JP2002327950A

JP2002327950A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2002327950A
Application number: JP2001131185A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kasahara; 伸一笠原
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】外乱に強く、空調運転を精度よく制御すること
ができるようにする。【解決手段】冷媒回路（12）の冷媒の蒸発温度を検出し
て出力する低圧圧力センサを備えている。単変数制御器
（42）は、圧縮機の容量を制御入力とし、且つ冷媒温度
を制御出力とする冷媒回路の動的モデルを備えている。
単変数制御器（42）は、動的モデルに基づき、低圧圧力
センサの検出蒸発温度と目標蒸発温度との偏差を１入力
とする一方、圧縮機の容量の制御量を導出し、圧縮機の
容量を１出力とし、上記圧縮機に容量指令信号を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置に関
し、特に、熱源側ユニットの制御対策に係るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和装置には、インバー
タにより容量制御される圧縮機と室外熱交換器と膨張弁
と室内熱交換器とが冷媒配管によって順に接続された冷
媒回路を備えたものがある。この空気調和装置では、一
般的に、室内温度を設定温度に調整するために、圧縮機
の容量と膨張弁の開度に基づく過熱度とをＰＩ制御して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した空気調和装置
のＰＩ制御においては、圧縮機容量と膨張弁開度とを個
別に制御しているため、両制御が互いに干渉し、圧縮機
容量を変更すると、過熱度も変化する。この結果、目標
値への収束が悪く、快適性に劣るという問題があった。

【０００４】つまり、例えば、室外ユニットが圧縮機を
する一方、室内ユニットが膨張弁を別個独立して過熱度
制御しているので、膨張弁の開度変更が室外ユニットに
外乱として作用することになる。このように、室外ユニ
ットの能力制御が膨張弁の開度変更の影響を受け、安定
しないことになる。この結果、室内温度の収束が悪く、
快適性に劣ることになっていた。

【０００５】特に、室内ユニットにおける負荷変動や室
内ユニットの運転停止などの外乱が生ずると、室内温度
の収束性の悪さ等が顕著になっていた。

【０００６】本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもの
で、外乱に強く、空調運転を精度よく制御することがで
きるようにすることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】具体的に、図３に示すよ
うに、第１の発明は、運転容量の可変な圧縮機（21）と
熱源側熱交換器（23）と開度の可変な膨張弁（31）と利
用側熱交換器（32）とを有する冷媒回路（12）を備えた
空気調和装置を対象としている。そして、上記冷媒回路
（12）の冷媒温度を検出して出力する検出手段（Pe）を
備えている。加えて、該検出手段（Pe）の検出冷媒温度
と目標冷媒温度との偏差を１入力とする一方、圧縮機
（21）の容量を制御入力とし、且つ冷媒温度を制御出力
とする冷媒回路（12）の動的モデルに基づいて圧縮機
（21）の容量の制御量を導出し、該圧縮機（21）の容量
を１出力とし、上記圧縮機（21）に容量指令信号を出力
する単変数制御手段（42）を備えている。

【０００８】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、利用側ユニット（30）の変動による単変数制御手段
（42）の制御に対する外乱の外乱モデル（73）に基づい
て外乱信号を導出し、単変数制御手段（42）の出力を補
正する外乱補正手段（70）を備えた構成としている。

【０００９】また、第３の発明は、第１の発明におい
て、冷媒回路（12）が、圧縮機（21）と熱源側熱交換器
（23）と熱源側膨張弁（24）とを有する熱源側ユニット
（20）と、利用側膨張弁（31）と利用側熱交換器（32）
とを有する利用側ユニット（30）とを備える一方、複数
の利用側ユニット（30）が互いに並列に接続された構成
としている。そして、単変数制御手段（42）が熱源側ユ
ニット（20）の冷房運転を制御するように構成されてい
る。

【００１０】また、第４の発明は、第１の発明におい
て、冷媒回路（12）が、圧縮機（21）と熱源側熱交換器
（23）とを有する１つの熱源側ユニット（20）と、利用
側膨張弁（31）と利用側熱交換器（32）とを有する１つ
の利用側ユニット（30）とを備えた構成としている。そ
して、単変数制御手段（42）が熱源側ユニット（20）を
制御するように構成されている。

【００１１】すなわち、本発明では、空調運転時におい
て、単変数制御手段（42）が機能する一方、蒸発温度な
どの目標冷媒温度を算出する。この目標冷媒温度と検出
手段（Pe）の検出冷媒温度との偏差が単変数制御手段
（42）に入力される。

