以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
《発明の実施形態1》
本発明の実施形態1について説明する。本実施形態1は、本発明に係る漏洩診断方法を使用する冷凍装置(10)である。この冷凍装置(10)は、図1に示すように、室外ユニット(11)と室内ユニット(13)を備えた空気調和装置(10)であって、冷房運転と暖房運転を切り換えて行うように構成されている。なお、本実施形態1は、互いに並列に接続された複数台の室内ユニット(13)を備えた空気調和装置(10)を例に説明する。但し、図1では、室内ユニット(13)を1台のみ記載し、他の室内ユニット(13)の記載は省略している。
−冷凍装置の構成−
室外ユニット(11)には、室外回路(21)が設けられている。各室内ユニット(13)には、室内回路(22)が設けられている。この冷凍装置(10)では、室外回路(21)と室内回路(22)を液側連絡配管(23)及びガス側連絡配管(24)で接続することによって、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)が構成されている。冷媒回路(20)には、例えばフロン系の冷媒が充填されている。冷媒回路(20)に充填された冷媒量は、暖房運転時における冷媒の必要量から決められている。
《室外ユニット》
室外ユニット(11)の室外回路(21)には、圧縮機(30)と室外熱交換器(34)と室外膨張弁(36a)と四路切換弁(33)と液側閉鎖弁(25)とガス側閉鎖弁(26)とが設けられている。液側閉鎖弁(25)には液側連絡配管(23)が接続され、ガス側閉鎖弁(26)にはガス側連絡配管(24)が接続されている。
圧縮機(30)は、密閉容器状のケーシング内が圧縮後の冷媒で満たされる高圧ドーム型の圧縮機により構成されている。圧縮機(30)の吐出側は、吐出管(40)を介して四路切換弁(33)の第1ポート(P1)に接続されている。圧縮機(30)の吸入側は、吸入管(41)を介して四路切換弁(33)の第3ポート(P3)に接続されている。吸入管(41)には、密閉容器状のアキュームレータ(38)が設けられている。
室外熱交換器(34)は、熱源側熱交換器を構成している。室外熱交換器(34)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室外熱交換器(34)には、室外熱交換器(34)の近傍に設けられた室外ファン(12)によって室外空気が供給される。室外熱交換器(34)では、室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。なお、室外ファン(12)は、風量を複数段階に調節できるように構成されている。
室外熱交換器(34)の一端は、四路切換弁(33)の第4ポート(P4)に接続されている。室外熱交換器(34)の他端は、液配管(42)を介して液側閉鎖弁(25)に接続されている。この液配管(42)には、室外膨張弁(36a)と、密閉容器状のレシーバ(39)とが設けられている。また、四路切換弁(33)の第2ポート(P2)は、ガス側閉鎖弁(26)に接続されている。
室外膨張弁(36a)は、開度可変の電動膨張弁により構成されている。室外膨張弁(36a)には、制御パルスの最大値が480パルスの電動膨張弁が用いられている。
四路切換弁(33)は、第1ポート(P1)と第2ポート(P2)が互いに連通して第3ポート(P3)と第4ポート(P4)が互いに連通する第1状態(図1に実線で示す状態)と、第1ポート(P1)と第4ポート(P4)が互いに連通して第2ポート(P2)と第3ポート(P3)が互いに連通する第2状態(図1に破線で示す状態)とが切り換え可能となっている。
室外回路(21)では、圧縮機(30)の吸入側に、一対の吸入温度センサ(45a)及び吸入圧力センサ(46a)が設けられている。圧縮機(30)の吐出側に、一対の吐出温度センサ(45b)及び吐出圧力センサ(46b)が設けられている。また、室外熱交換器(34)のガス側には、室外ガス温度センサ(45c)が設けられている。室外熱交換器(34)の液側には、室外液温度センサ(45d)が設けられている。室外ファン(12)の上流には、外気温度センサ(18)が設けられている。
《室内ユニット》
各室内ユニット(13)の室内回路(22)には、室内熱交換器(37)と室内膨張弁(36b)とが設けられている。各室内回路(22)では、ガス側端から順番に、室内熱交換器(37)と室内膨張弁(36b)とが配置されている。
室内熱交換器(37)は、利用側熱交換器を構成している。室内熱交換器(37)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室内熱交換器(37)には、室内熱交換器(37)の近傍に設けられた室内ファン(14)によって室内空気が供給される。室内熱交換器(37)では、室内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。なお、室内ファン(14)は、風量を複数段階に調節できるように構成されている。
室内膨張弁(36b)は、室外膨張弁(36a)と共に減圧機構を構成している。室内膨張弁(36b)は、開度可変の電動膨張弁により構成されている。室内膨張弁(36b)には、制御パルスの最大値が2000パルスの電動膨張弁が用いられている。
各室内回路(22)では、室内熱交換器(37)の液側に、室内液温度センサ(45e)が設けられている。室内熱交換器(37)のガス側に、室内ガス温度センサ(45f)が設けられている。室内ファン(14)の上流には、室内温度センサ(19)が設けられている。
なお、室外ユニット(11)の各種センサ(18,45,46)と、各室内ユニット(13)の各種センサ(19,45,46)は、後述する漏洩診断装置(50)の算出手段(31)の一部として考えてもよいし、冷凍装置(10)の一部として考えてもよい。
《漏洩診断装置の構成》
漏洩診断装置(50)は、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを検出するための漏洩検出動作を行うように構成されている。漏洩検出動作は、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていない基準状態から冷媒が減っていることを検出するための動作である。
漏洩診断装置(50)は、冷媒状態検出部(51)と指標値算出部(52)と漏洩判定部(53)とを備えている。冷媒状態検出部(51)と指標値算出部(52)と漏洩判定部(53)は、漏洩診断手段を構成している。また、漏洩診断手段(51,52,53)のうち、冷媒状態検出部(51)及び指標値算出部(52)は算出手段(31)を構成し、漏洩判定部(53)は漏洩判定手段を構成している。
冷媒状態検出部(51)は、圧縮機(30)の入口(蒸発器(34,37)の出口)における冷媒の温度及びエントロピー(図2及び図3における点Aの座標値)と、圧縮機(30)の出口(凝縮器(34,37)の入口)における冷媒の温度及びエントロピー(図2及び図3における点Bの座標値)と、凝縮器(34,37)の出口(冷房運転では室外膨張弁(36a)の入口、暖房運転では室内膨張弁(36b)の入口)における冷媒の温度及びエントロピー(図2及び図3における点Eの座標値)と、蒸発器(34,37)の入口(冷房運転では室内膨張弁(36b)の出口、暖房運転では室外膨張弁(36a)の出口)における冷媒の温度及びエントロピー(図2及び図3における点Gの座標値)とを検出する。冷媒の温度は、温度センサ(45)の測定値から直接検出され、冷媒のエントロピーは、温度センサ(45)の測定値及び圧力センサ(46)の測定値から算出される。
指標値算出部(52)は、冷媒回路(20)から漏れた冷媒量に応じて変化する漏洩指標値を算出する。指標値算出部(52)は、凝縮器(34,37)及び蒸発器(34,37)における冷媒のエンタルピーの変化量を用いて、漏洩指標値を算出する。
指標値算出部(52)は、冷房運転時の漏洩指標値として、凝縮器となる室外熱交換器(34)における冷媒のエンタルピーの変化量を用いた第1指標値と、蒸発器となる室内熱交換器(37)における冷媒のエンタルピーの変化量を用いた第2指標値とを算出する。また、指標値算出部(52)は、暖房運転時の漏洩指標値として、蒸発器となる室外熱交換器(34)における冷媒のエンタルピーの変化量を用いた第3指標値とを算出する。本実施形態1では、エンタルピーを対象物理量として、漏洩指標値が算出される。
具体的に、冷房運転では、指標値算出部(52)が、冷媒状態検出部(51)で得られた冷媒の温度及びエントロピーを用いて、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量(図4におけるΔh1)」を第1変化量Δh1として算出し、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量(図4におけるΔh2)」を第2変化量Δh2として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第1変化量Δh1に対する第2変化量Δh2の比率R1(R1=Δh2/Δh1)を第1指標値として算出する。
また、冷房運転では、指標値算出部(52)が、冷媒状態検出部(51)で得られた冷媒の温度及びエントロピーを用いて、「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量(図4におけるΔh3)」を第3変化量Δh3として算出し、「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量(図4におけるΔh4)」を第4変化量Δh4として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第3変化量Δh3に対する第4変化量Δh4の比率R2(R2=Δh4/Δh3)を第2指標値として算出する。
