JP6639685B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、パワーモジュールを冷却する冷却器を備えた空気調和装置に関する。

従来より、空気調和装置は、スイッチング素子を含むインバータ等のパワーデバイスを備え、圧縮機等に電力を供給する電力変換装置を有している。パワーデバイスは、通電時に発熱し高温となるため、空気調和装置には、冷媒回路を流れる冷媒によってパワーデバイスを冷却する冷媒冷却器が設けられている。

ただし、冷媒冷却器は、自身の配管を流れる冷媒の量が減少し、冷媒不足となった場合、パワーデバイスの温度が上昇し、パワーデバイスの破壊又は異常停止に繋がり得る。そこで、例えば特許文献１の空気調和装置は、冷媒冷却器への冷媒流量が減少し、冷媒不足となったとき、パワーデバイスの保護制御としてインバータを停止させる。

ところで、例えば冷媒冷却器の配管とプレート部との密着状態は、圧縮機の振動などによって劣化することがある。また、市場における電力変換装置のサービス時に不備があり、冷媒冷却器の配管とプレート部との密着状態が十分でないこともある。このように、冷媒冷却器の配管とプレート部との密着状態に不具合が生じていると、熱抵抗が高くなり、パワーデバイスの温度を十分に低下させることができなくなる。すなわち、冷媒冷却器は、上記のような密着状態の不具合なども含め、何らかの異常が生じると、冷却機能が失われることがある。

特開２０１４−１１９１６６号公報

空気調和装置は、冷媒冷却器の冷却機能が失われると、電力変換装置に搭載されているパワーモジュールの温度が上昇してしまい、温度の異常を検知したときに停止するという課題がある。しかしながら、特許文献１の空気調和装置は、冷媒冷却器に何らかの異常の兆候が現れていたとしても、冷媒冷却器に流れる冷媒量が一定であれば、冷媒冷却器の異常の兆候を検出することができない。このため、冷媒冷却器の異常の兆候を精度よく検出する空気調和装置が望まれている。

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あり、冷媒冷却器の異常の兆候を精度よく検出し、パワーデバイスの温度上昇を抑制する空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、負荷側膨張弁、及び負荷側熱交換器が冷媒配管で接続された冷媒回路と、パワーモジュールを含む電力変換装置と、冷媒回路の状態を示す設定基準を少なくとも１つ含んだ第１パラメータと、冷媒回路の状態を示し設定基準とは異なる第２パラメータと、をもとに、冷媒回路及び電力変換装置を制御する制御装置と、を有し、冷媒回路は、圧縮機の下流に設けられた熱源側膨張弁と、熱源側膨張弁の下流に設けられ、パワーモジュールを冷却する冷媒冷却器と、を有し、制御装置は、第１パラメータと第２パラメータの正常値とを関連づけた条件テーブルを記憶した記憶部と、現在の第１パラメータをもとに条件テーブルから第２パラメータの正常値を取得し、取得した第２パラメータの正常値と冷媒回路から得られた現在の第２パラメータとを比較して、冷媒冷却器に異常が発生しているか否かを判定する判定部と、判定部において冷媒冷却器に異常が発生していると判定された場合に、パワーモジュールの保護制御を行う動作制御部と、を有するものである。

本発明は、条件テーブルから取得した第２パラメータの正常値と第２パラメータとを比較することにより、冷媒冷却器に異常が発生していると判定した場合に、パワーモジュールの保護制御を行うことから、冷媒回路の僅かな状態変化を捉えることができるため、冷媒冷却器の異常の兆候を精度よく検出し、パワーデバイスの温度上昇を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成例を示す模式図である。 図１の空気調和装置が有する冷媒回路の構成を例示する模式図である。 図１の空気調和装置が有する冷媒冷却器の構成例を示す模式図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った冷媒冷却器の概略断面図である。 図１の空気調和装置が有する制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。 図５の制御装置の動作の流れを例示するフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１−１に係る制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。 図７の制御装置の動作の流れを例示するフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１−２に係る制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置が有する冷媒回路の構成を例示する模式図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置が有する制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。 図１１の制御装置の動作の流れを例示するフローチャートである。 本発明の実施の形態２の変形例２−１に係る冷媒回路の構成を例示する模式図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成例を示す模式図である。図２は、図１の空気調和装置１００が有する冷媒回路２００の構成を例示する模式図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室外機１１０と、室内機１２０と、を有している。室外機１１０は、圧縮機３、熱源側膨張弁６ａ、熱源側熱交換器７ａ、アキュームレータ８、及び四方弁９を有している。室内機１２０は、負荷側膨張弁６ｂと、負荷側熱交換器７ｂと、を有している。

つまり、空気調和装置１００は、圧縮機３、熱源側熱交換器７ａ、熱源側膨張弁６ａ、冷媒冷却器４、アキュームレータ８、及び四方弁９が冷媒配管１０で接続された冷媒回路２００を有している。そして、空気調和装置１００では、冷媒回路２００に冷媒が流れることによって冷凍サイクルが成立する。本実施の形態１の冷媒回路２００は、図２にも示すように、熱源側熱交換器７ａ、熱源側膨張弁６ａ、冷媒冷却器４、負荷側膨張弁６ｂ、負荷側熱交換器７ｂ、及び圧縮機３を直列に配置する構成を採っている。なお、図２では、アキュームレータ８を省略している。

また、室外機１１０は、圧縮機３に電力を供給する電力変換装置２と、電力変換装置２を構成するパワーモジュール２１をはじめとする発熱を伴う電気部品及び電子部品等を冷却する冷媒冷却器４と、を有している。さらに、室外機１１０は、パワーモジュール２１の温度を検出する温度センサ２１ａを有している。

圧縮機３は、負荷としての圧縮機モータ３１と、圧縮機モータ３１により駆動される圧縮要素３２と、を有しており、冷媒を圧縮するものである。圧縮機モータ３１は、例えば、インバータにより回転数を調整可能なものであり、制御装置５によって制御される。圧縮要素３２は、吸入した低温低圧の冷媒を高温高圧のガス冷媒に圧縮するものである。

熱源側膨張弁６ａ及び負荷側膨張弁６ｂは、例えばＬＥＶ（リニア電子膨張弁）をはじめとする電子式膨張弁からなり、冷媒を減圧するものである。熱源側膨張弁６ａは、凝縮器として機能する熱源側熱交換器７ａ又は負荷側熱交換器７ｂの下流に設けられている。熱源側熱交換器７ａは、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器からなり、外気と冷媒との熱交換を行うものである。熱源側熱交換器７ａは、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。負荷側熱交換器７ｂは、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器からなり、空調対象空間の空気と冷媒との熱交換を行うものである。負荷側熱交換器７ｂは、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する。アキュームレータ８は、圧縮機３の吸入側に設けられており、過剰な冷媒を貯留するものである。四方弁９は、冷媒の流路を切り替えるものである。

電力変換装置２は、圧縮機３に電力を供給し、圧縮機モータ３１を回転駆動するものである。電力変換装置２は、スイッチング素子及び逆流防止素子を複数組み合わせてモジュール化したパワーモジュール２１を有している。より具体的に、電力変換装置２は、少なくとも整流回路（図示せず）とインバータ回路（図示せず）とを有している。つまり、整流回路は、例えば三相整流器からなり、整流用の逆流防止素子を６個用いてブリッジ接続されたものである。インバータ回路は、複数のスイッチング素子の動作により、直流電圧を交流電圧に変換するものである。すなわち、電力変換装置２は、商用電源等の交流電源である電源１から整流回路を用いて直流電圧を生成し、生成した直流電圧を、例えばコンデンサ（図示せず）により平滑化した後、インバータ回路を用いて圧縮機３の駆動用の交流電圧に変換するものである。

ここで、パワーモジュール２１を構成するスイッチング素子及び逆流防止素子は、例えば、シリコン（Ｓｉ）素子と比較してバンドギャップが大きい炭化ケイ素（ＳｉＣ）素子、窒化ガリウム（ＧａＮ）、及びダイヤモンド素子などのワイドバンドギャップ半導体を用いて構成することができる。なお、スイッチング素子としては、ワイドバンドギャップ半導体の他に、ＭＯＦＥＴ又はＩＧＢＴなどの半導体素子を用いてもよい。また、逆流防止ダイオードとしては、ワイドバンドギャップ半導体の他に、ファストリカバリダイオードのような素子を用いてもよい。

図３は、図１の空気調和装置が有する冷媒冷却器の構成例を示す模式図である。図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った冷媒冷却器の概略断面図である。冷媒冷却器４は、冷媒回路を流れる冷媒によって、電力変換装置２に備わるパワーモジュール２１などの発熱を伴う電気部品及び電子部品等、すなわち電力変換装置２の発熱部品を冷却するものである。図３及び図４を参照して、冷媒冷却器４の構成を詳細に説明する。

