(57)【要約】【課題】粘度センサなしでコンプレッサ内オイル濃度等を知る。【解決手段】気体圧縮循環による冷媒コンプレッサにおけるオイル濃度及びオイル量をオイルオブザーバ１０によって推定し、コンプレッサ内に適当な量の潤滑剤が存在するようにすることによって、コンプレッサをより安全に動作させられるようにする。このオイルオブザーバは、空調・冷却冷凍システムを構成するコンポーネント毎のオイルモデル（１２等）に基づく。ＨＶＡＣコンポーネント向けのオイルモデルにより各コンポーネント内のオイル質量及び冷媒質量を推定する。全コンポーネントのオイルモデル及び熱交換器オブザーバにより２相フロー熱交換器内の幾何学長を推定し、全コンポーネントモデルを統合することによりシステムレベルオブザーバを構築する。住宅用及び商業用の空調装置や冷凍冷却装置に適用できる。【選択図】図１Ｂ
2010065998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体圧縮循環システムを構成する第１のコンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する方法であって、
上記気体圧縮循環システムを構成する他の複数のコンポーネント内に保持されている潤滑剤に関連したパラメータを推定するステップと、
上記気体圧縮循環システムにおける既知の総潤滑剤に関連したパラメータから、上記推定により得られたパラメータを減ずるステップと、
を有する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、上記第１のコンポーネントがコンプレッサである方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、上記他の複数のコンポーネントが、エバポレータ、アキュームレータ、吸入ガスライン、排出ガスライン、コンデンサ、リキッドライン及びレシーバのうち、少なくとも一つを含む方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、上記他の複数のコンポーネント内に保持されている潤滑剤に関連したパラメータが、上記気体圧縮循環システムを構成する各コンポーネントの状態に関連した１個又は複数個のパラメータを用いて、決定される方法。
【請求項５】
冷却冷凍装置であって、
第１のコンポーネントと、
第１のコンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを監視するデバイスと、
を備え、
上記デバイスが、冷却冷凍装置を構成する他の複数のコンポーネント内に保持されている潤滑剤に関連したパラメータを推定し、冷却冷凍装置内における既知の総潤滑剤に関連したパラメータから、この推定により得られたパラメータを減ずる冷却冷凍装置。
【請求項６】
請求項５記載の冷却冷凍装置であって、上記第１のコンポーネントがコンプレッサである冷却冷凍装置。
【請求項７】
請求項５記載の冷却冷凍装置であって、上記他の複数のコンポーネントが、エバポレータ、アキュームレータ、吸入ガスライン、排出ガスライン、コンデンサ、リキッドライン及びレシーバのうち、少なくとも一つを含む冷却冷凍装置。
【請求項８】
請求項５記載の冷却冷凍装置であって、上記他の複数のデバイス内に保持されている潤滑剤に関連したパラメータが、冷却冷凍装置を構成する各コンポーネントの状態に関連した１個又は複数個のパラメータを用いて、決定される冷却冷凍装置。
【請求項９】
気体圧縮循環システムを構成する一コンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する方法であって、
そのコンポーネントの状態に関連したパラメータを検出するステップと、
検出したパラメータを用い、そのコンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを推定するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、更に、コンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを用いてそのコンポーネント内における潤滑剤の量を決定するステップを有する方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法であって、更に、コンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを用いてそのコンポーネント内の潤滑剤の濃度を決定するステップを有する方法。
【請求項１２】
請求項９記載の方法であって、上記気体圧縮循環システムを構成するコンポーネントが、エバポレータ、アキュームレータ、吸入ガスライン、排出ガスライン、コンデンサ、リキッドライン及びレシーバのうち一つである方法。
【請求項１３】
冷却冷凍装置を構成する一コンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを監視するデバイスを備えた冷却冷凍装置であって、当該デバイスが、上記コンポーネントの状態に関連したパラメータを検出し、検出したパラメータを用いてそのコンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを推定する冷却冷凍装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の冷却冷凍装置であって、上記コンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを用いて、そのコンポーネント内における潤滑剤の量を決定する冷却冷凍装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の冷却冷凍装置であって、上記コンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータを用いて、そのコンポーネント内における潤滑剤の濃度を決定する冷却冷凍装置。
【請求項１６】
請求項１３記載の冷却冷凍装置であって、上記コンポーネントが、エバポレータ、アキュームレータ、吸入ガスライン、排出ガスライン、コンデンサ、リキッドライン及びレシーバのうち一つである冷却冷凍装置。
【請求項１７】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する方法であって、
上記熱交換器の２相部長を決定するステップと、
決定した２相部長を用いて、上記熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定するステップと、
を有する方法。
【請求項１８】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する装置であって、当該熱交換器の２相部長を決定し、決定した２相部長を用いて当該熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定する装置。
【請求項１９】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する方法であって、
上記熱交換器の１相部長を決定するステップと、
