Smart control of cryogenic refrigerators using machine learning

使用机器学习智能控制低温冰箱

• 批准号: 22KF0297
• 负责人: 宮崎 隆彦
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0297/
• 关键词: ヒートポンプ; 多段圧縮サイクル; シミュレーション; プレート式熱交換器; 最適制御

冷凍空調分野が消費する電力に起因する二酸化炭素排出に加えて，現在使用されている冷媒の多くが強力な温室効果ガスであることから，省エネルギー性と環境性に優れた冷凍空調機器の開発は極めて重要な課題である。特に，超低温フリーザーや高温ヒートポンプなど，圧力比が大きくなるサイクルでは多段階の圧縮過程によって必要な圧力差が確保されており，サイクルが複雑になると同時に制御パラメータが多くなる．本研究では，そのような多数の制御パラメータを有するヒートポンプサイクルについて，リアルタイムの運転情報に基づく最適化によってシステムのエネルギー消費を最小化するための手法を確立することを目指している。本目的達成のために，本申請研究の期間は，二段圧縮ヒートポンプサイクルのシステムシミュレーションを構築し，各種制御機構のモデル化を行う．そして，環境変化に対応して最適な制御を行うアルゴリズムを明らかにするとともに，実機を模擬したヒートポンプサイクルシミュレーションによってその効果を検証する．これまでの研究によって，二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプの実験を行い，試験データが収集された。また，商用のフリーザーを用いて庫内温度変化などのデータを取得している。これらのヒートポンプシステムについて，MATLAB/Simulink及びSimscapeを利用したモデル化を実施した。ヒートポンプの構成要素である圧縮機や熱交換器のモデルについて，より正確な物理モデルによる表現に更新している。さらに，蒸発器として使用しているプレート式熱交換器について，プレートの形状に応じて熱伝達率を適切に表す相関式がないため，数値流体力学（CFD）による手法を利用して熱伝達率や圧力損失の予測を実施中である。今後，混相流や乱流熱伝達を適切に表現するモデルについて検討を行い，ヒートポンプシステムシミュレーションに反映させる予定である。

Due to the increase in diacidified carbon emissions caused by electricity consumption in the refrigeration and air conditioning sector, the many powerful greenhouse effects of Freon currently used are evident. Therefore, the development of refrigeration and air conditioning machines that are energy-saving and environmentally friendly is an extremely important issue. In particular, the ultra-low temperature and high temperature of the pressure range, the pressure ratio is large, the multi-stage compression process, the necessary pressure difference to ensure that the pressure ratio is large, the pressure range is large, and the pressure ratio is small. This study aims to establish a methodology for optimizing the basis of operational information in order to minimize the cost of production. In order to achieve this goal, the research period of this application is to construct a two-stage pressure reduction system for various control mechanisms. In addition, the environment is changing, and the optimal control of the environment is changing. The environment is changing, and the optimal control of the environment is changing. This research was carried out in conjunction with the preparation of carbon diacid derivatives. The temperature in the warehouse varies with the temperature of the commercial vehicle. This is the first time that MATLAB/Simulink and Simscape have been used to implement the software. The components of the heat exchanger and the compressor are updated to ensure proper physical performance. In addition, the heat exchanger is used to predict the heat transfer rate and pressure loss. In the future, the mixed-phase flow and turbulent heat transfer will be properly performed.