JPWO2017042859A1

JPWO2017042859A1 - 冷凍サイクルシステム

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Publication number: JPWO2017042859A1
Application number: JP2017538485A
Authority: JP
Inventors: 宏幸橘; 大樹広崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2035-09-07
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Abstract

圧縮機の起動から第一時間が経過した時点の圧縮機電流の値である第一検知値Ｉ１を取得する（ステップＳ６）。圧縮機の起動から第二時間が経過した時点の圧縮機電流の値である第二検知値Ｉ２を取得する（ステップＳ５）。第一検知値Ｉ１が第一基準値Ｉαを超えず、かつ、第一検知値Ｉ１と第二検知値Ｉ２との差が第二基準値Ｉβを超えない場合に、圧縮機を停止させる（ステップＳ１０）。

Description

本発明は、冷凍サイクルシステムに関する。

冷凍サイクルを行う冷媒回路を有する冷凍サイクルシステムが広く用いられている。配管の損傷等により、冷媒回路の冷媒が漏れることで、回路内の冷媒が不足または欠失する場合がある。回路内の冷媒が不足または欠失した状態で運転し続けると、圧縮機が損傷する可能性がある。

冷媒不足による故障を防止するために、冷媒不足を検知する手段を備えた冷凍サイクルシステムが従来より提案されている。下記特許文献１のヒートポンプ装置は、圧縮機の入力電流値が基準電流値以下である状態が所定時間継続したときに、ガス欠状態と判定する。

下記特許文献２の冷凍サイクル装置は、放熱器出口の流体温度と目標温度との差が所定値以上であり、かつ、流体の循環量が所定値未満の場合に、冷媒不足であると判定する。また、当該冷凍サイクル装置は、当該冷凍サイクル装置の通電電流が所定値未満であることを判定基準に加える。

下記特許文献３の冷凍サイクル装置は、放熱器出口の流体温度と目標温度との差が所定値以上であり、流体の循環量が所定値未満であり、かつ、圧縮機から吐出される冷媒の温度が目標温度に達しない場合に、冷媒不足であると判定する。また、当該冷凍サイクル装置は、当該冷凍サイクル装置の通電電流が所定値未満である場合に、冷媒不足であると判定する。

日本特開２００３−２２２４４９号公報日本特開２００５−１３３９５８号公報日本特開２００８−２６７７６１号公報

上述した従来の技術では、以下の問題がある。蒸発器で冷媒と熱交換する流体（例えば外気）の温度が低い場合、回路内の冷媒が不足していなくても、圧縮機の電流値が低くなることがある。その場合、圧縮機または冷凍サイクル装置の電流値を基準値と単に比較する方法では、誤判定する可能性がある。

放熱器出口の流体温度と目標温度との差に基づいて判定する方法では、放熱器出口の流体温度を検知する温度センサが必要になるため、コストが高くなる場合がある。また、当該温度センサが故障した場合、誤判定する可能性、あるいは冷媒不足を検知できない可能性がある。また、放熱器出口の目標温度が低い場合には、冷媒が不足していても、放熱器出口の実際の流体温度との差が小さくなることがある。その場合、冷媒不足を検知できない可能性がある。また、当該温度センサの設置位置によっては、検知される流体温度が上昇するのに時間がかかる。その場合、回路内の冷媒の不足または欠失を検知するまでに時間がかかるので、圧縮機の損傷を確実に抑制できない可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、冷媒が不足または欠失した場合に圧縮機が損傷することを確実に抑制できる冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。

本発明の冷凍サイクルシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷媒回路と、少なくとも圧縮機に供給される電流である圧縮機電流を検知する手段と、圧縮機の起動から第一時間が経過した時点の圧縮機電流の値である第一検知値を取得する手段と、圧縮機の起動から、第一時間より短い第二時間が経過した時点の圧縮機電流の値である第二検知値を取得する手段と、第一検知値が第一基準値を超えず、かつ、第一検知値と第二検知値との差が第二基準値を超えない場合に、圧縮機を停止させる手段と、を備えるものである。

本発明の冷凍サイクルシステムによれば、圧縮機の起動から第一時間が経過した時点の圧縮機電流の値である第一検知値を取得する手段と、圧縮機の起動から、第一時間より短い第二時間が経過した時点の圧縮機電流の値である第二検知値を取得する手段と、第一検知値が第一基準値を超えず、かつ、第一検知値と第二検知値との差が第二基準値を超えない場合に、圧縮機を停止させる手段と、を備えたことで、冷媒が不足または欠失した場合に圧縮機が損傷することを確実に抑制することが可能となる。

