JP5473957B2 - 冷媒漏洩検知装置及び冷凍空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍空調装置の冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知装置及び冷凍空調装置に関するものである。

従来より、制御に用いる圧力センサ及び温度センサの検出結果から各要素の冷媒密度を算出し、各要素の内容積を積算することにより冷凍空調装置内の冷媒量を算出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

冷凍空調装置内には余剰液冷媒を貯留させる余剰液冷媒貯留容器、例えば高圧側にあるレシーバや低圧側にあるアキュムレータなどが存在している。よって、余剰液冷媒貯留容器に貯留する余剰液冷媒の貯留量が分からないと、冷凍空調装置内の冷媒量を正確に算出することができない。このため、余剰液冷媒貯留容器を有する冷凍空調装置では冷凍サイクルの状態が変化して余剰液冷媒貯留容器内に余剰液冷媒がなくなってから、異常つまり冷媒不足及び冷媒漏洩を検知していた。

しかしこの方法では、余剰液冷媒貯留容器に貯留する余剰液冷媒量が全充填量の半分の量になるような運転状態の場合等には、その運転状態から余剰液冷媒貯留容器内に余剰液冷媒が貯留しない状態に変化するまでに時間を要する。このため、漏洩を検知するまでに時間がかかってしまう。したがって、多くの冷媒を空気中に放出してしまってから検知する状況であった。

このようなことから、余剰液冷媒貯留容器に窓をつけたり、余剰液冷媒貯留容器内部に液面を計測するフロート形のセンサを設置したりして余剰液量を把握し、少しでも早く冷媒漏洩を検知するようにしていた。

しかし、窓をつけたりセンサを設置する方法で既設装置の余剰液量を把握するには、既設装置に対してセンサ設置のための加工が必要となり、実際上、困難であった。仮に加工が可能であったとしても、機器内部の圧力が大きく変化する余剰液冷媒貯留容器に手を加えることで耐圧が低下し、信頼性に大きく影響を及ぼしてしまったり、また、穴や窓取付の作業を行うにしても、煩雑で手間がかかりコスト高となるなどの問題がある。

よって、余剰液冷媒貯留容器外部に超音波を用いた液面検知センサを配置し、液面検知センサにより液面高さを検出する一方、冷媒の温度から冷媒密度を求め、液面高さを冷媒密度等を用いて余剰液冷媒量に換算し、冷媒漏洩を検知するようにした技術がある（例えば、特許文献２参照）。この技術によれば、余剰液冷媒貯留容器内に余剰液冷媒が溜まっていても、その余剰液冷媒量を検知できるため、冷凍空調装置内の全冷媒量を算出でき、冷媒漏洩を早期に検知することが可能である。

特開２０１０−２３６７１４公報（第１項、第１図） 特許第４１２３７６４号公報（第１頁、第１図）

しかしながら、超音波を用いて余剰液冷媒貯留容器外部から液面までの距離を正確に計測しようとすると、受信信号を正確に受信する必要があり、メガＨｚ域の特殊な超音波センサが必要であった。また処理回路も複雑となり、装置の価格が高価であるという問題があった。

また、液面を超音波センサで正確に計測するには、正確に検知できる場所、つまり、発信した信号が液面で反射し、受信体で反射する経路が最短となる場所に発信体と受信体を設置する必要がある。具体的には例えば、余剰液冷媒貯留容器の上部又は下部に、液面と発信信号が垂直になる様に発信体と受信体を設置する必要がある。これは、超音波液面計の計測方法に依存するもので、超音波液面計は発信信号と受信信号の時間差と音の伝播スピードから液面高さを算出するため、液面に対して垂直に受信信号が入射し、垂直に反射するようにしないと、正確な計測が行えないためである。

また、超音波センサを余剰液冷媒貯留容器の上部に設置する場合は液面に超音波が到達するまでにガス相を介し減衰しやすいため、受信体を感度が良いものにする必要がある。よってノイズの影響や価格面を考慮すると下部に設置する方が望ましいが、余剰液冷媒貯留容器下部に設置する場合にも、地面と余剰液冷媒貯留容器の距離が取れず、液面検知センサを設置できないなどの設置上の制約があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、設置自由度が高く低コストな検出装置を用いて余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を算出して冷媒漏洩検知が可能な冷媒漏洩検知装置及び冷凍空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷媒漏洩検知装置は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器と余剰液冷媒貯留容器とを備えた冷媒回路を循環する冷媒のうち、余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を除く冷媒量を算出する冷媒量算出部と、余剰液冷媒貯留容器に設置されて余剰液冷媒貯留容器を振動させ、余剰液冷媒貯留容器の振動から余剰液冷媒貯留容器の固有振動数に基づく共振周波数を検知する共振周波数検知センサと、余剰液冷媒貯留容器の固有振動数に基づく共振周波数と余剰液冷媒貯留容器内に貯留された余剰液冷媒量との相関関係を記憶する記憶部と、共振周波数検知センサの検出結果と記憶部に記憶された相関関係とに基づいて余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を算出する余剰液冷媒量算出部と、余剰液冷媒量算出部の算出結果と冷媒量算出部の算出結果とから冷媒回路内の全冷媒量を算出して冷媒漏洩の有無を判定する判定部とを備え、相関関係として記憶された余剰液冷媒量は、余剰液冷媒貯留容器が配置された高圧配管又は低圧配管内の冷媒圧力を計測する圧力センサの検出結果を用いて算出された重量であるものである。

本発明によれば、余剰液冷媒貯留容器の共振周波数を検知する共振周波数検知センサによって検出した共振周波数を余剰液冷媒量に換算して冷媒漏れを判定できる。すなわち、設置自由度が高く低コストな共振周波数検知センサを用いて余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を算出できる。

本発明の一実施の形態に係る冷凍空調装置の冷媒回路図である。 図１の冷凍空調装置の制御ブロック図である。 図２の共振周波数検知センサの構成を示すブロック図である。 図１のＡＣＣ内に異なる量の余剰液冷媒が貯留されている状態を示す図である。 図４のＡ、ＢそれぞれのＡＣＣに対する共振周波数検知センサの受信信号を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る冷凍空調装置の冷房運転時のｐ−ｈ線図である。 本発明の一実施の形態に係る冷凍空調装置の暖房運転時のｐ−ｈ線図である。 本発明の一実施の形態の冷凍空調装置における冷媒漏洩検知処理の流れを示すフローチャートである。 余剰液冷媒量の算出方法の説明図である。 共振周波数と余剰液冷媒量との相関関係を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る冷凍空調装置における初期学習運転のフローチャートである。 図１の冷凍空調装置の制御ブロック図の別の構成例を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明にかかる冷凍空調装置の実施形態について説明する。

<機器の構成>
（冷凍空調装置の構成）
図１は、本発明の一実施の形態に係る冷凍空調装置１の冷媒回路図である。図１及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。冷凍空調装置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。冷凍空調装置１は、主として、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４Ａ、４Ｂと、液側延長配管６と、ガス側延長配管７とを備えている。本実施の形態の冷凍空調装置の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４Ａ、４Ｂと、液側延長配管６及びガス側延長配管７とが接続されることによって構成されている。液側延長配管６は、室外ユニット２と室内ユニット４Ａ、４Ｂとを接続して液冷媒が通過する配管であり、液主管６Ａと、液枝管６ａ、６ｂと、分配器５１ａとが接続されて構成されている。また、ガス側延長配管７は、室外ユニット２と室内ユニット４Ａ、４Ｂとを接続してガス冷媒が通過する配管であり、ガス主管７Ａと、ガス枝管７ａ、７ｂと、分配器５２ａとが接続されて構成されている。

