JP2904911B2 - Air conditioner - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、空気調和装置に関し、特に冷凍サイクル
の過熱度制御に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to an air conditioner, and more particularly to superheat control of a refrigeration cycle.
（従来の技術） 一般に冷暖房可能な空気調和装置は、圧縮機、室内熱
交換器、膨張弁、室外熱交換器を順次連結して構成され
たヒートポンプ式冷凍サイクルを備え、四方弁を正逆に
切替えることにより、冷、暖房の切替えを行うようにな
っている。(Conventional technology) Generally, an air conditioner capable of cooling and heating includes a heat pump refrigeration cycle configured by sequentially connecting a compressor, an indoor heat exchanger, an expansion valve, and an outdoor heat exchanger. By switching, switching between cooling and heating is performed.
上記構成要素の中で、膨張弁は圧縮機入口の過熱度を
一定に保ちながら、冷媒を減圧する役割を持ち、通常
は、メカ式調節の温度膨張弁、キャピラリーチューブ、
電気式調節の電子膨張弁等が用いられている。温度膨張
弁、キャピラリーチューブは、安価であるものの、メカ
式調節であるため、或る条件でのみ（例えば、圧縮機の
或る周波数のときのみ）しか過熱度の調整がうまく行か
ないという難点を持ち、第４図（Ａ）に示すように、場
合によっては、大きなハンチングを生じて液バックを起
こす。第４図（Ｂ）は圧縮機周波数の変化を示してい
る。Among the above components, the expansion valve has a role of reducing the pressure of the refrigerant while maintaining a constant degree of superheat at the compressor inlet, and is usually a mechanically controlled temperature expansion valve, a capillary tube,
An electronically controlled electronic expansion valve or the like is used. Although the temperature expansion valve and the capillary tube are inexpensive, they are mechanically controlled, so the difficulty of adjusting the degree of superheat only under certain conditions (for example, only at a certain frequency of the compressor) is disadvantageous. As shown in FIG. 4 (A), in some cases, large hunting occurs and liquid back occurs. FIG. 4 (B) shows a change in the compressor frequency.
後者の電子膨張弁は、前者の温度膨張弁等に比べ高価
ではあるが、電気式であるため、マイコン等の使用によ
りかなり広範囲の運転状況に適応できる長所を持ってい
る。しかし制御結果は必ずしも、温度膨張弁の制御性を
上回るものではなく、実際のところ、あまり普及するに
は至っていない。この理由を現在の電子膨張弁の制御方
法をもとに考えると次のような点にあるものと思われ
る。The latter electronic expansion valve is more expensive than the former thermal expansion valve and the like, but has an advantage that it can be adapted to a considerably wide range of operating conditions by using a microcomputer or the like because it is an electric type. However, the control result does not always exceed the controllability of the thermal expansion valve, and in fact, has not been widely spread. Considering the reason based on the current control method of the electronic expansion valve, the following points can be considered.
即ち、下記の式は、現在の電子膨張弁の制御方法の一
例を示している。That is, the following equation shows an example of the current control method of the electronic expansion valve.
ΔPLSN＝Ｍ＋Ａ・（ＴN＋ＴN-1） …（１） ここに、 ΔPLSN：弁開度増分 M:圧縮機の周波数の関数 A:定数で２ ＴN、ＴN-1:時刻（Ｎ・tc）、（（Ｎ−１）・tc）に
おける過熱度 上記（１）式の第１項は過渡時に対する過熱度制御、
第２項は定常時に対する過熱度制御を表していると考え
られる。しかし、上記（１）式に基づく過熱度制御に
は、次のような問題がある。ΔPLSN = M + A · (TN + TN −1 ) (1) where, ΔPLSN: valve opening increment M: function of compressor frequency A: 2 TN, TN −1 : time (N · tc), (( Superheat degree in N-1) · tc) The first term of the above equation (1) is a superheat degree control for a transient time,
The second term is considered to represent superheat control with respect to the steady state. However, the superheat control based on the above equation (1) has the following problems.
第１項の過渡時に対する過熱度制御は、第５図（Ｂ）
に示す圧縮機周波数のステップ状の変化に対し、同図
（Ａ）に示すように、過熱度の変化はステップ状には変
化せず、しかも、パラメータの決定が変化後の周波数の
みという静的因子に基づいており、時系列的な因子がな
い。従って、急激な、圧縮機周波数の変化に対しては過
熱度がかなり振れ、液バックを起す。The superheat control for the transient condition of the first term is shown in FIG. 5 (B).