図３及び図４に示すように、冷媒冷却器４は、冷却プレート１１ａと伝熱プレート１１ｂとを備えたプレート部１１と、冷媒回路２００を構成する冷媒配管１０に接続される冷媒配管部１２と、を有している。冷媒配管部１２は、冷却用配管１２ａと接続用配管１２ｂとにより構成されている。すなわち、冷媒冷却器４は、工作性及び保守性等の向上を図るため、冷却用配管１２ａが、接続用配管１２ｂを介して、冷媒冷却器４の外部の冷媒配管１０に接続されている。

冷媒配管１０、冷却用配管１２ａ、及び接続用配管１２ｂは、例えば、アルミ又は銅などといった熱伝導率のよい金属で構成される。電蝕を考慮すると、冷却用配管１２ａと冷却プレート１１ａとは、同じ金属で構成するのが望ましい。

冷却プレート１１ａと冷媒配管部１２とは、冷媒による冷却能力をパワーモジュール２１に効率よく伝えるために、熱抵抗を低減させ、かつ振動などによる劣化を防ぐことができるように、精度よく一体化されている。ここで、金属同士を一体化させるための方法は、一般的に、接合と接着とに分類される。さらに接合は、機械的接合と冶金的接合とに分類することができる。

機械的接合には、圧入又は締結といった方法が用いられる。例えば、圧入は、圧力を加えることにより、一方の部材を他方の部材に取り付ける方法である。冷媒冷却器４の場合は、冷却プレート１１ａに設けられた穴等に冷媒配管部１２を押し込むことで、冷媒配管部１２を冷却プレート１１ａに取り付ける。なお、冷却プレート１１ａに設けられた穴等の径は、冷媒配管部１２の外径よりも小さくなるように設計される。

また、締結は、ネジ又はクランプ等を用いる方法であり、冷媒冷却器４の場合は、ネジ又はクランプ等により、冷媒配管部１２を冷却プレート１１ａに押し付けて取り付ける。締結は、比較的容易に実現することができる。冶金的接合には、超音波圧接、溶接、又はろう付けなどの方法があり、耐振動性に優れている。つまり、冷媒冷却器４を製造する際は、上記のような特性を考慮の上、接合及び接着に含まれる少なくとも１つの方法を選択して、冷却プレート１１ａを冷媒配管部１２に精度よく取り付ける。

冷却プレート１１ａと伝熱プレート１１ｂとは、例えば放熱シート又は放熱グリスからなる放熱部材１１ｎによって接触させている。つまり、冷却プレート１１ａの冷媒配管部１２側とは反対側の熱接触面１３には、放熱部材１１ｎが設けられている。プレート部１１は、冷却プレート１１ａと伝熱プレート１１ｂとの間に、放熱部材１１ｎが介在しているため、熱抵抗を極力低減させ、冷媒冷却器４の冷却能力を可能な限り大きくすることができる。加えて、放熱部材１１ｎを用いることにより、冷却プレート１１ａと伝熱プレート１１ｂとの間の接触面を増加することができるため、密着性の向上を図ることができる。そして、伝熱プレート１１ｂの冷却プレート１１ａ側とは反対側の面には、電力変換装置２の発熱部品の表面が熱的に接触している。このため、冷媒冷却器４は、電力変換装置２の発熱部品を冷却することができる。

ここで、冷却用配管１２ａは、図３及び図４では、行き帰りの配管２本分がプレート部１１に取り付けられた場合を例示しているが、これに限定されるものではない。すなわち、冷却用配管１２ａは、冷媒冷却器４及び空気調和装置１００の必要能力に応じて、プレート部１１に取り付けられる配管の本数を増減させてもよく、適切な形状に変更させてもよい。

また、図３では、工作性等を考慮して、冷媒配管１０と冷却用配管１２ａとが接続用配管１２ｂによって接続される場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、冷媒配管部１２は、接続用配管１２ｂを有していなくてもよく、すなわち、冷却用配管１２ａは冷媒配管１０と一体的に設けられていてもよい。

さらに、図４では、電力変換装置２の発熱部品の表面が、伝熱プレート１１ｂに熱的に接触している場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、伝熱プレート１１ｂを用いることで、熱抵抗が大きくなる場合は、伝熱プレート１１ｂを除き、電力変換装置２の発熱部品を、直接冷却プレート１１ａへ取り付ける構成としてもよい。

加えて、例えば、雨などの水が浸入する可能性のある場所に冷媒冷却器４が設置されるような場合は、水がパワーモジュール２１などに侵入して短絡等によって故障しないよう、パワーモジュール２１とプレート部１１との間に、水侵入対策として発砲シール材を用いてもよい。

ところで、本実施の形態１では、予め設定される特定条件に対するパワーモジュール２１の温度が、温度センサ２１ａを用いて、事前に実機試験等で測定される。そして、測定結果である正常時のパワーモジュール２１の温度Ｔｏは、対応する特定条件と関連づけられ、制御装置５のマイコン内部にテーブル情報として記憶される。

（特定条件）
ここで、特定条件は、冷媒回路２００の状態を示す情報である外気温度、圧縮機３の入力電流、冷媒の高圧圧力と低圧圧力、及び圧縮機３の回転数などが設定基準となる。特定条件の設定基準は、上記の中から１つだけを選択して用いてもよいが、設定基準の種類が多いほど、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出する精度が向上する。

例えば、外気温度に応じてパワーモジュール２１の冷え方が異なる場合、外気温度がパワーモジュール２１を冷やす必要がないほど低い状況も想定される。そして、仮にパワーモジュール２１の温度が外気温度よりも低くなった場合は、結露が起こることを防止するために、制御装置５が、熱源側膨張弁６ａ及び負荷側膨張弁６ｂのうちの少なくとも一つの開度を調整し、冷媒冷却器４の冷却能力を調整するようにしてもよい。反対に、外気が比較的高い場合は、制御装置５が、熱源側膨張弁６ａの開度を大きくするようにしてもよい。すなわち、外気温度の変動に応じて、パワーモジュール２１の冷え方が変化し、制御装置５が熱源側膨張弁６ａ等の開度制御を行う場合は、外気温度によって冷媒冷却器４の冷却能力が変化することに鑑み、特定条件の設定基準として外気温度を選択してもよい。この場合、空気調和装置１００は、外気温度を検出する外気温度センサを有するようにするとよい。

また、パワーモジュール２１の温度及び温度上昇の度合いは、圧縮機３の入力電流の大きさに応じて変化することから、特定条件の設定基準として圧縮機３の入力電流を選択してもよい。加えて、圧縮機３の入力電流は、冷媒の高圧圧力及び低圧圧力と相関を有することから、特定条件の設定基準として、圧縮機３の入力電流の代わりに、冷媒の高圧圧力及び低圧圧力を選択してもよい。この場合、空気調和装置１００は、圧縮機３の吸入側に設けられ、圧縮機３に吸入される冷媒の圧力を低圧圧力として検出する低圧圧力センサと、圧縮機３の吐出側に設けられ、圧縮機３から吐出される冷媒の圧力を高圧圧力として検出する高圧圧力センサと、を有するようにするとよい。

さらに、圧縮機３の回転数が高くなるにしたがって、圧縮機３の入力電圧が上昇するため、空気調和装置１００の電源電圧で決まる電圧制約以下に抑制するようにモータ磁束を弱める電流、いわゆる弱め磁束電流が必要となる分、圧縮機３の入力電流が増加する。つまり、圧縮機３の入力電流は、圧縮機３の回転数にも依存するため、特定条件の設定基準として圧縮機３の回転数を選択してもよい。

また、上記複数の設定基準の中から、パワーモジュール２１の温度又は温度の上昇度合いへの影響が大きい設定基準を複数組み合わせて特定条件を設定してもよい。そして、設定した特定条件下における正常時のパワーモジュール２１の温度Ｔｏ等を事前に実機試験等で測定の上、制御装置５のマイコン内部にテーブル情報として記憶させ、保持させておけば、異常の兆候の検出精度をさらに向上させることができる。

図５は、図１の空気調和装置が有する制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。図５に基づき、制御装置５の機能的な構成についてより詳細に説明する。図５に示すように、制御装置５は、記憶部５１と、取得部５２と、判定部５３と、動作制御部５４と、を有している。

記憶部５１には、冷媒回路２００の状態を示す第１パラメータと第２パラメータの正常値とを関連づけた条件テーブルが記憶され、保持されている。ここで、第１パラメータは、特定条件に相当する情報である。つまり、条件テーブルは、特定条件と第２パラメータの正常値とが関連づけられて記憶されたものである。第２パラメータは、判定部５３が、冷媒冷却器４の異常を検出する際に用いる情報である。

