JP6861897B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を循環させる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、空調システムが記載されている。この空調システムは、室外機と室内機との間を分離するために配管に設けられた電磁弁と、室外機側で冷媒の圧力を検出する室外機側圧力センサと、室内機側で冷媒の圧力を検出する室内機側圧力センサと、を有している。この空調システムでは、室外温度に基づいて室外機側の冷媒の推定正常圧力（すなわち、室外温度の飽和圧力）が演算され、室外機側圧力センサで検出された冷媒の圧力と推定正常圧力との比較から室外機側における冷媒の漏洩が判断される。また、この空調システムでは、室内温度に基づいて室内機側の冷媒の推定正常圧力（すなわち、室内温度の飽和圧力）が演算され、室内機側圧力センサで検出された冷媒の圧力と推定正常圧力との比較から室内機側における冷媒の漏洩が判断される。

特開２００５−２４１０５０号公報

しかしながら、特許文献１の空調システムでは、周囲温度の上昇により室外機側又は室内機側の冷媒が全て気化して過熱ガス化した場合、冷媒の漏洩が生じていなかったとしても、冷媒の圧力は推定正常圧力よりも低くなる。したがって、特許文献１の空調システムには、実際には冷媒が漏洩していないにも関わらず冷媒が漏洩したと判定される誤検知が生じてしまうか、又は冷媒の漏洩を検知すること自体が困難になってしまう場合がある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、冷媒の漏洩をより正確に検知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、圧縮機、蒸発器として機能する室外熱交換器、及び凝縮器として機能する室内熱交換器を有し、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において前記圧縮機を経由する前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の区間を第１区間と定義し、前記冷凍サイクル回路において前記圧縮機を経由しない前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の区間を第２区間と定義したとき、前記第１区間に設けられた第１弁と、前記第２区間に設けられた第２弁と、前記冷凍サイクル回路において前記室内熱交換器を経由する前記第１弁と前記第２弁との間の区間を第３区間と定義したとき、前記第３区間に設けられた圧力センサと、前記第３区間の周囲温度を検出する温度センサと、前記冷媒の漏洩を報知するように構成された報知部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧縮機を停止させた第１タイミングで前記第１弁を閉状態にし、前記第１タイミングよりも後の第２タイミングで前記第２弁を閉状態にし、前記第１タイミング、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの間、前記第２タイミング、又は前記圧縮機の動作中に、前記第３区間の圧力Ｐｂを取得し、前記圧力Ｐｂと、前記圧縮機が停止している期間中にそれぞれ検出される前記第３区間の圧力Ｐａ及び前記周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃと、がＰａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、前記冷媒の漏洩を前記報知部に報知させるように構成されているものである。

本発明では、圧力Ｐａが飽和ガス圧力Ｐｃよりも低くなり、かつ圧力Ｐａが圧力Ｐｂよりも低くなった場合に、冷媒が漏洩したと判定されて冷媒の漏洩が報知される。したがって、本発明によれば、第３区間の冷媒が二相状態であるときだけでなく、第３区間の冷媒が過熱ガス状態であるときにも、冷媒の漏洩をより正確に検知することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の概略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２０１で実行される制御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ける圧縮機２１、電磁弁２３及び膨張弁２７の動作タイミング、並びに圧力センサ６１で検出される第３区間１０３の圧力の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。 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が漏洩したと判定される圧力Ｐａの範囲の例を示す概念図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置における冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図である。

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概略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、少なくとも暖房運転が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と、冷凍サイクル回路１０を含む冷凍サイクル装置全体の動作を制御する制御部２０１と、ユーザによる各種操作を受け付ける操作部２０２と、冷凍サイクル回路１０から冷媒が漏洩した場合に冷媒の漏洩を報知する報知部２０３と、を有している。冷凍サイクル回路１０は、圧縮機２１、冷媒流路切替装置２２、電磁弁２３、室外熱交換器２４、膨張弁２７及び室内熱交換器２９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。電磁弁２３は、暖房運転時の冷凍サイクル回路１０のうち、室外熱交換器２４の下流側であって圧縮機２１の上流側に設けられている。膨張弁２７は、暖房運転時の冷凍サイクル回路１０のうち、室内熱交換器２９の下流側であって室外熱交換器２４の上流側に設けられている。

冷凍サイクル装置は、例えば室外に設置される室外機３０と、例えば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、少なくとも室外熱交換器２４が収容されている。本実施の形態の室外機３０には、室外熱交換器２４の他に、圧縮機２１、冷媒流路切替装置２２、電磁弁２３、膨張弁２７、圧力センサ６１及び温度センサ６２が収容されている。室内機４０には、少なくとも室内熱交換器２９が収容されている。本実施の形態の室内機４０には、室内熱交換器２９の他に、温度センサ６３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などが用いられる。冷媒流路切替装置２２は、暖房運転時と冷房運転時とで冷凍サイクル回路１０内の冷媒の流れ方向を切り替えるように構成されている。図１では、暖房運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷房運転時の冷媒の流れ方向を破線矢印で示している。冷媒流路切替装置２２としては、例えば四方弁が用いられる。圧縮機２１と冷媒流路切替装置２２との間は、それぞれ冷凍サイクル回路１０の一部を構成する吐出流路１１及び吸入流路１２を介して接続されている。吐出流路１１には、暖房運転時及び冷房運転時のいずれにおいても、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒が流れる。吸入流路１２には、暖房運転時及び冷房運転時のいずれにおいても、圧縮機２１に吸入される低圧冷媒が流れる。

