JP5642227B2 - 空気調和装置及び空気調和装置監視システム - Google Patents

空気調和装置及び空気調和装置監視システム Download PDF

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Description

本発明は、冷媒を循環させる冷媒回路を有する空気調和装置及び空気調和装置監視システムに関するものである。
冷凍サイクルを行う空気調和装置において、装置を据え付けてから稼働期間が長期間経過すると、圧縮機自体が劣化する。具体的には、圧縮機構部の摩耗により圧縮機内部での高圧側から低圧側への冷媒漏れ等が生じることで、圧縮効率が低下して冷凍サイクルのCOP(成績係数)が低下する。従来は、このように圧縮機が劣化してもそれを直接知る方法はなく、明らかに異常と分かる事態が生じるまで、もしくは圧縮機が完全に故障するまで、更新されることなく放置されているケースが多かった。そこで従来、冷媒回路を有する冷凍サイクル装置において、冷媒回路における圧縮機の劣化検知技術がいくつか提案されている。
従来技術として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置において、圧縮機吸入温度と、圧縮機吸入圧力と、圧縮機吐出温度と、圧縮機吐出圧力とに基づいて算出されるポリトロープ指数などの値を算出し、この算出値を用いて圧縮機の劣化を検知する冷凍装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。この冷凍装置では、算出値の経時変化などから圧縮機の劣化を検知し、圧縮機の更新時期の判断を可能としている。
別の従来技術として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置において、所定の時期毎に少なくとも低圧側の冷媒の状態値を同じにする運転を行い、ポリトロープ指数又はポリトロープ効率を求め、圧縮機の劣化を判定する冷凍装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2002−147905号公報(要約) 特開2003−214735号公報(要約)
これらの従来技術は、ポリトロープ指数が圧縮行程の前後の冷媒状態が一定である限りは変化しない値であるため、この値が変化していてその変化が所定の範囲を超えていると圧縮機が劣化していると判断するものである。このような従来技術では、圧縮機の吐出側及び吸入側に冷媒の温度や圧力を計測するセンサが設けられており、それらのセンサ計測値に基づいて圧縮機の劣化判定指標を演算して、劣化判定をしている。
空気調和装置では通常、運転制御動作等に用いられるセンサが設置されているが、運転制御動作等に影響が無い場合には、原価低減等の目的により不要なセンサが削除されることがある。例えば圧縮機の吸入冷媒温度を直接検出可能なセンサが設置されない場合に、これらの従来技術を適用するには吸入冷媒温度を推定する手段が必要となる。吸入冷媒温度を推定する手段としては、例えば冷媒回路における圧縮機吸入側の上流にある、室内熱交換器出口の冷媒温度を代用する方法がある。
しかしながら、例えばビル用マルチエアコンのように、室外ユニットと室内ユニットとが配管長の長い延長配管を用いて接続されるような空気調和装置においては、室内熱交換器出口から圧縮機吸入側に至る冷媒流路が長くなる。このため、空気調和装置が設置される環境条件の変化、例えば外気温変化の影響度合いが相対的に大きくなる。外気温が変化すると、配管周囲の空気温度と冷媒温度との温度差が変わり冷媒配管での熱量が変動するため、室内熱交換器出口から圧縮機吸入側に至る間の冷媒温度の変化度合いが変わってくる。
また、延長配管の配管長によっても冷媒配管での熱量が変化するため、環境条件の変化が冷媒温度に与える影響も変化する。一般的に、延長配管の配管長は空気調和装置の設置対象の状況に応じて変更されるため、設置状況により環境条件の変化の冷媒温度への影響度合いが変わってくることになる。
よって、圧縮機の劣化状態が同じで且つ室内熱交換器出口の冷媒温度が同じ状態であっても、外気温条件の変化、空気調和装置の設置状況、更には製造時に生じる圧縮機性能の個体差等により圧縮機の吸入冷媒温度が異なる状況が生じる。しかし、従来技術では、この点を考慮せず劣化判定を行っているため、正確な圧縮機劣化判定ができないといった問題があった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、外気温条件の変化、設置状況、圧縮機毎の個体差を考慮して高精度な圧縮機劣化判定が可能となる空気調和装置及び空気調和装置監視システムを得ることを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、運転容量が可変である圧縮機、室外熱交換器、絞り装置及び室内熱交換器を有し、冷媒が循環するように構成された冷媒回路と、冷媒回路の運転状態量を検出する運転状態量検出装置と、外気温を検出する外気温検出装置と、初期運転時に複数の外気温条件で、冷媒回路の運転状態が所定の運転条件を満たしたときの運転状態量を取得し、取得した運転状態量に基づいて、圧縮機の劣化判定指標の基準値である判定基準値を複数の外気温条件のそれぞれに対応して算出し、算出した判定基準値に基づいて、任意の外気温に対応した判定基準値の設定に必要な実測情報を作成する初期学習部と、劣化判定時において、冷媒回路の運転状態が、予め設定された劣化判定指標取得条件を満たしたときの運転状態量検出装置による運転状態量を用いて、劣化判定時現在の圧縮機の劣化判定指標を算出する劣化判定指標算出部と、初期学習部により作成された実測情報と、外気温検出装置で検出された劣化判定時現在の外気温と、運転状態量検出装置で検出された運転状態量とに基づいて、劣化判定時現在の外気温に対応した判定基準値を設定する基準値設定部と、劣化判定指標算出部により算出された劣化判定指標と、基準値設定部により設定された判定基準値とに基づいて圧縮機が劣化しているか否かを判定する劣化判定部とを備え、基準値設定部は、劣化判定時において冷媒回路の運転状態が劣化判定指標取得条件を満たす状態にならない場合、劣化判定指標取得条件を、実測情報がカバーする運転状態範囲内の別の劣化判定指標取得条件に変更し、再度、判定基準値を設定し直し、劣化判定部は再度設定し直された判定基準値に基づいて圧縮機の劣化を判定するものである。
本発明によれば、外気温条件の変化、設置状況、圧縮機毎の個体差を考慮した高精度な圧縮機劣化判定が可能となる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒の状態遷移を示すP−h線図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における圧縮機劣化判定モードの流れを示すフローチャートである。 図4の初期学習モードの流れを示すフローチャートである。 図5の冷媒状態制御運転モード1の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における判定基準値δmの関数表の一例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における判定基準値δm外気温補正式の一例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における判定基準値δm外気温補正式の他の一例を示す図である。 図4の冷媒状態制御運転モード2の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における初期学習モードの流れの変形例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置監視システム1000を説明する構成図である。
実施の形態1.
