专利名称：冷冻装置及冷冻装置的制冷剂量检测方法
技术领域：
本发明涉及冷冻装置及冷冻装置的制冷剂量检测方法，尤其涉及具备制冷剂回路、且该制冷剂回路包括对气体制冷剂进行压缩的压缩机对液体制冷剂进行储存的储液罐在内的的冷冻装置及冷冻装置的制冷剂量检测方法。
背景技术：
作为以往的一种具备蒸气压缩式制冷剂回路的冷冻装置，例如有用于对大楼等进行空气调节的空调装置。该空调装置主要具备，具有压缩机及热源侧热交换器的热源单元、数个具有利用侧热交换器的利用单元及连接于这些单元间的气体制冷剂用连接配管及液体制冷剂用连接配管。
在施工现场，当该空调装置的各单元及配管安装之后进行试运行时，要依据制冷剂用连接配管的长度充填必要量的制冷剂。此时，由于制冷剂用连接配管的长度因空调装置的设置场所不同而各不相同，因此要判断是否已充填所需的制冷剂量，只能是在现场进行充填作业时进行判断。为此，制冷剂充填量的正确性只能依赖于充填作业的作业水平。
有一种空调装置为了解决该问题，设置检测机构，可对设于制冷剂回路中的储液罐内所储存的液体制冷剂是否到达所定液面进行检测，并可对制冷剂充填是否充填必要的制冷剂量进行检测。以下，依据图10说明具备可对储液罐液面进行检测的结构的空调装置901。
空调装置901具备1台热源单元902、与之并列连接的数台(此处为2台)利用单元5，及连接热源单元902与利用单元5的液体制冷剂用连接配管6及气体制冷剂用连接配管7。
利用单元5主要具备利用侧膨胀阀51及利用侧热交换器52。利用侧膨胀阀51是电动膨胀阀，为了进行制冷剂压力调节或制冷剂流量调节而连接于利用侧热交换器52的液体侧。利用侧热交换器52为交叉翅片式热交换器，用于与室内空气进行热交换。本实施例中，利用单元5具备风扇(未作图示)，用于将室内空气取入、送出单元，可使室内空气与在利用侧热交换器52流动的制冷剂进行热交换。
热源单元902主要具备，压缩机21、分油器22、四路切换阀23、热源侧热交换器24、包括热源侧膨胀阀25a在内的桥回路25、储液罐26、液体侧隔离阀27、气体侧隔离阀28。压缩机21用于对吸入的制冷剂气进行压缩。分油器22为设于压缩机21的排出侧、对被压缩·排出的制冷剂气中所含的油分进行气液分离的容器。在分油器22中被分离的油分通过回油管22a返回压缩机21的吸入侧。四路切换阀23用于在进行冷气运行与暖气运行切换时切换制冷剂的流动方向，在冷气运行时将分油器22的出口与热源侧热交换器24的气体侧相连，同时将压缩机21的吸入侧与气体制冷剂用连接配管7侧相连，而在暖气运行时，将分油器22的出口与气体制冷剂用连接配管7侧相连，同时将压缩机21的吸入侧与热源侧热交换器24的气体侧相连。热源侧热交换器24为交叉翅片式热交换器，以空气为热源与制冷剂进行热交换。热源单元902，具备风扇(未作图示)，用于将屋外空气取入、送出单元，使屋外空气与在热源侧热交换器24流动的制冷剂进行热交换。
储液罐26例如为图11所示的竖式圆筒形状的容器，用于对在主制冷剂回路10流动的制冷剂液进行暂时储存。储液罐26在容器上部设有入口，在容器下部设有出口。桥回路25由热源侧膨胀阀25a及3个止逆阀25b、25c、25d构成，无论在主制冷剂回路10中流动的制冷剂是自热源侧热交换器24侧流入还是自利用侧热交换器52侧流入，都是使制冷剂从储液罐26的入口流入储液罐26内且从储液罐26的出口流出。热源侧膨胀阀25a为电动膨胀阀，为了进行制冷剂压力调节或制冷剂流量调节而连接于热源侧热交换器24的液体侧。液体侧隔离阀27及气体侧隔离阀28分别连接于液体制冷剂用连接配管6及气体制冷剂用连接配管7。由这些设备、配管、阀类构成空调装置901的主制冷剂回路10。
空调装置901还具备连接于储液罐26的所定位置的液面检测回路930。液面检测回路930连接于储液罐26的所定位置与压缩机21的吸入侧之间，可从储液罐26的所定位置取出制冷剂并减压后使之返回压缩机21的吸入侧。此处，连接着液面检测回路930的储液罐26上的所定位置是指，当主制冷剂回路10内已充填入必要量的制冷剂时，与储存于储液罐26中的液体制冷剂液量对应的第1所定位置L1(参照图11)。液面检测回路930具备旁通回路931和温度检测机构932，旁通回路931包括由电磁阀构成的开闭机构931a和由设于开闭机构931a下游侧的用于对制冷剂减压的由毛细管构成的减压机构931b，温度检测机构932由设于减压机构931b的下游侧位置的测温计构成。
以下说明具备该种储液罐26及液面检测回路930的空调装置901向主制冷剂回路10充填制冷剂(例如，R407C)时的动作。