室内熱交換器２９は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する熱交換器である。室内熱交換器２９では、内部を流通する冷媒と、室内ファン（図示せず）により送風される室内空気との熱交換が行われる。

膨張弁２７は、絞り膨張により冷媒を減圧させる弁である。膨張弁２７としては、制御部２０１の制御により開度を調整可能な電子膨張弁が用いられる。膨張弁２７は、通常、圧縮機２１が運転している期間中には開状態に制御される。開状態となっているときの膨張弁２７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。また、膨張弁２７は、圧縮機２１が停止した後、所定時間経過したときに閉状態に制御される。膨張弁２７の開閉タイミングの例については後述する。室外熱交換器２４は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２４では、内部を流通する冷媒と、室外ファン（図示せず）により送風される室外空気との熱交換が行われる。電磁弁２３は、制御部２０１の制御により開閉する弁である。電磁弁２３は、通常、圧縮機２１が運転している期間中には開状態に制御される。電磁弁２３の開閉タイミングの例については後述する。

ここで、便宜上、冷凍サイクル回路１０において、圧縮機２１を経由する室外熱交換器２４と室内熱交換器２９との間の区間を第１区間１０１と定義する。また、冷凍サイクル回路１０において、圧縮機２１を経由しない室外熱交換器２４と室内熱交換器２９との間の区間を第２区間１０２と定義する。電磁弁２３は、第１区間１０１内のいずれかの位置に設けられる。電磁弁２３は、冷凍サイクル回路１０の第１区間１０１に設けられる第１弁の一例である。膨張弁２７は、第２区間１０２内のいずれかの位置に設けられる。膨張弁２７は、冷凍サイクル回路１０の第２区間１０２に設けられる第２弁の一例である。

さらに、冷凍サイクル回路１０において、室内熱交換器２９を経由する電磁弁２３と膨張弁２７との間の区間を第３区間１０３と定義する。第３区間１０３は、冷凍サイクル回路１０における室内機４０側の区間となる。また、冷凍サイクル回路１０において、室外熱交換器２４を経由する電磁弁２３と膨張弁２７との間の区間を第４区間１０４と定義する。第４区間１０４は、冷凍サイクル回路１０における室外機３０側の区間となる。本実施の形態では、電磁弁２３が第１弁として第１区間１０１に設けられているが、電動弁、膨張弁又は逆止弁が第１弁として第１区間１０１に設けられていてもよい。また、本実施の形態では、膨張弁２７が第２弁として第２区間１０２に設けられているが、電磁弁、電動弁又は逆止弁が第２弁として第２区間１０２に設けられていてもよい。

圧力センサ６１は、冷凍サイクル回路１０の第３区間１０３に設けられている。圧力センサ６１は、第３区間１０３内の冷媒の圧力を検出し、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は、圧縮機２１の吸入圧力、すなわち冷凍サイクル回路１０の低圧側圧力を検出できるように、第３区間１０３のうちの吸入流路１２に設けられている。圧縮機２１の吐出圧力、すなわち冷凍サイクル回路１０の高圧側圧力を検出できるように、圧力センサ６１とは別の圧力センサが第３区間１０３のうちの吐出流路１１に設けられていてもよい。

温度センサ６２は、暖房運転時の冷媒の流れにおいて膨張弁２７の下流側であって室外熱交換器２４の上流側に設けられている。温度センサ６２は、温度を検出して検出信号を出力するように構成されている。温度センサ６２は、暖房運転時には室外熱交換器２４に流入する冷媒の温度を検出し、冷房運転時には室外熱交換器２４から流出する冷媒の温度を検出する。

温度センサ６３は、暖房運転時の冷媒の流れにおいて室内熱交換器２９の下流側であって膨張弁２７の上流側に設けられている。温度センサ６３は、温度を検出して検出信号を出力するように構成されている。温度センサ６３は、暖房運転時には室内熱交換器２９から流出する冷媒の温度を検出し、冷房運転時には室内熱交換器２９に流入する冷媒の温度を検出する。圧縮機２１が停止している期間中の温度センサ６３では、室内機４０側での第３区間１０３の周囲温度が検出される。

冷凍サイクル回路１０を循環する冷媒としては、例えば可燃性冷媒が用いられる。ここで、可燃性冷媒とは、微燃レベル以上（例えば、ＡＳＨＲＡＥ３４の分類で２Ｌ以上）の燃焼性を有する冷媒のことである。また、冷凍サイクル回路１０を循環する冷媒としては、不燃性冷媒が用いられてもよいし、有毒性冷媒が用いられてもよい。また、本実施の形態では、冷媒として、単一冷媒、共沸混合冷媒又は疑似共沸混合冷媒が用いられる。これらの冷媒では、同一温度での飽和液圧力と飽和ガス圧力とが実質的に同一である。

