JPH03199874A - 冷凍装置の不具合予知方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、ヒートポンプ式空気調和機や店舗用冷蔵冷凍
庫などの冷凍装置の運転異常を、装置の故障による停止
以前に早期に知らせる、冷凍装置の不具合予知方式に関
するものである。

（発明の背景） 冷凍サイクルを有するヒートポンプ式空気調和機などの
冷凍装置は、今日ではあらゆる分野に利用されており、
しかも、その利用条件も、非常にシビアなものが数多く
見受けられるようになってきている。

たとえば、２４時間営業のコンビニエンス店舖が一般化
し、これらの店舗は年中無体で営業することから、ここ
に使用される空気調和機や冷蔵冷凍庫などは、年間を通
して故障なく２４時間運転が可能であることが要求され
る。

しかしながら、一般に店舗内は客の出入りに伴う塵埃な
どにより、室内側熱交換器の空気吸込み口に設けられた
エアフィルタが汚れやすく、また、熱交換器表面で雑菌
が繁殖してスライムを発生させる。エアフィルタは１週
間に一度定期的に洗浄することを利用者に推奨している
が、現実には殆ど実施されないのが実態である。

その結果、従来の空気調和機などでは、室内側熱交換器
の風量が低下して冷暖房能力が低下したり、保護装置で
ある高低圧遮断スイッチが作動して、圧縮機が突然停止
するなどの問題があった。

第３図は、ヒートポンプ式空気調和機の標準的な圧縮機
の動作圧力領域と圧縮機のストレス領域を示す図である
。

一般に空気調和機用圧縮機は、吐出圧力２８ｋｇ／ｃｍ
２Ｇ以上及び吸入圧力０．２ｋｇ／ｃｍ２Ｇ以下の圧力
範囲と、圧縮比Ｃ絶対圧力での吐出圧力と吸入圧力の比
）で８以上の領域で囲まれる範囲がストレス領域として
通常運転範囲から除外され、圧縮機の信頼性を維持する
ために各種保護装置で保護され、このストレス領域では
圧縮機が停止するようにされている。

第３図の菱形で囲まれた圧力領域は、ＪＩＳ規格に規定
される室内外温度条件範囲での標準的な冷暖房運転時の
動作圧力領域であり、ヒートポンプ式空気調和機は、異
常がない限りこの領域内の高低圧圧力特性を示す。なお
、×印は設計点である。

高圧圧力異常は、冷房運転の場合、室外側送風機のファ
ンモータが故障して基準風量が確保できない時、または
、室外側熱交換器の汚れなどにより凝縮器能力が低下し
た時に、圧縮機の吐出側で発生する。この高圧圧力異常
の場合は、圧縮機の吐出管に設けられた高圧遮断スイッ
チにより２８ｋｇ／ｃｍ２Ｇ以上の圧力に達すると、圧
縮機の電気回路の接点を開放して、圧縮機への通電を停
止する。

暖房運転時は逆に室内側熱交換器が凝縮器として作用す
るために、その空気吸込み口に設けられているエアフィ
ルタの汚れ、室内側熱交換器表面の汚れ、または、室内
側送風機のファンモータの故障に伴う必要風量の低下に
より吐出圧力が上昇し、冷房運転時と同様に高圧遮断ス
イッチが動作して圧縮機が停止する。

また、低圧圧力異常は、冷凍サイクル内の冷媒量が低下
した時、または、蒸発器として作用する側の熱交換器の
風量低下に伴い、低圧圧力が０、２ｋｇ／ｃｍ”Ｇ以下
に低下した時に、圧縮器の吸入管に設けられた低圧遮断
スイッチの接点を開放して、圧縮機が停止する。

更に、高圧圧縮比運転領域回避に対する従来の保護機構
は、−船釣に圧縮比上昇に伴って圧縮機出口のガス温度
が上昇することから、通常圧縮機吐出管部に設けられた
吐出ガスサーモスタットにより温度検出を行い、１３０
℃以上で電気回路の接点を開放して圧縮機の運転を停止
させる方式と、圧縮機内の圧縮機用モータの巻線に取付
けられたインターナル・オーバーロード・プロテクタを
動作させて圧縮機への通電を停止し、停止させる方式の
いずれかの方式により保護されている。

