特許 6902390 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6902390

(24)【登録日】2021年6月23日

(45)【発行日】2021年7月14日

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 49/02 20060101AFI20210701BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20210701BHJP

【ＦＩ】

   F25B49/02 510B

   F25B49/02 510Z

   F25B49/02 570Z

   F25B49/02 520D

   F25B1/00 361A

   F25B1/00 371B

   F25B1/00 396B

【請求項の数】11

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-87860(P2017-87860)

(22)【出願日】2017年4月27日

(65)【公開番号】特開2018-185116(P2018-185116A)

(43)【公開日】2018年11月22日

【審査請求日】2020年4月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】316011466

【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】横関 敦彦

(72)【発明者】

【氏名】宮田 祐太郎

(72)【発明者】

【氏名】西出 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】宇野 正記

(72)【発明者】

【氏名】内藤 宏治

【審査官】 笹木 俊男

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１５２２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０８０４３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−１１７７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０３８３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１４７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２６１５７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ９／００

Ｆ２５Ｂ ４９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する冷媒回路と、
少なくとも前記圧縮機及び前記膨張弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の吐出側の圧力検出値に基づいて、前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器の出口までの圧力損失を推定し、さらに、前記圧力検出値及び前記圧力損失に基づいて、前記凝縮器の出口付近の圧力を算出する凝縮器圧力算出部と、
前記凝縮器の出口付近の圧力に基づいて、冷媒の飽和液温度を推定し、前記飽和液温度と、前記凝縮器の出口付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する冷媒組成検出部と、を備え、
外気温度が所定範囲外である場合、前記冷媒組成検出部は、冷媒組成の変化の検出を行わないこと
を特徴とする冷凍サイクル装置。

【請求項2】

圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する冷媒回路と、
少なくとも前記圧縮機及び前記膨張弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の吐出側の圧力検出値に基づいて、前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器の中間部までの圧力損失を推定し、さらに、前記圧力検出値及び前記圧力損失に基づいて、前記凝縮器の中間部付近の圧力を算出する凝縮器圧力算出部と、
前記凝縮器の中間部付近の圧力に基づいて、冷媒の露点・沸点の平均温度である飽和温度を推定し、前記飽和温度と、前記凝縮器の中間部付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する冷媒組成検出部と、を備え、
外気温度が所定範囲外である場合、前記冷媒組成検出部は、冷媒組成の変化の検出を行わないこと
を特徴とする冷凍サイクル装置。

【請求項3】

圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する冷媒回路と、
前記凝縮器の下流側に設置され、余剰の冷媒を貯留するレシーバと、
前記レシーバから自身に導かれる冷媒を冷やして過冷却する過冷却器と、
前記過冷却器で冷やされた冷媒の過冷却度に基づいて、前記冷媒回路に封入されている冷媒の量が適正であるか否かを判定する判定部と、
少なくとも前記圧縮機及び前記膨張弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の吐出側の圧力検出値に基づいて、前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器の出口までの圧力損失を推定し、さらに、前記圧力検出値及び前記圧力損失に基づいて、前記凝縮器の出口付近の圧力を算出する凝縮器圧力算出部と、
前記凝縮器の出口付近の圧力に基づいて、冷媒の飽和液温度を推定し、前記飽和液温度と、前記凝縮器の出口付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する冷媒組成検出部と、を備え、
前記判定部によって冷媒の量が適正でないと判定された場合、前記冷媒組成検出部は、冷媒組成の変化の検出を行わないこと
を特徴とする冷凍サイクル装置。

【請求項4】

圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する冷媒回路と、
前記凝縮器の下流側に設置され、余剰の冷媒を貯留するレシーバと、
前記レシーバから自身に導かれる冷媒を冷やして過冷却する過冷却器と、
前記過冷却器で冷やされた冷媒の過冷却度に基づいて、前記冷媒回路に封入されている冷媒の量が適正であるか否かを判定する判定部と、
少なくとも前記圧縮機及び前記膨張弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の吐出側の圧力検出値に基づいて、前記圧縮機の吐出側から前記凝縮器の中間部までの圧力損失を推定し、さらに、前記圧力検出値及び前記圧力損失に基づいて、前記凝縮器の中間部付近の圧力を算出する凝縮器圧力算出部と、
前記凝縮器の中間部付近の圧力に基づいて、冷媒の露点・沸点の平均温度である飽和温度を推定し、前記飽和温度と、前記凝縮器の中間部付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する冷媒組成検出部と、を備え、
前記判定部によって冷媒の量が適正でないと判定された場合、前記冷媒組成検出部は、冷媒組成の変化の検出を行わないこと
を特徴とする冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記冷媒組成検出部は、少なくとも前記圧縮機の吸入圧力及び回転速度に基づく冷媒循環量比を用いて、前記圧力損失を推定すること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項6】

前記冷媒回路を循環する冷媒は、非共沸混合冷媒であること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項7】

前記制御装置は、
前記飽和液温度を基準として前記温度検出値が所定閾値以上高い場合、冷媒の初期封入時よりも前記圧縮機の回転速度を大きくし、
前記飽和液温度を基準として前記温度検出値が所定閾値以上低い場合、冷媒の初期封入時よりも前記圧縮機の回転速度を小さくすること
を特徴とする請求項１又は請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項8】

前記制御装置は、
前記飽和温度を基準として前記温度検出値が所定閾値以上高い場合、冷媒の初期封入時よりも前記圧縮機の回転速度を大きくし、
前記飽和温度を基準として前記温度検出値が所定閾値以上低い場合、冷媒の初期封入時よりも前記圧縮機の回転速度を小さくすること
を特徴とする請求項２又は請求項４に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項9】

前記冷媒組成検出部の検出結果を表示する表示装置を備えること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項10】

前記冷媒組成検出部によって冷媒組成の変化が検出された場合、前記制御装置は、前記差に基づいて、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度のうち少なくとも一方の補正を行い、さらに、補正後の前記少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機を制御すること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項11】

前記冷媒組成検出部によって冷媒組成の変化が検出された場合、前記制御装置は、前記差に基づいて、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度のうち少なくとも一方の補正を行い、さらに、補正後の前記少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の吸入側及び吐出側の過熱度が所定の目標値となるように前記圧縮機を制御すること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷凍サイクルで冷媒を循環させる冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

冷凍サイクル装置に関して、例えば、特許文献１には、「圧縮機の吐出配管と吸入配管とを接続するバイパス配管とを備え、…第二圧力検知器の検出圧力が所定値未満では前記開閉弁を開とし、所定値以上では前記開閉弁を閉とする」ことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−１５７６２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術では、バイパス配管に設けた温度検知器によって、冷媒の凝縮温度や蒸発温度が直接的に測定される。そして、冷媒の組成が変化した場合には、冷媒の実際の凝縮温度や蒸発温度に基づいた所定の制御を行うようにしている。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、パイパス配管を流れる冷媒は冷凍能力に寄与しないため、さらなる高効率化を図る余地がある。また、パイパス配管やこれに付随する温度検知器を追加すると、製造コストの増加を招くという事情もある。

