JPWO2018154768A1

JPWO2018154768A1 - 空気調和機

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Publication number: JPWO2018154768A1
Application number: JP2019500994A
Authority: JP
Inventors: 篤志河村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: CN110312900B; JP6710312B2; EP3587946B1; CN110312900A; WO2018154768A1; EP3587946A1; EP3587946A4

Abstract

ヒートポンプ、貯湯タンク、貯湯タンクに設けられた熱交換器、空調器具、および循環ポンプを構成機器として少なくとも含み、ヒートポンプ、熱交換器、空調器具、および循環ポンプが配管で接続され、配管内を水が循環する水回路が形成された空気調和機であって、水回路の各部に設けられ、水回路を流れる水の状態を設定時間間隔で測定する複数のセンサと、複数のセンサからの測定データを運転データとして取得するとともに、安定運転時に取得した運転データに基づき基準運転データを生成する制御装置とを備え、制御装置は、基準運転データと、空気調和機の異常停止時の運転データとに基づき、構成機器のうち故障した機器を判断する。

Description

本発明は、空気調和機に関し、特に、水冷式の空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機における故障判断方法としては、例えば、正常運転時に予め取得した運転データと、通常運転時の運転状態データとに基づき、故障を判断する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。この方法では、例えば、一定期間における正常運転時の運転データを標準値データとしてデータベースに取り込むとともに、予め設定した時間が経過した後の運転データを運転状態データとしてデータベースに割り振る。そして、標準値データと運転状態データとを比較し、空気調和機の設置環境および稼働条件等による機種毎の差異を反映させることにより、空気調和機の故障発生の有無を判断する。

特開２００４−２８６２７９号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、一定期間における正常運転時のすべての運転データを収集する。そのため、収集する運転データのデータ量が膨大になる可能性がある。特に、空気調和機が水冷式である場合には、空冷式の場合と比較して空調の温度範囲が広いため、運転データを収集するために大容量のデータ蓄積装置が必要となってしまう。

本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、判断に必要な運転データ量を抑制して構成機器の故障判断を行うことができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の空気調和機は、ヒートポンプ、貯湯タンク、該貯湯タンクに設けられた熱交換器、空調器具、および循環ポンプを構成機器として少なくとも含み、前記ヒートポンプ、前記熱交換器、前記空調器具、および前記循環ポンプが配管で接続され、該配管内を水が循環する水回路が形成された空気調和機であって、前記水回路の各部に設けられ、前記水回路を流れる水の状態を設定時間間隔で測定する複数のセンサと、前記複数のセンサからの測定データを運転データとして取得するとともに、安定運転時に取得した運転データに基づき基準運転データを生成する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記基準運転データと、前記空気調和機の異常停止時の運転データとに基づき、前記構成機器のうち故障した機器を判断するものである。

以上のように、本発明によれば、安定運転時に取得した運転データに基づき基準運転データを生成し、この基準運転データと、空気調和機の異常停止時の運転データとに基づき、故障した機器を判断することにより、故障判断に必要な運転データ量を抑制して構成機器の故障判断を行うことができる。

実施の形態１に係る空気調和機の構成の一例を示す概略図である。図１の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。基準運転データ取得処理の流れの一例を示すフローチャートである。故障判断処理の流れの一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る空気調和機について説明する。

［空気調和機の構成］
図１は、本実施の形態１に係る空気調和機１の構成の一例を示す概略図である。空気調和機１は、ヒートポンプ２、補助ヒータ３、貯湯タンク４、熱交換器５、空調器具６、三方弁７、および循環ポンプ８で構成されている。この空気調和機１では、ヒートポンプ２、補助ヒータ３、熱交換器５、空調器具６、三方弁７、および循環ポンプ８が配管で接続されることにより、水回路１０が形成されている。

