JP5199713B2 - マルチ型空気調和機、室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法、コンピュータプログラムおよび故障診断装置 - Google Patents

マルチ型空気調和機、室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法、コンピュータプログラムおよび故障診断装置 Download PDF

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Description

本発明は、マルチ型空気調和機、室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法、コンピュータプログラム、故障診断装置に関するものである。
ビル用の空気調和機として、一台の室外ユニットに対し、複数台の室内ユニットがガス管、液管によって接続されたマルチ型空気調和機がある。
このようなマルチ型空気調和機においては、据付時に、各部の動作確認のための試運転が行われる。
ここで、室内ユニットに備えられた電子膨張弁の動作確認を行う場合、空調運転を行いながら電子膨張弁の開度を変化させ、このときの室内ユニットの冷媒や熱交換器の温度変化を温度センサで検出している(例えば、特許文献1参照。)。例えば、電子膨張弁の開度を増大または減少させる指令信号を制御部から出した場合、冷媒や熱交換器の温度はこれに追従して下降または上昇する。一方、電子膨張弁の開度を変化させる指令信号を制御部から出したにも関わらず、電子膨張弁の開度が、例えば異物の噛み込み等、何らかの原因で変化しない場合や、全閉、全開にならない等の場合には、熱交換器の温度が変化せず、開度変化の指令に対応しないものとなる。このように、電子膨張弁の開度変化の指令信号と熱交換器の温度変化をモニタリングすることで、電子膨張弁の動作を確認している。
特開昭63−6351号公報
しかしながら、実際に電子膨張弁を開閉した場合、その開閉動作中、冷媒の流れによって冷媒の圧力変動が生じる。また、複数台の室内ユニットを備えるマルチ型空気調和機においては、他の室内ユニットの運転の影響により、冷媒の圧力変動が生じる。
周知の通り、冷媒の圧力によって冷媒の蒸発温度(飽和温度)は異なるため、冷媒の圧力変動により、熱交換器の部分における冷媒温度は変動する。熱交換器以外の場所で冷媒温度を検出したとしても、冷媒温度は変動の影響を受ける。電子膨張弁の開度を小さくしていき、最終的に全閉させる場合、本来、全閉状態となったときに熱交換器温度が上昇するが、冷媒の圧力変動によって電子膨張弁が全閉でなくとも、熱交換器の温度上昇が発生する。
これにより、電子膨張弁の開度変化の指令信号と熱交換器の温度変化をモニタリングしても、電子膨張弁が確実に動作しているか否かを精度よく確認するのは困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、室内ユニットの電子膨張弁の動作確認を確実に行うことのできるマルチ型空気調和機、室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法等を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のマルチ型空気調和機は以下の手段を採用する。すなわち、本発明のマルチ型空気調和機は、室外ユニットと複数台の室内ユニットとを備える。室外ユニットは、圧縮機と、四方切換弁と、室外熱交換器と、これらの間を接続する室外冷媒配管と、四方切換弁から室内側に延長される冷媒ガス管と、室外熱交換器から室内側に延長される冷媒液管とを備える。室内ユニットは、室内熱交換器と室内側電子膨張弁とを備え、室外ユニットから延長される冷媒ガス管と冷媒液管との間に各々室内冷媒配管を介して並列に接続される。さらに、室外ユニットにおいて低圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、室内ユニットの室内熱交換器の温度を検出する温度センサと、室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、低圧側の冷媒圧力と室内熱交換器の温度の変化に基づいて、室内側電子膨張弁の動作確認を行う制御部と、を備え、前記制御部では、前記圧力センサで検出される冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、算出された前記飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分の変化に基づいて、前記室内側電子膨張弁の動作確認を行うことを特徴とする。
このようなマルチ型空気調和機によれば、室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、低圧側の冷媒圧力と室内熱交換器の温度の変化に基づいて、室内側電子膨張弁の動作確認を行うようにした。これにより、室内側電子膨張弁の動作確認を行うに際し、冷媒圧力変動の影響をキャンセルすることができる。
具体的には、制御部では、圧力センサで検出される冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、算出された飽和温度と室内熱交換器の温度との差分の変化に基づいて、室内側電子膨張弁の動作確認を行うことを特徴とする。
