JP2010127568A - 異常検出装置およびそれを備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換対象の流体の流量が変化するシステムにおいても、安定して正確な異常検出を行うことが可能な異常検出装置等を提供する。
【解決手段】各検出手段からの測定値を取得する測定部１０１と、少なくとも予め正常時の熱交換効率を記憶する記憶部１０４と、冷媒循環量、熱源側熱交換器３との熱交換対象の流体の送出量および利用側熱交換器７ａ、７ｂとの熱交換対象の流体の送出量をそれぞれ推定する各推定手段を有し、少なくとも、これら各推定手段で推定された各推定値と測定部１０１で取得された各測定値とを用いて、熱源側熱交換器または利用側熱交換器の少なくとも１つの異常検出対象熱交換器の熱交換効率を演算し、演算して得られた熱交換効率と予め記憶された正常時の熱交換効率との乖離度合いを演算する演算部１０２と、演算部１０２で得られた乖離度合いに基づいて異常検出対象の熱交換器の異常を判定する判定部１０６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ熱交換器の性能劣化等の異常を検知する異常検出装置及びそれを備えた冷凍サイクル装置に関する。

一般的に、ヒートポンプ熱交換器は、熱源側及び利用側の熱交換器と、圧縮機とを含むヒートポンプサイクルからなり、このヒートポンプサイクル内において冷媒を循環させることにより、低温側熱交換器では冷却を、高温側熱交換器では加熱を行うものである。ヒートポンプは、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器から構成される。このヒートポンプを稼動させると、ガスの冷媒は圧縮機により圧縮され、凝縮器において凝縮されて液化した後、液体の冷媒は膨張弁で断熱膨張され、蒸発器において気化されるというサイクルを繰り返す。このとき、凝縮器において、冷媒はほぼ等圧下で液化するとともに外部に熱ΔＨｈを放出する。一方、蒸発器において、冷媒はほぼ等圧下で気化するとともに外部から熱ΔＨｌを吸収する。したがって、凝縮器は加熱を、蒸発器は冷却をそれぞれ行うことができる。ここで、ΔＨｈは冷媒がサイクル外部に対して与える熱量を、ΔＨｌは冷媒がサイクル外部から吸収する熱量を、ΔＨｃはコンプレッサが冷媒に対してする仕事量を示しており、ΔＨｈ＝ΔＨｌ＋ΔＨｃという関係式が成立する。

従来より、冷凍サイクル装置に用いられるヒートポンプ熱交換器では、冷媒の汚染及び変質、冷凍サイクル内の各機器の異常、配管の汚れなどが発生した場合や、熱交換器（フィン・アンド・チューブ熱交換器）のフィンが経年劣化したり腐食したりして熱交換器の伝熱面積が低下した場合、熱交換器における加熱・冷却能力が劣化する。加熱・冷却能力が劣化すると、所望の加熱・冷却効果を得るためには、より高負荷でヒートポンプサイクルを稼動させなければならなくなり、装置の各機器に多大な負荷をかけることになってしまう。そこで、ヒートポンプサイクル内部における異常を診断するために、外部から計測される様々なデータを監視することが望ましい。

従来、冷凍サイクル装置の熱交換器の異常を検出する技術として、冷凍サイクルの高圧、低圧、冷媒の入口温度、出口温度から回帰式を作成し、正常時に作成された回帰式での理想の圧力との乖離度合いから、熱交換器の性能低下を検出する異常検出装置（例えば、特許文献１参照）等が提案されている。
特許第４０４９６１０号公報（図４）

上記従来の異常検出装置では、基準値である理想的な圧力が熱交換量との関係で記憶されており、空気流量を制御して省エネルギーを図る空気流量可変システムに導入する場合は考慮されていない。すなわち、熱交換対象（加熱・冷却対象）の流体（空気）の流量が変化せず一定であることを前提として回帰式を作成している。したがって、その前提の空気流量よりも少ない空気流量の場合、風速および管外熱伝達率が低下するため、正常であっても異常と判定されてしまうという課題があった。

また、外気温が低い場合（例えば５℃）に熱交換器を蒸発器として使用する場合、蒸発器の伝熱管温度が０℃以下となり着霜が発生する。着霜が成長して風路が閉塞されると、熱交換器性能が一時的に低下する。このような着霜による一時的な性能低下は、霜を解かす除霜運転を行うことにより回復することが可能である。しかしながら、上記従来の方法では、着霜による一時的な熱交換器性能低下が生じると、実際には熱交換器自体は性能低下しておらず正常であっても、異常と判定されてしまうという課題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、熱交換対象の流体の流量が変化するシステムにおいても、安定して正確な異常検出を行うことが可能な異常検出装置およびこの異常検出装置を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的に加えて、着霜が発生する利用環境においても、安定して正確な異常検出を行うことが可能な異常検出装置およびこの異常検出装置を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る異常検出装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と少なくとも１つの利用側熱交換器とを順次接続して構成される冷媒回路の異常検出を行う異常検出装置であって、熱源側熱交換器の圧力を検出する第１圧力検出手段と、利用側熱交換器の圧力を検出する第２圧力検出手段と、熱源側熱交換器に流入する冷媒の流入温度を検出する冷媒流入温度検出手段と、熱源側熱交換器との熱交換対象の流体の流入温度を検出する第１流体流入温度検出手段と、利用側熱交換器との熱交換対象の流体の流入温度を検出する第２流体流入温度検出手段とを含む各検出手段からの測定値を取得する測定部と、少なくとも予め正常時の熱交換効率を記憶する記憶部と、圧縮機の運転周波数または絞り手段の絞り量から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段、熱源側熱交換器との熱交換対象の流体の送出量を推定する第１送出量推定手段および利用側熱交換器との熱交換対象の流体の送出量を推定する第２送出量推定手段を有し、少なくとも、これら各推定手段で推定された各推定値と測定部で取得された各測定値とを用いて、熱源側熱交換器または利用側熱交換器の少なくとも１つの異常検出対象の熱交換器の熱交換効率を演算し、演算して得られた熱交換効率と予め記憶された正常時の熱交換効率との乖離度合いを演算する演算部と、演算部で得られた乖離度合いに基づいて異常検出対象の熱交換器の異常を判定する判定部とを備えたものである。

また、本発明に係る異常検出装置は、熱源側熱交換器および利用側熱交換器のそれぞれに、それぞれに供給する熱交換対象の流体の流量を可変することが可能な送風機が設けられており、判定部は、異常検出対象の熱交換器が蒸発器の場合、演算部で演算した凝縮器の乖離度合いの変化速度に基づいて、異常判定として、異常検出対象の熱交換器の経年劣化、送風機の故障または着霜のいずれかを判定するものである。

本発明の異常検出装置によれば、異常検出対象の熱交換器の熱交換効率を演算し、演算して得られた熱交換効率と予め記憶された正常時の熱交換効率との乖離度合いに基づいて異常判定を行うようにしたので、如何なる環境条件、設置条件下においても精度良く熱交換器の異常検出を行うことができる。

また、本発明の異常検出装置によれば、凝縮器の乖離度合いの変化速度に基づいて、異常判定として、経年劣化、送風機の故障または着霜のいずれかを判定することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る異常検出装置を備えた冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図である。

冷凍サイクル装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、屋内の冷房又は暖房に使用される装置であり、主として並列に接続された複数台（本実施の形態では１台）の熱源ユニット３０１と、熱源ユニット３０１に接続配管６および接続配管９を介して並列に接続された複数台（本実施の形態では２台）の利用ユニット３０２ａ、３０２ｂと、熱源ユニット３０１および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂ内に構成される冷媒回路内の後述の熱交換器の異常を検知する異常検出装置１００とを備えている。接続配管６および接続配管９は、冷媒回路を循環する液状態またはガス状態の冷媒を通過させる冷媒連絡配管である。冷凍サイクル装置に用いられる冷媒としては、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４ＡなどのＨＦＣ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、または炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがある。なお、異常検出装置１００は、図１に示すように冷凍サイクル装置内に備えていても良いし、冷媒回路から独立した装置として構成してもよい。以下、冷凍サイクル装置を構成する各構成部について順に説明する。

