液温一定制御を一旦中止して室内膨張弁41、51を絞り、冷媒放出弁72を開にしている。このような処理を行うことで、室内熱交換器42、52からアキュムレータ24に流入する可能性のある液冷媒を制限して、効率よくアキュムレータ24から液冷媒を放出することができる。なお、本実施形態では採用していないが、ステップS3の処理において、室内膨張弁41、51を絞るのみではなくバイパス膨張弁62も絞ることで液温一定制御を中止しても構わない。なお、この場合には、過冷却器25からの液冷媒の流入を制限することもできるため、より効率よくアキュムレータ24から液冷媒を放出することができる。また、このステップS3の液温一定制御を中止する制御は、一旦液温一定制御を中止してアキュムレータ24に液冷媒が流入するのを制限することを目的として行っているため、上述した室内膨張弁41、51とバイパス膨張弁62とのいずれかを制御することにより行えば良く、上述のように限定するものではない。
−ステップS5、液温が一定か否かの判定−
そして、ステップS5は、ステップS2においてアキュムレータ24に液冷媒が溜まっていないと判定した場合に行われ、ステップS1の液温一定制御を行うことにより、液温が一定に達しているか否かを判断する。ここで、液温が一定になっていると判断されると、ステップS6に移行し、液温がまだ一定になっていないと判断されると、ステップS1の液温一定制御が継続されステップS2の処理に戻る。そして、液温一定制御により液温が一定に制御されると、図4における塗りつぶしのハッチング部分のうち過冷却器25の主冷媒回路側の出口から室内膨張弁41、51に至る液冷媒連絡配管6を含む冷媒管内が一定温度の液冷媒によって安定的にシールされることになる。
−ステップS6、液管閉鎖制御−
これにより、後述のステップS6において、室内膨張弁41、51および室外膨張弁38が冷媒回路10のうち液冷媒連絡配管6を含む室内膨張弁41、51と室外膨張弁38との間の部分に液冷媒を封じ込める前に、室外熱交換器23から液冷媒連絡配管6を通じて室内膨張弁41、51に送られる冷媒の温度が過冷却器25によって一定に調節され、液冷媒配管部分に固定される冷媒量である液管確定冷媒量Yが保たれた状態となる。
次に、ステップS6では、室内膨張弁41、51を全閉状態にし、バイパス膨張弁62を全閉状態にし、そして、室外膨張弁38を全閉状態にすることで、冷媒回路10のうち液冷媒連絡配管6を含む室内膨張弁41、51と室外膨張弁38との間の部分に液冷媒を封じ込める(液管閉鎖制御)。これにより、液管確定冷媒量Yの冷媒量が保たれたままで、冷媒の循環を途絶えさせて、冷媒の温度も考慮された正確な液管確定冷媒量Yの液冷媒を、冷媒回路10のうち液冷媒連絡配管6を含む室内膨張弁41、51と室外膨張弁38との間の部分に封じ込めることができる。ステップS6が終了すると、ステップS7へ移行する。
−ステップS7、液冷媒貯留制御−
そして、ステップS7では、各膨張弁38、41、51を全閉状態にした後も、圧縮機21、室外ファン28の運転を継続する制御(以下、液冷媒貯留制御とする)が行われる。これにより、図6に示されるように、凝縮器として機能する室外熱交換器23において凝縮された冷媒は、室外膨張弁38によって冷媒回路10内における冷媒の循環が途絶えているために、室外熱交換器23において、室外ファン28によって供給される室外空気によって冷却されて凝縮されて、室外熱交換器23のような冷媒回路10のうち室外膨張弁38の上流側で、かつ、圧縮機21の下流側の部分に徐々に溜まっていくことになる。これにより、冷媒回路10内の冷媒は、冷媒回路10のうち室外膨張弁38の上流側で、かつ、圧縮機21の下流側の部分に集中的に集められることになる。より具体的には、図7に示されるように、凝縮されて液状態になった冷媒が、室外膨張弁38の上流側から室外熱交換器23内にかけて溜まっていくことになる。なお、上述のように、冷媒回路10のうち液冷媒連絡配管6を含む室内膨張弁41、51と室外膨張弁38との間の部分に液冷媒を封じ込めるようにしているため、通常運転モードの冷房運転において室外膨張弁38の上流側から室外熱交換器23内にかけて溜まる液冷媒の量が過大にならないようになっている。
−ステップS8、アキュムレータ内の液溜まりを判定−
ステップS8では、液冷媒貯留制御の間に、制御部8は、アキュムレータ温度センサ74により検出されるアキュムレータ温度に基づいて、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいるか否かを判定している。具体的には、制御部8は、アキュムレータ温度が所定温度以下になると、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいると判定する。ステップS8において、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定されるとステップ9へ移行し、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていないと判定されるとステップS10へ移行する。
−ステップS9、液冷媒の放出−
ステップS9では、制御部8は、第2バイパス冷媒回路71に設けられた冷媒放出弁72を開にしてアキュムレータ24に溜まり込んでいる液冷媒を圧縮機21側へ放出する。これにより、液温一定制御中にアキュムレータ24に溜まり込んでいる液冷媒を速やかに放出することができる。制御部8は、アキュムレータ24に溜まり込んでいる液冷媒を放出が終了すると、冷媒放出弁72を閉にする。ステップS9の処理が終了すると、ステップS8に戻る。
−ステップS10、冷媒量の検出−
また、ステップS10では、液面検知センサ39によって室外熱交換器23に溜まっている冷媒の液面を検知する。ここで、液面検知センサ39は、冷媒が気体状態で存在する領域と、液体状態で存在する領域との境界を液面として検出する。これにより、液面検知センサ39によって得られる液面の高さhを(図7参照)、制御部8のメモリに格納されている関係式に代入することで、室外膨張弁38から室外熱交換器23にかけて溜まった冷媒量を演算する。
−ステップS11、冷媒量の適否の判定−
次に、ステップS11では、上述のステップS10において演算された冷媒量が、制御部8のメモリに格納されている室外熱交収集冷媒量Xに達したか否かを判断する。ここで、室外熱交収集冷媒量Xに達していない場合には、ステップS10の処理に戻り、冷媒回路10への冷媒の充填を継続し、室外熱交収集冷媒量Xに達していると判断した場合には、冷媒回路10への冷媒の充填を終了する。これにより、液面検知センサ39によって、冷媒回路10のうち室外膨張弁38の上流側で、かつ、圧縮機21の下流側の部分に集められた冷媒量に関する状態量を検知でき、適正な冷媒量の判定を行うことができ、冷媒量に関する判定を行うための条件を簡易なものとしつつ、適正な冷媒量の判定を行うことが可能になっている。
このように、空気調和装置1では、上述のように、ステップS1によって液温一定制御が行われ、その後にステップS6によって液管閉鎖制御が行われ、ステップS7によって液冷媒貯留制御が行われる。そして、上述のステップS10、S11の処理によって、室外膨張弁38の上流側に存在する冷媒量に関する状態量を検知し、冷媒量判定運転において液面検知センサ39が検知した冷媒量に関する状態量に基づいて、冷媒回路10内の冷媒量の適否を判定することができるようになっている。
これらの制御等の処理は、冷媒量判定運転を行う運転制御手段、および、冷媒回路10内の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段として機能する制御部8(より具体的には、室内側制御部47、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8a)によって行われる。
なお、本実施形態においては、液温一定制御(特に、液管温度制御)を行うことによって、冷媒回路10のうち液冷媒連絡配管6を含む利用側膨張機構と遮断機構との間の部分に、常に一定量の冷媒を封じ込めるようにしているため、冷媒回路10を構成する液冷媒連絡配管6の長さが長く、ステップS6の処理によって、液冷媒連絡配管6に封じ込められる冷媒量が比較的多い場合であっても、液冷媒連絡配管6に正確な量の冷媒を封じ込めることができ、これにより、冷媒回路10のうち室外膨張弁38の上流側で、かつ、圧縮機21の下流側の部分における冷媒量に対する影響を抑えて、液面検知センサ39による冷媒量に関する状態量の安定した検知を行うことができるようになっているが、冷媒回路10を構成する液冷媒連絡配管6の長さが短く、ステップS5の処理によって、液冷媒連絡配管6に封じ込められる冷媒量が少ない場合には、冷媒回路10のうち室外膨張弁38の上流側で、かつ、圧縮機21の下流側の部分における冷媒量に対する影響が小さいため、必ずしも、液温一定制御(特に、液管温度制御)を行う必要はなく、ステップS5の処理を省略しても良い。
<冷媒漏洩検知運転モード>
次に、冷媒漏洩検知運転モードについて説明する。
冷媒漏洩検知運転モードは、冷媒充填作業を伴う点を除いては、冷媒自動充填運転モードとほぼ同様であるため、相違点のみ説明する。
本実施形態において、冷媒漏洩検知運転モードは、例えば、定期的(休日や深夜等で空調を行う必要がない時間帯等)に、不測の原因により冷媒回路10から冷媒が外部に漏洩していないかどうかを検知する場合に行われる運転である。
冷媒漏洩検知運転では、上述の冷媒自動充填運転のフローチャートと同じ処理が行われる。
すなわち、冷媒回路10において冷房運転状態または暖房運転状態において液温一定制御を行い、液温が一定となった後に、室内膨張弁41、51および液側閉鎖弁26を全閉状態にし、液管確定冷媒量Yを確定させる(ステップS1〜ステップS6参照)。また、室内膨張弁41、51や液側閉鎖弁26の操作とともに、バイパス膨張弁62を全開状態にし、室外膨張弁38を全閉状態にして、冷房運転を持続させることで、室外熱交換器23に液冷媒を溜める冷媒量判定運転が行われる。
ここで、液面検知センサ39による検知液面高さhが、所定時間の間変わらないまま維持されると、その時の液面高さhを制御部8のメモリに格納されている関係式に代入して、室外膨張弁38から室外熱交換器23にかけて溜まっている判定液冷媒量X’を演算する。ここで、算出された判定液冷媒量X’に、液管確定冷媒量Yを加えて、適正冷媒量Zになるか否かによって、冷媒回路10における冷媒の漏洩の有無を判断する。