（室内ユニット）
室内ユニット４Ａ、４Ｂは、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、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４Ａ、４Ｂは、液側延長配管６とガス側延長配管７とを用いて室外ユニット２に接続されている。

次に、室内ユニット４Ａ、４Ｂの構成について説明する。なお、室内ユニット４Ａ、４Ｂは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット４Ａの構成のみ説明する。室内ユニット４Ｂの構成は、室内ユニット４Ａの各部を示すＡの符号の代わりにＢの符号を付した構成に相当する。

室内ユニット４Ａ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４Ｂ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、膨張機構としての膨張弁４１Ａと、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２Ａとを有している。

本実施の形態において、膨張弁４１Ａ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４２Ａの液側に接続された電動膨張弁である。

本実施の形態において、室内熱交換器４２Ａ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。

本実施の形態において、室内ユニット４Ａは、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４２Ａ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４３Ａを有している。室内ファン４３Ａは、室内熱交換器４２Ａ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、本実施の形態において、ＤＣファンモータ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４Ａ、４Ｂには、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂのガス側には、冷媒の温度（すなわち、暖房運転時における凝縮温度Ｔｃ又は冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出するガス側温度センサ３３ｅ、３３ｈが設けられている。室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂの液側には、冷媒の温度Ｔｅｏを検出する液側温度センサ３３ｄ、３３ｇが設けられている。室内ユニット４Ａ、４Ｂ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Ｔｒ）を検出する室内温度センサ３３ｆ、３３ｉが設けられている。本実施形態において、前記３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ、３３ｉの各温度センサは、サーミスターからなる。

また、室内ユニット４Ａ、４Ｂは、室内ユニット４Ａ、４Ｂを構成する各部の動作を制御する室内側制御部３２ａ、３２ｂを有している。そして、室内側制御部３２ａ、３２ｂは、室内ユニット４Ａ、４Ｂ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４Ａ、４Ｂ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、液主管６Ａ、液枝管６ａ、６ｂ及びガス主管７Ａ、ガス枝管７ａ、７ｂで室内ユニット４Ａ、４Ｂに接続されている。

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、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、余剰液冷媒貯留容器であるアキュムレータ（以下、ＡＣＣという）２４と、共振周波数検知センサ２５と、液側閉鎖弁２８と、ガス側閉鎖弁２９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、本実施の形態において、インバータにより周波数Ｆが制御されるモータによって駆動される容積式圧縮機である。本実施の形態において、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よい。

四方弁２２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁である。四方弁２２は、冷房運転時には、実線で示されるように切り替えられ、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ＡＣＣ２４とガス主管７Ａ側とを接続する。これにより、室外熱交換器２３は圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能し、また、室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂは蒸発器として機能する。四方弁２２は、暖房運転時には、四方弁２２の点線で示されるように切り替えられ、圧縮機２１の吐出側とガス主管７Ａとを接続するとともにＡＣＣ２４と室外熱交換器２３のガス側とを接続する。これにより、室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂは圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能し、また、室外熱交換器２３は蒸発器として機能する。

本実施の形態において、室外熱交換器２３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、そのガス側が四方弁２２に接続され、液側が液主管６Ａに接続されている。

本実施の形態において、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２７を有している。この室外ファン２７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、本実施の形態において、ＤＣファンモータからなるモータによって駆動されるプロペラファン等である。

ＡＣＣ２４は、圧縮機２１の吸入側に接続されており、室外ユニット２や室内ユニット４Ａ、４Ｂ、配管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。ＡＣＣ２４は炭素鋼等の金属で形成し、しかも法規に則って耐圧強度を考えて設計、製作された圧力容器でなければならない。

本実施の形態の目的である冷媒回路１０の冷媒漏れを検知するにあたり、ＡＣＣ２４内に貯留されている余剰液冷媒量を検出する必要がある。ＡＣＣ２４の一部に覗き窓のような透明な部分を設けることは可能であるが、実用上はＡＣＣ２４の大部分は不透明な容器であり、光に類するものを用いてＡＣＣ２４の外部から内部の液面を測定したり、目視によってＡＣＣ２４の内部全体を透視することが不可能である。また、ＡＣＣ２４の一部に光学的に透明な覗き窓を取り付けたとしても、ＡＣＣ２４内の液面は常時変動しているため、その覗き窓から、ＡＣＣ２４内の冷媒液面の正確な位置を測定又は監視することは困難である。

そこで、本実施の形態では、ＡＣＣ２４の外部に共振周波数検知センサ２５を取り付け、共振周波数検知センサ２５によりＡＣＣ２４の共振周波数を検知している。そして、検知した共振周波数を、制御部３の後述の余剰液冷媒量算出部３ｃでＡＣＣ２４内の貯留液冷媒量（以下、ＡＣＣ余剰液冷媒量という）に換算している。この処理については後で詳述する。

液側閉鎖弁２８及びガス側閉鎖弁２９は、外部の機器・配管（具体的には、液主管６Ａ及びガス主管７Ａ）との接続口に設けられた弁である。

また、室外ユニット２には、複数の圧力センサと温度センサが設けられている。圧力センサとしては、圧縮機２１の吸入圧力Ｐｓを検出する吸入圧力センサ３４ａと、圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサ３４ｂとが設置されている。

温度センサはサーミスタからなり、吸入温度センサ３３ａと、吐出温度センサ３３ｂと、液側温度センサ３３ｊと、室外温度センサ３３ｃとが設けられている。吸入温度センサ３３ａは、ＡＣＣ２４と圧縮機２１との間の位置に設けられ圧縮機２１の吸入温度Ｔｓを検出する。吐出温度センサ３３ｂは、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄを検出する。液側温度センサ３３ｊは、室外熱交換器２３の液側に設置され、室外熱交換器２３の液側の冷媒温度を検出する。室外温度センサ３３ｃは、室外ユニット２の室外空気の吸入口側に設置され室外ユニット２内に流入する室外空気の温度を検出する。

また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各要素の動作を制御する室外側制御部３１を有している。そして、室外側制御部３１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と、メモリと、モーターを制御するインバータ回路等とを有している。そして、室外側制御部３１は、室内ユニット４Ａ、４Ｂの室内側制御部３２ａ、３２ｂとの間で伝送線を介して制御信号等のやりとりを行うように構成されている。室外側制御部３１は、室内側制御部３２ａ、３２ｂと共に冷凍空調装置１全体の運転制御を行う制御部３を構成している。

（延長配管）
延長配管は室外ユニット２と室内ユニット４Ａ、４Ｂとを接続し、冷凍空調装置１内の冷媒を循環させるために必要な配管である。

延長配管は、液側延長配管６（液主管６Ａ、液枝管６ａ、６ｂ）と、ガス側延長配管７（ガス主管７Ａ、ガス枝管７ａ、７ｂ）とを有し、冷凍空調装置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る。延長配管には、室外ユニット２と室内ユニット４Ａ、４Ｂとの組み合わせに応じてそれぞれ決められた管径の延長配管が使用される。