＜利用ユニット＞
利用ユニット３０２ａ、３０２ｂは、屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または屋内の壁面に壁掛け等により設置され、既述したように接続配管６及び接続配管９を介して熱源ユニット３０１に接続されて冷媒回路の一部を構成している。

次に、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの詳細な構成について説明するが、利用ユニット３０２ａと３０２ｂとは同様の構成を有しているため、ここでは利用ユニット３０２ａについてのみ説明し、利用ユニット３０２ｂについては、各符号にサフィックス「ｂ」を付けて各部の説明を省略する。

利用ユニット３０２ａは、冷媒回路の一部である室内側冷媒回路を構成しており、室内送風機８ａと、利用側熱交換器である室内熱交換器７ａとを備えている。

室内熱交換器７ａは、ここでは伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内の空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内の空気を加熱する。

室内送風機８ａは、室内熱交換器７ａに供給する空気の流量を可変することが可能なファン、例えばＤＣファンモータ（図示せず）によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等からなり、これによって利用ユニット３０２ａ内に室内空気を吸入し、室内熱交換器７ａにより冷媒との間で熱交換した空気を供給空気として室内に供給する機能を有する。

また、利用ユニット３０２ａには、各種のセンサが設置されている。すなわち、室内熱交換器７ａの液側には、液状態または気液二相状態の冷媒の温度（暖房運転時における過冷却液温度Ｔｃｏまたは冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する液側温度センサ２０５ａが設けられている。また室内熱交換器７ａには、気液二相状態の冷媒の温度（暖房運転時における凝縮温度Ｔｃまたは冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する二相温度センサ２０７ａが設けられている。更に利用ユニット３０２ａの室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度を検出する室内温度センサ２０６ａが設けられている。なお、ここでは液側温度センサ２０５ａ、二相温度センサ２０７ａ、及び室内温度センサ２０６ａは、いずれもサーミスタから構成されている。室内送風機８ａの動作は、運転制御手段によって制御されるようになっている。

＜熱源ユニット＞
熱源ユニット３０１は、屋外に設置されており、接続配管６および接続配管９を介して利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに接続されており、冷媒回路の一部を構成している。

次に、熱源ユニット３０１の詳細な構成について説明する。熱源ユニット３０１は、圧縮機１と、四方弁２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器３と、室外送風機４と、絞り手段５ａとを備えている。

絞り手段５ａは、冷媒回路内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、熱源ユニット３０１の液側に接続配置されている。

圧縮機１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、ここではインバータにより制御されるモータ（図示せず）によって駆動される容積式圧縮機を用いている。なお、圧縮機１は、ここでは１台のみであるが、これに限定されず、利用ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されたものであってもよいことは言うまでもない。

四方弁２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器３を圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂを室外熱交換器３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３のガス側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側と接続配管９側とを接続するように（図１の四方弁２の破線を参照）、冷媒流路を切り換える。また四方弁２は、暖房運転時には、室内熱交換器７ａ、７ｂを圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ室外熱交換器３を室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機１の吐出側と接続配管９側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３のガス側とを接続するように（図１の四方弁２の実線を参照）、冷媒流路を切り換える機能を有する。

室外熱交換器３は、そのガス側が四方弁２に接続され、その液側が接続配管６に接続された伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなり、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。

室外送風機４は、室外熱交換器３に供給する空気の流量を可変することが可能なファン、例えばＤＣファンモータ（図示せず）によって駆動されるプロペラファンからなり、これによって熱源ユニット３０１内に室外空気を吸入し、室外熱交換器３により冷媒との間で熱交換した空気を室外に排出する機能を有する。

また、熱源ユニット３０１には、各種のセンサが設置されている。すなわち、圧縮機１には、吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ２０１が設けられているとともに、室外熱交換器３には、気液二相状態の冷媒の温度（冷房運転時における凝縮温度Ｔｃまたは暖房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度）を検出する二相温度センサ２０２が設けられている。更に室外熱交換器３の液側には、液状態または気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ２０４が設けられている。また、熱源ユニット３０１の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度すなわち外気温度Ｔａを検出する室外温度センサ２０３が設けられている。

以上のように構成された熱源ユニット３０１と利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとが接続配管６と接続配管９を介して接続されて、冷凍サイクル装置の冷媒回路が構成されている。

次に、異常検出装置１００の構成について説明する。
異常検出装置１００は、測定部１０１と、演算部１０２と、制御部１０３と、記憶部１０４と、比較部１０５と、判定部１０６と、報知部１０７とを備えている。測定部１０１は、各種温度センサによって検知された各諸量を取得する。演算部１０２は、測定部１０１の検出した測定値から運転状態量を演算する。記憶部１０４は、正常時に予め採取した基準となる熱交換効率や、正常時の乖離度合い（後述する）等を記憶する。制御部１０３は、演算部１０２の演算結果や判定部１０６の判定結果、図示しない入力手段からの操作入力信号に基づいて、圧縮機１の駆動周波数、四方弁２の切替え、室外送風機４の回転数、絞り手段５ａの開度、室内送風機８ａ、８ｂの回転数が、所望の制御目標範囲に収まるように駆動制御する。

演算部１０２は更に、圧縮機１の運転周波数または絞り手段５ａの絞り量から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段、熱源側熱交換器３との熱交換対象の流体の送出量を推定する第１送出量推定手段および利用側熱交換器７ａ、７ｂとの熱交換対象の流体の送出量を推定する第２送出量推定手段としての機能も備えている。そして、演算部１０２は、測定部１０１の検出した測定値と、前記各推定手段の各推定量とを組み合わせて演算を行ない、異常検出対象の熱交換器の熱交換効率（温度効率、エンタルピー効率）を演算し、演算して得られた熱交換効率と、予め採取した基準となる正常時の熱交換効率とから乖離度合いを演算する。

比較部１０５は、演算部１０２で演算された現在の冷凍サイクルの乖離度合いと、記憶部１０４に予め記憶された正常時の乖離度合いとを比較したり、現在の冷凍サイクルの乖離度合いの変化速度と、後述の速度閾値とを比較する。判定部１０６は、比較部１０５の比較結果に基づき、後述の方法にしたがって冷凍サイクル装置の異常検出の発生を判定する。なお、本発明でいう「異常検出」とは、熱交換器性能劣化、ファン故障やロック状態（異物や氷等でファンが回転不能な状態）の有無、着霜を含むものとする。

報知部１０７は、判定部１０６の判定結果を外部に報知する部分で、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）や、液晶ディスプレイ等の表示装置、遠隔地のモニター等に表示させたり、音声メッセージやブザー等で報知したりする。

このように構成された異常検出装置１００は、具体的にはマイコンなどのコンピュータで構成され、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを備えており、ＣＰＵがＲＡＭ及びＲＯＭに記憶されているプログラムにしたがって動作し、上記各構成部を機能的に構成している。

以下、本発明の特徴部分である異常検出装置１００の動作を説明するに先立ち、まず、冷凍サイクル装置の冷媒回路部分の運転動作について説明する。
本実施の形態の冷凍サイクル装置の運転モードとしては、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの運転負荷に応じて熱源ユニット３０１及び利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの各機器の制御を行う通常運転モードと、冷凍サイクル装置の設置後に機器診断を行う際に行われる特殊運転モードとしての機器診断モードとがある。なお、通常運転、機器診断モードには、それぞれ冷房運転と暖房運転とが含まれる。

次に、冷凍サイクル装置の各運転モードにおける動作について説明する。

＜通常運転モード＞
まず、通常運転モードにおける冷房運転について、図１を用いて説明する。

冷房運転時は、四方弁２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室外熱交換器３の液側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室内熱交換器７ａ、７ｂのガス側に接続された状態となっている。また、絞り手段５ａは圧縮機１の吸入側における冷媒の過熱度が所定値になるように開度調節されるようになっている。本実施の形態において、圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度は、まず圧縮機吸入温度Ｔｓより、二相温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを差し引くことによって求められる。ここで、圧縮機吸入温度Ｔｓは、二相温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の蒸発温度を低圧の飽和圧力Ｐｓに換算し、二相温度センサ２０２により検出される冷媒の凝縮温度を高圧の飽和圧力Ｐｄに換算し、圧縮機１の吐出温度センサ２０１により検出される冷媒の吐出温度Ｔｄより、圧縮機１の圧縮工程はポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定し、下記（１）式より算出することができる。

