JPH0674573A

JPH0674573A - 蒸気圧縮式冷凍装置の膨張弁制御方法

Info

Publication number: JPH0674573A
Application number: JP4243989A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kawai; 毅川合; Kazuhiro Hitomi; 和弘人見; Ryoichi Sekiya; 遼一関矢
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1994-03-15

Abstract

(57)【要約】【目的】設置場所により冷媒配管の長さが異なっても
安定した制御をする。【構成】冷媒配管を循環する冷媒流量を増減させる膨
張弁の開閉度を蒸発器の内部の温度状態に基づいて制御
部が出力する操作量に応じて制御する蒸気圧縮式冷凍装
置の膨張弁制御方法において、蒸発器の内部の温度状態
の変化から冷媒配管の長さを類推し、類推された冷媒配
管の長さに対応した最適な制御パラメータを制御部に設
定し、膨張弁を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒流量制御用の膨張
弁の開閉度を適切に制御する蒸気圧縮式冷凍装置の膨張
弁制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、室内空調に利用する蒸気圧縮式
冷凍機では、室内温度が設定温度となるように一定に制
御され、その際、冷凍機自身が所有する冷房能力を最大
限に活用し、かつ、冷凍機内部の冷媒状態を安定に保つ
ために、冷媒流量の制御を行う。例えば、冷房の場合で
は冷凍機が室内から熱を蒸発器の内部の冷媒に吸収し、
凝縮器から室内外に放出されており、室内温度が設定温
度より高いとき冷凍機を最大限に運転し、室内温度が設
定温度より低くなったときコンプレッサの運転を停止し
て室内外の熱交換を停止している。この場合、冷凍機の
内部冷媒状態を安定に保たなければ室内外の熱交換が安
定に行われず、冷凍機の内部状態を安定に保つことで、
結果として室内温度が安定に保たれる。

【０００３】一般に、冷凍機の冷媒流量を制御する手段
として膨張弁の開閉度を制御することが行われている。
このための制御手段は原理的なものの分類でも数多く存
在するが、その一例として蒸発器の内部の温度状態の検
知に基づいて制御を行うＳｕｐｅｒＨｅａｔ制御（以
下「ＳＨ制御」という）について具体的に説明する。

【０００４】図１２に、蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路の
概念図を示す。図において、１は蒸発器、２は凝縮器、
３はコンプレッサ、４は膨張弁で、この図は室内冷房機
の場合に適用しており、５は室外機、６は室内機とを示
している。室外機５と室内機６の内部の実線７は、冷媒
が内部を移動する冷媒配管を示しており、点線８は、そ
の冷媒配管７の内で特に室外機５と室内機６とを接続す
るための配管を示している。ここで、冷媒は配管の中を
図示矢印の方向に流れる。図１２では、コンプレッサ３
は室外機側にあるが、室内機側にあってもよい。

【０００５】また、冷凍機を室内冷暖房機として使用す
る場合には、コンプレッサ３の出口に四方弁を設けて、
冷媒の流れる向きを切替えることで行われる。図１２が
暖房機として動作する場合には、蒸発器１と凝縮器２の
役割は逆転する。蒸発器１と凝縮器２の内部では冷媒配
管７がジグザグに交差しているため、外気に触れる配管
表面積が大きくなり、空気と冷媒との熱交換率が良くな
っている。ここでは、図１２を室内冷房機として、ＳＨ
制御では、蒸発器内部の冷媒温度、例えば、出口位置ａ
にある配管内部の冷媒温度と中間位置ｂにあたる配管内
部の冷媒温度を測定し、その温度差が一定値ｅｃになる
ように制御する。これにより、冷媒機全体の内部状態を
安定にし、かつ高い冷凍能力を引き出す。ＳＨ制御で
は、蒸発器単体での情報のみで制御を行えるため、凝縮
器２やコンプレッサ３等の状態を計測することが物理的
に困難、あるいはコスト的に困難な場合に有効な制御手
段である。

【０００６】ところで、冷媒流量制御用の膨張弁４は、
一般に電動式のもので、その開閉度を離散的に制御で
き、制御パルスを入力することにより、単位操作量とし
て１開閉ステップ量を変化させることができる。つま
り、例えば、完全閉状態での開閉度を０、完全開状態で
の開閉度を５００とすると、その間の開閉度を５００ス
テップ分割した値に制御できる。このため、一般に、電
動弁はステッピングモータと同等の構造を有しており駆
動方式もほぼ同一である。なお、冷凍機は室内機および
室外機をユーザー先の設置環境に応じて、設置可能な適
切な場所に取り付けて使用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た蒸気圧縮式冷凍装置の膨張弁制御方法では、次の問題
がある。

