JP2021025737A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】意図したタイミングでポリトロープ指数を用いた圧縮機の劣化判定が行える空気調和機を提供する。【解決手段】ＣＰＵ２１０は、空気調和機１の設置後初めて空調運転を行うときに、数式３を用いて低下分ΔＴを算出し、吐出圧力Ｐ２と、吐出温度Ｔ２と、吸入圧力Ｐ１と、吸入温度Ｔ１とをそれぞれ取り込み、取り込んだ各値と算出した低下分ΔＴとを数式２に代入して補正第１ポリトロープ指数を算出する。また、ＣＰＵ２１０は、空気調和機１を所定時間運転した時点で、数式３を用いて低下分ΔＴを算出し、吐出圧力Ｐ２と、吐出温度Ｔ２と、吸入圧力Ｐ１と、吸入温度Ｔ１とをそれぞれ取り込み、取り込んだ各値と算出した低下分ΔＴとを数式２に代入して補正第２ポリトロープ指数を算出する。そして、ＣＰＵ２１０は、算出した補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１と補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２とを比較して、圧縮機２１の劣化判定を行う。【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に関わり、より詳細には、圧縮機の劣化を判定できる空気調和機に関する。

空気調和機において、室外機に搭載される圧縮機が経年変化により劣化すると、圧縮機の内部で高圧側から低圧側へと冷媒が漏洩して圧縮機の運転効率が低下し、これに伴って冷凍サイクルのＣＯＰも低下する。従って、圧縮機の劣化を判定して適切なタイミングで劣化した圧縮機を新しい圧縮機に交換することが必要である。圧縮機の劣化を判定する空気調和機としては、圧縮機に固有の値であり圧縮機で冷媒が圧縮されるときの冷媒の圧力と比体積との関係を表すポリトロープ指数を用いて、圧縮機の劣化を判定するものがある（例えば、特許文献１）。

ポリトロープ指数は、圧縮機に吸入される冷媒の温度である吸入温度と、圧縮機に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力と、圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度と、圧縮機から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力とを用いて求められる。ポリトロープ指数は、圧縮機が劣化して圧縮機内部における高圧側から低圧側への冷媒の漏れ量が大きくなると、その値が大きくなる。

上記の空気調和機では、空気調和機の製造時あるいは設置時、つまり、圧縮機が劣化していない状態であるときに求められて、例えば空気調和機の制御手段に備えられる記憶部に記憶されているポリトロープ指数（以降、第１ポリトロープ指数と記載する）と、空気調和機の製造時あるいは設置時から所定時間が経過した時点、つまり、圧縮機が一定期間駆動した後に求めたポリトロープ指数（以降、第２ポリトロープ指数と記載する）とを比較する。そして、第２ポリトロープ指数が第１ポリトロープ指数より大きい値であり、かつ、両値の差が所定値以上であれば、圧縮機が劣化したものと判定する。

特開２００２−１４７９０５号公報

ところで、圧縮機の吸入温度、吸入圧力、吐出温度、および、吐出圧力のそれぞれは、圧縮機の回転数変化や外気温度の違いによってその値が変動するため、これらを用いて求める圧縮機のポリトロープ指数も圧縮機の回転数変化や外気温度の違いによって変化する。このうち、圧縮機の回転数は第１ポリトロープ指数の算出時と第２ポリトロープ指数の算出時とで合わせることが可能であるが、外気温度を合わせることは困難である。

以下に、ポリトロープ指数の算出に外気温度の違いが与える影響について説明する。圧縮機の駆動により圧縮機の内部で発生した熱は、圧縮機の内部で冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱と、これ以外の熱、例えば、圧縮機の筐体から外気へ放出される熱や、圧縮機の筐体から圧縮機に接続されている冷媒配管に伝わる熱に大別される。そして、圧縮機の吐出温度は、冷媒温度を上昇させることに寄与する熱量とこれ以外の熱量との割合によって変化し、冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量の割合がこれ以外の熱量より大きくなるほど吐出温度が高くなり、逆に、冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量の割合がこれ以外の熱量より小さくなるほど吐出温度が低くなる。