ここで、Ｔｓ、Ｔｄは温度［Ｋ］、Ｐｓ、Ｐｄは圧力［ＭＰａ］、ｎはポリトロープ指数［−］である。ポリトロープ指数は一定値（例えばｎ＝１．２）としてもよいが、Ｐｓ、Ｐｄの関数として定義することで、より精度よく圧縮機吸入温度Ｔｓを推測することができる。

なお、図２の冷媒回路図に示すように、圧縮機１の吸入側に吸入圧力センサ１０と吸入温度センサ２０８を設け、吸入圧力センサ１０により検出される圧縮機１の吸入圧力Ｐｓより蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度値に換算し、吸入温度センサ２０８により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって冷媒の過熱度を検出するようにしてもよい。

なお、高圧の圧力および低圧の圧力を算出するのに、ここでは冷媒の凝縮温度および蒸発温度より換算しているが、圧縮機１の吸入側、吐出側に直接圧力センサを付加し求めるようにしてもよいことは言うまでもない。

この冷媒回路の状態で、圧縮機１、室外送風機４および室内送風機８ａ、８ｂを起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外熱交換器３に送られて、室外送風機４によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となる。

そして、この高圧の液冷媒は、絞り手段５ａによって減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となり、接続配管６を経由して利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られ、室内熱交換器７ａ、７ｂで室内空気と熱交換を行って蒸発されて低圧のガス冷媒となる。ここで、絞り手段５ａは、圧縮機１の吸入における過熱度が所定値になるように室内熱交換器内７ａ、７ｂを流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて蒸発された低圧のガス冷媒は、所定の過熱度を有する状態となる。このように、各室内熱交換器７ａ、７ｂには、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。

この低圧のガス冷媒は、接続配管９を経由して熱源ユニット３０１に送られ、四方弁２を経由して、再び、圧縮機１に吸入される。

次に、通常運転モードにおける暖房運転について説明する。

暖房運転時は、四方弁２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室内熱交換器７ａ、７ｂのガス側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室外熱交換器３のガス側に接続された状態となっている。また、絞り手段５ａは圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度が所定値になるように開度調節されるようになっている。本実施の形態において、圧縮機１の吸入における冷媒の過熱度は、まず圧縮機吸入温度Ｔｓより、二相温度センサ２０２により検出される冷媒の蒸発温度Ｔｅを差し引くことによって求められる。ここで、圧縮機吸入温度Ｔｓは、二相温度センサ２０２により検出される冷媒の蒸発温度を低圧の飽和圧力Ｐｓに換算し、二相温度センサ２０７ａ、２０７ｂにより検出される冷媒の凝縮温度を高圧の飽和圧力Ｐｄに換算し、圧縮機１の吐出温度センサ２０１により検出される冷媒の吐出温度Ｔｄより、圧縮機１の圧縮工程はポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定し、前述の（１）式より算出することができる。

なお、冷房運転と同様に図２に示すように、圧縮機１の吸入側に吸入圧力センサ１０と吸入温度センサ２０８を設け、吸入圧力センサ１０により検出される圧縮機１の吸入圧力Ｐｓより蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度値に換算し、吸入温度センサ２０８により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって冷媒の過熱度を検出するようにしてもよい。

なお、冷房運転と同様に高圧の圧力および低圧の圧力を算出するのに、ここでも冷媒の凝縮温度および蒸発温度より換算しているが、圧縮機１の吸入側、吐出側に直接圧力センサを付加し求めるようにしてもよいことは言うまでもない。

この冷媒回路の状態で、圧縮機１、室外送風機４および室内送風機８ａ、８ｂを起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四方弁２および接続配管９を経由して、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られる。

そして、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて、室内空気と熱交換を行って凝縮されて高圧の液冷媒となった後、接続配管６を経由して、絞り手段５ａによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる。ここで、絞り手段５ａは、圧縮機１の吸入における過熱度が所定値になるように室内熱交換器７ａ、７ｂ内を流れる冷媒の流量を制御しているため、室内熱交換器７ａ、７ｂにおいて凝縮された高圧の液冷媒は、所定の過冷却度を有する状態となる。このように、各室内熱交換器７ａ、７ｂには、各利用ユニット３０２ａ、３０２ｂが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。

この低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源ユニット３０１の室外熱交換器３に流入する。そして、室外熱交換器３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外送風機４によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮されて低圧のガス冷媒となり、四方弁２を経由して再び、圧縮機１に吸入される。

このように、冷房運転及び暖房運転を含む通常運転を行う通常運転制御手段として機能する制御部１０３により、上記の冷房運転および暖房運転を含む通常運転処理が行われる。

＜機器診断モード＞
次に、機器診断モード時の動作について図１を参照しながら説明する。ここでは現地において、熱源ユニット３０１と、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂとを設置し、接続配管６及び接続配管９を介して接続して冷媒回路を構成した後に運転する場合を例に挙げて説明する。

機器診断モードには、運転を行う者が、制御部１０３に対して直接に、又はリモコン（図示せず）等を通じて遠隔に、機器診断運転を開始する指令を出すことによって移行する。これにより、制御部１０３によって機器診断モードの運転が開始される。

例えば、暖房運転に設定されている状態で、機器診断運転の開始指令がなされると、熱源ユニット３０１の四方弁２が図１の実線で示される状態となるように冷媒回路が切り換えられ、かつ利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの室内送風機８ａ、８ｂが起動されるとともに、絞り手段５ａが開けられた状態となり、更に圧縮機１、室外送風機４が起動されて、利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの全てについて強制的に暖房運転が行われる。

すると、冷媒回路において、圧縮機１から室内熱交換器７ａ、７ｂまでの流路には、圧縮機１において圧縮・吐出された高圧のガス冷媒が供給される。この高圧のガス冷媒は、接続配管９を経て、凝縮器として機能する室内熱交換器７ａ、７ｂ内を通過する間に室内空気との熱交換によってガス状態から液状態に相変化する高圧の冷媒となり、室内熱交換器７ａ、７ｂから絞り手段５ａまでの接続配管６を含む流路に高圧の液冷媒として流れる。この高圧の液冷媒は、絞り手段５ａから蒸発器として機能する室外熱交換器３内を通過する間に、室外空気との熱交換によって気液二相状態からガス状態に相変化し、室外熱交換器３から圧縮機１までの流路には低圧のガス冷媒となって流れるようになる。

次に、下記のような機器制御を行って、冷媒回路内を循環する冷媒の状態を安定させる運転に移行する。具体的には、以下の（ａ）〜（ｄ）を行う。
（ａ）圧縮機１のモータの回転数を所定値で一定になるように制御する（圧縮機回転数一定制御）。
（ｂ）蒸発器として機能する熱交換器（暖房運転の場合、室外熱交換器３）の過熱度ＳＨが所定値（正値でなるべく小さい値）で一定となるように絞り手段５ａを制御（以下、これを「過熱度一定制御」という）するか、または凝縮器として機能する熱交換器（暖房運転の場合、室内熱交換器７ａ、７ｂ）の過冷却度ＳＣが所定値（正値でなるべく小さい値）で一定になるように絞り手段５ａを制御（以下、「過冷却度一定制御」という）する。
（ｃ）絞り手段５ａの開度を所定の開度で一定となるように制御する（絞り手段開度制御）。
（ｄ）熱源ユニット３０１の室外送風機４および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの室内送風機８ａ、８ｂの送風量を固定する。