首先，将主制冷剂回路10作为冷气运行的回路构成。冷气运行时，四路切换阀23处于图10中实线所示的状态，即压缩机21的排出侧与热源侧热交换器24的气体侧连接、且压缩机21的吸入侧与利用侧热交换器52的气体侧连接。另外，液体侧隔离阀27、气体侧隔离阀28及热源侧膨胀阀25a开放、对利用侧膨胀阀51进行开度调节以对制冷剂减压。
在该主制冷剂回路10的状态下，在从外部向主制冷剂回路10充填制冷剂的同时作冷气运行。具体而言，一旦起动热源单元902的风扇、利用单元5的风扇及压缩机21起动，压力Ps(约0.6MPa)的气体制冷剂(参照图12的点A)即被吸入压缩机21而被压缩至压力Pd(约2.0Mpa，热源侧热交换器24处的制冷剂的冷凝温度相当于50℃)后，被送至分油器22而气液分离，成为油与气体制冷剂(参照图12的点B)。之后，压缩后的气体制冷剂经由四路切换阀23送至热源侧热交换器24，与外气进行热交换而冷凝(参照图12的点C)。冷凝后的液体制冷剂经由桥回路25及液体制冷剂用连接配管6送至利用单元5侧。并且，送至利用单元5的液体制冷剂在利用侧膨胀阀51处减压后(参照图12的点D)，在利用侧热交换器52上与室内空气进行热交换而蒸发(参照图12的点A)。该蒸发后的气体制冷剂经由气体制冷剂用连接配管7、四路切换阀23再次被吸入压缩机21。如此，进行与冷气运行同样的运行。
在继续上述运行的同时，对主制冷剂回路10充填制冷剂。此处，通过对各单元5、902的风扇进行风量控制等，利用侧热交换器52上的制冷剂蒸发量与热源侧热交换器24上的制冷剂冷凝量达成平衡，因而，与从外部充填的制冷剂量相当的液体制冷剂渐渐地积存于储液罐26。
接着，在进行上述制冷剂充填运行的同时进行如下运行，即打开液面检测回路930的开闭机构931a，从储液罐26的第1所定位置L1取出部分制冷剂，由减压机构931b减压并由温度检测机构932对减压后的制冷剂温度进行测定后，使之返回压缩机21的吸入侧。
在储存于储液罐26中的液体制冷剂的量减少、液体制冷剂的液面未到达储液罐26的第1所定位置L1的场合，饱和状态的气体制冷剂(参照图13的点E)流入液面检测回路930。该气体制冷剂经减压机构931b减压至压力Ps、制冷剂温度自约57℃下降至约20℃(温度下降约37℃)(参照图13点F)。
之后，当液体制冷剂的液面到达储液罐26的第1所定位置L1，有饱和状态的液体制冷剂(参照图13的点H)流入液面检测回路930时，该液体制冷剂由减压机构931b减压至压力Ps而发生闪蒸，制冷剂温度自约50℃急剧下降至约3℃(温度下降约47℃)(参照图13的点I)。
如上所述，该空调装置901上设有可自储液罐26的第1所定位置L1取出部分制冷剂并在减压、测定制冷剂温度后使之返回压缩机21吸入侧的液面检测回路930，并且利用当从储液罐26取出的制冷剂为气态时在液面检测回路930中减压时的温度下降较小(从图13的点E至点F)、而液态时通过闪蒸减压时的温度下降较大(从图13的点H至点I)的特性，在温度下降大时，判定为储液罐26内的液体制冷剂已积存至第1所定位置L1，当温度下降较小时，判定为储液罐26内的液冷未积存至第1所定位置L1，由此对主制冷剂回路10中是否已充填了必要量的制冷剂加以检测(参照特开2002-350014号公报)。
然而，上述以往的空调装置901有时必须在热源侧热交换器24的外气等热源的温度高、压缩机21的排出侧的制冷剂压力高的条件下运行。另外，有时将工作制冷剂由R407C变更成比R407C或R22等具有更高饱和压力(即，低沸点)特性的R410A等。
例如在将工作制冷剂变更为R410A的场合，如图14所示，因R410A比R407C沸点低，若将冷气运行时制冷剂的热源侧热交换器24中冷凝温度设定为与使用R407C时相同的50℃，则热源侧热交换器24中的冷凝压力、即压缩机21的排出压力Pd就成为约3.0MPa。在该条件下，如将冷气运行时的冷冻循环画到图14中，就成为点A′、B′、C′及D′的连线。此处应该加以关注的是线B′C′与气相线的交点E′处的气相线的倾斜。如图12及图13所示，使用R407C作为工作制冷剂的场合，线段BC与气相线的交点E处的气相线的倾斜相对图中的横轴呈大致垂直或稍向右上方上升的状态，而使用R410A的场合，则如图14所示，线段B′C′与气相线的交点E′处的气相线的倾斜呈向左上方上升的状态。为此，在要用液面检测回路930对积存于储液罐26内的制冷剂是否到达所定位置进行检测时，在使用R407C的场合，如图13所示，对饱和状态的气体制冷剂进行减压时的温度下降程度(图13的点E至点F)比对饱和状态的液体制冷剂进行减压时的温度下降程度(图13的点H至点I)小，在使用R410A的场合，如图15所示，由于对饱和状态的气体制冷剂进行减压后成为气液二相状态(图15的点E′至F′)，其温度下降程度与对饱和状态的液体制冷剂进行减压时发生闪蒸的场合(图15的点H′至点I′)相同(都产生自50℃降至3℃的约47℃的温度下降)。