ヒートポンプ２は、例えば、内部に冷凍サイクルが形成され、循環ポンプによって供給された水を加熱または冷却する。補助ヒータ３は、ヒートポンプ２の加熱能力が十分でない場合等に、ヒートポンプ２から供給された水を加熱するために設けられている。

貯湯タンク４は、外部から供給される水道水等を内部に溜めるために設けられている。貯湯タンク４には、水回路１０に接続された熱交換器５が内蔵されている。熱交換器５は、水回路１０を循環する水と貯湯タンク４に溜まった水との間で熱交換を行い、水回路１０を循環する水の熱によって貯湯タンク４内の水を加熱する。貯湯タンク４に溜まった水は、外部に放出され、例えばシャワー等の温水として利用される。

空調器具６は、例えば水冷式の熱交換器である。空調器具６は、水回路１０を循環する水と空調対象空間である室内の空気（以下、「室内空気」と適宜称する。）との間で熱交換を行い、水回路１０を循環する水の温熱または冷熱によって室内の空気を加熱または冷却する。

三方弁７は、例えば電動式の三方弁であり、２つの流入口と１つの流出口とを有し、水回路１０を循環する水を分岐するために設けられている。例えば、三方弁７は、水回路１０内の水を貯湯タンク４側に流すか、または空調器具６に流すかを切り替える。循環ポンプ８は、図示しないモータによって駆動され、熱交換器５または空調器具６からヒートポンプ２へ水回路１０内の水を供給する。

また、空気調和機１の各部には、水回路１０を流れる水の状態を予め設定された時間間隔で測定する複数のセンサが設けられている。この例において、空気調和機１には、センサとして、例えば液管温度センサ１１、往き水温センサ１２、戻り水温センサ１３、およびタンク水温センサ１４が設けられている。

液管温度センサ１１は、例えば、ヒートポンプ２内に設けられている。液管温度センサ１１は、ヒートポンプ２に設けられた水熱交換器２ａにおける液側の配管温度を測定し、測定データを後述する制御装置２０に供給する。

往き水温センサ１２は、例えば、補助ヒータ３の流出側に設けられている。往き水温センサ１２は、補助ヒータ３から流出する水の温度を測定し、測定データを制御装置２０に供給する。なお、往き水温センサ１２は、これに限られず、例えば補助ヒータ３が設けられていない場合には、水熱交換器２ａにおける水の流出側に設けてもよい。この場合、往き水温センサ１２は、水熱交換器２ａから流出する水の温度を測定する。

戻り水温センサ１３は、例えば、循環ポンプ８の流出側に設けられている。戻り水温センサ１３は、循環ポンプ８から流出し、ヒートポンプ２に流入する水の温度を測定し、測定データを制御装置２０に供給する。タンク水温センサ１４は、貯湯タンク４内に設けられている。タンク水温センサ１４は、貯湯タンク４内の水の温度を測定し、測定データを制御装置２０に供給する。

なお、これらのセンサは、必ずしも上述した箇所に設置される必要はなく、例えば、空気調和機１の機種に応じて制御に必要な箇所に設けてもよい。また、センサは、温度センサのみに限られず、例えば、各部の水の圧力を測定する圧力センサであってもよい。

液管温度センサ１１は、本発明における「第１の温度センサ」に対応する。往き水温センサ１２は、本発明における「第２の温度センサ」に対応する。戻り水温センサ１３は、本発明における「第３の温度センサ」に対応する。タンク水温センサ１４は、本発明における「第４の温度センサ」に対応する。

制御装置２０は、例えばマイクロコンピュータ、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの演算装置上で実行されるソフトウェア、各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

制御装置２０は、例えば、図示しないリモートコントローラに対する使用者の操作による設定、ならびに空気調和機１の各部から受け取る各種情報に基づき、空気調和機１全体の動作を制御する。本実施の形態１において、制御装置２０は、例えば、空気調和機１に設けられた各種センサからの情報に基づき、後述する基準運転データ取得処理および故障判断処理を行う。

