JP6723799B2 - 空調吹き出し温度推定装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、空調吹き出し温度推定装置及びプログラム、特に冷媒を用いた空調機からの吹き出し温度の推定に関する。

冷媒を用いた空調機の暖房運転では、運転中に室外機の除霜を行う必要があり、その際に室内機から冷風が吹き出していた。これを解消するために、吹き出し温度を監視し、冷風が吹き出したことが検出されると、総風量を弱めるなどの対策が講じられていた。従来では、吹き出し温度を測定する温度センサを用いずに、熱交換器の配管温度によって吹き出し温度を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−９７７５５号公報 特開２０１１−４３３００号公報 特開２００８−１１６０６１号公報 特開２００３−１６１４９５号公報 特開平８−１７８４００号公報 特開２０１２−２２５５９０号公報 特開２００８−１３８９５３号公報 特開２００８−２３２５８８号公報

ところで、空調機の室外機は、室外機から室内機に延設された冷媒管を通じて冷媒を室内機に供給するが、例えば冷房運転の場合、吹き出し温度は、冷媒管（ガス管、液管）の温度より暖かいときにはその冷媒管温度の影響を強く受けることがわかっている。また、冷媒管が十分に冷え切っていないときには吸い込み温度の影響も受ける。

しかしながら、従来においては、このような空調機における冷媒管の温度の状態の違いを考慮して室内機からの吹き出し温度を推定していなかった。

本発明は、空調機の状態を考慮して室内機からの吹き出し温度を推定することを目的とする。

本発明に係る空調吹き出し温度推定装置は、室内機の熱交換器に接続された冷媒管の測定温度を取得する冷媒管温度取得手段と、前記室内機の吸込口の測定温度を取得する吸い込み温度取得手段と、前記各取得手段により取得された各測定温度に基づき室内機が開始直後の過渡状態であるか又は過渡状態を過ぎた定常状態であるかという室内機の運転状態を判定する判定手段と、前記各取得手段により取得された各測定温度及び前記室内機からの吹き出し温度の推定モデルであって前記判定手段により判定された運転状態に対応して設定された推定モデルに基づき前記室内機からの吹き出し温度を推定する推定手段と、を有するものである。

また、前記推定手段は、現在の前記室内機の運転状態から他の運転状態に遷移することに伴い推定モデルを切り替える際、吹き出し温度の推定値が連続的に変化するよう調整するものである。

また、前記推定手段による推定温度の時系列的変化を解析することで前記室内機からの吹き出し温度の異常を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された異常を通知する通知手段と、を有するものである。

また、前記推定手段による推定温度が予め設定された吹き出し温度の目標値から所定以上乖離した場合、前記推定手段による推定温度が目標値に近付くよう室内機の動作制御手段に指示する指示手段を有するものである。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、室内機の熱交換器に接続された冷媒管の測定温度を取得する冷媒管温度取得手段、前記室内機の吸込口の測定温度を取得する吸い込み温度取得手段、前記各取得手段により取得された各測定温度に基づき室内機が開始直後の過渡状態であるか又は過渡状態を過ぎた定常状態であるかという室内機の運転状態を判定する判定手段、前記各取得手段により取得された各測定温度及び前記室内機からの吹き出し温度の推定モデルであって前記判定手段により判定された運転状態に対応して設定された推定モデルに基づき前記室内機からの吹き出し温度を推定する推定手段、として機能させるためのものである。

本発明によれば、空調機の状態を考慮して室内機からの吹き出し温度を推定するようにしたので、吹き出し温度の推定値の精度を向上させることができる。

また、空調機の状態の変化に応じて推定モデルを切り替える場合でも吹き出し温度の推定値が極端に変化することを防ぐことができる。

また、推定した吹き出し温度を解析することで、吹き出し温度の異常を検出することができる。

また、推定した吹き出し温度が目標値から所定以上乖離した場合に、目標値に近付くよう空調機の動作を制御させることができる。

本発明に係る空調吹き出し温度推定装置の一実施の形態を示したブロック構成図である。 実施の形態１における空調吹き出し温度推定装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１における室内機からの吹き出し温度の推定処理を示したフローチャートである。 実施の形態１において運転状態毎に設定した推定モデルをグラフ形式にて示した図である。 実施の形態２における空調吹き出し温度推定装置のブロック構成図である。 実施の形態３における空調吹き出し温度推定装置のブロック構成図である。

