(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機(41,42)と熱源側熱交換器(22)と膨張機構(24,62,67)と利用側熱交換器(61,66)とが順に接続されて構成された冷凍装置であって、
圧縮機吸入温度と圧縮機吸入圧力と圧縮機吐出温度と圧縮機吐出圧力との４つの冷媒の状態値を変数とするポリトロープ指数を求める関数と、該関数から求められたポリトロープ指数とに基づいて、上記状態値の一つを他の状態値から導出する状態値補完手段(90)を備え、
上記状態値補完手段(90)は、上記ポリトロープ指数を所定時間が経過する毎に新たに算出し直し、上記関数と直前に求めたポリトロープ指数とに基づいて、上記状態値の一つを他の状態値から導出するように構成されている冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機吸入温度を検出する吸入温度検出手段(73)と、圧縮機吸入圧力を検出する低圧圧力検出手段(74)と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度検出手段(75)と、圧縮機吐出圧力を検出する高圧圧力検出手段(76)とを備えている請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
状態値補完手段(90)は、上記検出手段(73〜76)のいずれか一つが故障したときに、その検出手段に対応する冷媒の状態値を他の検出手段(73〜76)により検出した状態値から導出するように構成されている請求項２記載の冷凍装置。
【請求項４】
上記検出手段(73〜76)のいずれか一つが故障したことを出力する故障出力手段(90)を備えている請求項３記載の冷凍装置。
【請求項５】
圧縮機吸入温度を検出する吸入温度検出手段(73)と、圧縮機吸入圧力を検出する低圧圧力検出手段(74)と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度検出手段(75)と、圧縮機吐出圧力を検出する高圧圧力検出手段(76)のうち、３つの検出手段を備えている請求項１記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを行う冷凍装置に関し、特に、圧縮機の吸入側と吐出側における冷媒の状態値の補完技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空調機などの冷凍装置には、例えば特開平１０−３００２９２号公報に記載されているように、蒸気圧縮式冷凍サイクルが用いられている。この蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路は、圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張弁（膨張機構）と、利用側熱交換器とを主要な機器として、これらを冷媒配管により順に接続することにより構成されている。
【０００３】
この種の空調機は、一般に、冷媒回路における冷媒の循環方向を反転させて、冷房運転と暖房運転とを切り換えるように構成されている。
【０００４】
そして、冷房運転時には、利用側熱交換器である室内熱交換器が蒸発器となる冷却動作を行う。この冷房運転時において、圧縮機から吐出された冷媒は、熱源側熱交換器である室外熱交換器で凝縮し、膨張弁で減圧されて室内熱交換器で蒸発した後、圧縮機に吸入される。
【０００５】
また、暖房運転時には、室内熱交換器が凝縮器となる加熱動作（ヒートポンプ動作）を行う。この暖房運転時において、圧縮機から吐出された冷媒は、室内熱交換器で凝縮し、さらに膨張弁で減圧した後に室外熱交換器で蒸発して、圧縮機に吸入される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空調機を含め、冷凍サイクルを行う冷凍装置には、一般に、圧縮機吸入温度を検出する吸入温度センサと、圧縮機吸入圧力を検出する低圧圧力センサと、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度センサと、圧縮機吐出圧力を検出する高圧圧力センサとが設けられている。そして、これらのセンサにより圧縮機の吸入側と吐出側における冷媒の状態値（温度と圧力）を検出し、その検出値を使って運転制御を行うようにしている。
【０００７】
しかし、このような運転制御においては、どこか１カ所のセンサが壊れると運転不能となる。このため、センサが故障してからその補修が完了するまでは冷凍装置の運転が継続できず、例えば空調機の場合には室内の快適性を保つことができなくなってしまう。
【０００８】
また、上記の例では圧縮機の前後に必ず４つのセンサが必要であることから、その他のセンサも含めた合計のセンサ数が多く、その設置や配線などに多くの時間やコストを要する問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、圧縮機の吸入側や吐出側のセンサの一つが故障した場合に少なくとも応急的な運転を行えるようにするとともに、センサの一つを省略することもできるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧縮機の吸入側と吐出側における冷媒の状態値の一つを、他の状態値を用いて補完するようにしたものである。
