JP4588728B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に、空気調和装置の機器設置後やメンテナンス時の工程において、空気調和装置から検出した運転特性から適正な冷媒充填量を判断する装置に関するものである。

空気調和装置の冷媒量判定方法については、既にさまざまな手法が提案されている。以下、適正冷媒量判定手法の公知技術について述べる。

従来の冷媒量判定方法では、室外側に設置される熱源側ユニットの熱源側熱交換器出口の過冷却度（ＳＣ）もしくは、過冷却度の変動に応じて変動する膨張弁開度などの運転状態量を検出して、これらの値を基準値と比較することにより、冷媒回路内に充填された冷媒量の適否を判定していた（例えば特許文献１参照）。

また、従来の冷媒量判定方法では、試運転時の熱源側熱交換器出口の過冷却度もしくは、冷媒量推定値（冷媒回路を主要部に分け、各部の冷媒量演算結果（単相配管は容積と密度から、二相の熱交換器は実験式から推定）から合計冷媒量を推定）データを蓄積し、試運転時のこれらの値を基準値として、これらの値の現在値と比較することにより、冷媒回路内に充填された冷媒量の適否を判定していた（例えば特許文献２参照）。

また、この他の従来の冷媒量判定手法では、空気調和装置の室内温度と室外温度と、吸入過熱度もしくは吐出過熱度と冷媒充填率の関係を予め対象機器について試験結果から求め、記憶しておく方法がある（例えば特許文献３参照）。また、予め室内温度、室外温度、吸入過熱度及び吐出過熱度と、冷媒封入率及び接続配管長比との関係式を求めておき、室内温度及び室外温度の計測値、並びに吸入過熱度及び吐出過熱度の計算値から、冷媒封入率と接続配管長比を算出し、冷媒封入率から冷媒封入量を判定する方法がある（例えば特許文献４参照）。

また、冷媒乾き度を算出して冷凍サイクル装置の制御に利用する従来の方法として、使用冷媒が非共沸混合冷媒の場合において、非共沸冷媒は２相域では同一圧力でも乾き度によってその温度が異なる特性（すなわち、２相域では圧力と温度がわかれば、乾き度を算出することができる）を利用して、乾き度を算出する方法がある（例えば特許文献５参照）。

また、従来の室内外接続用の延長配管が２本の回路構成で、室内側の冷暖房同時運転が可能な空気調和機の回路構成の例として特許文献６の例がある。

特開２００６−２３０７２号公報（要約、図１） 特開２００６−３１３０５７号公報（要約、図９） 特開平０４−００３８６６号公報（特許請求の範囲、第５図） 特開平０４−１５１４７５号公報（特許請求の範囲、第１図） 特開平０７−１２００８３号公報（要約、図１） 特開平０４−３３５９６７号公報（要約、図１）

しかしながら上記従来の過冷却度を指標とした、もしくは演算入力とした冷媒量判定手法では、冷媒回路内に充填された冷媒量が少なめで、かつ室内外接続用の延長配管が長い、もしくは、室内外設置場所の高低差が大きいなどの設置条件、または外気などの環境条件によっては、標準冷媒量でも室外側の熱源側熱交換器（凝縮器）出口の過冷却度がつかず（熱源側熱交換器出口温度＝冷媒飽和温度の二相域となるため、過冷却度＝０となる）、過冷却度を指標とした冷媒量判定方法では、冷媒が漏れても検出ができないという課題があった。

また従来の冷媒量判定手法の構成では、室内外接続配管の一方を管内に液状態の冷媒が流れる液管と想定して、冷媒量を予測しており、液管内に二相冷媒が流れる条件では、正確な冷媒量を見積もることができないという課題があった。

また、熱源側ユニットが複数台数接続されるマルチ室外ユニット構成では、複数の熱源側熱交換器間における運転状態が異なる場合がある。特に、個体差、容量差（異容量の場合）などにより、アンバランスが大きいと、過冷却度の値がそれぞれ異なり、過冷却度がつかない（＝０）ユニットが存在する場合もある。このため、過冷却度の正確な測定ができず、冷媒量の判定ができない場合があるという課題があった。

また、冷媒が非共沸冷媒ではなく、単一冷媒もしくはＲ４１０Ａなどの擬似共沸冷媒のように、２相域で飽和圧力に対応する飽和温度が一意に決まる特性の冷媒では、乾き度が過冷却度などのように簡単に算出できないという課題があった。

また、従来の室内外接続用の延長配管が２本の回路構成で、室内側の冷暖房同時運転が可能な空気調和機の回路構成では、回路構成上、熱源側熱交換器出口の過冷却度がつきにくい傾向があり、このような回路構成の空気調和機では過冷却度による冷媒量判定の適用が困難で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、過冷却がつかない設置条件や運転条件、機種においても正確な冷媒量判定ができるようにした空気調和装置を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と負荷側熱交換器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルを有した空気調和装置であって、前記熱源側熱交換器又は前記負荷側熱交換器の冷媒流路出口側における冷媒乾き度を、熱交換器の熱バランスに関する式を用いて演算する演算手段と、前記冷媒乾き度に基づいて冷媒量を判定する冷媒量判定手段とを備える。前記演算手段は、前記熱交換器の入口の冷媒のエンタルピー、前記熱交換器の出口の冷媒のエンタルピー、及び前記熱交換器の冷媒流量に基づいて求められる熱交換量（Ｑo）と、外気温又は室温と前記熱交換器の凝縮温度との差分に基づいて求められる熱交換量（Ｑo）とが、等しいとする熱交換器の熱バランスに関する式を用いて、前記冷媒乾き度を求める。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と負荷側熱交換器と過冷却熱交換器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルを有した空気調和装置であって、前記過冷却熱交換器の冷媒流路入口側における冷媒乾き度を熱交換器の熱バランスに関する式を用いて演算する演算部と、前記冷媒乾き度に基づいて冷媒量を判定する冷媒量判定手段とを備える。前記演算部は、前記過冷却熱交換器の高圧側入口の冷媒のエンタルピー、前記過冷却熱交換器の高圧側出口の冷媒のエンタルピー、及び前記過冷却熱交換器の高圧側の冷媒流量に基づいて求められる前記過冷却熱交換器の高圧側の熱交換量（ＱＨ）と、前記過冷却熱交換器の高圧側出口の冷媒のエンタルピー、前記過冷却熱交換器の低圧側出口の冷媒のエンタルピー、及び前記過冷却熱交換器の低圧側の冷媒流量に基づいて求められる前記過冷却熱交換器の低圧側の熱交換量（ＱＬ）とが、等しいとする熱交換器の熱バランスに関する式を用いて、前記冷媒乾き度を求める。

本発明においては、空気調和装置の凝縮器出口側、又は過冷却熱交換器入口の冷媒乾き度を演算し、冷媒量判定の指標とするので、過冷却がつかない設置条件や運転条件、機種においても正確な冷媒量判定ができる。

実施の形態１．
《機器構成》
本発明の実施の形態１の空気調和装置の構成を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒回路である。図１において、１は圧縮機、２は四方弁、３は熱源側熱交換器、４はアキュムレータ、１０は過冷却熱交換器であり、これらを順に接続して熱源側ユニットＡのメイン回路を構成する。負荷側ユニットＢ１、Ｂ２は、１１ａ、１１ｂの流量調整弁からなる絞り装置、５ａ、５bの負荷側熱交換器によって構成されており、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２は、第１の接続配管６と第２の接続配管７（これらは本発明の延長接続配管を構成する）、バルブ１２ａ、１２ｂにて接続されている。また、熱源側熱交換器３には空気を送風するファン８ｃが設けられており、負荷側熱交換器５ａ、５bにも同様に空気を送風するファン８ａ、８ｂが設けられている。これらのファン８ａ〜８ｃは、ＤＣモータ（図示せず）によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等から構成されており、送風量を調整することが可能になっている。また、圧縮機１は運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、たとえば、インバータにより制御されるモータによって駆動される容積式圧縮機から構成されている。なお、バルブ１２ａ、１２ｂは、ボールバルブや、開閉弁、操作弁などの開閉動作が可能な弁であればよい。

過冷却熱交換器１０の一次側流路は、熱源側熱交換器３とバルブ１２ｂとを接続する主冷媒配管（第２の冷媒配管７）の間に設けられており、二次側流路はアキュムレータ４の吸入側と、過冷却熱交換器１０とバルブ１２ｂの間を接続する副冷媒配管に設けられている。また、過冷却熱交換器１０の二次側と主冷媒配管とを接続する副冷媒配管には流量調整弁１１ｃが設けられている。

