JP4090176B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調システムをヒートポンプ式の冷凍サイクルで構成した装置（以下冷凍空調装置という）において、該冷凍サイクルを流れる冷媒の循環方向を切替える四方弁（以下切替弁という）で冷媒循環方向を切替えた時の切替弁の作動が異常であることを検出する機構を有した冷凍空調装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調装置をエアコン、ショーケース或いは、業務用の冷蔵庫や低温倉庫等に使用し、該冷凍空調装置の利用側熱交換器で必要な冷凍、冷蔵温度に調節できるようにした冷凍サイクルは、一般に、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、利用側熱交換器及びこれらを気密に配管で接続した密閉回路として形成されている。
圧縮機、このような密閉回路中に封入された冷媒を圧縮し、循環させつつ、該冷媒の状態変化を利用して、利用側熱交換器の温度を調節し、これに流れる空気を所望の温度に調節することにより冷凍装置、冷蔵装置或いは冷暖房の空調装置として機能させていた。
【０００３】
また、このような冷凍サイクルを制御する制御装置は、冷凍空調装置の専用のマイコンを組込んだ制御器を備えて、該装置の用途に応じて好適な冷凍サイクルの運転制御を行わせ、かつ、利用側熱交換器に霜や氷が付着したときは、切替弁で冷媒循環の流れの方向を切替えて、冷媒が有している熱でこれらの霜等を融解させて後に、再び冷凍空調運転に戻るように制御をしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の冷凍空調装置では、何らかの原因で切替弁がロックして、各運転モードに適した状態に弁の切替がなされなかったときは、該冷凍空調装置を使用している空間、例えば、ショーケース、冷凍倉庫や業務用の低温倉庫の庫内温度や室内の調温が正常に行われなくなるものである。
【０００５】
例えば、切替弁が正常に作動しないために、利用側熱交換器で霜が付いたままに十分な冷却機能が発揮されなければ、庫内の温度が徐々に上昇する。また、切替弁を切替えて利用側熱交換器の霜を溶かし、除霜が終わった後にも切替弁が元に戻らないときは、利用側熱交換器に暖かい冷媒が循環し、急速に庫内の温度が上昇する等の異常が発生するという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、上述した冷凍空調装置において、冷却と加温とに運転モードを切替えた時に、何らかの原因で切替弁がロック等をして、冷媒循環の切替えが正常に切替わらないとき或いは、弁が正常に作動しないときに、その切替え異常を検出すると共に、必要に応じて異常の警報等をするようにした冷凍空調装置を提供することを目的にしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の冷凍空調装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と前記切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する温度センサ（吐出温度センサ）を有し、該吐出温度センサ及び前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で、かつ、前記吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度以下のときは、切替弁の切替異常の監視サイクルを繰り返し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは加温運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で、かつ、前記吐出温度センサにより検出された温度が設定温度を超え更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度を越えるときは加温運転モードへの切替弁の切替を正常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２の発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機１側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）を有し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ、前記吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以下のときは、切替弁の切替異常の監視サイクルを繰り返し、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは冷却運転モードへの切替弁の切替を正常と判定し、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度を越えるときは冷却運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１１】
さらにまた、請求項３の発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）を有し、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下或いは吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度以下のときは、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力を、一旦均等化させた後に正常運転状態に戻す運転操作を行い、かつ、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより冷媒温度を再検出するサイクルを繰り返し、その後に、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは加温運転モードにおける切替弁の切替異常と判定し、かつ、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で吐出温度センサにより検出された温度が設定温度を超え更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度を越えるときは加温運転モードへの切替弁の切替を正常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１２】
さらにまた、請求項４の発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）とを有し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ、吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以下のときは、圧縮機１の吐出側と吸入側との圧力を、一旦均等化をさせた後に正常運転状態に戻す運転操作を行い、かつ、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより温度を再検出するサイクルを繰り返し、その後に、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは冷却運転モードへの切替弁５の切替正常と判定し、かつ、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以上のときは冷却運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を業務用の低温倉庫に適用した実施例を図面に従い説明する。
【００１４】
第１図は、本発明の冷凍空調装置を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクルの基本的な構成図である。
【００１５】
