JP2005133980A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の試運転を実施することで、据付状況の正常・異常を判定することができ、早期に工事ミス関連の兆候をつかみ機器破損に至る前に予防措置を取ることができる空気調和装置を得る。
【解決手段】 空気調和運転を実施するために必要な制御を行う制御手段と、制御に必要な各部の温度・圧力を検出するセンサ手段と、所定の運転パターンを実施する試運転手段と、試運転中にセンサ手段の検出値及びこのセンサ検出値を元に制御演算された内部パラメータと予め記憶された設計値との比較により、据付状況の正常・異常を判定する据付異常判定手段と、異常と判定した場合に判定内容を表示する表示手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空気調和装置に関するものであり、圧縮機故障に至る可能性のある設置状況の自動判定に関する。

従来の空気調和装置においては、圧縮機オイル循環に関する正常、異常を判定するオイル量診断手段、或いは冷媒量に関する正常、異常を判定する冷媒量診断手段等を設け、シミュレーションによる正常運転時の状態との比較による判定を行うものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００１−１４１２７９号公報 特開２００１−３１７７９０号公報

従来の空気調和装置では、より正確な判定を求めてシミュレーションを実施する方式としていたが、特許文献１の場合、運転開始指示を受け一定時間経過した場合に診断を開始するようにしており、実際にはその時に判定が可能な運転状況であるかどうかが不明であるので、特許文献２では判定不能であれば故障診断を除外するような処理も実施している。すなわち、診断が確実に実施できるかどうかが不定であり、診断が正常に終了できなかった場合、結局部品故障に至る可能性があるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、所定の試運転を実施することで、据付状況の正常・異常を判定することができる空気調和装置を得るものである。

この発明に係る空気調和装置においては、空気調和運転を実施するために必要な制御を行う制御手段と、制御に必要な各部の温度・圧力を検出するセンサ手段と、所定の運転パターンを実施する試運転手段と、試運転中にセンサ手段の検出値及びこのセンサ検出値を元に制御演算された内部パラメータと予め記憶された設計値との比較により、据付状況の正常・異常を判定する据付異常判定手段と、異常と判定した場合に判定内容を表示する表示手段とを備えたものである。

