JP5147889B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
前記冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量で、かつ前記減圧手段の動作が正常の場合、
前記圧縮機の冷媒流路吸入側における過熱度(SHs)が所定値(SHm)になるように前記減圧手段の開口面積を変化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度と、前記減圧手段の冷媒流路入口側における冷媒密度と、前記減圧手段の流路抵抗の3つの指標の基準状態と前記空気調和装置の動作中の前記3つの指標との比較により、冷媒量の異常か否かを判定する冷媒量判定手段と、前記減圧手段の異常か否かを判定する減圧手段判定手段と、
冷媒量異常と減圧手段異常のいずれか、または冷媒量異常と減圧手段異常の組合せに起因する異常かを判別する判別手段と、
を備えたものである。
前記冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量で、かつ前記減圧手段の動作が正常の場合、
前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度(SC)が所定値(SCm)になるように前記減圧手段の開口面積を変化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度と、前記減圧手段の流路抵抗の2つの指標の基準状態と前記空気調和装置の動作中の前記2つの指標との比較により、冷媒量の異常か否かを判定する冷媒量判定手段と、前記減圧手段の異常か否かを判定する減圧手段判定手段と、
冷媒量異常と減圧手段異常のいずれか、または冷媒量異常と減圧手段異常の組合せに起因する異常かを判別する判別手段と、
を備えたものである。
前記冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量で、かつ前記減圧手段の動作が正常の場合、
前記圧縮機の冷媒流路吸入側における過熱度(SHs)が所定値(SHm)になるように前記減圧手段の開口面積を変化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度と、前記減圧手段の冷媒流路入口側における冷媒密度と、前記減圧手段の流路抵抗の3つの指標の基準状態と前記空気調和装置の動作中の前記3つの指標との比較により、冷媒量の異常か否かを判定する冷媒量判定手段、及び、前記減圧手段の異常か否かを判定する減圧手段判定手段を備え、
前記減圧手段判定手段は、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度がゼロの場合において、前記減圧手段の異常か否かを判定するものである。
《機器構成》
本発明の実施の形態1の空気調和装置の構成を図1及び図2に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路図である。図1において、1は圧縮機、2は凝縮器、3は減圧手段、4は蒸発器であり、これらを順に配管接続して冷媒回路を構成する。圧縮機1は運転容量を可変にすることが可能な圧縮機であり、たとえば、インバーターにより制御されるモーターによって駆動される容積式圧縮機から構成されている。また、凝縮器2及び蒸発器4はそれぞれ冷媒と被熱交換媒体が熱交換する熱交換器であり、被熱交換媒体は、たとえば、水のような流体でポンプ等によって供給される(図示せず)。なお、本実施の形態における空気調和装置では冷媒との熱交換対象となる流体は水としたが、これはブライン、空気等でもよく、流体の供給装置はポンプに限らず、ファン等、対象となる流体に対して同様な役割をなす駆動手段であればよい。また、減圧手段3は蒸発器4を流れる冷媒の流量を調整するものであり、たとえば、電動式膨張弁のように開口面積(開度)をステッピングモーターによって可変にできるものである。また、冷媒回路構成は図示のものに限定されず、上記機器構成に記載した以外の要素、たとえば、四方弁やアキュームレーター等が接続された冷媒回路であってもよい。
なお、上記の構成例では制御部30を空気調和装置に内蔵する構成としたが、空気調和装置の外部に制御部を別置きする形態などとしてもよい。
続いて、実施の形態1の運転動作について図1に基づいて説明する。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は、凝縮器2へ至り、被熱交換媒体と熱交換作用により冷媒は凝縮液化する。このときの凝縮温度は、吐出圧センサー11の圧力を飽和温度に換算することにより求められる。また、凝縮器2の過冷却度は、凝縮温度から液冷媒温度センサー23の値を引くことにより求められる。凝縮液化した冷媒は、減圧手段3にて減圧された二相冷媒となり、蒸発器4にて被熱交換媒体との熱交換作用によりガス化する。このときの蒸発温度は、吸入圧センサー12の圧力を飽和温度に換算することにより求められ、吸入温度センサー22の値から蒸発温度を引くことにより熱交換器出口における過熱度が求められる。そして蒸発器4にてガス化されたガス冷媒は圧縮機1へ戻る。
