(57)【要約】本発明は、解釈し、較正し、実装することが容易な分類規則を得るために既知のデータ駆動技術とＨＶＡＣシステムの物理的理解を調和させるとともにモデルパラメータと物理システム量の間の直接の関連を提供することによって障害を検出する数学的な手法を対象とする。対象とする障害モードは、システム冷媒チャージ量低下とエアフィルタ目詰りである。標準のセンサからのシステムデータは、無障害状態と全障害状態のもとで解析される。対象とする障害がセンサデータに現れるパターンを明らかにするためにデータが選別され、故障を測定されたセンサ応答に結び付ける基になる原理を開発するためにそのパターンが解析され使用可能な物理システム情報と組み合わされる。次に、これらの原理は故障検出のためのオンラインアルゴリズムに変換される。
2008511812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシステム故障を診断する方法であって、
（ａ）システム内で使用可能なセンサを識別するステップであって、識別されたセンサがシステム動作特性に関連するセンサデータを生成する、識別するステップと、
（ｂ）少なくとも１つの故障モードを示すパターンを識別するために前記センサデータを解析するステップと、
（ｃ）識別されたパターンに基づいて障害関係を決定するステップと、
（ｄ）システム障害を識別するために、少なくとも１つのシステム動作特性を前記障害関係と比較するステップと、
（ｅ）ステップ（ｄ）でシステム障害が識別されたときは、前記少なくとも１つの故障モードを示す少なくとも１つの障害コードを生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）が、
（ｆ）前記各識別されたセンサから全障害データ集合と無障害データ集合とを生成するステップと、
（ｇ）前記各識別されたセンサからの前記全障害データ集合を同一の識別されたセンサからの前記無障害データ集合と比較するステップと、
（ｈ）各識別されたセンサごとに前記全障害データ集合と前記無障害データ集合の間の最大分離を識別するステップと、
（ｉ）前記識別されたセンサに関連する前記全障害データ集合と前記無障害データ集合の間の最大の最大分離に関連する前記識別されたセンサを選択するステップと、
（ｊ）ステップ（ｉ）の前記選択された識別されたセンサに基づいて、ステップｄ）の前記少なくとも１つのシステム特性を識別するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項３】
ステップ（ｃ）が、
（ｋ）前記少なくとも１つのシステム特性に関連するしきい値を決定するステップと、
（ｌ）前記少なくとも１つのシステム特性に関連する実際の値を監視するステップと、
をさらに含み、
ステップ（ｅ）が、前記実際の値と前記しきい値の比較に基づいて前記少なくとも１つの障害コードを生成することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項４】
ステップ（ｋ）が、
（ｍ）前記最大分離に関連する前記選択された識別されたセンサの前記全障害データ集合と前記無障害データ集合の間の距離を計算するステップと、
（ｎ）フィルタリングパラメータと変数部分選択に基づいて前記距離を最大化するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項５】
ステップ（ｅ）が、
（ｏ）前記識別されたセンサのいずれによっても監視されない少なくとも１つの他のシステム特性を識別するステップであって、少なくとも１つの他のシステム特性が前記少なくとも１つの障害コードに関連する前記少なくとも１つのシステム故障モードを示す、識別するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項６】
ステップ（ｅ）が、
（ｐ）所定のサンプリング時間について前記少なくとも１つの他のシステム特性に関連する平均値を計算するステップと、
（ｑ）前記少なくとも１つの他のシステム特性に関連する実際の値を監視するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項７】
ステップ（ｅ）が、前記少なくとも１つのシステム特性に関連する前記実際の値が前記しきい値を上回りかつ前記少なくとも１つの他のシステム特性に関連する前記実際の値が前記平均値を上回ったときに、前記少なくとも１つの障害コードを生成することをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのシステム特性が、前記システム内の少なくとも１つの制御弁の駆動の程度に関連することを特徴とする請求項７記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項９】
