JP7058657B2

JP7058657B2 - 冷凍空調装置及び制御装置

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Publication number: JP7058657B2
Application number: JP2019532298A
Authority: JP
Inventors: 昌彦中川; 哲二七種
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2022-04-22
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Description

本発明は、冷媒回路に封入される冷媒の漏洩の有無を判定する制御装置を備える冷凍空調装置及び制御装置に関する。

従来、冷媒の漏洩の有無を判定する制御装置を備える冷凍空調装置が知られている。特許文献１には、冷媒の漏洩等によって発生する冷凍回路の冷媒不足の検出方法が開示されている。特許文献１は、冷凍回路中に冷媒が充分に存在すると仮定したときに熱負荷によって求められる蒸発器の入口温度理論値と、実際に計測された蒸発器の入口温度との差が所定の値以上である状態が一定期間継続したときに、冷媒が不足していると判断する。

特開平５－９９５４２号公報

このように、特許文献１に開示された冷媒不足検出方法は、圧力低下による状態量の変化を用いて冷媒漏洩を検出している。冷媒回路の配管長等が変化した場合、圧力低下を判定する閾値も変わるため、冷媒の漏洩を精度良く検出することが困難である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒回路の配管長に依存することなく、冷媒の漏洩を検出することができる冷凍空調装置及び制御装置を提供するものである。

本発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、蒸発器の入口側に設けられ、冷媒回路の蒸発器の入口側に流れる低圧の非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、蒸発器の入口側に設けられ、冷媒回路の蒸発器の入口側に流れる低圧の非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で冷媒回路を動作させて、低圧温度センサが検出した温度から、低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有する制御装置と、を備え、蒸発器は、冷却室の冷却を行うものであり、点検モードは、設定圧力から換算される非共沸冷媒の蒸発温度が、冷却室の設定温度よりも高いとき行われる。

本発明によれば、冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で冷媒回路を動作させて、冷媒回路の状態を安定化させる。このため、冷媒回路の配管長に依らず、低圧が設定圧力に保たれるため、冷媒回路の配管長に依らず、冷媒回路の状態を安定化させることができる。従って、冷媒回路の配管長に依らずに冷媒の漏洩を精度良く検出することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００を示す回路図である。本発明の実施の形態１における非共沸冷媒であるＲ４０７Ｃを構成する冷媒の沸点及び組成比率を示す表である。本発明の実施の形態１における点検モード時の状態を示すｐ－ｈ線図である。本発明の実施の形態１における非共沸冷媒であるＲ４０７Ｃの組成変化に伴う各部温度を示す表である。本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２における非共沸冷媒であるＲ４２２Ａ、Ｒ４２２Ｄ及びＲ４１７Ａを構成する冷媒の沸点及び組成比率を示す表である。本発明の実施の形態２におけるＲ４２２Ａの組成変化に伴う各部温度を示す表である。本発明の実施の形態２におけるＲ４２２Ｄの組成変化に伴う各部温度を示す表である。本発明の実施の形態２におけるＲ４１７Ａの組成変化に伴う各部温度を示す表である。本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置２００を示す回路図である。

実施の形態１．
以下、本発明に係る冷凍空調装置及び制御装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００を示す回路図である。この図１に基づいて、冷凍空調装置１００について説明する。図１に示すように、冷凍空調装置１００は、冷却庫のような冷却対象を冷却する装置であり、冷媒回路１０と、凝縮温度センサ２１と、膨張入口温度センサ２２と、低圧圧力センサ２３と、蒸発入口温度センサ２４と、制御装置５０とを備えている。冷媒回路１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張部１３、蒸発器１４及びアキュムレータ１５が配管により接続され、沸点が異なる冷媒が混合された非共沸冷媒が循環する。

圧縮機１１は、低温低圧の状態の非共沸冷媒を吸入及び圧縮して高温高圧の状態の非共沸冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば容量を制御することができるインバータ圧縮機からなる。凝縮器１２は、例えば室外空気と非共沸冷媒との間で熱交換させる。膨張部１３は、非共沸冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。膨張部１３は、例えば開度が調整される電子式膨張弁からなる。蒸発器１４は、例えば冷却室の冷却を行い、冷却室の空気と非共沸冷媒との間で熱交換させる。アキュムレータ１５は、ガス冷媒と液冷媒とを分離し、冷媒回路１０に流れる非共沸冷媒のうち、余剰となった余剰冷媒を貯留する。なお、冷凍空調装置１００は、冷媒回路１０に流れる非共沸冷媒の流れ方向を切り替える流路切替部を備えていてもよい。この場合、冷凍空調装置１００は、冷却運転及び加熱運転のいずれも実行することができる。

