(57)【要約】  冷凍サイクル装置の制御装置は、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数及び積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、膨張弁の開度指令を出力する膨張弁制御部と、冷媒回路を循環する冷媒流量と予め設定された流量基準値とから流量補正係数を算出する流量補正係数算出部と、予め設定された比例係数基準値から流量補正係数によって補正して比例係数を算出し、予め設定された積分係数基準値から流量補正係数によって補正して積分係数を算出する係数補正部とを備える。係数補正部は、冷媒流量の変化範囲において、積分係数の変化範囲が比例係数の変化範囲よりも大きくなるように、比例係数及び積分係数を算出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路を備える冷凍サイクル装置の制御装置であって、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数及び積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、前記膨張弁の開度指令を出力する膨張弁制御部と、
前記冷媒回路を循環する冷媒流量と予め設定された流量基準値とから流量補正係数を算出する流量補正係数算出部と、
予め設定された比例係数基準値から前記流量補正係数によって補正して前記比例係数を算出し、予め設定された積分係数基準値から前記流量補正係数によって補正して前記積分係数を算出する係数補正部と
を備え、
前記係数補正部は、前記冷媒流量の変化範囲において、前記積分係数の変化範囲が前記比例係数の変化範囲よりも大きくなるように、前記比例係数及び前記積分係数を算出するものである冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項２】
前記圧縮機の回転数を制御する回転数指令を出力する圧縮機制御部をさらに備えた請求項１に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項３】
前記圧縮機制御部から出力された前記回転数指令と、前記圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力とから前記設定吐出温度を設定する吐出温度設定部をさらに有し、
前記膨張弁制御部は、前記吐出温度設定部において設定された前記設定吐出温度を用いて前記膨張弁の開度指令を出力するものである請求項２に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項４】
前記流量補正係数算出部は、前記膨張弁制御部において算出された前記膨張弁の開度指令、前記膨張弁の実開度、前記圧縮機の回転数指令もしくは前記圧縮機の実回転数のいずれかから前記冷媒流量を演算して前記流量補正係数を算出するものである請求項２又は３に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項５】
前記圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力を用いて圧力補正係数を算出する圧力補正係数算出部をさらに有し、
前記流量補正係数算出部は、前記圧力補正係数算出部において算出された前記圧力補正係数を加味して前記流量補正係数を算出するものである請求項４に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項６】
前記圧縮機の回転数指令とフィードフォワード比例係数とを用いてフィードフォワード量を算出するフィードフォワード部をさらに備え、
前記膨張弁制御部は、前記フィードフォワード部において算出された前記フィードフォワード量を加算した前記膨張弁の開度指令を出力するものである請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項７】
前記フィードフォワード部は、
予め設定されたフィードフォワード比例基準値から前記流量補正係数によって補正して前記フィードフォワード比例係数を算出するフィードフォワード係数補正部と、
前記圧縮機の回転数指令とから前記フィードフォワード量を演算するフィードフォワード演算部と
を有する請求項６に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項８】
前記膨張弁制御部は、前記開度指令と、前記膨張弁に固有の冷媒流量特性とが線形関係になるように前記開度指令を補正する膨張弁開度補正部を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項９】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路を備える冷凍サイクル装置の制御方法であって、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数と積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、前記膨張弁の開度指令を出力し、
前記冷媒回路を循環する冷媒流量と予め設定された流量基準値とから流量補正係数を算出し、
予め設定された比例係数基準値から前記流量補正係数によって補正して前記比例係数を算出し、予め設定された積分係数基準値から前記流量補正係数によって補正して前記積分係数を算出するものであり、
前記比例係数及び前記積分係数を算出する際、前記冷媒流量の変化範囲において、前記積分係数の変化範囲を、前記比例係数の変化範囲よりも大きくなるように算出する冷凍サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張弁の開度を制御する冷凍サイクル装置の制御装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷凍サイクル装置における膨張弁の開度を制御する種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、吐出温度と設定吐出温度との偏差及び冷媒温度と目標冷媒温度との偏差に、圧縮機の運転周波数（負荷の大きさ）の現在値に応じた補正係数を乗じて補正後の偏差を導出し、導出した補正後の偏差に基づいて圧縮機の容量及び電動膨張弁の開度を導出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１８３４９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のような吐出温度に基づいて膨張弁の開度が導出される制御において、膨張弁の開度等の制御対象の偏差とこの偏差を算出する所定の制御周期間隔の比例動作と積分動作とに分離して考えると、比例動作と積分動作とは同じ比率の補正がなされている。しかしながら、吐出温度と膨張弁の開度との関係において、最小負荷から最大負荷の全ての負荷範囲における比例動作が変化する変化範囲と積分動作が変化する変化範囲とは必ずしも一致していない。特許文献１のように比例動作と積分動作とが同じ比率で補正されている場合、例えば基準になる定常状態からの補正量が大きくなると、膨張弁の開度に対する圧縮機の吐出温度の応答性が悪化する場合がある。そのため、圧縮機の運転周波数と膨張弁の開度とが整合せず、適切な吐出温度を得られない時間が長くなり、特に過渡状態において応答性等が悪化する。その結果、熱搬送するために必要なエネルギーが無駄になり、省エネ性が悪化することになる。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、広い負荷範囲にわたって圧縮機の吐出温度の応答性を向上させ、省エネ性の悪化を抑制することができる冷凍サイクル装置の制御装置及び方法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】
