JP6972370B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に非共沸混合冷媒を使用する冷凍サイクル装置に関する。

特開平６−２０１２３４号公報（特許文献１）は、冷凍サイクル内の冷媒量を簡単、かつ正確に検知することができる冷凍サイクル装置を開示する。この冷凍サイクル装置では、受液器の容器に減圧手段を備えた液面検知用配管を設け、これを低圧側配管に接続している。減圧手段の出口側および低圧側配管に温度検出手段を設け、検出される冷媒温度から受液器の液面高さを検出する。

特開平６−２０１２３４号公報

特開平６−２０１２３４号公報では、受液器（以下、レシーバとも言う）に設けられた液面検知用配管から吸引される冷媒が、液状態かガス状態かを冷媒温度に基づいて判断することによって、受液器中の液面が液面検知用配管の吸引口よりも高いか低いかを判断している。

しかし、液面検知用の配管の吸引口は固定位置である。一方で、外気温度が下がると、冷凍サイクル中の冷媒密度が下がるので、余剰冷媒が受液器に入り受液器の液面が上昇する。したがって、誤検知を避けるため、液面検知用の配管の吸引口は冷媒がかなり不足した場合の位置に設けられており、それまでに漏れなどによって冷媒が減少していても検出することができなかった。

この発明の目的は、外気温度の変動に関わらず冷媒の不足を精度良く検出することができる冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示は、非共沸混合冷媒を使用する冷凍サイクル装置に関する。冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、レシーバと、第１膨張装置と、第２熱交換器と、圧縮機、第１熱交換器、レシーバ、第１膨張装置、第２熱交換器の順に非共沸混合冷媒を循環させる冷媒回路と、第１膨張装置および第２熱交換器を経由せずにレシーバから圧縮機の吸入口に非共沸混合冷媒を送るバイパス配管と、バイパス配管に設けられた第２膨張装置とを備える。バイパス配管のレシーバに挿入された端部には、非共沸混合冷媒が流入する冷媒入口が設けられる。冷媒入口の開口面積は、レシーバの液面高さが変化すると冷媒入口に流入するガス状態の非共沸混合冷媒の量が変化するように構成される。

本発明によれば、外気温度が変動した場合でも、適正量の冷媒に対する不足を早期に精度よく検出することができる。

実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 レシーバと配管の詳細について示す図である。 擬似共沸冷媒を用いる冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。 非共沸冷媒を用いる冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。 実施の形態１の冷媒不足検知の処理を説明するためのフローチャートである。 レシーバのバイパス配管に設けられている複数の穴を示した図である。 乾き度Ｑと液面高さＨ１との関係を示すグラフである。 凝縮温度と適正な液面高さとの関係を示すグラフである。 バイパス配管の吸入端部の第１例の構成を示す図である。 第１例において、レシーバ中の冷媒の液面が変化した場合のガスを吸引する開口の総面積の変化を説明するための図である。 第１例におけるガス部の穴の面積の変化に対応する乾き度を示したグラフである。 第１例におけるバイパス配管の入口乾き度とバイパス配管の出口温度との関係を示したグラフである。 バイパス配管の吸入端部の第２例の構成を示す図である。 バイパス配管の吸入端部の第３例の構成を示す図である。 バイパス配管の端部を下方からレシーバに挿入した第４例の構成を示す図である。 第４例のバイパス配管の吸入端部の構成を示す図である。 第４例において、レシーバ中の冷媒の液面が変化した場合のガスを吸引する開口の総面積の変化を説明するための図である。 第４例におけるガス部の穴の面積の変化に対応する乾き度を示したグラフである。 実施の形態２の冷媒不足検知の処理を説明するためのフローチャートである。 過熱度ＳＨについて説明するためのｐ−ｈ線図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

実施の形態１．
近年、地球温暖化防止の観点から、空気調和装置において、単一の成分からなる冷媒に地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global Warming Potential）がより低い他の冷媒を混ぜてＧＷＰを低下させた混合冷媒が用いられることがある。混合冷媒の中には、共沸冷媒と非共沸冷媒とがある。

共沸冷媒は、複数成分の冷媒をある一定の比率で混合すると一定の沸点を示し、気相、液相での組成が同一になり、あたかも一成分であるかのような相変化を示す。共沸冷媒は、二相状態である相変化中は同一圧力では温度が等しいが、非共沸冷媒は、同一圧力下での相変化中に温度が変化するという特性がある。

