JPWO2019234824A1

JPWO2019234824A1 - 冷凍サイクルシステム

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Publication number: JPWO2019234824A1
Application number: JP2020523883A
Authority: JP
Inventors: 栗田　慎; 慎栗田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: TW202004095A; WO2019234824A1; TWI704320B; JP7004811B2

Abstract

冷凍サイクルシステムは、圧縮機を含む冷媒回路と、冷媒回路を循環する冷媒の流量を検出する流量計と、圧縮機に吸入される冷媒の吸入ガス温度を検出する吸入温度検出器と、圧縮機から吐出される冷媒の吐出ガス温度を検出する吐出温度検出器と、冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度検出器と、冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出器と、膨張弁と凝縮器との間に設けられ、過冷却温度を検出する過冷却検出器と、吐出ガス温度に基づいて圧縮機が正常に運転しているか否かを判定する判定手段と、圧縮機が正常に運転していると判定された場合、蒸発温度、凝縮温度、吸入ガス温度、吐出ガス温度および過冷却温度から求まるエンタルピ差と流量とから使用冷凍能力を算出する使用能力算出手段と、使用冷凍能力に基づいて冷凍サイクルシステムの使用料金を算出する料金算出手段と、を有するものである。

Description

本発明は、圧縮機を有する冷凍サイクルシステムに関する。

冷媒回路を循環する冷媒を圧縮するための圧縮機は、凝縮器、蒸発器および膨張弁等の冷媒機器と組み合わせられ、冷凍サイクル装置として用いられる。複数種の圧縮機のうち、例えば、スクリュー圧縮機は比較的高価なため、ユーザは、スクリュー圧縮機を含む冷凍サイクル装置を購入する場合、初期に多額な費用がかかる。

ユーザは、冷凍サイクル装置を購入した後、運転が停止しないように日常点検および定期的メンテナンスを行い、冷凍サイクル装置を運用管理する必要がある。スクリュー圧縮機は、ケーシングに溶接部を持たない半密閉式であり、定期的にメンテナンスを行うことが前提となる圧縮機である。そのため、ユーザは、冷凍サイクル装置を長年使用するために、スクリュー圧縮機を定期的にメンテナンスする。この場合、ユーザは、長い期間にわたってメンテナンス時期を何度も判断する必要があり、負担が大きかった。

従来、空気調和機への投資回収容易化のために使用冷凍能力に対して使用料単価を設定し、使用料をユーザに請求する料金管理装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の料金管理装置は、凝縮器および蒸発器の冷媒温度と、膨張弁の冷媒入口側の温度と、圧縮機の吸入ガス温度および吐出ガス温度とを用いて、圧縮機の吸入側および吐出側と凝縮器出口の過冷却等の冷凍空調サイクル上の各部エンタルピを求める。また、料金管理装置は、圧縮機の蒸発圧力および凝縮圧力を変数とした圧縮機の冷媒循環量のデータを記憶手段に記憶させ、測定された蒸発温度および凝縮温度から運転時の冷媒循環量を推定する。冷房運転の場合、料金管理装置は、蒸発器の出口と入口とのエンタルピ差に、推定した冷媒循環量を積算して使用冷凍能力を計算する。

特開２００１−７６０４１号公報

特許文献１では、圧縮機が損傷しておらず、正常運転時における圧縮機の性能特性データを用いて冷媒循環量を推定しているが、推定冷媒循環量と実際の冷媒循環量とが異なることがある。例えば、圧縮部を構成する部品の摩耗が進行していると冷媒循環量が低下する。そのため、圧縮機が損傷し、圧縮機にメンテナンスが必要であるにも関わらず、正常でない運転状態の冷凍サイクル装置の使用にも、ユーザは使用料が課金されるおそれがある。

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、圧縮機の正常運転に対して使用料をユーザに課金する冷凍サイクルシステムを提供するものである。

本発明に係る冷凍サイクルシステムは、圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記冷媒回路を循環する冷媒の流量を検出する流量計と、前記圧縮機に吸入される冷媒の吸入ガス温度を検出する吸入温度検出器と、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出ガス温度を検出する吐出温度検出器と、前記凝縮器に設けられ、冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度検出器と、前記蒸発器に設けられ、冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出器と、前記膨張弁と前記凝縮器との間に設けられ、過冷却温度を検出する過冷却検出器と、前記吐出ガス温度に基づいて前記圧縮機が正常に運転しているか否かを判定する判定手段と、前記圧縮機が正常に運転していると判定された場合、前記蒸発温度、前記凝縮温度、前記吸入ガス温度、前記吐出ガス温度および前記過冷却温度から求まるエンタルピ差と前記流量とから使用冷凍能力を算出する使用能力算出手段と、前記使用冷凍能力に基づいて冷凍サイクルシステムの使用料金を算出する料金算出手段と、を有するものである。

本発明によれば、圧縮機の吐出ガス温度に基づいて圧縮機が正常であると判定された場合に使用冷凍能力が算出され、算出された使用冷凍能力に応じた使用料金がユーザに課され、圧縮機が異常な状態で使用された場合の使用料金はユーザに課されない。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクルシステムの一構成例を示す図である。図１に示した制御装置の一構成例を示す図である。図２に示す制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。図１に示した冷凍サイクルシステムの動作手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクルシステムの一構成例を示す図である。図５に示した制御装置の一構成例を示す図である。図５に示した管理装置の一構成例を示す図である。図７に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。図５に示した冷凍サイクルシステムの動作手順を示すシーケンス図である。

