JP2015212594A - 圧縮機の劣化診断方法、及びその劣化診断方法を有する冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気対象空間にいる居住者の快適性を考慮して圧縮機の劣化診断を行うことを目的とする。【解決手段】複数の圧縮機を有する冷媒回路を少なくとも１つ備え、または、１台の圧縮機を有する冷媒回路を複数備え、冷媒回路において圧縮機の劣化診断を行う方法であって、冷媒回路の複数の圧縮機の中の一部の圧縮機の回転数を一部以外の圧縮機の回転数より大きくして運転する劣化診断運転工程と、一部の圧縮機の初期状態における運転状態量である判定基準値と、初期状態から所定時間が経過した時の運転状態量である判定指標との差に基づいて一部の圧縮機の劣化の度合いを判定する劣化診断工程と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、冷凍サイクル装置における圧縮機の劣化診断方法、及びその劣化診断方法を有する冷凍サイクル装置に関するものである。

冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置において、装置を据え付けてから稼働期間が長期間経過すると、圧縮機が劣化する。具体的には、圧縮機構部の摩耗により圧縮機内部で高圧側から低圧側への冷媒漏れ等が生じ、圧縮効率が低下して冷凍サイクル装置のＣＯＰ（成績係数）が低下する。従来は、このように圧縮機が劣化してもそれを直接知る方法はなく、明らかに異常とわかる事態が生じるまで、もしくは圧縮機が完全に故障するまで、更新されることなく放置されることが多かった。そこで、冷凍サイクル装置において、圧縮機の劣化を検知する技術がいくつか提案されている。

従来の圧縮機の劣化診断として、圧縮工程前後の冷媒状態（圧縮機吸入温度／圧力、圧縮機吐出温度／圧力）が一定である限りは変化しないポリトロープ指数を用いて、この値を定期的に計測し、値の変化が所定の範囲を超えていると圧縮機が劣化していると判断していた（例えば、特許文献１）。

特開２００２−１４７９０５号公報

しかしながら、従来の圧縮機の劣化診断では、周囲空気温度などの環境条件の変動が継続して生じると、圧縮機の劣化診断が可能な冷媒条件が整うまでに長時間かかるといった問題があり、また、圧縮機の劣化診断を行っている間は居室内の空調環境に影響を及ぼす可能性があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空調対象空間の居住者の快適性を考慮し、室内環境への影響を最小限に抑えた圧縮機の劣化診断方法、及びその劣化診断方法を有する冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る圧縮機の劣化診断方法は、複数の圧縮機を有する冷媒回路を少なくとも１つ備え、または、１台の圧縮機を有する冷媒回路を複数備え、冷媒回路において圧縮機の劣化診断を行う方法であって、冷媒回路の複数の圧縮機の中の一部の圧縮機の回転数を一部以外の圧縮機の回転数より大きくして運転する劣化診断運転工程と、一部の圧縮機の初期状態における運転状態量である判定基準値と、初期状態から所定時間が経過した時の運転状態量である判定指標との差に基づいて一部の圧縮機の劣化の度合いを判定する劣化診断工程と、を含むものである。

本発明に係る圧縮機の劣化診断方法によれば、空調対象空間の居住者の快適性を考慮し、室内環境への影響を最小限に抑えて圧縮機の劣化診断を行うことができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を備えた空調システムの構成図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の制御ブロック図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒の状態遷移を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００における圧縮機１の劣化診断の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を備えた複数の空調系統の動作説明図である。 実施の形態１に係る判定基準値δｍの関数表の一例を示す図である。 実施の形態１に係る遠隔監視システムの構成図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００を備えた空調システムの構成図である。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００を備えた空調システムの構成図である。

以下、本発明に係る圧縮機の劣化診断方法について、図面を用いて説明する。
重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置１００の構成を図１および図２に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。
＜機器構成＞
冷凍サイクル装置１００は、室外ユニットＡと、複数の室内ユニットＢ（Ｂ１、Ｂ２）とを有し、冷媒配管により接続されている。室外ユニットＡは、圧縮機１、四方弁２及び室外熱交換器３を備えている。室内ユニットＢ（Ｂ１、Ｂ２）は、室内熱交換器５ａ、５ｂと、開度可変の減圧装置である膨張弁４ａ、４ｂとを有している。そして、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４（４ａ、４ｂ）、室内熱交換器５（５ａ、５ｂ）により冷媒を循環させる冷媒回路が形成されている。

室外熱交換器３には空気を送風する室外ファン６が設けられている。また、室内熱交換器５（５ａ、５ｂ）にも同様に空気を送風する室内ファン７（７ａ、７ｂ）が設けられている。
これらの送風装置は空気を送風するファンであり、ＤＣ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構成されており、送風量を調整することが可能になっている。