非共沸冷媒を用いる冷凍サイクル装置の場合、非共沸冷媒の特性を利用して冷媒不足を精度良く検出することができる。以下に、冷凍サイクル装置の構成について説明する。

図１は、実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。この冷凍サイクル装置は、非共沸混合冷媒を使用する。なお、図１においては、冷凍装置における各機器の接続関係および配置構成は機能的に示されており、物理的な空間における配置を必ずしも示さない。

図１を参照して、冷凍サイクル装置１は、室外機２と、室内機３とを備える。室外機２は、圧縮機１０と、凝縮器２０と、ファン２２と、レシーバ（受液器）４２と、配管８０〜８４とを含む。また、室外機２は、バイパス配管８５と、第２膨張装置７１と、温度センサ７３と、第１圧力センサ９０および第２圧力センサ９２と、制御装置１００とをさらに含む。第２膨張装置７１は、たとえばキャピラリチューブである。室内機３は、第１膨張装置５０と、蒸発器６０と、ファン６２と、配管８３とを含む。第１膨張装置５０は、たとえば電子膨張弁である。室内機３は、配管８２，８４によって室外機２に接続されている。冷媒回路１１０において冷媒が循環するとともに、バイパス配管８５によって第１膨張装置５０および蒸発器６０を経由せずに冷媒がバイパスされる。

配管８０は、圧縮機１０の吐出ポートと凝縮器２０とを接続する。配管８１は、凝縮器２０とレシーバ４２とを接続する。配管８２は、レシーバ４２と第１膨張装置５０とを接続する。配管８３は、第１膨張装置５０と蒸発器６０とを接続する。配管８４は、蒸発器６０と圧縮機１０の吸入ポートとを接続する。バイパス配管８５は、バイパス配管８６，８７によって構成される。バイパス配管８６は、レシーバ４２と第２膨張装置７１とを接続する。バイパス配管８７は、第２膨張装置７１と配管８４とを接続する。

圧縮機１０は、配管８４から冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して配管８０へ吐出する。圧縮機１０は、制御装置１００からの制御信号に従って回転速度を調整するように構成される。圧縮機１０の運転周波数または回転速度を調整することで冷媒の循環量が調整され、冷凍サイクル装置１の能力を調整することができる。圧縮機１０には種々のタイプのものを採用可能であり、たとえば、スクロールタイプ、ロータリータイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。

凝縮器２０は、圧縮機１０から配管８０に吐出された冷媒を凝縮する。凝縮された冷媒は配管８１に送出される。凝縮器２０は、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒が外気と熱交換（放熱）を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて液相に変化する。ファン２２は、凝縮器２０において冷媒が熱交換を行なう外気を凝縮器２０に供給する。ファン２２の回転速度を調整することにより、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力（高圧側圧力）を調整することができる。

レシーバ４２は、凝縮器２０によって凝縮された高圧の液冷媒を貯留する。第１膨張装置５０は、レシーバ４２から配管８２へ送出された冷媒を減圧する。減圧された冷媒は配管８３へ送出される。第１膨張装置５０の開度を閉方向に変化させると、第１膨張装置５０の低圧側の冷媒圧力は低下し、冷媒の乾き度は上昇する。第１膨張装置５０の開度を開方向に変化させると、第１膨張装置５０の低圧側の冷媒圧力は上昇し、冷媒の乾き度は低下する。

蒸発器６０は、第１膨張装置５０から配管８３へ送出された冷媒を蒸発させる。蒸発器６０を通過した冷媒は配管８４へ流通する。蒸発器６０は、第１膨張装置５０により減圧された冷媒が室内機３内の空気と熱交換（吸熱）を行なうように構成される。冷媒は、蒸発器６０を通過することにより蒸発して過熱蒸気となる。ファン６２は、蒸発器６０において冷媒が熱交換を行なう空気を蒸発器６０に供給する。

冷媒不足を検知する構成として、バイパス配管８６，８７と、バイパス配管８６，８７の間に設けられた第２膨張装置７１と、温度センサ７３とが設けられる。バイパス配管８６、第２膨張装置７１、およびバイパス配管８７は、凝縮器２０を通過した冷媒の一部を、室内機３を経由せずに圧縮機１０へ戻すバイパス流路を構成する。第２膨張装置７１は、たとえばキャピラリチューブである。第２膨張装置７１は、バイパス配管８６とバイパス配管８７との間に接続され、バイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する。冷媒が第２膨張装置７１を通過することによって冷媒の圧力は低下する。

