JP7112054B2 - Control device for air conditioner, and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、冷媒回路を備えた空気調和装置の制御装置、及び空気調和装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control device for an air conditioner having a refrigerant circuit, and an air conditioner.
従来の空気調和装置においては、例えば、流量可変膨張弁の開度及び能力可変圧縮機の回転数を、それぞれの偏差が所定の範囲内でかつ消費電力が最小値となるように補正する制御手段を具備するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional air conditioner, for example, control means for correcting the opening of a variable flow rate expansion valve and the rotational speed of a variable capacity compressor so that the respective deviations are within a predetermined range and power consumption is minimized. has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
従来の空気調和装置では、圧縮機と膨脹弁の操作量を変更した後の消費電力が、変更前よりも減少している場合には、操作量の変更を有効にする。これにより、従来の空気調和装置は、消費電力が最小となる操作量を探索する。
しかし、従来の空気調和装置では、消費電量を最小とする、圧縮機及び膨脹弁等のアクチュエータの操作量を探索する動作において、操作量の初期値付近の特定の範囲における極値に操作量が収束してしまう場合がある。このため、当該特定の範囲外に存在する最適値である大域的最適値の操作量を収束させることができない場合がある、という問題点があった。In conventional air conditioners, when the power consumption after changing the operation amount of the compressor and the expansion valve is lower than before the change, the change of the operation amount is made effective. As a result, the conventional air conditioner searches for an operation amount that minimizes power consumption.
However, in the conventional air conditioner, in the operation of searching for the operation amount of the actuators such as the compressor and the expansion valve that minimizes the power consumption, the operation amount reaches an extreme value in a specific range near the initial value of the operation amount. may converge. Therefore, there is a problem that the operation amount of the global optimum value, which is the optimum value existing outside the specific range, may not converge.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空気調和装置の消費電力を低減させるアクチュエータの操作量を求める制御において、大域的最適値に操作量を収束し易くすることができる、空気調和装置の制御装置及び空気調和装置を得るものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and is intended to facilitate the convergence of the operation amount to a global optimum value in the control for obtaining the operation amount of the actuator that reduces the power consumption of the air conditioner. To obtain an air conditioner control device and an air conditioner capable of
本発明に係る空気調和装置の制御装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、室内空気と前記冷媒とを熱交換する室内熱交換器と、前記冷媒を膨張させる膨張弁と、室外空気と前記冷媒とを熱交換する室外熱交換器とが配管で接続され、前記冷媒を循環させる冷媒回路を備えた空気調和装置の制御装置であって、前記室内空気の温度を取得する室温取得部と、前記空気調和装置の消費電力を取得する電力取得部と、前記冷媒回路の運転状態量を取得する運転状態量取得部と、前記圧縮機及び前記膨張弁を含む前記空気調和装置の複数のアクチュエータの運転を制御する運転制御部と、前記室内空気の温度が目標値に近づくように、前記複数のアクチュエータのうちの1つの操作量を設定した状態において、前記複数のアクチュエータのうちの他の少なくとも1つの操作量の増加または減少を繰り返し、前記消費電力が最小となる操作量を求める操作量設定部と、前記冷媒回路の運転状態量に基づき、確率の値を可変させる確率設定部と、を備え、前記操作量設定部は、前記操作量を増加または減少させた後の前記消費電力が、前記操作量を増加または減少させる前の前記消費電力以下である場合、前記増加または減少させた後の前記操作量を維持し、前記操作量を増加または減少させた後の前記消費電力が、前記操作量を増加または減少させる前の前記消費電力よりも大きい場合、前記増加または減少させた後の前記操作量を維持するか、前記増加または減少させる前の前記操作量へ戻すかのいずれかを、前記確率によって決定するものである。 A control device for an air conditioner according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, an indoor heat exchanger that exchanges heat between indoor air and the refrigerant, an expansion valve that expands the refrigerant, and outdoor air and the refrigerant. A control device for an air conditioner comprising a refrigerant circuit that circulates the refrigerant and is connected by a pipe to an outdoor heat exchanger that exchanges heat with the room temperature acquisition unit that acquires the temperature of the indoor air; A power acquisition unit that acquires power consumption of an air conditioner, an operation state quantity acquisition unit that acquires an operation state quantity of the refrigerant circuit, and operation of a plurality of actuators of the air conditioner including the compressor and the expansion valve. and in a state in which the operation amount of one of the plurality of actuators is set so that the temperature of the indoor air approaches a target value, at least one other of the plurality of actuators A manipulated variable setting unit that repeatedly increases or decreases the manipulated variable to obtain the manipulated variable that minimizes the power consumption, and a probability setting unit that varies the probability value based on the operating state quantity of the refrigerant circuit, When the power consumption after increasing or decreasing the operation amount is equal to or less than the power consumption before increasing or decreasing the operation amount, the operation amount setting unit sets the power consumption after increasing or decreasing the operation amount. If the power consumption after maintaining the manipulated variable and increasing or decreasing the manipulated variable is greater than the power consumption before increasing or decreasing the manipulated variable, the operation after increasing or decreasing the manipulated variable Whether to maintain the amount or return to the manipulated amount before the increase or decrease is determined by the probability.
