(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転数が可変の圧縮機と、
前記圧縮機の回転数を操作する前記圧縮機の回転数指令を算出する制御装置と、
を備えた冷凍サイクル装置において、
前記制御装置は、
前記冷凍サイクル装置の現在の能力を示す現在能力値を適時定められた能力目標値とするために、前記圧縮機の回転数を、少なくとも第１積分器を含む第１制御器によって能力回転数として算出する能力制御部と、
前記冷凍サイクル装置上の保護を含む制限項目に関する変数である保護変数を適時定められた保護目標値とするために、前記圧縮機の回転数を、少なくとも第２積分器を含む第２制御器によって保護回転数として算出する保護制御部と、
前記能力制御部が算出した前記能力回転数、または前記保護制御部が算出した前記保護回転数のいずれか１つを前記圧縮機の回転数指令として選択する回転数選択部と、
前記回転数指令に予め定められた上下限制約を適用し、最終的な回転数指令を前記圧縮機に出力する上下限リミッタと、
を備え、
前記第１制御器は、前記第１制御器の出力と前記最終的な回転数指令との差を用いて前記第１積分器のリセット処理を行い、
前記第２制御器は、前記第２制御器の出力と前記最終的な回転数指令との差を用いて前記第２積分器のリセット処理を行うことを特徴とする、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第１制御器および前記第２制御器は、ＰＩ制御器であり、
前記第１積分器のリセット処理および前記第２積分器のリセット処理は、ＰＩ制御のパラメータから計算された積分時間と制御周期とを比較し、前記制御周期が前記積分時間以上のときは不連続な方法による積分リセットを行い、前記制御周期が前記積分時間未満のときは連続的な方法による積分リセットを行うことを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記保護変数は、吐出過熱度、圧縮機温度、吐出温度、凝縮温度、蒸発温度、高圧圧力、低圧圧力、出口水温、および電流のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記現在能力値は、室温、蒸発温度、凝縮温度、または出口水温のいずれか１つであり、
前記室温、前記蒸発温度、前記凝縮温度、および前記出口水温のそれぞれに対する前記能力目標値は、設定室温、蒸発温度目標値、凝縮温度目標値、および出口水温目標値であることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
回転数が可変の圧縮機と、
前記圧縮機の回転数を操作する前記圧縮機の回転数指令を算出する制御装置と、
を備えた冷凍サイクル装置において、
前記制御装置は、
前記冷凍サイクル装置の現在の能力を示す現在能力値を、適時定められた能力目標値とするために前記圧縮機の回転数を能力回転数として算出する能力制御部と、
前記冷凍サイクル装置上の保護を含む制限項目に関する変数である保護変数を、適時定められた保護目標値とするために前記圧縮機の回転数を保護回転数として算出する保護制御部と、
前記能力制御部が算出した前記能力回転数、または前記保護制御部が算出した前記保護回転数のいずれか１つを前記圧縮機の回転数指令として選択する回転数選択部と、
を備え、
前記現在能力値を前記能力目標値に近づけるか、または前記保護変数を前記保護目標値に近づけるか、の少なくともいずれか一方が成立するように前記圧縮機の回転数指令が算出され、
前記保護変数は、吐出過熱度、圧縮機温度、吐出温度、凝縮温度、蒸発温度、高圧圧力、低圧圧力、および電流のうちの少なくとも１つであり、
前記保護変数に前記吐出過熱度が含まれている場合において、
前記回転数選択部は、前記能力回転数と前記吐出過熱度に対応する前記保護回転数とのうちの大きい方の回転数を選択回転数として選択し、前記選択回転数と、前記吐出過熱度以外の前記保護変数に対応する前記保護回転数とのうちの最小の回転数を前記制御回転数として選択することを特徴とする、冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮冷凍サイクルを利用した冷凍サイクル装置に関し、特に回転数が可変の圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＩ制御等を用いて、負荷に適合するインバータモータの速度指令を求めるとともに、冷媒の高圧圧力を許容値に抑えるために、高圧圧力の制限値および高圧側の検出圧力に基づいて、グラフからインバータモータの速度指令の上限速度を算出する冷凍サイクル装置の制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている制御装置は、冷媒の高圧圧力を許容値に抑えるための上限速度が、周辺環境の変化、冷凍サイクル装置を構成する機器の性能のばらつき、および冷凍サイクル装置の経年変化などの影響によって時々刻々と変化することが考慮されていない。従って、冷凍サイクル装置の運転条件によっては、制御装置が算出したインバータモータの速度指令の上限速度が本来の上限速度よりも速すぎたり、または遅すぎたりすることがあった。その結果、制御装置が算出したインバータの速度指令の上限速度が本来の上限速度を超えると、冷凍サイクル装置を構成する機器に不具合が生じる可能性が高くなるという問題があった。