また、暖房運転では、指標値算出部(52)が、冷媒状態検出部(51)で得られた冷媒の温度及びエントロピーを用いて、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量(図4におけるΔh3)」を第5変化量Δh3として算出し、「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量(図4におけるΔh4)」を第6変化量Δh4として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第5変化量Δh3に対する第6変化量Δh4の比率R3(R3=Δh4/Δh3)を第3指標値として算出する。
漏洩判定部(53)は、指標値算出部(52)が算出した漏洩指標値に基づいて、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、指標値算出部(52)が算出した漏洩指標値と、基準状態の値(基準値)とを比較することによって、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定する。なお、基準状態とは、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていない状態である。
冷房運転では、漏洩判定部(53)が、第1指標値に基づいて、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定し、第2指標値に基づいて、冷媒回路(20)における冷媒漏れが所定のレベル(冷媒不足により圧縮機(30)等の機器が損傷する可能性があるレベル)にまで進行しているか否かを判定する。一方、暖房運転では、漏洩判定部(53)が、第3指標値に基づいて、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定する。
具体的に、漏洩判定部(53)は、各漏洩指標値の基準値を記憶するメモリを備えている。メモリには、冷房運転中における「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率の基準状態の値が、第1指標値に対応する第1基準値R1(0)として記憶され、冷房運転中における「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」対する「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率の基準状態の値が、第2指標値に対応する第2基準値R2(0)として記憶され、暖房運転中における「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」対する「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率の基準状態の値が、第3指標値に対応する第3基準値R3(0)として記憶されている。
冷房運転では、漏洩判定部(53)が、第1指標値の基準状態からの変化率(R1/R1(0))を算出し、該変化率に基づいて、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定する。また、冷房運転では、漏洩判定部(53)が、第2指標値の基準状態からの変化率(R2/R2(0))を算出し、該変化率に基づいて、冷媒回路(20)における冷媒漏れが所定のレベルにまで進行しているか否かを判定する。一方、暖房運転では、漏洩判定部(53)が、第3指標値の基準状態からの変化率(R3/R3(0))を算出し、該変化率に基づいて、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定する。
−冷凍装置の運転動作−
冷凍装置(10)の運転動作について説明する。この冷凍装置(10)は、四路切換弁(33)によって冷房運転と暖房運転の切り換えを行うことができるように構成されている。
<冷房運転>
冷房運転では、四路切換弁(33)が第2状態に設定される。そして、この状態で圧縮機(30)の運転が行われると、冷媒回路(20)では室外熱交換器(34)が凝縮器となって室内熱交換器(37)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
なお、冷房運転中は、圧縮機(30)の運転周波数が、冷凍サイクルの低圧の値(吸入圧力センサ(46a)の検出値)が一定値になるように制御される。また、室外膨張弁(36a)が全開に設定され、室内膨張弁(36b)の開度が、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過熱度が一定値(例えば5℃)になるように調節される。
具体的に、圧縮機(30)で圧縮された冷媒は、室外熱交換器(34)で室外空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器(34)で凝縮した冷媒は、室内膨張弁(36b)を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器(37)で室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器(37)で蒸発した冷媒は、圧縮機(30)で再び圧縮される。
<暖房運転>
暖房運転では、四路切換弁(33)が第1状態に設定される。そして、この状態で圧縮機(30)の運転が行われると、冷媒回路(20)では室外熱交換器(34)が蒸発器となって室内熱交換器(37)が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
なお、暖房運転中は、圧縮機(30)の運転周波数が、冷凍サイクルの高圧の値(吐出圧力センサ(46b)の検出値)が一定値になるように制御される。また、室外膨張弁(36a)の開度が、室外熱交換器(34)から流出した冷媒の過熱度が一定値(例えば5℃)になるように調節され、室内膨張弁(36b)の開度が、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過冷却度が一定値(例えば5℃)になるように調節される。
具体的に、圧縮機(30)で圧縮された冷媒は、室内熱交換器(37)で室内空気と熱交換して凝縮する。室内熱交換器(37)で凝縮した冷媒は、室内膨張弁(36b)及び室外膨張弁(36a)を通過する際に減圧され、その後に室外熱交換器(34)で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器(34)で蒸発した冷媒は、圧縮機(30)で再び圧縮される。
−漏洩診断装置の動作−
漏洩診断装置(50)の動作について説明する。漏洩診断装置(50)は、冷房運転中や暖房運転中に漏洩検出動作を行う。漏洩診断装置(50)は、例えば所定の制御周期で漏洩検出動作を行う。
冷房運転中の漏洩検出動作について説明する。冷房運転中の漏洩検出動作では、まず、冷媒回路(20)の所定の位置における冷媒の温度及びエントロピーを検出する第1ステップが行われる。冷媒回路(20)の所定の位置とは、圧縮機(30)の入口と、圧縮機(30)の出口と、室外熱交換器(34)の出口(室外膨張弁(36a)の入口)と、室内熱交換器(37)の入口(室内膨張弁(36b)の出口)である。
第1ステップでは、冷媒状態検出部(51)が、吸入温度センサ(45a)の測定値を圧縮機(30)の入口における冷媒の温度として検出する。また、冷媒状態検出部(51)は、吸入温度センサ(45a)の測定値及び吸入圧力センサ(46a)の測定値を用いて、圧縮機(30)の入口における冷媒のエントロピーを算出する。これにより、図2及び図3に示すT−s線図の点Aの座標値が得られる。
また、冷媒状態検出部(51)は、吐出温度センサ(45b)の測定値を圧縮機(30)の出口における冷媒の温度として検出する。また、冷媒状態検出部(51)は、吐出温度センサ(45b)の測定値及び吐出圧力センサ(46b)の測定値を用いて、圧縮機(30)の出口における冷媒のエントロピーを算出する。これにより、図2及び図3に示すT−s線図の点Bの座標値が得られる。
また、冷媒状態検出部(51)は、室外液温度センサ(45d)の測定値を室外熱交換器(34)の出口における冷媒の温度として検出する。また、冷媒状態検出部(51)は、室外液温度センサ(45d)の測定値及び吐出圧力センサ(46b)の測定値を用いて、室外熱交換器(34)の出口における冷媒のエントロピーを算出する。室外熱交換器(34)の出口の冷媒のエントロピーの算出では、室外熱交換器(34)の出口の圧力が圧縮機(30)の出口の圧力に等しいものとみなして、吐出圧力センサ(46b)の測定値が用いられる。これにより、図2及び図3に示すT−s線図の点Eの座標値が得られる。
また、冷媒状態検出部(51)は、室内液温度センサ(45e)の測定値を室内熱交換器(37)の入口における冷媒の温度として検出する。冷媒状態検出部(51)は、室内液温度センサ(45e)の測定値及び吸入圧力センサ(46a)の測定値を用いて、室内熱交換器(37)の入口における冷媒のエントロピーを算出する。室内熱交換器(37)の入口の冷媒のエントロピーの算出では、室内熱交換器(37)の入口の圧力が圧縮機(30)の入口の圧力に等しいものとみなして、吸入圧力センサ(46a)の測定値が用いられる。また、冷房運転中は室内熱交換器(37)の入口の冷媒が気液二相状態になるため、冷媒の温度及び圧力からエントロピーを算出できるように、室内熱交換器(37)の入口の冷媒のエンタルピーが、室外熱交換器(34)の出口の冷媒のエンタルピーに等しいものと仮定している。これにより、図2及び図3に示すT−s線図の点Gの座標値が得られる。
次に、漏洩指標値を算出する第2ステップが行われる。第2ステップは、第1ステップと共に、算出ステップを構成している。
