JP2009115386A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予め設定された条件とは異なる条件下でも最適な冷凍能力及び運転効率になる操作量を、各条件下で探索することなく、迅速且つ確実に求めることのできる冷凍装置を得る。
【解決手段】上記冷媒回路（20）における複数の構成機器（30,36,12）の操作量と、その操作量で運転したときの冷凍能力及び運転効率との関係をデータ取得手段（52）によって取得する。上記データ取得手段（52）で得られた上記関係に基づいて、モデル作成手段（53）によって上記冷凍能力及び運転効率の計算モデル（M1,M2）をそれぞれ作成する。上記計算モデル（M1,M2）から、操作量算出手段（54）によって冷凍能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大となる所定の操作量を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍能力及び運転効率を高めるように運転制御を行う冷凍装置に関する。

従来より、冷凍能力や運転効率を高めるように運転制御を行う冷凍装置が知られている。この種の冷凍装置としては、例えば特許文献１に開示されるように、室内温度や外気温度等に応じてフィードバック制御を行い、空調能力が最適なものになるように構成されている。

詳しくは、上記特許文献１に開示されているものでは、外気温度及び室内温度を記憶しておき、外気温度の変化や室内温度と設定温度との偏差等に基づいて、圧縮機の目標周波数を算出し、その目標周波数に該圧縮機の運転周波数を設定するように構成されている。このように、外気温度や室内温度の変化を常に検出しながら、上記圧縮機の運転周波数を変化させることで、空調能力を高めることができる。
特開２０００−３０４３２９号公報

ところで、上述のような従来の冷凍装置では、温度等を読み込んで、操作量としての圧縮機の運転周波数をフィードバック制御するように構成されているものの、フィードバック制御を行う際のゲインや圧縮機への運転周波数の指令値、膨脹弁の開度等は予め設定された数値やテーブル等を利用しているため、特定の条件下では能力及び効率の高い最適な運転制御を行えるが、その条件から少しでも外れると、上述のようにフィードバック制御を行っても冷凍能力や運転効率が低下してしまい、必ずしも最適な運転制御を行うことができなかった。

これに対して、現在の条件下で最適な運転制御が可能な点（操作量）を、実際に運転しながら探し出すことも考えられるが、この場合には、最適な運転制御を行う点を見つけるまでパラメータを変化させて運転することになり、ユーザーにとって不快な運転や効率の悪い状態での運転が長時間、継続して行われることになる。

本発明は、かかる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、予め設定された条件とは異なる条件下でも最適な冷凍能力及び運転効率になる操作量を、各条件下で探索することなく、迅速且つ確実に求めることのできる冷凍装置を得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍装置（10）では、冷媒回路（20）における複数の構成機器（30,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係に基づいて、該冷凍能力及び運転効率の計算モデルをそれぞれ作成し、これらの計算モデルから最適な冷凍能力及び運転効率が得られるような所定の操作量を算出するようにした。

具体的には、第１の発明は、圧縮機（30）、減圧機構（36）、熱源側熱交換器（34）及び利用側熱交換器（37）によって蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置を対象とする。

そして、上記冷媒回路（20）における複数の構成機器（30,36,12）の操作量と、その操作量で運転したときの冷凍能力及び運転効率との関係を取得するデータ取得手段（52）と、上記データ取得手段（52）で得られた上記関係に基づいて、上記冷凍能力及び運転効率の計算モデル（M1,M2）をそれぞれ作成するモデル作成手段（53）と、上記計算モデル（M1,M2）に基づいて、冷凍能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大となる所定の操作量を求める操作量算出手段（54）と、を備えているものとする。

以上の構成により、外気温度等がどのような条件であっても、冷凍能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大となる運転条件（所定の操作量）を求めることができるため、常に最適な運転状態を実現することができる。

また、冷凍能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大となる上記所定の操作量は、冷凍能力及び運転効率の計算モデル（M1,M2）から算出されるため、構成機器（30,36,12）の操作量を網羅的に変化させて最適な運転条件を求める必要がなくなり、迅速且つ確実に最適な運転条件を求めることができる。したがって、上記所定の操作量を探索する際に、ユーザーにとって不快な運転や非効率な運転が継続して行われるのを防止することができる。