また、制御装置が算出したインバータの速度指令の上限速度が本来の上限速度を下回ると、冷凍サイクル装置の能力が低下するという問題があった。【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、能力を最適に制御することが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明による冷凍サイクル装置は、回転数が可変の圧縮機と、圧縮機の回転数を操作する圧縮機の回転数指令を算出する制御装置とを備え、制御装置は、冷凍サイクル装置の現在の能力を示す現在能力値を適時定められた能力目標値とするために、圧縮機の回転数を、少なくとも第１積分器を含む第１制御器によって能力回転数として算出する能力制御部と、冷凍サイクル装置上の保護を含む制限項目に関する変数である保護変数を適時定められた保護目標値とするために、圧縮機の回転数を、少なくとも第２積分器を含む第２制御器によって保護回転数として算出する保護制御部と、能力制御部が算出した能力回転数、または保護制御部が算出した保護回転数のいずれか１つを圧縮機の回転数指令として選択する回転数選択部と、回転数指令に予め定められた上下限制約を適用し、最終的な回転数指令を圧縮機に出力する上下限リミッタとを備え、第１制御器は、第１制御器の出力と最終的な回転数指令との差を用いて第１積分器のリセット処理を行い、第２制御器は、第２制御器の出力と最終的な回転数指令との差を用いて第２積分器のリセット処理を行う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、冷凍サイクル装置は、回転数が可変の圧縮機と、圧縮機の回転数を操作する圧縮機の回転数指令を算出する制御装置とを備え、第１制御器は、第１制御器の出力と最終的な回転数指令との差を用いて第１積分器のリセット処理を行い、第２制御器は、第２制御器の出力と最終的な回転数指令との差を用いて第２積分器のリセット処理を行うため、冷凍サイクル装置の能力を最適に制御することが可能となる。
【０００８】
本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による空気調和装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるＰＩ制御器の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１による空気調和装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１による空気調和装置の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１による空気調和装置の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態４による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態５による空気調和装置の構成の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態５による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態６による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態７による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態８による制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
【００１１】
＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、本発明の実施の形態１による空気調和装置１の構成の一例を示す概略図である。
【００１２】
図１に示すように、冷凍サイクル装置である空気調和装置１は、制御装置２と、圧縮機３と、四方弁４と、室外熱交換器５と、電動膨張弁６と、室内熱交換器７とを備えている。圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、電動膨張弁６、および室内熱交換器７は配管で接続されおり、配管内には冷媒が流れている。
【００１３】
空気調和装置１は、必要に応じて、圧縮機温度センサ１０、吐出温度センサ１１、室外熱交換器温度センサ１２、室内熱交換器温度センサ１３、室温センサ１４、高圧圧力センサ１５、低圧圧力センサ１６、および電流センサ１７を備えている。
【００１４】
制御装置２は、各種センサ情報または外部入力に基づいて、圧縮機３の回転数を制御する。ここで、圧縮機３の回転数は、圧縮機３を構成するインバータモータの速度と同義である。
【００１５】
なお、圧縮機３の吸入側にアキュムレータを接続してもよい。また、室外熱交換器５と電動膨張弁６との間にレシーバを接続し、かつ、レシーバと室外熱交換器５との間に電動膨張弁６とは異なる他の電動熱膨張弁を接続してもよい。
【００１６】