本実施の形態では１台の室外ユニット２と２台の室内ユニット４Ａ、４Ｂの接続に分配器５１ａ、５２ａと延長配管を用いる。

本実施の形態では１台の室外ユニット２と２台の室内ユニット４Ａ、４Ｂの接続に分配器５１ａ、５２ａと延長配管（液側延長配管６およびガス側延長配管７）とを用いている。液側延長配管６については室外ユニット２と分配器５１ａの間を液主管６Ａで接続し、分配器５１ａと各室内ユニット４Ａ、４Ｂの間を液枝管６ａ、６ｂで接続する。ガス側延長配管７については室内ユニット４Ａ、４Ｂと分配器５２ａの間をガス枝管７ａ、７ｂで、分配器５２ａと室外ユニット２の間をガス主管７Ａで接続する。本実施の形態では、分配器５１ａ、５２ａはＴ字管を用いたがそれに限るものではなく、ヘッダを用いても構わない。また複数台の室内ユニットが接続される場合には、Ｔ字管を複数個使用して分配させてもよいし、ヘッダを用いてもよい。

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、延長配管（液側延長配管６とガス側延長配管７）とが接続されて冷媒回路１０が構成されている。そして、本実施の形態の冷凍空調装置１は、室内側制御部３２ａ、３２ｂと室外側制御部３１とから構成される制御部３によって、四方弁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４Ａ、４Ｂ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４Ａ、４Ｂの各機器の制御を行なっている。

（冷凍空調装置の制御ブロック構成）
図２は、図１の冷凍空調装置の制御ブロック図である。冷凍空調装置１は、冷媒回路１０内の冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知装置を備えており、図２には、冷媒漏洩検知装置の機能的な構成を展開した状態のブロック図を示している。

制御部３は、圧力センサ３４ａ、３４ｂ、温度センサ３３ａ〜３３ｊの検出信号を受けることができるように接続されている。また、制御部３は、これらの検出信号等に基づいて各種機器（圧縮機２１、室外ファン２７、室内ファン４３Ａ、４３Ｂ）及び弁（四方弁２２、流量調整弁（液側閉鎖弁２８、ガス側閉鎖弁２９）、膨張弁４１Ａ、４１Ｂ）を制御することができるように各種機器及び弁に接続されている。制御部３は更に、共振周波数検知センサ２５の検出信号を受けることができるように接続されている。

また、制御部３は、測定部３ａ、冷媒量算出部３ｂ、余剰液冷媒量算出部３ｃ、判定部３ｄ、記憶部３ｅ及び駆動部３ｆを備えている。測定部３ａは圧力センサ３４ａ、３４ｂや温度センサ３３ａ〜３３ｊからの情報を測定する箇所であり、圧力センサ３４ａ、３４ｂや温度センサ３３ａ〜３３ｊと共に計測部を構成する箇所である。冷媒量算出部３ｂは、冷凍空調装置１の測定部３ａで測定した情報等に基づいて、ＡＣＣ余剰液冷媒量を除く冷媒回路１０内の冷媒量を算出する箇所である。余剰液冷媒量算出部３ｃは、共振周波数検知センサ２５からの共振周波数と記憶部３ｅに記憶された後述の関係式とに基づいてＡＣＣ余剰液冷媒量を算出する箇所である。判定部３ｄは、冷媒量算出部３ｂと余剰液冷媒量算出部３ｃのそれぞれの算出結果に基づいて冷媒漏洩の有無を判定する箇所である。判定部３ｄは更に、冷媒漏洩有りと判定した場合、初期冷媒量と算出冷媒量との差分を取ることにより冷媒漏洩量を算出することもできる。

記憶部３ｅは、測定部３ａで測定した値や、冷媒量算出部３ｂ及び余剰液冷媒量算出部３ｃで算出した値を記憶したり、後述の内容積データや初期冷媒量を記憶したり、外部からの情報を記憶したり、余剰液冷媒量の算出時に使用する後述の関係式を記憶したりする箇所である。

駆動部３ｆは冷凍空調装置１の駆動する要素である圧縮機モータ、弁、ファンモータの制御を行う箇所である。入力部３ｇは各種制御用の設定値の入力や変更を行う箇所である。

出力部３ｈは、測定部３ａで測定した測定値や判定部３ｄによる判定結果等を、ＬＥＤやモニタなどにより表示したり外部に出力する箇所である。出力部３ｈは外部装置と、電話回線、ＬＡＮ回線、無線通信等により通信するための通信部としてもよく、冷凍空調装置１は冷媒漏洩の判定結果を示す冷媒漏洩有無データ等を通信線等により遠方の管理センタ等に送信することが可能に構成されている。これにより、遠隔にある管理センタで常時異常を検知し、異常が発生した場合には直ぐにメンテナンスを実施する遠隔監視機能を付加することができる。

図２の共振周波数検知センサ２５、測定部３ａ、冷媒量算出部３ｂ、余剰液冷媒量算出部３ｃ、判定部３ｄ及び記憶部３ｅ、出力部３ｈにより本発明の冷媒漏洩検知装置が構成されている。なお、本例では、冷媒漏洩検知装置を冷凍空調装置１内に組み込んだ構成としているが、独立させて単体構成としてもよい。

（共振周波数検知センサ）
図３は、図２の共振周波数検知センサの構成を示すブロック図である。
共振周波数検知センサ２５は、発生装置２５ａ、振動体２５ｂ、受信体２５ｃ、処理部２５ｄ、記憶部２５ｅ及び出力部２５ｆを備えている。発生装置２５ａは振動体２５ｂを振動させるための発生装置２５ａである。振動体２５ｂは発生装置２５ａからの信号によりＡＣＣ２４を振動させる部分である。受信体２５ｃはＡＣＣ２４からの振動（受信信号）を受信する部分である。処理部２５ｄは受信体２５ｃで受信した信号を信号処理して共振周波数を計測する部分である。記憶部２５ｅは、計測された共振周波数や外部データを記憶する部分である。出力部２５ｆは計測された共振周波数を示す信号や記憶された信号を外部に出力する部分である。

振動体２５ｂ及び受信体２５ｃはＡＣＣ２４の外部に設置されるものであり、本実施の形態では別々の構成としているが、振動体２５ｂ及び受信体２５ｃを統一させてもよい。

振動体２５ｂ及び受信体２５ｃの設置箇所としては、ＡＣＣ本体周囲であれば問題ないが、ガスでの共振信号の受信を考慮すると上部に設置することが望ましい。前述のように超音波を用いた液面検知センサで液面距離を計測する場合には、発信機から出た信号が液面で反射し、反射波を受信する経路は最短である必要があり、設置に関して自由度が低い。それに対して、本実施の形態では設置に関して高い自由度を持っている。

また、受信体２５ｃの受信信号のノイズ低減のため、周囲環境で発生する振動の周波数と、受信体２５ｃの受信信号のピーク周波数とが異なる周波数となるように、ＡＣＣ２４の共振周波数が調整されている。これは、ＡＣＣ２４の近くに振動の大きな圧縮機があるため、その振動が共振周波数検知センサ２５の検知結果に影響しないようにするためである。

（液量検知）
次に、共振周波数検知センサを用いた簡易的な液量検知について説明する。まず、液量検知原理について図４、５を用いて説明する。図４のＡは、ガス相と液相とを有する二相状態であることを示し、Ｂは、ＡＣＣ内全体がガス状態であることを示している。また、図５は、図４のＡ、ＢそれぞれのＡＣＣに対する共振周波数検知センサの受信信号を示す図である。

