JP2807934B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、強制対流に加えて輻
射による熱移動を利用した空気調和機に関し、特に、空
気調和機の輻射パネルを通過する冷媒の過熱度を膨張弁
によって制御する空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、空気調和機に関する快適性の要求
は非常に高まっている。快適性とはたとえば、運転中の
騒音を低くすること、室内の温度を均一にすること、運
転中に風をできるだけ弱くすること、衛生的にするこ
と、自動運転を可能とすることなどである。快適性を高
める１つの手段として、冷暖房に赤外線を放射する機能
をもった輻射パネルの使用が注目されている。本願明細
書を通じて、「輻射」とは、赤外線を放射することをい
うものとする。輻射を利用する効果の代表的なものとし
て、以下のものがある。

【０００３】（１） 輻射は、空気の流れ（強制対流）
を必要としないので、運転時に騒音が発生しない。

【０００４】（２） 輻射は、空気の流れを必要としな
い。そのため、運転時の風による不快感がない。

【０００５】（３） 輻射は、空気を透過して直接物体
に作用し過熱または冷却を行なう。そのため空気調和機
の運転の立ち上り時など、室内温度が設定値に達してい
ない場合にも冷暖房効果がある。

【０００６】（４） 室内空気温度が同一の場合、輻射
パネル暖房では、対流のみによる暖房よりも輻射がある
分温かく感じられ、輻射パネルを用いた冷房の場合にも
同様により涼しく感じられる。言葉を変えると、輻射パ
ネルを用いることにより、同じ快適環境を得るときの室
内空気温度を、強制対流のみによる場合よりも暖房では
低く、冷房では高く設定することができる。したがって
エネルギ消費を節約することができる。

【０００７】強制対流と輻射とによる熱移動を利用した
空気調和機においては、特に冷房運転時、輻射パネル表
面に結露が発生するおそれがある。そのため冷房運転と
同時に除湿運転を行ない、かつ露点温度と輻射パネル表
面温度とを計測して、輻射パネル表面温度が露点温度を
下回らないように制御する必要がある。

【０００８】従来から用いられる冷媒のＲ２２やＲ１２
を直接輻射パネルで蒸発させる方式は直膨式と呼ばれ
る。直膨式冷凍サイクルにおいては、除湿と強制対流冷
房とのためには、冷媒蒸発温度を０℃〜１０℃とするこ
とが必要である。一方で、輻射パネルによる輻射冷房の
ためには、冷媒蒸発温度を１５℃〜２５℃とする必要が
ある。しかし、直膨式冷凍サイクルでは、この２つの冷
媒蒸発温度を両立させ、運転制御するのは非常に困難で
あった。そのため従来は、輻射パネルの温度制御が比較
的簡単にできるブラインを熱媒体として用いる例が多か
った。

【０００９】強制対流と輻射とによる伝熱を利用した、
ブラインを用いた従来の空気調和機を図１１に示す。図
１１を参照して、従来の空気調和機１ｂは、管路７より
なる循環路内を熱媒体としての冷媒が流通する室外側の
冷凍サイクル４０と、ブライン管２７よりなる循環路内
を熱媒体としてのブラインが流通する室内側のブライン
サイクル４１とを含む。

【００１０】室外側の冷凍サイクル４０は、管路７内に
設けられた圧縮機２と、圧縮機２から吐出された高温高
圧の冷媒を、外気との熱交換により凝縮液化させるため
の凝縮器３と送風機１８と、凝縮器３から管路７を流通
してくる液化された冷媒を減圧し、低圧の気液２相状態
とするための膨張弁２８と、低圧の気液２相状態となっ
た冷媒に、上述のブラインサイクル４１との間で熱交換
を行なわせるための冷媒・ブライン熱交換器２９とを含
む。冷媒・ブライン熱交換器２９の冷媒の出口は、管路
７を介して圧縮機２に連結されている。

【００１１】ブラインサイクル４１は、ブライン管２７
にブラインを供給するためのブライン供給槽３３と、前
述の冷媒・ブライン熱交換器２９と、輻射パネル８とを
含む。管路２７の、冷媒・ブライン熱交換器２９の上流
側には、ブライン管２７内のブラインを冷媒・ブライン
熱交換器２９に送り込むための循環ボンプ３１が設けら
れている。ブライン管２７は途中２か所で枝分かれし、
輻射パネル８と並列のブライン管２７ａ、２７ｂを形成
している。ブライン管２７ａには循環ポンプ３２が設け
られており、ブライン管２７ａの他端は三方混合弁３０
によってブライン管２７に連結されている。ブライン管
２７ｂには、輻射パネル８と並列になるように設けられ
た蒸発器（室内側熱交換器）６が連結されている。蒸発
器６には、熱交換のために蒸発器６に対して空気を送り
込むための送風機１９が設けられている。

【００１２】図１１に示される従来の空気調和機は以下
のように動作する。室外側の冷凍サイクル４０におい
て、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器
３に与えられる。凝縮器３内において、この冷媒は送風
機１８により送られる外気との間で熱交換を行なって放
熱することにより凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は膨
張弁２８に与えられ、膨張弁２８で減圧されて低圧の気
液２相状態となる。気液２相状態となった冷媒は、冷媒
・ブライン熱交換器２９を通過し、このとき室内側のブ
ラインサイクル４１のブラインとの間で熱交換を行な
い、ブラインから吸熱する。冷媒はこの熱により蒸発気
化して低温低圧の蒸気となり、圧縮機２に戻る。室外側
の冷凍サイクル４２においては、この動作が繰返され
る。

【００１３】室内側のブラインサイクル４１において
は、循環ポンプ３１から吐出されたブラインは冷媒・ブ
ライン熱交換器２９に与えられる。ブラインは、冷媒・
ブライン熱交換器２９内で室外側の冷凍サイクル４０の
冷媒との間で熱交換し、放熱により冷却される。冷却さ
れたブラインの一部は矢印Ｃに示されるように三方混合
弁３０に、他の一部は矢印Ｄで示されるように蒸発器６
に供給される。蒸発器６に供給されたブラインは、送風
機１９により送り込まれる室内空気との間で熱交換を行
なって強制対流により室内を冷房すると同時に昇温され
る。昇温されたブラインは再び循環ポンプ３１に与えら
れる。

【００１４】一方、三方混合弁３０は、冷媒・ブライン
熱交換器２９から供給されるブラインと、循環ポンプ３
２から送り込まれるブラインとを混合して、輻射パネル
８に供給する。輻射パネル８内でブラインは輻射により
熱を吸収して昇温する。昇温されたブラインの一部はブ
ライン管２７ａから循環ポンプ３２に供給され、他の一
部は循環ポンプ３１に供給される。

【００１５】三方混合弁３０には、冷媒・ブライン熱交
換器２９から冷却されたブラインが、循環ポンプ３２か
ら輻射パネル８によって昇温されたブラインがそれぞれ
供給される。三方混合弁３０は、この温度の異なるブラ
インを混合して得られたブライン（矢印Ｅ）の温度が、
輻射パネル８の表面に結露を生じない程度となるように
制御される上述の空気調和機１ｂでは、室内空気の露点
と輻射パネル８との表面温度とが測定され、輻射パネル
８の温度が室内空気の露点以下とならないように三方混
合弁３０が制御される。このように輻射パネル８の熱媒
体として相変化のないブラインを用いると、容易に輻射
パネル８の表面温度を制御することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ブラインを熱
媒体として用いる上述の空気調和機には、直膨式のシス
テムと比較して以下のような欠点がある。

【００１７】（１） 冷凍サイクルとブラインサイクル
との間に「冷媒・ブライン熱交換器」が必要である。２
つのサイクル間で熱交換を行なう必要があり、エネルギ
効率が悪くイニシャルコストも大きい。

【００１８】（２） ブラインサイクル内には、ブライ
ンを循環させるための循環ポンプが少なくとも１台必要
である。このような循環ポンプを必要としない直膨式シ
ステムと比較して消費電力が増大し、エネルギ効率が悪
くイニシャルコストも大きい。

【００１９】（３） ブラインサイクルに用いられるブ
ラインの濃度や量の管理、またブラインに含まれる防錆
剤の濃度管理、２〜３年毎のブライン交換などを行なう
必要がある。このような作業は上述の「快適化」に相反
するものである。

【００２０】そこで、冷凍サイクルのみを用いて直膨式
の室内熱交換器を採用し、かつ輻射パネル８の結露を防
止するような、輻射パネルを含むシステムを実現する方
法として、たとえば以下のようなものが考えられる。そ
の方法では、圧縮機を２台用意する。１台の圧縮機は室
内の蒸発器に供給される冷媒の圧縮用に用いられる。他
の１台は輻射パネルに送られる冷媒を圧縮するために用
いられる。輻射パネル８用の圧縮機の容量を変化させる
ことにより、輻射パネル８の表面温度を制御することが
できる。しかし、このような方法では、各圧縮機を制御
することが難しく、加えて２台の圧縮機を必要とするた
め製造コストが嵩む。したがってこの方法は現実的では
なく、実用化されていない。