本発明の冷凍サイクル装置の制御装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路を備える冷凍サイクル装置の制御装置であって、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数及び積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、膨張弁の開度指令を出力する膨張弁制御部と、冷媒回路を循環する冷媒流量と予め設定された流量基準値とから流量補正係数を算出する流量補正係数算出部と、予め設定された比例係数基準値から流量補正係数によって補正して比例係数を算出し、予め設定された積分係数基準値から流量補正係数によって補正して積分係数を算出する係数補正部とを備え、係数補正部は、冷媒流量の変化範囲において、積分係数の変化範囲が比例係数の変化範囲よりも大きくなるように、比例係数及び積分係数を算出するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の冷凍サイクル装置の制御装置及び方法によれば、冷媒流量の変化範囲において、積分係数の変化範囲の最大値と最小値との比が比例係数の変化範囲の最大値と最小値との比よりも大きくなるように、比例係数及び積分係数が算出されることにより、冷媒流量によって異なる膨張弁の開度に対する吐出温度の変化応答を広い負荷範囲にわたって向上させることができる。また、膨張吐出温度の変化応答が遅いことに起因して、圧縮機の回転数と膨張弁の開度との間の不整合が生じることにより、省エネ性が悪化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の冷凍サイクル装置の制御装置の実施形態を示す冷媒回路図である。
【図２】図１の冷凍サイクル装置の制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】図２の制御装置における制限制御器の一例を示すブロック図である。
【図４】冷媒流量に比例する開度指令と補正後の開度指令との関係の一例を示すグラフである。
【図５】定常状態における膨張弁制御部の開度指令ＬＥＶと吐出温度の変化量との関係を示すグラフである。
【図６】図２の冷凍サイクル装置の制御装置における制限制御器の別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】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の冷凍サイクル装置の制御装置の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明の冷凍サイクル装置の制御装置の実施形態を示す冷媒回路図である。図１の冷凍サイクル装置の制御装置２０は、冷凍サイクル装置１の動作を制御するものであり、冷凍サイクル装置１は、室外機１Ａと室内機１Ｂとが冷媒配管２を介して接続された冷媒回路１ｘを構成している。なお、この冷媒回路１ｘを流れる冷媒として、例えばフロン系、炭化水素系、二酸化炭素など使用温度圧力範囲内において気液２相化可能な冷媒が用いられる。さらに、冷媒として例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４ＡなどのＨＦＣ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、ヘリウムのような自然冷媒を用いてもよい。
【００１０】
室外機１Ａは、圧縮機１１と、圧縮機１１の吐出側に接続された流路切替器１２と、流路切替器１２に接続された室外側熱交換器１３と、室外側熱交換器１３に接続された膨張弁１４とを有し、室内機１Ｂは、流路切替器１２及び膨張弁１４に接続された室内側熱交換器１５を有している。圧縮機１１は、冷媒を圧縮気相の状態で圧送して高温高圧化するものであり、例えば回転数又は運転周波数による容量制御可能なインバータ圧縮機からなっている。この圧縮機１１の動作は制御装置２０により制御されている。なお圧縮機１１と流路切替器１２とは、室外機１Ａ側ではなく、室内機１Ｂ側に設置されていても良い。また膨張弁１４は、室外機１Ａ側ではなく、室内機１Ｂ側に設置されていても良い。またさらには、室外機１Ａと室内機１Ｂとは、分離されておらず、一体で形成された構成であっても良い。
【００１１】
流路切替器１２は、例えば四方弁からなり、運転モードに応じて冷媒流路を切り替えるものである。流路切替器１２は、暖房運転時には、圧縮機１１の吐出側と室内機１Ｂとを接続するとともに、室外側熱交換器１３と圧縮機１１の吸入側とを接続する。一方、流路切替器１２は、冷房運転時には、圧縮機１１の吐出側と室外側熱交換器１３とを接続するとともに、室内機１Ｂと圧縮機１１の吸入側とを接続する。
【００１２】
室外側熱交換器１３は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィン間を通過する室外空気ＯＡとの間で熱交換を行うフィンアンドチューブ型熱交換器からなっている。室外側熱交換器１３は、一方は流路切替器１２に接続されており、他方は膨張弁１４に接続されている。室外側熱交換器１３は、暖房運転時には吸熱器（蒸発器）として機能し、冷房運転時には放熱器（凝縮器）として機能する。室外側熱交換器１３には、室外ファン１３ａから供給される室外空気ＯＡが送風されるようになっている。
【００１３】
膨張弁１４は、例えば開度が可変の電子膨張弁からなっており、高圧の液相の冷媒を気液混合相へ膨張させて低温低圧化するものである。膨張弁１４の開度は、制御装置２０により制御されている。
【００１４】
室内側熱交換器１５は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィン間を通過する室内空気ＩＡとの間で熱交換を行うフィンアンドチューブ型熱交換器からなっている。室内側熱交換器１５は、暖房運転時には放熱器（凝縮器）として機能し、冷房運転時には吸熱器（蒸発器）として機能する。室内側熱交換器１５には、室内ファン１５ａから供給される室内空気ＩＡが送風されるようになっている。
【００１５】
次に、図１を参照して冷凍サイクル装置１の動作例について暖房運転時と冷房運転時とに分けて説明する。まず、冷房運転時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器として機能する室外側熱交換器１３に流入して室外空気ＯＡと熱交換されて放熱して凝縮し、高圧液冷媒になる。その後、高圧液冷媒になった冷媒は、膨張弁１４において減圧され気液２相化された低温低圧の冷媒になり、蒸発器として機能する室内側熱交換器１５へ流入する。室内側熱交換器１５に流入した冷媒は、室内空気ＩＡと熱交換されて吸熱して蒸発し、室内空気ＩＡの冷却が行われる。その後、室内側熱交換器１５から流出した冷媒は流路切替器１２を通り圧縮機１１の吸入側に流入する。
【００１６】
次に、暖房運転時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器として機能する室内側熱交換器１５に流入して室内空気ＩＡと熱交換されて放熱して凝縮し、高圧液冷媒になる。この際、冷媒からの放熱により、室内空気ＩＡの加熱が行われる。その後、液冷媒は、膨張弁１４を通り減圧され、気液２相化された低温低圧の冷媒になり、凝縮器として機能する室外側熱交換器１３へ流入する。そして、室外側熱交換器１３に流入した冷媒は、室外空気ＯＡと熱交換されて吸熱して蒸発し、低温低圧のガス冷媒になり、室内側熱交換器１５から流出した冷媒は流路切替器１２を通り圧縮機１１の吸入側に流入する。
【００１７】
このように、冷凍サイクル装置１は、冷媒回路１ｘ内の冷媒の凝縮と蒸発とを利用し、室外空気ＯＡ及び室内空気ＩＡのうち一方から吸熱した熱を他方へ放熱して冷房もしくは暖房を行う。この際、圧縮機１１の圧縮に要する動力に比べて効率良く室外空気ＯＡと室内空気ＩＡとの間で冷媒を介して熱を移動させることができる。
【００１８】
冷凍サイクル装置１の動作は、制御装置２０により制御されている。制御装置２０は、室外機１Ａ側に設けてもよいし、室内機１Ｂ側に設けてもよいし、室外機１Ａ及び室内機１Ｂとは別体として設けられていてもよいし、さらには室外機１Ａと室内機１Ｂとに適宜機能が分離されて設けられていても良い。冷凍サイクル装置１には各種センサが設置されており、制御装置２０は、各種センサにおいて検知された情報に基づいて冷凍サイクル装置１の動作を制御する。
【００１９】
具体的には、冷凍サイクル装置１には、圧縮機１１の吐出側に設けられ、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度Ｔｄを検知する吐出センサ１６と、室外側熱交換器１３と膨張弁１４との間を流れる冷媒の温度Ｔ１を検知する第１冷媒温度センサ１７と、室内側熱交換器１５内の気液２相状態または液相になっている位置の冷媒の温度Ｔ２を検知する第２冷媒温度センサ１８と、室内空気の室温Ｔｒを検知する空気温度センサ１９とを有している。