上述の構成において、上記所定の操作量で運転したときの実際の冷凍能力及び運転効率を求める出力検出手段（58）と、上記出力検出手段（58）によって得られた実際の冷凍能力及び運転効率と上記計算モデル（M1,M2）から想定される冷凍能力及び運転効率とを比較する出力比較手段（55）と、上記出力比較手段（55）によって、上記実際の冷凍能力及び運転効率が上記想定していた冷凍能力及び運転効率からずれていると判定された場合に、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を追加で取得して、上記計算モデル（M1,M2）を修正する調整手段（56）と、をさらに備えているのが好ましい（第２の発明）。

これにより、上記操作量算出手段（54）によって求められた上記所定の操作量で運転したときの冷凍能力及び運転効率が、上記計算モデル（M1,M2）から想定される計算上の冷凍能力及び運転効率（上記所定の操作量の場合に計算モデル（M1,M2）から求められる冷凍能力及び運転効率）とずれている場合でも、上記調整手段（56）によって、データを追加で取得して計算モデル（M1,M2）を修正することで、該修正後の計算モデル（M1,M2）からより正確な上記所定の操作量を算出することができる。したがって、上記所定の操作量の計算精度の向上を図ることができ、最適な運転状態をより確実に実現することができる。

また、上記調整手段（56）は、上記所定の操作量の近傍で、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を取得するように構成されているのが好ましい（第３の発明）。

こうすることで、上記操作量算出手段（54）によって求められた上記所定の操作量が、実際に求めるべき操作量と異なっていた場合（冷凍能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大になる操作量でない場合）でも、上記所定の操作量を利用して、迅速且つ確実に正確な操作量を求めることが可能となる。すなわち、上記操作量算出手段（54）によって求められた上記所定の操作量の近傍で実際に求めるべき操作量を見つける可能性が高いので、該所定の操作量の近傍で操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を追加で取得し、それに基づいて計算モデル（M1,M2）を修正すれば、迅速且つ確実により正確な操作量を求めることができる。

さらに、上記データ取得手段（52）は、実験計画法によって、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と、その操作量で運転したときの冷凍能力及び運転効率との関係を求めるように構成されているのが好ましい（第４の発明）。

これにより、冷媒回路（20）における複数の構成機器（30,36,12）の操作量と、冷凍能力及び運転効率との関係を、広い範囲をすべて網羅して取得する必要がなくなるため、上記データ取得手段（52）によって迅速且つ容易に上記関係を取得することができる。そして、上記関係に基づいて、モデル作成手段（53）によって精度の良い計算モデル（M1,M2）を作成できるため、上記所定の操作量を求める際の全体の計算時間の短縮を図れる。よって、上述の構成にすることで、迅速且つ容易に上記所定の操作量を求めることが可能となる。

以上より、本発明に係る冷凍装置（10）によれば、冷媒回路（20）における複数の構成機器（30,36,12）の操作量とその操作量で運転したときの冷凍能力及び運転効率との関係に基づいて、該冷凍能力及び運転効率の計算モデル（M1,M2）をそれぞれ作成し、該計算モデル（M1,M2）に基づいて冷凍能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大になる所定の操作量を求めることで、どのような条件下でも、冷凍能力が能力目標値を満たすとともに運転効率を最大にするような運転制御が可能となる。しかも、上述のように上記所定の操作量を計算モデル（M1,M2）に基づいて算出することで、該所定の操作量を求めるために様々な操作量で運転を行う必要がなくなり、ユーザーにとって不快な運転や非効率な運転を長時間、継続することなく、迅速且つ確実に最適な運転状態を求めることができる。したがって、上述のような構成にすることで、どのような条件下でも迅速且つ確実に最適な運転を行うことが可能になる。

また、第２の発明によれば、上記所定の操作量で運転したときの実際の冷凍能力及び運転効率と、上記計算モデル（M1,M2）から想定される計算上の冷凍能力及び運転効率とが異なる場合に、上記複数の構成機器（330,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を追加で取得して上記計算モデル（M1,M2）を修正する調整手段（56）を備えているめ、該修正後の計算モデル（M1,M2）によって所定の操作量をより精度良く求めることができ、より確実に適切な運転状態で運転することができる。