【００２１】

【００２２】請求項１または６に記載の発明の目的は、
従来装置よりも少ないエネルギ消費で、輻射を利用して
空気調和を実現するとともに、輻射パネルなどの輻射熱
交換手段の表面に結露が生ずるのを防止することであ
る。

【００２３】請求項２に記載の発明の目的は、従来装置
よりも少ないエネルギ消費で、輻射を利用して、かつ輻
射パネルなどの輻射熱交換手段の表面に結露が生ずるの
を防止できる空気調和を実現するとともに、空気調和の
制御系の制御精度をより高度にすることである。

【００２４】請求項３に記載の発明の目的は、従来装置
よりも少ないエネルギ消費で、輻射パネルなどの輻射熱
交換手段の表面に結露が生ずるのを防止しながら、輻射
を利用してより高度な制御精度で空気調和を実現すると
ともに、制御精度を容易に変更できる空気調和機を提供
することである。

【００２５】請求項４に記載の発明の目的は、従来装置
よりも少ないエネルギ消費で、輻射パネルなどの輻射熱
交換手段の表面に結露が生ずるのを防止しながら、輻射
を利用して、より高度に制御でき、かつ容易に変更可能
な制御精度で空気調和を実現するとともに、輻射パネル
数の変化など、構成の変化に応じて制御動作を変化させ
るように容易に制御系を調整することができる空気調和
機を提供することである。

【００２６】請求項５に記載の発明の目的は、従来装置
よりも少ないエネルギ消費で、輻射パネルなどの輻射熱
交換手段の表面に結露が生ずるのを防止しながら、輻射
を利用してより高度な制御動作により、かつ容易に変更
可能な制御精度で空気調和を実現し、さらに輻射パネル
数の変化など、構成の変化に対しても制御動作が最適な
なるように簡単な操作で制御系を調整することができる
空気調和機を提供することである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の空気調
和機は、冷媒が所定の方向に流通する管路と、この管路
中に所定の方向に沿ってこの順序で連結されて冷凍サイ
クルを構成するための圧縮機と、凝縮器と、第１の膨張
弁と、蒸発器とを含み、さらに、蒸発器と並列に、冷凍
サイクル内に組込まれるように管路に連結され、輻射熱
を吸収して熱交換により冷媒に伝達するための輻射パネ
ルなどの輻射熱交換手段と、輻射熱交換手段と凝縮器と
の間の管路に設けられ、他から与えられる制御信号に応
答して、凝縮器から管路を流通してくる冷媒を断熱膨張
させるとともに制御信号により特定される量だけ輻射熱
交換手段に与えるための第２の膨張弁と、室内温湿度を
検出するための温湿度検出センサなどの室内温湿度検出
手段と、輻射熱交換手段における冷媒の過熱度を検出す
るための温度センサなどからなる過熱度検出手段と、室
内温湿度検出手段と過熱度検出手段との出力に応答し
て、第２の膨張弁の操作量を決定し、制御信号を第２の
膨張弁に与えるための膨張弁操作量決定手段とを含む。

【００２８】膨張弁操作量決定手段は、室内温湿度検出
手段の出力に基づいて室内露点温度を算出するための露
点温度算出手段と、室内温湿度検出手段の出力する室内
温度と露点温度算出手段の出力とに基づいて、室内温度
と露点温度との差の、単位時間当たりの変化量を検出す
るための室内温度露点温度差変化量検出手段と、予め定
める目標過熱度と、過熱度検出手段の出力する検出過熱
度との差を検出するための過熱度偏差検出手段と、過熱
度偏差検出手段の出力する過熱度偏差に基づいて、過熱
度偏差の単位時間当たりの変化量を検出するための過熱
度偏差変化量検出手段と、室内温度露点温度差変化量検
出手段と過熱度偏差検出手段と過熱度偏差変化量検出手
段との出力を入力変数として、所定の推論形式に従い推
論を行ない第２の膨張弁の操作量を決定するための推論
手段とを含む。

【００２９】請求項２に記載の空気調和機は、請求項１
に記載の空気調和機であって、その推論手段は、室内温
度の露点温度差変化量検出手段と、過熱度偏差検出手段
と、過熱度偏差変化量検出手段との出力を入力変数とし
て、ファジィ推論を行ない第２の膨張弁の操作量を出力
変数として決定するためのファジィ推論手段を含む。

【００３０】請求項３に記載の空気調和機は、請求項２
に記載の空気調和機であって、その膨張弁操作量決定手
段はさらに、各入力変数の値にそれぞれ所定の換算係数
を乗ずることによって規格化してファジィ推論手段に与
えるための規格化手段を含む。

【００３１】請求項４に記載の空気調和機は、請求項３
に記載の空気調和機であって、その膨張弁操作量決定手
段はさらに、換算係数の値を、冷凍サイクルの被制御系
の条件に応じて変化させるための換算係数変更手段を含
む。

【００３２】請求項５に記載の空気調和機は、請求項４
に記載の空気調和機であって、その換算係数変更手段
は、冷凍サイクルの被制御系における輻射熱交換手段の
制御定数を設定するための制御定数設定手段と、輻射熱
交換手段の、予め定める複数個の制御定数の値と、各制
御定数の値に応じてそれぞれ予め一通りに定められる、
各入力変数の換算係数の値との組を格納するための記憶
手段と、制御定数記憶手段に設定された制御定数に対応
した換算係数を記憶手段から読出して規格化手段に与え
るための読出手段とを含む。請求項６に記載の空気調和
器は、冷媒が所定の方向に流通する管路と、この管路中
に、冷媒の流通方向に沿ってこの順序で連結されて冷凍
サイクルを構成するための圧縮器と、凝縮器と、第１の
膨張弁と、蒸発器とを含む。この空気調和器はさらに、
蒸発器と並列に冷凍サイクル内に組込まれるように管路
に連結された輻射パネルと、輻射パネルと管路との間に
設けられた第２の膨張弁とを含む。第２の膨張弁は断熱
膨張された冷媒を他から与えられる制御信号により特定
される量だけ輻射パネルに与える。空気調和器はさら
に、輻射パネルの近傍に設けられる湿度センサと、輻射
パネルの入口および出口における冷媒の温度を検出する
ための温度センサと、湿度センサの出力と、温度センサ
の出力とに応答して、第２の膨張弁の操作量を決定し、
制御信号を前記第２の膨張弁に与えるための処理プログ
ラムを実行する中央処理装置とを含む。この中央処理装
置が実行する処理プログラムが実現する機能は、湿度セ
ンサの出力する室内温湿度に基づいて室内露点温度を算
出する露点温度算出手段と、湿度センサの出力する室内
温度と、露点温度算出手段で算出される室内露点温度と
に基づいて、室内温度と室内露点温度との差の、単位時
間あたりの変化量を検出するための室内温度露点温度差
変化量検出手段と、予め定める目標過熱度と、温度セン
サの出力より計算される、輻射パネルの過熱度との差を
検出するための過熱度偏差検出手段と、過熱度偏差検出
手段の出力に基づき、過熱度偏差の単位時間あたりの変
化量を検出するための過熱度偏差変化量検出手段と、室
内温度露点温度差変化量検出手段と、過熱度偏差検出手
段と、過熱度偏差変化量検出手段との出力を入力変数と
して、所定の推論方式に従って推論を行ない第２の膨張
弁の操作量を決定するための推論手段とを含む。

【００３３】

【作用】請求項１に記載の空気調和機においては、室内
温湿度検出手段により室内温湿度が、過熱度検出手段に
より輻射熱交換手段における冷媒の過熱度がそれぞれ検
出され、膨張弁操作量決定手段に与えられる。膨張弁操
作量決定手段は与えられた情報に基づいて第２の膨張弁
の操作量を決定し、第２の膨張弁に制御信号を与える。
第２の膨張弁は、この制御信号に応答して、凝縮器から
管路を流通してくる冷媒を断熱膨張させるとともに制御
信号により特定される量だけ輻射熱交換手段に与える。
輻射熱交換手段は、輻射により吸収した熱を、熱交換に
より冷媒に与える。冷媒は管路を流通して圧縮機で圧縮
され凝縮器に貫流する。すなわち、輻射による空気調和
が、輻射以外による空気調和と同一の冷凍サイクルを用
いて行なわれ、かつその温度制御が独立に行なわれる。

【００３４】また、室内温湿度検出手段の出力に基づい
て室内露点温度が、室内温度と室内露点温度とに基づい
て室内温度露点温度差変化量が、予め定められる目標過
熱度と検出過熱度とから過熱度偏差と過熱度偏差変化量
とがそれぞれ求められ、入力変数として推論手段に与え
られる。推論手段は、所定の推論形式に従って、入力変
数の値に応じた第２の膨張弁の操作量を決定し、制御信
号として出力する。入力変数として過熱度偏差のみなら
ず室内温度露点温度差変化量と過熱度偏差変化量とが用
いられるため、制御系の将来のふるまいを予測して操作
量を推論することができる。

