JP4134069B2 - マルチエアコンシステム及びマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、１台の室外機に複数の室内機が接続される冷暖房兼用のマルチエアコンシステムに関し、特に、運転容量の変化時または運転開始時に電子膨脹バルブの最適開度を追跡するのにかかる時間を短縮するマルチエアコンシステム及びマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法に関する。
一般に、エアコンは、室内の冷房または暖房を遂行するために使用される装置であって、室内機及び室外機の相互間に冷媒を循環させて、液体状態の冷媒が気化するときに周囲の熱を吸収する一方、気体状態の冷媒が液化するときにその熱を放出することによって冷房または暖房動作を遂行し、この冷房または暖房動作は、その冷媒の循環方向によって決定される。
１台の室外機に１台の室内機を設置したエアコンが通常のものとされてきたが、最近では、１台または１台以上の室外機に様々な形態と容量を有する複数の室内機を接続して、学校や会社などのように分離された空間が複数個存在するビルで各空間について冷房または暖房運転を遂行するマルチエアコン(マルチシステムエアコンディショナ)へのニーズが増大しつつある。マルチエアコンにおいて、室外機は、複数台の室内機の総容量に比例する容量で構成される。
かかるマルチエアコンでは、各室内機が設置された場所の環境的特性の変化によって各室内機ごとに冷房または暖房要求能力が異なってくる。したがって、このような要求能力変化に応じて室内機の容量が変更されると(つまり、複数の室内機の中で１台以上の室内機が停止したり運転し始めたりすると)、圧縮機の運転容量が変更されるが、この場合に、室外機に取り付けられた電子膨脹バルブの開度を、現在の運転容量に合うように調節することによって対応してきた。
しかしながら、現在の運転容量に合う電子膨脹バルブの最適開度を追跡するのには時間がかかり、これは、マルチエアコンシステムの能力低下区間につながる。そこで、日本特開平第９-１４５１３０号では、圧縮機運転容量の変化に迅速に対応するために、運転容量に応じて電子膨脹バルブ開度の初期値を設定して使用する方法が開示された。
同公報に開示されたマルチエアコンシステムは、圧縮機運転容量の変化に迅速に対応するために、最高空調負荷での負荷定数により計算された値とメモリに格納された初期値とを用いて電子膨脹バルブの開度を制御した。
ところが、このような従来のマルチエアコンシステムは、試験状態のような正常条件では電子膨脹バルブの最適開度を追跡するのにかかる時間が縮められるが、冷媒漏れ及び冷媒過充填により冷媒量が異なる状態や長配管状態などの配管長が変更された場合またはその他の試験状態と異なる異常条件が発生すると、状況に応じて初期値が変更されねばならない。にもかかわらず、従来の方式では初期値の変更が不可能であるがために、初期値が最適開度と異なる場合には、最適開度を追跡する時間が図１に示すように増加し、結局としてこの追跡時間だけエアコンの冷暖房能力が低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みて、運転容量の変化時または運転開始時に電子膨脹バルブの最適開度を追跡するのにかかる時間を短縮しうるマルチエアコンシステム及びマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、異常条件が発生しても電子膨脹バルブの開度を補正された初期値に制御して電子膨脹バルブの最適開度追跡時間を縮め、冷暖房能力低下区間を最小化することによって、冷暖房の体験性能を高められるマルチエアコンシステム及びマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために本発明のマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法は、複数の室内機と、該複数の室内機に流れる冷媒の過熱度及び過冷度を調節する電子膨脹バルブを有するマルチエアコンシステムの制御方法において、
前記電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に調節して最適開度であるか判断し、最適開度であれば、前記電子膨脹バルブの現在開度が初期値範囲にあるか判断し、現在開度が初期値の範囲を外れると、現在開度と初期値との偏差を計算し、前記計算した偏差に基づいて初期値を補正して、前記電子膨脹バルブの開度を制御し、
前記初期値の調節は、前記複数の室内機の容量が変更されたか判断し、前記複数の室内機の容量が変更された場合に、その変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に調節するものであり、
