JP2000039220A - 冷凍サイクルの制御装置およびその制御方法 - Google Patents
冷凍サイクルの制御装置およびその制御方法Info
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Abstract
省エネルギーとなるように制御できる冷凍サイクルの制
御装置および制御方法を得る。 【解決手段】 圧縮機2、凝縮側熱交換器4、流量制御
弁5、蒸発側熱交換器6を連結し冷媒を循環させる冷凍
サイクルにおいて、制御手段15で冷凍サイクルの高圧
側または低圧側の運転状態と目標との差を小さくする
際、第1操作手段で凝縮側熱交換器4の処理能力を操作
し、第2操作手段で蒸発側熱交換器6の処理能力を操作
し、運転容量操作手段で圧縮機2の運転容量を操作す
る。また、制御手段15は運転状態を目標に近づけ、か
つ消費エネルギーを最少にする。さらに、制御手段15
は運転状態を目標に近づけ、かつ利用側熱交換器6での
被熱交換流体の入口温度−出口温度差を目標温度差に近
づける。
Description
成する冷凍サイクルの圧縮機、蒸発側熱交換器、凝縮側
熱交換器の制御装置および制御方法に関するものであ
る。
公報に記載された従来の多室式空気調和機を示す冷媒回
路図である。図において、31は室外機、32は容量可
変圧縮機、33は四方弁、34は室外側熱交換器、37
は分流コントローラ、41a〜41cは3台の室内機、
42a〜42cは室内側電子膨張弁、43a〜43cは
電磁開閉弁、44a〜44cは電磁開閉弁、45は制御
器、46は室外側送風機、47は電子膨張弁、48a〜
48cは室内側熱交換器、49は気液分離器、51,5
2は室外機31と分流コントローラ37とを結ぶ連絡配
管、53,54は分流コントローラ37内の高圧管部,
低圧管部、55は中圧管部、56は四方弁、57はアキ
ュムレータ、58は高圧用の圧力検知器、59は低圧用
の圧力検知器である。
41cとはそれぞれ2本の配管で接続されている。各室
内機41a〜41cは室内側熱交換器48a〜48cと
電子膨脹弁42a〜42cとからなり、各電子膨脹弁4
2a〜42cは中圧管部55に接続され、室内側熱交換
器48a〜48cはそれぞれ電磁開閉弁43a〜43
c,44a〜44cを介して低圧管部54,高圧管部5
3と接続されている。また、室外機31内には圧力検知
器58,59が設けられ、その検知信号は制御器45に
入力される。制御器45は圧縮機32と四方弁33と送
風機46を介して、配管内を循環する冷媒と室外側熱交
換器34との熱交換能力を制御する。
室内機41aが暖房運転モードで、室内機41b,41
cが冷房運転モードの場合について述べる。圧縮機32
で圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方弁33を経て室
外熱交換器34で一部凝縮し、二相冷媒となって高圧連
絡配管51を介して室内の分流コントローラ37に入
る。この分流コントローラ37内に入った二相冷媒は四
方弁56を介して気液分離器49で気液分離され、高圧
ガス冷媒は高圧管部53から電磁開閉弁44aを介して
室内機41aに流入し、室内側熱交換器48aで放熱凝
縮する。この後、電子膨脹弁42aを介して中圧管部5
5に流入し、他方の気液分離器49の液相部から電子膨
脹弁47を介して中圧管部55に流入した液冷媒と合流
し、室内機41b,41cに流入する。各室内機41
b,41cでは、電子膨脹弁42b,42cで低圧にな
り、室内側熱交換器48b,48cで吸熱蒸発してガス
化し、電磁開閉弁43b,43cを介して低圧管部54
に合流する。そして四方弁56を経て低圧連絡配管52
から四方弁33、アキュムレータ57を通り再び圧縮機
32に循環する。このように、室内側熱交換器48aで
は冷房運転、室内側熱交換器48b,48cでは暖房運
転を行う冷・暖房同時冷媒回路が構成される。
高圧配管部に設けた圧力検知器58と、低圧配管部に設
けた圧力検知器59とによって、圧縮機32の吐出する
高圧圧力と圧縮機32に吸入する低圧圧力とを検知し、
この検知結果を制御器45に送信する。両検知器58,
59の送信した信号を受信した制御器45は、受信した
両検知値と予め設定された高圧目標値および低圧目標値
とを比較する。さらに、制御器45はこの比較結果によ
って圧縮機32の必要能力を計算すると共に、この計算
結果に基づいて室外熱交換器34の必要能力を計算す
る。そして、これらの計算結果に基づいて圧縮機32の
容量制御を行うと共に、室外側熱交換器34の熱交換能
力を送風機46の回転数制御によって同時に制御する。
想される時には、圧縮機32の容量および室外側熱交換
器34の容量を制御すると共に、さらに、室外側熱交換
器34を凝縮器として放熱源に使うか蒸発器として吸熱
源に使うかを計算結果より判断し、この判断結果によっ
て四方弁33を切替制御して、負荷の大幅な変動に対応
する。このような制御によって、天候・気候等の環境条
件によって室外機側の負荷が変化したり、また、各室内
機41a〜41c側扉の開閉や、室内設定温度の設定変
更や、冷・暖房モードの運転切換えによって室内機側の
負荷が変化しても、この変化に対応することができる。
調和機の制御においては、圧縮機、室外熱交換器および
四方弁の制御幅を計算するために必要な高圧目標値およ
び低圧目標値は、予め冷凍サイクルの設計において固定
して設定されており、室内空気温度設定値や外気温度に
依らず一定としていた。特に、どのような負荷にも対応
できる汎用的な装置とするため、大きな負荷にでも対応
できるように高圧目標値および低圧目標値が設定されて
いた。
機の制御方法は、上記のような構成および動作であるの
で、室内側熱交換器41a〜41cの熱交換能力は室外
機31内の制御器45からは制御しないため、空気調和
機全体としては必ずしも省エネルギーではない。また、
空気調和機全体のエネルギー消費に占める割合が最も大
きい圧縮機32のエネルギー消費量が室内空気温度の設
定値や外気温度によらずほぼ一定となっている。例えば
冷房運転時に室内空気温度の設定値が高い場合や外気温
度が低い場合には省エネルギー化できるはずであるが、
省エネルギー化を図っていないという問題点があった。
ためになされたもので、冷凍サイクルの適正な能力がす
ばやく得られる運転状態とし、また、省エネルギーとな
る運転状態に制御できる冷凍サイクルの制御装置および
制御方法を得ることを目的としている。例えば空気調和
機では、動作中の冷凍サイクルの高圧検知値および低圧
検知値を高圧目標値および低圧目標値にすばやく収束で
き、また動作状態の目標許容範囲の中で空気調和機全体
のエネルギー消費量を最少にできる制御装置および制御
方法を得ることを目的とするものである。
での設定温度に収束させかつ能力を確保するための制御
における高圧側目標値および低圧側目標値を、自動設定
できさらに動作状態に応じて目標値を適正になるように
変更できる冷凍サイクルの制御装置および制御方法を得
ることを目的とするものである。
ルの制御装置は、圧縮機、凝縮側熱交換器、流量制御
弁、蒸発側熱交換器を連結し冷媒を循環させる冷凍サイ
クルにおいて、前記凝縮側熱交換器の熱交換能力を変化
させる第1の操作手段と、前記蒸発側熱交換器の熱交換
能力を変化させる第2の操作手段と、前記圧縮機の運転
容量を操作する運転容量操作手段と、前記冷凍サイクル
の高圧側または低圧側の運転状態と目標との差を小さく
するように制御する制御手段とを備えたものである。
置における制御手段は、冷凍サイクルの高圧側または低
圧側の運転状態と目標との差が小さいものの中で、消費
エネルギーを最少にするように制御することを特徴とす
るものである。
置における制御手段は、冷凍サイクルの高圧側または低
圧側の運転状態と目標との差が小さいものの中で、凝縮
側熱交換器と蒸発側熱交換器のいずれか一方である利用
側熱交換器の被熱交換流体の入口温度と出口温度の温度
差を目標温度差に近づけるように制御することを特徴と
するものである。
置における冷凍サイクルの高圧側の運転状態は、圧縮機
の吐出圧力またはこの吐出圧力に相当する飽和温度であ
り、冷凍サイクルの低圧側の運転状態は、圧縮機の吸入
圧力またはこの吸入圧力に相当する飽和温度であること
を特徴とするものである。
置における冷凍サイクルの高圧側の運転状態は、凝縮器
の凝縮圧力またはこの凝縮圧力に相当する飽和温度であ
り、冷凍サイクルの低圧側の運転状態は、蒸発器の蒸発
圧力またはこの蒸発圧力に相当する飽和温度であること
を特徴とするものである。
置は、冷凍サイクルの低圧側の運転状態の目標値と高圧
側の運転状態の目標値の一方を、予め設定された利用側
熱交換器の被熱交換流体の入口温度または出口温度の設
定値に関連して自動的に設定し、他方を、熱源温度に関
連して自動的に設定する目標値設定手段を備えたことを
特徴とするものである。
置は、蒸発側熱交換器を利用側熱交換器とし、冷凍サイ
クルの動作安定状態における低圧側の運転状態と低圧側
目標値との関係に基づいて、前記低圧側目標値を増減す
る目標値変更手段を備えたことを特徴とするものであ
る。
置は、凝縮側熱交換器を利用側熱交換器とし、冷凍サイ
クルの動作安定状態における高圧側の運転状態と高圧側
目標値との関係に基づいて、前記高圧側目標値を増減す
る目標値変更手段を備えたことを特徴とするものであ
る。
置における目標値変更手段は、動作安定状態における利
用側熱交換器での被熱交換流体の入口温度とその目標値
との関係と、前記利用側熱交換器での被熱交換流体の出
口温度とその目標値との関係とに基づいて、冷凍サイク
ルの高圧側目標値または低圧側目標値を増減することを
特徴とするものである。
法は、圧縮機の各種容量の変化に応じた冷凍サイクルの
高圧側運転状態または低圧側運転状態の変化から、前記
圧縮機の各種容量の変化幅をパラメータとするステップ
と、前記パラメータとして求めた圧縮機の各種容量の変
化幅に対して凝縮側熱交換器および蒸発側熱交換器の熱
交換能力をそれぞれ変化させ、前記冷凍サイクルの高圧
側運転状態と低圧側運転状態の目標値になるように前記
熱交換能力の基準変化幅を求めるステップと、求めた基
準変化幅を基に複数の変化幅を生成するステップと、前
記凝縮側熱交換器および蒸発側熱交換器のそれぞれ複数
の変化幅がその熱交換能力の動きの中に入らない場合に
は前記変化幅をその熱交換能力の動きの中に入るように
演算しなおすステップと、前記各種パラメータごとに求
めた前記熱交換能力の変化幅を用いて前記高圧側運転状
態または低圧側運転状態の目標値に近づく前記変化幅を
選択するステップとを備えたことを特徴とするものであ
る。
法は、冷凍サイクルの低圧側目標または高圧側目標と現
在の運転状態との差をパラメータとして、圧縮機の運転
容量および凝縮側熱交換器の処理能力および蒸発側熱交
換器の処理能力を変化させ、上記低圧側目標または高圧
側目標に接近する変化幅を演算するステップと、その演
算された変化幅のうち前記低圧側目標または高圧側目標
へもっとも近づく変化幅を選択するステップを備えたこ
とを特徴とするものである。
法は、圧縮機の運転容量の変化幅と、凝縮側熱交換器お
よび蒸発側熱交換器の熱交換能力の変化幅とによる操作
で消費エネルギーが最少となる前記変化幅の組合わせを
選択するステップを備えたことを特徴とするものであ
る。
ルは、圧縮機,凝縮側熱交換器,流量制御弁,および蒸
発側熱交換器を連結して冷媒を循環させる。この構成に
おいて、圧縮機で圧縮され吐出された高温高圧のガス冷
媒は、凝縮側熱交換器で凝縮液化する。この時凝縮側熱
交換器で被熱交換流体に放熱する。さらに、流量制御弁
で絞られて低圧二相の冷媒となって蒸発側熱交換器に流
入して蒸発ガス化する。この時蒸発側熱交換器で被熱交
換流体から吸熱する。そして冷媒は再び圧縮機に吸入さ
れる。この冷凍サイクルの運転において、圧縮機の吐出
側から凝縮側熱交換器までの配管が、高温高圧のガス冷
媒が流れる高圧側となり、蒸発側熱交換器から圧縮機の
吸入側までの配管が、低温低圧のガス冷媒が流れる低圧
側となる。冷房運転を行う場合には、蒸発側熱交換器が
利用側熱交換器となって室内側に設置され、その蒸発側
熱交換器が設置されている空間の被熱交換流体、例えば
空気が、冷媒と熱交換する。このとき冷媒は蒸発ガス化
して室内を冷却する。そして、凝縮側熱交換器が熱源側
熱交換器となって室外側に設置される。また、暖房運転
を行う場合には、凝縮側熱交換器が利用側熱交換器とな
って室内側に設置され、その凝縮側熱交換器が設置され
