JP2006162236A - 空気調和機の冷媒量検出装置およびその方法 - Google Patents

空気調和機の冷媒量検出装置およびその方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 冷媒量を数値化して表示することで、一般の消費者が容易に確認できる空気調和機の冷媒量検出装置およびその方法を提供する。
【解決手段】 空気調和機の運転を制御するための複数の状態量情報を提供する状態量情報提供部と;前記状態量情報を用いて冷媒量をファジー推論し、前記冷媒量の適正程度を表示するための動作を制御するファジー制御部３００と;前記ファジー制御部３００の制御によって冷媒量の適正程度を表示する表示部４００とを含んで空気調和機の冷媒量検出装置を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機の冷媒量検出装置およびその方法に関するもので、詳しくは、空気調和機の運転を制御するための状態変数に基づいてファジー推論して冷媒量を検出する空気調和機の冷媒量検出装置およびその方法に関するものである。
一般に、空気調和機は、圧縮機を備えた室外機とルームに設置する室内機との間に連結されて冷媒流れを案内する冷媒配管と、熱交換を行う熱交換器と、から構成されており、冷媒が冷/暖房サイクルの動作により冷媒配管を通して循環しながら、熱交換器で熱交換を行う装置である。
このとき、空気調和機の冷房または暖房運転を安定的に行うためには、冷媒回路に適正量の冷媒を充填すべきである。
従来は、空気調和機の冷媒量を確認するために、冷媒回路の高圧側サービスバルブおよび低圧側サービスバルブを開放し、マニホールドゲージにより高圧側および低圧側の圧力をそれぞれ測定した後、その測定結果を用いてサービスマンの経験によって冷媒量を判断した。しかしながら、この方式によると、熟練したサービスマンは冷媒回路の冷媒量の適正可否を判断できるが、一般の消費者が冷媒量を知ることは困難であった。
また、空気調和機を設置した後、冷媒漏洩が発生する場合、冷媒が不足して不安定な運転が行われる。しかしながら、熟練したサービスマンであっても、冷媒がどの程度不足するかを知ることはできなかった。
また、暖房運転時は、高圧側および低圧側のサービスバルブを開放して圧力測定することが不適切であるため、マニホールドゲージを用いて冷媒量を検出することが困難であった。
一方、従来は、凝縮器の温度に基づいて冷媒量を判断する方法、圧縮機の吐出温度と吸入温度との差に基づいて冷媒量を判断する方法などが開示されているが、これら方法によると、冷媒量の適正、過多、不足のうちいずれか一つを決定する情報が得られるだけで、冷媒量が適正でない場合、どの程度の不足または過多であるかを知ることはできなかった。
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたもので、冷媒量を数値化して表示することで、一般の消費者が容易に確認できる空気調和機の冷媒量検出装置およびその方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は、少なくとも一つの室内機および 室外機を備えた空気調和機であって、前記空気調和機の運転を制御するための複数の状態量情報を提供する状態量情報提供部と;前記状態量情報を用いて冷媒量をファジー推論し、前記冷媒量の適正程度を表示するための動作を制御するファジー制御部と;前記ファジー制御部の制御によって冷媒量の適正程度を表示する表示部とを含むことを特徴とする。
前記ファジー制御部は、前記冷媒量の適正程度を数値化することを特徴とする。
前記室内機の運転を制御するための状態量情報は、室内温度、室内熱交換器の入口温度および出口温度、室内電子膨脹バルブの開度のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
前記室外機の運転を制御するための状態量情報は、圧縮機の吐出温度、圧縮機の吸入温度、室外熱交換器の配管温度、室外熱交換器の出口温度、室外温度、室外電子膨脹バルブの開度、高圧センサの測定圧力、低圧センサの測定圧力のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
前記状態量情報提供部は、前記室内機の運転を制御する室内制御部と、前記室外機の運転を制御する室外制御部とを含み、前記ファジー制御部は、前記室外制御部を通して前記状態量情報の入力を受けることを特徴とする。