この冷凍サイクルは、圧縮機１、室外熱交換器２、膨張弁３及び利用側熱交換器４を配管接続し、圧縮機１で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器４で冷凍空調運転ができるように構成されており、冷凍サイクルに使用する冷媒の種類とその制御の仕方によって、冷凍倉庫、冷蔵倉庫等の冷凍空調装置等として使用できるものである。
【００１６】
室外熱交換器２は、冷凍空調装置が冷凍、冷蔵或いは冷房等に使われるときは、冷凍サイクルの系から外に熱を排出する熱交換器として機能するように使用され、このような運転中に利用側熱交換器４に生じた霜や氷を除いたり加温運転をするときは、室外空気等、冷凍サイクル系の外から冷凍サイクルに熱を取り込むように機能させる熱交換器である。室外熱交換器２は、一般には、圧縮機１、切替弁５、レシーバタンク６、室外膨張弁３、室外送風機７、アキュムレータ８、これらの機器を接続する冷媒管９、高圧冷媒管１０及び低圧冷媒管１１、並びに、これらの高圧冷媒管１０と低圧冷媒管１１とを短絡させるバイパス弁１２等と共に同じ筐体１３の中に収納されて、室外機或いは熱源機と称されるユニット（以下室外ユニットという）１４を構成している。
【００１７】
利用側熱交換器４は、業務用の倉庫内に設置されて庫内の空気を冷凍や冷蔵に適した温度に冷却して低温倉庫として機能させる熱交換器であり、電動減圧弁３等の庫内膨張弁１５、庫内送風機１６、庫内制御器１７等と共に筐体１３に収納されて室内機１８を構成している。
【００１８】
１９は圧縮機１を駆動する原動機であり、通常は、電動機が使われているが、ガスエンジンヒートポンプと通称される冷凍空調装置のときは、ガスを燃料とした内燃機関が使用される。
【００１９】
切替弁５は、庫内を低温度に冷却している利用側熱交換器４に霜や氷が付着したときに、冷凍サイクルをヒートポンプ運転或いは利用側熱交換器４の霜を除く運転モードに切替えるため装置であり、通常は、図の実線矢印のような方向に流れて冷凍冷蔵運転をしている冷媒の流れを、点線矢印のような方向に切替える弁である。
【００２０】
バイパス弁１２は、後述するように、圧縮機の吐出側と吸入側とを連通させて圧力を均等にする弁である。
【００２１】
２０はこれらの冷凍サイクルの運転制御をする冷凍サイクル制御装置（以下単に冷凍制御装置という）であり、庫内制御器１７と共に室内機１８が収納された庫内温度を設定された温度に制御するための装置である。
【００２２】
庫内制御器１７は、各庫内に設けられた庫内温度センサ２１、冷媒温度センサ２２を有し、これらからの信号を基に室内電動（膨張）弁１５を制御して庫内温度を所定の温度に保つように制御する一方、冷凍制御装置２０は、庫内制御器１７及び各庫内制御器１７が庫内の温度センサ２１や冷媒温度センサ２２から得ている信号並びに圧縮機１と前記切替弁５との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ２３（以下吐出温度センサという）及び室外熱交換器２の圧縮機１側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ２４（以下熱交温度センサという）からの信号を基に圧縮機１や室外膨張弁３、原動機１９、室外送風機７或いは切替弁５の制御をするものである。
【００２３】
一点鎖線で示した線２５は、これら制御データを得るために、これらのセンサ２１、２２、２３、２４で検出された温度データを電気的な検出信号として制御装置２０や制御器１７等（以下制御器等という）に伝える信号線である。
【００２４】
尚、これらの制御信号線２５は温度や圧力センサ等の検知器と制御器等との関連を示すためのものであって、必ずしも、有線で結ばれていることを意味しているものではなく、制御器等と冷凍サイクルの機器との間や検知器との間を、例えば、電波や赤外線その他の電送手段を用いて連携させても良い。
【００２５】
このような冷凍サイクルで構成された冷凍空調装置の制御は、室外機の設定操作部または庫内に備えられた操作部（いずれも図示せず）から制御器等に入力され、制御器等は、入力された制御値と冷凍サイクルを構成する利用側熱交換器４、室外熱交換器２、圧縮機１、これらの機器を接続する配管各部からから刻々と得られる温度や圧力のデータに基づいて、庫内制御器１７が各室内機１８毎に、電動減圧弁１５や庫内送風機１６の回転数を制御したり、冷凍制御装置２０が圧縮機１、原動機１９や室外送風機７の回転数や室外膨張弁３の開度の調整制御を行うという形で進められる。
【００２６】
一方、冷凍制御装置２０は、切替弁５の切替作動の異常を検出する機能も有しており、切替弁５の作動が冷凍サイクル中を流れる冷媒の流れを、その運転モードに適した方向に切替えているかどうかを常時監視し、冷凍空調装置の異常によって低温倉庫に収納されている商品等の品質が損なわれないようにしている。
【００２７】
図２は、このような冷凍空調装置に使用される切替弁５が所期の運転モードへ正常に切替わっているか異常であるかを検出する切替弁５作動の検出確認機構の実施例を示すフローチャートである。
【００２８】
図２において、ステップ３１は、冷凍制御装置２０内のマイクロコンピュータ（図示せず）（以下マイコンという）が、制御器等からの指示によって冷凍サイクルの運転モードの変更がなされたかどうかを常時、監視してこれ以下のフローを開始させるものである。
【００２９】
上述のように運転モードの切替えは、切替弁５の操作によって行われるので、ステップ３１において、運転モードの変更がないと判定されれば、再びステップ３１の入口に戻って、検出のフローを繰り返し、運転モードの変更の監視を続けることになる。
【００３０】
一方、ステップ３１で運転モードの切替えがあったと判定されたときは、ステップ３２に進む。このステップ３２では、制御器等が切替弁５を作動させ、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れを変えたときに、この切替から一定の時間、すなわち冷凍サイクルを流れる冷媒の挙動が安定する迄に通常に要される一定の時間（設定時間）待機させる意味を持つものである。
【００３１】
冷凍空調機の運転を開始したとき、冷凍空調機を構成する各機器に直ちに、安定して冷媒が循環されて来るわけではない。冷凍サイクルの管路の長さは、短いものでも十メートル余、長いものでは数十メートルの長さの冷媒管９によって形成されており、このような冷媒管９を介して冷媒温度を検出するようなときは、上述した冷媒温度センサ２３、２４が各運転モードに対応した温度を直ちに検出することは難しい。
【００３２】
冷凍空調機の運転を開始したときは、冷凍空調機を構成する各機器には、安定して冷媒が循環されて来るわけではなく、冷凍サイクルを構成する機器も暖まっていないという前提で、ステップ３２の設定時間は、このような冷凍サイクルに固有な条件に応じたり、長期間にわたって冷凍空調装置の運転が停止されていたときや、冷媒配管の長さが特に長い装置の時などの特殊な条件下においても、各運転モードに適応した冷凍空調機器の各部の温度に近づくような時間、例えば、４分乃至５分間に設定されている。ステップ３２では、このような設定時間だけ待機させた後、冷凍空調機を構成する機器の温度状態が安定状態に近づいてから、運転モードに応じた冷媒の切替わりの状態を判定し、できるだけ正しい運転モードの判断を行えるようにするものである。
【００３３】
ステップ３２で、運転モードの切替わりから設定時間経過待機した後、ステップ３３へ進む。ステップ３３では、マイコンは、制御装置が切替えた運転モードに従い、加温運転モードに切替わったときは、右側のステップ３４へ進み、冷却運転モードに切替わったときは、左側のステップ３５へ進む。
【００３４】
これらのステップ３４及びステップ３５以降は、指示された各運転モードに切替弁５が切替わり、冷凍サイクルがその運転モードに沿った冷媒の流れになっているかどうかを冷媒温度センサ２３、２４等によって確認するフローである。
【００３５】
ステップ３５以下は、冷凍空調装置が運転を開始したり、冷却運転を継続して利用側熱交換器４に付着した霜や氷を除いた後に再び冷凍空調運転を再開（加温運転モードから冷却運転モードへの切替）する等、制御器等からの指示が冷却運転モードとなったときの切替弁５の作動確認のフローである。
【００３６】
ステップ３５において、マイコンは、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、第一の設定温度（α）、例えば、５０℃を超えているかどうかを判定する。