ている空間の被熱交換流体、例えば空気が、冷媒と熱交
換する。このとき冷媒は凝縮液化して室内を加熱する。
そして、蒸発側熱交換器が熱源側熱交換器となって室外
側に設置される。1台で冷房と暖房の機能を兼ね備えた
空調装置の場合には、室内側に設置された熱交換器を、
冷房時には蒸発側熱交換器として動作させ、暖房時には
凝縮側熱交換器として動作させるように冷媒回路の途中
に四方弁を設け、冷媒回路の冷媒循環方向を切換える。
イクルの制御方法について説明する。ここでは、本発明
の冷凍サイクルの制御方法を用いた空調装置の一例とし
て、例えば通信機室の空調を行う空気調和機の冷凍サイ
クルに関する例であり、主に冷房の場合の制御動作につ
いて説明する。図1は本実施の形態に係わる空気調和機
を示す冷媒回路図である。図において、2は圧縮機、3
は流路切替弁で例えば四方弁、5は流量制御弁、6は熱
交換器でこの場合には室内熱交換器、7はアキュムレー
タ、11は送風機でこの場合には室内送風機であり、こ
れらはすべて室内機1の内部に収納されている。また、
4は熱交換器でこの場合には室外熱交換器、10は送風
機でこの場合には室外送風機であり、これらは室外機8
の内部に収納されている。また、室内機1と室外機8の
間はガス配管12および液配管13で接続されて、冷凍
サイクルを構成している。流路切替弁3はその第1口を
圧縮機2の吐出側に、その第3口をアキュムレータ7側
に接続されており、その第2口が室外熱交換器4に至る
ガス配管12に、その第4口が室内熱交換器6に接続さ
れている。
力検知器、22は低圧用の圧力検知器、23は室内機1
内に配置されている被熱交換流体の入口温度検知器で、
例えば吸込み空気温度検知器で、室内熱交換器6の被熱
交換流体である室内空気が室内熱交換器6に吸込まれる
入口温度を検知する。また、24は室外機8内に配置さ
れている温度検知器、例えば外気温度検知器で、室外熱
交換器4の被熱交換流体である外気が室外熱交換器4に
吸込まれる入口温度を検知する。制御手段15は、高圧
用の圧力検知器21で検知した高圧検知値と低圧用の圧
力検知器22で検知した低圧検知値に応じて、圧縮機2
の運転容量と室内熱交換器6の熱交換能力即ち処理能力
と室外熱交換器4の熱交換能力即ち処理能力とを操作す
る。
運転の動作について説明する。冷房運転時は、流路切替
弁3の第1口が第2口と、第3口が第4口と流通するよ
うに流路切替弁3を接続する。ここでは冷房に用いるの
で、前述のように利用側である室内熱交換器6が蒸発側
熱交換器となり、熱源側である室外熱交換器4が凝縮側
熱交換器となる。圧縮機2で圧縮され吐出された高温高
圧のガス冷媒は、流路切替弁3、ガス配管12を通って
室外熱交換器4に流入する。室外熱交換器4において、
室外送風機10によって送り込まれた被熱交換流体であ
る外気を吸込んで、冷媒と外気との間で熱交換し、冷媒
は凝縮液化する。この液冷媒は液配管13を通って室内
機1内の流量制御弁5に至り、ここで絞られて低圧二相
の冷媒となって室内熱交換器6に流入する。室内熱交換
器6において、該低圧二相の冷媒は室内送風機11によ
って送り込まれた被熱交換流体である室内空気を吸込ん
で冷媒と室内空気との間で熱交換し、冷媒は蒸発ガス化
する。このガス冷媒は流路切替弁3の第4口から第3口
を経て、アキュムレータ7に流入し、再び圧縮機2に吸
入される。これによって冷凍サイクルが成り立ってい
る。
適正な能力が得られ、かつ省エネルギー化を図ることの
できる運転状態の制御装置について説明する。図2は本
実施の形態による冷凍サイクルの制御装置の構成を示す
ブロック図である。図において、61は圧縮機2の運転
容量を操作する運転容量操作手段で、例えば圧縮機2の
運転周波数を変更する操作手段、62は凝縮側熱交換器
4の熱交換能力即ち処理能力を変化させる第1の操作手
段で、ここでは例えば室外送風機10の回転数を変化さ
せる操作手段である。また、63は蒸発側熱交換器6の
熱交換能力即ち処理能力を変化させる第2の操作手段
で、ここでは例えば室内送風機11の回転数を変化させ
る操作手段である。64は動作状態の目標との距離を表
わす指標W1を演算するW1演算手段、65はエネルギ
ー消費量W2を演算するW2演算手段である。
発温度または低圧圧力値の目標値は設定されており、凝
縮温度または高圧圧力値の目標値も設定されている。こ
れらの目標値に対して、圧縮機2の運転容量として運転
周波数F[Hz]を変化させる運転容量操作手段61、
室外熱交換器4の熱交換能力即ち処理能力AK[W/
℃]を変化させる第1の操作手段62、室内熱交換器6
の熱交換能力即ち処理能力BK[W/℃]を変化させる
第2の操作手段63によって操作する。以下、室外熱交
換器4の熱交換能力を室外熱交換器4の処理能力AKと
記し、室内熱交換器6の熱交換能力を室内熱交換器6の
処理能力BKと記す。そして、圧力検知器21で検知さ
れる高圧検知値Pcを、予め設定されている高圧圧力値
の目標値Pcm[Pa]を含みその上下に所定の幅を持
った許容範囲に収束させると共に、圧力検知器22で検
知される低圧検知値Peを、予め設定されている低圧圧
力値の目標値Pem[Pa]を含みその上下に所定の幅
を持った許容範囲に収束させる。この時目標値を含む許
容範囲内で、冷凍サイクル全体の消費エネルギー、即ち
消費電力が最少となる運転状態になるように制御する。
御するものとして説明する。なお、流量制御弁5で制御
する冷媒流量に関しては、冷房運転の場合には室内熱交
換器の出口の冷媒の加熱度が予め設定した目標になるよ
うに、スーパーヒート制御方式で制御手段15の制御と
は別に制御している。暖房運転の場合には室内熱交換器
の出口の冷媒の過冷却度が予め設定した目標になるよう
に、サブクール制御方式で制御手段15の制御とは別に
制御している。
明する。現在の冷凍サイクルの運転状態から、操作量で
ある圧縮機運転周波数、室外熱交換器処理能力および室
内熱交換器処理能力をそれぞれΔF[Hz]、ΔAK
[W/℃]、ΔBK[W/℃]だけ変化させた場合の、
高圧Pc[Pa]および低圧Pe[Pa]の変化幅ΔP
c[Pa]およびΔPe[Pa]は近似的につぎのよう
に式(1),式(2)で表わされる。 ΔPc=a・ΔF+c・ΔBK+e・ΔAK ・・・・・(1) ΔPe=b・ΔF+d・ΔBK+f・ΔAK ・・・・・(2) Pc:圧縮機2の吐出する高圧圧力[Pa] Pe:圧縮機2の吸入する低圧圧力[Pa] Δ :変化幅 F :圧縮機2の運転周波数[Hz] BK:室内熱交換器6の処理能力[W/℃] AK:室外熱交換器4の処理能力[W/℃] ここで、a,b,c,d,e,fはそれぞれ予め該空気
調和機の特性に合わせて実験あるいは計算により決定さ
れている係数であり、圧縮機運転周波数、室外熱交換器
処理能力、室内熱交換器処理能力、外気温度、室内空気
温度、高圧(または凝縮温度)および低圧(または蒸発
温度)などによって決められる。冷房の場合、係数b,
e,fは負、a,c,dは正の値となる。
図であり、横軸は比エンタルピー、縦軸は圧力を示して
いる。図3(a)は圧縮機の運転周波数Fを変化させた
時の特性の変化、図3(b)は室内熱交換器6の処理能
力BKを変化させた時の特性の変化、図3(c)は室外
熱交換器4の処理能力AKを変化させた時の特性の変化
を示している。例えば、圧縮機の運転周波数FだけをΔ
F[Hz]増加させた場合、図3(a)の矢印に示すよ
うに、高圧は現在の値Pc[Pa]からΔPc=a・ΔF
[Pa]だけ変化してPc+ΔPc[Pa]へ上昇し、低圧
は現在の値Pe[Pa]からΔPe=b・ΔF[Pa]だけ
変化してPe+ΔPe[Pa]へ低下する。これは、b<
0であるためΔPe<0であるからである。
どして室内熱交換器の処理能力だけをΔBK[W/℃]
増加させた場合、図3(b)の矢印に示すように、高圧
は現在の値Pc[Pa]からΔPc=c・ΔBK[Pa]だ
け変化してPc+ΔPc[Pa]へ上昇し、低圧は現在の
値Pe[Pa]からΔPe=d・ΔBK[Pa]だけ変化し
てPe+ΔPe[Pa]へ上昇する。
どして室外熱交換器の処理能力だけをΔAK[W/℃]
増加させた場合、図3(c)の矢印に示すように、高圧
は現在の値Pc[Pa]からΔPc=e・ΔAK[Pa]だ
け変化してPc+ΔPc[Pa]へ低下し、低圧は現在の
値Pe[Pa]からΔPe=f・ΔAK[Pa]だけ変化し
てPe+ΔPe[Pa]へ低下する。これは、e<0,f
<0であるためΔPc<0,ΔPe<0となるからであ
る。なお、暖房の場合には、室内熱交換器6が凝縮側、
室外熱交換器4が蒸発側になるので、式(1),式
(2)における係数のc⇔e,d⇔fとなり、b,c,
dは負、a,e,fは正の値となる。これにつれて、室
内熱交換器の処理能力BKの特性が図3(c)に示すも
のとなり、室外熱交換器の処理能力AKの特性が図3
(b)に示すものとなる。
こることもあり、式(1)および式(2)は、このよう
な場合には上記それぞれの変化幅を足しあわせた変化が
高圧圧力Pcおよび低圧圧力Peに現われることを示し
ている。ただし、式(1)および式(2)で表わされる
冷凍サイクルの特性は、現在の定常状態から、圧縮機2
の運転周波数、室内熱交換器6の処理能力、室外熱交換
器4の処理能力それぞれの変化幅がある程度小さく、例
えば圧縮機2の運転周波数で言えば現在の運転周波数の
±10%程度の変化幅である場合に次の定常状態への変
化量を表わす近似式である。従って、起動直後や負荷急
変時の過渡状態については時間応答性を考慮する必要が
あるが、運転状態変化の方向性と各操作量の影響度合い
は式(1)および式(2)で正しく表現されている。
交換器6の処理能力BK、室外熱交換器4の処理能力A
Kの各量と消費電力の関係を示すグラフである。この場
合の熱交換器4,6の処理能力AK,BKの操作は、送
風機10,11の回転数を増減することによる。制御手
段15では図に示すような関係をふまえて上記各量のそ
れぞれを省エネルギーになるように操作する。例えば操
作の変化幅によっては、圧縮機2の運転周波数Fを上げ
ても、室内熱交換器6の処理能力BKや室外熱交換器4
の処理能力AKを下げれば、省エネルギーになったり、
また、圧縮機2の運転周波数Fを上げるかわりに、それ
と同様の運転状態の変化を得るように室内熱交換器6の
処理能力BKや室外熱交換器4の処理能力AKを上げる
方が省エネルギーになったりする。
の処理能力BK、室外熱交換器の処理能力AKそれぞれ
を操作して、高圧検知値を高圧目標値Pcm[Pa]に、
また、低圧検知値を低圧目標値Pem[Pa]にともに収
束させ、かつ、空気調和機全体のエネルギー消費量を最
少とする運転状態で制御するための具体的な制御方法に
ついて説明する。図5は制御手段15の処理工程を示す
フローチャートであり、高圧用の圧力検知器21で検知
した高圧検知値と低圧用の圧力検知器22で検知した低
圧検知値を入力した後の処理である。ここで、高圧目標
値Pcm,低圧目標値Pemをそれぞれ含みその上下に
所定の幅を持った目標許容範囲を設定しておく。例え
ば、冷房の場合、高圧目標許容範囲をPc≧Pcmと
し、また、低圧目標許容範囲をPem×0.95≦Pe
≦Pem×1.05とし、高圧検出値Pc,低圧検出値
Peをそれぞれの目標許容範囲に収束させる。冷房の場
合には蒸発によって室内の冷却を行っているので、低圧
側の目標許容範囲に上限と下限を設け、さらにその範囲
を狭く設定している。他方の高圧側の目標許容範囲は下
限のみを設け、その範囲も広く設定して制御する。暖房
の場合には凝縮によって室内の加熱を行っているので、
高圧側の目標許容範囲に上限と下限を設け、さらにその
範囲を狭く設定し、他方の低圧側の目標許容範囲は上限
のみを設け、その範囲も広く設定して制御すればよい。
操作量となる変化幅ΔFの候補をいくつか選定する。例
えば、圧縮機運転容量の変化だけで低圧目標許容範囲に
近づけるために必要な変化幅ΔFを求め、これをΔFm
axと置く。式(2)からΔFmaxは式(3)のよう
に表わされる。 ΔFmax=ΔPe/b ・・・・・・・・・・ (3) ここで、ΔPe=Pem−Pe Pem:低圧目標値 Pe :低圧検知値 である。さらに、運転状態の急変を避けるため、圧縮機
2の運転容量の変化幅の最大値ΔFmaxに制限を設け
ている。例えば運転容量の変化幅ΔFは、2[Hz]以
上で、運転中の運転容量の10%以下とする。これらを
満足するΔFmaxを基準の変化幅として、圧縮機2の
運転容量の変化幅ΔFの候補を選定する。例えば、ΔF
1 =|ΔFmax|、ΔF2 =|ΔFmax|・0.