上述した、冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量以外の熱量のうち、圧縮機の筐体から外気へ放出される熱量（以降、放熱量と記載する）が大部分を占める。この圧縮機の放熱量は外気温度に応じて変化し、圧縮機の筐体温度が同じ温度である場合は、外気温度が高い場合と比べて外気温度が低い場合の方が多くなる。つまり、圧縮機の筐体からの放熱量は、圧縮機の筐体温度と外気温度との温度差によって変化し、圧縮機の筐体からの放熱量が変化すればこれに応じて圧縮機の内部で冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量が変化して圧縮機の吐出温度が変化する。このため、ポリトロープ指数は、吐出圧力、吸入圧力、吸入温度が同じであっても、圧縮機の筐体からの放熱量の変化に起因する吐出温度の変化によってその値が変化する。

以上に説明したように、ポリトロープ指数は外気温度の影響を受けて変化する。従って、ポリトロープ指数を用いて圧縮機の劣化を正確に判定するためには、第１ポリトロープ指数の算出時の外気温度を記憶しておき、空気調和機の設置後に第２ポリトロープ指数を算出する際には、記憶した外気温度となったタイミングで第２ポリトロープ指数を算出する必要があり、意図したタイミングで圧縮機の劣化判定が正確に行えないという問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、意図したタイミングでポリトロープ指数を用いた圧縮機の劣化判定を正確に行える空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが冷媒配管で接続されて形成される冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、圧縮機に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段と、圧縮機に吸入される冷媒の温度である吸入温度を検出する吸入温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、圧縮機と前記膨張弁とを制御する制御手段とを有する。制御手段は、圧縮機の筐体からの放熱量に関連する放熱関連情報を予め記憶しており、放熱関連情報と外気温度検出手段で検出した外気温度とに基づいて、圧縮機の筐体からの放熱量を算出する。制御手段は、算出した放熱量と、圧縮機の回転数を用いて求める冷媒回路における冷媒循環量とに基づいて、圧縮機の筐体からの放熱に起因する吐出温度の低下分を算出する。そして、制御手段は、吐出圧力検出手段で検出した吐出圧力と、吐出温度検出手段で検出した吐出温度と、吸入圧力検出手段で検出した吸入圧力と、吸入温度検出手段で検出した吸入温度と、算出した吐出温度の低下分とを用いて、圧縮機のポリトロープ指数を算出し、算出したポリトロープ指数を用いて、圧縮機の劣化判定を行う。

上記のように構成した本発明の空気調和機によれば、意図したタイミングでポリトロープ指数を用いた圧縮機の劣化判定が正確に行える

本発明の実施形態における、空気調和機の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。 本発明の実施形態における、暖房運転時の冷凍サイクルを表すモリエル線図である。 本発明の実施形態における、外気温度を加味した場合、および、圧縮機が劣化した際の各圧縮工程を表すモリエル線図である。 本発明の実施形態における、ポリトロープ指数の補正に使用する補正値テーブルである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、室外機と室内機が冷媒配管で接続された空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、本実施例における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室外機２に液管４およびガス管５で接続されて屋内に設置される室内機３を備えている。室外機２の閉鎖弁２５と室内機３の液管接続部３３とが液管４で接続されている。また、室外機２の閉鎖弁２６と室内機３のガス管接続部３４とがガス管５で接続されている。このように、室外機２と室内機３とが液管４とガス管５で接続されることで、空気調和機１の冷媒回路１０が形成されている。

＜室外機の構成＞
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、膨張弁２４と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、室外ファン２７と、室外機制御手段２００とを備えている。そして、室外ファン２７および室外機制御手段２００を除く各々の装置が、以下で詳述する各々の冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを形成している。

圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。図１（Ａ）に示すように、圧縮機２１の冷媒吐出側と後述する四方弁２２のポートａとが吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側と後述する四方弁２２のポートｃとが吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａと圧縮機２１の冷媒吐出側とが吐出管６１で接続されている。ポートｂと室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口とが冷媒配管６２で接続されている。ポートｃと圧縮機２１の冷媒吸入側とが冷媒配管６５で接続されている。そして、ポートｄと閉鎖弁２６とが室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、室外ファン２７の回転により図示しない室外機２の筐体内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と四方弁２２のポートｂとが冷媒配管６２で接続されている。また、室外熱交換器２３の他方の冷媒出入口と閉鎖弁２５とが室外機液管６３で接続されている。室外熱交換器２３は、空気調和機１が冷房運転を行う際は凝縮器として機能し、暖房運転を行う際は蒸発器として機能する。

