JP7124851B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。

冷媒回路で検知できる運転状態量を用いて冷媒量の判定を行う空気調和機が提案されている。特許文献１では、例えば、冷房サイクル時の冷媒回路の蒸発器出口の過熱度や蒸発器の圧力を所定の値にした状態（以下、デフォルト状態という）で凝縮器出口の過冷却度を用いて冷媒量を判定している。

特開２００６－２３０７２号公報

空気調和機では、過冷却度等の運転状態量を用いて冷媒量を判定する場合には運転状態量を測定するセンサが必要となる。例えば、１台の室外機に多数の室内機が接続されて商業施設やオフィスビルなどの大規模な建物に設置される業務用の空気調和機には、多数の室内機を制御する必要性から多くのセンサが搭載されているため、各センサ値を用いて運転状態量を算出することができる。例えば、室内熱交換器及び室外熱交換器の夫々に熱交中間及び熱交出口の温度センサのセンサ値を用いて過冷却度を算出できる。

しかしながら、例えば、１台の室外機に１台の室内機が接続されて主に住居に設置される家庭用の空気調和機では、コストを抑制する観点から、搭載されるセンサは空気調和機の運転に必要な範囲内で最小限に限られることになる。例えば、家庭用の空気調和機では、室内熱交換器及び室外熱交換器について、室内熱交換器の中間部の冷媒温度を検出するセンサと室外熱交換器の冷媒出口側における冷媒温度を検出するセンサの２個の温度センサしかない場合があり、この場合は、凝縮器出口の過冷却度が算出できず、凝縮器出口の過冷却度を用いて冷媒量を判定できない。

そこで、限られたセンサしか備えていない空気調和機であっても、冷媒量を推定できる方法が求められている。

本発明ではこのような問題に鑑み、限られたセンサしか備えていない場合でも、冷媒回路に残存する冷媒量（以下、残存冷媒量）を推定できる空気調和機を提供することを目的とする。

一つの態様の空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器及び膨張弁を有する室外機に、室内熱交換器を有する室内機が冷媒配管で接続されて構成される冷媒回路を有し、前記冷媒回路に所定量の冷媒が充填されている。空気調和機は、空気調和運転時の運転状態を示す運転状態量のうち、少なくとも前記圧縮機の回転数、前記圧縮機の冷媒吐出温度、熱交換器温度、前記膨張弁の開度及び外気温度を用いて、前記冷媒回路に残存している残存冷媒量を推定する残存冷媒量推定モデルを有する。前記室内熱交換器は、前記冷媒が流通する第１の室内熱交口部と、前記冷媒が流通する第２の室内熱交口部と、前記第１の室内熱交口部と前記第２の室内熱交口部とをつなぐ室内熱交中間部と、前記室内熱交中間部に備え、前記熱交換器温度の内、前記室内熱交中間部を通過する前記冷媒の温度を検出する室内熱交中間センサとを有する。前記室外熱交換器は、前記冷媒が流通する第１の室外熱交口部と、前記冷媒が流通する第２の室外熱交口部と、前記第１の室外熱交口部と前記第２の室外熱交口部とをつなぐ室外熱交中間部と、前記第２の室外熱交口部に備え、前記熱交換器温度の内、冷房運転時の前記第２の室外熱交口部の室外熱交出口を通過する前記冷媒の温度を検出する室外熱交出口センサとを有する。

一つの側面として、限られたセンサを用いて残存冷媒量を推定できる。

図１は、本実施例の空気調和機の一例を示す説明図である。 図２は、室外機及び室内機の一例を示す説明図である。 図３は、室外機の制御回路の一例を示すブロック図である。 図４は、空気調和機の冷媒変化の状態を示すモリエル線図である。 図５は、推定処理に関わる制御回路の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、重回帰分析法に用いる教師データの一例を示す説明図である。 図７は、残存冷媒量が正常か異常かを分類する推定モデルの生成に用いる教師データの一例を示す説明図である。 図８は、実施例２の空気調和システムの一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する空気調和機等の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜変形しても良い。

＜空気調和機の構成＞
図１は、本実施例の空気調和機１の一例を示す説明図である。図１に示す空気調和機１は、１台の室外機２と、１台の室内機３とを有する、例えば、家庭用の空気調和機である。室外機２は、液管４及びガス管５で室内機３と接続される。そして、室外機２と室内機３とが液管４及びガス管５等の冷媒配管で接続されることで、空気調和機１の冷媒回路６が形成されている。

＜室外機の構成＞
図２は、室外機２および室内機３の一例を示す説明図である。室外機２は、圧縮機１１と、四方弁１２と、室外熱交換器１３と、膨張弁１４と、アキュムレータ１５と、室外機ファン１６と、制御回路１７とを有する。これら圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４及びアキュムレータ１５を用いて、以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて冷媒回路６の一部を成す室外側冷媒回路を形成する。

圧縮機１１は、例えば、インバータにより回転数が制御される図示しないモータの駆動に応じて、運転容量を可変できる高圧容器型の能力可変型圧縮機である。圧縮機１１は、その冷媒吐出側が四方弁１２の第１のポート１２Ａと吐出管２１で接続されている。また、圧縮機１１は、その冷媒吸入側がアキュムレータ１５の冷媒流出側と吸入管２２で接続されている。

四方弁１２は、冷媒回路６における冷媒の流れる方向を切替えるための弁であって、第１のポート１２Ａ～第４のポート１２Ｄを備えている。第１のポート１２Ａは、圧縮機１１の冷媒吐出側と吐出管２１で接続されている。第２のポート１２Ｂは、室外熱交換器１３の一方の冷媒出入口（後述する第１の室外熱交口部１３Ａに相当する）と室外冷媒管２３で接続されている。第３のポート１２Ｃは、アキュムレータ１５の冷媒流入側と室外冷媒管２６で接続されている。そして、第４のポート１２Ｄは、室内熱交換器５１と室外ガス管２４で接続されている。