制御部２０１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２０１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２０２からの操作信号等に基づき、圧縮機２１、電磁弁２３及び膨張弁２７の動作を含む冷凍サイクル装置全体の動作を制御する。制御部２０１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２０１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２０２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２０２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２０２から制御部２０１に出力される。操作部２０２は、例えば室内機４０に設けられている。

報知部２０３は、制御部２０１の指令により、冷媒が漏洩したことを表す漏洩情報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２０３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２０３は、例えば室内機４０に設けられている。

冷凍サイクル装置の動作について説明する。まず、冷凍サイクル装置の運転が開始される際の動作について、暖房運転を例に挙げて説明する。ユーザによって操作部２０２で冷凍サイクル装置の運転開始操作が行われると、操作部２０２から制御部２０１に運転開始信号が出力される。運転開始信号を受信した制御部２０１は、圧縮機２１の運転を開始し、電磁弁２３及び膨張弁２７を開状態とし、必要に応じて冷媒流路切替装置２２の流路を切り替える制御を行う。これにより、冷凍サイクル回路１０の暖房運転が開始される。圧縮機２１の運転周波数は、例えば、冷凍サイクル回路１０の高圧側圧力及び低圧側圧力がそれぞれ目標値に近づくように制御される。膨張弁２７の開度は、例えば、圧縮機２１に吸入される冷媒の過熱度が目標値に近づくように制御される。

圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出流路１１、冷媒流路切替装置２２及び延長配管５１を経由して、室内熱交換器２９に流入する。室内熱交換器２９では、冷媒と室内空気との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が室内空気に放熱される。これにより、室内熱交換器２９に流入したガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。また、室内空気は、冷媒からの放熱によって加熱される。室内熱交換器２９から流出した高圧の液冷媒は、延長配管５２を経由して膨張弁２７に流入し、膨張弁２７で減圧されて低圧の二相冷媒となる。膨張弁２７から流出した低圧の二相冷媒は、室外熱交換器２４に流入する。室外熱交換器２４では、冷媒と室外空気との熱交換が行われ、冷媒の蒸発熱が室外空気から吸熱される。これにより、室外熱交換器２４に流入した二相冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒は、電磁弁２３、冷媒流路切替装置２２及び吸入流路１２を経由して、圧縮機２１に吸入される。圧縮機２１に吸入された冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。暖房運転では、以上のサイクルが連続的に繰り返される。ここで、冷凍サイクル回路１０内の冷媒の圧力は、低圧状態であっても大気圧よりも高くなっている。

次に、冷凍サイクル装置が停止してから次の運転が開始されるまでの動作について、暖房運転を例に挙げて説明する。図２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御部２０１で実行される制御の流れの一例を示すフローチャートである。図３は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置における圧縮機２１、電磁弁２３及び膨張弁２７の動作タイミング、並びに圧力センサ６１で検出される第３区間１０３の圧力の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。

冷凍サイクル装置が運転している期間（図３の時刻ｔ１よりも前の期間）には、圧縮機２１は所定の周波数で運転しており、第１弁の一例である電磁弁２３は開状態にあり、第２弁の一例である膨張弁２７は所定開度での開状態にある。本実施の形態では、冷凍サイクル装置が運転している期間に圧力センサ６１で検出される第３区間１０３の圧力は、冷凍サイクル回路１０の低圧側圧力である。ユーザによって冷凍サイクル装置の運転停止操作が操作部２０２で行われると、操作部２０２から制御部２０１に停止信号が出力される。制御部２０１は、停止信号を受信すると（図２のステップＳ１）、圧縮機２１を停止し、電磁弁２３を閉状態にする制御を行う（図２のステップＳ２及び図３の時刻ｔ１）。膨張弁２７は開状態に維持される。

圧縮機２１の停止後の冷凍サイクル回路１０内では、圧縮機２１の停止前の冷媒の流れが惰性によってある程度維持される。また、圧縮機２１が停止したときには、冷凍サイクル回路１０における室内機４０側の圧力が室外熱交換器２４内の圧力よりも高くなっている。このため、惰性により維持される冷媒の流れと冷凍サイクル回路１０内での圧力差とによって、室内機４０側の冷媒は、延長配管５２及び膨張弁２７を経由して室外熱交換器２４に流入する。このとき、電磁弁２３は閉じられているため、室外熱交換器２４に一旦流入した冷媒が延長配管５１を経由して室内機４０側に戻ることはない。これにより、圧縮機２１が停止した後には、室内機４０側の冷媒が室外熱交換器２４に回収される。圧力センサ６１で検出される第３区間１０３の圧力は、冷凍サイクル回路１０内の低圧側圧力と高圧側圧力とが均圧することにより、徐々に上昇する。

制御部２０１は、圧縮機２１が停止してから所定時間経過した場合（図２のステップＳ３）、膨張弁２７を閉状態にする制御を行う（図２のステップＳ４及び図３の時刻ｔ２）。電磁弁２３は既に閉状態となっているため、膨張弁２７が閉状態になることにより、第３区間１０３内の空間と第４区間１０４内の空間とが互いに分離される。