なお、上記の空気調和装置において冷媒との熱交換対象となる流体は空気であるが、これは水、冷媒、ブライン等でもよく、流体の供給装置はポンプ等でもよい。また、図１は負荷側ユニットＢ１、Ｂ２が２台の場合の構成例であるが３台以上の複数でもよく、それぞれの負荷側ユニットの容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量でもよい。また、絞り装置１１ａ、１１ｂは、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２に内蔵する構成としたが、熱源側ユニットＡ内の過冷却熱交換器１０とバルブ１２ｂとの間に設けて、熱源側ユニットＡに内蔵する構成としてもよい。

続いて、センサ類と制御部について説明する。
圧縮機１の吐出側には温度を検出する吐出温度センサ４１（高圧側熱交換器入口側冷媒温度検出部）が設置されている。熱源側熱交換器３の冷房運転時における凝縮温度を検知するため熱源側熱交換器３の熱交温度センサ４３ｃ（冷房運転時は高圧冷媒温度（凝縮温度）検出部、暖房運転時は低圧冷媒温度（蒸発温度）検出部）が設けられ、熱源側熱交換器３の冷媒出口温度を検出するため熱交出口温度センサ４４ｃ（冷房運転時の高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部）が設けられている。４４ｄは過冷却熱交換器１０の一次側流路出口に設けられた温度センサ、４４ｅは過冷却熱交換器１０の二次側流路出口に設けられた温度センサである。これらの温度センサは冷媒配管に接するかあるいは挿入するように設けられ冷媒温度を検出するようになっている。熱源側熱交換器３が設置される室外の周囲温度は、吸込空気温度センサ４０ｃ（流体温度検出部）によって検出される。

負荷側熱交換器５ａ、５ｂにはその冷房運転時の冷媒二相部の蒸発温度を検知するための熱交温度センサ４３ａ、４３ｂ（冷房運転時は低圧冷媒温度（蒸発温度）検出部、暖房運転時は高圧冷媒温度（凝縮温度）検出部）が設けられており、また、負荷側熱交換器５ａ、５ｂの出口側には熱交出口温度センサ４４ａ、４４ｂが設けられている。圧縮機１の入口側には吸入温度センサ４２が設けられている。負荷側熱交換器が設置されている室内周囲空気温度は、負荷側熱交換器の吸込空気温度センサ４０ａ、４０ｂ（流体温度検出部）によって検出される。

３１は圧縮機１の吐出側に、３２は圧縮機１の吸入側に設けられた圧力センサである。図１の符号３２と４２の位置に圧力、温度センサをそれぞれ設けることにより、アキュムレータ入口の冷媒過熱度の検出が可能となる。ここで、温度センサ４２の位置をアキュムレータ入口側としたのは、アキュムレータ入口の冷媒過熱度を制御し、液冷媒がアキュムレータ４に戻らない運転を実現するためである。なお、圧力センサ３２の位置については図示位置に限られたものではなく、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。また圧力センサ３１の圧力を飽和温度に換算することにより、冷凍サイクルの凝縮温度を求めることも可能である。

図２は実施の形態１の空気調和装置の計測制御を行う制御部及びこれに接続されるセンサ類、アクチュエータ類の接続構成を表した図である。
制御部３０は本発明の冷媒量判定手段を構成するものであり、本実施の形態では熱源側ユニットＡに内蔵されており、温度、圧力などのセンサ類の測定を行う測定部３０ａ、測定結果に基づき演算、比較、判定などの処理を行う演算部３０ｂ、演算結果に基づき、圧縮機、弁類、ファンなどを駆動する駆動部３０ｃから構成されている。また、演算部３０ｂによって得られた結果や予め定められた定数、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度、エンタルピーなど）を計算する近似式やテーブルなどを記憶する記憶部３０ｄも内蔵しており、必要に応じてこれらの記憶内容を参照、書き換えることが可能である。上記の測定部３０ａ、演算部３０ｂ及び駆動部３０ｃは例えばマイコンにより構成され、記憶部３０ｄは半導体メモリなどによって構成される。また、制御部３０には、マイコンによる処理結果をＬＥＤやモニタなどにより表示したり、警告音などを出力したり、電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの通信手段（図示せず）により遠隔地へ情報を出力する出力部３０ｆ、リモコンや基板上のスイッチ類からの操作入力、電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの通信手段（図示せず）からの通信データ情報を入力する入力部３１ｅが接続されている。
なお、上記の構成例では制御部３０を熱源側ユニットＡに内蔵する構成としたが、熱源側ユニットＡにメイン制御部を、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２に制御部の機能の一部を持つサブ制御部を設けて、メイン制御部とサブ制御部との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成や、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２に全ての機能を持つ制御部を設置する構成、或いはこれらの外部に制御部を別置する形態などとしてもよい。

《運転動作（冷房モード）》
続いて、実施の形態１の代表的な運転モードであり、後に説明する冷媒量判定モードと同じ冷媒の流れとなる冷房モードの運転動作について図１に基づき説明する。
圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を経て熱源側熱交換器３へ至り、ファン８ｃの送風作用により冷媒は凝縮液化する。このときの凝縮温度は温度センサ４３ｃにより、もしくは圧力センサ３１の圧力を飽和温度換算することにより求められる。また、凝縮器である熱源側熱交換器３の過冷却度は凝縮温度から温度センサ４４ｃの値を引くことにより求められる。凝縮液化した冷媒は、過冷却熱交換器１０にてさらに過冷却度が大きくなり、第２の接続配管７を経て流量調整弁１１ａ、１１ｂにて減圧され二相状態となる。過冷却熱交換器１０では流量調整弁１１ｃで減圧し低温低圧となった二相冷媒と主配管の冷媒が熱交換し、主冷媒配管側の液冷媒は冷却されて過冷却度が増す。流量調整弁１１ｃを経た冷媒は過冷却熱交換器１０で加熱ガス化し、アキュムレータ４の手前側に戻る。主冷媒配管の流量調整弁１１ａ、１１ｂにて減圧された二相冷媒は蒸発器である負荷側熱交換器５ａ、５ｂにてファン８ａ、８ｂの送風作用によりガス化する。このときの蒸発温度は温度センサ４３ａ、４３ｂにて測定され、熱交出口温度センサ４４ａ、４４ｂの値からそれぞれの蒸発温度を引くことにより熱交換器出口における過熱度が求められる。そしてガス冷媒は四方弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１へ戻る。なお、熱源側熱交換器３出口の過冷却度は、上記凝縮温度から熱源側熱交換器３の熱交出口温度センサ４４ｃの値を差し引くことで求められる。また、過冷却熱交換器１０の出口の過冷却度は、上記凝縮温度（過冷却熱交換器１０付近に圧力センサを追加し、飽和温度換算して凝縮温度を求めてもよい）から、過冷却熱交換器１０の熱交出口温度センサ４４ｄの温度を差し引くことで求められる。

なお、上記説明において、熱源側熱交換器３を出た冷媒は凝縮液化すると記述したが、冷媒回路に充填された冷媒量が少なめで、かつ熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２を接続する接続配管（第１の接続配管６と第２の接続配管７）が長い、もしくは、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２の設置場所の鉛直上下方向の高低差が大きいなどの設置条件、または外気温度が高い、低いなどの環境条件によっては、標準冷媒量でも室外側の熱源側熱交換器３（凝縮器）出口の過冷却度がつかず（熱源側熱交換器出口温度＝冷媒飽和温度の二相域となるため）過冷却度＝０となる可能性があった。
この場合には、冷媒が漏れて冷凍サイクル内の冷媒量が減少しても、過冷却度ではその変化を検出できず、過冷却度を指標とした冷媒量判定ができなくなる。

《乾き度演算方法》
次に、本発明の特徴である冷媒乾き度の演算方法について、図３及び図４に基づいて説明する。始めに、乾き度について、図３の乾き度説明用の冷媒ｐｈ線図（横軸がエンタルピーｈ、縦軸が圧力ｐを表す）を用いて説明する。図３において、太い実線が冷媒の気相、二相、液相の状態変化の境界線を表し、中間域が二相となる。二相域は同一圧力線上で、気体であるガスの位置を1、液の位置を０とすると、０〜１の範囲で等間隔に分割することができ、これが乾き度を表す。図３では、乾き度０〜１まで、０．１刻みの等乾き度線を点線で表している。また、液相域についてもマイナスの乾き度を定義し、二相域と同一間隔で等マイナス乾き度線を破線で表す。例えば、Ｃの位置では過冷却度＝ＳＣであるが、マイナスの乾き度で表すと、乾き度＝−０．２となる。

