WO2023047688A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2023047688A1
WO2023047688A1 PCT/JP2022/018559 JP2022018559W WO2023047688A1 WO 2023047688 A1 WO2023047688 A1 WO 2023047688A1 JP 2022018559 W JP2022018559 W JP 2022018559W WO 2023047688 A1 WO2023047688 A1 WO 2023047688A1
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refrigerant
amount
pressure
detection unit
opening
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PCT/JP2022/018559
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English (en)
French (fr)
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敦史 馬場
行雄 木口
晃平 丸子
照平 有田
Original Assignee
東芝キヤリア株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a refrigeration cycle device.
  • a refrigeration cycle device consists of a refrigerant circuit with a compressor, condenser, expansion valve, and evaporator as its main elements.
  • a predetermined refrigerant is enclosed in the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circulates in the refrigerant circuit and exchanges heat with the outside air and the inside air.
  • the air conditioning capacity may not be sufficiently exhibited, and there is a risk that the energy saving performance and reliability may be lowered. Therefore, in order to improve the energy saving performance and reliability of the refrigerating cycle device, it is necessary to operate the refrigerating cycle device with an appropriate amount of refrigerant.
  • One method for judging whether the amount of refrigerant (refrigerant amount) enclosed in a refrigerant circuit is appropriate or not is to monitor the flow state of the refrigerant by, for example, arranging a sound wave transmitting element and a sound wave receiving element in the liquid pipe of the refrigerant circuit. , determination of appropriateness of the amount of refrigerant based on the monitoring results.
  • adding a member such as an acoustic wave element for such monitoring tends to increase costs.
  • the present invention has been made based on this, and its purpose is to minimize the increase in cost due to the addition of members, and to make it possible to determine the appropriateness of the amount of refrigerant charged (refrigerant amount) in the refrigerant circuit. To provide a refrigerating cycle device that is efficient.
  • the refrigeration cycle device includes a refrigerant circuit, a compressor, a condenser, an evaporator, a branch passage, an expansion valve, a regulating valve, a first temperature detector, and a first A pressure detector, a second temperature detector, a second pressure detector, and a controller.
  • the refrigerant circuit includes a main flow path through which refrigerant circulates. The compressor sucks the refrigerant from the main flow path, compresses the refrigerant, and discharges the refrigerant to the main flow path.
  • the condenser condenses the refrigerant.
  • the evaporator evaporates the refrigerant.
  • the branch passage is included in the refrigerant circuit, branches a portion of the refrigerant flowing from the condenser to the evaporator from the main passage downstream of the condenser, and transfers the branched refrigerant to the compressor. inject.
  • the expansion valve reduces the pressure of at least part of the refrigerant flowing from the condenser to the evaporator downstream of the branch passage.
  • the adjustment valve adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the branch passage.
  • the first temperature detection section detects a discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor upstream of the condenser in the main flow path.
  • the first pressure detection unit detects a discharge pressure of the refrigerant discharged from the compressor upstream of the condenser in the main flow path.
  • the second temperature detection unit detects a suction temperature of the refrigerant sucked into the compressor downstream of the evaporator in the main flow path.
  • the second pressure detection unit detects a suction pressure of the refrigerant sucked into the compressor downstream of the evaporator in the main flow path.
  • the control unit controls the discharge temperature detected by the first temperature detection unit, the discharge pressure detected by the first pressure detection unit, the suction temperature detected by the second temperature detection unit, Based on the relationship between the suction pressure detected by the second pressure detection unit and the degree of opening of the regulating valve, the amount of the refrigerant charged in the refrigerant circuit is judged to be excessive or insufficient.
  • FIG. 10 is a control flow diagram during refrigerant amount adequacy determination processing in the refrigeration cycle apparatus according to the embodiment.
  • 4 is a Ph diagram (pressure-enthalpy diagram) in the refrigeration cycle apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a control flow diagram during refrigerant amount adequacy determination processing in the refrigeration cycle apparatus according to the embodiment.
  • 4 is a Ph diagram (pressure-enthalpy diagram) in the refrigeration cycle apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a refrigeration cycle of a refrigeration cycle device 1 according to this embodiment.
  • the refrigeration cycle apparatus 1 can be operated in a cooling mode, a heating mode, or both modes, and can be applied, for example, as an air conditioner, a water-cooled heat source machine, an air-cooled heat pump chilling unit, a condensing unit, and the like.
  • the refrigeration cycle device 1 includes, as main elements, a compressor 11, a first temperature detector 12, a first pressure detector 13, a condenser 14, a refrigerant storage device 15, an expansion valve 16, An evaporator 17, a second pressure detection section 18, a second temperature detection section 19, and the like are provided. These constituent elements are connected by a refrigerant circuit 20 through which refrigerant circulates to form a refrigeration cycle section 10 .
  • the refrigerant circuit 20 includes a main flow path 21 through which the refrigerant mainly circulates and branch paths 22 branching off from the main flow path 21 .
  • the compressor 11 includes, for example, a compressor body 1a and an accumulator 1b.
  • the compressor main body 1 a includes a sealed container, a rotary compression mechanism, an electric mechanism, etc. as main elements, compresses the gas-phase refrigerant supplied from the accumulator 1 b, and discharges high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant to the main flow path 21 .
  • the accumulator 1b separates the refrigerant supplied through the main flow path 21 into gas and liquid, and supplies the gas-phase refrigerant to the compressor main body 1a.
  • the first temperature detection unit 12 detects the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11 upstream of the condenser 14 in the main flow path 21 (hereinafter referred to as discharge refrigerant temperature).
  • the first temperature detection unit 12 is arranged, for example, in the vicinity of a refrigerant discharge port (not shown) of the compressor main body 1a, and detects the temperature of the vapor-phase refrigerant as the temperature of the discharged refrigerant.
  • the first temperature detection unit 12 is, for example, a temperature sensor (thermistor) in which a temperature sensing element is arranged in the piping of the main flow path 21 to detect the temperature of the discharged refrigerant.
  • the first temperature detection unit 12 is controlled in operation by the control unit 40, which will be described later, and provides the detected value of the discharge refrigerant temperature to the control unit 40 via a wire or radio.
  • the first pressure detection unit 13 detects the discharge pressure of the refrigerant discharged from the compressor 11 upstream of the condenser 14 in the main flow path 21 (hereinafter referred to as discharge refrigerant pressure).
  • the first pressure detection unit 13 is arranged, for example, in the vicinity of a refrigerant discharge port (not shown) of the compressor main body 1a, and detects the pressure of the vapor-phase refrigerant as the discharged refrigerant pressure.
  • the first pressure detection section 13 is arranged downstream of the first temperature detection section 12 .
  • the first pressure detection section 13 may be arranged upstream of the first temperature detection section 12 .
  • the first pressure detection unit 13 is, for example, a pressure sensor or the like in which a pressure-sensitive element is arranged in the piping of the main flow path 21 to detect the pressure of the discharged refrigerant.
  • the first pressure detection unit 13 is controlled in operation by the control unit 40, which will be described later, and provides the detected discharge refrigerant pressure value to the control unit 40 via a wire or radio.
  • the condenser 14 is disposed on the downstream side of the compressor main body 1a in the main flow path 21, and condenses the high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant discharged from the compressor main body 1a by heat exchange with air or the like to form a high-pressure liquid. Change to phase refrigerant.
  • the refrigerant storage device 15 stores excess refrigerant (hereinafter referred to as "surplus refrigerant") that exceeds the proper amount of refrigerant charged into the refrigerant circuit 20 (the main passage 21 and the branch passages 22).
  • the refrigerant storage device 15 is, for example, a receiver or liquid receiver.
  • the refrigerant storage device 15 is arranged downstream of the condenser 14 in the main flow path 21 and stores excess high-pressure liquid-phase refrigerant condensed in the condenser 14 .
  • the position where the refrigerant storage device 15 is arranged is not limited to the example shown in FIG.
  • the expansion valve 16 reduces the pressure of the high-pressure liquid-phase refrigerant condensed by the condenser 14, and changes it into a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the expansion valve 16 is arranged downstream of the refrigerant storage device 15 and the branch passage 22 in the main flow path 21, and the high-pressure liquid condensed by the condenser 14 and flowing out of the refrigerant storage device 15 The phase refrigerant is decompressed and changed into a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the expansion valve 16 allows some or all of the high-pressure liquid-phase refrigerant that has flowed out of the refrigerant storage device 15 after being condensed by the condenser 14 to pass through depending on the degree of opening of the regulating valve 23 . That is, the expansion valve 16 reduces the pressure of at least part of the refrigerant flowing from the condenser 14 to the evaporator 17 downstream of the branch passage 22 .
