JPH04203847A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、空気調和装置に関し、特に冷凍サイクルの
過熱度制御に関するものである。

（従来の技術） 一般に、冷暖房可能な空気調和装置は、圧縮機、室外ユ
ニット、膨張弁及び室外ユニットを順次連結して構成さ
れたヒートポンプ式冷凍サイクルを備え、四方弁を正逆
に切替えることにより冷、暖房の切替えか行われるよう
になっている。このような空気調和装置における冷凍サ
イクルの過熱度制御は、膨張弁の弁開度調整により行わ
れるか、用いられる膨張弁としては、温度膨張弁による
ものと電子膨張弁によるものとの２種類に大別される。

空気調和装置を取巻く環境は極めて複雑であり、また、
運転条件か広範囲に変化するため、冷凍サイクル内の冷
媒流量の変動が大きく、また、冷媒の動的挙動に関して
は殆んど解明されていないのが現状である。このため、
過熱度制御に関しては、かなり機種に密着した経験的な
制御がとられでいる。上記温度膨張弁の場合は、メカ式
調整であるため、機種に密着させる必要はないが、制御
性はかなり悪く、場合によっては大きなハンチングが生
して液バツクを起し、圧縮機の寿命を短かくするおそれ
がある。これに比べ、電子膨張弁はマイコン等の使用に
よりかなり広範囲の運転条件に適応できる長所を持って
いる。

ところで、近年、ファジー制御という曖昧さや人の経験
を導入できる制御によるマルチヒートポンプの制御の研
究がなされている。この制御は、経験を反映できるもの
であり、制御対象の挙動を理論的に解明しなくても、容
易に制御仕様を作成できる利点があるため、従来の経験
を基板としたゾーン型の制御仕様を全てファジー制御に
置換えた制御仕様とすることが考えられる。しかし、全
てをファジー制御とするこのような制御は、従来のゾー
ン型制御を体系化しているにすぎず、ファジー制御仕様
の作成に当っては、かなりのルール数及びかなりの調整
を必要とし、従来の機種密着型の制御という範囲を脱し
得ない。また、ファジー制御は、経験に基づく制御であ
って、従来の理論に基づく制御の適用か可能な領域では
、従来制御より上回る制御性を実現することは難しいと
されている。

（発明が解決しようとする課題） 空気調和装置は、これを取巻く環境は極めて複雑であり
、また、運転条件が広範囲に変化するため、冷凍ザイク
ル内の冷媒流量がかなり広範囲に変化する。このような
空気調和装置において、冷凍サイクルの過熱度制御を全
てファジー制御で行った場合、かなり機種密着型の制御
になり、室内ユニットがかなり限定されることは否めな
い。

また、制御仕様の作成に当っては、かなりの調整が必要
となって制御性を向上させることが難しい。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、室内ユニ
ットの選択性が広く、また過熱度制御の制御仕様の作成
が容易で制御性を向上させることのてきる空気調和装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、圧縮機、室外ユ
ニット、膨張弁及び室内ユニットを備えた冷凍サイクル
を有する空気調和装置であって、前記冷凍サイクルの過
熱度を検出しその過熱度と目標過熱度の差の絶対値か所
定の設定値より大きいときはファジー制御により前記膨
張弁の弁開度を決定し、前記絶対値が前記所定の設定値
より小さいときは線形制御により前記膨張弁の弁開度を
決定する過熱度制御手段を有することを要旨とする。

（作用） 上記構成において、検出された過熱度と目標過熱度の差
の絶対値が所定の設定値より大きい場合（例えば、マル
チシステムの空気調和装置において室内ユニットの運転
台数の変化及び圧縮機の周波数変化時）は冷媒挙動を理
論的に解明するのが困難な領域であり、このような領域
についてのみファジー制御を用いて膨張弁の弁開度を決
定することにより、ルール数を大幅に減少させることが
できて制御仕様の作成が容易となる。また、過熱度と目
標過熱度の差の絶対値が所定の設定値より小さく、かな
りの制御性が要求される領域については線形制御を採用
することにより、ファジー制御を採用することにより発
生していた機種密着型の特性を弱めることが可能となる
。この弱められる理由は、この領域が線形性を有する部
分てあり、冷媒挙動の理論的解明ができるため、制御パ
ラメータを数式化できることによる。即ち、ファジー制
御と線形制御をその特性を生かせる領域にそれぞれ採用
することにより、室内ユニットの選択性が広がり、また
、ファジー制御のみの場合より全体として制御性を向上
させることが可能となる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図ないし第５図に基づい
て説明する。この実施例は、３室型のマルチシステムの
空気調和装置に適用されている。

まず、第１図を用いて空気調和装置の構成を説明すると
、同図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外ユ
ニットであり、１台の室外ユニット３に対し、冷媒出入
口にそれぞれ電子膨張弁７．８．９及び二方弁１１．１
２．１３を備えた３台の室内ユニット４．５．６が並列
接続されている。