実施の形態１．
本実施の形態１の冷凍サイクルシステムの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクルシステムの一構成例を示す図である。図１に示すように、冷凍サイクルシステム１は、圧縮機２、凝縮器３、蒸発器４、膨張弁５、四方弁６および制御装置１８を有する。圧縮機２、凝縮器３、蒸発器４および膨張弁５が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路４０が構成される。

本実施の形態１では、冷凍サイクルシステム１の製造メーカは、圧縮機２を含む冷凍サイクルシステム１の運営をメンテナンス会社に委託しているものとする。冷凍サイクルシステム１のユーザは、圧縮機２について正常な運転状態での使用に応じて冷凍サイクルシステムのレンタル料金を支払う旨の契約をメンテナンス会社と行っている。メンテナンス会社は、冷凍サイクルシステムのレンタル料金をユーザから受け取り、圧縮機２が安定して運転を維持できるように、圧縮機２の運営管理を行う。

なお、図１では、冷凍サイクルシステム１の運転状態が冷房運転の場合を示し、負荷側熱交換器が蒸発器４として機能し、熱源側熱交換器が凝縮器３として機能する場合を示している。冷凍サイクルシステム１の運転状態が暖房運転の場合、図１に示す蒸発器４の負荷側熱交換器が凝縮器として機能し、図１に示す凝縮器３の熱源側熱交換器が蒸発器として機能するが、この場合の図を省略する。以下では、主に、負荷側熱交換器が蒸発器４として機能し、熱源側熱交換器が凝縮器３として機能する場合で説明する。

図１を参照して、冷凍サイクルシステム１の各構成を説明する。圧縮機２は、本実施の形態１では、インバータ９で駆動する単段シングルスクリュー圧縮機である。インバータ９には電力供給線Ｐｗを介して電力が供給される。電力供給線Ｐｗには、配電盤１０および電力計１１が設けられている。電力計１１はインバータ９の消費電力を検出する。膨張弁５は、冷媒を減圧して膨張させる膨張装置である。膨張弁５は、例えば、電子膨張弁である。四方弁６は、冷凍サイクルシステム１の運転状態に応じて冷媒の流通方向を切り替える流路切替装置である。

冷媒回路４０を流通する冷媒の流量を検出する流量計７および流量計８が設けられている。流量計７は、凝縮器３と膨張弁５との間に設けられている。流量計７は、冷房運転において、凝縮器３と膨張弁５との間を流通する冷媒の単位時間あたりの流量を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。流量計８は、蒸発器４と膨張弁５との間に設けられている。流量計８は、暖房運転において、蒸発器４と膨張弁５との間を流通する冷媒の単位時間あたりの流量を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。

冷凍サイクルシステム１には、運転状態を検出する手段として、凝縮温度検出器１２と、蒸発温度検出器１３と、吸入温度検出器１４と、吐出温度検出器１５と、過冷却検出器１６および１７とが設けられている。凝縮温度検出器１２は、凝縮器３に設けられている。凝縮温度検出器１２は、凝縮器３における冷媒の凝縮温度を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。蒸発温度検出器１３は、蒸発器４に設けられている。蒸発温度検出器１３は、蒸発器４における冷媒の蒸発温度を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。

吸入温度検出器１４は、圧縮機２の冷媒吸入側の冷媒配管に設けられている。吸入温度検出器１４は、圧縮機２に吸入される冷媒の吸入ガス温度を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。吐出温度検出器１５は、圧縮機２の冷媒吐出側の冷媒配管に設けられている。吐出温度検出器１５は、圧縮機２から吐出される冷媒の吐出ガス温度を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。

過冷却検出器１６および１７は、過冷却温度を検出するものである。過冷却検出器１６は、膨張弁５と凝縮器３との間に設けられている。過冷却検出器１６は、冷房運転において、膨張弁５と凝縮器３との間を流通する冷媒の過冷却温度を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。過冷却検出器１７は、膨張弁５と蒸発器４との間に設けられている。過冷却検出器１７は、暖房運転において、膨張弁５と蒸発器４との間を流通する冷媒の過冷却温度を検出し、検出値を電気信号に変換して出力する。

図２は、図１に示した制御装置の一構成例を示す図である。図３は、図２に示す制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。制御装置１８は、冷凍サイクルシステム１の運転状態および運転指令の情報を一括して管理する。図２に示すように、制御装置１８は、記憶部５０と、表示部５１と、制御部３０とを有する。制御部３０は、プログラムを記憶するメモリ３１と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３２とを有する。メモリ３１は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部５０は、例えば、ハードディスクドライブ装置である。表示部５１は、例えば、液晶ディスプレイ装置である。

図３に示すように、制御部３０は、冷凍サイクル制御手段３３、データ取得手段３４、判定手段３５、使用能力算出手段３６および料金算出手段３７を有する。ＣＰＵ３２がプログラムを実行することで、冷凍サイクル制御手段３３、データ取得手段３４、判定手段３５、使用能力算出手段３６および料金算出手段３７が冷凍サイクルシステム１に構成される。

冷凍サイクル制御手段３３は、図に示さない操作部を介してユーザが制御装置１８に暖房運転または冷房運転の運転指令を入力すると、入力された運転指令にしたがって四方弁６を制御する。冷凍サイクル制御手段３３は、過冷却温度と凝縮温度との温度差から過冷却度ＳＣを算出し、過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｓと一致するように冷媒回路４０を制御する。