前記ファジー制御部は、状態変数をファジー化するファジー化器と、前記ファジー化器の出力によってルールベースの冷媒量変数をマッチングするルールベースマッチング器と、前記ルールベースマッチング器によりマッチングされた冷媒量変数を用いてファジー推論するファジー推論器と、前記ファジー推論器によりファジー推論したファジー量を用いて冷媒量を数値化する非ファジー化器とを含むことを特徴とする。
前記ファジー化器は、前記状態変数ごとにファジー化するためのメンバーシップ関数を有することを特徴とする。
前記ルールベースマッチング器は、前記状態変数を用いて前提部および結論部をファジー命題として表現したファジー規則によって予め作成されたルールベースを備えることを特徴とする。
前記ルールベースマッチング器は、複数のルールベースを備える場合、該当のルールベースごとにマッチングされた冷媒量変数を出力することを特徴とする。
前記ファジー推論器は、前記ルールベースマッチング器から出力する冷媒量変数の入力を受け、最大−最小演算法を適用してファジー推論することを特徴とする。
前記非ファジー化器は、ファジー推論したファジー量によって冷媒量を数値化するためのメンバーシップ関数を備えることを特徴とする。
前記表示部は、数値化した冷媒量を百分率で表示することを特徴とする。
また、前記目的を達成するために、本発明は、室内機と室外機とを連結する冷媒配管を循環する冷媒量を検出するための空気調和機であって、前記冷媒量を検出するための命令が入力されたかどうかを判断し、前記冷媒量を検出するための命令が入力された場合、前記空気調和機の運転を制御するための状態量情報をファジー化し、前記状態情報を用いて表現するファジー規則によって予め構築したルールベースで前記ファジー化した結果に対応する冷媒量変数をマッチングし、前記マッチングされた冷媒量変数に基づいてファジー推論し、前記ファジー推論した推論量によって冷媒量を数値化し、前記数値化した冷媒量を表示することを特徴とする。
前記状態量情報のファジー化は、予め作成されたメンバーシップ関数の言語的ファジー集合のうちいずれの構成要素に対応するかを比較し、その比較結果、対応する言語的ファジー集合の構成要素を出力することを特徴とする。
本発明は、空気調和機の運転を制御するための状態量情報をファジー推論して冷媒量を数値で表示することで、一般の消費者により、冷媒量の適正可否だけでなく、冷媒量が適正でない場合の過多または不足した分量が容易に確認できるという効果がある。
また、冷媒量を点検する必要があるとき、冷媒点検キーを用いて簡便に冷媒量を検出することで、暖房運転にも無理なく適用できるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
本発明による空気調和機の冷媒量検出装置は、図１に示すように、複数の室内機１００-１,１００-２と室外機２００とを連結したマルチ空気調和機に適用されるが、これに限定されることなく、室外機と一つの室内機とを連結した空気調和機にも適用される。
室内機１００-１,１００-２は、ルームに設置した室内機の全般的な動作を制御するための室内制御部１００,１１０を含む。また、これら室内制御部１００,１１０は、室内熱交換器の入口温度センサ１０１,１１１、室内熱交換器の出口温度センサ１０２,１１２、室内温度センサ１０３,１１３、室内電子膨脹バルブ１０４,１１４、室内ファン１０５,１１５、室内温度設定器１０６,１１６と電気的に連結される。
室内制御部１００,１１０は、室内機の運転を制御するための状態量情報としての室内温度および設定温度、室内熱交換器の入口温度および出口温度、室内電子膨脹バルブの開度に関する情報を室外機に伝送する。
室外機２００は、室外機２００の全般的な動作を制御する室外制御部２１０を含む。また、この室外制御部２１０は、室内機の室内制御部と通信することで、各ルームの室内温度および設定温度、室内熱交換器の入口温度および出口温度、室内電子膨脹バルブの開度に関する情報を受ける。
また、室外制御部２１０は、入力部２２０、圧縮機の吐出温度センサ２２１、圧縮機の吸入温度センサ２２２、室外熱交換器の配管温度センサ２２３、室外温度センサ２２４、室外熱交換器の出口温度センサ２２５、室外電子膨脹バルブ２２６、高圧センサ２２７および低圧センサ２２８と電気的に連結される。
室外制御部２１０は、室内制御部から受けた状態量情報の他に、室外機の運転を制御するための状態量情報としての圧縮機の吐出温度および吸入温度、室外熱交換器の配管温度、室外温度、室外電子膨脹バルブの開度、高圧センサおよび低圧センサの測定圧力に基づいて空気調和機を制御するための制御信号を駆動部２３０に出力し、圧縮機２４０、室外電子膨脹バルブ２５０および室外ファン２６０を駆動する。また、室外制御部２１０は、状態量情報をファジー制御部３００に提供する。