次に、冷凍空調装置１００の冷却運転について説明する。冷却運転において、圧縮機１１に吸入された冷媒は、圧縮機１１によって圧縮されて高温高圧のガス状態で吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス状態の冷媒は、凝縮器１２に流入し、凝縮器１２において、室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部１３に流入し、膨張部１３において膨張及び減圧されて低温低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器１４に流入し、蒸発器１４において、冷却室の空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、冷却室が冷却される。蒸発した低温低圧のガス状態の冷媒は、圧縮機１１に吸入される。

凝縮温度センサ２１は、凝縮器１２に流れる非共沸冷媒の凝縮温度を検出する。膨張入口温度センサ２２は、膨張部１３の入口側に設けられ、膨張部１３の入口側に流れる非共沸冷媒の膨張前温度を検出する。低圧圧力センサ２３は、蒸発器１４の入口側に設けられ、蒸発器１４の入口側に流れる非共沸冷媒の低圧圧力を検出する。蒸発入口温度センサ２４は、蒸発器１４の入口側に設けられ、蒸発器１４の入口側に流れる非共沸冷媒の入口温度を検出する。なお、蒸発入口温度センサ２４は、低圧温度センサに相当する。

図２は、本発明の実施の形態１における非共沸冷媒であるＲ４０７Ｃを構成する冷媒の沸点及び組成比率を示す表である。本実施の形態１において、冷媒回路１０に封入されている非共沸冷媒は、Ｒ４０７Ｃである。図２に示すように、Ｒ４０７Ｃは、Ｒ３２とＲ１２５とＲ１３４ａとが混合されている。沸点は、Ｒ３２が－５１．７℃であり、Ｒ１２５が－４８．１℃であり、Ｒ１３４ａが－２６．１℃である。即ち、Ｒ４０７Ｃを構成する冷媒のなかで、Ｒ１３４ａの沸点が最も高い。

また、組成比率は、Ｒ３２が２３％であり、Ｒ１２５が２５％であり、Ｒ１３４ａが５２％である。ここで、アキュムレータ１５に貯留する非共沸冷媒は、主に、ガス冷媒と分離された液冷媒であり、アキュムレータ１５に貯留する冷媒は、沸点が高いためにガス化し難いＲ１３４ａの比率が高い。このため、冷媒回路１０内を循環する冷媒は、Ｒ３２及びＲ１２５の比率が高い。

非共沸冷媒の冷媒密度は、季節変動又は冷却負荷変動によって高圧側圧力及び低圧側圧力が変化することに伴って変化する。高圧側圧力とは、圧縮機１１で圧縮された高圧の冷媒の圧力をいい、低圧側圧力とは、膨張部１３で膨張した低圧の冷媒の圧力をいう。このため、冷媒回路１０内に必要な冷媒量も変化する。従って、冷凍空調装置１００が現地に据え付けられる際、いかなる状況においても冷媒不足による能力損失及び過熱運転等が生じないように、必要な冷媒量の変化を見越した最大必要冷媒量以上の冷媒が封入される。このため、アキュムレータ１５には、必要冷媒量の変化によって生じた余剰冷媒が貯留する。

制御装置５０は、各部の圧力及び温度の計測値と、各種設定値とに基づいて冷凍空調装置１００の制御を行う。制御装置５０は、凝縮温度センサ２１、膨張入口温度センサ２２、低圧圧力センサ２３及び蒸発入口温度センサ２４から取得した圧力及び温度に基づいて、冷凍空調装置１００の運転状態を把握する。制御装置５０は、凝縮器１２に吸い込まれる室外空気の温度、凝縮器１２の冷却風量、冷却負荷の大きさ及び圧縮機１１の消費電力によって、高圧圧力を調整する。また、制御装置５０は、圧縮機１１の運転周波数、蒸発器１４の冷却風量及び膨張部１３の開度等によって低圧圧力を調整し、蒸発器１４出口の過熱度を設定過熱度に保つ。

制御装置５０は、冷却室の空調を行う通常運転モードのほかに、冷媒漏洩を検出するための点検モードを有している。点検モードは、冷媒回路１０の低圧を設定圧力に保つ点検条件で冷媒回路１０を動作させて、非共沸冷媒の漏洩の有無を判定するモードである。制御装置５０は、比較的長時間の連続運転が可能となる条件下で、点検モードを実行する。例えば、冷凍サイクルの状態が安定するまで圧縮機１１が停止（サーモオフ）しないように、除霜運転終了後等、実際の冷却室の温度と冷却室の設定温度よりも高いとき等に点検モードが行われる。具体的には、設定圧力から換算される非共沸冷媒の蒸発温度が、冷却室の設定温度よりも高いときに点検モードが行われる。サーモオフにならないため、安定状態を保って冷媒の漏洩を検出することができる。

