JP5405161B2 - 空気調和装置およびエネルギー機器 - Google Patents
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Description
この様な空気調和装置では、センサーの断線や短絡が生じた場合に、センサーから明らかに異常な検出値を出力させて、センサーの異常を検出することが行われている。例えば、冷媒の温度を検出する冷媒温度センサーの断線時には−46度以下、短絡時には+110度以上などのように、冷媒温度センサーの検出値としては通常ありえない値を出力するように設定することで、断線や短絡などのセンサーの故障を検出できるようにしている。センサーの故障が検出された場合、ユーザーやメンテナンス作業者等に報知され、センサーの交換や修理が行われる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、空気調和装置又はエネルギー機器に設けられる各センサーの異常を早期に検出することのできる空気調和装置およびエネルギー機器を提供することにある。
上記構成によれば、冷媒圧力センサーの検出値から飽和温度値を換算し、温度値において各センサーの検出値を相互に比較するので、空気調和装置に設けられる冷媒圧力センサーの数が少ない場合でも、温度センサーの検出値と比較して冷媒圧力センサーの異常の有無を判定することができる。
上記構成によれば、前記異常判定部は、温度センサーの異常の有無を判定する場合は、圧力センサーの検出値を比較対象に含まないので、圧力センサーの検出値を温度値に換算する等の工程を省くことができ、異常の有無の判定処理を簡易に行うことができる。同様に、圧力センサーの異常の有無を判定する場合は、温度センサーの検出値を比較の対象に含まないので、圧力値同士を相互に比較して異常の有無を簡易に判定することができる。
上記構成によれば、複数のセンサーに冷媒回路の周囲の空気温度を検出するための空気温度センサーが含まれるので、異常判定部は、この空気温度センサーの異常の有無を判定することができる。また、この空気温度センサーの検出値を用いて、冷媒状態検出用センサーを含む他のセンサーの異常の有無を判定することができる。
上記構成によれば、複数のセンサーに、圧縮機を駆動するエンジンの排ガス温度を検出するための温度センサーが含まれるので、異常判定部は、この排ガス温度センサーの異常の有無を判定することができる。また、この排ガス温度センサーの検出値を用いて、冷媒状態検出用センサーを含む他のセンサーの異常の有無を判定することができる。
上記構成によれば、複数のセンサーに、圧縮機を駆動するエンジンを冷却する冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサーが含まれるので、異常判定部は、この冷却水温度センサーの異常の有無を判定することができる。また、この冷却水温度センサーの検出値を用いて、冷媒状態検出用センサーを含む他のセンサーの異常の有無を判定することができる。
上記構成によれば、例えば、所定の温度領域における検出精度が低いセンサー特性を有する温度センサーがある場合であっても、このセンサーのセンサー特性に基づいて、他のセンサーとの間で検出値の相互比較が可能な検出値の範囲、すなわち、信頼性の高い検出値を出力可能な範囲を異常有無判定可能範囲として設定しておき、当該温度センサーの検出値が異常有無判定可能範囲外の値を示す場合には、比較対象から外すことで、異常有無判定部における各センサーの異常の有無の誤判定を防止することができる。この様なセンサーとして、例えば、圧縮機を駆動するエンジンの排ガスを検出するための排ガス温度センサーを挙げることができる。排ガス温度センサーは、圧縮機を駆動するエンジンの排ガスを検出対象としている。排ガスの温度は、冷媒の温度や冷媒回路の周囲の空気の温度等と比して高温となるため、排ガス温度センサーは高温領域における検出精度の高い温度センサーが用いられる。高温領域における検出精度の高い温度センサーを用いた場合、低温領域(例えば、20度以下等)における検出精度は低くなる場合がある。従って、センサー特性に基づいて、信頼性の高い検出値を出力可能な範囲を排ガスセンサーの異常有無判定可能範囲として設定しておけば、当該排ガス温度センサーの検出値がこの異常有無判定可能範囲にある場合は、異常判定部において異常の有無を正しく判定することができる。一方、異常有無判定可能範囲外の値を示した場合は、当該排ガス温度センサーを相互比較の対象センサーに含めずに、異常判定部により異常の有無を判定することで、他のセンサーの異常の有無を判定する際に誤判定を防止することができる。
