JP6730532B2 - 冷凍サイクル装置および冷凍装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍サイクル装置および冷凍装置に関するものである。特に、冷媒不足の判定に係るものである。

冷媒回路を有した冷凍サイクル装置において、対象物を冷凍などする冷凍装置がある。冷凍装置において、冷媒量の過不足が発生すると、冷凍装置の能力低下、構成機器の損傷などの不具合が発生する原因になる。そこで、このような不具合の発生を防止するため、冷凍装置に充填されている冷媒量の過不足を判定する機能を備えている冷凍装置がある。

従来の冷凍装置における冷媒不足の判定方法として、たとえば、過冷却器の冷媒流入口における冷媒温度と冷媒流出口における冷媒温度との温度差を算出する。そして、温度差が設定値より減少したと判定したときに、冷媒洩れであると判定するものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平０９−１０５５６７号公報

ところで、冷媒装置に用いられる冷媒が、たとえば、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４４８Ａ、Ｒ４４９Ａなどのような、温度勾配がある冷媒である場合、同じ圧力の場合でも、ガス飽和温度と液飽和温度との間で温度差が生じる。したがって、温度勾配がある冷媒の場合、冷媒が不足した場合にも、過冷却器の入口側における冷媒の温度と冷媒流出口側における冷媒の温度との温度差が生じる。冷媒の温度勾配が考慮されずに制御を行うと、冷媒不足によって生じる温度差と冷媒の温度勾配による温度差との区別をつけることができず、冷媒不足であるのに、冷媒が過冷却されているものとして、冷媒不足ではないと判定してしまう可能性がある。

この発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、冷媒不足の判定をより正確に行うことができる冷凍サイクル装置および冷凍装置を得ることを目的とする。

この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、過冷却器が、凝縮器から過冷却器の冷媒流入口までの間の温度と過冷却器の下流側の冷媒流出口における温度との温度差である冷媒の過冷却度が、過冷却器の冷媒流入口と冷媒流出口との間における冷媒の冷媒不足時に生じる温度勾配よりも大きくなるようにし、冷媒の温度勾配より大きい値で設定された判定閾値と冷媒の過冷却度とを比較して、冷媒回路に充填された冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部を備えるものである。

この発明の冷凍サイクル装置によれば、温度勾配がある冷媒を用いた場合でも、制御部が、過冷却器における冷媒の過冷却度が、冷媒の温度勾配よりも大きくなり、冷媒量判定部が、冷媒の過冷却度と冷媒の温度勾配より大きい値で設定された判定閾値とを比較して、冷媒量が不足しているか否かを判定するようにしたので、冷媒の過冷却度と冷媒不足による温度差とを区別した判定を行うことができ、冷媒不足判定をより正確に行うことができる。

この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の制御を行う制御部３に係る構成の一例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒量が適正であるときのｐ−ｈ線図の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒量が不足しているときのｐ−ｈ線図の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒量が不足しているときのｐ−ｈ線図の他の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る冷媒回路１０内の冷媒と過冷却度ＳＣとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１における冷媒量判定処理の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態２および実施の形態４に係る冷凍装置１の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る冷媒回路１０内の冷媒量、第１過冷却器２２における過冷却度ＳＣおよび冷凍装置１の運転条件の関係を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る冷凍装置１において、冷媒量が適正量である場合の、冷媒回路１０内における冷媒の温度変化の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る冷凍装置１において、冷媒量が不足している場合の、冷媒回路１０内における冷媒の温度変化の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る冷媒回路１０内の冷媒と温度効率Ｔとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る冷媒回路１０内の冷媒量、第１過冷却器２２における温度効率Ｔおよび冷凍装置１の運転条件の関係を説明する図である。 この発明の実施の形態５に係る冷凍装置１の構成を示す図である。 この発明の実施の形態６に係る冷凍装置１の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。

実施の形態１．
［冷凍装置１］
図１は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図１に記載の冷凍装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷凍サイクル装置である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として、冷凍装置１について説明する。

冷凍装置１は、たとえば、部屋、倉庫、ショーケース、または冷蔵庫などの冷却対象空間となる室内の冷却を行う。冷凍装置１は、たとえば、１台の熱源側ユニット２と熱源側ユニット２に対して並列に接続された２台の利用側ユニット４とを含んでいる。ここで、図１に示すように、実施の形態１の冷凍装置１は、１台の熱源側ユニット２と２台の利用側ユニット４とを有しているが、これらの台数を限定するものではない。たとえば、熱源側ユニット２が、２台以上であってもよい。また、利用側ユニット４が、１台または３台以上であってもよい。そして、熱源側ユニット２が複数台である場合において、複数台の熱源側ユニット２の容量は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

冷凍装置１において、熱源側ユニット２と利用側ユニット４とが、液冷媒延長配管６およびガス冷媒延長配管７で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０が構成される。実施の形態１の冷凍装置１において、冷媒回路１０に充填される冷媒は、温度勾配の大きい冷媒である。以下の説明においては、冷媒と空気とが熱交換する冷凍装置１についての説明を行う。ただし、これに限定されるものではない。たとえば、水、冷媒、ブラインなどの流体と冷媒とが熱交換する冷凍装置１であってもよい。

ここで、同一圧力における飽和ガス温度と飽和液温度との差（温度勾配）が、１Ｋ以上ある冷媒を、温度勾配の大きい冷媒とする。同一圧力の飽和ガス温度と飽和液温度の平均値を飽和温度平均値とする。飽和温度平均値が０〜７０［℃］の範囲で、Ｒ４０４ＡおよびＲ４１０Ａの冷媒は、温度勾配が１．０Ｋ未満である。したがって、これらの冷媒は、温度勾配が小さい冷媒であるものとする。一方、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４４８Ａ、Ｒ４４９Ａなどの冷媒は、温度勾配が３．０Ｋ以上ある。したがって、これらの冷媒は、温度勾配が大きい冷媒となる。

また、たとえば、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆおよびＣＯ_２の混合冷媒がある。このとき、混合冷媒の総重量に対するＲ３２の重量の割合ＸＲ３２（ｗｔ％）が、３３＜ＸＲ３２＜３９とする（条件１）。また、混合冷媒の総重量に対するＲ１２５の重量の割合ＸＲ１２５（ｗｔ％）が、２７＜ＸＲ１２５＜３３とする（条件２）。さらに、混合冷媒の総重量に対するＲ１３４ａの重量の割合ＸＲ１３４ａ（ｗｔ％）が１１＜ＸＲ１３４ａ＜１７とする（条件３）。また、混合冷媒の総重量に対するＲ１２３４ｙｆの重量の割合ＸＲ１２３４ｙｆ（ｗｔ％）が１１＜ＸＲ１２３４ｙｆ＜１７とする（条件４）。さらに、混合冷媒の総重量に対するＣＯ_２の重量の割合ＸＣＯ_２（ｗｔ％）が３＜ＸＲ１２５＜９とする（条件５）。そして、ＸＲ３２、ＸＲ１２５、ＸＲ１３４ａ、ＸＲ１２３４ｙｆおよびＸＣＯ_２の総和が１００とする（条件６）。以上の条件１〜条件６を全て満たす混合冷媒も温度勾配が大きい冷媒となる。

［利用側ユニット］
利用側ユニット４は、たとえば、冷却対象空間となる室内に設置されるユニットである。利用側ユニット４は、冷媒回路１０の一部となる利用側冷媒回路１０ａ、利用側ファン４３および利用側制御部３２を備えている。

利用側冷媒回路１０ａは、利用側膨張弁４１と利用側熱交換器４２とを有している。利用側膨張弁４１は、利用側冷媒回路１０ａを流れる冷媒の流量を調整する。利用側膨張弁４１は、たとえば、電子膨張弁、温度自動膨張弁などの絞り装置で構成されている。ここで、実施の形態１では、利用側膨張弁４１は、利用側ユニット４に設置されているが、熱源側ユニット２内に配設されていてもよい。利用側膨張弁４１が熱源側ユニット２内にある場合には、利用側膨張弁４１は、たとえば、熱源側ユニット２の第１過冷却器２２と液側閉鎖弁２８との間に配設される。