図３は、本発明の実施の形態１における点検モード時の状態を示すｐ－ｈ線図である。点検モード時には、凝縮温度と過冷却度と低圧圧力とが所定値で安定するように冷媒回路１０が制御される。図３に示すように、圧縮機１１で圧縮された非共沸冷媒は、凝縮器１２によって凝縮して、Ａ点を通過し、更に過冷却されてＢ点に至る。その後、非共沸冷媒は、膨張部１３によって減圧して、Ｃ点に至る。そして、蒸発器１４によって蒸発して、圧縮機１１に吸入される。制御装置５０は、凝縮温度と過冷却度と低圧圧力とが目標値となる運転を、各部の圧力及び温度が安定するまで行う。図３においては、凝縮温度４５℃、過冷却度５Ｋ及び低圧圧力０．３ＭＰａである。

より具体的には、点検条件は、凝縮温度と過冷却度と低圧圧力とが目標値となる条件である。ここで、凝縮温度は、凝縮器１２に流れる非共沸冷媒の温度である。凝縮温度は、凝縮温度センサ２１によって検出される。過冷却度は、膨張部１３の入口側に流れる非共沸冷媒の過冷却度である。過冷却度は、凝縮温度センサ２１によって検出された凝縮温度から、膨張入口温度センサ２２によって検出された膨張前温度を減算して求められる。低圧圧力は、蒸発器１４の入口側に流れる非共沸冷媒の圧力である。低圧圧力は、低圧圧力センサ２３によって検出される。

ここで、点検モード時の低圧圧力が通常運転モード時の冷却運転の低圧圧力よりも高くなるように、制御装置５０は、圧縮機１１の運転周波数及び凝縮器１２のファン（図示せず）の出力等を調整している。また、点検モード時の凝縮温度が通常運転モード時の冷却運転の凝縮温度よりも低くなるように、制御装置５０は、圧縮機１１の運転周波数及び凝縮器１２のファン（図示せず）の出力等を調整している。具体的には、制御装置５０は、点検モード時に、凝縮器１２に送風するファンの回転数を、通常運転モード時よりも高くする。これにより、凝縮器１２の凝縮温度が低下して、その分過冷却度が増すため、液冷媒の密度が増加する。このため、冷媒回路１０内に循環する液冷媒の量が多くなり、アキュムレータ１５に残存する余剰冷媒が少なくなる。

更に、制御装置５０は、点検モード時に、圧縮機１１の回転数を、通常運転モード時よりも高くする。これにより、冷媒回路１０に循環する冷媒の量を増加させる。更にまた、制御装置５０は、点検モード時に、膨張部１３の開度を、通常運転モード時よりも大きくする。これにより、冷媒回路１０に循環する冷媒の量を増加させる。このように、アキュムレータ１５内から余剰冷媒を減らし、冷媒回路１０内に循環する非共沸冷媒を多くして、冷媒回路１０内に循環する非共沸冷媒の組成比率を均等に保っている。なお、点検条件は、凝縮温度の代わりに、高圧圧力が目標値となるようにしてもよい。

制御装置５０は、蒸発器１４の入口側に流れる非共沸冷媒の入口圧力から求められる飽和温度理論値と、蒸発器１４の入口側に流れる非共沸冷媒の入口温度とに基づいて、非共沸冷媒の漏洩を判定する。具体的には、制御装置５０は、入口温度から飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超える場合、非共沸冷媒が漏洩したと判定する。減算閾値は、例えば１．５Ｋである。また、制御装置５０は、減算値が減算閾値を超えたことを、５分間連続して検出した場合に、冷媒の漏洩が発生したと判定して、警報を出力してもよい。

図４は、本発明の実施の形態１における非共沸冷媒であるＲ４０７Ｃの組成変化に伴う各部温度を示す表である。図４に示すように、図３のＡ点の温度が４５℃であり、Ｂ点の温度が４０℃であり、Ｃ点の温度が－１５．９℃である。なお、－１５．９℃は、組成比率が設定されている比率である場合を想定したときの低圧圧力の飽和温度理論値である。図４に示すように、冷媒の漏洩が進行するに従って、低圧圧力を一定値としたときの飽和温度が上昇する。制御装置５０は、温度差が減算閾値１．５Ｋを超える１．７Ｋとなる１０％漏れ想定時に、非共沸冷媒が漏洩したと判定する。