膨張弁２４は、室外機液管６３に設けられている。膨張弁２４は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、図示しないパルスモータに所定のパルス信号を与えることによって開度が調整される。膨張弁２４は、室内機３で要求される冷房能力や暖房能力に応じてその開度が調整されることで、室外熱交換器２３に流れる冷媒量、および、室内機３（の後述する室内熱交換器３１）に流れる冷媒量を調整する。

室外ファン２７は樹脂材で形成されたプロペラファンであり、室外機２の図示しない筐体に設けられた吹出口に臨むように配置されている。室外ファン２７は、図示しないファンモータの駆動によって回転することで、室外機２の吸込口から室外機２の内部に外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を図示しない筐体に設けられた吹出口から室外機２の外部へ放出する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入管６６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４とが設けられている。

室外熱交換器２３の図示しない冷媒流路の中間部には、室外熱交換器２３の温度を検知するための冷媒温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の筐体内部に取り込まれた外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、本発明の制御手段である室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の筐体内部に設けられる図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図１（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０とを備えている。

記憶部２２０は、例えばフラッシュメモリであり、室外機２の制御プログラムや前述した各種センサから取り込んだ検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外機ファン２７の駆動状態、膨張弁２４の開度、室内機３から受信した運転情報（運転／停止情報、冷房／暖房等の運転モード、室内機３の要求する冷房能力あるいは暖房能力などを含む）、後述する補正値テーブル３００などを記憶する。通信部２３０は、室内機３との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、前述した室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、センサ入力部２４０を介して各種センサでの検出値を定期的（例えば、３０秒毎）に取り込むとともに、室内機３から送信される運転情報を含む信号を、通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、これら入力された各種情報に基づいて、膨張弁２４の開度調整、圧縮機２１や室外機ファン２７の駆動制御などを行う。

＜室内機の構成＞
次に、図１（Ａ）を用いて室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４と、室内ファン３２を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各々の装置が以下で詳述する各々の冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを形成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と、室内ファン３２の回転により室内機３の図示しない筐体に設けられた吸込口から室内機３の筐体内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものである。室内熱交換器３１の一方の冷媒出入口と液管接続部３３とが室内機液管９１で接続されている。室内熱交換器３１の他方の冷媒出入口がガス管接続部３４と室内機ガス管９２で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。なお、液管接続部３３やガス管接続部３４には、各々の冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３２は樹脂材で形成されたクロスフローファンであり、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３１は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機３の筐体内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機3の筐体に設けられた図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管９１には、室内熱交換器３１に出入りする冷媒の温度を検出する液側温度センサ８１が設けられている。室内機ガス管９２には、室内熱交換器３１に出入りする冷媒の温度を検出するガス側温度センサ８２が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ８３が備えられている。

＜空調運転時の動作＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各々の装置の動作について、図１および図２を用いて説明する。以下の説明では、空気調和機１が暖房運転を行う場合についてのみ説明し、冷房運転を行う場合の説明は省略する。なお、図１（Ａ）における実線矢印は、冷媒回路１０における暖房運転時の冷媒の流れを示している。また、図２に示すモリエル線図では、縦軸が圧力（単位：ＭＰａ）、横軸が比エンタルピ（単位：ｋＪ／ｋｇ）とされており、吐出圧力（凝縮圧力）がＰ２（ＭＰａ）、吸入圧力（蒸発圧力）がＰ１（ＭＰａ）の場合の暖房運転時の冷凍サイクルを示している。このモリエル線図において、線図上に示す点Ａ〜点Ｄの各々は、図１（Ａ）の冷媒回路１０に示した点Ａ〜点Ｄにおける冷媒の状態に対応する。また、点Ｘは飽和曲線上の臨界点であり、点Ｘより比エンタルピが小さい側の飽和曲線が飽和液線、点Ｘより比エンタルピが大きい側の飽和曲線が飽和蒸気線である。

＜暖房運転時の冷媒回路の動作＞
室内機３が暖房運転を行う場合、冷媒回路１０は、図１に示すように四方弁２２が実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り替えられる。これにより、冷媒回路１０において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器３１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。