利用側熱交換器４２は、室内の空気との熱交換により、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。利用側熱交換器４２は、たとえば、複数の伝熱管および複数のフィンを有して構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器である。

また、利用側ファン４３は、利用側熱交換器４２に空気を送風する送風機である。利用側ファン４３は、利用側熱交換器４２の近傍に配設されている。利用側ファン４３は、たとえば、遠心ファン、多翼ファンなどを含んで構成されている。利用側ファン４３は、図示を省略してあるモータによって駆動される。ここで、利用側ファン４３は、モータの回転数が制御されることで、利用側熱交換器４２への送風量を調整することができる。

［熱源側ユニット］
熱源側ユニット２は、利用側ユニット４に熱供給を行うユニットである。熱源側ユニット２は、たとえば、冷媒回路１０の一部となる熱源側冷媒回路１０ｂ、第１インジェクション流路７１および熱源側制御部３１を有している。

熱源側冷媒回路１０ｂは、圧縮機２１、熱源側熱交換器２３、受液器２５、第１過冷却器２２、液側閉鎖弁２８、ガス側閉鎖弁２９およびアキュムレータ２４を有している。圧縮機２１は、たとえば、インバータ回路を有し、インバータ制御が行われるインバータ圧縮機である。このため、圧縮機２１は、運転周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。ここで、圧縮機２１は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで動作する一定速圧縮機であってもよい。また、実施の形態１では、図１に示すように、１台の圧縮機２１を有する例を記載する。しかしながら、利用側ユニット４の負荷の大きさなどに応じて、２台以上の圧縮機２１が並列に接続された構成であってもよい。また、圧縮機２１は、インジェクションポートを有している。このため、圧縮機２１の中間圧部に冷媒を流入させることができる。

熱源側熱交換器２３は、室外の空気との熱交換により、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。熱源側熱交換器２３は、たとえば、複数の伝熱管および複数のフィンを有して構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器である。

また、熱源側ファン２７は、熱源側熱交換器２３に空気を送風する送風機である。熱源側ファン２７は、熱源側熱交換器２３の近傍に配設されている。熱源側ファン２７は、たとえば、遠心ファン、多翼ファンなどを含んで構成されている。熱源側ファン２７は、図示を省略してあるモータによって駆動される。ここで、熱源側ファン２７は、モータの回転数が制御されることで、熱源側熱交換器２３への送風量を調整することができる。

受液器２５は、たとえば、余剰液冷媒を溜める容器である。受液器２５は、熱源側熱交換器２３と第１過冷却器２２との間に配設される。ここで、余剰液冷媒は、たとえば、利用側ユニット４の負荷の大きさ、冷媒の凝縮温度、室外の温度である外気温度、圧縮機２１の容量などに応じて冷媒回路１０内に発生する。

第１過冷却器２２は、冷媒と室外の空気とを熱交換させる。実施の形態１の冷凍装置１においては、第１過冷却器２２は、熱源側熱交換器２３と一体的に形成されている。したがって、実施の形態１の冷凍装置１では、熱交換器の一部を、熱源側熱交換器２３として構成し、熱交換器の他の部分を、第１過冷却器２２として構成することになる。第１過冷却器２２は、発明における「過冷却器」に相当するものである。ここで、第１過冷却器２２と熱源側熱交換器２３とが別々に構成されていてもよい。その場合には、第１過冷却器２２の近傍に、第１過冷却器２２へ空気を送風するファン（図示せず）が配設される。

液側閉鎖弁２８およびガス側閉鎖弁２９は、たとえば、ボールバルブ、開閉弁、操作弁などの開閉動作する弁を有している。液側閉鎖弁２８およびガス側閉鎖弁２９は、たとえば、冷凍装置１を運転しない場合などに、弁を閉止して利用側ユニット４との間における冷媒の流入出を遮断する。

また、第１インジェクション流路７１は、インジェクション量調整弁７２およびインジェクション配管７３を有している。インジェクション配管７３は、一端が第１過冷却器２２の冷媒流出口と液側閉鎖弁２８との間に接続されている。また、インジェクション配管７３は、他端が圧縮機２１のインジェクションポートに接続されている。インジェクション配管７３は、熱源側熱交換器２３側から利用側熱交換器４２側へ送られる冷媒の一部を、熱源側冷媒回路１０ｂから分岐させ、圧縮機２１の中間圧部に流入させる配管である。インジェクション量調整弁７２は、インジェクション配管７３を流れる冷媒量および冷媒圧力を調整する。

ここで、図１では、第１インジェクション流路７１の冷媒流入口となるインジェクション配管７３の一端は、第１過冷却器２２と液側閉鎖弁２８との間に接続されている。しかしながら、たとえば、インジェクション配管７３の一端が、受液器２５と第１過冷却器２２との間に接続されていてもよい。また、インジェクション配管７３の一端が、受液器２５に接続されていてもよい。さらに、インジェクション配管７３の一端が、熱源側熱交換器２３と受液器２５との間に接続されていてもよい。

［制御系装置およびセンサ類］
次に、実施の形態１の冷凍装置１が備える制御系の装置およびセンサ類について説明する。熱源側ユニット２は、冷凍装置１の全体の制御を行う熱源側制御部３１を備えている。熱源側制御部３１は、たとえば、マイクロコンピュータ、メモリなどを含んで構成されている。また、利用側ユニット４は、利用側ユニット４の制御を行う利用側制御部３２を備えている。利用側制御部３２についても、たとえば、マイクロコンピュータ、メモリなどを含んで構成されている。利用側制御部３２と熱源側制御部３１とは、通信を行って制御信号の送受を行うことができる。たとえば、利用側制御部３２は、熱源側制御部３１から指示を受けて利用側ユニット４の制御を行う。

実施の形態１に係る冷凍装置１において、熱源側ユニット２は、吸入温度センサ３３ａ、吐出温度センサ３３ｂ、吸込外気温度センサ３３ｃ、受液器出口温度センサ３３ｈおよび過冷却器出口温度センサ３３ｄを有している。また、熱源側ユニット２は、吸入圧力センサ３４ａおよび吐出圧力センサ３４ｂを有している。そして、利用側ユニット４は、利用側熱交入口温度センサ３３ｅ、利用側熱交出口温度センサ３３ｆおよび吸込空気温度センサ３３ｇを有している。吸入温度センサ３３ａ、吐出温度センサ３３ｂ、吸込外気温度センサ３３ｃ、受液器出口温度センサ３３ｈおよび過冷却器出口温度センサ３３ｄ並びに吸入圧力センサ３４ａおよび吐出圧力センサ３４ｂは、熱源側制御部３１に接続されている。利用側熱交入口温度センサ３３ｅ、利用側熱交出口温度センサ３３ｆおよび吸込空気温度センサ３３ｇは、利用側制御部３２に接続されている。

吸入温度センサ３３ａは、圧縮機２１が吸入する冷媒の温度を検出する。吐出温度センサ３３ｂは、圧縮機２１が吐出する冷媒の温度を検出する。受液器出口温度センサ３３ｈは、受液器２５の冷媒流出口における冷媒温度を検出する。ここで、受液器２５の冷媒流出口における冷媒温度は、熱源側熱交換器２３を通過した冷媒の温度である。また、受液器２５の冷媒流出口における冷媒温度は、第１過冷却器２２の冷媒流入口側における冷媒の温度となる。したがって、受液器出口温度センサ３３ｈは、過冷却器入口温度センサともなる。過冷却器出口温度センサ３３ｄは、第１過冷却器２２を通過した冷媒の温度を検出する。利用側熱交入口温度センサ３３ｅは、利用側熱交換器４２に流入する気液二相冷媒の温度を検出する。利用側熱交出口温度センサ３３ｆは、利用側熱交換器４２から流出した冷媒の温度を検出する。ここで、上記の冷媒の温度を検出するセンサは、たとえば、冷媒配管に当接させてまたは冷媒配管に挿入して配設されて、冷媒の温度を検出する。

吸込外気温度センサ３３ｃは、熱源側熱交換器２３を通過する前の空気の温度を検出することによって、室外の周囲温度を検出する。吸込空気温度センサ３３ｇは、利用側熱交換器４２を通過する前の空気の温度を検出することによって、利用側熱交換器４２が設置された室内の周囲温度を検出する。