为此，有时即使液体制冷剂的液面未到达储液罐26的第1所定位置L1，也会检测出自储液罐26的第1所定位置L1取出的制冷剂的急剧温度下降，错误地判定为液体制冷剂已积存至储液罐26的第1所定位置L1。
而且，该种现象的发生并不仅限于将工作制冷剂选定为R410A的场合，即便是使用R407C，在外气温度高、热源侧热交换器24处的制冷剂冷凝温度高的条件下运行时，图12及图13中点E的位置向上方偏移，气相线的倾斜变成向左上方上升，因而有时会产生与使用R410A时同样的现象。
发明内容
本发明的目的在于，在具备制冷剂回路且该制冷剂回路包括压缩机及储液罐的冷冻装置中，提高液面检测回路判定液体制冷剂是否已积存至储液罐的所定位置的判定精度。
技术方案1的冷冻装置具备主制冷剂回路及液面检测回路。主制冷剂回路包括对气体制冷剂进行压缩的压缩机、热源侧热交换器、储存液体制冷剂的储液罐、利用侧热交换器。液面检测回路可从储液罐的所定位置取出储液罐内的制冷剂的一部分后进行减压及加热，在对制冷剂温度进行测定后使之返回压缩机的吸入侧，对储液罐内的液面已处于所定位置进行检测。
该冷冻装置具备可在减压及加热后对从储液罐的所定位置取出的制冷剂的温度进行测定的液面检测回路。由此，当从储液罐内取出的制冷剂为气态时，加热导致的温度上升度变大，而在液态时，加热产生的热能被作为蒸发潜热而消耗，加热引起的温度上升度变小，因而当该温度上升度大时可判定为液体制冷剂未积存至储液罐的所定位置，而当温度上升度小时可判定为液体制冷剂已积存至储液罐的所定位置。因此，即使从储液罐内取出的制冷剂处于饱和气体状态且在减压时发生气液二相状态，也可判定液体制冷剂是否已积存至储液罐的所定位置，因而，与以往使用的依据减压时温度下降程度的大小对制冷剂是否已积存至储液罐的所定位置进行判定的液面检测回路相比较，可提高判定精度。
技术方案2是在方案1的冷冻装置中，储液罐的所定位置为在储液罐内积存的制冷剂量发生变化时气体制冷剂或液体制冷剂得以存在的位置。
技术方案3是在方案1或2的冷冻装置中，液面检测回路具备旁通回路和温度检测机构。旁通回路包括开闭机构、减压机构及加热机构，将储液罐与上述压缩机的吸入侧连接。温度检测机构对由加热机构加热后的制冷剂的温度进行检测。
技术方案4是在方案3的冷冻装置中，加热机构为将在主制冷剂回路内流动的制冷剂作为加热源的热交换器。
该冷冻装置使用将在主制冷剂回路内流动的制冷剂作为加热源的加热机构，因此不需要例如电加热器等另外的来自外部的加热源。
技术方案5是在方案4的冷冻装置中，加热机构的加热源为在主制冷剂回路中、在热源侧热交换器与利用侧热交换器之间流动的液体制冷剂。加热机构设置于旁通回路中的减压机构的制冷剂流的下游侧。
该冷冻装置使用将在主制冷剂回路内流动的制冷剂液作为加热源的加热机构，故即使用于热交换，制冷剂温度的变化也较小，比较稳定。为此可稳定地对在液面检测回路流动的制冷剂进行加热。
技术方案6是在方案1至5中任一项记述的冷冻装置中，具有辅助液面检测回路，该辅助液面检测回路具有与液面检测回路相同的结构，即使储液罐内积存的制冷剂量发生变化，也始终从充满液体制冷剂的储液罐的基准位置将储液罐内的制冷剂的一部分取出。
该冷冻装置，通过在储液罐内始终积存有液体制冷剂的基准位置处设置与液面检测回路相同构成的辅助液面检测回路，能够凭借2个液面检测回路的各温度检测机构对制冷剂的温度进行检测，并以由辅助液面检测回路的温度检测机构检测出的制冷剂温度为基准，与由液面检测回路的温度检测机构检测出的制冷剂的温度进行比较，由此对液面进行检测。因此便于判定液面是否存在，并且，可进一步提高测定精度。
技术方案7是在方案1、2、4、5、6中任一项的冷冻装置中，在主制冷剂回路、液面检测回路中流动的制冷剂所含有的R32量等于或大于50wt％。
若将含有50wt％以上的R32的制冷剂作为工作制冷剂使用，则冷气运行及制冷剂充填运行中的热源侧热交换器处的制冷剂冷凝温度(50℃左右)压力-热函线图的气相线的倾斜呈向左上方上升的状态，因而，用以往的液面检测回路有时无法准确地判定液面是否存在，而该冷冻装置在液面检测回路中设置了加热机构，因此即使使用这种工作制冷剂，也可准确判定储液罐的所定位置处是否存在液面。
