JPH04165267A - ヒートポンプの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明：よ　冷暖艮　給湯などに用いる蒸気圧縮式のヒ
ートポンプの制御装置に関するものであり、特に負荷側
が複数個ある装置に有効な方法を提供するものであも 従来の技術 第３図（よ　蒸気圧縮式のヒートポンプの構成例を示し
たものであり、装置はインバータ９により回転数制御さ
れる圧縮機１０、室室内熱交換器１により構成される室
外ユニットと、複数の室内ユニット４、１４、２４で構
成されていも　室内ユニットは１つであってもかまわな
（〜　いま、暖房を行う場合を例にとる圧縮機１０で高
圧に圧縮された冷媒は配管を通じて各室内熱交換器５、
１５．２５へ送られも　各室熱交換器５、１５．２５に
送られて液化した冷媒は各室膨張弁２、１２、２２を経
て気体液体の混在状態となり、配管を通じて室室内熱交
換器１へ送られも　室室内熱交換器１で冷媒（え　蒸発
し気体となり再び圧縮機１０に送られ圧縮されも　周知
の冷凍サイクルにおいて冷媒を分配するものであム 通常は室温センサ３、１３、２３により検出される室温
が目標値になるように圧縮器１０回転数および膨張弁２
、１２、２２の開度が制御される制御ループが構成され
　例えばＰＩＤ　（比゛例積分微分）制御などの制御器
が用いられて室温制御モードを実現していも しかしながら周知のようＪＱ　　冷媒がすべて室内の熱
交換器で凝縮する必要があり、気体の混じったままで膨
張弁２、１２、２２へ流入すると、冷媒の流量制御が不
確実になム　流体はある体積を有しており、液体と気体
との比が同じであって耘膨張弁へ流入するところで液体
が多い場合もあり、逆の場合もあり、流量制御が弁開度
に対応しな（℃このた八　なんらかの検出手段を用いて
室内熱交換器内で冷媒がすべて蒸気に変わるように制御
しておく必要があａ　すなわち室内熱交換器５、１５、
２５の出口での温度が飽和蒸気温度より少し低くなるよ
うに制御を行う。この温度差を過冷却度という。過冷却
度が負になると気体の冷媒が膨張弁２、１２、２２に入
るた敢　流量制御が不確実になっていま（（適正な冷媒
の分流が困難になり、望み通りの室温に制御することが
困難になムこのた八　従来では　各室過冷却度を圧縮機
ｌＯの吐出圧力（圧力センサ８にて検出）および温度セ
ンサ６、１６．２６をもちいて検出していもそして、過
冷却度が下がってくると、圧縮機１０の回転数を下げて
、暖房能力を下げて、仮想的に室内側の負荷が過大であ
るようにして、過冷却度を調節していも　このようにし
て適正な冷媒分流制御を行うために過冷却度制御モード
を併用していも 逆１　過冷却度が大きすぎると　暖房効率が低下するこ
とはよく知られていることであり、結果として過冷却度
は適正な値であることが必要であ也 発明が解決しようとする課題 しかしなが叙　圧縮機ｌＯの回転数を下げて暖房能力を
下げてしまうと、室温に対する十分な制御が行えなくな
４　また　過冷却度制御モードから室温制御モードへ切
り替わると叡　もしくは室温制御モードから過冷却度制
御モードへ切り替わるときには　制御系として考えると
、その時の状態変数の値によりうまく切り替わるときと
、そうでない場合があ４　また　過冷却度の不足が全て
の室内機で起こっているとも限らないので、　システム
としての効率からも好ましい状態ではな賎また　各室の
膨張弁は冷媒流量の分配制御を行っているのて　同時に
過冷却度も制御する方法は知られていなｌｉ〜 課題を解決するための手段 本発明でｊＬ　　課題を解決するためく　室温制御モー
ドと過冷却度モードとをあいまい論理により切り換え　
また　圧縮機の吐出圧力を検出し　検出した圧力から飽
和蒸気温度を算出し　各室内機の室内熱交換器の出口に
温度検出手段を設６す、　２つの温度より、各室内熱交
換器出口の過冷却度を検出し　過冷却度が不足する場合
および過冷却度が過度である場合には、　各室内機毎に
過冷却度を行わせることを特徴とすも 作用 室温制御モードと過冷却度制御モードとをあいまい論理
により切り換えることにより、過冷却度が少し不足気味