また、第３の発明によれば、上記調整手段（56）は、上記求められた所定の操作量の近傍で、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を取得するように構成されているため、上記計算モデル（M1,M2）を精度良く修正することができ、より正確な所定の操作量をより迅速且つ確実に算出することが可能となる。

さらに、第４の発明によれば、実験計画法を用いて、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を求めるようにしたため、広い範囲をすべて網羅するように該関係を求めることなく、精度の高い計算モデル（M1,M2）を得ることができる。したがって、迅速且つ容易に最適な運転条件を求めることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

−全体構成−
図１は、この実施形態に係る冷凍装置（10）の概略構成図である。この冷凍装置（10）は、例えば室外ユニット（11）と室内ユニット（13）とを備える空気調和装置であって、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能に構成されている。

室外ユニット（11）内には、室外回路（21）が設けられている。室内ユニット（13）内には、室内回路（22）が設けられている。この空気調和装置（10）では、室外回路（21）と室内回路（22）とを液側連絡配管（23）及びガス側連絡配管（24）で接続することによって蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）が構成されている。

−室外ユニット−
上記室外ユニット（11）の室外回路（21）には、圧縮機（30）（構成機器）、四路切換弁（33）、熱源側熱交換器である室外熱交換器（34）、及び減圧機構である膨張弁（36）（構成機器）が設けられている。上記室外回路（21）の一端には、液側連絡配管（23）が接続される液側閉鎖弁（25）が設けられている。一方、上記室外回路（21）の他端には、ガス側連絡配管（24）が接続されるガス側閉鎖弁（26）が設けられている。

上記圧縮機（30）は、密閉された高圧ドーム型の圧縮機として構成されている。この圧縮機（30）は、インバータ（図示省略）を介して供給される電力によって駆動するように構成されている。すなわち、上記圧縮機（30）は、インバータの出力周波数（運転周波数）を変化させて該圧縮機（30）内のモータの回転速度を変更することによって、その吐出容量を変更可能に構成されている。

また、上記圧縮機（30）の吐出側は、吐出管（40）を介して四路切換弁（33）の第１ポート（P1）に接続されている。一方、上記圧縮機（30）の吸入側は、吸入管（41）を介して四路切換弁（33）の第３ポート（P3）に接続されている。

上記室外熱交換器（34）は、その内部を流れる冷媒と熱交換媒体である空気とを熱交換させるものであり、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器として構成されている。また、この室外熱交換器（34）の近傍には、室外ファン（12）（冷媒回路における構成機器）が設けられている。これにより、上記室外熱交換器（34）では、室外ファン（12）によって送られる室外空気（熱交換媒体）と内部を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。

また、上記室外熱交換器（34）の一端は、四路切換弁（33）の第４ポート（P4）に接続されている。一方、上記室外熱交換器（34）の他端は、液配管（42）を介して液側閉鎖弁（25）に接続されている。この液配管（42）には、電子膨張弁によって構成された膨張弁（36）が設けられている。また、上記四路切換弁（33）の第２ポート（P2）は、ガス側閉鎖弁（26）に接続されている。

上記四路切換弁（33）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）とが互いに連通して第３ポート（P3）と第４ポート（P4）とが互いに連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）とが互いに連通して第２ポート（P2）と第３ポート（P3）とが互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換え可能となっている。

上記室外回路（21）には、圧縮機（30）の吸入側及び吐出側にそれぞれ温度センサ（45a,45b）及び圧力センサ（46a,46b）が１組ずつ設けられている。具体的には、上記吸入管（41）には、一対の吸入温度センサ（45a）及び吸入圧力センサ（46a）が設けられている。一方、上記吐出管（40）には、一対の吐出温度センサ（45b）及び吐出圧力センサ（46b）が設けられている。また、室外ファン（12）の近傍には、外気温度センサ（18）が設けられている。

−室内ユニット−
上記室内ユニット（13）の室内回路（22）には、利用側熱交換器である室内熱交換器（37）が設けられている。この室内熱交換器（37）は、その内部を流れる冷媒と熱交換媒体である空気とを熱交換させるものであり、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器として構成されている。この室内熱交換器（37）の近傍には、室内ファン（14）（構成機器）が設けられている。この室内熱交換器（37）では、室内ファン（14）によって送られる室内空気と内部を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。