入力部２２０は、空気調和機を運転するための各種操作キーの他に、冷媒量を点検するための冷媒点検キー２２０-１を含む。
冷媒回路を循環する冷媒量を確認する必要がある場合、使用者は、冷媒点検キー２２０-１を手動で操作する。これによって、室外制御部２１０は、入力部２２０から冷媒点検キー信号を受け、状態量情報をファジー制御部３００に提供する。ここで、状態量情報は、室内機と室外機との間を連結する冷媒配管を循環して流れる冷媒量を検出するのに要求されるもので、室内機から受けた情報および室外機で自体的に得た情報の全てを含む。すなわち、状態量情報は、前述した室内温度、室内熱交換器の入口温度および出口温度、室内電子膨脹バルブの開度、圧縮機の吐出温度および吸入温度、室外熱交換器の配管温度および出口温度、室外温度、室外電子膨脹バルブの開度、高圧センサおよび低圧センサの測定圧力である。
ファジー制御部３００は、室外制御部を通して受けた状態量情報に基づいてファジー推論して冷媒量を検出し、この検出した冷媒量を数値化して表示部４００に提供する。また、表示部４００は、数値化した冷媒量を表示する。
ファジー制御部は、図２に示すように、ファジー化器３１０、ルールベースマッチング器３２０、ファジー推論器３３０および非ファジー化器３４０を含む。
ファジー化器３１０は、状態変数別にメンバーシップ関数を予め作成しておき、このメンバーシップ関数を用いて現在入力される各状態変数をファジー化(fuzzification)する。
ここで、メンバーシップ関数は、状態変数の意味を言語的に表現するための言語的ファジー集合を用いて作成するが、このような言語的ファジー集合には、例えば、“やや低い”、“適正である”、“やや高い”などがある。
図３Ａは、冷房運転時、室外熱交換器の配管温度に対するメンバーシップ関数を示した図で、この関数は、３個の言語的ファジー集合(Ｌ,Ｍ,Ｈ)により構成される。図３Ｂは、高圧センサの測定圧力に対するメンバーシップ関数を示した図で、この関数は、６個の言語的ファジー集合(ＮＮＬ,ＮＬ,Ｌ,Ｍ,Ｈ,ＰＨ)により構成される。図３Ｃは、圧縮機の吐出温度に対するメンバーシップ関数を示した図で、この関数は、５個の言語的ファジー集合(ＮＬ,Ｌ,Ｍ,Ｈ,ＰＨ)により構成される。図３Ｄは、低圧センサの測定圧力に対するメンバーシップ関数を示した図で、この関数は、２個の言語的ファジー集合(Ｌ,Ｈ)により構成される。図３Ｅは、圧縮機の吸入温度に対するメンバーシップ関数を示した図で、この関数は、５個の言語的ファジー集合(ＮＬ,Ｌ,Ｍ,Ｈ,ＰＨ)により構成される。
ファジー化器３１０は、入力された状態変数が予め作成されたメンバーシップ関数の言語的ファジー集合のうちいずれに対応するかを比較し、その比較結果、入力された状態変数に対応する言語的ファジー集合の構成要素をルールベースマッチング器３２０に印加する。すなわち、ファジー化器３１０は、状態変数別に対応する言語的ファジー集合の構成要素をルールベースマッチング器に印加する。
ルールベースマッチング器３２０は、状態変数別に言語的ファジー集合の印加を受け、この印加された状態変数の言語的ファジー集合と予め構築したルールベースの冷媒量変数とをマッチングし、このマッチングされた冷媒量変数をファジー推論器３３０に印加する。ここで、冷媒量変数は、複数個に区分されており、例えば、“適正”/“２０％不足”/“２０％過多”/“４０％不足”/“４０％過多”などがある。
ルールベースは、ファジー規則によって予め構築し、このファジー規則は、前提部および結論部をファジー命題として表現した文章(If-then statement)にする。ここで、ルールベースの個数は、必要に応じて増減するが、複数のルールベースを有する場合、該当のルールベースごとに相異なるファジー規則を適用する。
図４に示すように、ファジー規則３２０-１,３２０-２,３２０-３,３２０-４に対応してルールベース３２１-１,３２１-２,３２１-３,３２１-４を構築する。その一つであるファジー規則３２０-１は、ファジー命題を一つの関係Ｒｉと見なし、“第１状態変数Ｕ１ｉがＡ１ｉで、第２状態変数Ｕ２ｉがＡ２ｉで、第３状態変数Ｕ２ｉがＡ３ｉである場合、冷媒量変数ＯｉがＷｉである。”と表現したものである。これは、例えば、“室外温度が高く、室内温度がやや高く、圧縮機の吐出温度が高いと、冷媒量が不足する。”というファジー命題を表現したものである。
ファジー規則３２０-１に対応するルールベース３２１-１を予め構築した条件で、ファジー化器３１０から入力される第１、第２および第３状態変数Ｕ１,Ｕ２,Ｕ３の言語的ファジー集合がそれぞれ“large”、”middle”、“large”である場合、“fault１”にマッチングされ、このマッチングされた“fault１”は、ファジー推論器３３０に印加される。
