JP6621277B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は冷凍装置に関し、特に、運転モードに応じて冷凍サイクルを切り換える四方弁の故障の発生を検出するようにしたものに関する。

冷凍サイクルを切り換える四方弁における故障の発生を検出するようにしたものとしては、特開２０００−２７４７７３号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この特許文献１のものには、冷房運転の開始直後から所定時間間隔で室外熱交換温度センサが検出する室外熱交換温度をサンプリングし、例えば、冷房運転の開始直後における室外熱交換温度の初期値である比較値Ｔｏと、以後のサンプリング値Ｔｎとの温度差（Ｔｏ−Ｔｎ）を算出し、この温度差を基準値と比較して、前記温度差が基準値より大きくなれば四方弁に故障を生じていると判定し、その旨を表示部に表示することが記載されている。

特開２０００−２７４７７３号公報

上記特許文献１のものでは、冷房運転の開始直後における室外熱交換温度の前記初期値Ｔｏと、以後のサンプリング値Ｔｎとの温度差（Ｔｏ−Ｔｎ）を算出し、前記四方弁の故障判定することが記載されている。しかし、特許文献１に記載されているものでは、冷房運転の開始直後における室外熱交換温度の前記初期値Ｔｏと、以後のサンプリング値Ｔｎとの温度差は小さく、運転を継続しても前記温度差はあまり大きくならない。このため、四方弁故障の判定を精度良く確実に行うことは難しいという課題がある。

更に、この特許文献１のものでは、四方弁による冷凍サイクルの切換動作時に常に切換動作の適否判定を行うため、制御装置の負担が大きくなることについての配慮が為されていない。

本発明の目的は、四方弁故障の判定を精度良く確実に行うことができ、しかも四方弁故障判定のための制御装置の負担も軽減することのできる冷凍装置を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機、運転モードに応じて切り換えられる四方弁、利用側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換器を、配管で接続して冷凍サイクルを構成している冷凍装置であって、前記四方弁は、通電、非通電により切り換えられ、前記四方弁への通電後に検出される、利用側熱交換器側の温度と熱源側熱交換器側の温度との差が、予め定めた所定範囲を外れて一定時間以上継続すると、前記四方弁の異常と判定する制御装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、四方弁故障の判定を精度良く確実に行うことができ、しかも四方弁故障判定のための制御装置の負担も軽減することのできる冷凍装置を得ることができる効果が得られる。

本発明の冷凍装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図で、加熱運転時に四方弁が正常に動作している状態を示す図である。 本発明の冷凍装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図で、加熱運転時に四方弁が異常に動作している状態を示す図である。 本発明の冷凍装置の実施例１における制御フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の冷凍装置の具体的実施例を図面に基づいて説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一部分を示している。

本発明の冷凍装置の実施例１を図１〜図３を用いて説明する。図１及び図２は本発明の冷凍装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図で、図１は加熱運転時に四方弁が正常に動作している状態を示す図、図２は加熱運転時に四方弁が異常に動作している状態を示す図である。

まず、図１を用いて、本実施例１の冷凍装置の構成を説明する。本実施例では、冷凍装置が空冷式のチリングユニットである場合について説明する。図１はこのチリングユニットが加熱運転している状態の図を示している。

図１において、１は圧縮機、２は運転モードに応じて切り換えられる四方弁、３は利用側熱交換器、４は減圧装置、５は熱源側熱交換器で、これらの機器は順次冷媒配管により接続されて、冷凍サイクルを構成している。また、６は冷凍装置の加熱運転時における前記利用側熱交換器３への冷媒入口側の温度を検出するために冷媒配管に設けられている第１の温度センサ、７は前記熱源側熱交換器からの冷媒出口側の温度を検出するために冷媒配管に設けられている第２の温度センサ、８は前記四方弁２と前記熱源側熱交換器５との間の冷媒配管に設けられた集合管で、複数台（この例では４台）の前記熱源側熱交換器５に接続されている冷媒配管を集合させるものである。９は前記圧縮機１の吸込側に設けられているアキュームレータである。