温度センサ７３は、バイパス配管８７に設けられる。温度センサ７３は、第２膨張装置７１を通過した冷媒の温度Ｔ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ７３は、冷媒の温度を確実に検出するためにバイパス配管８７の内部に設置する。これらを用いた冷媒不足検知の原理および方法については、後ほど詳しく説明する。

第１圧力センサ９０は、配管８４内の冷媒の圧力ＬＰを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。すなわち、第１圧力センサ９０は、圧縮機１０の吸入側の冷媒圧力（低圧側圧力）を検出するものである。第２圧力センサ９２は、配管８０内の冷媒の圧力ＨＰを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。すなわち、第２圧力センサ９２は、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力（高圧側圧力）を検出するものである。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ１０４（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、各種信号を入出力するための入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１００は、これらのプログラムに従って、冷凍サイクル装置１の各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

図２は、レシーバと配管の詳細について示す図である。図２を参照して、レシーバ４２には、ガス冷媒と液冷媒が貯留されている。配管８１からは、凝縮器２０で凝縮された冷媒が流入する。配管８２からは、レシーバ４２の底部から液冷媒が流出する。配管８１からガスが混合された冷媒が流入してもレシーバ４２からは液冷媒が優先して流出するように、配管８２の端部開口は、配管８１の端部開口よりも低い位置に設けられている。バイパス配管８６は、レシーバ４２の上部から内部に向けて挿入されている。バイパス配管８６は、レシーバ４２の内部において側面に複数の開口が設けられている。このような構成とすることにより、レシーバ４２内の冷媒の液面高さによって、バイパス配管８６に吸引される冷媒の乾き度が変化する。

ただし、冷媒が不足して配管８２からガス冷媒が流出し、冷凍サイクルの能力が低下することを防ぐために、バイパス配管８６の下端は、配管８２よりも高い位置に設ける必要がある。つまり、レシーバ４２の底面を基準とした高さを考えた場合、液冷媒の液面高さＨ１が出口配管の高さＨｏｕｔ１より低下する前に冷媒不足を検出するために、バイパス配管８６の下端の高さＨｏｕｔ２はＨｏｕｔ１よりも高くする。

次に、本実施の形態において用いられる非共沸冷媒と共沸冷媒または擬似共沸冷媒との違いについて説明する。

図３は、擬似共沸冷媒を用いる冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。図４は、非共沸冷媒を用いる冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。

擬似共沸冷媒は、複数成分の冷媒をある一定の比率で混合すると一定の沸点を示し、気相、液相での組成が同一になり、あたかも一成分であるかのような相変化を示す。擬似共沸冷媒の一例としてＲ４１０Ａを挙げることができる。図３に示すように、擬似共沸冷媒は飽和液線と飽和蒸気線との間で挟まれた二相領域では、等温線の傾きが極めて小さく設計上ゼロと見なすことができる。したがって、凝縮器中の二相領域の温度、および蒸発器中の二相領域の温度に勾配は無いと考えてよい。

これに比べて、非共沸冷媒は、非共沸冷媒は、同一圧力下での相変化中に温度が変化する。非共沸冷媒の一例としてＲ４６３Ａを挙げることができる。図４に示すように、共沸冷媒は飽和液線と飽和蒸気線との間で挟まれた二相領域では、等温線に勾配が生じている。したがって、凝縮器中の二相領域の温度、および蒸発器中の二相領域の温度は、同一圧力下でも乾き度によって変化する。

図４において、線分Ａ−Ｂは、図１の点Ａから点Ｂのバイパス流路を流れた場合の冷媒の状態変化を示している。線分Ａ−Ｂは液面が高い場合すなわち乾き度が小さい場合を示しており、線分Ａ´−Ｂ´は液面が低い場合すなわち乾き度が大きい場合を示している。

冷媒が非共沸冷媒である場合には、図１の点Ｂの温度Ｔ１および圧力ＬＰを測定することによって、点Ｂの冷媒のエンタルピーが特定できる。第２膨張装置７１では断熱膨張が行なわれるため、エンタルピーは変化しない。したがって、点Ａのエンタルピーは点Ｂのエンタルピーと等しいと考えることができる。このようにして点Ａのエンタルピーが特定できる。

また第２圧力センサ９２によって、点Ａの圧力ＨＰも測定されている。圧力ＨＰがわかれば、図４のｐ−ｈ線図で同一圧力での飽和液線、飽和蒸気線の各エンタルピーを特定できる。

