JPWO2020240845A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

冷媒ポンプ、膨張弁、蒸発器および凝縮器が配管で接続されることにより、冷媒が循環するポンプサイクルが形成され、ポンプサイクルによる運転が行われる空気調和装置であって、蒸発器から流出する冷媒の蒸発器出口圧力を検出する蒸発器出口圧力センサと、蒸発器に流入する冷媒の蒸発器入口温度を検出する蒸発器入口温度センサと、蒸発器出口圧力および蒸発器入口温度から得られる蒸発器の冷媒流入側における過熱度に基づき、冷媒循環の有無を判断する制御装置とを備える。

Description

本発明は、圧縮サイクルおよびポンプサイクルの双方を実行できる空気調和装置に関するものである。

従来、圧縮式冷凍サイクル（以下、「圧縮サイクル」と称する）と、冷媒ポンプサイクル（以下、「ポンプサイクル」と称する）との双方を実行することができる複合サイクルを有する空気調和装置が知られている。このような複合サイクルを有する空気調和装置では、ポンプサイクルが実行される際に、空運転による冷媒ポンプの破損を防止するために、液冷媒が冷媒ポンプに吸入されるように冷媒が循環しているか否かを判断している。例えば、特許文献１には、冷媒ポンプの吸入側に圧力センサおよび温度センサを設け、圧力センサで検出された圧力と、温度センサで検出された温度とに基づき得られる過冷却度により、冷媒循環の有無を確認する空気調和装置が開示されている。

特許第５５０６６２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和装置では、冷媒循環の有無を過冷却度でしか確認することができない。そのため、ポンプの吸入側に設けられたセンサに不具合が発生した場合に、冷媒の循環の有無を確認することができなくなってしまう。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ポンプサイクルが実行されている際に、冷媒循環の有無を確認することができる空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、冷媒ポンプ、膨張弁、蒸発器および凝縮器が配管で接続されることにより、冷媒が循環するポンプサイクルが形成され、前記ポンプサイクルによる運転が行われる空気調和装置であって、前記蒸発器から流出する冷媒の蒸発器出口圧力を検出する蒸発器出口圧力センサと、前記蒸発器に流入する冷媒の蒸発器入口温度を検出する蒸発器入口温度センサと、前記蒸発器出口圧力および前記蒸発器入口温度から得られる前記蒸発器の冷媒流入側における過熱度に基づき、冷媒循環の有無を判断する制御装置とを備えるものである。

本発明に係る空気調和装置は、蒸発器出口圧力および蒸発器入口温度から得られる蒸発器の冷媒流入側における過熱度により、冷媒循環の有無を判断することができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の構成の一例を示す冷媒回路図である。 図１の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図２の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。 図２の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る空気調和装置による冷媒循環確認処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る空気調和装置の構成の一例を示す冷媒回路図である。 図６の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る空気調和装置による冷媒循環確認処理の流れの一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本実施の形態１に係る空気調和装置について説明する。本実施の形態１に係る空気調和装置は、圧縮機を使用して冷媒を循環させる圧縮サイクルと、冷媒ポンプを使用して冷媒を循環させるポンプサイクルとの双方を切り替えて実行することができるものである。

［空気調和装置１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の構成の一例を示す冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００には、内部を冷媒が循環する冷媒循環回路１０１が形成されている。冷媒循環回路１０１には、圧縮機１、凝縮器１０、膨張弁２、蒸発器３、レシーバ４、冷媒ポンプ５および過冷却熱交換器６を備えている。

圧縮機１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１として、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等が用いられる。圧縮機１は、制御装置５０によって運転周波数が制御される。

凝縮器１０は、冷媒循環回路１０１を流れる冷媒と、室外空気との間で熱交換を行い、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる。凝縮器１０の冷媒流入側は、圧縮機１の吐出側に配管接続されている。また、凝縮器１０の冷媒流出側は、レシーバ４の流入側に配管接続されている。

本実施の形態１において、凝縮器１０は、第１凝縮器１１および第２凝縮器１２を備えている。第１凝縮器１１および第２凝縮器１２は、圧縮機１の吐出側に対して並列に接続されている。そのため、第１凝縮器１１および第２凝縮器１２のそれぞれの冷媒流出側は、レシーバ４の流入側に対して並列に接続されている。すなわち、第１凝縮器１１および第２凝縮器１２は、圧縮機１とレシーバ４との間で並列に接続されている。なお、第１凝縮器１１のみで熱交換負荷を賄える場合、凝縮器１０は、第１凝縮器１１のみで構成されてもよい。