データ取得手段３４は、電力計１１と、流量計７および８と、吸入温度検出器１４と、吐出温度検出器１５と、過冷却検出器１６および１７との各計器から受信する検出値を記憶部５０に格納する。判定手段３５は、吐出ガス温度に基づいて圧縮機２の運転状態が正常か否かを判定する。使用能力算出手段３６は、圧縮機２の運転状態が正常である場合、蒸発温度、凝縮温度、吸入ガス温度、吐出ガス温度および過冷却温度からエンタルピ差を算出する。そして、使用能力算出手段３６は、エンタルピ差と流量計７または８が検出した流量とを乗算した値の積分値から使用冷凍能力Ｑを算出する。料金算出手段３７は、算出された使用冷凍能力Ｑに基づいて使用料金Ｃを算出する。

なお、図３では、冷凍サイクル制御手段３３は過冷却検出器１６および１７から検出値を受信する場合を示しているが、記憶部５０に蓄積される各計器の検出値を参照してもよい。また、図３に示していないが、冷凍サイクル制御手段３３は、インバータ９の回転周波数、四方弁６の流路状態および膨張弁５の開度の情報を記憶部５０に格納してもよい。この場合、判定手段３５は、圧縮機２の運転状態の判定の際、インバータ９の回転周波数、四方弁６の流路状態および膨張弁５の開度の情報を参照できる。

また、図１は、冷媒回路４０を循環する冷媒の流通方向を切り替えられる空気調和装置の場合を示しているが、冷凍サイクルシステム１は空気調和装置に限らない。例えば、冷凍サイクルシステム１は冷凍機であってもよく、この場合、四方弁６が設けられていなくてもよい。また、図１に示さない温度センサが空調対象空間に設けられていてもよい。この場合、冷凍サイクル制御手段３３は、空調対象空間の温度が設定温度になるように冷媒回路４０を制御してもよい。

次に、本実施の形態１の冷凍サイクルシステム１の動作を説明する。図４は、図１に示した冷凍サイクルシステムの動作手順を示すフローチャートである。ここでは、冷凍サイクルシステム１の運転状態が冷房運転の場合について説明する。

圧縮機２が運転を開始すると、凝縮温度検出器１２は凝縮温度を示す検出値を出力する。蒸発温度は、蒸発温度検出器１３は蒸発温度を示す検出値を出力する。過冷却検出器１６は過冷却温度を示す検出値を出力する。吸入温度検出器１４は、吸入ガス温度を示す検出値を出力する。吐出温度検出器１５は、吐出ガス温度を示す検出値を出力する。流量計７は、冷媒の流量を示す検出値を出力する。データ取得手段３４は、これらの計器から受信する検出値を記憶部５０に格納する（ステップＳ１０１）。その際、冷凍サイクル制御手段３３は、インバータ９の回転周波数の情報を記憶部５０に格納してもよい。

判定手段３５は、圧縮機２の運転状態の判定処理の前段階として、凝縮温度、蒸発温度および過冷却温度がそれぞれ決められた範囲内で安定していることを確認する。判定手段３５は、これらの温度が安定していないと、圧縮機２の運転状態を正しく判定できないからである。凝縮温度、蒸発温度および過冷却温度が安定している運転状態において、判定手段３５は、吐出ガス温度に基づいて圧縮機２の運転状態が正常か否かを判定する（ステップＳ１０２）。具体的には、判定手段３５は、検出された吐出ガス温度Ｔｄ１が、圧縮機２の運転状態から想定される想定吐出ガス温度Ｔｄｓｕｐとの温度差ΔＴｄを算出する。圧縮機２の運転状態と想定吐出ガス温度Ｔｄｓｕｐとの関係を示す情報はメモリ３１に記憶されている。例えば、インバータ９の回転周波数と想定吐出ガス温度Ｔｄｓｕｐとの関係を示す情報がメモリ３１に記憶されている。

判定手段３５は、ΔＴｄ＝｜Ｔｄ１−Ｔｄｓｕｐ｜を算出すると、温度差ΔＴｄを決められた閾値Ｔｔｈと比較する。閾値Ｔｔｈはメモリ３１に記憶されている。比較の結果、温度差ΔＴｄ＜閾値Ｔｔｈ未満の場合、判定手段３５は、圧縮機２の運転状態は正常と判定する。一方、温度差ΔＴｄ≧閾値Ｖｔｈである場合、判定手段３５は、圧縮機２の運転状態は異常であると判定する。

ステップＳ１０２において、判定手段３５は、圧縮機２の運転状態が異常と判定した場合、圧縮機２のメンテナンスが必要か否かを判定してもよい。具体的には、判定手段３５は、凝縮温度、蒸発温度、吸入ガス温度およびインバータ９の回転周波数から想定される想定冷媒循環量Ｍを算出する。そして、判定手段３５は、想定冷媒循環量Ｍに対する、流量計７が検出した冷媒循環量Ｍ１の割合を算出する。さらに、判定手段３５は、冷媒循環量の割合（Ｍ１／Ｍ）を決められた閾値Ｍｔｈと比較し、割合（Ｍ１／Ｍ）が閾値Ｍｔｈ未満である場合、圧縮機２のメンテナンスが必要と判定する。閾値Ｍｔｈはメモリ３１に記憶されている。吐出ガス温度が増加傾向にあり、かつ循環する冷媒の流量が減少傾向にあると、圧縮機２の故障に発展する可能性が高い。吐出ガス温度が増加し、循環する冷媒の流量が減少すると、冷媒循環量の割合（Ｍ１／Ｍ）が小さくなる傾向があるので、圧縮機２のメンテナンス要否を判定できる。

