JPH0833249B2

JPH0833249B2 - ヒートポンプの制御装置

Info

Publication number: JPH0833249B2
Application number: JP2292291A
Authority: JP
Inventors: 吉朗土山; 晃司戎; 正高尾関; 雄二吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH04165267A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、冷暖房、給湯などに用いる蒸気圧縮式のヒ
ートポンプの制御装置に関するものであり、特に負荷側
が複数個ある装置に有効な方法を提供するものである。

従来の技術第３図は、蒸気圧縮式のヒートポンプの構成例を示し
たものであり、装置はインバータ９により回転数制御さ
れる圧縮機10、室外熱交換器１により構成される室外ユ
ニットと、複数の室内ユニット４、14、24で構成されて
いる。室内ユニットは１つであってもかまわない。い
ま、暖房を行う場合を例にとる圧縮機10で高圧に圧縮さ
れた冷媒は配管を通じて各室内熱交換器５、15、25へ送
られる。各室熱交換器５、15、25に送られて液化した冷
媒は各室膨張弁２、12、22を経て気体液体の混在状態と
なり、配管を通じて室外熱交換器１へ送られる。室外熱
交換器１で冷媒は、蒸発し気体となり再び圧縮機10に送
られ圧縮される。周知の冷凍サイクルにおいて冷媒を分
配するものである。

通常は室温センサ３、13、23により検出される室温が
目標値になるように圧縮器10回転数および膨張弁２、1
2、22の開度が制御される制御ループが構成され、例え
ばPID（比例積分微分）制御などの制御器が用いられて
室温制御モードを実現している。

しかしながら周知のように、冷媒がすべて室内の熱交
換器で凝縮する必要があり、気体の混じったままで膨張
弁２、12、22へ流入すると、冷媒の流量制御が不確実に
なる。流体はある体積を有しており、液体と気体との比
が同じであっても、膨張弁へ流入するところで液体が多
い場合もあり、逆の場合もあり、流量制御が弁開度に対
応しない。このため、なんらかの検出手段を用いて室内
熱交換器内で冷媒がすべて蒸気に変わるように制御して
おく必要がある。すなわち室内熱交換器５、15、25の出
口での温度が飽和蒸気温度より少し低くなるように制御
を行う。この温度差を過冷却度という。過冷却度が負に
なると気体の冷媒が膨張弁２、12、22に入るため、流量
制御が不確実になってしまい、適正な冷媒の分流が困難
になり、望み通りの室温に制御することが困難になる。
このため、従来では、各室過冷却度を圧縮機10の吐出出
力（圧力センサ８にて検出）および温度センサ６、16、
26をもちいて検出している。そして、過冷却度が下がっ
てくると、圧縮機10の回転数を下げて、暖房能力を下げ
て、仮想的に室内側の負荷が過大であるようにして、過
冷却度を調節している。このようにして適正な冷媒分流
制御を行うために過冷却度制御モードを併用している。

逆に、過冷却度が大きすぎると、暖房効率が低下する
ことはよく知られていることであり、結果として過冷却
度は適正な値であることが必要である。

発明が解決しようとする課題しかしながら、圧縮機10の回転数を下げて暖房能力を
下げてしまうと、室温に対する十分な制御が行えなくな
る。また、過冷却度制御モードから室温制御モードへ切
り替わるとき、もしくは室温制御モードから過冷却度制
御モードへ切り替わるときには、制御系として考える
と、その時の状態変数の値によりうまく切り替わるとき
と、そうでない場合がある。また、過冷却度の不足が全
ての室内機で起こっているとも限らないので、システム
としての効率からも好ましい状態ではない。また、各室
の膨張弁は冷媒流量の分配制御を行っているので、同時
に過冷却度も制御する方法は知られていない。

課題を解決するための手段本発明では、課題を解決するために、室温制御モード
から得られる操作量と過冷却度制御モードから得られる
操作量とを、そのときの過冷却度の適正量からのずれに
応じて加算平均した操作量とし、また、圧縮機の吐出圧
力を検出し、検出した圧力から飽和蒸気温度を算出し、
各室内機の室内熱交換器の出口に温度検出手段を設け、
２つの温度より、各室内熱交換器出口の過冷却度を検出
し、過冷却度が不足する場合および過冷却度が過度であ
る場合には、各室内機毎に過冷却度を行わせることを特
徴とする。