また、記憶部５１には、後述する温度閾値Ｘ、温度閾値Ｙ、回転数閾値Ａ、及び温度閾値Ｂなどが記憶されている。例えば、特定条件の設定基準として外気温度が選択された場合は、複数の外気温度のそれぞれに正常時の第２パラメータである第２パラメータの正常値が関連づけられた条件テーブルが、予め記憶部５１に記憶される。

取得部５２は、各種センサによる検出結果などの情報を取得するものである。例えば、取得部５２は、各種センサ等から、特定条件に相当する情報を第１パラメータとして取得するものである。また、取得部５２は、温度センサ２１ａからパワーモジュール２１の温度等を第２パラメータとして取得するものである。そして、取得部５２は、取得した情報を、必要に応じて判定部５３及び動作制御部５４へ出力するものである。

判定部５３は、現在の第２パラメータと、現在の第２パラメータと同一条件下における正常時の第２パラメータとに基づいて、冷媒冷却器４に異常が発生しているか否かを判定するものである。すなわち、判定部５３は、第１パラメータをもとに条件テーブルから第２パラメータの正常値を取得し、取得した第２パラメータの正常値と現在の第２パラメータとを比較して、冷媒冷却器４に異常が発生しているか否かを判定するものである。本実施の形態１において、判定部５３は、２通りの方法により、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出することができる。そこで、以下、第１の方法と第２の方法とに分けて説明する。

（第１の方法）
冷媒冷却器４の劣化が起これば、パワーモジュール２１への冷却能力が低下し、特定条件下での正常時のパワーモジュール２１の温度Ｔｏに対して、同一条件下における実際のパワーモジュール２１の温度Ｔｐが大きくなる。そのため、第１の方法では、判定部５３が、現在の第２パラメータ及び第２パラメータの正常値として、パワーモジュール２１の温度を用いる。以降では、正常時のパワーモジュール２１の温度Ｔｏを正常温度Ｔｏともいい、現在のパワーモジュール２１の温度Ｔｐを現在温度Ｔｐともいう。

すなわち、判定部５３は、同一の特定条件下で検出された正常温度Ｔｏと現在温度Ｔｐとの差分である温度差ΔＴが、予め設定された温度閾値Ｘを超えているか否かを判定することで、冷媒冷却器４に何らかの異常の兆候があるか否かを判定するものである。

（第２の方法）
第２の方法を用いる場合、空気調和装置１００は、例えば、冷媒冷却器４における冷媒の出口等に設けられ、冷媒冷却器４から流出する冷媒の温度を冷媒温度Ｔｒとして検出する冷媒温度センサを有するようにするとよい。そして、判定部５３は、冷媒温度センサにおいて検出された冷媒温度Ｔｒを、取得部５２を介して取得するようにするとよい。

ところで、冷媒冷却器４の劣化が起これば、パワーモジュール２１への冷却能力が低下し、冷媒がパワーモジュール２１から熱を授受できず、パワーモジュール２１が冷却されない状態となる。すなわち、冷媒冷却器４の劣化が起これば、冷媒温度Ｔｒと現在温度Ｔｐとの差分である温度差ΔＴｒｐが大きくなることから、温度差ΔＴｒｐが予め定められた温度閾値Ｙを超えていれば、冷媒冷却器４に何らかの異常の兆候があると判断することができる。そこで、第２の方法では、判定部５３が、現在の第２パラメータとしてパワーモジュール２１の温度を用い、第２パラメータの正常値として冷媒温度Ｔｒを用いる。

すなわち、判定部５３は、同一の特定条件下で検出された冷媒温度Ｔｒと現在温度Ｔｐとの差分である温度差ΔＴｒｐが、予め設定された温度閾値Ｙを超えているか否かを判定することで、冷媒冷却器４に何らかの異常の兆候があるか否かを判定するものである。

動作制御部５４は、取得部５２が取得した情報又は判定部５３による判定結果に応じて、電力変換装置２、熱源側膨張弁６ａ、及び負荷側膨張弁６ｂの動作を制御するものである。すなわち、動作制御部５４は、電力変換装置２のスイッチング素子の動作を制御して、圧縮機３の運転周波数を調整することにより、圧縮機３の回転数を制御するものである。また、動作制御部５４は、熱源側膨張弁６ａ及び負荷側膨張弁６ｂの開度を調整するものである。そして、動作制御部５４は、判定部５３において冷媒冷却器４に異常が発生していると判定された場合に、パワーモジュール２１の保護制御を行うものである。ここで、パワーモジュール２１の保護制御とは、パワーモジュール２１の温度を一定に保つように制御することである。

ここで、本実施の形態１の冷媒回路２００は、各構成部材が直列で接続されているため、冷媒冷却器４に流れる冷媒量は常に一定となる。したがって、冷媒冷却器４の冷却性能が低下したとしても、冷媒量が一定であるため、パワーモジュール２１の温度が上昇する。そこで、動作制御部５４は、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出した場合、圧縮機３の回転数を低下させて能力制限を行うように構成されている。すなわち、動作制御部５４は、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出した場合、圧縮機３の回転数を小さくすることで、圧縮機３の入力電力を低減させて、パワーモジュール２１の発熱を抑制する。これにより、動作制御部５４は、冷媒冷却器４の性能低下に起因したパワーモジュール２１の温度上昇を抑制することができる。

より具体的に、動作制御部５４は、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したとき、圧縮機３の回転数を、予め定められた回転数閾値Ａまで低下させるものである。ここで、回転数閾値Ａは、パワーモジュール２１が故障しないように、試験又は机上検討によって適切に決定される値である。

また、動作制御部５４は、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したとき、パワーモジュール２１の温度が予め定められた温度閾値Ｂに下がるまで圧縮機３の回転数を低下させるようにしてもよい。例えば、動作制御部５４は、圧縮機３の回転数を少しずつ低下させながら、パワーモジュール２１の温度と温度閾値Ｂとを比較し、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｂまで下がったときに、圧縮機３の回転数を低下させる処理を停止するようにしてもよい。加えて、動作制御部５４は、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、圧縮機３の回転数を所定量だけ低下させ、一定時間経過後に、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｂまで下がっていれば、その時点で、圧縮機３の回転数の低下処理を停止するようにしてもよい。一方、一定時間経過後に、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｂまで下がっていなければ、圧縮機３の回転数をさらに所定量だけ低下させるようにしてもよい。すなわち、動作制御部５４は、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｂに下がるまで、圧縮機３の回転数を段階的に低下させるようにしてもよい。

制御装置５は、上記の各機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアで実現することもできるし、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイコン又はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置上で実行されるソフトウェアとして実現することもできる。加えて、記憶部５１は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はフラッシュメモリ等により構成することができる。

また、図１は、冷媒冷却器４を備えた空気調和装置１００を説明するための一例であって、構成できる冷媒回路２００は一種類とは限らず、すなわち、各構成部材の配置等を変更することにより、多様な冷媒回路２００を構成することができる。また、図１では、温度センサ２１ａが、パワーモジュール２１に外付けで設けられている場合を例示したが、これに限らず、温度センサ２１ａは、パワーモジュール２１に内蔵されていてもよい。

図６は、図５の制御装置５の動作の流れを例示するフローチャートである。図６に基づき、制御装置５による冷媒冷却器４の異常の兆候を検出する方法及びパワーモジュール２１の保護制御の方法の一例について説明する。なお、本実施の形態１では、特定条件に対応する正常時の第２パラメータが、事前に実機試験等で測定され、特定条件と正常時の第２パラメータである第２パラメータの正常値とを関連づけた条件テーブルとして記憶部５１に格納されている。

まず、判定部５３は、取得部５２が温度センサ２１ａから取得した現在温度Ｔｐを入力する（図６：ステップＳ１０１）。次いで、判定部５３は、入力した現在温度Ｔｐと同じ特定条件における正常温度Ｔｏを記憶部５１の条件テーブルから読み出す（図６：ステップＳ１０２）。次に、判定部５３は、現在温度Ｔｐから正常温度Ｔｏを減算して温度差ΔＴを求める。そして、判定部５３は、求めた温度差ΔＴが温度閾値Ｘを超えているか否かを判定する（図６：ステップＳ１０３）。判定部５３は、温度差ΔＴが温度閾値Ｘ以下であると判定した場合（図６：ステップＳ１０３／Ｎｏ）、ステップＳ１０１へ戻る。

一方、判定部５３は、温度差ΔＴが温度閾値Ｘを超えていると判定した場合（図６：ステップＳ１０３／Ｙｅｓ）、パワーモジュール２１の保護制御を開始させる制御開始指令を動作制御部５４へ出力する。動作制御部５４は、制御開始指令に応じて、圧縮機３の回転数の低下させる（図６：ステップＳ１０４）。