なお、所定時間の間液面高さhが変わらず液面高さhのデータを取得した後は、速やかに圧縮機21の運転を停止する。これにより、冷媒漏洩検知運転を終了する。
また、冷媒漏洩検知の判定としては、上述の判定液冷媒量X’を算出する方法に限られず、例えば、予め最適冷媒量に対応する基準液面高さHを演算しておき、この値を制御部8のメモリに格納しておくことで、上述の判定液冷媒量X’の演算を行う必要なく、検知される検知液面高さhを指標となる基準液面高さHと直接比較することで、冷媒漏洩検知を行うようにしも良い。
(3)空気調和装置の特徴
第1実施形態の空気調和装置1には、以下のような特徴がある。
(3−1)
本実施形態の空気調和装置1では、冷媒回路10が冷房運転をする際に、室外熱交換器23の下流側に設けられている室外膨張弁38が閉鎖されて冷媒の流れが遮断されると、例えば、凝縮器として機能する室外熱交換器23において凝縮された液冷媒は、冷媒の循環が途絶えているために、主に室外熱交換器23内において、室外膨張弁38よりも上流側に溜まっていく。一方、冷房運転状態において圧縮機21が駆動することにより、冷媒回路10のうち室外膨張弁38の下流側であって圧縮機21よりも上流側の部分(具体的には、室内熱交換器42、52やガス冷媒連絡配管6等)は減圧されて、冷媒がほとんど存在しない状態になる。このため、冷媒回路10の冷媒は、室外膨張弁38よりも上流側に集中的に集められ液面検知センサ39が、この集中的に集められた冷媒量に関する検知を行う。そして、この空気調和装置1では、制御部8が、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっているか否かを判定しており、アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定された場合に、冷媒放出弁72を開にすることにより第2バイパス冷媒配管71の流路を開放して、アキュムレータ24に溜まっている液冷媒を放出する。なお、制御部8は、液温一定制御の間においては、ガス管温度センサ73が検出するガス管温度と吸入温度センサ31が検出する吸入温度との入出温度差が所定温度差以上である場合に、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定し、液管閉鎖制御後の液冷媒貯留制御の間においては、アキュムレータ温度センサ74が検出するアキュムレータ温度が所定温度以下である場合に、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定する。
液温一定制御のように冷媒回路10内を冷媒が循環して冷媒の流れがある(厳密に言うと、冷媒の流れる量が多い)場合に、アキュムレータ24内部に液冷媒が存在すると、その液冷媒が蒸発することによりガス管温度と吸入温度との間に温度差が生じやすくなる。本実施形態の空気調和装置1では、液温一定制御の間において、制御部8がガス管温度と吸入温度との温度差である入出温度差が所定温度差以上である場合に、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定する。したがって、液温一定制御のように冷媒回路10に冷媒が循環している状態の場合において、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっている否かを判定することができる。また、例えば、アキュムレータ24の前後の配管に温度センサがあるような機種の場合にはそのセンサを流用でき、生産コストを削減することができる。また、液冷媒貯留制御のように、冷媒回路10に冷媒が循環しておらず冷媒の流れがない(厳密に言うと、液温一定制御の場合よりも冷媒の流れる量が少ない)状態で、かつ、アキュムレータ24も含めて室内膨張弁41、51から圧縮機21までの間のガス側の配管部分の内部の圧力が真空に近く低い状態である場合に、アキュムレータ24内部に液冷媒が溜まっているとアキュムレータ温度が低くなる。本実施形態の空気調和装置1では、このアキュムレータ温度の変化に基づいて、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっているか否かを判定している。したがって、液冷媒貯留制御のように冷媒回路10に冷媒があまり循環しておらず、かつ、ガス側の配管部分の圧力が低い場合に、アキュムレータ24の内部に液冷媒が存在することを比較的正確に判定することができる。このように、本実施形態の空気調和装置1では、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっている場合に、アキュムレータ24から速やかに液冷媒を放出することができる。このため、アキュムレータに液冷媒が溜まりやすい条件において冷媒量の判定を行う場合であっても、あまり多くの時間をかけずに適正な冷媒量の判定を行うことができる。
(3−2)
本実施形態の空気調和装置1では、液温一定制御の間に、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定された場合に、その液冷媒を効率よく放出するために、室内膨張弁41、51を絞ることで室内熱交換器42、52からアキュムレータ24への液冷媒の流入を極力防いでいる。液温一定制御中は冷媒回路10内の冷媒が循環しているために、室内熱交換器42、52により蒸発しきれなかった液冷媒がアキュムレータ24に流入する可能性がある。
したがって、アキュムレータ内部に溜まっている液冷媒を効率よく放出することができる。このため、極力時間をかけることなく、冷媒回路内の冷媒量の適否をより正確に判定することができる。
(4)変形例1
第1実施形態の空気調和装置1は、アキュムレータ24内部の液冷媒をアキュムレータ24の底部から放出可能な第2バイパス冷媒回路71と第2バイパス冷媒回路71の流路を開閉可能な冷媒放出弁72を備えており、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定されると冷媒放出弁72を開にしてアキュムレータ24の液冷媒を放出しているが、これに限るものではなく、第2バイパス冷媒回路71および冷媒放出弁72を備えなくともよい。なお、この場合には、図5に示した冷媒量判定運転のフローチャートにおけるステップS4およびステップS9が省略されることになり、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていないことを確認してから次のステップに移行することになる。
(第2実施形態)
上述の第1実施形態およびその変形例における空気調和装置1では、室外ユニットが1台である場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、図11に示される本実施形態の空気調和装置101のように、複数台(本実施形態では、2台)の室外ユニット2を並列に備えた構成としても良い。ここで、室外ユニット2および室内ユニット4、5については、上述の第1実施形態における室外ユニット2および室内ユニット4、5と同じ構成であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態の空気調和装置101では、冷媒自動充填運転や冷媒漏洩検知運転において、液面検知センサ39による検知が、各室外ユニット2において個別に行われ、そして、室外熱交収集冷媒量Xが溜まったか否かの判断が、すべての室外ユニット2を合わせた冷媒回路110内の冷媒量に対して行われる点は異なるが、基本的には、上述の第1実施形態における冷媒回路10内の冷媒量の適否の判定と同様である。また、本実施形態の空気調和装置101においても、上述の第1実施形態の変形例1〜3と同様の構成を適用しても良い。
(第3実施形態)
上述の第1、2実施形態およびその変形例における空気調和装置1、101では、冷房運転および暖房運転が切り換え可能な構成に対して本発明を適用した場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、図12に示される本実施形態の空気調和装置201のように、例えば、ある空調空間については冷房運転を行いつつ他の空調空間については暖房運転を行う等のように、室内ユニット4、5が設置される屋内の各空調空間の要求に応じて、冷暖同時運転が可能な構成に対して本発明を適用しても良い。
本実施形態の空気調和装置201は、主として、複数台(ここでは、2台)の利用ユニットとしての室内ユニット4、5と、熱源ユニットとしての室外ユニット202と、冷媒連絡配管6、7a、7bとを備えている。
室内ユニット4、5は、液冷媒連絡配管6、ガス冷媒連絡配管としての吸入ガス冷媒連絡配管7aおよび吐出ガス冷媒連絡配管7b、および、接続ユニット204、205を介して、室外ユニット202に接続されており、室外ユニット202との間で冷媒回路210を構成している。なお、室内ユニット4、5は、上述の第1実施形態における室内ユニット4、5と同じ構成であるため、ここでは説明を省略する。
室外ユニット202は、主として、冷媒回路210の一部を構成しており、室外側冷媒回路210cを備えている。室外側冷媒回路210cは、主として、圧縮機21と、三方切換弁222と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器23と、冷媒検知機構としての液面検知センサ39と、第2遮断機構または膨張機構としての室外膨張弁38と、アキュムレータ24と、温度調節機構としての過冷却器25と、過冷却器25の冷却源および連通管としての第1バイパス冷媒配管61と、第1遮断機構としての液側閉鎖弁26と、吸入ガス側閉鎖弁27aと、吐出ガス側閉鎖弁27bと、高低圧連通管233と、高圧遮断弁234と、室外ファン28とを有している。ここで、三方切換弁222、吸入ガス側閉鎖弁27a、吐出ガス側閉鎖弁27b、高低圧連通管233、および、高圧遮断弁234を除く他の機器・弁類は、上述の第1実施形態における室外ユニット2の機器・弁類と同様の構成であるため、説明を省略する。