【０００８】まず、第１には、室内機６と室外機５とを
接続する配管８の長さは冷凍機の設置場所毎により異な
るからＳＨ制御の安定性に大きな影響を与えるという問
題がある。すなわち、従来の方法では、予め標準の配管
長に応じた制御パラメータが設定され、この状態で納入
されていたからユーザ先での配管長が標準と異なれば、
膨張弁の開閉度の変化量に対する応答特性も異なり、冷
凍機の内部状態を安定に制御できなかった。この場合
に、実際に配管長を計測することも考えられるが、メジ
ャー等で計測することは、現実的な手法と言えず、設置
場所によっては配管長の計測が困難な場合もある。

【０００９】第２には、従来の膨張弁の開閉度を微妙に
調節するだけの方法では、１ステップ（単位操作量）が
大きいから冷凍機の内部の状態を精度よく安定状態に維
持することは困難であるという問題がある。この問題を
図１３を参照して説明すると、時刻ｔ１までＳＨ制御に
よって温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２とは安定
し、温度差ｅｃも目標値となっており変動していない。
ところが、時刻ｔ１以降に変化要因、例えば、負荷変動
や外乱が生じ温度検出信号ｄ１が低下して目標温度差よ
り小さくなると、膨張弁の開閉度を１ステップ（単位操
作量）安定方向へ減少させる。これによって、冷凍機の
内部状態も変化して温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ
２とが変化するが、時刻ｔ３に温度差ｅ’ｃ’の状態で
定常状態となる。この場合に、次の制御タイミングで上
記温度差ｅ’ｃ’を温度差ｅｃに戻すべく膨張弁４の制
御が行われるが、温度差ｅｃの安定状態に戻すまで長時
間を要し、振動的になることがある。

【００１０】このような状態となる理由は、冷凍機の内
部状態が安定状態から不安定状態に移行したとき、上記
した変化状態を抑え、あるいは元の状態を復元するため
１ステップ（単位操作量）、つまり、膨張弁４を絞る
が、１ステップの絞りの最小変化量が大きいため冷媒流
量の変化が大きく、復元する方向にオーバーシュートが
生じ、結果的に目的とは逆に不安定の状態へ移行させて
しまうからである。

【００１１】従来、上記問題のため、ある範囲で安定が
得られる場合には、できるだけ膨張弁４を開閉度の変化
をさせないようにして安定を保つようにしているが、従
来の方法では、変化を抑えるため膨張弁４を制御しても
応答が遅いため、結果的に精度の良い安定な制御が得ら
れない。この場合、膨張弁４の１ステップ（単位操作
量）を小さくすることも考えられるが、コストが大幅に
増加することになると言う問題がある。

【００１２】そこで、本発明は、冷媒配管の長さに対応
して最適な制御パラメータを設定し、膨張弁の単位操作
量が大きいために起因する問題を解決し、精度の良い安
定な制御が得られる蒸気圧縮式冷凍装置の膨張弁制御方
法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、コン
プレッサと凝縮器と膨張弁と蒸発器とを冷媒配管で循環
接続すると共に、冷凍機内部の冷媒温度の状態に基づき
制御演算して操作量を求め、求めた操作量に応じて前記
膨張弁の開閉度を制御する蒸気圧縮式冷凍装置の膨張弁
制御方法において、冷凍機内部の冷媒温度の状態の変化
から冷媒配管の長さを類推し、類推した冷媒配管の長さ
に対応した最適な制御演算パラメータを設定して膨張弁
を制御するようにしたものである。

【００１４】請求項２の発明は、コンプレッサと凝縮器
と膨張弁と蒸発器とを冷媒配管で循環接続すると共に、
冷凍機内部の冷媒温度の状態に基づき制御演算して操作
量を求め、求めた操作量に応じて前記膨張弁の開閉度を
単位ステップ量ずつ変えることにより制御する蒸気圧縮
式冷凍装置の膨張弁制御方法において、操作量に基づい
て膨張弁の開閉度を単位ステップ量変えると冷媒温度の
安定状態からの変化が大きく、逆に冷媒温度が不安定状
態となる場合に、その不安定状態を抑制するために膨張
弁の開閉度を単位ステップ変えた後、所定時間経過後に
膨張弁の開閉度を変えた方向と逆方向へ膨張弁の開閉度
を単位ステップ変えるようにしたものである。