この発明は、空気調和運転を実施するために必要な制御を行う制御手段と、制御に必要な各部の温度・圧力を検出するセンサ手段と、所定の運転パターンを実施する試運転手段と、試運転中にセンサ手段の検出値及びこのセンサ検出値を元に制御演算された内部パラメータと予め記憶された設計値との比較により、据付状況の正常・異常を判定する据付異常判定手段と、異常と判定した場合に判定内容を表示する表示手段とを備えているので、空気調和装置を所定の試運転を実施することで、据付状況の正常・異常を判定することができる。これにより、早期に工事ミス関連の兆候をつかむことができ、機器破損に至る前に予防措置を取ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における空気調和装置を示すものである。
図１において、圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換器３、絞り装置４、室内側熱交換器５、アキュムレータ６が冷媒配管で連通されて空気調和装置を構成している。室外側熱交換器３の熱交換のために送風機７が、室内側熱交換器５の熱交換能力確保のために送風機８が各々の熱交換器を介した風路を形成して設置されている。
ここで、室内機は２台並列構成として、部品番号に各々Ａ、Ｂを付して示しているが、１台でもさらに多くの並列接続でもこの発明に関する動作は同様である。
圧縮機１は、インバータ駆動される。インバータ主回路は、同図にて電源１１、整流手段１２、平滑コンデンサ１３、逆変換手段１４が配線で接続されており、逆変換手段１４の出力配線が圧縮機１内の電動機に接続されて可変速駆動される。
室外機のアクチュエータとしては、上記のように、圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換用送風機７がある。
室内機のアクチュエータとしては、上記のように、絞り装置４、室内側熱交換用送風機８がある。
室外機のセンサとしては、圧縮機１の吐出（高圧）圧力センサ２１、圧縮機１の吸込み（低圧）圧力センサ２２、吐出温度センサ２３、吸込み温度センサ２４、圧縮機１の内部モータおよび油温度を代表する圧縮機シェル温度センサ２５、外気温度センサ２６、室外側熱交換器３の冷房時出口側(暖房時入口側）配管温度センサ２７、および前記インバータ主回路部に直流母線電圧センサ２８、インバータ出力電流センサ２９がある。
室内機のセンサとしては、絞り手段４と室内側熱交換器５の間の冷媒配管温度を検知する配管温度センサ３１と、室内側熱交換器５の風路吸込み部の空気温度を検知する吸込み温度センサ３２と、室内側熱交換器５から発生するドレン水を受け止めるドレンパンの水位検知センサ３３がある。
室外機を制御する室外機制御装置は、プログラムを内蔵したマイコンなどにより構成される室外機制御手段４１と、室外機制御手段４１に上記各室外機内センサの検出値を絶縁・レベル変換などして伝達する室外機センサ入力手段４２と、室外機制御手段４１に上記各室外機内アクチュエータの駆動信号を絶縁・レベル変換などして伝達する室外機アクチュエータ駆動手段４３と、室内機制御装置およびリモートコントローラなどと情報伝達するための信号授受を行う室外機伝送手段４４と、上記室外機伝送手段４４における識別に資するアドレスを設定・記憶するスイッチなどで構成される室外機アドレス設定手段４５と、室外機制御手段４１からの指示により各種表示を行う室外機表示手段４６と、室外機制御手段４１からの指示により制御パラメータを記憶するメモリからなる室外機パラメータ記憶手段４７と、室外機制御手段４１での判定制御（詳細記載せず）により生成された室外機と室内機の接続状態を表す情報を記憶するメモリからなる接続情報記憶手段４８と、室外機制御手段４１に対して試運転動作を開始するかどうかを指示設定する試運転設定手段４９と、運転データなどを記憶保持するメモリ５０と、からなる。ここで、室外機アドレスは、接続される室内機の最小アドレス（ここでは１を想定）に対し＋５０した値を付加するものとする。
室内機を制御する室内機制御装置は、プログラムを内蔵したマイコンなどにより構成される室内機制御手段５１と、室内機制御手段５１に上記各室内機内センサの検出値を絶縁・レベル変換などして伝達する室内機センサ入力手段５２と、室内機制御手段５１に上記各室内機内アクチュエータの駆動信号を絶縁・レベル変換などして伝達する室内機アクチュエータ駆動手段５３と、室外機制御装置およびリモートコントローラなどと情報伝達するための信号授受を行う室内機伝送手段５４と、上記室内機伝送手段５４における識別に資するアドレスを設定・記憶するスイッチなどで構成される室内機アドレス設定手段５５と、からなる。ここで、室内機アドレスは、１から順に付加するものとする。
リモートコントローラは、プログラムを内蔵したマイコンなどにより構成されるリモートコントローラ制御手段６１と、リモートコントローラ制御手段６１に接続される室内機吸込み温度センサ３２の代替機能を持つリモートセンサ６２と、リモートコントローラ制御手段６１に各種運転状態の設定情報を入力する操作手段６３と、室外機制御装置および室内機制御装置などと情報伝達するための信号授受を行うリモートコントローラ伝送手段６４と、上記リモートコントローラ伝送手段６４における識別に資するアドレスを設定・記憶するスイッチなどで構成されるリモートコントローラアドレス設定手段６５と、リモートコントローラ制御手段６１からの指示により各種表示を行うリモートコントローラ表示手段６６と、からなる。ここで、リモートコントローラアドレスは操作する室内機アドレスに対して＋１００した値を付加するものとする。