上記構成によれば、例えば、冷媒と冷却水との様に異なる検出対象の温度を検出する温度センサーがある場合、空調運転を停止した後、冷媒と冷却水とでは定常状態に戻るまでに要する時間は冷却水の方が長い。このため、異常の有無を判定するタイミングによっては、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサーの検出値は、冷媒の温度を検出する冷媒温度センサーの検出値より高い値を示す。従って、異常判定部が各センサーの異常の有無を判定する際に、定常状態に戻っていない検出対象の状態を検出するセンサーについては、相互比較の対象センサーとしないことで、他のセンサーの異常の有無を判定する際の誤判定を防止することができる。
上記構成によれば、異常有無の判定対象としたセンサーに異常が有ると判定された場合、当該異常が有ると判定されたセンサーの検出値が、相互比較の対象センサー群の検出値よりも高いか低いかにより、対応する対応措置を報知部により報知させることができる。
図1は、本発明の実施の形態のガスヒートポンプ(GHP)式の空気調和装置100の構成を示す図である。まず、空気調和装置100の冷媒回路10の構成を説明する。なお、図1において冷媒回路10は太線で示している。
図1に示す空気調和装置100は、室外に設置される室外機11と、室内に設置される室内機12とを有し、室外機11の室外冷媒配管13と室内機12の室内冷媒配管14とが連結されている。
図1に示す様に、室外冷媒配管13には圧縮機15が配設されている。圧縮機15は、Vベルト40Aを介してガスエンジン40(エンジン)に連結され、このガスエンジン40により駆動される。室外冷媒配管13の圧縮機15の吸込側には、アキュムレーター16が配設されており、吐出側にはオイルセパレーター17を介して四方弁18、室外熱交換器19、室外膨張弁20が順次配設されている。また、室外熱交換器19には、この室外熱交換器19へ向かって送風する室外ファン21が隣接して配置されている。また、室外熱交換器19に隣接して後述するラジエータ54が配置されている。
また、四方弁18が暖房側に切り替えられたときには、図1に示す破線矢印に沿って冷媒が流れ、室内熱交換器26が凝縮器に、室外熱交換器19が蒸発器になって室内熱交換器26が室内を暖房する暖房運転状態となる。冷房運転時及び暖房運転時は、上述した冷媒圧力センサーSP、各種の温度センサーSTにより検出される冷媒の状態や、冷媒回路10の周囲の空気の温度等に基づいて、後述する制御装置60(図2参照)により、圧縮機15、ガスエンジン40等の駆動が制御され、空調負荷に応じた空調運転が行われる。また、これらの冷媒圧力センサーSPや温度センサーSTの検出値が、冷媒の異常な温度上昇や圧力上昇等を示す場合は、制御装置60は、安全のため空調運転を停止するように圧縮機15やガスエンジン40の駆動を停止させる。
本実施の形態の空気調和装置100は、ガスエンジン40を冷却するための冷却水回路50を備えている。冷却水回路50は、ガスエンジン40の廃熱を回収するために、冷却水配管51に排気ガス熱交換器52と、プレート熱交換器53と、ラジエータ54とが設けられている。なお、図1において、冷却水回路50は細線で示している。また、ガスエンジン40の排ガス経路は二重線で示している。
ここで、排気ガス熱交換器52は、ガスエンジン40の排気ガスと冷却水との間で熱交換させる熱交換器であり、この排気ガス熱交換器52には、排気マフラー52Aと、ドレンフィルター52Bと、排気トップ52Cとが接続されている。また、プレート熱交換器53は、冷媒回路10内の冷媒と冷却水回路50内の冷却水との間で熱交換を行う冷却水・冷媒熱交換器である。このプレート熱交換器53は、室外冷媒配管13の四方弁18と圧縮機15との間に配置され、暖房運転時に、プレート熱交換器53をサブエバポレータとして機能させることにより、暖房能力の維持及び増強を図ることができる。ラジエータ54は、ガスエンジン40の排熱を回収した冷却水を冷却させるものである。
第1三方弁55の入口55Aには、冷却水配管51を介してガスエンジン40の冷却水出口40Bが接続され、第1三方弁55の一方の出口55Bには、冷却水を循環させるための電動式の循環ポンプ57と排気ガス熱交換器52とが順次接続されている。第1冷却水経路50Aは、図中矢印Aで示す様に、第1三方弁55、循環ポンプ57、排気ガス熱交換器52を繋ぐ配管経路によって形成される。
