JP7341337B2 - 冷熱源ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機 - Google Patents

Description

本開示は、冷熱源ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機に関する。

特許第５５０５４７７号公報には、室外熱交換器の汚れ、室外機の設置状況、風雨などの外乱の影響があっても、適正な運転かつ低コストで冷媒量の適否判定を少ない判定誤差で実現することができる空気調和装置が開示されている。

特許第５５０５４７７号公報

特許第５５０５４７７号公報は、空気調和装置の冷媒の過冷却度に基づいて、冷媒量の適否を判断している。過冷却度の検出には温度センサなどによる温度の検出が必要であるが、温度センサは一般に温度検出値に製造ばらつきがある。このため、冷媒量の適否を精度良く行なうためには改善の余地がある。また、冷凍機などのように、一般的に凝縮器と膨張弁の間に受液器（レシーバ）が設けられている冷凍サイクル装置がある。受液器が設けられている冷凍サイクル装置では、受液器内で液冷媒の量が多少変化している段階では冷媒量が減少しても凝縮器の出口における過冷却度はあまり変化しない。このため、特許第５５０５４７７号公報に記載されている方法では冷媒の漏洩量が多くないと冷媒量減少を検知できない。

さらに、近年、フロン排出を抑制する要求があり、冷凍機には、封入冷媒の地球温暖化係数（GWP：global warming potential）を１５００より小さくすることが求められ、設備管理者には、一定量以上の冷媒漏洩量を報告することが義務とされる。

本開示は、漏洩量が少ない段階で冷媒の漏洩の検出を精度良く行なうことができる冷凍サイクル装置の冷熱源ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機を開示することを目的とする。

本開示は、第１膨張装置および蒸発器を含む負荷装置に接続され、冷凍サイクル装置を構成する冷熱源ユニットに関する。冷熱源ユニットは、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器から冷媒を受けて圧縮機、凝縮器を経由して第１膨張装置に向けて冷媒を送出するように構成された第１流路と、凝縮器を通過した冷媒を第１膨張装置および蒸発器を経由せずに圧縮機に送る第２流路と、第２流路に設けられた第２膨張装置と、第２流路に配置された複数の温度センサと、複数の温度センサの出力に基づいて、冷凍サイクル装置の制御を行なうように構成される制御装置とを備える。制御装置は、複数の温度センサが検出する温度が等しくなるように冷凍サイクル装置を制御するとともに、複数の温度センサの検出温度の平均値を算出するように構成され、制御装置は、平均値と複数の温度センサの各々が検出する温度との差に基づいて、複数の温度センサの各々の補正を実行するように構成される。

本開示の冷凍サイクル装置の冷熱源ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機によれば、漏洩量が少ない段階で冷媒の漏洩の検出を精度良く行なうことができる。

実施の形態１の冷凍サイクル装置１の構成を示す図である。 実施の形態１の受液器の構成を説明するための図である。 制御装置１００が実行する冷媒不足を判定する処理を説明するためのフローチャートである。 温度センサの校正について説明するための図である。 温度センサの検出誤差範囲と必要とされるヒータ容量との関係を示すグラフである。 冷媒組成の検出及び組成に対応した制御について説明するためのフローチャートである。 ステップＳ２６における冷媒の組成の検知について説明するための図である。 組成と蒸発温度との関係を説明するための図である。 平均化するセンサ数と温度誤差との関係を示すグラフである。 実施の形態２の冷凍サイクル装置１Ａの構成を示す図である。 分岐点ＢＰにおける分岐の形状の第１例を示す図である。 分岐点ＢＰにおける分岐の形状の第２例を示す図である。

以下、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、冷凍サイクル装置の運転状態によって、循環する冷媒の組成が変動するので、組成に合わせて制御を変えることが好ましい。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１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、冷熱源ユニット２と、負荷装置３と、延長配管８３，８７とを備える。

冷凍サイクル装置１の冷熱源ユニット２は、延長配管８３，８７によって、負荷装置３に接続されるように構成される。冷熱源ユニット２は、特に限定されないが、一般的には室外または屋外に配置される場合が多いので、室外ユニットまたは屋外ユニットとも呼ばれる。

冷熱源ユニット２は、圧縮機１０と、凝縮器２０と、受液器（レシーバ）３０と、配管８０～８２、８８とを備える。受液器３０は、配管８１と配管８２との間に配置され、冷媒を貯留するように構成される。

負荷装置３は、第１膨張装置５０と、蒸発器６０と、配管８４，８５，８６とを含む。第１膨張装置５０は、たとえば、冷熱源ユニット２と独立して制御される温度膨張弁である。

配管８８から、圧縮機１０、配管８０、凝縮器２０、配管８１、受液器３０、配管８２に至る第１流路Ｆ１は、負荷装置３と共に、冷媒が循環する循環流路を形成するように構成される。以下、この循環流路を冷凍サイクルの「メイン回路」とも言う。第１流路Ｆ１は、蒸発器６０から冷媒を受けて圧縮機１０、凝縮器２０を経由して第１膨張装置５０に向けて冷媒を送出するように構成される。

