JP7278065B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子膨張弁を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

特許文献１には、機器自身によって膨張弁の異常を検知する空調装置が記載されている。この空調装置は、圧縮機、凝縮器、電子膨張弁及び蒸発器を備えている。電子膨張弁と蒸発器との間には、蒸発器の温度を検知する温度センサが設けられている。蒸発器の吸込口には、吸込み空気温度を検知する温度センサが設けられている。異常検知装置では、各温度センサの検知温度に基づき、電子膨張弁の異常検知が行われる。

特開２０００－２７４８９６号公報

しかしながら、蒸発器の温度及び吸込み空気温度は、空調装置の運転条件に応じて変動する。したがって、蒸発器の温度及び吸込み空気温度のみに基づいて電子膨張弁の異常検知が行われると、誤検知又は見逃しが生じてしまう場合があるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電子膨張弁の異常検知における誤検知及び見逃しを防ぐことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、電子膨張弁及び室内熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、異常を報知する報知部と、を備え、前記冷凍サイクル回路は、前記圧縮機が動作して高圧圧力一定制御が行われ、前記室外熱交換器が蒸発器として機能し、前記室内熱交換器が凝縮器として機能し、前記電子膨張弁が一定開度で開いた状態に維持される運転状態で運転可能であり、前記運転状態において、前記電子膨張弁の正常時よりも前記室内熱交換器の出口での冷媒温度が高くなって室内の室内温度と前記冷媒温度との温度差が大きくなることで前記室内熱交換器の温度効率が基準値を下回った場合、前記電子膨張弁の異常が前記報知部で報知されるものである。

室内熱交換器の温度効率は、電子膨張弁が正常であれば、室内熱交換器の出口の冷媒温度及び室内温度の変動による影響を受けない。したがって、本発明によれば、温度効率に基づいて電子膨張弁の異常が検知されるため、電子膨張弁の異常検知における誤検知及び見逃しを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の室内機２ａにおける暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードの室内機２ａで電子膨張弁２３ａが正常であるときの冷媒の温度変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードの室内機２ａで電子膨張弁２３ａが異常であるときの冷媒の温度変化を示すグラフである。 温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）のみに基づいて電子膨張弁の異常検知が行われる場合に異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。 温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）のみに基づいて電子膨張弁の異常検知が行われる場合に異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。 温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）のみに基づいて電子膨張弁の異常検知が行われる場合に異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、電子膨張弁が正常と判定される温度効率ηｈの範囲と電子膨張弁が異常と判定される温度効率ηｈの範囲とを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、電子膨張弁が異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、電子膨張弁が異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、電子膨張弁が異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御装置３で実行される電子膨張弁の異常検知処理の流れの例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
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構成を示す図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置として、少なくとも暖房運転を実行可能なマルチ型の空気調和装置を例示している。図１に示すように、冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０と、冷凍サイクル回路１０を含む冷凍サイクル装置全体を制御する制御装置３と、を有している。

冷凍サイクル回路１０は、圧縮機１１、四方弁１４、室内熱交換器２１ａ、２１ｂ、電子膨張弁２３ａ、２３ｂ及び室外熱交換器１２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。冷凍サイクル回路１０において、室内熱交換器２１ａ及び電子膨張弁２３ａの組と、室内熱交換器２１ｂ及び電子膨張弁２３ｂの組とは、互いに並列に接続されている。

＜室外機＞
冷凍サイクル装置は、室外に設置される室外機１を有している。室外機１には、上記の圧縮機１１、四方弁１４及び室外熱交換器１２と、室外ファン１３及び圧力センサ１５と、が収容されている。

圧縮機１１は、低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機１１が動作すると、冷媒が冷凍サイクル回路１０内を循環する。圧縮機１１としては、回転速度を調整可能なインバータ駆動の圧縮機が用いられる。四方弁１４は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れ方向を切り替える弁である。室外熱交換器１２は、冷房運転時には凝縮器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器１２では、冷媒と室外空気との熱交換が行われる。

室外ファン１３は、モータによって駆動するプロペラファンである。室外ファン１３は、室外熱交換器１２に室外空気を供給する。室外ファン１３が動作すると、室外空気が室外機１の内部に吸入され、室外熱交換器１２を通過した室外空気が室外機１の外部に排出される。

圧力センサ１５は、冷凍サイクル回路１０のうち、圧縮機１１と四方弁１４との間の吐出配管、すなわち圧縮機１１の吐出側に設けられている。圧力センサ１５は、冷凍サイクル回路１０の高圧圧力を検出し、検出信号を後述する制御装置３に出力する。制御装置３では、冷凍サイクル回路１０の高圧圧力に基づいて凝縮温度Ｔｃが演算される。

＜室内機＞
冷凍サイクル装置は、室内に設置される２台の室内機２ａ、２ｂを有している。室内機２ａ、２ｂは、冷媒配管を介して室外機１と接続されている。冷凍サイクル装置の利用形態に応じて、１台の室外機に対し１台又は３台以上の室内機が設置されるようにしてもよい。

室内機２ａには、上記の室内熱交換器２１ａ及び電子膨張弁２３ａと、室内ファン２２ａ、温度センサ２４ａ及び温度センサ２５ａと、が収容されている。

室内熱交換器２１ａは、冷房運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時には凝縮器として機能する熱交換器である。室内熱交換器２１ａでは、冷媒と室内空気との熱交換が行われる。電子膨張弁２３ａは、絞り膨張により冷媒を減圧させる弁である。電子膨張弁２３ａの開度は、冷凍サイクル回路１０内の冷媒の過熱度又は過冷却度が目標値に近づくように、制御装置３によって制御される。これにより、冷凍サイクル回路１０内の冷媒流量が効率よく制御される。

