JP2015210054A - 冷凍装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置をヒートポンプおよび／またはチラーとして用いる場合において、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または蒸発器から流出する外部第２熱媒体の流出温度を簡便に目標温度に制御可能な冷凍装置の制御方法を提供する。
【解決手段】圧縮機１８と、凝縮器２２と、絞り機構２４と、蒸発器１６とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置１０の制御方法において、凝縮器２２から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、制御マトリックステーブルを参照することにより、圧縮機１８の回転数を決定する段階と、決定した回転数で圧縮機１８を運転することにより、凝縮器２２から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有することを特徴とする冷凍装置１０の制御方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置の制御方法に関し、より詳細には、冷凍装置をヒートポンプおよび／またはチラーとして用いる場合において、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または蒸発器から流出する外部第２熱媒体の流出温度を迅速かつ簡便に目標温度に制御可能な冷凍装置の制御方法に関する。

従来、圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置は、用途に応じて、チラー、ヒートポンプあるいはダブルバンドルとして利用されてきた。
たとえば、冷凍装置をヒートポンプとして利用する場合、蒸発器側の冷水出口温度を目標温度に制御する際、従来、以下のような制御方法が用いられてきた。

１つには、蒸発器からの冷水出口配管に冷水タンクを設けるとともに、蒸発器への冷水入口配管から蒸発器をバイパスして冷水出口配管に接続する冷水バイパス管を設け、たとえば、冷水入口温度が変動した場合、それに応じて、蒸発器による冷却前の冷水を冷水バイパス管を介して冷水出口配管に送り、冷却前の冷水の流量を制御することにより、冷水出口温度を調整していた。
しかしながら、本方法によれば、冷水入口温度が低い側に変動した場合には、圧縮機の容量制御を行うことなしに、冷却前の冷水を蒸発器により冷却された冷水に混合することにより、目標冷水出口温度を維持することが可能となるが、冷水入口温度が高い側に変動した場合には、圧縮機の容量の増大なしに、目標冷水出口温度を維持するのは困難である。

１つには、蒸発器からの冷水出口配管に温度調節計を設けて、冷水流量一定のもとで、冷水目標出口温度との偏差に基づいて、圧縮機の回転数をフィードバック制御することにより、容量制御していた。
しかしながら、本方法によれば、前述の方法と同様に、冷水入口温度や凝縮器の温水側の条件等外乱条件の変動が大きい場合には、冷水目標出口温度を安定させるまでにハンチングを生じ、制御安定性の確保が困難であり、場合により、ハンチングに起因して冷媒吐出圧力が高圧カットに達したり、冷媒吸込圧力が低圧カットに達したりして、冷凍装置の強制停止を引き起こす可能性がある。
さらに、圧縮機の回転数をフィードバック制御する場合に、たとえば、ＰＩＤ制御を利用するのが通常であるが、目標温度に達した冷水出口温度が外乱の変動に対して不安定とならないように制御するフェイズと、一定負荷のもとで冷水出口温度を迅速に目標冷水出口温度とするように制御するフェイズとにおいて、設定すべきＰＩＤ制御の制御定数は自ずと異なり、どちらのフェイズに合わせるかにより、他のフェイズにおける制御安定性が劣化する。

この点、特許文献１は、冷凍装置において、冷水出口温度を目標温度とするのに、圧縮機の容量制御を行う制御方法を開示する。
より詳細には、冷水目標出口温度との偏差に基づいて、圧縮機をフィードバック制御するのではなく、冷水出口温度の目標温度への漸近態様をサンプリングして、その都度、圧縮機の容量を増減させている。
しかしながら、本方法によれば、冷水出口温度の目標温度への漸近態様に応じて圧縮機の容量を増減させることにより、しない場合に比べれば、オーバーシュートを抑制することにより制御の安定性を確保することが可能であるが、目標温度へ漸近するほど、圧縮機の容量を低減する必要があり、目標冷水出口温度に達した時点で必要な圧縮機の容量を確保できないことがあり、目標冷水出口温度さえ達成できればよいという限定された用途にしか使い道がない。
また、目標温度に達した冷水出口温度を外乱の変動に対して不安定とならないように制御するフェイズにおいては、異なる制御態様を採用せざるを得ず、共通の制御態様に基づいて、冷水目標出口温度を迅速に達成するとともに、目標温度に達した冷水出口温度を外乱の変動に対して不安定とならないように制御することは困難である。
特開昭５８−２０５０３２号公報