実施の形態１の冷凍サイクルシステムを示す構成図である。実施の形態１の冷凍サイクルシステムの機能ブロック図である。実施の形態１の冷凍サイクルシステムが備えるコントローラのハードウェア構成の例を示す図である。実施の形態１の冷凍サイクルシステムが備えるコントローラのハードウェア構成の他の例を示す図である。実施の形態１の冷凍サイクルシステムのガスなし検知処理における各部の動作を示すタイムチャートである。圧縮機の起動後の圧縮機電流の時間的な変化の例を示すグラフである。圧縮機の起動後の圧縮機電力の時間的な変化の例を示すグラフである。実施の形態１の冷凍サイクルシステムのコントローラが実行するルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本発明における装置、器具、及び部品等の、個数、配置、向き、形状、及び大きさは、原則として、図面に示す個数、配置、向き、形状、及び大きさに限定されない。また、本発明は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含むものである。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の冷凍サイクルシステムを示す構成図である。図１に示すように、実施の形態１の冷凍サイクルシステム１は、圧縮機３、熱交換器４、膨張弁５、蒸発器６、送風機７、外気温センサ８、循環ポンプ９、及びコントローラ１００を備える。本実施の形態１の冷凍サイクルシステム１は、第一流体を熱交換器４で加熱するヒートポンプシステムである。本実施の形態１では、第一流体は水である。本発明における第一流体は、水に限定されない。本発明における第一流体は、例えば塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコールなどの液状の熱媒体（ブライン）でも良いし、または気体でも良い。

圧縮機３は、冷媒ガスを圧縮する。冷媒は、特に限定されないが、高圧側が超臨界圧になる冷媒（例えばＣＯ_２）が好ましい。熱交換器４は、圧縮機３で圧縮された高圧冷媒と、第一流体との間で熱を交換する。熱交換器４は、冷媒通路４ａ及び流体通路４ｂを有する。圧縮機３、熱交換器４の冷媒通路４ａ、膨張弁５、及び蒸発器６は、冷媒配管を介して環状に接続されることで冷媒回路１０を形成する。冷凍サイクルシステム１は、冷媒回路１０により、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の運転を行う。本実施の形態１では、熱交換器４内の冷媒及び第一流体は対向流になる。

膨張弁５は、熱交換器４を通過した高圧冷媒を減圧する減圧装置の例である。膨張弁５の開度は可変である。高圧冷媒は、膨張弁５を通過することで、気液二相状態の低圧冷媒になる。蒸発器６は、当該気液二相状態の低圧冷媒を蒸発させる。蒸発器６は、冷媒と第二流体との間で熱を交換する熱交換器である。本実施の形態１では、当該第二流体は、室外の空気（以下、「外気」と称する）である。蒸発器６は、外気以外の流体（例えば、地下水、排水、太陽熱温水など）と冷媒との間で熱を交換するものでも良い。蒸発器６で蒸発した低圧冷媒ガスは、圧縮機３に吸入される。

送風機７は、外気が蒸発器６へ供給されるように送風する。送風機７は、図１中で右から左へ向かって送風する。外気は、蒸発器６及び送風機７をこの順に通過する。送風機７は、蒸発器６で冷媒と熱を交換する第二流体を蒸発器６へ供給する第二流体アクチュエータの例である。第二流体が液体である場合には、当該液体を送出するポンプを第二流体アクチュエータとして用いることができる。外気温センサ８は、蒸発器６へ供給される外気の温度を検知する。外気温センサ８は、蒸発器６へ供給される第二流体の温度を検知する手段の例である。

熱交換器４の流体通路４ｂ及び循環ポンプ９は、配管を介して接続されることで、流体回路２０を形成する。循環ポンプ９は、流体回路２０の第一流体（本実施の形態１では水）を循環させる。循環ポンプ９は、熱交換器４へ第一流体を供給する第一流体アクチュエータの例である。流体回路２０は、熱交換器４で加熱された第一流体（湯）を貯える蓄熱槽（図示省略）に接続されても良い。流体回路２０は、熱交換器４で加熱された第一流体で暖房する暖房器具（図示省略）に接続されても良い。当該暖房器具は、例えば、床暖房パネル、ラジエータ、パネルヒータ、ファンコンベクターなどである。流体回路２０は、熱交換器４で加熱された第一流体と、他の熱媒体（例えば水）との間で熱を交換する他の熱交換器（図示省略）に接続されても良い。

圧縮機３、熱交換器４、膨張弁５、蒸発器６、送風機７、及び外気温センサ８は、一つの筐体（図示省略）に収納されても良い。循環ポンプ９は、当該筐体に収納されても良いし、他の筐体（例えば、蓄熱槽を収納する筐体）に収納されても良い。

図２は、実施の形態１の冷凍サイクルシステム１の機能ブロック図である。図２に示すように、冷凍サイクルシステム１は、電流検知器１２、電力検知器１３、及びリモコン装置２００をさらに備える。コントローラ１００は、圧縮機制御部１０１、膨張弁制御部１０２、送風機制御部１０３、ポンプ制御部１０４、及び計時部１０５を備える。圧縮機３、膨張弁５、送風機７、外気温センサ８、循環ポンプ９、電流検知器１２、及び電力検知器１３は、それぞれ、コントローラ１００に対して電気的に接続される。コントローラ１００は、冷凍サイクルシステム１の運転を制御する。