例えば、排ガス温度センサーST42は、ガスエンジン40の排ガスを検出対象としている。排ガスの温度は、冷媒の温度や冷媒回路10の周囲の空気の温度と比して高温となるため、排ガス温度センサーST42は、高温領域における検出精度の高い温度センサーを用いて構成されている。高温領域における検出精度の高い温度センサーを用いた場合、低温領域における検出精度が低くなる場合がある。例えば、本実施の形態の排ガス温度センサーST42は、20度以上の低温領域における検出精度は、図3(a)、(b)、(c)に示す他のセンサーST41、ST13、ST14と比較すると低い。このため、本実施の形態では、例えば、外気温度が20度以下の場合、他のセンサーST41、ST13、ST14の検出値は20度以下を示すのに対して、排ガス温度センサーST42の検出値は外気温度の実際の温度によらず、常に20度を示す様に設定されている。従って、外気温度が20度以下の場合に、排ガス温度センサーST42を相互比較の対象センサーに含めると、各センサーSP、STの異常の有無を正しく判定することができない。このため、本実施の形態では、各センサーSP、STについて、各々のセンサー特性に基づいて、異常の有無を判定する際に他のセンサーSP、STとの間で検出値の相互比較が可能な検出値の範囲、すなわち、信頼性の高い検出値を出力可能な範囲を異常有無の判定が可能な異常有無判定可能範囲として予め設定しておき、各センサーSP、STの検出値がこの異常有無判定可能範囲内か否かにより、各センサーSP、STについて比較対象に含めるか否かを判定するようにしている。
図4に対応措置情報を示す。図4に示す様に、対応措置は、各センサーSP、ST毎に、検出値が正常温度範囲よりも高い値を示す場合と、低い値を示す場合とに分けて定義され、それぞれに対応付けて記憶されている。
例えば、室外熱交換器液温度センサーST13の検出値が、上述した正常温度範囲よりも高い値を示す場合、実際の冷媒の温度よりも高い温度が検出されるため、空調性能に影響を与えるものの、直ちに、空調運転を停止させる必要性は少ない。このため、室外熱交換器液温度センサーST13については、正常温度範囲よりも高い検出値を示す場合の対応措置として、故障の恐れがあることをユーザーに示す故障予知報知が対応付けられている。
一方、排ガス温度センサーST42の検出値が、正常温度範囲よりも低い値を示す場合、実際の排ガス温度よりも低い温度が検出値として出力されることから、排ガス温度が異常に上昇した場合にこれを検出するのが遅れる恐れがある。このため、排ガス温度センサーST42の検出値が、正常温度範囲よりも低い値を示す場合には、排ガス温度センサーST42の異常報知とともに、空調運転の運転禁止が対応措置として対応付けられる。また、各対応措置は、報知する対象がユーザー側、空気調和装置100のメンテナンス側、つまりメンテナンス作業者や管理会社側等の、報知対象に応じて更に細分化して定義してもよい。
報知部68では、異常判定部65により異常が有ると判定されたセンサーについて、上記の対応措置情報記憶部66に記憶された対応措置情報に基づいて、検出値が正常温度範囲よりも高いか低いかに基づいて、対応する対応措置を報知する。
比較対象可否判定部64は、比較対象可否判定処理において、まず、現在、異常判定部65における異常判定処理の実施タイミングであるか否かを判定する(ステップS1)。異常判定処理の実施タイミングであると判定した場合(ステップS1;Y)、比較対象可比判定の判定対象センサー(i)のセンサー番号をまず「1」(i=1)とする(ステップS2)。ここで、上述した各センサーSP、STには、それぞれ固有のセンサー番号が「1」から順に所定の順序で予め付されており、制御装置60において各センサーSP、STはこのセンサー番号により識別されるものとする。
ステップS2において、比較対象可否判定の判定対象センサー(i)の現在の検出値が、予め設定された異常有無判定可能範囲内である場合(ステップS3;Y)、次に、判定対象センサー(i)から出力される検出値が安定しているか否かが判定される(ステップS4)。ここで、検出値が安定しているとは、所定の時間内の検出値の変動が予め設定された所定の範囲内に収まっていることを指し、比較対象可否判定の判定対象センサー(i)の検出対象が定常状態に戻り、冷媒回路10の周囲の状態に対応する検出値を出力していることを指す。但し、当該ステップS2は、単に、各センサーSP、ST毎に、空調停止後、検出値が安定するまでに要する時間を実験等に基づいて設定しておき、この予め設定された時間が経過したか否かにより、各センサーSP、STの検出値が安定しているか否かを判定する構成としてもよい。
そして、ステップS7において、判定対象センサー(i)のセンサー番号を一つ増加させ(i=i+1)、全てのセンサーSP、STについて比較対象可否の判定を行ったか否かを判定し(ステップS8)、全てのセンサーSP、STについて比較対象可否の判定を行うまで(ステップS8;Y)、上述の処理を繰り返し行う。
異常判定部65は、異常判定処理に際して、まず、空調運転が停止しているか否かを判定する(ステップS11)。空調運転が停止していると判定された場合(ステップS11;Y)、予め設定された所定の時間が経過しているか否かを判定する(ステップS12)。ここで、この所定の時間は、空調運転を停止させた後、冷媒が定常状態に戻るまでに要する時間に基づいて予め設定された時間であり、異常有無判定処理を実施するタイミングを定める時間である。
