JPH07218058A - 適正冷媒量判定機能付き冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】冷媒封入時及び運転中の冷媒量に対して適正冷
媒量を判定するために、圧縮機１の吐出圧力検出手段と
吸入圧力検出手段，室内外熱交換器３，８の出入口の温
度を検出する手段，室内外周囲温度検出手段１３，１
４，各配管の出入口の圧力検出手段１１及び圧縮機１，
膨張機構，熱媒体供給機構の容量を予め設定し、冷凍サ
イクル特性の演算を行い、各検出手段より検出される実
測値と比較する制御装置２１を設けた。 【効果】冷媒適正量判別および冷媒ガス洩れ検知が行え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、適正冷媒量判定機能付
き冷凍空調装置に係り、特に、運転中における冷媒の洩
れ及び冷媒封入時の適正冷媒量の検出に好適な適正冷媒
量判定機能付き冷凍空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】適正冷媒量判定及び冷媒ガス洩れ検出方
法の従来技術として、特開昭62−158966号公報に記載の
ように、冷凍サイクルにおける熱交換器の出入口の中間
部と、出口に取り付けたサーミスタなどの温度検出器に
より両温度差を求め過冷却度を算出し、過冷却度の値が
予め設定した数値の範囲内にあるか否かを比較演算し、
不足，適正，過剰の状況を検知する方法がある。また、
特開昭63−213766号公報には、冷凍サイクルにおける圧
縮機の吸入側冷媒温度と圧力から過熱度を求めおよび室
内外の空気乾球温度の検出値に応じた基準値と比較し、
算出された過熱度が基準値を越えるとき、冷媒量不足を
検知する方法が記載されており、さらに特開平4−3866
号公報には、冷凍サイクルの圧縮機出入口冷媒温度と圧
力及び室内外の空気温度を検出し、これら検出値から過
熱度を求め、予め求めておいた回帰式に検出値と過熱度
を代入し冷媒封入率を計算して冷媒封入量を求める方法
が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記に示すように適正
冷媒量を判定する方法はあるが、これらにはそれぞれ次
のような問題がある。すなわち、過冷却度は、凝縮器や
蒸発器の空気温度の変化に応じて変化しており、最適な
冷媒封入量を得ることは難しい。また、過熱度より最適
冷媒封入量を検知する方法だけでは、凝縮器の出口冷媒
状態を知ることが出来ず、たとえ過熱度が適正値であっ
ても最適冷媒封入量は得られない。また、室外機，室内
機の位置関係，接続配管の長さ等の変化量に対する冷媒
封入時および運転中の適正な冷媒量に対して考慮がな
い。

【０００４】本発明の目的は、冷媒封入時及び運転中の
冷媒量に対して適正冷媒量を判定し、冷凍サイクルの信
頼性の向上を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】冷媒封入時及び運転中の
冷媒量に対して適正冷媒量を判定するために、圧縮機の
吐出圧力検出手段と吸入圧力検出手段，室内外熱交換器
の出入口の温度を検出する手段，室内外周囲温度検出手
段，各配管の出入口の圧力検出手段及び圧縮機，膨張機
構，熱媒体供給機構の容量を予め設定し、冷凍サイクル
特性の演算を行い、前記各検出手段より検出される実測
値と比較する制御装置を設けた。

【０００６】また、圧縮機の圧力検出手段及び配管出入
口の圧力検出手段を用いずに温度検出により適正冷媒量
を判定するために、室内外熱交換器の出入口中間部の温
度と配管出入口の温度を検出する手段及び温度を圧力に
変換する演算部を設けた。

【０００７】また、室内外熱交換器の複数の出入口中間
部の温度を使用可能なデータか判断するための評価部を
設けた。

【０００８】また、冷凍サイクル特性演算の変わりに実
測値と比較する手段として、圧縮機，膨張機構及び熱媒
体供給機構の容量を予め設定された一定値にした時の室
外と室内の各温度及び各配管長さにおけるデータの記憶
部を設けた。また、一定時間毎に運転中における冷媒ガ
ス洩れを前述と同じ一定値に設定後、前記検出手段によ
り検知するために、制御装置内部にタイマを設けた。

