JP6593797B2 - 蒸気圧縮システム - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態を説明する際に、全体を通じて(上記を含む)以下の定義が適用可能である。
図1A及び図1Bは、本発明の幾つかの実施形態によって用いられる原理に従ってコントローラー101によって制御されるマルチゾーン蒸気圧縮システム(MZ−VCS)100のブロック図を示す。MZ−VCSは、被制御環境を調整するように構成される1つ又は幾つかの屋内熱交換器を含む。例えば、図1Aの一実施形態では、各ゾーン125又は135が建物内の1つの部屋に対応し、MZ−VCSが複数のゾーンに同時に冷房又は暖房を提供できるようにする。
各ゾーン内の熱負荷は独立しており、所望のゾーン温度は異なる可能性がある。結果として、これらの異なる熱的要件を満たすために、実施形態によっては、各熱交換器によって提供される冷房は独立制御される。しかしながら、独立した熱容量に関するこの要件は、共通蒸発温度の制約と相容れない。例えば、局所的なゾーン温度に影響を及ぼすために1つの弁の開放を単純に変更することによって、全てのゾーン内の蒸発温度が変化する。さらに、屋内熱交換器ファン速度を調節することによって、ゾーン温度に影響を及ぼすことができるが、適用例によっては、ゾーンの居住者がゾーン温度設定から独立してゾーン気流設定を指定することができるので、この方法に頼ることはできない。
幾つかの実施形態は、対応する熱交換器内の冷媒の温度に基づいて、弁の開放を制御し、冷媒を熱交換器に取り込むことを目的とする。熱交換器を通り抜ける冷媒の状態の物理的性質に起因して、冷媒の過熱温度及び過冷温度のみを測定することができる。しかしながら、熱交換器にわたって単一の経路内で冷媒の過熱温度又は過冷温度を有する領域は、弁の種々の開放によって形成される熱容量の値のごく一部にしか対応しないので、温度検知を非効率的な制御変数にする。
図4Aは、本発明の一実施形態による、MZ−VCSを制御するためのコントローラーのブロック図を示す。この実施形態のコントローラーは、被制御ゾーンに対して要求される温度を達成するために必要とされる熱容量を決定するための監視用コントローラー401と、熱交換器の少なくとも1つの経路を通り抜ける冷媒の設定点温度を決定し、弁の位置を調整して、経路内の冷媒の設定点温度と測定された温度との間の誤差を低減するための容量コントローラー400とを含む。幾つかの実施形態では、MZ−VCSは、屋外熱交換器と、1組の屋内熱交換器と、屋内熱交換器ごとに1つの容量コントローラーが存在するように1組の容量コントローラーとを含む。
Claims (18)
- 蒸気圧縮システム(VCS:vapor compression systems)であって、
被制御ゾーンを調整するために冷媒を送るための1組の経路に接続される入口ヘッダーパイプを有する熱交換器であって、前記入口ヘッダーパイプは前記冷媒を異なる経路に分割し、少なくとも第1の経路と、第2の経路とを含む、熱交換器と、
前記1組の経路の各経路内の前記冷媒の温度を測定し、少なくとも第1の経路内の温度を測定するための第1のセンサーと、第2の経路内の温度を測定するための第2のセンサーとを含む、1組のセンサーと、
前記入口ヘッダーパイプに入る前記冷媒の量を制御するために、前記入口ヘッダーパイプの上流側又は下流側に設けられる弁と、
前記1組のセンサーからの少なくとも1つのセンサーの測定値と、前記熱交換器に対して要求された熱容量とに基づいて、前記弁の開度に相当する前記弁の位置を決定するためのプロセッサを含むコントローラーであって、前記少なくとも1つのセンサーは、前記要求される熱容量に基づいて選択された前記第1のセンサー又は前記第2のセンサーのいずれかを含む、コントローラーと、
を備え、
前記第1の経路および前記第2の経路は、前記弁の開度が狭くなるにつれて、一方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなり、他方の経路には二相冷媒が流れる状態から、一方の経路に室温と同じ温度の過熱冷媒が流れ、他方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなる状態に移行する関係を有し、
前記熱容量は、前記蒸気圧縮システム内の前記熱交換器によって吸収されるエネルギー速度を指す
蒸気圧縮システム。 - 前記コントローラーは、
前記被制御ゾーンに対して要求された温度に基づいて、前記要求された熱容量を決定するための監視用コントローラーと、
前記1組の経路のうちの少なくとも1つの経路を通り抜ける前記冷媒の設定点温度を決定し、前記弁の前記位置を調整して、前記設定点温度と、前記経路内の前記冷媒の前記測定された温度との間の誤差を低減するための容量コントローラーと、
を備える、請求項1に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記容量コントローラーは、前記要求された熱容量に基づいて前記第1のセンサーと前記第2のセンサーとの間で選択する、
請求項2に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記コントローラーは前記1組の経路からの1つの経路上で前記冷媒の前記温度を測定するための前記1組のセンサーからの1つのセンサーを選択し、前記選択されたセンサーに関して前記要求された熱容量を前記設定点温度にマッピングする設定点関数を用いて、前記選択されたセンサーのための設定点温度を決定し、前記弁の位置を調整して、前記選択されたセンサーの前記設定点温度と前記測定値との間の誤差を低減する、
請求項2に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記設定点関数は、前記熱交換器の前記熱容量を1組の領域に分割し、前記要求された熱容量が、前記設定点関数によって、対応する領域の前記選択されたセンサーの前記設定点温度にマッピングされるように、前記組内の前記センサーごとに1つの領域が存在する、
請求項4に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記設定点関数は蒸発温度又は凝縮温度とゾーン温度との間に制限され、前記プロセッサは前記蒸発温度、前記凝縮温度又は前記ゾーン温度の変化に応答して前記設定点関数を更新する、
請求項4に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記設定点関数は、前記1組のセンサーにおける前記各センサーの飽和点において切り替わる連続関数である、
