JP2012132639A - 冷凍装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷媒回路に充填された冷媒量の適否を精度良く判定することができる冷凍装置を得る。
【解決手段】過冷却熱交換器5の出口における冷媒の過冷却度を、過冷却熱交換器5の最大温度差で除算した値である、過冷却熱交換器5の温度効率εに基づき、冷媒回路に充填された冷媒量の適否および冷媒漏れの有無の少なくとも一方を判定する冷媒量判定手段20を備え、冷媒量判定手段20は、過冷却熱交換器5の温度効率εが、予め設定した判定閾値εline以上のとき、予め設定した基準冷媒量に対する冷媒の不足分である総追加充填量を、凝縮器3、液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7のそれぞれの、内部の冷媒の密度と内容積とに基づいて求めるものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、冷凍装置に関するものである。
冷凍装置においては、冷媒量の過不足が発生すると冷凍装置の能力低下や構成機器の損傷を生じさせる原因になる。そこで、このような不具合の発生を防止するため、冷凍装置に充填されている冷媒量の過不足を判定する機能を備えているものがある。
従来の冷凍装置における冷媒不足の判定方法としては、例えば、「過冷却器(4)の入口冷媒温度と出口冷媒温度との温度差を算出し、この温度差が設定値より減少したとき冷媒洩れであると判定する」ものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、例えば、「前記過冷却器の出口における冷媒の過冷却度及び前記過冷却度の変動に応じて変動する運転状態量の少なくとも1つに基づいて、冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段とを備え、前記ファンは、前記冷媒量判定手段によって冷媒量の適否を判定する際に、前記熱源側熱交換器における冷媒圧力が所定値以上になるように、前記熱源側熱交換器に供給する空気の流量を制御する」ものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特許第3601130号公報(請求項1) 特許第4215022号公報(請求項1)
従来の冷凍装置においては、レシーバー(受液器)に余剰冷媒がある場合、冷媒漏洩(冷媒漏れ)しても冷凍サイクルの運転に影響をもたらさない。
このため、冷媒漏れが発生した場合も余剰冷媒の液面が下がるのみであり、この余剰冷媒が無くなるまで冷媒漏れを判定できなかった。
また、従来の技術においては、冷媒回路に冷媒を充填(封入)する際、冷媒配管に設けられたサイトグラスにより冷媒中の気泡(フラッシュガス)を目視により確認し、フラッシュガスが消えてからさらに余裕分として10%程度追加して冷媒を充填する方法がある。このような方法は、接続する室内ユニットが決まっておらず、室内ユニットの各構成部の容量等が不明な場合において、冷媒を充填する場合に有効である。すなわち、室内ユニットが他社製品や既設品などの場合でも、冷媒不足と過充填とを防止するために、このような充填が行われる。
しかし、このような充填方法では季節によって、周囲温度、蒸発温度、運転周波数が異なるためフラッシュガスが消える冷媒量に変化が生じる。
例えば、冬場に充填した場合、外気温度が低いため夏場に比べ必要冷媒量が少なくなる。なぜなら、冬場の方が外気温度が低いため凝縮器の熱交換がしやすくなり、サイトグラスのフラッシュガスか消えやすくなる。そのため、冬場の充填ではサイトグラスのフラッシュガスが夏場よりも早く消える恐れがあり、冬場の充填では、冷媒漏洩が起きていなくても夏場には冷媒が足りていない状況が起きる可能性がある。
逆に、夏場に封入した冷媒量では冬場には多すぎる場合も生じる。
このように、従来の充填方法では運転状態によって充填される冷媒の量が変化し、適切な量の冷媒を充填することができない、という問題点があった。
また、過冷却熱交換器を備えた冷凍回路においては、過冷却熱交換器の容量が大きいため、冷媒が足りない状態でも過冷却熱交換器で冷媒が過冷却されることにより、フラッシュガスが消える場合がある。そのため、従来のサイトグラスを用いた冷媒充填方法では冷媒不足となってしまい、適切な量の冷媒を充填することができない、という問題点があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は、冷媒回路に充填された冷媒の冷媒漏れの有無を精度良く判定することができる冷凍装置を得るものである。
第2の目的は、運転状態に係わらず適切な量の冷媒を充填することができる冷凍装置を得るものである。
本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、熱源側熱交換器および過冷却熱交換器を少なくとも有する熱源側ユニットと、負荷側膨張手段および負荷側熱交換器を少なくとも有する負荷側ユニットとが、液配管およびガス配管を介して接続され、前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記過冷却熱交換器、前記負荷側膨張手段、および前記負荷側熱交換器に冷媒を循環させる冷媒回路が形成される冷凍装置において、前記過冷却熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を、前記過冷却熱交換器の最大温度差で除算した値である、前記過冷却熱交換器の温度効率に基づき、前記冷媒回路に充填された冷媒量の適否および冷媒漏れの有無の少なくとも一方を判定する冷媒量判定手段を備え、前記冷媒量判定手段は、前記過冷却熱交換器の温度効率が、予め設定した判定閾値以上のとき、予め設定した基準冷媒量に対する前記冷媒の不足分である総追加充填量を、前記熱源側熱交換器、前記液配管、前記ガス配管、および前記負荷側熱交換器のそれぞれの、内部の前記冷媒の密度と内容積とに基づいて求めるものである。