  • the operation of the expansion valve 16 is controlled by the control unit 40, which will be described later, and the value of the degree of opening is given to the control unit 40 via a wire or wirelessly.
  • the evaporator 17 is arranged on the downstream side of the expansion valve 16 in the main flow path 21, and evaporates the gas-liquid two-phase refrigerant that has passed through the expansion valve 16 by heat exchange with air or the like, and converts it into a low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant. change.
  • the second pressure detection unit 18 detects the suction pressure of the refrigerant sucked into the compressor 11 downstream of the evaporator 17 in the main flow path 21 (hereinafter referred to as suction refrigerant pressure).
  • the second pressure detection unit 18 is arranged, for example, in the vicinity of a refrigerant suction port (not shown) of the accumulator 1b, and detects the pressure of the gas-liquid two-phase refrigerant as the suction refrigerant pressure.
  • the second pressure detection unit 18 is, for example, a pressure sensor or the like in which a pressure-sensitive element is arranged in the piping of the main flow path 21 to detect the suctioned refrigerant pressure.
  • the second pressure detection unit 18 is controlled in operation by the control unit 40, which will be described later, and provides the detected discharge refrigerant pressure value to the control unit 40 via a wire or radio.
  • the second temperature detection unit 19 detects the suction temperature of the refrigerant sucked into the compressor 11 downstream of the evaporator 17 in the main flow path 21 (hereinafter referred to as the suction refrigerant temperature).
  • the second temperature detection unit 19 is arranged, for example, in the vicinity of a refrigerant suction port (not shown) of the accumulator 1b, and detects the temperature of the gas-liquid two-phase refrigerant as the temperature of the suctioned refrigerant.
  • the second temperature detection section 19 is arranged downstream of the second pressure detection section 18 .
  • the second temperature detection section 19 may be arranged upstream of the second pressure detection section 18 .
  • the second temperature detection unit 19 is, for example, a temperature sensor (thermistor) in which a temperature sensing element is arranged in the piping of the main flow path 21 to detect the temperature of the sucked refrigerant.
  • the second temperature detection unit 19 is controlled in operation by the control unit 40, which will be described later, and provides the detected value of the suctioned refrigerant temperature to the control unit 40 via a wire or radio.
  • the main flow path 21 is branched by a branch path 22 between the condenser 14 and the expansion valve 16, specifically between the refrigerant storage device 15 and the expansion valve 16. It is bypassed to the compressor main body 1a of the compressor 11 via.
  • the branch channel 22 is a bypass channel of the main channel 21 .
  • the branch passage 22 diverts part of the refrigerant flowing from the condenser 14 to the evaporator 17 from the main passage 21 .
  • the branch passage 22 branches a portion of the high-pressure liquid-phase refrigerant condensed in the condenser 14 and flowing out of the refrigerant storage device 15 downstream of the refrigerant storage device 15 and upstream of the expansion valve 16.
  • a regulating valve 23 is arranged in the branch passage 22 .
  • the regulating valve 23 reduces the pressure of the high-pressure liquid-phase refrigerant flowing through the branch passage 22 to change it into a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant. Also, the regulating valve 23 adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the branch passage 22 according to the degree of opening of the regulating valve 23 .
  • the adjustment valve 23 is controlled in operation by a control unit 40, which will be described later, and gives the value of the degree of opening to the control unit 40 via wire or wireless.
  • the regulating valve 23 is adjusted to a proper degree of opening (hereinafter referred to as proper degree of opening) based on, for example, the temperature of the discharged refrigerant.
  • the proper degree of opening is defined as a value of the degree of opening of the regulating valve 23 preset under predetermined conditions.
  • the predetermined conditions here (hereinafter referred to as preconditions) are that each of the discharge refrigerant temperature, the discharge refrigerant pressure, the suction refrigerant temperature, and the suction refrigerant pressure is an appropriate value, and that the amount of refrigerant charged into the refrigerant circuit 20 is an appropriate amount ( The refrigerating cycle apparatus 1 is operated at an optimum amount described later).
  • injection flow rate the flow rate of the refrigerant in the branch passage 22
  • the proper opening is defined in advance so that the injection flow rate is proper under such predetermined conditions.
  • the value of the proper opening degree is linked to, for example, the value of the optimum amount of refrigerant to be described later, is tabulated, is stored in the storage device of the control unit 40, and is appropriately read into the memory as a parameter when the refrigeration cycle apparatus 1 is operated.
  • the opening of the adjustment valve 23 is adjusted to an appropriate opening, and the injection flow rate is adjusted to an appropriate amount.
  • the branch passage 22 injects the low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has passed through the regulating valve 23 into the compressor main body 1a. That is, the branch channel 22 is a so-called injection channel.
  • the branch channel 22 is a so-called injection channel.
  • the refrigeration cycle device 1 includes a notification section 30 and a control section 40.
  • the notification unit 30 is controlled in operation by the control unit 40 and notifies that the refrigerant charge amount (hereinafter referred to as refrigerant amount) in the refrigeration cycle device 1 is not appropriate.
  • the amount of refrigerant is the amount of refrigerant enclosed in the refrigerant circuit 20. Specifically, the current amount of refrigerant enclosed in the pipes forming the refrigerant circuit 20 (the main flow path 21 and the branch paths 22). quantity.
  • the proper amount of refrigerant is the proper amount of refrigerant to be filled in the refrigerant circuit 20.
  • the refrigeration cycle device 1 is operated under conditions such as the assumed pipe lengths of the main flow path 21 and the branch flow path 22. It is set in advance as an enclosed amount necessary for exhibiting the desired air conditioning performance.
  • the assumed pipe lengths of the main flow path 21 and the branch path 22 vary depending on conditions such as the environment in which the refrigeration cycle device 1 is installed. For this reason, the appropriate amount of refrigerant can be set to a plurality of values, for example, at the time of shipment from the factory, according to such conditions. In this case, an optimum value is selected from among a plurality of preset appropriate amounts according to the length of the pipe after the installation of the refrigeration cycle device 1 is completed, that is, the length of the pipe actually constructed. Such selection may be made manually or automatically by the control unit 40 .
  • the selected appropriate amount (hereinafter referred to as the optimal amount) is stored in, for example, a storage device of the control unit 40, which will be described later, and read out as a parameter to the memory as appropriate.
  • the notification unit 30 gives a predetermined notification that the amount of refrigerant is insufficient for the optimum amount.
  • the refrigerant is leaking from the pipes of the main channel 21 and the branch channel 22 . Therefore, the reporting unit 30 reports that the refrigeration cycle device 1 is not properly operated and that there is an abnormal state in which the desired air conditioning cannot be achieved.
  • users, workers, etc. hereinafter referred to as users, etc.
  • the notification unit 30 may give a predetermined notification that the amount of refrigerant is excessive with respect to the optimum amount.
  • the surplus refrigerant can be stored in the refrigerant storage device 15, the proper operation of the refrigeration cycle device 1 is not immediately hindered.
  • the notification unit 30 may notify that the refrigeration cycle device 1 can continue to operate properly. good.
  • a display lamp, a monitor, a panel, a speaker, or a combination of these can be applied.
  • the notification unit 30 lights (blinks) the indicator lamp in red, sounds a warning sound, reproduces or displays a warning message, emits a laser, etc. Users and workers (hereafter referred to as users, etc.) are thoroughly informed and alerted to refrigerant leakage.
  • the notification unit 30 may perform minimal notification, such as lighting the indicator lamp in yellow or blue, or displaying a confirmation message. Note that when the amount of refrigerant is equal to or greater than the optimum amount, or when the amount of refrigerant is the optimum amount, the notification unit 30 does not need to give any notification.
  • the location of the notification unit 30 may be anywhere as long as it is possible to properly inform and alert users.
  • the notification unit 30 may be provided in a central control room of the refrigeration cycle apparatus 1, a remote controller for operation, or the like.
  • the control unit 40 controls the operation of the refrigeration cycle device 1.