《機器構成》
本発明の実施の形態1の空気調和装置100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100の冷媒回路図である。空気調和装置100は、室外ユニットAと、複数の室内ユニットB1、B2とを有し、冷媒配管により接続されている。室外ユニットAは、圧縮機1、四方弁2及び室外熱交換器3を備えている。室内ユニットB1、B2は、室内熱交換器5a、5bと、開度可変の減圧装置である膨張弁4aと4bとを有している。そして、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁4a、4b、室内熱交換器5a、5bにより冷媒を循環させる冷媒回路が形成されている。
室外熱交換器3には空気を送風する室外送風装置6が設けられている。また、室内熱交換器5a、5bにも同様に空気を送風する室内送風装置7a、7bが設けられている。これらの送風装置は空気を送風するファンであり、DCモータ(図示せず)によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等から構成されており、送風量を調整することが可能になっている。
圧縮機1は、運転周波数(以下、圧縮機周波数という)を可変させることが可能な容積式圧縮機である。圧縮機周波数を可変させる制御方法は、例えば、インバータにより制御されるモータの駆動による方法がある。
室外ユニットAの配管出口に設けられたバルブ11a、11bは、例えばボールバルブや開閉弁、操作弁などの開閉動作が可能な弁により構成されている。
四方弁2は、冷媒の流れの方向を切り換える機能を有する弁である。冷房運転時には、圧縮機1の吐出側と室外熱交換器3とを接続するとともに、圧縮機1の吸入側と室内ユニットとの接続配管を接続するように冷媒流路を切り換える(図1の四方弁2の実線)。暖房運転時には、圧縮機1の吐出側と室内ユニットとの接続配管を接続するとともに、圧縮機1の吸入側と室外熱交換器3とを接続するように冷媒流路を切り換える(図1の四方弁2の破線)。
なお、本実施の形態では、室内ユニットが2台(B1、B2)の場合の構成を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、室内ユニットが1台もしくは3台以上の複数でも良い。また、複数の室内ユニットのそれぞれの容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量でも良い。
なお、本実施の形態における空気調和装置100の冷媒回路を循環する冷媒の種類は、特に限定は無く、任意の冷媒を用いることができる。例えば、二酸化炭素(CO)、炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒の他、R410Aはもちろん、R407C、R404A等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒を採用してもよい。
なお、本実施の形態では、四方弁2を設けて暖房運転と冷房運転とを切り換え可能な冷媒回路を構成する場合を説明するが、本発明はこれに限るものではない。例えば、四方弁2を設けずに、冷房運転のみ又は暖房運転のみを行うようにしてもよい。
続いて、センサ類と制御部について説明する。
室外ユニットAは、運転状態量検出装置として、吐出温度センサ41、室外吸込空気温度センサ40、吐出圧力センサ31及び吸入圧力センサ32を備えている。また、室外ユニットAは更に、外気温を検出する外気温検出手段として、室外吸込空気温度センサ40を備えている。
吐出温度センサ41は、圧縮機1の吐出側に設置され、圧縮機1より吐出した冷媒の温度を検出する。
吐出圧力センサ31は、圧縮機1の吐出側に設置され、圧縮機1から吐出された冷媒の圧力を検出する。吸入圧力センサ32は、圧縮機1の吸入側に設置され、圧縮機1に吸入される冷媒の圧力を検出する。吐出圧力センサ31の検出値の圧力を飽和温度に換算することにより、冷凍サイクルの凝縮温度CTを求めることができ、吸入圧力センサ32の検出値の圧力を飽和温度に換算することにより、冷凍サイクルの蒸発温度ETを求めることができる。
なお、吐出圧力センサ31及び吐出温度センサ41の設置位置については図示位置に限られたものではなく、圧縮機1の吐出側から四方弁2に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。また、吸入圧力センサ32の設置位置についても図示位置に限られたものではなく、四方弁2から圧縮機1の吸入側に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。
室外吸込空気温度センサ40は、室外熱交換器3に取り込まれる空気温度を検出し、室外熱交換器3が設置される室外ユニットAの周囲空気温度を検出する。
室内ユニットB1、B2は、運転状態量検出装置として、室内熱交換器5a、5bの出入口に、ガス側温度センサ44a、44b、液側温度センサ45a、45bを備えている。また、室内温度を検出する室温検出手段として、室内吸込空気温度センサ43a、43bを備えている。
ガス側温度センサ44a、44bは、冷房運転時に室内熱交換器5a、5bから流出する冷媒の温度を検出する。液側温度センサ45a、45bは、暖房運転時に室内熱交換器5a、5bから流出する冷媒の温度を検出する。
室内吸込空気温度センサ43a、43bは、室内熱交換器5a、5bに取り込まれる空気温度を検出し、室内ユニットの周囲空気温度を検出する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の制御ブロック図である。
図2には、本実施の形態1の空気調和装置100の計測制御を行う制御部30及びこれに接続されるセンサ類、機器類の接続構成を表している。
制御部30は、例えば室外ユニットAに内蔵されており、測定部30aと、演算部30bと、駆動部30cと、記憶部30dと、判定部30eとを備えている。制御部30は、本発明の初期学習部、劣化判定指標算出部、基準値設定部及び劣化判定部を機能的に実現する。
測定部30aには、各種センサ類(圧力センサ及び温度センサ)より検出された運転状態量が入力され、圧力や温度の測定を行う。また、測定部30aは運転状態量として圧縮機1の圧縮機周波数の検出も行う。測定部30aで計測された運転状態量は演算部30bに入力される。
演算部30bは、測定部30aで測定された運転状態量に基づき、予め与えられた式等を用いて例えば冷媒物性値(飽和圧力、飽和温度、エンタルピなど)を演算する。また、演算部30bは測定部30aで測定された運転状態量に基づき、圧縮機1の劣化判定を行うための劣化判定指標を演算する等の演算処理を行う。
駆動部30cは、演算部30bの演算結果に基づき、圧縮機1、膨張弁4a、4b、室外ファン6、室内ファン7a、7b等を駆動する。
記憶部30dは、演算部30bによって得られた結果や予め定められた定数、冷媒の物性値(飽和圧力、飽和温度)を計算する関数式又は関数表(テーブル)などを記憶する。記憶部30d内のこれらの記憶内容は、必要に応じて参照、書き換えることが可能である。記憶部30dには、更に制御プログラムが記憶されており、記憶部30d内のプログラムに従って制御部30が空気調和装置100を制御する。
判定部30eは、演算部30bによって得られた結果に基づいて比較、判定等の処理を行う。判定部30eは、演算部30bにより得られた劣化判定指標を閾値判定することで圧縮機1の劣化判定を行う。圧縮機劣化判定方法の詳細は後述する。
測定部30a、演算部30b、駆動部30c及び判定部30eは例えばマイコンにより構成され、記憶部30dは半導体メモリ等によって構成される。
