(57)【要約】【課題】多数のサイクルパラメータを用いながらも、設定が容易で、冷凍サイクル機器の故障を的確に診断できる故障診断装置等を提供する。【解決手段】前記サイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに、各区分に対して所定のレベル値を与え、さらに、前記部品に対して各サイクルパラメータが与える負荷の相対的な大きさを示す重み係数を設定しておく。そして、各サイクルパラメータの測定値を取得するとともに該測定値に対応するレベル値を前記レベル設定ステップでの設定に基づいて特定し、前記レベル特定ステップで特定された各サイクルパラメータのレベル値と前記重み係数とをそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点での部品状態量である時点状態量を算出する。次に、前記時点状態量を時間積分して、前記部品の故障可能性値を算出する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルの状態を示す複数のサイクルパラメータと、該冷凍サイクルにおける部品の故障とが関連している冷凍サイクル機器に用いられる故障診断装置であって、
前記サイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに、各区分に対して所定のレベル値を与えた場合の該レベル値を、前記区分に対応させて記憶しているレベル記憶部と、
前記部品に対して各サイクルパラメータが与える負荷の相対的な大きさを示す重み係数を記憶している重み係数記憶部と、
各サイクルパラメータの測定値を取得するとともに前記レベル記憶部を参照して前記測定値の属する区分及び該区分に対応するレベル値を特定するレベル特定部と、
前記レベル特定部で特定された各サイクルパラメータのレベル値に前記重み係数をそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点での部品状態量である時点状態量を算出する時点状態量算出部と、
前記時点状態量を時間積分して、前記部品の故障可能性値を算出する故障可能性算出部とを具備していることを特徴とする故障診断装置。
【請求項２】
前記故障可能性値が予め定めた限界値を超えた場合に、前記部品が故障している旨を出力する故障報知部をさらに具備している請求項１記載の故障診断装置。
【請求項３】
部品毎の故障可能性値を昇順又は降順に並び替えて出力する故障可能性値出力部をさらに具備している請求項１又は２記載の故障診断装置。
【請求項４】
冷凍サイクルの状態を示す複数のサイクルパラメータと、該冷凍サイクルにおける部品の故障とが関連している冷凍サイクル機器に用いられる故障診断方法であって、
前記サイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに、各区分に対して所定のレベル値を与えるレベル設定ステップと、
前記部品に対して、各サイクルパラメータが与える負荷の相対的な大きさを示す重み係数を設定する重み係数設定ステップと、
各サイクルパラメータの測定値を取得するとともに該測定値に対応するレベル値を前記レベル設定ステップでの設定に基づいて特定するレベル特定ステップと、
前記レベル特定ステップで特定された各サイクルパラメータのレベル値と前記重み係数とをそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点での部品状態量である時点状態量を算出する時点状態量算出ステップと、
前記時点状態量を時間積分して、前記部品の故障可能性値を算出する故障可能性算出ステップとを行うことを特徴とする故障診断方法。
【請求項５】
冷凍サイクルの状態を示す複数のサイクルパラメータと、該冷凍サイクルにおける部品の故障とが関連している冷凍サイクル機器に用いられる故障診断プログラムであって、
前記サイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに、各区分に対して所定のレベル値を与えた場合の該レベル値を、前記区分に対応させて記憶しているレベル記憶部と、
前記部品に対して、各サイクルパラメータが与える負荷の相対的な大きさを示す重み係数を記憶している重み係数記憶部と、
各サイクルパラメータの測定値を取得するとともに前記レベル記憶部を参照して前記測定値の属する区分と該区分に対応するレベル値を特定するレベル特定部と、
前記レベル特定部で特定された各サイクルパラメータのレベル値に前記重み係数をそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点での部品状態量である時点状態量を算出する時点状態量算出部と、