室外熱交換器１３は、冷媒と、室外機ファン１６の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させる。室外熱交換器１３は、前記一方の冷媒出入口としての第１の室外熱交口部１３Ａと、他方の冷媒出入口としての第２の室外熱交口部１３Ｂと、前記第１の室外熱交口部１３Ａと第２の室外熱交口部１３Ｂとの間をつなぐ室外熱交中間部１３Ｃとを有する。第１の室外熱交口部１３Ａは、四方弁１２の第２のポート１２Ｂと室外冷媒管２３で接続される。第２の室外熱交口部１３Ｂは、膨張弁１４と室外液管２５で接続される。室外熱交中間部１３Ｃは、第１の室外熱交口部１３Ａと第２の室外熱交口部１３Ｂと接続される。室外熱交換器１３は、空気調和機１が冷房運転を行う場合に凝縮器として機能し、空気調和機１が暖房運転を行う場合に蒸発器として機能する。

膨張弁１４は、室外液管２５に設けられており、図示しないパルスモータで駆動する電子膨張弁である。膨張弁１４は、パルスモータに与えられるパルス数に応じて開度が調整されることで、膨張弁１４から冷媒回路６内を流れる冷媒量（室外熱交換器１３から室内熱交換器５１に流入する冷媒量、又は、室内熱交換器５１から室外熱交換器１３に流入する冷媒量）を調整するものである。膨張弁１４の開度は、空気調和機１が暖房運転を行っている場合、圧縮機１１の冷媒の吐出温度（冷媒吐出温度）が所定の温度である目標温度に到達させるように調整される。

アキュムレータ１５は、その冷媒流入側が四方弁１２の第３のポート１２Ｃと室外冷媒管２６で接続されている。更に、アキュムレータ１５は、その冷媒流出側が圧縮機１１の冷媒流入側と吸入管２２で接続されている。アキュムレータ１５は、室外冷媒管２６からアキュムレータ１５の内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機１１に吸入させる。

室外機ファン１６は、樹脂材で形成されており、室外熱交換器１３の近傍に配置されている。室外機ファン１６は、図示しないファンモータの回転に応じて、図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器１３において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。

また、室外機２には、複数のセンサが配置されている。吐出管２１には、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度、すなわち吐出温度を検出する吐出温度センサ３１が配置されている。室外熱交換器１３と膨張弁１４との間の室外液管２５には、熱交換器温度の内、第２の室外熱交口部１３Ｂに流入する冷媒の温度、又は、第２の室外熱交口部１３Ｂから流出する冷媒の温度を検出するための室外熱交出口センサ３２が配置されている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ３３が配置されている。

制御回路１７は、後述する室内機３の制御回路１８からの指示を受けて室外機２を制御する。室外機２の制御回路１７は、図示しない通信部と、記憶部と、制御部とを有する。通信部は、室内機３の通信部と通信する通信インタフェースである。記憶部は、例えば、フラッシュメモリであって、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値等の運転状態量、圧縮機１１や室外機ファン１６の駆動状態、室外機２の定格能力及び各室内機３の要求能力、などを記憶する。

＜室内機の構成＞
図２に示すように、室内機３は、室内熱交換器５１と、ガス管接続部５２と、液管接続部５３と、室内機ファン５４と、制御回路１８とを有する。これら室内熱交換器５１、ガス管接続部５２及び液管接続部５３は、後述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路６の一部を成す室内機冷媒回路を構成する。

室内熱交換器５１は、冷媒と、室内機ファン５４の回転により図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させる。室内熱交換器５１は、一方の冷媒出入口としての第１の室内熱交口部５１Ａと、他方の冷媒出入口としての第２の室内熱交口部５１Ｂと、第１の室内熱交口部５１Ａと第２の室内熱交口部５１Ｂとの間をつなぐ室内熱交中間部５１Ｃとを有する。第１の室内熱交口部５１Ａは、ガス管接続部５２と室内ガス管５６で接続される。第２の室内熱交口部５１Ｂは、液管接続部５３と室内液管５７で接続される。室内熱交中間部５１Ｃは、第１の室内熱交口部５１Ａと第２の室内熱交口部５１Ｂと接続される。室内熱交換器５１は、空気調和機１が暖房運転を行う場合、凝縮器として機能する。これに対して、室内熱交換器５１は、空気調和機１が冷房運転を行う場合、蒸発器として機能する。

室内機ファン５４は、樹脂材で形成されており、室内熱交換器５１の近傍に配置されている。室内機ファン５４は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１において冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ放出する。

室内機３には各種のセンサが設けられている。室内熱交中間部５１Ｃには、熱交換器温度の内、室内熱交中間部５１Ｃを通過する冷媒の温度、すなわち室内熱交中間温度を検出する室内熱交中間センサ６１が配置されている。室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち吸込温度を検出する吸込温度センサ６２が配置されている。

制御回路１８は、空気調和機１全体を制御する。図３は、室内機１の制御回路１８の一例を示すブロック図である。制御回路１８は、取得部４１と、通信部４２と、記憶部４３と、制御部４４とを有する。取得部４１は、前述した各種センサのセンサ値を取得する。通信部４２は、室外機２の通信部と通信する通信インタフェースである。記憶部４３は、例えば、フラッシュメモリであって、室内機３の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値等の運転状態量、室内機ファン５４の駆動状態、室外機２から送信される運転情報（例えば、圧縮機１１の運転・停止情報、室外機ファン１６の駆動状態等を含む）、室外機２の定格能力及び各室内機３の要求能力、などを記憶する。