以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、冷凍装置をヒートポンプおよび／またはチラーとして用いる場合において、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または蒸発器から流出する外部第２熱媒体の流出温度を簡便に目標温度に制御可能な冷凍装置の制御方法を提供することにある。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、冷凍装置をヒートポンプおよび／またはチラーとして用いる際、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または蒸発器から流出する外部第２熱媒体の流出温度を目標温度とするように制御する場合、および外乱の変動に対して、目標温度に達した凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または蒸発器から流出する外部第２熱媒体の流出温度を目標温度から逸脱しないように制御する場合とにおいて、共通の制御方法を用いながら、冷凍装置の強制停止を引き起こすようなハンチングを生じることなく、迅速かつ簡便に制御可能な冷凍装置の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍装置の制御方法は、
圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と、圧縮機の回転数との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度の目標流出温度を設定する段階と、
冷凍装置の運転中において、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度に応じて、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度測定値または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、圧縮機の回転数を決定する段階と、
決定した回転数で圧縮機を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有する構成としている。

以上の構成を有する冷凍装置の制御方法によれば、冷凍装置をヒートポンプとして用いる場合において、従来のように、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と目標流出温度との偏差に基づいて、圧縮機の回転数をフィードバック制御することなしに、凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握したうえで、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と、圧縮機の回転数との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成しておき、冷凍装置の運転中において、外部第１熱媒体の流出温度が目標流出温度となる圧縮機の回転数を制御マトリックステーブルを参照することにより求め、決定した回転数で圧縮機を運転することにより、設定した凝縮器から流出する外部第1熱媒体の目標流出温度を達成することから、凝縮器から流出する外部第1熱媒体の流出温度を迅速かつ簡便に目標温度に制御可能である。

また、前記目標流出温度の達成段階は、前記決定した圧縮機の回転数に対して、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度と流出温度測定値との偏差に基づいて、圧縮機の回転数をフィードバック制御する段階をさらに有するのでもよい。
さらに、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度に対する前記目標流出温度は、予め時間経過とともに変動するように設定され、
前記圧縮機の回転数の決定段階は、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度が変動する前記目標流出温度に追従するように、前記制御マトリックステーブルを参照するのでもよい。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍装置の制御方法は、
圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度および蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度と、圧縮機の回転数との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の目標流出温度を設定する段階と、
冷凍装置の運転中において、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度に応じて、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値および蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、圧縮機の回転数を決定する段階と、
決定した回転数で圧縮機を運転することにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有する構成としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍装置の制御方法は、
圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度の目標流出温度を設定する段階と、
冷凍装置の運転中において、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度に応じて、圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度測定値または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量を決定する段階と、
外部第１熱媒体を決定した外部第１熱媒体流量により凝縮器を流すことにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有する構成としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍装置の制御方法は、
圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度を所与として、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度と、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の目標流出温度を設定する段階と、
冷凍装置の運転中において、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度に応じて、圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を決定する段階と、
外部第２熱媒体を決定した外部第２熱媒体流量により蒸発器を流すことにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有する構成としている。

