JP2015092121A - 車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 空調機の個体差による影響を受けにくいメンテナンス時期判定方法を実現する。【解決手段】 圧縮機の冷媒入口側の圧力センサおよび温度センサと冷媒出口側圧力センサおよび温度センサからの信号を取り込み、これらの値に基づいて圧縮開始時点の比エンタルピーと圧縮終了時点の比エンタルピーの差を算出し、算出された比エンタルピーの差と第１設定値および第２設定値とをそれぞれ比較して、比エンタルピーの差が第２設定値よりも大きい場合にはメンテナンスが必要であることを表示装置に表示し、比エンタルピーの差が第１設定値よりも大きく第２設定値よりも小さい場合には読み込んだ各センサの信号の値に基づいてモリエル線図上における冷凍サイクル図形を作成し、該冷凍サイクル図形を、予め作成され記憶装置に記憶されている正常状態における冷凍サイクル図形とともに同一のモリエル線図上に表わしたものを表示装置に表示するようにした。【選択図】 図４

Description

本発明は、車両用空気調和機（以下、単に空気調和機あるいは空調機と称する）のメンテナンス時期を判断する方法に関するものである。

従来、空調機の故障を検出する技術として、例えば回帰分析によって回帰曲線を求め、該回帰曲線と実測値とを比較することによって故障判定を行うようにした発明が提案されている（特許文献１）。
また、空調機から出力される運転データをサンプリングして、マハラノビス距離を用いて故障判定を行うようにした発明が提案されている（特許文献２）。

特開２００６−２３０５１号公報 特開２００４−２３２９６８号公報

上記特許文献１および２に開示されている空調機の故障を判定する技術は、故障が発生してから判断を行うものであるため、機器を修理して再運転を開始するまでの時間が長くなるという問題がある。
特に、車両用の空気調和機にあっては、空調機が故障した場合、空調機の動作を停止したまま車両を運行するのを回避する必要があるので、列車の運行に支障を来たすことがある。また、空調機が故障してから修理するのでは、維持コストが高くなるという問題がある。

そこで、本発明者らは、空調機が故障に至る前に、機器の劣化状態や故障の兆候を捉えてメンテナンスの時期を判断することについて検討した。しかしながら、上記特許文献１に開示されている回帰分析による判定技術を適用した場合には、数値変化の幅が小さいため、判定結果が空調機の個体差による影響を受け易く、判断にバラツキが生じるという課題がある。

また、上記特許文献２に開示されているマハラノビス距離を用いた判定技術を適用した場合には、動作に問題のないレベルの汚損や外気環境の変化までを機器の劣化や故障と誤認するおそれがあるという課題があることが分かった。
なお、車両用空調機においては、従来より、走行距離や使用時間に基づく修繕や部品交換による故障の未然防止が図られて来たが、機器の劣化の進行具合は列車によって異なるため、走行距離や使用時間に基づく修繕、部品交換では費用が割高になってしまうとともに、点検前に空調機が故障してしまうおそれもあった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、機器の個体差による影響を受けにくいとともに精度の高い判定を行うことができる車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法および空気調和機を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、メンテナンスに要するコストを低減することができる車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法および空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張させる膨張器と、外気から採熱または放熱を行う室外熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう室内熱交換器と、外気温度を検出する外気温度センサとを備え、前記圧縮機の冷媒の入口側に第１圧力センサおよび第１温度センサが設けられ、出口側に第２圧力センサおよび第２温度センサが設けられているとともに、前記膨張器の冷媒入口側に第３温度センサが設けられてなる車両用空気調和機のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
前記データ処理装置は、
冷暖房運転中における前記第１圧力センサおよび第１温度センサと第２圧力センサおよび第２温度センサ、前記第３温度センサからの信号を取り込み、これらのセンサからの信号の値に基づいて前記圧縮機の圧縮開始時点の比エンタルピーと圧縮終了時点の比エンタルピーの差を算出し、算出された比エンタルピーの差と第１の設定値および該第１の設定値よりも大きな第２の設定値とをそれぞれ比較して、前記比エンタルピーの差が前記第２の設定値よりも大きい場合には車両用空気調和機のメンテナンスが必要であることを表示装置に表示し、前記比エンタルピーの差が前記第１の設定値よりも大きく前記第２の設定値よりも小さい場合には前記読み込んだ各センサの信号の値に基づいてモリエル線図上における冷凍サイクル図形を作成し、該冷凍サイクル図形を、予め作成され記憶装置に記憶されている正常状態における冷凍サイクル図形とともに同一のモリエル線図上に表わしたものを前記表示装置に表示するようにした。

