JP6628833B2

JP6628833B2 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP6628833B2
Application number: JP2018097488A
Authority: JP
Inventors: 康敬落合; 一宏小松; 宣明田崎; 義統中島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Building Solutions Corp
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: WO2019225031A1; JP2019203620A

Description

本発明は、冷凍サイクル回路を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

特許文献１には、冷媒不足判定手段を備えた冷凍空調装置が記載されている。冷媒不足判定手段は、過冷却熱交換器出口における冷媒の過冷却度と判定閾値との偏差量を求め、偏差量が正の値であるか否かに基づいて冷媒量の不足を判定するように構成されている。

特開２０１１−２２６７０４号公報

近年の冷凍サイクル装置は、冷媒充填量が削減される傾向にある。冷媒充填量の少ない冷凍サイクル装置では、冷媒漏洩が生じていない正常な状態であっても、冷媒の過冷却度が比較的小さい場合がある。このような冷凍サイクル装置において、過冷却度と判定閾値との偏差量に基づき冷媒漏洩の有無を判定すると、冷媒が漏洩していないのにも関わらず冷媒が漏洩したと判定されてしまう誤検知、及びそれに基づく誤報知が生じやすくなってしまうという課題があった。

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、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知を抑制できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、前記冷凍サイクル回路の温度又は圧力を検出するセンサと、前記冷媒の漏洩を報知するように構成された報知部と、を備え、前記冷凍サイクル回路に設けられた要素機器の状態が変化している過渡期間を第一期間とし、前記過渡期間以降の期間を第二期間とした場合に、前記第一期間では冷媒漏洩検知処理を行わず、前記第二期間において、前記センサの検出値又は前記検出値に基づき演算される演算値の、いずれかの変化量又は標準偏差が閾値よりも大きくなった場合であって、前記変化量又は前記標準偏差が前記閾値よりも、大きくなる期間と小さくなる期間とが周期的に発生する場合に、前記冷媒の漏洩が前記報知部で報知されるものである。

本発明によれば、センサの検出値又は検出値に基づき演算される演算値のいずれかが所定期間内で大きく変動したことに基づいて、冷媒の漏洩をより確実に検知することができる。したがって、本発明によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル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１に係る冷凍サイクル装置の制御部２００の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御部２００で実行される冷媒漏洩検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の吐出圧力Ｐｄ及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値の時間変化、並びに過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の制御部２００で実行される冷媒漏洩検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置として、冷房運転を実行可能な空気調和装置を例示している。図１に示すように、冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０を有している。冷凍サイクル回路１０は、圧縮機２１、熱源側熱交換器２２、膨張弁２３及び負荷側熱交換器２４が冷媒配管を介して順次環状に接続された構成を有している。

冷凍サイクル装置は、室外に設置される室外機３０と、室内に設置される室内機４０と、を有している。室外機３０には、少なくとも熱源側熱交換器２２が収容されている。本実施の形態の室外機３０には、熱源側熱交換器２２の他に、圧縮機２１、圧力センサ６１、６２及び温度センサ７１、７２、７４と、熱源側熱交換器２２に室外空気を送風する室外ファン２５と、が収容されている。室内機４０には、少なくとも負荷側熱交換器２４が収容されている。本実施の形態の室内機４０には、負荷側熱交換器２４の他に、膨張弁２３及び温度センサ７３と、負荷側熱交換器２４に室内空気を送風する室内ファン２６と、が収容されている。

室外機３０と室内機４０との間は、冷媒配管の一部である延長配管５１及び延長配管５２を介して接続されている。延長配管５１の一端は、継手部３１を介して室外機３０に接続されている。延長配管５１の他端は、継手部４１を介して室内機４０に接続されている。延長配管５１は、主にガス冷媒を流通させるガス管となる。延長配管５２の一端は、継手部３２を介して室外機３０に接続されている。延長配管５２の他端は、継手部４２を介して室内機４０に接続されている。延長配管５２は、主に液冷媒を流通させる液管となる。

圧縮機２１は、低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機２１としては、例えば、回転速度を調整可能なインバータ駆動の圧縮機が用いられる。熱源側熱交換器２２は、凝縮器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器２２では、内部を流通する冷媒と、室外ファン２５により送風される室外空気との熱交換が行われる。