本発明は、運転状態に係わらず適切な量の冷媒を充填することができる。
本発明の実施の形態1における冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1における冷凍装置の冷媒回路の別の例を示す図である。 本発明の実施の形態1における冷凍装置の冷媒回路の別の例を示す図である。 本発明の実施の形態1における適正冷媒充填時の冷媒の温度変化を説明する図である。 本発明の実施の形態1における冷媒量不足時の冷媒の温度変化を説明する図である。 本発明の実施の形態1における冷媒量判定動作のフローチャートである。 本発明の実施の形態1における安定判定条件を説明する概念図である。 本発明の実施の形態1における温度効率εの算出条件を満たしているか確認するためのイメージ図である。 本発明の実施の形態2における冷媒漏れ判定動作のフローチャートである。 本発明の実施の形態3における追加充填量算出動作のフローチャートである。 本発明の実施の形態3における凝縮器3内の冷媒密度(ρcond)と凝縮温度(TH5)との関係を示した図である。 本発明の実施の形態3における液延長配管10内の冷媒密度(ρPL)と液管温度(TH8)との関係を示した図である。 本発明の実施の形態3におけるガス延長配管11内の冷媒密度(ρPG)と蒸発温度(ET)との関係を示した図である。 本発明の実施の形態3における蒸発器7内の平均密度と蒸発温度(ET)との関係を示した図である。 本発明の実施の形態3における表示部21の表示例を示した図である。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における冷凍装置の冷媒回路図である。
図1において、室外ユニット100は、圧縮機1、油分離器2、凝縮器3、受液器4、過冷却熱交換器5、およびアキュムレータ8を備えている。また、室内ユニット200は、膨張弁6および蒸発器7を備えている。室内ユニット200は、液延長配管10およびガス延長配管11により室外ユニット100と接続される。そして、圧縮機1、油分離器2、凝縮器3、受液器4、過冷却熱交換器5、膨張弁6、蒸発器7、およびアキュムレータ8に順次冷媒を循環させる冷媒回路が形成される。
また、本実施の形態における冷凍装置は、冷媒回路に充填された冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段20を備えている。冷媒量判定手段20は、例えば冷凍装置の制御基板上に設けられるマイコン等により構成することができる。
この冷媒量判定手段20には、第1温度センサ(TH5)、第2温度センサ(TH8)、外気温度センサ(TH6)、および第3温度センサ(ET)により検知された温度情報が入力される。
また、冷媒量判定手段20には、判定結果や各種情報を表示する表示部21が設けられている。この表示部21は、例えば7セグメントLEDなどにより構成される。
第1温度センサ(TH5)は、凝縮器3の出口側から過冷却熱交換器5の入口側に至る流路の何れかの位置に設けられ、冷媒の温度を検出する。以下、第1温度センサ(TH5)の検出温度を「凝縮器出口温度TH5」という。なお、TH5は圧力を検知し飽和温度換算する方法で求めてもよい。
第2温度センサ(TH8)は、過冷却熱交換器5の出口側から膨張弁6の入口側に至る流路の何れかの位置に設けられ、冷媒の温度を検出する。以下、第2温度センサ(TH8)の検出温度を「過冷却熱交換器出口温度TH8」という。
外気温度センサ(TH6)は、凝縮器3が冷媒と熱交換する空気の温度を検出する。以下、外気温度センサ(TH6)の検出温度を「外気温度TH6」という。
第3温度センサ(ET)は、膨張弁6の出口側から蒸発器7の入口側に至る流路の何れかの位置に設けられ、冷媒の温度を検出する。以下、第3温度センサ(ET)の検出温度を「蒸発温度ET」という。なお、ETは圧力を検知し飽和温度換算する方法で求めてもよい。
このような冷媒回路における冷媒の流れについて説明する。
容量可変の圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、油分離器2により冷媒に含まれる冷凍機油が分離された後、凝縮器3へ流入する。
凝縮器3に流入した高温高圧のガス冷媒は凝縮器3において凝縮して高圧液冷媒(液または二相状態)となり、受液器4に貯留される。受液器4に溜まった高圧液冷媒は、さらに、過冷却熱交換器5で熱交換することで過冷却された液冷媒となる。
過冷却熱交換器5で高圧の液となった冷媒は、室内ユニット200の膨張弁6で低温低圧の二相冷媒となり、蒸発器7に流入する。そして、蒸発器7で低温低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ8を介して圧縮機1に戻る。
なお、本実施の形態では1つの室外ユニット100に対して1つの室内ユニット200を接続する場合を説明するが本発明はこれに限らず、任意の数の室内ユニット200を接続するようにしても良い。
なお、本実施の形態では室外ユニット100と室内ユニット200とが接続されることで構成される冷凍回路に充填された冷媒量を判定する場合を説明するが、本発明における冷凍装置はこれに限定されるものではない。
例えばコンデンシング・ユニットのように、現地据付時に現地手配の室内ユニット200(負荷側ユニット)と冷媒配管(液配管、ガス配管)によって接合されて冷媒回路(冷凍サイクル)が構成される冷凍装置とすることも可能である。
また、図1A、図1Bに示すように、圧縮機1側が室内にあり、凝縮器3側が室外設置されるリモート式コンデンシングユニットにおいても可能である。
また例えば、クーリング・ユニットのように1つのユニット内に、冷媒回路を構成する圧縮機1、凝縮器3、過冷却熱交換器5、膨張弁6、蒸発器7、およびその他付属機器を有し、それらが配管にて接続されてなる冷凍装置とすることも可能である。
