WO2020115935A1 - 空気調和システム - Google Patents

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WO2020115935A1
WO2020115935A1 PCT/JP2019/024316 JP2019024316W WO2020115935A1 WO 2020115935 A1 WO2020115935 A1 WO 2020115935A1 JP 2019024316 W JP2019024316 W JP 2019024316W WO 2020115935 A1 WO2020115935 A1 WO 2020115935A1
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WO
WIPO (PCT)
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unit
indoor
air conditioning
heat exchanger
degree
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/024316
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和田　誠
康敬 落合
一宏 小松
宣明 田崎
義統 中島
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/32—Responding to malfunctions or emergencies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/32—Responding to malfunctions or emergencies
    • F24F11/38—Failure diagnosis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioning system for air conditioning a target space.
  • an air conditioner in which a refrigerant circuit is formed by connecting a compressor, a heat source side heat exchanger, an expansion valve and a use side heat exchanger with a refrigerant pipe has been widely used.
  • various techniques have been proposed for correctly detecting a failure of a device forming a refrigerant circuit.
  • Patent Document 1 includes a compressor, a heat source side heat exchanger, an expansion valve, a utilization side heat exchanger, a water tank, and a control unit that controls these, and the control unit detects hot water supply for detecting a failure of the expansion valve.
  • a system is disclosed. In this hot water supply system, the control unit determines that the expansion valve has failed and stops the compressor when the difference between the temperature on the discharge side of the compressor and the target value exceeds a certain value.
  • Patent Document 1 in the method described in Patent Document 1, for example, in a multi-connection type air conditioner in which a plurality of indoor units are connected to one outdoor unit, it is possible to detect that the expansion valve has failed, but which indoor unit It is difficult to identify whether the expansion valve provided in the unit has failed. Further, when the number of failed expansion valves is small, the failure may not be detected, and the failure detection accuracy is poor.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an air conditioning system capable of accurately detecting a failure of an expansion valve.
  • the air conditioning system of the present invention is an air conditioning system in which an outdoor unit including a compressor and an outdoor heat exchanger and an indoor unit including an expansion valve and an indoor heat exchanger are connected by piping, and in an air conditioning operation.
  • a difference value calculation unit that calculates a difference value with the target value
  • a difference value determination unit that determines that the expansion valve has a failure when the difference value exceeds a set threshold value. Parts.
  • the air conditioning system of the present invention by determining whether or not the expansion valve has a failure depending on the magnitude of the difference in the degree of superheat or the degree of subcooling with respect to the target value, the failure of the expansion valve is detected. It can be detected accurately.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of a configuration of a system control unit in FIG. 1.
  • 6 is a flowchart showing an example of the flow of failure detection processing by the system control unit of FIG. 1.
  • 6 is a flowchart showing an example of the flow of failure detection processing by the system control unit of FIG. 1.
  • It is the schematic which shows an example of the installation state of the air conditioning system with respect to the air conditioning target space.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the air conditioning system 100 according to the first embodiment.
  • the air conditioning system 100 includes an outdoor unit 1, indoor units 2a and 2b, and a system control unit 3.
  • the outdoor unit 1 and the indoor units 2a and 2b are connected by a refrigerant pipe 4.
  • the outdoor unit 1, the indoor units 2a and 2b, and the system control unit 3 are electrically connected.
  • the refrigerant pipe 4 is made of, for example, a copper pipe, through which the refrigerant flows.
  • the refrigerant pipe 4 may be heat-insulated by being wound with a heat insulating material.
  • the invention is not limited to this, and one indoor unit or three or more indoor units may be connected.
  • the outdoor unit 1 may be plural.
  • the outdoor unit 1 includes a compressor 11, a refrigerant flow switching device 12, an outdoor heat exchanger 13, an outdoor fan 14, and an outdoor unit controller 10.
  • the outdoor unit 1 also includes a high pressure sensor 15 and a low pressure sensor 16.
  • the compressor 11 sucks a low-temperature low-pressure refrigerant, compresses the sucked refrigerant, and discharges a high-temperature high-pressure refrigerant.
  • the compressor 11 is composed of, for example, an inverter compressor whose capacity, which is a delivery amount per unit time, is controlled by changing an operating frequency.
  • the operating frequency of the compressor 11 is controlled by the outdoor unit controller 10 so that the evaporation temperature becomes constant.
  • the operating frequency of the compressor 11 is controlled by the outdoor unit controller 10 so that the condensing temperature becomes constant.
  • the refrigerant flow switching device 12 is, for example, a four-way valve, and switches between the cooling operation and the heating operation by switching the flowing direction of the refrigerant.
  • the refrigerant flow switching device 12 switches to the state shown by the solid line in FIG. 1 during the cooling operation.
  • the refrigerant flow path switching device 12 switches to the state shown by the dotted line in FIG. 1 during the heating operation.
  • the switching of the flow path in the refrigerant flow path switching device 12 is controlled by the outdoor unit control unit 10.
  • the outdoor heat exchanger 13 exchanges heat between the outdoor air and the refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 13 functions as a condenser that radiates the heat of the refrigerant to the outdoor air and condenses the refrigerant during the cooling operation. Further, the outdoor heat exchanger 13 functions as an evaporator that evaporates the refrigerant during the heating operation and cools the outdoor air by the heat of vaporization at that time.
  • the outdoor fan 14 supplies outdoor air to the outdoor heat exchanger 13.
  • the rotation speed of the outdoor fan 14 is controlled by the outdoor unit controller 10. By controlling the rotation speed, the amount of air blown to the outdoor heat exchanger 13 is adjusted.
  • the high pressure sensor 15 is provided on the discharge side of the compressor 11 and detects the discharge pressure of the refrigerant discharged from the compressor 11.
  • the low pressure sensor 16 is provided on the suction side of the compressor 11 and detects the suction pressure value of the refrigerant sucked into the compressor 11.
  • a piezoelectric element or the like that converts the detected pressure into a voltage and outputs it as an electric signal is used.
  • the outdoor unit control unit 10 controls the operating frequency of the compressor 11, the flow passage of the refrigerant flow passage switching device 12, and the rotation speed of the outdoor fan 14.
  • the outdoor unit control unit 10 realizes various functions by executing software on an arithmetic unit such as a microcomputer, or is configured by hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • the configuration of the outdoor unit 1 is not limited to the example shown in FIG. 1, and for example, a subcooling heat exchanger, an expansion valve, an accumulator, etc. may be provided. Further, for example, the refrigerant flow path switching device 12 may not be provided. In this case, the air conditioning system 100 is dedicated to the cooling operation.
  • the indoor unit 2a includes an indoor heat exchanger 21a, an expansion valve 22a, an indoor fan 23a, and an indoor unit controller 20a.
  • the indoor unit 2b includes an indoor heat exchanger 21b, an expansion valve 22b, an indoor fan 23b, and an indoor unit controller 20b.
  • the indoor units 2a and 2b have the same structure. Therefore, hereinafter, only the configuration of the indoor unit 2a will be described, and description of the configuration of the indoor unit 2b will be omitted.
  • the indoor heat exchanger 21a exchanges heat between the air and the refrigerant. As a result, heating air or cooling air supplied to the air-conditioned space is generated.
  • the indoor heat exchanger 21a functions as an evaporator during cooling operation and cools the air in the air-conditioned space to perform cooling. Further, the indoor heat exchanger 21a functions as a condenser during heating operation, and heats the air in the air-conditioned space to perform heating.
  • the expansion valve 22a expands the refrigerant.
  • the expansion valve 22a is, for example, a valve such as an electronic expansion valve capable of controlling the opening degree.
  • the opening degree of the expansion valve 22a is controlled by the indoor unit controller 20a so that the outlet superheat degree of the indoor heat exchanger 21a reaches the superheat degree target value.
  • the opening degree of the expansion valve 22a is controlled by the indoor unit control unit 20a so that the outlet subcooling degree of the indoor heat exchanger 21a becomes the subcooling degree target value.
  • the indoor fan 23a supplies air to the indoor heat exchanger 21a.
