WO2022049731A1 - 圧縮機診断装置 - Google Patents

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drive torque
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oil level
oil
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貴玄 中村
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三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/10—Other safety measures

Definitions

  • This disclosure relates to a compressor diagnostic device for diagnosing a compressor.
  • a compressor diagnostic device for diagnosing a compressor that compresses a refrigerant.
  • the coefficient of friction in the sliding portion increases. This increases the drive torque of the compressor.
  • a database covering the drive torque under predetermined operating conditions can be created. This database is compared with the current drive torque, and if the current value is larger than the value in the database, it is presumed that an abnormality has occurred in the compressor.
  • the drive torque of the compressor affects multiple factors such as high pressure, low pressure, discharge superheat, suction superheat, compressor speed and amount of refrigerating machine oil stored inside the compressor in the refrigeration cycle. Receive.
  • the distance from the bottom surface of the compressor to the oil level of the refrigerating machine oil stored in the compressor is determined by the relationship between the amount of refrigerating machine oil inside the compressor and the void volume inside the compressor. This distance is referred to as the oil level below.
  • Patent Document 1 discloses a compressor internal state estimation device that sets a normal drive torque, which is a normal drive torque at the time of non-failure, based on temperature information and pressure information of a refrigerant system in which a compressor is used. .. Patent Document 1 estimates the internal state of the compressor by comparing the normal drive torque with the detected current drive torque. As a result, Patent Document 1 attempts to estimate with high accuracy that an abnormality such as a lubrication defect has occurred inside the compressor.
  • the compressor internal state estimation device disclosed in Patent Document 1 estimates the normal drive torque based on the temperature information and the pressure information.
  • the temperature information and the pressure information are usually insufficient for estimating the drive torque.
  • This disclosure is made to solve the above-mentioned problems, and provides a compressor diagnostic device that estimates a normal drive torque with higher accuracy than before.
  • the compressor diagnostic apparatus includes an oil level detection unit that detects an oil level indicating the amount of refrigerating machine oil stored in a compressor that compresses a refrigerant, and an oil level detection unit that detects the oil level. Based on the above, an estimation unit that estimates the normal drive torque, which is the normal drive torque of the compressor, a storage unit that stores the normal drive torque estimated by the estimation unit, and a storage unit that stores the current drive torque of the compressor. A diagnostic unit for diagnosing the compressor by comparing with the normal drive torque stored in the unit is provided.
  • the normal drive torque is estimated based on the oil level height detected by the oil level detection unit.
  • the oil level detection unit detects the parts inside the compressor. This slows down the rotation of the compressor. Therefore, the drive torque increases. In this way, since the normal drive torque is estimated based on the oil level height, the normal drive torque can be estimated with higher accuracy than before.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the compressor diagnostic apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a circuit diagram which shows the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the compressor which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the compressor which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a functional block diagram which shows the compressor diagnostic apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a graph which shows the torque for every rotation speed by the oil level height which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the operation of the compressor diagnostic apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a compressor diagnostic device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the compressor diagnostic device 100 is connected to the compressor 1 and diagnoses an abnormality of the compressor 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a refrigeration cycle device 60 according to the first embodiment.
  • the refrigeration cycle device 60 is a device that adjusts the air in the room, and includes an outdoor unit 60a and an indoor unit 60b as shown in FIG.
  • the outdoor unit 60a is provided with, for example, a compressor 1, a flow path switching device 63, an outdoor heat exchanger 64, an outdoor blower 65, and an expansion unit 66.
  • the indoor unit 60b is provided with, for example, an indoor heat exchanger 67 and an indoor blower 68.
  • the compressor 1, the flow path switching device 63, the outdoor heat exchanger 64, the expansion unit 66, and the indoor heat exchanger 67 are connected by a refrigerant pipe 62 to form a refrigerant circuit 61.
  • the compressor 1 sucks in a refrigerant in a low temperature and low pressure state, compresses the sucked refrigerant into a refrigerant in a high temperature and high pressure state, and discharges the sucked refrigerant.
  • the flow path switching device 63 switches the direction in which the refrigerant flows in the refrigerant circuit 61, and is, for example, a four-way valve.
  • the outdoor heat exchanger 64 exchanges heat between, for example, outdoor air and a refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 64 acts as a condenser during the cooling operation and as an evaporator during the heating operation.
  • the outdoor blower 65 is a device that sends outdoor air to the outdoor heat exchanger 64.
  • the expansion unit 66 is a pressure reducing valve or an expansion valve that decompresses and expands the refrigerant.
  • the expansion unit 66 is, for example, an electronic expansion valve whose opening degree is adjusted.
  • the indoor heat exchanger 67 exchanges heat between, for example, indoor air and a refrigerant.
  • the indoor heat exchanger 67 acts as an evaporator during the cooling operation and as a condenser during the heating operation.
  • the indoor blower 68 is a device that sends indoor air to the indoor heat exchanger 67.
  • chlorofluorocarbons chlorofluorocarbons, alternative chlorofluorocarbons, carbon dioxide and the like are used.
  • cooling operation Next, the operation mode of the refrigeration cycle device 60 will be described.
  • the cooling operation In the cooling operation, the refrigerant sucked into the compressor 1 is compressed by the compressor 1 and discharged in a high temperature and high pressure gas state.
