JPH06281266A - エアコン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ユーザーに設置した後に常時安定した制御を
する。 【構成】 冷凍機内部の冷媒温度の状態に基づき制御演
算して操作量を求め、求めた操作量に応じて膨張弁の開
閉度を制御するエアコンの制御装置において、冷凍機内
部の冷媒温度の状態の変化に基づいて最適な制御演算パ
ラメータを設定する設定手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒流量制御用の膨張
弁の開閉度を適切に制御するエアコンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エアコンに利用する蒸気圧縮式
冷凍機では、室内温度が設定温度となるように一定に制
御され、その際、冷凍機自身が所有する冷房能力を最大
限に活用し、かつ、冷凍機内部の冷媒状態を安定に保つ
ために、冷媒流量の制御を行う。例えば、冷房の場合で
は冷凍機が室内から熱を蒸発器の内部の冷媒に吸収し、
凝縮器から室外に放出されており、室内温度が設定温度
より高いとき冷凍機を最大限に運転し、室内温度が設定
温度より低くなったときコンプレッサの運転を停止して
室内外の熱交換を停止している。この場合、冷凍機の内
部冷媒状態を安定に保たなければ室内外の熱交換が安定
に行われず、冷凍機の内部状態を安定に保つことで、結
果として室内温度が安定に保たれる。

【０００３】一般に、冷凍機の冷媒流量を制御する手段
として膨張弁の開閉度を制御することが行われている。
このための制御方法は、過熱度制御、過冷却制御など原
理的なものの分類でも数多く存在するが、その一例とし
て蒸発器の内部の温度状態の検知に基づいて制御を行う
過熱度制御（Ｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔ制御、以下「ＳＨ制
御」という）について具体的に説明する。

【０００４】図５に、蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路の概
念図を示す。図において、１は蒸発器、２は凝縮器、３
はコンプレッサ、４は膨張弁で、この図は室内冷房機の
場合に適用しており、５は室外機、６は室内機を示して
いる。室外機５と室内機６の内部の実線７は、冷媒が内
部を移動する冷媒配管を示しており、点線８は、その冷
媒配管７の内で特に室外機５と室内機６とを接続するた
めの配管を示している。ここで、冷媒は配管の中を図示
矢印の方向に流れる。図５では、コンプレッサ３は室外
機側にあるが、室内機側にあってもよい。

【０００５】また、冷凍機を室内暖房機として使用する
場合には、コンプレッサ３の出口に四方弁を設けて、冷
媒の流れる向きを切替えることで行われる。図５に示す
蒸気圧縮式冷凍装置が暖房機として動作させる場合に
は、蒸発器１と凝縮器２の役割は逆転する。蒸発器１と
凝縮器２の内部では、冷媒配管７がジグザグに交差して
いるため、外気に触れる配管表面積が大きくなり、空気
と冷媒との熱交換率が良くなっている。

【０００６】ＳＨ制御では、蒸発器内部の冷媒温度、例
えば、出口位置ａにある配管内部の冷媒温度と中間位置
ｂにある配管内部の冷媒温度を測定し、その温度差が一
定値ｅｃになるように膨張弁４の開閉度を制御する。こ
れにより、冷凍機全体の内部状態が安定し、かつ、高い
冷凍能力を引き出す。ＳＨ制御は、蒸発器１単体での情
報のみで制御を行えるため、凝縮器２やコンプレッサ３
等の状態を計測することが物理的に困難、あるいはコス
ト的に困難な場合に有効な制御手段である。しかし、Ｓ
Ｈ制御においても非常に良好な冷媒制御を行うために
は、凝縮器２の内部やその他のエアコン各部での冷媒温
度を検出してその情報により制御演算パラメータを変更
して最適な制御を行う必要がある。

【０００７】ところで、冷媒流量制御用の膨張弁４は、
一般に電動式のもので、その開閉度を離散的に制御で
き、制御パルスを入力することにより、単位操作量とし
て１開閉ステップ量を変化させることができる。例え
ば、完全閉状態での開閉度を０、完全開状態での開閉度
を５００とすると、その間の開閉度を５００ステップ分
割した値に制御できる。このため、一般に、電動弁はス
テッピングモータと同等の構造を有しており駆動方式も
ほぼ同一である。なお、冷凍機は室内機および室外機を
ユーザー先の設置環境に応じて、設置可能な適切な場所
に取り付けて使用される。