技术方案8是一种冷冻装置的制冷剂量检测方法，该冷冻装置具备包括对气体制冷剂进行压缩的压缩机、热源侧热交换器、储存液体制冷剂的储液罐在内的主制冷剂回路，该制冷剂量检测方法具备压缩机运行步骤和液面检测步骤，压缩机运行步骤是通过运行压缩机而使在制冷剂回路内流动的制冷剂的压力上升至可在热源侧热交换器中发生冷凝，液面检测步骤是在压缩机运行步骤中，从储液罐的所定位置取出储液罐内的制冷剂的一部分，以在减压及加热后对制冷剂温度进行测定，并依据测定出的制冷剂温度来判定储液罐内的液面是否处于所定位置。
该冷冻装置的液面检测方法在运行压缩机、以使在制冷剂回路内流动的制冷剂升压至可在热源侧热交换器上发生冷凝的压力时，从储液罐的所定位置将储液罐内的制冷剂取出并进行减压及加热后，对制冷剂的温度进行测定。这样，当从储液罐内取出的制冷剂为气态时，加热引起的温度上升度变大，为液态时，加热产生的热能被作为蒸发潜热而消耗，加热引起的温度上升度变小。因而，当该温度上升度大时可判定为液体制冷剂未积存至储液罐的所定位置，而当温度上升度小时可判定为储液罐内的液体制冷剂已积存至储液罐的所定位置。因此，即使从储液罐内取出的制冷剂处于饱和气体状态且在减压时发生气液二相状态，也可判定液体制冷剂是否已积存至储液罐的所定位置，因而，与以往的依据减压时温度下降程度的大小判定制冷剂是否已积存至储液罐的所定位置的方法相比较，可提高判定精度。
图1为本发明实施例1的空调装置的制冷剂回路概略图。
图2为图14的放大图，表示实施例1及实施例2的液面检测回路的动作。
图3为图12的放大图，表示实施例1的液面检测回路的动作。
图4为具备实施例1的变形例1的液面检测回路的空调装置的制冷剂回路概略图。
图5为具备实施例1的变形例2的液面检测回路的空调装置的制冷剂回路概略图。
图6为具备实施例1的变形例3的液面检测回路的空调装置的制冷剂回路概略图。
图7为具备实施例1的变形例4的液面检测回路的空调装置的制冷剂回路概略图。
图8为本发明实施例2的空调装置的制冷剂回路概略图。
图9表示实施例2的空调装置的储液罐。
图10为以往的空调装置的制冷剂回路概略图。
图11表示以往及实施例1的空调装置的储液罐。
图12为R407C的压力-热函线图，表示以往的空调装置的冷气运行时或制冷剂充填运行时的冷冻循环。
图13为图12的放大图，表示以往的液面检测回路的动作。
图14为R410A的压力-热函线图，表示以往的空调装置的冷气运行时或制冷剂充填运行时的冷冻循环。
图15为图14的放大图，表示以往的液面检测回路的动作。
具体实施例方式
以下，依据附图对本发明的冷冻装置实施例进行说明。
(1)空调装置的整体构成图1为作为本发明冷冻装置之一例的实施例1的空调装置1的制冷剂回路概略图。与以往的空调装置901同样，空调装置1具备，1台热源单元2、与之并列连接的数台(此处为2台)利用单元5，及用于连接热源单元2与利用单元5的液体制冷剂用连接配管6及气体制冷剂用连接配管7。此处，除利用单元5及液面检测回路30之外的热源单元2的构成、即主制冷剂回路10的构成与以往的空调装置901相同，因而省略说明，仅说明液面检测回路30的构成。
空调装置1的液面检测回路30与以往的液面检测回路930同样，为连接于储液罐26的第1所定位置L1与压缩机21的吸入侧之间的回路，可从储液罐26的所定位置取出制冷剂，经减压及加热后使之返回压缩机21的吸入侧。
液面检测回路30具备旁通回路31和温度检测机构32，旁通回路31包括由电磁阀构成的开闭机构31a、由设置于开闭机构31a下游侧而对制冷剂减压的毛细管构成的减压机构31b、及由对减压后的制冷剂进行加热的热交换器构成的加热机构31c，温度检测机构32由设于加热机构31c下游侧的测温计构成。加热机构31c为以在热源侧热交换器24与利用侧热交换器52之间流动的液体制冷剂为热源的热交换器(具体而言，在桥回路25与液体侧隔离阀27之间)，例如采用二重管式的热交换器等。
(2)空调装置的动作以下，用图1、图2及图14(使用R410A作为工作制冷剂的场合)说明空调装置1的动作。其中图2为图14的放大图，表示液面检测回路30的动作。
(A)冷气运行首先说明冷气运行。冷气运行时，四路切换阀23处于图1中实线所示的状态，即压缩机21的排出侧与热源侧热交换器24的气体侧连接，且压缩机21的吸入侧与利用侧热交换器52的气体侧连接。另外，液体侧隔离阀27、气体侧隔离阀28及热源侧膨胀阀25a开放，利用侧膨胀阀51受到开度调节，以对制冷剂减压。
