JP2712835B2

JP2712835B2 - 多室形空気調和機の制御方法

Info

Publication number: JP2712835B2
Application number: JP2338029A
Authority: JP
Inventors: 正高尾関; 吉朗土山; 晃司戎; 雄二吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH04203854A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、多室形空気調和機の暖房運転における制御
方法に関するものである。

従来の技術第４図は、多室形空気調和機の構成例を示したもので
あり、装置は圧縮能力制御機９により圧縮能力を制御さ
れる圧縮機10、蒸発器１、キャピラリーチューブ2Bによ
り構成される室外ユニットと、複数の室内ユニット４、
14、24で構成されている。圧縮機10で圧縮され、各室内
ユニット４、14、24に送られたガス冷媒は、各凝縮器
５、15、25によって室内へ熱を放出し液化され、各凝縮
器側膨張弁２、12、22およびキャピラリーチューブ2Bを
経由することにより、断熱膨張をして、温度低下する。
温度低下した冷媒は蒸発器１へ送られて、外気により暖
められ蒸発し、室外の熱を受け取る。蒸気となった冷媒
は再び圧縮機10に送られ圧縮される。

通常は室温センサ３、13、23により検出される室温が
目標値になるように圧縮器10の回転数および各凝縮器側
膨張弁２、12、22の開度が操作される制御ループが構成
され、室温制御を実現している。

また周知のように、圧縮機10を損傷しないためには、
蒸発器で冷媒が完全に蒸発して、気体になることが必要
である。圧縮機10の吸入口での温度が吸入側飽和蒸気温
度より高ければ、圧縮機10の吸入口で冷媒は完全に蒸気
になっているといえる。この温度差を過熱度という。過
熱度がゼロになると液体の冷媒が圧縮機10に入るため、
圧縮機10を損傷してしまう。このため、従来では、過熱
度が下がってくると、圧縮機10の回転数を下げて、吸入
圧力を下げることにより吸入側飽和蒸気温度を下げて、
過熱度が正の値になるように調節している。

さらに各凝縮器側膨張弁２、12、22は各部屋の暖房負
荷に応じて冷媒の分配を行なう。各凝縮器側膨張弁２、
12、22の開度に、各凝縮器５、15、25に流れる冷媒の量
が比例するためには、各凝縮器５、15、25で冷媒が完全
に液化していなくてはならない。各凝縮器５、15、25の
出口の冷媒の温度が、圧縮機10の吐出口での吐出側飽和
蒸気温度より低くければ、各凝縮器５、15、25の出口で
冷媒は完全に液になっているといえる。この温度差を過
冷却度という。過冷却度がゼロになってしまうと、冷媒
が一部気体のまま膨張弁を通るので、冷媒の分流がうま
くできなくなる。従来では、暖房運転時は、室内負荷が
大きいので圧縮機吸入口の過熱度が正の値になっていれ
ば、室内ユニットの過冷却度は正の値にほぼなるとの考
えから、室内ユニットの過冷却度は成り行きになってい
た。

発明が解決しようとする課題しかしながら、過熱度を保つために圧縮機の回転数を
下げて暖房能力を落とすと、室温に対する充分な制御が
実行できなくなってしまう。

また、各部屋の暖房負荷にばらつきがあると、各室内
ユニットの過冷却度の値は各々異なり、各部屋の室内ユ
ニットの過冷却度がどれもゼロにならないという保証は
ない。過冷却度がゼロになると各部屋の暖房負荷に応じ
た冷媒の分配が行えなくなる。さらには、各室内ユニッ
トの過冷却度を正に保つだけでは、過冷却度が大きな値
になる部屋も生じるので、このような状態はシステムの
効率からみると好ましい状態ではない。

課題を解決するための手段本発明は、蒸発器入口の温度と圧縮機吸入口の温度と
を用いて圧縮機吸入口の過熱度を検出し、蒸発器側膨張
弁を操作して圧縮機吸入口の過熱度を制御することを特
徴とする。

