JP6590945B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒回路の冷媒量を判定する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）。

特開平９−１０５５６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の冷凍装置では、過冷却度の変化を利用して冷媒量の不足を判定しているため、冷媒漏洩の判定において、誤判定が発生しやすい。なぜなら、過冷却度は、冷凍装置の運転条件によって大きく変化するためである。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒量の判定を精度よく行うことができる冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却器、減圧装置及び蒸発器を有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路の冷媒量を判定する冷媒量判定部と、前記過冷却器を通過した冷媒の一部を前記圧縮機の中間圧部又は吸入部に流入させるインジェクション回路と、前記インジェクション回路に設けられた電磁弁と、を備え、前記過冷却器は、前記凝縮器を通過した冷媒を冷却流体との熱交換により過冷却するものであり、前記過冷却器に流入する冷媒の温度と前記過冷却器から流出する冷媒の温度との温度差を、前記過冷却器に流入する冷媒の温度と前記過冷却器に流入する冷却流体の温度との温度差で除した値を前記過冷却器の温度効率としたとき、前記冷媒量判定部は、前記冷凍装置の運転状態が、予め設定された冷媒量判定の例外条件に該当しない場合に、前記温度効率を利用した冷媒量判定を行い、前記温度効率が閾値を下回った場合に冷媒量が不足していると判定するとともに、前記冷媒回路における冷媒の凝縮温度及び蒸発温度の少なくとも一方に基づいて、前記閾値を変更するように構成され、前記例外条件は、前記電磁弁が開の場合を含むものである。

本発明によれば、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を模式的に記載した図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成の一例を模式的に記載した図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置において冷媒量が適正であるときのｐ−ｈ線図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置において冷媒量が不足となったときのｐ−ｈ線図の一例である。 本発明の実施の形態１の比較例１の冷凍装置における冷媒量と第１過冷却器の過冷却度と冷凍装置の運転条件との関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置において冷媒量が適正量であるときの冷媒の温度変化の一例を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置における冷媒量と第１過冷却器の温度効率と冷凍装置の運転条件との関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１の冷媒量判定において、圧縮機がインバータ圧縮機である場合に、低圧圧力の大きさに応じて、冷媒量判定を行わないことを説明するための図である。 本発明の実施の形態１の冷媒量判定において、圧縮機が一定速圧縮機である場合に、低圧圧力の大きさに応じて、冷媒量判定を行わないことを説明するための図である。 本発明の実施の形態１の冷媒量判定において、熱源側ファンの風量と温度効率閾値との関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１の冷媒量判定において、圧縮機の起動の前後の、凝縮温度、外気温度、第１過冷却器の出口温度、及び温度効率の関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒量判定動作の一例を説明する図である。 本発明の実施の形態１の変形例１に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置における冷媒量と温度効率との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置における冷媒量と温度効率と冷凍装置の運転状態との関係を示す図である。 図１６に示す運転状態１及び２におけるｐ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の熱源側制御部のＲＯＭに記憶されている判定閾値マップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態２の変形例２に係る冷凍装置の熱源側制御部のＲＯＭに記憶されている判定閾値マップの一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ及び配置等は、本発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
［冷凍装置］
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を模式的に記載した図である。図１に記載の冷凍装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、例えば、部屋、倉庫、ショーケース、又は冷蔵庫等の室内の冷却を行うものである。冷凍装置１は、例えば、１台の熱源側ユニット２と熱源側ユニット２に並列に接続された２台の利用側ユニット４とを含んでいる。熱源側ユニット２と利用側ユニット４とが、液冷媒延長配管６及びガス冷媒延長配管７で接続されることによって、冷媒を循環させる冷媒回路１０が形成される。本実施の形態の冷媒回路１０に充填される冷媒は、例えば、ＨＦＣ系の混合冷媒であるＲ４１０Ａである。なお、図１の例では、１台の熱源側ユニット２と２台の利用側ユニット４とが記載されているが、熱源側ユニット２は、２台以上であってもよく、利用側ユニット４は、１台又は３台以上であってもよい。熱源側ユニット２が複数台である場合には、複数台の熱源側ユニット２の容量は、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、利用側ユニット４が複数台である場合には、複数台の利用側ユニット４の容量は、同じであってもよく、異なっていてもよい。以下の説明では、冷媒が空気と熱交換する冷凍装置１についての説明を行うが、冷媒が、水、冷媒又はブライン等の流体と熱交換する冷凍装置であってもよい。

［利用側ユニット］
利用側ユニット４は、例えば室内に設置される室内ユニットであり、冷媒回路１０の一部分を構成する利用側冷媒回路１０ａと利用側制御部３２とを備えている。利用側冷媒回路１０ａは、利用側膨張弁４１（減圧装置の一例）と利用側熱交換器４２とを含んでいる。利用側膨張弁４１は、利用側冷媒回路１０ａを流れる冷媒の流量を調整するものであり、例えば電子膨張弁又は温度式膨張弁等で構成されている。なお、減圧装置は、熱源側ユニット２に配設されていてもよく、その場合には、減圧装置は、例えば、熱源側ユニット２の第１過冷却器２２と液側閉鎖弁２８との間に配設される。利用側熱交換器４２は、例えば、伝熱管と複数のフィンとを含んで構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器であり、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。

利用側熱交換器４２の近傍には、利用側熱交換器４２に空気を送風する利用側ファン４３が配設されている。利用側ファン４３は、例えば遠心ファン又は多翼ファン等を含んで構成されており、図示を省略してあるモータによって駆動される。利用側ファン４３は、利用側熱交換器４２に送風する空気の送風量を調整できるようになっている。

［熱源側ユニット］
熱源側ユニット２は、例えば、冷媒回路１０の一部分を構成する熱源側冷媒回路１０ｂと、第１インジェクション回路７１、第２インジェクション回路７３及び熱源側制御部３１とを含んでいる。なお、以下の説明では、第１インジェクション回路７１と第２インジェクション回路７３とを有する例についての説明を行うが、冷凍装置１は、第１インジェクション回路７１又は第２インジェクション回路７３のいずれか一方を有する構成であってもよい。

熱源側冷媒回路１０ｂは、圧縮機２１、熱源側熱交換器２３、レシーバ２５、第１過冷却器２２、液側閉鎖弁２８、ガス側閉鎖弁２９及びアキュムレータ２４を含んでいる。第１インジェクション回路７１は、熱源側熱交換器２３から利用側熱交換器４２へ送られる冷媒の一部を、熱源側冷媒回路１０ｂから分岐させて圧縮機２１の中間圧部に戻すものである。第１インジェクション回路７１は、インジェクション量調整弁７２を含んでいる。第２インジェクション回路７３は、熱源側熱交換器２３から利用側熱交換器４２へ送られる冷媒の一部を、熱源側冷媒回路１０ｂから分岐させて圧縮機２１の吸入部に流入させるものである。第２インジェクション回路７３は、キャピラリチューブ７４と吸入インジェクション用電磁弁７５とを含んでいる。

圧縮機２１は、例えば、インバータで制御が行われるインバータ圧縮機であり、運転周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。なお、圧縮機２１は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで動作する一定速圧縮機であってもよい。また、図１には、１台の圧縮機２１を有する例が記載されているが、利用側ユニット４の負荷の大きさ等に応じて、２台以上の圧縮機２１が並列に接続されていてもよい。

熱源側熱交換器２３は、例えば、伝熱管と複数のフィンとを含んで構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器であり、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。熱源側熱交換器２３の近傍には、熱源側熱交換器２３に空気を送風する熱源側ファン２７が配設されている。熱源側ファン２７は、熱源側ユニット２の外部から吸入した外気を、熱源側熱交換器２３に送風するものである。熱源側ファン２７は、例えば遠心ファン又は多翼ファン等を含んで構成されており、図示を省略してあるモータによって駆動される。熱源側ファン２７は、熱源側熱交換器２３に送風する空気の送風量を調整できるようになっている。

レシーバ２５は、熱源側熱交換器２３と第１過冷却器２２との間に配設され、余剰液冷媒を溜める容器である。例えばレシーバ２５は、余剰液冷媒を溜める機能と、冷媒を気液分離する機能とを有している。なお、余剰液冷媒は、例えば、利用側ユニット４の負荷の大きさ、冷媒の凝縮温度、外気温度、又は圧縮機２１の容量等に応じて冷媒回路１０内に発生するものである。

第１過冷却器２２は、冷媒と空気とを熱交換させるものであり、熱源側熱交換器２３と一体的に形成されている。つまり、本実施の形態の例では、熱交換器の一部分が、熱源側熱交換器２３として構成されており、熱交換器の他の部分が、第１過冷却器２２として構成されている。熱源側ファン２７は、熱源側ユニット２の外部から吸入した外気を、第１過冷却器２２にも送風する。第１過冷却器２２は、本発明の「過冷却器」に相当するものである。なお、第１過冷却器２２と熱源側熱交換器２３とが別々に構成されていてもよい。その場合には、第１過冷却器２２の近傍に、第１過冷却器２２へ空気を送風するファン（図示せず）が配設される。