【００１１】
具体的に、本発明が講じた第１の解決手段は、圧縮機(41,42)と熱源側熱交換器(22)と膨張機構(24,62,67)と利用側熱交換器(61,66)とが順に接続されて構成された冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、圧縮機吸入温度と圧縮機吸入圧力と圧縮機吐出温度と圧縮機吐出圧力との４つの冷媒の状態値を変数とするポリトロープ指数を求める関数と、該関数から求められたポリトロープ指数とに基づいて、上記状態値の一つを他の状態値から導出する状態値補完手段(90)を備えている。上記状態値補完手段(90)は、上記ポリトロープ指数を所定時間が経過する毎に新たに算出し直し、上記関数と直前に求めたポリトロープ指数とに基づいて、上記状態値の一つを他の状態値から導出するように構成されている。
【００１２】
このように構成すると、ポリトロープ指数の値を求める関数を用いて予めその値を算出しておくと、複数の状態値の一つは、センサが故障した場合などでも、予め求めておいた値と他の状態値とをこの関数に代入することで求めることができる。そして、このようにして求められた状態値と他の状態値とに基づいて運転制御を行うと、運転を継続できる。
【００１３】
つまり、圧縮機吸入温度と、圧縮機吸入圧力と、圧縮機吐出温度と、圧縮機吐出圧力とに基づいて、据付時や製造時にポリトロープ指数が求められるか、予め圧縮機(41,42)の機種に応じたポリトロープ指数が定められる。そして、センサが故障したときなどには、このポリトロープ指数と、圧縮機吸入温度と圧縮機吸入圧力と圧縮機吐出温度と圧縮機吐出圧力のうちの３つの状態値とから、ポリトロープ指数を求める関数を使って冷媒の状態値の一つが算出される。ポリトロープ指数が圧縮行程の前後の冷媒の状態が一定である限りは変化しない値であるため、この値と、上記状態値の３つとが分かっていれば、残った状態値はほぼ正確に求められる。
【００１４】
また、本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、圧縮機吸入温度を検出する吸入温度検出手段(73)と、圧縮機吸入圧力を検出する低圧圧力検出手段(74)と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度検出手段(75)と、圧縮機吐出圧力を検出する高圧圧力検出手段(76)とを備えた構成としたものである。
【００１５】
このように構成すると、通常は各検出手段(73〜76)で４つの状態値が求められる一方、検出手段(73〜76)の一つが故障した場合は、予め求められた、または予め定められたポリトロープ指数などの値と他の検出手段(73〜76)の検出値とから、ポリトロープ指数などの値を求める関数を用いてその値を算出することができる。
【００１６】
また、本発明が講じた第３の解決手段は、上記第２の解決手段において、状態値補完手段(90)を、上記検出手段(73〜76)のいずれか一つが故障したときに、その検出手段に対応する冷媒の状態値を他の検出手段により検出した状態値から導出するように構成したものである。
【００１７】
このように構成すると、検出手段(73〜76)の一つが故障したときに、ポリトロープ指数などの値を求める関数を用いてその検出手段(73〜76)を補完できるので、運転を確実に継続することが可能となる。
【００１８】
また、本発明が講じた第４の解決手段は、上記第３の解決手段において、上記検出手段(73〜76)のいずれか一つが故障したことを出力する故障出力手段(90)を備えた構成としたものである。
【００１９】
このように構成すると、検出手段(73〜76)のいずれか一つが故障したことは、例えばユーザーに対して表示することも可能であるし、複数の空調機を集中管理する空調システムを備えたビルなどの建物で、該システムの管理者に表示することも可能となる。また、インターネットやその他の通信網を介して複数の冷凍装置を接続したシステムを構築する場合などには、そのシステムの管理者に対して出力することも可能となる。このようにして管理者に直接表示すると、検出手段(73〜76)を早期に補修することが容易になる。
【００２０】
なお、このようなシステムを構築する場合においては、状態値補完手段(90)は、冷凍装置(10)の外部（管理者サイド）に設けてもよい。つまり、冷凍装置(10)から状態値の補完に必要なデータを送信し、管理者側で冷媒の状態値を補完して冷凍装置(10)に送り返す構成とすることができる。このため、冷凍装置(10)と管理者側には、例えば、信号を送受するための送信部と受信部を設けるとよい。
【００２１】
また、本発明が講じた第５の解決手段は、上記第１の解決手段において、圧縮機吸入温度を検出する吸入温度検出手段(73)と、圧縮機吸入圧力を検出する低圧圧力検出手段(74)と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度検出手段(75)と、圧縮機吐出圧力を検出する高圧圧力検出手段(76)のうち、３つの検出手段を備えた構成としたものである。