冷熱源ユニット２は、第２流路Ｆ２をさらに備える。第２流路Ｆ２は、凝縮器２０を通過した冷媒を第１膨張装置５０および蒸発器６０を経由せずに圧縮機１０に送るように構成される。第２流路Ｆ２は、配管９１と，配管９３と、配管９１と配管９３との間に配置される第２膨張装置９２とを備える。第２膨張装置９２としては、たとえばキャピラリチューブを使用することができる。配管９１は、第１流路Ｆ１の受液器３０から第２膨張装置９２に冷媒を流すように構成される。配管９３は、第２膨張装置９２を通過した冷媒を圧縮機１０の入口に接続された配管８８に流すように構成される。以下において、メイン回路から分岐して第２膨張装置９２を経由して圧縮機１０に冷媒を送る第２流路Ｆ２を、「インジェクション流路」とも呼ぶ。

受液器３０は、第１流路Ｆ１の凝縮器２０の下流に配置されるとともに、第２流路Ｆ２の第１端が接続される。

冷熱源ユニット２は、ヒータ４０と、温度センサ１２１～１２３とをさらに備える。ヒータ４０は、第２流路Ｆ２の第２膨張装置９２よりも下流の部分に設けられ、配管９３を流通する冷媒を加熱する。温度センサ１２１～１２３としては、たとえばサーミスタを用いることができる。

圧縮機１０の吸入ポートＧ１は、配管８８に接続され、吐出ポートＧ２は、配管８０に接続される。圧縮機１０は、吸入ポートＧ１および吐出ポートＧ２を有する。圧縮機１０は、蒸発器６０を通過した冷媒を吸入ポートＧ１から吸入し、吐出ポートＧ２から凝縮器２０に向けて冷媒を吐出するように構成される。

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の回転速度を調整することによって冷媒の循環量が調整され、冷凍サイクル装置１の冷凍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して配管８１へ流す。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を行なうように構成される。この熱交換により、放熱した冷媒は凝縮して液相または二相に変化する。図示しないファンは、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。ファンの回転数を調整することにより、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力を調整することができる。

受液器３０は、凝縮器２０から流入する液冷媒を貯留する。液冷媒に混入しているガス冷媒は、受液器３０の内部において液冷媒と分離され、配管８２からは液冷媒が排出される。

冷熱源ユニット２は、さらに、圧力センサ１１０，１１１と、冷熱源ユニット２を制御する制御装置１００を備える。

圧力センサ１１０は、圧縮機１０の吸入冷媒の圧力ＰＬを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。圧力センサ１１１は、圧縮機１０の吐出冷媒の圧力ＰＨ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１２１は、受液器３０と第２膨張装置９２とを接続する配管９１の冷媒の温度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１２２は、配管９３のヒータ４０よりも上流の部分を流れる冷媒の温度Ｔ２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１２３は、配管９３のヒータ４０よりも下流の部分を流れる冷媒の温度Ｔ３を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

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、冷熱源ユニット２における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。

本実施の形態では、制御装置１００は、ａ）冷凍サイクル装置１に封入された冷媒量の判定と、ｂ）冷凍サイクル装置１のメイン回路を循環する冷媒組成に対応する冷熱源ユニット２の制御と、を行なうように構成される。

図２は、実施の形態１の受液器の構成を説明するための図である。
図２を参照して、受液器３０は、液冷媒を貯留する筐体３１と、入口配管ＩＰ１と、第１出口配管ＯＰ１と、第２出口配管ＯＰ２とを含む。

メイン回路の一部である第１流路Ｆ１への受液器３０からの出口は、第１出口配管ＯＰ１である。第２出口配管ＯＰ２は、第１出口配管ＯＰ１とは別の受液器３０からの出口である。

配管９１は、第２出口配管ＯＰ２から第２膨張装置９２の入口に冷媒を流すように構成される。受液器３０において、第２出口配管ＯＰ２の吸入口は、第１出口配管ＯＰ１の吸入口よりも高い位置に配置される。配管９１から吸引される冷媒の状態によって、冷凍サイクル装置１に封入された冷媒量の適否を判定することができる。

具体的には、冷媒量が適正なときの液面高さＬ０と比べると、第１出口配管ＯＰ１の吸入口の高さＬ１および第２出口配管ＯＰ２の吸入口の高さＬ２は低い。ただし、第２出口配管ＯＰ２の吸入口の高さＬ２は、高さＬ１と高さＬ０の間であり、検出したい冷媒不足の感度に合わせて高さ方向の位置が決定される。高さＬ２を高さＬ０に近づけると、冷媒の液面が少し低下しただけでガス冷媒が吸入されるので、冷媒不足の検出感度は高くなる。逆に高さＬ２を高さＬ１に近づけると、冷媒の液面が少し低下しただけではガス冷媒が吸入されないので、冷媒不足を検出できるが検出感度は低くなる。

