(57)【要約】【課題】冷暖同時運転型の空気調和装置の冷媒回路は、その機能的性質から、冷房必要能力を示す冷媒状態量と暖房必要能力を示す冷媒状態量を同時に制御目標値にする必要があるが、冷媒回路の負荷（例えば運転室内機容量や室温など）が大きく変化した場合、通常の冷房や暖房で利用している個別のフィードバック制御では冷媒の状態量が互いに干渉し、フィードバック制御が有効に働かない。その結果、再度目標値に収束するまでに時間がかかる。【解決手段】冷暖同時運転型の空気調和装置３において、該複数の室内熱交換器２３が冷房と暖房の異なる用途に分かれて同時に運転される場合に、冷房必要能力を示す冷媒状態量と暖房必要能力を示す冷媒状態量を、それらを制御目標値に制御することが可能な少なくとも２つの操作量に基づいて、操作量と冷媒状態量との伝達特性を有するモデルにて制御を行うモデル予測制御に切り換える。 【選択図】図３
2006317050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室外熱交換器、複数の室内熱交換器を有するヒートポンプにおいて、
該複数の室内熱交換器が冷房と暖房の異なる用途に分かれて同時に運転される場合に、冷房必要能力を示す冷媒状態量と暖房必要能力を示す冷媒状態量を、それらを制御目標値に制御することが可能な少なくとも２つの操作量に基づいて、操作量と冷媒状態量との伝達特性を有するモデルにて制御を行うモデル予測制御に切り換えることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のヒートポンプにおいて、
冷房必要能力を示す冷媒状態量を圧縮機吸入圧力、暖房必要能力を示す冷媒状態量を圧縮機吐出圧力としたことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項３】
請求項１記載のヒートポンプにおいて、
冷房必要能力と暖房必要能力の差により、操作量の対象を切り換えることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項４】
請求項３記載のヒートポンプにおいて、
冷房必要能力が暖房必要能力より大きい場合に圧縮機回転数と、室外機の凝縮能力を調整可能な操作量とし、暖房必要能力が冷房必要能力より大きい場合に圧縮機回転数と、室外機の蒸発能力を調整可能な操作量としたことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項５】
請求項４記載のヒートポンプにおいて、
圧縮機に吸入される冷媒の過熱度が所定値以下になったとき、圧縮機吸入圧力制御目標値を変更することを特徴とするヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖同時運転型空気調和装置の制御装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビル空調において負荷の異なる複数の部屋に対し各室毎に室内ユニットを設置し、これを１台の室外ユニットに接続する冷暖混在多室型空気調和装置により、各室毎に空調する個別分散空調の技術は公知となっている。
ここで、冷房必要能力を示す冷媒状態量と暖房必要能力を示す冷媒状態量を、それぞれ独立してフィードバック制御を行う場合、それぞれの冷媒状態量は同一の冷媒サイクル  のものであり、片方を操作した影響がもう片方にお互いに影響を及ぼす関係にあるため、室内機の運転台数変化など大きな変化が発生すると、冷媒状態量を所定の目標値に維持するのが困難になる。
【０００３】
ところで、空気調和装置の冷媒回路はむだ時間や時定数が大きいため、制御結果としての冷媒制御量と制御目標値との偏差によるフィードバック制御では、室温や室外温度等の変化に対して即応的に動作しないことがある。
