(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の室の室温を検知する室温センサと、
前記室の目標室温を設定する目標室温設定手段と、
冷媒を室外熱交換器、電動膨張弁、室内熱交換器に順次循環させる容量可変形の圧縮機と、
前記室温と前記目標室温との偏差を積分した値を用いて要求能力を前記室毎に演算する要求能力演算部と、
前記室内熱交換器に接続されている前記電動膨張弁の合計開度を出力する電動膨張弁合計開度出力部と、
前記要求能力および前記合計開度を用いて暫定電動膨張弁開度を前記室毎に演算する暫定電動膨張弁開度演算部と、
前記電動膨張弁の開度を変数として前記暫定電動膨張弁開度との距離関数を評価関数として導出する評価関数導出部と、
変数である前記開度の合計と前記合計開度とを等しくする等式制約を導出する等式制約導出部と、
前記開度の上限値及び下限値を演算する電動膨張弁開度上下限値演算部と、
前記開度が前記上限値及び前記下限値を満たす不等式制約を導出する不等式制約導出部と、
前記評価関数、前記等式制約及び前記不等式制約から最適化問題を解いて前記開度を計算する最適化問題計算部と
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和装置であって、
前記評価関数は、ユークリッド距離関数であることを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置であって、
前記室内熱交換器は、過熱度を検知する過熱度センサを備え、
前記電動膨張弁開度上下限値演算部は、冷房サイクルの場合には過熱度上限値と前記過熱度との偏差を用いた積分器で前記下限値を導出することを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項３に記載の空気調和装置であって、
前記室内熱交換器は、過冷却度を検知する過冷却度センサを備え、
前記電動膨張弁開度上下限値演算部は、暖房サイクルの場合には過冷却度下限値と前記過冷却度との偏差を用いた積分器で前記上限値を導出することを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置であって、
前記室内熱交換器は、過熱度を検知する過熱度センサと過冷却度を検知する過冷却度センサとを備え、
前記電動膨張弁開度上下限値演算部は、冷房サイクルの場合には過熱度上限値と前記過熱度との偏差を用いた積分器で前記下限値を導出し、暖房サイクルの場合には過冷却度下限値と前記過冷却度との偏差を用いた積分器で前記上限値を導出することを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の空気調和装置であって、
前記圧縮機の周波数は、前記要求能力の総和で決定されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の空気調和装置であって、
前記要求能力演算部は、前記合計開度と前記下限値と現ステップの前記要求能力とから次ステップの要求能力下限値を演算することを特徴とする空気調和装置。
【請求項８】
複数の室の室温を検知する室温検出ステップと、
前記室の目標室温を設定する目標室温設定ステップと、
容量可変形の圧縮機を用いて冷媒を室外熱交換器、電動膨張弁、室内熱交換器に順次循環させる循環ステップと、
前記室温と前記目標室温との偏差を積分した値を用いて要求能力を前記室毎に演算する要求能力演算ステップと、
前記室内熱交換器に接続されている前記電動膨張弁の合計開度を出力する電動膨張弁合計開度出力ステップと、
前記要求能力および前記合計開度を用いて暫定電動膨張弁開度を前記室毎に演算する暫定電動膨張弁開度演算ステップと、
前記電動膨張弁の開度を変数として前記暫定電動膨張弁開度との距離関数を評価関数として導出する評価関数導出ステップと、
変数である前記開度の合計と前記合計開度とを等しくする等式制約を導出する等式制約導出ステップと、
前記開度の上限値及び下限値を演算する電動膨張弁開度上下限値演算ステップと、
前記開度が前記上限値及び前記下限値を満たす不等式制約を導出する不等式制約導出ステップと、
前記評価関数、前記等式制約及び前記不等式制約から最適化問題を解いて前記開度を計算する最適化問題計算ステップと
