JP5663345B2 - Refrigerant circuit with compressor abnormality detection function - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機の異常検知機能を備えた冷媒回路に関するものである。 The present invention relates to a refrigerant circuit having a compressor abnormality detection function.
従来より、冷媒回路において、冷媒の吐出温度の異常低下を検知する構成が開示されている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration for detecting an abnormal drop in refrigerant discharge temperature in a refrigerant circuit has been disclosed (see Patent Document 1).
上記従来の冷媒回路は、吸入温度、吐出圧力および吸入圧力の検出値に基づき理論断熱圧縮吐出温度を算出し、この理論断熱圧縮吐出温度から所定値を減じた値を比較用吐出温度として、吐出温度の検出値と比較して異常低下を検知するようになされていた。 The conventional refrigerant circuit calculates the theoretical adiabatic compression discharge temperature based on the detected values of the suction temperature, the discharge pressure and the suction pressure, and uses a value obtained by subtracting a predetermined value from the theoretical adiabatic compression discharge temperature as a comparison discharge temperature. Compared with the detected value of temperature, an abnormal drop was detected.
ところで、上記従来の冷媒回路の場合、各検出値に基づき算出される理論断熱圧縮吐出温度は、断熱圧縮を前提としているが、実際の検出吐出温度は、軸受け摩擦等の圧縮機の機械的な運転損失によって発生する熱の影響も受けるため、理論断熱圧縮吐出温度よりも高温になる。このように、実際の検出吐出温度が理論断熱圧縮吐出温度よりも高温になったとしても、上記従来の冷媒回路は、実際の検出吐出温度の異常低下の検出が課題であるため、実際の検出吐出温度よりも低温の理論断熱圧縮吐出温度からさらに所定値を減じた比較用吐出温度を基準値としても、実際の検出吐出温度の異常低下の検出には何ら不都合は生じない。 By the way, in the case of the conventional refrigerant circuit, the theoretical adiabatic compression / discharge temperature calculated based on each detected value is premised on adiabatic compression, but the actual detected discharge temperature is the mechanical pressure of the compressor such as bearing friction. The temperature is higher than the theoretical adiabatic compression discharge temperature because it is also affected by the heat generated by the operating loss. Thus, even if the actual detected discharge temperature becomes higher than the theoretical adiabatic compression discharge temperature, the above conventional refrigerant circuit has a problem of detecting an abnormal drop in the actual detected discharge temperature. Even if a comparative discharge temperature obtained by further subtracting a predetermined value from the theoretical adiabatic compression discharge temperature lower than the discharge temperature is used as a reference value, there is no inconvenience in detecting an abnormal drop in the actual detected discharge temperature.
しかし、圧縮機の軸受けの異常摩擦や、隙間不良による異常接触などで圧縮機に異常な機械的損失を生じた場合は、機械的な運転損失によって発生する熱の影響がさらに増えるため、圧縮機異常時の検出吐出温度は、理論断熱圧縮吐出温度よりもさらに高温となる。 However, if abnormal mechanical loss occurs in the compressor due to abnormal friction of the bearing of the compressor or abnormal contact due to a gap defect, the effect of heat generated by mechanical operating loss further increases. The detected discharge temperature at the time of abnormality is higher than the theoretical adiabatic compression discharge temperature.
したがって、実際の検出吐出温度は、通常運転時も圧縮機異常時でも、断熱圧縮を前提とする理論断熱圧縮吐出温度よりも高温であるため、実際の検出吐出温度と、断熱圧縮を前提とする理論断熱圧縮吐出温度とを比較しただけでは、圧縮機の異常による検出吐出温度の異常上昇を検出することは非常に困難であった。 Therefore, the actual detected discharge temperature is higher than the theoretical adiabatic compression discharge temperature that assumes adiabatic compression, both during normal operation and when the compressor is abnormal. Only by comparing the theoretical adiabatic compression discharge temperature, it was very difficult to detect an abnormal rise in the detected discharge temperature due to an abnormality in the compressor.