膨張弁２３は、絞り膨張により冷媒を減圧させる弁である。膨張弁２３としては、開度を調整可能な電子膨張弁が用いられる。膨張弁２３の開度は、冷媒の過熱度又は過冷却度が目標値に近づくように制御される。負荷側熱交換器２４は、蒸発器として機能する熱交換器である。負荷側熱交換器２４では、内部を流通する冷媒と、室内ファン２６により送風される室内空気との熱交換が行われる。

圧力センサ６１は、冷凍サイクル回路１０のうち圧縮機２１の吸入側に設けられている。圧力センサ６１は、冷凍サイクル回路１０内の低圧側圧力として圧縮機２１の吸入圧力Ｐｓを検出し、検出信号を出力するように構成されている。圧力センサ６２は、冷凍サイクル回路１０のうち圧縮機２１の吐出側に設けられている。圧力センサ６２は、冷凍サイクル回路１０内の高圧側圧力として圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄを検出し、検出信号を出力するように構成されている。圧力センサ６１、６２は、冷媒配管内の冷媒の圧力を直接的に検出している。

温度センサ７１は、熱源側熱交換器２２の二相部に設けられている。温度センサ７１は、熱源側熱交換器２２内の二相冷媒の温度を凝縮温度Ｔｃとして検出し、検出信号を出力するように構成されている。温度センサ７２は、冷凍サイクル回路１０において熱源側熱交換器２２の出口部に設けられている。温度センサ７２は、熱源側熱交換器２２から流出する冷媒の温度を凝縮器出口温度Ｔｃｏとして検出し、検出信号を出力するように構成されている。温度センサ７３は、冷凍サイクル回路１０において負荷側熱交換器２４の入口部に設けられている。温度センサ７３は、負荷側熱交換器２４に流入する冷媒の温度を検出し、検出信号を出力するように構成されている。温度センサ７４は、冷凍サイクル回路１０のうち圧縮機２１の吸入側に設けられている。温度センサ７４は、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を蒸発温度Ｔｅとして検出し、検出信号を出力するように構成されている。温度センサ７１、７２、７３、７４は、冷媒配管の外側に設けられている。すなわち、温度センサ７１、７２、７３、７４は、冷媒配管の温度を検出することにより、当該冷媒配管内の冷媒の温度を間接的に検出している。

図２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御部２００の構成を示すブロック図である。制御部２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御部２００は、冷凍サイクル回路１０に設けられた各種センサからの検出信号、及び操作部２１１からの操作信号等に基づき、圧縮機２１、膨張弁２３、室外ファン２５及び室内ファン２６を含む冷凍サイクル装置全体の動作を制御する。また、制御部２００は、冷凍サイクル回路１０から冷媒が漏洩したと判定した場合には、報知部２１２で冷媒の漏洩を報知する。

制御部２００は、機能ブロックとして、計測部２０１、演算部２０２、記憶部２０３及び比較判定部２０４を有している。計測部２０１は、圧力センサ６１、６２のそれぞれから出力される検出信号に基づき、各部の圧力の検出値を取得するとともに、温度センサ７１、７２、７３、７４のそれぞれから出力される検出信号に基づき、各部の温度の検出値を取得する。演算部２０２は、計測部２０１で取得された温度及び圧力の検出値に基づき、各種の演算値及び制御パラメータを演算する。演算部２０２は、例えば、吐出圧力Ｐｄの検出値及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値に基づき、過冷却度の演算値を演算する。また、制御パラメータとしては、圧縮機２１の駆動周波数、膨張弁２３の開度、室外ファン２５の回転数及び室内ファン２６の回転数などの、冷凍サイクル回路１０の要素機器の指示値が含まれる。記憶部２０３は、計測部２０１で取得された検出値、及び演算部２０２で演算された演算値及び制御パラメータ等の情報を記憶する。比較判定部２０４は、検出値、演算値、指示値などの値を必要に応じて比較し、冷媒漏洩の有無を判定する。

制御部２００は、室外機３０に設けられていてもよいし、室内機４０に設けられていてもよい。また、制御部２００は、室外機３０に設けられた室外機制御部と、室内機４０に設けられ室外機制御部と通信可能な室内機制御部と、を有していてもよい。