前記時点状態量を時間積分して、前記部品の故障可能性値を算出する故障可能性算出部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする故障診断プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍サイクルの状態を示すサイクルパラメータの値から該冷凍サイクルの故障を予知・診断する故障診断装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空調機の現在の状態を測定し、その状態から空調機の故障を予知する故障診断方法が開示されている。この文献においては、以下のような手法を用いて故障可能性を推定している。
（１）部品に物理的ダメージを与える空調サイクルパラメータを選定し、複数の異常レベルに分割する。
（２）各異常レベルにレベル値ａ（特許文献１では重み係数と記載、本願における重み係数とは異なるものである）を設定する。
（３）各異常レベルが継続された時間ｔを測定し，ａ×ｔが所定の数値以上となると、その部品に故障発生と判断する。
【０００３】
また、この特許文献１では、複数の空調サイクルパラメータの組み合わせで異常レベルを設定し、検知精度を向上することも記載されている。この場合、空調機の状態は、ｎ個の空調サイクルパラメータを変数とするｎ次元空間で表されると考え、このｎ次元空間を複数に分割して、各分割領域にそれぞれ異常レベル値を設定するようにしている（図８参照）。
【特許文献１】特開２００４−８５０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した構成において、複数の空調サイクルパラメータにおける異常レベル値を設定する場合、空調サイクルパラメータの数が増えるにしたがって分割領域数が指数関数的に増大するため、膨大な数の異常レベル値を設定しなければならなくなる場合が生じる。そのような多数の異常レベル値を最適に設定することは、ほとんど不可能に近いし、各異常レベル値の設定が不正確になって、故障診断精度が逆に低下するおそれも十分にある。
【０００５】
本発明はかかる問題点を鑑みてなされたものであって、多数のサイクルパラメータを用いながらも、前記異常レベル値（本願における時点状態量に相当）の設定を容易かつ精度良く行うことができ、その時点状態量に基づく冷凍サイクル機器の故障診断を的確に行うことのできる故障診断装置等を提供することをその主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る故障診断装置は、冷凍サイクルの状態を示す複数のサイクルパラメータと、該冷凍サイクルにおける部品の故障とが相互に関連している冷凍サイクル機器に用いられるものである。
そして、前記サイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに、各区分に対して所定のレベル値を与えた場合の該レベル値を、前記区分に対応させて記憶しているレベル記憶部と、前記部品に対して各サイクルパラメータが与える負荷の相対的な大きさを示す重み係数を記憶している重み係数記憶部と、各サイクルパラメータの測定値を取得するとともに前記レベル記憶部を参照して前記測定値の属する区分と該区分に対応するレベル値を特定するレベル特定部と、前記レベル特定部で特定された各サイクルパラメータのレベル値に前記重み係数をそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点での部品状態量である時点状態量を算出する時点状態量算出部と、前記時点状態量を時間積分して、該部品の故障可能性値を算出する故障可能性算出部とを具備していることを特徴とする。
【０００７】
なお、前述した区分の範囲やレベル値は、適宜の調整実験や経験則によって予め定めることができる。例えばレベル値は、異常進行によって冷凍サイクル機器が故障に至るまでの運転可能時間で定めることができる。
【０００８】
しかしてこのような構成によれば、各サイクルパラメータにそれぞれ独立してレベル値を設定するとともに、一の部品の故障についての各サイクルパラメータの相対的な寄与度を表す重み係数を設定さえしておけば、的確な時点状態量が算出され、それに基づいて故障可能性が算出される。しかして、前記レベル値の設定や重み係数の設定は、サイクルパラメータの数に比例して増大するが、指数関数的に増大することはなく、しかもそれらの値は実験や経験則からかなりの精度で求めることができるため、本願発明によれば、サイクルパラメータの数を増加させることにより、精度の高い故障診断を多大な手間をかけることなく実現することができるようになる。
【０００９】