上記した手段によれば、走行距離や使用時間に基づいてメンテナンスを行うのではなく、空調機の性能が実際に低下したのを検出してメンテナンスを行えるので、空調機の個体それぞれに対応した判定結果が得られる。また、車両の信頼性を向上させるとともに、故障が発生する前にメンテナンスを行えるために故障が発生したから修繕したり部品を交換したりする場合に比べて所要コストを低減することができる。

ここで、望ましくは、前記記憶装置に外気温度に対応して正常状態における複数の冷凍サイクル図形を記憶しておき、前記比エンタルピーの差が前記第１の設定値よりも大きく前記第２の設定値よりも小さい場合には前記外気温度センサの信号を読み込み、前記各センサの信号の値に基づいて作成されたモリエル線図上における冷凍サイクル図形を、読み込んだ該温度に対応した正常状態の冷凍サイクル図形とともに同一のモリエル線図上に表わしたものを前記表示装置に表示するようにする。
これにより、比エンタルピーの差の値のみからは判断することが困難な空調機の性能低下を表示された冷凍サイクル図形から読み取ることが可能となり、精度の高いメンテナンス時期の判定を行うことができる。

また、望ましくは、前記比エンタルピーの差が前記第１の設定値よりも大きく前記第２の設定値よりも小さいと判定した場合には、さらに、前記読み込んだ各センサの信号の値に基づいて作成したモリエル線図上における冷凍サイクル図形と正常状態における冷凍サイクル図形との非重複率を算出し、該非重複率が所定の値よりも大きい場合に車両用空気調和機のメンテナンスが必要であることを前記表示装置に表示するようにする。
これにより、冷凍サイクル図形の表示を人間が見て判断する場合に比べて、客観性に優れかつばらつきの少ないメンテナンス時期の判定を行うことができる。

さらに、望ましくは、前記比エンタルピーの差が前記第２の設定値よりも大きいと判定した場合には、さらに、前記圧縮機の入口側の前記第１圧力センサおよび第１温度センサと出口側に第２圧力センサおよび第２温度センサの信号に基づいて、入口と出口の温度差および入口と出口の圧力差と、凝縮工程の圧力値および蒸発工程の圧力値とを算出し、算出した値に基づいて前記圧縮機と室外熱交換器と室内熱交換器のいずれの性能が低下しているか判定して前記表示装置に表示するようにする。
これにより、メンテナンスを行う際に、重点的もしくは最初に点検すべき機器を知ることができる。

本出願の他の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張させる膨張器と、外気から採熱または放熱を行う室外熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう室内熱交換器と、外気温度を検出する外気温度センサとを備えた空気調和機であって、
前記圧縮機の冷媒の入口側に第１圧力センサおよび第１温度センサが設けられ、出口側に第２圧力センサおよび第２温度センサが設けられているとともに、前記膨張器の冷媒入口側に第３温度センサが設けるようにしたものである。
このような構成を有する空気調和機によれば、冷暖房運転中における圧縮機の冷媒入口側の第１圧力センサおよび第１温度センサと、圧縮機の冷媒出口側の第２圧力センサおよび第２温度センサと、膨張器の冷媒入口側の第３温度センサから信号を取り込み、これらのセンサからの信号の値に基づいてモリエル線図上における冷凍サイクル図形を作成することができ、作成した冷凍サイクル図形を表示装置に表示させることで、空気調和機のメンテナンス時期を精度よく判定することが可能となる。

本発明によれば、機器の個体差による影響を受けにくいとともに精度の高い判定を行うことができる車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法を実現することができる。また、車両用空気調和機のメンテナンスに要するコストを低減することができるという効果を奏する。

本実施形態における車両用空気調和機のメンテナンス時期判定を行うシステムの概略構成を示した図である。 本発明に係るメンテナンス時期判定方法を適用して好適な車両用空気調和機のシステム構成例を示す図である。 車両用空調機の冷凍サイクルを構成する各機器と各種センサの取り付け位置との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るメンテナンス時期判定方法における分析処理の手順を示すフローチャートである。 分析処理の他の一例を示すフローチャートである。 空調機のモリエル線図における温度別の冷凍サイクルの例を示す図である。 室内熱交換器の表面の一部を塞いだ場合における冷凍サイクルの例を示すモリエル線図である。 冷媒の一部を抜いた場合における冷凍サイクルの例を示すモリエル線図である。 キャピラリの一部を潰した場合における冷凍サイクルの例を示すモリエル線図である。 室外熱交換器の表面の一部を塞いだ場合における冷凍サイクルの例を示すモリエル線図である。 正常な空調機の冷凍サイクルと劣化した空調機の冷凍サイクルの例を示すモリエル線図である。

