JP6584497B2 - 冷凍サイクル装置及び冷凍サイクル装置の異常検知システム - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置について説明する。図1は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置として空気調和装置1を例示している。図1に基づいて、空気調和装置1の冷媒回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置1は、例えばビルやマンション等に設置され、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、設置される室内等の空調対象域の冷房や暖房に使用されるものである。
空気調和装置1は、主として、熱源ユニットとしての室外ユニット2と、それに並列に接続された複数台(図1では2台を図示している)の利用ユニットとしての室内ユニット4(室内ユニット4A、室内ユニット4B)と、を備えている。また、空気調和装置1は、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続する冷媒延長配管(液側延長配管6、ガス側延長配管7)を有している。すなわち、空気調和装置1は、室外ユニット2と室内ユニット4とが冷媒配管で接続されて冷媒が循環する冷媒回路10(冷凍サイクル)を有している。
冷媒回路10内に充填される冷媒としては、飽和ガス温度と飽和液温度が等しい共沸冷媒、又は飽和ガス温度と飽和液温度がほぼ等しい擬似共沸冷媒(例えば、R410A)を用いることができる。あるいは、冷媒回路10内に充填される冷媒としては、非共沸冷媒(例えば、R1123をベースとして含む混合冷媒)を用いるようにしてもよい。つまり、冷媒回路10内に充填される冷媒を、特に限定するものではない。
室内ユニット4A、室内ユニット4Bは、室外ユニット2からの冷熱又は温熱の供給を受けて空調対象域に冷房空気又は暖房空気を供給するものである。なお、以下の説明においては、室内ユニット4の後の「A」、「B」を省略する場合があるが、その場合には室内ユニット4A、室内ユニット4Bの双方を示しているものとする。また、「室内ユニット4A」系統の各機器(回路の一部も含む)の符号の後に「A(又はa)」を付加し、「室内ユニット4B」系統の各機器(回路の一部も含む)の符号の後に「B(又はb)」を付加して図示している。これらの説明においても、符号の後の「A(又はa)」、「B(又はb)」を省略する場合があるが、その場合には双方の機器を示している。
室外ユニット2は、室内ユニット4に冷熱又は温熱を供給する機能を有している。室外ユニット2は、例えばビル等の室外に設置されており、液側延長配管6、ガス側延長配管7で室内ユニット4に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。つまり、室外ユニット2から流出して液主管6Aを流れる冷媒は、分配器51aを介して液枝管6aと液枝管6bとに分流され、室内ユニット4A、室内ユニット4Bのそれぞれに流入するようになっている。同様に、室外ユニット2から流出してガス主管7Aを流れる冷媒は、分配器52aを介してガス枝管7aとガス枝管7bとに分流され、室内ユニット4A、室内ユニット4Bのそれぞれに流入するようになっている。
吐出温度センサ33bは、圧縮機21の吐出側に設けられ、圧縮機21の吐出温度Tdを検出する。
熱交換器温度センサ33kは、室外熱交換器23に設けられ、室外熱交換器23内を流れる冷媒の温度を検出する。
液側温度センサ33lは、室外熱交換器23の液側に設置され、室外熱交換器23の液側の冷媒温度を検出する。
室外温度センサ33cは、室外ユニット2の室外空気の吸入口側に設置され、室外ユニット2内に流入する室外空気の温度を検出する。
延長配管(液側延長配管6、ガス側延長配管7)は、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続し、空気調和装置1の冷媒回路内の冷媒を循環させるために必要な配管である。
図2は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御ブロックを示す制御ブロック図である。空気調和装置1は、液溜め容器24の液面を検知する液面検知装置と、冷媒回路10内の冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知装置を備えている。図2には、液面検知装置及び冷媒漏洩検知装置の機能的な構成を展開した状態のブロック図を示している。
次に、空気調和装置1の通常運転時の各構成要素の動作について説明する。
空気調和装置1は、各室内ユニット4A、4Bの運転負荷に応じて室外ユニット2及び室内ユニット4A、4Bの各構成機器の制御を行い、冷房運転及び暖房運転を行う。
空気調和装置1が実行する冷房運転について、図1及び図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時の冷媒の状態を示すp−h線図である。なお、図1では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で表している。