また、記憶部４３は冷媒回路６に残存する冷媒量を推定する推定モデルを記憶している。本実施例では、冷媒回路６に残存する冷媒量として、例えば相対的な冷媒量を用いている。具体的には、本実施例の記憶部４３は冷媒回路６の冷媒不足率（規定量の冷媒が充填されているときを１００％としたとき、この規定量からの減少分を指す。以下、同様）を推定する推定モデルを記憶している。推定モデルは、冷房用推定モデル４３Ａと、暖房用推定モデル４３Ｂとを有する。

制御部４４は、各種センサでの検出値を定期的（例えば、３０秒毎）に取り込む。制御部４４は、これら入力された各種情報に基づいて、空気調和機１全体を制御する。更に、制御部４４は、上述した各推定モデルを用いて冷媒不足率を推定する。

＜冷媒回路の動作＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路６における冷媒の流れや各部の動作について説明する。

空気調和機１が暖房運転を行う場合、四方弁１２は、第１のポート１２Ａと第４のポート１２Ｄとが連通し、第２のポート１２Ｂと第３のポート１２Ｃとが連通するように切替えている（図２に実線で示す状態）。これにより、冷媒回路６は、室内熱交換器５１が凝縮器として機能し、室外熱交換器１３が蒸発器として機能する暖房サイクルとなる。尚、説明の便宜上、暖房運転時の冷媒の流れは、図２に示す実線矢印で表記する。

冷媒回路６がこの状態で圧縮機１１が駆動すると、圧縮機１１から吐出された冷媒は、吐出管２１を流れて四方弁１２に流入し、四方弁１２から室外ガス管２４を流れて、ガス管５へと流入する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部５２を介して室内機３に流入する。室内機３に流入した冷媒は、室内ガス管５６を流れて室内熱交換器５１に流入する。室内熱交換器５１に流入した冷媒は、室内機ファン５４の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気との間で熱交換することで凝縮する。つまり、室内熱交換器５１が凝縮器として機能し、室内熱交換器５１で冷媒と熱交換することによって加熱された室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることで、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器５１から室内液管５７に流入した冷媒は、液管接続部５３を介して液管４に流出する。液管４に流入した冷媒は、室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外液管２５を流れ、膨張弁１４を通過して減圧される。膨張弁１４で減圧された冷媒は、室外液管２５を流れて室外熱交換器１３に流入し、室外機ファン１６の回転によって室外機２の図示しない吸込口から流入した外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器１３から室外冷媒管２６へと流出した冷媒は、四方弁１２、室外冷媒管２６、アキュムレータ１５及び吸入管２２の順に流入し、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮され、四方弁１２の第１のポート１２Ａ及び第４のポート１２Ｄ経由で室外ガス管２４に流出する。

また、空気調和機１が冷房運転を行う場合、四方弁１２は、第１のポート１２Ａと第２のポート１２Ｂとが連通し、第３のポート１２Ｃと第４のポート１２Ｄとが連通するように切替えている。これにより、冷媒回路６は、室内熱交換器５１が蒸発器として機能し、室外熱交換器１３が凝縮器として機能する冷房サイクルとなる。尚、説明の便宜上、冷房運転時の冷媒の流れは、図２に示す破線矢印で表記する。

冷媒回路６がこの状態で圧縮機１１が駆動すると、圧縮機１１から吐出された冷媒は、吐出管２１を流れて四方弁１２に流入し、四方弁１２から室外冷媒管２３を流れて、室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した冷媒は、室外機ファン１６の回転により室外機２の内部に取り込まれた室外空気との間で熱交換することで凝縮する。つまり、室外熱交換器１３が凝縮器として機能し、室外熱交換器１３で冷媒によって加熱された室内空気が図示しない吹出口から室外に吹き出す。

室外熱交換器１３から室外液管２５へと流入した冷媒は、膨張弁１４を通過して減圧される。膨張弁１４で減圧された冷媒は、液管４を流れて室内機３に流入する。室内機３に流入した冷媒は、室内液管５７を流れて室内熱交換器５１に流入し、室内機ファン５４の回転によって室内機３の図示しない吸入口から流入した室内空気と熱交換を行って蒸発する。つまり、室内熱交換器５１が蒸発器として機能し、室内熱交換器５１で冷媒と熱交換することによって冷却された室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることで、室内機３が設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器５１からガス管接続部５２を介してガス管５へ流れる冷媒は、室外機２の室外ガス管２４に流れて四方弁１２の第４のポート１２Ｄに流入する。四方弁１２の第４のポート１２Ｄに流入した冷媒は、第３のポート１２Ｃからアキュムレータ１５の冷媒流入側に流入する。アキュムレータ１５の冷媒流入側から流入した冷媒は、吸入管２２を介して流入し、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮されることになる。

制御回路１８内の取得部４１は、吐出温度センサ３１、室外熱交出口センサ３２及び外気温度センサ３３のセンサ値を室外機２の制御回路１７を介して取得する。更に、取得部４１は、室内機３の室内熱交中間センサ６１及び吸込温度センサ６２のセンサ値を取得する。

図４は、空気調和機１の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。空気調和機１の冷房運転時は、室外熱交換器１３が凝縮器として機能し、室内熱交換器５１が蒸発器として機能する。また、空気調和機１の暖房運転時は、室外熱交換器１３が蒸発器として機能し、室内熱交換器５１が凝縮器として機能する。

圧縮機１１は、蒸発器から流入する低温低圧のガス冷媒（図４の点Ａの状態の冷媒）を圧縮して高温高圧のガス冷媒（図４の点Ｂの状態になった冷媒）を吐出する。尚、圧縮機１１が吐出するガス冷媒の温度が吐出温度であり、吐出温度は、吐出温度センサ３１で検出する。