【0006】

そこで、本発明は、冷媒組成の変化を適切に検出する低コストな冷凍サイクル装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記した課題を解決するために、本発明に係る冷凍サイクル装置は、制御装置が、圧縮機の吐出側の圧力検出値に基づいて、前記圧縮機の吐出側から凝縮器の出口までの圧力損失を推定し、さらに、前記圧力検出値及び前記圧力損失に基づいて、前記凝縮器の出口付近の圧力を算出する凝縮器圧力算出部と、前記凝縮器の出口付近の圧力に基づいて、冷媒の飽和液温度を推定し、前記飽和液温度と、前記凝縮器の出口付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する冷媒組成検出部と、を備え、外気温度が所定範囲外である場合、前記冷媒組成検出部は、冷媒組成の変化の検出を行わないことを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、制御装置が、圧縮機の吐出側の圧力検出値に基づいて、前記圧縮機の吐出側から凝縮器の中間部までの圧力損失を推定し、さらに、前記圧力検出値及び前記圧力損失に基づいて、前記凝縮器の中間部付近の圧力を算出する凝縮器圧力算出部と、前記凝縮器の中間部付近の圧力に基づいて、冷媒の露点・沸点の平均温度である飽和温度を推定し、前記飽和温度と、前記凝縮器の中間部付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する冷媒組成検出部と、を備え、外気温度が所定範囲外である場合、前記冷媒組成検出部は、冷媒組成の変化の検出を行わないことを特徴とする。なお、その他については、実施形態の中で説明する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、冷媒組成の変化を適切に検出する低コストな冷凍サイクル装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る空気調和機のモリエル線図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る空気調和機が備える制御装置の機能ブロック図である。

【図4】冷媒の圧力と飽和液温度との関係を示す説明図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の制御装置が実行する処理のフローチャートである。

【図6】冷媒循環量比Ｇｒｒと、圧力損失ΔＰと、の関係を示す実験結果である。

【図7】冷媒循環量比の実測値と、冷媒循環量比の推定値と、の関係を示す説明図である。

【図8】冷媒の圧力と飽和ガス温度との関係を示す説明図である。

【図9】冷媒循環量比Ｇｒｒと、圧力損失ΔＰと、の関係を示す実験結果である。

【図10】冷媒量が適正であるか否かの判定に用いる、過冷却度の特性を示す実験結果である。

【図11】本発明の第２実施形態に係る空気調和機の構成図である。

【図12】本発明の第２実施形態に係る空気調和機の制御装置が実行する処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

≪第１実施形態≫
＜空気調和機の構成＞
図１は、第１実施形態に係る空気調和機１００の構成図である。
なお、図１では、冷媒が流れる向きを実線矢印で示し、信号線を破線矢印で示している。図１に示す空気調和機１００（冷凍サイクル装置）は、冷房運転を行う機器であり、冷媒回路Ｑと、制御装置３０と、表示装置４０と、を備えている。

【0012】

冷媒回路Ｑは、圧縮機１１、室外熱交換器１３（凝縮器）、室内膨張弁２１（膨張弁）、及び室内熱交換器２２（蒸発器）を順次に介して、冷凍サイクルで冷媒が循環する回路である。冷媒回路Ｑは、室外機１０に設置される各機器と、室内機２０に設置される各機器と、接続配管ｋ１，ｋ３と、を含んで構成される。

【0013】

（室外機）
室外機１０は、圧縮機１１と、アキュムレータ１２と、室外熱交換器１３と、室外ファン１４と、レシーバ１５と、過冷却器１６と、液インジェクション弁１７と、ガス阻止弁１８ａと、液阻止弁１８ｂと、センサ類（吸入圧力センサ１９ａ等）と、を備えている。

【0014】

圧縮機１１は、アキュムレータ１２を介して流入するガス状の冷媒を、制御装置３０からの指令に従って圧縮する機器である。このような圧縮機１１として、例えば、スクロール圧縮機を用いることができるが、これに限定されるものではない。

【0015】

アキュムレータ１２は、室内熱交換器２２から接続配管ｋ１を介して流入する冷媒を気液分離する殻状部材であり、圧縮機１１の吸入側に設置されている。アキュムレータ１２を設けることで、圧縮機１１での液圧縮が防止され、また、圧縮機１１に吸入される冷媒の乾き度が適度に調整される。

【0016】

室外熱交換器１３は、圧縮機１１から吐出される高温高圧の冷媒と、室外ファン１４によって送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。すなわち、室外熱交換器１３は、圧縮機１１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。図１に示す例では、室外熱交換器１３の上流端が、配管ｋ２を介して圧縮機１１の吐出口に接続されている。

【0017】

室外ファン１４は、制御装置３０からの指令に従って、室外熱交換器１３に外気を送り込むファンであり、室外熱交換器１３の付近に設置されている。

【0018】

レシーバ１５は、余剰の冷媒を貯留する殻状部材であり、室外熱交換器１３の下流側に設置されている。
過冷却器１６は、レシーバ１５から自身に導かれる冷媒を、外気との熱交換によって冷やして過冷却する熱交換器であり、室外熱交換器１３と略一体になっている。過冷却器１６の下流側は、液阻止弁１８ｂ、接続配管ｋ３、及び室内膨張弁２１を順次に介して、室内熱交換器２２に接続されている。また、過冷却器１６の下流側は、液インジェクション弁１７を介して圧縮機１１にも接続されている。

【0019】

液インジェクション弁１７は、制御装置３０からの指令によって所定開度に開かれる弁である。これによって、圧縮機１１の内部に液冷媒が噴射され、その蒸発潜熱で圧縮機１１の吐出温度が調整されるようになっている。なお、過冷却器１６で冷やされた液冷媒の一部は、液インジェクション弁１７を介して圧縮機１１に導かれ、残りの液冷媒は、接続配管ｋ３を介して室内機２０に導かれる。

【0020】

ガス阻止弁１８ａ及び液阻止弁１８ｂは、空気調和機１００の据付作業後に開弁されることで、室外機１０に封入されていた冷媒を冷媒回路Ｑの全体に行き渡らせるための弁である。ガス阻止弁１８ａは、アキュムレータ１２の上流側に設置されている。液阻止弁１８ｂは、その上流側が、過冷却器１６と液インジェクション弁１７との間に接続され、下流側が接続配管ｋ３を介して室内電磁弁２４に接続されている。

【0021】

吸入圧力センサ１９ａは、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を検出するセンサであり、圧縮機１１の吸入側に設置されている。
吐出圧力センサ１９ｂは、圧縮機１１から吐出される冷媒の圧力を検出するセンサであり、圧縮機１１の吐出側に設置されている。
吐出温度センサ１９ｃは、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を検出するセンサであり、圧縮機１１の吐出口の付近に設置されている。なお、吐出温度として、圧縮機１１が備えるチャンバ（図示せず）の上部温度を測定してもよい。

【0022】

温度センサ１９ｄは、ガス阻止弁１８ａの出口側の温度を検出するセンサであり、ガス阻止弁１８ａの出口付近に設置されている。
温度センサ１９ｅは、冷媒の凝縮温度（飽和液温度）を検出するセンサであり、室外熱交換器２２の下流端（出口）の付近に設置されている。

【0023】

温度センサ１９ｆは、過冷却器１６で過冷却された冷媒の温度を検出するセンサであり、過冷却器１６の下流端付近に設置されている。
外気温度センサ１９ｇは、外気の温度を検出するセンサであり、室外機１０の所定箇所に設置されている。
その他、図示はしないが、室内機２０にも室内温度センサ等が設置されている。前記したセンサ類の検出値は、それぞれ、制御装置３０に出力される。

【0024】

（室内機）
室内機２０は、室内膨張弁２１と、室内熱交換器２２と、室内ファン２３と、室内電磁弁２４と、を備えている。
室内膨張弁２１は、室外熱交換器１３で凝縮し、さらに、過冷却器１６で過冷却された冷媒を減圧する弁である。すなわち、室内膨張弁２１は、過冷却器１６から接続配管ｋ３を介して室内熱交換器２２に向かう冷媒を減圧する機能を有している。なお、室内膨張弁２１の開度は、制御装置３０によって調整される。

【0025】

室内熱交換器２２は、室内膨張弁２１によって減圧された冷媒と、室内空気（被空調空間の空気）と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。すなわち、室内熱交換器２２は、室内膨張弁２１で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。そして、室内熱交換器２２を流れる冷媒の蒸発潜熱によって、室内空気が冷やされるようになっている。