乾き度は、図４の点Ａの位置が飽和液線上であれば０、飽和蒸気線上であれば１であり、飽和液線と飽和蒸気線との間において点Ａの位置によって決まる。以上より、非共沸冷媒の場合には、温度Ｔ１、圧力ＬＰ，ＨＰから点Ａの乾き度を求めることができる。したがって、温度Ｔ１、圧力ＬＰ，ＨＰから点Ａの乾き度を求めるマップを予め用意しておくことができる。

＜冷媒不足検知の説明＞
以下、本実施の形態における冷媒不足の検知方法について説明する。なお、冷媒不足は、冷媒回路への冷媒の初期充填量が不足していたり、使用開始後に冷媒漏れが生じたりした場合等に発生する。

図５は、実施の形態１の冷媒不足検知の処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、冷凍サイクル装置の制御のメインルーチンから繰り返し呼び出されて冷媒量をチェックする。

図５を参照して、ステップＳ１において、制御装置１００は、キャピラリ出口である点Ｂの温度Ｔ１および圧力ＬＰを検出する。続いて、ステップＳ２において、制御装置１００は、点Ｂのエンタルピーを算出する。ここで算出したエンタルピーはキャピラリ入口である点Ａのエンタルピーと等しい。

続いて、ステップＳ３において圧力ＨＰを検出するとともに、ステップＳ２で求めたエンタルピーから点Ａの乾き度を算出することができる。以上の処理は、図４で説明したように、予め用意しておいたマップによって、温度Ｔ１、圧力ＬＰ，ＨＰから点Ａの乾き度を求めても良い。

続いて、ステップＳ４において、制御装置１００は、点Ａの乾き度からレシーバ液面高さＨ１を算出する。

図６は、レシーバのバイパス配管に設けられている複数の穴を示した図である。図７は、乾き度Ｑと液面高さＨ１との関係を示すグラフである。液面高さが高くなるほど穴が液冷媒で塞がれるので、ガス冷媒が吸引されにくくなり、乾き度Ｑが小さくなる。逆に、液面高さが低くなるほど、ガス冷媒を吸い込む穴の数が増えるので乾き度Ｑが大きくなる。図７のような乾き度Ｑと液面高さＨ１の関係は、予め求めておきマップにしておくことができる。

再び図５に戻って、ステップＳ４で液面高さＨ１を算出した後に、制御装置１００は、ステップＳ５において、凝縮温度に対する適正な液面高さＨ２を算出する。

図８は、凝縮温度と適正な液面高さとの関係を示すグラフである。凝縮温度は、圧力ＨＰを測定することによって知ることができる。なお、図８の横軸を凝縮温度に代えて圧力ＨＰとしても良い。凝縮温度ｔは、凝縮器２０が外気と熱交換するときの凝縮温度であり、外気温、ファン２２の回転、圧縮機１０の運転周波数によって変動する。

外気温が変わると、凝縮器２０内部の冷媒密度が変わるので、余剰冷媒量も変わるため、適正なレシーバ４２内の冷媒の液面高さも変わる。このため、漏洩初期の段階で精度良く冷媒不足を検出しようとすると、図７で求めた現状のレシーバ４２内の液面高さＨ１を比較する基準高さは、外気温度に応じて変化させる必要がある。本実施の形態では、基準値を図７に従って変動させるため、外気温度が変動しても、冷媒が適正量に対して不足したことを正確に判定することができる。

ステップＳ５において冷媒量が適正な時の液面高さＨ２の算出が終了すると、制御装置１００は、ステップＳ６において現状の液面高さＨ１が液面高さＨ２よりも低いか否かを判断する。

Ｈ１＜Ｈ２であった場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ７において冷媒が不足していると判定し、ステップＳ８において警報を出力する。警報は、例えばランプまたはＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを点灯させたり、液晶ディスプレイに冷媒が不足していることを表示したりすることなどによって行なわれる。このように、実施の形態１においては、制御装置１００は、温度センサ７３が検出した温度Ｔ１、第１圧力センサ９０が検出した圧力ＬＰ、および第２圧力センサ９２が検出した圧力ＨＰから導出される第１液面高さＨ１が、第２圧力センサ９２が検出した圧力に対応する第２液面高さＨ２よりも低い場合に、非共沸混合冷媒の封入量が不足していると判断する。

一方、Ｈ１≧Ｈ２であった場合（ステップＳ６でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ７、Ｓ８の処理は行なわないで、ステップＳ９においてメインルーチンに処理を戻す。

