JP2002535591A - 水冷式冷却器のための凝固点保護の方法およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水冷式冷却器のための凝固点保護の方法およびシステムが提供される。冷却水の凍結および冷却器に対する損傷を防止する方法であって、蒸発器（１２６）の遮断に先立ち、蒸発器の温度が所定の時間量だけ凝固温度より低下することを許容する。水冷却器（１２６）内の冷媒温度は、周期的に検知される。冷却器（１２６）が所定の凝固温度より低い時間量が、周期的にカウントされ、冷却器（１２６）が破損することなく所定の凝固温度より低い検知温度で動作し得る定められた最長時間と対比される。当該方法は、カウントされた時間が定められた最長時間を越えるならば、水冷却器（１２６）を遮断する。冷却水の凍結を防止するため水冷式冷却器（１２６）を遮断するシステムも提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野 本発明は、ＨＶＡＣシステム内の水冷式冷却器内の冷却水の凍結防止方法に関
する。本発明はまた、水冷式冷却器内の冷却水の凍結防止システムに関する。

【０００２】背景技術 水冷式冷却器を水の凝固点の数度以内の温度で動作させることが、しばしば必
要となる。周知のように、冷却器内の水は、蒸発器内の水から熱を受取る冷媒に
より水が冷却される熱交換器において冷却される。現在の水冷却器においては、
蒸発器の温度が凝固点より低いある温度へ低下するとただちに水冷却器を運転停
止するように、制御システムがしばしばプログラムされる。このような温度低下
が一時的でありかつ水冷冷却器内の水の凍結を結果として生じることがなくとも
、運転停止は発生し得る。このような一時的な温度低下は、変動する建物の負荷
あるいは他の理由の幾つかによって生じるシステムの外乱による。このような運
転停止は、管内の水が急激に凍結することがないゆえに、しばしば不要である。

【０００３】 発明の開示 ＨＶＡＣシステムの運転停止が不要であっても、前記のような外乱の生じる限
られた時間だけ冷却器が運転を継続することを許容するシステムを備えることが
望ましい。このようなシステムまたは方法は、頻繁な運転停止と関連する高コス
トを阻止することになる。

【０００４】 従って、本発明の目的は、ＨＶＡＣシステムの不必要な運転停止を行うことな
くＨＶＡＣシステムにおける水冷式冷却器を凍結から保護するための改善された
方法およびシステムを提供することである。全くの更なる目的および利点につい
ては、一部は以降の記述に記載され、一部はこの記述から明らかになろうし、あ
るいは本発明のプロセスにより習得されよう。本発明の目的および利点は、特に
頭書の請求の範囲に指摘される要素と組合わせにより具現獲得されよう。

【０００５】 本文において具現され広義に記載される本発明の目的を達成するため、本発明
は、冷却水の過度な凍結および冷却器の破損を阻止するため水冷式冷却器を運転
停止する方法を含むものである。当該方法は、水冷却器における冷媒の温度を周
期的に検知し、検知された温度が所定の凝固温度より低い期間を所定の間隔で周
期的にカウントし、カウントされた時間を、所定の凝固温度より低い検知温度で
冷却器を破損することなく蒸発器が運転する定められた最長時間と所定の間隔で
周期的に比較し、前記の所定の間隔の１つにおいてカウントされた時間が定めら
れた最長時間を越えるならば水冷却器を運転停止するステップを含んでいる。

【０００６】 当該方法は、更に他の特質において、検知温度を所定の最低の運転停止温度と
周期的に比較し、検知温度が所定の最低運転停止温度より低下するならば冷却器
を運転停止するステップを含んでいる。

【０００７】 別の特質において、冷却器内の冷媒が所定の凝固温度より低い期間をカウント
する前記ステップは、検知温度が所定の凝固温度より低下する予め選定された各
間隔中は予め選定された増分だけカウントを増進し、検知温度が所定の凝固温度
と等しいかあるいはこれより高くなる予め選定された各間隔中は予め選定された
増分だけカウントを低減するステップを含んでいる。

【０００８】 当該方法は、更に他の特質においては、カウントの値が定められた最長時間よ
り大きくない場合であっても、検知温度が所定の最短運転停止温度より低ければ
冷却器を運転停止するステップを更に含んでいる。当該方法はまた、冷却器が所
定の凝固温度より低い検知温度で動作する定められた最長時間を、予め選定され
た間隔において計算するステップを含んでいる。カウントするステップと比較す
るステップに対する所定の間隔は同じ間隔である。