操作部２１１は、冷凍サイクル装置の運転開始操作及び運転停止操作等のユーザによる各種操作を受け付けるように構成されている。操作部２１１でユーザによる各種操作が行われると、行われた操作に応じた操作信号が操作部２１１から制御部２００に出力される。操作部２１１は、例えば室内機４０に設けられている。

報知部２１２は、制御部２００の指令により、冷媒の漏洩などの各種情報を外部に報知するように構成されている。報知部２１２は、情報を視覚的に報知する表示部、及び情報を聴覚的に報知する音声出力部の少なくとも一方を有している。報知部２１２は、例えば室内機４０に設けられている。

図３は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御部２００で実行される冷媒漏洩検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示す冷媒漏洩検知処理は、冷凍サイクル装置の運転期間中に所定の時間間隔で繰り返し実行される。

図３のステップＳ１では、制御部２００は、冷凍サイクル回路１０に設けられた各要素機器の現時点の指示値を今回の指示値として記憶部２０３に記憶する。要素機器としては、圧縮機２１、膨張弁２３、室外ファン２５及び室内ファン２６などが含まれる。指示値としては、圧縮機２１の駆動周波数、膨張弁２３の開度、室外ファン２５の回転数及び室内ファン２６の回転数などが含まれる。

次に、ステップＳ２では、制御部２００は、各センサにより検出された現時点の検出値を今回の検出値として記憶部２０３に記憶するとともに、これらの検出値に基づき演算された現時点の演算値を今回の演算値として記憶部２０３に記憶する。検出値としては、圧力センサ６１により検出される吸入圧力Ｐｓの検出値、圧力センサ６２により検出される吐出圧力Ｐｄの検出値、温度センサ７１により検出される凝縮温度Ｔｃの検出値、温度センサ７２により検出される凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値、温度センサ７３により検出される温度の検出値、温度センサ７４により検出される吸入温度Ｔｓの検出値などがある。演算値としては、吸入圧力Ｐｓの検出値及び吸入温度Ｔｓの検出値に基づき演算される過熱度の演算値、吐出圧力Ｐｄの検出値及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値に基づき演算される過冷却度の演算値などがある。

次に、ステップＳ３では、制御部２００は、ステップＳ１で記憶した各要素機器の今回の指示値と、前回の冷媒漏洩検知処理で記憶した各要素機器の前回の指示値と、を記憶部２０３から読み出し、今回の指示値と前回の指示値とを比較する。次に、ステップＳ４において、各要素機器の今回の指示値のうち少なくとも１つの指示値が前回の指示値から変化したと判定した場合には、今回の冷媒漏洩検知処理を終了する。また、ステップＳ４において、各要素機器の今回の指示値の全てが前回の指示値から変化していないと判定した場合には、ステップＳ５に進む。なお、前回の指示値に代えて、前回の冷媒漏洩検知処理よりも前に記憶した過去の指示値を用いることもできる。

ステップＳ５では、制御部２００は、現在が過渡期間内であるか否かを判定する。過渡期間とは、各要素機器の指示値が変化してから冷凍サイクル回路１０内の冷媒の状態が安定するまでの期間のことである。例えば、各要素機器の指示値が変化してからの経過時間が、あらかじめ設定された所定時間以下である場合には、現在が過渡期間内であると判定される。また、冷凍サイクル装置が起動してからの経過時間が、あらかじめ設定された所定時間以下である場合にも、現在が過渡期間内であると判定される。制御部２００は、現在が過渡期間内であると判定した場合には今回の冷媒漏洩検知処理を終了する。一方、制御部２００は、現在が過渡期間内ではないと判定した場合にはステップＳ６に進む。すなわち、冷媒漏洩の有無の判定（ステップＳ６及びステップＳ７）は、冷凍サイクル回路１０内の冷媒の状態が安定していない過渡期間には実行されず、冷凍サイクル回路１０内の冷媒の状態が安定している過渡期間外の期間に実行される。

ステップＳ６では、制御部２００は、検出値及び演算値のうちの少なくとも１つについて、ステップＳ２で記憶した今回の値と、前回の冷媒漏洩検知処理で記憶した前回の値と、を記憶部２０３から読み出す。そして、制御部２００は、今回の値と前回の値とに基づき、変化量を算出する。変化量は、今回の値から前回の値を減じた値の絶対値である。なお、前回の値に代えて、前回の冷媒漏洩検知処理よりも前に記憶された過去の値を用いることもできる。