動作制御部５４は、圧縮機３の回転数を低下させ始めてから、圧縮機３の回転数が回転数閾値Ａよりも高い間（図６：ステップＳ１０５／Ｎｏ）、温度センサ２１ａから取得部５２を介してパワーモジュール２１の温度を取得する。そして、動作制御部５４は、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｂまで低下したか否かを判定する（図６：ステップＳ１０６）。動作制御部５４は、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｂまで低下していなければ（図６：ステップＳ１０６／Ｎｏ）、ステップＳ１０４へ戻る。

一方、動作制御部５４は、圧縮機３の回転数を回転数閾値Ａまで低下させたとき（図６：ステップＳ１０５／Ｙｅｓ）、圧縮機３の回転数の低下処理を停止する（図６：ステップＳ１０７）。また、動作制御部５４は、圧縮機３の回転数を回転数閾値Ａまで低下させていなくても（図６：ステップＳ１０５／Ｎｏ）、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｂまで低下すれば（図６：ステップＳ１０６／Ｙｅｓ）、圧縮機３の回転数の低下処理を停止する（図６：ステップＳ１０７）。なお、図６では、判定部５３が、第１の方法によって冷媒冷却器４の異常の兆候を検出する場合を例示したが、判定部５３は、第２の方法によっても、上記同様に冷媒冷却器４の異常の兆候を検出することができる。

以上のように、本実施の形態１における空気調和装置１００は、同一条件下における第２パラメータの正常値と現在の第２パラメータとを比較することで、冷媒冷却器４に異常が発生していると判定した場合に、パワーモジュールの保護制御を行う。よって、空気調和装置１００によれば、冷媒回路２００の僅かな状態変化を捉えることができるため、冷媒冷却器４の異常の兆候を精度よく検出し、パワーデバイスの温度上昇を抑制することができる。

また、空気調和装置１００は、冷却部の劣化又は冷媒冷却器４とパワーモジュール２１の密着状況の悪化などといった冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、パワーモジュール２１の保護制御として、圧縮機３の回転数を低下させる処理を行う。よって、空気調和装置１００は、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、パワーモジュール２１の発熱及び温度上昇を抑制することができるため、パワーモジュール２１の故障を防ぐことができる。そして、空気調和装置１００によれば、冷媒冷却器４の何らかの異常を検出した場合でも、パワーモジュール２１を保護しながら運転を継続することができる。

さらに、冷媒回路２００において、熱源側膨張弁６ａ及び冷媒冷却器４は、圧縮機３、熱源側熱交換器７ａ、負荷側膨張弁６ｂ、及び負荷側熱交換器７ｂと直列に接続されている。そして、第２パラメータが、パワーモジュール２１の温度である場合、判定部５３は、現在の第２パラメータである現在温度Ｔｐと第２パラメータの正常値である正常温度Ｔｏとの温度差ΔＴが温度閾値Ｘを超えていれば、冷媒冷却器４に異常が発生していると判定する。このように、空気調和装置１００は、冷媒冷却器４の異常発生の判定に、冷媒冷却器４によって冷却されるパワーモジュール２１の温度を用いるため、判定の精度を高めることができる。

＜変形例１−１＞
図７は、本発明の実施の形態１の変形例１−１に係る制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。本変形例１−１における空気調和装置１００は、前述した制御装置５の代わりに、制御装置５Ａを有しており、運転開始時又は運転中等のある特定条件に対応するパワーモジュール２１の温度を制御装置５Ａのマイコン内部にテーブル情報として格納する。前述した制御装置５と同等の構成については同一の符号を用いて説明は省略する。

図７に示すように、本変形例１−１における制御装置５Ａは、条件テーブルを生成するテーブル生成部５５と、温度センサ２１ａから取得したパワーモジュール２１の温度の情報をテーブル生成部５５へ出力する取得部５２ａと、を有している。取得部５２ａの他の機能は、取得部５２と同様である。

テーブル生成部５５は、空気調和装置１００の運転開始時又は運転中等のある特定条件におけるパワーモジュール２１の温度を正常温度Ｔｏとして取得するものである。そして、テーブル生成部５５は、特定条件と正常温度Ｔｏとを関連づけた条件テーブルを生成し、記憶部５１に記憶させて保持させるものである。また、テーブル生成部５５は、判定部５３が第２の方法によって冷媒冷却器４の異常の兆候を検出する場合、特定条件と冷媒温度Ｔｒとを関連づけた条件テーブルを生成し、記憶部５１に記憶させて保持するものである。

図８は、図７の制御装置５Ａの動作の流れを例示するフローチャートである。図８を参照して、本変形例１−１における制御装置５Ａの動作を説明する。なお、図６と同じ動作については同一の符号を用いて説明は省略する。

空気調和装置１００が運転を開始すると、テーブル生成部５５は、種々の特定条件に対応するパワーモジュール２１の温度の情報を取得部５２ａから入力する。そして、テーブル生成部５５は、特定条件と正常温度Ｔｏとを関連づけて条件テーブルを生成し、生成した条件テーブルを記憶部５１に記憶させる（図８：ステップＳ２０１）。そして、制御装置５Ａは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０７までの一連の処理を、図６の場合と同様に実行する。

ここで、図８では、制御装置５Ａが、空気調和装置１００の運転開始時に初期設定として条件テーブルを生成する場合を例示したが、これに限らず、制御装置５Ａは、空気調和装置１００の運転中に条件テーブルを生成するようにしてもよい。また、制御装置５Ａは、空気調和装置１００の運転中に、初期設定で生成した条件テーブルへのデータの追加等を行うようにしてもよい。

本変形例１−１では、空気調和装置１００の運転開始時又は運転中等において、制御装置５Ａが条件テーブルを作成することから、製造時等において、事前に条件テーブルを作成する必要がないため、作業負担を軽減することができる。そして、記憶部５１に記憶された特定条件の状態となった際、条件テーブルから正常温度Ｔｏを読み出して、冷媒冷却器４の異常発生に用いることができるため、冷媒冷却器４の異常の兆候を精度よく検出し、パワーデバイスの温度上昇を抑制することができる。

＜変形例１−２＞
図９は、本発明の実施の形態１の変形例１−２に係る制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。本変形例１−２における空気調和装置１００は、例えば液晶表示パネルからなる表示部（図示せず）を有しており、冷媒冷却器４に異常が発生したことを示す異常発生表示情報を表示部に表示させるように構成されている。表示部は、例えば室内機１２０に設けられている。併せて、本変形例１−２における空気調和装置１００は、冷媒冷却器４に異常が発生したことを示す異常発生通知情報を、有線又は無線通信によって外部へ通知する機能を有している。すなわち、本変形例１−２における空気調和装置１００は、前述した制御装置５の代わりに、制御装置５Ｂを有している。なお、異常発生表示情報及び異常発生通知情報は、記憶部５１に予め格納されているものとする。図９に基づき、本変形例１−２における制御装置５Ｂの構成及び動作について説明する。前述した制御装置５と同等の構成については同一の符号を用いて説明は省略する。

図９に示すように、制御装置５Ｂは、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したとき、表示部に異常発生表示情報を表示させる表示制御部５６を有している。また、制御装置５Ｂは、有線又は無線により情報通信を行う通信部５７を有している。通信部５７は、携帯電話、スマートフォン、タブレットＰＣ、及びノートＰＣ等の通信端末、又はデスクトップＰＣ等の据え置き型の通信端末などへ情報を通知するものである。すなわち、制御装置５Ｂは、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したとき、異常発生通知情報を外部の通信端末などへ通知するものである。通信部５７は、有線ＬＡＮ等の任意の通信規格により有線通信を行う機能を有していてもよい。また、通信部５７は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷｉＦｉ（登録商標：以下同様）等の無線ＬＡＮといった任意の通信規格により無線通信を行う機能を有していてもよい。

次に、図６を参照して、制御装置５Ｂの動作のうち、制御装置５の動作と異なる点について説明する。すなわち、表示制御部５６は、ステップＳ１０４のタイミングで、異常発生表示情報を表示部に表示させる。同様に、通信部５７は、ステップＳ１０４のタイミングで、異常発生通知情報を外部の通信端末に通知する。制御装置５Ｂは、図６に示す他の一連の処理を、制御装置５と同様に実行する。もっとも、制御装置５Ｂは、変形例１−２におけるテーブル生成部５５を有するように構成してもよい。かかる構成を採った場合、制御装置５Ｂは、制御装置５Ａと同様、図８に示す一連の処理を実行する。

以上のように、本変形例１−２における制御装置５Ｂは、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、異常発生表示情報を表示部に表示することができる。このため、本変形例１−２における空気調和装置１００によれば、空調対象空間である室内等に在室しているユーザ等に、冷媒冷却器４の異常発生を認識させることができる。そして、ユーザ等がメンテナンス業者等に連絡することにより、部品交換等のメンテナンスを早期に行うことができる。また、本変形例１−２における制御装置５Ｂは、判定部５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、異常発生通知情報をメンテナンス業者等へ通知することができるため、メンテナンスによる対処を迅速に行うことができる。