ここで、冷凍サイクル装置の各種アクチュエータの操作量を一定にするのは、冷媒の流量を安定させ、冷媒回路の冷媒分布を一定にすることで、冷凍サイクルを安定化させるためである。これにより、以下に説明する熱交換器の異常検出精度を向上させることができる。なお、上記（ｂ）については、蒸発器の異常判定を行う場合には「過熱度一定制御」を行い、凝縮器の異常判定を行う場合には「過冷却度一定制御」を行う。ここで、過熱度または過冷却度を一定となるように制御するとしたが、少なくとも正値となるように制御すればよい。なお、機器診断モード（特殊運転モード）では、少なくとも上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかの運転を行うものとし、その上で（ｄ）の制御も適宜行うものとする。

この機器診断モードの運転は、例えば通常運転モードで運転中に、ある所定の間隔毎に行うようにしてもよいし、定期的にメンテナンス時に行ってもよい。

＜熱交換器性能劣化検知方法＞
次に、熱交換器の性能劣化の判定方法について図３を用いて述べる。図３は冷凍サイクルの冷媒の状態変化を表すｐ−ｈ線図である。
図１に示す各センサと図３に示すｐ−ｈ線図の対応関係についてまず説明する。圧縮機１より吐出された冷媒温度Ｔｄは圧縮機吐出温度センサ２０１にて検出される。その後、凝縮器での凝縮温度Ｔｃは、冷房時は二相温度センサ２０２にて、暖房時は二相温度センサ２０７ａ、２０７ｂにて検出され、凝縮器流入空気温度Ｔｃａｉは、冷房時は室外温度センサ２０３にて検出され、暖房時は室内温度センサ２０６ａ、２０６ｂにて検出される。その後、凝縮器出口の冷媒温度Ｔｃｏは、冷房時は液側温度センサ２０４にて、暖房時は液側温度センサ２０５ａ、２０５ｂにて検出される。その後、絞り手段５ａを通過し減圧され、蒸発器に流入する冷媒温度Ｔｅｉは、冷房時は液側温度センサ２０５ａ、２０５ｂにて、暖房時は液側温度センサ２０４にて検出される。その後、蒸発器での蒸発温度Ｔｅは、冷房時は二相温度センサ２０７ａ、２０７ｂにて、暖房時は二相温度センサ２０２にて検出され、蒸発器流入空気温度Ｔｅａｉは、冷房時は室内温度センサ２０６ａ、２０６ｂにて検出され、暖房時は室外温度センサ２０３にて検出される。

ここで、熱交換器の熱収支の関係式に基づき、凝縮器での熱収支の関係について説明する。なお、この関係式は、例えば次の文献Ａに記載がある。文献Ａ：瀬下裕・藤井雅雄著「コンパクト熱交換器」日刊工業新聞社、１９９２年

冷媒側が放出する熱量Ｑｃｒ［ｋＷ］は（２）式にて表せ、空気側が吸熱する熱量Ｑｃａ［ｋＷ］は（３）式にて表せる。

ここで、（２）式のＧｃｒは、凝縮器を流れる冷媒の質量流量［ｋｇ／ｓ］であり、Ｈｄは、凝縮器入口の冷媒のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］であり、Ｈｃｏは、凝縮器出口の冷媒のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］である。（３）式のＧｃａは、凝縮器に流入する空気の質量流量［ｋｇ／ｓ］であり、Ｃｐは空気の定圧比熱［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］であり、εｃは、温度効率［−］であり、Ｔｃは凝縮温度［℃］であり、Ｔｃａｉは、凝縮器に流入する空気の入口空気温度［℃］である。

定常状態では、Ｑｃｒ＝Ｑｃａの関係が成り立つため、εｃについて解くと、εｃは次式で表せる。

ここで、Ｇｃｒは、冷房であれば、室外熱交換器３に流入する冷媒流量であるため、圧縮機１の運転容量から冷媒循環量を推測することが可能である。暖房であれば、各室内機（利用ユニット３０２ａ，３０２ｂ）への冷媒流量は、絞り手段５ａの開度と、絞り手段５ａの前後の高低圧差から冷媒循環量を推測することが可能である。Ｈｄは、凝縮器入口の温度と凝縮圧力から冷媒物性値より演算することが可能である。Ｈｃｏは、凝縮器出口の温度と凝縮圧力から冷媒物性値より演算することが可能である。Ｇｃａは、凝縮器に流入する空気の質量流量であり、ファン回転数に比例するため、ファン回転数制御指示値より推測することが可能である。Ｃｐａは、空気の比熱であるため、吸込み空気温度より空気物性にて演算可能である。Ｔｃ、Ｔｃａｉはそれぞれ直接温度センサにて検出しているため、εｃを冷凍サイクルの運転状態から推測可能である。

一方、（４）式のεｃは、次式にて表されることが知られている（上記文献Ａ）。

ここで、（５）式のＡｃは、凝縮器の伝熱面積［ｍ²］であり、Ｋｃは、温度差基準の熱通過率［ｋＷ／ｍ²・Ｋ］であり、図４に示すように、一般的に風速が大きいほど指数関数的に増加する。熱交換性能の低下要因として考えられる、フィンや伝熱管の腐食やフィンが汚れや、異物の詰まりが発生すると、伝熱面積Ａｃが低下し、同一風速に対して、熱通過率Ｋｃが低下するため、図５に示すように（５）式で表される温度効率εｃが正常値に対し、低下する。逆に、外風や雨により熱通過率Ｋｃが向上する場合は、ファン回転数指示値での風速に対してＫｃが増加するため、温度効率εｃが正常値に対し、増加する。

したがって、（４）式にて、冷凍サイクルの運転状態より、εｃが演算可能であるため、初期の正常時のεｃをεｃ＿ＳＴＤとして予め記憶部１０４に記憶しておき、時々刻々計測されるεｃのεｃ＿ＳＴＤとの乖離度合いＲＤｃ［％］を（６）式にて表すことにより、ある所定の乖離度以上となった場合を熱交性能劣化と判定することが可能となる。

図６は、横軸に運転日数［ｄａｙ］、縦軸に乖離度合いＲＤｃをとったグラフであり、経年劣化により乖離度合いが増していく場合のＲＤｃの時間経過による推移を表した図である。図のように経年劣化（ＣＡＳＥ１）によりＲＤｃの値が正値となって増加していく。このまま運転を継続すると、いずれ正常範囲（熱交性能劣化の判定閾値ＣＬｃ以下）を超えるものと予測される。なお、外風、雨の影響により熱通過率Ｋｘが増加する場合は、ＲＤｃ値が負値になる。したがって、乖離度合いＲＤｃの変化傾向と熱交性能劣化の判定閾値ＣＬｃとの関係から故障に至るまでの時間が推測可能であり、推測された故障時期の前に的確なメンテナンスを行うことにより能力の低下または運転効率の低下を未然に防ぐことが可能となる。例えば、初期設置時の正常時の乖離度合いＲＤｃを記憶部１０４に記憶しておき、正常状態に対して異常時のＲＤｃの判定閾値の半分の値に到達するまでに１ヶ月かかったとすると、故障に陥るまでにあと１ヶ月かかるものと予想できる。このように、乖離度合いＲＤｃの経年的なトレンド変化から熱交性能劣化の要因となる能力不足に至る時期を事前に予測することが可能となる。

また、図７は、横軸に起動時間［ｓｅｃ］、縦軸に乖離度合いＲＤｃをとったグラフであり、凝縮器送風ファン故障により乖離度合いが増していく場合のＲＤｃの時間経過による推移を表した図である。図のようにファン故障・ロック時（ＣＡＳＥ２）は、Ｋｃがほぼ０に近いため、起動時からＲＤｃが急激に変化する。したがって、乖離度合いＲＤｃの時間に対する変化速度から熱交性能劣化の要因が、経年劣化によるものか、ファン故障によるものかが判別可能であり、ＲＤｃの変化速度のトレンドから的確なメンテナンスを行うことにより、迅速に機器の故障に対応することが可能となる。