なお、この例では、前記利用側熱交換器３は複数台（この例では２台）設けられているが、これらの利用側熱交換器３は冷媒配管で直列に接続されており、加熱運転時であれば、冷媒は利用側熱交換器３Ａから利用側熱交換器３Ｂに流れるように構成されている。これらの利用側熱交換器３には冷温水配管１０に接続される冷温水の入口部３ａ，３ｂと出口部３ｃ，３ｄが設けられており、冷温水配管１０からの水は、前記利用側熱交換器３Ｂの入口部３ａから流入して該利用側熱交換器３Ｂを流れる冷媒と熱交換して加熱され、出口部３ｃから出た後、利用側熱交換器３Ａの入口部３ｂから流入して、該利用側熱交換器３Ａを流れる冷媒と熱交換して更に加熱される。その後、出口部３ｄから、ファンコイルユニット（図示せず）などの需要先に温水が供給される。

１１は冷凍装置の制御装置で、この制御装置１１には前記第１の温度センサ６及び前記第２の温度センサ７で検出された温度情報などが入力され、冷凍装置を制御するように構成されている。また、この制御装置１１は、冷凍装置の運転モードに応じて、前記四方弁２に対する通電／非通電を制御し、選択した運転モードで運転するように制御する。本実施例１では、加熱運転モードでは前記四方弁２に通電し、冷却運転モードでは前記四方弁２には通電しない（非通電）ように制御することで、選択した運転モードを実施するようにしている。

図１は、冷凍装置の加熱運転時に前記四方弁２が正常に動作している状態を示しており、冷媒は矢印で示すように流れる。即ち、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁２により、利用側熱交換器３側に流れ、利用側熱交換器３Ａと利用側熱交換器３Ｂにおいて水と熱交換することにより凝縮される。その後、前記減圧装置４に流入して減圧膨張された後、複数台の前記熱源側熱交換器５において、それぞれ外部の空気（外気）と熱交換することにより蒸発し、前記熱源側熱交換器５を出た後、前記集合管８で合流して、前記四方弁５に流入し、前記アキュームレータ９を経て、前記圧縮機１へ再び吸入されるという冷凍サイクルを繰り返す。この冷凍サイクルにより、前記利用側熱交換器３では、高温の温水（利用水）を需要先に供給することができる。

前記第１の温度センサ６で検出される冷媒の温度は、利用側熱交換器３への冷媒入口側温度を検出するため、水と熱交換する前の温度であり、例えば５０℃以上と非常に高い状態になっている。

一方、前記第２の温度センサ７で検出される冷媒温度は、熱源側熱交換器５からの冷媒出口側温度を検出するため、前記減圧装置４で減圧膨張された低温低圧の冷媒が熱源側熱交換器２で外部の空気と熱交換した後であり、例えば１５℃以下とかなり低い状態となっている。

このため、四方弁が正常に動作している場合には、前記第２の温度センサ７で検出される温度（熱源側熱交換器冷媒出口温度）は、前記第１の温度センサ６で検出される温度（利用側熱交換器冷媒入口温度）よりもかなり低い値となり、両者の温度差は大きなものとなる。即ち、前記第１の温度センサ６の検出値から前記第２の温度センサ７の検出値を差し引いた値はプラスの大きな値となる
次に、前記四方弁２が異常に動作している場合について、図２を用いて説明する。図２は本発明の冷凍装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図で、加熱運転時に四方弁が異常に動作している状態を示す図である。なお、この実施例では、加熱運転時には前記四方弁２に通電することにより、該四方弁２は、冷却運転の状態から加熱運転の状態に切り替わり、通電中は加熱運転の状態を保持するように構成されている。また、非通電時には冷却運転状態になり、非通電中はその状態を保持するように構成されているものとする。

なお、四方弁２に通電するとは、四方弁に直接通電して切り換える場合はもちろんのこと、前記四方弁を切り換えるための機構に通電する場合も含むものである。例えば、四方弁は、本体内部のピストン室にガス圧を作用させることで主弁を動作するように構成し、前記ピストン室にガス圧を供給する配管に電磁弁を設けて、この電磁弁に通電することにより、ガス圧が前記ピストン室に作用するように構成することもでき、本発明はこのようなものも含むものである。