【００２０】
なお、第１冷媒温度センサ１７において検知される冷媒の温度Ｔ１は、室外側熱交換器１３が凝縮器として機能する際には凝縮温度Ｔｃにほぼ相似し、室外側熱交換器１３が蒸発器として機能する際には蒸発温度Ｔｅにほぼ相似する。また、第２冷媒温度センサ１８において検知される冷媒の温度Ｔ２は、室内側熱交換器１５が凝縮器として機能する際には凝縮温度Ｔｃにほぼ相似し、室内側熱交換器１５が蒸発器として機能する際には蒸発温度Ｔｅにほぼ相似する。
【００２１】
制御装置２０は、図示しないリモコン等から入力され指令される設定室温Ｔｒｓｅｔ、室温Ｔｒ、吐出温度Ｔｄ及び温度Ｔ１、Ｔ２に基づいて、圧縮機１１への回転数指令ＣＦと、膨張弁１４への開度指令ａｃｔｕａｌＬＥＶとを算出して出力する。また、制御装置２０は、冷凍サイクル装置１の運転状況に合わせて、室外ファン１３ａの回転数、室内ファン１５ａの回転数あるいは冷媒の循環方向を変更するため流路切替器１２を制御する機能を有している。
【００２２】
図２は図１の冷凍サイクル装置の制御装置の一例を示す機能ブロック図であり、図２を参照して制御装置２０について説明する。なお、図２に示す制御装置２０の構成は、マイコン等のハードウェア上でプログラムを実行させることにより構築されたものである。
【００２３】
また、図２に示す複数の変化率制限器ＬＡＧａ〜ＬＡＧｐは、それぞれ制御ハンチングを抑制するために設けられたものであって、例えば一次遅れ演算器からなっている。図３は図２の制御装置における制限制御器の一例を示すブロック図である。図３の各変化率制限器ＬＡＧａ〜ＬＡＧｐは、入力をＸとしたとき、下記式（１）及び式（２）に基づいて出力ｘを演算する。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
【数２】
2016139736.tif 000004
【００２６】
式（１）のｄｔは制御周期、Ｔは遅れ時定数、式（１）及び（２）のｄｘは制御周期ｄｔ間の出力変化、ｐｘは直前の制御周期（「直前の制御周期」は、現時刻に対して「一制御周期前の時刻」の意味で使用、以下同様な表現も同じ）における出力、図３のＳはラプラス演算子（＝ｄ／ｄｔ、ｄ：微分）を示す。また、式（２）は、変化率制限器ＬＡＧａ〜ＬＡＧｐの一次遅れ演算器としての差分展開式の一例である。なお、各変化率制限器ＬＡＧａ〜ＬＡＧｐにおける遅れ時定数Ｔはそれぞれ異なってもよい。
【００２７】
図２の制御装置２０は、圧縮機制御部２１、吐出温度設定部２２、温度圧力変換部２３、膨張弁制御部２４、係数補正部２５、フィードフォワード部２６、流量補正係数算出部２７等を備えている。圧縮機制御部２１は、圧縮機１１の回転数を制御する回転数指令ＣＦを出力するものである。具体的には、圧縮機制御部２１は、設定室温ｔｒｓｅｔと室温ｔｒとの差分を算出する差分算出部２１ａと、差分算出部２１ａにおいて算出された差分に基づいて回転数変化指令ｄＣＦを演算する回転変化指令演算部２１ｂと、回転変化指令演算部２１ｂにおいて演算された回転数変化指令ｄＣＦから回転数指令ＣＦを算出する回転数指令算出部２１ｃとを有している。なお、圧縮機制御部２１は制御周期ｄｔ毎に以下の各種演算を行うようになっている。
【００２８】
差分算出部２１ａには、設定室温Ｔｒｓｅｔが変化率制限器ＬＡＧａを経由した後の設定室温ｔｒｓｅｔと、室温Ｔｒが変化率制限器ＬＡＧｂを経由した後の室温ｔｒとが入力される。なお、設定室温Ｔｒｓｅｔは、例えばリモコン等から制御装置２０へ入力される。差分算出部２１ａは、下記式（３）により設定室温ｔｒｓｅｔと室温ｔｒとに基づいて室温偏差ｄｔｒを算出する。
【００２９】
【数３】
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【００３０】
回転変化指令演算部２１ｂは、差分算出部２１ａにおいて算出された室温偏差ｄｔｒを用いて圧縮機１１の回転数の変化量を示す回転数変化指令ｄＣＦを演算するものであって、例えば圧縮機制御部２１は、２種類の制御パラメータである比例係数Ｋｐｃｆと圧縮機制御部２１の積分係数Ｋｉｃｆとを有するＰＩ制御器（Ｐ：比例、Ｉ：積分）から構成されている。回転変化指令演算部２１ｂは、下記式（４）に基づき回転数変化指令ｄＣＦを演算する。
【００３１】
【数４】
2016139736.tif 000006
【００３２】
式（４）は、速度型ＰＩ制御器としての展開式であり、ｐｄｔｒは直前の制御周期において算出された室温偏差であり、式（４）の右辺第１項が比例動作であり、右辺第２項が積分動作である。つまり、回転変化指令演算部２１ｂは、比例動作では室温偏差ｄｔｒに加えて直前の制御周期において算出された室温偏差ｐｄｔｒを用い、また積分動作では室温偏差ｄｔｒを用いて、制御周期ｄｔ毎に回転数変化指令ｄＣＦを演算する。
【００３３】
回転数指令算出部２１ｃは、回転変化指令演算部２１ｂにおいて算出された現在の制御周期（「現在の制御周期」は「現時刻」の意味で使用、以下同様な表現も同じ）の回転数変化指令ｄＣＦに、直前の制御周期における圧縮機１１への回転数指令ｐＣＦを加算し、現在の制御周期における圧縮機１１への回転数指令ＣＦを算出する。すなわち、回転数指令算出部２１ｃは、下記式（５）に示すように、回転数指令ＣＦを算出して出力する。
【００３４】
【数５】
2016139736.tif 000007
【００３５】
吐出温度設定部２２は、圧縮機制御部２１において算出された回転数指令ｃｆと、圧縮機１１の吐出圧力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐｓとを用いて、圧縮機１１から吐出される冷媒の設定吐出温度ｔｄｓｅｔを演算し、その演算結果を膨張弁制御部２４の設定値として設定するものである。吐出温度設定部２２は、下記式（６）を用いて設定吐出温度Ｔｄｓｅｔを演算する。なお、吐出温度設定部２２において、回転数指令ＣＦ、吐出圧力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐｓがそれぞれ変化率制限器ＬＡＧｃ、ＬＡＧｄ、ＬＡＧｅを経由した後の回転数指令ｃｆ、吐出圧力ｐｄ、吸入圧力ｐｓが入力される。
【００３６】
【数６】
2016139736.tif 000008
【００３７】
式（６）は膨張比（ｐｄ／ｐｓ）の３次式である場合について例示しているが、より高次あるいはより低次の式、あるいは膨張比などを用いた別の関数であってもよい。また、式（６）の関数ｆ２は、冷媒回路１ｘの構成の影響を組み込んだ、回転数指令ｃｆと過熱温度（スーパーヒート温度）との関係を示す関数であり、例えばｆ２（ｃｆ）＝ａ２・ｃｆ＋ｂ２のように表すことができる。なお、関数ｆ２はａ２、ｂ２を係数とした回転数指令ｃｆの１次式である場合について例示しているが、より高次あるいはより低次の式、あるいは回転数指令ｃｆなどを用いた別の関数であってもよい。
【００３８】
ここで、吐出圧力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐｓは、圧力センサを用いて直接検知するようにしてもよいが、制御装置２０は、凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅから圧縮機１１における冷媒の吐出圧力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐｓを算出する温度圧力変換部２３を有している。温度圧力変換部２３は、凝縮温度ｔｃから吐出圧力Ｐｄを算出する吐出圧力算出部２３ａ及び凝縮温度ｔｃから吐出圧力Ｐｄを算出する吸入圧力算出部２３ｂを備えている。
【００３９】
吐出圧力算出部２３ａは、下記式（７）に基づいて、凝縮温度Ｔｃが変化率制限器ＬＡＧｆを経由した後の凝縮温度ｔｃから圧縮機１１の吐出圧力Ｐｄを算出する。
【００４０】
【数７】
2016139736.tif 000009
【００４１】
吸入圧力算出部２３ｂは、下記式（８）に基づいて、蒸発温度Ｔｅが変化率制限器ＬＡＧｇを経由した後の蒸発温度ｔｅから圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓを算出する。
【００４２】
【数８】
2016139736.tif 000010