を備えたことを特徴とする空気調和方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の室内熱交換器へ冷媒を供給する室外機を備えた空気調和装置及び空気調和方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の複数の室内熱交換器へ冷媒を供給する室外機を備えた空気調和装置において、冷凍サイクル内の冷媒状態を適正な状態に保ちつつ各室の室温を目標室温に制御するために、負荷、冷媒温度、運転状況に応じて電動膨張弁の開度を決定している。【０００３】
例えば、特許文献１では、吐出温度を各室内熱交換器に接続している各電動膨張弁の合計開度によって制御している。目標室温と室温との偏差に応じて決められる目標空調能力に対する現空調能力の比率を基に、各電動膨張弁の合計開度の変化量を各電動膨張弁に分配している。【０００４】
また、特許文献２では、圧縮機の吸入冷媒状態を適切に保つために、運転状況に応じて電動膨張弁開度の上下限値を可変化している。【０００５】
さらに、特許文献３では、室外機の過冷却度が目標過冷却度となるように各電動膨張弁の合計開度を決め、室内熱交換器の容量比で分配した各開度を、各室内熱交換器の過熱度と目標過熱度の差によって補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８９８３
【特許文献２】特開２００５−１４７５４１
【特許文献３】特開２００２−５４８３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような空気調和装置にあっては、接続する室内熱交換器の種類又は設置条件の違いによって、室温と目標室温との偏差が最小となることが保証されない。例えば、特許文献１では、吸込み温度と吹出し温度との差又は過熱度が、各室内熱交換器においてすべて等しいときには、室温が目標室温に一致する場合を除き、室温偏差は収束しない。また、特許文献２のように、冷媒状態を適正に保つために電動膨張弁開度の駆動範囲を制限する要素を加えた場合、室温や吐出温度の制御性能が低下し、各制御を並立できないという課題があった。さらに、特許文献３のように、過熱度を制御する場合は、圧縮機吸入過熱度が制御できずに、省エネ性の劣化や運転範囲の限定が懸念される。【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電動膨張弁開度の駆動範囲に制限が加えられた場合や、設置条件等にばらつきがある場合においても、高効率運転を実現しつつ、室温偏差を最小値に収束させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の空気調和装置は、複数の室の室温を検知する室温センサと、室の目標室温を設定する目標室温設定手段と、冷媒を室外熱交換器、電動膨張弁、室内熱交換器に順次循環させる容量可変形の圧縮機と、室温と目標室温との偏差を積分した値を用いて要求能力を室毎に演算する要求能力演算部と、室内熱交換器に接続されている電動膨張弁の合計開度を出力する電動膨張弁合計開度出力部と、要求能力および合計開度を用いて暫定電動膨張弁開度を室毎に演算する暫定電動膨張弁開度演算部と、電動膨張弁の開度を変数として暫定電動膨張弁開度との距離関数を評価関数として導出する評価関数導出部と、変数である開度の合計と合計開度とを等しくする等式制約を導出する等式制約導出部と、開度の上限値及び下限値を演算する電動膨張弁開度上下限値演算部と、開度が上限値及び下限値を満たす不等式制約を導出する不等式制約導出部と、評価関数、等式制約及び不等式制約から最適化問題を解いて開度を計算する最適化問題計算部とを備えた空気調和装置である。【００１０】
