(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の吐出経路に温度センサ、圧力センサを設け、吸入経路に温度センサ、圧力センサを設けた冷媒回路において、
吐出経路の検知圧力および検知温度、吸入経路の検知圧力および検知温度に基づいて実際の運転効率を算出し、
実際の運転効率が最低運転効率よりも所定値未満であるか否かを判定し、
実際の運転効率が所定値未満であると判定した場合に圧縮機の異常を検知する制御部を有することを特徴とする冷媒回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の異常検知機能を備えた冷媒回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷媒回路において、冷媒の吐出温度の異常低下を検知する構成が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来の冷媒回路は、吸入温度、吐出圧力および吸入圧力の検出値に基づき理論断熱圧縮吐出温度を算出し、この理論断熱圧縮吐出温度から所定値を減じた値を比較用吐出温度として、吐出温度の検出値と比較して異常低下を検知するようになされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の冷媒回路の場合、各検出値に基づき算出される理論断熱圧縮吐出温度は、断熱圧縮を前提としているが、実際の検出吐出温度は、軸受け摩擦等の圧縮機の機械的な運転損失によって発生する熱の影響も受けるため、理論断熱圧縮吐出温度よりも高温になる。このように、実際の検出吐出温度が理論断熱圧縮吐出温度よりも高温になったとしても、上記従来の冷媒回路は、実際の検出吐出温度の異常低下の検出が課題であるため、実際の検出吐出温度よりも低温の理論断熱圧縮吐出温度からさらに所定値を減じた比較用吐出温度を基準値としても、実際の検出吐出温度の異常低下の検出には何ら不都合は生じない。
【０００６】
しかし、圧縮機の軸受けの異常摩擦や、隙間不良による異常接触などで圧縮機に異常な機械的損失を生じた場合は、機械的な運転損失によって発生する熱の影響がさらに増えるため、圧縮機異常時の検出吐出温度は、理論断熱圧縮吐出温度よりもさらに高温となる。
【０００７】
したがって、実際の検出吐出温度は、通常運転時も圧縮機異常時でも、断熱圧縮を前提とする理論断熱圧縮吐出温度よりも高温であるため、実際の検出吐出温度と、断熱圧縮を前提とする理論断熱圧縮吐出温度とを比較しただけでは、圧縮機の異常による検出吐出温度の異常上昇を検出することは非常に困難であった。
【０００８】
本発明は係る実情に鑑みてなされたものであって、実際の吐出温度の異常上昇を検知するにあたり、断熱圧縮を前提とする理論値に圧縮機の運転効率を加味して圧縮機の異常検知を可能にする構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の冷媒回路は、圧縮機の吐出経路に温度センサ、圧力センサを設け、吸入経路に温度センサ、圧力センサを設けた冷媒回路において、吐出経路の検知圧力および検知温度、吸入経路の検知圧力および検知温度に基づいて実際の運転効率を算出し、実際の運転効率が最低運転効率よりも所定値未満であるか否かを判定し、実際の運転効率が所定値未満であると判定した場合に圧縮機の異常を検知する制御部を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、本発明によると、圧縮機の運転効率を加味した吐出温度の異常上昇の検知により圧縮機の機械的な不具合（圧縮機ロック、軸受け異常など）を早期に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る冷媒回路の暖房時の冷媒の流れを示す回路図である。
【図２】本発明に係る冷媒回路の冷房時の冷媒の流れを示す回路図である。
【図３】本発明に係る冷媒回路の圧縮機部分の要部構成の概略を示す回路図である。
【図４】本発明に係る冷媒回路において通常運転時と異常時とにおける圧縮機の吐出温度の違いを説明するモリエル線図である。