  • the high-temperature and high-pressure gas-state refrigerant discharged from the compressor 1 passes through the flow path switching device 63 and flows into the outdoor heat exchanger 64 acting as a condenser, and in the outdoor heat exchanger 64, the outdoor blower. It exchanges heat with the outdoor air sent by 65, condenses and liquefies.
  • the condensed liquid-state refrigerant flows into the expansion unit 66, and is expanded and depressurized in the expansion unit 66 to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase state refrigerant. Then, the refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows into the indoor heat exchanger 67 acting as an evaporator, and in the indoor heat exchanger 67, heat is exchanged with the indoor air sent by the indoor blower 68 to evaporate and gasify. do. At this time, the indoor air is cooled, and cooling is performed indoors. The evaporated low-temperature and low-pressure gas-state refrigerant passes through the flow path switching device 63 and is sucked into the compressor 1.
  • the heating operation In the heating operation, the refrigerant sucked into the compressor 1 is compressed by the compressor 1 and discharged in a high temperature and high pressure gas state.
  • the high-temperature and high-pressure gas-state refrigerant discharged from the compressor 1 passes through the flow path switching device 63 and flows into the indoor heat exchanger 67 acting as a condenser, and in the indoor heat exchanger 67, the indoor blower. It exchanges heat with the indoor air sent by 68, condenses and liquefies. At this time, the indoor air is warmed and heating is performed in the room.
  • the condensed liquid-state refrigerant flows into the expansion unit 66, and is expanded and depressurized in the expansion unit 66 to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase state refrigerant. Then, the refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows into the outdoor heat exchanger 64 that acts as an evaporator, and in the outdoor heat exchanger 64, heat is exchanged with the outdoor air sent by the outdoor blower 65 and evaporates to gasify. do. The evaporated low-temperature and low-pressure gas-state refrigerant passes through the flow path switching device 63 and is sucked into the compressor 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the compressor 1 according to the first embodiment.
  • the compressor 1 sucks and compresses a refrigerant circulating in a refrigeration cycle, for example, and discharges the refrigerant in a high temperature and high pressure state, and is, for example, a scroll compressor.
  • the compressor 1 has a shell 2, an oil pump 3, a motor 4, a compression unit 5, a frame 6, and a shaft unit 7.
  • the compressor 1 includes a suction pipe 11, a discharge pipe 12, a discharge chamber 13, a muffler 14, an old dam ring 15, a slider 16, a sleeve 17, a first balancer 18, and a rotor holding member 19. It has a subframe 20 and an oil drain pipe 21.
  • the shell 2 constitutes the outer shell of the compressor 1, and an oil sump 3a is formed at the lower portion. Further, the shell 2 has a bottomed cylindrical shape, for example, and its upper portion is closed by a dome-shaped upper shell 2a. Further, the shell 2 is placed on a dish-shaped lower shell 2b.
  • the oil pump 3 is housed in the shell 2 and sucks oil from the oil sump 3a.
  • the oil pump 3 is provided at the lower part of the shell 2. Then, the oil pump 3 supplies the oil sucked up from the oil sump 3a to each bearing portion inside the compressor 1 and the old dam ring 15. This oil lubricates and cools each bearing portion and the old dam ring 15.
  • the motor 4 is provided inside the shell 2, for example, is installed between the frame 6 and the subframe 20, and rotates the shaft portion 7.
  • the motor 4 has a rotor 4a and a stator 4b.
  • the rotor 4a is provided on the inner peripheral side of the stator 4b and is attached to the shaft portion 7. Then, the rotor 4a rotates the shaft portion 7 by rotating itself.
  • the stator 4b rotates the rotor 4a by electric power supplied from an inverter (not shown).
  • the compression unit 5 is provided inside the shell 2 and is driven by the motor 4 to compress the refrigerant.
  • the compression unit 5 has a fixed scroll 30 and a swing scroll 40.
  • the fixed scroll 30 is fixed inside the shell 2 and causes the compressed refrigerant to flow out to the discharge chamber 13.
  • the swing scroll 40 performs a revolution turning motion with respect to the fixed scroll 30, and the rotation motion is regulated by the old dam ring 15.
  • the fixed scroll 30 and the swing scroll 40 are members in which a spiral fixed lap portion 31 and a lap portion (not shown) are formed on surfaces facing each other, and the fixed lap portion 31 and the lap portion mesh with each other.
  • a compression chamber 5a is formed in the space.
  • the oscillating scroll 40 is oscillated by the shaft portion 7, and the refrigerant is compressed in the formed compression chamber 5a.
  • the frame 6 is fixed to the shell 2 and accommodates the compression portion 5, and for example, the shaft portion 7 is rotatably supported via the main bearing 8a.
  • a suction port 6a is formed in the frame 6, and the refrigerant flows into the compression unit 5 through the suction port 6a.
  • the shaft portion 7 is supported by the frame 6 and has an oil passage 7a in which the oil sucked up by the oil pump 3 flows. It is transmitted to the compression unit 5.
  • the suction pipe 11 is provided on the side of the shell 2 and is a pipe for sucking the refrigerant into the shell 2.
  • the discharge pipe 12 is provided on the upper part of the shell 2 and is a pipe that discharges the refrigerant to the outside of the shell 2.
  • the discharge chamber 13 is provided in the upper part of the compression unit 5 and accommodates the refrigerant flowing in from the compression unit 5.