本発明の空気調和装置の制御装置は、アクチュエータの操作量を増加または減少させた後の消費電力が、操作量を増加または減少させる前の消費電力よりも大きい場合、増加または減少させた後の操作量を維持するか、増加または減少させる前の操作量へ戻すかのいずれかを、確率によって決定する。このため、空気調和装置の消費電力を低減させるアクチュエータの操作量を求める動作において、大域的最適値に操作量を収束し易くすることができる。 In the air conditioner control device of the present invention, if the power consumption after increasing or decreasing the operation amount of the actuator is greater than the power consumption before increasing or decreasing the operation amount, Whether to maintain the manipulated variable or return to the manipulated variable before increasing or decreasing is determined by probability. Therefore, in the operation of determining the operation amount of the actuator that reduces the power consumption of the air conditioner, the operation amount can be easily converged to the global optimum value.
以下、本発明に係る空気調和装置の制御装置及び空気調和装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本発明は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。また、圧力および温度の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of an air conditioner control device and an air conditioner according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. In addition, the present invention includes all possible combinations of the configurations shown in the following embodiments. Also, in each figure, the same reference numerals denote the same or corresponding parts, which are common throughout the specification. Further, the levels of pressure and temperature are not determined in relation to absolute values, but relatively determined by the state, operation, etc. of the apparatus.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における空気調和装置の構成図である。
図1に示すように、空気調和装置100は、室外機1と、室内機2と、操作部3と、制御装置200とを備えている。空気調和装置100は、交流電源4から供給される電力によって動作する。交流電源4は、例えば商用交流電源である。
1 is a configuration diagram of an air conditioner according to
As shown in FIG. 1, the
室外機1は、圧縮機11と、四方弁12と、室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器13と、膨張弁14と、室外空気を室外熱交換器13に送風する室外送風機15とを備えている。
室内機2は、室内空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器21と、室内空気を室内熱交換器21に送風する室内送風機22とを備えている。
操作部3は、空気調和装置100の運転の操作及び室内空気の目標温度の設定値などが入力される。The
The
The
圧縮機11と、四方弁12と、室外熱交換器13と、膨張弁14と、室内熱交換器21とは、順次、配管によって接続され、冷媒が循環する冷媒回路10を構成する。
The
圧縮機11は、冷媒回路10を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。圧縮機11は、単位時間当たりの冷媒の吐出量である運転容量が可変に構成される。例えば、圧縮機11は、インバータ回路により回転数が制御されるモータによって駆動される。
四方弁12は、圧縮機11から吐出されたガス冷媒を室外熱交換器13又は室内熱交換器21に流すように流路を切り替える。
室外熱交換器13は、例えば、複数の伝熱管と複数のフィンとを有するフィンアンドチューブ型熱交換器により構成される。室外熱交換器13は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。
膨張弁14は、冷媒回路10を流れる冷媒を減圧して膨張させるものである。膨張弁14は、例えば、電子式膨張弁若しくは感温式膨張弁等により構成される。The
The four-
The
The
室内熱交換器21は、例えば、複数の伝熱管と複数のフィンとを有するフィンアンドチューブ型熱交換器により構成される。室内熱交換器21は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。
The
なお、冷媒回路10の構成は、上記に限定されない。例えば、冷媒回路10内の余剰冷媒を溜めるアキュムレータまたはレシーバなどを設ける構成としても良い。また例えば、冷媒回路10の高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設ける構成としても良い。
In addition, the configuration of the
室外送風機15は、送風量が可変に構成される。例えば、室外送風機15は、モータによって回転駆動される遠心ファン又は多翼ファン等から構成されている。室外熱交換器13は、室外送風機15の送風量が可変されることで、熱効率が可変する。
室内送風機22は、送風量が可変に構成される。例えば、室内送風機22は、モータによって回転駆動される遠心ファン又は多翼ファン等から構成されている。室内熱交換器21は、室内送風機22の送風量が可変されることで、熱効率が可変する。The
The