また、本発明は、室外ユニットと、複数台の室内ユニットと、を備えたマルチ型空気調和機の室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法とすることもでき、室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップと、室内ユニットの室内熱交換器の温度を検出するステップと、室外ユニットの低圧側の冷媒圧力を検出するステップと、検出された冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、該飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分を算出するステップと、室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、前記差分の変化に基づいて、室内側電子膨張弁の動作確認を行うステップと、を備えることを特徴とする。
本発明の室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法では、室内側電子膨張弁の動作確認は、マルチ型空気調和機を冷房運転状態として行うことを特徴とする。
また、本発明の室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法では、室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップにて、室内側電子膨張弁の開度を開状態から全閉に変化させることを特徴とする。
これにより、室内電子膨張弁が全閉となると、室内熱交換器の温度が上昇するので、室内電子膨張弁が確実に動作していることを確認できる。
また、本発明のコンピュータプログラムは、室外ユニットと、複数台の室内ユニットと、を備えたマルチ型空気調和機の室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認を行うために、コンピュータ装置によって実行されるコンピュータプログラムであって、室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップと、室内ユニットの室内熱交換器の温度を検出するステップと、室外ユニットの低圧側の冷媒圧力を検出するステップと、検出された冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、該飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分を算出するステップと、室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、前記差分の変化に基づいて、室内側電子膨張弁の動作確認を行うステップと、を有することを特徴とする。
このようなコンピュータプログラムは、マルチ型空気調和機の制御部に導入されることで、マルチ型空気調和機において室内電子膨張弁の動作の自己診断を行うことができる。また、このコンピュータプログラムは、既存のマルチ型空気調和機の制御部へも導入することが可能である。
また、本発明の故障診断装置は、室外ユニットと、複数台の室内ユニットと、を備えたマルチ型空気調和機の室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認を行う故障診断装置であって、室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップと、室内ユニットの室内熱交換器の温度を検出するステップと、室外ユニットの低圧側の冷媒圧力を検出するステップと、冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、該飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分を算出するステップと、室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、前記差分の変化に基づいて、室内側電子膨張弁の動作確認を行うステップと、を実行することを特徴とする。
このような故障診断装置は、マルチ型空気調和機の制御部によって実現することができる他、マルチ型空気調和機の制御部に外部から接続することで、上記動作診断処理を実行する単体の故障診断装置とすることも可能である。
本発明によれば、室外ユニットの低圧側の冷媒圧力に基づいて補正した室内熱交換器の温度の変化に基づき、室内側電子膨張弁の動作確認を行うようにした。これにより、冷媒圧力の変動の影響をキャンセルすることができ、電子膨張弁の動作確認を確実に行うことが可能となる。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に、本実施形態にかかるマルチ型ヒートポンプ式空気調和機1の冷媒回路図が示されている。
マルチ型ヒートポンプ式空気調和機1は、1台または複数台の室外ユニット2に対し、室内ユニット3が複数台並列に接続された構成とされる。なお、本実施形態では、室内ユニット3の接続台数については特に制限されるものではなく、少なくとも2台、多い場合には数十台が接続される。
室外ユニット2は、インバータ駆動の圧縮機5と、圧縮機5に接続されている吐出配管4Aが第1ポート7Aに接続される四方切換弁7と、四方切換弁7の第2ポート7Bに冷媒配管4Bを介して接続される室外熱交換器8と、室外熱交換器8から室内ユニット3側へと延長される冷媒液管4Cと、四方切換弁7の第3ポート7Cから室内ユニット3側へと延長される冷媒ガス管4Dと、四方切換弁7の第4ポート7Dに吸入配管4Eを介して接続されるとともに、圧縮機5に吸入配管4Fを介して接続されるアキュームレータ10とを備え、これらが上記の如く吐出配管4Aないし4Fにより接続され、室外側冷媒配管の回路を構成している。