【００１２】上記単変数制御手段（42）においては、１
入力１出力の動的モデル（60）が構築されているので、
冷媒温度の偏差を入力して圧縮機容量の制御量を導出す
る。そして、上記単変数制御手段（42）は、この圧縮機
容量を出力とし、圧縮機（21）に指令信号を出力する。
この指令信号によって圧縮機（21）が制御され、空調運
転が制御される。

【００１３】また、第２の発明では、外乱補正手段（7
0）が単変数制御手段（42）の出力信号に対する外乱を
外乱モデル（73）に基づいて導出して外乱信号を出力す
る。そして、この外乱信号によって単変数制御手段（4
2）の出力を補正する。

【００１４】

【発明の効果】したがって、本発明によれば、圧縮機容
量を制御入力とし、且つ冷媒温度を制御出力とする冷媒
回路（12）の動的モデルを構築し、冷媒温度の偏差を１
入力とし、圧縮機容量を１出力とする単変数制御手段
（42）を設けるようにしたために、外乱に強い制御を行
うことができる。

【００１５】つまり、単変数制御手段（42）の出力が膨
張弁（31）の開度変更等を考慮しているので、負荷変動
等が生じても冷媒温度を所定の目標冷媒温度に迅速に収
束させることができ、快適性の向上を図ることができ
る。

【００１６】また、第２の発明によれば、外乱推定器
（71）によって外乱を推定して単変数制御手段（42）の
出力を補正するので、目標値への収束性をより向上させ
ることができると共に、空調運転の安定性をより向上さ
せることができる。

【００１７】特に、複数の利用側ユニット（30）を有す
る場合、外乱の影響が大きくなるものの、この外乱の影
響を少なくすることができるので、目標値への収束性が
向上し、空調運転の安定性が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態１を図
面に基づいて詳細に説明する。

【００１９】図１に示すように、本実施形態の空気調和
装置（10）は、いわゆるマルチ型に構成され、１台の室
外ユニット（20）と、互いに並列に接続された２台の室
内ユニット（30）とから構成されている。

【００２０】上記室外ユニット（20）は、熱源側ユニッ
トを構成し、圧縮機（21）と四路切換弁（22）と熱源側
熱交換器である室外熱交換器（23）と熱源側膨張弁であ
る室外膨張弁（24）とアキュムレータ（25）とを備えて
いる。また、上記各室内ユニット（30）は、利用側ユニ
ットを構成し、利用側膨張弁である室内膨張弁（31）と
利用側熱交換器である室内熱交換器（32）とを備えてい
る。

【００２１】上記圧縮機（21）と四路切換弁（22）と室
外熱交換器（23）と室外膨張弁（24）と室内膨張弁（3
1）と室内熱交換器（32）とアキュムレータ（25）とが
順に冷媒配管（11）によって接続されて冷媒回路（12）
が構成されている。つまり、該冷媒回路（12）は、室外
ユニット（20）と室内ユニット（30）とを備え、四路切
換弁（22）を切り換えて冷媒循環方向が可逆になるよう
に構成され、冷房運転と暖房運転とを行うように構成さ
れている。

【００２２】上記圧縮機（21）は、運転容量が可変に構
成されている。つまり、上記圧縮機（21）は、図示しな
いが、インバータ回路を介して電動機に電力が供給され
ている。そして、上記圧縮機（21）の運転容量である圧
縮機容量は、インバータ回路の出力周波数を変更して調
節するように構成されている。

【００２３】上記室外膨張弁（24）及び室内膨張弁（3
1）は、それぞれ弁開度が自在な電動膨脹弁により構成
されている。また、上記冷媒回路（12）には、室外膨張
弁（24）をバイパスするバイパス路（26）が設けられて
いる。該バイパス路（26）は、一方向弁（27）が設けら
れ、冷房運転時に冷媒が室外膨張弁（24）をバイパスす
るように構成されている。

【００２４】上記室外ユニット（20）には、室外熱交換
器（23）の近傍に室外ファン（28）が設置され、室外空
気と冷媒との熱交換を行うように構成されている。ま
た、上記室内ユニット（30）には、室内熱交換器（32）
の近傍に室内ファン（33）が設置され、室内空気と冷媒
との熱交換を行うように構成されている。