ステップＳ１０２において、判定手段３５は、圧縮機２が異常と判定した場合、圧縮機２が異常である旨を表示部５１に表示させる（ステップＳ１０３）。判定手段３５は、メンテナンスが必要と判定した場合には、圧縮機２が異常であることだけでなく、メンテナンスが必要である旨を表示部５１に表示させてもよい。

圧縮機２が異常であることを表示部５１が表示すると、ユーザは、冷凍サイクルシステム１のメンテナンス会社に連絡する。メンテナンス会社は、ユーザから連絡を受けると、冷凍サイクルシステム１の保守点検作業日に、作業員を冷凍サイクルシステム１が設置された場所に派遣する。作業員は、圧縮機２を修理または新しい圧縮機に交換することで、圧縮機２が突発的に運転停止する前に圧縮機２を正常な状態にすることができる。その結果、圧縮機２の故障が原因で突発的に冷凍サイクルシステム１の運転が停止してしまうことを防げる。

図４に示したステップＳ１０２の判定の結果、圧縮機２の運転状態が正常である場合、使用能力算出手段３６は、一定時間毎に、記憶部５０に蓄積された検出値を用いて冷媒回路４０の運転状態に対応するモリエル線図のデータを算出し、各エンタルピ差を算出する。具体的には、使用能力算出手段３６は、検出された蒸発温度から飽和圧力を求め、飽和圧力と検出された吸入ガス温度とから第１エンタルピｈ１を求める。また、使用能力算出手段３６は、検出された凝縮温度から飽和圧力を求め、飽和圧力と検出された過冷却温度とから第３エンタルピｈ３を求める。

冷房運転における使用冷凍能力Ｑとして、使用能力算出手段３６は、エンタルピ差（ｈ１−ｈ３）に冷媒循環量Ｍ１を積算して算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、使用能力算出手段３６は、決められた検出時間間隔Δｔ毎の冷凍能力を、式（１）にしたがって時間で積分して算出する。

式（１）において、Ｔは圧縮機２の正常運転時間であり、Ｍ１は冷媒循環量である。ｈ１は圧縮機２の冷媒吸入側の第１エンタルピであり、ｈ３は蒸発器４の冷媒出口側の第３エンタルピである。ｄｔは運転状態の検出時間間隔Δｔである。

使用能力算出手段が式（１）にしたがって使用冷凍能力Ｑを算出すると、料金算出手段３７は、式（２）にしたがって冷凍サイクルシステムの使用料金Ｃを算出する（ステップＳ１０５）。

式（２）において、Ｃは冷凍サイクルシステムの使用料金であり、Ｑは式（１）で算出される使用冷凍能力である。Ａは使用冷凍能力の単価であり、Ｂは基本料金である。Ｄは値引き料金である。料金算出手段３７は、使用料金Ｃを算出すると、算出結果を表示部５１に表示させる（ステップＳ１０６）。その際、料金算出手段３７は、圧縮機２の電気代として、電力計１１の検出値を正常運転時間Ｔで積分した値と単位時間あたりの電気料金とを乗算して算出し、算出結果を表示部５１に表示させてもよい。

ユーザは、表示部５１に表示される、使用料金Ｃおよび電気代を負担する。ユーザは、表示部５１に表示される情報から、冷凍サイクルシステムにかかる費用を知ることができる。ユーザは、使用料金Ｃをメンテナンス会社に支払い、電気代を電気会社に支払う。一方、圧縮機２のメンテナンスの修理費用および交換費用は、冷凍サイクルシステム１のメンテナンス会社が負担する。

なお、冷凍サイクルシステム１が暖房運転の場合、図４のステップＳ１０４において、使用能力算出手段３６は、暖房能力の計算に、流量計８および過冷却検出器１７の検出値を使用する。この場合、使用能力算出手段３６は、第１エンタルピｈ１と同様にして、検出された凝縮温度から飽和圧力を求め、飽和圧力と吐出ガス温度とから第２エンタルピｈ２を求める。そして、使用能力算出手段３６は、式（１）における（ｈ１−ｈ３）を（ｈ２−ｈ３）に置き換え、使用冷凍能力Ｑを算出する。このようにして、冷凍サイクルシステム１の運転状態に応じて使用冷凍能力Ｑを算出することができる。

また、図４に示すステップＳ１０３において、判定手段３５は、判定結果を表示部５１に表示しながら、判定結果をメンテナンス会社に通知してもよい。例えば、メンテナンス会社に情報処理端末が設けられ、情報処理端末と制御部３０とがネットワーク等で通信接続される。この場合、メンテナンス会社の運営管理者は、ユーザが使用中の圧縮機２の異常をより早く知ることができる。

また、本実施の形態１では、圧縮機２が単段シングルスクリュー圧縮機の場合で説明したが、圧縮機２は単段シングルスクリュー圧縮機に限定されない。圧縮機２として二段シングルスクリュー圧縮機に適用しても、本実施の形態１の効果を得ることができる。また、圧縮機２はシングルスクリュー圧縮機に限定されない。圧縮機２は、ツインスクリュー圧縮機、半密閉式のレシプロ圧縮機およびターボ圧縮機などの圧縮機であってもよい。