決定した１相部長を用いて、上記熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定するステップと、
を有する方法。
【請求項２０】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する装置であって、当該熱交換器の１相部長を決定し、決定した１相部長を用いて当該熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、この参照を以てその開示内容を本願に加入するところの米国暫定特許出願第６０／５２３４４７号（２００３年１１月１９日提出）に基づく利益を享受する出願である。本発明は、ＨＶＡＣシステム用オイル循環オブザーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱、換気及び空調（heating, ventilation and air conditioning：ＨＶＡＣ）システムにおいては、コンプレッサ内の可動部品における潤滑性を潤滑油によって得るようにしている。良好な潤滑性を得ることはコンプレッサを安全乃至安定に運転する上で重要なことであるが、冷却用コンプレッサについて言えば、冷媒との混合によってオイルの潤滑能力が減少することがある。このような原因による潤滑能力減少は、例えば、暑い季節に解凍・除霜動作を開始したときに生じうる。これは、そのような条件下では通常、インドアファンがシャットダウンし、エバポレータ内の液体が蒸発せずに残ることがあるためである。そのような現象が生じると、大量の液体冷媒がコンプレッサチャンバ内に入り込み、潤滑油と混ざり合うこととなる。
【０００３】
どれだけの液体冷媒がコンプレッサ内オイルと混ざり合うかを定量するために重要な調査指標としては、オイル濃度を掲げることができる。信頼性の良い動作を実現するためには、オイル濃度をあるレベル以上としオイル冷媒混合物の粘度が十分大きくようにすること、即ちコンプレッサ内可動部品における潤滑性が十分保証されるようにすることが、必要である。
【０００４】
冷却用コンプレッサにおいては、大抵、ある程度の量のオイルがシステム内を循環しており、システム内におけるオイルの回帰・再利用はいわば当然のことである。しかしながら、エバポレータにおいては、過熱が顕著であり且つ蒸発温度が低いとき、オイル粘度が高くなる。これは、液体冷媒が過熱領域において気体になるためである。気体速度がオイルの送給に十分でなければ、エバポレータ内に幾分かのオイルが残留することとなる。同様に、吸入ラインにおいては、冷媒気体速度が十分でないときや冷却温度が低いときに、オイル保持性が問題となる。
【０００５】
垂直ガスラインを伴うマルチエバポレータシステムについて言えば、気体速度が十分に高くないとオイルが上向きに押し上げられずにコンプレッサに戻ってきてしまう。顕著な量のオイルがエバポレータ・コンデンサ・ガスライン回路内に残留していると、コンプレッサ内のオイルにより十分な潤滑性を信頼性良く提供することができなくなる。
【０００６】
従来は、コンプレッサ内におけるオイルの量及び濃度を直接的に計測することは、特殊なセンサなしではできなかった。即ち、従来も、コンプレッサの底部に粘度センサを設置し、コンプレッサ内のオイル冷媒混合物の粘度を計測し、オイル濃度を粘度及び温度の値から計算することが一応は可能であったものの、粘度センサの値段が高いため実用には向かず、システムの研究及び開発等の用途に限られていた。また、コンプレッサの側面に設けられているガラス窓を介しオイル冷媒混合物液体のレベルを計測することも可能ではあったが、従来のシステムでは、粘度センサと同様、空調及び冷却・冷凍システムで実用できる実用的な濃度メータがないため、コンプレッサ内オイルの量及び濃度を実用的に決定することができなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＨＶＡＣシステムを構成するコンプレッサの内部にある潤滑剤の量や濃度を決定する方法について、改良を提案することにある。本発明に係る方法は、ＨＶＡＣコンポーネントオイルモデル及び熱交換器オブザーバを基にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の実施形態に係る装置及び方法にて監視するのは、気体圧縮循環システムを構成する第１のコンポーネント内にある潤滑剤に関連したパラメータである。このパラメータを監視するため、本実施形態においては、気体圧縮循環システムを構成する他の複数のコンポーネントにより保持されている潤滑剤に関連したパラメータを推定し、その結果得られたパラメータ推定値を気体圧縮システム中の既知の総潤滑剤量に係るパラメータから減ずる。これによって、第１のコンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータが得られる。
【０００９】
ここで、気体圧縮循環システムを構成する第１のコンポーネント、と称しているものは例えばコンプレッサである。また、気体圧縮循環システムの他の複数のコンポーネント、と称するものの中には、例えばエバポレータ、アキュームレータ、吸入ガスライン、排出ガスライン、コンデンサ、リキッドライン及びレシーバのうち、少なくとも一つが含まれる。また、当該他の複数のコンポーネントにより保持されている潤滑剤に関連したパラメータは、気体圧縮循環システムの各コンポーネントの状態に関連した１個又は複数個のパラメータを用いて決定することができる。
【００１０】
本発明の他の実施形態に係る装置及び方法にて監視するのは、気体圧縮循環システムを構成するある１個のコンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータである。本実施形態においては、監視対象とするコンポーネントの状態に関連したパラメータが検出され、その結果得られたパラメータを用いてそのコンポーネント内にある潤滑剤に関連したパラメータが推定される。
【００１１】
ある実施形態においては、コンポーネント内にある潤滑剤に関連したパラメータが、そのコンポーネント内にある潤滑剤の量を決定するために使用される。本発明の実施形態によれば、あるコンポーネントの状態に関するパラメータが検出され、そのコンポーネント内の潤滑剤に関連したパラメータが、そのコンポーネントの状態に関連したパラメータを用いて推定される。
【００１２】
本発明の他の実施形態に係る装置及び方法にて監視するのは、気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータである。本実施形態によれば、熱交換器の２相部の長さが決定され、決定された長さを用い、熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータが推定される。
【００１３】