また、本発明の空気調和方法は、複数の室の室温を検知する室温検出ステップと、室の目標室温を設定する目標室温設定ステップと、容量可変形の圧縮機を用いて冷媒を室外熱交換器、電動膨張弁、室内熱交換器に順次循環させる循環ステップと、室温と目標室温との偏差を積分した値を用いて要求能力を室毎に演算する要求能力演算ステップと、室内熱交換器に接続されている電動膨張弁の合計開度を出力する電動膨張弁合計開度出力ステップと、要求能力および合計開度を用いて暫定電動膨張弁開度を室毎に演算する暫定電動膨張弁開度演算ステップと、電動膨張弁の開度を変数として暫定電動膨張弁開度との距離関数を評価関数として導出する評価関数導出ステップと、変数である開度の合計と合計開度とを等しくする等式制約を導出する等式制約導出ステップと、開度の上限値及び下限値を演算する電動膨張弁開度上下限値演算ステップと、開度が上限値及び下限値を満たす不等式制約を導出する不等式制約導出ステップと、評価関数、等式制約及び不等式制約から最適化問題を解いて開度を計算する最適化問題計算ステップとを備えた空気調和方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、許容される電動膨張弁開度の駆動範囲内で、高効率運転を実現しつつ、室温偏差を最小値に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施の形態１による空気調和装置の概略図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１による制御装置の構成を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１による制御フローを示す図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１による周波数出力部が出力する周波数を演算する手段を表すブロック線図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１による電動膨張弁開度を演算する冷房運転時のブロック線図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態１による電動膨張弁開度を演算する暖房運転時のブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による空気調和装置１の概略図である。空気調和装置１は、容量可変形の圧縮機１０１、四方弁１０２、室外熱交換器１０３、電動膨張弁１０４ａ、１０４ｂ、室内熱交換器１０５ａ、１０５ｂを順次、配管で接続することで構成されている。この図では、実施の形態１では室内熱交換器１０５ａ、１０５ｂと２台としているが、３台以上を接続していてもよい。なお、添え字ａ，ｂは、これ以降の他の符号でも用いているが、ａの符号、ｂの符号でそれぞれ一つの室を対象としている。この実施の形態では、二室ある場合について説明する。
【００１４】
冷房サイクルでは、圧縮機１０１から吐出された冷媒は、四方弁１０２の実線を通過し、室外熱交換器１０３で放熱する。室外熱交換器を通過した冷媒は、電動膨張弁１０４ａ、１０４ｂによって減圧され、低温の二相状態となり、室内熱交換器１０５ａ、１０５ｂで吸熱する。室内熱交換器１０５ａ、１０５ｂで吸熱した冷媒は、圧縮機１０１に吸入される。
【００１５】
暖房サイクルでは圧縮機１０１から吐出された冷媒は、四方弁１０２の破線を通過し、室内熱交換器１０５ａ、１０５ｂで放熱する。室内熱交換器１０５ａ、１０５ｂで放熱した冷媒は、電動膨張弁１０４ａ、１０４ｂによって減圧され、低温の二相状態となり、室外熱交換器１０３で吸熱する。室外熱交換器を通過した冷媒は、圧縮機１０１に吸入される。
【００１６】
構成として圧縮機１０１の吸入側にアキュムレータが接続されていてもよい。また、室外熱交換器１０３と電動膨張弁１０４との間にレシーバを接続がされ、レシーバと室外熱交換器１０３との間に電動膨張弁が接続されていてもよい。
【００１７】
空気調和装置１は制御装置１０を備えている。制御装置１０は、室温センサ１０６ａ、１０６ｂ、吐出温度センサ１０８、過熱度センサ１０９ａ、１０９ｂ、過冷却度センサ１１０ａ、１１０ｂなどの各種センサのセンサ値を取得する。また、ユーザが所望の室温を設定できるリモコンなどの目標室温設定手段１０７ａ、１０７ｂから室内熱交換器１０５ａ，１０５ｂに対する目標室温を取得する。室温の設定はユーザではなく、上位系の制御システムが設定する値等でもよい。
【００１８】
制御装置１０は、先の述べた各種センサのセンサ値、及び目標室温設定手段１０７ａ、１０７ｂで設定される目標室温から圧縮機１０１の周波数及び電動膨張弁１０４ａ、１０４ｂの操作量を決定する。
【００１９】