5、ΔF3 =1、ΔF4 =0、ΔF5 =−1、ΔF6 =
−|ΔFmax|・0.5、ΔF7 =−|ΔFmax|
の7つの候補をパラメータとして選定する。ST1は、
圧縮機の各種容量の変化に応じた冷凍サイクルの低圧側
運転状態の変化から、圧縮機2の各種容量の変化幅をパ
ラメータとするステップであり、特に、この場合には式
(3)に示すように冷凍サイクルの低圧側目標と現在の
運転状態との差をパラメータとして、圧縮機2の運転容
量の変化幅ΔFを求めている。なお、圧縮機運転容量の
変化幅ΔFi(i=1〜7)は、上記のようにして設定
するほか、単位変化幅、例えば1Hzの整数倍ごとの周
波数、−8Hz,−3Hz,−1Hz,0,1Hz,3
Hz,8Hzなどのように、予め設定し、これをパラメ
ータとしてもよい。ただしこの場合にでも圧縮機の各種
容量の変化に応じた冷凍サイクルの低圧側運転状態の変
化から、適当であると考えられる値を選定している。ま
た、このパラメータの数は7つに限るものではなく複数
のいくつでもよい。
BKと室外熱交換器4の処理能力AKの変化幅を選定す
る。これは、ST1で選定したΔFi (i=1〜7)に
対して式(1),式(2),式(3)に基づき、式
(4),式(5)で算出する。 ΔBKmaxi={f・ΔPc−e・ΔPe+(b・e−a・f)・ΔFi} /(c・f−d・e) ・・・(4) ΔAKmaxi={d・ΔPc−c・ΔPe+(b・c−a・d)・ΔFi} /(d・e−c・f) ・・・(5) ここで、ΔPc=Pcm−Pc Pcm:高圧目標値 Pc :高圧検知値 ΔPe=Pem−Pe Pem:低圧目標値 Pe :低圧検知値 である。さらに、運転状態の急変を避けるため、また熱
交換器6,4の変化幅がその処理能力の動きの中に入る
ように、熱交換器6,4の処理能力の変化幅の最大値Δ
BKmaxi ,ΔAKmaxi に制限を設けている。例
えば処理能力の変化幅は、1[kW/℃]以上で、運転
中の処理能力の5%以下とする。これらを満足するΔB
Kmax,ΔAKmaxを基準の変化幅として、熱交換
器6,4の処理能力の変化幅ΔBK,ΔAKの候補を選
定する。基準の変化幅ΔBKmaxi に複数の実数、例
えば1.0,0.0,−1.0の3つの実数を掛け合わ
せて、ΔBKi1=|ΔBKmaxi |、ΔBKi2=0、
ΔBKi3=−|ΔBKmaxi |の3つを選定する。ま
た、基準の変化幅ΔAKmaxi に対しても、複数の実
数、例えば1.0,0.0,−1.0の3つの実数を掛
け合わせて、ΔAKi1=|ΔAKmaxi |、ΔAKi2
=0、ΔAKi3=−|ΔAKmaxi |の3つを選定す
る。ここで、圧縮機2の変化幅ΔFi をパラメータとし
ており、i=1,2・・7である。
縮機の各種容量の変化幅ΔFi (i=1〜7)に対して
凝縮側熱交換器および蒸発側熱交換器の処理能力をそれ
ぞれ変化させ、式(4),式(5)で冷凍サイクルの高
圧側運転状態と低圧側運転状態の目標値になるように処
理能力の基準変化幅ΔBKmax,ΔAKmaxを求め
るステップと、求めた基準変化幅ΔBKmax,ΔAK
maxのそれぞれに複数の実数を掛けあわせて複数の変
化幅ΔAKij、ΔBKikを生成するステップと、凝縮側
熱交換器および蒸発側熱交換器のそれぞれ複数の変化幅
がその処理能力の動きの中に入らない場合には変化幅を
その処理能力の動きの中に入るように演算しなおすステ
ップとを含んでいる。なお、上記では、基準変化幅ΔB
Kmax,ΔAKmaxに対して処理能力の動きの中に
入るように演算しなおしているが、基準変化幅から生成
した複数の変化幅ΔAKij、ΔBKikに対して処理能力
の動きの中に入るように演算しなおしてもよい。
した候補の組合わせを作成する。ST1,ST2で選定
した7つのΔFi ,3つのΔBKij,3つのΔAKikの
候補から図6に示すような操作量の候補組合わせを計6
3組作成する。ここでi=1〜7、j=1〜3、k=1
〜3である。
りの操作量の組合わせそれぞれについて、式(1)およ
び式(2)より、現在の冷凍サイクルの高圧圧力および
低圧圧力がどの程度変化するかを求め、結果として高圧
圧力および低圧圧力がいくらになるかを計算し、冷凍サ
イクルの到達状態を推定する。高圧圧力の計算結果をP
cijk 、低圧圧力の計算結果をPeijk (i=1〜7,
j=1〜3,k=1,3)とする。
状態(Pcijk ,Peijk )(i=1〜7、j=1〜
3、j=1〜3)が、高圧目標許容範囲であるPcijk
≧Pcmを満足すると共に、低圧目標許容範囲であるP
em×0.95≦Peijk ≦Pem×1.05を満足し
ているかどうか判断し、到達状態(Pcijk 、Peij
k)が高圧および低圧目標許容範囲内に共に入っている
ものを抽出する。
に入っているPcijk ,Peijk がひとつもない場合
は、ST6の処理を行う。即ち、高圧圧力および低圧圧
力の目標までの距離を表わす指標をW1ijk とし、W1
演算手段65で、式(6)により指標W1ijk を計算す
る。 W1ijk =1−C{A(Pcm−Pcijk )2 +B(Pem−Peijk )2 } ・・・(6) 式(6)で表わされる高圧目標値Pcmおよび低圧目標
値Pemまでの距離を表わす指標W1ijk (i=1〜
7,j=1〜3,k=1〜3)を最大にする組合わせ
(Pcijk 、Peijk )を与える操作量の組合わせ(Δ
Fi 、ΔBKij、ΔAKik)を選択する。
目標値である(Pcm,Pem)から遠ざかるほどW1
ijk が1より小さくなる。ここで、C>0であり、常に
W1ijk ≦1である。A,Bはそれぞれ高圧,低圧の重
みであり、冷房運転の場合には、A=0,B=1と設定
したり、また、高圧よりも低圧を早く目標値に収束させ
たいので、A=0.1,B=0.9と設定する。また、
暖房の場合、低圧よりも高圧を早く目標値に収束させた
いので、A=0.5、B=0.5などとする。また、係
数CはW1ijk の絶対値を変えるだけであり、各操作量
の組合わせの比較に対しては影響がないが、例えば、実
用上W1ijk <0を避けたい場合等にはCを小さい値、
例えば、C=1/2000などにしておくとよい。ここ
で、A=0とすると低圧目標値のみに対する指標とな
り、冷凍サイクルの動作状態の低圧を低圧目標値に収束
させることを意味することになる。冷房運転の場合に
は、このようにして低圧目標値のみで制御してもよい。
逆に、B=0とすると高圧圧目標値のみに対する指標と
なり、冷凍サイクルの動作状態の高圧を高圧目標値に収
束させることを意味することになる。暖房運転の場合に
は、このようにして高圧目標値のみで制御してもよい。
に入っているPcijk ,Peijk がひとつしかない場合
は、ST7の処理を行う。即ち、この組合わせ(Pcij
k 、Peijk )を与える操作量の組合わせ(ΔFi 、Δ
BKij、ΔAKik)を選択する。
求めた処理能力の変化幅を用いて高圧側運転状態または
低圧側運転状態の目標値に近づく変化幅の組合わせ(Δ
Fi、ΔBKij、ΔAKik)を選択するステップを構成
している。
共に入っているPcijk ,Peijkが複数存在する場合
はST8の処理を行う。即ち、W2演算手段65で式
(7)で表わされる空気調和機全体の消費電力量W2ij
kを演算し、消費電力量W2ijkが最少となる操作量の組
合わせ(ΔFi 、ΔBKij、ΔAKik)を選択する。 W2ijk =g・Fi +h・BRij+l・ARik ・・・・・(7) Fi =F +ΔFi BRij=BR+ΔBRij ARik=AR+ΔARik BR :現在の室内送風機11の回転数 AR :現在の室外送風機10の回転数 ΔBRij:室内熱交換器6の処理能力の変化幅ΔBKij
をもたらす室内送風機11の回転数の変化幅 ΔARij:室外熱交換器4の処理能力の変化幅ΔAKij
をもたらす室外送風機10の回転数の変化幅 ただし、gは圧縮機2の運転周波数Fを1[Hz]増加
させた場合の消費電力増加量[W]、hは室内熱交換器
6の処理能力の変化に対応して室内送風機11の回転数
を1[回転]増加させた場合の消費電力増加量[W]、
lは室外熱交換器4の処理能力の変化に対応して室外送
風機10の回転数を1[回転]増加させた場合の消費電
力増加量[W]を表わしており、これらは予め実験によ
り求めておく。
幅ΔFと、凝縮側熱交換器の処理能力の変化幅ΔAK
と、蒸発側熱交換器の処理能力の変化幅ΔBKとによる
操作で消費エネルギーが最少となる変化幅の組合わせ
(ΔF、ΔBK、ΔAK)を選択するステップを構成し
ている。
5およびW1演算手段64、W2演算手段65は、マイ
クロコンピュータなどの処理部によって行われる。この
マイクロコンピュータは、例えば室内機1の電気品箱に
配設されている。
は別に、吸込み空気温度検知器23で検知した吸込み空
気検知温度が、利用者などによって予め設定された室内
空気温度目標値−1[℃]よりも小さくなった場合に
は、冷房運転を停止し、室内空気温度目標値+1[℃]
よりも大きくなった場合には、冷房運転を再開するとい
うオン/オフ制御は、従来と同様に行っている。
値は、予めその冷凍サイクルで設定されている固定値を
用いている。冷房の場合には、例えば高圧目標値として
は室外熱交換器4での被熱交換流体の入口温度、即ち外
気温度より10[℃]程度高い凝縮温度での飽和圧力値
を用いる。外気温度は外気温度検知器24で検知でき
る。また、低圧目標値としては、利用者などによって室
内熱交換器6での吸込み空気温度と吸込み−吹出し空気
温度差が予め設定されている場合には、吸込み空気温度
−(吸込み−吹出し空気温度差)で吹出し空気温度を計
算する。そして、この吹出し空気温度と同一の値か、ま
たは、この値を基にこれより小さい値になるよう補正し
た結果を蒸発温度とし、この蒸発温度での飽和圧力値を
低圧目標値として設定する。また、利用者などによって
吸込み−吹出し空気温度差が予め設定されていない場合
には、この温度差を10〜15[℃]程度として吹出し空
気温度を計算し、その飽和圧力を低圧目標値として設定
する。また、利用者などによって室内熱交換器6での吹
出し空気温度と吸込み−吹出し空気温度差とが予め設定
されている場合には、この吹出し空気温度を蒸発温度目
標値とし、その飽和圧力値を低圧目標値として設定す
る。本実施の形態では低圧目標値および高圧目標値を固
定としているが、外気温度に基づく場合には外気温度は
変動しやすいため、運転中にも外気温度の変化に応じて
目標値をある程度変更してもよい。この場合には周囲の
環境に適応した冷凍サイクルの制御を行うことができ
る。また、本実施の形態では、利用側流体が室内空気
で、室内熱交換器の処理能力の変更には室内送風機の回
転数を変える例を示したが、室内熱交換器を通過する冷
凍サイクル内冷媒の流路数(パス数)を変化させたり、
伝熱面積を変化させたり、室内送風機の羽根形状を変化
させたりしてもよい。さらにまた、利用側流体が液体、
例えば水の場合、利用側熱交換器の処理能力は、利用側