第2ステップでは、指標値算出部(52)が、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第1変化量Δh1として算出し、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第2変化量Δh2として算出する。また、指標値算出部(52)は、「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第3変化量Δh3として算出し、「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第4変化量Δh4として算出する。
ここで、図2及び図3に示すT−s線図では、冷凍サイクルを表すラインを利用して領域分けされた各領域の面積を用いると、凝縮器(34,37)及び蒸発器(34,37)における冷媒のエンタルピーの変化量を求めることが可能である。
図2において、Thは、凝縮器(34,37)に送り込まれる空気の温度(冷房運転では、外気温度センサ(18)の測定値)、Tcは、蒸発器(34,37)に送り込まれる空気の温度(冷房運転では、室内温度センサ(19)の測定値)をそれぞれ表している。
また、点Aは、圧縮機(30)の入口の冷媒の温度とエントロピーから定まる点である。点Bは、圧縮機(30)の出口の冷媒の温度とエントロピーから定まる点である。点Eは、凝縮器(34,37)の出口の冷媒の温度とエントロピーから定まる点である。点Gは、蒸発器(34,37)の入口の冷媒の温度とエントロピーから定まる点である。
また、点Cは、点Bを通る等圧線と飽和蒸気線とが交わる点である。点Dは、点Cを通る等温線と飽和液線とが交わる点である。点Fは、点Eを通る等エンタルピー線と飽和液線とが交わる点である。点Hは、点Gを通る等温線と飽和蒸気線とが交わる点である。また、点Iは、点Aを通る等エントロピー線上で温度がTcになる点である。点Jは、点Aを通る等エントロピー線上で温度がThになる点である。点Kは、点Gを通る等エントロピー線上で温度がThになる点である。点Lは、点Gを通る等エントロピー線上で温度がTcになる点である。点Mは、点Bを通る等エントロピー線上で温度がThになる点である。点Nは、点Eを通る等エントロピー線上で温度が絶対零度になる点である。点Oは、点Bを通る等エントロピー線上で温度が絶対零度になる点である。
なお、本実施形態1では、点A、点B、点Eおよび点Gの座標値と、外気温度センサ(18)の測定値と、室内温度センサ(19)の測定値とを用いて、点C、点D、点F、点H、点I、点J、点K、点L、点M、点Nおよび点Oの座標値が算出される。
図2及び図3では、凝縮器(34,37)における冷媒のエンタルピーの変化量が、(c1)、(c2)、(c3)の各領域の合計面積で表される。(c1)の領域の面積は、「凝縮器(34,37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を表している。「凝縮器(34,37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」とは、言い換えれば、「凝縮器(34,37)において、流入した過熱状態のガス冷媒が飽和ガス状態になる過程におけるエンタルピーの変化量」である。また、(c2)の領域の面積は、「凝縮器(34,37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を表している。「凝縮器(34,37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」は、言い換えれば、「凝縮器(34,37)において、冷媒が飽和ガス状態から飽和液状態になる過程におけるエンタルピーの変化量」である。また、(c3)の領域の面積は、「凝縮器(34,37)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を表している。「凝縮器(34,37)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」は、言い換えれば、「凝縮器(34,37)において、冷媒が飽和液状態から冷却されて凝縮器(34,37)の出口に至る過程におけるエンタルピーの変化量」である。なお、凝縮器(34,37)における冷媒のエンタルピーの変化量は、凝縮器(34,37)における冷媒の放熱量に相当する。
一方、蒸発器(34,37)における冷媒のエンタルピーの変化量は、(g1)、(g2)の各領域の合計面積で表される。(g1)の領域の面積は、「蒸発器(34,37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を表し、(g2)の領域の面積は、「蒸発器(34,37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を表している。なお、蒸発器(34,37)における冷媒のエンタルピーの変化量は、蒸発器(34,37)における冷媒の吸熱量に相当する。
なお、図2では、凝縮器(34,37)における冷媒のエクセルギーの損失量(変化量)が、(a)の領域の面積で表される。圧縮機(30)における冷媒のエクセルギーの損失量が、(b)の領域の面積で表される。減圧機構(36a,36b)における冷媒のエクセルギーの損失量が、(d)の領域の面積で表される。減圧機構(36a,36b)における冷媒のエクセルギーの損失量は、室外膨張弁(36a)における冷媒のエクセルギーの損失量と、室内膨張弁(36b)における冷媒のエクセルギーの損失量との合計値である。蒸発器(34,37)における冷媒のエクセルギーの損失量(変化量)が、(e)の領域の面積で表される。逆カルノーサイクルの仕事量が、(f)の領域の面積で表される。
指標値算出部(52)は、点C及び点Dの座標値から(c2)の領域の面積を算出することによって、第1変化量Δh1を算出する。指標値算出部(52)は、点D及び点Eの座標値から(c3)の領域の面積を算出することによって、第2変化量Δh2を算出する。指標値算出部(52)は、点G及び点Hの座標値から(g1)の領域の面積を算出することによって、第3変化量Δh3を算出する。指標値算出部(52)は、点H及び点Aの座標値から(g2)の領域の面積を算出することによって、第4変化量Δh4を算出する。
次に、指標値算出部(52)は、第1変化量Δh1に対する第2変化量Δh2の比率R1(R1=Δh2/Δh1)を第1指標値として算出し、その第1指標値を出力する。指標値算出部(52)は、第3変化量Δh3に対する第4変化量Δh4の比率R2(R2=Δh4/Δh3)を第2指標値として算出し、その第2指標値を出力する。以上により第2ステップが終了する。
続いて、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定する第3ステップが行われる。第3ステップは、判定ステップを構成している。
第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第1基準値R1(0)をメモリから読み出す。そして、漏洩判定部(53)は、第1指標値R1を第1基準値R1(0)で除することによって、第1指標値の基準状態からの変化率(R1/R1(0))を算出する。漏洩判定部(53)は、第1指標値の基準状態からの変化率が所定の第1判定値以下になる第1判定条件が成立しているか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、第1判定条件が成立する場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定し、第1判定条件が成立しない場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていないと判定する。
ここで、図5に示すように、冷媒回路(20)から漏洩した冷媒の量が比較的少ない第1進行状態では、凝縮器(34)における冷媒の凝縮温度が、基準状態に比べて低くなる。また、凝縮器(34)における冷媒の凝縮温度と室外空気の温度差が小さくなるので、凝縮器(34)の出口における冷媒の温度が、基準状態に比べて高くなり、凝縮器(34)の出口における冷媒の過冷却度が、基準状態に比べて小さくなる。また、凝縮器(34)の出口および蒸発器(37)の入口における冷媒のエントロピーが、それぞれ基準状態に比べて大きくなる。また、冷凍サイクルにおける高圧は基準状態に比べて低くなるが、冷凍サイクルにおける低圧は基準状態とそれほど変わらない。また、蒸発器(37)の出口における冷媒の過熱度は、基準状態とそれほど変わらない。
また、第1進行状態では、凝縮器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエクセルギー、エンタルピー、及びエントロピーの変化量が、何れも基準状態に比べて小さくなる。つまり、「凝縮器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」が基準状態に比べて小さくなる。一方、「凝縮器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」は、冷媒漏れが生じても、「凝縮器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」ほど大きく変化しない。従って、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「凝縮器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「凝縮器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が基準状態に比べて小さくなる。そこで、漏洩判定部(53)は、「凝縮器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「凝縮器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が小さくなる現象を利用して、冷媒漏れが生じているか否かを判定する。