ステップ（ｅ）が、前記少なくとも１つのシステム特性に関連する前記実際の値が前記しきい値を下回りかつ前記少なくとも１つの他のシステム特性に関連する前記実際の値が前記平均値を上回ったときに、前記少なくとも１つの障害コードを生成することをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのシステム特性が圧縮機に関連する吸入圧力であることを特徴とする請求項９記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１１】
ステップ（ｃ）が、
（ｒ）前記識別されたパターンを解析するステップと、
（ｓ）前記障害関係を決定するために、前記識別されたパターンを使用可能な物理システム情報と組み合わせるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１２】
（ｔ）ステップ（ｄ）の前記少なくとも１つのシステム動作特性に関連するしきい値を決定するステップと、
（ｕ）第２のシステム動作特性を推定するステップと、
（ｖ）第３のシステム動作特性を測定するステップであって、前記しきい値と前記第２のシステム動作特性が前記第３のシステム動作特性に基づいてそれぞれ計算され推定される、測定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１３】
前記第２のシステム動作特性が、前記少なくとも１つの障害コードに関連する前記少なくとも１つのシステム故障モードを示すことを特徴とする請求項１２記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１４】
ステップ（ｅ）が、
（ｖ）所定のサンプリング時間について前記第２のシステム動作特性に関連する平均値を計算するステップと、
（ｗ）前記第２のシステム動作特性の実際の値を監視するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１５】
ステップ（ｅ）が、前記少なくとも１つのシステム動作特性に関連する前記実際の値が前記しきい値を上回りかつ前記第２のシステム動作特性の前記実際の値が前記平均値を上回ったときに、前記少なくとも１つの障害コードを生成することをさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１６】
前記システムが蒸気圧縮システムであることを特徴とする請求項１記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１７】
前記蒸気圧縮システム内の前記識別されたセンサが、少なくとも１つの圧力センサと、少なくとも１つの温度センサと、少なくとも１つの弁センサと、を含むことを特徴とする請求項１６記載の少なくとも１つのシステム障害を診断する方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの屋内センサと少なくとも１つの屋内弁とを備えた少なくとも１つの屋内ユニットと、
前記少なくとも１つの屋内ユニットと通信するとともに少なくとも１つの屋外センサと少なくとも１つの屋外弁とを備えた少なくとも１つの屋外ユニットと、
前記少なくとも１つの屋内ユニットおよび前記少なくとも１つの屋外ユニットを制御する制御装置と、
を備えた蒸気圧縮システムであって、前記制御装置が、
前記少なくとも１つの屋内センサと前記少なくとも１つの屋外センサからのデータを収集し、解釈するとともに前記データに基づいて少なくとも１つの障害コードを生成するコントローラをさらに含む、
ことを特徴とする蒸気圧縮システム。
【請求項１９】
前記コントローラが、前記少なくとも１つの障害コードを生成するために、前記データを前記少なくとも１つの屋内ユニットおよび前記少なくとも１つの屋外ユニットからの使用可能なシステム情報と組み合わせることを特徴とする請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラが、複数のシステム動作特性に関連する複数のデータ入力を受信し、前記複数のシステム動作特性に基づいてインジケータを計算し、前記インジケータとしきい値の比較に基づいて前記少なくとも１つの障害コードを生成することを特徴とする請求項１８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房換気冷房（ｈｅａｔｉｎｇ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｏｏｌｉｎｇ）（ＨＶＡＣ）システムに関し、より詳細にはＨＶＡＣシステムにおける故障の早期検出と分離に関連付けられた障害診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００４年８月２７日に出願された米国特許仮出願第６０／６０５，０８０号および２００４年１２月１３日に出願された米国特許仮出願第６０／６３５，５２３号に対する優先権を主張する。
【０００３】
