JP2005282947A

JP2005282947A - 空気調和機のモニタリング装置

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Publication number: JP2005282947A
Application number: JP2004097485A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kunida; 拓国田; Tsukasa Kasagi; 司笠木; Tadahiro Kato; 忠弘加藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】モニタリング装置を使用することによって、特別のセンサ類等の新たな計測装置を設けることなく、空気調和機の運転状態及び性能（入力、空調能力等）をモニタリングすること。
【解決手段】エンジンの燃料流量又は電力等を稼動状態量として入力推定手段に出力し、
当該出力信号を受けた入力推定手段が、データベースに記憶されたエンジン又は電動モータの特性値をもとにエンジン又は電動モータの入力を推定する。入力推定手段からの入力推定値及び能力推定手段からの能力推定値を受けた制御装置は、空調制御指令値をもとに、空気調和機の運転状態及び性能を演算し、デイスプレイに図表化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機のモニタリング装置に係り、特に、空気調和機の性能をモニタリングするモニタリング装置に関する。

従来より、空調制御におけるエネルギー消費量を抑制するべく空調負荷の推定を行うなど、空気調和機の運転状況をモニタする技術が用いられてきている（例えば、特許文献１参照）。

また、一般に熱交換を行なうことにより熱搬送が実現されるため、冷媒回路における圧力や温度などを検出するセンサ類を設けて運転状況を把握する構成が採用されてきている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−１７４２８４号公報（第２−３頁、第１図）特開２００３−３１４９３３号公報（第４−６頁、第２−３図）

しかし、空調能力の算出は、一般にモリエル線図で表される相関に基づきなされるため、湿度、冷媒流量、圧力などの状態量をセンサで取得しなければならない。このため、特別に各種センサを備えた空気調和機であれば容易に運転状況を把握することはできるが、コスト等の観点からセンサを搭載していない一般の空気調和装置などでは、その性能のモニタリングを行なうことはできなかった。

そこで、本発明は、特別のセンサ類を設けることなく、空気調和機の運転状態及びその性能（入力、空調能力等）をモニタリングすることができる空気調和機のモニタリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る空気調和機のモニタリング装置は、空気調和機が備える圧縮機の稼動状態量を取得する稼動状態量取得手段と、当該稼動状態量取得手段が取得した稼動状態量と空気調和機への入力推定値とを対応付ける入力推定用データベースと、空調制御指令値と能力推定値とを対応付ける能力推定用データベースと、データベースを参照して稼動状態量に基づき入力推定値を推定する入力推定手段と、データベースを参照して空調制御指令値に基づき能力推定値を推定する能力推定手段と、前記入力推定値と能力推定値とを取得し、外部へ送信する制御装置と、を有することを特徴とするものである。

このような空気調和機のモニタリング装置によれば、冷媒回路の状態量を取得する特別なセンサを用いることなく、圧縮機を制御するために検知しなければならない必須の取得状態量である圧縮機の稼動状態量に基づき入力推定値と能力推定値を取得できる。

上記の空気調和機のモニタリング装置においては、前記稼動状態量は、前記圧縮機における冷媒圧縮動力制御量であることが好ましい。これにより、空調能力を直接的に支配する動力制御量を能力判断の状態量に用いるのでより確実な能力推定値を取得することができる。なお、具体的な冷媒圧縮動力制御量としては、圧縮機を稼動させるエンジンの燃料流量またはモータの電流量などがあり、空気調和機の構成に応じて単独または組合せによる制御が可能である。

また、上記の空気調和機のモニタリング装置においては、前記稼動状態量は、前記圧縮における冷媒圧縮の際の排熱量であっても好適に機能する。これにより、状態量としてセンシングが容易な排熱量を能力判断の状態量に用いるのでより簡便に能力推定値を取得することができる。なお、具体的な排熱量としては、圧縮機を稼動させるエンジンの冷却水の水温またはモータ内部の要素温度などがあり、空気調和機の構成に応じて単独または組合せによる制御が可能である。

