JP2828178B2 - 多室型空気調和機 - Google Patents

多室型空気調和機

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JP2828178B2
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章宏 城野
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/02Compressor control
    • F25B2600/021Inverters therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多室型空気調和機に関
し、詳しくは冷房運転時の起動制御に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ビル空調において個別空調が進展
しており、負荷の異なる複数の部屋に室内機を設置し、
これらを1台の室外機に接続する多室型空気調和機にお
いて、例えば特開平1−212870号公報に開示され
たような個別制御化が行われてきている。
【0003】以下、図面を参考に従来の技術について、
説明する。図5において、1は多室型空気調和機の室外
機で、能力可変圧縮機2、四方弁3、室外側熱交換器
4、室外側電動膨張弁5、室外ファン6を設置してい
る。7は室内機で、室外機1に4台並列に接続され、そ
れぞれ室内側電動膨張弁8、室内側熱交換器9、室内フ
ァン10が設置されている。11は圧力センサーで、前
記四方弁3と室内側熱交換器9の間の室外機1内配管に
設けられている。12はインバータで前記圧力センサー
11の検知圧力により能力可変圧縮機2の周波数を制御
する。
【0004】以上のように構成された多室型空気調和機
の動作について説明する。まず冷房運転では、能力可変
圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁3を
通り、室外側熱交換器4に流入し、凝縮液化し室外側電
動膨張弁5を介して、それぞれの室内機7に配管により
分配され室内側電動膨張弁8で減圧され、室外側熱交換
器9で蒸発気化し、再び四方弁3を介して能力可変圧縮
機2に帰る。
【0005】また暖房運転では、能力可変圧縮機2から
吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁3を介し各室内機
7に分配される。冷媒は、室内側熱交換器9で凝縮液化
し、室内側電動膨張弁8を介して、室外側電動膨張弁5
で減圧され、室外側熱交換器4で蒸発気化し、四方弁3
を介して、能力可変圧縮機2にもどる。
【0006】このとき、能力可変圧縮機2の能力は圧力
センサー11が、その時の空調負荷に応じて変化する検
出圧力(冷房時は蒸発圧力,暖房時は凝縮圧力)によ
り、あらかじめ決められた所定の圧力となるようインバ
ータ12が、能力可変圧縮機2の周波数を増減すること
により行なう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、冷媒圧力により能力可変圧縮機2の能
力制御を行なうので、長時間停止のあとの起動時に、特
に冷房運転時、起動初期に冷媒がサイクル内各要素に滞
留し、充分な冷媒循環量が得られず、吸入圧力が低下す
る逆応答時に圧縮機能力制御により、インバータ周波数
が下がり、さらに冷媒循環量が不足し、最終的に正常な
サイクルに至らず冷房負荷に対し能力が極端に不足し、
快適性の面において大きな課題であった。
【0008】そこで本発明は、上記従来の課題を解決す
るもので、起動初期の冷媒循環量不足を検知し、吸入圧
力制御による立ち上がり運転を速くすることで、立上り
時の快適性を高めるものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の多室型空気調和機は、能力可変圧縮機、四方
弁、室外側熱交換器、室外側電動膨張弁を設置した室外
機と、室内側電動膨張弁、室内側熱交換器を設置し、前
記室外機に並列に複数台数接続した室内機と、前記室外
機に設けられ前記室外機を運転制御する室外機制御手段
と、前記四方弁と室内機の間の配管に設けられた圧力セ