すなわち、本変形例１−２における空気調和装置１００は、異常発生表示情報の表示又は異常発生通知情報の通知等により、冷媒冷却器４に何らかの異常が生じていることを、即座にユーザ又はサービスマン等へ知らせることができる。このため、例えば、冷媒冷却器４の異常によって空気調和装置１００が故障する前に、空気調和装置１００のメンテナンスを行うサービスマン等が、早急に部品交換等のメンテナンスで対応することができる。したがって、本変形例１−２における空気調和装置１００によれば、サービス性及びメンテナンス性を向上させることにより、故障によって生じてしまう顧客への悪影響をなくすことができるため、損害を最小限に留めることができる。

なお、空気調和装置１００が、各種の情報を表示する情報表示部を有している場合は、異常発生表示情報を表示させる表示部を別途設けずに、表示制御部５６が情報表示部に異常発生表示情報を表示させるようにしてもよい。また、図９では、制御装置５Ｂが、表示制御部５６及び通信部５７の双方を有する場合を例示したがこれに限らず、制御装置５Ｂは、表示制御部５６及び通信部５７のうちの一方を有するようにしてもよい。さらに、空気調和装置１００が、音又は音声を出力する報知部を有するように構成し、制御装置５Ｂが、報知部から、冷媒冷却器４に異常が発生したことを示す異常発生報知情報を報知させるようにしてもよい。そして、かかる構成を採る場合、制御装置５Ｂは、表示制御部５６及び通信部５７のうちの少なくとも一方を有していなくてもよい。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置が有する冷媒回路の構成を例示する模式図である。図１１は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置が有する制御装置の機能的構成を例示するブロック図である。本実施の形態２における空気調和装置１００は、図１の冷媒回路２００の代わりに、図１０に示す冷媒回路２００Ａを有しており、制御装置５Ａの代わりに制御装置５Ｃを有している。上述した実施の形態１と同等の構成については同一の符号を用いて説明は省略する。

本実施の形態２における空気調和装置１００は、室外機１１０Ａと、室内機１２０と、を有している。室外機１１０Ａは、圧縮機３と、熱源側熱交換器７ａと、四方弁９と、並列膨張弁６ｅと、冷媒冷却器４と、熱源側膨張弁６ｄと、を有している。すなわち、冷媒回路２００Ａは、冷媒回路２００と同様に、圧縮機３、熱源側熱交換器７ａ、負荷側膨張弁６ｃ、及び負荷側熱交換器７ｂが冷媒配管１０で接続されて構成されている。負荷側膨張弁６ｃは、例えば電子式膨張弁からなり、冷媒を減圧するものである。加えて、冷媒回路２００Ａは、４つの逆止弁３０ａ〜３０ｄを有するブリッジ回路３００を有している。

また、冷媒回路２００Ａは、室外機１１０Ａに設けられ、熱源側熱交換器７ａと並列に接続された並列配管１０ａを有している。より具体的に、並列配管１０ａは、冷房運転時において、圧縮機３の吐出側と熱源側熱交換器７ａとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａと負荷側膨張弁６ｃとの間の冷媒配管１０とをつなぐものである。つまり、並列配管１０ａは、冷房運転時において、図１０に示すように、四方弁９と熱源側熱交換器７ａとの間と、熱源側熱交換器７ａと逆止弁３０ａとの間とをつなぐものである。一方、並列配管１０ａは、暖房運転時において、負荷側熱交換器７ｂと熱源側熱交換器７ａとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａと圧縮機３の吸入側との間の冷媒配管１０とをつなぐものである。つまり、並列配管１０ａは、暖房運転時において、図１０に示すように、逆止弁３０ｄと熱源側熱交換器７ａとの間と、熱源側熱交換器７ａと四方弁９との間とをつなぐものである。並列配管１０ａには、並列膨張弁６ｅが設けられている。並列膨張弁６ｅは、例えば電子式膨張弁からなり、冷媒を減圧するものである。

さらに、冷媒回路２００Ａは、室外機１１０Ａに設けられ、バイパス配管１０ｂとバイパス配管１０ｃとが熱源側熱交換器７ａにおいて連結されて構成されたバイパス配管１０ｍを有している。バイパス配管１０ｍは、圧縮機３の下流側の位置と圧縮機３の吸入側とを、熱源側熱交換器７ａ経由でつなぐものである。バイパス配管１０ｍは、冷房運転時において、熱源側熱交換器７ａと負荷側膨張弁６ｃとの間の冷媒配管１０と、圧縮機３の吸入側とをつなぐものである。つまり、バイパス配管１０ｍは、冷房運転時において、図１０に示すように、逆止弁３０ａと負荷側膨張弁６ｃとの間と、逆止弁３０ｂと圧縮機３の吸入側との間とをつなぐものである。一方、バイパス配管１０ｍは、暖房運転時において、圧縮機３の吐出側と負荷側膨張弁６ｃとの間の冷媒配管１０と、圧縮機３の吸入側とをつなぐものである。つまり、バイパス配管１０ｍは、暖房運転時において、図１０に示すように、逆止弁３０ｃと負荷側膨張弁６ｃとの間と、熱源側熱交換器７ａと圧縮機３の吸入側との間とをつなぐものである。

バイパス配管１０ｂは、冷房運転時において、熱源側熱交換器７ａと、負荷側熱交換器７ｂと圧縮機３の吸入側との間の冷媒配管１０とをつなぐものである。一方、バイパス配管１０ｂは、暖房運転時において、熱源側熱交換器７ａと、熱源側熱交換器７ａと圧縮機３の吸入側との間の冷媒配管１０とをつなぐものである。つまり、バイパス配管１０ｂは、熱源側熱交換器７ａと圧縮機３の吸入側とをつなぐものであり、バイパス配管１０ｂには、冷媒冷却器４と熱源側膨張弁６ｄとが設けられている。熱源側膨張弁６ｄは、例えば電子式膨張弁からなり、冷媒を減圧するものである。熱源側膨張弁６ｄは、冷房運転時、圧縮機３及び熱源側熱交換器７ａの下流に位置し、暖房運転時、圧縮機３の下流に位置する。

バイパス配管１０ｃは、冷房運転時において、熱源側熱交換器７ａと負荷側膨張弁６ｃとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａとをつなぐものである。一方、バイパス配管１０ｃは、暖房運転時において、圧縮機３の吐出側と負荷側膨張弁６ｃとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａとをつなぐものである。そして、冷媒回路２００Ａに冷媒が流れることによって冷凍サイクルが成立する。圧縮機３の下流で分岐してバイパス配管１０ｍに流入した冷媒は、図１０において矢印で示すように、熱源側熱交換器７ａ、熱源側膨張弁６ｄ、及び冷媒冷却器４を経由して、圧縮機３に吸入される。

ここで、空気調和装置１００は、室外機１１０Ａと室内機１２０との間に、分流コントローラ（図示せず）を有していていてもよい。この場合、並列配管１０ａは、圧縮機３の吐出側と熱源側熱交換器７ａとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａと分流コントローラとの間の冷媒配管１０とをつなぐものとなる。また、バイパス配管１０ｍは、冷房運転時において、熱源側熱交換器７ａと分流コントローラとの間の冷媒配管１０と、分流コントローラと圧縮機３の吸入側との間の冷媒配管１０とをつなぐものとなる。一方、バイパス配管１０ｍは、暖房運転時において、圧縮機３の吐出側と分流コントローラとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａと圧縮機３の吸入側との間の冷媒配管１０とをつなぐものとなる。

図１１に示すように、制御装置５Ｃは、記憶部１５１と、取得部１５２ａと、判定部１５３と、動作制御部１５４と、を有している。記憶部１５１には、特定条件と第２パラメータの正常値とが関連づけられた条件テーブルが記憶され、保持される。また、記憶部１５１には、後述する開度閾値Ｐ、電力閾値Ｑ、開度閾値Ｃ、及び温度閾値Ｄなどが記憶されている。取得部１５２ａは、各種センサによる検出結果などの情報を取得し、取得した情報を、必要に応じて判定部１５３及び動作制御部１５４へ出力するものである。例えば、取得部１５２ａは、各種センサ等から、特定条件に相当する情報を第１パラメータとして取得するものである。また、取得部１５２ａは、熱源側膨張弁６ｄの開度の情報等を第２パラメータとして取得するものである。

判定部１５３は、冷媒回路２００の状態を示す現在の第２パラメータと、現在の第２パラメータと同一条件下における正常時の第２パラメータとに基づいて、冷媒冷却器４に異常が発生しているか否かを判定するものである。すなわち、判定部１５３は、第１パラメータをもとに条件テーブルから第２パラメータの正常値を取得し、取得した第２パラメータの正常値と第２パラメータとを比較して、冷媒冷却器４に異常が発生しているか否かを判定するものである。本実施の形態２において、判定部１５３は、２通りの方法により、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出することができる。そこで、以下、第１の方法と第２の方法とに分けて説明する。