吸入圧力センサ３４ａは、圧縮機２１の吸入側に配設されており、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する。ここで、吸入圧力センサ３４ａは、ガス側閉鎖弁２９と圧縮機２１との間に配設されていればよい。吐出圧力センサ３４ｂは、圧縮機２１の吐出側に配設されており、圧縮機２１が吐出した冷媒の圧力を検出する。

実施の形態１においては、熱源側熱交換器２３の凝縮温度は、吐出圧力センサ３４ｂの圧力を飽和温度に換算して得ることができる。ただし、熱源側熱交換器２３の凝縮温度は、受液器２５の冷媒流出口に設置した受液器出口温度センサ３３ｈの検出した温度を凝縮温度として取得することもできる。

図２は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の制御を行う制御部３に係る構成の一例を模式的に記載した図である。制御部３は、冷凍装置１の全体の制御を行う。実施の形態１における制御部３は、図１における熱源側制御部３１に含まれている。ここで、制御部３は、この発明における冷媒量判定部および制御部に相当するものである。

取得部３ａは、圧力センサ、温度センサなどのセンサ類からの信号に基づき、センサ類が検出した温度および圧力などをデータとして取得する。演算部３ｂは、取得部３ａが取得したデータを用いて、演算、比較、判定などの処理を行う。駆動部３ｄは、演算部３ｂが演算した結果を用いて、圧縮機２１、弁類、ファンなどの機器を駆動制御する。記憶部３ｃは、たとえば、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度など）、演算部３ｂが演算を行うためのデータなどを記憶している。演算部３ｂは、必要に応じて、記憶部３ｃが記憶するデータの内容を参照し、または更新することができる。

また、制御部３は、入力部３ｅおよび出力部３ｆを含んでいる。入力部３ｅは、リモートコントローラ、スイッチ類など（図示せず）からの操作入力に係る信号を処理するまたは電話回線もしくはＬＡＮ回線などの通信手段（図示せず）から送られる通信データの信号を処理する。出力部３ｆは、制御部３の処理結果を、ＬＥＤ、モニタなどの表示手段（図示せず）に出力する、スピーカなどの報知手段（図示せず）に出力するまたは電話回線、ＬＡＮ回線などの通信手段（図示せず）に出力する。ここで、通信手段によって遠隔地へデータを含む信号を出力する場合には、冷凍装置１と遠隔装置（図示せず）との双方に、同一の通信プロトコルを有する通信手段（図示せず）を設けるとよい。

ここで、制御部３は、前述したように、マイクロコンピュータを有している。マイクロコンピュータは、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの制御演算処理装置を有している。制御演算処理装置が、取得部３ａ、演算部３ｂおよび駆動部３ｄの機能を実現する。また、入出力を管理するＩ／Ｏポートを有している。Ｉ／Ｏポートが入力部３ｅおよび出力部３ｆの機能を実現する。また、たとえば、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置（図示せず）を有している。これらの記憶装置が、記憶部３ｃの機能を実現する。たとえば、記憶装置は、制御演算処理装置が行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理装置がプログラムのデータに基づいて処理を実行して、取得部３ａ、演算部３ｂおよび駆動部３ｄの機能を実現している。ただし、これに限定するものではなく、各部をそれぞれ専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。

ここで、たとえば、冷凍装置１と遠隔装置（図示せず）とを用いて、冷媒量の不足などを判定することもできる。その場合には、たとえば、演算部３ｂは、取得部３ａが取得したデータを用いて、第１過冷却器２２の温度効率Ｔを演算する。そして、出力部３ｆは、演算部３ｂが演算した温度効率Ｔのデータを含む信号を、遠隔装置に送信する。遠隔装置は、たとえば、冷媒量の不足を判定する冷媒不足判定手段（図示せず）を備えており、温度効率Ｔを用いて、冷媒量の不足を判定する。遠隔装置にて冷媒の不足情報などを管理することにより、遠隔装置が設置された場所で冷凍装置１の異常などを早期に発見することができる。このため、冷凍装置１に異常が発生した場合などに、冷凍装置１のメンテナンスなどを早期に行うことができる。

ここで、上記の説明では、制御部３が、熱源側制御部３１に含まれる例について説明した。ただし、これに限定するものではない。たとえば、制御部３は、利用側制御部３２に含まれていてもよい。また、制御部３は、熱源側制御部３１および利用側制御部３２とは別の装置として構成してもよい。

［冷凍装置１の動作（冷媒量適正時）］
図３は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒量が適正であるときのｐ−ｈ線図の一例を示す図である。ここでは、まず、冷媒回路１０内における冷媒量が適正である場合の、冷凍装置１の動作について説明する。図１に記載の圧縮機２１は、冷媒を圧縮する。このとき、冷媒は、図３の圧縮機２１吸入側の点Ｋの位置における状態から圧縮機２１吐出側の点Ｌの位置における状態に変化する。図１に示す圧縮機２１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器として機能する熱源側熱交換器２３で熱交換されて凝縮液化する。このとき、冷媒は、図３の圧縮機２１吐出側の点Ｌの位置における状態から、熱源側熱交換器２３入口側の点Ａの位置を介して、受液器２５の冷媒流出口側の点Ｂの位置における状態に変化する。ここで、熱源側熱交換器２３で熱交換されて凝縮液化した冷媒は、受液器２５に流入して、一時的に受液器２５内に貯留される。受液器２５に貯留される冷媒の量は、利用側ユニット４の運転負荷、外気温度、凝縮温度などに応じて変化する。

図１の受液器２５から流出した液冷媒は、第１過冷却器２２で過冷却される。このとき、冷媒は、図３の受液器２５の冷媒流出口側の点Ｂの位置における状態から第１過冷却器２２の冷媒流出口側の点Ｃの位置における状態に変化する。ここで、受液器出口温度センサ３３ｈの温度から、過冷却器出口温度センサ３３ｄの温度を差し引いた温度が、第１過冷却器２２の冷媒流出口における過冷却度ＳＣとなる。図３の例では、吐出圧力センサ３４ｂの検出した圧力に基づく飽和ガス温度は、４０［℃］である。また、受液器２５の冷媒流出口の温度である受液器出口温度は、３２［℃］である。さらに、第１過冷却器２２の冷媒流出口の温度である過冷却器出口温度は、２７［℃］である。そして、過冷却度ＳＣは、５［Ｋ］となる。

図１の第１過冷却器２２で過冷却された液冷媒は、液側閉鎖弁２８および液冷媒延長配管６を経由して、利用側ユニット４に流入する。そして、利用側ユニット４に流入した冷媒は、利用側膨張弁４１によって減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。このとき、冷媒は、図３の第１過冷却器２２の冷媒流出口側の点Ｃの位置における状態から利用側膨張弁４１通過側の点Ｏの位置における状態に変化する。

図１の利用側膨張弁４１で減圧された気液二相冷媒は、蒸発器として機能する利用側熱交換器４２に流入し、蒸発してガス冷媒となる。このとき、冷媒は、図３の利用側膨張弁４１通過側の点Ｏの位置における状態から圧縮機２１の冷媒吸入側（利用側熱交換器４２の冷媒流出口側）の点Ｋの位置における状態に変化する。そして、冷媒は、室内の空気を冷却する。ここで、利用側熱交出口温度センサ３３ｆが検出した温度から、利用側熱交入口温度センサ３３ｅが検出した冷媒の蒸発温度を差し引いた温度が、利用側熱交換器４２から流出する冷媒の過熱度となる。

利用側熱交換器４２で蒸発し、ガス化したガス冷媒は、ガス冷媒延長配管７を介して熱源側ユニット２に流入する。熱源側ユニット２に流入した冷媒は、ガス側閉鎖弁２９およびアキュムレータ２４を経て、圧縮機２１へ戻る。

次に、第１インジェクション流路７１を利用したインジェクションについて説明を行う。実施の形態１の冷凍装置１におけるインジェクションとは、第１インジェクション流路７１を介して冷媒を流入させることである。インジェクションを行うことで、圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出温度を下げることができる。インジェクションを行う場合、インジェクション量調整弁７２が、第１過冷却器２２で過冷却された高圧液冷媒の一部を減圧する。減圧された冷媒は、中圧の二相冷媒となり、圧縮機２１の中間圧部に流入する。