なお、冷媒回路の構成は上述した構成に限るものではない。例えば、冷媒流路を切り換える四方弁等を設け、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能な構成としても良い。また、油分離器2、受液器4、アキュムレータ8のうちの少なくとも1つを設けない構成としても良い。
なお、本実施の形態1では、判定結果等を表示部21に表示させる場合を説明するが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ブザーやスピーカなどにより判定結果や各種情報を報知するようにしても良い。
なお、「室外ユニット100」は、本発明における「熱源側ユニット」に相当する。
なお、「室内ユニット200」は、本発明における「負荷側ユニット」に相当する。
なお、「凝縮器3」は、本発明における「熱源側熱交換器」に相当する。
なお、「膨張弁6」は、本発明における「負荷側膨張手段」に相当する。
なお、「蒸発器7」は、本発明における「負荷側熱交換器」に相当する。
なお、「液延長配管10」は、本発明における「液配管」に相当する。
なお、「ガス延長配管11」は、本発明における「ガス配管」に相当する。
なお、「表示部21」は、本発明における「報知手段」に相当する。
次に、冷媒充填量と過冷却度との関係、および従来技術における冷媒量判定の問題点について説明する。
図2は本発明の実施の形態1における適正冷媒充填時の冷媒の温度変化を説明する図である。
図2において、縦軸は温度を示し、上部ほど高い温度となる。また横軸は凝縮器3、過冷却熱交換器5および過冷却熱交換器5の出口側配管(液管)の冷媒経路を示している。
図2の矢印(a)は、適正冷媒充填されている場合における、各冷媒経路での冷媒温度変化を示している。
適正冷媒充填されている場合、凝縮器3からの二相冷媒が受液器4により気液に分離され、受液器4には液冷媒が貯留されている飽和液状態となっている。このため、受液器4からの液冷媒が過冷却熱交換器5に流入し、過冷却熱交換器5による熱交換がすべて液冷媒の過冷却に寄与することとなる。
図3は本発明の実施の形態1における冷媒量不足時の冷媒の温度変化を説明する図である。
図3において、縦軸は温度を示し、上部ほど高い温度となる。また横軸は凝縮器3、過冷却熱交換器5および過冷却熱交換器5の出口側配管(液管)の冷媒経路を示している。
図3の矢印(b)は、冷媒量が不足している場合における、各冷媒経路での冷媒温度変化を示している。
冷媒量が不足している場合、凝縮器3の出口が乾いた状態となり、受液器4には液冷媒が貯留されず、過冷却熱交換器5に二相状態の冷媒が流れ込む状態となる。このため、過冷却熱交換器5による熱交換により、二相冷媒の凝縮液化と過冷却とを行うこととなる。よって、この場合、上記図2(a)の場合と比較して、過冷却度が減少することになる。
本実施の形態1では、過冷却度に比べ運転条件による変動が小さい過冷却熱交換器5の温度効率εを用いて、冷媒量の適否を判定する。
以下、このような動作の詳細について説明する。
(冷媒充填量判定動作)
本実施の形態1における冷媒量判定手段20は、過冷却熱交換器5の温度効率εに基づき、冷媒回路に充填された冷媒量の適否を判定する。
過冷却熱交換器5の温度効率εは、過冷却熱交換器5の出口における冷媒の過冷却度(凝縮器出口温度TH5−過冷却熱交換器出口温度TH8)を、過冷却熱交換器5の最大温度差(凝縮器出口温度TH5−外気温度TH6)で除算した値であり、下記(数式1)で表される。
この過冷却熱交換器5の温度効率εは、過冷却熱交換器5の性能を示すものであり、過冷却度に比べ運転条件による変動が小さいため、運転条件ごとに閾値を設定することなく冷媒量不足の判定精度を向上することができる。
Figure 2012132639
次に、このような温度効率εを用いた冷媒量の適否の判定動作の具体例について説明する。
図4は本発明の実施の形態1における冷媒量判定動作のフローチャートである。
以下、図4の各ステップに基づき説明する。
(S101)
例えば、冷凍装置の制御基板上のスイッチ等で冷媒量判定運転モードにした場合、冷媒量判定手段20は、冷媒量判定動作を開始する。
(S102)
凝縮器3、液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7の仕様の情報を使用者に入力してもらう。
(S103)
冷媒量判定手段20は、表示部21により、初期充填量の表示を行わせる。例えば表示部21を、7セグメントLEDにより構成し、初期充填量の情報を表示させる。
(S104)
冷媒量判定手段20は、圧縮機1の運転周波数を所定の周波数(例えば30Hz)で運転させる。
冷媒量判定を行う場合、全運転範囲を対象にした検知方法では冷媒不足の有無を精度良く判定できない。理由としては、高い周波数での運転の場合、過冷却熱交換器5の出口が二相冷媒となる場合があり、この場合に圧縮機1の周波数が増減すると圧力損失が大きく変化してしまい、冷媒不足を精度良く判定できなくなってしまうためである。
そのため、圧損の影響を排除するため、圧縮機1の運転周波数を所定の周波数である30Hzで運転させる。
なお、ここでは例えば圧縮機1を低い周波数(例えば30Hz)固定で運転させる場合を説明するが、これに限るものではない。
また、本実施の形態1では、圧力損失の影響をより少なくするため、所定の周波数固定で運転させて冷媒量の適否を判断するが、本発明はこれに限るものではなく、圧力損失の影響が少ない所定範囲内の周波数で運転するようにしても良い。
(S105)
冷媒量判定手段20は、温度効率εを算出するのに必要な各部のデータを取得する。
(S106〜S108)
冷媒量判定手段20は、現在の運転状態が検知不可条件に該当するか否かを判断する。
この検知不可条件としては、例えば、次のような条件を予め設定し、この何れか1つに該当する場合には検知不可条件に該当すると判断し、無効値としてバッファに格納する。検知付可条件に該当しない場合は、過冷却熱交換器5の温度効率εを、上記(数式1)により算出し、有効値としてバッファに格納する。