なお、この比率の分子と分母を逆にした値を漏洩指標値としてもよい。具体的に、漏洩判定部(53)は、「凝縮器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「凝縮器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が大きくなる現象を利用して、冷媒漏れが生じているか否かを判定してもよい。例えば、漏洩判定部(53)は、この比率の基準状態からの変化率が所定の判定値以上になる場合に、冷媒漏れが生じていると判定する。
次に、漏洩判定部(53)は、第2基準値R2(0)をメモリから読み出す。そして、漏洩判定部(53)は、第2指標値R2を第2基準値R2(0)で除することによって、第2指標値の基準状態からの変化率(R2/R2(0))を算出する。漏洩判定部(53)は、第2指標値の基準状態からの変化率が所定の第2判定値以上になる第2判定条件が成立するか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、第2判定条件が成立する場合に、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行していると判定する。なお、上述した第1判定値および第2判定値は、メモリに記憶されている。
ここで、図6に示すように、冷媒回路(20)から漏洩した冷媒の量が比較的多い第2進行状態では、凝縮器(34)における冷媒の凝縮温度が、第1進行状態に比べてさらに低くなる。また、凝縮器(34)の出口における冷媒の温度が、第1進行状態に比べてさらに高くなり、凝縮器(34)の出口における冷媒の過冷却度が、第1進行状態に比べてさらに小さくなる。また、凝縮器(34)の出口および蒸発器(37)の入口における冷媒のエントロピーが、それぞれ第1進行状態に比べてさらに大きくなる。また、冷凍サイクルにおける高圧が、第1進行状態に比べてさらに低くなり、冷凍サイクルにおける低圧が第1進行状態に比べて低くなる。また、蒸発器(37)の出口における冷媒の過熱度が、第1進行状態に比べて大きくなる。
また、第2進行状態では、蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエクセルギー、エンタルピー、及びエントロピーの変化量が、何れも第1進行状態に比べて大きくなる。つまり、「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」が第1進行状態に比べて大きくなる。一方、「蒸発器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」は、「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」ほど大きく変化しない。従って、冷媒回路(20)における冷媒漏れがある程度進行すると、「蒸発器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が大きくなる。そこで、漏洩判定部(53)は、「蒸発器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が大きくなる現象を利用して、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行しているか否かを判定する。
なお、この比率の分子と分母を逆にした値を漏洩指標値としてもよい。具体的に、漏洩判定部(53)は、「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「蒸発器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が小さくなる現象を利用して、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行しているか否かを判定してもよい。漏洩判定部(53)は、この比率の基準状態からの変化率が所定の判定値以下になる場合に、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行していると判定する。
続いて、暖房運転中の漏洩検出動作について説明する。暖房運転中の漏洩検出動作では、まず、冷房運転中の漏洩検出動作と同様に、冷媒回路(20)の所定の位置における冷媒の温度及びエントロピーを検出する第1ステップが行われる。冷媒回路(20)の所定の位置とは、圧縮機(30)の入口と、圧縮機(30)の出口と、室内熱交換器(37)の出口(室内膨張弁(36b)の入口)と、室外熱交換器(34)の入口(室外膨張弁(36a)の出口)である。第1ステップが終了すると第2ステップが行われる。
第2ステップでは、指標値算出部(52)が、G及び点Hの座標値から(g1)の領域の面積を算出することによって、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第5変化量Δh3として算出する。指標値算出部(52)は、点H及び点Aの座標値から(g2)の領域の面積を算出することによって、「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第6変化量Δh4として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第5変化量Δh3に対する第6変化量Δh4の比率R3(R3=Δh4/Δh3)を第3指標値として算出し、その第3指標値を出力する。以上により第2ステップが終了する。
第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第3基準値R3(0)をメモリから読み出す。そして、漏洩判定部(53)は、第3指標値R3を第3基準値R3(0)で除することによって、第3指標値の基準状態からの変化率(R3/R3(0))を算出する。漏洩判定部(53)は、第3指標値の基準状態からの変化率が所定の第3判定値以上になる第3判定条件が成立するか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、第3判定条件が成立する場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定し、第3判定条件が成立しない場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていないと判定する。なお、上述した第3判定値は、メモリに記憶されている。
ここで、上述したように、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「蒸発器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が大きくなる。そこで、漏洩判定部(53)は、「蒸発器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が大きくなる現象を利用して、冷媒漏れが生じているか否かを判定する。
なお、この比率の分子と分母を逆にした値を漏洩指標値としてもよい。具体的に、漏洩判定部(53)は、「蒸発器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「蒸発器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率が小さくなる現象を利用して、冷媒漏れが生じているか否かを判定してもよい。漏洩判定部(53)は、この比率の基準状態からの変化率が所定の判定値以下になる場合に、冷媒漏れが生じていると判定する。
また、漏洩指標値に基づいて冷媒漏れが生じているか否かを判定する方法は、上述の方法に限られない。冷房運転中の漏洩検出動作において、第1指標値が所定の判定閾値を下回る場合に、冷媒漏れが生じていると判定してもよいし、所定の期間(例えば1ヶ月間)における第1指標値の平均値が所定の判定閾値を下回る場合に、冷媒漏れが生じていると判定してもよい。また、暖房運転中の漏洩検出動作において、第3指標値が所定の判定閾値を上回る場合に、冷媒漏れが生じていると判定してもよいし、所定の期間(例えば1ヶ月間)における第3指標値の平均値が所定の判定閾値を上回る場合に、冷媒漏れが生じていると判定してもよい。
−実施形態1の効果−
本実施形態1では、冷房運転時に冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率に所定の変化が現れるので、この比率を第1指標値とし、該第1指標値に基づいて冷媒漏れが生じているか否かが判定される。また、暖房運転時に冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率に所定の変化が現れるので、この比率を第3指標値とし、該第3指標値に基づいて、冷媒漏れが生じているか否かが判定される。第1指標値及び第3指標値が無次元化された値となる。ここで、冷凍装置(10)の定格能力が異なるもの同士で、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度の大きさを同じ運転条件で比較したとしても、値に差が生じる。また、冷凍装置(10)の定格能力が異なるもの同士で、各指標値の分子又は分母の値の大きさを同じ運転条件で比較したとしても、値に差が生じる。このため、無次元化されていない値によって冷媒漏れの診断を行う場合は、冷凍装置(10)の定格能力の違いを考慮した対応が必要となる。それに対して、本実施形態1では、第1指標値及び第3指標値が無次元化されているため、冷凍装置(10)の定格能力が異なるもの同士を比較しても、値に差はそれほど生じない。このため、冷凍装置(10)の定格能力の違いを考慮した対応を省略できるので、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを容易に判定できる。