次に、本発明の特徴である冷媒漏洩と減圧手段異常の判別方法について図3及び図4に基づいて説明する。図3及び図4において、太い実線曲線が冷媒の気相、二相、液相の状態変化の境界線を表し、その実線曲線内の中間域が二相状態となる。
冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量、かつ、減圧手段の動作が正常で、減圧手段の開度調整により圧縮機吸入過熱度SHsがある一定値(SHm)になるように制御される場合、図3における実線で示すように、減圧手段入口冷媒の状態は液相、例えばAの位置になるため、過冷却度SCが確保(SC>0)され、減圧手段入口冷媒密度ρ1は飽和液冷媒の密度ρ10よりも大きくなる(ρ1>ρ10)。また、減圧手段の開度は正常な開度、つまり、減圧手段の流路抵抗Cvが正常なCv(Cvm)となる。この状態を条件式で表すと次式のようになる。なお、この状態を後述の冷媒漏洩判定条件及び減圧手段異常判定条件の「基準状態」とする。
冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量、かつ、減圧手段の動作に異常、例えば閉ロック(閉状態でロックされ、開度固定状態になることをいう)が発生した場合、図4の破線で示すように過冷却度SCは確保されるが、減圧手段による吸入過熱度制御が不可となり、減圧手段は基準状態よりも開く傾向となる(Cv>Cvm)ため、吸入過熱度SHsは基準状態よりも増大する(SHs>SHm)。これより冷媒量が正常で、かつ、減圧手段異常(閉ロック時)の場合の条件を式で表すと次式のようになる。
冷凍サイクル内の冷媒量が不足状態、かつ、減圧手段が異常、例えば閉ロックが発生した場合、過冷却度SCは確保されず(SC=0)、減圧手段による吸入過熱度制御が不可となり、減圧手段は基準状態よりも開く傾向となる(Cv>Cvm)ため、吸入過熱度SHsは増大する(SHs>SHm)。これより冷媒量不足状態で、かつ、減圧手段異常(閉ロック)発生判定条件を式で表すと次式のようになる。
なお、式(1)〜式(6)における吸入過熱度SHsの条件については、例えば1分間連続条件成立のように、トレンドデーターの傾向から判定するとよい。また、上記説明においては圧縮機吸入過熱度SHsを用いているが、上記状態では圧縮機吐出過熱度SHdも同様の傾向を示すため、圧縮機吸入過熱度SHsの代わりに圧縮機吐出過熱度SHdを指標として用いてもよい。
《機器構成》
実施の形態2の空気調和装置の構成について図5を参照して説明する。実施の形態1と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図5は、本発明の実施形態2に係る空気調和装置の冷媒回路図である。図5において、1は圧縮機、2は凝縮器、3は減圧手段、4は蒸発器、5はアキュームレーターであり、これらを順に配管接続して冷媒回路を構成する。吸入温度センサー22は蒸発器4出口からアキュームレーター5入口の間に、吸入圧センサー12はアキュームレーター5出口から圧縮機1吸入口の間にそれぞれ配置している。なお、冷媒回路構成はこれに限定されず、上記機器構成に記載した以外の要素、たとえば、四方弁等が接続された冷媒回路であってもよい。
本実施の形態における冷媒漏洩と減圧手段異常の判別方法について図6及び図7に基づいて説明する。
冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量、かつ、減圧手段の動作が正常で、減圧手段の開度調整により凝縮器出口過冷却度SCがある一定値(SCm)になるように制御される場合、図6における実線で示すように、減圧手段入口冷媒の状態は液相、例えばAの位置になるため、過冷却度SCが確保(SC>0)される。圧縮機吸入の冷媒状態は冷媒回路において、蒸発器4の出口と圧縮機1吸入口との間にアキュームレーター5が設置されているので、蒸発器4で蒸発されなかった余剰液冷媒がアキュームレーター5内に溜まるため、圧縮機吸入の冷媒は飽和ガス状態、すなわち、SHs=0となる。減圧手段の開度は正常な開度、つまり、減圧手段の流路抵抗Cvが正常なCv(Cvm)となる。この状態を条件式で表すと次式のようになる。なお、この状態を後述の冷媒漏洩判定条件及び減圧手段異常判定条件の「基準状態」とする。
冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量、かつ、減圧手段の動作に異常、例えば閉ロックが発生した場合、図7の破線で示すように過冷却度SCは確保されるが、減圧手段による過冷却度制御が不可となり、減圧手段は基準状態よりも開く傾向となる(Cv>Cvm)ため、過冷却度SCは増大する(SC>SCm)。これより減圧手段異常判定条件(閉ロック時)を式で表すと次式のようになる。
なお、式(7)〜式(10)における過冷却度SCの条件については、例えば1分間連続条件成立のように、トレンドデーターの傾向から判定するとよい。
《機器構成》
実施の形態3の空気調和装置の構成は基本的に実施の形態1と同様であるため、冷媒回路図および説明は省略する。
本実施の形態における冷媒漏洩と減圧手段異常の判定方法について図8の冷媒p−h線図(横軸がエンタルピーh、縦軸が圧力pを表す)を用いて説明する。