いずれにしても、従来の空気調和機の保護機構は、保護
条件により圧縮機の電気回路を遮断することにより運転
を停止させる方法によるものである。

そして、従来の一般的な空気調和機の保守サービスは、
異常が発生して初めてサービスコールを受け、不具合の
原因を究明した後に対応処置がなされるので、故障の回
復までに多くの時間を必要とし、長時間の無空調環境が
生じるという欠点がある。

コンビニエンスストアなどの商品のなかには、夏期の常
温で溶けるなどにより商品価値を失ってしまう品物も多
く、突発的な空気調和機の故障は、これらの店舗内の適
正な空調を維持できないばかりでなく、商品の品質維持
にも関わるという問題もあった。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述の課題を解決し、修理や保守を時
間的余裕をもって行うことができ、運転停止を回避する
ことができる、冷凍装置の不具合予知方式を提供するこ
とである。

（発明の特徴） 上記目的を遠戚するために、本発明は、室内側熱交換器
及び室外側熱交換器の吸込み空気温度を検出すると共に
、圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力を検出し、前記吸込み
空気温度に対応する圧縮機の正常吐出圧力及び正常吸入
圧力を導き出し、検出された前記吐出圧力及び吸入圧力
と前記正常吐出圧力及び正常吸入圧力とを比較して、そ
の偏移量により不具合を判断・表示し、以て、運転停止
に至る以前に不具合を知らせるようにしたことを特徴と
する。

（発明の実施例） 第１図は、本発明を実施するヒートポンプ式空気調和機
とその不具合予知システムの一例の構成図である。

ヒートポンプ式空気調和機ｌは、圧縮機２、圧縮機２の
吐出管３、冷媒の流れを変更する四方弁４、冷房運転時
には凝縮器として動作し、暖房運転時には蒸発器として
動作する室外側熱交換器５、冷房運転時に開となるチエ
ツクバルブ６、暖房用膨張弁７、冷房用膨張弁８、冷房
運転時に閉となるチエツクバルブ９、冷房運転時には蒸
発器として動作し、暖房運転時には凝縮器として動作す
る室内側熱交換器１０、アキュームレータ１１、及び、
圧縮機２の吸入管１２とから構成される。なお、室外側
熱交換器５には室外側送風機１３が、また、室内側熱交
換器１０には室内側送風機１４がそれぞれ具備される。

上記の様に構成された系統は、冷房運転時においては、
２→３→４→５→６→８→１０→４→１１→１２→２の
順に冷媒循環し、また、暖房運転時においては、２−３
→４→１０→９→７→５→４→１１→１２→２の順に冷
媒循環し、冷凍サイクルを構成する。

ここで、ヒートポンプ式空気調和機の正常運転時の動作
圧力特性は、冷房運転時の場合、室内側熱交換器１０の
吸込み空気の湿球温度と室外側熱交換器５の吸込み空気
の乾球温度の関数として与えられ、室外側吸込み乾球温
度をＴ１℃、室内側吸込み湿球温度をＴ２゜℃とすると
、正常運転時の動作圧力特性値、即ち、正常吐出圧力Ｐ
ｄｎ及び正常吸入圧力Ｐ％６は次式により表される。

Ｐ、ｌ、＝　Ｆ　　（Ｔ、、、丁ｚｔ）＝ａ＋ｂＴｌ　
＋＋ｃ（１’９．５−Ｔ２２）十ｄＬｏｇ（Ｔ＋　＋）
＋ｅ（１９，５−Ｔ５−Ｔａ２）Ｌｏ＋　＋）Ｐｓ、、
＝　Ｆ　（Ｔ＋　ｌ、　Ｔｚｓ）＝ｆ＋ｇＴ＋　＋＋ｈ
（１９，５−Ｔ２２）＋ｉＬｏｇ（Ｔ＋＋）＋ｊ（１９
，５−７５−７２ｓ）Ｌｏ＋＋）但し、ａ、　ｂ、　ｃ
、　ｄ、　ｅ、　ｆ、　ｇ、　ｈ、　ｉ、　ｊは、各機
種毎に定まる定数 従って、室外側吸込み乾球温度Ｔ、及び室内側吸込み湿
球温度Ｔ２２を知ることにより、各温度条件下における
ヒートポンプ式空気調和機の正常動作圧力特性値を算出
できる。