上記室内回路（22）には、室内熱交換器（37）の一端側及び他端側に温度センサ（45c,45d）及び圧力センサ（46c,46d）が一組ずつ設けられている。具体的には、室内回路（22）の液端側と室内熱交換器（37）との間には、一対の室内液温度センサ（45c）及び室内液圧力センサ（46c）が設けられている。一方、室内熱交換器（37）と室内回路（22）のガス側端との間には、一対の室内ガス温度センサ（45d）及び室内ガス圧力センサ（46d）が設けられている。また、室内ファン（14）の近傍には、室内温度センサ（19）が設けられている。

−制御部−
この空気調和装置（10）は、装置の運転制御の指標となる指標値として成績係数（ＣＯＰ、運転効率）及び空調能力（冷凍能力）を調整する制御部（50）を備えている。この制御部（50）は、圧縮機（30）の運転周波数や膨張弁（36）の開度等（操作量）を調節して成績係数及び空調能力を調整する運転制御動作を、所定の制御周期（Ts）で行うように構成されている。

上記制御部（50）は、空気調和装置（10）の起動時の運転制御等を行う起動運転制御部（51）と、後述するように該起動運転制御部（51）によって決定される領域（T）内で実験計画法を用いて、操作量と空調能力及び成績係数との関係を取得するデータ取得部（52）（データ取得手段）と、その取得した関係に基づいて空調能力及び成績係数の応答平面モデル（M1,M2）（計算モデル）をそれぞれ作成するモデル作成部（53）（モデル作成手段）と、該応答平面モデル（M1,M2）から冷凍能力が能力目標値を満たし且つ成績係数が最大となる操作量を求める操作量算出部（54）（操作量算出手段）と、該算出された操作量で運転したときの空調能力及び成績係数と想定していた空調能力及び成績係数とを比較する出力比較部（55）（出力比較手段）と、該出力比較部（55）において、算出された結果と予測されていた結果とが異なると判定された場合に、上記応答平面モデル（M1,M2）を修正する調整部（56）（調整手段）と、冷媒回路（20）内の冷媒の状態等を状態量として検出する状態量検出部（57）と、該状態量検出部（57）で検出された状態量に基づいて空調能力及び成績係数を求める能力・ＣＯＰ計算部（58）（出力検出手段）と、上記データ取得部（52）及び調整部（56）の操作量の指示に基づいて運転制御を行う運転制御部（59）とを備えている。

上記起動運転制御部（51）は、空気調和装置（10）の起動時の制御を行うように構成されている。具体的には、上記起動運転制御部（51）は、図２に示すように、空気調和装置（10）の起動時に、設定された所定の領域（T）内まで操作量（圧縮機（30）の運転周波数や膨脹弁（36）の開度、ファン（12）の回転数等）を変化させる（図中の太線矢印）ように構成されている。これにより、詳しくは後述するように、上記所定領域（T）内でのデータ取得部（52）によるデータ取得が可能となる。上記起動運転制御部（51）による圧縮機（30）、膨脹弁（36）及びファン（12）の運転制御の一例を図３に示す。なお、上記所定領域（T）は、外気温度などの条件によって変化するものとし、その領域内に、空調能力が能力目標値を満たし且つ成績係数が最大になると予め想定された操作量が含まれるように設定される。

上記データ取得部（52）は、上記所定領域（T）内で、操作量と空調能力及び成績係数との関係をデータとして取得するように構成されたもので、該領域（T）内で効率良く且つ精度良くデータを取得するために、実験計画法を用いるように構成されている。すなわち、この実施形態では、上記操作量としての、圧縮機（30）の運転周波数、膨脹弁（36）の開度及び室外ファン（12）の回転数の３つのパラメータに対して、上記データ取得部（52）は、図４に示すような３つの水準を設定し、図５に示すような順序及び条件で上記空気調和装置（10）を運転させる。そして、それぞれの場合の冷媒回路（20）内の冷媒の状態を後述する状態量検出部（57）によって検出し、検出された状態量に基づいて後述する能力・ＣＯＰ計算部（58）で空調能力及び成績係数を求め、上記データ取得部（52）に上記図５の操作量と関連づけて記憶する。

なお、上記データ取得部（52）によってデータ取得する際に、上記操作量が構成機器によって定まる該操作量の変化可能範囲を逸脱したり、後述する状態量検出部（57）によって検出された状態量（過冷却度や過熱度）が適正範囲を逸脱したりする場合には、各条件を満たす範囲内で最も近い操作量とする。