・圧縮機1が停止状態の場合。
・起動後30分間(温度効率εが安定しないため。)。
・低外気温の場合(低外気温時は、高圧を保とうとするため、ファン風量を低下させる。そのため温度効率εも低下するため、誤検知をする恐れがある。)。
・運転範囲外である高外気温時。
・凝縮温度TH5と外気温度TH6の温度差が大きい場合。
・凝縮温度TH5、凝縮温度TH5と外気温度TH6との温度差、外気温度TH6の影響により、温度効率εが閾値以下になってしまう恐れのある値の場合。
・スーパーヒートが小さい場合(液だめの余剰冷媒がなくなったとしても、アキュムレータ8に余剰冷媒がある可能性があり、冷媒漏れではないため。)。
以上のような場合では、温度効率εの値が小さくなり誤検知を起こしてしまう。
(S109)
有効値に該当する場合は温度効率εと周波数をバッファに格納する。無効値である場合も無効値であることをバッファに格納する。バッファに格納する値は、所定の検出周期で複数回(例えば10回)行う。
(S110)
冷媒量判定手段20は、所定時間(例えば20分)以内に、冷凍装置の発停が所定回数(例えば3回)未満であるか否かを判定する。
所定時間内での発停が所定回数以上であった場合は、冷媒量が少ないことが予測されるため、ステップS115に進み、冷媒追加の表示をする。
(S111)
一方、所定時間内での発停が所定回数未満の場合は、冷媒量判定手段20は、平均温度効率εAの算出条件を満たしているか判断する。平均温度効率εAの算出条件は、バッファに格納した値が、全て有効値かつ、安定判定条件内にあることが前提である。
ここで、安定判定条件について説明する。
図5は本発明の実施の形態1における安定判定条件を説明する概念図である。
安定判定条件は、ステップS109で算出した複数の温度効率εとその時の運転周波数とが大きく変動しない条件を設定する。
例えば、安定判定条件としては、圧縮機1の周波数が、下記(数式2)の条件を満たす場合と、温度効率εが、下記(数式3)の条件を満たす場合に、安定判定条件を満足すると判断する。
つまり、図5(a)に示すように、対象データの平均値からの変化量が全て所定値(η)に収まる場合(白抜き丸印)には、安定判定条件を満足すると判断する。
一方、図5(b)に示すように、対象データの平均値からの変化量の少なくとも1つが所定値(η)を越える場合(黒丸印)には、安定判定条件を満足しないと判断する。
このように、算出した温度効率εと圧縮機1の運転周波数とが安定した状態で、後述の平均温度効率εAを算出することで、冷媒量をより精度良く判定することができる。
Figure 2012132639
Figure 2012132639
(S113)
ステップS107で安定判定条件を満足しない場合、冷媒量判定手段20は、安定判定条件を満足しない状態が所定経過時間(例えば30分)以上経過したか否かを判断する。
所定経過時間を経過していない場合はステップS105に戻り、上記安定判定条件の判断を繰り返す。
一方、所定経過時間(例えば30分)以上、安定判定条件を満足しない場合は冷媒不足と判断し、ステップS115に進み、冷媒追加の表示をし、ステップS105に戻る。
(S112)
ステップS111で安定判定条件を満足する場合、冷媒量判定手段20は、ステップS109で算出した複数の温度効率εの平均値を平均温度効率εAとして算出する。
(S114)
次に、冷媒量判定手段20は、平均温度効率εAが、予め設定した判定閾値εline未満であるか否かを判断する。
平均温度効率εAが判定閾値εline未満である場合、冷媒不足と判断し、ステップS115に進み、冷媒追加の表示をし、ステップS105に戻る。
ここで、温度効率εの判定閾値εlineの算出方法について図6により説明する。
判定閾値εlineは、例えば、試験結果、実測値データ、シミュレーション結果から算出することができる。
図6の例では、温度効率εの変動幅が0.6〜0.8であり、各温度センサの誤差が±1℃ほどである。この場合には、温度効率εの判定閾値εlineを0.4と決める。
なお、判定閾値εlineの値はこれに限るものではなく、適宜設定することができる。
(S115)
冷媒量判定手段20は、上記ステップS110、S111、S114で冷媒不足を判断した場合、表示部21により、冷媒量が不足しており冷媒を追加する必要がある旨の表示(冷媒追加表示)を行わせる。この冷媒追加表示としては、例えば7セグメントLEDによるエラーコードの表示やLEDランプ等の点灯など、任意の表示をすることができる。
なお、表示に限らずブザーや音声などにより冷媒を追加する必要がある旨を報知させるようにしても良い。冷媒追加表示を行った後、ステップS105に戻り、上述の動作を繰り返す。
(S116)
ステップS114で平均温度効率εAが判定閾値εline以上である場合、冷媒充填量は正常であると判断し、冷媒充填量判定操作を終了する。
この時、冷媒量判定手段20は、表示部21により、冷媒量が不足状態ではない旨の表示を行わせるようにしても良い。
なお、本実施の形態1では、判定精度をより向上させるため、ステップS111で安定判定条件を満たす場合にステップS112で平均温度効率εAを求める動作について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
例えば、ステップS111を省略して平均温度効率εAを求めるようにしても良い。また例えば、ステップS112を省略し、ステップS114において、算出した温度効率εと判定閾値εlineとを比較するようにしても良い。
このような動作であっても、本発明の効果を奏することができる。
以上のように本実施の形態においては、圧縮機1の運転周波数が所定範囲内の周波数で運転されているとき、冷媒回路に充填された冷媒量の適否を判定する。
このため、過冷却熱交換器5の出口の冷媒が二相の状態に、圧縮機1の周波数の増減により圧力損失が大きく変化することを防止することができ、圧力損失の影響を排除して冷媒量の不足の判定を精度良く行うことができる。
実施の形態2.
