JP2015114036A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のユニット間の通信量を増大させることなく、ユニット間の干渉を抑制して制御対象のパラメータを目標値に小さな振幅で収束させる。
【解決手段】室内膨張弁は、室内側冷媒回路に取り付けられ、膨張弁開度CEOに基づく動作により室内側冷媒回路を循環している冷媒の状態を制御して過熱度SH1を目標過熱度SHt1に近づける。室内機40においては、過熱度SH1が検出され、また過熱度SH1に影響を与える外乱に関する蒸発温度Teが検出されている。室内側制御装置47は、過熱度制御を行なう過熱度制御部110において、過熱度SH1を目標過熱度SHt1に近づけるための膨張弁開度CEOの決定において、蒸発温度Teを用いて過熱度SH1に与える外乱の影響が小さくなるように膨張弁開度CEOの決定を調整する。
【選択図】図3
【解決手段】室内膨張弁は、室内側冷媒回路に取り付けられ、膨張弁開度CEOに基づく動作により室内側冷媒回路を循環している冷媒の状態を制御して過熱度SH1を目標過熱度SHt1に近づける。室内機40においては、過熱度SH1が検出され、また過熱度SH1に影響を与える外乱に関する蒸発温度Teが検出されている。室内側制御装置47は、過熱度制御を行なう過熱度制御部110において、過熱度SH1を目標過熱度SHt1に近づけるための膨張弁開度CEOの決定において、蒸発温度Teを用いて過熱度SH1に与える外乱の影響が小さくなるように膨張弁開度CEOの決定を調整する。
【選択図】図3
Description
本発明は、冷媒回路を備える冷凍装置に関する。
従来から、冷凍装置の一種である空調機では、特許文献1(特開昭63−29155号公報)に記載されているように、空調機の室内ユニットにおける膨張弁による過熱度の制御と室外ユニットにおける圧縮機の回転数による蒸発温度の制御とが同時に行なわれている。例えば、室内ユニットで膨張弁の開度調節により過熱度の制御を行なっているときに、室外ユニットで蒸発温度制御が行なわれて圧縮機の回転数が変化すると、過熱度の制御とは無関係に冷媒流量や冷媒の圧力が変化してしまう。このような圧縮機の回転数の変化による冷媒流量や冷媒の圧力の変化は、室内ユニットにおける膨張弁による過熱度の制御にとっては外乱となる。このような外乱などの相互干渉が発生すると、過熱度の制御において過熱度の値が目標値に対して変動してしまうという不具合が生じる。
室外ユニットの制御と室内ユニットの制御との間のこのような相互干渉に対応して制御対象のパラメータを目標値に小さな振幅で収束させるために、従来の空調機においてMIMO(Multiple Input Multiple Output)制御などの非干渉制御が行なわれている。
しかし、特許文献1に記載されているようなMIMO制御などの非干渉制御を多数の室内ユニットが室外ユニットに接続されているマルチ型の空調機に適用しようとすると、多数の室内ユニットと室外ユニットとの間の非干渉制御のための通信量が膨大なものとなり、空調機が高価なものとなったり、空調機の動作が遅くなったりするといった問題が生じる。
本発明の課題は、複数のユニット間の通信量を増大させることなく、ユニット間の干渉を抑制して制御対象のパラメータを目標値に小さな振幅で収束させることのできる冷凍装置を提供することである。
本発明の第1観点に係る冷凍装置は、制御対象ユニットの制御側冷媒回路と非制御対象ユニットの非制御側冷媒回路とが冷媒配管で結ばれるとともに制御対象ユニットと非制御対象ユニットとが通信で結ばれ、非制御対象ユニットから制御対象ユニットを独立させて所定パラメータに関する制御をする冷凍装置であって、制御側冷媒回路に取り付けられ、制御値に基づく動作により制御側冷媒回路を循環している冷媒の状態を制御して所定パラメータを目標値に近づけるための機器と、制御対象ユニットに取り付けられ、所定パラメータに関する第1測定値を検出する第1センサと、制御対象ユニットに取り付けられ、所定パラメータに影響を与える外乱に関する第2測定値を検出する第2センサとを備え、所定パラメータを目標値に近づけるための第1測定値に基づく制御値の決定において、第2測定値を用いて所定パラメータに与える外乱の影響が小さくなるように制御値の決定を調整する。
第1観点の冷凍装置においては、制御値の決定を調整する第2測定値を検出する第2センサが制御対象ユニットに取り付けられていて、しかも第2測定値が所定パラメータに影響を与える外乱に関する情報を含むものであるから、制御値の決定を調整するための情報を制御対象ユニットと非制御対象ユニットとの間の通信を使って得る必要がなくなる。
本発明の第2観点に係る冷凍装置は、第1観点に係る冷凍装置において、所定パラメータと目標値との偏差に対して比例動作、積分動作及び微分動作のうちの少なくとも一つを行なって制御値を得るための制御値算出部と、外乱に関する外乱推定値を第2測定値に基づいて推定する外乱推定器とをさらに備え、制御値算出部が出力する算出値から外乱推定器が出力する外乱推定値を差し引くことにより制御値の決定を調整する。
第2観点の冷凍装置においては、外乱推定値を差し引くことで制御値の決定を調整することができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置は、第2観点に係る冷凍装置において、外乱推定器は、第2測定値を微分処理する微分処理部と、微分処理部の出力に微分係数を乗じる微分係数部と、微分係数部の出力からオフセット値を差し引く減算部と、減算部の出力を入力する低域通過フィルタと、低域通過フィルタの出力に補償係数を乗じて外乱推定値を出力する補償係数部とを有する、ものである。
第3観点の冷凍装置においては、微分と係数の乗算とオフセット値の減算とフィルタリングで外乱推定値を算出できる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置は、第1観点から第3観点のいずれかに係る冷凍装置において、制御対象ユニットは、利用ユニット及び熱源ユニットのうちの一方であり、非制御対象ユニットは、利用ユニット及び熱源ユニットのうちの制御対象ユニット以外のものであり、第2センサは、非制御側冷媒回路と制御側冷媒回路との間の相互干渉により変化する値を第2測定値として検出する、ものである。
第4観点の冷凍装置においては、第2測定値として検出される、非制御側冷媒回路と制御側冷媒回路との間の相互干渉により変化する値から外乱を精度良く推定するのは容易である。
本発明の第5観点に係る冷凍装置は、第4観点に係る冷凍装置において、制御対象ユニットは、機器として室内側膨張弁及び室内ファンのうちの少なくとも一つを有する利用ユニットであり、機器の制御値は、室内側膨張弁の弁開度及び室内ファンのファン回転数のうちの少なくとも一つであり、所定パラメータは、制御側冷媒回路における過熱度、蒸発温度、凝縮温度、低圧値及び過冷却度のうちの少なくとも一つである、ものである。
第5観点の冷凍装置においては、室内側膨張弁の弁開度、室内ファンのファン回転数の制御における制御値の決定を精度良く調整することができる。
本発明の第6観点に係る冷凍装置は、第4観点に係る冷凍装置において、制御対象ユニットは、機器として圧縮機、室外ファン及び室外側膨張弁のうちの少なくとも一つを有する熱源ユニットであり、機器の制御値は、圧縮機の圧縮機容量、室外ファンのファン回転数及び室外側膨張弁の弁開度のうちの少なくとも一つであり、所定パラメータは、制御側冷媒回路における過熱度、蒸発温度、凝縮温度、低圧値、吐出温度及び過冷却度のうちの少なくとも一つである、ものである。
第6観点の冷凍装置においては、圧縮機の圧縮機容量や室外ファンのファン回転数や室外側膨張弁の弁開度の制御における制御値の決定を精度良く調整することができる。
本発明の第1観点に係る冷凍装置では、制御対象ユニットと非制御対象ユニットの間の通信量を増大させずに制御対象ユニットと非制御対象ユニットの間の干渉を抑制して所定パラメータを目標値に小さな振幅で収束させることができる。
第2観点の冷凍装置では、制御値の調整が簡単に行なえる。
第3観点の冷凍装置では、外乱推定器を簡単に実現できる。
第4観点の冷凍装置では、制御値の決定を精度良く調整することができる。
第5観点の冷凍装置では、制御側冷媒回路における過熱度、蒸発温度、凝縮温度、低圧値及び過冷却度のうちの少なくとも一つを用いて、室内側膨張弁の弁開度及び室内ファンのファン回転数のうちの少なくとも一つを精度良く調整することができる。
第6観点の冷凍装置では、圧縮機の圧縮機容量や室外ファンのファン回転数や室外側膨張弁の弁開度を精度良く調整することができる。
<第1実施形態>
(1)空気調和装置の構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。空気調和装置10は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、例えばビル等の建物の室内の冷暖房に使用される装置である。第1実施形態において説明する空気調和装置10は、1台の熱源ユニットとしての室外機20と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、3台)の複数の利用ユニットとしての室内機40,50,60と、室外機20と室内機40,50,60とを接続する冷媒連絡管としての液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置10の蒸気圧縮式の冷媒回路11は、室外機20と、室内機40,50,60と、液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72とが接続されることによって構成されている。