三方切換弁222は、室外熱交換器23を凝縮器として機能させる際(以下、凝縮運転状態とする)には圧縮機21の吐出側と室外熱交換器23のガス側とを接続し、室外熱交換器23を蒸発器として機能させる際(以下、蒸発運転状態とする)には圧縮機21の吸入側と室外熱交換器23のガス側とを接続するように、室外側冷媒回路210c内における冷媒の流路を切り換えるための弁である。また、圧縮機21の吐出側と三方切換弁222との間には、吐出ガス側閉鎖弁27bを介して吐出ガス冷媒連絡配管7bが接続されている。これにより、圧縮機21において圧縮・吐出された高圧のガス冷媒を三方切換弁222の切り換え動作に関係なく、室内ユニット4、5に供給できるようになっている。また、圧縮機21の吸入側には、吸入ガス側閉鎖弁27aを介して吸入ガス冷媒連絡配管7aが接続されている。これにより、室内ユニット4、5から戻る低圧のガス冷媒を三方切換弁222の切り換え動作に関係なく、圧縮機21の吸入側に戻すことができるようになっている。また、高低圧連通管233は、圧縮機21の吐出側と三方切換弁222との間の位置と吐出ガス冷媒連絡配管7bとの間を結ぶ冷媒管と、圧縮機21の吸入側と吸入ガス冷媒連絡配管7aとの間を結ぶ冷媒管とを連通させる冷媒管であり、冷媒の通過を遮断することが可能な高低圧連通弁233aを有している。これにより、必要に応じて、吸入ガス冷媒連絡配管7aと吐出ガス冷媒連絡配管7bとを互いに連通させた状態にすることができるようになっている。また、高圧遮断弁234は、圧縮機21の吐出側と三方切換弁222との間の位置と吐出ガス冷媒連絡配管7bとの間を結ぶ冷媒管に設けられており、必要に応じて、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒を吐出ガス冷媒連絡配管7bに送るのを遮断することを可能にしている。本実施形態において、高圧遮断弁234は、圧縮機21の吐出側と三方切換弁222との間の位置と吐出ガス冷媒連絡配管7bとの間を結ぶ冷媒管に高低圧連通管233が接続された位置よりも圧縮機21の吐出側に配置されている。本実施形態において、高低圧連通弁233aおよび高圧遮断弁234は、電磁弁である。なお、本実施形態においては、凝縮運転状態と蒸発運転状態とを切り換えるための機構として、三方切換弁222を使用しているが、これに限定されるものではなく、四路切換弁や複数の電磁弁等で構成したものを使用しても良い。
また、室外ユニット202には、各種のセンサおよび室外側制御部37が設けられているが、これらについても、上述の第1実施形態における室外ユニット2の各種のセンサおよび室外側制御部37と同様の構成であるため、説明を省略する。
また、室内ユニット4、5は、室内熱交換器42、52のガス側が接続ユニット204、205を介して吸入ガス冷媒連絡配管7aおよび吐出ガス冷媒連絡配管7bに切り換え可能に接続されている。接続ユニット204、205は、主として、冷暖切換弁204a、205aを備えている。冷暖切換弁204a、205aは、室内ユニット4、5が冷房運転を行う場合には室内ユニット4、5の室内熱交換器42、52のガス側と吸入ガス冷媒連絡配管7aとを接続する状態(以下、冷房運転状態とする)と、室内ユニット4、5が暖房運転を行う場合には室内ユニット4、5の室内熱交換器42、52のガス側と吐出ガス冷媒連絡配管7bとを接続する状態(以下、暖房運転状態とする)との切り換えを行う切換機構として機能する弁である。なお、本実施形態においては、冷房運転状態と暖房運転状態とを切り換えるための機構として、三方切換弁からなる冷暖切換弁204a、205aを使用しているが、これに限定されるものではなく、四路切換弁や複数の電磁弁等で構成したものを使用しても良い。
このような空気調和装置201の構成により、室内ユニット4、5は、例えば、室内ユニット4を冷房運転しつつ、室内ユニット5を暖房運転する等の、いわゆる、冷暖同時運転を行うことが可能になっている。
そして、この冷暖同時運転可能な空気調和装置201においては、三方切換弁222を凝縮運転状態にして室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として機能させ、冷暖切換弁204a、205aを冷房運転状態にして室内熱交換器42、52を冷媒の蒸発器として機能させることにより、上述の第1実施形態における空気調和装置1と同様の冷媒量判定運転および冷媒量の適否の判定を行うことができる。
ただし、本実施形態の空気調和装置201では、ガス冷媒連絡配管7として吸入ガス冷媒連絡配管7aおよび吐出ガス冷媒連絡配管7bを有していることから、通常運転モードにおける冷房運転のように、高低圧連通弁233aを全閉状態にし、かつ、高圧遮断弁234を全開状態にすることによって、吸入ガス冷媒連絡配管7aと吐出ガス冷媒連絡配管7bとが連通しておらず、かつ、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒を吐出ガス冷媒連絡配管7bに送ることが可能な状態にしていると、吐出ガス冷媒連絡配管7bに溜まった高圧のガス冷媒を室外熱交換器23において凝縮させて室外熱交換器23を含む室外膨張弁38の上流側の部分に溜めることができなくなり、冷媒回路10内の冷媒量の適否の判定精度に悪影響を及ぼすおそれがあることから、冷媒量判定運転においては、高低圧連通弁233aを全閉状態にし、かつ、高圧遮断弁234を全開状態にすることによって、吸入ガス冷媒連絡配管7aと吐出ガス冷媒連絡配管7bとを連通させるとともに、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒を吐出ガス冷媒連絡配管7bに送るのを遮断するようにしている。これにより、吐出ガス冷媒連絡配管7b内の冷媒の圧力を吸入ガス冷媒連絡配管7a内の冷媒の圧力と同じになり、吐出ガス冷媒連絡配管7bに冷媒が溜まらない状態になるため、吐出ガス冷媒連絡配管7bに溜まった高圧のガス冷媒を室外熱交換器23において凝縮させて室外熱交換器23を含む室外膨張弁38の上流側の部分に溜めることができるようになり、冷媒回路10内の冷媒量の適否の判定精度に悪影響を及ぼしにくくなる。
このように、本実施形態の空気調和装置201では、冷媒量判定運転において、高低圧連通弁233aを全閉状態にし、かつ、高圧遮断弁234を全開状態にすることによって、吸入ガス冷媒連絡配管7aと吐出ガス冷媒連絡配管7bとを連通させるとともに、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒を吐出ガス冷媒連絡配管7bに送るのを遮断する操作を行う点が、上述の第1実施形態における空気調和装置1と異なるが、基本的には、上述の第1実施形態における冷媒回路10内の冷媒量の適否の判定と同様である。また、本実施形態の空気調和装置201においても、上述の第1実施形態の変形例1〜3と同様の構成を適用しても良いし、また、第2実施形態の空気調和装置101のように、室外ユニット202が複数台接続された構成にしても良い。
(第4実施形態)
上述の第1、2、3実施形態およびその変形例における空気調和装置1、101、201では、冷媒自動充填運転および冷媒漏洩検知運転という冷媒量判定運転が行われる運転において、冷媒量の適否の判定を、室外膨張弁38を全閉状態にして室外熱交換器23に液冷媒を溜めて、液面検知センサ39によって室外熱交換器23に溜まっている冷媒の液面を検知することにより行っているが、これに限定されるものではなく、例えば、室外熱交換器23の出口側における過冷却度や過冷却度から導出される相対過冷却度(後述参照)を指標として行っても良い。
(1)空気調和装置の構成
図10は、第4実施形態に係る空気調和装置301の概略の冷媒回路図である。本実施形態の空気調和装置301は、主として、利用ユニットとしての室内ユニット304と、熱源ユニットとしての室外ユニット302と、冷媒連絡配管6、7とを備えている。
室内ユニット304は、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して室外ユニット302に接続されており、室外ユニット302との間で冷媒回路310を構成している。室内ユニット304は、主として、冷媒回路310の一部を構成する室内側冷媒回路310aを有している。この室内側冷媒回路310aは、主として、利用側熱交換器としての室内熱交換器42を有している。ここで、室内側冷媒回路310aを構成する室内熱交換器42は、上述の第1実施形態における室内ユニット4の室内熱交換器42と同様の構成であるため、説明を省略する。
また、室内ユニット304には、室内温度センサ46および室内側制御部47が設けられているが、これらについても、上述の第1実施形態における室内ユニット4の室内温度センサ46および室内側制御部47と同様の構成であるため、説明を省略する。
室外ユニット302は、主として、冷媒回路310の一部を構成しており、室外側冷媒回路310cを備えている。室外側冷媒回路310cは、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器23と、膨張機構としての室外膨張弁38と、アキュムレータ24と、液側閉鎖弁26と、ガス側閉鎖弁27と、室外ファン28とを有している。ここで、室外側冷媒回路310cを構成する機器・弁類21〜24、38、26〜28は、上述の第1実施形態における室外ユニット2の機器・弁類21〜24、38、26〜28と同様の構成であるため、説明を省略する。
また、室外ユニット302には、室内熱交換器42から流入してきたガス冷媒の圧力を検出する蒸発圧力センサ329と、室外熱交換器23により凝縮される凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサ330と、室外熱交換器23の液側に配置され液状態または気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ334と、吸入温度センサ31と、室外温度センサ36と、ガス管温度センサ73とが設けられている。ここで、吸入温度センサ31、室外温度センサ36、およびガス管温度センサ73は、上述の第1実施形態における室外ユニット2の吸入温度センサ31、室外温度センサ36、およびガス管温度センサ73と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、液側温度センサ334は、サーミスタからなる。