圧縮機制御部１０１は、圧縮機３の動作を制御する。圧縮機３の動作速度は、可変である。例えば、圧縮機制御部１０１は、圧縮機３が備える電動機の運転周波数をインバーター制御により可変にすることで、圧縮機３の動作速度を可変にできる。膨張弁制御部１０２は、膨張弁５の開度を制御する。

送風機制御部１０３は、送風機７の動作を制御する。送風機７の動作速度は、可変である。例えば、送風機制御部１０３は、送風機７が備える電動機の運転周波数をインバーター制御により可変にすることで、送風機７の動作速度を可変にできる。

ポンプ制御部１０４は、循環ポンプ９の動作を制御する。ポンプ制御部１０４は、循環ポンプ９の動作速度を制御することで、流体回路２０の第一流体（水）の循環流量を制御できる。計時部１０５は、時間を計る。

電流検知器１２は、圧縮機電流を検知する。圧縮機電流は、少なくとも圧縮機３に供給される電流である。電流検知器１２で検知される圧縮機電流の値は、圧縮機３に流れる電流値の指標となる。電流検知器１２は、圧縮機３のみに供給される電流を圧縮機電流として検知しても良い。圧縮機３に供給される電流は、冷凍サイクルシステム１の全体に供給される電流の大半を占める。このため、電流検知器１２は、圧縮機３に供給される電流に加えて、冷凍サイクルシステム１の他の機器（送風機７、循環ポンプ９等）に供給される電流を含む電流を圧縮機電流として検知しても良い。また、電流検知器１２は、冷凍サイクルシステム１の全体に供給される電流を圧縮機電流として検知しても良い。交流の場合には、電流検知器１２は、電流の実効値を圧縮機電流として検知しても良い。

電力検知器１３は、圧縮機電力を検知する。圧縮機電力は、少なくとも圧縮機３で消費される電力である。電力検知器１３で検知される圧縮機電力の値は、圧縮機３で消費される電力値の指標となる。電力検知器１３は、圧縮機３のみで消費される電力を圧縮機電力として検知しても良い。圧縮機３で消費される電力は、冷凍サイクルシステム１の全体で消費される電力の大半を占める。このため、電力検知器１３は、圧縮機３で消費される電力に加えて、冷凍サイクルシステム１の他の機器（送風機７、循環ポンプ９等）で消費される電力を含む電力を圧縮機電力として検知しても良い。また、電力検知器１３は、冷凍サイクルシステム１の全体で消費される電力を圧縮機電力として検知しても良い。交流の場合には、電力検知器１３は、有効電力を圧縮機電力として検知しても良い。

リモコン装置２００は、使用者が操作するスイッチ等の操作部と、冷凍サイクルシステム１の状態等の情報を表示する表示部とを備える。リモコン装置２００は、コントローラ１００に対し、双方向にデータ通信可能に接続される。コントローラ１００とリモコン装置２００との間の通信は、有線通信でも無線通信でも良い。

コントローラ１００の各機能は、処理回路により実現される。図３は、実施の形態１の冷凍サイクルシステム１が備えるコントローラ１００のハードウェア構成の例を示す図である。図３に示す例では、コントローラ１００の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１１０と少なくとも１つのメモリ１２０とを備える。

処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１１０と少なくとも１つのメモリ１２０とを備える場合、コントローラ１００の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１２０に格納される。少なくとも１つのプロセッサ１１０は、少なくとも１つのメモリ１２０に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、コントローラ１００の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１２０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。

図４は、実施の形態１の冷凍サイクルシステム１が備えるコントローラ１００のハードウェア構成の他の例を示す図である。図４に示す例では、コントローラ１００の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア１３０を備える。

処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア１３０を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものである。コントローラ１００の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、コントローラ１００の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。

また、コントローラ１００の各機能について、一部を専用のハードウェア１３０で実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア１３０、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、コントローラ１００の各機能を実現する。

冷媒回路１０の配管に損傷等が生じた場合に、冷媒回路１０の冷媒ガスが漏れることがある。その結果、冷媒回路１０内の冷媒の総量が不足したり、さらには冷媒が欠失したりする場合がある。冷媒回路１０内の冷媒が不足または欠失した状態で圧縮機３を運転し続けると、圧縮機３が損傷する可能性がある。以下の説明では、冷媒回路１０内の冷媒が不足または欠失した状態（異常な状態）を「ガスなし」と称する。冷媒回路１０内の冷媒が足りている状態（正常な状態）を「ガスあり」と称する。

本実施の形態の冷凍サイクルシステム１では、圧縮機３を起動した後、ガスなしかガスありかを判定する。当該処理を以下「ガスなし検知処理」と称する。ガスなし検知処理において、ガスなしと判定された場合には、圧縮機３が損傷することを防止するために、圧縮機３を停止させる。