このように、他のルールベース３２１-２,３２１-３,３２１-４も、該当のファジー規則に適用する状態変数の言語的ファジー集合に基づいてマッチングされた冷媒量変数をそれぞれファジー推論器３３０に印加する。
ファジー推論器３３０は、ルールベースマッチング器３２０から受けた冷媒量変数によって冷媒量をファジー推論するが、冷媒量が適正でない状態であると、冷媒の過多または不足した分量に対応するファジー量を推論し、この推論したファジー量を非ファジー化器３４０に印加する。このようにファジー推論するときは、最小-最大演算法(Min-Max Method)を適用する。
非ファジー化器３４０は、ファジー量および冷媒量を数値化するためのメンバーシップ関数の言語的ファジー集合を比較し、ファジー量に該当する言語的ファジー集合を決定する。図５は、ファジー量によって決定されたメンバーシップ関数の言語的集合が“twenty(適正冷媒量の２０％)”に該当する場合を示した図である。非ファジー化器３４０は、数値化した冷媒量に対する情報を表示部４００に印加する。また、表示部４００は、非ファジー化器３４０から受けたメンバーシップ関数の言語的集合を解析し、この解析した冷媒量を数値として、例えば“-８０％”に表示する。これによって、一般の消費者は、冷媒量の適正可否だけでなく、過多または不足した分量の冷媒量をも容易に認識できる。
以下、このように構成された本発明による空気調和機の冷媒量検出方法を説明する。
まず、室外機と複数の室内機とを連結する冷媒配管を循環する冷媒量を点検するために、一般の消費者により入力部２００の冷媒点検キー２２０-１を操作した場合、冷媒点検キー信号が室外制御部２１０に印加される(図６の５０１)。
次いで、冷媒点検キー信号が印加されたことを認識した場合、室外制御部２１０では、空気調和機の運転状態を指示する状態量情報をファジー制御部３００に提供する。ここで、状態量情報には、室内機から受けた状態量情報としての室内温度、室内熱交換器の入口温度および出口温度、室内電子膨脹バルブの開度などがあり、室外機が自体的に得た状態量情報としての圧縮機の吐出温度および吸入温度、室外熱交換器の配管温度および出口温度、室外温度、室外電子膨脹バルブの開度、高圧センサおよび低圧センサの測定圧力などがある。
次いで、ファジー化器３１０は、現在入力される状態量情報に対応するメンバーシップ関数の言語的ファジー集合を出力する(図６の５０３)。次いで、ルールベースマッチング器３２０は、予め構築したルールベース別に該当の状態量情報の言語的ファジー集合にマッチングする冷媒量変数をそれぞれ出力する(図６の５０５)。
次いで、ファジー推論器３３０は、ルールベース別に出力する冷媒量変数を受けて最大-最小演算法を適用してファジー推論し、このファジー推論して得たファジー量を非ファジー化器３４０に出力する(図６の５０７)。
次いで、非ファジー化器３４０は、ファジー量によって冷媒量を数値化するためのメンバーシップ関数の言語的集合を表示部４００に印加する(図６の５０９)。
次いで、表示部４００は、冷媒量を数値化するためのメンバーシップ関数の言語的集合を解析し、この解析した結果によって冷媒量を百分率で表示する(図６の５１１)。
室外機と複数の室内機とを連結したマルチ空気調和機に適用した場合の冷媒量検出装置の構成を示した図である。 図１のファジー制御部の詳細構成を示した図である。 図２のファジー化器に入力する各状態変数に対するメンバーシップ関数を示した図である。 図２のファジー化器に入力する各状態変数に対するメンバーシップ関数を示した図である。 図２のファジー化器に入力する各状態変数に対するメンバーシップ関数を示した図である。 図２のファジー化器に入力する各状態変数に対するメンバーシップ関数を示した図である。 図２のファジー化器に入力する各状態変数に対するメンバーシップ関数を示した図である。 図２のルールベースマッチング器でルール規則に基づいて構築したルールベースを示した図である。 図２の非ファジー化器で冷媒量を数値化するためのメンバーシップ関数を示した図である。 本発明による空気調和機の冷媒量検出方法を示したフローチャートである。
符号の説明
１００−１,１００−２ 室内機
２００ 室外機
２１０ 室外制御部
２２０ 入力部
３００ ファジー制御部

Claims (14)

  1. 少なくとも一つの室内機および室外機を備えた空気調和機であって、
    前記空気調和機の運転を制御するための複数の状態量情報を提供する状態量情報提供部と;
    前記状態量情報を用いて冷媒量をファジー推論し、前記冷媒量の適正程度を表示するための動作を制御するファジー制御部と;