なお、冷媒循環回路１０１は、第１配管２１および第２配管２２を備えている。第１配管２１は、第１凝縮器１１の冷媒流出側とレシーバ４の流入側とを接続する配管である。また、第２配管２２は、一端が第２凝縮器１２の冷媒流出側と接続され、他端が第１配管２１と接続される配管である。第１配管２１および第２配管２２が設けられることにより、第１凝縮器１１の冷媒流出側と第２凝縮器１２の冷媒流出側とが、レシーバ４の流入側に対して並列に接続される。

レシーバ４は、容器内に流入した液冷媒が貯留され、流入出する液冷媒の量に応じて液面が上下することによって余剰冷媒量を調整する。レシーバ４は、凝縮器１０と冷媒ポンプ５との間に接続されている。レシーバ４の流出側は、過冷却熱交換器６の冷媒流入側に配管接続されている。

過冷却熱交換器６は、レシーバ４と冷媒ポンプ５との間に設けられ、レシーバ４から流出した液冷媒をさらに冷却して過冷却度を増大させる。液冷媒の過冷却度を増大させることにより、空気調和装置１００の冷房能力が向上する。なお、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１０１においては、後述するバイパス配管２０の流出側の端部が、レシーバ４と過冷却熱交換器６との間に接続されている。そのため、バイパス配管２０から流出した液冷媒も、過冷却熱交換器６で冷却されて過冷却度が増大する。したがって、空気調和装置１００の冷房能力がさらに向上する。

冷媒ポンプ５は、図示しないモータによって駆動され、レシーバ４から流出した液冷媒を加圧して送出する。冷媒ポンプ５の回転数は、制御装置５０によって制御される。冷媒ポンプ５は、レシーバ４と膨張弁２との間に接続されている。冷媒ポンプ５の流入側は、過冷却熱交換器６の冷媒流出側に配管接続されている。冷媒ポンプ５の吐出側は、膨張弁２の流入側に配管接続されている。

膨張弁２は、冷媒を膨張させる。膨張弁２は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁、あるいはキャピラリーチューブで構成される。膨張弁２が開度制御可能な弁の場合、膨張弁２の開度は、制御装置５０によって制御される。膨張弁２の流入側は、冷媒ポンプ５の流出側に配管接続されている。膨張弁２の流出側は、蒸発器３の冷媒流入側に配管接続されている。

蒸発器３は、冷媒循環回路１０１を流れる冷媒と、図示しない送風機によって供給される室内空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させる。蒸発器３の冷媒流入側は、膨張弁２の流出側に接続されている。蒸発器３の冷媒流出側は、圧縮機１の吸入側に接続されている。

また、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１０１は、バイパス配管２０を備えている。バイパス配管２０の流入側の端部は、凝縮器１０の冷媒流出側とレシーバ４の流入側との間に接続されている。また、バイパス配管２０の流出側の端部は、レシーバ４と過冷却熱交換器６との間に接続されている。冷媒循環回路１０１にバイパス配管２０が設けられることにより、凝縮器１０から流出した冷媒の一部は、レシーバ４を迂回して、冷媒ポンプ５の吸入側へ流れることができる。

なお、上述したように、本実施の形態１に係る凝縮器１０は、第１凝縮器１１および第２凝縮器１２を備えている。そのため、バイパス配管２０の流入側端部は、第２凝縮器１２の冷媒流出側と第１配管２１とを接続する第２配管２２に接続されている。すなわち、第１凝縮器１１から流出した冷媒は、全てレシーバ４を通って冷媒ポンプ５へ流れていく。一方、第２凝縮器１２から流出した冷媒の一部は、レシーバ４を通って冷媒ポンプ５へ流れていく。また、第２凝縮器１２から流出した冷媒の残りの一部は、レシーバ４を迂回して冷媒ポンプ５へ流れていく。

さらに、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１０１は、バイパス配管２３および逆止弁７を備えている。バイパス配管２３は、冷媒循環回路１０１を循環する冷媒が圧縮機１を迂回して流れることができるように、圧縮機１の吸入側と吐出側との間に接続されている。

逆止弁７は、バイパス配管２３に設けられている。逆止弁７は、バイパス配管２３において、圧縮機１の吐出側から圧縮機１の吸入側へ向かう冷媒の流れを規制する。バイパス配管２３および逆止弁７を備えることにより、圧縮機１が停止しているポンプサイクル時には、蒸発器３から流出した冷媒は、停止中の圧縮機１を迂回して流れることができる。また、圧縮機１が駆動している圧縮サイクル時には、逆止弁７により、圧縮機１から吐出された冷媒がバイパス配管２３を通って圧縮機１の吸入口側へ流れることを防止できる。

なお、停止中の圧縮機１を迂回するための構成は、バイパス配管２３および逆止弁７に限定されない。例えば、停止中の圧縮機１を迂回するための構成として、複合サイクル式の従来の空気調和装置において用いられている構成が適宜採用されてもよい。