(1)空気調和装置の構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。空気調和装置10は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、例えばビル等の建物の室内の冷暖房に使用される装置である。第1実施形態において説明する空気調和装置10は、1台の熱源ユニットとしての室外機20と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、3台)の複数の利用ユニットとしての室内機40,50,60と、室外機20と室内機40,50,60とを接続する冷媒連絡管としての液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置10の蒸気圧縮式の冷媒回路11は、室外機20と、室内機40,50,60と、液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72とが接続されることによって構成されている。
(1−1)室内機
室内機40,50,60は、例えばビル等の建物1の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または、室内の壁面に壁掛け等により、例えば会議室などの複数の部屋に設置されている。室内機40,50,60は、液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72を介して室外機20に接続されており、冷媒回路11の一部を構成している。
室内機40,50,60は、例えばビル等の建物1の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または、室内の壁面に壁掛け等により、例えば会議室などの複数の部屋に設置されている。室内機40,50,60は、液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72を介して室外機20に接続されており、冷媒回路11の一部を構成している。
次に、室内機40,50,60の構成について説明する。なお、室内機40と室内機50、60とは同様の構成であるため、ここでは、室内機40の構成のみについて説明し、室内機50、60の構成については、それぞれ、室内機40の各部を示す40番台の符号の代わりに50番台または60番台の符号を付して、各部の説明を省略する。
室内機40は、冷媒回路11の一部を構成する室内側冷媒回路11a(室内機50では室内側冷媒回路11b、室内機60では室内側冷媒回路11c)を有している。この室内側冷媒回路11aは、膨張機構としての室内膨張弁41と、利用側熱交換器としての室内熱交換器42とを有している。
室内膨張弁41は、室内側冷媒回路11a内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器42の液側に接続された電動膨張弁であり、冷媒の通過を遮断することも可能である。
室内熱交換器42は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
室内機40は、装置内に室内空気を吸入して、室内熱交換器42において冷媒と熱交換させた後に、熱交換後の室内空気を供給空気として室内に供給するための送風機としての室内ファン43を有している。室内ファン43は、室内熱交換器42に供給する空気の風量を所定風量範囲において可変することが可能なファンであり、例えば直流ファンモータ等からなるモータ43mによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。この室内ファン43では、風量が最も小さい弱風、風量が最も大きい強風、及び弱風と強風との中間程度の中風の3種類の固定風量に設定する風量固定モードと、過熱度SHや過冷却度SCなどに応じて弱風から強風までの間において自動的に風量を変更する風量自動モードと、リモートコントローラ等の入力装置によって手動で変更する風量設定モードのいずれかを選択して設定することができる。すなわち、利用者が例えばリモートコントローラを使って「弱風」、「中風」及び「強風」のいずれかを選択した場合には、弱風で固定される風量固定モードとなり、「自動」を選択した場合には、運転状態に応じて自動的に風量が変更される風量自動モードとなる。なお、ここでは、室内ファン43の風量のファンタップが「弱風」、「中風」及び「強風」の3段階で切り換えられる構成を説明している。室内ファン43の風量である室内ファン風量Gaは、例えばモータ43mの回転数をパラメータとする演算から導くことができる。そのほかに、室内ファン風量Gaは、モータ43mの電流値に基づく演算から導く方法や、設定されているファンタップに基づく演算から導く方法などがある。
また、室内機40には、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器42の液側には、液冷媒連絡管71と室内熱交換器42との間を出入りする冷媒の温度(すなわち、暖房運転時における凝縮温度Tcまたは冷房運転時における蒸発温度Teに対応する冷媒温度)を検出する液側温度センサ44が設けられている。室内熱交換器42のガス側には、ガス冷媒連絡管72と室内熱交換器42との間を出入りする冷媒の温度を検出するガス側温度センサ45が設けられている。室内機40の室内空気の吸入口側には、装置内に流入する室内空気の温度(すなわち、室内温度Tr)を検出する室内温度センサ46が設けられている。また、室内熱交換器42内を流れる冷媒の温度から蒸発温度Teを検出する室内熱交温度センサ48が設けられている。液側温度センサ44、ガス側温度センサ45、室内温度センサ46及びには室内熱交温度センサ48には、例えばサーミスタを用いることができる。
また、室内機40は、室内機40を構成する各部の動作を制御する室内側制御装置47を有している。そして、室内側制御装置47は、室内機40の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ(図示せず)やメモリ47c等を有しており、室内機40を個別に操作するためのリモートコントローラ(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外機20との間で伝送線80aを介して制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。
(1−2)室外機
室外機20は、建物1の室外に設置されており、液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72を介して室内機40,50,60に接続されており、室内機40,50,60とともに冷媒回路11を構成している。
室外機20は、建物1の室外に設置されており、液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72を介して室内機40,50,60に接続されており、室内機40,50,60とともに冷媒回路11を構成している。
次に、室外機20の構成について説明する。室外機20は、冷媒回路11の一部を構成する室外側冷媒回路11dを有している。この室外側冷媒回路11dは、圧縮機21と、四路切換弁22と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器23と、膨張機構としての室外膨張弁38と、アキュムレータ24とを有している。
圧縮機21は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、インバータにより回転数が制御されるモータ21mによって駆動される容積式圧縮機である。なお、ここに示されている室外機20が有する圧縮機21は、1台であるが、室内機の接続台数が多い場合などには、圧縮機の台数を2台以上とすることもできる。
四路切換弁22は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁である。冷房運転時には、圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として室外熱交換器23を機能させ、かつ、室外熱交換器23において凝縮される冷媒の蒸発器として室内熱交換器42,52,62を機能させるために、圧縮機21の吐出側と室外熱交換器23のガス側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側(具体的には、アキュムレータ24)とガス冷媒連絡管72側とを接続する(冷房運転状態:図1の四路切換弁22の実線を参照)。一方、暖房運転時には、圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として室内熱交換器42,52,62を機能させ、かつ、室内熱交換器42,52,62において凝縮される冷媒の蒸発器として室外熱交換器23を機能させるために、圧縮機21の吐出側とガス冷媒連絡管72側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側と室外熱交換器23のガス側とを接続することが可能である(暖房運転状態:図1の四路切換弁22の破線を参照)。
