JP6109307B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
空気調和装置は、室外機1と室内機2とを備えている。室外機1内には圧縮機3、冷房と暖房の運転切換を行う四方弁4、室外熱交換器5、室外ファン(蒸発器ファン又は凝縮器ファン)6、膨張弁7が搭載されている。また、室内機2内には室内熱交換器9、室内ファン(凝縮器ファン又は蒸発器ファン)10が搭載されている。また、本空気調和装置の冷媒回路内には熱輸送媒体として冷媒を使用している。なお、図1では四方弁4の切換えにより冷暖房を切換え可能な構成としたが、四方弁4は必ずしも必須の構成ではなく、省略可能である。
冷房運転時には、四方弁4の流路は図1の実線方向に設定される。そして圧縮機3から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁4を経て凝縮器となる室外熱交換器5で放熱しながら凝縮液化し高圧の液冷媒となる。室外熱交換器5を出た高圧の冷媒は、膨張弁7で減圧された後、液配管8を経由して、室内機2に流入し、蒸発器となる室内熱交換器9に流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化される。室内機2側の空気や水などの負荷側媒体の熱を吸熱することで冷房を行う。その後、ガス配管11を経て室外機1に流入する。そして、四方弁4を経て、圧縮機3に吸入される。
S1では、制御装置41がリモコンから使用者により設定された室内温度、室内風量の信号を受け取る。S2では、制御装置41は膨張弁7を決められた初期開度にして、圧縮機3、室内ファン10、室外ファン6を起動する。S3では、制御装置41は室内設定温度と室内現在温度との偏差に応じて圧縮機周波数を決定する。ここで決定された圧縮機周波数は、後述の制御ゲインKの算出時に使用される。
制御値が目標値Tmを超えた最大値は、行過ぎ量あるいはオーバーシュートと一般的に言われている。また、制御値が目標値を中心として、所望の許容範囲である整定範囲(ここでは目標値Tmの±ΔT)内に収まるまでの時間は、整定時間と言われている。目標値と現在値Tとの偏差を|T−Tm|、オーバーシュート量a(図3では、線(3)のオーバーシュート量のみを図示)とし、a/|T−Tm|を許容行過ぎ率として定義する。
可変許容行過ぎ率Xa[%]=|(整定範囲ΔT)/(現在値T−目標値Tm)|×100
・・・(1)
但し、T=TmのときはXa=0%とする。
空気調和装置の制御は、ある制御間隔で制御される。その制御間隔毎の目標値を以下では許容値という。許容値は、設定許容行過ぎ率Yとして可変許容行過ぎ率Xaが設定される場合と、基準許容行過ぎ率Xbが設定される場合とで値が異なる。許容値は、設定許容行過ぎ率Yを用いて以下の(2)式で算出される。
Ta=Tm − Y(T−Tm) ・・・(2)
許容値=Tm−Y(T−Tm)
=Tm−|ΔT/(T−Tm)|×(T−Tm)
=Tm−(−ΔT)=Tm+ΔT=整定範囲の上限値
許容値=50−0.1(30−50)=52℃
この場合、許容値が整定範囲の上限値55℃よりも低くなってしまう。
許容値=50−0.5(30−50)=60℃
この場合、許容値が整定範囲の上限値を超えてしまう。
Xa=|5/(30−50)|×100=25%
許容値=55℃=整定範囲の上限値
図6に示すように、現在値Tが時間t1のとき、現在値Tは整定範囲の下限値より低いため、可変許容行過ぎ率Xaが設定許容行過ぎ率Yに設定され、許容値Taは(2)式より整定範囲の上限値となる。よって、可変許容行過ぎ率Xaに基づいて算出される操作対象の操作量は、具体的には制御値を許容値Taとするための操作量が決定されることになる。
現在値Tが時間t1で、例えば基準許容行過ぎ率Xb(<可変許容行過ぎ率Xa)を設定許容行過ぎ率Yに設定した場合、許容値Taは目標値より高く、整定範囲の上限値より低い値となる。そして、制御値が許容値Taとなるように次の操作量を決定する。t2以降においては図6と同様である。
まずS4−1では、制御装置41が、あらかじめ設定した圧縮機吐出温度の限界値Tbを読み込む。限界値Tbは制御対象の機器(ここでは圧縮機3)の損傷を回避するための保護制御に入らず、機器の安全運転継続可能な上限値として定める。また、現在値の安定を示す指標としてあらかじめ設定した整定範囲ΔTも同様に読み込む。また、あらかじめ設定した基準許容行過ぎ率Xbも同様に読み込む。
Tmmax=Tb−ΔT ・・・(3)
