(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外機及び室内機を有し、圧縮機回転数及び膨張弁開度を制御することにより冷凍回路内を流れる冷媒の状態量を調整する、ヒートポンプ、を制御するヒートポンプの制御装置であって、
圧縮機回転数に対する吐出圧力の第１伝達関数、圧縮機回転数に対する過熱度の第２伝達関数、膨張弁開度に対する吐出圧力の第３伝達関数、膨張弁開度に対する過熱度の第４伝達関数、室内機運転容量に対する吐出圧力の第５伝達関数、及び室内機運転容量に対する過熱度の第６伝達関数が、予め記憶された予測器を、備え、
稼動する室内機の運転容量が変動したときに、吐出圧及び過熱度の、変動量を、推定し、
圧縮機回転数が、推定した吐出圧の変動量を相殺するだけの回転数となるように、且つ、膨張弁開度が、推定した過熱度の変動量を相殺するだけの開度となるように、前記第１〜第６伝達関数が組込まれた予測器による、圧縮機の回転数と膨張弁の開度とに対する制御が、吐出圧及び過熱度の両方が設定値に収束するまで付加されることを特徴とするヒートポンプの制御装置。
【請求項２】
圧縮機回転数の変更による蒸発器出口における過熱度への影響を排除するデカップラを設けた請求項１に記載のヒートポンプの制御装置。
【請求項３】
膨張弁開度の変更による圧縮機出口における吐出圧への影響を排除するデカップラを設けた請求項１に記載のヒートポンプの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にヒートポンプでは、１つの室外機に対して複数の室内機が接続される。従来は、冷媒の圧縮機吐出圧を目標吐出圧に収束させかつ過熱度を目標過熱度に収束させる制御として定常運転時においても、起動時や室内機運転容量の増減が生じた直後のような過渡応答時においてもフィードバック制御のみであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし稼動する室内機の運転容量が増減した際に、従来のフィードバック制御のみでは圧縮機出口における冷媒の吐出圧や蒸発器出口における過熱度といった冷媒状態量が変化するまで時間が掛かり、その間、検出値である吐出圧や過熱度が変化しないので、フィードバック制御が有効に働かない。また、一旦変化が現れてからでは再度目標値に収束するまでに時間がかかる。本発明の課題は、稼動する室内機運転容量が増減しても短時間で冷媒の圧縮機出口における吐出圧や蒸発器出口における過熱度といった状態量を目標値に収束させるヒートポンプの制御装置を提供することである。
【０００４】
また、吐出圧を一定に保つために圧縮機回転数を変更すると冷媒の過熱度も変動してしまい、また、冷媒の過熱度を一定に保つために膨張弁開度を変更すると吐出圧も変動してしまうため、フィードバック制御のみでは目標値に収束するまでに時間が掛かってしまう。本発明のもう一つの課題は、圧縮機回転数の過熱度への影響、膨張弁開度の吐出圧への影響を除去するヒートポンプの制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、室外機及び室内機を有し、圧縮機回転数及び膨張弁開度を制御することにより冷凍回路内を流れる冷媒の状態量を調整する、ヒートポンプ、を制御するヒートポンプの制御装置であって、圧縮機回転数に対する吐出圧力の第１伝達関数、圧縮機回転数に対する過熱度の第２伝達関数、膨張弁開度に対する吐出圧力の第３伝達関数、膨張弁開度に対する過熱度の第４伝達関数、室内機運転容量に対する吐出圧力の第５伝達関数、及び室内機運転容量に対する過熱度の第６伝達関数が、予め記憶された予測器を、備え、稼動する室内機の運転容量が変動したときに、吐出圧及び過熱度の、変動量を、推定し、圧縮機回転数が、推定した吐出圧の変動量を相殺するだけの回転数となるように、且つ、膨張弁開度が、推定した過熱度の変動量を相殺するだけの開度となるように、前記第１〜第６伝達関数が組込まれた予測器による、圧縮機の回転数と膨張弁の開度とに対する制御が、吐出圧及び過熱度の両方が設定値に収束するまで付加されることを特徴とするヒートポンプの制御装置である。
【０００６】
請求項２の発明は、圧縮機回転数の変更による蒸発器出口における過熱度への影響を排除するデカップラを設けた請求項１に記載のヒートポンプの制御装置である。
【０００７】
請求項３の発明は、膨張弁開度の変更による圧縮機出口における吐出圧への影響を排除するデカップラを設けた請求項１に記載のヒートポンプの制御装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のヒートポンプ制御装置１００の信号伝達経路図である。図１に示すようにヒートポンプ制御装置１００は、後述する冷凍回路９０に対してＰＩＤコントローラ１５からの制御信号と予測器３０からの制御信号が入力され、最適な圧縮機６（図２）の回転数と膨張弁５又は膨張弁７〜９（図２）の開度が設定される。冷凍回路９０において冷媒の吐出圧と過熱度を計測し、この計測した吐出圧と過熱度が目標吐出圧及び目標過熱度に収束するまで圧縮機６の回転数と膨張弁５又は膨張弁７〜９の開度が再度設定される。