本発明に係る冷凍装置の圧縮機の容量制御装置および容量制御方法の実施形態を図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
図１において、冷凍装置１０は、概略的には、圧縮機１８の吐出側に一端が接続された冷媒配管１１の他端が、凝縮器２２、電子膨張弁２４を介して蒸発器１６の１次側流路入口に接続され、１次側流路出口に一端が接続された冷媒配管１１の他端が、圧縮機１８の吸入側に接続され、冷媒回路を構成している。冷媒については、たとえば、フロン系として、Ｒ２２およびＲ２３、非フロン系として、アンモニア冷媒および二酸化炭素冷媒を用いてもよい。

蒸発器１６は、乾式の蒸発器として構成され、蒸発器１６の内部に冷媒回路と接続された熱交換管（図示せず）が配設され、管側に冷媒ガスが充満するようにして、排水の熱回収をすることにより、冷媒を加熱している。
より詳細には、冷媒と管外の排水とが熱交換し、排水が冷媒液を加熱することにより、蒸発器１６の出口で冷媒が乾きガスとなって圧縮機１８に吸引され、一方温水の排水が冷水として排出されるようにしている。

圧縮機１８は、たとえば、容量制御式の往復圧縮機または回転あるいは遠心圧縮機が用いられる。特に、往復式圧縮機であれば、潤滑剤をクランク室等の低圧チャンバーに戻し、スクリュー圧縮機であれば、圧縮機ケーシングの低圧域又は中間圧域に戻すようにする。冷媒回路における圧縮機１８の駆動用モータ７０には、インバータ装置７２を設けて駆動用モータ７０を回転数制御できるようにしてある。
インバータ装置７２には、制御装置７４が接続され、以下に記載するように、圧縮機１０の容量制御を行うようにしている。
制御装置７４は、冷媒吐出圧力Ｐoutが高圧カット値ＰＨより低い第１閾値（冷媒吐出圧力ロードダウン値Ｐ１）より高い場合には、圧縮機の容量を低減させ、冷媒吐出圧力Ｐoutが第１閾値より小さい第２閾値（冷媒吐出圧力ロードアップ値Ｐ３）より低い場合には、圧縮機の容量を増大させ、冷媒吐出圧力Ｐoutが第２閾値と第１閾値との間の場合には、圧縮機の容量を維持するようにしている。

圧縮機１８の下流側には油分離器４２が設けられ、油分離器４２で分離された潤滑剤は圧縮機１８に戻される。油分離器４２の下流側には、順に凝縮器２２及び受液器が設けられ、受液器の下流側には、運転の開始時又は停止時に冷媒回路１２の開閉を行なう電磁弁（図示せず）と、膨張弁２４とが設けられている。
凝縮器２２は、蒸発式、水冷式又は空冷式でもよく、外部熱媒体が凝縮器２２において所望に加熱されるようにしており、凝縮器２２への入口側に流入温度Ｔinを検出する温度センサ６６が設置されている。

圧縮機１８の上流側の冷媒配管１１には、冷媒吸込圧力Ｐinを検出する圧力センサ６４、圧縮機１８の下流側の冷媒配管１１には、冷媒吐出圧力Ｐoutを検出する圧力センサ６２が設けられ、後に説明するように、能力制御運転中において、冷媒吐出圧力Ｐoutを常時監視することにより、圧縮機１８の容量制御を行うようにしている。
電子膨張弁２４には、従来既知の過熱度コントローラ（図示せず）が付設され、後に説明するように、運転中に検出される検出過熱度が、目標過熱度（目標過熱度）となるように、過熱度コントローラが、たとえばＰＩＤ制御により、電子膨張弁２４の開度を調整するようにしてある。

蒸発器１６において、冷媒液は熱交換されて冷媒ガスとして気化し、冷媒配管１１を経て圧縮機１８に吸入されるが、その際、液圧縮防止の観点から、運転状態の過熱度（検出過熱度）が目標過熱度になるように調整している。