在该主制冷剂回路10状态下，当起动热源单元2的风扇、利用单元5的风扇及压缩机21后，压力Ps′(约0.9MPa)的气体制冷剂(参照图14的点A′)即被吸入压缩机21并被压缩至压力Pd′(约3.0MPa)后，被送至分油器22而分离成油与气体制冷剂(参照图14的点B′)。之后，压缩的气体制冷剂经由四路切换阀23送至热源侧热交换器24，与外气进行热交换而冷凝(参照图14的点C′)。该冷凝的液体制冷剂经由桥回路25及液体制冷剂用连接配管6送至利用单元5侧。并且，送至利用单元5的液体制冷剂在利用侧膨胀阀51处减压后(参照图14的点D′)在利用侧热交换器52与室内空气进行热交换而蒸发(参照图14的点A′)。蒸发后的气体制冷剂经由气体制冷剂用连接配管7、四路切换阀23再次被吸入压缩机21。如此进行冷气运行。
(B)暖气运行以下说明暖气运行。暖气运行时，四路切换阀23处于图1中虚线表示的状态，即压缩机21的排出侧与利用侧热交换器52的气体侧连接，且压缩机21的吸入侧与热源侧热交换器24的气体侧连接。另外，液体侧隔离阀27、气体侧隔离阀28及利用侧膨胀阀51开放，热源侧膨胀阀25a受到开度调节，以对制冷剂减压。
在该主制冷剂回路10状态下，一旦起动热源单元2的风扇、利用单元5的风扇及压缩机21，气体制冷剂就被吸入压缩机21并经压缩后，送至分油器22分离成油与制冷剂气。之后，经压缩的气体制冷剂经由四路切换阀23及气体制冷剂用连接配管7被送至利用单元5。且送至利用单元5的气体制冷剂在利用侧热交换器52与室内空气进行热交换而冷凝。冷凝后的液体制冷剂经由利用侧膨胀阀51及液体制冷剂用连接配管6被送至热源单元2。并且，送至热源单元2的液体制冷剂在桥回路25的热源侧膨胀阀25a减压后，在热源侧热交换器24与外气进行热交换而蒸发。蒸发的气体制冷剂经由四路切换阀23再次被吸入压缩机21。即，在暖气运行中，制冷剂与冷气运行时相反，按图14中的点A′、点D′、点C′、点B′、点A′的顺序发生状态变化。如此进行暖气运行。
(C)制冷剂充填运行以下用图2及图14说明向主制冷剂回路10中充填制冷剂时的动作。
首先，主制冷剂回路10是与上述冷气运行时相同的回路构成。并且在该主制冷剂回路10的状态下，与以往的空调装置901同样，在由外部对主制冷剂回路10进行制冷剂充填的同时进行与上述的冷气运行同样的运行。
并且，在进行上述制冷剂充填运行的同时，通过开放液面检测回路30的开闭机构31a，从储液罐26的所定位置取出制冷剂的一部分并在减压机构31b中减压，再在加热机构31c中加热，并在对加热后的制冷剂温度进行测定后，使之返回压缩机21的吸入侧。
当储液罐26中积存的液体制冷剂量少、液面未到达第1所定位置L1的场合，饱和状态的气体制冷剂(参照图2的点E′)流入液面检测回路30。该气体制冷剂由减压机构31b减压至压力Ps′而成为气液二相状态，制冷剂温度由约50℃下降至约3℃(温度下降约47℃)(参照图2的点F′)。该气液二相状态的制冷剂通过加热机构31c与在主制冷剂回路10(具体而言，在桥回路25与液体侧隔离阀27之间)流动的液体制冷剂进行热交换而被加热(参照图2的点G′)。由此，气液二相状态的制冷剂由约3℃温度上升至约15℃(温度上升约12℃)，处于过热气体状态。
之后，当液体制冷剂的液面到达储液罐26的第1所定位置L1、饱和状态的液体制冷剂流入液面检测回路30时(参照图2的点H′)，因该气体制冷剂被减压机构31b减压至压力Ps′而发生闪蒸，因而，制冷剂温度从约50℃急剧下降至约3℃(温度下降约47℃)(参照图2的点I′)。该气液二相状态的制冷剂被加热机构31c加热(参照图2的点J′)。使气液二相状态的制冷剂被夺去蒸发潜热而进一步蒸发，但尚未达到完全蒸发，制冷剂温度维持于约3℃。
并且，当储液罐26内积存的制冷剂处于气态时液面检测回路30中加热时的温度上升度大，而当处于液态时加热时的温度上升度小，利用这一特性，当温度上升度大时判定为储液罐26内的液体制冷剂未积存至第1所定位置L1处，当温度上升度小时则判定为储液罐26内的液体制冷剂已积存至第1所定位置L1处，由此检测到已充填必要量的制冷剂，之后，终止制冷剂充填运行。
(3)空调装置的特征本实施例的空调装置1、尤其是液面检测回路30具有以下的特征。
(A)本空调装置1中，设有在减压及加热后可对从储液罐26的第1所定位置L1取出的制冷剂的温度进行测定的液面检测回路30。这样，由于从储液罐26内取出的制冷剂为气态时加热引起的温度上升度大，为液态时加热产生的热能被作为蒸发潜热而消耗，加热引起的温度上升度小，因而，当该温度上升度大时可判定液体制冷剂未积存至储液罐26的第1所定位置L1，而当该温度上升度小时则可判定液体制冷剂已积存至储液罐26的第1所定位置L1。由此，即使从储液罐26内取出的制冷剂处于饱和气体状态且减压时发生气液二相状态(图2的点E′至F′)，也可对液体制冷剂是否已积存至储液罐26的第1所定位置L1进行判定，因而，与仅依据减压时的温度下降度大小判定制冷剂是否已积存至储液罐26的第1所定位置L1的以往的液面检测回路930相比，可提高判定精度。