また、本実施形態1では、冷房運転時に冷媒回路(20)における冷媒漏れが進行すると、「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率に所定の変化が現れるので、この比率を第2指標値とし、該第2指標値に基づいて、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行しているか否かが判定される。第2指標値が無次元化された値となる。このため、冷凍装置(10)の定格能力を考慮することなく、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行しているか否かを判定できる。
また、本実施形態1では、冷房運転時の第1指標値が、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率である。ここで、本願の発明者は、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」よりも、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率に、顕著な変化が現れることを見つけだした。「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」よりも、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率の方が、冷媒漏れに対する感度がよい。従って、この比率に基づいて、冷媒漏れの診断を行うことによって、冷媒回路(20)から漏れた冷媒量が少ない状態で冷媒漏れを検知することができる。なお、この点は、対象物理量をエクセルギーやエントロピーにする場合も同様である。
また、本実施形態1では、暖房運転時の第3指標値が、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率である。ここで、本願の発明者は、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」よりも、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率に、顕著な変化が現れることを見つけだした。「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」よりも、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率の方が、冷媒漏れに対する感度がよい。従って、この比率に基づいて、冷媒漏れの診断を行うことによって、冷媒回路(20)から漏れた冷媒量が少ない状態で冷媒漏れを検知することができる。なお、この点は、対象物理量をエクセルギーやエントロピーにする場合も同様である。
−実施形態1の変形例1−
実施形態1の変形例1について説明する。この変形例1は、第1−第3指標値の算出方法が上記実施形態1とは異なっている。この変形例1では、エクセルギーを対象物理量として第1−第3指標値が算出される。
具体的に、冷房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、点C及び点Dの座標値から(a2)の領域の面積を算出することによって、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第1変化量ΔE(a2)として算出する。「凝縮器(34,37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」は、図7における(a2)の領域の面積で表される。
さらに、指標値算出部(52)は、点D及び点Eの座標値から(a3)の領域の面積を算出することによって、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第2変化量ΔE(a3)として算出する。「凝縮器(34,37)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」は、図7における(a3)の領域の面積で表される。
そして、指標値算出部(52)は、第1変化量ΔE(a2)に対する第2変化量ΔE(a3)の比率R1(R1=ΔE(a3)/ΔE(a2))を第1指標値として算出する。
また、冷房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、点G及び点Hの座標値から(e1)の領域の面積を算出することによって、「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第3変化量ΔE(e1)として算出する。「蒸発器(34,37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」は、図7における(e1)の領域の面積で表される。
さらに、指標値算出部(52)は、点H及び点Aの座標値から(e2)の領域の面積を算出することによって、「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第4変化量ΔE(e2)として算出する。「蒸発器(34,37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」は、図7における(e2)の領域の面積で表される。
そして、指標値算出部(52)は、第3変化量ΔE(e1)に対する第4変化量ΔE(e2)の比率R2(R2=ΔE(e2)/ΔE(e1))を第2指標値として算出する。
冷房運転中の漏洩検出動作の第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第1指標値の基準状態からの変化率が所定の第1判定値以下になる第1判定条件が成立する場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。また、漏洩判定部(53)は、第2指標値の基準状態からの変化率が所定の第2判定値以上になる第2判定条件が成立する場合に、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行していると判定する。
また、暖房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、点G及び点Hの座標値から(e1)の領域の面積を算出することによって、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第5変化量ΔE(e1)として算出する。さらに、指標値算出部(52)は、点H及び点Aの座標値から(e2)の領域の面積を算出することによって、「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第6変化量ΔE(e2)として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第5変化量ΔE(e1)に対する第6変化量ΔE(e2)の比率R3(R3=ΔE(e2)/ΔE(e1))を第3指標値として算出する。
暖房運転中の漏洩検出動作の第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第3指標値の基準状態からの変化率が所定の第3判定値以上になる第3判定条件が成立する場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。
−実施形態1の変形例2−
実施形態1の変形例2について説明する。この変形例2は、第1−第3指標値の算出方法が上記実施形態1とは異なっている。この変形例2では、エントロピーを対象物理量として第1−第3指標値が算出される。
具体的に、冷房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、点C及び点Dの座標値を用いて、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエントロピーの変化量(図7におけるΔs1)」を第1変化量Δs1として算出する。さらに、指標値算出部(52)は、点D及び点Eの座標値を用いて、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエントロピーの変化量(図7におけるΔs2)」を第2変化量Δs2として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第1変化量Δs1に対する第2変化量Δs2の比率R1(R1=Δs2/Δs1)を第1指標値として算出する。
また、冷房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、点G及び点Hの座標値を用いて、「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエントロピーの変化量(図7におけるΔs3)」を第3変化量Δs3として算出する。さらに、指標値算出部(52)は、点H及び点Aの座標値を用いて、「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエントロピーの変化量(図7におけるΔs4)」を第4変化量Δs4として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第3変化量Δs1に対する第4変化量Δs2の比率R2(R2=Δs4/Δs3)を第2指標値として算出する。
冷房運転中の漏洩検出動作の第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第1指標値の基準状態からの変化率が所定の第1判定値以下になる第1判定条件が成立する場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。また、漏洩判定部(53)は、第2指標値の基準状態からの変化率が所定の第2判定値以上になる第2判定条件が成立する場合に、冷媒漏れが所定のレベルにまで進行していると判定する。