共振とは、物体に外部から与えられる振動が、その振動を受ける物体の固有振動数に近づくにつれて物体の振幅が急激に増大する現象であり、共鳴とも呼ばれている。よって、この共鳴現象によれば、ＡＣＣ２４は、内部に貯留された冷媒量に応じて、ある振動数（つまり固有振動数）をピーク値として共振振動をすることになる。この固有振動数はＡＣＣ２４内の液量が多いほど（図４Ａ）周波数が低く、出力信号である音圧も小さく（図５Ａ）、液量が少ないほど（図４Ｂ）周波数が高くなり音圧も大きくなる（図５Ｂ）という特徴を持っている。

このことから、ＡＣＣ２４内の余剰液冷媒量が多いと、受信した信号の周波数は低くなる。また逆にＡＣＣ２４内の余剰液冷媒量が少ないと、受信信号の周波数は高くなる。このように、ＡＣＣ余剰液冷媒量と共振周波数との間には相関関係があり、その相関関係を利用して共振周波数からＡＣＣ余剰液冷媒量を求めることができる。共振周波数とＡＣＣ余剰液冷媒量との相関関係は、予めＡＣＣに貯留した液冷媒量と検知信号Ｈｚの関係性を把握する試験を実施して求めておいてもよいし、現地で実際に冷凍空調装置１を動作させて求めるようにしてもよい。現地で実際に冷凍空調装置１を動作させて前記関係性を求める際の冷凍空調装置１の動作（初期学習運転）については後述する。なお、この相関関係は、関係式又は換算テーブルとして記憶部３ｅに記憶される。

＜冷凍空調装置１の動作＞
次に、本実施の形態の冷凍空調装置１の通常運転時の各構成要素の動作について説明する。

本実施の形態の冷凍空調装置１は、各室内ユニット４Ａ、４Ｂの運転負荷に応じて室外ユニット２及び室内ユニット４Ａ、４Ｂの構成機器の制御を行い、冷暖房運転を行う。

（冷房運転）
冷房運転について、図１及び図６を用いて説明する。

冷房運転時は、四方弁２２が図１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の吸入側がガス側閉鎖弁２９及びガス側延長配管７（ガス主管７Ａ、ガス枝管７ａ、７ｂ）により室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂのガス側に接続された状態となっている。液側閉鎖弁２８及びガス側閉鎖弁２９は、開状態にされている。

次に、冷房運転における冷媒回路１０の冷媒の流れについて説明を行う。

冷房運転での冷媒の流れは図１の実線矢印となる。圧縮機２１により圧縮された高温高圧ガス冷媒（図６点い）は四方弁２２を経て室外熱交換器２３へ至り、室外ファン２７の送風作用により凝縮液化する（図６点ろ）。このときの凝縮温度は液側温度センサ３３ｊより計測されるか、又は吐出圧力センサ３４ｂの圧力を飽和温度換算することにより求められる。

その後、液側閉鎖弁２８を介し、液側延長配管６である液主管６Ａ、液枝管６ａ、６ｂにおいて管壁面摩擦によって圧力が降下し（図６点は）、室内ユニット４Ａ、４Ｂに送られ、膨張弁４１Ａ、４１Ｂにより減圧されて低圧の気液二相冷媒となる（図６点に）。気液二相冷媒は蒸発器である室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂにて室内ファン４３Ａ、４３Ｂの送風作用によりガス化する（図６点ほ）。

この時の蒸発温度は液側温度センサ３３ｄ、３３ｇにて計測され、各室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨは、ガス側温度センサ３３ｅ、３３ｈにより検出される冷媒温度値から液側温度センサ３３ｄ、３３ｇにより検出される冷媒温度を差し引くことによって求められる。各膨張弁４１Ａ、４１Ｂは、室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂの出口（すなわち、室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂのガス側）における冷媒の過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｍとなるように開度調節されている。

室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂを通過したガス冷媒（図６点ほ）は、ガス側延長配管７であるガス主管７Ａ、ガス枝管７ａ、７ｂに至り、ガス側延長配管７を通過するとき延長配管の管壁面摩擦によって圧力が降下し（図６点へ）、ガス側閉鎖弁２９及びＡＣＣ２４を経て、圧縮機２１へ戻る。

（暖房運転）
次に暖房運転について図１及び図７を用いて説明する。

暖房運転時は、四方弁２２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側がガス側閉鎖弁２９及びガス側延長配管７であるガス主管７Ａ、ガス枝管７ａ、７ｂにより室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂ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。また、液側閉鎖弁２８及びガス側閉鎖弁２９は開状態となっている。

次に暖房運転における冷媒の流れについて説明を行う。

暖房条件での冷媒の流れは図１の点線矢印となる。圧縮機２１により圧縮された高温高圧冷媒（図７点い）は、ガス側延長配管７であるガス主管７Ａ、ガス枝管７ａ、７ｂを通過し、このとき管壁面摩擦により圧力が降下し（図７点ろ）、室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂに至る。室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂでは、室内ファン４３Ａ、４３Ｂの送風作用により凝縮液化し（図７点は）、膨張弁４１Ａ、４１Ｂにより減圧されて低圧の気液二相冷媒となる（図７点に）。

このとき膨張弁４１Ａ、４１Ｂは、室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂの出口における冷媒の過冷却度ＳＣが過冷却度目標値ＳＣｍとなるように開度調節されるように制御されている。ＳＣｍは室内設定温度と室内温度の温度差が小さい場合には大きく、室内設定温度と室内温度の温度差が大きい場合には小さく設定される。これはＳＣｍの設定を変更することによる室内ユニット４Ａ、４Ｂの能力調整方法である。ＳＣｍが大きい場合にはＳＣを大きくするために膨張弁４１Ａ、４１Ｂを絞る方向に動作するため冷媒循環量が減少し能力が出ない。これに対し、ＳＣｍを小さくすると膨張弁の開度が大きく循環量も多く流れ、また室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂを有効に使うことができるため熱交換能力が多くなるというものである。

本実施の形態において、室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂの出口における冷媒の過冷却度ＳＣは、吐出圧力センサ３４ｂにより検出される圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄを凝縮温度Ｔｃに対応する飽和温度値に換算し、この飽和温度値から液側温度センサ３３ｄ、３３ｇにより検出される冷媒温度値を差し引くことによって求められる。

なお、本実施の形態では採用していないが、各室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂ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Ｔｃに対応する冷媒温度値を、液側温度センサ３３ｄ、３３ｇ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４２Ａ、４２Ｂの出口における冷媒の過冷却度ＳＣを検出するようにしてもよい。

その後、低圧の気液二相冷媒は液側延長配管６である液主管６Ａ、液枝管６ａ、６ｂにおいて管壁面摩擦で圧力が降下した後（図７点ほ）、液側閉鎖弁２８を経て室外熱交換器２３に至る。室外熱交換器２３では室外ファン２７の送風作用により蒸発ガス化（図７点へ）し、四方弁２２及びＡＣＣ２４を経て圧縮機２１へ戻る。

（冷媒量）
次に冷媒量について詳細に説明する。
冷媒回路１０の各要素機器が所定の性能を発揮するためには各要素機器の内容積に適した冷媒量が必要であり、室内ユニット４Ａ、４Ｂの内容積や延長配管の長さが異なると冷媒回路１０全体で必要とする冷媒量も異なる。よって、冷凍空調装置１に充填される冷媒は、機器を設置した現地で冷媒回路１０を構成した後に充填される。また、冷媒回路１０での必要冷媒量は、冷媒回路１０の状態によっても異なり、冷媒回路１０の状態は冷房、暖房の運転状態や外気温度や室内温度等の周囲環境によって異なる。このため、通常、冷媒を充填する時は、冷媒量を多く必要とする運転状態に合わせて充填する。よって、冷媒を多く必要としない運転状態の時には、余剰液冷媒がＡＣＣやレシーバなどの余剰液冷媒貯留容器に貯留することになる。