【００２２】
このように構成すると、予め定められたポリトロープ指数の値と上記３つの検出手段の検出値とから、ポリトロープ指数の値を求める関数を用いて残る一つの状態値を求めることができる。したがって、検出手段(73〜76)の一つを補完できるため、従来は圧縮機(41,42)の吸入側と吐出側で４つ用いられていた検出手段(73〜76)を３つにしても運転を継続できる。
【００２３】
【発明の効果】
上記第１の解決手段によれば、圧縮機吸入温度と圧縮機吸入圧力と圧縮機吐出温度と圧縮機吐出圧力とを含む複数の冷媒の状態値のうちの一つが、ポリトロープ指数の値を求める関数に基づいて、この関数から予め求められた値と、他の状態値とから求められる。このように所定の関数を用いると、冷媒の状態値を容易に求めることができ、検出手段(73〜76)の故障時などに運転を継続する装置を容易に実用化できる。
【００２４】
また、ポリトロープ指数を求める関数を用いて上記状態値を算出するようにしている。そして、ポリトロープ指数が圧縮機吸入温度と圧縮機吸入圧力と圧縮機吐出温度と圧縮機吐出圧力の４つの状態値から求められる値であり、本来は時間が経過しても変化しない値であることから、これらの状態値の３つに基づいて、残る一つの状態値がほぼ正確に求められる。したがって、適正な運転を継続することが可能となる。
【００２５】
また、上記第２の解決手段によれば、圧縮機(41,42)の吸入側と吐出側とで冷媒の温度と圧力を検出する４つの検出手段(73〜76)を設け、そのうちの３つの状態値から残る一つの状態値を求められるようにしているので、検出手段(73〜76)の一つが故障した場合に対応する状態値を正確に求め、運転を継続できる。
【００２６】
また、上記第３の解決手段によれば、検出手段(73〜76)のいずれか一つが故障したときに、その検出手段(73〜76)に対応する冷媒の状態値を、他の検出手段(73〜76)により検出した状態値から導出するようにしているので、検出手段(73〜76)の一つが故障したときの対応を確実にできる。
【００２７】
また、上記第４の解決手段によれば、上記検出手段(73〜76)のいずれか一つが故障したことを出力する故障出力手段を備えているので、ユーザーや管理者が検出手段(73〜76)の故障を早期に認識して、該検出手段(73〜76)を早期に補修できる。
【００２８】
また、上記第５の解決手段によれば、圧縮機吸入温度を検出する吸入温度検出手段(73)と、圧縮機吸入圧力を検出する低圧圧力検出手段(74)と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度検出手段(75)と、圧縮機吐出圧力を検出する高圧圧力検出手段(76)のうち、３つの検出手段を備えており、この３つの検出手段で求めた状態値と、予め求められたポリトロープ指数の基準値とから、残る一つの状態値を求められるので、圧縮機(41,42)の吸入側と吐出側の検出手段(73〜76)を３つにした冷凍装置を実用化でき、構成の簡素化やコストの低減が可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態は、本発明を空調機(10)に適用した例である。この空調機(10)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。
【００３０】
図１に示すように、上記空調機(10)は、１台の室外機(11)と２台の室内機(12,13)とを備え、いわゆるマルチ型に構成されている。また、上記空調機(10)は、冷媒回路(15)とコントローラ（状態値補完手段、故障出力手段）(90)とを備えている。なお、本実施形態では室内機(12,13)を２台としたが、これは一例であり、室外機(11)の能力や用途に応じて室内機(12,13)の台数を適宜定めればよい。
【００３１】
上記冷媒回路(15)は、熱源側回路である１つの室外回路(20)と、利用側回路である２つの室内回路(60,65)と、液側連絡管(16)と、ガス側連絡管(17)とにより構成されている。室外回路(20)には、液側連絡管(16)及びガス側連絡管(17)を介して、２つの室内回路(60,65)が並列に接続されている。
【００３２】
上記室外回路(20)は、室外機(11)に収納されている。室外回路(20)には、圧縮機ユニット(40)、四路切換弁(21)、室外熱交換器(22)、室外膨張弁(24)、レシーバ(23)、液側閉鎖弁(25)、及びガス側閉鎖弁(26)が設けられている。
【００３３】
上記圧縮機ユニット(40)は、第１圧縮機(41)と第２圧縮機(42)を並列に接続したものである。これら圧縮機(41,42)は、何れも密閉型のスクロール圧縮機である。つまり、これら圧縮機(41,42)は、圧縮機構と該圧縮機構を駆動する電動機とを、円筒状のハウジングに収納して構成されている。なお、圧縮機構及び電動機は、図示を省略している。
【００３４】