室内ファン２２ａは、モータによって駆動する遠心ファン又はクロスフローファンである。室内ファン２２ａは、室内熱交換器２１ａに空気を供給する。室内ファン２２ａが動作すると、室内空気が室内機２ａの内部に吸入され、室内熱交換器２１ａを通過した調和空気が室内に供給される。

温度センサ２４ａは、空気の流れにおいて室内熱交換器２１ａの上流側に設けられている。温度センサ２４ａは、室内機２ａからの調和空気が供給される室内の室内温度Ｔｃａｉを検出し、検出信号を制御装置３に出力する。温度センサ２５ａは、冷凍サイクル回路１０のうち、室内熱交換器２１ａと電子膨張弁２３ａとの間、すなわち暖房運転時の冷媒の流れにおいて室内熱交換器２１ａの出口側に設けられている。温度センサ２５ａは、室内熱交換器２１ａの出口での冷媒温度Ｔｃｏを検出し、検出信号を制御装置３に出力する。

室内機２ｂには、室内機２ａと同様に、室内熱交換器２１ｂ、電子膨張弁２３ｂ、室内ファン２２ｂ、温度センサ２４ｂ及び温度センサ２５ｂが収容されている。温度センサ２４ｂでは、室内機２ｂからの調和空気が供給される室内の室内温度Ｔｃａｉが検出される。温度センサ２５ｂでは、暖房運転時における室内熱交換器２１ｂの出口での冷媒温度Ｔｃｏが検出される。

＜制御装置＞
制御装置３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御装置３は、冷凍サイクル回路１０に設けられた各種センサからの検出信号、及び不図示の操作部からの操作信号等に基づき、圧縮機１１、四方弁１４、室外ファン１３、電子膨張弁２３ａ、２３ｂ、及び室内ファン２２ａ、２２ｂを含む冷凍サイクル装置全体の動作を制御する。制御装置３は、室外機１に設けられていてもよいし、室内機２ａ、２ｂのいずれかに設けられていてもよい。また、制御装置３は、室外機１に設けられた室外機制御部と、室内機２ａ、２ｂのそれぞれに設けられ室外機制御部と通信可能な室内機制御部と、を有していてもよい。

また、制御装置３は、電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常判定に関わる機能ブロックとして、記憶部３１、抽出部３２、演算部３３、比較部３４、判定部３５及び報知部３６を有している。記憶部３１は、圧力センサ１５で検出された圧力のデータ、及び温度センサ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂで検出された温度のデータを記憶するように構成されている。これらのデータは、冷凍サイクル回路１０の運転中に定期的に取得される。

抽出部３２は、記憶部３１に記憶されたデータの中から、電子膨張弁２３ａ、２３ｂのそれぞれの異常判定に必要となる凝縮温度Ｔｃ、室内温度Ｔｃａｉ及び冷媒温度Ｔｃｏのデータを抽出するように構成されている。ここで、電子膨張弁２３ａの異常判定には、室内熱交換器２１ａでの凝縮温度Ｔｃ、室内機２ａからの調和空気が供給される室内の室内温度Ｔｃａｉ、及び、暖房運転時における室内熱交換器２１ａの出口での冷媒温度Ｔｃｏのデータが用いられる。電子膨張弁２３ｂの異常判定には、室内熱交換器２１ｂでの凝縮温度Ｔｃ、室内機２ｂからの調和空気が供給される室内の室内温度Ｔｃａｉ、及び、暖房運転時における室内熱交換器２１ｂの出口での冷媒温度Ｔｃｏのデータが用いられる。また、電子膨張弁２３ａ、２３ｂのそれぞれの異常判定には、室内機２ａ、２ｂが特定の動作モードで運転しているときの凝縮温度Ｔｃ、室内温度Ｔｃａｉ及び冷媒温度Ｔｃｏのデータが用いられる。特定の動作モードには、後述する暖房サーモオフモード、暖房送風モード及び停止モードが含まれる。抽出部３２は、凝縮温度Ｔｃのデータに代えて、冷凍サイクル回路１０の高圧圧力のデータを抽出してもよい。

演算部３３は、抽出部３２で抽出されたデータに基づき、室内熱交換器２１ａ、２１ｂのそれぞれの温度効率ηｈを算出するように構成されている。演算部３３では、必要に応じて、冷凍サイクル回路１０の高圧圧力のデータに基づき凝縮温度Ｔｃが演算される。室内熱交換器２１ａ、２１ｂのそれぞれの温度効率ηｈは、凝縮温度Ｔｃ［℃］、室内温度Ｔｃａｉ［℃］及び冷媒温度Ｔｃｏ［℃］を用いて、下記の式（１）により算出される。
ηｈ＝（Ｔｃ－Ｔｃｏ）／（Ｔｃ－Ｔｃａｉ） ・・・（１）

比較部３４は、演算部３３で算出された温度効率ηｈと、温度効率ηｈの閾値として記憶されている基準値η０と、を比較するように構成されている。

判定部３５は、比較部３４での比較結果に基づき、電子膨張弁２３ａ、２３ｂのそれぞれが正常であるか異常であるかを判定するように構成されている。

報知部３６は、電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常などの各種情報を報知するように構成されている。報知部３６は、情報を視覚的に報知する表示部、及び情報を聴覚的に報知する音声出力部の少なくとも一方を有している。報知部３６は、判定部３５により電子膨張弁２３ａが異常であると判定された場合、異常コードの表示などによって電子膨張弁２３ａの異常をユーザーに報知する。同様に、報知部３６は、判定部３５により電子膨張弁２３ｂが異常であると判定された場合、異常コードの表示などによって電子膨張弁２３ｂの異常をユーザーに報知する。