【００３５】請求項２に記載の空気調和機においては、
請求項１に記載の空気調和機の作用に加えて、推論手段
においてファジィ推論による処理が行なわれる。ファジ
ィ推論によれば、その制御精度を任意に設定することが
でき、ファジィ制御特有のソフトな制御をすることがで
きる。

【００３６】請求項３に記載の空気調和機においては、
請求項２に記載の空気調和機の作用に加えて、各入力変
数の値は、それぞれ所定の換算係数か乗せられて規格化
される。各換算係数を変化させることにより、ファジィ
推論の方式そのものを変化させることなく、各入力変数
に与えられた重み付けを容易に変化させることができ
る。

【００３７】請求項４に記載の空気調和機においては、
請求項３に記載の空気調和機の作用に加えて、換算係数
変更手段を用いることにより、換算係数の値を、冷凍サ
イクルの被制御系の条件に応じて容易に変化させること
ができる。

【００３８】請求項５に記載の空気調和機においては、
請求項４に記載の空気調和機の作用に加えて、制御定数
設定手段に、冷凍サイクルの被制御系における輻射熱交
換手段の制御定数を設定することができる。また記憶手
段には、予め、様々な制御定数の値に応じて最適な換算
係数を格納しておくことができる。読出手段は、設定さ
れた制御定数の値に対応した換算係数を記憶手段から読
出して規格化手段に与える。空気調和機の構成に変化が
あり、制御定数が変化する場合にも、その都度換算係数
を設定しなおす必要がなく、空気調和機の構成の変化に
応じて制御定数を設定しなおすだけで制御動作を調整す
ることができる。請求項６に記載の空気調和機において
は、湿度センサにより室内温湿度が検出され、温度セン
サによる輻射パネルの入口および出口における冷媒の温
度の検出から輻射パネルの過熱度がそれぞれ検出され、
中央処理装置に与えられる。中央処理装置は、処理プロ
グラムを実行し、与えられた情報に基づいて第２の膨張
弁の操作量を決定し、第２の膨張弁に制御信号を与え
る。第２の膨張弁は、この制御信号に応答して、凝縮器
から管路を流通してくる冷媒を断熱膨張させるとともに
制御信号により特定される量だけ輻射パネルに与える。
輻射パネルは、輻射により吸収した熱を、熱交換により
冷媒に与える。冷媒は管路を流通して圧縮機で圧縮され
凝縮器に貫流する。すなわち、輻射による空気調和が、
輻射以外による空気調和と同一の冷凍サイクルを用いて
行なわれ、かつその温度制御が独立に行なわれる。ま
た、湿度センサの出力に基づいて室内露点温度が、室内
温度と室内露点温度とに基づいて室内温度露点温度差変
化量が、予め定められる目標過熱度と検出過熱度とから
過熱度偏差と過熱度偏差変化量とがそれぞれ求められ、
入力変数として推論手段に与えられる。推論手段は、所
定の推論形式に従って、入力変数の値に応じた第２の膨
張弁の操作量を決定し、制御信号として出力する。入力
変数として過熱度偏差のみならず室内温度露点温度差変
化量と過熱度偏差変化量とが用いられるため、制御系の
将来のふるまいを予測して操作量を推論することができ
る。

【００３９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明にかかる空気調
和機の一実施例につき説明する。図２は、本発明の一実
施例にかかる空気調和機の制御系統を示すブロック図で
ある。図２を参照して、本発明の一実施例にかかる空気
調和機１は、冷媒が流通する管路７と、管路７内にこの
順で設けられた圧縮機２と、凝縮器３および送風機１８
と、膨張弁（第１の膨張弁）４と、蒸発器６および送風
機１９とを含む。管路７にはさらに、蒸発器６と並列に
なるように輻射パネル８が設けられている。輻射パネル
８の、冷媒の入口側および出口側の管路７にはそれぞ
れ、膨張弁（第２の膨張弁）５および膨張弁９が設けら
れている。膨張弁５は、輻射パネル８の冷房負荷を調節
するためのものである。膨張弁９は、輻射パネル８にお
いて蒸発する冷媒の蒸発温度を調節するためのものであ
る。各膨張弁４、５、９は管路７の冷媒の流路に設けら
れた弁を有し、この弁を開閉自在に強制できる。各膨張
弁４、５、９は、それぞれ制御性に優れたステッピング
モータ（図示せず）によって駆動されている。

【００４０】さらに空気調和機１は、蒸発器６の冷媒入
側に設けられ、冷媒入口温度Ｔｈｅｘｉを検出するため
の温度センサ１４と、蒸発器６の冷媒出側に設けられ、
冷媒出口温度Ｔｈｅｘｏを検出するための温度センサ１
５と、輻射パネル８の冷媒入側に設けられ、輻射パネル
８の冷媒入口温度Ｔｐｉを検出するための温度センサ１
６と、輻射パネル８の冷媒出側に設けられ、輻射パネル
８の冷媒出口温度Ｔｐｏを検出するための温度センサ１
７と、輻射パネル８に設けられ、輻射パネル８の表面温
度Ｔｐｓを検出するための温度センサ１１と、輻射パネ
ル１８の近傍に設けられ、輻射パネル８の近傍の室内空
気温度Ｔａおよび湿度Ｒｘを検出するための室内温湿度
検出手段としての湿度センサ１０と、温度センサ１１、
１４〜１７の出力と温湿度センサ１０の出力とに応答
し、膨張弁４、５、９の開量をそれぞれ計算して制御す
るための膨張弁制御装置１２とを含む。

【００４１】図３を参照して、膨張弁制御装置１２はマ
イクロコンピュータに類似した機能を有しており、ＣＰ
Ｕ（中央処理装置）２２と、ＣＰＵ２２の制御の下に実
行されるプログラムおよびデータなどが予め記憶される
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２５と、随
時データを書込／読出することができるＲＡＭ（Ｒａｎ
ｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２６と、ＣＰＵ
２２により起動がかけられたことに応答して計時を開始
し、その計時データがＣＰＵ２２によって読取られるタ
イマ２３と、ＣＰＵ２２の動作周波数を定めるためのク
ロック信号を発生するクロック発振回路２４と、図２に
示される輻射パネル８の数を１〜９まで設定することが
でき、設定値をＣＰＵ２２に与えるための輻射パネル台
数設定装置２０と、温度センサ１１、１４〜１７、湿度
センサ１０、膨張弁４、５、９およびＣＰＵ２２に接続
され、上述の各部とＣＰＵ２２との間の信号の入出力を
行なうための入出力回路２１とを含む。

【００４２】ＣＰＵ２２によって実行されるプログラム
の制御の構造は、図１および図１０に示されるようにな
っている。このプログラムによって、特許請求の範囲に
記載の露点温度算出手段と、室内温度露点温度差変化量
検出手段と、過熱度偏差変化量検出手段と、ファジィ推
論手段と、規格化手段と、換算係数変更手段とが実現さ
れる。また、このプログラムの一部と温度センサ１６、
１７によって過熱度偏差検出手段が実現される。

【００４３】膨張弁制御装置１２による各膨張弁４、
５、９の開度を計算する処理の詳細は後述することにし
て、図２、３に示される装置の動作の概略を説明する。
圧縮機２は、管路７内を還流してくる昇温された冷媒を
圧縮し、高温高圧にして凝縮器３に与える。凝縮器３
は、高温高圧の冷媒と、送風機１８によって送り込まれ
る外気との間の熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化して管
路７内に送り出す。管路７に送り出された冷媒は、蒸発
器６および輻射パネル８に向けて矢印Ａ、Ｂで示される
ように分流され、それぞれ膨張弁４、５に至る。

【００４４】膨張弁４に導かれた冷媒は、膨張弁４によ
って減圧され低温低圧の気液２相状態となって蒸発器６
に与えられる。蒸発器６は、送風機１９によって送り込
まれる室内空気と冷媒との間で熱交換を行なう。熱交換
の結果冷媒は蒸発気化し、低温低圧の蒸気となる。一方
室内空気は冷却・除湿されて室内に戻され、室内の冷房
に供される。蒸発気化した冷媒は再び圧縮機２に還流す
る。なお、膨張弁４の開度は膨張弁制御装置１２によっ
て制御される。

【００４５】一方、膨張弁５に導かれた冷媒は、この膨
張弁５によって減圧され低温低圧の気液２相状態とな
り、輻射パネル８に与えられる。輻射パネル８は、室内
の輻射熱を吸収して冷媒との間で熱交換を行なう。この
熱交換の結果冷媒は輻射パネル８内で蒸発し、低温低圧
の蒸気となる。気化した冷媒は膨張弁９を経て圧縮機２
に還流する。このとき、輻射パネル８の冷媒蒸発温度
は、膨張弁制御装置１２による膨張弁９の開度の制御に
よって、パネルの表面に結露が生じないように調整され
る。輻射パネル８によって室内からの輻射熱が吸収され
るため、輻射冷房が行なわれる。