上述した本発明の空気調和機のモニタリング装置によれば、特別のセンサ類を設けることなく、空気調和機の運転状態及びその性能（入力、空調能力等）をモニタリングすることができるという効果を奏する。
また、空気調和機が備える圧縮機の稼動状態量をモニタリングに用いることにより、通常の空調制御に用いる情報取得機構を流用することができるので、装置構成をいたずらに複雑化することなくモニタリングを実現できるという効果を奏する。

〔第一実施形態〕
以下、本発明に係る空気調和機のモニタリング装置１００の第一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るエンジン駆動式空気調和機とその性能モニタリング装置１００の系統図である。

エンジン１は、圧縮機２に直結されており、エンジン１が動力源となって圧縮機２を駆動させる。エンジン１は、燃料経路により燃料供給装置２０と接続されている。燃料経路２２には燃料流量計２１が設けられており、燃料流量計２１は冷媒圧縮動力制御量であるエンジン１の単位時間あたりの燃料流量を稼動状態量として出力する。したがって、本実施形態では燃料流量計２１が、稼動状態量取得手段として機能する。
また、エンジン１の冷却水循環系の入口及び出口には、冷却水入口温度センサ３１及び冷却水出口温度センサ３２が設けられている。

空気調和機の運転操作パネル５０には、温度設定器５１、風量設定器５２が配設されており、設定された各設定信号は空気調和機の制御装置４０に入力される。
制御装置４０に入力された各設定値は、制御装置４０に内蔵される空調制御指令値演算手段４１に入力される。空調制御指令値演算手段４１は、上記信号入力と室内熱交換器６に設けられた吸込空気温度センサ６１及び吹出空気温度センサ６２等の空気調和器側の信号入力から空調制御指令値を演算し、演算した空調制御指令値を出力信号として制御手段４２に出力する。

制御手段４２は、上記空調制御指令値に基づいてエンジン１、四方弁３、絞り機構５、図示しない室外ファンモータ及び室内ファンモータ等を所定値に駆動制御することによって、空気調和機の能力を調整し、室内空気を快適な条件に維持する。

モニタリング装置１００は、制御装置１０１、入力推定手段１０２、能力推定手段１０３、空気調和機の特性値、エンジンの特性値及び電動モータの特性値を記憶したデータベース１０４、入力推定用データ集録装置１０５ａ、能力推定用データ集録装置１０５ｂ、デイスプレイ１０６、記憶装置１０７等で構成されている。
ここで、データベース１０４は、入力推定手段１０２に参照される入力推定用データベースと、能力推定手段１０３に参照される能力推定用データベースを一体または別体で備える構成を採用する。

入力推定用データ集録装置１０５ａは、燃料流量計２１から出力されるエンジン１の単位時間当たりの燃料流量を読み込み、入力推定手段１０２に出力する。入力推定手段１０２は、データベース１０４に記憶されたエンジン１の特性値を受けてエンジン１の入力を推定し、その入力推定値を制御装置１０１に出力する。なお、入力推定手段１０２は、燃料流量計２１から出力されるパルス信号を直接読みこみ、燃料の種類、温度、圧力等の情報を加えて燃料消費量（ｋＷ）を算出するものであり、データベース１０４に記憶された燃料流量と入力との相関を対応付ける入力推定用データベースを用いて算出する。すなわち、間接的にエンジン１の燃料消費特性値を記憶する入力推定用データベースを参照して、その相関から入力を推定する方式を採用している。

本実施形態においては、稼動状態量として、冷媒圧縮動力制御量である燃料流量を利用して説明したが、本実施例の変形例として、稼動状態量取得手段にエンジン１の冷却水入口温度センサ３１及び冷却水出口温度センサ３２を利用し、冷媒圧縮の際の排熱量である冷却水入口温度及び冷却水出口温度を用いてエンジン１の入力推定を行うことも可能である。これは、圧縮機２の稼動状態はエンジン１の駆動状態により推定することができるためであり、このエンジン１の駆動状態は冷却水温度と密接に関係するからである。

また、能力推定用データ集録装置１０５ｂは、空気調和機の制御装置４０から出力される空調制御指令値を読み込み、能力推定手段１０３に出力する。能力推定手段１０３は、上記空調制御指令値の演算の基準となった空気調和機からの信号と、データベース１０４に記憶された空気調和機の能力と信号とを対応付ける能力推定用データベースに格納された特性値を受けて空気調和機の能力を推定し、その能力推定値を制御装置１０１に出力する。