【００３７】
熱交温度センサ２４が第一の設定温度αを超えておれば、熱交温度センサ２４が取付けられた高圧冷媒管１０の温度が冷却運転モード時の温度条件下にあり、これによって、冷凍サイクルは庫内を必要な冷蔵冷凍温度に保つような冷媒の循環をする冷却運転の状態にあると判断し、ステップ３１に戻って切替弁５の作動確認の検出を終了する。
【００３８】
一方、制御器等からの指示が冷却運転モードとなった後、数分の待機時間を経過（ステップ３２）しているにもかかわらず、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、上述した第一の設定温度αに達しない（ステップ３５のＮｏ）と判定されたときは、マイコンは、ステップ３６に進んで、冷媒吐出温度センサ２３の検出温度と熱交温度センサ２４による検出温度との差を演算し、この差の値が第二の設定温度βを超えているか否かを判定する。
【００３９】
通常の冷凍空調機の設置の条件下では、熱交温度センサ２４と第一の設定温度αとの比較によって、冷凍サイクルの運転モードを判断することができるのであるが、冷凍空調装置、特に、その室外機が設置されている場所や季節的な温度条件によっては、熱交温度センサ２４による温度が通常に予想されている第一の設定温度α（例えば、５０℃）に確実に上がるという保証はないからである。
【００４０】
ステップ３６は、熱交温度センサ２４と第一の設定温度αとの比較だけで運転モードと切替弁５の作動とに齟齬があると判断すると、場合によっては生じるかもしれない誤った判定の可能性をできる限り減らし、切替弁５の作動状態の判定をより正確にするためのステップとして設けられている。
【００４１】
図１にみられるように、熱交温度センサ２４と冷媒吐出温度センサ２３との間には、切替弁５が介されている。これらのセンサ２３、２４は、取付け場所が違うとはいえ、実線で示す冷却運転モードの冷媒の循環回路の冷媒ガスの流れからみれば、ほぼ直結された隣接状態にあって、基本的には大きな温度差が生じる状態にはないものである。
【００４２】
この前提で、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差を演算して第二の設定温度と比較し判定するときに、例えば、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差が１５℃も有るという状態は異常であり、このようなときは、切替弁５は、冷却の運転モードになく、加温の運転モードにあると判定せざるを得ないものである。
【００４３】
換言すれば、冷凍サイクルは、制御器等から冷却運転モードの指示を受けているが、その構成機器の一つである切替弁５は冷却運転モードになっていない異常作動であると判定され、ステップ３７の弁ロック異常の断定がなされる。また、このステップ３７では、必要があれば、冷凍空調装置の使用者に切替弁５の作動異常の警報をするものである。
【００４４】
一方、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４の温度差が、第二の設定温度βに達していないときは、ステップ３６から再びステップ３５に戻り、熱交温度センサ２４が第一の設定温度を超えているか否かの判定及びステップ３６における冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差が第二の設定温度βを超えているか否かのルーチンを繰りかえさせる。
【００４５】
上述のように、冷凍サイクルの機器及び配管の各部温度は、冷凍空調装置の構成や装置が設置された環境にも大きく影響を受けるために、少ない数のセンサで運転モードを確実に判断するためには、判定の方法としての工夫が必要とされるものであり、本発明では、ステップ３５で弁の切替作動が正常と断定的に判定されるか、ステップ３６で弁の切替作動が異常と断定できる確実な判定結果が得られるまでの間は、ステップ３５とステップ３６のルーチンを繰り返すようにしている。
【００４６】
換言すれば、冷凍空調装置が設定されている条件によっては、冷凍サイクルが冷却の運転モードにおいても、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４の温度差が、第二の設定温度βに達しない現象を生じる可能性を否定することができないことがあり、ステップ３５、ステップ３６のルーチンのフローを繰り返すことによって、ステップ３５単独で切替弁５の作動の異常を判断するよりも更に向上した精度の切替弁５の作動検出を実現できる。
【００４７】
冷凍空調装置の運転によって庫内を冷却冷凍する運転を続けると、利用側熱交換器４に霜や氷が生じてくる。このようなとき、制御器等は霜等を融解し除去（除霜）するために、利用側熱交換器４に加熱された冷媒を送る加温運転モードに冷凍サイクルを切替える。
【００４８】
このときは、切替弁５は図１の実線の状態から、点線の状態に切替わるように作動させ、冷媒を点線矢印のように流すのであるが、作動の指示通りに弁が切替わらずに冷媒流ももとのままということが無いとはいえない。
【００４９】
このような作動の指示と切替弁５の作動の結果との齟齬を検出して必要な対応を速やかにとれるようにすることは、特に業務用の冷凍空調装置に於いては、重要な事である。
【００５０】
このため、ステップ３３で冷凍サイクルの運転モードが除霜等の加温運転モードに変更されたときは、右側のステップ３４へ進み、加温運転モードへの指示が、実際に切替弁５を加温運転モードに切替え、冷凍サイクルをその運転モードに沿った冷媒の流しているかどうか、冷媒温度センサ２３、２４等によって確認する。
【００５１】
加温運転モードへの弁の切替の確認のフローでは、マイコンは、ステップ３４において、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、第一の設定温度α、例えば、５０℃を超えているかどうかを判定する。
【００５２】
熱交温度センサ２４が第一の設定温度αを超えるという状況は、冷却運転モードに関連して上述したように、明らかに冷却運転モードであり、加温運転モードでは有り得ない温度条件下にあり、このようなときは、切替弁５は、加温の運転モードへの切替の指示を受けているにもかかわらず冷却運転モードのままの状態、すなわち、切替弁５がロックされているか異常であるかを判定させるものである。
【００５３】
換言すれば、冷凍サイクルは、制御装置からの指示が加温の運転モードとなっているにもかかわらず、切替弁５は加温の運転モードになっていない異常作動であると判定され、ステップ３７の弁ロック異常の断定がなされ、必要があれば、冷凍空調装置の使用者に切替弁５の作動異常の警報をするものである。
【００５４】
一方、制御器等からの指示が加温運転モードに変更された後、数分の待機時間を経過（ステップ３２）しているにもかかわらず、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、上述した第一の設定温度に達しない（ステップ３４のＮｏ）と判定されたときは、マイコンは、ステップ３８に進んで、冷媒吐出温度センサ２３によって検出された温度が、第一の設定温度αに達しているか否かの判定と、冷媒吐出温度センサ２３温度と熱交温度センサ２４温度との差を演算し、この差の値が第三の設定温度γを超えているか否かの判定をする。
【００５５】
この時、上記演算の差の値が第三の設定温度γに達し、かつ、冷媒吐出温度センサ２３が第一の設定温度αに達しているときは、切替弁５が加温運転モードになっていると判定して、ステップ３１に戻って切替弁５の作動確認の検出を終了する。
【００５６】
仮に、上記演算の差の値が第三の設定温度γに達しないとき、あるいは、冷媒吐出温度センサ２３が第一の設定温度αに達していないときは、これだけのデータでその冷凍サイクルの運転モードを判定することは難しいとして扱い、ステップ３８から再びステップ３４に戻ってステップ３４及びステップ３８のルーチンを繰り返し行い、最終的に、切替弁の切替が正常か異常かの断定ができるまで、この監視ルーチンが繰り返される。
【００５７】
このように、熱交温度センサ２４及び吐出温度センサ２３の検出温度が第一の設定温度αを超えているか否かの判定及び冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差が第三の設定温度γを超えているか否かの判定をさせ、その運転モードの状態を確定的に判定させることにより、運転モード切替指示後の切替弁５の作動と運転モードとの関係を断定できるようにしている。