【0026】

室内ファン２３は、制御装置３０からの指令によって、室内熱交換器２２に外気を送り込むファンであり、室内熱交換器２２の付近に設置されている。
室内電磁弁２４は、室内機２０を運転する際に冷媒を流通させるために開かれる弁であり、室内膨張弁２１の上流側に設置されている。
なお、室内膨張弁２１が全閉可能な構造であれば、室内電磁弁２４を省略することも可能である。ただし、温度式膨張弁などが用いられる場合には、運転停止の際に室内膨張弁２１を閉止することができないため、室内機２０の運転・停止の切替動作のために室内電磁弁２４が必要となる。

【0027】

（制御装置）
制御装置３０は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。制御装置３０は、前記したセンサ類の検出値やリモコン（図示せず）からの操作信号に基づいて、圧縮機１１や室内膨張弁２１を含む各機器を制御する。

【0028】

（表示装置）
表示装置４０は、例えば、液晶ディスプレイや、７セグメント表示装置であり、制御装置３０の処理結果（後記する冷媒組成検出部３２ｄの検出結果等：図３参照）を表示する機能を有している。

【0029】

＜冷凍サイクル＞
図２は、第１実施形態に係る空気調和機１００のモリエル線図である（適宜、図１を参照）。なお、図２の横軸は、冷媒の比エンタルピｈ［ｋＪ／ｋｇ］であり、縦軸は、冷媒の圧力Ｐ［ＭＰａＡ］である。

【0030】

図１に示す圧縮機１１に吸い込まれた状態Ｇ１の冷媒は、圧縮されることで比エンタルピ及び圧力が上昇し、中間圧力点（圧力Ｐｉｎｊ）の状態Ｇ２になる。ここで、比エンタルピが低い状態Ｇ７の冷媒が、液インジェクション弁１７を介して圧縮機１１内に噴射されることで冷媒の比エンタルピが低下し、状態Ｇ２から状態Ｇ３になる。さらに、圧縮機１１において所定の圧縮機吐出圧力Ｐｄまで冷媒が圧縮されて状態Ｇ４になり、圧縮機１１から高温高圧の冷媒が吐出される。つまり、液インジェクション弁１７の開度を制御することで、圧縮機１１の吐出ガス温度、或いは圧縮機１１の吐出ガス過熱度が制御されている。

【0031】

そして、室外熱交換器１３に流入した冷媒は、外気との熱交換で冷やされて凝縮し、状態Ｇ５になって、レシーバ１５に導かれる。通常、レシーバ１５には液冷媒が存在するため、冷媒は飽和液の状態で通過する。レシーバ１５の下部から過冷却器１６に流れ込んだ冷媒は、外気との熱交換によって冷やされ、過冷却液の状態Ｇ６になる。状態Ｇ６の冷媒の一部（破線）は、液インジェクション弁１７において減圧されて状態Ｇ７になる。前記したように、この状態Ｇ７の冷媒が圧縮機１１内に噴射にされる。

【0032】

一方、状態Ｇ７の冷媒の残りは、接続配管ｋ３を介して室内機２０に導かれ、室内膨張弁２１において減圧される。これによって冷媒は、低温の気液二相の状態Ｇ８になり、室内熱交換器２２に導かれる。室内熱交換器２２を通流する冷媒は、室内空気との熱交換によって蒸発し、状態Ｇ１になる。そして、状態Ｇ１の冷媒は、接続配管ｋ１及びアキュムレータ１２等を介して、圧縮機１１の吸入側に導かれる。

【0033】

なお、図２では、冷媒回路Ｑに適正な量の冷媒が封入されており、また、後記する冷媒組成の変化も生じていない場合を図示している。このような場合、図２に示す状態Ｇ６において冷媒の過冷却度が適正な値になるため、室内熱交換器２２での比エンタルピ差（状態Ｇ８から状態Ｇ１までの比エンタルピ差）が十分に確保される。これによって、室内空気が適度に冷やされる。

【0034】

＜制御装置の構成＞
図３は、空気調和機１００が備える制御装置３０の機能ブロック図である（適宜、図１を参照）。
図３に示すように、制御装置３０は、通信手段３１と、演算処理手段３２と、記憶手段３３と、を備えている。
通信手段３１は、各機器やセンサ類との間で通信を行う機能を有している。
演算処理手段３２は、所定のプログラムに基づいて、演算処理を行う機能を有している。図２に示すように、演算処理手段３２は、運転情報取得部３２ａと、運転状態判定部３２ｂ（判定部）と、凝縮器圧力算出部３２ｃと、冷媒組成検出部３２ｄと、出力処理部３２ｅと、を備えている。

【0035】

運転情報取得部３２ａは、前記したセンサ類の検出値を取得したり、液インジェクション弁１７の開度や圧縮機１１の回転速度を取得したりする機能を有している。
運転状態判定部３２ｂは、空気調和機１００における冷凍サイクルの状態が、冷媒組成の検出に適しているか否かを判定する機能を有している。

【0036】

凝縮器圧力算出部３２ｃは、圧縮機１１の吐出側の圧力検出値に基づいて、圧縮機１１の吐出側から室外熱交換器１３の出口までの圧力損失を推定し、さらに、前記した圧力検出値及び圧力損失に基づいて、室外熱交換器１３の出口付近の圧力を算出する。

【0037】

冷媒組成検出部３２ｄは、室外熱交換器１３の出口付近の圧力に基づいて、冷媒の飽和液温度を推定し、この飽和液温度と、室外熱交換器１３の出口付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する。

【0038】

出力処理部３２ｅは、冷媒組成検出部３２ｄによって冷媒組成に変化が生じている場合、その旨の情報等を出力する。この出力処理部３２ｅの処理によって、表示装置４０に所定の情報が表示されるようになっている。なお、制御装置３０が実行する処理の詳細については後記する。

【0039】

＜冷媒組成の変化＞
図４は、冷媒の圧力と飽和液温度との関係を示す説明図である。
なお、図４の横軸は、冷媒の圧力であり、縦軸は、冷媒の飽和液温度である。
「初期組成」は、初期封入時の適正な冷媒組成における冷媒の圧力と飽和液温度との関係を表している。図４に示すように、冷媒の圧力が高くなるにつれて、飽和液温度も高くなる。なお、図４に示す「高圧組成−１６％」や「高圧組成＋１６％」については後記する。

【0040】

ちなみに、図４に示す例では、冷媒としてＲ４４８Ａが用いられている。このＲ４４８Ａは、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ、及びＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）を混合してなる非共沸混合冷媒である。その混合率は、前記した順において、例えば、２６ｗｔ％、２６ｗｔ％、２１％、２０％、７％である。特にＲ４４８Ａは、不燃性（ANSI/ASHRAE Standard 34-1992 Safety Group A1）であり、また、ＧＷＰ（Global Warming Factor：地球温暖化係数）が１５００未満（ＩＰＣＣ４次レポート値１３８７）とＲ４０４Ａ（同３９２２）やＲ４１０Ａ（同２０８８）に比べて小さいという特長がある。

【0041】

なお、前記した「非共沸混合冷媒」とは、それぞれの組成ごとに相変化が生じる混合冷媒である。

【0042】

Ｒ４４８Ａに含まれる５種類の冷媒（Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ））のうち、前２種の大気圧での沸点は、約−５２〜−４８℃である。また、凝縮温度４０℃における前２種の圧力は、約２．５［ＭＰａＡ］であり、いわゆる高圧組成に分類される（凝縮しにくく、また、蒸発しやすい）。
一方、後３種の大気圧での沸点は、約−３０〜−１９℃である。また、凝縮温度４０℃における後３種の圧力は、約１［ＭＰａＡ］であり、いわゆる低圧組成に分類される（高圧組成よりも凝縮しやすく、また、蒸発しにくい）。