【００１５】

【作用】請求項１の発明では、類推された冷媒配管の長
さに対応した最適な制御パラメータが設定され、設置場
所の如何にかかわらず蒸気圧縮式冷凍装置の内部状態を
安定して制御ができる。

【００１６】請求項２の発明では、操作量が単位２ステ
ップ量を発生させる量に満たないとき、膨張弁を単位ス
テップ量変化させた後に、適当なタイミングで逆方向に
開閉度を単位ステップ量変化させる。これにより、単位
操作量を出力すると逆に内部の温度状態が不安定となる
わずかな変化のときにも、対応して安定した制御ができ
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１８】図１は、本発明の第１実施例を示す構成図
である。図中、４は図１２で説明した膨張弁、９は図１
２に示す蒸発器１の内部のａ点の温度を検出し、温度検
出信号ｄ１を出力する温度検出器、１０は図１２に示す
蒸発器１の内部のｂ点の温度を検出し、温度検出信号ｄ
２を出力する温度検出器、１１は温度検出信号ｄ１と温
度検出信号ｄ２の差が予め設定された値になるように制
御パラメータで操作量を求めその量を出力する制御部、
１３は後に詳述する配管長を推論する推論部である。な
お、制御部１１はファジィ推論で操作量を求めてもよ
く、推論部１３はファジィ推論でなく類推する手法とし
てニューラルネットワークでもよい。

【００１９】本実施例は、冷媒の配管長と冷凍機の内部
状態の推移、つまり、冷凍機の内部の温度変化とが一定
の因果関係にあることに着目し、配管長を推論部１３で
推論し、これによって、制御パラメータとして、例え
ば、ＰＩＤパラメータを設定するようにしている。

【００２０】具体的に、蒸発器１の内部の温度の時間応
答を示す図２を参照して説明すると、時刻ｔ１になるま
では温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２とが検出さ
れ、両者が制御部１１で制御されており温度差も安定し
ている。この状態で時刻ｔ１に何らかの原因で温度検出
信号ｄ１が低下を開始すると、その状態が検出されて時
刻ｔ２に制御部１１により膨張弁４を操作して元の安定
を得る方向に制御がされる。この操作による時刻ｔ２以
降での温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２と傾きは、
冷媒配管長による時間応答特性により異なる。すなわ
ち、冷媒配管長が大きければ、膨張弁４の開閉度を変化
した場合の応答が遅くなるから時刻ｔ２で膨張弁４を操
作した後の温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２の変化
の立ち上がりが遅くなり、その傾きも小さく、逆に冷媒
配管が小さければ立ち上がりが早く、その傾きも大きく
なる。

【００２１】なお、実際には上記した蒸発器１の内部状
態以外のパラメータ、例えば、電源周波数、室内外の環
境温度、つまり、負荷等も前記した両者の因果関係に影
響を与えるから本実施例では、これらも考慮して配管長
の類推を実施している。

【００２２】次に、本発明の配管長の類推方法としてフ
ァジィ推論を使用した場合について説明する。

【００２３】まず、ファジィ推論の前件部メンバシップ
関数として膨張弁の開閉度、開閉度変化量、温度検出信
号ｄ１の変化量、温度検出信号ｄ２の変化量を定義し、
さらに、後件部メンバシップ関数として配管長を定義す
る。

【００２４】例えば、前件部メンバシップ関数としての
開閉度変化量は、図３に示す如く、ステップ２のとき正
しく中ぐらい、ステップ３以上のとき正しく大きいと定
義し、前件部メンバシップ関数としての温度検出信号ｄ
１の変化量は図４に示す如く５℃のとき正しく中ぐら
い、７．５℃以上を正しく大きいと定義する。また、後
件部メンバシップ関数としての配管長は、図５に示す如
く１２．５ｍ以下は正しく短く、２５ｍは正しく中ぐら
い、３７．５ｍ以上は正しく長いと定義する。

【００２５】次に、実際には多くの場合のルールを記述
する必要があるが、ここでは簡単に説明するため、例え
ば、次の３ルールを考える。

【００２６】まず、ルール（１）は「開閉度変化量が大
きくて、温度検出信号ｄ１の変化量が中ぐらいならば、
配管長は長い」、ルール（２）は「開閉度変化量が大き
くて、温度検出信号ｄ１の変化量が大きければ、配管長
は中ぐらい」、ルール（３）は「開閉度変化量が中ぐら
いで、温度検出信号ｄ１の変化量が大きければ、配管長
は短い」とする。