また、暖房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、点G及び点Hの座標値を用いて、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエントロピーの変化量(図7におけるΔs3)」を第5変化量Δs3として算出する。さらに、指標値算出部(52)は、点H及び点Aの座標値を用いて、「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエントロピーの変化量(図7におけるΔs4)」を第6変化量Δs4として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第5変化量Δs3に対する第6変化量Δs4の比率R3(R3=Δs4/Δs3)を第3指標値として算出する。
暖房運転中の漏洩検出動作の第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第3指標値の基準状態からの変化率が所定の第3判定値以上になる第3判定条件が成立する場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。
《発明の実施形態2》
本発明の実施形態2について説明する。本実施形態2では、図8に示すように、冷媒回路(20)にインジェクション管(60)が設けられている。また、冷媒回路(20)には、冷房運転中に室外熱交換器(34)から流出した冷媒を冷却して過冷却状態にするための過冷却熱交換器(61)が設けられている。
インジェクション管(60)は、その入口が液配管(42)における室外膨張弁(36a)と過冷却熱交換器(61)との間に接続され、その出口が吸入管(41)における四路切換弁(33)とアキュームレータ(38)との間に接続されている。インジェクション管(60)には、開度可変の注入側膨張弁(62)が設けられている。
過冷却熱交換器(61)は、第1流路(61a)と第2流路(61b)とを備え、第1流路(61a)の冷媒と第2流路(61b)の冷媒とを熱交換させるように構成されている。第1流路(61a)は、液配管(42)における室外膨張弁(36a)と液側閉鎖弁(25)との間に接続されている。第2流路(61b)は、インジェクション管(60)における注入側膨張弁(62)の下流に接続されている。第2流路(61b)には、注入側膨張弁(62)により減圧されて温度が低下した冷媒が流入する。過冷却熱交換器(61)では、第2流路(61b)の冷媒により第1流路(61a)の冷媒が冷却される。
冷媒回路(20)には、上記実施形態1の温度センサ(45a−45f)に加えて、過冷却熱交換器(61)と液側閉鎖弁(25)との間を流れる冷媒の温度を計測する液温度センサ(16)と、インジェクション管(60)において第2流路(61b)から流出した冷媒の温度を計測する注入側温度センサ(63)と、アキュームレータ(38)に流入する冷媒の温度を計測する入口温度センサ(17)とが設けられている。
また、この冷凍装置(10)では、冷房運転中に、室外膨張弁(36a)が全開に設定される一方、注入側膨張弁(62)の開度及び室内膨張弁(36b)の開度が適宜調節される。注入側膨張弁(62)の開度は、過冷却熱交換器(61)の第1流路(61a)から流出した冷媒の過冷却度が一定値(例えば5℃)になるように調節される。室内膨張弁(36b)の開度は、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過熱度が一定値(例えば5℃)になるように調節される。
また、暖房運転中は、室外膨張弁(36a)の開度が、室外熱交換器(34)から流出した冷媒の過熱度が一定値(例えば5℃)になるように調節される。室内膨張弁(36b)の開度が、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過冷却度が一定値(例えば5℃)になるように調節される。
−漏洩診断装置の動作−
冷房運転中の漏洩検出動作について説明する。
第1ステップでは、冷媒状態検出部(51)が、上記実施形態1において冷媒の温度及びエントロピーを検出する箇所(図9における点A、点B、点E、点Gに対応する箇所)に加えて、過冷却熱交換器(61)の第1流路(61a)の出口についても、冷媒の温度及びエントロピーを検出する。冷媒状態検出部(51)は、液温度センサ(16)の測定値を第1流路(61a)の出口の冷媒の温度として検出する。冷媒状態検出部(51)は、液温度センサ(16)の測定値及び吐出圧力センサ(46b)の測定値を用いて、第1流路(61a)の出口の冷媒のエントロピーを算出する。これにより、図9に示すT−s線図の点E’の座標値が得られる。
第2ステップでは、指標値算出部(52)が、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第1変化量として算出する。図9では、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」が、(c3)の領域の面積で表される。指標値算出部(52)は、点D及び点Eの座標値から(c3)の領域の面積を算出することによって、第1変化量を算出する。第1変化量は、「室外熱交換器(34)の一部の領域における冷媒のエンタルピーの変化量」となる。
さらに、指標値算出部(52)は、「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量」を第2変化量として算出する。図9では、過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量が、(h)の領域の面積で表される。指標値算出部(52)は、点E及び点E’の座標値から(h)の領域の面積を算出することによって、第2変化量を算出する。なお、過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量は、過冷却熱交換器(61)における冷媒の放熱量を表している。
次に、指標値算出部(52)は、第1変化量に対する第2変化量の比率を、第1指標値(漏洩指標値)として算出する。実施形態2では、エンタルピーを対象物理量として、第1指標値が算出される。以上により第2ステップが終了する。
第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第1基準値R1(0)をメモリから読み出す。本実施形態2では、冷房運転中における「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量」の比率の基準状態の値が、第1基準値R1(0)となっている。
そして、漏洩判定部(53)は、第1指標値R1を第1基準値R1(0)で除することによって、第1指標値の基準状態からの変化率(R1/R1(0))を算出する。漏洩判定部(53)は、第1指標値の基準状態からの変化率が所定の判定値以上になる第1判定条件が成立しているか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、第1判定条件が成立する場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定し、第1判定条件が成立しない場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていないと判定する。
なお、本実施形態2では、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第1変化量としているが、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」を第1変化量としてもよい。「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」は、図9の(c2)の領域の面積で表される。
また、「室外熱交換器(34)において、流入したガス冷媒が液単相状態になるまでのエンタルピーの変化量」を第1変化量としてもよい。この場合、第1変化量は、「室外熱交換器(34)において冷媒がガス単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」と、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」との合計値となる。
また、「室外熱交換器(34)の全領域における冷媒のエンタルピーの変化量」を第1変化量としてもよい。
ここで、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、冷凍サイクルの高圧が低下し、「室外熱交換器(34)における冷媒の凝縮温度」と「室外熱交換器(34)に供給される室外空気の温度」との差が小さくなる。その結果、室外熱交換器(34)から流出した冷媒の過冷却度が小さくなる。そして、過冷却熱交換器(61)で冷却された冷媒の過冷却度が一定値になるように冷媒回路(20)が制御されるので、それに伴って、過冷却熱交換器(61)で冷媒の過冷却度が大きく変化するようになる。このため、室外熱交換器(34)における冷媒のエクセルギー、エンタルピー、及びエントロピーの変化量が何れも小さくなり、過冷却熱交換器(61)における冷媒のエクセルギー、エンタルピー、及びエントロピーの変化量が何れも大きくなる。つまり、冷媒漏れが生じると、「室外熱交換器(34)における冷媒の対象物理量の変化量」が小さくなり、「過冷却熱交換器(61)における冷媒の対象物理量の変化量」が大きくなる。そこで、漏洩判定部(53)は、「室外熱交換器(34)における冷媒の対象物理量の変化量」に対する「過冷却熱交換器(61)における冷媒の対象物理量の変化量」の比率が大きくなる現象を利用して、冷媒漏れが生じているか否かを判定する。