【図５】本発明に係る冷媒回路の制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は冷媒回路１の暖房運転時の冷媒の流れを示し、図２は冷媒回路１の冷房運転時の冷媒の流れを示している。
【００１５】
この冷媒回路１は、圧縮機１ａ，１ｂの吐出経路１１ａ，１１ｂに温度センサＳ１，Ｓ２を設け、共通の吐出経路１１に圧力センサＳ３を設け、吸入経路１２に温度センサＳ４、圧力センサＳ５を設け、圧力センサＳ３によって検知される吐出経路１１の検知圧力ＰＨ、圧力センサＳ５によって検知される吸入経路の検知圧力ＰＬ、温度センサＳ１２によって検知される吸入経路の検知温度ＴＳ４に基づいて理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔ，ＴＤ２ｔを算出し、吐出経路１１ａ，１１ｂの検知冷媒吐出温度ＴＤ１，ＴＤ２が理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔ，ＴＤ２ｔよりも所定値以上の高温冷媒吐出温度ＴＤ１ｒ，ＴＤ２ｒであるか否かを判定し、所定値以上の高温冷媒吐出温度ＴＤ１ｒ，ＴＤ２ｒであると判定した場合に圧縮機１ａ，１ｂが異常であることを検知するように構成されている。
【００１６】
温度センサＳ１，Ｓ２は、各圧縮機１ａ、１ｂの吐出口から共通の吐出経路１１に到る吐出経路１１ａ、１１ｂ上であれば、何処に設けてもよい。圧縮機１ａ，１ｂが一台しか動いていない場合には、共通の吐出経路１１に設けた温度センサＳ１１によって測定される検知冷媒吐出温度ＴＤを、運転中の圧縮機１ａ，１ｂの吐出経路１１ａ、１１ｂに設けられた温度センサＳ１またはＳ２の検知冷媒吐出温度ＴＤ１，ＴＤ２としてもよい。
【００１７】
圧力センサＳ３は、圧縮機１ａ，１ｂの吐出口から四方弁６に到る吐出経路１１ａ、１１ｂまたは１１上であれば、何処に設けてもよい。図１および図２では、吐出経路１１ａと１１ｂの合流点からオイルセパレータ２へ至るまでの共通の吐出経路１１で測定している。この場合、オイルセパレータ２での圧力損失の影響を受けず、測定位置としては好ましい。
【００１８】
温度センサＳ１２は、アキュームレータ３の下流で圧縮機１ａ、１ｂの吸入口への分岐前であれば、吸入経路１２の何処に設けてもよい。図１および図２では、吸入経路１２に設けられたアキュームレータ３の下流のオイルセパレータ２からのオイル戻しライン１８の合流点よりも下流で圧縮機１ａ、１ｂの吸入口への分岐前に設けられている。この場合、圧縮機１ａ、１ｂの吸入直前の冷媒温度を測定できるので、理論断熱圧縮温度ＴＤ１ｔ,ＴＤｔ２の算出精度が高まり、測定位置としては好ましい。
【００１９】
圧力センサＳ５は、四方弁６から圧縮機１ａ、１ｂの吸入口に到る吸入経路１２の何処に設けてもよい。図１および図２では、吸入経路１２に設けられたアキュームレータ３よりも上流側に設けられている。この場合、アキュームレータ３での圧力損失の影響を受けず、測定位置としては好ましい。
【００２０】
この冷媒回路１は、冷房運転時は圧縮機１ａ，１ｂの吐出ライン１１を室外熱交換器４ａ，４ｂに接続するとともに圧縮機１ａ，１ｂの吸入ライン１２を室内熱交換器５に接続し、暖房運転時は圧縮機１ａ，１ｂの吐出ライン１１を室内熱交換器５に接続するとともに圧縮機１ａ，１ｂの吸入ライン１２を室外熱交換器４ａ，４ｂに接続する四方弁６を設け、圧縮機１ａ，１ｂを駆動するエンジン（図示省略）を設け、室外熱交換器４ａ，４ｂと室内熱交換器５を接続する液管ライン１３にレシーバ７を設け、暖房運転時におけるレシーバ７の下流に室外熱交換器４ａ，４ｂと並列にエンジン冷却水によるサブエバポレータ８を設け、サブエバポレータ８の下流ライン１４を四方弁６から圧縮機吸入口に至る吸入ライン１２に接続し、室外熱交換器４ａ，４ｂとレシーバ７の接続ライン１５に第１室外電動膨張弁ＥＶ１を設け、サブエバポレータ８とレシーバ７の接続ライン１６に第２室外電動膨張弁ＥＶ２を設け、サブエバポレータ８の下流ライン１４と四方弁６から圧縮機吸入口に至る吸入ライン１２の接続部下流の冷媒過熱度に基づいて第１室外電動膨張弁ＥＶ１の開度を制御するようになされている。