の時には室温制御と過冷却度制御の両方が作動すること
になり、制御モードの切り換えが速やかに行われ　切り
替わり時の初期状態の影響を受けなくなも　また　圧縮
機吐出圧力から飽和蒸気温度を求へ　室内熱交換器出口
の温度との差を求めれば　各室内機毎の過冷却度を知る
ことができも　そして、過冷却度の不足する室内機があ
れば　その室内機の膨張弁の開度を絞ることにより、各
室内毎に冷媒循環量を調整でき、過冷却度を確保できる
ようになも　このとき、他の室内機で沫　過冷却度が不
足していないの見　室温が目標値となる制御を行うこと
ができるＱ　同様に過冷却度が過大である場合には該当
する膨張弁の開度を上げる方向に操作すム　このように
して、各室内機が常に最適な過冷却度で運転することが
可能になム 実施例 以下本発明の実施例を図面に基づき説明すも第１図は２
種類の制御目標をファジィ論理的に切り替える方法を示
すものであり、第２図は制御用のコンピュータ（図示せ
ず）のフローチャートを示すものであり、第３図は実施
例の冷凍サイクル構成を示すものであ４ 第３図において、圧縮機１０により圧縮された冷媒は配
管分岐して各室内ユニット４、１４、２４に送られ４　
室内ユニットは１台であってもかまわな１１〜　各室内
ユニット４、１４、２４において室内熱交換器５、１５
、２５により外気に熱を与えて液化すも　液化した冷媒
は膨張弁２、１２．２２に送られて気体液体混合状態と
なり、配管を通して、室室内熱交換器１に送られも　室
室内熱交換器１で熱を奪って気化した冷媒は圧縮機１０
に送られも　ここで、制御器（図示せず）は各室の室温
を室温センサ３、１３、２３により検出し　各室の熱負
荷に応じて冷媒を分配すム　分配制御は膨張弁２、１２
、２２の開度を調節することにより実現すも　また全体
の負荷に対応する制御ζ友圧縮機ＩＯの回転数をインバ
ータ９により制御することにより実現す４　基本的には
、　以上の構成で各室の室温制御が実現すも　また　各
室内機４．１４、２４の熱交換器出口の温度を温度セン
サ６．１６、２６で測定し　かつ圧縮機の吐出圧力を圧
力センサ８で測定して、各室内機４、１４、２４毎の過
冷却度を算出すも　（吐出圧力から膨張弁までの圧力は
ほぼ一定であり、これにより飽和蒸気温度を算出するこ
とができも　）第１図は第３図における制御用コンピュ
ータ（図示せず）の制御論理をあいまい論理（ＦＵＺＺ
Ｙ論理）を用いて行なう場合の方法を示すものであム　
すなわ板　最適である過冷却度を’ｆ　ｄｅｓｌから’
ｌ’　ｄｅｓ２．、過冷却度増加制御を行なう必要があ
る過冷却度をＴｒｅｆｌ、とするとき、各室内機（ｉ）
の過冷却度ＳＣ（ｉ）がＴｄｅｓｌより大きくて’ｌ’
ｄｅＳ２より小さいときには室温制御１００％となり、
過冷却度ＳＣ（ｉ）がＴｒｅｆｌのときには過冷却度増
加制御と室温制御が５１５０となり、過冷却度ＳＣ（ｉ
）がＴｒｅｆｌより小さくなって行くにしたがって、過
冷却度制御の比重が大きくなるようにするものであも　
そして、過冷却度ＳＣ（ｉ）が’ｌ’　ｆｆ１ｉｎｉよ
り小さくなると完全に過冷却度増加制御のみとなム　ま
た　過冷却度減少制御を行なう必要がある過冷却度をＴ
ｒｅｆ２．、とし　各室内機（ｉ）の過冷却度ＳＣ（ｉ
）が’ｆ　ｒｅｆ２のときには過冷却度減少制御と室温
制御が５０：５０となり、過冷却度ＳＣ（ｉ）がＴｒｅ
ｆ２より大きくなって行くにしたがって、過冷却度制御
の比重が大きくなるようにするものであ４　そして、過
冷却度５Ｃ（ｉ）がＴｌ１ｌａｘより小さくなると完全
に過冷却度減少制御のみとなム 第２図は第１図で示したあいまい論理を適用した場合の
制御処理手順を示したフローチャートであム　以下、処
理手順を説明すも　まず処理４０において各室内機（ｉ
）の現在の過冷却度５Ｃ（ｉ）を調べ４　次圏　処理４
１へ進へ　室温制御のための演算を行（＼　操作量ｕｌ
（ｉ）を算出すａ室温制御のための演算処理としては例
えばＰＩＤ（比例積分微分）制御などを用いも　ただし
ここで求めた操作量番上　　まだ出力しなし〜　引続き
、処理４２で過冷却度制御のための演算を行賎　操作量