図５は、本実施の形態の冷凍サイクルシステム１のガスなし検知処理における各部の動作を示すタイムチャートである。図５に示すように、コントローラ１００は、圧縮機３を起動するとき、各部を以下のように動作をさせる。
（１）圧縮機３の起動を要求する指示をコントローラ１００が受けてから、時間ｔ３が経過した後に、送風機制御部１０３は、送風機７を起動する。このとき、圧縮機３及び循環ポンプ９はまだ起動しない。
（２）送風機７の運転を開始した後、外気温センサ８により外気温度が検知される。このとき、送風機７により外気が取り込まれることで、正確な外気温度を検知できる。
（３）送風機７を起動してから時間ｔ４が経過した後に、圧縮機制御部１０１は、圧縮機３を起動する。このとき、循環ポンプ９はまだ起動しない。
（４）コントローラ１００は、圧縮機３の運転開始後、電流検知器１２で検知される圧縮機電流の値と、電力検知器１３で検知される圧縮機電力の値とを取得する。
（５）コントローラ１００は、圧縮機３の起動から第一時間（時間ｔ１）が経過した時点の圧縮機電流の値を記憶する。当該値を第一検知値Ｉ１と称する。
（６）コントローラ１００は、圧縮機３の起動から第二時間（時間ｔ２）が経過した時点の圧縮機電流の値を記憶する。当該値を第二検知値Ｉ２と称する。
（７）コントローラ１００は、圧縮機３の起動から第三時間（時間ｔ１）が経過した時点の圧縮機電力の値を記憶する。当該値を第三検知値Ｗ１と称する。

第二時間（時間ｔ２）の長さは、第一時間（時間ｔ１）の長さとは異なる。本実施の形態では、第一時間（時間ｔ１）が第二時間（時間ｔ２）より長い。本実施の形態では、第三時間の長さは、第一時間の長さに等しい。第三時間の長さは、第一時間の長さと異なっても良い。

ガスなし検知処理は、圧縮機３の起動から時間ｔ１が経過した時点で終了する。図５に示すように、圧縮機制御部１０１は、第一検知値Ｉ１、第二検知値Ｉ２、及び第三検知値Ｗ１が取得されるまで、圧縮機３の動作速度を一定に保つことが望ましい。すなわち、圧縮機制御部１０１は、ガスなし検知処理が終了するまで、圧縮機３の動作速度を一定に保つことが望ましい。膨張弁制御部１０２は、第一検知値Ｉ１、第二検知値Ｉ２、及び第三検知値Ｗ１が取得されるまで、膨張弁５の開度を一定に保つことが望ましい。すなわち、膨張弁制御部１０２は、ガスなし検知処理が終了するまで、膨張弁５の開度を一定に保つことが望ましい。送風機制御部１０３は、第一検知値Ｉ１、第二検知値Ｉ２、及び第三検知値Ｗ１が取得されるまで、送風機７の動作速度を一定に保つことが望ましい。すなわち、送風機制御部１０３は、ガスなし検知処理が終了するまで、送風機７の動作速度を一定に保つことが望ましい。

図５に示すように、ガスなし検知処理の間、循環ポンプ９は、停止状態に維持される。すなわち、第一検知値Ｉ１、第二検知値Ｉ２、及び第三検知値Ｗ１は、循環ポンプ９が動作していない状態で取得される。

圧縮機３の起動後（すなわち、ガスなし検知処理のとき）の、圧縮機動作速度、膨張弁開度、及び送風機動作速度を、それぞれ、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、及び初期送風機速度Ｚａと称する。コントローラ１００は、外気温センサ８で検知された外気温度Ｔａに基づいて、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び、時間ｔ１（第一時間）の長さ、のうちの少なくとも一つを設定することが望ましい。当該設定処理の一例を以下に説明する。

外気温度Ｔａと第一基準温度Ｔａ１との関係がＴａ≦Ｔａ１である場合には、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び時間ｔ１の値を、それぞれ、Ｆａ１、Ｌａ１、Ｚａ１、及びｔ１１と設定する。

外気温度Ｔａと第一基準温度Ｔａ１と第二基準温度Ｔａ２との関係がＴａ１＜Ｔａ≦Ｔａ２である場合には、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び時間ｔ１の値を、それぞれ、Ｆａ２、Ｌａ２、Ｚａ２、及びｔ１２と設定する。なお、第一基準温度Ｔａ１と第二基準温度Ｔａ２との関係は、Ｔａ１＜Ｔａ２である。

外気温度Ｔａと第二基準温度Ｔａ２との関係がＴａ＞Ｔａ２である場合には、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び時間ｔ１の値を、それぞれ、Ｆａ３、Ｌａ３、Ｚａ３、及びｔ１３と設定する。