【００４６】以上のように圧縮機２、凝縮器３、輻射パ
ネル８および蒸発器６によって冷凍サイクルが形成さ
れ、強制対流および輻射による冷房が行なわれる。

【００４７】図１、３、１０を参照して、上述の空気調
和機１の各膨張弁４、５、９の制御処理手順を説明す
る。図１、図１０に示されるフローチャートは図２のＲ
ＯＭ２５に格納されている、ＣＰＵ２２で実行されるプ
ログラムの制御構造のフローチャートである。

【００４８】ステップＳ０において、操作者により、図
３に示される輻射パネル台数設定装置２０を用いた輻射
パネル台数Ｎｎの設定が行なわれる。輻射パネル台数を
このように予め設定するのは、以下のような理由によ
る。膨張弁４、５、９は前述のようにステッピングモー
タによって駆動されている。この駆動制御は、ＰＩ制御
やＰＩＤ制御で行なうのが一般的である。Ｐは比例制
御、Ｉは積分制御、Ｄは微分制御をそれぞれ表わす。Ｐ
Ｉ制御やＰＩＤ制御は、ある特定の条件においては最適
な制御を行なうことが可能であることが知られている。
しかし、ＰＩ制御やＰＩＤ制御は、被制御系の条件（時
定数や制御感度）がある程度変ると、比例定数や積分定
数などを再調整しなければ大きなオーバーシュートやハ
ンチングを発生し、さらには発散してしまうこともあ
り、常に最適な制御をすることは困難であるとされてい
る。

【００４９】本発明にかかる空気調和機において用いら
れている輻射パネルの場合、その配管長さが非常に長く
なる。たとえば輻射パネル１ｍ² 当たりの配管の長さは
４〜６ｍにも及ぶ。この場合冷凍サイクルを制御するた
めの時定数が大きくなってしまい、膨張弁を制御するこ
とが大変難しい。また、輻射パネルの設置台数は部屋の
大きさや設備予算などで制限される。輻射パネル配管長
さは輻射パネルの設置台数に左右され、一様ではない。
したがってシステムごとに膨張弁の制御定数を試運転を
繰り返しながら調整しなければならないという不都合が
ある。また一旦設置された空気調和機において、輻射パ
ネルの設置台数を変更することもあり得る。この場合に
も上述のような調整をしなければならない。

【００５０】輻射パネル台数設定装置２０は、上述のよ
うな手間を省略することを目的として設けられたもので
ある。すなわち、ＲＯＭ２５に、輻射パネルの台数によ
り索引付けられた制御定数のテーブルを用意しておき、
このプログラムの実行時に輻射パネル台数設定装置２０
から与えられる輻射パネルの台数に応じてＲＯＭ２５か
ら適当な制御定数を読出し、この制御定数を用いて空気
調和機の制御が行なわれる。このようにすることによ
り、輻射パネルの台数を装置２０で設定することのみに
より、制御動作を最適に調整することができる。また、
輻射パネルの台数に変更があった場合にも容易に最適な
制御を実現することができる。

【００５１】再び図１を参照して、ステップＳ０の後制
御はステップＳ１に進む。ステップＳ１およびＳ２にお
いて、各膨張弁４、５、９は初期状態に設定される。す
なわちステップＳ１において膨張弁４、５、９はすべて
一旦全閉状態とされる。続いてステップＳ２において、
各膨張弁４、５、９はそれぞれ、予め各弁について定め
られた開度に設定される。たとえば、すべての弁は中間
の開度に設定される。制御はステップＳ３に進む。

【００５２】ステップＳ３においては、各温度センサ１
０、１１、１４〜１７により検出された温度データＴｈ
ｅｘｉ、Ｔｈｅｘｏ、Ｔｐｉ、Ｔｐｏ、Ｔｐｓ、Ｔａお
よびＲｈが入力される。室内温度Ｔａおよび湿度Ｒｈか
ら室内空気露点温度Ｔａｄが算出される。制御はステッ
プＳ４に進む。

【００５３】ステップＳ４においては、幅射パネルの表
面温度Ｔｐｓが室内空気露点温度Ｔａｄよりも２度以上
高いか否かが判断される。判断の答がＹＥＳであれば制
御はステップＳ６に進み、さもなければ制御はステップ
Ｓ５に進む。このステップＳ４の処理は、輻射パネル８
の表面に結露が生ずることを防ぎつつ輻射パネル８によ
る冷房運転をするか否かを定めるためのものである。輻
射パネルの表面の結露を防ぐためには、表面温度Ｔｐｓ
が室内空気の露点Ｔａｄよりも高くなければならない。
ステップＳ４における判断は、この条件にさらに室内空
気の温湿度分布や各温度センサの測定精度を考慮した上
で定められたものである。

【００５４】ステップＳ４の処理により、表面温度Ｔｐ
ｓが室内空気の露点温度Ｔａｄより２℃以上高い場合に
は輻射パネルを用いた冷房運転がステップＳ６以下で行
なわれる。一方、上述の条件が成り立たない場合には膨
張弁５、９がステップＳ５の処理によって全閉とされ
る。ステップＳ５の処理により、室内に設置された蒸発
器６による室内空気の除湿が促進されることになる。そ
してステップＳ４に記載された条件が満たされるまで輻
射パネル８による冷房の運転が中止される。ステップＳ
５の後制御はステップＳ１４に進む。

【００５５】一方、ステップＳ４から制御がステップＳ
６に進んだ場合、ステップＳ６においては、膨張弁５、
９がそれぞれ適切な開度にあるか否かの判断が行なわれ
る。判断の答がＹＥＳであれば制御はステップＳ８に進
み、さもなければ制御はステップＳ７に進む。

【００５６】制御がステップＳ７に進んだ場合には、膨
張弁５、９はそれぞれ適した開度に設定される。ステッ
プＳ７の後制御はステップＳ３に戻る。

【００５７】ステップＳ６から制御がステップＳ８に進
んだ場合、輻射パネル冷媒入口温度Ｔｐｉと、輻射パネ
ル冷媒出口温度Ｔｐｏと、室内温度Ｔａおよび室内空気
露点温度Ｔａｄに基づき、ファジィ推論により膨張弁５
の操作量が決定される。このファジィ推論の内容は、図
１０を参照して後に詳しく説明される。通常の空気調和
機においては、蒸発器入側の膨張弁４の制御が、蒸発器
６の過熱度（蒸発器冷媒出口温度−蒸発器冷媒入口温
度）に応じて制御される。本実施例にかかる空気調和機
１の蒸発器６および輻射パネル８においても、その膨張
弁４、５は同様の過熱度に基づき制御される。ただし、
冷房運転に当たっては、まず輻射パネル８の過熱度を調
整するための膨張弁５の制御が最初に実行される。Ｓ８
の後制御はステップＳ９に進む。

【００５８】ステップＳ９においては、ステップＳ８に
よって決定された操作量に従って膨張弁５の開度を調整
する処理が行なわれる。すなわち、図３に示されるＣＰ
Ｕ２２から入出力回路２１を経て膨張弁５を駆動するた
めの図示されないステッピングモータに対して制御信号
が送られる。ステップＳ９の後制御はステップＳ１０に
進む。

【００５９】ステップＳ１０〜Ｓ１１における処理は、
輻射パネル８の冷媒蒸発温度を調整するための膨張弁９
を制御するための処理である。この場合にも輻射パネル
８の表面に結露を生ずることがないように膨張弁９の開
度が制御される。すなわちステップＳ１０において、輻
射パネル８の表面温度Ｔｐｓが室内空気の露点Ｔａｄよ
りも５℃以上高いか否かが判断される。判断の答がＹＥ
Ｓであれば制御はステップＳ１１に進み、さもなければ
制御はステップＳ１２に進む。ＴｐｓがＴａｄよりも高
ければ結露を生ずることがないが、ステップＳ１０にお
ける判断においては室内温度の温湿度分布あるいは各温
度センサの測定精度を考慮して、ＴｐｓがＴａｄよりも
５℃以上大きいか否かによって膨張弁９の開度を大きく
するか否かを定めるようにされている。

【００６０】ステップＳ１１に制御が進んだ場合には、
輻射パネル８の表面に結露を生ずるおそれがないため、
膨張弁９の開度が大きくされる。それにより輻射パネル
８における冷媒蒸発温度が下げられる。制御はステップ
Ｓ１４に進む。

【００６１】ステップＳ１０からステップＳ１２に制御
が進んだ場合、ＴｐｓがＴａｄ＋３℃よりも低いか否か
が判断される。＋３℃という値も、上述の温湿度分布あ
るいは各温度センサの測定精度を考慮したものである。
ステップＳ１２における判断の答がＹＥＳであれば制御
はステップＳ１３に進み、さもなければ制御はステップ
Ｓ１４に進む。

【００６２】ステップＳ１３に制御が進んだ場合、輻射
パネルの表面温度と露点温度Ｔａｄとの違いが少なく、
輻射パネル８の表面に結露が生ずるおそれがある。その
ため膨張弁９の開度を小さくする処理が行なわれ、パネ
ルの表面に結露が生ずることが防がれる。すなわち、輻
射パネル８の出側を通る冷媒の量が減少し、輻射パネル
８における冷媒蒸発温度が上昇する。ステップＳ１２に
おける判断の答がＮＯであれば膨張弁９の開度は適正な
ところにあると考えられ、その調整は行なわれない。