第１圧縮機(41)は、電動機が常に一定回転数で駆動される一定容量の圧縮機である。第２圧縮機(42)は、電動機の回転数が段階的に又は連続的に変更される容量可変の圧縮機である。そして、上記圧縮機ユニット(40)は、第１圧縮機(41)の発停や第２圧縮機(42)の容量変更によって、ユニット全体の容量が可変となっている。具体的には、圧縮機ユニット(40)に要求される能力が所定値を越えるまでは、第２圧縮機(42)の容量を調整しながら１台で運転し、その所定値を越えると第１圧縮機(41)も起動した状態として２台で運転を行いながら第２圧縮機(42)の容量を調整する。
【００３５】
上記圧縮機ユニット(40)は、吸入管(43)及び吐出管(44)を備えている。吸入管(43)は、その端が四路切換弁(21)の第１のポートに接続され、その出口端が２つに分岐されて各圧縮機(41,42)の吸入側に接続されている。吐出管(44)は、その入口端が２つに分岐されて各圧縮機(41,42)の吐出側に接続され、その出口端が四路切換弁(21)の第２のポートに接続されている。また、第１圧縮機(41)に接続する吐出管(44)の分岐管には、吐出側逆止弁(45)が設けられている。この吐出側逆止弁(45)は、第１圧縮機(41)から流出する方向への冷媒の流通のみを許容する。
【００３６】
また、上記圧縮機ユニット(40)は、油分離器(51)、油戻し管(52)、及び均油管(54)を備えている。油分離器(51)は、吐出管(44)の途中に設けられている。この油分離器(51)は、圧縮機(41,42)の吐出冷媒から冷凍機油を分離するためのものである。油戻し管(52)は、その一端が油分離器(51)に接続され、その他端が吸入管(43)に接続されている。この油戻し管(52)は、油分離器(51)で分離された冷凍機油を、圧縮機(41,42)の吸入側へ戻すためのものであって、油戻し電磁弁(53)を備えている。均油管(54)は、その一端が第１圧縮機(41)に接続され、その他端が吸入管(43)における第２圧縮機(42)の吸入側近傍に接続されている。この均油管(54)は、各圧縮機(41,42)のハウジング内に貯留される冷凍機油の量を平均化するためのものであって、均油電磁弁(55)を備えている。
【００３７】
上記四路切換弁(21)は、その第３のポートがガス側閉鎖弁(26)と配管接続され、その第４のポートが室外熱交換器(22)の上端部と配管接続されている。四路切換弁(21)は、第１のポートと第３のポートが連通し且つ第２のポートと第４のポートが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通し且つ第２のポートと第３のポートが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。この四路切換弁(21)の切換動作によって、冷媒回路(15)における冷媒の循環方向が反転する。
【００３８】
上記レシーバ(23)は、円筒状の容器であって、冷媒を貯留するためのものである。このレシーバ(23)は、流入管(30)及び流出管(33)を介して、室外熱交換器(22)と液側閉鎖弁(25)とに接続されている。
【００３９】
流入管(30)は、その入口端側が２つの分岐管(30a,30b)に分岐され、その出口端がレシーバ(23)の上端部に接続されている。流入管(30)の第１分岐管(30a)は、室外熱交換器(22)の下端部に接続されている。この第１分岐管(30a)には、第１流入逆止弁(31)が設けられている。第１流入逆止弁(31)は、室外熱交換器(22)からレシーバ(23)へ向かう冷媒の流通のみを許容する。流入管(30)の第２分岐管(30b)は、液側閉鎖弁(25)に接続されている。この第２分岐管(30b)には、第２流入逆止弁(32)が設けられている。第２流入逆止弁(32)は、液側閉鎖弁(25)からレシーバ(23)へ向かう冷媒の流通のみを許容する。
【００４０】
流出管(33)は、その入口端がレシーバ(23)の下端部に接続され、その出口端側が２つの分岐管(33a,33b)に分岐されている。流出管(33)の第１分岐管(33a)は、室外熱交換器(22)の下端部に接続されている。この第１分岐管(33a)には、上記室外膨張弁(24)が熱源側膨張機構として設けられている。流出管(33)の第２分岐管(33b)は、液側閉鎖弁(25)に接続されている。この第２分岐管(33b)には、流出逆止弁(34)が設けられている。流出逆止弁(34)は、レシーバ(23)から液側閉鎖弁(25)へ向かう冷媒の流通のみを許容する。
【００４１】
熱源側熱交換器である室外熱交換器(22)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。この室外熱交換器(22)では、冷媒回路(15)を循環する冷媒と室外空気とが熱交換を行う。
【００４２】
上記室外回路(20)には、更にガス抜き管(35)と均圧管(37)とが設けられている。ガス抜き管(35)は、その一端がレシーバ(23)の上端部に接続され、その他端が吸入管(43)に接続されている。このガス抜き管(35)は、レシーバ(23)のガス冷媒を各圧縮機(41,42)の吸入側へ導入するための連通路を構成している。また、ガス抜き管(35)には、ガス抜き電磁弁(36)が設けられている。このガス抜き電磁弁(36)は、ガス抜き管(35)におけるガス冷媒の流れを断続するための開閉機構を構成している。
【００４３】