図２は、図１の制御装置２０の構成の一例を示すブロック図である。なお、図２に示す例では、本実施の形態１の特徴に関連する部分のみを図示し、それ以外については、図示を省略する。図２に示すように、制御装置２０は、運転データ取得部２１、運転データ判断部２２、類似判断部２３、異常運転情報取得部２４、異常判断部２５、故障箇所判断部２６および記憶部２７を備えている。

運転データ取得部２１には、液管温度センサ１１、往き水温センサ１２、戻り水温センサ１３、およびタンク水温センサ１４での測定結果を示すデータが供給される。運転データ取得部２１は、供給された各センサからの測定データを運転データとして取得する。

運転データ判断部２２には、運転データ取得部２１で取得した運転データが供給される。運転データ判断部２２は、供給された運転データと記憶部２７に記憶された基準運転データとに基づき、運転データの内容を判断する。なお、基準運転データの詳細については、後述する。

類似判断部２３には、運転データ取得部２１によって取得した運転データが供給される。類似判断部２３は、供給された運転データと、以前に取得した、記憶部２７に記憶された運転データとに基づき、運転データの類似性を判断する。

異常運転情報取得部２４には、運転データ取得部２１によって取得した運転データが供給される。異常運転情報取得部２４は、空気調和機１が異常停止した場合に、供給された運転データと、記憶部２７に記憶された以前の運転データおよび基準運転データに基づき、異常運転情報を取得する。異常運転情報の詳細については、後述する。

異常判断部２５には、異常運転情報取得部２４で取得した異常運転情報が供給される。異常判断部２５は、空気調和機１が異常停止した場合に、供給された異常運転情報に基づき、その異常の様子を判断する。

故障箇所判断部２６には、異常運転情報取得部２４で取得した異常運転情報が供給される。故障箇所判断部２６は、異常判断部２５によって構成機器が故障していると判断された場合に、供給された異常運転情報に基づき故障した構成機器を判断する。

記憶部２７は、運転データ、基準運転データ、ならびに、基準運転データ取得処理および故障判断処理の際に用いる閾値等の各種の設定値が記憶されている。記憶部２７に記憶された各種データは、制御装置２０の各部からの要求に応じて読み出される。

ここで、制御装置２０は、給湯運転、暖房運転および冷房運転といった各種の運転モードで空気調和機１を動作させるように、各部を制御する。そして、本実施の形態１において、制御装置２０は、各運転モードに対応する基準運転データを有している。

基準運転データは、安定運転時に、液管温度センサ１１、往き水温センサ１２、戻り水温センサ１３およびタンク水温センサ１４によって測定されるデータによって構成される運転情報である。「安定運転」とは、空気調和機１から吹き出される空気の温度が設定温度に到達した後に、サーモＯＮおよびサーモＯＦＦが繰り返される運転を示す。この基準運転データは、冷房運転、暖房運転および給湯運転のそれぞれの運転モードに対して用意され、各運転モードについてテーブル化されたものである。

冷房運転モードおよび暖房運転モードでは、空気調和機１は、室内空気の温度（以下、「室内温度」と適宜称する）がユーザによって設定される設定温度となるように運転を行う。そのため、冷房運転モードに対応する基準運転データ、および暖房運転モードに対応する基準運転データは、設定温度ごとに用意され、それぞれの設定温度が設定された際の安定運転時に各センサで測定されたデータで構成されている。

一方、給湯運転モードでは、空気調和機１は、機種ごとに設定される、空気調和機１に設けられた図示しない圧縮機の上限周波数で運転を行う。そのため、給湯運転モードに対応する基準運転データは、その上限周波数に対応する単一のデータが用意されている。

このような基準運転データは、空気調和機１の設置環境に応じて異なる結果が得られることになる。したがって、基準運転データは、現在の設置環境に適した安定運転時の運転状態を示す。