  • the muffler 14 is provided above the discharge chamber 13 and suppresses the pulsation of the refrigerant discharged from the discharge chamber 13.
  • the old dam ring 15 is an annular member attached to the swing scroll 40, and regulates the rotation motion of the swing scroll 40.
  • the old dam ring 15 is attached to an old dam groove (not shown) formed on the lower surface of the thrust of the swing scroll 40.
  • the slider 16 is a tubular member attached to the outer peripheral surface of the upper part of the shaft portion 7, and is located on the inner surface of the lower part of the swing scroll 40.
  • the swing scroll 40 is attached to the shaft portion 7 via the slider 16, and the swing scroll 40 also rotates as the shaft portion 7 rotates.
  • a swing bearing 8c is provided between the swing scroll 40 and the slider 16.
  • the sleeve 17 is a tubular member provided between the frame 6 and the main bearing 8a, and keeps the airtightness between the frame 6 and the main bearing 8a and the swinging motion smoothly.
  • the first balancer 18 is attached to the shaft portion 7 and is located between the frame 6 and the rotor 4a.
  • the first balancer 18 cancels out the imbalance caused by the swing scroll 40 and the slider 16.
  • the first balancer 18 is housed in the balancer cover 18a.
  • the subframe 20 is provided below the motor 4 inside the shell 2 and rotatably supports the shaft portion 7 via the auxiliary bearing 8b.
  • the oil drain pipe 21 is a pipe that connects the space between the frame 6 and the swing scroll 40 and the space between the frame 6 and the subframe 20.
  • the oil drain pipe 21 causes excess oil of the oil flowing in the space between the frame 6 and the swing scroll 40 to flow out into the space between the frame 6 and the subframe 20.
  • the oil that has flowed out into the space between the frame 6 and the subframe 20 passes through the subframe 20 and returns to the oil sump 3a.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the compressor 1 according to the first embodiment.
  • the compressor 1 has an oil level sensor 50.
  • the oil level sensor 50 detects the oil level of the refrigerating machine oil stored inside the compressor 1.
  • the oil level sensor 50 is located below the motor 4.
  • the oil level at this time is referred to as a first oil level 51.
  • the oil level sensor 50 is located at the same height as the rotor 4a.
  • the oil level at this time is referred to as a second oil level 52.
  • the compressor diagnostic device 100 is composed of a CPU (Central Processing Unit, a central processing unit, a processing unit, a computing device, a microprocessor, a microprocessor, or a processor) that executes a program stored in dedicated hardware.
  • the compressor diagnostic device 100 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or these. The combination of is applicable.
  • Each of the functional units realized by the compressor diagnostic apparatus 100 may be realized by individual hardware, or each functional unit may be realized by one hardware.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing the compressor diagnostic device 100 according to the first embodiment.
  • the compressor diagnostic apparatus 100 includes an oil level detection unit 101, an estimation unit 102, a storage unit 103, and a diagnostic unit 104.
  • the oil level detection unit 101, the estimation unit 102, the storage unit 103, and the diagnosis unit 104 each include, for example, an algorithm.
  • the oil level detection unit 101 detects the oil level height indicating the amount of refrigerating machine oil stored in the compressor 1.
  • the oil level detection unit 101 receives the oil level information detected by the oil level sensor 50.
  • the estimation unit 102 estimates the normal drive torque, which is the normal drive torque of the compressor 1, based on the oil level height detected by the oil level detection unit 101.
  • the normal drive torque is the drive torque when the compressor 1 is operating normally in a non-failure state.
  • the estimation unit 102 estimates the normal drive torque for, for example, one season after the refrigeration cycle device 60 is installed.
  • the estimation unit 102 sets this as a normal value of the drive torque.
  • the refrigerating cycle device 60 does not change its operating state in principle thereafter. This makes it possible to grasp the characteristics of the drive torque of the actual machine.
  • FIG. 6 is a graph showing the torque for each rotation speed according to the oil level height according to the first embodiment.
  • the horizontal axis is the rotation speed of the compressor 1 [r. p. s] is shown, and the vertical axis shows the drive torque [Nm].
  • the graph when the oil level height is the first oil level 51 in FIG. 4 is shown by a solid line, and the graph when the oil level height is the second oil level 52 in FIG. 4 is shown by a broken line.
  • the first oil level 51 when the rotation speed of the compressor 1 increases, the drive torque gradually increases.
  • the estimation unit 102 estimates that the higher the oil level detected by the oil level detection unit 101, the larger the normal drive torque.
  • the estimation unit 102 includes a high pressure on the discharge side of the compressor 1, a low pressure on the suction side of the compressor 1, and the compressor 1 in the refrigerant circuit 61 having the compressor 1.
  • the normal drive torque is estimated based on at least one of the degree of overheating on the discharge side, the degree of overheating on the suction side of the compressor 1, the number of revolutions of the compressor 1, and the current flowing through the compressor 1. The more data to estimate, the better the accuracy of normal drive torque.
  • the storage unit 103 stores the normal drive torque estimated by the estimation unit 102.
  • the storage unit 103 constantly stores the normal drive torque while the refrigeration cycle device 60 is activated.
  • the storage unit 103 may be configured as a hard disk, or may be configured as a volatile storage unit such as a random access memory (RAM) capable of temporarily storing data. Further, the storage unit 103 may be configured as a non-volatile storage unit such as a flash memory capable of storing data for a long period of time.