冷凍サイクル内の冷媒量が減ると、凝縮器出口の乾き度は増加する傾向となり、例えば図３のＡからＢへ移動することになる。この傾向は、過冷却度がついている場合に冷媒量が減少すると凝縮器内の冷媒量が減少するため、過冷却度が小さくなるのと同じである。過冷却度がつく範囲（過冷却度＞０）では、過冷却度を冷媒量判定の指標とすることが可能であり、例えば、図３のＣの位置では判定が可能となるが、Ａの位置では過冷却度＝０と計算されるため、過冷却度もしくは過冷却度に伴い変動する運転状態量（例えば流量調整弁の開度など）による冷媒量判定では、標準冷媒量状態がＡの位置、もしくは外気温度などの環境条件などによりＡの位置となった場合には冷媒量の判定が不可能となる。
一方、乾き度が検出できれば、初期状態（基準状態）が図３のＡの位置であっても、冷媒量が減少してＢの位置へ移動したということを判定することが可能となる。また、マイナスの乾き度を利用すれば、過冷却度がつくＣの位置においても冷媒量の増減を乾き度で評価することが可能となり、過冷却度がつく、つかないに関わらず、乾き度を指標とした冷媒量の判定が可能となる。例えば、図３の例で、Ｃの位置、すなわち乾き度−０．２が基準であった場合に、冷媒量が減少してＡの乾き度０．１の位置に移動したとすると、乾き度は０．１−（−０．２）＝０．３移動している。この乾き度の差異（移動量）により冷媒量減少の度合いを判定することが可能となる。

続いて、乾き度の算出方法について図４及び図１に基づいて説明する。
図４は乾き度の演算方法の概念を示すｐｈ線図である。図４において、過冷却熱交換器１０の一次側である主冷媒配管における入口（冷房モード）の乾き度をＸ、同じ位置におけるエンタルピーをE1[kJ/kg]、同出口（冷房モード）におけるエンタルピーをE2[kJ/kg]、二次側である副冷媒配管出口のエンタルピーをE3[kJ/kg]（副冷媒配管の入口におけるエンタルピーは流量調整弁１１ｃにて冷媒は断熱膨張するためE2に同じ）、熱源側熱交換器３を通る主冷媒配管の流量をGrm[kg/s]、過冷却熱交換器１０の出口にて２分岐する主冷媒配管側の冷媒流量をGrc[kg/s]、副冷媒流量側の冷媒流量をGrh[kg/s]、過冷却熱交換器１０の高圧側熱交換量（主冷媒配管側）をQH[kW]、低圧側熱交換量（副冷媒配管側）をQL[kW]とすると、QHとQLは次式にて表される。
QH = Grm・（E1−E2） ・・・（式１）
QL = Grh・（E3−E2） ・・・（式２）
QH＝QLであるため、式１、式２から、
E1 = Grh/Grm・（E3−E2）+E2 ・・・（式３）
したがって、乾き度Xは次式となる。
X = (E1−Ec0)/(Ec1−Ec0) ・・・（式４）
ここで、
Grm=f(Pd,Ps,Fz) ：(式５)圧縮機１冷媒流量[kg/s]
Grh=f(Pd,Ps,T44d,pls) ：(式６)過冷却熱交換器10二次側冷媒流量 [kg/s]
E2=f(Pd,T44d) ：(式７)過冷却熱交換器10一次側出口エンタルピー[kJ/kg]
E3=f(Ps,T44e) ：(式８)過冷却熱交換器10二次側出口エンタルピー[kJ/kg]
Ec1=f(Pd) ：(式９)圧力Pdにおける飽和ガスエンタルピー[kJ/kg]
Ec0=f(Pd) ：(式１０)圧力Pdにおける飽和液エンタルピー[kJ/kg]
なお、式５〜式１０に使用されている記号の意味は下記のとおりである。
Pd：吐出圧力センサ31の値
Ps：吸入圧力センサ32の値
Fz：圧縮機運転周波数
T44d：過冷却熱交換器一次側出口温度（44d）
T44e：過冷却熱交換器二次側出口温度（44e）
pls：流量調整弁11cの開度
また、式５のGrmは、使用する圧縮機１の性能特性を近似式化したものであり、試験室試験結果や詳細なシミュレーション結果から式を作成する。式６のGrhは、流量調整弁１１ｃの流量特性を近似式化したものであり、出入口圧力、出口液温度、弁開度から求められる。冷媒のエンタルピー（加熱ガス、飽和ガス、飽和液）は、冷媒の物性値を近似式化したもの、もしくはテーブル化したものから求める。なお、上記に説明した冷媒流量などの算出方法は一例であり、このほか、各測定値と出力値を全てテーブル化し、テーブルデータの間を線形補間するなどの方法により算出してもよい。また、式５、式７、式９、式１０において、入力項目の圧力として圧縮機吐出圧力を使用したが、過冷却熱交換器１０の前後に圧力センサを設け、この値を利用してもよい。

以上の方法により乾き度Ｘを算出することにより、過冷却熱交換器１０の一次側入口の冷媒の状態が二相（乾き度＝０〜１）であっても、液相（乾き度はマイナス値）であっても、冷媒量の増減に応じた冷媒量判定指標として乾き度Xを適用することが可能となり、従来困難であった冷媒二相域でも冷媒量の判定が可能となる。

《冷媒量判定方法》
次に、乾き度Ｘを用いた冷媒量判定の方法について図５のフローチャートに基づき説明する。なお、以下に説明する冷媒量判定方法は、機器設置初期の冷媒充填運転や、メンテナンスのために冷媒を一度排出して再度充填する際などに適用してもよい。また、冷媒量判定運転は有線または無線での外部からの操作信号を制御部３０に伝えることにより実施してもよい。

ＳＴ１では、冷媒量判定に適した運転状態となるように運転制御を行う。冷媒量判定運転は、負荷側ユニットを全て冷房モードで稼動させる冷房全数運転にて行う。運転制御は、制御部３０にて、運転時の冷凍サイクル各部の圧力、温度などの運転データを測定し、過冷却度（ＳＣ）、過熱度などの目標値からの偏差などの制御値を演算し、各アクチュエータを制御することにより行う。以下、各アクチュエータの動作について説明する。
圧縮機の運転周波数は、冷凍サイクルの蒸発圧力（吸入圧力３２の圧力を飽和温度換算した温度、もしくは負荷側ユニットの熱交温度センサ４３ａ、４３ｂなど）の出力が目標値（例えば０℃）と一致するように制御する。現在の蒸発温度が目標値より高い場合には周波数を上昇させる、目標値より低い場合には周波数を下降させるなどである。熱源側熱交換器３に空気を送風するファン８ｃの回転数は、冷凍サイクルの凝縮温度（吐出圧力センサ３１の圧力を飽和温度換算した温度、もしくは熱源側熱交換器３の熱交温度センサ４３ｃなど）が目標値（例えば４５℃）と一致するように制御する。現在の凝縮温度が目標値より高い場合にはファン回転数を大きくする、低い場合は小さくするなどである。過冷却熱交換器二次側流量を調整する流量調整弁１１ｃは、過冷却熱交換器１０の二次側出口における冷媒過熱度（熱交出口温度センサ４４ｄの温度から、吸入圧力センサ３２の圧力の飽和温度換算値を差し引いた値）が一定値（例えば5℃）となるように開度を調整する。負荷側ユニット内に設けられた流量調整弁１１ａ、１１ｂは、負荷側熱交換器５ａ、５ｂの出口の冷媒過熱度（負荷側ユニットＢ１の場合は、熱交出口温度センサ４４ａの温度から、熱交温度センサ４３ａの値を差し引いた値。Ｂ２の場合も同様の位置）が目標値（例えば５℃）となるように開度を調整する。負荷側熱交換器に空気を送風するファン８ａ、８ｂは、固定の回転数で運転する。

