WO2026018420A1 - 冷凍サイクル装置および冷媒量検知方法 - Google Patents

Abstract

冷媒を追加する作業の作業時間を短縮できる装置および方法を提供する。この装置は、圧縮機２１と凝縮器と過冷却器２５と膨張弁と蒸発器とを順に配管で接続した冷媒回路内を冷媒が循環し、凝縮器を出た冷媒の一部を分岐させ、バイパス弁２７で膨張させた後、過冷却器２５を介して圧縮機２１の吸込み側へ供給する装置であり、圧縮機２１を所定の周波数で稼働し、過冷却器２５を一定の冷却能力に維持し、蒸発器の出口の冷媒過熱度を一定とする冷媒量判定運転モードで運転するように制御する制御手段３２と、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を検知する第１の検知手段３０と、過冷却器２５の冷却能力を検知する第２の検知手段３１、第１の検知手段の第１の検知結果、第２の検知手段の第２の検知結果、バイパス弁の開度、膨張弁の開度の少なくとも２つ以上の組み合わせに基づき、不足する冷媒量を段階的に判定する判定手段３３とを含む。

Description

冷凍サイクル装置および冷媒量検知方法

　本発明は、冷凍サイクル装置および該冷凍サイクル装置内に封入する冷媒量の検知方法に関する。

　複数台の室内機を備える空気調和装置等の冷凍サイクル装置は、多種多様な施工状況に対応する必要があり、現地の施工配管や室内機の容量に見合った追加の冷媒量を計算し、追加充填する作業が発生する。

　しかしながら、現地作業員による人為的なミスや、配管仕様が不明確で正しく計算できない等の理由から、適切な冷媒量が充填されない場合がある。

　そこで、適正量の冷媒を封入できるようにすることを目的として、凝縮器出口の過冷却度、室内膨張弁や過冷却バイパス膨張弁等の開度から、冷媒封入量のガスローまたはオーバーチャージを判断するマルチ空調システムの冷媒封入量判定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－９６０５１号公報

　上記の従来の方法では、冷媒量を過充填、適正、冷媒不足の３段階でしか判断できないため、冷媒不足で手動で充填する際、作業者は、どの程度の量を追加して良いか分からない。このため、過充填にならないように様子を見ながら少量ずつ追加する必要があり、作業時間を要するという問題があった。

　本発明は、上記課題に鑑み、圧縮機と凝縮器と過冷却器と膨張弁と蒸発器とを順に配管で接続した冷媒回路内を冷媒が循環し、凝縮器を出た冷媒の一部を分岐させ、バイパス弁で膨張させた後、過冷却器を介して圧縮機の吸込み側へ供給する冷凍サイクル装置であって、
　圧縮機を所定の周波数で稼働し、過冷却器を一定の冷却能力に維持し、蒸発器の出口の冷媒過熱度を一定とする冷媒量判定運転モードで運転するように制御する制御手段と、
　凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を検知する第１の検知手段と、
　過冷却器の冷却能力を検知する第２の検知手段と、
　第１の検知手段の第１の検知結果、第２の検知手段の第２の検知結果、バイパス弁の開度、膨張弁の開度の少なくとも２つ以上の組み合わせに基づき、不足する冷媒量を段階的に判定する判定手段と
を含む、冷凍サイクル装置が提供される。

　本発明によれば、冷媒を追加する作業の作業時間を短縮することが可能となる。

冷凍サイクル装置の構成例を示した図。 本実施形態に係る冷凍サイクル装置として空気調和装置の構成例を示した図。 不足する冷媒の冷媒量を段階的に判定する処理の一例を示したフローチャート。 冷凍サイクル装置に複数の蒸発器を備える場合に、各蒸発器に同じ過熱度を設定する例を示した図。 冷凍サイクル装置に複数の蒸発器を備える場合に、蒸発器ごとに異なる過熱度を設定する例を示した図。

　冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、過冷却器と、膨張手段と、蒸発器とを順に配管で接続した冷媒回路内を冷媒が循環し、その循環する冷媒と水や空気等の流体とを熱交換させ、冷却または加熱した流体を提供する。冷凍サイクル装置は、冷媒回路を備える装置であれば、冷凍機、チラー、空気調和装置等、いかなる装置であってもよい。

　冷凍サイクル装置の冷媒回路内に充填される冷媒は、冷蔵・冷凍、業務用空調機等で主流となっているＲ４１０Ａでもよいし、地球温暖化防止を目的として、ＧＷＰ値が約１と低いＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１１３２（Ｅ）、Ｒ１１２３等を用いてもよい。なお、Ｒ４１０Ａは、Ｒ３２（ジフルオロメタン）とＲ１２５（ペンタフルオロエタン）とを５０質量％ずつ含む共沸混合冷媒である。Ｒ１２３４ｙｆは、２，３，３，３－テトラフルオロプロペンであり、Ｒ１１３２（Ｅ）は、トランス－１，２－ジフルオロエチレンであり、Ｒ１１２３は、トリフルオロエチレンである。

　図１は、冷凍サイクル装置の構成例を示した図である。以下、冷凍サイクル装置を空気調和装置として説明するが、冷凍サイクル装置は、空気調和装置に限定されるものではない。空気調和装置は、室内機と、室外機とを含む。なお、室内機および室外機の台数は、それぞれ１台であってもよいし、室外機は１台で、室内機は２台以上であってもよいし、室内機および室外機がそれぞれ２台以上であってもよい。図１に示す例では、室内機を２台とし、室外機を１台としている。

