JP2010065982A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く、冷凍サイクル装置の回路構成部品の詰まり等の異常の有無及び異常箇所を的確に判断できるようにする。
【解決手段】冷媒回路を構成する圧縮機、熱源側熱交換器、絞り手段、利用側熱交換器、接続配管のうち少なくとも１つの要素を含む流路の前後の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、蒸発器となる熱交換器の出口の冷媒の過熱度又は凝縮器となる熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が正値になるように、絞り手段を制御する運転制御手段と、圧縮機の運転周波数から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段と、圧力検出手段のそれぞれの圧力検出値から演算される流路の前後圧力差と冷媒循環量推定手段の冷媒循環量とから流路の流路抵抗を推測し、その流路抵抗推測値を、記憶手段に予め記憶されている正常時の流量抵抗標準値と比較することで、冷媒回路の異常の有無を判定する判定手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置を構成する構成要素の異常の有無および異常箇所を検知することができる冷凍サイクル装置に関し、特に、冷媒回路の膨張弁や配管の詰まり、膨張弁のロックによる不良等を検知する冷凍サイクル装置に関する。

従来より、熱源ユニットと利用ユニットとが接続配管を介して接続されることにより冷媒を循環する冷媒回路を構成した冷凍サイクル装置が知られている。このような冷凍サイクル装置においては、機器据付時に接続配管の施工ミスにより配管に折れ（流路断面積が狭くなるような「折れ、つぶれ」を指す）が発生した場合や、冷媒回路内に発生したスラッジを捕集するために設けられたストレーナが過度に詰まった場合や、冷媒の膨張・凝縮の制御および各系統への冷媒の循環量を分配する膨張弁が故障しロックした場合は、所望の冷媒循環量を流すことができなくなる。

冷媒回路の流路に詰まりが発生した場合は、冷凍サイクル装置の冷房もしくは暖房能力の低下や構成機器の損傷を生じさせる原因になる。特に流路閉塞時は、機器稼動時に冷凍サイクル装置内の低圧が低下し、機器の信頼性・安全性の問題から停止せざるを得なくなり、運転ができない状態に陥る。また、逆に膨張弁が開いた状態でロックしている場合は、蒸発器へ多量の冷媒が流入するため、熱交換が十分に行われず、冷媒が湿りの状態で、圧縮機へ流れてしまう。湿り状態の冷媒は非圧縮性の流体であるため、圧縮機での圧縮過程において機器破損により故障が生じる可能性がある。したがって、冷凍サイクル装置の冷媒回路の流路の詰まりの有無を判定する機能を備えることが望ましい。

そこで、熱源ユニットまたは利用ユニットの熱交換器に流入する空気温度と冷媒温度の温度差から、冷媒回路の詰まりの有無を判定する方法（例えば、特許文献１、特許文献２参照）や、圧縮機吐出の温度の異常な上昇より冷媒回路の詰まりを判定する方法（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。

特許第３５９０４９９号公報（図１、図３） 特開２００３−９０５８２号公報（図３） 特開２００３−２５４５８７号公報（図１）

しかしながら、従来の冷凍サイクル装置では、正常な運転状態と異常な運転状態との比較から冷凍サイクルの状態を分析することはできるが、個々の構成機器の冷媒回路の詰まり度合いを詳細に分析することは困難であった。

具体的には、正常な運転状態と分析時（診断時）の運転状態との比較から検出されるのは、冷凍サイクル装置の能力についての正常運転時と診断運転時との差、吐出冷媒の正常運転時と診断運転時との温度差などである。そして、これらの正常運転時と診断運転時との差を表す数値は、個々の構成機器の状態のみに対応するものではない。また、これらの数値は単位が異なるものがあるので、互いに関連付けることが難しい。したがって、個々の構成機器の状態を個別に分析（診断）することは困難であった。

また、ＣＯ₂冷媒などのように超臨界領域での物性変化を伴う冷媒を用いた場合、ガスクーラの過程で冷媒温度が連続的に変化するため、吸込み空気と熱交換器との温度差が特定できない冷凍サイクル装置に対しては適用できないという難点があった。

本発明は、かかる点を鑑みてなされたものであり、その目的は、如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く、冷凍サイクル装置の機器システム構成の違い、機器据付時の配管長さ、配管径、高低差、室内機接続台数、室内機容量に応じて冷媒回路を構成する回路構成部品の詰まり等の異常の有無および異常箇所を的確に判断することができるようにして、回路構成部品の故障を防ぐことができる機能を有する冷凍サイクル装置を提供することである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と少なくとも１つの利用側熱交換器とを配管で接続し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、冷媒回路を構成する、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り手段、利用側熱交換器、接続配管のうち、少なくとも１つの要素を含む流路の前後の冷媒の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、利用側熱交換器または熱源側熱交換器のうち蒸発器となる熱交換器の出口の冷媒の過熱度、または、利用側熱交換器または熱源側熱交換器のうち凝縮器となる熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が正値になるように、絞り手段を制御する運転制御手段と、圧縮機の運転周波数から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段と、圧力検出手段のそれぞれの圧力検出値から演算される流路の前後の圧力差と冷媒循環量推定手段の冷媒循環量とから流路の流路抵抗を推測し、その流路抵抗推測値を、記憶手段に予め記憶されている正常時の流量抵抗標準値と比較することで、冷媒回路の詰まり等の異常の有無を判定する判定手段と、を備えるものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と少なくとも１つの利用側熱交換器とを配管で接続し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、冷媒回路を構成する、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り手段、利用側熱交換器、接続配管のうち、少なくとも１つの要素を含む流路の前後の冷媒の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、利用側熱交換器または熱源側熱交換器のうち蒸発器となる熱交換器の出口の冷媒の過熱度、または、利用側熱交換器または熱源側熱交換器のうち凝縮器となる熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が正値になるように、絞り手段を制御する運転制御手段と、熱源側熱交換器または利用側熱交換器の熱交換量を推定する熱交換量推定手段と、熱交換量推定手段の熱交換量から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段と、圧力検出手段のそれぞれの圧力検出値から演算される流路の前後の圧力差と冷媒循環量推定手段の冷媒循環量とから流路の流路抵抗を推測し、その流路抵抗推測値を、記憶手段に予め記憶されている正常時の流量抵抗標準値と比較することで、冷媒回路の詰まり等の異常の有無を判定する判定手段と、を備えるものである。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクル装置の正常状態での流量抵抗の標準値を予め記憶しておき、現在の冷凍サイクル装置の流量抵抗値と前記標準値とを比較することで、冷媒回路の詰まり等の異常の有無を判定するようにしているので、如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く、冷凍サイクル装置の詰まり等の異常の有無を判断でき、信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の全体構成を概略的に示す冷媒回路と制御系の構成図である。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、屋内の冷房に使用される装置であり、主として並列に接続された複数台（本実施形態では１台）の熱源ユニット３０１と、それに冷媒連絡配管となる液接続配管６及びガス接続配管９を介して並列に接続された複数台（本実施形態では２台）の利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとから構成されている。冷凍サイクル装置に用いられる冷媒としては、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４ＡなどのＨＦＣ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがある。