【0043】

ところで、冷媒が漏洩する場合において、高圧組成及び低圧組成の冷媒のうち、一方が他方よりも多く漏洩することがある。例えば、図１に示すレシーバ１５内の上部にはガス冷媒が充満しており、このガス冷媒には凝縮圧力の高い高圧組成の冷媒（Ｒ３２、Ｒ１２５）が多く含まれている。したがって、レシーバ１５の上部に漏洩箇所が存在すると、高圧組成の冷媒が、低圧組成の冷媒よりも多く漏洩する。その結果、冷凍サイクルに残存する冷媒の組成は、初期封入時よりも低圧組成の比率が高くなる。

【0044】

初期封入時の冷媒組成（初期組成）を基準として、低圧組成の冷媒の比率が高くなった場合の飽和液温度は、例えば、図４の「高圧組成−１６％」（高圧組成の冷媒の比率が初期組成に対して−１６％）の破線で表される。この場合、例えば、２ＭＰａＡでの飽和液温度は、初期組成よりも約５．４℃高くなっている。したがって、初期封入時と同様に凝縮圧力が調整されると、結果的に、冷媒の凝縮温度が上昇するように室外ファン１４が制御されるため、冷媒の凝縮側の能力低下を招く。ちなみに、冷媒の凝縮温度が上昇すると、冷媒の蒸発温度も同様に上昇するため、冷媒の蒸発側の能力低下も生じる。

【0045】

また、例えば、誤った方法で冷媒回路Ｑに冷媒が封入されると、高圧組成の冷媒の比率が初期組成よりも高くなる可能性がある。具体的に説明すると、冷媒が充填されたボンベ（図示せず）において冷媒の液面の上側の空間には、高圧組成の冷媒（凝縮しにくい低沸点の冷媒）が充満している。また、ボンベの種類によっては、冷媒を取り出すための管の先端が、冷媒の液面よりも上側に配置されたものがある。このようなボンベから冷媒回路Ｑに冷媒を封入する際には、作業員がボンベを逆さにした状態で、前記した管を介して液状の冷媒を封入するようにしている。
しかしながら、作業員が誤って、ボンベを逆さにせずに冷媒の封入作業を行うと、高圧組成の冷媒が通常よりも多く冷媒回路Ｑに封入される。その結果、例えば、図４の「高圧組成が＋１６％」の破線に示すように、同じ圧力でも飽和液温度が低くなることがある。

【0046】

その他、作業員が冷媒回路Ｑに封入すべき冷媒とは別種類の冷媒を誤って封入した場合にも、不適正な冷媒組成になる。そこで、本実施形態では、冷媒組成の変化を検出し、その検出結果に基づいて各機器を制御するようにしている。

【0047】

＜制御装置の処理＞
図５は、制御装置３０が実行する処理のフローチャートである（適宜図１、図３を参照）。なお、図５の「ＳＴＡＲＴ」時には、冷房運転が行われているものとする。
ステップＳ１０１において制御装置３０は、運転情報取得部３２ａによって、前記したセンサ類の検出値や、液インジェクション弁１７の開度、圧縮機１１の回転速度等を、空気調和機１００の運転状態情報として取得する。

【0048】

次に、ステップＳ１０２において制御装置３０は、ステップＳ１０１で取得した運転状態情報に基づき、冷媒組成の検出が可能な状態であるか否かを、運転状態判定部３２ｂによって判定する。なお、冷媒組成の検出が可能な状態として、以下に示すものが挙げられる。

【0049】

（ａ）圧縮機１１の吸入圧力、及びガス阻止弁１８ａの出口側の温度に基づいて算出される圧縮機１１の吸入過熱度が適正範囲内（例えば、５Ｋ以上）である。
（ｂ）ガス阻止弁１８ａの出口側の温度が適正範囲内（例えば、２０℃以下）である。
（ｃ）外気温度が適正範囲内（例えば、０℃以上４３℃以下）である。
（ｄ）圧縮機１１の回転速度が適正範囲内（例えば、定格回転速度の５０％以上）である。
（ｅ）冷媒回路Ｑに封入されている冷媒の量が適正範囲内である。言い換えると、レシーバ１５に貯留されている余剰の冷媒が適量である。

【0050】

なお、前記した（ａ）〜（ｅ）は、冷媒組成の検出が可能であるか否かの判定に用いられる項目の例であるが、これに限定されるものではない。これらの（ａ）〜（ｅ）の全てが満たされた場合、制御装置３０が「冷媒組成の検出可能」と判定するようにしてもよい。また、（ａ）〜（ｅ）に含まれる所定の項目が満たされた場合、制御装置３０が「冷媒組成の検出可能」と判定するようにしてもよい。なお、（ｅ）の具体的な判定方法については後記する。

【0051】

図５のステップＳ１０２において冷媒組成の検出が可能な状態ではない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、制御装置３０の処理はステップＳ１０１に戻る。例えば、運転状態判定部３２ｂによって、冷媒回路Ｑに封入されている冷媒の量が適正でないと判定された場合、制御装置３０の冷媒組成検出部３２ｄは、冷媒組成の変化の検出を行わないようにする。
一方、ステップＳ１０２において冷媒組成の検出が可能な安定状態である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、制御装置３０の処理はステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３において制御装置３０は、冷媒組成の検出が可能な安定状態が所定時間（例えば、５分間程度）継続したか否かを判定する。

【0052】

ステップＳ１０３において、前記した安定状態が所定時間継続していない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、制御装置３０の処理はステップＳ１０１に戻る。一方、安定状態が所定時間継続している場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ)、制御装置３０の処理はステップＳ１０４に進む。

【0053】

ステップＳ１０４において制御装置３０は、凝縮器圧力算出部３２ｃによって、凝縮器出口圧力Ｐｃｏを算出する。なお、凝縮器出口圧力Ｐｃｏとは、凝縮器である室外熱交換器１３の出口付近の圧力である。
まず、制御装置３０は、凝縮器出口圧力Ｐｃｏの算出に際して、圧縮機１１の吐出側（図２の状態Ｇ４を参照）から、室外熱交換器１３の出口（図２の状態Ｇ５を参照）までの圧力損失ΔＰを推定する。この圧力損失ΔＰは、以下の式（１）に示す冷媒循環量比Ｇｒｒに基づいて算出される。なお、係数α，βや配管長補正係数ＫＬは、既知である。

【0054】

【数1】

ここで、Ｐｄ ：圧縮機吐出圧力［ＭＰａ］
Ｐｃｏ：凝縮器出口圧力［ＭＰａ］
Ｇｒｒ：冷媒循環量比［−］
α，β：係数［−］
ＫＬ ：配管長補正係数［−］

【0055】

また、冷媒循環量比Ｇｒｒは、以下の式（２）に基づいて算出される。なお、圧縮機基準回転速度Ｆｔｏ、基準吸入圧力Ｐｓｏ、及びインジェクション弁における流量比係数Ｋｖは、既知である。

【0056】

【数2】

ここで、Ｆｔ ：圧縮機回転速度［ｓ^−１］
Ｆｔｏ：圧縮機基準回転速度［ｓ^−１］
Ｐｓ ：吸入圧力［ＭＰａＡ］
Ｐｓｏ：基準吸入圧力［ＭＰａＡ］
ＭＶ ：インジェクション弁開度比［−］
Ｋｖ ：インジェクション弁における流量比係数［−］

【0057】

なお、更に精度を向上させるには、以下に示すように、式（３）の後半に記載の吸入過熱度補正を実施するのが有効である。ここで、ＳＨｓは、圧縮機１１の吸入圧力と吸入温度（またはガス阻止弁１８ａの出口側の冷媒温度）から求められる過熱度であり、Ｋｓｈは既知の係数である。