なお、この比率の分子と分母を逆にした値を漏洩指標値としてもよい。具体的に、漏洩判定部(53)は、「過冷却熱交換器(61)における冷媒の対象物理量の変化量」に対する「室外熱交換器(34)における冷媒の対象物理量の変化量」の比率が小さくなる現象を利用して、冷媒漏れが生じているか否かを判定してもよい。漏洩判定部(53)は、この比率の基準状態からの変化率が所定の判定値以下になる場合に、冷媒漏れが生じていると判定する。
−実施形態2の効果−
本実施形態2では、冷房運転時に冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「室外熱交換器(34)における冷媒のエンタルピーの変化量」に対する「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量」の比率に所定の変化が現れるので、この比率を第1指標値とし、該第1指標値に基づいて冷媒漏れの診断が行われるようにしている。第1指標値は、無次元化された値となる。ここで、冷凍装置(10)の定格能力が異なるもの同士で、第1指標値の分子又は分母の値の大きさを同じ運転条件で比較したとしても、値に差が生じる。このため、無次元化されていない値によって冷媒漏れの診断を行う場合は、冷凍装置(10)の定格能力の違いを考慮した対応が必要となる。それに対して、本実施形態2では、第1指標値が無次元化されているため、冷凍装置(10)の定格能力が異なるもの同士を比較しても、値に差はそれほど生じない。このため、冷凍装置(10)の定格能力の違いを考慮した対応を省略できるので、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを容易に判定できる。
また、本願の発明者は、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じると、「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量」よりも、「室外熱交換器(34)における冷媒のエンタルピーの変化量」に対する「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量」の比率に、顕著な変化が現れることを見つけだした。「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量」よりも、「室外熱交換器(34)における冷媒のエンタルピーの変化量」に対する「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエンタルピーの変化量」の比率の方が、冷媒漏れに対する感度がよい。従って、この比率に基づいて、冷媒漏れの診断を行うことによって、冷媒回路(20)から漏れた冷媒量が少ない状態で冷媒漏れを検知することができる。なお、この点は、対象物理量をエクセルギーやエントロピーにする場合も同様である。
−実施形態2の変形例1−
実施形態2の変形例1について説明する。この変形例1は、第1指標値の算出方法が上記実施形態2とは異なっている。この変形例1では、エクセルギーを対象物理量として第1指標値が算出される。
具体的に、冷房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第1変化量として算出し、「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエクセルギーの変化量」を第2変化量として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第1変化量に対する第2変化量の比率を第1指標値として算出する。なお、「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエクセルギーの変化量」は、図9の(h)の領域のうち、外気温度センサ(18)の測定値Thよりも上側の領域で表される。
冷房運転中の漏洩検出動作の第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第1指標値の基準状態からの変化率が所定の判定値以上になる第1判定条件が成立する場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。
なお、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第1変化量としているが、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエクセルギーの変化量」を第1変化量としてもよい。また、「室外熱交換器(34)において、流入したガス冷媒が液単相状態になるまでのエクセルギーの変化量」を第1変化量としてもよい。また、「室外熱交換器(34)の全領域における冷媒のエクセルギーの変化量」を第1変化量としてもよい。
−実施形態2の変形例2−
実施形態2の変形例2について説明する。この変形例2は、第1指標値の算出方法が上記実施形態2とは異なっている。この変形例2では、エントロピーを対象物理量として第1指標値が算出される。
具体的に、冷房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエントロピーの変化量」を第1変化量として算出し、「過冷却熱交換器(61)における冷媒のエントロピーの変化量」を第2変化量として算出する。そして、指標値算出部(52)は、第1変化量に対する第2変化量の比率を第1指標値として算出する。
冷房運転中の漏洩検出動作の第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、第1指標値の基準状態からの変化率が所定の判定値以上になる第1判定条件が成立する場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。
なお、「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエントロピーの変化量」を第1変化量としているが、「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエントロピーの変化量」を第1変化量としてもよい。また、「室外熱交換器(34)において、流入したガス冷媒が液単相状態になるまでのエントロピーの変化量」を第1変化量としてもよい。また、「室外熱交換器(34)の全領域における冷媒のエントロピーの変化量」を第1変化量としてもよい。
《その他の実施形態》
上記実施形態は、以下の変形例のように構成してもよい。
−第1変形例−
第1変形例では、冷房運転中の漏洩検出動作において、エンタルピー、エクセルギー、エントロピーのうち何れか1つを対象物理量として、「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」対する「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率に基づいて、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かが判定される。
具体的に、冷房運転中の漏洩検出動作の第2ステップでは、指標値算出部(52)が、エンタルピー、エクセルギー、エントロピーのうち何れか1つを対象物理量として、「室内熱交換器(37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」対する「室内熱交換器(37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率を漏洩指標値として算出する。そして、第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、漏洩指標値の基準状態からの変化率が所定の判定値以上になる判定条件が成立する場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。
なお、冷媒漏れの診断に、室内膨張弁(36b)の開度を利用してもよい。第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、室内膨張弁(36b)の開度が所定の第1判定開度(例えば、1500パルス)以上になる第1開度条件が成立するか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、上記判定条件が成立しない場合(漏洩指標値からは冷媒漏れが生じていると判定できない場合)であっても、第1開度条件が成立する場合には、冷媒漏れが生じていると判定する。なお、第1判定開度は、冷媒漏れが生じていない状態において想定される室内膨張弁(36b)の開度(500パルス前後の値)よりも大きな値であり、冷媒漏れが生じていない状態では、なり得ない値である。
ここで、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過熱度が一定値になるように室内膨張弁(36b)の開度を調節する過熱度制御が行われる場合は、冷媒回路(20)から漏洩した冷媒の量が比較的少ない状態では、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過熱度がほとんど変化しない。このため、漏洩指標値がほとんど変化しない。他方、冷媒漏れにより室内熱交換器(37)を流れる冷媒が減少すると、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過熱度が増大しないように、室内膨張弁(36b)の開度が大きくなってゆく。つまり、冷媒漏れが生じると、漏洩指標値よりも先に室内膨張弁(36b)の開度に変化が現れる。第1変形例では、そのような点に着目して、漏洩指標値からは冷媒漏れが生じていると判定できない場合であっても、室内膨張弁(36b)の開度が第1判定開度以上になると、冷媒漏れが生じていると判定する。従って、冷媒回路(20)から漏れた冷媒量が少ない段階で、冷媒漏れを検知することができる。