上記均圧管(37)は、その一端がガス抜き管(35)におけるガス抜き電磁弁(36)とレシーバ(23)の間に接続され、その他端が吐出管(44)に接続されている。また、均圧管(37)には、その一端から他端に向かう冷媒の流通のみを許容する均圧用逆止弁(38)が設けられている。この均圧管(37)は、空調機(10)の停止中に外気温が異常に上昇してレシーバ(23)の圧力が高くなりすぎた場合に、ガス冷媒を逃がしてレシーバ(23)が破裂するのを防止するためのものである。従って、空調機(10)の運転中において、均圧管(37)を冷媒が流れることはない。
【００４４】
上記室内回路(60,65)は、各室内機(12,13)に１つずつ設けられている。具体的には、第１室内回路(60)が第１室内機(12)に収納され、第２室内回路(65)が第２室内機(13)に収納されている。
【００４５】
第１室内回路(60)は、第１室内熱交換器(61)と第１室内膨張弁(62)とを直列に接続したものである。利用側膨張弁である第１室内膨張弁(62)は、第１室内熱交換器(61)の下端部に配管接続されている。第２室内回路(65)は、第２室内熱交換器(66)と第２室内膨張弁(67)とを直列に接続したものである。利用側膨張弁である第２室内膨張弁(67)は、第２室内熱交換器(66)の下端部に配管接続されている。
【００４６】
利用側熱交換器である第１及び第２室内熱交換器(61,66)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。各室内熱交換器(61,66)では、冷媒回路(15)を循環する冷媒と室内空気とが熱交換を行う。
【００４７】
上記液側連絡管(16)は、その一端が液側閉鎖弁(25)に接続されている。この液側連絡管(16)は、他端側で２つに分岐されており、その一方が第１室内回路(60)における第１室内膨張弁(62)側の端部に接続され、他方が第２室内回路(65)における第２室内膨張弁(67)側の端部に接続されている。上記ガス側連絡管(17)は、その一端がガス側閉鎖弁(26)に接続されている。このガス側連絡管(17)は、他端側で２つに分岐されており、その一方が第１室内回路(60)における第１室内熱交換器(61)側の端部に接続され、他方が第２室内回路(65)における第２室内熱交換器(66)側の端部に接続されている。
【００４８】
上記室外機(11)には、室外ファン(70)が設けられている。この室外ファン(70)は、室外熱交換器(22)へ室外空気を送るためのものである。一方、第１，第２室内機(12,13)には、それぞれ室内ファン(80)が設けられている。この室内ファン(80)は、室内熱交換器(61,66)へ室内空気を送るためのものである。
【００４９】
上記空調機(10)には、温度や圧力のセンサ等が設けられている。具体的に、室外機(11)には、室外空気の温度を検出するための外気温センサ(71)が設けられている。室外熱交換器(22)には、その伝熱管温度を検出するための室外熱交換器温度センサ(72)が設けられている。吸入管(43)には、圧縮機(41,42)の吸入冷媒温度を検出するための吸入温度センサ（吸入温度検出手段）(73)と、圧縮機(41,42)の吸入冷媒圧力を検出するための低圧圧力センサ（低圧圧力検出手段）(74)とが設けられている。吐出管(44)には、圧縮機(41,42)の吐出冷媒温度を検出するための吐出温度センサ（吐出温度検出手段）(75)と、圧縮機(41,42)の吐出冷媒圧力を検出するための高圧圧力センサ（吐出圧力検出手段）(76)と、高圧圧力スイッチ(77)とが設けられている。
【００５０】
各室内機(12,13)には、室内空気の温度を検出するための内気温センサ(81)が１つずつ設けられている。各室内熱交換器(61,66)には、その伝熱管温度を検出するための室内熱交換器温度センサ(82)が１つずつ設けられている。各室内回路(60,65)における室内熱交換器(61,66)の上端近傍には、室内回路(60,65)を流れるガス冷媒温度を検出するためのガス側温度センサ(83)が１つずつ設けられている。
【００５１】
上記コントローラ(90)は、上記のセンサ類からの信号やリモコン等からの指令信号を受けて空調機(10)の運転制御を行うものである。具体的に、コントローラ(90)は、室外膨張弁(24)及び室内膨張弁(62,67)の開度調節や、四路切換弁(21)の切換、更にはガス抜き電磁弁(36)、油戻し電磁弁(53)、及び均油電磁弁(55)の開閉操作を行う。また、コントローラ(90)は、圧縮機ユニット(40)の容量制御も行う。
【００５２】
さらに、コントローラ(90)は、吸入温度センサ(73)によって検出される圧縮機(41,42)の吸入冷媒温度と、低圧圧力センサ(74)によって検出される圧縮機(41,42)の吸入冷媒圧力と、吐出温度センサ(75)によって検出される圧縮機(41,42)の吐出冷媒温度と、高圧圧力センサ(76)によって検出される圧縮機(41,42)の吐出冷媒圧力との４つの状態値に基づいて、所定の時期（例えば据付から所定期間が経過する毎）にポリトロープ指数ｎを算出しながら、これらのセンサ(73〜76)の一つが故障したときには、残る３つのセンサの検出値と直前に求めたポリトロープ指数ｎとから、故障したセンサによって検出すべき状態値を導出するとともに、センサが故障していることを出力する。
【００５３】
−運転動作−