【００２５】上記圧縮機（21）の吐出側の冷媒配管（1
1）には、該圧縮機（21）の吐出側の冷媒圧力を検出す
る高圧圧力センサ（Pc）が配置されている。また、上記
圧縮機（21）の吸入側の冷媒配管（11）には、該圧縮機
（21）の吸入側の冷媒圧力を検出する検出手段である低
圧圧力センサ（Pe）と、吸入側の冷媒温度を検出する吸
入温度センサ（Ts）とが配置されている。そして、上記
低圧圧力センサ（Pe）と吸入温度センサ（Ts）とが吸入
過熱度を検出する過熱度センサ（Tsh）を構成してい
る。

【００２６】上記室外ユニット（20）には、室外温度を
検出する外気温センサ（Toa）と、室外熱交換器（23）
における冷房運転時の冷媒の凝縮温度と暖房運転時の冷
媒の蒸発温度を検出する室外熱交換センサ（Tox）が配
置されている。

【００２７】上記各室内ユニット（30）には、室内温度
を検出する室温センサ（Tia）と、各室内ユニット（3
0）には、室内熱交換器（32）における冷房運転時の冷
媒の蒸発温度と暖房運転時の冷媒の凝縮温度を検出する
室内熱交換センサ（Tix）とが配置されている。

【００２８】上記各センサ（Pc，Pe，Ts，Toa，Tox，Ti
a，Tix）で検出した冷媒の圧力や温度は、制御手段であ
る室外コントローラ（40）と室内コントローラ（50）に
入力されている。

【００２９】冷房運転時において、上記室外コントロー
ラ（40）は、圧縮機（21）のみを操作して冷媒の蒸発温
度を目標値に制御し、室外膨脹弁（24）を全閉に制御す
る。この冷房運転時において、室内コントローラ（50）
は、独自に室内膨脹弁（31）の開度である室内膨張弁開
度を制御して能力制御（過熱度制御）を行う。

【００３０】一方、暖房運転時において、室外コントロ
ーラ（40）は、圧縮機（21）と室外膨脹弁（24）を制御
し、冷媒の凝縮温度と過熱度を制御する。また、この暖
房運転時において、室内コントローラ（50）は、独自に
室内膨脹弁開度を制御して能力制御（過冷却度制御）を
行う。

【００３１】上記室外コントローラ（40）は、圧縮機
（21）の容量である圧縮機容量及び室外膨脹弁（24）の
開度である室外膨張弁開度を操作量とし、冷房運転時の
冷媒の蒸発温度と、暖房運転時の冷媒の凝縮温度及び吸
入冷媒の過熱度を制御量とする冷媒回路（12）の動的モ
デルを構築している。そして、上記室外コントローラ
（40）は、この動的モデルに基づいて、冷房運転時の冷
媒の蒸発温度と、暖房運転時の冷媒の凝縮温度及び過熱
度について、それぞれの目標値と検出値との偏差を入力
として、圧縮機容量と室外膨張弁開度の指令値を出力す
るように構成されている。

【００３２】このように動的モデルに基づく制御を行う
室外コントローラ（40）は、操作量（圧縮機周波数や電
動弁開度など）の変化に対する制御量（蒸発温度など）
の関係を時間の関数（動的モデル）として有している。
そして、例えば、圧縮機周波数を５Hz上げると、その
後、実際の蒸発温度などがどのように変化するかを、そ
の関数から求めることができる。

【００３３】次に、上記室外コントローラ（40）の具体
的な構成について説明する。

【００３４】上記室外コントローラ（40）は、暖房運転
時において、図２に示すように多変数制御器（41）を構
成し、冷房運転時において、図３に示すように単変数制
御器（42）を構成する。

【００３５】そこで、先ず、暖房運転時における多変数
制御器（41）を構成する上記室外コントローラ（40）の
構成について説明する。

【００３６】図２に示すように、上記室外コントローラ
（40）は、暖房運転時において、第１導出手段である第
１温度算出部（43）と第２導出手段である第２温度算出
部（44）と多変数制御手段である多変数制御器（41）と
を備えることとなる。

