JPH10122711A - 冷凍サイクル制御装置 - Google Patents

冷凍サイクル制御装置

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JPH10122711A
JPH10122711A JP8275787A JP27578796A JPH10122711A JP H10122711 A JPH10122711 A JP H10122711A JP 8275787 A JP8275787 A JP 8275787A JP 27578796 A JP27578796 A JP 27578796A JP H10122711 A JPH10122711 A JP H10122711A
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evaporator
temperature
compressor
detecting
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Yasushi Watabe
安司 渡部
Toru Yasuda
透 安田
Toshio Wakabayashi
寿夫 若林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ＨＦＣ−３２／１２５系混合冷媒
を用いた冷凍装置およびヒートポンプ装置の冷媒漏れの
検出および制御装置に関するものである。 【解決手段】 圧縮機１、凝縮器２、減圧器３、蒸発器
４を順次配管にて環状に連結したＨＦＣ−３２／１２５
系混合冷媒を用いた冷凍装置において、蒸発器吸い込み
口の空気温度を検出する空気温度検出手段２０と、蒸発
器中間部冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段２１と、
各検出手段の温度差を算出する温度差算出手段１１と、
圧縮機運転累積時間を記憶する運転時間記憶手段１２
と、前記温度差と前記運転時間記憶手段により冷媒漏れ
を判定する判定手段１３を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＨＦＣ−３２／１
２５系混合冷媒を用いた冷凍装置およびヒートポンプ装
置の冷媒漏れの検出および冷凍サイクル制御装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境保護の立場から、オゾン
層を破壊するフロンに対する規制が強化されてきてお
り、特に破壊力が大きなＣＦＣ（クロロフルオロカーボ
ン）については１９９５年末に全廃が決定しており、ま
た破壊力が比較的小さなＨＣＦＣ（ハイドロクロロフル
オロカーボン）についても１９９６年より総量規制が開
始され、将来的には全廃されることが決定している。し
たがって、冷媒としてフロンを用いた機器について、そ
の代替冷媒の開発が進められており、オゾン層を破壊し
ないＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）が検討されて
いるが、冷凍機や空調機に用いられているＨＣＦＣの代
替冷媒として単独で用いることのできるものはＨＦＣの
中には見あたらず、したがって２種類以上のＨＦＣ系冷
媒を混合させた非共沸混合冷媒が有力視されている。特
に、ＨＦＣ−３２／１２５系混合冷媒は、ＨＣＦＣ−２
２（以下Ｒ２２）代替冷媒として最有力候補であり、そ
の代表例にＲ４１０Ａ（Ｒ３２／１２５＝５０／５０ｗ
ｔ％）がある。
【０００３】図８は、Ｒ２２およびＲ４１０Ａにおける
封入冷媒量比が圧縮機コイル温度に及ぼす影響を表した
ものである。封入冷媒量比とは、冷凍機の正規冷媒量に
対する実冷媒量の比のことである。図８より、従来のＨ
ＣＦＣ−２２を用いた冷凍機や空気調和機が冷媒不足に
なれば、圧縮比上昇に伴う吐出温度上昇および冷媒循環
量低下による冷却効果減少により、圧縮機コイル温度上
昇が発生する。図中の斜線部が一定速圧縮機を搭載した
小型ルームエアコンの圧縮器過負荷保護装置による圧縮
機停止点の一例であることを考慮すれば、Ｒ２２冷凍機
器の封入冷媒量比が約７０％、すなわち約３０％冷媒漏