図３は、制御装置１００が実行する冷媒不足を判定する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１の運転時に定期的に実行される。たとえば、実行頻度は１日に１回程度とすることができる。図３を参照して、ステップＳ１１において、制御装置１００は、ヒータ４０をＯＦＦ状態とする。これにより、ヒータ４０の上流及び下流の冷媒温度は、同じ温度となる。したがって、温度センサ１２２，１２３に誤差が無ければ、温度Ｔ２と温度Ｔ３とは等しいはずである。

ステップＳ１２では、制御装置１００は、ヒータ４０の入口側の冷媒温度Ｔ２と出口側の冷媒温度Ｔ３とを検知し、温度センサ１２２，１２３を校正する。校正の一例としては平均値と測定値との差を補正量とすることが考えられる。具体的には、平均値Ｔａｖｅと校正時の検知温度Ｔ２ｃとの差ΔＴ２を、検知温度Ｔ２から減算し、平均値Ｔａｖｅと校正時の検知温度Ｔ３ｃとの差ΔＴ３を、検知温度Ｔ３から減算する。

具体的な校正式の一例を以下の式（１）～（３）に示す。
Ｔａｖｅ＝（Ｔ２ｃ＋Ｔ３ｃ）／２ （ヒータOFF状態） …（１）
ΔＴ２＝Ｔ２ｃ－Ｔａｖｅ （ヒータOFF状態） …（２）
ΔＴ３＝Ｔ３ｃ－Ｔａｖｅ （ヒータOFF状態） …（３）
式（１）～（３）の各記号は以下の内容を示す。
Ｔ２ｃ：校正時のヒータ入口検知温度
Ｔ３ｃ：校正時のヒータ出口検知温度
Ｔａｖｅ：校正時のヒータ入口温度とヒータ出口温度の平均温度
ΔＴ２：ヒータ入口温度検知手段の校正値
ΔＴ３：ヒータ出口温度検知手段の校正値
続いて、ステップＳ１３において、制御装置１００は、ヒータ４０をＯＮ状態とし、温度センサ１２２，１２３の検出温度を以下の式（４）～（５）にしたがって補正する。
Ｔ２’＝Ｔ２－ΔＴ２ （ヒータON状態） …（４）
Ｔ３’＝Ｔ３－ΔＴ３ （ヒータON状態） …（５）
式（４）～（５）の各記号は以下の内容を示す。
Ｔ２：校正前のヒータ入口検知温度
Ｔ３：校正前のヒータ出口検知温度
Ｔ２’：校正後のヒータ入口検知温度
Ｔ３’：校正後のヒータ出口検知温度
以降、次回の校正まで、温度センサ１２２，１２３の測定値は、校正値ΔＴ２，ΔＴ３によって校正された値Ｔ２’，Ｔ３’が使用される。

図４は、温度センサの校正について説明するための図である。
一般に、正規母集団Ｎ（μ，σ^2）からｎ個の個体を無作為に取り出して平均を取るとき、新たな正規母集団Ｎ（μ，σ^2／ｎ）になる。このことは、ヒータをＯＦＦとして温度センサ１２２の検出値と温度センサ１２３の検出値の平均値を取れば、検知誤差が１／√２になることを意味する。

さらにｎを２よりも増やせば、一層誤差を小さくすることができる。たとえば、第２膨張装置９２の上流部の温度センサ１２１も、圧縮機１０を停止させた状態の安定時などに対象とすることができる。この場合にはｎ＝３となり、平均値Ｔａｖｅ、校正値ΔＴ１～ΔＴ３、校正後の温度Ｔ１’～Ｔ３’は以下の式（６）～（１２）のようになる。
Ｔａｖｅ＝（Ｔ１ｃ＋Ｔ２ｃ＋Ｔ３ｃ）／３ （ヒータおよび圧縮機OFF状態）…（６）
ΔＴ１＝Ｔ１ｃ－Ｔａｖｅ （ヒータOFF状態） …（７）
ΔＴ２＝Ｔ２ｃ－Ｔａｖｅ （ヒータOFF状態） …（８）
ΔＴ３＝Ｔ３ｃ－Ｔａｖｅ （ヒータOFF状態） …（９）
Ｔ１’＝Ｔ１－ΔＴ１ （ヒータON状態） …（１０）
Ｔ２’＝Ｔ２－ΔＴ２ （ヒータON状態） …（１１）
Ｔ３’＝Ｔ３－ΔＴ３ （ヒータON状態） …（１２）
さらに冷凍サイクル中に他の温度センサが使用されている場合には、この温度センサも含めてｎ個（ｎは４以上の自然数）の温度センサが同じ温度を検出するような運転条件にして、ｎ数を増やして温度センサの補正を行なっても良い。