このように構成された空気調和装置においては、図２のフローチャートに示すような動作を行う。
図２において、ステップＳ１では、室外機に冷媒配管で接続される室内機のアドレスなど接続情報を設定・取得し、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、試運転設定がされているかどうかを判定し、されていればステップＳ３へ進み、そうでなければステップＳ２７へ進む。ステップＳ３では、外気温度センサの取込値が所定温度以上かどうかを判定し、そうであればステップＳ４へ進み、そうでなければステップＳ５へ進む。ステップＳ４では、試運転モードを冷房とし、ステップＳ６へ進む。ステップＳ５では、試運転モードを暖房とし、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、内部変数ｉをｉ＝１とし、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、室内機アドレスがｉの室内機のみ先に設定された運転モードで運転し、他の室内機は停止として、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、アドレスｉの室内機の運転を安定させるために第１の所定時間経過したかどうかを判定し、経過していなければその間ステップＳ８を繰り返して待ち、経過しておればステップＳ９へ進む。ここで、フローチャート上はステップＳ８に止まりつづけるように記載しているが、実際には割り込みなどの別処理でその間空調機の安定化運転制御は実施される。ステップＳ９では、後述する内容の判定１を行い、判定ＯＫであればステップＳ１２へ進み、判定にＮＧ項目があればステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では、室外機およびまたはリモートコントローラに判定ＮＧ項目を示す表示を行い、ステップＳ１１へ進む。表示に際しては、表示内容のコード化など表示制約を考慮して実施する。ステップＳ１１では、判定ＮＧ項目がある場合に試運転動作を継続するかどうかを判定し、継続する場合はステップＳ１１へ進み、中止する場合はステップＳ３１へ進む。ここで、継続の判定手段については図１中に詳細記載していないが、表示を確認した際に室外機のＳＷ（スイッチ）などの所定の信号入力手段を操作したり、リモートコントローラの操作手段で特定の操作を実施するなどの手段を用いる。ステップＳ１２では、アドレスｉの室内機１台のみの所定の運転モードでの安定運転時の各部センサ温度、アクチュエータ制御量、および制御演算の内部変数値などを代表運転データとしてメモリに記憶保持し、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、試運転設定中の室外機に接続された全室内機を停止とし、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、停止状態で冷媒の挙動および各部温度が安定するまで第２の所定時間経過したかどうかを判定し、経過していなければその間ステップＳ１４を繰り返して待ち、経過しておればステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、変数ｉをｉ＝ｉ＋１とし、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、ｉが室外機に接続されている室内機台数を超えたかどうか、すなわち接続される室内機の最大アドレスを超えたかどうか、を判定し、超えておればステップＳ１７へ進み、超えていなければステップＳ７へ戻る。ステップＳ１７では、接続されている室内機を全て設定された運転モードで運転し、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、全室内機の運転を安定させるために第３の所定時間経過したかどうかを判定し、経過していなければその間ステップＳ１８を繰り返して待ち、経過しておればステップＳ１９へ進む。ここで、フローチャート上はステップＳ１８に止まりつづけるように記載しているが、実際には割り込みなどの別処理でその間空調機の安定化運転制御は実施される。ステップＳ１９では、後述する内容の判定２を行い、判定ＯＫであればステップＳ２２へ進み、判定にＮＧ項目があればステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、室外機およびまたはリモートコントローラに判定ＮＧ項目を示す表示を行い、ステップＳ２１へ進む。表示に際しては、表示内容のコード化など表示制約を考慮して実施する。ステップＳ２１では、判定ＮＧ項目がある場合に試運転動作を継続するかどうかを判定し、継続する場合はステップＳ２２へ進み、中止する場合はステップＳ３１へ進む。ここで、継続の判定手段については図１中に詳細記載していないが、表示を確認した際に室外機のＳＷ（スイッチ）などの所定の信号入力手段を操作したり、リモートコントローラの操作手段で特定の操作を実施するなどの手段を用いる。ステップＳ２２では、全室内機の所定の運転モードでの安定運転時の各部センサ温度、アクチュエータ制御量、および制御演算の内部変数値などを代表運転データとしてメモリに記憶保持し、ステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３では、今回収集した代表運転データを前回の収集データと後述するような観点で比較し、特に変化がない場合（ＯＫ）はステップＳ２６へ進み、変化がある場合（ＮＧ）はステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、室外機およびまたはリモートコントローラに判定ＮＧ項目を示す表示を行い、ステップＳ２５へ進む。表示に際しては、表示内容のコード化など表示制約を考慮して実施する。ステップＳ２５では、判定ＮＧ項目がある場合に試運転動作を継続するかどうかを判定し、継続する場合はステップＳ２６へ進み、中止する場合はステップＳ３１へ進む。ここで、継続の判定手段については図１中に詳細記載していないが、表示を確認した際に室外機のＳＷ（スイッチ）などの所定の信号入力手段を操作したり、リモートコントローラの操作手段で特定の操作を実施するなどの手段を用いる。ステップＳ２６では、後述するようなパラメータの再設定を実施し、ステップＳ２へ戻る。
ステップＳ２７乃至ステップＳ３０は通常運転の一環として実施されるこの実施の形態１に関係する部分である。後述の「ステップＳ２へ戻る」という表現は通常運転の制御は別途実施している前提で記載している。
ステップＳ２７では、運転中の状態が試運転により得られた代表運転状態を類似しているかどうかを判定し、類似していればステップＳ２７へ進み、そうでなければステップＳ２へ戻る。類似しているかどうかの判定については後述する。ステップＳ２８では、現在の運転状態と試運転により得られた代表運転状態を比較し、後述するようなステップＳ２３の場合と同様の観点で比較し、特に変化がない場合（ＯＫ）はステップＳ２へ戻り、変化がある場合（ＮＧ）はステップＳ２９へ進む。ステップＳ２９では、室外機およびまたはリモートコントローラに判定ＮＧ項目を示す表示を行い、ステップＳ３０へ進む。表示に際しては、表示内容のコード化など表示制約を考慮して実施する。ステップＳ３０では、判定ＮＧ項目がある場合に試運転動作を継続するかどうかを判定し、継続する場合はステップＳ２へ戻り、中止する場合はステップＳ３１へ進む。ここで、継続の判定手段については図１中に詳細記載していないが、表示を確認した際に室外機のＳＷ（スイッチ）などの所定の信号入力手段を操作したり、リモートコントローラの操作手段で特定の操作を実施するなどの手段を用いる。ステップＳ３１では、全室内機を停止し、本制御を終了する。