  • each function executed by the compressor diagnostic device 100 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software and firmware are described as a program and stored in the storage unit 103 in the compressor diagnostic device 100.
  • the CPU realizes each function by reading and executing a program stored in its own storage unit 103. It should be noted that some of the functions of the compressor diagnostic device 100 may be realized by dedicated hardware, and some may be realized by software or firmware. Further, the storage unit 103 may be provided as a storage device different from the compressor diagnostic device 100.
  • the storage unit 103 stores the normal drive torque estimated by the estimation unit 102.
  • the estimation unit 102 can estimate the normal value of the drive torque in the unrecorded operating state.
  • the diagnostic unit 104 diagnoses the compressor 1 by comparing the current drive torque of the compressor 1 with the normal drive torque stored in the storage unit 103. Specifically, the diagnostic unit 104 determines that the operation of the compressor 1 is normal when the difference between the current drive torque and the normal drive torque is equal to or less than the torque threshold value. On the other hand, when the difference between the current drive torque and the normal drive torque is larger than the torque threshold value, the diagnostic unit 104 determines that the operation of the compressor 1 is abnormal.
  • the compressor diagnostic device 100 measures the current drive torque of the compressor 1 by using, for example, the oil level detection unit 101.
  • the diagnostic unit 104 When the operation of the compressor 1 is abnormal, the diagnostic unit 104 indicates that the operation of the compressor 1 is abnormal in the display device (not shown) or the speaker (not shown) provided in the refrigeration cycle device 60. May be notified. As a result, the administrator recognizes that an abnormality has occurred in the compressor 1.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the compressor diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment. Next, the operation of the compressor diagnostic device 100 will be described.
  • the oil level detection unit 101 detects the oil level height of the refrigerating machine oil stored in the compressor 1 (step ST1).
  • the estimation unit 102 estimates the normal drive torque, which is the normal drive torque of the compressor 1, based on the oil level height detected by the oil level detection unit 101 (step ST2).
  • the storage unit 103 constantly stores the normal drive torque estimated by the estimation unit 102 (step ST3).
  • the diagnostic unit 104 compares the current drive torque of the compressor 1 with the normal drive torque stored in the storage unit 103, and the diagnostic unit 104 has a difference between the current drive torque and the normal drive torque. It is determined whether the torque threshold is larger than the torque threshold (step ST4). When the difference between the current drive torque and the normal drive torque is equal to or less than the torque threshold value (NO in step ST4), the diagnostic unit 104 determines that the operation of the compressor 1 is normal, and returns to step ST1. On the other hand, when the difference between the current drive torque and the normal drive torque is larger than the torque threshold value (YES in step ST4), the diagnostic unit 104 determines that the operation of the compressor 1 is abnormal (step ST5). This ends the control.