前述の如く、冷媒回路１０内を循環する冷媒は、Ｒ３２及びＲ１２５の比率が高いため、冷媒回路１０内で非共沸冷媒の漏洩が発生した場合、Ｒ３２及びＲ１２５がＲ１３４ａよりも多く漏れる。このため、冷媒の漏洩が進行するにつれて、全冷媒中におけるＲ１３４ａの比率が徐々に高くなるように組成比率が変化する。Ｒ１３４ａは、Ｒ３２及びＲ１２５に比べて沸点が高い。このため、組成比率の変化に伴って、低圧圧力を一定値としたときの飽和温度が上昇する。本実施の形態１では、この現象を利用して、冷媒の漏洩を検出する。

図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の動作を示すフローチャートである。次に、冷凍空調装置１００の動作について説明する。図５に示すように、制御装置５０は、まず、除霜運転が終了したか否かを判定する（ステップＳＴ１）。除霜運転が終了していない場合（ステップＳＴ１のＮｏ）、ステップＳＴ１に戻る。除霜運転が終了している場合（ステップＳＴ１のＹｅｓ）、制御装置５０は、点検に必要な安定期間が確保されているかを確認するために、サーモ停止しない状態かを判定する（ステップＳＴ２）。サーモ停止する状態である場合（ステップＳＴ２のＮｏ）、ステップＳＴ２に戻る。サーモ停止しない状態である場合（ステップＳＴ２のＹｅｓ）、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３において、凝縮温度、過冷却度及び低圧圧力の目標値が設定される。

そして、制御装置５０は、凝縮温度と過冷却度と低圧圧力とが目標値となっているかを判定する（ステップＳＴ４）。制御装置５０は、凝縮温度と過冷却度と低圧圧力とが目標値となる運転を、各部の圧力及び温度が安定するまで行う。凝縮温度と過冷却度と低圧圧力とが目標値となっていない場合（ステップＳＴ４のＮｏ）、ステップＳＴ４に戻る。一方、凝縮温度と過冷却度と低圧圧力とが目標値となった場合（ステップＳＴ４のＹｅｓ）、制御装置５０は、入口温度から飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるかを判定する（ステップＳＴ５）。

減算値が減算閾値を超える場合（ステップＳＴ５のＹｅｓ）、制御装置５０は、非共沸冷媒が漏洩したと判定する。一方、減算値が減算閾値以下の場合（ステップＳＴ５のＮｏ）、制御装置５０が、サーモ停止しているかを判定する（ステップＳＴ６）。サーモ停止していない場合（ステップＳＴ６のＮｏ）、判定が繰り返される（ステップＳＴ４～ＳＴ６）。点検モードによる冷却により、サーモ停止している場合（ステップＳＴ６のＹｅｓ）、制御装置５０は、非共沸冷媒が漏洩していないと判定する。

本実施の形態１によれば、冷媒回路１０の低圧を設定圧力に保つ点検条件で冷媒回路１０を動作させて、冷媒回路１０の状態を安定化させる。このため、冷媒回路１０の配管長に依らず、低圧が設定圧力に保たれるため、冷媒回路１０の配管長に依らず、冷媒回路１０の状態を安定化させることができる。従って、冷媒回路１０の配管長に依らずに冷媒の漏洩を精度良く検出することができる。

また、点検モード時は、通常運転モードと比較して、非共沸冷媒の凝縮温度が低くなるように設定される。ここで、冷凍空調装置１００の運転に必要な回路内の冷媒量は、季節変動に伴う周囲温度によって変化する。よって、冷凍空調装置１００には、最大の必要冷媒量を想定した冷媒量が封入されている。このため、一年間のうち大半の期間において、冷媒回路１０内に設けられたアキュムレータ１５等の圧力容器に余剰冷媒が滞留している。従来の冷媒不足検出方法は、冷凍回路中に冷媒が充分に存在すると仮定したときの入口温度理論値と、余剰冷媒がアキュムレータ等に貯留している状態で実際に計測された入口温度とを比較する。しかし、冷媒回路中の冷媒が漏洩しても、その分、アキュレータ等に貯留する冷媒が、冷媒回路中に流出するため、冷媒回路内に循環する冷媒の量は、アキュムレータ内に貯留する余剰冷媒がなくなるまで、ほぼ変化しない。即ち、計測される入口温度は、余剰冷媒以上の量の冷媒が漏洩するまで変化しない。このため、漏洩する量が少ない間は、冷媒の漏洩を検出することが困難である。

これに対し、本実施の形態１において、点検モード時は、通常運転モードと比較して、非共沸冷媒の凝縮温度が低くなるように設定される。凝縮温度が低くなると、その分過冷却度が増すため、液冷媒の密度が増加する。このため、冷媒回路１０内に循環する液冷媒の量が多くなり、アキュムレータ１５に残存する余剰冷媒が少なくなる。このように、余剰冷媒が少ない状態で点検が行われるため、少量の非共沸冷媒が漏洩しただけで、冷媒回路１０に流れる非共沸冷媒の組成が変化する。よって、非共沸冷媒が漏洩する量が少ない段階から非共沸冷媒の漏洩を検出することができる。例えば、アキュムレータ１５内に貯留する非共沸冷媒の量が多いと、冷媒回路１０内に循環する非共沸冷媒が漏洩しても、アキュムレータ１５から非共沸冷媒が冷媒回路１０内に流出するため、循環している非共沸冷媒の状態は変化しない。