圧縮機１は、運転容量（周波数）を可変させることが可能な容積式圧縮機である。運転容量を可変させる制御方法は、例えば、インバータにより制御されるモータの回転数制御がある。

室外ユニットＡの配管出口に設けられたバルブ１１ａ、１１ｂは、例えばボールバルブや開閉弁、操作弁などの開閉動作が可能な弁により構成されている。

四方弁２は、冷媒の流れの方向を切り換える機能を有する弁である。冷房運転時には、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側と室内ユニットＢとの接続配管を接続するように冷媒流路を切り換える（図１の四方弁２の実線）。暖房運転時には、圧縮機１の吐出側と室内ユニットＢとの接続配管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とを接続するように冷媒流路を切り換える（図１の四方弁２の破線）。

なお、本実施の形態１では、室内ユニットＢが２台（室内ユニットＢ１、Ｂ２）の場合の構成を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、室内ユニットＢが１台もしくは３台以上の複数でも良い。また、複数の室内ユニットＢのそれぞれの容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量でも良い。

また、本実施の形態１における冷凍サイクル装置１００の冷媒回路を循環する冷媒の種類は、特に限定は無く、任意の冷媒を用いることができる。例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）や炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒や、Ｒ４１０Ａはもちろん、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒を採用してもよい。

なお、本実施の形態１では、四方弁２を設けて暖房運転と冷房運転とを切り換え可能な冷媒回路を構成する場合を説明するが、本発明はこれに限るものではない。例えば、四方弁２を設けずに、冷房運転のみ又は暖房運転のみを行うようにしてもよい。

続いて、センサ類と制御部について説明する。
室外ユニットＡは、運転状態量検出手段として、吐出温度センサ４１、吸入温度センサ４２、吐出圧力センサ３１及び吸入圧力センサ３２を備えている。また、外気温を検出する外気温検出手段として、室外吸込空気温度センサ４０を備えている。室外吸込空気温度センサ４０は、室外熱交換器３に取り込まれる空気温度を検出し、室外熱交換器３が設置される室外ユニットＡの周囲空気温度を検出する。

吐出温度センサ４１は、圧縮機１の吐出側に設置され、圧縮機１より吐出した冷媒の温度を検出する。吸入温度センサ４２は、圧縮機１の吸入側に設置され、圧縮機１に吸入される冷媒の温度を検出する。

吐出圧力センサ３１は、圧縮機１の吐出側に設置され、圧縮機１から吐出された冷媒の圧力を検出する。吸入圧力センサ３２は、圧縮機１の吸入側に設置され、圧縮機１に吸入される冷媒の圧力を検出する。
吐出圧力センサ３１の検出値の圧力を飽和温度に換算することにより、冷凍サイクル装置１００の凝縮温度ＣＴを求めることができ、吸入圧力センサ３２の検出値の圧力を飽和温度に換算することにより、冷凍サイクル装置１００の蒸発温度ＥＴを求めることができる。

なお、吐出圧力センサ３１及び吐出温度センサ４１の設置位置については図示位置に限られたものではなく、圧縮機１の吐出側から四方弁２に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。また、吸入圧力センサ３２及び吸入温度センサ４２の設置位置についても図示位置に限られたものではなく、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。

室内ユニットＢ１、Ｂ２は、運転状態量検出手段として、室内熱交換器５ａ、５ｂの出入口に、ガス側温度センサ４４ａ、４４ｂ、液側温度センサ４５ａ、４５ｂを備えている。また、室内温度を検出する室温検出手段として、室内吸込空気温度センサ４３ａ、４３ｂを備えている。

ガス側温度センサ４４ａ、４４ｂは、冷房運転時に室内熱交換器５ａ、５ｂから流出する冷媒の温度を検出する。液側温度センサ４５ａ、４５ｂは、暖房運転時に室内熱交換器５ａ、５ｂから流出する冷媒の温度を検出する。

室内吸込空気温度センサ４３ａ、４３ｂは、室内熱交換器５ａ、５ｂに取り込まれる空気温度を検出し、室内ユニットＢの周囲空気温度を検出する。また、制御部３０は、冷凍サイクル装置１００の各アクチュエータを制御する（構成の詳細は後述する）。

次に、図２に基づいて上記冷凍サイクル装置１００を備えた空気調和装置を複数系統配置した際の統括制御について説明する。
図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を備えた空調システムの構成図である。
この空調システムは、建物内の単一のフロアに配置され、同一の空調対象空間を空調する複数の室内ユニットＢを複数の空調系統に分け、各空調系統毎に室外ユニットＡを設け、冷媒配管１００ａで接続してマルチエアコンを構成したものである。