  • the normal drive torque is estimated based on the oil level height detected by the oil level detection unit 101.
  • the oil level detection unit 101 detects that the internal parts of the compressor 1 are immersed in the refrigerating machine oil. As a result, the rotation of the compressor 1 becomes slow. Therefore, the drive torque increases. In this way, since the normal drive torque is estimated based on the oil level height, the normal drive torque can be estimated with high accuracy.
  • the oil level height cannot be indirectly measured from the outside of the compressor 1. Therefore, conventionally, a technique has been proposed in which the drive torque of the compressor 1 is estimated based on the rotation speed of the compressor 1 and the drive torque is learned at any time. However, since the effect of the oil level height on the drive torque is significant, if an attempt is made to learn the drive torque without considering the oil level height, an error may occur with the drive torque of the actual machine. On the other hand, in the first embodiment, the normal drive torque is estimated based on the oil level height. Therefore, the normal drive torque can be estimated with high accuracy.

Abstract

圧縮機診断装置は、冷媒を圧縮する圧縮機に貯留される冷凍機油の量を示す油面高さを検出する油面検出部と、油面検出部によって検出された油面高さに基づいて、圧縮機の通常の駆動トルクである通常駆動トルクを推定する推定部と、推定部によって推定された通常駆動トルクを記憶する記憶部と、圧縮機の現在の駆動トルクと、記憶部に記憶された通常駆動トルクとを比較して、圧縮機を診断する診断部と、を備える。

Description

圧縮機診断装置
　本開示は、圧縮機を診断する圧縮機診断装置に関する。
　従来、冷媒を圧縮する圧縮機を診断する圧縮機診断装置が知られている。概して、圧縮機の内部の摺動部に異常が生じると、摺動部における摩擦係数が増大する。これにより、圧縮機の駆動トルクが増大する。仮に、全ての運転条件での圧縮機の駆動トルクが、事前に知られていれば、所定の運転条件における駆動トルクを網羅したデータベースを作成することができる。このデータベースと、現在の駆動トルクとが比較され、現在値がデータベースの値よりも大きい場合、圧縮機に異常が発生していると推定される。しかし、圧縮機の駆動トルクは、冷凍サイクルの高圧圧力、低圧圧力、吐出過熱度、吸入過熱度、圧縮機の回転数及び圧縮機の内部に貯留される冷凍機油の量といった複数の因子に影響を受ける。このため、圧縮機の通常使用範囲における駆動トルクを正確に把握しようとすると、２００００通り以上の実機試験を行う必要があり、現実性が低い。なお、圧縮機の内部の冷凍機油量と、圧縮機内部の空隙容積の関係により、圧縮機底面から圧縮機内部に貯留する冷凍機油の油面までの距離が決まる。この距離を以下では油面高さとする。
　また、圧縮機の駆動トルクを、シミュレーションによって算出しようとすると、上記のとおり、駆動トルクに関係する物理現象が多岐に渡るため、解析することは困難である。例えば、圧縮機がスクロール圧縮機の場合、油面がモータのロータにまで達すると、駆動トルクは２０％程度上昇する。しかし、この上昇度合は、冷凍機油への冷媒の溶解度、温度及び圧縮機の回転数の影響を受けるため、極めて複雑である。即ち、事前にデータベースを作成することは困難である。
　特許文献１には、圧縮機が使用される冷媒システムの温度情報及び圧力情報に基づいて非故障時の通常の駆動トルクである通常駆動トルクを設定する圧縮機内部状態推定装置が開示されている。特許文献１は、通常駆動トルクと、検出された現在の駆動トルクとを比較して、圧縮機の内部状態を推定する。これにより、特許文献１は、圧縮機の内部において潤滑不良等の異常が発生していることを高精度に推定しようとするものである。
特開２００４－０６０４５７号公報
　特許文献１に開示された圧縮機内部状態推定装置は、温度情報及び圧力情報に基づいて通常駆動トルクを推定している。しかしながら、温度情報及び圧力情報では、通常駆動トルクを推定する上で不十分である。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、通常駆動トルクを従来よりも高精度に推定する圧縮機診断装置を提供するものである。
　本開示に係る圧縮機診断装置は、冷媒を圧縮する圧縮機に貯留される冷凍機油の量を示す油面高さを検出する油面検出部と、油面検出部によって検出された油面高さに基づいて、圧縮機の通常の駆動トルクである通常駆動トルクを推定する推定部と、推定部によって推定された通常駆動トルクを記憶する記憶部と、圧縮機の現在の駆動トルクと、記憶部に記憶された通常駆動トルクとを比較して、圧縮機を診断する診断部と、を備える。