空気調和装置100は、制御装置200と、温度センサ31~温度センサ36と、室温センサ40と、電力センサ50とを備える。
制御装置200は、圧縮機11の運転容量、四方弁12の切替、膨張弁14の開度、並びに室外送風機15及び室内送風機22の回転数を制御する。
以下、制御装置200が制御する、圧縮機11、四方弁12、膨張弁14、室外送風機15、及び室内送風機22を、複数のアクチュエータ300とも称する。
The
Hereinafter, the
温度センサ31は、圧縮機11の吐出側の配管に配置され、圧縮機11から吐出された冷媒の温度を検出する。
温度センサ32は、室外熱交換器13に配置され、室外熱交換器13を流通する冷媒の温度を検出する。即ち、温度センサ32は、室外熱交換器13が凝縮器として機能する場合、冷媒の凝縮温度を検出する。また、温度センサ32は、室外熱交換器13が蒸発器として機能する場合、冷媒の蒸発温度を検出する。The
The
温度センサ33は、室外熱交換器13と膨張弁14との間の配管に配置され、配管を流通する冷媒の温度を検出する。即ち、温度センサ33は、室外熱交換器13が凝縮器として機能する場合、膨張弁14へ流入する冷媒の温度を検出する。また、温度センサ33は、室外熱交換器13が蒸発器として機能する場合、膨張弁14から流出した冷媒の温度を検出する。
The
温度センサ34は、膨張弁14と室内熱交換器21との間の配管に配置され、配管を流通する冷媒の温度を検出する。即ち、温度センサ34は、室内熱交換器21が凝縮器として機能する場合、膨張弁14へ流入する冷媒の温度を検出する。また、温度センサ34は、室内熱交換器21が蒸発器として機能する場合、膨張弁14から流出した冷媒の温度を検出する。
The
温度センサ35は、室内熱交換器21に配置され、室内熱交換器21を流通する冷媒の温度を検出する。即ち、温度センサ35は、室内熱交換器21が、凝縮器として機能する場合、冷媒の凝縮温度を検出する。また、温度センサ35は、室内熱交換器21が、蒸発器として機能する場合、冷媒の蒸発温度を検出する。
温度センサ36は、圧縮機11の吸入側の配管に配置され、圧縮機11へ吸入される冷媒の温度を検出する。The
The
室温センサ40は、室内機2へ取り込まれた室内空気の温度を検出する。
温度センサ31~温度センサ36、及び室温センサ40は、例えば、サーミスタ、熱電対、又は赤外線センサによって構成される。
The
電力センサ50は、交流電源4から空気調和装置100へ供給される電力を検出する。即ち、電力センサ50は、空気調和装置100が消費する電力である消費電力の値を検出する。電力センサ50は、例えば、交流電源4から空気調和装置100へ供給される電圧及び電流を計測して電力を求める。
図2は、実施の形態1における空気調和装置の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図2に示すように、制御装置200は、電力取得部201と、室温取得部202と、運転状態量取得部203と、確率設定部204と、操作量設定部205と、運転制御部206とを備える。
電力取得部201は、電力センサ50が検出した空気調和装置100の消費電力の値を取得する。
室温取得部202は、室温センサ40が検出した室内空気の温度の値を取得する。2 is a functional block diagram showing the configuration of the control device for the air conditioner according to
As shown in FIG. 2, the
The
The room
運転状態量取得部203は、冷媒回路10の運転状態量を取得する。ここで、冷媒回路10の運転状態量には、温度センサ31~温度センサ36が検出した温度の値が含まれる。温度センサ31~温度センサ36及び運転状態量取得部203は、運転状態量検出手段30を構成する。
The operating state
運転状態量取得部203は、室内熱交換器21が蒸発器として機能する場合において、温度センサ33と温度センサ32の検出温度の温度差から冷媒の過冷却度を求め、温度センサ36と温度センサ35の検出温度の温度差から冷媒の過熱度を求める。また、運転状態量取得部203は、室内熱交換器21が凝縮器として機能する場合において、温度センサ35と温度センサ34の検出温度の温度差から冷媒の過冷却度を求め、温度センサ36と温度センサ32の検出温度の温度差から冷媒の過熱度を求める。
When the
即ち、運転状態量取得部203は、膨張弁14へ流入する冷媒の温度と凝縮温度との温度差から冷媒の過冷却度を運転状態量として求める。また、運転状態量取得部203は、圧縮機11へ吸入される冷媒の温度と蒸発温度との温度差から冷媒の過熱度を運転状態量として求める。
That is, the operating state
なお、圧縮機11から吐出された冷媒の圧力を検出する圧力センサ及び圧縮機11へ吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサを、運転状態量検出手段30として設けても良い。運転状態量取得部203は、圧力センサによって検出された圧力の値を換算して、冷媒の飽和温度を求めても良い。
A pressure sensor for detecting the pressure of the refrigerant discharged from the
確率設定部204は、冷媒回路10の運転状態量に基づき、確率の値を可変させる。
操作量設定部205は、操作部3からの目標温度の設定値、電力取得部201からの消費電力の値、運転状態量取得部203からの運転状態量、及び確率設定部204からの確率の値が入力される。操作量設定部205は、室内空気の温度が目標値に近づくように、複数のアクチュエータ300の操作量を設定する。また、操作量設定部205は、複数のアクチュエータ300のうちの少なくとも1つの操作量の増加または減少を繰り返し、消費電力が最小となる操作量を求める。The
The operation
運転制御部206は、操作量設定部205によって設定された操作量に応じて、空気調和装置100の複数のアクチュエータ300の運転を制御する。
運転制御部206は、操作部3から使用者により指示された運転モード及び設定温度に基づいて、四方弁12の切り替え及び圧縮機11の運転容量を制御する暖房運転又は冷房運転を行う。
なお、運転制御部206は、暖房運転又は冷房運転の制御において、設定温度、過冷却度、及び過熱度の目標値などに応じて、圧縮機11の運転容量、膨張弁14の開度、室外送風機15及び室内送風機22の回転数などを制御しても良い。The
The
In addition, in the control of the heating operation or the cooling operation, the
制御装置200は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)で構成される。なお、CPUは、中央処理装置、処理装置、又は演算装置とも称される。
The