流体を搬送しているポンプ等の搬送装置の搬送能力によ
って制御すれば良い。なお、暖房運転の場合には、低圧
目標値と高圧目標値の設定の仕方を逆にすれば、上記と
同様に予め目標値を定めることができる。
凍サイクルの高圧側運転状態または低圧側運転状態と目
標の差を小さくするように、凝縮側熱交換器の処理能力
を変化させる第1の操作手段62と、蒸発側熱交換器の
処理能力を変化させる第2の操作手段63と、圧縮機2
の運転容量を操作する運転容量操作手段61で操作する
変化幅を選択するので、圧縮機の運転容量と蒸発側およ
び凝縮側熱交換器の処理能力を総合的に制御して、冷凍
サイクルの適正な能力がすばやく発揮できる。さらに、
圧縮機2、室内送風機11、室外送風機10の合計の消
費エネルギーが最少となるように、運転容量操作手段6
1と第1,第2の操作手段62,63で操作する変化幅
を選択するので、従来の空気調和機と比較して、エネル
ギー消費量が少ない空気調和機の制御方法および制御装
置が得られるという効果がある。従来は、室外熱交換器
の処理能力と圧縮機の運転容量を制御し、室内熱交換器
の処理能力はこの制御とは別に制御していた。これに対
して本実施の形態では、室外熱交換器の処理能力と圧縮
機の運転容量に加えて室内熱交換器の処理能力も共に制
御する構成としている。このため、冷凍サイクルを総合
的に制御でき、省エネルギー化を図ることができるよう
になった。
縮機運転容量と室外熱交換器の処理能力と室内熱交換器
の処理能力を操作して、冷凍サイクルの低圧側目標値と
高圧側目標値と利用側熱交換器の被熱交換流体の入口温
度−出口温度差、即ち、吸込み−吹出し温度差を目標許
容範囲に入るように制御すると、さらに省エネルギー化
を図ることができ、能力を適正に発揮できる冷凍サイク
ルの制御方法が得られる。
標値Pcmおよび低圧目標値Pemは予め設定された固
定値としていたが、室内空調負荷の状態や外気温度条件
に応じてPcmおよびPemを自動的に設定し、かつ運
転中に変更して適正に設定すれば、より省エネルギー化
を図ることができる。さらに本実施の形態では、室内熱
交換器6の被熱交換流体の入口温度−出口温度差、例え
ば室内空気の吸込み−吹出し空気温度差に対しても目標
値を定め、目標許容範囲になるように制御している。な
お、本実施の形態でも、空調装置である空気調和機の冷
凍サイクルに関する例であり、主に冷房の場合の制御動
作について説明する。
成する冷媒回路図である。図において、25は室内熱交
換器6からの被熱交換流体の出口温度、例えば吹出し空
気温度を検知する吹出し空気温度検知器である。また、
図1と同一符号は同一、または相当部分を示す。冷房運
転における冷媒の動作も実施の形態1と同様である。ま
た、図8は本実施の形態に係わる冷凍サイクルの制御装
置の構成を示すブロック図である。図において、66は
W3演算手段、67は冷凍サイクルの高圧側および低圧
側の運転状態の目標値を設定する目標値設定手段、68
は運転中に目標値を変更する目標値変更手段である。
する。式(8)は室内熱交換器6の吸込み−吹出し空気
温度差△Tinout[℃]の変化量を表わしている。 △(△Tinout)=p・△F+q・△BK+r・△AK ・・(8) ここで、p,q,rはそれぞれ予め該空気調和機の特性
に合わせて実験あるいは計算により決定されている係数
であり、圧縮機運転周波数、室外熱交換器熱交換能力即
ち処理能力、室内熱交換器熱交換能力即ち処理能力、外
気温度、室内空気温度、高圧圧力(または凝縮温度)お
よび低圧圧力(または蒸発温度)などによって決められ
る。例えば、図9は熱交換器の基本特性を示す特性図で
あり、縦軸は室内熱交換器6の吸込み−吹出し空気温度
差△Tinout[℃]である。また横軸は、図9
(a)では圧縮機2の運転容量F、図9(b)では室内
熱交換器6の処理能力BK、図9(c)では室外熱交換
器4の処理能力AKである。この特性をふまえて、圧縮
機2の運転容量F,室内熱交換器6の処理能力BK,室
外熱交換器4の処理能力AKを操作することにより、室
内熱交換器6の吸込み−吹出し空気温度差△Tinou
tも適正になるように制御する。
用者は室内吸込み空気温度を予め設定するか、室内吹出
し空気温度と吸込み−吹出し空気温度差を予め設定す
る。本実施の形態では、この設定された吸込み空気温度
または吹出し空気温度を満足するように吸込み空気温度
または吹出し空気温度に関連して、冷凍サイクルの蒸発
温度または低圧圧力値の目標値を設定する。また、室外
熱交換器4での被熱交換流体の入口温度である外気温度
に関連して凝縮温度または高圧圧力の目標値を設定す
る。これらの目標値を運転状況に合わせて自動的に設定
することにより、冷凍サイクルの能力が出るように運転
制御している。ここで、予め設定された吸込み空気温度
や室内吹出し空気温度と吸込み−吹出し空気温度差や吹
出し空気温度は、利用者などが手動で設定してもよい
し、予め自動的に設定されていてもよい。例えば、冷房
時には、吸込み−吹出し空気温度差は、除湿量を多く取
りたい場合には大きな値を、また逆に、湿度を保ったま
ま温度だけ下げたい場合には小さな値とするとよい。吸
込み−吹出し空気温度差を大きな値に設定すれば、利用
側熱交換器の送風機回転数が小さくなり、蒸発温度が低
下して除湿しやすくなる。逆に、小さな値に設定すれ
ば、除湿しにくくなるという性質がある。
理手順を示すフローチャートである。まず目標値設定手
段67によって、ST11で低圧側の動作状態を示す目
標値として低圧目標値Pem[Pa]を初期設定し、高
圧側の動作状態を示す目標値として高圧目標値Pcm
[Pa]を設定する。ここで低圧目標値の設定方法につ
いて説明する。利用者が設定入力する空調室内空気温
度、即ち室内熱交換器6の吸込み空気温度の目標値Ti
nm[℃]と利用者が設定入力する吸込み−吹出し空気
温度差の目標値ΔTinoutm[℃]とから、吹出し
空気温度の目標値Toutm=Tinm−ΔTinou
tm[℃]を算出する。このToutmを冷媒の蒸発温
度として、これに対する飽和圧力を低圧目標値Pem
[Pa]とする。この吸込み−吹出し空気温度差の目標
値ΔTinoutm[℃]が利用者によって設定されな
い場合には、例えば吸込み−吹出し空気温度差の目標値
ΔTinoutm=10〜15[℃]程度として設定す
る。一方、高圧目標値Pcm[Pa]は、凝縮側熱交換
器の被熱交換流体吸込み温度である外気温度に10
[℃]程度加えた値を凝縮温度として、これに対する飽
和圧力を設定する。
ΔFi (i=1〜7),室内熱交換器6の処理能力の操
作量ΔBKij(j=1〜3),室外熱交換器4の処理能
力の操作量ΔAKik(k=1〜3)のそれぞれの候補を
選定し、それらの組合わせを作成する。この処理は、実
施の形態1におけるST1,ST2,ST3と同様であ
る。高圧用の圧力検知器21で検知した圧力を高圧検知
値Pcとし、低圧用の圧力検知器22で検知した圧力を
低圧検知値Peとして制御手段15に入力する。ST1
3で、作成した組合わせそれぞれについて、式(1),
式(2)でΔPcijk ,ΔPeijk を計算し、高圧検知
値Pc,低圧検知値Peを用いて、推定状態(Pcijk
、Peijk )を計算する。さらに、吸込み空気温度検
知器23で検知した室内熱交換器6の吸込み空気温度
と、吹出し空気温度検知器25で室内熱交換器6の吹出
し空気温度を検知して、制御手段15に入力し、吹出し
−吸込み空気温度差ΔTinoutを検知する。前記の
作成した組合わせそれぞれについて、式(8)でΔ(Δ
Tinout)ijk を計算し、吹出し−吸込み空気温度
差ΔTinoutの検知値を用いて、吹出し−吸込み空
気温度差推定値ΔTinoutijk を計算する。
って高圧および低圧の目標までの距離を表わす指標W1
ijk を式(6)で計算すると共に、W2演算手段65に
よって空気調和機全体の消費電力量W2ijk を式(7)
で計算する。さらに本実施の形態では、吹出し−吸込み
空気温度差ΔTinoutの目標までの距離を表わす指
標W3ijk をW3演算手段66によって式(9)で計算
する。 W3ijk =|ΔTinoutm−ΔTinoutijk | ・・・(9) ΔTinoutm:吹出し−吸込み空気温度差目標値
に所定の幅の許容範囲を設けている。低圧目標値Pem
に対する低圧目標許容範囲は、例えば冷房運転の場合、
Pem−0.02[MPa]≦Pe≦Pem+0.02
[MPa]とする。この0.02[MPa]は蒸発温度
に換算すると1[℃]程度に相当する。高圧目標値Pc
mに対する高圧目標許容範囲は、Pcm≦Pc≦Pcm
+1[MPa]とする。この1[MPa]は凝縮温度に
換算すると20[℃]程度に相当する。吹出し−吸込み
空気温度差目標値ΔTinoutmに対する許容範囲
は、ΔTinoutm−1[℃]≦ΔTinout≦Δ
Tinoutm+1[℃]とする。ただし、これらの許
容範囲は上記の範囲に限るものではなく、この冷凍サイ
クルが組み込まれる冷凍空調装置の使用状態に合わせて
設定すればよい。また、冷房の場合には冷媒の蒸発によ
って室内の冷却を行っているので、低圧の目標許容範囲
に上限,下限を設けると共にその許容範囲を狭く設定
し、高圧の目標許容範囲には上限のみを設けると共にそ
の許容範囲を広く設定している。暖房の場合には逆に冷
媒の凝縮によって室内の加熱を行っているので、高圧の
目標許容範囲に上限,下限を設けると共にその許容範囲
を狭く設定し、低圧の目標許容範囲には下限のみを設け
ると共にその許容範囲を広く設定すればよい。
容範囲に入っている組合わせが1個以下かどうか判断す
る。そして、1個以下即ち0個か1個の場合には、低圧
および高圧の目標までの距離を表わす指標W1ijk が最
大となる組合わせ(ΔFi ,ΔBKij,ΔAKik)を選
択する。この処理によって、すべての組合わせの中で、
高圧および低圧の目標までの距離が一番近い組合わせ
(ΔFi ,ΔBKij,ΔAKik)が選択される。
共に許容範囲に入っている組合わせが2個以上ある場合
には、ST17で許容範囲を満足する組合わせの中で、
ΔTinoutijk が許容範囲内に入っているものが1
個以上あるかどうか判断する。ΔTinoutijk が許
容範囲内に入っているものが1個以上ある場合には、S
T18でPcijk ,Peijk が共に許容範囲内にあり、
ΔTinoutijk が許容範囲内にあり、かつ消費電力
量W2ijk の最少値を与える組合わせ(ΔFi,ΔBKi
j,ΔAKik)を選択する。
容範囲に入っている組合わせが2個以上あり、かつST
17で、ΔTinoutijk が許容範囲内に入っている
ものが0の場合には、ST19でPcijk ,Peijk が
共に許容範囲に入っている組合わせの中で、吹出し−吸
込み空気温度差の目標までの距離を表わす指標W3ijk
の最小値を与える組合わせ(ΔFi ,ΔBKij,ΔAK
ik)を選択する。
において最適である組合わせ(ΔFi ,ΔBKij,ΔA
Kik)を選択したのち、ST20で次回の制御出力F,