さらに制御部２０１は、同ステップＳ４において、圧力センサ６１からの検出信号に基づき第３区間１０３の圧力Ｐｂを取得する（図３の時刻ｔ２）。圧力Ｐｂは、圧縮機２１の停止期間中に冷媒漏洩の有無を判定する際の基準値の１つとして用いられる。このため、圧力Ｐｂの値は、圧縮機２１の運転が次に開始されるまで制御部２０１で記憶される。冷媒漏洩の有無の実際の判定は、圧力Ｐｂが取得された後の圧縮機２１の停止期間中に行われる。

ここで、圧力Ｐｂの取得タイミングについて説明する。本実施の形態では、冷凍サイクル回路１０の低圧側圧力を検出する圧力センサ６１によって第３区間１０３の圧力が検出される。この場合、圧力Ｐｂは、本実施の形態のように時刻ｔ２に取得されてもよいし、時刻ｔ１、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、又は、時刻ｔ１よりも前の圧縮機２１が動作している期間に取得されてもよい。これらのタイミングで圧力Ｐｂが取得された場合、圧力Ｐｂが取得されてから圧縮機２１が次に起動するまでの期間中に第３区間１０３の圧力が低下するのは、以下の２つの場合にほぼ限られる。すなわち、第３区間１０３で冷媒が漏洩した場合と、第３区間１０３の周囲温度の低下によって当該周囲温度の飽和ガス圧力が圧力Ｐｂよりも低くなった場合と、である。このため、圧力Ｐｂが取得されてから圧縮機２１が次に起動するまでの期間中に、第３区間１０３の圧力が圧力Ｐｂより低くなった場合には、第３区間１０３で冷媒が漏洩している可能性が高いと判断できる。第３区間１０３の圧力は、冷凍サイクル回路１０の高圧側圧力を検出する圧力センサによって検出される場合もある。この場合には、圧力Ｐｂは、冷凍サイクル回路１０の低圧側圧力と高圧側圧力とが均圧した後に取得される。

その後、制御部２０１は、操作部２０２からの運転開始信号を受信した場合（図２のステップＳ５）、冷凍サイクル装置の運転を開始する前に、その時点での圧力Ｐａ及び圧力Ｐｃを取得する（ステップＳ６）。圧力Ｐａは、圧力センサ６１で検出される第３区間１０３の圧力である。圧力Ｐｃは、第３区間１０３の周囲温度の飽和ガス圧力である。第３区間１０３の周囲温度は、第３区間１０３に設けられた温度センサ６３で検出される。第３区間１０３に複数の温度センサが設けられている場合には、これらの温度センサの検出温度のうち最も低い温度が第３区間１０３の周囲温度として選択される。第３区間１０３の温度を検出する温度センサは、本実施の形態では室内機４０のみに設けられているが、室外機３０、延長配管５１又は延長配管５２に設けられていてもよい。また、第３区間１０３の周囲温度としては、室内空気温度又は室外空気温度を選択してもよい。

次に、制御部２０１は、圧力Ｐｂと、現時点の圧力Ｐａ及び圧力Ｐｃとが、Ｐａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ７）。Ｐａ＜Ｐｂの関係及びＰａ＜Ｐｃの関係の双方が満たされる場合にはステップＳ８に進み、Ｐａ＜Ｐｂの関係及びＰａ＜Ｐｃの関係の少なくとも一方が満たされない場合にはステップＳ１０に進む。

後述するように、Ｐａ＜Ｐｂの関係及びＰａ＜Ｐｃの関係の双方が満たされる場合には、室内熱交換器２９を含む第３区間１０３で冷媒が漏洩したと判断することができる。このため、ステップＳ８では、制御部２０１は、冷媒の漏洩を報知部２０３に報知させる処理を行う。次のステップＳ９では、制御部２０１は、冷凍サイクル装置の運転開始を禁止する処理を行う。これにより、圧縮機２１が停止状態に維持され、電磁弁２３及び膨張弁２７が閉状態に維持されるため、室内熱交換器２９を含む第３区間１０３が第４区間１０４から分離されている状態が継続される。これにより、室内熱交換器２９等の第３区間１０３で冷媒の漏洩が生じたとしても、室内への冷媒の漏洩量を少なく抑えることができる。また、第３区間１０３で冷媒漏洩が生じている状態で冷凍サイクル装置の運転が開始されてしまうのを防ぐことができるため、圧縮機２１の運転による冷媒の漏洩量の増加を防ぐこともできる。

一方、Ｐａ＜Ｐｂの関係及びＰａ＜Ｐｃの関係の少なくとも一方が満たされない場合には、第３区間１０３で冷媒の漏洩が生じていないと判断することができる。このため、ステップＳ１０では、制御部２０１は、冷媒の漏洩を報知部２０３に報知させる処理を行わず、圧縮機２１の運転を開始し、電磁弁２３及び膨張弁２７を開状態にする処理を行う。これにより、冷凍サイクル装置の運転が開始される（図３の時刻ｔ３）。

ここで、本実施の形態では、圧力Ｐａ及び圧力Ｐｃを取得する処理（ステップＳ６）と、取得した圧力Ｐａ及び圧力Ｐｃと既に取得している圧力Ｐｂとを用いた判定処理（ステップＳ７）とが、運転開始信号の受信を契機として冷凍サイクル装置の運転開始の直前のみに行われている。しかしながら、ステップＳ６及びステップＳ７の処理は、冷凍サイクル装置の停止期間中に所定の時間間隔で定期的に行われるようにしてもよい。