（第１の方法）
予め定められた特定条件に対して、冷媒冷却器４の性能が同じであれば、熱源側膨張弁６ｄの開度は同じとなる。ここで、図１０の冷媒回路２００Ａにおいて、仮に冷媒冷却器４の劣化が起こった場合、パワーモジュール２１の温度上昇を抑えるために、冷媒の流量を多くする必要がある。そして、このような場合、制御装置５Ｃは、熱源側膨張弁６ｄの開度が正常時の開度よりも大きい開度となるように制御する。そのため、判定部１５３は、熱源側膨張弁６ｄの開度に基づいて、冷媒冷却器４に異常が発生したか否かを判定することができる。

そこで、第１の方法では、判定部１５３が、第２パラメータとして、熱源側膨張弁６ｄの開度を用いる。つまり、判定部１５３は、現在の第２パラメータとして、現在の熱源側膨張弁６ｄの開度Ｌｐを用い、第２パラメータの正常値として、正常時の熱源側膨張弁６ｄの開度Ｌｏを用いる。以降では、現在の熱源側膨張弁６ｄの開度Ｌｐを現在開度Ｌｐともいい、正常時の熱源側膨張弁６ｄの開度Ｌｏを正常開度Ｌｏともいう。

すなわち、判定部１５３は、同一の特定条件下で検出された現在開度Ｌｐと正常開度Ｌｏとの差分である開度差ΔＬが、予め設定された開度閾値Ｐを超えているか否かを判定することで、冷媒冷却器４に何らかの異常の兆候があるか否かを判定するものである。

ここで、判定部１５３が正常開度Ｌｏを読み出す際に参照する条件テーブルは、事前に行う実機試験等によって生成し、記憶部１５１に記憶され保持されるようにしてもよい。すなわち、予め定められた特定条件下での熱源側膨張弁６ｄの開度を正常開度Ｌｏとして事前に測定し、特定条件と正常開度Ｌｏとを関連づけたテーブル情報を条件テーブルとして記憶部１５１に格納しておくようにしてもよい。

また、条件テーブルは、実施の形態１の変形例１−１と同様、空気調和装置１００の運転開始時又は運転中等にテーブル生成部５５が生成するようにしてもよい。すなわち、テーブル生成部５５が、運転開始時又は運転中等のある特定条件に対応する熱源側膨張弁６ｄの開度の情報を正常開度Ｌｏとして取得し、特定条件と正常開度Ｌｏとを関連づけたテーブル情報を条件テーブルとして記憶部１５１に格納するようにしてもよい。このようにすれば、事前に条件テーブルを作成する手間を省くことができる。

（第２の方法）
第２の方法は、空気調和装置１００の電力量をモニタリングすることにより、第２パラメータの正常値としての電力量Ｅｏと現在の第２パラメータとしての電力量Ｅｐとを取得し、電力量Ｅｏと電力量Ｅｐとの差異を判定基準とする方法である。

図１０の冷媒回路２００Ａで冷媒冷却器４の劣化が起これば、上記通り、熱源側膨張弁６ｄの開度が正常時の開度よりも大きい開度となるように制御する。このため、正常時と比較すると、冷媒冷却器４を通る経路であるバイパス配管１０ｍを流れる冷媒が増加し、冷媒回路２００Ａの主経路である冷媒配管１０に流れる冷媒が少なくなることから、空気調和装置１００は電力量が増加するように作用する。よって、空気調和装置１００は、自身の電力量に基づいて、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出することができる。

すなわち、判定部１５３は、同一の特定条件下で検出された電力量Ｅｏと電力量Ｅｐとの差分である電力差ΔＥが、予め設定された電力閾値Ｑを超えているか否かを判定することで、冷媒冷却器４に何らかの異常の兆候があるか否かを判定するものである。

ここで、電力量を算出するためには、通常、電圧の情報と電流の情報とが必要になる。このため、制御装置５Ｃは、電力量の計算に、電流の情報として、圧縮機３の入力電流、又は電力変換装置２の入力側の母線電流を用いる場合、電力変換装置２のマイコン内に、こうした電流の情報があればそれを利用するようにしてもよい。また、制御装置５Ｃは、電力変換装置２のマイコン内から電流の情報を入手することができなければ、例えば電流センサを新たに設け、電流センサから電流の情報を取得するようにしてもよい。

また、制御装置５Ｃは、電圧の情報についても同様に、電力変換装置２のマイコン内から取得するようにしてもよいし、例えば電圧センサを新たに設け、電圧センサから取得してもよい。さらに、直接電力量を測定できる電力量計を新たに設け、電力量計を用いて電力量をモニタリングすることにより、冷媒冷却器４の異常状態を検出する構成としてもよい。

ここで、判定部１５３が電力量Ｅｏを読み出す際に参照する条件テーブルは、事前に行う実機試験等によって生成し、記憶部１５１に記憶され保持されるようにしてもよい。すなわち、予め定められた特定条件下での電力量Ｅｏを事前に測定し、特定条件と電力量Ｅｏとを関連づけたテーブル情報を条件テーブルとして記憶部１５１に格納しておくようにしてもよい。

また、条件テーブルは、実施の形態１の変形例１−１と同様、空気調和装置１００の運転開始時又は運転中等にテーブル生成部５５が生成するようにしてもよい。すなわち、テーブル生成部５５が、運転開始時又は運転中等のある特定条件に対応する電力量の情報を電力量Ｅｏとして取得し、特定条件と電力量Ｅｏとを関連づけたテーブル情報を条件テーブルとして記憶部１５１に格納するようにしてもよい。このようにすれば、事前に条件テーブルを作成する手間を省くことができる。

動作制御部１５４は、取得部１５２ａが取得した情報又は判定部１５３による判定結果に応じて、電力変換装置２、負荷側膨張弁６ｃ、熱源側膨張弁６ｄ、及び並列膨張弁６ｅの動作を制御するものである。そして、動作制御部１５４は、判定部１５３において冷媒冷却器４に異常が発生していると判定された場合に、パワーモジュール２１の保護制御を行うものである。

冷媒回路２００Ａの場合、熱源側膨張弁６ｄが存在するため、熱源側膨張弁６ｄの開度を調整することにより、冷媒冷却器４に流れる冷媒量を制御することができる。熱源側膨張弁６ｄの開度が大きいほど、冷媒冷却器４に流れる冷媒量が多くなり、熱源側膨張弁６ｄの開度が小さいほど、冷媒冷却器４に流れる冷媒量が少なくなる。そのため、冷媒冷却器４の冷却性能が低下した場合、一旦パワーモジュール２１の温度が高くなる方向に推移するが、熱源側膨張弁６ｄの開度が大きくなるように動作させることで、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出する前の冷却能力に戻すことができる。

そこで、動作制御部１５４は、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出した場合、パワーモジュール２１の保護制御として、熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくなるように変更する。より具体的に、動作制御部１５４は、判定部１５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したとき、熱源側膨張弁６ｄの開度を、予め定められた開度閾値Ｃまで大きくするものである。ここで、開度閾値Ｃは、パワーモジュール２１が故障しないように、試験又は机上検討によって適切に決定される値である。

また、動作制御部１５４は、判定部１５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したとき、パワーモジュール２１の温度が予め定められた温度閾値Ｄに下がるまで熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくするようにしてもよい。例えば、動作制御部１５４は、熱源側膨張弁６ｄの開度を少しずつ大きくしながら、パワーモジュール２１の温度と温度閾値Ｄとを比較し、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｄまで下がったときに、熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくする処理を停止するようにしてもよい。加えて、動作制御部１５４は、判定部１５３が冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、熱源側膨張弁６ｄの開度を所定量だけ大きくし、一定時間経過後に、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｄまで下がっていれば、その時点で、熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくする処理を停止するようにしてもよい。一方、一定時間経過後に、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｄまで下がっていなければ、熱源側膨張弁６ｄの開度をさらに所定量だけ大きくするようにしてもよい。すなわち、動作制御部１５４は、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｄに下がるまで、熱源側膨張弁６ｄの開度を段階的に大きくするようにしてもよい。

ここで、制御装置５Ｃは、上記の各機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアで実現することもできるし、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイコン又はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置上で実行されるソフトウェアとして実現することもできる。加えて、記憶部１５１は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はフラッシュメモリ等により構成することができる。

（特定条件）
ここで、特定条件は、前述した実施の形態１と同様、冷媒回路２００Ａの状態を示す情報である外気温度、圧縮機３の入力電流、冷媒の高圧圧力と低圧圧力、及び圧縮機３の回転数などが設定基準となる。特定条件の設定基準は、上記の中から１つだけを選択して用いてもよいが、設定基準の種類が多いほど、冷媒冷却器４の異常検出の精度が向上する。