さらに、室外ユニット302には、室外側制御部37が設けられているが、これについても、上述の第1実施形態における室外ユニット2の室外側制御部37と同様の構成であるため、説明を省略する。
(2)空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置301の動作について説明する。
本実施形態の空気調和装置301の運転モードとしては、上述の第1実施形態における空気調和装置1と対応して、通常運転モードと、冷媒漏洩検知運転モードとがある。
以下、空気調和装置301の各運転モードにおける動作について説明する。
<通常運転モード>
まず、通常運転モードにおける冷房運転について説明する。
冷房運転時は、四路切換弁22が図10の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室外熱交換器23のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室内熱交換器42のガス側に接続された状態となっている。ここで、液側閉鎖弁26およびガス側閉鎖弁27は、開状態にされている。また、室外膨張弁38は、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度が所定値になるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度は、凝縮圧力センサ330により検出される室外熱交換器23の出口側の冷媒圧力(凝縮圧力)値を冷媒の飽和温度値に換算し、液側温度センサ334により検出される冷媒温度値をこの冷媒の飽和温度値から差し引くことによって検出される。
この冷媒回路310の状態で、圧縮機21および室外ファン28を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四路切換弁22を経由して室外熱交換器23に送られて、室外ファン28によって供給される屋外空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となる。そして、高圧の液冷媒は、室外膨張弁38によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、液側閉鎖弁26および液冷媒連絡配管6を経由して、室内ユニット304に送られる。ここで、室外膨張弁38は、室外熱交換器23の出口における過冷却度が所定値になるように室外熱交換器23内を流れる冷媒の流量を制御しているため、室外熱交換器23において凝縮された高圧の液冷媒は、所定の過冷却度を有する状態となる。
室内ユニット304に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器42に送られ、室内熱交換器42で屋内空気と熱交換を行って蒸発されて低圧のガス冷媒となる。そして、室内熱交換器42には、室内ユニット304が設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。
この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管7を経由して室外ユニット302に送られ、ガス側閉鎖弁26および四路切換弁22を経由して、アキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。ここで、室内ユニット304の運転負荷に応じて、例えば、室内ユニット304の運転負荷が小さい場合や停止している場合には、アキュムレータ24に余剰冷媒が溜まるようになっている。
ここで、通常運転モードの冷房運転を行っている際における冷媒回路310の冷媒の分布状態は、図11に示されるように、冷媒が、液状態(図11における塗りつぶしのハッチング部分)、気液二相状態(図11における格子状のハッチング部分)、ガス状態(図11における斜線のハッチング部分)の各状態をとって分布している。具体的には、室外熱交換器23の出口付近から室外膨張弁38までの部分は、液状態の冷媒で満たされている。そして、室外熱交換器23の中間の部分、および、室外膨張弁38から室内熱交換器42の入口付近までの間の部分は、気液二相状態の冷媒で満たされている。また、室内熱交換器42の中間部分から、ガス冷媒連絡配管7、アキュムレータ24の一部を除く部分、圧縮機21を介して室外熱交換器23の入口付近までの間の部分は、ガス状態の冷媒で満たされている。なお、ここで除外されているアキュムレータの一部には、余剰冷媒として溜まり込んだ液冷媒が溜まっている場合がある。ここで、図11は、冷房運転における冷媒回路310内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。
次に、通常運転モードにおける暖房運転について説明する。
暖房運転時は、四路切換弁22が図10の破線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室内熱交換器42のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室外熱交換器23のガス側に接続された状態となっている。室外膨張弁38は、室外熱交換器23に流入する冷媒を室外熱交換器23において蒸発させることが可能な圧力(すなわち、蒸発圧力)まで減圧するために開度調節されるようになっている。また、液側閉鎖弁26およびガス側閉鎖弁26は、開状態にされている。
この冷媒回路310の状態で、圧縮機21および室外ファン28を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁22、ガス側閉鎖弁26およびガス冷媒連絡配管7を経由して、室内ユニット304に送られる。
そして、室内ユニット304に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器42において、屋内空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となった後、液冷媒連絡配管6を経由して室外ユニット302に送られる。
この高圧の液冷媒は、液側閉鎖弁26を経由して、室外膨張弁38によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、室外熱交換器23に流入する。そして、室外熱交換器23に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン28によって供給される屋外空気と熱交換を行って蒸発されて低圧のガス冷媒となり、四路切換弁22を経由してアキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。ここで、室内ユニット304の運転負荷に応じて、例えば、室内ユニット304の運転負荷が小さい場合等のように、冷媒回路310内に余剰冷媒量が発生する場合には、冷房運転時と同様、アキュムレータ24に余剰冷媒が溜まるようになっている。
<冷媒量漏洩検知運転モード>
冷媒量漏洩検知運転モードでは、空気調和装置301が設置されて初めて行われる運転(以下、初回設定運転とする)と、2回目以降の運転(以下、判定運転とする)とでは運転方法が異なる。このため、以下に初回設定運転と、判定運転とに分けて説明する。
現地において、冷媒が予め充填された室外ユニット302と、室内ユニット304とを液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して接続して冷媒回路310を構成した後に、リモコン(図示せず)を通じて、または、室内ユニット304の室内側制御部47や室外ユニット302の室外側制御部37に対して直接に、冷媒漏洩検知運転モードを行うように指令を出すと、下記のステップS21からステップS29の手順で初回設定運転が行われる(図12参照)。
−ステップS21、室内ユニットを冷房運転−
まず、ステップS21では、初回設定運転の開始指令がなされると、冷媒回路310は、室外ユニット302の四路切換弁22が図10の実線で示される状態(冷房運転状態)となる。そして、圧縮機21、室外ファン28が起動されて、室内ユニット304の全てについて強制的に冷房運転(通常運転モードにおける冷房運転とは室外ファン28の制御方法などが異なる)が行われる(図11参照)。そして、冷房運転が所定時間実施された後に、次のステップS22へ移行する。
−ステップS22、アキュムレータ内の液溜まりを判定−
ステップS22では、冷房運転の間に、制御部8が、ガス管温度センサ73により検出されるアキュムレータ24の入口側の配管の温度(すなわち、ガス管温度)と、吸入温度センサ31により検出されるアキュムレータ24の出口側の配管の温度(すなわち、吸入温度)との温度差(以下、入出温度差とする)に基づいて、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいるか否かを判定している。具体的には、制御部8は、この入出温度差が所定温度差以上になると、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいると判定する。ステップS22において、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定されるとステップS23へ移行し、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていないと判定されるとステップS24へ移行する。
−ステップS23、液溜まり解消促進運転−
ステップS23では、制御部8は、室外膨張弁38の開度を極力小さくして、圧縮機21の回転周波数を大きくする運転(液溜まり解消促進運転)を行う。室外膨張弁38の開度を小さくすることにより、低圧圧力を下げており、アキュムレータ24内部の液冷媒を蒸発させやすくできる。また、圧縮機21の回転周波数を大きくすることによっても、低圧圧力を下げており、アキュムレータ24内部の液冷媒が蒸発させやすくできる。したがって、液溜まり解消促進運転を行うことでアキュムレータ24内部に溜まっている液冷媒を速やかに解消できる。ステップS23の液溜まり解消促進運転を所定時間実施された後に、ステップS22へ戻る。
−ステップS24、温度の読込−