［冷凍装置の動作（冷媒量不足時）］
図４は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒量が不足しているときのｐ−ｈ線図の一例を示す図である。図４で示される冷媒量不足の状態を冷媒不足１とする。たとえば、図１に記載の冷凍装置１から冷媒が漏洩などして、冷媒回路１０内の冷媒の量が減少する。ここで、受液器２５に余剰液冷媒が貯留されている間は、受液器２５に貯留された余剰液冷媒が減少する。このため、受液器２５に余剰液冷媒が存在している間は、冷凍装置１は、図３に示すように、冷媒量が適正な場合と同様に動作する。

冷媒がさらに減少し、受液器２５内の余剰液冷媒がなくなると、図４に示すように、受液器２５の冷媒流出口側の点Ｂの位置におけるエンタルピーが大きくなる。また、受液器２５の冷媒流出口側の点Ｂの位置におけるエンタルピーが大きくなることに伴って、第１過冷却器２２が二相冷媒の凝縮液化と過冷却とを行うこととなる。ここで、冷媒は、図４に示すように、受液器２５の冷媒流出口側の点Ｂの位置における状態から第１過冷却器２２の冷媒流出口側の点Ｃの位置における状態に変化する。このとき、第１過冷却器２２の冷媒流出口側におけるエンタルピーも大きくなる。図４は、第１過冷却器２２の冷媒流出口側の点Ｃの位置において、冷媒が、乾き度０の飽和液となった状態を表している。

図４の例では、吐出圧力センサ３４ｂの検出した圧力に基づく飽和ガス温度は、４０［℃］である。また、飽和液温度は、３２［℃］である。さらに、受液器出口温度は、３５［℃］である。そして、過冷却器出口温度は、３２［℃］である。このとき、過冷却度ＳＣは、次式（１）で表される。

過冷却度ＳＣ＝飽和液温度３２［℃］−過冷却器出口温度３２［℃］
＝０［Ｋ］ …（１）

しかしながら、第１過冷却器２２の出口側において受液器出口温度センサ３３ｈが検出した温度は、３５［℃］となる。また、過冷却器出口温度センサ３３ｄが検出した温度は３２［℃］となる。冷媒に温度勾配があることから、温度差は３［Ｋ］となる。これが、冷媒不足１の状態となる。一方、温度勾配がない冷媒の場合には、０［Ｋ］となる。

図５は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒量が不足しているときのｐ−ｈ線図の他の一例を示す図である。図５で示される冷媒量不足の状態を冷媒不足２とする。冷媒回路１０内における冷媒の減少がさらに進むと、受液器２５の冷媒流出口側の点Ｂの位置および第１過冷却器２２の冷媒流出口側の点Ｃの位置における冷媒のエンタルピーは、さらに大きくなる。このとき、図５の例では、吐出圧力センサ３４ｂの検出した圧力に基づく飽和ガス温度は、４０［℃］である。また、飽和液温度は、３２［℃］である。さらに、受液器出口温度は、３７［℃］である。そして、過冷却器出口温度は、３５［℃］である。このとき、過冷却度ＳＣは、次式（２）で表される。ここで、数式上、過冷却度ＳＣは、−３［Ｋ］となっているが、実際には、過冷却度ＳＣが−３［Ｋ］という状態はない。このため、（２）式は、冷媒が過冷却状態ではないことを表している。

過冷却度ＳＣ＝飽和液温度３２［℃］−過冷却器出口温度３５［℃］
＝−３［Ｋ］ …（２）

しかしながら、第１過冷却器２２の冷媒流出口側において受液器出口温度センサ３３ｈが検出した温度は、３７［℃］となる。また、過冷却器出口温度センサ３３ｄが検出した温度は３５［℃］となる。冷媒に温度勾配があることから、温度差は２［Ｋ］となる。これが、冷媒不足２の状態となる。

図６は、この発明の実施の形態１に係る冷媒回路１０内の冷媒と過冷却度ＳＣとの関係を示す図である。冷媒の過冷却度ＳＣを利用して、冷媒量の判定を行う場合、過冷却度ＳＣが、あらかじめ設定された判定閾値よりも小さくなったときに、冷媒量が不足していると判定する。実施の形態１の冷凍装置１のように、温度勾配が大きい冷媒を用いる場合には、受液器２５の冷媒流出口側の位置から第１過冷却器２２の冷媒流出口側の位置までの間における冷媒の温度勾配よりも大きい値になるように、判定閾値を設定する。たとえば、図６の例では、３．５［Ｋ］に判定閾値を設定する。また、第１過冷却器２２でつく過冷却度ＳＣも受液器２５の冷媒流出口から第１過冷却器２２でつく温度勾配より大きい値になるように設計する必要がある。たとえば、実施の形態１の冷凍装置１では、過冷却度が５．０［Ｋ］となるように冷媒回路１０の機器を制御する。

［冷媒量判定処理動作］
図７は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１における冷媒量判定処理の一例を説明する図である。実施の形態１においては、熱源側制御部３１が、冷媒量判定処理部として、冷媒量判定処理を行うものとして説明する。実施の形態１の冷凍装置１は、第１過冷却器２２の過冷却度ＳＣを算出し、冷媒量が不足しているか否かの冷媒量判定処理を行う。ここで、以下において、説明する冷媒量判定処理は、冷凍装置１を設置するときの冷媒充填作業または冷凍装置１のメンテナンスを行うときの冷媒充填作業に適用することができる。また、冷媒量判定動作は、たとえば、遠隔装置（図示せず）からの指示を受けたときに、実行するようにしてもよい。

図７のステップＳＴ１にて、図１に記載の冷凍装置１は、通常運転制御を行う。冷凍装置１の通常運転制御では、熱源側制御部３１は、たとえば、センサ類が検出した冷媒回路１０内の圧力、温度などの運転データを取得する。そして、熱源側制御部３１は、運転データを用いて凝縮温度および蒸発温度などの目標値および偏差などの制御値を演算し、圧縮機２１などのアクチュエータ類の制御を行う。以下、アクチュエータ類の動作について説明する。

たとえば、熱源側制御部３１は、冷凍装置１の利用側熱交換器４２における蒸発温度を、目標蒸発温度と一致させるように、圧縮機２１の運転周波数を制御する。ここで、目標蒸発温度は、たとえば、０［℃］である。また、利用側熱交換器４２の蒸発温度は、吸入圧力センサ３４ａが検出した圧力を飽和温度に換算することによって得ることもできる。たとえば、熱源側制御部３１は、現在の蒸発温度が目標蒸発温度よりも高いと判定した場合には、圧縮機２１の運転周波数を上昇させる制御を行う。また、現在の蒸発温度が目標蒸発温度よりも低いと判定した場合には、圧縮機２１の運転周波数を低下させる制御を行う。

また、たとえば、熱源側制御部３１は、冷凍装置１の冷凍サイクルの凝縮温度を、目標凝縮温度と一致させるように、熱源側熱交換器２３に空気を送風する熱源側ファン２７の回転数を制御する。ここで、目標凝縮温度は、たとえば、４５［℃］である。また、冷凍装置１の熱源側熱交換器２３における凝縮温度は、吐出圧力センサ３４ｂが検出した圧力を、飽和温度に換算することによって得ることもできる。たとえば、熱源側制御部３１は、現在の凝縮温度が目標凝縮温度よりも高いと判定した場合には、熱源側ファン２７の回転数を大きくさせる制御を行う。また、現在の凝縮温度が目標凝縮温度よりも低いと判定した場合は、熱源側ファン２７の回転数を小さくさせる制御を行う。

また、たとえば、熱源側制御部３１は、各種センサから送られた信号を用いて、第１インジェクション流路７１のインジェクション量調整弁７２の開度を調整する。たとえば、熱源側制御部３１は、現在の圧縮機２１の吐出温度が高いと判定した場合は、インジェクション量調整弁７２の開度を開くように制御する。また、現在の圧縮機２１の吐出温度が低いと判定すると、インジェクション量調整弁７２の開度を閉じるように制御する。そして、たとえば、熱源側制御部３１は、利用側ユニット４に空気を送風する利用側ファン４３の回転数の制御を行う。