冷媒回路１０が上述した状態となって圧縮機２１が起動されると、圧縮機２１で圧縮されて高圧となった冷媒（図２の点Ｂの状態となった冷媒）は圧縮機２１から吐出管６１へと吐出される。圧縮機２１から吐出された冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４を流れ閉鎖弁２６を介してガス管５へと流出する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部３４を介して室内機３に流入する。

室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管９２を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器３１で凝縮して室内熱交換器３１から流出した冷媒（図２の点Ｃの状態となった冷媒）は室内機液管９１を流れ、液管接続部３３を介して液管４に流出する。液管４を流れる冷媒は、閉鎖弁２５を介して室外機２に流入して室外機液管６３を流れる。室外機液管６３を流れる冷媒は、膨張弁２４を通過する際に減圧される。ここで、膨張弁２４の開度は、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が、外気温度や室内機３で要求される暖房能力に応じて予め定められている目標温度となるように調整されている。

膨張弁２４で減圧された冷媒（図２の点Ｄの状態となった冷媒）は、室外機液管６３を流れて室外熱交換器２３に流入し、室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて（図２の点Ａの状態となって）再び圧縮される。なお、以上に説明した暖房運転時の冷凍サイクルにおいて、図２の点Ａから点Ｂへの冷媒状態の変化が「圧縮工程」であり、点Ｂから点Ｃへの冷媒状態の変化が「凝縮工程」であり、点Ｃから点Ｄへの冷媒状態の変化が「膨張工程」であり、点Ｄから点Ａへの冷媒状態の変化が「蒸発工程」である。

＜圧縮機の劣化判定＞
以上に説明した本実施形態の空気調和機１では、空気調和機１の設置時に算出した圧縮機２１のポリトロープ指数（以降、第１ポリトロープ指数と記載する）と、空気調和機１の設置時から空気調和機１を所定時間運転した後に算出した圧縮機２１のポリトロープ指数（以降、第２ポリトロープ指数と記載する）とを比較することで、圧縮機２１が劣化しているか否かを判定する。

ポリトロープ指数とは、圧縮機２１の冷媒吸入側における冷媒の状態と、冷媒吐出側における冷媒の状態とを用いて求められる値であり、圧縮機２１で冷媒が圧縮されるときの冷媒の圧力と冷媒の比体積との関係を表す値である。ここで、ポリトロープ指数をｎとして、図２に示す圧縮機２１の吐出圧力Ｐ２および吸入圧力Ｐ１と、圧縮機２１の吐出温度（図２における点Ｂでの冷媒温度）であるＴ２および圧縮機２１の吸入温度（図２における点Ａでの冷媒温度）であるＴ１をそれぞれ用い、ポリトロープ指数ｎは以下に記載する数式１で求めることができる。

ｎ＝１／（１−ｌｏｇ_{Ｐ２／Ｐ１}（Ｔ２／Ｔ１））・・・・数式１

ポリトロープ指数ｎを求める際は、吐出圧力センサ７１で検出した吐出圧力Ｐ２と、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度Ｔ２と、吸入圧力センサ７２で検出した吸入圧力Ｐ１と、吸入温度センサ７４で検出した吸入温度Ｔ１のそれぞれを数式１に代入して算出する。

ところで、上述した数式１では、圧縮機２１の筐体（密閉容器）からの放熱が吐出温度Ｔ２に与える影響が考慮されていない。圧縮機２１の駆動により圧縮機２１の内部で発生した熱は、圧縮機２１の内部で冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱と、これ以外の熱、例えば、圧縮機２１の筐体から外気へ放出される熱や、圧縮機２１の筐体から圧縮機２１に接続されている吐出管６１や吸入管６２に伝わる熱に大別される。そして、圧縮機２１の吐出温度Ｔ２は、冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量とこれ以外の熱量との割合によって変化し、冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量の割合がこれ以外の熱量より大きくなるほど吐出温度Ｔ２が高くなり、冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量の割合がこれ以外の熱量より小さくなるほど吐出温度Ｔ２が低くなる。

上述した、冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱以外の熱のうち、圧縮機２１の筐体から外気へ放出される放熱量が大部分を占める。この圧縮機２１の放熱量は外気温度に応じて変化し、外気温度が高い場合と比べて外気温度が低い場合の方が多くなる。つまり、圧縮機２１の筐体からの放熱量は、圧縮機２１の筐体温度と外気温度との温度差によって変化する。