  • the control unit 40 includes the compressor 11, the first temperature detection unit 12, the first pressure detection unit 13, the refrigerant storage device 15, the expansion valve 16, the second pressure It controls the operations of the detection unit 18, the second temperature detection unit 19, the regulating valve 23, and the notification unit 30, respectively.
  • the control unit 40 controls the start and stop of the compressor 11, rotation speed, frequency, etc., and adjusts the opening degrees of the expansion valve 16 and the adjustment valve 23 during such control.
  • the control unit 40 controls the relationship among the discharge refrigerant temperature, the discharge refrigerant pressure, the suction refrigerant temperature, the suction refrigerant pressure, and the opening degree of the regulating valve 23. As will be described later, the amount of refrigerant enclosed in the refrigerant circuit 20 is judged to be excessive or insufficient, that is, the appropriateness of the amount of refrigerant is judged.
  • the control unit 40 includes a CPU, a memory, a storage device (nonvolatile memory), an input/output circuit, a timer, etc., and executes predetermined arithmetic processing. For example, the control unit 40 reads various data through an input/output circuit, performs arithmetic processing with a CPU using a program read from a storage device to a memory, and controls the compressor 11, the first temperature detection unit 12, and the like based on the processing result. It controls the operations of the first pressure detection unit 13, the refrigerant storage device 15, the expansion valve 16, the second pressure detection unit 18, the second temperature detection unit 19, the adjustment valve 23, and the notification unit 30. At that time, the control unit 40 transmits/receives control signals and data signals to/from them via wires or wirelessly. That is, the control unit 40 and each component to be controlled are electrically connected by wire or wirelessly.
  • FIG. 2 shows a control flow of the control unit 40 during the refrigerant amount adequacy determination process.
  • the refrigeration cycle device 1 starts operation (S101). Specifically, the controller 40 activates the compressor 11 and opens the expansion valve 16 to circulate the refrigerant in the main flow path 21 . At this time, the control unit 40 adjusts the adjustment valve 23 to an appropriate opening on the assumption that the above-described preconditions are satisfied, and adjusts the flow rate (injection flow rate) of the refrigerant in the branch passage 22 to an appropriate amount. That is, at the start of operation, it is assumed that the refrigeration cycle apparatus 1 is being operated with the adjustment valve 23 adjusted to an appropriate opening so that the injection flow rate is an appropriate amount. Triggered by the operation of the refrigeration cycle apparatus 1 in such a state, the control unit 40 can execute the refrigerant amount adequacy determination process.
  • the control unit 40 acquires each value (operation data) indicating the operating state of the refrigeration cycle device 1 (S102).
  • the operating data here are the discharge refrigerant temperature, the discharge refrigerant pressure, the suction refrigerant temperature, the suction refrigerant pressure, and the opening degree of the regulating valve 23 . Therefore, the control unit 40 receives these operating data from the first temperature detection unit 12, the first pressure detection unit 13, the second temperature detection unit 19, the second pressure detection unit 18, and the regulating valve 23, respectively. get.
  • the control unit 40 determines whether the amount of refrigerant in the refrigerant circuit 20 is appropriate based on the acquired operating data (S103). That is, the control unit 40 determines whether or not the amount of refrigerant is appropriate based on the relationship between the discharged refrigerant temperature, the discharged refrigerant pressure, the drawn refrigerant temperature, the drawn refrigerant pressure, and the opening degree of the regulating valve 23 . For example, when the discharge refrigerant temperature, the discharge refrigerant pressure, the suction refrigerant temperature, and the suction refrigerant pressure are all predetermined values (appropriate values in preconditions), the control unit 40 determines the opening degree of the regulating valve 23 and the proper opening degree.
  • the refrigerating cycle device 1 is operated with a plurality of appropriate amounts of refrigerant enclosed, and each value and adjustment of the discharge refrigerant temperature, discharge refrigerant pressure, suction refrigerant temperature, and suction refrigerant pressure A value of the proper opening degree of the valve 23 is held in advance, for example, at the time of shipment from the factory.
  • These values are stored in the storage device of the control unit 40 in a table that is associated with, for example, a plurality of appropriate amounts of refrigerant. It should be noted that instead of such values, a table may be formed as a numerical range and held in the storage device of the control unit 40 .
  • the amount of refrigerant (the current amount of the enclosed refrigerant) amount) can be changed according to fluctuations.
  • the appropriate amount of refrigerant is changed from the initial value set in advance according to the conditions such as the environment in which the refrigeration cycle device 1 is installed, such as the pipe lengths of the main flow path 21 and the branch flow path 22 that are actually constructed. may be That is, the control unit 40 holds the appropriate amount of refrigerant so that it can be changed from the initial value.
  • the optimum amount of refrigerant (a value selected from a plurality of appropriate amounts) is set by changing the initial value of the appropriate amount to the value calculated at the time of installation of the refrigeration cycle device 1, and stored in the control unit 40. It may be held in the device. Assuming such a case, by making it possible to change the value of the proper opening of the regulating valve 23, it is possible to improve the accuracy of determining the appropriateness of the amount of refrigerant. In other words, when the appropriate amount of refrigerant, in other words, the optimum amount, is changed from the initial value, the control unit 40 can change and correct the value of the appropriate opening of the regulating valve 23, and can hold the corrected value.
  • the amount of additional refrigerant is calculated based on the length of the connecting pipe, and when additional refrigerant is added at the installation site, or when the refrigerant is added to the refrigerant circuit after installation, such as a refrigerator, Even when a suitable refrigerant is charged, it is possible to appropriately cope with the situation.
  • the control unit 40 compares the acquired value of the opening of the regulating valve 23, that is, the current value of the opening of the regulating valve 23, with the value of the proper opening.
  • the value of the proper opening is read from the storage device of the control unit 40 to the memory, for example. For example, when the value of the opening of the regulating valve 23 exceeds the value of the appropriate opening, the control unit 40 determines that the amount of refrigerant is not appropriate, specifically, the amount of refrigerant is less than the optimum amount (optimal amount, in short, the amount of refrigerant is insufficient for the appropriate amount).
  • the control unit 40 determines that the amount of refrigerant is not appropriate, specifically, the amount of refrigerant exceeds the optimum amount (optimal amount , in other words, the amount of refrigerant is excessive with respect to the appropriate amount). Then, when the amount of refrigerant is the optimum amount, in short, the appropriate amount, the control unit 40 determines that the amount of refrigerant is neither excessive nor insufficient, and appropriate.
  • FIG. 3 shows a Ph diagram (pressure-enthalpy diagram) in the refrigeration cycle apparatus 1 according to this embodiment.
  • M is the amount of refrigerant flowing through the evaporator 17 .
  • m is the injection flow rate
  • the subscript 1 (m1) is the injection flow rate (m1) when the refrigerant amount is the optimum amount
  • the subscript 2 is when the refrigerant amount is insufficient for the optimum amount.
  • SC1 indicates the degree of subcooling at the outlet of the condenser 14 when the amount of refrigerant is optimal.
  • SC2 indicates the degree of subcooling at the outlet of the condenser 14 when the amount of refrigerant is insufficient with respect to the optimum amount.
  • h1, h2, h3, and h4 indicate the enthalpy at each state point.
  • Tsuc indicates the suction refrigerant temperature
  • Td indicates the discharge refrigerant temperature.
  • SC2 is smaller than SC1, so (h3-h1)>(h3-h2).
  • the injection flow rate (m2) becomes larger than the injection flow rate (m1) when the amount of refrigerant is the optimum amount.
  • the degree of opening of the adjustment valve 23 in the injection passage 22 is the degree of opening of the adjustment valve 23 when the amount of refrigerant is the optimum amount (appropriate opening).
  • the value of the opening of the regulating valve 23 is not the proper opening, it can be determined that the amount of refrigerant is not the optimum amount.
  • the value of the degree of opening of the regulating valve 23 exceeds the value of the proper degree of opening, it can be determined that the amount of refrigerant is less than the optimum amount (the amount of refrigerant is insufficient with respect to the optimum amount).
  • the opening degree of the regulating valve 23 is less than the appropriate opening degree, it can be determined that the refrigerant amount exceeds the optimum amount (the refrigerant amount is excessive with respect to the optimum amount).