【０００９】 別の特質において、冷却器を運転停止するステップは、検知温度が所定の凝固
温度より低い場合にのみ生じ得る。 別の特質において、冷却器内の冷媒温度を周期的に検知するステップは、直接
的な温度検知装置によって行われる。あるいはまた、冷却器内の冷媒温度を周期
的に検知するステップは、圧力トランスジューサによって行われる。

【００１０】 本発明はまた、冷却水の過度な凍結および冷却器の破損を阻止するため水冷式
冷却器を運転停止するシステムを含んでいる。当該システムは、冷却器内の冷媒
温度を周期的に計測するセンサと、冷却器を破損することなく冷却器が所定の凝
固温度より低い検知温度にあることを許容する最長時間を記憶する手段と、所定
の間隔で検知温度が所定の凝固温度より低い期間を周期的にカウントしこの期間
を所定の最長時間と比較しかつカウントされた時間が定められた最長時間より大
きければ冷却器を運転停止するコントローラとを含んでいる。

【００１１】 これまでの一般的記述と以降の詳細な記述がともに事例であり説明に過ぎず、
請求の範囲に記載される本発明の限定ではないことが理解されよう。明細書に包
含されてその一部をなす添付図面は、本発明の実施の形態を示しており、本文の
記述と共に、本発明の原理の説明に役立つ。

【００１２】 発明を実施するための最良の態様 まず、添付図面に示される本発明の望ましい実施の形態について詳細に記述す
る。全図面において、同じかあるいは類似の部分に対しては可能なかぎり同じ参
照番号が用いられる。

【００１３】 本発明は、水冷却器を冷却器内の水の過度な凍結によって生じる破損から保護
するための方法およびシステムに関するものである。図４において、本発明が適
用される汎用システムが事例として示される。図示のように、水冷却器は、遠心
圧縮機１１０と凝縮器１１２と水冷却器（蒸発器）１２６とシステム用制御パネ
ル１４０とを含むＨＶＡＣ冷凍システム１００に組込まれている。遠心圧縮機１
１０は、冷媒蒸気を圧縮してこれをライン１１４を介して凝縮器１１２へ搬送す
る。凝縮器は、クーリング・タワー１２２に接続された熱交換器１１６を含む。
凝縮器１１２からの凝縮された液状冷媒は、ライン１２４を介して蒸発器１２６
へ流れる。蒸発器１２６は、例えば、冷却負荷１３０に接続された供給ライン１
２８Ｓと戻りライン１２８Ｒとを持つ熱交換器コイル１２８を含む。水は、戻り
ライン１２８Ｒを経て蒸発器へ流入し、蒸発器から供給ライン１２８Ｓを介して
流出する。蒸発器は、管内の水の温度を冷却する。熱交換器コイル１２８は、複
数の管束を含む。蒸発器１２６内の蒸気冷媒は、次に吸込みライン１３２を介し
て圧縮機１１０へ戻り、サイクルを完了する。

【００１４】 当該システムは、水冷却器内の温度または圧力を検知するセンサ１６０を含む
。このセンサは、蒸発器シェル内の管束間のある場所にあることが望ましい。セ
ンサは典型的に、冷媒流中に配置される。センサからの信号１６２は、アナログ
／ディジタル（Ａ／Ｄ）・コンバータ１４８とマイクロプロセッサ１５０と不揮
発性メモリ１４４とインターフェース・モジュール１４６とを含む制御パネル１
４０へ印加される。この制御パネルの動作については、以下において更に詳細に
論述する。従来の液体冷却システムは、図４には示されない他の多くの特徴点を
含んでいる。これら特徴点については、図示を容易にするため図面を簡単にして
意図的に省略した。

【００１５】 水冷却器は、しばしば水の凝固点（３２°Ｆ（０℃））の数度華氏以内の水温
にして動作する仕様とされる。始動、変動建築負荷、などにより生じる冷却器の
運転条件における遷移は、蒸発器の冷媒飽和温度を前記値より一時的に低下させ
得る。実質的な期間このような条件に残されるならば、蒸発器の冷却水管内に氷
が生じ得る。極端な場合には、管内の水が固く凍結し得、管を破裂させてユニッ
トに損傷を生じる。