本実施の形態１は、冷媒回路１０内に存在する余剰冷媒が少ない状態で点検が行われるため、少量の非共沸冷媒が漏洩しただけで、冷媒回路１０に流れる非共沸冷媒の組成が変化する。よって、冷媒が漏洩する量が少ない段階から非共沸冷媒の漏洩を検出することができる。これにより、地球環境への影響が懸念されるフロン冷媒を用いた冷凍空調装置１００であっても、環境面へ影響を減らすことができる。本実施の形態１において、低圧温度センサは、蒸発器１４に流入する冷媒の温度を検出する蒸発入口温度センサ２４である。非共沸冷媒は、温度勾配があるため、蒸発器１４に流入する非共沸冷媒の温度を用いて、冷媒漏洩の判定を行うことによって、冷媒漏洩の検出精度が高まる。また、蒸発器１４は、冷却室の冷却を行う。このように、蒸発器１４が設置される部屋の温度が安定化することによって、冷媒漏洩の検出精度が高まる。

また、本実施の形態１は、一時的に条件一定の運転が行われるため、点検モード時の冷媒貯留量は季節変動に依らず一定である。このため、季節変動に伴う余剰冷媒量の変化の影響を受けずに、冷媒の漏洩量が少ない段階から非共沸冷媒の漏洩を検出することができる。

従来の冷凍空調装置は、冷媒回路中に冷媒が充分に存在すると仮定したときに熱負荷によって求められる理論冷凍サイクルの蒸発器の入口温度理論値と、実際に計測された蒸発器の入口温度との差に基づいて、冷媒が不足していると判断する。蒸発器の入口温度の変化は、冷媒漏洩に伴う冷凍サイクル内の圧力低下によるものである。即ち、蒸発器の入口温度の変化が検出された時点では、冷媒不足による冷凍空調装置の冷却能力不足が発生している。このため、冷蔵庫及び対物空調用途といった冷却能力の低下が保管物の品質に直結する場合、保管物の劣化及び故障に至るおそれがある。

これに対し、本実施の形態１は、冷媒の漏洩量が少ない段階から非共沸冷媒の漏洩を検出するため、短時間の条件一定の運転を行うだけで、非共沸冷媒を検出することができる。例えば、除霜終了後のプルダウン運転等、冷凍サイクルの運用に必要で且つ保管物の品質に影響しないタイミングに、冷媒を検出することができる。このため、保管物の品質の劣化及び故障に至る入口温度の変化にまで至らない。

更に、スプリットタイプの機器のように、負荷装置の組み合わせ及び現地配管長が変化する場合、現地配管内で生じる圧力損失の影響等によって、理論冷凍サイクルの状態が変化する。従来の冷凍空調装置は、冷凍回路中に冷媒量が必要量存在すると仮定して熱負荷によって理論冷凍サイクルを演算する手法を用いている。このため、演算によって求められる理論冷凍サイクルと、実運転上の理論冷凍サイクルとが不一致となり、冷媒の漏洩を正しく検出することができない。これに対し、本実施の形態１は、条件一定の運転を行っている。このため、現地配管内での圧力損失に起因する高圧圧力及び低圧圧力の変化、立ち上がり配管長さの影響による過冷却度の変化等、現地における施工条件の影響を受けることなく、冷媒の漏洩を正確に検出することができる。

なお、本実施の形態１では、除霜運転終了後のように、連続運転が可能な特定条件下において点検モードを実行している場合について例示しているが、装置内温度が目標装置内温度に達しても、サーモ停止せずに運転を継続するように制御してもよい。これにより、点検モードが確実に実行される。このように、本実施の形態１は、点検モード時において、冷却対象の空気温度が温度閾値に到達しても、冷媒回路１０の動作を継続するように制御してもよい。

また、本実施の形態１では、低圧圧力の飽和温度と蒸発器１４の入口温度との関係が、判定条件を５分以上連続して満足する場合に非共沸冷媒が漏洩していると判定している。ここで、制御装置５０は、入口温度を、一定時間ごとに複数回取得してもよい。この場合、制御装置５０は、例えば経時的に複数の計測値を３０秒間隔で平均して、平均値が判定条件を１０回連続で満足する場合に非共沸冷媒が漏洩していると判定する。これにより、計測値が蒸発負荷の変動、蒸発器１４の出口側の温度の変化及び電気的ノイズ等の外乱要因の影響を受けて急激に変動しても、急激な値の変化の影響が小さくなる。よって、実際に冷媒の漏洩が発生した場合に連続検出の条件から外れることなく、判定結果の信頼性を向上させることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２における非共沸冷媒であるＲ４２２Ａ、Ｒ４２２Ｄ及びＲ４１７Ａを構成する冷媒の沸点及び組成比率を示す表である。本実施の形態２は、複数種の冷媒において漏洩を検出することができる点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