ステップS24では、室内温度センサ46により検出される室内温度Tbと、室外温度センサにより検出される室外温度Taとの読込が行われる。室内温度Tbと室外温度Taとが検出されると次のステップS25へ移行する。
−ステップS25、検知可能範囲か否かの判定−
ステップS25では、検出された室内温度Tbと室外温度Taとが、予め設定されている冷媒漏洩検知運転モードに適した所定の温度範囲(例えば、室内温度であればTbl≦Tb<Tbuの範囲、室外温度であればTal≦Ta<Tauの範囲)内にあるか否かを判定する。ステップS25で、室内温度Tbと室外温度Taとが、所定の温度範囲内にあった場合には次のステップS26へ移行し、所定の温度範囲内になかった場合にはステップS27へ移行する。
−ステップS26、初期目標値の決定−
ステップS26では、検出された室内温度Tbと室外温度Taとに基づいて、予め設定されているマップからそれらの値に対応するアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度、圧縮機21の回転周波数、および室外ファン28のファン回転数が導出される。なお、ここにいう「マップ」は、図13に示すように、室内温度Tbおよび室外温度Taと、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度(図13では過熱度と表記)、圧縮機21の回転周波数(図13では圧縮機周波数と表記)、および室外ファン28のファン回転数(図13では、ファン回転数と表記)とを関連づけたものである。そして、このマップのアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度、圧縮機21の回転周波数、および室外ファン28のファン回転数は、検出される室内温度および室外温度の検出値(環境条件)に対して、冷房運転を行った際にそれぞれ相対過冷却度が0.5になるような値が設定されている。図13では、室外温度Taが、Tal℃以上Ta1℃未満の場合、Ta1℃以上Ta2℃未満の場合、Ta2℃以上Tau℃未満の場合の3つの場合に分けられ、室内温度Tbが、Tbl℃以上Tb1℃未満の場合、Tb1℃以上Tb2℃未満の場合、Tb2℃以上Tbu℃未満の場合の3つの場合に分けられており、マップとしては9つの場合に分けられる。なお、ここにいう「相対過冷却度値」とは、室外熱交換器23の出口における過冷却度値を、凝縮温度値から室外温度を差し引いた値により除した値のことを言う。また、図面上では、相対過冷却度を相対SCと表記することにする。「相対過冷却度値」については、後に詳述する。本実施形態では、凝縮温度値は、凝縮圧力センサ330により検出される室外熱交換器23の出口側の圧力(凝縮圧力)値を冷媒の飽和温度に換算した値を用いている。例えば、検出された室内温度TbがTbl℃以上Tb1℃未満の範囲であって、検出された室外温度TaがTa1℃以上Ta2℃未満の範囲である場合には、図13のマップに基づいて、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度がX2℃、圧縮機21の回転周波数がY2Hz、室外ファン28のファン回転数がZ2rpmと決定される。なお、ステップS26において、このように検出された室内温度Tbおよび室外温度Taとマップとに基づいて導出されるアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度、圧縮機21の回転周波数、および室外ファン28のファン回転数は、それぞれ、初期過熱度、初期周波数、初期ファン回転数として決定されており、ステップS28における制御の設定値として利用される。
したがって、冷房運転において、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を初期過熱度に、圧縮機21の回転周波数を初期周波数に、室外ファン28のファン回転数を初期ファン回転数に設定することにより、少なくとも相対過冷却度値を0.5に近い状態で運転し始めることができる。
−ステップS27、初回設定運転の中止−
ステップS27は、ステップS26の一方でステップS25において室内温度Tbと室外温度Taとが所定の温度範囲内になかった場合に行われ、温度条件が冷媒漏洩検知運転の範囲外である旨を室外ユニット302やリモコン等に備えられる表示部(図示せず)に表示し、初回設定運転を中止する。
−ステップS28、相対過冷却度が所定値以上であるか否かの判定−
ステップS28では、相対過冷却度値を導出し、相対過冷却度値が所定値以上(例えば、0.5以上)であるか否かを判定する。ステップS28において、相対過冷却度値が所定値未満であると判定されると次のステップS29へ移行し、所定値未満であると判定されるとステップS30へ移行する。なお、冷媒回路内の充填冷媒が10%漏れたときに相対過冷却度は0.3低下するため、本実施形態においては、相対過冷却度の値を例として0.3以上としている。すなわち、この所定値は少なくとも0.3以上であることが望ましい。
−ステップS29、相対過冷却度の制御−
ステップS29では、相対過冷却度値が所定値未満であるため、相対過冷却度値が所定値以上になるように、圧縮機21の回転周波数とアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度とを制御する。例えば、圧縮機21の回転周波数が第1周波数としての40Hz、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を5℃の状態でステップS21における冷房運転を行い、相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。この運転状態において、相対過冷却度値が所定値未満である場合には、圧縮機21の回転周波数を40Hzのままにして、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を5℃上げて10℃にして相対過冷却度値を導出し、相対過冷却度値が所定値以上になるか否かを判定する。そして、相対過冷却度値が所定値未満である場合には、これを繰り返し、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度が上がりきっても相対過冷却度値が所定値未満である場合には、圧縮機21の回転周波数を40Hzから例えば第2周波数としての50Hzに上げて、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を5℃に下げて、同様に相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。そして、上述したようにアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を再び5℃ずつ上げることを繰り返すことにより、相対過冷却度値が所定値以上になるように制御する。そして、相対過冷却度値が所定値以上になったら、ステップS30へ移行する。なお、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度の制御(例えば過熱度を5℃から5℃ずつ上げていく制御)は、室外膨張弁38を開の状態から絞っていくことによって制御している。また、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度の制御は、これに限らずに、室内ファン42の風量を制御することにより行っても構わないし、室外膨張弁38の弁開度の制御と室内ファン42の風量の制御とを併用して行っても構わない。なお、ここでアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度は、入口温度センサ35により検出される冷媒温度値から、蒸発圧力センサ28により検出される蒸発圧力値を冷媒の飽和温度値に換算した値を、差し引くことによって検出される。また、ここで、冷媒の過熱度として、アキュムレータ24の入口に配置される入口温度センサ35により検出される冷媒温度値を利用しているが、これに限らずに、室内熱交換器42とアキュムレータ24との間の冷媒配管に温度センサを設けてその温度センサが検出する冷媒温度値を利用しても構わない。
なお、ステップS29により過熱度が正値になるように制御されるため、図16で示されるように、アキュムレータ24に余剰冷媒が溜まっていない状態となり、アキュムレータ24に溜まっていた冷媒は室外熱交換器23に移動することになる。
ここで、ステップS26が無く初期目標値を決定しない場合(図14参照)と、ステップS26において初期目標値を決定する場合(図15参照)とに分けてステップS26において初期目標値を決定する効果について説明する。図14は、ステップS26が無くステップS29の相対過冷却度の制御を行った場合のモデル図であり、図15は、ステップS26を経てステップS29の相対過冷却度の制御を行った場合のモデル図である。
まず、ステップS26がなく初期目標値を決定していない場合には、図14の点P1のように、圧縮機21の回転周波数とアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度が設定され、点P1においては相対SCが0.3に満たないため、点P1の位置からアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を5℃上げた点P2に移行して、相対過冷却度値の検出が行われる。このように、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を5℃ずつ上げて点5の位置まで推移しても相対過冷却度値は0.4を少し超えた値に過ぎず0.5未満であり、かつ、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度が上がりきっている状態であるため、次に圧縮機21の回転周波数を上げた状態で過熱度を点P1と同じ状態に戻した点P6に移行して相対過冷却度値の検出を行う。点P6でも、相対過冷却度値は0.3を少し超えた値で0.5未満であるため、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を5℃上げた点P7に移行する。このようにして、相対過冷却度値の検出を行い、相対過冷却度値が0.5を超える状態(最終的には点P13)まで繰り返すことになる。