また、暖房運転時の正常動作圧力特性値も冷房運転時と
同様に、室外側吸込み湿球温度をＴ１２℃室内側吸込み
乾球温度をＴ　２　＋　”ｃとすれば、正常運転時の動
作圧力特性、即ち、正常吐出圧力Ｐｄｈ及び正常吸入圧
力Ｐａｎは、 Ｐ、Ｉ、＝　Ｆ　（Ｔ、□、Ｔ２．） Ｐ、ｈ＝　Ｆ　（Ｔ、２．Ｔ２．） により与えられ、冷房運転の場合と同様にして正常動作
圧力特性値を算出することができる。

即ち、冷凍装置の正常運転時の動作圧力特性値の算出は
、Ｔ　ｚとＴ　２２、または、Ｔ　Ｉ２とＴ　２１の、
それぞれ二つの温度要素を知ることにより可能となる。

以上の原理による本発明を実施する第１図の実施例にお
いては、冷凍サイクルを構成する圧縮機２の吐出管３に
、吐出圧力を検出する高圧圧力センサ２１を設け、圧縮
機２の吸入管１２に、吸入圧力を検出する低圧圧力セン
サ２２を設けると共に、室外側吸込み空気の乾球温度Ｔ
　Ｉ＋を検出する乾球温度センサ２３、同じく湿球温度
ＴＩ２を検出する湿球温度センサ２４、室内側吸込み空
気の乾球温度Ｔ　２１を検出する乾球温度センサ２５、
及び、同じく湿球温度Ｔ　２２を検出する湿球温度セン
サ２６を設備する。

なお、これらの各センサ２３〜２６の出力データは、信
号変換器２７を介してコンピュータ２８に人力される。

コンピュータ２８には、予めヒートポンプ式空気調和機
の機種毎に室内外の空気温度条件（乾湿球温度）をパラ
メータとした正常動作圧力特性値Ｐｄｎ＋Ｐｓｎの関数
が入力されており、前記の室内外の空気吸込み乾球温度
Ｔ　ｕ　＋　７２１及び湿球温度Ｔ１□、Ｔ２２により
空気調和機の正常動作圧力特性値Ｐｄｎ＋　ｐｓ□を演
算し、この値と実動作圧力特性値ｐ、、ｐ、とを比較す
ることにより、ヒートポンプ式空気調和機の不具合状況
を判断するシーケンスを保有している。

第２図は、本発明を実施する、ヒートポンプ式空気調和
機１の不具合予知システムの、冷房運転時におけるデー
タ処理ルーチンを示すフロー図である。

室外側吸込み乾球温度Ｔｚ　（℃）及び室内側吸込み湿
球温度Ｔ２□（℃〉は、それぞれ、温度センサ２３．２
６からの信号として得られ、第２図のフロー図のステッ
プ■及び■において、室外側吸込み乾球温度Ｔ、及び室
内側吸込み湿球温度Ｔ２２の吸込み空気条件時の正常動
作圧力特性値が、コンピュータ２８に記憶された演算式
により計算され、それぞれ、Ｐｄ、、、及びＰ、、、（
ｋｇ／ｃｍ’Ｇ）として求められる。

一方、圧縮機２の吐出管３の吐出圧力Ｐ、及び吸入管１
２の吸入圧力Ｐ、は、Ｔ　ｚ及びＴ２２の条件時におけ
る実動作圧力特性値（ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）であり、それぞ
れ高圧圧力センサ２１及び低圧圧力センサ２２からの信
号として得られ、ステップ■において信号変換器２７を
介してコンピュータ２８に入力される。