以下、本発明に係る車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
一般的な冷房システムは、熱媒体の圧縮および膨張を行なって低温部から高温部へ熱を移動させるヒートポンプ（冷凍機）と、外気から採熱または放熱を行う室外熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう室内熱交換器と、システム全体を制御する制御手段とにより構成されている。

ヒートポンプは、断熱状態で冷媒を圧縮する圧縮機、外気に熱を放出し冷媒を液化する凝縮器、冷媒を気化させる蒸発器等から構成されている。
本実施形態を適用して好適な車両用空気調和機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒ガスを液化して熱を放出する凝縮器の機能を備えた室外熱交換器、冷媒ガスを膨張させる膨張器もしくは減圧器としての機能を有するキャピラリチューブ、冷媒ガスを気化して熱を吸収する蒸発器の機能を備えた室内熱交換器などを備える。

図１は、本実施形態における車両用空気調和機のメンテナンス時期判定を行うシステムの概略構成を示した図である。
図１に示すように、１編成の列車の各車両Ｃの上部には空気調和機としての空調機ユニット１０が設けられている。本実施形態のシステムにおいては、各車両の空調機ユニット１０に圧縮機入り口側の吸入冷媒圧力を検出する圧力センサおよび吸入冷媒温度を検出する温度センサ、圧縮機出口側の吐出冷媒圧力を検出する圧力センサおよび吐出冷媒温度を検出する温度センサ、キャピラリチューブの入口側の冷媒温度を検出する温度センサ、外気温度を検出する温度センサとを設け、空調機ユニット１０の状態を検出可能にする。

また、先頭車両（または最後尾車両）に、各データ収集機能および無線通信機能を備えたデータ管理装置２０を設け、該データ処理装置２０と各車両の空調機ユニット１０の制御部とをイーサネット（登録商標）のような有線式の車内ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の伝送路３０を介して接続し、周期的に各車両の空調機ユニット１０から検出データを収集可能に構成する。
さらに、データ管理装置２０は、収集したデータを、無線通信機能によってＷｉＦｉのような高速無線ＬＡＮ６０を介して、定期的に外部の分析手段を備えた判定装置５０へ送信するように構成されている。従って、データ管理装置２０は、各車両の空調機ユニット１０からのデータを受信するデータ受信手段と、受信したデータを記録するデータ記録手段と、記録されたデータを読み出して無線送信する無線通信手段とを備える。なお、各車両の空調機ユニット１０から収集データを無線通信によって直接判定装置５０へ送信するように構成してもよい。

図２は、本実施形態における車両用空気調和機のメンテナンス時期判定を行うシステムのより具体的な構成を示した図である。
図２に示すように、車両用空気調和機側の制御手段４０は、空調制御部４１と、データ収集部４２と、収集したデータ等を記憶、蓄積する半導体メモリあるいは磁気ディスク装置などからなるデータ記録部４３と、データを送信するデータ送信部４４などから構成されている。図２には示されていないが、図１における先頭車両のデータ管理装置２０は、制御手段４０と高速無線ＬＡＮ６０との間に設けるようにすることができる。この場合、データ送信部４４は車内ＬＡＮを介してデータを送信する機能を有するように構成される。一方、データ送信部４４が直接データを高速無線ＬＡＮ６０を介して送信する場合、データ送信部４４は無線通信機能を備えるように構成される。なお、データ記録部４３は、各車両の制御手段４０と先頭車両のデータ管理装置２０の両方に設けても良いし、データ管理装置２０にのみ設けても良い。

メンテナンス時期判定を行う判定装置５０は、高速無線ＬＡＮ６０を介して送られて来るデータを受信するデータ受信部５１や受信したデータを記憶、蓄積するデータ蓄積部５２、蓄積されたデータを分析するデータ分析部５３、分析結果を表示する表示装置５４などから構成されている。データ分析部５３は、マイクロコンピュータのようなデータ処理装置によって構成することができる。

空調制御部４１には室内機の吹き出し口に設けられている温度センサや室内温度センサ、温度設定器１１からの信号が入力されており、空調制御部４１は、室内温度に応じて圧縮機の動作個数や能力を制御することで、室温が設定温度となるように空調制御を行う。また、空調制御部４１は、送風用のファンのモータ１３の駆動制御を行う。空調制御部４１とデータ収集部４２は、ＣＰＵ（中央演算装置）と、該ＣＰＵが実行するプログラムとによって実現することができる。

本実施形態においては、圧縮機の入り口側に設けられ吸入圧力を検出する圧力センサＰＳ１および吸入冷媒温度を検出する温度センサＴＳ１と、圧縮機の出口側に設けられ吐出圧力を検出する圧力センサＰＳ２および吐出冷媒温度を検出する温度センサＴＳ２と、キャピラリチューブの冷媒入口側に設けられ冷媒温度を検出する温度センサＴＳ３と、外気温度を検出する温度センサＴＳ０の検出信号がデータ収集部４２に入力されている。