実施の形態1では、図8のS4−3で算出した目標値Tmが目標値Tmの上限値Tmmaxより大きくなるときは、目標値Tmを目標値の上限値Tmmaxに規制している。これは、予め設定した固定値を整定範囲としており、上限値Tmmaxを前記(3)式で求めているためである。そこで、本実施の形態2は、現在値Tが目標値Tmに近づいたときに整定範囲を小さくすることで、目標値の上限値Tmmaxを上げて現在値Tを迅速に本来の目標値に近づけるようにし、更なる省エネ運転を図ったものである。
図9においてS4−1〜S4−4は図8のフローチャートと同一である。S4−aでは制御装置41は、圧縮機吐出温度が目標値の上限値Tmmaxから整定範囲ΔTを減算した値より低いと判定した場合はS4−5へ進み、以降は図8のフローチャートと同一である。
ΔT2=ΔT×Xb(Xb<100%) ・・・ (4)
制御値(圧縮機吐出温度)の現在値Tが点Aの場合、前記図9のフローチャートのS4−aの関係を満たすため、整定範囲ΔTは前記図9のフローチャートのS4−1と同一である。また、目標値Tmは前記S4−1の整定範囲ΔTより得られる目標値の上限値Tmmaxと同一である。
上記実施の形態1、2では、整定範囲内において、制御対象の現在値の代わりに、制御対象の過去の値と制御対象の現在値より予測した次回値を用いてもよい。この場合、より収束性を高めることができる。次回値の予測方法として、例えば、3点予測を用いた場合について以下に説明する。
3点予測とは、一定の制御間隔ごとに収集される現在値の前々回値Told2、前回値Told1、現在値Tnowの3点を用いて、前々回値Told2と前回値Told1の偏差より、前回値Told1と現在値Tnowの偏差が小さい場合に、偏差の比に応じて下記の(5)式のように次回値Tnewを予測する方法である。
Tnew = Tnow + (Tnow −Told1)2/(Told1 −Told2)
・・・ (5)
図12は、本発明の各実施の形態の空気調和装置の冷凍サイクルに使用する冷媒の比熱比を示す図表である。
空気調和装置の冷凍サイクルに使用する冷媒として、図12に示すように、例えばR32冷媒のように、現在海外機種で使用されているR22冷媒よりも比熱比が大きく、圧縮機吐出温度が高くなりやすい冷媒において以下の利点がある。それは、圧縮機吐出温度を制御対象とする場合、許容行過ぎ率の設定により、圧縮機吐出温度の異常な過昇を防ぐことができる点と、圧縮機吐出温度が高くならない運転状態において、圧縮機吐出温度を迅速に圧縮機吐出温度の目標値Tmに到達させることで快適性を向上させることができる点の2点である。
Claims (9)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を有し、冷媒が循環する冷媒回路と、
凝縮器ファンと、
蒸発器ファンと、
前記冷媒回路の運転状態量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された計測値の一つである制御対象の現在値が、それ以外の計測値に基づいて決定した前記制御対象の目標値となるように、前記圧縮機の周波数、前記膨張弁の開度、前記凝縮器ファンの回転数、前記蒸発器ファンの回転数の少なくとも一つである操作対象の操作量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、制御ゲインに基づいて前記操作対象の操作量を制御するようにしており、前記現在値が前記目標値を中心として設定された整定範囲外の場合、前記制御ゲインを可変とし、前記現在値が前記整定範囲内の場合、前記制御ゲインを固定とし、
前記現在値が前記整定範囲の上限値と下限値のうちの前記下限値より低い間は、前記上限値を目標値として前記操作量を決定し、
前記現在値が、前記上限値より高い間は、前記下限値を目標値として前記操作量を決定し、
前記現在値が前記整定範囲内に入って以降は、予め設定されたオーバーシュート比率である基準許容行過ぎ率に基づいて前記操作量を決定する
空気調和装置。 - 前記制御部は、
前記現在値が前記整定範囲から外れている間の前記操作量の決定に際しては、前記整定範囲を前記現在値と前記目標値との差分で除算した可変許容行過ぎ率を演算し、前記可変許容行過ぎ率に基づいて、前記操作量を決定するための前記制御ゲインを演算し、前記制御ゲインに基づいて前記操作量を決定し、
前記現在値が、前記整定範囲内に入って以降の前記操作量の決定に際しては、前記基準許容行過ぎ率に基づいて、前記操作量を決定するための前記制御ゲインを演算し、前記制御ゲインに基づいて前記操作量を決定する
請求項1記載の空気調和装置。 - 前記制御部は、
前記制御対象の現在値が前記目標値に近づいたときに、前記制御対象の目標値の上限値を現在よりも高く、又は前記制御対象の目標値の下限値を現在よりも低くする
請求項1又は請求項2記載の空気調和装置。 - 前記制御部は、