また、本実施の形態１では、電力計１１がインバータ９の消費電力を検出する場合で説明したが、圧縮機２の消費電力を検出できればよく、圧縮機２がインバータ９を用いない圧縮機であってもよい。

本実施の形態１の冷凍サイクルシステム１は、圧縮機２の運転状態を判定する判定手段３５と、圧縮機２が正常である場合に使用冷凍能力Ｑを算出する使用能力算出手段３６と、使用冷凍能力Ｑを用いて圧縮機２の使用料金Ｃを算出する料金算出手段３７とを有する。

本実施の形態１によれば、圧縮機２の吐出ガス温度に基づいて圧縮機２が正常であると判定された場合に使用冷凍能力Ｑが算出され、算出された使用冷凍能力Ｑに応じた使用料金Ｃがユーザに課される。そのため、圧縮機２が異常な状態で使用された場合の使用料金はユーザに課されない。冷凍サイクルシステムの使用料金の分担に関して、ユーザと圧縮機２の運営管理者との双方が納得し易く、各人に適切に負担が分配される。さらに、ユーザは、圧縮機の保守点検およびメンテナンス等の運用管理にかかる費用だけでなく、冷凍サイクルシステムの購入に起因する多額な支出を抑制できる。

本実施の形態１の冷凍サイクルシステム１は、圧縮機２の運転状態を監視し、圧縮機２の故障等に起因する異常の有無を判定し、異常がない場合の使用冷凍能力Ｑを求め、ユーザに課す、冷凍サイクルシステム１の使用料金Ｃを決定する。圧縮機２の正常運転時の使用料をユーザに課すことで、冷凍サイクルシステム１の運用管理に関するユーザの負担を軽減し、冷凍サイクルシステム１をユーザに利用しやすい環境を提供できる。

また、本実施の形態１では、判定手段３５は、圧縮機２が異常と判定すると、警報を出力する。そのため、圧縮機２の運転停止が突発的に発生するダメージをユーザが受ける前に、メンテナンス会社は、圧縮機２の修理および交換等の対応をすることができる。その結果、圧縮機２の故障が原因で突発的に冷凍サイクルシステム１の運転が停止してしまうことを防げる。

実施の形態２．
本実施の形態２の冷凍サイクルシステムは、圧縮機２の運転状態を管理する管理装置を有するものである。本実施の形態２では、実施の形態１で説明した構成と同様な構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態２の冷凍サイクルシステムの構成を説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクルシステムの一構成例を示す図である。図５に示すように、冷凍サイクルシステム１ａは、冷媒回路４０および制御装置１８ａを含む冷凍サイクル装置６０と、冷凍サイクル装置６０の運転状態および運転指令の情報を一括管理する管理装置１９とを有する。制御装置１８ａは、ネットワーク２０を介して管理装置１９と接続される。ネットワーク２０は、例えば、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）およびインターネットである。この場合、ネットワーク２０は、専用のＬＡＮで構成されてもよく、ＬＡＮおよびインターネットが組み合わされた構成であってもよい。

ネットワーク２０にサーバ２２が接続される。サーバ２２は、冷凍サイクル装置６０の運営を管理するメンテナンス会社２１が使用する情報処理装置である。また、メンテナンス会社２１には、運営管理者が操作する情報処理端末２３が設置されている。情報処理端末２３はサーバ２２を介してネットワーク２０と接続される。運営管理者は、情報処理端末２３を操作して、サーバ２２を介して管理装置１９が蓄積する情報にアクセスできる。情報処理端末２３は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。情報処理端末２３は表示部６１を有する。図５は、サーバ２２がメンテナンス会社２１に設置されている場合を示しているが、サーバ２２はメンテナンス会社２１に設置されていなくてもよい。例えば、サーバ２２は、メンテナンス会社がクラウドサービス提供会社とレンタル契約したサーバであってもよい。

ネットワーク２０に情報処理端末２５が接続される。情報処理端末２５は、冷凍サイクル装置６０のユーザが使用する端末である。情報処理端末２５は、ユーザが冷凍サイクル装置６０に運転指令を入力するための端末である。本実施の形態２では、ユーザは冷凍サイクル装置６０から地理的に離れたところから冷凍サイクル装置６０の運転状態を変更できる。図５では、情報処理端末２５は冷凍サイクル装置６０から一定の距離だけ離れた事務所２４に設置されている場合を示す。例えば、圧縮機２および熱源側熱交換器がビルの屋上に設置されている場合、ビルの１階に事務所２４が設置されている。情報処理端末２５は表示部５１を有する。情報処理端末２５は、例えば、ＰＣである。

なお、情報処理端末２３および２５は、デスクトップ型のＰＣであってもよく、スマートフォン等の携帯情報端末であってもよい。

図６は、図５に示した制御装置の一構成例を示す図である。図６に示すように、制御装置１８ａは、冷凍サイクル制御手段３３およびデータ取得手段３４を有する。データ取得手段３４は、電力計１１と、流量計７および８と、吸入温度検出器１４と、吐出温度検出器１５と、過冷却検出器１６および１７との各計器から受信する検出値を管理装置１９に送信する。データ取得手段３４は、冷媒回路４０の各冷媒機器の制御情報を管理装置１９に送信してもよい。データ取得手段３４は、冷媒機器の制御情報として、例えば、インバータ９の回転周波数、四方弁６の流路状態および膨張弁５の開度の情報を管理装置１９に送信する。