(A), the change in the degree of superheat does not change stepwise, and the parameter is determined only by the frequency after the change, as shown in FIG. Based on factors, there are no chronological factors. Therefore, the degree of superheat considerably fluctuates in response to a sudden change in the compressor frequency, causing a liquid back.
第２項の定常時に対する過熱度制御は、第６図の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、圧縮機周波数に
より、単位弁開度変化に対する過熱度の変化の様子は異
なり、（同図中、ゲインＫの変化に注目）、また、弁の
開閉方向によっても、過熱度の変化の様子は異なること
が分るが、上記の制御では、Ａは定数であり、この点が
考慮されておらず運転状況に応じた制御がなされていな
い。しかも、比例制御のみであり、位相のおくれ・進み
が考慮されていない。The superheat degree control with respect to the steady state in the second term, as shown in (A), (B), and (C) of FIG. 6, depends on the compressor frequency. However, it can be seen that the degree of change in the degree of superheat varies depending on the opening / closing direction of the valve (note the change in gain K in the figure). However, in the above control, A is a constant. The points are not taken into account and the control according to the driving situation is not performed. In addition, only proportional control is performed, and no consideration is given to delay / advance of the phase.
（発明が解決しようとする課題） 従来の空気調和装置における電子膨張弁の調節による
過熱度の制御では、広範囲な運転状況に対応できる構成
になっておらず、運転状況によっては、大きなハンチン
グが生じて液バックを起すという問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) The control of the degree of superheat by adjusting the electronic expansion valve in the conventional air conditioner does not have a configuration that can cope with a wide range of operating conditions, and large hunting may occur depending on the operating conditions. There was a problem of causing a liquid back.
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、
過渡時及び定常時の広範囲な運転状況に対応できて素早
い応答と追従性に優れる過熱度制御を行うことのできる
空気調和装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances,
It is an object of the present invention to provide an air conditioner capable of responding to a wide range of operating conditions during a transient state and a steady state and performing superheat degree control excellent in quick response and followability.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、圧縮機及び膨
脹弁を備えた冷凍サイクルと室内ファンとを有する空気
調和装置であって、前記冷凍サイクルの過熱度を検出し
その検出結果に基づいて前記膨脹弁の弁開度を調節して
当該冷凍サイクルの過熱度を目標過熱度に制御する過熱
度制御手段と、前記圧縮機の周波数及び前記室内ファン
の回転数の少なくとも何れかが変化したときには、次
式:K（ｔ）＝−（ΔT1/ΔT2）×周波数（回転数）変化
幅 （K:ゲイン,t:時間，ΔT1:圧縮機周波数（室内ファン回
転数）の単位変化に対する過熱度の変化，ΔT2:単位弁
開度変化に対する過熱度の変化）の通り、その変化幅に
基づいて前記目標過熱度にするための時間依存的修正を
前記過熱度制御手段に加える修正手段を有する。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention relates to an air conditioner having a refrigeration cycle equipped with a compressor and an expansion valve and an indoor fan, Superheat degree control means for detecting the degree of superheat of the cycle and controlling the degree of superheat of the refrigeration cycle to a target degree of superheat by adjusting the valve opening of the expansion valve based on the detection result; and When at least one of the rotational speeds of the indoor fan changes, the following equation: K (t) =-(ΔT1 / ΔT2) × frequency (rotational speed) change width (K: gain, t: time, ΔT1: compressor frequency (Change of superheat degree with respect to unit change of (indoor fan rotation speed), ΔT2: change of superheat degree with respect to change of unit valve opening degree), the time-dependent correction for obtaining the target superheat degree based on the change width. Correcting means added to the superheat degree control means Have.
（作用） 上記構成において、過熱度がフィードバックされ、こ
のフィードバックされた過熱度に基づいて膨張弁の弁開
度が調節されて冷凍サイクルの過熱度が目標過熱度にな
るように制御される。圧縮機周波数の変化や室内ファン
回転数の変化のような過渡時には、その変化幅に基づい
た時間依存的修正が上記制御に加えられる。これによ
り、例えば圧縮機の周波数の変化に対する過熱度の応答
は、調節時のゲインを時間の関数としているので、素早
い応答が可能であり、追従性に優れる良好な過熱度制御
が実現される。(Operation) In the above configuration, the degree of superheat is fed back, and the valve opening of the expansion valve is adjusted based on the fed degree of superheat, so that the superheat degree of the refrigeration cycle is controlled to the target superheat degree. In the case of a transient such as a change in the compressor frequency or a change in the indoor fan speed, a time-dependent correction based on the change width is added to the above control. Thus, for example, the response of the degree of superheat to a change in the frequency of the compressor uses the gain at the time of adjustment as a function of time, so that a quick response is possible and excellent superheat degree control with excellent followability is realized.