【００２１】
まず、この冷媒回路１の暖房時および冷房時における冷媒およびオイルの流れについて説明する。
【００２２】
冷媒回路１において、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮した冷媒は、当該圧縮機１ａ、１ｂからの吐出ライン１１を介してオイルセパレータ２に導入され、冷媒とオイルに分離される。      
【００２３】
このうち、図１に示すように、暖房運転の場合、冷媒は、四方弁６を介して室内熱交換器５で放熱して凝縮液化した後、ブリッジ回路９を経てレシーバ７に貯留される。この液冷媒は、再度ブリッジ回路９を経て電動膨張弁ＥＶ１の開度調整により、室外熱交換器４ａ，４ｂで蒸発気化した後、アキュームレータ３に入る。この際、冷媒は、圧縮機１ａ，１ｂへの吸入ライン１２に設けた圧力センサＳ５から冷媒の飽和蒸気圧温度を算出し、この算出温度よりもアキュームレータ３に入る手前の温度センサＳ４から測定される実際の冷媒の温度が所定温度以上の過熱度を維持するように電動膨張弁ＥＶ１の開度が制御されて供給される。これにより、アキュームレータ３での液バックを監視できる。
【００２４】
それでも、このアキュームレータ３に入る手前の温度センサＳ４から測定される実際の冷媒の過熱度が所定温度未満の場合は、電動膨張弁ＥＶ１の開度を絞る。また、外気温度が低く、室外熱交換器４ａ、４ｂで冷媒を十分に蒸発できない場合は、電動膨張弁ＥＶ２の開度制御によりサブエバポレータ８へと冷媒を流し、当該サブエバポレータ８においてエンジン（図示省略）の廃熱によって充分に過熱されたガス冷媒としてからアキュームレータ３に供給される。この際、サブエバポレータ８を経て供給される冷媒の温度は温度センサＳ７によって測定される。
ここで、冷媒を室外熱交換器４ａ、４ｂとサブエバポレータ８の両方を使用する場合は、電動膨張弁ＥＶ２の開度制御は、温度センサＳ７から測定される実際の冷媒の温度が温度センサＳ４から測定される実際の冷媒温度よりも所定温度以上となるように行われる。こうすることで、電動膨張弁ＥＶ１の開度を保ちながら、即ち、室外熱交換器４ａ、４ｂへの冷媒流量を確保してサブエバポレータ８での圧損を抑えながら、合流後の冷媒の過熱度を所定温度に維持できる。
【００２５】
その後、冷媒は、アキュームレータ３から冷媒の吸入ライン１２を通って再度圧縮機１ａ、１ｂへと吸引される。
【００２６】
一方、オイルは、オイルセパレータ２の底部からのオイル戻しライン１７に設けられたキャピラリＣＴ０または開閉弁ＳＶ０を経た後、開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２、キャピラリＣＴ１，ＣＴ２、オイル温度センサＳ８，Ｓ９を経て圧縮機１ａ、１ｂへと返送される。また、オイルセパレータ２内の油面付近のオイルは、オイル戻しライン１８から開閉弁ＳＶ３、キャピラリＣＴ３、オイル温度センサＳ１０を経て冷媒の吸入ライン１２から圧縮機１ａ，１ｂへと返送される。
【００２７】
冷房運転の場合、図２に示すように、冷媒は、四方弁６を介して室外熱交換器４ａ，４ｂで放熱して凝縮液化した後、レシーバ７に貯留される。この液冷媒は、ブリッジ回路９を経て電動膨張弁５１の開度調整により、室内熱交換器５で蒸発気化した後、アキュームレータ３に入る。このアキュームレータ３に入ったガス冷媒の過熱度が小さすぎる場合は、電動膨張弁ＥＶ２の開度制御によりサブエバポレータ８へと冷媒を流し、当該サブエバポレータ８においてエンジン（図示省略）の廃熱によって充分に過熱されたガス冷媒としてからアキュームレータ３に供給される。
【００２８】
この場合もオイルは、オイル戻しライン１７に設けられたキャピラリＣＴ０または開閉弁ＳＶ０を経た後、開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２、キャピラリＣＴ１，ＣＴ２、オイル温度センサＳ８，Ｓ９を経て圧縮機１ａ、１ｂへと返送される。また、オイルセパレータ２内の油面付近のオイルは、オイル戻しライン１８から開閉弁ＳＶ３、キャピラリＣＴ３、オイル温度センサＳ１０を経て冷媒の吸入ライン１２から圧縮機１ａ，１ｂへと返送される。