ンサーと、前記室外機制御手段によって制御され前記能
力可変圧縮機の周波数を制御するインバータからなって
いる。
【0010】前記室外機制御手段は起動運転制御手段と
通常運転制御手段と、両制御手段の切り替えの判断を行
うために経験則に基づく判断ルールを記憶するメモリ装
置と、前記圧力センサーが検知した冷媒吸入圧力より吸
入圧力の変化量と制御目標圧力との偏差量を演算する制
御量演算手段と、前記制御量演算手段の出力と前記メモ
リ装置から取り出された判断ルールよりファジィ論理演
算を用いて前記起動運転制御と前記通常運転制御の制御
比率を演算するファジィ推論手段を備えている。
【0011】
【作用】本発明の多室型空気調和機は、上記した構成に
より冷房運転の起動時に吸入圧力の変化量と目標値との
偏差と、従来の経験に基づく判断ルールによりファジィ
推論を行い、この判断結果により起動制御と通常運転制
御の重み付けを行い制御を切り替え、起動運転から通常
運転に移行していくことにより立上り時の快適性を高め
ていくものである。
【0012】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1から図4を参考
に説明するが、従来と同一構成については、同一符号を
付し、その詳細な説明を省略する13は室外機制御手段
であり、起動運転制御手段14、通常運転制御手段1
5、経験則に基づく判断ルールを記憶したメモリ装置1
6、圧力センサー11からの検出値を演算する制御量演
算手段17と、ファジィ推論手段18とを備える。
【0013】次に上記構成の動作について説明する。冷
房運転で本実施例の多室型空気調和機が起動するときに
ついて説明を行う。
【0014】能力可変圧縮機2の起動により、吸入圧力
が変化を開始する。制御を行うための制御量のサンプリ
ング時間はtであり、現在時間Tより時間t毎に圧力セ
ンサー11は吸入圧力を検知する。吸入圧力の目標値は
Rであり、制御量演算手段17は、吸入圧力の変化量Δ
P、目標値との偏差DPを次式により演算する。
【0015】ΔP=P(T)−P(T−t) DP=P(T)−R(T) 以上のように演算された吸入圧力の変化量ΔP、目標値
との偏差DPは、ファジィ推論手段18に入力される。
メモリ装置16はファジィ推論手段18で実行されるフ
ァジィ推論に必要な判断ルールを格納している。
【0016】起動運転制御と通常運転制御を状態に応じ
て切り替えるための判断は、下記のような判断ルールを
基にして実行される。
【0017】本実施例で採用した判断ルールは次のよう
な9ルールである。たとえば ルールR1:もし偏差が正に大きく、変化量が負に大き
ければ、起動制御を行え ルールR2:もし偏差が正に大きく、変化量か小さけれ
ば、通常制御を行え・・ 等である。
【0018】前記言語ルールは、発明者が数多くの実験
データより得た経験則より求めた、冷房運転の起動時の
制御に最適な制御の切り替えの判断ルールであり、これ
を吸入圧力の変化量と目標値との偏差の関係で表に示す
と(表1)の通りとなる。(表1)は実施例に示す冷房
運転の起動時に対する起動制御と通常制御の関係を示す
表である。
【0019】
【表1】
【0020】(表1)は横方向に吸入圧力の変化量ΔP
を強度によって3段階(NB=負大、ZO=ゼロ、PB
=正大)に分け、縦方向に吸入圧力と目標値との偏差D
Pを強度により3段階(NB=負大、ZO=ゼロ、PB
=正大)に分けて配置し、上記区分された変化量ΔP、
偏差DPとのおのおの交わった位置には、そのときの各
強度に対して行うべき制御(0=起動制御、1=通常制
御)を設定している。すなわち、前記判断ルールRiは
表における升目(Ri)で示されている。
【0021】本発明の発明者は、(表1)に従い起動制
御と通常制御の切り替え判断を行うことにより、最適な
冷房運転での起動制御が実現できることを実験的に確認
している。
【0022】また、前記判断ルールはメモリ装置16の
内に記憶する場合に下記のようなルールで記憶されてい
る。本発明で使用したルール数は9個である。 ルールR1:IF ΔP=NB AND DP=NB
THEN C=0 ルールR2:IF ΔP=ZO AND DP=NB
THEN C=1・・ 次にファジィ推論手段18では予めメモリ装置16に記