本実施の形態2では、冷媒回路に充填された冷媒の冷媒漏れの有無を判定する形態について説明する。
なお、本実施の形態2の構成は上記実施の形態1と同様であり同一部分には同一の符号を付する。
(冷媒漏れ判定動作)
本実施の形態2における冷媒量判定手段20は、過冷却熱交換器5の温度効率εに基づき、冷媒回路に充填された冷媒の冷媒漏れの有無を判定する。
以下、温度効率εを用いた冷媒漏れの判定動作の具体例について、図7により説明する。
図7は本発明の実施の形態2における冷媒漏れ判定動作のフローチャートである。
以下、図7の各ステップに基づき、上記実施の形態1(図4)との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態1と同様の動作には同一のステップ番号を付する。
(S106〜S108)
冷媒量判定手段20は、冷凍装置の運転中に常時または定期的に冷媒漏れ判定動作を開始する。
まず、冷媒量判定手段20は、現在の運転状態が検知不可条件に該当するか否かを判断する。
この検知不可条件としては、例えば、次のような条件を予め設定し、この何れか1つに該当する場合には検知不可条件に該当すると判断し、無効値としてバッファに格納する。検知付可条件に該当しない場合は、過冷却熱交換器5の温度効率εを、上記(数式1)により算出し、有効値としてバッファに格納する。
・圧縮機1が停止状態の場合。
・起動後30分間(温度効率εが安定しないため。)。
・低外気温の場合(低外気温時は、高圧を保とうとするため、ファン風量を低下させる。そのため温度効率εも低下するため、誤検知をする恐れがある。)。
・運転範囲外である高外気温時。
・凝縮温度TH5と外気温度TH6の温度差が大きい場合。
・凝縮温度TH5、凝縮温度TH5と外気温度TH6との温度差、外気温度TH6の影響により、温度効率εが閾値以下になってしまう恐れのある値の場合。
・スーパーヒートが小さい場合(液だめの余剰冷媒がなくなったとしても、アキュムレータ8に余剰冷媒がある可能性があり、冷媒漏れではないため。)。
以上のような場合では、温度効率εの値が小さくなり誤検知を起こしてしまう。
(S109)
検知不可条件に該当しない場合、上記実施の形態1と同様に、過冷却熱交換器5の温度効率εと周波数をバッファに格納する。無効値である場合も無効値であることをバッファに格納する。バッファに格納する値は、所定の検出周期で複数回(例えば10回)行う。
冷媒量判定手段20は、平均温度効率εAの算出条件を満たしているか判断する。平均温度効率εAの算出条件は、バッファに格納した値が全て安定判定条件(有効値)を満たすか否か確認する。安定判定条件を満足しない場合は、冷媒漏れの判定を行わず、ステップS105に戻り、上記動作を繰り返す。
(S112、S114)
一方、安定判定条件を満足する場合、上記実施の形態1と同様に、平均温度効率εAを算出し、この平均温度効率εAが判定閾値εline未満であるか否かを判断する。
なお、この判定閾値εlineの値は上述した実施の形態1と同様である。
(S202)
平均温度効率εAが判定閾値εline未満である場合、冷媒量判定手段20は、冷媒漏れ有りと判定し、この冷媒漏れの判定が連続してN回(デフォルト:N=3)検知したか否かを判断する。
冷媒漏れの判定が連続してN回検知した場合は、不足の発報を行う。
なお、本実施の形態では、誤検知の可能性を低減させるため、冷媒漏れをN回検知した場合に、冷媒漏れの発報を行う場合を説明するが、本発明はこれに限るものではなく、N回検知せずに発報する方法でもよい。
また、冷媒量判定手段20は、冷媒漏れを検知した場合、表示部21により、冷媒漏れが生じている旨の表示(冷媒漏れ発報)を行わせる。この冷媒漏れ発報としては、例えば7セグメントLEDによるエラーコードの表示やLEDランプ等の点灯など、任意の表示をすることができる。
なお、表示に限らずブザーや音声などにより冷媒漏れ報知させるようにしても良い。
(S201)
ステップS114で平均温度効率εAが判定閾値εline以上である場合、冷媒漏れが生じていない正常な状態であると判断する。そして、ステップS105に戻り、上記動作を繰り返す。
この時、冷媒量判定手段20は、表示部21により、冷媒漏れが生じていない旨の表示を行わせるようにしても良い。
なお、本実施の形態2においても、判定精度をより向上させるため、ステップS111で安定判定条件を満たす場合にステップS112で平均温度効率εAを求める動作について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
例えば、ステップS111を省略して平均温度効率εAを求めるようにしても良い。また例えば、ステップS112を省略し、ステップS114において、算出した温度効率εと判定閾値εlineとを比較するようにしても良い。
このような動作であっても、本発明の効果を奏することができる。
以上のように本実施の形態においては、過冷却度に比べて運転条件(外気温度、熱交換量、冷媒循環量等)による変動が小さい過冷却熱交換器5の温度効率εに基づき、冷媒回路に充填された冷媒漏れの有無を判定するので、冷媒漏れの有無の判定精度を向上させることができる。
また、冷媒漏れにより受液器4内の余剰冷媒が無くなり次第、温度効率εが低下するため、冷媒漏れを早期に判定することが可能となる。
また、冷媒漏れを早期に判定することで、製品信頼性が向上し、大気中に放出される冷媒を減少させることができる。
また、過冷却熱交換器5の温度効率εが、予め設定した判定閾値εline未満のとき、冷媒漏れ有りと判定する。
このため、冷媒漏れを判定するための閾値を、運転条件ごとに複数の設定をすることなく、冷媒漏れの判定を精度良く行うことができる。
また、圧縮機1の運転周波数が所定範囲内の周波数で運転されているとき、冷媒回路に充填された冷媒の冷媒漏れの有無を判定する。
このため、圧力損失の影響を排除して冷媒漏れの有無の判定を精度良く行うことができる。
特にリモート式においては圧力損失の影響を受けやすいため、上記方法は非常に有効である。
実施の形態3.