【００４３】
式（７）、（８）において、ｆ１は冷媒の温度圧力特性関数であって、冷媒の温度での飽和圧力を計算する関数である。また、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は温度圧力特性関数ｆ１の係数を示している。なお、式（７）、（８）において、温度圧力特性関数ｆ１は３次式である場合について例示しているが、凝縮温度ｔｃ及び蒸発温度ｔｅから吐出圧力Ｐｄ及び吸入圧力Ｐｓを算出できるものであればよく、より高次あるいはより低次の式、あるいは別の関数等の公知の手法を適用することができる。
【００４４】
上述した凝縮温度Ｔｃと蒸発温度Ｔｅとは、冷房運転時と暖房運転時とにおいて計測位置が異なる。そこで、温度圧力変換部２３は、第１冷媒温度センサ１７及び第２冷媒温度センサ１８により検知された冷媒の温度Ｔ１、Ｔ２から、たとえば下記式（９）を用いて導出される。
【００４５】
【数９】
2016139736.tif 000011
【００４６】
なお、式（９）以外の別の式によって、凝縮温度Ｔｃと蒸発温度Ｔｅを導出しても良い。また式（９）の関数ｆ３は、冷媒回路１ｘの構成の影響を組み込み、回転数指令ｃｆと過冷却温度（サブクール温度）との関係を示す関数であり、ここでは係数ａ３、ｂ３とした回転数指令ｃｆの１次式としているが、より高次あるいはより低次の式あるいは別の関数であってもよい。
【００４７】
膨張弁制御部２４は、吐出偏差算出部２４ａ、開度変化指令演算部２４ｂ、開度指令演算部２４ｃを備えている。吐出偏差算出部２４ａは、下記式（１０）のように、設定吐出温度Ｔｄｓｅｔが変化率制限器ＬＡＧｈを経由した後の設定吐出温度ｔｄｓｅｔと、吐出センサ１６において検知された吐出温度Ｔｄが変化率制限器ＬＡＧｉを経由した後の吐出温度ｔｄとの吐出温度偏差ｄｔｄを算出するものである。なお、変化率制限器ＬＡＧｈの遅れ時定数Ｔは、分単位（２分程度）とし、他の一次遅れの遅れ時定数（１０秒程度）よりも大きいことが望ましい場合が多い。
【００４８】
【数１０】
2016139736.tif 000012
【００４９】
開度変化指令演算部２４ｂは、吐出偏差算出部２４ａにおいて算出された吐出温度偏差ｄｔｄを用いて開度変化指令ｄＬＥＶを演算するものであって、例えば２種類の制御パラメータである比例係数ｋｐと積分係数ｋｉとを有するＰＩ制御器からなっている。開度変化指令演算部２４ｂは、下記式（１１）を用いて開度変化指令ｄＬＥＶを演算する。
【００５０】
【数１１】
2016139736.tif 000013
【００５１】
式（１１）は、速度型ＰＩ制御器としての展開式であり、右辺第１項が比例動作、右辺第２項が積分動作であり、比例動作では、吐出温度偏差ｄｔｄに加えて直前の制御周期の吐出温度偏差ｐｄｔｄが用いられ、積分動作では、吐出温度偏差ｄｔｄが用いられ、開度変化指令ｄＬＥＶが演算される。式（１１）における比例係数ｋｐ及び積分係数ｋｉは、係数補正部２５において算出されたものである。係数補正部２５は、後述する流量補正係数算出部２７において算出された流量補正係数ｒｆに基づいて、比例係数Ｋｐ及び積分係数Ｋｉを比例係数基準値Ｋｐｂａｓｅ及び積分係数基準値Ｋｉｂａｓｅから補正して算出するものであり、比例係数補正部２５ａと積分係数補正部２５ｂとを有する。比例係数補正部２５ａは、下記式（１２）のように、後述する流量補正係数Ｒｆが変化率制限器ＬＡＧｎを経由後の流量補正係数ｒｆと比例補正乗数ＮＫｐとから比例補正係数ＲＫｐ（＝ｒｆＮＫｐ）を算出し、比例補正係数ＲＫｐと予め設定された比例係数基準値Ｋｐｂａｓｅとから比例係数Ｋｐを算出する。
【００５２】
【数１２】
2016139736.tif 000014
【００５３】
式（１２）において、比例補正係数ＲＫｐは、流量補正係数ｒｆの比例補正乗数ＮＫｐ乗という１項だけからなる関数として例示しているが、たとえば下記の式（１２ａ）に示すように、係数ａ４、ｂ４、ｃ４を用いた多項式や別の関数あるいは比例補正乗数Ｎｋｐではない固定の乗数値を用いた関数であってもよい。
【００５４】
【数１２ａ】
2016139736.tif 000015
【００５５】
積分係数補正部２５ｂは、下記式（１３）のように、流量補正係数ｒｆと積分補正乗数ＮＫｉとから積分補正係数ＲＫｉ（＝ｒｆＮＫｉ）を算出し、積分補正係数ＲＫｉと予め設定された積分係数基準値Ｋｉｂａｓｅとから積分係数Ｋｉを算出する。
【００５６】
【数１３】
2016139736.tif 000016
【００５７】
式（１３）において、積分補正係数ＲＫｉは、流量補正係数ｒｆのＮＫｉ乗という１項だけからなる関数として例示しているが、たとえば下記の式（１３ａ）に示すように、係数ａ５、ｂ５、ｃ５、ｄ５を用いた多項式や別の関数あるいは積分補正乗数Ｎｋｉではない固定の乗数値を用いた関数であってもよい。
【００５８】
【数１３ａ】
2016139736.tif 000017
【００５９】
さらに、流量補正係数ｒｆの変化範囲に対して、比例補正係数ＲＫｐの変化範囲よりも積分補正係数ＲＫｉの変化範囲が広くなるのであれば、比例補正係数ＲＫｐや積分補正係数ＲＫｉは、上記式（１２）、（１２ａ）、（１３）、（１３ａ）で例示された以外の他の関数であっても良い。
【００６０】
そして、比例係数補正部２５ａにおいて算出された比例係数Ｋｐは、変化率制限器ＬＡＧｊを経由した後に比例係数ｋｐになり開度変化指令演算部２４ｂに入力される。同様に、積分係数補正部２５ｂにおいて算出された積分係数Ｋｉは、変化率制限器ＬＡＧｋを経由した後に積分係数ｋｉになり開度変化指令演算部２４ｂに入力される。
【００６１】
特に、係数補正部２５は、冷媒流量の変化範囲において、積分係数Ｋｉの変化範囲（例えば最大値と最小値との比）が比例係数Ｋｐの変化範囲（例えば最大値と最小値との比）よりも大きくなるように、比例係数Ｋｐ及び積分係数Ｋｉを算出するものであり、例えば積分補正乗数ＮＫｉ＝３、比例補正乗数ＮＫｐ＝２に設定されている。
【００６２】
開度指令演算部２４ｃは、開度変化指令演算部２４ｂにおいて演算された現在の制御周期における開度変化指令ｄＬＥＶと、直前の制御周期の膨張弁１４への開度指令ｐＬＥＶとに基づいて開度指令ＬＥＶを算出する。さらに、開度指令演算部２４ｃは、下記式（１４）に示すように、フィードフォワード部２６において算出されるフィードフォワード量ｄｆｆを加算して、現在の制御周期における膨張弁１４への開度指令ＬＥＶを算出する。なお、開度指令演算部２４ｃには、フィードフォワード量ｄＦＦが変化率制限器ＬＡＧｌを経由した後のフィードフォワード量ｄｆｆが入力される。
【００６３】
【数１４】
2016139736.tif 000018
【００６４】
フィードフォワード部２６は、例えばハイパスフィルターからなっており、フィードフォワード演算部２６ａ及びフィードフォワード係数補正部２６ｂを備えている。フィードフォワード演算部２６ａには、遅れ時定数Ｔｆｆが予め設定されているとともに、回転数指令ＣＦが変化率制限器ＬＡＧｃを経由した後の回転数指令ｃｆが入力される。そして、フィードフォワード演算部２６ａは、入力された回転数指令ｃｆを用いて、下記式（１５）に基づいて膨張弁１４への開度指令ＬＥＶに加算するフィードフォワード量ｄＦＦを出力する。
【００６５】
【数１５】
2016139736.tif 000019
【００６６】
式（１５）は、ハイパスフィルターの最も簡易な差分展開式であり、ｋｆｆはフィードフォワード比例係数、ｐＦＦは直前の制御周期におけるフィードフォワード積分量である。現在の制御周期におけるフィードフォワード積分量ＦＦは下記式（１６）のように表すことができる。
【００６７】
【数１６】
2016139736.tif 000020
【００６８】
また、フィードフォワード比例係数ｋｆｆは、フィードフォワード係数補正部２６ｂにおいて算出されたフィードフォワード比例係数Ｋｆｆが変化率制限器ＬＡＧｍを経由した後の値である。フィードフォワード係数補正部２６ｂは、下記式（１７）に基づいて、流量補正係数ｒｆとフィードフォワード比例補正乗数ＮＫｆｆとを用いてフィードフォワード比例補正係数ＲＫｆｆ（＝ｒｆＮＫｆｆ）を算出し、フィードフォワード比例補正係数ＲＫｆｆとフィードフォワード比例基準値Ｋｆｆｂａｓｅとを用いて、フィードフォワード比例係数Ｋｆｆを算出する。
【００６９】
【数１７】
2016139736.tif 000021
【００７０】