なお、図５のステップＳ６においては、単に液面高さＨ１と液面高さＨ２の大小を比較したが、液面高さＨ１と液面高さＨ２の差を計算すれば、差の大きさによって冷媒不足量を報知することもできる。この場合、制御装置１００は、温度センサ７３が検出した温度Ｔ１、第１圧力センサ９０が検出した圧力ＬＰ、および第２圧力センサ９２が検出した圧力ＨＰから導出される第１液面高さＨ１と、第２圧力センサ９２が検出した圧力ＨＰに対応する第２液面高さＨ２との差に基づいて、非共沸混合冷媒の封入量の不足量を判断する。具体的には、ΔＨ＝Ｈ２−Ｈ１とすると、ΔＨと冷媒不足量との関係を示すマップを予め作成し、ΔＨをステップＳ６で算出し、ΔＨに対応する不足量をマップから読み出して、ステップＳ８で不足量を警報に代えて、または警報とともにユーザに報知してもよい。不足量は、数値で表してもよいし、ＬＥＤの点滅回数や色などで段階的に表してもよい。

＜バイパス配管の詳細構造＞
レシーバ４２に挿入されたバイパス配管８６の吸入端部の構成には種々の変形例が考えられるので、ここでいくつかを説明する。

図９は、バイパス配管の吸入端部の第１例の構成を示す図である。第１例では、図９に示すように、バイパス配管８６の端部には、複数の開口Ｄ１〜Ｄ５が設けられる。開口Ｄ１〜Ｄ５は、均等の間隔Ｌで冷媒が吸引される流れ方向に沿って配置されている。開口Ｄ５は、バイパス配管の閉塞された端部に設けられているが、端部を完全に閉塞し、開口Ｄ１〜Ｄ４と同様に配管の側面に設けても良い。

図１０は、第１例において、レシーバ中の冷媒の液面が変化した場合のガスを吸引する開口の総面積の変化を説明するための図である。図１０には、開口Ｄ１〜Ｄ５の合計面積を１としたときの、開口Ｄ１〜Ｄ５のうち液面よりも上のガス部に位置する開口の合計の面積比が記載されている。

液面が開口Ｄ１を塞ぐ場合には、面積比はゼロである。液面が開口Ｄ１と開口Ｄ２の間に位置する場合には、面積比は０．６である。液面が開口Ｄ２と開口Ｄ３の間に位置する場合には、面積比は０．７６である。液面が開口Ｄ３と開口Ｄ４の間に位置する場合には、面積比は０．８８である。液面が開口Ｄ４と開口Ｄ５の間に位置する場合には、面積比は０．９５である。液面が開口Ｄ５より下に位置する場合には、面積比は１．０である。

このようにガス部に位置する開口の合計面積が変化するように、開口Ｄ１〜Ｄ５の大きさを決定する。このように開口Ｄ１〜Ｄ５の大きさを決定した理由を以下に説明する。

図１１は、第１例におけるガス部の穴の面積の変化に対応する乾き度を示したグラフである。図１１では横軸がガス部に位置する開口の総面積比を示し、縦軸はバイパス配管８６から吸引された冷媒の第２膨張装置７１の入口における乾き度を示す。図１２は、第１例におけるバイパス配管の入口乾き度とバイパス配管の出口温度との関係を示したグラフである。

図１２に示すように、第２膨張装置７１の入口乾き度と出口温度（温度Ｔ１）は、ほぼ線形な関係にある。一方、図１１に示すように、ガス部の開口総面積に対して入口乾き度は、二次曲線のような形を示しており、直線ではない。したがって、開口Ｄ１〜Ｄ５を同じ大きさとすると、入口乾き度は、開口総面積比が小さい場合にはあまり変化せず、開口総面積比が１に近づくにつれて変化量が大きくなる。これでは液面の位置によって乾き度の変化量および温度Ｔ１の変化量が変わってしまうので、冷媒量を検出する装置としては使いにくい。

そこで、図１１の縦軸に示すように入口乾き度を５等分し、各乾き度に対応する開口総断面積比となるように、開口Ｄ１〜Ｄ５の面積を決定する。このようにすれば、温度Ｔ１の変化が線形的に液面の高さの変化を表すようにできるため、冷媒不足を検出するうえで便利である。

図１３は、バイパス配管の吸入端部の第２例の構成を示す図である。図１３に示すように、バイパス配管８６の端部の側面に高さ方向が長手方向となるスリットを設けても良い。スリットについても、図１１に示すようにガス部の開口総面積に対する乾き度が二次曲線的に変化するようにスリットの幅を高さ方向の位置によって変化させると、温度Ｔ１の変化が線形的に液面の高さの変化を表すようにできる。