れが発生した時点で、圧縮機が停止することがわかる
（但し、前記比率は過負荷保護装置種類および空調負荷
により多少の変化があることを付記する）。したがっ
て、Ｒ２２冷凍機器の冷媒漏れの大部分は、吐出温度上
昇により圧縮機過負荷保護装置が動作し、早期に冷媒漏
れを間接的に検知することが可能であったといえる。
【０００４】また、冷媒量の不足を検知する方式に関す
るものは、特開昭６２−１５８９６６号公報があり、熱
交換器の出口温度と中間部温度を比較演算し過不足ひい
ては冷媒漏れを検知するものがある。
【０００５】また、特開平１−１０７０７０号公報で
は、熱交換器の冷媒出入口温度差に加え、空気側の出入
口温度差も演算に加え冷媒不足、および冷媒漏れを検知
するものがある。
【０００６】また、特開平４−２８９８３０号公報で
は、冷凍サイクル内の冷媒温度を経時的に検知し、その
変化量により冷媒漏れを検知するものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図８より、Ｒ４１０Ａ
冷媒不足時の圧縮機コイル（吐出）温度は、Ｒ２２に対
して吐出温度上昇が少なく、Ｒ４１０Ａ冷媒環境量増大
による冷却効果向上により、Ｒ２２に比べて低くなる。
このＲ４１０Ａ冷媒不足時の圧縮機コイル（吐出）温度
特性は、ＨＦＣ−３２／１２５系混合冷媒の特長である
ため、Ｒ４１０Ａ冷凍装置にＲ２２機器用圧縮機過負荷
保護装置を用いた場合、Ｒ４１０Ａ封入冷媒量比約３０
％まで圧縮機運転が可能となる。ゆえに、冷媒不足によ
る能力不足を使用者が気づかない限り、長時間の連続運
転が可能となる。
【０００８】次に、熱交換器の冷媒温度検出の従来課題
について以下に示す。図９は、従来例における蒸発器の
側面図である。図９より、蒸発器入口は３１、蒸発器中
間部は３６、蒸発器出口は４０となる。さらに、Ｒ４１
０Ａ冷凍装置における冷媒漏れ時の蒸発器温度分布を図
２に示す。
【０００９】図２より、熱交換器の出口温度４０と中間
部温度３６を検出する方式は、約４０〜７０％の冷媒封
入量比において温度差ΔＴが発生するため冷媒漏れ検出
が可能だが、約４０％以下でのΔＴは縮小し、冷媒漏れ
検出は不可能である。
【００１０】また、冷媒の出入口温度差を検出する方式
は、冷媒不足による吸入圧力低下に伴い蒸発器入口冷媒
温度が急激に低下するため、冷媒漏れ検出として得策で
ない。さらに、これらの方式は、蒸発器に２個以上の温
度検出手段（センサ）を必要とするため、コスト高とい
う課題があった。
【００１１】また、空気側の出入口温度を検出する方式
は、室内機側吹き出し部に温度検出センサを必要とする
ためコスト高の課題があった。
【００１２】また、冷凍サイクル温度の経時的変化を演
算する方式では、冷凍サイクル内の冷媒温度を経時的に
検知し、そのスーパーヒート変化量により冷媒漏れを判
定する構成上、検出方式が前記同様、冷媒不足による蒸
発器能力低下を精度よく検出できず、さらに冷媒漏れを
判定する冷凍サイクル内の冷媒温度の変化量を常時記憶
するため、演算が複雑となる課題があった。
【００１３】そこで、本発明は、Ｒ２２冷凍機器に対し
て格別な装置を必要とせず、安価で確実に冷媒漏れを検
出できるＨＦＣ−３２／１２５系混合冷媒用冷凍サイク
ル運転制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ＨＦＣ−３２／１２５系混合冷媒を用い
た冷凍装置において、蒸発器吸い込み口の空気温度を検
出する空気温度検出手段と、蒸発器中間部冷媒温度を検
出する冷媒温度検出手段と、各検出手段との温度差を算
出する温度差算出手段と、圧縮機運転累積時間を記憶す
る運転時間記憶手段と、前記温度差と前記圧縮機運転時
間記憶手段により冷媒漏れを判定する判定手段とを有す
ることを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】上記構成において、ＨＦＣ−３２
／１２５系混合冷媒を用いた冷凍装置で冷媒漏れが起こ
り冷凍サイクル中の冷媒量が不足すると、冷媒循環量が
少なくなるため、正常運転状態に比べて蒸発器冷媒平均
温度が蒸発器吸込口空気温度に近づく。この蒸発器冷媒