＜利用ユニット＞
利用ユニット３０２ａ、３０２ｂは、屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または屋内の壁面に壁掛け等により設置され、既述したように液接続配管６及びガス接続配管９を介して熱源ユニット３０１に接続されて冷媒回路の一部を構成している。

次に、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの詳細な構成について説明する。利用ユニット３０２ａと３０２ｂとは同様の構成を有しているため、ここでは利用ユニット３０２ａについてのみ説明し、利用ユニット３０２ｂについては、各部の符号にサフィックス「ｂ」を付けて、利用ユニット３０２ａの各部と同様であることをあらわすものとする。

利用ユニット３０２ａは、冷媒回路の一部である室内側冷媒回路を構成しており、室内送風機８ａと、利用側熱交換器である室内熱交換器７ａとを備えている。

室内熱交換器７ａは、ここでは伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内の空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内の空気を加熱する。

室内送風機８ａは、室内熱交換器７ａに供給する空気の流量を可変することが可能なファン、例えばＤＣファンモータ（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なり、これによって利用ユニット３０２ａ内に室内空気を吸入し、室内熱交換器７ａにより冷媒との間で熱交換した空気を供給空気として室内に供給する機能を有する。

また、利用ユニット３０２ａには、各種のセンサが設置されている。すなわち、室内熱交換器７ａの液側には、液状態または気液二相状態の冷媒の温度（暖房運転時における過冷却液温度Ｔｃｏまたは冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する室内機液側温度センサ２０５ａ（室内機液側温度検出手段）が設けられている。また室内熱交換器７ａには、気液二相状態の冷媒の温度（暖房運転時における凝縮温度Ｔｃまたは冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する室内機ガス側温度センサ２０７ａ（室内機ガス側温度検出手段）が設けられている。更に利用ユニット３０２ａの室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度を検出する室内温度センサ２０６ａ（室内温度検出手段）が設けられている。なお、ここでは室内機液側温度センサ２０５ａ、室内機ガス側温度センサ２０７ａ、及び室内温度センサ２０６ａは、いずれもサーミスタから構成されている。室内送風機８ａの動作は、運転制御手段（制御部１０３）によって制御されるようになっている。

＜熱源ユニット＞
熱源ユニット３０１は、屋外に設置されており、液接続配管６およびガス接続配管９を介して利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに接続されており、冷媒回路の一部を構成している。

次に、熱源ユニット３０１の詳細な構成について説明する。熱源ユニット３０１は、圧縮機１と、四方弁２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器３と、室外送風機４と、絞り手段５ａとを備えている。

絞り手段５ａは、冷媒回路内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、熱源ユニット３０１の液側に接続配置されている。

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、ここではインバータにより制御されるモータ（図示せず）によって駆動される容積式圧縮機を用いている。なお、圧縮機１は、ここでは１台のみであるが、これに限定されず、利用ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されたものであってもよいことは言うまでもない。

四方弁２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁（流路切り換え手段）であり、冷房運転時には、室外熱交換器３を圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂを室外熱交換器３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３のガス側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側とガス接続配管９側とを接続するように（図１の四方弁２の破線を参照）、冷媒流路を切り換える。
また四方弁２は、暖房運転時には、室内熱交換器７ａ、７ｂを圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ室外熱交換器３を室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機１の吐出側とガス接続配管９側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３のガス側とを接続するように（図１の四方弁２の実線を参照）、冷媒流路を切り換える機能を有する。

室外熱交換器３は、そのガス側が四方弁２に接続され、その液側が液接続配管６に接続された伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなり、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。

室外送風機４は、室外熱交換器３に供給する空気の流量を可変することが可能なファン、例えばＤＣファンモータ（図示せず）によって駆動されるプロペラファンからなり、これによって熱源ユニット３０１内に室外空気を吸入し、室外熱交換器３により冷媒との間で熱交換した空気を室外に排出する機能を有する。

また、熱源ユニット３０１には、各種のセンサが設置されている。すなわち、圧縮機１には、吐出温度Ｔｄを検出する圧縮機吐出温度センサ２０１（圧縮機吐出温度検出手段）が設けられているとともに、室外熱交換器３には、気液二相状態の冷媒の温度（冷房運転時における凝縮温度Ｔｃまたは暖房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する室外機ガス側温度センサ２０２（室外機ガス側温度検出手段）が設けられている。更に室外熱交換器３の液側には、液状態または気液二相状態の冷媒の温度を検出する室外機液側温度センサ２０４（室外機液側温度検出手段）が設けられている。また、熱源ユニット３０１の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度、すなわち外気温度Ｔａを検出する室外温度センサ２０３（室外温度又は外気温度検出手段）が設けられている。なお、圧縮機１、四方弁２、室外送風機４、絞り手段５ａは、運転制御手段（制御部１０３）によって制御されるようになっている。

運転制御手段では、前述の各温度センサによって検知された各諸量を測定部１０１に入力し、演算部１０２によって処理し、演算結果が制御部１０３に送られるようになっている。そして制御部１０３により、演算手段１０２の演算結果に基づき、圧縮機１、四方弁２、室外送風機４、絞り手段５ａ、室内送風機８（８ａ、８ｂ）が、所望の制御目標範囲に収まるように駆動制御されるようになっている。また、演算部１０２によって得られた運転状態量の演算結果は記憶部１０４に記憶されるようになっている。また記憶部１０４には、正常時に予め採取した標準となる運転状態量が記憶されており、この記憶された標準値と現在の冷凍サイクルの運転状態量の値が、比較部１０５によって比較され、その比較結果が判定部１０６に送られて冷凍サイクル装置の冷媒量の適否が判定され、その判定結果が報知部１０７によってＬＥＤや遠隔地のモニタ等に報知されるようになっている。

以上のように、熱源ユニット３０１と利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとが液接続配管６とガス接続配管９を介して接続されて、冷凍サイクル装置の冷媒回路が構成されている。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の運転動作について説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置の運転モードとしては、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの運転負荷に応じて熱源ユニット３０１及び利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの各機器の制御を行う通常運転モードと、冷凍サイクル装置の設置後の機器診断時に行われる機器診断モード（診断運転モード）とがある。なお、通常運転モード、機器診断モード（診断運転モード）には、冷房運転と暖房運転とが含まれる。

次に、冷凍サイクル装置の各運転モードにおける動作について説明する。

＜通常運転モード＞
まず、通常運転モードにおける冷房運転について、図１を用いて説明する。

冷房運転時には、四方弁２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室外熱交換器３のガス側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室内熱交換器７ａ、７ｂのガス側に接続された状態となっている。また、絞り手段５ａは圧縮機１の吸入側における冷媒の過熱度が所定値（正値）になるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度は、まず圧縮機吸入温度Ｔｓより、室内機ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを差し引くことによって求められる。ここで、圧縮機吸入温度Ｔｓは、室内機ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを低圧の飽和圧力Ｐｓに換算し、室外機ガス側温度センサ２０２により検出される冷媒の凝縮温度Ｔｃを高圧の飽和圧力Ｐｄに換算し、圧縮機１の吐出温度センサ２０１により検出される冷媒の吐出温度Ｔｄより、圧縮機１の圧縮工程はポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定し、下記（１）式より算出することができる。