さらにまた、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１０１は、バイパス配管２４および逆止弁８を備えている。バイパス配管２４は、冷媒循環回路１０１を循環する冷媒が冷媒ポンプ５を迂回して流れることができるように、冷媒ポンプ５の吸入側と吐出側との間に接続されている。

逆止弁８は、バイパス配管２４に設けられている。逆止弁８は、バイパス配管２４において、冷媒ポンプ５の吐出側から冷媒ポンプ５の吸入側へ向かう冷媒の流れを規制する。バイパス配管２４および逆止弁８を備えることにより、冷媒ポンプ５が停止している圧縮サイクル時には、過冷却熱交換器６から流出した冷媒は、停止中の冷媒ポンプ５を迂回して流れることができる。また、冷媒ポンプ５が駆動しているポンプサイクル時には、逆止弁８により、冷媒ポンプ５から吐出された冷媒がバイパス配管２４を通って冷媒ポンプ５の吸入口側へ流れることを防止できる。

なお、停止中の冷媒ポンプ５を迂回するための構成は、バイパス配管２４および逆止弁８に限定されない。例えば、停止中の冷媒ポンプ５を迂回するための構成として、複合サイクル式の従来の空気調和装置において用いられている構成が適宜採用されてもよい。

このように構成された空気調和装置１００において、少なくとも、圧縮機１、凝縮器１０、膨張弁２および蒸発器３が配管で接続されることにより、圧縮サイクルが形成される。また、空気調和装置１００において、少なくとも、冷媒ポンプ５、膨張弁２、蒸発器３および凝縮器１０が配管で接続されることにより、ポンプサイクルが形成される。

また、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１０１には、ポンプ吸入圧力センサ４１、ポンプ吸入温度センサ４２、蒸発器入口温度センサ４３および蒸発器出口圧力センサ４４が設けられている。

ポンプ吸入圧力センサ４１は、冷媒ポンプ５の吸入側の配管に設けられている。ポンプ吸入圧力センサ４１は、冷媒ポンプ５に吸入される冷媒の圧力であるポンプ吸入圧力を検出する。ポンプ吸入温度センサ４２は、冷媒ポンプ５の吸入側に設けられている。ポンプ吸入温度センサ４２は、冷媒ポンプ５に吸入される冷媒の温度であるポンプ吸入温度を検出する。

蒸発器入口温度センサ４３は、蒸発器３の冷媒流入側に設けられている。蒸発器入口温度センサ４３は、蒸発器３に流入する冷媒の温度である蒸発器入口温度を検出する。蒸発器出口圧力センサ４４は、蒸発器３の冷媒流出側の配管に設けられている。蒸発器出口圧力センサ４４は、蒸発器３から流出する冷媒の圧力である蒸発器出口圧力を検出する。

なお、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１０１には、必須の構成ではないが、逆止弁３１、膨張弁３２および膨張弁３３が設けられている。

逆止弁３１は、第２凝縮器１２の流出側と第１配管２１とを接続する第２配管２２に設けられている。逆止弁３１は、第２配管２２において、第２凝縮器１２の流出側の端部から、第１配管２１側の端部へ向かう冷媒の流れを規制する。逆止弁３１を備えることにより、後述するように、第２凝縮器１２への液冷媒の滞留を抑制でき、空気調和装置１００の冷房能力を向上させることができる。

膨張弁３２は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁、あるいはキャピラリーチューブで構成される。膨張弁３２が開度制御可能な弁の場合、膨張弁３２の開度は、制御装置５０によって制御される。膨張弁３２は、圧縮機１の吐出側と第２凝縮器１２の冷媒流入側とを接続する配管に設けられている。

この場合、圧縮機１の吐出口に接続されている配管は、途中で２方向に分岐している。そして、分岐している配管の一方が、第２凝縮器１２の冷媒の流入口と接続されている。また、分岐している配管の他方は、第１凝縮器１１の冷媒の流入口と接続されている。膨張弁３２は、分岐している配管のうち、第２凝縮器１２の冷媒の流入口と接続されている配管の方に設けられている。膨張弁３２を設けることにより、第２凝縮器１２に流入する冷媒の量を調整することができる。

膨張弁３３は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁、あるいはキャピラリーチューブで構成される。膨張弁３３が開度制御可能な弁の場合、膨張弁３３の開度は、制御装置５０によって制御される。膨張弁３３は、バイパス配管２０に設けられている。膨張弁３３を設けることにより、バイパス配管２０に流れる冷媒の量を調整することができる。