空気調和装置１の冷房サイクルについて説明する。圧縮機３が圧縮することによって高温高圧化された冷媒は、圧縮機３から吐出される。その後、冷媒は、四方弁４の実線で示された配管を通過し、室外熱交換器５で室外に放熱されて高圧下で液化する。室外熱交換器５を通過した冷媒は、電動膨張弁６によって減圧されて低温の二相状態となり、室内熱交換器７で室内から吸熱して低圧下で気化する。室内熱交換器７で気化した冷媒は、圧縮機３に吸入されて圧縮される。このような動作を繰り返すことによって、空気調和装置１の冷凍サイクルが実現される。
【００１７】
空気調和装置１の暖房サイクルについて説明する。圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁４の破線で示された配管を通過し、室内熱交換器７で室内に放熱して高温下で液化する。室内熱交換器７で液化した冷媒は、電動膨張弁６によって減圧されて低温の二相状態となり、室外熱交換器５で室外から吸熱して気化する。室外熱交換器５で気化した冷媒は、圧縮機３に吸入されて圧縮される。このような動作を繰り返すことによって、空気調和装置１の暖房サイクルが実現される。
【００１８】
図２は、制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００１９】
図２に示すように、制御装置２は、能力制御部１０１と、保護制御部１０２と、回転数選択部１０３と、上下限リミッタ１０４とを備えている。
【００２０】
能力制御部１０１は、積分器を含む動的制御機器であるＰＩ制御器で構成されている。能力制御部１０１は、室温センサ１４から取得した室温を現在の能力を示す現在能力値、適時定められた設定室温を能力目標値と定義し、室温を設定室温に漸近または一致させるために必要な圧縮機３の回転数指令である能力回転数を算出する。
【００２１】
保護制御部１０２は、空気調和装置１を構成する機器を保護するために必要な予め定められた変数である保護変数を、適時または予め定められた保護目標値に漸近または一致させるために必要な圧縮機３の回転数指令である保護回転数を算出する。ここで、予め定められた変数は、圧縮機温度、吐出温度、凝縮温度、蒸発温度、高圧圧力、低圧圧力、および電流である。圧縮機温度は、圧縮機温度センサ１０が検出した温度である。吐出温度は、吐出温度センサ１１が検出した温度である。凝縮温度は、冷房サイクル時は室外熱交換器温度センサ１２が検出した温度であり、暖房サイクル時は室内熱交換器温度センサ１３が検出した温度である。蒸発温度は、冷房サイクル時は室内熱交換器温度センサ１３が検出した温度であり、暖房サイクル時は室外熱交換器温度センサ１２が検出した温度である。高圧圧力は、高圧圧力センサ１５が検出した圧力である。低圧圧力は、低圧圧力センサ１６が検出した圧力である。電流は、電流センサ１７が検出した電流である。また、保護目標値は、圧縮機温度上限値、吐出温度上限値、凝縮温度上限値、蒸発温度下限値、高圧圧力上限値、低圧圧力下限値、および電流上限値である。
【００２２】
保護制御部１０２は、上記の各保護変数に対してＰＩ制御器を有し、保護変数ごとに保護回転数を算出する。
【００２３】
なお、上記の保護変数は、機器を保護するために必要な代表的な変数を例示したものであり、上記以外の変数を保護変数として採用してもよい。ただし、採用する保護変数は、当該保護変数の保護目標値が、圧縮機３の回転数を増大したときに増大する保護変数に対しては当該保護変数の上限値であり、圧縮機３の回転数を増大したときに減少する保護変数に対しては当該保護変数の下限値であるという特徴を有するものとする。
【００２４】
回転数選択部１０３は、最小回転数選択部１０５を有している。最小回転数選択部１０５は、能力制御部１０１から出力された能力回転数と、保護制御部１０２から出力された各保護回転数とのうちの最も小さい回転数を制御回転数として選択する。
【００２５】
図２に例示する全ての保護変数は、圧縮機３の回転数が増大すると各制約を逸脱する方に変化する特徴を有している。例えば、吐出温度は、圧縮機３の回転数を増大させると増大し、吐出温度上限値を上回る方に変化する。従って、最小回転数選択部１０５が、能力制御部１０１から出力された能力回転数と、保護制御部１０２から出力された各保護回転数とのうちの最も小さい回転数を制御回転数として選択することによって、全ての保護変数を上下限以内で制御をすることが可能となる。
【００２６】
上下限リミッタ１０４は、予め定められた回転数上限値Ｒｍａｘおよび回転数下限値Ｒｍｉｎを保持している。上下限リミッタ１０４は、回転数選択部１０３が選択した制御回転数が回転数下限値Ｒｍｉｎ以下であるときは回転数下限値Ｒｍｉｎを出力し、制御回転数が回転数上限値Ｒｍａｘ以上であるときは回転数上限値Ｒｍａｘを出力し、それ以外の時は制御回転数をそのまま出力する。圧縮機３は、上下限リミッタ１０４から出力された回転数に従って駆動する。上下限リミッタ１０４から出力された回転数は、能力制御部１０１および保護制御部１０２にフィードバックされ、積分値のリセット機能における計算に用いられる。
【００２７】
＜積分値のリセット機能＞
図３は、比例（Ｐ）・積分（Ｉ）制御を行う制御器であるＰＩ制御器１１１の構成の一例を示すブロック図である。なお、ＰＩ制御器１１１は、図２に示す能力制御部１０１および保護制御部１０２のそれぞれが有するＰＩ制御器に相当する。
【００２８】
ＰＩ制御器１１１は、２つの入力と１つの出力を有する。パラメータは、比例ゲイン１１２（Ｋｐ）、積分ゲイン１１３（Ｋｉ）、および定数１１４（Ｋａ）である。