凝縮器は、圧縮機１１からの高温高圧のガス冷媒を空気と熱交換して凝縮させる。この際、凝縮器では、潜熱変化によってガス冷媒が全て液冷媒となった後は顕熱変化によって液冷媒の温度が低下して過冷却状態となる（図４の点Ｃの状態）。尚、ガス冷媒が潜熱変化で液冷媒へと変化している際の温度が凝縮温度であり、凝縮器の出口における過冷却状態となっている冷媒の温度が熱交出口温度である。熱交換器温度の内、熱交出口温度は、冷房運転時の室外熱交出口センサ３２で検出する。なお、暖房運転時は冷媒の流れが冷房運転時と逆になり、室外熱交換器１３は蒸発器として機能する。暖房運転時には、室外熱交出口センサ３２は室外熱交換器１３の温度を検出して結氷を検知したり、除霜運転を制御したりする際に用いられる。

膨張弁１４は、凝縮器から流出した低温高圧の冷媒を減圧する。膨張弁１４で減圧された冷媒は、ガスと液とが混合した気液二相冷媒（図４の点Ｄの状態になった冷媒）となる。

蒸発器は、流入した気液二相冷媒を空気と熱交換して蒸発させる。この際、蒸発器では、潜熱変化によって気液二相冷媒が全てガス冷媒となった後は顕熱変化によってガス冷媒の温度が上昇して過熱状態（図４の点Ａの状態）となり、圧縮機１１に吸入される。尚、液冷媒が潜熱変化でガス冷媒へと変化している際の温度が蒸発温度である。蒸発温度は、冷房運転時の室内熱交中間センサ６１で検出する室内熱交中間温度である。また、蒸発器で過熱されて圧縮機１１に吸入される冷媒の温度が吸入温度である。なお、暖房運転時は冷媒の流れが冷房運転時と逆になり、室内熱交換器５１は凝縮器として機能する。暖房運転時には、室内熱交中間センサ６１の検出結果は目標吐出温度の算出に用いられる。

＜推定モデルの構成＞
推定モデルは、複数の運転状態量の内、任意の運転状態量（特徴量）を用いて回帰分析法の一種である重回帰分析法で生成されている。重回帰分析法では、実際の空気調和機（以下、実機）を用いた試験結果（実機を用いて冷媒回路に残存する冷媒量を変化させた場合に、運転状態量がどのような値となるかを試験した結果）や複数のシミュレーション結果（数値計算により冷媒回路を再現して、残存する冷媒量に対して運転状態量がどのような値となるかを計算した結果）から得られた回帰式のうち、Ｐ値（生成した推定モデルの精度に運転状態量が与える影響度合いを示す値（所定の重みパラメータ））が一番小さく、かつ、補正値Ｒ２（生成した推定モデルの精度を示す値）が０．９以上１．０以下の間のできるだけ大きい値となる回帰式を選択して推定モデルとして生成する。ここで、Ｐ値および補正値Ｒ２は、重回帰分析法で推定モデルを生成する際に、当該推定モデルの精度に関わる値であり、Ｐ値が小さいほど、また、補正値Ｒ２が１．０に近い値であるほど、生成された推定モデルの精度が高くなる。

推定モデルは、冷媒回路６に残存している残存冷媒量を推定する残存冷媒量推定モデルである。例えば残存冷媒量推定モデルは、冷房用推定モデル４３Ａと、暖房用推定モデル４３Ｂとを有する。本実施例では、これら各推定モデルは、後述するように実機を用いた試験結果を用いて生成されて、予め空気調和機１の制御回路１８に記憶されている。

冷房用推定モデル４３Ａは、冷房運転時の冷媒不足率を高精度に推定できる第１の回帰式である。

係数α１～α６は、推定モデル生成の際に決定されるものとする。制御部４４は、第１の回帰式に、取得部４１にて取得された現在の圧縮機１１の回転数、膨張弁１４の開度、圧縮機１１の吐出温度、室外熱交出口温度及び外気温度を代入することで、現時点での冷媒回路６の冷媒不足率を算出する。尚、圧縮機１１の回転数、膨張弁の開度、圧縮機１１の吐出温度、室外熱交出口温度及び外気温度を代入する理由は、冷房用推定モデル４３Ａの生成時に使用した特徴量を使用するためである。圧縮機１１の回転数は、例えば圧縮機１１の図示しない回転数センサで検出する。膨張弁の開度は、例えば制御部４４から膨張弁のステッピングモータ（図示しない）に入力されるパルス信号によって調整される。圧縮機１１の吐出温度は、吐出温度センサ３１で検出する。熱交換器温度の内、熱交出口温度は、室外熱交出口センサ３２で検出する。外気温度は、外気温度センサ３３で検出する。

暖房用推定モデル４３Ｂは、暖房運転時の冷媒不足率を高精度に推定できる第２の回帰式である。

係数α１１～α１５は、推定モデル生成の際に決定されるものとする。制御部４４は、第２の回帰式に、取得部４１にて取得された現在の圧縮機１１の回転数、膨張弁１４の開度、圧縮機１１の吐出温度及び室内熱交中間温度を代入することで、現時点での冷媒回路６の冷媒不足率を算出する。尚、圧縮機１１の回転数、膨張弁１４の開度、圧縮機１１の吐出温度及び室内熱交中間温度を代入する理由は、暖房用推定モデル４３Ｂの生成時に使用した特徴量を使用するためである。圧縮機１１の回転数は、圧縮機１１の図示しない回転数センサで検出する。膨張弁の開度は、例えば制御部４４から膨張弁のステッピングモータ（図示しない）に入力されるパルス信号によって調整される。圧縮機１１の吐出温度は、吐出温度センサ３１で検出する。熱交換器温度の内、室内熱交中間温度は、室内熱交中間センサ６１で検出する。