  • the opening degree of the regulating valve 23 is the proper opening degree, it can be determined that the amount of refrigerant is the optimum amount, that is, the amount of refrigerant is neither excessive nor deficient, and appropriate.
  • control unit 40 operates the notification unit 30 to give the desired notification that the amount of refrigerant is not the optimum amount as follows.
  • the control unit 40 determines that the refrigeration cycle device 1 is not properly operated,
  • the notification unit 30 is made to notify that there is an abnormal state in which the desired air conditioning cannot be achieved (S105). For example, the control unit 40 operates the notification unit 30 so as to turn on (blink) the indicator lamp in red, sound a warning sound, reproduce or display a warning message, or emit a laser beam.
  • the control unit 40 removes the excess refrigerant from the refrigerant storage device 15. (S107). That is, the control unit 40 operates the refrigerant storage device 15 to start storing excess refrigerant. As a result, the surplus refrigerant is stored in the refrigerant storage device 15, and the amount of refrigerant is adjusted to the optimum amount. Therefore, the refrigerating cycle device 1 can be continuously operated properly and desired air conditioning can be performed.
  • the control unit 40 causes the notification unit 30 to notify in order to alert the user or the like (S108).
  • the control unit 40 operates the notification unit 30 so as to turn on the indicator lamp in yellow, display a confirmation message, and the like.
  • the notification may be kept to a minimum, but in this case, the control unit 40 does not operate the notification unit 30 and does not need to perform any notification. Since the surplus refrigerant is stored in the refrigerant storage device 15 without any notification (S107), it is possible to avoid a situation in which the proper operation of the refrigeration cycle device 1 is immediately hindered.
  • the control unit 40 determines the operation stop condition of the refrigeration cycle device 1 (S109). Further, when it is determined in S103 that the refrigerant amount is the optimum amount (No in S104 and No in S106), the control unit 40 determines a condition for stopping operation of the refrigeration cycle device 1 (S109). In this case, the control unit 40 may cause the notification unit 30 to notify, for example, that the amount of refrigerant is the optimum amount before determining the operation stop condition.
  • the operation stop condition is a condition for determining whether or not to stop the operation of the refrigeration cycle device 1.
  • the determination is made according to whether or not the control unit 40 has received a signal indicating that the operation of the refrigeration cycle device 1 is to be stopped. be.
  • a signal indicating operation stop is transmitted when operation stop is selected from, for example, a central control room of the refrigeration cycle apparatus 1 or a remote controller for operation.
  • the control unit 40 acquires the operation data of the refrigeration cycle device 1 (S102), and determines again whether the amount of refrigerant in the refrigerant circuit 20 is appropriate based on the acquired operation data (S103). Then, the subsequent processes (S104 to S108) are selectively repeated according to the determination result. On the other hand, when the operation stop condition is satisfied, the control unit 40 stops the operation of the refrigeration cycle device 1 (S110).
  • the first temperature detection unit 12, the first pressure detection unit 13, the second temperature detection unit 19, the second pressure detection unit 18, and the adjustment valve 23 It is possible to determine whether the amount of refrigerant (refrigerant amount) enclosed in the refrigerant circuit 20 is appropriate.
  • these components those conventionally included in the refrigeration cycle apparatus 1 can be used. Therefore, there is no need to add a special member for performing the refrigerant amount adequacy determination process, such as a sound wave transmitting element and a sound wave receiving element. That is, it is possible to minimize an increase in cost due to additional members, and to determine whether the amount of refrigerant charged into the refrigerant circuit 20 (refrigerant amount) is appropriate.