　本開示によれば、油面検出部によって検出された油面高さに基づいて、通常駆動トルクを推定する。油面高さが高くなると、冷凍機油に圧縮機の内部の部品が浸かる。これにより、圧縮機の回転が鈍くなる。従って、駆動トルクが増大する。このように、油面高さに基づいて通常駆動トルクを推定するため、通常駆動トルクを従来よりも高精度に推定することができる。
実施の形態１に係る圧縮機診断装置を示す模式図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を示す回路図である。 実施の形態１に係る圧縮機を示す断面図である。 実施の形態１に係る圧縮機を示す模式図である。 実施の形態１に係る圧縮機診断装置を示す機能ブロック図である。 実施の形態１に係る油面高さによる回転数毎のトルクを示すグラフである。 実施の形態１に係る圧縮機診断装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、本開示の圧縮機診断装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の説明において、本開示の理解を容易にするために方向を表す用語を適宜用いるが、これは本開示を説明するためのものであって、これらの用語は本開示を限定するものではない。方向を表す用語としては、例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」又は「後」等が挙げられる。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る圧縮機診断装置１００を示す模式図である。図１に示すように、圧縮機診断装置１００は、圧縮機１に接続されており、圧縮機１の異常を診断するものである。
　（冷凍サイクル装置６０）
　図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置６０を示す回路図である。冷凍サイクル装置６０は、室内の空気を調整する装置であり、図２に示すように、室外機６０ａと、室内機６０ｂとを備えている。室外機６０ａには、例えば圧縮機１、流路切替装置６３、室外熱交換器６４、室外送風機６５及び膨張部６６が設けられている。室内機６０ｂには、例えば室内熱交換器６７及び室内送風機６８が設けられている。
　圧縮機１、流路切替装置６３、室外熱交換器６４、膨張部６６及び室内熱交換器６７が冷媒配管６２により接続されて冷媒回路６１が構成されている。圧縮機１は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。流路切替装置６３は、冷媒回路６１において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。室外熱交換器６４は、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換するものである。室外熱交換器６４は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。室外送風機６５は、室外熱交換器６４に室外空気を送る機器である。
　膨張部６６は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。膨張部６６は、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。室内熱交換器６７は、例えば室内空気と冷媒との間で熱交換するものである。室内熱交換器６７は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機６８は、室内熱交換器６７に室内空気を送る機器である。なお、冷媒には、フロン、代替フロン又は二酸化炭素等が用いられる。
　（運転モード、冷房運転）
　次に、冷凍サイクル装置６０の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置６３を通過して、凝縮器として作用する室外熱交換器６４に流入し、室外熱交換器６４において、室外送風機６５によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。
　凝縮された液状態の冷媒は、膨張部６６に流入し、膨張部６６において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器６７に流入し、室内熱交換器６７において、室内送風機６８によって送られる室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置６３を通過して、圧縮機１に吸入される。
　（運転モード、暖房運転）
　次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置６３を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器６７に流入し、室内熱交換器６７において、室内送風機６８によって送られる室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。
　凝縮された液状態の冷媒は、膨張部６６に流入し、膨張部６６において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室外熱交換器６４に流入し、室外熱交換器６４において、室外送風機６５によって送られる室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置６３を通過して、圧縮機１に吸入される。
　（圧縮機１）
　図３は、実施の形態１に係る圧縮機１を示す断面図である。図３に示すように、圧縮機１は、例えば冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入して圧縮し、高温且つ高圧の状態にして吐出するものであり、例えばスクロール圧縮機である。圧縮機１は、図３に示すように、シェル２と、油ポンプ３と、モータ４と、圧縮部５と、フレーム６と、軸部７とを有している。更に、圧縮機１は、吸入管１１と、吐出管１２と、吐出チャンバ１３と、マフラー１４と、オルダムリング１５と、スライダ１６と、スリーブ１７と、第１のバランサ１８と、ロータ保持部材１９と、サブフレーム２０と、排油パイプ２１とを有している。
　シェル２は、圧縮機１の外殻を構成し、下部に油溜り３ａが形成されたものである。また、シェル２は、例えば有底円筒状をなしており、ドーム状のアッパーシェル２ａによって上部が塞がれている。また、シェル２は、皿状のロアーシェル２ｂに載置されている。油ポンプ３は、シェル２に収容され、油溜り３ａから油を吸い上げるものである。この油ポンプ３は、シェル２の下部に設けられている。そして、油ポンプ３は、油溜り３ａから吸い上げた油を、圧縮機１の内部の各軸受部及びオルダムリング１５に供給する。この油は、各軸受部及びオルダムリング１５を潤滑すると共に冷却する。