本発明は係る実情に鑑みてなされたものであって、実際の吐出温度の異常上昇を検知するにあたり、断熱圧縮を前提とする理論値に圧縮機の運転効率を加味して圧縮機の異常検知を可能にする構成を提供する。 The present invention has been made in view of the actual situation, and in detecting an abnormal increase in actual discharge temperature, an abnormality in the compressor is detected by adding the operation efficiency of the compressor to a theoretical value on the premise of adiabatic compression. Provide a configuration that enables
上記課題を解決するための本発明の冷媒回路は、圧縮機の吐出経路に温度センサ、圧力センサを設け、吸入経路に温度センサ、圧力センサを設けた冷媒回路において、吐出経路の検知圧力および検知温度、吸入経路の検知圧力および検知温度に基づいて実際の運転効率を算出し、実際の運転効率が最低運転効率よりも所定値未満であるか否かを判定し、実際の運転効率が所定値未満であると判定した場合に圧縮機の異常を検知する制御部を有するものである。 The refrigerant circuit of the present invention to solve the above problems, the temperature sensor in the discharge path of the compressor, the pressure sensor is provided, the temperature sensor to the suction passage, the refrigerant circuit provided with a pressure sensor, the sensed pressure and sensed in the discharge path The actual operating efficiency is calculated based on the temperature, the detected pressure of the suction route, and the detected temperature, it is determined whether the actual operating efficiency is less than a predetermined value from the minimum operating efficiency, and the actual operating efficiency is a predetermined value. And a control unit that detects an abnormality of the compressor when it is determined that the value is less than .
以上述べたように、本発明によると、圧縮機の運転効率を加味した吐出温度の異常上昇の検知により圧縮機の機械的な不具合(圧縮機ロック、軸受け異常など)を早期に検知できる。 As described above, according to the present invention, mechanical malfunctions (compressor lock, bearing abnormality, etc.) of the compressor can be detected at an early stage by detecting an abnormal increase in the discharge temperature in consideration of the operation efficiency of the compressor.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は冷媒回路1の暖房運転時の冷媒の流れを示し、図2は冷媒回路1の冷房運転時の冷媒の流れを示している。
FIG. 1 shows the refrigerant flow during the heating operation of the
この冷媒回路1は、圧縮機1a,1bの吐出経路11a,11bに温度センサS1,S2を設け、共通の吐出経路11に圧力センサS3を設け、吸入経路12に温度センサS4、圧力センサS5を設け、圧力センサS3によって検知される吐出経路11の検知圧力PH、圧力センサS5によって検知される吸入経路の検知圧力PL、温度センサS12によって検知される吸入経路の検知温度TS4に基づいて理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1t,TD2tを算出し、吐出経路11a,11bの検知冷媒吐出温度TD1,TD2が理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1t,TD2tよりも所定値以上の高温冷媒吐出温度TD1r,TD2rであるか否かを判定し、所定値以上の高温冷媒吐出温度TD1r,TD2rであると判定した場合に圧縮機1a,1bが異常であることを検知するように構成されている。