BK,AKを生成する。
かどうか判断する。これは例えば次の3つの条件とす
る。 1)起動後5分以上経過している。 2)前回低圧目標値Pemを変更してから所定の時間、
例えば3分以上経過している。 3)低圧検知値Peを数分間、例えば2分間サンプリン
グしてその最大値と最小値との差が数℃、例えば1
[℃]または2[℃]程度以内である。 冷凍サイクルが上記3つの条件を満足せずに安定してい
ない場合には、設定した目標の適正は判定できないとし
て処理を終了する。
判断された場合には、ST22で目標値変更手段68に
よって、低圧目標値Pemの適性判定し、適当でない場
合には低圧目標値Pemの変更を行う。安定状態の低圧
検知値Peと、吸込み空気温度検知器23で検知した吸
込み空気温度の検知値Tinと吸込み空気温度の目標許
容範囲との関係と、吹出し空気温度検知器25で検知し
た吹出し空気温度の検知値Toutと吹出し空気温度の
目標許容範囲との関係とに基づいて低圧目標値Pemの
適性を判定する。そして、この判定の結果、低圧目標値
Pemおよび室内熱交換器6の処理能力BKを変更す
る。ここで、吹出し空気温度の目標許容範囲は、吹出し
空気温度の目標値Toutmを含みその上下に設定され
た例えば±1[℃]程度の範囲であり、吸込み空気温度
の目標許容範囲は、吸込み空気温度の目標値Tinmを
含みその上下に設定された例えば±1[℃]程度の範囲
である。以下、低圧目標値Pemの適正判定について説
明する。冷凍サイクルが安定しているときの低圧検知値
Peが、低圧目標値Pemの許容範囲よりも高いところ
であるか、低圧目標値Pemの許容範囲内であるか、低
圧目標値Pemの許容範囲よりも低いところであるかに
よって処理が異なる。
許容範囲よりも高いところで冷凍サイクルが安定してい
る場合 この状態は、圧縮機2の運転容量が最大値Fmax[H
z]に突き当たっていると考えられる。この場合に処理
は以下の通りである。 (ア)室内熱交換器6の吹出し空気温度検知値Tout
<室内熱交換器6の吹出し空気温度目標値Toutmの
時には、室内熱交換器6の処理能力BKを増加する。こ
れは、室内送風機11の風量を絞り過ぎていると考えら
れるためである。 (イ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin<
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinmの時に
は、低圧目標値Pemは低いと判断し低圧目標値Pem
を上げる。これは、能力過多であり、圧縮機2の容量を
下げたいためである。 (ウ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin,
吹出し空気温度検知値Tout共許容範囲内の場合、低
圧目標値Pemを上げる。これは、運転状態は適正だ
が、低圧目標値Pemが低いためである。 (エ)上記以外の場合、低圧目標値Pemはそのままと
する。これは、過負荷であると考えられるためである。
許容範囲内で冷凍サイクルが安定している場合 (ア)室内熱交換器6の吹出し空気温度検知値Tout
<室内熱交換器6の吹出し空気温度目標値Toutmの
時には、室内熱交換器6の処理能力BKを増加する。こ
れは、室内送風機11の風量を絞り過ぎていると考えら
れるためである。 (イ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin≧
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinmの時に
は、低圧目標値Pemは高いと判断し低圧目標値Pem
を下げる。これは、能力不足であり、圧縮機2の容量を
上げたいためである。 (ウ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin<
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinmの時に
は、低圧目標値Pemは低いと判断し低圧目標値Pem
を上げる。これは、能力過多であり、圧縮機2の容量を
下げたいためである。 (エ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tinが
許容範囲内であり、かつ吹出し空気温度検知値Tout
>吹出し空気温度目標値Toutmの場合、低圧目標値
Pemを下げる。これは、能力維持をして室内熱交換器
6の処理能力である風量を下げたいためである。 (オ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin,
吹出し空気温度検知値Tout共許容範囲の場合、低圧
目標値Pemは適正であると判断する。
許容範囲よりも低いところで冷凍サイクルが安定してい
る場合 この状態は、圧縮機2の運転容量が最小値Fmin[H
z]に突き当たっていると考えられる。この場合に処理
は以下の通りである。 (ア)室内熱交換器6の吹出し空気温度検知値Tout
<室内熱交換器6の吹出し空気温度目標値Toutmの
時には、室内熱交換器6の処理能力BKを増加する。こ
れは、室内送風機11の風量を絞り過ぎていると考えら
れるためである。 (イ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin>
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinmの時に
は、低圧目標値Pemは高いと判断し低圧目標値Pem
を下げる。これは、能力不足であり、圧縮機2の容量を
上げたいためである。 (ウ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin,
吹出し空気温度検知値Tout共許容範囲内の場合、低
圧目標値Pemを下げる。これは、運転状態は適正だ
が、低圧目標値Pemが高いためである。 (エ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tinが
許容範囲内であり、かつ吹出し空気温度検知値Tout
>吹出し空気温度目標値Toutmの場合、低圧目標値
Pemを下げる。これは、能力維持をして室内熱交換器
6の処理能力である風量を下げたいためである。 (オ)上記以外の場合、低圧目標値Pemはそのままと
する。これは、過少負荷であると考えられるためであ
る。 a),b),c)に応じて低圧目標値Pemを変更して
制御処理は終了する。
あり、低圧目標値Peを変更することと、蒸発温度目標
値Temを変更することは同様のことであり、以下、蒸
発温度目標値Temの変更方法について、更に詳しく説
明する。図11は、上記a)に相当する場合、即ち蒸発
温度Teが蒸発温度目標値Temの許容範囲よりも高い
ところで冷凍サイクルが安定している場合における、蒸
発温度目標値Temの変更の様子を示す説明図であり、
(ア)〜(ケ)はそれぞれの状態の空気線図上の蒸発温
度と吸込み空気温度と吹出し空気温度を示している。こ
の図では、横軸に乾球温度[℃]、縦軸に絶対湿度
[(水分)kg/(空気)kg]を示している。図にお
いて低圧目標許容範囲の代わりに蒸発温度許容範囲で示
し、曲線は湿度100%の飽和曲線であり、黒丸印は蒸
発温度(即ち低圧圧力)の検知値Te、黒三角印は吹出
し空気温度の検知値Tout、黒四角印は吸込み空気温
度の検知値Tinを示している。また、図中、Tem↑
は蒸発温度目標値を上げることを意味し、BK↓は室内
熱交換器6の処理能力を下げることを意味し、↑↑や↓
↓のように示されているのは変更幅を大きくするという
ことを意味している。例えば図11(ア)のように、吹
出し空気温度Tout、蒸発温度Te、吸込み空気温度
Tinの全てが許容範囲よりも大きい場合には室内熱交
換器6の処理能力BKを上げると、図11(オ)の方向
に変化する。図11(オ)は蒸発温度Teは許容範囲よ
りも大きく、吹出し空気温度Toutと吸込み空気温度
Tinは許容範囲に入っている。図11の(オ)を除く
(ア)〜(ケ)の状態のものを図11(オ)になるよう
に低圧目標値である蒸発温度目標値Temを変更し、さ
らに、図11(オ)の状態から、蒸発温度Teが蒸発温
度許容範囲に入るように蒸発温度目標値Temを変化さ
せればよい。
合、即ち蒸発温度Teが蒸発温度目標値Temの許容範
囲内で冷凍サイクルが安定している場合における、蒸発
温度目標値Temの変更の様子を示す説明図であり、図
11と同様、(ア)〜(ケ)はそれぞれの状態の空気線
図上の蒸発温度と吸込み空気温度と吹出し空気温度を示
している。例えば図12(ア)のように、吹出し空気温
度Toutと吸込み空気温度Tinは許容範囲よりも大
きく、蒸発温度Teは許容範囲内にある場合には蒸発温
度目標値Temを下げると、図12(オ)の方向に変化
する。図12(オ)は吹出し空気温度Toutと蒸発温
度Teと吸込み空気温度Tinのすべてが許容範囲に入
っており、この状態で運転されていれば、低圧目標値は
適正であると判定できる。
蒸発温度Teが蒸発温度目標値Temの許容範囲より低
い場合における、蒸発温度目標値Temの変更の様子を
示す説明図であり、図11,12と同様、(ア)〜
(ケ)はそれぞれの状態の空気線図上の蒸発温度と吸込
み空気温度と吹出し空気温度を示している。例えば図1
3(ア)のように、蒸発温度Teが許容範囲よりも小さ
く、吹出し空気温度Tout 、吸込み空気温度Tin
が許容範囲よりも大きい場合には蒸発温度目標値Tem
を下げると、図13(オ)の方向に変化する。図13
(オ)は蒸発温度Teは許容範囲よりも小さく、吹出し
空気温度Toutと吸込み空気温度Tinは許容範囲に
入っている。図13の(オ)を除く(ア)〜(ケ)の状
態のものを図13(オ)になるように低圧目標値である
蒸発温度目標値Temを変更し、さらに、図13(オ)
の状態から、蒸発温度Teが蒸発温度許容範囲に入るよ
うに蒸発温度目標値Temを変化させればよい。
定時間間隔ごと、例えば20秒間隔ごとに制御手段15
で繰り返し実行することにより、目標値の適正判定もく
り返し行われることになり予め利用者などによって手動
または自動で設定された空調室内空気温度Tinm
[℃]に対して低圧目標値Pemに対する飽和温度Te
m[℃]を設定でき、さらには低圧目標値Pemそのも
のを自動的に、しかも省エネルギ−になる値に確定する
ことができる。
幅、即ち低圧目標値Pemを上げる時の増加分および下
げる時の減少分については述べていないが、例えば蒸発
温度にして1[℃]程度に相当する増減幅、即ち0.0
2[MPa]程度を設定しておけばよい。また、低圧目
標値Pemの変更の幅を増加幅>減少幅としておくと、
低圧目標値が比較的高めの方から適正値に収束すること
になるので、省エネルギ−になるという効果がある。例
えば、蒸発温度の1[℃]に相当する0.02[MP
a]を低圧目標値Pemの増加幅とし、蒸発温度の0.
