JP2002147905A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置にお
いて、圧縮機の劣化を検知できるようにして、更新時期
の判断も可能にする。 【解決手段】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、ポリト
ロープ指数などの値を算出し、その値の経時変化などか
ら圧縮機の劣化を判断する。

Description

【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、圧縮機の劣化検出技術に係る
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おいて、例えば装置
を据え付けてから長期間（例えば数年）が経過すると、
圧縮機が劣化する。そして、圧縮機が劣化すると、圧縮
機内部で高圧側から低圧側に冷媒が漏れてしまい、圧縮
効率が低下して冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）も低
下することになる。

【０００７】従来は、このように圧縮機が劣化しても、
その劣化を直接に知る手だてはなく、本来は圧縮機の更
新時期が来ている場合でも殆どの場合はすぐには更新さ
れていないのが実状である。そして、圧縮機の劣化は、
明らかに異常と分かる事態が生じるまでは放置されてい
る場合も多い。

【０００８】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、蒸気圧縮
式冷凍サイクルを行う冷凍装置において圧縮機の劣化を
検知できるようにして、更新時期の判断も可能にするこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機におけ
る圧縮状態の経時的な変化などから、圧縮機の劣化を判
別するようにしたものである。

【００１０】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(2
4,62,67)と利用側熱交換器(61,66) とが主要機器として
順に接続されて構成された冷凍装置(10)を前提としてい
る。そして、この冷凍装置(10)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
とに基づいて、圧縮機(41,42) の劣化を判断する制御手
段(90)を備えている。

【００１１】上記構成においては、圧縮機(41,42) の吸
入側の温度及び圧力と、圧縮機(41,42) の吐出側の温度
及び圧力とが求められ、これらの値に基づいて圧縮機(4
1,42) が劣化しているかどうかが判断される。この場
合、圧縮機(41,42) の劣化は、例えば後述のポリトロー
プ指数などの値を求める関数を用いたり、各温度と圧力
の関係が記憶されたマップなどを用いたりして判断する
ことができる。そして、例えばこれらの値が定められた
値でなくなっているときに、圧縮機(41,42) が劣化して
いると判断される。

【００１２】また、本発明が講じた第２の解決手段は、
上記第１の解決手段と同じ前提の冷凍装置(10)におい
て、少なくとも圧縮機吸入温度と、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変数とする関数
から求められる値の経時変化に基づいて、圧縮機(41,4
2) の劣化を判断する制御手段(90)を設けたものであ
る。

【００１３】このように構成すると、圧縮機(41,42) の
吸入側及び吐出側の温度と圧力の値に基づいて、上記ポ
リトロープ指数などの値が求められ、その値の経時変化
から圧縮機(41,42) が劣化しているかどうかが判断され
る。例えば、求められた値の変化の程度が所定の範囲を
超えている場合に、圧縮機(41,42) が劣化していると判
断される。

【００１４】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、据付時における上記関数
から求められる値からの変化に基づいて圧縮機(41,42)
の劣化を判断するように上記制御手段(90)を構成したも
のである。

【００１５】このように構成すると、据付時に上記関数
によって算出された値に対して、所定期間（例えば数
年）運転後に上記関数によって算出された値が変化して
いる場合に、その変化に基づいて圧縮機(41,42) の劣化
が判断される。

【００１６】また、本発明が講じた第４の解決手段は、
上記第２の解決手段において、製造時における上記関数
から求められる値からの変化に基づいて圧縮機(41,42)
の劣化を判断するように上記制御手段(90)を構成したも
のである。

【００１７】このように構成すると、製造時に上記関数
によって算出されている値に対して、所定期間運転後に
上記関数によって算出された値が変化している場合に、
その変化に基づいて圧縮機(41,42) の劣化が判断され
る。

【００１８】また、本発明が講じた第５の解決手段は、
上記第２の解決手段において、上記関数から求められる
値の所定値からの変化に基づいて圧縮機(41,42) の劣化
を判断するように上記制御手段(90)を構成したものであ
る。