１０はマルチコントローラであり、上記の電子膨張弁７
．８．９及び二方弁１１．１２．１３は、このマルチコ
ントローラ１０の部分に設けられている。このようにし
てマルチシステムのヒートポンプ式冷凍サイクルが構成
されている。

また、圧縮機１の吸込み口には、吸込み口温度を検出す
るための吸込み温度センサ１４が設けられ、電子膨張弁
７．８．９の前後には冷房用の蒸発温度センサ１５．１
６．１７と暖房用の蒸発温度センサ１８が設けられてい
る。吸込み温度センサ１４及び各蒸発温度センサ１５．
１６．１７．１８の各検知信号はコントローラ演算部１
．０　ａに送られるようになっている。そして、マルチ
コントローラ１０て、圧縮機１の吸込み口温度と蒸発温
度の差から、冷房時及び暖房時における冷凍サイクルの
過熱度が検出され、この過熱度と目標過熱度の差の絶対
値が所定の設定値より大きいときはファジー制御により
電子膨張弁７．８．９の弁開度を決定し、上記絶対値か
所定の設定値より小さいときはＰＩＤ（線形）制御によ
り電子膨張弁７．８．９の弁開度を決定して過熱度制御
を行うようになっている。而して、吸込み温度センサ１
４、各蒸発温度センサ１５．１６．１７．１８及びマル
チコントローラ１０により過熱度制御手段が構成されて
いる。

次に、上述のように構成された空気調和装置の作用を第
２図の制御フローチャート及び第３図〜第５図を用いて
説明する。

各部屋の室内ユニットマイコンか、当該各室内ユニット
４．５．６か必要とする能力を圧縮機周波数（ＨｚＡ、
ＨｚＢＳＨｚＣ）としてマルチコントローラ１０に送る
（ステップ２１．２２．２３）。マルチコントローラ１
０は、室内ユニット４．５．６、室外ユニット３の馬力
を基に次式で表される周波数Ｈｚを室外ユニット３に送
り、室外ユニット３は、この周波数Ｈｚで作動する（ス
テップ２４）。

Ｈｚ−ΣＨｚｉ−Ｈｐｉ／Ｈｐｏｕｔ　　−Ｉ＋）ここ
に Ｈｐｉ：室内ユニット馬力 Ｈｐｏｕｔ：室外ユニット馬力 ｉ：室内ユニット番号Ａ、Ｂ、Ｃ また、マルチコントローラ１０は、吸込み温度センサ１
４て検知された室外ユニット３寄りの圧縮機吸込み口温
度ＴＳとマルチコントローラ１０内の蒸発温度センサて
検知された蒸発温度ＴＥ及び目標過熱度ＴＳ　Ｈｏから
、次式により過熱度偏差ＴＳＨを算出する（ステップ２
５）。

ＴＳ　Ｈ−ＴＳ　−ＴＥ　−ＴＳ　ＨＱ　　　　　・＝
（２）そして、この算出された過熱度偏差ＴＳＨの絶対
値が所定の設定値Ｔ８より大きいか小さいかにより、フ
ァジー制御又はＰＩＤ制御により電子膨張弁７．８．９
の弁開度を決定し、過熱度制御を行う（ステップ２６．
２７．２８）。

ＴＳＨ＞ＴＢのとき−ファジー制御 ＴＳＨ＜ＴＢのとき→ＰＩＤ制御 上記の設定値ＴＢは２℃程度が好ましく、室内ユニット
４．５．６の運転台数の増加に伴い増加させるようにす
る。また、圧縮機１の周波数変化時及び室内ユニット４
．５．６の運転台数の変化時の過渡時には、過熱度偏差
ＴＳＩ−１の大きさに拘らずファジー制御を行う。各電
子膨張弁７．８．９の制御内容は、ファシ〜制御、ＰＩ
Ｄ制御ともに過熱度偏差ＴＳＨの値を用いて３個の電子
膨張弁７．８．９のトータル弁開度を算出し、前述の各
室内ユニット４．５．６の要求周波数ＨｚＡ。

ＨｚＢ、ＨｚＣを基に、これを各電子膨張弁７．８．９
に振分ける（ステップ２９）。そして、過熱度は常時フ
ィードバックされ上記のルーチンが繰返されることによ
り、目標過熱度近傍におさまる。

次いて、上述のＰＩＤ制御及びファジー制御の内容例を
説明する。

まず、ＰＩＤ制御における膨張弁のトータル開度増分Δ
ＰＬＳ、は、次の演算式に基づいてなされる。

ΔＰＬＳ＋　　−Ｋｌ）　・　（ＴＳＨ（”　）−ＴＳ
Ｈ（’−１）） ＋　（ｆ”　　ＴＳ　Ｈｄ　ｔ）　／ＴＩ＋ＴＤ　　−
（ＴＳＨ（ロ　） −２ＴＳＨ（ｎ−１） ＋ＴＳ　　Ｈ（ｎ　　−２）　　）　　／ｌＣ・１３）
ここに ｔＣ・制御時間 Ｋｐ：比例ゲイン Ｔ■　：積分時間 ＴＤ、微分時間 ＴＳ（ｎ）：時刻（１ｘ　ｔ　ｃ）での過熱度また、第
３図には、比較例としてファジー制御のみのときのファ
ジールール及びメンバーシップ関数を示し、第４図には
ファジー・ＰＩＤの／％イブリッド制御時のファジー制
御のルール及びメンバーシップ関数を示す。