　室内機１０は、空気調和の対象となる空間（室内）に１台ずつ設置される。図１に示す例では、２つの室内のそれぞれに１台ずつ室内機１０が設置されている。室内機１０は、熱交換手段として室内熱交換器１１と、空気供給手段として室内ファン１２と、減圧手段として室内膨張弁１３とを含む。

　室内ファン１２は、室内の空気を、室内機１０の筐体の空気取込口から筐体内に取り込み、室内熱交換器１１において加熱もしくは冷却された空気を、筐体の空気吹出口から室内へ吹き出す。室内ファン１２は、室内ファンモータにより駆動され、制御装置により室内ファンモータの回転数が制御される。室内ファン１２は、室内ファンモータの回転数に応じて風量が変化する。

　室内熱交換器１１は、内部を冷媒が流れる伝熱管を有し、伝熱管の外部を流れる空気が伝熱管に接触し、間接的に冷媒と空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器１１は、暖房運転モードでは凝縮器として機能し、室内ファン１２により取り込まれた空気を加熱し、冷房運転モードでは蒸発器として機能し、室内ファン１２により取り込まれた空気を冷却する。

　室内膨張弁１３は、制御装置により開度が制御され、冷媒を減圧するとともに、各室内機１０に流れる冷媒量を調整する。

　室外機２０は、圧縮手段として圧縮機２１と、熱交換手段として室外熱交換器２２と、空気供給手段として室外ファン２３と、減圧手段として室外膨張弁２４と、過冷却手段として過冷却器２５と、切替手段として四方弁２６とを含む。室外機２０は、凝縮器から出た冷媒の一部を分岐させ、その分岐させた冷媒の一部を膨張させる膨張手段としてバイパス弁２７を備える。バイパス弁２７により膨張した冷媒の一部は、過冷却器２５を介して圧縮機２１の吸込み側へ供給される。

　圧縮機２１、四方弁２６、室外熱交換器２２、室外膨張弁２４、過冷却器２５、室内膨張弁１３、室内熱交換器１１、四方弁２６、圧縮機２１は、それぞれ配管により接続され、冷媒が循環する冷媒回路を形成する。

　圧縮機２１は、冷媒を圧縮し、冷媒回路内を循環させる。室外ファン２３は、室外の空気（外気）を、室外機２０の筐体の空気取込口から筐体内に取り込み、室外熱交換器２２において加熱もしくは冷却された空気を、筐体の空気吹出口から室外へ吹き出す。室外ファン２３は、室外ファンモータにより駆動され、制御装置により室外ファンモータの回転数が制御される。室外ファン２３は、室外ファンモータの回転数に応じて風量が変化する。

　室外熱交換器２２は、内部を冷媒が流れる伝熱管を有し、伝熱管の外部を流れる空気が伝熱管に接触し、間接的に冷媒と空気との間で熱交換を行う。室外熱交換器２２は、暖房運転モードでは蒸発器として機能し、室外ファン２３により取り込まれた空気を冷却し、冷房運転モードでは凝縮器として機能し、室外ファン２３により取り込まれた空気を加熱する。

　室外膨張弁２４は、制御装置により開度が制御され、冷媒を減圧するとともに、冷媒回路内を流れる冷媒量を調整する。

　過冷却器２５は、冷媒回路内を流れる冷媒（主流側の冷媒）と、バイパス弁２７により膨張した冷媒の一部（バイパス側の冷媒）との間で熱交換を行う。バイパス側の冷媒は、主流側の冷媒の一部を分岐させたものであるが、バイパス弁２７により断熱膨張させるため、その温度が低下し、これと主流側の冷媒との間で熱交換を行うことで、主流側の冷媒を過冷却する。

　過冷却器２５を出たバイパス側の冷媒は、圧縮機２１の吸込み側にて、主流側の冷媒と合流し、圧縮機２１へ供給される。

　空気調和装置は、運転モードとして、冷房運転モード、暖房運転モードを備え、その他、除湿運転モード、送風運転モード等を備えていてもよい。

　冷房運転モードは、空気調和装置を利用する利用者が、リモートコントローラにおいて「冷房」を選択し、運転の開始を指示することにより、冷房運転を開始する。運転の開始の指示を受けて、図１の実線の矢線で示す方向へ冷媒が流れるように四方弁２６を切り替え、圧縮機２１が起動し、冷媒を吸込み、所定の圧力に昇圧し、凝縮器として機能する室外熱交換器２２へ向けて吐出する。

　室外熱交換器２２は、伝熱管内を流れる高温でガス状の冷媒（冷媒ガスもしくはガス冷媒とも言う。）と、室外ファン２３により取り込まれ、伝熱管の外側を流れる空気との間で熱交換を行う。室外熱交換器２２へ入る冷媒ガスは、室外熱交換器２２により凝縮し、液状の冷媒（液冷媒とも言う。）となって排出される。室外膨張弁２４は、室外熱交換器２２から出た液冷媒の流量を制御するとともに、液冷媒を膨張させる。