−第2変形例−
第2変形例では、暖房運転中の漏洩検出動作に、漏洩指標値に加えて、室外膨張弁(36a)の開度が利用されている。
具体的に、暖房運転中の漏洩検出動作の第3ステップでは、漏洩判定部(53)が、室外膨張弁(36a)の開度が所定の第2判定開度(例えば400パルス)以上になる第2開度条件が成立するか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、上記実施形態1の第3判定条件が成立しない場合(第3指標値からは冷媒漏れが生じていると判定できない場合)であっても、第2開度条件が成立する場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。なお、第2判定開度は、冷媒漏れが生じていない状態において想定される室外膨張弁(36a)の開度(50−100パルス)よりも大きな値であり、冷媒漏れが生じていない状態では、なり得ない値である。
室外熱交換器(34)から流出した冷媒の過熱度が一定値になるように室外膨張弁(36a)の開度を調節する過熱度制御が行われる場合は、冷媒漏れにより室外熱交換器(34)を流れる冷媒が減少すると、室外熱交換器(34)から流出した冷媒の過熱度が増大しないように、室外膨張弁(36a)の開度が大きくなってゆく。第2変形例では、そのような点に着目して、暖房運転中において、第3指標値からは冷媒漏れが生じていると判定できない場合であっても、室外膨張弁(36a)の開度が第2判定開度以上になると、冷媒漏れが生じていると判定する。従って、冷媒回路(20)から漏れた冷媒量が少ない段階で、冷媒漏れを検知することができる。
なお、暖房運転時に冷媒漏れが生じているか否かを判定するのに、室内膨張弁(36b)の開度を利用することも可能である。この場合、第3ステップにおいて、漏洩判定部(53)が、室内膨張弁(36b)の開度が所定の第3判定開度(例えば100パルス)以下になる第3開度条件が成立するか否かを判定する。漏洩判定部(53)は、上記第3判定条件が成立しない場合(第3指標値からは冷媒漏れが生じていると判定できない場合)であっても、第3開度条件が成立する場合には、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。なお、第3判定開度は、冷媒漏れが生じていない状態において想定される室内膨張弁(36b)の開度(500パルス前後の値)よりも小さな値であり、冷媒漏れが生じていない状態では、なり得ない値である。
室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過冷却度が一定値になるように室内膨張弁(36b)の開度を調節する過冷却度制御が行われる場合は、冷媒漏れにより室内熱交換器(37)を流れる冷媒が減少すると、室内熱交換器(37)から流出した冷媒の過冷却度が低下しないように、室内膨張弁(36b)の開度が小さくなってゆく。第2変形例では、そのような点に着目して、室内膨張弁(36b)の開度が第3判定開度以下になると、冷媒漏れが生じていると判定する。従って、冷媒回路(20)から漏れた冷媒量が少ない段階で、冷媒漏れを検知することができる。
−第3変形例−
第3変形例では、漏洩検出動作に、アキュームレータ(38)に流入する冷媒の過熱度とアキュームレータ(38)から流出した冷媒の過熱度との差(以下、「過熱度差」という。)が利用されている。漏洩判定部(53)は、漏洩指標値が判定条件を満足しない場合(漏洩指標値からは冷媒漏れが生じていると判定できる場合)であっても、上記過熱度差が所定の吸入側基準値以上になる場合は、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定しない。
ここで、例えば空調負荷が低くなると、アキュームレータ(38)に溜まる冷媒量が増加する。しかし、圧縮機(30)の運転容量が増加しても、アキュームレータ(38)内の冷媒量が減少するのに時間が掛かる。アキュームレータ(38)内の冷媒量が減少するまでは、冷媒回路(20)では冷媒の循環量が不足する。そして、この状態を冷媒漏れと誤判定するおそれがある。第1変形例では、そのような誤判定を防止するために、漏洩指標値からは冷媒漏れが生じていると判定できる場合であっても、アキュームレータ(38)に比較的多くの冷媒が溜まっている場合は、冷媒漏れと判定しない。従って、アキュームレータ(38)に比較的多くの冷媒が溜まる状態を、冷媒漏れと誤判定することを抑制することができる。
なお、冷媒回路(20)には、図8のように、アキュームレータ(38)の入口に接続する冷媒配管に入口温度センサ(17)が設けられている。漏洩判定部(53)は、冷房運転中であれば、例えば、入口温度センサ(17)の測定値から吸入温度センサ(45a)の測定値を引いた値を、アキュームレータ(38)に流入する冷媒の過熱度とアキュームレータ(38)から圧縮機(30)へ向かう冷媒の過熱度との差として算出する。なお、入口温度センサ(17)の測定値の代わりに、注入側温度センサ(63)の測定値を使用してもよい。
−第4変形例−
第4変形例では、漏洩診断装置(50)が、図10に示すように、指標値算出部(52)が出力した漏洩指標値を平均化処理するデータ処理部(55)を備えている。また、漏洩診断装置(50)が、冷凍装置(10)とは離れた位置に設置されている。漏洩診断装置(50)は、例えばネットワーク回線(57)を通じて、冷凍装置(10)に設けられた制御基板に接続されている。漏洩診断装置(50)には、制御基板を介して、冷凍装置(10)に設けられた全ての温度センサ(16-19,45,63)と圧力センサ(46)の計測値が入力されるデータ管理部(54)が設けている。
冷媒状態検出部(51)は、データ管理部(54)に入力された温度センサ(16-19,45,63)及び圧力センサ(46)の計測値を用いて、所定の冷媒状態検出位置における冷媒の温度及びエントロピーを検出する。
指標値算出部(52)は、例えば1日に1回、漏洩指標値を作成して、データ処理部(55)へ出力する。指標値算出部(52)は、冷房運転時の漏洩指標値として、例えば「室外熱交換器(34)において冷媒が気液二相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」に対する「室外熱交換器(34)において冷媒が液単相状態になっている過程でのエンタルピーの変化量」の比率を作成する。
データ処理部(55)には、漏洩指標値のデータが蓄積されてゆく。データ処理部(55)は、蓄積した漏洩指標値を、例えば1月単位で平均化処理し、図11に示す図表を作成する。漏洩診断装置(50)のモニタ(56)は、データ処理部(55)が作成した図表を漏洩診断用の情報として表示する。1月単位で平均化処理された漏洩指標値(以下、「月平均指標値」という。)は、可視化される。モニタ(56)は表示手段(56)を構成している。
これにより、例えば、図12に示すように、ある年の月平均指標値が各月においてその一年前の月平均指標値を下回る場合は、モニタ(56)を見た冷凍装置(10)の管理者は、月平均指標値が全体的に低下していることを把握することができるので、冷媒漏れが生じていると判定することができる。
なお、冷媒漏れの判定を人間が行うのではなく、漏洩判定部(53)が、ある年の月平均指標値の傾向と、その一年前の月平均指標値の傾向とを比較することによって、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定してもよい。
また、漏洩判定部(53)が、月平均指標値を所定の基準値と比較することによって、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じているか否かを判定してもよい。その場合、図12に示すように、月平均指標値は月によって異なるので、月平均指標値が大きくなることが想定される月ほど、基準値を大きな値に設定してもよい。
また、例えば、冷凍装置(10)の設置当初から月平均指標値が基準値を下回る場合もあり得る。そのような場合は、冷凍装置(10)の設置時に冷媒回路(20)に十分な量の冷媒が充填されていないことによって、冷媒が不足していると推測することができ、冷媒漏れが生じていないと判定することができる。
−第5変形例−
上記実施形態について、室外ユニット(11)に対して1台の室内ユニット(13)が接続された空気調和装置(10)であってもよい。また、冷凍装置(10)が、空気調和装置(10)だけでなく、食品を冷蔵又は冷凍するための庫内を冷却する冷凍装置(10)、室内の冷暖房と庫内の冷却とを行う冷凍装置(10)、熱交換器を流通する冷媒の熱を吸着剤の加熱又は冷却に用いる調湿機能付きの冷凍装置(10)、或いは、高圧冷媒により水を加熱する給湯機能を有する冷凍装置(10)であってもよい。
−第6変形例−
上記実施形態について、冷凍装置(10)が、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも高くなる超臨界サイクルを行うように構成されていてもよい。この場合、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも低くなる通常の冷凍サイクルでは凝縮器となる熱交換器が、放熱器(ガスクーラ)として動作する。冷媒としては、例えば二酸化炭素が用いられる。
冷房運転中の漏洩検出動作では、指標値算出部(52)が、エクセルギー、エンタルピー、及びエントロピーのうち何れか1つを対象物理量として、「蒸発器(34,37)において冷媒が気液二相状態になっている過程での対象物理量の変化量」に対する「蒸発器(34,37)において冷媒がガス単相状態になっている過程での対象物理量の変化量」の比率を漏洩指標値として算出する。そして、漏洩判定部(53)が、この漏洩指標値の基準状態からの変化率が所定の判定値以上になる場合に、冷媒回路(20)において冷媒漏れが生じていると判定する。
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。