空気調和装置1が実行する暖房運転について、図1及び図4を用いて説明する。図4は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房運転時の冷媒の状態を示すp−h線図である。なお、図1では、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で表している。
次に、空気調和装置1の冷媒量について詳細に説明する。
空気調和装置1の冷媒回路10の各要素機器が所定の性能を発揮するためには、各要素機器の内容積に適した冷媒量が必要であり、室内ユニット4A、4Bの内容積や延長配管の長さが異なると冷媒回路10の全体で必要とする冷媒量も異なってくる。よって、空気調和装置1を設置した現地で冷媒回路10を構成した後に、必要とされる量の冷媒が充填される。
空気調和装置1が停止してから所定の時間が経過した後、冷媒が低圧の液溜め容器24に溜まる現象について、冷房運転を例に説明する。空気調和装置1が停止した後の各要素の冷媒量の変化を図5〜図9に示す。図5〜図9では、冷媒が正常量封入されている「通常冷媒量」の場合(線a1〜線a5)と、冷媒量が正常量よりも30%少ない「冷媒漏れ30%」の場合(線b1〜線b5)と、を併せて図示している。
図10は、圧縮機21が停止してからの経過時間に対する液溜め容器24内の冷媒量の変化を外気温度毎に示すグラフである。図11は、圧縮機21が停止してからの経過時間に対する室外熱交換器23の冷媒量の変化を外気温度毎に示すグラフである。図10及び図11では、外気温度が22℃の場合(線c1、c2)、27℃の場合(線d1、d2)及び32℃の場合(線e1、e2)を示している。
室内ユニット4の設置位置(高さ)を室外ユニット2に対して±30mの範囲で変化させ、液側延長配管6の圧力ヘッドの影響を検討した。図12は、圧縮機21が停止してからの経過時間に対する液溜め容器24内の冷媒量の変化を、室内ユニット4及び室外ユニット2の高低差毎に示すグラフである。図13は、圧縮機21が停止してからの経過時間に対する室外熱交換器23の冷媒量の変化を、室内ユニット4及び室外ユニット2の高低差毎に示すグラフである。図12及び図13では、室内ユニット4及び室外ユニット2の高低差が0mの場合(線f1、f2)、室内ユニット4を室外ユニット2よりも30m上方に設置した場合(線g1、g2)及び室内ユニット4を室外ユニット2よりも30m下方に設置した場合(線h1、h2)を示している。
次に、冷媒の気液を判別する原理について、圧縮機21を停止させた場合を例に説明する。まず、図14に基づいて液溜め容器24の内部での液面位置の判定について説明し、その後、図15及び図16に基づいて気液判別方法について説明する。
空気調和装置1の冷媒として、例えば、飽和ガス温度と飽和液温度が等しい共沸冷媒、又は飽和ガス温度と飽和液温度がほぼ等しい擬似共沸冷媒を用いる場合、気相部と液相部の温度差がない状態である二相状態では、気液の判別が困難であるということがわかる。
また、非共沸冷媒を冷媒回路10に充填した場合においても、飽和ガス温度と飽和液温度とが近いときには、気液の温度差が小さいため誤検知する可能性があるということがわかる。
次に、圧縮機21を停止させた場合を例として、気液判別方法を図15を参照しながら説明する。図15は、ある所定の時間Aで圧縮機21を停止させたときの圧縮機21の周波数、液溜め容器24内部の低圧圧力、飽和温度、気相温度及び液相温度の時間変化を示すグラフである。図16は、図15に示すグラフに外気温度を追加したグラフである。図15及び図16の横軸は時間を示している。
|閾値−計測値|<α → 気相部
|閾値−計測値|>α → 液相部
以上説明したように、液溜め容器24の内部圧力又は温度を変化させることにより、液溜め容器24の表面温度を計測することから、温度センサの設置高さが気相であるか液相であるかの判別が可能となる。よって、空気調和装置1によれば、複数の温度センサ(液面検知センサ36a〜36c)を液溜め容器24側面の高さの異なる位置に設置することにより、液溜め容器24の液面位置を検知することが可能となる。
春又は秋(中間期)には、空気調和装置1が長期に亘って停止する場合がある。上述のように、空気調和装置1が停止してから30分以上経過すると、液溜め容器24内の気相部と液相部の温度が等しくなる。このため、空気調和装置1が長期に亘って停止している期間には、液溜め容器24の液面位置を検知することが困難になる。
次に、空気調和装置1における冷媒漏洩検知方法の流れについて説明する。なお、冷媒漏洩検知の処理は、空気調和装置1の運転中及び停止中を含む常時、又は空気調和装置1の停止中のみに実行される。また、空気調和装置1は、冷媒漏洩の検知結果を示す冷媒漏洩有無データを、通信線を介して管理センター(図示せず)等に送信し、遠隔監視が可能な構成とする。
次に、図17のステップS6における液溜め容器24内の液冷媒量の算出の流れについて、図18を参照しながら説明する。図18は、図17のステップS6における液冷媒量算出処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS210で、制御部3は、閾値である飽和温度と計測値との温度差を算出し、その温度差の絶対値がα以下となるかどうかの判別を行う。つまり、ステップS210では、制御部3は気液判別を行う。
次に、冷媒漏洩検知精度を向上させるための方法について説明する。