上記空調機(10)の運転時には、冷媒回路(15)において冷媒が相変化しつつ循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。また、空調機(10)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。
【００５４】
《冷房運転》
冷房運転時には、室内熱交換器(61,66)が蒸発器となる冷却動作が行われる。この冷房運転時において、四路切換弁(21)は、図１に実線で示す状態となる。室外膨張弁(24)は全閉とされ、第１，第２室内膨張弁(62,67)はそれぞれ所定の開度に調節される。ガス抜き電磁弁(36)は閉鎖状態に保持され、油戻し電磁弁(53)及び均油電磁弁(55)は適宜開閉される。これら弁の操作は、コントローラ(90)により行われる。
【００５５】
圧縮機ユニット(40)の圧縮機(41,42)を運転すると、これら圧縮機(41,42)で圧縮された冷媒が吐出管(44)へ吐出される。この冷媒は、四路切換弁(21)を通って室外熱交換器(22)へ流入する。室外熱交換器(22)では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器(22)で凝縮した冷媒は、流入管(30)の第１分岐管(30a)へ流入し、第１流入逆止弁(31)を通過してレシーバ(23)へ流入する。その後、冷媒は、レシーバ(23)から流出管(33)へ流入し、流出逆止弁(34)を通過して液側連絡管(16)へ流入する。
【００５６】
液側連絡管(16)へ流入した冷媒は、二手に分流されて、一方が第１室内回路(60)へ流入し、他方が第２室内回路(65)へ流入する。各室内回路(60,65)では、流入した冷媒が室内膨張弁(62,67)で減圧された後に室内熱交換器(61,66)へ流入する。室内熱交換器(61,66)では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。つまり、室内熱交換器(61,66)では、室内空気が冷却される。
【００５７】
各室内熱交換器(61,66)で蒸発した冷媒は、ガス側連絡管(17)へ流入し、合流した後に室外回路(20)へ流入する。その後、冷媒は、四路切換弁(21)を通過し、吸入管(43)を通って圧縮機ユニット(40)の圧縮機(41,42)に吸入される。これら圧縮機(41,42)は、吸入した冷媒を圧縮して再び吐出する。冷媒回路(15)では、このような冷媒の循環が繰り返される。
【００５８】
《暖房運転》
暖房運転時には、室内熱交換器(61,66)が凝縮器となる加熱動作が行われる。この暖房運転時において、四路切換弁(21)は、図１に破線で示す状態となる。室外膨張弁(24)、及び第１，第２室内膨張弁(62,67)は、それぞれ所定の開度に調節される。油戻し電磁弁(53)及び均油電磁弁(55)は、適宜開閉される。ガス抜き電磁弁(36)は、加熱動作が行われている間は常に開放状態に保持される。これら弁の操作は、コントローラ(90)により行われる。
【００５９】
そして、冷媒が冷媒回路(15)内を冷房運転時とは基本的に逆方向に流れることによって、冷媒が室内空気に放熱して凝縮し、室外空気から吸熱して蒸発するサイクルで冷媒回路を循環し、室内が加熱される。ここでは、冷媒の流れの詳細については省略する。
【００６０】
《センサの補完運転》
本実施形態では、据付当初から所定の期間が経過する毎にポリトロープ指数ｎを算出し、このポリトロープ指数を用いて、センサ(73〜76)の故障に対応するようにしている。そこで、センサ(73〜76)の一つが故障したときの動作について、図２及び図３に基づいて説明する。
【００６１】
まず、蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、図２のモリエル線図（圧力−エンタルピ線図）に示すように、冷媒は、圧縮行程においてＡ点からＢ点まで圧縮された後、凝縮行程においてＣ点まで冷却され、さらに膨張行程においてＤ点まで減圧され、蒸発行程においてＡ点まで加熱される作用を受けて、冷媒回路(15)を循環する。
【００６２】
この冷凍サイクルにおいて、圧縮機(41,42)の圧縮効率は、ポリトロープ指数ｎによって表される。ポリトロープ指数ｎは、圧縮機(41,42)の吸入側と吐出側の冷媒の状態から求められる値で、冷媒が圧縮されるときの圧力と比体積の関係を表す。このポリトロープ指数ｎは、冷凍サイクルを構成している圧縮機に固有の値であり、この値によって圧縮行程のカーブ（図では近似的に直線としている）が決定される。
【００６３】
例えば圧縮機(41,42)が劣化して該圧縮機(41,42)内で高圧側から定圧側へ冷媒の漏れ量が大きくなるような事態が生じると、圧縮行程のカーブの傾きが変化して、ポリトロープ指数ｎの値が変化する（大きくなる）が、短期的には殆ど変化することはない。
【００６４】
本実施形態では、このポリトロープ指数ｎを所定の期間が経過する毎に求めながら、一つのセンサが故障したときには、他のセンサの検出値と直前のポリトロープ指数とから、故障したセンサに対応する冷媒の状態値を算出し、その値に基づいて応急運転を行うようにしている。
【００６５】