図７は、図５に示した管理装置の一構成例を示す図である。図８は、図７に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。図７に示すように、管理装置１９は、記憶部５０と、制御部５２とを有する。制御部５２は、プログラムを記憶するメモリ５３と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ５４とを有する。メモリ５３は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。図８に示すように、制御部５２は、判定手段３５、使用能力算出手段３６および料金算出手段３７を有する。ＣＰＵ５４がプログラムを実行することで、判定手段３５、使用能力算出手段３６および料金算出手段３７が管理装置１９に構成される。

判定手段３５は、制御装置１８ａから受信する検出値を記憶部５０に格納する。また、判定手段３５は、圧縮機２の運転状態が異常と判定すると、判定結果を料金算出手段３７に通知する。さらに、判定手段３５は、冷凍サイクル装置６０の運転データを要求する旨のデータ要求信号を情報処理端末２３から受け取ると、要求信号を料金算出手段３７に転送する。運転データは、電力計１１、流量計７および８、吸入温度検出器１４、吐出温度検出器１５、ならびに過冷却検出器１６および１７の検出値である。運転データは、冷媒回路４０の各冷媒機器の制御情報を含んでもよい。

本実施の形態２では、料金算出手段３７は、冷凍サイクルシステムの使用料金として、冷凍サイクル装置６０の使用料金Ｃを式（２）にしたがって算出する。ユーザは、管理装置１９およびサーバ２２等の情報処理装置の維持費を負担しないからである。ただし、メンテナンス会社が管理装置１９を所有し、管理装置１９をユーザにレンタルする場合には、管理装置１９のレンタル費用を冷凍サイクルシステムの使用料金に含めてもよい。

料金算出手段３７は、使用料金Ｃの情報を、ネットワーク２０を介して情報処理端末２５に送信する。また、料金算出手段３７は、圧縮機２が異常である旨の判定結果を判定手段３５から受け取ると、圧縮機２が異常であることを示す異常情報を、ネットワーク２０を介して情報処理端末２３に送信する。異常情報は、メンテナンスが必要であることを示す情報を含んでいてもよい。さらに、料金算出手段３７は、データ要求信号を判定手段３５から受け取ると、運転データを情報処理端末２３にネットワーク２０を介して送信する。

次に、本実施の形態２の冷凍サイクルシステム１ａの動作を説明する。図９は、図５に示した冷凍サイクルシステムの動作手順を示すシーケンス図である。本実施の形態２では、図４を参照して説明した処理と同様な処理についての詳細な説明を省略する。ここでは、冷凍サイクル装置６０の運転状態が冷房運転であるものとする。

データ取得手段３４は、電力計１１と、流量計７および８と、吸入温度検出器１４と、吐出温度検出器１５と、過冷却検出器１６および１７との各計器から受信する検出値を管理装置１９に送信する（ステップＳ２０１）。判定手段３５は、制御装置１８ａから受信する検出値を記憶部５０に格納する（ステップＳ２０２）。

判定手段３５は、記憶部５０が記憶する凝縮温度、蒸発温度および過冷却温度がそれぞれ決められた範囲内にあることを確認すると、記憶部５０が記憶する吐出ガス温度Ｔｄ１とメモリ５３が記憶する想定吐出ガス温度Ｔｄｓｕｐとの温度差ΔＴｄを算出する。そして、判定手段３５は、温度差ΔＴｄ＜閾値Ｖｔｈであるか否かを判定することで、圧縮機２が正常か否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここでは、圧縮機２にメンテナンスが必要か否かの判定についての説明を省略する。

ステップＳ２０３の判定の結果、圧縮機２の運転状態が正常である場合、使用能力算出手段３６は、記憶部５０が蓄積した運転データを参照し、式（１）にしたがって使用冷凍能力Ｑを算出する（ステップＳ２０４）。続いて、料金算出手段３７は、ステップＳ２０４で算出された使用冷凍能力Ｑを用いて、式（２）にしたがって使用料金Ｃを算出する（ステップＳ２０５）。そして、料金算出手段３７は、使用料金Ｃの情報を、ネットワーク２０を介して情報処理端末２５に送信する。その際、料金算出手段３７は、圧縮機２の電気代を算出し、電気代の情報を情報処理端末２５に送信してもよい。

情報処理端末２５は、使用料金Ｃの情報を管理装置１９から受信すると（ステップＳ２０６）、使用料金Ｃを表示部５１に出力する（ステップＳ２０７）。ユーザは、表示部５１に表示される情報から、圧縮機２にかかる費用を知ることができる。

一方、ステップＳ２０３において、判定手段３５が圧縮機２に異常があると判定すると、料金算出手段３７は、圧縮機２が異常であることを示す異常情報を、ネットワーク２０を介して情報処理端末２３に送信する（ステップＳ２０８）。情報処理端末２３は、異常情報を管理装置１９から受信すると（ステップＳ２０９）、異常情報を含む警報を表示部６１に出力する（ステップＳ２１０）。メンテナンス会社２１の運営管理者は、ユーザの圧縮機２に異常があることを知ることができる。さらに、運営管理者は、情報処理端末２３を操作して、管理装置１９が蓄積する運転データにアクセスすることで、圧縮機２を含む冷凍サイクル装置６０の運転状態を詳しく分析できる。