運転モードは、起動低負荷運転、準備運転、能力制御運転、および停止準備運転の４つに分かれ、高圧カットアウトあるいは低圧カットアウトについては、計装電源オンにより常時監視しているが、圧縮機の容量制御は、負荷運転である能力制御運転でのみ行っている。
能力制御運転に至るまでの過度運転に相当する起動低負荷運転、準備運転については、圧縮機に対して所定回転数を設定したうえで、所定運転条件を充足しない限り、次の運転モードに移行しないようにしている。
より詳細には、起動低負荷運転から準備運転への移行は、タイマー（図示せず）による時間設定により、準備運転から能力制御運転への移行は、タイマーによる時間設定に加え、冷媒吸込み圧力が所定値以上に達することを条件としており、これは、冷凍サイクルが蒸発器１６において、負荷をある程度吸熱できる状態となっていて、能力制御運転に移行させるのが適当か否かを判定するためである。

以下では、能力制御運転へ移行後における圧縮機の容量制御を利用した冷凍装置の制御方法について、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度を目標温度に制御する場合を説明する。
冷凍装置の制御方法は、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度（ 目的変数） と、能力制御運転における運転パラメータ（ 説明変数） との関係について重回帰分析を行い、重回帰式を求め、得られた重回帰式を用いて冷凍運転を制御することを基本としている。重回帰式の基本形は、下記の（ １ ） 式で表される。
Ｙ ＝ ｋ１・ｆ（ｘ１） ＋ ｋ２・ｆ（ｘ２）＋・・・・・＋ ｋｎ・ｆ（ｘｎ）＋ｅ （１）

（１）式において、Ｙ が目的変数として凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度、ｆ（ｘ１）〜ｆ（ｘｎ）それぞれが説明変数による関数、ｋ１〜ｋｎ が回帰係数、ｅ が残差である。ｘ１〜ｘｎ はそれぞれ、能力制御運転における運転パラメータとして、凝縮器に流入する外部第１熱媒入口温度、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器から流出する外部第２熱媒体流出温度（蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量）および圧縮機の回転数である。

重回帰分析に用いられるｆ（ｘ１）〜ｆ（ｘｎ）はそれぞれ、ｘ１〜ｘｎの関数であり、基本的にはｆ（ｘｎ） で表される。具体的には、ｘ１〜ｘｎの値そのまま、２ 乗、３ 乗、平方根、逆数、対数などが用いられる。それぞれの説明変数間では、最適な関数の形は相互に独立した形とすることができるので、それぞれの説明変数毎に理論的、経験的又は実験的に最適な関数形を選択することが好ましい。

図２は、本実施の形態に係る冷凍装置の制御で用いられる重回帰式を作成し、得られた重回帰式を基に、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度を目標温度に制御する手順を示すフローチャートである。重回帰式は、図２に示したステップＳ１〜ステップＳ３の手順に従って作成する。ステップＳ１では、凝縮器に流入する外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する外部第２熱媒体入口温度を設定し、ステップＳ２では、冷凍装置を試運転し、運転データを取得する。

より詳細には、凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する。この場合、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の３つの運転パラメータにおいて、たとえば、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量および蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を一定にして、圧縮機の回転数を実際の運転条件を考慮して、想定される最大回転数、想定される最小回転数、最大回転数と最小回転数との間の回転数の３つの条件で運転し、それぞれにおける外部第１熱媒体出口温度を測定することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する。

次に、ステップＳ３では、ステップＳ２で得られた試運転データに基づいて、既知の手法、たとえば、最小二乗法を用いて、回帰係数ｋ１〜ｋｎそれぞれを求め、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と、圧縮機の回転数との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する。制御マトリックステーブルは、たとえば、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度を列に、圧縮機の回転数を行に表示したテーブルであり、後に説明する外部第１熱媒体の目標流出温度に応じて、制御マトリックステーブルを参照することにより、圧縮機の回転数を決定するようにしており、既存のデータベース形式でよい。