室外熱交換器23は、例えばクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、空気を熱源とするために空気と冷媒との間の熱交換をさせるための機器である。室外熱交換器23は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器23は、そのガス側が四路切換弁22に接続され、その液側が室外膨張弁38に接続されている。図1には、室外熱交換器23が一つだけ示されているが、例えば熱交換能力を上げるために室外熱交換器23が並列に複数接続されてもよい。
室外膨張弁38は、室外側冷媒回路11d内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、冷房運転を行う際の冷媒回路11における冷媒の流れ方向において室外熱交換器23の下流側に配置された電動弁であり、冷媒の通過を遮断可能に構成されている。つまり、室外膨張弁38は、室外熱交換器23の液側に接続されている。
室外機20は、装置内に室外空気を吸入して、室外熱交換器23において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風機としての室外ファン28を有している。この室外ファン28は、室外熱交換器23に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、例えば直流ファンモータ等からなるモータ28mによって駆動されるプロペラファン等である。
また、室外機20には、圧縮機21の吸入圧力(すなわち、冷房運転時における蒸発圧力Peに対応する冷媒圧力)を検出する吸入圧力センサ29と、圧縮機21の吐出圧力(すなわち、暖房運転時における凝縮圧力Pcに対応する冷媒圧力)を検出する吐出圧力センサ30と、圧縮機21の吸入温度を検出する吸入温度センサ31と、圧縮機21の吐出温度を検出する吐出温度センサ32とが設けられている。室外熱交換器23には、冷房運転時に凝縮温度Tcとなる室外熱交換器23を流れる冷媒の温度を検出する室外熱交温度センサ35が設けられている。また、室外機20の室外空気の吸入口側には、装置内に流入する室外空気の温度(すなわち、室外温度)を検出する室外温度センサ36が設けられている。吸入温度センサ31、吐出温度センサ32、室外熱交温度センサ35及び室外温度センサ36には、例えばサーミスタを用いることができる。
また、室外機20は、室外機20を構成する各部の動作を制御する室外側制御装置37を有している。そして、室外側制御装置37は、室外機20の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ(図示せず)、メモリ37bやモータ21mを制御するインバータ回路等を有しており、室内機40,50,60の室内側制御装置47,57,67との間で伝送線80aを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
(2)空気調和装置の動作
空気調和装置10では、冷房運転及び暖房運転において、利用者がリモートコントローラ等の入力装置により、それぞれの室内機40,50,60に個別に設定している設定温度Ts1、Ts2,Ts3に室内温度Tr1、Tr2,Tr3を近づける室内温度制御を、各室内機40,50,60に対して行っている。この室内温度制御では、各室内機40,50,60が相互に独立して制御を行なっており、設定温度Ts1に室内温度Tr1が収束するように室内ファン43の風量及び室内膨張弁41の開度が調整され、設定温度Ts2に室内温度Tr2が収束するように室内ファン53の風量及び室内膨張弁51の開度が調整され、設定温度Ts3に室内温度Tr3が収束するように室内ファン63の風量及び室内膨張弁61の開度が調整される。
空気調和装置10では、冷房運転及び暖房運転において、利用者がリモートコントローラ等の入力装置により、それぞれの室内機40,50,60に個別に設定している設定温度Ts1、Ts2,Ts3に室内温度Tr1、Tr2,Tr3を近づける室内温度制御を、各室内機40,50,60に対して行っている。この室内温度制御では、各室内機40,50,60が相互に独立して制御を行なっており、設定温度Ts1に室内温度Tr1が収束するように室内ファン43の風量及び室内膨張弁41の開度が調整され、設定温度Ts2に室内温度Tr2が収束するように室内ファン53の風量及び室内膨張弁51の開度が調整され、設定温度Ts3に室内温度Tr3が収束するように室内ファン63の風量及び室内膨張弁61の開度が調整される。
また、室内ファン43,53,63が風量固定モードに設定されている場合には、設定温度Ts1に室内温度Tr1が収束するように室内膨張弁41の開度が調整され、設定温度Ts2に室内温度Tr2が収束するように室内膨張弁51の開度が調整され、設定温度Ts3に室内温度Tr3が収束するように、室内膨張弁61の開度が調整される。風量固定モードの場合も、各室内機40,50,60が相互に独立して室内温度制御を行なう。なお、室内膨張弁41,51,61の開度の調整によって制御されるのは、冷房運転の場合には各室内熱交換器42,52,62の出口の過熱度であり、暖房運転の場合には各室内熱交換器42,52,62の出口の過冷却度である。
(2−1)暖房運転の概要
暖房運転について、図1を用いて説明する。暖房運転時は、四路切換弁22が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側がガス冷媒連絡管72を介して室内熱交換器42,52,62のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室外熱交換器23のガス側に接続された状態となっている。室外膨張弁38は、室外熱交換器23に流入する冷媒を室外熱交換器23において蒸発させることが可能な圧力まで減圧するために開度が調節されるようになっている。室内膨張弁41,51,61は、室内熱交換器42,52,62の出口における冷媒の過冷却度SC1,SC2,SC3がそれぞれ目標過冷却度SCt1,SCt2,SCt3になるように開度が調節されるようになっている。なお、目標過冷却度SCt1,SCt2,SCt3は、その時の運転状態に応じて特定される過冷却度範囲の内で室内温度Tr1,Tr2,Tr3が設定温度Ts1,Ts2,Ts3に収束するために最適な温度値に設定される。
暖房運転について、図1を用いて説明する。暖房運転時は、四路切換弁22が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側がガス冷媒連絡管72を介して室内熱交換器42,52,62のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室外熱交換器23のガス側に接続された状態となっている。室外膨張弁38は、室外熱交換器23に流入する冷媒を室外熱交換器23において蒸発させることが可能な圧力まで減圧するために開度が調節されるようになっている。室内膨張弁41,51,61は、室内熱交換器42,52,62の出口における冷媒の過冷却度SC1,SC2,SC3がそれぞれ目標過冷却度SCt1,SCt2,SCt3になるように開度が調節されるようになっている。なお、目標過冷却度SCt1,SCt2,SCt3は、その時の運転状態に応じて特定される過冷却度範囲の内で室内温度Tr1,Tr2,Tr3が設定温度Ts1,Ts2,Ts3に収束するために最適な温度値に設定される。
この冷媒回路11の状態で、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43,53,63を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁22及びガス冷媒連絡管72を経由して、室内機40,50,60に送られる。
そして、室内機40,50,60に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器42,52,62において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、室内膨張弁41,51,61を通過する際に、室内膨張弁41,51,61の弁開度に応じて減圧される。
この室内膨張弁41,51,61を通過した冷媒は、液冷媒連絡管71を経由して室外機20に送られ、室外膨張弁38を経由してさらに減圧された後に、室外熱交換器23に流入する。室外熱交換器23に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン28によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁22を経由してアキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。
(2−2)冷房運転の概要
冷房運転について、図1を用いて説明する。冷房運転時は、四路切換弁22が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室外熱交換器23のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側がガス冷媒連絡管72を介して室内熱交換器42,52,62のガス側に接続された状態となっている。
冷房運転について、図1を用いて説明する。冷房運転時は、四路切換弁22が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室外熱交換器23のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側がガス冷媒連絡管72を介して室内熱交換器42,52,62のガス側に接続された状態となっている。