ここで、Ｔｓ、Ｔｄは温度［Ｋ］、Ｐｓ、Ｐｄは圧力［ＭＰａ］、ｎはポリトロープ指数［−］である。ポリトロープ指数は一定値（例えばｎ＝１．２）としてもよいが、Ｐｓ、Ｐｄの関数として定義することで、より精度よく圧縮機吸入温度Ｔｓを推測することができる。

なお、別の構成例である図２に示すように、圧縮機１の吸入側に圧縮機吸入圧力センサ１０と圧縮機吸入温度センサ２０８を設け、圧縮機吸入圧力センサ１０により検出される圧縮機１の吸入圧力Ｐｓより蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度値に換算し、圧縮機吸入温度センサ２０８により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって冷媒の過熱度を検出するようにしてもよい。

なお、高圧の圧力および低圧の圧力を算出するのに、ここでは演算部１０２の圧力換算手段にて冷媒の凝縮温度および蒸発温度より圧力に換算しているが、圧縮機１の吸入側、吐出側に直接圧力センサ（圧力検出手段）を付加し求めるようにしてもよいことは言うまでもない。

この冷媒回路の状態で、圧縮機１、室外送風機４および室内送風機８ａ、８ｂを起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外熱交換器３に送られて、室外送風機４によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となる。

そして、この高圧の液冷媒は、絞り手段５ａによって減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となり、液接続配管６を経由して利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られ、室内熱交換器７ａ、７ｂで室内空気と熱交換を行って蒸発されて低圧のガス冷媒となる。ここで、絞り手段５ａは、圧縮機１の吸入における過熱度が所定値になるように室内熱交換器７ａ、７ｂ内を流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて蒸発された低圧のガス冷媒は、所定の過熱度を有する状態となる。このように、各室内熱交換器７ａ、７ｂには、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。

この低圧のガス冷媒は、ガス接続配管９を経由して熱源ユニット３０１に送られ、四方弁２を経由して、再び、圧縮機１に吸入される。

次に、通常運転モードにおける暖房運転について説明する。

暖房運転時には、四方弁２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室内熱交換器７ａ、７ｂのガス側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室外熱交換器３のガス側に接続された状態となっている。また、絞り手段５ａは圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度が所定値になるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度は、まず圧縮機吸入温度Ｔｓより、室外機ガス側温度センサ２０２により検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを差し引くことによって求められる。ここで、圧縮機吸入温度Ｔｓは、室外機ガス側温度センサ２０２により検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを低圧の飽和圧力Ｐｓに換算し、室内機ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の凝縮温度Ｔｃを高圧の飽和圧力Ｐｄに換算し、圧縮機１の吐出温度センサ２０１により検出される冷媒の吐出温度Ｔｄより、圧縮機の圧縮工程はポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定し、前述の（１）式より算出することができる。

なお、冷房運転と同様に図２に示すように、圧縮機１の吸入側に圧縮機吸入圧力センサ１０と圧縮機吸入温度センサ２０８を設け、圧縮機吸入圧力センサ１０により検出される圧縮機１の吸入圧力Ｐｓより蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度値に換算し、圧縮機吸入温度センサ２０８により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって冷媒の過熱度を検出するようにしてもよい。

なお、冷房運転と同様に高圧の圧力および低圧の圧力を算出するのに、ここでも演算部１０２の圧力換算手段にて冷媒の凝縮温度および蒸発温度より圧力に換算しているが、圧縮機１の吸入側、吐出側に直接圧力センサ（圧力検出手段）を付加し求めるようにしてもよいことは言うまでもない。

この冷媒回路の状態で、圧縮機１、室外送風機４および室内送風機８ａ、８ｂを起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四方弁２およびガス接続配管９を経由して、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られる。

そして、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて、室内空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となった後、液接続配管６を経由して、絞り手段５ａによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる。ここで、絞り手段５ａは、圧縮機１の吸入における過熱度が所定値になるように室内熱交換器７ａ、７ｂ内を流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて凝縮された高圧の液冷媒は、所定の過冷却度を有する状態となる。このように、各室内熱交換器７ａ、７ｂには、各利用ユニット３０２ａ、３０２ｂが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。

この低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源ユニット３０１の室外熱交換器３に流入する。そして、室外熱交換器３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外送風機４によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮されて低圧のガス冷媒となり、四方弁２を経由して再び、圧縮機１に吸入される。

このように、冷房運転及び暖房運転を含む通常運転を行う通常運転制御手段として機能する制御部１０３により、上記の冷房運転および暖房運転を含む通常運転処理が行われる。

＜機器診断モード（診断運転モード）＞
次に、機器診断モード（診断運転モード）時の動作について図１を参照しながら説明する。ここでは現地において、熱源ユニット３０１と、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとを設置し、液接続配管６及びガス接続配管９を介して接続して冷媒回路を構成した後に運転する場合を例に挙げて説明する。

機器診断モード（診断運転モード）は、運転を行う者が、制御部１０３に対して直接に、又はリモコン（図示せず）等を通じて遠隔に、機器診断運転を開始する指令を出すことによって移行する。これにより、制御部１０３によって機器診断モードの運転が開始される。

例えば、暖房運転の状態で、機器診断運転の開始指令がなされると、熱源ユニット３０１の四方弁２が図１の実線で示される状態となるように冷媒回路が切り換えられ、かつ利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの室内送風機８ａ、８ｂが起動されるとともに、絞り手段５ａが開けられた状態となり、更に圧縮機１、室外送風機４が起動されて、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの全てについて強制的に暖房運転が行われる。

すると、冷媒回路において、圧縮機１から室内熱交換器７ａ、７ｂまでの流路には、圧縮機１において圧縮・吐出された高圧のガス冷媒が供給される。この高圧のガス冷媒は、ガス接続配管９を経て、凝縮器として機能する室内熱交換器７ａ、７ｂ内を通過する間に室内空気との熱交換によってガス状態から液状態に相変化する高圧の冷媒となり、室内熱交換器７ａ、７ｂから絞り手段５ａまでの液接続配管６を含む流路に高圧の液冷媒として流れる。この高圧の液冷媒は、絞り手段５ａから蒸発器として機能する室外熱交換器３内を通過する間に、室外空気との熱交換によって気液二相状態からガス状態に相変化し、室外熱交換器３から圧縮機１までの流路には低圧のガス冷媒となって流れるようになる。

次に、下記のような機器制御を行って、冷媒回路内を循環する冷媒の状態を安定させる運転に移行する。具体的には、圧縮機１のモータの回転数を所定値で一定になるように制御し（圧縮機回転数一定制御）、蒸発器として機能する室外熱交換器３の過熱度ＳＨもしくは凝縮器として機能する室内熱交換器７ａ、７ｂの過冷却度ＳＣが所定値（正の値）で一定になるように絞り手段５ａを所定の開度で一定になるように制御（以下、これを「過熱度一定制御」もしくは「過冷却度一定制御」という）し、熱源ユニット３０１の室外送風機４および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの室内送風機８ａ、８ｂの送風量を固定する。ここで、冷凍サイクル装置の各種アクチュエータの操作量を一定にするのは、冷媒の流量を安定させ、冷媒回路の冷媒分布を一定にすることで、冷凍サイクルを安定化させるためである。これにより、配管詰まり等の異常の有無の診断検知精度が向上する。