次に、ここまでに後述するとして積み残した詳細項目について、順次説明する。
まず、ステップＳ９部での判定１について説明する。
ここでは、室内機を１台ずつ運転して、その運転状況から施工設計不良、工事不良などの不具合がないかを判定する。
判定１における着眼項目と判定内容は、下表にまとめたとおりである。
判定の基準としては、予め平均的な各種運転状態における各センサ値・アクチュエータ制御量、内部パラメータ変数値を基準データとして記憶しておいたものを用い、今回測定された状態のうち最も条件的に近い基準データとの比較により、それらの基準データとの乖離幅により判定する。簡易的には運転状態によらない所定の定量値(例えば、圧力データに対する標準的な大気圧、吐出温度で120℃、低圧圧力で０．２ＭＰａ、等）を基準データとすることもできる。

ここで、圧縮機駆動用のインバータについては詳細を記述していないが、予め記憶している圧縮機モータの特性パラメータ定数とセンシングしているインバータ出力電流との関係から、モータ回転位置（磁束位置）を推定しながら前記電流をトルク成分Ｉｑと励磁成分Ｉｄに分解して効率・安定性を考慮してＩｄを所定の目標値になるように出力電圧を制御する、といういわゆる簡易的な磁束ベクトル制御を実施している。そして、分解されたＩｑ，Ｉｄの量およびその変動、また、出力電圧と出力電流の位相差の情報から、空調機の運転状態を正常範囲かどうか判定するようにしている。

次に、ステップＳ１９部での判定２について説明する。
ここでは、室内機を全数運転して、その運転状況から施工設計不良、工事不良などの不具合がないかを判定する。
判定２における着眼項目と判定内容は、下表にまとめたとおりである。