【０００９】
図１において、信号は矢印の向きに伝達され、かつ集結部２０、２１で信号が集結し、分岐部２２で信号は分岐する。ＰＩＤコントローラ１５で圧縮機６（図２）の回転数と膨張弁５、７〜９（図２）の開度を制御する制御信号を冷凍回路９０へ入力する。
【００１０】
また、予測器３０の記憶部（図示せず）には、圧縮機回転数に対する吐出圧力の伝達関数（図５のＧ1）、圧縮機回転数に対する過熱度の伝達関数（図５のＧ2）、膨張弁開度に対する吐出圧力の伝達関数（図５のＧ3）、膨張弁開度に対する過熱度の伝達関数（図５のＧ4）、室内機運転容量に対する吐出圧力の伝達関数（図５のＧ5）及び室内機運転容量に対する過熱度の伝達関数（図５のＧ6）、が予め記憶されている。
【００１１】
図２は、暖房時の冷凍回路９０の冷媒の流通経路図である。図２に示すように、冷凍回路９０は、１つの室外機１と３つの室内機２、３、４から構成されている。図２では室外機１に対して３つの室内機２、３、４が接続されているが、必要に応じて室内機数を変更しても差し支えない。
【００１２】
室外機１は、膨張弁５、蒸発器として作用する熱交換器１０及び圧縮機６で構成されている。室内機２は、凝縮器として作用する熱交換器１１と膨張弁７から構成されている。室内機３及び４も室内機２と同様にそれぞれ凝縮器として作用する熱交換器１２、１３と膨張弁８、９から構成されている。
【００１３】
各室内機２〜４の膨張弁７〜９は、それぞれ室外機１の膨張弁５と配管で接続されており、また、室外機１の圧縮機６は、各室内機２〜４の熱交換器１１〜１３と配管で接続されている。図２に示すように、室外機１と室内機２〜４は、閉じた回路（冷凍回路９０）を形成しており、冷媒は冷凍回路９０を矢印の向きに流れる。
【００１４】
図３は、冷房時の冷凍回路９０の冷媒の流通経路図である。図３の冷凍回路は、図２の冷凍回路と構成は同じであり、矢印で示す冷媒の流通する方向のみが逆になっている。このとき、室外機１の熱交換器１０は凝縮器として作用し、室内機２〜４の熱交換器１１〜１３は蒸発器として作用する。
【００１５】
図２の冷凍回路９０を例にとって以下説明する。冷凍回路９０内を流れる適切な冷媒の状態量は、外気温度・冷凍回路９０を構成する配管の長さ・室内設定温度、各室内機の定格容量及び稼動させる室内機数等の要素で決まる室内機運転容量で決定される。
【００１６】
圧縮機６の回転数を増減させると、冷凍回路９０内を流通する圧縮機６の出口における冷媒の吐出圧が変化する。逆に、稼動する室内機の運転容量が変化した際に圧縮機６の回転数を調整すると、冷凍回路９０内を流通する圧縮機６の出口における冷媒の吐出圧を一定に保つことができる。
【００１７】
また、膨張弁５の開度を変化させると、熱交換器１０（暖房時の蒸発器）又は熱交換器１１〜１３（冷房時の蒸発器）出口における過熱度が変化する。逆に稼動する室内機の運転容量が変化した際に、膨張弁５（又は膨張弁７、８、９）の開度を調整すると、過熱度を一定に保つことができる。
【００１８】
また、圧縮機回転数の変化は過熱度にも干渉し、膨張弁開度の変化は吐出圧にも干渉する。従って、吐出圧と過熱度を一定に保つためには、これらの干渉を除去する必要がある。
【００１９】
図５の破線枠９１は、過熱度、吐出圧力、圧縮機回転数、膨張弁開度及び室内機運転容量の相関関係を示したものである。Ｇ1は圧縮機回転数と吐出圧の関係を示す伝達関数であり、Ｇ2は圧縮機回転数と過熱度の関係を示す伝達関数である。Ｇ3は膨張弁開度と吐出圧の関係を示す伝達関数であり、Ｇ4は膨張弁開度と過熱度の関係を示す伝達関数である。また、Ｇ5は室内機運転容量と吐出圧の関係を示す伝達関数であり、Ｇ6は室内機運転容量と過熱度の関係を示す伝達関数である。
【００２０】
稼動する室内機運転容量が変動した際において、圧縮機６出口における冷媒吐出圧と蒸発器（暖房時には熱交換器１０、冷房時には熱交換器１１〜１３）出口における過熱度を室内機運転容量が変動する前の吐出圧と過熱度のままに保つことにより、稼動する室内機の能力を発揮する（冷房又は暖房効果を奏する）ことができる。そこで冷媒の吐出圧と過熱度を一定に保つように圧縮機６の回転数と膨張弁５の開度を制御する。その制御方法を以下に説明する。
【００２１】
稼動中の室内機に停止信号が入力されたり、停止中の室内機に稼動開始信号が入力されると稼動する室内機の台数が変わる。その停止信号及び稼動開始信号は、例えば人手でエアコンスイッチをＯＮ又はＯＦＦにすることにより、または室温を一定（例えば２０℃）に保つ自動制御機構により予測器３０（図１）へ伝達される。