液側閉鎖弁２８及びガス側閉鎖弁２９は、例えば、電磁弁、ボールバルブ、開閉弁、又は操作弁等の開閉動作する弁で構成されている。キャピラリチューブ７４は、流量を調整することができる弁で構成されていてもよい。

なお、図１に記載の例では、第１インジェクション回路７１及び第２インジェクション回路７３の入口は、第１過冷却器２２と液側閉鎖弁２８との間に接続されているが、第１インジェクション回路７１及び第２インジェクション回路７３の入口は、レシーバ２５と第１過冷却器２２との間に接続されていてもよく、レシーバ２５に接続されていてもよく、又は熱源側熱交換器２３とレシーバ２５との間に接続されていてもよい。

［制御部及びセンサ類］
次に、本実施の形態の冷凍装置１が備える制御部及びセンサ類について説明する。熱源側ユニット２は、冷凍装置１の全体の制御を行う熱源側制御部３１を備えている。熱源側制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマ等を備えたマイクロコンピュータを有している。また、利用側ユニット４は、利用側ユニット４の制御を行う利用側制御部３２を備えている。利用側制御部３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマ等を備えたマイクロコンピュータを有している。利用側制御部３２と熱源側制御部３１とは、通信により制御信号のやりとりを行うことができるようになっている。例えば、利用側制御部３２は、熱源側制御部３１から指示を受けて利用側ユニット４の制御を行う。

本実施の形態に係る冷凍装置１は、吸入温度センサ３３ａ、吐出温度センサ３３ｂ、吸込外気温度センサ３３ｃ、過冷却器出口温度センサ３３ｄ、利用側熱交換器入口温度センサ３３ｅ、利用側熱交換器出口温度センサ３３ｆ、吸込空気温度センサ３３ｇ、吸入圧力センサ３４ａ及び吐出圧力センサ３４ｂを含んでいる。吸入温度センサ３３ａ、吐出温度センサ３３ｂ、吸込外気温度センサ３３ｃ、過冷却器出口温度センサ３３ｄ、吸入圧力センサ３４ａ及び吐出圧力センサ３４ｂは、熱源側ユニット２に配設され、熱源側制御部３１に接続されている。利用側熱交換器入口温度センサ３３ｅ、利用側熱交換器出口温度センサ３３ｆ及び吸込空気温度センサ３３ｇは、利用側ユニット４に配設され、利用側制御部３２に接続されている。

吸入温度センサ３３ａは、圧縮機２１が吸入する冷媒の温度を検出するものである。吐出温度センサ３３ｂは、圧縮機２１が吐出する冷媒の温度を検出するものである。過冷却器出口温度センサ３３ｄは、第１過冷却器２２から流出する冷媒の温度を検出するものである。利用側熱交換器入口温度センサ３３ｅは、利用側熱交換器４２に流入する気液二相冷媒の温度、すなわち冷媒の蒸発温度を検出するものである。利用側熱交換器出口温度センサ３３ｆは、利用側熱交換器４２から流出した冷媒の温度を検出するものである。なお、上記の冷媒の温度を検出するセンサは、例えば、冷媒配管に当接させ又は冷媒配管に挿入して配設されている。

吸込外気温度センサ３３ｃは、熱源側熱交換器２３又は第１過冷却器２２を通過する前の空気の温度を検出することによって、室外の周囲温度を検出するものである。吸込空気温度センサ３３ｇは、利用側熱交換器４２を通過する前の空気の温度を検出することによって、利用側熱交換器４２が設置された室内の周囲温度を検出するものである。

吸入圧力センサ３４ａは、圧縮機２１の吸入側に配設されており、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出するものである。なお、吸入圧力センサ３４ａは、ガス側閉鎖弁２９と圧縮機２１との間に配設されていればよい。吐出圧力センサ３４ｂは、圧縮機２１の吐出側に配設されており、圧縮機２１が吐出した冷媒の圧力を検出するものである。

本実施の形態の例では、熱源側熱交換器２３での冷媒の凝縮温度は、吐出圧力センサ３４ｂの圧力を飽和温度に換算して得られるようになっているが、冷媒の凝縮温度は、熱源側熱交換器２３に温度センサを配設して取得することもできる。

図２は、本実施の形態に係る冷凍装置の構成の一例を模式的に記載した図である。制御部３は、冷凍装置１の全体の制御を行うものであり、本実施の形態の例の制御部３は、熱源側制御部３１に含まれている。なお、制御部３は、本発明の「冷媒量判定部」に相当するものである。制御部３は、取得部３ａ、演算部３ｂ、記憶部３ｃ及び駆動部３ｄを含んでいる。取得部３ａ、演算部３ｂ及び駆動部３ｄは、例えばマイクロコンピュータ等を含んで構成されており、記憶部３ｃは、例えば半導体メモリ等を含んで構成されている。取得部３ａは、圧力センサ及び温度センサ等のセンサ類が検出した温度及び圧力等の情報を取得するものである。演算部３ｂは、取得部３ａが取得した情報を用いて、演算、比較、判定などの処理を行うものである。駆動部３ｄは、演算部３ｂが演算した結果を用いて、圧縮機２１、弁類、ファン等の駆動制御を行うものである。記憶部３ｃは、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度など）、演算部３ｂが処理を行うためのデータ等を記憶している。演算部３ｂは、必要に応じて、記憶部３ｃの記憶内容を参照し、又は更新することができる。

また、制御部３は、入力部３ｅ及び出力部３ｆを含んでいる。入力部３ｅは、リモコンもしくはスイッチ類等（図示せず）からの操作入力を入力し、又は、電話回線もしくはＬＡＮ回線等の通信手段（図示せず）からの通信データを入力するものである。出力部３ｆは、制御部３の処理結果を、ＬＥＤやモニタ等の表示手段（図示せず）に出力し、スピーカ等の報知手段（図示せず）に出力し、又は、電話回線もしくはＬＡＮ回線等の通信手段（図示せず）に出力するものである。なお、通信手段によって遠隔地へ情報を出力する場合には、冷凍装置１と遠隔地に設けられる遠隔装置（図示せず）との双方に、同一の通信プロトコルを有する通信手段（図示せず）を設けるとよい。

例えば、冷凍装置１と遠隔装置（図示せず）とを用いて、冷媒量の不足等を判定することもできる。その場合には、例えば、演算部３ｂは、取得部３ａが取得した情報を用いて、第１過冷却器２２の温度効率Ｔを演算し、出力部３ｆは、演算部３ｂが演算した温度効率Ｔを、遠隔装置に送信する。遠隔装置は、冷媒量の不足を判定する冷媒不足判定手段（図示せず）を備えており、温度効率Ｔを用いて冷媒量の不足を判定する。遠隔装置にて冷媒の不足情報等を管理することにより、遠隔装置が設置された場所で冷凍装置１の異常等を早期に発見することができるため、冷凍装置１に異常が発生した場合等に、冷凍装置１のメンテナンス等を早期に行うことができる。

なお、上記の説明では、制御部３が、熱源側制御部３１に含まれる例についての説明を行ったが、制御部３は、利用側制御部３２に含まれていてもよく、又は、熱源側制御部３１及び利用側制御部３２とは別途の構成であってもよい。

［冷凍装置の動作（冷媒量適正時）］
図３は、本実施の形態に係る冷凍装置において冷媒量が適正であるときのｐ−ｈ線図の一例である。まず、冷媒量が適正である場合の冷凍装置１の動作について説明する。図３の点Ｋから点Ｌにて、図１に記載の圧縮機２１は、冷媒を圧縮する。図３の点Ｌから点Ｍにて、図１の圧縮機２１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器として機能する熱源側熱交換器２３で熱交換されて凝縮液化する。なお、熱源側熱交換器２３で熱交換されて凝縮液化した冷媒は、レシーバ２５に流入して、一時的にレシーバ２５内に貯留される。レシーバ２５に貯留される冷媒の量は、利用側ユニット４の運転負荷、外気温度及び凝縮温度等に応じて変化する。

図３の点Ｍから点Ｎにて、図１のレシーバ２５から流出した液冷媒は、第１過冷却器２２で過冷却される。なお、第１過冷却器２２の出口の過冷却度は、凝縮温度から、過冷却器出口温度センサ３３ｄの検出温度を差し引くことで算出される。すなわち、過冷却度とは、高圧側の飽和液温度（例えば、点Ｍの温度）と過冷却器又は凝縮器（本例では、第１過冷却器２２）の出口温度（例えば、点Ｎの温度）との温度差のことである。