以上に説明したように、冷房運転時は、第１の回帰式を使用して冷媒不足率を推定する。また、暖房運転時は、第２の回帰式を使用して冷媒不足率を推定する。

＜推定処理の動作＞
図５は、推定処理に関わる制御回路１８の処理動作の一例を示すフローチャートである。尚、制御回路１８は、本実施形態の場合、事前に生成された冷房用推定モデル４３Ａ及び暖房用推定モデル４３Ｂを保持しているものとする。図５において制御回路１８内の制御部４４は、取得部４１を通じて運転状態量を運転データとして収集する（ステップＳ１１）。制御部４４は、収集した運転データから任意の運転状態量を抽出するデータフィルタリング処理を実行する（ステップＳ１２）。また制御部４４は、異常値や突出値を除いたデータクレンジング処理を実行する（ステップＳ１３）。制御部４４は、各回帰式を用いて、現時点の冷媒回路６の冷媒不足率を算出し（ステップＳ１４）、図５に示す処理動作を終了する。

データフィルタリング処理は、複数の運転状態量の全てを使用するのではなく、所定フィルタ条件に基づき、複数の運転状態量の内、冷媒不足率を算出するのに必要な一部の運転状態量のみを抽出する。生成された推定モデルの各回帰式に、データクレンジング処理を行った（異常値や突出値を除いた）運転状態量を代入することで、より正確に冷媒不足率を推定できる。

所定のフィルタ条件は、第１のフィルタ条件と、第２のフィルタ条件と、第３のフィルタ条件とを有する。第１のフィルタ条件は、例えば、空気調和機１の全運転モード共通に抽出するデータのフィルタ条件である。第２のフィルタ条件は、冷房運転時に抽出するデータのフィルタ条件である。第３のフィルタ条件は、暖房運転時に抽出するデータのフィルタ条件である。

第１のフィルタ条件は、例えば、圧縮機１１の駆動状態、運転モードの識別、特殊運転の排除、取得した値における欠損値の排除、各回帰式の生成に際し与える影響の大きい運転状態量について変化量が小さい値の選択、等である。圧縮機１１の駆動状態は、圧縮機が安定して運転していることで冷媒回路６に冷媒が循環していないと冷媒不足率を推定できないために判断する必要のある条件であり、圧縮機１１の立ち上がり時等の過渡期に検出した運転状態量を除外し、例えば、吐出温度が所定の温度である目標温度に到達した運転状態量のみを抽出するフィルタ条件である。フィルタ条件として、例えば吐出温度と目標温度との差の絶対値が所定値より大きいときの運転状態量を除外し、吐出温度と目標温度との差の絶対値が所定値以下のときの運転状態量を抽出する。前記所定値としては、目標吐出温度と検出した吐出温度との差の絶対値が例えば２℃以下である。

運転モードの識別とは、冷房運転時及び暖房運転時に取得した運転状態量のみを抽出するためのフィルタ条件である。従って、除湿運転時や送風運転時に取得した運転状態量は除外される。特殊運転の排除とは、例えば、油回収運転や除霜運転といった冷房運転時や暖房運転時と比べて冷媒回路６の状態が大きく異なる特殊運転時に取得した運転状態量を除外するフィルタ条件である。欠損値（取得できなかった値のこと）の排除とは、冷媒不足率の判定に使用する運転状態量に欠損値があった場合、当該運転状態量を用いて各回帰式を生成すれば精度が落ちる可能性があるため、欠損値を含む運転状態量を除外するフィルタ条件である。

各回帰式に代入する運転状態量について変化量が小さい値の選択とは、空気調和機１の運転状態が安定している状態の運転状態量のみを抽出するフィルタ条件であり、各回帰式による推定精度を上げるために必要な条件である。

第２のフィルタ条件には、例えば、熱交出口温度の排除、吐出温度の異常等がある。

熱交出口温度の排除は、外気温度センサ３３と室外熱交出口センサ３２とが近い場所に配置されていることにより、冷房運転時に室外熱交出口センサ３２で検出した熱交出口温度が外気温度センサ３３で検出した外気温度より低くなることがないことを考慮したフィルタ条件であり、外気温度より低い熱交出口温度を除外するフィルタ条件である。

吐出温度の異常は、冷房負荷が小さいことに起因して圧縮機１１に吸入される冷媒量が減少する吸入冷媒減少状態時に検出した吐出温度を除外するフィルタ条件である。

第３のフィルタ条件は、例えば、吐出温度の異常等である。暖房運転時に暖房負荷の大きさに起因して吐出温度が高くなって吐出温度保護制御が実行されると、例えば、圧縮機１１の回転数を低下させることで吐出温度が低下するため、このときに検出した吐出温度を除外するフィルタ条件である。

データクレンジング処理は、取得した全ての運転状態量を冷媒不足率の推定に使用するのではなく、誤った推定を行うおそれがある運転状態量を除外するための処理である。具体的には、取得した運転状態量を平滑化してノイズ抑制やデータ数制限等がある。データの平滑化によるノイズ抑制とは、該当区間の平均値を算出し、各モデルにおいて例えば吸入温度の移動平均をとることで、ノイズを抑える処理である。データ数制限とは、例えば、データ数が少ないものは信頼性が低いため排除する処理である。例えば、１日分の入力データをフィルタリング処理して残ったデータ数がＸ個以上であれば冷媒不足率の推定に使用、それより少なければ、その日のデータはすべて使用しない。つまり、データクレンジング処理では、推定モデルの各回帰式に異常値や突出値を除いた運転状態量を代入することで、より正確に冷媒不足率を推定できる。

制御回路１８は、例えば、データフィルタリング処理及びデータクレンジング処理後の現在の運転状態量（センサ値）を推定モデルの各回帰式や各冷媒不足率算出式に代入することで、現時点の冷媒回路６の冷媒不足率を算出する。制御回路１８内の制御部４４は、現在が冷房運転中であるか否かを判定する。制御部４４は、現在が冷房運転中の場合、冷房用推定モデル４３Ａに現在の運転状態量を代入し、現時点での冷媒不足率を算出する。