本実施の形態において冷媒漏洩の有無をより正確に検知できる原理について説明する。図４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４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４に示すように、周囲温度Ｔ１の閉空間に存在する冷媒の圧力がＰ１であると仮定する（状態Ａ１）。状態Ａ１は気液二相状態であるため、圧力Ｐ１は周囲温度Ｔ１の冷媒の飽和圧力に等しい。閉空間の周囲温度がＴ１からＴ２に上昇すると、冷媒の圧力はＰ１からＰ２に上昇する（状態Ａ２）。状態Ａ２は気液二相状態であるため、圧力Ｐ２は周囲温度Ｔ２の冷媒の飽和圧力に等しい。さらに、閉空間の周囲温度がＴ２からＴ３に上昇すると、冷媒の圧力はＰ２からＰ３に上昇する（状態Ａ３）。状態Ａ３は気液二相状態であるため、圧力Ｐ３は周囲温度Ｔ３の冷媒の飽和圧力に等しい。このように、閉空間内に常に液冷媒が存在する場合には、冷媒の圧力は、周囲温度の変化に従って変化し、周囲温度の飽和圧力に等しくなる。このため、冷媒の圧力が周囲温度の飽和圧力よりも低いときには、閉空間から冷媒が漏洩していると判断することができる。したがって、閉空間内に常に液冷媒が存在する場合に限れば、冷媒の圧力と周囲温度の飽和圧力とを比較することのみによって、閉空間からの冷媒漏洩の有無を判定することができる。

次に、周囲温度Ｔ１の閉空間に存在する冷媒の圧力は状態Ａ１と同様にＰ１であるものの、冷媒の状態が状態Ａ１よりも乾き度の高い状態Ｂ１であると仮定する。状態Ｂ１は気液二相状態であるため、圧力Ｐ１は周囲温度Ｔ１の冷媒の飽和圧力に等しい。閉空間の周囲温度がＴ１からＴ２に上昇すると、冷媒の圧力はＰ１からＰ２に上昇する（状態Ｂ２）。状態Ｂ２は飽和ガス状態であるため、圧力Ｐ２は周囲温度Ｔ２の冷媒の飽和圧力に等しい。この後、閉空間の周囲温度がＴ２からＴ３に上昇すると、冷媒の状態は状態Ｂ３となる。状態Ｂ３は過熱ガス状態であるため、状態Ｂ３での圧力Ｐ３ｂは、周囲温度Ｔ３の冷媒の飽和圧力Ｐ３よりも低くなる。このように、閉空間内に液冷媒が存在しなくなると、冷媒の圧力は周囲温度の飽和圧力よりも低くなる。したがって、閉空間内の冷媒が過熱ガスになる場合があることを考慮すると、冷媒の圧力と周囲温度の飽和圧力とを比較するだけでは、閉空間からの冷媒漏洩の有無を判定することはできない。

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が漏洩したと判定される圧力Ｐａの範囲の例を示す概念図である。図５の横軸は温度［℃］を表しており、縦軸は圧力［ＭＰａＧ］を表している。図５に示す例では、圧力Ｐｂは、約１．３ＭＰａＧであるものとする。また、圧縮機２１が停止したときの第３区間１０３内の冷媒は、飽和ガス状態であるものとする。圧縮機２１の停止期間中に取得される周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃは、周囲温度が高いときほど高くなる。図５に示す例では、周囲温度が約１２℃未満である場合、飽和ガス圧力Ｐｃが圧力Ｐｂよりも低くなる。図５中で右上がりのハッチングが付された領域Ａは、Ｐａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係が満たされる圧力Ｐａの範囲である。図５中で左上がりのハッチングが付された領域Ｂは、Ｐａ≧Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係が満たされる圧力Ｐａの範囲である。

冷媒の圧力Ｐａと周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃとを比較することのみによって冷媒漏洩の有無を判定する場合、圧力Ｐａが領域Ａ及び領域Ｂの範囲内にあるときに、冷媒が漏洩したと判定されてしまう。しかしながら、圧縮機２１の停止期間中に冷媒が過熱ガス状態になった場合には、冷媒が漏洩していなくても圧力Ｐａが領域Ｂの範囲内になり得る。このため、圧力Ｐａが領域Ｂの範囲内にあるときに冷媒が漏洩したと判定してしまうと、実際には冷媒が漏洩していないにも関わらず冷媒が漏洩したと判定される誤検知が生じてしまう場合がある。

これに対し、本実施の形態では、圧力Ｐａと飽和ガス圧力Ｐｃとの比較だけでなく、圧力Ｐａと圧力Ｐｂとの比較にも基づいて、冷媒漏洩の有無が判定される。これにより、圧力Ｐａが領域Ａの範囲内にある場合には冷媒が漏洩したと判定され、圧力Ｐａが領域Ｂの範囲内にある場合には冷媒が漏洩していないと判定される。すなわち、本実施の形態では、圧縮機２１の停止期間中において、Ｐａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係が満たされる場合には冷媒が漏洩したと判定され、冷媒の漏洩が報知される。一方、圧縮機２１の停止期間中において、Ｐａ≧Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係が満たされる場合には冷媒が漏洩していないと判定され、冷媒の漏洩が報知されない。したがって、本実施の形態では、冷媒漏洩の誤検知及び誤報知を減らすことができる。