【００１９】このように構成すると、上記関数から求め
られる値が所定値から経時変化している場合に圧縮機(4
1,42) の劣化が判断される。この場合には、上記第３及
び第４の解決手段のように上記値を機械毎に求めるのと
違って、その圧縮機(41,42)において定められた値に対
する変化によって劣化が判断される。このため、劣化判
断は、上記値を圧縮機個別に測定せず、圧縮機の機種毎
に設定した値としておけばよい。

【００２０】また、本発明が講じた第６の解決手段は、
上記第２ないし第５のいずれか１の解決手段において、
制御手段(90)を、据付から所定時間毎に上記関数から求
められる値を繰り返し算出するように構成したものであ
る。この場合、判断時期は任意に設定することが可能で
あり、例えば据付初期は判断時期までの間隔を比較的長
くし、数年が経過すると判断時期までの間隔を比較的短
くすることができる。

【００２１】このように構成すると、圧縮機(41,42) が
劣化しているかどうかが所定期間毎に繰り返し判別され
る。そして、ポリトロープ指数などが据付当初から所定
の範囲を超えて変化したときなどに、圧縮機(41,42) が
劣化していると判断される。

【００２２】また、本発明が講じた第７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(24,6
2,67)と利用側熱交換器(61,66) とが順に接続されて構
成された冷凍装置において、少なくとも圧縮機吸入温度
と、圧縮機吸入圧力と、圧縮機吐出温度と、圧縮機吐出
圧力とを変数とする関数から求められる値が所定値にな
った場合に圧縮機(41,42) の劣化を判断する制御手段(9
0)を設けたものである。

【００２３】このように構成すると、据付時や製造時に
上記関数から求められる値とは関係なく、その値自体が
所定値になったときに圧縮機が劣化したと判断される。

【００２４】また、本発明が講じた第８の解決手段は、
上記第２ないし第７のいずれか１の解決手段において、
上記関数を、ポリトロープ指数を求める関数としたもの
である。

【００２５】この構成においては、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
とに基づいて、ポリトロープ指数が求められ、このポリ
トロープ指数に基づいて圧縮機(41,42) の劣化判断が行
われる。具体的には、所定時間運転したときのポリトロ
ープ指数が、据付時や製造時のポリトロープ指数または
あらかじめ定められたポリトロープ指数などから変化し
ていて、その変化の程度が所定の範囲を超えている場合
などに、圧縮機(41,42) が劣化していると判断される。
つまり、ポリトロープ指数は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ので、この値
が変化していて、その変化が所定の範囲を超えている
と、圧縮機(41,42) が劣化して内部での冷媒の漏れなど
が生じる状態になっていると判断される。

【００２６】また、本発明が講じた第９の解決手段は、
上記第１ないし第８のいずれか１の解決手段において、
圧縮機(41,42) の劣化を判断したことを出力する圧縮機
劣化出力手段(ST6) を設けたものである。

【００２７】このように構成すると、圧縮機(41,42) が
劣化したことをユーザーや管理者に対して表示したりす
ることが可能となる。特に、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、そのシステムの管理者への出力が可
能となる。

【００２８】また、本発明が講じた第１０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(2
4,62,67)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において、圧縮機(41,42) の劣化を
判断するために、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外部へ出力
する出力手段を設けたものである。

【００２９】このように構成すると、圧縮機(41,42) の
劣化判断は、冷凍装置(10)の外部で行うことができる。
このため、例えば上記通信システムで複数の冷凍装置(1
0)を管理する管理者サイドで圧縮機(41,42) の劣化判断
を行い、どの圧縮機(41,42)が劣化しているかなどの情
報を得ることができる。

【００３０】また、本発明が講じた第１１の解決手段
は、上記第１ないし第１０のいずれか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
を設けたものである。

【００３１】このように構成すれば、各検出手段(73〜7
6)によって求められた圧縮機(41,42) の吸入側温度及び
圧力と吐出側温度及び圧力とに基づいて、上記ポリトロ
ープ指数などを算出し、圧縮機(41,42) の劣化判断が行
われる。なお、ポリトロープ指数は、圧縮機の吸入側冷
媒と吐出側冷媒の圧力と比体積の状態変化などから求め
ることも可能な値である。