故障可能性値の算出だけでなく、部品の故障を自動的に判断させて、オペレータやユーザ等が故障の発生を見落とすことなく確実に把握できるようにするためには、部品の前記故障可能性値が予め定めた限界値を超えた場合に、当該部品が故障している旨を出力する故障報知部をさらに具備しているものが好ましい。
【００１０】
また、オペレータの見やすさや使い勝手に資するためには、部品毎の故障可能性値を昇順又は降順に並び替えて出力する故障可能性値出力部をさらに具備しているものがよい。
【００１１】
前記課題を解決するためには、本発明が、冷凍サイクルの状態を示す複数のサイクルパラメータと、該冷凍サイクルにおける部品の故障とが相互に関連している冷凍サイクル機器に用いられる故障診断方法であって、前記サイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに、各区分に対して所定のレベル値を与えるレベル設定ステップと、
前記部品に対して各サイクルパラメータが与える負荷の相対的な大きさを示す重み係数を設定する重み係数設定ステップと、各サイクルパラメータの測定値を取得するとともに該測定値に対応するレベル値を前記レベル設定ステップでの設定に基づいて特定するレベル特定ステップと、前記レベル特定ステップで特定された各サイクルパラメータのレベル値と前記重み係数とをそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点での部品状態量である時点状態量を算出する時点状態量算出ステップと、前記時点状態量を時間積分して、前記部品の故障可能性値を算出する故障可能性算出ステップとを行うことを特徴とするものでもよい。
【００１２】
また、本発明は、冷凍サイクルの状態を示す複数のサイクルパラメータと、該冷凍サイクルにおける部品の故障とが相互に関連している冷凍サイクル機器に用いられる故障診断プログラムであって、前記サイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに、各区分に対して所定のレベル値を与えた場合の該レベル値を、前記区分に対応させて記憶しているレベル記憶部と、前記部品に対して各サイクルパラメータが与える負荷の相対的な大きさを示す重み係数を記憶している重み係数記憶部と、各サイクルパラメータの測定値を取得するとともに前記レベル記憶部を参照して前記測定値の属する区分と該区分に対応するレベル値を特定するレベル特定部と、前記レベル特定部で特定された各サイクルパラメータのレベル値に前記重み係数をそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点での部品状態量である時点状態量を算出する時点状態量算出部と、前記時点状態量を時間積分して、前記部品の故障可能性値を算出する故障可能性算出部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするものでもよい。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、冷凍サイクル機器における故障診断を、サイクルパラメータの数を増加させることにより精度良く、しかして多大な手間をかけることなく容易に実現することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る冷凍サイクル機器である空気調和装置１００と、この空気調和装置に用いられる故障診断装置２００とを示している。
【００１５】
前記空気調和装置１００は、図１に示すように、基本的には、圧縮機１１、熱交換器（凝縮器）１２、膨張弁１３、熱交換器（蒸発器）１４をこの順で環状に接続し、内部に冷媒を流通させることで、冷凍サイクルを営むように構成したものである。なお、図１において符号１５は、冷媒の流れを変化させて室内機１０１及び室外機１０２にそれぞれ配置された熱交換器１３、１４を、凝縮器または蒸発器のいずれかに選択的に切り換え、室内における冷暖房を切り換える四方弁である。
【００１６】
また、この空気調和装置１００には、冷媒関連部品（前述した圧縮機１１、熱交換器１２、１４、膨張弁１３など）に物理的なダメージを与えて故障を誘発し得るサイクルパラメータを測定するための図示しない種々のセンサが設けてある。そして、各センサからのデータが後述する故障診断装置２００に送信されて故障診断に用いられるようにしてある。サイクルパラメータとは、冷凍サイクルの状態を示すパラメータのことであり、例えば冷媒の各所における温度、圧力等である。
【００１７】