ＨＶＡＣシステムは、日常の運転の間に発生する障害により、期待通りに動作しないことがよくある。このような障害はある故障モードを示唆するものであるが、多くの障害は即時のシステム停止や、コストのかかる損害をもたらすわけではない。しかし、ほとんどの障害は、長期間気づかずにいた場合に、システム性能、寿命、およびライフサイクルコストに悪影響を及ぼすことがあり得る。
【０００４】
診断は障害の検出および分離を意味するが、予知は一般に障害が発生する前にそれらを予測することを意味する。しかし、多くの用途では、早期検出と診断は予知と同じ目的を果たすことができる。このことは故障の伝播がかなりゆっくりとしたペースで起こる場合にあてはまる。システムパラメータの小さな変化は、一般に、最初のうちは重大な悪影響を及ぼさない。したがって、障害の検出、すなわち１つまたは複数のシステムパラメータの小さな変化から完全なシステム劣化または停止に至るまでの時間の正確な予測は、それほど重要ではない。例えば、ＨＶＡＣシステムの冷媒チャージの漏れやエアフィルタ目詰りの検出は、変化の早期検出により適時にメンテナンス処置を取るための十分な情報が提供される故障モードの例である。
【０００５】
診断の手法は２つの大きなカテゴリに分類することができる。一方のカテゴリは、監視されている量の直接測定を取り扱い、他方のカテゴリは、検出技術を数学的アルゴリズムと組み合わせる。これらの手法で技術的に重要視されるのは、重要なシステムパラメータを測定するための専用センサの開発である。このような手法はより正確なものになり得るが、それらは、対象となる各故障モードについて専用のハードウェアを追加することを必要とするので、一般に高価なものになる。組合せ手法では、アルゴリズムが重要な役割を果たす。なぜならば、アルゴリズムによって、センサにより提供された間接的な測定値からシステムの健全性に関する推論を行うことが可能になるからである。新しいセンサの追加はより高価なものであり、製造するのがより困難であるので、制御用に構成された使用可能なセンサを用いるようにアルゴリズムだけが組み込まれる。
【０００６】
故障検出・診断アルゴリズムの設計は、統計的な手法や検討から、人工知能や推論、グラフ理論、ボンドグラフなどから導かれる諸技術に至るまでの広範囲にわたる研究のテーマである。いくつかの診断技術が、冷凍機やＨＶＡＣの障害分離の問題に適用されてきた。既知の手法の中では、「ブラックボックス」またはデータ駆動技術（ニューラルネットワークなど）がかなり注目されている。このような手法は、データが豊富な、しかしその現象についての物理的知識に乏しい領域によく適している。しかし、このような手法に関する１つの問題は、モデルパラメータと物理システム量の間に直接の関連が存在しないので、システムがわずかに変化した場合でも、一般にブラックボックスモデルのパラメータの再較正に広範な再実験が必要になることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、解釈し、較正し、実装することが容易な分類規則を得るために既知のデータ駆動技術の結果とＨＶＡＣシステムの物理的な理解を調和させるとともにモデルパラメータと物理システム量の間の直接の関連を提供する、障害検出のための解析的な手法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、解釈し、較正し、実装することが容易な分類規則を得るために既知のデータ駆動技術とＨＶＡＣシステムの物理的理解を調和させるとともにモデルパラメータと物理システム量の間の直接の関連を提供することによって障害を検出する解析的な手法を対象とする。
【０００９】
本発明は、マルチモジュール分割型ＨＶＡＣシステムで遭遇する２つの最も一般的な問題、すなわち冷媒量低下状態とエアフィルタ目詰りの検出を重点的に取り扱う。実験データの解析、障害の特徴の抽出、障害検出主体の定式化、および診断アルゴリズム開発・実装のためのシステム化された技術に依拠する冷媒チャージの漏れ検出方法が開示される。熱交換器内での縮小された、物理学をベースとする関係に依拠して熱交換器を通る空気の質量流量を推定するエアフィルタ目詰り検出方法も開示される。
【００１０】
どちらの方法も、基になる故障、使用可能なセンサに基づく変数部分選択（ｓｕｂ−ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）、障害データ集合と正常データ集合の間の距離の計算、ならびにフィルタリングパラメータおよび変数部分選択に対するこの距離の最大化などに関する最も多くの情報を、データのどの部分が保持するか判定するためのデータフィルタリング技術を組み入れる。次に、部分選択された変数は、解釈が容易な、かつ実装が容易な分類規則を生成するために、分類技術によって処理される。
【００１１】