【００２７】上記した定義により、例えば、ファジィ推
論への入力項として開閉度変化量はＩ１（３ＳＴＥ
Ｐ）、温度検出信号ｄ１の変化量はＪ１（６．２５℃）
であった場合について、図６を参照して推論を説明す
る。

【００２８】まず、ルール１では開閉度変化量Ｉ１の前
件部適合度は１、温度検出信号ｄ１の変化量Ｊ１の前件
部適合度は０．５となる。そして、この２つの前件部
で、小さい方の適合度を前件部全体の適合度とすれば、
後件部適合度は０．５となる。次に、ルール２では開閉
度変化量Ｉ１の前件部は適合度は１、温度検出信号ｄ１
の変化量Ｊ１の前件部適合度０．５となり、この２つの
前件部で小さい方をとると後件部適合度は０．５とな
る。最後にルール３では、開閉度変化量Ｉ１の前件部適
合度は０、温度検出信号ｄ１の変化量Ｊ１の前件部適合
度は０．５となり、この場合に２つの前件部で小さい方
をとると後件部適合度は０となる。

【００２９】この結果、ルール１の後件部適合度は、
０．５で図示太線以下の台形の部分、ルール２の後件部
適合度は、０．５で図示太線以下の台形の部分、ルール
３の後件部適合度は、０で図示太線になる。これによっ
て、ルール１〜ルール３についてＭＩＮーＭＡＸ法を適
用すると、図６の右端に示す配管長の合成図形が得ら
れ、この合成図形から重心を求めると、重心Ｈ１が得ら
れる。この重心Ｈ１を配管長と推定する。

【００３０】同様にして入力として開閉度変化量がＩ
２、温度検出信号ｄ１の変化量Ｊ１のとき図７に示すよ
うに後件部適合度は、ルール１で０、ルール２で０、ル
ール３で０．５となり、合成図形から重心を求めると、
配管長Ｈ２が得られる。

【００３１】なお、メンバシップ関数と推論ルールは予
め実験的に求め、各変数の対応関係から定義する。ま
た、推定する配管長とそれに応じた適切な制御パラメー
タとは一対一に対応するから、後件部として配管長のか
わりに制御パラメータを定義することもできる。例え
ば、制御部１１がＰＩＤ制御の場合は比例項、積分項の
パラメータを推論部１３で推論し変更し、制御部１１が
ファジィ制御の場合には、メンバシップ関数の形状を変
えたり、ファジィ推論による開閉度操作量の出力結果に
直接重みを付ける。

【００３２】次に、本発明の配管長の類推手法としてニ
ューラルネットワークを使用した場合について図８のモ
デルを参照して説明する。

【００３３】ニューラルネットワーク（以下「ＮＮ」と
いう）の入力層は、図示するように膨張弁開閉度、室内
温度、温度検出信号ｄ１の変化量、温度検出信号ｄ２の
５変数の組合せとし、出力層は、配管長または複数の制
御パラメータａ，ｂ，ｃとする。

【００３４】まず、実験により求めた代表的ないくつか
の入力層の入力変数と出力層の出力値の因果関係のデー
タをＮＮに入力して、これを教師として繰り返しＮＮに
計算を行わせ内部での計算のための計算パラメータを変
更する学習をさせる。学習後は、ＮＮは学習の際に教え
てない個々の入力の組合せにも対応して適切な配管長ま
たは制御パラメータが出力されて制御部１１の制御パラ
メータが変更される。