【００３２】

【発明の効果】上記第１の解決手段によれば、圧縮機(4
1,42) の吸入側の温度及び圧力と、圧縮機(41,42) の吐
出側の温度及び圧力とに基づいて圧縮機(41,42) が劣化
しているかどうかが判断されるので、その更新時期の判
断も可能となる。

【００３３】また、上記第２の解決手段によれば、圧縮
機(41,42) の吸入側及び吐出側の温度と圧力を変数とす
る関数から求められる値の経時変化から圧縮機(41,42)
の劣化判断をするようにしているので、更新時期をより
確実に求めることができる。

【００３４】また、上記第３及び第４の解決手段によれ
ば、上記関数から求められる値の各機械毎の基準値（据
付時の値や製造時の値）に対する経時変化から圧縮機(4
1,42) の劣化を判断しているので、その圧縮機(41,42)
の適正な更新時期を確実に求めることができる。

【００３５】また、上記第５の解決手段によれば、上記
関数から求められる値の所定値に対する経時変化から圧
縮機(41,42) の劣化を判断しているので、圧縮機(41,4
2) の機種毎に上記値を設定しておけば、初期値を個別
に求めなくてもよい。

【００３６】また、上記第６の解決手段によれば、上記
関数から求められる値を所定時間毎に算出するようにし
ているので、圧縮機(41,42) が劣化しているかどうかを
所定期間毎に繰り返し判別できる。このため、更新時期
になっているかどうかも所定期間毎に判断することがで
きる。また、このように判別を繰り返し行うと、劣化の
進行状況を知ることも可能である。

【００３７】また、上記第７の解決手段によれば、据付
時や製造時の状態とは関係なく、上記関数から求められ
る値自体が所定値になったときに、圧縮機(41,42) が劣
化したと判断できる。そして、そのときに、圧縮機(41,
42) の更新時期となっていることも判断できる。

【００３８】また、上記第８の解決手段によれば、ポリ
トロープ指数を用いて圧縮機(41,42) の劣化判断をする
ようにしている。そして、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のに対して、この値
が経年変化していると、その変化の程度から圧縮機(41,
42) が劣化しているかどうかを確実に判断することがで
きる。

【００３９】また、上記第９の解決手段によれば、圧縮
機(41,42) の劣化を判断したことを出力する圧縮機劣化
出力手段(ST6) を設けているので、圧縮機(41,42) が劣
化したことをユーザーや管理者に対して表示したりする
ことで、ユーザーや管理者側での更新時期の認識を確実
にできる。

【００４０】また、上記第１０の解決手段によれば、各
装置において求められた圧縮機(41,42) の吸入側と吐出
側の温度及び圧力に基づいて、圧縮機(41,42) の劣化判
断を外部の管理サイドなどで行って、どの圧縮機(41,4
2) が劣化しているかなどの情報を得ることができる。
このため、ある管理者が通信システムを利用して複数の
冷凍装置(10)を管理している場合などに、どの冷凍装置
(10)の圧縮機(41,42) が劣化しているかを容易に認識す
ることが可能となる。

【００４１】また、上記第１１の解決手段によれば、各
検出手段(73〜76)によって求められた圧縮機(41,42) の
吸入側温度及び圧力と吐出側温度及び圧力とに基づい
て、上記ポリトロープ指数などを算出し、圧縮機(41,4
2) の劣化判断が行われる。

【００４２】このように構成すれば、冷凍装置(10)が備
えている各センサ(73〜76)の検出値（圧縮機吸入温度、
圧縮機吸入圧力、圧縮機吐出温度、及び圧縮機吐出圧
力）に基づいてポリトロープ指数などを算出できるの
で、圧縮機(41,42) の劣化判断を行う装置を容易に実現
することが可能となる。

【００４３】

【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。

【００４４】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（制御手段）(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。

【００４５】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(1
6)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。

【００４６】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。

【００４７】上記圧縮機ユニット(40)は、第１圧縮機(4
1)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。

【００４８】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(4
2)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。

【００４９】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(4
5)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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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(2
3)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。

【００５３】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(30
a) 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。

【００５４】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(33
a,33b) に分岐されている。流出管(33)の第１分岐管(33
a) 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(2
5)へ向かう冷媒の流通のみを許容する。