各空調系統は、リモートコントローラ（図示しない）と信号線（図示しない）とで室外ユニットＡと複数の室内ユニットＢとが接続されており、各空調系統で独立した系統制御手段（後述する図３に記載の制御ブロック）を備えている。すなわち、系統制御手段は、同じ空調系統内の複数の室内ユニットＢと室外ユニットＡとリモートコントローラとを信号線で接続しており、信号のやり取りを行って空調系統内で独立した制御ができるようになっている。また、統括制御装置２００は信号線２００ａによって各系統制御手段とつながっており、各空調系統を統括して監視、制御することができる。そして、統括制御装置２００は、一部の空調系統を弱運転や休止運転する機能を備えている。

図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の制御ブロック図である。
単独の空調系統である冷凍サイクル装置１００の系統制御を行う制御部３０及びこれに接続されるセンサ類、アクチュエータ類の接続構成を示している。

制御部３０は、例えば室外ユニットＡに内蔵されており、測定部３０ａと、演算部３０ｂと、駆動部３０ｃと、記憶部３０ｄと、判定部３０ｅとを備えている。

測定部３０ａには、各種センサ類（圧力センサ及び温度センサ）より検出された運転状態量が入力され、圧力や温度の測定を行う。また、測定部３０ａは運転状態量として圧縮機１の運転容量の検出も行う。測定部３０ａで計測された運転状態量は演算部３０ｂに入力される。

演算部３０ｂは、測定部３０ａで測定された運転状態量に基づき、予め与えられた式等を用いて例えば冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度、エンタルピなど）を演算する。また、演算部３０ｂは測定部３０ａで測定された運転状態量に基づき、圧縮機１の劣化診断を行うための判定指標δを演算する等の演算処理を行う。

駆動部３０ｃは、演算部３０ｂの演算結果に基づき、圧縮機１、膨張弁４ａ、４ｂ、室外ファン６、室内ファン７ａ、７ｂ等を駆動する。

記憶部３０ｄは、演算部３０ｂによって得られた結果や予め定められた定数、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度）を計算する関数式や関数表（テーブル）などを記憶する。記憶部３０ｄ内のこれらの記憶内容は、必要に応じて参照、書き換えることが可能である。記憶部３０ｄには、更に制御プログラムが記憶されており、記憶部３０ｄ内のプログラムに従って制御部３０が冷凍サイクル装置１００を制御する。

判定部３０ｅは、演算部３０ｂによって得られた結果に基づいて比較、判定等の処理を行う。判定部３０ｅは、演算部３０ｂにより得られた劣化診断指標により閾値判定することで圧縮機１の劣化診断をする圧縮機劣化診断を行う。圧縮機劣化診断方法の詳細については後述する。

測定部３０ａ、演算部３０ｂ、駆動部３０ｃ及び判定部３０ｅは、例えばマイコンにより構成され、記憶部３０ｄは半導体メモリ等によって構成される。

また、制御部３０には、処理結果をＬＥＤやモニタ等により表示出力したり、電話回線、ＬＡＮ回線、無線等の通信手段（図示せず）により遠隔地へ情報を出力したりする出力部３０ｇが接続されている。制御部３０には更に、リモコン又は基板上のスイッチ類からの操作入力、電話回線、ＬＡＮ回線、無線等の通信手段（図示せず）から通信データ情報を入力する入力部３０ｆが接続されている。

なお、本実施の形態の構成例では制御部３０を室外ユニットＡに内蔵する構成としたが、本発明はこれに限るものではない。室外ユニットＡにメイン制御部を、室内ユニットＢ１、Ｂ２に制御部の機能の一部を持つサブ制御部を設けて、メイン制御部とサブ制御部との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成や、室内ユニットＢ１、Ｂ２に全ての機能を持つ制御部を設置する構成、あるいはこれらの外部に制御部を別置する形態等としてもよい。

＜運転動作（冷房モード）＞
続いて、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００における代表的な運転モードであり、後に説明する圧縮機劣化診断モードと同じ冷媒の流れとなる冷房モードの運転動作について図１に基づき説明する。冷房モード時は四方弁２が図１の実線で示させる状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室外熱交換器３に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室内熱交換器５ａ、５ｂに接続された状態となっている。

圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器である室外熱交換器３へ至り、室外ファン６の送風作用により冷媒は凝縮液化し、高圧低温の冷媒となる。凝縮液化した高温低圧の冷媒は膨張弁４ａ、４ｂで減圧されて二相冷媒となって、それぞれ室内熱交換器５ａ、５ｂへ送られる。減圧された二相冷媒は蒸発器である室内熱交換器５ａ、５ｂにて室内ファン７ａ、７ｂの送風作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、低圧ガス冷媒は四方弁２を経由して圧縮機１へ吸入される。