憶されている前記判断ルールを取り出してファジィ推論
により吸入圧力に対する最適な制御手段を判断し、室外
機制御手段13に出力する。室外機制御手段13はファ
ジィ推論手段18により求めた比率により起動運転制御
手段14と通常運転制御手段15によって得られたイン
バータ12の操作量を混合し操作量をインバータへ出力
する。
【0023】前記言語ルールR1、R2・・・ルールR
9のルールは偏差DP、変化量ΔPに対する制御の切り
替えを段階的に決めているので、制御の切り替えによる
制御量の変動を小さくするためには、前記判断ルールの
前件部(IF部)をどの程度満たしているかの度合いを
算出して、その度合いに応じて制御を切り替えていく必
要がある。そのために、本実施例では前記度合いを算出
するのにファジィ変数のメンバーシップ関数を利用して
いる。
【0024】図3(a)は、偏差DPに対するファジィ
変数NB、ZO、PBのメンバーシップ関数μNB(D
P)、μZO(DP)、μPB(DP)を示したもので
あり、図3(b)は、変化量ΔPに対するファジィ変数
NB、ZO、PBのメンバーシップ関数μNB(Δ
P)、μZO(ΔP)、μPB(ΔP)を示したもので
ある。ファジィ推論手段18で実行するファジィ推論
は、前記判断ルールR1、ルールR2・・・ルールR9
と図3(a)、(b)のメンバーシップ関数とを用いて
ファジィ論理計算を行って、判断を行う。推論形式とし
ては合成法にmax−min法、非ファジィ化に重心法
を用いた。
【0025】以下、図4に基づいて推論の手順を説明す
る。 STEP1・・・圧力センサー12と制御量演算手段1
7で偏差DPと変化量ΔPを算出する。
【0026】STEP2・・・ファジィ推論手段18に
より偏差DPと変化量ΔPに対するファジィ変数のメン
バーシップ関数を用いて、前記偏差DPと変化量ΔPの
メンバーシップ値の算出を行う。
【0027】STEP3・・・得られたメンバーシップ
値が前記9個の各ルールの前件部をどの程度の度合いで
適合するかを合成法で算出する。
【0028】STEP4・・・判断ルールの後件部の値
を合成法で算出した適合度を用い非ファジィ化を行い、
通常制御と起動制御の比率Rtn、Rtiを次式より求
める。
【0029】Rti=1−Rtn STEP5・・・起動運転制御手段14、通常運転制御
手段15は、定めた制御則によりそれぞれ吸入圧力を入
力として、操作量Ui、Unを出力する。
【0030】STEP6・・・STEP4で得られた比
率と、STEP5で得られた制御量より次式により、操
作量Uを算出する。
【0031】U=Rtn・Un+Rti・Ui 次に本実施例を適応したときの冷房起動制御時の動作に
ついて説明する。
【0032】能力可変圧縮機2の起動にともない、吸入
圧力が低下し始める。このとき、長時間の運転停止によ
り、冷凍サイクル内の冷媒が能力可変圧縮機2の冷凍機
油中にとけ込むなどで、能力可変圧縮機2のポンプ動作
により十分な冷媒循環量が得られない。このため、冷媒
が室外側熱交換器4で凝縮するに十分な凝縮圧力まで上
昇しないため、室内側電動膨張弁8の入口では二相冷媒
となり、室内側電動膨張弁8が、気相分により大きな抵
抗となり、吸入圧力が低下する。
【0033】このとき、ファジィ推論手段18は、ルー
ルに従い、起動制御と判断されるため、このときに適し
た制御則を有する起動運転制御手段14の操作量のみを
出力し、能力可変圧縮機2の制御を行う。運転とともに
各部の温度が上昇し、各部に滞留していた冷媒が循環し
だすと共に、凝縮圧力が上昇し、十分な凝縮能力が確保
されると、室内側電動膨張弁8による抵抗が減少し、吸
入圧力が低下から徐々に上昇を開始する。
【0034】このとき、ファジィ推論手段18は運転の
判断を起動運転から通常運転に推論結果に従い切り替え
ていく。このため、能力可変圧縮機2の制御は、徐々に
起動運転制御から通常制御へと切り替わり、吸入圧力に
よる能力制御運転を行う。
【0035】また、短時間の停止で吸入圧力の大幅な低
下が少ないときもまた、同様にルールに従い、速やかに
通常制御に切り替わる。
【0036】このように、どのような起動条件下におい
ても適切な起動制御を行うことにより、速やかな起動を
行い、無駄な運転によるエネルギーの消費を抑え、負荷