また、制御部30には、出力部30gが接続されている。出力部30gは、マイコンでの処理結果を出力するLED、液晶ディスプレイ等の表示装置、音声等で外部に報知する報知装置の他、電話回線、LAN回線、無線等の通信手段(図示せず)により遠隔地へ情報を出力する装置等であり、図2ではこれらをまとめて出力部30gとして示している。制御部30には更に、入力部30fが接続されている。入力部30fは、タッチパネルやボタンなどの入力装置の他、電話回線、LAN回線、無線等の通信手段(図示せず)から通信データ情報を入力する装置であり、図2ではこれらをまとめて入力部30fとして示している。
なお、表示装置、報知装置及び入力装置は、空気調和装置100内に内蔵されていてもよいし、これら全部あるいはこれらのうち一部が空気調和装置100の外部に設置されていてもよい。また、これらのうち一部あるいは全部を具備していない構成であっても、何らかの代替手段があればよい。例えば遠隔地点に通信手段で接続されたコンピュータに表示装置、報知装置及び入力装置のうち全部あるいは一部を具備させ、空気調和装置100に設けた場合と同様の使用できる構成としてもよい。
また、本実施の形態1の構成例では制御部30を室外ユニットAに内蔵する構成としたが、本発明はこれに限るものではない。室外ユニットAにメイン制御部を、室内ユニットB1、B2に制御部の機能の一部を持つサブ制御部を設けて、メイン制御部とサブ制御部との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成や、室内ユニットB1、B2に全ての機能を持つ制御部を設置する構成、あるいはこれらの外部に制御部を別置する形態等としてもよい。
《運転動作(冷房モード)》
続いて、実施の形態1の空気調和装置100における代表的な運転モードであり、後に説明する圧縮機劣化判定モードと同じ冷媒の流れとなる冷房モードの運転動作について図1に基づき説明する。冷房モード時は四方弁2が図1の実線で示させる状態、すなわち、圧縮機1の吐出側が室外熱交換器3に接続され、かつ圧縮機1の吸入側が室内熱交換器5a、5bに接続された状態となっている。
圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁2を経て凝縮器である室外熱交換器3へ流入する。室外熱交換器3に流入した冷媒は、室外ファン6の送風作用により凝縮液化し、高圧低温の冷媒となる。凝縮液化した高温低圧の冷媒は、膨張弁4a、4bで減圧されて二相冷媒となり、蒸発器である室内熱交換器5a、5bへ送られる。室内熱交換器5a、5bへ送られた冷媒は、室内ファン7a、7bの送風作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、低圧ガス冷媒は四方弁2を経て圧縮機1へ吸入される。
ここで、膨張弁4a、4bはそれぞれ室内熱交換器5a、5bの出口における冷媒過熱度が所定値になるように開度を調整して室内熱交換器5a、5bを流れる冷媒の流量を制御している。このため、室内熱交換器5a、5bにおいて蒸発された低圧のガス冷媒は、所定の過熱度を有する状態となる。室内熱交換器5a、5bの出口における冷媒過熱度は、ガス側温度センサ44a、44bの検出値から吸入圧力センサ32の圧力検出値の飽和温度換算値(蒸発温度ET)を引いた値で検出する。このように、各室内熱交換器5a、5bには、室内ユニットB1、B2が設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。
《圧縮機劣化判定方法》
本実施の形態1の圧縮機劣化判定方法では、据付から所定期間が経過した時の所定の運転条件(劣化判定指標取得条件)における運転状態量(劣化判定指標)と、据付初期において劣化判定指標取得条件と同一の運転条件における運転状態量(判定基準値)とを比較して圧縮機1の劣化を判定する。この圧縮機劣化判定の原理について図3に基づいて説明する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒の状態遷移を示すP−h線図である。
本実施の形態1に係る空気調和装置100の動作原理である蒸気圧縮式の冷凍サイクルでは、図3に示したモリエル線図(P−h線図)のように、冷媒は圧縮行程においてA点からB点まで圧縮された後、凝縮行程においてC点まで冷却される。C点まで冷却された冷媒は、膨張行程においてD点まで減圧され、蒸発行程においてA点まで加熱される作用を受けて、冷媒回路を循環する。
一方で、据付から長時間(例えば数年)が経過して圧縮機1が劣化すると、圧縮機1の吸入冷媒状態(A点)が同じでも、圧縮行程のカーブが変化して吐出側冷媒状態が変化し、B点がB’点に移動する。この場合、圧縮機入力に相当する圧縮機1でのエンタルピ差が設置当初はΔhcだったのに対し、Δhc’に増加して圧縮機効率が低下する。
このような冷凍サイクルにおいては、上記のような圧縮機効率低下時の圧縮行程のカーブ変化に伴う運転状態量の変化に基づいて圧縮機劣化有無を判定することができる。つまり、圧縮機1の効率が低下するにつれて、運転状態量のうち圧縮機1の吐出冷媒温度がおおよそ単調に上昇する現象が現れる。よって、このような圧縮機効率に対する運転状態量の変化特性に基づいて圧縮機劣化判定を行う。
《圧縮機劣化判定モード》
図4は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における圧縮機劣化判定モードの流れを示すフローチャートである。以下、圧縮機劣化判定における処理の流れについて説明する。各ステップでの詳細な動作説明は、以降で改めて説明する。なお、圧縮機劣化判定モードでは、四方弁2が図1の実線側に切り換えられ、冷媒回路を冷房運転の冷媒流れにして圧縮機劣化判定を行う。
圧縮機劣化判定フロー開始後、判定部30eにて空気調和装置100の圧縮機1の初期状態を記憶する初期学習がなされているかを判定する(ステップS1)。初期学習済であれば(ステップS1;YES)、そのまま次のステップへ移行する。初期学習済でなければ(ステップS1;NO)、初期学習モード動作を行い(ステップS2)、次のステップに進む。初期学習モードは、据付初期の初期運転時に複数の外気温条件で行われるモードであり、ここで初期学習モードの概要について簡単に説明しておく。
まず、冷媒回路を実際に動作させ、冷媒回路の運転状態が所定の運転条件を満たしたときの運転状態量を取得する。そして、取得した複数の運転状態量に基づいて、圧縮機1の劣化判定指標の基準値(閾値)である判定基準値を複数の外気温条件のそれぞれに対応して算出する。そして、算出した各前記判定基準値に基づいて、任意の外気温に対応した判定基準値の設定に必要な実測情報(後述の判定基準値δmの関数、判定基準値δm外気温補正式)を作成するモードである。なお、初期学習モードの動作方法についての詳細は後述する。
次に、制御部30は冷媒状態制御運転モード2を作動させる(ステップS3)。冷媒状態制御運転モード2では、冷媒回路の冷媒状態が通常運転とは異なる冷媒状態制御運転を行う。通常運転は、空調空間の温度が設定温度となるように各アクチュエータ(圧縮機1、室外ファン6、室内ファン7a、7b、膨張弁4a、4b)を制御する運転であり、空調空間の室内負荷や外気温条件等に応じて蒸発温度、凝縮温度、過熱度等が変化する運転である。これに対し、冷媒状態制御運転は、冷媒回路の冷媒状態が、予め設定された劣化判定用の運転条件(蒸発温度、凝縮温度、過熱度)を満足するように各アクチュエータを制御する運転である。冷媒状態制御運転モード2の詳細説明は後述する。
そして、冷媒状態制御運転モード2を作動させた時の冷媒回路の冷媒状態が、劣化判定用の運転条件である劣化判定指標取得条件を満足して安定状態となった後に、測定部30aにてその時の空気調和装置100の運転状態量を検出する(ステップS4)。