以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。
実施の形態１．

図１は、本発明に係る空調吹き出し温度推定装置の一実施の形態を示したブロック構成図である。図１には、室外機１と、室内機２と、室内機２に内蔵された熱交換器３と、室外機１から熱交換器３に延設された冷媒管としての液管４及びガス管５と、液管４、ガス管５及び室内機２の吸い込み口（図示せず）の各温度を測定する各センサ６，７，８と、空調コントローラ２０が空調機の室外機１及び室内機２からセンサデータを受信するための信号線９と、が示されている。これらの構成は、既存の設備をそのまま利用してもよい。本実施の形態は、以上の構成に空調吹き出し温度推定装置１０を追加して構成される。

図２は、本実施の形態における空調吹き出し温度推定装置１０を形成するコンピュータのハードウェア構成図である。本実施の形態において空調吹き出し温度推定装置１０を形成するコンピュータは、従前から存在するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の汎用的なハードウェア構成で実現できる。すなわち、コンピュータは、図２に示したようにＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３４、入力手段として設けられたマウス３５とキーボード３６、及び表示装置として設けられたディスプレイ３７をそれぞれ接続する入出力コントローラ３８、通信手段として設けられたネットワークコントローラ３９を内部バス４０に接続して構成される。

図１に戻り、本実施の形態における空調吹き出し温度推定装置１０は、データ取得部１１、運転状態判定部１２、吹き出し温度推定部１３、吹き出し温度表示部１４及び吹き出し温度推定モデル記憶部２１を有している。空調コントローラ２０は、各センサ６，７，８による液管４、ガス管５及び吸い込み口の各測定温度を空調機から定期的に収集するが、データ取得部１１は、冷媒管温度取得手段及び吸い込み温度取得手段として設けられ、その各測定温度を空調コントローラ２０から定期的、例えば１分毎に最新の測定温度を取得する。運転状態判定部１２は、判定手段として設けられ、データ取得部１１により取得された各測定温度に基づき室内機２の運転状態を判定する。吹き出し温度推定部１３は、推定手段として設けられ、データ取得部１１により取得された各測定温度及び室内機２からの吹き出し温度の推定モデルであって運転状態判定部１２により判定された運転状態に対応して設定された推定モデルに基づき室内機２からの吹き出し温度を推定する。吹き出し温度表示部１４は、推定により得られた室内機２からの吹き出し温度の推定値をディスプレイ３７に表示する。吹き出し温度推定モデル記憶部２１には、室内機２の運転状態に対応して設定された推定モデルが記憶されている。

空調吹き出し温度推定装置１０における各構成要素１１〜１４は、空調吹き出し温度推定装置１０を形成するコンピュータと、コンピュータに搭載されたＣＰＵ３１で動作するプログラムとの協調動作により実現される。また、吹き出し温度推定モデル記憶部２１は、空調吹き出し温度推定装置１０に搭載されたＨＤＤ３４にて実現される。あるいは、ＲＡＭ３３又は外部にある記憶手段をネットワーク経由で利用してもよい。

また、本実施の形態で用いるプログラムは、通信手段により提供することはもちろん、ＣＤ−ＲＯＭやＵＳＢメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能である。通信手段や記録媒体から提供されたプログラムはコンピュータにインストールされ、コンピュータのＣＰＵ３１がプログラムを順次実行することで各種処理が実現される。