次に、蒸発器での熱収支の関係について説明する。冷媒側が吸熱する熱量Ｑｅｒ［ｋＷ］は（７）式にて表せ、空気側が放熱する熱量Ｑｅａ［ｋＷ］は（８）式にて表せる。

ここで、（７）式のＧｅｒは、蒸発器を流れる冷媒の質量流量［ｋｇ／ｓ］であり、Ｈｅｏは、蒸発器出口の冷媒のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］であり、Ｈｅｉは、蒸発器入口の冷媒のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］である。（８）式のＧｅａは、蒸発器に流入する空気の質量流量［ｋｇ／ｓ］であり、εｅは、エンタルピー効率［−］であり、Ｉｅａｉは蒸発器に流入する空気のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］であり、Ｉｅは、蒸発温度Ｔｅの温度に相当する飽和空気のエンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］である。

定常状態では、Ｑｅｒ＝Ｑｅａの関係が成り立つため、εｅについて解くと、εｅは次式で表せる。

ここで、Ｇｅｒは、暖房であれば、室外熱交換器３に流入する冷媒流量であるため、圧縮機１の運転容量から冷媒循環量を推測することが可能である。冷房であれば、各室内機への冷媒流量は、絞り手段５ａの開度と、絞り手段５ａの前後の高低圧差から冷媒循環量を推測することが可能である。Ｈｅｏは、蒸発器出口の温度と蒸発圧力から冷媒物性値より演算することが可能である。Ｈｅｉは、凝縮器出口の温度と凝縮圧力から冷媒物性値より演算することが可能である。Ｇｅａは、蒸発器に流入する空気の質量流量であり、ファン回転数に比例するため、ファン回転数制御指示値より推測することが可能である。

なお、蒸発器では、蒸発器へ流入する空気の相対湿度を変化させることから、相対湿度も加味した演算が必要となる。よって、蒸発器では、凝縮器の場合の（３）式のように蒸発器へ流入する空気の温度ではなく、（８）式のようにエンタルピーＩｅａｉを用いた演算としている。したがって、相対湿度の情報が必要となり、相対湿度を計測するセンサが必要であるが、空気のエンタルピー変化は温度変化と比例すると仮定し、流入する空気の相対湿度を例えば５０％と仮定する。この仮定の基でエンタルピーを推測しても、検知精度への誤差影響は小さい。Ｉｅは、蒸発温度Ｔｅの相対湿度１００％での空気のエンタルピーであるため空気物性より演算可能である。したがって、εｅを冷凍サイクルの運転状態から推測可能である。

一方、（９）式のεｅは、次式にて表されることが知られている（上記文献Ａ）。

ここで、（１０）式のＡｅは、凝縮器の伝熱面積［ｍ²］であり、Ｋｅは、エンタルピー差基準の熱通過率［ｋＷ／（ｋＪ／ｋｇ）］であり、図８に示すように、一般的に風速が大きいほど指数関数的に増加する。熱交換性能の低下要因として考えられる、フィンや伝熱管の腐食やフィンが汚れや、異物の詰まりや、着霜が発生すると、伝熱面積Ａｅが低下し、同一風速に対して、熱通過率Ｋｅが低下するため、図９に示すように（１０）式で表されるエンタルピー効率εｅが正常値に対し、低下する。逆に、外風や雨により熱通過率Ｋｅが向上する場合は、ファン回転数指示値での風速に対してＫｅが増加するため、エンタルピー効率εｅが正常値に対し、増加する。

したがって、（９）式にて、冷凍サイクルの運転状態より、εｅが演算可能であるため、初期の正常時のεｅをεｅ＿ＳＴＤとして予め記憶部１０４に記憶しておき、時々刻々計測されるεｅのεｅ＿ＳＴＤとの乖離度合いＲＤｅ［％］を（１１）式にて表すことにより、ある所定の乖離度合い以上となった場合を熱交性能劣化と判定することが可能となる。

図１０は、横軸に運転日数［ｄａｙ］、縦軸に乖離度合いＲＤｅをとったグラフであり、経年劣化により乖離度合いが増していく場合のＲＤｅの時間経過による推移を表した図である。凝縮器の場合と同様、経年劣化（ＣＡＳＥ１）によりＲＤｅの値が正値となって増加していく。このまま運転を継続すると、いずれ正常範囲（熱交性能劣化の判定閾値ＣＬｅ以下）を超えるものと予測される。乖離度合いＲＤｅの経年的なトレンド変化から熱交性能劣化の要因となる能力不足に至る時期を事前に予測することが可能となる。

また、図１１は、横軸に起動時間［ｓｅｃ］、縦軸に乖離度合いＲＤｅをとったグラフであり、蒸発器送風ファン故障および蒸発器の伝熱管の温度が０℃以下になり、着霜した場合のＲＤｅの時間経過による推移を表した図である。図１１のようにファン故障・ロック時（ＣＡＳＥ２）は、熱通過率Ｋｅがほぼ０に近いため、起動時からＲＤｅが急激に変化する。一方、着霜時（ＣＡＳＥ３）は、ファン故障時よりもＲＤｅの変化速度が緩やかであるが、経年劣化時の変化速度よりも変化速度が速い。このため、乖離度合いＲＤｅの時間に対する変化速度に応じて、熱交性能劣化の要因が、経年劣化によるものか、ファン故障によるものか、着霜によるものかが判別可能である。そして、ＲＤｅの変化速度のトレンドから的確なメンテナンスを行うことにより、迅速に機器の故障に対応することが可能となると同時に、着霜度合いを定量的に評価することが可能となるため、熱交換器の着霜による性能低下度合いに応じて、適切なタイミングで除霜運転を行うことが可能となる。

また、除霜後の次の運転時のＲＤｅの値が、正常状態のＲＤｅに対して、所定の範囲内に入っていない場合は、前回の除霜が不完全であり残霜している可能性がある。このため、再度除霜運転を強制的に行うことにより、確実な除霜運転を行い、熱交換器の性能回復を行う運転が可能となる。

以上より、凝縮器、蒸発器の熱交換性能を正常状態との温度効率εｃまたはエンタルピー効率εｅとの乖離度合いを逐次演算することによって、その乖離度合いの変化速度や、乖離度合いによって、熱交換器の性能劣化度合いを定量的に推測することが可能となる。

以上に説明した本検知方法であれば、通常運転時においても熱交換器の性能劣化を常時検知可能であるが、更に高精度に熱交換器の性能劣化を検知する運転方法について述べる。

次に、熱交換器性能低下の検知動作について図１２〜図１４を参照しながら説明する。図１２は機器診断モード時および熱交換器の性能劣化の判定動作を示すフローチャートである。図１３および図１４は図１２の熱交換器性能劣化検知処理の処理の流れを示すフローチャートで、図１３は凝縮器、図１４は蒸発器の場合を示している。

機器診断モードでは、制御部１０３によってステップＳ１の機器診断モードの運転（特殊運転）が開始される。機器診断モードの運転の詳細は上述した通りである。すなわち、冷媒回路内を循環する冷媒の状態を安定させるように上記（ａ）〜（ｄ）の運転を行う。なお、（ｂ）については、上述したように、蒸発器の異常判定を行う場合には「過熱度一定制御」を行い、凝縮器の異常判定を行う場合には「過冷却度一定制御」を行う。一定とする所定値は、正値でなるべく小さい値（正値で０に近い値）としている。このようにすることで、熱交換器の温度分布が均一となるため、熱通過率が均一となり、空気との熱交換の熱バランスが均一化され、判定精度が向上する。

次に、ステップＳ２にて外気温度や室内空気温度などの環境条件や、熱源ユニット３０１および利用ユニット３０２ａ、３０２ｂの温度センサや、圧縮機１の運転周波数、絞り手段５ａの開度などの冷凍サイクル装置の運転状態を測定部１０１にて計測し、演算部１０２にてεｃ、εｅを演算する。そして、予め記憶してある、εｃ＿ＳＴＤ、εｅ＿ＳＴＤより乖離度合いＲＤｃ、ＲＤｅを演算する。