制御間隔毎に、前記制御対象の過去の値と現在値とから次回値を予測して、前記次回値が許容オーバーシュート量を超える場合、前記制御ゲインを小さくする
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の空気調和装置。 - 前記制御部は、前記制御ゲインを演算する際に、更に、制御間隔と、膨張弁開度と、圧縮機周波数とを用いる
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の空気調和装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を有し、冷媒が循環する冷媒回路と、
凝縮器ファンと、
蒸発器ファンと、
前記冷媒回路の運転状態量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された計測値の一つである制御対象の現在値が、それ以外の計測値に基づいて決定した前記制御対象の目標値となるように、前記圧縮機の周波数、前記膨張弁の開度、前記凝縮器ファンの回転数、前記蒸発器ファンの回転数の少なくとも一つである操作対象の操作量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、制御ゲインを変化させて前記操作対象の操作量を制御するようにしており、前記制御対象の現在値が前記目標値に近づいたときに、前記制御対象の目標値の上限値を現在よりも高く、又は前記制御対象の目標値の下限値を現在よりも低くする
空気調和装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を有し、冷媒が循環する冷媒回路と、
凝縮器ファンと、
蒸発器ファンと、
前記冷媒回路の運転状態量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された計測値の一つである制御対象の現在値が、それ以外の計測値に基づいて決定した前記制御対象の目標値となるように、前記圧縮機の周波数、前記膨張弁の開度、前記凝縮器ファンの回転数、前記蒸発器ファンの回転数の少なくとも一つである操作対象の操作量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、制御ゲインを変化させて前記操作対象の操作量を制御するようにしており、制御間隔毎に、前記制御対象の過去の値と現在値とから次回値を予測して、前記次回値が許容オーバーシュート量を超える場合、前記制御ゲインを小さくする
空気調和装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を有し、冷媒が循環する冷媒回路と、
凝縮器ファンと、
蒸発器ファンと、
前記冷媒回路の運転状態量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された計測値の一つである制御対象の現在値が、それ以外の計測値に基づいて決定した前記制御対象の目標値となるように、前記圧縮機の周波数、前記膨張弁の開度、前記凝縮器ファンの回転数、前記蒸発器ファンの回転数の少なくとも一つである操作対象の操作量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、制御ゲインを変化させて前記操作対象の操作量を制御するようにしており、前記制御ゲインを演算する際に、制御間隔と、膨張弁開度と、圧縮機周波数とを用いる
空気調和装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を有し、冷媒が循環する冷媒回路と、
凝縮器ファンと、
蒸発器ファンと、
前記冷媒回路の運転状態量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された計測値の一つである制御対象の現在値が、それ以外の計測値に基づいて決定した前記制御対象の目標値となるように、前記圧縮機の周波数、前記膨張弁の開度、前記凝縮器ファンの回転数、前記蒸発器ファンの回転数の少なくとも一つである操作対象の操作量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記現在値が前記目標値を中心として設定された整定範囲の上限値と下限値のうちの前記下限値より低い間は、前記上限値を目標値として前記操作量を決定し、
前記現在値が、前記上限値より高い間は、前記下限値を目標値として前記操作量を決定し、
前記現在値が前記整定範囲内に入って以降は、予め設定されたオーバーシュート比率である基準許容行過ぎ率に基づいて前記操作量を決定する
空気調和装置。
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