［空気調和機の動作］
次に、上記構成を有する空気調和機１の動作について説明する。本実施の形態１において、空気調和機１の制御装置２０は、まず、安定運転時に基準運転データを取得する基準運転データ取得処理を行う。そして、空気調和機１が異常停止した場合に、制御装置２０は、基準運転データ取得処理で取得した基準運転データと、運転時に取得した運転データとを用いて、空気調和機１を構成する各種の構成機器の故障を判断する故障判断処理を行う。

（基準運転データ取得処理）
図３は、基準運転データ取得処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明においては、「運転データ」という表現を用いて説明するが、本実施の形態１における「運転データ」とは、液管温度センサ１１、往き水温センサ１２、戻り水温センサ１３およびタンク水温センサ１４によって測定されるデータを示すものとする。

まず、制御装置２０は、空気調和機１の運転が安定運転であるか否かを判断する（ステップＳ１）。安定運転であるか否かの判断は、例えば、空気調和機１において、サーモＯＦＦおよびサーモＯＮが行われたか否かによって行われる。

安定運転であると判断した場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、運転データ取得部２１は、空気調和機１が２回目のサーモＯＦＦとなる条件が達成された場合に運転データを取得し、空気調和機１をサーモＯＦＦとする（ステップＳ２）。一方、安定運転でないと判断した場合（ステップＳ１；ＮＯ）には、処理がステップＳ１に戻り、安定運転となるまでステップＳ１に処理が繰り返される。

次に、運転データ判断部２２は、記憶部２７から基準運転データを読み出し、ステップＳ２で取得した運転データと基準運転データとの差分値を算出する（ステップＳ３）。そして、運転データ判断部２２は、算出した差分値と予め設定された閾値とを比較し、差分値が閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ４）。差分値が閾値以下であると判断した場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、運転データ判断部２２は、ステップＳ２で取得した運転データを記憶部２７に記憶する（ステップＳ５）。

次に、制御装置２０は、記憶部２７に記憶された運転データの数と予め設定された数とを比較し、運転データ数が設定数以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。運転データ数が設定数以上であると判断した場合（ステップＳ６；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ７に移行する。一方、運転データ数が設定数未満であると判断した場合（ステップＳ６；ＮＯ）には、処理がステップＳ１２に移行する。

類似判断部２３は、記憶部２７に記憶されている複数の運転データそれぞれから特定のデータ、例えば、液管温度センサ１１、往き水温センサ１２および戻り水温センサ１３で測定されたデータを抽出する（ステップＳ７）。そして、類似判断部２３は、抽出したそれぞれの特定のデータを比較し、運転傾向の類似判断を行う（ステップＳ８）。

運転データの類似判断は、例えば、運転モード、外気温度および出水温度等の条件が同様の場合に取得したセンサ値に基づき行われる。具体的には、例えば、類似判断部２３は、取得したセンサ値が同様の偏りを有している場合に、比較した運転データが「類似」であると判断する。一方、類似判断部２３は、取得したセンサ値が異なる偏りを有している場合に、比較した運転データが「非類似」であると判断する。

類似判断部２３は、記憶部２７に記憶されているすべての運転データに対する、類似する特定のデータを含む運転データ（以下、「類似運転データ」と適宜称する）の比率が予め設定された比率以上であるか否かを判断する（ステップＳ９）。類似運転データの比率が設定比率以上であると判断した場合（ステップＳ９；ＹＥＳ）、類似判断部２３は、類似運転データに基づき、基準運転データを修正する（ステップＳ１０）。一方、類似運転データの比率が設定比率未満であると判断した場合（ステップＳ９；ＮＯ）には、処理がステップＳ１２に移行する。

また、ステップＳ４において、差分値が閾値を超えると判断した場合（ステップＳ４；ＮＯ）、運転データ判断部２２は、ステップＳ２で取得した運転データを破棄する（ステップＳ１１）。そして、処理がステップＳ１２に移行する。