式（１７）において、フィードフォワード比例補正係数ＲＫｆｆは流量補正係数ｒｆのＮＫｆｆ乗として求める場合について例示しているが、式（１２ａ）や（１３ａ）に例示したような他の数式や流量補正係数ｒｆを用いた他の関数であってもよい。また、制御装置２０がフィードフォワード部２６を有する場合について例示しているが、上記式（１４）においてフィードフォワード量ｄｆｆを加算せずに開度指令ＬＥＶを算出してもよい。このようにすると、フィードフォワード部２６を有する場合と比べて、吐出温度Ｔｄの設定吐出温度Ｔｄｓｅｔへの追従性が悪化したり、負荷変動が生じた際に一時的に吐出温度偏差ｄｔｄが大きくなったりするが、吐出温度Ｔｄを設定吐出温度Ｔｄｓｅｔへ制御すること自体は可能である。
【００７１】
さらに、膨張弁制御部２４は、開度指令演算部２４ｃにおいて算出された開度指令ＬＥＶを実際の膨張弁１４の特性に合わせて補正する開度補正部２４ｄを備えている。具体的には、開度補正部２４ｄは、開度指令演算部２４ｃにおいて算出された開度指令ＬＥＶと、膨張弁１４を通過する冷媒流量ｆｌｏｗとの関係が非線形の関係の場合に、線形の関係になるように補正する。開度補正部２４ｄは、下記式（１８）、式（１９）に基づいて開度指令ＬＥＶを補正後の開度ａｃｔｕａｌＬＥＶに補正する。
【００７２】
【数１８】
2016139736.tif 000022
【００７３】
【数１９】
2016139736.tif 000023
【００７４】
式（１９）において、関数ｆ０は、実際の膨張弁１４の開度ａｃｔｕａｌＬＥＶと開度指令ＬＥＶとの関係を示す関数であって、膨張弁１４の特性に応じて適宜設定される。例えば、ＬＥＶ＞０を前提とすると、関数ｆ０（ＬＥＶ）＝ＬＥＶ２であれば、関数ｆ０−１（ＬＥＶ）＝ＬＥＶ１／２になる。
【００７５】
図４は、冷媒流量に比例する開度指令と補正後の開度指令との関係の一例を示すグラフである。図４において、膨張弁１４は、補正後の開度指令ａｃｔｕａｌＬＥＶに対する開度指令ＬＥＶの増加率（傾き）が途中で変わる非線形の関係を有している。このとき、開度補正部２４ｄは、傾きが異なる領域毎に逆関数ｆ０−１を規定し、式（１９）に基づいて開度指令ＬＥＶを補正した補正後の開度指令ａｃｔｕａｌＬＥＶを算出する。
【００７６】
なお、実際の開度指令ａｃｔｕａｌＬＥＶと冷媒流量ｆｌｏｗとが非線形の関係になる膨張弁１４が用いられている場合について例示しているが、線形の関係になる膨張弁１４であれば、開度補正部２４ｄは不要である。
【００７７】
流量補正係数算出部２７は、冷媒回路１ｘを循環する冷媒流量と予め設定された流量基準値とから流量補正係数を算出するものである。ここで、冷媒回路１ｘを循環する冷媒流量は、膨張弁１４の開度が開けば開くほど大きくなる。そこで、流量補正係数算出部２７は、開度指令演算部２４ｃにおいて算出された開度指令ＬＥＶを冷媒流量を示すパラメータとして用いて流量補正係数Ｒｆを算出する。このとき、補正前の開度指令ＬＥＶを使って精度良く流量補正係数Ｒｆを求めるために、流量基準値でもある開度指令基準値ＬＥＶｂａｓｅを用いて補正を行う。この開度指令基準値ＬＥＶｂａｓｅは、定常状態の冷媒流量の基準点における膨張弁１４の開度指令であり、流量基準値として流量補正係数算出部２７に予め設定されている。具体的には、流量補正係数算出部２７は、下記式（２０）に基づき、流量補正係数Ｒｆを算出する。
【００７８】
【数２０】
2016139736.tif 000024
【００７９】
式（２０）において、開度指令ＬＥＶが変化率制限器ＬＡＧｏを経由した後の開度指令ｌｅｖが補正前の冷媒流量を示すパラメータとして用いられる。また、式（２０）における圧力補正係数ｒｐは、膨張弁１４を流れる冷媒流量は膨張弁１４の開度のみならず圧縮機１１の吐出圧力にも依存するため、膨張弁１４の開度指令ｌｅｖを冷媒流量とした流量補正係数Ｒｆを圧力（厳密には膨張弁１４前後の圧力差）で補正するためのものである。
【００８０】
また、式（２０）における圧力補正係数ｒｐは、圧力補正係数算出部２８において算出される。なお、流量補正係数算出部２７は、圧力補正係数Ｒｐが変化率制限器ＬＡＧｐを経由した後の圧力補正係数ｒｐを用いて式（２０）に基づき流量補正係数Ｒｆを算出する。圧力補正係数算出部２８は、凝縮温度Ｔｃと蒸発温度Ｔｅとを使って推算される吐出圧力ｐｄと吸入圧力ｐｓとから下記式（２１）に基づき圧力補正係数Ｒｐを算出する。なお、圧力補正係数算出部２８には、吐出圧力Ｐｄが変化率制限器ＬＡＧｅを経由した後の吐出圧力ｐｄが入力され、吸入圧力Ｐｓが変化率制限器ＬＡＧｄを経由した後の吸入圧力ｐｓが入力される。
【００８１】
【数２１】
2016139736.tif 000025
【００８２】
式（２１）において、ｄＰｂａｓｅは、基準冷媒流量に対応する圧力差基準値であり、Ｎｐは圧力補正乗数（例えば１／２）であり、圧力差基準値ｄＰｂａｓｅ及び圧力補正乗数Ｎｐは圧力補正係数算出部２８に予め設定されている。
【００８３】
このように、流量補正係数算出部２７が圧力補正係数Ｒｐを用いて流量補正係数Ｒｆを算出することにより、精度良く流量補正係数Ｒｆを算出することができる。すなわち、流量補正係数Ｒｆが開度指令ｌｅｖだけを用いて演算された場合、開度指令ｌｅｖは実際の冷媒流量とは異なってしまい不正確になる場合がある。例えば、開度指令ｌｅｖが所定値の場合であっても、膨張弁１４前後の圧力差が所定圧力から所定圧力の４倍の大きさになったとき、膨張弁１４を通過する冷媒流量は理想的には２倍に増加する。このように、開度指令ｌｅｖだけで冷媒流量とする場合には不正確になる場合がある。
【００８４】
そこで、開度指令ｌｅｖから精度良く冷媒流量を算出するために、流量補正係数算出部２７は、式（２０）のように圧力補正係数Ｒｐを用いて流量補正係数Ｒｆを算出する。膨張弁１４への開度指令ｌｅｖだけを冷媒流量とした流量補正係数ｌｅｖ／ＬＥＶｂａｓｅと圧力補正係数ｒｐとを用いて圧力補正を考慮した流量補正係数Ｒｆが算出される。式（２０）では、圧力差基準値ｄＰｂａｓｅに対する流量基準値である開度指令基準値ＬＥＶｂａｓｅに圧力補正係数ｒｐを乗算する形で流量補正係数Ｒｆを補正している。
【００８５】
なお、式（２０）は流量補正係数Ｒｆを算出する数式の一例であり、他の数式であってもよい。また、冷媒流量を示すパラメータとして開度指令ｌｅｖが用いられる場合について例示しているが、回転数指令ＣＦを用いるようにしてもよい。圧縮機１１の回転数指令ＣＦを使う際は、基準点における回転数指令が流量基準値になる。
【００８６】
ところで、上述の通り、膨張弁制御部２４において開度変化指令ｄＬＥＶを算出される際に用いられる比例係数ｋｐ及び積分係数ｋｉは、比例係数補正部２５ａ及び積分係数補正部２５ｂにおいて流量補正係数Ｒｆに応じて変化する。特に、積分係数Ｋｉは、比例係数Ｋｐよりも流量補正係数Ｒｆの変化に対する変化範囲が広くなるように設定されている。
【００８７】
図５は、定常状態における膨張弁制御部２４の開度指令ＬＥＶと吐出温度偏差ｄＴｄの変化量との関係を示すグラフである。図５に示すように、理想的には、圧縮機１１における吐出温度偏差ｄＴｄの絶対値｜ｄＴｄ｜は、膨張弁１４の開度指令ＬＥＶに対して反比例する。これは、下記式（２２）のように示すことができ、冷媒流量は冷媒回路１ｘで搬送される熱量と等価であることを意味する。なお式（２２）右辺分子のｄは、吐出温度偏差ｄＴｄの絶対値｜ｄＴｄ｜と開度指令ＬＥＶとの関係式に必要となる定数である。
【００８８】
【数２２】
2016139736.tif 000026
【００８９】
例えば冷媒流量が所定の冷媒流量ｆｌｏｗである場合と２倍の流量２ｆｌｏｗである場合とにおいて、それぞれ同じ冷媒流量の変化Δｆｌｏｗを与えたとする。すると、吐出温度の変化量は、２倍の流量２ｆｌｏｗの場合の吐出温度偏差ｄＴｄは、冷媒流量ｆｌｏｗの場合の吐出温度偏差ｄＴｄの１／２になる。
【００９０】
また、吐出温度偏差ｄＴｄは、系のゲインＫｘに相当する。すなわち系のゲインＫｘは、冷媒流量に反比例する。さらに、冷媒流量が２倍の２ｆｌｏｗになると、冷媒が冷媒回路１ｘを循環する時間は冷媒流量ｆｌｏｗの場合に比べて半減し、吐出温度が変化するまでの時間も半減する。いわゆる系の無駄時間Ｌｘは、理想的には冷媒流量に反比例する。一般的に知られた、ＰＩ制御器へのパラメータの一つの与え方において、比例係数Ｋｐは、系の時定数Ｔｘを系のゲインＫｘと系の無駄時間Ｌｘで割った値に比例し、積分係数Ｋｉは比例係数Ｋｐをさらに系の無駄時間Ｌｘで割った値に比例する。以上より理想的には、式（２３）のように比例係数Ｋｐは冷媒流量の２乗に比例し、式（２４）のように積分係数Ｋｉは冷媒流量の３乗に比例する。