【００２９】
まず、ＰＩ制御器１１１の出力であるｏｕｔｐｕｔから圧縮機３の回転数として定義されたｉｎｐｕｔ２を減算した値に、定数１１４を乗算した値ａを算出する。なお、定数１１４は、設定パラメータであるが、ＰＩ制御においては比例ゲイン１１２の逆数とすることが多い。
【００３０】
次に、偏差情報であるｉｎｐｕｔ１からａを減算した値εを算出する。最後に、ｉｎｐｕｔ１に比例ゲイン１１２を乗算した値と、εの積算値に積分ゲイン１１３および制御周期Ｔｓを乗算した値とを加算した値をｏｕｔｐｕｔとして出力する。
【００３１】
上記の説明を数式で表すと、繰り返し計算におけるステップ数をｋとして下記の式（１）のようになる。
【数１】
0006594596.tif 000002
【００３２】
上記で説明した方法によって、積分器１１５が保持する積分値が発散しないようになる。この積分値のリセット機能は、連続的な処理であり、制御周期Ｔｓが小さくなると連続システムの挙動に近づく。
【００３３】
＜動作＞
図４〜６は、空気調和装置１の動作を説明するための図である。ここでは、一例として、圧縮機温度を保護変数に含む暖房動作について説明する。
【００３４】
図４に示すように、能力目標値である設定室温は、０分から３０分までは２２℃、３０分から６０分までは２７℃、および６０分から９０分までは２２℃に設定されている。なお、図４における実線は室温を示している。
【００３５】
図５に示すように、圧縮機温度に対する保護目標値である圧縮機温度上限値は、１００℃に設定されている。なお、図５において、実線は圧縮機温度を示している。
【００３６】
図６に示すように、０分から３０分までは能力回転数が保護回転数を下回っており、回転数選択部１０３は能力回転数を選択している。その結果、室温は設定室温に漸近し、圧縮機温度は圧縮機温度上限値よりも小さくなり、空気調和装置１は制約内で運転する。また、積分値のリセット機能によって、保護回転数は、圧縮機温度と圧縮機温度上限値との差がゼロではないにもかかわらず、増大し続けることなく発散を回避している。
【００３７】
３０分の時点で設定室温を２７℃に変更すると、保護回転数が能力回転数を下回るため、回転数選択部１０３は保護回転数を選択する。その結果、圧縮機温度は圧縮機温度上限値に漸近し、室温は設定室温よりも小さくなり、空気調和装置１は制約内で運転する。また、積分値のリセット機能によって、保護回転数と能力回転数とが大きく乖離することはないため、空気調和装置１の運転条件が変化した際に、瞬時に制御回転数が切り替わり、圧縮機３の回転数の高精度な制御を実現することができる。
【００３８】
なお、圧縮機温度が圧縮機温度上限値に漸近している時間において、室温は設定室温に到達しておらず、能力が要求よりも小さくなっているが、これ以上能力を増大させるために回転数を大きくすると圧縮機温度が圧縮機温度上限値を超えてしまう。従って、圧縮機温度が圧縮機温度上限値に漸近している運転状態が、空気調和装置１を構成する機器の性能を継続的に最大限引き出し、空気調和装置１の能力を最大化した運転状態である。
【００３９】
６０分の時点で設定室温を再び２２℃に変更すると、直ちに能力回転数が保護回転数を下回り、回転数選択部１０３は能力回転数を選択する。その結果、室温は設定室温に漸近し、圧縮機温度は圧縮機温度上限値よりも小さくなり、空気調和装置１は制約内で運転する。
【００４０】
＜変形例＞
上記では、７つの保護変数を定義する場合について説明したが、これに限るものではなく、空気調和装置１を構成する機器、および空気調和装置１の運転条件に応じて保護変数を選択してもよい。例えば、圧縮機温度のみを保護変数とする、あるいは圧縮機温度および吐出温度の２つを保護変数としてもよい。保護変数を限定する場合、限定しない変数に対応するセンサを空気調和装置１の構成から除外してもよい。
【００４１】
空気調和装置１は、高圧圧力センサ１５および低圧圧力センサ１６などの圧力センサを備えなくてもよい。この場合、凝縮温度から算出される高圧圧力、および蒸発温度から算出される低圧圧力のそれぞれを保護変数として採用してもよい。高圧圧力を算出する場合、凝縮温度上限値は保護変数として採用しなくてもよい。低圧圧力を算出する場合、蒸発温度下限値は保護変数として採用しなくてもよい。
【００４２】
能力制御部１０１および保護制御部１０２は、ＰＩ制御器に限らず、少なくとも積分器を含む動的制御器で構成されればよく、例えばＰＩＤ（比例・積分・微分）制御器またはＩ（積分）制御器などを用いてもよい。
【００４３】
上記では、位置型のＰＩ制御器について説明したが、速度型のＰＩ制御器であってもよい。
【００４４】
上記で説明した実施の形態１の変形例は、後述する他の実施の形態にも同様に適用することができる。
【００４５】
＜効果＞
本実施の形態１によれば、周辺環境の変化、冷凍サイクル装置を構成する機器の性能のばらつき、および冷凍サイクル装置の経年変化などの影響を抑制し、室温、圧縮機温度、吐出温度、凝縮温度、蒸発温度、高圧圧力、低圧圧力、および電流のうちのいずれか１つを目標値に漸近させることができる。例えば、室温が目標値に漸近している場合において、圧縮機温度は圧縮機温度上限値以下、吐出温度は吐出温度上限値以下、凝縮温度は凝縮温度上限値以下、蒸発温度は蒸発温度下限値以上、高圧圧力は高圧圧力上限値以下、低圧圧力は低圧圧力下限値以上となる。すなわち、空気調和装置１は、全ての保護変数が制約内で運転していることが保証される。保護変数の１つが保護目標値に漸近している場合において、その他の全ての保護変数は制約内であることが保証される。