【００１６】 本発明の目的は、運転停止を即時行うことなく、限られた期間だけ冷却器にお
ける冷媒温度が水の凝固点より低下することを許容する凝固点保護の方法および
システムを提供することである。本発明の方法およびシステムは、計算されたあ
る期間後に水冷却器を運転停止するが、不必要である種類の運転停止は阻止する
ことになる。一方で、当該方法は、管が凍結することを有効に阻止する。このこ
とを達成するため、冷却器が水の凝固点より低い温度で動作可能である安全時間
限度を決定する方法が開発された。水が凍結するのに要する時間が蒸発器温度が
凝固点よりどれだけ低いかに依存するから、このような時間限度は異なる冷却器
温度に対して調整されねばならない。以下に説明するように、望ましい方法は、
冷却器内で検知される冷媒温度に対して適切な安全期間を決定する数学的アルゴ
リズムを適用することである。本発明によれば、所与のシステムの実験テストで
あり得るように、このような時間の決定のため異なるアルゴリズムを用いること
ができる。例えば、特定の水冷却器を異なる凝固温度に露呈し、各温度における
所定の段階に水を凍結するのに要する時間を決定することによって、所与の温度
に対する安全期間の決定を得ることができる。このような実験的テストにより、
データ点の表を決定して、以下に述べる形式のコンピュータ・システムのメモリ
に配備することができる。しかし、冷媒の所与の検知温度に対して最長安全期間
を分析的に決定することができる適切な仮定に基いて、アルゴリズムを用いるこ
とが望ましい。

【００１７】 事例として、このようなアルゴリズムを開発するためは、典型的な蒸発器管に
ついて数学的な遷移誘導分析が行われた。このような方法による凍結の危険を低
減するため、冷却器凍結の最悪事態のシナリオに基いて、望ましいアルゴリズム
が開発された。水冷却器の凍結が最短の期間において生じるという最悪事態のシ
ナリオは、蒸発器ラインがパス・バッフル・ガスケットまたは他の障害物により
部分的あるいは完全に閉塞される場合の可能性にある。当該シナリオにおいては
、水は管に流入あるいは管から流出できず、周囲の冷媒蒸気が凝固点より低くな
る間、管内に捕捉される。水が伝導により熱を移動することができない（一部の
自然対流効果を無視して）ので、主な伝熱モードは半径方向における伝導となる
。

【００１８】 銅管の伝導率と所与の管の直径対長さの比が既知であるとすれば、フーリエ半
径方向伝導式が数学的に解き得る形態に簡単化する。液体の凝固点より低い温度
の媒体中に浸漬された長い円形管の内部で凍結する液体の数値的な伝熱の問題は
、ＬｏｎｄｏｎおよびＳｅｂａｎにより１９４３年に解決された。無次元の時間
パラメータに対する彼らの方程式が、下記の仮定のもとに今日の用途に適用され
た。すなわち、 １．氷の物理的特性、密度、伝導率および融解の潜熱は一定である。

【００１９】 ２．液体は最初凝固温度（３２°Ｆ（０℃））である。 ３．管の外側の伝熱係数は、プロセス中一定である。 ４．管の外側で蒸発する冷媒の飽和温度は一定である。

【００２０】 図１は、液体の完全な凝固に至る無次元の時間に対する解を示している。この
場合、無次元の時間θ*は、システムのパラメータｈ₀ｒ₀／ｋの適正値において
横座標の切片ｒ＋＝ｒ／ｒ₀＝０に対応する。この値は、管の完全な凝固のため
の無次元の時間に対応する（但し、ｒ＝０）。

【００２１】 式１：θ*＝（Ｔ_fr−Ｔ∞）ｋθ／Ｌ_rρｒ₀ ² 但し、Ｌ_f＝氷の融解の潜熱 ρ＝固相の密度 Ｔ_fr＝凝固点温度 Ｔ∞＝蒸発器の計測飽和温度 ｋ＝氷の熱伝導率 θ＝管の完全凝固時間 ｒ₀＝管の内径 ｈ₀＝外側の伝熱係数 管の完全凝固のための無次元時間θ*は、図１から見出される。この値は、管
の完全な凝固のための時間θについて解くために式１へ入力することができる。