【００３５】具体的に図８の場合について説明すると、
最初に冷凍機での運転実験より、ある配管長、ある室内
温度、ある膨張弁開閉度、ある膨張弁開閉変化量の際の
温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２の変化量（つまり
傾き）を測定する。そして、この各々のパラメータをい
くつか変えて、また、測定する。この測定を各パラメー
タの代表的な値について行う。例えば、配管長について
は、５ｍ，１０ｍ，１５ｍなど、室内温度については２
０℃，２５℃，３０℃などについて、温度検出信号ｄ１
と温度検出信号ｄ２の変化量を測定する。こうして得ら
れた入出力のデータを教師としてＮＮに学習を行わせ
る。ただし、学習後のＮＮでは配管長などから温度検出
信号ｄ１と温度検出信号ｄ２の変化量を求めるのではな
く、温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２の変化量など
から配管長を求める。この場合、ＮＮは、単に入出力変
数の組合せがどのようになっているかを学習するだけで
あるから、このようなことが可能となる。次に、学習後
はＮＮに学習させない場合の値、例えば、室内温度が２
２℃等を入力しても、その場合の全ての入力の組合せか
ら適切な配管長を推定出力する。このようにＮＮに学習
させることにより、入出力のすべての組合せを実験しな
くても、いくつかの代表的な実験を行えば、必要な配管
長の推定がされる。なお、図８では冷房の場合を述べて
いるからで室内温度となっているが、暖房の場合には、
室外温度となる。

【００３６】ところで、電源周波数についてはＮＮの入
力変数としてもよいが６０Ｈｚの場合はそのまま、５０
Ｈｚの場合は予め実験により求められた係数を出力値に
掛けることで対応する。

【００３７】なお、ＮＮの学習では配管長について説明
したが、本発明の目的は、配管長の推定に応じて制御パ
ラメータを変えて、配管長に依存しない制御効果を得る
ことにある。配管長が判明すれば、そのときの制御パラ
メータは一意に決まるから、ファジィ推論を使用した場
合と同様にＮＮの学習を配管長を用いる代わりに制御パ
ラメータを用いても同様の結果が得られ、この場合、配
管長から制御パラメータへの変換の必要がないことにな
る。制御パラメータにはファジィ制御の場合ファジィ推
論の結果の膨張弁操作量に重み付けを行う係数などが、
ＰＩＤの制御の場合Ｐ、Ｉ、Ｄの各項が該当する。

【００３８】上記した配管長の類推は、設置の際の試運
転時にのみ類推する手段を設けて類推結果を入力させ保
存させればよく、運転時に必ずしも必要はない。このよ
うに、冷凍機の設置時の配管長に応じて制御部１１の制
御パラメータを変更するから蒸発器１の内部状態が安定
し、制御状態を安定にすることができる。

【００３９】本実施例では、ＳＨ制御の場合について説
明したが、他の制御手段にも配管長の類推の手法は応用
でき、また、ニューラルネットワークまたはファジィ推
論以外の類推手法でもよい。

【００４０】次に、本発明の第２実施例について図面を
参照して説明する。

【００４１】図９は本発明の第２実施例を示す構成図で
ある。図において、制御部１４は、制御タイミング発生
部１５と制御指令部１６と駆動パルス発生部１７と逆転
タイミング発生部１８とから構成され、制御指令部１６
には温度検出器９と温度検出器１０が接続され、駆動パ
ルス発生部１７には膨張弁４が接続されている。

【００４２】本実施例は、冷凍機内部の冷媒温度安定状
態からの変化要因が、わずかの負荷変動や外乱の場合に
操作量に応じて膨張弁４を本来の安定する方向へ１ステ
ップ駆動させ、制御周期内の所定時間後に前記安定方向
と逆方向に１ステップ戻して内部状態変化による温度の
オーバーシュートを抑え、迅速に内部状態を安定に保つ
ようにしている。

【００４３】ここで、制御タイミング発生部１５は一定
周期の制御タイミング信号を制御指令部１６へ出力す
る。制御指令部１６は制御タイミング信号を入力する
と、温度検出器９と温度検出器１０とから温度検出信号
ｄ１と温度検出信号ｄ２とを取り込み、操作量をＰＩＤ
等の制御パラメータにより演算する。

【００４４】駆動パルス発生部１７は制御指令部１６か
らの操作量に応じて膨張弁４へパルス信号を出力する。
逆転タイミング発生部１８は、制御指令部１６からの逆
転駆動の指令のときに安定方向へ１ステップ（単位操作
量）出力し、Ｓ１時間の計測の指令を入力し、Ｓ１時間
経過後に駆動パルス発生部１７に対して安定方向と逆方
向へ１ステップ（単位操作量）逆転駆動の指令を出力す
る。

【００４５】次に、本実施例の制御部１４の作用を図１
０を参照して説明する。

【００４６】まず、制御指令部１６は制御タイミング発
生部１５から制御タイミング信号を入力すると（１０
１）、温度検出器９と温度検出器１０とから温度検出信
号ｄ１と温度検出信号ｄ２とを読み込む（１０２）。制
御指令部１６では、予め定められた目標値に対する温度
検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２との温度差に基づいて
制御パラメータにより操作量を演算する（１０３）。