制御装置２０は、空気調和機１の初回起動から予め設定された期間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。起動から設定期間が経過したと判断した場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）には、一連の処理が終了する。一方、起動から設定期間が経過していないと判断した場合（ステップＳ１２；ＮＯ）には、処理がステップＳ２に移行する。

（故障判断処理）
図４は、故障判断処理の流れの一例を示すフローチャートである。図４に示す処理は、図３に示す基準運転データ取得処理が行われることによって基準運転データが取得された後、空気調和機１が再起動された際に実施されるものである。

まず、制御装置２０は、空気調和機１の安定運転を監視するとともに、運転データ取得部２１において、予め設定された時間間隔で運転データを取得する（ステップＳ２１）。

空気調和機１の異常停止が発生した場合、異常運転情報取得部２４は、異常運転情報を取得し、異常運転情報を、このときの時間と関連付けて記憶部２７に記憶する（ステップＳ２２）。空気調和機１の異常停止は、例えば、各種センサの値に基づき、異常が発生したと判断された場合に行われる。具体的には、例えば、制御装置２０は、各種センサの値と予め設定された許容範囲を示す設定値とを比較する。そして、制御装置２０は、各種センサの値が許容範囲を外れた場合に、空気調和機１に異常が発生したと判断し、ヒートポンプ２に設けられた図示しない圧縮機をＯＦＦとするとともに、アクチュエータ等も停止する。

ここで、異常運転情報は、例えば特定の温度センサが設計値を超えたといった通常時とは異なる値を示す異常パターン、空気調和機１が異常停止する前に取得した運転データ、および異常停止時の運転データと基準運転データとの差分値である。なお、差分値は、運転データおよび基準運転データの互いに対応する温度センサによる測定データ同士の差分をとったものである。

次に、異常判断部２５は、今回の異常停止が前回の異常停止から予め設定された期間内に発生したか否かを判断する（ステップＳ２３）。今回の異常停止が前回の異常停止から設定期間内である場合（ステップＳ２３；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ２４に移行する。一方、今回の異常停止が前回の異常停止から設定期間内ではない場合（ステップＳ２３；ＮＯ）には、処理がステップＳ２１に戻る。

異常判断部２５は、記憶部２７に記憶した今回の異常運転情報に含まれる異常パターンと同一の異常パターンを含む異常運転情報が、予め設定された期間内に予め設定された回数以上記憶されたか否かを判断する（ステップＳ２４）。今回の異常パターンと同一の異常パターンが設定期間内に設定回数以上記憶されている場合（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、異常判断部２５は、短期間の異常停止が断続的または連続的に発生していると判断する。

故障箇所判断部２６は、異常判断部２５の判断結果に基づき、空気調和機１の構成機器が故障していると判断する（ステップＳ２５）。このとき、故障箇所判断部２６は、例えば、差分値が閾値を超える温度センサと、差分値が閾値以下となる温度センサとの間に設けられた構成機器を故障が発生している機器と判断する。

以上のように、本実施の形態１に係る空気調和機１は、ヒートポンプ２、貯湯タンク４、貯湯タンク４に設けられた熱交換器５、空調器具６、および循環ポンプ８を構成機器として少なくとも含み、ヒートポンプ２、熱交換器５、空調器具６、および循環ポンプ８が配管で接続され、配管内を水が循環する水回路１０が形成されている。
この空気調和機１は、水回路１０の各部に設けられ、水回路１０を流れる水の状態を設定時間間隔で測定する液管温度センサ１１〜タンク水温センサ１４と、液管温度センサ１１〜タンク水温センサ１４からの測定データを運転データとして取得するとともに、安定運転時に取得した運転データに基づき基準運転データを生成する制御装置２０とを備え、制御装置２０は、基準運転データと、空気調和機の異常停止時の運転データとに基づき、構成機器のうち故障した機器を判断する。