このようにステップＳ９およびステップＳ１９の判定を実施することにより、据え付け工事後の試運転作業が自動化できることで簡素化でき、チェック漏れを防止できるとともに、早期に工事ミス関連の兆候をつかむことで機器が破損に至る前に予防処置を取ることができる。
人為的側面であるが、工事完了し、客先に機器を引き渡して稼動した後になると予防処置も故障修理も日程調整・費用調整等複雑な手続きが必要になるが引き渡し前に実施するのであれば比較的迅速な対応が取りやすく、機器納入側、工事側、客先ともにメリットになる。

次に、ステップＳ２３部およびステップＳ２８部での運転データの比較について説明する。
ステップ２３での比較は前回の試運転データと今回の試運転データとの間、ステップ２８での比較は前回（最新）の試運転データと現在の運転データの比較である。
ステップＳ２３での比較は、同じような環境条件のもとでの定期的な点検作業としての試運転を想定しているが、アトランダムなタイミングで試運転を行う場合、ステップＳ２８の場合のように事前に運転状況が比較するに値するかどうかを判定するステップＳ２７に相当する制御ステップを挿入する必要がある。
ここでのデータ比較は絶対値の合否判定ではなく、劣化判定になる。
ステップＳ９およびステップＳ１９における判定１および判定２の各項目に関する判定値がＮＧ判定閾値に近づいたかどうかを判定する。
ここで、厳密に同一の運転を再現することは困難なため判定に際してはばらつき余裕を加味して所定幅以上ＮＧ判定閾値に近づいた場合にＮＧ判断するようにする。
このように客先で稼動途中で試運転または通常運転状態の中で劣化判定することで、ｃｏｍｐ劣化、熱交換器の目詰まり、冷媒漏れや、電源環境・伝送ノイズ環境の変化（並列設置機器の増加など）が把握でき、不具合の重故障化前に早期対応をとることが出来る。故障対応は初期に実施したほうが時間的にも費用的にも負担が小さくなる傾向にあるので、機器側、工事側、客先ともにメリットになる。機器破損まで運転継続する場合にも劣化兆候をつかめているので、修理必要部位が特定できるため復旧作業を短期間で実施可能になる。

次に、ステップＳ２６部でのパラメータ再設定について説明する。
試運転で把握した現地での運転状態から、制御パラメータを変更することで信頼性向上したり、省エネ運転をしたり、の微調整を実施する。
具体的には、以下のような内容を実施する。
運転中の室外機側の圧力（飽和温度）と室内機側の配管温度の差データを取得して、この差が大きいほど配管が長いと判断して、配管に付着した冷凍機油を室外機に戻す「油回収運転」制御の実施周期パラメータを配管が長いほど短くする。このようにすることで、空調能力を減衰してしまう「油回収運転」を最低限に抑制し空調能力を最大限発揮しながら、圧縮機の油不足による破損の危険を回避できる。
運転中の室外機側の圧力(飽和温度）と室内機側の配管温度の差データを取得して、この差が大きいほど室外機側での冷房運転時の目標低圧パラメータを低く、暖房運転時の目標高圧パラメータを高くする。逆にいうと、この差が小さいほど冷房運転時の目標低圧パラメータを高く、暖房運転時の目標高圧パラメータを低くする。このようにすることで、配管長が長い場合に室内機側の必要能力を発揮し、配管長が短い場合に室外機の運転を省エネ化できる。
圧縮機駆動用インバータの運転周波数の変化すなわち冷媒循環量の変化に対する室内機配管温度の変化応答を見て、変化応答が速いほど配管長が短い、応答が遅いほど配管長が長いと判断し、上記と同様に油回収運転の実施周期パラメータを変更する。
圧力やスーパーヒート・サブクールで室外熱交換器の能力不足と判定した場合、冷房時目標高圧パラメータを高く、暖房時目標低圧パラメータを低くする。このようにすることで効率は劣化するものの必要空調能力を確保することができる。

最後に、ステップＳ２７部での運転状態の類似判定について説明する。
類似判定は、空調機の運転状態が空調能力として同等になっているかどうかを判定するものである。
具体的には、運転室内機がどれか、外気温度、室内機吸込み温度が各々何℃か、室外機の圧縮機運転インバータ出力周波数と室外熱交換用送風機の制御量のパラメータは各々いくつになっているか、というポイントが略一致しているかどうかで判定する。