上記冷房全数運転を行うことにより、アキュムレータ４入口の過熱度をプラス域に保つことが可能となり、アキュムレータ４へ液冷媒が戻ることがなくなる。このため、液冷媒がアキュムレータ４内に溜まり、冷媒分布に偏りが生じて正確な冷媒量が判定できなくなるという不都合を回避することができる。また、過冷却熱交換器１０で、熱源側熱交換器出口から出た冷媒を冷却することにより、過冷却熱交換器出口の冷媒状態を確実に液にすることができると同時に、二次側の出口状態をガス状態にすることができるため、図４中のE2、E3のエンタルピーを求めることが可能となり（E2、E3が二相だとエンタルピーが求められない）、乾き度Ｘを算出することが可能となる。
なお、上記の運転制御では、凝縮温度、蒸発温度一定制御としたが、例えば、圧縮機１の運転周波数と、熱源側ユニットのファン８ｃの回転数を一定値として、凝縮温度と蒸発温度制御を行わない運転や、凝縮温度もしくは蒸発温度のいずれかひとつのみを目標値に制御する方法などでもよい。

ＳＴ２では、ＳＴ１の運転制御の安定を判別する。制御目標値である、凝縮温度、蒸発温度、負荷側熱交換器５ａ、５ｂ出口の過熱度、過冷却熱交換器１０の二次側出口過熱度が目標に対して、所定の範囲（例えば±２％など）に入っているか否かを判定する。判定の結果がＹＥＳであればＳＴ３へ、ＮｏであればＲＥＴＵＲＮへ移動し、もう一度ＳＴＡＲＴからの動作を繰り返す。なお、上記の制御目標値の安定判定に加えて、アキュムレータ４内の液冷媒を完全に蒸発させてガス状態とするために、圧縮機起動からの運転時間が所定時間以上か否かを加えてもよい。

ＳＴ３では、前述の方法により過冷却熱交換器１０の一次側である主冷媒配管における入口の乾き度Ｘを算出する。

ＳＴ４では、乾き度Ｘと基準値Ｘ０との偏差量EX（＝Ｘ−Ｘ０）を求め、EXが所定の範囲ΔX以内（EX<ΔX）であるか否かを判定する。EXが所定の範囲外の場合には冷媒量不足と判断し、ＳＴ６へと移る。ここで、ΔXの値は、予め熱源側ユニットＡの容量に応じて、検出目標冷媒漏れ量とΔXの関係を試験室試験や詳細シミュレーションで求めて設定しておく方法や、初期設置における冷媒充填時に、冷媒量を所定量（Δkg）変化させた場合の乾き度Ｘの変化量（ΔXi）との関係dXkg（＝ΔXi/Δkg）を記憶し、この関係から所望の検出目標冷媒漏れ量kgmに対応するΔXを決定する（ΔX＝dXkg・kgm）などの方法でもよい。なお、所望の検出目標冷媒漏れ量kgmやΔXは、予め制御部３０内の記憶部３０ｄに記憶していても、リモコンや基板上のスイッチ類などの入力部３０ｅからの入力や、遠隔地からの通信データに基づいて設定してもよい。

ＳＴ４での冷媒量判定結果が適性範囲内の場合には、ＳＴ５で冷媒量適性の出力を行う。出力の方法は、制御部３０の基板上に配置されたＬＥＤや液晶などの出力端末での表示出力、遠隔地への通信データ出力などが可能である。

冷媒量が適性でない場合には、冷媒量異常出力をＳＴ６にて行う。出力の方法は、ＳＴ５同様、制御部３０の基板上に配置されたＬＥＤや液晶などの出力端末での表示出力、遠隔地への通信データ出力などが可能である。また、異常の場合は緊急を要すため、電話回線などを通じて、サービスマンへ異常発生を直接出力し、報知する方法としてもよい。

上記説明のように、冷媒乾き度を用いて冷媒量判定を行うことにより、過冷却度がつかない設置条件、環境条件においても精度良く冷媒充填量の判定を行うことが可能となる。したがって、如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く空気調和装置の冷媒充填量を的確に判断することができる。

実施の形態２．
《機器構成》
実施の形態２の構成について図６を参照して説明する。
図６は実施の形態１の熱源側ユニットを２台（Ａ１、Ａ２）並列接続の構成とした場合の例であり、実施の形態１と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

熱源側ユニットＡ１とＡ２は同一の構成であり、第１の接続配管６、第２の接続配管７それぞれに対して並列接続されている。Ａ１とＡ２は、空調容量が同一容量でもよいし、異容量でもよい、また、本実施の形態では２台接続について説明するが、これ以上の複数台数接続に対しても同様の手法を適用できる。

《乾き度演算方法》
熱源側ユニットが複数台存在する場合には、冷媒量判定指標である熱源側熱交換器３出口の過冷却度や乾き度がそれぞれ異なる可能性がある。従来のように過冷却度で判定する場合には、複数台数の過冷却度を平均化した値を冷媒量判定の指標とすることが可能であったが、熱源側ユニットの容量や、設置状況、運転状況によっては冷媒分布にアンバランスが生じ、いずれかのユニットの過冷却度がつかない状態（＝０）となることがあった。この場合には、冷媒量変化に応じて過冷却度が変化しなくなり、判定不能となる可能性があった。

本実施の形態のように熱源側ユニットが複数台存在する場合には、熱源側ユニットＡ１、Ａ２のそれぞれにおける乾き度を実施の形態１に記載の方法によって計算する。Ａ１とＡ２の乾き度がそれぞれ算出された後は、複数熱源側ユニット接続における冷媒量判定指標である加重平均の乾き度Ｘｍを算出する。Ｘｍは次式にて算出される。
Xm＝（Qja・Xa＋Qjb・Xb）/（Qja＋Qjb） ・・・（式１１）
ここで、
Qja：熱源側ユニットＡ１の空調容量[kW]
Qjb：熱源側ユニットＡ２の空調容量[kW]
Xa：熱源側ユニットＡ１の過冷却熱交換器手前乾き度[-]
Xb：熱源側ユニットＡ２の過冷却熱交換器手前乾き度[-]
なお、上記の実施の形態１にて説明したように、乾き度は冷媒の状態が二相でも液相でも演算が可能であり、どちらの場合においても冷媒量の増減を判定することができ、極めて適用範囲が広い。また式１１は２台接続の場合の式であるが、これ以上の複数台数接続においても同様に加重平均することによりＸｍを求めることができる。

《冷媒量判定方法》
冷媒量判定方法は、基本的には実施の形態１と同様であり、冷房モードにて行う。熱源側ユニットが２台あるため、制御上の相違点としては、圧縮機の周波数の増減はそれぞれの圧縮機容量比に応じて変化させる点である。熱源側熱交換器３に送風するファン８ｃ、流量調整弁１１ｃの制御は熱源側ユニットが１台の場合と同一であり、それぞれの熱源ユニットに対応するセンサの出力値に基づき、個別制御を行う。

また、熱源側ユニットが複数台ある場合には、設置条件、運転条件によっては、それぞれの熱源側ユニットに対して演算される乾き度Ｘが大きくばらつく可能性がある。ばらつきが大きいと、冷凍サイクルの冷媒分布に偏りが生じ、加重平均の乾き度Ｘｍを算出しても誤差が大きくなる可能性がある。このような事態を回避するために、それぞれの熱源側ユニットにおける乾き度の値がなるべく近い値となるように熱源側ユニットＡ１、Ａ２それぞれのファン８ｃの回転数を制御することにより（例えばＡ１側の乾き度Ｘが大きく、Ａ２側の乾き度が小さい場合には、Ａ１のファン８ｃの回転数を増速して乾き度Ｘが小さくなる方向に、Ａ２のファン８ｃの回転数を減速して乾き度Ｘが大きくなる方向に制御する）、熱源側ユニット間の冷媒分布ばらつきを抑制し、加重平均乾き度Ｘｍによる冷媒量検出精度を向上させることが可能となる。上記の熱源側ユニット間の乾き度のばらつきは、例えば、全ての熱源側ユニットの乾き度Ｘを比較して、最大と最小の差が０．０５以内にする、標準偏差を一定値以内に入れるなどである。なお、上記乾き度について説明したが、過冷却度を冷媒量検知の指標として利用した場合でも同様に、各熱源ユニット間の過冷却度差を小さくすることで、冷媒量検出精度を向上させることが可能である。

その他の冷媒量判定手順は、前記加重平均の乾き度Ｘｍに基づくことが実施の形態１との相違点であるが、実施の形態１に同様である。

以上の説明のように、加重平均の乾き度を用いれば、熱源側ユニットの接続台数が複数の構成で、冷媒の状態が二相もしくは液相の両相が出現する可能性がある場合においても、正確な冷媒量判定を行うことが可能となる。