上記モデル作成部（53）は、上記データ取得部（52）で取得された操作量と空調能力及び成績係数との関係に基づいて、上記図２に示すような応答平面モデル（M）（図２では模式的に応答平面モデルを１つのみ記載している）を作成する。この応答平面モデル（M）は、空調能力及び成績係数のそれぞれに対応して作成される。なお、この実施形態では、説明のために、上記応答平面モデル（M）を、図２に示すような形状で表しているが、実際には、操作量の因子の数によって次元の異なる数式モデルによって表される。

上記操作量算出部（54）は、上記モデル作成部（53）によって作成された応答平面モデル（M）から、空調能力が能力目標値を満たし且つ成績係数が最大になるような所定の操作量（図２における丸印）を算出するように構成されている。具体的には、数式モデルとしての上記応答平面モデル（M）の解を空調能力及び成績係数のモデルから求める。このように各モデルから解を求める方法としては、例えば図６に示すように、まず空調能力及び成績係数の各応答平面モデル（M1,M2）の等高線を算出し、該空調能力の応答平面モデル（M1）から能力目標値を満たす等高線（Lt）を求めた後、この能力目標値の等高線（Lt）上で、成績係数の応答平面モデル（M2）において成績係数が最大になるポイント（図中の丸印）を求める。なお、上記図６において、符号Lcopは、成績係数（ＣＯＰ）の等高線を模式的に表したものである。

上記応答平面モデル（M）から上記所定の操作量を求める方法は、上述以外にも、次のような方法が考えられる。上記各応答平面モデル（M1,M2）をそれぞれ格子状に区切って、各格子で空調能力及び成績係数を求めた後、それらのモデル（M1,M2）を互いに重ね合わせることにより、空調能力及び成績係数が最適な値になる格子を算出する方法や、遺伝的アルゴリズムを用いて上記所定の操作量を求める方法など、どのような方法を用いても良い。

上記出力比較部（55）は、上記操作量算出部（54）によって算出された操作量で運転した場合の出力（空調能力及び成績係数）と、想定していた計算上の出力、すなわち上記操作量算出部（54）で算出された操作量の場合に上記応答平面モデル（M1,M2）から算出される空調能力及び成績係数とが一致しているかどうかを判定するように構成されている。

上記調整部（56）は、上記出力比較部（55）で算出された操作量で運転した場合の出力と想定していた出力とが異なると判定された場合に、上記応答平面モデル（M1,M2）を修正する調整制御を行うように構成されている。具体的には、上記調整部（56）は、上述のように、上記操作量算出部（54）で算出された所定の操作量で運転した場合の空調能力及び成績係数が、想定していた空調能力及び成績係数と異なる場合には、上記所定の操作量の近傍の操作量で運転を行い、そのときの操作量と空調能力及び成績係数との関係を用いて、上記応答平面モデル（M1,M2）を修正する。これにより、上記操作量算出部（54）で算出された所定の操作量が、空調能力が能力目標値を満たし且つ成績係数が最大になる実際の操作量からずれている場合には、上述のように応答平面モデル（M1,M2）を修正して、より精度良く上記所定の操作量を算出できるようになる。

上記状態量検出部（57）は、上記圧縮機（30）の運転周波数や膨脹弁（36）の開度を制御する度に、冷媒回路（20）を循環する冷媒の状態を表す物理量を状態量として検出するように構成されている。具体的には、上記状態量検出部（57）は、冷媒の状態量として、上記各温度センサ（45a〜45d）及び各圧力センサ（46a〜46d）の出力値を検出したり、過冷却度や過熱度を検出したりするように構成されている。なお、この過冷却度及び過熱度は、上記データ取得部（52）でデータ取得する際に、状態量が適正範囲から逸脱するような操作量でデータを取得しようとしているかどうかを判断する場合に用いられる。

上記能力・ＣＯＰ計算部（58）は、上記状態量検出部（57）によって検出された状態量に基づいて、空気調和装置（10）の空調能力及び成績係数を算出するように構成されている。具体的には、上記能力・ＣＯＰ計算部（58）では、以下のようにして空調能力及び成績係数を求めている。