ここで、膨張弁４ａ、４ｂはそれぞれ室内熱交換器５ａ、５ｂの出口における冷媒過熱度が所定値になるように開度を調整して室内熱交換器５ａ、５ｂを流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器５ａ、５ｂ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。室内熱交換器５ａ、５ｂの出口における冷媒過熱度は、ガス側温度センサ４４ａ、４４ｂの検出値から吸入圧力センサ３２の圧力検出値の飽和温度換算値（蒸発温度ＥＴ）を引いた値で検出する。このように、各室内熱交換器５ａ、５ｂには室内ユニットＢ１、Ｂ２が設置された被空調空間において要求される空調負荷に応じた流量の冷媒が流れている。

＜圧縮機の劣化診断方法＞
実施の形態１に係る圧縮機の劣化診断方法では、据付当初（初期状態）の所定の冷媒条件における運転状態量（判定基準値δｍ）と、据付から所定期間が経過した時に基準時と同一の冷媒条件における運転状態量（判定指標δ）とを比較して圧縮機１の劣化を判定する。この圧縮機劣化診断の原理について図４に基づいて説明する。

図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒の状態遷移を示すＰ−ｈ線図である。
本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の動作原理である蒸気圧縮式の冷凍サイクルでは、図４に示したモリエル線図（Ｐ−ｈ線図）のように、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点まで冷却される。Ｃ点まで冷却された冷媒は、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、冷媒回路を循環する。

一方で、据付から長時間（例えば数年）が経過して圧縮機１が劣化すると、圧縮機１の吸入冷媒状態（Ａ点）が同じでも、圧縮行程の状態線が変化して吐出側冷媒状態が変化し、Ｂ点がＢ’点に移動する。この場合、圧縮機入力に相当する圧縮機１でのエンタルピ差（圧縮機動力）が設置当初（初期状態）はΔｈｃだったのに対し、Δｈｃ’に増加するため圧縮機効率が低下する。

このような冷凍サイクルにおいては、上記のような圧縮行程の状態線の変化に基づいて圧縮機の劣化の有無を判定することができる。つまり、圧縮機１の効率が低下するにつれて、運転状態量のうち圧縮機１の吐出冷媒温度がおおよそ単調に上昇するという現象となる。よって、このような圧縮機効率に対する運転状態量の変化特性に基づいて圧縮機劣化診断を行う。

＜圧縮機劣化診断モード＞
図５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００における圧縮機１の劣化診断の流れを示すフローチャートである。
図６は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を備えた複数の空調系統の動作説明図である。
以下、圧縮機１の劣化診断における処理の流れについて説明する。各ステップでの詳細な動作説明は、以降で改めて説明する。なお、圧縮機１の劣化診断モードでは、四方弁２が図１の実線側に切り換えられ、冷媒回路を冷房運転の冷媒流れにして圧縮機１の劣化診断運転を行う。

はじめに、圧縮機１の劣化診断フロー開始後、居室に居住者がいるかどうかを判定する（ステップＳ１）。判定方法としては、例えば、建築物に設置されている防犯設備は、フロア毎の施錠状態を監視しているので、フロアが施錠されているならば、当該フロアには誰もいないと判断する方法があげられる。また、フロアの全照明がオフになったら当該フロアに誰もいないと判断する方法や、室内機に設置された人感センサーや、温度センサー、カメラ等によって判断する方法も考えられる。判定条件を満たさない（ステップＳ１でＮＯ）場合は、ステップＳ５に移る。判定条件を満たした（ステップＳ１でＹＥＳ）場合は、ステップＳ２へ進む。なお、このステップＳ１は、居室に人間がいることを判定する手段がない場合は設けないことも可能である。

次に、ステップＳ２では運転状態量を計測する。一例として冷凍サイクル装置１００の各アクチュエータ（ここでは、圧縮機１、膨張弁４ａ、４ｂ、室外ファン６、室内ファン７ａ、７ｂが該当）の作動状態と、各運転状態量（例えば冷媒の凝縮温度ＣＴ、冷媒の蒸発温度ＥＴ、圧縮機１の吸入冷媒過熱度ＳＨｓ、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄ、圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｓ）を計測する。
そして、ステップＳ３では、計測した値から冷凍サイクル装置１００が圧縮機の劣化診断運転を行うのに適正な状態（例えば、圧縮機の発停運転がなく、かつ、吸入冷媒過熱度ＳＨｓが規定値より十分高いなど）か否かを判断する。判定条件を満たさない（ステップＳ３でＮＯ）場合は、ステップＳ２に戻る。判定条件を満たした（ステップＳ３でＹＥＳ）場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、統括制御装置２００が居室内の設定温度を保つ条件で運転する最小限の空気調和装置の運転系統を決定する（本発明の運転系統選定工程に相当する）。このとき、居室内の人の分布を基に運転系統を決定してもよい。また、室内サーキュレーターと連動させることで居室の快適性を保ったまま最小限の運転系統で運転することも可能である。