【００５８】
冷凍サイクルの機器及び配管の各部温度は、冷凍空調装置の構成や装置が設置された環境にも大きく影響を受けるために、条件によっては、冷凍サイクルが加温の運転モードにおいても、冷媒吐出温度センサ２３及び熱交温度センサ２４が第一の設定温度αに達していなかったり、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４の温度差が第三の設定温度γに達しない現象を生じる可能性を否定することはできない。
【００５９】
このような問題を避けて、より少ないセンサで確実な判断をするためには、判定の方法としての工夫が必要とされるものであり、本発明では、ステップ３８で切替弁５の切替作動が正常と断定的に判定されるか、ステップ３４で弁の切替作動が異常と断定できる判定結果が得られるまでは、ステップ３４とステップ３８のルーチンのフローを繰り返すことによって、ステップ３４単独で判断するよりも精度を更に向上させた切替弁５の作動確認を実現させている。
【００６０】
尚、上述のような判定のルーチンを各運転モードで行い、仮に切替弁５作動の異常の断定をするようなときや、ルーチン開始から或設定時間とか或ルーチン回数後に未だどちらにも断定できない等のときに、冷凍空調装置の運転を一旦停止し、フラグを建て、次に同じ運転モードで運転を再開し、再度、図２の切替弁５の作動確認をするようにすると冷凍サイクルの運転モードの切替はより効果的に行われる。また、必要に応じてこの停止と運転再開を複数回繰り返した後に上述の判定ルーチンを繰返すようにすると、判定の信頼性が向上するものである。
【００６１】
切替弁５の作動を異常と判定するときに、このような運転停止と運転再開を繰返すことは、たまたま機能が不安定であった制御系を安定させたり、環境的な要因や機器のトラブルでたまたま機械的に作動が不安定であった切替弁５の作動を安定させ、冷凍空調装置の無用な停止回数を減らし、庫内の温度を安定化させる上でも効果があるものである。
【００６２】
なお、一例として示して説明した上記の第一乃至第三の設定温度α、β、γの値は、冷凍空調装置の通常の使用条件下では、確実に切替弁５の作動と運転モードとの齟齬を確認できる値であるが、冷媒ガスが冷凍サイクル中から抜けているときや、特殊な環境下に冷凍空調装置が設置されたようなときには、この設定温度の数値が変えられることもあり、絶対的な基準値ではない。
【００６３】
また、ステップ３４とステップ３５との設定温度αを、それぞれ異なるα１、α２といった独立した別の温度とすることも、何ら本発明の思想を逸脱するものではない。
【００６４】
更にまた、冷媒吐出温度センサ２３及び熱交温度センサ２４の取付けの位置は、冷媒吐出温度センサ２３で吐出冷媒の温度を検知し、熱交温度センサ２４で室外熱交換器２の圧縮機１側の冷媒温度を検知する部位に取り付けるという趣旨に反しない限り、できるだけ接近して取り付けることが好ましく、このようにすれば、冷媒管９を介しての放熱や冷媒管９路内での冷媒の状態変換影響を受け難くすることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、制御装置によってなされた運転モードの切替と切替弁の作動との齟齬、すなわち、切替弁の作動の異常を機器の温度変化で検知するので、庫内の温度変化によって異常を検知していた従来の装置よりも速やかに異常の検知をすることができる。
【００６６】
また、機器の温度変化を基にした切替弁の異常の検知の判定によれば、冷凍空調装置が取付けられた低温倉庫等の庫内の温度変化が生じる前に、冷凍空調装置の異常を判定できるので、冷凍空調装置による冷却機能の停止が庫内の収納商品の品質に影響を及ぼすような事態も少なくなり、業務用の冷凍冷蔵倉庫等において特に効果が大きいものである。
【００６７】
また、本発明の冷凍空調装置では、運転モードと切替弁の作動との齟齬ないしは切替弁の作動の異常を確定的に異常と判定できるまでは、できる限り切替弁の作動異常という最終の判断を避けて冷凍空調装置の運転を継続させるように制御するので、冷凍空調装置の運転停止の頻度を減らすことができる。これにより、業務用の冷蔵倉庫や冷凍倉庫など、冷凍空調装置の切替弁の作動に異常を感じる毎に運転を停止していては、庫内に収納されている商品の品質に影響を及ぼしてしまうおそれがあるような場所で使用される冷凍空調装置の信頼性を高めることができるものであり、このような本発明の装置を使用すれば、圧縮機の原動機に内燃機関を使用した産業用の低温倉庫のシステムの冷凍空調装置としても好適なものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍空調装置を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクルの基本的な構成図である。
【図２】冷媒の切替弁が所期の運転モードの通りに切替わっているか異常であるかを検出する確認機構の実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 室外熱交換器
３ 膨張弁
４ 利用側熱交換器
５ 切替弁
９ 冷媒管
１０ 高圧冷媒管
１１ 低圧冷媒管
１２ バイパス弁
１４ 室外ユニット
１７ 庫内制御器
１９ 原動機
２０ 冷媒制御装置
２３ 吐出温度センサ
２４ 熱交温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調システムをヒートポンプ式の冷凍サイクルで構成した装置（以下冷凍空調装置という）において、該冷凍サイクルを流れる冷媒の循環方向を切替える四方弁（以下切替弁という）で冷媒循環方向を切替えた時の切替弁の作動が異常であることを検出する機構を有した冷凍空調装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調装置をエアコン、ショーケース或いは、業務用の冷蔵庫や低温倉庫等に使用し、該冷凍空調装置の利用側熱交換器で必要な冷凍、冷蔵温度に調節できるようにした冷凍サイクルは、一般に、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、利用側熱交換器及びこれらを気密に配管で接続した密閉回路として形成されている。
圧縮機、このような密閉回路中に封入された冷媒を圧縮し、循環させつつ、該冷媒の状態変化を利用して、利用側熱交換器の温度を調節し、これに流れる空気を所望の温度に調節することにより冷凍装置、冷蔵装置或いは冷暖房の空調装置として機能させていた。
【０００３】
また、このような冷凍サイクルを制御する制御装置は、冷凍空調装置の専用のマイコンを組込んだ制御器を備えて、該装置の用途に応じて好適な冷凍サイクルの運転制御を行わせ、かつ、利用側熱交換器に霜や氷が付着したときは、切替弁で冷媒循環の流れの方向を切替えて、冷媒が有している熱でこれらの霜等を融解させて後に、再び冷凍空調運転に戻るように制御をしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の冷凍空調装置では、何らかの原因で切替弁がロックして、各運転モードに適した状態に弁の切替がなされなかったときは、該冷凍空調装置を使用している空間、例えば、ショーケース、冷凍倉庫や業務用の低温倉庫の庫内温度や室内の調温が正常に行われなくなるものである。
【０００５】