平均温度を精度良く検出するために設けた蒸発器中間部
冷媒温度の温度と蒸発器吸込口空気温度との温度差によ
り、冷媒漏れによる能力低下を検出することが可能とな
る。さらに、圧縮機停止時の誤検知を防止するため、圧
縮機運転累積時間を併せて監視することで、冷媒漏れが
生じた場合は、早期かつ確実に検知することが可能とな
る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
考に説明する。なお、従来の技術の項で説明したものと
同一機能を有するものには同一の番号を付して詳細な説
明は省略する。
【００１７】図１は、冷媒漏れ検出に関する本発明の第
１の実施例における冷凍サイクル制御装置の構成図であ
る。冷凍サイクルは、圧縮機１、凝縮器２、減圧器３、
蒸発器４より構成され、各熱交換器は凝縮用送風ファン
２ａおよび蒸発器用送風ファンにより空気と熱交換され
る。また、この冷凍装置の空気・冷媒温度検知用とし
て、蒸発器吸込空気温度検出手段２０、蒸発器中間部冷
媒温度検出手段２１が設けられ、マイクロコンピュータ
１０に連結されている。また、前記マイクロコンピュー
タ内には、前記空気温度２０と前記冷媒温度２１との温
度差を算出する温度差検出手段１１と、圧縮機運転累積
時間を記憶する運転時間記憶手段１２と、１１と１２を
比較し冷媒漏れを判定する冷媒漏れ判定手段１３を設け
ている。また、運転装置１４、表示装置１５も前記マイ
クロコンピュータ１０に接続されている。
【００１８】次に動作について説明する。図２のＲ４１
０Ａ冷媒漏れ時の蒸発器冷媒温度分布より、冷媒量が少
なくなれば、前記冷媒温度検出手段２１で検知した蒸発
器中間部冷媒温度Ｔｅｍ（位置３６）は、前記空気温度
検出手段２１で検知した蒸発器吸込空気温度Ｔａｉに漸
近することがわかる。この温度差ΔＴ（＝｜Ｔａｉ−Ｔ
ｅｍ｜）、すなわち熱交換器能力は、図５に示すように
冷媒量が少なくなると小さくなる。したがって、温度差
ΔＴが一定以下になった場合に、冷媒漏れまたは冷媒不
足による冷凍能力の低下と判定することができる。しか
し、圧縮機での運転停止時、インバータ式圧縮機での低
速運転時、運転立ち上がり等の過渡状態時、温度差ΔＴ
が０に漸近するため、上記温度差検出だけでは誤検知の
可能性がある。そこで、冷凍能力を必要とする条件で
は、圧縮機が停止しない。またはインバータ圧縮機では
定格回転数で連続運転する関係より、圧縮機の運転状態
を記憶する運転時間記憶手段１３により圧縮機運転累積
時間ｔを検知し、ｔが一定以上になった場合に冷媒漏れ
または冷媒不足による冷凍能力の低下と判定することが
できる。したがって、図４の冷媒漏れ検知フローチャー
トに示すように、温度差ΔＴが判定値Ｋ1 より低く、か
つ圧縮機運転累積時間ｔが判定値ｔK1を超えた場合、冷
媒漏れと判定し、図１における表示装置１４に冷媒漏れ
異常表示を行い、運転装置１５により必要に応じて圧縮
機運転を停止する。
【００１９】次に、本発明の第２の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図５は、第２の実施例にお
ける１列以上の多列多段熱交換機の側面図（ここでは２
列１０段）であり、第１の実施例と異なるのは、前記蒸
発器中央部冷媒温度検出手段を設ける位置を、前記蒸発
器の冷媒管路出入口部および前記蒸発器出入口部に隣接
する冷媒管路を除く位置に設けた点である。その他の構
成は、第１の実施例で示したものと等しいので説明を省
略する。
【００２０】次に、第２の実施例の動作について、図２
および図５を用いて説明する。図５より、冷媒温度検出
手段を設置する位置は、蒸発器または空気調和機の構成
により設置場所に制限を受ける場合が生じるため、第１
の実施例で示した蒸発器中央ベンド３６に設置できない
場合が生じる。ここで、図２より、冷媒漏れにより蒸発
器入口圧力が低下することにより蒸発器入口ベンド３１
の配管（冷媒）温度が低下し、さらに蒸発器入口部に隣
接する冷媒管路、ここでは蒸発器冷媒管路出口４１、Ｕ
ベンド３２、４０が蒸発器入口ベンド３１との熱交換に
より低下する。しかし、それ以外の冷媒管路、ここでは