また、冷媒回路の負荷（例えば運転室内機容量や室温など）が大きく変化した場合、フィードバック制御のみでは吸入圧力や吸入過熱度などの冷媒状態量が変化するまでに時間が掛かり、その間フィードバック制御の入力である偏差が変化しないので、フィードバック制御が有効に働かない。しかも、一旦変化が現れてから再度目標値に収束するまでに時間がかかる。
前述のフィードバック制御より応答速度が速くて安定性の高い制御方法としてモデル予測制御が考えられる。該モデル制御については非特許文献１で公知となっているが、制御目的が冷暖房同時運転に対応するものではなかった。
【特許文献１】特開平６−３００３８８号公報
【非特許文献１】システム制御情報学会会誌第４６巻第７号  ４１８−４２４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の、特許文献１は冷暖房同時運転にあたり冷媒吐出圧力と冷媒吸入圧力に基づいて圧縮機能力を制御するものの、制御対象が圧縮機のみであり室外機での冷媒の熱交換量を同時に制御出来ていなかった。
本発明の課題は、前述の従来技術の問題点を踏まえ複数の入出力信号を取扱えるモデル予測制御を冷暖房同時運転に適用して、冷房必要能力を示す冷媒状態量と暖房必要能力を示す冷媒状態量を同時に制御を行い、冷暖房同時運転性能を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、圧縮機、室外熱交換器、複数の室内熱交換器を有するヒートポンプにおいて、該複数の室内熱交換器が冷房と暖房の異なる用途に分かれて同時に運転される場合に、冷房必要能力を示す冷媒状態量と暖房必要能力を示す冷媒状態量を、それらを制御目標値に制御することが可能な少なくとも２つの操作量に基づいて、操作量と冷媒状態量との伝達特性を有するモデルにて制御を行うモデル予測制御に切り換えるものである。
【０００７】
請求項２においては、請求項１記載のヒートポンプにおいて、冷房必要能力を示す冷媒状態量を圧縮機吸入圧力、暖房必要能力を示す冷媒状態量を圧縮機吐出圧力としたものである。
【０００８】
請求項３においては、請求項１記載のヒートポンプにおいて、冷房必要能力と暖房必要能力の差により、操作量の対象を切り換えるものである。
【０００９】
請求項４においては、請求項３記載のヒートポンプにおいて、冷房必要能力が暖房必要能力より大きい場合に圧縮機回転数と、室外機の凝縮能力を調整可能な操作量とし、暖房必要能力が冷房必要能力より大きい場合に圧縮機回転数と、室外機の蒸発能力を調整可能な操作量としたものである。
【００１０】
請求項５においては、請求項４記載のヒートポンプにおいて、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度が所定値以下になったとき、圧縮機吸入圧力制御目標値を変更するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１においては、冷房必要能力を示す冷媒状態量と暖房必要能力を示す冷媒状態量を、同時に安定して目標値に維持でき、各室を所望の房温度に速やかに冷房または暖房できて安定して冷暖房運転することができる。
【００１３】
請求項２においては、請求項１にて従来より用いられてきた圧縮機吸入圧力センサー及び吐出圧力センサーを、冷媒量を検知する手段として使用でき、新たに検知手段を設ける必要がなく、制御手段を変更するだけで安価に安定した空気調和装置（冷暖房装置）を提供できる。
【００１４】
請求項３おいては、冷房必要能力と暖房必要能力の差を室外機でバランスさせることができる。
【００１５】
請求項４においては、請求項３にて室外機のファン回転数を制御することによって室外機の凝縮能力を制御できる。また、室外機が蒸発器として作用する際には、廃熱回収器にて熱量を奪う回路を備えたエンジン駆動式ヒートポンプのような場合、該廃熱回収器での蒸発能力に影響のないように膨張弁開度によって蒸発能力を制御できる。
【００１６】
請求項５においては、冷暖房の同時実現と、圧縮機の湿り運転に対する保護を両立させることができる。