本実施の形態においては、冷媒回路１の冷媒量は、冷房運転時の方が暖房運転時に比べて多く必要とする。これは、本実施の形態においては膨張弁４１Ａ、４１Ｂが室内ユニット４Ａ、４Ｂ側に設けられているため、延長配管の冷媒状態が、冷房運転時には液側延長配管６が液相、ガス側延長配管７がガス相となるのに対し、暖房運転時には液側延長配管６が二相、ガス側延長配管７がガス相となるためである。つまり液側延長配管６では、冷房運転時は液相状態、暖房運転時は二相状態となり、液相状態の方が冷媒を多く必要とするため、冷房運転時の方が冷媒量を多く必要とする。

また、凝縮器と蒸発器の内容積の違いと、凝縮密度と蒸発密度の密度の違いも必要冷媒量に大きく影響する。通常、室外熱交換器２３の内容積は室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂに比べて大きく、また、平均密度は蒸発器に比べて凝縮器の方が大きい。よって、冷房運転時には、内容積が大きい室外熱交換器２３側が平均密度が大きい凝縮器となるため、暖房運転時に比べて冷媒量を多く必要とする。

以上から、四方弁２２を切り替えて冷房運転又は暖房運転を行う本実施の形態においては、冷房運転と暖房運転で必要な冷媒量が異なる。このような場合には、冷媒量を多く必要とする運転状態に合わせて冷媒を充填し、冷媒を多く必要としない運転状態の時には、余剰液冷媒をＡＣＣ２４などに貯留することとなる。

（冷媒漏洩検知方法）
次に冷凍空調装置１における冷媒漏洩検知方法の流れについて説明する。

なお、冷媒漏洩検知は冷凍空調装置１が運転中、常時実施している。また、冷凍空調装置１は、冷媒漏洩の検知結果を示す冷媒漏洩有無データを通信線を介して管理センタ（図示せず）等に送信し、遠隔監視が可能な構成とする。

本実施の形態では、冷凍空調装置１の冷媒量を算出し、算出冷媒量の変化を監視することで冷媒漏洩を検知している。

以下、冷媒漏洩検知方法について、図８を用いて説明する。ここで、図８は、本発明の一実施の形態の冷凍空調装置における冷媒漏洩検知処理の流れを示すフローチャートである。冷媒漏洩検知は、冷媒漏洩検知のための特定の運転を行うのではなく、通常の冷房運転又は暖房運転中に行う。すなわち、制御部３は通常運転を行いながら図８のフローチャートの処理も並行して行い、冷媒漏洩検知を行う。

まず、ステップＳ１の機種情報取得では、制御部３は、冷媒回路１０のうち、冷媒量算出に必要な各構成要素部品の内容積を記憶部３ｅから取得する。すなわち、室内ユニット４Ａ、４Ｂ内の各配管および各機器（圧縮機２１及び室外熱交換器２３）のそれぞれの内容積と、室外ユニット２内の各配管および各機器（室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂ）の内容積と、更に、液側延長配管６及びガス側延長配管７部分の内容積を取得する。これらの内容積データは、制御部３の記憶部３ｅに予め記憶されている。これらの内容積データの制御部３の記憶部３ｅへの入力は、設置業者が入力部３ｇを介して入力するようにしてもよいし、室外ユニット２および室内ユニット４Ａ、４Ｂを設置して通信設定を行った際に、制御部３が外部の管理センタ等と通信して自動的に取得する構成としてもよい。

次に、制御部３は現在の運転データを収集する（Ｓ２）。収集する運転データは、運転状態量を示すデータであり、具体的には各圧力センサ３４ａ、３４ｂ、温度センサ３３ａ〜３３ｊにより得られる各計測値に加え、アクチュエータである圧縮機やファンの周波数も含むものとする。機器運転に使用する必要データのみを使ってＡＣＣ余剰液冷媒量以外の冷媒量を算出しているため、冷媒量算出にあたり、通信負荷を増加させることがない。

次に、Ｓ２で収集したデータに基づき、冷凍サイクルが安定しているかの判断を行う（Ｓ３）。例えば、起動時など圧縮機２１の回転数が変動したり、膨張弁４１Ａ、４１Ｂの開度が変動したりしている場合は冷媒サイクルの動作が安定していないため、冷媒量を正しく算出できない。よって、冷凍サイクルが安定しているかどうかを判断した上で、冷媒量の算出処理に入るようにしている。ここでは、Ｓ２で取得した圧力、温度データに加え、アクチュエータである圧縮機やファンの周波数といった運転データから、安定／不安定の判断を実施する。安定／不安定の判断方法は任意の時間、例えば１０分間の運転データを取得してそれらの平均値を算出し、この平均値と各運転データ値との偏差を算出し、偏差がある範囲内、例えば平均値の１５％以内であれば安定、それ以上であれば不安定と判断する。

Ｓ３で冷凍サイクルが不安定であると判断した場合、冷媒量を正しく算出できないことから、再度Ｓ２に戻ってデータ収集を実施する。

一方、Ｓ３で冷凍サイクルが安定していると判断した場合、制御部３は、冷媒量算出部３ｂにてＡＣＣ余剰液冷媒量以外の冷媒回路１０内の冷媒量の算出する処理（Ｓ４、Ｓ５）と、余剰液冷媒量算出部３ｃでＡＣＣ余剰冷媒量を算出する処理（Ｓ６〜Ｓ９）とを行う。以下、それぞれの処理について順に説明する。

（冷媒量（ＡＣＣ余剰冷媒量を除く）の算出）
まず、Ｓ３で得た安定データ（運転データ）を用いて各要素の密度を算出する（Ｓ４）。すなわち、冷媒が液又はガスのどちらかである単相部分の密度は、基本的に圧力と温度から算出することができる。例えば、圧縮機２１から室外熱交換器２３までは冷媒はガス状態であり、この部分のガス冷媒密度は、吐出圧力センサ３４ｂにより検出される吐出圧力と、吐出温度センサ３３ｂにより検出される吐出温度とにより算出できる。

また、熱交換器等の二相部で状態が変化する二相部密度は、機器出入口状態量から近似式を用いて二相密度平均値を算出する。これらの演算に必要な近似式等は、予め記憶部３ｅに記憶されており、冷媒量算出部３ｂは、ステップＳ３で得た運転データと、予め記憶部３ｅに記憶されている近似式等のデータとを用いて、冷媒回路１０のうち、ＡＣＣ以外の部分の各構成要素部品それぞれの冷媒密度を算出する。

次に、冷媒量算出部３ｂはＳ１で取得した各要素の内容積データとＳ４で算出した各要素の冷媒密度とを積算することにより、ＡＣＣ余剰液冷媒以外の冷凍空調装置１内の冷媒量を算出する（Ｓ５）。