上記空調能力は、図７において、冷房運転の場合には、蒸発器の出口のエンタルピ（ha）と蒸発器の入口のエンタルピ（hc）との差であるｈａ−ｈｃによって求められる一方、暖房運転の場合には、凝縮器の入口のエンタルピ（hb）と凝縮器の出口のエンタルピ（hc）との差であるｈｂ−ｈｃによって求められる。また、成績係数（ＣＯＰ）は、一般的に（能力）／（圧縮機の動力）によって算出され、冷房運転の場合には（ｈａ−ｈｃ）／（ｈｂ−ｈａ）によって求められる一方、暖房運転の場合には（ｈｂ−ｈｃ）／（ｈｂ−ｈａ）によって求められる。

なお、上記蒸発器の出口のエンタルピ（ha）及び上記凝縮器の入口のエンタルピ（hb）は、室内ガス温度センサ（45d）及び室内ガス圧力センサ（46d）の出力から求められ、上記蒸発器の入口（凝縮器の出口）のエンタルピ（hc）は、室内液温度センサ（45c）及び室内液圧力センサ（46c）の出力から求められる。

上記運転制御部（59）は、冷媒回路（20）の各構成機器を制御するためのものである。また、この運転制御部（59）は、上記データ取得部（52）において実験計画法により決められた各操作量で運転する場合や、上記調整部（56）において上記操作量算出部（54）によって算出された所定の操作量で運転する場合などに、該操作量で各構成機器を動作させるように構成されている。

−運転動作−
次に、上述のような構成を有する空気調和装置（10）の運転動作について図１に基づいて説明する。この空気調和装置（10）は、冷房運転と暖房運転とが実行可能になっており、四路切換弁（33）によって運転の切り換えが行われる。

<冷房運転>
冷房運転では、四路切換弁（33）が第２状態に設定される。そして、この状態で圧縮機（30）を運転すると、冷媒回路（20）では室外熱交換器（34）が凝縮器となって室内熱交換器（37）が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。なお、冷房運転では、膨張弁（36）の開度が適宜調節される。

具体的に、圧縮機（30）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（34）で室外空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器（34）で凝縮した冷媒は、膨張弁（36）を通過する際に減圧され、その後、室内熱交換器（37）で室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器（37）で蒸発した冷媒は、圧縮機（30）へ吸入されて圧縮される。

<暖房運転>
暖房運転では、四路切換弁（33）が第１状態に設定される。そして、この状態で圧縮機（30）を運転すると、冷媒回路（20）では室外熱交換器（34）が蒸発器となって室内熱交換器（37）が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。なお、暖房運転においても、膨張弁（36）の開度が適宜調節される。

具体的に、圧縮機（30）から吐出された冷媒は、室内熱交換器（37）で室内空気と熱交換して凝縮する。室内熱交換器（37）で凝縮した冷媒は、膨張弁（36）を通過する際に減圧され、その後に室外熱交換器（34）で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器（34）で蒸発した冷媒は、圧縮機（30）へ吸入されて圧縮される。

−制御部の動作−
次に、上記制御部（50）の動作について図８に示すフローチャートに基づいて説明する。

上記図８のフローがスタートすると、まず、ステップＳ１で、起動運転制御が行われる。この起動運転制御では、起動運転制御部（51）によって、図２に示すような所定領域（T）の設定や該所定領域（T）内まで操作量を移動させるような運転制御（図３参照）が行われる。この所定領域（T）は、空調能力が設定温度等によって決まる能力目標値を満たし且つ成績係数が最大になる操作量を含むような範囲に設定される。なお、この所定領域（T）の設定は、予め記憶されているものを読み出して設定してもよいし、毎回、学習した結果を反映して設定してもよい。また、外気温度や季節などの条件によって領域を変更してもよい。

次に、ステップＳ２に進んで、上記所定領域（T）内で実験計画法により決められた操作量の組み合わせ（図５参照）に応じて運転し、それぞれの場合の空調能力及び成績係数を求める。すなわち、データ取得部（52）によって、図５に示す組み合わせの操作量と、そのときに能力・ＣＯＰ計算部（58）により算出される空調能力及び成績係数との関係をデータとして取得する。