例えば、切替弁が正常に作動しないために、利用側熱交換器で霜が付いたままに十分な冷却機能が発揮されなければ、庫内の温度が徐々に上昇する。また、切替弁を切替えて利用側熱交換器の霜を溶かし、除霜が終わった後にも切替弁が元に戻らないときは、利用側熱交換器に暖かい冷媒が循環し、急速に庫内の温度が上昇する等の異常が発生するという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、上述した冷凍空調装置において、冷却と加温とに運転モードを切替えた時に、何らかの原因で切替弁がロック等をして、冷媒循環の切替えが正常に切替わらないとき或いは、弁が正常に作動しないときに、その切替え異常を検出すると共に、必要に応じて異常の警報等をするようにした冷凍空調装置を提供することを目的にしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の冷凍空調装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と前記切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する温度センサ（吐出温度センサ）を有し、該吐出温度センサ及び前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で、かつ、前記吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度以下のときは、切替弁の切替異常の監視サイクルを繰り返し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは加温運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で、かつ、前記吐出温度センサにより検出された温度が設定温度を超え更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度を越えるときは加温運転モードへの切替弁の切替を正常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２の発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機１側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）を有し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ、前記吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以下のときは、切替弁の切替異常の監視サイクルを繰り返し、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは冷却運転モードへの切替弁の切替を正常と判定し、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度を越えるときは冷却運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１１】
さらにまた、請求項３の発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）を有し、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下或いは吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度以下のときは、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力を、一旦均等化させた後に正常運転状態に戻す運転操作を行い、かつ、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより冷媒温度を再検出するサイクルを繰り返し、その後に、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは加温運転モードにおける切替弁の切替異常と判定し、かつ、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で吐出温度センサにより検出された温度が設定温度を超え更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度を越えるときは加温運転モードへの切替弁の切替を正常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１２】
さらにまた、請求項４の発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）とを有し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ、吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以下のときは、圧縮機１の吐出側と吸入側との圧力を、一旦均等化をさせた後に正常運転状態に戻す運転操作を行い、かつ、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより温度を再検出するサイクルを繰り返し、その後に、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは冷却運転モードへの切替弁５の切替正常と判定し、かつ、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以上のときは冷却運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定する機構を有していることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を業務用の低温倉庫に適用した実施例を図面に従い説明する。
【００１４】
第１図は、本発明の冷凍空調装置を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクルの基本的な構成図である。
【００１５】
この冷凍サイクルは、圧縮機１、室外熱交換器２、膨張弁３及び利用側熱交換器４を配管接続し、圧縮機１で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器４で冷凍空調運転ができるように構成されており、冷凍サイクルに使用する冷媒の種類とその制御の仕方によって、冷凍倉庫、冷蔵倉庫等の冷凍空調装置等として使用できるものである。
【００１６】
室外熱交換器２は、冷凍空調装置が冷凍、冷蔵或いは冷房等に使われるときは、冷凍サイクルの系から外に熱を排出する熱交換器として機能するように使用され、このような運転中に利用側熱交換器４に生じた霜や氷を除いたり加温運転をするときは、室外空気等、冷凍サイクル系の外から冷凍サイクルに熱を取り込むように機能させる熱交換器である。室外熱交換器２は、一般には、圧縮機１、切替弁５、レシーバタンク６、室外膨張弁３、室外送風機７、アキュムレータ８、これらの機器を接続する冷媒管９、高圧冷媒管１０及び低圧冷媒管１１、並びに、これらの高圧冷媒管１０と低圧冷媒管１１とを短絡させるバイパス弁１２等と共に同じ筐体１３の中に収納されて、室外機或いは熱源機と称されるユニット（以下室外ユニットという）１４を構成している。
【００１７】
利用側熱交換器４は、業務用の倉庫内に設置されて庫内の空気を冷凍や冷蔵に適した温度に冷却して低温倉庫として機能させる熱交換器であり、電動減圧弁３等の庫内膨張弁１５、庫内送風機１６、庫内制御器１７等と共に筐体１３に収納されて室内機１８を構成している。
【００１８】
１９は圧縮機１を駆動する原動機であり、通常は、電動機が使われているが、ガスエンジンヒートポンプと通称される冷凍空調装置のときは、ガスを燃料とした内燃機関が使用される。
【００１９】
切替弁５は、庫内を低温度に冷却している利用側熱交換器４に霜や氷が付着したときに、冷凍サイクルをヒートポンプ運転或いは利用側熱交換器４の霜を除く運転モードに切替えるため装置であり、通常は、図の実線矢印のような方向に流れて冷凍冷蔵運転をしている冷媒の流れを、点線矢印のような方向に切替える弁である。
【００２０】
バイパス弁１２は、後述するように、圧縮機の吐出側と吸入側とを連通させて圧力を均等にする弁である。
【００２１】
２０はこれらの冷凍サイクルの運転制御をする冷凍サイクル制御装置（以下単に冷凍制御装置という）であり、庫内制御器１７と共に室内機１８が収納された庫内温度を設定された温度に制御するための装置である。
【００２２】
庫内制御器１７は、各庫内に設けられた庫内温度センサ２１、冷媒温度センサ２２を有し、これらからの信号を基に室内電動（膨張）弁１５を制御して庫内温度を所定の温度に保つように制御する一方、冷凍制御装置２０は、庫内制御器１７及び各庫内制御器１７が庫内の温度センサ２１や冷媒温度センサ２２から得ている信号並びに圧縮機１と前記切替弁５との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ２３（以下吐出温度センサという）及び室外熱交換器２の圧縮機１側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ２４（以下熱交温度センサという）からの信号を基に圧縮機１や室外膨張弁３、原動機１９、室外送風機７或いは切替弁５の制御をするものである。