一方で、ステップS26により、マップから初期目標値を決定する場合には、図15の点P21のように、予め相対過冷却度値が0.5に近い状態からステップS29の相対過冷却度の制御を行うことができることになり、アキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度を2段階上げることのみで相対過冷却度値が0.5となる点P23に到達させることができる。したがって、マップを保持してステップS26の処理を経る方が、相対過冷却度値が0.5に近い状態で冷房運転を行うことができ、ステップS29にかかる時間を短縮することができる。また、ステップS29の段階で相対過冷却度値が0.5を超える場合も多くすることができる。このように、ステップS26の処理を経ることにより、初期設定運転にかかる時間を短縮できるという効果を奏する。
−ステップS30、相対過冷却度を記憶−
ステップS30では、ステップS28またはステップS29において所定値以上である相対過冷却度値を初回相対過冷却度値として記憶し、次のステップS31へ移行する。
−ステップS31、パラメータを記憶−
ステップS31では、ステップS30において記憶した過冷却度値の際の運転状態における、アキュムレータ24の入口の入口における過熱度と、圧縮機21の回転周波数と、室内ファン42のファン回転数と、室外ファン28のファン回転数と、室外温度Taと、室内温度Tbとを記憶して、初回設定運転を終了する。
次に、冷媒漏洩検知運転モードに1つである判定運転について図17を用いて説明する。図17は、判定運転時のフローチャートである。
この判定運転は、初回設定運転が行われた後に定期的(例えば、毎年1回、空調空間に負荷を必要としないとき等)に、通常運転モードにおける冷房運転や暖房運転から切り換えられて、不測の原因により冷媒回路内の冷媒が外部に漏洩していないか否かを検知する運転である。
−ステップS41、通常運転モードが一定時間経過したか否かの判定−
まず、上記の冷房運転や暖房運転のような通常運転モードにおける運転が一定時間経過したかどうかを判定し、通常運転モードにおける運転が一定時間経過した場合には、次のステップS42に移行する。
−ステップS42、室内ユニットを冷房運転−
通常運転モードにおける運転が一定時間経過した場合には、上記の初回設定運転のステップS21と同様に、冷媒回路310が、室外ユニット302の四路切換弁22が図10の実線で示される状態となり、圧縮機21、室外ファン28が起動されて、室内ユニット304の全てについて強制的に冷房運転が行われる。
−ステップS43、アキュムレータ内の液溜まりを判定−
ステップS43では、上記の初回設定運転のステップS22と同様に、冷房運転の間に、制御部8が、入出温度差とするに基づいて、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいるか否かを判定している。ステップS43において、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定されるとステップS44へ移行し、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていないと判定されるとステップS45へ移行する。
−ステップS44、液溜まり解消促進運転−
ステップS44では、上記の初回設定運転のステップS23と同様に、制御部8は、室外膨張弁38の開度を極力小さくして、圧縮機21の回転周波数を大きくする運転(液溜まり解消促進運転)を行う。ステップS44の液溜まり解消促進運転を所定時間実施された後に、ステップS43へ戻る。
−ステップS45、温度の読込−
ステップS45では、上記の初回設定運転のステップS24と同様に、室内温度と室外温度との読込が行われる。室内温度Tbと室外温度Taとが検出されると次のステップS46へ移行する。
−ステップS46、検知可能範囲か否かの判定−
ステップS46では、上記の初回設定運転のステップS25と同様に、検出された室内温度Tbと室外温度Taとが予め設定されている冷媒漏洩検知運転モードに適した所定の温度範囲内であるか否かを判定する。ステップS46で、室内温度Tbと室外温度Taとが、所定の温度範囲内にあった場合には次のステップS47へ移行し、所定の温度範囲内になかった場合にはステップS48へ移行する。
−ステップS47、初回設定運転における条件に制御−
ステップS47では、上記の初回設定運転のステップS30において記憶したアキュムレータ24の入口における冷媒の過熱度と、圧縮機21の回転周波数と、室内ファン42のファン回転数と、室外ファン28のファン回転数とに、室外膨張弁38、圧縮機21、室内ファン42、および室外ファン28を制御する。これにより、冷媒回路310内部の冷媒の状態を、初回設定運転と同様の状態であると見なすことができる。すなわち、冷媒回路310内の冷媒量が変化しておらず、かつ、室内温度Tbと室外温度Taとが所定の温度範囲内にあった場合には、初回設定運転において行った冷房運転の諸条件をほぼ同一のものとして再現していることになり、過冷却度値などをほぼ同じ値にできる。ステップS47が終了すると、ステップS49へ移行する。
−ステップS48、判定運転の中止−
ステップS48は、ステップS47の一方でステップS46において室内温度Tbと室外温度Taとが所定の温度範囲内になかった場合に行われ、温度条件が冷媒漏洩検知運転の範囲外である旨を室外ユニット302やリモコン等に備えられる表示部(図示せず)に表示し、判定運転を中止する。
−ステップS49、冷媒量の適否の判定−
ステップS49では、上記の初回設定運転のステップS28と同様に、相対過冷却度を導出する。そして、初回相対過冷却度から相対過冷却度を差し引いた値(以下、相対過冷却度差とする)が第2所定値以上であるか否かを判定する。ステップS49において、相対過冷却度差が第2所定値未満であると判定されると判定運転を終了し、相対過冷却度差が第2所定値以上であると判定されるとステップS50へ移行する。
−ステップS50、警告表示−
ステップS50では、冷媒の漏洩が発生しているものと判定して、冷媒漏洩を検知したことを知らせる警告表示を行った後に、判定運転を終了する。
<相対過冷却度値について>
相対過冷却度値について図18〜20にもとづいて説明する。
まず、図18は、室外ファン風量に対する室外温度Taが一定の際の凝縮温度Tcおよび室外熱交換器出口温度Tlを表すグラフである。図18を見ると、室外温度Taが一定の条件においては、室外ファン風量が増大するにしたがって、凝縮温度Tcおよび室外熱交換器出口温度Tlが減少していく。そして、その減少の落差は、凝縮温度Tcの方が室外熱交換器出口温度Tlよりも大きい。すなわち、室外ファン風量が大きくなると、凝縮温度Tcと室外熱交換器出口温度Tlとの差である過冷却度値が小さくなることが分かる。
ここで、室外ファン風量に対する過冷却度値の分布を表すグラフである図19を見ると、室外ファン風量が増大すると、過冷却度値が小さくなっていることが分かる。また、図19では、室外ファン風量が小さい場合の方が、室外ファン風量が大きい場合よりも過冷却度値のバラツキが大きくなっている。これは、室外ファン風量の大きさに比例して室外熱交換器における空気側熱伝達率が大きくなるためであり、室外ファン風量が小さい場合の方が、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響を受けやすく、室外ファン風量が大きい場合の方が外乱の影響を受けにくいためである。このため、過冷却度を用いて過冷却度のバラツキを抑え冷媒量判定の検知誤差を低減させるためには、室外ファン風量を最大にして冷媒漏洩検知運転を行うことが有効である。
そして、図20は、室外ファン風量に対する相対過冷却度値の分布を表すグラフである。相対過冷却度値とは、上述したように、凝縮温度値から室外温度を差し引いた値により、過冷却度値を除した値である。図20を見ると、室外ファン風量の大小にかかわらず、その値はほぼ0.3から0.4の間に収まっており、バラツキが少ないことが分かる。このため、過冷却度の代わりにこの相対過冷却度値を冷媒量の適否を判定する際に指標として利用することにより、室外ファン風量を最大にすることを必要とせずに外乱による影響を極力受けることなく冷媒量の適否を判定することができ、検知誤差を抑えることができる。したがって、相対過冷却度値を冷媒量の適否の判定に利用することは有用である。
(3)空気調和装置の特徴
第4実施形態の空気調和装置301には、次のような特徴がある。
(3−1)
本実施形態の空気調和装置301では、冷媒漏洩検知運転モードにおける冷房運転を行う際に、ステップS22またはステップS43において、アキュムレータ24の入口側の配管と出口側の配管との温度差(入出温度差)に基づいて、アキュムレータ24に液冷媒が溜まり込んでいるか否かを判定している。そして、アキュムレータ24に液冷媒が溜まっていると判定された場合に、室外膨張弁38の開度を極力小さくし、かつ、圧縮機21の回転周波数を大きくする運転(液溜まり解消促進運転)を行っている。
このように、室外膨張弁38の開度を小さくすることにより、低圧圧力を下げており、アキュムレータ24内部の液冷媒を蒸発させやすくできる。また、圧縮機21の回転周波数を大きくすることによっても、低圧圧力を下げており、アキュムレータ24内部の液冷媒を蒸発させやすくできる。したがって、液溜まり解消促進運転を行うことでアキュムレータ24内部に溜まっている液冷媒を速やかに解消できるという効果を奏している。このため、冷媒漏洩検知運転モードにおける冷房運転において、速やかにアキュムレータ24の入口における冷媒に過熱が付いた状態にすることができ、冷媒漏洩検知運転モードにかかる時間の短縮をすることができる。
(4)変形例1
第4実施形態の空気調和装置301は、冷媒漏洩検知運転モードにおいて、液冷媒溜まり解消促進運転の1つの制御として、室外膨張弁38の開度を小さくする制御と、圧縮機21の回転周波数を増大させる制御との両方を併用して行っているが、これに限定するものではなく、すくなくともどちらか一方を行っていれば良い。
(5)変形例2