以下、ヒートポンプ式空気調和機１の不具合予知の判断
条件について説明する。

ステップ■は、ヒートポンプ式空気調和機１の現場施工
時の冷媒充填誤差により生じる許容圧力範囲を判断する
ものであり、吐出圧力Ｐ、及び吸入圧力Ｐ５は、それぞ
れ、 Ｐｄｈ−０，７≦　Ｐｄ　≦　Ｐｄ、、＋０．７Ｐ、ｈ
−（１，２≦Ｐ、≦Ｐ、ｌ、＋０．２を正常動作範囲と
する。

従って、Ｐ、及びＰ、のいずれもが上記動作圧力範囲内
であれば、不具合予知システムはステップ■で「正常運
転」をデイスプレィに表示し、モニタを続行する。

１ ２ ステップ■において正常動作範囲を超える場合は、ステ
ップ■に進み、ステップ■では、それぞれ、室内側送風
機１４の故障に伴うファンの停止時の蒸発器仕事量の低
下による吐出圧力低下と吸入圧力低下を判断する。すな
わち、ステップ■において、吐出圧力Ｐ、及び吸入圧力
Ｐ、が、それぞれ、 Ｐ、　　≦　Ｐ、ｌ、−４，５ Ｐ、≦　Ｐ、、、−１，０ である場合には、不具合予知システムはステップ■で「
低圧異常」を表示する。

ステップ■において上記条件を満たさない場合は、更に
、ステップ■に進み、システムの配管または熱交換器５
，１０の亀裂やピンホールからのガス漏れに伴う吐出圧
力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐ、の減少を判断する。すなわち、
吐出圧力Ｐ、及び吸入圧力Ｐ、が、それぞれ、 ＰｄＩ、４．５　＜ｐ、≦Ｐ、ｌ、−１，３Ｐ、Ｉ、−
１，０＜Ｐ、≦ｐ、、−ｏ、４である場合には、不具合
予知システムはステップ■で「ガス不足」を表示し、亀
裂箇所の有無の点検を促す。適性冷媒充填条件から低圧
異常条件までの高低圧条件がこの範囲に相当する。

ステップ■において上記条件を満たさない場合は、更に
、ステップ０に進み、室内側熱交換器１０のコイル汚れ
またはエアフィルタの汚れに伴う風量の低下による冷房
能力の低下を判断する。すなわち、風量が規格値の７５
％にまで低下した場合に冷房能力が５％低下する領域と
して、吐出圧力Ｐ、及び吸入圧力Ｐ、が、それぞれ、Ｐ
ｄＩ、−１，３＜ｐ、≦Ｐｄｈ−０，７Ｐ、Ｉ、−０，
４＜Ｐ、≦Ｐ、ｈ−０，２である場合には、不具合予知
システムはステップ■で「室内コイル汚れ、フィルタ詰
まり」を表示し、点検を促す。

ステップ■において上記条件を満たさない場合は、更に
、ステップ［相］に進み、室外側送風機１３の風量が規
格値の７５％に低下するまでの吐出圧力Ｐ、の圧力上昇
と、それに伴う吸入圧力Ｐ、の上昇を判断し、室外側送
風機１３の風量低下を判断する。この動作条件は冷媒充
填量が過多の場合も同様であり、吐出圧力Ｐ、及び吸入
圧力Ｐ、、が、それぞれ、 Ｐｄｈ＋０．７　＜Ｐａ≦Ｐｄｈ＋１．４Ｐｓ＋、＋０
．２　＜Ｐｓ≦Ｐ、、、＋　０．４である場合には、不
具合予知システムはステップ■で「室外コイル汚れ、冷
媒過充填」を表示する。

ステップ０において上記条件を満たさない場合は、更に
、ステップ■に進み、高圧圧力動作範囲にあることを判
断する。すなわち、吐出圧力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐ、が、
それぞれ、 Ｐ、＋ｆｉ＋１．４　＜Ｐｄ≦２８ Ｐ、Ｉ、＋０．４　＜Ｐ、≦７．０ である場合には、不具合予知システムはステップ［相］
で「高圧異常」を表示し、早期のメンテナンスを促す。

ステップ■において上記条件を満たさない場合は、第３
図に示す圧縮機ストレス領域での運転となるので、不具
合予知システムはステップ■で「装置異常」であると判
断する。