  • the rotation speed of the indoor fan 23a is controlled by the indoor unit controller 20a. By controlling the rotation speed, the amount of air blown to the indoor heat exchanger 21a is adjusted.
  • the indoor unit 2a further includes a gas temperature sensor 24a and a liquid temperature sensor 25a.
  • the indoor unit 2b further includes a gas temperature sensor 24b and a liquid temperature sensor 25b.
  • the gas temperature sensor 24a is provided on the refrigerant outlet side of the indoor heat exchanger 21a during the cooling operation, and detects the temperature of the gas refrigerant flowing into and out of the indoor heat exchanger 21a.
  • the liquid temperature sensor 25a is provided on the refrigerant inlet side of the indoor heat exchanger 21a during the cooling operation, and detects the temperature of the liquid refrigerant flowing into and out of the indoor heat exchanger 21a.
  • thermocouples are used as the gas temperature sensor 24a and the liquid temperature sensor 25a.
  • the indoor unit controller 20a receives a command from the system controller 3 to control the opening degree of the expansion valve 22a and the rotation speed of the indoor fan 23a.
  • the indoor unit control unit 20a has various functions realized by executing software on a computing device such as a microcomputer, or is configured by hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • the compressor 11, the refrigerant flow switching device 12, the outdoor heat exchanger 13, the expansion valves 22a and 22b, and the indoor heat exchangers 21a and 21a are annularly formed by the refrigerant pipe 4.
  • a refrigerant circuit is formed by being connected.
  • System control unit 3 receives a driving instruction from a user and sends a command to the outdoor unit control unit 10 and the indoor unit control units 20a and 20b based on the input instruction. In addition, in the first embodiment, the system control unit 3 performs a failure detection process for the expansion valves 22a and 22b.
  • the system control unit 3 includes a driving state determination unit 31, a target value acquisition unit 32, a target value comparison unit 33, a difference value calculation unit 34, a difference value determination unit 35, a driving control unit 36, and a notification unit. 37, a timer 38, and a storage unit 39.
  • the system control unit 3 realizes various functions by executing software on an arithmetic device such as a microcomputer, or is configured by hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • the operation state determination unit 31 determines the operation state of the air conditioning system 100 based on the operation information.
  • the operating state includes, for example, an operating state of each unit such as the compressor 11 and an operating mode such as a cooling operation or a heating operation.
  • the operating state determination unit 31 determines whether the compressor 11 is operating, and also determines the operating mode when the air conditioning system 100 is operating.
  • the target value acquisition unit 32 acquires the superheat degree target value during the cooling operation and the supercooling degree target value during the heating operation at preset timings based on the notification from the operation state determination unit 31 and the timer 38. ..
  • the target value comparison unit 33 compares the superheat degree target value or the supercooling degree target value at a plurality of timings acquired by the target value acquisition unit 32, and determines whether the values match.
  • the superheat degree target value and the supercooling degree target value are values determined by information of a driving instruction from the user to the system control unit 3.
  • the difference value calculation unit 34 calculates a superheat degree difference value which is a difference between the calculated outlet superheat degree and the calculated superheat degree target value. Further, the difference value calculation unit 34 calculates a supercooling degree difference value which is a difference between the calculated outlet supercooling degree and the supercooling degree target value.
  • the difference value determination unit 35 compares the superheat degree difference value or the supercooling degree difference value with a set threshold value stored in advance in the storage unit 39, and determines whether or not the expansion valves 22a and 22b have a failure. Specifically, the difference value determination unit 35 determines that the expansion valves 22a and 22b have a failure when the superheat degree difference value or the supercooling degree difference value exceeds the set threshold value.
  • the operation control unit 36 When the difference value determination unit 35 detects a failure of the expansion valves 22a and 22b, the operation control unit 36 notifies the notification unit 37 of information indicating the failure of the expansion valves 22a and 22b. Further, the operation control unit 36 outputs a control signal for controlling each unit in the air conditioning system 100 so that the operation mode is set to the performance deterioration suppression mode.
  • the notification unit 37 notifies the failure of the expansion valves 22a and 22b based on the notification from the operation control unit 36 when it is determined that the expansion valves 22a and 22b have failed.
  • the notification unit 37 has, for example, a display unit (not shown), and displays information indicating that the expansion valves 22a and 22b are out of order on the display unit. Note that the notification by the notification unit 37 is not limited to this, and may be, for example, a voice notification, or may be notified to a maintenance company in a remote place by communication or the like.
  • the timer 38 measures the elapsed time t of the current driving mode based on the judgment result of the driving state judging unit 31. When the measured elapsed time t reaches the set time T, the timer 38 notifies the target value acquisition unit 32 that the elapsed time t has reached the set time T.
  • the storage unit 39 stores various types of information used when processing is performed by each unit of the system control unit 3. Various types of information stored in the storage unit 39 are read in response to requests from each unit.
  • the storage unit 39 stores in advance information used when the difference value calculation unit 34 calculates the outlet supercooling degree, a setting threshold value used in the difference value determination unit 35, and the like.
  • the storage unit 39 also stores the superheat degree target value and the supercooling degree target value acquired by the target value acquisition unit 32.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the outdoor heat exchanger 13 via the refrigerant flow switching device 12.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 13 exchanges heat with the outdoor air taken in by the outdoor fan 14 and condenses while radiating heat, and becomes a high-pressure liquid refrigerant that flows out of the outdoor heat exchanger 13. ..
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 13 flows out of the outdoor unit 1 and flows into each of the indoor units 2 a and 2 b via the refrigerant pipe 4.
  • the high-pressure liquid refrigerant that has flowed into the indoor unit 2a is decompressed by the expansion valve 22a to become a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that flows into the indoor heat exchanger 21a.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 21a exchanges heat with the indoor air taken in by the indoor fan 23a, absorbs heat and evaporates, and becomes a low-pressure gas refrigerant from the indoor heat exchanger 21a. leak.
  • the high-pressure liquid refrigerant that has flowed into the indoor unit 2b is decompressed by the expansion valve 22b to become a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that flows into the indoor heat exchanger 21b.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 21b exchanges heat with the indoor air taken in by the indoor fan 23b to absorb and evaporate, and becomes a low-pressure gas refrigerant from the indoor heat exchanger 21b. leak.
  • the low-pressure gas refrigerant flowing out from each of the indoor heat exchangers 21a and 21b flows out from the indoor units 2a and 2b, merges with each other, and flows into the outdoor unit 1.
  • the low-pressure gas refrigerant that has flowed into the outdoor unit 1 passes through the refrigerant flow path switching device 12 and is sucked into the compressor 11.
  • Heating operation During the heating operation, the refrigerant flow switching device 12 is switched so that the discharge side of the compressor 11 and the indoor units 2a and 2b are connected, as shown by the broken line in FIG. Then, the low-temperature low-pressure refrigerant is compressed by the compressor 11 to be discharged as high-temperature high-pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 11 flows out of the outdoor unit 1 via the refrigerant flow path switching device 12 and flows into the indoor unit 2a and the indoor unit 2b, respectively.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor unit 2a flows into the indoor heat exchanger 21a.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 21a exchanges heat with the indoor air taken in by the indoor fan 23a, condenses while radiating heat, and becomes a high-pressure liquid refrigerant that flows out from the indoor heat exchanger 21a. ..
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out from the indoor heat exchanger 21a is decompressed by the expansion valve 22a to become a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant, and flows out from the indoor unit 2a.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor unit 2b flows into the indoor heat exchanger 21b.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 21b exchanges heat with the indoor air taken in by the indoor fan 23b, condenses while radiating heat, and becomes a high-pressure liquid refrigerant that flows out of the indoor heat exchanger 21b. ..
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out from the indoor heat exchanger 21b is decompressed by the expansion valve 22b to become a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant, and flows out from the indoor unit 2b.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing out of each of the indoor units 2a and 2b merges and flows into the outdoor unit 1.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the outdoor unit 1 flows into the outdoor heat exchanger 13.
  • the low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 13 exchanges heat with the outdoor air taken in by the outdoor fan 14, absorbs heat and evaporates, and becomes a low-pressure gas refrigerant from the outdoor heat exchanger 13. leak.