以上のことから、圧縮機２１の筐体からの放熱量が変化すれば、これに応じて圧縮機２１の内部で冷媒の温度を上昇させることに寄与する熱量が変化して圧縮機２１の吐出温度Ｔ２が変化する。このため、数式１を用いて求めるポリトロープ指数ｎも、圧縮機２１の回転数、膨張弁２４の開度、室外ファン２７および室内ファン３２の各回転数をそれぞれ制御して吐出圧力Ｐ２、吸入圧力Ｐ１、吸入温度Ｔ１の各値を圧縮機２１が劣化する前の各値と同じとしても、圧縮機２１の筐体からの放熱量の変化に起因する吐出温度Ｔ２の変化によってその値が変化する。

図３（Ａ）に示すのは、図２における点Ｂでの吐出温度Ｔ２が、圧縮機２１の筐体からの放熱量の変化に応じて変化する様子を、モリエル線図を用いて表したものである。図３（Ａ）では、実際の（実測値である）吐出温度Ｔ２であるときの圧縮工程をＰｔとし、圧縮機２１の筐体からの放熱量に起因する温度低下分を加味した推定値である吐出温度Ｔ３（点Ｂ１）であるときの圧縮工程をＰｔ１としている。このように、吐出温度センサ７３で検出する実際の吐出温度Ｔ２は、圧縮機２１の筐体からの放熱量に起因する温度低下分を加味した吐出温度Ｔ３より低い温度となる。このように、実際の吐出温度Ｔ２は、圧縮機２１の筐体からの放熱量に応じて、つまり、外気温度に応じて変化する。

また、ポリトロープ指数ｎは、圧縮機２１の劣化が進めばその値が大きくなる。圧縮機２１の劣化が進めば、圧縮機２１の内部における高圧側（冷媒吐出側）から低圧側（冷媒吸入側）への冷媒の漏れ量が多くなる。劣化した圧縮機２１で、吐出圧力Ｐ２、吸入圧力Ｐ１、および、吸入温度Ｔ１が、圧縮機２１が劣化する前と同じ値となるように、圧縮機２１の回転数、膨張弁２４の開度、室外ファン２７、および、室内ファン３２の各々を制御するとき、圧縮機２１が劣化していない場合に実現できていた吐出圧力Ｐ２と同じ値を得ようとすれば、圧縮機２１の回転数が劣化していない場合と比べて高くなって圧縮機２１の機構部での発熱量が増大する。この結果、圧縮機２１から冷媒が受け取る熱量が多くなって吐出温度Ｔ２が高くなり、これに応じてポリトロープ指数ｎの値も大きくなる。

図３（Ｂ）に示すのは、図３（Ａ）における点Ｂで吐出温度Ｔ２、および、点Ｂ１での吐出温度Ｔ３が、それぞれ圧縮機２１の劣化によって変化する様子を、モリエル線図を用いて表したものである。図３（Ｂ）では、圧縮機２１の劣化によって吐出温度Ｔ２が吐出温度Ｔ４（点Ｂ２）に上昇したときの圧縮工程をＰｄ、吐出温度Ｔ３が吐出温度Ｔ５（点Ｂ３）に上昇したときの圧縮工程をＰｄ１としている。

以上、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を用いて説明したように、吐出温度センサ７３で検出する実際の吐出温度Ｔ２は、圧縮機２１の筐体からの放熱量に応じて、つまり、外気温度に応じてその値が変化する。一方、吐出温度センサ７３で検出する実際の吐出温度Ｔ２は、圧縮機２１の劣化に応じて上昇する。
従って、第１ポリトロープ指数と第２ポリトロープ指数を求める際に、それぞれの算出タイミングで外気温度が異なることによって圧縮機２１の筐体からの放熱量が異なれば、これに起因して各ポリトロープ指数が変化するので、第１ポリトロープ指数と第２ポリトロープ指数とを用いた圧縮機２１の劣化判定を正確に行えない恐れがある。

そこで、本実施形態の空気調和機１では、ポリトロープ指数ｎを求める際に圧縮機２１の筐体からの放熱量による影響を考慮する。具体的には、圧縮機２１の筐体からの放熱による吐出温度の低下分（以降、低下分ΔＴと記載する）を用いて吐出温度Ｔ２を補正し、補正した吐出温度を用いてポリトロープ指数を算出する。より詳細には、数式１に低下分ΔＴを加味した数式２を用いて、圧縮機２１の筐体からの放熱量による影響分を補正したポリトロープ指数（以降、補正ポリトロープ指数ｎｃと記載する）を求める。