本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明と、後で簡単な説明が示される各図面によって最も良く理解することができるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明によるＨＶＡＣシステム１０の一例を示す概略図である。この例では、ＨＶＡＣシステム１０はマルチモジュール分割型システム（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｕｌａｒ  ｓｐｌｉｔ  ｓｙｓｔｅｍ）（ＭＭＳ）として知られているダクトなし（ｄｕｃｔ−ｆｒｅｅ）のヒートポンプシステムである。ＭＭＳ１０は、１つの屋外ユニット１２と２つの屋内ユニット１４Ａ、１４Ｂとを備え、それらは暖かいかまたは暑い季節に屋内空間に冷却空気を供給する冷却モードと、涼しいかまたは寒い季節に屋内空間に暖熱空気を供給する加熱モードで動作する。
【００１３】
屋外ユニット１２は、可変速度の一対の並列圧縮機１６と、冷却モードでの過冷却を制御しまた加熱モードでの過熱を制御する屋外膨張弁１８と、冷却モードでは凝縮器として動作しまた加熱モードでは蒸発器として動作する屋外熱交換器２０と、屋外ファン２２と、を備える。
【００１４】
２つの各屋内ユニット１４Ａ、１４Ｂは、冷却モードでの過冷却および加熱モードでの過熱を制御する屋内膨張弁２４と、冷却モードでは蒸発器として動作しまた加熱モードでは凝縮器として動作する屋内熱交換器２６と、屋内ファン２８と、を備える。
【００１５】
四方向弁３０は、冷却モードから加熱モードへ、またその逆へと動作モードを制御する。ＭＭＳ１０はまた、状況に応じて循環する冷媒チャージ量を変更するように動作可能な、冷媒チャージを貯蔵するための受液タンク３２も備える。
【００１６】
圧縮機１６と屋内ファン２８の速度は、室温と設定値の間の偏差に応じて調整される。圧縮機１６の速度はさらに、全体の冷却または加熱の要求に一致するように調整される。
【００１７】
膨張弁はＭＭＳ１０全体にわたって配置される。図示の例では、膨張弁はパルス変調によって駆動されるパルス変調弁３４である。パルス変調弁３４は、ＭＭＳ１０を流れる冷媒の流量を制御するためにパルス変調弁３４の開度を調節する駆動信号によって制御される。パルス変調弁３４Ａ、３４Ｂは、屋内熱交換器２６の直近に直列に配置される。一対のパルス変調弁３５は、コイル３６と受液タンク３２の間に直列に配置される。
【００１８】
複数のセンサもまたＭＭＳ１０全体にわたって配置される。図示の例では、センサは複数の冷媒側温度センサ３８と、空気側温度センサ４０と、圧力センサ４２と、を含む。
【００１９】
冷媒側温度センサ３８Ａ〜３８Ｄは、各屋内熱交換器２６の各端部の近くに配置される。冷媒側温度センサ３８Ｅ、３８Ｆは、各圧縮機１６の一方の端部の近くに配置される。冷媒側温度センサ３８Ｇは、四方向弁３０とアキュムレータ４４の間に配置される。冷媒側温度センサ３８Ｈは、一対のパルス変調弁３５と受液タンク３４の間に配置される。冷媒側センサ３８Ｉは、屋外熱交換器２０とコイル３６の間に配置される。
【００２０】
空気側温度センサ４０Ａ、４０Ｂは屋内ファン２８と屋内熱交換器２６の間に配置され、空気側温度センサ４０Ｃは屋外ファン２０の直近に配置される。
【００２１】
圧力センサ４２Ａはアキュムレータ４４の直近に配置され、圧力センサ４２Ｂは圧縮機１６と油分離器４６の間に配置される。
【００２２】
本発明は、既存のシステムのセンサとデータを使用してＭＭＳ１０内部の障害を検出するアルゴリズムの開発を重点的に取り扱う。既存のシステムセンサを使用して少なくとも１つのシステム障害を診断する解析的方法が開示される。この解析的方法は、所定のシステム内で使用可能なセンサを識別し、各使用可能なセンサの無障害データと全障害データの間の最大分離／最小オーバラップに基づいて、どの使用可能なセンサがシステム障害を示すデータを生成するか判定するためにセンサデータを解析し、上記解析に基づいて障害関係を決定し、少なくとも１つの測定されたシステム特性を上記障害関係と比較し、システム障害が識別されたときに、故障モードを示す少なくとも１つの障害コードを生成すること、を含む。しかし、識別されるシステム障害は、必ずしも、解析されつつあるデータを生成するセンサによって直接監視されているシステム特性ではない。例えば、センサがシステム内の圧力に関連するデータを生成するかもしれないが、生成される故障コードは、システム冷媒チャージ量低下状態またはエアフィルタ目詰り状態を示すものでもよい。
【００２３】
以下では、本発明のシステム冷媒チャージ量低下インジケータとエアフィルタ目詰りインジケータの両方の開発について論じる。
【００２４】
システム冷媒チャージ量低下インジケータの開発：
全ＭＭＳ冷媒チャージは、任意の所定の時点においても液体冷媒で満たされた全容積にほぼ比例する。システム冷媒チャージ量低下は全システム液体容積が減少したときに生ずる。ＭＭＳ１０が冷却モードで動作しているときは、全ＭＭＳ冷媒質量は減少し全ＭＭＳ容積は増加する。その結果、全体として液体冷媒の容積に対する蒸気冷媒の容積が増加する。全体としての全ＭＭＳ容積の増加は、冷媒が蒸気状態のときには屋内熱交換器２０および屋外熱交換器２６を出て行く冷媒の温度を冷媒の沸点を超える温度まで増加させ、あるいは冷媒が液体状態のときには屋内熱交換器２０および屋外熱交換器２６を出て行く冷媒の温度を冷媒の沸点より低い温度にまで低下させる。これらの現象は、それぞれ過熱および過冷却として知られている。これらの状態では、ＭＭＳ１０は、飽和した場合にその温度での蒸気としての性質を強める傾向があり、それによって過熱を制御する。