Ｕベンド３３〜３９における冷媒温度は蒸発器入口温度
低下の影響を受けないため、蒸発器中間部冷媒温度検出
として可能である。また、蒸発器出口部と前記出口管路
に近い冷媒管路（ここではＵベンド４０）は、過熱度が
とれやすく、この部分に冷媒温度検出手段を設けると壮
健値の可能性がある。したがって、蒸発器中間部冷媒温
度検出手段を、冷媒管路入口・出口と蒸発器出入口部に
隣接する冷媒管路を除く位置に設置することにより、冷
媒漏れによる冷凍能力低下を検出することができる。
【００２１】次に、第３の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図６は、冷媒漏れ検出に関する本発明
の第３の実施例における冷凍サイクル制御装置の構成図
であり、第１の実施例と異なる点は、前記蒸発器吸込口
空気温度検出手段と前記蒸発器中間部冷媒温度検出手段
を、圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、減圧器、熱源側
熱交換器を順次配管にて環状に連結したＨＦＣ−３２／
１２５系混合冷媒を用いたヒートポンプ装置において、
利用側熱交換器吸込口空気温度検出手段と利用側熱交換
器中間部冷媒温度検出手段としている点である。
【００２２】次に第３の実施例の動作について説明す
る。図６を冷房運転（実線）、すなわち利用側熱交換器
５４を蒸発器として使用する場合、第１の実施例と同じ
動作をとるため、説明を省略する。図６を暖房運転（点
線）、すなわち利用側熱交換器を凝縮器として使用する
場合、封入冷媒量に対する利用側熱交換器冷媒温度Ｔｃ
ｍと利用側熱交換器吸込空気温度Ｔａｉとの温度差ΔＴ
（＝Ｔｃｍ−Ｔａｉ）、すなわち利用側熱交換器能力
は、図７に示すように冷媒量が少なくなると小さくな
る。したがって、温度差ΔＴが一定以下になった場合
に、冷媒漏れまたは冷媒不足による利用側熱交換器能力
の低下と判定することができる。ここで、圧縮機の運転
状態の検出方法は、第１の実施例で説明したものと同様
であるため、図３の実施例で示した冷媒漏れ判定は、図
４の冷媒漏れ検知フローチャートの判定定数を、暖房用
のＫ2 、ｔK2と設定することで、温度差ΔＴが判定値Ｋ
2 より低く、かつ圧縮機運転累積時間ｔが判定値ｔK2を
超えた場合、冷媒漏れと判定し、図６における表示装置
６４に冷媒漏れ異常表示を行い、運転装置６５により必
要に応じて圧縮機運転を停止する。
【００２３】以上は、Ｒ４１０Ａで述べたが、同一温度
における飽和圧力がＲ２２より高いＨＦＣ−３２／１２
５系混合冷媒であれば、運転動作はほぼ同等となるの
で、混合冷媒の比率に規定されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】以上の実施例より明らかなように、本発
明によれば、ＨＦＣ−３２／１２５系混合冷媒を用いた
冷凍装置において、冷媒漏れを蒸発器能力の低下として
直接的に検知し、かつ圧縮機の運転状態を併せて検知す
ることにより、冷媒漏れを早期かつ確実に検出し、異常
表示または運転停止を行うため、 １）冷媒漏れを早期で確実に検出し、 ２）冷媒漏れ状態での長時間運転によるエネルギーロス
を防止し、 ３）冷媒漏れ状態という異常運転による冷凍装置故障の
可能性を下げ ４）Ｒ２２冷凍機器の既存の装置を利用できるため、安
価である。
【００２５】また、他の発明によれば、上記記載の蒸発
器中間部冷媒温度検出手段を、蒸発器冷媒管路入口部お
よび前記蒸発器入口部に隣接する冷媒管路を除く位置に
設け、上記記載のほぼ同等の効果が得られることによ
り、 ５）蒸発器温度検出手段を、空気調和機または熱交換器
の構成に応じた前記位置に設置することが可能である。
【００２６】また、他の発明によれば、上記記載の冷凍
装置の蒸発器を、ヒートポンプ装置の利用側熱交換器と
することで、冷媒漏れを利用側熱交換器の能力低下とし
て直接的に検知するため、 ６）暖房運転における冷媒漏れを検知することを可能と
し ７）冷房および暖房運転に関わらず、同一機器にて冷媒
漏れ検出が行えるため、簡易的で、安価なヒートポンプ
制御装置の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷媒漏れ検出に関する第１の実施例に