具体的には、図３のフローチャートにおいて、まずステップST１でポリトロープ指数ｎが算出される。ポリトロープ指数ｎは、圧縮機(41,42)の吸入側と吐出側の冷媒の圧力及び温度から求められる。
【００６６】
つまり、吸入温度センサ(73)で検出された圧縮機(41,42)の吸入冷媒温度Ｔ１と、低圧圧力センサ(74)で検出された圧縮機(41,42)の吸入冷媒圧力Ｐ１と、吐出温度センサ(75)で検出された圧縮機(41,42)の吐出冷媒温度Ｔ２と、高圧圧力センサ(76)で検出された圧縮機(41,42)の吐出冷媒圧力Ｐ２は、ポリトロープ指数ｎを用いて表すと、次の(1)式の関係を有する。
【００６７】
【数１】
0004374775.tif 000002
【００６８】
この(1)式を変形すると、以下の(2)式のように表すことができる。
【００６９】
【数２】
0004374775.tif 000003
【００７０】
また、(2)式は、以下の(3)式のように表すことができる。
【００７１】
【数３】
0004374775.tif 000004
【００７２】
そして、(3)式は以下の(4)式のように表すことができるので、この(4)式において圧力Ｐ１，Ｐ２と温度Ｔ１，Ｔ２の値を代入すると、ポリトロープ指数ｎを求めることができる。
【００７３】
【数４】
0004374775.tif 000005
【００７４】
次に、ステップST２においてタイマをスタートさせ、ステップST３で所定時間が経過したかどうかを判別する。そして、所定時間が経過していない場合はステップST４へ進み、センサのどれかに異常があるかどうかを判別する。センサの異常は、検出値が急激に変化したり、逆に殆ど変化しなくなったりすることから検出できる。センサに異常がなければステップST３へ戻り、所定時間が経過するまでセンサの異常を検出する動作を連続して行う。
【００７５】
一方、この動作を繰り返すうち、ステップST３で所定時間が経過したことを検知すると、ステップST５でポリトロープ指数をリセットし、ステップST１以降の動作を繰り返す。つまり、一旦ポリトロープ指数をリセットした後、ポリトロープ指数を新たに算出し直す動作を行う。
【００７６】
このようにしてステップST１からステップST５の動作を行う間にセンサの異常をステップST４で検出すると、ステップST６へ進み、異常のあったセンサに対応する冷媒の状態値を算出する。例えば、吸入温度センサ(73)に異常があったときは、直前に求めたポリトロープ指数ｎと、正常な３つのセンサ（低圧圧力センサ(74)、吐出温度センサ(75)、及び高圧圧力センサ(76)）の検出値とから吸入冷媒温度Ｔ１を検出する。具体的には、上記(1)式を変形した以下の(5)式において、吐出冷媒温度Ｔ２，吸入冷媒圧力Ｐ１，吐出冷媒圧力Ｐ２の値と、ポリトロープ指数ｎを代入し、吸入冷媒温度Ｔ１を求める。
【００７７】
【数５】
0004374775.tif 000006
【００７８】
このようにして求められた吸入冷媒温度Ｔ１は、ほぼ正確な値と考えられる。つまり、圧縮機の異常がない限りはポリトロープ指数ｎが短期間で急激に変化することはないため、吐出冷媒温度Ｔ２，吸入冷媒圧力Ｐ１，吐出冷媒圧力Ｐ２の３つの値が分かっていると、対応する吸入冷媒温度Ｔ１の値がほぼ正確に導き出せる。
【００７９】
上記ステップST４，５では、吸入温度センサ(73)に異常があったときの吸入冷媒温度Ｔ１の算出について説明したが、他のセンサに異常があったときは、対応する冷媒の状態値は以下のようにして求められる。
【００８０】
まず、吐出温度センサ(75)が故障したとき、吐出冷媒温度Ｔ２は、上記(1)式を変形した以下の(6)式に、残る３つのセンサ（吸入温度センサ(73)、低圧圧力センサ(74)、及び高圧圧力センサ(76)）で検出された吸入冷媒温度Ｔ１、吸入冷媒圧力Ｐ１、及び吐出冷媒圧力Ｐ２の値と、直前のポリトロープ指数ｎを代入して求められる。
【００８１】
【数６】
0004374775.tif 000007
【００８２】
また、低圧圧力センサ(74)が故障したとき、吸入冷媒圧力Ｐ１は、上記(1)式を変形した以下の(7)式に、残る３つのセンサ（吸入温度センサ(73)、吐出温度センサ(75)、及び高圧圧力センサ(76)）で検出された吸入冷媒温度Ｔ１、吐出冷媒温度Ｔ２、及び吐出冷媒圧力Ｐ２の値と、直前のポリトロープ指数を代入して求められる。
【００８３】
【数７】
0004374775.tif 000008
【００８４】
さらに、高圧圧力センサ(76)が故障したとき、吐出冷媒圧力Ｐ２は、上記(1)式を変形した以下の(8)式に、残る３つのセンサ（吸入温度センサ(73)、低圧圧力センサ(74)、及び吐出温度センサ(75)）で検出された吸入冷媒温度Ｔ１、吸入冷媒圧力Ｐ１、及び吐出冷媒温度Ｔ２の値と、直前のポリトロープ指数を代入して求められる。
【００８５】
【数８】
0004374775.tif 000009
【００８６】
そして、必要な状態値を求めた後は、ステップST７でセンサに異常があったことを外部に出力しながら、ステップST８では、ステップST６で求められた値も用いて応急運転を行う。したがって、本実施形態では、吸入温度センサ(73)に異常が生じてもすぐに空調機(10)の運転が停止することはなく、ある程度の時間は運転を継続することが可能となる。