【００９１】
【数２３】
2016139736.tif 000027
【００９２】
【数２４】
2016139736.tif 000028
【００９３】
そこで、比例補正乗数ＮＫｐは２に設定され、積分補正乗数ＮＫｉが３に設定されている。なお、これらの値は理想的なものであり、積分補正乗数ＮＫｉが比例補正乗数ＮＫｐよりも大きく設定されたものであれば上記数値に限定されるものではなく、例えば、ＮＫｐ＝１．５、ＮＫｉ＝２．５などのように、実際には系に合わせて修正した値を用いればよい。
【００９４】
上述のように、室温Ｔｒが設定室温Ｔｒｓｅｔになるように制御し、吐出温度Ｔｄが設定吐出温度Ｔｄｓｅｔになるように冷凍サイクル装置１を制御する際に、制御装置２０において必要となる制御パラメータは、流量基準値ＬＥＶｂａｓｅ、圧力基準値ｄｐｂａｓｅ、フィードフォワード比例基準値Ｋｆｆｂａｓｅ、比例係数基準値Ｋｐｂａｓｅ、積分係数基準値Ｋｉｂａｓｅの５パラメータである。
【００９５】
流量基準値ＬＥＶｂａｓｅ、圧力基準値ｄｐｂａｓｅ、フィードフォワード比例基準値Ｋｆｆｂａｓｅ、比例係数基準値Ｋｐｂａｓｅ、積分係数基準値Ｋｉｂａｓｅは、それぞれ定常状態となった時の値あるいは定常状態となった時にチューニングした値が設定されている。これらの５パラメータは、各種試験などを通じて、応答性と安定性とを満足できた定常状態となった時点の値が予め設定される。そして、実際の運転状態における基準点からのズレが、流量補正係数Ｒｆ、圧力補正係数Ｒｐ、フィードフォワード比例補正係数ＲＫｆｆ、比例補正係数ＲＫｐ、積分補正係数ＲＫｉという比率で算出される。よって、例えば負荷などが変わって運転状態が定常状態から外れても、膨張弁制御部２４の比例係数Ｋｐ、積分係数Ｋｉあるいはさらにフィードフォワード演算部２６ａのフィードフォワード比例係数Ｋｆｆは、上述した各種補正式によって各運転状態に適した値に常時保たれることになる。また、５つの係数は、運転状態が変化しても各センサにおいて自動的に計測される温度などから上記の各式（１）〜式（２４）を使って決定される。
【００９６】
例えば、室外側熱交換器１３が凝縮器として機能し、室内側熱交換器１５が蒸発器として機能する定常で安定となった冷房運転時に、設定室温Ｔｒｓｅｔがリモコン等の操作により下げられ、設定室温Ｔｒｓｅｔが計測される室温Ｔｒよりも低くなったとする。すると、室温偏差ｄｔｒに基づいて、圧縮機１１の回転数が増加するように回転数指令ＣＦが算出される。
【００９７】
圧縮機１１の回転数の増加に伴い、冷媒回路１ｘの冷媒流量が増加し、室内側熱交換器１５内の冷媒の圧力または温度が低下し、室外側熱交換器１３内の冷媒の圧力または温度が増加する。その結果、室内空気ＩＡから吸熱して室外空気ＯＡへ放熱する熱量が増加して室温Ｔｒが低下し、室温Ｔｒが設定室温Ｔｒｓｅｔに近づく。これにより、室温Ｔｒが設定室温Ｔｒｓｅｔに制御される。
【００９８】
圧縮機１１の回転数が増加したとき、圧縮機１１からの冷媒の吐出温度Ｔｄは増加する。そのような時、同時に吐出温度設定部２２において算出される設定吐出温度Ｔｄｓｅｔも増加するが、吐出温度Ｔｄの増加幅は設定吐出温度Ｔｄｓｅｔの増加幅よりも大きいため、吐出温度Ｔｄが設定吐出温度Ｔｄｓｅｔよりも高くなる。すると、膨張弁制御部２４において、吐出温度偏差ｄｔｄに基づいて開度指令ＬＥＶが算出され、膨張弁１４の開度が大きくなるような開度指令ＬＥＶ及び補正後のａｃｔｕａｌＬＥＶが算出される。
【００９９】
ここで、開度指令ＬＥＶが求められる際、流量補正係数Ｒｆが算出され、比例係数Ｋｐ及び積分係数Ｋｉが流量補正係数Ｒｆを用いて算出される。そして、開度変化指令ｄＬＥＶが比例係数Ｋｐ及び積分係数Ｋｉを用いて算出され、直前の制御周期の開度指令ｐＬＥＶが加算され開度指令ＬＥＶが求められる。また、回転数指令ＣＦの上昇に応じてフィードフォワード演算部２６ａにおいて算出されるフィードフォワード量ｄｆｆは増加する。このため、膨張弁１４への開度指令ＬＥＶの増加幅は、フィードフォワード量ｄｆｆを加算しない場合に比べて大きくなる。
【０１００】
膨張弁１４の開度が大きくなると、膨張弁１４を流れる冷媒流量が増加する。すると、膨張弁１４を通過する前の冷媒の圧力または温度は低下し、膨張弁１４を通過した後の冷媒の圧力または温度は低下する傾向になる。その結果、吐出温度Ｔｄが低下して設定吐出温度Ｔｄｓｅｔに近づこうとする。これにより、吐出温度Ｔｄを設定吐出温度Ｔｄｓｅｔに制御する。
【０１０１】
なお、膨張弁１４を通過する冷媒流量が流量補正係数ｒｆとして入力とし、吐出温度Ｔｄを出力とした関係を、一次遅れと無駄時間の関数とすると、系のゲインＫｘは冷媒の流量に反比例し、系の無駄時間Ｌｘも冷媒の流量に反比例する。例えば冷媒流量が２倍に変化した場合、それに伴う吐出温度Ｔｄの変化、系のゲインＫｘ及び無駄時間Ｌｘは半分になる。一方で、系の時定数Ｔｘは冷媒回路１ｘの冷媒の総量は変わらないので基本的には変化しない。
【０１０２】
ここで、理想的には、比例係数Ｋｐは冷媒流量の２乗に比例させ、積分係数Ｋｉは冷媒流量の３乗に比例させる必要がある。例えば、負荷範囲に相当する冷媒流量の変化範囲が流量基準値ＬＥＶｂａｓｅに対して１／２〜２の場合、比例係数Ｋｐは比例係数基準値Ｋｐｂａｓｅに対して１／４〜４の変化範囲になり、積分係数Ｋｉは積分係数基準値Ｋｉｂａｓｅに対して１／８〜８の変化範囲になる。よって、比例係数Ｋｐの最大と最小の比は１／１６になり、積分係数Ｋｉの最大と最小の比は１／６４になる。
【０１０３】
そこで、係数補正部２５は、冷媒流量の変化範囲において、積分係数Ｋｉの変化範囲の最大値と最小値との比が比例係数Ｋｐの変化範囲の最大値と最小値との比よりも大きくなるように、比例係数Ｋｐ及び積分係数Ｋｉを算出する。具体的には、上記式（１２）、（１３）に示すように、冷媒流量を示す流量補正係数ｒｆを累乗する比例補正乗数ＮＫｐは２に設定され、積分補正乗数ＮＫｉが３に設定されている。このように、膨張弁制御部２４において、たとえば冷媒流量の１／２〜２の変化範囲の全域に渡って、適切な応答性と安定性とを両立維持できるように比例動作と積分動作とを行うためには、上記のように比例係数Ｋｐ及び積分係数Ｋｉを変化させる必要がある。
【０１０４】
そこで、比例係数Ｋｐの変化範囲に対して積分係数Ｋｉの変化範囲を広くなるように算出されることにより、膨張弁１４の開度に対する吐出温度Ｔｄの変化応答を広い負荷範囲にわたって均一化することができる。その結果、膨張弁制御部２４による吐出温度Ｔｄの制御に対する応答性と安定性とを広い負荷範囲にわたって向上させることができる。また、膨張弁制御部２４の応答性が遅いことによる圧縮機１１の回転数と膨張弁１４の開度とに不整合が生じる時間が長くなることにより省エネ性が悪化することを広い負荷範囲にわたって抑制できる。
【０１０５】
さらに、圧縮機１１の回転数指令ＣＦに応じたフィードフォワード量ｄｆｆを膨張弁制御部２４の制御出力に加算するフィードフォワード演算部２６ａを有するとき、圧縮機制御部２１による室内空気ＩＡの室温Ｔｒの応答性に比べて、応答性が遅い膨張弁制御部２４による吐出温度Ｔｄの応答性をより向上できる。このため、膨張弁制御部２４の応答性が遅いことによる圧縮機１１の回転数と膨張弁１４の開度との間の不整合となる時間が長いことによって省エネ性が悪化することをより抑制できる。また、結果的に圧縮機制御部２１の熱需要部である室内空気ＩＡの室温Ｔｒの応答性をより向上できる。
【０１０６】
このとき、フィードフォワード量ｄｆｆの大きさを冷媒流量によって補正するフィードフォワード係数補正部２６ｂを有しているため、広い負荷範囲にわたって、フィードフォワード量ｄｆｆを適切に設定でき、フィードフォワードの効果を向上できる。
【０１０７】
また、膨張弁制御部２４の制御出力である開度指令ＬＥＶを冷媒流量とみなしているため、冷媒流量を計測せずに簡単にフィードフォワード比例係数Ｋｆｆ、比例係数Ｋｐ、積分係数Ｋｉの補正を行うことができる。
【０１０８】
さらに、制御装置２０が、流量補正係数Ｒｆを吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとに基づいて補正するための圧力補正係数Ｒｐを算出する圧力補正係数算出部２８をさらに備えたことにより、流量補正係数Ｒｆを圧力により補正することができ、実際に膨張弁１４に流れる冷媒流量を精度良く算出することができる。よって、流量補正係数Ｒｆを用いて算出されるフィードフォワード比例係数Ｋｆｆ、比例係数Ｋｐ及び積分係数Ｋｉによる補正がより正確となる。