本発明の他の実施形態に係る装置及び方法にて監視するのは、気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータである。本実施形態によれば、熱交換器の１相部の長さが決定され、決定された長さを用い、熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータが推定される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る気体圧縮冷却・冷凍システムの模式的ブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係るオイルオブザーバの全体構成を示す模式的ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるエバポレータオブザーバの機能的構成を示す模式的ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるコンデンサオブザーバの機能的構成を示す模式的ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるコンデンサ２相フロー領域の要素モデルを示す模式的ブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるエバポレータ２相フロー領域の要素モデルを示す模式的ブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるリキッドラインの模式的ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態における低次エバポレータモデルの模式的ブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態における低次コンデンサモデルの模式的ブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態により行われた実験における外気温度の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１０】この実験におけるコンプレッサ内オイル粘度の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１１】この実験におけるコンプレッサ内オイル温度の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１２】この実験における排出圧の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１３】この実験における吸入圧の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１４】この実験における質量流量の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１５】この実験における蒸発温度の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１６】この実験における濃縮温度の時間的プロファイルを示すグラフである。
【図１７】本発明の一実施形態におけるコンプレッサ内オイル質量推定誤差を示すグラフである。
【図１８】本発明の一実施形態におけるコンプレッサ内オイル濃度の推定誤差を示すグラフである。
【図１９】本発明の一実施形態におけるコンプレッサ内オイル質量の実験値と推定値の比較結果を示すグラフである。
【図２０】本発明の一実施形態におけるコンデンサ内冷却剤質量インベントリを示すグラフである。
【図２１】本発明の一実施形態における１パスについてのコンデンササブクールセクション長を示すグラフである。
【図２２】本発明の一実施形態におけるコンデンサ内オイル質量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る気体圧縮冷却・冷凍システムのブロック図である。この図に示す気体圧縮システムにおいては、コンデンサ１がガス排出ライン２を介してコンプレッサ３に接続されている。コンプレッサ３にはシステム内を流れる冷媒を収集するアキュームレータ４が接続されており、アキュームレータ４にはガス吸入ライン５を介してエバポレータ６が接続されており、エバポレータ６にはリキッドライン７を介して膨張弁８が接続されており、膨張弁８とコンデンサ１との間にはシステムを流れる液体の冷媒を受容及び蓄蔵するレシーバ９が接続されている。注記すべきことに、図１Ａには示していないが、本発明に係る気体圧縮システムにはオイルセパレータ、ガスクーラー、内部熱交換器等のコンポーネントを付加することもできる。本発明は、これらのコンポーネントやそれ以外のコンポーネントを含む気体圧縮冷却冷凍システムに対して適用可能である。
【００１６】
本発明に係るダイナミック非線形オブザーバは、冷却冷凍コンプレッサ内オイル濃度及び量を推定する。このオイルオブザーバは、１）各ＨＶＡＣコンポーネント内のオイル質量及び冷媒質量を推定する統合されたオイル冷媒分布循環モデルと、２）エバポレータ及びコンデンサの２相部長並びにコンデンサのサブクール部長を推定する熱交換器オブザーバと、３）全マシン内オイル及び冷媒質量保存とに、基づいている。オイル冷媒モデルに基づく動的シミュレーションには、全状態変数についての初期条件設定が必要となる。しかしながら、各状態変数についての初期条件の多くは、センサにより検出することができない。本発明に係るダイナミック非線形オブザーバによれば、測定されない変数例えばコンプレッサ内のオイル濃度やオイル量を、蒸発温度や圧縮温度等といった利用可能なセンサ情報を用いて、推定することができる。
【００１７】
オイルオブザーバを合成するに当たっては、エバポレータ、コンデンサ、ガスライン、リキッドライン、アキュームレータ及びコンプレッサを含め、空調冷却冷凍システムを構成する各コンポーネントについて、オイル冷媒循環分布の統合的モデルを作成した。各コンポーネントにおけるオイル保持量及び冷媒質量は、ボイドフラクションモデルと、熱交換器の推定寸法（例えばエバポレータの２相部長並びにコンデンサの２相部長及びサブクール１相液体部長）に基づき推定した。
【００１８】
エバポレータの２相部長並びにコンデンサの２相部長及びサブクール１相液体部長を計測するためのセンサは、設けなかった。本発明においては、ダイナミックエバポレータオブザーバを使用し、また蒸発温度に関するセンサ出力情報を利用して、エバポレータの２相部長を推定する。本発明においては、更に、ダイナミックコンデンサオブザーバを使用し、また凝縮温度に関するセンサ出力情報を利用して、コンデンサの２相部長及びサブクール１相部液体長を推定する。
【００１９】
本発明は、レシプロケーティングコンプレッサ、スクロールコンプレッサ、ロータリースイングコンプレッサ、遠心力コンプレッサ、スクリューコンプレッサ等に適用可能である。本発明は、住宅用空調装置及びヒートポンプ、商業用空調装置及びヒートポンプ、冷凍冷蔵装置、マルチエバポレータシステム、冷蔵庫、冷蔵システムその他、気体圧縮循環システム原理に基づき動作する各種のマシンに、適用可能である。本発明は、その他、オイル及び冷却冷凍装置の様々な組合せに適用可能である。
【００２０】
１．オイルオブザーバ構造
本発明に係るオイルオブザーバは、セクション２において述べるオイルモデルに基づき、また蒸発温度、凝縮温度、過熱、サブクール等に関する計測結果を用い、コンプレッサ内のオイル濃度及びオイル量を高価な粘度センサなしで推定するものである。
【００２１】