室外熱交換器8には、それぞれ室外側電子膨張弁9が設けられており、室外側電子膨張弁9の開度を調整することで、回路を循環する冷媒量を調整する。
冷媒液管4Cには、液冷媒を貯留するレシーバ12、二重管熱交換器13が設けられている。二重管熱交換器13は、レシーバ12の出口において冷媒液管4Cから液冷媒の一部を分流して二重管熱交換器13の内管13Aに導く分流管14と、該分流管14に設けられる電子膨張弁(EEVSC)15とを備えて構成される。
この二重管熱交換器13は、分流管14に分流された冷媒を電子膨張弁15で減圧し、この冷媒を二重管熱交換器13の内管13A内で蒸発させることにより、二重管熱交換器13の外管側(冷媒液管4C)を流れる冷媒主流を冷却して過冷却を付与するものである。二重管熱交換器13の内管13A内で蒸発した冷媒は、配管16を介し、アキュームレータ10に送り込まれる。
各室内ユニット3は、室内熱交換器20と、室内熱交換器20における冷媒流通量を調整する室内側電子膨張弁21と、これらの間を接続する室内側冷媒配管22とを備え、室外ユニット2から延長される冷媒液管4Cと冷媒ガス管4Dとの間に、各々ガス側分枝器23A,23Bおよび液側分枝器23C,23Dを介して並列に接続される。
次に、本実施形態にかかるマルチ型ヒートポンプ式空気調和機1の作用について説明する。なお、以下に示すマルチ型ヒートポンプ式空気調和機1の作用・動作は、ユーザにより冷房運転・暖房運転等の運転モードの選択が行われることに応じ、図示しない制御部がマルチ型ヒートポンプ式空気調和機1の各部を制御することで自動的に行われる。
まず、冷房運転について説明する。冷房時、四方切換弁7は、第1ポート7Aと第2ポート7B、第3ポート7Cと第4ポート7Dとが各々連通された状態に切換えられる。これによって、圧縮機5により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管4A、四方切換弁7、冷媒配管4Bを経て室外熱交換器8に流入される。この冷媒は、室外熱交換器8で外気と熱交換され、外気に放熱して凝縮液化される。液化された冷媒は、冷媒液管4C内を一方向に流れ、レシーバ12に流入し、そこで一時貯留される。
レシーバ12から流出される冷媒は、二重管熱交換器13を通過する間に冷却され、さらに過冷却が付与される。このような冷媒の過冷却により、冷凍能力が向上されることは当業者において知られているところである。
二重管熱交換器13の内管13Aで蒸発された冷媒は、その出口から配管16を経てアキュームレータ10に送り込まれる。
一方、二重管熱交換器13において過冷却が付与された冷媒は、冷媒液管4Cを介して
室内ユニット3に流れる。室内ユニット3へと流れた冷媒は、室内ユニット3の室内熱交換器20に流入され、図示省略のファンにより室内熱交換器20へと循環される室内空気と熱交換されて、室内空気を冷却することによって、これが冷房に供される。
室内熱交換器20で室内空気を冷却することにより蒸発された冷媒は、冷媒ガス管4Dを介して再び室外ユニット2に戻り、四方切換弁7、吸入配管4E、アキュームレータ10、吸入配管4Fを経て圧縮機5に吸入される。この冷媒循環サイクルを繰り返すことによって、冷房運転が行われる。
続いて、暖房運転について説明する。暖房時、四方切換弁7は、第1ポート7Aと第3ポート7C、第2ポート7Bと第4ポート7Dとが各々連通される状態に切換えられる。これによって、圧縮機5により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管4A、四方切換弁7、冷媒ガス管4Dを経て各室内ユニット3に流入される。室内ユニット3に流入された冷媒は、室内熱交換器20において図示省略のファンにより循環される室内空気と熱交換され、室内空気を加熱する。この室内空気は暖房に供される。
室内熱交換器20で室内空気に放熱することにより凝縮液化された冷媒は、冷媒液管4Cを経て再び室外ユニット2に戻る。室外ユニット2に戻った冷媒は、冷媒液管4C内を一方向に流れ、レシーバ12に流入し、そこで一時貯留される。
レシーバ12から流出した冷媒は、室外熱交換器8に流入し、外気から吸熱して蒸発される。その後、冷媒配管4B、四方切換弁7、吸入配管4E、アキュームレータ10、吸入配管4Fを経て圧縮機5に吸入される。この冷媒循環サイクルを繰り返すことによって、暖房運転が行われる。
さて、上記したようなマルチ型ヒートポンプ式空気調和機1においては、その据付時に、各部の動作確認を行うための試運転を行う。この試運転は、予め定められたコンピュータプログラムに基づき、図示しない制御部(コンピュータ装置、故障診断装置)が所定の処理を実行することで行われる。
本実施の形態においては、この試運転の過程で、室内ユニット3の室内側電子膨張弁21の開閉動作確認を行う処理を実行する。以下、その詳細を示す。
室内側電子膨張弁21の開閉動作確認処理を実行するために、本実施形態のマルチ型ヒートポンプ式空気調和機1には、室内熱交換器20の温度を検出する温度センサ30と、室外ユニット2のアキュームレータ10の吸入配管4Eに設けられた、低圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサ31とが備えられている。