実施の形態３．
《機器構成》
実施の形態３の機器構成について図７及び図８を参照して説明する。
図７は、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２の間に中継ユニットＣを介在させて、熱源側ユニットＡと中継ユニットＣを接続する主冷媒配管が２本の回路構成で、負荷側ユニットの冷暖房同時運転が可能な空気調和機の回路構成であり、基本的な回路構成は、例えば特許文献６（特開平０４−３３５９６７号公報）と同じである。本回路構成では、接続配管が２本で、負荷側ユニットの冷暖房同時運転が可能となるため、３本管冷暖同時方式に比べて、設置工事の省力化、使用部材（配管類）の削減が可能となる。

以下、本実施の形態において、既に説明済みの実施の形態１の回路構成と差異がある熱源側ユニットＡと中継ユニットＣの構成を中心に説明する（負荷側ユニットＢ１、Ｂ２は実施の形態１と同じ構成である）。なお、実施の形態１と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、図７は負荷側ユニット２台の構成であるが、これ以上の複数接続でも同様の構成により実現が可能である。
図７において、１は圧縮機、２は四方弁、３は熱源側熱交換器、４はアキュムレータであり、これらを順に接続して熱源側ユニットＡのメイン回路を構成する。１３ａは熱源側熱交換器３と第２の接続配管７との間に設けられた逆止弁であり、熱源側熱交換器３から第２の接続配管７の方向へのみ冷媒流通を許容する。１３ｂは四方弁２と第１の接続配管６との間に設けられた逆止弁であり、第１の接続配管６から四方弁２の方向へのみ冷媒流通を許容する。１３ｃは四方弁２と第２の接続配管７との間に設けられた逆止弁であり、四方弁２から第２の接続配管７の方向へのみ冷媒流通を許容する。１３ｄは熱源側熱交換器３と第１の接続配管６との間に設けられた逆止弁であり、第１の接続配管６から熱源側熱交換器３の方向へのみ冷媒流通を許容する。

中継ユニットＣは、四方弁２へと繋がる太い第１の接続配管６、及び熱源側熱交換器３と接続され、第１の接続配管６より細い第２の接続配管７によって、熱源側ユニットＡと接続されている。また、中継ユニットＣと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２とは、負荷側熱交換器５ａ、５ｂと接続された接続配管２１ａ、２１ｂと、流量調整弁１１ａ、１１ｂに接続された接続配管２２ａ、２２ｂとによって接続される。

続いて、中継ユニットＣの内部構成について説明する。
電磁弁１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂは、接続配管２１ａ、２１ｂと、第２の接続配管７もしくは第１の接続配管６を選択的に接続するための弁であり、電磁弁１６ａ、１７ａを開、電磁弁１６ｂ、１７ｂを閉とすることで、接続配管２１ａ、２１ｂと第２の接続配管７を、これとは逆に電磁弁１６ａ、１７ａを閉、電磁弁１６ｂ、１７ｂを開とすることで、接続配管２１ａ、２１ｂと第１の接続配管６を接続することが可能となる。２０は気液分離器であり、その気相部（図示せず）は、第２の接続配管７を経て電磁弁１６ａ、１７ａに接続され、その液相部（図示せず）は第１の過冷却熱交換器１８ａに接続されている。第１の過冷却熱交換器１８ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂとの間には流量調整弁１９ａが接続されており、上記、第１の過冷却熱交換器１８ａ〜流量調整弁１９ａ〜第２の過冷却熱交換器１８ｂを結ぶ主冷媒配管側流路を、以降、第１の過冷却熱交換器１８ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂの１次側と呼ぶ。第２の過冷却熱交換器１８ｂは、さらに逆止弁１４ｂ、１５ｂを経て接続配管２２ａ、２２ｂと接続している（逆止弁１４ｂ、１５ｂはこの方向の冷媒流通のみ許容）。また、接続配管２２ａ、２２ｂは逆止弁１４ａ、１５ａを経て、流量調整弁１９ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂの中間に接続されており（逆止弁１４ａ、１５ａはこの方向の冷媒流通のみ許容）、逆止弁１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂは、接続配管２２ａ、２２ｂと中継ユニットＣ内の接続ポイントを負荷側ユニットの冷媒の流れに応じて選択的に接続可能な構成となっている。また、第１の過冷却熱交換器１８ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂの主冷媒回路を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒が流れる副冷媒配管は、第２の過冷却熱交換器１８ｂと逆止弁１４ｂ、１５ｂの間に端を発し、流量調整弁１９ｂ〜第２の過冷却熱交換器１８ｂ〜第１の過冷却熱交換器１８ａ〜第１の接続配管６へと繋がる構成となっている。上記、第２の過冷却熱交換器１８ｂ〜第１の過冷却熱交換器１８ａを結ぶ副冷媒配管側流路を、以降、第２の過冷却熱交換器１８ｂと第１の過冷却熱交換器１８ａの２次側と呼ぶ。

続いて、センサ類について説明する。
熱源側ユニットＡについては、実施の形態１とほぼ同じであり、差異は、本実施の形態では熱交出口温度センサ４４ｅがない点のみであるため、その他説明は省略する。また、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２については、実施の形態１と同一構成であるため説明を省略する。以下、中継ユニットＣのセンサ類について説明する。４６ａは気液分離器２０と第１の過冷却熱交換器１８ａの中間の主冷媒配管圧力を、４６ｂは第１の過冷却熱交換器１８ａと流量調整弁１９ａの中間の主冷媒配管圧力を検出する圧力センサである。
また、４５ａは気液分離器２０と第１の過冷却熱交換器１８ａの中間の主冷媒配管温度を、４５ｂは第１の過冷却熱交換器１８ａと流量調整弁１９ａの中間の配管温度を、４５ｃは第２の過冷却熱交換器１８ｂと流量調整弁１９ｂへと繋がる副冷媒配管接続部との中間の配管温度を、４５ｄは第１の過冷却熱交換器と第１の接続配管６とを結ぶ副冷媒配管の配管温度を検出する温度センサである。

図８は、本実施の形態の計測制御を行う制御部及びこれに接続されるセンサ類、アクチュエータ類の接続構成を表した図である。基本的な構成・機能は実施の形態１に同じであり、差異はセンサ、アクチュエータの数、アクチュエータに電磁弁が加わった点である。このため、ここでは詳細な説明を省略する。

《運転動作（冷房モード）》
上記説明のように構成された空気調和装置では、大きく分けて３つの形態の運転が可能となる。即ち、複数台の負荷側ユニットの総てで冷房運転を行う場合（冷房モード）と、複数台の負荷側ユニットの総てで暖房運転を行う場合（暖房モード）と、複数台の負荷側ユニットのうち一部は冷房運転を行い、他の一部は暖房運転を行う場合（冷暖房同時運転モード）とである。各運転時の動作は基本的には特許文献６に同じであるため、ここでは、代表的な運転モードであり、後に説明する冷媒量判定モードと同じ冷媒の流れとなる冷房モードの運転動作についてのみ図７に基づき説明する。

図７に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機１より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方弁２を通り、熱源側熱交換器３で熱交換して凝縮された後、逆止弁１３ａ、第２の接続配管７を通り、中継ユニットＣへ流入する。このときの熱源側熱交換器３における凝縮温度は温度センサ４３ｃにより、もしくは圧力センサ３１の圧力を飽和温度換算することにより求められる。中継機Ｃへ流入した冷媒は気液分離器２０、第１の過冷却熱交換器１８ａ、流量調整弁１９ａ、第２の過冷却熱交換器１８ｂを経て、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２へと流入する（逆止弁１４ａ、１５ａは逆向きとなるため閉止となり、順方向の逆止弁１４ｂと１５ｂ側を流れる）。ここで流量調整弁１９ａは全開開度であり、ほとんど圧損がない状態である。冷媒の流れは第２の過冷却熱交換器１８ｂを出たあと、負荷側ユニットＢ１、Ｂ２への主回路の流れと、流量調整弁１９ｂを経て副冷媒流路を流れる流れに２分岐される。負荷側ユニットＢ１、Ｂ２では、流量調整弁１１ａ、１１ｂにて減圧された二相冷媒が蒸発器である負荷側熱交換器５ａ、５ｂにてファン８ａ、８ｂの送風作用により蒸発しガス化する。このときの蒸発温度は温度センサ４３ａ、４３ｂにて測定され、熱交出口温度センサ４４ａ、４４ｂの値からそれぞれの蒸発温度を引くことにより熱交換器出口における過熱度が求められる。負荷側ユニットＢ１、Ｂ２を出たガス冷媒は再び中継ユニットＣへ流入する。冷房時、中継ユニットＣでは電磁弁１６ａ、１７ａが閉、電磁弁１６ｂ、１７ｂが開の状態となるため、ガス冷媒は電磁弁１６ｂ、１７ｂを経て第１の接続配管６を通り、四方弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸引される。