このように、本実施の形態１では、安定運転時の運転データに基づき基準運転データを生成することにより、不要なデータを除いて基準運転データを生成することができる。そして、生成した基準運転データと、空気調和機１の異常停止時の運転データとに基づき、構成機器の故障判断を行う。そのため、不要なデータを収集することなく、データ量を抑制して構成機器の故障を判断することができる。

以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１空気調和機、２ヒートポンプ、２ａ水熱交換器、３補助ヒータ、４貯湯タンク、５熱交換器、６空調器具、７三方弁、８循環ポンプ、１０水回路、１１液管温度センサ、１２往き水温センサ、１３戻り水温センサ、１４タンク水温センサ、２０制御装置、２１運転データ取得部、２２運転データ判断部、２３類似判断部、２４異常運転情報取得部、２５異常判断部、２６故障箇所判断部、２７記憶部。

本発明の空気調和機は、ヒートポンプ、貯湯タンク、該貯湯タンクに設けられた熱交換器、空調器具、および循環ポンプを構成機器として少なくとも含み、前記ヒートポンプ、前記熱交換器、前記空調器具、および前記循環ポンプが配管で接続され、該配管内を水が循環する水回路が形成された空気調和機であって、前記水回路の各部に設けられ、前記水回路を流れる水の状態を設定時間間隔で測定する複数のセンサと、前記複数のセンサからの測定データを運転データとして取得するとともに、安定運転時に取得した運転データに基づき基準運転データを生成する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記空気調和機が異常停止した際の運転データに基づき、通常とは異なる前記センサの値を示す異常パターンを含む異常運転情報を生成し、前記異常パターンと同一のパターンが設定期間内に設定回数以上発生した場合に、前記異常停止時の前記運転データと前記基準運転データとの差分値に基づき、前記構成機器のうち故障した機器を判断するものである。

Claims

ヒートポンプ、貯湯タンク、該貯湯タンクに設けられた熱交換器、空調器具、および循環ポンプを構成機器として少なくとも含み、前記ヒートポンプ、前記熱交換器、前記空調器具、および前記循環ポンプが配管で接続され、該配管内を水が循環する水回路が形成された空気調和機であって、
前記水回路の各部に設けられ、前記水回路を流れる水の状態を設定時間間隔で測定する複数のセンサと、
前記複数のセンサからの測定データを運転データとして取得するとともに、安定運転時に取得した運転データに基づき基準運転データを生成する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記基準運転データと、前記空気調和機の異常停止時の運転データとに基づき、前記構成機器のうち故障した機器を判断する
空気調和機。
前記制御装置は、
前記空気調和機が異常停止した際の運転データに基づき、通常とは異なる前記センサの値を示す異常パターンを含む異常運転情報を生成し、
前記異常パターンと同一のパターンが設定期間内に設定回数以上発生した場合に、前記異常停止時の前記運転データと前記基準運転データとの差分値に基づき、前記故障した機器を判断する
請求項１に記載の空気調和機。
前記制御装置は、
前記運転データと前記基準運転データとの差分値が閾値以下となる運転データを記憶し、
記憶された前記運転データの数が設定数以上である場合に、記憶された各運転データに含まれる特定のデータの類似性を判断し、
記憶されたすべての運転データに対して、類似する前記特定のデータを含む類似運転データの比率が設定比率以上である場合に、前記類似運転データに基づき前記基準運転データを修正する
請求項１または２に記載の空気調和機。
基準運転データは、運転モード毎および設定温度毎にテーブル化されたデータで構成されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
前記複数のセンサは、
ヒートポンプ内に設けられた水熱交換器における液側の配管温度を測定する第１の温度センサと、
水熱交換器から流出する水の温度を測定する第２の温度センサと、
循環ポンプから流出する水の温度を測定する第３の温度センサと、
貯湯タンク内の水の温度を測定する第４の温度センサと
である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和機。