四方弁２に通電して、冷却運転から加熱運転に切り換えた場合、或いは加熱運転を継続している場合は、上述した図１のように冷媒は流れる。しかし、前記四方弁２が故障し、通電しても加熱運転状態に切り替わらない場合、或いは四方弁２への通電を維持しているにもかかわらず、加熱運転から冷却運転状態になった場合には、前記四方弁２は図２に示す状態となる。この場合、冷媒の流れは矢印で示すようになる。即ち。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁２により、熱源側熱交換器５側に流れ、外部空気と熱交換することにより凝縮される。その後、減圧装置４に流入して減圧膨張された後、利用側熱交換器３を３Ｂ側から３Ａ側に流れて、水と熱交換することにより蒸発する。その後、前記四方弁２に流入し、前記アキュームレータ９を経て、前記圧縮機１へ再び吸入されるという冷凍サイクルを繰り返す。

この冷凍サイクルでは、前記利用側熱交換器３では、高温の温水（利用水）を製造することはできず、需要先には低温の水を供給することになり、この運転を継続すると、前記利用側熱交換器３で水温が低下し過ぎ、凍結に至るおそれがある。

この場合、前記第１の温度センサ６で検出される冷媒の温度は、利用側熱交換器３からの冷媒出口側温度を検出するため、前記減圧装置４で減圧膨張された低温低圧の冷媒が利用側熱交換器３で水と熱交換した後であり、かなり低い温度となっている。

一方、前記第２の温度センサ７で検出される冷媒温度は、熱源側熱交換器５への冷媒入口側温度を検出するため、外部の空気と熱交換する前の温度であり、非常に高い状態になっている。

このように、四方弁２が異常動作している場合には、前記制御装置１１において、加熱運転を実施するように前記四方弁２に通電している状態であるにもかかわらず、前記第２の温度センサ７で検出される温度（熱源側熱交換器冷媒入口温度）は、前記第１の温度センサ６で検出される温度（利用側熱交換器冷媒出口温度）よりも、逆に高い値となる。このため、加熱運転時であるにもかかわらず、前記第１の温度センサの検出値から前記第２の温度センサの検出値を差し引いた値は、四方弁が正常に動作している場合に対して、高低関係が逆になり、マイナスの値となる。

このように、前記第１の温度センサ６の検出値から前記第２の温度センサ７の検出値を差し引いた値は、四方弁２が正常に動作している場合はプラスの大きな値となり、四方弁２が異常動作している場合には、逆にマイナスの値となる。このように、本実施例においては、前記四方弁２が正常動作している場合と異常動作している場合とでは、前記第１の温度センサ６の検出値から前記第２の温度センサ７の検出値を差し引いた値が大きく異なることになる。従って、本実施例によれば、前記第１の温度センサ６と前記第２の温度センサ７で検出される温度を監視することにより、前記四方弁２の故障の判定を、迅速且つ精度良く確実に行うことができる。

次に、本実施例における四方弁２の故障判定の具体的制御フローを、図３を用いて説明する。図３は本実施例の制御フローを示すフローチャートで、冷凍装置の加熱運転時における四方弁の故障検出フローを示している。なお、図１、図２も参照しながら図３の制御フローを説明する。また、図３の制御フローは前記制御装置１１によって行われる。

まず、ステップＳ１では、制御装置１１は、加熱運転モードを開始する。即ち、四方弁２の切換え指令（四方弁２への通電を開始する指令）を出す。
次に、ステップＳ２では、前記四方弁２の切換え指令からの経過時間をカウントし、予め決めた基準時間が経過したかどうかを判定する。これにより、前記四方弁２が、他の制御により切り換っていない場合の誤判定を防止している。前記四方弁２の切換え指令から前記基準時間を経過すると、ステップＳ３に移る。