ここで、本実施の形態１に係る空気調和装置１００は、室外機１１０および室内機１２０を含んで構成されている。そして、上述した冷媒循環回路１０１の各構成は、室外機１１０または室内機１２０に収容されている。室外機１１０には、レシーバ４、冷媒ポンプ５、過冷却熱交換器６、逆止弁８、第１凝縮器１１、第２凝縮器１２、バイパス配管２０、第１配管２１、第２配管２２、バイパス配管２４、逆止弁３１、膨張弁３２、膨張弁３３、ポンプ吸入圧力センサ４１およびポンプ吸入温度センサ４２が収容されている。室内機１２０には、圧縮機１、膨張弁２、蒸発器３、逆止弁７、バイパス配管２３、蒸発器入口温度センサ４３および蒸発器出口圧力センサ４４が収容されている。室外機１１０は、例えば、屋外に設置される。また、室内機１２０は、例えば、冷房対象空間である室内に設置される。また、室外機１１０は、例えば、室内機１２０よりも高い位置に設置される。

また、空気調和装置１００は、制御装置５０を備えている。制御装置５０は、空気調和装置１００に設けられた各部を制御する。特に、本実施の形態１において、制御装置５０は、各種センサによる検出結果に基づき、ポンプサイクル時における冷媒循環回路１０１内の冷媒循環の有無を確認する冷媒循環確認処理を行う。

図２は、図１の制御装置５０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置５０は、情報取得部５１、過冷却度算出部５２、過熱度算出部５３、比較部５４、機器制御部５５および記憶部５６を備えている。制御装置５０は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータなどの演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

情報取得部５１は、空気調和装置１００に設けられた各種センサ等で検出されたセンサ情報を取得する。本実施の形態１において、情報取得部５１は、ポンプ吸入圧力センサ４１から、ポンプ吸入圧力をセンサ情報として取得する。情報取得部５１は、ポンプ吸入温度センサ４２から、ポンプ吸入温度をセンサ情報として取得する。情報取得部５１は、蒸発器入口温度センサ４３から、蒸発器入口温度をセンサ情報として取得する。情報取得部５１は、蒸発器出口圧力センサ４４から、蒸発器出口圧力をセンサ情報として取得する。そして、情報取得部５１は、取得したポンプ吸入圧力およびポンプ吸入温度を過冷却度算出部５２に供給する。また、情報取得部５１は、取得した蒸発器入口温度および蒸発器出口圧力を過熱度算出部５３に供給する。

過冷却度算出部５２は、情報取得部５１で取得されたポンプ吸入圧力およびポンプ吸入温度に基づき、冷媒ポンプ５に吸入される冷媒の過冷却度ＳＣを算出する。過冷却度ＳＣは、ポンプ吸入圧力から得られる飽和液温度からポンプ吸入温度を減算することによって算出される。

過熱度算出部５３は、情報取得部５１で取得された蒸発器入口温度および蒸発器出口圧力に基づき、蒸発器３の冷媒流入側における過熱度ＳＨを算出する。過熱度ＳＨは、蒸発器出口圧力から得られる飽和ガス温度から蒸発器入口温度を減算することによって算出される。

比較部５４は、過冷却度算出部５２で算出された過冷却度ＳＣと、記憶部５６に記憶された設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴとを比較する。また、比較部５４は、過熱度算出部５３で算出された過熱度ＳＨと、記憶部５６に記憶された設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴとを比較する。なお、設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴは、過冷却度算出部５２で算出される過冷却度ＳＣに対する閾値を示す。設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴは、過熱度算出部５３で算出される過熱度ＳＨに対する閾値を示す。

機器制御部５５は、空気調和装置１００に設けられた各種センサ等からのセンサ情報に基づき、空気調和装置１００の各部を制御する。特に、本実施の形態１において、機器制御部５５は、比較部５４での比較結果に応じて、圧縮機１および冷媒ポンプ５を制御する。

記憶部５６は、制御装置５０の各部で用いられる各種の値を記憶する。具体的には、記憶部５６は、比較部５４で用いられる設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴおよび設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴを記憶する。

図３は、図２の制御装置５０の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御装置５０の各種機能がハードウェアで実行される場合、図２の制御装置５０は、図３に示すように、処理回路６１で構成される。図２の制御装置５０において、情報取得部５１、過冷却度算出部５２、過熱度算出部５３、比較部５４、機器制御部５５および記憶部５６の各機能は、処理回路６１により実現される。

各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路６１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（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置５０は、情報取得部５１、過冷却度算出部５２、過熱度算出部５３、比較部５４、機器制御部５５および記憶部５６の各部の機能それぞれを処理回路６１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路６１で実現してもよい。