ここで、第３図を用いてファジー制御の内容を説明する
。

過熱度偏差ＴＳＨのセンシング値をＸＰ、ΔＴＳＨ（Δ
ＴＳＨはＴＳＨの時間変化）のセンシング値をｙｏとす
ると、第３図の５個のルール関係それぞれについて、以
下のファジー数が求められる。

μＲ＋　　（ｘ’、　。、２） 一μＴＳＨ，ｉ　　（ｘ”）　　△μΔＴＳＨ。

ｉ（ｙ”）ΔμΔＰＬＳ、ｉ　　　・・〈４）ここで、
ｉ−１〜５、△はｍｉｎ記号、μはメンバーシップ関数
であり以下のように定義される。

μ：ｕ６Ｕ−［０，１］ （Ｕは全体集合） これを基に、最終的な膨張弁のトータル開度増分は次式
で求められる。

μｃ　　（ｚ）　＝μＲｉ　　（ｘ’、　＊、ｚ＊）・
・−（５） ここで、■はｍａｘ記号であり、演算の１−１〜５の和
を表わす。

上記（５）式で求められる最終的な膨張弁のトータル開
度増分は、ファジー数なのでこれをそのまま膨張弁のト
ータル開度増分とすることはできない。

そこで、非ファジー化を重心法で行い、膨張弁のトータ
ル開度増分ΔＰＬＳ２を以下のように求めている。

ΔＰＬＳ２−　（ｆＺμＣ（ｚ）ｄｚ）／　（ｆｔｔＣ
（ｚ）　ｄ　ｚ）　　＝１６）上記第３図と第４図の大
きな違いは、第４図のファジー・ＰＩＤのハイブリッド
制御時の方が、ルール数の減少もさることながら、メン
バーシップ関数の精度を粗くできることである。したか
って、ＰＩＤ制御を目標加熱度近傍の制御に入れること
により、上述のようにメンバーシップ関数の精度を粗く
てき、ファジー制御仕様を簡単に作成できる。また、こ
のことにより、室内ユニットの選択の自由度が広がる。

なお、Ｐ　Ｉ　Ｄ　制御とファジー制御の組合せは、目
標加熱度より大きい場合にＰｒＤ制御を用いる二とも考
えられるが、この場合はメンバーシップ関数の精度を粗
くすることはできない。

第５図は、実験結果を示している。同図の（Ａ）、（Ｂ
）、（Ｃ）はファン−・ＰＩＤのハイブリッド制御の場
合を示し、同図の（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は比較例とし
てファジー制御のみの場合を示している。ファジー制御
のみの場合は、同図（Ｄ）に示すように、ハイブリッド
制御の場合よりも過熱度のハンチ７・グが大きく、過熱
度が０℃以下の液バツクか生しているか、ハイブリット
制御の場合は生していない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、冷凍サイクル
の過熱度を検出しその過熱度と目標過熱度の差の絶対値
が所定の設定値より大きいときはファジー制御により膨
張弁の弁開度を決定し、上記の絶対値が所定の設定値よ
り小さいときは線形制御により膨張弁の弁開度を決定し
て過熱度を制御するようにしたため、冷媒挙動を理論的
に解明するのが困難な領域と冷媒挙動を理論的に解明で
きる領域とでファジー制御の特性と線形制御の特性がそ
れぞれ有効に生かされて室内ユニットの選択性が広がり
、また過熱度制御の制御仕様が容易となってファジー制
御のみのときより全体とし７て制御性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明に係る空気調和装置の実
施例を示すもので、第１図は冷凍サイクルを示すシステ
ム図、第２図は作用を説明するためのフローチャート、
第３図はファジー制御のメンバー　シップ関数及びルー
ルを示す図、第４図はファジー・ＰＩＤのハイブリッド
制御時のファジー制御のメンバーシップ関数及びルール
を示す図、第５図は過熱度制御結果を比較例とともに示
す特性図である。 １：圧縮機、　　３：室外ユニット、 ４．５．６：室内ユニット、 ７．８．９：電子膨張弁、 ］０・吸込み温度センサ及び蒸発温度センサとともに過
熱度制御手段を構成するマルチコントローラ、 １４：吸込み温度センサ、 ］５．１６．１７：蒸発温度センサ（冷房用）、］８：
蒸発温度センサ（暖房用）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、室外ユニット、膨張弁及び室内ユニットを備え
   た冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、前記冷
   凍サイクルの過熱度を検出しその過熱度と目標過熱度の
   差の絶対値が所定の設定値より大きいときはファジー制
   御により前記膨張弁の弁開度を決定し、前記絶対値が前
   記所定の設定値より小さいときは線形制御により前記膨
   張弁の弁開度を決定する過熱度制御手段を有することを
   特徴とする空気調和装置。