ステップＳＴ２にて、熱源側制御部３１は、たとえば、受液器出口温度、過冷却器出口温度などを用いて、過冷却度ＳＣの演算を行う。

ステップＳＴ３にて、熱源側制御部３１は、ステップＳＴ１によって行われている冷凍装置１の通常運転制御が安定しているかどうかを判定する。熱源側制御部３１は、冷凍装置１の運転制御が安定していないと判定すると、ステップＳＴ１に戻る。一方、熱源側制御部３１は、冷凍装置１の運転制御が安定していると判定すると、ステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４において、熱源側制御部３１は、冷媒量判定パラメータとその基準値とを比較することにより、冷媒回路１０内の冷媒量が適正かどうかの判定を行う。具体的には、第１過冷却器２２の冷媒流出口における過冷却度ＳＣと判定閾値ＳＣｍとの偏差量ΔＳＣ（＝ＳＣ−ＳＣｍ）を求める。ここでは、偏差量ΔＳＣを冷媒量判定パラメータとする。そして、求めた偏差量ΔＳＣが、設定偏差量以上の値（たとえば、１．５（＝５．０−３．５））であるか否かを判定する。熱源側制御部３１は、偏差量ΔＳＣが設定偏差量以上の値であると判定すると、冷媒量が不足していないとして、ステップＳＴ５に進む。熱源側制御部３１は、偏差量ΔＳＣが設定偏差量より小さい値であると判定すると、冷媒量が不足しているとして、ステップＳＴ６に進む。

このときに、第１過冷却器２２の過冷却度ＳＣは、１回の検出に基づいて演算された瞬時値を用いるよりも、時間的に異なる複数の過冷却度ＳＣの移動平均をとることが望ましい。時間的に異なる複数の過冷却度ＳＣの移動平均に基づく判定を行うことで、冷媒回路１０内の安定も考慮することができる。ここで、判定閾値ＳＣｍは、たとえば、熱源側制御部３１の記憶部３ｃにあらかじめ設定されたデータが記憶されるようにしてもよい。また、判定閾値ＳＣｍは、リモートコントローラ、スイッチなどから入力されてデータが設定されてもよい。さらに、判定閾値ＳＣｍは、遠隔装置（図示せず）から送られた指示によってデータが設定されてもよい。

熱源側制御部３１は、ステップＳＴ４における冷媒量判定結果が冷媒量適正であると判定すると、ステップＳＴ５において、冷媒量が適正である旨の出力を行う。冷媒量が適正である場合には、冷媒量が適正である旨が、たとえば、冷凍装置１が有するＬＥＤ、液晶表示装置などの表示部（図示せず）に表示される。また、たとえば、冷媒量が適正である旨の信号が遠隔装置（図示せず）に送信される。

一方、熱源側制御部３１は、ステップＳＴ４における冷媒量判定結果が冷媒量不足であると判定すると、ステップＳＴ６において、冷媒量が異常である旨の出力を行う。冷媒量が異常である場合には、たとえば、冷媒量が異常である旨の警報が、冷凍装置１に配設されたＬＥＤ、液晶装置などの表示部（図示せず）に表示される。また、たとえば、冷媒量が異常である旨の信号が遠隔装置（図示せず）に送信される。ここで、冷媒量が異常である場合は、緊急を要することもあるため、電話回線などを通じて、サービスマンへ異常発生が直接的に報知されるようにしてもよい。

ここで、熱源側制御部３１は、ステップＳＴ２において、過冷却度ＳＣの演算を行った後、ステップＳＴ３において、冷媒量の判定を行うか否かの判定を行った。しかしながら、熱源側制御部３１は、ステップＳＴ３の処理の後に、ステップＳＴ２の処理を実行してもよい。冷媒量の判定を行うか否かの判断を行った後に、過冷却度ＳＣの演算を行うことによって、熱源側制御部３１が、演算を行う処理量を低減することができる。

以上のように、実施の形態１の冷凍装置１では、制御部３を含む熱源側制御部３１が、第１過冷却器２２の過冷却度ＳＣが受液器２５の冷媒流出口から第１過冷却器２２の間に生じる温度勾配より大きい値になるように圧縮機２１などの機器を制御するようにした。また、第１過冷却器２２における過冷却度ＳＣと、受液器２５の冷媒流出口から第１過冷却器２２の間に生じる温度勾配より大きい値になるように設定した判定閾値ＳＣｍとの比較に基づいて、冷媒量が適正か否かを判定する冷媒量判定処理を行うようにした。このため、温度勾配が大きい冷媒を冷媒回路１０に用いる場合でも、熱源側制御部３１は、冷媒量判定処理を高精度に行うことができる。この冷媒量判定処理は、温度勾配がないまたは小さい冷媒にも適用することができる。

さらに、実施の形態１の冷凍装置１においては、各種温度センサを利用して、冷媒量判定処理を行うことができるので、圧力センサを必要とせず、安価な構成で、冷媒量判定処理を行うことができる。

ここで、前述した運転制御では、凝縮温度および蒸発温度を特定する制御はしていない。しかし、たとえば、凝縮温度および蒸発温度が一定になるように制御を行ってもよい。また、たとえば、圧縮機２１の運転周波数と熱源側ユニット２の熱源側ファン２７の回転数を一定値として、凝縮温度と蒸発温度の制御を行わなくてもよい。また、たとえば、凝縮温度または蒸発温度のうち、いずれか一方を目標温度となるように制御を行ってもよい。冷凍装置１の運転状態を一定の条件に制御することによって、第１過冷却器２２の過冷却度ＳＣおよび過冷却度ＳＣに応じて変動する運転状態量の変動が小さくなる。このため、閾値の決定を容易に行うことができ、冷媒量判定処理を行いやすい。

また、実施の形態１の冷媒量判定処理を、冷凍装置１を設置するときの冷媒充填作業または冷凍装置１のメンテナンスを行うときの冷媒充填作業に適用することで、冷媒充填作業の時間短縮、作業者の負荷軽減を実現することができる。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図８において、図１と同じ符号を付している機器については、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行う。実施の形態２の冷凍装置１において、過冷却器出口圧力センサ３４ｃは、第１過冷却器２２を通過した冷媒の圧力を検出する。過冷却器出口圧力センサ３４ｃは、実施の形態１における受液器出口温度センサ３３ｈの代わりに、過冷却器出口温度センサ３３ｄと同じ位置における冷媒の圧力を検出できるように設置されている。

実施の形態１では、受液器出口温度センサ３３ｈが検出した受液器出口温度に基づいて、過冷却度ＳＣの算出などを行った。実施の形態２では、過冷却器出口圧力センサ３４ｃが検出する圧力から飽和液温度を得る。そして、飽和液温度と過冷却器出口温度センサ３３ｄが検出した温度との差を過冷却度ＳＣとする。同じ位置における冷媒の圧力と温度とに基づいて過冷却度ＳＣを得るようにしたことで、冷媒の温度勾配を考慮する必要がなくなる。

ここで、吐出圧力センサ３４ｂが検出した吐出圧力から得られる飽和液温度に基づいて、過冷却器出口温度センサ３３ｄの設置位置における飽和液温度を得るようにしてもよい。そして、飽和液温度と過冷却器出口温度センサ３３ｄが検出した温度との差を過冷却度ＳＣとする。このため、吐出圧力に基づいて過冷却度ＳＣを得ることができるので、圧力センサを少なくすることができ、コスト低減をはかることができる。

ここで、このとき得られる、過冷却器出口温度センサ３３ｄと同じ位置の圧力の飽和温度については、吐出圧力センサ３４ｂが検出した吐出圧力の飽和液温度と冷媒不足時の第１過冷却器２２における温度勾配分を考慮する必要がある。また、吐出圧力センサ３４ｂと第１過冷却器２２の冷媒流出口との間において圧力損失がある場合は、圧力損失分の飽和温度低下分も考慮する必要がある。このため、過冷却器出口圧力センサ３４ｃが検出する圧力から飽和液温度を得る場合よりも、精度は若干低下するが、圧力センサが少なくなることで、コスト低減をはかることができる。