請求項4に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記容量コントローラーはフィードバックコントローラーを含み、前記フィードバックコントローラーの利得は、前記組内の異なるセンサーが異なる利得に関連付けられるように、前記選択されたセンサーに基づいて選択される、
請求項4に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記熱交換器は屋内熱交換器であり、前記VCSは1つの屋外熱交換器及び複数の屋内熱交換器を含む、
請求項1に記載の蒸気圧縮システム。 - 蒸気圧縮システム(VCS)であって、
被制御ゾーンを調整するために冷媒を送るための1組の経路に接続される入口ヘッダーパイプを有する熱交換器であって、前記1組の経路は少なくとも第1の経路及び第2の経路を含み、前記入口ヘッダーパイプは前記冷媒を前記第1の経路及び前記第2の経路に分割する、熱交換器と、
前記1組の経路内の前記冷媒の温度を測定するための1組のセンサーであって、前記センサーは少なくとも、前記第1の経路内の前記温度を測定するための第1のセンサーと、前記第2の経路内の前記温度を測定するための第2のセンサーとを含む、1組のセンサーと、
前記入口ヘッダーパイプに入る前記冷媒の量を制御するために、前記入口ヘッダーパイプの上流側又は下流側に設けられる弁と、
前記熱交換器の要求された熱容量に基づいて前記第1のセンサーと前記第2のセンサーとの間で選択し、前記選択されたセンサーの測定値と、前記要求された熱容量とに基づいて、前記弁の開度に相当する前記弁の位置を調整するためのプロセッサと、
を備え、
前記第1の経路および前記第2の経路は、前記弁の開度が狭くなるにつれて、一方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなり、他方の経路には二相冷媒が流れる状態から、一方の経路に室温と同じ温度の過熱冷媒が流れ、他方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなる状態に移行する関係を有し、
前記熱容量は、前記蒸気圧縮システム内の前記熱交換器によって吸収されるエネルギー速度を指す
蒸気圧縮システム。 - 前記熱交換器は屋内熱交換器であり、前記VCSは1つの屋外熱交換器と複数の屋内熱交換器とを含む、
請求項10に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記プロセッサは、前記熱交換器の前記熱容量を1組の領域に分割する設定点関数を用いて、前記選択されたセンサーのための設定点を決定し、前記要求された熱容量が、前記設定点関数によって、選択されたセンサーの設定点にマッピングされるように、前記組内の前記センサーごとに1つの領域が存在する、
請求項10に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記設定点関数は蒸発温度又は凝縮温度とゾーン温度との間に制限され、前記プロセッサは前記蒸発温度、前記凝縮温度又は前記ゾーン温度の変化に応答して前記設定点関数を更新する、
請求項12に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記設定点関数は、センサーの飽和点において切り替わる連続関数である、
請求項12に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記弁の前記位置を決定し、前記選択されたセンサーのための設定点と前記選択されたセンサーの測定値との間の誤差を低減するためのフィードバックコントローラーを更に備える、
請求項10に記載の蒸気圧縮システム。 - 前記フィードバックコントローラーの利得は、前記組内の異なるセンサーが異なる利得に関連付けられるように、前記選択されたセンサーに基づいて選択される、
請求項15に記載の蒸気圧縮システム。 - 蒸気圧縮システム(VCS)であって、
屋外熱交換器と、
1組のゾーンを調整するための1組の屋内熱交換器であって、前記各屋内熱交換器は対応するゾーンを調整し、冷媒を送るための1組の経路と、前記1組の経路内の前記冷媒の温度を測定するための1組のセンサーと、前記各屋内熱交換器に入る前記冷媒の量を制御するために、前記1組の経路に接続される入口ヘッダーパイプの上流側又は下流側に設けられる弁とを含む、1組の屋内熱交換器と、
前記対応するゾーンに対して要求された温度に基づいて、前記屋内熱交換器ごとに要求された熱容量を決定するための監視用コントローラーと、
1組の容量コントローラーであって、前記屋内熱交換器内の少なくとも1つの経路を通り抜ける前記冷媒の設定点温度を決定し、前記屋内熱交換器の前記弁の開度に相当する前記弁の位置を調整して、前記設定点温度と前記経路内の前記冷媒の前記測定された温度との間の誤差を低減するために、前記屋内熱交換器ごとに1つの容量コントローラーが存在し、前記容量コントローラーは、監視用コントローラーによって決定された前記熱容量に基づいて、選択された一組のセンサーから第1のセンサー又は第2のセンサーのいずれかから前記測定された温度を受け取る、1組の容量コントローラーと、
を備え、
前記第1のセンサーが設置される経路および前記第2のセンサーが設置される経路は、前記弁の開度が狭くなるにつれて、一方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなり、他方の経路には二相冷媒が流れる状態から、一方の経路に室温と同じ温度の過熱冷媒が流れ、他方の経路に流れる過熱冷媒の過熱度が大きくなる状態に移行する関係を有し、
前記熱容量は、前記蒸気圧縮システム内の前記屋内熱交換器によって吸収されるエネルギー速度を指す
蒸気圧縮システム。 - 前記容量コントローラーは、
終了条件が満たされるまで、前記弁の前記位置を繰り返し調整して、前記誤差を低減するためのフィードバックコントローラーと、
前記要求された熱容量に基づいて、前記一組のセンサーからセンサーを選択するためのプロセッサと、選択された経路上の前記冷媒の前記温度を測定するためのセンサーと、
前記フィードバックコントローラーを前記選択されたセンサーに動作可能に接続するためのスイッチと、
を備える、請求項17に記載の蒸気圧縮システム。
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