このステップＳ３では、利用側熱交換器３側の温度Ｔｒ（前記第１の温度センサ６で検出される温度）と、熱源側熱交換器５側の温度Ｔｅ（前記第２の温度センサ７で検出される温度）を検出し、この温度情報は前記制御装置１１に入力される。また、前記制御装置１１では、前記利用側熱交換器３側の検出温度Ｔｒと、前記熱源側熱交換器５側の検出温度Ｔｅとを比較し、その差が、予め定めた所定範囲を外れていないかどうかを判定する。

具体的には、例えば、前記第１の温度センサ６の検出値Ｔｒから前記第２の温度センサの検出値Ｔｅを差し引いた値がプラスの値となる範囲（例えば＋１以上となる範囲）、或いはこのステップＳ３に示すように、「Ｔｒ−Ｔｅ」が予め決めた所定値（基準値）以上になっているか否かを判定する。このステップＳ３で「Ｔｒ−Ｔｅ＜所定値」でない場合（ＮＯの場合）には、四方弁２の異常は発生していないと判定し、以下同様の判定を繰り返す。

前記ステップＳ３で、「Ｔｒ−Ｔｅ＜所定値」の場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ４に移り、「Ｔｒ−Ｔｅ」の値が所定値未満となり、この状態が予め定めた基準時間以上継続しているかどうかを判定する。このステップＳ４で、基準時間以上継続していない場合（ＮＯの場合）は前記ステップＳ３に戻り、以下同様の動作を繰り返す。

前記ステップＳ４で「Ｔｒ−Ｔｅ＜所定値」の状態が基準時間以上継続している場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ５に移り、四方弁２が故障していると判断し、停止と表示処理（ステップＳ６）を実施する。

前記ステップＳ３での判定は、利用側熱交換器３側の温度Ｔｒと熱源側熱交換器５側の温度Ｔｅの正常時の温度状態（Ｔｒ＞Ｔｅ）に対し、前記温度ＴｒとＴｅが逆転した状態、即ち「Ｔｒ＜Ｔｅ」となっていないかどうかを検出しているものである。「Ｔｒ＜Ｔｅ」となっている場合には、図２の冷凍サイクルの状態（四方弁が異常或いは故障している状態）になっていると判断できる。また、本実施例では、この逆転状態が基準時間以上継続していることも判定条件に追加しているので、一時的に或いは過渡的に、前記温度ＴｒとＴｅが逆転状態になって誤判定することも防止できる。

以上説明したように、本実施例においては、制御装置１１から四方弁２の切換え指令が出て、四方弁２への通電開始後に検出される熱源側熱交換器５側の温度（第２の温度センサ７で検出される温度）と、利用側熱交換器３側の温度（第１の温度センサ６で検出される温度）を検出し、これらの検出された温度の差が、予め定めた所定範囲を外れて一定時間以上継続すると、前記制御装置１１は、前記四方弁２の異常と判定するように構成している。即ち、前記制御装置１１は、四方弁２への通電開始後だけ四方弁の正常、異常を検出する制御を実施すれば良く、前記四方弁２への非通電時には異常を検出する制御を実施する必要がないので、四方弁故障判定のための制御装置１１の負担も軽減できるという効果も得ることができる。特に、本実施例における四方弁２は、通電、非通電により切り換えられるものであるが、このような四方弁では、通電時に故障が発生する確率が高く、非通電時に故障が発生する可能性はほとんどない。本実施例では、この点に着目し、通電時に四方弁の故障判定をするようにしているから、制御装置の負担軽減を図りながら、精度の高い故障検出が可能となるものである。

また、本実施例によれば、四方弁２の故障を迅速且つ精度良く検出でき、四方弁２が故障していると判定したときには、冷凍装置を迅速に停止させることができる。従って、加熱運転時に四方弁２の故障が発生しても、その状態で長時間運転することを回避できるから、利用側熱交換器３における利用水の凍結防止も図れ、利用側熱交換器３の凍結による冷媒漏れを防止することもできる効果が得られる。

なお、上述した実施例では、前記四方弁２は通電時に加熱運転モードに切り替わるように構成され、前記制御装置１１は、前記四方弁２への通電後、前記第１、第２の温度センサ６，７での検出値の差が、所定範囲を外れて一定時間以上継続すると前記四方弁２の異常と判定する場合について説明した。しかし、本発明は、前記四方弁２が通電時に冷却運転モードに切り替わるように構成した場合であっても、同様に実施できるものである。