（ＡＣＣ余剰液冷媒量の算出）
共振周波数検知センサ２５は振動体２５ｂを振動を開始してＡＣＣ２４を振動させ（Ｓ６）、ＡＣＣ２４の振動（受信信号）を受信体２５ｃで受信する（Ｓ７）。ＡＣＣ余剰液冷媒量の算出の際に必要なデータは冷凍サイクルが安定したときのデータであるため、Ｓ３で安定と判別されてから振動を開始することで、極力無駄な計測を抑えることができる。

そして、受信体２５ｃで受信した信号を処理部２５ｄで周波数解析してピーク周波数（共振周波数）を検出する（Ｓ８）。そして、余剰液冷媒量算出部３ｃは、共振周波数検知センサ２５で検出された共振周波数を、予め記憶した、ＡＣＣ共振周波数とＡＣＣ余剰液冷媒量との関係式に代入してＡＣＣ余剰液冷媒量を算出する（Ｓ９）。

次に判定部３ｄは、Ｓ５で算出したＡＣＣ余剰液冷媒以外の冷媒量と、Ｓ９で算出したＡＣＣ余剰液冷媒量とを加算して冷凍空調装置１内の全冷媒量を算出する（Ｓ１０）。

次に、判定部３ｄは、初期冷媒量とＳ１０で算出した算出冷媒量とを比較して冷媒漏洩の有無を判定する（Ｓ１１）。この判定で用いる初期冷媒量は、設置時に業者により初期冷媒量が記憶部３ｅに入力されている場合はその冷媒量を用い、そうでない場合には、ＡＣＣ内に余剰液冷媒が溜まらない状態で運転し、その運転データから算出して求めた冷媒回路１０内の全冷媒量としてもよい。

Ｓ１１において、初期冷媒量よりも算出冷媒量が小さければ漏洩と判定して漏洩発報を行なう（Ｓ１２）。初期冷媒量と算出冷媒量が等しければ正常であると判定し、漏洩発報は行わない。なお、正常であると判定した場合、正常発報を行うようにしてもよい。また、冷媒漏洩有りの場合、判定部３ｄにて初期冷媒量と算出冷媒量との差分を取ることにより冷媒漏洩量を算出することもできる。

以上、ＳＴＡＲＴからＲＥＴＵＲＮまでを繰り返し、常時検知を実施する。

（初期学習運転）
次に、現地で実際に冷凍空調装置１を動作させ、ＡＣＣ共振周波数とそのＡＣＣ共振周波数のときのＡＣＣ余剰液冷媒量との相関関係を求めるための初期学習運転について説明する。

以下、具体的な初期学習運転の流れを説明するに先立って、ＡＣＣ共振周波数とＡＣＣ余剰液冷媒量の関係式の作成手順を図４、５、９、１０を用いて説明する。

図４のＡは、上述したようにＡＣＣ２４内全体がガス相と液相とを有する二相状態であることを示し、Ｂは、ガス状態、つまり余剰液冷媒が貯留していない状態であることを示している。また、図５は、図４のＡ、ＢそれぞれのＡＣＣに対する共振周波数検知センサの受信信号を示しており、Ａのピーク周波数がＢのピーク周波数に比べて低くなることが示されている。

そして、この状態Ａ、Ｂのそれぞれにおける余剰液冷媒以外の冷凍空調装置１内の冷媒量を算出すると、図９のようになる。状態ＡではＡＣＣ２４内に貯留している余剰液冷媒量分少ないＡ１が冷凍空調装置１内の冷媒量として算出されるのに対し、状態Ｂでは、冷媒回路１０内の全ての液量Ｂ１が算出される。よって、Ａ１とＢ１との差分Ａ２を取ることにより余剰液冷媒量を算出できる。

以上、図５及び図９における状態Ａ及び状態Ｂのそれぞれのピーク周波数（共振周波数）とＡＣＣ余剰液冷媒量を、横軸を周波数、縦軸をＡＣＣ余剰液冷媒量としたグラフにプロットすると、図１０のグラフが作成できる。本実施の形態の説明では、Ａ、Ｂ２つの状態の時を例に説明したが、余剰液冷媒を複数変化させることで図１０のような実線の関係式を作ることができる。

以上により ＡＣＣ共振周波数とＡＣＣ余剰液冷媒量との関係式の作成方法が明かになったところで、続いて初期学習運転について説明する。

図１１は、本発明の一実施の形態に係る冷凍空調装置における初期学習運転のフローチャートである。以下、初期学習運転の詳細について、図１１のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１の機種情報取得では、制御部３は、冷媒回路１０の冷媒量算出に必要な各構成要素部品の内容積データを記憶部３ｅから取得する。この処理は図８のＳ１と同様である。

次に、暖房運転を開始し、過冷却度一定制御を行う（Ｓ１０２）。過冷却度一定運転とは、室内ユニット４Ａ、４Ｂの過冷却度（以後ＳＣと記載）を全室内ユニット４Ａ、４Ｂで一定値に維持する制御である。初期学習における初回のＳＣは例えば「５」と小さくする。そして、ＳＣ＝５に一定制御した状態で運転データを取得する（Ｓ１０３）。取得する運転データは圧力、温度データに加え、アクチュエータである圧縮機やファンの周波数も含むものとする。

ところで、ＳＣの値を変化させた場合、ＡＣＣ２４内の余剰液量が変化する。ＳＣが高い状態では、凝縮器である室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂに液冷媒が多く貯留し、そのためＡＣＣ余剰液冷媒量は減少する。逆にＳＣが低い状態では、凝縮器である室内熱交換器４２Ａ、４２Ｂに貯留する液冷媒が少なくなり、ＡＣＣ余剰液冷媒量が増加する。よって、以下の処理でＳＣをここでは最大ＳＣ=３０まで段階的に増加させ、その時々の運転データを取得してＡＣＣ余剰液冷媒量を求め、そのときの共振周波数検知センサの検知結果と対応づけることで、前記相関関係を取得していく。

次に、制御部３は冷凍サイクルが安定しているかの判断を行なう（Ｓ１０４）。この判断は、図８のＳ３の判断と同様である。

Ｓ１０４で冷凍サイクルが不安定であると判断した場合、冷媒量を正しく算出できないことから、再度Ｓ１０３に戻ってデータ収集を実施する。

一方、Ｓ１０４で冷凍サイクルが安定していると判断した場合、ＡＣＣ余剰液冷媒量を算出する処理（Ｓ１０５〜Ｓ１０８）と、共振周波数（ピーク周波数）を算出する処理（Ｓ１０９〜Ｓ１１１）とを行う。以下、それぞれの処理について順に説明する。

（ＡＣＣ余剰冷媒量の算出）
まず、冷媒量算出部３ｂは、各要素の冷媒密度を算出する（Ｓ１０５）。これは上述のように、圧力センサと温度センサの計測値を用いて算出する。また、凝縮器や蒸発器等の二相冷媒が存在する要素の冷媒密度については、近似式を用いて各要素の平均密度を算出する。

次に、Ｓ１０１で取得した機種情報、つまり各要素の内容積データとＳ１０４で算出した各要素の冷媒密度とから各要素の冷媒量を算出する（Ｓ１０６）。この処理は図８のＳ４と同様である。ここでは、ＡＣＣ余剰液冷媒量以外の冷媒量が算出される。

次に、初期冷媒量とＳ１０６で算出した余剰液冷媒以外の冷媒量とを用いてＡＣＣ余剰液冷媒量を算出する（Ｓ１０７）。すなわち、初期冷媒量からＳ１０５の算出値を減算することでＡＣＣ余剰液冷媒量を算出する。なお、この計算で用いる初期冷媒量は、設置時に業者により初期冷媒量が記憶部３ｅに入力されている場合はその冷媒量を用い、そうでない場合には、ＡＣＣ２４内に余剰液冷媒が溜まらない状態で運転し、その運転データから算出して求めた冷媒回路１０内の全冷媒量としてもよい。