また、圧縮機吐出口に圧力検出手段、凝縮器出口に温
度検出手段を設け、圧縮機の吐出圧力より算出した冷媒
の吐出側飽和蒸気温度と、凝縮器出口温度とを用いて各
室内ユニットの過冷却度を検出する。そして、各凝縮器
側膨張弁を操作して、各室温制御と各凝縮器出口の過冷
却制御を実行する。各凝縮器出口の過冷却度が設定幅の
下限より小さいとき、または、設定幅の上限より大きい
ときには、各凝縮器側膨張弁は過冷却度を制御し、過冷
却度が設定幅内にあるときには室温を制御する。さら
に、各凝縮器側膨張弁の室温制御モードと過冷却度制御
モードとをファジィ論理により切り換える。

作用蒸発器入口で冷媒は気体液体の混合状態であり、温度
は吸入側飽和蒸気温度と等しいので、蒸発器入口の温度
と圧縮機吸入口の温度との差より過熱度が得られる。そ
して、過熱度が設定値に一致するように蒸発器側膨張弁
の開度の操作を行なえば、全体の暖房能力を落とすこと
なく過熱度を制御することができる。

また、各凝縮器側膨張弁を操作して、各室内ユニット
の過冷却度を制御することにより、各部屋の暖房負荷に
応じた冷媒の分配と効率のよい暖房運転が可能となる。
さらに、各凝縮器側膨張弁の室温制御モードと過冷却度
制御モードとをファジィ論理により切り換えることによ
り、過冷却度が少し不足気味または少し過剰気味の時に
は、室温制御と過冷却度制御の両方が作動することにな
り、制御モードの切り換えが速やかに行われ、かつ切り
換わり時の初期状態の影響を受けずに円滑に切り換えが
行なわれる。

実施例本発明の実施例を図面に基づき説明する。第１図は２
種類の制御目的（室温制御とSC制御）をファジイ論理的
に切り替える方法を示すものであり、第２図は制御用の
コンピュータ（図示せず）のフローチャートを示すもの
であり、第３図は実施例の空気調和機の構成を示すもの
である。

第３図において、圧縮機10により圧縮されたガス冷媒
は、各室内ユニット４、14、24に送られ、各凝縮器５、
15、25によって室内へ熱を放出し液化されたのち、各凝
縮器側膨張弁２、12、22および蒸発器側膨張弁2Aを経由
することにより、断熱膨張をして、温度低下する。温度
低下した冷媒は各凝縮器５、15、25により室外の熱を奪
い、気化する。気化した冷媒は再び圧縮機10に送られ
る。ここで制御装置（図示せず）は、蒸発器入口温度セ
ンサ７により検出した温度と、圧縮機吸入口温度センサ
11により検出した温度とを用いて、圧縮機吸入口の過熱
度を算出し、過熱度が設定値に一致するように、蒸発器
側膨張弁2Aを操作する。（蒸発器の入口で冷媒は気体液
体の混合状態であり、温度は吸入側飽和蒸気温度と等し
いので、蒸発器入口の温度と圧縮機吸入口の温度との差
より過熱度が得られる。）過熱度制御のための演算処理
としては例えばPID（比例積分微分）制御などを用い
る。そして、検出した過熱度が設定値よりも小さい場合
は、蒸発器側膨張弁を閉方向に操作し、検出した過熱度
が設定値よりも大きい場合は、蒸発器側膨張弁を開方向
に操作することにより、圧縮機吸入口の過熱度を設定値
に一致させることができる。

また、各部屋の室温を室温センサ３、13、23により検
出し、各凝縮器側膨張弁２、12、22の開度を操作するこ
とにより、各部屋の熱負荷に応じて冷媒を分配する。ま
た全体の負荷に対応する制御は、圧縮機10の能力を圧縮
能力制御機９により制御することにより実現する。室温
制御のための演算処理としては例えばPID（比例積分微
分）制御などを用いる。基本的には、以上の構成で各室
の室温制御が実現する。