【００４７】続いて、制御指令部１６では、上記で演算
された操作量が、例えば、０．５ステップ未満のときは
実際のステップを０として駆動パルス発生部１７へ駆動
パルスを出力せず（１０４）、０．５ステップ以上のと
きは逆転駆動か否かの判定をする（１０５）。この判定
で、逆転駆動でないとき、例えば、演算された操作量が
１．５ステップ以上のとき、１ステップ以上が駆動パル
ス発生部１７へ出力される（１０６）。

【００４８】上記判定で逆転駆動のとき、例えば、演算
された操作量が０．５ステップ以上で、かつ、１．５ス
テップ未満のとき制御指令部１６は、ステップ１を安定
する方向へ駆動パルス発生部１７へ出力するように指令
する一方、逆転タイミング発生部１８へ一定時間Ｓ１の
計測の指令を出力する（１０７）。逆転タイミング発生
部１８は、Ｓ１時間経過後に駆動パルス発生部１７へ膨
張弁４の逆転駆動の指令を出力する（１０９）。続い
て、制御指令部１６では、再び温度検出器９と温度検出
器１０とから温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２とが
読み込まれ、操作量の演算が行われる（１１１）。この
結果、操作量を変化させる場合には、１ステップの駆動
指令を駆動パルス発生部１７へ出力する（１１２）（１
１３）。

【００４９】上記した逆転駆動の作用について図１１を
参照して説明すると、時刻ｔ１まで温度検出信号ｄ１と
温度検出信号ｄ２の温度差ｅｃが目標値にほぼ一致し安
定している。この状態で時刻ｔ１以降に外乱等で温度検
出信号ｄ１がわずかに低下したとき、時刻ｔ２に膨張弁
４を１ステップ閉方向、復元方向に操作する。次に、Ｓ
１時間後の時刻ｔ３に膨張弁４を１ステップ開方向、つ
まり先ほどとは逆方向に操作する。これによって、図１
３と比較して判るように内部の状態が逆に不安定方向に
移行することなく、時刻ｔ４に温度差ｅｃを保ってわず
か上昇した状態で安定する。なお、逆転タイミング発生
部１８が計測する一定時間Ｓ１は、予め実験によって最
適な時間を求め、設定しておく。また、逆転方向に膨張
弁を操作するので時刻ｔ１とｔ４では開閉度が変化しな
いことになる。しかし、時刻ｔ１以降での状態変化が大
きい場合には、やはり開閉度を１ステップ変化させなけ
ればならない場合があるから逆転パルス出力後にもう一
度温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２を読み込み、操
作量の演算を行い、１ステップ出力するかどうかを判定
する。このように、逆転パルスの出力は時刻ｔ１での変
化が小さいときには安定な制御を得られるが、大きな変
化の場合には膨張弁操作による対応が遅れることにな
る。そこで、時刻ｔ１での操作量演算結果が例えば１．
５ステップ以上のときには逆転駆動なしとすることで大
きな変化に対しても迅速な対応が可能となる。

【００５０】このように本実施例では、安定状態からの
変化要因がわずかな外乱の場合に安定方向に１ステップ
操作量を変化させ所定時間後に逆方向に１ステップ操作
量を変化させるから１ステップ量が大きいことおよび操
作量の変化に対して応答が遅いことに起因するオーバー
シュートを防止し、精度のよい安定した制御ができる。

【００５１】なお、本実施例では、ＰＩＤ制御パラメー
タにより操作量を演算した例を説明したが、これに限ら
ず操作量をファジィ推論で推論する手法を用いてもよ
い。このファジィ推論にあたっては、温度検出信号ｄ１
と温度検出信号ｄ２の温度差と目標値ｅｃとの偏差およ
び偏差の変化量をファジィ推論の入力とし膨張弁４の操
作量を推論する。例えば、目標値と温度検出信号ｄ１と
温度検出信号ｄ２との温度差が殆どないとき操作量は０
ステップ、上記目標値と上記温度差ｅｃとの違いが少し
のとき逆転駆動、上記目標値と上記温度差ｅｃが大きけ
れば、その大きさに応じて１ステップ以上の操作量とす
る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、類推された冷媒配管の長さに対応した最適な制御
パラメータが設定されるから、設置場所の如何にかかわ
らず蒸気圧縮式冷凍装置の内部状態を安定して制御がで
きる。