5[℃]に相当する0.01[MPa]を低圧目標値P
emの減少幅などとする。
Pemは、熱源側条件すなわち外気温度の変化があまり
大きくない場合は室内空気温度設定値が変更されない限
り同一でよいと考えられるので、室内空気温度設定値ご
とに低圧目標値Pemが確定するたびに対応づけて制御
手段15内部に記憶させておけば、次回、同一の室内空
気温度が設定された場合は素早く適正能力を発揮させる
ことができる。熱源側条件、利用側条件によって上記の
ように確定した低圧目標値Pemを記憶させておき、次
回の運転開始時にはこのうち最も熱源側条件、利用側条
件が近い条件における低圧目標値Pemを設定すればよ
り早く適正能力を発揮させることができる。なお、上記
のように冷房の場合には、低圧目標値Pemの適性を、
室内熱交換器6での被熱交換流体の入口流体温度と入口
温度許容範囲との差および出口流体温度と出口温度許容
範囲との差で判定して設定しなおしている。暖房の場合
には、高圧目標値Pcmの適正を、室内熱交換器6での
被熱交換流体の入口流体温度と入口温度許容範囲との差
および出口流体温度と出口温度許容範囲との差で判定し
て設定しなおすように構成すれば同様のことが言える。
5、目標値設定手段67、目標値変更手段68、W1演
算手段64、W2演算手段65、W3演算手段66は、
マイクロコンピュータなどの処理部によって行われる。
このマイクロコンピュータは、例えば室内機1の電気品
箱に配設されている。
予め設定された室内熱交換器6の吸込み空気温度の設定
値と外気温度に対して、高圧目標値および低圧目標値を
自動的に設定するので、利用者の希望や負荷状態に応じ
て適正な能力を発揮できるように、冷凍サイクルを運転
できる。また、圧縮機、室内送風機、室外送風機合計の
消費電力量が減少するように、圧縮機運転容量、室内熱
交換器の処理能力、室外熱交換器の処理能力の操作にお
ける変化幅を選択するので、従来のように低圧目標値を
予め一定値で固定し、高圧検知値および低圧検知値がそ
れぞれ高圧目標値および低圧目標値に収束するように圧
縮機運転容量および室外熱交換器の処理能力だけを制御
した場合に比べ、さらにエネルギー消費量が少ない冷凍
空調装置が得られるという効果がある。
の目標値を、運転中に適正になるように変更していくの
で、利用環境、利用者の都合などの負荷状態に応じた運
転を行うことができ、能力を適正に発揮でき、さらに省
エネルギー化を図ることができる。また、本実施の形態
のように変化幅を設定すれば、圧縮機2の容量と凝縮側
および蒸発側熱交換器4,6の処理能力の変化幅を、変
化可能範囲に応じて適正に選択でき、冷凍サイクルの能
力をすばやく発揮させることができる。さらに、冷凍サ
イクルの運転状態の目標値になるような変化幅を基準の
変化幅とし、これ基にして複数を変化幅を設定し、その
中で、運転状態の目標や消費電力を最少とする変化幅の
組合わせを選択するので、計算時間が早く、かつ適正な
組み合わせを選択できる。
め方として、式(1)、式(2)、式(8)より、△P
cを高圧検知値と高圧目標値との差、△Peを低圧検知
値と低圧目標値との差、△(△Tinout)を吸込み
−吹出し空気温度差の検知値と吸込み−吹出し空気温度
差の目標との差として、逆計算することにより、低圧目
標値または高圧目標値の接近する各変化幅△F、△B
K、△AKが得られる。これを基準変化幅とし、これに
基づいてそれぞれ複数の変化幅を求める。例えば高圧目
標値の接近する各基準変化幅を△Fn、△BKn、△A
Knとし、これを基にして、圧縮機2の運転容量の変化
幅を|△Fn|,0,−|△Fn|、室内熱交換器6の
処理能力の変化幅|△BKn|,0,−|△BKn|、
室外熱交換器4の処理能力の変化幅|△AKn|,0,
−|△AKn|を設定する。そして、これらの候補の2
7組の組合わせを作成してもよい。もちろんこのように
組合わせを作成する際にも、変化幅△Fnが圧縮機2の
運転容量の変化可能範囲に入っていることが必要であ
り、変化幅△BKn,△AKnが、室内熱交換器6の処
理能力の変化可能範囲に入っていることが必要である。
交換器6での吸込み空気温度の目標値Tinmと、吸込
み−吹出し空気温度差の目標値△Tinoutmとを利
用者などによって予め設定する場合の目標設定方法につ
いて説明したが、室内送風機11によって室内熱交換器
6から室内へ送り出される吹出し空気温度の目標値To
utmと吸込み−吹出し空気温度差の目標値△Tino
utmとを利用者が予め設定した場合でも、同様にして
低圧目標値Pemを自動設定することができる。
標値をToutm[℃]として、低圧目標値Pemを次
のようにして設定すればよい。即ち、蒸発温度目標値を
吹出し空気温度の目標値Toutm[℃]とし、この蒸
発温度目標値Tem[℃]に対する飽和圧力を低圧目標
値Pemの初期値とする。以下、低圧目標値Pemの適
性判定は実施の形態2と同様に行うことによって省エネ
ルギーとなる低圧目標値Pemを確定する。また、低圧
目標値Pemの適性を判定する際に用いる吸込み空気温
度の目標値Tinmも、吹出し空気温度の目標値をTo
utmと吸込み−吹出し空気温度差の目標値△Tino
utmとから計算できる。また、利用者が吸込み−吹出
し空気温度差の目標値を設定しなかった場合には、熱交
換器の特性を考慮し吸込み−吹出し空気温度差の目標値
を例えば10〜15[℃]として計算すればよい。
利用者が設定した室内送風機10によって室内熱交換器
6から室内へ送り出される吹出し空気温度の設定値に対
して低圧目標値を適正に自動設定するので、負荷状態に
応じて適正に設定できる。このため、従来のように低圧
目標値を大きな負荷にも適用できるように予め一定値で
固定していた場合に比べ、エネルギー消費量を少なくで
きる冷凍サイクルの制御装置および制御方法が得られる
という効果がある。
交換器4,6の熱交換能力即ち処理能力を操作する第
1、第2の操作手段62、63として、熱交換器4,6
に送風する送風機10,11の回転数を操作するほか、
送風機10,11をそれぞれ複数台備えている場合には
動作させる送風機10,11の台数を変更する操作手段
や、可変翼の送風機の場合にはファンの角度を変える操
作手段や、ファンの方向を変える操作手段やなどが送風
機の動作を操作する操作手段が挙げられる。また、熱交
換器4,6の動作を操作する手段として、熱交換器4,
6内に設けた弁などによって熱交換器4,6内における
冷媒流路のパスを操作する手段や、同じく弁などによっ
て熱交換器4,6の伝熱面積を操作する手段などを挙げ
ることができる。
て、圧縮機2の運転容量を操作する運転容量操作手段6
1として、圧縮機2の周波数を操作する手段や、多気筒
の圧縮機の場合の気筒数を操作する手段や、スクロール
圧縮機のような複数の圧縮部を有する圧縮機の場合の圧
縮部の数を操作する手段や、圧縮機の吸入側に絞り装置
を設けて吸入する冷媒量を操作する手段や、圧縮機から
吐出する冷媒の一部を吸入側にバイパスして循環する冷
媒量を操作する手段などを挙げることができる。 な
お、運転容量操作手段61や、第1,第2の操作手段6
2,63に応じて、式(7)の消費電力量を計算する時
の係数を変更する必要がある。
高圧設定値と低圧設定値を目標値として設定して冷凍サ
イクルの運転状態がこの目標値になるように制御するも
のとしたが、冷凍サイクルの運転状態として冷媒の凝縮
温度および蒸発温度を目標値として設定するように構成
してもよい。即ち、高圧側目標許容範囲として凝縮温度
目標許容範囲、低圧側目標許容範囲として蒸発温度目標
許容範囲を設定して、この冷凍サイクルの運転状態がこ
の範囲に入るように構成してもよい。この時の凝縮温度
検知値は、高圧の圧力検知器21で検知した高圧検知値
を凝縮温度に換算してもよいし、凝縮側熱交換器内に温
度検知器を設置して凝縮温度を検知してもよい。圧力検
知値を温度換算する場合、冷凍サイクルの動作冷媒がR
407C等の非共沸混合冷媒であると、圧力一定の下で
凝縮する際に温度が低下していく性質があるため、高圧
圧力検知器21で検知した高圧圧力検知値から、飽和蒸
気温度ならびに飽和液温度を算出してこれらの平均値を
凝縮温度とすると良い。同様に、蒸発温度検知値は、低
圧の圧力検知器22で検知した低圧検知値を蒸発温度に
換算してもよいし、蒸発側熱交換器内に温度検知器を設
置して蒸発温度を検知してもよい。圧力検知値を温度換
算する場合、冷凍サイクルの動作冷媒がR407C等の
非共沸混合冷媒であると、圧力一定の下で蒸発する際に
温度が上昇していく性質があるため、低圧圧力検知器2
2で検知した低圧圧力検知値から、飽和蒸気温度ならび
に飽和液温度を算出してこれらの平均値を蒸発温度とす
ると良い。圧力検知器に比べて温度検知器は安価であ
り、圧力検知器のかわりに温度検知器を設ければ、冷凍
空調装置全体として安価になる。
空調装置の冷房運転の制御装置および制御方法について
説明したが、暖房運転に適用することもできる。冷房運
転の場合には、冷凍サイクルの運転状態としては低圧側
目標許容範囲の上限および下限を設定し、高圧側目標許
容範囲は下限のみ設定し、低圧側目標値に重みをおいて
検知値が収束するように制御している。これに対し、暖
房運転の場合には、低圧側目標許容範囲は上限のみ設定
し、高圧側目標許容範囲の上限および下限を設定して、
高圧目標値に重みをおいて検知値が収束するように制御
すればよい。適正な目標値の判定も、冷房運転では低圧
側目標値を判定して適正に変更し、暖房運転では高圧側
目標値を判定して適正に変更すれば、負荷状態に応じて
能力を発揮でき、省エネルギー化を図ることができる。
なお、図1,図2に示した空調装置は、四方弁3を切換
えることにより、冷房と暖房の両方の機能を有する冷暖
房装置を示している。また、本発明は、家庭用の空調装
置や電子機器用の空調装置や低温用の冷凍装置や冷蔵倉
庫などの冷凍空調装置に用いられている蒸気圧縮式冷凍
サイクルの制御装置および制御方法に適用できる。
換器の吸込み空気温度または吹出し空気温度の検知値を
それぞれの目標値と比較して、低圧目標値Pemを適正
に変更する例を示したが、吸込み空気温度または吹出し
空気温度の数十秒から数分後の予測値をそれぞれの目標
値と比較して、低圧目標値Pemを変更するようにする
となお良い。このようにすると、冷凍サイクルの能力変
化に対して室内空気温度が遅れを伴って変化する特性を
考慮して、吸込み空気温度または吹出し空気温度をより
安定的に目標値に収束させることができ、室内空間の快
適性や温度安定性が向上する。なお、この場合の予測に
は、例えば吸い込み空気温度の予測を例に説明すると、
等時間間隔τで検出された現在および過去2点(τ時刻
前、2・τ時刻前)の吸い込み空気温度検知値からτ時刻
後の吸い込み空気温度を予測する三点予測を用いること
ができる。さらに、τ時刻前の値を2・τ時刻前の値に、
現在値をτ時刻前の値に、τ時刻後の予測値を現在値
に、それぞれ置き換えることにより、2・τ時刻後の値を
予測することもできる。また、他の予測方法としては、
直線補完による方法、ARIMAモデル、カオス理論、ニュ
ーラルネットワークなどを応用することもできる。
気温度の目標値Toutm[℃]を冷媒の蒸発温度とし
て、これに対する飽和圧力を低圧目標値Pemの初期値
としていたが、吹出し空気温度の目標値Toutm[℃]
に1未満の定数を掛けた値に対する飽和圧力を低圧目標
値Pemの初期値としてもよい。このようにした方が、
吸込み空気温度または吹出し空気温度がより早く目標値
に収束する。
吸込み空気温度差の目標値ΔTinoutmは一定とし
ていたが、吸い込み空気温度Tinまたは吹出し空気温
度Toutの目標値からの偏差に応じて変更しても良
い。すなわち、冷却開始直後でTin>>Tinmであ
り室内熱交換器の処理能力を大きくしたい場合には、Δ
Tinoutmは小さ目の値を設定し、逆に、ある程度