ところで、空調機及び冷媒は複数の状態を持つ。具体的には、暖房運転の際にスイッチをオフからオンに切り替えて運転している状態（以下、「暖房サーモオン」とも称する）、その逆にスイッチをオンからオフに切り替えられた状態（以下、「暖房サーモオフ」とも称する）、また冷房運転の際にスイッチをオフからオンに切り替えて運転している状態（以下、「冷房サーモオン」とも称する）、その逆にスイッチをオンからオフに切り替えられた状態（以下、「冷房サーモオフ」とも称する）である。室内機２からの吹き出し温度の遷移は、このような空調機の状態によって異なってくると考えられる。また、暖房サーモオンの状態のときでも、空調機の運転開始直後のときのように冷媒管（液管４、ガス管５）が十分に暖まっていない状態（以下、「過渡状態」）のときと、過渡状態が過ぎた状態（以下、「定常状態」）のときとでは、室内機２からの吹き出し温度は異なってくる。冷房サーモオンの状態のときでも過渡状態と定常状態では吹き出し温度は異なってくる。本実施の形態では、このような空調機の状態を考慮して室内機２からの吹き出し温度を推定することを特徴とする。

暖房運転の場合、吹き出し温度は、暖房サーモオンの過渡状態及び暖房サーモオフでは吹き出し温度からの風量が弱まるので吸い込み口温度の影響を受けにくい。このため、本実施の形態では吸い込み口温度を考慮せずに、冷媒管温度を吹き出し温度として用いる推定モデルを設定する。なお、本実施の形態では、液管４及びガス管５の２種類の冷媒管温度を測定しているので、測定温度の平均値を冷媒管温度とする。暖房サーモオンの定常状態のときは、冷媒管温度と吸い込み口温度の平均値を吹き出し温度として用いる推定モデルを設定する。本実施の形態では、このように、運転状態に対応させて推定モデルを設定する。

冷房運転の場合、吹き出し温度は、冷房サーモオンの過渡状態及び冷房サーモオフでは吸い込み口温度の影響を受けやすい。暖かい空気は上昇して吸い込み口周辺に貯まりやすいからだと考えられる。従って、冷媒管温度と吸い込み口温度の平均値を吹き出し温度として用いる推定モデルを設定する。冷房サーモオンの定常状態のときは、冷媒管温度にオフセット値（例えば、３℃）を加算する推定モデルを設定する。

次に、本実施の形態における室内機２からの吹き出し温度の推定処理について図３に示したフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは暖房運転の場合を例にして説明する。

前述したように、データ取得部１１は、空調コントローラ２０から定周期的に送られてくる液管４、ガス管５及び吸い込み口の各測定温度を取得する（ステップ１１０）。取得する間隔は、特に限定する必要はないが、５分など長い周期で取得するようにすると特に過渡状態では誤差が生じやすくなるので、本実施の形態では１分とした。運転状態判定部１２は、データ取得部１１により各測定温度が取得されると、その測定温度に基づき室内機２の運転状態を判定する（ステップ１２０）。本実施の形態では、冷媒管温度から吸い込み口温度を減算した値によって運転状態を判定するようにした。そして、運転状態を表す数値と閾値との大小関係により運転状態を判定する。

続いて、吹き出し温度推定部１３は、判定された運転状態に対応して設定された推定モデルを特定し（ステップ１３０）、その推定モデルに各測定温度を代入することで室内機２からの吹き出し温度の推定値を算出する（ステップ１４０）。このようにして、吹き出し温度の推定値が求められると、吹き出し温度表示部１４は、その推定値をディスプレイ３７に表示する（ステップ１５０）。なお、本実施の形態では、推定値を表示するようにしたが、ネットワーク経由でいずれかのコンピュータに送信してもよいし、所定の記憶手段に記録するようにしてもよい。