図１４は、バイパス配管の吸入端部の第３例の構成を示す図である。図１４に示すように、吸引口の高さを変えた配管を複数設けても良い。配管を複数設ける場合についても、図１１に示すようにガス部の開口総面積に対する乾き度が二次曲線的に変化するように配管の径を高さ方向の開口端位置によって変化させると、温度Ｔ１の変化が線形的に液面の高さの変化を表すようにできる。

図１５は、バイパス配管の端部を下方からレシーバに挿入した第４例の構成を示す図である。図１６は、第４例のバイパス配管の吸入端部の構成を示す図である。第４例では、第１例と同様、図１６に示すように、バイパス配管８６の端部には、複数の開口Ｄ１〜Ｄ５が設けられる。開口Ｄ１〜Ｄ５は、均等の間隔Ｌで冷媒が吸引される流れ方向に沿って配置されている。開口Ｄ１は先端側（上方）に設けられ、開口Ｄ５は下方側に設けられている。

図１７は、第４例において、レシーバ中の冷媒の液面が変化した場合のガスを吸引する開口の総面積の変化を説明するための図である。開口Ｄ１〜Ｄ５の合計面積を１として、開口Ｄ１〜Ｄ５のうち液面よりも上のガス部に位置する面積比が記載されている。

液面が開口Ｄ１を塞ぐ場合には、面積比はゼロである。液面が開口Ｄ１と開口Ｄ２の間に位置する場合には、面積比は０．６である。液面が開口Ｄ２と開口Ｄ３の間に位置する場合には、面積比は０．７６である。液面が開口Ｄ３と開口Ｄ４の間に位置する場合には、面積比は０．８８である。液面が開口Ｄ４と開口Ｄ５の間に位置する場合には、面積比は０．９５である。液面が開口Ｄ５より下に位置する場合には、面積比は１．０である。

このようにガス部に位置する開口の合計面積が変化するように、開口Ｄ１〜Ｄ５の大きさを決定する。

図１８は、第４例におけるガス部の穴の面積の変化に対応する乾き度を示したグラフである。図１８では横軸がガス部に位置する開口の総面積比を示し、縦軸はバイパス配管８６から吸引された冷媒の第２膨張装置７１の入り口における乾き度を示す。

既に図１２に示したように、第２膨張装置７１の入口乾き度と温度Ｔ１は、ほぼ線形な関係にある。したがって、図１８の縦軸に示すように入口乾き度を５等分し、各乾き度に対応する開口総断面積比となるように、開口Ｄ１〜Ｄ５の面積を決定する。

このようにすれば、温度Ｔ１の変化が線形的に液面の高さの変化を表すようにできるため、冷媒不足を検出するうえで便利である。

なお、第４例に示したようなレシーバ４２の下方向からバイパス配管８６を挿入する構成についても、第２例のように側面にスリットを設けたり、第３例のように複数の吸入口高さが異なる分岐管を設けたりしても良い。

実施の形態１について、再び図１等を参照して総括する。冷凍サイクル装置１は、圧縮機１０と、第１熱交換器である凝縮器２０と、レシーバ４２と、第１膨張装置５０と、第２熱交換器である蒸発器６０と、配管８０〜８４と、バイパス配管８５と、バイパス配管８５に設けられた第２膨張装置７１とを備える。配管８０〜８４は、圧縮機１０、第１熱交換器、レシーバ４２、第１膨張装置５０、第２熱交換器の順に非共沸混合冷媒を循環させる冷媒回路１１０を構成する。バイパス配管８５は、第１膨張装置５０および第２熱交換器を経由せずにレシーバ４２から圧縮機１０の吸入口に非共沸混合冷媒を送る。バイパス配管８５のレシーバ４２に挿入された端部には、冷媒入口Ｄが設けられる。冷媒入口Ｄは、レシーバ４２の液面高さが変化するとガス状態の非共沸混合冷媒を吸引する開口面積が変化するように構成される。

好ましくは、冷媒入口Ｄは、レシーバ４２の液面高さが変化すると、ゼロ以上バイパス配管の断面積以下の範囲で開口面積が変化するように構成される。

このような構成の冷媒入口を設けることによって、液面高さが変化するとバイパス配管８５に流れる冷媒の乾き度が変化するようになる。したがって、図７に示した関係に基づいて乾き度Ｑから液面高さＨ１を求めることができる。

より好ましくは、図２、図６、図９、図１０に示すように、バイパス配管８５のレシーバ４２に挿入された端部には、冷媒入口として、レシーバ４２の液面高さの変化方向に互いに異なる位置に設けられた複数の開口Ｄ１〜Ｄ５が設けられる。