    前記ファジー制御部の制御によって冷媒量の適正程度を表示する表示部とを含むことを特徴とする空気調和機の冷媒量検出装置。
  2. 前記ファジー制御部は、前記冷媒量の適正程度を数値化することを特徴とする請求項１記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  3. 前記室内機の運転を制御するための状態量情報は、室内温度、室内熱交換器の入口温度および出口温度、室内電子膨脹バルブの開度のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  4. 前記室外機の運転を制御するための状態量情報は、圧縮機の吐出温度、圧縮機の吸入温度、室外熱交換器の配管温度、室外熱交換器の出口温度、室外温度、室外電子膨脹バルブの開度、高圧センサの測定圧力、低圧センサの測定圧力のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  5. 前記状態量情報提供部は、前記室内機の運転を制御する室内制御部と、前記室外機の運転を制御する室外制御部とを含み、
    前記ファジー制御部は、前記室外制御部を通して前記状態量情報の入力を受けることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  6. 前記ファジー制御部は、状態変数をファジー化するファジー化器と、前記ファジー化器の出力によってルールベースの冷媒量変数をマッチングするルールベースマッチング器と、前記ルールベースマッチング器によりマッチングされた冷媒量変数を用いてファジー推論するファジー推論器と、前記ファジー推論器によりファジー推論したファジー量を用いて冷媒量を数値化する非ファジー化器と、を含むことを特徴とする請求項２記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  7. 前記ファジー化器は、前記状態変数ごとにファジー化するためのメンバーシップ関数を有することを特徴とする請求項６記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  8. 前記ルールベースマッチング器は、前記状態変数を用いて前提部および結論部をファジー命題として表現したファジー規則によって予め作成されたルールベースを備えることを特徴とする請求項６記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  9. 前記ルールベースマッチング器は、複数のルールベースを備える場合、該当のルールベースごとにマッチングされた冷媒量変数を出力することを特徴とする請求項８記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  10. 前記ファジー推論器は、前記ルールベースマッチング器から出力する冷媒量変数の入力を受け、最大-最小演算法を適用してファジー推論することを特徴とする請求項６記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  11. 前記非ファジー化器は、ファジー推論したファジー量によって冷媒量を数値化するためのメンバーシップ関数を備えることを特徴とする請求項６記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  12. 前記表示部は、数値化した冷媒量を百分率で表示することを特徴とする請求項２記載の空気調和機の冷媒量検出装置。
  13. 室内機と室外機とを連結する冷媒配管を循環する冷媒量を検出するための空気調和機であって、
    前記冷媒量を検出するための命令が入力されたかどうかを判断し、
    前記冷媒量を検出するための命令が入力された場合、前記空気調和機の運転を制御するための状態量情報をファジー化し、
    前記状態情報を用いて表現するファジー規則によって予め構築したルールベースで前記ファジー化した結果に対応する冷媒量変数をマッチングし、
    前記マッチングされた冷媒量変数に基づいてファジー推論し、
    前記ファジー推論した推論量によって冷媒量を数値化し、
    前記数値化した冷媒量を表示することを特徴とする空気調和機の冷媒量検出方法。
  14. 前記状態量情報のファジー化は、予め作成されたメンバーシップ関数の言語的ファジー集合のうちいずれの構成要素に対応するかを比較し、その比較結果、対応する言語的ファジー集合の構成要素を出力することを特徴とする請求項１３記載の空気調和機の冷媒量検出方法。
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