ここで、圧縮機の湿り運転とは圧縮機が液を含んだ状態の冷媒を吸入する現象であり、液圧縮や圧縮機の油上がりの原因となり、圧縮機故障に至る場合もある。室内機運転台数や室内負荷の変動により目標吸入圧力が変化した場合に発生が予想されるが、圧縮機吸入圧力制御目標値を変更することでこれらを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１はモデル予測制御の基本的なアルゴリズムを示したブロック線図、図２は本発明の一実施例に係る冷媒回路構成を示した冷媒回路図、図３は同じくモデル予測制御のブロック線図、図４（ａ）は本発明の実施例１に係る運転変化を示した図、図４（ｂ）は本発明の実施例２に係る運転状態変化を示した図である。
【００１８】
＜モデル予測制御アルゴリズム＞
まず、本発明に適用する予測制御の基本的なアルゴリズムを図１のブロック線図を用いて説明する。
ここでモデル予測制御コントローラ１（以下、ＭＰＣという）は制御目標値ｙ＊（ｔ）、操作量ｕ（ｔ）、冷媒制御量ｙ（ｔ）を入力信号とし、冷凍サイクル２のモデルパラメータと、操作量ｕ（ｔ）と冷媒制御量ｙ（ｔ）との関係を示す伝達特性を有するパラメトリックモデル（以下、モデルという）を使用して予測制御を行う。その予測制御は次のアルゴリズムにて実行する。
【００１９】
（１）予測制御のモデルの出力を次式で与える。
ｙｍ（ｔ）＝θ０ｕ（ｔ）＋θ１ｕ（ｔ−１）＋・・・・＋θｎｕ（ｔ−ｎ）
ここでθはモデルパラメータであり、θ＝［θ０、θ１、・・・・・・、θｎ］
（２）ｐステップ先の出力の予測値ｙｐ（ｔ＋ｐ）を次式で与える。
ｙｐ（ｔ＋ｐ）＝ｙｍ（ｔ＋ｐ）＋｛ｙ（ｔ）−ｙｍ（ｔ）｝
ここでは、現時刻ｔでの観測値と制御量のモデルによる計算値との差ｙ（ｔ）−ｙｍ（ｔ）を外乱とみなして、将来もそれと同じ大きさの外乱がステップ状に一定に制御量に現れると考えて補正している。
（３）予測値が暫定的に目標とする参照軌道ｙｒ（ｔ＋ｐ）を次式で与える。
ｙｒ（ｔ＋ｐ）−ｙ＊（ｔ＋ｐ）＝ａ｛ｙ（ｔ）―ｙ＊（ｔ）｝
ここでａは制御パラメータで０≦ａ≦１の範囲で設定する。
（４）ｙｐ（ｔ＋ｐ）、ｙｒ（ｔ＋ｐ）から評価関数Ｊ（ｔ）を次式で与える。
【００２０】
【数１】
2006317050.tif 000003
【００２１】
ここでＴは予測区間で０＜Ｔの範囲で設定する。
（５）次の条件を満たす冷媒操作量数列Ｕを決定する。
Ｍｉｎｉｍｉｚｅ  Ｊ（ｔ）  Ｓｕｂｊｅｃｔ  ｔｏ  Ω∋Ｕ
ここで、Ｕ＝［ｕ（ｔ）、ｕ（ｔ＋１）、・・・・、ｕ（ｔ＋Ｔ−１）］、またΩは操作量の制約領域である。
Ｕの最初のＳ個をサンプリング周期ごとに出力する。
ここでＳは出力区間で０≦Ｓ≦Ｔの範囲で設定する。
（６）時刻ｔ＋Ｓにおいて同様に繰り返す。
以上が、基本的な予測制御のアルゴリズムである。実際には該基本アルゴリズムの応用とて、２入力２出力干渉系の予測制御や該２入力２出力干渉系に外乱を含めた予測制御等がある。
【００２２】
＜冷暖同時運転型冷媒回路＞
本発明に係る冷暖同時運転型空気調和装置３は１台の室外機１１にて冷房運転及び暖房運転する室内機１２を複数台接続し、同時に運転できる空気調和装置である。本実施例では、エンジン駆動式ヒートポンプによる冷暖同時運転型空気調和装置３の冷媒回路構成について図２を用いて説明する。
【００２３】
エンジン駆動式ヒートポンプは、駆動源としてのエンジン（図示略）から動力を得て冷媒を圧縮する圧縮機２１と、圧縮機２１の吐出側に接続され冷房時及び暖房時で冷媒の流れを切り換える三方弁２４ａ・２４ｂと、冷房時に圧縮機２１から三方弁２４ａ・２４ｂを介して冷媒が供給される室外熱交換器２２ａ・２２ｂと、暖房時に圧縮機２１から三方弁２４ａ・２４ｂを介して冷媒が供給される室内熱交換器２３ａ・２３ｂ・２３ｃと、室外熱交換器２２及び室内熱交換器２３ａ・２３ｂ・２３ｃ間に配設される室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂとを有しており、これらで構成される冷媒サイクルを用いるものである。
【００２４】