本実施の形態3では、上記実施の形態1の動作に加え、過冷却熱交換器5の温度効率εが判定閾値εline以上のとき、予め設定した基準冷媒量に対する冷媒の不足分である総追加充填量を求める形態について説明する。
本実施の形態3では、過冷却熱交換器5の温度効率εを用いて冷媒量の適否を判定した後、予め設定した基準冷媒量に対する冷媒の不足分である総追加充填量を求める。
なお、冷媒量の適否を判定した後、冷媒充填量が許容充填量を超えていた場合は、充填はしてもらわなくてよい。冷媒充填量は、作業者が判定閾値を超えた時に何kg入れていたか確認してもらう。
充填した冷媒量が許容冷媒量未満であれば、追加充填を行う。
以下、このような動作の詳細について説明する。
(追加充填量算出動作)
本実施の形態3における冷媒量判定手段20は、予め設定した基準冷媒量に対する冷媒の不足分である総追加充填量を、凝縮器3、液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7のそれぞれの、内部の冷媒の密度と内容積とに基づいて求める。
これにより、季節等による外気状況の変化で、冷媒充填量にばらつきが出てしまうことを防止して、適切な量の冷媒を充填することができる。
図8は本発明の実施の形態3における追加充填量算出動作のフローチャートである。
以下、図8の各ステップに基づき、上記実施の形態1との相違点を中心に説明する。
なお、上記実施の形態1と同様の動作には同一のステップ番号を付する。
(S301)
上記実施の形態1と同様の動作(S101〜S114)により、冷媒充填量判定動作を行う。そして、ステップS114で平均温度効率εAが判定閾値εline以上である場合、下記(数式4)により、総追加充填量ΔMrを、冷凍装置の構成のうち冷媒量変動が大きい4つの要素(凝縮器3、蒸発器7、液延長配管10、ガス延長配管11)のそれぞれの各追加充填量を合算して算出する。
Figure 2012132639
ここで、ΔMrcondは、凝縮器3の追加充填量である。ΔMrPLは、液延長配管10の追加充填量である。ΔMrPGは、ガス延長配管11の追加充填量である。ΔMrevaは、蒸発器7の追加充填量である。
以下、各追加充填量の算出動作の詳細を説明する。
[凝縮器3の追加充填量ΔMrcond
冷媒量判定手段20は、予め設定された凝縮器3内の冷媒密度ρcondと凝縮温度(TH5)との関係と、凝縮器出口温度TH5とに基づき、予め設定された基準密度と冷媒の密度(封入時の密度)との差分値(密度変動Δρcond)を求め、この差分値と凝縮器3の内容積Vcondとを乗算し、凝縮器3の追加充填量ΔMrcondを求める。
凝縮器3の冷媒密度ρcondと凝縮温度(TH5)との関係は、例えば図9に示すようになる。また、基準密度としては凝縮器3内の冷媒密度が最大となる条件とする。
図9に示すように、凝縮器3の冷媒密度は凝縮温度により変化する。図9の例において、冷媒密度が最大となる凝縮温度53℃を基準条件とすると、凝縮器3の密度変動Δρcondは、下記(数式5)となる。
この密度変動Δρcondと凝縮器3の内容積Vcondとを乗算し、凝縮器3の追加充填量ΔMrcondを算出する(数式6)。
Figure 2012132639
Figure 2012132639
[液延長配管10の追加充填量ΔMrPL
冷媒量判定手段20は、予め設定された液延長配管10内の冷媒密度ρPLと液管温度(TH8)との関係と、過冷却熱交換器出口温度TH8とに基づき、予め設定された基準密度と冷媒の密度(封入時の密度)との差分値(密度変動ΔρPL)を求め、この差分値と液延長配管10の内容積VPLとを乗算し、液延長配管10内の追加充填量ΔMrPLを求める。
液延長配管10の冷媒密度ρPLと液管温度(TH8)との関係は、例えば図10に示すようになる。また、基準密度としては液延長配管10内の冷媒密度が最大となる条件とする。
図10に示すように、液延長配管10の冷媒密度は液管温度により変化する。図10の例において、冷媒密度が最大となる液管温度17℃を基準条件とすると、液延長配管10の密度変動ΔρPLは、下記(数式7)となる。
この密度変動ΔρPLと液延長配管10の内容積VPLとを乗算し、液延長配管10の追加充填量ΔMrPLを算出する(数式8)。
Figure 2012132639
Figure 2012132639
[ガス延長配管11の追加充填量ΔMrPG
冷媒量判定手段20は、予め設定されたガス延長配管11内の冷媒密度ρPGと蒸発温度ETとの関係と、蒸発温度ETとに基づき、予め設定された基準密度と冷媒の密度(封入時の密度)との差分値(密度変動ΔρPG)を求め、この差分値とガス延長配管11の内容積VPGとを乗算し、ガス延長配管11内の追加充填量ΔMrPGを求める。
ガス延長配管11の冷媒密度ρPGと蒸発温度ETとの関係は、例えば図11に示すようになる。また、基準密度としてはガス延長配管11内の冷媒密度が最大となる条件とする。
図11に示すように、ガス延長配管11の冷媒密度は蒸発温度ETにより変化し、蒸発温度ETが変動する幅は5℃となる。
充填時、実際使用する目標蒸発温度(ETm)と充填時の蒸発温度ETとが異なる場合も想定し、図11の例においては、下記(数式9)により、ガス延長配管11の密度変動ΔρPGを算出する。
この密度変動ΔρPGとガス延長配管11の内容積VPGとを乗算し、ガス延長配管11の追加充填量ΔMrPGを算出する(数式10)。
Figure 2012132639
Figure 2012132639
[蒸発器7の追加充填量ΔMreva
冷媒量判定手段20は、予め設定された蒸発器7内の冷媒密度ρevaと蒸発温度ETと蒸発器7の入口温度の関係と、蒸発温度ETと過冷却熱交換器出口温度TH8とに基づき、予め設定された基準密度と冷媒の密度(封入時の密度)との差分値(密度変動Δρeva)を求め、この差分値と蒸発器7の内容積Vevaとを乗算し、蒸発器7内の追加充填量ΔMrevaを求める。
蒸発器7の冷媒密度ρevaと蒸発温度ETとの関係は、例えば図12に示すようになる。
図12の例では、蒸発器7の入口状態が(1)最大〜(4)最小となる条件を表している。
蒸発器7の冷媒密度ρevaは、蒸発温度ETと蒸発器7の入口状態(入口温度)とにより変化し、蒸発温度ETが変動する幅は5℃となる。
充填時、実際使用する目標蒸発温度(ETm)と充填時の蒸発温度ETが異なる場合も想定し、下記(数式11)により、蒸発器7の密度変動Δρevaを算出する。
この密度変動Δρevaと蒸発器7の内容積Vevaとを乗算し、蒸発器7内の追加充填量ΔMrevaを算出する(数式12)。