【００２９】
なお、圧縮機１ａ，１ｂは、一台のみで運転する場合もあれば、二台ともに運転する場合もある。一台のみの運転の場合は、開閉弁ＳＶ２が閉じられて圧縮機１ｂへのオイルの供給が停止され、圧縮機１ａのみの運転となる。この場合、圧縮機１ａから吐出された冷媒は、圧縮機１ｂの吐出口下流に設けられた逆止弁ＣＶ１によって圧縮機１ｂへの逆流が防止される。開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２の開閉は、それぞれ、圧縮機１ａ，１ｂの発停に連動するようになされている。
【００３０】
また、上記図１および図２において、冷媒回路１は、一台の室外機Ａに対して一台の室内機Ｂしか接続されていないが、閉鎖弁ＢＶ１とＢＶ２との間に複数台の室内機Ｂが接続可能となされている。また、圧縮機１ａ，１ｂは、これら接続された室内機Ｂの運転状況に応じて１台または２台以上が運転される。
【００３１】
上記構成において、本発明の冷媒回路１の制御装置１０は、圧縮機１ａ，１ｂの異常を検知することができるようになされている。
【００３２】
図３は冷媒回路１のうち、圧縮機１ａ周辺の概略を示し、図４は同圧縮機１ａの異常検知を説明するモリエル線図を示し、図５は圧縮機１ａの異常を検知する制御装置１０のブロック図を示している。以下において、説明の便宜上、圧縮機１ａが運転し、圧縮機１ｂが停止している状態を仮定して圧縮機１ａの異常検知について説明する。
【００３３】
圧縮機１ａの異常を検知する制御装置１０には、圧縮機１ａの吐出経路１１ａに設けた温度センサＳ１からの検知冷媒吐出温度ＴＤ１と、吐出経路１１に設けた圧力センサＳ３からの検知吐出圧力ＰＨと、吸入経路１２に設けた圧力センサＳ５からの検知吸入圧力ＰＬと、吸入経路１２に設けた温度センサＳ１２からの検知吸入温度ＴＳ４とが入力され、これらの入力情報に基づいて圧縮機１ａの異常を検知するように構成されている。
【００３４】
制御装置１０では、まず、実際の検知冷媒吐出温度ＴＤ１が、理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔよりも異常に高温ＴＤ１ｒであるか否かを判定する。その方法としては、図４に示すように、検知吐出圧力ＰＨ、検知吸入圧力ＰＬおよび検知吸入温度ＴＳ４に基づいて圧縮機１ａの理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔを算出する。ついで、この算出された理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔに圧縮機１ａの最低運転効率を考慮した通常運転での最高冷媒吐出温度ＴＤ１ｒに換算する。そして、制御装置１０では、実際の検知冷媒吐出温度ＴＤ１が、理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔから、最低運転効率で換算した通常運転での最高冷媒吐出温度ＴＤ１ｒまでの範囲内に有るか否かを判定する。
【００３５】
実際の検知冷媒吐出温度ＴＤ１が、この範囲内にある場合、制御装置１０は、圧縮機１ａが通常運転時と判断し、あらかじめ設定した時間毎に上記した判定を繰り返す。
【００３６】
実際の検知冷媒吐出温度ＴＤ１が、この範囲よりも高温である場合、圧縮機１ａ内部の異常摩擦や異常接触により発生した熱によって冷媒が高温になったものと判断し、制御装置１０は、運転中の圧縮機１ａが異常運転時であると判断する。
【００３７】
圧縮機１ａが異常運転時であると判断された場合は、その後、圧縮機１ａが停止され、圧縮機１ｂの運転に切り替えられるものであってもよいし、圧縮機１ａの停止により冷媒回路１全体を停止させるものであってもよいし、圧縮機１ａの異常をアラームやランプで知らせるようにしてもよい。
【００３８】