【0058】

【数3】

ここで、ＳＨｓ：吸入ガス過熱度［Ｋ］
Ｋｓｈ：吸入ガス密度過熱度補正係数［−］

【0059】

このように制御装置３０は、冷媒組成検出部３２ｄによって、少なくとも圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓ及び回転速度Ｆｔに基づく冷媒循環量比Ｇｒｒを用いて、冷媒の圧力損失ΔＰを推定する（式（１）、式（２）または式（３））。

【0060】

図６は、冷媒循環量比Ｇｒｒと、圧力損失ΔＰと、の関係を示す実験結果である。
図６に示すように、冷媒循環量比Ｇｒｒの実測値と、圧力損失ΔＰの実測値と、の間には、相関関係がある。したがって、図５に示す「実測値」のデータに基づき、冷媒循環量比Ｇｒｒと圧力損失ΔＰとの関係を示す近似曲線が求められる。この近似曲線を与える所定の数式（式（１）のΔＰ＝α×Ｇｒｒ＾β×ＫＬに対応）は、記憶手段３３（図３参照）に予め記憶されている。そして、式（２）に基づく冷媒循環量比Ｇｒｒを用いて、圧力損失ΔＰが算出（推定）される。

【0061】

図７は、冷媒循環量比の実測値と、冷媒循環量比の推定値と、の関係を示す説明図である。図７の横軸は、冷媒循環量比の実測値であり、図５に示す「実測値」に対応している。図７の縦軸は、式（２）に基づく冷媒循環量比の推定値である。
図７に示す例では、冷媒循環量比に関して、その実測値と推定値とが±５％以内（破線ｍ１，ｍ２の間）の精度で略一致している。したがって、式（２）に基づく冷媒循環量比Ｇｒｒ（冷媒循環量比の推定値）に基づいて、式（１）に示す圧力損失ΔＰを十分な精度を推定できることが分かる。

【0062】

そして冷媒循環量比Ｇｒｒに基づいて推定された圧力損失ΔＰと、圧縮機吐出圧力Ｐｄ（図１に示す吐出圧力センサ１９ｂの検出値）と、に基づき、以下の式（４）を用いて、凝縮器出口圧力Ｐｃｏが算出される。

【0063】

【数4】

【0064】

このようにして制御装置３０は、図５のステップＳ１０４において、凝縮器出口圧力Ｐｃｏを算出する。
次に、ステップＳ１０５において制御装置３０は、冷媒組成検出部３２ｄによって、冷媒の飽和液温度Ｔｃｏｔｈを算出する。すなわち、制御装置３０は、ステップＳ１０４で算出した凝縮器出口圧力Ｐｃｏに基づき、以下の式（５）を用いて、初期組成における冷媒の飽和液温度Ｔｃｏｔｈを算出（推定）する。なお、式（５）に示す係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、既知である。

【0065】

【数5】

ここで、Ｔｃｏｔｈ：初期組成における飽和液温度［℃］
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：係数［−］

【0066】

ちなみに、式（５）に示すように、飽和液温度Ｔｃｏｔｈを多項式で算出してもよいし、また、凝縮器出口圧力Ｐｃｏに基づいて飽和液温度Ｔｃｏｔｈを導くためのデータテーブルを記憶手段３３（図３参照）に予め格納するようにしてもよい。

【0067】

次に、ステップＳ１０６において制御装置３０は、以下の式（６）に基づいて、凝縮器出口温度変化ΔＴｃｏを算出する。すなわち、制御装置３０は、室外熱交換器１３の出口付近に設置されている温度センサ１９ｅの検出値と、ステップＳ１０５で算出した飽和液温度Ｔｃｏｔｈと、の差を、凝縮器出口温度変化ΔＴｃｏとして算出する。この凝縮器出口温度変化ΔＴｃｏは、初期組成における冷媒の飽和液温度Ｔｃｏｔｈ（つまり、推定される凝縮器出口温度）に対する、実測値のズレを示す数値である。

【0068】

【数6】

ここで、ΔＴｃｏ：冷媒組成の変化に伴う凝縮器出口温度の上昇幅［Ｋ］

【0069】

次に、ステップＳ１０７において制御装置３０は、｜ΔＴｃｏ｜が所定閾値ΔＴ１（例えば、２Ｋ）以上であるか否かを判定する。｜ΔＴｃｏ｜が所定閾値ΔＴ１以上である場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、制御装置３０の処理はステップＳ１０８に進む。この場合には、冷媒組成の変化が生じている可能性がある。
一方、｜ΔＴｃｏ｜が所定閾値ΔＴ１未満である場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、制御装置３０の処理はステップＳ１０１に戻る。この場合には、冷媒組成がほとんど変化していない。

【0070】

ステップＳ１０８において制御装置３０は、｜ΔＴｃｏ｜が所定閾値ΔＴ１以上である状態が所定時間（例えば、５分間）継続しているか否かを判定する。｜ΔＴｃｏ｜が所定閾値ΔＴ１以上である状態が所定時間継続している場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、制御装置３０の処理はステップＳ１０９に進む。一方、｜ΔＴｃｏ｜が所定閾値ΔＴ１以上である状態が所定時間継続していない場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）、制御装置３０の処理はステップＳ１０１に戻る。

【0071】

ステップＳ１０９において制御装置３０は、冷媒組成の変化が生じていると判定する。
なお、制御装置３０が、冷媒組成の変化が生じている旨を表示装置４０（図１参照）に表示させるようにしてもよい。また、前記した高圧組成又は低圧組成の冷媒の比率が初期封入時よりも高くなっていることを示す情報を併せて表示するようにしてもよい。これによって、冷媒組成が変化したことをユーザに知らせることができる。

【0072】

ステップＳ１１０において制御装置３０は、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度を補正する。すなわち、制御装置３０は、凝縮器出口圧力Ｐｃｏと実際の飽和液温度（凝縮温度）との関係を表す曲線（図４の高温・高圧側）の数式を補正する。そして、制御装置３０は、凝縮器出口温度変化ΔＴｃｏに対応して、その曲線を高圧組成側又は低圧組成側にシフトさせる。これによって、冷媒の凝縮温度が補正される。また、前記した処理に伴って、図４の低温・低圧側においても曲線が高圧組成側又は低圧組成側にシフトするため、冷媒の蒸発温度も補正される。
なお、冷媒の凝縮温度が初期組成よりも高くなっている場合には、通常、冷媒の蒸発温度も高くなっている。

【0073】

ステップＳ１１１において制御装置３０は、補正後の凝縮温度及び蒸発温度に基づいて、各機器を制御する。例えば、前記した飽和液温度を基準として室外熱交換器１３の出口付近の温度検出値が所定閾値以上高い場合（例えば、凝縮器出口温度変化ΔＴｃｏが＋２Ｋ以上である場合）、低圧組成の冷媒の比率が初期封入時よりも高くなっている可能性が高い。その結果、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度が初期封入時よりも高くなる。したがって、制御装置３０は、圧縮機１１の吸入圧力及び吐出圧力を低下させるように機器を制御する。すなわち、制御装置３０は、前者（圧縮機１１の吸入圧力）への対応として、圧縮機１１の回転速度を大きくし、後者（圧縮機１１の吐出圧力）への対応として、室外ファン１４の回転速度を大きくする。これによって、実際の冷媒組成に基づいて適切に冷房運転を行うことができ、能力不足を防止できる。

【0074】

また、例えば、前記した飽和液温度を基準として室外熱交換器１３の出口付近の温度検出値が所定閾値以上低い場合（例えば、凝縮器出口温度変化ΔＴｃｏが−２Ｋ以下である場合）、高圧組成の冷媒の比率が初期封入時、或いは正規冷媒時よりも高くなっている可能性が高い。その結果、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度が初期封入時よりも低くなる。したがって、制御装置３０は、圧縮機１１の吸入圧力及び吐出圧力を高くするように機器を制御する。すなわち、制御装置３０は、前者（圧縮機１１の吸入圧力）への対応として、圧縮機１１の回転速度を小さくし、後者（圧縮機１１の吐出圧力）への対応として、室外ファン１４の回転速度を小さくする。これによって、実際の冷媒組成に基づいて適切に冷房運転を行うことができ、蒸発温度の過剰な低下による断続運転の防止や、ファン動力の低減によって、電力コストを低減できる。