【００４６】
保護変数が保護目標値に漸近している場合において、室温は必ずしも設定室温に漸近しないが、圧縮機３は制約内における最大の回転数で動作するため、空気調和装置１の能力は最大化され、室温と設定室温との偏差は最小化される。すなわち、空気調和装置１を構成する機器の性能を限界近くまで引き出すことができる。積分値のリセット機能によって、保護変数が変化するような状況では、回転数選択部１０３で選択される制御回転数が、自動的に即座かつ滑らかに切り替わり、空気調和装置１を構成する機器の連続的な保護が可能な空調システムを実現することができる。
【００４７】
能力目標値および保護目標値は、可変な値として外部から設定されてもよい。例えば、省エネルギーを目的として、設定室温を予め定められた時刻で変化させる上位系と連携し、上位系から出力される設定室温を能力目標値として定義してもよい。また、例えば、上位系から電流を適時（適宜、所定の適当なときに）定められた値以下に制限する要請があった場合において、当該要請に対応する電流値を保護目標値として定義することによって、電力規制等に対応した空気調和装置１の運転を実現することができる。あるいは、電力計が設置されているシステムであれば、上位系から電力を予め定められた値以下に制限する要請に対応可能な空調システムを実現することができる。
【００４８】
＜実施の形態２＞
図７は、本実施の形態２による制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００４９】
図７に示すように、本実施の形態２による制御装置２は、保護制御部１０２が吐出過熱度に対応するＰＩ制御器を有し、回転数選択部１０３が最大回転数選択部１０６を有することを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５０】
図７に示すように、本実施の形態２では、保護変数として吐出過熱度を含み、保護目標値として吐出過熱度下限値を含んでいる。ただし、実施の形態１で説明した保護変数に含まれる圧縮機温度、吐出温度、凝縮温度、蒸発温度、高圧圧力、低圧圧力、および電流は、圧縮機３の回転数を増大させると制約を逸脱するが、吐出過熱度は、圧縮機３の回転数を減少させると制約を逸脱する特徴を有している。例えば、吐出温度は、圧縮機３の回転数を増大させると増大して吐出温度上限値を上回る方に変化するが、吐出過熱度は、圧縮機３の回転数を減少させると減少して吐出過熱度下限値を下回る方に変化する。従って、圧縮機３の回転数は、吐出過熱度に対応するＰＩ制御器が算出する保護回転数よりも大きいことが望ましい。
【００５１】
本実施の形態２による回転数選択部１０３は、最大回転数選択部１０６と、最小回転数選択部１０５とを有している。最大回転数選択部１０６は、能力制御部１０１で算出された能力回転数と、吐出過熱度に対応するＰＩ制御器で算出された保護回転数とを比較し、大きい方の回転数を選択回転数として出力する。最小回転数選択部１０５は、最大回転数選択部１０６から出力された選択回転数と、吐出過熱度以外の保護変数に対応するＰＩ制御器で算出された保護回転数とを比較し、最も小さい回転数を制御回転数として選択する。
【００５２】
以上のことから、本実施の形態２によれば、吐出過熱度を吐出過熱度下限値に漸近するための回転数以上で、圧縮機３が制御される。従って、圧縮機３に液体の冷媒が流入することを防止し、空気調和装置１を構成する機器の長寿命化を実現することができる。
【００５３】
なお、上記では、保護変数として吐出過熱度を採用する場合について説明したが、吐出過熱度以外を保護変数として採用してもよい。
【００５４】
最大回転数選択部１０６に入力する保護回転数は複数であってもよい。ただし、最大回転数選択部１０６に入力する保護回転数に対応する保護変数は、当該保護変数の保護目標値が、圧縮機３の回転数を増大したときに増大する保護変数に対しては当該保護変数の下限値であり、圧縮機３の回転数を増大したときに減少する保護変数に対しては当該保護変数の上限値であるという特徴を有するものとする。
【００５５】
空気調和装置１の運転時の温度条件、または空気調和装置１の実運転の過渡状態において、吐出過熱度に対応する保護回転数が、吐出過熱度以外の保護変数に対応する保護回転数よりも大きくなる可能性がある。吐出過熱度の制約は、逸脱後に直ちに問題が発生することは比較的少ないため、このような場合は、吐出過熱度を吐出過熱度下限値以下とすることによって、その他の保護変数を優先して制約内とする必要がある。このような運転を実現するために、回転数選択部１０３において、最小回転数選択部１０５の演算は、最大回転数選択部１０６の演算の後に行っている。このような構成とすることによって、保護変数に優先順位を付加した空調システムを実現することができる。
【００５６】
＜実施の形態３＞
図８は、本実施の形態３による制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００５７】
図８に示すように、本実施の形態３による制御装置２は、暖房運転時において、凝縮温度を現在能力値と定義し、凝縮温度目標値を能力目標値と定義し、凝縮温度を凝縮温度目標値に漸近させるための圧縮機３の回転数を算出することを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５８】