なお、式(11)、式(12)における吸入過熱度SHsの条件については、実施の形態1と同様、例えば1分間連続条件成立のように、トレンドデーターの傾向から判定するとよい。
次に、本実施の形態における減圧手段3入口冷媒密度と減圧手段の流路抵抗の基準状態(Cvm)の演算方法について説明する。
まず、減圧手段3入口冷媒エンタルピーの演算方法について図9を参照して説明する。図9は減圧手段入口冷媒エンタルピーの演算方法の概念を示すp−h線図である。
減圧手段3入口の冷媒密度は、減圧手段3入口の圧力p1と、減圧手段3入口のエンタルピーheiより演算できる。また、減圧手段3入口のエンタルピーheiは凝縮器2もしくは、蒸発器4における、冷媒と被熱交換媒体との熱バランスより推算することができる。例えば、減圧手段3入口のエンタルピーheiは図9より蒸発器4における冷媒の熱交換量から次式で表される。
なお、上記説明においては蒸発器4における被熱交換媒体の熱交換量から演算する方法について述べたが、凝縮器2における被熱交換媒体の熱交換量から演算してもよい。蒸発器4の場合と同様に減圧手段3入口のエンタルピーheiを演算することができる。例えば、減圧手段3入口のエンタルピーheiは図9において凝縮器2における冷媒の熱交換量から次式で表される。hdは吐出エンタルピー[kJ/kg]、Qcrは凝縮熱量[kW]である。
次に、冷媒漏洩と減圧手段異常の判別方法について過熱度制御時を例として、図10のフローチャートに基づいて説明する。なお、判別運転は有線または無線での外部からの操作信号を制御部30に伝えることにより実施してもよい。
減圧手段3は過冷却度(吐出圧センサー11の圧力を飽和温度に換算した値を引いた値から液冷媒温度センサー23の値を引いた値)が目標値(例えば3℃)となるように開度を調整する。
Claims (22)
- 圧縮機と凝縮器と減圧手段と蒸発器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルを有した空気調和装置であって、
前記冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量で、かつ前記減圧手段の動作が正常の場合、
前記圧縮機の冷媒流路吸入側における過熱度(SHs)が所定値(SHm)になるように前記減圧手段の開口面積を変化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度と、前記減圧手段の冷媒流路入口側における冷媒密度と、前記減圧手段の流路抵抗の3つの指標の基準状態と前記空気調和装置の動作中の前記3つの指標との比較により、冷媒量の異常か否かを判定する冷媒量判定手段と、前記減圧手段の異常か否かを判定する減圧手段判定手段と、
冷媒量異常と減圧手段異常のいずれか、または冷媒量異常と減圧手段異常の組合せに起因する異常かを判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。 - 前記冷媒量判定手段における、前記減圧手段の冷媒流路入口側における冷媒密度に基づく判定は、前記減圧手段の冷媒流路入口側における冷媒密度を基準状態における冷媒密度と比較することにより判定することを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 前記冷媒量判定手段における前記減圧手段の流路抵抗に基づく判定は、前記減圧手段の流路抵抗を基準状態における流路抵抗と比較することにより判定することを特徴とする請求項1または2記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における前記減圧手段の流路抵抗に基づく判定は、前記減圧手段の流路抵抗を基準状態における流路抵抗と比較することにより異常を判定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度に基づく判定は、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度の所定時間における経時変化に基づいて判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の空気調和装置。
- 圧縮機と凝縮器と減圧手段と蒸発器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルを有した空気調和装置であって、
前記冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量で、かつ前記減圧手段の動作が正常の場合、
前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度(SC)が所定値(SCm)になるように前記減圧手段の開口面積を変化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度と、前記減圧手段の流路抵抗の2つの指標の基準状態と前記空気調和装置の動作中の前記2つの指標との比較により、冷媒量の異常か否かを判定する冷媒量判定手段と、前記減圧手段の異常か否かを判定する減圧手段判定手段と、