（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図ないし第３図に基づ
いて説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
第１図は過熱度制御部をブロックで示したものであ
り、同図において、１は制御部、２はパラメータ選択
部、３は弁駆動部であり、パラメータ選択部２は圧縮機
の周波数及び検出された過熱度に基づいてその時の運転
状況に見合った制御パラメータを選択し、制御部１は、
この選択されたパラメータを基に、冷凍サイクルの過熱
度が目標過熱度になるように弁駆動部３を介して電子膨
張弁の弁開度を調節するようになっている。而して、制
御部１、パラメータ選択部２及び弁駆動部３により、電
子膨張弁の弁開度を調節して冷凍サイクルの過熱度を目
標過熱度に制御する過熱度制御手段が構成されている。
４は圧縮機の周波数が変化したとき、その変化幅を検出
する周波数変化幅検出部、５はその変化幅に基づいて電
子膨張弁の弁開度に時間依存的修正を加える過渡時制御
部であり、この周波数変化幅検出部４及び過渡時制御部
５により、第１の修正手段が構成されている。６は室内
ファンの回転数が変化したとき、その変化幅を検出する
室内ファン回転数変化幅検出部、７はその変化幅に基づ
いて電子膨張弁の弁開度に時間依存的修正を加える過渡
時制御部であり、この室内ファン回転数変化幅検出部６
及び過渡時制御部７により、第２の修正手段が構成され
ている。FIG. 1 is a block diagram showing a superheat degree control unit. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a control unit, 2 denotes a parameter selection unit, 3 denotes a valve drive unit, and the parameter selection unit 2 includes a frequency and a compressor of the compressor. Based on the detected degree of superheat, the control unit 1 selects a control parameter appropriate for the operating condition at that time.
Based on the selected parameters, the valve opening of the electronic expansion valve is adjusted via the valve drive unit 3 so that the superheat degree of the refrigeration cycle becomes the target superheat degree. Thus, the control unit 1, the parameter selection unit 2, and the valve driving unit 3 constitute superheat control means for controlling the degree of superheat of the refrigeration cycle to the target superheat by adjusting the valve opening of the electronic expansion valve. I have.
Reference numeral 4 denotes a frequency change width detecting unit that detects the change width when the frequency of the compressor changes, and 5 denotes a transient control unit that applies a time-dependent correction to the valve opening of the electronic expansion valve based on the change width. The frequency change width detection unit 4 and the transient control unit 5 constitute a first correction unit. Reference numeral 6 denotes an indoor fan rotation speed change width detection unit for detecting a change width when the rotation speed of the indoor fan changes, and 7 a transient for time-dependently correcting the valve opening of the electronic expansion valve based on the change width. Time control unit, and this indoor fan rotation speed change width detection unit 6
The transient control unit 7 constitutes a second correction unit.
次に、上述のように構成された過熱度制御部による過
熱度制御作用を説明する。Next, the superheat control operation of the superheat controller configured as described above will be described.
まず、制御部１は、常時、圧縮機吸込み部の温度と蒸
発器中央部温度との差により、過熱度ＴNを検出する。
次に、制御部１はこの検出された過熱度を基に次のPID
演算を行い、弁開度増分ΔPLSNを決定する。First, the control unit 1 always detects the degree of superheat TN based on the difference between the temperature of the compressor suction unit and the evaporator center temperature.
Next, the control unit 1 determines the next PID based on the detected degree of superheat.
Calculation is performed to determine the valve opening increment ΔPLSN.