＜配管詰まり等の検知方法＞
次に、冷媒が循環している配管内部にあるスラッジを取り除くストレーナや冷媒の湿気防止用のドライヤの詰まり、接続配管の折れ、あるいは絞り手段５ａの詰まりなどの異常が発生した場合の冷媒回路の異常の判定方法について図４を用いて述べる。図４は冷凍サイクルの冷媒の状態変化を表すｐ−ｈ線図であり、横軸はエンタルピｈ［ｋＪ／ｋｇ］、縦軸は冷媒の圧力ｐ［ＭＰａ］である。
図１に示す各センサと図４に示すｐ−ｈ線図の対応関係について説明する。圧縮機１より吐出された冷媒温度Ｔｄは圧縮機吐出温度センサ２０１にて検出される。その後、凝縮器での凝縮温度Ｔｃは、冷房時には室外機ガス側温度センサ２０２にて、暖房時には室内機ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにて検出される。その後、凝縮器出口の冷媒温度Ｔｃｏは、冷房時には室外機液側温度センサ２０４にて、暖房時には室内機液側温度センサ２０５ａ、２０５ｂにて検出される。その後、絞り手段５ａを通過し減圧され、蒸発器に流入する冷媒温度Ｔｅｉは、冷房時には室内機液側温度センサ２０５ａ、２０５ｂにて、暖房時には室外機液側温度センサ２０４にて検出される。その後、蒸発器での蒸発温度Ｔｅは、冷房時には室内機ガス側温度センサ２０７ａ、２０７ｂにて、暖房時には室外機ガス側温度センサ２０２にて検出される。

式（２）は流体の質量流量とその前後差圧の関係をＣｖ値という無次元数の指標で表したものである。

ここで、Ｍは流量［ｇａｌ／ｍｉｎ］、Ｇは比重、ΔＰは弁の前後の差圧［ｐｓｉ］である。Ｃｖ値とは「バルブの特定な開度において、圧力差が１ｌｂ／ｉｎ² ［６．８９５ｋＰａ］ のときバルブを流れる６０゜Ｆ（約１５．５℃）の温度の水の流量が、ＵＳ ｇａｌ／ｍｉｎ （１ＵＳ ｇａｌ＝３．７８５ Ｌ）で表される数値（無次元）」と定義するものである。一般的にバルブの選定を行う時に、流体仕様からＣｖ値を求め、弁メーカが示すＣｖ値と対比させることで弁種、口径を定めるときに用いられる簡便な方法のひとつである。（２）式より、流体の流量Ｍ、比重Ｇ、前後差圧ΔＰが求まれば、Ｃｖ値が求まる。

ここで、比重Ｇは、冷凍サイクルの回路を流れる冷媒が決まっていれば、密度を計算することで求まる値であるため、冷媒循環量をＧｒ［ｋｇ／ｓ］とし、密度をρｌ［ｋｇ／ｍ³］として（２）式をＳＩ単位系で表すと（３）式に変形できる。

冷媒循環量Ｇｒ［ｋｇ／ｓ］は、圧縮機の押しのけ量Ｖｓｔ［ｍ³］、圧縮機周波数Ｆ［Ｈｚ］、圧縮機吸入の冷媒密度ρｓ［ｋｇ／ｍ³］より（４）式から演算可能である。

なお、圧縮機の吸入密度ρｓは圧縮機吸入を飽和ガスとして仮定すれば蒸発温度Ｔｅより推定可能である。もちろん図２に示すように圧縮機吸入に圧縮機吸入温度センサ２０８を付加することで高精度にρｓを推測可能となる。

（３）式は、冷媒循環量Ｇｒと要素の前後差圧ΔＰとその要素の入口密度ρｌが計測できれば、その要素の流量抵抗係数であるＣｖ値を算出できることを意味している。したがって、それぞれの要素のＣｖ値を逐次計測することで詰まり等の異常の有無、異常箇所の特定が可能となる。

図１に示す冷媒回路のｐ−ｈ線図は図４であり、この図において、温度から冷媒の圧力を推測できるセンサは、凝縮温度Ｔｃ、蒸発器入口温度Ｔｅｉ、蒸発温度Ｔｅが挙げられるため、図４のｐ−ｈ線図の冷凍サイクルを、温度センサ位置Ｔｃから温度センサ位置Ｔｅｉの区間をＺＯＮＥ−Ａとし、温度センサ位置Ｔｅｉから温度センサ位置Ｔｅの区間をＺＯＮＥ−Ｂとし、温度センサ位置Ｔｅから温度センサ位置Ｔｃの区間をＺＯＮＥ−Ｃとして、３要素（区間）に分割する。

また、絞り手段５ａとして、電子式膨張弁があるが、これは弁内部に設けられたロータが制御部１０３から与えられるパルス信号のパルス数に合わせて回転し、その回転数により弁開度が変わる機構を有している。図５は、絞り手段５ａの弁開度とＣｖ値の関係を示したものである。弁開度が大きいほど、Ｃｖ値が大きくなるため前後差圧が同じ場合、流量が多く流れることがわかる。絞り手段５ａは、通常、蒸発器出口の過熱度ＳＨもしくは、凝縮器出口の過冷却度ＳＣを制御するために開度を変化させている。記憶部１０４に予め、弁開度とＣｖ値の関係を記憶しておけば、この絞り手段５ａの制御部１０３からの指示開度からＣｖ値を求めることができる。制御部１０３の指示開度から求まるＣｖ値をＣｖ＿ＬＥＶと以降呼ぶことにする。

次に、図４に示すｐ−ｈ線図のＺＯＮＥ−Ａ、ＺＯＮＥ−Ｂ、ＺＯＮＥ−Ｃのそれぞれの区間で、冷凍サイクルの回路内のスラッジを取り除くストレーナや冷媒の湿気防止用のドライヤが詰まったり、配管の折れや絞り手段の詰まりによるロックが発生した場合のＣｖ値の変化について説明する。

＜ＺＯＮＥ−Ａの詰まり＞
冷媒回路のＺＯＮＥ−Ａにおいて、例えば詰まりが発生し流路が狭くなった場合は、所定の過熱度もしくは過冷却度を一定に保つために、冷媒循環量を増やす必要があるため、絞り手段５ａの弁開度指示値が大きくなりＣｖ＿ＬＥＶの値が大きくなる。ここで、ＺＯＮＥ−Ａの区間の前後差圧ΔＰ［ＭＰａ］は、凝縮温度Ｔｃ、蒸発器入口温度Ｔｅｉの飽和温度の値を圧力に換算することで演算可能であり、絞り手段５ａに流入する冷媒密度ρｌは、凝縮器出口の冷媒温度Ｔｃｏから求めることができる。一方、圧縮機の押しのけ量Ｖｓｔ［ｍ³］、圧縮機周波数Ｆ［Ｈｚ］および圧縮機吸入冷媒密度ρｓ［ｋｇ／ｍ³］より（４）式にて冷媒循環量Ｇｒ［ｋｇ／ｓ］が求まるため、（３）式より、冷凍サイクルの運転状態からＺＯＮＥ−ＡのＣｖ値を求めることができる。ここで、冷凍サイクルの運転状態から求まるＺＯＮＥ−ＡのＣｖ値をＣｖ＿ｃｙｃＡと以降呼ぶことにする。