図２は本発明の実施の形態１による制御装置の構成を示す図である。制御装置１０は、メモリ等の記憶装置１１とプロセッサ等の演算装置１２とを備える。記憶装置１１は、各室（本実施の形態では、室ａ，室ｂ）の目標室温設定手段１０７によって設定される目標室温（設定室温）を記憶する。また、記憶装置１１は、冷媒の吐出温度を計測する吐出温度センサ１０８、各室の室温を計測する室温センサ１０６、各室の室内熱交換器過熱度を計測する過熱度センサ１０９、各室の室内熱交換器過冷却度を計測する過冷却度センサ１１０の各センサ値を記憶する。さらに、記憶装置１１は、制御ゲイン、過熱度の上限値、過冷却度の下限値を記憶している。
【００２０】
演算装置１２は、記憶装置１１に記憶された数値を用いて演算を行い、電動膨張弁開度、圧縮機周波数、目標吐出温度を出力する。演算装置１２が出力した電動膨張弁開度、圧縮機周波数、目標吐出温度は、記憶装置１１に記憶され、空気調和装置１の電動膨張弁１０４及び圧縮機１０１を駆動する。
【００２１】
また、演算装置１２は、例えば、電動膨張弁合計開度出力部２、電動膨張弁開度上下限値演算部３、要求能力演算部４、暫定電動膨張弁開度演算部５、評価関数導出部２０１、等式制約導出部２０２、不等式制約導出部２０３、最適化問題計算部２０４を備えている。これらの名称及び各部の区切りは、より大きな単位で捉えることもできるものであり、説明上の便宜に過ぎない。
【００２２】
図３は本発明の実施の形態１による制御フローを示す図である。例えば、要求能力演算部４は、目標室温設定手段１０７ａと室温センサ１０６ａとが入力され、室内熱交換器１０５ａの要求能力を出力される。その他の室についても、同様に、要求能力演算部４は、
目標室温設定手段１０７ｂと室温センサ１０６ｂとが入力され、室内熱交換器１０５ｂの要求能力が出力される。また、暫定電動膨張弁開度演算部５は、電動膨張弁合計開度出力部２から出力される電動膨張弁合計開度と、各室内熱交換器１０５の各要求能力とが入力され、各暫定電動膨張弁開度が出力される。さらに、電動膨張弁開度上下限値演算部３は、各室の電動膨張弁開度の上下限値を出力する。
【００２３】
電動膨張弁開度演算部６は、評価関数導出部２０１、等式制約導出部２０２、不等式制約導出部２０３から構成されている。評価関数導出部２０１は、暫定電動膨張弁開度演算部５が出力する各暫定電動膨張弁開度から評価関数を導出して出力する。また、等式制約導出部２０２は、電動膨張弁合計開度出力部２が出力する電動膨張弁合計開度からが等式制約を導出して出力する。さらに、不等式制約導出部２０３は、電動膨張弁開度上下限値演算部３が出力する各電動膨張弁開度上下限値から不等式制約を導出して出力する。
【００２４】
最適化問題計算部２０４は、評価関数、等式制約、不等式制約からなる最適化問題の解として、各電動膨張弁開度を計算し、電動膨張弁開度演算部６の出力として出力する。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態１による周波数出力部が出力する周波数を演算する手段を表すブロック線図である。まず、各室温偏差を入力とし、暫定部分周波数を式１によって出力する。なお、各室温偏差とは、各室の室温と目標室温（設定室温）の差である。
【００２６】
【数１】
0006910554.tif 000002
【００２７】
ここで、ｋは離散的な時刻、ｉは部屋番号であり２部屋を例にしており、Ｆp_tmpは暫定部分周波数、ＫpFは比例ゲイン、ＫiFは積分ゲイン、Ｔrtgtは目標室温、Ｔrは室温、Ｔsは制御周期である。
【００２８】
このように積分器を含む制御器によって暫定部分周波数を計算することにより、室内の熱負荷の変化、設置条件の差、ハードのばらつきなどに起因する外乱を抑制しながら、各室内熱交換器１０５が要求する周波数を求めることができ、各アクチュエータが上下限値内で動作している場合には、室温が目標室温に収束することを保証できる。また、このように各室内熱交換器１０５において部分周波数をもつことで、室内機の台数変化時の周波数変化量を自動的に与えることが可能となる。
【００２９】
次に、暫定部分周波数は１次Ｆリミッタを通り、部分周波数を式２によって出力する。
【００３０】
【数２】
0006910554.tif 000003
【００３１】