【００３７】上記第１温度算出部（43）は、冷媒の目標
凝縮温度Ｔcsを導出して出力するように構成されてい
る。つまり、該第１温度算出部（43）は、空調を行う部
屋（13）の設定温度、室外ユニット（20）と室内ユニッ
ト（30）との間の連絡配管長さ、室外ユニット（20）と
室内ユニット（30）との間の高低差及び冷媒回路（12）
の配管圧力損失などが入力されると共に、上記部屋（1
3）の室内温度Ｔr又は能力過不足割合が入力されてい
る。そして、上記第１温度算出部（43）は、上記設定温
度などに基づいて目標凝縮温度Ｔcsを導出している。

【００３８】上記第２温度算出部（44）は、圧縮機（2
1）の冷媒の吸入過熱度の目標値である目標過熱度ＳＨs
を導出して出力するように構成されている。つまり、該
第２温度算出部（44）は、能力増強信号や運転条件など
が入力されている。そして、上記第２温度算出部（44）
は、上記能力増強信号などに基づいて目標過熱度ＳＨs
を導出している。

【００３９】上記第１温度算出部（43）が算出した目標
凝縮温度Ｔcsは、第１偏差算出部（45）に入力されてい
る。該第１偏差算出部（45）は、高圧圧力センサ（Pc）
が検出する高圧冷媒圧力に基づく冷媒の凝縮温度Ｔcが
入力され、目標凝縮温度Ｔcsと検出凝縮温度Ｔcとの偏
差を導出するように構成されている。

【００４０】上記第２温度算出部（44）が算出した目標
過熱度ＳＨsは、第２偏差算出部（46）に入力されてい
る。該第２偏差算出部（46）は、低圧圧力センサ（Pe）
が検出する低圧冷媒圧力に基づく蒸発温度と吸入温度セ
ンサ（Ts）が検出する冷媒温度とによる吸入冷媒の過熱
度ＳＨが入力され、目標過熱度ＳＨsと検出過熱度ＳＨ
との偏差を導出するように構成されている。

【００４１】一方、上記多変数制御器（41）は、第１偏
差算出部（45）が算出した凝縮温度の偏差と、上記第２
偏差算出部（46）が算出した過熱度の偏差を２入力とし
ている。更に、該多変数制御器（41）は、圧縮機容量及
び室外膨張弁開度を制御入力とし、且つ凝縮温度及び過
熱度を制御出力とする冷媒回路（12）の動的モデルに基
づいて圧縮機容量と室外膨張弁開度の制御量を導出す
る。そして、該多変数制御器（41）は、圧縮機容量及び
室外膨張弁開度を２出力とし、上記圧縮機（21）に容量
指令信号である周波数指令信号を、室外膨張弁（24）に
開度指令信号をそれぞれ出力するように構成されてい
る。

【００４２】次に、冷房運転時における単変数制御器
（42）を構成する上記室外コントローラ（40）の構成に
ついて説明する。

【００４３】図３に示すように、上記室外コントローラ
（40）は、本発明の特徴として、冷房運転時において、
第３導出手段である第３温度算出部（47）と単変数制御
手段である単変数制御器（42）とを備えることとなる。

【００４４】上記第３温度算出部（47）は、冷媒温度で
ある目標蒸発温度Ｔesを導出して出力するように構成さ
れている。つまり、該第３温度算出部（47）は、空調を
行う部屋（13）の設定温度、室外ユニット（20）と室内
ユニット（30）との間の連絡配管長さ、室外ユニット
（20）と室内ユニット（30）との間の高低差及び冷媒回
路（12）の配管圧力損失などが入力されると共に、上記
部屋（13）の室内温度Ｔr又は能力過不足割合が入力さ
れている。そして、上記第３温度算出部（47）は、上記
設定温度などに基づいて目標蒸発温度Ｔesを導出してい
る。

【００４５】上記第３温度算出部（47）が算出した目標
蒸発温度Ｔesは、第３偏差算出部（48）に入力されてい
る。該第３偏差算出部（48）は、低圧圧力センサ（Pe）
が検出する低圧冷媒圧力に基づく冷媒温度である蒸発温
度Ｔeが入力され、目標蒸発温度Ｔesと検出蒸発温度Ｔe
との偏差を導出するように構成されている。

【００４６】一方、上記単変数制御器（42）は、第３偏
差算出部（48）が算出した蒸発温度の偏差を１入力とし
ている。更に、該単変数制御器（42）は、圧縮機容量を
制御入力とし、且つ蒸発温度を制御出力とする冷媒回路
（12）の動的モデルに基づいて圧縮機容量の制御量を導
出する。そして、該単変数制御器（42）は、圧縮機容量
を１出力とし、上記圧縮機（21）に容量指令信号である
周波数指令信号を出力するように構成されている。