さらに、圧力センサ８により検出した圧力より、吐出
側飽和蒸気温度を算出し、各凝縮器出口温度センサ６、
16、26により検出した各凝縮器出口の温度とを用いて、
各室内ユニット４、14、24の過冷却度を算出する。各室
内ユニットの過冷却度が設定幅よりも小さいあるいは大
きい場合は、各凝縮器側膨張弁２、12、22の開度を、各
室内ユニットの過冷却度が、設定幅の内の値になるよう
に操作する。

このように各凝縮器側膨張弁２、12、22は、室温制御
と過冷却制御との２つの制御モードで操作される。そし
て、前記２つの制御モードはファジィ論理によって切り
換えられる。

第１図は前記２つの制御モードの切り換えを行なうフ
ァジィ論理を示すものである。すなわち、望まれる過冷
却度の最小値をT1i、最大値をT3i、許容される過冷却度
の最小値をT2i、最大値をT4iとするとき、各室内ユニッ
ト（ｉ）の過冷却度SC（ｉ）が、 T1i＜SC（ｉ）＜T3i のときには、室温制御100％となる。

そして、過冷却度SC（ｉ）が、T1iより小さくなる、
あるいは、T3iより大きくなるに従って、過冷却度制御
の比重が大きくなり、 SC（ｉ）＝T M1またはT M2＝SC（ｉ）のときには、過冷却度制御と室温制御が50:50となる。

過冷却度SC（ｉ）が、 SC（ｉ）＜T2iまたはT4i＜SC（ｉ）のときには、過冷却度制御が100％となる。

第２図は第１図で示したファジィ論理を適用した場合
の制御処理手順を示したフローチャートである。以下、
処理手順を説明する。

まず処理40から処理42で圧縮機吸入口の過熱度制御を
行なう。処理40において、圧縮機吸入口の過熱度を算出
する。次に、処理41で過熱度を制御するための操作量u0
を算出して、処理42で蒸発器側室外膨張弁を操作する。

引続き各室内ユニットの室温制御及び過冷却制御に移
る。まず、処理43で室内ユニット番号ｉを１に初期化す
る。処理44において各室内ユニット（ｉ）の現在の過冷
却度SC（ｉ）を算出する。次に、処理45へ進み、室温制
御のための演算を行い、操作量u1（ｉ）を算出する。た
だし、ここで求めた操作量はまだ出力しない。引続き、
処理46で過冷却度制御のための演算を行い、操作量u2
（ｉ）を算出する。次に処理47へ進み、２つの操作量u1
（ｉ）、u2（ｉ）に対するメンバシップ量ω１（ｉ）、
ω２（ｉ）を算出する。次に処理48に進み、算出した２
つのメンバシップ量ω１（ｉ）、ω２（ｉ）と２つの操
作量u1（ｉ）、u2（ｉ）の値とを用いて、実際の操作量
ｕ（ｉ）の値を算出する。

ｕ（ｉ）＝u1（ｉ）＊ω１（ｉ）＋u2（ｉ）＊ω２
（ｉ）次に処理49へ進み、ｕ（ｉ）を操作量として出力する。
この出力ｕ（ｉ）は各凝縮器側膨張弁の開度操作に用い
られる。そして処理50でいま操作量を出力した室内ユニ
ットが最後かどうかを判断する。そして、最後であれば
処理40へ戻る。最後でなければ処理51で制御対象を次の
室内ユニットに変更（ｉをｉ＋１に置き換える）し、処
理44へ戻る。

なお、本実施例では室内ユニットが３つの場合を用い
て説明したが、室内ユニットの数はこれに限るものでは
なく、１つであっても同様の効果が得られる。室内ユニ
ットが１台の場合には処理51は素通りとなる。

また、過熱度制御および室温制御において、PID制御
を例としたがこれに限るものではない。

また、圧縮機吸入口の過熱度を、圧縮機吸入口の温度
と蒸発器入口の温度とを用いて算出したが、圧縮機の吸
入圧力と吸入温度とを用いて過熱度を算出する場合、あ
るいは圧縮機の吸入温度の代わりに、蒸発器出口温度を
用いて過熱度を算出する場合にも適用できる。