ステップS12において、所定時間が経過したと判定された場合(ステップS12;Y)、次に、異常判定部65は、比較対象可否判定部64により相互比較の対象センサーとして許可されたセンサー群の検出値の平均値に基づいて、本実施の形態では、平均値±5%の温度範囲を正常温度範囲として設定する。ステップS12において、所定時間が経過していない場合(ステップS12;N)、ステップS11に戻り、所定時間が経過するまで待機状態となる。
次に、異常判定部65は、ステップS19において、判定対象センサー(j)のセンサー番号を一つ増加させ(j=j+1)、全てのセンサーSP、STについて判定を行ったか否かを判定し(ステップS20)、全てのセンサーSP、STについて判定を行うまで(ステップS20;Y)、上述の処理を繰り返し行う。但し、ステップS15において、判定対象センサー(j)が、比較対象可否判定部64により、相互比較の対象センサーに含むことが禁止されたセンサーである場合(ステップS15;N)、この判定対象センサー(j)については、異常の有無の判定が行われない。
また、判定対象のセンサー(j)に異常が有ると判定された場合、当該異常が有ると判定されたセンサー(j)の検出値が、相互比較の対象センサーの検出値の平均値に基づいて設定された正常温度範囲よりも高いか低いかにより、異常の内容に応じた対応措置を対応措置判定部67により判定し、報知部68によりユーザー又は空気調和装置100のメンテナンス作業者や管理会社側等に報知させることができる。
例えば、上記実施形態においては、冷媒圧力センサーSPの検出値から飽和温度値を求め、温度値において各センサーSP、STの検出値を比較して、各センサーSP、STの異常の有無を判定する構成としたが、空気調和装置100に冷媒圧力センサーSPの数が三以上ある場合には、各冷媒圧力センサーSPの異常の有無を、温度センサーSTを相互比較の対象センサーに含めずに判定してもよい。この場合、各冷媒圧力センサーSPの検出値を温度値に換算せず、圧力値のまま相互に比較して、各冷媒圧力センサーSPの異常の有無を判定することができ、異常の有無を簡易に判定することができる。また、各温度センサーSTの異常の有無を、冷媒圧力センサーSPを相互比較の対象センサーに含めずに判定してもよい。
また、上記実施の形態では、ガスエンジン40により圧縮機15を駆動するガスヒートポンプ式の空気調和装置100を例に挙げて説明したが、ガスヒートポンプ式の空気調和装置100に限定する趣旨でなく、各種の空気調和装置に適用可能であるのは勿論である。要は、冷媒回路内の冷媒の状態を検出するための冷媒状態検出用センサーを含む複数のセンサーを備え、各センサーの検出値に基づいて圧縮機を駆動して空調運転を行う空気調和装置であれば、本発明を適用することができる。また、上記実施の形態では、1台の室外ユニットに対して1台の室内ユニットが接続された構成について説明したが、複数台の室内ユニットを備える空気調和装置についても同様に適用が可能である。
11 室外機
12 室内機
15 圧縮機
18 四方弁
19 室外熱交換器
26 室内熱交換器
40 ガスエンジン(エンジン)
50 冷却水回路
60 制御装置
65 異常判定部
66 対応措置情報記憶部
67 対応措置判定部
68 報知部
SP 冷媒圧力センサー(冷媒状態検出用センサー)
ST11 圧縮機出口温度センサー(冷媒状態検出用センサー)
ST12 圧縮機入口温度センサー(冷媒状態検出用センサー)
ST13 室外熱交換器液温度センサー(冷媒状態検出用センサー)
ST14 外気温度センサー(空気温度センサー)
ST21 室内熱交換器液温度センサー(冷媒状態検出用センサー)
ST22 室内熱交換器ガス温度センサー(冷媒状態検出用センサー)
ST31 吸込温度センサー(空気温度センサー)
ST32 吹出温度センサー(空気温度センサー)
ST41 冷却水温度センサー
ST42 排ガス温度センサー
ST 温度センサー
Claims (10)
- 圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室内熱交換器を順次接続してなる冷媒回路と、前記冷媒回路内の冷媒の状態を検出するための冷媒状態検出用センサーを含む複数のセンサーとを備え、各センサーの検出値に基づいて前記圧縮機を駆動して空調運転を行う空気調和装置において、
前記空調運転の停止後、前記冷媒が定常状態に戻ったときに、各センサーの検出値を相互に比較して、各センサーの異常の有無を判定する異常判定部と、