この冷媒回路11の状態で、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43,53,63を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四路切換弁22を経由して室外熱交換器23に送られて、室外ファン28によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、この高圧の液冷媒は、室内機40,50,60に送られる。
この室内機40,50,60に送られた高圧の液冷媒は、室内膨張弁41,51,61によってそれぞれ圧縮機21の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器42,52,62に送られ、室内熱交換器42,52,62においてそれぞれ室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管72を経由して室外機20に送られ、四路切換弁22を経由して、アキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。このように、空気調和装置10では、室外熱交換器23を圧縮機21において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器42,52,62を室外熱交換器23において凝縮された後に液冷媒連絡管71及び室内膨張弁41,51,61を通じて送られる冷媒の蒸発器としてそれぞれ機能させる冷房運転を行うことが可能である。なお、空気調和装置10では、室内熱交換器42,52,62のガス側に冷媒の圧力を調整する機構が室内機40,50,60のそれぞれにないため、全ての室内熱交換器42,52,62における蒸発圧力Peを独立に制御することはできない。
ここで、室外膨張弁38は、全開状態にされている。室内膨張弁41は、室内熱交換器42の出口(すなわち、室内熱交換器42のガス側)における冷媒の過熱度SH1が目標過熱度SHt1になるように開度が調節され、室内膨張弁51は、室内熱交換器52の出口(すなわち、室内熱交換器52のガス側)における冷媒の過熱度SH2が目標過熱度SHt2で一定になるように開度が調節され、室内膨張弁61は、室内熱交換器62の出口(すなわち、室内熱交換器62のガス側)における冷媒の過熱度SH3が目標過熱度SHt3になるように開度が調節されるようになっている。
つまり、各室内機40,50,60では、室内側制御装置47,57,67が、それぞれ各室内熱交換器42,52,62の出口における冷媒の過熱度SH1、SH2,SH3が目標過熱度SHt1,SHt2,SHt3になるように、フィードバック制御であるPID制御によって室内膨張弁41,51,61の開度を調節する。なお、目標過熱度SHt1,SHt2,SHt3は、室内側制御装置47,57,67によって、所定の過熱度範囲の内で室内温度Tr1,Tr2,Tr3が設定温度Ts1,Ts2,Ts3に収束するために最適な温度値に設定される。
各室内熱交換器42,52,62の出口における冷媒の過熱度SH1,SH2,SH3は、各ガス側温度センサ45,55,65により検出される冷媒温度値から各液側温度センサ44,54,64により検出される冷媒温度値を差し引くことによってそれぞれ検出される。
一方、室外機20において、室外側制御装置37は、各室内機40,50,60が、どのように室内膨張弁41,51,61が調整されているかという情報を伝達するための信号を、室内側制御装置47,57,67から受信していない。従って、室外側制御装置37は、各室内機40,50,60の室内膨張弁41,51,61の開度制御とは独立してつまり室内膨張弁41,51,61の開度制御を知ることなく、圧縮機21のモータ21mの回転数及び室外ファン28のモータ28mの回転数を制御している。室外側制御装置37は、蒸発器として機能している室内熱交換器42,52,62の蒸発温度が目標蒸発温度(例えば12℃)になるように、フィードバック制御であるPID制御によって圧縮機21のモータ21mの回転数を調節する。また、室外側制御装置37は、凝縮器として機能している室外熱交換器23の凝縮温度が目標凝縮温度(例えば35℃)になるように、室外機20の室外ファン28のモータ28mの回転数を調節する。蒸発温度Teは、室内熱交温度センサ48,58,68によって検出される。室外機20で行なわれる蒸発温度制御に用いられる蒸発温度Teは、吸入圧力センサ29により検出される圧縮機21の吸入圧力を蒸発温度Teに対応する飽和温度値に換算したものが用いられる。また、室外機20の凝縮温度制御に用いられる凝縮温度Tcには、室外熱交温度センサ35の検出温度が使われる。
(2−2−1)過熱度制御
各室内機40,50,60で行なわれている過熱度制御について図2から図7を用いて詳細に説明する。図2には、図1に示されている空気調和装置10の構成のうちの室内機40,50,60の室内膨張弁41,51,61及び室内熱交換器42,52,62並びに、室外機20の圧縮機21、室外熱交換器23及び室外ファン28が示され、他の構成は省略されている。なお、ここでは説明を簡単にするために、室内ファン43,53,63の風量は固定されているものとする。
各室内機40,50,60で行なわれている過熱度制御について図2から図7を用いて詳細に説明する。図2には、図1に示されている空気調和装置10の構成のうちの室内機40,50,60の室内膨張弁41,51,61及び室内熱交換器42,52,62並びに、室外機20の圧縮機21、室外熱交換器23及び室外ファン28が示され、他の構成は省略されている。なお、ここでは説明を簡単にするために、室内ファン43,53,63の風量は固定されているものとする。
3台の室内機40,50,60の過熱度制御は同じように行なうことができるので、ここでは、室内機40を例に挙げて説明する。図3に示されている室内機40においては、室内側制御装置47の内部に、過熱度制御を行なうための過熱度制御部110が形成されている。過熱度制御部110は、第1減算器111と第1PID制御器112と第1外乱推定器113と第2減算器114とを有している。第1減算器111では、目標過熱度SHt1から過熱度SHを差し引いてその差分を求める。第1減算器111の出力は、第1PID制御器112に入力される。第1PID制御器112では、従来と同様に目標過熱度SHt1と過熱度SHの差分をゼロにするための室内膨張弁41の膨張弁開度EO(補償前)を算出する。このとき、第1PID制御器112での演算と並行して、第1外乱推定器113は、蒸発温度Teを入力し、外乱推定量DE1を算出する。第2減算器114は、第1PID制御器112が出力する膨張弁開度EOから、第1外乱推定器113が出力する外乱推定量DE1を差し引いて、外乱補償された膨張弁開度CEOを算出する。室内側制御装置47は、第2減算器114が出力した外乱補償済みの膨張弁開度CEOを使って室内膨張弁41を制御する。
(2−2−2)過熱度制御における外乱
このときに室外機20の過熱度制御によって生じる外乱の一例について、図4及び図5を用いて説明する。図4に示されている室外機20においては、室外側制御装置37の内部に、蒸発温度制御部120が形成されている。蒸発温度制御部120は、第1加算器121と遅延器122と第3減算器123と第2PID制御器124とを有している。第1加算器121では、目標蒸発温度Tetの前回分との差分ΔTecに前回分の目標蒸発温度Tetを加算して今回の目標蒸発温度Tetを算出する。第1加算器121の出力は、遅延器122に入力されるとともに第3減算器123に入力される。遅延器122では、上述のように前回分の目標蒸発温度Tetを第1加算器121に対して出力する。一方、今回の目標蒸発温度Tetが入力されている第3減算器123には検出された蒸発温度Teが入力されており、第3加算器123は、目標蒸発温度Tetから蒸発温度Teを差し引いた減算結果を第2PID制御器124に対して出力する。第2PID制御器124では、従来と同様に目標蒸発温度Tetと蒸発温度Teの差分をゼロにするように、圧縮機21のモータ21mの回転数CRを算出する。室外側制御装置27は、第2PID制御器124が算出したこの回転数CRを使って圧縮機21を制御する。
このときに室外機20の過熱度制御によって生じる外乱の一例について、図4及び図5を用いて説明する。図4に示されている室外機20においては、室外側制御装置37の内部に、蒸発温度制御部120が形成されている。蒸発温度制御部120は、第1加算器121と遅延器122と第3減算器123と第2PID制御器124とを有している。第1加算器121では、目標蒸発温度Tetの前回分との差分ΔTecに前回分の目標蒸発温度Tetを加算して今回の目標蒸発温度Tetを算出する。第1加算器121の出力は、遅延器122に入力されるとともに第3減算器123に入力される。遅延器122では、上述のように前回分の目標蒸発温度Tetを第1加算器121に対して出力する。一方、今回の目標蒸発温度Tetが入力されている第3減算器123には検出された蒸発温度Teが入力されており、第3加算器123は、目標蒸発温度Tetから蒸発温度Teを差し引いた減算結果を第2PID制御器124に対して出力する。第2PID制御器124では、従来と同様に目標蒸発温度Tetと蒸発温度Teの差分をゼロにするように、圧縮機21のモータ21mの回転数CRを算出する。室外側制御装置27は、第2PID制御器124が算出したこの回転数CRを使って圧縮機21を制御する。