冷凍サイクルが回路上どこにも圧力損失となるような箇所がなく正常であれば、Ｃｖ＿ｃｙｃＡとＣｖ＿ＬＥＶとは等しい値となる。しかし、ＺＯＮＥ−Ａで詰まりが発生した場合は、弁指示開度が正常時よりも増加するため、Ｃｖ＿ｃｙｃＡ＜Ｃｖ＿ＬＥＶの関係となり、両者の関係が乖離し、ＺＯＮＥ−Ａにて冷凍サイクルの冷媒回路に詰まりが発生していると判定することができる。

この時、実際は、絞り手段５ａの固体ばらつきや、配管の高低差等により、Ｃｖ＿ｃｙｃＡとＣｖ＿ＬＥＶは等しくならないため、初期設置時にＣｖ＿ｃｙｃＡとＣｖ＿ＬＥＶとの差を補正量として算出記憶しておき、以降、Ｃｖ＿ＬＥＶを算出する際に、この補正量を足し合わせるようにしてもよい。このようにすることで機器の固体ばらつきや設置状況によるばらつきの影響を排除でき、高精度に冷媒回路の詰まりの有無を判定することが可能となる。

また、上述の方法をとることによって、補正量の値が大きい場合は、初期設置時に詰まりが発生していると判定できるため、初期の冷媒回路詰まりを判定することが可能となる。

＜ＺＯＮＥ−Ｂの詰まり＞
冷媒回路のＺＯＮＥ−Ｂにおいて、例えば詰まりが発生し流路が狭くなった場合は、ＺＯＮＥ−Ｂの区間の前後差圧ΔＰ［ＭＰａ］は、蒸発器入口温度Ｔｅｉ、蒸発温度Ｔｅの飽和温度の値を圧力に換算することで演算可能であり、流入する冷媒密度ρｌは、凝縮器出口温度Ｔｃｏと蒸発器入口温度Ｔｅｉより、蒸発器入口の乾き度Ｘが推測できるため、蒸発器入口温度Ｔｅｉと乾き度Ｘの関数として予測可能である。一方、圧縮機の押しのけ量Ｖｓｔ［ｍ³］、圧縮機周波数Ｆ［Ｈｚ］および圧縮機吸入冷媒密度ρｓ［ｋｇ／ｍ³］より（４）式にて冷媒循環量Ｇｒ［ｋｇ／ｓ］が求まるため、（３）式より、冷凍サイクルの運転状態からＺＯＮＥ−ＢのＣｖ値を求めることができる。ここで、冷凍サイクルの運転状態から求まるＺＯＮＥ−ＢのＣｖ値をＣｖ＿ｃｙｃＢと以降呼ぶことにする。

正常時の（３）式から求まるＣｖ＿ｃｙｃＢをＣｖ＿ｃｙｃＢ’としたとき、冷凍サイクルが回路上どこにも詰まりがなく正常であれば、環境条件、運転条件が変化しても（３）式から求まるＣｖ＿ｃｙｃＢとＣｖ＿ｃｙｃＢ’は等しい値となる。しかし、配管詰まり発生時はＣｖ＿ｃｙｃＢが低下するため、Ｃｖ＿ｃｙｃＢ＞Ｃｖ＿ｃｙｃＢ’の関係となり、両者の関係が乖離し、ＺＯＮＥ−Ｂにて冷凍サイクルの冷媒回路に詰まりが発生していると判定することができる。

この時、正常時のＣｖ＿ｃｙｃＢ’は予め記憶部１０３に記憶させておいてもよいし、初期設置時に（３）式よりＣｖ＿ｃｙｃＢを求め、その値をＣｖ＿ｃｙｃＢ’として学習し記憶しなおしてもよい。このようにすることで機器の固体ばらつきや設置状況によるばらつきの影響を排除できる。

また、これを組み合わせ、初期設置時に求められるＣｖ＿ｃｙｃＢと予め記憶しているＣｖ＿ｃｙｃＢ’との乖離度合いが大きくない場合に、Ｃｖ＿ｃｙｃＢ’として学習し記憶しなおしてもよい。これにより、初期設置時におけるＺＯＮＥ−Ｂの配管詰まりを判定することが可能となる。

＜ＺＯＮＥ−Ｃの詰まり＞
冷媒回路のＺＯＮＥ−Ｃにおいて、例えば詰まりが発生し流路が狭くなった場合は、冷媒循環量Ｇｒが低下するため、所定の過熱度もしくは過冷却度を一定に保つために、冷媒循環量を減らす必要があるため、絞り手段５ａの弁開度指示値が小さくなりＣｖ＿ＬＥＶの値が小さくなる。一方、ＺＯＮＥ−Ａの区間Ｃｖ値は前述したように（３）式よりＣｖ＿ｃｙｃＡを算出可能であるが、Ｃｖ＿ｃｙｃＡを算出する際の冷媒循環量Ｇｒは蒸発温度Ｔｅを元に算出した値であるため、ＺＯＮＥ−Ｃで配管詰まりが発生している場合は、低圧が低下しているため、実際の冷媒循環量Ｇｒは小さい値となる。

したがって、冷凍サイクルが回路上どこにも圧力損失となるような箇所がなく正常であれば、Ｃｖ＿ｃｙｃＡとＣｖ＿ＬＥＶとは等しい値となる。しかし、ＺＯＮＥ−Ｃで詰まりが発生した場合は、弁指示開度が正常時よりも低下するため、Ｃｖ＿ｃｙｃＡ＞Ｃｖ＿ＬＥＶの関係となり、両者の関係がＺＯＮＥ−Ａでの詰まり発生時の大小関係と異なるため、ＺＯＮＥ−Ｃにて冷凍サイクルの冷媒回路に詰まりが発生していると判定することができる。

また、絞り手段５ａのロータに異物が混入しロックしたり、断線による故障によって、弁開度が正常時の開度よりも大きい開度で固定されてしまった場合は、所望の過熱度もしくは過冷却度を得るため弁指示開度を絞る方向に制御され、Ｃｖ＿ｃｙｃＡ＞Ｃｖ＿ＬＥＶの関係となるため、絞り手段５ａの開状態ロック故障を判定することができる。

ここで、Ｃｖ＿ｃｙｃＡとＣｖ＿ＬＥＶの乖離度合いを表す指標として両者の比を（５）式のようにＲＤとして定義し、圧縮機１の周波数を一定と仮定し、ＲＤと冷凍サイクル装置の利用ユニットの能力の関係を図６に示す。図より、ＲＤの値がある所定の範囲内（１−ＣＬ≦ＲＤ≦１＋ＣＬ 例：ＣＬ＝０．４０）であれば、その周波数での最大能力が発揮され、効率の高い運転が実現できる。

ここで、ＺＯＮＥ−Ａの区間で詰まりが進行した場合、もしくは絞り手段５ａが開状態でロックしている場合は、ＲＤ＜１−ＣＬの関係となり、過熱度もしくは過冷却度が増加し、熱伝達率の高い二相域の領域が少なくなり、熱交換器が有効に利用できない運転となるため能力が低下し、効率の悪い運転となる。冷凍サイクルのシミュレーションによる計算ではＲＤ＜０．６で、能力低下１０％相当になることが確認されている。