【０００８】上記した蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器１や凝
縮器２の構造は、ほぼ同じであるが、室内機６の空気吹
き出し部の形状やコンプレッサ３の出力馬力は、ユーザ
ーの使用状況に適合するものが求められる。このためメ
ーカーは、室内機６の空気吹き出し部の形状やコンプレ
ッサ３の出力馬力の異なる多数の機種の製品を揃えてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のエアコンでは、ユーザ先で最適な制御演算パラ
メータが設定できず、安定した運転がされていなかった
という問題がある。

【００１０】すなわち、従来、室内機６の空気吹き出し
部の形状やコンプレッサ３の出力馬力の異なる多種類の
室外機５と室内機６とから選択してユーザ先で室外機５
と室内機６を合体してエアコンとして使用しており、ユ
ーザ先でエアコンを設置する際に最適な制御演算パラメ
ータを設定する必要があった。

【００１１】ところが、上記多種類の室外機５と室内機
６の組合せが３００種以上となるために、従来、スイッ
チ等の関係から全ての機種に応じて最適な制御演算パラ
メータを設定する手段がなく、予め設定されているコン
プレッサ３の出力馬力のおおまかな分類に応じて制御演
算パラメータを設定するに至っていた。

【００１２】従って、設置時にエアコンの最適な制御演
算パラメータが設定できず、冷凍機内部の状態を安定に
運転して精度の良い制御をすることが困難であった。

【００１３】そこで、本発明は制御演算パラメータを設
定するための機器を別に設けたり、人手を一切煩わすこ
となく最適な制御演算パラメータが自動的に設定され、
安定した運転ができるエアコンを提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、蒸気
圧縮式の冷凍機内部の冷媒温度の状態に基づき制御演算
して操作量を求め、求めた操作量に応じて膨張弁の開閉
度を制御するエアコンにおいて、冷凍機内部の冷媒温度
の状態の変化に基づいて最適な制御演算パラメータを設
定する設定手段を設けるようにしたものである。

【００１５】請求項２の発明は、設定手段によって経時
的に設定される最適な制御演算パラメータが所定変化し
たとき故障と判定をする判定手段を請求項１の発明に付
加するようにしたものである。

【００１６】

【作用】請求項１の発明では、冷凍機内部の冷媒温度の
状態の変化に基づいて最適な制御演算パラメータが自動
設定される。従って、ユーザーに設置されたとき最適な
制御がされ安定した運転がされる。その後も随時制御演
算パラメータの設定から常に最適な制御がされる。

【００１７】請求項２の発明は、経時的に設定される制
御演算パラメータの変化が所定条件のとき故障と判定さ
れる。従って、ユーザーは、故障を知ることができ、故
障に対して早期に対処することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例を示すエアコン
に備える制御装置の構成図である。図において、制御装
置９は、温度検知部１０と機種判定部１１と機種データ
保持部１２と制御部１３と故障判定部１４と警告表示部
１５とから構成され、制御装置９には、電子膨張弁４ａ
が接続している。

【００２０】ここで、温度検知部１０は機種判定や制御
演算パラメータ等の特定に必要な温度、例えば、エアコ
ン各部の冷媒温度、あるいは、室内環境温度を検知して
温度検知データを出力するものである。機種判定部１１
は、初期運転時に温度検知データと電源周波数などのデ
ータとから機種の推定をして初期の冷凍機の内部動特性
データである初期機種データを出力すると共に、運転開
始後も同様に機種の推定をして機種データを出力するも
のである。機種データ保持部１２は、機種判定部１１に
より推定された初期機種データを保存するものである。

【００２１】制御部１３は、機種データに応じて最適な
制御演算パラメータの設定を行い、温度検知データに応
じて操作量を計算して操作パルスを電子膨張弁４ａへ出
力するものである。故障判定部１４は、初期機種データ
とその後の機種データとを比較して所定条件のとき、故
障と判定して故障情報を出力するものである。警告表示
部１５は、故障情報に基づいて表示等によってユーザに
警告するものである。

【００２２】なお、故障判定部１４と警告表示部１５
は、図示鎖線のように必要に応じて設けている。

【００２３】本実施例は、初期運転時に機種の推定をし
て、推定された機種に応じた最適な制御演算パラメータ
によって運転すると共に、その後も常時機種の推定をし
て最適な制御演算パラメータを再設定するようにしてい
る。すなわち、エアコン内部に経時変化があった場合に
は初期機種データで得られる制御演算パラメータでは精
度よく制御できないので模擬的に経時変化を機種変更と
してとらえ制御演算パラメータを再設定する。