作用室温制御モードから得られる操作量と過冷却度制御モ
ードから得られる操作量とを、そのときの過冷却度の適
正量からのずれに応じて加算平均した操作量とすること
により、過冷却度が少し不足気味の時には室温制御と過
冷却度制御の両方が作動することになり、制御モードの
切り換えが速やかに行われ、切り替わり時の初期状態の
影響を受けなくなる。また、圧縮機吐出圧力から飽和蒸
気温度を求め、室内熱交換器出口の温度との差を求めれ
ば、各室内機毎の過冷却度を知ることができる。そし
て、過冷却度の不足する室内機があれば、その室内機の
膨張弁の開度を絞ることにより、各室内毎に冷媒循環量
を調整でき、過冷却度を確保できるようになる。このと
き、他の室内機では、過冷却度が不足していないので、
室温が目標値となる制御を行うことができる。同様に過
冷却度が過大である場合には該当する膨張弁の開度を上
げる方向に操作する。このようにして、各室内機が常に
最適な過冷却度で運転することが可能になる。

実施例以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。第１図
は２種類の制御目標をそのうちのひとつの制御量のずれ
に応じて重みつき加算平均して、操作量とする、一種の
ファジィ論理による方法を示すものであり、第２図は制
御用のコンピュータ（図示せず）のフローチャートを示
すものであり、第３図は実施例の冷凍サイクル構成を示
すものである。

第３図において、圧縮機10により圧縮された冷媒は配
管分岐して各室内ユニット４、14、24に送られる。室内
ユニットは１台であってもかまわない。各室内ユニット
４、14、24において室内熱交換器５、15、25により外気
に熱を与えて液化する。液化した冷媒は膨張弁２、12、
22に送られて気体液体混合状態となり、配管を通して、
室外熱交換器１に送られる。室外熱交換器１で熱を奪っ
て気化した冷媒は圧縮機10に送られる。ここで、制御器
（図示せず）が各室の室温を室温センサ３、13、23によ
り検出し、各室の熱負荷に応じて冷媒を分配する。分配
制御は膨張弁２、12、22の開度を調節することにより実
現する。また全体の負荷に対応する制御は、圧縮機10の
回転数をインバータ９により制御することにより実現す
る。基本的には、以上の構成で各室の室温制御が実現す
る。また、各室内機４、14、24の熱交換器出口の温度を
温度センサ６、16、26で測定し、かつ圧縮機の吐出圧力
を圧力センサ８で測定して、各室内機４、14、24毎の過
冷却度を算出する。（吐出圧力から膨張弁までの圧力は
ほぼ一定であり、これにより飽和蒸気温度を算出するこ
とができる。）第１図は第３図における制御用コンピュータ（図示せ
ず）の制御論理を一種のファジィ論理を用いて行なう場
合の方法を示すものである。すなわち、最適である過冷
却度をT des1からT des2、過冷却度増加制御を行なう必
要がある過冷却度T ref1、とするとき、各室内機（ｉ）
の過冷却度SC（ｉ）がT des1より大きくてT des2より小
さいときには室温制御100％となり、過冷却度SC（ｉ）
がT ref1のときには過冷却度増加制御と室温制御が50:5
0となり、過冷却度SC（ｉ）がT ref1より小さくなって
行くにしたがって、過冷却度制御の比重が大きくなるよ
うにするものである。そして、過冷却度SC（ｉ）がT mi
n1より小さくなると完全に過冷却度増加制御のみとな
る。また、過冷却度減少制御を行なう必要がある過冷却
度をT ref2、とし、各室内機（ｉ）の過冷却度SC（ｉ）
がT ref2のときには過冷却度減少制御と室温制御が50:5
0となり、過冷却度SC（ｉ）がT ref2より大きくなって
行くにしたがって、過冷却度制御の比重が大きくなるよ
うにするものである。そして、過冷却度SC（ｉ）がT ma
xより小さくなると完全に過冷却度減少制御のみとな
る。