ｕ２（ｉ）を算出すム　次に処理４３へ進へ　２つの操
作量ｕｌ（ｉ）、　ｕ２（ｉ）に対するメンバシップ量
を算出すム　次に処理４４に進へ　算出したメンバシッ
プ量を用いて、　２つの操作量ｕｌ（ｉ）、ｕ２（ｉ）
の値を重みつき加算平均すも次に処理４５へ進へ　加算
平均結果ｕ　（ｉ）を操作量として出力すム　この出力
ｕ（ｉ）は各膨張弁の開度制御やインバータによる圧縮
機１０の回転周波数制御に用いられも　そして処理４６
で制御対象を１つずらして、すなわちｉをｉ＋１に置き
換えて再び処理４０へ戻も　なお室内機が１台の場合に
は処理４６は素通りとなム 最初の実施例は一つの冷凍サイクルで冷媒を分流する場
合で説明したバ　第４図に示すようく室室内熱交換器５
１、圧縮機５０、膨張機構５９、中間熱交換器５５より
構成される１次側の冷凍サイクルと、前記中間熱交換器
５５で熱交換される２次側熱交換器６１と冷媒搬送用ポ
ンプ６０、各室内熱交換器６５、７５、８５、各室内で
の冷媒流量を制御する弁６２、７２、８２により構成さ
れた２次側冷凍サイクルで構成された系においても同じ
ように適用することができも　この構成は冷媒をポンプ
で循環させることができるので、配管が長い場合も　高
低差がある場合にも展開することができるものであ、ｋ
１次側のサイクルでＣヨ暖房の時には中間熱交換器５５
が凝縮器として作動Ｌ　２次側熱交換器に熱を与えも　
２次側熱交換器６１では冷媒が気化して、流量弁６２、
７２．８２を経て各室室内熱交換器６５、７５、８５に
送られも　各室熱交換器６５．７５．８５でζよ冷媒は
室内空気に熱を供給して、液化すも　液化した冷媒はポ
ンプ６０に送られて、　２次側中間熱交換器６１に戻っ
てくａ　このような場合に耘適正な過冷却度が得られる
ようにすることができも　過冷却度が不足すると、ポン
プに気体が混入してポンプを損傷することがあも　また
過冷却度が過大であれば　効率が低下ナム　したがって
同様に第２図に示したような制御を行うことにより適正
なサイクル制御を行うことができも　第４図の場合で１
よ　冷媒搬送用ポンプ６０の手前に圧力センサ６８を設
けて、検出した圧力から飽和蒸気温度を求へ　室内熱交
換器出口温度（検出手段は図示せず）との差を求めるこ
とにより過冷却度を検出すも 発明の詳細 な説明したよう艮　本発明（よ　過冷却度制御モードと
室温制御モードとをファジィ論理を用いて切り替えるこ
とにより各室において室温制御と過冷却度制御が速やか
に動作させることが可能にな４　また　各室内機毎の過
冷却度を制御することと室温制御が可能であるのＴ、　
　１つの室の過冷却度制御を行なってｋ　そのほかの室
では室温を維持することができも

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御装置における２つの制
御モードの切替論理を示すは　第２図は第１図における
２つの制御モードのフローチ＋　−ト、第３図は本発明
の一実施例の制御装置の構成ダ 匁　第３図は本発明の異なる実施例の制御装置の構成図
であム １、５１・・室室内熱交換器　２、１２、２２、５９・
・膨張弁、　３、１３、２３・・室温センサ、　４．１
４、２４・・室内ユニット、　５、１５、２５、６５、
７５、８５・・室内熱交換器　６、７、１６．１７、２
６、２７・・温度センサ、　１０、５０・・圧縮機、　
５５・・室外側中間熱交換器　６０・・冷媒搬送用ボン
２．６１・・室内側中間熱交換器６２．７２．８２・・
流量調整九 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名Ｋｌ　　
図 （ｄｅｙ〕 ！Ｇ２　　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を具備する冷凍
   サイクルにより構成される蒸気圧縮式ヒートポンプにお
   いて、室内の温度を検出する手段、前記凝縮器の飽和蒸
   気温度と前記凝縮器出口温度との差を過冷却度として検
   出する手段を有し、検出した前記過冷却度が第１のしき
   い値より大きくて、第１のしきい値よりも大きい第３の