【００５３】請求項２の発明では、単位操作量を出力す
ると逆に不安定となるようなわずかな内部状態の変化の
ときに対応した制御がされ、安定した内部状態が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す蒸気圧縮式冷凍装置
の膨張弁制御方法の説明図。

【図２】蒸気圧縮式冷凍装置の蒸発器内部温度の応答
図。

【図３】配管長をファジィ推論により類推する手法の開
閉度変化量の前件部メンバシップ関数の一例を示す図。

【図４】配管長をファジィ推論により類推する手法の温
度検出信号ｄ１の変化量の前件部メンバシップ関数の一
例を示す図。

【図５】配管長をファジィ推論により推論する手法の配
管長の後件部メンバシップ関数の一例を示す図。

【図６】ファジィ推論の手法により配管長を類推する第
１の例を示す説明図。

【図７】ファジィ推論の手法により配管長を類推する第
２の例を示す説明図。

【図８】配管長をニューラルネットワークの手法により
類推する一例を示す説明図。

【図９】本発明の第２実施例を示す蒸気圧縮式冷凍装置
の膨張弁制御方法の説明図。

【図１０】図９の制御方法の手順を示すフローチャー
ト。

【図１１】図９の作用を示す説明図。

【図１２】蒸気圧縮式冷凍装置の冷媒回路の概念図。

【図１３】従来の蒸気圧縮式冷凍機の内部冷媒温度の応
答図。

【符号の説明】

１蒸発器２凝縮器３コンプレッサ４膨張弁７冷媒配管８配管９温度検出器１０温度検出器１１制御部１２駆動パルス発生部１３推論部１４制御部１５制御タイミング発生部１６制御指令部１７駆動パルス発生部１８逆転タイミング発生部