【００２３】
一点鎖線で示した線２５は、これら制御データを得るために、これらのセンサ２１、２２、２３、２４で検出された温度データを電気的な検出信号として制御装置２０や制御器１７等（以下制御器等という）に伝える信号線である。
【００２４】
尚、これらの制御信号線２５は温度や圧力センサ等の検知器と制御器等との関連を示すためのものであって、必ずしも、有線で結ばれていることを意味しているものではなく、制御器等と冷凍サイクルの機器との間や検知器との間を、例えば、電波や赤外線その他の電送手段を用いて連携させても良い。
【００２５】
このような冷凍サイクルで構成された冷凍空調装置の制御は、室外機の設定操作部または庫内に備えられた操作部（いずれも図示せず）から制御器等に入力され、制御器等は、入力された制御値と冷凍サイクルを構成する利用側熱交換器４、室外熱交換器２、圧縮機１、これらの機器を接続する配管各部からから刻々と得られる温度や圧力のデータに基づいて、庫内制御器１７が各室内機１８毎に、電動減圧弁１５や庫内送風機１６の回転数を制御したり、冷凍制御装置２０が圧縮機１、原動機１９や室外送風機７の回転数や室外膨張弁３の開度の調整制御を行うという形で進められる。
【００２６】
一方、冷凍制御装置２０は、切替弁５の切替作動の異常を検出する機能も有しており、切替弁５の作動が冷凍サイクル中を流れる冷媒の流れを、その運転モードに適した方向に切替えているかどうかを常時監視し、冷凍空調装置の異常によって低温倉庫に収納されている商品等の品質が損なわれないようにしている。
【００２７】
図２は、このような冷凍空調装置に使用される切替弁５が所期の運転モードへ正常に切替わっているか異常であるかを検出する切替弁５作動の検出確認機構の実施例を示すフローチャートである。
【００２８】
図２において、ステップ３１は、冷凍制御装置２０内のマイクロコンピュータ（図示せず）（以下マイコンという）が、制御器等からの指示によって冷凍サイクルの運転モードの変更がなされたかどうかを常時、監視してこれ以下のフローを開始させるものである。
【００２９】
上述のように運転モードの切替えは、切替弁５の操作によって行われるので、ステップ３１において、運転モードの変更がないと判定されれば、再びステップ３１の入口に戻って、検出のフローを繰り返し、運転モードの変更の監視を続けることになる。
【００３０】
一方、ステップ３１で運転モードの切替えがあったと判定されたときは、ステップ３２に進む。このステップ３２では、制御器等が切替弁５を作動させ、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れを変えたときに、この切替から一定の時間、すなわち冷凍サイクルを流れる冷媒の挙動が安定する迄に通常に要される一定の時間（設定時間）待機させる意味を持つものである。
【００３１】
冷凍空調機の運転を開始したとき、冷凍空調機を構成する各機器に直ちに、安定して冷媒が循環されて来るわけではない。冷凍サイクルの管路の長さは、短いものでも十メートル余、長いものでは数十メートルの長さの冷媒管９によって形成されており、このような冷媒管９を介して冷媒温度を検出するようなときは、上述した冷媒温度センサ２３、２４が各運転モードに対応した温度を直ちに検出することは難しい。
【００３２】
冷凍空調機の運転を開始したときは、冷凍空調機を構成する各機器には、安定して冷媒が循環されて来るわけではなく、冷凍サイクルを構成する機器も暖まっていないという前提で、ステップ３２の設定時間は、このような冷凍サイクルに固有な条件に応じたり、長期間にわたって冷凍空調装置の運転が停止されていたときや、冷媒配管の長さが特に長い装置の時などの特殊な条件下においても、各運転モードに適応した冷凍空調機器の各部の温度に近づくような時間、例えば、４分乃至５分間に設定されている。ステップ３２では、このような設定時間だけ待機させた後、冷凍空調機を構成する機器の温度状態が安定状態に近づいてから、運転モードに応じた冷媒の切替わりの状態を判定し、できるだけ正しい運転モードの判断を行えるようにするものである。
【００３３】
ステップ３２で、運転モードの切替わりから設定時間経過待機した後、ステップ３３へ進む。ステップ３３では、マイコンは、制御装置が切替えた運転モードに従い、加温運転モードに切替わったときは、右側のステップ３４へ進み、冷却運転モードに切替わったときは、左側のステップ３５へ進む。
【００３４】
これらのステップ３４及びステップ３５以降は、指示された各運転モードに切替弁５が切替わり、冷凍サイクルがその運転モードに沿った冷媒の流れになっているかどうかを冷媒温度センサ２３、２４等によって確認するフローである。
【００３５】
ステップ３５以下は、冷凍空調装置が運転を開始したり、冷却運転を継続して利用側熱交換器４に付着した霜や氷を除いた後に再び冷凍空調運転を再開（加温運転モードから冷却運転モードへの切替）する等、制御器等からの指示が冷却運転モードとなったときの切替弁５の作動確認のフローである。
【００３６】
ステップ３５において、マイコンは、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、第一の設定温度（α）、例えば、５０℃を超えているかどうかを判定する。
【００３７】
熱交温度センサ２４が第一の設定温度αを超えておれば、熱交温度センサ２４が取付けられた高圧冷媒管１０の温度が冷却運転モード時の温度条件下にあり、これによって、冷凍サイクルは庫内を必要な冷蔵冷凍温度に保つような冷媒の循環をする冷却運転の状態にあると判断し、ステップ３１に戻って切替弁５の作動確認の検出を終了する。
【００３８】
一方、制御器等からの指示が冷却運転モードとなった後、数分の待機時間を経過（ステップ３２）しているにもかかわらず、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、上述した第一の設定温度αに達しない（ステップ３５のＮｏ）と判定されたときは、マイコンは、ステップ３６に進んで、冷媒吐出温度センサ２３の検出温度と熱交温度センサ２４による検出温度との差を演算し、この差の値が第二の設定温度βを超えているか否かを判定する。
【００３９】
通常の冷凍空調機の設置の条件下では、熱交温度センサ２４と第一の設定温度αとの比較によって、冷凍サイクルの運転モードを判断することができるのであるが、冷凍空調装置、特に、その室外機が設置されている場所や季節的な温度条件によっては、熱交温度センサ２４による温度が通常に予想されている第一の設定温度α（例えば、５０℃）に確実に上がるという保証はないからである。
【００４０】
ステップ３６は、熱交温度センサ２４と第一の設定温度αとの比較だけで運転モードと切替弁５の作動とに齟齬があると判断すると、場合によっては生じるかもしれない誤った判定の可能性をできる限り減らし、切替弁５の作動状態の判定をより正確にするためのステップとして設けられている。
【００４１】
図１にみられるように、熱交温度センサ２４と冷媒吐出温度センサ２３との間には、切替弁５が介されている。これらのセンサ２３、２４は、取付け場所が違うとはいえ、実線で示す冷却運転モードの冷媒の循環回路の冷媒ガスの流れからみれば、ほぼ直結された隣接状態にあって、基本的には大きな温度差が生じる状態にはないものである。
【００４２】
この前提で、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差を演算して第二の設定温度と比較し判定するときに、例えば、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差が１５℃も有るという状態は異常であり、このようなときは、切替弁５は、冷却の運転モードになく、加温の運転モードにあると判定せざるを得ないものである。
【００４３】
換言すれば、冷凍サイクルは、制御器等から冷却運転モードの指示を受けているが、その構成機器の一つである切替弁５は冷却運転モードになっていない異常作動であると判定され、ステップ３７の弁ロック異常の断定がなされる。また、このステップ３７では、必要があれば、冷凍空調装置の使用者に切替弁５の作動異常の警報をするものである。