ΔPLSN１＝ＫP・（ＴN−ＴN-1） ΔPLSN２＝ＫP・Tdt/t1 ΔPLSN３＝ＫP・tD（ＴN−2TN-1＋TN-2）/tc ΔPLSN＝ΔPLSN１＋ΔPLSN２＋ΔPLSN３ …（２） ここに tc:制御時間 ＫP、t1、tD:運転状況例えば、圧縮機周波数、弁開閉
方向の関数 パラメータ選択部２が、現状の圧縮機周波数及び過熱
度TNの正負に基づきその時の運転状況に見合ったパラメ
ータ値を選択し、制御部１は、これを基に冷凍サイクル
の過熱度が目標過熱度になるように、弁駆動部３を介し
て電子膨張弁の弁開度を調節する。これにより、圧縮機
の運転状況が変化しても、それに適した制御が行われ、
しかも、弁開閉方向により制御パラメータが異なるた
め、従来のように運転状況の違いによるハンチングの発
生を防ぐことができる。 ΔPLSN 1 = KP · (TN- TN -1) ΔPLSN 2 = KP · Tdt / t 1 ΔPLSN 3 = KP · tD (TN-2TN -1 + TN -2) / tc ΔPLSN = ΔPLSN 1 + ΔPLSN 2 + ΔPLSN 3 ... (2 ) where tc: control time KP, t 1, tD: operating conditions for example, compressor frequency, function parameter selection unit 2 of the valve direction, then the operation status of the basis of the positive and negative compressor frequency and degree of superheat TN the current The controller 1 adjusts the valve opening degree of the electronic expansion valve via the valve drive unit 3 based on the selected parameter value so that the superheat degree of the refrigeration cycle becomes the target superheat degree. As a result, even if the operating condition of the compressor changes, appropriate control is performed,
In addition, since the control parameters are different depending on the valve opening / closing direction, it is possible to prevent hunting from occurring due to a difference in operating conditions as in the related art.
しかしながら、上述の制御だけでは不十分である。な
ぜならば、パラメータ変化の判定が運転状況のパターン
変化という静的なものに基づいたものであり、時系列的
なものに依存していないためである。このため、圧縮機
の周波数が変化した時の過渡時に対しては、上述の制御
は追従しきれず、この部分に関しては、別の制御概念を
導入する必要がある。However, the above control alone is not sufficient. This is because the determination of a parameter change is based on a static change of a driving situation pattern, and does not depend on a time-series change. For this reason, the above-mentioned control cannot completely follow the transition when the frequency of the compressor changes, and it is necessary to introduce another control concept for this part.
そこで、この実施例では圧縮機の周波数が変化したと
きには、周波数変化幅検出部４でその変化幅を検出し、
その検出された変化幅に基づいて過渡時制御部５で電子
膨張弁の弁開度に時間依存的（制御部はこの場合時間管
理を行う）修正を加える。その修正の加え方は次式によ
る。Therefore, in this embodiment, when the frequency of the compressor changes, the frequency change width detection unit 4 detects the change width,
Based on the detected change width, the transient control unit 5 makes a time-dependent correction (the control unit performs time management in this case) on the valve opening of the electronic expansion valve. How to make the correction is given by the following equation.
Ｋ（ｔ）＝−（ΔT1/ΔT2）×周波数変化幅 …（３） ここに、 K:ゲイン t:時間 ΔT1:圧縮機周波数の単位変化に対する過熱度の変化 ΔT2:単位弁開度変化に対する過熱度の変化 この修正の加え方は、過熱度を検出して行うものでは
なく、例えば、圧縮機の周波数の変化幅に応じて弁開度
を調節する際、そのゲインを時間の関数として変化させ
るフィードフォワードで行なわれる。これは、過渡時に
おいては、フィードバック制御では過渡的変化に追従で
きないことによる。K (t) = − (ΔT 1 / ΔT 2 ) × frequency change width (3) where, K: gain t: time ΔT 1 : change in superheat degree with respect to unit change in compressor frequency ΔT 2 : unit valve open This change is not performed by detecting the degree of superheat.For example, when adjusting the valve opening in accordance with the width of change in the frequency of the compressor, the gain is adjusted by the time. This is done with feedforward varying as a function. This is due to the fact that the feedback control cannot follow the transient change in the transient state.
また、室内ファンの回転数が変化した過渡時において
も上記と同様の考えに基づいて修正が行われる。Further, the correction is performed based on the same idea as described above even during the transition when the rotation speed of the indoor fan changes.
第２図は、暖房時における過熱度の制御結果を従来の
制御結果と比較して示している。同図（Ａ）がこの実施
例の制御結果であり、同図（Ｂ）が従来の制御結果であ
る。また、第３図は、冷房時における過熱度の制御結果
を従来の制御結果と比較して示している。同図（Ａ）が
この実施例の制御結果であり、同図（Ｂ）が従来の制御
結果である。従来例では大きなハンチングが生じて液バ
ックが起る場合があるのに比べ、この実施例のものは、
過渡時及びその後の定常時において良好に目標過熱度に
制御される。FIG. 2 shows a control result of the degree of superheat during heating in comparison with a conventional control result. FIG. 7A shows the control result of this embodiment, and FIG. 7B shows the control result of the related art. FIG. 3 shows a control result of the degree of superheat during cooling in comparison with a conventional control result. FIG. 7A shows the control result of this embodiment, and FIG. 7B shows the control result of the related art. In contrast to the conventional case where large hunting occurs and the liquid back may occur, in this embodiment,
The target degree of superheat is favorably controlled at the time of the transition and the subsequent steady state.