【0075】

ちなみに、前記した圧縮機１１及び室外ファン１４の制御は一例であり、冷房運転時の負荷状態等によっては、異なる制御が行われることもある。例えば、冷媒の蒸発温度および凝縮温度の一方のみを調整することで、能力調整を重視することもあるし、凝縮温度の調整を重視して省エネ性を重視することもある。

【0076】

また、別の制御方法として、以下で説明するように、補正後の凝縮温度及び蒸発温度に基づき、制御装置３０が、圧縮機１１の吸入側・吐出側における冷媒の過熱度を算出するようにしてもよい。

【0077】

図８は、冷媒の圧力と飽和ガス温度との関係を示す説明図である。
なお、図８の横軸は、冷媒の圧力であり、縦軸は、冷媒の飽和ガス温度である。
制御装置３０は、図８に示す圧力に対応する飽和ガス温度の近似曲線（近似式）と、凝縮器出口温度変化ΔＴｃｏに基づき、圧縮機１１の吐出過熱度や吸入過熱度の算出式を補正する。

【0078】

なお、「吐出過熱度」とは、圧縮機１１の吐出側における冷媒の過熱度である。また、「吸入側過熱度」とは、圧縮機１１の吸入側における冷媒の過熱度である。そして、制御装置３０は、圧縮機１１の吸入側・吐出側の過熱度が、それぞれ、所定の目標過熱度となるように機器を制御する。すなわち、制御装置３０は、蒸発器として作用する室内熱交換器２２の上流側にある室内膨張弁２１を制御することによって、圧縮機１１の吸入側における冷媒の過熱度を調整する。また、制御装置３０は、圧縮機１１の中間部にインジェクションされる冷媒量を液インジェクション弁１７で制御することによって、圧縮機１１の吐出側における冷媒の過熱度を調整する。これによって、冷房運転を適切に行うことができ、また、圧縮機１１の信頼性を確保できる。

【0079】

次に、冷媒回路Ｑに封入されている冷媒量の過不足の検知（図５のステップＳ１０２の処理で言及した項目（ｅ））について説明する。
例えば、冷媒回路Ｑの冷媒量が過多である場合、レシーバ１５が過冷却液で満たされ、室外熱交換器１３の出口付近の冷媒が過冷却状態になる。この状態では、冷媒の凝縮圧力が過冷却度の分だけ上昇するため、圧縮機１１の吐出圧力を上昇させるための電力消費に伴い、成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）の低下を招く。

【0080】

また、冷媒の漏洩等に伴い、冷媒回路Ｑの冷媒量が不足している場合、レシーバ１５内に液冷媒がほとんど存在しない状態になり、室外熱交換器１３の出口付近が気液二相状態になる。つまり、図２の状態Ｇ５の点が、飽和液線の内側に移動し、この状態Ｇ５における比エンタルピが通常よりも高くなる。その結果、室内熱交換器２２での比エンタルピ差（図２に示す状態Ｇ８と状態Ｇ１との比エンタルピ差）が小さくなり、冷凍能力及び成績係数の低下を招く。そこで、本実施形態では、図５に示すステップＳ１０２の判定処理の一つとして、冷媒回路Ｑの冷媒量が適正であるか否かを判定するようにしている。

【0081】

図９は、冷媒循環量比Ｇｒｒと、圧力損失ΔＰと、の関係を示す実験結果である。
なお、図９に示す丸印は、冷媒回路Ｑに封入されている冷媒の量が適正であるときのデータである。また、図９に示す三角印は、冷媒の量が不足しているときのデータである。つまり、図９は、冷媒の量が不足しているときのデータを、図６の実験結果に追加したものである。

【0082】

冷媒量が不足している場合には、室外熱交換器１３において気液二相状態の冷媒が通流する管路長が長くなるため、冷媒量が適正である場合に比べて、圧力損失ΔＰが大きくなる。そうすると、図９の三角印で示すように、データにばらつきが生じるため、圧力損失ΔＰの推定が困難になる。

【0083】

なお、図９では図示を省略しているが、冷媒量が過多である場合にも、圧力損失ΔＰの推定が困難になる。その原因は、凝縮器内での液冷媒での流路長さの比率が多くなり、式（１）での推定値と合わなくなる為である。更には、凝縮器出口温度が過冷却状態であれば、飽和液温度で推定する式（６）の組成変化による温度差ΔＴの演算が正しく行えなくなる。
したがって、冷媒量が適正でない場合には、前記したように、冷媒組成の変化を検知するためのステップＳ１０３〜Ｓ１１１の処理（図５参照）を行わないようにしている。ちなみに、通常運転時に配管から冷媒が漏洩すると、初期組成時の同様の比率（高圧組成・低圧組成の比率）の冷媒が漏洩し、冷媒組成はほとんど変化しないことが多い。
なぜならば、漏洩する部分が配管であれば、ほぼ封入組成で循環している部分での漏洩になるためである。組成変化が起きやすい漏洩箇所としては、先に記載のレシーバ１５の上部のガス部分からの漏洩であるが、レシーバ１５の容器部分は、配管や熱交換器などの部位に比べて耐圧対応により肉厚が厚いことから、漏洩発生頻度が少なくなるためである。つまり、組成変化よりも冷媒漏洩による冷媒不足状態が顕在化することが多い傾向があるため、先に冷媒不足を検知し、外部へ通報することで、有効な対処が行えるようになる。
なお、冷媒組成の変化が生じ易いパターンとしては、先に説明した冷媒ボンベのガス側からのチャージや、冷媒漏洩と補充とを繰り返し行ったときが挙げられるが、このような際には冷媒不足状態でなくても、組成変化が生じるため、本組成検知方法が有効に活用できる。

【0084】

図１０は、冷媒量が適正であるか否かの判定に用いる、過冷却度の特性を示す実験結果である。
図１０の横軸は、前記した冷媒循環量比Ｇｒｒを室外ファン回転速度比Ｆｏｒで除した値である。図１０の縦軸は、過冷却器１６で冷やされた冷媒の過冷却度ＳＣである。
外気温度や冷媒の蒸発温度の他、圧縮機１１の回転速度等が時々刻々と変化しても、冷媒量が適正であれば、過冷却度ＳＣと値（Ｇｒｒ／Ｆｏｒ）との関係が直線（「冷媒量適正時」の破線）で近似される。

【0085】

一方、冷媒不足率が約１０％（丸印）や約１５％（菱形）である場合、図１０の「不足判定値」で示す所定の直線よりも下側に、略全てのデータが散在している。したがって、過冷却度ＳＣがこの直線を所定時間下回った場合には、制御装置３０が、冷媒不足である判定するようにしている。
なお、図１０に示す「冷媒不足率」とは、冷媒不足の程度を示す比率であり、レシーバ１５内に余剰の液冷媒がほとんど存在せず、かつ、室外熱交換器１３の出口を飽和液で保てる限界の状態を基準としている。

【0086】

また、図１０では省略しているが、冷媒過多であるか否かの判定基準となる直線（図示せず）を「冷媒適正時」の直線よりも上側に追加し、過冷却度ＳＣがこの直線を所定時間上回った場合、冷媒量が過多であると判定するようにしてもよい。このように、制御装置３０の運転状態判定部３２ｂは、過冷却器１６で冷やされた冷媒の過冷却度ＳＣに基づいて、冷媒回路Ｑに封入されている冷媒の量が適正であるか否かを判定する。