  • the low-pressure gas refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 13 passes through the refrigerant flow switching device 12 and is sucked into the compressor 11.
  • the opening degree of the expansion valve 22a is controlled so that the outlet superheat degree SH 1 of the indoor heat exchanger 21a that functions as an evaporator becomes the superheat degree target value SH m1 .
  • the opening degree of the expansion valve 22a is controlled to be large.
  • the opening degree of the expansion valve 22a is controlled so as to be small.
  • the outlet superheat degree SH 1 is calculated by using the refrigerant outlet temperature of the indoor heat exchanger 21a detected by the gas temperature sensor 24a and the refrigerant inlet temperature of the indoor heat exchanger 21a detected by the liquid temperature sensor 25a, and the expression ( It is calculated based on 1).
  • the superheat target value SH m1 is a value determined by information on a driving instruction from the user to the system control unit 3.
  • Outlet superheat degree SH 1 gas temperature sensor value-liquid temperature sensor value (1)
  • the outlet superheat degree SH 1 is not limited to this, and may be calculated based on the equation (2) using the evaporation temperature ET 1 of the indoor heat exchanger 21a and the gas temperature sensor value.
  • the evaporation temperature ET 1 depends on the type of the refrigerant and the value of the liquid pressure sensor, for example, when a liquid pressure sensor that detects the pressure of the refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 21a is provided instead of the liquid temperature sensor 25a. This is the value to be determined.
  • Outlet superheat degree SH 1 gas temperature sensor value-evaporation temperature ET 1 (2)
  • the expansion valve 22a the indoor heat exchanger outlet supercooling degree SC 1 of 21a functioning as a condenser is such that the degree of supercooling target value SC m1, opening degree is controlled.
  • the outlet supercooling degree SC 1 is is greater than the subcooling degree target value SC m1 (SC 1> SC m1 ), the opening degree is controlled so that the opening degree of the expansion valve 22a is increased.
  • the opening degree of the expansion valve 22a is controlled so as to be small.
  • the outlet supercooling degree SC 1 is calculated based on the equation (3) using the condensing temperature CT and the refrigerant inlet temperature of the indoor heat exchanger 21a detected by the gas temperature sensor 24a.
  • the subcooling degree target value SC m1 is a value determined by the information of the driving instruction from the user to the system control unit 3.
  • the condensation temperature CT is a value determined by the type of refrigerant and the pressure of the refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 21a, and the value at this time is the value of the high pressure sensor 15.
  • Outlet supercooling degree SC 1 condensation temperature CT-gas temperature sensor value (3)
  • the failure detection process of the expansion valves 22a and 22b in the air conditioning system 100 will be described.
  • the state in which the expansion valves 22a and 22b have failed refers to a state in which the opening degrees of the expansion valves 22a and 22b cannot be normally controlled. Since the failure detection process is performed on the expansion valve 22b similarly to the expansion valve 22a, the failure detection process on the expansion valve 22a will be described here as an example.
  • FIGS. 3 and 4 are flowcharts showing an example of the flow of failure detection processing by the system control unit 3 of FIG.
  • symbols A to D indicate that the processing shifts to the corresponding symbols.
  • step S1 the operation state determination unit 31 determines the operation state of the air conditioning system 100.
  • the system control unit 3 starts the failure detection process of the expansion valve 22a.
  • step S2 the timer 38 starts measuring the elapsed time t of the current driving state based on the determination result of the driving state determination unit 31.
  • step S1; No the process returns to step S1.
  • step S3 the operation state determination unit 31 determines whether or not the current operation mode is cooling operation.
  • the process proceeds to step S4.
  • the system control unit 3 determines whether or not there is a change in the operating state, settings, etc. of the air conditioning system 100 by the processing of steps S4 to S7 below. Whether the operating condition or the like is changed in the air conditioning system 100 is determined by whether or not the temperature difference between the indoor temperature of the air-conditioned space and the set temperature that is the target value of the indoor temperature changes at two different timings. .. More specifically, the presence or absence of a change in the operating state or the like in the air conditioning system 100 is determined by, for example, whether or not the superheat degree target value SH m1 at two different timings is the same. In this case, "the superheat degree target value SH m1 is the same” includes a value within a range preset with respect to the superheat degree target value SH m1 .
  • step S4 the target value acquisition unit 32 acquires the superheat degree target value SH m1 at the time when the measurement of the elapsed time of the operating state is started.
  • step S5 the timer 38 determines whether or not the elapsed time t that started the measurement in step S2 has reached the set time T.
  • step S5; Yes the target value acquisition unit 32 acquires the superheat degree target value SH m1 at the set time T in step S6.
  • step S5; No the process returns to step S5, and the process of step S5 is repeated until the elapsed time t reaches the set time T.
  • step S7 the target value comparator 33, the target superheat degree SH m1 measurement starting point of the elapsed time obtained in Step S4, superheat degree target value when it reaches the acquired set time T in Step S6 SH m1 It is determined whether and are the same. This is performed to determine whether or not the operating state and settings of the air conditioning system 100 have been changed.
  • step S7 When the two superheat degree target values SH m1 are the same (step S7; Yes), the process proceeds to step S8. On the other hand, when the two superheat degree target values SH m1 are not the same (step S7; No), the process returns to step S1.
  • step S8 the difference value calculation unit 34 calculates the outlet superheat degree SH 1 of the indoor heat exchanger 21a based on the detection results of the gas temperature sensor 24a and the liquid temperature sensor 25a. Further, the difference value calculation unit 34 calculates a superheat degree difference value ⁇ SH 1 which is a difference between the calculated outlet superheat degree SH 1 and the calculated superheat degree target value SH m1 .
  • the superheat difference value ⁇ SH 1 is a value for determining to what extent the outlet superheat SH 1 approaches the superheat target value SH m1 when the cooling operation is continued for at least the set time T. Is. Even after the cooling operation has elapsed for the set time T, if the superheat degree difference value ⁇ SH 1 is higher than the set threshold value, the outlet superheat degree SH 1 of the indoor heat exchanger 21a becomes the superheat target value SH m1. Moreover, it can be determined that the opening degree of the expansion valve 22a is not normally controlled and is out of order.
  • step S9 the difference value determination unit 35 determines whether or not the superheat degree difference value ⁇ SH 1 exceeds the set threshold value X.
  • the superheat degree difference value ⁇ SH 1 is equal to or less than the set threshold value X (step S9; No)
  • a series of processes ends.
  • step S9 When the superheat difference value ⁇ SH 1 exceeds the set threshold value X (step S9; Yes), the difference value determination unit 35 determines that the expansion valve 22a has a failure. Then, the notification unit 37 notifies the maintenance company of the failure of the expansion valve 22a in step S10. Further, the operation control unit 36 sets the operation mode to the performance deterioration suppressing mode in step S11.
  • step S3 if the operation mode is not the cooling operation (step S3; No), the process proceeds to step S12.
  • step S12 the operation state determination unit 31 determines whether the current operation mode is heating operation.
  • step S12 If the current operation mode is heating operation (step S12; Yes), the process proceeds to step S13. Further, when the current operation mode is not the heating operation (step S12; No), the process returns to step S1.
  • the system control unit 3 determines whether or not there is a change in the operating state, settings, etc. of the air conditioning system 100 through the processing in steps S13 to S16 below. Whether the operating state or the like is changed in the air conditioning system 100 is determined by whether or not the temperature difference between the indoor temperature of the air-conditioned space and the set temperature changes at two different timings. More specifically, the presence or absence of a change in the operating state or the like in the air conditioning system 100 is determined by, for example, whether or not the subcooling degree target value SC m1 at two different timings is the same. In addition, in this case, "the same subcooling degree target value SC m1 " shall include the value within the range preset with respect to the subcooling degree target value SC m1 .
  • step S13 the target value acquisition unit 32 acquires the subcooling degree target value SC m1 at the time when the measurement of the elapsed time of the operating state is started.
  • step S14 the timer 38 determines whether or not the elapsed time t at which the measurement is started in step S2 has reached the set time T.