図４は、運転状態毎に設定した推定モデルをグラフ形式にて示した図である。図４に示した例によると、運転状態を表す値Ｓが閾値ｓ１未満の場合に推定モデル１が、閾値ｓ２以上の場合に推定モデル２が、それぞれ選択される。なお、暖房運転の場合、推定モデル１が暖房サーモオンの過渡状態に対応した推定モデル、推定モデル２が暖房サーモオンの定常状態に対応した推定モデルと対応付けることになる。ｓ１とｓ２とが同値でもよいが、ここでは、図４に例示したようにｓ１＜ｓ２とする。図４に示したように推定モデル１、２がｓ１とｓ２との間で交わらない場合、推定モデルの切替時に推定値が大きく変化してしまう可能性が生じてくる。そこで、本実施の形態では、ｓ１とｓ２とに間において推定値が不連続とならず連続的かつ滑らかに変化するように調整する。そのために、各推定モデル１，２に重み付けをして推定値を算出する。

例えば、重み付けｔをｔ＝（ｓ２−Ｓ）／２とし、ｓ１とｓ２とに間における推定値を、
推定値＝推定モデル１に基づく推定値×ｔ＋推定モデル２に基づく推定値×（１−ｔ）
という式にて求めるようにすると、図４において線４１で示したように推定値は連続的かつ滑らかに変化する。

本実施の形態によれば、以上説明したように、室内機２の運転状態に対応させて推定モデルを設定し、液管４、ガス管５及び吸い込み口の各測定温度に基づき判定した空調機の状態に対応した推定モデルを選択する。そして、選択した推定モデルを用いて室内機２からの吹き出し温度を推定するようにしたので、吹き出し温度の推定値の精度を向上することができる。

なお、本実施の形態では、冷媒管温度として液管４及びガス管５の各測定温度の平均値を用いることで吹き出し温度を精度よく推定するようにしたが、いずれか一方のみを用いるようにしてもよい。

実施の形態２．
図５は、本実施の形態における空調吹き出し温度推定装置のブロック構成図である。なお、実施の形態１に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を適宜省略する。また、ハードウェア構成は、実施の形態１と同じでよい。

本実施の形態における空調吹き出し温度推定装置１０は、実施の形態１に示した構成に、異常検出部１５及び吹き出し温度トレンドログ記憶部２２を有している。異常検出部１５は、コンピュータとコンピュータに搭載されたＣＰＵ３１で動作するプログラムとの協調動作により実現され、吹き出し温度トレンドログ記憶部２２はＨＤＤ３４にて実現される。実施の形態１では、吹き出し温度の推定値を単に表示するようにしたが、本実施の形態では、吹き出し温度の推定値の遷移がわかるように吹き出し温度トレンドログ、すなわち時系列データとして蓄積するようにした。

そして、異常検出部１５は、吹き出し温度トレンドログ記憶部２２に蓄積された吹き出し温度の推定値を時系列的に解析することによって室内機２からの吹き出し温度の異常を検出する。例えば、直前に取得した測定温度に基づき得られた吹き出し温度の推定値と、今回取得した測定温度に基づき得られた吹き出し温度の推定値とから得られる変化量が閾値を超えた場合に異常と判定する。

このようにして、異常検出部１５が異常を検出すると、吹き出し温度表示部１４は、吹き出し温度の推定値と共に異常が検出された旨を表示することによって異常の発生を保守員に通知する。

実施の形態３．
図６は、本実施の形態における空調吹き出し温度推定装置のブロック構成図である。なお、実施の形態１に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を適宜省略する。また、ハードウェア構成は、実施の形態１と同じでよい。

本実施の形態における空調吹き出し温度推定装置１０は、実施の形態１に示した構成に、制御指令部１６及び吹き出し温度設定情報記憶部２３を有している。制御指令部１６は、コンピュータとコンピュータに搭載されたＣＰＵ３１で動作するプログラムとの協調動作により実現され、吹き出し温度設定情報記憶部２３はＨＤＤ３４にて実現される。実施の形態１では、吹き出し温度の推定値を単に表示させることに留まるが、本実施の形態では、室内機２の動作制御まで踏み込んだ処理を行う。