上述した例では、第一基準温度Ｔａ１及び第二基準温度Ｔａ２により区分される三つの温度帯のいずれに外気温度Ｔａが入るかに応じて、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び時間ｔ１の値を設定している。このようにして温度帯を区分する場合、その数は、三つに限定されず、二つ、または四つ以上でも良い。あるいは、外気温度Ｔａに応じて、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び時間ｔ１の値を連続的に変化させても良い。外気温度Ｔａが高く、かつ、ガスありの場合には、ガスなし検知処理の実行中の冷媒圧力が高くなることで、圧縮機３に負担がかかる可能性がある。次の条件のうちの少なくとも一つを満足する設定処理を行うことで、そのような場合に圧縮機３に負担がかかることをより確実に抑制できる。すなわち、外気温度Ｔａが高いときには、外気温度Ｔａが低いときに比べて、初期圧縮機速度Ｆａを低くしても良い。外気温度Ｔａが高いときには、外気温度Ｔａが低いときに比べて、初期膨張弁開度Ｌａを大きくしても良い。外気温度Ｔａが高いときには、外気温度Ｔａが低いときに比べて、時間ｔ１（第一時間）の長さを短くしても良い。外気温度Ｔａが高いときには、外気温度Ｔａが低いときに比べて、初期送風機速度Ｚａを低くしても良い。

図６は、圧縮機３の起動後の圧縮機電流の時間的な変化の例を示すグラフである。図６は、ある外気温度条件におけるグラフである。実線のグラフは、ガスなしの場合を示す。破線のグラフは、ガスありの場合を示す。これらのグラフは、圧縮機動作速度及び膨張弁開度をそれぞれ一定に保って運転したときのグラフである。

図６に示すように、ガスありの場合には、圧縮機３の起動後の圧縮機電流の変化は、比較的長い時間をかけて緩やかに上昇を続ける期間を有する。ガスなしの場合には、圧縮機電流は、圧縮機３の起動後、短時間のうちに上昇を停止し、その後はほぼ一定になる。ガスなしの場合の、ほぼ一定になった後の圧縮機電流は、ガスありの場合の圧縮機電流に比べて、低くなる。

時間ｔ１（第一時間）及び時間ｔ２（第二時間）は、ガスなしの場合に、圧縮機３の起動から、圧縮機電流の上昇が停止するまでの時間よりも長い時間になるように設定されることが望ましい。あるいは、時間ｔ１（第一時間）及び時間ｔ２（第二時間）は、ガスなしの場合に、圧縮機３の起動から、圧縮機電流がほぼ一定になるまでの時間よりも長い時間になるように設定されることが望ましい。

時間ｔ１（第一時間）と時間ｔ２（第二時間）との差は、ガスありの場合に、その時間差の間の圧縮機電流の上昇幅が十分に大きくなるように設定されることが望ましい。

コントローラ１００は、第一検知値Ｉ１が第一基準値Ｉαを超えず、かつ、第一検知値Ｉ１と第二検知値Ｉ２との差が第二基準値Ｉβを超えない場合には、ガスなしと判定する。

ガスなしと判定された場合には、圧縮機制御部１０１は、圧縮機３を停止させる。すなわち、圧縮機制御部１０１は、次の二つの式が共に成立する場合には、圧縮機３を停止させる。
Ｉ１≦Ｉα ・・・（１）
Ｉ１−Ｉ２≦Ｉβ ・・・（２）

なお、上記（２）式に代えて、次式を用いても良い。
｜Ｉ１−Ｉ２｜≦Ｉβ ・・・（３）

図６から分かるように、ガスなしの場合には、第一検知値Ｉ１（圧縮機３の起動から時間ｔ１が経過した時点の圧縮機電流の値）が、ガスありの場合に比べて、低くなる傾向がある。このため、第一検知値Ｉ１を第一基準値Ｉαと比較することで、ガスなしかガスありかを精度良く判別できる。

また、同図から分かるように、ガスありの場合には、第一検知値Ｉ１（圧縮機３の起動から時間ｔ１が経過した時点の圧縮機電流の値）と、第二検知値Ｉ２（圧縮機３の起動から時間ｔ２が経過した時点の圧縮機電流の値）との差が、比較的大きい。これに対し、ガスなしの場合には、第一検知値Ｉ１（圧縮機３の起動から時間ｔ１が経過した時点の圧縮機電流の値）と、第二検知値Ｉ２（圧縮機３の起動から時間ｔ２が経過した時点の圧縮機電流の値）との差が、比較的小さい。このため、第一検知値Ｉ１と第二検知値Ｉ２との差を第二基準値Ｉβと比較することで、ガスなしかガスありかを精度良く判別できる。

蒸発器６で冷媒と熱交換する第二流体（本実施の形態では外気）の温度が低い場合には、冷媒回路１０内の冷媒が不足していなくても、圧縮機電流値が低くなることがある。このため、圧縮機電流値を基準値と単に比較する方法のみでは、誤判定する可能性がある。これに対し、本発明であれば、上記（２）式または上記（３）式の方法を併用することで、そのような誤判定を確実に抑制できる。

前述したように、本実施の形態では、時間ｔ１（第一時間）は、時間ｔ２（第二時間）より長い。すなわち、第一検知値Ｉ１が取得される時点は、第二検知値Ｉ２が取得される時点より後である。これにより、以下のような効果が得られる。ガスありの場合に、上記（１）式で第一基準値Ｉαと比較される第一検知値Ｉ１が、第二検知値Ｉ２より大きくなる。このため、ガスありの場合に、上記（１）式が成立することをより確実に抑制できる。よって、実際の状態がガスありのときに、ガスなしと誤判定することをより確実に抑制できる。