凝縮温度は、室内熱交換器温度センサ１３が検出した温度を用いてもよい。また、凝縮温度は、高圧圧力センサ１５が検出した圧力から飽和温度を求める計算式によって変換された温度を用いてもよい。
【００５９】
凝縮温度目標値は、予め定められた定数を用いてもよい。また、凝縮温度目標値は、室温および設定室温から逐次計算される値であって、室温が設定室温よりも低いときには値が大きくなり、室温が設定室温よりも大きいときには値が小さくなるような特徴を有する変数を用いてもよい。あるいは、省エネルギーを目的として凝縮温度目標値を各時刻で変化させる上位系と連携し、上位系から出力される凝縮温度目標値を能力目標値として定義してもよい。
【００６０】
以上のことから、本実施の形態３によれば、室温の検出値に対する外乱によって受ける影響を小さくし、急激な変化が小さい空調システムを実現することができる。また、凝縮温度目標値に室温情報を用いない構成とすることによって、室温センサ１４がなくても空気調和装置１の能力を制御することができる。さらに、高圧圧力センサ１５が検出した圧力から凝縮温度を求める構成とすることによって、室内機の情報がなくても室外機だけの情報で空気調和装置１を制御することが可能となるため、室外機は通信等の制約に影響を受けずに独立して制御することが可能な空調システムを実現することができる。
【００６１】
＜実施の形態４＞
図９は、本実施の形態４による制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００６２】
図９に示すように、本実施の形態４による制御装置２は、冷房運転時において、蒸発温度を現在能力値と定義し、蒸発温度目標値を能力目標値と定義し、蒸発温度を蒸発温度目標値に漸近させるための圧縮機３の回転数を算出することを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６３】
蒸発温度は、室内熱交換器温度センサ１３が検出した温度を用いてもよい。また、蒸発温度は、低圧圧力センサ１６が検出した圧力から飽和温度を求める計算式によって変換された温度を用いてもよい。
【００６４】
蒸発温度目標値は、予め定められた定数を用いてもよい。また、蒸発温度目標値は、室温および設定室温から逐次計算される値であって、室温が設定室温よりも低いときには値が大きくなり、室温が設定室温よりも大きいときには値が小さくなるような特徴を有する変数を用いてもよい。あるいは、省エネルギーを目的として蒸発温度目標値を各時刻で変化させる上位系と連携し、上位系から出力される蒸発温度目標値を能力目標値として定義してもよい。
【００６５】
以上のことから、本実施の形態４によれば、室温の検出値に対する外乱によって受ける影響を小さくし、急激な変化が小さい空調システムを実現することができる。また、蒸発温度目標値に室温情報を用いない構成とすることによって、室温センサ１４がなくても空気調和装置１の能力を制御することができる。さらに、低圧圧力センサ１６が検出した圧力から蒸発温度を求める構成とすることによって、室内機の情報がなくても室外機だけの情報で空気調和装置１を制御することが可能となるため、室外機は通信等の制約に影響を受けずに独立して制御することが可能な空調システムを実現することができる。
【００６６】
＜実施の形態５＞
図１０は、本発明の実施の形態５による空気調和装置２０の構成の一例を示す概略図である。
【００６７】
図１０に示すように、空気調和装置２０は、水空調システムであることを特徴としている。具体的には、空気調和装置２０は、水冷媒熱交換器２１および水式室内熱交換器２２とを備えることを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態２による空気調和装置１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６８】
水冷媒熱交換器２１と水式室内熱交換器２２とは配管で接続されており、当該配管内には水が流れている。水冷媒熱交換器２１は、冷媒と水との間で熱交換し、熱交換した水は配管を循環する。また、水冷媒熱交換器２１の出口には出口水温センサ３２が設けられている。出口水温センサ３２は、水冷媒熱交換器２１の出口水温を計測している。さらに、水冷媒熱交換器２１には水冷媒熱交換器温度センサ３１が設けられている。水冷媒熱交換器温度センサ３１は、水冷媒熱交換器２１の温度を計測する。
【００６９】
図１１は、空気調和装置２０が備える制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００７０】
図１１に示すように、本実施の形態５では、保護変数として出口水温を含み、暖房時の保護目標値として出口水温上限値を含み、冷房時の保護目標値として出口水温下限値を含んでいる。
【００７１】
以上のことから、本実施の形態５によれば、出口水温を保護すべき状況においては、保護変数として出口水温を含み、暖房時の保護目標値として出口水温上限値を含み、冷房時の保護目標値として出口水温下限値を含む。そして、暖房時には出口水温が出口水温上限値に漸近するように圧縮機３の回転数を制御し、冷房時には出口水温が出口水温下限値に漸近するための回転数以下で、圧縮機３を制御する。従って、暖房時に出口水温が過度に高温となることを防ぎ、冷房時に水の凍結を防ぐことができる。