【００５５】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。

【００５６】上記室外回路(20)には、更にガス抜き管(3
5)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(3
5)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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】第１室内回路(60)は、第１室内熱交換器(6
1)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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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(2
2)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。

【００６３】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(73)と、圧縮機(41,4
2) の吸入冷媒圧力を検出するための低圧圧力センサ(7
4)とが設けられている。吐出管(44)には、圧縮機(41,4
2) の吐出冷媒温度を検出するための吐出温度センサ(7
5)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(76)と、高圧圧力スイッチ(77)とが設け
られている。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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
冷媒圧力とから、据付当初のポリトロープ指数ｎと、据
付から所定期間経過後のポリトロープ指数ｎ’とを算出
して比較し、その比較結果から圧縮機(41,42)の劣化を
判別する。より具体的には、コントローラ(90)は据付当
初のポリトロープ指数ｎに対して据付から所定期間経過
毎にポリトロープ指数ｎ’を算出して比較し、ポリトロ
ープ指数ｎ’が所定の範囲を超えて変化していると圧縮
機(41,42) の劣化と判断する。

【００６７】−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。

【００６８】《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。

【００６９】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(30
a)へ流入し、第１流入逆止弁(31)を通過してレシーバ(2
3)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。

【００７０】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(61,6
6)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。

【００７１】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。

【００７２】《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。

【００７３】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。

【００７４】《圧縮機の劣化判断》本実施形態では、据
付当初のポリトロープ指数ｎに対して、据付から所定期
間が経過する毎にポリトロープ指数ｎ’を算出して比較
し、圧縮機(41,42) の劣化を判別している。この動作に
ついて、図２及び図３に基づいて説明する。

【００７５】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（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。

【００７６】この冷凍サイクルにおいて、圧縮機(41,4
2) 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。

【００７７】ポリトロープ指数ｎは、例えば圧縮機(41,
42) が劣化して該圧縮機(41,42) 内での高圧側から定圧
側への冷媒の漏れ量が大きくなるなどの事態が生じる
と、その値が変化し（大きくなり）、圧縮行程のカーブ
の傾きが変化する。図２において、破線が据付当初の圧
縮状態を表し、実線が圧縮機(41,42) の劣化後の圧縮状
態を表している。

【００７８】本実施形態では、このポリトロープ指数ｎ
を求めることによって据付直後の圧縮状態と据付から所
定期間が経過した後の圧縮状態を比較し、圧縮機(41,4
2) の劣化を判定するようにしている。

【００７９】この判定は、図３のフローチャートにした
がって行われる。まず、ステップST１では、据付当初の
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。

【００８０】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。

【００８１】

【数１】

【００８２】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。

【００８３】

【数２】

【００８４】また、(2)式は、以下の(3)式のように表す
ことができる。

【００８５】

【数３】

【００８６】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、据付当初のポリト
ロープ指数ｎを求めることができる。

【００８７】

【数４】

【００８８】このようにして求めたポリトロープ指数ｎ
は、ステップST２において、コントローラ(90)によって
メモリに記憶され、その圧縮機(41,42) に固有の値とし
て長期にわたって保存される。

【００８９】一方、据付から所定期間（例えば数年）が
経過すると、ステップST３において、そのときのポリト
ロープ指数ｎ’が算出される。上述したように、圧縮機
が劣化していると、Ａ点が同じでも圧縮行程のカーブが
変化して吐出側の冷媒の状態が変化し、Ｂ点がＢ’点に
移動する。つまり据付当初のＢ点の温度Ｔ₂ と圧力Ｐ ₂
が、所定期間経過後にはＢ’点の温度Ｔ₂ ’と圧力Ｐ
₂ ’に変化する。このとき、上記(1)式で表された関係
は次の(5)式のように表される。