図６に示すように、第二検知値Ｉ２が取得される時点（ｔ２）は、ガスありの場合の圧縮機電流の緩やかな上昇の初期に属する時点であることが望ましい。第一検知値Ｉ１が取得される時点（ｔ１）は、ガスありの場合の圧縮機電流の緩やかな上昇の終期に属する時点であることが望ましい。このようにすることで、ガスありの場合に上記（２）式または上記（３）式が成立することを確実に抑制できる。よって、実際の状態がガスありのときに、ガスなしと誤判定することをより確実に抑制できる。

図７は、圧縮機３の起動後の圧縮機電力の時間的な変化の例を示すグラフである。図７は、ある外気温度条件におけるグラフである。実線のグラフは、ガスなしの場合を示す。破線のグラフは、ガスありの場合を示す。これらのグラフは、圧縮機動作速度及び膨張弁開度をそれぞれ一定に保って運転したときのグラフである。

図７に示すように、ガスありの場合には、圧縮機３の起動後の圧縮機電力の変化は、起動直後の急激に変動する期間と、その後に比較的長い時間をかけて緩やかに上昇を続ける期間とを有する。ガスなしの場合には、圧縮機３の起動後の圧縮機電力の変化は、起動直後の急激に変動する期間と、その後にほぼ一定になる期間とを有する。ガスなしの場合の、ほぼ一定になった後の圧縮機電力は、ガスありの場合の圧縮機電力に比べて、低くなる。

第三検知値Ｗ１は、圧縮機３の起動から第三時間が経過した時点の圧縮機電力の値である。本実施の形態では、第三時間は、第一時間（ｔ１）に等しい。すなわち、第三検知値Ｗ１が取得される時点が、第一検知値Ｉ１が取得される時点に等しい。このような構成に限らず、第三検知値Ｗ１が取得される時点が、第一検知値Ｉ１が取得される時点と異なっても良い。第三検知値Ｗ１を取得する第三時間は、ガスなしの場合に、圧縮機３の起動から、圧縮機電力がほぼ一定になるまでの時間よりも長い時間になるように設定されることが望ましい。また、第三検知値Ｗ１が取得される時点は、ガスありの場合の圧縮機電力の緩やかな上昇の終期に属する時点であることが望ましい。

コントローラ１００は、第三検知値Ｗ１（圧縮機３の起動から第三時間（ｔ１）が経過した時点の圧縮機電力の値）が第三基準値Ｗγを超えない場合には、ガスなしと判定する。

ガスなしと判定された場合には、圧縮機制御部１０１は、圧縮機３を停止させる。すなわち、圧縮機制御部１０１は、次式が成立する場合には、圧縮機３を停止させる。
Ｗ１≦Ｗγ ・・・（４）

図７から分かるように、ガスなしの場合には、第三検知値Ｗ１（圧縮機３の起動から第三時間（ｔ１）が経過した時点の圧縮機電力の値）が、ガスありの場合に比べて、低くなる傾向がある。このため、第三検知値Ｗ１を第三基準値Ｗγと比較することで、ガスなしかガスありかを精度良く判別できる。

図８は、実施の形態１の冷凍サイクルシステム１のコントローラ１００が実行するルーチンのフローチャートである。図８のルーチンは、ガスなし検知処理を行うときのルーチンである。コントローラ１００は、圧縮機３が停止しているときに、圧縮機３の起動を要求する指示を受けた場合に、図８のルーチンを実行する。ステップＳ１では、当該指示を受けてから時間ｔ３が経過した後に、送風機制御部１０３は、送風機７を起動する。このとき、圧縮機３及び循環ポンプ９はまだ起動しない。

ステップＳ１からステップＳ２へ移行する。ステップＳ２で、コントローラ１００は、外気温センサ８で検知された外気温度Ｔａの値を取得する。ステップＳ２からステップＳ３へ移行する。ステップＳ３で、コントローラ１００は、外気温センサ８で検知された外気温度Ｔａに基づいて、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び、時間ｔ１の長さを設定する。

ステップＳ３からステップＳ４へ移行する。ステップＳ４では、送風機７を起動してから時間ｔ４が経過した後に、圧縮機制御部１０１は、圧縮機３を起動する。このとき、循環ポンプ９はまだ起動しない。ステップＳ４では、さらに、以下のように制御される。圧縮機制御部１０１は、ステップＳ３で設定された初期圧縮機速度Ｆａが達成されるように、圧縮機３を制御する。膨張弁制御部１０２は、ステップＳ３で設定された初期膨張弁開度Ｌａが達成されるように、膨張弁５を制御する。送風機制御部１０３は、ステップＳ３で設定された初期送風機速度Ｚａが達成されるように、送風機７を制御する。

ステップＳ４からステップＳ５へ移行する。ステップＳ５で、コントローラ１００は、圧縮機３の起動から第二時間（時間ｔ２）が経過した時点の圧縮機電流の値（第二検知値Ｉ２）を記憶する。