次に、ステップＳ３にて初期学習実施済か否かを判定する。ここで、初期学習とは初期設置状態での熱交性能劣化度合い（乖離度合い）であるＲＤｃまたはＲＤｅを記憶部１０４に記憶することを意味しており、初期学習が未実施である場合は、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４以降の処理は、冷凍サイクル装置の初回据付時を想定した処理であり、まず、ステップＳ２で演算した乖離度合いＲＤｃまたはＲＤｅと、予め記憶部１０４に記憶してある正常状態でのＲＤｃ＿ＳＴＤまたはＲＤｅ＿ＳＴＤとを比較部１０５にて比較する。そして、比較部１０５で比較された乖離度合い同士の乖離度合いが所定の乖離度合いよりも小さいと判定部１０６にて判定された場合、ステップＳ５に移行する。すなわち、制御部１０３は、予め記憶部１０４に記憶してある前記ＲＤｃ＿ＳＴＤまたはＲＤｅ＿ＳＴＤに代えて、ステップＳ２で演算した初期設置状態でのＲＤｃまたはＲＤｅの値を、正常状態の乖離度合いＲＤｃ＿ＳＴＤまたはＲＤｅ＿ＳＴＤとして記憶（初期学習）させる。このように、機器設置時に初期学習（補正）を行うことで、機器の個体ばらつきや、センサばらつきを補正できるため、精度の高い異常検出が可能となる。

ステップＳ４で乖離度合いが大きいと判定された場合は、ステップＳ６に移行し、報知部１０７にて異常報知を行う。

一方、ステップＳ３で熱交性能劣化度合いの初期学習が実施済みと判定された場合は、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、熱交換器性能劣化検知処理を行う。この処理は、前述の＜熱交換器性能劣化検知方法＞に基づく熱交換器の性能劣化の判定を行う処理であり、性能判定対象の熱交換器が、凝縮器として機能している場合は図１３の処理を行い、蒸発器として機能している場合は図１４の処理を行う。以下、図１３および図１４を用いて凝縮器および蒸発器のそれぞれの場合について説明する。なお、測定部１０１における計測は、機器診断モードの実行タイミングの他、ある一定間隔、例えば１分という分単位や時間単位間隔等に定期的に行なわれており、演算部１０２による乖離度合いＲＤｃ、ＲＤｅの演算結果の履歴が記憶部１０４に記憶されているものとして以下の説明を行う。

（凝縮器の性能劣化の判定）
記憶部１０４に記憶された乖離度合いＲＤｃの履歴に基づいて乖離度合いＲＤｃの変化速度を演算し、演算して得られた変化速度と予め設定された速度閾値ｖｃとを比較する（Ｓ７１）。変化速度が速度閾値ｖｃより遅ければ経年劣化（ＣＡＳＥ１）（図６参照）と判定し（Ｓ７２）、速度閾値ｖｃよりも速ければファン故障・ロック時（ＣＡＳＥ２）（図７参照）と判定する（Ｓ７３）。

（蒸発器の性能劣化の判定）
記憶部１０４に記憶された乖離度合いＲＤｅの履歴に基づいて乖離度合いＲＤｅの変化速度を演算し、演算して得られた変化速度と予め設定された速度閾値ｖｅ１とを比較する（Ｓ７４）。変化速度が速度閾値ｖｅ１より遅ければ経年劣化（ＣＡＳＥ１）（図１０参照）と判定し（Ｓ７５）、速度閾値ｖｅ１よりも速ければ、続いて予め設定された速度閾値ｖｅ２とを比較する（Ｓ７６）。変化速度が速度閾値ｖｅ２よりも遅ければ着霜（ＣＡＳＥ３）（図１１参照）と判定し（Ｓ７７）、速度閾値ｖｅ２より速ければファン故障・ロック時（ＣＡＳＥ２）（図１０参照）と判定する（Ｓ７８）。

以上のようにして得られた判定結果を、報知部１０７から報知する（Ｓ８）。また、図１３および図１４のフローチャートには図示していないが、凝縮器および蒸発器のそれぞれにおいて、乖離度合いＲＤｃ、ＲＤｅの変化傾向と、熱交性能劣化判定閾値ＣＬｃ、ＣＬｅとから、能力不足に至る時期を予測し、予測結果を報知部１０７から報知することも可能である。

報知部１０７での異常表示は、ＬＥＤ等により報知可能であるが、乖離度合いに応じて色分けして表示してもよいし、乖離度合いそのものの値を定量的に表示してもよい。このようにすることで、メンテナンス時に熱交性能劣化の度合いを作業者に認識させ易くなり、その状態に応じて、点検箇所を特定できるため操作性が向上する。また、報知部１０７での予測結果表示は、例えば「故障まであと１ヶ月」等を表示するようにしてもよい。

このように、本実施の形態によれば、異常検出対象の熱交換器の熱交換効率を演算し、演算して得られた熱交換効率と予め記憶された正常時の熱交換効率との乖離度合いに基づいて異常判定を行うようにしたので、熱交換対象である空気の流量変化も加味した判定が可能となり、安定して正確な異常検出を行うことが可能となる。

また、異常検出対象の熱交換器が凝縮器の場合には、異常判定として、凝縮器の乖離度合いの変化速度に基づいて、経年劣化またはファン故障を判定することができる。

また、異常検出対象の熱交換器が蒸発器の場合には、異常判定として、蒸発器の乖離度合いの変化速度に基づいて、経年劣化、ファン故障または着霜を判定することができる。

また、蒸発器の除霜運転を必要に応じて行った後、演算部１０２で演算された乖離度合いの値が、予め記憶している正常時の乖離度合いの値を含む所定の範囲内に入っていない場合、蒸発器の除霜運転を再度行うようにしたので、蒸発器の性能回復を行うことが可能となる。

また、過去に演算された乖離度合いと、現在の演算値である乖離度合いと、予め記憶された正常時の乖離度合いとを用いて熱交換器の性能劣化傾向を判断し、その性能劣化傾向に基づき、熱交換器の性能が所定の性能より低下する時期（例えば、所望の能力が得られない時期や、故障時期）を事前に予測することが可能である。熱交換器の性能が低下すると、運転効率が悪くなり、必要な性能を得ようとして無駄なエネルギー消費が必要となるが、事前に性能低下時期を予測可能となることにより、適切なメンテナンスを行うことが可能となり、エネルギー消費量削減にも効果がある。

また、初期設置時において初期学習（演算部１０２で得られた乖離度合いと予め記憶された正常時の乖離度合いとを比較し、比較された乖離度合い同士の乖離度合いが所定の乖離度合いよりも小さい場合、予め記憶された正常時の乖離度合いを、演算部１０２で得られた乖離度合いに補正）を行うようにしたので、機器の個体ばらつきや、センサばらつきを補正できるため、異常検出精度が向上する。

また、判定部１０６において判定を行う際には、冷媒回路を循環する冷媒の状態を安定させる特殊運転を行うようにしたので、異常検出の判定精度が向上する。

また、特殊運転として、過冷却度または過熱度が正値で０に近い所定値に一定となるように冷媒回路を制御するようにしたので、熱交換器の温度分布が均一となるため、熱通過率が均一となる。したがって、空気との熱交換の熱バランスが均一化され、判定精度が向上する。

また、異常検出のための機器診断モードを定期的に行うようにすることで、冷媒回路の異常を早期に発見することが可能である。この機器診断モードは、上述したように、制御部１０３に対して直接に、又はリモコン（図示せず）等を通じて遠隔に、機器診断運転を開始する指令を出すことによって開始される。

なお、上記実施の形態では、冷凍サイクル装置内に異常検出装置１００を設けた例を示したが、冷凍サイクル装置に、電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの通信手段を介して冷凍サイクルの管理装置としてのローカルコントローラを接続し、ローカルコントローラ内に異常検出装置１００の各構成部を設けた構成としてもよい。また、このローカルコントローラを、冷凍サイクル装置の運転データを受信して管理する遠隔地の情報管理センターの遠隔サーバにネットワークを介して接続し、ローカルコントローラと遠隔サーバとに異常検出装置１００の各構成部を分散して設けた構成としてもよい。例えば、ローカルコントローラ内に、異常検出装置１００の測定部１０１、演算部１０２、制御部１０３および記憶部１０４を設け、遠隔サーバ内に比較部１０５、判定部１０６および報知部１０７を設ける等の構成が考えられる。この場合には、冷凍サイクル装置に現在の運転状態量と正常時の運転状態量とを演算比較する機能を有しておく必要がなくなる。また、このように遠隔監視できるシステムを構成することによって、定期メンテナンス時に、作業者が現地に赴いて熱交換器の状態を確認する作業の必要が無くなるため、機器の信頼性、操作性が向上する。