続くステップＳ３では、上記ステップＳ２で得られた操作量と出力（空調能力及び成績係数）との関係から、モデル作成部（53）によって図６に示すような空調能力及び成績係数の応答平面モデル（M1,M2）を作成する。その後に進むステップＳ４では、上記ステップＳ３で得られた応答平面モデル（M1,M2）から、操作量算出部（54）によって、空調能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大となる操作量を算出する。この操作量を算出する方法として、上記図６に示すように、上記応答平面モデル（M1,M2）の等高線から求める方法や、空調能力の応答平面モデル（M1）及び運転効率の応答平面モデル（M2）をそれぞれ格子状に区画して重ね合わせて求める方法、遺伝的アルゴリズムを用いて求める方法などが考えられる。そして、ステップＳ５では、上記ステップＳ４で算出された操作量で空気調和装置（10）の運転を行うように運転制御部（59）が制御を行い、そのときの空調能力及び成績係数を能力・ＣＯＰ計算部（58）によって求める。

ステップＳ６では、上記ステップＳ５で求めた空調能力及び成績係数（出力）が、想定していた空調能力及び成績係数（ステップＳ４で算出された操作量の場合の計算上の空調能力及び成績係数）と同じかどうかを判定する。すなわち、このステップＳ６では、出力比較部（55）で、計算上の出力と上記能力・ＣＯＰ計算部（58）で算出された出力とが一致しているかどうかの判定を行う。

上記ステップＳ６で一致していると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、上記ステップＳ４で算出した操作量を制御量として運転制御部（59）により運転制御を行い、このフローの最初に戻って（リターン）、再びこのフローを開始する。一方、上記ステップＳ６で上記能力・ＣＯＰ計算部（58）によって求めた出力が想定していた出力と一致しないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ７に進んで、調整部（56）によって、上記ステップＳ４で算出された操作量の近傍の操作量で運転し、そのときの空調能力及び成績係数を能力・ＣＯＰ計算部（58）によって求める。上記ステップＳ７で新たな操作量と空調能力及び成績係数との関係を求めた後は、上記ステップＳ３に戻って、応答平面モデル（M1,M2）を修正した後、ステップ４で該修正後の応答平面モデル（M1,M2）から操作量を求める。このような調整制御は、上記ステップＳ６で、求められる空調能力及び成績係数が想定されていた空調能力及び成績係数と一致するまで行われる。

−実施形態の効果−
以上より、この実施形態によれば、空気調和装置（10）の構成機器の操作量（圧縮機（30）の運転周波数、膨脹弁（36）の開度、ファン（12）の回転数等）とそのときの空調能力及び成績係数との関係に基づいて、空調能力及び成績係数の応答平面モデル（M1,M2）をそれぞれ作成し、これらの応答平面モデル（M1,M2）から空調能力が能力目標値を満たし且つ成績係数が最大になる所定の操作量を算出するようにしたため、どのような条件下でも最適な操作量を迅速且つ確実に求めることができる。

すなわち、上記操作量と空調能力及び成績係数との関係を外気温度等の条件に応じて取得することで、各条件に応じた応答平面モデル（M1,M2）を作成することが可能になり、該応答平面モデル(M1,M2）から最適な運転条件を求めることができる。しかも、上述のような構成にすることで、各操作量で空調運転を行い、空調能力が能力目標値を満たし且つ成績係数が最大になっているかどうかを確認しながら最適な運転状態のポイントを見つける必要がなくなるため、迅速且つ確実に最適な運転状態になる操作量を求めることができる。

また、上記算出された操作量で運転したときの空調能力及び成績係数を、応答平面モデル（M1,M2）から想定される計算上の空調能力及び成績係数と比較し、一致しない場合には、上記算出された操作量の近傍の操作量で空調能力及び成績係数との関係を取得し、上記応答平面モデル（M1,M2）を修正することで、空調能力が能力目標値を満たし且つ成績係数が最大になる操作量をより精度良く求めることができる。

さらに、上記操作量と空調能力及び成績係数との関係を取得する際に、実験計画法を用いて、取得するポイントを決定することで、すべてのポイントについてデータを取得することなく精度の良い応答平面モデル（M1,M2）を作成することが可能になる。したがって、上記操作量と空調能力及び成績係数との関係を効率良く求めることができ、上記所定の操作量を迅速に求めることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、空気調和装置（10）の起動時に、起動運転制御部（51）が図２に示すような所定領域（T）を設定しているが、この限りではなく、各構成機器の操作可能範囲であり且つ冷媒等の状態量が適正範囲となるような領域であれば、その全領域を探索領域としてもよい。