図４は、図２の制御装置５０の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御装置５０の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図２の制御装置５０は、図４に示すように、プロセッサ７１およびメモリ７２で構成される。制御装置５０において、情報取得部５１、過冷却度算出部５２、過熱度算出部５３、比較部５４、機器制御部５５および記憶部５６の各機能は、プロセッサ７１およびメモリ７２により実現される。

各機能がソフトウェアで実行される場合、制御装置５０において、情報取得部５１、過冷却度算出部５２、過熱度算出部５３、比較部５４、機器制御部５５および記憶部５６の機能は、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は、プログラムとして記述され、メモリ７２に格納される。プロセッサ７１は、メモリ７２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、各部の機能を実現する。

メモリ７２として、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ７２として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。

［空気調和装置１００の動作］
次に、空気調和装置１００の動作について説明する。本実施の形態１に係る空気調和装置１００は、圧縮サイクルおよびポンプサイクルの双方を実行することができる複合サイクル式の空気調和装置である。すなわち、空気調和装置１００は、圧縮サイクルとポンプサイクルとを切り替えて実行することができる。なお、圧縮サイクルとは、圧縮機１を駆動し、冷媒ポンプ５を停止した状態で、冷媒循環回路１０１を冷媒が循環する動作である。また、ポンプサイクルとは、冷媒ポンプ５を駆動し、圧縮機１を停止した状態で、冷媒循環回路１０１を冷媒が循環する動作であり、外気温度が室内温度よりも低いときに実行される。

（圧縮サイクルによる冷房運転時の冷媒の流れ）
圧縮サイクルによる冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。低温低圧の冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１０に流入する。凝縮器１０に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって凝縮器１０から流出する。

凝縮器１０から流出した高圧の液冷媒は、レシーバ４に流入し、冷媒量が調整されてレシーバ４から流出する。レシーバ４から流出した液冷媒は、過冷却熱交換器６に流入し、さらに冷却されることによって過冷却度が増大した状態で、過冷却熱交換器６から流出する。過冷却熱交換器６から流出した液冷媒は、冷媒ポンプ５が停止しているため、逆止弁８を通過して膨張弁２に流入する。

膨張弁２に流入した液冷媒は、膨張弁２によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器３に流入する。蒸発器３に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって蒸発器３から流出する。そして、蒸発器３から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１へ吸入される。

（ポンプサイクルによる冷房運転時の冷媒の流れ）
ポンプサイクルによる冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。冷媒ポンプ５に流入した液冷媒は、冷媒ポンプ５から吐出され、膨張弁２に流入する。膨張弁２に流入した液冷媒は、膨張弁２によって減圧せずに蒸発器３に流入する。蒸発器３に流入した液冷媒は、室内空気と熱交換して吸熱および蒸発し、ガス冷媒となって蒸発器３から流出する。

蒸発器３から流出したガス冷媒は、圧縮機１が停止しているため、逆止弁７を通過して凝縮器１０に流入する。凝縮器１０に流入したガス冷媒は、室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、液冷媒となって凝縮器１０から流出する。凝縮器１０から流出した液冷媒は、レシーバ４に流入し、冷媒量が調整されてレシーバ４から流出する。レシーバ４から流出した液冷媒は、過冷却熱交換器６に流入し、さらに冷却されることによって過冷却度が増大した状態で、過冷却熱交換器６から流出する。そして、過冷却熱交換器６から流出した液冷媒は、冷媒ポンプ５へ吸入される。

なお、ポンプサイクルでは、冷媒ポンプ５から蒸発器３の冷媒流入側までの配管の圧損により、液冷媒が減圧される。一方、蒸発器３が冷媒ポンプ５よりも下方に配置されている場合、冷媒ポンプ５から蒸発器３の冷媒流入側までの配管では、液ヘッドによって液冷媒が昇圧されることがある。したがって、ポンプサイクルでは、配管による昇圧および減圧の双方を考慮する必要がある。

（冷媒循環確認処理）
本実施の形態１に係る空気調和装置１００による冷媒循環確認処理について説明する。冷媒ポンプ５は、液冷媒が吸入される状態で駆動しない場合、空運転となって破損する可能性がある。そのため、空気調和装置１００では、冷媒ポンプ５の駆動中、冷媒ポンプ５に液冷媒が吸入される状態であるか否かを判断する冷媒循環確認処理が行われる。

ここで、ポンプサイクルによる冷房運転の際には、冷媒ポンプ５の出口から蒸発器３の入口までは、上述したように、液冷媒が流れている。そのため、蒸発器３の入口において、冷媒は、過冷却度を有する液冷媒または二相冷媒となっている。