なお、上記では、実際の検知冷媒吐出温度ＴＤ１が、理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔから最低運転効率で換算した通常運転での最高冷媒吐出温度ＴＤ１ｒまでの範囲内に有るか否か、その温度差によって判定しているが、実際の検知冷媒吐出温度ＴＤ１と、理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔとを比較した比率によって判定してもよい。すなわち、理論断熱圧縮冷媒吐出温度ＴＤ１ｔの場合の圧縮機１ａの運転効率を１００とし、この理論断熱冷媒吐出温度ＴＤ１ｔと、実際の検知冷媒吐出温度ＴＤ１との比率から、検知冷媒吐出温度ＴＤ１の場合の圧縮機１ａの実際の運転効率を求める。この実際の運転効率が、あらかじめ設定した運転効率、例えば、１００〜７５％に有るか否かを判定する。制御装置１０は、この範囲内の比率に納まっている場合、通常運転時と判断し、あらかじめ設定した時間毎に上記の判定を繰り返す。最低運転効率よりも所定値未満であれば、圧縮機１ａの異常と判断し、制御装置１０は、運転中の圧縮機１ａの停止指令を出力する。
【００３９】
この制御装置１０を備えた冷媒回路１によると、圧縮機１ａ，１ｂが完全に故障（いわゆるロック状態）になる前に、圧縮機１ａ，１ｂを停止させることができる。すなわち、圧縮機１ａ，１ｂの軸受け異常や隙間不良による異常接触などの機械的損失が発生した場合、これによる発熱の影響で冷媒の吐出温度が上昇する。ここで、通常は、冷媒の吐出温度が上昇すると、運転継続をさせるために、液インジェクションなどの過熱防止制御が開始されてしまって、異常が発生した圧縮機１ａ、１ｂの運転が継続される。したがって、圧縮機１ａ，１ｂのこのような機械的損失による異常は、圧縮機１ａ，１ｂが完全に故障するまで見逃され易く、その結果、完全故障後からの復旧に手間を要していた。
【００４０】
しかし、この制御装置１０を備えた冷媒回路１によると、機械的損失によって冷媒の吐出温度が上昇したタイミングで圧縮機１ａ，１ｂの異常を検知することができるので、圧縮機１ａ，１ｂの完全故障を防止し、復旧作業の容易化を図ることができる。
【００４１】
なお、上記では、圧縮機１ａの異常を検知する場合について述べているが、圧縮機１ｂの異常を検知する場合も同様である。さらに、圧縮機１ａ，１ｂの二台同時運転時に二台の圧縮機１ａ，１ｂの異常を検知する場合も同様である。
【００４２】
また、圧縮機１ａ，１ｂは、３台以上の場合であってもよい。
【００４３】
さらに、上記冷媒回路１における圧縮機１ａの異常を検知する制御装置１０は、その制御プログラムを、既設の冷媒回路１の制御装置１０にインストールすることで、当該既設の冷媒回路１であっても、上記と同様に圧縮機１ａ，１ｂの異常を検知することができることとなる。ただし、制御プログラムの実行には、温度センサＳ１，Ｓ２，Ｓ１２、圧力センサＳ３，Ｓ５からの情報が必要となるため、既設の冷媒回路１にこれらのセンサが無い場合は、これらセンサの取り付けが必要となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る冷媒回路は、圧縮機を有する冷媒回路を用いた各種空調装置に使用される。
【符号の説明】
【００４５】
１  冷媒回路
１０  制御部（制御装置）
１１  吐出経路
１２  吸入経路
Ｓ１  温度センサ（ＴＤ１検知用）
Ｓ２  温度センサ（ＴＤ２検知用）
Ｓ３  圧力センサ（ＰＨ検知用）
Ｓ１２  温度センサ（ＴＳ４検知用）
Ｓ５  圧力センサ（ＰＬ検知用）
ＴＤ１  圧縮機１ａの吐出冷媒の検知温度
ＴＤ２  圧縮機１ｂの吐出冷媒の検知温度
ＴＳ４  圧縮機１ａ、１ｂの吸入直前の冷媒検知温度
ＰＬ  吸入経路の検知圧力
ＰＨ  吐出経路の検知圧力
ＴＤ１ｔ  理論断熱圧縮冷媒吐出温度
ＴＤ２ｔ  理論断熱圧縮冷媒吐出温度
ＴＤ１ｒ  通常運転での最高冷媒吐出温度
ＴＤ２ｒ  通常運転での最高冷媒吐出温度
【図１】
0005663345.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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