【００４７】次に、上記室外コントローラ（40）の設計
手法について説明する。

【００４８】先ず、図４に示すように、冷媒回路（12）
の動的モデル（60）は、次のようにして求める。圧縮機
（21）、室外膨張弁（24）又は室外ファン（28）などの
冷媒回路（12）のアクチュエータを作動させて冷媒回路
（12）の入力を変化させるか、又は冷媒回路（12）の外
部環境条件である室外温度や室内温度を変化させる。こ
れらを変化させた際、冷媒回路（12）からの出力を測定
する。つまり、冷媒回路（12）の蒸発温度、凝縮温度又
は吸入過熱度の応答データを取る。

【００４９】この応答データを、例えば、ＭＡＴＬＡＢ
などのソフトウェアのシステム同定手段によって処理
し、次に示す冷媒回路（12）の状態方程式のパラメータ
行列Ａ〜Ｄを求める。つまり、図５に示すように、冷媒
回路（12）の動的モデル（60）である空調機モデルを導
き出す。

【００５０】

【数１】

【００５１】上記動的モデル（60）は、室外コントロー
ラ（40）で操作しない入力や制御に必要がない出力が含
まれていることが多い。例えば、操作しない入力として
は、外気温度、ユーザにより決定される室内ファン
（33）の風量及び室外コントローラ（40）から操作す
ることができない室内膨張弁（31）の開度が挙げられ
る。

【００５２】また、上記制御に必要がない出力として
は、暖房運転時における蒸発温度及び室外コントロ
ーラ（40）が制御しない冷房運転時における過熱度が挙
げられる。

【００５３】したがって、上記動的モデル（60）に基づ
く室外コントローラ（40）は、図６に示すように、ファ
ン回転数なども冷媒回路（12）に出力される。

【００５４】コントローラを設計するためには、上述し
た入力等を除いた動的モデル（60）を作成する必要があ
る。

【００５５】例えば、図７に示すように、上述した動的
モデル（60）の入力が圧縮機容量と室外膨張弁開度と室
内膨張弁開度と外気温度であり、出力が凝縮温度と蒸発
温度と吸入過熱度とすると、パラメータ行列Ａ〜Ｄ、状
態ベクトルｘ、入力ベクトルｕ及び出力ベクトルｙは、
次の通りとなる。

【００５６】

【数２】

【００５７】上記入力ベクトルｕにおける変数ｕ1は圧
縮機容量（圧縮機周波数）、変数ｕ2は室外膨張弁開
度、ｕ3は室内膨張弁開度、ｕ4は外気温度である。ま
た、出力ベクトルｙにおける変数ｙ1は凝縮温度、ｙ2は
蒸発温度、ｙ3は吸入過熱度である。

【００５８】上記図７の動的モデル（60）に基づき、操
作量を圧縮機容量（圧縮機周波数）とし、制御量を蒸発
温度とする冷房運転時の室外コントローラ（40）を設計
する場合を考えると、動的モデル（60）のパラメータ行
列Ａ〜Ｄ等は、次の通りとなる。

【００５９】

【数３】

【００６０】この動的モデル（60）において、入力ベク
トルｕは、変数ｕ1（圧縮機容量）のみとなり、出力ベ
クトルｙは、変数ｙ2（蒸発温度）のみとなり、単変数
制御器（42）の動的モデルとなる。

【００６１】一方、上記図７の動的モデル（60）に基づ
き、操作量を圧縮機容量（入力ベクトルｕの変数ｕ1）
と室外膨張弁開度（入力ベクトルｕの変数ｕ2）とし、
制御量を凝縮温度（出力ベクトルｙの変数ｙ1）と吸入
過熱度（出力ベクトルｙの変数ｙ3）とする暖房運転時
の室外コントローラ（40）を設計する場合を考えると、
動的モデル（60）のパラメータ行列Ａ〜Ｄ等は、次の通
りとなり、多変数制御器（41）の動的モデルとなる。

【００６２】

【数４】

【００６３】このように、動的モデル（60）が作成され
ると、次に、ＭＡＴＬＡＢ等の制御設計ソフトウェアな
どを用いて室外コントローラ（40）を設計する。その
際、設計手法は、ＬＱＧ、ＬＴＲ、Ｈ∞、μ又はスライ
ディングモードなどの現代制御理論等でよく、既に実用
化されているモデルベースの制御設計手法を用いればよ
い。