本実施の形態では、冷凍サイクルを停止させた後の液溜め容器24内の液冷媒量(冷凍サイクルの状態データの一例)に基づいて冷媒の過不足を検知する冷媒漏洩検知処理について説明したが、これに限るものではない。例えば、図17のステップS2で冷凍サイクルを運転させた後、運転中の冷凍サイクルの各種状態データ(例えば、冷媒の過冷却度、過熱度、圧力、温度等のデータ)に基づいて冷媒の過不足を検知してもよい。この場合、冷凍サイクルにおいて液溜め容器24を省略することも可能である。
本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置について説明する。図19は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態では、冷凍サイクル装置として空気調和装置1を例示している。図19に示すように、空気調和装置1は、圧縮機21、例えば凝縮器として機能する室外熱交換器23、膨張弁41、及び例えば蒸発器として機能する室内熱交換器42が、冷媒配管を介して環状に接続された構成を有している。なお、図19では、制御部3の図示を省略している。
本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置について説明する。圧縮機21の起動時の総負荷トルクは、起動開始時の冷媒分布の初期状態、圧縮機21の経年劣化、そして圧縮機21の不具合(例えば、駆動軸の損傷など)という3つの要素によって決まる関係がある。
本発明の実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の異常検知システムについて説明する。上記実施の形態1〜3では、冷凍サイクル装置の異常検知が当該冷凍サイクル装置の制御部3で行われているが、本実施の形態では、冷凍サイクル装置の異常検知が、通信ネットワークを介して制御部3に接続される異常検知機器で行われる。
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、通信ネットワークとしてインターネット回線103を例に挙げたが、通信ネットワークとしてはLAN又はWANを用いることもできる。
Claims (5)
- 冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記冷凍サイクルを制御するものであって、前記冷凍サイクルの異常を検知する異常検知モードと、冷房運転又は暖房運転を行う通常運転モードと、を実行可能な制御部と、
前記異常検知モードと前記通常運転モードとを切り替えるスイッチと、
を有し、
前記冷凍サイクルは、膨張弁と、液冷媒を溜める液溜め容器と、を備えており、
前記制御部は、前記冷凍サイクルが停止したときの前記膨張弁の開度を一定値にするものであり、
前記制御部は、前記異常検知モードにおいて、冷凍サイクルが停止した後に設定時間が経過したことを含む運転条件が成立した場合に冷凍サイクルを予め運転させ、前記冷凍サイクルを運転させた後に停止させ、停止させた後の停止状態にある前記冷凍サイクルの状態データに基づいて、前記冷凍サイクルの異常を検知するものであり、
前記状態データは、前記液溜め容器内の液冷媒量を含むものであり、
前記冷凍サイクルの異常は、冷媒量の過不足を含むものであり、
前記制御部は、前記液溜め容器内の液冷媒量を基準値と比較し、比較結果に基づいて前記冷媒量の過不足を検知するものである冷凍サイクル装置。 - 前記一定値は、前記冷凍サイクルの運転時における前記膨張弁の開度よりも大きいものである請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 検知された前記冷凍サイクルの異常を表示する表示部をさらに有する請求項1又は請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
- 冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記冷凍サイクルを制御するものであって、前記冷凍サイクルの異常を検知する異常検知モードと、冷房運転又は暖房運転を行う通常運転モードと、を実行可能な制御部と、
前記異常検知モードと前記通常運転モードとを切り替えるスイッチと、
通信ネットワークを介して前記制御部に接続される異常検知機器と、
を有し、
前記冷凍サイクルは、膨張弁と、液冷媒を溜める液溜め容器と、を備えており、
前記制御部は、前記冷凍サイクルが停止したときの前記膨張弁の開度を一定値にするものであり、
前記制御部は、前記異常検知モードにおいて、冷凍サイクルが停止した後に設定時間が経過したことを含む運転条件が成立した場合に冷凍サイクルを予め運転させ、前記冷凍サイクルを運転させた後に停止させ、停止させた後の停止状態にある前記冷凍サイクルの状態データを前記異常検知機器に送信するものであり、
前記異常検知機器は、前記制御部から受信した前記状態データに基づいて、前記冷凍サイクルの異常を検知するものであり、
前記状態データは、前記液溜め容器内の液冷媒量を含むものであり、
前記冷凍サイクルの異常は、冷媒量の過不足を含むものであり、
前記異常検知機器は、前記液溜め容器内の液冷媒量を基準値と比較し、比較結果に基づいて前記冷媒量の過不足を検知するものである冷凍サイクル装置の異常検知システム。 - 通信ネットワークを介して前記制御部に接続されたデータ蓄積装置をさらに有し、
前記異常検知機器は、前記制御部から受信した前記状態データを前記データ蓄積装置に蓄積するものである請求項4に記載の冷凍サイクル装置の異常検知システム。
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