（共振周波数（ピーク周波数）の算出）
共振周波数検知センサ２５は振動体２５ｂを振動を開始してＡＣＣ２４を振動させ（Ｓ１０８）、ＡＣＣの振動（受信信号）を受信体２５ｃで受信する（Ｓ１０９）。ＡＣＣ余剰液冷媒量の算出の際に必要なデータは冷凍サイクルが安定したときのデータである。よって、Ｓ１０４で安定と判別されてから振動を開始することで、極力無駄な計測を抑えることができる。

そして、受信体２５ｃで受信した信号を処理部２５ｄで周波数解析してピーク周波数（共振周波数）を検出する（Ｓ１１０）。

以上の処理で算出された、ある任意の時間におけるＡＣＣ余剰液冷媒量とＡＣＣ共振周波数とを対応づけて記憶部３ｅに記憶する（Ｓ１１１）。

その後、Ｓ１１２に移行し、ＳＣ＝３０[Ｋ]となっているかを判定し、ＳＣ≠３０であれば、現在のＳＣに５[Ｋ]を加算したＳＣを次のＳＣ一定制御の目標値として定めてＳ１０３に戻り同様の処理を行う。これを、Ｓ１１２の条件を満たすまでループさせる。上述したようにＳＣを変化させることによりＡＣＣ余剰液冷媒が変化することから、意図的にＳＣを変化させることにより、余剰液冷媒量の異なる複数のデータを収集することができる。

そして、Ｓ１１２の条件を満たせば、余剰液冷媒量違いの複数のデータを取得できたことを表すので、図１０に示すＡＣＣ共振周波数とＡＣＣ余剰液冷媒量の相関関係を取得でき、初期学習を終了する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、超音波センサに比べて設置自由度が高く低コストな検出装置である共振周波数検知センサ２５を用いてＡＣＣ余剰液冷媒量を算出できる。従来の超音波センサは、ＡＣＣ内の余剰液冷媒量を把握して冷媒漏洩を早期に検知するために用いられているが、本例では、これと同様の早期の冷媒漏洩検知を、低コストで実現できる。

また、冷媒漏洩量の算出も可能であるため、メンテナンス前に事前に漏洩の程度やメンテナンス作業の工程等を把握でき、メンテナンス作業効率が向上する。

なお、本例では、ＡＣＣ余剰液冷媒量を算出する際の計算式を、ＡＣＣ共振周波数とＡＣＣ余剰液冷媒量との関係式としたが、ＡＣＣ余剰液冷媒量をＡＣＣ２４内の飽和液密度で割った、余剰液冷媒量の内容積とＡＣＣ余剰液冷媒量との関係式としてもよい。この場合、実動作時には、共振周波数検知センサ２５で検出した共振周波数を、ＡＣＣ共振周波数と余剰液冷媒量の内容積との関係式に代入して余剰液冷媒量の内容積を求め、その内容積とＡＣＣ内の飽和液密度（冷凍空調装置１の低圧圧力から換算可能）とを積算して余剰液冷媒量を求めればよい。

また、本例では、ＡＣＣ２４の外部に共振周波数検知センサ２５を設置しているが、従来の超音波センサの場合と異なりＡＣＣ２４の上下面以外の箇所にも設置できるため、センサ設置に関する制限が少ない。よって、ＡＣＣ２４のタンク形状や周囲環境に応じて共振周波数検知センサ２５を適切に設置することが可能となる。

また本例ではＡＣＣ共振周波数を直接、ＡＣＣ２４内の余剰液冷媒量に換算するため、従来の超音波センサを用いて液面高さを検出し、冷媒の温度から冷媒密度を求め、液面高さを冷媒密度等を用いて余剰液冷媒量に換算する方法に比べ、算出までの計算量が少なく、煩雑さが低減する効果がある。また、液面高さを冷媒密度等を用いて余剰液冷媒量に換算するにあたっては、容器の体積も加味する必要があるが、容器は通常俵形状であるため、換算時に誤差が大きくなる可能性がある。しかし、本例の方法によれば、その誤差を小さくできる。

以上、本発明の実施形態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、本実施の形態では図１に示すようにビル用マルチエアコンについて記載したが、これに限るものではなく例えば、冷凍機など、四方弁２２がなく、高圧部の室外熱交換器出口に余剰液冷媒貯留容器であるレシーバを付加させた冷凍空調装置においても適応が可能である。つまり、レシーバ内の余剰液冷媒の検知及び冷媒漏洩の検知も可能である。

また例えば、本実施の形態では、図４に示される共振周波数検知センサ２５を用いてＡＣＣのピーク共振周波数を検知し、その検知結果を用いてＡＣＣ余剰液冷媒量を算出する構成としていたが、図１２に示すように共振周波数検知センサ２５に代えてひずみゲージ２６を用いる構成としてもよい。ひずみゲージ２６を用いる場合には、ＡＣＣ余剰液冷媒量に応じてひずみが生じる箇所、例えばＡＣＣ本体やＡＣＣ本体を支持する支持部に設置する。これにより、ひずみゲージ２６は、設置箇所のひずみ量に応じて抵抗が変化することで余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量に対応した信号を出力する。このようにひずみゲージ２６を用いて余剰液冷媒量を算出する構成とする場合も、図１０に示したＡＣＣ余剰液冷媒量と共振周波数の関係と同様に、前記初期学習運転を行い、ＡＣＣ余剰液冷媒量とひずみゲージによる計測値との相関関係を予め記憶部に記憶させておくことで、ひずみゲージ計測値からＡＣＣ余剰液冷媒量を直接算出することができる。また、ひずみゲージを用いた場合にも、従来の超音波センサに比べて設置自由度が高く、センサ設置に関する制限が少ない。

また、共振周波数検知センサ２５やひずみゲージ２６は、ＡＣＣ２４の外部に取り付け可能であるため、既設のＡＣＣ２４に対しても取り付け可能である。

また、現地で実際に冷凍空調装置１を初期学習運転させて得た相関関係を用いて余剰液冷媒量を算出する場合、実際のＡＣＣ２４の設置状態に即した相関関係から余剰液冷媒量を算出することができ、共振周波数又はひずみ量から余剰液冷媒量への換算精度を高いものとすることができる。

また、上記では冷凍空調装置１で閉じられたシステムを例に説明したが、これに限るものではなく、冷凍空調装置１と情報管理センタの遠隔サーバとを電話回線、ＬＡＮ回線、無線などのネットワークで接続し、遠隔サーバに運転状態量を記憶するディスク装置等の記憶装置を接続することによって、常時複数の漏洩箇所を監視できる漏洩検知システムを構成してもよい。

以上の接続構成を構築し、冷媒漏洩有無の検知データを管理センタ等に送信することで、常時遠隔で冷媒漏洩検知を行なうことができる。したがって、突然の冷媒漏洩に対しても機器の損傷や能力低下などの異常が生じる前にすぐに対応することが可能であり、冷媒漏洩が進行するのを極力抑えることができる。これにより、冷凍空調装置１の信頼性も向上し、かつ冷媒が流出による環境状態悪化も極力防ぐことができる。更に、冷媒漏洩により少ない冷媒量で無理な運転が続く不都合を防止できるため、冷凍空調装置１の長寿命化も可能である。なお、冷媒漏洩有りの場合、判定部３ｄにて冷媒漏洩量を算出し、判定結果と併せて出力部３ｈから管理センタ等の外部に通知するようにしてもよい。