【０１０９】
また、制御装置２０が、凝縮温度Ｔｃから吐出圧力を算出する吐出圧力算出部２３ａと、蒸発温度Ｔｅから吸入圧力を算出する吸入圧力算出部２３ｂとを有するとき、直接圧力を計測することなく、圧力に基づく流量補正係数Ｒｆを算出することができる。
【０１１０】
さらに、膨張弁制御部２４が、開度指令ＬＥＶを補正して補正後の開度指令ａｃｔｕａｌＬＥＶを算出する開度補正部２４ｄを備えた場合、膨張弁制御部２４の制御出力に対する膨張弁１４の補正後の開度指令ａｃｔｕａｌＬＥＶの特性を線形化できる。よって、膨張弁制御部２４の制御出力に対する吐出温度Ｔｄの変化を均一化でき、膨張弁制御部２４による吐出温度Ｔｄの制御の応答性と安定性を向上させることができる。
【０１１１】
また、制御装置２０が、回転数指令ｃｆと吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとに基づいて設定吐出温度Ｔｄｓｅｔを設定する吐出温度設定部２２を備えたとき、冷凍サイクル装置１の運転状態に応じた適切な膨張弁制御部２４への設定吐出温度Ｔｄｓｅｔを得ることができる。
【０１１２】
本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、上記実施形態において、変化率制限器ＬＡＧａ〜ＬＡＧｐが使用されている場合について例示しているが、適宜使用していなくてもよい。特に、複数の一次遅れ演算器を直列に使用している場合、１つに集約するようにしてもよい。すると、トータルでの遅れ時間が減り、一次遅れが少ない方が、圧縮機制御部２１や膨張弁制御部２４の制御の応答性を上げることができる。
【０１１３】
また、上記実施形態において、変化率制限器ＬＡＧａ〜ＬＡＧｐは一次遅れ演算器である場合について例示しているが、変化速度制限器ＶＬＭＴであってもよい。図７は図１の冷凍サイクル装置の制御装置における変化率制限器の別の一例を示すブロック図である。図７の変化速度制限器ＶＬＭＴは、下記式（２５）に示すように、入力Ｘに対して出力ｘの変化が変化速度ｓｌｏｐｅ以内になる出力変化ｄｘを算出するものである。式（２５）において、直前の制御周期の出力ｐｘに変化速度制限器ＶＬＭＴの出力である出力変化ｄｘが加算されて現制御周期の出力ｘとなる。なお、出力ｘは、ｘ＝ｐｘ＋ｄｘである。
【０１１４】
【数２５】
2016139736.tif 000029
【０１１５】
さらに、上記実施形態において、補正前の冷媒流量として膨張弁制御部２４の開度指令ＬＥＶを用いたが、膨張弁１４の開度指令ａｃｔｕａｌＬＥＶから逆算する関数値ｆ０（ａｃｔｕａｌＬＥＶ）、圧縮機制御部２１の制御出力、または圧縮機１１への回転数指令の何れか１つを用いてもよい。ただし、圧縮機制御部２１の制御出力または圧縮機１１への回転数指令を流量相当値とする場合、冷媒が気相であるため、圧力補正係数算出部２８の圧力差に基づく補正とは別に、圧力による流量の補正を行うようにしてもよい。
【０１１６】
また、上記実施形態において、冷媒流量が制御装置において算出される場合について例示しているが、流量センサを用いて計測した冷媒流量を用いてもよい。また計測した冷媒流量が、物質量流量や質量流量であれば、圧力補正係数算出部２８および圧力補正係数Ｒｐの圧力差による流量の補正は不必要である。
【０１１７】
さらに、上記実施形態において、室内機１Ｂ内の室内側熱交換器１５を通過する室内空気ＩＡを冷却または加熱して室内を冷暖房する冷凍サイクル装置１としたが、室内空気ＩＡではなく冷媒によって循環水を冷却または加熱して、さらに循環水と室内空気とを熱交換する熱交換器を備え、間接的に室内を冷暖房する構成であってもよい。この場合、室外機１Ａ側に冷媒と循環水とを熱交換する室内側熱交換器を備えるように構成してもよい。このようにすると、冷媒の冷媒回路１ｘを室外機１Ａ内で閉じることができ、室内への冷媒漏れのリスクを低減させることができる。なお、上述のような循環水と室内空気との熱交換器にも送風ファンを設けてもよい。
【０１１８】
上記実施形態では室内を冷暖房できる冷凍サイクル装置１としているが、冷房または暖房だけであってもよい。特に冷房だけの場合、圧縮機１１による冷媒回路１ｘの冷媒の循環方向は切替無くてもよいので流路切替器１２は不要である。
【０１１９】
また、流量補正係数算出部は、膨張弁制御部２４において算出された膨張弁１４の開度指令を用いて流量補正係数Ｒｆを算出する場合について例示しているが、冷媒流量を推定可能なパラメータから流量補正係数Ｒｆを算出してもよく、例えば膨張弁１４の実開度、圧縮機１１の回転数指令ＣＦもしくは圧縮機１１の実回転数のいずれかから冷媒流量を演算して流量補正係数を算出してもよい。
【符号の説明】
【０１２０】
１  冷凍サイクル装置、１Ａ  室外機、１Ｂ  室内機、１ｘ  冷媒回路、２  冷媒配管、１１  圧縮機、１２  流路切替器、１３  室外側熱交換器、１３ａ  室外ファン、１４  膨張弁、１５  室内側熱交換器、１５ａ  室内ファン、１６  吐出センサ、１７  第１冷媒温度センサ、１８  第２冷媒温度センサ、１９  空気温度センサ、２０  冷凍サイクル装置の制御装置、２１  圧縮機制御部、２１ａ  差分算出部、２１ｂ  変化指令演算部、２１ｃ  回転数指令算出部、２２  吐出温度設定部、２３  温度圧力変換部、２３ａ  吐出圧力算出部、２３ｂ  吸入圧力算出部、２４  膨張弁制御部、２４ａ  吐出偏差算出部、２４ｂ  開度変化指令演算部、２４ｃ  開度指令演算部、２４ｄ  開度補正部、２５  係数補正部、２５ａ  比例係数補正部、２５ｂ  積分係数補正部、２６  フィードフォワード部、２６ａ  フィードフォワード演算部、２６ｂ  フィードフォワード係数補正部、２７  流量補正係数算出部、２８  圧力補正係数算出部、ａｃｔｕａｌＬＥＶ  補正後の開度指令、ＣＦ、ｃｆ  回転数指令、ｐＣＦ、ｐｃｆ  直前の制御周期の回転数指令、ｄＣＦ  回転数変化指令、ｄＦＦ、ｄｆｆ  フィードフォワード量、ｄＬＥＶ  開度変化指令、ｄＰｂａｓｅ  圧力差基準値、Ｎｐ  圧力補正乗数、ｄｔ  制御周期、ｄｔｄ  吐出温度偏差、ｄｔｒ  室温偏差、ＦＦ  フィードフォワード積分量、ｐＦＦ  直前の制御周期のフィードフォワード量、ｆｌｏｗ  冷媒流量、ＩＡ  室内空気、Ｋｆｆ、ｋｆｆ  フィードフォワード比例係数、ＲＫｆｆ  フィードフォワード比例補正係数、ＮＫｆｆ  フィードフォワード比例補正乗数、Ｋｆｆｂａｓｅ  フィードフォワード比例基準値、Ｋｉ、ｋｉ  積分係数、Ｋｉｂａｓｅ  積分係数基準値、Ｋｉｃｆ  圧縮機制御部２１の積分係数、Ｋｐ、ｋｐ  比例係数、Ｋｐｂａｓｅ  比例係数基準値、Ｋｐｃｆ  圧縮機制御部２１の比例係数、Ｋｘ  ゲイン、ＬＡＧａ〜ＬＡＧｐ  変化率制限器、ＬＥＶ、ｌｅｖ  開度指令、ＬＥＶｂａｓｅ  開度指令基準値（流量基準値）、Ｌｘ  無駄時間、ＮＫｉ  積分補正乗数、ＮＫｐ  比例補正乗数、ＯＡ  室外空気、Ｐｄ、ｐｄ  吐出圧力、ｐｄｔｄ  直前の制御周期の吐出温度偏差、ｐｄｔｒ  室温偏差、ｐＬＥＶ  直前の制御周期の開度指令、Ｐｓ、ｐｓ  吸入圧力、Ｘ  入力、ｄｘ  出力の変化幅、ｘ  出力、ｐｘ  直前の制御周期の出力、Ｒｆ、ｒｆ  流量補正係数（冷媒流量）、ＲＫｉ  積分補正係数、ＲＫｐ  比例補正係数、Ｒｐ、ｒｐ  圧力補正係数、ｓｌｏｐｅ  変化速度、Ｔ１、Ｔ２  温度、Ｔｃ、ｔｃ  凝縮温度、Ｔｄ、ｔｄ  吐出温度、Ｔｄｓｅｔ、ｔｄｓｅｔ  設定吐出温度、Ｔｅ、ｔｅ  蒸発温度、Ｔｆｆ、Ｔｘ  時定数、Ｔｒ、ｔｒ  室温、Ｔｒｓｅｔ、ｔｒｓｅｔ  設定室温、ＶＬＭＴ  変化速度制限器、Δｆｌｏｗ  流量変化。
【図１】
2016139736.tif 000030
【図２】
2016139736.tif 000031
【図３】
2016139736.tif 000032
【図４】
2016139736.tif 000033
【図５】
2016139736.tif 000034
【図６】