図３の点Ｎから点Ｏにて、図１の第１過冷却器２２で過冷却された液冷媒は、液側閉鎖弁２８及び液冷媒延長配管６を経由して、利用側ユニット４に送られ、利用側膨張弁４１によって減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。

図３の点Ｏから点Ｋにて、図１の利用側膨張弁４１で減圧された気液二相冷媒は、蒸発器として機能する利用側熱交換器４２にてガス化する。なお、冷媒の過熱度は、利用側熱交換器出口温度センサ３３ｆが検出した温度から、利用側熱交換器入口温度センサ３３ｅが検出した冷媒の蒸発温度を差し引くことで算出される。利用側熱交換器４２でガス化されたガス冷媒は、ガス冷媒延長配管７、ガス側閉鎖弁２９、アキュムレータ２４を経て、圧縮機２１へ戻る。

次に、インジェクション回路について説明を行う。第１インジェクション回路７１は、圧縮機２１の吐出部の冷媒温度を下げるためのものである。第１インジェクション回路７１の入口は、第１過冷却器２２の出口と液側閉鎖弁２８との間に接続されている。第１過冷却器２２で過冷却された高圧液冷媒の一部は、第１インジェクション回路７１に流入し、インジェクション量調整弁７２で減圧されて中間圧の二相冷媒となり、圧縮機２１のインジェクション部に流入する。

第２インジェクション回路７３は、圧縮機２１の内部の冷凍機油、モータの温度、吐出部の冷媒温度を下げるためのものである。第２インジェクション回路７３の入口は、第１過冷却器２２の出口と液側閉鎖弁２８との間に接続されている。第１過冷却器２２で過冷却された高圧液冷媒の一部は、第２インジェクション回路７３に流入し、キャピラリチューブ７４で減圧されて低圧の二相冷媒となり、圧縮機２１の吸入部に流入する。

［冷凍装置の動作（冷媒量不足時）］
図４は、本実施の形態に係る冷凍装置において冷媒量が不足となったときのｐ−ｈ線図の一例である。例えば、図１に記載の冷凍装置１から冷媒が漏洩等して、冷媒の量が減少すると、レシーバ２５に余剰液冷媒が貯留されている間は、レシーバ２５に貯留された余剰液冷媒が減少する。レシーバ２５に余剰液冷媒が存在している間は、冷凍装置１は、図３に示すように、冷媒量が適正な場合と同様に動作する。

冷媒の減少が更に進んで、レシーバ２５内の余剰液冷媒がなくなると、図４の点Ｍ１に示すように、凝縮器として機能する熱源側熱交換器２３の出口のエンタルピーが大きくなり、熱源側熱交換器２３の出口の冷媒状態が二相状態となる。また、熱源側熱交換器２３の出口のエンタルピーが大きくなることに伴って、第１過冷却器２２が二相冷媒の凝縮液化と過冷却とを行うこととなるため、点Ｎ１に示すように、第１過冷却器２２の出口のエンタルピーも大きくなる。

［比較例１］
ここで、本実施の形態の比較例１について説明する。比較例１では、冷媒の過冷却度を利用して、冷媒量の判定を行う。例えば冷媒が漏洩する等して、冷媒量が不足すると、図４に示すように、過冷却度が低下する。そこで、比較例１では、過冷却度が、予め設定された閾値よりも小さくなったときに、冷媒量が不足していると判定する。

図５は、本実施の形態の比較例１の冷凍装置における冷媒量と第１過冷却器の過冷却度と冷凍装置の運転条件との関係を説明する図である。図５に示すように、第１過冷却器２２の過冷却度は、冷凍装置１の運転条件（外気温度、熱交換量、冷媒循環量等）に応じて、大きく変動する。そのため、比較例１のように、過冷却度を利用して冷媒量の不足の判定を行う場合には、誤判定とならないように、過冷却度閾値Ｓを低く設定する必要がある。比較例１では、過冷却度閾値Ｓを低く設定しなければならないため、冷媒量の不足を判定するまでに長時間を要し、例えば冷媒が漏洩している場合に、冷媒の漏洩量が多くなってしまう。

［冷媒量の判定］
そこで、本実施の形態では、過冷却度と比較して、冷凍装置１の運転条件の変化に対する変動が小さい第１過冷却器２２の温度効率Ｔを用いて、冷媒量の判定を行う。以下に説明する。

図６は、本実施の形態に係る冷凍装置において冷媒量が適正量であるときの冷媒の温度変化の一例を説明する図である。図６の縦軸は温度を表している。横軸は、右から左に向かって、冷媒が流れる経路（熱源側熱交換器２３、レシーバ２５、第１過冷却器２２の順）を表している。ｓ１は冷媒の凝縮温度であり、ｓ２は第１過冷却器２２の出口の冷媒温度であり、ｓ３は外気温度である。ｓ１、ｓ２、ｓ３は、ｓ１＞ｓ２＞ｓ３の関係を満たしている。

第１過冷却器２２の温度効率Ｔは、第１過冷却器２２の効率を示すものであり、最大とり得る温度差Ａを分母に取り、実際の温度差Ｂを分子に取ったものである。第１過冷却器２２において、最大とり得る温度差Ａは、凝縮温度ｓ１と外気温度ｓ３との差である（Ａ＝ｓ１−ｓ３）。実際の温度差Ｂは、凝縮温度ｓ１と第１過冷却器２２の出口の温度ｓ２との差である（Ｂ＝ｓ１−ｓ２）。温度効率Ｔは、下記の式（１）で表される。
温度効率Ｔ＝実際の温度差Ｂ／最大とり得る温度差Ａ ・・・（１）

図７は、本実施の形態に係る冷凍装置における冷媒量と第１過冷却器の温度効率と冷凍装置の運転条件との関係を説明する図である。図７において、横軸は、冷媒回路に充填されている冷媒量を表しており、縦軸は、第１過冷却器２２の温度効率Ｔを表している。図７に示すように、冷媒量が少なくなり、冷媒量がＥになってレシーバ２５の余剰液冷媒が無くなると、第１過冷却器２２の温度効率Ｔが低下する。そこで、温度効率Ｔが予め設定された温度効率閾値Ｔ１よりも小さくなったときに、冷媒が漏洩したと判定する。温度効率Ｔは、過冷却器（本例では、第１過冷却器２２）の性能を示すものであり、過冷却度に比べて冷凍装置１の運転条件による変動が小さいため、冷凍装置１の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。

［冷媒量判定の例外条件］
なお、冷凍装置１の運転状態によっては、第１過冷却器２２の温度効率Ｔを用いた冷媒量判定が誤判定となる場合がある。この場合、実際の冷媒量が適正量であっても、冷媒量不足と判定される場合がある。実際の冷媒量が適正量である場合に冷媒量不足と判定されると、混乱を招くこととなる。なお、実際の冷媒量は適正量であるが、冷媒量不足と判定されたときに、冷媒を補充することによって、冷媒量の判定結果が適正量の判定となる場合もある。しかしながら、その場合には、冷凍装置１に必ずしも必要のない量の冷媒が封入されるため、冷凍装置１のコストの増加となる。また、冷媒量が不必要に多くなると、仮に、冷媒が漏洩した時に、温度効率Ｔを用いた冷媒量判定によって冷媒不足の判定ができるまでの漏洩量が増加してしまうこととなる。また、冷媒量が不必要に多くなることによって、液バックが発生したときに、液バック量が増加し、圧縮機２１の不具合に繋がるおそれもある。そこで、本実施の形態では、冷媒量判定の例外条件を設け、冷媒量判定が誤判定となるおそれがある例外条件に該当する場合には、第１過冷却器２２の温度効率Ｔを用いた冷媒量判定を行わない。以下に説明する。

［例外条件１（利用側ファン遅延制御時）］
例外条件１は、利用側ファン遅延制御を行う場合である。利用側ファン遅延制御は、除霜運転中に発生した暖気が、冷却空間に吹き出されることを防止するために行われる。除霜運転が終了してから、利用側熱交換器４２の温度が低下するまでの時間は、例えば数分間である。利用側熱交換器４２の温度が低下する前に利用側ファン４３が動作すると、冷却空間に暖気が吹き出される。このため、利用側熱交換器４２の温度が低下するまでは、利用側ファン４３の動作を停止する。そして、利用側熱交換器４２の温度が低下した後に、利用側ファン４３の動作を再開する。