  • the target value acquisition unit 32 acquires the subcooling degree target value SC m1 at the set time T in step S15.
  • step S14 when the elapsed time t has not reached the set time T (step S14; No), the process returns to step S14, and the process of step S14 is repeated until the elapsed time t reaches the set time T.
  • step S16 the target value comparison unit 33 determines the subcooling degree target value SC m1 at the start of measuring the elapsed time acquired in step S13 and the subcooling degree target value at the time when the set time T acquired in step S15 is reached. It is determined whether or not SC m1 is the same. When the two subcooling degree target values SC m1 are the same (step S16; Yes), the process proceeds to step S17. On the other hand, when the two subcooling degree target values SC m1 are not the same (step S16; No), the process returns to step S1.
  • step S17 the difference value calculation unit 34 calculates the outlet supercooling degree SC 1 of the indoor heat exchanger 21a based on the detection results of the gas temperature sensor 24a and the liquid temperature sensor 25a. In addition, the difference value calculation unit 34 calculates a supercooling degree difference value ⁇ SC 1 which is a difference between the calculated outlet supercooling degree SC 1 and the supercooling degree target value SC m1 .
  • the degree of supercooling difference DerutaSC similar to the superheat difference value .DELTA.Sh 1, when the cooling operation is continued for at least the set time T, the degree of supercooling target extent to which the outlet supercooling degree SC 1 This is a value for determining whether the value is close to the value SC m1 .
  • step S18 the difference value determination unit 35 determines whether or not the supercooling degree difference value ⁇ SC 1 exceeds the set threshold value Y.
  • the difference value determination unit 35 determines that the expansion valve 22a is out of order, and the process proceeds to step S10.
  • the superheat degree difference value ⁇ SH 1 is calculated as an instantaneous value at the time when the elapsed time t of operation has passed the set time T, but this is not the only example. Absent.
  • a plurality of superheat degree difference values ⁇ SH 1 may be calculated at a set time interval while the elapsed time t of operation has passed the set time T, and may be obtained as an average value of the plurality of calculated values.
  • the air conditioning target space can be air-conditioned until the expansion valves 22a and 22b are repaired or replaced.
  • the performance degradation suppression mode which is the operation mode when the expansion valves 22a and 22b fail, will be described.
  • the performance deterioration suppression mode is an operation mode for maintaining air conditioning as much as possible even in a state where the opening degrees of the expansion valves 22a and 22b are not normally controlled.
  • the operating frequency of the compressor 11 is controlled so that the evaporation temperature or the condensation temperature of the indoor heat exchangers 21a and 21b becomes constant.
  • the operating frequency of the compressor 11 is controlled so that the suction temperature becomes the set temperature. That is, when the operation is performed in the performance deterioration suppression mode, the compressor 11 is controlled so that the operating frequency of the compressor 11 is limited.
  • the suction temperature is the temperature of the air taken into the indoor heat exchangers 21a and 21b, and is the indoor temperature of the air-conditioned space.
  • the set temperature is a temperature set by the user.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the installation state of the air conditioning system 100 in the air conditioning target space 50.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the installation state of the air conditioning system 100 in the air conditioning target space 50.
  • the plurality of indoor units 2a and 2b included in the air conditioning system 100 are installed in one air-conditioned space 50.
  • the system control unit 3 controls the operations of the indoor units 2a and 2b so that the sum of the capacities is maximized by the operation in the performance deterioration suppressing mode.
  • the air conditioning target space 50 is partitioned into a plurality of air conditioning target spaces 50a and 50b, and each of the plurality of indoor units 2a and 2b is provided in each of the plurality of air conditioning target spaces 50a and 50b.
  • the system control unit 3 controls the operation of the indoor units 2a and 2b so that the capacity of either one of the indoor units 2a and 2b is maximized by the operation in the performance deterioration suppressing mode. It should be noted that which of the indoor units 2a and 2b is to be operated at maximum capacity is determined by the environmental conditions.
  • the failure of the expansion valves 22a and 22b can be detected.