図１Ｂは、本発明の一実施形態によるオイルオブザーバ１０の全体構成例を示す模式的ブロック図である。図１Ｂにおいては、エバポレータオイルモデル１２を用いてエバポレータ内のオイル質量及び冷媒質量を推定している。エバポレータの２相部長Ｌｅ１は、後にセクション４にて述べるようにエバポレータオブザーバ１４から得られる。図２に、模式的な機能ブロック図によりエバポレータオブザーバ１４の構造を示す。エバポレータオブザーバ１４は、蒸発温度Ｔｅを入力とし２相部長Ｌｅ１（図中のモデル式では１と表している）を出力とするダイナミックオブザーバである。
【００２２】
コンデンサオイルモデル１６は、コンデンサ内オイル質量及び冷媒質量を推定するのに使用されている。コンデンサの２相部長Ｌｃ２及びサブクール部長Ｌｃ３は、後にセクション４にて述べるように、コンデンサオブザーバ１８から得られる。コンデンサオブザーバ１８はエバポレータオブザーバ１４と同様ダイナミックオブザーバであり、凝縮温度Ｔｃ、サブクールＳＣ等を入力して２相部長Ｌｃ２及びサブクール部長Ｌｃ３を出力している。ガスラインオイルモデル２０は、ガスライン内オイル質量及び冷媒質量を推定するのに使用されており、この推定は、ガスラインオブザーバ６０から提供されるパラメータを用いて行っている。リキッドラインオイルモデル２２は、リキッドライン内オイル質量及び冷媒質量を推定するのに使用されており、この推定は、リキッドラインオブザーバ６２により提供されるパラメータを用いて行っている。アキュームレータオイルモデル２４は、アキュームレータ内オイル質量及び冷媒質量を推定するのに使用されている。アキュームレータオイルモデル２４は、アキュームレータ内における液体体積についての情報を含む入力情報を受け取っている。この体積情報は、アキュームレータガラス窓その他の計測乃至推定方法２６によって得られるものである。アキュームレータのない空調乃至冷却冷凍システムであれば、図１Ｂに示すアキュームレータオイルモデル２４を使用する必要はない。レシーバオイルモデル６４は、レシーバ内オイル質量及び冷媒質量を推定するのに使用されている。
【００２３】
エバポレータ、コンデンサ、ガスライン、リキッドライン及びアキュームレータ内のオイル質量を推定することにより、コンプレッサ内のオイル質量を得ることができる。これは、マシン内の総オイル質量が一定であるためである。また、エバポレータ、コンデンサ、ガスライン、リキッドライン及びアキュームレータ内の冷媒質量を推定することにより、コンプレッサ内の冷媒質量を得ることができる。これは、マシン内の冷媒質量が一定であるためである。更に、コンプレッサ内の液体冷媒質量も推定することができるため、コンプレッサ内の推定オイル質量及び液体冷媒質量に基づきオイル濃度も計算することができる。
【００２４】
２．コンポーネントオイル／冷媒モデル
このセクションにおいては、エバポレータ、コンデンサ、ガスライン、リキッドライン及びアキュームレータ内のオイル質量及び冷媒質量を推定するためのモデルについて、説明する。エバポレータ及びコンデンサ内のオイル質量及び冷媒質量を正確に推定するには、１）ボイドフラクションモデルが適切であること、２）コンデンサ内のサブクール１相液体部長の体積が正確であること、並びに３）オイル循環速度の三点が、肝要である。
【００２５】
２．１  コンデンサオイルモデル：コンデンサ内オイル質量及び冷媒質量
図４に、コンデンサ２相フロー領域についての要素モデルを模式的に示す。この図に示すように、コンデンサは３領域に区分できる。即ち、長さＬｃ１を有する過熱部２８と、長さＬｃ２を有する２相部３０と、長さＬｃ３を有するサブクール部３２である。長さＬｃ２及びＬｃ３は、コンデンサオブザーバ１８から得られる。
【００２６】
コンデンサの２相部３０は、Ｎ個の要素に分割することができる。図中、要素の番号をｉで、総数をＮで表し、ｉ＝１，２，３…Ｎの順に各要素に番号をふっている。また、オイル冷媒混合物における気体の比率をｘで表している。例えばｉ＝１の要素における気体量ｘは０であり、ｉ＝Ｎの要素における気体量ｘは１である。コンデンサについては熱交換器からのヒートフラックスが一定であると仮定できるため、気体量ｘはｉに対して線形に減少している。従って、図４に示すように２相部３０をＮ個の要素に分割して考えれば、各要素における相的な熱力学特性差を無視することができる。
【００２７】
各要素の長さｄｌ２はＬｃ２／Ｎで表すことができ、また要素ｉにおける気体量ｘ（ｉ）は次の式
【数１】
2010065998.tif 000003
によって表すことができる。Ｌｃ２は２相部３０の長さ、ｘはコンデンサの所与の部位におけるオイル冷媒混合物における気体量（比率）、そしてαは相異なるボイドフラクションモデル群により推定できるボイドフラクションである。次の式
【数２】
2010065998.tif 000004
【数３】
2010065998.tif 000005
【数４】
2010065998.tif 000006
は、本発明の一実施形態において、質量流量に依存するＨｕｇｈｍａｒｋのボイドフラクションモデルに基づき平均ボイドフラクションαを推定するのに、使用される式である。上式中、ＫＨは多項式（４）にＺｋを代入することにより得られるパラメータであり、Ｚｋは次の式
【数５】
2010065998.tif 000007
に示すように粘度、（質量フラックス等に依存する）平均化Ｒｅｙｎｏｌｄ数Ｒｅ、Ｆｒｏｕｄｅ数Ｆｒ、及び液体体積フラクションｙＬに依存している。この式中、Ｄは水力学的管径、Ｇは冷媒質量速度、ｇは重力加速度、μｖは気体冷媒の動的速度、μｌは液体混合物の速度である。
【００２８】
２相部３０の各要素についてのボイドフラクションは、Ｈｕｇｈｍａｒｋのボイドフラクションモデルに基づきまたその要素におけるパラメータの値に基づき計算することができる。ある要素について気体量がｘ、ボイドフラクション計算値がαであるとすると、この要素における総液体体積（即ち液体冷媒とオイルの合計体積）は、ｄＱｌｉｑｕｉｄ＝ｄＶ（１−α）＝Ａｃｄｚ（１−α）と表すことができる。オイルが液体冷媒とよく混合されているのであれば、次の式
【数６】
2010065998.tif 000008
を用いてその要素におけるオイル質量保持量を推定することができる。この式中、ρｌｉｑｕｉｄはオイル冷媒混合物の密度であり、次の式
【数７】
2010065998.tif 000009
により計算することができる。この式中、ρｏｉｌは純粋なオイルの密度、ρＲは液体冷媒の密度、（１−ｘ−Ｃｏｉｌ）／（１−ｘ）はオイル冷媒混合物における冷媒質量フラクション、Ｃｏｉｌはオイル冷媒混合物総質量流量に対するオイル質量流量の比率として定義されるオイル循環率（重量％）である。
【００２９】
この要素における気体冷媒質量は次の式
【数８】
2010065998.tif 000010
により得ることができる。更に、この要素における液体冷媒質量は次の式
【数９】
2010065998.tif 000011
により得ることができる。そして、コンデンサ全体における液体冷媒質量は次の式
【数１０】
2010065998.tif 000012
により得ることができる。コンデンサにおける気体冷媒質量は次の式
【数１１】
2010065998.tif 000013
により得ることができる。コンデンサ内のオイル質量は次の式
【数１２】
2010065998.tif 000014
により得ることができる。コンデンサ内の総冷媒質量は次の式
【数１３】
2010065998.tif 000015
により得ることができる。
【００３０】