第4実施形態の空気調和装置301は、冷媒漏洩検知運転モードにおいて、液冷媒溜まり解消促進運転の1つの制御として、圧縮機21の回転周波数を増大させてその運転容量を増大させているが、これに限定するものではない。例えば、圧縮機にアンロード機能が搭載されている空気調和装置であって、圧縮機をアンロード機能を働かせた状態で冷媒漏洩検知運転モードを行っている場合には、圧縮機をフルロードの状態で駆動をさせてその運転容量を増大させても構わない。
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態およびその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態およ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。
例えば、冷房運転と暖房運転とが切り換え可能な空気調和装置1、101や冷房運転と暖房運転とを同時に運転可能な空気調和装置201ではなく、冷房運転専用の空気調和装置にも本発明を適用可能である。
本発明に係る空気調和装置および冷媒量判定方法は、配管が破損することを防ぐことができ、また、正確に冷媒量の適否の判定を行うことができるという効果を奏しており、冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する空気調和装置および冷媒量判定運転において、配管が破損することを防ぎつつ正確に冷媒量の適否の判定を行う空気調和装置および冷媒量判定運転等として有用である。
本発明の第1実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 室外熱交換器の概略図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 冷房運転における冷媒回路内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。 冷媒量判定運転のフローチャートである。 冷媒量判定運転における冷媒回路内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。 図2の熱交換器本体およびヘッダの内部を模式的に示した図であって、冷媒量判定運転において室外熱交換器に冷媒が溜まる様子を示す図である。 第2実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 第3実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 第4実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 冷房運転における冷媒回路内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。 初期設定運転のフローチャートである。 マップの概略図である。 ステップS4が無く初期目標値を決定せずにステップS6の相対過冷却度の制御を行った場合のモデル図。 ステップS4において初期目標値を決定してステップS6の相対過冷却度の制御を行った場合のモデル図。 冷媒量判定運転モード(初期設定運転および判定運転)における冷媒回路内を流れる冷媒の状態を示す模式図である。 判定運転のフローチャートである。 室外ファン風量に対する室外温度Taが一定の際の凝縮温度Tcおよび室外熱交換器出口温度Tlを表すグラフである。 室外ファン風量に対する過冷却度値の分布を表すグラフである。 室外ファン風量に対する相対過冷却度値の分布を表すグラフである。
1、101、201、301 空気調和装置
2、202、302 室外ユニット(熱源ユニット)
4、5 室内ユニット(利用ユニット)
6 液冷媒連絡配管
7、7a、7b ガス冷媒連絡配管
10、110、210、310 冷媒回路
21 圧縮機
22 四路切換弁(切換機構)
23 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
24 アキュムレータ
25 過冷却器
31 吸入温度センサ(出口温度センサ)
38 室外膨張弁(遮断機構、膨張機構)
39 液面検知センサ(冷媒検知機構)
41、51 室内膨張弁(膨張機構)
42、52 室内熱交換器(利用側熱交換器)
61 第1バイパス冷媒配管(過冷却配管)
62 バイパス膨張弁(過冷却膨張機構)
71 第2バイパス冷媒配管(バイパス配管)
72 冷媒放出弁(バイパス開閉機構)
73 ガス管温度センサ(入口温度センサ)

Claims (16)

  1. 圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)とアキュムレータ(24)とを有する熱源ユニット(2,202)と、利用側熱交換器(42,52)を有する利用ユニット(4,5)と、膨張機構(41,51,38)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)とを含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(10,110,210)と、
    前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転制御と、前記冷房運転を行いつつ前記冷媒回路の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定運転制御と、を行う運転制御手段と、
    前記アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する液冷媒溜まり判定手段と、
    を備え、
    前記運転制御手段は、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行い、
    前記冷房運転における冷媒の流れ方向において、前記熱源側熱交換器の下流側かつ前記液冷媒連絡配管の上流側に配置され、冷媒の通過を遮断可能な遮断機構(38)と、
    前記冷房運転における冷媒の流れ方向において、前記遮断機構の上流側に配置され、前記遮断機構の上流側に存在する冷媒量に関する状態量の検知を行う冷媒検知機構(39)と、
    前記液冷媒貯留制御において前記冷媒検知部が検知した冷媒量に関する状態量に基づいて、前記冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段と、
    をさらに備え、
    前記膨張機構(41,51)は、前記利用ユニット(4,5)に配置され、前記冷房運転における冷媒の流れ方向において前記利用側熱交換器(42,52)の手前側に位置しており、
    前記運転制御手段は、前記冷媒回路のうち前記液冷媒連絡配管を含む前記膨張機構と前記遮断機構との間の液冷媒配管部分の冷媒温度が一定値となるように制御する液温一定制御を行った後に、前記遮断機構と前記膨張機構とを閉鎖する液管閉鎖制御を行い、さらにその後に、前記遮断機構の上流側の部分に液冷媒を溜める液冷媒貯留制御を、前記冷媒量判定運転制御として行う、
    気調和装置(1,101,201)。
  2. 前記液冷媒溜まり判定手段は、前記液温一定制御の間に、前記アキュムレータの入口側の冷媒配管部分に設けられる入口温度センサ(73)が検知する入口温度と、前記アキュムレータの出口側の冷媒配管部分に設けられる出口温度センサ(31)が検知する出口温度と、に基づいて前記アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する温度差判定を行う、
    請求項に記載の空気調和装置(1,101,201)。
  3. 前記液冷媒溜まり判定手段は、前記入口温度と前記出口温度との温度差が所定温度差以上である場合に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する、
    請求項に記載の空気調和装置(1,101,201)。
  4. 前記液冷媒溜まり判定手段は、前記液冷媒貯留制御制御の間に、前記アキュムレータの底部に設けられる底部温度センサ(74)が検知する底部温度に基づいて、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する、
    請求項1から3のいずれかに記載の空気調和装置(1,101,201)。
  5. 前記液冷媒溜まり判定手段は、前記底部温度が所定温度以下である場合に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する、
    請求項に記載の空気調和装置(1,101,201)。
  6. 前記アキュムレータの底部と前記圧縮機の吸入側の配管とを接続するバイパス配管(71)と、前記バイパス配管内の冷媒の流路を開閉可能なバイパス開閉機構(72)と、を有する液冷媒放出手段をさらに備える、
    請求項1から5のいずれかに記載の空気調和装置(1,101,201)。
  7. 前記運転制御手段は、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記液冷媒溜まり解消制御として前記バイパス開閉機構を開にする、
    請求項に記載の空気調和装置(1,101,201)。
  8. 前記運転制御手段は、前記液温一定制御の間に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記膨張機構の開度を小さくして前記液温一定制御を中止する第1中止制御と、前記第1中止制御の後に前記バイパス開閉機構を開にして前記アキュムレータから前記液冷媒を放出する液冷媒放出制御と、前記液冷媒放出制御の後に前記膨張機構の開度を大きくして再び前記液温一定制御を行う第1再液温一定制御と、を前記液冷媒溜まり解消制御として行う、
    請求項6または7に記載の空気調和装置(1,101,201)。
  9. 前記冷房運転の際に、前記熱源側熱交換器により凝縮された液冷媒の一部を減圧させる過冷却膨張機構(62)と、前記過冷却膨張機構が配置され前記液冷媒連絡配管を含む前記膨張機構と前記遮断機構との間の液冷媒配管部分から前記液冷媒の一部を分岐させて前記ガス冷媒連絡配管から前記アキュムレータまでの間のガス冷媒配管部分へ接続される過冷却配管(61)と、を少なくとも有する過冷却器(25)をさらに備え、