図5は、従来の空気調和装置の運転開始時における室内機の室内膨張弁と室外機の圧縮機の動作を説明するためのグラフである。具体的には、図3に示されている過熱度制御部110の第1外乱推定器113の出力をゼロに固定して第1外乱推定器113の機能を停止させた過熱度制御部110を用い、補償されていない膨張弁開度EOを使って過熱度SH1が制御されている状態が図5に示されている。図5には、補償されていない膨張弁開度EOと、圧縮機21の回転数CRと、蒸発温度Teと、室内機40の過熱度SH1とが示されている。図5に示されている膨張弁開度EOと回転数CRと蒸発温度Teと過熱度SH1は、空気調和装置10の運転開始時における室内機40の室内膨張弁41と室外機20の圧縮機21の動作に関連するものである。時刻t1では、圧縮機21の運転が開始されて急激に回転数CRが大きくなり、時刻t2から回転数CRが安定する。膨張弁開度EOは、圧縮機21の回転数CRが安定して所定時間が過ぎた時刻t3から過熱度SH1を目標過熱度SHt1(例えば5℃)に近づけるための制御を始める。そのため、時刻t3から、室内膨張弁41の膨張弁開度EOが大きく変化する。そして、時刻t4の前後で、過熱度SH1が目標過熱度SHt1に収束するように制御され、膨張弁開度EOが変化しなくなって安定する。
ところが、時刻t5において、室外側制御装置37は、上述の圧縮機21のモータ21mの回転数CRが蒸発温度Teを目標蒸発温度Tet(例えば12℃)に一致させるための制御を開始する。室外側制御装置37は、室内機40の室内側制御装置47の過熱度制御に配慮することなく回転数CRを変化させる。
図2に示されているように、室外機20の室外側冷媒回路11dと室内機40の室内側冷媒回路11aが液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72でつながっているため、圧縮機21の回転数CRの変化によって蒸発温度Teが目標蒸発温度Tetに近づく変化V1を生じると、室外側冷媒回路11dの冷媒流量の変化や冷媒圧力の変化が室内側冷媒回路11aの外乱となる。この室外側冷媒回路11dの冷媒流量の変化や冷媒圧力の変化に伴う室内側冷媒回路11aの外乱の影響を受けて、過熱度制御が乱れて過熱度SH1の変化V2が生じる。この過熱度SH1の変化V2は、やがて室内側制御装置47のPID制御によって収まって過熱度SH1が目標過熱度SHt1に収束する。
それに対して、図6は、第1実施形態に係る空気調和装置10の運転開始時における室内機40の室内膨張弁41と室外機20の圧縮機21の動作を説明するためのグラフである。既に説明したが、図6に示されている空気調和装置10の構成において図5に示されている空気調和装置の構成と異なる点は、第1外乱推定器113の出力がゼロに固定されずに、外乱推定量DE1が差し引かれるところだけである。図6に示されている膨張弁開度CEOと回転数CRと蒸発温度Teと過熱度SH1も、空気調和装置10の運転開始時における室内機40の室内膨張弁41と室外機20の圧縮機21の動作に関連するものである。
時刻t11では、圧縮機21の運転が開始されて急激に回転数CRが大きくなり、時刻t12から回転数CRが安定する。膨張弁開度CEOは、圧縮機21の回転数CRが安定して所定時間が過ぎた時刻t13から過熱度SH1を目標過熱度SHt1(例えば5℃)に近づけるための制御を始める。そのため、時刻t13から、室内膨張弁41の膨張弁開度CEOが大きく変化する。そして、時刻t14の前後で、過熱度SH1が目標過熱度SHt1に収束するように制御され、膨張弁開度CEOが変化しなくなって安定する。
ところが、時刻t15において、室外側制御装置37は、上述の圧縮機21のモータ21mの回転数CRが蒸発温度Teを目標蒸発温度Tet(例えば12℃)に一致させるための制御を開始する。室外側制御装置37は、室内機40の室内側制御装置47の過熱度制御に配慮することなく回転数CRを変化させるので、図5で説明したのと同じように、圧縮機21の回転数CRの変化によって蒸発温度Teが目標蒸発温度Tetに近づく変化V11を生じる。この変化V11のときに生じる室外側冷媒回路11dの冷媒流量の変化や冷媒圧力の変化が室内側冷媒回路11aの外乱となる。
しかし、室内側制御装置47の過熱度制御部110では、図3に示されているように、この蒸発温度Teの変化が、第1外乱推定器113に入力され、この外乱による過熱度SH1の変化を打ち消すように補償された膨張弁開度CEOが第2減算器114から出力される。そのため、室外側冷媒回路11dの冷媒流量の変化や冷媒圧力の変化に伴う室内側冷媒回路11aの外乱の影響が緩和され、過熱度制御の乱れによる過熱度SH1の変化V12が小さくなる。なお、図6において、破線で示されている変化が図5に示されている過熱度SH1の変化V2である。そのため、過熱度SH1は、室内側制御装置47の過熱度制御部110のPID制御により、外乱による変化の振幅が抑制されながら目標過熱度SHt1に収束する。例えば、図5の過熱度SH1の変化V2の最大値が目標過熱度SHt1+2.7℃になったのに対し、図6の過熱度SH1の変化V12の最大値は目標過熱度SHt1+1.3℃に抑えられた。
(2−2−3)過熱度制御に用いられる外乱推定器
図7には、図3に示されている第1外乱推定器113の構成の一例が示されている。第1外乱推定器113は、第1微分器210と第1乗算器211と第4減算器212と第1一次遅れフィルタ213と第2乗算器214とを有している。第1微分器210は、蒸発温度Teを時間微分して蒸発温度Teの変化を抽出する。第1微分器210は蒸発温度Teの微分値を第1乗算器211に対して出力する。第1乗算器211は、予め定められている微分係数DC1を蒸発温度Teの微分値に乗じて蒸発温度Teの微分値の絶対値を調整する。第1乗算器211は、微分値に微分係数DC1を乗じて得られた結果を第4減算器212に対して出力する。第4減算器212は、微分係数DC1が乗じられた蒸発温度Teの微分値から、予め定められているオフセット値OFV1を差し引く。ここで用いているオフセット値OFV1は外乱が無いときの蒸発温度Teの観測値である。オフセット値には、初期値、安定状態での観測値、観測値の平均値、動作条件から定まる値(例えば室温と蒸発温度Teとの相関値)などが用いられる。
図7には、図3に示されている第1外乱推定器113の構成の一例が示されている。第1外乱推定器113は、第1微分器210と第1乗算器211と第4減算器212と第1一次遅れフィルタ213と第2乗算器214とを有している。第1微分器210は、蒸発温度Teを時間微分して蒸発温度Teの変化を抽出する。第1微分器210は蒸発温度Teの微分値を第1乗算器211に対して出力する。第1乗算器211は、予め定められている微分係数DC1を蒸発温度Teの微分値に乗じて蒸発温度Teの微分値の絶対値を調整する。第1乗算器211は、微分値に微分係数DC1を乗じて得られた結果を第4減算器212に対して出力する。第4減算器212は、微分係数DC1が乗じられた蒸発温度Teの微分値から、予め定められているオフセット値OFV1を差し引く。ここで用いているオフセット値OFV1は外乱が無いときの蒸発温度Teの観測値である。オフセット値には、初期値、安定状態での観測値、観測値の平均値、動作条件から定まる値(例えば室温と蒸発温度Teとの相関値)などが用いられる。
第4減算器212は、微分係数DC1が乗じられた蒸発温度Teの微分値からオフセット値OFV1を減算して得られた値を第1一次遅れフィルタ213に対して出力する。第1一次遅れフィルタ213は、低域通過フィルタであり、系の動特性(例えば圧縮機回転数の立ち上がり特性)によって決められた遮断周波数を持っている。第1一次遅れフィルタ213は、フィルタリングした値を第2乗算器214に対して出力する。第2乗算器214は、第1一次遅れフィルタ213の出力値に補償係数CC1を乗じて外乱推定値DE1を出力する。補償係数CC1は、補償された膨張弁開度CEOによって過熱度制御が安定かつ迅速に行なわれるように調整される。具体的には、図6を用いて説明したように、過熱度SH1の制御において、補償された膨張弁開度CEOを用いることによって外乱推定量DE1が相殺されるようにしている。その結果、外乱による過熱度SH1の変化V12が抑制される。
<第2実施形態>
上記第1実施形態では、室外機20の動作に起因して生じる室内機40にとっての外乱による影響を抑制する場合について説明したが、第2実施形態では、室内機40,50,60の動作に起因して生じる室外機20にとっての外乱による影響を抑制する場合について説明する。ここでは、冷房運転時における室内機40,50,60の過熱度制御による室外機20の凝縮温度制御への影響を例に挙げて説明する。
上記第1実施形態では、室外機20の動作に起因して生じる室内機40にとっての外乱による影響を抑制する場合について説明したが、第2実施形態では、室内機40,50,60の動作に起因して生じる室外機20にとっての外乱による影響を抑制する場合について説明する。ここでは、冷房運転時における室内機40,50,60の過熱度制御による室外機20の凝縮温度制御への影響を例に挙げて説明する。
(2−2−4)凝縮温度制御
上述の過熱温制御では、室外機20の圧縮機21などの動作によって外乱が生じたが、室外機20における凝縮温度制御では、過熱度制御による室内膨張弁41,51,61などの動作によって外乱が生じる。そのため、室外機20にも、上述の室内機40における過熱度制御部110と同様に、外乱により凝縮温度制御が受ける影響を小さくするための機能が付加されている。室外機20で行なわれている凝縮温度制御について図8から図10を用いて詳細に説明する。