前記圧縮機２１は、その吸入側からガス冷媒を吸引・圧縮し、高温・高圧のガス冷媒を吐出する。他方、圧縮機２１の吐出側には、吐出ラインを構成する経路６１を介してガス冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機２１の吸入側に戻すためのオイルセパレータ２５が設けられている。すなわち、圧縮機２１から吐出されるガス冷媒は、オイルセパレータ２５を介して前記三方弁２４ａ・２４ｂへと流入し、この三方弁２４ａ・２４ｂにて所定の方向に導かれる。また、圧縮機２１に吸引されるガス冷媒も三方弁２４ａ・２４ｂにて導かれるため、圧縮機２１の冷媒吸入側と三方弁２４ａ・２４ｂとは吸入ラインを構成する経路６２により接続されている。
【００２５】
前記室外熱交換器２２ａ・２２ｂは、室外ファン２６の送風にて該室外熱交換器２２ａ・２２ｂを通過する冷媒と室外空気を熱交換する役割を持つ。該室外熱交換器２２ａ・２２ｂの一端には前記三方弁２４ａ・２４ｂが接続されており、他端には室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂを介してブリッジ回路２７に接続される。
ここで、室外熱交換器２２ａ・２２ｂがそれぞれ室外熱交換器２２ａ・２２ｂを介して２系統あるのは、熱交換能力を調整するためであって詳細は省略する。
【００２６】
冷媒液を一時的に溜めることの可能なレシーバ２８は密閉された容器であり、内部に過冷却熱交換器２９を備えている。ここで、経路６３ａはレシーバ２８の冷媒入口であり、経路６３ｂは冷媒出口である。経路６３ａ及び経路６３ｂはそれぞれレシーバ２８と前記ブリッジ回路２７を接続している。ブリッジ回路は逆止弁を４つ組み合わせた回路であり、冷房運転時と暖房運転時に方向が逆になる液冷媒の流れを制御して、レシーバ２８では冷媒の流れは一方通行としている。
【００２７】
本実施例の冷暖同時運転型空気調和装置３は、通常の空気調和装置と異なり室外機１１と室内機１２を接続する連絡配管を３本持つことを特徴とする。本実施例では高圧ガス配管１４、低圧ガス配管１５、液配管１６が連絡配管である。
【００２８】
エンジン廃熱回収器３０は、レシーバ２８の液冷媒出口経路６３ｂから分岐し、経路６２に接続される経路６４に設けられている。該経路６４には、経路６２に向かって廃熱回収器用膨張弁３１、過冷却熱交換器２９、廃熱回収器３０の順にて直列に接続されている。
【００２９】
前記室内熱交換器２３ａ・２３ｂ・２３ｃは、室内ファン３２ａ・３２ｂ・３２ｃの送風にて該室内熱交換器２３ａ・２３ｂ・２３ｃを通過する冷媒と室内空気を熱交換する役割を持つ。該室内熱交換器２３ａ・２３ｂ・２３ｃは一端は室内熱交換器用膨張弁３４ａ・３４ｂ・３４ｃを介して、他端はそのまま冷媒分岐コントローラ１３ａ・１３ｂ・１３ｃに接続される。
【００３０】
＜冷暖同時運転型空気調和装置の冷房運転＞
ここで、冷暖同時運転型空気調和装置３の冷暖同時運転時の冷房運転について説明する。ここでは３台示した室内機１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち１２ａが冷房運転をするとして説明する。
冷房運転においては、圧縮機２１にて圧縮され吐出される高温・高圧のガス冷媒は、三方弁２４ａ・２４ｂを介して室外熱交換器２２ａ・２２ｂに送られ、この室外熱交換器２２ａ・２２ｂで室外ファン２６により送風される外気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室外の空気中に放熱される。ここで、ガス冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷媒は、逆止弁３５ａから液冷媒レシーバ流入経路６３ａを経てレシーバ２８内に流入し、さらに液冷媒レシーバ流出口経路６３ｂから逆止弁３５ｄ及び液配管１６を経由して室内熱交換器用膨張弁３４ａに到達し、この室内熱交換器用膨張弁３４ａで急激に減圧され蒸発しやすい状態となって室内熱交換器２３ａに導かれる。この室内熱交換器２３ａが蒸発器となり、冷媒が室内の空気から蒸発熱を奪い液体から気体へと変化するとともに室内の空気を冷却する。気化した冷媒は、低圧ガス配管１５を介して経路６２を通り、圧縮機２１に吸引されて圧縮された後、再び吐出される。