【００２５】
ほとんどのシステムでは、過熱は膨張弁を駆動することによって制御される。過熱の増大には、屋内熱交換器２０および屋外熱交換器２６を通過する冷媒の流量を増加させて所望の過熱を維持するために、膨張弁の開度をより大きくすることが必要になる。例示の実施形態では、膨張弁３４はパルス変調弁（ｐｕｌｓｅ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ｖａｌｖｅ）（ＰＭＶ）であり、ＰＭＶの駆動はパルス変調によって制御される。したがって、過熱を増加させることはより高いパルス駆動につながり、より高いパルス駆動は、次いで、システム冷媒チャージ量低下に相関する。さらに、システム冷媒チャージ量低下は、システム吸入圧力の低下にも関連する。
【００２６】
本発明は冷却モードを重点的に取り扱うが、論じられている原理は冷却モードに限定されるものではなく、加熱モードにも適用することができる。
【００２７】
本発明は、以下のように要約することができる、システム冷媒チャージ量低下を識別する障害検出主体を含む。
【００２８】
冷媒チャージ量低下インジケータは、屋内ユニットの平均ＰＭＶ開度の増大を使用するか、または圧縮機速度（ｒｐｍ）がしきい値（例えば、その最大ｒｐｍの４０％〜５０％）を超えた後の、最初の０〜２分の過渡データを除いた最初の数分（例えば、１０〜２０分）の間に観測される吸入圧力値の低下を使用する。
【００２９】
この障害検出原理は、障害原理を識別するためのシステム化された手法と冷媒チャージ量低下を検出するための決定規準の結果である。この手法は、以下で説明するように、前処理された実地試験データにいくつかの統計的な分類技術を適用する。前処理は、対象とする障害イベントについての最も多くの情報を含むデータ部分を抽出することを目的としたデータフィルタリング処理の適用を含む。
【００３０】
データフィルタリング処理は、時間軸を、時間区間であってこれらの時間区間において「対象とする」過渡または定常状態挙動が生じる時間区間に分解する。時間ｔにｖ（ｔ）で示される圧縮機速度（ｒｐｍ）は、フィルタリングのための基本信号として使用される。基本信号とは、以下でより詳細に説明するように、信号であってこの信号の時間的な挙動が時間軸を分解するために使用される信号である。
【００３１】
データフィルタリング処理の主要ステップは、時間軸を区間の列Ｆ＝｛Ｉk｝に分解することである。この分解は、３つのフィルタリングパラメータ、
【００３２】
【数１】
2008511812.tif 000003
【００３３】
の関数、すなわち、
【００３４】
【数２】
2008511812.tif 000004
【００３５】
であり、ここで、
【００３６】
【数３】
2008511812.tif 000005
【００３７】
はしきい値であり、κは、障害を生成することが可能となる前に、センサによって測定された実際の値をしきい値
【００３８】
【数４】
2008511812.tif 000006
【００３９】
より大きい値に維持しなければならない所定の期間であり、Δは収集されたデータが考慮されないスタートアップ期間を定義する。Ｆ＝｛Ｉk｝は、別の列｛Ｉ’k｝から構築される。各要素Ｉ’kは以下の３つの特性を有する閉時間区間である。すなわち、（１）長さＩ’kはκ以上であり、（２）Ｉ’k内の全てのｔに対して、
【００４０】
【数５】
2008511812.tif 000007
【００４１】
であり、（３）Ｉ’kは、最初の２つの特性を有する全ての他のオーバラップする閉区間からなる上位集合（ｓｕｐｅｒｓｅｔ）である。さらに、ｋ≠ｊの場合にＩ’k∩Ｉ’j＝φである。列｛Ｉ’k｝、ｋ＝１，２，３，・・・は、ｅ（Ｉ’k）によって示されるＩ’kに属する全てのｔについての上限が、ｂ（Ｉ’k+1）によって示されるＩ’k+1に属する全てのｔについての下限より小さくなるように並べられる。｛Ｉk｝は、ｂ（Ｉk）＝ｂ（Ｉ’k）とし、ｅ（Ｉk）＝ｍａｘ（ｅ（Ｉ’k），ｂ（Ｉk）＋Δ）とすることによって構築される。
【００４２】
図２に示すように、以下の例は、基本信号の過渡応答に応じてデータを抽出するためにデータフィルタリングをどのように使用することができるかを示す。
１．
【００４３】
【数６】
2008511812.tif 000008
【００４４】
は高域通過フィルタ（ｈｉｇｈ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を構成する。ここで、Δは小から中の値である。ポイントＡ、Ｂ、Ｄは、ＨＰ（０，１００％）によって区分される。
２．
【００４５】
【数７】