ここで、Ｆpmax_cは事前に定められた定数である。上下限を設けることで、要求周波数が負の値となったり、過大な値となったりすることを回避することができる。Ｆpminは、周波数と電動膨張弁開度下限値と電動膨張弁合計開度とから式３のように計算される。
【００３２】
【数３】
0006910554.tif 000004
【００３３】
ここで、Ｆは周波数、Ｃpminは電動膨張弁開度下限値、Ｃは電動膨張弁合計開度であり、その計算方法については後述する。このように１次Ｆリミッタの下限値を計算することで、ある電動膨張弁開度が電動膨張弁開度下限値で動作している場合には、当該電動膨張弁に対応する暫定部分周波数は１ステップ前の暫定部分周波数以上の値をとる。それにより、冷房時には不冷を回避し、暖房時には不暖を回避することができる。
【００３４】
次に暫定周波数は、式４によって部分周波数の総和で計算される。
【００３５】
【数４】
0006910554.tif 000005
【００３６】
ここで、Ｆ_tmpは暫定周波数である。最後に暫定周波数を入力とし、式５によって周波数を出力する。
【００３７】
【数５】
0006910554.tif 000006
【００３８】
ここで、Ｆは周波数、Ｆmax_cは事前に定められた周波数最大値、Ｆmin_cは事前に定められた周波数最小値である。
【００３９】
図４の例では、Ｆp_tmpを演算するためにＰＩ制御器を用いたが、ＰＩ制御に限定されるものではなく、Ｉ制御、ＰＩＤ制御、ＬＱＩ制御、積分器つきモデル予測制御、２自由度制御等の制御方式でもよいし、それらの基本構成に加え、上下限リミット、積分器のアンチリセットワインドアップ処理が含まれている制御方式でもよい。
【００４０】
図５は本発明の実施の形態１による電動膨張弁開度を演算するブロック線図であり、冷房運転時の制御装置１０である。まず、電動膨張弁合計開度出力部２は吐出温度偏差を入力とし、電動膨張弁合計開度を式６によって出力する。
【００４１】
【数６】
0006910554.tif 000007
【００４２】
ここで、ｋは離散的な時刻、Ｃは電動膨張弁合計開度、ＫpCは比例ゲイン、ＫiCは積分ゲイン、Ｔdtgtは目標吐出温度、Ｔdは室温、Ｔsは制御周期である。
【００４３】
このように積分器を含む制御器によって吐出温度制御をすることで、吐出温度を目標吐出温度に収束することが保証できる。こうして吐出温度を精度よく制御することで、省エネ性の向上、圧縮機の故障率を低下させることができる。
【００４４】
図５の電動膨張弁合計開度出力部２ではＰＩ制御器を用いたが、ＰＩ制御に限定されるものではなく、Ｉ制御、ＰＩＤ制御、ＬＱＩ制御、積分器つきモデル予測制御、２自由度制御等の制御方式でもよいし、それらの基本構成に加え、上下限リミット、積分器のアンチリセットワインドアップ処理が含まれている制御方式でもよい。また、吐出温度制御の代わりに、圧縮機の吸入過熱度、圧縮機吐出過熱度、代表となる室内熱交換器１０５の出口過熱度、過冷却度等を制御してもよい。
【００４５】
電動膨張弁開度上下限値演算部３は、まず、事前に定められた室内熱交換器１０５の過熱度最大値と室内熱交換器１０５の現在時刻の過熱度との差を入力とし、暫定電動膨張弁下限開度を式７によって出力する。
【００４６】
【数７】
0006910554.tif 000008
【００４７】
ここで、ｋは離散的な時刻、ｉは部屋番号であり２室を例にしており、Ｃpmin_tmpは暫定電動膨張弁下限開度、Ｋpcpmiｎは比例ゲイン、Ｋicpminは積分ゲイン、Ｔshmaxcは室内熱交換器１０５の過熱度最大値、Ｔshは室内熱交換器１０５の過熱度、Ｔsは制御周期である。
【００４８】
このように過熱度と過熱度最大値とから電動膨張弁開度下限値を計算することで、過熱度が過大となることを防ぎ、露飛び現象、及び熱交換効率の低下を回避することができる。また、条件によっては過熱度を最大値で運転することが求められる。その観点では、積分器を含む構成とすることで過熱度を最大値に収束させる運転が可能であるため、保守的でない制御が実現できる。過熱度Ｔshは、各室内熱交換器１０５の出入口付近に設置された温度センサの差として求めてもよいし、圧力センサから変換した蒸発温度と室内熱交換器１０５の出口付近に設置された温度センサとの差として求めてもよい。
【００４９】