前記最適開度の判断は、電子膨脹バルブの開度を初期値に調節することによって変化する過熱度及び過冷度を測定し、これらが、あらかじめ定められた目標の過熱度及び過冷度とそれぞれ一致すれば、最適開度に到達したものと判断し、前記計算された偏差による初期値の補正は、電子膨脹バルブの現在開度とあらかじめ定められた初期値との偏差を計算して格納し、前記偏差を計算して格納する動作を設定回数だけ遂行することによって偏差平均を算出し、前記算出された偏差平均を、あらかじめ定められた初期値に足すことによってなされる、ことを特徴とする。
前記電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に調節して最適開度であるか判断し、最適開度であれば、前記電子膨脹バルブの現在開度が初期値範囲にあるか判断し、現在開度が初期値の範囲を外れると、現在開度と初期値との偏差を計算し、前記計算した偏差に基づいて初期値を補正して、前記電子膨脹バルブの開度を制御し、
前記初期値の調節は、前記複数の室内機の容量が変更されたか判断し、前記複数の室内機の容量が変更された場合に、その変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に調節するものであり、
前記最適開度の判断は、電子膨脹バルブの開度を初期値に調節することによって変化する過熱度及び過冷度を測定し、これらが、あらかじめ定められた目標の過熱度及び過冷度とそれぞれ一致すれば、最適開度に到達したものと判断し、前記計算された偏差による初期値の補正は、電子膨脹バルブの現在開度とあらかじめ定められた初期値との偏差を計算して格納し、前記偏差を計算して格納する動作を設定回数だけ遂行することによって偏差平均を算出し、前記算出された偏差平均を、あらかじめ定められた初期値に足すことによってなされる、ことを特徴とする。
前記計算された偏差による初期値の補正は、電子膨脹バルブの現在開度とあらかじめ定められた初期値との偏差を計算して格納し、前記偏差を計算して格納する動作を設定回数だけ遂行することによって偏差平均を算出し、前記算出された偏差平均を、あらかじめ定められた初期値に足すことによってなされることを特徴とする。
前記偏差平均は、設定回数の偏差の中で、あらかじめ定められた制御範囲内の偏差を平均して算出することを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本発明によるマルチエアコンシステムは、複数の室内機を有するマルチエアコンシステムにおいて、
前記複数の室内機に流れる冷媒の過熱度及び過冷度を調節する電子膨脹バルブと、
前記複数の室内機の容量が変更されたか感知し、電子膨脹バルブの開度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記複数の室内機容量が変更されると、該変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度を、あらかじめ定められた初期値に制御し、更に、前記電子膨脹バルブが最適開度に到達すると、電子膨脹バルブの現在開度が、あらかじめ定められた初期値の範囲にあるか判断し、現在開度が初期値の範囲を外れると、現在開度と初期値との偏差を計算し、この偏差に基づいて初期値を補正し、前記偏差に基づく初期値の補正は、電子膨脹バルブの現在開度とあらかじめ定められた初期値との偏差を計算して格納し、前記偏差を計算して格納する動作を設定回数だけ遂行することによって偏差平均を算出し、前記算出された偏差平均を、あらかじめ定められた初期値に足すことによってなされる、
ことを特徴とする。
前記複数の室内機に流れる冷媒の過熱度及び過冷度を調節する電子膨脹バルブと、
前記複数の室内機の容量が変更されたか感知し、電子膨脹バルブの開度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記複数の室内機容量が変更されると、該変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度を、あらかじめ定められた初期値に制御し、更に、前記電子膨脹バルブが最適開度に到達すると、電子膨脹バルブの現在開度が、あらかじめ定められた初期値の範囲にあるか判断し、現在開度が初期値の範囲を外れると、現在開度と初期値との偏差を計算し、この偏差に基づいて初期値を補正し、前記偏差に基づく初期値の補正は、電子膨脹バルブの現在開度とあらかじめ定められた初期値との偏差を計算して格納し、前記偏差を計算して格納する動作を設定回数だけ遂行することによって偏差平均を算出し、前記算出された偏差平均を、あらかじめ定められた初期値に足すことによってなされる、
ことを特徴とする。
前記制御部は、運転開始なのか感知し、運転開始であれば、電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に制御することを特徴とする。