また、本実施の形態の記憶部１０４は、異常検出装置１００内部の基板内に設けたマイコンのメモリとしたが、これに限られたものではなく、圧縮機付属のメモリ、異常検出装置１００外部に設置されて異常検出装置１００と有線または無線で接続された機器内のメモリとしてもよく、書き換え可能なメモリで構成されればよい。

以上、本実施の形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これに限られるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば前述の実施の形態では、冷暖切り換え可能な冷凍サイクル装置に本発明を適用したものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、暖房専用の冷凍サイクル装置や冷房専用の冷凍サイクル装置や冷暖同時運転可能な冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。また、家庭用のルームエアコンや冷蔵庫などの小型の冷凍サイクル装置や、冷蔵倉庫の冷却用の冷凍機やヒートポンプチラーなどの大型の冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。

また、前述の実施の形態では、１台の熱源ユニットを備えた冷凍サイクル装置に本発明を適用したものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、複数台の熱源ユニットを備えた冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。

また、本発明の異常検出装置は、如何なる設置条件（例えば、配管長など）や環境条件（例えば、空気温度など）下においても精度良く熱交換器の異常検出を行うことを可能としたものであり、図１に示した冷媒回路に限られず、他の構成の冷媒回路にも適用可能である。他の構成の冷媒回路に本発明を適用した場合について、以下の実施の形態２〜４により説明する。

実施の形態２．
図１５は本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の冷凍サイクル装置の冷媒回路は、図１５に示すように、絞り手段５ａと利用側熱交換器７ａ、７ｂとの間の接続配管６に、絞り手段５ａ側から順に、冷房と暖房の必要冷媒量の差である余剰冷媒量を溜めるレシーバ２０と絞り手段（利用側絞り手段）５ｂとをこの順に新たに設けたものである。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。この構成は、現地での接続配管６および接続配管９の配管長が長く、冷房と暖房の差での余剰冷媒が多量に発生するタイプの冷凍サイクル装置に好適な構成であり、従来公知の構成である。なお、レシーバ２０を設けることによって、凝縮器出口の冷媒の温度は凝縮温度と同じになるため、上記（４）式においてＨｃｏの演算に際し、凝縮温度と凝縮圧力から冷媒物性値より演算することが可能である。

実施の形態２の冷凍サイクル装置では、絞り手段５ａ、絞り手段５ｂの弁開度をそれぞれ制御することにより、凝縮器出口の過冷却度制御、蒸発器出口の過熱度制御をそれぞれ独立して同時に行うことが可能となるので、凝縮器、蒸発器の熱交換器の性能劣化を同時に高精度に判定することが可能となる。

実施の形態３．
図１６は本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の冷凍サイクル装置は、図１６に示すように、実施の形態１に示した室外熱交換器３と液側温度センサ２０４との間に、室外熱交換器３側から順に、レシーバ２０と、冷媒−冷媒熱交換器２１０とをこの順に新たに設けている。また、冷房運転時に、高圧側の冷媒−冷媒熱交換器２１０通過後の冷媒の一部を絞り手段５ｄによって減圧した後、再度冷媒−冷媒熱交換器２１０に導くバイパス回路１２を設けている。そして、冷媒−冷媒熱交換器２１０の入口及び出口に冷媒−冷媒熱交換器入口温度センサ２０８ａ、冷媒−冷媒熱交換器出口温度センサ２０９を設けたものである。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。このような構成の冷凍サイクル装置においても、実施の形態１と同様の異常検出が可能である。

この冷媒回路構成では、冷媒−冷媒熱交換器２１０に流入した冷媒の一部は、絞り手段５ｄによって減圧され、再度冷媒−冷媒熱交換器２１０に導びかれた後、圧縮機１に戻る。ここで、再度冷媒−冷媒熱交換器２１０に導びかれた低温低圧の冷媒は冷媒−冷媒熱交換器２１０に直接流入した残りの冷媒と熱交換し、絞り手段５ａに向かう冷媒の過冷却度を増加させる。この結果、冷房能力が増加するため、凝縮器出口は飽和液冷媒（凝縮器出口の過冷却度が０）となる。したがって、凝縮器の伝熱管温度が均一化するため、判定精度が向上する。

また、冷媒−冷媒熱交換器２１０に関しても、異常検出が可能であり、冷媒−冷媒熱交換器２１０での温度効率εｓｃは（１２）式で定義できるので、εｓｃの初期状態からの低下度合いによって、冷媒−冷媒熱交換器２１０の性能低下が推定可能となる。このように、如何なる設置条件（例えば、配管長など）や環境条件（例えば、空気温度など）下にあっても、精度良く、熱交換器の性能劣化の判定を行うことができる。

ここで、Ｔｓｃは冷媒−冷媒熱交換器２１０の高圧側出口温度を検出する液側温度センサ２０４の温度であり、Ｔｅは、冷媒−冷媒熱交換器２１０の低圧側入口温度を検出する冷媒−冷媒熱交換器入口温度センサ２０８ａの温度である。

なお、冷媒−冷媒熱交換器２１０は、例えばプレート式熱交換器や二重管式熱交換器等で構成される。

実施の形態４．
図１７は本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を概略的に示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の冷凍サイクル装置は、図１に示した実施の形態１の冷凍サイクル装置の圧縮機１の吐出部分に、高圧圧力を検出する圧力センサ４００を備えている。また、利用ユニット３０２ａを、利用側熱交換器であるプレート式熱交換器４０１と、プレート式熱交換器内を流れる冷媒と熱交換する流体を送出する送出手段４０４と、送出される流体の熱交換前後の温度を検出する流体入口温度センサ４０２と、流体出口温度センサ４０３とを備えた構成としたものである。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。

ここで、プレート式熱交換器４０１内を流れる冷媒と熱交換を行う流体は冷媒の凝縮熱の吸熱対象となるものであり、これは水、冷媒、ブライン等でも構わず、流体の送出手段４０４は圧縮機やポンプ等でもよい。また、プレート式熱交換器４０１もこの形態に限るものではなく、冷媒と流体間で熱交換できるものであれば、二重管熱交換器やマイクロチャネル等でもよい。

この冷媒回路構成でも、冷凍サイクルは、前述の実施の形態１と同じ冷媒回路になるため熱交換器の性能劣化等の異常検出が可能となる。

以上の実施の形態１〜実施の形態４で説明したように、本発明の異常検出装置は、冷凍サイクル装置の冷媒回路構成によらず、如何なる設置条件、環境条件下にあっても、精度良く熱交換器の異常検出を行うことができる。

本発明を利用すれば、熱源ユニットと利用ユニットとが接続配管を介して接続された冷凍サイクル装置において、設置条件や環境条件によらず、熱交換器の性能劣化度合いを精度よく判定できるようになるため、メンテナンス性および製品信頼性が向上する。