一方、副冷媒流路を流れる冷媒は、流量調整弁１９ｂにて減圧され、低温低圧の二相状態となって、第２の過冷却熱交換器１８ｂ、第１の過冷却熱交換器１８ａを経て第１の接続配管へ戻る。このとき、冷媒は過冷却熱交換器１８ａ、１８ｂにて主回路側の高温高圧冷媒と熱交換を行い、副冷媒流路側の冷媒は二相状態から蒸発してガス冷媒となり、主冷媒流路側の冷媒は冷却されて、過冷却度を増し液冷媒状態で負荷側ユニットへ流れる。ここで、第１の過冷却熱交換器１８ａ入口における過冷却度は、圧力センサ４６ａの圧力値を飽和温度換算した値から温度センサ４５ａの温度を差し引くことで求められる。

本実施の形態の回路構成では、接続配管（第１の接続配管６と第２の接続配管７）が長い、もしくは、熱源側ユニットＡと負荷側ユニットＢ１、Ｂ２の設置場所の鉛直上下方向の高低差が大きいなどの設置条件、または外気温度が高い、低いなどの環境条件によっては、標準冷媒量でも室外側の熱源側熱交換器３（凝縮器）出口の過冷却度がつかず（熱源側熱交換器出口温度＝冷媒飽和温度の二相域となるため）過冷却度＝０となる可能性があった。この傾向は、実施の形態１の回路よりも回路構成上、第２の接続配管を実施の形態１の回路よりも太くする必要がある本実施の形態の方が強く（本実施の形態の回路では暖房時に第２の接続配管に液冷媒よりも密度の小さい高温高圧のガスを流すため、冷暖いずれの場合も第２の接続配管に液冷媒が流れる実施の形態１の回路の場合よりも接続配管を太くして圧損を減らす必要があるため）、この場合には、冷媒が漏れて冷凍サイクル内の冷媒量が減少しても、過冷却度がゼロに固定されたままとなりその変化を検出できず、過冷却度を指標とした冷媒量判定ができなくなる。

《乾き度演算方法》
続いて、本実施の形態の冷媒回路における乾き度の算出方法について図４と図７に基づいて説明する。乾き度算出方法は実施の形態１とほとんど同じであるが、回路構成が変わり、図４と冷媒回路との関係が異なるため、本実施の形態における算出法を改めて説明する。
図４において、図７における第１の過冷却熱交換器１８ａの一次側である主冷媒流路における入口（気液分離器２０の出口側）の乾き度をＸ、同じく入口におけるエンタルピーをE1[kJ/kg]、第２の過冷却熱交換器１８ｂの出口におけるエンタルピーをE2[kJ/kg]、二次側（副冷媒配管側）の第１の過冷却熱交換器１８ａ出口のエンタルピーをE3[kJ/kg]（副冷媒配管の入口すなわち流量調整弁１９ｂにおけるエンタルピーは流量調整弁１９ｂにて冷媒が断熱膨張するためE2に同じ）、熱源側熱交換器３を通る主冷媒配管の流量をGrm[kg/s]、第２の過冷却熱交換器１８ｂの出口にて２分岐する主冷媒流路側の冷媒流量をGrc[kg/s]、副冷媒流路側の冷媒流量をGrh[kg/s]、第１の過冷却熱交換器１８ａと第２の過冷却熱交換器１８ｂの合計の高圧側熱交換量（主冷媒流路側）をQH[kW]、同低圧側熱交換量（副冷媒流路側）をQL[kW]とすると、QHとQLは次式にて表される。
QH = Grm・（E1−E2） ・・・（式１２）
QL = Grh・（E3−E2） ・・・（式１３）
QH＝QLであるため、式１２、式１３から、
E1 = Grh/Grm・（E3−E2）+E2 ・・・（式１４）
したがって、乾き度Ｘは次式となる。
X = (E1−Ec0)/(Ec1−Ec0) ・・・（式１５）
ここで、
Grm=f(Pd,Ps,Fz) ・・・(式１６)圧縮機１冷媒流量[kg/s]
Grh=f(P2,Ps,T45c,pls)・・・(式１７)過冷却熱交換器18a、18b二次側冷媒流量[kg/s]
E2=f(P2,T45c)・・・(式１８)第２の過冷却熱交換器18b一次側出口エンタルピー[k
J/kg]
E3=f(Ps,T45d)・・・(式１９)第１の過冷却熱交換器18a二次側出口エンタルピー[k
J/kg]
Ec1=f(P2) ・・・(式２０)圧力Pdにおける飽和ガスエンタルピー[kJ/kg]
Ec0=f(P2) ・・・(式２１)圧力Pdにおける飽和液エンタルピー[kJ/kg]
なお、式１６〜式２１に使用されている記号の意味は下記のとおりである。
Pd：吐出圧力センサ３１の値
Ps：吸入圧力センサ３２の値
P2：圧力センサ４６ｂの値
Fz：圧縮機運転周波数
T45c：第２の過冷却熱交換器一次側出口温度（４５ｃ）
T45d：第１の過冷却熱交換器二次側出口温度（４５ｄ）
pls：流量調整弁１９ｂの開度
また、式１６のGrmは、使用する圧縮機の性能特性を近似式化したものであり、試験室試験結果や詳細なシミュレーション結果から式を作成する。式１７のGrhは、流量調整弁１９ｂの流量特性を近似式化したものであり、出入口圧力、出口液温度、弁開度から求められる。冷媒のエンタルピー（加熱ガス、飽和ガス、飽和液）は、冷媒の物性値を近似式化したもの、もしくはテーブル化したものから求める。なお、上記に説明した冷媒流量などの算出方法は一例であり、このほか、各測定値と出力値を全てテーブル化し、テーブルデータの間を線形補間するなどの方法により算出してもよい。

以上の方法により乾き度Ｘを算出することにより、熱源側熱交換器３の出口で過冷却度がつかず二相状態となり、過冷却度による冷媒量判定ができない場合でも、中継ユニット内に設けた過冷却熱交換器における熱バランス式から（第１の）過冷却熱交換器入口の乾き度を求め、これを冷媒量判定の指標として用いることができる。また、本手法によれば、過冷却熱交換器入口の冷媒の状態が二相（乾き度＝０〜１）であっても、液相（乾き度はマイナス値）であっても、冷媒量の増減に応じた冷媒量判定指標として適用することが可能となり、従来困難であった冷媒二相域でも冷媒量判定が可能となる。

《冷媒量判定方法》
冷媒量判定方法は、基本的には実施の形態１に同様である。本実施の形態では、過冷却熱交換器が第１と第２の二つあるが、中間にある流量調整弁１９ｃを全開にすれば、ひとつの過冷却熱交換器とみなすことができる。実施の形態１との差異は、過冷却熱交換器が熱源側ユニット内に設けられているか、中継ユニット側に設けられているのかの違いであり、その他の回路構成、動作は冷房モードであれば基本的に同様であり、詳細な説明を省略する。

以上の説明のように、冷媒乾き度を冷媒量判定の指標に用いれば、熱源側ユニットＡと中継ユニットＣを接続する主冷媒配管が２本の回路構成で負荷側ユニットの冷暖房同時運転が可能な空気調和機の回路構成においても、正確な冷媒量判定を行うことが可能となる。

また、本実施の形態では熱源側ユニットＡが１台の構成で説明したが、熱源側ユニットを複数設置して合流させて、第１の接続配管、第２の接続配管を経て１台の中継ユニットに接続する熱源機側マルチ構成においても、本実施の形態にて説明の内容と同様に合流後の中継ユニットＣ内に設けられた過冷却熱交換器手前の乾き度を冷媒量判定の指標に用いることにより、正確な冷媒量判定を行うことが可能となる。