冷却できた後でTin≒Tinmの場合には、必要な除
湿性能が得られるようΔTinoutmを大き目に設定
する。また、あまり除湿が必要ないOA機器等の冷却の
場合、ΔTinoutmは常に大き目に設定しておくと
良いし、人が部屋に入ってきた直後から十分な快適性を
感じさせるために強力に除湿したい場合は、ΔTino
utmを小さ目に設定したりするとよい。以上のよう
に、ΔTinoutmを適正に設定変更すれば、空調室
内の使用目的、所望空気状態経路(温度を下げさえすれ
ば良いか、温度を下げてから除湿するか、除湿してから
温度を下げるか等)に合わせた空気質制御が可能とな
る。
吹出し−吸込み空気温度差ΔTinoutを目標値ΔT
inoutmに近づけるために、吸込み空気温度および
吹出し空気温度それぞれの検知値と目標値を比較して低
圧目標値Pemを変更するようにしたが、ΔTinou
tmが設定されないか、または、ΔTinoutmにあ
まり重要性がない場合に、吸込み空気温度または吹出し
空気温度のいずれかで低圧目標値Pemを変更する方法
を説明する。
た場合、または、吸込み空気温度と吹出し−吸い込み空
気温度差ともに設定されているが、後者を設定値に近づ
けることはあまり重要でない場合を例に説明する。図1
0において、冷凍サイクルが安定と判断された場合、S
T22では、つぎのように低圧目標値Pemの適性を判
定し、必要に応じて変更する。
許容範囲よりも高いところで冷凍サイクルが安定してい
る場合 この状態は、圧縮機2の運転容量が最大値Fmax[H
z]に突き当たっていると考えられる。この場合に処理
は以下の通りである。 (ア)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin<
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinm−α1
(α1≧0)の時には、低圧目標値は低いと判断して、
低圧目標値Pemを現在の低圧検知値Peに置き換え
る。 (イ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin≧
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinm−α1
(α1≧0)の時には、低圧目標値PemをTin−T
inmの大きさに応じて変更する。例えば、新Pem=
旧Pem−γ・(Tin−Tinm)(γ>0)とする
と、Tin<Tinmの場合は、Pemを増加させて能
力を抑え、逆に、Tin≧Tinmの場合は、Pemを
減少させるて能力を上げることができる。
許容範囲内で冷凍サイクルが安定している場合 (ア)低圧目標値PemをTin−Tinmの大きさに
応じて変更する。例えば、新Pem=旧Pem−γ・
(Tin−Tinm)(γ>0)とすると、Tin<T
inmの場合は、Pemを増加させて能力を抑え、逆
に、Tin≧Tinmの場合は、Pemを減少させるて
能力を上げることができる。
許容範囲よりも低いところで冷凍サイクルが安定してい
る場合 この状態は、圧縮機2の運転容量が最小値Fmin[H
z]に突き当たっていると考えられる。この場合に処理
は以下の通りである。 (ア)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin≦
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinm+α2
(α2≧0)の時には、低圧目標値PemをTin−T
inmの大きさに応じて変更する。例えば、新Pem=
旧Pem−γ・(Tin−Tinm)(γ>0)とする
と、Tin<Tinmの場合は、Pemを増加させて能
力を抑え、逆に、Tin≧Tinmの場合は、Pemを
減少させるて能力を上げることができる。 (イ)室内熱交換器6の吸込み空気温度検知値Tin>
室内熱交換器6の吸込み空気温度目標値Tinm+α2
(α2≧0)の時には、低圧目標値は低いと判断して、
低圧目標値Pemを現在の低圧検知値Peに置き換え
る。
値Pemを変更して制御処理は終了し、この新たに変更
設定された低圧目標値Pemに対して、本冷凍サイクル
の制御装置は、例えば、実施の形態1.と同様に各操作
量の組み合わせ(ΔFi,ΔBKij,ΔAKik)を算出
し、図5のST4からST8の処理を行う。この時、吸
い込み空気温度が目標値よりある程度以上高い場合、す
なわちTin>Tinm+α3(α3>0:例えばα3
=2)の場合、冷凍サイクルが能力不足または冷却途上
にあると考えられるので、室内熱交換器処理能力BK
「W/℃」については、その能力を増加させる方向の動
きだけを許容する。この場合、例えば、ΔBKik=0と
ΔBKik<0となるikに対して、ST5の式(6)で計
算されるW1ijkに0を掛けると目標点までの距離が遠
いと評価するので、ΔBK>0、すなわち室内熱交換器
処理能力が増加する方向の操作量の組み合わせの中から
最終的な操作量の組み合わせ(ΔFi,ΔBKij,ΔAKi
k)を選択することになる。
りある程度以上低い場合、すなわちTin<Tinm−
α4(α4>0:例えばα4=2)の場合、冷凍サイク
ルが能力過剰または冷却除去途上にあると考えられるの
で、室内熱交換器処理能力BK「W/℃」については、
その能力を減少させる方向の動きだけを許容する。この
場合、例えば、ΔBKik=0とΔBKik>0となるikに
対して、ST5の式(6)で計算されるW1ijkに0を
掛けると目標点までの距離が遠いと評価するので、ΔB
K<0、すなわち室内熱交換器処理能力が減少する方向
の操作量の組み合わせの中から最終的な操作量の組み合
わせ(ΔFi,ΔBKij,ΔAKik)を選択することにな
る。
せ、例えば、Tinが上昇している場合はα3=3、α
4=2、下降している場合はα3=2、α4=3などと
すると、冷凍サイクルの能力がハンチングすることなく
安定的に室温を目標値に収束させることができる。
設定された場合、または、吸込み空気温度と吹出し−吸
い込み空気温度差ともに設定されているが、後者を設定
値に近づけることはあまり重要でない場合を例に説明し
たが、吹出し空気温度だけが設定された場合、または、
吹出し空気温度と吹出し−吸い込み空気温度差ともに設
定されているが、後者を設定値に近づけることはあまり
重要でない場合も、TinをToutに置き換えれば全
く同様に考えることができる。
熱交換器を流れる利用側流体、すなわち室内空気の吸込
み−吹出し温度を積極的に利用して、室内の吸込み空気
温度と吹出し温度をほぼ同時に設定値に近づける方法に
ついて説明する。まず、式(1)および式(2)に加
え、冷凍サイクルの各アクチュエータ(F,AK,B
K)をある範囲内で変化させた場合に吸込み−吹出し空
気温度差Tinout[℃]がどのように変化するかを表
す新たな式(8)を用意する。 ΔPc=a・ΔF+c・ΔBK+e・ΔAK ・・・・・(1) ΔPe=b・ΔF+d・ΔBK+f・ΔAK ・・・・・(2) ΔTinout=p・ΔF+q・ΔBK+r・ΔAK ・・・・・(8) Pc:圧縮機2の吐出する高圧圧力[Pa] Pe:圧縮機2の吸入する低圧圧力[Pa] Tinout:室内熱交換器吸込み−吹出し空気温度差
[℃] Δ :変化幅 F :圧縮機2の運転周波数[Hz] BK:室内熱交換器6の処理能力[W/℃] AK:室外熱交換器4の処理能力[W/℃] ここで、a,b,c,d,e,f,p,q,rはそれぞ
れ予め該空気調和機の特性に合わせて実験あるいは計算
により決定されている係数であり、圧縮機運転周波数、
室外熱交換器処理能力、室内熱交換器処理能力、外気温
度、室内空気温度、高圧(または凝縮温度)および低圧
(または蒸発温度)などによって決められる。冷房の場
合、係数b,e,f,qは負、a,c,d,p,rは正
の値となる。圧縮機の運転周波数変化幅ΔF、室内熱交
換器の処理能力変化幅ΔBKおよび室外熱交換器の処理
能力変化幅ΔAKの組合せ候補(ΔFi,ΔBKij,Δ
AKik)(i=1〜7;j=1〜3;k=1〜3)は、
実施の形態1.で示した図5のST1乃至ST3で決め
る。これらの組合せ候補によって、冷凍サイクルの高圧
および低圧運転状態と室内空気の吸込み−吹出し温度差
がどの程度の値に到達するかを式(1)、(2)、
(8)によって、実施の形態1.と同様に推定する。こ
れは、図12のST4の処理に相当する。つぎに、図1
2のST5に相当する処理について説明する。上記で推
定した到達状態(Pcijk ,Peijk、Tinoutijk
)(i=1〜7、j=1〜3、j=1〜3)が、高圧
目標許容範囲であるPcijk ≧Pcmを満足すると共
に、低圧目標許容範囲であるPem×0.95≦Peij
k ≦Pem×1.05および吸込み−吹出し空気温度差
の目標許容範囲である、例えばTinoutm−2≦T
inoutijk≦Tinoutm+2(Tinoutm:
吸込み−吹出し空気温度差Tinoutの目標値)を満
足しているかどうか判断し、到達状態(Pcijk 、Pe
ijk、Tinoutijk )が高圧、低圧および吸込み−
吹出し空気温度差すべてが目標許容範囲内に入っている
ものを抽出する。もし、高圧、低圧および吸込み−吹出
し空気温度差すべてが目標許容範囲内に入っている(P
cijk ,Peijk、Tinoutijk )がひとつもない
場合は、ST6に代わる処理を行う。即ち、高圧圧力、
低圧圧力および吸込み−吹出し空気温度差の目標までの
距離を表わす指標をW4ijk とし、式(9)により指標
W4ijk を計算する。 W4ijk =1−C{A(Pcm−Pcijk )2 +B(Pem−Peijk )2 +D(Tinoutm−Tinoutijk )2 } ・・・(9) 式(9)で表わされる高圧目標値Pcm、低圧目標値P
emおよび吸込み−吹出し空気温度差目標値Tinou
tmまでの距離を表わす指標W4ijk (i=1〜7,j
=1〜3,k=1〜3)を最大にする組合わせ(Pcij
k 、Peijk、Tinoutijk )を与える操作量の組
合わせ(ΔFi 、ΔBKij、ΔAKik)を選択する。以
上のように、室内空気温度の吸込み−吹出し温度差をも
利用することにより、冷凍サイクルの運転状態と負荷側
の空気状態を同時に適正な値に近づけることができるの
で、吸込み空気温度が高い場合、急速に温度を下げたい
ので、Tinoutmを小さく設定して室内送風機の回
転数を大きくするようにし、吸込み空気温度が設定値に
近づいてきた場合には、温度はあまり下げずに除湿した
いので、Tinoutmを大きく設定して室内送風機の
回転数を小さくするように運転することができる。Ti
noutmの設定値を自動的に変更することにより、居
住者の最も快適な環境を自動的にしかも迅速に生成する
ことができる。
縮機、凝縮側熱交換器、流量制御弁、蒸発側熱交換器を
連結し冷媒を循環させる冷凍サイクルにおいて、前記凝
縮側熱交換器の熱交換能力を変化させる第1の操作手段
と、前記蒸発側熱交換器の熱交換能力を変化させる第2
の操作手段と、前記圧縮機の運転容量を操作する運転容
量操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側または低圧側
の運転状態と目標との差を小さくするように制御する制
御手段とを備えたことを特徴とすることにより、圧縮機
の運転容量と蒸発側および凝縮側熱交換器の処理能力を
総合的に制御して、冷凍サイクルの適正な能力がすばや
く発揮できる冷凍サイクルの制御装置が得られる。
冷凍サイクルの高圧側または低圧側の運転状態と目標と
の差が小さいものの中で、消費エネルギーを最少にする
ように制御することを特徴とすることにより、冷凍サイ
クルの適正な能力が発揮されるとともに、冷凍サイクル
全体の消費エネルギーをより少なくできる冷凍サイクル