上述したコンデンサオイルモデルによって得られるのは、コンデンサオブザーバ１８からのＬｃ２、Ｌｃ３の他、凝縮温度Ｔｃ、オイル循環速度Ｃｏｉｌ、並びにボイドフラクション計算用の質量流量である。質量流量は、コンプレッサ質量フローモデルに基づき推定することができる。ここでは、コンデンサにおける冷媒質量インベントリを正確に推定する上でサブクール部長Ｌｃ３が鍵となることを、注記すべきであろう。これは、サブクール部においては全冷媒が液体冷媒となっているため、それも気体冷媒密度に比べ非常に高い密度を有する高品質液体となっているためである。もう一つの重要なファクタとしては、ボイドフラクションモデルの選び方がある。本発明の実施形態においてＨｕｇｈｍａｒｋモデルを選んだのは、他のいくつかのモデルでは液体質量が過少評価されるからである。一般に、コンデンサは総冷媒チャージの約４０〜４８％を保持することができる。
【００３１】
２．２  エバポレータオイルモデル：エバポレータ内オイル質量及び冷媒質量
図５は、エバポレータ２相フロー領域についての要素モデルを模式的に示した図である。この図に示すように、エバポレータは２個の領域、即ち長さLｅ２を有する過熱部３４と、長さＬｅ１を有する２相部３６とに、区分することができる。２相部長Ｌｅ１は、エバポレータオブザーバ１４から得ることができる。また、２相部３６はＮ個の要素に区分できる（図中ｉは要素の番号、ｉ＝１，２，３…Ｎ）。ｉ＝１の要素における気体量ｘはｘ０であり、ｉ＝Ｎの要素における気体量ｘは１−Ｃｏｉｌである。エバポレータについても、コンデンサについて適用したものと同様の方法により計算を行うことができる。２相部３６を図５に示すようにＮ個の要素に区分しているため、各要素における相的な熱力学特性差を無視することができる。
【００３２】
各要素の長さｄｌ１はＬｅ１／Ｎであり、要素ｉにおける気体量は次の式
【数１４】
2010065998.tif 000016
により得ることができる。２相部３６の各要素についてのボイドフラクションは、Ｈｕｇｈｍａｒｋのボイドフラクションモデルに基づき、またその要素に係るパラメータを用いて、計算することができる。そして、エバポレータ内の液体冷媒質量は次の式
【数１５】
2010065998.tif 000017
により得ることができる。更に、エバポレータ内のオイル質量は次の式
【数１６】
2010065998.tif 000018
により得ることができ、エバポレータ内の冷媒質量は次の式
【数１７】
2010065998.tif 000019
により得ることができる。従って、エバポレータ内の総冷媒質量は次の式
【数１８】
2010065998.tif 000020
により得ることができる。上述したエバポレータモデルにより得られる情報は、エバポレータオブザーバ１４からの２相部長Ｌｅ１の他、蒸発温度Ｔｅ、インレット気体量ｘ０、オイル循環速度Ｃｏｉｌ、並びにボイドフラクション計算用の質量フローである。一般に、エバポレータは全冷媒チャージの１０〜１６％を保持することができる。
【００３３】
２．３  リキッドラインオイルモデル：リキッドライン内オイル質量及び冷媒質量
図６は、リキッドラインの模式的ブロック図である。図中、Ｖはリキッドラインの全体積、ｘはリキッドラインにおけるオイル冷媒混合物の平均気体量、αはリキッドラインの平均ボイドフラクションである。αは様々なボイドフラクションモデルにより推定することができる。本発明の好適な実施形態においては、Ｈｕｇｈｍａｒｋのモデル又は次の式
【数１９】
2010065998.tif 000021
を用いて、平均ボイドフラクションαを推定している。この式中、ρｇは飽和気体密度であり、ρｌは飽和液体密度である。
【００３４】
ボイドフラクションαの値が得られたならば、リキッドラインにおける総液体体積（液体冷媒とオイルの合計体積）Ｑｌｉｑｕｉｄ＝Ｖ（１−α）を得ることができる。オイルが液体冷媒とよく混合されているものとするなら、次の式
【数２０】
2010065998.tif 000022
を用い、リキッドラインにおけるオイル質量保持量を求めることができる。リキッドラインにおける気体冷媒質量は次の式
【数２１】
2010065998.tif 000023
により、またリキッドラインにおける液体冷媒質量は次の式
【数２２】
2010065998.tif 000024
により、得ることができる。
【００３５】
２．４  ガスラインオイルモデル：ガスライン内オイル質量及び冷媒質量
ガスラインについては、ボイドフラクションが過熱部におけるそれと同様であり液体冷媒は存在しないものと仮定することができる。Ｖをガスラインの総体積、αをガスラインの平均ボイドフラクションとすると、ガスラインにおける気体冷媒質量は次の式
【数２３】
2010065998.tif 000025
により得ることができ、ガスラインにおけるオイル質量保持量は次の式
【数２４】
2010065998.tif 000026
により得ることができる。ガスライン及びリキッドラインのオイルモデルにおいては、平均気体量、平均冷媒温度、オイル循環速度Ｃｏｉｌ及び総質量流量に関する情報を用いる。
【００３６】
２．５  アキュームレータオイルモデル：アキュームレータ内オイル質量及び冷媒質量
飽和液体密度ρｌ及び飽和気体密度ρｇは、熱力学特性に基づきアキュームレータ内冷媒温度Ｔｒから決定することができる。また、オイル密度ρｏｉｌはＴｒの関数である。更に、アキュームレータの体積をＶとするなら、液体体積ＶＬは、アキュームレータ側面のガラス窓からの液体レベル計測結果に基づき、計算することができる。アキュームレータ内気体冷媒質量は次の式
【数２５】
2010065998.tif 000027
により得ることができ、アキュームレータ内オイル質量は次の式
【数２６】
2010065998.tif 000028
により得ることができる。この式中、ρはオイルと液体冷媒の混合物の密度であり、次の式
【数２７】
2010065998.tif 000029
により表すことができる。ωｏｉｌはアキュームレータ内におけるオイルと液体冷媒の混合物の濃度である。アキュームレータ内液体冷媒質量は、次の式
【数２８】
2010065998.tif 000030
により得ることができる。
【００３７】
３．コンプレッサ内オイル濃度及びオイル質量推定用オイルオブザーバ
上掲のセクション２においては、コンデンサ、エバポレータ、ガスライン、リキッドライン及びアキュームレータ内におけるオイル質量及び冷媒質量を推定するためのモデルについて説明した。このセクションにおいては、コンプレッサ内オイル質量及び冷媒質量の推定を、マシン内ではオイル質量及び冷媒質量が保存されているとの想定下に行い、それに引き続いてコンプレッサ内オイル濃度を導出する。まず、マシン全体でオイル質量が保存されていると言うことは、
【数２９】
2010065998.tif 000031
と言うことである。この式中、Ｍｔｏｔａｌｏｉｌはマシン内に充填されている総オイル質量であり既知の値、Ｍｃｉｒｏｉｌ＝Ｍｅｖａｐｏｉｌ＋Ｍｃｏｎｄｏｉｌ＋Ｍｇａｓ＿ｌｉｎｅｏｉｌ＋Ｍｌｉｑｕｉｄ＿ｌｉｎｅｏｉｌは冷媒回路（コンデンサ、エバポレータ、ガスライン及びリキッドラインを含む）における総オイル保持量である。Ｍａｃｃｕｏｉｌはアキュームレータ内オイル保持量であり、もしアキュームレータなしのマシンであればこの値は０である。Ｍｃｉｒｏｉｌ及びＭａｃｃｕｏｉｌは先のセクション２に記載したオイルモデルにより推定される。
【００３８】