【0087】

そして、冷媒回路Ｑにおける冷媒量が適正でない（冷媒不足又は冷媒過多である）場合、制御装置３０は、その旨の情報を表示装置４０（図１参照）に表示させる。これによって、冷媒量が適正でないことをユーザに知らせることができ、冷媒漏洩等に適切に対処できる。

【0088】

＜効果＞
第１実施形態によれば、初期組成（初期封入時）のデータに基づく飽和液温度と、凝縮器出口温度の検出値と、の差に基づいて（図５のＳ１０６）、冷媒組成の変化を適切かつ高精度に検出できる。また、冷媒組成の変化を検出する専用の部品を追加する必要がないため、空気調和機１００の低コスト化を図ることができる。また、第１実施形態によれば、冷媒組成の変化の検出処理を通常の空調運転中に行うことが可能である。

【0089】

また、第１実施形態によれば、冷媒組成に変化が生じていると判定した場合（図５のＳ１０９）、制御装置３０は、補正後の凝縮温度及び蒸発温度に基づいて各機器を制御する（Ｓ１１１）。これによって、冷媒組成の変化に伴う能力不足を抑制し、また、過熱度不足に伴う圧縮機１１における潤滑不良や液圧縮を防止できる。したがって、点検の省力化や、低コスト化、省エネ化、信頼性の向上を図ることができる。

【0090】

また、第１実施形態に係る空気調和機１００は、過冷却器１６の上流側に設けられたレシーバ１５を備えている。これによって、凝縮器である室外熱交換器１３の出口付近が飽和液状態で維持されやすくなるため、冷媒組成の変化を適切に検出できる。

【0091】

さらに、第１実施形態によれば、冷媒回路Ｑの冷媒量が適正でないと判定した場合、制御装置３０の冷媒組成検出部３２ｄは、冷媒組成の変化の検出を行わない。これによって、冷媒組成の変化の誤検出を防止できる。

【0092】

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、空気調和機１００Ａ（図１１参照）が、四方弁Ｖと、温度センサ１９ｈと、別の温度センサ２５と、を備えている点が、第１実施形態（図１参照）とは異なっている。また、第２実施形態は、空気調和機１００Ａ（図１１参照）が、レシーバ１５（図１参照）、過冷却器１６（図１参照）、液インジェクション弁１７（図１参照）、及び温度センサ１９ｅ（図１参照）を備えない点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

【0093】

図１１は、第２実施形態に係る空気調和機１００Ａの構成図である。
なお、図１１では、冷房運転中に冷媒が流れる向きを実線矢印で示している（暖房運転中には逆向きで冷媒が循環）。図１１に示すように、空気調和機１００Ａは、冷媒回路ＱＡと、制御装置３０と、表示装置４０と、を備えている。

【0094】

冷媒回路Ｑは、室外機１０Ａに設置される各機器と、室内機２０Ａに設置される各機器と、を含んで構成される。
室外機１０Ａは、圧縮機１１と、四方弁Ｖと、アキュムレータ１２と、室外熱交換器１３と、室外ファン１４と、ガス阻止弁１８ａと、液阻止弁１８ｂと、センサ類（温度センサ１９ｈ等）と、を備えている。

【0095】

四方弁Ｖは、冷媒回路ＱＡにおいて冷媒が流れる向きを切り替える弁である。
冷房運転時には、四方弁Ｖが実線で示す流路に切り替えられ、圧縮機１１と、室外熱交換器１３（凝縮器）と、室内膨張弁２１と、室内熱交換器２２（蒸発器）と、が環状に順次接続されてなる冷媒回路ＱＡにおいて冷媒が循環する。
暖房運転時には、四方弁Ｖが破線で示す流路に切り替えられ、圧縮機１１と、室内熱交換器２２（凝縮器）と、室内膨張弁２１と、室外熱交換器１３（蒸発器）と、が環状に順次接続されてなる冷媒回路ＱＡにおいて冷媒が循環する。

【0096】

温度センサ１９ｈは、室外熱交換器１３の中間部（冷媒が通流する伝熱管の中間部）付近の温度を検出するセンサであり、室外熱交換器１３に設置されている。
別の温度センサ２５は、室内熱交換器２２の中間部付近の温度を検出するセンサであり、室内熱交換器２２に設置されている。温度センサ１９ｈ，２５等の検出値は、制御装置３０に出力される。
以下では、冷房運転中に冷媒組成の変化を検出する処理について説明する。

【0097】

図１２は、制御装置３０が実行する処理を示すフローチャートである。
なお、第１実施形態（図５参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。また、図１２の「ＳＴＡＲＴ」時には、冷房運転が行われているものとする。
ステップＳ１０３において、冷媒組成の検出が可能な状態が所定時間継続した場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、制御装置３０の処理は、ステップＳ１０４ａに進む。

【0098】

ステップＳ１０４ａにおいて制御装置３０は、凝縮器中間部の圧力（凝縮器である室外熱交換器１３の中間部の冷媒の圧力）を算出する。液インジェクション弁１７（図１参照）が設けられていない図１１の構成では、第１実施形態で説明した式（２）に代えて、以下の式（７）に基づき、まず、冷媒循環量比Ｇｒｒが算出される。

【0099】

【数7】

ここで、Ｆｔ ：圧縮機回転速度［ｓ^−１］
Ｆｔｏ：圧縮機基準回転速度［ｓ^−１］
Ｐｓ ：吸入圧力［ＭＰａＡ］
Ｐｓｏ：基準吸入圧力［ＭＰａＡ］

【0100】

そして、式（７）の算出結果に基づき、第１実施形態で説明した式（１）を用いて冷媒の圧力損失ΔＰが算出される。さらに、制御部は、第１実施形態で説明した式（４）に基づいて、凝縮器中間部の圧力Ｐｃｏを算出する。このように制御装置３０は、凝縮器圧力算出部３２ｃ（図３参照）によって、圧縮機１１の吐出側の圧力検出値に基づき、圧縮機１１の吐出側から室外熱交換器１３（凝縮器）の中間部までの圧力損失ΔＰを推定する。さらに、制御装置３０は、凝縮器圧力算出部３２ｃによって、前記した圧力検出値及び圧力損失ΔＰに基づいて、室外熱交換器１３の中間部付近の圧力を算出する。

【0101】

ステップＳ１０５ａにおいて制御装置３０は、凝縮器中間部の飽和温度Ｔｃｏｔｈを算出する。すなわち、制御装置３０は、凝縮器である室外熱交換器１３の中間部付近における冷媒の飽和温度Ｔｃｏｔｈを算出する。
ここでの「飽和温度Ｔｃｏｔｈ」は、第１実施形態で示した飽和液温度（図４参照）ではなく、飽和ガス温度（図８参照）と飽和液温度との平均温度（つまり、露点・沸点の平均温度）であり、別途、近似式として式（５）の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄが与えられて算出される。

【0102】

次に、ステップＳ１０６ａにおいて制御装置３０は、凝縮器中間部の温度変化ΔＴｃｏを算出する。すなわち、制御装置３０は、室外熱交換器１３（凝縮器）の中間部付近に設置された温度センサ１９ｈの検出値と、ステップＳ１０５ａで算出した飽和温度Ｔｃｏｔｈと、の差に基づき、凝縮器中間部の温度変化ΔＴｃｏを算出する。

【0103】

なお、ステップＳ１０７〜Ｓ１１１の処理については、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。このように制御装置３０は、冷媒組成検出部３２ｄ（図３参照）によって、凝縮器の中間部付近の圧力に基づいて、冷媒の飽和温度を推定する。そして、制御装置３０は、冷媒組成検出部３２ｄによって、飽和温度と、凝縮器の中間部付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒組成の変化を検出する。