【０００９】

【作用】本発明によれば、冷凍サイクルの構成，室外機
・室内機の配置，接続配管の長さ、室内外周囲温度に影
響されない適正冷媒量の封入及び冷媒ガス洩れについて
容易にかつ正確に行う事ができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１ないし
図１４に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の第１実施例の冷凍サイクル
の全体構成を示し、室外ユニットＡと室内ユニットＢの
構成をしている。

【００１２】室外ユニットＡには、圧縮機１と冷房運転
時には図中実線のように、暖房運転時には図中破線のよ
うに切換わる四方切換弁２と、冷房運転時には凝縮器と
して、暖房運転時には蒸発器として機能する室外熱交換
器３と、この室外熱交換器に空気を供給するファン４
と、凝縮器で凝縮された冷媒液を一時貯蔵するためのレ
シーバ５と、高温，高圧の液体を膨張させて低温，低圧
の冷媒とする減圧装置６と、吸入ガス中の液冷媒を分離
するためのアキュムレータ１０とが主要機器として配置
されている。室内ユニットＢは、冷房運転時には蒸発器
として、暖房運転時には凝縮器として機能する室内熱交
換器８と、この室内熱交換器に空気を供給するファン９
を備えている。そして、各機器は冷媒配管７により冷媒
が流通可能になるよう接続されており、室外空気との熱
交換によって得られた熱を室内に供給することが可能な
ヒートポンプ機能を有する冷凍サイクルである。

【００１３】冷凍サイクルには、圧縮機１の吐出側の圧
力状態を検出する手段として圧力センサ１１が設置され
ていて、また吸入側には圧力状態検出手段として圧力セ
ンサ１２が設置されている。室外熱交換器３の冷房運転
時における冷媒入口側には感温素子１３が、冷媒出口側
には感温素子１４が設けられていて、これら感温素子１
３と１４は冷媒配管に接するかあるいは挿入するように
設けられ冷媒温度を検出するようになっている。室外ユ
ニットＡの周囲温度は、室外周囲温度検出手段による感
温素子１９によって検出される。室内熱交換器８の冷房
運転時における冷媒入口側には感温素子１７が、冷媒出
口側には感温素子１８が設けられ、感温素子１３と１４
と同様な方法で配置されている。室内ユニットＢの周囲
温度は、室内周囲温度検出手段による感温素子２０によ
って検出される。冷房運転時における室外ユニットＡの
出口配管には圧力センサ１５と、室内ユニットＢの入口
配管には圧力センサ１６が設置されている。

【００１４】検出手段によって検知された各諸量は、検
知部２１ａ，演算部２１ｂ，比較部２１ｃ，制御部２１
ｄを有する制御装置２１および表示部２２ａに入力され
る。ユニット２２には表示部２２ａと圧縮機１，減圧装
置６，ファン４と９の容量を一定値にするための外部入
力手段であるスイッチ２２ｂがある。