本発明の実施の形態１に係る異常検出装置を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る異常検出装置を備えた冷凍サイクル装置の他の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のｐ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態１に係る風速と熱通過率Ｋｃとの関係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の熱交換器性能と温度効率εｃの関係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の凝縮器の経年劣化時の正常時の性能との乖離度合い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の凝縮器のファン故障時・ロック時の正常時の性能との乖離度合いを示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る風速と熱通過率Ｋｅとの関係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の熱交換器性能と温度効率εｅの関係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の蒸発器の経年劣化時の正常時の性能との乖離度合い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の蒸発器のファン故障時・ロック時および着霜時の正常時の性能との乖離度合いを示すグラフである。 機器診断モード時および熱交換器の性能劣化の判定動作を示すフローチャートである。 図１２の熱交換器性能劣化検知処理の凝縮器の判定処理の流れを示すフローチャートである。 図１２の熱交換器性能劣化検知処理の蒸発器の判定処理の流れ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装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 室外送風機、５ａ 絞り手段、５ｂ 絞り手段、５ｄ 絞り手段、６ 接続配管、７ａ，７ｂ 利用側熱交換器、８ａ，８ｂ 室内送風機、９ 接続配管、１０ 吸入圧力センサ、１２ バイパス回路、２０ レシーバ、１００ 異常検出装置、１０１ 測定部、１０２ 演算部、１０３ 制御部、１０４ 記憶部、１０５ 比較部、１０６ 判定部、１０７ 報知部、２０１ 圧縮機吐出温度センサ、２０２ 二相温度センサ、２０３ 室外温度センサ、２０４ 液側温度センサ、２０５ａ 液側温度センサ、２０６ａ 室内温度センサ、２０７ａ 二相温度センサ、２０８ 吸入温度センサ、２０８ａ 冷媒−冷媒熱交換器入口温度センサ、２０９ 冷媒−冷媒熱交換器出口温度センサ、２１０ 冷媒熱交換器、３０１ 熱源ユニット、３０２ａ，３０２ｂ 利用ユニット、４００ 圧力センサ、４０１ プレート式熱交換器、４０２ 流体入口温度センサ、４０３ 流体出口温度センサ、４０４ 送出手段。

Claims (15)

1. 圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と少なくとも１つの利用側熱交換器とを順次接続して構成される冷媒回路の異常検出を行う異常検出装置であって、
   前記熱源側熱交換器の圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記利用側熱交換器の圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記熱源側熱交換器に流入する冷媒の流入温度を検出する冷媒流入温度検出手段と、前記熱源側熱交換器との熱交換対象の流体の流入温度を検出する第１流体流入温度検出手段と、前記利用側熱交換器との熱交換対象の流体の流入温度を検出する第２流体流入温度検出手段とを少なくとも含む各検出手段からの測定値を取得する測定部と、
   少なくとも予め正常時の熱交換効率を記憶する記憶部と、
   前記圧縮機の運転周波数または前記絞り手段の絞り量から冷媒循環量を推定する冷媒循環量推定手段、前記熱源側熱交換器との熱交換対象の流体の送出量を推定する第１送出量推定手段および前記利用側熱交換器との熱交換対象の流体の送出量を推定する第２送出量推定手段を有し、少なくとも、これら各推定手段で推定された各推定値と前記測定部で取得された各測定値とを用いて、前記熱源側熱交換器または前記利用側熱交換器の少なくとも１つの異常検出対象の熱交換器の熱交換効率を演算し、演算して得られた熱交換効率と予め記憶された正常時の熱交換効率との乖離度合いを演算する演算部と、
   該演算部で得られた乖離度合いに基づいて前記異常検出対象の熱交換器の異常を判定する判定部とを備えたことを特徴とする異常検出装置。
2. 前記熱源側熱交換器および前記利用側熱交換器のそれぞれに、それぞれに供給する前記熱交換対象の流体の流量を可変することが可能な送風機が設けられており、
   前記判定部は、前記異常検出対象の熱交換器が凝縮器の場合、前記演算部で演算した凝縮器の乖離度合いの変化速度に基づいて、前記異常判定として、前記異常検出対象の熱交換器の経年劣化または前記送風機の故障を判定することを特徴とする請求項１記載の異常検出装置。
3. 前記熱源側熱交換器および前記利用側熱交換器のそれぞれに、それぞれに供給する前記熱交換対象の流体の流量を可変することが可能な送風機が設けられており、
   前記判定部は、前記異常検出対象の熱交換器が蒸発器の場合、前記演算部で演算した凝縮器の乖離度合いの変化速度に基づいて、前記異常判定として、前記異常検出対象の熱交換器の経年劣化、前記送風機の故障または着霜のいずれかを判定することを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の異常検出装置。
4. 前記冷媒回路の運転を制御する制御部を備え、該制御部は、前記異常検出対象の熱交換器が蒸発器の場合において当該蒸発器の除霜運転を必要に応じて行った後、前記演算部により演算された蒸発器の乖離度合いの値が、予め記憶している正常時の乖離度合いの値を含む所定の範囲内に入っていない場合、当該蒸発器の除霜運転を再度行うことを特徴とする請求項３記載の異常検出装置。
5. 前記判定部は、過去に演算された乖離度合いと、現在の演算値である乖離度合いと、予め記憶された正常時の乖離度合いとを用いて異常検出対象の熱交換器の性能劣化傾向を判断し、その性能劣化傾向に基づき、当該熱交換器の性能が所定の性能より低下する時期を予測することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の異常検出装置。
6. 初期設置時において前記演算部で得られた乖離度合いと予め記憶された正常時の乖離度合いとを比較する比較部を備え、前記判定部は、前記比較部で比較された乖離度合い同士の乖離度合いが所定の乖離度合いよりも小さい場合、予め記憶された正常時の乖離度合いを、前記演算部で得られた乖離度合いに補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の異常検出装置。
7. 前記冷媒回路の運転を制御する制御部を備え、該制御部は、前記判定部において判定を行う際には、前記冷媒回路を循環する冷媒の状態を安定させる特殊運転を前記冷媒回路に行わせることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の異常検出装置。
8. 前記制御部は、前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御手段を有し、
   前記特殊運転として、
   前記冷凍サイクル装置の圧縮機の運転周波数を所定値で一定になるように制御する圧縮機回転数一定制御、
   前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器のうち、蒸発器として機能する熱交換器の出口の冷媒の過熱度が正値になるように制御する過熱度制御、
   前記利用側熱交換器または前記熱源側熱交換器のうち、凝縮器として機能する熱交換器の出口の冷媒の過冷却度が正値になるように制御する過冷却度制御、
   前記絞り手段を所定の開度で一定になるように制御する絞り手段開度制御
   のうち少なくともいずれか一つの制御を前記冷媒回路に行わせることを特徴とする請求項７記載の異常検出装置。
9. 前記制御部は、前記特殊運転として、過冷却度または過熱度が正値で、０に近い所定値に一定となる運転を前記冷媒回路に行わせることを特徴とする請求項７記載の異常検出装置。
10. 前記制御部は、前記特殊運転を定期的に前記冷媒回路に行わせることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の異常検出装置。
11. 前記制御部は、外部からの操作信号によって前記特殊運転を前記冷媒回路に行わせることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の異常検出装置。
12. 前記記憶部は、異常検出装置内部の基板内のメモリ、圧縮機付属のメモリ、異常検出装置外部に設置されて異常検出装置と有線または無線で接続された機器内のメモリのいずれかであり、書き換え可能なメモリで構成されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の異常検出装置。
13. 前記冷媒回路が、前記絞り手段と前記利用側熱交換器との間の接続配管に、前記絞り手段側から順に、レシーバと利用側絞り手段とがこの順に新たに設けられた構成を有し、前記制御部は、前記判定部で判定する際には、前記絞り手段と前記利用側絞り手段とをそれぞれ独立して制御し、前記過熱度制御および前記過冷却度制御を同時に行うことを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の異常検出装置。
14. 圧縮機と熱源側熱交換器と絞り手段と少なくとも１つの利用側熱交換器とを順次接続して構成される冷媒回路と、請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の異常検出装置とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
15. 前記冷媒回路において、前記熱源側熱交換器と前記絞り手段との間の接続配管に、前記熱源側熱交換器側から順に、レシーバと冷媒−冷媒熱交換器とがこの順に新たに設けられ、更に、前記熱源側熱交換器を凝縮器として機能させる運転に際し、前記冷媒−冷媒熱交換器通過後の冷媒の一部を減圧手段によって減圧した後、再度前記冷媒−冷媒熱交換器に導くバイパス回路が設けられていることを特徴とする請求項１４記載の冷凍サイクル装置。

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