  • the failure of the expansion valves 22a and 22b is detected based on the difference value for each of the indoor heat exchangers 21a and 21b. Therefore, even if the air conditioning system 100 is a multi-connection system in which a plurality of indoor units are connected to one outdoor unit, it is possible to accurately detect a failure of the expansion valve.
  • the degree of superheat is calculated based on the temperatures detected by the gas temperature sensors 24a and 24b and the liquid temperature sensors 25a and 25b during the cooling operation.
  • the degree of supercooling is calculated based on the temperatures detected by the gas temperature sensors 24a and 24b and the pressure detected by the high pressure sensor 15 during the heating operation.
  • the difference value is calculated. That is, the difference value is calculated when the operating state, the setting, and the like have not been changed since the operation of the air conditioning system 100 was started.
  • the operation in the performance deterioration suppressing mode is performed. As a result, the operation can be continued until the expansion valves 22a and 22b in which the failure is detected are repaired or replaced.
  • the present invention is not limited to the above-described first embodiment of the present invention, and various modifications and applications are made without departing from the gist of the present invention. Is possible.
  • the failure detection process is performed on the expansion valves 22a and 22b provided in the indoor units 2a and 2b
  • this is not limited to this example.
  • the failure detection process described above may be similarly performed on the expansion valve of the outdoor unit 1.
  • the operation is performed in the performance deterioration suppressing mode when the expansion valves 22a and 22b fail, but this is not limited to this example.
  • the degree of failure of the expansion valves 22a and 22b is such that air conditioning of the air-conditioned space 50 is not hindered, the air conditioning system 100 does not necessarily have to operate in the performance degradation suppression mode.

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Abstract

圧縮機および室外熱交換器を備える室外機と、膨張弁および室内熱交換器を備える室内機とが配管で接続された空気調和システムであって、冷房運転の際に室内熱交換器の過熱度に対する目標値を取得し、暖房運転の際に室内熱交換器の過冷却度に対する目標値を取得する目標値取得部と、過熱度または過冷却度と、目標値との差分値を算出する差分値算出部と、差分値が設定閾値を超えた場合に、膨張弁が故障していると判定する差分値判定部とを有するシステム制御部を備える。

Description

空気調和システム
　本発明は、対象空間の空気調和を行う空気調和システムに関するものである。
　従来、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁および利用側熱交換器を冷媒配管で接続することによって冷媒回路が形成された空気調和装置が広く用いられている。このような空気調和装置の分野においては、冷媒回路を構成する機器の故障を正しく検知する種々の技術が提案されている。
　例えば、特許文献１には、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁、利用側熱交換器、水タンク、およびこれらを制御する制御部を備え、制御部が膨張弁の故障を検知する給湯システムが開示されている。この給湯システムにおいて、制御部は、圧縮機の吐出側の温度と目標値との差が一定以上となった場合に、膨張弁が故障したと判断し、圧縮機を停止する。
特開２０１０－０３８４６３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の方法では、例えば１台の室外機に複数台の室内機が接続されたマルチ接続方式の空気調和装置において、膨張弁が故障したことを検知できるものの、どの室内機に設けられた膨張弁が故障したのかを特定することが困難である。また、故障した膨張弁の数が少ない場合には、故障を検知できないことがあり、故障の検知精度が悪い。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、膨張弁の故障を精度よく検知することができる空気調和システムを提供することを目的とする。
　本発明の空気調和システムは、圧縮機および室外熱交換器を備える室外機と、膨張弁および室内熱交換器を備える室内機とが配管で接続された空気調和システムであって、冷房運転の際に前記室内熱交換器の過熱度に対する目標値を取得し、暖房運転の際に前記室内熱交換器の過冷却度に対する目標値を取得する目標値取得部と、前記過熱度または前記過冷却度と、前記目標値との差分値を算出する差分値算出部と、前記差分値が設定閾値を超えた場合に、前記膨張弁が故障していると判定する差分値判定部とを有するシステム制御部を備えるものである。
　以上のように、本発明の空気調和システムによれば、目標値に対する過熱度または過冷却度の差の大きさによって膨張弁が故障しているか否かを判定することにより、膨張弁の故障を精度よく検知することができる。
実施の形態１に係る空気調和システムの構成の一例を示す概略図である。 図１のシステム制御部の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図１のシステム制御部による故障検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１のシステム制御部による故障検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。 空調対象空間に対する空気調和システムの設置状態の一例を示す概略図である。 空調対象空間に対する空気調和システムの設置状態の他の例を示す概略図である。
実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムについて説明する。図１は、本実施の形態１に係る空気調和システム１００の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、空気調和システム１００は、室外機１と、室内機２ａおよび２ｂと、システム制御部３とで構成されている。室外機１と室内機２ａおよび２ｂとは、冷媒配管４で接続されている。室外機１ならびに室内機２ａおよび２ｂとシステム制御部３とは、電気的に接続されている。
　冷媒配管４は、例えば銅管からなり、内部を冷媒が流通する。なお、冷媒配管４には、周囲の空気との熱交換を抑制するため、断熱材が巻回されるなどして断熱処理が施されてもよい。
　図１に示す例では、室外機１に対して２台の室内機２ａおよび２ｂが接続されているが、これに限られず、１台または３台以上の室内機が接続されてもよい。また、室外機１は、複数であってもよい。
［空気調和システム１００の構成］
（室外機１）
　室外機１は、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、室外熱交換器１３、室外ファン１４および室外機制御部１０を備えている。また、室外機１は、高圧圧力センサ１５および低圧圧力センサ１６を備えている。
　圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。冷房運転時において、圧縮機１１の運転周波数は、蒸発温度が一定となるように、室外機制御部１０によって制御される。また、暖房運転時において、圧縮機１１の運転周波数は、凝縮温度が一定となるように、室外機制御部１０によって制御される。
　冷媒流路切替装置１２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転および暖房運転の切り替えを行う。冷媒流路切替装置１２は、冷房運転時に、図１の実線で示す状態に切り替わる。また、冷媒流路切替装置１２は、暖房運転時に、図１の点線で示す状態に切り替わる。冷媒流路切替装置１２における流路の切替は、室外機制御部１０によって制御される。
　室外熱交換器１３は、室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１３は、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、室外熱交換器１３は、暖房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。
　室外ファン１４は、室外熱交換器１３に対して室外空気を供給する。室外ファン１４の回転数は、室外機制御部１０によって制御される。回転数が制御されることにより、室外熱交換器１３に対する送風量が調整される。
　高圧圧力センサ１５は、圧縮機１１の吐出側に設けられ、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出圧力を検知する。低圧圧力センサ１６は、圧縮機１１の吸入側に設けられ、圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入圧力値を検知する。高圧圧力センサ１５および低圧圧力センサ１６として、例えば、検知した圧力を電圧に変換し、電気信号として出力する圧電素子等が用いられる。