Figure 2012132639
Figure 2012132639
(S302)
冷媒充填量が許容充填量未満である場合、冷媒量判定手段20は、上記計算を行い総追加充填量の情報を、表示部21により表示させる。
例えば図13に示すように、表示部21を、7セグメントLEDにより構成し、総追加充填量の情報(例えば2kg)を表示させる。
なお、この総追加充填量表示としては、これに限らず、液晶ディスプレイでも良いし、複数のLEDランプ等によるレベル表示や、LEDの発光色を変化させるなど、任意の表示をすることができる。
なお、表示に限らずブザーや音声などにより総追加充填量の情報を報知させるようにしても良い。
一方、冷媒充填量が許容充填量以上である場合、冷媒量判定手段20は、過充填を防ぐため冷媒充填が完了した旨の表示(充填完了表示)を行わせる。この充填完了表示としては、例えば7セグメントLEDによるエラーコードの表示やLEDランプ等の消灯など、任意の表示をすることができる。
なお、表示に限らずブザーや音声などにより冷媒充填が完了した旨を報知させるようにしても良い。
以上のように本実施の形態においては、過冷却熱交換器5の温度効率εが、予め設定した判定閾値εline以上のとき、予め設定した基準冷媒量に対する冷媒の不足分である総追加充填量を、凝縮器3、液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7のそれぞれの、内部の冷媒の密度と内容積とに基づいて求める。
このため、所望の基準冷媒量に対して充填する必要がある総追加充填量を、周囲環境や運転状態条件に係わらず精度良く求めることができ、運転状態等に係わらず適切な量の冷媒を充填することができる。
また、冷媒配管にサイトグラス等を設ける必要が無く、目視によるフラッシュガスの有無を判断する必要が無く、充填作業を容易に行うことができる。
また、総追加充填量の情報を報知するので、充填作業時において充填する冷媒量を確認し易くなり、充填作業を容易に行うことができる。
実施の形態4.
本実施の形態4では、蒸発器7、液延長配管10、ガス延長配管11の内容積に関する情報を予め設定していない形態について説明する。
例えば室内ユニット200が他社製品や既設品など、現地手配の室内ユニット200と液延長配管10、ガス延長配管11とによって、冷媒回路が構成される冷凍装置では、室内ユニット200の蒸発器7や配管の容量等が不明な場合がある。
本実施の形態4では、このような場合であっても追加充填量判定を行うことを可能とする。
本実施の形態4における冷凍装置は、上記実施の形態1の構成に加え、液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7の内容量に関する情報を入力させる入力手段(図示せず)を備えている。入力手段としては、例えば制御基板上に設けたディップスイッチや、任意の操作スイッチ、外部記録媒体(例えばUSBメモリ等)とのインターフェースなど任意の手段により構成できる。
なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
冷媒量判定手段20は、液延長配管10の内容積に関する情報として、例えば配管長が入力されたとき、当該配管長と予め設定された配管内径とに基づき液延長配管10の内容積を設定する。
なお、液延長配管10の内容積に関する情報としては、これに限らず、配管長と配管径とを入力するようにしても良いし、内容積の情報を入力するようにしても良い。
また、冷媒量判定手段20は、ガス延長配管11の内容積に関する情報として、例えば配管長が入力されたとき、当該配管長と予め設定された配管内径とに基づきガス延長配管11の内容積を設定する。
なお、ガス延長配管11の内容積に関する情報としては、これに限らず、配管長と配管径とを入力するようにしても良いし、内容積の情報を入力するようにしても良い。
また、冷媒量判定手段20は、蒸発器7の内容積に関する情報として、例えば、ショーケースかユニットクーラーなのかの容量の大小に関する情報が入力されたとき、当該容量の大小に関する情報と、この大小に関する情報に応じて予め設定した内容積を、当該蒸発器7の内容積として設定する。
なお、蒸発器7の内容積に関する情報としては、これに限らず、内容積の情報を入力するようにしても良い。
以降、以上のように設定した内容積を用いて、上述した実施の形態3と同様の動作により、各要素の追加充填量を求める。
一方、上記のような液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7の内容量に関する情報が不明であり、情報の入力を行わない場合は、以下のような動作を行う。
冷媒量判定手段20は、液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7の内容積に関する情報の少なくとも1つの入力がないとき、当該情報に対応する内容積を、予め設定した最大の内容積に設定する。
例えば液延長配管10、ガス延長配管11に関する情報の入力がない場合、配管長としては、工事説明書最大の100mを想定して、当該配管の内容積を設定する。
また例えば蒸発器7に関する情報の入力がない場合、容量の大きいショーケースを想定し、当該蒸発器7の内容積を設定する。
このように、負荷側の情報入力がない場合は、追加充填量が最大となる冷媒回路を想定し、総追加充填量の算出を行うようにする。
以上のように本実施の形態においては、入力手段により入力された、液配管の内容積に関する情報、ガス配管の内容積に関する情報、および負荷側熱交換器の内容積に関する情報により、各要素の内容積を設定するので、実際に接続された室内ユニット200(蒸発器7)や液延長配管10およびガス延長配管11に応じて、総追加充填量を算出することができる。
また、液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7の内容積に関する情報の少なくとも1つの入力がない場合であっても、追加充填量が最大となる冷媒回路を想定して、総追加充填量の算出を行うことができる。
よって、負荷側容量(液延長配管10、ガス延長配管11、および蒸発器7)が分からない冷凍装置においても、適切な量の冷媒を充填することができる。
1 圧縮機、2 油分離器、3 凝縮器、4 受液器、5 過冷却熱交換器、6 膨張弁、7 蒸発器、8 アキュムレータ、10 液延長配管、11 ガス延長配管、20 冷媒量判定手段、21 表示部、100 室外ユニット、200 室内ユニット。