【００２４】ここで、コンプレッサ３の出力馬力の推定
は、コンプレッサ３入口の冷媒温度と出口の冷媒温度の
差から推定している。つまり、その温度差が大きければ
馬力は大きく、小さければ馬力も小さいと一般にいえる
からである。ただし、この温度差は蒸発器１の過熱度や
電源周波数等にも依存するため、それらをも考慮した推
定をしている。

【００２５】一方、室内機の空気吹き出し部の形状が異
なれば、冷房時には過熱度が、暖房時には過冷却度が異
なる。そこで、室内機内部の冷媒配管７に複数個の温度
検知器を設置し、室内機内部の冷媒温度の変化特性を検
知して空気吹き出し部の形状を推定している。ただし、
この変化特性も室内温度、膨張弁開度等に依存するた
め、これらを考慮した推定をしている。

【００２６】以上の構成で、温度検知部１０により、例
えば、エアコン各部の冷媒温度あるいは室内環境温度等
が温度検知データとして検知される。次に、機種判定部
１１は、図２に示す処理手順で機種の推定等をする。

【００２７】まず、温度検知部１０から温度検知データ
を読み取る（処理１）。次に、機種推定のために、図３
に示すモデルのニューラルネットワーク（以下、「Ｎ
Ｎ」という）の入力層に温度検知データや電源周波数等
を入力する（処理２）。

【００２８】すなわち、図示するようにＮＮの入力層
は、例えば、（１）過熱度（過冷却度）、（２）冷暖
房、（３）膨張弁開度、（４）電源周波数、（５）室内
温度の５変数の組合せとする。この場合、冷暖房は冷房
の場合に０、暖房の場合に１を入力し、過熱度と室内温
度とは温度検知データとして入力されるもので暖房の場
合には、過冷却度となる。

【００２９】一方、出力層は、（１）出力馬力（２）空
気吹き出し部の形状の２変数とする。空気吹き出し部の
形状は、その形状毎に、例えば、整数の番号を付けて出
力変数とする。

【００３０】まず、実験やシミュレーションによって個
々の機種についていくつかの入力層の入力変数と出力層
の出力値の因果関係の代表的なデータを求めてこれをＮ
Ｎに入力する。そして、これを教師として繰り返しＮＮ
に計算を行わせ内部での計算のための計算パラメータを
変更する学習をさせる。これによって学習後は、ＮＮは
学習の際に教えていない個々の入力の組合せにも対応し
て適切な推定値が出力される。

【００３１】具体的に、図３の場合について説明する
と、最初に冷凍機の運転実験やシミュレーションより、
ある機種について、ある室内温度、ある膨張弁開度等の
際の過熱度を測定する。さらに、これの各々の代表的な
パラメータをいくつか変えて、同様に行う。さらに、機
種を変えて機種毎のデータを入力する。こうして得られ
た入力データを教師としてＮＮに学習を行わせる。

【００３２】学習後には入力されていないデータ、例え
ば、室内温度を２２℃として入力しても、その場合の全
ての入力の組合せから適切な出力馬力と空気吹き出し部
の形状とを推定出力する。このようにＮＮに学習させる
ことにより、出力の全ての組合せを実験しなくても、い
くつかの代表的な実験を行えば、必要な出力馬力と空気
吹き出し部の形状を推定することができる。

【００３３】以上のようにして機種の推定がされ、機種
データがＮＮの出力層から出力される（処理３）。次
に、初期運転時か否かの判断がされ、初期運転時では、
初期機種推定データが機種データ保持部１２と制御部１
３へ転送される（判断１）（処理４）。一方、初期運転
時以外では、機種推定データが制御部１３と故障判定部
１４とへ転送される（処理５）。

【００３４】次に、初期運転時には、初期機種推定デー
タに対応する最適な制御演算パラメータが制御部１３に
設定される。このとき、当初この制御演算パラメータ
は、ＰＩＤ制御の場合、Ｐ項、Ｉ項、Ｄ項が予め標準機
種に対応する値が設定されている。また、ファジィ制御
の場合、メンバーシップ関数や制御ルールなどの標準機
種に対応する値が予め設定されている。

【００３５】そこで、機種推定データに基づく制御パラ
メータの変更にあたっては、例えば、機種推定データ毎
の制御演算パラメータを予めメモリに保存しておき、機
種推定データが決定されると対応する制御パラメータを
選択して設定する。他の方法としては、機種推定データ
毎に制御演算パラメータの重みをメモリに保存し、機種
推定データに基づいて制御演算パラメータにメモリされ
た重みを乗算して制御演算パラメータを設定する。