さらに、制御対象として空気調和機を用いたが、給湯
機においても同様の効果が得られるのは明白であり、本
発明の範囲を越えるものではない。

発明の効果本発明により、全体の暖房能力を落とすことなく、圧
縮機吸入口の過熱度を制御できる。また、各室の暖房負
荷に対応した冷媒の分配と、効率のよい暖房運転が実現
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つの制御モードの切替論理を示す図、第２図
は第１図における２つの制御モードの実施方法を示すフ
ローチャート、第３図は本発明の実施例の構成をしめす
装置構成図、第４図は、従来の多室形空気調和機の構成
図である。１……蒸発器、2,12,22……凝縮器側膨張弁、2A……蒸
発器側膨張弁、3,13,23……室温センサ、4,14,24……室
内ユニット、5,15,25……凝縮器、6,16,26……凝縮器出
口温度センサ、７……蒸発器入口温度センサ、８……圧
力センサ、９……圧縮能力制御機、10……圧縮機、11…
…圧縮機吸入口温度センサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】凝縮器および凝縮器側膨張弁からなる複数
のユニット、能力可変な圧縮機、蒸発器側膨張弁、蒸発
器より構成される多室形空気調和機であって、室内の温
度を検出する手段、吐出側飽和蒸気温度と各凝縮器出口
温度との差を検出する手段、吸入側飽和蒸気温度と圧縮
機吸入口温度との差を検出する手段を有し、検出した前
記吸入側飽和蒸気温度と圧縮機吸入口温度との差が設定
した値に等しくなるように蒸発器側膨張弁を操作し、検
出した前記吐出側飽和蒸気温度とｉ番目の凝縮器出口温
度との差Tiが第１のしきい値T1iより大きい場合には、
第１の制御目的として、前記検出した室内の温度が設定
値に等しくなるように、前記各凝縮器側膨張弁の開度を
操作し、前記検出した温度差Tiが第２のしきい値T2i（T
2i＜＝T1i）より小さい場合には、第２の制御目的とし
て、前記温度差Tiが小さくならないように、前記各凝縮
器側膨張弁の開度を操作し、前記温度差Tiが第１のしき
い値T1iと第２のしきい値T2iとの間にある場合には、前
記第１の制御目的に対する操作量と、前記第２の制御目
的に対する操作量とをファジィ論理により演算して実際
の操作量を得ることを特徴とする多室形空気調和機の制
御方法。
【請求項２】凝縮器および凝縮器側膨張弁からなる複数
のユニット、能力可変な圧縮機、蒸発器側膨張弁、蒸発
器より構成される多室形空気調和機であって、室内の温
度を検出する手段、吐出側飽和蒸気温度と各凝縮器出口
温度との差を検出する手段、吸入側飽和蒸気温度と圧縮
機吸入口温度との差を検出する手段を有し、検出した前
記吸入側飽和蒸気温度と圧縮機吸入口温度との差が設定
した値に等しくなるように蒸発器側膨張弁を操作し、検
出した前記吐出側飽和蒸気温度とｉ番目の凝縮器出口温
度との差Tiが、第１のしきい値T1iより大きくかつ第３
のしきい値T3iより小さい場合には、第１の制御目的と
して、前記検出した室内の温度が設定値に等しくなるよ
うに、前記各凝縮器側膨張弁の開度を操作し、前記検出
した温度差Tiが第２のしきい値T2i（T2i＜＝T1i）より
小さい場合、または第４のしきい値T4i（T4i＞＝T3i）
より大きい場合には、第２の制御目的として、前記温度
差Tiが前記第１のしきい値T1iと前記第３のしきい値T3i
との間の値になるように、前記各凝縮器側膨張弁の開度
を操作し、前記温度差Tiが第１のしきい値T1iと第２の
しきい値T2iとの間にある場合に、または第３のしきい
値T3iと第４のしきい値T4iとの間にある場合には、前記
第１の制御目的に対する操作量と、前記第２の制御目的
に対する操作量とをファジィ論理により演算して実際の
操作量を得ることを特徴とする多室形空気調和機の制御
方法。