　室外膨張弁２４を出た冷媒は、分岐され、主流側の冷媒が過冷却器２５へ供給され、バイパス側の冷媒がバイパス弁２７へ供給される。バイパス側の冷媒は、バイパス弁２７により膨張し、その温度が低下し、過冷却器２５へ供給される。過冷却器２５では、主流側の冷媒と、温度が低下したバイパス側の冷媒との間で熱交換を行い、主流側の冷媒が過冷却される。

　過冷却器２５を出たバイパス側の冷媒は、圧縮機２１の吸込み側へ供給され、主流側の冷媒は、室内機１０へ送られる。

　室内機１０へ送られた冷媒は、室内膨張弁１３を介して蒸発器として機能する室内熱交換器１１へ送られる。室内膨張弁１３は、室内熱交換器１１の出口の過熱度が一定になるように制御する。冷媒は、室内熱交換器１１内の圧力に対応する一定の温度（飽和温度）で蒸発し、飽和温度より高い温度で室内熱交換器１１から排出される。過熱度は、飽和温度よりΔｔほど高い温度で排出される場合のΔｔであり、飽和温度からの温度上昇を示す。このため、室内熱交換器１１の出口には、冷媒の温度を検知する温度検知手段として温度センサが設けられる。

　室内熱交換器１１を出た冷媒は、室外機２０へ送られ、四方弁２６を介して圧縮機２１へ戻される。四方弁２６と圧縮機２１とを繋ぐ配管には、バイパス側の冷媒が供給される配管が連結され、この連結部にて、主流側の冷媒とバイパス側の冷媒とが合流し、圧縮機２１へ送られる。なお、この連結部の圧縮機２１側には、冷媒の貯留手段としてアキュームレータが設けられていてもよい。アキュームレータは、室内熱交換器１１で蒸発しきれなかった液を分離する。

　暖房運転モードは、空気調和装置を利用する利用者が、操作手段としてリモートコントローラにおいて「暖房」を選択し、運転の開始を指示することにより、暖房運転を開始する。運転の開始の指示を受けて、図１の破線の矢線で示す方向（冷房運転とは逆の方向）へ冷媒が流れるように四方弁２６を切り替え、圧縮機２１を起動する。暖房運転モードは、冷房運転モードとは逆の方向に冷媒が流れるだけであるため、詳細な説明は省略する。

　空気調和装置は、圧縮機２１の圧縮機モータの回転数、室内ファン１２の室内ファンモータの回転数、室内膨張弁１３の開度、室外ファン２３の室外ファンモータの回転数、室外膨張弁２４の開度を制御する制御装置を備える。制御装置は、プロセッサおよびメモリを備えるコントローラを含み、室外機２０に設けられる。なお、制御装置は、室内機１０に設けられていてもよいし、その機能を２つに分け、室内機１０と室外機２０の両方に設けられていてもよい。

　ところで、空気調和装置を設置する際、室内機１０と室外機２０を配管で接続して、圧縮機２１、四方弁２６、室外熱交換器２２、室外膨張弁２４、過冷却器２５、室内膨張弁１３、室内熱交換器１１、四方弁２６、圧縮機２１が順に配管で接続された密閉空間を形成し、その密閉空間内に冷媒を充填する作業を行う。室内機１０の取り付け位置や室外機２０の設置位置によって室内機１０と室外機２０を接続する配管の長さが変わり、室内の広さによって室内機１０の容量が変わり、室内機１０の容量や台数によって室外機２０の容量が変わり、室内機１０の容量や台数、室外機２０の容量によって室内機１０と室外機２０を接続する配管のサイズも変わる。すると、密閉空間内に冷媒を充填する際の充填量（封入量とも言う。）は、施工状況によって変える必要があり、適切な量の冷媒を充填するには、最小限の冷媒量を見積もっておき、その冷媒量を充填し、それに加えて、現地において追加する冷媒量を計算し、計算した冷媒量を追加することになる。

　現地において追加する冷媒量を、常に正しく計算することができればよいが、現地作業者による人為的なミスや、配管仕様が不明確で正しく計算できない場合がある。このような場合、適切な量の冷媒が充填されないことになる。

　冷媒回路では、圧縮機２１により冷媒を高温高圧のガスとし、例えば冷房運転モードでは、凝縮器としての室外熱交換器２２によりガスから液へ変化させ、室外膨張弁２４により低温低圧の液に変化させ、蒸発器としての室内熱交換器１１により液からガスへ変化させることを繰り返す（冷凍サイクル）。このような冷凍サイクルにおいて、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度と、冷媒回路内の冷媒封入量とは、相関関係にあり、過冷却度を計測することで、冷媒封入量を推定する手法は一般的に用いられている。過冷却度は、上記の過熱度の逆で、飽和温度よりΔｔほど低い温度で排出される場合のΔｔであり、その圧力での飽和温度からの温度低下を示す。

　また、冷媒の過冷却度は、冷媒回路内を循環する冷媒の循環量とも相関関係がある。そこで、圧縮機２１を一定の周波数で稼働させ、一定の周波数で維持し、冷媒の過冷却度を計測する。冷媒の過冷却度は、凝縮器の出口の温度を、温度検知手段として温度センサを用いて計測することができる。なお、冷媒の圧力は、圧縮機２１に取り付けられている吐出圧力を検知する圧力検知手段として圧力センサを用いて計測することができる。冷媒の圧力は、圧縮機２１に取り付けられている圧力センサのほか、凝縮器の入口や出口に別途設けられる圧力センサを用いてもよい。