また、上記の説明では、冷媒漏洩の有無を判定する場合について説明したが、冷媒充填時等において、冷媒量が過多になっていないかどうかの判定にも本発明を適用可能である。

また、上述の実施の形態では、それぞれ１台の室外ユニット及び２台の室内ユニットを備えた冷凍空調装置を例としたが、これに限定されず、室外ユニット１台及び室内ユニット１台の構成としてもよいし、複数台の室外ユニット及び複数台の室内ユニットを備えた冷凍空調装置としてもよい。何れの場合も、本発明を適用可能である。

１ 冷凍空調装置、２ 室外ユニット、３ 制御部、３ａ 測定部、３ｂ 冷媒量算出部、３ｃ 余剰液冷媒量算出部、３ｄ 判定部、３ｅ 記憶部、３ｆ 駆動部、３ｇ 入力部、３ｈ 出力部、３ｉ ひずみゲージ、４Ａ 室内ユニット、４Ｂ 室内ユニット、６ 液側延長配管、６Ａ 液主管、６ａ 液枝管、６ｂ 液枝管、７ ガス側延長配管、７Ａ ガス主管、７ａ ガス枝管、７ｂ ガス枝管、１０ 冷媒回路、１０ａ 室内側冷媒回路、１０ｂ 室内側冷媒回路、１０ｃ 室外側冷媒回路、２１ 圧縮機、２２ 四方弁、２３ 室外熱交換器、２４ ＡＣＣ（余剰液冷媒貯留容器）、２５ 共振周波数検知センサ、２５ａ 発生装置、２５ｂ 振動体、２５ｃ 受信体、２５ｄ 処理部、２５ｅ 記憶部、２５ｆ 出力部、２６ ひずみゲージ、２７ 室外ファン、２８ 液側閉鎖弁、２９ ガス側閉鎖弁、３１ 室外側制御部、３２ａ 室内側制御部、３２ｂ 室内側制御部、３３ａ 吸入温度センサ、３３ｂ 吐出温度センサ、３３ｃ 室外温度センサ、３３ｄ 液側温度センサ、３３ｅ ガス側温度センサ、３３ｆ 室内温度センサ、３３ｇ 液側温度センサ、３３ｈ ガス側温度センサ、３３ｉ 室内温度センサ、３３ｊ 液側温度センサ、３４ａ 吸入圧力センサ、３４ｂ 吐出圧力センサ、４１Ａ、４１Ｂ 膨張弁、４２Ａ、４２Ｂ 室内熱交換器、４３Ａ、４３Ｂ 室内ファン、５１ａ 分配器、５２ａ 分配器。

Claims (10)

1. 圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器と余剰液冷媒貯留容器とを備えた冷媒回路を循環する冷媒のうち、前記余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を除く冷媒量を算出する冷媒量算出部と、
   前記余剰液冷媒貯留容器に設置されて前記余剰液冷媒貯留容器を振動させ、前記余剰液冷媒貯留容器の振動から前記余剰液冷媒貯留容器の固有振動数に基づく共振周波数を検知する共振周波数検知センサと、
   前記余剰液冷媒貯留容器の固有振動数に基づく共振周波数と前記余剰液冷媒貯留容器内に貯留された余剰液冷媒量との相関関係を記憶する記憶部と、
   前記共振周波数検知センサの検出結果と前記記憶部に記憶された前記相関関係とに基づいて前記余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を算出する余剰液冷媒量算出部と、
   前記余剰液冷媒量算出部の算出結果と前記冷媒量算出部の算出結果とから前記冷媒回路内の全冷媒量を算出して冷媒漏洩の有無を判定する判定部とを備え、
   前記相関関係として記憶された前記余剰液冷媒量は、前記余剰液冷媒貯留容器が配置された高圧配管又は低圧配管内の冷媒圧力を計測する圧力センサの検出結果を用いて算出された重量であることを特徴とする冷媒漏洩検知装置。
2. 前記相関関係は、前記余剰液冷媒貯留容器内に貯留された余剰液冷媒量が多くなると前記余剰液冷媒貯留容器の共振周波数が低くなる関係であることを特徴とする請求項１記載の冷媒漏洩検知装置。
3. 前記共振周波数は、周囲環境で発生する振動の周波数と異なる周波数となるように調整されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷媒漏洩検知装置。
4. 前記判定部は、前記算出した全冷媒量と予め記憶した初期冷媒量との比較により冷媒漏れを判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の冷媒漏洩検知装置。
5. 前記判定部の判定結果を外部に出力する出力部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の冷媒漏洩検知装置。
6. 前記判定部は冷媒漏洩有りと判定した場合、冷媒漏洩量を算出し、前記出力部から外部に出力することを特徴とする請求項５記載の冷媒漏洩検知装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の冷媒漏洩検知装置と、前記冷媒回路とを備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
8. 前記余剰液冷媒貯留容器はレシーバ又はアキュムレータであることを特徴とする請求項７記載の冷凍空調装置。
9. 前記相関関係は、前記冷媒回路を初期学習運転させて求めたものであり、前記初期学習運転は、前記冷媒回路を暖房運転させて過冷却度一定制御を行うものであり、前記過冷却度一定制御の過冷却度を、段階的に増加させてその時々の運転データを取得して余剰液冷媒量を求め、求めた余剰液冷媒量とそのときの前記共振周波数検知センサの検知結果と対応づけて前記相関関係として前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の冷凍空調装置。
10. 圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器と余剰液冷媒貯留容器とを備えた冷媒回路と、
    前記冷媒回路を循環する冷媒のうち、前記余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を除く冷媒量を算出する冷媒量算出部と、
    前記余剰液冷媒貯留容器に設置されて前記余剰液冷媒貯留容器を振動させ、前記余剰液冷媒貯留容器の振動から前記余剰液冷媒貯留容器の固有振動数に基づく共振周波数を検知する共振周波数検知センサと、
    前記余剰液冷媒貯留容器の固有振動数に基づく共振周波数と前記余剰液冷媒貯留容器内に貯留された余剰液冷媒量との相関関係を記憶する記憶部と、
    前記共振周波数検知センサの検出結果に基づいて前記余剰液冷媒貯留容器内の余剰液冷媒量を算出する余剰液冷媒量算出部と、
    前記余剰液冷媒量算出部の算出結果と前記冷媒量算出部の算出結果とから前記冷媒回路内の全冷媒量を算出して冷媒漏洩の有無を判定する判定部とを備え、
    前記相関関係は、前記冷媒回路を初期学習運転させて求めたものであり、前記初期学習運転は、前記冷媒回路を暖房運転させて過冷却度一定制御を行うものであり、前記過冷却度一定制御の過冷却度を、段階的に増加させてその時々の運転データを取得して余剰液冷媒量を求め、求めた余剰液冷媒量とそのときの前記共振周波数検知センサの検知結果と対応づけて前記相関関係として前記記憶部に記憶し、
    前記余剰液冷媒量算出部は、前記共振周波数検知センサの検出結果と前記記憶部に記憶された前記相関関係とに基づいて前記余剰液冷媒量を算出することを特徴とする冷凍空調装置。

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