上述の過熱温制御では、室外機20の圧縮機21などの動作によって外乱が生じたが、室外機20における凝縮温度制御では、過熱度制御による室内膨張弁41,51,61などの動作によって外乱が生じる。そのため、室外機20にも、上述の室内機40における過熱度制御部110と同様に、外乱により凝縮温度制御が受ける影響を小さくするための機能が付加されている。室外機20で行なわれている凝縮温度制御について図8から図10を用いて詳細に説明する。
図8に示されている室外機20においては、室外側制御装置37の内部に、凝縮温度制御を行なうための凝縮温度制御部130が形成されている。凝縮温度制御部130は、第5減算器131と第3PID制御器132と第2外乱推定器133と第6減算器134とを有している。第5減算器131では、目標凝縮温度Tctから凝縮温度Tcを差し引いてその差分を求める。第5減算器131の出力は、第3PID制御器132に入力される。第3PID制御器132では、従来と同様に目標凝縮温度Tctと凝縮温度Tcの差分をゼロにするための室外ファン28の回転数FR(補償前)を算出する。このとき、第3PID制御器132での演算と並行して、第2外乱推定器133は、圧縮機21の吐出圧力PHを入力し、外乱推定量DE2を算出する。第6減算器134は、第3PID制御器132が出力する室外ファン28の回転数FRから、第2外乱推定器133が出力する外乱推定量DE2を差し引いて、外乱補償された室外ファン28の回転数CFRを算出する。室外側制御装置37は、第6減算器134が出力した外乱補償済みの回転数CFRを使って室外ファン28を制御する。
(2−2−5)凝縮温度制御における外乱
このときに室内機40,50,60の過熱度制御によって生じる外乱の一例について、図9を用いて説明する。図9には、室外機20の凝縮温度制御においてファン回転数が補償された場合と補償されない場合のファン回転数と凝縮温度の関係を説明するためのグラフが示されている。図9の点線で示したものが、補償のされていないファン回転数FRを用いた場合の凝縮温度Tc2の変化であり、実線で示したものが、補償のされたファン回転数CFRを用いた場合の凝縮温度Tc2の変化である。
このときに室内機40,50,60の過熱度制御によって生じる外乱の一例について、図9を用いて説明する。図9には、室外機20の凝縮温度制御においてファン回転数が補償された場合と補償されない場合のファン回転数と凝縮温度の関係を説明するためのグラフが示されている。図9の点線で示したものが、補償のされていないファン回転数FRを用いた場合の凝縮温度Tc2の変化であり、実線で示したものが、補償のされたファン回転数CFRを用いた場合の凝縮温度Tc2の変化である。
時刻t21では、ファン回転数FRを変化させて凝縮温度Tcを目標凝縮温度Tctに収束させる制御が開始され、急激にファン回転数FRが大きくなる。そして、時刻t22から安定する。ところが、時刻t23から例えば室内機40の室内膨張弁41が、室外機20の制御とは無関係に膨張弁開度CEOを変化させ始める。例えば、空気調和装置10の運転開始時において、凝縮温度制御が安定してから過熱度制御が始まる場合にこのような状況が生じる。
室内機40の室内側制御装置47は、過熱度SH1を目標過熱度SHt1(例えば5℃)に近づけるために近づけるため室内膨張弁41が膨張弁開度CEOを変化させると、凝縮温度制御がその影響を受けて、図9に示されている凝縮温度Tc1,Tc2の変化が始まる。つまり、図2に示されているように、室内機40の室内側冷媒回路11aと室外機20の室外側冷媒回路11dが液冷媒連絡管71及びガス冷媒連絡管72でつながっているため、室内膨張弁41の膨張弁開度CEOの変化によって、凝縮温度制御が乱れて凝縮温度Tc1,Tc2の変化V21が生じる。この凝縮温度Tc1,Tc2の変化V21は、やがて室内側制御装置47のPID制御によって収まって凝縮温度Tc1,Tc2が目標過凝縮温度Tctに収束する。
室外側制御装置37の凝縮温度制御部130では、図8に示されているように、この膨張弁開度CEOの変化による外乱が、圧縮機21の吐出圧力PHの変化として第2外乱推定器133に入力され、この外乱による凝縮温度Tc2の変化を打ち消すように補償されたファン回転数CFRが第6減算器134から出力される。そのため、室内側冷媒回路11aの冷媒流量の変化や冷媒圧力の変化に伴う室外側冷媒回路11dの外乱の影響が緩和され、凝縮温度制御の乱れによる凝縮温度Tc1の変化V21の方が保障されないファン回転数FRによる凝縮温度Tc2の変化V21よりも小さくなる。
(2−2−6)凝縮温度度制御に用いられる外乱推定器
図10には、図8に示されている第2外乱推定器133の構成の一例が示されている。第2外乱推定器133は、第2微分器230と第3乗算器231と第7減算器232と第2一次遅れフィルタ233と第4乗算器234とを有している。第2微分器230は、吐出圧力PHを時間微分して吐出圧力PHの変化を抽出する。第2微分器230は吐出圧力PHの微分値を第3乗算器231に対して出力する。第3乗算器231は、予め定められている微分係数DC2を吐出圧力PHの微分値に乗じて吐出圧力PHの微分値の絶対値を調整する。第3乗算器231は、微分値に微分係数DC2を乗じて得られた結果を第7減算器232に対して出力する。第7減算器232は、微分係数DC2が乗じられた吐出圧力PHの微分値から、予め定められているオフセット値OFV2を差し引く。ここで用いているオフセット値OFV2は外乱が無いときの吐出圧力PHの観測値である。オフセット値には、初期値、安定状態での観測値、観測値の平均値、動作条件から定まる値などが用いられる。
図10には、図8に示されている第2外乱推定器133の構成の一例が示されている。第2外乱推定器133は、第2微分器230と第3乗算器231と第7減算器232と第2一次遅れフィルタ233と第4乗算器234とを有している。第2微分器230は、吐出圧力PHを時間微分して吐出圧力PHの変化を抽出する。第2微分器230は吐出圧力PHの微分値を第3乗算器231に対して出力する。第3乗算器231は、予め定められている微分係数DC2を吐出圧力PHの微分値に乗じて吐出圧力PHの微分値の絶対値を調整する。第3乗算器231は、微分値に微分係数DC2を乗じて得られた結果を第7減算器232に対して出力する。第7減算器232は、微分係数DC2が乗じられた吐出圧力PHの微分値から、予め定められているオフセット値OFV2を差し引く。ここで用いているオフセット値OFV2は外乱が無いときの吐出圧力PHの観測値である。オフセット値には、初期値、安定状態での観測値、観測値の平均値、動作条件から定まる値などが用いられる。
第7減算器232は、微分係数DC2が乗じられた吐出圧力PHの微分値からオフセット値OFV2を減算して得られた値を第2一次遅れフィルタ233に対して出力する。第2一次遅れフィルタ233は、低域通過フィルタであり、系の動特性によって決められた遮断周波数を持っている。第2一次遅れフィルタ233は、フィルタリングした値を第4乗算器234に対して出力する。第4乗算器234は、第2一次遅れフィルタ233の出力値に補償係数CC2を乗じて外乱推定値DE2を出力する。補償係数CC2は、補償されたファン回転数CFRによって凝縮温度制御が安定かつ迅速に行なわれるように調整される。具体的には、図9を用いて説明したように、凝縮温度Te1の制御において、補償されたファン回転数CFRを用いることによって外乱推定量DE2が相殺されるようにしている。その結果、外乱による凝縮温度Te1の変化V21が抑制される。
(3)特徴
(3−1)
以上説明したように、第1実施形態の室内機40,50,60(制御対象ユニットの例)には、室内膨張弁41,51,61(機器の例)の膨張弁開度CEO(制御値の例)の決定を調整するための蒸発温度Te(第2測定値の例)を検出する室内熱交温度センサ48,58,68(第2センサの例)が室内側冷媒回路11a,11b,11c(制御側冷媒回路の例)に取り付けられている。また、第2実施形態の室外機20(制御対象ユニットの例)には、室外ファン28のファン回転数CFR(制御値の例)の決定を調整するための圧縮機21の吐出圧力PH(第2測定値の例)を検出する吐出圧力センサ30(第2センサの例)が室内側冷媒回路11a,11b,11c(制御側冷媒回路の例)に取り付けられている。
(3−1)
以上説明したように、第1実施形態の室内機40,50,60(制御対象ユニットの例)には、室内膨張弁41,51,61(機器の例)の膨張弁開度CEO(制御値の例)の決定を調整するための蒸発温度Te(第2測定値の例)を検出する室内熱交温度センサ48,58,68(第2センサの例)が室内側冷媒回路11a,11b,11c(制御側冷媒回路の例)に取り付けられている。また、第2実施形態の室外機20(制御対象ユニットの例)には、室外ファン28のファン回転数CFR(制御値の例)の決定を調整するための圧縮機21の吐出圧力PH(第2測定値の例)を検出する吐出圧力センサ30(第2センサの例)が室内側冷媒回路11a,11b,11c(制御側冷媒回路の例)に取り付けられている。
そして、第1実施形態の過熱度制御においては、過熱度SH1,SH2,SH3(所定パラメータの例)を目標過熱度SHt1,SHt2,SHt3(目標値の例)に近づけるための室内膨張弁41,51,61の膨張弁開度CEOの決定において、蒸発温度Teを用いて過熱度SH1,SH2,SH3に与える外乱の影響が小さくなるように膨張弁開度CEOの決定を調整している。
また、第2実施形態の凝縮温度制御においては、凝縮温度Tc1(所定パラメータの例)を目標凝縮温度Tct(目標値の例)に近づけるための室外ファン28(機器の例)のファン回転数CFRの決定において、圧縮機21の吐出圧力PHを用いて凝縮温度Tc1に与える外乱の影響が小さくなるようにファン回転数CFRの決定を調整している。