The
温度センサS1,S2は、各圧縮機1a、1bの吐出口から共通の吐出経路11に到る吐出経路11a、11b上であれば、何処に設けてもよい。圧縮機1a,1bが一台しか動いていない場合には、共通の吐出経路11に設けた温度センサS11によって測定される検知冷媒吐出温度TDを、運転中の圧縮機1a,1bの吐出経路11a、11bに設けられた温度センサS1またはS2の検知冷媒吐出温度TD1,TD2としてもよい。
The temperature sensors S1 and S2 may be provided anywhere on the discharge paths 11a and 11b from the discharge ports of the
圧力センサS3は、圧縮機1a,1bの吐出口から四方弁6に到る吐出経路11a、11bまたは11上であれば、何処に設けてもよい。図1および図2では、吐出経路11aと11bの合流点からオイルセパレータ2へ至るまでの共通の吐出経路11で測定している。この場合、オイルセパレータ2での圧力損失の影響を受けず、測定位置としては好ましい。
The pressure sensor S3 may be provided anywhere as long as it is on the
温度センサS12は、アキュームレータ3の下流で圧縮機1a、1bの吸入口への分岐前であれば、吸入経路12の何処に設けてもよい。図1および図2では、吸入経路12に設けられたアキュームレータ3の下流のオイルセパレータ2からのオイル戻しライン18の合流点よりも下流で圧縮機1a、1bの吸入口への分岐前に設けられている。この場合、圧縮機1a、1bの吸入直前の冷媒温度を測定できるので、理論断熱圧縮温度TD1t,TDt2の算出精度が高まり、測定位置としては好ましい。
The temperature sensor S12 may be provided anywhere in the
圧力センサS5は、四方弁6から圧縮機1a、1bの吸入口に到る吸入経路12の何処に設けてもよい。図1および図2では、吸入経路12に設けられたアキュームレータ3よりも上流側に設けられている。この場合、アキュームレータ3での圧力損失の影響を受けず、測定位置としては好ましい。
The pressure sensor S5 may be provided anywhere in the
この冷媒回路1は、冷房運転時は圧縮機1a,1bの吐出ライン11を室外熱交換器4a,4bに接続するとともに圧縮機1a,1bの吸入ライン12を室内熱交換器5に接続し、暖房運転時は圧縮機1a,1bの吐出ライン11を室内熱交換器5に接続するとともに圧縮機1a,1bの吸入ライン12を室外熱交換器4a,4bに接続する四方弁6を設け、圧縮機1a,1bを駆動するエンジン(図示省略)を設け、室外熱交換器4a,4bと室内熱交換器5を接続する液管ライン13にレシーバ7を設け、暖房運転時におけるレシーバ7の下流に室外熱交換器4a,4bと並列にエンジン冷却水によるサブエバポレータ8を設け、サブエバポレータ8の下流ライン14を四方弁6から圧縮機吸入口に至る吸入ライン12に接続し、室外熱交換器4a,4bとレシーバ7の接続ライン15に第1室外電動膨張弁EV1を設け、サブエバポレータ8とレシーバ7の接続ライン16に第2室外電動膨張弁EV2を設け、サブエバポレータ8の下流ライン14と四方弁6から圧縮機吸入口に至る吸入ライン12の接続部下流の冷媒過熱度に基づいて第1室外電動膨張弁EV1の開度を制御するようになされている。
During the cooling operation, the
まず、この冷媒回路1の暖房時および冷房時における冷媒およびオイルの流れについて説明する。
First, the flow of refrigerant and oil during heating and cooling of the
冷媒回路1において、圧縮機1a、1bで圧縮した冷媒は、当該圧縮機1a、1bからの吐出ライン11を介してオイルセパレータ2に導入され、冷媒とオイルに分離される。
In the
このうち、図1に示すように、暖房運転の場合、冷媒は、四方弁6を介して室内熱交換器5で放熱して凝縮液化した後、ブリッジ回路9を経てレシーバ7に貯留される。この液冷媒は、再度ブリッジ回路9を経て電動膨張弁EV1の開度調整により、室外熱交換器4a,4bで蒸発気化した後、アキュームレータ3に入る。この際、冷媒は、圧縮機1a,1bへの吸入ライン12に設けた圧力センサS5から冷媒の飽和蒸気圧温度を算出し、この算出温度よりもアキュームレータ3に入る手前の温度センサS4から測定される実際の冷媒の温度が所定温度以上の過熱度を維持するように電動膨張弁EV1の開度が制御されて供給される。これにより、アキュームレータ3での液バックを監視できる。
Among these, as shown in FIG. 1, in the heating operation, the refrigerant radiates heat in the