以上のように、実施の形態２の冷凍装置１によれば、過冷却器出口温度センサ３３ｄと同じ位置の圧力を検出する過冷却器出口圧力センサ３４ｃを設置するようにした。このため、第１過冷却器２２の冷媒流出口において検出した圧力から得られる液飽和温度に基づいて、過冷却度ＳＣを算出することができ、冷媒の温度勾配に関係なく。高精度の冷媒量判定処理を行うことができる。

さらに、実施の形態２の冷凍装置１においては、冷媒の温度勾配を考慮する必要がないので、冷媒の温度勾配の有無に関係なく、熱源側制御部３１は、同じ手順で冷媒量判定処理を行うことができる。このため、熱源側制御部３１が実行するプログラムソフトの開発負荷を低減することができる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３に係る冷媒回路１０内の冷媒量、第１過冷却器２２における過冷却度ＳＣおよび冷凍装置１の運転条件の関係を説明する図である。図９に示すように、第１過冷却器２２の過冷却度ＳＣは、冷凍装置１の運転条件（外気温度、熱交換量、冷媒循環量など）に応じて、大きく変動する。そのため、過冷却度ＳＣを利用して、冷媒量の不足の判定を行う場合には、誤判定とならないように、過冷却度閾値Ｓを低く設定する必要性がある。過冷却度閾値Ｓを低く設定した場合、冷媒量の不足を判定するまでに長時間を要する。このため、たとえば、冷媒が漏洩している場合に、判定までに時間を要することで、冷媒の漏洩量が多くなってしまう。

［冷媒量の判定］
そこで、実施の形態３の冷凍装置１においては、過冷却度ＳＣと比較して、冷凍装置１の運転条件の変化に対する変動が小さい第１過冷却器２２の温度効率Ｔを用いて、冷媒量の判定を行う。温度効率Ｔは、後述するように、第１過冷却器２２の効率を示すものである。ここで、実施の形態３における冷凍装置１の機器構成については、図１と同様の構成である。

図１０は、この発明の実施の形態３に係る冷凍装置１において、冷媒量が適正量である場合の、冷媒回路１０内における冷媒の温度変化の一例を説明する図である。図１０では、熱源側熱交換器２３、受液器２５および第１過冷却器２２を流れるときの、冷媒の温度変化を示している。図１０において、縦軸は、温度を示す。上方向に向かって高い温度となる。また、横軸は、熱源側熱交換器２３、受液器２５および第１過冷却器２２の冷媒経路を示している。ｓ１は、冷媒の凝縮温度（飽和液温度）である。また、ｓ２は、第１過冷却器２２の冷媒流出口における冷媒温度である。そして、ｓ３は、外気温度である。

第１過冷却器２２の温度効率Ｔは、第１過冷却器２２の効率を示すものであり、第１過冷却器２２において取り得る最大温度差Ｘを分母とし、実際の温度差Ｙを分子として表した数値である。したがって、温度効率Ｔは、実際に取り得る温度差Ｙを最大温度差Ｘで除算した値であり、次式（３）で表される。
温度効率Ｔ＝実際に取り得る温度差Ｙ／最大温度差Ｘ …（３）

第１過冷却器２２において、最大温度差Ｘは、凝縮温度ｓ１と外気温度ｓ３との温度差となる。また、実際に取り得る温度差Ｂは、凝縮温度ｓ１と第１過冷却器２２の出口側の温度ｓ２との差となる。

図１１は、この発明の実施の形態３に係る冷凍装置１において、冷媒量が不足している場合の、冷媒回路１０内における冷媒の温度変化の一例を説明する図である。図１１は、実施の形態１において説明した冷媒不足１の場合における冷媒の温度変化を示している。図１１は、第１過冷却器２２の冷媒流出口側における点Ｃの位置において、乾き度０の飽和液冷媒となった状態を表している。そして、点Ｃの位置と受液器２５の冷媒流出口側における点Ｂの位置との間には、温度勾配により温度差Ｙが生じている。このため、温度勾配が大きい冷媒を用いると、温度勾配がない冷媒の場合と比較して、冷媒不足時には、温度勾配分、温度効率Ｔが大きくなるように見える。

熱源側制御部３１が、温度効率Ｔを利用して、冷媒量の判定を行う場合、温度効率Ｔが、あらかじめ設定された閾値よりも小さくなったときに、冷媒量が不足していると判定する。ここで、たとえば、温度勾配の大きい冷媒を用いている場合には、受液器２５の冷媒流出口側から第１過冷却器２２でつく温度勾配分を考慮した値より大きい値になるように閾値を設定する。

図１２は、この発明の実施の形態３に係る冷媒回路１０内の冷媒と温度効率Ｔとの関係を示す図である。たとえば、図１２の例では、最大温度差Ｘの値を１０Ｋとすると、０．２３（＝３．０÷（１０．０＋３．０））より大きい値に設定する。たとえば、実施の形態３では、０．４とする。また、適正冷媒時の第１過冷却器２２の温度効率Ｔも、上記０．２３より大きい値になるように設計する必要がある。たとえば、実施の形態３では、０．５（＝５．０÷１０．０）とする。

図１３は、この発明の実施の形態３に係る冷媒回路１０内の冷媒量、第１過冷却器２２における温度効率Ｔおよび冷凍装置１の運転条件の関係を説明する図である。図１３において、横軸は、冷媒の冷媒量である。また、縦軸は、第１過冷却器２２の温度効率Ｔである。図１３に示すように、冷媒量が少なくなっていって、冷媒量がＥになって受液器２５の余剰液冷媒がなくなると、第１過冷却器２２の温度効率Ｔが低下する。そこで、熱源側制御部３１は、温度効率Ｔが、あらかじめ設定された温度効率閾値Ｔ１よりも小さいと判定すると、冷媒が漏洩したと判定する。温度効率Ｔは、第１過冷却器２２の性能を示すものである。温度効率Ｔは、過冷却度ＳＣに比べて冷凍装置１の運転条件による変動が小さいため、冷凍装置１の運転条件ごとに温度効率閾値Ｔ１を設定することなく、冷媒量不足の判定精度を向上させることができる。

実施の形態３に係る冷凍装置１における冷媒量判定処理については、実施の形態１において、図７に基づいて説明した冷媒量判定処理と流れは同じである。実施の形態３では、温度効率Ｔを算出し、過冷却度ＳＣの代わりに、温度効率Ｔを判定閾値Ｔｍと比較して、冷媒量が適正か否かを判定する。

以上のように、実施の形態３の冷凍装置１においては、熱源側制御部３１は、温度効率Ｔを算出して、温度効率Ｔに基づいて冷媒量判定処理を行うようにし、また、温度効率Ｔの判定閾値を温度勾配を考慮した分より大きくし、かつ、第１過冷却器２２の仕様が、冷媒不足時の温度勾配による温度効率Ｔよりも、冷媒量適正時の温度効率Ｔの方が大きくなるようにしたので、過冷却度ＳＣで判定するよりも、冷媒量の不足を判定するまでの時間を短くすることができる。このため、冷媒の漏洩量を少なくすることができる。

実施の形態４．
実施の形態４の冷凍装置１は、実施の形態２の冷凍装置１と同様に、受液器出口温度センサ３３ｈの代わりに、過冷却器出口圧力センサ３４ｃを有している。したがって、実施の形態４の冷凍装置１の構成は、図８と同様の構成である。過冷却器出口圧力センサ３４ｃは、第１過冷却器２２を通過した冷媒の圧力を検出する。過冷却器出口圧力センサ３４ｃは、過冷却器出口温度センサ３３ｄと同じ位置における冷媒の圧力を検出できるように設置されている。

前述した実施の形態３では、受液器出口温度センサ３３ｈが検出した受液器出口温度に基づいて、第１過冷却器２２の温度効率Ｔの算出などを行った。実施の形態４では、過冷却器出口圧力センサ３４ｃが検出する圧力から飽和液温度を得る。そして、飽和液温度と過冷却器出口温度センサ３３ｄが検出した温度との差を過冷却度ＳＣとし、また、第１過冷却器２２の温度効率Ｔを算出する。同じ位置における冷媒の圧力と温度とに基づいて温度効率Ｔを得るようにしたことで、冷媒の温度勾配を考慮する必要がなくなる。