より好ましくは、図１３に示すように、バイパス配管８５のレシーバ４２に挿入された端部には、冷媒入口として、レシーバ４２の液面高さの変化方向が長手方向とされたスリットＳが設けられる。

好ましくは、冷凍サイクル装置１は、第２膨張装置７１を通過した非共沸混合冷媒の温度Ｔ１を検出する温度センサ７３と、第２膨張装置７１を通過した後の非共沸混合冷媒の圧力ＬＰを検出する第１圧力センサ９０と、第２膨張装置７１を通過する前の非共沸混合冷媒の圧力ＨＰを検出する第２圧力センサ９２と、温度センサ７２が検出した温度Ｔ１、第１圧力センサ９０が検出した圧力ＬＰ、および第２圧力センサ９２が検出した圧力ＨＰに基づいて、非共沸混合冷媒の封入量の適否を判断する制御装置１００とをさらに備える。

以上説明したように、実施の形態１の冷凍サイクル装置では、非共沸冷媒を使用する場合に、外気温度によらず、冷媒量が適正量よりも少なくなったことを精度よく検出することができる。このため、冷媒不足を早期に検知することができる。

実施の形態２．
実施の形態１で説明した冷媒不足検知の方法は、非共沸冷媒が二相状態で温度勾配を有する点を利用したものである。したがって、第２膨張装置７１の出口が二相状態であることが前提である。しかし、第２膨張装置７１の入口の乾き度が１に近づくと、第２膨張装置７１の出口の冷媒がガス状態となる場合がある。実施の形態２では、この場合も含めて冷媒不足を検出可能とした冷凍サイクル装置について説明する。冷凍サイクル装置の主な構成については、図１に示した通りであるので、説明は繰返さない。

図１９は、実施の形態２の冷媒不足検知の処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、冷凍サイクル装置の制御のメインルーチンから繰り返し呼び出されて冷媒量をチェックする。

図１９を参照して、冷媒不足検知の処理が開始されると、ステップＳ１１において、点Ｂの冷媒の過熱度ＳＨがゼロより大きいか否かが判断される。ステップＳ１１においてＳＨ＞０であると判断された場合、ステップＳ１５に処理が進められ、制御装置１００は、冷媒不足であると判断しステップＳ１６において警告を出力する。

図２０は、過熱度ＳＨについて説明するためのｐ−ｈ線図である。図２０に示した点Ａと点Ｂを結ぶ経路でバイパス配管８５を経由して第２膨張装置７１で減圧された場合、点Ｂは、飽和液線ＬＬと飽和蒸気線ＬＧとの間に位置するため、冷媒は二相状態であり実施の形態１で説明した方法で冷媒不足が検知できる。

一方、図２０に示した点Ａ´と点Ｂ´を結ぶ経路でバイパス配管を経由して第２膨張装置７１で減圧された場合、点Ｂ´は飽和蒸気線ＬＧよりも左のガス領域に位置するため、冷媒はガス状態であり実施の形態１で説明した方法では冷媒不足が検知できない。

しかしながら、点Ｂ´においてＳＨ＞０であった場合は、そもそもレシーバ４２から駅冷媒を吸い込む量が少ないためであると判断できるため、実施の形態１の検出方法を行なうまでもなく冷媒不足であると判断できる。

図１９のステップＳ１１においてＳＨ＞０か否かの判断は、圧力ＬＰおよび温度Ｔ１に基づいて行なうことが可能である。予め、圧力ＬＰと飽和ガス温度Ｔｓとの関係を示すマップを用意しておく。まず、圧力ＬＰに対応する飽和ガス温度Ｔｓをマップから求める。そして、温度Ｔ１が飽和ガス温度Ｔｓより高ければＳＨ＞０であり、温度Ｔ１が飽和ガス温度Ｔｓ以下であれば冷媒は過熱状態ではないと判断できる。

ステップＳ１１において、ＳＨ＞０でなければ、ステップＳ１２において液面高さＨ１を演算し、ステップＳ１３において液面高さＨ１と適正高さＨ２とを比較する処理が実行される。ステップＳ１２、Ｓ１３の処理については、その詳細は図５のステップＳ１〜Ｓ５で説明しているので、ここでは説明は繰返さない。

ステップＳ１３においてＨ１＞Ｈ２である場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４において冷媒が適正量であると判断され、メインルーチンに処理が戻される。一方、ステップＳ１３においてＨ１＞Ｈ２でない場合（Ｓ１３でＮＯ）、ステップＳ１３で冷媒不足と判断され、さらにステップＳ１６で警報が出力される。