(B)尤其是，在将含有50wt％以上的上述R410A之类的R32的制冷剂作为工作制冷剂使用的场合，冷气运行及制冷剂充填运行中的热源侧热交换器24中的制冷剂冷凝温度(50℃左右)的压力-热函线图的气相线的倾斜呈现向左上方上升的状态，因而，以往的液面检测回路930有时无法准确判定储液罐26的第1所定位置L1处是否存在液面，而该液面检测回路30由于设有加热机构31c，因此即使使用该类工作制冷剂，也可准确地判定储液罐26的第1所定位置L1处是否存在液面。
(C)另外，即使使用R407C或R22，当在外气温度高、热源侧热交换器24处的制冷剂冷凝温度高(例如，60℃)的条件下进行运行的场合下，如图3的点E那样，图13及图14中的点E的位置向上方移动，点E附近的气相线的倾斜呈向左上方上升的状态，故而发生与使用R410A的场合同样的现象，以往的液面检测回路930的判定准确性出现略微下降的倾向。然而，即使在这种场合下，如图3所示，通过液面检测回路30的加热机构31c使饱和气体制冷剂的加热后温度上升度(图3的点F至点G)约为12℃(从约17℃上升至约29℃)，饱和液体制冷剂的加热后的温度上升度(图3的点I至点J)为约1℃(自3℃上升至4℃)，因而，与使用R410A的场合同样，可准确判定储液罐26的第1所定位置L1处是否存在液面。
(D)由于加热机构31c是以在温度比较稳定的主制冷剂回路10内流动的液体制冷剂作为热源使用的热交换器，因此可稳定地对制冷剂进行加热。
(4)变形例1在液面检测回路30中，减压机构31b设置于开闭机构31a的下游侧，但如图4所示，也可以是具有旁通回路131的液面检测回路130，该旁通回路131包括使开闭机构31a兼具减压机构功能而成的开闭机构131a，即使这样，也可获得与设置液面检测回路30同样的效果。
(5)变形例2在液面检测回路30中，设有由以液体制冷剂为热源的热交换器构成的加热机构31c，但如图5所示，也可以是具备旁通回路231的液面检测回路230，旁通回路231包括通过电加热器等外部热源对制冷剂加热的加热机构231c。即使这样，也可获得与设置液面检测回路30同样的效果。
(6)变形例3在液面检测回路30中，设有由以液体制冷剂为热源的热交换器构成的加热机构31c，但如图6所示，当压缩机21是由发动机驱动时，也可以是具备旁通回路331的液面检测回路330，旁通回路331包括利用发动机的散热的加热机构331c。即使这样，也可获得与设置液面检测回路30同样的效果。
(7)变形例4在液面检测回路30中，设有由以液体制冷剂为热源的热交换器构成的加热机构31c，但如图7所示，也可以是具备旁通回路431的液面检测回路430，旁通回路431包括由以压缩机21的排出气体制冷剂为热源的热交换器构成的加热机构431c。在这种场合，由于成为加热源的压缩机21的排出气体制冷剂的温度变化大，从稳定加热的观点看，稍逊于以液体制冷剂为加热源的液面检测回路30的加热机构31c，但可使减压机构31b与加热机构431c的连接顺序不受限制，因而，可使回路构成简单化。
实施例1的空调装置1中，只在与制冷剂充填时的必要制冷剂量相当的储液罐26的第1所定位置L1设置了液面检测回路30，但为了判定储液罐26是否充满液体，也可在储液罐26顶部的第2所定位置L2处设置与液面检测回路30同样构成的液面检测回路。
还可在储液罐26底部的始终积存有液体制冷剂的基准位置LR处设置与液面检测回路30相同构成的辅助液面检测回路。
具体而言，本实施例的空调装置501的主制冷剂回路10及液面检测回路30的构成如图8所示，与实施例1的空调装置1相同，但在储液罐26顶部设有与液面检测回路30同样构成的液面检测回路630，在储液罐26底部设有与液面检测回路30同样构成的辅助液面检测回路530。
该液面检测回路630如图9所示，连接于储液罐26顶部的第2所定位置L2与压缩机21的吸入侧之间，与液面检测回路30同样，可从储液罐26取出制冷剂，进行减压及加热后，使之返回压缩机21的吸入侧。此处，所谓液面检测回路630所连接的储液罐26的第2所定位置L2，如上所述，是处于第1所定位置L1上方的、可检测出储液罐26满液状态的位置(参照图9)。液面检测回路630与液面检测回路30同样，具备旁通回路631及温度检测机构632，旁通回路431包括开闭机构631a、减压机构631b及加热机构631c。