図2は、試運転の過程で行われる室内側電子膨張弁21の開閉動作確認処理の流れを示すものである。
まず、マルチ型ヒートポンプ式空気調和機1を冷房運転させる。
そして、冷房運転中に、制御部は、室内側電子膨張弁21の開度を変更する指令信号を室内側電子膨張弁21に出力する(ステップS101)。室内側電子膨張弁21の開度を、例えば全開状態から全閉状態へと変化させる。
ステップS101で指令信号を出したのち、一定微小時間tが経過するごとに(ステップS102)、温度センサ30で検出する室内熱交換器20の温度TEと、圧力センサ31で検出される室外ユニット2の低圧側の冷媒圧力PLとを得る(ステップS103)。
次いで、検出された低圧側の冷媒圧力PLにおける飽和温度TSを算出する(ステップS104)。これは空気線図に基づき、容易に算出できる。
続いて、ステップS103で検出した室内熱交換器20の温度TEと、ステップS104で算出された飽和温度TSとの温度差TDを、
TD=TE−TS
により算出し、この温度差TDを制御部の記憶領域に記憶させる(ステップS105)。
上記のステップS103〜S105を、一定微小時間tが経過ごとに繰り返すことで、制御部の記憶領域には、室内側電子膨張弁21の開度を変更する指令信号を出して以降の温度差TDの変化の情報が蓄積される。
そこで、制御部においては、記憶された温度差TDの変化の情報に基づき、室内側電子膨張弁21の動作に異常があるか否かを判定する(ステップS106、S107)。これは、室内側電子膨張弁21を全開状態から全閉状態となるまで開度を変化させた場合、室内側電子膨張弁21が全閉となった時点で、温度差TDが上昇しているか否かで判断できる。このとき、ある程度の誤差を見込み、算出を開始したときの温度差TDから、予め定められた閾値以上、温度差TDが増加したときに、温度差TDが上昇したと判定するのが好ましい。
なお、この判定処理は、図2のステップS106、S107に示すように、室内側電子膨張弁21の開度変更動作が終了してから行ってもよいし、室内側電子膨張弁21を開閉動作させている途中で逐次リアルタイムに行ってもよい。後者の場合、室内側電子膨張弁21が全閉となるより以前に温度差TDの値が上昇すれば、室内側電子膨張弁21は正常に動作していないと判定される。
図3に示すように、冷媒圧力PLの変動の影響がない(冷媒圧力PLが一定)場合、室内側電子膨張弁21が正常に動作していれば、室内側電子膨張弁21を全開状態から全閉状態となるまで開度を変化させた場合、温度差TD(=室内熱交換器20の温度TE)は、室内側電子膨張弁21が全閉となった時点ではじめて上昇するはずである。
一方、図4に示すように、冷媒圧力PLが変動した場合、室内側電子膨張弁21が正常に動作していても、室内側電子膨張弁21を全開状態から全閉状態となるまで開度を変化させた場合、室内熱交換器20の温度TEは、冷媒圧力PLの変動に対応して変化する(温度上昇する)。このため、特許文献1に記載した技術では、この冷媒圧力PLの変動に対応した室内熱交換器20の温度TEの変化を、室内側電子膨張弁21の動作によって生じてしまったものとして判定してしまう可能性がある。
これに対し、本実施の形態の構成によれば、冷媒圧力PLが変動しても、その冷媒圧力PLに対応した飽和温度TSと室内熱交換器20の温度TEとの温度差TDを用い、室内側電子膨張弁21の動作確認を行うようにした。温度差TDは、すなわち室内熱交換器20の温度TEを冷媒圧力PLによって補正したものであり、冷媒圧力PLの変動の影響がキャンセルされた値であるため、室内側電子膨張弁21が全閉となった時点ではじめて上昇する。したがって、前記のステップS106では、この温度差TDの変化を検出することで、室内側電子膨張弁21の開閉動作を確実に検出できる。
以上の通り、本実施形態にかかるマルチ型ヒートポンプ式空気調和機1によれば、圧力センサ31で検出される室外ユニット2の低圧側の冷媒圧力PLから飽和温度TSを算出し、算出された飽和温度TSと、温度センサ30で検出される室内熱交換器20の温度TEとの温度差TDを用い、室内側電子膨張弁21の動作確認を行うようにした。これにより、冷媒圧力PLの変動の影響をキャンセルすることができ、室内側電子膨張弁21の動作確認を確実に行うことが可能となる。
なお、上述した各実施形態では、マルチ型ヒートポンプ式空気調和機1の各部について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば室外ユニット2や室内ユニット3は、いかなる構成を採用してもよい。
本発明の実施形態にかかるマルチ型ヒートポンプ式空気調和機の室外ユニットの構成を示す図である。 室内側電子膨張弁の動作確認を行うための処理の流れを示す図である。 室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、室内熱交換器の温度変化を示す図であり、室外ユニットの低圧側の冷媒圧力に変動がない場合の例である。 室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、室内熱交換器の温度変化を示す図であり、室外ユニットの低圧側の冷媒圧力に変動がある場合の例である。
符号の説明
1 マルチ型ヒートポンプ式空気調和機
2 室外ユニット
3 室内ユニット
4A 吐出配管(室外冷房配管)
4B 冷媒配管(室外冷房配管)
4C 冷媒液管(室外冷房配管)
4D 冷媒ガス管(室外冷房配管)
4E 吸入配管(室外冷房配管)
4F 吸入配管(室外冷房配管)