ｎｃ＝１／（１−ｌｏｇ_{Ｐ２／Ｐ１}（（Ｔ２−ΔＴ）／Ｔ１））・・・・数式２

ここで、吐出温度の低下分ΔＴは、圧縮機２１の筐体から外気へ放熱される放熱量をＱ、冷媒回路１０の冷媒循環量をＧ、圧縮機２１の内部に存在する冷媒の定積比熱をＣｖとすると、以下に記載する数式３を用いて求めることができる。

ΔＴ＝Ｑ／（Ｇ×Ｃｖ）・・・・数式３

ここで、数式３の分子の放熱量Ｑは、圧縮機２１の表面積と、圧縮機２１の筐体温度と外気温度との温度差と、圧縮機２１の筐体を構成する材料の熱伝達率とを用いて、既知の算出方法で求めることができる。ここで、圧縮機２１の表面積や圧縮機２１の筐体を構成する材料の熱伝達率は、例えば予め算出した結果を室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶しておけばよい。また、圧縮機２１の筐体温度は、本実施形態では、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度を筐体温度とみなして使用する。なお、圧縮機２１の筐体温度は、圧縮機２１の筐体表面に別途温度センサを設けこの温度センサで検出した温度を筐体温度としてもよい。また、外気温度は外気温度センサ７６で検出する。なお、上述した圧縮機２１の表面積や、圧縮機２１の筐体を構成する材料の熱伝達率が、本発明の放熱関連情報である。この放熱関連情報は、放熱量Ｑを求めるのに使用できるパラメータであれば、上記の圧縮機２１の表面積や圧縮機２１の筐体を構成する材料の熱伝達率以外のパラメータであってもよく、また、圧縮機２１の回転数と当該回転数で圧縮機２１が運転している際に実測した放熱量Ｑとを関連付けて、予めテーブルとして記憶しておいてもよい。

また、数式３の分母の冷媒循環量Ｇと定積比熱Ｃｖとの積は、圧縮機２１の内部で冷媒の温度を１℃上昇させるのに必要な熱量を表す。なお、冷媒循環量Ｇや定積比熱Ｃｖを求める具体的な方法については、従来から知られている方法を用いるため、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、ポリトロープ指数を用いた圧縮機２１の劣化判定方法について、具体的に説明する。室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、例えば、空気調和機１の設置後に初めて空調運転を行うときに、数式３を用いて吐出温度の低下分ΔＴを算出する。ＣＰＵ２１０は、吐出圧力センサ７１で検出した吐出圧力Ｐ２と、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度Ｔ２と、吸入圧力センサ７２で検出した吸入圧力Ｐ１と、吸入温度センサ７４で検出した吸入温度Ｔ１とを、それぞれセンサ入力部２４０を介して取り込む。そして、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ各値と算出した吐出温度の低下分ΔＴとを数式２に代入して第１ポリトロープ指数を補正した値（以降、補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１と記載する）を算出する。

また、ＣＰＵ２１０は、空気調和機１を所定時間運転した（本発明の第１所定時間に相当。例えば、運転積算時間が２０００時間となった）時点で、数式３を用いて吐出温度の低下分ΔＴを算出する。ＣＰＵ２１０は、吐出圧力センサ７１で検出した吐出圧力Ｐ２と、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度Ｔ２と、吸入圧力センサ７２で検出した吸入圧力Ｐ１と、吸入温度センサ７４で検出した吸入温度Ｔ１とを、それぞれセンサ入力部２４０を介して取り込む。そして、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ各値と算出した低下分ΔＴとを数式２に代入して第２ポリトロープ指数を補正した値（以降、補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２と記載する）を算出する。

そして、ＣＰＵ２１０は、算出した補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１と補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２とを比較して、圧縮機２１の劣化判定を行う。具体的には、補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２が補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１に対して５％以上大きな値であれば、圧縮機２１が劣化していると判定する。なお、判定の結果、圧縮機２１が劣化しており新品への交換が必要な場合に、この旨を示す通知をＣＰＵ２１０が行う。圧縮機２１の交換通知は、例えば、室内機３を遠隔操作する図示しないリモコンに設けられた表示部に交換通知を表示する、あるいは、室外機２や室内機３に設けられた表示部に交換通知を表示する。