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】一般に、室内空調に利用する蒸気圧縮式
冷凍機では、室内温度が設定温度となるように一定に制
御され、その際、冷凍機自身が所有する冷房能力を最大
限に活用し、かつ、冷凍機内部の冷媒状態を安定に保つ
ために、冷媒流量の制御を行う。例えば、冷房の場合で
は冷凍機が室内から熱を蒸発器の内部の冷媒に吸収し、
凝縮器から室外に放出されており、室内温度が設定温度
より高いとき冷凍機を最大限に運転し、室内温度が設定
温度より低くなったときコンプレッサの運転を停止して
室内外の熱交換を停止している。この場合、冷凍機の内
部冷媒状態を安定に保たなければ室内外の熱交換が安定
に行われず、冷凍機の内部状態を安定に保つことで、結
果として室内温度が安定に保たれる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】図１２に、蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路の
概念図を示す。図において、１は蒸発器、２は凝縮器、
３はコンプレッサ、４は膨張弁で、この図は室内冷房機
の場合に適合しており、５は室外機、６は室内機を示し
ている。室外機５と室内機６の内部の実線７は、冷媒が
内部を移動する冷媒配管を示しており、点線８は、その
冷媒配管７の内で特に室外機５と室内機６とを接続する
ための配管を示している。ここで、冷媒は配管の中を図
示矢印の方向に流れる。図１２では、コンプレッサ３は
室外機側にあるが、室内機側にあってもよい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】また、冷凍機を室内冷暖房機として使用す
る場合には、コンプレッサ３の出口に四方弁を設けて、
冷媒の流れる向きを切替えることで行われる。図１２が
暖房機として動作する場合には、蒸発器１と凝縮器２の
役割は逆転する。蒸発器１と凝縮器２の内部では冷媒配
管７がジグザグに交差しているため、外気に触れる配管
表面積が大きくなり、空気と冷媒との熱交換率が良くな
っている。ここでは、図１２を室内冷房機として、ＳＨ
制御では、蒸発器内部の冷媒温度、例えば、出口位置ａ
にある配管内部の冷媒温度と中間位置ｂにある配管内部
の冷媒温度を測定し、その温度差が一定値ｅｃになるよ
うに制御する。これにより、冷凍機全体の内部状態を安
定にし、かつ高い冷凍能力を引き出す。ＳＨ制御では、
蒸発器単体での情報のみで制御を行えるため、凝縮器２
やコンプレッサ３等の状態を計測することが物理的に困
難、あるいはコスト的に困難な場合に有効な制御手段で
ある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】従来、上記問題のため、ある範囲で安定が
得られる場合には、できるだけ膨張弁４を開閉度の変化
をさせないようにして安定を保つようにしているが、従
来の方法では、変化を抑えるため膨張弁４を制御しても
変化に対する対応がおそいため、結果的に精度の良い安
定な制御が得られない。この場合、膨張弁４の１ステッ
プ（単位操作量）を小さくすることも考えられるが、コ
ストが大幅に増加することになると言う問題がある。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】請求項２の発明は、コンプレッサと凝縮器
と膨張弁と蒸発器とを冷媒配管で循環接続すると共に、
冷凍機内部の冷媒温度の状態に基づき制御演算して操作
量を求め、求めた操作量に応じて前記膨張弁の開閉度を
制御する蒸気圧縮式冷凍装置の膨張弁制御方法におい
て、操作量に基づいて膨張弁の開閉度を単位ステップ量
変えると冷媒温度の安定状態からの変化が大きく、逆に
冷媒温度が不安定状態となる場合に、その不安定状態を
抑制するために膨張弁の開閉度を単位ステップ変えた
後、所定時間経過後に膨張弁の開閉度を変えた方向と逆
方向へ膨張弁の開閉度を単位ステップ変えるようにした
ものである。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】具体的に図８の場合について説明すると、
最初に冷凍機での運転実験より、ある配管長、ある室内
温度、ある膨張弁開閉度、ある膨張弁開閉変化量の際の
温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２の変化量（つまり
傾き）を測定する。そして、この各々のパラメータをい
くつか変えて、また、測定する。この測定を各パラメー
タの代表的な値について行う。例えば、配管長について
は、５ｍ，１０ｍ，１５ｍなど、室内温度については２
０℃，２５℃，３０℃などについて、温度検出信号ｄ１
と温度検出信号ｄ２の変化量を測定する。こうして得ら
れた入出力のデータを教師としてＮＮに学習を行わせ
る。ただし、学習後のＮＮでは配管長などから温度検出
信号ｄ１と温度検出信号ｄ２の変化量を求めるのではな
く、温度検出信号ｄ１と温度検出信号ｄ２の変化量など
から配管長を求める。この場合、ＮＮは、単に入出力変
数の組合せがどのようになっているかを学習するだけで
あるから、このようなことが可能となる。次に、学習後
はＮＮに学習させない場合の値、例えば、室内温度が２
２℃等を入力しても、その場合の全ての入力の組合せか
ら適切な配管長を推定出力する。このようにＮＮに学習
させることにより、入出力のすべての組合せを実験しな
くても、いくつかの代表的な実験を行えば、必要な配管
長の推定がされる。なお、図８では冷房の場合を述べて
いるから室内温度となっているが、暖房の場合には、室
外温度となる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】１蒸発器２凝縮器３コンプレッサ４膨張弁７冷媒配管８配管９温度検出器１０温度検出器１１制御部１３推輪部１４制御部１５制御タイミング発生部１６制御指令部１７駆動パルス発生部１８逆転タイミング発生部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンプレッサと凝縮器と膨張弁と蒸発器
とを冷媒配管で循環接続すると共に、冷凍機内部の冷媒
温度の状態に基づき制御演算して操作量を求め、求めた
操作量に応じて前記膨張弁の開閉度を制御する蒸気圧縮
式冷凍装置の膨張弁制御方法において、前記冷凍機内部の冷媒温度の状態の変化から前記冷媒配
管の長さを類推し、類推した冷媒配管の長さに対応した
最適な制御演算パラメータを設定して前記膨張弁を制御
することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍装置の膨張弁制御
方法。
【請求項２】コンプレッサと凝縮器と膨張弁と蒸発器
とを冷媒配管で循環接続すると共に、冷凍機内部の冷媒
温度の状態に基づき制御演算して操作量を求め、求めた
操作量に応じて前記膨張弁の開閉度を単位ステップ量ず
つ変えることにより制御する蒸気圧縮式冷凍装置の膨張
弁制御方法において、前記操作量に基づいて前記膨張弁の開閉度を単位ステッ
プ量変えると前記冷媒温度の安定状態からの変化が大き
く、逆に前記冷媒温度が不安定状態となる場合に、その
不安定状態を抑制するために前記膨張弁の開閉度を単位
ステップ量変えた後、所定時間経過後に前記膨張弁の開
閉度を変えた方向と逆方向へ前記膨張弁の開閉度を単位
ステップ量変えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍装置
の膨張弁制御方法。