実施の形態４．
《機器構成》
続いて、実施の形態４について図９を参照して説明する。
図９は実施の形態１の熱源側ユニットから、過冷却熱交換器１０及びこれに付随する流量調整弁、配管、センサを除去した回路構成であり、その他部位の構成は実施の形態１にほぼ同じである。本実施の形態では熱源側熱交換器３の入口側（冷房時）に熱交入口温度センサ１７を追加している。その他、実施の形態１と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。なお、１１ａ、１１ｂの絞り装置は、負荷側ユニットに内蔵する構成としたが、熱源側ユニットＡ内の熱源側熱交換器３とバルブ１２ｂとの間に設けて、熱源側ユニットＡに内蔵する構成としてもよい。

《乾き度演算方法及び冷媒量判定方法》
本実施の形態における冷媒乾き度演算方法について図１０の冷媒ｐｈ線図（横軸がエンタルピーｈ、縦軸が圧力ｐを表す）を用いて説明する。
本実施の形態の回路構成では、過冷却熱交換器が存在しないため、実施の形態１〜３で説明した乾き度演算方法ではなく、熱源側熱交換器（凝縮器）の熱交換量バランス式から乾き度を算出する。

[ 冷房モード ]
本実施の形態の回路構成では過冷却熱交換器が存在しない点が異なるが、その他の回路構成・動作は実施の形態１に説明の冷房モードと基本的に同様であり、詳細な説明を省略する。以下に乾き度演算方法について説明する。

図１０において熱源側熱交換器３出口の乾き度をＸ、熱源側熱交換器３の入口（冷房モード）におけるエンタルピーをEo1[kJ/kg]、出口（冷房モード）におけるエンタルピーをEo2[kJ/kg]、熱源側熱交換器３を流れる主冷媒配管の流量をGrm[kg/s]、熱源側熱交換器３の空気への放熱量をQo[kW]とするとQoは次式にて表される。
Qo = Grm・（Eo1−Eo2） ・・・（式２２）
Qo = A・K・（Tao−Tc） ・・・（式２３）
上記２式から、
Eo2 = Eo1 − A・K・（Tao−Tc）/Grm ・・・（式２４）
したがって、乾き度Ｘは次式となる。
X = (Eo2−Ec0)/(Ec1−Ec0) ・・・（式２５）
ここで、
Grm=f(Pd,Ps,Fz) ：(式２６)圧縮機１冷媒流量[kg/s]
Eo1=f(Pd,T47) ：(式２７)熱源側熱交換器入口エンタルピー[kJ/kg]
Ec1=f(Pd) ：(式２８)圧力Pdにおける飽和ガスエンタルピー[kJ/kg]
Ec0=f(Pd) ：(式２９)圧力Pdにおける飽和液エンタルピー[kJ/kg]
なお、式２２〜式２９に使用されている記号の意味は下記のとおりである。
Pd：吐出圧力センサ３１の値
Ps：吸入圧力センサ３２の値
Fz：圧縮機運転周波数
T47：熱源側熱交換器入口温度（４７）
Tao：外気温度（４０ｃ）
Tc：凝縮温度（T43cもしくはPdの飽和温度換算値）
A：熱源側熱交換器表面積
K：熱源側熱交換器熱通過率（冷媒〜空気間）
式２６のGrmは、使用する圧縮機の性能特性を近似式化したものであり、試験室試験結果や詳細なシミュレーション結果から式を作成する。冷媒のエンタルピー（加熱ガス、飽和ガス、飽和液）は、冷媒の物性値を近似式化したもの、もしくはテーブル化したものから求める。なお、上記に説明した冷媒流量などの算出方法は一例であり、このほか、各測定値と出力値を全てテーブル化し、テーブルデータの間を線形補間するなどの方法により算出してもよい。

以上の方法により熱源側熱交換器３出口における乾き度Ｘを算出することにより、熱源側熱交換器３出口における冷媒の状態が二相（乾き度＝０〜１）であっても、液相（乾き度はマイナス値）であっても、冷媒量の増減に応じた冷媒量判定指標として適用することが可能となり、従来困難であった冷媒二相域でも冷媒量の判定が可能となる。

また、本実施の形態では熱源側ユニットＡが１台の場合について説明したが、熱源側ユニットを複数台数接続した場合でも、実施の形態２にて説明の内容と同様に加重平均の乾き度を算出することにより、熱源側ユニットの複数台数接続にも対応することが可能となる。

[暖房モード]
本実施の形態の回路構成によれば、凝縮器出口（冷房モードでは熱源側熱交換器出口）の乾き度を算出して冷媒量判定指標とするため、凝縮器と蒸発器が入れ替わる暖房モードにおいても同様に凝縮器出口の乾き度から冷媒量判定を行うことが可能となる。以下にその方法について説明する。

暖房モードでは四方弁２を反転し、冷房モードとは冷媒の流れを反転させる。冷媒の流れは、圧縮機１⇒負荷側熱交換器５ａ、５ｂ⇒流量調整弁１１ａ、１１ｂ⇒熱源側熱交換器３⇒アキュムレータ４⇒圧縮機１の順番となり、暖房回路の冷凍サイクルを形成する。暖房モードでは前述のように凝縮器が負荷側熱交換器５ａ、５ｂとなる。

暖房モードの乾き度Ｘ算出方法は、冷媒流量の計算方法以外は冷房モードの説明とほぼ同様であり、差異は対象とする熱交換器が負荷側熱交換器に置き換わった点である。以下、図１０に基づいて暖房モードの場合の乾き度Xを算出する方法を説明する。図１０において負荷側熱交換器５ａ出口における乾き度をＸ、負荷側熱交換器５ａの入口（暖房モード）におけるエンタルピーをEo1[kJ/kg]、同じく出口（暖房モード）におけるエンタルピーをEo2[kJ/kg]、負荷側熱交換器５ａを流れる冷媒配管の流量をGrm[kg/s]、負荷側熱交換器５ａの空気への放熱量をQo[kW]とすればQoは次式にて表される。
Qo = Grm・（Eo1−Eo2） ・・・（式３０）
Qo = A・K・（Tai−Tc） ・・・（式３１）
上記２式から、
Eo2 = Eo1 − A・K・（Tai−Tc）/Grm ・・・（式３２）
したがって、乾き度Xは次式となる。
X = (Eo2−Ec0)/(Ec1−Ec0) ・・・（式３３）
ここで、
Grm=f(Pd,Ps,T43a,pls)・・・(式３４)負荷側熱交換器５ａ冷媒流量 [kg/s]
Eo1=f(Pd,T44a)・・・（式３５)負荷側熱交換器入口エンタルピー[kJ/kg]
Ec1=f(Pd) ・・・(式３６)圧力Pdにおける飽和ガスエンタルピー[kJ/kg]
Ec0=f(Pd) ・・・(式３７)圧力Pdにおける飽和液エンタルピー[kJ/kg]
なお、式３０〜式３７に使用されている記号の意味は下記のとおりである。
Pd：吐出圧力センサ３１の値
Ps：吸入圧力センサ３２の値
T43a：負荷側熱交換器温度（４３ａ。T43aの代わりに、負荷側熱交換器５ａと流量調整弁１１ａの間に温度センサを設けこの温度を用いてもよい）
T44a：負荷側熱交換器入口（暖房基準）温度（４４ａ）
Tai：室内温度（４０ａ）
Tc：凝縮温度（T43aもしくはPdの飽和温度換算値）
A：負荷側熱交換器表面積
K：負荷側熱交換器熱通過率（冷媒〜空気間）
ここで、式３４のGrmは、流量調整弁１１ａの流量特性を近似式化したものである。上記説明は負荷側熱交換器５ａについてであるが、負荷側熱交換器５ｂについても同様に乾き度Ｘを算出することができる。

以上の方法により負荷側熱交換器５ａ、５ｂの出口における乾き度Ｘを算出することが可能となる。これらの値から実施の形態２にて説明の方法と同様に加重平均の乾き度Xmを求めることにより、暖房モードにおいても乾き度Xを用いた冷媒量判定が可能となる。

また、上記暖房モードの例では負荷側ユニットが２台（Ｂ１、Ｂ２）の場合について説明したが、負荷側ユニットを複数台数接続した場合でも、同様に加重平均の乾き度Ｘｍを求めることで、冷媒量を判定することが可能となる。