次に、ステップＳ７では、制御部２００は、ステップＳ６で算出した変化量が、あらかじめ設定された閾値以下であるか否かを判定する。変化量が閾値以下であると判定した場合には、今回の冷媒漏洩検知処理を終了する。これは、後述するように、変化量が閾値以下である場合には、冷媒が漏洩していないと判定されるためである。一方、変化量が閾値よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ８に進み、冷媒の漏洩を報知部２１２に報知させる処理を行う。これは、後述するように、変化量が閾値よりも大きい場合には、冷媒が漏洩したと判定されるためである。ステップＳ８の処理により、報知部２１２では、冷媒の漏洩が外部に報知される。

図４は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。図５は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。図４及び図５の横軸は冷凍サイクル装置が起動してからの経過時間［分］を表しており、縦軸は過冷却度の演算値［Ｋ］を表している。過冷却度の演算値は、吐出圧力Ｐｄの検出値及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値に基づき演算されている。

図４に示すように、冷媒の漏洩が生じていない場合、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後には、過冷却度の演算値は＋１Ｋ程度に維持されている。このため、過冷却度の演算値の変動は小さくなっている。例えば、ある時刻ｔ１での過冷却度の演算値をＳＣ１とし、時刻ｔ１から数分後の時刻ｔ２での過冷却度の演算値をＳＣ２とすると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における過冷却度の演算値の変化量（｜ＳＣ２−ＳＣ１｜）は、０Ｋ〜１Ｋ程度である。

一方、図５に示すように、冷媒の漏洩が生じている場合には、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後であっても、過冷却度の演算値は、０Ｋを挟んで周期的に大きく変動している。過冷却度の演算値の変動周期は数分程度であり、変動幅は０Ｋを挟んで±数Ｋ程度である。例えば、ある時刻ｔ３での過冷却度の演算値をＳＣ３とし、時刻ｔ３から数分後の時刻ｔ４での過冷却度の演算値をＳＣ４とすると、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における過冷却度の演算値の変化量（｜ＳＣ４−ＳＣ３｜）は、６Ｋ程度である。したがって、過冷却度の演算値を用いて冷媒漏洩の有無を判定する場合、閾値が５Ｋ程度に設定されていれば、変化量が閾値以下であるか否かによって冷媒漏洩の有無を判定できる。

図６は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。図７は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。図６及び図７の横軸は冷凍サイクル装置が起動してからの経過時間［分］を表しており、縦軸は凝縮温度の検出値［℃］を表している。凝縮温度の検出値は、温度センサ７１の検出信号に基づき取得されている。

図６に示すように、冷媒の漏洩が生じていない場合、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後には、凝縮温度の検出値の変動が小さくなっている。例えば、ある時刻ｔ１での凝縮温度の検出値をＴｃ１とし、時刻ｔ１から数分後の時刻ｔ２での凝縮温度の検出値をＴｃ２とすると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における凝縮温度の検出値の変化量（｜Ｔｃ２−Ｔｃ１｜）は、０Ｋ〜１Ｋ程度である。

一方、図７に示すように、冷媒の漏洩が生じている場合には、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後であっても、凝縮温度の検出値は周期的に大きく変動している。凝縮温度の検出値の変動周期は数分程度であり、変動幅は数Ｋ〜１０Ｋ程度である。例えば、ある時刻ｔ３での凝縮温度の検出値をＴｃ３とし、時刻ｔ３から数分後の時刻ｔ４での凝縮温度の検出値をＴｃ４とすると、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における凝縮温度の検出値の変化量（｜Ｔｃ４−Ｔｃ３｜）は、７Ｋ程度である。したがって、凝縮温度の検出値を用いて冷媒漏洩の有無を判定する場合、閾値が５Ｋ程度に設定されていれば、変化量が閾値以下であるか否かによって冷媒漏洩の有無を判定できる。