  • the refrigerating cycle device 1 can be properly operated to exhibit desired air conditioning performance, and the energy saving performance and reliability of the refrigerating cycle device 1 can be enhanced.
  • the refrigeration cycle device 1 can be quickly stopped for inspection work. As a result, work such as repair or replacement of the main channel 21 or the branch channel (injection channel) 22, or replenishment of the refrigerant can be performed immediately, and the refrigeration cycle apparatus 1 can quickly return to proper operation.
  • the amount of refrigerant in the refrigerant circuit 20 is more appropriately suppressed, and the refrigerating cycle It becomes possible to further prevent deterioration of the energy saving performance and reliability of the device 1 .
  • the refrigeration cycle device 1 includes the first pressure detection section 13 for detecting the discharged refrigerant pressure and the second pressure detection section 18 for detecting the suction refrigerant pressure.
  • a method of converting the saturated vapor pressure from the condensation temperature or evaporation temperature of the refrigerant, the outside air temperature and the condenser fan rotation speed, and the evaporator fan rotation speed and the outside air temperature may be calculated based on a method of conversion from the relationship of .
  • the pressure detection units 13 and 18 can be omitted, and the increase in cost due to additional members can be further suppressed.
  • Refrigeration cycle apparatus 1a Compressor main body 1b
  • Accumulator 10 Refrigeration cycle part 11
  • Compressor 12 First temperature detection part 13
  • First pressure detection part 14 Condenser, 15
  • Refrigerant storage device 16
  • Expansion valve 17
  • Evaporator 18
  • Second pressure detector 19
  • Second temperature detector 20
  • Refrigerant circuit 21
  • Main flow path 22
  • Branch path injection flow path
  • 23 regulating valve
  • reporting unit 40... control unit.

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Abstract

冷凍サイクル装置は、冷媒回路と、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、分岐路と、膨張弁と、調整弁と、第１の温度検出部と、第１の圧力検出部と、第２の温度検出部と、第２の圧力検出部と、制御部とを備える。制御部は、第１の温度検出部が検出した圧縮機からの吐出冷媒温度と、第１の圧力検出部が検出した圧縮機からの吐出冷媒圧力と、第２の温度検出部が検出した圧縮機への吸込冷媒温度と、第２の圧力検出部が検出した圧縮機への吸込冷媒圧力と、調整弁の開度との関係により、冷媒回路に封入されている冷媒の封入量の過不足判定を行う。

Description

冷凍サイクル装置
　本発明の実施形態は、冷凍サイクル装置に関する。
　冷凍サイクル装置は、主たる要素として、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備えた冷媒回路により構成されている。冷媒回路には、所定の冷媒が封入されている。例えば、冷凍サイクル装置によって対象空間を冷房あるいは暖房する場合、冷媒は冷媒回路を循環して外気や内気と熱交換する。その際、冷凍サイクル装置が適正な冷媒量で運転されていない場合、空調能力が十分に発揮されず、省エネ性や信頼性などを低下させるおそれがある。したがって、冷凍サイクル装置の省エネ性や信頼性などを高めるためには、適正な冷媒量で冷凍サイクル装置を運転させる必要がある。
　冷媒回路に対する冷媒の封入量（冷媒量）の適否を判定するための方法の一つとして、例えば冷媒回路の液管に音波の発信素子および受信素子をそれぞれ配置して冷媒の流動状態を監視し、監視結果に基づいて冷媒量の適否判定を行うことが挙げられる。しかしながら、音波素子など、かかる監視のために部材を増設することはコストの増加などを招きやすい。
特許第３５３１４４０号公報
　本発明は、これを踏まえてなされたものであり、その目的は、部材の増設によるコストの上昇を最小限に抑え、冷媒回路に対する冷媒の封入量（冷媒量）の適否判定を行うことが可能な冷凍サイクル装置を提供することにある。
　実施形態によれば、冷凍サイクル装置は、冷媒回路と、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、分岐路と、膨張弁と、調整弁と、第１の温度検出部と、第１の圧力検出部と、第２の温度検出部と、第２の圧力検出部と、制御部とを備える。前記冷媒回路は、冷媒が循環する主流路を含む。前記圧縮機は、前記主流路から前記冷媒を吸い込んで圧縮し、前記主流路へ前記冷媒を吐出する。前記凝縮器は、前記冷媒を凝縮させる。前記蒸発器は、前記冷媒を蒸発させる。前記分岐路は、前記冷媒回路に含まれ、前記凝縮器から前記蒸発器へ流れる前記冷媒の一部を前記凝縮器の下流で前記主流路から分流させ、分流させた前記冷媒を前記圧縮機に注入する。前記膨張弁は、前記凝縮器から前記蒸発器へ流れる前記冷媒の少なくとも一部を前記分岐路の下流で減圧させる。前記調整弁は、前記分岐路を流れる前記冷媒の流量を調整する。前記第１の温度検出部は、前記主流路における前記凝縮器の上流で前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出温度を検出する。前記第１の圧力検出部は、前記主流路における前記凝縮器の上流で前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出圧力を検出する。前記第２の温度検出部は、前記主流路における前記蒸発器の下流で前記圧縮機へ吸い込まれる前記冷媒の吸込温度を検出する。前記第２の圧力検出部は、前記主流路における前記蒸発器の下流で前記圧縮機へ吸い込まれる前記冷媒の吸込圧力を検出する。前記制御部は、前記第１の温度検出部が検出した前記吐出温度と、前記第１の圧力検出部が検出した前記吐出圧力と、前記第２の温度検出部が検出した前記吸込温度と、前記第２の圧力検出部が検出した前記吸込圧力と、前記調整弁の開度との関係により、前記冷媒回路に封入されている前記冷媒の封入量の過不足判定を行う。
実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを含む構成を概略的に示す図である。 実施形態に係る冷凍サイクル装置における冷媒量適否判定処理時の制御フロー図である。 実施形態に係る冷凍サイクル装置におけるＰ－ｈ線図（圧力－エンタルピー線図）である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１の冷凍サイクルを概略的に示す回路図である。冷凍サイクル装置１は、冷却モードもしくは加熱モード、あるいは両モードでそれぞれ運転が可能であり、例えば空気調和機、水冷式熱源機、空冷式ヒートポンプチリングユニット、コンデンシングユニットなどとして適用可能である。
　図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、主たる要素として、圧縮機１１、第１の温度検出部１２、第１の圧力検出部１３、凝縮器１４、冷媒貯留装置１５、膨張弁１６、蒸発器１７、第２の圧力検出部１８、第２の温度検出部１９などを備えている。これらの各構成要素は、冷媒が循環する冷媒回路２０で接続され、冷凍サイクル部１０を構成する。冷媒回路２０は、冷媒が主として循環する主流路２１と、主流路２１から分岐する分岐路２２を含んでいる。