一方、ポンプサイクルにおいて、冷媒ポンプ５にガス冷媒が吸入され、冷媒が循環しなくなった場合、蒸発器３には、液冷媒が供給されなくなる。また、室内温度が蒸発温度よりも高いため、蒸発器３内の冷媒は蒸発し、蒸発器３の冷媒流入側の冷媒も過熱度を有するガス冷媒に変化する。

このことから、蒸発器３の冷媒流入側に流入する冷媒が過熱度を有している場合には、冷媒がポンプサイクルを循環していない、すなわち、液冷媒が冷媒ポンプ５に吸入されていない状態であることを判断することができる。そこで、本実施の形態１では、冷媒循環確認処理の際に、蒸発器３の冷媒流入側における過熱度ＳＨに基づき、冷媒ポンプ５に液冷媒が吸入される状態であるか否かを判断する。

図５は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００による冷媒循環確認処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、圧縮機１の運転が停止し、冷媒ポンプ５が駆動してポンプサイクルによる運転が行われている。

ステップＳ２において、制御装置５０の情報取得部５１は、ポンプ吸入圧力センサ４１、ポンプ吸入温度センサ４２、蒸発器入口温度センサ４３および蒸発器出口圧力センサ４４のそれぞれから、各種センサ情報を取得する。ステップＳ３において、過冷却度算出部５２は、ポンプ吸入圧力センサ４１から取得したポンプ吸入圧力から得られる飽和液温度と、ポンプ吸入温度センサ４２から取得したポンプ吸入温度とに基づき、過冷却度ＳＣを算出する。

ステップＳ４において、比較部５４は、ステップＳ３で算出された過冷却度ＳＣと、記憶部５６に記憶された設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴとを比較する。比較の結果、過冷却度ＳＣが設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴ以上である場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ５に移行する。一方、過冷却度ＳＣが設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴ未満である場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、比較部５４は、冷媒が循環していないと判断する。そして、処理がステップＳ７に移行する。

ステップＳ５において、過熱度算出部５３は、蒸発器出口圧力センサ４４から取得した蒸発器出口圧力から得られる飽和ガス温度と、蒸発器入口温度センサ４３から取得した蒸発器入口温度とに基づき、蒸発器３の冷媒流入側における過熱度ＳＨを算出する。

ステップＳ６において、比較部５４は、ステップＳ５で算出された過熱度ＳＨと、記憶部５６に記憶された設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴとを比較する。比較の結果、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴ以上である場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、比較部５４は、冷媒が循環しておらず、冷媒ポンプ５から冷媒が吐出されていないと判断する。そして、処理がステップＳ７に移行する。

一方、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴ未満である場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、比較部５４は、冷媒が循環しており、冷媒ポンプ５から冷媒が吐出されていると判断する。そして、処理がステップＳ２に戻り、ポンプサイクルによる運転が継続される。

ステップＳ７において、機器制御部５５は、冷媒ポンプ５の駆動を停止するとともに、圧縮機１を運転させる。これにより、空気調和装置１００の運転がポンプサイクルによる運転から圧縮サイクルによる運転に切り替わる。

以上のように、本実施の形態１に係る空気調和装置１００では、ポンプ吸入圧力およびポンプ吸入温度から得られる過冷却度ＳＣと、蒸発器出口圧力および蒸発器入口温度から得られる過熱度ＳＨとに基づき、冷媒循環の有無を判断することができる。そのため、冷媒ポンプ５の吸入側に設けられたセンサに不具合が発生した場合でも、冷媒循環の有無を確実に判断することができる。

本実施の形態１に係る空気調和装置１００では、過冷却度ＳＣが設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴ未満である場合に、冷媒が循環していないと判断され、過冷却度ＳＣが設定過冷却度ＳＣ_ＳＥＴ以上である場合に、過熱度ＳＨと設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴとの比較が行われる。また、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴ未満である場合に、冷媒が循環していると判断される。これにより、過冷却度ＳＣを算出するために用いられるポンプ吸入圧力センサ４１およびポンプ吸入温度センサ４２の少なくともいずれかに不具合が発生し、過冷却度ＳＣが正しく得られない場合でも、冷媒循環の有無を確実に判断することができる。

なお、本実施の形態１に係る空気調和装置１００では、ポンプサイクルによる運転が行われているときで、冷媒が循環していないと判断された場合に、ポンプサイクルによる運転が停止するように制御されてもよい。また、ポンプサイクルによる運転が行われているときで、冷媒が循環していないと判断された場合に、ポンプサイクルによる運転から圧縮サイクルによる運転に切り替えられてもよい。

実施の形態２．
次に、本実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、ポンプ吸入圧力センサ４１およびポンプ吸入温度センサ４２を除いた点で、実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