ステップＳ５では、劣化診断運転を行う（本発明の劣化診断運転工程に相当する）。劣化診断運転は、例えば図６に示すように２つの空調系統のうち空調系統Ｎｏ．１を圧縮機の劣化を計測する運転とし、空調系統Ｎｏ．２を停止する運転モードである。空調系統Ｎｏ．１は室内機全数を運転すると共に設定温度を低温（例えば１９℃設定）として圧縮機の回転数を高回転に維持し圧縮機の劣化診断運転を行う。ここで、冷媒回路に過冷却熱交換器（ＨＩＣ）を設け、圧縮機１に二相冷媒を供給するインジェクション回路がある場合にはこの回路の膨張弁を全閉にして冷凍サイクル装置１００内の高低圧差を確保することが望ましい。

次にステップＳ６で測定部３０ａは、劣化診断運転時の運転状態量を検出する。ここでの運転状態量とは、例えば冷媒の凝縮温度ＣＴ、冷媒の蒸発温度ＥＴ、圧縮機１の吸入冷媒過熱度ＳＨｓ、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄ、圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｓを検出する。吐出冷媒温度Ｔｄは、吐出温度センサ４１の検出値を用いる。吸入冷媒温度Ｔｓは、吸入温度センサ４２の検出値を用いる。冷媒の凝縮温度ＣＴは、吐出圧力センサ３１の検出値である吐出冷媒圧力Ｐｄの飽和温度換算した値を用い、冷媒の蒸発温度ＥＴは、吸入圧力センサ３２の検出値である吸入冷媒圧力Ｐｓの飽和温度換算した値を用いる。吸入冷媒過熱度ＳＨｓは、吸入冷媒温度Ｔｓと蒸発温度ＥＴを減算した値を用いる。また、運転状態量としてはトレンドデータにおける瞬時値の検出だけでなく、所定時間、例えば１０分ごとの平均値も検出する。

ステップＳ７で判定部３０ｅは、検出した運転状態量に基づいて、冷凍サイクル装置１００の運転状態が定常状態か否かを判定する。定常状態の判定方法としては、例えば定常判定条件として、凝縮温度ＣＴ、蒸発温度ＥＴ、吸入冷媒過熱度ＳＨｓ、吐出冷媒温度Ｔｄ、吸入冷媒温度Ｔｓの５つの運転状態量すべてにおいて、それぞれ所定時間（例えば１０分間）の経時データにおける平均値と、同時間の経時データの瞬時値との偏差が所定値（例えば±０．５℃）以内となった場合に定常状態と判定する。定常判定条件を満たさない（ステップＳ７でＮＯ）場合は、ステップＳ６に戻る。定常判定条件を満たした（ステップＳ７でＹＥＳ）場合は、ステップＳ８へ進む。

次に、ステップＳ８で演算部３０ｂは、検出した運転状態量を用いて現在の判定指標δを算出する。判定指標δは、例えば圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄから吸入冷媒温度Ｔｓを減算した値を用いる。なお、判定指標δは定常状態において算出された所定時間（例えば１０分間）の平均値を用いる。

ステップＳ９では、圧縮機１の劣化診断基準となる判定基準値δｍを設定する。判定基準値δｍは、圧縮機１が劣化していない初期状態における判定指標δに相当する値であり、例えば圧縮機１の初期状態で吐出冷媒温度Ｔｄから吸入冷媒温度Ｔｓを減算した値を用いる。判定基準値δｍは、記憶部３０ｄに予め記憶されている判定基準値δｍの関数を参照し、劣化診断運転時に検出される各運転状態量に対応させて設定する。予め記憶部３０ｄに記憶しておく判定基準値δｍの関数は運転状態量のうち、例えば圧縮機１の運転容量、冷媒回路における冷媒の蒸発温度ＥＴ、凝縮温度ＣＴを変数とした関数とする。冷媒の凝縮温度ＣＴや蒸発温度ＥＴは吐出圧力や吸入圧力の飽和温度として求められる。なお、ここでの各運転状態量は定常状態において検出した運転状態量の所定時間（例えば１０分間）の平均値を用いる。

＜判定基準値δｍ設定方法＞
本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００における圧縮機１の判定基準値δｍの設定方法を説明する。
記憶部３０ｄに記憶された判定基準値δｍの関数は、圧縮機１の運転容量、冷媒回路における冷媒の蒸発温度ＥＴ、凝縮温度ＣＴといった運転状態量を変数とした関数表形式となっている。
図７は、実施の形態１に係る判定基準値δｍの関数表の一例を示す図である。
この例では、共通条件として外気温Ｔａ＝３５℃、蒸発器出口過熱度ＳＨ＝２℃とし、変数として圧縮機周波数が７８Ｈｚ／８８Ｈｚ／９８Ｈｚ、凝縮温度ＣＴが３８℃／４２℃／４６℃、蒸発温度ＥＴが０℃／２℃／５℃の各条件である場合を示している。