　冷媒の飽和温度は、圧力センサにより計測された冷媒の圧力から算出することができる。冷媒の過冷却度は、凝縮器の出口の温度センサにより計測された冷媒の温度と、算出された飽和温度とを用い、計測された冷媒の温度から算出された飽和温度を減算することにより算出することができる。上記の凝縮器の出口の温度を検知する温度センサ、吐出圧力を検知する圧力センサ等は、凝縮器の出口の過冷却度を検知する第１の検知手段として機能する。

　冷媒封入量が充分な状態である適正量の場合、凝縮器の出口の冷媒は、全てが凝縮して液となり、一定の過冷却状態となる。一方、冷媒封入量が不足すると、圧縮機２１の吸込圧が低下し、吐出圧も低下するが、吐出温度は上昇し、凝縮器の出口の冷媒が、飽和状態となり、一部がガス状態のまま残ることから、圧力損失が増加する。このため、過冷却度を検知することで、冷媒が適正量であるか、不足しているかを判定することができる。

　冷媒封入量を充分な状態から減少させていくと、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度が低下し、最終的には飽和状態となる。これに伴い、凝縮器に近い、過冷却器２５の入口側の配管、出口側の配管の順に、冷媒が飽和状態になっていく。

　凝縮器の出口の冷媒の過冷却度が低下してくると、過冷却器２５は、冷却効率が低下するため、過冷却器２５の冷却能力を維持するべく、バイパス弁２７の開度が増加するように制御される。このようにして、過冷却器２５は、バイパス弁２７の開度を制御して過冷却器２５の冷却能力を維持しようとする。過冷却器２５の冷却能力は、過冷却器２５の出口の冷媒の温度を検知する温度検知手段として温度センサを設け、過冷却器２５の入口もしくは出口の圧力を検知する圧力検知手段として圧力センサを設け、上記の蒸発器の出口の冷媒の過冷却度と同様、過冷却器２５の出口の冷媒の過冷却度を検知することにより検知することができる。なお、過冷却器２５の冷却能力は、これに限られるものではなく、過冷却器２５の入口の冷媒の温度を検知する温度検知手段として温度センサを設け、過冷却器２５の入口と出口の冷媒の温度から検知してもよい。上記の過冷却器２５の出口の冷媒の温度を検知する温度センサや圧力センサ、もしくは過冷却器２５の入口および出口の冷媒の温度を検知する温度センサは、過冷却器２５の冷却能力を検知する第２の検知手段として機能する。

　このように、冷媒封入量を充分な状態から減少させていくと、最初に、蒸発器の出口の過冷却度が低下し、続いて、過冷却器２５が冷却能力を維持しようとしてバイパス弁２７の開度が増加する。

　冷媒封入量をさらに減少させ、バイパス弁２７の開度を増加させていくと、過冷却器２５が次第に冷却能力を維持できなくなり、凝縮器の出口の飽和状態の冷媒が過冷却されなくなり、過冷却器２５の出口の冷媒の過冷却度が低下してくる。バイパス弁２７の開度が最大となると、過冷却器２５は、冷却能力を維持できなくなり、凝縮器の出口の飽和状態の冷媒が、そのまま過冷却器２５を通過するようになり、過冷却器２５の出口においても冷媒が飽和状態となる。

　過冷却器２５を出た冷媒が過冷却状態から飽和状態になってくると、液から、液とガスとの混合状態になってくるため、圧力損失が増加し、蒸発器側の膨張弁の開度が増加していく。なお、冷房運転モードでは、室内熱交換器１１が蒸発器として機能するため、蒸発器側の膨張弁は、室内膨張弁１３となる。暖房運転モードでは、その反対に、室外熱交換器２２が蒸発器として機能するため、蒸発器側の膨張弁は、室外膨張弁２４となる。

　蒸発器の出口には、蒸発器の出口の冷媒の温度を検知する温度検知手段として温度センサが設けられ、蒸発器側の膨張弁は、温度センサにより検知された温度から算出される過熱度を一定とし、蒸発器内のガスの割合を一定に維持するように制御される。これにより、冷凍サイクル内で蒸発器に溜まる冷媒の割合が多くなり、凝縮器の出口の過冷却度が付きにくくなる現象を回避することができる。

　このことから、冷房運転モードや暖房運転モード等の運転モードに加えて、冷媒量判定運転モードを設け、圧縮機２１を一定の周波数で維持し、過冷却器２５の冷却能力を一定に維持し、蒸発器の出口の冷媒の過熱度を一定に維持するように運転し、上記の凝縮器の出口の冷媒の過冷却度、バイパス弁２７の開度、過冷却器２５の冷却能力、蒸発器側の膨張弁の開度の変化を検知することで、段階的に冷媒不足を判定することができる。

　これは、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度の低下から始まり、続いて、バイパス弁２７の開度の増加が発生し、その次に、過冷却器２５の冷却能力の低下が生じ、最後に、蒸発器側の膨張弁の開度の増加が発生するといったように、これらの現象が順に起こることから、現在の状況がどの段階にあるかを判断することで、どの程度の量の冷媒が不足しているかを判定することができる。不足するある程度の量が分かるので、冷媒を充填する作業の作業時間を短縮することができる。