［空気調和装置２００の構成］
図６は、本実施の形態２に係る空気調和装置２００の構成の一例を示す冷媒回路図である。図６に示すように、空気調和装置２００には、実施の形態１と同様に、内部を冷媒が循環する冷媒循環回路１０１が形成されている。冷媒循環回路１０１には、圧縮機１、凝縮器１０、膨張弁２、蒸発器３、レシーバ４、冷媒ポンプ５および過冷却熱交換器６を備えている。

本実施の形態２に係る空気調和装置２００は、室外機２１０および室内機１２０を含んで構成されている。室外機２１０には、レシーバ４、冷媒ポンプ５、過冷却熱交換器６、逆止弁８、第１凝縮器１１、第２凝縮器１２、バイパス配管２０、第１配管２１、第２配管２２、バイパス配管２４、逆止弁３１、膨張弁３２および膨張弁３３が収容されている。

また、空気調和装置２００は、制御装置２５０を備えている。制御装置２５０は、空気調和装置２００に設けられた各部を制御する。特に、本実施の形態２において、制御装置２５０は、蒸発器入口温度センサ４３および蒸発器出口圧力センサ４４による検出結果に基づき、ポンプサイクル時における冷媒循環回路１０１内の冷媒循環の有無を確認する冷媒循環確認処理を行う。

図７は、図６の制御装置２５０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図７に示すように、制御装置２５０は、情報取得部５１、過熱度算出部５３、比較部５４、機器制御部５５および記憶部５６を備えている。すなわち、本実施の形態２に係る制御装置２５０は、実施の形態１に係る制御装置５０から過冷却度算出部５２を除いた構成となっている。

本実施の形態２において、情報取得部５１は、蒸発器入口温度センサ４３から、蒸発器入口温度をセンサ情報として取得する。また、情報取得部５１は、蒸発器出口圧力センサ４４から、蒸発器出口圧力をセンサ情報として取得する。そして、情報取得部５１は、取得した蒸発器入口温度および蒸発器出口圧力を過熱度算出部５３に供給する。

制御装置２５０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。なお、制御装置２５０の具体的なハードウェア構成は、実施の形態１において説明した図３および図４と同様である。

［空気調和装置２００の動作］
次に、空気調和装置２００の動作について説明する。本実施の形態２に係る空気調和装置２００は、実施の形態１に係る空気調和装置１００と同様に、圧縮サイクルおよびポンプサイクルの双方を実行することができる複合サイクル式の空気調和装置である。圧縮サイクルによる運転およびポンプサイクルによる運転については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

（冷媒循環確認処理）
本実施の形態２に係る空気調和装置２００による冷媒循環確認処理について説明する。本実施の形態２では、蒸発器３の冷媒流入側での過熱度ＳＨに基づき、冷媒循環回路１０１における冷媒循環の有無を確認する冷媒循環確認処理が行われる。

図８は、本実施の形態２に係る空気調和装置２００による冷媒循環確認処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１では、圧縮機１の運転が停止し、冷媒ポンプ５が駆動してポンプサイクルによる運転が行われている。

ステップＳ１２において、制御装置５０の情報取得部５１は、蒸発器入口温度センサ４３および蒸発器出口圧力センサ４４のそれぞれから、各種センサ情報を取得する。ステップＳ１３において、過熱度算出部５３は、蒸発器出口圧力センサ４４から取得した蒸発器出口圧力から得られる飽和ガス温度と、蒸発器入口温度センサ４３から取得した蒸発器入口温度とに基づき、蒸発器３の冷媒流入側における過熱度ＳＨを算出する。

ステップＳ１４において、比較部５４は、ステップＳ１３で算出された過熱度ＳＨと、記憶部５６に記憶された設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴとを比較する。比較の結果、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴ以上である場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、比較部５４は、冷媒が循環しておらず、冷媒ポンプ５から冷媒が吐出されていないと判断する。そして、処理がステップＳ１５に移行する。

一方、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴ未満である場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、比較部５４は、冷媒が循環しており、冷媒ポンプ５から冷媒が吐出されていると判断する。そして、処理がステップＳ１２に戻り、ポンプサイクルによる運転が継続される。

ステップＳ１５において、機器制御部５５は、冷媒ポンプ５の駆動を停止するとともに、圧縮機１を運転させる。これにより、空気調和装置２００の運転がポンプサイクルによる運転から圧縮サイクルによる運転に切り替わる。

以上のように、本実施の形態２に係る空気調和装置２００では、蒸発器出口圧力および蒸発器入口温度から得られる蒸発器３の冷媒流入側における過熱度ＳＨが算出される。そして、算出された過熱度ＳＨに基づき、冷媒循環の有無が判断される。そのため、本実施の形態２に係る空気調和装置２００では、冷媒ポンプ５の吸入側に設けられるポンプ吸入圧力センサ４１およびポンプ吸入温度センサ４２が不要となり、構成を簡略化することができる。