運転状態量として検出した圧縮機１の運転容量（周波数）と、凝縮温度ＣＴ、蒸発温度ＥＴの値を用いて、図７に示すような判定基準値δｍの関数表を基に線形補間により運転状態量に対応する判定基準値δｍを求める。例えば、運転状態が圧縮機の周波数が７８Ｈｚ、ＣＴ＝４２．５℃、ＥＴ＝２．２℃であったとすると、図７の圧縮機周波数７８Ｈｚの表（δｍ関数表１）において運転状態に近い近隣の数値であるδ［１２２］、δ［１２３］、δ［１３２］、δ［１３３］の値を用いて上記運転状態に該当する値を線形補間により求め、この値を上記運転状態における判定基準値δｍとして設定する。

ここで判定基準値δｍの関数表の値、すなわち図７のδ［１１１］〜δ［３３３］に格納される数値は、対象機器の圧縮機性能特性を基にシミュレーション等により運転状態に該当する値を予め求めておき、記憶部３０ｄに機種データとして予め記憶、保持しておく。

なお、判定基準値δｍは、関数表の値を補正する判定基準値δｍの補正を行ってもよい。補正には対象機器据付直後の初期運転時（初期状態）の運転データを用いることで、判定基準値δｍの関数表の値が圧縮機正常時（圧縮機非劣化時）の実運転状態に基づいた値となるため、対象機器の実態に合った判定基準値δｍを設定することが可能となる。

このような方法を用いて判定基準値δｍを求めることで、運転状態に応じた適切な判定基準値δｍを設定して高精度な圧縮機１の劣化診断が実現できる。

なお、図７の関数表には圧縮機周波数、凝縮温度ＣＴ、蒸発温度ＥＴ、蒸発器出口過熱度ＳＨ、外気温Ｔａの各条件に具体的数値を記載しているが、これらの数値は記載されたものに限定されるものではなく、任意の数値を設定することができる。

また、判定基準値δｍの関数は関数表形式で記憶保持するとして説明したが、この形式に限定されるものではなく、運転状態量を変数とした関数式の形式や、その他同様の役割をなすものであれば他の形式であってもよい。

次にステップＳ１０では、算出された判定基準値δｍを判定閾値δ０として設定した後、判定部３０ｅが現在の判定指標δと判定閾値δ０と比較して圧縮機１が劣化しているか否かを判定する（本発明の劣化診断工程に相当する）。ここで判定に用いる現在の判定指標δは、定常状態において算出された判定指標δの所定時間（例えば１０分間）の平均値を用いる。判定部３０ｅは、δ＞δ０であれば圧縮機１が劣化していると判断し、ステップＳ１１で出力部３０ｇにて「圧縮機の劣化異常」の信号を出力し、圧縮機劣化診断モードを終了する（本発明の異常報知工程に相当する）。
判定部３０ｅはδ≦δ０であれば圧縮機１は劣化していないと判断し、そのまま圧縮機劣化診断モードを終了する。

ここで、判定閾値δ０は判定基準値δｍをそのまま閾値として用いてもよいが、判定基準値δｍよりも所定値β（例えば０．５Ｋ）だけ大きい値を設定、すなわちδ０＝δｍ＋β［Ｋ］とするとよい。このように判定基準値δｍからある程度幅をとって判定閾値δ０を設定することにより、圧縮機１の劣化診断時に圧縮機１の劣化以外のノイズ要因（例えば、外風など周囲環境条件の変動）による影響で、判定指標δが変動した場合等による誤判定を回避することができる。

また、本実施の形態１においては圧縮機１が劣化していると１回判定したら「圧縮機の劣化異常」の信号を出力するとしているが、例えば劣化の判定が複数回繰り返して判定回数が所定回数以上となった場合に「圧縮機の劣化異常」の信号を出力するとしてもよい。 このようにすることで誤判定による異常発報を回避することができ、高精度な圧縮機の劣化診断を実現することができる。
なお、今回は、運転状態をモニターした結果から自動的に圧縮機劣化診断を開始する動作を記載したが、強制的に圧縮機劣化診断を開始するという動作とすることもできる。

＜作用効果＞
通常、空気調和装置は建物の熱負荷に対して余裕を持って選定をされているため、夏季の高負荷状態となっても圧縮機回転数が最大回転数容量の７０％程度で熱負荷を賄えるように設計されている。このため、単純に圧縮機回転数を８０〜１００％で運転すると建物負荷に対して空調能力が大きくなり、居室が低温となって不快な室内条件となってしまう。
圧縮機の劣化診断モードの際には圧縮機１を高回転で運転する必要があるため、複数ある空調系統から劣化診断運転を行う単一もしくは少数の空調系統のみを圧縮機回転数で８０〜１００％で運転し、他の系統を弱運転や停止することで居室の室内環境を低温化させることなく圧縮機１の劣化診断を行うことができる。