【００３６】これによって、制御部１３は、設定された
制御演算パラメータの制御アルゴリズムによって、操作
量を計算して操作パルスを電子膨張弁４ａへ出力する。
すなわち、ＳＨ制御の場合、図４に示すように目標の過
熱度ｅｃに対して実測の過熱度ｅ’ｃ’とすると、ＰＩ
Ｄ制御やファジィ制御では、その両者の偏差、そして偏
差の変化量、また、偏差の積算値などの情報から、実測
過熱度ｅ’ｃ’が目標の過熱度ｅｃに一致するように、
電子膨張弁４ａを制御する。

【００３７】また、初期運転時以降では、機種判定部１
１から随時転送される機種推定データと機種データ保持
部１２の初期機種推定データとを比較して、両者に所定
の差が生じたとき経時変化と判断して制御演算パラメー
タを変更する。これと共に、故障判定部１４では、機種
データ保持部１２の初期機種推定データと機種判定部１
１から随時転送される機種推定データとを比較して両者
が所定の条件となったとき、故障と判定をする。この判
定で、エアコンの運転に支障をきたす重大な経時変化の
とき、警告表示部１５から警報表示出力がされる。

【００３８】このように、ＮＮの手法によって、機種の
推定ができるから、制御演算パラメータを機種に応じて
最適な値に調節することで、全ての機種において精度良
い冷媒制御を行うことが可能になる。

【００３９】このように、エアコン等をユーザー先に設
置した初期運転時、まず、機種推定データを求めて対応
する最適制御演算パラメータを設定して運転する。一般
に、初期運転時だけの最適制御演算パラメータの設定で
精度良い制御を実現できるが、初期運転時の機種推定デ
ータを記憶しておき、その後も機種推定の演算を常時行
う。これによって、冷凍機内部の経時変化により、機種
推定される出力値が変化した場合に、経時変化を検知す
ることができる。そして、その検知内容により、制御演
算パラメータの再調節もしくは故障の警報をユーザーに
知らせることができる。

【００４０】従って、多数の機種毎に対応して最適な制
御演算パラメータの設定ができる。また、機種の判別を
自動的に行うため、多数のスイッチ設置などのコストア
ップや設定作業の煩雑さを招くことがない。さらに、初
期運転時に内部特性を考慮した機種推定を行っておくこ
とで、経時変化に対する適切な対応ができる。

【００４１】なお、本実施例では、ニューラルネットワ
ークの手法を用いたが、類推の手法としてファジィ推論
を適用しても同様に、例えば、５入力２出力の因果関係
をメンバーシップ関数とファジィルールで表すことで推
論することができる。

【００４２】ところで、蒸気圧縮式冷凍装置における冷
媒流量制御は、その設置環境による配管長にも影響を受
ける。そこで、配管長の影響を考慮した制御を行うた
め、その配管長推定の手法を発明し、出願人は「特願平
４ー２４３９８９号」で出願している。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、ユーザーに設置したとき冷凍機内部の状態の変化
に基づいて、最適な制御演算パラメータが設定されるた
め安定した運転ができる。

【００４４】請求項２の発明によれば、冷凍機内部の状
態が大きく変化したとき故障と判定してユーザーに知ら
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すエアコンに備える制御
装置の構成図。

【図２】図１の制御装置に備える機種判定部の処理手順
を示すフローチャート。

【図３】図２の機種判定部のニューラルネットワークの
モデルの一例を示す構成図。

【図４】図１の制御装置に備える制御部の作用を示す説
明図。

【図５】蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路の概念図。

【符号の説明】

１ 蒸発器 ２ 凝縮器 ３ コンプレッサ ４ 膨張弁 ４ａ 電子膨張弁 ５ 室外機 ６ 室内機 ７ 冷媒配管 ８ 配管 ９ 制御装置 １０ 温度検知部 １１ 機種判定部 １２ 機種データ保持部 １３ 制御部 １４ 故障判定部 １５ 警告表示部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気圧縮式の冷凍機内部の冷媒温度の状
   態に基づき制御演算して操作量を求め、求めた操作量に
   応じて膨張弁の開閉度を制御するエアコンにおいて、 前記冷凍機内部の冷媒温度の状態の変化に基づいて最適
   な制御演算パラメータを設定する設定手段を備えたこと
   を特徴とするエアコン。
2. 【請求項２】 前記設定手段によって経時的に設定され
   る最適な制御演算パラメータが所定変化したとき故障と
   判定をする判定手段を付加したことを特徴とする請求項
   １記載のエアコン。