＜冷凍サイクル回路の動作＞
次に、冷凍サイクル回路１０の動作について、暖房運転を例に挙げて説明する。ここで、暖房運転とは、圧縮機１１が動作し、室外熱交換器１２が蒸発器として機能し、少なくとも１つの室内熱交換器２１ａ、２１ｂが凝縮器として機能する、冷凍サイクル回路１０の運転状態のことである。後述するように、冷凍サイクル回路１０の運転状態が暖房運転であっても、室内機２ａ、２ｂのそれぞれでは必ずしも暖房が行われない。

冷凍サイクル回路１０で暖房運転が行われる場合、四方弁１４は、圧縮機１１から吐出されたガス冷媒が室内熱交換器２１ａ、２１ｂに供給されるように切り替えられる。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１４を介して室内熱交換器２１ａ、２１ｂに流入する。暖房運転時には、室内熱交換器２１ａ、２１ｂは凝縮器として機能する。室内熱交換器２１ａに流入したガス冷媒は、室内ファン２２ａにより供給される室内空気との熱交換によって凝縮し、高圧の液冷媒となる。室内熱交換器２１ｂに流入したガス冷媒は、室内ファン２２ｂにより供給される室内空気との熱交換によって凝縮し、高圧の液冷媒となる。室内熱交換器２１ａ、２１ｂのそれぞれを通過した室内空気は、加熱された調和空気となってそれぞれ室内に供給される。

室内熱交換器２１ａ、２１ｂで凝縮した液冷媒は、それぞれ電子膨張弁２３ａ、２３ｂで減圧されて低圧の二相冷媒となる。電子膨張弁２３ａ、２３ｂのそれぞれで減圧された二相冷媒は、合流して室外熱交換器１２に流入する。暖房運転時には、室外熱交換器１２は蒸発器として機能する。室外熱交換器１２に流入した二相冷媒は、室外ファン１３により供給される室外空気との熱交換によって蒸発し、低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器１２で蒸発したガス冷媒は、四方弁１４を介して圧縮機１１に吸入される。

＜高圧圧力一定制御＞
高圧圧力一定制御について説明する。本実施の形態のようなマルチ型の空気調和装置では、圧縮機１１は、冷凍サイクル回路１０の高圧圧力、すなわち圧縮機１１の吐出圧力が一定になるように制御される。そのため、高圧圧力を用いて演算される凝縮温度Ｔｃは一定の温度となる。

＜室外ファン制御＞
室外ファン制御について説明する。暖房運転時において、室外ファン１３の回転数は、蒸発温度と外気温度との温度差が一定となるように制御されている。制御される室外ファン１３による空気の風量と、室外熱交換器１２の伝熱面積と、の関係により、必要な熱交換量が得られる。

＜室内機の定常制御＞
暖房運転時における室内機の定常制御について説明する。室内熱交換器２１ａ、２１ｂのそれぞれの出口での過冷却度ＳＣは、凝縮温度Ｔｃから冷媒温度Ｔｃｏを減じることにより算出される（ＳＣ＝Ｔｃ－Ｔｃｏ）。電子膨張弁２３ａの開度は、室内熱交換器２１ａの出口での過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｍに近づくように制御される。電子膨張弁２３ｂの開度は、室内熱交換器２１ｂの出口での過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｍに近づくように制御される。室内ファン２２ａ、２２ｂのそれぞれの回転数は、室内に設置されたリモコンでユーザーにより設定された風量に基づいて制御される。

＜暖房サーモオフモード＞
暖房サーモオフモードについて説明する。暖房サーモオフモードは、冷凍サイクル回路１０の暖房運転中に室内機２ａ、２ｂのそれぞれで実行される動作モードの１つである。以下、暖房サーモオフモードについて室内機２ａを例に挙げて説明する。室内機２ａの定常制御によって室内温度が目標温度に達した場合、室内熱交換器２１ａではそれ以上の熱交換を行う必要がない。したがってこの場合、室内熱交換器２１ａを流れる冷媒の流量が小流量に絞られることにより、室内機２ａは一時的に送風運転状態になる。このとき、冷凍サイクル回路１０は暖房運転のままである。このように、冷凍サイクル回路１０の暖房運転中において、室内温度と目標温度との温度差の減少により室内機２ａが送風運転状態になる動作モードを、暖房サーモオフモードという。暖房サーモオフモードでは、室内熱交換器２１ａ内での冷媒の寝込みを防止するため、電子膨張弁２３ａは、全閉ではなく一定開度で開いた状態に維持される。この一定開度は、例えば、電子膨張弁２３ａの通常の制御で使用される開度範囲の下限よりも小さい微開開度である。また、暖房サーモオフモードでは、室内ファン２２ａは所定の回転数で動作する。暖房サーモオフモードにおいて、室内温度と目標温度との温度差が所定値以上に大きくなった場合には、暖房サーモオフモードが終了し、室内機２ａの定常制御が再開される。