ステップＳ２で得られた試運転データ及びステップＳ３で得られた回帰係数ｋ１〜ｋｎは、ステップＳ４において、シミュレータや後に説明する冷凍制御装置などに設けられているデータ記憶部に重回帰式作成用のデータベースとして格納しておくことが好ましい。本明細書でいうシミュレータとは、入力された各説明変数に係るデータを基に、重回帰式によって、目的変数である凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度を計算し、計算結果を表示する機能を有する演算装置を意味する。
なお、重回帰分析には、汎用のソフトウエアを用いることが可能であり、例えば、Ｌｏｔｕｓ社製Ｌｏｔｕｓ１−２−３（登録商標） 、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製Ｅｘｃｅｌシリーズ、統計計算専用ソフトである日本科学技術研修所社製ＪＵＳＥ−ＱＣＡＳ（登録商標） 等を利用することができる。

ステップＳ４では、ステップＳ３で得られた重回帰式とともに、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度をシミュレータや後に説明する冷凍制御装置などの記憶部に格納する。このシミュレータは、ステップＳ１およびＳ２の段階で用いられる装置と同じでもよい。

ステップＳ５では、冷凍装置の実運転の際の測定データをシミュレータに入力する。具体的には、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度測定値または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値データを入力する。入力するデータは、数値そのまま、基準値に対する比などでもよい。なお、入力装置は、キーボード、タッチパネルなど、シミュレータにデータを入力できる装置であれば、いずれの装置も利用可能である。

ステップＳ６において、シミュレータ内で、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度を設定し、ステップＳ７において、設定した目標流出温度に応じて、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度測定値または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値に基づいて、制御マトリックステーブルを参照することにより、圧縮機の回転数を決定する。

ステップＳ７では、ステップＳ６で演算された圧縮機の回転数を表示する。シミュレータとして、前述の表計算ソフトウエアがインストールされているコンピュータが使用される場合には、通常、重回帰式に含まれる説明変数に係るデータを入力すると、コンピュータが重回帰式（ステップＳ１〜Ｓ３で得られた重回帰式） を使用して、自動的に圧縮機の回転数を計算し、その結果を表示し装置にフィードバック入力し実際の運転回転数を変化させる。

図３は、本発明の実施の形態に係る冷凍制御装置の構成を示すブロック図である。以下に示す冷凍制御装置１３０は、図２を参照して説明した重回帰式作成用のシミュレータとしての機能を含む例である。冷凍制御装置１３０は、重回帰式用データ記憶部１３１ 、実運転用データ記憶部１３２ 、演算・制御部１３３ 、入力部１３４及び出力部１３５を備えている。また、重回帰式用データ記憶部１３１と演算・制御部１３３との間、実運転用データ記憶部１３２と演算・制御部１３３との間が信号の送受信可能に接続され、演算・制御部１３３と入力部１３４ 、出力部１３５との間がそれぞれ信号の送信、受信可能に接続されている。さらに、重回帰式用データ記憶部１３１には、重回帰分析用データ記憶部１３１ａ及び重回帰式記憶部１３１ｂが設けられ、実運転用データ記憶部１３２には、運転データ記憶部１３２ａ及び制約条件記憶部１３２ｂが設けられている。なお、実運転用データ記憶部１３２は、必要に応じて設けられるものであり、例えば、重回帰分析用データ記憶部１３１に必要なデータを記憶させるようにしてもよい。

前提条件である凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度、目標条件である凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度の目標温度、および重回帰式作成用の試運転データは、それぞれ入力部１３４及び演算・制御部１３３を介して、それぞれ対応する記憶部に格納される。また、運転データ記憶部１３２ａには、冷凍装置の実運転データの実測値が格納され、制約条件記憶部１３２ｂには、少なくとも、各種運転パラメータの許容範囲が格納されるようになっている。

重回帰式を作成する場合には、演算・制御部１３３が、図２を参照して説明した手順に従って、重回帰分析用データ記憶部１３１ａに格納されているデータを用いて重回帰式を作成し、得られた重回帰式を重回帰式記憶部１３１ｂに格納する。