【００２２】
例えば、図２の室内機２、３の２台が稼動していたところ、室内機４を稼動させる稼動開始信号が予測器３０に入力されると、予測器３０は稼動する室内機の台数が１台増加したことによる吐出圧の落ち込み方と過熱度の変動量を推定し、圧縮機回転数が推定した落ち込み量を相殺するだけの回転数となるようにかつ膨張弁開度が推定した変動量を相殺するだけの開度となるように伝達関数Ｇ1〜Ｇ6がモデルとして組込まれた予測器３０により圧縮機６の回転数と膨張弁５の開度を設定する。予測器３０による制御は吐出圧と過熱度の両方が設定値に収束するまで繰り返される。
【００２３】
膨張弁５は、室内機２〜４の全ての熱交換器１１〜１３を通過する冷媒流量に影響を及ぼすため、図３の冷房時においては、常時全開状態にしておき、各室内機２〜３に設けた膨張弁７〜９の開度を調整することにより冷媒流量を調整する。逆に図２の暖房時においては、膨張弁７〜９は全開にしておき、膨張弁５の開度を調整することにより冷媒流量を調整する。
【００２４】
図４は、ヒートポンプ制御装置１００の動作の流れ図である。図４において、室内機の稼動台数に変更があると予測器３０（図１）が作動する。図４において破線で囲った部分が予測器３０の動作である。
【００２５】
図示しない検出器により吐出圧と過熱度を検出し、検出した値を結合部２０へ送り、この検出した値と目標値との差をＰＩＤコントローラ１５へ入力する。ＰＩＤコントローラ１５は、これら入力された目標値との偏差により再度圧縮機回転数と膨張弁開度を設定する。この作業を繰り返すことにより吐出圧と過熱度を目標値に収束させるフィードバック制御を行う。
【００２６】
図４において、非干渉制御とは、圧縮機回転数と膨張弁開度は各々過熱度と吐出圧に影響を及ぼすが、これを圧縮機回転数の過熱度への干渉を除去し、かつ膨張弁開度の吐出圧への干渉を除去する制御をいう。
【００２７】
図５のデカップラ５０、５１が、圧縮機回転数が過熱度に及ぼす影響と膨張弁開度が吐出圧に及ぼす影響を除去する非干渉制御を行うための演算部である。デカップラ５０を用いることにより圧縮機回転数の過熱度への干渉つまりＧ2の干渉を除去し、デカップラ５１を用いることにより膨張弁開度の吐出圧への干渉つまりＧ3の干渉を除去することができる。
【００２８】
図４の流れ図における予測器３０が作動する（稼動する室内機運転容量が変わる）までは、デカップラ５０、５１による非干渉制御とＰＩＤコントローラ１５によるフィードバック制御が繰り返し行われる。稼動する室内機の運転容量が変動すると、予測器３０（図１）が目標過熱度及び目標吐出圧を実現する圧縮機回転数と膨張弁開度を予測する制御が付加される。
【００２９】
吐出圧と過熱度が目標範囲内に収束すると、吐出圧と過熱度は目標値に達したものと見なし、予測器３０を停止させ、ＰＩＤコントローラ１５によるフィードバック制御と、デカップラ５０、５１による非干渉制御を行う。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、予測器３０により室内機の運転容量が変動しても吐出圧と過熱度への影響を予め推定することができるので、従来よりも早く吐出圧と過熱度を一定に保つことができ、極めて短時間で冷凍回路９０内を流通する冷媒の状態量を調整することができる。
【００３１】
請求項２、３の発明では、デカップラ５０、５１を備えることにより、圧縮機回転数が過熱度に及ぼす影響と膨張弁開度が吐出圧に及ぼす影響を除去することができるので、冷凍回路９０内を流通する冷媒の状態量を調整するための時間を短縮することができ、吐出圧と過熱度を一定に保ち易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートポンプ制御装置の信号伝達経路図である。
【図２】暖房時の冷凍回路の冷媒の流通経路図である。
【図３】冷房時の冷凍回路の冷媒の流通経路図である。
【図４】ヒートポンプ制御装置の動作の流れ図である。
【図５】圧縮機回転数が過熱度に及ぼす影響と膨張弁開度が吐出圧に及ぼす影響を除去するためにデカップラを設けた信号系統図である。
【符号の説明】
１          室外機
２〜４      室内機
５、７〜９  膨張弁
６          圧縮機
１０        熱交換器（蒸発器（暖房時））
１１〜１３  熱交換器（蒸発器（冷房時））
３０        予測器
５０、５１  デカップラ
９０        冷凍回路
【図１】
0004231149.tif 000002
【図２】
0004231149.tif 000003
【図３】
0004231149.tif 000004
【図４】
0004231149.tif 000005
【図５】
0004231149.tif 000006