利用側ファン４３の動作を停止しているときは、利用側熱交換器４２での熱交換が抑制されるため、利用側熱交換器４２を通過した冷媒が、気液二相状態となる場合がある。つまり、通常時には利用側熱交換器４２から圧縮機２１までガス状態で流れる冷媒が、利用側ファン遅延制御を行っているときには、二相状態で流れ、アキュムレータ２４に液冷媒が貯留される。したがって、利用側ファン遅延制御を行っているときは、低圧側の冷媒の量が一時的に増加し、高圧側の冷媒の量が一時的に低下する。その結果、利用側ファン遅延制御を行っているときは、温度効率Ｔを用いた冷媒量判定が、誤判定となるおそれがある。そこで、利用側ファン遅延制御時には、温度効率Ｔを用いた冷媒量判定を行わない。なお、利用側ファン遅延制御が終了し、利用側ファン４３を運転させると、利用側熱交換器４２から圧縮機２１まで流れる冷媒がガス状態となって、高圧側の冷媒不足は解消する。

例えば、制御部３は、冷凍装置１の運転状態を取得することによって、冷凍装置１が利用側ファン遅延制御を実施中であると判断する。そして、制御部３は、利用側ファン遅延制御を実施中の時間、又は、利用側ファン遅延制御の終了後に利用側熱交換器４２から圧縮機２１まで流れる冷媒がガス状態となるまでの時間は、冷媒不足の判定を行わない。なお、利用側ファン遅延制御を行う場合以外であっても、利用側ファン４３の動作を停止する場合には、上記と同様に、温度効率Ｔを用いた冷媒量判定が、誤判定となるおそれがある。したがって、利用側ファン４３の動作を停止する場合に、温度効率Ｔを用いた冷媒量判定を行わないように構成されていてもよい。

なお、温度効率Ｔが、予め設定された設定時間を超えて、温度効率閾値Ｔ１を下回った場合に、冷媒不足であると判定することもできる。すなわち、利用側ファン遅延制御を実施する時間は最大で例えば１０分程度であり、利用側ファン遅延制御の終了後に利用側熱交換器４２から圧縮機２１まで流れる冷媒がガス状態となるまでの時間は最大で例えば１０分程度である。このため、制御部３は、温度効率Ｔが所定の設定時間（例えば約２０分）を超えて温度効率閾値Ｔ１を下回る場合に、冷媒不足であると判定することもできる。上記の設定時間は、例えば、利用側ファン遅延制御を実施する最大時間（例えば１０分）と、利用側ファン遅延制御の終了後に利用側熱交換器４２から圧縮機２１まで流れる冷媒がガス状態となるまでの最大時間（例えば１０分）と、の和によって求めることができる。

［例外条件２（プルダウン時、蒸発温度が高い場合）］
例外条件２は、プルダウン時、蒸発温度が高い場合である。通常、冷凍装置１の長期停止後の冷やし込み時の庫内温度が高い場合は、短時間であるが冷媒回路１０の低圧側の圧力が通常よりも高い状態で運転される場合がある。この場合、利用側膨張弁４１から圧縮機２１の吸入部までの圧力が高くなり、冷媒密度が高くなる。必要とする冷媒量は、密度×容積で表されるため、一時的に、低圧側の必要冷媒量が多くなり、レシーバ２５、第１過冷却器２２、熱源側熱交換器２３などの高圧側が冷媒不足状態となる。したがって、プルダウン時、蒸発温度が高い場合は、温度効率Ｔを用いた冷媒量判定を行わない。

図８は、本実施の形態の冷媒量判定において、圧縮機がインバータ圧縮機である場合に、低圧圧力の大きさに応じて、冷媒量判定を行わないことを説明するための図である。図９は、本実施の形態の冷媒量判定において、圧縮機が一定速圧縮機である場合に、低圧圧力の大きさに応じて、冷媒量判定を行わないことを説明するための図である。図８及び図９の横軸は時間を表しており、縦軸は低圧圧力を表している。図８に示すように、圧縮機２１がインバータ圧縮機である場合には、事前に設定された目標の低圧Ｐ１に、実際の低圧が近付くように、圧縮機２１の運転周波数を増加させたり、低下させたりしている。また、図９に示すように、圧縮機２１が一定速圧縮機である場合には、低圧が上昇した場合に圧縮機２１を運転させる低圧カットＯＮ値Ｐ４を設定し、低圧が低下した場合に圧縮機２１を停止させる低圧カットＯＦＦ値Ｐ３を設定して、圧縮機２１を運転させる。つまり、圧縮機２１がインバータ圧縮機である場合には、圧縮機２１の運転中の低圧圧力は、ほぼ目標の低圧Ｐ１となる。また、圧縮機２１が一定速圧縮機である場合には、圧縮機２１の運転中の低圧圧力は、ほとんどの期間で低圧カットＯＮ値Ｐ４以下となる。そこで、以下のように目標の低圧Ｐ１、あるいは低圧カットＯＮ値Ｐ４に対してマージンを加えた値よりも、現在の低圧が高い場合は、冷媒不足の判定を行わない。すなわち、図８に示すように、圧縮機２１がインバータ圧縮機である場合には、現在の低圧が、目標の低圧Ｐ１にマージンαを加えた圧力Ｐ２（Ｐ２＝Ｐ１＋α）よりも大きい場合に、冷媒不足の判定を行わない。また、図９に示すように、圧縮機２１が一定速圧縮機である場合には、現在の低圧が、低圧カットＯＮ値Ｐ４にマージンβを加えた圧力Ｐ５（Ｐ５＝Ｐ４＋β）よりも大きい場合に、冷媒不足の判定を行わない。

［例外条件３（吸入インジェクション用電磁弁が開の場合）］
例外条件３は、図１に記載の吸入インジェクション用電磁弁７５が開の場合である。吸入インジェクション用電磁弁７５が開となると、高圧液冷媒の一部は、キャピラリチューブ７４で減圧されて、圧縮機２１の吸入部に流入する。このとき、通常は、ガス状態である低圧側の吸入インジェクション用電磁弁７５から圧縮機２１の吸入部までが気液二相状態となり、低圧側に一時的に冷媒量が増えるため、レシーバ２５、第１過冷却器２２、熱源側熱交換器２３などの高圧側が冷媒不足状態となる。なお、吸入インジェクション用電磁弁７５が開となるのは、長期停止後のプルダウン時等において、圧縮機２１の吸入ガス温度が異常に上昇するときなどの稀な状況に限られる。

したがって、圧縮機２１が運転中であり、且つ吸入インジェクション用電磁弁７５が開の場合、及び吸入インジェクション用電磁弁７５が開から閉となってからの一定時間は、吸入インジェクション用電磁弁７５から圧縮機２１の吸入部までが気液二相状態となり、低圧側に一時的に冷媒量が増えて、レシーバ２５、第１過冷却器２２、熱源側熱交換器２３など高圧側が冷媒不足状態となるため、冷媒不足の判定を行わない。なお、上記では、第２インジェクション回路７３でのインジェクションを行うときに、冷媒不足の判定を行わない例についての説明を行ったが、第１インジェクション回路７１でのインジェクションを行うときに、冷媒不足の判定を行わないように構成されていてもよい。その場合には、インジェクション量調整弁７２の開度等を利用して、冷媒不足の判定を行うか否かの判断を行えばよい。

［例外条件４（熱源側ファンの風量低下時）］
上記の例外条件１〜例外条件３は、高圧側の冷媒が一時的に不足する場合に、冷媒量判定を行わない例についての説明を行った。例外条件４は、熱源側ファン２７の風量を低下させる場合である。熱源側ファン２７の風量を低下させる場合とは、例えば、外気が低下した場合に高圧が低下しすぎると利用側膨張弁４１の差圧が小さくなり冷媒の流量が確保できなくなるため、高圧をある程度高く維持するために熱源側ファン２７の風量を低下させる場合である。また、例えば、熱源側ファン２７の騒音の低減を図るために、熱源側ファン２７の風量を低下させる場合もある。

熱源側ファン２７の風量が低下すると凝縮温度が高くなるため、凝縮温度と外気温度との差である最大とり得る温度差Ａが大きくなる。このときに、凝縮温度と第１過冷却器２２の出口の温度との差である実際の温度差Ｂは、熱源側ファン２７の風量が低下しているため、最大とり得る温度差Ａと比較して大きくならない。したがって、熱源側ファン２７の風量を低下させると、温度効率Ｔが低下する。特に、気温が−１５℃程度の低外気温時などにおいては、熱源側ファン２７を間欠運転させる必要があるため、熱源側ファン２７の実質的な風量が低下する。また、低外気温時には、通常は７Ｋ〜１５Ｋ程度である最大とり得る温度差Ａが３０Ｋ〜５０Ｋに拡大する。したがって、低外気温時には、温度効率Ｔがさらに低下する。そこで、熱源側ファン２７の風量が低下した場合、外気温度と凝縮温度の差が大きくなった場合、又は外気温度がある温度よりも低い場合には、冷媒不足の判定を行わない。