なお、第1実施形態においては、室外機20が非制御対象ユニットの例であり、室外側冷媒回路11dが非制御側冷媒回路の例である。第1実施形態における過熱度SH1,SH2,SH3は、各ガス側温度センサ45,55,65により検出される冷媒温度値から各液側温度センサ44,54,64により検出される冷媒温度値を差し引くことによってそれぞれ検出される。この場合、各ガス側温度センサ45,55,65及び各液側温度センサ44,54,64が第1センサの例であり、これらセンサ44,45,54,55,64,65で測定される測定値が第1測定値の例である。
なお、第2実施形態においては、室内機40,50,60が非制御対象ユニットの例であり、室内側冷媒回路11a,11b,11cが非制御側冷媒回路の例である。第2実施形態における凝縮温度制御においては、室外熱交温度センサ35(第1センサの例)により検出される冷媒温度値が第1測定値の例である。
これら蒸発温度Teや吐出圧力PHは、過熱度SH1,SH2,SH3(所定パラメータの例)や凝縮温度Tc1(所定パラメータの例)に影響を与える外乱に関する情報を含むものであるから、第1実施形態では、室内側制御装置47,57,67は、膨張弁開度CEOの決定を調整するための情報を室内機40,50,60の室内側制御装置47,57,67と室外機20の室外側制御装置37との間の通信を使って得る必要がなくなる。また、第2実施形態では、室外側制御装置37は、ファン回転数CFRの決定を調整するための情報を室外機20の室外側制御装置37と室内機40,50,60の室内側制御装置47,57,67との間の通信を使って得る必要がなくなる。その結果、室内機40,50,60と室外機20の間の通信量を増大させずに、室内機40,50,60と室外機20の間の干渉を抑制して、室内機40,50,60の過熱度制御においては過熱度SH1,SH2,SH3を目標過熱度SHt1,SHt2,SHt3に、室外機20の凝縮温度制御においては凝縮温度Tc1を目標凝縮温度Tctに小さな振幅で収束させることができる。
(3−2)
第1実施形態においては、第1PID制御器112が、過熱度SH1と目標過熱度SHt1との偏差に対してPID制御(比例動作、積分動作及び微分動作の例)を行なって膨張弁開度EOを得る制御値算出部の例である。そして、第1実施形態においては、第1外乱推定器113が、外乱に関する外乱推定値DE1を蒸発温度Teに基づいて推定する。そして、第2減算器114が、第1PID制御器112が出力する算出値から第1外乱推定器113が出力する外乱推定値を差し引くことにより、膨張弁開度の決定を調整して、補償された膨張弁開度CEOを得ている。
第1実施形態においては、第1PID制御器112が、過熱度SH1と目標過熱度SHt1との偏差に対してPID制御(比例動作、積分動作及び微分動作の例)を行なって膨張弁開度EOを得る制御値算出部の例である。そして、第1実施形態においては、第1外乱推定器113が、外乱に関する外乱推定値DE1を蒸発温度Teに基づいて推定する。そして、第2減算器114が、第1PID制御器112が出力する算出値から第1外乱推定器113が出力する外乱推定値を差し引くことにより、膨張弁開度の決定を調整して、補償された膨張弁開度CEOを得ている。
また、第2実施形態においては、第3PID制御器132が、凝縮温度Tcと目標凝縮温度Tctとの偏差に対してPID制御(比例動作、積分動作及び微分動作の例)を行なってファン回転数FRを得る制御値算出部の例である。そして、第2実施形態においては、第2外乱推定器133が、外乱に関する外乱推定値DE2を吐出圧力PHに基づいて推定する。そして、第6減算器134が、第3PID制御器132が出力する算出値から第2外乱推定器133が出力する外乱推定値を差し引くことにより、ファン回転数の決定を調整して、補償されたファン回転数CFRを得ている。
このように、従来と同様のPID制御の出力から、外乱推定値DE1,DE2を差し引くことで制御値である膨張弁開度CEOやファン回転数CFRの決定を調整することができるので、膨張弁開度CEOやファン回転数CFRの調整が簡単に行なえる。
なお、上記第1実施形態及び第2実施形態では、制御値算出部にPID制御器を用いているが、PI制御やPD制御など他の比例制御、積分制御及び微分制御を組み合わせたあるいは単独で行なう制御器を用いることができる。
(3−3)
第1外乱推定器113及び第2外乱推定器133は、それぞれ第1微分器210及び第2微分器230(微分処理部の例)と、微分係数DC1,DC2を乗じる第1乗算器211及び第3乗算器231(微分係数部の例)と、オフセット値OFV1,OFV2を差し引く第4減算器212及び第7減算器232(減算部の例)と、第1一次遅れフィルタ213及び第2一次遅れフィルタ233(低域通過フィルタの例)と、外乱推定値DE1,DE2を出力する第2乗算器214及び第4乗算器234(補償係数部の例)とを有する。このように、微分と係数の乗算とオフセット値の減算とフィルタリングで外乱推定値DE1,DE2を算出でき、第1外乱推定器113及び第2外乱推定器133を簡単に実現できる。
第1外乱推定器113及び第2外乱推定器133は、それぞれ第1微分器210及び第2微分器230(微分処理部の例)と、微分係数DC1,DC2を乗じる第1乗算器211及び第3乗算器231(微分係数部の例)と、オフセット値OFV1,OFV2を差し引く第4減算器212及び第7減算器232(減算部の例)と、第1一次遅れフィルタ213及び第2一次遅れフィルタ233(低域通過フィルタの例)と、外乱推定値DE1,DE2を出力する第2乗算器214及び第4乗算器234(補償係数部の例)とを有する。このように、微分と係数の乗算とオフセット値の減算とフィルタリングで外乱推定値DE1,DE2を算出でき、第1外乱推定器113及び第2外乱推定器133を簡単に実現できる。
(3−4)
第1実施形態の制御対象ユニットは、利用ユニットである室内機40,50,60であり、非制御対象ユニットは、熱源ユニットである室外機20である。そして、室内熱交温度センサ48,58,68や吐出圧力センサ30(第2センサの例)が検出する、室内機40,50,60の室内側冷媒回路11a,11b,11cと室外機20の室外側冷媒回路11dとの間の相互干渉により変化する値である蒸発温度Teや吐出圧力PHからを外乱推定値DE1,DE2を算出しているので、外乱を精度良く推定するのは容易になり、膨張弁開度CEOやファン回転数CFRの決定を精度良く調整することができる。
第1実施形態の制御対象ユニットは、利用ユニットである室内機40,50,60であり、非制御対象ユニットは、熱源ユニットである室外機20である。そして、室内熱交温度センサ48,58,68や吐出圧力センサ30(第2センサの例)が検出する、室内機40,50,60の室内側冷媒回路11a,11b,11cと室外機20の室外側冷媒回路11dとの間の相互干渉により変化する値である蒸発温度Teや吐出圧力PHからを外乱推定値DE1,DE2を算出しているので、外乱を精度良く推定するのは容易になり、膨張弁開度CEOやファン回転数CFRの決定を精度良く調整することができる。
(4)変形例
(4−1)変形例A
上記第1実施形態及び第2実施形態では、外乱を推定することによって、室内膨張弁41,51,61の膨張弁開度CEOや室外ファン28のファン回転数CFRの決定を精度良く調整する場合を例に挙げて説明したが、調整の対象となる制御値はこれらに限られるものではない。本発明を適用する機器としては、室内側膨張弁41,51,61及び室外ファン28以外に、室外機の圧縮機や室外側膨張弁、室内機の室内ファンなどの他の機器であってもよい。また、所定パラメータとしては、上述の過熱度や凝縮温度以外に、蒸発温度、低圧値、吐出温度及び過冷却度のうちのいずれか一つであってもよい。
(4−1)変形例A
上記第1実施形態及び第2実施形態では、外乱を推定することによって、室内膨張弁41,51,61の膨張弁開度CEOや室外ファン28のファン回転数CFRの決定を精度良く調整する場合を例に挙げて説明したが、調整の対象となる制御値はこれらに限られるものではない。本発明を適用する機器としては、室内側膨張弁41,51,61及び室外ファン28以外に、室外機の圧縮機や室外側膨張弁、室内機の室内ファンなどの他の機器であってもよい。また、所定パラメータとしては、上述の過熱度や凝縮温度以外に、蒸発温度、低圧値、吐出温度及び過冷却度のうちのいずれか一つであってもよい。
(4−2)変形例B
上記第1実施形態及び第2実施形態では、第1PID制御器112や第3PID制御器132の出力から差し引く外乱推定量は1種類であったが、制御値算出部の出力から差し引く外乱推定量は複数であってもよい。
上記第1実施形態及び第2実施形態では、第1PID制御器112や第3PID制御器132の出力から差し引く外乱推定量は1種類であったが、制御値算出部の出力から差し引く外乱推定量は複数であってもよい。
(4−3)変形例C
上記第1実施形態及び第2実施形態では、冷房運転時のユニット間の干渉を抑制して制御対象のパラメータを目標値に小さな振幅で収束させる場合について説明したが、暖房運転時のユニット間の干渉を抑制する場合にも本発明を適用することができる。
上記第1実施形態及び第2実施形態では、冷房運転時のユニット間の干渉を抑制して制御対象のパラメータを目標値に小さな振幅で収束させる場合について説明したが、暖房運転時のユニット間の干渉を抑制する場合にも本発明を適用することができる。
(4−4)変形例D
上記第1実施形態及び第2実施形態では、空気調和装置10の運転開始時を例に挙げて説明したが、本発明が適用できるのは、空気調和装置10の運転開始時に限れるものではなく、運転開始時以外の状況でも上記実施形態と同様の効果を奏する。