前記制御部は、複数の室内機容量が変更されると、該変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度を、補正された初期値に制御することを特徴とする。
前記電子膨脹バルブは、室外機に設けられた室外電動弁であることを特徴とする。
本発明のマルチエアコンシステム及びマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法によれば、運転容量の変化または運転開始時における電子膨脹バルブの最適開度を追跡するのにかかる時間を短縮でき、異常条件が発生しても、新規の初期値に補正して電子膨脹バルブの最適開度追跡時間を短縮することによって、冷暖房能力低下区間を最小化し、冷暖房の体験性能を高めうる効果が得られる。
以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施の形態によるマルチエアコンシステムの冷媒流路図であり、冷媒の流れ方向によって冷房または暖房が遂行されるが、特に、本発明では冷房サイクルを中心として説明する。
図２で、本発明のマルチエアコンシステムは、通常の冷媒サイクルを形成する１台の室外機１０と、室外機１０に並列接続された複数台の室内機５０とを備える。
室外機１０は、冷媒を高温高圧の気体状態に圧縮する圧縮機１２と、圧縮機１２で圧縮された高温高圧の気体冷媒の流れ方向を、運転モード(冷房または暖房)にしたがって調節する四方バルブ１４と、圧縮機１２で圧縮された高温高圧の気体冷媒を室外空気と熱交換する室外熱交換器１６と、室外熱交換器１６で熱交換がなされるように室外ファンモーター２０により室外空気を強制送風させる室外ファン１８と、冷媒流量を調節しながら熱交換された冷媒を減圧膨脹させる電子膨脹バルブ(Electronic Expansion Valve：ＥＥＶ)(以下、室外電動弁と称する)２２とを備える。
この室外電動弁２２は、その開度によって冷媒の過熱度及び過冷度を調節する機能を担う。
圧縮機１２の吸入側には、圧縮機１２に流入する冷媒を完全気体状態のガスに変換させるアキュムレーター２４が設置され、圧縮機１２の吐出配管には圧縮機１２から吐出される冷媒圧力を感知する圧力センサー２６が設置されるが、この圧力センサー２６は、圧縮機１２の吐出配管の他に、圧縮機１２の吐出側の圧力を感知しうる箇所ならいずれの位置にも設置可能である。
室外熱交換器１６に接続された配管の中で、冷房運転時に冷媒が排出される出口側配管には、室外熱交換器１６の出口側配管温度を感知する室外熱交換器出口温度センサー２８が設置されるが、この室外熱交換器出口温度センサー２８は、室外熱交換器１６の配管温度だけでなく、室外熱交換器１６を通過する冷媒温度を感知しうる任意の位置に設置されると良い。
一方、各室内機５０は、伝達された冷媒を室内空気と熱交換する室内熱交換器５２と、この室内熱交換器５２で熱交換がなされるように、室内ファンモーター５４によって室内空気を強制送風させる室内ファン５６とを備える。
また、室内熱交換器５２に接続された配管の中で、冷房運転時に冷媒が吸入される入口側配管には、冷媒を膨脹させる電子膨脹バルブ(以下、室内電動弁という)５８と、室内熱交換器５２の入口側配管温度を感知する室内熱交換器入口温度センサー６２とが設置される。
室内熱交換器５２に接続された配管の中で、冷房運転時に冷媒が排出される出口側の配管には、冷媒の流れを調節する冷媒調節バルブ６０と、室内熱交換器５２の出口側の配管温度を感知する室内熱交換器出口温度センサー６４が設置される。
図３は、本発明の一実施の形態によるマルチエアコンシステムの制御構成図であり、室外機１０は、図２に示す構成要素に加えて、室外熱交換器１６に吸入される室外空気の温度を感知する外気温度センサー３０と、室外機１０の各構成要素を制御する室外機制御部３２とを備える。
各室内機５０は、室内機５０の各構成要素を制御する室内機制御部６６をさらに備える。
一方、本発明では、室外機制御部３２と室内機制御部６６を別途構成した例について説明したが、システムの仕様または設計条件に合わせて室外機制御部３２と室内機制御部６６を一体構成してもいい。
次に、上記のように構成されたマルチエアコンシステム及びマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法の動作過程及び作用効果について説明する。
図４は、本発明によるマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法を説明する動作流れ図である。
室外機１０に電源が供給されると、室外機制御部３２は、各室内機制御部６６とデータ通信をしながら各室内機５０の運転状態を確認し、運転オンであるか判断する(Ｓ１００)。運転オンでなければ、室外電動弁２２を完全に閉状態にした後にステップＳ１００に戻る(ステップＳ１０１)。