次に、冷媒の漏洩が生じた冷凍サイクル装置で検出値及び演算値が周期的に大きく変動する理由について説明する。図８は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置における冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図である。図８の横軸は比エンタルピーを表しており、縦軸は圧力を表している。図８に示す冷凍サイクルＡでは、冷媒の状態がＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の順に変化する。冷媒充填量が削減された冷凍サイクル装置において冷媒の漏洩が生じていると、凝縮器として機能する熱源側熱交換器２２から流出する冷媒の過冷却度は、ほぼ０Ｋになる（図８の点Ａ２）。このため、膨張弁２３の入口部の冷媒の状態は液単相から気液二相に変化し得る。膨張弁２３の入口部の冷媒の状態が液単相から気液二相に変化すると、実行されるサイクルが冷凍サイクルＡから冷凍サイクルＢに変化する。

冷凍サイクルＢでは、冷媒の状態がＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の順に変化する。冷凍サイクルＢでは、膨張弁２３の入口部の冷媒の状態が気液二相になるため、膨張弁２３の圧力損失が増大する。これにより、膨張弁２３を介して冷凍サイクル回路１０の高圧側から低圧側に冷媒が流れにくくなる。このため、冷凍サイクル回路１０の低圧側の冷媒量が減少し、冷凍サイクル回路１０の低圧側圧力が低下する。また、低圧側圧力の低下に伴い、冷凍サイクル回路１０の高圧側圧力も低下する。

一方で、冷凍サイクルＢでは、低圧側に流入すべき冷媒が高圧側に溜まるため、膨張弁２３の入口部の冷媒が液化しやすくなる。膨張弁２３の入口部の冷媒の状態が気液二相から液単相に変化すると、実行されるサイクルが冷凍サイクルＢから冷凍サイクルＡに変化する。

冷凍サイクルＡでは、膨張弁２３の入口部の冷媒の状態が液単相になるため、膨張弁２３の圧力損失が減少する。これにより、膨張弁２３を介して高圧側から低圧側に冷媒が流入しやすくなるため、膨張弁２３の入口部の状態が液単相から気液二相に変化しやすくなる。

以上のように、冷媒の漏洩が生じた冷凍サイクル回路１０では、膨張弁２３の入口部の冷媒の過冷却度がほぼ０Ｋとなるため、冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとが交互に繰り返し実行される。このため、冷媒の漏洩が生じた冷凍サイクル回路１０では、圧力センサ６１、６２及び温度センサ７１、７２、７３、７４等により検出される検出値と、これらの検出値に基づき演算される演算値と、のそれぞれが周期的に大きく変動するハンチング現象が生じる。冷媒の漏洩が生じた場合に周期的に大きく変動する検出値としては、圧力センサ６１により検出される吸入圧力Ｐｓの検出値、圧力センサ６２により検出される吐出圧力Ｐｄの検出値、温度センサ７１により検出される凝縮温度Ｔｃの検出値、温度センサ７２により検出される凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値、温度センサ７３により検出される温度の検出値、及び温度センサ７４により検出される吸入温度Ｔｓの検出値などがある。また、冷媒の漏洩が生じた場合に周期的に大きく変動する演算値としては、吸入圧力Ｐｓの検出値及び吸入温度Ｔｓの検出値に基づき演算される過熱度の演算値などがある。

ここで、図８に示す点Ａ２及び点Ｂ２のいずれにおいても過冷却度は０Ｋであるため、図８によれば、冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとが交互に実行されたとしても、過冷却度は大きく変動しないように見える。しかしながら、圧力センサの検出値と温度センサの検出値とに基づき過冷却度が演算される場合には、以下に説明するように、過冷却度の演算値も周期的に大きく変動する。

図９は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の吐出圧力Ｐｄ及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値の時間変化、並びに過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。図９の横軸は、時間経過を表している。図９の上段の縦軸は、吐出圧力Ｐｄの検出値、及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値を表している。図９の下段の縦軸は、過冷却度の演算値［Ｋ］を表している。過冷却度の演算値は、吐出圧力Ｐｄの検出値及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値に基づき演算されるものとする。既に図８に示したように、冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとが交互に実行されると、吐出圧力Ｐｄの実際の値、及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの実際の値は、それぞれ周期的に変動する。ここで、吐出圧力Ｐｄは、点Ａ１及び点Ｂ１の圧力であり、凝縮器出口温度Ｔｃｏは、点Ａ２及び点Ｂ２の温度である。