【００１５】図２は、制御装置２１の冷房時の適正冷媒
量判定における検知比較演算手段のフローチャートを示
す。冷凍サイクルの運転を開始後、スイッチ２２ｂによ
り圧縮機１，減圧装置６、及びファン４と９の容量を予
め設定された一定値にする。配管７の出入口に設けた圧
力センサ１５と１６による圧力検出により配管の圧力損
失ΔＰを実測し、この圧力損失ΔＰから配管の長さＬp
を計算する。配管の長さＬp の算出には、例えば管摩擦
損失の定常流動式を用い単位長さ当りの流動圧力損失を
求め、実測値の圧力損失ΔＰからＬp を求める方法があ
る。室外周囲温度検出手段１９と室内周囲温度検出手段
２０によって検出された周囲温度と圧縮機，膨張機構，
風量の設定値及び配管の長さにより、演算手段は冷凍サ
イクル定常状態の計算を行う。定常状態の計算では、圧
縮機吐出圧力Ｐd と吸入圧力Ｐsまた、凝縮器の入口温
度Ｔciと出口温度Ｔco及び蒸発器の入口温度Ｔeiと出口
温度Ｔeoが算出される。圧力センサ１１と１２によって
検知される圧縮機１の吐出圧力Ｐd′と吸入圧力Ｐs′，
また室外熱交換器３の入口および出口の感温素子１３と
１４によって検知される凝縮器入口温度Ｔci′と出口温
度Ｔco′，室内熱交換器８の出口の感温素子１８によっ
て検知される蒸発器出口温度Ｔeo′は、先に冷凍サイク
ル定常状態の計算によって算出されている各計算値と比
較する。すなわち、Ｐd＋α>Ｐd′＞Ｐd−αならば次に
吸入圧力Ｐs′と吸入圧力計算値Ｐsの比較にうつる。し
かし、Ｐd＋α＞Ｐd′＞Ｐd−αの条件を満たさなく、
Ｐd′＜Ｐd である場合には、表示部２２ａは不足を表
示する。逆に、Ｐd′＞Ｐdである場合には、表示部２２
ａは過剰を表示する。ここで、定数αは計算誤差と計測
誤差を加味した関数である。以下、吐出圧力Ｐd′と同
様な方法で吸入圧力Ｐs′，凝縮器出入口温度Ｔci′，
Ｔco′，蒸発器出口温度Ｔeo′が定常における冷凍サイ
クル計算の計算値と比較され、条件を満たしていれば表
示部２２ａは適正の表示をする。

【００１６】図３は本発明の第２実施例の冷凍サイクル
の全体構成を示し、図４は図３の制御装置２１の冷房時
の適正冷媒量判定におけるフローチャートを示す。図３
は図１における圧力検出手段を取り除き、室内外熱交換
器３と８の出入口中間部に感温素子２３と２４、また配
管出入口に感温素子２５と２６を設けている。なお、感
温素子２３ないし２６では、飽和温度を検出する。図４
は飽和温度から圧力を算出し、圧力検出手段を用いずに
図２と同様な適正冷媒量判定を行うフローチャートを示
す。この方法は、高価な圧力検出手段（例えば圧力セン
サ）に比べ、安価な温度検出手段（例えば熱電対）のみ
による検出であるため、安価な適正冷媒量判定を提供す
ることが出来る。なお、配管長さが既知の場合（例えば
ルームエアコン）には、配管出入口に圧力検出手段や温
度検出手段を設ける必要はない。

【００１７】図５は本発明の第３実施例の冷凍サイクル
の熱交換器の部分を示し、図６は図５の制御装置２１の
検出された温度が飽和温度であるかどうか判別するフロ
ーチャートを示す。熱交換器は、室外と室内とあるが、
ここでは室外熱交換器３を例として示し、また冷房運転
の場合について示す。熱交換器入口には、例えば三つに
分配する分流器２７を有している。また、熱交換器出入
口中間部に感温素子２８ないし３０が設けられている。
その他は、図１と同様である。図６のフローチャート
は、例えば、図４において、凝縮器飽和温度，蒸発器飽
和温度を圧力に計算する前に判断される。すなわち、冷
凍サイクル定常状態計算により凝縮器飽和温度Ｔcc，凝
縮器過熱度ＳＨc，凝縮器過冷却度ＳＣc等を求めた後、
検出値熱交換器出入口中間温度Ｔcc1，Ｔcc2，Ｔcc3が
Ｔcc−ＳＣc＋βより大きくＴcc＋ＳＨc−βより小さい
条件を満たすならばＴcc1，Ｔcc2，Ｔcc3を飽和温度と
し、前述の条件を満たさない場合には、飽和温度でない
と判断する。ここで、定数βは飽和温度を決定出来る計
算誤差と計測誤差も加味した関数である。この方法を用
いることにより、分配性能の良くない場合、冷媒量が少
なく過熱域が長い場合、また冷媒量が過充填であるため
過冷却域が長い場合にも、飽和温度が正しく検出されて
いるかどうかを判定することが出来、圧力検出手段を用
いずとも、正確な高低圧力を得る事が可能になる。