要するに、吐出圧力Ｐ、及び吸入圧力Ｐ、、の二要素の
アンド条件により、それぞれ、第２図に示すデータ処理
ルーチンのフロー図に記載した不具合として、ヒートポ
ンプ式空気調和機１の異常を細かく分類して表示する。

以上のように、従来のヒートポンプ式空気調和機では、
圧縮機の信頼性確保の観点から、ストレス領域を回避し
て運転させる方式であるため、装置に異常が発生してス
トレス運転状態となった場合は、直ちに装置を停止させ
るようにしていたが、第１図図示のシステムによれば、
ヒートポンプ式空気調和機が停止に至る以前に適時適切
な保守点検を実施できるようになり、２４時間営業を行
う店舗などで突然停止して、無空調状態での店舗営業と
なることを回避できると共に、店舗内の商品の品質低下
を回避することができる。

なお、以上の本発明の詳細な説明では、ヒートポンプ式
空気調和機を対象として説明したが、本発明は冷凍サイ
クルを有する冷房専用空気調和５ ６ 機及び店舗用冷蔵冷凍庫などのリーチイン装置にも同様
の効果が得られるものである。

更に、ホストコンピュータを本部機構に設置して、系列
店舗の空気調和装置の温度信号及び圧力信号を電話回線
で各店舖から本部に送信することにより、本部で各系列
店舗の空気調和装置の遠隔不具合予知管理を行うことが
可能となり、省力化と共に、効率的なサービス体制を確
立することができる。

（発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、室内側熱交換器
及び室外側熱交換器の吸込み空気温度を検出すると共に
、圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力を検出し、前記吸込み
空気温度に対応する圧縮機の正常吐出圧力及び正常吸入
圧力を導き出し、検出された前記吐出圧力及び吸入圧力
と前記正常吐出圧力及び正常吸入圧力とを比較して、そ
の偏移量により不具合を判断・表示し、以て、運転停止
に至る以前に不具合を知らせるようにしたから、修理や
保守を時間的余裕をもって行うことができ、運転停止を
回避することができる、冷凍装置の不具合予知方式を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するヒートポンプ式空気調和機と
その不具合予知システムの一例の構成図、第２図は同じ
く不具合予知システムの冷房運転時におけるデータ処理
ルーチンを示すフロー図、第３図はヒートポンプ式空気
調和機の標準的な圧縮機の動作圧力領域とストレス領域
を示す図である。 １１０．ヒートポンプ式空気調和機、２１．。 圧縮機、３．１．吐出管、４００．四方弁、５゜１．室
外側熱交換器、６１１．チエツクバルブ、７１３．暖房
用膨張弁、８１１．冷房用膨張弁、９１１．チエツクバ
ルブ、１０．　、　、室内側熱交換器、１１．　、　、
　アキュームレータ、１２．、。 吸入管、ｉａ、、、室外側送風機、１４．、、室内側送
風機、２１．、、吐出圧力センサ、２２゜、、＋１人圧
力センサ、２３．、、室外側乾球温度センサ、２４．、
、室外側湿球温度センサ、２５１３．室内側乾球温度セ
ンサ、２６．、、室内側湿球温度センサ、２７．、、信
号変換器、２８゜１．コンピュータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷凍サイクルを有する冷凍装置の室内側熱交換器
   及び室外側熱交換器の吸込み空気温度を検出すると共に
   、前記冷凍装置の圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力を検出
   し、前記吸込み空気温度に対応する圧縮機の正常吐出圧
   力及び正常吸入圧力を導き出し、検出された前記吐出圧
   力及び吸入圧力と前記正常吐出圧力及び正常吸入圧力と
   を比較して、その偏移量により不具合を判断・表示する
   ようにした冷凍装置の不具合予知方式。
2. （２）室内側熱交換器及び室外側熱交換器の吸込み空気
   温度を、それぞれ乾球温度と湿球温度にて検出し、圧縮
   機の正常吐出圧力及び正常吸入圧力を、室内側熱交換器
   及び室外側熱交換器の吸込み空気の乾球温度と湿球温度
   の関数として演算するようにした請求項１記載の冷凍装
   置の不具合予知方式。