【００６４】例えば、図８に示すように、暖房運転時に
おける２入力２出力の室外コントローラ（40）は、次の
パラメータ行列Ａ〜Ｄ等で表される。

【００６５】

【数５】

【００６６】この場合、制御対象が積分特性を含まない
場合もある。この場合、定常偏差が残るので、この定常
偏差を防止するためには、室外コントローラ（40）に積
分器を付加する必要がある。この場合、室外コントロー
ラ（40）の次数（ｋ′）は、動的モデル（60）の次数
（ｋ）よりも増加する。

【００６７】〈運転動作〉次に、上述した空気調和装置
（10）の運転動作について説明する。

【００６８】冷房運転時には、図１中の四路切換弁（2
2）が破線側に切り換わり、圧縮機（21）から吐出され
た冷媒は、四路切換弁（22）を通過して室外熱交換器
（23）に流れる。該室外熱交換器（23）において、冷媒
は、室外空気と熱交換して凝縮する。凝縮した液冷媒
は、室外膨張弁（24）をバイパスした後、室内膨張弁
（31）によって減圧される。減圧された冷媒は、室内熱
交換器（32）において室内空気と熱交換して蒸発し、室
内空気を冷却する。蒸発した冷媒はアキュムレータ（2
5）を通過した後、圧縮機（21）に戻る。この冷媒循環
が繰り返される。

【００６９】この冷房運転時において、室外コントロー
ラ（40）は、単変数制御器（42）が機能する一方、第３
温度算出部（47）が目標蒸発温度Ｔesを算出する。該第
３温度算出部（48）が算出した目標蒸発温度Ｔesと、低
圧圧力センサ（Pe）が検出した圧縮機（21）の吸入側に
おける低圧冷媒圧力に基づく冷媒の蒸発温度Ｔeとが第
３偏差算出部（48）に入力される。そして、この第３偏
差算出部（48）が目標蒸発温度Ｔesと検出蒸発温度Ｔe
との偏差を算出し、この偏差が単変数制御器（42）に入
力される。

【００７０】上記単変数制御器（42）においては、１入
力１出力の動的モデル（60）が構築されているので、蒸
発温度の偏差を入力して圧縮機容量の制御量を導出す
る。そして、上記単変数制御器（42）は、この圧縮機容
量を１出力とし、圧縮機（21）に周波数指令信号を出力
する。この周波数指令信号によって圧縮機（21）が制御
され、冷房運転が制御される。尚、この冷房運転時にお
いて、室内膨張弁（31）の開度は、各室内ユニット（3
0）ごとに室内コントローラ（50）によって過熱度制御
される。

【００７１】一方、暖房運転時には、図１において四路
切換弁（22）が実線側に切り換わり、圧縮機（21）から
吐出された冷媒は、四路切換弁（22）を通過して室内熱
交換器（32）に流れる。該室内熱交換器（32）におい
て、冷媒は、室内空気と熱交換して凝縮し、室内空気を
加熱する。この凝縮した液冷媒は、室内膨脹弁（31）を
通過した後、室外膨張弁（24）によって減圧される。減
圧された冷媒は、室外熱交換器（23）において室外空気
と熱交換して蒸発し、アキュムレータ（25）を通過して
圧縮機（21）に戻る。この冷媒循環が繰り返される。

【００７２】この暖房運転時において、室外コントロー
ラ（40）は、多変数制御器（41）が機能する一方、第１
温度算出部（43）が目標凝縮温度Ｔcsを算出すると共
に、第２温度算出部（44）が目標過熱度ＳＨsを算出す
る。該第１温度算出部（43）が算出した目標凝縮温度Ｔ
csと、高圧圧力センサ（Pc）が検出した圧縮機（21）の
吐出側における高圧冷媒圧力に基づく冷媒の凝縮温度Ｔ
cとが第１偏差算出部（45）に入力される。そして、こ
の第１偏差算出部（45）が目標凝縮温度Ｔcsと検出凝縮
温度Ｔcとの偏差を算出し、この偏差が多変数制御器（4
1）に入力される。