5 圧縮機
7 四方切換弁
8 室外熱交換器
20 室内熱交換器
21 膨張弁
22 室内側冷媒配管
30 温度センサ
31 圧力センサ

Claims (6)

  1. 圧縮機と、四方切換弁と、室外熱交換器と、これらの間を接続する室外冷媒配管と、前記四方切換弁から室内側に延長される冷媒ガス管と、前記室外熱交換器から室内側に延長される冷媒液管とを備えた室外ユニットと、
    室内熱交換器と室内側電子膨張弁とを備え、前記室外ユニットから延長される前記冷媒ガス管と前記冷媒液管との間に各々室内冷媒配管を介して並列に接続される複数台の室内ユニットと、
    前記室外ユニットにおいて低圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、
    前記室内ユニットの前記室内熱交換器の温度を検出する温度センサと、
    前記室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、前記低圧側の冷媒圧力と前記室内熱交換器の温度の変化に基づいて、前記室内側電子膨張弁の動作確認を行う制御部と、
    を備え
    前記制御部では、前記圧力センサで検出される冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、算出された前記飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分の変化に基づいて、前記室内側電子膨張弁の動作確認を行うことを特徴とするマルチ型空気調和機。
  2. 室外ユニットと、複数台の室内ユニットと、を備えたマルチ型空気調和機の前記室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法であって、
    前記室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップと、
    前記室内ユニットの室内熱交換器の温度を検出するステップと、
    前記室外ユニットの低圧側の冷媒圧力を検出するステップと、
    前記冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、該飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分を算出するステップと、
    前記室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、前記差分の変化に基づいて、前記室内側電子膨張弁の動作確認を行うステップと、
    を備えることを特徴とする室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法。
  3. 前記室内側電子膨張弁の動作確認は、前記マルチ型空気調和機を冷房運転状態として行うことを特徴とする請求項に記載の室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法。
  4. 前記室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップでは、前記室内側電子膨張弁の開度を開状態から全閉に変化させることを特徴とする請求項またはに記載の室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認方法。
  5. 室外ユニットと、複数台の室内ユニットと、を備えたマルチ型空気調和機の前記室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認を行うために、コンピュータ装置によって実行されるコンピュータプログラムであって、
    前記室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップと、
    前記室内ユニットの室内熱交換器の温度を検出するステップと、
    前記室外ユニットの低圧側の冷媒圧力を検出するステップと、
    前記冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、該飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分を算出するステップと、
    前記室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、前記差分の変化に基づいて、前記室内側電子膨張弁の動作確認を行うステップと、
    を有することを特徴とするコンピュータプログラム。
  6. 室外ユニットと、複数台の室内ユニットと、を備えたマルチ型空気調和機の前記室内ユニットの室内側電子膨張弁の動作確認を行う故障診断装置であって、
    前記室内側電子膨張弁の開度を変化させるステップと、
    前記室内ユニットの室内熱交換器の温度を検出するステップと、
    前記室外ユニットの低圧側の冷媒圧力を検出するステップと、
    前記冷媒圧力に対応した冷媒の飽和温度を算出し、該飽和温度と前記室内熱交換器の温度との差分を算出するステップと、
    前記室内側電子膨張弁の開度を変化させたときの、前記差分の変化に基づいて、前記室内側電子膨張弁の動作確認を行うステップと、
    を実行することを特徴とする故障診断装置。
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