たとえ誤検知であっても冷媒が漏洩したと一旦判定されてしまうと、冷凍サイクル装置を再び運転するまでに、冷凍サイクル装置の点検及び確認などの長時間を要する作業が必要になってしまう。この作業は、冷媒が漏洩していない場合には不要であるにも関わらず、誤検知が生じたことによって必要となってしまう作業である。本実施の形態によれば、冷媒の漏洩をより正確に検知でき、冷媒漏洩の誤検知及びそれに起因する誤報知を減らすことができるため、不要な作業を削減することができる。

また、冷媒の漏洩が生じている状態で圧縮機２１を運転すると、さらに多量の冷媒が漏洩してしまうおそれがある。本実施の形態によれば、圧縮機２１の停止期間中に冷媒の漏洩を検知できるため、冷媒の漏洩が生じている状態での圧縮機２１の起動を禁止することができる。したがって、冷媒が漏洩した場合であっても、冷媒の漏洩量をできるだけ削減することができる。

ここで、本実施の形態の具体例について、冷媒としてＲ４１０Ａを用いた空気調和装置を例に挙げて説明する。まず、第１例では、空気調和装置を長期にわたって停止することを想定する。例えば、夏季に空気調和装置を停止し、外気温度が低下した秋季に冷媒漏洩の有無を判定する。空気調和装置の圧縮機２１の停止前後に取得された圧力Ｐｂを飽和温度１７℃に相当する１．２３ＭＰａとし、冷媒漏洩の有無を判定するときの周囲温度（例えば、室内温度）の飽和ガス圧力Ｐｃを飽和温度１５℃に相当する１．１５ＭＰａとする。この場合、冷媒漏洩の有無を判定するときの第３区間１０３の圧力Ｐａが１．１５ＭＰａ未満であれば、Ｐａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たすため、冷媒が漏洩したと判定され、冷媒が漏洩した旨の情報が報知部２０３で報知される。

第２例では、空気調和装置を短期間停止した後に冷媒漏洩の有無を判定することを想定する。空気調和装置の圧縮機２１の停止前後に取得された圧力Ｐｂを飽和温度１７℃に相当する１．２３ＭＰａとし、冷媒漏洩の有無を判定するときの周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃを飽和温度２５℃に相当する１．５６ＭＰａとする。この場合、冷媒漏洩の有無を判定するときの第３区間１０３の圧力Ｐａが１．２３ＭＰａ未満であれば、Ｐａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たすため、冷媒が漏洩したと判定され、冷媒が漏洩した旨の情報が報知部２０３で報知される。

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、圧縮機２１、蒸発器として機能する室外熱交換器２４、及び凝縮器として機能する室内熱交換器２９を有し、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において圧縮機２１を経由する室外熱交換器２４と室内熱交換器２９との間の区間を第１区間１０１と定義し、冷凍サイクル回路１０において圧縮機２１を経由しない室外熱交換器２４と室内熱交換器２９との間の区間を第２区間１０２と定義したとき、第１区間１０１に設けられた電磁弁２３と、第２区間１０２に設けられた膨張弁２７と、冷凍サイクル回路１０において室内熱交換器２９を経由する電磁弁２３と膨張弁２７との間の区間を第３区間１０３と定義したとき、第３区間１０３に設けられた圧力センサ６１と、第３区間１０３の周囲温度を検出する温度センサ６３と、冷媒の漏洩を報知するように構成された報知部２０３と、制御部２０１と、を備えている。制御部２０１は、圧縮機２１を停止させた時刻ｔ１に電磁弁２３を閉状態にし、時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２に膨張弁２７を閉状態にするように構成されている。制御部２０１は、時刻ｔ１、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、時刻ｔ２、又は、時刻ｔ１よりも前である圧縮機２１の動作中に、第３区間１０３の圧力Ｐｂを取得するように構成されている。制御部２０１は、圧力Ｐｂと、圧縮機２１が停止している期間中にそれぞれ検出される第３区間１０３の圧力Ｐａ及び周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃと、がＰａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、冷媒の漏洩を報知部２０３に報知させるように構成されている。ここで、電磁弁２３は第１弁の一例である。膨張弁２７は第２弁の一例である。時刻ｔ１は第１タイミングの一例である。時刻ｔ２は第２タイミングの一例である。