図３には、車両用空調機の冷凍サイクルを構成する圧縮機１、室外熱交換器２、室内熱交換器３等の各機器と、上記各種センサの取り付け位置との関係が示されている。このうち、室外熱交換器２は凝縮器の機能を有し外気へ熱を放出し、室内熱交換器３は蒸発器の機能を有し外気から熱を吸収する。また、室外熱交換器２と室内熱交換器３との間には、冷媒に混じってしまった汚れや水分を除去したり冷媒を均一化したりする機能を有するドライヤ４と、膨張器もしくは減圧器として機能する複数本のキャピラリチューブ５と、該キャピラリチューブ５に冷媒を均等に分配するディストリビュータ６とが設けられている。

図３に示すように、この実施例では、圧縮機１の冷媒入口側に圧力センサＰＳ１と温度センサＴＳ１が設けられ、圧縮機１の出口側に圧力センサＰＳ２および温度センサＴＳ２が設けられている。また、室外熱交換器２の外気取り入れ口の近傍に温度センサＴＳ０が設けられている。さらに、本実施例では、キャピラリチューブ５の冷媒の入口側に設けられる温度センサＴＳ３が、ディストリビュータ６に設けられている。

データ収集部４２は、空調機が稼働されると周期的に上記各センサからの信号を読み込んで、稼働中の圧力情報および温度情報を履歴情報としてデータ記録部４３に記憶する。そして、予め決められた時刻になると、データ記録部４３から履歴情報を読み出して、データ送信部４４によって無線ＬＡＮ６０を介して判定装置５０へ送信するように構成されている。
判定装置５０は、データ受信部５１により受信しデータ蓄積部５２に蓄積されたデータをデータ分析部５３が読み出して分析し、分析結果を表示装置５４に表示する。これにより、空調機の故障が発生する前にメンテナンスが必要か否か知ることができる。

次に、判定装置５０によるデータ分析処理の内容について説明する。
本実施形態の判定装置５０は、空調機の性能が劣化すると、モリエル線図における冷凍サイクルの形状が変化することを利用して性能劣化を見つけてメンテナンスの要否を判定するものである。さらに、空調機の性能劣化の主な原因としては、室内熱交換器における霜付きや室外熱交換器における汚れの付着、冷媒漏れ、キャピラリチューブの変形等が考えられるが、これらの原因の違いによってもモリエル線図における冷凍サイクルの形状が変化するので、本実施形態においては、それを利用して空調機の性能劣化の原因をも特定できるように工夫している。

先ず、空調機の性能劣化を見つけてメンテナンスの要否を判定するようにした第１実施例のデータ分析処理の内容について、図４のフローチャートを使用して説明する。
このデータ分析処理においては、先ず圧縮機の出入口に設けられている圧力センサＰＳ１，ＰＳ２および冷媒温度センサＴＳ１，ＴＳ２やキャピラリチューブの入口側の冷媒温度を検出する温度センサＴＳ３からの信号を読み込む（ステップＳ１）。続いて、これらのセンサの値に基づいて、圧縮開始と終了時の比エンタルピーの差を算出する（ステップＳ２）。そして、算出した差分値が、予め設定された所定の設定値１よりも大きいか否か判定し（ステップＳ３）、小さい（Ｎｏ）と判定した場合は空調機の動作は正常であるとして、ステップＳ９で例えばメンテナンス不要の表示を行い、分析処理を終了する。
一方、上記ステップＳ３で、比エンタルピーの差が設定値１よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ４へ移行して、設定値１よりも大きい値に設定された設定値２よりも上記比エンタルピー差の方が大きいか否か判定する。

空調機の性能が劣化すると、圧縮開始と終了時の比エンタルピーの差が大きくなるので、ステップＳ２で算出された比エンタルピーの差が設定値１よりも大きい場合には、空調機の性能が劣化している可能性が高いと判断することができる。そこで、その場合には、次のステップＳ４で、設定値２（＞設定値１）よりも大きいか否か判定することとした。そして、比エンタルピーの差が設定値２よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定されると、明らかに空調機の性能が劣化しているので、ステップＳ５へ進んで、空調機のメンテナンスが必要であることを、表示装置へ表示させる。