に応じた能力で運転が開始されるなど、快適性の面で大
きな効果を有する。
【0037】なお本実施例においては、圧縮機の能力制
御のみを起動制御の対象としたが、その他の膨張弁など
の制御においても同様の効果を有する。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明の多室型空気調和機
は、能力可変圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、室外側
電動膨張弁を設置した室外機と、室内側電動膨張弁、室
内側熱交換器を設置し、前記室外機に並列に複数台数接
続した室内機と、前記室外機に設けられ前記室外機を運
転制御する室外機制御手段と、前記四方弁と室内機の間
の配管に設けられた圧力センサーと、前記室外機制御手
段によって制御され前記能力可変圧縮機の周波数を制御
するインバータからなっている。
【0039】前記室外機制御手段は起動運転制御手段と
通常運転制御手段と、経験則に基づく判断ルールを記憶
するメモリ装置と、前記圧力センサーが検知した冷媒吸
入圧力より吸入圧力の変化量と制御目標圧力との偏差量
を演算する制御量演算手段と、前記制御量演算手段の出
力と前記メモリ装置から取り出された判断ルールよりフ
ァジィ論理演算を用いて前記起動運転制御と通常運転制
御の制御比率を演算するファジィ推論手段を備えてい
る。
【0040】そのため、停止時間の長短や外気温の高
低、室内負荷の状態に拘らず、どのような起動条件にお
いても速やかに最も適した起動制御を行い、冷房負荷に
対して、早く適切な冷凍サイクル条件に制御を行うの
で、室温の安定が早く、快適性の面から多大な効果を有
する。
【0041】なお、本発明で行う起動制御は、起動時の
他にサイクルの状態が大きく変化した後に用いることで
同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である多室型空気調和機の制
御系のブロック図
【図2】同実施例の多室型空気調和機の冷凍サイクル図
【図3】(A)は同実施例のの多室型空気調和機の偏差
DPに対するメンバーシップ関数を示す特性図 (B)は同実施例のの多室型空気調和機の変化量ΔPに
対するメンバーシップ関数を示す特性図
【図4】同実施例の多室型空気調和機の制御のフローチ
ャート
【図5】従来の多室型空気調和機の冷凍サイクル図
【符号の説明】
1 室外機 2 能力可変圧縮機 3 四方弁 4 室外側熱交換器 5 室外側電動膨張弁 7 室内機 8 室内側電動膨張弁 9 室内側熱交換器 11 圧力センサー 12 インバータ 13 室外機制御手段 14 起動運転制御手段 15 通常運転制御手段 16 メモリ装置 17 制御量演算手段 18 ファジィ推論手段

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 能力可変圧縮機、四方弁、室外側熱交換
    器、室外側電動膨張弁を設置した室外機と、室内側電動
    膨張弁、室内側熱交換器を設置し、前記室外機に並列に
    複数台数接続した室内機と、前記室外機に設けられ前記
    室外機を運転制御する室外機制御手段と、前記四方弁と
    室内機の間の配管に設けられた圧力センサーと、前記室
    外機制御手段によって制御され前記能力可変圧縮機の周
    波数を制御するインバータとからなり、前記室外機制御
    手段は起動運転制御手段と前記圧力センサーの検知した
    吸入圧力により前記能力可変圧縮機の駆動周波数を演算
    する通常運転制御手段と、両制御手段の切り替えの判断
    を行うために経験則に基づく判断ルールを記憶するメモ
    リ装置と、前記圧力センサーが検知した冷媒吸入圧力よ
    り吸入圧力の変化量と制御目標圧力との偏差量を演算す
    る制御量演算手段と、前記制御量演算手段の出力と前記
    メモリ装置から取り出された判断ルールよりファジィ論
    理演算を用いて前記起動運転制御と前記通常運転制御の
    制御比率を演算するファジィ推論手段とを備えた多室型
    空気調和機。
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