この構成によれば、圧縮機２１の停止期間中の第３区間１０３の圧力Ｐａは、飽和ガス圧力Ｐｃと比較されるだけでなく、圧縮機２１の停止前後に検出された第３区間１０３の圧力Ｐｂとも比較される。圧力Ｐａが飽和ガス圧力Ｐｃよりも低くなり、かつ圧力Ｐａが圧力Ｐｂよりも低くなった場合に、冷媒の漏洩が報知される。したがって、第３区間１０３の冷媒が二相状態であるときだけでなく、第３区間１０３の冷媒が過熱ガス状態であるときにも、冷媒の漏洩をより正確に検知することができる。また、冷媒漏洩の誤検知及び誤報知を減らすことができるため、冷媒漏洩の報知の信頼性を高めることができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、制御部２０１は、圧力Ｐａ、圧力Ｐｂ及び飽和ガス圧力ＰｃがＰａ≧Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、冷媒の漏洩を報知部２０３に報知させないように構成されている。この構成によれば、冷媒漏洩の誤検知及び誤報知を減らすことができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、制御部２０１は、時刻ｔ２に圧力Ｐｂを取得するように構成されている。時刻ｔ１、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、時刻ｔ２、及び圧縮機２１の動作中のうち、第３区間１０３の圧力が最も高くなるのは時刻ｔ２である（図３参照）。このため、時刻ｔ２に圧力Ｐｂが取得されると、圧力Ｐａの閾値の１つとなる圧力Ｐｂがより高い値、すなわち圧力Ｐａに近い値に設定される。これにより、冷媒の漏洩によって圧力Ｐａが低下した場合には、圧力Ｐａの低下幅が小さくても冷媒の漏洩を検知することができる。したがって、上記構成によれば、冷媒の漏洩を精度良く又は早期に検知することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、制御部２０１は、圧力Ｐａ、圧力Ｐｂ及び飽和ガス圧力ＰｃがＰａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たすか否かの判定を、少なくとも、圧縮機２１の運転を開始する前に行うように構成されている。この構成によれば、冷媒が漏洩している場合には圧縮機２１の運転を開始しないようにすることができるため、圧縮機２１の運転開始によって冷媒の漏洩量が増加してしまうのを防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、第１弁及び第２弁のそれぞれは、電磁弁、電動弁又は電子膨張弁のいずれかであってもよい。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機２１、蒸発器として機能する室外熱交換器２４、及び凝縮器として機能する室内熱交換器２９を有し、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において圧縮機２１を経由する室外熱交換器２４と室内熱交換器２９との間の区間を第１区間１０１と定義し、冷凍サイクル回路１０において圧縮機２１を経由しない室外熱交換器２４と室内熱交換器２９との間の区間を第２区間１０２と定義したとき、第１区間１０１に設けられた電磁弁２３と、第２区間１０２に設けられた膨張弁２７と、冷凍サイクル回路１０において室内熱交換器２９を経由する電磁弁２３と膨張弁２７との間の区間を第３区間１０３と定義したとき、第３区間１０３に設けられた圧力センサ６１と、第３区間１０３の周囲温度を検出する温度センサ６３と、制御部２０１と、を備えている。制御部２０１は、圧縮機２１を停止させた時刻ｔ１に電磁弁２３を閉状態にし、時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２に膨張弁２７を閉状態にするように構成されている。時刻ｔ１、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、時刻ｔ２、又は、時刻ｔ１よりも前である圧縮機２１の動作中に、第３区間１０３の圧力Ｐｂを取得するように構成されている。制御部２０１は、圧力Ｐｂと、圧縮機２１が停止している期間中にそれぞれ検出される第３区間１０３の圧力Ｐａ及び周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃと、がＰａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、冷媒が漏洩したと判定するように構成されている。ここで、電磁弁２３は第１弁の一例である。膨張弁２７は第２弁の一例である。時刻ｔ１は第１タイミングの一例である。時刻ｔ２は第２タイミングの一例である。

この構成によれば、圧縮機２１の停止期間中の第３区間１０３の圧力Ｐａは、飽和ガス圧力Ｐｃと比較されるだけでなく、圧縮機２１の停止前後に検出された第３区間１０３の圧力Ｐｂとも比較される。圧力Ｐａが飽和ガス圧力Ｐｃよりも低くなり、かつ圧力Ｐａが圧力Ｐｂよりも低くなった場合には、冷媒が漏洩したと判定される。したがって、第３区間１０３の冷媒が二相状態であるときだけでなく、第３区間１０３の冷媒が過熱ガス状態であるときにも、冷媒の漏洩をより正確に検知することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、制御部２０１は、圧力Ｐａ、圧力Ｐｂ及び飽和ガス圧力ＰｃがＰａ≧Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、冷媒が漏洩していないと判定するように構成されている。この構成によれば、冷媒漏洩の誤検知及び誤報知を減らすことができる。

実施の形態２．
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。本実施の形態では、冷凍サイクル回路１０を循環する冷媒として、非共沸混合冷媒が用いられる。

図６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６に示すように、本実施の形態では、周囲温度Ｔ１での飽和ガス圧力Ｐ１Ｇは、同一の周囲温度Ｔ１での飽和液圧力Ｐ１Ｌよりも低くなる。同様に、周囲温度Ｔ２の飽和ガス圧力Ｐ２Ｇは、同一の周囲温度Ｔ２での飽和液圧力Ｐ２Ｌよりも低くなり、周囲温度Ｔ３の飽和ガス圧力Ｐ３Ｇは、同一の周囲温度Ｔ３での飽和液圧力Ｐ３Ｌよりも低くなる。このように、非共沸混合冷媒では、同一温度での飽和液圧力と飽和ガス圧力とを比較すると、飽和ガス圧力の方が低くなる。このため、非共沸混合冷媒が用いられている場合、冷媒漏洩の有無を判定する際には、第３区間１０３の周囲温度の飽和ガス圧力が圧力Ｐｃとして用いられる。飽和液圧力よりも低い飽和ガス圧力を圧力Ｐｃに用いることによって、実際には冷媒が漏洩していないにも関わらず冷媒が漏洩したと判定される誤検知をより確実に防ぐことができる。