　室外機制御部１０は、システム制御部３からの指令を受けて、圧縮機１１の運転周波数、冷媒流路切替装置１２の流路および室外ファン１４の回転数を制御する。室外機制御部１０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
　なお、室外機１の構成は、図１に示す例に限られず、例えば、過冷却熱交換器、膨張弁およびアキュムレータ等を設けてもよい。また、例えば、冷媒流路切替装置１２が設けられなくてもよい。この場合、空気調和システム１００は、冷房運転専用となる。
（室内機２ａおよび２ｂ）
　室内機２ａは、室内熱交換器２１ａ、膨張弁２２ａ、室内ファン２３ａおよび室内機制御部２０ａを備えている。室内機２ｂは、室内熱交換器２１ｂ、膨張弁２２ｂ、室内ファン２３ｂおよび室内機制御部２０ｂを備えている。なお、本実施の形態１において、室内機２ａおよび２ｂは、同様の構成を有している。そのため、以下では、室内機２ａの構成についてのみ説明し、室内機２ｂの構成についての説明を省略する。
　室内熱交換器２１ａは、空気と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、空調対象空間に供給される暖房用空気または冷房用空気が生成される。室内熱交換器２１ａは、冷房運転の際に蒸発器として機能し、空調対象空間の空気を冷却して冷房を行う。また、室内熱交換器２１ａは、暖房運転の際に凝縮器として機能し、空調対象空間の空気を加熱して暖房を行う。
　膨張弁２２ａは、冷媒を膨張させる。膨張弁２２ａは、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。冷房運転時において、膨張弁２２ａの開度は、室内熱交換器２１ａの出口過熱度が過熱度目標値となるように、室内機制御部２０ａによって制御される。また、暖房運転時において、膨張弁２２ａの開度は、室内熱交換器２１ａの出口過冷却度が過冷却度目標値となるように、室内機制御部２０ａによって制御される。
　室内ファン２３ａは、室内熱交換器２１ａに対して空気を供給する。室内ファン２３ａの回転数は、室内機制御部２０ａによって制御される。回転数が制御されることにより、室内熱交換器２１ａに対する送風量が調整される。
　室内機２ａは、さらに、ガス温センサ２４ａおよび液温センサ２５ａを備えている。室内機２ｂは、さらに、ガス温センサ２４ｂおよび液温センサ２５ｂを備えている。ガス温センサ２４ａは、冷房運転時における室内熱交換器２１ａの冷媒出口側に設けられ、室内熱交換器２１ａに流入出するガス冷媒の温度を検知する。液温センサ２５ａは、冷房運転時における室内熱交換器２１ａの冷媒入口側に設けられ、室内熱交換器２１ａに流入出する液冷媒の温度を検知する。ガス温センサ２４ａおよび液温センサ２５ａとして、例えば熱電対が用いられる。
　室内機制御部２０ａは、システム制御部３からの指令を受けて、膨張弁２２ａの開度および室内ファン２３ａの回転数を制御する。室内機制御部２０ａは、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
　本実施の形態１に係る空気調和システム１００において、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、室外熱交換器１３、膨張弁２２ａおよび２２ｂ、室内熱交換器２１ａおよび２１ａが冷媒配管４によって環状に接続されることにより、冷媒回路が形成される。
（システム制御部３）
　システム制御部３は、ユーザからの運転指示が入力され、入力された指示に基づき、室外機制御部１０、ならびに、室内機制御部２０ａおよび２０ｂに指令を送る。また、本実施の形態１において、システム制御部３は、膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障検知処理を行う。
　図２は、図１のシステム制御部３の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、システム制御部３は、運転状態判定部３１、目標値取得部３２、目標値比較部３３、差分値算出部３４、差分値判定部３５、運転制御部３６、報知部３７、タイマ３８および記憶部３９を有している。システム制御部３は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
　運転状態判定部３１は、運転情報に基づき、空気調和システム１００における運転状態を判定する。運転状態は、例えば、圧縮機１１等の各部の運転状態、ならびに、冷房運転または暖房運転等の運転モードを含む。本実施の形態１において、運転状態判定部３１は、圧縮機１１が運転中であるか否かを判定するとともに、空気調和システム１００が運転中である場合に、運転モードを判定する。
　目標値取得部３２は、運転状態判定部３１およびタイマ３８からの通知に基づき、予め設定されたタイミングで、冷房運転時の過熱度目標値、および暖房運転時の過冷却度目標値を取得する。目標値比較部３３は、目標値取得部３２で取得した複数のタイミングでの過熱度目標値または過冷却度目標値を比較し、値が一致するか否かを判定する。過熱度目標値および過冷却度目標値は、システム制御部３に対するユーザからの運転指示の情報によって決定される値である。
　差分値算出部３４は、ガス温センサ２４ａおよび液温センサ２５ａで検知された温度情報と、高圧圧力センサ１５で検知された圧力情報とに基づき、室内熱交換器２１ａの冷房運転時における出口過熱度と、暖房運転時における出口過冷却度を算出する。また、差分値算出部３４は、算出した出口過熱度と過熱度目標値との差分である過熱度差分値を算出する。さらに、差分値算出部３４は、算出した出口過冷却度と過冷却度目標値との差分である過冷却度差分値を算出する。
　差分値判定部３５は、過熱度差分値または過冷却度差分値と、記憶部３９に予め記憶された設定閾値とを比較し、膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障しているか否かを判定する。具体的には、差分値判定部３５は、過熱度差分値または過冷却度差分値が設定閾値を超えている場合に、膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障していると判定する。
　運転制御部３６は、差分値判定部３５において膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障を検知した際に、膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障を示す情報を報知部３７に通知する。また、運転制御部３６は、運転モードを性能低下抑制モードとするように、空気調和システム１００における各部を制御するための制御信号を出力する。
　報知部３７は、膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障していると判定された場合に、運転制御部３６からの通知に基づき、膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障を通知する。報知部３７は、例えば図示しない表示部を有し、表示部に膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障していることを示す情報を表示する。なお、報知部３７による通知は、これに限られず、例えば音声で通知してもよいし、通信等によって遠隔地にいる保守業者に通知してもよい。
　タイマ３８は、運転状態判定部３１の判定結果に基づき、現在の運転モードの経過時間ｔを計測する。タイマ３８は、計測した経過時間ｔが設定時間Ｔに到達した際に、経過時間ｔが設定時間Ｔに到達したことを目標値取得部３２に通知する。
　記憶部３９は、システム制御部３の各部で処理を行う際に用いられる各種の情報を記憶する。記憶部３９に記憶された各種の情報は、各部からの要求に応じて読み出される。本実施の形態１において、記憶部３９は、差分値算出部３４で出口過冷却度を算出する際に用いられる情報、ならびに、差分値判定部３５で用いられる設定閾値等を予め記憶する。また、記憶部３９は、目標値取得部３２で取得した過熱度目標値および過冷却度目標値を記憶する。
［空気調和システム１００の動作］
（冷媒の流れについて）
　次に、上記構成を有する空気調和システム１００における冷媒の動作について、図１を参照しながら説明する。
（冷房運転）
　冷房運転時、冷媒流路切替装置１２は、図１の実線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とが接続されるように切り替えられる。そして、低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。
　圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外ファン１４によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、室外機１から流出し、冷媒配管４を介して室内機２ａおよび２ｂのそれぞれに流入する。
　室内機２ａに流入した高圧の液冷媒は、膨張弁２２ａによって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器２１ａに流入する。室内熱交換器２１ａに流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内ファン２３ａによって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって室内熱交換器２１ａから流出する。
　また、室内機２ｂに流入した高圧の液冷媒は、膨張弁２２ｂによって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器２１ｂに流入する。室内熱交換器２１ｂに流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内ファン２３ｂによって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって室内熱交換器２１ｂから流出する。
　室内熱交換器２１ａおよび２１ｂのそれぞれから流出した低圧のガス冷媒は、それぞれ室内機２ａおよび２ｂから流出して合流し、室外機１に流入する。室外機１に流入した低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を通過して、圧縮機１１へ吸入される。
（暖房運転）
　暖房運転時、冷媒流路切替装置１２は、図１の破線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室内機２ａおよび２ｂ側とが接続されるように切り替えられる。そして、低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外機１から流出し、室内機２ａおよび室内機２ｂのそれぞれに流入する。
　室内機２ａに流入した高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２１ａに流入する。室内熱交換器２１ａに流入した高温高圧のガス冷媒は、室内ファン２３ａによって取り込まれた室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室内熱交換器２１ａから流出する。室内熱交換器２１ａから流出した高圧の液冷媒は、膨張弁２２ａによって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機２ａから流出する。
　また、室内機２ｂに流入した高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２１ｂに流入する。室内熱交換器２１ｂに流入した高温高圧のガス冷媒は、室内ファン２３ｂによって取り込まれた室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室内熱交換器２１ｂから流出する。室内熱交換器２１ｂから流出した高圧の液冷媒は、膨張弁２２ｂによって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機２ｂから流出する。
　室内機２ａおよび２ｂのそれぞれから流出した低温低圧の気液二相冷媒は合流し、室外機１に流入する。室外機１に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室外ファン１４によって取り込まれた室外空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を通過して、圧縮機１１へ吸入される。
（膨張弁２２ａおよび２２ｂの開度制御）
　空気調和システム１００における膨張弁２２ａおよび２２ｂの開度制御について説明する。なお、膨張弁２２ｂは、膨張弁２２ａと同様の開度制御が行われるため、ここでは、膨張弁２２ａを例にとって説明する。
　冷房運転時において、膨張弁２２ａは、蒸発器として機能する室内熱交換器２１ａの出口過熱度ＳＨ１が過熱度目標値ＳＨｍ１となるように、開度が制御される。具体的には、出口過熱度ＳＨ１が過熱度目標値ＳＨｍ１よりも大きい場合（ＳＨ１＞ＳＨｍ１）に、膨張弁２２ａの開度が大きくなるように開度が制御される。また、出口過熱度ＳＨ１が過熱度目標値ＳＨｍ１よりも小さい場合（ＳＨ１＜ＳＨｍ１）に、膨張弁２２ａの開度が小さくなるように開度が制御される。
　出口過熱度ＳＨ１は、ガス温センサ２４ａで検知される室内熱交換器２１ａの冷媒出口温度と、液温センサ２５ａで検知される室内熱交換器２１ａの冷媒入口温度とを用いて、式（１）に基づいて算出される。過熱度目標値ＳＨｍ１は、システム制御部３に対するユーザからの運転指示の情報によって決定される値である。
　　　出口過熱度ＳＨ１＝ガス温センサ値－液温センサ値　　・・・（１）
　なお、出口過熱度ＳＨ１は、これに限られず、室内熱交換器２１ａの蒸発温度ＥＴ１と、ガス温センサ値とを用いて、式（２）に基づいて算出してもよい。蒸発温度ＥＴ１は、例えば、液温センサ２５ａに代えて、室内熱交換器２１ａに流入する冷媒の圧力を検知する液圧力センサを設けた場合に、冷媒の種類と液圧力センサの値とによって決定される値である。
　　　出口過熱度ＳＨ１＝ガス温センサ値－蒸発温度ＥＴ１　　・・・（２）
　一方、暖房運転時において、膨張弁２２ａは、凝縮器として機能する室内熱交換器２１ａの出口過冷却度ＳＣ１が過冷却度目標値ＳＣｍ１となるように、開度が制御される。具体的には、出口過冷却度ＳＣ１が過冷却度目標値ＳＣｍ１よりも大きい場合（ＳＣ１＞ＳＣｍ１）に、膨張弁２２ａの開度が大きくなるように開度が制御される。また、出口過冷却度ＳＣ１が過冷却度目標値ＳＣｍ１よりも小さい場合（ＳＣ１＜ＳＣｍ１）に、膨張弁２２ａの開度が小さくなるように開度が制御される。
　出口過冷却度ＳＣ１は、凝縮温度ＣＴと、ガス温センサ２４ａで検知される室内熱交換器２１ａの冷媒入口温度とを用いて、式（３）に基づいて算出される。過冷却度目標値ＳＣｍ１は、システム制御部３に対するユーザからの運転指示の情報によって決定される値である。凝縮温度ＣＴは、冷媒の種類と室内熱交換器２１ａに流入する冷媒の圧力とによって決定される値であり、このときの圧力は、高圧圧力センサ１５の値が用いられる。
　　　出口過冷却度ＳＣ１＝凝縮温度ＣＴ－ガス温センサ値　　・・・（３）
（故障検知処理）
　空気調和システム１００における膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障検知処理について説明する。膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障した状態とは、膨張弁２２ａおよび２２ｂの開度を正常に制御することができない状態のことを指す。なお、膨張弁２２ｂは、膨張弁２２ａと同様にして故障検知処理が行われるため、ここでは、膨張弁２２ａに対する故障検知処理を例にとって説明する。
　図３および図４は、図１のシステム制御部３による故障検知処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図３および図４のフローチャートにおいて、記号Ａ～Ｄは、それぞれ対応する記号へと処理が移行することを示す。
　ステップＳ１において、運転状態判定部３１は、空気調和システム１００における運転状態を判定する。空気調和システム１００が、圧縮機１１の運転中であり、かつ、除霜運転でない場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、システム制御部３は、膨張弁２２ａの故障検知処理を開始する。そして、ステップＳ２において、タイマ３８は、運転状態判定部３１の判定結果に基づき、現在の運転状態の経過時間ｔの計測を開始する。一方、空気調和システム１００が、圧縮機１１の運転中でない、または、除霜運転である場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１に戻る。
　ステップＳ３において、運転状態判定部３１は、現在の運転モードが冷房運転であるか否かを判断する。現在の運転モードが冷房運転である場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ４に移行する。
　ここで、システム制御部３は、以下のステップＳ４～ステップＳ７の処理により、空気調和システム１００の運転状態および設定等に変更があるか否かを判断する。空気調和システム１００における運転状態等の変更の有無は、空調対象空間の室内温度と、室内温度の目標値である設定温度との温度差が異なる２つのタイミングで変化するか否かによって判断される。より具体的には、空気調和システム１００における運転状態等の変更の有無は、例えば、異なる２つのタイミングでの過熱度目標値ＳＨｍ１が同一であるか否かによって判断される。なお、この場合における「過熱度目標値ＳＨｍ１が同一」とは、過熱度目標値ＳＨｍ１に対して予め設定された範囲内の値を含むものとする。
　ステップＳ４において、目標値取得部３２は、運転状態の経過時間の計測を開始した時点の過熱度目標値ＳＨｍ１を取得する。ステップＳ５において、タイマ３８は、ステップＳ２で計測を開始した経過時間ｔが設定時間Ｔに到達したか否かを判定する。経過時間ｔが設定時間Ｔに到達した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、目標値取得部３２は、ステップＳ６において、設定時間Ｔにおける過熱度目標値ＳＨｍ１を取得する。一方、経過時間ｔが設定時間Ｔに到達していない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）には、処理がステップＳ５に戻り、経過時間ｔが設定時間Ｔに到達するまでステップＳ５の処理が繰り返される。
　ステップＳ７において、目標値比較部３３は、ステップＳ４で取得した経過時間の計測開始時点の過熱度目標値ＳＨｍ１と、ステップＳ６で取得した設定時間Ｔに到達した時点の過熱度目標値ＳＨｍ１とが同一であるか否かを判定する。これは、空気調和システム１００の運転状態および設定等が変更されたか否かを判定するために行われる。
　２つの過熱度目標値ＳＨｍ１が同一である場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ８に移行する。一方、２つの過熱度目標値ＳＨｍ１が同一でない場合（ステップＳ７；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１に戻る。
　ステップＳ８において、差分値算出部３４は、ガス温センサ２４ａおよび液温センサ２５ａでの検知結果に基づき、室内熱交換器２１ａの出口過熱度ＳＨ１を算出する。また、差分値算出部３４は、算出した出口過熱度ＳＨ１と、過熱度目標値ＳＨｍ１との差分である過熱度差分値ΔＳＨ１を算出する。
　ここで、過熱度差分値ΔＳＨ１は、冷房運転が少なくとも設定時間Ｔだけ継続された際に、出口過熱度ＳＨ１がどの程度まで過熱度目標値ＳＨｍ１に近づいているかを判断するための値である。冷房運転が設定時間Ｔだけ経過した後も、この過熱度差分値ΔＳＨ１が設定閾値よりも高い場合には、室内熱交換器２１ａの出口過熱度ＳＨ１が過熱度目標値ＳＨｍ１となるように、膨張弁２２ａの開度が正常に制御されず、故障していると判断することができる。
　そこで、差分値判定部３５は、ステップＳ９において、過熱度差分値ΔＳＨ１が設定閾値Ｘを超えているか否かを判定する。過熱度差分値ΔＳＨ１が設定閾値Ｘ以下である場合（ステップＳ９；Ｎｏ）には、一連の処理が終了する。
　過熱度差分値ΔＳＨ１が設定閾値Ｘを超えている場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、差分値判定部３５は、膨張弁２２ａが故障していると判定する。そして、報知部３７は、ステップＳ１０において、膨張弁２２ａの故障を保守業者に報知する。また、運転制御部３６は、ステップＳ１１において、運転モードを性能低下抑制モードとする。
　一方、ステップＳ３において、運転モードが冷房運転でない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２において、運転状態判定部３１は、現在の運転モードが暖房運転であるか否かを判断する。
　現在の運転モードが暖房運転である場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１３に移行する。また、現在の運転モードが暖房運転でない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１に戻る。
　ここで、システム制御部３は、以下のステップＳ１３～ステップＳ１６の処理により、空気調和システム１００の運転状態および設定等に変更があるか否かを判断する。空気調和システム１００における運転状態等の変更の有無は、空調対象空間の室内温度と設定温度との温度差が異なる２つのタイミングで変化するか否かによって判断される。より具体的には、空気調和システム１００における運転状態等の変更の有無は、例えば、異なる２つのタイミングでの過冷却度目標値ＳＣｍ１が同一であるか否かによって判断される。なお、この場合における「過冷却度目標値ＳＣｍ１が同一」とは、過冷却度目標値ＳＣｍ１に対して予め設定された範囲内の値を含むものとする。
　ステップＳ１３において、目標値取得部３２は、運転状態の経過時間の計測を開始した時点の過冷却度目標値ＳＣｍ１を取得する。ステップＳ１４において、タイマ３８は、ステップＳ２で計測を開始した経過時間ｔが設定時間Ｔに到達したか否かを判定する。経過時間ｔが設定時間Ｔに到達した場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、目標値取得部３２は、ステップＳ１５において、設定時間Ｔにおける過冷却度目標値ＳＣｍ１を取得する。一方、経過時間ｔが設定時間Ｔに到達していない場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１４に戻り、経過時間ｔが設定時間Ｔに到達するまでステップＳ１４の処理が繰り返される。
　ステップＳ１６において、目標値比較部３３は、ステップＳ１３で取得した経過時間の計測開始時点の過冷却度目標値ＳＣｍ１と、ステップＳ１５で取得した設定時間Ｔに到達した時点の過冷却度目標値ＳＣｍ１とが同一であるか否かを判定する。２つの過冷却度目標値ＳＣｍ１が同一である場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１７に移行する。一方、２つの過冷却度目標値ＳＣｍ１が同一でない場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１に戻る。
　ステップＳ１７において、差分値算出部３４は、ガス温センサ２４ａおよび液温センサ２５ａでの検知結果に基づき、室内熱交換器２１ａの出口過冷却度ＳＣ１を算出する。また、差分値算出部３４は、算出した出口過冷却度ＳＣ１と、過冷却度目標値ＳＣｍ１との差分である過冷却度差分値ΔＳＣ１を算出する。
　ここで、過冷却度差分値ΔＳＣ１は、過熱度差分値ΔＳＨ１と同様に、冷房運転が少なくとも設定時間Ｔだけ継続された際に、出口過冷却度ＳＣ１がどの程度まで過冷却度目標値ＳＣｍ１に近づいているかを判断するための値である。
　そこで、差分値判定部３５は、ステップＳ１８において、過冷却度差分値ΔＳＣ１が設定閾値Ｙを超えているか否かを判定する。過冷却度差分値ΔＳＣ１が設定閾値Ｙ以下である場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）には、一連の処理が終了する。過冷却度差分値ΔＳＣ１が設定閾値Ｙを超えている場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、差分値判定部３５は、膨張弁２２ａが故障していると判定し、処理がステップＳ１０に移行する。
　なお、図３および図４に示す例において、過熱度差分値ΔＳＨ１は、運転の経過時間ｔが設定時間Ｔだけ経過した時点で、瞬時値として算出されたが、これはこの例に限られない。例えば、過熱度差分値ΔＳＨ１は、運転の経過時間ｔが設定時間Ｔだけ経過する間に、設定時間間隔で複数算出され、複数の算出値の平均値として得られるようにしてもよい。
　このように、本実施の形態１では、膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障した場合でも、性能低下抑制モードで運転が継続される。そのため、膨張弁２２ａおよび２２ｂの修理または交換までの間も、空調対象空間の空調を行うことができる。
（性能低下抑制モード）
　膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障した場合の運転モードである性能低下抑制モードについて説明する。性能低下抑制モードは、膨張弁２２ａおよび２２ｂの開度が正常に制御されない状態でも、できる限り空調を維持するための運転モードである。
　通常の運転時において、圧縮機１１の運転周波数は、室内熱交換器２１ａおよび２１ｂの蒸発温度または凝縮温度が一定となるように制御される。これに対して、性能低下抑制モードでは、圧縮機１１の運転周波数は、吸込温度が設定温度となるように制御される。すなわち、性能低下抑制モードによる運転を行う場合には、圧縮機１１の運転周波数が制限されるように、圧縮機１１が制御される。なお、吸込温度は、室内熱交換器２１ａおよび２１ｂに取り込まれる空気の温度であり、空調対象空間の室内温度である。設定温度は、ユーザによって設定される温度である。
　図５は、空調対象空間５０に対する空気調和システム１００の設置状態の一例を示す概略図である。図６は、空調対象空間５０に対する空気調和システム１００の設置状態の他の例を示す概略図である。図５に示す例では、空気調和システム１００に備えられた複数の室内機２ａおよび２ｂが１つの空調対象空間５０に設置されている。この場合、システム制御部３は、性能低下抑制モードでの運転により、能力の和が最大となるように室内機２ａおよび２ｂの動作を制御する。
　一方、図６に示す例では、空調対象空間５０が複数の空調対象空間５０ａおよび５０ｂに区画され、複数の室内機２ａおよび２ｂのそれぞれが、複数の空調対象空間５０ａおよび５０ｂのそれぞれに１つずつ設置されている。
　この場合、システム制御部３は、性能低下抑制モードでの運転により、室内機２ａおよび２ｂのいずれか一方の能力が最大となるように、室内機２ａおよび２ｂの動作を制御する。なお、室内機２ａおよび２ｂのいずれの室内機を最大能力で動作させるかについては、環境条件によって決定される。
　以上のように、本実施の形態１に係る空気調和システム１００では、目標値に対する室内熱交換器２１ａおよび２１ｂの過熱度または過冷却度の差が設定閾値を超えた場合に、膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障していると判定する。これにより、膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障を検知することができる。また、膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障は、室内熱交換器２１ａおよび２１ｂそれぞれについての差分値に基づき検知される。そのため、空気調和システム１００が、１台の室外機に対して複数台の室内機が接続されるマルチ接続方式のシステムであっても、膨張弁の故障を精度よく検知することができる。
　なお、過熱度は、冷房運転の際に、ガス温センサ２４ａおよび２４ｂと液温センサ２５ａおよび２５ｂとで検知された温度に基づき算出される。また、過冷却度は、暖房運転の際に、ガス温センサ２４ａおよび２４ｂで検知された温度と、高圧圧力センサ１５で検知された圧力とに基づき過冷却度が算出される。
　また、空気調和システム１００では、取得時間が異なる２つの目標値を比較し、２つの目標値が同一である場合に、差分値が算出される。すなわち、空気調和システム１００の運転が開始されてから、運転状態および設定等が変更されていない場合に差分値が算出される。
　さらに、空気調和システム１００では、膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障していると判定された場合に、性能低下抑制モードによる運転が行われる。これにより、故障が検知された膨張弁２２ａおよび２２ｂが修理または交換されるまでの間も、運転を継続することができる。
　以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。実施の形態１では、室内機２ａおよび２ｂに設けられた膨張弁２２ａおよび２２ｂに対して故障検知処理を行う場合について説明したが、これはこの例に限られない。例えば、室外機１に過冷却熱交換器および膨張弁が設けられる場合は、この室外機１の膨張弁に対して、上述した故障検出処理を同様にして行ってもよい。
　また、実施の形態１では、膨張弁２２ａおよび２２ｂが故障した場合に、性能低下抑制モードで運転を行うように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、膨張弁２２ａおよび２２ｂの故障の度合いが空調対象空間５０の空調に支障のない程度であれば、空気調和システム１００は、必ずしも性能低下抑制モードで運転しなくてもよい。
　１　室外機、２ａ、２ｂ　室内機、３　システム制御部、４　冷媒配管、１０　室外機制御部、１１　圧縮機、１２　冷媒流路切替装置、１３　室外熱交換器、１４　室外ファン、１５　高圧圧力センサ、１６　低圧圧力センサ、２０ａ、２０ｂ　室内機制御部、２１ａ、２１ｂ　室内熱交換器、２２ａ、２２ｂ　膨張弁、２３ａ、２３ｂ　室内ファン、２４ａ、２４ｂ　ガス温センサ、２５ａ、２５ｂ　液温センサ、３１　運転状態判定部、３２　目標値取得部、３３　目標値比較部、３４　差分値算出部、３５　差分値判定部、３６　運転制御部、３７　報知部、３８　タイマ、３９　記憶部、５０、５０ａ、５０ｂ　空調対象空間、１００　空気調和システム。

Claims (9)

  1. 　圧縮機および室外熱交換器を備える室外機と、膨張弁および室内熱交換器を備える室内機とが配管で接続された空気調和システムであって、
    　冷房運転の際に前記室内熱交換器の過熱度に対する目標値を取得し、暖房運転の際に前記室内熱交換器の過冷却度に対する目標値を取得する目標値取得部と、
    　前記過熱度または前記過冷却度と、前記目標値との差分値を算出する差分値算出部と、
    　前記差分値が設定閾値を超えた場合に、前記膨張弁が故障していると判定する差分値判定部と
    を有するシステム制御部を備える空気調和システム。
  2. 　前記室内熱交換器に流入出するガス冷媒の温度を検知するガス温センサと、
    　前記室内熱交換器に流入出する液冷媒の温度を検知する液温センサと、
    　前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検知する高圧圧力センサと
    をさらに備え、
    　前記差分値算出部は、
    　冷房運転の際に、前記ガス温センサと前記液温センサとで検知された温度に基づき前記過熱度を算出し、
    　暖房運転の際に、前記ガス温センサで検知された温度と、前記高圧圧力センサで検知された圧力とに基づき前記過冷却度を算出する
    請求項１に記載の空気調和システム。
  3. 　前記システム制御部は、
    　室内温度と前記室内温度の目標値である設定温度との温度差を算出するとともに、前記温度差を算出してから設定時間だけ経過した際に、前記温度差を再度算出し、
    　算出時間が異なる２つの前記温度差が同一の範囲である場合に、前記差分値算出部によって前記差分値を算出する
    請求項１または２に記載の空気調和システム。
  4. 　前記目標値取得部は、
    　前記目標値を取得してから設定時間だけ経過した際に、前記目標値を再度取得し、
    　前記システム制御部は、
    　取得時間が異なる２つの前記目標値を比較する目標値比較部をさらに有し、
    　前記差分値算出部は、
    　前記２つの目標値が同一の範囲である場合に、前記差分値を算出する
    請求項３に記載の空気調和システム。
  5. 　前記システム制御部は、
    　前記膨張弁が故障していると判定された場合に、性能低下抑制モードによる運転を行う運転制御部をさらに有する
    請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和システム。
  6. 　前記運転制御部は、
    　前記性能低下抑制モードによる運転の際に、前記圧縮機の運転周波数を制限する
    請求項５に記載の空気調和システム。
  7. 　前記室内機を複数備え、
    　１つの空間に複数の前記室内機が設置された場合に、
    　前記システム制御部は、
    　複数の前記室内機の能力の和が最大となるように複数の前記室内機を制御して、前記性能低下抑制モードによる運転を行う
    請求項５または６に記載の空気調和システム。
  8. 　前記室内機を複数備え、
    　複数の空間それぞれに複数の前記室内機のそれぞれが設置された場合に、
    　前記システム制御部は、
    　複数の前記室内機のいずれかの能力が最大となるように複数の前記室内機を制御して、前記性能低下抑制モードによる運転を行う
    請求項５または６に記載の空気調和システム。
  9. 　前記システム制御部は、
    　前記膨張弁が故障していると判定された場合に、前記膨張弁の故障を報知する報知部をさらに有する
    請求項１～８のいずれか一項に記載の空気調和システム。
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