【００９０】

【数５】

【００９１】そして、上記(5)式は、以下の(6)式に展開
される。

【００９２】

【数６】

【００９３】以上のようにして求められたそのときのポ
リトロープ指数ｎ’は、ステップST４において据付当初
のポリトロープ指数ｎと比較され、その比較結果から、
ステップST５において圧縮機(41,42) が劣化しているか
どうかの判別が行われる。具体的には、指数ｎに対して
指数ｎ’が変化して（大きくなって）おり、しかもその
変化の程度が所定の範囲を超えているときに圧縮機(41,
42) が劣化したものと判断する。この判別の結果、圧縮
機(41,42) が劣化していないと判断されたときはステッ
プST３に戻り、さらに所定期間が経過したときに圧縮機
(41,42) の劣化を繰り返し判別する。

【００９４】なお、装置(10)を据え付けてから最初に圧
縮機(41,42) の劣化を判別するまでの期間と、その後に
判別を行うまでの期間は必ずしも同じにする必要はな
い。つまり、据付当初は圧縮機(41,42) の劣化が生じに
くいことから判別までの期間は長くてもよく、時間が経
過するほど圧縮機(41,42) の劣化が発生しやすくなるこ
とから、その期間を短くするとよい。

【００９５】また、圧縮機(41,42) の劣化判断は、２台
のうちの一方でも劣化していれば圧縮機ユニット(40)と
しての劣化と判断してよいが、より詳細な情報を必要と
する場合などは、劣化した圧縮機を特定することも可能
である。

【００９６】つまり、第２圧縮機(42)だけを運転してい
る場合にポリトロープ指数ｎ’の初期値ｎに対する変化
が小さく、圧縮機(41,42) を２台とも運転している場合
にその変化が大きくなると、第１圧縮機(41)が劣化して
いる可能性が大きいと判断できる。逆に、第２圧縮機(4
2)だけで運転しているときのポリトロープ指数ｎ’の変
化が十分に大きく、２台とも運転しても変化の度合いが
あまり変わらなければ、第２圧縮機(42)が劣化している
と判断できる。さらに、第２圧縮機（４２）だけで運転
したときのポリトロープ指数ｎ’の変化が十分に大き
く、２台で運転すると変化の量がさらに大きくなる場合
は、圧縮機(41,42) が２台とも劣化していると判断でき
る。

【００９７】一方、以上のようにして圧縮機(41,42) が
劣化していることを確認すると、ステップST６へ進み、
圧縮機(41,42) が劣化していることを出力する。この出
力ステップとしては、例えば、圧縮機(41,42) の更新時
期が来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)の圧縮機(41,4
2) が劣化しているかを認識することで、更新などの手
続きを進めることができる。

【００９８】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、どのビルで圧縮機(41,42) の更新が必
要となっているかを管理者側（外部）で判断することも
可能となる。

【００９９】−実施形態の効果− 本実施形態によれば、据付当初のポリトロープ指数ｎ
と、据付から所定期間が経過したときのポリトロープ指
数ｎ’とを比較するようにしている。そして、ポリトロ
ープ指数ｎが圧縮機(41,42) に固有の値であり、時間が
経過しても本来は変化しない値であることから、この値
ｎが経年変化していると、その変化の程度から圧縮機(4
1,42) が劣化しているかどうかを判断できる。したがっ
て、圧縮機(41,42) の更新時期の判断も可能となり、故
障などの異常が発生する前に圧縮機(41,42) を交換する
ことが可能となる。

【０１００】特に、上記実施形態では、据付から所定期
間が経過する毎にポリトロープ指数ｎ’を算出して据付
当初のポリトロープ指数ｎと比較している。したがっ
て、圧縮機(41,42) が劣化しているかどうかを所定期間
毎に繰り返し判別できるので、更新時期になっているか
どうかも所定期間毎に判断でき、劣化の進行状況を把握
しながら故障などの異常の発生を未然に防ぐことができ
る。

【０１０１】また、図２のモリエル線図にも示している
ように、圧縮機(41,42) が劣化すると入力が増加するこ
とから、消費電力の増大によるコストアップにつながる
が、圧縮機(41,42) を適切な時期に更新することで圧縮
機入力を初期状態まで戻せるため、消費電力を低減する
ことも可能となる。

【０１０２】また、空調機(10)が備えている各センサ(7
3〜76)の検出値（圧縮機吸入温度、圧縮機吸入圧力、圧
縮機吐出温度、及び圧縮機吐出圧力）に基づいてポリト
ロープ指数ｎ、ｎ’を算出し、これらの値を比較してい
るので、圧縮機(41,42) の劣化判断を行う装置を容易に
実用化できる。