図１０は、本実施の形態の冷媒量判定において、熱源側ファンの風量と温度効率閾値との関係の一例を示す図である。図１０の横軸は熱源側ファン２７の風量を０％〜１００％で表しており、縦軸は温度効率Ｔを表している。図１０に示すように、温度効率閾値は、熱源側ファン２７の風量に基づいて設定されている。例えば、熱源側ファン２７の風量が小さいときの温度効率閾値Ｔ２は、熱源側ファン２７の風量が大きいときの温度効率閾値Ｔ３よりも小さい値に設定されている。これにより、温度効率Ｔを用いた冷媒量判定の誤判定のおそれを抑制することもできる。

［例外条件５（圧縮機停止中、圧縮機起動後一定時間）］
例外条件５は、圧縮機停止中、及び圧縮機起動後の一定時間である。図１１は、本実施の形態の冷媒量判定において、圧縮機の起動の前後の、凝縮温度、外気温度、第１過冷却器の出口温度、及び温度効率の関係を説明する図である。図１１の横軸は時間を表している。例えば、圧縮機２１を長期間停止させた後、圧縮機２１を起動させる場合を考える。圧縮機２１の長期停止中は、外気温度、第１過冷却器２２の出口温度、凝縮温度はほぼ等しくなる。この場合、すべての温度が等しくなったとすれば、温度効率Ｔ＝Ｂ／Ａ＝０／０となる。ただし、実際には、センサのバラツキによって、例えば、凝縮温度が２５．０℃、外気温度が２４．９℃、第１過冷却器２２の出口温度が２４．８℃となり、温度効率Ｔ＝Ｂ／Ａ＝０．２／０．１＝２．０となる。なお、上記の例は、一例であり、実際には、圧縮機２１の長期停止中は、センサのバラツキ等によって、温度効率Ｔが大きく変動する。時刻ｍ１にて、圧縮機２１を起動させると、時刻ｍ２にて、温度効率Ｔが、０．０〜１．０の間の値に安定する。なお、時刻ｍ１から時刻ｍ２までの時間は、例えば３０秒〜１分程度である。

上記のように、圧縮機２１の停止中、及び圧縮機２１の起動後の一定時間は、温度効率Ｔが不安定な状況である。例えば、圧縮機２１の停止及び運転を短時間で繰り返した場合には、温度効率Ｔが低い状態が継続される。その結果、冷媒が漏洩していない場合であっても、温度効率Ｔを利用した冷媒量判定で冷媒不足と判定されるおそれがある。そこで、圧縮機２１の停止中、及び圧縮機２１の起動後一定時間は、冷媒不足の判定を行わない。

［冷媒量判定動作］
図１２は、本実施の形態に係る冷凍装置の冷媒量判定動作の一例を説明する図である。本実施の形態の冷凍装置１は、第１過冷却器２２の温度効率Ｔを用いて、冷媒量の判定を行う。なお、以下で説明する冷媒量の判定は、冷凍装置１を設置するときの冷媒充填作業、又は冷凍装置１のメンテナンスを行うときの冷媒充填作業に適用することもできる。また、冷媒量判定動作は、遠隔装置（図示せず）からの指示を受けたときに、実行されてもよい。

図１２のステップＳＴ１では、冷凍装置１の通常運転制御が行われる。冷凍装置１の通常運転制御では、熱源側制御部３１は、例えば、センサ類が検出した冷媒回路１０の圧力及び温度等の運転データを取得して、運転データを用いて凝縮温度及び蒸発温度等の目標値及び偏差等の制御値を演算し、アクチュエータ類の制御を行う。以下、アクチュエータ類の動作について説明する。

例えば、熱源側制御部３１は、冷凍装置１の冷凍サイクルの蒸発温度を、目標温度（例えば０℃）と一致させるように、圧縮機２１の運転周波数を制御する。なお、冷凍サイクルの蒸発温度は、吸入圧力センサ３４ａが検出した圧力を飽和温度に換算することによって得ることもできる。例えば、熱源側制御部３１は、現在の蒸発温度が目標温度よりも高い場合には圧縮機２１の運転周波数を上昇させ、現在の蒸発温度が目標値よりも低い場合には圧縮機２１の運転周波数を低下させる。

また、例えば、熱源側制御部３１は、冷凍装置１の冷凍サイクルの凝縮温度を、目標温度（例えば４５℃）と一致させるように、熱源側熱交換器２３に空気を送風する熱源側ファン２７の回転数を制御する。なお、冷凍装置１の冷凍サイクルの凝縮温度は、吐出圧力センサ３４ｂが検出した圧力を、飽和温度に換算することによって得ることもできる。例えば、熱源側制御部３１は、現在の凝縮温度が目標温度よりも高い場合には熱源側ファン２７の回転数を大きくし、現在の凝縮温度が目標温度よりも低い場合は熱源側ファン２７の回転数を小さくする。

また、例えば、熱源側制御部３１は、センサ類から得られた信号を用いて、第１インジェクション回路７１のインジェクション量調整弁７２の開度を調整し、又は第２インジェクション回路７３の吸入インジェクション用電磁弁７５の開度を調整する。例えば、熱源側制御部３１は、現在の圧縮機２１の吐出温度が高い場合は、インジェクション量調整弁７２又は吸入インジェクション用電磁弁７５を開状態として、現在の圧縮機２１の吐出温度が低い場合は、インジェクション量調整弁７２又は吸入インジェクション用電磁弁７５を閉じる。また、例えば、熱源側制御部３１は、利用側ユニット４に空気を送風する利用側ファン４３の回転数の制御を行う。

ステップＳＴ２にて、熱源側制御部３１は、例えば、熱源側熱交換器２３の出口温度、第１過冷却器２２の出口の温度、吸込外気温度センサ３３ｃが検出した外気温度及び吐出圧力センサ３４ｂが検出した圧力等を用いて、第１過冷却器２２の温度効率Ｔの演算を行う。

ステップＳＴ３にて、熱源側制御部３１は、冷凍装置１の運転状態を取得する。冷凍装置１の運転状態が、上記の「冷媒量判定の例外条件」に該当する場合には、ステップＳＴ１に戻り、冷凍装置１の運転状態が、上記の「冷媒量判定の例外条件」に該当しない場合には、ステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４にて、熱源側制御部３１は、ステップＳＴ１によって行われている冷凍装置１の運転制御が安定しているかを判定する。冷凍装置１の運転制御が安定していない場合にはステップＳＴ１に戻り、冷凍装置１の運転制御が安定している場合にはステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ５にて、熱源側制御部３１は、冷媒量判定パラメータとその基準値を比較することにより冷媒量の適否の判定を行う。具体的には、第１過冷却器２２の温度効率Ｔの判定閾値Ｔｍに対する偏差量ΔＴ（＝Ｔ−Ｔｍ）を求め、偏差量ΔＴが正の値又は０であるか否かを判定する。偏差量ΔＴが正の値又は０である場合には、熱源側制御部３１は、冷媒量が不足していないと判断して、ステップＳＴ６に進む。偏差量ΔＴが負の値である場合には、熱源側制御部３１は、冷媒量が不足していると判断して、ステップＳＴ７に進む。このときに、第１過冷却器２２の温度効率Ｔは、瞬時値を用いるよりも、時間的に異なる複数の温度効率Ｔの移動平均をとることが望ましい。時間的に異なる複数の温度効率Ｔの移動平均をとることで、冷凍サイクルの安定も考慮することができる。なお、判定閾値Ｔｍは、例えば、熱源側制御部３１の記憶部３ｃに予め記憶されていてもよく、リモコン又はスイッチなどの入力によって設定されてもよく、遠隔装置（図示せず）からの指示によって設定されてもよい。

ステップＳＴ５での冷媒量判定結果が適正冷媒量である場合には、熱源側制御部３１は、ステップＳＴ６にて、冷媒量が適正である旨の出力を行う。冷媒量が適正である場合には、冷媒量が適正である旨が、例えば、冷凍装置１に配設されたＬＥＤ又は液晶表示装置などの表示部（図示せず）に表示され、又は冷媒量が適正である旨の信号が遠隔装置（図示せず）に送信される。

ステップＳＴ５での冷媒量判定結果が冷媒量不足である場合には、熱源側制御部３１は、ステップＳＴ７にて、冷媒量が異常である旨の出力を行う。冷媒量が異常である場合には、例えば、冷媒量が異常である旨の警報が、冷凍装置１に配設されたＬＥＤ又は液晶表示装置などの表示部（図示せず）に表示され、又は冷媒量が異常である旨の信号が遠隔装置（図示せず）に送信される。なお、冷媒量が異常である場合は緊急を要することもあるため、電話回線などを通じて、サービスマンへ異常発生を直接的に報知するように構成されてもよい。