【００２２】 特定の場合に対するシステム・パラメータが上記解へ加えられたとき、種々の
飽和温度における標準的な蒸発器管内の水の完全な凝固に至る時間の下記のカー
ブが図２に示されるように得られた。この表は、標準状態における蒸発器に対す
る標準的な設計に基くもので、単なる例示である。図２におけるデータの表は、
本発明の限定となるものではない。図２は、Ａ．Ｌ．ＬｏｎｄｏｎおよびＲ．Ａ
．Ｓｅｂａｎの「形成の速度（Ｒａｔｅｓ ｏｆ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）」（Ａ
ＳＭＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ、第６５巻、アメリカ機械技師協会、１９４
３年）に対応する。本発明の望ましい実施の形態によれば、決められた最長時間
限度が適切な安全係数により重みづけされ、次いで本発明の方法およびシステム
の制御ロジックへ組込まれる。

【００２３】 「巧妙な凝固点保護制御アルゴリズム」については、次に記述される。この制
御ロジック・システムは、予め選定された時間間隔で蒸発器の飽和温度を連続的
に監視する。冷凍システムに対する制御パネル１４０の一例が図４に示される。
蒸発器の温度または圧力を計測するため、センサ１６０が設けられる。蒸発器温
度を計測するためには、温度計のような直接的な温度検知装置が用いられる。あ
るいはまた、蒸発器の圧力を計測するためには、圧力トランスジューサのような
圧力検知装置が用いられる。他の形式の温度および圧力のセンサもまた用いられ
る。圧力トランスジューサが用いられるならば、圧力センサ／トランスジューサ
１６０は、蒸発器の圧力に比例するＤＣ電圧信号１６２を生じる。典型的には、
当該信号１６２は、０．５と４．５Ｖ（ＤＣ）間にある。温度計が用いられるな
らば、温度計が温度に比例する抵抗値を提供する。これは、電圧源を介して接続
された抵抗分割器を経て電圧信号１６２へ変換される。電圧信号１６２は、制御
パネル１４０に対する入力であり、Ａ／Ｄコンバータ１４８によりディジタル信
号へ変換される。蒸発器の圧力／温度を表わすこのディジタル信号は、次にマイ
クロプロセッサ１５０により対応する蒸発器の飽和温度へ変換することができる
。この値は、次に次項において更に詳細に記述される凝固点保護ソフトウエア・
ルーチンへ入力される。当該制御パネルはまた、凝固点保護ルーチンが運転停止
が適正であることを信号するときに、冷却器を運転停止するために用いられるイ
ンターフェース・モジュール１４６を含む。冷却器は、従来の任意の方法により
、例えば圧縮機１１０を運転停止する信号をモータ・スタータ／モータ１１８へ
送ることによって運転停止される。しかし、本発明は、必ずしもこのような運転
停止方法に限定されるものではない。

【００２４】 図３は、本発明の凝固点ルーチンの実施の一形態を示している。このルーチン
の動作は下記のとおりである。装置が始動に先立ってターンオンされたとすると
、ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値は、初期設定の間はゼロに等しくセットされる
。ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔは、蒸発器温度が凝固点より高いかあるいは低い点
にある時間を追跡するカウンタの値である。ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの特性が
アクティブでなければ、ルーチンはステップ１６（丸Ｃで示される）へ進む。ス
テップ１６において、運転停止がクリヤされる。運転停止のクリヤ時は、制御ロ
ジックは運転停止が当該制御特性に基いて生じないことを表示する。ルーチンは
次にステップ１７へ進み、ここで運転停止の状態が表示される。この場合、運転
停止が起こらないことが表示されることになる。ステップ１７は、運転停止の状
態の表示について参照される。ステップ１７の後、ルーチンは終了する（この時
、ルーチンは、他の制御ルーチンの実行後に再開される）。ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏ
ｕｎｔの特性がステップ１においてアクティブであると見出されるならば、ルー
チンはステップ２へ進む。ルーチンにおけるこの時点のｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎ
ｔの値は、ゼロ（ルーチンが初期設定されたばかりならば）か、あるいは前のル
ーチンの終了に先立ち最後に残ったｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値かのいずれか
に等しい。ステップ２において、その時の蒸発器の飽和温度が決定され、公差の
オフセットがシステムへ組込まれる。このオフセットは、これが生成されるとき
にソフトウエアへ入れることができ、あるいは特定のアプリケーションに対して
手動で（キーボードにより）入力することができる。公差オフセットは、最悪の
場合のセンサ誤差を表わすことが望ましい。例えば、この値は温度計については
０．８°Ｆ（約−１７．３℃）に等しく、かつ圧力トランスジューサについては
１．０°Ｆ（約−１７．２℃）に等しくプログラムされた定数であり得る。ルー
チンは次に、ステップ３へ進む。