【００７２】
また、水空調システムによっては、出口水温が許容する範囲を逸脱したときに圧縮機３に対して停止要求する場合がある。このようなシステムに対しては、出口水温に対応する保護目標値を許容する範囲内に設定することによって、圧縮機３に対する不要な停止要求を防ぎ、水空調システムの高効率な運転を実現することができる。
【００７３】
＜実施の形態６＞
図１２は、本実施の形態６による制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００７４】
図１２に示すように、本実施の形態６による制御装置２は、暖房運転時において、凝縮温度を現在能力値と定義し、凝縮温度目標値を能力目標値と定義し、凝縮温度を凝縮温度目標値に漸近させるための圧縮機３の回転数を算出することを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態５と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７５】
凝縮温度は、水冷媒熱交換器温度センサ３１が検出した温度を用いてもよい。また、凝縮温度は、高圧圧力センサ１５が検出した圧力から飽和温度を求める計算式によって変換された温度を用いてもよい。
【００７６】
凝縮温度目標値は、予め定められた定数を用いてもよい。また、凝縮温度目標値は、室温および設定室温から逐次計算される値であって、室温が設定室温よりも低いときには値が大きくなり、室温が設定室温よりも大きいときには値が小さくなるような特徴を有する変数を用いてもよい。あるいは、省エネルギーを目的として凝縮温度目標値を各時刻で変化させる上位系と連携し、上位系から出力される凝縮温度目標値を能力目標値として定義してもよい。
【００７７】
以上のことから、本実施の形態６によれば、室温の検出値に対する外乱によって受ける影響を小さくし、急激な変化が小さい水空調システムを実現することができる。また、凝縮温度目標値に室温情報を用いない構成とすることによって、室温センサ１４がなくても空気調和装置１の能力を制御することができる。さらに、高圧圧力センサ１５が検出した圧力から凝縮温度を求める構成とすることによって、室内機の情報がなくても室外機だけの情報で空気調和装置２０を制御することが可能となるため、室外機は通信等の制約に影響を受けずに独立して制御することが可能な水空調システムを実現することができる。
【００７８】
＜実施の形態７＞
図１３は、本実施の形態７による制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００７９】
図１３に示すように、本実施の形態７による制御装置２は、冷房運転時において、蒸発温度を現在能力値と定義し、蒸発温度目標値を能力目標値と定義し、蒸発温度を蒸発温度目標値に漸近させるための圧縮機３の回転数を算出することを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態５と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８０】
蒸発温度は、水冷媒熱交換器温度センサ３１が検出した温度を用いてもよい。また、蒸発温度は、低圧圧力センサ１６が検出した圧力から飽和温度を求める計算式によって変換された温度を用いてもよい。
【００８１】
蒸発温度目標値は、予め定められた定数を用いてもよい。また、蒸発温度目標値は、室温および設定室温から逐次計算される値であって、室温が設定室温よりも低いときには値が大きくなり、室温が設定室温よりも大きいときには値が小さくなるような特徴を有する変数を用いてもよい。あるいは、省エネルギーを目的として蒸発温度目標値を各時刻で変化させる上位系と連携し、上位系から出力される蒸発温度目標値を能力目標値として定義してもよい。
【００８２】
以上のことから、本実施の形態７によれば、室温の検出値に対する外乱によって受ける影響を小さくし、急激な変化が小さい水空調システムを実現することができる。また、蒸発温度目標値に室温情報を用いない構成とすることによって、室温センサ１４がなくても空気調和装置１の能力を制御することができる。さらに、低圧圧力センサ１６が検出した圧力から蒸発温度を求める構成とすることによって、室内機の情報がなくても室外機だけの情報で空気調和装置２０を制御することが可能となるため、室外機は通信等の制約に影響を受けずに独立して制御することが可能な水空調システムを実現することができる。
【００８３】
＜実施の形態８＞
図１４は、本実施の形態８による制御装置２の構成の一例を示すブロック図である。
【００８４】
図１４に示すように、本実施の形態８による制御装置２は、出口水温を現在能力値と定義し、出口水温目標値を能力目標値と定義し、出口水温を出口水温目標値に漸近させるための圧縮機３の回転数を算出することを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態５と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８５】
出口水温は、出口水温センサ３２が検出した温度を用いてもよい。
【００８６】