ここで、吐出圧力センサ３４ｂが検出した吐出圧力から得られる飽和液温度に基づいて、過冷却器出口温度センサ３３ｄの設置位置における飽和液温度を得るようにしてもよい。そして、飽和液温度と過冷却器出口温度センサ３３ｄが検出した温度との差を過冷却度ＳＣとする。このため、吐出圧力に基づいて過冷却度ＳＣおよび温度効率Ｔを得ることができるので、圧力センサを少なくすることができ、コスト低減をはかることができる。

ここで、このとき得られる、過冷却器出口温度センサ３３ｄと同じ位置の圧力の飽和温度については、吐出圧力センサ３４ｂが検出した吐出圧力の飽和液温度と冷媒不足時の第１過冷却器２２における温度勾配分を考慮する必要がある。また、吐出圧力センサ３４ｂと第１過冷却器２２の冷媒流出口との間において圧力損失がある場合は、圧力損失分の飽和温度低下分も考慮する必要がある。このため、過冷却器出口圧力センサ３４ｃが検出する圧力から飽和液温度を得る場合よりも、精度は若干低下するが、圧力センサが少なくなることで、コスト低減をはかることができる。

以上のように、実施の形態４の冷凍装置１によれば、過冷却器出口温度センサ３３ｄと同じ位置の圧力を検出する過冷却器出口圧力センサ３４ｃを設置するようにした。このため、第１過冷却器２２の冷媒流出口において検出した圧力から得られる液飽和温度に基づいて、温度効率Ｔを算出することができ、冷媒の温度勾配に関係なく。高精度の冷媒量判定処理を行うことができる。

さらに、実施の形態４の冷凍装置１においては、冷媒の温度勾配を考慮する必要がないので、冷媒の温度勾配の有無に関係なく、熱源側制御部３１は、同じ手順で冷媒量判定処理を行うことができる。このため、熱源側制御部３１が実行するプログラムソフトの開発負荷を低減することができる。

実施の形態５．
図１４は、この発明の実施の形態５に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図１４において、図１および図８と同じ符号を付している機器については、実施の形態１および実施の形態２で説明したことと同様の動作を行う。

実施の形態５の冷凍装置１では、熱源側熱交換器２３と第１過冷却器２２との間に、圧力センサ３５ｃを設置する。実施の形態５では、受液器２５の冷媒流出口に設置された受液器出口温度センサ３３ｈの設置位置と同じとなる位置とする。そして、熱源側制御部３１は、受液器出口温度センサ３３ｈの検出温度αと圧力センサ３５ｃの検知圧力の飽和液温度βとの温度差Ｚ（＝α−β）を指標として、冷媒不足時の冷媒組成変化を判定する。したがって、実施の形態５における熱源側制御部３１は、組成変化判定部として機能する。

実施の形態１〜実施の形態４における処理または他の処理により、冷媒回路１０の冷媒不足が判定された後、冷媒の組成変化がない場合、温度勾配は大きくなる。たとえば、図３に示すように、適正量の冷媒が封入されているときには、受液器出口温度センサ３３ｈにおける検出温度は、Ｂ点における温度（３２［℃］）となる。一方、圧力センサ３５ｃにおける検出圧力に基づく飽和液温度も３２［℃］となる。したがって、温度差Ｚは、次式（４）で表すように、０［℃］となる。

温度差Ｚ＝α−β
＝３２−３２［℃］＝０［℃］ …（４）

一方、図４に示す冷媒不足１の状態まで冷媒漏洩が進むと、受液器出口温度センサ３３ｈにおける検出温度は、Ｂ点における温度（３５［℃］）となる。一方、圧力センサ３５ｃにおける検出圧力に基づく飽和液温度は３２［℃］で変化しない。したがって、温度差Ｚは、次式（５）で表すように、３［℃］となる。

温度差Ｚ＝α−β
＝３５−３２［℃］＝３［℃］ …（５）

さらに、図５に示す冷媒不足２の状態まで冷媒漏洩が進むと、受液器出口温度センサ３３ｈにおける検出温度は、Ｂ点における温度（３７［℃］）となる。一方、圧力センサ３５ｃにおける検出圧力に基づく飽和液温度は３２［℃］で変化しない。したがって、温度差Ｚは、次式（６）で表すように、５［℃］となる。

温度差Ｚ＝α−β
＝３７−３２［℃］＝５［℃］ …（６）

以上より、冷媒回路１０から冷媒が漏洩すると、冷媒の組成変化がない場合、受液器出口温度センサ３３ｈの検出温度αと圧力センサ３５ｃの検知圧力の飽和液温度βとの間に温度差Ｚが生じる。熱源側制御部３１は、温度差Ｚにより、冷媒漏洩を判定することができる。

また、たとえば、前述した、６つの条件を満たすＲ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆおよびＣＯ_２の混合冷媒またはＲ４０７Ｃ、Ｒ４４８Ａ、Ｒ４４９Ａなどの温度勾配が生じる混合冷媒が、冷媒回路内に封入されているものとする。冷媒回路１０から気液二相状態の混合冷媒が漏洩する場合、各成分の漏れ量に偏りが生じ、組成が大きく変化する場合がある。このような組成変化が発生した場合、温度勾配による大きな温度差は発生しない。

そこで、実施の形態５では、熱源側制御部３１は、実施の形態１〜実施の形態４の方法または他の方法で冷媒不足を判定するとともに、冷媒漏洩により組成変化が起こったかどうかを、温度差Ｚから判定する。ここで、ガス単相領域または液単相領域で冷媒漏れが生じても組成変化は発生しにくい。このような場合は、熱源側制御部３１は、温度差Ｚだけで冷媒不足を判定する処理を行うことができる。

混合冷媒の組成変化が発生した場合は、冷媒回路中の全冷媒を回収して、冷媒を入れ替える必要がある。なぜなら、組成変化が発生した場合、冷媒の飽和圧力と飽和温度の間にずれが生じ、冷媒回路１０の状況を正しく認識できなくなるためである。一方、組成変化が発生していない場合、冷媒の全回収はせず、冷媒を追加封入すればよい。冷媒の組成変化を判定することができれば、不要な冷媒の全回収および全冷媒の再追加を防止し、冷媒を節約することができる。

以上のように、実施の形態５の冷凍装置１によれば、熱源側制御部３１は、受液器出口温度センサ３３ｈの検出温度αと圧力センサ３５ｃの検知圧力の飽和液温度βとの温度差Ｚを算出するようにした。このため、冷媒不足である場合に、温度差Ｚを用いることにより、組成変化の有無を判定することができ、冷媒回路１０の圧力、温度の状況を正しく検出することができる。したがって、冷凍装置１の制御をより効率的に行うことができる。また、組成変化の有無を判定することで、冷媒漏れが発生したときに、全回収の要否についても判定することができる。

また、圧力センサ３５ｃを設置せず、熱源側制御部３１は、吐出圧力センサ３４ｂの検知圧力から凝縮器の温度勾配、圧力損失を考慮した飽和温度を算出（予測）するようにしてもよい。そして、熱源側制御部３１は、飽和温度と受液器出口温度センサ３３ｈの検出温度との温度差により、組成変化の有無を判定するようにしてもよい。

実施の形態６．
図１５は、この発明の実施の形態６に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図１５において、図１および図８と同じ符号を付している機器については、実施の形態１および実施の形態２で説明したことと同様の動作を行う。

図１５に示すように、実施の形態６における冷凍装置１Ａは、熱源側ユニット２Ａが、第２過冷却器２６をさらに有している。第２過冷却器２６は、冷媒の流れにおいて、第１過冷却器２２の下流側に設置されている。ここで、第２過冷却器２６は、この発明における「過冷却器」に相当する。第２過冷却器２６は、たとえば、二重管、またはプレート熱交換器を含んで構成される。そして、第２過冷却器２６は、熱源側冷媒回路１０ｂに流れる高圧の冷媒と第１インジェクション流路７１Ａに流れる中間圧の冷媒とを熱交換させる冷媒間熱交換器である。