上記第1実施形態及び第2実施形態では、空気調和装置10の運転開始時を例に挙げて説明したが、本発明が適用できるのは、空気調和装置10の運転開始時に限れるものではなく、運転開始時以外の状況でも上記実施形態と同様の効果を奏する。
10 空気調和装置
11 冷媒回路
11a,11b,11c 室内側冷媒回路
11d 室外側冷媒回路
20 室外機
21 圧縮機
23 室外熱交換器
28 室外ファン
30 吐出圧力センサ
35 室外熱交温度センサ
37 室外側制御装置
38 室外膨張弁
40,50,60 室内機
41,51,61 室内膨張弁
42,52,62 室内熱交換器
43,53,63 室内ファン
44,54,64 液側温度センサ
45,55,65 ガス側温度センサ
47,57,67 室内側制御装置
48,58,68 室内熱交温度センサ
71 液冷媒連絡管
72 ガス冷媒連絡管
80 運転制御装置
112 第1PID制御器
113 第1外乱推定器
132 第3PID制御器
133 第2外乱推定器
210 第1微分器
211 第1乗算器
212 第4減算器
213 第1一次遅れフィルタ
214 第2乗算器
230 第2微分器
231 第3乗算器
232 第7減算器
233 第2一次遅れフィルタ
234 第4乗算器
11 冷媒回路
11a,11b,11c 室内側冷媒回路
11d 室外側冷媒回路
20 室外機
21 圧縮機
23 室外熱交換器
28 室外ファン
30 吐出圧力センサ
35 室外熱交温度センサ
37 室外側制御装置
38 室外膨張弁
40,50,60 室内機
41,51,61 室内膨張弁
42,52,62 室内熱交換器
43,53,63 室内ファン
44,54,64 液側温度センサ
45,55,65 ガス側温度センサ
47,57,67 室内側制御装置
48,58,68 室内熱交温度センサ
71 液冷媒連絡管
72 ガス冷媒連絡管
80 運転制御装置
112 第1PID制御器
113 第1外乱推定器
132 第3PID制御器
133 第2外乱推定器
210 第1微分器
211 第1乗算器
212 第4減算器
213 第1一次遅れフィルタ
214 第2乗算器
230 第2微分器
231 第3乗算器
232 第7減算器
233 第2一次遅れフィルタ
234 第4乗算器
Claims (6)
- 制御対象ユニット(20,40,50,60)の制御側冷媒回路(11d,11a,11b,11c)と非制御対象ユニット(40,50,60,20)の非制御側冷媒回路(11a,11b,11c,11d)とが冷媒配管(71,72)で結ばれるとともに前記制御対象ユニットと前記非制御対象ユニットとが通信で結ばれ、前記非制御対象ユニットから前記制御対象ユニットを独立させて所定パラメータに関する制御をする冷凍装置(10)であって、
前記制御側冷媒回路に取り付けられ、制御値に基づく動作により前記制御側冷媒回路を循環している冷媒の状態を制御して前記所定パラメータを目標値に近づけるための機器(28,41,51,61)と、
前記制御対象ユニットに取り付けられ、前記所定パラメータに関する第1測定値を検出する第1センサ(35,44,45,54,55,64,65)と、
前記制御対象ユニットに取り付けられ、前記所定パラメータに影響を与える外乱に関する第2測定値を検出する第2センサ(30,48,58,68)と
を備え、
前記所定パラメータを前記目標値に近づけるための前記第1測定値に基づく前記制御値の決定において、前記第2測定値を用いて前記所定パラメータに与える外乱の影響が小さくなるように前記制御値の決定を調整する、冷凍装置。 - 前記所定パラメータと前記目標値との偏差に対して比例動作、積分動作及び微分動作のうちの少なくとも一つを行なって前記制御値を得るための制御値算出部(112,132)と、
外乱に関する外乱推定値を前記第2測定値に基づいて推定する外乱推定器(113,133)と
をさらに備え、
前記制御値算出部が出力する算出値から前記外乱推定器が出力する前記外乱推定値を差し引くことにより前記制御値の決定を調整する、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記外乱推定器は、前記第2測定値を微分処理する微分処理部(210,230)と、前記微分処理部の出力に微分係数を乗じる微分係数部(211,231)と、前記微分係数部の出力からオフセット値を差し引く減算部(212,232)と、前記減算部の出力を入力する低域通過フィルタ(213,233)と、前記低域通過フィルタの出力に補償係数を乗じて前記外乱推定値を出力する補償係数部(214,234)とを有する、
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記制御対象ユニットは、利用ユニット及び熱源ユニットのうちの一方であり、
前記非制御対象ユニットは、前記利用ユニット及び前記熱源ユニットのうちの前記制御対象ユニット以外のものであり、
前記第2センサは、前記非制御側冷媒回路と前記制御側冷媒回路との間の相互干渉により変化する値を前記第2測定値として検出する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記制御対象ユニットは、前記機器として室内側膨張弁(41,51,61)及び室内ファン(43,53,63)のうちの少なくとも一つを有する前記利用ユニットであり、
前記機器の制御値は、前記室内側膨張弁の弁開度及び前記室内ファンのファン回転数のうちの少なくとも一つであり、
前記所定パラメータは、前記制御側冷媒回路における過熱度、蒸発温度、凝縮温度、低圧値及び過冷却度のうちの少なくとも一つである、
請求項4に記載の冷凍装置。 - 前記制御対象ユニットは、前記機器として圧縮機(21)、室外ファン(28)及び室外側膨張弁(38)のうちの少なくとも一つを有する前記熱源ユニットであり、
前記機器の制御値は、前記圧縮機の圧縮機容量、前記室外ファンのファン回転数及び前記室外側膨張弁の弁開度のうちの少なくとも一つであり、
前記所定パラメータは、前記制御側冷媒回路における過熱度、蒸発温度、凝縮温度、低圧値、吐出温度及び過冷却度のうちの少なくとも一つである、
請求項4に記載の冷凍装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013255944A JP2015114036A (ja) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | 冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2013255944A JP2015114036A (ja) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | 冷凍装置 |
Publications (1)
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---|---|
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ID=53528006
Family Applications (1)
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JP2013255944A Pending JP2015114036A (ja) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | 冷凍装置 |
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JP (1) | JP2015114036A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2016139736A1 (ja) * | 2015-03-02 | 2017-09-14 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置の制御装置、冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法 |
JP2018096575A (ja) * | 2016-12-09 | 2018-06-21 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
JP2020094781A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
-
2013
- 2013-12-11 JP JP2013255944A patent/JP2015114036A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2016139736A1 (ja) * | 2015-03-02 | 2017-09-14 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置の制御装置、冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法 |
JP2018096575A (ja) * | 2016-12-09 | 2018-06-21 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
JP2020094781A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
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