【００３１】
＜冷暖同時運転型空気調和装置の暖房運転＞
ここで、冷暖同時運転型空気調和装置３の冷暖同時運転時の暖房運転について説明する。ここでは３台示した室内機１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち１２ｂが暖房運転をするとして説明する。
暖房運転時においては、圧縮機２１にて圧縮され吐出される高温・高圧のガス冷媒は、経路６１及び高圧ガス配管１４を介して室内熱交換器２３ｂに送られ、この室内熱交換器２３ｂで室内ファン３２により送風される室内の空気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室内の空気中に放熱され室内の空気を温める。ここで、冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷媒は、液配管１６及び逆止弁３５ｃを経て液冷媒レシーバ流入口経路６３ａからレシーバ２８内に流入し、液冷媒レシーバ流出口経路６３ｂから室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂに到達し、この室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂで急激に減圧され蒸発しやすい状態となって室外熱交換器２２ａ・２２ｂに導かれる。この室外熱交換器２２ａ・２２ｂが蒸発器となり、冷媒が室外の空気中から蒸発熱を奪い、冷媒の一部が液体から気体へと変化する。そして、室外熱交換器２２ａ・２２ｂを経て気化した冷媒は、三方弁２４ａ・２４ｂを介して経路６２を通り、圧縮機２１に吸引されて圧縮された後、再び吐出される。
【００３２】
さらに、エンジン駆動式ヒートポンプの特徴である暖房運転時の廃熱回収器３０について説明する。
前記レシーバ２８から分岐された液冷媒は、経路６４を次のように流れる。即ち、廃熱回収器用膨張弁３１で減圧された後、レシーバ内に設けられた過冷却熱交換器２９に流入して経路６４を経由してエンジン廃熱回収器３０に導かれる。この過冷却熱交換器２９及び廃熱回収器３０が蒸発器となり、冷媒がレシーバ２８内の液冷媒及びエンジン廃熱から蒸発熱を奪い液体から気体へと変化する。気化した冷媒は、経路６２と合流し、前記圧縮機２１に吸引されて圧縮された後、再び吐出される。
【００３３】
＜冷暖同時運転型空気調和装置の冷暖混在運転＞
次に、冷暖同時運転型空気調和装置３の特徴である冷暖混合運転について説明する。ここでは３台示した室内機１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち１２ａ・１２ｂが冷房運転を１２ｃが暖房運転をするとして説明する。この場合、室内機の負荷は全て同等であるとすると、全体で冷房運転の容量が大きいので室外機熱交換器２２は凝縮器として作用する。
【００３４】
まず、室外機２２側から冷媒の流れを説明する。前記圧縮機２１にて吐出された高圧ガスは経路６１を通過して、オイルセパレータ２５に導かれる。その後、高圧ガス配管１４を通過して室内機１２ｃへ向かう冷媒と、三方弁２４ａ・２４ｂを介して室外熱交換器２２ａ・２２ｂに導かれる冷媒に分岐される。前述後者である冷媒は、室外熱交換器２２ａ・２２ｂで室外ファン２６により送風される外気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室外の空気中に放熱される。ここで、冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷房運転用冷媒は、逆止弁３５ａから液冷媒レシーバ流入経路６３ａを経てレシーバ２８内に流入する。
【００３５】