一方、上記ステップＳ４で比エンタルピーの差が設定値２よりも小さい（Ｎｏ）と判定されると、この場合、算出された比エンタルピーの差分値のみからは明らかに空調機の性能が劣化しているとまでは判断できないので、ステップＳ６へ移行して、ステップＳ１で読み込んだ圧力センサＰＳ１，ＰＳ２および冷媒温度センサＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３の値から、その時点での空調機のモリエル線図の冷凍サイクル形状を算出する。次に、外気温センサＴＳ０からの信号を読み込み、外気温に対応した当該空調機の正常な状態での冷凍サイクル形状データをメモリから読み出す（ステップＳ７）。続いて、ステップＳ６で算出した冷凍サイクル形状とステップＳ７で読み込んだ冷凍サイクル形状を、同一のモリエル線図上に表した画像を、表示装置へ表示させる。オペレータは、表示装置に表示された２つの冷凍サイクル形状の画像を比較することで、空調機のメンテナンスが必要であるであるか否か判断することができる。

ところで、空調機のモリエル線図の冷凍サイクル形状は、設定温度が同じであっても図６に示すように、外気温度が異なると微妙にずれることが知られている。ただし、その場合における圧縮開始、終了時の比エンタルピー差は比較的小さな値となる。そのため、外気温度による影響を無視して圧縮機の出入口の冷媒圧力および冷媒温度から計算した比エンタルピーの差に基づいて空調機の性能劣化を正しく判断することが困難である。一方において、このような場合であっても、表示装置に表示された２つの冷凍サイクル形状の画像を比較することで、熟練者であれば、空調機のメンテナンスが必要な性能劣化が生じているか否か判断することができる。

図４に示すデータ分析処理によれば、圧縮開始、終了時の比エンタルピー差が大きい時は比エンタルピー差に基づいてメンテナンスの必要性を判定して自動的に結果を表示し、圧縮開始、終了時の比エンタルピー差が小さい時は冷凍サイクル形状の画像を表示装置に表示するため、表示されたサイクル形状の画像を検討することで故障が発生したり予め設定した稼働時間や使用期間が経過したりする前に、メンテナンス時期の判定を行うことができる。
なお、図６において、実線Ａで示す冷凍サイクルは外気温が３３℃の場合のもの、破線Ｂは外気温が３８℃の場合の冷凍サイクル、一点鎖線Ｃは外気温が４３℃の場合の冷凍サイクルを示している。

次に、判定装置５０によるデータ分析処理の第２の実施例について、図５を用いて説明する。第２の実施例を適用するのに必要なシステムの構成は、図２と同じであるので、説明は省略する。また、データ分析処理の内容は、図４のステップＳ３までは同じであるので、ステップＳ１〜Ｓ３の図示および説明を省略する。
第２の実施例のデータ分析処理においては、ステップＳ４で、圧縮開始と終了時の比エンタルピーの差が設定値２よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１１へ進み、圧縮機の出入口の冷媒温度の差（Ｔ２−Ｔ１）が所定の温度（設定値３）よりも大きいか否か判定する。そして、この温度差（Ｔ２−Ｔ１）が設定値３よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１２へ移行して空調機のメンテナンスが必要であることを、表示装置により表示させる。

本発明者らは、標準温度を３３℃とし、室内熱交換器の表面を２５％塞いだ場合と、５０％塞いだ場合において空調機のモリエル線図の冷凍サイクルの変化を実験によって調べてみたところ、図７に示すような結果が得られた。図７において、実線Ａで示す冷凍サイクルは正常な空調機のもの、破線Ｂは室内熱交換器の表面を２５％塞いだ空調機の冷凍サイクル、一点鎖線Ｃは室内熱交換器の表面を５０％塞いだ空調機の冷凍サイクルを示している。

図７より、室内熱交換器の性能が低下すると蒸発工程の圧力のみが低くなっていることが分かる。これより、室内熱交換器の性能が低下すると蒸発工程の能力が低下し、その結果、圧縮機の出入口の冷媒温度差が増加して、圧縮工程で加えるエンタルピーが増加すると考えられる。よって、温度差（Ｔ２−Ｔ１）が設定値３よりも大きいような場合には室内熱交換器の性能低下による可能性が高いので、ステップＳ１２における空調機のメンテナンス指示は、先ず室内熱交換器のメンテナンスを行うように表示によって指示することができる。

一方、上記ステップＳ１１で、圧縮機の出入口の冷媒温度の差（Ｔ２−Ｔ１）が所定の温度（設定値３）よりも小さい（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ１３へ進んで、圧縮機の出入口の冷媒圧力の差（Ｐ２−Ｐ１）が所定の圧力（設定値４）よりも大きいか否か判定する。そして、この圧力の差（Ｐ２−Ｐ１）が設定値４よりも大きい（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１４へ進んで、凝縮工程の圧力が所定の圧力Ｐｂよりも低いか否か判定する。ここで、凝縮工程の圧力が所定の圧力Ｐｂよりも低い（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１５へ移行して空調機のメンテナンスが必要であることを、表示装置により表示させる。