それでも、このアキュームレータ3に入る手前の温度センサS4から測定される実際の冷媒の過熱度が所定温度未満の場合は、電動膨張弁EV1の開度を絞る。また、外気温度が低く、室外熱交換器4a、4bで冷媒を十分に蒸発できない場合は、電動膨張弁EV2の開度制御によりサブエバポレータ8へと冷媒を流し、当該サブエバポレータ8においてエンジン(図示省略)の廃熱によって充分に過熱されたガス冷媒としてからアキュームレータ3に供給される。この際、サブエバポレータ8を経て供給される冷媒の温度は温度センサS7によって測定される。
ここで、冷媒を室外熱交換器4a、4bとサブエバポレータ8の両方を使用する場合は、電動膨張弁EV2の開度制御は、温度センサS7から測定される実際の冷媒の温度が温度センサS4から測定される実際の冷媒温度よりも所定温度以上となるように行われる。こうすることで、電動膨張弁EV1の開度を保ちながら、即ち、室外熱交換器4a、4bへの冷媒流量を確保してサブエバポレータ8での圧損を抑えながら、合流後の冷媒の過熱度を所定温度に維持できる。
Still, when the actual superheat degree of the refrigerant measured from the temperature sensor S4 before entering the
Here, when both the
その後、冷媒は、アキュームレータ3から冷媒の吸入ライン12を通って再度圧縮機1a、1bへと吸引される。
Thereafter, the refrigerant is sucked again from the
一方、オイルは、オイルセパレータ2の底部からのオイル戻しライン17に設けられたキャピラリCT0または開閉弁SV0を経た後、開閉弁SV1,SV2、キャピラリCT1,CT2、オイル温度センサS8,S9を経て圧縮機1a、1bへと返送される。また、オイルセパレータ2内の油面付近のオイルは、オイル戻しライン18から開閉弁SV3、キャピラリCT3、オイル温度センサS10を経て冷媒の吸入ライン12から圧縮機1a,1bへと返送される。
On the other hand, the oil passes through the capillary CT0 or the on-off valve SV0 provided in the
冷房運転の場合、図2に示すように、冷媒は、四方弁6を介して室外熱交換器4a,4bで放熱して凝縮液化した後、レシーバ7に貯留される。この液冷媒は、ブリッジ回路9を経て電動膨張弁51の開度調整により、室内熱交換器5で蒸発気化した後、アキュームレータ3に入る。このアキュームレータ3に入ったガス冷媒の過熱度が小さすぎる場合は、電動膨張弁EV2の開度制御によりサブエバポレータ8へと冷媒を流し、当該サブエバポレータ8においてエンジン(図示省略)の廃熱によって充分に過熱されたガス冷媒としてからアキュームレータ3に供給される。
In the case of the cooling operation, as shown in FIG. 2, the refrigerant radiates heat in the
この場合もオイルは、オイル戻しライン17に設けられたキャピラリCT0または開閉弁SV0を経た後、開閉弁SV1,SV2、キャピラリCT1,CT2、オイル温度センサS8,S9を経て圧縮機1a、1bへと返送される。また、オイルセパレータ2内の油面付近のオイルは、オイル戻しライン18から開閉弁SV3、キャピラリCT3、オイル温度センサS10を経て冷媒の吸入ライン12から圧縮機1a,1bへと返送される。
Also in this case, the oil passes through the capillary CT0 or the on-off valve SV0 provided in the
なお、圧縮機1a,1bは、一台のみで運転する場合もあれば、二台ともに運転する場合もある。一台のみの運転の場合は、開閉弁SV2が閉じられて圧縮機1bへのオイルの供給が停止され、圧縮機1aのみの運転となる。この場合、圧縮機1aから吐出された冷媒は、圧縮機1bの吐出口下流に設けられた逆止弁CV1によって圧縮機1bへの逆流が防止される。開閉弁SV1,SV2の開閉は、それぞれ、圧縮機1a,1bの発停に連動するようになされている。
The
また、上記図1および図2において、冷媒回路1は、一台の室外機Aに対して一台の室内機Bしか接続されていないが、閉鎖弁BV1とBV2との間に複数台の室内機Bが接続可能となされている。また、圧縮機1a,1bは、これら接続された室内機Bの運転状況に応じて1台または2台以上が運転される。
1 and 2, the
上記構成において、本発明の冷媒回路1の制御装置10は、圧縮機1a,1bの異常を検知することができるようになされている。
In the above configuration, the
図3は冷媒回路1のうち、圧縮機1a周辺の概略を示し、図4は同圧縮機1aの異常検知を説明するモリエル線図を示し、図5は圧縮機1aの異常を検知する制御装置10のブロック図を示している。以下において、説明の便宜上、圧縮機1aが運転し、圧縮機1bが停止している状態を仮定して圧縮機1aの異常検知について説明する。
FIG. 3 schematically shows the periphery of the
圧縮機1aの異常を検知する制御装置10には、圧縮機1aの吐出経路11aに設けた温度センサS1からの検知冷媒吐出温度TD1と、吐出経路11に設けた圧力センサS3からの検知吐出圧力PHと、吸入経路12に設けた圧力センサS5からの検知吸入圧力PLと、吸入経路12に設けた温度センサS12からの検知吸入温度TS4とが入力され、これらの入力情報に基づいて圧縮機1aの異常を検知するように構成されている。