次に、室内機１２ａ・１２ｂ・１２ｃ側の冷媒の流れを説明する。
ここで、暖房運転をする室内機１２ｃについて説明する。前述にて高圧ガスの状態で、高圧ガス配管１４を通過して室内機１２ｃへ向かった冷媒は、室内熱交換器２３ｃに送られ、この室内熱交換器２３ｃで室内ファン３２ｃにより送風される室内の空気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室内の空気中に放熱され室内の空気を温める。ここで、冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷媒は、液配管１６及び逆止弁３５ｃを経て液冷媒レシーバ流入口経路６３ａからレシーバ２８内に流入する。
【００３６】
次に、冷房運転をする室内機１２ａ・１２ｂについて説明する。前述にて液冷媒としてレシーバ２８内に溜められた液冷媒は、液冷媒レシーバ流出口経路６３ｂから逆止弁３５ｄ及び液配管１６を経由して室内熱交換器用膨張弁３４ａ・３４ｂに到達し、この室内熱交換器用膨張弁３４ａ・３４ｂで急激に減圧され蒸発しやすい状態となって室内熱交換器２３ａ・２３ｂに導かれる。この室内熱交換器２３ａ・２３ｂが蒸発器となり、冷媒が室内の空気から蒸発熱を奪い液体から気体へと変化するとともに室内の空気を冷却する。気化した冷媒は、低圧ガス配管１５を介して経路６２を通り、圧縮機２１に吸引されて圧縮された後、再び吐出される。
【００３７】
以上の説明より、冷暖同時運転型空気調和装置３の特徴である冷暖混合運転について、複数ある室内機１２中の冷房運転の容量が大きい場合は、暖房運転をする室内機１２ｃの蒸発器は通常の空気調和装置であるならば室外機がその役割を担うが、本実施形態の場合は冷房運転を実施している室内機１２ａ・１２ｂが室内機１２ｃの蒸発器として使用されていることが分かる。
【００３８】
＜冷暖同時運転型空気調和装置の予測制御＞
次に、本発明の実施形態である予測制御を適用した冷暖同時運転型空気調和装置３を図３にて説明する。
図３においては、ＭＰＣはモデル予測制御コントローラ１を示し、信号は矢印の向きに伝達され、「○」で示した合流部では信号は＋で正の結合、−で負の結合を表し、「●」で示した分岐部では信号は分岐する。
【００３９】
図３中にて、破線内は冷暖同時運転型空気調和装置３を示し、破線内のＧ１乃至Ｇ１１はそれぞれある特性の示した伝達関数を示している。これらの伝達関数は予めＭＰＣ１に記憶され、モデル化されているものとする。また、図中では図１で示される操作量のフィードバックが図示されていないが、ＭＰＣ１の内部に含まれていることとする。
ここで、冷媒状態量として圧縮機低圧圧力をＰＬ、圧縮機高圧圧力をＰＨ、吸入過熱度をＳＨとして示されている。さらに操作量としてのＮｅは圧縮機回転数であり、室外ファン２６の回転数をＦａｎ、室外熱交換器用膨張弁３３の開度をＥＶとして示されている。さらに、目標値として圧縮機低圧圧力の目標値をＰＬ＊、圧縮機高圧圧力の目標値をＰＨ＊として示している。そして、冷暖同時運転型空気調和装置３においての冷房運転室内機合計容量をＨＣｃで、暖房運転室内機合計容量をＨＣｈで示している。
【００４０】
ここで、それぞれの伝達関数について説明する。Ｇ１は圧縮機回転数Ｎｅと低圧圧力ＰＬの関係、Ｇ２は圧縮機回転数Ｎｅと高圧圧力ＰＨの関係、Ｇ３は室外ファン２６の回転数Ｆａｎと低圧圧力ＰＬの関係、Ｇ４は室外ファン２６の回転数Ｆａｎと高圧圧力ＰＨの関係、Ｇ５は冷房運転室内機合計容量ＨＣｃと低圧圧力ＰＬの関係、Ｇ６は冷房運転室内機合計容量ＨＣｈと高圧圧力ＰＨの関係、Ｇ７は暖房運転室内機合計容量ＨＣｈと低圧圧力ＰＬの関係、Ｇ８は暖房運転室内機合計容量ＨＣｈと高圧圧力ＰＨの関係、Ｇ９は室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂの開度ＥＶと低圧圧力ＰＬの関係、Ｇ１０は室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂの開度ＥＶと高圧圧力ＰＨの関係、Ｇ１１は室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂの開度ＥＶと吸入過熱度ＳＨの関係を示している。