なお、数式３に示したように、補正ポリトロープ指数ｎｃの算出には、吐出圧力Ｐ２と吸入圧力Ｐ１とを用いる。これら各圧力は、圧縮機２１の回転数の変化に伴って変化する。従って、補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１と補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２を求める際の圧縮機２１の回転数が異なる場合は、圧縮機２１の劣化判定の精度が低下する恐れがある。このような問題点を回避するために、室外機制御手段２００の記憶部２２０に、図４に示す補正値テーブル３００を予め記憶しておき、補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１と補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２を求める際の圧縮機２１の回転数が異なる場合に、求めた補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２の値を、補正値テーブル３００を参照して補正してもよい。

図4に示す補正値テーブル３００では、圧縮機２１の回転数が４０ｒｐｓおよび５０ｒｐｓのときの各補正ポリトロープ指数ｎｃを基準とし、これ以外の回転数については各回転数における各補正ポリトロープ指数ｎｃと基準値との差を各回転数に対応させて定めている。このような、「圧縮機２１の回転数に応じた補正ポリトロープ指数ｎｃの補正を適用した場合、例えば、圧縮機２１の劣化判定に際し、補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１を求める際の圧縮機２１の回転数が４０ｒｐｓあるいは５０ｒｐｓであり、補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２を求めた際の圧縮機２１の回転数が６０ｒｐｓである場合は、補正値テーブル３００を参照して求めた補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２に０．０１を加算すればよい。このように、圧縮機２１の劣化判定に際し、補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１と補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２を求める際の圧縮機２１の回転数が異なる場合に、補正値テーブル３００を用いて補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２を補正することで、より正確に圧縮機２１の劣化判定を行える。

また、圧縮機２１の回転数に代えて、圧縮機の高圧と低圧を用いて求める圧縮比で、補正ポリトロープ指数ｎｃの補正を行ってもよい。圧縮比を用いて補正ポリトロープ指数ｎｃの補正を行う場合は、圧縮比が大きくなるのにつれて補正値を大きくすればよく、例えば、圧縮比が１．５〜４．０の範囲の値である場合は、圧縮比が１．５であるときの補正値を０．０１、圧縮比が４．０であるときの補正値を０．０２とし、圧縮比が０．５上昇する毎に０．００２ずつ補正値を大きくすればよい。なお、上述した、補正値に関わる圧縮機２１の回転数や圧縮比が、本発明の補正関連情報である。

以上に説明したように、本実施形態の空気調和機１で実施する圧縮機２１の劣化判定は、劣化判定に使用するポリトロープ指数を求める際に、圧縮機２１の筐体からの放熱が吐出温度に与える影響を補正するために、圧縮機２１の筐体からの放熱量に基づく吐出温度の低下分ΔＴをポリトロープ指数の算出式に組み込んだ補正ポリトロープ指数ｎｃを用いることで、圧縮機２１の筐体からの放熱がポリトロープ指数の算出に与える影響を補正している。このため、圧縮機２１の劣化を正確に判定できるとともに、外気温度が同じとなるタイミングを狙ってポリトロープ指数を求める必要がなく、任意のタイミングでポリトロープ指数を求めこれを用いた圧縮機２１の劣化判定ができる。

また、本実施形態によれば、任意のタイミングでポリトロープ指数を求めることができるため、補正ポリトロープ指数を頻繁に（例えば２４時間ごとに）求めその経時変化を見ることができる。ポリトロープ指数の経時変化を見ることによって、圧縮機２１の劣化がこれ以上進むと冷媒回路１０の制御に支障をきたすことが判明している補正ポリトロープ指数の値（以降、劣化判定閾値と記載する）となる時期を予測することができる。一例として、圧縮機２１が劣化していないときの補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１を１．３０としたとき、劣化判定閾値を補正第１ポリトロープ指数ｎｃ１．３０より５％大きい値である１．３７に設定し、第２ポリトロープ指数ｎｃ２を２４時間ごと（本発明の第２所定時間に相当）に検出してその変化度合いを求め、求めた変化度合いを見て第２ポリトロープ指数ｎｃ２が劣化判定閾値となる時期を予測する。このように、ポリトロープ指数の経時変化を見ることにより適切なタイミングで圧縮機２１の交換通知を行える。なお、補正ポリトロープ指数の算出頻度は、例えば、補正ポリトロープ指数の変化度合いが小さい間は３日おきに算出し、変化度合いが大きくなってくれば１日ごとに算出する、というように、補正ポリトロープ指数の変化度合いに応じてポリトロープ指数の算出頻度を異ならせてもよい。