＜暖房送風モード＞
暖房送風モードについて説明する。暖房送風モードは、冷凍サイクル回路１０の暖房運転中に室内機２ａ、２ｂのそれぞれで実行される動作モードの１つである。以下、暖房送風モードについて室内機２ａを例に挙げて説明する。室内機２ａは、ユーザーによるリモコンの操作に基づき、送風運転に設定され得る。このように、冷凍サイクル回路１０の暖房運転中においてユーザーの操作により室内機２ａが送風運転状態となる動作モードを、暖房送風モードという。すなわち、暖房送風モードは、暖房サーモオフモードと異なり、ユーザーの操作に基づいて開始され、ユーザーの操作に基づいて終了する。暖房送風モードでは、電子膨張弁２３ａは、例えば、暖房サーモオフモードと同様に一定の微開開度で開いた状態に維持される。また、暖房送風モードでは、室内ファン２２ａは所定の回転数で動作する。

＜停止モード＞
停止モードについて説明する。停止モードは、冷凍サイクル回路１０の暖房運転中に室内機２ａ、２ｂのそれぞれで実行される動作モードの１つである。以下、停止モードについて室内機２ａを例に挙げて説明する。室内機２ａは、ユーザーによるリモコンの操作に基づいて停止状態になる。このように、冷凍サイクル回路１０の暖房運転中において室内機２ａが停止状態となる動作モードを、停止モードという。停止モードでは、電子膨張弁２３ａは、例えば、暖房サーモオフモード及び暖房送風モードと同様に一定の微開開度で開いた状態に維持される。また、停止モードでは、室内ファン２２ａは停止する。

＜電子膨張弁の異常検知が可能な動作モード＞
複数台の室内機２ａ、２ｂを有する冷凍サイクル装置において、全ての室内機２ａ、２ｂの動作モードが暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードのいずれかになった場合、圧縮機１１が停止し、冷凍サイクル回路１０の暖房運転が終了してしまう。

本実施の形態において、電子膨張弁２３ａの異常検知を行うためには、冷凍サイクル回路１０が暖房運転を行っており、かつ、電子膨張弁２３ａが一定開度で開いた状態に維持されているという条件を満たしている必要がある。室内機２ａの動作モードが暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードのいずれかであり、かつ、他の少なくとも１台の室内機の動作モードが暖房サーモオフモード、暖房送風モード及び停止モードのいずれでもない場合、上記の条件を満たしている。また、冷凍サイクル回路１０は、電子膨張弁２３ａの異常検知を行うための特別な運転状態での運転が可能であってもよい。この運転状態では、冷凍サイクル回路１０が暖房運転を行い、かつ、電子膨張弁２３ａが一定開度で開いた状態に維持される。

また、本実施の形態において、電子膨張弁２３ｂの異常検知を行うためには、冷凍サイクル回路１０が暖房運転を行っており、かつ、電子膨張弁２３ｂが一定開度で開いた状態に維持されているという条件を満たしている必要がある。室内機２ｂの動作モードが暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードのいずれかであり、かつ、他の少なくとも１台の室内機の動作モードが暖房サーモオフモード、暖房送風モード及び停止モードのいずれでもない場合、上記の条件を満たしている。また、冷凍サイクル回路１０は、電子膨張弁２３ｂの異常検知を行うための特別な運転状態での運転が可能であってもよい。この運転状態では、冷凍サイクル回路１０が暖房運転を行い、かつ、電子膨張弁２３ｂが一定開度で開いた状態に維持される。

図２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の室内機２ａにおける暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。図２中の白抜き矢印は、室内熱交換器２１ａに供給される空気の流れを表している。図３は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードの室内機２ａで電子膨張弁２３ａが正常であるときの冷媒の温度変化を示すグラフである。図４は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードの室内機２ａで電子膨張弁２３ａが異常であるときの冷媒の温度変化を示すグラフである。図３及び図４における横軸方向は、室内熱交換器２１ａ内の冷媒流路における位置を表している。図３及び図４において、右端は暖房運転時における室内熱交換器２１ａの冷媒入口を表しており、左端は暖房運転時における室内熱交換器２１ａの冷媒出口を表している。図３及び図４における縦軸方向は、温度を表している。ここで、暖房運転時に室内熱交換器２１ａに流入するガス冷媒は、実際には過熱ガス状態であるため凝縮温度Ｔｃよりも高い温度を有しているが、図３及び図４では、室内熱交換器２１ａに流入するガス冷媒の温度を凝縮温度Ｔｃと同等と表現している。また、以下の説明では、室内機２ａ、室内熱交換器２１ａ及び電子膨張弁２３ａを例示する場合があるが、室内機２ｂ、室内熱交換器２１ｂ及び電子膨張弁２３ｂについても同様である。

＜電子膨張弁の正常時＞
まず、図２及び図３を用いて、電子膨張弁２３ａが正常であるときの冷媒の温度変化について説明する。暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードでは、電子膨張弁２３ａは、一定の微開開度で開いた状態に維持される。ここで、室内温度Ｔｃａｉは、温度センサ２４ａにより検出される。室内熱交換器２１ａの出口の冷媒温度Ｔｃｏは、温度センサ２５ａにより検出される。凝縮温度Ｔｃは、圧力センサ１５により検出される高圧圧力を用いて演算される。

圧縮機１１によって高温高圧になったガス冷媒は、冷媒配管を通って室内熱交換器２１ａに流入する。室内熱交換器２１ａに流入したガス冷媒は、室内ファン２２ａにより供給される温度Ｔｃａｉの室内空気との熱交換によって凝縮し、二相状態を経て液状態に変化する。室内熱交換器２１ａの内部では、冷媒の温度は図３中の曲線Ｃ１のように変化する。電子膨張弁２３ａの開度が微開開度に維持されるため、室内熱交換器２１ａを流通する冷媒の流量は比較的小さくなる。これにより、室内熱交換器２１ａから流出する液冷媒の温度Ｔｃｏは、室内温度Ｔｃａｉに接近する傾向となる。室内熱交換器２１ａから流出した液冷媒は、電子膨張弁２３ａに流入する。