ステップＳ５からステップＳ６へ移行する。ステップＳ６で、コントローラ１００は、圧縮機３の起動から第一時間が経過した時点の圧縮機電流の値（第一検知値Ｉ１）と、圧縮機３の起動から第三時間が経過した時点の圧縮機電力の値（第三検知値Ｗ１）とを記憶する。この第一時間及び第三時間は、ステップＳ３で設定された時間ｔ１である。

ステップＳ６からステップＳ７へ移行する。ステップＳ７で、コントローラ１００は、ステップＳ６で取得された第一検知値Ｉ１を第一基準値Ｉαと比較する。そして、Ｉ１≦Ｉαが成立する場合には、ステップＳ８へ移行する。Ｉ１≦Ｉαが成立しない場合には、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ８で、コントローラ１００は、ステップＳ６で取得された第一検知値Ｉ１と、ステップＳ５で取得された第二検知値Ｉ２との差を、第二基準値Ｉβと比較する。そして、Ｉ１−Ｉ２≦Ｉβが成立する場合には、ステップＳ１０へ移行する。ステップＳ１０で、圧縮機制御部１０１は、圧縮機３を停止させる。ステップＳ１０へ移行した場合は、ガスなしと判定されたことに相当する。本実施の形態であれば、ガスなしの状態のときには、ステップＳ１０で圧縮機３を停止させることで、圧縮機３の運転が継続されることを防止できる。このため、圧縮機３が損傷することを確実に抑制できる。

ステップＳ９で、コントローラ１００は、ステップＳ６で取得された第三検知値Ｗ１を第三基準値Ｗγと比較する。そして、Ｗ１≦Ｗγが成立する場合には、ステップＳ１０へ移行する。ステップＳ１０で、圧縮機制御部１０１は、圧縮機３を停止させる。ステップＳ１０へ移行した場合は、ガスなしと判定されたことに相当する。

ステップＳ９でＷ１≦Ｗγが成立しない場合には、ステップＳ１１へ移行する。ステップＳ１１へ移行した場合は、ガスあり（正常）と判定されたことに相当する。ガスあり（正常）と判定された場合には、コントローラ１００は、圧縮機３の運転を継続させるとともに、冷凍サイクルシステム１を通常運転へ移行させても良い。

本実施の形態であれば、熱交換器４で加熱される第一流体（本実施の形態では水）の温度を用いることなく、ガスなし検知処理が可能である。これにより、以下のような効果が得られる。
（１）熱交換器４で加熱される第一流体の温度を検知するセンサが故障した場合、あるいは当該センサを備えない場合でも、ガスなし検知処理が可能である。
（２）ガスなし検知処理のときに、第一流体の温度が上昇することを待つ必要がないので、ガスなし検知処理を迅速に行うことが可能となる。
（３）熱交換器４から流出する第一流体の目標温度が低い場合、すなわち、熱交換器４の入口及び出口の第一流体の温度差が小さい場合でも、ガスなし検知処理を高精度に行うことが可能となる。

本実施の形態では、圧縮機電流値である第一検知値Ｉ１及び第二検知値Ｉ２を用いた判定に加えて、圧縮機電力値である第三検知値Ｗ１を用いた判定を行う。これにより、以下のような効果が得られる。

圧縮機３の動作速度が低く、かつ、膨張弁５の開度が大きい場合には、圧縮機３の負荷が低くなる。圧縮機３の負荷が低く、かつ、外気温度が低い場合には、正常な状態での圧縮機電流が第一基準値Ｉα以下になる可能性がある。そのような場合には、実際の状態がガスありにもかかわらず、Ｉ１≦Ｉαと、Ｉ１−Ｉ２≦Ｉβとの双方が成立する可能性がある。本実施の形態であれば、第一検知値Ｉ１及び第二検知値Ｉ２を用いた判定に加えて、圧縮機電力値である第三検知値Ｗ１を用いた判定を行うことで、圧縮機３の負荷が低く、かつ、外気温度が低い場合であっても、誤判定をより確実に抑制できる。

圧縮機３の動作速度を上げたり、膨張弁５の開度を縮小させたりすることで、圧縮機３の負荷が上昇する。圧縮機３の負荷を上昇させることで、正常な状態での圧縮機電流が第一基準値Ｉα以下になる可能性を排除できる。したがって、本発明では、圧縮機電力値を用いることなく、圧縮機電流値である第一検知値Ｉ１及び第二検知値Ｉ２のみを用いて判定しても良い。

圧縮機３の動作速度を上げたり、膨張弁５の開度を縮小させたりすることで、圧縮機３の負荷が上昇すると、消費電力が増加する。本実施の形態であれば、圧縮機電力値である第三検知値Ｗ１を用いた判定を行うことで、圧縮機３の負荷を上昇させることなく、誤判定を抑制できる。このため、消費電力を抑制しつつ、ガスなし検知処理を精度良く行うことが可能となる。