制御装置200が専用のハードウェアである場合、制御装置200は、例えば、単一回路、複合回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置200が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。
If the
制御装置200がCPUの場合、制御装置200が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。CPUは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置200の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、又はEEPROM等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。
When the
なお、制御装置200の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。
A part of the functions of the
次に、空気調和装置100の冷媒回路10における冷房運転及び暖房運転における冷媒の動作について説明する。
Next, the behavior of the refrigerant in the cooling operation and the heating operation in the
(冷房運転)
冷房運転時は、四方弁12が図1の実線で示される状態に切り替えられる。即ち、圧縮機11の吐出側の配管と室外熱交換器13とが接続される。
圧縮機11から吐出した高温高圧の冷媒は、四方弁12を通過して室外熱交換器13へ流入する。室外熱交換器13に流入した冷媒は、室外送風機15からの室外空気と熱交換して放熱し、温度が低下して過冷却状態の液冷媒となって、室外熱交換器13から流出する。(cooling operation)
During cooling operation, the four-
The high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the
室外熱交換器13から流出した冷媒は、膨張弁14によって減圧されて気液二相冷媒となり、室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21に流入した冷媒は、室内送風機22からの室内空気と熱交換して吸熱、蒸発し、ガス状態の冷媒となって室内熱交換器21から流出する。室内熱交換器21から流出した冷媒は、四方弁12を通過して、圧縮機11へ吸入される。
The refrigerant that has flowed out of the
(暖房運転)
暖房運転時は、四方弁12が図1の点線で示される状態に切り替えられる。即ち、圧縮機11の吐出側の配管と室内熱交換器21とが接続される。
圧縮機11から吐出した高温高圧の冷媒は、四方弁12を通過して室内熱交換器21へ流入する。室内熱交換器21に流入した冷媒は、室内送風機22からの室内空気と熱交換して放熱し、温度が低下して過冷却状態の液冷媒となって、室内熱交換器21から流出する。(heating operation)
During heating operation, the four-
The high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the
室内熱交換器21から流出した冷媒は、膨張弁14によって減圧されて気液二相冷媒となり、室外熱交換器13へ流入する。室外熱交換器13に流入した冷媒は、室外送風機15からの室外空気と熱交換して吸熱、蒸発し、ガス状態の冷媒となって室外熱交換器13から流出する。室外熱交換器13から流出した冷媒は、四方弁12を通過して、圧縮機11へ吸入される。
The refrigerant that has flowed out of the
なお、本実施の形態1の空気調和装置100は、冷房運転と暖房運転とを切り替え可能に構成したが、これに限定されない。冷房運転又は暖房運転の何れかのみを実施する構成としても良い。この場合には四方弁12は設けなくても良い。
Although the air-
(最適化制御)
本実施の形態1に係る制御装置200は、暖房運転及び冷房運転において、空気調和装置100の消費電力が最小となる複数のアクチュエータ300の操作量を求める最適化制御を行う。(optimization control)
The
図3は、実施の形態1における空気調和装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。
図4は、最適化制御におけるアクチュエータの操作量と消費電力との関係を示す図である。図4の縦軸は、空気調和装置100の消費電力を示し、横軸は、複数のアクチュエータ300のうちの1つの操作量を示す。なお、図4に示す例では、アクチュエータ300の操作量と消費電力との間の特性が単調性でない場合を示している。即ち、図4に示す操作量と消費電力との間の特性は、操作量の可変可能な全範囲に対して、消費電力が最小となる大域的最小値W-Gmと、操作量の特定の範囲に対して、消費電力が最小となる局所的最小値W-Lmとを有する場合を示している。3 is a flowchart showing the operation of the control device for the air conditioner according to
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the operation amount of the actuator and power consumption in optimization control. The vertical axis in FIG. 4 indicates the power consumption of the
以下、消費電力が大域的最小値となるような操作量を探索する制御装置200の最適化制御を、図3に基づき、図4を参照しつつ説明する。
The optimization control of the
運転状態量取得部203は、暖房運転又は冷房運転を開始すると、一定の間隔で運転状態量を取得する(ステップS1)。
操作量設定部205は、運転状態量に基づき、最適制御の開始条件を満たすか否かを判断する(ステップS2)。最適制御の開始条件は、例えば、室内温度と目標温度との差温が所定の範囲内である場合、一定時間における冷媒の温度の変化量が所定の範囲内である場合など、運転状態が安定している状態を特定する条件である。
最適制御の開始条件を満たさない場合、操作量設定部205は、ステップS1へ戻る。When the heating operation or the cooling operation is started, the operating state
The operation
If the optimal control start condition is not satisfied, the operation