なお、上記の実施の形態では、ステップＳＴ２にて、温度効率Ｔの演算を行い、ステップＳＴ３及びステップＳＴ４にて冷媒量の判定を行うか否かの判断を行ったが、ステップＳＴ３及びステップＳＴ４の後に、ステップＳＴ２を実行してもよい。冷媒量の判定を行うか否かの判断を行った後に、温度効率Ｔの演算を行うことによって、熱源側制御部３１が演算を行う処理量を低減することができる。

上記のように、本実施の形態では、温度効率Ｔを利用して、冷凍装置１の冷媒回路１０に流れる冷媒の量の判定を行っているため、仮に、冷媒が漏洩した場合であっても、冷媒の漏れを早期に検出することができる。

さらに、本実施の形態では、冷凍装置１の運転状態を取得して、冷凍装置１の運転状態が、「冷媒量判定の例外条件」に該当する場合には、温度効率Ｔを利用した冷媒量判定を行わないため、冷媒量の誤判定のおそれが抑制されている。その結果、本実施の形態では、冷媒量を適切な量とすることができるため、冷媒のコストを低減することができる。さらに、本実施の形態では、冷媒量が適切な量となっているため、仮に、冷媒が漏れた場合であっても、大気に冷媒が放出される量を低減することができる。さらに、本実施の形態では、冷媒量が適切な量となっているため、仮に膨張弁等の動作が異常となり、液バックが発生した場合であっても、圧縮機２１への液バック量を少なくすることができる。したがって、本実施の形態の冷凍装置１は、信頼性が向上されている。

なお、上記で説明した運転制御では、凝縮温度や蒸発温度を特定する制御はしていないが、例えば、凝縮温度、蒸発温度が一定になるように制御を行ってもよい。また、例えば、圧縮機２１の運転周波数と熱源側ユニット２の熱源側ファン２７の回転数とをそれぞれ一定値として、凝縮温度と蒸発温度の制御を行わなくてもよい。また、例えば、凝縮温度もしくは蒸発温度のうちのいずれか一方を目標値となるように制御を行ってもよい。冷凍装置１の運転状態を一定の条件に制御することによって、第１過冷却器２２の過冷却度や過冷却度に応じて変動する運転状態量の変動が小さくなるため、閾値の決定が容易となり、冷媒量不足を判定しやすくなる。

また、本実施の形態の冷媒量判定動作を、冷凍装置１の設置初期の冷媒充填作業、又はメンテナンス時に冷媒を一度排出して再度充填する際の冷媒充填作業に適用することによって、冷媒充填作業の時間短縮、作業者の負荷軽減を実現することができる。

［変形例１］
図１３は、本実施の形態の変形例１に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。図１３に示すように、変形例１の冷凍装置１Ａの熱源側ユニット２Ａは、図１に示した冷凍装置１と比較して、第１過冷却器２２の下流側に設けられた第２過冷却器２６をさらに有している。なお、第２過冷却器２６は、本発明の「過冷却器」に相当するものである。第２過冷却器２６は、例えば、二重管を含んで構成されており、熱源側冷媒回路１０ｂに流れる高圧の冷媒と、第１インジェクション回路７１Ａに流れる中間圧の冷媒とを熱交換させるものである。第２過冷却器２６を通過した冷媒の一部は、インジェクション量調整弁７２で膨張されて中間圧の冷媒となり、第２過冷却器２６を通過する冷媒と熱交換する。その結果、変形例１では、第１過冷却器２２で過冷却された液冷媒は、第２過冷却器２６での中間圧の冷媒との熱交換によってさらに過冷却される。また、インジェクション量調整弁７２から流入して、第２過冷却器２６で熱交換された中間圧の冷媒は、乾き度が高い冷媒となり、圧縮機２１の吐出温度を下げるために圧縮機２１の吸入側にインジェクションされる。変形例１における冷媒量の判定は、第１過冷却器２２の温度効率、第２過冷却器２６の温度効率、又は、第１過冷却器２２及び第２過冷却器２６の温度効率を用いて行うことができる。なお、変形例１では、第１過冷却器２２を省略し、レシーバ２５から流出した冷媒が、第２過冷却器２６に流入する構成とすることもできる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る冷凍装置について説明する。図１４は、本実施の形態に係る冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態に係る冷凍装置１は、図１３に示した実施の形態１の変形例１に係る冷凍装置１において第２インジェクション回路７３を省略した構成を有している。

第１過冷却器２２は、熱源側熱交換器２３を通過して凝縮した液冷媒を外気（冷却流体の一例）との熱交換によって過冷却する熱交換器である。

第２過冷却器２６は、熱源側冷媒回路１０ｂに接続された被冷却側冷媒流路２６ａと、第１インジェクション回路７１Ａに接続された冷却側冷媒流路２６ｂと、を有している。第１過冷却器２２で過冷却された高圧の液冷媒は、第２過冷却器２６の被冷却側冷媒流路２６ａに流入する。第１インジェクション回路７１Ａに分流してインジェクション量調整弁７２で減圧された中間圧の二相冷媒（冷却流体の一例）は、第２過冷却器２６の冷却側冷媒流路２６ｂに流入する。被冷却側冷媒流路２６ａを流れる高圧の液冷媒は、冷却側冷媒流路２６ｂを流れる中間圧の二相冷媒との熱交換によってさらに過冷却される。

また、本実施の形態に係る冷凍装置１は、温度センサ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅを有している。温度センサ３５ａは、レシーバ２５から流出して第１過冷却器２２に流入する液冷媒の温度ＴＨ１を検出するものである。温度センサ３５ｂは、第１過冷却器２２から流出して第２過冷却器２６の被冷却側冷媒流路２６ａに流入する液冷媒の温度ＴＨ２を検出するものである。温度センサ３５ｃは、第２過冷却器２６の被冷却側冷媒流路２６ａから流出する液冷媒の温度ＴＨ３を検出するものである。温度センサ３５ｄは、インジェクション量調整弁７２から流出して第２過冷却器２６の冷却側冷媒流路２６ｂに流入する二相冷媒の温度を検出するものである。温度センサ３５ｅは、第１過冷却器２２に流入する外気の温度を検出するものである。これらの温度センサ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅは、検出温度の情報を熱源側制御部３１（図１４では図示せず）に出力するようになっている。

上記実施の形態１と同様に、本実施の形態では、過冷却器（例えば、第１過冷却器２２、第２過冷却器２６、又は、第１過冷却器２２及び第２過冷却器２６の双方）の温度効率を用いて冷媒量（例えば、冷媒量の不足）が判定される。過冷却器の温度効率は、過冷却器に流入する冷媒の温度と過冷却器から流出する冷媒の温度との温度差を、過冷却器に流入する冷媒の温度と過冷却器に流入する冷却流体の温度との温度差で除した値となる。

具体的には、第１過冷却器２２の温度効率は、以下の式（２）で求められる。
第１過冷却器２２の温度効率＝（ＴＨ１−ＴＨ２）／（ＴＨ１−ＴＨ５） ・・・（２）

ここで、本実施の形態の構成では、第１過冷却器２２には飽和液冷媒が流入するため、（ＴＨ１−ＴＨ２）の値は、第１過冷却器２２の出口での過冷却度に等しい。

また、第２過冷却器２６の温度効率は、以下の式（３）で求められる。
第２過冷却器２６の温度効率＝（ＴＨ２−ＴＨ３）／（ＴＨ２−ＴＨ４） ・・・（３）

過冷却器の温度効率としては、第１過冷却器２２の温度効率、第２過冷却器２６の温度効率、第１過冷却器２２及び第２過冷却器２６の温度効率を用いることができる。以下の説明では、過冷却器の温度効率として、第１過冷却器２２の温度効率を例に挙げる。

冷媒量が不足した状態になると、レシーバ２５の余剰液冷媒が減少することにより、第１過冷却器２２に二相冷媒が流入する。この場合、第１過冷却器２２で外気から受ける熱量の一部が冷媒の凝縮潜熱として利用されるため、第１過冷却器２２の温度効率が低下する。本実施の形態では、上記実施の形態１と同様に、この現象を冷媒不足の判定に利用する。

図１５は、本実施の形態に係る冷凍装置における冷媒量と温度効率との関係を示す図である。図１５の横軸は、冷媒回路１０に充填されている冷媒量を表しており、縦軸は、第１過冷却器２２の温度効率を表している。図１５に示すように、冷媒量が減少すると、第１過冷却器２２の温度効率が低下する。したがって、第１過冷却器２２の温度効率が、予め設定された判定閾値を下回った場合（又は、判定閾値以下となった場合）には、冷媒量が不足していると判定することができる。この判定閾値は、例えば、温度効率の演算に用いられるセンサ類の検出精度のばらつきを考慮して、誤検知や検知の遅れが生じないように設定される。ここで、誤検知とは、冷媒不足でないにも関わらず冷媒不足と誤って判定されることである。検知の遅れとは、冷媒不足であるにも関わらず冷媒不足の判定が遅れるか、又は冷媒不足と判定されないことである。