【００７３】また、上記第２温度算出部（44）が算出し
た目標過熱度ＳＨsが第２偏差算出部（46）に入力され
ると共に、低圧圧力センサ（Pe）が検出した圧縮機（2
1）の吸入側における低圧冷媒圧力に基づく冷媒の蒸発
温度と吸入温度センサ（Ts）が検出する冷媒温度とによ
る吸入冷媒の検出過熱度ＳＨとが第２偏差算出部（46）
に入力される。そして、この第２偏差算出部（46）が目
標過熱度ＳＨsと検出過熱度ＳＨとの偏差を算出し、こ
の偏差が多変数制御器（41）に入力される。

【００７４】上記多変数制御器（41）においては、２入
力２出力の動的モデル（60）が構築されているので、凝
縮温度の偏差及び吸入過熱度の偏差を入力して圧縮機容
量と室外膨張弁開度の制御量を導出する。そして、上記
多変数制御器（41）は、この圧縮機容量及び室外膨張弁
開度を２出力とし、圧縮機（21）に周波数指令信号を出
力すると共に、室外膨張弁（24）に開度指令信号を出力
する。この周波数指令信号によって圧縮機（21）が制御
されると共に、開度指令信号によって室外膨張弁（24）
が制御され、暖房運転が制御される。尚、この暖房運転
時において、室内膨張弁（31）は、各室内ユニット（3
0）ごとに冷媒流量を制御する。

【００７５】〈実施形態１の効果〉以上のように、本実
施形態によれば、圧縮機容量を制御入力とし、且つ蒸発
温度を制御出力とする冷媒回路（12）の動的モデルを構
築し、蒸発温度の偏差を１入力とし、圧縮機容量を１出
力とする単変数制御器（42）を設けるようにしたため
に、外乱に強い制御を行うことができる。

【００７６】つまり、単変数制御器（42）の出力が室内
膨張弁（31）の開度変更等を考慮しているので、負荷変
動等が生じても冷媒温度を所定の目標冷媒温度に迅速に
収束させることができ、快適性の向上を図ることができ
る。

【００７７】

【発明の実施の形態２】図９は、実施形態２を示し、本
実施形態は、外乱補正手段（70）を追加したものであ
る。つまり、本発明の空気調和装置（10）は、室外コン
トローラ（40）と室内コントローラ（50）とがそれぞれ
独立して制御しているので、室外コントローラ（40）と
室内コントローラ（50）との制御が互いに影響を及ぼし
合い、運転が安定しない可能性ある。

【００７８】そこで、上記室外コントローラ（40）は、
室内膨張弁（31）の制御による外乱を打ち消すようにし
ている。上記外乱補正手段（70）は、外乱推定器（71）
を備えている。そして、該外乱推定器（71）は、動的モ
デル（72）と外乱モデル（73）を備え、上記外乱を打ち
消すための外乱信号を出力するように構成されている。

【００７９】上記動的モデル（72）は、冷媒回路（12）
のモデルであって、室外コントローラ（40）における単
変数制御器（42）の出力信号が入力され、蒸発温度を出
力する。そして、この動的モデル（72）の信号は、外乱
推定器（71）の偏差部（74）に入力される。該偏差部
（74）は、冷媒回路（12）の検出蒸発温度が入力され、
動的モデル（72）の蒸発温度との偏差を算出する。

【００８０】上記外乱モデル（73）は、蒸発温度の偏差
が入力され、該偏差に基づき外乱を推定し、例えば、室
内膨張弁（31）の制御量を推定し、外乱信号ｗを出力す
る。この外乱信号ｗは、外乱補正手段（70）のコントロ
ーラ（75）に入力され、該コントローラ（75）は、外乱
による圧縮機容量の補正信号を室外コントローラ（40）
の出力に加算器（76）によって加算させる。

【００８１】この加算器（76）が出力する圧縮機容量の
指令信号が冷媒回路（12）に入力され、該冷媒回路（1
2）が制御される。

【００８２】したがって、本実施形態によれば、外乱推
定器（71）によって外乱を推定して単変数制御器（42）
の出力を補正するので、目標値への収束性をより向上さ
せることができると共に、空調運転の安定性をより向上
させることができる。

【００８３】特に、複数の室内ユニット（30）を有する
場合、外乱の影響が大きくなるものの、この外乱の影響
を少なくすることができるので、目標値への収束性が向
上し、空調運転の安定性が向上する。

【００８４】尚、上記図９は、単変数制御器（42）を備
えた室外コントローラ（40）について説明したが、該室
外コントローラ（40）は、多変数制御器（41）を備えて
いてもよいことは勿論である。つまり、上記多変数制御
器（41）の出力信号を外乱推定器（71）によって補正す
る。