最適制御の開始条件を満たす場合、操作量設定部205は、最適制御を開始する(ステップS3)。最適制御において操作量設定部205は、室内空気の温度が目標値に近づくように、複数のアクチュエータ300のうちの1つの操作量を設定する。以下の動作では、操作量設定部205は、複数のアクチュエータ300のうちの1つの操作量を設定した状態において、複数のアクチュエータ300のうちの他の少なくとも1つの操作量を変更し、消費電力が最小となる操作量を求める。例えば、操作量設定部205は、室内空気の温度が目標値に近づくように、圧縮機11の運転容量の操作量を常に設定した状態において、室外送風機15の送風量(回転数)を変更する。
以下、消費電力が最小となる操作量を求める対象のアクチュエータ300を、操作対象のアクチュエータ300と称する。When the conditions for starting the optimum control are satisfied, the manipulated
Hereinafter, the
操作量設定部205は、操作対象のアクチュエータ300の操作量を変化させる量である制御パラメータΔXの初期値を設定する(ステップS4)。制御パラメータΔXの初期値は、例えば、運転状態量に応じて設定される。例えば、設計値等から予め記憶された、室内温度と目標温度との差温、消費電力及び冷媒の温度等の関係と、これらの現在の検出値との偏差が大きい程、制御パラメータΔXを大きく設定する。
The operation
また、確率設定部204は、確率の値を初期値に設定する。確率の値は、例えば0~1.0の数値範囲で設定される。初期値は、例えば最大値に設定する。また例えば、確率設定部204は、設計値等から予め記憶された、室内温度と目標温度との差温、消費電力及び冷媒の温度等の関係と、これらの現在の検出値との偏差が大きい程、確率の値を大きく設定する。
Also, the
次に、操作量設定部205は、操作対象のアクチュエータ300の操作量を、制御パラメータΔXで設定された変化量だけ、増加または減少させる(ステップS5)。運転制御部206は、操作量設定部205によって設定された操作量に応じて、制御対象のアクチュエータ300の運転を制御する。
Next, the operation
制御対象のアクチュエータ300の操作量が変更された後、運転状態量取得部203は、運転状態量を取得する(ステップS6)。
操作量設定部205は、運転状態量に基づき、比較条件を満たすか否かを判断する(ステップS7)。比較条件は、操作量を変化させる前の消費電力と操作量を変化させた後の消費電力とを比較するのに適した運転状態であるか否かを判定する条件である。比較条件は、例えば、室内温度と目標温度との差温が所定の範囲内である場合、一定時間における冷媒の温度の変化量が所定の範囲内である場合など、運転状態が安定している状態を特定する条件である。
比較条件を満たさない場合、操作量設定部205は、ステップS6へ戻る。After the operation amount of the
The operation
If the comparison condition is not satisfied, the manipulated
比較条件を満たす場合、操作量設定部205は、消費電力条件を満たすか否かを判断する(ステップS8)。消費電力条件は、制御対象のアクチュエータ300の操作量を増加または減少させた後の消費電力が、操作量を増加または減少させる前の消費電力以下であるか否かである。
When the comparison condition is satisfied, the operation
消費電力条件を満たす場合、操作量設定部205は、増加または減少させた後の操作量を維持する(ステップS9)。
When the power consumption condition is satisfied, the operation
例えば図4に示すように、操作量設定部205は、操作対象のアクチュエータ300の操作量を、操作量X0から操作量Xp1へ変化させた場合、変化後の消費電力Wp1は変化前の消費電力W0以下となる。この場合、操作量設定部205は、操作量Xp1を維持する。
For example, as shown in FIG. 4, when the operation
一方、消費電力条件を満たさない場合、操作量設定部205は、確率による条件を満たすか否かを判断する(ステップS10)。確率による条件は、確率設定部204によって設定された確率の値に従い、条件を満たすか否かを確率によって判断する。即ち、操作量設定部205は、確率の値が大きいほど、ステップS10の条件を満たすと判断する確率が、ステップS10の条件を満たさないと判断する確率よりも高くなる。
On the other hand, when the power consumption condition is not satisfied, the operation
確率による条件を満たさない場合、操作量設定部205は、制御対象のアクチュエータ300の操作量を、増加または減少させる前の操作量へ戻す(ステップS11)。一方、確率による条件を満たす場合、操作量設定部205は、ステップS9へ進み、増加または減少させた後の操作量を維持する。
If the probability condition is not satisfied, the operation
即ち、操作量設定部205は、操作量を増加または減少させた後の消費電力が、操作量を増加または減少させる前の消費電力よりも大きい場合、増加または減少させた後の操作量を維持するか、増加または減少させる前の操作量へ戻すかのいずれかを、確率設定部204が設定した確率によって決定する。
That is, if the power consumption after increasing or decreasing the operation amount is greater than the power consumption before increasing or decreasing the operation amount, the operation
例えば図4に示すように、操作量設定部205は、操作対象のアクチュエータ300の操作量を、操作量X0から操作量Xm1へ変化させた場合、変化後の消費電力Wm1は変化前の消費電力W0よりも大きくなる。この場合、操作量設定部205は、操作量Xm1を維持するか、操作量X0へ戻すかの何れかを確率によって決定する。
For example, as shown in FIG. 4, when the operation
次に、確率設定部204は、冷媒回路10の運転状態量に基づき、確率の値を更新する(ステップS13)。
Next, the
例えば、確率設定部204は、操作量が増加または減少された後の冷媒の過熱度が、操作量が増加または減少される前の冷媒の過熱度よりも減少した場合、増加または減少させる前の操作量へ戻す確率を低下させる。このように、冷媒の過熱度が減少する操作量で有る場合、変更後の操作量が維持される確率が高くなる。例えば、空気調和装置100の負荷が一時的に高くなり消費電力が増加した場合であっても、過熱度が低下することで冷媒回路10の運転状態としては運転効率が向上する。このような場合に、変更後の操作量を維持する確率を高くすることで、一時的な負荷が解消した場合においては、消費電力が最小となる操作量に収束し易くなる。