また、演算部30bは検出した運転状態量を用いて圧縮機劣化判定の劣化判定指標δを演算する(ステップS5)。ここで劣化判定指標δとしては、例えば圧縮機1の吐出温度Tdから室内熱交換器出口の冷媒温度Teoを減算した値を用いる。吐出温度Tdは吐出温度センサ41の検出値を用いる。室内熱交換器出口の冷媒温度Teoは室内ユニットが一台の場合は、その室内ユニットのガス側温度センサ44a、44bの検出値を用いる。また、室内ユニットが複数台接続されている場合には各室内ユニットの各ガス側温度センサ44a、44bの検出値の平均値を室内熱交換器出口の冷媒温度Teoとして用いる。
次に、圧縮機1の劣化判定の閾値となる判定基準値δmを設定する(ステップS6)。判定基準値δmは、圧縮機1が劣化していない初期状態における劣化判定指標δに相当する。判定基準値δmは、初期学習モードで作成された実測情報と、圧縮機1の劣化判定時現在の外気温と、劣化判定時現在の運転状態量(圧縮機周波数、蒸発温度ET、凝縮温度CT)とに基づいて設定される。判定基準値δmの設定方法の詳細についても、改めて後述する。
その後、判定部30eはステップS5で算出した劣化判定指標δと、ステップS6で設定した判定基準値δmとを比較して圧縮機1が劣化しているか否かを判定する(ステップS7)。判定部30eはδ>δmであれば圧縮機1が劣化していると判断し(ステップS7;YES)、出力部30gにて「圧縮機の劣化異常」信号を出力し(ステップS8)、圧縮機劣化判定モードを終了する。判定部30eはδ≦δmであれば圧縮機1は劣化していないと判断し(ステップS7;NO)、そのまま圧縮機劣化判定モードを終了する。
ところで、ステップS6で設定した判定基準値δmは、初期学習モードで作成した実測情報を用いて求められた値であるため、据付初期において劣化判定時現在と同じ外気温での劣化判定指標である。よって、この判定基準値δmを用いて圧縮機劣化判定を行うことで、圧縮機劣化判定を行うその時々によって外気温が異なっていても、高精度な圧縮機劣化判定が可能になる。また、初期学習モードでは、冷媒回路を実際に動作させて実測情報を取得しているため、その実測情報を用いてステップS6で設定された判定基準値δmは、延長配管の配管長、及び、圧縮機毎の個体差等による影響を考慮した値である。このため、この面においても、高精度な圧縮機劣化判定が可能となる。
なお、ステップS7では、ステップS6で設定した判定基準値δmをそのまま判定閾値として用いたが、判定基準値δmよりも所定値β(例えば0.5K)だけ大きい値、すなわちδ0=δm+β[K]を判定閾値としてもよい。このように判定基準値δmからある程度幅をとった値を判定閾値として用いることにより、圧縮機劣化以外のノイズ要因(例えば、外風など)による影響で劣化判定指標δが変動した場合等における誤判定を回避することができる。
また、本実施の形態1においては圧縮機1が劣化していると1回判定したら「圧縮機の劣化異常」の信号を出力するとしているが、例えば劣化判定が複数回繰り返して判定回数が所定回数以上となった場合に「圧縮機の劣化異常」の信号を出力するとしてもよい。このようにすることで誤判定による異常発報を回避することができ、高精度な圧縮機劣化判定を実現できる。
以下、図4の圧縮機劣化判定モードにおけるステップS2の《初期学習モード》、ステップS3の《冷媒状態制御運転モード2》、ステップS6の《判定基準値δm設定》のそれぞれの動作について順次説明する。
《初期学習モード》
図5は、図4の初期学習モードの流れを示すフローチャートである。以下、初期学習モードの具体的動作について図5のフローチャートに基づいて説明する。
初期学習モード開始後、まず入力部30fにより初期学習条件をインプットする(ステップS11)。
初期学習条件には、例えば、運転状態量のうち圧縮機周波数、凝縮温度CT、蒸発温度ET及び室内熱交出口過熱度SHを設定し、それに加えて外気温Taを設定する。圧縮機周波数の条件数は単一でもよいし、複数でもよい。凝縮温度CT、蒸発温度ET及び室内熱交出口過熱度SHは、それぞれ1条件とする。
また、外気温Taの条件は2条件以上設定する。設定方法は、例えば2条件設定する場合、条件1:35℃、条件2:30℃というように外気温条件を全て数値で直接設定する。他に例えば、条件1:外気温の基準条件(以下、基準外気温という)Ta0(=35℃)、条件2:Ta0−所定値(例えば5℃)というように、基準外気温と所定値とに基づいて設定しても良い。3条件以上の場合も同様である。なお、ここでは外気温条件を数値単一指定として説明しているが、この方式に限定されるものではなく、例えば範囲指定としてもよい。範囲指定の場合は、例えば基準外気温Ta0≧30℃、Ta0±3〜5℃というように設定する。
また、室内熱交出口過熱度SHは、後述の図7の関数表の共通条件における室内熱交出口過熱度SHと同じとする。つまり、図7の関数表を用いる場合、2℃とする。
ここでは、外気温の条件が2条件(30℃、35℃)、圧縮機周波数は3条件(78Hz、88Hz、98Hz)、蒸発温度ETが1条件(5℃)、凝縮温度CTが1条件(38℃)と設定されているものとする。この場合、外気温条件毎に3つの運転条件が設定されることになるため、初期学習条件には計6つの運転条件が設定されることになる。
また、ここでは外部から入力部30fを介して初期学習条件を入力するとして説明しているが、初期学習条件は記憶部30dに予め記憶されていてもよい。また、凝縮温度CTと蒸発温度ETの代わりに高圧圧力と低圧圧力の圧力値を入力してもよい。
次に、測定部30aにて外気温を検出する(ステップS12)。ここでは、室外吸込空気温度センサ40の計測値を外気温として用いる。そして、演算部30bは、外気温が初期学習条件で設定した外気温の所定条件(30℃、35℃)を満たしているか否かを判断する(ステップS13)。外気温が所定条件を満たしていれば、そのまま次のステップに進み(ステップS13;YES)、外気温が所定条件を満たしていなければ(ステップS13;NO)、ステップS21へ進む。
外気温が所定条件を満たしていれば(ステップS13;YES)、外気温条件毎に設定された3つの運転条件のうち、1つ目の運転条件を、圧縮機周波数の目標値Fm1、蒸発温度ETの目標値ETm1、凝縮温度CTの目標値CTm1、室内熱交出口過熱度SHの目標値SHm1として設定する。そして、制御部30は冷媒状態制御運転モード1を作動させる(ステップS14)。ここでは、外気温が35℃であるものとする。
[冷媒状態制御運転モード1]
図6は、図5の冷媒状態制御運転モード1の流れを示すフローチャートである。以下、冷媒状態制御運転モード1の具体的動作について図6のフローチャートに基づいて説明する。冷媒状態制御運転モード1では、各アクチュエータは以下のように動作する。なお、冷媒状態制御運転モード1は、冷媒回路の冷媒状態が初期学習条件を満足するように各アクチュエータを制御する運転であり、ここではまず、上記1つ目の条件を満足するように制御する。
制御部30は、圧縮機周波数Fが目標値Fm1となるように制御する(ステップS30)。
次に、制御部30は、吸入圧力センサ32の検出値の圧力を飽和温度換算した蒸発温度ETが、目標値ETm1になるように室内ファン7a、7bの回転数を制御する。すなわち、制御部30は、蒸発温度ETと目標値ETm1とを比較し(ステップS31)、蒸発温度ETが目標値ETm1と等しい場合、室内ファン7a、7bの回転数、つまりファン風量をそのまま維持し(ステップS31;YES)、次のステップに進む。
一方、蒸発温度ETが目標値ETm1よりも大きい場合(ET>ETm1)、制御部30は、室内ファン7a、7bの回転数を減少させ、蒸発温度ETが目標値ETm1よりも低下している場合(ET<ETm1)、室内ファン7a、7bの回転数を増加させる(ステップS31;NO、ステップS32)。
また、制御部30は、吐出圧力センサ31の検出値の圧力を飽和温度換算した凝縮温度CTが、目標値CTm1になるように室外ファン6の回転数を制御する。すなわち、制御部30は、凝縮温度CTと目標値CTm1を比較し(ステップS33)、凝縮温度CTが目標値CTm1と等しい場合には、室外ファン6の回転数、つまりファン風量はそのまま維持し(ステップS33;YES)、次のステップに進む。