例えば、外気温度に応じてパワーモジュール２１の冷え方が異なる場合、外気温度がパワーモジュール２１を冷やす必要がないほど低い状況も想定される。そして、仮にパワーモジュール２１の温度が外気温度よりも低くなった場合は、結露が起こることを防止するために、制御装置５Ｃが、熱源側膨張弁６ｄの開度を小さくするようにするとよい。反対に、外気が比較的高い場合は、制御装置５Ｃが、熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくするようにしてもよい。すなわち、外気温度の変動に応じて、パワーモジュール２１の冷え方が変化し、制御装置５が熱源側膨張弁６ｄの開度制御を行う場合は、外気温度に応じて正常時における熱源側膨張弁６ｄの開度が変化することに鑑み、特定条件として外気条件を選択してもよい。

また、電力量が圧縮機３の入力電流の大きさ又は圧縮機３の回転数の高さに依存することから、特定条件として圧縮機３の入力電流又は圧縮機３の回転数を選択してもよい。加えて、圧縮機３の入力電流は、冷媒の高圧圧力及び低圧圧力と相関を有することから、特定条件の設定基準として、圧縮機３の入力電流の代わりに、冷媒の高圧圧力及び低圧圧力を選択してもよい。

そして、上記複数の設定基準の中から、パワーモジュール２１の温度又は温度の上昇度合いへの影響が大きい設定基準を複数組み合わせて特定条件を設定してもよい。そして、設定した特定条件下における正常開度Ｌｏ又は電力量Ｅｏを事前に実機試験等で測定の上、記憶部１５１に条件テーブルとして記憶させ、保持させておけば、異常の兆候の検出精度をさらに向上させることができる。

図１２は、図１１の制御装置５Ｃの動作の流れを例示するフローチャートである。図１２に基づき、制御装置５Ｃによる冷媒冷却器４の異常の兆候を検出する方法及びパワーモジュール２１の保護制御の方法の一例について説明する。

まず、判定部１５３は、現在開度Ｌｐを取得する（図１２：ステップＳ３０１）。次いで、判定部５３は、取得した現在開度Ｌｐと同じ特定条件における正常開度Ｌｏを記憶部１５１の条件テーブルから読み出す（図１２：ステップＳ３０２）。次に、判定部１５３は、現在開度Ｌｐから正常開度Ｌｏを減算して開度差ΔＬを求める。そして、判定部１５３は、求めた開度差ΔＬが開度閾値Ｐを超えているか否かを判定する（図１２：ステップＳ３０３）。判定部１５３は、開度差ΔＬが開度閾値Ｐ以下であると判定した場合（図１２：ステップＳ３０３／Ｎｏ）、ステップＳ３０１へ戻る。

一方、判定部１５３は、開度差ΔＬが開度閾値Ｐを超えていると判定した場合（図１２：ステップＳ３０３／Ｙｅｓ）、パワーモジュール２１の保護制御を開始させる制御開始指令を動作制御部１５４へ出力する。動作制御部１５４は、制御開始指令に応じて、熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくする（図１２：ステップＳ３０４）。

動作制御部５４は、熱源側膨張弁６ｄの開度を徐々に大きくしていき、熱源側膨張弁６ｄの開度が開度閾値Ｃよりも小さい間（図１２：ステップＳ３０５／Ｎｏ）、温度センサ２１ａから取得部１５２ａを介してパワーモジュール２１の温度を取得する。そして、動作制御部１５４は、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｄまで低下したか否かを判定する（図１２：ステップＳ３０６）。動作制御部５４は、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｄまで低下していなければ（図１３：ステップＳ３０６／Ｎｏ）、ステップＳ３０４へ戻る。

一方、動作制御部１５４は、熱源側膨張弁６ｄの開度を開度閾値Ｃまで大きくしたとき（図１２：ステップＳ３０５／Ｙｅｓ）、熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくする処理を停止する（図１２：ステップＳ３０７）。また、動作制御部１５４は、熱源側膨張弁６ｄの開度を開度閾値Ｃまで大きくしていなくても（図１２：ステップＳ３０５／Ｎｏ）、パワーモジュール２１の温度が温度閾値Ｄまで低下すれば（図１２：ステップＳ３０６／Ｙｅｓ）、熱源側膨張弁６ｄの開度を大きくする処理を停止する（図１２：ステップＳ３０７）。なお、図１２では、判定部１５３が、第１の方法によって冷媒冷却器４の異常の兆候を検出する場合を例示したが、判定部１５３は、第２の方法によっても、上記同様に冷媒冷却器４の異常の兆候を検出することができる。

ここで、図１２では、特定条件に対応する第２パラメータの正常値が、事前に実機試験等で測定され、特定条件と第２パラメータの正常値とを関連づけた条件テーブルとして記憶部５１に格納されている場合を例示している。しかし、制御装置５Ｃは、テーブル生成部５５を有している場合、空気調和装置１００の運転開始時等において、条件テーブルを生成し、記憶部１５１に記憶させることができる。すなわち、制御装置５Ｃは、図８のステップＳ２０１に相当する処理を行うことができる。

＜変形例２−１＞
図１３は、本発明の実施の形態２の変形例２−１に係る冷媒回路の構成を例示する模式図である。本変形例２−１における空気調和装置１００は、図１０の冷媒回路２００Ａの代わりに、図１３に示す冷媒回路２００Ｂを有している。上述した冷媒回路２００Ａと同等の構成については同一の符号を用いて説明は省略する。

本変形例２−１に係る空気調和装置１００は、室外機１１０Ｂと、室内機１２０と、を有している。室外機１１０Ｂは、圧縮機３と、熱源側熱交換器７ａと、四方弁９と、並列膨張弁６ｅと、冷媒冷却器４と、熱源側膨張弁６ｄと、を有している。すなわち、冷媒回路２００Ｂは、冷媒回路２００Ａと同様に、圧縮機３、熱源側熱交換器７ａ、負荷側膨張弁６ｃ、及び負荷側熱交換器７ｂが冷媒配管１０で接続されて構成されている。そして、冷媒回路２００Ｂは、４つの逆止弁３０ａ〜３０ｄを有するブリッジ回路３００を有している。

冷媒回路２００Ｂは、冷媒回路２００Ａのバイパス配管１０ｍの代わりに、圧縮機３の吐出側と圧縮機３の吸入側とを、熱源側熱交換器７ａ経由でつなぐバイパス配管１０ｎを有している。バイパス配管１０ｎは、バイパス配管１０ｃの代わりに、圧縮機３の吐出側と熱源側熱交換器７ａとをつなぐバイパス配管１０ｄを有している。バイパス配管１０ｄは、冷房運転時において、圧縮機３の吐出側と熱源側熱交換器７ａとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａとをつなぐものである。より具体的に、バイパス配管１０ｄは、圧縮機３の吐出側と四方弁９との間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａとをつなぐものである。一方、バイパス配管１０ｄは、暖房運転時において、圧縮機３の吐出側と負荷側膨張弁６ｃとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａとをつなぐものである。

すなわち、バイパス配管１０ｎは、バイパス配管１０ｂとバイパス配管１０ｄとが熱源側熱交換器７ａにおいて連結されて構成されている。そして、冷媒回路２００Ｂに冷媒が流れることによって冷凍サイクルが成立する。圧縮機３の下流で分岐してバイパス配管１０ｎに流入した冷媒は、図１３において矢印で示すように、熱源側熱交換器７ａ、熱源側膨張弁６ｄ、及び冷媒冷却器４を経由して、圧縮機３に吸入される。

ここで、空気調和装置１００は、室外機１１０Ｂと室内機１２０との間に、分流コントローラ（図示せず）を有していていてもよい。この場合、バイパス配管１０ｎは、冷房運転時において、圧縮機３の吐出側と熱源側熱交換器７ａとの間の冷媒配管１０と、分流コントローラと圧縮機３の吸入側との間の冷媒配管１０とをつなぐものとなる。一方、バイパス配管１０ｎは、暖房運転時において、圧縮機３の吐出側と分流コントローラとの間の冷媒配管１０と、熱源側熱交換器７ａと圧縮機３の吐出側との間の冷媒配管１０とをつなぐものとなる。

また、本変形例２−１における空気調和装置１００は、図１１に示す制御装置５Ｃを有しており、制御装置５Ｃは、冷媒回路２００Ａと同様に冷媒回路２００Ｂを制御するものである。すなわち、制御装置５Ｃは、図１２の場合と同様に動作する。