【０１０３】

【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。

【０１０４】例えば、上記実施形態は、空調機(10)にお
いて圧縮機(41,42) の劣化を検出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圧縮機(41,
42) の劣化と更新時期を検出することは可能である。

【０１０５】また、上記実施形態では、ポリトロープ指
数から圧縮機(41,42) の劣化を判断するようにしている
が、少なくとも圧縮機吸入温度と、ポリトロープ指数以
外の値で、少なくとも圧縮機吸入圧力と、圧縮機吐出温
度と、圧縮機吐出圧力とを変数とする関数から求められ
る値の経時変化に基づいて圧縮機(41,42) の劣化判断を
行うようにしてもよい。

【０１０６】また、圧縮機(41,42) の吸入側と吐出側の
温度及び圧力の所定のモリエル線図における関係を予め
記憶しておき、所定期間運転後のこれらの値が、記憶し
たマップ上の値からずれているときに、圧縮機(41,42)
が劣化していると判断するようにしてもよい。

【０１０７】また、圧縮機(41,42) の劣化判断は、据付
時に対する値の変化に限らず、製造時に対する値の変化
に基づいて行ってもよいし、圧縮機(41,42) の機種毎に
設定される所定値を基準として行ってもよい。

【０１０８】さらに、上記実施形態では据付時などの基
準値に対するポリトロープ指数の変化などから圧縮機(4
1,42) の劣化を判断しているが、基準値を設けず、ポリ
トロープ指数などの値が所定値になったときに圧縮機(4
1,42) が劣化していると判断するようにしてもよい。

【０１０９】以上要するに、本発明においては、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
縮機吐出圧力とに基づいて、圧縮機(41,42) の劣化を判
断するようになっていればよい。

【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の空調機の据付当初と所定期間経過後の運
転状態の変化を示すモリエル線図である。

【図３】圧縮機の劣化判定を行う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（制御手段）

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H045 AA05 AA09 AA16 AA27 BA41 CA02 CA03 CA19 CA29 DA01 DA07 EA37 EA48

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【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、圧縮機吐出圧力とに基づいて、圧縮機(41,42) の劣
   化を判断する制御手段(90)を備えている冷凍装置。
2. 【請求項２】 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、 少なくとも圧縮機吸入温度と、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変数とする関数から
   求められる値の経時変化に基づいて、圧縮機(41,42) の
   劣化を判断する制御手段(90)を備えている冷凍装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段(90)は、据付時における上
   記関数から求められる値からの変化に基づいて圧縮機(4
   1,42) の劣化を判断する請求項２記載の冷凍装置。
4. 【請求項４】 上記制御手段(90)は、製造時における上
   記関数から求められる値からの変化に基づいて圧縮機(4
   1,42) の劣化を判断する請求項２記載の冷凍装置。
5. 【請求項５】 上記制御手段(90)は、上記関数から求め
   られる値の所定値からの変化に基づいて圧縮機(41,42)
   の劣化を判断する請求項２記載の冷凍装置。
6. 【請求項６】 制御手段(90)は、据付から所定時間毎に
   上記関数から求められる値を算出するように構成されて
   いる請求項２ないし５のいずれか１記載の冷凍装置。
7. 【請求項７】 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、 少なくとも圧縮機吸入温度と、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変数とする関数から
   求められる値が所定値になった場合に圧縮機(41,42) の
   劣化を判断する制御手段(90)を備えている冷凍装置。
8. 【請求項８】 上記関数は、ポリトロープ指数を求める
   関数である請求項２ないし７のいずれか１記載の冷凍装
   置。
9. 【請求項９】 圧縮機(41,42) の劣化を判断したことを
   出力する圧縮機劣化出力手段(ST6) を備えている請求項
   １ないし８のいずれか１記載の冷凍装置。
10. 【請求項１０】 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(41,42) の劣化を判断するために、少なくとも圧
    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外部へ出力する出力手段を備え
    ている冷凍装置。
11. 【請求項１１】 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ないし１０のいずれか１記
    載の冷凍装置。