For example, when the degree of superheat of the refrigerant after the manipulated variable is increased or decreased is lower than the degree of superheat of the refrigerant before the manipulated variable is increased or decreased, the
また例えば、確率設定部204は、操作量が増加または減少された後の冷媒の過冷却度と過冷却度の目標値との偏差が、操作量が増加または減少される前の冷媒の過冷却度と過冷却度の目標値との偏差よりも減少した場合、増加または減少させる前の操作量へ戻す確率を低下させる。このように、冷媒の過冷却度と過冷却度の目標値との偏差が減少する操作量で有る場合、変更後の操作量が維持される確率が高くなる。つまり、冷媒の過冷却度と過冷却度の目標値との偏差が低下することで冷媒回路10の運転状態としては運転効率が向上する場合には、変更後の操作量を維持する確率を高くすることで、消費電力が最小となる操作量に収束し易くなる。
Further, for example, the
また例えば、確率設定部204は、操作量が増加または減少された回数の増加、または時間の経過と共に、増加または減少させる前の操作量へ戻す確率を上昇させる。なお、確率設定部204は、複数の条件を組み合わせて確率を設定しても良い。例えば、確率設定部204は、過熱度に応じた確率の値と時間の経過に応じた確率の値とをそれぞれ、0~1.0の数値の範囲で設定し、これらの二つの数値を乗算した値を、確率の値として設定しても良い。
Further, for example, the
次に、操作量設定部205は、制御パラメータΔXを更新する(ステップS13)。制御パラメータΔXの更新は、例えば、運転状態量に応じて設定される。例えば、操作量を変更させる前と操作量を変更させた後との消費電力の変化量が小さいほど、制御パラメータΔXを小さく設定する。このように、運転状態量に応じて制御パラメータΔXを更新することで、操作量を極値に収束させ易くなる。
Next, the manipulated
制御パラメータΔXを更新した後、操作量設定部205は、最適制御の終了条件を満たすか否かを判断する(ステップS14)。最適制御の終了条件は、例えば、操作量を増加または減少させた回数が予め設定した回数を超えた場合、最適制御の経過時間が予め設定した時間を超えた場合、又は操作量を所定回数変化させた場合における消費電力の変化量が所定の範囲内である場合等である。
After updating the control parameter ΔX, the manipulated
最適制御の終了条件を満たさない場合、操作量設定部205は、ステップS5へ戻り、上記の動作を繰り返す。最適制御の終了条件を満たす場合、操作量設定部205は、最適制御を終了させ(ステップS15)、ステップS1へ戻る。
If the optimum control end condition is not satisfied, the operation
ステップS5~ステップS13が繰り返されることで、制御対象のアクチュエータ300の操作量が、大域的最小値W-Gmに収束し得る。
例えば図4に示すように、操作対象のアクチュエータ300の操作量Xm1に維持された後、操作量Xm2へ変化させた場合、変化後の消費電力Wm2は変化前の消費電力Wm1以下となり、操作量Xm2が維持される。このように、消費電力の局所的最小値W-Lmと大域的最小値W-Gmとの間の操作量において、消費電力が増加する操作量へ遷移することで、消費電力が大域的最小値W-Gmとなる操作量に収束することが可能となる。By repeating steps S5 to S13, the manipulated variable of
For example, as shown in FIG. 4, when the operation amount Xm1 of the
以上のように本実施の形態1においては、制御装置200の操作量設定部205は、操作量を増加または減少させた後の消費電力が、操作量を増加または減少させる前の消費電力以下である場合、増加または減少させた後の操作量を維持する。また、制御装置200の操作量設定部205は、操作量を増加または減少させた後の消費電力が、操作量を増加または減少させる前の消費電力よりも大きい場合、増加または減少させた後の操作量を維持するか、増加または減少させる前の操作量へ戻すかのいずれかを、確率によって決定する。また、確率設定部204は、冷媒回路10の運転状態量に基づき、確率の値を可変させる。
このため、空気調和装置100の消費電力を低減させるアクチュエータ300の操作量を求める最適制御において、アクチュエータ300の操作量を大域的最適値に収束し易くすることができる。従って、空気調和装置100の消費電力を低減させることが可能となり、省エネルギー性を向上することができる。As described above, in the first embodiment, the operation
Therefore, in the optimum control for obtaining the operation amount of the
また本実施の形態1においては、運転状態量取得部203は、運転状態量として、圧縮機11の入口における冷媒の過熱度、及び膨張弁14の入口における冷媒の過冷却度を求める。確率設定部204は、運転状態量に基づき、確率の値を可変させる。
このため、冷媒回路10の運転状態に適した確率を設定することができ、アクチュエータ300の操作量を大域的最適値に収束し易くすることができる。In
Therefore, a probability suitable for the operating state of the
また本実施の形態1においては、確率設定部204は、操作量が増加または減少された後の冷媒の過熱度が、操作量が増加または減少される前の冷媒の過熱度よりも減少した場合、増加または減少させる前の操作量へ戻す確率を低下させる。
このため、冷媒回路10の運転状態として運転効率が向上する場合には、変更後の操作量を維持する確率を高くすることで、消費電力が最小となる操作量に収束し易くなる。Further, in the first embodiment,
Therefore, when the operating efficiency of the
なお、上述した図4に示す例では、アクチュエータ300の操作量と消費電力との間の特性が単調性でない場合を説明したが、本実施の形態1における最適制御は、アクチュエータ300の操作量と消費電力との間の特性が単調性である場合にも適用できる。例えば、アクチュエータ300の操作量が離散的である場合、又は各種センサの計測精度による誤差が有る場合など、消費電力の検出値が単調増加又は単調減少しない場合にも適用できる。
In the example shown in FIG. 4 described above, the case where the characteristic between the operation amount of
実施の形態2.