【００４１】
さらに図３中で切換判定部８１は、前記冷房運転室内機合計容量ＨＣｃと暖房運転室内機合計容量ＨＣｈを比較し、冷房運転室内機合計容量ＨＣｃが暖房運転室内機合計容量ＨＣｈより多ければ前記室外ファン２６の回転数Ｆａｎを操作量とし、暖房運転室内機合計容量ＨＣｈが冷房運転室内機合計容量ＨＣｃより多ければ前記室外熱交換器用膨張弁３３ａ・３３ｂまたは、廃熱回収器用膨張弁３１の開度ＥＶを操作量とするように自動的に切り換えが行われる。
また、同じく図３中で目標値変更部８２は、前記吸入過熱度ＳＨが所定値以下ならば圧縮機低圧圧力の目標値ＰＬ＊を変更する。
【００４２】
以下では、前述の冷媒量を具体的にどのようにして得るのかを図２と図３を用いて説明する。
冷媒状態量として圧縮機低圧圧力ＰＬは吸入圧力センサー５３で検知し、圧縮機高圧圧力ＰＨは吐出圧力センサー５４から検出しそれぞれＭＰＣ１に入力する。また、吸入過熱度ＳＨは吸入温度センサー５２で検出した吸入温度より、吸入圧力センサー５３で検出した圧縮機低圧圧力ＰＬの飽和相当温度を減じて求められ、目標値変更部８２に入力する。
ここで、冷房運転室内機合計容量ＨＣｃ及び暖房運転室内機合計容量ＨＣｈは、各々の室内機に設けられた室内温度センサー５０と室内空調設定温度の差と室内機容量によって、冷房又は暖房能力の容量をそれぞれ決定する。
【実施例１】
【００４３】
さらに、具体的な制御方法について図４を用いて説明する。
ここで、図４は図２に示した冷暖同時運転型空気調和装置３の室内機運転パターン状態変化の代表例を示している。なお、図４中にて室外機の状態を冷房又は暖房で表しているが、これは室外機が暖房運転状態であるということは即ち蒸発器として使用、室外機が冷房運転状態であるということは即ち凝縮器として使用していることを示している。また、冷房運転室内機合計容量ＨＣｃ及び暖房運転室内機合計容量ＨＣｈは、室内機の該運転台数により決定されるものではなく、冷暖同時運転型空気調和装置３全体におけるそれぞれの容量である。以下の実施例では、全ての室内機の運転容量（冷房・暖房共に）は同様と仮定する。
【００４４】
まず、図４に示す運転パターン変化において、室内機１２ａ・１２ｂが冷房運転、室内機１２ｃが停止していた状態（図４中運転状態Ａ）から、室内機１２ａ・１２ｂが冷房運転のまま室内機１２ｃが暖房運転を開始した（図４中運転状態Ｂ）とする。
はじめに、運転状態Ａでは、冷房運転のみの実施のため冷房負荷に応じた圧縮機低圧圧力の目標値ＰＬ＊を設定し、圧縮機回転数Ｎｅを操作量として、通常のフィードバック制御を実施している。
次に、前述の状態より室内機１２ｃが暖房運転を開始したことにより、冷暖同時運転型の運転に切り替わる。この段階で本発明の実施形態であるモデル予測制御を適用する。即ち、状態遷移後に冷房運転室内機合計容量ＨＣｃと暖房運転室内機合計容量ＨＣｈの両方の値が入力されることを踏まえ、圧縮機低圧圧力の目標値ＰＬ＊及び圧縮機高圧圧力の目標値ＰＨ＊を目標値、冷媒状態量の圧縮機低圧圧力ＰＬ及び圧縮機高圧圧力ＰＨを制御量、圧縮機回転数Ｎｅ及び室外ファンの回転数Ｆａｎを操作量として、前述した（１）〜（６）の予測制御を行う。予測制御の詳細は、前述の基本的なアルゴリズムと同様なのでここでは省略する。ここで、ＭＰＣ１には予め該冷暖同時運転型空気調和装置３の前述した伝達関数Ｇ１乃至Ｇ１１は記憶されている。ＭＰＣ１による制御は、圧縮機低圧圧力ＰＬ及び圧縮機高圧圧力ＰＨがそれぞれの目標値になるまで繰り返される。
【００４５】