＜電子膨張弁の異常時＞
次に、図２及び図４を用いて、電子膨張弁２３ａが異常であるときの冷媒の温度変化について説明する。ここで、電子膨張弁２３ａの異常としては、開ロックが例示される。開ロックとは、電子膨張弁２３ａ内の弁体の固着によって電子膨張弁２３ａの開度が微開開度よりも大きい開度で固定されてしまう状態のことである。この場合、暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードでは、電子膨張弁２３ａが微開開度にならず、それよりも大きい開度で開いた状態に維持されてしまう。これにより、電子膨張弁２３ａが正常なときと比較して、室内熱交換器２１ａを流通する冷媒の流量が増大する。室内熱交換器２１ａの内部では、冷媒の温度は図４中の曲線Ｃ２のように変化する。室内熱交換器２１ａを流通する冷媒の流量が増大することから、室内熱交換器２１ａから流出する液冷媒の温度Ｔｃｏは、電子膨張弁２３ａが正常であるときの温度Ｔｃｏよりも高くなる。このため、電子膨張弁２３ａが異常であるときの冷媒温度Ｔｃｏと室内温度Ｔｃａｉとの温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）は、電子膨張弁２３ａが正常であるときの温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）よりも大きくなる。

特許文献１に記載の空調装置では、電子膨張弁と蒸発器との間に配置された温度センサの検知温度と、吸込み空気温度と、の温度差に基づいて、電子膨張弁の異常検知が行われる。電子膨張弁と蒸発器との間に配置された温度センサの検知温度は、冷媒温度Ｔｃｏに相当する。吸込み空気温度は、室内温度Ｔｃａｉに相当する。すなわち、特許文献１に記載の空調装置では、冷媒温度Ｔｃｏと室内温度Ｔｃａｉとの温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）に基づいて、電子膨張弁の異常検知が行われる。しかしながら、冷媒温度Ｔｃｏ及び室内温度Ｔｃａｉは、各部屋の温度条件等の冷凍サイクル装置の運転条件に応じて変動する。したがって、冷媒温度Ｔｃｏと室内温度Ｔｃａｉとの温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）のみに基づいて電子膨張弁の異常検知が行われると、誤検知又は見逃しが生じてしまう場合があった。ここで、誤検知とは、正常であるにも関わらず異常と判定されてしまうことである。見逃しとは、異常であるにも関わらず正常と判定され、異常を検知できないか又は異常の検知が遅れてしまうことである。

冷媒温度Ｔｃｏと室内温度Ｔｃａｉとの温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）のみに基づいて電子膨張弁の異常検知が行われる場合に生じる問題点について、より具体的に説明する。図５、図６及び図７は、温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）のみに基づいて電子膨張弁の異常検知が行われる場合に異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。図５、図６及び図７のそれぞれの縦軸方向は温度を表している。図５、図６及び図７では、室内温度Ｔｃａｉの温度条件がそれぞれ異なっている。温度効率ηｈは、冷凍サイクル装置又は室内機の機種、室内機の動作モード及び室内ファンの回転数等によって決まる値である。ここでは、温度効率ηｈを７０％と仮定する。また、本実施の形態のようなマルチ型の空気調和装置では、高圧圧力一定制御が行われるため、凝縮温度Ｔｃを一定温度である５０℃とする。過冷却度ＳＣは、温度効率ηｈ（無次元）、凝縮温度Ｔｃ［℃］及び室内温度Ｔｃａｉ［℃］を用いて、下記の式（２）により算出される。
ＳＣ＝ηｈ（Ｔｃ－Ｔｃａｉ） ・・・（２）

図５は、室内温度Ｔｃａｉが２０℃である温度条件において、異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示している。図５に示すように、室内温度Ｔｃａｉが２０℃である場合、過冷却度ＳＣは式（２）に基づき２１℃と算出される。室内熱交換器の出口の冷媒温度Ｔｃｏは、凝縮温度Ｔｃから過冷却度ＳＣを減じた値である２９℃となる。このため、冷媒温度Ｔｃｏが２９℃以下である場合（Ｔｃｏ≦２９℃）には電子膨張弁が正常であり、冷媒温度Ｔｃｏが２９℃よりも高い場合（Ｔｃｏ＞２９℃）には電子膨張弁が異常であると考えることができる。

したがって、電子膨張弁の異常検知の際に温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）の閾値として用いられるべき基準値は、９℃となる。冷媒温度Ｔｃｏが図５の温度範囲Ａに含まれる場合（Ｔｃｏ＞２９℃）、温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）が９℃よりも大きくなるため、電子膨張弁が異常であると判定できる。

図６は、室内温度Ｔｃａｉが３０℃である温度条件において、異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示している。図６に示すように、室内温度Ｔｃａｉが３０℃である場合、過冷却度ＳＣは式（２）に基づき１４℃と算出される。室内熱交換器の出口の冷媒温度Ｔｃｏは、凝縮温度Ｔｃから過冷却度ＳＣを減じた値である３６℃となる。このため、冷媒温度Ｔｃｏが３６℃以下である場合（Ｔｃｏ≦３６℃）には電子膨張弁が正常であり、冷媒温度Ｔｃｏが３６℃よりも高い場合（Ｔｃｏ＞３６℃）には電子膨張弁が異常であると考えることができる。したがって、電子膨張弁の異常検知の際に温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）の閾値として用いられるべき基準値は、６℃となる。この基準値は、室内温度Ｔｃａｉが２０℃であるときの基準値９℃とは一致しない。