该辅助液面检测回路530如图9所示，连接于储液罐26底部的基准位置LR与压缩机21的吸入侧之间，与液面检测回路30同样，可从储液罐26取出制冷剂，进行减压及加热后，使之返回压缩机21的吸入侧。此处，所谓液面检测回路530所连接的储液罐26的基准位置LR，是储液罐26的底部的、运行过程中始终有液体制冷剂积存的位置(参照图9)。不过，如后所述，辅助液面检测回路530与液面检测回路30同时使用，因此如图9所示，辅助液面检测回路530的旁通回路531中返回压缩机21吸入侧的配管部分实行了通用化，并在该共通化的配管部分设置开闭机构31a，液面检测回路30的开闭机构31a和配管的一部分兼用。即，辅助液面检测回路530具备旁通回路531(开闭机构31a及配管的一部分与旁通回路31兼用)及温度检测机构532，旁通回路531包括减压机构531b及加热机构531c。
以下用图2说明空调装置501的液面检测回路30、630及辅助液面检测回路530在制冷剂充填运行时的动作(将R410A为工作制冷剂)。
通过开放液面检测回路30的开闭机构31a，从储液罐26的第1所定位置L1及基准位置LR分别取出一部分制冷剂并在减压机构31b、531b减压，再于加热机构31c、531c处加热后，用温度检测机构32、532对加热后的制冷剂温度进行测定，之后，使之返回压缩机21的吸入侧。
当储液罐26中积存的液体制冷剂量少、液体制冷剂的液面未到达第1所定位置L1的场合，液面检测回路30中流入饱和状态的气体制冷剂(参照图2的点E′)流入。该气体制冷剂由减压机构31b减压至压力Ps′，成为气液二相状态，制冷剂温度从约50℃下降至约3℃(温度下降约47℃)(参照图2的点F′)。该气液二相状态的制冷剂由加热机构31c进行加热(参照图2的点G′)。由此使气液二相状态的制冷剂由约3℃温度上升至约15℃(温度上升约12℃)而成为过热气状态。另一方面，液面检测回路530中有饱和状态的液体制冷剂(参照图2的点H′)流入。该液体制冷剂由减压机构531b减压至压力Ps′而发生闪蒸，因而，制冷剂温度从约50℃急剧下降至约3℃(温度下降度约47℃)(参照图2的点I′)。该气液二相状态的制冷剂凭借加热机构531c与在主制冷剂回路10中流动的液体制冷剂进行热交换而被加热(参照图2的点J′)。由此使气液二相状态的制冷剂的蒸发潜热被夺去而进一步蒸发，但尚未完全蒸发，制冷剂温度维持于约3℃。即，从储液罐26的第1所定位置L1取出的制冷剂的温度高于从储液罐26的基准位置LR取出的制冷剂温度，由此，判定为储液罐26内的液面未到达第1所定位置L1。
之后，当液体制冷剂的液面到达储液罐26的第1所定位置L1、液面检测回路30中也有饱和状态的液体制冷剂(参照图2的点H′)流入时，与辅助液面检测回路530同样，该液体制冷剂被减压机构31b减压至压力Ps′而发生闪蒸，因而，制冷剂温度从约50℃急剧下降至约3℃(温度下降约47℃)(参照图2的点I′)。该气液二相状态的制冷剂被加热机构31c加热(参照图2的点J′)。由此使气液二相状态的制冷剂的蒸发潜热被夺去而进一步蒸发，但尚未完全蒸发，制冷剂温度维持于约3℃。即，从储液罐26的第1所定位置L1取出的制冷剂的温度与从储液罐26的基准位置LR取出的制冷剂温度相同，由此判定储液罐26内的液面已处于第1所定位置L1。
如上所述，该空调装置501通过在储液罐26内始终积存有液体制冷剂的基准位置LR处设置与液面检测回路30相同构成的辅助液面检测回路530，用2个液面检测回路30、530的各温度检测机构32、532对制冷剂的温度进行检测，并以辅助液面检测回路530侧的温度检测机构532检测出的制冷剂温度为基准，与由液面检测回路30侧温度检测机构32检测出的制冷剂温度进行比较，由此可对液面进行检测。从而使对是否存在液面的判定变得容易，并且，可进一步提高测定的准确性。
另外，在进行上述动作的同时，适宜地开放液面检测回路630的开闭机构631a，以判定储液罐26的第2所定位置L2处是否存在液面，从而检测储液罐26是否处于过充填状态，由此可提高制冷剂充填作业的可靠性。
以上依据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的构成并不限于这些实施例，可在不脱离本发明要旨的范围之中进行变更。
(1)上述实施例是将本发明用于空调装置，然而也可适用于其他的具备蒸气压缩式制冷剂回路的冷冻装置。
(2)上述实施例是将本发明用于采用所谓空冷式热源单元的空调装置，然而也可用于采用水冷式或冰蓄热式热源单元的空调装置。
(3)上述实施例中的液面检测回路是将从储液罐的第1所定位置取出的制冷剂用减压机构减压后用加热机构加热，然而可以是在用加热机构进行加热之后用减压机构减压。即使在此种场合下，当从储液罐的第1所定位置取出的制冷剂为气体制冷剂时，加热机构加热引起的温度上升度大，当为液体制冷剂时，加热机构加热引起的温度上升度就小，因而可与上述实施例同样地进行液面判定。