    前記運転制御手段は、前記液温一定制御の間に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記運転制御手段が前記過冷却膨張機構の開度を小さくして前記液温一定制御を中止する第2中止制御と、前記第2中止制御の後に前記バイパス開閉機構を開にして前記アキュムレータから前記液冷媒を放出する液冷媒放出制御と、前記液冷媒放出制御の後に前記過冷却膨張機構の開度を大きくして再び前記液温一定制御を行う第2再液温一定制御と、を前記液冷媒溜まり解消制御として行う、
    請求項6から8のいずれかに記載の空気調和装置(1,101,201)。
  10. 前記運転制御手段は、前記液温一定制御の間に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記膨張機構の開度を小さくして前記液温一定制御を中止する第1中止制御と、前記第1中止制御の後に前記アキュムレータに液冷媒溜まりが解消されることを待つ解消待機制御と、前記解消待機制御の後に前記膨張機構の開度を大きくして再び前記液温一定制御を行う第1再液温一定制御と、を前記液冷媒溜まり解消制御として行う、
    請求項1から5のいずれかに記載の空気調和装置(1,101,201)。
  11. 前記冷房運転の際に、前記熱源側熱交換器により凝縮された液冷媒の一部を減圧させる過冷却膨張機構(62)と、前記過冷却膨張機構が配置され前記液冷媒連絡配管を含む前記膨張機構と前記遮断機構との間の液冷媒配管部分から前記液冷媒の一部を分岐させて前記ガス冷媒連絡配管から前記アキュムレータまでの間のガス冷媒配管部分へ接続される過冷却配管(61)と、を少なくとも有する過冷却器(25)をさらに備え、
    前記運転制御手段は、前記液温一定制御の間に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記過冷却膨張機構の開度を小さくして前記液温一定制御を中止する第2中止制御と、前記第2中止制御の後に前記アキュムレータに液冷媒溜まりが解消されることを待つ解消待機制御と、前記解消待機制御の後に前記過冷却膨張機構の開度を大きくして再び前記液温一定制御を行う第2再液温一定制御と、を前記液冷媒溜まり解消制御として行う、
    請求項1、2、3、4、5、または10に記載の空気調和装置(1,101,201)。
  12. 前記運転制御手段は、前記冷媒貯留制御の間に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記アキュムレータの液冷媒溜まりが解消されるまで前記冷媒量の適否の判定を行わずに待機させ、前記アキュムレータの液冷媒溜まりが解消された後に前記冷媒量の適否の判定を行う、
    請求項1、2、3、4、5、10、または11記載の空気調和装置(1,101,201)。
  13. 圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)とアキュムレータ(24)とを有する熱源ユニット(302)と、利用側熱交換器(42,52)を有する利用ユニット(4,5)と、膨張機構(41,51,38)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)とを含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(310)と、
    前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転制御と、前記冷房運転を行いつつ前記冷媒回路の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定運転制御と、を行う運転制御手段と、
    前記アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する液冷媒溜まり判定手段と、
    を備え、
    前記運転制御手段は、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行い、
    前記熱源側熱交換器(23)の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出可能な検出手段をさらに備え、
    前記運転制御手段は、前記冷媒量判定運転制御において、前記利用側熱交換器(41)の出口から前記圧縮機(21)の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように前記膨張機構(38)を制御しつつ、前記第1検出値に基づいて前記冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行い、
    前記液冷媒溜まり判定手段は、前記冷媒量判定運転制御の間に、前記アキュムレータの入口側の冷媒配管部分に設けられる入口温度センサ(73)が検知する入口温度と、前記アキュムレータの出口側の冷媒配管部分に設けられる出口温度センサ(31)が検知する出口温度と、に基づいて前記アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する、
    気調和装置(301)。
  14. 前記液冷媒溜まり判定手段は、前記入口温度と前記出口温度との温度差が所定温度差以上である場合に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると判定する、
    請求項13に記載の空気調和装置(301)。
  15. 圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)とアキュムレータ(24)とを有する熱源ユニット(302)と、利用側熱交換器(42,52)を有する利用ユニット(4,5)と、膨張機構(41,51,38)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)とを含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(310)と、
    前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転制御と、前記冷房運転を行いつつ前記冷媒回路の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定運転制御と、を行う運転制御手段と、
    前記アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する液冷媒溜まり判定手段と、
    を備え、
    前記運転制御手段は、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行い、
    前記熱源側熱交換器(23)の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出可能な検出手段をさらに備え、
    前記運転制御手段は、前記冷媒量判定運転制御において、前記利用側熱交換器(41)の出口から前記圧縮機(21)の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように前記膨張機構(38)を制御しつつ、前記第1検出値に基づいて前記冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行い、
    前記運転制御手段は、前記冷媒量判定運転制御の間に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記膨張機構の開度を小さくして低圧圧力を低下させる低圧圧力低下制御を前記液冷媒溜まり解消制御として行う、
    気調和装置(301)。
  16. 圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)とアキュムレータ(24)とを有する熱源ユニット(302)と、利用側熱交換器(42,52)を有する利用ユニット(4,5)と、膨張機構(41,51,38)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)とを含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(310)と、
    前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転制御と、前記冷房運転を行いつつ前記冷媒回路の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定運転制御と、を行う運転制御手段と、
    前記アキュムレータに液冷媒が溜まっているか否かを判定する液冷媒溜まり判定手段と、
    を備え、
    前記運転制御手段は、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていることを前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記アキュムレータの液冷媒溜まりを解消する液冷媒溜まり解消制御をさらに行い、
    前記熱源側熱交換器(23)の出口における冷媒の過冷却度または前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量を第1検出値として検出可能な検出手段をさらに備え、
    前記運転制御手段は、前記冷媒量判定運転制御において、前記利用側熱交換器(41)の出口から前記圧縮機(21)の入口までの間の少なくとも1カ所における冷媒の過熱度が正値になるように前記膨張機構(38)を制御しつつ、前記第1検出値に基づいて前記冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行い、
    前記運転制御手段は、前記冷媒量判定運転制御の間に、前記アキュムレータに液冷媒が溜まっていると前記液冷媒溜まり判定手段が判定した場合に、前記圧縮機の前記運転容量を増大させる運転容量増大制御を前記液冷媒溜まり解消制御として行う、
    気調和装置(301)。
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