なお、本実施の形態２では、図５を参照して、ネットワーク２０に管理装置１９およびサーバ２２が接続される場合を説明したが、サーバ２２は設けられていなくもよい。また、サーバ２２が管理装置１９の機能を備えていてもよい。この場合、サーバ２２と管理装置１９とが一体になった構成であってもよい。

また、管理装置１９は、１台の冷凍サイクル装置の運転データに限らず、複数の冷凍サイクル装置６０の運営データを蓄積してもよい。この場合、複数の管理装置１９が設けられていてもよく、サーバ２２は、複数の管理装置１９から各管理装置１９が蓄積する運転データを収集してもよい。メンテナンス会社２１は、広い地域にわたって点在する多くの冷凍サイクル装置６０の運営を一括して管理することができる。また、メンテナンス会社２１の運営管理者は、多くの圧縮機２の運転データを分析することで、圧縮機２の種類毎に、圧縮機２に発生しやすい故障原因、圧縮機２の的確なメンテナンス周期、および圧縮機２のより正確な寿命を把握できる。

本実施の形態２の冷凍サイクルシステム１ａは、データ取得手段３４とネットワーク２０を介して接続される管理装置１９を有し、管理装置１９は判定手段３５、使用能力算出手段３６および料金算出手段３７を含むものである。

本実施の形態２によれば、管理装置１９がネットワーク２０を介して冷凍サイクル装置６０から取得する運転データを蓄積する。冷凍サイクル装置６０のユーザは、冷凍サイクル装置６０から遠隔地に居ても、情報処理端末２５を操作して管理装置１９にアクセスすることで、冷凍サイクル装置６０の使用料金Ｃおよび運転データを確認できる。

メンテナンス会社２１の運営管理者は、情報処理端末２３を操作して管理装置１９にアクセスすることで、冷凍サイクル装置６０の運転データを冷凍サイクル装置６０の遠隔地で監視できる。そして、運営管理者は、情報処理端末２３を操作して管理装置１９が蓄積した運転データを分析することで、圧縮機２のメンテナンス要否だけでなく、圧縮機２の故障原因および寿命等の各種特性を分析できる。

従来、製造メーカは、例えば、スクリュー圧縮機について、エネルギー効率の高い高効率圧縮機を開発しても、冷凍サイクル装置に高効率圧縮機を搭載した場合の省エネルギー化の度合いを数値として表現するのが困難であった。これは、使用されている圧縮機を高効率圧縮機に置き換えた場合に、どの程度のコストメリットがあるかをユーザに理解させる実データがないことが原因の一つである。そのため、従来、使用中の圧縮機から高効率圧縮機への置き換えによる省エネルギー化を図るのが難しかった。

これに対して、本実施の形態２によれば、管理装置１９は、冷凍サイクル装置６０の運転データを蓄積しているので、圧縮機２を高効率圧縮機に置き換えた場合の使用冷凍能力に応じた料金を算出できる。その結果、ユーザは、高効率圧縮機を利用した方が現在よりも、使用料金および電気代が安くなることがわかる。高効率圧縮機への置き換えの効果を数値としてユーザに提供できる。その結果、冷凍サイクル装置６０の製造メーカおよびユーザの双方が納得して、高効率圧縮機への置き換えが行われる。高効率圧縮機へのリプレースが活発になり、省エネルギー化が促進される。

１、１ａ冷凍サイクルシステム、２圧縮機、３凝縮器、４蒸発器、５膨張弁、６四方弁、７、８流量計、９インバータ、１０配電盤、１１電力計、１２凝縮温度検出器、１３蒸発温度検出器、１４吸入温度検出器、１５吐出温度検出器、１６、１７過冷却検出器、１８、１８ａ制御装置、１９管理装置、２０ネットワーク、２１メンテナンス会社、２２サーバ、２３情報処理端末、２４事務所、２５情報処理端末、３０制御部、３１メモリ、３２ＣＰＵ、３３冷凍サイクル制御手段、３４データ取得手段、３５判定手段、３６使用能力算出手段、３７料金算出手段、４０冷媒回路、５０記憶部、５１表示部、５２制御部、５３メモリ、５４ＣＰＵ、６０冷凍サイクル装置、６１表示部。

本発明に係る冷凍サイクルシステムは、複数の冷凍サイクル装置と、前記複数の冷凍サイクル装置とネットワークを介して接続される管理装置と、前記ネットワークを介して前記管理装置と接続される情報処理端末と、を有し、前記複数の冷凍サイクル装置のそれぞれは、圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記冷媒回路を循環する冷媒の流量を検出する流量計と、前記圧縮機に吸入される冷媒の吸入ガス温度を検出する吸入温度検出器と、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出ガス温度を検出する吐出温度検出器と、前記凝縮器に設けられ、冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度検出器と、前記蒸発器に設けられ、冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出器と、前記膨張弁と前記凝縮器との間に設けられ、過冷却温度を検出する過冷却検出器と、前記流量計、前記吸入温度検出器、前記吐出温度検出器、前記凝縮温度検出器、前記蒸発温度検出器および前記過冷却検出器の各検出値を含む運転データを前記管理装置に送信するデータ取得手段と、を有し、前記管理装置は、前記複数の冷凍サイクル装置のそれぞれの前記運転データを蓄積する記憶部と、前記複数の冷凍サイクル装置のそれぞれの前記運転データに対応して、前記吐出ガス温度に基づいて前記圧縮機が正常に運転しているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記圧縮機が正常に運転していると判定された場合、前記蒸発温度、前記凝縮温度、前記吸入ガス温度、前記吐出ガス温度および前記過冷却温度から求まるエンタルピ差と前記流量とから使用冷凍能力を算出する使用能力算出手段と、前記使用冷凍能力に基づいて冷凍サイクルシステムの使用料金を算出し、前記判定手段によって前記圧縮機が異常と判定された場合、前記圧縮機が異常であることを示す異常情報を前記情報処理端末に送信する料金算出手段と、を有するものである。