また、上記実施形態では、最適な空調能力及び成績係数で運転するために、主に圧縮機（30）の運転周波数、膨脹弁（36）の開度及び室外ファン（12）の回転数を操作するようにしているが、この限りではなく、室内ファン（14）の回転数等、空調能力や成績係数を制御できるような操作量であれば、どのような操作量を用いて運転制御を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、制御部（50）のデータ取得部（52）によって操作量と空調能力及び成績係数との関係を取得する際に、実験計画法によって取得するポイントを選定しているが、この限りではなく、他の方法によってポイントを選定してもよいし、ポイントを選定するのではなく、ほぼずべてのポイントでデータ取得を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、上記データ取得部（52）において選定されたポイントで実際に運転し、そのときの空調能力や成績係数を求めるようにしているが、この限りではなく、シミュレーション等によって操作量と空調能力及び成績係数との関係を取得するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、どのような条件下でも最適な運転状態が要求される空気調和装置について特に有用である。

図１は、本発明の実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 図２は、応答平面モデル上で最適な操作量を見つける様子を模式的に示す図である。 図３は、起動運転制御における、（ａ）圧縮機の運転周波数、（ｂ）膨脹弁の開度、（ｃ）ファンの回転数の制御の一例をそれぞれ示すタイムチャートである。 図４は、実験計画法における各因子と水準との関係の一例を一覧で示す図である。 図５は、実験計画法によって決められたポイントの一例を一覧で示す図である。 図６は、応答平面モデルの等高線から最適な操作量を求める様子を模式的に示す図である。 図７は、一般的な冷媒回路のＰ−ｈ線図を模式的に示した図である。 図８は、制御部によって最適な操作量を算出する場合のフローである。

符号の説明

10 空気調和装置（冷凍装置）
12 室外ファン（構成機器）
14 室内ファン
20 冷媒回路
30 圧縮機（構成機器）
34 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
36 膨張弁（減圧機構、構成機器）
37 室内熱交換器（利用側熱交換器）
52 データ取得部（データ取得手段）
53 モデル作成部（モデル作成手段）
54 操作量算出部（操作量算出手段）
55 出力比較部（出力比較手段）
56 調整部（調整手段）
58 能力・ＣＯＰ計算部（出力検出手段）
T 所定領域
L 能力の等高線
Lt 能力目標値の等高線
Lcop 成績係数の等高線
M1,M2 応答平面モデル

Claims (4)

1. 圧縮機（30）、減圧機構（36）、熱源側熱交換器（34）及び利用側熱交換器（37）によって蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（20）における複数の構成機器（30,36,12）の操作量と、その操作量で運転したときの冷凍能力及び運転効率との関係を取得するデータ取得手段（52）と、
   上記データ取得手段（52）で得られた上記関係に基づいて、上記冷凍能力及び運転効率の計算モデル（M1,M2）をそれぞれ作成するモデル作成手段（53）と、
   上記計算モデル（M1,M2）に基づいて、冷凍能力が能力目標値を満たし且つ運転効率が最大となる所定の操作量を求める操作量算出手段（54）と、
   を備えていることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記所定の操作量で運転したときの実際の冷凍能力及び運転効率を求める出力検出手段（58）と、
   上記出力検出手段（58）によって得られた実際の冷凍能力及び運転効率と上記計算モデル（M1,M2）から想定される冷凍能力及び運転効率とを比較する出力比較手段（55）と、
   上記出力比較手段（55）によって、上記実際の冷凍能力及び運転効率が上記想定していた冷凍能力及び運転効率からずれていると判定された場合に、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を追加で取得して、上記計算モデル（M1,M2）を修正する調整手段（56）と、
   をさらに備えていることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項２において、
   上記調整手段（56）は、上記所定の操作量の近傍で、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と冷凍能力及び運転効率との関係を取得するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１において、
   上記データ取得手段（52）は、実験計画法によって、上記複数の構成機器（30,36,12）の操作量と、その操作量で運転したときの冷凍能力及び運転効率との関係を求めるように構成されていることを特徴とする冷凍装置。

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