このように制御することによって、空気調和装置を所定の試運転を実施することで、据付状況の正常・異常を判定することができる。
また、継続使用による経時劣化要因を通常運転または再度の試運転実施により判定できる。
また、取得データを活用することで、据え付け現地の状況に応じたより信頼性が高く省エネ性の向上した運転制御に制御パラメータを調整することができる。
特に外部から取得できるセンサ値のみによる判定ではなく、インバータのｄ軸およびｑ軸電流など、制御手段の内部演算パラメータも判定に活用することで機器固有の寄り詳細な判定が実施できる。
このような不良および劣化の兆候を判定する手段を備えることにより、故障の予防処置および故障後の早期是正が可能となる。
また、機器故障に対し、工事ミスなどの故障の要因責任元を明確にできる。

ところで、上記説明では、運転モードを外気温度によって自動的に切り替えるようにしたが、手動によりモードを固定することも可能である。
また、試運転設定手段や各判定制御を室外機に組み込んだ形態で説明したが、室内機やリモートコントローラに組み込んだり、別途伝送手段を介して判定装置を接続して活用するような形態も可能である。

この発明の実施の形態１を示す空気調和装置の構成図である。 この発明の実施の形態１の制御フローチャートである。

符号の説明

２１〜２９、３１〜３３ 各部の温度・圧力を検出するセンサ手段
４１、５１、６１ 制御手段
４２、５２ センサ入力手段
４３、５３ アクチュエータ駆動手段
４４、５４、６４ 伝送手段
４５、５５、６５ アドレス設定手段
４６、６６ 表示手段
４７ パラメータ記憶手段
４９ 試運転設定手段
５０ メモリ
６２ リモートセンサ
６３ 操作手段

Claims (5)

1. 室外機と室内機を冷媒配管で連通してなる空気調和装置において、
   空気調和運転を実施するために必要な制御を行う制御手段と、
   前記制御に必要な各部の温度・圧力を検出するセンサ手段と、
   所定の運転パターンを実施する試運転手段と、
   試運転中に前記センサ手段の検出値及びこのセンサ検出値を元に制御演算された内部パラメータと予め記憶された設計値との比較により、据付状況の正常・異常を判定する据付異常判定手段と、
   異常と判定した場合に判定内容を表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 室外機と室内機を冷媒配管で連通してなる空気調和装置において、
   空気調和運転を実施するために必要な制御を行う制御手段と、
   前記制御に必要な各部の温度・圧力を検出するセンサ手段と、
   所定の運転パターンを実施する試運転手段と、
   試運転中に前記センサ手段の検出値及びこのセンサ検出値を元に制御演算された内部パラメータと予め記憶された設計値との比較により、据付状況の特徴を判定する据付状況判定手段と、
   前記据付状況判定手段が判定した特徴に応じて通常運転時の制御パラメータを変更するパラメータ変更手段及びパラメータ記憶手段と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
3. 室外機と室内機を冷媒配管で連通してなる空気調和装置において、
   空気調和運転を実施するために必要な制御を行う制御手段と、
   前記制御に必要な各部の温度・圧力を検出するセンサ手段と、
   所定の運転パターンを実施する試運転手段と、
   試運転中の代表的なセンサ取り込み値およびまたは内部演算パラメータ値を記憶する試運転代表データ記憶手段と、
   通常使用運転中に、試運転時のデータとの比較により劣化を判断する劣化診断手段と、 を備えたことを特徴とする空気調和装置。
4. 劣化診断手段は、圧縮機の吐出温度、シェル温度、油温などのセンサ取り込み値により診断することを特徴とする請求項３記載の空気調和装置。
5. 劣化診断手段は、圧縮機入力電流検出手段の検出値から３相−２相変換で求まる電流のトルク成分および励磁成分の大きさ、およびまたは変動により、圧縮機の劣化を診断することを特徴とする請求項３記載の空気調和装置。

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