　モータ４は、シェル２の内部に設けられ、例えばフレーム６とサブフレーム２０との間に設置されており、軸部７を回転するものである。モータ４は、ロータ４ａとステータ４ｂとを有している。ロータ４ａは、ステータ４ｂの内周側に設けられており、軸部７に取り付けられている。そして、ロータ４ａは、自らが回転することにより、軸部７を回転させるものである。ステータ４ｂは、インバータ（図示せず）から供給された電力によって、ロータ４ａを回転させるものである。
　圧縮部５は、シェル２の内部に設けられ、モータ４によって駆動して冷媒を圧縮するものである。圧縮部５は、固定スクロール３０と揺動スクロール４０とを有している。固定スクロール３０は、シェル２の内部に固定されており、圧縮された冷媒を吐出チャンバ１３に流出させるものである。
　揺動スクロール４０は、固定スクロール３０に対して公転旋回運動を行い、オルダムリング１５によって自転運動が規制されている。固定スクロール３０と揺動スクロール４０とは、それぞれ互いに向き合った面に渦巻き状の固定ラップ部３１とラップ部（図示せず）とが形成された部材であり、固定ラップ部３１及びラップ部が噛み合った空間に圧縮室５ａが形成されている。揺動スクロール４０が軸部７によって揺動運動され、形成された圧縮室５ａにおいて冷媒が圧縮される。
　フレーム６は、シェル２に固定され、圧縮部５を収容するものであり、例えば主軸受８ａを介して軸部７を回転自在に支持している。フレーム６には、吸入ポート６ａが形成されており、冷媒は、吸入ポート６ａを通って圧縮部５に流入する。軸部７は、フレーム６に支持され、油ポンプ３に吸い上げられた油が流通する油通路７ａが内部に形成されており、モータ４と圧縮部５とを接続してモータ４の回転力を圧縮部５に伝達するものである。
　吸入管１１は、シェル２の側部に設けられており、冷媒をシェル２の内部に吸入する管である。吐出管１２は、シェル２の上部に設けられており、冷媒をシェル２の外部に吐出する管である。吐出チャンバ１３は、圧縮部５の上部に設けられており、圧縮部５から流入した冷媒を収容するものである。マフラー１４は、吐出チャンバ１３の上方に設けられており、吐出チャンバ１３から吐出された冷媒の脈動を抑えるものである。
　オルダムリング１５は、揺動スクロール４０に取り付けられた環状の部材であり、揺動スクロール４０の自転運動を規制するものである。オルダムリング１５は、揺動スクロール４０のスラスト下面に形成されたオルダム溝（図示せず）に取り付けられている。スライダ１６は、軸部７の上部の外周面に取り付けられた筒状の部材であり、揺動スクロール４０の下部の内面に位置している。
　即ち、揺動スクロール４０は、スライダ１６を介して軸部７に取り付けられており、軸部７の回転に伴って揺動スクロール４０も回転する。なお、揺動スクロール４０とスライダ１６との間には、揺動軸受８ｃが設けられている。スリーブ１７は、フレーム６と主軸受８ａとの間に設けられた筒状の部材であり、フレーム６と主軸受８ａとの気密性や、揺動運動を円滑に保つものである。
　第１のバランサ１８は、軸部７に取り付けられており、フレーム６とロータ４ａとの間に位置している。第１のバランサ１８は、揺動スクロール４０及びスライダ１６によって生じるアンバランスを相殺するものである。なお、第１のバランサ１８は、バランサカバー１８ａに収容されている。
　サブフレーム２０は、シェル２の内部におけるモータ４の下方に設けられ、副軸受８ｂを介して軸部７を回転自在に支持するものである。排油パイプ２１は、フレーム６と揺動スクロール４０との間の空間と、フレーム６とサブフレーム２０との間の空間とを接続する管である。排油パイプ２１は、フレーム６と揺動スクロール４０との間の空間に流通する油のうち、過剰な油を、フレーム６とサブフレーム２０との間の空間に流出させる。フレーム６とサブフレーム２０との間の空間に流出した油は、サブフレーム２０を通過して油溜り３ａに戻る。
　（油面センサ５０）
　図４は、実施の形態１に係る圧縮機１を示す模式図である。図４に示すように、圧縮機１は、油面センサ５０を有している。油面センサ５０は、圧縮機１の内部に貯留している冷凍機油の油面を検出する。冷凍機油がモータ４よりも下方に存在する場合、油面センサ５０は、モータ４の下方に位置する。このときの油面を第１の油面５１と呼称する。冷凍機油がモータ４のロータ４ａの高さに存在する場合、油面センサ５０は、ロータ４ａと同じ高さに位置する。このときの油面を第２の油面５２と呼称する。
　（圧縮機診断装置１００）
　圧縮機診断装置１００は、専用のハードウェアに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又はプロセッサともいう）で構成される。圧縮機診断装置１００が専用のハードウェアである場合、圧縮機診断装置１００は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。圧縮機診断装置１００が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。
　図５は、実施の形態１に係る圧縮機診断装置１００を示す機能ブロック図である。図５に示すように、圧縮機診断装置１００は、油面検出部１０１と、推定部１０２と、記憶部１０３と、診断部１０４とを有している。油面検出部１０１、推定部１０２、記憶部１０３及び診断部１０４は、それぞれ例えばアルゴリズムからなる。
　（油面検出部１０１）
　油面検出部１０１は、圧縮機１に貯留される冷凍機油の量を示す油面高さを検出するものである。油面検出部１０１は、油面センサ５０によって検出された油面の情報を受信する。
　（推定部１０２）
　推定部１０２は、油面検出部１０１によって検出された油面高さに基づいて、圧縮機１の通常の駆動トルクである通常駆動トルクを推定するものである。通常駆動トルクは、圧縮機１が正常に動作している非故障状態の場合の駆動トルクである。推定部１０２は、冷凍サイクル装置６０が据え付けられたのち、例えば１シーズン、通常駆動トルクを推定する。推定部１０２は、これを駆動トルクの正常値とする。ここで、冷凍サイクル装置６０は、据え付けられた状態では、その後原則として動作状態は変化しない。これにより、実機個体の駆動トルクの特性を把握することができる。
　図６は、実施の形態１に係る油面高さによる回転数毎のトルクを示すグラフである。図６において、横軸は圧縮機１の回転数［ｒ．ｐ．ｓ］を示し、縦軸は駆動トルク［Ｎ・ｍ］を示す。また、油面高さが図４の第１の油面５１のときのグラフを実線で示し、油面高さが図４の第２の油面５２のときのグラフを破線で示す。図６に示すように、第１の油面５１のとき、圧縮機１の回転数が増加すると、駆動トルクは緩やかに上昇する。
　これに対し、第２の油面５２のとき、圧縮機１の回転数が増加すると、駆動トルクは指数関数的に上昇する。これは、第２の油面５２のとき、モータ４のロータ４ａが油に浸かるため、ロータ４ａが回転する際に抵抗となり、その分を補うために駆動トルクが上昇することによる。このため、推定部１０２は、油面検出部１０１によって検出された油面が高いほど、通常駆動トルクが大きいと推定する。
　なお、推定部１０２は、油面高さのほかに、圧縮機１を有する冷媒回路６１において、圧縮機１の吐出側の高圧圧力と、圧縮機１の吸入側の低圧圧力と、圧縮機１の吐出側の過熱度と、圧縮機１の吸入側の過熱度と、圧縮機１の回転数と、圧縮機１に流れる電流とのうち少なくとも一つに基づいて、通常駆動トルクを推定する。推定するデータが多いほど、通常駆動トルクの精度が向上する。