また、図５の電動膨張弁開度上下限値演算部３ではＰＩ制御器を用いたが、ＰＩ制御に限定されるものではなく、Ｉ制御、ＰＩＤ制御、ＬＱＩ制御、積分器つきモデル予測制御、２自由度制御等の制御方式でもよいし、それらの基本構成に加え、上下限リミット、積分器のアンチリセットワインドアップ処理が含まれている制御方式でもよい。また、過熱度の最大値を設定する必要がない場合には、ＰＩ制御のような制御器を用いる必要はなく、Ｃpmin（ｋ，ｉ）＝Ｃpmin_cとすればよい。
【００５０】
室内熱交換器１０５は、過熱度を検知する過熱度センサ１０９を備え、電動膨張弁開度上下限値演算部３は、冷房サイクルの場合には過熱度上限値と過熱度との偏差を用いた積分器で下限値を導出することになる。
【００５１】
次に、暫定電動膨張弁下限開度を入力とし、電動膨張弁下限開度を式８によって出力する。
【００５２】
【数８】
0006910554.tif 000009
【００５３】
ここで、Ｃpmin_c、Ｃpmax_cは事前に定められた定数である。以上より、電動膨張弁開度上下限値演算部３は電動膨張弁開度下限値としてＣpmin_cを出力し、電動膨張弁開度上限値としてＣpmax_cを出力する。
【００５４】
要求能力演算部４は室温偏差から要求能力を演算する要素である。より具体的には、要求能力演算部４は室温と目標室温との偏差を積分した値を用いて要求能力を室毎に演算する。前述の部分周波数も室温偏差から演算される量であり、対応する室内熱交換器１０５の要求能力であるとみなすことができるため、要求能力演算部４の出力として部分周波数Ｆpをそのまま用いることができる。部分周波数を演算する手段には積分器が含まれているため、要求能力は実運転時の負荷に応じた値が出力される。よって、外乱の影響を抑制し、各アクチュエータが上下限内で動作している場合には、各室温をそれぞれの目標室温に収束させる保証を得る。
【００５５】
また、圧縮機１０１の周波数は、要求能力の総和とする。これによって、圧縮機１０１の周波数と電動膨張弁開度とが連動することにより、各室温制御の速応性が向上する。
【００５６】
さらに、要求能力演算部４は、電動膨張弁合計開度と各電動膨張弁開度下限値と現ステップの要求能力とから次ステップの要求能力の下限値を演算する。
【００５７】
暫定電動膨張弁開度演算部５は、要求能力と電動膨張弁合計開度とを入力とし、式９によって暫定電動膨張弁開度を出力する。許容運転範囲内ですべての室温を目標室温に収束させることができない場合にも、最も負荷の大きい部屋の室温を目標室温に追従させることができ、冷房時には不冷、暖房時には不暖となることを回避できる。
【００５８】
【数９】
0006910554.tif 000010
【００５９】
ここで、Ｃp_tmpは暫定膨張弁開度である。これは電動膨張弁合計開度を要求周波数比にしたがって分配することを意味する。従来、電動膨張弁合計開度を各室内熱交換器１０５の容量比にしたがって分配する手法があるが、実運転時の外乱等の影響を抑制できないため、室温が目標室温に収束することが保証されない。また、電動膨張弁合計開度の１ステップごとの増減分を能力ごとに分配する手法があるが、電動膨張弁合計開度が安定し、増減量が小さい領域では応答性に課題がある。本発明においては電動膨張弁合計開度全体を実運転に応じて変化する要求能力にしたがって分配する。このため、すばやく目標室温に収束させることができる。
【００６０】
電動膨張弁開度演算部６は、最適化問題を定式化し、解を求める要素である。最適化問題の決定変数は電動膨張弁開度である。まず、評価関数導出部２０１は、暫定電動膨張弁開度から評価関数を式１０によって出力する。
【００６１】
【数１０】
0006910554.tif 000011
【００６２】
ここで、Ｊは評価関数である。今回は最小化する指標として、電動膨張弁開度と暫定電動膨張弁開度とのユークリッド距離の二乗であるユークリッド距離関数を用いたが、Ｌpノルムの定める距離又はＬpノルムの定める距離のｎ乗（ｎは正の数）を用いてもよく、正則化項つきの評価関数を用いてもよい。評価関数導出部２０１は、電動膨張弁の開度を変数として暫定電動膨張弁開度との距離関数を評価関数として導出することになる。
【００６３】