室内温度Ｔｃａｉが３０℃である場合にも、温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）の閾値として用いられる基準値を９℃にしたと仮定する。この場合、冷媒温度Ｔｃｏが３９℃以下であるとき（Ｔｃｏ≦３９℃）に電子膨張弁が正常と判定され、冷媒温度Ｔｃｏが３９℃よりも高いとき（Ｔｃｏ＞３９℃）に電子膨張弁が異常と判定される。冷媒温度Ｔｃｏが図６の温度範囲Ｂに含まれるとき（Ｔｃｏ＞３９℃）には、電子膨張弁の異常を正しく検知できる。しかしながら、冷媒温度Ｔｃｏが図６の温度範囲Ｃに含まれるとき（３６℃＜Ｔｃｏ≦３９℃）には、電子膨張弁が異常であるにも関わらず正常と判定される見逃しが生じてしまう。

図７は、室内温度Ｔｃａｉが１０℃である温度条件において、異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示している。図７に示すように、室内温度Ｔｃａｉが１０℃である場合、過冷却度ＳＣは式（２）に基づき２８℃と算出される。室内熱交換器の出口の冷媒温度Ｔｃｏは、凝縮温度Ｔｃから過冷却度ＳＣを減じた値である２２℃となる。このため、冷媒温度Ｔｃｏが２２℃以下である場合（Ｔｃｏ≦２２℃）には電子膨張弁が正常であり、冷媒温度Ｔｃｏが２２℃よりも高い場合（Ｔｃｏ＞２２℃）には電子膨張弁が異常であると考えることができる。したがって、電子膨張弁の異常検知の際に温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）の閾値として用いられるべき基準値は、１２℃となる。この基準値は、室内温度Ｔｃａｉが２０℃であるときの基準値９℃とは一致しない。

室内温度Ｔｃａｉが１０℃である場合にも、温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）の閾値として用いられる基準値を９℃にしたと仮定する。この場合、冷媒温度Ｔｃｏが１９℃以下であるとき（Ｔｃｏ≦１９℃）に電子膨張弁が正常と判定され、冷媒温度Ｔｃｏが１９℃よりも高いとき（Ｔｃｏ＞１９℃）に電子膨張弁が異常と判定される。冷媒温度Ｔｃｏが図７の温度範囲Ｄに含まれるとき（Ｔｃｏ＞２２℃）には、電子膨張弁の異常を正しく検知できる。しかしながら、冷媒温度Ｔｃｏが図６の温度範囲Ｅに含まれるとき（１９℃＜Ｔｃｏ≦２２℃）には、電子膨張弁が正常であるにも関わらず異常と判定される誤検知が生じてしまう。

このように、温度差（Ｔｃｏ－Ｔｃａｉ）と基準値との比較のみによって電子膨張弁の異常検知が行われる場合、室内温度Ｔｃａｉの値によっては誤検知又は見逃しが生じてしまう。本実施の形態では、誤検知及び見逃しを防ぐため、室内熱交換器２１ａ、２１ｂの温度効率ηｈに基づいて、それぞれ電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常検知が行われる。

図８は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、電子膨張弁が正常と判定される温度効率ηｈの範囲と電子膨張弁が異常と判定される温度効率ηｈの範囲とを示す図である。既に図４に示したように、電子膨張弁に開ロック等の異常が生じた場合、電子膨張弁が正常なときと比較して、室内熱交換器を流通する冷媒の流量が増大し、室内熱交換器の出口の冷媒温度Ｔｃｏが高くなる。冷媒温度Ｔｃｏが高くなるほど、温度効率ηｈは小さくなる。このため、図８に示すように、室内熱交換器の温度効率ηｈが基準値η０以上（ηｈ≧η０）となる範囲Ｆでは、電子膨張弁が正常と判定される。室内熱交換器の温度効率ηｈが基準値η０未満（ηｈ＜η０）となる範囲Ｇでは、電子膨張弁が異常と判定される。電子膨張弁２３ａの異常検知は室内熱交換器２１ａの温度効率ηｈに基づいて行われ、電子膨張弁２３ｂの異常検知は室内熱交換器２１ｂの温度効率ηｈに基づいて行われる。

室内熱交換器の温度効率ηｈは、室内熱交換器の伝熱性能を表す指標であり、通常、冷凍サイクル装置又は室内機の機種、室内機の動作モード及び室内ファンの回転数等によって決まっている。このため、温度効率ηｈは、電子膨張弁が正常であれば、室内熱交換器の出口の冷媒温度Ｔｃｏ及び室内温度Ｔｃａｉの変動による影響を受けない。したがって、温度効率ηｈに基づき電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常検知を行うことにより、誤検知及び見逃しを防ぐことができる。図８では基準値η０を７０％としているが、基準値η０は、冷凍サイクル装置又は室内機の機種、室内機の動作モード及び室内ファンの回転数等に基づき、適切な値に設定される。

電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常検知は、室内ファン２２ａ、２２ｂがそれぞれ停止しているときに行われるようにしてもよい。例えば、電子膨張弁２３ａの異常検知は室内機２ａの動作モードが停止モードであるときに行われ、電子膨張弁２３ｂの異常検知は室内機２ｂの動作モードが停止モードであるときに行われる。このようにした場合、基準値η０をより適切な値に設定することができるため、電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常をより正確に検知することができる。