次に、図４に示す運転状態変化において、前述の運転状態Ｂより、室内機１２ａが冷房運転、室内機１２ｃが暖房運転のまま、室内機１２ｂが冷房運転から停止した（図４中運転状態Ｃ）とする。ここで、継続してモデル予測制御を適用する。即ち、圧縮機低圧圧力の目標値ＰＬ＊及び圧縮機高圧圧力の目標値ＰＨ＊を目標値、冷媒状態量の圧縮機低圧圧力ＰＬ及び圧縮機高圧圧力ＰＨを制御量、圧縮機回転数Ｎｅ及び室外ファンの回転数Ｆａｎを操作量として、前述した（１）〜（６）の予測制御を行う。ＭＰＣ１による制御は、室内機１２ｂが冷房運転から停止したことを冷房運転室内機合計容量ＨＣｈの減少として検出し、記憶されている伝達関数Ｇ１乃至Ｇ１１に基づいて圧縮機低圧圧力ＰＬ及び圧縮機高圧圧力ＰＨがそれぞれの目標値になるまで繰り返される。
ここで、実施例１にて暖房運転のみの運転から冷房運転を開始する場合においても、室外ファンの回転数Ｆａｎに代わり室外熱交換器用膨張弁開度ＥＶを操作量とし、同様の制御を実施することは言うまでもない。
【実施例２】
【００４６】
さらに、具体的な制御方法について説明する。
同様に、図２に示した冷暖同時運転型の空気調和装置３にて、図４に示す運転パターン変化において、室内機１２ａ・１２ｂが冷房運転、室内機１２ｃが暖房運転していた状態（図４中運転状態Ｄ）から、室内機１２ａが冷房運転、室内機１２ｂ・１２ｃが暖房運転（図４中運転状態Ｅ）、つまり室内機１２ｂが冷房運転から暖房運転に切り替わったとする。
本実施例では冷房運転が多い状態から暖房運転が多い状態に遷移した、即ち室外熱交換器２２ａ・２２ｂは凝縮器の役割から蒸発器の役割を担うことになったので、ＭＰＣ１は切換判定部８１に、操作量を室外ファン回転数Ｆａｎから室外熱交換器用膨張弁開度ＥＶに変更する指令を出す。ただし、前述したように切り換えは冷房又は暖房の容量によって行うのであって、運転台数によるものではない。
【００４７】
ここで、状態遷移後の圧縮機低圧圧力の目標値ＰＬ＊及び圧縮機高圧圧力の目標値ＰＨ＊を目標値、冷媒状態量の圧縮機低圧圧力ＰＬ及び圧縮機高圧圧力ＰＨを制御量、圧縮機回転数Ｎｅ及び室外熱交換器用膨張弁開度ＥＶを操作量として、前述した（１）〜（６）の予測制御を行う。予測制御の詳細は、前述の基本的なアルゴリズムと同様なのでここでは省略する。ここで、ＭＰＣ１には予め該冷暖同時運転型空気調和装置３の前述した伝達関数Ｇ１乃至Ｇ１１は記憶されている。ＭＰＣ１による制御は、圧縮機低圧圧力ＰＬ及び圧縮機高圧圧力ＰＨがそれぞれの目標値になるまで繰り返される。
ここで、実施例２にて暖房容量大の運転パターンから冷房容量大の運転パターンに変化する場合においても、同様の制御を実施することは言うまでもない。
【実施例３】
【００４８】
前述の実施例２において、ＭＰＣ１による制御は、圧縮機低圧圧力ＰＬが該目標値ＰＬ＊になるまで繰り返される。しかし、ここで目標値が圧縮機低圧圧力ＰＬの場合、冷房能力を考慮してのみ設定された場合は、圧縮機湿り運転の保護ができない状態での制御となる。圧縮機の湿り運転は、液圧縮や油上がりを発生させ、圧縮機故障の原因となる。
そこで、圧縮機の湿り運転を防止するために冷媒状態量の吸入過熱度ＳＨが、ある所定置以下となった場合は、圧縮機低圧圧力の目標値ＰＬ＊を適時変更し吸入過熱度ＳＨが所定値以上になるように制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】予測制御の基本的なアルゴリズムを示したブロック線図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷媒回路構成を示した冷媒回路図である。
【図３】同じく予測制御のブロック線図である。
【図４】（ａ）本発明の実施例１に係る運転状態変化を示した図、（ｂ）本発明の実施例２に係る運転状態変化を示した図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    モデル予測制御コントローラ
３    冷暖同時運転型空気調和装置
８１    切換判定部
８２    目標値変更部
【図１】
2006317050.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006317050.tif 000006
【図４】
2006317050.tif 000007