(4)在实施例2中，在储液罐顶部新设了另外的液面检测回路，然而也可利用以往设于储液罐顶部的抽气用回路。在此场合，仅在抽气用回路中设置加热机构，就可构成与实施例2同样的回路。
(5)在实施例2中，是在储液罐的基准位置设置辅助液面检测回路，同时在储液罐顶部设置液面检测回路，然而也可删除辅助液面检测回路。在此场合，就用与实施例1同样的检测方法对液面的是否存在进行检测。
产业上利用的可能性利用本发明，可在具备制冷剂回路、且制冷剂回路包括压缩机及储液罐的的冷冻装置中提高对液体制冷剂是否已积存至储液罐的所定位置进行判定的液面检测回路的判定精度。
权利要求
1.一种冷冻装置(1、501)，具备主制冷剂回路(10)，该主制冷剂回路(10)包括对气体制冷剂进行压缩的压缩机(21)、热源侧热交换器(24)、储存液体制冷剂的储液罐(26)及利用侧热交换器(52)，其特征在于，该冷冻装置(1、501)具备液面检测回路(30、630)，该液面检测回路(30、630)设置成可从所述储液罐的所定位置(L1、L2)取出所述储液罐内的制冷剂的一部分后进行减压及加热并测定制冷剂温度，然后使制冷剂返回所述压缩机的吸入侧，对所述储液罐内的液面已处于所定位置进行检测。
2.根据权利要求1所述的冷冻装置(1、501)，其特征在于，所述储液罐(26)的所定位置(L1、L2)是在所述储液罐内积存的制冷剂量发生变化时气体制冷剂或液体制冷剂得以存在的位置。
3.根据权利要求1或2所述的冷冻装置(1、501)，其特征在于，所述液面检测回路(30、130、230、330、430、630)具备将所述储液罐(26)与所述压缩机(21)的吸入侧连接的旁通回路(31、131、231、331、431)以及对由所述加热机构加热后的制冷剂的温度进行检测的温度检测机构(32)，该旁通回路(31、131、231、331、431)包括开闭机构(31a、131a)、减压机构(31b)、加热机构(31c、231c、331c、431c)。
4.根据权利要求3所述的冷冻装置(1、501)，其特征在于，所述加热机构(31c、331c)是将在所述主制冷剂回路(10)内流动的制冷剂作为加热源的热交换器。
5.根据权利要求4所述的冷冻装置(1、501)，其特征在于，所述加热机构(31c)的加热源是在所述主制冷剂回路(10)中在所述热源侧热交换器(24)与所述利用侧热交换器(52)之间流动的液体制冷剂，所述加热机构在所述旁通回路(31、131)中设于所述减压机构(31b、131a)的制冷剂流下游侧。
6.根据权利要求1所述的冷冻装置(501)，其特征在于，还具备辅助液面检测回路(530)，该辅助液面检测回路(530)具有与所述液面检测回路(30、630)相同的结构，即使所述储液罐(26)内积存的制冷剂量发生变化，也始终从充满液体制冷剂的所述储液罐的基准位置(LR)将所述储液罐内的制冷剂的一部分取出。
7.根据权利要求1、2、4、5、6中任一项所述的冷冻装置(1、501)，其特征在于，在所述主制冷剂回路(10)、所述液面检测回路(30、130、230、330、530、630)中流动的制冷剂所含有的R32量等于或大于50wt％。
8.一种冷冻装置(1、501)的制冷剂量检测方法，该冷冻装置(1、501)具备包括对气体制冷剂进行压缩的压缩机(21)、热源侧热交换器(24)、储存液体制冷剂的储液罐(26)在内的主制冷剂回路(10)，其特征在于，该制冷剂量检测方法具备压缩机运行步骤和液面检测步骤，压缩机运行步骤是通过运行所述压缩机而使在所述制冷剂回路内流动的制冷剂的压力上升至可在所述热源侧热交换器中发生冷凝的压力，液面检测步骤是在所述压缩机运行步骤中，从所述储液罐的所定位置(L1、L2)取出所述储液罐内的制冷剂的一部分后减压及加热，然后对制冷剂温度进行测定，并依据测定出的制冷剂温度来判定所述储液罐内的液面是否处于所定位置。
全文摘要
一种空调装置(1)，具备主制冷剂回路(10)及液面检测回路(30)。主制冷剂回路(10)包括对气体制冷剂进行压缩的压缩机(21)、热源侧热交换器(24)、储存液体制冷剂的储液罐(26)、利用侧热交换器(52)。液面检测回路(30)可从储液罐(26)的第1所定位置(L
文档编号F25B45/00GK1692263SQ20038010048
公开日2005年11月2日 申请日期2003年12月22日 优先权日2003年1月10日
发明者水谷 和秀, 弘宗 松冈 申请人:大金工业株式会社