冷媒回路１０の構成は、実施の形態１と共通するが、本実施の形態２は、使用冷媒を制御装置５０において選択可能であり、Ｒ４２２Ａ、Ｒ４２２Ｄ及びＲ４１７Ａの全てを採用することができる。図６に示すように、Ｒ４２２Ａの組成比率は、Ｒ１２５が８５．１％であり、Ｒ１３４ａが１１．５％であり、Ｒ６００ａが３．４％である。Ｒ４２２Ｄの組成比率は、Ｒ１２５が６５．１％であり、Ｒ１３４ａが３１．５％であり、Ｒ６００ａが３．４％である。Ｒ４１７Ａの組成比率は、Ｒ１２５が４６．６％であり、Ｒ１３４ａが５０．０％であり、Ｒ６００が３．４％である。なお、沸点は、Ｒ１２５が－４８．１℃であり、Ｒ１３４ａが－２６．１℃であり、Ｒ６００ａが－１１．７℃であり、Ｒ６００が－０．５５℃である。即ち、Ｒ１３４ａ、Ｒ６００ａ及びＲ６００が、Ｒ１２５よりも沸点が高い。

ここで、Ｒ１２５を第１の冷媒グループと呼称し、Ｒ１３４ａ、Ｒ６００ａ及びＲ６００を第２の冷媒グループと呼称する。Ｒ４２２Ｄ及びＲ４１７Ａは、第２の冷媒グループの組成比率が３０％以上であり、Ｒ４２２Ａは、第２の冷媒グループの組成比率が３０％未満である。なお、実施の形態１で例示するＲ４０７Ｃは、Ｒ３２及びＲ１２５を第１の冷媒グループとし、Ｒ３２及びＲ１２５より沸点が高いＲ１３４ａを第２の冷媒グループとすると、第２の冷媒グループの組成比率が３０％以上である。このように、制御装置５０は、非共沸冷媒の種類を、第１の冷媒グループと、第１の冷媒グループよりも沸点が高い第２の冷媒グループと、に分類して設定する。

本実施の形態２では、減算閾値は、非共沸冷媒の種類に基づいて設定される。例えば、減算閾値は、第２の冷媒グループの組成比率に基づいて設定される。減算閾値は、予め記憶されたテーブルで対応づけされていてもよいし、個別に設定されてもよい。

図７は、本発明の実施の形態２におけるＲ４２２Ａの組成変化に伴う各部温度を示す表である。図７に示すように、図３のＡ点の温度が４５℃であり、Ｂ点の温度が４０℃であり、Ｃ点の温度が－２０．３℃である。なお、－２０．３℃は、組成比率が適切な場合を想定したときの低圧圧力の飽和温度理論値である。図７に示すように、冷媒の漏洩が進行するに従って、低圧圧力を一定値としたときの飽和温度が上昇する。Ｃ点の温度変化は、１５％漏洩したときに０．５Ｋである。

図８は、本発明の実施の形態２におけるＲ４２２Ｄの組成変化に伴う各部温度を示す表である。図８に示すように、図３のＡ点の温度が４５℃であり、Ｂ点の温度が４０℃であり、Ｃ点の温度が－１５．６℃である。なお、－１５．６℃は、組成比率が適切な場合を想定したときの低圧圧力の飽和温度理論値である。図８に示すように、冷媒の漏洩が進行するに従って、低圧圧力を一定値としたときの飽和温度が上昇する。Ｃ点の温度変化は、１５％漏洩したときに１．２Ｋである。

図９は、本発明の実施の形態２におけるＲ４１７Ａの組成変化に伴う各部温度を示す表である。図９に示すように、図３のＡ点の温度が４５℃であり、Ｂ点の温度が４０℃であり、Ｃ点の温度が－１１．０℃である。なお、－１１．０℃は、組成比率が適切な場合を想定したときの低圧圧力の飽和温度理論値である。図９に示すように、冷媒の漏洩が進行するに従って、低圧圧力を一定値としたときの飽和温度が上昇する。Ｃ点の温度変化は、１０％漏洩したときに１．２Ｋであり、１５％漏洩したときに１．９Ｋである。