入力推定手段１０２からの入力推定値及び能力推定手段１０３からの能力推定値を受けた制御装置１０１は、空気調和機の制御装置４０から能力推定用データ集録装置１０５ｂを経由して入力される空調制御指令値を必要に応じて参照し、空気調和機の運転状態及び性能を演算し、デイスプレイ１０６または記憶装置１０７に出力する。そして、当該出力に基づきデイスプレイ１０６に図表化される。記憶装置１０７は、時系列毎の各種データを dat, csv, xls, txt 等のファイル形式、あるいはバイナリデータで記憶する装置であり、後に過去のデータを再度ディスプレイ１０６あるいは外部のデータ出力装置に表示するためのデータを保有する。
ここで記憶装置１０７に記憶されるデータとは、時間、データ集録装置に収録された各種計測データ（外気温度、設定温度、空調制御指令値、冷媒高低圧等）と、演算結果（燃料消費量、能力、COP等）である。

続いて、デイスプレイ１０６に表示される空気調和機の運転状態及び性能の表示例を図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を用いて説明する。

図３（Ａ）は、空調制御指令値に対応する空気調和機の運転時間頻度ヒストグラムと、能力及び能力入力比（ＣＯＰ）を示す図であり、図３（Ｂ）は外気温度と設定温度の差（設定温度偏差）に対応する空気調和機の運転時間頻度ヒストグラムと動力（入力）を示す図である。なお、例として図３（Ａ）においてヒストグラムは３種類示しているが、それぞれ、運転時間頻度ヒストグラム、能力と時間を積算し仕事を示したヒストグラム、燃料消費量と時間を積算しエネルギー熱量を示したヒストグラムである。また、図３（Ａ）における能力および能力入力比（ＣＯＰ）を表す曲線に関しては、実際にはある時間における１回の演算で１点が決まる個々の点の集まりで構成され、ここでは理想的にそれらの点の集合によりそれぞれ１本の曲線で示しているが、実際にはばらつきを持つ点の集まりで示される。また、図３（Ｂ）における動力を示すグラフに関しても、実際にはある時間における１回の演算で１点が決まる個々の点の集まりで構成され、ここでは理想的にそれらの点の集合により１本の曲線で示しているが、実際にはばらつきを持つ点の集まりで示される。

次に、本発明の第二実施形態について図２を用いて説明する。図２は、本発明の第二実施形態に係る電動モータ駆動式空気調和機と性能モニタリング装置１１０の系統図の部分図である。図２において、本実施形態にかかる空気調和機の基本的な構成は上記第一の実施形態と同様であり、同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、これらの構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２において、１１は電動モータ１２で駆動される電動モータ駆動式圧縮機である。電動モータ駆動式圧縮機１１には、圧縮機構部１３が備えられている。また、電源３４から電動モータ１２への電源経路には電力計３５が設けられており、電力計３５は、冷媒圧縮動力制御量である電力を稼動状態量として出力する。したがって、電力計３５は稼動状態量取得手段として機能する。

当該電動モータ駆動式空気調和機は、前記エンジン駆動式空気調和機の場合と同様に、操作パネル５０によって運転条件が設定されると、制御装置４０によって空気調和機の能力が調整され、室内空気を快適な条件に維持するよう運転制御される。

モニタリング装置１１０における入力推定用データ集録装置１０５ｃは、電力計３５から出力される電動モータ駆動式圧縮機１１の電動モータ１２の電力出力信号を読み込み、入力推定手段１０２に出力する。電力出力信号を受けた入力推定手段１０２は、データベース１０４に記憶された電動モータ１２の特性値をもとに電動モータ１２の入力を推定し、その入力推定値を制御装置１０１に出力する。なお、本実施形態に係る入力推定手段１０２は電力出力信号を直接読みこむものであるため、電力出力信号と入力とを対応付けて記憶する入力推定用データベース構造を採用する。すなわち、入力推定手段１０２は、電力出力信号（パルス）を入力に換算する際に間接的に相関をみてデータベース１０４を参照して、電動モータ１２の特性値をもとに電動モータ１２の入力を推定する。