2016139736.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月31日(2017.5.31)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、膨張弁の開度を制御する冷凍サイクル装置の制御装置、冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法に関するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、広い負荷範囲にわたって圧縮機の吐出温度の応答性を向上させ、省エネ性の悪化を抑制することができる冷凍サイクル装置の制御装置、冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法を提供することを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の冷凍サイクル装置の制御装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路を備える冷凍サイクル装置の制御装置であって、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数及び積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、膨張弁の開度指令を出力する膨張弁制御部と、冷媒回路を循環する冷媒流量に応じて、比例係数及び積分係数を算出し、冷媒流量の変化範囲において、積分係数の変化範囲が比例係数の変化範囲よりも大きくなるように、比例係数及び積分係数を算出する係数補正部とを備えたものである。
また、本発明の冷凍サイクル装置は上述の制御装置を備えたものである。
また、本発明の冷凍サイクル装置の制御方法は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路を備える冷凍サイクル装置の制御方法であって、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数と積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、膨張弁の開度指令を出力し、冷媒回路を循環する冷媒流量に応じて、比例係数及び積分係数を算出するものであり、比例係数及び積分係数を算出する際、冷媒流量の変化範囲において、積分係数の変化範囲を、比例係数の変化範囲よりも大きくなるように算出するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の冷凍サイクル装置の制御装置、冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法によれば、冷媒流量の変化範囲において、積分係数の変化範囲の最大値と最小値との比が比例係数の変化範囲の最大値と最小値との比よりも大きくなるように、比例係数及び積分係数が算出されることにより、冷媒流量によって異なる膨張弁の開度に対する吐出温度の変化応答を広い負荷範囲にわたって向上させることができる。また、膨張吐出温度の変化応答が遅いことに起因して、圧縮機の回転数と膨張弁の開度との間の不整合が生じることにより、省エネ性が悪化することを抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路を備える冷凍サイクル装置の制御装置であって、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数及び積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、前記膨張弁の開度指令を出力する膨張弁制御部と、
前記冷媒回路を循環する冷媒流量に応じて、前記比例係数及び前記積分係数を算出し、
前記冷媒流量の変化範囲において、前記積分係数の変化範囲が前記比例係数の変化範囲よりも大きくなるように、前記比例係数及び前記積分係数を算出する係数補正部と
を備えた冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項２】
前記冷媒回路を循環する前記冷媒流量と予め設定された流量基準値とから流量補正係数を算出する流量補正係数算出部を備え、
前記係数補正部は、予め設定された比例係数基準値から前記流量補正係数によって補正して前記比例係数を算出し、予め設定された積分係数基準値から前記流量補正係数によって補正して前記積分係数を算出する請求項１に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項３】
前記圧縮機の回転数を制御する回転数指令を出力する圧縮機制御部をさらに備えた請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項４】
前記圧縮機制御部から出力された前記回転数指令と、前記圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力とから前記設定吐出温度を設定する吐出温度設定部をさらに有し、
前記膨張弁制御部は、前記吐出温度設定部において設定された前記設定吐出温度を用いて前記膨張弁の開度指令を出力するものである請求項３に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項５】
前記流量補正係数算出部は、前記膨張弁制御部において算出された前記膨張弁の開度指令、前記膨張弁の実開度、前記圧縮機の回転数指令もしくは前記圧縮機の実回転数のいずれかから前記冷媒流量を演算して前記流量補正係数を算出するものである請求項２に従属する請求項３又は４に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項６】
前記圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力を用いて圧力補正係数を算出する圧力補正係数算出部をさらに有し、
前記流量補正係数算出部は、前記圧力補正係数算出部において算出された前記圧力補正係数を加味して前記流量補正係数を算出するものである請求項５に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項７】
前記圧縮機の回転数指令とフィードフォワード比例係数とを用いてフィードフォワード量を算出するフィードフォワード部をさらに備え、
前記膨張弁制御部は、前記フィードフォワード部において算出された前記フィードフォワード量を加算した前記膨張弁の開度指令を出力するものである請求項３〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項８】
前記フィードフォワード部は、
予め設定されたフィードフォワード比例基準値から前記流量補正係数によって補正して前記フィードフォワード比例係数を算出するフィードフォワード係数補正部と、
前記圧縮機の回転数指令とから前記フィードフォワード量を演算するフィードフォワード演算部と
を有する請求項２に従属する請求項７に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項９】
前記膨張弁制御部は、前記開度指令と、前記膨張弁に固有の冷媒流量特性とが線形関係になるように前記開度指令を補正する膨張弁開度補正部を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置の制御装置。
【請求項１０】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路と、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置の制御装置と
を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷媒回路を備える冷凍サイクル装置の制御方法であって、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と設定吐出温度との吐出温度偏差と、比例係数と積分係数の少なくとも２種類の制御パラメータとに基づいて、前記膨張弁の開度指令を出力し、
前記冷媒回路を循環する冷媒流量に応じて、前記比例係数及び前記積分係数を算出するものであり、
前記比例係数及び前記積分係数を算出する際、前記冷媒流量の変化範囲において、前記積分係数の変化範囲を、前記比例係数の変化範囲よりも大きくなるように算出する冷凍サイクル装置の制御方法。
【国際調査報告】
2016139736.tif 000036
2016139736.tif 000037