制御部４４は、現在が冷房運転中でない場合、すなわち暖房運転中の場合、暖房用推定モデル４３Ｂに現在の運転状態量を代入し、現時点での冷媒不足率を算出する。

＜回帰式の生成方法＞
次に第１の回帰式及び第２の回帰式の生成に使用する特徴量について説明する。第１の回帰式を使用する冷房運転時では、重回帰分析法により第１の回帰式の生成を行う際に使用する特徴量として、例えば、圧縮機１１の回転数、膨張弁１４の開度、圧縮機１１の吐出温度、室外熱交出口温度及び外気温度の各運転状態量を用いる。そして、これら各運転状態量は、実機を用いた試験結果を使用する。また、第２の回帰式を使用する暖房運転時では、重回帰分析の特徴量として、例えば、圧縮機１１の回転数、膨張弁１４の開度、圧縮機１１の吐出温度及び室内熱交中間温度の各運転状態量を用いる。そして、これら各運転状態量は、実機を用いた試験結果を使用する。

具体的には、空気調和機１の設計段階で、一例として室内機３が運転している場合に外気温度、室内温度や冷媒充填量を異ならせて実機を用いた試験を行い、特徴量と冷媒不足率との関係を取得する。実機を用いた試験を行う際の条件としては、例えば、外気温度を２０℃、２５℃、３０℃、３５℃及び４０℃と変化させる。なお、実機を用いた試験を行うに際しては、外気温度の他のパラメータを加えてもよい。

複数の運転状態量の内、推定モデルに使用する任意の運転状態量（特徴量）は、複数の運転状態量と冷媒充填量との関係を示す試験結果（以下、教師データ）から得ることになる。尚、教師データとしては、残存冷媒量と各運転状態量とを紐づけた教師データ（重回帰分析法での推定モデル生成に用いる教師データ）と、残存冷媒量が不足し過ぎていない状態（例えば、残存冷媒量が初期の冷媒充填量よりも減少していてもユーザーが求める冷房能力や暖房能力は維持できている状態（正常な状態））であるか残存冷媒量が不足している状態（ユーザーが求める冷房能力や暖房能力が維持できない状態（異常な状態））であるかを各運転状態量と紐づけた教師データ（正常と異常を分類する推定モデル生成に用いる教師データ）とがある。

重回帰分析法では、例えば、冷媒充填量を異ならせて実機を用いた試験を行い、外気温度毎に異なる各運転状態量を取得し、冷媒充填量毎のデータに分類する。図６は、重回帰分析法に用いる教師データの一例を示す説明図である。教師データに使用する運転状態量としては、例えば、圧縮機１１、室内機３及び室外機２の運転状態量がある。圧縮機１１の運転状態量としては、例えば、回転数、目標回転数、運転時間、吐出温度、目標吐出温度、出力電圧等がある。また、室内機３の運転状態量としては、例えば、ファン回転数、ファン目標回転数や熱交換器中間センサ温度等がある。また、室外機２の運転状態量としては、例えば、ファン回転数、ファン目標回転数、膨張弁開き度、膨張弁目標開き度や熱交換器出口センサ温度等がある。そして、図６に示すように、冷媒充填量毎のデータを教師データとして機械学習を行うことで、残存冷媒量を推定するための任意の運転状態量（特徴量）を抽出すると共に係数を導出して、推定モデルを生成する。

図７は、残存冷媒量が正常か異常かを分類する推定モデルの生成に用いる教師データの一例を示す説明図である。図７に示すように教師データを用いて機械学習を行うことで、残存冷媒量が正常か否かを推定するための任意の運転状態量（特徴量）を抽出すると共に係数を導出して、推定モデルを生成する。

＜実施例１の効果＞
実施例１の空気調和機１では、冷媒回路６に充填された冷媒 の冷媒不足率の推定に関わる運転状態量を用いて重回帰分析法で生成された推定モデルと、限られたセンサで得た現在の運転状態量（圧縮機の回転数、圧縮機の冷媒吐出温度、熱交換器温度（室内熱交中間温度、室外熱交出口温度）、膨張弁の開度及び外気温度）とを用いて、冷媒不足率を推定する。推定モデルを生成する際に使用する運転状態量は、前述したように空気調和機１を様々な環境下で実機を試験的に運転させることによって求められたものであるため、この推定モデルを用いた冷媒不足率の推定は、空気調和機１を利用者が通常運転（冷房運転や暖房運転など）させた状態で得られる運転状態量を用いて推定が行える。その結果、家庭用の空気調和機１であっても、冷媒回路６をデフォルト状態に整えることなく、現時点の冷媒不足率を推定できる。

空気調和機１に搭載される推定モデルは、複数の運転状態量の内、冷媒回路６に充填された冷媒 の冷媒不足率の推定に与える影響の大きい運転状態量を用いて回帰分析法で予め生成される。この推定モデルでは、全ての運転状態量を使用するのではなく、推定モデルに与える影響の大きい運転状態量を選択して推定モデルを生成するため、高精度な推定モデルを生成できる。

空気調和機１は、冷房運転時の影響の大きい運転状態量として、圧縮機１１の回転数、膨張弁の開度、圧縮機１１の吐出温度、熱交出口温度及び外気温度を用いて回帰分析法で生成される。その結果、冷房運転時の高精度な冷房用推定モデルを生成できる。

空気調和機１は、暖房運転時の影響の大きい運転状態量として、圧縮機１１の回転数、膨張弁１４の開度、圧縮機１１の吐出温度及び室内熱交中間温度を用いて回帰分析法で生成される。その結果、暖房運転時の高精度な暖房用推定モデルを生成できる。