【００１８】図７は本発明の第４実施例の冷凍サイクル
の全体構成を示し、図８は図７の制御装置２１の冷房時
の適正冷媒量判定におけるフローチャートを示す。図７
は図１における演算部２１ｂを記憶部２１ｆにしてい
る。記憶部２１ｆには、圧縮機１，減圧装置６，ファン
４と９の容量を予め設定された一定値にした時の、室外
温度，室内温度，配管長さの変化における圧縮機吐出圧
力Ｐdと吸入圧力Ｐs，凝縮器の入口温度Ｔciと出口温度
Ｔco及び蒸発器の入口温度Ｔeiと出口温度Ｔeoの記録が
記憶してある。記録された各諸量は、図８のフローチャ
ートによって図２と同様な方法で各検出手段から検出さ
れる諸量と比較される。

【００１９】図９は、第５実施例の冷凍サイクルの構成
を示し、冷凍サイクルの冷媒ガス洩れ検出手段を有して
いる。運転中には室外，室内とも周囲温度が時々刻々変
化するため、タイマ２１ｇにより一定時刻毎の周囲温度
に対しての冷凍サイクル定常状態計算を繰り返し、適正
冷媒量を判別する。この判別の方法は、図１０に示した
フローチャートに従う。もし各判別条件を満たさなけれ
ば、冷媒ガス洩れが生じていることの異常表示を表示部
３１ａに明示し、強制的に運転を停止する。

【００２０】図１１は、第１実施例の冷凍サイクルの構
成を示し、図１２は図１１の制御装置２１の冷房時の冷
媒封入における検知比較演算手段のフローチャートを示
す。図１１は、初期冷媒封入時における一例を示してい
る。図１１では、図１の冷凍サイクル図以外に、冷媒封
入のための取外し可能な冷媒ボンベ３２と冷媒封入流量
を制御する電磁式開閉弁３３があり、また冷媒過充填に
対しては冷媒を引き込むための取外し可能な真空ボンベ
３４と冷媒流量を制御する電磁式開閉弁３５がある。冷
媒封入時の適正冷媒量の判定は、図１２のフローチャー
トに従う。つまり、冷凍サイクル真空引きの後、従来方
法により冷媒を冷凍サイクルへ冷媒を供給し、冷凍サイ
クルの運転を開始する。この時、初期状態での冷媒ボン
ベ３２に通じる電磁式開閉弁３３は全開にしておき、真
空ボンベ３４に通じる電磁式開閉弁３５は全閉にしてお
く。その後、図２と同様な手順を行い、冷媒量少と判断
された場合、冷媒ボンベ３２に通じる電磁式開閉弁３３
は開けたままで冷媒を充填し続ける。しかし、冷媒量多
の判断がされた場合には、冷媒ボンベ３２に通じる電磁
式開閉弁３３は閉じて、真空ボンベ３４に通じる電磁式
開閉弁３５を開け、冷媒を引き込む。これらの作業の後
は、再び各検出手段により計測後、計算値と比較され
る。そして、条件を満たすまで繰り返され、全ての検出
値が条件を満たした時点で、電磁式開閉弁３３と３５を
閉じて冷媒充填を停止する。この時、表示部２２ａは完
了を表示し、冷媒封入作業者へ完了したことを明示す
る。