【００４４】
一方、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４の温度差が、第二の設定温度βに達していないときは、ステップ３６から再びステップ３５に戻り、熱交温度センサ２４が第一の設定温度を超えているか否かの判定及びステップ３６における冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差が第二の設定温度βを超えているか否かのルーチンを繰りかえさせる。
【００４５】
上述のように、冷凍サイクルの機器及び配管の各部温度は、冷凍空調装置の構成や装置が設置された環境にも大きく影響を受けるために、少ない数のセンサで運転モードを確実に判断するためには、判定の方法としての工夫が必要とされるものであり、本発明では、ステップ３５で弁の切替作動が正常と断定的に判定されるか、ステップ３６で弁の切替作動が異常と断定できる確実な判定結果が得られるまでの間は、ステップ３５とステップ３６のルーチンを繰り返すようにしている。
【００４６】
換言すれば、冷凍空調装置が設定されている条件によっては、冷凍サイクルが冷却の運転モードにおいても、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４の温度差が、第二の設定温度βに達しない現象を生じる可能性を否定することができないことがあり、ステップ３５、ステップ３６のルーチンのフローを繰り返すことによって、ステップ３５単独で切替弁５の作動の異常を判断するよりも更に向上した精度の切替弁５の作動検出を実現できる。
【００４７】
冷凍空調装置の運転によって庫内を冷却冷凍する運転を続けると、利用側熱交換器４に霜や氷が生じてくる。このようなとき、制御器等は霜等を融解し除去（除霜）するために、利用側熱交換器４に加熱された冷媒を送る加温運転モードに冷凍サイクルを切替える。
【００４８】
このときは、切替弁５は図１の実線の状態から、点線の状態に切替わるように作動させ、冷媒を点線矢印のように流すのであるが、作動の指示通りに弁が切替わらずに冷媒流ももとのままということが無いとはいえない。
【００４９】
このような作動の指示と切替弁５の作動の結果との齟齬を検出して必要な対応を速やかにとれるようにすることは、特に業務用の冷凍空調装置に於いては、重要な事である。
【００５０】
このため、ステップ３３で冷凍サイクルの運転モードが除霜等の加温運転モードに変更されたときは、右側のステップ３４へ進み、加温運転モードへの指示が、実際に切替弁５を加温運転モードに切替え、冷凍サイクルをその運転モードに沿った冷媒の流しているかどうか、冷媒温度センサ２３、２４等によって確認する。
【００５１】
加温運転モードへの弁の切替の確認のフローでは、マイコンは、ステップ３４において、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、第一の設定温度α、例えば、５０℃を超えているかどうかを判定する。
【００５２】
熱交温度センサ２４が第一の設定温度αを超えるという状況は、冷却運転モードに関連して上述したように、明らかに冷却運転モードであり、加温運転モードでは有り得ない温度条件下にあり、このようなときは、切替弁５は、加温の運転モードへの切替の指示を受けているにもかかわらず冷却運転モードのままの状態、すなわち、切替弁５がロックされているか異常であるかを判定させるものである。
【００５３】
換言すれば、冷凍サイクルは、制御装置からの指示が加温の運転モードとなっているにもかかわらず、切替弁５は加温の運転モードになっていない異常作動であると判定され、ステップ３７の弁ロック異常の断定がなされ、必要があれば、冷凍空調装置の使用者に切替弁５の作動異常の警報をするものである。
【００５４】
一方、制御器等からの指示が加温運転モードに変更された後、数分の待機時間を経過（ステップ３２）しているにもかかわらず、熱交温度センサ２４によって検出された温度が、上述した第一の設定温度に達しない（ステップ３４のＮｏ）と判定されたときは、マイコンは、ステップ３８に進んで、冷媒吐出温度センサ２３によって検出された温度が、第一の設定温度αに達しているか否かの判定と、冷媒吐出温度センサ２３温度と熱交温度センサ２４温度との差を演算し、この差の値が第三の設定温度γを超えているか否かの判定をする。
【００５５】
この時、上記演算の差の値が第三の設定温度γに達し、かつ、冷媒吐出温度センサ２３が第一の設定温度αに達しているときは、切替弁５が加温運転モードになっていると判定して、ステップ３１に戻って切替弁５の作動確認の検出を終了する。
【００５６】
仮に、上記演算の差の値が第三の設定温度γに達しないとき、あるいは、冷媒吐出温度センサ２３が第一の設定温度αに達していないときは、これだけのデータでその冷凍サイクルの運転モードを判定することは難しいとして扱い、ステップ３８から再びステップ３４に戻ってステップ３４及びステップ３８のルーチンを繰り返し行い、最終的に、切替弁の切替が正常か異常かの断定ができるまで、この監視ルーチンが繰り返される。
【００５７】
このように、熱交温度センサ２４及び吐出温度センサ２３の検出温度が第一の設定温度αを超えているか否かの判定及び冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４との温度差が第三の設定温度γを超えているか否かの判定をさせ、その運転モードの状態を確定的に判定させることにより、運転モード切替指示後の切替弁５の作動と運転モードとの関係を断定できるようにしている。
【００５８】
冷凍サイクルの機器及び配管の各部温度は、冷凍空調装置の構成や装置が設置された環境にも大きく影響を受けるために、条件によっては、冷凍サイクルが加温の運転モードにおいても、冷媒吐出温度センサ２３及び熱交温度センサ２４が第一の設定温度αに達していなかったり、冷媒吐出温度センサ２３と熱交温度センサ２４の温度差が第三の設定温度γに達しない現象を生じる可能性を否定することはできない。
【００５９】
このような問題を避けて、より少ないセンサで確実な判断をするためには、判定の方法としての工夫が必要とされるものであり、本発明では、ステップ３８で切替弁５の切替作動が正常と断定的に判定されるか、ステップ３４で弁の切替作動が異常と断定できる判定結果が得られるまでは、ステップ３４とステップ３８のルーチンのフローを繰り返すことによって、ステップ３４単独で判断するよりも精度を更に向上させた切替弁５の作動確認を実現させている。
【００６０】
尚、上述のような判定のルーチンを各運転モードで行い、仮に切替弁５作動の異常の断定をするようなときや、ルーチン開始から或設定時間とか或ルーチン回数後に未だどちらにも断定できない等のときに、冷凍空調装置の運転を一旦停止し、フラグを建て、次に同じ運転モードで運転を再開し、再度、図２の切替弁５の作動確認をするようにすると冷凍サイクルの運転モードの切替はより効果的に行われる。また、必要に応じてこの停止と運転再開を複数回繰り返した後に上述の判定ルーチンを繰返すようにすると、判定の信頼性が向上するものである。
【００６１】
切替弁５の作動を異常と判定するときに、このような運転停止と運転再開を繰返すことは、たまたま機能が不安定であった制御系を安定させたり、環境的な要因や機器のトラブルでたまたま機械的に作動が不安定であった切替弁５の作動を安定させ、冷凍空調装置の無用な停止回数を減らし、庫内の温度を安定化させる上でも効果があるものである。
【００６２】
なお、一例として示して説明した上記の第一乃至第三の設定温度α、β、γの値は、冷凍空調装置の通常の使用条件下では、確実に切替弁５の作動と運転モードとの齟齬を確認できる値であるが、冷媒ガスが冷凍サイクル中から抜けているときや、特殊な環境下に冷凍空調装置が設置されたようなときには、この設定温度の数値が変えられることもあり、絶対的な基準値ではない。
【００６３】
また、ステップ３４とステップ３５との設定温度αを、それぞれ異なるα１、α２といった独立した別の温度とすることも、何ら本発明の思想を逸脱するものではない。
【００６４】