第２過冷却器２６を通過した冷媒の一部は、インジェクション量調整弁７２で膨張されて中間圧の冷媒となる。そして、第２過冷却器２６を通過する冷媒と熱交換することになる。その結果、第１過冷却器２２から流出し、第２過冷却器２６で熱交換された高圧の冷媒は、さらに過冷却される。また、インジェクション量調整弁７２から流入して、第２過冷却器２６で熱交換された中間圧の冷媒は、乾き度が高い冷媒となり、圧縮機２１の吐出温度を下げるために圧縮機２１の中間圧ポートにインジェクションが行われる。

実施の形態６の冷凍装置１Ａにおいて、熱源側制御部３１が行う冷媒判定処理については、第１過冷却器２２の過冷却度ＳＣまたは温度効率Ｔを用いて行うことができる。また、熱源側制御部３１は、第２過冷却器２６の過冷却度ＳＣまたは温度効率Ｔを用いて冷媒判定処理を行ってもよい。さらに、熱源側制御部３１は、第１過冷却器２２および第２過冷却器２６の両方の過冷却度ＳＣまたは温度効率Ｔを用いて冷媒判定処理を行ってもよい。ここで、実施の形態６の冷凍装置１Ａにおいて、第１過冷却器２２を設置せず、受液器２５から流出した冷媒が、第２過冷却器２６に流入する構成とすることもできる。このときの温度効率Ｔは、温度効率Ｔ＝実際に取り得る温度差Ｙ／最大温度差＝（受液器出口温度センサ３３ｈにおける検出温度−過冷却器出口温度センサ３３ｄにおける検出温度）／（受液器出口温度センサ３３ｈにおける検出温度−インジェクション量調整弁７２下流側の中間圧飽和温度）となる。

上述の実施の形態１〜実施の形態６では、冷凍サイクル装置の例として冷凍装置１および冷凍装置１Ａについて説明したが、これに限定するものではない。たとえば、空気調和装置、冷蔵装置など、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。

また、上述した実施の形態１〜実施の形態６において、冷凍サイクル装置に用いる冷媒は、温度勾配が大きい冷媒であるものとして説明した。しかしながら、実施の形態１〜実施の形態６の構成は、温度勾配が小さいおよび温度勾配がない冷媒にも適用することができる。

１，１Ａ 冷凍装置、２，２Ａ 熱源側ユニット、３ 制御部、３ａ 取得部、３ｂ 演算部、３ｃ 記憶部、３ｄ 駆動部、３ｅ 入力部、３ｆ 出力部、４ 利用側ユニット、６ 液冷媒延長配管、７ ガス冷媒延長配管、１０ 冷媒回路、１０ａ 利用側冷媒回路、１０ｂ 熱源側冷媒回路、２１ 圧縮機、２２ 第１過冷却器、２３ 熱源側熱交換器、２４ アキュムレータ、２５ 受液器、２６ 第２過冷却器、２７ 熱源側ファン、２８ 液側閉鎖弁、２９ ガス側閉鎖弁、３１ 熱源側制御部、３２ 利用側制御部、３３ａ 吸入温度センサ、３３ｂ 吐出温度センサ、３３ｃ 吸込外気温度センサ、３３ｄ 過冷却器出口温度センサ、３３ｅ 利用側熱交入口温度センサ、３３ｆ 利用側熱交出口温度センサ、３３ｇ 吸込空気温度センサ、３３ｈ 受液器出口温度センサ、３４ａ 吸入圧力センサ、３４ｂ 吐出圧力センサ、３４ｃ 過冷却器出口圧力センサ、３５ｃ 圧力センサ、４１ 利用側膨張弁、４２ 利用側熱交換器、４３ 利用側ファン、７１，７１Ａ 第１インジェクション流路、７２ インジェクション量調整弁、７３ インジェクション配管。

Claims (7)

1. 圧縮機、凝縮器、過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
   前記過冷却器が、前記凝縮器から前記過冷却器の冷媒流入口までの間の温度と前記過冷却器の下流側の冷媒流出口における温度との温度差である前記冷媒の過冷却度が、前記過冷却器の前記冷媒流入口と前記冷媒流出口との間における前記冷媒の冷媒不足時に生じる前記温度勾配よりも大きくなるようにし、
   前記冷媒の前記温度勾配より大きい値で設定された判定閾値と前記冷媒の過冷却度とを比較して、前記冷媒回路に充填された冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部を備える冷凍サイクル装置。
2. 圧縮機、凝縮器、受液器、過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
   前記過冷却器が、前記凝縮器から前記過冷却器の冷媒流入口までの間の温度と前記過冷却器の下流側の冷媒流出口における温度との温度差である前記冷媒の過冷却度を前記過冷却器においてとり得る前記冷媒の最大温度差で除算した値である前記過冷却器の温度効率が、前記受液器の前記冷媒流出口と前記過冷却器の前記冷媒流出口との間における前記冷媒の冷媒不足時に生じる前記温度勾配を前記過冷却器における前記冷媒の最大温度差で除算した値よりも大きくなるようにし、
   前記冷媒の前記温度勾配を前記過冷却器における前記冷媒の最大温度差で除算した値より大きい値で設定された判定閾値と前記過冷却器の前記温度効率とを比較して、前記冷媒回路に充填された冷媒量が不足しているか否かを判定する冷媒量判定部を備える冷凍サイクル装置。
3. 前記過冷却器の前記冷媒流入口に設置されて温度を検出する過冷却器入口温度センサと、
   前記過冷却器の前記冷媒流出口に設置されて温度を検出する過冷却器出口温度センサと
   を備え、
   前記冷媒量判定部は、前記過冷却器入口温度センサが検出した温度と前記過冷却器出口温度センサが検出した温度との温度差による過冷却度から、前記冷媒量が不足しているかどうかを判定する請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記過冷却器の前記冷媒流出口に設置されて圧力を検出する過冷却器出口圧力センサと、
   前記過冷却器の前記冷媒流出口に設置されて温度を検出する過冷却器出口温度センサと
   を備え、
   前記冷媒量判定部は、前記過冷却器出口圧力センサが検出した圧力から得られる飽和温度と前記過冷却器出口温度センサが検出した温度との温度差による過冷却度から、前記冷媒量が不足しているかどうかを判定する請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記凝縮器と前記過冷却器との間に設置されて圧力を検出する圧力センサと、
   前記凝縮器と前記過冷却器との間に設置されて温度を検出する温度センサと、
   前記冷媒量判定部が、前記冷媒量が不足していると判定すると、前記圧力センサが検出した圧力から得られる飽和温度と前記温度センサが検出した温度との温度差により、前記冷媒の組成変化の有無を判定する組成変化判定部と
   をさらに備える請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記冷媒は、Ｒ３２と、Ｒ１２５と、Ｒ１３４ａと、Ｒ１２３４ｙｆと、ＣＯ_２との混合冷媒であり、
   前記混合冷媒の総重量に対するＲ３２の重量の割合ＸＲ３２（ｗｔ％）が、３３＜ＸＲ３２＜３９である条件と、
   前記混合冷媒の総重量に対するＲ１２５の重量の割合ＸＲ１２５（ｗｔ％）が、２７＜ＸＲ１２５＜３３である条件と、
   前記混合冷媒の総重量に対するＲ１３４ａの重量の割合ＸＲ１３４ａ（ｗｔ％）が１１＜ＸＲ１３４ａ＜１７である条件と、
   前記混合冷媒の総重量に対するＲ１２３４ｙｆの重量の割合ＸＲ１２３４ｙｆ（ｗｔ％）が１１＜ＸＲ１２３４ｙｆ＜１７である条件と、
   前記混合冷媒の総重量に対するＣＯ_２の重量の割合ＸＣＯ_２（ｗｔ％）が３＜ＸＲ１２５＜９となる条件と、
   前記ＸＲ３２、前記ＸＲ１２５、前記ＸＲ１３４ａ、前記ＸＲ１２３４ｙｆおよび前記ＸＣＯ_２の総和が１００である条件と
   を全て満たす前記冷媒である請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置を備える冷凍装置。

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