また、補正ポリトロープ指数ｎｃを算出する際の吐出温度Ｔ３は、圧縮機２１の外気への放熱よる吐出温度の低下分ΔＴだけ高い温度となっている。このことを利用して、補正ポリトロープ指数ｎｃを用いて圧縮機２１の劣化判定を行う際に、補正第２ポリトロープ指数ｎｃ２の値が上述した劣化判定閾値に近い値となった際の吐出温度Ｔ３が、例えば、圧縮機２１の吐出温度の使用可能上限温度より５℃低い温度より高い温度であれば、目標吐出温度を低下させてもよい。このように目標吐出温度を低下させれば、圧縮機２１の劣化がある程度進んだ状態であっても、吐出温度保護による圧縮機２１の停止を抑制しつつ空調運転を継続できる。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
７１ 吐出圧力センサ
７２ 吸入圧力センサ
７３ 吐出温度センサ
７４ 吸入温度センサ
７６ 外気温度センサ
２００ 室外機制御手段
２１０ ＣＰＵ
２２０ 記憶部
２４０ センサ入力部
３００ 補正値テーブル
Ｐ１ 吸入圧力
Ｐ２ 吐出圧力
Ｔ１ 吸入温度
Ｔ２〜Ｔ４ 吐出温度

Claims (5)

1. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて形成される冷媒回路と、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、
   前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段と、
   前記圧縮機に吸入される冷媒の温度である吸入温度を検出する吸入温度検出手段と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記圧縮機と前記膨張弁とを制御する制御手段と、
   を有する空気調和機であって、
   前記制御手段は、
   前記圧縮機の筐体からの放熱量に関連する放熱関連情報を予め記憶しており、
   前記放熱関連情報と前記外気温度検出手段で検出した外気温度とに基づいて、前記圧縮機の筐体からの放熱量を算出し、
   算出した前記放熱量と、前記圧縮機の回転数を用いて求める前記冷媒回路における冷媒循環量とに基づいて、前記圧縮機の筐体からの放熱に起因する吐出温度の低下分を算出し、
   前記吐出圧力検出手段で検出した吐出圧力と、前記吐出温度検出手段で検出した吐出温度と、前記吸入圧力検出手段で検出した吸入圧力と、前記吸入温度検出手段で検出した吸入温度と、算出した前記吐出温度の低下分とを用いて、前記圧縮機のポリトロープ指数を算出し、
   算出した前記ポリトロープ指数を用いて、前記圧縮機の劣化判定を行う、
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 算出した前記ポリトロープ指数を、前記圧縮機に関連する補正関連情報を用いて補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記空気調和機の設置時にポリトロープ指数を算出して第１ポリトロープ指数とし、前記空気調和機を設置した時点から第１所定時間が経過した後にポリトロープ指数を算出して第２ポリトロープ指数とし、
   前記制御手段は、
   前記第２ポリトロープ指数が前記第１ポリトロープ指数より大きい値となっており、かつ、前記第１ポリトロープ指数と前記第２ポリトロープ指数との差が所定値より大きい場合に、前記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または請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記制御手段は、
   前記第２ポリトロープ指数を、前記第１所定時間より短い第２所定時間ごとに算出し、
   算出した前記第２ポリトロープ指数の経時変化を用いて、前記第２ポリトロープ指数が前記第１ポリトロープ指数より大きい値となっており、かつ、前記第１ポリトロープ指数と前記第２ポリトロープ指数との差が所定値より大きくなる時点を予測する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
5. 前記制御手段は、
   前記第２ポリトロープ指数が前記第１ポリトロープ指数より大きい値となっておりかつ前記第１ポリトロープ指数と前記第２ポリトロープ指数との差が所定値より大きい場合は、前記吐出温度検出手段で検出した吐出温度に前記低下分を加えた温度が、前記圧縮機に固有の使用上限温度より高い温度であれば、前記吐出温度の目標値を低下させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の空気調和機。

Images