【００８７】
なお、ステップST７では、例えば、吸入温度センサ(73)などに異常が生じていることを視覚的に表示してもよいし、警告音を発してもよい。また、本実施形態の空調機(10)をビル用の空気調和システムで複数設置する場合などは、この出力を集中管理して、どの冷媒回路(15)のセンサが劣化しているかを認識することで、補修などの手続きを進めることができる。このようなシステムをさらに発展させると、複数のビルの空調システムを通信回線を介して接続して集中管理し、どのビルでセンサの補修が必要となっているかを管理者側で判断することも可能となる。
【００８８】
なお、ステップST２，３でポリトロープ指数を更新する期間は、ポリトロープ指数が本来は時間が経過しても変化しない値であることから、数ヶ月ないし１年程度の期間としても通常の運転には支障がない。ただし、圧縮機が劣化して圧縮機内で高圧側から定圧側に冷媒の漏れが生じるようになってきているような場合にはポリトロープ指数が若干変化していくことも考えられるため、このような場合に備えて電源のオン／オフ毎にポリトロープ指数を更新するなど、そのインターバルを短くすると、より正確な値を使って運転制御を行うことが可能となる。
【００８９】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、４つのセンサのうち一つが故障したときに、他の３つのセンサの値とポリトロープ指数とから、故障したセンサに対応する冷媒の状態値を算出するようにしている。したがって、故障したセンサを補完して応急運転を行えるので、装置がすぐに停止して室内の快適性が低下するのを防止できる。
【００９０】
また、本実施形態ではポリトロープ指数を所定の時期に更新するようにしているので、故障したセンサに対応する冷媒の状態値をほぼ正確に算出することが可能となり、適正な運転を行える。
【００９１】
また、センサの一つが故障したときに応急運転を行いながら、同時にセンサが故障していることを出力するようにしているので、センサを早期に補修することができる。
【００９２】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００９３】
例えば、上記実施形態は、空調機(10)において故障したセンサ(73〜76)を補完するようにした例であるが、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置であれば、空調機以外であっても本発明を適用してセンサ(73〜76)を補完することは可能である。
【００９４】
また、上記実施形態は、圧縮機吸入温度を検出する吸入温度センサ(73)と、圧縮機吸入圧力を検出する低圧圧力センサ(74)と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度センサ(75)と、圧縮機吐出圧力を検出する高圧圧力センサ(76)の４つのセンサのうち、１つが故障した場合にそのセンサを補完するようにしたものであるが、４つのセンサのうちの一つを省略した場合に、そのセンサを補完することも可能である。この場合は、例えば、予め求めておいたポリトロープ指数をコントローラに入力しておき、その値を基準として計算を行うとよい。なお、この場合にも、ポリトロープ指数以外の値を求める関数を用いることは可能である。このようにするとセンサの個数を減らしても運転することが可能となり、構成の簡素化やコストの低減が可能となる。
【００９５】
なお、上記実施形態では、空調機(10)に状態値補完手段としてのコントローラ(90)を設ける例を説明したが、本実施形態の空調機(10)をビル用の空気調和システムで複数設置する場合や、複数のビルの空調システムを通信回線を介して接続して集中管理するシステムを構築する場合などは、状態値補完手段(90)を空調機(10)の外部の管理者サイドに設けてもよい。つまり、空調機(10)から状態値の補完に必要なデータを管理者側に送信し、管理者側で冷媒の状態値を補完して空調機(10)に送り返す構成にすることができる。この場合、空調機(10)と管理者側には、信号を送受するための送信部と受信部を設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る空調機の冷媒回路図である。
【図２】  図１の空調機の運転動作を示すモリエル線図である。
【図３】  センサの補完運転を示すフローチャートである。
【符号の説明】
(10)  空調機（冷凍装置）
(15)  冷媒回路
(22)  室外熱交換器（熱源側熱交換器）
(24)  室外膨張弁（膨張機構）
(41)  第１圧縮機（圧縮機）
(42)  第２圧縮機（圧縮機）
(61)  第１室内熱交換器（利用側熱交換器）
(62)  第１室内膨張弁（膨張機構）
(66)  第２室内熱交換器（利用側熱交換器）
(67)  第２室内膨張弁（膨張機構）
(73)  吸入温度センサ
(74)  低圧圧力センサ
(75)  吐出温度センサ
(76)  高圧圧力センサ
(90)  コントローラ（状態値補完手段、故障出力手段）
【図１】
0004374775.tif 000010
【図２】
0004374775.tif 000011
【図３】
0004374775.tif 000012