The
制御装置10では、まず、実際の検知冷媒吐出温度TD1が、理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1tよりも異常に高温TD1rであるか否かを判定する。その方法としては、図4に示すように、検知吐出圧力PH、検知吸入圧力PLおよび検知吸入温度TS4に基づいて圧縮機1aの理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1tを算出する。ついで、この算出された理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1tに圧縮機1aの最低運転効率を考慮した通常運転での最高冷媒吐出温度TD1rに換算する。そして、制御装置10では、実際の検知冷媒吐出温度TD1が、理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1tから、最低運転効率で換算した通常運転での最高冷媒吐出温度TD1rまでの範囲内に有るか否かを判定する。
In the
実際の検知冷媒吐出温度TD1が、この範囲内にある場合、制御装置10は、圧縮機1aが通常運転時と判断し、あらかじめ設定した時間毎に上記した判定を繰り返す。
When the actual detected refrigerant discharge temperature TD1 is within this range, the
実際の検知冷媒吐出温度TD1が、この範囲よりも高温である場合、圧縮機1a内部の異常摩擦や異常接触により発生した熱によって冷媒が高温になったものと判断し、制御装置10は、運転中の圧縮機1aが異常運転時であると判断する。
When the actual detected refrigerant discharge temperature TD1 is higher than this range, the
圧縮機1aが異常運転時であると判断された場合は、その後、圧縮機1aが停止され、圧縮機1bの運転に切り替えられるものであってもよいし、圧縮機1aの停止により冷媒回路1全体を停止させるものであってもよいし、圧縮機1aの異常をアラームやランプで知らせるようにしてもよい。
When it is determined that the
なお、上記では、実際の検知冷媒吐出温度TD1が、理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1tから最低運転効率で換算した通常運転での最高冷媒吐出温度TD1rまでの範囲内に有るか否か、その温度差によって判定しているが、実際の検知冷媒吐出温度TD1と、理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1tとを比較した比率によって判定してもよい。すなわち、理論断熱圧縮冷媒吐出温度TD1tの場合の圧縮機1aの運転効率を100とし、この理論断熱冷媒吐出温度TD1tと、実際の検知冷媒吐出温度TD1との比率から、検知冷媒吐出温度TD1の場合の圧縮機1aの実際の運転効率を求める。この実際の運転効率が、あらかじめ設定した運転効率、例えば、100〜75%に有るか否かを判定する。制御装置10は、この範囲内の比率に納まっている場合、通常運転時と判断し、あらかじめ設定した時間毎に上記の判定を繰り返す。最低運転効率よりも所定値未満であれば、圧縮機1aの異常と判断し、制御装置10は、運転中の圧縮機1aの停止指令を出力する。
In the above description, whether or not the actual detected refrigerant discharge temperature TD1 is within the range from the theoretical adiabatic compression refrigerant discharge temperature TD1t to the maximum refrigerant discharge temperature TD1r in the normal operation converted by the minimum operation efficiency, and the temperature difference therebetween. However, the actual detected refrigerant discharge temperature TD1 and the theoretical adiabatic compression refrigerant discharge temperature TD1t may be determined based on a ratio. That is, when the operation efficiency of the