【００６３】ステップＳ１４〜Ｓ１７において行なわれ
る処理は、蒸発器６の過熱度を適正にするために膨張弁
４の開度を制御する処理である。過熱度（Ｔｈｅｘｏ−
Ｔｈｅｘｉ）についても、輻射パネル８の場合と同様に
過熱度について所定の温度幅（３〜５℃）が予め設定さ
れている。そして過熱度が５℃を越えた場合には膨張弁
４の開度を大きくして蒸発器６の冷房負荷を大きくし、
過熱度が３℃以下のときには膨張弁４の開度を小さくす
る。すなわち、ステップＳ１４においては、過熱度が５
℃を越えているか否かの判断が行なわれる。判断の答が
ＹＥＳであれば制御はステップＳ１５に進み、さもなけ
れば制御はステップＳ１６に進む。

【００６４】ステップＳ１５に進んだ場合には、前述の
ように過熱度が所定の温度幅を越えたため、膨張弁４の
開度が大きくされる。これによって蒸発器６の冷房負荷
は大きくなる。制御はその後ステップＳ３に戻る。

【００６５】ステップＳ１４からステップＳ１６に制御
が進んだ場合、過熱度が３℃以下であるか否かの判断が
行なわれる。判断の答がＹＥＳであれば制御はステップ
Ｓ１７に進む。判断の答がＮＯであれば過熱度が適正な
温度幅内にある訳であるから、膨張弁４の開度の調節は
行なわれず制御はステップＳ３に戻る。

【００６６】ステップＳ１７においては、過熱度が適切
な温度幅を下回っているため、膨張弁４の開度を小さく
処理が行なわれる。これにより蒸発器６の冷房負荷は小
さくなる。ステップＳ１７の後制御はステップＳ３に戻
る。

【００６７】以上のようにステップＳ３〜Ｓ１７の処理
を繰返し実行することより、本発明の一実施例にかかる
空気調和機が制御される。上述の説明から明らかなよう
に、本発明の実施例の空気調和機１によれば、輻射パネ
ル８の冷媒入側の膨張弁５により輻射パネル８における
冷媒の過熱度も調節することができる。また、冷媒出側
の膨張弁９によって、輻射パネル８内の冷媒蒸発温度
（圧力）を調節することができる。従来のように輻射パ
ネル８および蒸発器６をともに駆動するためのブライン
サイクルを用いる必要がなく、冷凍サイクルのみによっ
て強制対流と輻射とを利用した冷房を行なうことができ
る。しかも膨張弁５、９の制御により輻射パネル８に結
露を生ずるおそれはない。従来のようにブラインサイク
ルと冷凍サイクルとを設け、その両者の間で冷媒・ブラ
イン熱交換器を介在させたりする必要もない。加えてブ
ライン用の循環ポンプも不要であり、それらを駆動する
ための動力も必要ではない。したがって本実施例の空気
調和機１は、従来の空気調和機よりも簡素な構成で、製
造コストも低減でき、運転時の熱効率もよくてエネルギ
消費を少なく押さえることができる。

【００６８】図１０は、図１のステップＳ８において行
なわれるファジィ推論のためのルーチンのフローチャー
トである。図１０について説明する前に、一般的なファ
ジィ推論についての説明を以下において行なっておく。
ファジィ推論とは、「大きい」、「早い」など、人間の
主観に伴う曖昧さを取扱うファジィ理論がシステムの制
御に応用された際に、システム側において実行される制
御状態を決定するための推論処理である。

【００６９】典型的なファジィ推論においては、ファジ
ィルールと呼ばれる１または複数個のルールが予め用意
される。そして、現実のシステムの状態が個々のファジ
ィルールを満足する度合いを求め、その結果を各ルール
について合成し（ｍａｘ−ｍｉｎ演算）、合成結果の重
心を求め（デファジファイヤ）、これを推論結果とす
る。

【００７０】ファジィルールは、入力値と出力値との関
係を定式化したものである。たとえば入力値Ａ、Ｂと出
力値Ｘとの間に、「Ａが大きく、かつＢが普通ならば、
Ｘは小さくせよ」のような形で関係を定義している。

【００７１】ファジィ推論においては、入力値はすべて
［０，１］の範囲の値に変換された後、前述のｍａｘ−
ｍｉｎ演算以下の処理に供される。この入力値の変換を
定義するのが、「メンバシップ関数」と呼ばれる関数で
ある。

【００７２】メンバシップ関数は、ファジィ・ルールが
扱う命題（上述の例で言えば「大きい」、「普通」およ
び「小さい」など）ごとに定義される。メンバシップ関
数は、入力値が上述の命題をどの程度満足するかを
〔０，１〕の区間の値に変換する。この値は、ある入力
値が上述の命題で規定される集合にどの程度属するかを
表わす値を示すと考えられる。この集合は、従来考えら
れていた集合と異なり、「属する」「属さない」のみで
なく、その中間の値をも許すもので、ファジィ集合と呼
ばれる。各命題には、その命題を特定するためのファジ
ィ・ラベルと呼ばれるラベルが付されるため、ファジィ
集合がファジィ・ラベルによって一意に特定される。

【００７３】図４は、２つのファジィ・ルール、２入力
値および１出力値の場合におけるファジィ推論の最も一
般的な方法を説明するための図である。この図は「ファ
ジィ・チップ相次ぎ登場、高速推論で機器組込みを狙
う」（浅見直樹、稲葉則夫、「日経エレクトロニクス」
１９８８年１０月３日号、Ｎｏ．４５７、ｐｐ．１５７
−１６８）の第１６０頁に記載された図である。なお図
４においては、上述の「日経エレクトロニクス」に示さ
れた図に対し、若干付け加えられた部分がある。図４を
参照して、このフォーカスはルール１、ルール２、…の
２つ以上のファジィルールを用いる。ルール１において
は３つの命題「ＢＩＧ」「ＮＯＲＭＡＬ」「ＳＭＡＬ
Ｌ」が用いられている。各命題「ＢＩＧ」「ＮＯＲＭＡ
Ｌ」「ＳＭＡＬＬ」には、図４に示されるように同じ名
前で表わされるメンバシップ関数「ＢＩＧ」「ＮＯＲＭ
ＡＬ」「ＳＭＡＬＬ」というメンバシップ関数が各入力
値ごとに定義されている。図４に示されるルール１の場
合、入力値Ａをメンバシップ関数ＢＩＧに通すことによ
り、入力値Ａに対するメンバシップ値ＢＩＧ（Ａ）が求
められる。同様に入力値Ｂをメンバシップ関数ＮＯＲＭ
ＡＬに通すことにより、入力値Ｂに対するメンバシップ
値ＮＯＲＭＡＬ（Ｂ）が求められる。

【００７４】ルール１において、メンバシップ関数ＢＩ
Ｇ、ＮＯＲＭＡＬにより与えられる、入力値Ａ、Ｂに対
するファジィ集合は前件部と呼ばれる。メンバシップ関
数ＳＭＡＬＬにより与えられる、出力値Ｘに対するファ
ジィ集合は後件部と呼ばれる。ファジィ・ルール１は、
「ＡがＢＩＧであり、かつＢがＮＯＲＭＡＬであるなら
ば、ＸをＳＭＡＬＬにせよ」というルールを記述してい
る。

【００７５】ファジィルール２も同様に「もしＢがＶＥ
ＲＹ ＢＩＧであり、かつＣがＳＭＡＬＬであるなら
ば、ＸをＮＯＲＭＡＬにせよ」というルールを記述して
いる。このルール２には、３つの命題ＶＥＲＹ ＢＩ
Ｇ、ＳＭＡＬＬ、ＮＯＲＭＡＬが用いられている。各命
題に対しては、同じ名前を有するメンバシップ関数ＶＥ
ＲＹ ＢＩＧ、ＳＭＡＬＬ、ＮＯＲＭＡＬが定義されて
いる。そして、入力値Ｂもメンバシップ関数ＶＥＲＹ
ＢＩＧに通すことによりメンバシップ値ＶＥＲＹ ＢＩＧ
（Ｂ）が得られ、入力値Ｃをメンバシップ関数ＳＭＡＬ
Ｌに通すことにより、メンバシップ値ＳＭＡＬＬ（Ｃ）
が得られる。

【００７６】図４のメンバシップ関数により示されるフ
ァジィ集合によって特定されたシステムにおいて、入力
変数Ａ、ＢおよびＣとして入力値Ａ０、Ｂ０およびＣ０
がそれぞれ与えられるものとする。ルール１の前件部に
おいては、メンバシップ関数ＢＩＧ（Ａ０）によりメン
バシップ値Ａ１が求められる。入力値Ｂ０についても、
メンバシップ関数ＮＯＲＭＡＬ（Ｂ０）によりメンバシ
ップ値Ｂ１が求められる。続いて、入力値Ａ０、Ｂ０が
ルール１を満足する度合いを求めるために、メンバシッ
プ値Ａ０、Ｂ０の最小値が求められる。この演算はｍｉ
ｎ演算と呼ばれる。ルール１においては最小値はＢ１で
ある。ルール１において得られたメンバシップ値の最小
値Ｂ１を用いて、ルール１の後件部のファジィ集合を制
限する。すなわち、ルール１の後件部のメンバシップ関
数ＳＭＡＬＬを、ｍｉｎ演算で得られた値Ｂ１で切り取
る（頭切り）。後件部のメンバシップ関数ＳＭＡＬＬの
残った部分（図４の斜線部）をｍ１Ｘ′（Ｘ）とする。