圧縮機２が運転を開始すると、凝縮温度検出器１２は凝縮温度を示す検出値を出力する。蒸発温度検出器１３は蒸発温度を示す検出値を出力する。過冷却検出器１６は過冷却温度を示す検出値を出力する。吸入温度検出器１４は、吸入ガス温度を示す検出値を出力する。吐出温度検出器１５は、吐出ガス温度を示す検出値を出力する。流量計７は、冷媒の流量を示す検出値を出力する。データ取得手段３４は、これらの計器から受信する検出値を記憶部５０に格納する（ステップＳ１０１）。その際、冷凍サイクル制御手段３３は、インバータ９の回転周波数の情報を記憶部５０に格納してもよい。

判定手段３５は、ΔＴｄ＝｜Ｔｄ１−Ｔｄｓｕｐ｜を算出すると、温度差ΔＴｄを決められた閾値Ｔｔｈと比較する。閾値Ｔｔｈはメモリ３１に記憶されている。比較の結果、温度差ΔＴｄ＜閾値Ｔｔｈ未満の場合、判定手段３５は、圧縮機２の運転状態は正常と判定する。一方、温度差ΔＴｄ≧閾値Ｔｔｈである場合、判定手段３５は、圧縮機２の運転状態は異常であると判定する。

判定手段３５は、記憶部５０が記憶する凝縮温度、蒸発温度および過冷却温度がそれぞれ決められた範囲内にあることを確認すると、記憶部５０が記憶する吐出ガス温度Ｔｄ１とメモリ５３が記憶する想定吐出ガス温度Ｔｄｓｕｐとの温度差ΔＴｄを算出する。そして、判定手段３５は、温度差ΔＴｄ＜閾値Ｔｔｈであるか否かを判定することで、圧縮機２が正常か否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここでは、圧縮機２にメンテナンスが必要か否かの判定についての説明を省略する。

また、管理装置１９は、１台の冷凍サイクル装置の運転データに限らず、複数の冷凍サイクル装置６０の運転データを蓄積してもよい。この場合、複数の管理装置１９が設けられていてもよく、サーバ２２は、複数の管理装置１９から各管理装置１９が蓄積する運転データを収集してもよい。メンテナンス会社２１は、広い地域にわたって点在する多くの冷凍サイクル装置６０の運営を一括して管理することができる。また、メンテナンス会社２１の運営管理者は、多くの圧縮機２の運転データを分析することで、圧縮機２の種類毎に、圧縮機２に発生しやすい故障原因、圧縮機２の的確なメンテナンス周期、および圧縮機２のより正確な寿命を把握できる。

Claims

圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記冷媒回路を循環する冷媒の流量を検出する流量計と、
前記圧縮機に吸入される冷媒の吸入ガス温度を検出する吸入温度検出器と、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出ガス温度を検出する吐出温度検出器と、
前記凝縮器に設けられ、冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度検出器と、
前記蒸発器に設けられ、冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出器と、
前記膨張弁と前記凝縮器との間に設けられ、過冷却温度を検出する過冷却検出器と、
前記吐出ガス温度に基づいて前記圧縮機が正常に運転しているか否かを判定する判定手段と、
前記圧縮機が正常に運転していると判定された場合、前記蒸発温度、前記凝縮温度、前記吸入ガス温度、前記吐出ガス温度および前記過冷却温度から求まるエンタルピ差と前記流量とから使用冷凍能力を算出する使用能力算出手段と、
前記使用冷凍能力に基づいて冷凍サイクルシステムの使用料金を算出する料金算出手段と、
を有する冷凍サイクルシステム。
前記流量計、前記吸入温度検出器、前記吐出温度検出器、前記凝縮温度検出器、前記蒸発温度検出器および前記過冷却検出器から検出値を取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段とネットワークを介して接続され、前記判定手段、前記使用能力算出手段および前記料金算出手段を含む管理装置と、
をさらに有する、請求項１に記載の冷凍サイクルシステム。
前記冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置をさらに有し、
前記料金算出手段は、前記冷凍サイクルシステムの使用料金として前記冷凍サイクル装置の使用料金を算出する、請求項１または２に記載の冷凍サイクルシステム。
前記使用能力算出手段は、
運転状態が冷房運転の場合、前記エンタルピ差として、前記蒸発温度の飽和圧力と前記吸入ガス温度とから求まる第１エンタルピと、前記凝縮温度の飽和圧力と前記過冷却温度とから求まる第３エンタルピとの差を算出し、運転状態が暖房運転の場合、前記エンタルピ差として、前記凝縮温度の飽和圧力と前記吐出ガス温度とから求まる第２エンタルピと、前記第３エンタルピとの差を算出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクルシステム。