JPS636351A - 空気調和装置の電動膨張弁の故障検出装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、周波数を可変にするインバータにより駆動さ
れる圧縮機を内蔵した空気調和装置におけるｉ動膨張弁
の故障検出装置に関する。

（従来の技術） 従来より、圧縮機（１）と該圧縮Ｒ（１）の運転周波数
を可変にしてその容量を調整するインバータ（１ａ）と
上記圧縮機（１）の容量に応じて開度変化する電動膨張
弁（５）とを備えて、能力を制御するようにした空気調
和装置は知られている（特開昭５８−２０５０５７号公
報参照）。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このような空気調和装置において、電動膨張
弁の駆動電子回路の故障あるいは電気回線の断線による
故障が生じて該電動膨張弁の制御に異常が生じた場合に
はその異常を検知できるが、電動膨張弁本体の不良ある
いは異物混入などによる電動膨張弁本体の動作不良につ
いては確実に検出する適当な方法が見出されていない。

例えば機械工作時の切屑混入、組立時の異物混入、ある
いは潤滑剤への異物混入等によって、電動膨張弁が開度
小の状態で動かなくなった時には空調能力の不足あるい
は特に冷房時には室内コイルに着霜が生ずるので比較的
感知されやすいが、開度大の状態で動かなくなった場合
には、異常が感知されるまでに冷媒液が圧縮機にまわり
、液圧縮によって圧縮機が破損するという危険が生ずる
。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、圧縮機の高容量運転時に、電動膨張弁が絞られ
た時にはその変化の前後で冷媒の状ｆの伍が変化するこ
とに着目し、上記状態量の変化の値から電動膨張弁の故
障を確実に検出し、圧縮機の破損を未然に防止すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１図
に示すように、圧縮機（１）と該圧縮機（１）の運転周
波数を可変にしてその容量を調整するインバータ（１ａ
）と電動膨張弁（５）とを備えた空気調和装置を対象と
する。そして、このような空気調和装置の電動膨張弁の
故障検出装置として、上記圧縮１ｆｆ（１）の容量が設
定値以上の運転時を検出する高容量検出手段（１１）と
、該高容量検出手段（１１）で検出された圧縮機（１）
の高容量運転時に、上記インバータ（１ａ）による圧縮
機（１）の容置調整を固定するとともに上記電動膨張弁
（５）の開度を大きく絞るように制御する制御手段（１
２）と、該制御手段（１２）の出力を受けて電動膨張弁
（５）の開度変化の前後における冷媒の状態量を検出す
る状態量検出手段（ＴＨ２）と、該状態量検出手段（Ｔ
　Ｈ２）で検出した状態量の変化が設定値以下のとき故
障信号を出力する判別手段（１３）とを備えたことにあ
る。

（作用） 以上の構成により、本発明では、圧縮機（１）の容量が
設定値以上に高くなる運転時期が高容量検出手段（１１
）によって検出されると、該高容量検出手段（１１）の
信号を受けた制御手段によつで上記圧ｗｉ機（１）の言
分がその状態に固定されるとともに、電動膨張弁（５）
の開度が大きく絞られる。この時、電動膨張弁（５）の
動作が正常に絞られると、上記電動膨張弁（５）の変化
の前後において、冷媒の状態量に設定値以上の変化が生
じ、これを判別手段（１３）により正常と判定される。

−方、電動膨張弁（５）の故障により開度が絞られずに
設定値以上の状態量の変化が生じないときには上記判定
手段（１３）によって故障と判定されるので、電動膨張
弁（５）の故障が検出され、特に開度の大きい状態で動
作不良を生じて圧縮機（１）の破損が生ずるのが有効に
防止される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基づいて詳
細に説明する。

第２図は本発明を適用した空気調和装置の冷媒配管系統
を示し、（Ａ）は室外ユニット、（Ｂ）は室内ユニット
であって、該室外ユニット（Ａ）には、周波数を可変に
するインバータ（１ａ）により容量が調整される圧縮機
（１）と、暖房運転時には第２図実線に示すごとく切換
わり冷房運転時には破線に示すごとく切換わる四路切換
弁（２）と、アキュムレータ（３）と、室外熱交換器（
４）と、冷媒流量を調整する電動膨張弁（５）とが主要
機器として、また上記室内ユニット（Ｂ）には室内熱交
換器（６）が主要機器として各々配設されており、上記
各主要Ｉ！ｌ器は冷媒配管（８）によってそれぞれ接続
されている。

また、（Ｔ［→１）は上記室内ユニット（Ｂ）の本体ケ
ーシングに配設される室温サーモスタット、（１０）は
空気調和装置のコントロールユニットである。

暖房運転時、冷媒の流れは実線矢印に示すようになり、
圧縮機（１）から吐出された冷媒は室内熱交換器（６）
にて熱交換を受けた後、電動膨張弁（５）によって絞り
作用を受けて室外熱交換器（４）で気化され、アキュム
レータ（３）を経て再び圧縮！ｆｆ（１）に還流される
。以上の冷媒の流れにおいて、上記コントロールユニッ
ト（１０）は、上記室温サーモスタット（ＴＨＩ）より
入力される室内温度と設定温度との偏差信号に応じて、
上記インバータ（１ａ）の周波数を調整する周波数信号
を出力するとともに、該周波数信号の値ｆに応じて上記
電ｌｊＪ膨張弁（５）の開度を調整するパルス信号を出
力する。

下記第１表は上記周波数信号値ｆと該パルス信号値Ｎと
の関係を示すものであり、上段はインバータ（１ａ）の
周波数信号値ｆ１中段は暖房運転時の周波数信号値ｆに
対応して出力されるパルス信号値Ｎ、下段は冷房運転時
に出力されるパルス信号値Ｎであって、いずれも周波数
信号値「の増大に応じて増大するようになされている。

第１表 次に、上記周波数信号に応じて出力周波数を可変にする
上記インバータ（１ａ）によって上記圧縮機（１）の容
Ｍが制御される一方、上記パルス信号を受けて上記電動
膨張弁（５）は第３図のグラフに示すようにその開度を
変化させる。第３図のグラフにおいて、横軸は電動膨張
弁（５）に入力されるパルス信号値Ｎ１縦軸は電動膨張
弁（５）の開度であって、パルス信号値Ｎの増大に応じ
て、開度がほぼリニアに増大するようになされており、
電動膨張弁（５）の開度により上記室外熱交換器（４）
での冷媒蒸発温度が適度の範囲に調整される。以上の手
順によって室温サーモスタット（ＴＨｌ）により検知さ
れる室内ユニット（Ｂ）の負荷の増減に応じて、圧縮１
ｍ（１）の容量が適切に制御されるようになされている
。

以上、暖房運転時について説明したが、冷房運転におい
ては、冷媒の流れが第２図破線矢印に示すごとくなり、
上記と同様に、室内ユニット（Ｂ）の負荷に応じて圧縮
機（１）の容」を適切に制御するようになされている。

さらに、第２図において、（ＴＨ２＞は上記圧縮機（１
）の吸入管側に配置される冷媒の状態量検出手段である
温度センサーであって、該温度センサーは冷媒の温度Ｔ
ｅを検出して冷媒湿度値信号を出力するものである。第
４図（イ）および（ロ）のグラフは暖房運転時において
、インバータ（１ａ）の周波数を固定し、上記パルス信
号値を変化させてｗｖ′Ｊ膨張弁（５）の開度を変化さ
せたときに、上記温度センサー（ＴＨ２）によって検出
される冷媒の温度Ｔｅの値を示したものであって、第４
図（イ）は周波数が９０Ｈ２のとき、第４図（ロ）は周
波数が３０Ｈ２のときのものである。第４図（イ）およ
び（ロ）に示されるように、周波数ｆが大きいすなわち
圧縮機（１）の運転容量が大きいときには、電動膨張弁
（５）の開度を絞ったときに生ずる冷媒温度の上昇が大
きく（冷媒の過熱度が大きくなる）、周波数ｆが小さい
すなわち圧縮機（１）の運転容量が小さいときには、電
動膨張弁（５・）の開度を絞っても冷媒温度はほとんど
変化しない。したがって、周波数ｆがある程度大きいと
きには、電動膨張弁（５）の開度を絞るパルス信号を出
力して、その時の冷媒温度の変化値を検知すれば、正常
に電動膨張弁（５）が作動したか否かを判定できる。以
上暖房運転時について説明したが冷房運転時にも同様で
ある。

第５図は通常運転時、上記室温サーモスタット（ＴＨＩ
）からの室内ユニット（Ｂ）の負荷信号に応じて制御さ
れる上記インバータ（１ａ〉の周波数ｆの変化の例を示
す。第５図に示される破線ｆ＝Ａは上記チエツク運転を
行うべき周波数ｆの下限を示し、本実施例はｆ＝７０Ｈ
ｚと設定され、連続して２分間ｆ〉７０となった時には
室内負荷が十分大きいと判定してチエツク運転に入るよ
うに設定されている。また、時間ｔ−Ｂの破線は圧縮機
（１）が連続運転して安定するまでの初期設定時間を示
し、本実施例では３０分に設定されている。

上記考察に基づき、電動膨張弁（５）の故障検出のため
のチエツク運転の手順を、第６図のフローチャートに基
づいて説明する。

第６図のフローチャートにおいて、まずステップＳ１で
圧縮機（１）が初回起動かどうかを判定　。

し、Ｎｏであればすでにチエツク運転済であるのでステ
ップＳ２の通常運転に進み、ＹＥＳであればステップＳ
３に移行する。ステップＳ３では第５図に示す上記初期
設定時間ｔ　＝３０　（分）を経過したか否かを判定し
、３０分を経過したＹＥＳとなってからステップＳ４に
移行する。次にステップＳ４で第５図のグラフに示され
るように周波数ｆが設定値ｆ　−７０（Ｈｚ　）より２
分間連続して大きいか否かを判定し、室内負荷が十分大
きいと判定できるＹＥＳとなってからステップＳ５に移
行し、異常判定手順に入る。

この・異常判定手順において、まずステップＳ５で時刻
ｔｏから第７図（イ）のグラフに示すように、室温サー
モスタット（Ｔ！−１１）から入力される室内ユニット
（Ｂ）の負荷信号を無視して周波数ｆをその時の値に保
持し、次にステップＳ６でこのときの上記温度センサー
（ＴＨ２）から検出される冷媒の温度ＴｅをＴｅ＋にセ
ットする。さらに、すぐにステップＳ７において第７図
（０）に示されるようにパルス信号値Ｎを強制的にｒＯ
Ｊにして電＃Ｊ膨張弁（５）の開度を「０」に絞るよう
に指令する。次に、ステップＳ８で再び冷媒温度Ｔｅを
測定した後、ステップＳ９においてＴＯ＋からＴｅへの
変化値（Ｔｅ　−７ｅ　Ｉ　）が電動膨張弁（５）の異
常の判定値Δ℃より小さいか否かを判定する。ここで、
判定値△ｔは第７図（ハ）に示されるように、パルス信
号値Ｎが「０」に変化させられた時刻ｔ１のときの上記
冷媒温度Ｔｅ＋に対して、電動膨張弁（５）が正常に作
動し開度ｒＯＪに絞られているならば当然生ずる冷媒温
度Ｔｅの変化値の下限であり、空気調和装置の容量、設
置状態等によって決定されるものである。ステップＳ９
において、上記変化値（Ｔｅ　−Ｔｅ　＋　）が判定値
Δを以上となるＮｏであれば、電動膨張弁（５）が正常
であると判断されてステップＳ２に移行して以後通常運
転に入る。−方、変化値（Ｔｅ−丁ｅ１）が判定値へｔ
より小さいＹＥＳであればステップＳ　１０に移行する
。

ステップＳ　ＩＱにおいては、第７図〈イ）に示される
ように周波数ｆの一定値に保持する時間は空温や空気調
和装置に対する悪影響を及ぼさない３分間と設定されて
おり、上記周波数ｆを一定値に保持した時刻ｔｏから上
記ステップＳ８およびＳｓの手順を３分間繰返した後、
３分経過後もステップＳ９での判定がＹＥＳであるなら
ばステップＳ１１に移行する。

ステップＳ　ｎにおいて、−Ｆ記ステップ８４〜Ｓ樽の
手順で、電動膨張弁（５）の異常判定手順をｙｎ統して
３回行ったか否かを判定し、ＮＯであればステップ３１
２に移行して−Ｈ周波数ｆの固定および電動膨張弁（５
）の開度の絞りを指令するパルス信号値Ｎ−０の固定を
解除し、室温サーモスタット（ＴＨｌ）の負荷信号に応
じて圧縮機（１）の容量を制御する解除運転に戻った後
、ステップＳ４に移行して再度上記と同様の手順でステ
ップＳ４〜Ｓ１ｏにおける電動膨張弁（５）の異常判定
手順を実行する。そして、上記ステップ８４〜Ｓ１０の
異常判定手順を３回実行してもなお、冷媒温度Ｔｅの変
化値（Ｔｅ　−Ｔｅ　ｌ　）が判定値△ｔより小さくス
テップＳ　１０における判定がＹＥＳであるときには、
電動膨張弁（５）の異常と判定する故障信号を出力して
、空気調和装置が停止される。

以上により、本実施例では、ステップＳ４によって圧縮
機（１）の高容囲運転時を検出する高容量検出手段（１
１）が構成され、ステップＳ５およびＳｓによって圧縮
機（１）の高容量状態を固定するとともに電動膨張弁（
５）の開度を絞るように制御する制御手段（１２）が構
成されている。

またステップＳ９．ＳＩＯ，および８ｕにより、上記状
態量検出手段（ＴＨ２）によって検出された電動膨張弁
（５）の開度が絞られる前後における蒸発温度の変化値
（Ｔｅ　　Ｔｅ　ｌ　）の大きさから電動膨張弁（５）
の故障の有無を判定する判別手段（１３）が構成されて
いる。

したがって、上記実施例においては、圧縮機（１）の運
転が安定した後、室内ユニット（Ｂ）の負荷が増大して
圧縮機（１）が高容量運転を持続し始めた時に、通常は
圧縮機（１）の容量増加にともない電動膨張弁（５）の
開度も大きくなるようにパルス信号値Ｎが増加するのを
強制的にＮ−０に設定するので、電動膨張弁（５）が正
常に作動するならば観測される第４図（イ）に示される
ようなパルス信号値Ｎの変化に伴う冷媒温ｒ！ＩＴｅの
上昇の有無によって電動膨張弁（５）の故障判定ができ
る。すなわち、冷媒温度Ｔｅの変化値がΔｔよりも小さ
いときには、電動膨張弁（５）が開度大のまま閉じ−な
くなっているか、あるい稈その前に開度小の状態で開か
なくなっているかの２通りであるので、いずれにしても
電動膨張弁く５）が異物等で作動しなくなっている故障
状態を検出しており、特に開度大のときにそのまま運転
を続行すると圧縮機（１）が破損するのを有効に防止し
ている。また、ステップＳ　ｏにおいて、異常判定手順
を３回繰返すので、電動膨張弁（５）に故障以外の偶発
的に生ずる他の原因によって冷媒温度Ｔｅの上昇が観測
されないときに、電動膨張弁（５）の故障と誤判定され
るのが有効に防止されている。

経験的に異物等による電動膨張弁（５）の動作不良はほ
とんど運転開始直後に生ずることが知られているので、
以上の異常判定手順による′ＦＦｉ動膨張弁（５）の故
障チエツク運転は、上記実施例のように起動後圧縮機（
１）の運転が安定した時点で毎日１回行うのが効果的で
あるが、その回数および時期については空気調和装置の
容重、据付状態等に応じて任意に定めることができる。

また上記実施例では室外ユニット（Ａ）に単数の室内ユ
ニット（Ｂ）が接続されている例について述べたが、複
数の室内ユニットが接続されるマルチ型式の空気調和装
置についても同様に適用される。

また、本実施例では、冷媒の状態量検出手段としての温
度センサーを圧縮機の吸入管に取り付けて吸入ガスの温
度変化を検出するようにしているが、温度センサーの代
わりに、圧力センサーで、圧力の変化（圧力の変化を温
度変化に変換した場合には温度変化）を検出してもよい
。

また、温度センサーの取付位置は、吸入管に拘わらず、
室内熱交換器、室外熱交換器に取り付けてもよく、この
場合には、冷媒の蒸発温度（飽和温度）の変化を検出し
てもよいものである。

また、電動膨張弁（５）は、本実施例のごとく、周波数
ごとに開度を設定するものの他、蒸発器となる熱交換器
の出口の過熱度を検出して、この過熱度を一定にするよ
うに開度制御される電ｖＪ１Ｂ！張弁でもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、圧縮機の高容量
運転時に、その高官ω運転状態を維持しつつ電動膨張弁
の開度を絞って、該その開度変化の前後における冷媒温
度Ｔｅの変化値の大きさによって電動膨張弁の異常判定
を行うようにしたので、電動膨張弁の故障を検出するこ
とができ、特に開度が大きい状態での異物等による動作
不良を確実に検出でき、１Ｆｉ肋膨張弁の動作不良によ
る圧縮機の破損を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図〜第７図は本発明の実施例を示し、第２図はその
冷媒配管系統図、第３図は電動膨張弁（５）の開度とパ
ルス信号ｉａ　Ｎとの関係を示すグラフ、第４図（イ）
および（ロ）はそれぞれ周波数ｆを９０Ｈ２および３０
Ｈ７に固定したときの暖房時のパルス信号値Ｎに対する
冷媒温度Ｔｅの変化を示すグラフ、第５図は運転時の時
間（の推移に対する周波数ｆの変化を示すグラフ、第６
図は電動膨張弁（５）の故障検出のためのチエツク運転
の手順を示すフローチャート、第７図（イ）、（ロ）お
よび（ハ）はそれぞれ異常チエツク運転時の時ＩＪｔの
推移に対する周波数ｆ、パルス信号ｆｆｆｌＮおよび冷
媒温度Ｔｅの変化を示すグラフである。 （１）・・・圧縮機、（１ａ）・・・インバータ、（５
）・・・電動膨張弁、（１１）・・・高容量検出手段、
（１２）・・・制皿手段、（１３）・・・判別手段、（
ＴＨ２）・・・温度センサー（状態量検出手段）。 刊＝麺＝ニー− 特　許　出　願　人　ダイキン工業株式会社ｒ＋１’３
ｉ：、′Ｆ”ｊ゛。 ・−３“　′−゛、。 代　　　　　理　　　　　人　　　　前　　１）　　　
　弘　　　　ニー、４．、、　　□′・−し＋１−〜− 第３図 第５図 （ロ） 第４図 バノンス侶号イ通　Ｎ 第７図 時間ｔ ｆ闇　　ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（１）と該圧縮機（１）の運転周波数を可
   変にしてその容量を調整するインバータ（１ａ）と電動
   膨張弁（５）とを備えた空気調和装置において、上記圧
   縮機（１）の容量が設定値以上の運転時を検出する高容
   量検出手段（１１）と、該高容量検出手段（１１）で検
   出された圧縮機（１）の高容量運転時に、上記インバー
   タ（１ａ）による圧縮機（１）の容量調整を固定すると
   ともに上記電動膨張弁（５）の開度を大きく絞るように
   制御する制御手段（１２）と、該制御手段（１２）によ
   る電動膨張弁（５）の開度変化の前後における冷媒の状
   態量を検出する状態量検出手段（ＴＨ２）と、該状態量
   検出手段（ＴＨ２）で検出した状態量の変化が設定値以
   下のとき故障信号を出力する判別手段（１３）とを備え
   たことを特徴とする空気調和装置の電動膨張弁の故障検
   出装置。