2008511812.tif 000009
【００４６】
は帯域通過フィルタ（ｂａｎｄ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を構成する。ここで、κは小から中の値であり、Δは中から大の値である。区間ＣおよびＥは、ＢＰ（１，２，１００％）によって区分される。
３．
【００４７】
【数８】
2008511812.tif 000010
【００４８】
は低域通過フィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を構成する。ここで、κは中の値である。区間Ｆは、ＬＰ（４，１００％）によって区分される。
【００４９】
図２のデータがサンプリング区間１でサンプリングされる場合は、相互に排他的な集合ＨＰ（０，１００％）、ＢＰ（１，２，１００％）、およびＬＰ（４，１００％）によって区分される区間の和集合が、基本信号がその全動作範囲の１００％にある全てのデータポイントをカバーすることにも留意されたい。例えば、データがサンプリング区間ΔＴでサンプリングされると想定する。相互に排他的な集合
【００５０】
【数９】
2008511812.tif 000011
【００５１】
の和集合は、基本信号が
【００５２】
【数１０】
2008511812.tif 000012
【００５３】
以上である全てのデータポイントをカバーする。ここで、上式でｉ、ｊは整数である。Φは、フィルタによって選択された全ての時間区間の和集合の全体を表すために使用される。
【００５４】
障害検出主体を開発するために、時間軸は、基本信号である基になる圧縮機の平均速度と様々なフィルタリングパラメータを使用して、高域通過、帯域通過、および低域通過の各条件によって特徴付けられる区間からなる３つの互いに素な集合に繰り返し分解される。各フィルタリングによって、図２に示されたのと同様の時間の分割が得られる。フィルタリング処理の各繰り返しごとに、３つの互いに素なデータ集合は、センサ（変数）の選択、無障害データ集合と全障害データ集合の間の距離の計算、および障害パターンの発見からなる１組の統計的な技術に基づいて解析された。データフィルタリング処理により、システム冷媒チャージの漏れに関する最も多くの情報を保持する変数として、ＰＭＶに関連する開度と吸入圧力が選択された。最適フィルタは、
【００５５】
【数１１】
2008511812.tif 000013
【００５６】
で、κ≦２、１０≦Δ≦２０、かつ、
【００５７】
【数１２】
2008511812.tif 000014
【００５８】
≒フル圧縮機速度の５０％であることが判明した。これらの結果を組み合わせることによって、上述のシステム冷媒チャージ量低下の障害検出原理が導かれる。
【００５９】
システム冷媒チャージ量低下の障害検出主体は、システム冷媒チャージ量低下検出のためのアルゴリズムに変換され、固定長さのデータバッチに対するシステム冷媒チャージ量低下インジケータを計算することによって実行される。データバッチは、フィルタを通過した、固定長さによって決定されたポイントまでの最新のデータポイントを含む。より多くのデータポイントが使用可能になったときは、それらを最も古いデータポイントに置き換え、データバッチの長さを固定に維持する。
【００６０】
例示として、再び図２について考える。計算に使用されるフィルタがＢＰ（１，２，１００％）であり、区間ＣとＥを区分化すると想定する。また、サンプリング時間は１で、固定のデータ長さは３であると想定する。この例での発生順のデータバッチは、｛９，１０，１５｝、｛１０，１５，１６｝、および｛１５，１６，１７｝となる。バッチ構成ポイントの平均（または中央）時間として計算された時間が各データバッチに割り当てられる。この例では、｛９，１０，１５｝、｛１０，１５，１６｝、および｛１５，１６，１７｝に関連付けられる時間は、バッチ内の時間ポイントの平均を使用して、それぞれ１１．３、１３．７、および１６になる。各バッチ内のシステムチャージ量低下インジケータは、ＰＭＶ開度がしきい値を上回るかまたは吸入圧力がしきい値を下回るバッチ内のポイントの一部を見つけることによって計算される。計算されたシステムチャージ量低下インジケータはバッチに関連付けられた時間に割り当てられる。
【００６１】
図３は、チャージの漏れ計算の一例を詳細に示す流れ図である。この流れ図では、
・Φ（ｔ）は二値インジケータであり、１または０の値を取る。Φ（ｔ）は、ｔが、対象となる解析期間、設計されたフィルタによって選択された全ての区間の集合、および冷却モード動作状態（圧縮機保護状態を除く）に属する場合にだけ１に等しくなる。
・データバッチＢは、Φ（ｔ）＝１となる最新の時間ポイントを常に維持する。バッチの固定されたポイント数ＮＢはユーザによって設定される。ＭＭＳ用途での代表的な値は２４×６０、または１２×６０である。
・
【００６２】
【数１３】
2008511812.tif 000015
【００６３】
は、Ｂの要素の数を示す。