温度効率の定常値は、冷凍装置１の運転状態（例えば、凝縮温度、蒸発温度、圧縮機２１の周波数など）によって変動する。したがって、判定閾値が一定の値に設定されている場合、冷凍装置１の運転状態に応じて冷媒不足の検知精度が変化してしまう。すなわち、冷凍装置１の運転状態によっては、冷媒不足と判定されるまでの冷媒の漏れ量が多くなってしまう。

図１６は、本実施の形態に係る冷凍装置における冷媒量と温度効率と冷凍装置の運転状態との関係を示す図である。図１６の横軸は、冷媒回路１０に充填されている冷媒量（ｋｇ）を表しており、縦軸は、第１過冷却器２２の温度効率を表している。図１６では、凝縮温度が低く蒸発温度が高い運転状態１での温度効率を実線で示しており、凝縮温度が高く蒸発温度が低い運転状態２での温度効率を破線で示している。図１７は、図１６に示す運転状態１及び２におけるｐ−ｈ線図である。図１７の（ａ）は、凝縮温度が低く蒸発温度が高い運転状態１におけるｐ−ｈ線図であり、図１７の（ｂ）は、凝縮温度が高く蒸発温度が低い運転状態２におけるｐ−ｈ線図である。

図１６に示すように、凝縮温度が低く蒸発温度が高い運転状態１での温度効率の定常値は、凝縮温度が高く蒸発温度が低い運転状態２での温度効率の定常値よりも低くなっている。これは、運転状態１（図１７（ａ）参照）と運転状態２（図１７（ｂ）参照）とでは、過冷却度が異なるためである。運転状態１では、過冷却度が小さいため、温度効率の定常値が低くなっている。一方、運転状態２では、過冷却度が大きいため、温度効率の定常値が高くなっている。

冷媒不足の検知の遅れを防ぎ、検知精度を高めるためには、図１６に示す判定閾値Ａのように、判定閾値を高い値に設定すればよい。しかしながら、この場合、判定閾値Ａは運転状態１での温度効率の定常値よりも高くなってしまうため、運転状態が例えば運転状態２から運転状態１に変化することによって誤検知が生じてしまう。誤検知を防止するためには、図１６に示す判定閾値Ｂのように、温度効率が最も低くなる運転状態（例えば、運転状態１）での温度効率の定常値よりも低くなるように判定閾値を設定する必要がある。しかしながら、この場合、温度効率の定常値が高い運転状態２では、冷媒不足の検知精度が低下してしまう。例えば、判定閾値がＡに設定されている場合には、運転状態２において冷媒量が約２３．８ｋｇに減少したときに冷媒不足を検知できる。これに対し、判定閾値がＢに設定されている場合には、運転状態２において冷媒量が約２２．９ｋｇに減少するまで冷媒不足を検知することができない。

圧縮機２１の周波数が異なる場合においても、上記と同様の問題が生じ得る。本実施の形態では、圧縮機２１として、可変の周波数で駆動されるインバータ圧縮機を用いることができる。圧縮機２１が高い周波数で駆動される場合には、冷媒回路１０の冷媒循環量が多くなるため、第１過冷却器２２で冷媒が過冷却されにくくなる。一方、圧縮機２１が低い周波数で駆動される場合には、冷媒回路１０の冷媒循環量が少なくなるため、第１過冷却器２２で冷媒が過冷却されやすくなる。これにより、圧縮機２１の周波数が高い場合には、圧縮機２１の周波数が低い場合と比較して、第１過冷却器２２での過冷却度が小さくなるため、温度効率の定常値が低下する。このため、判定閾値は、圧縮機２１の周波数が高い場合の温度効率の定常値を考慮して決定する必要がある。したがって、圧縮機２１の周波数が低い場合には、冷媒不足の検知精度が低下してしまう。

本実施の形態では、上記のような問題を解決するため、冷媒回路１０における冷媒の凝縮温度及び蒸発温度の少なくとも一方に基づいて判定閾値が変更される。例えば、熱源側制御部３１のＲＯＭ（例えば、記憶部３ｃ）には、凝縮温度及び蒸発温度の少なくとも一方に基づいて判定閾値を決定するマップ又はテーブルが記憶されている。このマップ又はテーブルは、例えば、熱源側制御部３１に導入されるソフトウェアに組み込まれている。

図１８は、本実施の形態に係る冷凍装置１の熱源側制御部３１のＲＯＭに記憶されている判定閾値マップの一例を示す図である。図１８に示す判定閾値マップでは、凝縮温度及び蒸発温度に基づいて温度効率の判定閾値が決定される。この判定閾値マップで決定される温度効率の判定閾値は、凝縮温度が低くなるほど低くなり、蒸発温度が高くなるほど低くなる。なお、判定閾値マップにおいて凝縮温度及び蒸発温度の数値間における判定閾値は、関数補間（例えば、直線補間）によって求められる。

熱源側制御部３１は、例えば図１２のステップＳＴ５において、冷媒量の適否の判定を行う前に図１８の判定閾値マップを用いて判定閾値を変更する。これにより、熱源側制御部３１は、凝縮温度が低くなるほど判定閾値を低下させるようになり、また、蒸発温度が高くなるほど判定閾値を低下させるようになる。したがって、上記のような問題が解決され、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

なお、本実施の形態では、凝縮温度及び蒸発温度の双方に基づいて温度効率の判定閾値を決定しているが、例えば、凝縮温度又は蒸発温度の一方に基づいて他方を推定できるような場合には、凝縮温度又は蒸発温度の一方に基づいて温度効率の判定閾値を決定してもよい。

［変形例２］
次に、本実施の形態の変形例２について説明する。本変形例では、上記のような問題を解決するため、冷媒回路１０における冷媒の凝縮温度及び蒸発温度の少なくとも一方に加えて、さらに圧縮機２１の周波数に基づいて判定閾値が変更される。

図１９は、本変形例に係る冷凍装置１の熱源側制御部３１のＲＯＭに記憶されている判定閾値マップの一例を示す図である。本変形例では、圧縮機２１の周波数毎に設けられた複数の判定閾値マップが熱源側制御部３１のＲＯＭに記憶されている。図１９の（ａ）に示す判定閾値マップは、圧縮機２１の周波数が５０Ｈｚであるときに用いられるものであり、図１９の（ｂ）に示す判定閾値マップは、圧縮機２１の周波数が３０Ｈｚであるときに用いられるものである。図１９に示す判定閾値マップでは、凝縮温度、蒸発温度及び圧縮機２１の周波数に基づいて温度効率の判定閾値が決定される。判定閾値マップで決定される温度効率の判定閾値は、圧縮機２１の周波数が高くなるほど低くなる。なお、判定閾値マップにおいて凝縮温度、蒸発温度及び圧縮機２１の周波数の数値間における判定閾値は、関数補間（例えば、直線補間）によって求められる。

熱源側制御部３１は、例えば図１２のステップＳＴ５において、冷媒量の適否の判定を行う前に図１９の判定閾値マップを用いて判定閾値を変更する。これにより、熱源側制御部３１は、凝縮温度が低くなるほど判定閾値を低下させるようになり、蒸発温度が高くなるほど判定閾値を低下させるようになり、また、圧縮機２１の周波数が高くなるほど判定閾値を低下させるようになる。したがって、上記のような問題が解決され、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

［実施の形態のまとめ］
以上説明したように、上記実施の形態１及び２に係る冷凍装置１は、圧縮機２１、凝縮器（例えば、熱源側熱交換器２３）、過冷却器（例えば、第１過冷却器２２又は第２過冷却器２６）、減圧装置（例えば、利用側膨張弁４１）及び蒸発器（例えば、利用側熱交換器４２）を有し、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、冷媒回路１０の冷媒量を判定する冷媒量判定部（例えば、熱源側制御部３１）と、を備えている。過冷却器は、凝縮器を通過した冷媒を冷却流体（例えば、外気、又は中間圧の冷媒）との熱交換により過冷却するものである。過冷却器に流入する冷媒の温度（例えば、温度センサ３５ａで検出される温度ＴＨ１）と過冷却器から流出する冷媒の温度（例えば、温度センサ３５ｂで検出される温度ＴＨ２）との温度差を、過冷却器に流入する冷媒の温度（例えば、温度センサ３５ａで検出される温度ＴＨ１）と過冷却器に流入する冷却流体の温度（例えば、温度センサ３５ｄで検出される温度ＴＨ５）との温度差で除した値を過冷却器の温度効率としたとき、冷媒量判定部は、温度効率が閾値を下回った場合に冷媒量が不足していると判定するとともに、冷媒回路１０における冷媒の凝縮温度及び蒸発温度の少なくとも一方に基づいて、閾値を変更するように構成されている。