空気調和機１は、冷房用推定モデルと、冷房運転時の現在の運転状態量とを用いて、冷房運転時の冷媒不足率を推定すると共に、暖房用推定モデルと、暖房運転時の現在の運転状態量とを用いて、暖房運転時の冷媒不足率を推定する。その結果、家庭用の空気調和機１であっても、運転状態毎に異なる推定モデルを使用することで、冷媒不足率を高精度に推定できる。

重回帰分析処理において、データフィルタリング処理及びデータクレンジング処理後の現在の運転状態量（センサ値）を推定モデルの各回帰式に代入する。本実施例では、推定モデルの各回帰式の生成は、シミュレーションで得た特徴量を用いており、シミュレーションで得た特徴量には異常な値や他と比べて突出して大きいあるいは小さい値は含まれていない。このような、異常値や突出値を含まない特徴量を用いて生成された推定モデルの各回帰式に、データフィルタリング処理及びデータクレンジング処理を行って異常値や突出値を除いた運転状態量を代入することで、より正確に冷媒不足率を推定できる。

尚、以上に説明した実施例では、空気調和機１の設計段階で各運転状態量を実機を用いた試験により求め、学習機能を有するサーバなどの端末に試験結果を学習させて得られた推定モデルを制御回路１８が予め記憶している場合を例示した。これに代えて、シミュレーション結果を学習させて得られた推定モデルを予め記憶してもよい。さらに、空気調和機１との間を通信網１１０で接続するサーバ１２０が存在し、このサーバ１２０が第１の回帰式及び第２の回帰式を生成して空気調和機１に送信するようにしてもよい。この実施の形態につき、以下に説明する。

＜空気調和システムの構成＞
図８は、実施例２の空気調和システム１００の一例を示す説明図である。尚、実施例１の空気調和機１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図８に示す空気調和システム１００は、空気調和機１と、通信網１１０と、サーバ１２０とを有する。空気調和機１は、圧縮機１１、室外熱交換器１３及び膨張弁１４を有する室外機２と、室内熱交換器５１を有する室内機３とを有する。空気調和機１は、室外機２と室内機３とが液管４及びガス管５等の冷媒配管で接続されて構成する冷媒回路６を備え、当該冷媒回路６に所定量の冷媒が充填される。

サーバ１２０は、生成部１２１と、送信部１２２とを有する。生成部１２１は、冷媒回路６に充填された冷媒 の冷媒不足率の推定に関わる運転状態量を用いて重回帰分析法で推定モデルを生成する。尚、推定モデルは、例えば、第１の実施例で説明した冷房用推定モデル４３Ａと、暖房用推定モデル４３Ｂとを有する。送信部１２２は、生成部１２１にて生成した各推定モデルを通信網１１０経由で空気調和機１に送信する。空気調和機１内の制御回路１８は、受信した各推定モデルを用いて空気調和機１の冷媒回路６における冷媒不足率を算出する。

サーバ１２０内の生成部１２１は、冷媒回路６における冷媒不足率を実測できる空気調和機１の標準機（製造メーカの試験室などに設置されている）から定期的に冷房運転時の運転状態量を収集し、各推定モデルで推定した冷媒不足率と実測した冷媒不足率との比較結果と収集した運転状態量とを用いて、冷房用推定モデル４３Ａを生成あるいは更新する。そして、サーバ１２０内の送信部１２２は、生成あるいは更新した冷房用推定モデル４３Ａを空気調和機１に定期的に送信する。なお、実施例１のように、各推定モデルの生成に使用する運転状態量をシミュレーションで得て、生成部１２１がシミュレーションで得た運転状態量を用いて各推定モデルを生成してもよい。

サーバ１２０内の生成部１２１は、上述した空気調和機１の標準機から定期的に暖房運転時の運転状態量を収集し、推定モデルで推定した冷媒不足率と実測した冷媒不足率との比較結果と収集した運転状態量とを用いて、暖房用推定モデル４３Ｂを生成する。そして、サーバ１２０内の送信部１２２は、生成した暖房用推定モデル４３Ｂを空気調和機１に定期的に送信する。なお、実施例１のように、各推定モデルの生成に使用する運転状態量をシミュレーションで得て、生成部１２１がシミュレーションで得た運転状態量を用いて各推定モデルを生成してもよい。

＜実施例２の効果＞
実施例２のサーバ１２０は、冷媒回路６に充填された冷媒 の冷媒不足率の推定に関わる運転状態量を用いて重回帰分析法を使用して、冷媒不足率を推定する推定モデルを生成し、生成した推定モデルを空気調和機１に送信する。空気調和機１は、サーバ１２０から受信した推定モデルと、現在の運転状態量とを用いて、冷媒不足率を推定する。その結果、家庭用の空気調和機１でも、高精度な推定モデルを用いて現時点の冷媒不足率を推定できる。

また、本実施例では、冷媒回路６に残存する冷媒量を表すものとして相対的な冷媒量を推定する場合を説明した。具体的には、冷媒回路６に冷媒を充填した際の充填量（初期値）に対する、冷媒回路６から外部に漏洩した冷媒量の割合である冷媒不足率を推定して提供する場合を説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、推定した冷媒不足率に初期値を乗じて、冷媒回路６から外部に漏洩した冷媒量を提供するようにしてもよい。また、冷媒回路６から外部に漏洩した絶対的な冷媒量あるいは冷媒回路６に残留する絶対的な冷媒量を推定する推定モデルを生成し、この推定モデルによる推定結果を提供するようにしてもよい。冷媒回路６から外部に漏洩した絶対的な冷媒量あるいは冷媒回路６に残留する絶対的な冷媒量を推定する推定モデルを生成する場合は、ここまでに説明した各運転状態量に加えて、室外熱交換器１３及び室内熱交換器５１の容積や液管４の容積を考慮すればよい。