また、劣化診断運転を行う系統を限定することで圧縮機の回転数を高い状態で保つことが可能となり、高低圧差を大きく保ち迅速に劣化の診断状態に移行することができる。
さらに、圧縮機の高回転が安定することにより、圧縮機内の油面を安定させ診断の誤差が生じにくい（判定指標δと判定基準値δｍとの比較が行いやすい）劣化診断運転状態にすることができる。

＜遠隔監視システムの構成＞
実施の形態１では、各空調系統を制御する独立した系統制御手段と、各空調系統を統括して監視、制御する統括制御装置２００とを備えた制御システムとしたが、図８に示すような空気調和装置監視システムを採用してもよい。
図８は、実施の形態１に係る遠隔監視システムの構成図である。
図８において、空気調和装置の遠隔監視システムは、冷凍サイクル装置１００を備える空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃを遠隔監視するシステムである。

遠隔監視システムは、空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃの運転状態量や、圧縮機の劣化診断に関する情報を外部と送受信するマイコン３０１、電話回線やＬＡＮ回線、無線などの外部との通信を行う通信手段３０２、空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃの遠隔監視および制御などの集中管理を行う遠隔監視室３０３、遠隔監視室３０３内に設置され空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃとのデータ送受信を行うための表示機能を有するコンピュータ３０４、空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃに設けられた液晶ディスプレイなどの表示装置および異常を報知する報知装置３０５、タッチパネルやボタンなどの入力装置３０６、空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃの空調機器系統を統合して制御する統括制御装置２００で構成されている。

なお、図８では表示装置および報知装置３０５、入力装置３０６は空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃ内に内蔵されている場合について示したが、これら全部あるいはこれらのうち一部が空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃ外部に設置されていてもよいし、これらのうち一部あるいは全部を具備していない構成であっても、何らかの代替手段、例えば遠隔地点に通信手段３０２で接続されたコンピュータ３０４が設置されていればよい。

空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃの遠隔監視システムを構成することによって、空気調和装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃに搭載された圧縮機１の異常の兆候を遠隔から常時監視することができるため、信頼性の高い空気調和装置の運転を行うことができる。

＜冷凍サイクル装置１００及び空調システムの変形例＞
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００や空調システムの構成は、図１及び図２に示したが、その他実施の形態１に係る圧縮機の劣化診断方法を採用することが可能な冷凍サイクル装置１００及び空調システムの例を以下に示す。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。
図９に係る冷媒回路は、実施の形態１の冷媒回路と同一の構成には同一の符号を付している。また、圧縮機劣化診断モードの制御フローは、実施の形態１に係る図５のフローチャートと同一である。

実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路は図９に示すように、１台の室外ユニットＡと、同一の空調対象空間に配置された４台の室内ユニットＢとを冷媒配管１００ａで接続して構成されている。また、熱回収回路５０（ＨＩＣ回路）を有しており、冷媒間で熱交換を行う内部熱交換器５１と熱回収膨張弁５２とを設けている。
実施の形態２に係る空調システムは、実施の形態１に係る図２と同様にこのような冷凍サイクル装置１００を複数備えて構成される。そして冷凍サイクル装置１００において、圧縮機１の劣化診断運転を行う時には、対象となる冷凍サイクル装置１００の熱回収膨張弁５２を全閉する。すると、冷凍サイクル内の高低圧差を大きく保つことができ、迅速かつ正確に圧縮機１の劣化診断を行うことが可能となる。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。
図１１は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００を備えた空調システムの構成図である。
図１０、１１に係る冷媒回路及び空調システムは、実施の形態１の冷媒回路及び空調システムと同一の構成には同一の符号を付している。また、圧縮機劣化診断モードの制御フローは、実施の形態１に係る図５のフローチャートと同一である。

図１０、図１１に示すような同一の空調対象空間を空調する空調系統の室外ユニットＡに複数の圧縮機１を内蔵した冷凍サイクル装置１００においては、劣化診断運転の際に室外ユニットＡの複数の圧縮機１のうち劣化診断運転を行う圧縮機１のみを高回転数で運転し、他の圧縮機１を弱運転や停止することで居室の室内環境を低温化させることなく圧縮機１の劣化診断を行うことができる。なお、各圧縮機１の冷媒回路には室外膨張弁８が設けられている。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００を備えた空調システムの構成図である。
図１２に示すように同一の空調対象空間に実施の形態３に係る空調系統を複数配置した空調システムにおいても、実施の形態３と同様に冷凍サイクル装置１００の劣化診断運転の際に複数ある室外ユニットＡに内蔵された複数の圧縮機１のうち劣化診断運転を行う圧縮機１のみを高回転数で運転し、他の圧縮機１を弱運転や停止することで居室の室内環境を低温化させることなく圧縮機１の劣化診断を行うことができる。