また、ＺＯＮＥ−Ｃの区間で詰まりが進行した場合は、ＲＤ＞１＋ＣＬの関係となり、冷媒循環量が低下もしくは熱交換器が有効利用できない効率の悪い運転となる。冷凍サイクルのシミュレーションによる計算ではＲＤ＞１．４で、能力低下１０％相当になることが確認されている。

同様に、Ｃｖ＿ｃｙｃＢと初期の正常状態のＣｖ値であるＣｖ＿ｃｙｃＢ’との乖離度合いを表す指標として両者の比を（６）式のようにＲＤ＿Ｂとして定義し、圧縮機１の周波数を一定と仮定し、ＲＤ＿Ｂと冷凍サイクル装置の利用ユニットの能力の関係を図７に示す。図より、ＲＤ＿Ｂの値がある所定の範囲内（１−ＣＬ≦ＲＤ＿Ｂ 例：ＣＬ＝０．４０）であれば、その周波数での最大能力が発揮され、効率の高い運転が実現できる。

ここで、ＺＯＮＥ−Ｂの区間で詰まりが進行した場合は、ＲＤ＿Ｂ＜１−ＣＬの関係となり、低圧低下に伴う冷媒循環量が低下することにより能力が低下し、効率の悪い運転となる。冷凍サイクルのシミュレーションによる計算ではＲＤ＿Ｂ＜０．６で、能力低下１０％相当になることが確認されている。

したがって、冷媒回路のそれぞれの区間のＣｖ値の正常状態との乖離度合いを逐次推測することによって、区間の詰まり度合いや詰まり箇所を特定することが可能となる。

次に、この冷凍サイクル装置の機器診断モード運転時の異常検知動作について図１および図３を参照しながら説明する。図３は冷媒回路の詰まり等の異常の有無を判定する動作の手順を示すフローチャートである。

機器診断モードにおいては、制御部１０３によってステップＳ１１の機器診断モードの運転が開始される。機器診断モードの運転では、圧縮機1の運転周波数または絞り手段５ａの絞り量の少なくとも１つを所定時間固定して冷凍サイクル装置を運転する。次に、ステップＳ１２にて外気温度や室内空気温度などの環境条件や、熱源ユニット３０１および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの温度センサや圧力センサ、圧縮機１の運転周波数、絞り手段５ａの開度などの冷凍サイクル装置の運転状態量を測定部１０１にて計測し、演算部１０２にてＣｖ＿ｃｙｃＡ、Ｃｖ＿ｃｙｃＢ、Ｃｖ＿ＬＥＶを演算し、乖離度ＲＤ、ＲＤ＿Ｂを演算し、記憶部１０４に記憶する。

次に、ステップＳ１３にて初期学習実施の有無を判定する。ここで、初期学習とは初期設置状態での正常・異常を表す配管詰まり度合いを記憶部１０４にて記憶しているか否かを意味しており、初期学習が未実施である場合は、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、予め記憶部１０４に記憶してある正常状態でのＣｖ値との乖離度を比較部１０５にて比較し、判定部１０６にて乖離度合いが小さいと判定された場合は、ステップＳ１７に移行し、初期のＣｖ値の補正量を求め、Ｃｖ値の補正量を記憶することで、初期学習を実施する。そして、ステップＳ１１に戻って再度機器診断モードの運転が開始される。ステップＳ１５で乖離度合いが大きいと判定された場合は、ステップＳ１６に移行し、報知部１０７にて異常表示を行う。報知部１０７での異常表示は、ＬＥＤ等による報知手段があるが、乖離度合いを冷媒回路の区間毎に色分けし表示してもよいし、乖離度合いそのものの値を定量的に表示してもよい。このようにすることで、メンテナンス時に詰まり等の異常状態および異常箇所を作業者に認識させ易くなり、その状態に応じて、配管の点検箇所が特定できるため、メンテナンス性、作業性が向上する。

詰まり度合いの初期学習が実施済みである場合は、ステップＳ１３よりステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、記憶部１０４にて記憶している初期Ｃｖ値と、現在のＣｖ値との乖離度を演算し、詰まり度合い、詰まり箇所を判定する。乖離度合いが大きい場合はステップＳ１６にて異常表示を行い、乖離度合いが小さい場合は、ステップＳ１８に移行し、記憶部１０４に現在の乖離度合いを記憶する。

なお、上述した機器診断モードの運転は、一定時間毎に定期的に実施することが望ましい。

図８は、横軸に運転時間［ｓｅｃ］、縦軸に乖離度合いＲＤをとったグラフであり、経年劣化により乖離度合いが増していく場合のＲＤの時間経過による推移を表した図である。この図に示すように、乖離度合いＲＤの増加あるいは減少とともに正常範囲から逸脱するように変化する。したがって、乖離度合いＲＤの変化傾向と異常の判定閾値との関係から故障に至るまでの時間が推測可能であり、推測された故障時期の前に的確なメンテナンスを行うことにより、冷凍サイクル装置の能力の低下または運転効率の低下を未然に防ぐことが可能となる。例えば、初期設置時の正常時の乖離度ＲＤを記憶部１０４に記憶しておき、正常状態に対して異常時のＲＤの判定閾値の半分の値に到達するまでに１ヶ月かかったとすると、故障に陥るまでにあと１ヶ月かかるものと予想することができる。このように、各冷媒回路区間の乖離度合いを記憶しておくことで、乖離度合いＲＤの経年的なトレンド変化から配管詰まり等が要因となる能力不足に至る時期を事前に予測することが可能となる。

また、冷凍サイクル装置に、その各構成機器を管理して運転データを電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの外部との通信を行い取得する管理装置としてのローカルコントローラを接続し、このローカルコントローラを冷凍サイクル装置の運転データを受信する情報管理センターの遠隔サーバにネットワークを介して接続し、遠隔サーバに運転状態量を記憶するディスク装置等の記憶装置を接続することによって、冷媒回路異常判定システムを構成してもよい。例えば、ローカルコントローラを冷凍サイクル装置の運転状態量を取得する測定部およびＣｖ値を演算する演算部とし、記憶装置を記憶部とし、遠隔サーバを比較部、判定部、及び報知部として機能させる等の構成が考えられる。この場合には、冷凍サイクル装置に、現在の運転状態量および運転状態量の標準値や演算比較する機能を有しておく必要がなくなる。また、このように遠隔監視できるシステムを構成することによって、定期メンテナンス時に、作業者が現地に赴いて冷媒回路の異常を確認する作業の必要が無くなるため、機器の信頼性、操作性が向上する。

以上は冷媒が凝縮過程において二相状態となるものについて述べたものであるが、冷凍サイクル内の冷媒がＣＯ₂などの高圧冷媒で超臨界点以上の圧力で状態変化する場合は、図９に示すように、飽和温度が存在しないため、ガスクーラの高圧側圧力Ｐｄを圧力センサにて計測し、絞り手段手前の冷媒密度ρｌは高圧側圧力Ｐｄとガスクーラ出口冷媒温度Ｔｃｏの関数（すなわち、ρｌ＝ｆ（Ｐｄ、Ｔｃｏ））として表して、算出すれば同様の考え方で配管詰まり等の異常判定が可能となる。