実運転における監視、制御は、主に実運転用データ記憶部１３２の運転データ記憶部１３２ａ、制約条件記憶部１３２ｂに格納されているデータを用いて、演算・制御部１３３によって実行される。演算・制御部１３３の演算によって算出された圧縮機の回転数は、出力部１３５に出力されるとともに、必要に応じて冷凍装置の制御部の入出力手段１２７に送信され、冷凍装置の制御に利用される。
なお、図３に示した冷凍制御装置１３０に含まれる上記の機能は、通常のパーソナルコンピュータなどを用いることにより実現することができる。

以上の構成を有する冷凍装置の制御方法によれば、冷凍装置をヒートポンプとして用いる場合において、従来のように、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と目標流出温度との偏差に基づいて、圧縮機の回転数をフィードバック制御することなしに、凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握したうえで、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と、圧縮機の回転数との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成しておき、冷凍装置の運転中において、外部第１熱媒体の流出温度が目標流出温度となる圧縮機の回転数を制御マトリックステーブルを参照することにより求め、決定した回転数で圧縮機を運転することにより、設定した凝縮器から流出する外部第1熱媒体の目標流出温度を達成することから、凝縮器から流出する外部第1熱媒体の流出温度を迅速かつ簡便に目標温度に制御可能である。
凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度に対する目標流出温度は、予め時間経過とともに変動するように設定され、圧縮機の回転数の決定段階は、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度が変動する目標流出温度に追従するように、制御マトリックステーブルを参照するのでもよい。
また、目標流出温度の達成段階は、決定した圧縮機の回転数に対して、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度と流出温度測定値との偏差に基づいて、圧縮機の回転数をフィードバック制御する段階をさらに有するのでもよい。
これにより、冷凍装置をヒートポンプおよび／またはチラーとして用いる際、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または蒸発器から流出する外部第２熱媒体の流出温度を目標温度とするように制御する場合、および外乱の変動に対して、目標温度に達した凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または蒸発器から流出する外部第２熱媒体の流出温度を目標温度から逸脱しないように制御する場合とにおいて、共通の制御方法を用いながら、冷凍装置の強制停止を引き起こすようなハンチングを生じることなく、迅速かつ簡便に制御可能となる。

本実施形態においては、冷凍装置をヒートポンプとして活用する際、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度に対して、圧縮機の回転数調整をする場合を説明したが、変形例として、同様に冷凍装置をヒートポンプとして活用する際、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度に対して、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量を調整する場合にも、冷凍装置の制御方法を適用可能であり、さらに、冷凍装置をチラーとして活用する際、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の目標流出温度に対して、圧縮機の回転数調整をする場合、あるいは蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の目標流出温度に対して、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を調整する場合にも冷凍装置の制御方法を適用可能であり、いずれの場合も、本実施形態と同様に、冷凍装置を運転することにより、変化特性を予め把握したうえで、制御マトリックステーブルを事前に作成しておき、冷凍装置の運転中において、制御マトリックステーブルを参照することにより、決定した凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、決定した蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量、あるいは決定した回転数で圧縮機を運転することにより、迅速かつ簡便に目標温度に制御可能である。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、本実施形態においては、単元の冷凍装置として説明したが、それに限定されることなく、二元、多元冷凍装置に対しても適用可能である。
たとえば、本実施形態においては、冷凍装置をヒートポンプとして活用する際、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の出口温度を目標温度に制御する場合、あるいは冷凍装置をチラーとして活用する際、蒸発器から流出する外部第２熱媒体の出口温度を目標温度に制御する場合を説明したが、それに限定されることなく、冷凍装置をダブルバンドとして活用する際にも適用可能であり、この場合には、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の出口温度および蒸発器から流出する外部第２熱媒体の出口温度をそれぞれ目標温度に制御するのに、圧縮機の回転数、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、および蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を調整すればよい。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。 本発明の実施形態に係る冷凍装置の制御方法で用いられる重回帰式を作成し、得られた重回帰式を基に、圧縮機の回転数を求める手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る冷凍装置の制御方法で用いられる制御装置の構成を示すブロック図である。