故障診断装置２００は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、ディスプレイ等の出力機器、キーボードなどの入力機器、ＡＤコンバータ等を有したいわゆるコンピュータであり、前記メモリに格納した故障診断用プログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が動作することによって、図２に示すように、レベル記憶部Ｄ１、重み係数記憶部Ｄ２、レベル特定部２１、時点状態量算出部２５、故障可能性算出部２２、故障報知部２３としての機能を発揮する。
【００１８】
なお、この故障診断装置２００の物理的な設置場所は問わない。例えば前記空気調和装置１００と一体的に設けられていてもよいし、インターネット等の通信回線を通じて別の場所に設けられていてもよい。また、この実施形態では、１つの空気調和装置１００に対して１つの故障診断装置２００が設けられているが、複数の空気調和装置に対して１つの故障診断装置が接続されているような態様でも構わない。その場合は各空気調和装置を識別するための識別データをやりとりする必要がある。
【００１９】
次に故障診断装置２００の各機能部の説明を兼ねて、その動作を以下に詳述する。
まず、オペレータが入力するなどして、一のサイクルパラメータの値が取り得る範囲を複数に区分するとともに各区分に異常度が増すほど増加するレベル値を設定する（図６ステップＳ１１）。そして、このように設定した区分範囲とレベル値とを対にしてレベル記憶部Ｄ１に記憶させる（図３参照）。これを、故障診断に関係ある全てのサイクルパラメータについて行う（図６ステップＳ１２）。以上がレベル設定ステップである。
【００２０】
なお、レベル値の範囲は、特に限定されるものではないが、ここでは後述する時点状態量算出の関係から、例えば図３に示すように、０〜１の範囲に設定している。
【００２１】
また、前記各区分の範囲であるが、ここでは、故障再現実験等によって空気調和装置１００が故障に至るまでの運転可能時間を考慮して決めることとしている。理解の容易のため、サイクルパラメータの代表例として圧縮機からの冷媒吐出温度を例にとれば、図４に示すように、空気調和装置１００がほぼすぐに異常エラー停止する温度を最大パラメータ値としてそれ以上の温度範囲をレベル４、その温度より低くて３００時間後に異常エラー停止する温度までの温度範囲をレベル３、その温度より低くて３０００時間後に異常エラー停止する温度までの温度範囲をレベル２、その温度より低くて３００００時間後に異常エラー停止する温度までの温度範囲をレベル１、というように、区分範囲（レベル範囲）を設定する。なお、この区分範囲は、過去に蓄積された故障時のサイクルパラメータ測定値などから定めても構わない。
【００２２】
次に、オペレータは、ある一の冷媒関連部品に対して、各サイクルパラメータが与える負荷の互いの相対的な大きさを示す重み係数を設定する（図６ステップＳ１３）。そして、この重み係数設定ステップを各冷媒関連部品について全て行い、サイクルパラメータと冷媒関連部品とに関連付けられた重み係数ｆｉｊ（ｉはサイクルパラメータ番号、ｊは冷媒関連部品番号）を、冷媒関連部品とサイクルパラメータに関連づけて重み係数記憶部Ｄ２に記憶させる（図６ステップＳ１４）。以上が重み係数設定ステップである。
【００２３】
前記重み係数の記憶態様の一例を図５に示す。各サイクルパラメータの重み係数は、故障再現実験や過去の実機データ、あるいは経験則などから定める。また重み係数の値は、特に限定されるものではないが、ここでは正規化の関係から、図５に示すように、一の冷媒関連部品についての各サイクルパラメータの値の積算値Σが１となるように設定している。
【００２４】
このようなオペレータによる設定の後、空気調和装置１００を動作させると、該空気調和装置１００に設けられた各センサから前記各サイクルパラメータの測定値が送信されてくる。
【００２５】
この測定値データを、一定微小周期に設定されたサンプリングタイミング毎に、前記レベル特定部２１が受信して取得する（図７ステップＳ２１、Ｓ２２）。そして、前記レベル記憶部Ｄ１を参照しながら、各サイクルパラメータの属する区分とその区分に対応するレベル値をそれぞれ特定する（図７ステップＳ２３）。以上がレベル特定ステップである。
【００２６】
次に、時点状態量算出部２５が、前記レベル特定部２１で特定された各サイクルパラメータのレベル値に、一の冷媒関連部品についての前記重み係数をそれぞれ乗算するとともに、全てのサイクルパラメータについての前記乗算結果を加算することにより、サイクルパラメータ測定時点、すなわち当該サンプリングタイミングでの部品状態量たる時点状態量を算出する（図７ステップＳ２５）。以上が時点状態量算出ステップである。なお、時点状態量の算出式は以下の通りである。
【数１】
2010025475.tif 000003