以上、本実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これに限られるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば前述の実施形態では、冷暖切り換え可能な冷凍サイクル装置に本発明を適用したものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、暖房専用の冷凍サイクル装置や冷房専用の冷凍サイクル装置や冷暖同時運転可能な冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。また、家庭用のルームエアコンや冷蔵庫などの小型の冷凍サイクル装置や、冷蔵倉庫の冷却用の冷凍機やヒートポンプチラーなどの大型の冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。

また、前述の実施形態では、１台の熱源ユニットを備えた冷凍サイクル装置に本発明を適用したものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、複数台の熱源ユニットを備えた冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。

また、前述の実施形態では、冷凍サイクルの冷媒の流れを冷房もしくは暖房の回路にて説明したが、冷房・暖房の運転方法を切り替え、その両運転モードでの判定結果から異常箇所を判定してもよい。圧力損失は、冷媒の質量流量が同じであれば、冷媒密度に反比例する。したがって、高圧の液配管内で詰まりが発生している場合、冷媒密度がガスに対して液は約２０倍高いため、圧力損失が約２０倍小さくなり、詰まり判定検知精度が低下する。そこで、冷房と暖房の運転を四方弁２にて切り替えることで、高圧配管となっている箇所を低圧配管にすることで検知精度を向上することが可能となる。

実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の全体構成を概略的に示す冷媒回路と制御系の構成図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１０に示すように、絞り手段５ａの後に冷房と暖房の必要冷媒量の差である余剰冷媒量を溜めるレシーバ２０を設けるとともに、そのレシーバ２０と液接続配管６との間の流路に絞り手段５ｂを新たに付加したものであり、現地での接続配管長が長く、冷房と暖房の差での余剰冷媒が多量に発生するタイプの冷凍サイクル装置に好適である。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。

絞り手段５ａ、絞り手段５ｂそれぞれの弁開度に対するＣｖ値をＣｖ＿ＬＥＶａ、Ｃｖ＿ＬＥＶｂとしたとき、直列の絞り手段を１つの絞り手段と仮定し、合成Ｃｖ値をＣｖ＿ＬＥＶとしたとき（７）式の関係が成り立つ。

このように、直列に配置された絞り手段を１つの絞り手段として考慮することで、実施の形態１と同様の回路となるため、冷媒回路の詰まり等の異常を検知でき、機器の故障を未然に防止することができる。

もちろん、絞り手段５ａ、絞り手段５ｂの間に圧力センサもしくは温度センサを設け、それぞれの絞り手段の前後差圧を計測することができれば、それぞれのＣｖ値を（３）式より推測でき、弁開度から求まるＣｖ値であるＣｖ＿ＬＥＶａ、Ｃｖ＿ＬＥＶｂとから乖離度を演算することで、それぞれの詰まり度合いを検知することが可能となる。

実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の全体構成を概略的に示す冷媒回路と制御系の構成図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１１に示すように、実施の形態１に示した室外機液側温度センサ２０４と室外熱交換器３との間の流路に、レシーバ２０を設け、レシーバ２０と室外機液側温度センサ２０４との間の流路に冷媒−冷媒熱交換器２１０を設け、高圧側の冷媒−冷媒熱交換器２１０通過後の冷媒を絞り手段５ｄによって減圧し、低温低圧の冷媒を冷媒−冷媒熱交換器２１０に流し、レシーバ２０通過後の冷媒の過冷却度を増加することにより冷却能力を増加させるバイパス回路１２を備えたものであり、さらに冷媒−冷媒熱交換器２１０の前後に冷媒−冷媒熱交換器低圧入口温度センサ２１１、冷媒−冷媒熱交換器低圧出口温度センサ２１２を設けたものである。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。

このように構成された冷媒回路でも、機器診断モード運転時に絞り手段５ｄを全閉にして運転すれば実施の形態１と同じ冷凍サイクルになるため、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く、配管詰まりの度合いおよび詰まり箇所の判定を行うことができる。

また、絞り手段が並列に配置されているため、絞り手段５ａ、絞り手段５ｄそれぞれの弁開度に対するＣｖ値をＣｖ＿ＬＥＶａ、Ｃｖ＿ＬＥＶｄとしたとき、並列の絞り手段を１つの絞り手段と仮定し、合成Ｃｖ値をＣｖ＿ＬＥＶとしたとき（８）式の関係が成り立つため、実施の形態１と同様な方法で冷媒回路の詰まり等の異常を検知でき、機器の故障を未然に防止することができる。

また、本実施の形態ではレシーバ２０を設けた冷媒回路構成で示したが、レシーバ２０が無い冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。また、図１１で示した冷媒−冷媒熱交換器２１０はプレート式熱交換器や二重管式熱交換器等が考えられる。

実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の全体構成を概略的に示す冷媒回路と制御系の構成図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１２に示すように、圧縮機１の吐出部分に高圧圧力を検出する圧力センサ４００を設け、利用ユニット３０２ａは、冷媒回路の一部である室内側冷媒回路を構成しており、利用側熱交換器であるプレート式熱交換器４０１と、プレート式熱交換器４０１内を流れる冷媒と熱交換する流体を送出する送出手段４０４と、送出される流体の熱交換前後の温度を検出する流体入口温度センサ４０２と、流体出口温度センサ４０３とで構成したものである。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。

ここで、プレート式熱交換器４０１内を流れる冷媒と熱交換を行う流体は冷媒の凝縮熱の吸熱対象となるものであり、これは水、冷媒、ブライン等でも構わず、流体の送出手段４０４は圧縮機やポンプ等でもよい。また、プレート式熱交換器４０１もこの形態に限るものではなく、冷媒と流体間で熱交換できるものであれば、二重管熱交換器やマイクロチャネル等でもよい。

このように構成された冷媒回路でも、冷凍サイクルは、前述の実施の形態１と同じ冷媒回路になるため冷媒回路の詰まり度合い、詰まり箇所の特定が可能となる。したがって、冷凍サイクル装置の冷媒回路構成によらず、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く、冷媒回路の詰まり等の異常の判定を行うことができる。

また、本実施の形態において、送出手段４０４の質量流量Ｇｗ［ｋｇ／ｓ］が計測できれば、プレート式熱交換器４０１での熱交換量Ｑｗ［ｋＷ］が次式にて求まる。

ここで、Ｃｐは定圧比熱［ｋＪ／ｋｇＫ］であり、Ｔｗｉは流体入口温度センサ４０２にて検出される流体温度であり、Ｔｗｏは流体出口温度センサ４０３にて検出される流体温度である。

冷房運転時のプレート式熱交換器４０１での冷媒側の熱交換量Ｑｒ［ｋＷ］は次式にて求まる。

ここで、ｈｅｉは蒸発器入口のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］であり、ｈｅｏは蒸発器出口のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］である。ｈｅｉは、蒸発温度と凝縮器出口の温度とから演算可能であり、ｈｅｏは、蒸発温度と蒸発器出口の温度とから演算可能である。定常状態では、Ｑｗ＝Ｑｒの関係が成り立つため、（９）式、（１０）式より冷媒質量流量Ｇｒ［ｋｇ／ｓ］を推測することが可能となる。

したがって、実施の形態１では、冷媒循環量Ｇｒ［ｋｇ／ｓ］は圧縮機周波数と低圧の冷媒状態量から演算していたが、本方法によれば、プレート式熱交換器４０１での熱交換量から冷媒循環量Ｇｒを推測することが可能となるため、圧縮機の周波数が不明であっても配管詰まり等の異常を推測することができる。