一方、凝縮温度CTが目標値CTm1よりも上昇している場合(CT>CTm1)、制御部30は、室外ファン6の回転数を増加し、風量を増加させ、凝縮温度CTが目標値CTm1よりも低下している場合(CT<CTm1)、室外ファン6の回転数を減少させ、風量を減少させる(ステップS33;NO、ステップS34)。
また、制御部30は、室内熱交換器5a、5b出口の冷媒過熱度SHが、目標値SHm1になるように膨張弁4a、4bの開度を制御する。すなわち、制御部30は、室内熱交出口過熱度SHと目標値SHm1とを比較し(ステップS35)、室内熱交出口過熱度SHが目標値SHm1と等しい場合には、膨張弁4a、4bの開度はそのまま維持し(ステップS35;YES)、次のステップに進む。
一方、室内熱交出口過熱度SHが目標値SHm1よりも上昇している場合(SH>SHm1)、制御部30は、膨張弁4a、4bの開度を増加させ、室内熱交出口過熱度SHが目標値SHm1よりも低下している場合(SH<SHm1)、膨張弁4a、4bの開度を減少させる(ステップS35;NO、ステップS36)。
その後、制御部30は、蒸発温度ET、凝縮温度CT、室内熱交出口過熱度SHが全て目標値になったか否かを判断する(ステップS37)。蒸発温度ET、凝縮温度CT、室内熱交出口過熱度SHの何れか1つでも目標値になっていなければ(ステップS37;NO)、ステップS31に戻る。制御部30は、蒸発温度ET、凝縮温度CT及び室内熱交出口過熱度SHが全て、目標値になっていれば(ステップS37;YES)、冷媒状態制御運転モード1を終了する。
そして、図5のフローチャートに戻る。
以上のステップS14の冷媒状態制御運転モード1により、初期学習時現在の冷媒回路は、1つ目の運転条件を満足した運転状態となっている。そして、初期学習時現在の冷媒回路が1つ目の運転条件を満足して安定状態となった後に、測定部30aにて、その時の空気調和装置100の運転状態量を検出する(ステップS15)。
また、制御部30は、検出した運転状態量を用いて圧縮機1の劣化判定指標δを演算し、記憶部30dに記憶する(ステップS16)。ここで演算する劣化判定指標δは、上述したように、例えば圧縮機1の吐出温度Tdから室内熱交換器出口の冷媒温度Teoを減算した値である。このステップS16で算出された劣化判定指標δは、据付初期で外気温が35℃のときに、冷媒回路を実際に動作させて得た劣化判定指標であり、延長配管の配管長等による影響が反映された劣化判定指標である。
そして、制御部30は、初期学習時現在の外気温が、初期学習条件の複数の外気温条件のうちの一つであって、後述の図7に示す関数表の共通条件である基準外気温であるかを判断する(ステップS17)。初期学習時現在の外気温が基準外気温である場合、制御部30は、ステップS18〜ステップS20の処理を行う。
すなわち、制御部30は、ステップS15で検出された運転状態量を用いて、記憶部30dに予め記憶されている標準情報に基づいて判定基準値δmを算出する(ステップS18)。標準情報は判定基準値δmの関数であり、ここでは、圧縮機周波数、冷媒回路における冷媒の蒸発温度ET、凝縮温度CTといった運転状態量を変数とした次の図7に示すような関数表形式とする。この標準情報は、対象機種の圧縮機性能特性を基に、シミュレーション等により予め求めたものであり、記憶部30dにて機種データとして予め記憶保持されたものである。
図7は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における判定基準値δmの関数の値を表形式とした関数表の一例を示す図である。
この例では、各関数表(1)〜(3)の共通条件として外気温Taが35℃、室内熱交出口過熱度SHが2℃であり、変数が、圧縮機周波数78Hz/88Hz/98Hz、凝縮温度CT38℃/42℃/46℃、蒸発温度ET0℃/2℃/5℃の各条件である場合の例を示している。そして、共通条件の外気温(ここでは35℃)が基準外気温である。また、δ[111]〜δ[333]に格納される各数値は、上述したようにシミュレーション等により予め求められたものであり、圧縮機1が劣化していない初期状態における劣化判定指標δである。
ステップS18では、ステップS15で検出された運転状態量のうち、圧縮機周波数と、凝縮温度CTと、蒸発温度ETとの値を用いて、図7の関数表を基に、線形補間により運転状態量に対応する判定基準値δmを求める。ここでは、外気温が35℃であり、Fm1=78Hz、ETm1=5℃、CTm1=38℃、SHm1=2℃と設定されているとすると、δ[113]を判定基準値δmとして求める。なお、他の例を説明すると、運転状態量が圧縮機周波数78Hz、CT42.5℃、ET2.2℃であったとすると、図7の圧縮機周波数78Hzの関数表(1)において初期学習時現在の運転状態量に近い近隣の数値であるδ[122]、δ[123]、δ[132]、δ[133]の値を用いて線形補間により劣化判定指標δを求め、これを判定基準値δmとする。
なお、図7の関数表には圧縮機周波数、凝縮温度CT、蒸発温度ET、室内熱交出口過熱度SH、外気温Taの各条件に具体的数値を記載しているが、これらの数値は一例を示したに過ぎず、それらは実使用条件等に応じて適宜設定すれば良い。
そして、制御部30は、ステップS16で算出した劣化判定指標δと、ステップS18で求めた判定基準値δmとが乖離しているか否かを判定する(ステップS19)。制御部30は、劣化判定指標δと判定基準値δmとが乖離していると判定した場合(ステップS19;YES)、図7の関数表(判定基準値δmの関数の一例)を補正する(ステップS20)。
補正方法は、まず劣化判定指標δと判定基準値δmとの比により補正係数αを算出する。すなわち、α=δ/δmである。そして、この補正係数αを判定基準値δmに乗算することで補正を行う。具体的には、ここでは圧縮機周波数が78Hzであるため、図7の関数表(1)のδ[111]〜δ[133]の値に補正係数αを乗算し、関数表(1)の各判定基準値δmを一律補正する。
一方、制御部30は、乖離していないと判定した場合(ステップS19;NO)、ステップS20の処理は行わずに次のステップS21に進む。
また、劣化判定指標δと判定基準値δmとが乖離しているか否かの判定は、例えば以下のようにして行う。すなわち、δとδmとが所定値以上、例えば0.5K以上の差がある場合は乖離していると判定し、0.5K未満の差であれば乖離していないと判定する。
以上のステップS17〜S20により、据付初期で外気温が基準外気温のときの実測の劣化判定指標δに基づいて、記憶部30dに予め記憶された標準情報が補正されることになる。
続いて、ステップS21では予め設定した初期学習条件の各運転条件での劣化判定指標δの取得が全て完了したか否かを判定する(ステップS21)。ここでは、外気温35℃における3つの運転条件のうち1つ目の運転条件が完了した状態であり、外気温35℃におけるあと2つの運転条件と、外気温30℃における3つの運転条件とがまだ残っているため(ステップS21;NO)、ステップS12へ戻り、外気温35℃における2つ目の運転条件で同様の動作を行う。そして、6つの全ての運転条件での動作が終了し、全ての運転条件が完了すれば(ステップS21;YES)、次のステップに進む。
このように、初期学習条件に外気温条件を複数設定しているため、初期学習条件の全運転条件での劣化判定指標δの取得が完了すると、複数の外気温条件での複数の劣化判定指標δが取得できる。
続いて、複数の外気温条件での複数の劣化判定指標δを基に、数学的近似により判定基準値δmの外気温補正式を生成する(ステップS22)。この判定基準値δm外気温補正式は、図4のステップS6で、基準外気温以外の外気温に対応した判定基準値δmの設定を可能とするためのものである。以下、判定基準値δm外気温補正式の生成方法について説明する。