【００８５】また、上記外乱推定器（71）は、冷媒回路
（12）が出力する検出蒸発温度より外乱信号ｗを導出す
るようにしているが、状態ベクトルｘから外乱信号ｗを
導出するようにしてもよい。

【００８６】また、上記外乱推定器（71）は、室内膨張
弁開度の変化を外乱としたが、室内ファン（33）の風量
や室外温度などの変化を外乱としてこの外乱を推定する
ようにしてもよい。

【００８７】

【発明の他の実施の形態】上記各実施形態においては、
マルチ型空気調和装置（10）について説明したが、本発
明は、１台の室内ユニット（30）のみを備えた空気調和
装置（10）であってもよい。その際、室外膨張弁（24）
は設ける必要がなく、単変数制御器（42）は、暖房運転
時に冷媒温度として凝縮温度が入力となる。

【００８８】また、上記各実施形態においては、２台の
室内ユニット（30）のみを設けているが、本発明の空気
調和装置（10）は、３台以上の室内ユニット（30）を有
していてもよい。

【００８９】また、本発明の空気調和装置（10）は、冷
房運転のみを行う冷房専用機であってもよく、暖房運転
のみを行う暖房専用機であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す冷媒回路図である。

【図２】暖房運転時における室外コントローラを示す概
略構成図である。

【図３】冷房運転時における室外コントローラを示す概
略構成図である。

【図４】動的モデルの作成を示す説明図である。

【図５】一般的な動的モデルの入出力を示す状態説明図
である。

【図６】図５の動的モデルを用いた制御を示す概略ブロ
ック図である。

【図７】４入力３出力の動的モデルの入出力を示す状態
説明図である。

【図８】２入力２出力の動的モデルを用いた制御を示す
概略ブロック図である。

【図９】実施形態２における室外コントローラを示す概
略構成図である。

【符号の説明】

10 空気調和装置 12 冷媒回路 20 室外ユニット（熱源側ユニット） 21 圧縮機 23 室外熱交換器（熱源側熱交換器） 24 室外膨張弁（熱源側膨張弁） 30 室内ユニット（利用側ユニット） 40 室外コントローラ 41 多変数制御器（多変数制御手段） 42 単変数制御器（単変数制御手段） 60 動的モデル 70 外乱補正手段 Pc 高圧圧力センサ Pe 低圧圧力センサ（検出手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転容量の可変な圧縮機（21）と熱源側
熱交換器（23）と開度の可変な膨張弁（31）と利用側熱
交換器（32）とを有する冷媒回路（12）を備えた空気調
和装置において、上記冷媒回路（12）の冷媒温度を検出して出力する検出
手段（Pe）と、該検出手段（Pe）の検出冷媒温度と目標冷媒温度との偏
差を１入力とする一方、圧縮機（21）の容量を制御入力
とし、且つ冷媒温度を制御出力とする冷媒回路（12）の
動的モデルに基づいて圧縮機（21）の容量の制御量を導
出し、該圧縮機（21）の容量を１出力とし、上記圧縮機
（21）に容量指令信号を出力する単変数制御手段（42）
とを備えていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】請求項１において、利用側ユニット（30）の変動による単変数制御手段（4
2）の制御に対する外乱の外乱モデル（73）に基づいて
外乱信号を導出し、単変数制御手段（42）の出力を補正
する外乱補正手段（70）を備えていることを特徴とする
空気調和装置。
【請求項３】請求項１において、冷媒回路（12）は、圧縮機（21）と熱源側熱交換器（2
3）と熱源側膨張弁（24）とを有する熱源側ユニット（2
0）と、利用側膨張弁（31）と利用側熱交換器（32）と
を有する利用側ユニット（30）とを備える一方、複数の
利用側ユニット（30）が互いに並列に接続され、単変数制御手段（42）が熱源側ユニット（20）の冷房運
転を制御するように構成されていることを特徴とする空
気調和装置。
【請求項４】請求項１において、冷媒回路（12）は、圧縮機（21）と熱源側熱交換器（2
3）とを有する１つの熱源側ユニット（20）と、利用側
膨張弁（31）と利用側熱交換器（32）とを有する１つの
利用側ユニット（30）とを備え、単変数制御手段（42）が熱源側ユニット（20）を制御す
るように構成されていることを特徴とする空気調和装
置。