　なお、運転モードとは別に、冷媒量判定運転モードが設けられるため、冷媒量判定運転モードの中で、冷房運転と暖房運転を切り替えることができる。

　以上のことから、図２に示すように、空気調和装置は、図１に示した室内機１０および室外機２０に加え、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を検知する第１の検知手段３０と、過冷却器の冷却能力を検知する第２の検知手段３１とを含む。また、空気調和装置は、冷媒量判定運転モードで運転するように制御する制御手段３２と、第１の検知手段の第１の検知結果、第２の検知手段の第２の検知結果、バイパス弁２７の開度、蒸発器側の膨張弁の開度の少なくとも２つ以上の組み合わせに基づき、不足する冷媒量を段階的に判定する判定手段３３とを含む。制御手段３２は、上記の制御装置により実現することができ、判定手段３３は、制御装置、もしくは制御装置と通信可能なＰＣ(Personal Computer)、タブレット端末、スマートフォン等により実現することができる。また、空気調和装置は、判定手段３３の判定結果を通知する通知手段３４を備えることができる。通知手段３４は、判定結果を表示して通知するディスプレイ等の表示装置や、判定結果を音声により通知するスピーカ等の音出力装置等を用いることができる。

　具体的な冷媒量の検知処理について、図３を参照して詳細に説明する。ステップ１００から処理を開始し、ステップ１０１で、冷媒量判定運転モードを起動し、冷媒量判定運転モードで運転を開始する。このとき、運転モードは、冷房運転モードであってもよいし、暖房運転モードであってもよい。ここでは、冷房運転モードとして説明する。

　ステップ１０２で、冷凍サイクルが安定したかを判定する。冷凍サイクルが安定したかどうかは、例えば、運転を開始してから所定の時間が経過したかを判断基準とすることができるが、これに限られるものではない。また、冷媒回路を循環する冷媒の各位置での温度や圧力が所定の範囲内となり、それが一定時間継続していることを、冷凍サイクルが安定したと判定する基準としてもよい。

　ステップ１０３では、冷媒の不足する量が最も多い、蒸発器側の膨張弁、すなわち室内膨張弁１３の開度が所定の閾値以上であるかを判定する。所定の閾値以上である場合、ステップ１０４へ進み、不足する冷媒量を「大多量」とし、ステップ１１２へ進み、判定結果を表示する。ステップ１０３で、所定の閾値未満である場合、ステップ１０５へ進み、冷媒の不足する量が次に多い、過冷却器２５の冷却能力が所定の値より小さく、かつバイパス弁２７が所定の開度より大きいかを判定する。冷却能力が所定の値より小さく、かつ所定の開度より大きい場合、ステップ１０６へ進み、不足する冷媒量を「多量」とし、ステップ１１２へ進み、判定結果を表示する。

　ここでは、過冷却器２５の冷却能力が所定の値より小さく、かつバイパス弁２７が所定の開度より大きいかを判定しているが、過冷却器２５の冷却能力が所定の値より小さいかのみを判定してもよい。なお、バイパス弁の開度がある程度増加したところで、過冷却器２５の冷却能力の低下が始まることから、それらが同時に進行することがあり、そのため、過冷却器２５の冷却能力が所定の値より小さく、かつバイパス弁２７が所定の開度より大きいかを判定するほうが望ましい。

　ステップ１０７では、冷媒の不足する量がさらに次に多い、過冷却器２５の冷却能力が所定の値と等しく、かつバイパス弁２７が所定の開度より大きいかを判定する。冷却能力が所定の値と等しく、かつ所定の開度より大きい場合、ステップ１０８へ進み、不足する冷媒量を「中量」とし、ステップ１１２へ進み、判定結果を表示する。

　ここでは、過冷却器２５の冷却能力が所定の値と等しく、かつバイパス弁２７が所定の開度より大きいかを判定しているが、バイパス弁２７が所定の開度より大きいかのみを判定してもよい。この場合も、バイパス弁の開度がある程度増加したところで、過冷却器２５の冷却能力の低下が始まることから、それらが同時に進行することがあり、そのため、過冷却器２５の冷却能力が所定の値と等しく、かつバイパス弁２７が所定の開度より大きいかを判定するほうが望ましい。なお、過冷却器２５の冷却能力が所定の値と等しいとは、所定の値と等しいことに加え、所定の値に対して一定の範囲内にある値を含む。

　ステップ１０９では、冷媒の不足する量が最も少ない、蒸発器の出口の冷媒の過冷却度が所定の値より小さいかを判定する。所定の値より小さい場合、ステップ１１０へ進み、不足する冷媒量を「少量」とし、ステップ１１２へ進み、判定結果を表示する。

　ステップ１１１では、不足なしと判定し、ステップ１１２へ進み、判定結果を表示する。そして、ステップ１１３へ進み、冷媒量の検知処理を終了する。

　判定結果は、上記の「大多量」、「多量」、「中量」、「少量」を結果として表示してもよいし、「大多量」に対応する冷媒量として、例えば「Ａ以上」、「多量」に対応する「Ｂ以上Ａ未満」、「中量」に対応する「Ｃ以上Ｂ未満」、「少量」に対応する「Ｃ未満」といった具体的な範囲で追加が必要な冷媒量を提示してもよい。