本実施形態においては、稼動状態量として、冷媒圧縮動力制御量である電力を利用して説明したが、本実施例の変形例として、稼動状態量取得手段に電動モータ１２のコイル温度センサ３３を利用し、冷媒圧縮の際の排熱量である電動モータ１２のコイル温度を用いて電動モータ１２の入力推定を行うことも可能である。これは、圧縮機１１の稼動状態は電動モータ１２の駆動状態により推定することができるためであり、この電動モータ１２の駆動状態は電動モータ１２のコイル温度と密接に関係するからである。

また、能力推定用データ集録装置１０５ｂは、空気調和機の制御装置４０から出力される空調制御指令値を読み込み、能力推定手段１０３に出力する。能力推定手段１０３は、上記空調制御指令値の演算の基準となった空気調和機からの入力と、データベース１０４に記憶された空気調和機の特性値を受けて空気調和機の能力を推定し、その能力推定値を制御装置１０１に出力する。

入力推定手段１０２からの入力推定値及び能力推定手段１０３からの能力推定値を受けた制御装置１０１は、空気調和機の制御装置４０から能力推定用データ集録装置１０５ｂを経由して入力される空調制御指令値をもとに、空気調和機の運転状態及び性能を演算し、デイスプレイ１０６及び記憶装置１０７に出力する。そして、当該出力がデイスプレイ１０６に図表化される。

以上のような構成により、モニタリング装置１００又は１００aを使用することによって、特別のセンサ類等の新たな計測装置を設けることなく、市場で運転実用されているエンジン駆動式空気調和機及び電動モータ駆動式空気調和機の運転状態及び性能（入力、空調能力等）をモニタリングすることができる。

また、利用者自身が上記空気調和機の運転状態及び性能を把握することができるので、設定温度を変更する等の省エネ運転を行う場合の目安にも利用することできる。

本発明に係るエンジン駆動式空気調和機と性能モニタリング装置の系統図である。本発明に係る電動モータ駆動式空気調和機と性能モニタリング装置の系統図の部分図である。本発明に係る性能モニタリング装置のデイスプレイの表示例である。従来のエンジン駆動式空気調和機の系統図である。

符号の説明

１エンジン
２エンジン駆動式圧縮機
３四方切替弁
４室外熱交換器
５絞り機構
６室内熱交換器
７アキュムレータ
８ラジエータ
９冷却水循環ポンプ
１０クラッチ
１１電動モータ駆動式圧縮機
１２電動モータ
１３圧縮機構部
２０燃料供給装置
２１燃料流量計
２２燃料経路
３１冷却水入口温度センサ
３２冷却水出口温度センサ
３３コイル温度センサ
３４電源
３５電力計
４０制御装置
４１空調制御指令値演算手段
４２制御手段
５０運転操作パネル
５１温度設定器
５２風量設定器
６１吸込温度センサ
６２吹出温度センサ
１００,１１０モニタリング装置
１０１制御装置
１０２入力推定手段
１０３能力推定手段
１０４データベース
１０５ａ,１０５ｂ,１０５ｃデータ集録装置
１０６デイスプレイ
１０７記憶装置

Claims

空気調和機が備える圧縮機の稼動状態量を取得する稼動状態量取得手段と、当該稼動状態量取得手段が取得した稼動状態量と空気調和機への入力推定値とを対応付ける入力推定用データベースと、空調制御指令値と能力推定値とを対応付ける能力推定用データベースと、入力推定用データベースを参照して稼動状態量に基づき入力推定値を推定する入力推定手段と、能力推定用データベースを参照して空調制御指令値に基づき能力推定値を推定する能力推定手段と、前記入力推定値と能力推定値とを取得し、外部へ送信する制御装置と、を有することを特徴とする空気調和機のモニタリング装置。
前記稼動状態量は、前記圧縮機における冷媒圧縮動力制御量であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機のモニタリング装置。
前記稼動状態量は、前記圧縮における冷媒圧縮の際の排熱量であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機のモニタリング装置。