本発明者らは、標準温度を３３℃とし、空調機から冷媒を１０％抜いた場合と、２０％抜いた場合において空調機のモリエル線図の冷凍サイクルの変化を実験によって調べてみたところ、図８に示すような結果が得られた。図８において、実線Ａで示す冷凍サイクルは正常な空調機のもの、破線Ｂは空調機から冷媒を１０％抜いた場合の冷凍サイクル、一点鎖線Ｃは空調機から冷媒を２０％抜いた場合の冷凍サイクルを示している。

図８より、空調機から冷媒を抜いて循環する冷媒の量を減らすと、凝縮工程の圧力および蒸発工程の圧力の両方が低くなることが分かる。これより、循環する冷媒の量が少なくなると凝縮工程と蒸発工程の両能力が低下し、その結果、圧縮機の出入口の冷媒温度差が増加して、圧縮工程で加えるエンタルピーが増加すると考えられる。よって、圧縮機の出入口の冷媒圧力差（Ｐ２−Ｐ１）が設定値４よりも大きくかつ凝縮工程の圧力が所定の圧力Ｐｂよりも低い場合には、冷媒漏れが原因である可能性が高いので、ステップＳ１５における空調機のメンテナンス指示は、先ず冷媒を補充するメンテナンスを行うように表示によって指示することができる。

一方、上記ステップＳ１４で、凝縮工程の圧力がＰｂよりも高い（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ１６へ進んで、蒸発工程の圧力が所定の圧力Ｐｃよりも低いか否か判定する。ここで、蒸発工程の圧力が所定の圧力Ｐｃよりも低い（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１７へ進んで、蒸発工程開始時（膨張行程終了時）の比エンタルピーの値が所定の値（例えば正常時の値）よりも小さいか否か判定する。そして、蒸発工程開始時の比エンタルピーの値が所定の値よりも小さい（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１８へ進んで、空調機のメンテナンスが必要であり原因はキャピラリチューブの異常である可能性が高いことを、表示装置により表示させる。

また、上記ステップＳ１７で、蒸発工程開始時の比エンタルピーの値が所定の値よりも小さくない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ１９へ進んで、空調機のメンテナンスが必要であり原因は室外熱交換器の異常である可能性が高いことを、表示装置により表示させる。
本発明者らは、標準温度を３３℃とし、空調機の数１０本のキャピラリチューブのうち１本を潰した場合と、２本潰した場合において空調機のモリエル線図の冷凍サイクルの変化を実験によって調べてみたところ、図９に示すような結果が得られた。図９において、実線Ａで示す冷凍サイクルは正常な空調機のもの、破線Ｂは空調機のキャピラリチューブを１本潰した場合の冷凍サイクル、一点鎖線Ｃは空調機のキャピラリチューブを２本潰した場合の冷凍サイクルを示している。

図９より、空調機のキャピラリチューブを潰すと、凝縮工程の圧力は変わらない一方、蒸発工程の圧力は低くなって圧縮工程における圧縮前後の圧力差が大きくなるとともに、比エンタルピー差が大きくなることが分かる。これより、キャピラリチューブが潰れると蒸発工程の能力が低下し、その結果、圧縮機の出入口の冷媒圧力差が増加して、圧縮工程で加えるエンタルピーが増加すると考えられる。
なお、本実施例では、検証対象の空調機がキャピラリチューブを備えるタイプであるため、キャピラリチューブを潰した場合を想定したが、空調機の中にはキャピラリチューブを備えていないタイプもある。ただし、その場合にも、冷媒移送用の配管は備えているので、キャピラリ潰しは冷媒配管の詰まりのような冷媒の流量が減少する冷媒配管の異常と言い換えることができる。

また、本発明者らは、標準温度を３３℃とし、室外熱交換器の表面を２５％塞いだ場合と、５０％塞いだ場合において空調機のモリエル線図の冷凍サイクルの変化を実験によって調べてみたところ、図１０に示すような結果が得られた。図１０において、実線Ａで示す冷凍サイクルは正常な空調機のもの、破線Ｂは室外熱交換器の表面を２５％塞いだ空調機の冷凍サイクル、一点鎖線Ｃは室外熱交換器の表面を５０％塞いだ空調機の冷凍サイクルを示している。
図１０より、室外熱交換器の性能が低下すると蒸発工程の圧力が低くなるとともに、比エンタルピー差が大きくなることが分かる。これより、室外熱交換器の性能が低下すると蒸発工程の圧力が低下し、その結果、圧縮機の出入口の冷媒圧力差が増加して、圧縮工程で加えるエンタルピーが増加すると考えられる。