　圧縮機１１は、例えば圧縮機本体１ａと、アキュムレータ１ｂとを備えている。圧縮機本体１ａは、主たる要素として密閉容器、ロータリ圧縮機構、電動機構などを備え、アキュムレータ１ｂから供給される気相冷媒を圧縮して高温高圧の気相冷媒を主流路２１に吐出する。アキュムレータ１ｂは、主流路２１を介して供給される冷媒を気液分離し、気相冷媒を圧縮機本体１ａに供給する。
　第１の温度検出部１２は、主流路２１における凝縮器１４の上流で圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度（以下、吐出冷媒温度という）を検出する。第１の温度検出部１２は、例えば圧縮機本体１ａの冷媒の吐出口（図示省略）の近傍に配置され、吐出冷媒温度として気相冷媒の温度を検出する。第１の温度検出部１２は、例えば感温素子が主流路２１の配管内に配置されて吐出冷媒温度を検出する温度センサ（サーミスタ）などである。第１の温度検出部１２は、後述する制御部４０に動作制御され、検出した吐出冷媒温度の値を有線もしくは無線を介して制御部４０に付与する。
　第１の圧力検出部１３は、主流路２１における凝縮器１４の上流で圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出圧力（以下、吐出冷媒圧力という）を検出する。第１の圧力検出部１３は、例えば圧縮機本体１ａの冷媒の吐出口（図示省略）の近傍に配置され、吐出冷媒圧力として気相冷媒の圧力を検出する。図１に示す例では、第１の圧力検出部１３は、第１の温度検出部１２の下流に配置されている。ただし、第１の圧力検出部１３は、第１の温度検出部１２の上流に配置されていてもよい。第１の圧力検出部１３は、例えば感圧素子が主流路２１の配管内に配置されて吐出冷媒圧力を検出する圧力センサなどである。第１の圧力検出部１３は、後述する制御部４０に動作制御され、検出した吐出冷媒圧力の値を有線もしくは無線を介して制御部４０に付与する。
　凝縮器１４は、主流路２１における圧縮機本体１ａの下流側に配置されており、圧縮機本体１ａから吐出された高温高圧の気相冷媒を空気などとの熱交換により凝縮し、高圧の液相冷媒に変化させる。
　冷媒貯留装置１５は、冷媒回路２０（主流路２１および分岐路２２）に対する適正な封入量を超える余剰の冷媒（以下、余剰冷媒という）を貯留する。冷媒貯留装置１５は、例えばレシーバや受液器などである。図１に示す例では、冷媒貯留装置１５は、主流路２１における凝縮器１４の下流側に配置されており、凝縮器１４で凝縮された高圧の液相の余剰冷媒を貯留する。なお、冷媒貯留装置１５が配される位置は、図１に示す例には限定されない。
　膨張弁１６は、凝縮器１４で凝縮された高圧の液相冷媒を減圧させ、低圧の気液二相冷媒に変化させる。図１に示す例では、膨張弁１６は、主流路２１における冷媒貯留装置１５および分岐路２２の下流側に配置されており、凝縮器１４で凝縮されて冷媒貯留装置１５から流出した高圧の液相冷媒を減圧させ、低圧の気液二相冷媒に変化させる。その際、膨張弁１６は、調整弁２３の開度に応じて、凝縮器１４で凝縮されて冷媒貯留装置１５から流出した高圧の液相冷媒の一部もしくはすべてを通過させる。すなわち、膨張弁１６は、凝縮器１４から蒸発器１７へ流れる冷媒の少なくとも一部を分岐路２２の下流で減圧させる。膨張弁１６は、後述する制御部４０に動作制御され、開度の値を有線もしくは無線を介して制御部４０に付与する。
　蒸発器１７は、主流路２１における膨張弁１６の下流側に配置されており、膨張弁１６を通過した気液二相冷媒を空気などとの熱交換により蒸発させ、低温低圧の気相冷媒に変化させる。
　第２の圧力検出部１８は、主流路２１における蒸発器１７の下流で圧縮機１１へ吸い込まれる冷媒の吸込圧力（以下、吸込冷媒圧力という）を検出する。第２の圧力検出部１８は、例えばアキュムレータ１ｂの冷媒の吸込口（図示省略）の近傍に配置され、吸込冷媒圧力として気液二相冷媒の圧力を検出する。第２の圧力検出部１８は、例えば感圧素子が主流路２１の配管内に配置されて吸込冷媒圧力を検出する圧力センサなどである。第２の圧力検出部１８は、後述する制御部４０に動作制御され、検出した吐出冷媒圧力の値を有線もしくは無線を介して制御部４０に付与する。
　第２の温度検出部１９は、主流路２１における蒸発器１７の下流で圧縮機１１へ吸い込まれる冷媒の吸込温度（以下、吸込冷媒温度という）を検出する。第２の温度検出部１９は、例えばアキュムレータ１ｂの冷媒の吸込口（図示省略）の近傍に配置され、吸込冷媒温度として気液二相冷媒の温度を検出する。図１に示す例では、第２の温度検出部１９は、第２の圧力検出部１８の下流に配置されている。ただし、第２の温度検出部１９は、第２の圧力検出部１８の上流に配置されていてもよい。第２の温度検出部１９は、例えば感温素子が主流路２１の配管内に配置されて吸込冷媒温度を検出する温度センサ（サーミスタ）などである。第２の温度検出部１９は、後述する制御部４０に動作制御され、検出した吸込冷媒温度の値を有線もしくは無線を介して制御部４０に付与する。
　図１に示すように、主流路２１は、凝縮器１４と膨張弁１６との間、具体的には冷媒貯留装置１５と膨張弁１６との間で分岐路２２によって分岐され、分岐路２２を経由して圧縮機１１の圧縮機本体１ａにバイパスされている。分岐路２２は、主流路２１のバイパス流路である。分岐路２２は、凝縮器１４から蒸発器１７へ流れる冷媒の一部を主流路２１から分流させる。図１に示す例では、分岐路２２は、冷媒貯留装置１５の下流かつ膨張弁１６の上流で、凝縮器１４で凝縮されて冷媒貯留装置１５から流出した高圧の液相冷媒の一部を分流させる。
　分岐路２２には、調整弁２３が配置されている。調整弁２３は、分岐路２２を流れる高圧の液相冷媒を減圧させ、低圧の気液二相冷媒に変化させる。また、調整弁２３は、その開度に応じて分岐路２２を流れる該冷媒の流量を調整する。調整弁２３は、後述する制御部４０に動作制御され、開度の値を有線もしくは無線を介して制御部４０に付与する。調整弁２３は、例えば吐出冷媒温度に基づいて適正な開度（以下、適正開度という）に調整される。
　本実施形態では一例として、適正開度は、所定条件下で予め設定された調整弁２３の開度の値として規定されている。ここでの所定条件（以下、前提条件という）は、吐出冷媒温度、吐出冷媒圧力、吸込冷媒温度、吸込冷媒圧力の各々が適正値であり、かつ冷媒回路２０に対する冷媒の封入量が適正量（後述する最適量）で冷凍サイクル装置１が運転されていることである。調整弁２３の開度が適正開度に調整されることで、分岐路２２における冷媒の流量（以下、インジェクション流量という）が適正な量に調整される。すなわち、適正開度は、かかる所定条件下でインジェクション流量が適正量となるように予め規定されている。適正開度の値は、例えば後述する冷媒の最適量の値と紐付けてテーブル化され、制御部４０の記憶装置に保持され、冷凍サイクル装置１の運転時にパラメータとしてメモリに適宜読み出される。これにより、調整弁２３の開度が適正開度となるように調整され、インジェクション流量が適正な量に調整される。
　分岐路２２は、調整弁２３を通過した低圧の気液二相冷媒を圧縮機本体１ａに注入する。すなわち、分岐路２２はいわゆるインジェクション流路である。気液二相冷媒が圧縮機本体１ａに注入されることで、圧縮機本体１ａが冷却され、圧縮機本体１ａから吐出される冷媒の温度（端的には吐出冷媒温度）が低下する。
　これらの構成要素に加えて、冷凍サイクル装置１は、報知部３０および制御部４０を備えている。
　報知部３０は、制御部４０によって動作制御され、冷凍サイクル装置１における冷媒の封入量（以下、冷媒量という）が適正量でないことを報知する。冷媒量は、冷媒回路２０に対して封入されている冷媒の量であり、具体的には冷媒回路２０（主流路２１および分岐路２２）を構成する配管に対して封入されている冷媒の現在量である。冷媒の適正量は、冷媒回路２０に対して封入されるべき適正な冷媒量であり、例えば想定される主流路２１および分岐路２２の配管長などの条件下で、冷凍サイクル装置１を運転して所望の空調性能を発揮させるために必要な封入量として予め設定されている。
　なお、想定される主流路２１および分岐路２２の配管長は、冷凍サイクル装置１が据え付けられる環境などの条件によって変動する。このため、冷媒の適正量は、かかる条件に応じて、例えば工場出荷時に複数の値を設定することが可能である。この場合、冷凍サイクル装置１の据え付け完了後の配管長、つまり実際に施工された配管長などに応じて、予め設定された複数の適正量の中から最適な値が選択される。かかる選択は、人為的に行ってもよいし、制御部４０によって自動的に行ってもよい。選択された適正量（以下、最適量という）は、例えば後述する制御部４０の記憶装置などに保持され、パラメータとしてメモリに適宜読み出される。
　例えば、冷媒量が最適量に満たない場合、報知部３０は、最適量に対して冷媒量が不足しているとして所定の報知を行う。この場合、主流路２１や分岐路２２の配管から冷媒が漏洩しているおそれがある。したがって、報知部３０は、冷凍サイクル装置１が適正に運転されず、所望の空気調和がなし得ない異常状態であるものとして、その旨を報知する。これにより、例えば点検作業のために冷凍サイクル装置１の一時停止などを要することがユーザや作業者など（以下、ユーザ等という）に対して周知徹底、注意喚起される。
　また、冷媒量が最適量を超えている場合、報知部３０は、最適量に対して冷媒量が過剰であるとして所定の報知を行ってもよい。この場合、余剰冷媒は冷媒貯留装置１５に貯留することが可能であるため、冷凍サイクル装置１の適正な運転に直ちに支障を来す訳ではない。ただし、最適量に対して冷媒量が過剰である旨を報知することで、ユーザ等に対して注意喚起を促すことが可能となる。加えて、冷媒量が最適量である場合、冷媒量が過不足のない正常な状態であり、報知部３０は、冷凍サイクル装置１を継続して適正に運転可能である旨を報知してもよい。
　報知部３０としては、表示灯、モニタ、パネル、スピーカ、あるいはこれらの組み合わせなどを適用可能である。例えば、最適量に対して冷媒量が不足している場合、報知部３０は、表示灯の赤色点灯（点滅）、警告音の鳴動、警告メッセージの再生や表示、レーザー照射などを行うことで、ユーザや作業者など（以下、ユーザ等という）に対して冷媒漏洩の周知徹底や注意喚起などを図る。一方、最適量に対して冷媒量が過剰である場合、報知部３０は、表示灯の黄色点灯や青色点灯、確認メッセージの表示など、最小限の報知に止めればよい。なお、冷媒量が最適量以上である場合、あるいは冷媒量が最適量である場合、報知部３０は何ら報知しなくともよい。