図９の上段に示すように、圧力センサ６２で検出される吐出圧力Ｐｄの検出値は、冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとが交互に実行されると、吐出圧力Ｐｄの実際の値の変動に追従して応答性良く変動する。これは、圧力センサ６２が冷媒配管内の冷媒の圧力を直接的に検出しているためである。一方、温度センサ７１は、冷媒配管の温度を検出することにより、冷媒の温度を間接的に検出している。このため、温度センサ７１で検出される凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値には、冷媒配管などの熱容量の影響により、凝縮器出口温度Ｔｃｏの実際の値の変動に対して応答の遅れが生じる。したがって、凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値のピークは、吐出圧力Ｐｄの検出値のピークから時間ｔだけ遅延する。また、応答の遅れに伴い、凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値の波形には、吐出圧力Ｐｄの検出値の波形に対して鈍りが生じる。過冷却度の演算値は、吐出圧力Ｐｄの検出値及び凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値に基づき演算される。この結果、冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとが交互に実行されると、過冷却度の演算値は、図９の下段に示すように０Ｋを挟んで周期的に大きく変動する。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０と、冷凍サイクル回路１０の温度又は圧力を検出するセンサと、冷媒の漏洩を報知するように構成された報知部２１２と、を備えている。上記センサは、例えば、圧力センサ６１、６２及び温度センサ７１、７２、７３、７４である。冷凍サイクル装置では、センサの検出値、又は当該検出値に基づき演算される演算値、のいずれかの所定期間内での変化量が閾値を超えた場合、冷媒の漏洩が報知部２１２で報知される。上記検出値は、例えば、吸入圧力Ｐｓの検出値、吐出圧力Ｐｄの検出値、凝縮温度Ｔｃの検出値、凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値、吸入温度Ｔｓの検出値などである。上記演算値は、例えば、過熱度の演算値、過冷却度の演算値などである。上記変化量は、例えば、図３のステップＳ２で記憶された今回の値と過去に記憶された過去の値とに基づき演算された変化量である。

この構成によれば、温度若しくは圧力を検出するセンサの検出値、又は検出値に基づき演算される演算値、のいずれかが所定期間内で大きく変動したことに基づいて、冷媒の漏洩をより確実に検知することができる。したがって、本実施の形態によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知を抑制することができる。

過冷却度と判定閾値との偏差量に基づき冷媒漏洩の有無が判定される従来の冷凍サイクル装置では、判定閾値がどのような値に設定されていても、過冷却度が０Ｋに近づいた場合には冷媒が漏洩したと判定される。しかしながら、冷媒充填量の少ない冷凍サイクル装置では、冷媒の漏洩が生じていない正常な状態であっても過冷却度が小さくなっている。したがって、冷媒充填量の少ない冷凍サイクル装置では、冷媒が漏洩していないのにも関わらず冷媒が漏洩したと判定されてしまう誤検知が生じやすかった。これに対し、本実施の形態では、過冷却度の大小ではなく、検出値又は演算値の所定期間内での変化量の大小に基づいて、冷媒漏洩の有無が判定される。したがって、本実施の形態によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知を抑制することができる。