冷媒量異常と減圧手段異常のいずれか、または冷媒量異常と減圧手段異常の組合せに起因する異常かを判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。 - 前記冷媒量判定手段における、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度に基づく判定は、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度の所定時間における経時変化に基づいて判定することを特徴とする請求項6記載の空気調和装置。
- 前記冷媒量判定手段における前記減圧手段の流路抵抗に基づく判定は、前記減圧手段の流路抵抗を基準状態における流路抵抗と比較することにより判定することを特徴とする請求項6または7記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度に基づく判定は、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度の所定時間における経時変化に基づいて判定することを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における前記減圧手段の流路抵抗に基づく判定は、前記減圧手段の流路抵抗を基準状態における流路抵抗と比較することにより判定することを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の空気調和装置。
- 圧縮機と凝縮器と減圧手段と蒸発器とを備え、これらを配管接続して冷媒流路を形成する冷凍サイクルを有した空気調和装置であって、
前記冷凍サイクル内の冷媒量が標準冷媒量で、かつ前記減圧手段の動作が正常の場合、
前記圧縮機の冷媒流路吸入側における過熱度(SHs)が所定値(SHm)になるように前記減圧手段の開口面積を変化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度と、前記減圧手段の冷媒流路入口側における冷媒密度と、前記減圧手段の流路抵抗の3つの指標の基準状態と前記空気調和装置の動作中の前記3つの指標との比較により、冷媒量の異常か否かを判定する冷媒量判定手段、及び、前記減圧手段の異常か否かを判定する減圧手段判定手段を備え、
前記減圧手段判定手段は、前記凝縮器の冷媒流路出口側における過冷却度がゼロの場合において、前記減圧手段の異常か否かを判定することを特徴とする空気調和装置。 - 前記減圧手段判定手段における前記減圧手段の流路抵抗に基づく判定は、前記減圧手段の流路抵抗を基準状態における流路抵抗と比較することにより判定することを特徴とする請求項11記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度に基づく判定は、前記圧縮機の冷媒流路吸入側または吐出側における過熱度の所定時間における経時変化に基づいて判定することを特徴とする請求項11または12記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段の冷媒流路入口側における冷媒は、二相冷媒であることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段の流路抵抗の基準状態を、少なくとも前記圧縮機の吐出圧と吸入圧、前記減圧手段の入口冷媒エンタルピー、前記圧縮機の吸入温度、前記圧縮機の運転周波数の情報を用いて演算することを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段の入口冷媒エンタルピーを、蒸発器もしくは凝縮器における、冷媒と被熱交換媒体の熱バランスに関する式を演算する演算手段を用いて求めることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段の流量抵抗と相関のある開口面積を変化させることができる制御部を備え、前記制御部は前記開口面積と流量抵抗の相関特性を記憶する記憶部を持ち、前記記憶部は前記相関特性を近似式もしくはデーターテーブルとして記憶することを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記制御部は、前記減圧手段の入口と出口の圧力差を一定、または、出口の圧力を一定以下に制御するように前記減圧手段の開口面積を変化させることを特徴とする請求項17に記載の空気調和装置。
- 前記冷媒量判定手段における異常判定は、冷媒回路における冷媒量が不足する状態であることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における異常判定の1つは、前記減圧手段が開いたままロックされる開ロックであることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における異常判定の1つは、前記減圧手段が閉じたままロックされる閉ロックであることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記減圧手段判定手段における異常判定の1つは、前記減圧手段の開口部の少なくとも一部が閉塞する減圧手段詰まりの状態であることを特徴とする請求項1〜21のいずれかに記載の空気調和装置。
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