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、暖房運転及び冷房運転を切り替えて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にも適用可能である。

また、上記実施の形態では、冷凍サイクル装置として空気調和装置を例に挙げたが、本発明は、給湯装置等の暖房運転が可能な他の冷凍サイクル装置にも適用可能である。

また、上記実施の形態では、１台の室外機３０と１台の室内機４０とを備えた冷凍サイクル装置を例に挙げたが、冷凍サイクル装置は、複数台の室外機３０を備えていてもよいし、複数台の室内機４０を備えていてもよい。

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 冷媒回路、１１ 吐出流路、１２ 吸入流路、２１ 圧縮機、２２ 冷媒流路切替装置、２３ 電磁弁、２４ 室外熱交換器、２５ 逆止弁、２７ 膨張弁、２９ 室内熱交換器、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 圧力センサ、６２、６３ 温度センサ、１０１ 第１区間、１０２ 第２区間、１０３ 第３区間、１０４ 第４区間、２０１ 制御部、２０２ 操作部、２０３ 報知部。

Claims (7)

1. 圧縮機、蒸発器として機能する室外熱交換器、及び凝縮器として機能する室内熱交換器を有し、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において前記圧縮機を経由する前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の区間を第１区間と定義し、前記冷凍サイクル回路において前記圧縮機を経由しない前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の区間を第２区間と定義したとき、前記第１区間に設けられた第１弁と、
   前記第２区間に設けられた第２弁と、
   前記冷凍サイクル回路において前記室内熱交換器を経由する前記第１弁と前記第２弁との間の区間を第３区間と定義したとき、前記第３区間に設けられた圧力センサと、
   前記第３区間の周囲温度を検出する温度センサと、
   前記冷媒の漏洩を報知するように構成された報知部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記圧縮機を停止させた第１タイミングで前記第１弁を閉状態にし、
   前記第１タイミングよりも後の第２タイミングで前記第２弁を閉状態にし、
   前記第１タイミング、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの間、前記第２タイミング、又は前記圧縮機の動作中に、前記第３区間の圧力Ｐｂを取得し、
   前記圧力Ｐｂと、前記圧縮機が停止している期間中にそれぞれ検出される前記第３区間の圧力Ｐａ及び前記周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃと、がＰａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、前記冷媒の漏洩を前記報知部に報知させるように構成されている冷凍サイクル装置。
2. 前記制御部は、前記圧力Ｐａ、前記圧力Ｐｂ及び前記飽和ガス圧力ＰｃがＰａ≧Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、前記冷媒の漏洩を前記報知部に報知させないように構成されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御部は、前記第２タイミングに前記圧力Ｐｂを取得するように構成されている請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御部は、前記圧力Ｐａ、前記圧力Ｐｂ及び前記飽和ガス圧力ＰｃがＰａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たすか否かの判定を、少なくとも、前記圧縮機の運転を開始する前に行うように構成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第１弁及び前記第２弁のそれぞれは、電磁弁、電動弁又は電子膨張弁のいずれかである請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 圧縮機、蒸発器として機能する室外熱交換器、及び凝縮器として機能する室内熱交換器を有し、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において前記圧縮機を経由する前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の区間を第１区間と定義し、前記冷凍サイクル回路において前記圧縮機を経由しない前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の区間を第２区間と定義したとき、前記第１区間に設けられた第１弁と、
   前記第２区間に設けられた第２弁と、
   前記冷凍サイクル回路において前記室内熱交換器を経由する前記第１弁と前記第２弁との間の区間を第３区間と定義したとき、前記第３区間に設けられた圧力センサと、
   前記第３区間の周囲温度を検出する温度センサと、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記圧縮機を停止させた第１タイミングで前記第１弁を閉状態にし、
   前記第１タイミングよりも後の第２タイミングで前記第２弁を閉状態にし、
   前記第１タイミング、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの間、前記第２タイミング、又は前記圧縮機の動作中に、前記第３区間の圧力Ｐｂを取得し、
   前記圧力Ｐｂと、前記圧縮機が停止している期間中にそれぞれ検出される前記第３区間の圧力Ｐａ及び前記周囲温度の飽和ガス圧力Ｐｃと、がＰａ＜Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、前記冷媒が漏洩したと判定するように構成されている冷凍サイクル装置。
7. 前記制御部は、前記圧力Ｐａ、前記圧力Ｐｂ及び前記飽和ガス圧力ＰｃがＰａ≧Ｐｂ及びＰａ＜Ｐｃの関係を満たす場合には、前記冷媒が漏洩していないと判定するように構成されている請求項６に記載の冷凍サイクル装置。

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