吹き出し温度設定情報記憶部２３には、室内機２からの吹き出し温度の目標値が吹き出し温度情報として予め設定されている。なお、吹き出し温度設定情報記憶部２３に設定する目標値は、単一の目標値でもよいし、運転状態毎に設定してもよい。制御指令部１６は、吹き出し温度推定部１３による吹き出し温度の推定値がその吹き出し温度の目標値から所定以上乖離した場合、吹き出し温度推定部１３による吹き出し温度の推定値がその目標値に近付くよう室内機２の動作制御手段としての空調コントローラ２０に指示する。本実施の形態によれば、以上のようにして室内機２の動作制御を支援することができる。

なお、前述した各実施の形態１〜３において説明した構成は、適宜組み合わせて利用してもよい。また、本実施の形態では、空調吹き出し温度推定装置１０をＰＣにて実現する場合を例にして説明したが、この例に限らず、例えば前述した空調吹き出し温度推定装置１０が持つ処理機能を空調コントローラ２０に組み込むよう構成してもよい。

１ 室外機、２ 室内機、３ 熱交換器、４ 液管、５ ガス管、６，７，８ センサ、９ 信号線、１０ 温度推定装置、１１ データ取得部、１２ 運転状態判定部、１３ 温度推定部、１４ 温度表示部、１５ 異常検出部、１６ 制御指令部、２０ 空調コントローラ、２１ 温度推定モデル記憶部、２２ 温度トレンドログ記憶部、２３ 温度設定情報記憶部、３１ ＣＰＵ、３２ ＲＯＭ、３３ ＲＡＭ、３４ ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、３５ マウス、３６ キーボード、３７ ディスプレイ、３８ 入出力コントローラ、３９ ネットワークコントローラ、４０ 内部バス。

Claims (5)

1. 室内機の熱交換器に接続された冷媒管の測定温度を取得する冷媒管温度取得手段と、
   前記室内機の吸込口の測定温度を取得する吸い込み温度取得手段と、
   前記各取得手段により取得された各測定温度に基づき室内機が開始直後の過渡状態であるか又は過渡状態を過ぎた定常状態であるかという室内機の運転状態を判定する判定手段と、
   前記各取得手段により取得された各測定温度及び前記室内機からの吹き出し温度の推定モデルであって前記判定手段により判定された運転状態に対応して設定された推定モデルに基づき前記室内機からの吹き出し温度を推定する推定手段と、
   を有することを特徴とする空調吹き出し温度推定装置。
2. 前記推定手段は、現在の前記室内機の運転状態から他の運転状態に遷移することに伴い推定モデルを切り替える際、吹き出し温度の推定値が連続的に変化するよう調整することを特徴とする請求項１に記載の空調吹き出し温度推定装置。
3. 前記推定手段による推定温度の時系列的変化を解析することで前記室内機からの吹き出し温度の異常を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された異常を通知する通知手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の空調吹き出し温度推定装置。
4. 前記推定手段による推定温度が予め設定された吹き出し温度の目標値から所定以上乖離した場合、前記推定手段による推定温度が目標値に近付くよう室内機の動作制御手段に指示する指示手段を有することを特徴とする請求項１に記載の空調吹き出し温度推定装置。
5. コンピュータを、
   室内機の熱交換器に接続された冷媒管の測定温度を取得する冷媒管温度取得手段、
   前記室内機の吸込口の測定温度を取得する吸い込み温度取得手段、
   前記各取得手段により取得された各測定温度に基づき室内機が開始直後の過渡状態であるか又は過渡状態を過ぎた定常状態であるかという室内機の運転状態を判定する判定手段、
   前記各取得手段により取得された各測定温度及び前記室内機からの吹き出し温度の推定モデルであって前記判定手段により判定された運転状態に対応して設定された推定モデルに基づき前記室内機からの吹き出し温度を推定する推定手段、
   として機能させるためのプログラム。

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