の制御装置が得られる。
冷凍サイクルの高圧側または低圧側の運転状態と目標と
の差が小さいものの中で、凝縮側熱交換器と蒸発側熱交
換器のいずれか一方である利用側熱交換器の被熱交換流
体の入口温度と出口温度の温度差を目標温度差に近づけ
るように制御することを特徴とすることにより、負荷状
態に応じて冷凍サイクルの能力を適正に発揮できる冷凍
サイクルの制御装置が得られる。
圧側の運転状態を、圧縮機の吐出圧力またはこの吐出圧
力に相当する飽和温度とし、冷凍サイクルの低圧側の運
転状態を、圧縮機の吸入圧力またはこの吸入圧力に相当
する飽和温度としたので、冷凍サイクルの能力を適正に
発揮できる冷凍サイクルの制御装置が得られる。
圧側の運転状態を、凝縮器の凝縮圧力またはこの凝縮圧
力に相当する飽和温度とし、冷凍サイクルの低圧側の運
転状態を、蒸発気の蒸発圧力またはこの吸入圧力に相当
する飽和温度としたので、冷凍サイクルの能力を適正に
発揮できる冷凍サイクルの制御装置が得られる。
圧側の運転状態の目標値と高圧側の運転状態の目標値の
一方を、予め設定された利用側熱交換器の被熱交換流体
の入口温度または出口温度の設定値に関連して自動的に
設定し、他方を、熱源温度に関連して自動的に設定する
目標値設定手段を備えたことにより、負荷状態に応じて
冷凍サイクルの能力を適正に発揮でき、さらに消費エネ
ルギーを少なくできる冷凍サイクルの制御装置が得られ
る。
利用側熱交換器とし、冷凍サイクルの動作安定状態にお
ける低圧側の運転状態と低圧側目標値との関係に基づい
て、前記低圧側目標値を増減する目標値変更手段を備え
たことにより、負荷状態に応じて冷凍サイクルの能力を
適正に発揮でき、さらに消費エネルギーを少なくできる
冷凍サイクルの制御装置が得られる。
利用側熱交換器とし、冷凍サイクルの動作安定状態にお
ける高圧側の運転状態と高圧側目標値との関係に基づい
て、前記高圧側目標値を増減する目標値変更手段を備え
たことにより、負荷状態に応じて冷凍サイクルの能力を
適正に発揮でき、さらに消費エネルギーを少なくできる
冷凍サイクルの制御装置が得られる。
して、動作安定状態における利用側熱交換器での被熱交
換流体の入口温度とその目標値との関係と、前記利用側
熱交換器での被熱交換流体の出口温度とその目標値との
関係とに基づいて、冷凍サイクルの高圧側目標値または
低圧側目標値を増減することを特徴とするので、負荷状
態に応じて適正である目標値とすることができ、冷凍サ
イクルの能力を適正に発揮でき、さらに消費エネルギー
を少なくできる冷凍サイクルの制御装置が得られる。
の変化に応じた冷凍サイクルの高圧側運転状態または低
圧側運転状態の変化から、前記圧縮機の各種容量の変化
幅をパラメータとするステップと、前記パラメータとし
て求めた圧縮機の各種容量の変化幅に対して凝縮側熱交
換器および蒸発側熱交換器の熱交換能力をそれぞれ変化
させ、前記冷凍サイクルの高圧側運転状態と低圧側運転
状態の目標値になるように前記熱交換能力の基準変化幅
を求めるステップと、求めた基準変化幅を基に複数の変
化幅を生成するステップと、前記凝縮側熱交換器および
蒸発側熱交換器のそれぞれ複数の変化幅がその熱交換能
力の動きの中に入らない場合には前記変化幅をその熱交
換能力の動きの中に入るように演算しなおすステップ
と、前記各種パラメータごとに求めた前記熱交換能力の
変化幅を用いて前記高圧側運転状態または低圧側運転状
態の目標値に近づく前記変化幅を選択するステップとを
備えたことにより、圧縮機の容量と凝縮側および蒸発側
熱交換器の熱交換能力の変化幅を、変化可能範囲に応じ
て適性に選択でき、負荷状態に応じて冷凍サイクルの能
力を適正に発揮でき、さらに省エネルギー化を図ること
ができる冷凍サイクルの制御方法が得られる。
圧側目標または高圧側目標と現在の運転状態との差をパ
ラメータとして、圧縮機の運転容量および凝縮側熱交換
器の熱交換能力および蒸発側熱交換器の熱交換能力を変
化させ、上記低圧側目標または高圧側目標に接近する基
準変化幅のそれぞれを演算するステップと、求めた前記
基準変化幅を基にそれぞれ複数の変化幅を生成するステ
ップと、前記圧縮機の運転容量の複数の変化幅がその運
転容量の動きの中に入らない場合および前記凝縮側熱交
換器と蒸発側熱交換器のそれぞれ複数の変化幅がその熱
交換能力の動きの中に入らない場合には、前記変化幅を
それぞれの動きの中に入るように演算しなおすステップ
と、その演算された変化幅のうち前記低圧側目標または
高圧側目標へもっとも近づく変化幅を選択するステップ
とを備えたことにより、現在の運転状態から冷凍サイク
ルの低圧側目標または高圧側目標にすばやく到達できる
冷凍サイクルの制御方法が得られる。
の変化幅と、凝縮側熱交換器および蒸発側熱交換器の熱
交換能力の変化幅とによる操作で消費エネルギーが最少
となる前記変化幅の組合わせを選択するステップを備え
たことにより、冷凍サイクルの能力を適正に発揮しつ
つ、消費エネルギーを小さくできる冷凍サイクルの制御
方法が得られる。
す冷媒回路図である。
装置の構成を示すブロック図である。
圧縮機運転容量F,室内熱交換器処理能力BK,室外熱
交換器処理能力AKの比エンタルピーに対する圧力Pの
変化を示す特性図である。
F、室内熱交換器処理能力BK、室外熱交換器処理能力
AKと消費電力の関係を示すグラフである。
工程を示すフローチャートである。
F、室内熱交換器処理能力BK、室外熱交換器処理能力
AKの各操作量の候補の組合わせテーブルを示す説明図
である。
す冷媒回路図である。
装置の構成を示すブロック図である。
F、室内熱交換器処理能力BK、室外熱交換器処理能力
AKと吸込み空気温度−吹出し空気温度差の関係を示す
グラフである。
理工程を示すフローチャートである。
の様子を示す説明図である。
の様子を示す説明図である。
の様子を示す説明図である。
である。
蒸発側熱交換器、10 凝縮側送風機、11 蒸発側
送風機、15 制御手段、21 高圧用圧力検知器、2
2 低圧用圧力検知器、23 入口温度検知器、24
外気温度検知器、25 出口温度検知器、61 運転容
量操作手段、62 第1の操作手段、63 第2の操作
手段、64 W1演算手段、65 W2演算手段、66
W3演算手段。
Claims (12)
- 【請求項1】 圧縮機、凝縮側熱交換器、流量制御弁、
蒸発側熱交換器を連結し冷媒を循環させる冷凍サイクル
において、前記凝縮側熱交換器の熱交換能力を変化させ
る第1の操作手段と、前記蒸発側熱交換器の熱交換能力
を変化させる第2の操作手段と、前記圧縮機の運転容量
を操作する運転容量操作手段と、前記冷凍サイクルの高
圧側または低圧側の運転状態と目標との差を小さくする
ように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする冷
凍サイクルの制御装置。 - 【請求項2】 制御手段は、冷凍サイクルの高圧側また
は低圧側の運転状態と目標との差が小さいものの中で、
消費エネルギーを最少にするように制御することを特徴
とする請求項1記載の冷凍サイクルの制御装置。 - 【請求項3】 制御手段は、冷凍サイクルの高圧側また
は低圧側の運転状態と目標との差が小さいものの中で、
凝縮側熱交換器と蒸発側熱交換器のいずれか一方である
利用側熱交換器の被熱交換流体の入口温度と出口温度の
温度差を目標温度差に近づけるように制御することを特
徴とする請求項1または請求項2記載の冷凍サイクルの
制御装置。 - 【請求項4】 冷凍サイクルの高圧側の運転状態は、圧
縮機の吐出圧力またはこの吐出圧力に相当する飽和温度
であり、冷凍サイクルの低圧側の運転状態は、圧縮機の
吸入圧力またはこの吸入圧力に相当する飽和温度である
ことを特徴とする請求項1または請求項2または請求項
3記載の冷凍サイクルの制御装置。 - 【請求項5】 冷凍サイクルの高圧側の運転状態は、凝
縮器の凝縮圧力またはこの凝縮圧力に相当する飽和温度
であり、冷凍サイクルの低圧側の運転状態は、蒸発器の
蒸発圧力またはこの蒸発圧力に相当する飽和温度である
ことを特徴とする請求項1または請求項2または請求項
3記載の冷凍サイクルの制御装置。 - 【請求項6】 冷凍サイクルの低圧側の運転状態の目標
値と高圧側の運転状態の目標値の一方を、予め設定され
た利用側熱交換器の被熱交換流体の入口温度または出口
温度の設定値に関連して自動的に設定し、他方を、熱源
温度に関連して自動的に設定する目標値設定手段を備え
たことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか
1項記載の冷凍サイクルの制御装置。 - 【請求項7】 蒸発側熱交換器を利用側熱交換器とし、
冷凍サイクルの動作安定状態における低圧側の運転状態
と低圧側目標値との関係に基づいて、前記低圧側目標値
を増減する目標値変更手段を備えたことを特徴とする請
求項6記載の冷凍サイクルの制御装置。 - 【請求項8】 凝縮側熱交換器を利用側熱交換器とし、
冷凍サイクルの動作安定状態における高圧側の運転状態
と高圧側目標値との関係に基づいて、前記高圧側目標値
を増減する目標値変更手段を備えたことを特徴とする請
求項6記載の冷凍サイクルの制御装置。 - 【請求項9】 目標値変更手段は、動作安定状態におけ
る利用側熱交換器での被熱交換流体の入口温度とその目
標値との関係と、前記利用側熱交換器での被熱交換流体
の出口温度とその目標値との関係とに基づいて、冷凍サ
イクルの高圧側目標値または低圧側目標値を増減するこ
とを特徴とする請求項7または請求項8記載の冷凍サイ
クルの制御装置。 - 【請求項10】 圧縮機の各種容量の変化に応じた冷凍
サイクルの高圧側運転状態または低圧側運転状態の変化
から、前記圧縮機の各種容量の変化幅をパラメータとす
るステップと、前記パラメータとして求めた圧縮機の各
種容量の変化幅に対して凝縮側熱交換器および蒸発側熱
交換器の熱交換能力をそれぞれ変化させ、前記冷凍サイ
クルの高圧側運転状態と低圧側運転状態の目標値になる
ように前記熱交換能力の基準変化幅を求めるステップ
と、求めた前記基準変化幅を基に複数の変化幅を生成す
るステップと、前記凝縮側熱交換器および蒸発側熱交換
器のそれぞれ複数の変化幅がその熱交換能力の動きの中
に入らない場合には前記変化幅をその熱交換能力の動き
の中に入るように演算しなおすステップと、前記各種パ
ラメータごとに求めた前記熱交換能力の変化幅を用いて
前記高圧側運転状態または低圧側運転状態の目標値に近
づく前記変化幅を選択するステップとを備えたことを特
徴とする冷凍サイクルの制御方法。 - 【請求項11】 冷凍サイクルの低圧側目標または高圧
側目標と現在の運転状態との差をパラメータとして、圧
縮機の運転容量および凝縮側熱交換器の熱交換能力およ
び蒸発側熱交換器の熱交換能力を変化させ、上記低圧側
目標または高圧側目標に接近する基準変化幅のそれぞれ
を演算するステップと、求めた前記基準変化幅を基にそ
れぞれ複数の変化幅を生成するステップと、前記圧縮機
の運転容量の複数の変化幅がその運転容量の動きの中に
入らない場合および前記凝縮側熱交換器と蒸発側熱交換
器のそれぞれ複数の変化幅がその熱交換能力の動きの中
に入らない場合には、前記変化幅をそれぞれの動きの中
に入るように演算しなおすステップと、その演算された
変化幅のうち前記低圧側目標または高圧側目標へもっと
も近づく変化幅を選択するステップとを備えたことを特
徴とする冷凍サイクルの制御方法。 - 【請求項12】 圧縮機の運転容量の変化幅と、凝縮側
熱交換器および蒸発側熱交換器の熱交換能力の変化幅と
による操作で消費エネルギーが最少となる前記変化幅の
組合わせを選択するステップを備えたことを特徴とする
請求項10または請求項11記載の冷凍サイクルの制御
方法。
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