　図３に示す例では、４段階に分けて冷媒不足を判定しているが、４段階のうちの少なくとも２段階で判定することができれば、不足する冷媒量がどの程度であるかを検知することが可能である。なお、２段階より３段階、３段階より４段階に分けて冷媒不足を判定することで、より細かく不足する冷媒量を検知することができる。

　この場合、判定手段３３は、第１の検知手段３０の第１の検知結果が所定の値より小さいか否か、第２の検知手段３１の第２の検知結果が所定の値と等しくかつバイパス弁２７が所定の開度より大きいか否か、第２の検知結果が所定の値より小さくかつバイパス弁２７が所定の開度より大きいか否か、蒸発器側の膨張弁の開度が所定の閾値以上であるか否かの少なくとも２つ以上の組み合わせを判定することにより、不足する冷媒量を段階的に判定することになる。

　冷媒量判定運転モードで運転中、周囲の空気温度による影響を受けるため、その影響を緩和するべく、それぞれの周辺の空気の空気温度により第１の空気供給手段として凝縮器側のファンおよび第２の空気供給手段として蒸発器側のファンのファンモータの回転数を変化させることが望ましい。

　具体的には、凝縮器側のファンの周辺温度が低い場合、凝縮器側のファンのファンモータの回転数を低下させ、蒸発器側のファンの周辺温度が低い場合、蒸発器側のファンのファンモータの回転数を増加させる。このようにして、周辺温度に応じて、各ファンの給気量を調整することができる。ここでは、周辺温度に応じて、ファンモータの回転数を制御しているが、これに限られるものではなく、例えば、冷媒回路の圧縮機２１と室外膨張弁２４とにより分けられる冷媒の圧力が高圧になる高圧側と冷媒の圧力が低圧になる低圧側とでそれぞれの圧力が目標値となるように各ファンのファンモータの回転数を制御してもよい。高圧側の圧力は、例えば圧縮機２１の吐出圧であり、低圧側の圧力は、例えば冷房運転モードでは室外膨張弁２４を出た箇所の冷媒の圧力、暖房運転モードでは室内膨張弁１３を出た箇所の冷媒の圧力である。

　冷凍サイクル装置は、複数の蒸発器を備えることができる。冷凍サイクル装置が空気調和装置である場合、空気調和装置は、複数の室内機を備えることができる。

　上記に説明したように、制御装置は、蒸発器内のガスの割合を一定に維持するように過熱度が一定になるように制御するが、冷凍サイクル装置が複数の蒸発器を備える場合、全ての蒸発器に対して同じ過熱度を設定してもよいし、蒸発器ごとに異なる過熱度を制御目標値として設定してもよい。また、蒸発器が１つの場合であっても、蒸発器の容積によらず、同じ過熱度としてもよいし、蒸発器の容積に応じて、過熱度を変えてもよい。

　蒸発器の容積は、蒸発器内に冷媒を貯留することができる部分の体積であり、蒸発器が備える伝熱管内の体積が大部分を占める。

　図４は、全ての蒸発器に対して同じ過熱度を設定する場合の例を示した図である。図４は、蒸発器を室内熱交換器１１とし、２つの室内熱交換器１１の容積が異なることを、各室内熱交換器１１が備える伝熱管の長さが異なるものとし、その長さで示した図である。各室内熱交換器１１内は、過熱度が０より大きい値に設定されることから、冷媒が液状態で供給され、途中で一部が蒸発して液とガスの２相状態となり、その後、全ての冷媒が気化し、ガス状態となって排出される。

　２つの室内熱交換器１１に対して同じ過熱度が設定される場合、各室内熱交換器１１内で存在する液状態の区間（液域の長さ：ａ、ａ’）、２相状態の区間（２相域の長さ：ｂ、ｂ’）、ガス状態の区間（ガス域の長さ：ｃ、ｃ’）の比率がほぼ等しくなる。すなわち、ａ：ｂ：ｃ≒ａ’：ｂ’：ｃ’である。

　ただし、２つの室内熱交換器１１の容積が異なるため、容器が大きい室内熱交換器１１は、容積が小さい室内熱交換器１１より供給される液冷媒の絶対量が多くなり、蒸発器としての冷媒量が多くなる。

　図５は、蒸発器ごとに異なる過熱度を設定する場合の例を示した図である。図５も、図４と同様、蒸発器を室内熱交換器１１とし、２つの室内熱交換器１１の容積が異なることを、各室内熱交換器１１が備える伝熱管の長さが異なるものとし、その長さで示した図である。この例でも、各室内熱交換器１１内は、過熱度が０より大きい値に設定されることから、冷媒が液状態で供給され、途中で一部が蒸発して液とガスの２相状態となり、その後、全ての冷媒が気化し、ガス状態となって排出される。

　２つの室内熱交換器１１に対して異なる過熱度が設定される場合、例えば、液量を揃えることが考えられる。すなわち、各室内熱交換器１１内で存在する液状態の区間（液域の長さ：ａ、ａ’）、２相状態の区間（２相域の長さ：ｂ、ｂ’）、ガス状態の区間（ガス域の長さ：ｃ、ｃ’）のうちの、液域の長さをほぼ同じにすることである。すなわち、ａ≒ａ’である。このように、液域の長さを揃えることで、容積が大きい方の室内熱交換器１１は、ガス域の長さが長くなり、より長く加熱されることになって、容積が小さい方の室内熱交換器１１よりも過熱度が大きくなる。