出口水温目標値は、予め定められた定数を用いてもよい。当該定数は、ユーザが設定したものであってもよい。また、出口水温目標値は、室温および設定室温から逐次計算される値であって、室温が設定室温よりも低いときには値が大きくなり、室温が設定室温よりも大きいときには値が小さくなるような特徴を有する変数を用いてもよい。あるいは、省エネルギーを目的として出口水温目標値を各時刻で変化させる上位系と連携し、上位系から出力される出口水温目標値を能力目標値として定義してもよい。
【００８７】
以上のことから、本実施の形態８によれば、室温の検出値に対する外乱によって受ける影響を小さくし、急激な変化が小さい水空調システムを実現することができる。
【００８８】
＜実施の形態９＞
実施の形態１〜８における能力制御部１０１および保護制御部１０２が有するＰＩ制御器またはＰＩＤ制御器において、積分値のリセット機能は不連続な処理による方法で実行してもよい。当該方法は、例えば、下記の式（２）で実現される。
【数２】
0006594596.tif 000003
【００８９】
ここで、Ｉは積分器１１５が保持する積分値である。積分値のリセット方法は、各制御器で異なってもよい。
【００９０】
実施の形態１で説明した連続的な処理による積分値のリセットの方法は、制御周期が十分に小さいときに有効な方法である。従って、制御周期が小さい場合は連続的な処理を実行し、制御周期が大きい場合は不連続な処理を実行するとよい。例えば、制御周期が積分時間Ｔｉ＝Ｋｐ／Ｋｉよりも小さい場合は連続的な処理を実行し、制御周期が積分時間以上の場合は不連続な処理を実行するとよい。
【００９１】
なお、不連続な処理による積分値のリセット機能の実現方法は、上記に限るものではない。制御器の出力と上下限リミッタ１０４の出力とを比較し、値が異なるときに通常の積分動作とは異なる処理を実行するものであれば、その実現方法は問わない。
【００９２】
以上のことから、本実施の形態９によれば、各制御器において制御周期が異なる場合であっても、各制御器が適切な積分値のリセット機能を有する。その結果、空気調和装置１，２０の運転状況の変化によって保護変数が切り替わる際、回転数選択部１０３に入力される保護回転数を生成する制御器が即座に切り替わり、制約を逸脱することなく安定的に空気調和装置１，２０の運転を継続させることが可能となる。
【００９３】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００９４】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００９５】
１  空気調和装置、２  制御装置、３  圧縮機、４  四方弁、５  室外熱交換器、６  電動膨張弁、７  室内熱交換器、１０  圧縮機温度センサ、１１  吐出温度センサ、１２  室外熱交換器温度センサ、１３  室内熱交換器温度センサ、１４  室温センサ、１５  高圧圧力センサ、１６  低圧圧力センサ、１７  電流センサ、２０  空気調和装置、２１  水冷媒熱交換器、２２  水式室内熱交換器、３１  水冷媒熱交換器温度センサ、３２  出口水温センサ、１０１  能力制御部、１０２  保護制御部、１０３  回転数選択部、１０４  上下限リミッタ、１０５  最小回転数選択部、１０６  最大回転数選択部、１１１  ＰＩ制御器、１１２  比例ゲイン、１１３  積分ゲイン、１１４  定数、１１５  積分器。
【要約】
本発明は、能力を最適に制御することが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。本発明による冷凍サイクル装置は、回転数が可変の圧縮機（３）と、圧縮機（３）の回転数を操作する圧縮機（３）の回転数指令を算出する制御装置（２）とを備え、制御装置（２）は、冷凍サイクル装置（１）の現在の能力を示す現在能力値を、適時定められた能力目標値とするために圧縮機（３）の回転数を能力回転数として算出する能力制御部（１０１）と、冷凍サイクル装置（１）上の保護を含む制限項目に関する変数である保護変数を、適時定められた保護目標値とするために圧縮機（３）の回転数を保護回転数として算出する保護制御部（１０２）と、能力制御部（１０１）が算出した能力回転数、または保護制御部（１０２）が算出した保護回転数のいずれか１つを圧縮機（３）の回転数指令として選択する回転数選択部（１０３）とを備え、現在能力値を能力目標値に近づけるか、または保護変数を保護目標値に近づけるか、の少なくともいずれか一方が成立するように圧縮機（３）の回転数指令が算出される。【図１】
0006594596.tif 000004
【図２】
0006594596.tif 000005
【図３】
0006594596.tif 000006
【図４】
0006594596.tif 000007
【図５】
0006594596.tif 000008
【図６】
0006594596.tif 000009
【図７】
0006594596.tif 000010
【図８】
0006594596.tif 000011
【図９】
0006594596.tif 000012
【図１０】
0006594596.tif 000013
【図１１】
0006594596.tif 000014
【図１２】
0006594596.tif 000015
【図１３】
0006594596.tif 000016
【図１４】
0006594596.tif 000017