・δはサンプリング時間を表す。δはデータ収集サンプリング時間（ＭＭＳの場合は１分）より大きくなければならないが、計算を迅速に行うためにより大きな値に選択することができる。
【００６４】
エアフィルタ目詰りインジケータの開発：
エアフィルタ目詰りアルゴリズムは、各熱交換器を通過する空気の質量流量を推定するために単純な物理的関係を使用する。十分な空気側の測定値が不足しているので、それらの関係は、下記のいくつかの単純化のための仮定に基づくものである。
・熱交換器内の空気の質量流量を推定するために、対数平均温度とエネルギー収支方程式が適用される。
・空気の質量流量はエアフィルタ抵抗に逆比例する。
・冷媒が過熱している熱交換器の部分は大きいＵＡを有する。
・冷媒の流量はＰＭＶに関連する開度に比例する。
・空気の潜在的な冷却は無視できる。
【００６５】
これらの仮定に基づいて、各熱交換器の空気質量流量の逆数は、
【００６６】
【数１４】
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【００６７】
によって推定される。
【００６８】
図１に示されるように、Ｔaは屋内空気温度、Ｔｃjは屋内コイル温度（熱交換器の冷媒の飽和温度を測定）の中央値、Ｔｃ1は屋内ユニット熱交換器２６から流出する過熱した冷媒の温度であり、ＰＭＶはパルス変調膨張弁３４Ａ、３４Ｂの駆動信号である。
【００６９】
図１では、測定ポイントＴa、Ｔｃ1、Ｔｃj、はそれぞれ、屋内ユニット１４ＡについてはＴＡ−Ａ、ＴＣ１−Ａ、１１、屋内ユニット１４ＢについてはＴＡ−Ｂ、ＴＣ１−Ｂ、１３と符号付け／番号付けされている。
【００７０】
これらの仮定は、潜在的な冷却などいくつかの変動要因を無視しているので、起こり得る未知の影響を「平均化する」ために、解析はより長い期間にわたって実施される。上で論じたシステム冷媒チャージ量低下インジケータの開発と同様に、エアフィルタ目詰りインジケータの計算のためのデータバッチが処理される。この観点から、アルゴリズムは、あるサイズのデータバッチに対するシステム冷媒チャージ量低下インジケータの計算と同一になる。
【００７１】
エアフィルタ目詰りアルゴリズムは屋内ファン２８が様々な速度で作動している間の各屋内熱交換器２６内の空気質量流量の逆数を推定するので、エアフィルタ目詰りインジケータの計算およびこの計算結果としきい値との比較は各ファン速度ごとに個別に実施することが推奨される。ファン速度データは直接使用可能ではないが、速度の設定値（ＦＡＮＴＡＰ）が使用可能であり、ファン速度の代用として使用することができる。
【００７２】
エアフィルタ目詰りインジケータの計算のためのデータフィルタリング処理は、システム冷媒チャージ量低下インジケータの計算のためのデータフィルタリング処理よりもはるかに簡単である。エアフィルタ目詰りインジケータの計算は、冷却モード動作における対数平均温度とエネルギー収支の適用のために必要な、基本的な規則性原理を満たすセンサデータを取り込むことを含む。フィルタΦは、Ｔa＞Ｔｃj、Ｔｃ1＞Ｔｃj、ＰＭＶがしきい値（約１００の値が適切）より大、かつＦＡＮＴＡＰが計算実施モードに等しい場合に、各時間ポイントで１に設定される。
【００７３】
図４は、エアフィルタ目詰り計算の一例を詳細に示す流れ図である。この流れ図では、
・Φ（ｔ）は二値インジケータであり、１または０の値を取る。Φ（ｔ）は、ｔが、対象となる解析期間、設計されたフィルタによって選択された全ての区間の集合、および冷却モード動作状態（圧縮機保護状態を除く）に属する場合にだけ１に等しくなる。
【００７４】
・データバッチＢは、Φ（ｔ）＝１となる最新の時間ポイントを常に維持する。バッチの固定されたポイント数ＮＢはユーザによって設定される。ＭＭＳ用途での代表的な値は２４×６０、または１２×６０である。
【００７５】
・
【００７６】
【数１５】
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【００７７】
は、Ｂの要素の数を示す。
【００７８】
・δはサンプリング時間を表す。δはデータ収集サンプリング時間（ＭＭＳの場合は１分）より大きくなければならないが、計算を迅速に行うためにより大きな値に選択することができる。
【００７９】
図５および図６は、それぞれ第１の例のＭＭＳと第２の例のＭＭＳで生じたシステム冷媒チャージ量低下状態に対するアルゴリズム応答を示す。どちらの例のＭＭＳも、２つの事務室と２つの会議室の冷却および加熱要求を満たすように設計された１つの屋外ユニットと５つの屋内ユニットを含む。結果を計算する際に、第１のシステムのために最適化されたしきい値は、まったく調整なしに第２のシステムのデータ集合に直接適用された。言い換えれば、第２のシステムデータを検証に使用しながら、第１のシステムデータ集合が「アルゴリズムトレーニング」に使用された。
【００８０】