本実施の形態であれば、循環ポンプ９が動作していない状態で取得された、第一検知値Ｉ１、第二検知値Ｉ２、及び第三検知値Ｗ１に基づいてガスなし検知処理を行うことで、以下の効果が得られる。熱交換器４に水が循環しないので、熱交換器４で冷媒の状態が変動することを抑制できる。その結果、熱交換器４における冷媒の状態の変動が圧縮機電流及び圧縮機電力の値に影響することを抑制できる。よって、ガスなし検知処理における外乱の影響を抑制できるので、ガスなし検知処理をより高精度に行うことが可能となる。

本実施の形態であれば、ガスなし検知処理が終了するまで、圧縮機３の動作速度を一定に保つことで、以下の効果が得られる。圧縮機３の動作速度の変動が圧縮機電流及び圧縮機電力の値に影響することを抑制できる。よって、ガスなし検知処理における外乱の影響を抑制できるので、ガスなし検知処理をより高精度に行うことが可能となる。

本実施の形態であれば、ガスなし検知処理が終了するまで、膨張弁５の開度を一定に保つことで、以下の効果が得られる。膨張弁５の開度の変動が圧縮機電流及び圧縮機電力の値に影響することを抑制できる。よって、ガスなし検知処理における外乱の影響を抑制できるので、ガスなし検知処理をより高精度に行うことが可能となる。

本実施の形態であれば、ガスなし検知処理が終了するまで、送風機７の動作速度を一定に保つことで、以下の効果が得られる。蒸発器６での冷媒の状態が変動することを抑制できる。蒸発器６での冷媒の状態の変動が、圧縮機電流及び圧縮機電力の値に影響することを抑制できる。よって、ガスなし検知処理における外乱の影響を抑制できるので、ガスなし検知処理をより高精度に行うことが可能となる。

本実施の形態では、外気温センサ８で検知された外気温度Ｔａに基づいて、初期圧縮機速度Ｆａ、初期膨張弁開度Ｌａ、初期送風機速度Ｚａ、及び、第一時間の長さ、のうちの少なくとも一つを設定することが望ましい。これにより、外気温度Ｔａが極めて低い場合、あるいは外気温度Ｔａが極めて高い場合においても、ガスなし検知処理における誤判定をより確実に抑制できる。第二時間の長さは、外気温度Ｔａによらず、一定でも良い。

本実施の形態では、熱交換器で第一流体を加熱する用途のヒートポンプシステムに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、ヒートポンプシステムに限定されず、他の冷凍サイクルシステム（例えば、冷房用、冷蔵用など、蒸発器で第二流体を冷却する用途のもの）にも適用可能である。

１冷凍サイクルシステム、３圧縮機、４熱交換器、４ａ冷媒通路、４ｂ流体通路、５膨張弁、６蒸発器、７送風機、８外気温センサ、９循環ポンプ、１０冷媒回路、１２電流検知器、１３電力検知器、２０流体回路、１００コントローラ、１０１圧縮機制御部、１０２膨張弁制御部、１０３送風機制御部、１０４ポンプ制御部、１０５計時部、１１０プロセッサ、１２０メモリ、１３０ハードウェア、２００リモコン装置

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷媒回路と、
少なくとも前記圧縮機に供給される電流である圧縮機電流を検知する手段と、
前記圧縮機の起動から第一時間が経過した時点の前記圧縮機電流の値である第一検知値を取得する手段と、
前記圧縮機の起動から、前記第一時間より短い第二時間が経過した時点の前記圧縮機電流の値である第二検知値を取得する手段と、
前記第一検知値が第一基準値を超えず、かつ、前記第一検知値と前記第二検知値との差が第二基準値を超えない場合に、前記圧縮機を停止させる手段と、
を備える冷凍サイクルシステム。
少なくとも前記圧縮機で消費される電力である圧縮機電力を検知する手段と、
前記圧縮機の起動から第三時間が経過した時点の前記圧縮機電力の値である第三検知値を取得する手段と、
前記第三検知値が第三基準値を超えない場合に、前記圧縮機を停止させる手段と、
を備える請求項１に記載の冷凍サイクルシステム。
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と、第一流体との間で熱を交換する熱交換器と、
前記熱交換器へ前記第一流体を供給する第一流体アクチュエータと、
を備え、
前記第一流体アクチュエータが動作していない状態で前記第一検知値及び前記第二検知値が取得される請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクルシステム。
前記冷媒を減圧させる減圧装置と、
前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で前記冷媒と熱を交換する第二流体を前記蒸発器へ供給する第二流体アクチュエータと、
前記第一検知値及び前記第二検知値が取得されるまで、前記圧縮機の動作速度、前記減圧装置の開度、及び前記第二流体アクチュエータの動作速度のうちの少なくとも一つを一定に保つ手段と、
を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクルシステム。
前記蒸発器へ供給される前記第二流体の温度を検知する手段と、
前記蒸発器へ供給される前記第二流体の温度に基づいて、前記圧縮機の起動後の、前記圧縮機の動作速度、前記減圧装置の開度、及び前記第二流体アクチュエータの動作速度、並びに前記第一時間の長さ、のうちの少なくとも一つを設定する手段と、
を備える請求項４に記載の冷凍サイクルシステム。