このオイル質量保存則に基づき図１Ｂ中のオイルオブザーバから得られるコンプレッサ内のオイル質量推定値
【数３０】
2010065998.tif 000032
は、次の式
【数３１】
2010065998.tif 000033
により表すことができる。また、マシン全体での冷媒質量保存則は、次の式
【数３２】
2010065998.tif 000034
で表すことができる。この式中、Ｍｔｏｔａｌｒｅｆはマシン内に充填されている総冷媒質量であり既知の値、Ｍｃｉｒｒｅｆは冷媒回路（コンデンサ、エバポレータ、ガスライン及びリキッドラインを含む）における総冷媒質量インベントリである。Ｍａｃｃｕｒｅｆはアキュームレータ内冷媒質量であり、アキュームレータなしのマシンであればその値は０である。Ｍｃｉｒｒｅｆ及びＭａｃｃｕｒｅｆは先のセクション２にて説明したモデルに基づき推定される。
【００３９】
この冷媒質量保存則に基づき図１Ｂに示したオイルオブザーバから得られるコンプレッサ内冷媒質量推定値
【数３３】
2010065998.tif 000035
は次の式
【数３４】
2010065998.tif 000036
により表すことができる。
【００４０】
コンプレッサ内オイル濃度を推定するため、本実施形態では、コンプレッサ内液体冷媒質量を推定する。即ち、式（２８）により得られるコンプレッサ内冷媒質量推定値
【数３５】
2010065998.tif 000037
を用いると、コンプレッサ内液体冷媒質量推定値
【数３６】
2010065998.tif 000038
は次の式
【数３７】
2010065998.tif 000039
により表すことができる。式（２９）の右辺第２項はコンプレッサ内気体冷媒質量を表しており、ρｇはコンプレッサ内気体冷媒の密度、Ｖｃｏｍｐは冷媒が存在するコンプレッサ総体積である。ＶｃｏｍｐＬｉｑｕｉｄはオイルと液体冷媒の混合物の液体体積であり、コンプレッサのガラス窓を介した液体レベル計測により決定することができる。
【００４１】
式（２７）により決定したオイル質量推定値と式（２９）により決定した液体冷媒質量推定値から、コンプレッサ内オイル濃度推定値
【数３８】
2010065998.tif 000040
を得ることができる。本発明のある実施形態においては、コンプレッサ内オイル濃度値の推定誤差として２０％という値が得られている。即ち、
【数３９】
2010065998.tif 000041
という推定結果が得られている。この式中、ｗｓｅｎｓｏｒｏｉｌは、本発明の効果を知るため、コンプレッサ底部に実装した粘度センサを用いて計測されたオイル濃度実測値である。
【００４２】
４．熱交換器オブザーバ
４．１  エバポレータ用モデルベースド非線形オブザーバ
図７は、本発明における低次エバポレータモデルを模式的に示す図である。Ｔｅは蒸発温度、ｌは２相部長、Ｔｗは管壁温度、Ｔａは室内気温、
【数４０】
2010065998.tif 000042
及び
【数４１】
2010065998.tif 000043
はそれぞれインレット及びアウトレット冷媒質量流量、ｑは管壁から２相冷媒への熱移転速度、ｑａは室内から管壁への熱移転速度である。
【００４３】
エバポレータの管壁温度が均一であるとすると、管壁の熱移転方程式は
【数４２】
2010065998.tif 000044
となる。この式の右辺第１項は室内から管壁への単位長当たり熱移転速度を表している。第２項は管壁から２相冷媒への単位長当たり熱移転速度を表している。
【００４４】
平均ボイドフラクション
【数４３】
2010065998.tif 000045
が不変であるとすると、エバポレータの２相部における液体質量平衡方程式は
【数４４】
2010065998.tif 000046
となる。式（３３）の左辺はエバポレータ内液体質量変化速度を表している。右辺中、ｑ／ｈｌｇは液体から気体への相変化（蒸発）の速度を、また
【数４５】
2010065998.tif 000047
はインレット液体質量流量を、それぞれ表している。更に、ｈｌｇ＝はｈｇ−ｈｌによって与えられる。ｈｌ及びｈｇはそれぞれ飽和液体冷媒及び気体冷媒に固有のエンタルピーである。
【００４５】
インレット冷媒質量流量
【数４６】
2010065998.tif 000048
は、膨張弁開口Ａｖ、ロー側圧力Ｐｅ及びハイ側圧力Ｐｃに依存しており、次の式
【数４７】
2010065998.tif 000049
により表すことができる。この式中、ａ及びｇｖ（Ｐｅ，Ｐｃ）は膨張弁を特定する所与の値である。Ｐｅ及びＰｃは２個の圧力センサにより計測することができる。２相部における圧力は温度の関数である。従って、インレット冷媒質量流量
【数４８】
2010065998.tif 000050
は次の式
【数４９】
2010065998.tif 000051
によって表すことができる。気体体積が低圧側の液体体積に比べて顕著に大きいことからすれば、エバポレータ内気体質量平衡方程式は、
【数５０】
2010065998.tif 000052
と表すことができる。この式中、Ｍｖは総気体質量、Ｖは低圧側の総体積である。アウトレット冷媒質量流量はコンプレッサ質量流量と同じくコンプレッサ速度、ロー側圧力Ｐｅ及びハイ側圧力Ｐｃに依存しており、次の式
【数５１】
2010065998.tif 000053
によって表すことができる。この式中、ｇ（Ｐｅ，Ｐｃ）はコンプレッサにて所与の値である。上述したように、圧力は２相部の温度の関数であるから、アウトレット冷媒質量流量は次の式
【数５２】
2010065998.tif 000054
により表すことができる。また、式（３６）は
【数５３】
2010065998.tif 000055
と表すことができる。これら、式（３２）、（３３）及び（３９）から、低次エバポレータモデルの静止状態表現
【数５４】
2010065998.tif 000056
が得られる。この式中、Ｔｅ、ｌ及びＴｗはモデルの三状態であり、Ｔａ、
【数５５】
2010065998.tif 000057
及び
【数５６】
2010065998.tif 000058
はシステムへの入力である。
【００４６】
（熱電対によって）簡単に得られるのはＴｅのみであるため、本発明に係るオブザーバを用いエバポレータの２相部長ｌの推定が行われる。次の式
【数５７】
2010065998.tif 000059
は、本願にて述べている非線形オブザーバの力学的表現である。この式中、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３はオブザーバの利得である。本発明においては、推定状態変数が確かにプラントにおける実状態に収束するよう、オブザーバについてコントラクション則が適用される。コントラクション則は、システム
【数５８】
2010065998.tif 000060
が“収縮”していると言える十分条件として、
【数５９】
2010065998.tif 000061
が均一且つ負の有限値であるという条件を課す法則である。システムが収縮している場合、そのシステムの軌跡は単一の軌跡へと指数関数的に収束し、またその収縮速度は｜λｍａｘ｜となる。λｍａｘは
【数６０】
2010065998.tif 000062
の対称部分における最大固有値である。従って、もし実状態をオブザーバの特殊解とすることができ、且つそのオブザーバが収縮しているのなら、オブザーバの全軌跡が特殊解たる実状態に収束するものと結論することができる。