【００７７】ルール２においても、同様の処理が行なわ
れる。この場合図４には図示されていないが、メンバシ
ップ値の最小値は入力値Ｃ０に対応する値Ｃ１であるも
のとする。続いてルール２の後件部で、ｍｉｎ演算によ
って得られた値Ｃ１でメンバシップ関数ＮＯＲＭＡＬを
頭切りし、斜線部分を得る。この斜線により表わされる
部分をｍ２Ｘ′（Ｘ）とする。他のルールにおいても同
様の処理が行なわれる。

【００７８】続いて、各ルールにおける後件部によって
得られたメンバシップ関数ｍ１Ｘ′（Ｘ）、ｍ２Ｘ′
（Ｘ）、…の論理和を取る。論理和をとることにより、
変数Ｘに対して、メンバシップ関数ｍ１Ｘ′、ｍ２
Ｘ′、…の値の最大値をとるような新たなメンバシップ
関数ｍＸが得られる。この演算をｍａｘ演算と呼ぶ。

【００７９】ファジィ推論により、メンバシップ関数ｍ
Ｘ（Ｘ）が得られたわけであるが、このままでは現実の
システムの制御を行なうことはできない。そのため、以
下のようにして制御のための出力変数を定める。一般的
には、新たに定義されたメンバシップ関数ｍＸ（Ｘ）と
Ｘ軸との間に挟まれる部分の重心のＸ座標を求める。得
られたＸ座標Ｘｇが、出力Ｘに対する推論結果として出
力され、システムの制御に用いられる。以上がファジィ
推論の最も一般的な方法である。

【００８０】ファジィ推論においては、（１）メンバシ
ップ値の計算、（２）最小値の計算（ｍｉｎ演算）、
（３）最大値の計算（ｍａｘ演算）および（４）出力値
（重心座標）の計算を一連の処理で実行する必要があ
る。ファジィ推論を通常のコンピュータのソフトウェア
で実行する場合、各ルールに対する処理を逐次１つずつ
行なう必要がある。すなわち、まず各ルールごとに順次
メンバシップ値の計算、ｍｉｎ演算を実行する。すべて
のルールに対して前件部の処理が行なわれた後、各ルー
ルの出力結果に対してｍａｘ演算を実行する必要があ
る。したがって、通常のコンピュータで実行されるソフ
トウェアを用いたファジィ推論においては、使用される
ルール数とファジィ推論の処理速度とは比例関係にある
ことになる。

【００８１】以上の一般的なファジィ推論の方法につい
ての説明が、本発明で実行されるファジィ推論について
も当てはまる。すなわち、本発明の一実施例にかかる空
気調和機においても、図５に示されるような７つのファ
ジィラベルが使用される。この７種類のファジィラベル
は、一般的に使用されているものである。しかし、本発
明はこの７種類のファジィラベルを用いるようなファジ
ィ推論に限定されるものではない。すなわち、よりきめ
細かな制御を行なう場合にはより多くのファジィラベル
を、大まかな制御でよい場合にはより少ない数のファジ
ィラベルを用いてもよい。

【００８２】図５に示されるファジィラベルのうちＺＯ
は中心位置（０）を、ＰＳは少し正の方向、ＰＭは中位
に正の方向、ＰＢは大きく正の方向を表わすファジィ集
合であり、ＮＳは少し負の方向、ＮＭは中位に負の方
向、ＮＬは大きく負の方向をそれぞれ表わすファジィ集
合である。

【００８３】各ファジィラベルに対応するメンバシップ
関数が図９に示されている。図９において横軸は入力値
および出力値を表わし、縦軸は入力値および出力値に対
するメンバシップ値を表わす。図９に表わされるメンバ
シップ関数は、処理の高速化のためにすべて直線のみで
構成される三角形の形を基本としている。そしてファジ
ィラベルＺＯに対応するメンバシップ関数はその頂点が
“０”の位置にある。そして他のファジィラベルＰＳ、
ＰＭ、ＰＢについてはその頂点が順次正の方向に移動す
るようにメンバシップ関数が選ばれている。逆にファジ
ィラベルＮＳ、ＮＭ、ＮＢについては、三角形の頂点の
位置が徐々に負の方向に移動するようにメンバシップ関
数が選ばれている。

【００８４】ファジィ推論を行なう上で最も重要な要素
の１つに入力変数と出力変数との決定がある。ルールは
入力変数および出力変数と、命題とから成り立ってお
り、命題を別とすれば入力変数と出力変数との選びかた
により推論結果に影響が出てくるからである。本発明に
おいては、下に示すような３つの入力変数と、１つの出
力変数とをファジィ推論に用いている。

【００８５】（１） 輻射パネル過熱度偏差ＳＨ。これ
は、輻射パネルの目標過熱度と実際の輻射パネルの検出
過熱度との差を表わす。

【００８６】（２） 輻射パネル過熱度偏差変化量ΔＳ
Ｈ。これは、輻射パネル過熱度偏差ＳＨの、単位時間当
たりの変化量を表わす。

【００８７】（３） 室内温度露点温度差変化量ΔＴＡ
Ｄ。これは、室内温度Ｔａと露点温度Ｔａｄの差の、単
位時間当たりの変化量を表わす。

【００８８】ファジィ出力変数としては以下の１つであ
る。 （１） 膨張弁操作量ΔＵ。これは、上述の各入力変数
に従ってファジィ推論し、導かれた第２の膨張弁５の操
作量を表わす。

【００８９】制御の目的からして、出力変数が「膨張弁
操作量ΔＵ」となることは明らかである。一方、入力変
数としては出力変数と異なり多種の選択をすることが可
能である。しかし、以下の理由により輻射パネル過熱度
変化ＳＨと、輻射パネル過熱度変化量ΔＳＨと、室内温
度露点温度差変化量ΔＴＡＤとを選択した。

【００９０】入力変数は目的の実現に沿ったものでなく
てはならない。本実施例の場合にはその目的は「輻射パ
ネルにおける冷媒過熱度を、目標とする目標過熱度に速
やかに到達させ、かつ目標過熱度の値に安定に保つ」で
あると考えられる。この目的の実現に適したものとし
て、輻射パネルにおける冷媒過熱度を的確に表わす入力
変数が必要である。そのため輻射パネル過熱度偏差ＳＨ
と、輻射パネル過熱度偏差変化量ΔＳＨとを選択した。

【００９１】しかし、輻射パネル過熱度を制御するため
には上述の２つの入力変数のみでは不十分である。それ
は以下のような理由による。「輻射パネル過熱度偏差Ｓ
Ｈ」、「輻射パネル過熱度偏差変化量ΔＳＨ」は、確か
に輻射パネルにおける冷媒の過熱度の状態を示してはい
る。しかし、先に述べたように輻射パネルの時定数は一
般的に大きいため、入力変数ＳＨ、ΔＳＨのみに基づい
て膨張弁を制御したとしても、それは過去の結果に対処
しているに過ぎず、現在のシステムの状態を適切に変化
させることはできない。これは、天体望遠鏡で遠くの天
体を観測して、何かの現象を発見するのに似ている。現
象を発見したのは現在であっても、その現象は実際には
はるか昔に起こったことである。したがってその現象を
観測しながらその現象に何か変化を与えることはできな
い。

【００９２】過熱度が変化する原因は、実は過熱度が変
化するかなり以前にあると考えられる。その１つが室内
温度変化であり、あるいは輻射パネル表面温度変化であ
る。輻射パネルの放熱量または吸熱量は、室内温度と輻
射パネルの表面温度とで決定される。冷房の場合を例に
とると室内温度が高くなる程、また輻射パネル表面温度
が低くなるほど吸熱量が多くなり、したがって冷媒循環
量を多く必要とする。冷媒循環量を増加しなければ過熱
度は大きくなってしまう。

【００９３】しかし、輻射パネル表面温度の変化も実
は、二次的なものである。なぜなら、輻射パネル表面温
度は、室内空気の露点温度を下回らないように輻射パネ
ルの冷媒出口に設けられた第３の膨張弁９によって制御
されているからである。これらの温度変化と輻射パネル
の過熱度変化とは、互いにリアルタイムの関係で進行し
ているものと考えられる。

【００９４】以上の議論を総合すると、室内温度と露点
温度との差の単位時間当たりの変化量ΔＴＡＤを測定す
ることにより、今後の過熱度の変化をある程度予測する
ことが可能であると判断できる。