Claims (10)

  1. 圧縮機、熱源側熱交換器および過冷却熱交換器を少なくとも有する熱源側ユニットと、負荷側膨張手段および負荷側熱交換器を少なくとも有する負荷側ユニットとが、液配管およびガス配管を介して接続され、
    前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記過冷却熱交換器、前記負荷側膨張手段、および前記負荷側熱交換器に冷媒を循環させる冷媒回路が形成される冷凍装置において、
    前記過冷却熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を、前記過冷却熱交換器の最大温度差で除算した値である、前記過冷却熱交換器の温度効率に基づき、
    前記冷媒回路に充填された冷媒量の適否および冷媒漏れの有無の少なくとも一方を判定する冷媒量判定手段を備え、
    前記冷媒量判定手段は、
    前記過冷却熱交換器の温度効率が、予め設定した判定閾値以上のとき、
    予め設定した基準冷媒量に対する前記冷媒の不足分である総追加充填量を、
    前記熱源側熱交換器、前記液配管、前記ガス配管、および前記負荷側熱交換器のそれぞれの、内部の前記冷媒の密度と内容積とに基づいて求める
    ことを特徴とする冷凍装置。
  2. 前記冷媒量判定手段は、
    前記過冷却熱交換器の温度効率が、予め設定した判定閾値未満のとき、
    前記冷媒量の不足および冷媒漏れ有りの少なくとも一方であると判定する
    ことを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
  3. 前記冷媒量判定手段は、
    前記圧縮機の運転周波数が所定範囲内の周波数で運転されているとき、
    前記冷媒回路に充填された冷媒量の適否および冷媒漏れの有無の少なくとも一方を判定する
    ことを特徴とする請求項1または2記載の冷凍装置。
  4. 前記熱源側熱交換器と前記過冷却熱交換器との間に、前記冷媒を貯留する受液器が設けられ、該受液器に貯留された液冷媒が前記過冷却熱交換器に流入される
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の冷凍装置。
  5. 前記熱源側熱交換器の出口側から前記過冷却熱交換器の入口側に至る流路の何れかの位置に設けられ、前記冷媒の温度を検出する第1温度センサと、
    前記過冷却熱交換器の出口側から前記負荷側膨張手段の入口側に至る流路の何れかの位置に設けられ、前記冷媒の温度を検出する第2温度センサと、
    前記熱源側熱交換器が前記冷媒と熱交換する空気の温度を検出する外気温度センサと
    を備え、
    前記冷媒量判定手段は、
    前記第1温度センサの検出温度と、前記第2温度センサの検出温度との温度差により、前記過冷却度を求め、
    前記第1温度センサの検出温度と、前記外気温度センサの検出温度との温度差により、前記過冷却熱交換器の最大温度差を求める
    ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の冷凍装置。
  6. 前記負荷側膨張手段の出口側から前記負荷側熱交換器の入口側に至る流路の何れかの位置に設けられ、前記冷媒の温度を検出する第3温度センサを備え、
    前記冷媒量判定手段は、
    予め設定された前記熱源側熱交換器内の冷媒密度と凝縮温度との関係と、前記第1温度センサの検出温度とに基づき、予め設定された基準密度と前記冷媒の密度との差分値を求め、該差分値と前記熱源側熱交換器の内容積とを乗算し、前記熱源側熱交換器内の追加充填量を求め、
    予め設定された前記液配管内の冷媒密度と温度との関係と、前記第2温度センサの検出温度とに基づき、予め設定された基準密度と前記冷媒の密度との差分値を求め、該差分値と前記液配管の内容積とを乗算し、前記液配管内の追加充填量を求め、
    予め設定された前記ガス配管内の冷媒密度と温度との関係と、第3温度センサの検出温度とに基づき、予め設定された基準密度と前記冷媒の密度との差分値を求め、該差分値と前記ガス配管の内容積とを乗算し、前記ガス配管内の追加充填量を求め、
    予め設定された前記負荷側熱交換器内の冷媒密度と蒸発温度と入口温度の関係と、第3温度センサと前記第2温度センサとの検出温度とに基づき、予め設定された基準密度と前記冷媒の密度との差分値を求め、該差分値と前記負荷側熱交換器の内容積とを乗算し、前記負荷側熱交換器内の追加充填量を求め、
    前記熱源側熱交換器、前記液配管、前記ガス配管、および前記負荷側熱交換器の各追加充填量を合算して、前記総追加充填量を求める
    ことを特徴とする請求項5記載の冷凍装置。
  7. 前記液配管の内容積に関する情報、前記ガス配管の内容積に関する情報、および前記負荷側熱交換器の内容積に関する情報の少なくとも1つを入力させる入力手段を備え、
    前記冷媒量判定手段は、
    前記液配管の内容積に関する情報が入力されたとき、該情報に応じて前記液配管の前記内容積を設定し、
    前記ガス配管の内容積に関する情報が入力されたとき、該情報に応じて前記ガス配管の前記内容積を設定し、
    前記負荷側熱交換器の内容積に関する情報が入力されたとき、該情報に応じて前記負荷側熱交換器の内容積を設定する
    ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の冷凍装置。
  8. 前記冷媒量判定手段は、
    前記液配管の内容積に関する情報、前記ガス配管の内容積に関する情報、および前記負荷側熱交換器の内容積に関する情報の少なくとも1つの入力がないとき、
    当該情報に対応する前記内容積を、予め設定した最大の内容積に設定する
    ことを特徴とする請求項7記載の冷凍装置。
  9. 報知手段を備え、
    前記冷媒量判定手段は、
    前記冷媒回路に充填された冷媒量の適否および冷媒漏れの有無の少なくとも一方の判定結果を前記報知手段に報知させる
    ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の冷凍装置。
  10. 前記冷媒量判定手段は、
    前記総追加充填量の情報を前記報知手段に報知させる
    ことを特徴とする請求項9記載の冷凍装置。
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