図９、図１０及び図１１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、電子膨張弁が異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示す図である。図９、図１０及び図１１のそれぞれの縦軸方向は温度を表している。図９、図１０及び図１１では、室内温度Ｔｃａｉの温度条件がそれぞれ異なっている。ここで、図９、図１０及び図１１のいずれにおいても、凝縮温度Ｔｃを５０℃とし、温度効率の基準値η０を７０％とした。

図９は、室内温度Ｔｃａｉが２０℃である温度条件において、異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示している。図５と同様に、冷媒温度Ｔｃｏが２９℃以下である場合（Ｔｃｏ≦２９℃）には電子膨張弁が正常であり、冷媒温度Ｔｃｏが２９℃よりも高い場合（Ｔｃｏ＞２９℃）には電子膨張弁が異常であると考えることができる。冷媒温度Ｔｃｏが２９℃以下である場合、算出される温度効率ηｈは基準値η０以上となる。一方、冷媒温度Ｔｃｏが２９℃よりも高い場合、すなわち冷媒温度Ｔｃｏが図９の温度範囲Ｈに含まれる場合、算出される温度効率ηｈは基準値η０未満となる。したがって、温度効率ηｈが基準値η０未満であるか否かに基づいて、電子膨張弁の異常を判定することができる。

図１０は、室内温度Ｔｃａｉが３０℃である温度条件において、異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示している。図６と同様に、冷媒温度Ｔｃｏが３６℃以下である場合（Ｔｃｏ≦３６℃）には電子膨張弁が正常であり、冷媒温度Ｔｃｏが３６℃よりも高い場合（Ｔｃｏ＞３６℃）には電子膨張弁が異常であると考えることができる。温度効率の基準値η０は、室内温度Ｔｃａｉ及び冷媒温度Ｔｃｏに関わらず一定の値となる。このため、図６とは異なり、温度条件によって判定閾値が変動することがない。冷媒温度Ｔｃｏが３６℃以下である場合、算出される温度効率ηｈは基準値η０以上となる。一方、冷媒温度Ｔｃｏが３６℃よりも高い場合、すなわち冷媒温度Ｔｃｏが図１０の温度範囲Ｉに含まれる場合、算出される温度効率ηｈは基準値η０未満となる。図１０に示す冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲には、図６の温度範囲Ｃのように見逃しの生じる温度範囲が存在しない。したがって、温度効率ηｈが基準値η０未満であるか否かに基づいて電子膨張弁の異常を判定することにより、見逃しを防ぐことができる。

図１１は、室内温度Ｔｃａｉが１０℃である温度条件において、異常と判定される冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲を示している。図７と同様に、冷媒温度Ｔｃｏが２２℃以下である場合（Ｔｃｏ≦２２℃）には電子膨張弁が正常であり、冷媒温度Ｔｃｏが２２℃よりも高い場合（Ｔｃｏ＞２２℃）には電子膨張弁が異常であると考えることができる。温度効率の基準値η０は、室内温度Ｔｃａｉ及び冷媒温度Ｔｃｏに関わらず一定の値となる。このため、図７とは異なり、温度条件によって判定閾値が変動することがない。冷媒温度Ｔｃｏが２２℃以下である場合、算出される温度効率ηｈは基準値η０以上となる。一方、冷媒温度Ｔｃｏが２２℃よりも高い場合、すなわち冷媒温度Ｔｃｏが図１１の温度範囲Ｊに含まれる場合、算出される温度効率ηｈは基準値η０未満となる。図１１に示す冷媒温度Ｔｃｏの温度範囲には、図７の温度範囲Ｅのように誤検知の生じる温度範囲が存在しない。したがって、温度効率ηｈが基準値η０未満であるか否かに基づいて電子膨張弁の異常を判定することにより、誤検知を防ぐことができる。

＜異常検知の流れ＞
図１２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御装置３で実行される電子膨張弁の異常検知処理の流れの例を示すフローチャートである。図１２に示す異常検知処理は、複数の室内機２ａ、２ｂのそれぞれに対して、所定の時間間隔で繰り返し実行される。以下、室内機２ａに対して実行される異常検知処理を例に挙げて説明する。

図１２のステップＳ１では、制御装置３は、室内熱交換器２１ａでの凝縮温度Ｔｃ、室内熱交換器２１ａの出口での冷媒温度Ｔｃｏ、室内熱交換器２１ａを通過した調和空気が供給される室内の室内温度Ｔｃａｉの各データを取得する。取得した各データは、制御装置３の記憶部３１に記憶される。

次に、ステップＳ２では、制御装置３は、動作モードの条件を満たすか否かを判定する。制御装置３は、例えば、室内機２ａの動作モードが暖房サーモオフモード、暖房送風モード又は停止モードのいずれかであり、かつ、他の少なくとも１台の室内機の動作モードが暖房サーモオフモード、暖房送風モード及び停止モードのいずれでもない場合、動作モードの条件を満たすと判定する。この条件を満たしている場合、冷凍サイクル回路１０は暖房運転を行っており、かつ、電子膨張弁２３ａは一定開度で開いた状態に維持されている。動作モードの条件を満たすと判定した場合にはステップＳ３に進み、動作モードの条件を満たしていないと判定した場合には異常検知処理を終了する。

ステップＳ３では、制御装置３は、ステップＳ１で取得したデータに基づき、室内熱交換器２１ａの温度効率ηｈを算出する。

次に、ステップＳ４では、制御装置３は、算出した温度効率ηｈと基準値η０とを比較し、ηｈ＜η０の関係を満たすか否かを判定する。基準値η０は、冷凍サイクル装置又は室内機の機種、室内機の動作モード及び室内ファンの回転数等に基づいて決まっている値である。ηｈ＜η０の関係を満たす場合にはステップＳ５に進み、ηｈ＜η０の関係を満たさない場合にはステップＳ７に進む。