再び、図３に戻って、ステップＳ１３でヒータをＯＮ状態とした後には、ステップＳ１４，Ｓ１５において、冷媒量の判定が実行される。

冷媒量の判定処理が実行される前提として、図２に示すようにインジェクション流路に液冷媒を導入する第２出口配管ＯＰ２の位置が適切である必要がある。高さＬ２を適切に設定することにより、インジェクション流路には、冷媒量が適正なときには液冷媒が受液器３０から送られ、液冷媒が不足しているときにはガス冷媒が送られる。

冷媒量が適正なときには、第２膨張装置９２によって液冷媒が減圧された結果、配管９３には二相状態の冷媒が流れる。この冷媒は、ヒータ４０によって加熱される。

続いて、ステップＳ１４において、制御装置１００は、ヒータ４０の上流側の冷媒の温度Ｔ２と下流側の冷媒の温度Ｔ３とを温度センサ１２２，１２３を用いて検出する。そして、制御装置１００は、冷媒の温度Ｔ２と温度Ｔ３の差がしきい値よりも大きいか否かを判断する。

冷媒量が適正であり、配管９３に二相状態の冷媒が流れていれば、温度差はしきい値以下となる（Ｓ１４でＮＯ）。一方、冷媒量が適正量よりも不足していれば、配管９３に流れる冷媒は途中からガス状態となるので、加熱により与えられた熱はすべて顕熱となり、温度差はしきい値よりも大きくなる（Ｓ１４でＹＥＳ）。温度差がしきい値よりも大きい場合、ステップＳ１５において制御装置１００は、冷媒不足であると判定し、使用者に連絡する。

図３のような冷媒不足の判定を行なうためにヒータ４０を使用しているが、温度センサの誤差を小さくすることによって、ヒータ４０の容量が小さくて済むという効果がある。

ヒータ４０には、ヒータ４０によって冷媒が加熱された場合に温度上昇があるか否かを温度センサが検出できるだけのヒータ容量が必要とされる。したがって、温度センサの検出誤差が大きい場合には、冷媒温度が確実に上昇したことを温度センサか検知するためには、時間あたりの発生熱量を大きくする必要がある。この時間あたりの発生熱量は、ヒータ容量（Ｗ）に比例する。逆に温度センサの検出誤差が小さい場合には、ヒータ容量は小さくて済む。

図５は、温度センサの検出誤差範囲と必要とされるヒータ容量との関係を示すグラフである。たとえば、温度センサの誤差が１．５℃であった場合には、必要なヒータ容量は９Ｗである。一方、同じ装置において、本実施の形態によって、温度センサの誤差が１．１℃にまで小さくなった場合には、ヒータ容量を６．６Ｗ程度に小さくできることが図５に示されている。

言い換えると、誤差補正しない場合、１．５℃の最大誤差があり、２つのセンサを平均化して補正して使用すると、最大誤差が１．１℃になることが期待できる。冷媒温度を１．５℃以上上昇させるには、９Ｗのヒータが必要であったが、補正して使用することにより、１．１℃以上上昇させれば温度センサで検出可能となるため、その場合に使用可能なヒータは６．６Ｗまで小さくできる。

さらに、本実施の形態では、冷媒不足の検出に加えて、冷媒組成の検出が実行される。
図６は、冷媒組成の検出及び組成に対応した制御について説明するためのフローチャートである。

図６を参照して、図５の冷媒不足判定が予め実行されている場合には、ステップＳ２１において制御装置１００は、冷媒量が適正であるか否かを判断し、冷媒量が適正でない場合（Ｓ２１でＮＯ）冷凍サイクル装置の運転を停止させる。一方、冷媒量が適正である場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ２２以降の冷媒組成の検出処理を実行する。なお、組成検知と同時にステップＳ２１の処理を行なうことは必須ではない。

ステップＳ２２では、組成検知ではヒータ４０を使用しないため、制御装置１００は、ヒータ４０をＯＦＦ状態とする。そして、ステップＳ２４において、制御装置は、温度Ｔ１～Ｔ３および圧力ＰＬを検知する。なお、温度Ｔ１～Ｔ３については、校正後の値が採用される。

非共沸冷媒の場合には、冷凍サイクル装置内を循環する冷媒の組成は、受液器３０内のガス冷媒質量の全封入冷媒質量に対する比率で決まる。たとえば、受液器３０内が満液でガス冷媒が存在しないとき、循環する冷媒の組成は封入時の組成と一致する。しかし、受液器３０内にガス冷媒がある場合には、ガス冷媒は受液器３０に留まって冷凍サイクル装置内を循環しない。したがって、冷凍サイクル装置内を循環する冷媒の組成は受液器３０内のガス冷媒を除いた冷媒の組成となる。