[判定基準値δm外気温補正式の生成方法]
図8は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における判定基準値δm外気温補正式の一例を示す図である。
初期学習条件の外気温条件のうち、基準外気温をTa0、その時の劣化判定指標δをδ0とする。また、外気温条件の他の条件の外気温をTa1、その時の劣化判定指標δをδ1とする。外気温Ta1と基準外気温Ta0との外気温差ΔTaと、外気温Ta1での劣化判定指標δ1と基準外気温Ta0での劣化判定指標δ0との差(以下、判定基準値δm補正量という)ΔTとの関係は、おおよそ比例関係となる。
従って、各外気温条件のそれぞれで得られた劣化判定指標δを用いて線形近似を行い、外気温差ΔTaと判定基準値δm補正量ΔTとの関係式、つまり判定基準値δm外気温補正式を生成する。ここでは、外気温条件が30℃と35℃の2条件であり、基準外気温Ta0が35℃であるため、35℃を原点(図8のTa0(基準))とし、この原点と、外気温差ΔTaが−5℃のときの「δ1−δ0」のプロット点Pとを結ぶ直線が判定基準値δm外気温補正式となる。判定基準値δm外気温補正式は、図8に示したように右上がりの式となるため、劣化判定時現在の外気温が基準外気温よりも高い場合、正値の補正値が算出され、劣化判定時現在の外気温が基準外気温よりも低い場合、負値の補正値が算出される。
なお、ここでは線形近似による外気温補正式を用いた補正方法を説明したが、3条件以上の外気温条件での劣化判定指標δ計測値を用いて多項式近似を行い、図9に示すような判定基準値δm外気温補正式を生成してもよい。
以上の初期学習モードにより、据付初期に複数の外気温条件で冷媒回路を実際に動作させ、劣化判定の閾値となる判定基準値δmに関する実測情報(判定基準値δmの関数、判定基準値δm外気温補正式)を作成することができる。
なお、初期学習条件は、ここでは、図7の関数表にある値と同じ値を条件として設定したが、室内熱交出口過熱度SH以外は必ずしも同じとしなくてもよく、例えば、圧縮機周波数80Hz、蒸発温度3℃等としてもよい。
《冷媒状態制御運転モード2》
図10は、図4の冷媒状態制御運転モード2の流れを示すフローチャートである。以下、冷媒状態制御運転モード2の具体的動作について図10のフローチャートに基づいて説明する。冷媒状態制御運転モード2では、各アクチュエータは以下のように動作する。なお、冷媒状態制御運転モード2は、上述したように冷媒回路の冷媒状態が予め設定された劣化判定指標取得条件を満足するように各アクチュエータを制御する運転であり、劣化判定指標取得条件として、蒸発温度ETの目標値ETm2、凝縮温度CTの目標値CTm及び室内熱交出口過熱度SHの目標値SHmが予め記憶部30dに記憶されている。
制御部30は、吸入圧力センサ32の検出値の圧力を飽和温度換算した蒸発温度ETが、目標値ETm2になるように圧縮機周波数を制御する。すなわち、制御部30は、蒸発温度ETと目標値ETm2とを比較し(ステップS41)、蒸発温度ETが目標値ETm2と等しい場合、圧縮機周波数をそのまま維持し(ステップS41;YES)、次のステップに進む。
一方、蒸発温度ETが目標値ETm2よりも大きい場合(ET>ETm2)、制御部30は、圧縮機周波数を増加させ、蒸発温度ETが目標値ETm2よりも低下している場合(ET<ETm2)、圧縮機周波数を減少させる(ステップS41;NO、ステップS42)。
また、制御部30は、吐出圧力センサ31の検出値の圧力を飽和温度換算した凝縮温度CTが、目標値CTm2になるように室外ファン6の回転数を制御する。すなわち、制御部30は、凝縮温度CTと目標値CTm2とを比較し(ステップS43)、凝縮温度CTが目標値CTm2と等しい場合には、室外ファン6の回転数、つまりファン風量はそのまま維持し(ステップS43;YES)、次のステップに進む。
一方、凝縮温度CTが目標値CTm2よりも上昇している場合(CT>CTm2)、制御部30は、室外ファン6の回転数を増加し、風量を増加させ、凝縮温度CTが目標値CTm2よりも低下している場合(CT<CTm2)、室外ファン6の回転数を減少させ、風量を減少させる(ステップS43;NO、ステップS44)。なお、室内ファン7a、7bは予め決まった回転数で運転する。
また、制御部30は、室内熱交換器5a、5b出口の冷媒過熱度(以下、室内熱交出口過熱度という)SHが、予め設定された劣化判定指標取得条件の目標値SHm2になるように膨張弁4a、4bの開度を制御する。すなわち、制御部30は、室内熱交出口過熱度SHと目標値SHm2とを比較し(ステップS45)、室内熱交出口過熱度SHが目標値SHm2と等しい場合には、膨張弁4a、4bの開度はそのまま維持し(ステップS45;YES)、次のステップに進む。
一方、室内熱交出口過熱度SHが目標値SHm2よりも上昇している場合(SH>SHm2)、制御部30は、膨張弁4a、4bの開度を増加させ、室内熱交出口過熱度SHが目標値SHm2よりも低下している場合(SH<SHm2)、膨張弁4a、4bの開度を減少させる(ステップS45;NO、ステップS46)。
その後、制御部30は、蒸発温度ET、凝縮温度CT、室内熱交出口過熱度SHが全て目標値になったか否かを判断する(ステップS47)。蒸発温度ET、凝縮温度CT、室内熱交出口過熱度SHの何れか1つでも目標値になっていなければ(ステップS47;NO)、ステップS41に戻る。制御部30は、蒸発温度ET、凝縮温度CT及び室内熱交出口過熱度SHが全て、目標値になっていれば(ステップS47;YES)、冷媒状態制御運転モード2を終了する。
なお、ステップS41では、蒸発温度ETが目標値ETm2と等しいか否かを判断しているが、蒸発温度ETが目標値ETm2を含む所定範囲(例えば、目標値ETm2±1℃)内であるか否かを判断するようにしてもよい。すなわち、蒸発温度ETが目標値ETm2を含む所定範囲内であればステップS43に移行し、蒸発温度ETが目標値ETm2を含む所定範囲から逸脱していれば、ステップS42の処理に移行する。このように目標値に範囲を持たせてもよい点は、ステップS43の凝縮温度CTと、ステップS45の室内熱交出口過熱度SHとにおいても同様である。
ところで、劣化判定指標取得条件として、蒸発温度ET、凝縮温度CT及び室内熱交出口過熱度SHのそれぞれの目標値を設定しているが、空調負荷状態等によっては、その目標値に制御できない場合がある。例えば、室内負荷が空気調和装置100の最大容量をオーバーするような場合が考えられ、その場合には蒸発器の熱交換量が足りず、室内ファン7a、7bや圧縮機周波数をいくら調整しても、蒸発温度ETを目標値にすることができない。また、凝縮温度CTについても同様であり、目標値にすることができない場合がある。
このような場合に対応できるよう、劣化判定指標取得条件の蒸発温度ETの目標値ETm2、凝縮温度CTの目標値CTm2を、空気調和装置100の空調負荷状態等に応じて変更しても良い。その場合は、初期学習モードで作成した実測情報に基づいて劣化判定時に判定基準値δmを設定できるよう、実測情報がカバーする範囲内で変更が可能である。例えば、実測情報がカバーする蒸発温度ETの範囲が0〜5℃、凝縮温度CTの範囲が38〜46℃であれば、この範囲において任意の値を目標値ETm2、CTm2として設定可能である。なお、ここでは、冷媒状態制御運転モード2を行って積極的に運転状態量が目標値になるように制御している。しかし、実測情報がカバーする範囲内に運転状態があるときの運転状態量に基づいて判定指標を算出して劣化判定を行えればよい。このため、必ずしも冷媒状態制御運転モード2は行わなくてもよい。
《判定基準値δm設定》