この制御装置10を備えた冷媒回路1によると、圧縮機1a,1bが完全に故障(いわゆるロック状態)になる前に、圧縮機1a,1bを停止させることができる。すなわち、圧縮機1a,1bの軸受け異常や隙間不良による異常接触などの機械的損失が発生した場合、これによる発熱の影響で冷媒の吐出温度が上昇する。ここで、通常は、冷媒の吐出温度が上昇すると、運転継続をさせるために、液インジェクションなどの過熱防止制御が開始されてしまって、異常が発生した圧縮機1a、1bの運転が継続される。したがって、圧縮機1a,1bのこのような機械的損失による異常は、圧縮機1a,1bが完全に故障するまで見逃され易く、その結果、完全故障後からの復旧に手間を要していた。
According to the
しかし、この制御装置10を備えた冷媒回路1によると、機械的損失によって冷媒の吐出温度が上昇したタイミングで圧縮機1a,1bの異常を検知することができるので、圧縮機1a,1bの完全故障を防止し、復旧作業の容易化を図ることができる。
However, according to the
なお、上記では、圧縮機1aの異常を検知する場合について述べているが、圧縮機1bの異常を検知する場合も同様である。さらに、圧縮機1a,1bの二台同時運転時に二台の圧縮機1a,1bの異常を検知する場合も同様である。
In addition, although the case where abnormality of the
また、圧縮機1a,1bは、3台以上の場合であってもよい。
The
さらに、上記冷媒回路1における圧縮機1aの異常を検知する制御装置10は、その制御プログラムを、既設の冷媒回路1の制御装置10にインストールすることで、当該既設の冷媒回路1であっても、上記と同様に圧縮機1a,1bの異常を検知することができることとなる。ただし、制御プログラムの実行には、温度センサS1,S2,S12、圧力センサS3,S5からの情報が必要となるため、既設の冷媒回路1にこれらのセンサが無い場合は、これらセンサの取り付けが必要となる。
Furthermore, the
本発明に係る冷媒回路は、圧縮機を有する冷媒回路を用いた各種空調装置に使用される。 The refrigerant circuit according to the present invention is used in various air conditioners using a refrigerant circuit having a compressor.
1 冷媒回路
10 制御部(制御装置)
11 吐出経路
12 吸入経路
S1 温度センサ(TD1検知用)
S2 温度センサ(TD2検知用)
S3 圧力センサ(PH検知用)
S12 温度センサ(TS4検知用)
S5 圧力センサ(PL検知用)
TD1 圧縮機1aの吐出冷媒の検知温度
TD2 圧縮機1bの吐出冷媒の検知温度
TS4 圧縮機1a、1bの吸入直前の冷媒検知温度
PL 吸入経路の検知圧力
PH 吐出経路の検知圧力
TD1t 理論断熱圧縮冷媒吐出温度
TD2t 理論断熱圧縮冷媒吐出温度
TD1r 通常運転での最高冷媒吐出温度
TD2r 通常運転での最高冷媒吐出温度
1
11
S2 Temperature sensor (for TD2 detection)
S3 Pressure sensor (for PH detection)
S12 Temperature sensor (for TS4 detection)
S5 Pressure sensor (for PL detection)
TD1 Detected temperature of refrigerant discharged from
Claims (1)
吐出経路の検知圧力および検知温度、吸入経路の検知圧力および検知温度に基づいて実際の運転効率を算出し、
実際の運転効率が最低運転効率よりも所定値未満であるか否かを判定し、
実際の運転効率が所定値未満であると判定した場合に圧縮機の異常を検知する制御部を有することを特徴とする冷媒回路。 In a refrigerant circuit provided with a temperature sensor and a pressure sensor in the discharge path of the compressor, and provided with a temperature sensor and a pressure sensor in the suction path,
Calculate the actual operating efficiency based on the detection pressure and temperature of the discharge path, the detection pressure and temperature of the suction path,
Determine whether the actual driving efficiency is less than the predetermined value than the minimum driving efficiency,
A refrigerant circuit comprising a control unit that detects an abnormality of a compressor when it is determined that actual operation efficiency is less than a predetermined value .
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