【００９５】以上の説明により決定された３つの入力変
数ＳＨ、ΔＳＨ、ΔＴＡＤおよび１つの出力変数ΔＵ
と、前述の７つのファイルラベルとを用いることにより
ファジィ・ルールを記述することができる。図６〜図９
には、本発明の一実施例においてファジィ推論に採用さ
れたファジィ・ルールのセットの一例が示されている。
図６〜図８においては、２１のルールが示されている。
しかし本発明はこのルール数およびルール内容には限定
されない。つまり、推論速度を犠牲にしてもより厳密な
ファジィ制御を望むならばさらにファジィルールを追加
することもでき、反対にファジィ制御の厳密さを犠牲に
してもファジィ推論の高速化を望むならばファジィルー
ルの数を削減してもよい。

【００９６】ＳＨ、ΔＳＨ、ΔＴＡＤ、ΔＵに対して
は、すべて前述のファジィラベルで特定されるメンバシ
ップ関数が定義されている（図３参照）。図３に示され
るメンバシップ関数についてはすでに説明しているため
その詳細は繰返されない。しかし、図９の各メンバシッ
プ関数において、その横軸が区間［−１２，１２］に規
格化されていることに注意する必要がある。このように
全体集合を区間［−１２，１２］に規格化することによ
り、各メンバシップ関数によって表現されるファジィ集
合を標準化することができる。このような規格化を行な
うために、入力値ＳＨ、ΔＳＨ、ΔＴＡＤ、および出力
値ΔＵを所定の換算係数によって換算し、区間［−１
２，１２］に規格化しておく必要がある。この換算係数
も、ファジィ推論における制御の精度を左右する重要な
パラメータである。なお、規格化の区間を［−１２，１
２］としたのは一例にすぎず、他の区間に規格化しても
かまわない。

【００９７】表１は、このシステムに接続される輻射パ
ネル８の台数Ｎｎと入力変数ΔＴＡＤの換算係数Ｋｎと
の間の関係を示している。

【００９８】

【表１】

【００９９】表１を参照して、換算係数Ｋｎは、輻射パ
ネルの台数Ｎｎが大きいほど大きくなるように設定され
ている。つまり、システムに接続される輻射パネル８の
台数が多い場合には、その時定数が大きくなり、応答が
悪くなる。応答を改善するため、ΔＴＡＤの換算係数を
この場合は大きくすれば、出力変数ΔＵへのΔＴＡＤの
影響度が相対的に大きくなる。そのため時定数が大きく
なった場合にも先の過熱度の状態を予想した遅れの少な
い制御が可能となる。

【０１００】反対にＮｎが少ない場合には、時定数が小
さくなりシステム状態が不安定となるおそれがある。こ
の場合にはΔＴＡＤの換算係数を小さく設定する。これ
により、出力値であるΔＵへのΔＴＡＤの影響度を相対
的に少なくでき、時定数が小さくともオーバーシュート
やハンチングの少ない安定した制御が可能となる。

【０１０１】以上説明してきたファジィ推論を行なうた
めのルーチン（図１におけるステップＳ８における処
理）のフローチャートが図１０に示されている。図１０
を参照して、ステップＳ２１において、第１のデータ取
込み処理が行なわれる。このデータ取込み処理により取
込まれるデータは、輻射パネル台数Ｎｎおよび輻射パネ
ル目標過熱度ＳＨＩである。制御はステップＳ２２に進
む。

【０１０２】ステップＳ２２においては、室内温度露点
温度差変化量ΔＴＡＤの換算係数を決定する処理が行な
われる。この処理は、予めＲＯＭ２５に格納されてい
た、ＮｎとΔＴＡＤとの関係を示すテーブル（表１参
照）をＮｎをキーとして参照することにより行なわれ
る。制御はステップＳ２３に進む。

【０１０３】ステップＳ２３においては、第２のデータ
取込み処理が行なわれる。このデータ取込み処理で取込
まれるデータは、室内空気温度Ｔａと、室内相対湿度Ｒ
ｈと、輻射パネル冷媒入口温度Ｔｐｉと、輻射パネル冷
媒出口温度Ｔｐｏとである。制御はステップＳ２４に進
む。

【０１０４】ステップＳ２４においては、ファジィ推論
処理における入力変数を算出する処理が行なわれる。ま
ず第１に、輻射パネル目標過熱度ＳＨＩと実際の過熱度
（Ｔｐｏ−Ｔｐｉ）の差を求めることにより、輻射パネ
ル過熱度偏差ＳＨが算出される。次に、算出された輻射
パネル過熱度偏差ＳＨの単位時間当たりの変化量を計算
することにより、輻射パネル過熱度偏差変化量ΔＳＨが
算出される。さらに、室内空気温度Ｔａと室内相対湿度
Ｒｈとによって露点温度Ｔａｄが計算された後、室内温
度Ｔａと露点温度Ｔａｄとの差の単位時間当たりの変化
量を調べることにより、室内温度露点温度差変化量ΔＴ
ＡＤが算出される。制御はステップＳ２５に進む。

【０１０５】ステップＳ２５においては、ステップＳ２
４において得られたファジィ入力変数の実際値を、区間
［−１２，１２］内に規格化するように換算する処理が
行なわれる。この換算係数は通常予め定められている
が、ΔＴＡＤについては、ステップＳ２２において行な
われる処理により、輻射パネル台数Ｎｎに対応した最適
なものが選択されている。制御はステップＳ２６に進
む。

【０１０６】ステップＳ２６においては、図６〜図８に
示されるファジィ・ルールの前件部内のファジィ・ラベ
ルのメンバシップ関数に対する、各入力変数の満足度を
求める処理が行なわれる。制御はステップＳ２７に進
む。

【０１０７】ステップＳ２７においては、各ファジィ・
ルールにおいて、各入力変数の前件部のメンバシップ値
の最小値から後件部の満足度を求める処理が行なわれる
（ｍｉｎ演算）。制御はステップＳ２８に進む。

【０１０８】ステップＳ２８においては、すべてのファ
ジィ・ルールの後件部に得られた満足度を重ね合わせ、
出力値ΔＵの区間［−１２，１２］におけるメンバシッ
プ値の最大値を求め、新たなメンバシップ関数を定める
（ｍａｘ演算。）制御はステップＳ２９に進む。

【０１０９】ステップＳ２９においては、ステップＳ２
８によって得られたメンバシップ関数の重心を求める処
理が行なわれる（重心計算）。制御はステップＳ３０に
進む。

【０１１０】ステップＳ３０においては、ステップＳ２
９によって求められた重心のＸ座標Ｘｇを求め出力値と
する。制御はステップＳ３１に進む。

【０１１１】ステップＳ３１においては、ステップＳ３
０によって得られた出力値Ｘｇを、所定の換算係数を用
いて換算することにより実際の操作量ΔＵを求める処理
が行なわれる。制御はステップＳ３２に進む。

【０１１２】ステップＳ３２においては、ステップＳ３
１において得られた操作量ΔＵを出力する処理が行なわ
れる。

【０１１３】以上のように図１０に示される手順に従っ
て第２の膨張弁５の操作量を求めることにより、以下の
ような効果がある。すなわち、膨張弁操作量は輻射パネ
ル過熱度偏差と、輻射パネル過熱度偏差変化量と、室内
温度露点温度差変化量および輻射パネルの台数に基づい
て決定することができる。運転中における実際の冷媒過
熱度を、運転中の冷媒過熱度の変化の度合いに応じて調
節することができ、速やかに目標過熱度に達し、かつそ
こで安定して動作するように制御することができる。さ
らに、室内温度露点温度差変化量を検出するとともに、
そのファジィ推論における換算係数を輻射パネルの台数
に応じて変化させることにより、冷媒過熱度変化を輻射
パネルの台数に変化があっても適切に予測でき、輻射パ
ネルの表面に結露を生ずることなく、目標過熱度に速や
かに達するように冷媒流量を調節し、かつハンチングや
オーバーシュートを起こさず安定維持することができ
る。ブラインを用いる従来のものと比較して、冷凍サイ
クルが１つですみ、しかも循環ポンプも必要とせず、エ
ネルギ消費を少なくすることもできる。

【０１１４】

【発明の効果】以上のように請求項１または６に記載の
空気調和機においては、輻射による空気調和が、輻射以
外による空気調和と同一の冷凍サイクルを用いて行なわ
れ、かつその制御も独立に行なわれる。従来のように２
つのサイクルを使用する必要も、複数個の循環ポンプを
使用する必要もない。したがって、消費エネルギが従来
よりも少ない、輻射を利用した空気調和を実現すること
ができる。

【０１１５】また、推論の入力変数として過熱度偏差の
みならず室内温度露点温度差変化量と過熱度偏差変化量
とが用いられるため、制御系の将来の振る舞いを予測し
て操作量を推論できる。第２の膨張弁の操作により輻射
パネルなどの輻射熱交換手段付近の温度がどのように変
化するかまでも予め予測して第２の膨張弁の操作量を決
定できるため、輻射パネルなどの輻射熱交換手段の表面
に結露を生ずることを防止できるという効果がある。