運転オンであれば、室内機容量が変更されたか(複数台の室内機の中で１台以上の室内機が停止または運転開始したか)を判断する(ステップＳ１１０)。室内機容量が変更された場合には、圧縮機１２の運転容量が変更され、この圧縮機１２の運転容量に応じて室外電動弁２２の開度が調整されねばならない。
このときに、ＰＩＤ制御により室外電動弁２２の最適開度を追跡するのには、デジタルスクロール(Digital Scroll)方式の圧縮機１２ではおよそ２〜３分の時間がかかるので、圧縮機１２運転容量の変化に迅速に対応するために、運転容量によって室外電動弁２２の開度を、図５に示す初期値に設定しておく(ステップＳ１１１)。これは、従来の初期値設定方式と同様である。
一方、Ｓ１１０で室内機容量が変更されないものと判断されると、室外電動弁２２の初期値が設定されたか判断し(ステップＳ１２０)、初期値が設定されていないと、室外電動弁２２の開度を、図５に示す最初の初期値に設定しながらステップＳ１００に戻る(ステップＳ１１１)。
一方、ステップＳ１２０で室外電動弁２２の初期値が設定されたものと判断されると、初期値及びＰＩＤ制御によってあらかじめ定められた目標の過熱度及び過冷度と現在の過熱度及び過冷度とがそれぞれ一致する状態を追跡し、室外電動弁２２が最適開度に至ったか判断する(ステップＳ１３０)。
過熱度とは、飽和温度以上に加熱された過熱蒸気の温度とその圧力に相当する飽和温度との差のことをいうが、実際には、測定しやすい室内熱交換器５２の出口温度と入口温度との差を過熱度に見なし、これに基づいて制御を行うのが一般的であり、各室内熱交換器５２の入口温度センサー及び出口温度センサー６２，６４は、それぞれの室内熱交換器５２の過熱度測定のためのもので、各室内機５０の過熱度(室内熱交換器出口温度−室内熱交換器入口温度)も異なる。
これと同様に、測定しやすい圧縮機１２の吐出圧力と室外熱交換器１６の出口温度との差を過冷度と見なし、これに基づいて制御を行うのが一般的であり、室外機１０の圧力センサー２６と室外熱交換器出口温度センサー２８は、室外熱交換器１６の過冷度測定のためのものである。
冷媒の過熱度及び過冷度が高いと、圧縮機１２の過熱及び効率低下につながり、さらに過熱度及び過冷度が高すぎると、安全装置が作動してシステム全体の運転が中断することもあるため、過熱度及び過冷度を適正水準にして各室内機５０の能力を極大化しながらも各室内機５０間の能力偏差を減らし、圧縮機１２とシステム全体の効率及び安全性を高める必要がある。
このため、室外電動弁２２の開度変更によって変化する現在の過熱度及び過冷度が、あらかじめ定められた目標の過熱度及び過冷度とそれぞれ一致するまでＰＩＤ制御で室外電動弁２２の開度を変更しながら、最適開度に至ったか否かを判断することになるが、これは、従来のＰＩＤ制御による最適開度到達方式と同様である。
このＰＩＤ制御は、フィードバック制御において、Ｐ(比例)、Ｉ(積分)、Ｄ(微分)といった３項の動作を組み合わせて使う制御方式であって、プロセス制御で通常的に使用される技術である。
ステップＳ１３０で、室外電動弁２２が最適開度に到達しなかったと判断されると、室外温度及び冷媒圧力の偏差でＰＩＤ計算によって目標の過熱度及び過冷度を追跡し、室外電動弁２２の開度を変更しながらステップＳ１００に戻る(ステップＳ１３１)。
一方、ステップＳ１３０で、室外電動弁２２が最適開度に到達したと判断されると、追跡された室外電動弁２２の開度が初期値と一致するか判断し(ステップＳ１４０)、最適開度が初期値と一致すると、ステップＳ１９０に進行し、ＰＩＤ制御で室外電動弁２２の開度を制御する。
ステップＳ１４０で、最適開度が初期値と一致しないと、現在開度と初期値との偏差を計算し(Ｓ１５０)、この偏差を格納する(Ｓ１６０)。
このときに、現在開度と初期値との偏差計算は、運転開始または容量変更時にのみ可能であり、この偏差を求める過程を設定回数(例えば、約１０回)遂行して以前設定回数(約１０回)の偏差の中で、図６に示す制御上限値と制御下限値との間における偏差平均を求める(Ｓ１７０)。
続いて、最初に設定した初期値に偏差平均を加えて初期値を補正し(Ｓ１８０)、この補正された初期値をもって最適開度を追跡するＰＩＤ制御で室外電動弁２２の開度を制御する(Ｓ１９０)。
したがって、初期値の補正の後に各室内機５０の特性に合せて室外電動弁２２の開度が再設定されるので、ＰＩＤ制御により室外電動弁２２の最適開度を追跡する制御方式において、運転容量の変化または運転開始時に室外電動弁２２が制御開始から最良の制御位置である最適開度を探す時間を縮めることができ、試験状態と異なる異常条件が起こっても状況に合う新規の初期値に補正可能であるため、図７に示すように、冷暖房能力低下区間が、従来の制御方式におけるそれに比べて最小限に短縮され、冷暖房の体感性能を高めることができ、相対的に短時間の運転で同じ冷暖房効果が得られる。