　以上のようにして、段階的に冷媒量を判定し、判定結果として通知することにより、作業者は、おおまかな追加冷媒量を把握することができ、冷媒量の追加充填の作業時間を短縮することができる。

　これまで本発明の冷凍サイクル装置および冷媒量検知方法について上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

　したがって、本発明によれば、（１）圧縮機と凝縮器と過冷却器と膨張弁と蒸発器とを順に配管で接続した冷媒回路内を冷媒が循環し、前記凝縮器を出た冷媒の一部を分岐させ、バイパス弁で膨張させた後、前記過冷却器を介して前記圧縮機の吸込み側へ供給する冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機を所定の周波数で稼働し、前記過冷却器を一定の冷却能力に維持し、前記蒸発器の出口の冷媒過熱度を一定とする冷媒量判定運転モードで運転するように制御する制御手段と、前記凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を検知する第１の検知手段と、前記過冷却器の冷却能力を検知する第２の検知手段と、前記第１の検知手段の第１の検知結果、前記第２の検知手段の第２の検知結果、前記バイパス弁の開度、前記膨張弁の開度の少なくとも２つ以上の組み合わせに基づき、不足する冷媒量を段階的に判定する判定手段とを含む、冷凍サイクル装置を提供することができる。

　本発明によれば、（２）前記判定手段は、前記第１の検知結果が所定の値より小さいか否か、前記第２の検知結果が所定の値と等しくかつ前記バイパス弁が所定の開度より大きいか否か、前記第２の検知結果が所定の値より小さくかつ前記バイパス弁が所定の開度より大きいか否か、前記膨張弁の開度が所定の閾値以上であるか否かの少なくとも２つ以上の組み合わせを判定することにより、不足する冷媒量を段階的に判定する、上記（１）に記載の冷凍サイクル装置を提供することができる。

　本発明によれば、（３）前記判定手段の段階的に判定した判定結果を通知する通知手段を含む、上記（１）または（２）に記載の冷凍サイクル装置を提供することができる。

　本発明によれば、（４）前記冷媒回路内を循環する冷媒の循環方向を切り替える切替手段と、前記切替手段により前記冷媒の循環方向を切り替えた場合に、前記過冷却器を通過後の冷媒を減圧する第２の膨張弁とを含む、上記（１）～（３）のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を提供することができる。

　本発明によれば、（５）前記凝縮器内の冷媒と熱交換する第１の空気を供給する第１の空気供給手段と、前記蒸発器内の冷媒と熱交換する第２の空気を供給する第２の空気供給手段とを含み、前記制御手段は、前記第１の空気の温度に応じて、前記第１の空気供給手段が供給する空気量を調整し、前記第２の空気の温度に応じて、前記第２の空気供給手段が供給する空気量を調整する、上記（１）～（４）のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を提供することができる。

　本発明によれば、（６）前記蒸発器の出口の冷媒過熱度の制御目標値が、前記蒸発器の容積に応じて変更される、上記（１）～（５）のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を提供することができる。

　本発明によれば、（７）前記冷凍サイクル装置は、複数の室内機と室外機と含む空気調和装置であり、前記各室内機は、冷房運転時に、前記蒸発器として機能する室内熱交換器と、前記膨張弁として機能する室内膨張弁と、前記第２の空気供給手段として機能する室内ファンとを含み、前記室外機は、前記圧縮機と、前記切替手段と、前記過冷却器と、前記バイパス弁とを含み、前記冷房運転時に、前記凝縮器として機能する室外熱交換器と、前記第２の膨張弁として機能する室外膨張弁と、前記第１の空気供給手段として機能する室外ファンとを含む、上記（１）～（６）のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を提供することができる。

　本発明によれば、（８）圧縮機と凝縮器と過冷却器と膨張弁と蒸発器とを順に配管で接続した冷媒回路内を冷媒が循環し、前記凝縮器を出た冷媒の一部を分岐させ、バイパス弁で膨張させた後、前記過冷却器を介して前記圧縮機の吸込み側へ供給する冷凍サイクル装置により冷媒量を検知する方法であって、前記圧縮機を所定の周波数で稼働し、前記過冷却器を一定の冷却能力に維持し、前記蒸発器の出口の冷媒過熱度を一定とする冷媒量判定運転モードで運転するように制御するステップと、前記凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を検知するステップと、前記過冷却器の冷却能力を検知するステップと、検知された前記過冷却度、検知された前記冷却能力、前記バイパス弁の開度、前記膨張弁の開度の少なくとも２つ以上の組み合わせに基づき、不足する冷媒量を段階的に判定するステップとを含む、冷媒量検知方法を提供することができる。

　本発明によれば、（９）前記判定するステップでは、前記第１の検知結果が所定の値より小さいか否か、前記第２の検知結果が所定の値と等しくかつ前記バイパス弁が所定の開度より大きいか否か、前記第２の検知結果が所定の値より小さくかつ前記バイパス弁が所定の開度より大きいか否か、前記膨張弁の開度が所定の閾値以上であるか否かの少なくとも２つ以上の組み合わせを判定することにより、不足する冷媒量を段階的に判定する、上記（８）に記載の方法を提供することができる。