　報知部３０の所在は、ユーザ等に対して周知徹底や注意喚起を適切に図ることができればどこでも構わない。例えば、報知部３０は冷凍サイクル装置１の集中管理室や操作用リモコンなどに備えられていればよい。
　制御部４０は、冷凍サイクル装置１の運転制御を行う。本実施形態において、制御部４０は、冷凍サイクル部１０のうち、圧縮機１１、第１の温度検出部１２、第１の圧力検出部１３、冷媒貯留装置１５、膨張弁１６、第２の圧力検出部１８、第２の温度検出部１９、調整弁２３、および報知部３０の動作をそれぞれ制御する。例えば、制御部４０は、圧縮機１１の運転開始および停止、回転数、周波数などを制御し、かかる制御に際して膨張弁１６および調整弁２３の開度をそれぞれ調整する。また、このような冷凍サイクル装置１の運転制御にあたって、制御部４０は、吐出冷媒温度と、吐出冷媒圧力と、吸込冷媒温度と、吸込冷媒圧力と、調整弁２３の開度との関係により、後述するとおり冷媒回路２０における冷媒の封入量の過不足判定、つまり冷媒量の適否判定を行う。
　制御部４０は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置（不揮発メモリ）、入出力回路、タイマなどを含み、所定の演算処理を実行する。例えば、制御部４０は、各種データを入出力回路により読み込み、記憶装置からメモリに読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算処理し、処理結果に基づいて圧縮機１１、第１の温度検出部１２、第１の圧力検出部１３、冷媒貯留装置１５、膨張弁１６、第２の圧力検出部１８、第２の温度検出部１９、調整弁２３、および報知部３０の動作制御を行う。その際、制御部４０は、これらとの間で制御信号やデータ信号を有線もしくは無線を介して送受信する。すなわち、制御部４０と上記制御対象である各構成要素とは、有線もしくは無線により電気的に接続されている。
　以上のような構成を備えた冷凍サイクル装置１において、制御部４０が行う冷凍サイクル装置１の運転制御、具体的には、冷凍サイクル装置１の運転制御にあたって実行される冷媒回路２０における冷媒量の過不足判定を行うための制御（以下、冷媒量適否判定処理という）について、制御部４０の制御フローに従って説明する。図２には、冷媒量適否判定処理時における制御部４０の制御フローを示す。
　冷媒量適否判定処理にあたって、冷凍サイクル装置１は、運転を開始する（Ｓ１０１）。具体的には、制御部４０が圧縮機１１を起動し、膨張弁１６を開いて主流路２１に冷媒を循環させる。その際、制御部４０は、上述した前提条件が成立しているものとして調整弁２３を適正開度に調整し、分岐路２２における冷媒の流量（インジェクション流量）を適正量に調整する。すなわち、運転開始時点では、インジェクション流量が適正量となるように調整弁２３が適正開度に調整された状態で冷凍サイクル装置１が運転されていることが前提となっている。かかる状態で冷凍サイクル装置１が運転されていることをトリガーとして、制御部４０は冷媒量適否判定処理を実行可能となる。
　このように冷凍サイクル装置１が運転された状態で、制御部４０は、冷凍サイクル装置１の運転状態を示す各値（運転データ）を取得する（Ｓ１０２）。ここでの運転データは、吐出冷媒温度、吐出冷媒圧力、吸込冷媒温度、吸込冷媒圧力、調整弁２３の開度である。したがって、制御部４０は、第１の温度検出部１２、第１の圧力検出部１３、第２の温度検出部１９、第２の圧力検出部１８、および調整弁２３からこれらの運転データをそれぞれ取得する。
　次いで、制御部４０は、取得した運転データに基づいて冷媒回路２０における冷媒量の適否を判定する（Ｓ１０３）。すなわち、制御部４０は、吐出冷媒温度と、吐出冷媒圧力と、吸込冷媒温度と、吸込冷媒圧力と、調整弁２３の開度との関係により、冷媒量の適否判定を行う。例えば、吐出冷媒温度、吐出冷媒圧力、吸込冷媒温度、吸込冷媒圧力がいずれも所定値（前提条件における適正値）である場合、制御部４０は、調整弁２３の開度と適正開度との関係に応じて冷媒量の適否を判定する。本実施形態において、冷凍サイクル装置１は、冷媒が複数の適正量で封入された状態でそれぞれ運転した場合の吐出冷媒温度、吐出冷媒圧力、吸込冷媒温度、吸込冷媒圧力の各々の値、および調整弁２３の適正開度の値を、例えば工場出荷時に予め保持している。これらの値は、例えば冷媒の複数の適正量にそれぞれ紐付けてテーブル化され、制御部４０の記憶装置に保持されている。なお、このような値ではなく、数値範囲としてテーブル化され、制御部４０の記憶装置に保持されていてもよい。
　また、調整弁２３の適正開度の値は、制御部４０の記憶装置への保持後であっても、冷凍サイクル装置１の実運転開始後の状況、例えば冷媒量（封入された冷媒の現在量）の変動に応じて変更可能とされている。上述したとおり、冷媒の適正量は、冷凍サイクル装置１が据え付けられる環境などの条件、例えば実際に施工された主流路２１および分岐路２２の配管長などに応じて予め設定された初期値から変更される可能性がある。すなわち、制御部４０は、冷媒の適正量を初期値から変更可能に保持している。
　したがって、冷媒の最適量（複数の適正量の中から選択された値）は、冷凍サイクル装置１の据付時に算出された値に適正量の初期値から変更して設定され、制御部４０の記憶装置に保持されている場合がある。このような場合を想定し、調整弁２３の適正開度の値を変更可能とすることで、冷媒量の適否判定の精度を高めることができる。すなわち、制御部４０は、冷媒の適正量、端的には最適量が初期値から変更された場合、調整弁２３の適正開度の値を変更して補正し、補正後の値を保持可能とされている。例えば、ビル用マルチエアコンにおいて連絡配管の長さにより冷媒の適正量に対する追加封入量を算出し、据え付けの現場で冷媒が追加封入される場合や、冷凍機のように据付後に冷媒回路に対して適正な冷媒が封入される場合などであっても、適切に対応することが可能となる。
　冷媒量の適否判定にあたって、制御部４０は、取得した調整弁２３の開度の値、つまり調整弁２３の開度の現在値を適正開度の値と比較する。適正開度の値は、例えば制御部４０の記憶装置からメモリに読み出される。例えば、調整弁２３の開度の値が適正開度の値を超えている場合、制御部４０は、冷媒量が適正でない、具体的には冷媒量が最適量に満たない（最適量、端的には適正量に対して冷媒量が不足している）と判定する。これに対し、調整弁２３の開度の値が適正開度の値未満である場合、制御部４０は、冷媒量が適正でない、具体的には冷媒量が最適量を超えている（最適量、端的には適正量に対して冷媒量が過剰である）と判定する。そして、冷媒量が最適量、端的には適正量である場合、制御部４０は、冷媒量が過不足なく、適正であると判定する。
　このような判定が可能となるのは、次のような理由による。図３には、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１におけるＰ－ｈ線図（圧力－エンタルピー線図）を示す。図３において、Ｍは蒸発器１７を流れる冷媒量である。また、ｍはインジェクション流量であり、添え字の１（ｍ１）は冷媒量が最適量である場合のインジェクション流量（ｍ１）、添え字の２は最適量に対して冷媒量が不足している場合のインジェクション流量（ｍ２）であることをそれぞれ示す。同様に図３において、ＳＣ１は、冷媒量が最適量である場合における凝縮器１４の出口での過冷却度を示す。ＳＣ２は、最適量に対して冷媒量が不足している場合における凝縮器１４の出口での過冷却度を示す。ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４は、各状態点でのエンタルピーをそれぞれ示す。Ｔｓｕｃは吸込冷媒温度を示し、Ｔｄは吐出冷媒温度を示す。
　冷媒量が最適量である場合、換言すれば凝縮器１４の出口での過冷却度がＳＣ１である場合、インジェクション流量（ｍ１）は、ｍ１＝Ｍ（ｈ４－ｈ３）／（ｈ３－ｈ１）なる関係式によって算出される。これに対し、最適量に対して冷媒量が不足している場合、換言すれば凝縮器１４の出口での過冷却度がＳＣ２である場合、インジェクション流量（ｍ２）は、ｍ２＝Ｍ（ｈ４－ｈ３）／（ｈ３－ｈ２）なる関係式により算出される。図３に示すように、ＳＣ１に比べてＳＣ２の方が小さいため、（ｈ３－ｈ１）＞（ｈ３－ｈ２）となる。したがって、最適量に対して冷媒量が不足している場合、インジェクション流量（ｍ２）は、冷媒量が最適量である場合のインジェクション流量（ｍ１）よりも大きくなる。結果として、最適量に対して冷媒量が不足している場合、インジェクション流路２２における調整弁２３の開度は、冷媒量が最適量である場合の調整弁２３の開度（適正開度）よりも大きくなる。
　このため、調整弁２３の開度の値が適正開度でない場合、冷媒量が最適量でないと判定可能となる。例えば、調整弁２３の開度の値が適正開度の値を超えている場合、冷媒量が最適量に満たない（最適量に対して冷媒量が不足している）と判定可能となる。また、調整弁２３の開度の値が適正開度の値未満である場合、冷媒量が最適量を超えている（最適量に対して冷媒量が過剰である）と判定可能となる。そして、調整弁２３の開度が適正開度である場合、冷媒量が最適量である、つまり冷媒量が過不足なく、適正であると判定可能となる。
　Ｓ１０３における判定の結果、冷媒量が最適量でないと判定した場合（Ｓ１０４もしくはＳ１０６においてＹｅｓ）、制御部４０は報知部３０を動作させ、次のように冷媒量が最適量でないことの所望の報知をさせる。
　冷媒量が最適量に満たない、つまり最適量に対して冷媒量が不足していると判定した場合（Ｓ１０４においてＹｅｓ）、制御部４０は、冷凍サイクル装置１が適正に運転されておらず、所望の空気調和がなし得ない異常状態であることを報知部３０に報知させる（Ｓ１０５）。例えば、制御部４０は、表示灯の赤色点灯（点滅）、警告音の鳴動、警告メッセージの再生や表示、レーザー照射などを行うように報知部３０を動作させる。これにより、ユーザ等に対して冷媒漏洩の周知徹底や注意喚起などを図ることができる。