【００４７】
オブザーバ力学系における
【数６１】
2010065998.tif 000063
がＴｅに等しければ、オブザーバ力学系はシステムの力学的表現と同一になり、この一組の方程式の解である実状態はオブザーバの特殊解になる。オブザーバを力学的に表現した方程式のヤコビアン行列の対称部が均一且つ負の有限値であるならば、オブザーバ力学系の軌跡は、実状態として観測した状態たる特殊解に収束する。
【００４８】
４．２  コンデンサ用モデルベースド非線形オブザーバ
セクション１にて説明したオイルオブザーバにおいては、コンデンサの２相部長及びサブクール液体部長を用いて、コンデンサのオイル量を推定している。これは、オイル循環モデルが各相毎に異なるためである。
【００４９】
本セクションにおいては、コンデンサのモデルについて説明する。コンデンサモデルはエバポレータモデルと同様である。図８に、本発明における低次コンデンサモデルを模式的に示す。
【００５０】
気体平衡方程式は
【数６２】
2010065998.tif 000064
と表すことができる。この式中、Ｔｃは凝縮温度、Ｌｃ２は２相部長、Ｔｗ，ｃはコンデンサの壁温である。また、熱移転方程式は、
【数６３】
2010065998.tif 000065
と表すことができる。この式中、Ｔａ，ｃは外気温度である。コンデンサモデルにおける液体質量平衡方程式は
【数６４】
2010065998.tif 000066
と表すことができる。この式は、エバポレータモデルとは若干異なっており、２個の部分が液体冷媒を含んでいる。そのうち１個は液相部、もう１個は２相部である。式中のＬｃ３はサブクール液体部長である。理解できるように、３個の方程式中に４個の未知数が含まれているが、そのうち一つはオブザーバの設計により排除することができる。即ち、過熱相長の変化について
【数６５】
2010065998.tif 000067
なる仮定を導入すればよい。これにより、
【数６６】
2010065998.tif 000068
【数６７】
2010065998.tif 000069
を得ることができる。従って、液体質量平衡方程式は
【数６８】
2010065998.tif 000070
と書き下される。式（４２）、（４３）及び（４４）はコンデンサモデルであり、モデルベースドオブザーバは次の式
【数６９】
2010065998.tif 000071
により表すことができる。この式中、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３はオブザーバの利得である。
【００５１】
エバポレータの過熱部長は、エバポレータの２相部長をその全長から減ずることにより、計算することができる。コンデンサについては、コンデンサの２相部長及びサブクール部長をその全長から減ずることにより、過熱部長を計算することができる。
【００５２】
４．３  ガスラインオブザーバ及びリキッドラインオブザーバ
システム起動時、定常動作時、或いは過渡動作時においては、エバポレータ出口における冷媒が２相状態であると、ガスラインが２相フローにより満たされることとなる。また、エバポレータ出口における冷媒が過熱気体であると、ガスラインは過熱気体フローにより満たされることとなる。ガスラインオブザーバは、ガスライン内の冷媒が２相状態であるか過熱状態であるかを検出するために使用される。また、その検出は、エバポレータの２相部長に基づき行われる。即ち、もしエバポレータの２相部長がエバポレータの全長より短ければ、ガスラインオブザーバは、ガスラインが過熱気体により満たされることを示す。ガスライン内オイル質量及び冷媒質量についてもこれに従い推定される。また、もしエバポレータの２相部長がエバポレータの全長に等しければ、ガスラインオブザーバは、ガスライン内の冷媒が２相状態にあることを示す。ガスライン内オイル質量及び冷媒質量についてもこれに従い推定される。
【００５３】
システム起動時、定常動作時、或いは過渡動作時においては、もしコンデンサ出口における冷媒が２相状態又はサブクール液体状態であると、リキッドラインは２相フローにより満たされる。コンデンサ出口における冷媒が過熱気体であると、リキッドラインは過熱気体により満たされる。リキッドラインオブザーバは、リキッドライン内の冷媒が２相状態であるか過熱状態であるかを検出するために使用される。また、その検出は、コンデンサの過熱気体部長に基づき行われる。即ち、もしコンデンサの過熱気体部長がコンデンサの全長に等しければ、リキッドラインオブザーバは、リキッドラインが過熱気体により満たされていることを示す。リキッドライン内オイル質量及び冷媒質量についてもこれに従い推定される。また、もしコンデンサの過熱気体部長がコンデンサの全長より短ければ、リキッドラインオブザーバは、リキッドラインが２相状態冷媒により満たされていることを示す。リキッドライン内オイル質量及び冷媒質量についてもこれに従い推定される。
【００５４】
５．実験による比較
本願で述べたオイルオブザーバ及びオイルモデルを検証するために、実地試験を行った。比較結果によれば、本発明によるオイル濃度の推定誤差は２０％未満である。
【００５５】
５．１  実験準備
試験機としたのはスプリットタイプ住宅用空調装置である。このマシンにて使用されている冷媒はＲ４１０Ａであり、その総チャージ量は９００ｇである。潤滑油はＦＶＣ５０Ｋで、４００ｍｌ（約３７０ｇ）のオイルがマシン内にチャージされた。マシンの冷却能力（容量）は２．８ｋＷである。温度センサ、圧力センサ、質量流量メータ、粘度センサ等、全てのセンサはナショナル・インスツルメント捕捉ボードを介してＰＣに接続した。
【００５６】
５．２  実地試験
実地試験は、コンテナ上のいくつかの絶縁基板を除去することにより外気温変化を変化させる、コンプレッサ速度を変化させる、膨張弁開口を変化させる、といった、いくつかのダイナミックプロセスにより行った。このサブセクションにおいては、外気温が３５℃から２７℃へと変化するダイナミックプロセスについて実験データを示す。また、引き続くサブセクションにおいては、この試験の結果に基づき、コンプレッサ内オイル濃度比較を行う。
【００５７】
起動後に試験機を３０分以上運転すると、動作状態はほぼ定常状態となる。運転条件は
１）外気温：３５℃
２）室内温：２０℃
３）コンプレッサ速度：７０Ｈｚ
４）膨張弁：１５ステップ
５）室内ファン速度：１２５０ｒｐｍ
６）室外ファン速度：６３０ｒｐｍ
の通りである。外気温を３５℃から２７℃へと変化させると、システムの状態は遷移して再び定常状態となる（図９参照）。図９は、実験における外気温の時間プロファイルを示すグラフである。
【００５８】
図１０は、実験におけるコンプレッサオイル粘度の時間プロファイルを示すグラフである。この図に示すように、オイル粘度は約０．００３５Ｐａ・ｓから０．００３９Ｐａ・ｓへと変化している。図１１は、実験におけるコンプレッサオイル温度の時間プロファイルを示すグラフである。この図に示すように、オイル温度は約５７℃から５２℃へと変化している。図１２は、実験における排出圧の時間プロファイルを示すグラフである。この図に示すように、排出圧は２．８ＭＰａから２．４ＭＰａへと変化している。図１３は、実験における吸入圧の時間プロファイルを示すグラフである。図１４は、実験における質量流量の時間プロファイルを示すグラフである。図１５は、実験における蒸発温度の時間プロファイルを示すグラフである。図１６は、実験における凝縮温度の時間プロファイルを示すグラフである。