【０１１６】請求項２に記載の空気調和機においては、
請求項１に記載の空気調和機の効果に加えて、ファジィ
推論による処理が行なわれるため、その制御精度を任意
に設定でき、ファジィ制御特有のソフトな制御をするこ
とができる。その結果、空気調和機の制御精度をより高
度にすることができるという効果がある。

【０１１７】請求項３に記載の空気調和機においては、
請求項２に記載の空気調和機の効果に加えて、各入力変
数の規格化のための換算係数を変化させることにより、
ファジィ推論の方式そのものを変化させることなく、各
入力変数に与えられた重み付けを容易に変化させること
ができる。その結果、制御精度を容易に変更できる空気
調和機を提供できる。

【０１１８】請求項４に記載の空気調和機においては、
請求項３に記載の空気調和機の効果に加えて、換算係数
の値を、冷凍サイクルの被制御系の条件に応じて容易に
変化させることができる。その結果、空気調和機の構成
に変化があるときでも、制御系の動作を容易に調整でき
るという効果がある。

【０１１９】請求項５に記載の空気調和機においては、
請求項４に記載の空気調和機の効果に加えて、輻射パネ
ルの数など、輻射熱交換手段の制御定数を制御定数設定
手段に設定するだけで、設定された制御定数の値に対応
した最適な換算係数が自動的に選択され、ファジィ制御
の入力変数の規格化に用いられる。その結果、輻射熱交
換手段の構成に変化がある場合でも、制御系の動作を最
適に設定することが容易に行なえるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例にかかる空気調和機
を制御するためのプログラムのフローチャートである。

【図２】図２は、本発明の一実施例にかかる空気調和機
の制御系のブロック図である。

【図３】図３は、図２に示される膨張弁制御装置１２の
より詳細なブロック図である。

【図４】図４は、ファジィ推論を説明するための模式図
である。

【図５】図５は、本発明の一実施例の空気調和機のファ
ジィ推論において用意されるファジィラベルを示す図で
ある。

【図６】図６は、本発明の一実施例の空気調和機のファ
ジィ推論において用いられるルールの一部を示す図であ
る。

【図７】図７は、本発明の一実施例の空気調和機のファ
ジィ推論に用いられるルールの一部を示す図である。

【図８】図８は、本発明の一実施例の空気調和機のファ
ジィ推論において用いられるルールの一部を示す図であ
る。

【図９】図９は、本発明の一実施例の空気調和機のファ
ジィ推論において用いられる、各ファジィラベルに対応
したメンバシップ関数を示す図である。

【図１０】図１０は、本発明の一実施例の空気調和機の
ファジィ推論処理の手順を示すフローチャートである。

【図１１】図１１は、従来の、輻射パネルを用いた空気
調和機の制御系のブロック図である。

【符号の説明】

１ 空気調和機 ２ 圧縮機 ３ 凝縮器 ４、５、９ 膨張弁 ６ 蒸発器 ７ 管路 ８ 輻射パネル １０ 室内温湿度検出センサ １１ 輻射パネル表面温度検出センサ １２ 膨張弁制御装置 １４〜１７ 温度検出センサ １８、１９ 送風機 ２０ 輻射パネル台数設定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 5/02 520 F24F 1/00 346 F24F 11/02 102 F25B 13/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒が所定の方向に流通する管路と、こ
   の管路中に、前記方向に沿ってこの順序で連結されて冷
   凍サイクルを構成するための圧縮器と、凝縮器と、第１
   の膨張弁と、蒸発器とを含む空気調和器であって、さら
   に前記蒸発器と並列に前記冷凍サイクル内に組込まれる
   ように前記管路に連結され、輻射熱を吸収して熱交換に
   より前記冷媒に伝達するための輻射熱交換手段と、 前記輻射熱交換手段と前記管路との間に設けられ、他か
   ら与えられる制御信号に応答して、前記凝縮器から前記
   管路を流通してくる前記冷媒を断熱膨張させるととも
   に、前記制御信号により特定される量だけ前記輻射熱交
   換手段に与えるための第２の膨張弁と、 室内温湿度を検出するための室内温湿度検出手段と、 前記輻射熱交換手段における前記冷媒の過熱度を検出す
   るための過熱度検出手段と、 前記室内温湿度検出手段と、前記過熱度検出手段との出
   力に応答して、前記第２の膨張弁の操作量を決定し、前
   記制御信号を前記第２の膨張弁に与えるための膨張弁操
   作量決定手段とを含み、 前記膨張弁操作量決定手段は、 前記室内温湿度検出手段の出力する室内温湿度に基づい
   て室内露点温度を算出するための露点温度算出手段と、 前記室内温湿度検出手段の出力する室内温度と前記露点
   温度算出手段の出力する前記室内露点温度とに基づい
   て、前記室内温度と前記室内露点温度との差の、単位時
   間あたりの変化量を検出するための室内温度露点温度差
   変化量検出手段と、 予め定める目標過熱度と、前記過熱度検出手段の出力す
   る検出過熱度との差を検出するための過熱度偏差検出手
   段と、 前記過熱度偏差検出手段の出力に基づき、過熱度偏差の
   単位時間あたりの変化量を検出するための過熱度偏差変
   化量検出手段と、 前記室内温度露点温度差変化量検出手段と、前記過熱度
   偏差検出手段と、前記過熱度偏差変化量検出手段との出
   力を入力変数として、所定の推論方式に従って推論を行
   ない前記第２の膨張弁の操作量を決定するための推論手
   段とを含む、空気調和機。
2. 【請求項２】 前記推論手段は、前記室内温度露点温度
   差変化量検出手段と、前記過熱度偏差検出手段と、前記
   過熱度偏差変化量検出手段との出力を入力変数として、
   ファジィ推論を行ない前記第２の膨張弁の操作量を決定
   するためのファジィ推論手段を含む、請求項１に記載の
   空気調和機。
3. 【請求項３】 前記膨張弁操作量決定手段はさらに、各
   前記入力変数の値に、それぞれ所定の換算係数を乗ずる
   ことによって規格化して前記ファジィ推論手段に与える
   ための規格化手段を含む、請求項２に記載の空気調和
   機。
4. 【請求項４】 前記膨張弁操作量決定手段はさらに、前
   記換算係数の値を、前記冷凍サイクルの被制御系の条件
   に応じて変化させるための換算係数変更手段を含む、請
   求項３に記載の空気調和機。
5. 【請求項５】 前記換算係数変更手段は、前記冷凍サイ
   クルの被制御系における前記輻射熱交換手段の制御定数
   を設定するための制御定数設定手段と、 前記輻射熱交換手段の、予め定める複数個の制御定数の
   値と、各前記制御定数の値に応じてそれぞれ予め一通り
   に定められる、各前記入力変数の換算係数の値との組を
   格納するための記憶手段と、 前記制御定数設定手段に設定された制御定数に対応した
   換算係数を前記記憶手段から読出して前記規格化手段に
   与えるための読出手段とを含む、請求項４に記載の空気
   調和機。
6. 【請求項６】 冷媒が所定の方向に流通する管路と、こ
   の管路中に、前記方向に沿ってこの順序で連結されて冷
   凍サイクルを構成するための圧縮器と、凝縮器と、第１
   の膨張弁と、蒸発器とを含む空気調和器であって、さら
   に前記蒸発器と並列に前記冷凍サイクル内に組込まれる
   ように前記管路に連結された輻射パネルと、 前記輻射パネルと前記管路との間に設けられた第２の膨
   張弁とを含み、前記第２の膨張弁は断熱膨張された前記
   冷媒を他から与えられる制御信号により特定される量だ
   け前記輻射パネルに与え、さらに、 前記輻射パネルの近傍に設けられる湿度センサと、 前記輻射パネルの入口および出口における前記冷媒の温
   度を検出するための温度センサと、 前記湿度センサの出力と、前記温度センサの出力とに応
   答して、前記第２の膨張弁の操作量を決定し、前記制御
   信号を前記第２の膨張弁に与えるための処理プログラム
   を実行する中央処理装置とを含み、 前記中央処理装置が実行する前記処理プログラムが実現
   する機能は、 前記湿度センサの出力する室内温湿度に基づいて室内露
   点温度を算出する露点温度算出手段と、 前記湿度センサの出力する室内温度と、前記露点温度算
   出手段で算出される前記室内露点温度とに基づいて、前
   記室内温度と前記室内露点温度との差の、単位時間あた
   りの変化量を検出するための室内温度露点温度差変化量
   検出手段と、 予め定める目標過熱度と、前記温度センサの出力より計
   算される、前記輻射パネルの過熱度との差を検出するた
   めの過熱度偏差検出手段と、 前記過熱度偏差検出手段の出力に基づき、過熱度偏差の
   単位時間あたりの変化量を検出するための過熱度偏差変
   化量検出手段と、 前記室内温度露点温度差変化量検出手段と、前記過熱度
   偏差検出手段と、前記過熱度偏差変化量検出手段との出
   力を入力変数として、所定の推論方式に従って推論を行
   ない前記第２の膨張弁の操作量を決定するための推論手
   段とを含む、空気調和機。