以上のとおり、同一又は類似冷媒によって構成される非共沸冷媒であっても、高沸点冷媒である第２の冷媒グループ（図７～図９の網掛け部）の組成比率によって、Ｃ点の温度の推移が変わる。そこで、本実施の形態２では、減算閾値が、第２の冷媒グループの組成比率に基づいて設定される。例えば、Ｒ４２２Ａでは、図７に示すように、減算閾値が０．５Ｋに設定されることによって、冷媒が１５％漏洩した時点で検出される。また、Ｒ４２２Ｄでは、図８に示すように、減算閾値が１．０Ｋに設定されることによって、冷媒が１０％漏洩した時点で検出される。Ｒ４１７Ａでは、図９に示すように、減算閾値が１．０Ｋに設定されることによって、冷媒が１５％漏洩した時点で検出される。このように、第２の冷媒グループの組成比率に基づいて減算閾値が変更されることによって、複数の冷媒の漏洩を検出することができる。

なお、制御装置５０は、前述の点検モードとは異なる点検モードを実行するようにしてもよい。Ｒ４２２Ａのように、第２の冷媒グループの組成比率が３０％未満である場合、冷媒が１５％漏洩しても、Ｃ点の温度変化は０．５Ｋと小さい。このため、減算閾値を０．５Ｋのように小さくする必要が生じるが、この場合、計測バラツキによって、誤って漏洩が検出されるおそれがある。また、減算閾値を１．０Ｋとすると、温度差が１．２Ｋとなる３０％近くまで漏洩するまで、漏洩を検出することができない。そこで、冷媒の種類に応じて、複数の点検モードを使い分けてもよい。

例えば、制御装置５０は、Ｒ４２２Ａのように、第２の冷媒グループの組成比率が第１の冷媒グループの組成比率よりも低い冷媒が選択された場合、従来のように蒸発器１４の入口温度と理論値との差異に基づいて漏洩の有無を判定する検出モードを実行する。また、制御装置５０は、Ｒ４２２Ｄ又はＲ４１７Ａのように、第２の冷媒グループの組成比率が第１の冷媒グループの組成比率よりも高い冷媒が選択された場合、実施の形態１の点検モードを実行する。これにより、冷媒の種類に応じた漏洩検出をすることができ、冷媒の漏洩量の減少に寄与する。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置２００を示す回路図である。本実施の形態３は、液だめ３３を備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１０に示すように、液だめ３３は、凝縮器１２と膨張部１３との間に接続されており、余剰冷媒を貯留する。通常の冷却運転時には、液だめ３３の内部に余剰冷媒が貯蔵され、液だめ３３の出口からは液相の冷媒が流出する。このため、封入される冷媒が非共沸冷媒であっても、冷媒回路１０内を流れる冷媒は、封入時のままとなる。本実施の形態３では、制御装置５０は、点検モードの実行前に、冷媒回路１０に流れる非共沸冷媒のうち余剰冷媒が、低圧側の圧力容器であるアキュムレータ１５に移動させる運転を行った後、点検モードを実行する。

これは、例えば、蒸発器１４のファン（図示せず）を一時的に停止させること等によって実現できる。これにより、冷媒回路１０内を流れるＲ３２及びＲ１２５の組成比率が高くなり、冷媒の漏洩が発生している状況の場合、冷媒の組成変化が発生する。この状態で、一定時間冷却運転が行われ、制御装置５０が冷媒の漏洩の有無を判定する。

その後、図５の点検モードに移行する。上記のとおり、冷媒の漏洩が発生している状況であれば、冷媒の組成変化が発生するため、図３のＣ点の温度が変化する。よって、実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、冷媒の漏洩を検出することができる。なお、本実施の形態３では、低温機器等のような一般的な液だめ３３を備える回路構成であっても、組成変化による漏洩検出をすることができるものであり、より広範囲の製品群において冷媒の漏洩を検出することができる。なお、本実施の形態３においても、実施の形態２のように、複数の冷媒において漏洩を検出するように構成されてもよい。

１０冷媒回路、１１圧縮機、１２凝縮器、１３膨張部、１４蒸発器、１５アキュムレータ、２１凝縮温度センサ、２２膨張入口温度センサ、２３低圧圧力センサ、２４蒸発入口温度センサ、３３液だめ、５０制御装置、１００冷凍空調装置、３００冷凍空調装置。