各センサーについて、センサー特性、検出対象および検出位置のうち、少なくともいずれか一に基づいて、前記異常判定部において異常の有無を判定する際の相互比較の対象センサーとするか否かを判定する比較対象可否判定部と、を備えた
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項1記載の空気調和装置において、
前記冷媒状態検出用センサーに、前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサーと、前記冷媒の圧力を検出する冷媒圧力センサーとが含まれ、
前記異常判定部は、前記冷媒圧力センサーの検出値から前記冷媒の飽和温度値を求め、温度値において前記各センサーの検出値を相互に比較すること、
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1記載の空気調和装置において、
前記複数のセンサーには、検出対象の温度を検出する複数の温度センサーと、検出対象の圧力を検出する複数の圧力センサーとが含まれ、
前記異常判定部は、前記温度センサーの異常の有無を判定する場合は、前記圧力センサーの検出値を比較対象に含めずに、各温度センサーの検出値を相互に比較して異常の有無を判定し、前記圧力センサーの異常の有無を判定する場合は、前記温度センサーの検出値を比較対象に含めずに、各圧力センサーの検出値を相互に比較して、各圧力センサーの異常の有無を判定すること、
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
前記複数のセンサーに、前記冷媒回路の周囲の空気の温度を検出するための空気温度センサーが含まれること、
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
前記圧縮機を駆動するエンジンを備え、
前記複数のセンサーに、前記エンジンの排ガス温度を検出するための排ガス温度センサーが含まれること、
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
前記圧縮機を駆動するエンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路を備え、
前記複数のセンサーに、前記冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサーが含まれること、
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項5に記載の空気調和装置において、
前記比較対象可否判定部は、各センサーについて前記相互比較の対象センサーとするか否かを判定する際に、判定対象とするセンサーの検出値が、当該センサーのセンサー特性に基づいて設定される所定の異常有無判定可能範囲外の値を示す場合、当該センサーを前記相互比較の対象センサーとしないこと、
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項6記載の空気調和装置において、
前記比較対象可否判定部は、各センサーについて前記相互比較の対象センサーとするか否かを判定する際に、定常状態に戻っていない検出対象の状態を検出するセンサーを前記相互比較の対象センサーとしないこと、
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
各センサー毎に、前記異常判定部により異常が有ると判定された場合の対応措置を、相互比較の対象センサー群の検出値よりも高い検出値を示す場合と、低い検出値を示す場合とに分けて対応付けた対応措置情報を記憶する対応措置情報記憶部と、
異常有無の判定対象としたセンサーが前記異常判定部により異常が有ると判定された場合、当該センサーの検出値に基づいて、対応する対応措置を報知する報知部と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。 - 所定のエネルギーが加えられる流体を循環させる流体循環経路と、前記流体の状態を検出するための流体状態検出用センサーを含む複数のセンサーとを備え、前記流体を循環させる過程で前記流体のエネルギーを放出させて所定の仕事を行わせるエネルギー機器において、
前記流体にエネルギーを加えるのを停止した後、前記流体が定常状態に戻ったときに、各センサーの検出値を相互に比較して、各センサーの異常の有無を判定する異常判定部と、
各センサーについて、センサー特性、検出対象および検出位置のうち、少なくともいずれか一に基づいて、前記異常判定部において異常の有無を判定する際の相互比較の対象センサーとするか否かを判定する比較対象可否判定部と、を備えたこと、
を特徴とするエネルギー機器。
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