また、図９の冷凍サイクルと図１０の冷凍サイクルを比較すると、図１０の室外熱交換器の性能が低下した場合の冷凍サイクルにおける蒸発工程の開始時（膨張行程終了時）の比エンタルピーの値は、室外熱交換器の性能が低下していない場合における蒸発工程の開始時の比エンタルピーの値とほとんど変わらない。これに対し、図９のキャピラリチューブを潰した状態の場合には、キャピラリチューブが潰れると蒸発工程の開始時の比エンタルピーの値が、正常な場合の比エンタルピーの値よりも小さくなっていることが分かる。
よって、蒸発工程開始時の比エンタルピーの値が所定の値よりも小さい（Ｙｅｓ）と判定して移行したステップＳ１８における空調機のメンテナンスの必要性は、キャピラリチューブの潰れが原因である可能性が高く、先ずキャピラリチューブのメンテナンスを行うように表示によって指示することができる。

また、蒸発工程開始時の比エンタルピーの値が所定の値よりも小さくない（Ｎｏ）と判定して移行したステップＳ１９における空調機のメンテナンスの必要性の表示においては、室外熱交換器の性能低下による可能性が高く、先ず室外熱交換器のメンテナンスを行うように表示によって指示することができる。
なお、図９と図１０を比べると異常時における冷凍サイクルが良く似ていることから、適用するシステムによっては、室外熱交換器の性能低下とキャピラリチューブの潰れ（冷媒配管の詰まり）とを区別できないことも予想される。ただし、その場合にも、図５のステップＳ１６で蒸発工程の圧力が所定の圧力Ｐｃよりも低い（Ｙｅｓ）と判定したら、メンテナンスの指示と共にその原因は室外熱交換器またはキャピラリチューブのいずれかの異常である可能性が高いことを、表示装置により表示させるようにしてもよい。

一方、上記ステップＳ４で比エンタルピーの差が設定値２よりも小さい（Ｎｏ）と判定された場合や、ステップＳ１３で圧縮機の出入口の冷媒圧力の差（Ｐ２−Ｐ１）が所定の圧力（設定値４）よりも小さい（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ１６で蒸発工程の圧力が所定の圧力Ｐｃよりも高い（Ｎｏ）と判定した場合には、メンテナンスの必要性があるか否か明確には判断できないので、ステップＳ６へ移行する。
第１の実施例では、ステップＳ６で、圧力センサＰＳ１，ＰＳ２および冷媒温度センサＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３の値から、その時点での空調機のモリエル線図の冷凍サイクル形状を算出し、次のステップＳ７で、外気温センサＴＳ０からの信号を読み込んで外気温に対応した当該空調機の正常な状態でのモリエル線図の冷凍サイクル形状データをメモリから読み出し、続いて、ステップＳ６で算出した冷凍サイクル形状とステップＳ７で読み込んだ冷凍サイクル形状を、同一のモリエル線図上に表した画像を、表示装置へ表示させている（ステップＳ８）。

これに対し、本第２の実施例では、冷凍サイクル形状画像を表示装置へ表示させるステップＳ８の代わりに、それぞれの冷凍サイクル形状における面積を算出する処理（ステップＳ２１）と、正常な空調機の冷凍サイクルの面積と測定した冷凍サイクルの面積との非重複率を算出する処理（ステップＳ２２）を設けている。そして、ステップＳ２２で算出した非重複率が所定の値Ｒａよりも大きいか否か判定し（ステップＳ２３）、非重複率が所定の値Ｒａよりも大きい（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ２４へ進んで、メンテナンスを行うよう表示によって指示するようにしている。一方、ステップＳ２２で算出した非重複率が所定の値Ｒａよりも小さい（Ｎｏ）と判定した場合には、メンテナンスを行う必要性がないと判断して、ステップＳ２５でメンテナンス不要の表示を行うようにしている。

なお、上記非重複率とは、図１１に示すモリエル線図において、正常な空調機の冷凍サイクルＡの面積に対するハッチングが付されている部分の面積の割合（％）を意味する。図１１において、破線Ｂで示されている図形は、今回の測定により得られたリアルタイムの空調機の冷凍サイクルである。実際の空調機は、劣化や故障の状況によってそれぞれ冷凍サイクルが、正常な空調機の冷凍サイクルＡに対してさまざまに変化するため、圧縮機の出入口の圧力や冷媒温度からは空調機の性能が低下している明確に判断できない場合があるが、上記非重複率により空調機の性能低下を判断することで、客観性および信頼性の高い判断結果が得られるようになる。