なお、実施の形態１〜４に係る冷凍サイクル装置１００では、複数の圧縮機１を備えた空調システムにおいて特定の圧縮機１を備えた空調系統の能力を相対的に上昇させて劣化診断をするが、この劣化診断をする空調系統は複数系統の空調系統の一部であれば単独系統でも複数系統であってもよい。複数の空調系統の圧縮機１を同時に劣化診断することができるため効率的である。
さらに、実施の形態１〜４に係る冷凍サイクル装置１００では、複数の圧縮機１を備えた空調システムにおいて、特定の圧縮機１を備えた空調系統の能力を圧縮機１の回転数制御により抑えて空調対象空間の快適性を維持したが、例えば劣化診断を行う空調系統の室内ユニットにおける室内ファン７のファン速を低下させる制御をさらに行うことで室内環境の低温化を抑制することも可能である。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 膨張弁、４ａ 膨張弁、４ｂ 膨張弁、５ 室内熱交換器、５ａ 室内熱交換器、５ｂ 室内熱交換器、６ 室外ファン、７ 室内ファン、７ａ 室内ファン、７ｂ 室内ファン、８ 室外膨張弁、１１ａ バルブ、１１ｂ バルブ、３０ 制御部、３０ａ 測定部、３０ｂ 演算部、３０ｃ 駆動部、３０ｄ 記憶部、３０ｅ 判定部、３０ｆ 入力部、３０ｇ 出力部、３１ 吐出圧力センサ、３２ 吸入圧力センサ、４０ 室外吸込空気温度センサ、４１ 吐出温度センサ、４２ 吸入温度センサ、４３ａ 室内吸込空気温度センサ、４３ｂ 室内吸込空気温度センサ、４４ａ ガス側温度センサ、４４ｂ ガス側温度センサ、４５ａ 液側温度センサ、４５ｂ 液側温度センサ、５０ 熱回収回路、５１ 内部熱交換器、５２ 熱回収膨張弁、１００ 冷凍サイクル装置、１００ａ 冷媒配管、２００ 統括制御装置、２００ａ 信号線、３００ａ 空気調和装置、３００ｂ 空気調和装置、３０１ マイコン、３０２ 通信手段、３０３ 遠隔監視室、３０４ コンピュータ、３０５ 報知装置、３０６ 入力装置、Ａ 室外ユニット、Ｂ 室内ユニット、Ｂ１ 室内ユニット、Ｂ２ 室内ユニット、ＣＴ 凝縮温度、ＥＴ 蒸発温度、Ｐｄ 吐出冷媒圧力、Ｐｓ 吸入冷媒圧力、ＳＨ 蒸発器出口過熱度、ＳＨｓ 吸入冷媒過熱度、Ｔａ 外気温、Ｔｄ 吐出冷媒温度、Ｔｓ 吸入冷媒温度、δ 判定指標、δ０ 判定閾値、δｍ 判定基準値。

Claims (9)

1. 複数の圧縮機を有する冷媒回路を少なくとも１つ備え、または、１台の圧縮機を有する冷媒回路を複数備え、前記冷媒回路において圧縮機の劣化診断を行う方法であって、
   前記冷媒回路の複数の圧縮機の中の一部の圧縮機の回転数を前記一部以外の圧縮機の回転数より大きくして運転する劣化診断運転工程と、
   前記一部の圧縮機の初期状態における運転状態量である判定基準値と、前記初期状態から所定時間が経過した時の運転状態量である判定指標との差に基づいて前記一部の圧縮機の劣化の度合いを判定する劣化診断工程と、
   を含むことを特徴とする圧縮機の劣化診断方法。
2. 前記劣化診断運転工程において運転する前記一部の圧縮機を前記複数の圧縮機の中から選定する運転系統選定工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の劣化診断方法。
3. 前記劣化診断工程で前記一部の圧縮機が劣化していると判定した時に異常を発報する異常報知工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機の劣化診断方法。
4. 前記運転系統選定工程は、前記冷媒回路が熱を供給する空調空間の人員分布に基づいて前記一部の圧縮機を選定することを特徴とする請求項２または請求項２に従属する請求項３に記載の圧縮機の劣化診断方法。
5. 前記劣化診断運転工程を行う際には、少なくとも前記圧縮機の吸入冷媒過熱度が規定値を超えている状態を判断基準とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機の劣化診断方法。
6. 前記劣化診断工程では、前記判定基準値と前記判定指標との差が規定値以上となったときに前記一部の圧縮機が劣化していると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機の劣化診断方法。
7. 前記劣化診断工程では、前記判定基準値と前記判定指標との差が規定値以上となる状態が規定回数以上となったときに前記一部の圧縮機が劣化していると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機の劣化診断方法。
8. 前記判定基準値及び前記判定指標は、前記一部の圧縮機の吐出冷媒温度と吸入冷媒温度との温度差であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧縮機の劣化診断方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧縮機の劣化診断方法を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。

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