   しきい値より小さい場合には、第１の制御目的として、
   前記検出した室内の温度が設定値に等しくなるように前
   記圧縮機の能力および前記膨張弁の開度を制御し、前記
   過冷却度が前記第１のしきい値より小さい第２のしきい
   値より小さい場合には、第２の制御目的として前記過冷
   却度が小さくならないように前記圧縮機の能力および前
   記膨張弁の開度を制御し、前記過冷却度が前記第３のし
   きい値より大きい第４のしきい値より大きい場合には、
   第３の制御目的として前記過冷却度が大きくならないよ
   うに前記圧縮機の能力もしくは前記膨張弁の開度を制御
   し、前記過冷却度が第１のしきい値と第２のしきい値と
   の間にある場合には、前記第１の制御目的に対する操作
   量と、前記第２の制御目的に対する操作量とをあいまい
   論理により切り換えて実際の操作量を得、前記過冷却度
   が前記第３のしきい値と第４のしきい値との間にある場
   合には、前記第１の制御目的に対する操作量と、前記第
   ３の制御目的に対する操作量とをあいまい論理により切
   り換えて実際の操作量を得ることを特徴とするヒートポ
   ンプ制御装置。
2. （２）圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を具備する冷凍
   サイクルにより構成され　前記膨張弁および前記凝縮器
   より構成される複数の室内ユニットに前記圧縮機より配
   管分配し、冷媒を供給し、前記複数のユニットを経由し
   た冷媒は、再び配管結合により１つの蒸発器に送られる
   よう構成された蒸気圧縮式ヒートポンプにおいて、前記
   各凝縮器冷媒の飽和蒸気温度と前記凝縮器出口温度の差
   を各ユニットの過冷却度として検出する手段、室内の温
   度を検出する手段を有し、各ユニットにおいて、検出し
   た過冷却度が第１のしきい値と第１のしきい値より大き
   い第２のしきい値との間の値であるときには、室温が設
   定値に等しくなるように前記膨張弁の開度を操作し、検
   出した過冷却度が第１のしきい値より小さい場合には、
   前記過冷却度が小さくならないように制御し、過冷却度
   が前記第２のしきい値より大きい場合には、過冷却度が
   小さくなるように前記膨張弁の開度を制御することを特
   徴とするヒートポンプ制御装置。
3. （３）　圧縮機、室外熱交換器、膨張機構、室外側中間
   熱交換器を具備する室外冷凍サイクルと、前記室外側中
   間熱交換器により熱交換される前記室内側中間熱交換器
   、冷媒搬送手段、配管分岐により複数の流量調整機構と
   前記室内熱交換器を接続した室内冷凍サイクルにより構
   成された蒸気圧縮式ヒートポンプにおいて、前記各室室
   内熱交換器出口の過冷却度を検出する手段を有し、各室
   内熱交換器において、検出した前記過冷却度が第１のし
   きい値より大きくて、第１のしきい値よりも大きい第３
   のしきい値より小さい場合には、第１の制御目的として
   、前記検出した室内の温度が設定値に等しくなるように
   前記流量調整機構を操作し、前記過冷却度が前記第１の
   しきい値より小さい第２のしきい値より小さい場合には
   、第２の制御目的として前記過冷却度が小さくならない
   ように前記流量調整機構を操作し、前記過冷却度が前記
   第３のしきい値より大きい第４のしきい値より大きい場
   合には、第３の制御目的として前記過冷却度が大きくな
   らないように前記流量調整機構を操作し、前記過冷却度
   が第１のしきい値と第２のしきい値との間にある場合に
   は、前記第１の制御目的に対する操作量と、前記第２の
   制御目的に対する操作量とをあいまい論理により切り換
   えて実際の操作量を得、前記過冷却度が前記第３のしき
   い値と第４のしきい値との間にある場合には、前記第１
   の制御目的に対する操作量と、前記第３の制御目的に対
   する操作量とをあいまい論理により切り換えて実際の操
   作量を得ることを特徴とするヒートポンプ制御装置。