また、本実施の形態において、冷媒循環量Ｇｒの推測においては、利用側熱交換器であるプレート式熱交換器４０１での熱交換量から推測する方法について説明したが、熱交換量については、熱源側熱交換器での熱交換量を測定し、その結果から冷媒循環量Ｇｒを推測してもよい。

本発明を利用すれば、熱源ユニットと利用ユニットとが接続配管を介して接続された冷凍サイクル装置において、冷媒連絡配管の配管長さ・管径、複数の容量の利用ユニットの組み合わせや環境条件によらず、冷媒回路中に詰まりが発生した場合は、詰まり度合いや詰まり箇所を精度よく判定できるようになるため、メンテナンス性および製品信頼性が向上する。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の全体構成を示す冷媒回路と制御系の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別の冷媒回路と制御系の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の機器診断モード運転時の動作のフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のｐ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態１における絞り手段の弁開度と流量抵抗係数Ｃｖ値との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の流量抵抗係数の乖離度合いと異常箇所および能力低下との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の流量抵抗係数の乖離度合いと能力低下の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１における異常発生時の、乖離度合いの時間変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置においてより高圧の冷媒（ＣＯ₂）を使用した場合のｐ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の全体構成を示す冷媒回路と制御系の構成図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の全体構成を示す冷媒回路と制御系の構成図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の全体構成を示す冷媒回路と制御系の構成図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 室外送風機、５ａ、５ｂ、５ｄ 絞り手段、６ 液接続配管、７ａ、７ｂ 室内熱交換器、８ａ、８ｂ 室内送風機、９ ガス接続配管、１０ 圧縮機吸入圧力センサ、１２ バイパス回路、２０ レシーバ、１０１ 測定部、１０２ 演算部、１０３ 制御部、１０４ 記憶部、１０５ 比較部、１０６ 判定部、１０７ 報知部、２０１ 圧縮機吐出温度センサ、２０２ 室外機ガス側温度センサ、２０３ 室外温度センサ、２０４ 室外機液側温度センサ、２０５ａ、２０５ｂ 室内機液側温度センサ、２０６ａ、２０６ｂ 室内温度センサ、２０７ａ、２０７ｂ 室内機ガス側温度センサ、２０８ 圧縮機吸入温度センサ、２１０ 冷媒−冷媒熱交換器、２１１ 冷媒−冷媒熱交換器低圧入口温度センサ、２１２ 冷媒−冷媒熱交換器低圧出口温度センサ、３０１ 熱源ユニット、３０２ａ、３０２ｂ 利用ユニット、４００ 圧力センサ、４０１ プレート式熱交換器、４０２ 流体入口温度センサ、４０３ 流体出口温度センサ、４０４ 流体送出手段。

Claims (17)

1. 圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と少なくとも１つの利用側熱交換器とを配管で接続し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
   前記冷媒回路を構成する、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り手段、利用側熱交換器、接続配管のうち、少なくとも１つの要素を含む流路の前後の冷媒の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、
   前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器のうち蒸発器となる熱交換器の出口の冷媒の過熱度、または、前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器のうち凝縮器となる熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が正値になるように、前記絞り手段を制御する運転制御手段と、
   前記圧縮機の運転周波数から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段と、
   前記圧力検出手段のそれぞれの圧力検出値から演算される前記流路の前後の圧力差と前記冷媒循環量推定手段の冷媒循環量とから前記流路の流路抵抗を推測し、その流路抵抗推測値を、記憶手段に予め記憶されている正常時の流量抵抗標準値と比較することで、前記冷媒回路の詰まり等の異常の有無を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と少なくとも１つの利用側熱交換器とを配管で接続し、冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
   前記冷媒回路を構成する、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り手段、利用側熱交換器、接続配管のうち、少なくとも１つの要素を含む流路の前後の冷媒の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、
   前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器のうち蒸発器となる熱交換器の出口の冷媒の過熱度、または、前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器のうち凝縮器となる熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が正値になるように、前記絞り手段を制御する運転制御手段と、
   前記熱源側熱交換器または前記利用側熱交換器の熱交換量を推定する熱交換量推定手段と、
   前記熱交換量推定手段の熱交換量から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段と、
   前記圧力検出手段のそれぞれの圧力検出値から演算される前記流路の前後の圧力差と前記冷媒循環量推定手段の冷媒循環量とから前記流路の流路抵抗を推測し、その流路抵抗推測値を、記憶手段に予め記憶されている正常時の流量抵抗標準値と比較することで、前記冷媒回路の詰まり等の異常の有無を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 前記圧力検出手段に代えて、前記流路の前後の冷媒の温度をそれぞれ検出する温度検出手段を設け、または前記流路の前後の一方に圧力検出手段、他方に温度検出手段を設け、前記温度検出手段の温度検出値から冷媒の飽和圧力を換算する圧力換算手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷媒回路を複数の区間に分割し、各区間について前記流路抵抗推測値を演算し、該流路抵抗推測値を前記流量抵抗標準値と比較することで、前記冷媒回路の異常の有無を判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷媒回路の異常の有無を判定する指標として、前記流路抵抗推測値と前記流量抵抗標準値との比を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機から流出した冷媒の流路切り換え手段を有し、前記運転制御手段は、前記流路切り換え手段により前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器を凝縮器または蒸発器に相互に切り換え可能であり、冷房および暖房の両運転状態の判定結果から前記冷媒回路の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至5のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記流量抵抗推測値と前記流量抵抗標準値との大小関係によって、前記冷媒回路の異常箇所を特定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記運転制御手段は、前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御手段を有し、前記圧縮機の運転周波数または前記絞り手段の絞り量の少なくとも１つを所定時間固定し運転する診断運転モードを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記運転制御手段は、一定時間毎に前記診断運転モードに入る機能を有していることを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記判定手段は、過去に演算された流量抵抗値と現在の演算値である流量抵抗値とを比較し、現在の流量抵抗値の変化から前記冷媒回路の異常により機器の性能が低下する時期を予測し判断することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記判定手段により前記冷媒回路の異常が無いと判断された場合に、前記記憶手段の予め記憶しておいた流量抵抗標準値を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記運転制御手段は、前記冷媒回路の異常の有無を判定する際に、判定対象の構成要素の冷媒密度がより低くなるように制御することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
13. 複数の絞り手段が直列または並列に接続されている場合は、前記絞り手段を１つのものとして合成したときの流量抵抗値を求めることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
14. 複数の絞り手段が並列に接続されている場合は、いずれか１つ以上の絞り手段の開度を閉止し、他の絞り手段を１つのものとして合成したときの流量抵抗値を求めることを特徴とする請求項１３記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記運転制御手段は、外部からの操作信号によって前記診断運転モードに入る機能を有していることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
16. 前記記憶手段は、装置内部の基板に実装されるメモリ、もしくは圧縮機制御装置に設けられるメモリ、または装置外部に設置されて有線または無線で接続された遠隔監視装置に設けられるメモリであり、書き換え可能なメモリで構成されてなることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
17. 超臨界領域での物性変化を伴う冷媒を使用することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。

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