この構成によれば、凝縮温度及び蒸発温度に基づいて温度効率の定常値が変化した場合に、当該定常値の変化に応じて判定閾値を変更することができる。したがって、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

また、上記実施の形態１及び２に係る冷凍装置１において、冷媒量判定部は、凝縮温度が低くなるほど閾値を低下させるように構成されていてもよい。また、冷媒量判定部は、凝縮温度が高くなるほど閾値を上昇させるように構成されていてもよい。この構成によれば、凝縮温度が低下して温度効率の定常値が低下した場合に、当該定常値の低下に応じて判定閾値を低下させることができる。また、この構成によれば、凝縮温度が上昇して温度効率の定常値が上昇した場合に、当該定常値の上昇に応じて判定閾値を上昇させることができる。したがって、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

また、上記実施の形態１及び２に係る冷凍装置１において、冷媒量判定部は、蒸発温度が高くなるほど閾値を低下させるように構成されていてもよい。また、冷媒量判定部は、蒸発温度が低くなるほど閾値を上昇させるように構成されていてもよい。この構成によれば、蒸発温度が上昇して温度効率の定常値が低下した場合に、当該定常値の低下に応じて判定閾値を低下させることができる。また、この構成によれば、蒸発温度が低下して温度効率の定常値が上昇した場合に、当該定常値の上昇に応じて判定閾値を上昇させることができる。したがって、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

また、上記実施の形態１及び２に係る冷凍装置１において、冷媒量判定部は、さらに圧縮機２１の周波数に基づいて、閾値を変更するように構成されていてもよい。この構成によれば、圧縮機２１の周波数に基づいて温度効率の定常値が変化した場合に、当該定常値の変化に応じて判定閾値を変更することができる。したがって、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

また、上記実施の形態１及び２に係る冷凍装置１において、冷媒量判定部は、圧縮機２１の周波数が高くなるほど閾値を低下させるように構成されていてもよい。また、冷媒量判定部は、圧縮機２１の周波数が低くなるほど閾値を上昇させるように構成されていてもよい。この構成によれば、圧縮機２１の周波数が増加して温度効率の定常値が低下した場合に、当該定常値の低下に応じて判定閾値を低下させることができる。また、この構成によれば、圧縮機２１の周波数が減少して温度効率の定常値が上昇した場合に、当該定常値の上昇に応じて判定閾値を上昇させることができる。したがって、冷媒量の判定を精度よく行うことができる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、凝縮温度、蒸発温度及び圧縮機２１の周波数のいずれかに基づいて温度効率の判定閾値が変更されているが、本発明はこれに限られない。例えば、過冷却器の種類（例えば、二重管熱交換器、プレート熱交換器、又は空冷熱交換器のいずれであるか）や、冷媒回路１０又は圧縮機２１の種類などによって、温度効率の定常値が変化する場合がある。その場合には、過冷却器の種類や冷媒回路１０又は圧縮機２１の種類などに基づいて判定閾値が変更されるようにしてもよい。例えば、複数の判定閾値マップを予め用意しておき、冷媒回路１０の特性に応じて適切な判定閾値マップを選択するようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１ 冷凍装置、１Ａ 冷凍装置、２ 熱源側ユニット、２Ａ 熱源側ユニット、３ 制御部、３ａ 取得部、３ｂ 演算部、３ｃ 記憶部、３ｄ 駆動部、３ｅ 入力部、３ｆ 出力部、４ 利用側ユニット、６ 液冷媒延長配管、７ ガス冷媒延長配管、１０ 冷媒回路、１０ａ 利用側冷媒回路、１０ｂ 熱源側冷媒回路、２１ 圧縮機、２２ 第１過冷却器、２３ 熱源側熱交換器、２４ アキュムレータ、２５ レシーバ、２６ 第２過冷却器、２６ａ 被冷却側冷媒流路、２６ｂ 冷却側冷媒流路、２７ 熱源側ファン、２８ 液側閉鎖弁、２９ ガス側閉鎖弁、３１ 熱源側制御部、３２ 利用側制御部、３３ａ 吸入温度センサ、３３ｂ 吐出温度センサ、３３ｃ 吸込外気温度センサ、３３ｄ 過冷却器出口温度センサ、３３ｅ 利用側熱交換器入口温度センサ、３３ｆ 利用側熱交換器出口温度センサ、３３ｇ 吸込空気温度センサ、３４ａ 吸入圧力センサ、３４ｂ 吐出圧力センサ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ 温度センサ、４１ 利用側膨張弁、４２ 利用側熱交換器、４３ 利用側ファン、７１ 第１インジェクション回路、７１Ａ 第１インジェクション回路、７２ インジェクション量調整弁、７３ 第２インジェクション回路、７４ キャピラリチューブ、７５ 吸入インジェクション用電磁弁。

Claims (9)

1. 圧縮機、凝縮器、過冷却器、減圧装置及び蒸発器を有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、
   前記冷媒回路の冷媒量を判定する冷媒量判定部と、
   前記過冷却器を通過した冷媒の一部を前記圧縮機の中間圧部又は吸入部に流入させるインジェクション回路と、
   前記インジェクション回路に設けられた電磁弁と、
   を備え、
   前記過冷却器は、前記凝縮器を通過した冷媒を冷却流体との熱交換により過冷却するものであり、
   前記過冷却器に流入する冷媒の温度と前記過冷却器から流出する冷媒の温度との温度差を、前記過冷却器に流入する冷媒の温度と前記過冷却器に流入する冷却流体の温度との温度差で除した値を前記過冷却器の温度効率としたとき、
   前記冷媒量判定部は、
   前記冷凍装置の運転状態が、予め設定された冷媒量判定の例外条件に該当しない場合に、前記温度効率を利用した冷媒量判定を行い、
   前記温度効率が閾値を下回った場合に冷媒量が不足していると判定するとともに、
   前記冷媒回路における冷媒の凝縮温度及び蒸発温度の少なくとも一方に基づいて、前記閾値を変更するように構成され、
   前記例外条件は、前記電磁弁が開の場合を含む、
   冷凍装置。
2. 圧縮機、凝縮器、過冷却器、減圧装置及び蒸発器を有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、
   前記冷媒回路の冷媒量を判定する冷媒量判定部と、
   を備えた冷凍装置であって、
   前記過冷却器は、前記凝縮器を通過した冷媒を冷却流体との熱交換により過冷却するものであり、
   前記過冷却器に流入する冷媒の温度と前記過冷却器から流出する冷媒の温度との温度差を、前記過冷却器に流入する冷媒の温度と前記過冷却器に流入する冷却流体の温度との温度差で除した値を前記過冷却器の温度効率としたとき、
   前記冷媒量判定部は、
   前記冷凍装置の運転状態が、予め設定された冷媒量判定の例外条件に該当しない場合に、前記温度効率を利用した冷媒量判定を行い、
   前記温度効率が閾値を下回った場合に冷媒量が不足していると判定するとともに、
   前記冷媒回路における冷媒の凝縮温度及び蒸発温度の少なくとも一方に基づいて、前記閾値を変更するように構成されており、
   前記凝縮温度が低くなるほど前記閾値を低下させる、又は前記蒸発温度が高くなるほど前記閾値を低下させるように構成されている冷凍装置。
3. 通常運転時に前記蒸発器として機能し除霜運転時に前記凝縮器として機能する利用側熱交換器に空気を送風する利用側ファンをさらに備え、
   前記例外条件は、前記利用側ファンが停止している場合を含む請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記例外条件は、前記冷凍装置のプルダウン時を含む請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
5. 通常運転時に前記凝縮器として機能する熱源側熱交換器に空気を送風する熱源側ファンをさらに備え、
   前記例外条件は、前記熱源側ファンの風量が低下した場合を含む請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
6. 前記例外条件は、前記圧縮機の停止中及び前記圧縮機の起動後一定時間を含む請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
7. 前記過冷却器を通過した冷媒の一部を前記圧縮機の中間圧部又は吸入部に流入させるインジェクション回路と、
   前記インジェクション回路に設けられた電磁弁と、をさらに備え、
   前記例外条件は、前記電磁弁が開の場合を含む請求項２に記載の冷凍装置。
8. 前記冷媒量判定部は、さらに前記圧縮機の周波数に基づいて、前記閾値を変更するように構成されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の冷凍装置。
9. 前記冷媒量判定部は、前記周波数が高くなるほど前記閾値を低下させるように構成されている請求項８に記載の冷凍装置。

Images