　本発明によれば、（１０）前記判定するステップで段階的に判定した判定結果を通知するステップを含む、上記（８）または（９）に記載の方法を提供することができる。

　本発明によれば、（１１）前記冷媒回路内を循環する冷媒の循環方向を切り替えるステップと、前記切り替えるステップで前記冷媒の循環方向を切り替えた場合に、前記過冷却器を通過後の冷媒を第２の膨張弁により減圧するステップとを含む、上記（８）～（１０）のいずれかに記載の方法を提供することができる。

　本発明によれば、（１２）前記凝縮器内の冷媒と熱交換する第１の空気を供給するステップと、前記蒸発器内の冷媒と熱交換する第２の空気を供給するステップと、前記第１の空気の温度に応じて、前記第１の空気供給手段が供給する空気量を調整するステップと、前記第２の空気の温度に応じて、前記第２の空気供給手段が供給する空気量を調整するステップとを含む、上記（８）～（１１）のいずれかに記載の方法を提供することができる。

１０…室内機
１１…室内熱交換器
１２…室内ファン
１３…室内膨張弁
２０…室外機
２１…圧縮機
２２…室外熱交換器
２３…室外ファン
２４…室外膨張弁
２５…過冷却器
２６…四方弁
２７…バイパス弁
３０…第１の検知手段
３１…第２の検知手段
３２…制御手段
３３…判定手段
３４…通知手段
 

Claims (8)

1. 　圧縮機と凝縮器と過冷却器と膨張弁と蒸発器とを順に配管で接続した冷媒回路内を冷媒が循環し、前記凝縮器を出た冷媒の一部を分岐させ、バイパス弁で膨張させた後、前記過冷却器を介して前記圧縮機の吸込み側へ供給する冷凍サイクル装置であって、
   　前記圧縮機を所定の周波数で稼働し、前記過冷却器を一定の冷却能力に維持し、前記蒸発器の出口の冷媒過熱度を一定とする冷媒量判定運転モードで運転するように制御する制御手段と、
   　前記凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を検知する第１の検知手段と、
   　前記過冷却器の冷却能力を検知する第２の検知手段と、
   　前記第１の検知手段の第１の検知結果、前記第２の検知手段の第２の検知結果、前記バイパス弁の開度、前記膨張弁の開度の少なくとも２つ以上の組み合わせに基づき、不足する冷媒量を段階的に判定する判定手段と
   を含む、冷凍サイクル装置。
2. 　前記判定手段は、前記第１の検知結果が所定の値より小さいか否か、前記第２の検知結果が所定の値と等しくかつ前記バイパス弁が所定の開度より大きいか否か、前記第２の検知結果が所定の値より小さくかつ前記バイパス弁が所定の開度より大きいか否か、前記膨張弁の開度が所定の閾値以上であるか否かの少なくとも２つ以上の組み合わせを判定することにより、不足する冷媒量を段階的に判定する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 　前記判定手段の段階的に判定した判定結果を通知する通知手段を含む、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 　前記冷媒回路内を循環する冷媒の循環方向を切り替える切替手段と、
   　前記切替手段により前記冷媒の循環方向を切り替えた場合に、前記過冷却器を通過後の冷媒を減圧する第２の膨張弁と
   を含む、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 　前記凝縮器内の冷媒と熱交換する第１の空気を供給する第１の空気供給手段と、
   　前記蒸発器内の冷媒と熱交換する第２の空気を供給する第２の空気供給手段と
   を含み、
   　前記制御手段は、前記第１の空気の温度に応じて、前記第１の空気供給手段が供給する空気量を調整し、前記第２の空気の温度に応じて、前記第２の空気供給手段が供給する空気量を調整する、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 　前記蒸発器の出口の冷媒過熱度の制御目標値が、前記蒸発器の容積に応じて変更される、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 　前記冷凍サイクル装置は、複数の室内機と室外機と含む空気調和装置であり、
   　前記各室内機は、冷房運転時に、前記蒸発器として機能する室内熱交換器と、前記膨張弁として機能する室内膨張弁と、前記第２の空気供給手段として機能する室内ファンとを含み、
   　前記室外機は、前記圧縮機と、前記切替手段と、前記過冷却器と、前記バイパス弁とを含み、前記冷房運転時に、前記凝縮器として機能する室外熱交換器と、前記第２の膨張弁として機能する室外膨張弁と、前記第１の空気供給手段として機能する室外ファンとを含む、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 　圧縮機と凝縮器と過冷却器と膨張弁と蒸発器とを順に配管で接続した冷媒回路内を冷媒が循環し、前記凝縮器を出た冷媒の一部を分岐させ、バイパス弁で膨張させた後、前記過冷却器を介して前記圧縮機の吸込み側へ供給する冷凍サイクル装置により冷媒量を検知する方法であって、
   　前記圧縮機を所定の周波数で稼働し、前記過冷却器を一定の冷却能力に維持し、前記蒸発器の出口の冷媒過熱度を一定とする冷媒量判定運転モードで運転するように制御するステップと、
   　前記凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を検知するステップと、
   　前記過冷却器の冷却能力を検知するステップと、
   　検知された前記過冷却度、検知された前記冷却能力、前記バイパス弁の開度、前記膨張弁の開度の少なくとも２つ以上の組み合わせに基づき、不足する冷媒量を段階的に判定するステップと
   を含む、冷媒量検知方法。