【００５９】
５．３  実験結果
このサブセクションでは、本発明によるオイルオブザーバにより推定されたオイル濃度と、粘度センサにより実値計測されたオイル濃度とを、比較する。最初に、初期条件下で比較を行う。
【００６０】
初期条件における計測：
１）蒸発温度：７．８℃
２）蒸発圧：０．８ＭＰａ
３）凝縮温度：４８．２℃
４）凝縮圧：２．７７ＭＰａ
５）サブクール：６℃
６）質量流量：０．０１８５ｋｇ／ｓ
７）オイル温度：５７℃
８）オイル粘度：０．００３５Ｎ／ｍ２ｓ（Ｐａ・ｓ）
９）アキュームレータ内液体体積：１３０ｃｃ
１０）コンプレッサ内液体体積：３３０ｃｃ
比較：
１）コンプレッサ内オイル濃度推定誤差：１３％
２）コンプレッサ内オイル質量推定誤差：１０％
ここで、
１）回路内オイル循環速度：０．５％（計測するセンサなし）
２）アキュームレータ内冷媒濃度：６５％（計測するセンサなし）
と仮定している。サブセクション５．２で述べたように外気温が３５℃から２７℃へと変化するダイナミックな条件下について、比較結果を図１７〜図１９に示す。図１７はコンプレッサ内オイル質量推定誤差を示すグラフであり、図１８はコンプレッサ内オイル濃度推定誤差を示すグラフであり、図１９は本発明によるコンプレッサ内オイル質量推定値をオイル質量実測値と比較するグラフである。推定誤差は、概略、１０％より小さくなっている。
【００６１】
ダイナミックプロセスを通じて、コンデンサ内冷媒質量は、図２０に示すように、３８０ｇ（総冷媒質量の４２．２％）から４２０ｇ（総冷媒質量の４６．７％）へと変化した。図２０は実験におけるコンデンサ内冷媒質量インベントリを示すグラフである。また、図２１は実験における一パスについてのコンデンササブクール部長を示すグラフであり、この図にはコンデンサオブザーバから得られるサブクール部長Ｌｃ３の推定値が示されている。更に、図２２は実験におけるコンデンサ内オイル質量を示すグラフである。サブクール部長が１．９ｍから２．６２ｍへと変化するのに伴い、冷媒質量インベントリは総冷媒質量の４２．２％から総冷媒質量の４６．７％へと増加している。
【００６２】
表１は、本発明に係る空調マシンにおける推定オイル分布を、時刻ｔ＝１０分について示す表である。
【表１】
2010065998.tif 000072
【００６３】
表２は、時刻ｔ＝１０分における空調マシン内推定冷媒質量分布を示す表である。
【表２】
2010065998.tif 000073
【００６４】
このように、本発明は、気体圧縮システムのコンプレッサ内オイル濃度及びオイル質量を推定するシステムレベルオイルオブザーバを包含するものである。本発明は、コンデンサ、エバポレータ、ガスライン及びリキッドライン等のコンポーネント内におけるオイル質量及び冷媒質量推定用のオイル分布及び冷媒分布モデルを、包含するものである。本発明においては、（エバポレータ及びコンデンサ用）熱交換器オブザーバ及びオイルモデルを、コンプレッサダイナミックオイルオブザーバに統合することができる。実地試験によってオイルオブザーバが評価承認され、１０％を下回る誤差にて比較結果が導き出された。
【００６５】
以上、特定の実施形態を参照して本発明に関し説明を行った。いわゆる当業者であれば、当該実施形態及びその細部に多様な変形を施すことができるであろう。その種の変形は、本発明の本質及び技術的範囲を逸脱しないものである。また、本発明の技術的範囲は別紙特許請求の範囲により明瞭に定義されている。
【符号の説明】
【００６６】
１  コンデンサ、２  ガス排出ライン、３  コンプレッサ、４  アキュームレータ、５  ガス吸入ライン、６  エバポレータ、７  リキッドライン、８  膨張弁、９  レシーバ、１０  オイルオブザーバ、１２  エバポレータオイルモデル、１４  エバポレータオブザーバ、１６  コンデンサオイルモデル、１８  コンデンサオブザーバ、２０  ガスラインオイルモデル、２２  リキッドラインオイルモデル、２４  アキュームレータオイルモデル、２６  アキュームレータガラス窓乃至オブザーバ、６０  ガスラインオブザーバ、６２  リキッドラインオブザーバ、６４  レシーバオイルモデル。
【図１Ａ】
2010065998.tif 000074
【図１Ｂ】
2010065998.tif 000075
【図２】
2010065998.tif 000076
【図３】
2010065998.tif 000077
【図４】
2010065998.tif 000078
【図５】
2010065998.tif 000079
【図６】
2010065998.tif 000080
【図７】
2010065998.tif 000081
【図８】
2010065998.tif 000082
【図９】
2010065998.tif 000083
【図１０】
2010065998.tif 000084
【図１１】
2010065998.tif 000085
【図１２】
2010065998.tif 000086
【図１３】
2010065998.tif 000087
【図１４】
2010065998.tif 000088
【図１５】
2010065998.tif 000089
【図１６】
2010065998.tif 000090
【図１７】
2010065998.tif 000091
【図１８】
2010065998.tif 000092
【図１９】
2010065998.tif 000093
【図２０】
2010065998.tif 000094
【図２１】
2010065998.tif 000095
【図２２】
2010065998.tif 000096
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する方法であって、
上記熱交換器の２相部長を決定するステップと、
決定した２相部長および動的、非線形オブザーバーモデルを用いて、上記熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する冷却装置であって、当該熱交換器の２相部長を決定し、決定した２相部長および動的、非線形オブザーバーモデルを用いて、当該熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定し前記熱交換器内の潤滑油に関連したパラメータを示す出力信号を生成する手段を有する冷却装置。
【請求項３】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する方法であって、
上記熱交換器の１相部長を決定するステップと、
決定した１相部長および動的、非線形オブザーバーモデルを用いて、上記熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定するステップと、
を有する方法。
【請求項４】
気体圧縮循環システムを構成する熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを監視する冷却装置であって、当該熱交換器の１相部長を決定し、決定した１相部長および動的、非線形オブザーバーモデルを用いて当該熱交換器内の潤滑剤に関連したパラメータを推定し前記熱交換器内の潤滑油に関連したパラメータを示す出力信号を生成する手段を有する冷却する冷却装置。