おける冷凍サイクル制御装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施例におけるＲ４１０Ａ冷媒
漏れ時の蒸発器温度分布特性図
【図３】本発明の第１の実施例における冷媒封入量比と
蒸発器温度差（吸込空気−冷媒）との特性図
【図４】本発明の第１の実施例における冷媒漏れ検出に
関するフローチャート
【図５】本発明の第２の実施例における蒸発器側面図と
蒸発器冷媒温度検出位置を示す構成図
【図６】本発明の第３の実施例における冷凍サイクル制
御装置の構成図
【図７】本発明の第３の実施例における冷媒封入量比と
利用側熱交換器温度差（｜吸込空気−冷媒温度｜）との
特性図
【図８】従来の冷凍装置における封入冷媒量比が圧縮機
コイル温度および冷媒循環量に及ぼす影響を示す特性図
【図９】従来例における蒸発器側面図と蒸発器冷媒温度
検出位置を示す構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ２ａ 凝縮器用送風ファン ３ 減圧器 ４ 蒸発器 ４ａ 蒸発器用送風ファン １０ マイクロコンピュータ １１ 温度差算出手段 １２ 運転時間記憶手段 １３ 冷媒漏れ判定手段 １４ 表示装置 １５ 運転装置 ２０ 蒸発器吸込空気温度検出手段 ２１ 蒸発器中間部冷媒温度検出手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機、蒸発器、減圧器、凝縮器を順次
    配管にて環状に連結したＨＦＣ−３２／１２５系混合冷
    媒を用いた冷凍装置において、蒸発器吸い込み口の空気
    温度を検出する空気温度検出手段と、蒸発器中間部冷媒
    温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記空気温度検出
    手段と冷媒温度検出手段との温度差を算出する温度差算
    出手段と、圧縮機運転累積時間を記憶する運転時間記憶
    手段と、前記温度差と前記運転時間記憶手段により冷媒
    漏れを判定する判定手段を有することを特徴とする冷凍
    サイクル制御装置。
  2. 【請求項２】 冷媒温度検出手段は、蒸発器の冷媒管路
    出入口部および前記蒸発器出入口部に隣接する冷媒管路
    を除く位置に設けられたことを特徴とする請求項１記載
    の冷凍サイクル制御装置。
  3. 【請求項３】 圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、減圧
    器、熱源側熱交換器を順次配管にて環状に連結したＨＦ
    Ｃ−３２／１２５系混合冷媒を用いたヒートポンプ装置
    において、前記冷凍装置の蒸発器を、ヒートポンプ装置
    における利用側熱交換器とすることを特徴とする請求項
    ２記載の冷凍サイクル制御装置。
JP8275787A 1996-10-18 1996-10-18 冷凍サイクル制御装置 Pending JPH10122711A (ja)

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JP8275787A JPH10122711A (ja) 1996-10-18 1996-10-18 冷凍サイクル制御装置
US08/921,835 US5934087A (en) 1996-10-18 1997-09-02 Refrigerating apparatus
EP97116699A EP0837293A3 (en) 1996-10-18 1997-09-25 Refrigerating apparatus
CN97119243A CN1120970C (zh) 1996-10-18 1997-09-26 制冷系统、热泵系统及所述系统的制冷剂泄漏检测方法
BR9704920A BR9704920A (pt) 1996-10-18 1997-09-29 Aparelho de refrigeraç o

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