１０ 冷凍装置
１１ 冷媒配管
１６ 蒸発器
１８ 圧縮機
２２ 凝縮器
２４ 電子膨張弁
４２ 油分離器
４６ アキュムレータ
６２ 圧力センサー
６４ 圧力センサー
６６ 温度センサー
７０ 電動機
７２ インバータ装置
７４ 制御装置
１２７ 入出力手段
１３０ 冷凍制御装置
１３１ 重回帰式用データ記憶部
１３１ａ 重回帰分析用データ記憶部
１３１ｂ 重回帰式記憶部
１３２ 実運転用データ記憶部
１３２ａ 運転データ記憶部
１３２ｂ 制約条件記憶部
１３３ 演算・制御部
１３４ 入力部
１３５ 出力部

Claims (6)

1. 圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
   凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
   凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と、圧縮機の回転数との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
   凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度の目標流出温度を設定する段階と、
   冷凍装置の運転中において、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度に応じて、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度測定値または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、圧縮機の回転数を決定する段階と、
   決定した回転数で圧縮機を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有することを特徴とする冷凍装置の制御方法。
2. 前記目標流出温度の達成段階は、前記決定した圧縮機の回転数に対して、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度と流出温度測定値との偏差に基づいて、圧縮機の回転数をフィードバック制御する段階をさらに有する、請求項１に記載の冷凍装置の制御方法。
3. 凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度に対する前記目標流出温度は、予め時間経過とともに変動するように設定され、
   前記圧縮機の回転数の決定段階は、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度が変動する前記目標流出温度に追従するように、前記制御マトリックステーブルを参照する、請求項２に記載の冷凍装置の制御方法。
4. 圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
   凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
   凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度および蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度と、圧縮機の回転数との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
   蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の目標流出温度を設定する段階と、
   冷凍装置の運転中において、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度に応じて、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値および蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、圧縮機の回転数を決定する段階と、
   決定した回転数で圧縮機を運転することにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有することを特徴とする冷凍装置の制御方法。
5. 圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
   凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
   圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を所与として、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度と、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
   凝縮器から流出する外部第１熱媒体の目標流出温度の目標流出温度を設定する段階と、
   冷凍装置の運転中において、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度に応じて、圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値、蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値、および蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度測定値または蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量を決定する段階と、
   外部第１熱媒体を決定した外部第１熱媒体流量により凝縮器を流すことにより、凝縮器から流出する外部第１熱媒体の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有することを特徴とする冷凍装置の制御方法。
6. 圧縮機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とがこの順に接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を構成する冷凍装置の制御方法において、
   凝縮器に流入する所与の外部第１熱媒体入口温度および蒸発器へ流入する所与の外部第２熱媒体入口温度に基づいて、凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量および圧縮機の回転数の少なくとも１つを変動させて冷凍装置を運転することにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の変化特性を予め把握する段階と、
   圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度を所与として、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度と、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量との対応関係を表示した制御マトリックステーブルを予め作成する段階と、
   蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の目標流出温度を設定する段階と、
   冷凍装置の運転中において、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度に応じて、圧縮機の回転数、凝縮器に流入する外部第１熱媒体の流入温度測定値および凝縮器から流出する外部第１熱媒体の流出温度または凝縮器を流れる外部第１熱媒体流量測定値、および蒸発器に流入する外部第２熱媒体の流入温度測定値に基づいて、前記制御マトリックステーブルを参照することにより、蒸発器を流れる外部第２熱媒体流量を決定する段階と、
   外部第２熱媒体を決定した外部第２熱媒体流量により蒸発器を流すことにより、蒸発器から流出する外部第２熱媒体出口温度の設定した目標流出温度を達成する段階と、を有することを特徴とする冷凍装置の制御方法。

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