システム冷媒チャージ量低下に関して、図５および図６に示されたプロットは、アルゴリズムによって処理されるデータバッチ数の関数としてのシステム冷媒チャージ量低下インジケータの値を示す。データバッチは発生時間順に並べられる。各データバッチごとのシステム冷媒チャージ量低下インジケータは、ＰＭＶに関連する開度が所定のしきい値より大きいかまたは吸入圧力が所定のしきい値より小さい、バッチ内のポイントの割合を見つけることによって計算される。プロットラインの濃さの変化は、データバッチの全てのポイントにわたって平均された実際のチャージを表す。例えば、バッチ内のポイントの４０％が３０％のチャージ損失であり、残りがフルチャージ（０％損失）である場合は、そのバッチの平均実チャージ損失は１２％になる。この値は、平均実障害（ａｖｅｒａｇｅ  ａｃｔｕａｌ  ｆａｕｌｔ）（ＡＡＦ）と呼ばれる。このプロットから、１０〜１５％を超えるインジケータの値はチャージ量低下状態（＞２５％  ＡＡＦ）を警告するものだと推論することができる。
【００８１】
図７は、システム冷媒チャージ量低下検出アルゴリズムの受信機動作特性（ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）（ＲＯＣ）をプロットしたものである。ＲＯＣは、検出しきい値とは無関係に検出アルゴリズムの性能を評価するために広く使用されるツールである。ＲＯＣは、アルゴリズムによって生成された誤警報（偽陽性（ｆａｌｓｅ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ））の関数として、そのアルゴリズムの検出率（ヒット率）をプロットしたものである。検出率またはヒット率は、故障イベントが実際に発生した場合にシステム冷媒チャージ量低下インジケータが警報を発する確率である。誤警報または偽陽性は、故障が実際に存在しないときに故障を示す確率である。理想的なＲＯＣ曲線は、任意の陽性の誤警報値に対して１００％の検出率を有するものである。
【００８２】
概念的には、ＲＯＣは、検出しきい値をその最小から最大までの可能な値で変化させ、各選択された検出しきい値に対する誤警報−検出率対を計算し、計算された対をプロットすることによって計算することができる。言い換えれば、ＲＯＣ曲線上の各ポイントは１つのしきい値に関連付けられる。図７のＲＯＣを生成する際に、データバッチに対する障害状態の存在は、そのデータバッチのＡＡＦ＞１５％として定義される。また、そのデータバッチに対する障害の不存在は、ＡＡＦ＜５％として定義される。
【００８３】
図８と図９は、それぞれハイウォール（ｈｉｇｈ  ｗａｌｌ）ユニットと四方向ユニットで生じたエアフィルタ目詰りに対するアルゴリズム応答を示す。提示された結果は、高ファン速度の第１のシステムから収集されたデータに基づくものである。プロットは、アルゴリズムによって処理される、（発生順に並べられた）データバッチ数の関数であるエアフィルタ目詰りインジケータの値を示す。プロットラインの濃さの変化は、上と同様に定義された平均実障害（ＡＡＦ）を表す。例えば、バッチ内の４０％のポイントが５０％目詰りであり、残りが目詰りなし（０％目詰り）の場合は、そのバッチのＡＡＦは２０％となる。このプロットから、１５を超えるエアフィルタ目詰りインジケータの値は目詰り状態を警告していると推論することができる。
【００８４】
図１０は、エアフィルタ目詰り検出アルゴリズムのＲＯＣをプロットしたものである。図１０のＲＯＣを生成する際に、データバッチに対する障害状態の存在はＡＡＦ＞２５％として定義される。また、そのデータバッチに対する障害の不存在はＡＡＦ＜５％として定義される。
【００８５】
本発明の好ましい実施形態を開示してきたが、当業者ならば、ある種の修正は本発明の範囲に含まれることが理解されよう。したがって、本発明の真の範囲および内容を確定するためには添付の特許請求の範囲を検討されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明によるＨＶＡＣシステムの一例を示す概略図。
【図２】基本信号の過渡応答に応じてデータを抽出するためにどのようにデータフィルタリングが使用されるかを示すグラフ。
【図３】チャージの漏れ計算の一例を詳細に示す流れ図。
【図４】エアフィルタの目詰り計算の一例を詳細に示す流れ図。
【図５】第１の例のＭＭＳシステムで生じたシステム冷媒チャージ量低下状態に対するアルゴリズム応答を示す図。
【図６】第２の例のＭＭＳシステムで生じたシステム冷媒チャージ量低下状態に対するアルゴリズム応答を示す図。
【図７】チャージ量低下検出アルゴリズムの受信機動作特性（ＲＯＣ）を示すグラフ。
【図８】ハイウォールＭＭＳシステムで生じたエアフィルタ目詰り状態に対するアルゴリズム応答を示す図。
【図９】四方向ＭＭＳシステムで生じたエアフィルタ目詰り状態に対するアルゴリズム応答を示す図。
【図１０】エアフィルタ目詰り検出アルゴリズムのＲＯＣを示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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