【００２１】図１３も第１実施例の冷凍サイクルの構成
を示している。圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力を検出す
るために検出管とバルブ３６を設けたこと、冷房運転時
における室外ユニットＡの出口と室内ユニットＢの入口
に検出管とバルブ３６を設けたこと、さらに圧力検知手
段と温度検知手段を有する検知部３７ａ並に比較演算制
御および表示手段とスイッチ３７ｆを有する取り外し型
ユニット３７が設けられた以外は、図１と同様である。
なお、第２，第３実施例を採用することも出来る。この
ようにユニットを取り外し型に構成したので、冷凍サイ
クル自体は高価にならず、また取り外し型ユニットを別
の冷凍サイクルに用いる事が出来る。図１３のフローチ
ャートは、図１２に従う。

【００２２】図１４も本発明の第１実施例の冷凍サイク
ルの全体構成を示す。室外ユニットＡと室内ユニット
Ｂ，Ｃ，Ｄの構成をしており、冷暖同時型マルチエアコ
ンである。図１４中の符号は、図１と同様であるが、表
示部２１ｈは冷媒量が不足，適正、過剰であるかを表示
する手段であり、スイッチ２１ｉは圧縮機１，膨張弁
６，ファン４，９を予め設定された一定値にするための
外部入力手段である。その他にヘッダ３８，電磁弁３９
が設けてある。

【００２３】図３，図９，図１１，図１３，図１４の定
常状態の計算をする演算部は図７のような記憶部に変え
られ、また図７，図９，図１１，図１３の圧力検出手段
を図３のような温度検出手段に変えても、同様な適正冷
媒量の判定や冷媒ガス洩れの検知に有効である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、室外機と室内機の位置
関係，接続配管の長さ、等に影響されることのない適正
冷媒量を容易かつ正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における適正冷媒量判定機
能を有する冷凍系統図。

【図２】検知演算比較および表示手段のフローチャー
ト。

【図３】本発明の第２実施例における適正冷媒量判定機
能を有する冷凍系統図。

【図４】検知演算比較および表示手段のフローチャー
ト。

【図５】本発明の第３実施例における冷凍サイクルの熱
交換器の部分説明図。

【図６】熱交換器部の検知演算評価のフローチャート。

【図７】本発明の第４実施例における適正冷媒量判定機
能を有する冷凍系統図。

【図８】検知比較および表示手段のフローチャート。

【図９】本発明の第５実施例における適正冷媒量判定機
能を有する冷凍系統図。

【図１０】タイマ付き検知演算比較および表示手段のフ
ローチャート。

【図１１】本発明の第１実施例における適正冷媒量判定
機能を有する冷凍系統図。

【図１２】冷媒封入時の検知比較および表示手段のフロ
ーチャート。

【図１３】本発明の第１実施例における適正冷媒量判定
機能を有する冷凍系統図。

【図１４】本発明の第１実施例における適正冷媒量判定
機能を有する冷凍系統図。

【符号の説明】

１１，１２，１５，１６…圧力センサ、１３，１４，１
７〜２０，２３〜２６，２８〜３０…感温素子、２１，
２２…ユニット、２１ａ…検知部、２１ｂ…演算部、２
１ｃ…比較部、２１ｄ…制御部、２１ｅ…評価部、２１
ｆ…記憶部、２１ｇ…タイマ、２２ａ…表示部、２２ｂ
…スイッチ、３３，３５…電磁式開閉弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 寛 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，凝縮器，蒸発器，これらの熱交換
   器に空気や水やフロン系などの熱媒体を供給する熱媒体
   供給機構，膨張機構を含みこれらを環状に配管によって
   連結して構成される単一冷媒あるいは混合冷媒を有する
   冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルの前記圧縮機の高低
   圧力検出手段，前記熱交換器の冷媒出入口温度検出手
   段，前記熱交換器入口の熱媒体温度検出手段，配管出入
   口の圧力検出手段、および制御装置からなる冷凍空調装
   置において、前記制御装置の内部に冷凍サイクル特性を
   演算する冷凍サイクル特性演算部，運転中に検出される
   前記検出手段からの信号と、前記冷凍サイクル特性演算
   部の計算値とを比較して運転状態を評価する運転状態評
   価部およびこの評価結果を表示する表示部とから構成さ
   れることを特徴とする冷凍空調装置。