第２図は第１図で示した一種のファジィ論理を適用し
た場合の制御処理手順を示したフローチャートである。
以下、処理手順を説明する。まず処理40において各室内
機（ｉ）の現在の過冷却度SC（ｉ）を調べる。次に、処
理41へ進み、室温制御のための演算を行い、操作量u1
（ｉ）を算出する。室温制御のための演算処理としては
例えばPID（比例積分微分）制御などを用いる。ただし
ここで求めた操作量は、まだ出力しない。引続き、処理
42で過冷却度制御のための演算を行い、操作量u2（ｉ）
を算出する。次に処理43へ進み、２つの操作量u1
（ｉ）、u2（ｉ）に対するメンバシップ量を算出する。
次に処理44に進み、算出したメンバシップ量を用いて、
２つの操作量u1（ｉ）、u2（ｉ）の値を積みつき加算平
均する。次に処理45へ進み、加算平均結果ｕ（ｉ）を操
作量として出力する。この出力ｕ（ｉ）は各膨張弁の開
度制御やインバータによる圧縮機10の回転周波数制御に
用いられる。そして処理46で制御対象を１つずらして、
すなわちｉをｉ＋１に置き換えて再び処理40へ戻る。な
お室内機が１台の場合には処理46は素通りとなる。

最初の実施例は一つの冷凍サイクルで冷媒を分流する
場合で説明したが、第４図に示すように、室外熱交換器
51、圧縮機50、膨張機構59、中間熱交換器55より構成さ
れる１次側の冷凍サイクルと、前記中間熱交換器55で熱
交換される２次側熱交換器61と冷媒搬送用ポンプ60、各
室内熱交換器65、75、85、各室内での冷媒流量を制御す
る弁62、72、82により構成された２次側冷凍サイクルで
構成された系においても同じように適用することができ
る。この構成は冷媒をポンプで循環させることができる
ので、配管が長い場合や、高低差がある場合にも展開す
ることができるものである。１次側のサイクルでは、暖
房の時には中間熱交換器55が凝縮器として作動し、２次
側熱交換器に熱を与える。２次側熱交換器61では冷媒が
気化して、流量弁62、72、82を経て各室室内熱交換器6
5、75、85に送られる。各室熱交換器65、75、85では、
冷媒は室内空気に熱を供給して、液化する。液化した冷
媒はポンプ60に送られて、２次側中間熱交換器61に戻っ
てくる。このような場合にも、適正な過冷却度が得られ
るようにすることができる。過冷却度が不足すると、ポ
ンプに気体が混入してポンプを損傷することがある。ま
た過冷却度が過大であれば、効率が低下する。したがっ
て同様に第２図に示したような制御を行うことにより適
正なサイクル制御を行うことができる。第４図の場合で
は、冷媒搬送用ポンプ60の手前に圧力センサ68を設け
て、検出した圧力から飽和蒸気温度を求め、室内熱交換
器出口温度（検出手段は図示せず）との差を求めること
により過冷却度を検出する。