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明にあっては、圧縮機の
周波数、あるいは、室内ファンの回転数の変化幅に応じ
て弁開度を調節する際、そのゲインを時間の関数として
変化させることができるため、過熱度は、素早い応答が
可能となり、追従性に優れる良好な過熱度制御が実現で
きる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, when the valve opening is adjusted in accordance with the change in the frequency of the compressor or the rotation speed of the indoor fan, the gain is adjusted as a function of time. Since the superheat degree can be changed quickly, a quick response is possible, and excellent superheat degree control with excellent followability can be realized.
第１図ないし第３図はこの発明に係る空気調和装置の実
施例を示すもので、第１図は過熱度制御部のブロック
図、第２図は暖房時における過熱度の制御結果を比較例
とともに示す制御特性図、第３図は冷房時における過熱
度の制御結果を比較例とともに示す制御特性図、第４図
ないし第６図は従来の空気調和装置の過熱度制御を示す
もので、第４図は温度膨張弁による過熱度制御結果を示
す制御特性図、第５図は圧縮機周波数の変化に対する過
熱度の変化を示す特性図、第６図は暖房時の弁開度減少
方向におけるステップ応答定数を示す特性図である。 1:制御部、2:パラメータ選択部、 3:制御部及びパラメータ選択部とともに過熱度制御手段
を構成する弁駆動部、 4:周波数変化幅検出部、 5:周波数変化幅検出部とともに第１の修正手段を構成す
る過渡時制御部、 6:室内ファン回転数変化幅検出部、 7:室内ファン回転数変化幅検出部とともに第２の修正手
段を構成する過渡時制御部。FIGS. 1 to 3 show an embodiment of an air conditioner according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram of a superheat degree control unit, and FIG. 2 is a comparative example of a superheat degree control result during heating. FIG. 3 is a control characteristic diagram showing a control result of the degree of superheat during cooling together with a comparative example, and FIGS. 4 to 6 show superheat degree control of a conventional air conditioner. FIG. 4 is a control characteristic diagram showing a superheat degree control result by the temperature expansion valve, FIG. 5 is a characteristic diagram showing a change in superheat degree with respect to a change in compressor frequency, and FIG. 6 is a step in a valve opening decreasing direction during heating. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a response constant. 1: a control unit, 2: a parameter selection unit, 3: a valve drive unit that constitutes superheat control means together with the control unit and the parameter selection unit, 4: a frequency change width detection unit, 5: a first together with a frequency change width detection unit A transient control section that constitutes the correction means; 6: an indoor fan rotation speed change width detection section; and 7: a transient control section that forms the second correction means together with the indoor fan rotation speed change width detection section.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F24F 11/02 F25B 1/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F24F 11/02 F25B 1/00
Claims (1)
室内ファンとを有する空気調和装置であって、前記冷凍
サイクルの過熱度を検出しその検出結果に基づいて前記
膨脹弁の弁開度を調節して当該冷凍サイクルの過熱度を
目標過熱度に制御する過熱度制御手段と、前記圧縮機の
周波数及び前記室内ファンの回転数の少なくとも何れか
が変化したときには、次式:K（ｔ）＝−（ΔT1/ΔT2）
×周波数（回転数）変化幅 （K:ゲイン,t:時間，ΔT1:圧縮機周波数（室内ファン回
転数）の単位変化に対する過熱度の変化，ΔT2:単位弁
開度変化に対する過熱度の変化）の通り、その変化幅に
基づいて前記目標過熱度にするための時間依存的修正を
前記過熱度制御手段に加える修正手段を有することを特
徴とする空気調和装置。1. An air conditioner having a refrigeration cycle including a compressor and an expansion valve and an indoor fan, wherein the degree of superheat of the refrigeration cycle is detected, and the valve opening of the expansion valve is determined based on the detection result. When the superheat degree control means for controlling the superheat degree of the refrigeration cycle to the target superheat degree by adjusting the temperature of the refrigerating cycle and at least one of the frequency of the compressor and the rotation speed of the indoor fan changes, the following equation: K (t ) =-(ΔT1 / ΔT2)
× Frequency (rotational speed) change width (K: gain, t: time, ΔT1: change in superheat degree with unit change of compressor frequency (indoor fan speed), ΔT2: change in superheat degree with change in unit valve opening) As described in the above, the air conditioner further includes a correction unit that adds a time-dependent correction to the superheat control unit based on the change width to achieve the target superheat.
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