次に、等式制約導出部２０２が電動膨張弁合計開度から等式制約を式１１によって出力する。ここでは、等式制約を用いたが、ある程度の誤差を許容する制約としてもよく、等式制約は、等式だけではなく、所定の誤差を許容する疑似等式制約を含むものである。
【００６４】
【数１１】
0006910554.tif 000012
【００６５】
最後に不等式制約導出部２０３が電動膨張弁開度上下限値から、式１２によって不等式制約を出力する。
【００６６】
【数１２】
0006910554.tif 000013
【００６７】
以上から最適化問題は式１３のように定式化される。
【００６８】
【数１３】
0006910554.tif 000014
【００６９】
この最適化問題は二次計画問題となっており、最適化問題計算部２０４は効率よく解を求めることができる。このように、最適化問題を定式化することで、吐出温度を目標値に収束させ、かつ、過熱度の過大に起因する露飛び現象及び効率の低下を回避し、かつ、可能な限り室温を目標室温に近づけることが可能となる。また、解が上下限制約内であるとき、すなわち、上下限制約がインアクティブ（ｉｎａｃｔｉｖｅ）であるときは、過熱度を許容範囲に保ちつつ、吐出温度と室温とがそれぞれの目標値に収束することが保証される。解において、ある要素が下限値であるときは、対応する室内熱交換器１０５の過熱度が最大値に収束し、吐出温度は目標吐出温度に収束し、下限値に対応する室内熱交換器１０５以外の室温は目標室温に収束し、下限値に対応する室内熱交換器１０５の室温は目標室温を下回るが、可能な限り目標室温に近づける運転となる。
【００７０】
図６は、本発明の実施の形態１による電動膨張弁開度を演算するブロック線図であり、暖房運転時の制御装置１０である。図５では冷房運転時の制御装置１０を説明したが、図６では暖房運転時の制御装置１０について説明する。もっとも、制御装置１０は、冷房運転時又は暖房運転時に、図５及び図６に示すブロック線図を切り替えて、空気調和装置１を制御すればよい。
【００７１】
電動膨張弁開度上下限値演算部３以外の要素は、図５と等価である。よって、異なる点を中心に以下、説明する。電動膨張弁開度上下限値演算部３は、過冷却度最小値と過冷却度の差を入力とし、式１４によって電動膨張弁開度の上限値を出力する。
【００７２】
【数１４】
0006910554.tif 000015
【００７３】
ここで、ｋは離散的な時刻、ｉは部屋番号であり２室を例にしており、Ｃpmax_tmpは暫定電動膨張弁上限開度、Ｋpcpmaxは比例ゲイン、Ｋicpmaxは積分ゲイン、Ｔscmin_cは室内熱交換器１０５の過冷却度最小値、Ｔscは室内熱交換器１０５の過冷却度、Ｔsは制御周期である。
【００７４】
このように電動膨張弁開度上限値を求めることで、過冷却度を下限値以上に制御することができ、二相冷媒が電動膨張弁を通過することにより発生する冷媒音を回避することができる。Ｔscは各室内熱交換器１０５の出入口付近に設置された温度センサの差として求めてもよいし、圧力センサから変換した凝縮温度と室内熱交換器１０５の出口付近に設置された温度センサとの差として求めてもよい。
【００７５】
また、図６の電動膨張弁開度上下限値演算部３ではＰＩ制御器を用いたが、ＰＩ制御に限定されるものではなく、Ｉ制御、ＰＩＤ制御、ＬＱＩ制御、積分器つきモデル予測制御、２自由度制御等の制御方式でもよいし、それらの基本構成に加え、上下限リミット、積分器のアンチリセットワインドアップ処理が含まれている制御方式でもよい。また、過冷却度の最小値を設定する必要がない場合には、ＰＩ制御のような制御器を用いる必要はなく、Ｃpmax（ｋ，ｉ）＝Ｃpmax_cとすればよい。
【００７６】
室内熱交換器１０５は、過冷却度を検知する過冷却度センサ１１０を備え、電動膨張弁開度上下限値演算部３は、暖房サイクルの場合には過冷却度下限値と過冷却度との偏差を用いた積分器で上限値を導出することになる。
【００７７】
次に、暫定電動膨張弁上限開度を入力とし、電動膨張弁上限開度を式１５によって出力する。
【００７８】
【数１５】
0006910554.tif 000016
【００７９】
ここで、Ｃpmax_c、Ｃpmin_cは事前に定められた定数である。以上より、電動膨張弁開度上下限値演算部３は電動膨張弁開度上限値としてＣpmax_cを出力し、電動膨張弁開度下限値としてＣpmin_cを出力する。この電動膨張弁開度上下限値を用いて最適化問題を式１６のように定式化する。