【0104】

なお、冷媒回路ＱＡに封入されている冷媒の量が適正であるか否かの判定は、凝縮器（室外熱交換器１３又は室内熱交換器２２）の出口付近の冷媒の過冷却度に基づいて行われる。また、暖房運転中の処理については、凝縮器として機能する室内熱交換器２２の温度センサ２５の検出値等が用いられる。
また、暖房運転時には式（１）での圧縮機吐出側から凝縮器中間部までの圧力損失を求める際に、係数ＫＬ（配管長補正係数）を接続配管Ｋ１の配管長に相当する値に設定する。具体的には制御装置３０内のディップスイッチ、若しくは設定画面を操作することで配管長を入力して係数が設定される。これにより凝縮器中間部までの圧力損失が正確に算出されて、組成変化の検知精度を向上することができる。

【0105】

なお、冷媒の飽和温度に基づく制御の具体例を挙げると、制御装置３０は、冷媒の飽和温度を基準として、凝縮器の中間部付近における冷媒の温度検出値が所定閾値以上高い場合、冷媒の初期封入時よりも圧縮機１１の回転速度を大きくする。また、制御装置３０は、冷媒の飽和温度を基準として、凝縮器の中間部付近における冷媒の温度検出値が所定閾値以上低い場合、冷媒の初期封入時よりも圧縮機１１の回転速度を小さくする。このような制御を行うことで、冷媒の組成変化に応じて、適切に空調運転を行うことができる。

【0106】

＜効果＞
第２実施形態では、レシーバ１５等（図１参照）が設けられていないため、凝縮器（室内熱交換器２２又は室外熱交換器１３）の出口付近での冷媒状態が飽和液状態でないことがある。そこで、第２実施形態では、凝縮器の出口ではなく、凝縮器の中間部の温度検出値等に基づいて、冷媒組成の変化を検出するようにしている。凝縮器の中間部では、冷媒が気液二相状態であることが多いため、冷媒組成の変化に関する判定処理を適切に行うことができる。

【0107】

≪変形例≫
以上、本発明に係る空気調和機１００，１００Ａについて各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、各実施形態では、冷媒回路Ｑに封入される冷媒がＲ４４８Ａである場合について説明したが、これに限らない。すなわち、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｆ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４０７Ｈ、Ｒ４４９Ａ、Ｒ４５２Ａ、Ｒ４４７Ａ等、他の非共沸混合冷媒を使用してもよい。

【0108】

非共沸混合冷媒として更に補足すると、凝縮温度４０℃での飽和圧力が約２．５ＭＰａ程度のＲ３２およびＲ１２５と、凝縮温度４０℃での飽和圧力が約１．０ＭＰａ程度のＲ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆが含まれていることが望ましい。これによって、従来から広く使用されていたＲ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等の冷媒と同等の作動圧力が得られるとともに、ＧＷＰ（地球温暖化係数）を低減し、さらに、燃焼性を抑えることができる。
これらの代表例として、Ｒ４４８Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２３４ｙｆ／Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）＝２６／２６／２１／２０／７ｗｔ％）や、Ｒ４４９Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２３４ｙｆ＝２４．３／２４．７／２５．７／２５．３ｗｔ％）がある。前記した冷媒は、多数の冷媒種を混合した非共沸冷媒であり、沸点（飽和液温度）と露点（飽和ガス温度）の温度差である温度グライドが略４Ｋ以上あり、前記、使用時や封入時に生じる組成変化により留意する必要が生じる。従って、本発明の組成検知技術を導入することが非常に有効である。
また、前記した冷媒に加えてＲ７４４を加えることで、作動圧力を高めることができ、体積能力を増加させることができる。これによって圧縮機１１や接続配管のコンパクト化を図ることができ、イニシャルコストを低減できる。
その反面、Ｒ７４４の混合は非共沸性を更に増大させることになり、温度グライドが略６Ｋ以上あるため、組成変化への配慮がより重要となる。従って、本発明の組成検知技術を導入すれば、能力低下や効率低下を抑えることができ、非共沸性の大きなＲ７４４混合冷媒を使いこなすことができるようになることから、更に有効性が高い。

【0109】

また、Ｒ４１０ＡやＲ４０４Ａのような擬似共沸冷媒や、ＨＦＯ１１２３を含んだ温度グライドが略２Ｋ未満の混合冷媒、あるいはＲ３２、Ｒ７４４などの単一冷媒にも用いることができる。この場合は、正規の冷媒であるか否かを判定することができ、冷媒の誤封入（正規の冷媒を基準とする冷媒組成の変化）に対する警報表示を行うことで、可燃性冷媒など、本来の機器設計時に考慮されていない冷媒の誤封入を未然に防止できるとともに、空気調和機１００の能力不足や効率低下を抑制できる。

【0110】

また、各実施形態では、運転状態情報に基づいて、冷媒組成の検出が可能であるか否かを判定する処理（図５のＳ１０２）について説明したが、これに限らない。例えば、運転状態判定部３２ｂが、所定時間分の運転状態情報を蓄積し、蓄積された運転状態情報に基づいて（例えば、所定の運転状態情報の平均値に基づいて）、冷媒組成の検出が可能であるか否かを判定するようにしてもよい。

【0111】

また、第１実施形態では、制御装置３０が冷媒組成の変化を検出した場合、飽和液温度と、凝縮器の出口付近における冷媒の温度検出値と、の差に基づいて、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度の両方を補正する処理について説明したがこれに限らない。すなわち、冷媒組成検出部３２ｄによって冷媒組成の変化が検出された場合、制御装置３０は、前記した差に基づいて、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度のうち少なくとも一方の補正を行い、さらに、補正後の前記少なくとも一方に基づいて、圧縮機１１を制御するようにしてもよい。なお、第２実施形態についても同様のことがいえる。
また、制御装置３０が、補正後の前記少なくとも一方に基づいて、圧縮機１１の吸入側及び吐出側の過熱度が所定の目標値となるように圧縮機１１を制御するようにしてもよい。

【0112】

また、各実施形態では、空気調和機１００等が表示装置４０を備える構成について説明したが、表示装置４０を省略してもよい。この場合には、通信手段３１（図３参照）から外部への通報を行うことで、組成や冷媒量の状態を知らせることができる。
また、各実施形態では、「冷凍サイクル装置」が、パッケージエアコン、ルームエアコン等の空気調和機１００である構成について説明したが、これに限らない。例えば、「冷凍サイクル装置」として、冷凍機や冷蔵庫にも各実施形態を適用できる。
また、各実施形態では、室外機１０や室内機２０の外部に制御装置３０が設けられる構成について説明したが（図１、図１１参照）、これに限らない。すなわち、室外機１０及び室内機２０の一方又は両方に制御装置３０を設けるようにしてもよい。

【0113】

また、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせ、空気調和機１００がレシーバ１５や過冷却器１６等を備える構成において（図１参照）、凝縮器の中間部の温度検出値等に基づき、冷媒組成の変化を検出するようにしてもよい。

【0114】

また、図３等に示す各構成は、それらの一部又は全てを、例えば、集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、ＣＰＵ等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤに格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。

【0115】

また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

【符号の説明】

【0116】

１００，１００Ａ 空気調和機
１１ 圧縮機
１２ アキュムレータ
１３ 室外熱交換器（凝縮器／蒸発器）
１４ 室外ファン
１５ レシーバ
１６ 過冷却器
１７ 液インジェクション弁
２１ 室内膨張弁（膨張弁）
２２ 室内熱交換器（蒸発器／凝縮器）
２３ 室内ファン
３０ 制御装置
３２ 演算処理手段
３２ａ 運転情報取得部
３２ｂ 運転状態判定部（判定部）
３２ｃ 凝縮器圧力算出部
３２ｄ 冷媒組成検出部
３２ｅ 出力処理部
４０ 表示装置
Ｑ，ＱＡ 冷媒回路
Ｖ 四方弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】