また、負荷側ユニットが複数台ある場合には、実施の形態２の冷房モードにて説明した内容と同様に、暖房モードにおいても各負荷側ユニットの負荷側熱交換器出口における乾き度の値が、それぞれなるべく近い値となるように負荷側ユニットのファン８ａ、８ｂを制御することで、設置条件、運転条件による乾き度Ｘのばらつきを抑制することが可能となる。これにより、負荷側ユニット間の冷媒分布ばらつきを抑制し、加重平均乾き度Ｘｍによる冷媒量検出精度を向上させることが可能となる。なお、上記乾き度について説明したが、負荷側熱交換器の過冷却度を冷媒量検知の指標として利用した場合にも同様に、各負荷側ユニット間の過冷却度差を小さくすることで、冷媒量検出精度を向上させることが可能である。

上記説明のように、冷媒乾き度を用いて冷媒量判定を行うことにより、熱源側熱交換器もしくは負荷側熱交換器の出口（凝縮器出口）で過冷却度がつかない設置条件、環境条件においても、また冷房モード、暖房モードのいずれの運転モードにて精度良く冷媒充填量の判定を行うことが可能となる。

なお、上記の実施の形態１〜４の説明においては、冷媒量判定指標として乾き度を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、過冷却度がつく場合は過冷却度による判定、過冷却度がつかない領域では乾き度による判定というように過冷却度と乾き度を組み合わせて判定を行う方法としてもよい。また、乾き度に変わるその他の冷媒二相域の状態量として、例えばボイド率や、液相部の代表流速などの指標を用いてもよい。

本発明の実施の形態１の空気調和装置の冷媒回路図。 本発明の実施の形態１の制御部周辺構成の図。 本発明の実施の形態１における乾き度説明用のｐｈ線図。 本発明の実施の形態１の乾き度演算方法の概念を示すｐｈ線図。 本発明の実施の形態１の冷媒量判定工程のフローチャートを表す図。 本発明の実施の形態２の空気調和装置（室外マルチ）の冷媒回路図。 本発明の実施の形態３の空気調和装置（２管式冷暖同時マルチ）の冷媒回路図。 本発明の実施の形態３の制御部周辺構成の図。 本発明の実施の形態４の空気調和装置の冷媒回路図。 本発明の実施の形態４の乾き度演算方法の概念を示すｐｈ線図。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 熱源側熱交換器、４ アキュムレータ、５ａ，５ｂ 負荷側熱交換器、６ 第１の接続配管、７ 第２の接続配管、８ａ，８ｂ，８ｃ ファン、１０ 過冷却熱交換器、１１ａ，１１ｂ 流量調整弁、１２ａ，１２ｂ バルブ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 逆止弁、１４ａ，１４ｂ 逆止弁、１５ａ，１５ｂ 逆止弁、１６ａ，１６ｂ 電磁弁、１７ａ，１７ｂ 電磁弁、１８ａ 第１の過冷却熱交換器、１８ｂ 第２の過冷却熱交換器、１９ａ，１９ｂ 流量調整弁、２０ 気液分離器、２１ａ，２１ｂ 接続配管、２２ａ，２２ｂ 接続配管、３０ 制御部、３１ 吐出圧センサ、３２ 吸入圧センサ、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ 空気温度センサ、４１ 吐出温度センサ、４２ 吸入温度センサ、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 熱交温度センサ、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 熱交出口温度センサ、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ 配管温度センサ、４６ａ，４６ｂ 圧力センサ、４７ 熱交入口温度センサ、Ａ 熱源側ユニット、Ｂ１，Ｂ２ 負荷側ユニット、Ｃ 中継ユニット。

Claims (16)

1. 圧縮機と熱源側熱交換器と負荷側熱交換器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルを有した空気調和装置であって、
   前記熱源側熱交換器又は前記負荷側熱交換器の冷媒流路出口側における冷媒乾き度を、熱交換器の熱バランスに関する式を用いて演算する演算手段と、
   前記冷媒乾き度に基づいて冷媒量を判定する冷媒量判定手段と
   を備え、
   前記演算手段は、
   前記熱交換器の入口の冷媒のエンタルピー、前記熱交換器の出口の冷媒のエンタルピー、及び前記熱交換器の冷媒流量に基づいて求められる熱交換量（Ｑo）と、外気温又は室温と前記熱交換器の凝縮温度との差分に基づいて求められる熱交換量（Ｑo）とが、等しいとする熱交換器の熱バランスに関する式を用いて、前記冷媒乾き度を求める
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 圧縮機と熱源側熱交換器と負荷側熱交換器と過冷却熱交換器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルを有した空気調和装置であって、
   前記過冷却熱交換器の冷媒流路入口側における冷媒乾き度を熱交換器の熱バランスに関する式を用いて求める演算部と、
   前記冷媒乾き度に基づいて冷媒量を判定する冷媒量判定手段と
   を備え、
   前記演算部は、
   前記過冷却熱交換器の高圧側入口の冷媒のエンタルピー、前記過冷却熱交換器の高圧側出口の冷媒のエンタルピー、及び前記過冷却熱交換器の高圧側の冷媒流量に基づいて求められる前記過冷却熱交換器の高圧側の熱交換量（ＱＨ）と、前記過冷却熱交換器の高圧側出口の冷媒のエンタルピー、前記過冷却熱交換器の低圧側出口の冷媒のエンタルピー、及び前記過冷却熱交換器の低圧側の冷媒流量に基づいて求められる前記過冷却熱交換器の低圧側の熱交換量（ＱＬ）とが、等しいとする熱交換器の熱バランスに関する式を用いて、前記冷媒乾き度を求める
   ことを特徴とする空気調和装置。
3. 前記冷媒乾き度は、過冷却域に対しては負の乾き度を定義することを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。
4. 前記演算手段は、少なくとも冷媒圧力、温度、圧縮機運転周波数の情報を用いて、前記冷媒乾き度を演算することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和装置。
5. 圧縮機循環流量特性、弁流量特性及び冷媒エンタルピーを記憶する記憶部を備え、
   前記記憶部は圧縮機循環流量特性、弁流量特性及び冷媒エンタルピーを近似式又はデータテーブルとして記憶することを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記冷媒量判定手段は、
   前記熱源側熱交換器又は前記負荷側熱交換器の過冷却度がプラス域の場合には過冷却度により冷媒量判定し、過冷却度がゼロのときは前記冷媒乾き度により冷媒量判定をすることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の空気調和装置。
7. 前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器をそれぞれ有する複数の熱源側ユニットを備え、
   前記冷媒量判定手段は、各熱源側熱交換器の冷媒流路出口側における前記冷媒乾き度の加重平均に基づいて冷媒量を判定することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
8. 前記各熱源側熱交換器の冷媒流路出口側における各冷媒乾き度どうしの値が所定の範囲内の近い値となるように運転制御を行う制御手段を
   備えたことを特徴とする請求項７記載の空気調和装置。
9. 前記負荷側熱交換器をそれぞれ有する複数の負荷側ユニットを備え、
   前記冷媒量判定手段は、前記各負荷側熱交換器の冷媒流路出口側における各冷媒乾き度の加重平均に基づいて冷媒量を判定することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
10. 前記各負荷側熱交換器の冷媒流路出口側における各冷媒乾き度どうしの値が所定の範囲内の近い値となるように運転制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の空気調和装置。
11. 前記過冷却熱交換器は、複数の過冷却熱交換器からなり、
    前記冷媒量判定手段は、前記各過冷却熱交換器の冷媒流路入口側における各冷媒乾き度の加重平均に基づいて冷媒量を判定することを特徴とする請求項２記載の空気調和装置。
12. 前記各過冷却熱交換器の冷媒流路入口側における各運転状態量予測演算値どうしの値が所定範囲内の近い値となるように運転制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項１１記載の空気調和装置。
13. 前記過冷却熱交換器を、前記圧縮機と前記熱源側熱交換器とを有する熱源側ユニット内に設けることを特徴とする請求項２、１１又は１２記載の空気調和装置。
14. 前記過冷却熱交換器を、前記圧縮機と前記熱源側熱交換器とを有する熱源側ユニットと、前記負荷側熱交換器を有する負荷側ユニットとの間に設けられた延長接続配管の途中に設けることを特徴とする請求項２、１１又は１２記載の空気調和装置。
15. 前記冷媒量判定手段は、前記冷媒乾き度を、基準状態と比較することにより冷媒量を判定することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の空気調和装置。
16. 前記冷媒量判定手段は、前記冷媒乾き度の加重平均を、基準状態と比較することにより冷媒量を判定することを特徴とする請求項７〜１２の何れか一項に記載の空気調和装置。

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