以上、本発明を、圧縮機と室内熱交換器と室外熱交換器が１つである空調機を例にとって説明してきたが、車両用の空調機は、一般に複数台の圧縮機と複数台の室内熱交換器および複数台の室外熱交換器によって構成されることが多い。その場合にも、本発明を適用可能であり、圧縮機ごとにそれぞれ入口および出口の圧力や冷媒温度を検出するセンサを設けて、圧縮機ごとに冷凍サイクルを検証して空調機の性能の劣化を判断するように構成するのが望ましい。
また、上記実施例における各機器の判定の項目や判定の基準となる設定値（しきい値）は、あくまでも一例であって、監視対象の空調機の構成が異なれば、それに応じて適宜変更することとなる。
さらに、本発明は車両用の空調機に限定されず、施設や建物などの空調機にも適用することができる。

１１ 温度設定器
４０ 制御手段
４１ 空調制御部
４２ データ収集部
４３ データ記録部
４４ データ送信部
５０ メンテナンス時期判定装置
５１ データ受信部
５２ データ蓄積部
５３ データ分析部
５４ 表示装置

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張させる膨張器と、外気から採熱または放熱を行う室外熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう室内熱交換器と、外気温度を検出する外気温度センサとを備え、前記圧縮機の冷媒の入口側に第１圧力センサおよび第１温度センサが設けられ、出口側に第２圧力センサおよび第２温度センサが設けられているとともに、前記膨張器の冷媒入口側に第３温度センサが設けられてなる車両用空気調和機のメンテナンスの時期をデータ処理装置によって判定するメンテナンス時期判定方法であって、
   前記データ処理装置は、
   冷暖房運転中における前記第１圧力センサおよび第１温度センサと第２圧力センサおよび第２温度センサ、前記第３温度センサからの信号を取り込み、これらのセンサからの信号の値に基づいて前記圧縮機の圧縮開始時点の比エンタルピーと圧縮終了時点の比エンタルピーの差を算出し、算出された比エンタルピーの差と第１の設定値および該第１の設定値よりも大きな第２の設定値とをそれぞれ比較して、前記比エンタルピーの差が前記第２の設定値よりも大きい場合には車両用空気調和機のメンテナンスが必要であることを表示装置に表示し、前記比エンタルピーの差が前記第１の設定値よりも大きく前記第２の設定値よりも小さい場合には前記読み込んだ各センサの信号の値に基づいてモリエル線図上における冷凍サイクル図形を作成し、該冷凍サイクル図形を、予め作成され記憶装置に記憶されている正常状態における冷凍サイクル図形とともに同一のモリエル線図上に表わしたものを前記表示装置に表示することを特徴とする車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法。
2. 前記記憶装置に外気温度に対応して正常状態における複数の冷凍サイクル図形を記憶しておき、前記比エンタルピーの差が前記第１の設定値よりも大きく前記第２の設定値よりも小さい場合には前記外気温度センサの信号を読み込み、前記各センサの信号の値に基づいて作成されたモリエル線図上における冷凍サイクル図形を、読み込んだ該温度に対応した正常状態の冷凍サイクル図形とともに同一のモリエル線図上に表わしたものを前記表示装置に表示することを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法。
3. 前記比エンタルピーの差が前記第１の設定値よりも大きく前記第２の設定値よりも小さいと判定した場合には、さらに、前記読み込んだ各センサの信号の値に基づいて作成したモリエル線図上における冷凍サイクル図形と正常状態における冷凍サイクル図形との非重複率を算出し、該非重複率が所定の値よりも大きい場合に車両用空気調和機のメンテナンスが必要であることを前記表示装置に表示することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法。
4. 前記比エンタルピーの差が前記第２の設定値よりも大きいと判定した場合には、さらに、前記圧縮機の入口側の前記第１圧力センサおよび第１温度センサと出口側に第２圧力センサおよび第２温度センサの信号に基づいて、入口と出口の温度差および入口と出口の圧力差と、凝縮工程の圧力値および蒸発工程の圧力値とを算出し、算出した値に基づいて前記圧縮機と室外熱交換器と室内熱交換器のいずれの性能が低下しているか判定して前記表示装置に表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空気調和機のメンテナンス時期判定方法。
5. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張させる膨張器と、外気から採熱または放熱を行う室外熱交換器と、冷暖房対象空間において吸熱または放熱を行なう室内熱交換器と、外気温度を検出する外気温度センサとを備えた空気調和機であって、
   前記圧縮機の冷媒の入口側に第１圧力センサおよび第１温度センサが設けられ、出口側に第２圧力センサおよび第２温度センサが設けられているとともに、前記膨張器の冷媒入口側に第３温度センサが設けられてなることを特徴とする空気調和機。

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