また、吐出温度の高低又は過熱度の大小に基づいて冷媒漏洩の有無が判定される冷凍サイクル装置では、漏洩が進行して回路内に冷媒がほとんど存在しない状態にならない限り、冷媒の漏洩が検知されない。この場合、冷媒の漏洩が検知されたときには、圧縮機などの要素機器が損傷してしまっているおそれがある。これに対し、本実施の形態では、吐出温度の高低又は過熱度の大小ではなく、検出値又は演算値の所定期間内での変化量の大小に基づいて、冷媒の漏洩がより早期に検知される。したがって、本実施の形態によれば、圧縮機などの要素機器が損傷する前に冷媒の漏洩を報知することができる。また、本実施の形態では、冷媒の漏洩が早期に検知されることにより冷媒の漏洩量を削減できるため、安全性の向上及び地球温暖化の抑制の効果も得られる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル回路１０に設けられた圧縮機２１をさらに備えている。上記所定期間は、圧縮機２１の駆動周波数が一定に維持されている期間である。この構成によれば、圧縮機２１の駆動周波数の変動に起因して検出値又は演算値が変動した場合に、冷媒の漏洩を誤検知してしまうのを防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知をより確実に抑制することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル回路１０に設けられた膨張弁２３をさらに備えている。上記所定期間は、膨張弁２３の開度が一定に維持されている期間である。この構成によれば、膨張弁２３の開度の変動に起因して検出値又は演算値が変動した場合に、冷媒の漏洩を誤検知してしまうのを防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知をより確実に抑制することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル回路１０に設けられた熱交換器と、熱交換器に空気を供給するファンと、をさらに備えている。上記熱交換器は、例えば、熱源側熱交換器２２又は負荷側熱交換器２４。上記ファンは、例えば、室外ファン２５又は室内ファン２６である。上記所定期間は、ファンの回転数が一定に維持されている期間である。この構成によれば、ファンの回転数の変動に起因して検出値又は演算値が変動した場合に、冷媒の漏洩を誤検知してしまうのを防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知をより確実に抑制することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、上記所定期間は、冷凍サイクル回路１０に設けられた要素機器の状態が変化した後の過渡期間外の期間である。上記要素機器は、例えば、圧縮機２１、膨張弁２３、室外ファン２５又は室内ファン２６等である。この構成によれば、要素機器の状態変化に起因して検出値又は演算値が変動した場合に、冷媒の漏洩を誤検知してしまうのを防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知をより確実に抑制することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置について説明する。上記実施の形態１では、検出値又は演算値の所定期間内での変化量が閾値を超えた場合に、冷媒が漏洩したと判定され、冷媒の漏洩が報知部２１２で報知される。これに対し、本実施の形態では、検出値又は演算値の所定期間内での標準偏差σが閾値を超えた場合に、冷媒が漏洩したと判定され、冷媒の漏洩が報知部２１２で報知される。すなわち、本実施の形態では、検出値又は演算値の変化量の大小ではなく、検出値又は演算値のばらつきの大小に基づいて冷媒漏洩の有無が判定される。ここで、検出値又は演算値は所定の時間間隔で離散値として取得されており、上記所定期間内には２点以上の検出値又は演算値が取得されているものとする。

図１０は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御部２００で実行される冷媒漏洩検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１０のステップＳ１１〜Ｓ１５については、図３のステップＳ１〜Ｓ５と同様であるので説明を省略する。

図１０のステップＳ１６では、制御部２００は、検出値及び演算値のうちの少なくとも１つについて、所定期間内での２点以上の値を記憶部２０３から読み出し、これらの標準偏差σを算出する。

次に、ステップＳ１７では、制御部２００は、ステップＳ１６で算出した標準偏差σが、あらかじめ設定された閾値以下であるか否かを判定する。標準偏差σが閾値以下であると判定した場合には、今回の冷媒漏洩検知処理を終了する。一方、標準偏差σが閾値よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１８に進み、冷媒の漏洩を報知部２１２に報知させる処理を行う。ステップＳ１８の処理により、報知部２１２では、冷媒の漏洩が外部に報知される。

図１１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。図１２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の過冷却度の演算値の時間変化を示すグラフである。図１１及び図１２の横軸は冷凍サイクル装置が起動してからの経過時間［分］を表しており、縦軸は過冷却度の演算値［Ｋ］を表している。

図１１に示すように、冷媒の漏洩が生じていない場合、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後には、過冷却度の演算値のばらつきが小さくなっている。一方、図１２に示すように、冷媒の漏洩が生じている場合には、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後であっても、過冷却度の演算値のばらつきが大きくなっている。したがって、所定期間内での過冷却度の演算値の標準偏差σが閾値を超えたか否かに基づいて、冷媒漏洩の有無を判定することができる。例えば、図１１に示すグラフにおいて、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間での過冷却度の演算値の標準偏差σが閾値以下であれば、冷媒の漏洩が生じていないと判定することができる。また例えば、図１２に示すグラフにおいて、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間での過冷却度の演算値の標準偏差σが閾値を超えていれば、冷媒の漏洩が生じていると判定することができる。

図１３は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じていない場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。図１４は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、冷媒の漏洩が生じている場合の凝縮温度の検出値の時間変化を示すグラフである。図１３及び図１４の横軸は冷凍サイクル装置が起動してからの経過時間［分］を表しており、縦軸は凝縮温度の検出値［℃］を表している。