以上では、本発明によるマルチエアコンシステム及びマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法の具体例について説明したが、本発明は、この具体例に限定されず、本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を持つ者によって各種の変形が可能であることは言うまでもない。
１０ 室外機
１２ 圧縮機
１４ 四方バルブ
２０ 室外ファン
２２ 室外EEV（電動弁）
２６ 圧力センサー
２８ 室外熱交換器出口温度センサー
３０ 外気温度センサー
３２ 室外機制御部
５０ 室内機
５６ 室内ファン
５８ 室内EEV（電動弁）
６０ 冷媒調節バルブ
６２ 室内熱交換器入口温度センサー
６４ 室内熱交換器出口温度センサー
６６ 室内機制御部
１２ 圧縮機
１４ 四方バルブ
２０ 室外ファン
２２ 室外EEV（電動弁）
２６ 圧力センサー
２８ 室外熱交換器出口温度センサー
３０ 外気温度センサー
３２ 室外機制御部
５０ 室内機
５６ 室内ファン
５８ 室内EEV（電動弁）
６０ 冷媒調節バルブ
６２ 室内熱交換器入口温度センサー
６４ 室内熱交換器出口温度センサー
６６ 室内機制御部
Claims (6)
- 複数の室内機と、該複数の室内機に流れる冷媒の過熱度及び過冷度を調節する電子膨脹バルブを有するマルチエアコンシステムの制御方法において、
前記電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に調節して最適開度であるか判断し、
最適開度であれば、前記電子膨脹バルブの現在開度が初期値範囲にあるか判断し、
現在開度が初期値の範囲を外れると、現在開度と初期値との偏差を計算し、前記計算した偏差に基づいて初期値を補正して、前記電子膨脹バルブの開度を制御し、
前記初期値の調節は、前記複数の室内機の容量が変更されたか判断し、前記複数の室内機の容量が変更された場合に、その変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に調節するものであり、
前記最適開度の判断は、電子膨脹バルブの開度を初期値に調節することによって変化する過熱度及び過冷度を測定し、これらが、あらかじめ定められた目標の過熱度及び過冷度とそれぞれ一致すれば、最適開度に到達したものと判断し、
前記計算された偏差による初期値の補正は、電子膨脹バルブの現在開度とあらかじめ定められた初期値との偏差を計算して格納し、前記偏差を計算して格納する動作を設定回数だけ遂行することによって偏差平均を算出し、前記算出された偏差平均を、あらかじめ定められた初期値に足すことによってなされる、
ことを特徴とするマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法。 - 前記偏差平均は、設定回数の偏差の中で、あらかじめ定められた制御範囲内の偏差を平均して算出することを特徴とする請求項１に記載のマルチエアコンシステムのバルブ開度制御方法。
- 複数の室内機を有するマルチエアコンシステムにおいて、
前記複数の室内機に流れる冷媒の過熱度及び過冷度を調節する電子膨脹バルブと、
前記複数の室内機の容量が変更されたか感知し、電子膨脹バルブの開度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記複数の室内機容量が変更されると、該変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度を、あらかじめ定められた初期値に制御し、更に、前記電子膨脹バルブが最適開度に到達すると、電子膨脹バルブの現在開度が、あらかじめ定められた初期値の範囲にあるか判断し、現在開度が初期値の範囲を外れると、現在開度と初期値との偏差を計算し、この偏差に基づいて初期値を補正し、
前記偏差に基づく初期値の補正は、電子膨脹バルブの現在開度とあらかじめ定められた初期値との偏差を計算して格納し、前記偏差を計算して格納する動作を設定回数だけ遂行することによって偏差平均を算出し、前記算出された偏差平均を、あらかじめ定められた初期値に足すことによってなされる、
ことを特徴とするマルチエアコンシステム。 - 前記制御部は、運転開始なのか感知し、運転開始であれば、電子膨脹バルブの開度をあらかじめ定められた初期値に制御することを特徴とする請求項３に記載のマルチエアコンシステム。
- 前記制御部は、複数の室内機容量が変更されると、該変更された室内機容量にしたがって電子膨脹バルブの開度を、補正された初期値に制御することを特徴とする請求項３又は４に記載のマルチエアコンシステム。
- 前記電子膨脹バルブは、室外機に設けられた室外電動弁であることを特徴とする請求項３に記載のマルチエアコンシステム。
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