本実施の形態２に係る空気調和装置２００では、過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨ_ＳＥＴ未満である場合に、冷媒が循環していると判断される。これにより、冷媒ポンプ５の吸入側に設けられるポンプ吸入圧力センサ４１およびポンプ吸入温度センサ４２を用いることなく、冷媒循環の有無を判断することができる。

以上、空気調和装置の実施の形態１および２について説明したが、この空気調和装置は、上述した実施の形態１および２に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。空気調和装置１００または２００は、圧縮サイクルによる運転とポンプサイクルによる運転とを切り替えて実行できるように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、空気調和装置１００または２００は、ポンプサイクルによる運転のみを実行するものであってもよい。なお、この場合、冷媒が循環していないと判断されると、冷媒ポンプ５が停止され、ポンプサイクルによる運転が停止する。

１ 圧縮機、２ 膨張弁、３ 蒸発器、４ レシーバ、５ 冷媒ポンプ、６ 過冷却熱交換器、７、８ 逆止弁、１０ 凝縮器、１１ 第１凝縮器、１２ 第２凝縮器、２０、２３、２４ バイパス配管、２１ 第１配管、２２ 第２配管、３１ 逆止弁、３２、３３ 膨張弁、４１ ポンプ吸入圧力センサ、４２ ポンプ吸入温度センサ、４３ 蒸発器入口温度センサ、４４ 蒸発器出口圧力センサ、５０、２５０ 制御装置、５１ 情報取得部、５２ 過冷却度算出部、５３ 過熱度算出部、５４ 比較部、５５ 機器制御部、５６ 記憶部、６１ 処理回路、７１ プロセッサ、７２ メモリ、１００、２００ 空気調和装置、１０１ 冷媒循環回路、１１０、２１０ 室外機、１２０ 室内機。

Claims (6)

1. 冷媒ポンプ、膨張弁、蒸発器および凝縮器が配管で接続されることにより、冷媒が循環するポンプサイクルが形成され、前記ポンプサイクルによる運転が行われる空気調和装置であって、
   前記蒸発器から流出する冷媒の蒸発器出口圧力を検出する蒸発器出口圧力センサと、
   前記蒸発器に流入する冷媒の蒸発器入口温度を検出する蒸発器入口温度センサと、
   前記蒸発器出口圧力および前記蒸発器入口温度から得られる前記蒸発器の冷媒流入側における過熱度に基づき、冷媒循環の有無を判断する制御装置と
   を備える
   空気調和装置。
2. 前記冷媒ポンプに吸入される冷媒のポンプ吸入圧力を検出するポンプ吸入圧力センサと、
   前記冷媒ポンプに吸入される冷媒のポンプ吸入温度を検出するポンプ吸入温度センサと
   をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記ポンプ吸入圧力および前記ポンプ吸入温度から得られる前記冷媒ポンプの吸入側における過冷却度と、前記過熱度とに基づき、冷媒循環の有無を判断する
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、
   前記蒸発器出口圧力および前記蒸発器入口温度に基づき、前記蒸発器の冷媒流入側における前記過熱度を算出する過熱度算出部と、
   前記過熱度に対する閾値である設定過熱度を記憶する記憶部と、
   前記過熱度と前記設定過熱度とを比較する比較部と
   を有し、
   前記比較部は、前記過熱度が前記設定過熱度未満である場合に、冷媒が循環していると判断する
   請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、
   前記ポンプ吸入圧力および前記ポンプ吸入温度に基づき、前記冷媒ポンプに流入する冷媒の前記過冷却度を算出する過冷却度算出部をさらに有し、
   前記記憶部は、
   前記過冷却度に対する閾値である設定過冷却度をさらに記憶し、
   前記比較部は、
   前記過冷却度が前記設定過冷却度以上である場合に、前記過熱度と前記設定過熱度との比較を行い、
   前記過冷却度が前記設定過冷却度未満である場合に、冷媒が循環していないと判断する
   請求項２に従属する請求項３に記載の空気調和装置。
5. 前記制御装置は、
   前記ポンプサイクルによる運転が行われているときで、冷媒が循環していないと判断した場合に、前記ポンプサイクルによる運転を停止する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
6. 冷媒を圧縮する圧縮機をさらに備え、
   前記圧縮機、前記凝縮器、前記膨張弁および前記蒸発器が配管で接続されることにより、冷媒が循環する圧縮サイクルが形成され、
   前記制御装置は、
   前記ポンプサイクルによる運転が行われているときで、冷媒が循環していないと判断した場合に、前記ポンプサイクルによる運転から前記圧縮サイクルによる運転に切り替える
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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