以上のように、本実施の形態２における空気調和装置１００は、同一条件下における第２パラメータの正常値と現在の第２パラメータとを比較することで、冷媒冷却器４に異常が発生していると判定した場合に、パワーモジュールの保護制御を行う。よって、空気調和装置１００によれば、冷媒回路２００Ａ又は２００Ｂの僅かな状態変化を捉えることができるため、冷媒冷却器４の異常の兆候を精度よく検出し、パワーデバイスの温度上昇を抑制することができる。

また、制御装置５Ｃは、冷却部の劣化又は冷媒冷却器４とパワーモジュール２１の密着状況の悪化などといった冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、パワーモジュール２１の保護制御として、熱源側膨張弁６ｄの回転数を高くする処理を行う。よって、制御装置５Ｃは、冷媒冷却器４の異常の兆候を検出したときに、パワーモジュール２１の発熱及び温度上昇を抑制することができるため、パワーモジュール２１の故障を防ぐことができる。そして、制御装置５Ｃによれば、冷媒冷却器４の何らかの異常を検出した場合でも、パワーモジュール２１を保護しながら運転を継続することができる。

さらに、冷媒回路２００Ａ及び２００Ｂにおいて、熱源側膨張弁６ｄ及び冷媒冷却器４は、熱源側熱交換器７ａと圧縮機３の吸入側とをつなぐバイパス配管１０ｂに設けられている。そして、現在の第２パラメータ及び第２パラメータの正常値が、熱源側膨張弁６ｄの開度である場合、判定部１５３は、現在の第２パラメータである現在開度Ｌｐと第２パラメータの正常値である正常開度Ｌｏとの開度差ΔＬが開度閾値Ｐを超えていれば、冷媒冷却器４に異常が発生していると判定する。このように、本実施の形態２における空気調和装置１００は、冷媒冷却器４の異常発生の判定に、冷媒冷却器４の劣化が起こった場合に制御される熱源側膨張弁６ｄの開度を用いるため、判定の精度を高めることができる。

また、制御装置５Ｃが、上述した実施の形態１の変形例１−２における制御装置５Ｂと同様に、表示制御部５６及び通信部５７のうちの何れか一方を有するようにしてもよい。このようにすれば、異常発生情報の表示又は通知等により、冷媒冷却器４に何らかの異常が生じていることを、即座にユーザ又はサービスマン等へ知らせることができるため、サービス性及びメンテナンス性の向上を図ることができる。すなわち、異常発生情報の表示又は通知等により、サービスマン等が部品交換等を迅速に行うことができるため、リスクを最小減に抑えることができる。

上記各実施の形態は、空気調和装置における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態では、現在の第２パラメータから第２パラメータの正常値を減算した値と閾値との比較により、冷媒冷却器４に異常が発生したか否かを判定する場合を例示したが、これに限定されるものではない。制御装置５及び５Ａ〜５Ｃが、第２パラメータの正常値に、例えば温度閾値Ｘ、温度閾値Ｙ、開度閾値Ｐ、又は電力閾値Ｑなどに相当する所定値を加えることにより閾値を算出し、特定条件と算出した閾値とを関連づけたテーブル情報を条件テーブルとして格納するようにしてもよい。また、事前に実機試験等の結果をもとに、上記同様のテーブル情報を条件テーブルとして格納させておいてもよい。そして、制御装置５及び５Ａ〜５Ｃが、現在の第２パラメータと条件テーブルから読み出した閾値とを比較することにより、冷媒冷却器４に異常が発生したか否かを判定するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、図１、図２、図１０、又は図１３をもとに、空気調和装置１００の冷房運転中における制御内容を例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、空気調和装置１００は、暖房運転中においても、上記同様、冷媒冷却器４における異常の発生を検出し、パワーモジュールの保護制御を行うことができる。よって、空気調和装置１００によれば、暖房運転中においても、冷媒回路の僅かな状態変化を捉えることができるため、冷媒冷却器の異常の兆候を精度よく検出し、パワーデバイスの温度上昇を抑制することができる。

１ 電源、２ 電力変換装置、３ 圧縮機、４ 冷媒冷却器、５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 制御装置、６ａ、６ｄ 熱源側膨張弁、６ｂ、６ｃ 負荷側膨張弁、６ｅ 並列膨張弁、７ａ 熱源側熱交換器、７ｂ 負荷側熱交換器、８ アキュームレータ、９ 四方弁、１０ 冷媒配管、１０ａ 並列配管、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｍ、１０ｎ バイパス配管、１１ プレート部、１１ａ 冷却プレート、１１ｂ 伝熱プレート、１１ｎ 放熱部材、１２ 冷媒配管部、１２ａ 冷却用配管、１２ｂ 接続用配管、１３ 熱接触面、２１ パワーモジュール、２１ａ 温度センサ、３０ａ〜３０ｄ 逆止弁、３１ 圧縮機モータ、３２ 圧縮要素、５１、１５１ 記憶部、５２、５２ａ、１５２ａ 取得部、５３、１５３ 判定部、５４、１５４ 動作制御部、５５ テーブル生成部、５６ 表示制御部、５７ 通信部、１００ 空気調和装置、１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 室外機、１２０ 室内機、２００、２００Ａ、２００Ｂ 冷媒回路、３００ ブリッジ回路。

Claims (12)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、負荷側膨張弁、及び負荷側熱交換器が冷媒配管で接続された冷媒回路と、
   パワーモジュールを含む電力変換装置と、
   前記冷媒回路の状態を示す設定基準を少なくとも１つ含んだ第１パラメータと、前記冷媒回路の状態を示し前記設定基準とは異なる第２パラメータと、をもとに、前記冷媒回路及び前記電力変換装置を制御する制御装置と、
   を有し、
   前記冷媒回路は、
   前記圧縮機の下流に設けられた熱源側膨張弁と、
   前記熱源側膨張弁の下流に設けられ、前記パワーモジュールを冷却する冷媒冷却器と、を有し、
   前記制御装置は、
   前記第１パラメータと前記第２パラメータの正常値とを関連づけた条件テーブルを記憶した記憶部と、
   現在の前記第１パラメータをもとに前記条件テーブルから前記第２パラメータの正常値を取得し、取得した前記第２パラメータの正常値と前記冷媒回路から得られた現在の前記第２パラメータとを比較して、前記冷媒冷却器に異常が発生しているか否かを判定する判定部と、
   前記判定部において前記冷媒冷却器に異常が発生していると判定された場合に、前記パワーモジュールの保護制御を行う動作制御部と、を有する空気調和装置。
2. 前記第１パラメータは、前記設定基準としての、外気温度、前記圧縮機の入力電流、前記冷媒回路を流れる冷媒の高圧圧力と低圧圧力、及び前記圧縮機の回転数のうちの１つ又は複数を含むものである請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記第２パラメータは、前記パワーモジュールの温度である請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記判定部は、現在の前記第２パラメータと前記第２パラメータの正常値との差である温度差が温度閾値を超えている場合に、前記冷媒冷却器に異常が発生していると判定するものである請求項３に記載の空気調和装置。
5. 前記冷媒回路は、
   前記圧縮機の下流側の位置と前記圧縮機の吸入側とを、前記熱源側熱交換器経由でつなぐバイパス配管を有しており、
   前記バイパス配管には、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機の吐出側との間に、前記冷媒冷却器と前記熱源側膨張弁とが設けられている請求項１又は２に記載の空気調和装置。
6. 前記制御装置は、
   前記パワーモジュールの保護制御として、前記熱源側膨張弁の開度を大きくするものである請求項５に記載の空気調和装置。
7. 前記第２パラメータは、前記熱源側膨張弁の開度であり、
   前記判定部は、現在の前記第２パラメータと前記第２パラメータの正常値との差である開度差が開度閾値を超えている場合に、前記冷媒冷却器に異常が発生していると判定するものである請求項１、２、５、又は６の何れか一項に記載の空気調和装置。
8. 前記熱源側膨張弁及び前記冷媒冷却器は、
   前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記負荷側膨張弁、及び前記負荷側熱交換器と直列に接続されている請求項１〜４の何れか一項に記載の空気調和装置。
9. 前記動作制御部は、
   前記パワーモジュールの保護制御として、前記圧縮機の回転数を低下させるものである請求項８に記載の空気調和装置。
10. 表示部を有し、
    前記制御装置は、
    前記判定部において前記冷媒冷却器に異常が発生していると判定された場合、前記冷媒冷却器に異常が発生したことを示す異常発生表示情報を前記表示部に表示させる表示制御部を有する請求項１〜９の何れか一項に記載の空気調和装置。
11. 前記制御装置は、
    前記判定部において前記冷媒冷却器に異常が発生していると判定された場合、前記冷媒冷却器に異常が発生したことを示す異常発生通知情報を外部の通信端末へ通知する通信部を有する請求項１〜１０の何れか一項に記載の空気調和装置。
12. 前記パワーモジュールは、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子を含むものである請求項１〜１１の何れか一項に記載の空気調和装置。

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