ステップＳ５では、制御装置３は、電子膨張弁２３ａが異常であると判定する。

次に、ステップＳ６では、制御装置３は、電子膨張弁２３ａの異常を報知部３６に報知させる処理を行う。これにより、報知部３６では、電子膨張弁２３ａの異常がユーザーに報知される。制御装置３は、電子膨張弁２３ａの異常を報知部３６に報知させる処理が終了した後、異常検知処理を終了する。

ステップＳ７では、制御装置３は、電子膨張弁２３ａが正常であると判定する。その後、制御装置３は異常検知処理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機１１、室外熱交換器１２、電子膨張弁２３ａ、２３ｂ及び室内熱交換器２１ａ、２１ｂを有する冷凍サイクル回路１０と、異常を報知する報知部３６と、を備えている。冷凍サイクル回路１０は、圧縮機１１が動作し、室外熱交換器１２が蒸発器として機能し、室内熱交換器２１ａが凝縮器として機能し、電子膨張弁２３ａが一定開度で開いた状態に維持される運転状態で運転可能である。上記運転状態において室内熱交換器２１ａの温度効率ηｈが基準値η０を下回った場合、電子膨張弁２３ａの異常が報知部３６で報知される。

室内熱交換器２１ａの温度効率ηｈは、電子膨張弁２３ａが正常であれば、室内熱交換器２１ａの出口の冷媒温度Ｔｃｏ及び室内温度Ｔｃａｉの変動による影響を受けない。したがって、上記構成によれば、温度効率ηｈに基づいて電子膨張弁２３ａの異常が検知されるため、電子膨張弁２３ａの異常検知における誤検知及び見逃しを防ぐことができる。また、上記構成によれば、複数台の室内機２ａ、２ｂを有する空気調和装置であっても、電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常を各部屋の温度条件に関わらず検知することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、室内熱交換器２１ａは、冷媒と室内の空気との熱交換を行うものである。室内熱交換器２１ａでの凝縮温度をＴｃとし、室内熱交換器２１ａの出口での冷媒温度をＴｃｏとし、室内の室内温度をＴｃａｉとしたとき、温度効率ηｈは、ηｈ＝（Ｔｃ－Ｔｃｏ）／（Ｔｃ－Ｔｃａｉ）で表される。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、制御装置３をさらに備えている。制御装置３は、凝縮温度Ｔｃ、冷媒温度Ｔｃｏ及び室内温度Ｔｃａｉのそれぞれのデータを記憶し、記憶したデータのうち、上記運転状態における凝縮温度Ｔｃ、冷媒温度Ｔｃｏ及び室内温度Ｔｃａｉのそれぞれのデータに基づいて電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常を判定するように構成されている。この構成によれば、冷凍サイクル装置が単独で電子膨張弁２３ａ、２３ｂの異常検知を行うことができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、室内熱交換器２１ａに空気を供給する室内ファン２２ａをさらに備えている。上記運転状態では、室内ファン２２ａが停止している。この構成によれば、基準値η０をより適切な値に設定することができるため、電子膨張弁２３ａの異常をより正確に検知することができる。

上記実施の形態では空気調和装置を例に挙げたが、本発明は、空気調和装置以外の冷凍サイクル装置にも適用可能である。

１ 室外機、２ａ、２ｂ 室内機、３ 制御装置、１０ 冷凍サイクル回路、１１ 圧縮機、１２ 室外熱交換器、１３ 室外ファン、１４ 四方弁、１５ 圧力センサ、２１ａ、２１ｂ 室内熱交換器、２２ａ、２２ｂ 室内ファン、２３ａ、２３ｂ 電子膨張弁、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ 温度センサ、３１ 記憶部、３２ 抽出部、３３ 演算部、３４ 比較部、３５ 判定部、３６ 報知部。

Claims (4)

1. 圧縮機、室外熱交換器、電子膨張弁及び室内熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
   異常を報知する報知部と、
   を備え、
   前記冷凍サイクル回路は、前記圧縮機が動作して高圧圧力一定制御が行われ、前記室外熱交換器が蒸発器として機能し、前記室内熱交換器が凝縮器として機能し、前記電子膨張弁が一定開度で開いた状態に維持される運転状態で運転可能であり、
   前記運転状態において、前記電子膨張弁の正常時よりも前記室内熱交換器の出口での冷媒温度が高くなって室内の室内温度と前記冷媒温度との温度差が大きくなることで前記室内熱交換器の温度効率が基準値を下回った場合、前記電子膨張弁の異常が前記報知部で報知される冷凍サイクル装置。
2. 前記室内熱交換器は、冷媒と前記室内の空気との熱交換を行うものであり、
   前記室内熱交換器での凝縮温度をＴｃとし、
   前記室内熱交換器の出口での冷媒温度をＴｃｏとし、
   前記室内の室内温度をＴｃａｉとしたとき、
   前記温度効率ηｈは、ηｈ＝（Ｔｃ－Ｔｃｏ）／（Ｔｃ－Ｔｃａｉ）で表される請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記凝縮温度、前記冷媒温度及び前記室内温度のそれぞれのデータを記憶し、記憶した前記データのうち、前記運転状態における前記凝縮温度、前記冷媒温度及び前記室内温度のそれぞれの前記データに基づいて前記電子膨張弁の異常を判定するように構成されている請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記室内熱交換器に空気を供給する室内ファンをさらに備え、
   前記運転状態では、前記室内ファンが停止している請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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