以下、実施の形態2における空気調和装置100及び制御装置200の構成及び動作について、上記実施の形態1との相違点を中心に説明する。
The configurations and operations of the
図5は、実施の形態2における空気調和装置の構成図である。
図5に示すように、空気調和装置100は、室外機1へ取り込まれた室外空気の温度を検出する外気温度センサ60を備える。外気温度センサ60は、例えば、サーミスタ、熱電対、又は赤外線センサによって構成される。FIG. 5 is a configuration diagram of an air conditioner according to
As shown in FIG. 5 , the
運転状態量取得部203は、外気温度センサ60が検出した室外温度を、運転状態量として取得する。運転状態量取得部203は、冷媒回路10の運転操作量に基づき、室外熱交換器13への着霜の有無を求める。例えば、運転状態量取得部203は、暖房運転時において、外気温度センサ60が検出した室外温度と、温度センサ32が検出した冷媒の蒸発温度と温度差が、予め設定した値よりも大きくなった場合には、室外熱交換器13への着霜を検知する。
The operating state
なお、運転状態量取得部203による着霜の検知は、上記の温度差を用いる方法に限定されない。例えば、運転状態量取得部203は、室内負荷状態が変化していないのに圧縮機11の周波数及び消費電力が増大した場合には、室外熱交換器13への着霜を検知する。また例えば、室外熱交換器13のフィンへ向けて発光する発光部とその反射光を受光する受光部とを設け、運転状態量取得部203は、反射光の受光量の変化を測定して着霜の有無を検知しても良い。
Note that the detection of frost formation by the operating state
確率設定部204は、最適化制御のステップS13において、室外熱交換器13への着霜がある場合、室外熱交換器13への着霜がない場合と比較して、増加または減少させる前の操作量へ戻す確率を低下させる。
このように、室外熱交換器13への着霜によって、冷媒回路10の冷凍能力が低下し、消費電力が大きくなる運転状態の場合には、変更後の操作量が維持される確率が高くなる。よって、着霜が生じている場合においては、消費電力が大きくなる操作量の変更を許容させることができ、着霜が解消した場合においては、消費電力が大域的最適値となる操作量に収束させやすくできる。In step S13 of the optimization control, the
In this way, in the operating state where the refrigerating capacity of the
なお、上記実施の形態1及び2においては、最適制御において、空気調和装置100の消費電力が最小となる操作量に収束させる動作を説明したが、これに限定されない。例えば、消費電力に代えて成績係数(COP)を用いて、成績係数が最大となる操作量に収束させる動作としても良い。
In
また、上記実施の形態1及び2においては、操作量設定部205は、室内空気の温度が目標値に近づくように、1つのアクチュエータ300の操作量を設定した状態において、他のアクチュエータ300の操作量の大域的最適値を求める動作を説明したが、これに限定されない。操作量設定部205は、冷媒回路10の運転状態量のうちの任意の1つが目標値に近づくように、1つのアクチュエータ300の操作量を設定し、他のアクチュエータ300の操作量の大域的最適値を求めても良い。
In
また、操作量設定部205は、室内空気の温度に代えて室内空気の湿度が目標値に近づくように、1つのアクチュエータ300の操作量を設定した状態において、他のアクチュエータ300の操作量の大局的最適値を求める動作を行ってもよい。
Further, the operation
また、上記実施の形態1及び2においては、空気調和装置100は、1つの室外機1及び1つの室内機2を備える構成を説明したが、これに限定されない。空気調和装置100は、1つ又は複数の室外機1、並びに複数の室内機2を備える構成であっても良い。
Moreover, in
1 室外機、2 室内機、3 操作部、4 交流電源、10 冷媒回路、11 圧縮機、12 四方弁、13 室外熱交換器、14 膨張弁、15 室外送風機、21 室内熱交換器、22 室内送風機、30 運転状態量検出手段、31 温度センサ、32 温度センサ、33 温度センサ、34 温度センサ、35 温度センサ、36 温度センサ、40 室温センサ、50 電力センサ、60 外気温度センサ、100 空気調和装置、200 制御装置、201 電力取得部、202 室温取得部、203 運転状態量取得部、204 確率設定部、205 操作量設定部、206 運転制御部、300 アクチュエータ。
1 outdoor unit, 2 indoor unit, 3 operating unit, 4 AC power supply, 10 refrigerant circuit, 11 compressor, 12 four-way valve, 13 outdoor heat exchanger, 14 expansion valve, 15 outdoor fan, 21 indoor heat exchanger, 22
Claims (7)
前記室内空気の温度を取得する室温取得部と、
前記空気調和装置の消費電力を取得する電力取得部と、
前記冷媒回路の運転状態量を取得する運転状態量取得部と、
前記圧縮機及び前記膨張弁を含む前記空気調和装置の複数のアクチュエータの運転を制御する運転制御部と、
前記室内空気の温度が目標値に近づくように、前記複数のアクチュエータのうちの1つの操作量を設定した状態において、前記複数のアクチュエータのうちの他の少なくとも1つの操作量の増加または減少を繰り返し、前記消費電力が最小となる操作量を求める操作量設定部と、
前記冷媒回路の運転状態量に基づき、確率の値を可変させる確率設定部と、
を備え、
前記操作量設定部は、
前記操作量を増加または減少させた後の前記消費電力が、前記操作量を増加または減少させる前の前記消費電力以下である場合、前記増加または減少させた後の前記操作量を維持し、
前記操作量を増加または減少させた後の前記消費電力が、前記操作量を増加または減少させる前の前記消費電力よりも大きい場合、前記増加または減少させた後の前記操作量を維持するか、前記増加または減少させる前の前記操作量へ戻すかのいずれかを、前記確率によって決定する
空気調和装置の制御装置。A compressor that compresses a refrigerant, an indoor heat exchanger that exchanges heat between the indoor air and the refrigerant, an expansion valve that expands the refrigerant, and an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the outdoor air and the refrigerant are pipes. A control device for an air conditioner comprising a refrigerant circuit connected with and circulating the refrigerant,
a room temperature acquisition unit that acquires the temperature of the indoor air;
a power acquisition unit that acquires the power consumption of the air conditioner;
an operating state quantity acquisition unit that acquires the operating state quantity of the refrigerant circuit;
an operation control unit that controls operation of a plurality of actuators of the air conditioner including the compressor and the expansion valve;
In a state in which the manipulated variable of one of the plurality of actuators is set such that the indoor air temperature approaches a target value, the manipulated variable of at least one other of the plurality of actuators is repeatedly increased or decreased. , an operation amount setting unit that obtains an operation amount that minimizes the power consumption;
a probability setting unit that varies a probability value based on the operating state quantity of the refrigerant circuit;
with
The operation amount setting unit
if the power consumption after increasing or decreasing the manipulated variable is equal to or less than the power consumption before increasing or decreasing the manipulated variable, maintaining the manipulated variable after increasing or decreasing the manipulated variable;
if the power consumption after increasing or decreasing the manipulated variable is greater than the power consumption before increasing or decreasing the manipulated variable, maintaining the manipulated variable after increasing or decreasing the manipulated variable; A control device for an air conditioner that determines whether to return to the manipulated variable before the increase or decrease based on the probability.