ここで、ｉはｎ個あるサイクルパラメータにそれぞれ割り振られた番号であり、１からｎまでの正の整数値を取る。ｊはｍ個ある冷凍関連部品にそれぞれ割り振られた番号であり、１からｍまでの正の整数値をとる。ｈｊは、ｊ番目の部品の時点状態量である。ｆｉｊは、ｊ番目の冷媒関連部品におけるｉ番目のサイクルパラメータに設定された重み係数である。ｇｉは、ｉ番目のサイクルパラメータの測定値から特定されたレベル値である。
【００２７】
次に、このようにして求めた時点状態量を、式（数２）に示すように、故障可能性算出部２２がサンプリングタイミング毎に積算、すなわち時間積分して、各冷媒関連部品の故障可能性値をそれぞれ算出する（図７ステップＳ２６）。以上が故障可能性算出ステップである。
【数２】
2010025475.tif 000004
ここで、左辺Ｑｊは、今回のサンプリングタイミングで算出されたｊ番目の冷媒関連部品における最新の故障可能性値である。右辺Ｑｊは、前回のサンプリングタイミングで算出されたｊ番目の冷媒関連部品における故障可能性値である。ｈｊは、今回のサンプリングタイミングで算出されたｊ番目の部品の時点状態量である。
【００２８】
この時点状態量算出ステップ及び故障可能値算出ステップを全ての冷媒関連部品について行い（図７ステップＳ２４〜Ｓ２８）、各冷媒関連部品の時点状態量及び故障可能性値を算出する。
【００２９】
これら各冷媒関連部品の故障可能性値は、故障報知部２３によって常時監視されており、いずれかの冷媒関連部品の故障可能性値が予め定められた限界値を超えた場合（図７ステップＳ２９）には、前記故障報知部２３がこれを検出して、該部品が故障している旨を表示出力する（図７ステップＳ３０）。
【００３０】
したがって、このように構成した本実施形態によれば、各サイクルパラメータにそれぞれ独立してレベル値を設定するとともに、一の部品の故障についての各サイクルパラメータの相対的な寄与度を表す重み係数を設定さえしておけば、的確な時点状態量が算出され、それに基づいて故障可能性が算出される。しかして、前記レベル値の設定や重み係数の設定は、サイクルパラメータの数に比例して増大するが、指数関数的に増大することはないため、サイクルパラメータの数を増加させることにより、精度の高い故障診断を多大な手間をかけることなく実現することができるようになる。
【００３１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、部品毎の故障可能性値を昇順又は降順に並び替えて表示出力する故障可能性値出力部をさらに設けておけば、どの部品に将来的な故障発生が生じるのかを、オペレータやユーザが認識できる。また、故障可能性値の時間的な増加度と前記限界値までの余裕から、部品毎の予測故障発生時間を計算し、出力するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、最終的な出力は画面に対してのみならず、プリンタに対して出力してもよいし、ファイル出力や他のコンピュータに対しての送信という形での出力でもよい。
加えて、前記実施形態では故障診断対象が空気調和装置であったが、空気調和装置に限らず、冷凍サイクル（又はヒートポンプ作用）を営む機器であれば、本発明を適用して同様に効果を得ることができる。
【００３３】
その他、本発明は、前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態における故障診断装置を含む空調システム全体を示す模式図。
【図２】同実施形態における故障診断装置の機能ブロック図。
【図３】同実施形態におけるレベル値及び区分の設定例を示す例示図。
【図４】同実施形態におけるレベル値及び区分の設定方法を示す例示図。
【図５】同実施形態における重み係数の設定例を示す例示図。
【図６】同実施形態における故障診断方法を示すフローチャート。
【図７】同実施形態における故障診断方法を示すフローチャート。
【図８】従来の異常レベル値及び区分の設定方法を示す例示図。
【符号の説明】
【００３５】
１００・・・冷凍サイクル機器（空気調和装置）
２００・・・故障診断装置
Ｄ１・・・レベル記憶部
Ｄ２・・・重み係数記憶部
２１・・・レベル特定部
２２・・・故障可能性算出部
２３・・・故障報知部
２５・・・時点状態量算出部
【図１】
2010025475.tif 000005
【図２】
2010025475.tif 000006
【図３】
2010025475.tif 000007
【図４】
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【図５】
2010025475.tif 000009
【図６】
2010025475.tif 000010
【図７】
2010025475.tif 000011
【図８】
2010025475.tif 000012