【００８０】
【数１６】
0006910554.tif 000017
【００８１】
この最適化問題の解を電動膨張弁開度とすることで、吐出温度を目標値に収束させ、かつ、過冷却度の過小に起因する冷媒音や効率の低下を回避し、かつ、可能な限り室温を目標室温に近づけることが可能となる。なお、解が上下限制約内であるとき、すなわち、上下限制約がインアクティブ（ｉｎａｃｔｉｖｅ）であるときは、過冷却度を許容範囲に保ちつつ、吐出温度と室温とがそれぞれの目標値に収束することが保証される。解において、ある要素が下限値であるときは、対応する電動膨張弁開度が事前に設定された最小開度に収束し、吐出温度は目標吐出温度に収束し、下限値に対応する室内熱交換器１０５以外の室温は目標室温に収束し、下限値に対応する室内熱交換器１０５の室温は目標室温を上回るが、可能な限り目標室温に近づける運転となる。
【００８２】
以上のように、複数の室の室温を検知する室温センサと、室の目標室温を設定する目標室温設定手段と、冷媒を室外熱交換器、電動膨張弁、室内熱交換器に順次循環させる容量可変形の圧縮機と、室温と目標室温との偏差を積分した値を用いて要求能力を室毎に演算する要求能力演算部と、室内熱交換器に接続されている電動膨張弁の合計開度を出力する電動膨張弁合計開度出力部と、要求能力および合計開度を用いて暫定電動膨張弁開度を室毎に演算する暫定電動膨張弁開度演算部と、電動膨張弁の開度を変数として暫定電動膨張弁開度との距離関数を評価関数として導出する評価関数導出部と、変数である開度の合計と合計開度とを等しくする等式制約を導出する等式制約導出部と、開度の上限値及び下限値を演算する電動膨張弁開度上下限値演算部と、開度が上限値及び下限値を満たす不等式制約を導出する不等式制約導出部と、評価関数、等式制約及び不等式制約から最適化問題を解いて開度を計算する最適化問題計算部とを備えた空気調和装置である。
【００８３】
また、複数の室の室温を検知する室温検出ステップと、室の目標室温を設定する目標室温設定ステップと、容量可変形の圧縮機を用いて冷媒を室外熱交換器、電動膨張弁、室内熱交換器に順次循環させる循環ステップと、室温と目標室温との偏差を積分した値を用いて要求能力を室毎に演算する要求能力演算ステップと、室内熱交換器に接続されている電動膨張弁の合計開度を出力する電動膨張弁合計開度出力ステップと、要求能力および合計開度を用いて暫定電動膨張弁開度を室毎に演算する暫定電動膨張弁開度演算ステップと、電動膨張弁の開度を変数として暫定電動膨張弁開度との距離関数を評価関数として導出する評価関数導出ステップと、変数である開度の合計と合計開度とを等しくする等式制約を導出する等式制約導出ステップと、開度の上限値及び下限値を演算する電動膨張弁開度上下限値演算ステップと、開度が上限値及び下限値を満たす不等式制約を導出する不等式制約導出ステップと、評価関数、等式制約及び不等式制約から最適化問題を解いて開度を計算する最適化問題計算ステップとを備えた空気調和方法である。
【００８４】
よって、許容される電動膨張弁開度の駆動範囲内で、高効率運転を実現しつつ、室温偏差を最小値に収束させることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  空気調和装置、２  電動膨張弁合計開度出力部、３  電動膨張弁開度上下限値演算部、４  要求能力演算部、５  暫定電動膨張弁開度演算部、６  電動膨張弁開度演算部、１０  制御装置、１１  記憶装置、１２  演算装置、１０１  圧縮機、１０２  四方弁、１０３  室外熱交換器、１０４，１０４ａ、１０４ｂ  電動膨張弁、１０５、１０５ａ、１０５ｂ  室内熱交換器、１０６、１０６ａ、１０６ｂ  室温センサ、１０７、１０７ａ、１０７ｂ  目標室温設定手段、１０８  吐出温度センサ、１０９、１０９ａ、１０９ｂ  過熱度センサ、１１０、１１０ａ、１１０ｂ  過冷却度センサ、２０１  評価関数導出部、２０２  等式制約導出部、２０３  不等式制約導出部、２０４  最適化問題計算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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