前記運転状態量として、前記圧縮機の入口における前記冷媒の過熱度、前記膨張弁の入口における前記冷媒の過冷却度、及び前記室外熱交換器への着霜の有無の少なくとも1つを求める
請求項1に記載の空気調和装置の制御装置。The driving state quantity acquisition unit is
At least one of the degree of superheat of the refrigerant at the inlet of the compressor, the degree of subcooling of the refrigerant at the inlet of the expansion valve, and the presence or absence of frost formation on the outdoor heat exchanger is obtained as the operating state quantity. Item 1. The control device for an air conditioner according to Item 1.
前記操作量が増加または減少された後の前記冷媒の過熱度が、前記操作量が増加または減少される前の前記冷媒の過熱度よりも減少した場合、
前記増加または減少させる前の前記操作量へ戻す前記確率を低下させる
請求項1または2に記載の空気調和装置の制御装置。The probability setting unit
When the degree of superheat of the refrigerant after the manipulated variable is increased or decreased is lower than the degree of superheat of the refrigerant before the manipulated variable is increased or decreased,
The control device for an air conditioner according to claim 1 or 2, wherein the probability of returning to the manipulated variable before being increased or decreased is reduced.
前記操作量が増加または減少された後の前記冷媒の過冷却度と前記過冷却度の目標値との偏差が、前記操作量が増加または減少される前の前記冷媒の過冷却度と前記過冷却度の目標値との偏差よりも減少した場合、
前記増加または減少させる前の前記操作量へ戻す前記確率を低下させる
請求項1~3の何れか一項に記載の空気調和装置の制御装置。The probability setting unit
The deviation between the degree of supercooling of the refrigerant after the manipulated variable is increased or decreased and the target value of the degree of supercooling is the degree of supercooling of the refrigerant before the manipulated variable is increased or decreased and the supercooling degree. If the degree of cooling is less than the deviation from the target value,
The control device for an air conditioner according to any one of claims 1 to 3, wherein the probability of returning to the manipulated variable before the increase or decrease is reduced.
前記室外熱交換器への着霜がある場合、前記室外熱交換器への着霜がない場合と比較して、
前記増加または減少させる前の前記操作量へ戻す前記確率を低下させる
請求項1~4の何れか一項に記載の空気調和装置の制御装置。The probability setting unit
When there is frost formation on the outdoor heat exchanger, compared with the case where there is no frost formation on the outdoor heat exchanger,
The control device for an air conditioner according to any one of claims 1 to 4, wherein the probability of returning to the manipulated variable before the increase or decrease is reduced.
前記操作量が増加または減少された回数の増加、または時間の経過と共に、
前記増加または減少させる前の前記操作量へ戻す前記確率を上昇させる
請求項1~5の何れか一項に記載の空気調和装置の制御装置。The probability setting unit
With an increase in the number of times the manipulated variable is increased or decreased, or with the passage of time,
The control device for an air conditioner according to any one of claims 1 to 5, wherein the probability of returning to the manipulated variable before the increase or decrease is increased.
前記室内空気の温度を検出する室温センサと、
前記空気調和装置の消費電力を検出する電力センサと、
前記冷媒回路の運転状態量を検出する運転状態量検出手段と、
請求項1~6の何れか一項に記載の空気調和装置の制御装置と、
を備えた空気調和装置。A compressor that compresses a refrigerant, an indoor heat exchanger that exchanges heat between indoor air and the refrigerant, an expansion valve that expands the refrigerant, and an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the outdoor air and the refrigerant are connected by piping. a refrigerant circuit connected with and circulating the refrigerant;
a room temperature sensor that detects the temperature of the indoor air;
a power sensor that detects the power consumption of the air conditioner;
an operating state quantity detection means for detecting an operating state quantity of the refrigerant circuit;
A control device for an air conditioner according to any one of claims 1 to 6;
Air conditioner with.
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