＜変形例＞
本実施例では、室内機３に備えた制御回路１８が空気調和機１全体を制御する場合を例示したが、制御回路１８は室外機２やクラウド側に備えても良い。本実施例では、推定モデルは、サーバ１２０で生成する場合を例示したが、サーバ１２０ではなく、人がシミュレーション結果から推定モデルを算出しても良い。また、本実施例では、室内機３の制御回路１８が推定モデルを用いて冷媒量を推定する場合を例示したが、推定モデルを生成するサーバ１２０で冷媒量を推定しても良い。また、本実施例では、重回帰分析法を用いて各推定モデルを生成する場合を例示したが、一般の回帰分析法を行える機械学習手法のSVR(Support Vector Regression)、NN(Neural Network)などを用いて推定モデルを生成しても良い。その際、特徴量選択に当たっては重回帰分析法で用いたＰ値や補正値Ｒ２の代わりに、推定モデルの精度が向上するよう特徴量を選択する一般の手法（Forward Feature Selection法、Backward feature Eliminationなど）を使えばよい。

また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

更に、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。

また、以上に説明した各実施例では、冷媒不足率を、冷媒が規定量充填されているときを１００％としたとき、この規定量からの減少分とした。これに代えて、冷媒回路６に冷媒を規定量充填した直後に、本実施例に記載した方法で冷媒不足率を推定し、この推定結果を１００％としてもよい。例えば、冷媒回路６に冷媒を規定量充填した直後に推定した冷媒不足率が９０％である場合、つまり、冷媒回路６に充填されている冷媒量が規定量充填より１０％少ないと推定した場合、この規定量充填より１０％少ない冷媒量を１００％としてもよい。このように１００％とする冷媒量を推定結果に合わせることで、これ以降の冷媒不足率をより正確に推定できる。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
４ 液管
５ ガス管
１１ 圧縮機
１２ 四方弁
１３ 室外熱交換器
１３Ａ 第１の室外熱交口部
１３Ｂ 第２の室外熱交口部
１３Ｃ 室外熱交中間部
１４ 膨張弁
１８ 制御回路
３１ 吐出温度センサ
３２ 室外熱交出口センサ
３３ 外気温度センサ
４１ 取得部
４３Ａ 冷房用推定モデル
４３Ｂ 暖房用推定モデル
４４ 制御部
５１ 室内熱交換器
５１Ａ 第１の室内熱交口部
５１Ｂ 第２の室内熱交口部
５１Ｃ 室内熱交中間部
６１ 室内熱交中間センサ
６２ 吸込温度センサ

Claims (8)

1. 圧縮機、室外熱交換器及び膨張弁を有する室外機に、室内熱交換器を有する室内機が冷媒配管で接続されて構成される冷媒回路を有し、前記冷媒回路に所定量の冷媒が充填された空気調和機であって、
   空気調和機の通常運転時の運転状態を示す運転状態量のうち、少なくとも前記圧縮機の回転数、前記圧縮機の冷媒吐出温度、熱交換器温度、前記膨張弁の開度及び外気温度を用いて、過冷却度を算出せずに、前記冷媒回路に残存している残存冷媒量を推定する残存冷媒量推定モデルを有し、
   前記室内熱交換器は、
   前記冷媒が流通する第１の室内熱交口部と、前記冷媒が流通する第２の室内熱交口部と、前記第１の室内熱交口部と前記第２の室内熱交口部とをつなぐ室内熱交中間部とを有し、
   前記室外熱交換器は、
   前記冷媒が流通する第１の室外熱交口部と、前記冷媒が流通する第２の室外熱交口部と、前記第１の室外熱交口部と前記第２の室外熱交口部とをつなぐ室外熱交中間部とを有し、
   前記空気調和機は、前記運転状態量を検出する検出手段として、
   前記圧縮機の回転数、前記圧縮機の冷媒吐出温度、前記熱交換器温度、前記膨張弁の開度及び前記外気温度をそれぞれ検出する検出手段を有し、
   少なくとも前記熱交換器温度を検出する検出手段は、前記室内熱交中間部を通過する前記冷媒の温度を検出する室内熱交中間センサと、前記室外熱交換器が凝縮器として機能する際に前記凝縮器の出口における前記冷媒の温度を検出する室外熱交出口センサとであり、
   前記空気調和機は、
   前記検出手段で検出された検出結果から残存冷媒量の推定に使用する検出結果を所定の抽出条件で抽出する抽出部を有することを特徴とする空気調和機。
2. 前記抽出部は、
   前記圧縮機の冷媒吐出温度と目標吐出温度との差の絶対値が所定値以下のときの検出結果を抽出する、ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記残存冷媒量推定モデルは、
   前記室外熱交換器が凝縮器として機能する冷房運転時に前記冷媒回路に残存している残存冷媒量を推定する冷房用推定モデルと、
   前記室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転時に前記冷媒回路に残存している残存冷媒量を推定する暖房用推定モデルと、を含み
   前記冷房用推定モデルは、
   前記熱交換器温度として前記室外熱交出口センサで検出した前記冷媒の温度を用いると共に、
   前記暖房用推定モデルは、
   前記熱交換器温度として前記室内熱交中間センサで検出した前記冷媒の温度を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記冷房用推定モデルは、
   さらに前記圧縮機の回転数、前記圧縮機の冷媒吐出温度、前記膨張弁の開度及び前記外気温度を用いる
   ことを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記暖房用推定モデルは、
   さらに前記圧縮機の回転数、前記圧縮機の冷媒吐出温度、前記膨張弁の開度を用いる
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の空気調和機。
6. 前記抽出部は、
   前記室外熱交換器が凝縮器として機能する冷房運転時と前記室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転時とで、それぞれ異なる抽出条件をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
7. 前記室外機、前記室内機及び前記膨張弁は、
   夫々一つずつであることを特徴とする請求項１又は６に記載の空気調和機。
8. 前記残存冷媒量推定モデルは、
   線形の回帰式であることを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。

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