即ち、前記四方弁２は通電時に冷却運転モードに切り替わるように構成され、前記制御装置１１は、前記四方弁２への通電後、前記第１、第２の温度センサ６，７での検出値の差（Ｔｒ−Ｔｅ）が、前記所定範囲を外れて一定時間以上継続すると前記四方弁の異常と判定するように構成しても良い。

この場合、前記所定の範囲は、冷却運転時に、前記第１の温度センサ６の検出値Ｔｒから前記第２の温度センサ７の検出値Ｔｅを差し引いた値（Ｔｒ−Ｔｅ）がマイナスの値となる範囲（例えば−１以下となる範囲）、或いは前記値（Ｔｒ−Ｔｅ）が予め決めた所定値（基準値）以下になっているか否かを判定すれば良い。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１：圧縮機、２：四方弁、
３：熱源側熱交換器、３ａ，３ｂ：入口部、３ｃ，３ｄ：出口部、
４：減圧装置、５：利用側熱交換器、
６：第１の温度センサ、７：第２の温度センサ、８：集合管、
９：アキュームレータ、１０：冷温水配管、１１：制御装置。

Claims (4)

1. 圧縮機、運転モードに応じて切り換えられる四方弁、利用側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換器を、配管で接続して冷凍サイクルを構成している冷凍装置であって、
   前記四方弁は、通電、非通電により切り換えられ、
   前記四方弁への通電後に検出される、利用側熱交換器側の温度と熱源側熱交換器側の温度との差が、予め定めた所定範囲を外れて一定時間以上継続すると、前記四方弁の異常と判定する制御装置を備え、
   前記利用側熱交換器側の温度を検出する第１の温度センサと、前記熱源側熱交換器側の温度を検出する第２の温度センサを設け、
   前記四方弁は通電時に加熱運転モードに切り替わるように構成され、
   前記所定範囲は、加熱運転時に、前記第１の温度センサの検出値から前記第２の温度センサの検出値を差し引いた値がプラスの値となる範囲であり、
   前記制御装置は前記四方弁への通電開始後だけ前記四方弁の正常、異常を検出する制御を実施することを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１に記載の冷凍装置において、前記制御装置は、前記四方弁の切換え指令からの経過時間をカウントし、予め定めた基準時間を経過後に、前記熱源側熱交換器側の温度と利用側熱交換器側の温度を検出し、これらの検出温度の差に基づいて前記四方弁の異常を判定することを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１に記載の冷凍装置において、加熱運転時における前記利用側熱交換器への冷媒入口側の温度を検出する前記第１の温度センサと、前記熱源側熱交換器からの冷媒出口側の温度を検出する前記第２の温度センサを設け、前記制御装置は、前記四方弁への通電後、前記第１、第２の温度センサでの検出値の差が、前記所定範囲を外れて一定時間以上継続すると前記四方弁の異常と判定するものであることを特徴とする冷凍装置。
4. 圧縮機、運転モードに応じて切り換えられる四方弁、利用側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換器を、配管で接続して冷凍サイクルを構成している冷凍装置であって、
   前記四方弁は、通電、非通電により切り換えられ、
   前記四方弁への通電後に検出される、利用側熱交換器側の温度と熱源側熱交換器側の温度との差が、予め定めた所定範囲を外れて一定時間以上継続すると、前記四方弁の異常と判定する制御装置を備え、
   前記利用側熱交換器側の温度を検出する第１の温度センサと、前記熱源側熱交換器側の温度を検出する第２の温度センサを設け、
   前記四方弁は通電時に冷却運転モードに切り換わるように構成され、
   前記所定範囲は、冷却運転時に、前記第１の温度センサの検出値から前記第２の温度センサの検出値を差し引いた値がマイナスの値となる範囲であり、
   前記制御装置は前記四方弁への通電開始後だけ前記四方弁の正常、異常を検出する制御を実施することを特徴とする冷凍装置。

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