　（記憶部１０３）
　記憶部１０３は、推定部１０２によって推定された通常駆動トルクを記憶するものである。記憶部１０３は、冷凍サイクル装置６０が起動している間、通常駆動トルクを常時記憶する。記憶部１０３は、ハードディスクとして構成されてもよいし、データを一時的に記憶することができるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の揮発性記憶部として構成されてもよい。また、記憶部１０３は、データを長期的に記憶することができるフラッシュメモリ等の不揮発性記憶部として構成されてもよい。
　圧縮機診断装置１００がＣＰＵの場合、圧縮機診断装置１００が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、圧縮機診断装置１００内の記憶部１０３に格納される。ＣＰＵは、自身の記憶部１０３に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。なお、圧縮機診断装置１００の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。また、記憶部１０３は、圧縮機診断装置１００とは別の記憶装置として設けられてもよい。
　記憶部１０３は、前述の如く、推定部１０２によって推定された通常駆動トルクを記憶するものである。これにより、推定部１０２は、未収録の運転状態における駆動トルクの正常値を推定することができる。
　（診断部１０４）
　診断部１０４は、圧縮機１の現在の駆動トルクと、記憶部１０３に記憶された通常駆動トルクとを比較して、圧縮機１を診断するものである。具体的には、診断部１０４は、現在の駆動トルクと通常駆動トルクとの差がトルク閾値以下の場合、圧縮機１の動作が正常であると判断する。一方、診断部１０４は、現在の駆動トルクと通常駆動トルクとの差がトルク閾値より大きい場合、圧縮機１の動作が異常であると判断する。なお、圧縮機診断装置１００は、例えば油面検出部１０１を用いて、圧縮機１の現在の駆動トルクを測定する。
　診断部１０４は、圧縮機１の動作が異常である場合、冷凍サイクル装置６０に設けられた表示装置（図示せず）又はスピーカ（図示せず）に、圧縮機１の動作が異常であることを報知させてもよい。これにより、管理者は、圧縮機１に異常が発生していることを認識する。
　（圧縮機診断装置１００の動作）
　図７は、実施の形態１に係る圧縮機診断装置１００の動作を示すフローチャートである。次に、圧縮機診断装置１００の動作について説明する。図７に示すように、先ず、油面検出部１０１が、圧縮機１に貯留される冷凍機油の油面高さを検出する（ステップＳＴ１）。次に、推定部１０２が、油面検出部１０１によって検出された油面高さに基づいて、圧縮機１の通常の駆動トルクである通常駆動トルクを推定する（ステップＳＴ２）。記憶部１０３は、推定部１０２によって推定された通常駆動トルクを常時記憶する（ステップＳＴ３）。
　そして、診断部１０４は、圧縮機１の現在の駆動トルクと、記憶部１０３に記憶された通常駆動トルクとを比較して、診断部１０４は、現在の駆動トルクと通常駆動トルクとの差がトルク閾値より大きいかを判定する（ステップＳＴ４）。現在の駆動トルクと通常駆動トルクとの差がトルク閾値以下の場合（ステップＳＴ４のＮＯ）、診断部１０４は圧縮機１の動作が正常であると判断し、ステップＳＴ１に戻る。一方、現在の駆動トルクと通常駆動トルクとの差がトルク閾値より大きい場合（ステップＳＴ４のＹＥＳ）、診断部１０４は圧縮機１の動作が異常であると判断する（ステップＳＴ５）。これにより、制御が終了する。
　本実施の形態１によれば、油面検出部１０１によって検出された油面高さに基づいて、通常駆動トルクを推定する。油面が高くなると、冷凍機油に圧縮機１の内部の部品が浸かる。これにより、圧縮機１の回転が鈍くなる。従って、駆動トルクが増大する。このように、油面高さに基づいて通常駆動トルクを推定するため、通常駆動トルクを高精度に推定することができる。
　油面高さは、圧縮機１の外部から間接的に計測することはできない。このため、従来、圧縮機１の回転数に基づいて、圧縮機１の駆動トルクを推定して、駆動トルクを随時学習する技術が提案されている。しかし、油面高さが駆動トルクに与える影響は顕著であるため、油面高さを考慮せずに駆動トルクを学習しようとすると、実機の駆動トルクとの間で誤差が生じるおそれがある。これに対し、本実施の形態１は、油面高さに基づいて、通常駆動トルクを推定する。このため、通常駆動トルクを高精度に推定することができる。
　１　圧縮機、２　シェル、２ａ　アッパーシェル、２ｂ　ロアーシェル、３　油ポンプ、３ａ　油溜り、４　モータ、４ａ　ロータ、４ｂ　ステータ、５　圧縮部、５ａ　圧縮室、６　フレーム、６ａ　吸入ポート、７　軸部、７ａ　油通路、８ａ　主軸受、８ｂ　副軸受、８ｃ　揺動軸受、１１　吸入管、１２　吐出管、１３　吐出チャンバ、１４　マフラー、１５　オルダムリング、１６　スライダ、１７　スリーブ、１８　第１のバランサ、１８ａ　バランサカバー、１９　ロータ保持部材、２０　サブフレーム、２１　排油パイプ、３０　固定スクロール、３１　固定ラップ部、４０　揺動スクロール、５０　油面センサ、５１　第１の油面、５２　第２の油面、６０　冷凍サイクル装置、６０ａ　室外機、６０ｂ　室内機、６１　冷媒回路、６２　冷媒配管、６３　流路切替装置、６４　室外熱交換器、６５　室外送風機、６６　膨張部、６７　室内熱交換器、６８　室内送風機、１００　圧縮機診断装置、１０１　油面検出部、１０２　推定部、１０３　記憶部、１０４　診断部。

Claims (4)

  1. 　冷媒を圧縮する圧縮機に貯留される冷凍機油の量を示す油面高さを検出する油面検出部と、
    　前記油面検出部によって検出された油面高さに基づいて、前記圧縮機の通常の駆動トルクである通常駆動トルクを推定する推定部と、
    　前記推定部によって推定された通常駆動トルクを記憶する記憶部と、
    　前記圧縮機の現在の駆動トルクと、前記記憶部に記憶された通常駆動トルクとを比較して、前記圧縮機を診断する診断部と、
    　を備える圧縮機診断装置。
  2. 　前記推定部は、
    　前記油面検出部によって検出された油面高さが高いほど、前記通常駆動トルクが大きいと推定する
    　請求項１記載の圧縮機診断装置。
  3. 　前記推定部は、
    　前記圧縮機を有する冷媒回路において、前記圧縮機の吐出側の高圧圧力と、前記圧縮機の吸入側の低圧圧力と、前記圧縮機の吐出側の過熱度と、前記圧縮機の吸入側の過熱度と、前記圧縮機の回転数と、前記圧縮機に流れる電流とのうち少なくとも一つに基づいて、通常駆動トルクを推定する
    　請求項１又は２記載の圧縮機診断装置。
  4. 　前記診断部は、
    　現在の駆動トルクと前記記憶部に記憶された通常駆動トルクとの差がトルク閾値より大きい場合、前記圧縮機が異常であると判断する
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の圧縮機診断装置。
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