まずステップＳ２４において、制御装置１００は、温度Ｔ１をエンタルピＨ１に変換する。ｐ－ｈ線図の液相領域では、等温線は冷媒の圧力が変わってもエンタルピは変わらない。したがって、液冷媒の温度を計測すればエンタルピが１対１に対応している。したがって、予め換算表をメモリに記憶しておき、換算表を参照することによって温度Ｔ１を直ちにエンタルピＨ１に変換できる。このエンタルピＨ１は、第２膨張装置９２で断熱膨張が行なわれた場合には、変化しない。したがって、第２膨張装置９２の下流の配管９３を流れる冷媒のエンタルピも同じくエンタルピＨ１である。

続いて、ステップＳ２５において、制御装置１００は、ヒータ４０の前後の温度センサ１２２，１２３の検出値の平均値Ｔａｖｅを算出する。ヒータ４０がＯＦＦの状態では、検出値として平均値Ｔａｖｅを採用することによって、温度検出誤差を小さくすることが期待できる。

さらにステップＳ２６において、制御装置１００は、エンタルピＨ１、圧力ＰＬ、温度Ｔａｖｅから冷媒の組成を検知する。

一般に、非共沸混合冷媒は、組成が特定できれば圧力とエンタルピから飽和温度を求めることができ、反対に、圧力とエンタルピと飽和温度がわかれば組成を特定することが可能である。

より具体的には、組成が分かっているという前提では、冷媒は、圧力、エンタルピ、温度のうち、２つが分かれば他の１つが分かる。また、圧力、エンタルピ、温度の３つともが分かっていれば、組成が分かる。

この原理を応用し、圧力センサ１１０で測定した圧力ＰＬと、温度Ｔａｖｅと、温度センサ１２１で測定した温度Ｔ１から算出するエンタルピＨ１とを用いて、予め作成した関数または変換マップを使用して、制御装置１００は冷媒組成を特定する。

図７は、ステップＳ２６における冷媒の組成の検知について説明するための図である。図７には、圧力とエンタルピが固定されている状態での、組成と温度との関係が示されている。ここでは、冷媒組成を検出する部分すなわち、冷凍サイクル装置内のインジェクション流路における低圧部分（圧力ＰＬ）における組成と温度の関係が示されている。図７において、縦軸は、第２膨張装置９２の出口の冷媒の２つの温度センサの平均温度Ｔａｖｅが示され、横軸には、受液器３０内のガス冷媒量／封入冷媒量の重量比がパーセントで示されている。図７では、温度Ｔ１から変換されたエンタルピＨ１と、圧力ＰＬはある値に固定されている。この条件下において、温度Ｔａｖｅは、ガス冷媒量／封入冷媒量の重量比に１対１で対応する。たとえば、受液器３０が満液状態で、循環する冷媒の組成が非共沸冷媒の純組成であるときの温度Ｔａｖｅが－３９．８℃として、実際の温度Ｔａｖｅが－３８℃であったとする。したがって純組成の場合からの温度のずれΔＴは、横軸に示すガス冷媒量／封入冷媒量の重量比（％）で２５％に対応している。

ガス冷媒量／封入冷媒量の重量比は、循環する冷媒の組成に対応しているので、温度Ｔａｖｅが分かれば循環する冷媒の組成を決定することができる。このようなグラフに示す関係が圧力毎、エンタルピ毎に存在する。このため、圧力ＰＬと温度ＴａｖｅとエンタルピＨ１（または温度Ｔ１）とから、冷媒の組成を決定するマップを作成することが可能である。

以上説明した循環冷媒の組成決定処理がステップＳ２６で実行される。続いて、ステップＳ２７では、制御装置１００は、圧力と蒸発温度の変換式を検知した組成と対応させる。なお、ここでの蒸発温度は、露沸平均蒸発温度である。

図８は、組成と蒸発温度との関係を説明するための図である。図８には、圧力とエンタルピが固定されている状態での組成と温度との関係を示している。ここでは、冷凍サイクル装置の制御に反映させる部分すなわち、冷凍サイクル装置内の低圧部分における組成と温度の関係が示されている。図８において、縦軸は、蒸発器６０の平均蒸発温度が示され、横軸には、受液器３０内のガス冷媒量／封入冷媒量の重量比がパーセントで示されている。

図８に示されるグラフは、検出した組成を制御に反映させるためのマップに相当する。たとえば、受液器３０が満液状態で、循環する冷媒の組成が非共沸冷媒の純組成であるときの平均蒸発温度が－４０℃として、図８に示すマップに組成に対応するガス冷媒量／封入冷媒量の重量比（％）に２５％を適用すると、平均蒸発温度は－３８．５℃となる。

続いて、ステップＳ２７では、制御装置１００は、ステップＳ３６で得られた平均蒸発温度を実現するように冷凍サイクル装置を制御するための圧力ＰＬを吸入圧力として決定し、制御装置１００は、圧力ＰＬとなるように圧縮機１０の運転周波数を変更する。

つまり、制御装置１００は、検知した組成に適した飽和温度に相当する圧力を圧縮機１０の入口側の圧力ＰＬの目標値として、圧縮機１０を制御する。

ステップＳ２７の処理が完了すると、制御はメインルーチンに戻る。非共沸冷媒の場合には、繰り返し図６のフローチャートの処理が実行されることによって、受液器３０内の液量が変化した場合に、循環する冷媒の組成に合わせた圧縮機１０の制御が実行される。このように、制御装置１００は、非共沸冷媒の循環する冷媒の組成変化を制御に反映させて、冷凍サイクル装置の冷凍能力を維持するように構成される。

図９は、平均化するセンサ数と温度誤差との関係を示すグラフである。本実施の形態によれば、温度センサの検知精度が低くても、非共沸冷媒の組成に適した能力維持制御が精度よく実行できる。たとえば、図９の丸印に示すように、２センサを平均化して補正することにより、温度センサの誤差が１．５℃から１．１℃に減るので蒸発温度を制御する精度が向上する。

また三角印に示す蒸発温度の制御誤差を零に近づけたいが、入力であるセンサ検出温度の誤差が減ると、それから導出される蒸発温度の制御目標値ＥＴの誤差も図９に示すように小さくなる。

平均化するセンサ数ｎを２以上とするとさらに誤差が小さくなることが期待できる。
なお、図３に示した液面検知による冷媒不足判定制御と、図６に示した冷媒組成検知制御との実行の前後は問わない。ただし、冷媒不足時には図６の冷媒組成検知処理は精度が悪化する可能性があるので、図３、図６の順で制御を行なうことが好ましい。たとえば、冷媒不足判定処理は、１日に１回とし、冷媒組成検知処理はさらに頻度を高く実行するなども考えられる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第２流路Ｆ２（インジェクション流路）の端部を受液器３０の上部に直接に接続したが、実施の形態２では他の部分に接続する例を説明する。

図１０は、実施の形態２の冷凍サイクル装置１Ａの構成を示す図である。図１０を参照して、冷凍サイクル装置１Ａは、冷熱源ユニット２Ａと、負荷装置３と、延長配管８３，８７とを備える。冷熱源ユニット２Ａは、延長配管８３，８７によって、負荷装置３に接続されるように構成される。負荷装置３および延長配管８３，８７については、図１に示した実施の形態１と同じであるので、説明は繰返さない。

冷熱源ユニット２Ａは、図１に示した冷熱源ユニット２の構成において、受液器３０に代えて受液器３０Ａを含み、配管８２，９１に代えて配管８２Ａ，９１Ａをそれぞれ含む。冷熱源ユニット２Ａの他の構成については、冷熱源ユニット２と同様であるので、説明は繰返さない。

受液器３０Ａは、図１、図２に示した受液器３０構成において、配管９１は除去され、配管８２に代えて配管８２Ａに接続されている。筐体３１と配管８１との接続については、受液器３０Ａは受液器３０と同様である。

実施の形態２では、図１０に示すように、配管９１Ａは配管８２Ａから分岐点ＢＰにおいて分岐している。すなわち、実施の形態２では、第２流路Ｆ２（インジェクション流路）の接続を受液器とせずに配管からとしている。そして分岐点ＢＰにおいて、冷媒の気液分離する構成を採用する。冷媒不足時、配管９１Ａにガス冷媒のみが流れやすくなる具体的な気液分離機構の例を以下に説明する。

図１１は、分岐点ＢＰにおける分岐の形状の第１例を示す図である。図１１では、分岐点ＢＰの配管８２Ａが水平方向に延在し、配管９１Ａが鉛直上向きに配管８２Ａから分岐している。冷媒不足時には、配管８２Ａには受液器３０Ａから二相状態の冷媒が流れる。図１１に示すような構成とすることによって、冷媒不足時には、重力で液冷媒が落下し、ガス冷媒のみが上昇して配管９１Ａに流入するので、分岐点ＢＰにおいて気液分離が可能となる。

図１２は、分岐点ＢＰにおける分岐の形状の第２例を示す図である。図１２では、配管８２Ａが分岐点ＢＰにおいて、水平方向から鉛直下向きに曲げられており、配管９１Ａが鉛直上向きに配管８２Ａから分岐している。図１２に示すような構成とすることによって、冷媒不足時には、図１１に示す構成よりも重力で液冷媒が顕著に下方に流れ、ガス冷媒のみが上昇して配管９１Ａに流入する。したがって、図１２に示す構成では、分岐点ＢＰにおける冷媒不足時の気液分離が一層確実に行なわれる。

（まとめ）
図１、図１０に示すように、本開示は、第１膨張装置５０および蒸発器６０を含む負荷装置３に接続され、冷凍サイクル装置１または１Ａを構成する冷熱源ユニット２または２Ａに関する。冷熱源ユニット２または２Ａは、圧縮機１０と、凝縮器２０と、蒸発器６０から冷媒を受けて圧縮機１０、凝縮器２０を経由して第１膨張装置５０に向けて冷媒を送出するように構成された第１流路Ｆ１と、凝縮器２０を通過した冷媒を第１膨張装置５０および蒸発器６０を経由せずに圧縮機１０に送る第２流路Ｆ２と、第２流路Ｆ２に設けられた第２膨張装置９２と、第２流路Ｆ２に配置された複数の温度センサ（１２１～１２３）と、複数の温度センサの出力に基づいて、冷凍サイクル装置１または１Ａの制御を行なうように構成される制御装置１００とを備える。制御装置１００は、複数の温度センサが検出する温度が等しくなるように冷凍サイクル装置１または１Ａを制御するとともに、複数の温度センサの検出温度の平均値を算出するように構成される。制御装置１００は、平均値と複数の温度センサの各々が検出する温度との差に基づいて、複数の温度センサの各々の補正を実行するように構成される。

このようにすることによって、複数の温度センサの検出値のばらつきによる正しい値とのズレが全体的に小さくなるため、冷凍サイクル装置の制御の精度が向上することが期待できる。

好ましくは、図１に示す冷熱源ユニット２は、第１流路Ｆ１の凝縮器２０の下流に配置されるとともに、第２流路Ｆ２の第１端が接続され、液相の冷媒を貯留する受液器３０と、第２流路Ｆ２の第２膨張装置９２よりも下流に設けられるヒータ４０とをさらに備える。図１、図２に示すように、第２流路Ｆ２の第１端は、冷凍サイクル装置１に封入された冷媒の量が不足していない場合には、受液器３０から液相の冷媒を吸引するように配置される。第２流路Ｆ２の第２端は、圧縮機１０の吸入ポートＧ１に接続される。複数の温度センサは、第１温度センサ１２２および第２温度センサ１２３を含む。第１温度センサ１２２および第２温度センサ１２３は、第２流路Ｆ２のヒータ４０の上流および下流にそれぞれ配置される。制御装置１００は、ヒータ４０をオフした状態において、第１温度センサ１２２および第２温度センサ１２３の補正を実行する。制御装置１００は、ヒータ４０をオンした状態において、第１温度センサ１２２および第２温度センサ１２３の検出温度の差（Ｔ３－Ｔ２）に基づいて、冷凍サイクル装置１に封入された冷媒の量が不足しているか否かを判定する。

このようにすることによって、ヒータ４０の容量を小さくしつつ、冷媒不足の検知を精度良く行なうことができるようになる。

より好ましくは、冷熱源ユニット２は、圧縮機１０が吸入する冷媒の圧力を検出する圧力センサ１１０をさらに備える。複数の温度センサは、第２流路Ｆ２において第２膨張装置９２の上流に配置された第３温度センサ１２１をさらに含む。第１温度センサ１２２は、第２流路Ｆ２の第２膨張装置９２とヒータ４０との間に配置される。冷媒は、非共沸混合冷媒である。制御装置１００は、圧力センサ１１０および第１～第３温度センサ１２２，１２３，１２１の出力に基づいて、冷媒の組成を判定し、組成に対応した飽和温度相当の圧力を圧力センサ１１０の検出圧力の目標値として冷凍サイクル装置１を制御する。

このようにして、本実施の形態ではサーミスタ等の温度センサの検知誤差に着目し、検知誤差を小さくすることにより、冷媒の組成検知の精度および冷媒不足判定の精度を向上させることができる。

なお、温度センサ１２１、１２２の２つの平均値を用いて補正を行なっても良い。好ましくは、冷熱源ユニット２または２Ａは、圧縮機１０が吸入する冷媒の圧力を検出する圧力センサ１１０をさらに備える。複数の温度センサは、第１温度センサ（１２１）および第２温度センサ（１２２）を含む。第１温度センサ（１２１）および第２温度センサ（１２２）は、第２流路Ｆ２の第２膨張装置９２の上流および下流にそれぞれ配置される。制御装置１００は、圧縮機１０を停止した状態において、第１温度センサ（１２１）および第２温度センサ（１２２）の補正を実行する。冷媒は、非共沸混合冷媒である。制御装置１００は、圧力センサ１１０、第１温度センサ（１２１）および第２温度センサ（１２２）の出力に基づいて、冷媒の組成を判定し、組成に対応した飽和温度相当の圧力を圧力センサ１１０の検出圧力の目標値として冷凍サイクル装置１を制御する。

たとえば、ヒータを用いた冷媒不足判定を行なわない場合であっても、本実施の形態ではサーミスタ等の温度センサの検知誤差に着目し、検知誤差を小さくすることにより、冷媒の組成検知の精度を向上させることができる。

好ましくは、図１０、図１１に示すように、第２流路Ｆ２は、第１流路Ｆ１の凝縮器２０の下流において第１流路Ｆ１の水平方向に延びる部分から鉛直上向き方向に分岐する。

好ましくは、図１０、図１２に示すように、第２流路Ｆ２は、第１流路Ｆ１の凝縮器２０の下流の分岐点ＢＰにおいて第１流路Ｆ１から分岐する。分岐点ＢＰにおいて、第１流路Ｆ１は、水平方向から鉛直下向き方向に向かって延びる。分岐点ＢＰにおいて、第２流路Ｆ２は、鉛直上向き方向に向かって延びる。

本開示は、他の局面では、上記のいずれの冷熱源ユニット２または２Ａと、負荷装置３とを備える冷凍サイクル装置１，１Ａに関する。また、その冷凍サイクル装置１，１Ａを備える冷凍機に関する。

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。本開示の基本的な範囲は、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。

１，１Ａ 冷凍サイクル装置、２，２Ａ 冷熱源ユニット、３ 負荷装置、１０ 圧縮機、２０ 凝縮器、３０，３０Ａ 受液器、３１ 筐体、４０ ヒータ、５０ 第１膨張装置、６０ 蒸発器、８０，８１，８２，８２Ａ，８４，８５，８６，８８，９１，９１Ａ，９３ 配管、８３，８７ 延長配管、９２ 第２膨張装置、１００ 制御装置、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、１１０，１１１ 圧力センサ、１２１～１２３ 温度センサ、ＢＰ 分岐点、Ｆ１，Ｆ２ 流路、Ｇ１ 吸入ポート、Ｇ２ 吐出ポート、ＩＰ１ 入口配管、ＯＰ１ 第１出口配管、ＯＰ２ 第２出口配管。

Claims (7)

1. 第１膨張装置および蒸発器を含む負荷装置に接続され、冷凍サイクル装置を構成する冷熱源ユニットであって、
   圧縮機と、
   凝縮器と、
   前記蒸発器から冷媒を受けて前記圧縮機、前記凝縮器を経由して前記第１膨張装置に向けて前記冷媒を送出するように構成された第１流路と、
   前記凝縮器を通過した前記冷媒を前記第１膨張装置および前記蒸発器を経由せずに前記圧縮機に送る第２流路と、
   前記第２流路に設けられた第２膨張装置と、
   前記第２流路の前記第２膨張装置よりも下流に設けられるヒータと、
   前記第２流路の前記ヒータの上流および下流にそれぞれ配置された第１温度センサおよび第２温度センサと、
   前記第１流路の前記凝縮器の下流に配置されるとともに、前記第２流路の第１端が接続され、液相の前記冷媒を貯留する受液器と、
   前記第１温度センサおよび前記第２温度センサの出力に基づいて、前記冷凍サイクル装置の制御を行なうように構成される制御装置とを備え、
   前記第２流路の前記第１端は、前記冷凍サイクル装置に封入された前記冷媒の量が不足していない場合には、前記受液器から液相の前記冷媒を吸引するように配置され、
   前記第２流路の第２端は、前記圧縮機の冷媒入口に接続され、
   前記制御装置は、前記第１温度センサおよび前記第２温度センサが検出する温度が等しくなるように前記ヒータをオフした状態において前記冷凍サイクル装置を運転するとともに、前記第１温度センサおよび前記第２温度センサの検出温度の平均値を算出するように構成され、
   前記制御装置は、前記平均値と前記第１温度センサおよび前記第２温度センサの各々が検出する温度との差に基づいて、前記第１温度センサおよび前記第２温度センサの各々の補正を実行するように構成される、冷熱源ユニット。
2. 前記制御装置は、前記ヒータをオンした状態において、前記第１温度センサおよび前記第２温度センサの検出温度の差に基づいて、前記冷凍サイクル装置に封入された前記冷媒の量が不足しているか否かを判定する、請求項１に記載の冷熱源ユニット。
3. 前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
   前記冷凍サイクル装置は、前記第２流路において前記第２膨張装置の上流に配置された第３温度センサをさらに備え、
   前記冷媒は、非共沸混合冷媒であり、
   前記制御装置は、前記圧力センサおよび前記第１～第３温度センサの出力に基づいて、前記冷媒の組成を判定し、前記組成に対応した飽和温度相当の圧力を前記圧力センサの検出圧力の目標値として前記冷凍サイクル装置を制御する、請求項２に記載の冷熱源ユニット。
4. 前記第２流路は、前記第１流路の前記凝縮器の下流において前記第１流路の水平方向に延びる部分から鉛直上向き方向に分岐する、請求項１に記載の冷熱源ユニット。
5. 前記第２流路は、前記第１流路の前記凝縮器の下流の分岐点において前記第１流路から分岐し、
   前記分岐点において、前記第１流路は、水平方向から鉛直下向き方向に向かって延び、
   前記分岐点において、前記第２流路は、鉛直上向き方向に向かって延びる、請求項１に記載の冷熱源ユニット。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の冷熱源ユニットと、前記負荷装置とを備える冷凍サイクル装置。
7. 請求項６に記載の冷凍サイクル装置を備える冷凍機。

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