次に、判定基準値δmの設定方法を説明する。判定基準値δmは、上述したように初期学習モードで作成された実測情報と、劣化判定時現在の外気温と、劣化判定時現在の運転状態量と、に基づいて設定する。以下、具体例で説明する。ここでは、説明の便宜上、初期学習モードで実測値に基づき補正済の判定基準値δmの関数が図7の関数表であるものとする。また、劣化判定時現在の外気温が37℃、冷媒状態制御運転モード2での各目標値ETm2、CTm2、SHm2が、順に5℃、38℃、2℃、圧縮機周波数が78Hzであるものとする。
この場合、まず劣化判定時現在の運転状態量に対応した判定基準値δmとして、図7よりδ[113]が求められる。そして、図7の基準外気温Ta0=35℃であるため、劣化判定時現在の外気温37℃との温度差(外気温差ΔTa)が+2℃である。この外気温差+2℃と判定基準値δm外気温補正式とに基づき、外気温差が+2℃である場合の判定基準値δm補正量ΔTを求める。この判定基準値δm補正量ΔTとδ[113]とを加算して、劣化判定時現在の外気温に対応した判定基準値δmを求める。このようにして判定基準値δmを求めることで、劣化判定時現在の外気温条件及び空気調和装置100の設置状況を考慮した適切な判定基準値δmを求めることができる。
図4のステップS7の圧縮機劣化判定では、このようにして求めた判定基準値δmとステップS5で算出した劣化判定指標δとを比較して圧縮機1の劣化を判定するため、高精度な圧縮機劣化判定が可能となる。
なお、圧縮機劣化判定を実施する前提条件として、圧縮機周波数が所定値以上となる場合に劣化判定をするとしてもよい。ここでの所定値は、例えば関数表の圧縮機周波数範囲内にある周波数78Hzと設定する。このように圧縮機劣化判定を行う圧縮機周波数に条件を設けて関数表における圧縮機周波数範囲内でのみ判定を実施することで、適切な判定基準値による高精度な圧縮機劣化判定を実現できる。
《初期学習モードの変形例1》
ところで、上記では初期学習モードの際、予めシミュレーション等により作成された標準情報を、初期運転時に算出した劣化判定指標δに基づいて補正し、実測情報を作成するようにしていた。しかし、この方法に限らず、初期学習モードで最初から実測情報を作成していくようにしてもよい。この場合の処理フローを次の図11に示す。
図11は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100における初期学習モードの流れの変形例1を示すフローチャートである。
図11では、図5のステップS19の処理が省略されると共に、ステップS20に代えてステップS50が設けられている。それ以外のステップは図5と同様である。この図11の処理フローでは、ステップS50に示すように、ステップS18で算出された判定基準値δmと、初期学習時現在の運転状態量とに基づいて関数表を作成するようにしている。
ここで、図5の初期学習モード(以下、初期学習モード1という)と図11の初期学習モード(以下、初期学習モード2という)とを比較する。初期学習モード2では、初期学習モード1とは違って一から関数表を作成する。このため、初期学習モード2において精度の高い関数表を作成するためには初期学習条件の運転条件が十分な数だけ指定されている必要がある。これに対し、初期学習モード1では、予めシミュレーションにより得られた関数表を補正する形式であるため、運転条件数が少なくても精度の高い関数表を得ることができる。このため、初期学習モード1では、初期学習モード2を行う場合よりも早く初期学習モードを終えて通常運転に入ることができる。
また、初期学習モード2では上述のように複数の運転条件が必要であるが、運転条件によってはその運転条件を満たす運転状態にすることが難しい場合がある。例えば、夏期では容易な運転条件であっても、冬期には実現し難い運転条件がある。このため、夏期であれば夏期に対応する運転条件だけしか実現できないため、関数表を作成するためのデータが少なくなる。これに対し、初期学習モード1では、広い運転範囲に対応できるように予め関数表を作成しておくことで、広い運転範囲において圧縮機1の劣化判定が可能となる。
《作用効果》
本実施の形態1に係る空気調和装置100によれば、初期運転時に複数の外気温条件で、冷媒回路の運転状態が初期学習条件を満たしたときの運転状態量を取得し、取得した運転状態量に基づいて実測情報を作成する。この初期学習モードで得られた実測情報に基づいて、劣化判定時に、劣化判定時現在の外気温に対応した判定基準値δmを設定して圧縮機劣化判定を行うため、外気温等の周囲環境条件が変化しても、高精度な圧縮機劣化判定が可能となる。
また、実測情報は、冷媒回路を実際に動作させて得た情報であるため、製造時に生じる圧縮機性能の個体差、空気調和装置100の設置条件(例えば、延長配管の配管長)の差異など、判定対象毎に生じる判定基準値δmの差異が考慮された情報である。このため、この実測情報に基づいて判定基準値δmを設定し、圧縮機劣化判定を行うことで、高精度な圧縮機劣化判定を実現できる。
また、実測情報として運転状態量を変数とする判定基準値δmの関数を作成し、この関数を基に運転状態に応じた判定基準値δmを設定する。これにより、空気調和装置100の負荷状態(室内温度等)の変化等により空気調和装置100の運転状態に変化が生じても、その変化に対応して適切な判定基準値δmを設定できる。よって、高精度な圧縮機劣化判定を実現できる。
また、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、圧縮機1の劣化異常と判定した場合には発報するようにしたため、ユーザー又はメンテナンス業者にとって圧縮機劣化状態の把握が容易になる。
《図4のステップS6「判定基準値δm設定」の変形例》
本実施の形態1では、関数表の外気温条件を基準外気温の1条件とし、その関数表の外気温条件の温度と劣化判定時現在の外気温との温度差の分だけ判定基準値δmを補正し、この補正により劣化判定時現在の外気温に対応した判定基準値δmを求めるようにした。しかし、本発明はこの方法に限るものではない。例えば以下の(1)又は(2)の方法としてもよい。
(1)想定される外気温範囲内の各外気温のそれぞれについて判定基準値δmの関数を用意しておき、劣化判定時に劣化判定時現在の外気温に応じた関数を用いて判定基準値δmを求めるようにしてもよい。この場合、実測情報は判定基準値δmの関数だけでよく、判定基準値δm外気温補正式は不要である。
(2)外気温条件を上記(1)よりも少ない複数条件とし、それぞれについて判定基準値δmの関数を用意しておき、その各関数と判定基準値δm外気温補正式とに基づいて判定基準値δmを補正するようにしてもよい。例えば、30℃と35℃の2条件とした場合、それぞれの判定基準値δmの関数を用意しておき、劣化判定時現在の外気温が37℃であれば、近い温度の35℃の関数を用いて35℃に対応する判定基準値δmをまず求め、その判定基準値δmを、判定基準値δm外気温補正式から求めた温度差2℃分の補正量で補正するようにしてもよい。
《判定基準値δmの関数の変形例》
本実施の形態1では、判定基準値δmの関数を関数表の形式で記憶保持するとして説明したが、この形式に限定されるものではなく、運転状態量を変数とした関数式の形式、その他同様の役割をなすものであれば他の形式であってもよい。
《初期学習モードの変形例2》
本実施の形態1では、初期学習モードの際、複数の運転条件のそれぞれを順次満たすように積極的に運転状況を変更させるとしたが、これに限られたものではない。例えば、空気調和装置100の運転時には通常、目標温度が設定されており、その目標温度となるように運転される。このような運転を行う中で、蒸発温度及び凝縮温度は室内の温度環境等に応じて変動している。このため、例えば据付初期に空気調和装置100の運転を開始後、圧縮機周波数、蒸発温度ET、凝縮温度CT、室内熱交出口過熱度SHがそれぞれ目標値となった場合に、上述と同様にして劣化判定指標δを算出するようにしてもよい。
実施の形態2.