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で前記冷媒回路を動作させて、前記低圧温度センサが検出した温度から、前記低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、前記非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有する制御装置と、
を備え、
前記蒸発器は、冷却室の冷却を行うものであり、
前記点検モードは、前記設定圧力から換算される前記非共沸冷媒の蒸発温度が、前記冷却室の設定温度よりも高いとき行われる
冷凍空調装置。
前記低圧温度センサは、前記蒸発器に流入する前記非共沸冷媒の温度を検出するものである
請求項１に記載の冷凍空調装置。
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で前記冷媒回路を動作させて、前記低圧温度センサが検出した温度から、前記低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、前記非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有する制御装置と、
を備え、
前記点検モード時は、通常運転モードと比較して、前記非共沸冷媒の凝縮温度が低くなるように設定される
冷凍空調装置。
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で前記冷媒回路を動作させて、前記低圧温度センサが検出した温度から、前記低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、前記非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有する制御装置と、
を備え、
前記点検条件は、
前記凝縮器に流れる前記非共沸冷媒の凝縮温度と、前記膨張部の入口側に流れる前記非共沸冷媒の過冷却度と、前記蒸発器の入口側に流れる前記非共沸冷媒の低圧圧力とが、目標値となる条件である
冷凍空調装置。
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で前記冷媒回路を動作させて、前記低圧温度センサが検出した温度から、前記低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、前記非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有する制御装置と、
を備え、
前記点検条件は、
前記凝縮器に流れる前記非共沸冷媒の高圧圧力と、前記膨張部の入口側に流れる前記非共沸冷媒の過冷却度と、前記蒸発器の入口側に流れる前記非共沸冷媒の低圧圧力とが、目標値となる条件である
冷凍空調装置。
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で前記冷媒回路を動作させて、前記低圧温度センサが検出した温度から、前記低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、前記非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記蒸発器の入口側に流れる前記非共沸冷媒の入口温度から、前記蒸発器の入口側に流れる前記非共沸冷媒の入口圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超える場合、前記非共沸冷媒が漏洩したと判定する
冷凍空調装置。
前記減算閾値は、
前記非共沸冷媒の種類に基づいて設定される
請求項６に記載の冷凍空調装置。
前記制御装置は、
前記非共沸冷媒の種類を、
第１の冷媒グループと、
前記第１の冷媒グループよりも沸点が高い第２の冷媒グループと、に分類して設定し、
前記減算閾値は、
前記第２の冷媒グループの組成比率に基づいて設定される
請求項６又は７に記載の冷凍空調装置。
前記制御装置は、
前記入口温度を、一定時間毎に複数回取得する
請求項６～８のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、
前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で前記冷媒回路を動作させて、前記低圧温度センサが検出した温度から、前記低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、前記非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有する制御装置と、
冷媒を貯留するアキュムレータと、を備え、
前記冷媒回路は、
前記凝縮器と前記膨張部との間に、冷媒を貯留する液だめが接続されているものであり、
前記制御装置は、
前記冷媒回路に流れる前記非共沸冷媒のうち余剰となった余剰冷媒を、前記アキュムレータに移動させる運転を行った後、前記点検モードを実行する
冷凍空調装置。
前記制御装置は、
前記非共沸冷媒を、
第１の冷媒グループと、
前記第１の冷媒グループよりも沸点が高い第２の冷媒グループと、に分類して設定し、
前記第２の冷媒グループの組成比率は３０％以上である
請求項１～１０のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
前記制御装置は、
前記非共沸冷媒は、
第１の冷媒グループと、
前記第１の冷媒グループよりも沸点が高い第２の冷媒グループと、に分類して設定し、
前記第２の冷媒グループの組成比率は３０％未満である
請求項１～１１のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
前記制御装置は、
前記第２の冷媒グループの組成比率が３０％以上である場合、前記点検モードを実行する
請求項１１又は１２に記載の冷凍空調装置。
前記点検モードは、
除霜運転が終了した後に実行される
請求項１～１３のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
前記制御装置は、
前記点検モード時において、冷却対象の空気温度が温度閾値に到達しても、前記冷媒回路の動作を継続するように制御する
請求項１～１４のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
前記非共沸冷媒は、
Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４２２Ａ、Ｒ４２２Ｄ又はＲ４１７Ａである
請求項１～１５のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、非共沸冷媒が循環する冷媒回路と、前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の温度を検出する低圧温度センサと、前記蒸発器の入口側に設けられ、前記冷媒回路の前記蒸発器の入口側に流れる低圧の前記非共沸冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、を備える冷凍空調装置を制御する制御装置であって、
前記冷媒回路の低圧を設定圧力に保つ点検条件で前記冷媒回路を動作させて、前記低圧温度センサが検出した温度から、前記低圧圧力センサが検出した圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超えるか否かによって、前記非共沸冷媒の漏洩の有無を判定する点検モードを有し、
前記蒸発器の入口側に流れる前記非共沸冷媒の入口温度から、前記蒸発器の入口側に流れる前記非共沸冷媒の入口圧力から求められる飽和温度理論値を減算した減算値が減算閾値を超える場合、前記非共沸冷媒が漏洩したと判定する
制御装置。