図１３に示すように、冷媒の漏洩が生じていない場合、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後には、凝縮温度の検出値のばらつきが小さくなっている。一方、図１４に示すように、冷媒の漏洩が生じている場合には、冷凍サイクル装置が起動してから２０分程度の過渡期間を経過した後であっても、凝縮温度の検出値のばらつきが大きくなっている。したがって、所定期間内での凝縮温度の検出値の標準偏差σが閾値を超えたか否かに基づいて、冷媒漏洩の有無を判定することができる。例えば、図１３に示すグラフにおいて、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間での凝縮温度の検出値の標準偏差σが閾値以下であれば、冷媒の漏洩が生じていないと判定することができる。また例えば、図１４に示すグラフにおいて、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間での凝縮温度の検出値の標準偏差σが閾値を超えていれば、冷媒の漏洩が生じていると判定することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０と、冷凍サイクル回路１０の温度又は圧力を検出するセンサと、冷媒の漏洩を報知するように構成された報知部２１２と、を備えている。上記センサは、例えば、圧力センサ６１、６２及び温度センサ７１、７２、７３、７４である。冷凍サイクル装置では、センサの検出値、又は検出値に基づき演算される演算値、のいずれかの所定期間内での標準偏差σが閾値を超えた場合、冷媒の漏洩が報知部２１２で報知される。上記検出値は、例えば、吸入圧力Ｐｓの検出値、吐出圧力Ｐｄの検出値、凝縮温度Ｔｃの検出値、凝縮器出口温度Ｔｃｏの検出値、吸入温度Ｔｓの検出値などである。上記演算値は、例えば、過熱度の演算値、過冷却度の演算値などである。

この構成によれば、温度若しくは圧力を検出するセンサの検出値、又は検出値に基づき演算される演算値、のいずれかのばらつきが大きくなったことに基づいて、冷媒の漏洩をより確実に検知することができる。したがって、本実施の形態によれば、冷媒漏洩の誤検知又は誤報知を抑制することができる。

上記実施の形態１及び２では空気調和装置を例に挙げたが、本発明は、空気調和装置以外の冷凍サイクル装置にも適用可能である。また、上記実施の形態１及び２では、冷房運転を実行可能な冷凍サイクル装置を例に挙げたが、本発明は、暖房運転のみを実行可能な冷凍サイクル装置、又は、冷房運転及び暖房運転の双方を実行可能な冷凍サイクル装置にも適用可能である。

上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０冷凍サイクル回路、２１圧縮機、２２熱源側熱交換器、２３膨張弁、２４負荷側熱交換器、２５室外ファン、２６室内ファン、３０室外機、３１、３２継手部、４０室内機、４１、４２継手部、５１、５２延長配管、６１、６２圧力センサ、７１、７２、７３、７４温度センサ、２００制御部、２０１計測部、２０２演算部、２０３記憶部、２０４比較判定部、２１１操作部、２１２報知部。

Claims

冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、
前記冷凍サイクル回路の温度又は圧力を検出するセンサと、
前記冷媒の漏洩を報知するように構成された報知部と、
を備え、
前記冷凍サイクル回路に設けられた要素機器の状態が変化している過渡期間を第一期間とし、前記過渡期間以降の期間を第二期間とした場合に、
前記第一期間では冷媒漏洩検知処理を行わず、前記第二期間において、前記センサの検出値又は前記検出値に基づき演算される演算値の、いずれかの変化量又は標準偏差が閾値よりも大きくなった場合であって、前記変化量又は前記標準偏差が前記閾値よりも、大きくなる期間と小さくなる期間とが周期的に発生する場合に、前記冷媒の漏洩が前記報知部で報知される冷凍サイクル装置。
前記冷凍サイクル回路に設けられた圧縮機をさらに備え、
前記第二期間は、前記圧縮機の駆動周波数が一定に維持されている期間である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記冷凍サイクル回路に設けられた膨張弁をさらに備え、
前記第二期間は、前記膨張弁の開度が一定に維持されている期間である請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
前記冷凍サイクル回路に設けられた熱交換器と、
前記熱交換器に空気を供給するファンと、をさらに備え、
前記第二期間は、前記ファンの回転数が一定に維持されている期間である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。