図12は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置監視システム1000を説明する構成図である。
空気調和装置監視システム1000は、実施の形態1の空気調和装置100と、空気調和装置100から離れた地点に設けられた遠隔監視装置102とが通信手段103を介して接続された構成を有する。空気調和装置監視システム1000は、遠隔監視室101に設置された遠隔監視装置102で空気調和装置100等を遠隔監視、及び制御などの集中管理を行うシステムである。通信手段103は、電話回線、LAN回線、無線等により通信を行う手段である。
空気調和装置100は、通信手段103を介して遠隔監視装置102にデータ伝送を行うための有線伝送手段又は無線伝送手段(図示せず)を有しており、冷媒回路の運転状態及び外気温に関する情報と、「圧縮機の劣化異常」信号等の劣化状況に関する情報との少なくとも一方の情報を伝送する。
遠隔監視装置102はコンピュータで構成され、通信手段103を介して空気調和装置100とデータ送受信を行うための有線伝送手段又は無線伝送手段を有しており、空気調和装置100から伝送された情報を表示する表示部102a及び入力部102bを備えている。そして、遠隔監視装置102は、通信手段103を介して空気調和装置100から「圧縮機の劣化異常」信号を受信して表示又は報知したり、空気調和装置100から伝送された運転状態量を取得して圧縮機1の劣化判定を行い、圧縮機1の劣化状況を監視したりといった動作を行う。また、例えば、初期学習条件の入力を遠隔監視装置102から入力したりすることも可能である。なお、遠隔監視室101は複数の空気調和装置100を監視するものであってもよいし、一台の空気調和装置100を監視するものであってもよい。
本実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果が得られると共に、空気調和装置100に搭載された圧縮機1の異常兆候を遠隔監視により常時監視することができる。このため、信頼性の高い空気調和装置100及び異常診断や監視の技術が得られる。
《冷却装置の変形例》
本発明の特徴事項を各実施の形態において説明したが、例えば、冷媒の流路構成(配管接続)、圧縮機・熱交換器・膨張弁等の冷媒回路要素の構成、等の内容は、各実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の技術の範囲内で適宜変更が可能である。
1 圧縮機、2 四方弁、3 室外熱交換器、4a、4b 膨張弁、5a、5b 室内熱交換器、6 室外ファン(室外送風装置)、7a、7b 室内ファン(室内送風装置)、11a、11b バルブ、30 制御部、30a 測定部、30b 演算部、30c 駆動部、30d 記憶部、30e 判定部、30f 入力部、30g 出力部、31 吐出圧力センサ、32 吸入圧力センサ、40 室外吸込空気温度センサ、41 吐出温度センサ、43a、43b 室内吸込空気温度センサ、44a、44b ガス側温度センサ、45a、45b 液側温度センサ、100 空気調和装置、101 遠隔監視室、102 遠隔監視装置、102a 表示部、102b 入力部、103 通信手段、1000 空気調和装置監視システム、A 室外ユニット、B1、B2 室内ユニット、P プロット点。

Claims (14)

  1. 運転容量が可変である圧縮機、室外熱交換器、絞り装置及び室内熱交換器を有し、冷媒が循環するように構成された冷媒回路と、
    前記冷媒回路の運転状態量を検出する運転状態量検出装置と、
    外気温を検出する外気温検出装置と、
    初期運転時に複数の外気温条件で、前記冷媒回路の運転状態が所定の運転条件を満たしたときの運転状態量を取得し、取得した運転状態量に基づいて、前記圧縮機の劣化判定指標の基準値である判定基準値を前記複数の外気温条件のそれぞれに対応して算出し、算出した前記判定基準値に基づいて、任意の外気温に対応した前記判定基準値の設定に必要な実測情報を作成する初期学習部と、
    劣化判定時において、前記冷媒回路の運転状態が、予め設定された劣化判定指標取得条件を満たしたときの前記運転状態量検出装置による運転状態量を用いて、劣化判定時現在の前記圧縮機の劣化判定指標を算出する劣化判定指標算出部と、
    前記初期学習部により作成された前記実測情報と、前記外気温検出装置で検出された劣化判定時現在の外気温と、前記運転状態量検出装置で検出された運転状態量とに基づいて、前記劣化判定時現在の外気温に対応した前記判定基準値を設定する基準値設定部と、
    前記劣化判定指標算出部により算出された前記劣化判定指標と、前記基準値設定部により設定された前記判定基準値とに基づいて前記圧縮機が劣化しているか否かを判定する劣化判定部と
    を備え
    前記基準値設定部は、前記劣化判定時において前記冷媒回路の運転状態が前記劣化判定指標取得条件を満たす状態にならない場合、前記劣化判定指標取得条件を、前記実測情報がカバーする運転状態範囲内の別の劣化判定指標取得条件に変更し、再度、前記判定基準値を設定し直し、
    前記劣化判定部は前記再度設定し直された前記判定基準値に基づいて前記圧縮機の劣化を判定する
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 任意の外気温に対応した前記判定基準値の設定に必要な標準情報を予め記憶する記憶部を備え、
    前記初期学習部は、
    前記初期運転時に検出した運転状態量に基づいて前記圧縮機の前記劣化判定指標を求め、この劣化判定指標に基づいて前記記憶部に記憶されている前記標準情報を補正することで前記実測情報を作成する
    ことを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
  3. 前記初期学習部は、
    前記実測情報の一つとして、前記複数の外気温条件の一つである基準外気温に対応した前記判定基準値の算出に必要な関数を作成すると共に、前記実測情報の他の一つとして、外気温と前記基準外気温との温度差と、前記判定基準値の補正量との関係を表した補正式を数学的近似により作成し、
    前記基準値設定部は、
    前記関数に基づいて前記基準外気温に対応した前記判定基準値を求め、この判定基準値を、前記劣化判定時現在の外気温と前記基準外気温との温度差と、前記補正式とにより算出した補正量により補正して、前記劣化判定時現在の外気温に対応した前記判定基準値を設定する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空気調和装置。
  4. 前記補正式は、
    前記劣化判定時現在の外気温が前記基準外気温よりも高い場合、前記補正量として正値を算出し、
    前記劣化判定時現在の外気温が前記基準外気温よりも低い場合、前記補正量として負値の算出する式であり、
    前記基準値設定部は、
    前記劣化判定時現在の外気温が前記基準外気温よりも高い場合、前記基準外気温に対応した前記判定基準値よりも高く補正した前記判定基準値に基づき劣化判定を行い、
    前記劣化判定時現在の外気温が前記基準外気温よりも低い場合、前記基準外気温に対応した前記判定基準値よりも低く補正した前記判定基準値に基づき劣化判定を行う
    ことを特徴とする請求項3記載の空気調和装置。
  5. 前記数学的近似は、
    線形近似である
    ことを特徴とする請求項3又は請求項4記載の空気調和装置。
  6. 前記数学的近似は、
    多項式近似である
    ことを特徴とする請求項3又は請求項4記載の空気調和装置。
  7. 前記初期学習部は、
    前記実測情報として、想定される外気温範囲内の各外気温に対応した前記判定基準値の算出に必要な関数を作成し、
    前記基準値設定部は、
    前記関数に基づいて前記劣化判定時現在の外気温に対応した前記判定基準値を求める
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空気調和装置。
  8. 前記関数は、
    前記圧縮機の運転周波数、前記冷媒の凝縮温度及び蒸発温度を変数とした関数式又は前記関数式の値を表形式にした関数表であり、
    前記劣化判定指標取得条件は、前記圧縮機の運転周波数、前記冷媒の凝縮温度及び蒸発温度であり、
    前記基準値設定部は、前記劣化判定指標取得条件を満たしたときの運転状態量と、前記関数式又は前記関数表とに基づいて前記判定基準値を求める
    ことを特徴とする請求項3又は請求項7記載の空気調和装置。
  9. 前記所定の運転条件は、
    前記圧縮機の運転周波数と、前記冷媒の凝縮温度と、前記冷媒の蒸発温度と、前記室内熱交換器の出口の冷媒過熱度と、である
    ことを特徴とする請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の空気調和装置。
  10. 前記劣化判定指標は、
    前記圧縮機の吐出冷媒温度と前記室内熱交換器の出口の冷媒温度との差である
    ことを特徴とする請求項1〜請求項9の何れか一項に記載の空気調和装置。
  11. 前記劣化判定部は、
    前記基準値設定部で設定された前記判定基準値に対して所定値だけ大きい値を判定閾値とし、前記劣化判定指標算出部により算出された前記劣化判定指標が前記判定閾値よりも大きい状態となった場合に、劣化していると判定し、前記劣化判定指標が前記判定閾値よりも小さい状態である場合は劣化していないと判定する
    ことを特徴とする請求項1〜請求項10の何れか一項に記載の空気調和装置。
  12. 前記劣化判定部は、
    前記圧縮機が劣化しているとの判定を所定の回数以上、繰り返した場合に前記圧縮機の劣化異常を発報する
    ことを特徴とする請求項1〜請求項11の何れか一項に記載の空気調和装置。
  13. 請求項1〜12の何れか一項に記載の空気調和装置と、
    前記空気調和装置から離れた地点に設けられた遠隔監視装置とを備え、
    前記空気調和装置は、
    前記冷媒回路の運転状態及び前記外気温に関する情報と、劣化状況に関する情報との少なくとも一方の情報を伝送する有線伝送手段又は無線伝送手段を有し、
    前記遠隔監視装置は、
    前記空気調和装置から伝送された前記情報を受信する有線伝送手段又は無線伝送手段を有し、受信した前記情報に基づいて前記空気調和装置を遠隔監視する
    ことを特徴とする空気調和装置監視システム。
  14. 前記遠隔監視装置は、受信した前記情報を表示する表示部を備えた
    ことを特徴とする請求項13記載の空気調和装置監視システム。
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