　また、冷媒量が最適量を超えている、つまり最適量に対して冷媒量が過剰であると判定した場合（Ｓ１０４においてＮｏかつＳ１０６においてＹｅｓ）、制御部４０は、余剰冷媒を冷媒貯留装置１５に貯留させる（Ｓ１０７）。すなわち、制御部４０は、冷媒貯留装置１５を動作させ、余剰冷媒の貯留を開始させる。これにより、余剰冷媒が冷媒貯留装置１５に貯留され、冷媒量が最適量に調整される。したがって、冷凍サイクル装置１を継続して適正に運転させ、所望の空気調和を行うことが可能となる。
　併せて、制御部４０は、ユーザ等に対して注意喚起するべく、報知部３０に報知させる（Ｓ１０８）。例えば、制御部４０は、表示灯の黄色点灯、確認メッセージの表示などを行うように報知部３０を動作させる。このように最小限の報知に止めればよいが、この場合、制御部４０は、報知部３０を動作させず、何ら報知をさせなくともよい。何ら報知をさせなくとも、余剰冷媒は冷媒貯留装置１５に貯留されるため（Ｓ１０７）、冷凍サイクル装置１の適正運転に直ちに支障を来すような事態は回避可能である。
　報知部３０に所望の報知をさせると（Ｓ１０５もしくはＳ１０８）、制御部４０は、冷凍サイクル装置１の運転停止条件を判定する（Ｓ１０９）。また、Ｓ１０３において冷媒量が最適量であると判定した場合（Ｓ１０４においてＮｏかつＳ１０６においてＮｏ）、制御部４０は、冷凍サイクル装置１の運転停止条件を判定する（Ｓ１０９）。なお、この場合、制御部４０は、運転停止条件を判定する前に、例えば冷媒量が最適量である旨を報知部３０に報知させてもよい。運転停止条件は、冷凍サイクル装置１を運転停止させるか否かの判定条件であり、例えば、制御部４０が冷凍サイクル装置１の運転停止を示す信号を受信したか否かなどに応じて判定される。運転停止を示す信号は、例えば冷凍サイクル装置１の集中管理室や操作用リモコンなどから運転停止が選択されることで発信される。
　運転停止条件が成立しない場合、制御部４０は、冷凍サイクル装置１の運転データを取得し（Ｓ１０２）、取得した運転データに基づいて冷媒回路２０における冷媒量の適否を再び判定する（Ｓ１０３）。そして、判定結果に応じて以降の処理（Ｓ１０４～Ｓ１０８）を選択的に繰り返す。
　これに対し、運転停止条件が成立する場合、制御部４０は、冷凍サイクル装置１の運転を停止する（Ｓ１１０）。
　すなわち、冷凍サイクル装置１が運転されている間、一連の冷媒量適否判定処理が繰り返される。そして、冷凍サイクル装置１が運転停止されると、一連の冷媒量適否判定処理も終了する。
　このように本実施形態によれば、第１の温度検出部１２、第１の圧力検出部１３、第２の温度検出部１９、第２の圧力検出部１８、および調整弁２３を用いて、冷媒回路２０に対する冷媒の封入量（冷媒量）の適否判定を行うことができる。これらの構成要素は、冷凍サイクル装置１が従来から備えているものを流用可能である。このため、冷媒量適否判定処理を行うための専用部材、例えば音波の発信素子および受信素子などを増設する必要はない。すなわち、部材の増設によるコストの上昇を最小限に抑え、冷媒回路２０に対する冷媒の封入量（冷媒量）の適否判定を行うことができる。これにより、冷媒回路２０における冷媒量の過不足を抑制できる。したがって、冷凍サイクル装置１を適正に運転させて所望の空調性能を発揮させることができ、冷凍サイクル装置１の省エネ性や信頼性を高めることが可能となる。
　加えて、冷媒回路２０における冷媒量の過不足時に所望の報知を行うことで、ユーザ等に対して冷媒量の適否についての適切な周知徹底、注意喚起を図ることができる。例えば、最適量に対して冷媒量が不足している場合、点検作業のための冷凍サイクル装置１の一時停止などを迅速に行うことができる。これにより、主流路２１や分岐路（インジェクション流路）２２の補修や交換、あるいは冷媒の補充などの作業を直ちに行い、冷凍サイクル装置１を速やかに適正運転に復帰させることが可能となる。また、最適量に対して冷媒量が過剰である場合、あるいは冷媒量が最適量である場合にも所望の報知を行うことで、例えば冷凍サイクル装置１が適正に運転されず、所望の空気調和がなし得ない異常状態に至ることを未然に防止可能となる。
　さらに、据付後の冷凍サイクル装置１の運転状況に応じて調整弁２３の適正開度の値を変更可能とすることで、冷媒回路２０における冷媒量の過不足をより適切に抑制し、冷凍サイクル装置１の省エネ性や信頼性の低下をより一層防止可能となる。
　なお、上述した実施形態において、冷凍サイクル装置１は、吐出冷媒圧力を検出するための第１の圧力検出部１３、吸込冷媒圧力を検出するための第２の圧力検出部１８を備えている。ただし、これらの圧力検出部１３，１８に代えて、冷媒の凝縮温度または蒸発温度から飽和蒸気圧を換算する方法、外気温度と凝縮器のファン回転数および蒸発器のファン回転数と外気温度との関係から換算する方法などに基づいて、吐出冷媒圧力および吸込冷媒圧力を算出してもよい。この場合、圧力検出部１３，１８を省略可能となり、部材の増設によるコストの上昇をさらに抑えられる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、かかる実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１…冷凍サイクル装置、１ａ…圧縮機本体、１ｂ…アキュムレータ、１０…冷凍サイクル部、１１…圧縮機、１２…第1の温度検出部、１３…第１の圧力検出部、１４…    凝縮器、１５…冷媒貯留装置、１６…膨張弁、１７…     蒸発器、１８…第２の圧力検出部、１９…第２の温度検出部、２０…冷媒回路、２１…主流路、２２…分岐路（インジェクション流路）、２３…調整弁、３０…報知部、４０…制御部。

Claims (6)

  1. 　冷媒が循環する主流路を含む冷媒回路と、
    　前記主流路から前記冷媒を吸い込んで圧縮し、前記主流路へ前記冷媒を吐出する圧縮機と、
    　前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    　前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    　前記冷媒回路に含まれ、前記凝縮器から前記蒸発器へ流れる前記冷媒の一部を前記凝縮器の下流で前記主流路から分流させ、分流させた前記冷媒を前記圧縮機に注入する分岐路と、
    　前記凝縮器から前記蒸発器へ流れる前記冷媒の少なくとも一部を前記分岐路の下流で減圧させる膨張弁と、
    　前記分岐路を流れる前記冷媒の流量を調整する調整弁と、
    　前記主流路における前記凝縮器の上流で前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出温度を検出する第１の温度検出部と、
    　前記主流路における前記凝縮器の上流で前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出圧力を検出する第１の圧力検出部と、
    　前記主流路における前記蒸発器の下流で前記圧縮機へ吸い込まれる前記冷媒の吸込温度を検出する第２の温度検出部と、
    　前記主流路における前記蒸発器の下流で前記圧縮機へ吸い込まれる前記冷媒の吸込圧力を検出する第２の圧力検出部と、
    　前記第１の温度検出部が検出した前記吐出温度と、前記第１の圧力検出部が検出した前記吐出圧力と、前記第２の温度検出部が検出した前記吸込温度と、前記第２の圧力検出部が検出した前記吸込圧力と、前記調整弁の開度との関係により、前記冷媒回路に封入されている前記冷媒の封入量の過不足判定を行う制御部と、を備える
    　冷凍サイクル装置。
  2. 　前記制御部は、
    　前記吐出温度、前記吐出圧力、前記吸込温度、および前記吸込圧力の各々が適正値であり、かつ前記冷媒回路に対する前記冷媒の封入量が適正量である条件下で予め設定された前記調整弁の前記開度の値を適正開度の値として保持し、
    　前記冷媒の封入量の過不足判定時における前記調整弁の前記開度の現在値が前記適正開度の値を超えている場合、前記適正量に対して前記冷媒の封入量が不足していると判定し、前記開度の現在値が前記適正開度の値未満である場合、前記適正量に対して前記冷媒の封入量が過剰であると判定し、前記開度の現在値が前記適正開度の値である場合、前記冷媒の封入量が前記適正量であると判定する
    　請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記制御部は、前記調整弁の前記適正開度の値を変更可能に保持する
    　請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記制御部は、前記冷媒の封入量の前記適正量を予め設定された初期値から変更可能に保持し、前記適正量が前記初期値から変更された場合、前記調整弁の前記適正開度の値を変更して補正し、補正後の値を保持する
    　請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 　前記冷媒の封入量が前記適正量でないことを報知する報知部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記冷媒の封入量が前記適正量でないと判定した場合、前記報知部を動作させて前記冷媒の封入量が前記適正量でないことを報知させる
    　請求項２から４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 　前記適正量に対して前記冷媒の封入量が過剰である場合に前記適正量を超える余剰冷媒を貯留する冷媒貯留装置をさらに備え、
    　前記制御部は、前記適正量に対して前記冷媒の封入量が不足していると判定した場合、その判定結果を前記報知部に報知させ、前記適正量に対して前記冷媒の封入量が過剰であると判定した場合、前記余剰冷媒を前記冷媒貯留装置に貯留させる
    　請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
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