更にまた、冷媒吐出温度センサ２３及び熱交温度センサ２４の取付けの位置は、冷媒吐出温度センサ２３で吐出冷媒の温度を検知し、熱交温度センサ２４で室外熱交換器２の圧縮機１側の冷媒温度を検知する部位に取り付けるという趣旨に反しない限り、できるだけ接近して取り付けることが好ましく、このようにすれば、冷媒管９を介しての放熱や冷媒管９路内での冷媒の状態変換影響を受け難くすることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、制御装置によってなされた運転モードの切替と切替弁の作動との齟齬、すなわち、切替弁の作動の異常を機器の温度変化で検知するので、庫内の温度変化によって異常を検知していた従来の装置よりも速やかに異常の検知をすることができる。
【００６６】
また、機器の温度変化を基にした切替弁の異常の検知の判定によれば、冷凍空調装置が取付けられた低温倉庫等の庫内の温度変化が生じる前に、冷凍空調装置の異常を判定できるので、冷凍空調装置による冷却機能の停止が庫内の収納商品の品質に影響を及ぼすような事態も少なくなり、業務用の冷凍冷蔵倉庫等において特に効果が大きいものである。
【００６７】
また、本発明の冷凍空調装置では、運転モードと切替弁の作動との齟齬ないしは切替弁の作動の異常を確定的に異常と判定できるまでは、できる限り切替弁の作動異常という最終の判断を避けて冷凍空調装置の運転を継続させるように制御するので、冷凍空調装置の運転停止の頻度を減らすことができる。これにより、業務用の冷蔵倉庫や冷凍倉庫など、冷凍空調装置の切替弁の作動に異常を感じる毎に運転を停止していては、庫内に収納されている商品の品質に影響を及ぼしてしまうおそれがあるような場所で使用される冷凍空調装置の信頼性を高めることができるものであり、このような本発明の装置を使用すれば、圧縮機の原動機に内燃機関を使用した産業用の低温倉庫のシステムの冷凍空調装置としても好適なものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍空調装置を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクルの基本的な構成図である。
【図２】冷媒の切替弁が所期の運転モードの通りに切替わっているか異常であるかを検出する確認機構の実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 室外熱交換器
３ 膨張弁
４ 利用側熱交換器
５ 切替弁
９ 冷媒管
１０ 高圧冷媒管
１１ 低圧冷媒管
１２ バイパス弁
１４ 室外ユニット
１７ 庫内制御器
１９ 原動機
２０ 冷媒制御装置
２３ 吐出温度センサ
２４ 熱交温度センサ
Claims (4)
- 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、
該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と前記切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する温度センサ（吐出温度センサ）を有し、該吐出温度センサ及び前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で、かつ、前記吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度以下のときは、切替弁の切替異常の監視サイクルを繰り返し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは加温運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で、かつ、前記吐出温度センサにより検出された温度が設定温度を超え更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度を越えるときは加温運転モードへの切替弁の切替を正常と判定する機構を有していることを特徴とする冷凍空調装置。 - 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、
該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）を有し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ、前記吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以下のときは、切替弁の切替異常の監視サイクルを繰り返し、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは冷却運転モードへの切替弁の切替を正常と判定し、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度を越えるときは冷却運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定する機構を有していることを特徴とする冷凍空調装置。 - 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、
該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）を有し、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下或いは吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度以下のときは、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力を、一旦均等化させた後に正常運転状態に戻す運転操作を行い、かつ、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより冷媒温度を再検出するサイクルを繰り返し、その後に、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは加温運転モードにおける切替弁の切替異常と判定し、かつ、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で吐出温度センサにより検出された温度が設定温度を超え更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第３の設定温度を越えるときは加温運転モードへの切替弁の切替を正常と判定する機構を有していることを特徴とする冷凍空調装置。 - 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器を配管接続し、圧縮機で加圧された冷媒を循環させることにより利用側熱交換器で冷凍空調運転ができるように構成した冷凍 サイクルと、この冷凍サイクルを制御するための制御装置を備えたものにおいて、
該制御装置は、冷凍サイクルを流れる冷媒の流れ方向を切替える切替弁及び該切替弁と室外熱交換器との間の冷媒温度を検出する室外熱交換器の圧縮機側冷媒温度センサ（熱交温度センサ）並びに圧縮機と切替弁との間の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ（吐出温度センサ）とを有し、前記熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下でかつ、吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以下のときは、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力を、一旦均等化をさせた後に正常運転状態に戻す運転操作を行い、かつ、吐出温度センサ及び熱交温度センサにより温度を再検出するサイクルを繰り返し、その後に、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度を越えるときは冷却運転モードへの切替弁の切替正常と判定し、かつ、熱交温度センサにより検出された温度が設定温度以下で更に吐出温度センサと熱交温度センサとの温度差が第２の設定温度以上のときは冷却運転モードにおける切替弁の切替を異常と判定する機構を有していることを特徴とする冷凍空調装置。
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