以上説明したように、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、制御装置１００は、温度センサ７３が検出した温度Ｔ１、第１圧力センサ９０が検出した圧力ＬＰ、および第２圧力センサ９２が検出した圧力ＨＰから導出される第１液面高さＨ１が、第２圧力センサ９２が検出した圧力に対応する第２液面高さＨ２よりも低い場合に、非共沸混合冷媒の封入量が不足していると判断する。これに先立って、実施の形態２では、制御装置１００は、温度センサ７３が検出した温度Ｔ１、第１圧力センサ９０が検出した圧力ＬＰに基づいて定められる非共沸混合冷媒の過熱度ＳＨに基づいて非共沸混合冷媒の封入量の不足を判断する。したがって、実施の形態２の冷凍サイクル装置は、実施の形態１の冷凍サイクル装置と同様な効果が得られるとともに、バイパス配管中の冷媒がほとんどガス状態になってしまった場合でも冷媒不足であることが検出できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 冷凍サイクル装置、２ 室外機、３ 室内機、１０ 圧縮機、２０ 凝縮器、２２，６２ ファン、４２ レシーバ、５０，７１ 膨張装置、６０ 蒸発器、７３ 温度センサ、８０，８１，８２，８３，８４，８５ 配管、８６，８７ バイパス配管、９０，９２ 圧力センサ、１００ 制御装置、１０４ メモリ、１１０ 冷媒回路。

Claims (7)

1. 非共沸混合冷媒を使用する冷凍サイクル装置であって、
   圧縮機と、
   第１熱交換器と、
   レシーバと、
   第１膨張装置と、
   第２熱交換器と、
   前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記レシーバ、前記第１膨張装置、前記第２熱交換器の順に前記非共沸混合冷媒を循環させる冷媒回路と、
   前記第１膨張装置および前記第２熱交換器を経由せずに前記レシーバから前記圧縮機の吸入口に前記非共沸混合冷媒を送るバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられた第２膨張装置とを備え、
   前記バイパス配管の前記レシーバに挿入された端部には、前記非共沸混合冷媒が流入する冷媒入口が設けられ、
   前記冷媒入口の開口面積は、前記レシーバの液面高さが変化すると前記冷媒入口に流入するガス状態の前記非共沸混合冷媒の量が変化するように構成され、
   前記冷凍サイクル装置は、
   前記第２膨張装置を通過した前記非共沸混合冷媒の温度を検出する温度センサと、
   前記第２膨張装置を通過した後の前記非共沸混合冷媒の圧力を検出する第１圧力センサと、
   前記第２膨張装置を通過する前の前記非共沸混合冷媒の圧力を検出する第２圧力センサと、
   前記温度センサが検出した温度、前記第１圧力センサが検出した圧力、および前記第２圧力センサが検出した圧力に基づいて、前記非共沸混合冷媒の封入量の適否を判断する制御装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記温度センサが検出した温度、前記第１圧力センサが検出した圧力、および前記第２圧力センサが検出した圧力から導出される第１液面高さと、前記第２圧力センサが検出した圧力に対応する第２液面高さとに基づいて、前記非共沸混合冷媒の封入量の適否を判断する、冷凍サイクル装置。
2. 前記冷媒入口は、前記レシーバの液面高さが変化すると、ゼロ以上前記バイパス配管の断面積以下の範囲で前記開口面積が変化するように構成される、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記バイパス配管の前記レシーバに挿入された端部には、前記冷媒入口として、前記レシーバの液面高さの変化方向に互いに異なる位置に設けられた複数の開口が設けられる、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記バイパス配管の前記レシーバに挿入された端部には、前記冷媒入口として、前記レシーバの液面高さの変化方向が長手方向とされたスリットが設けられる、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、前記第１液面高さが、前記第２液面高さよりも低い場合に、前記非共沸混合冷媒の封入量が不足していると判断する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、前記第１液面高さおよび前記第２液面高さから前記非共沸混合冷媒の封入量の不足を判断することに先立って、前記温度センサが検出した温度、前記第１圧力センサが検出した圧力に基づいて定められる前記非共沸混合冷媒の過熱度に基づいて前記非共沸混合冷媒の封入量の不足を判断する、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御装置は、前記第１液面高さと、前記第２液面高さとの差に基づいて、前記非共沸混合冷媒の封入量の不足量を判断する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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