発明の効果以上説明したように、本発明は、過冷却度制御モード
と室温制御モードとをファジイ論理を用いて切り替える
ことにより各室において室温制御と過冷却度制御が速や
かに動作させることが可能になる、また、各室内機毎の
過冷却度を制御することと室温制御が可能であるので、
１つの室の過冷却度制御を行なっても、そのほかの室で
は室温を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御装置における２つの制
御モードの切替論理を示す図、第２図は第１図における
２つの制御モードのフローチャート、第３図は本発明の
一実施例の制御装置の構成図、第４図は本発明の異なる
実施例の制御装置の構成図である。１、51……室外熱交換器、２、12、22、59……膨張弁、
３、13、23……室温センサ、４、14、24……室内ユニッ
ト、５、15、25、65、75、85……室内熱交換器、６、
７、16、17、26、27……温度センサ、10、50……圧縮
機、55……室外側中間熱交換器、60……冷媒搬送用ポン
プ、61……室内側中間熱交換器、62、72、82……流量調
整弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田雄二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平４−98050（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を具備す
る冷凍サイクルにより構成される蒸気圧縮式ヒートポン
プにおいて、室内の温度を検出する手段、前記凝縮器の
飽和蒸気温度と前記凝縮器出口温度との差を過冷却度と
して検出する手段を有し、検出した前記過冷却度が第１
のしきい値より大きくて、第１のしきい値よりも大きい
第３のしきい値より小さい場合には、第１の制御目的と
して、前記検出した室内の温度が設定値に等しくなるよ
うに前記圧縮機の能力および前記膨張弁の開度を制御
し、前記過冷却度が前記第１のしきい値より小さい第２
のしきい値よりも小さい場合には、第２の制御目的とし
て、前記過冷却度が小さくならないように前記圧縮機の
能力および前記膨張弁の開度を制御し、前記過冷却度が
前記第３のしきい値より大きい第４のしきい値より大き
い場合には、第３の制御目的として前記過冷却度が大き
くならないように前記圧縮機の能力もしくは前記膨張弁
の開度を制御し、前記過冷却度が第１のしきい値と第２
のしきい値との間にある場合には、前記第１の制御目的
に対する操作量と、前記第２の制御目的に対する操作量
とを、前記過冷却度の第１のしきい値と第２のしきい値
からのずれの内分比率に応じて、加算平均した値を実際
の操作量とし、前記過冷却度が前記第３のしきい値と第
４のしきい値との間にある場合には、前記第１の制御目
的に対する操作量と前記第３の制御目的に対する操作量
とを、前記過冷却度の第３のしきい値と第４のしきい値
からのずれの内分比率に応じて、加算平均した値を実際
の操作量とすることを特徴とするヒートポンプ制御装
置。
【請求項２】圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を具備す
る冷凍サイクルにより構成され、前記膨張弁および前記
凝縮器より構成される複数の室内ユニットに前記圧縮機
より配管分岐して冷媒を供給し、前記複数のユニットを
経由した冷媒は、再び配管結合により１つの蒸発器に送
られるよう構成された蒸気圧縮式ヒートポンプにおい
て、前記各凝縮器冷媒の飽和蒸気温度と前記凝縮器出口
温度との差を各ユニットの過冷却度として検出する手
段、室内の温度を検出する手段を有し、各ユニットにお
いて、検出した過冷却度が第１のしきい値より大きく
て、第１のしきい値よりも大きい第３のしきい値より小
さい場合には、第１の制御目的として、前記検出した室
内の温度が設定値に等しくなるように前記圧縮機の能力
および、もしくは前記膨張弁の開度を制御し、前記過冷
却度が前記第１のしきい値より小さい第２のしきい値よ
りも小さい場合には、第２の制御目的として、前記過冷
却度が小さくならないように前記圧縮機の能力および、
もしくは前記膨張弁の開度を制御し、前記過冷却度が前
記第３のしきい値より大きい第４のしきい値より大きい
場合には、第３の制御目的として前記過冷却度が大きく
ならないように前記圧縮機の能力および、もしくは前記
膨張弁の開度を制御し、前記過冷却度が第１のしきい値
と第２のしきい値との間にある場合には、前記第１の制
御目的に対する操作量と前記第２の制御目的に対する操
作量とを、前記過冷却度の第１のしきい値と第２のしき
い値からのずれの内分比率に応じて、加算平均した値を
実際の操作量とし、前記過冷却度が第３のしきい値と第
４のしきい値との間にある場合には、前記第１の制御目
的に対する操作量と前記第３の制御目的に対する操作量
とを、前記過冷却度の第３のしきい値と第４のしきい値
からのずれの内分比率に応じて、加算平均した値を実際
の操作量することを特徴とするヒートポンプ制御装置。
【請求項３】圧縮機、室外熱交換器、膨張機構、室外側
中間熱交換器を具備する室外側冷凍サイクルと、前記室
外側中間熱交換器により熱交換される前記室内側中間熱
交換器、冷媒搬送手段、配管分岐により複数の流量調整
機構と前記室内熱交換器を接続した室内冷凍サイクルに
より構成された蒸気圧縮式ヒートポンプにおいて、前記
各室室内熱交換器出口の過冷却度を検出する手段を有
し、各室内熱交換器において、前記検出した過冷却度が
第１のしきい値より大きくて、第１のしきい値よりも大
きい第３のしきい値より小さい場合には、第１の制御目
的として、前記検出した室内の温度が設定値に等しくな
るように前記流量調整機構を操作し、前記過冷却度が前
記第１のしきい値より小さい第２のしきい値よりも小さ
い場合には、第２の制御目的として、前記過冷却度が小
さくならないように前記流量調整機構を操作し、前記過
冷却度が前記第３のしきい値より大きい第４のしきい値
より大きい場合には、第３の制御目的として前記過冷却
度が大きくならないように前記流量調整機構を操作し、
前記過冷却度が第１のしきい値と第２のしきい値との間
にある場合には、前記第１の制御目的に対する操作量
と、前記第２の制御目的に対する操作量とを、前記過冷
却度の第１のしきい値と第２のしきい値からのずれの内
分比率に応じて、加算平均した値を実際の操作量とし、
前記過冷却度が前記第３のしきい値と第４のしきい値と
の間にある場合には、前記第１の制御目的に対する操作
量と、前記第３の制御目的に対する操作量とを、前記過
冷却度の第３のしきい値と第４のしきい値からのずれの
内分比率に応じて、加算平均した値を実際の操作量する
ことを特徴とするヒートポンプ制御装置。