【００２５】 ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔ変数の調時の目的のためには、１秒の規則的な時間
間隔がここでは用いられる（しかし、他の間隔も用いられ得る）。ｆｒｅｅｚｅ
＿ｃｏｕｎｔは毎秒１回増分されあるいは減分されて、これにより１秒の分解能
を持つタイマ相当物を達成する。ステップ３において、プログラムの初期設定時
に１秒に設定されたタイマが検査される。１秒が経過したならば、タイマはステ
ップ４においてリセットされる。１秒が経過しなかったならば、ルーチンはステ
ップ９へ進み、図３Ａと図３Ｂ間のつながりは丸Ｂによって示される。しかし、
タイマがステップ４においてリセットされたならば、ルーチンはステップ５へ進
む。ステップ５において、蒸発器温度が、ｆｒｅｅｚｅ＿ｐｏｉｎｔ温度と公差
オフセットの和に対比される。このｆｒｅｅｚｅ＿ｐｏｉｎｔ温度は、冷却器内
の水のｆｒｅｅｚｅ＿ｐｏｉｎｔである。検知された蒸発器の温度がｆｒｅｅｚ
ｅ＿ｐｏｉｎｔと公差オフセットの和より小さければ、ルーチンはステップ７へ
進み、ここでｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値が１だけ増分される。ｆｒｅｅｚｅ
＿ｃｏｕｎｔの値はこの時前のｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔと１との和に等しくな
り、ルーチンはステップ９へ進む。さもなければ、蒸発器温度はｆｒｅｅｚｅ＿
ｐｏｉｎｔ温度と公差オフセットの和より小さくなければ、ルーチンはステップ
６へ進む。ステップ６におけるｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔがゼロより大きければ
、ルーチンはステップ８へ進み、ここでｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値が１だけ
減分される。ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値はこの時、前のｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏ
ｕｎｔマイナス１に等しくなり、ルーチンはステップ９へ進む。ステップ６にお
いて、ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値がゼロより大きくなければ、ｆｒｅｅｚｅ
＿ｃｏｕｎｔの値は減分されず、同じ値のままとなり、ルーチンはステップ９へ
進むことになる。

【００２６】 本発明の特質の一つ、従って本文に説明するサブルーチン例は、温度が凝固点
より高く上昇するごとにカウンタが自動的にゼロへリセットされることを阻止す
るものである。ステップ８において、ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値（凝固点の
時間を表わす）は、蒸発器温度がｆｒｅｅｚｅ＿ｐｏｉｎｔとオフセットの和に
等しいかあるいはこれより大きければ（ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔがゼロより大
きいと仮定して）、１だけ減分される。温度が僅かに１秒の間隔において温度閾
値まで上昇するごとにカウンタをリセットさせることは危険である。閾値より高
い過渡的な各上昇には大量の時間が後に続き得、この場合温度は閾値より低い。
温度が閾値まで上昇するときに完全にリセットする代わりに、カウンタは増分を
停止して、その代わりに１カウントをゼロへ減分することになる。このように、
温度変化が逆方向でありかつ温度が閾値より低く低下するものと仮定すれば、ｆ
ｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値は、温度が閾値より低かった時間（１秒のような増
分吸う）から、温度が閾値より高いかあるいはこれに等しかった時間を差引いた
量を表わすことになる。温度が前に閾値より高く上昇しただけでゼロへリセット
しないことにより、冷却器は、カウンタがゼロへリセットされたよりも短い時間
だけ閾値より低い温度に止まることを許容される。このようなロジックは、冷却
器が凝固点の周縁で動作する状況（すなわち、飽和温度が凝固点付近で振動して
いるとき）に対しては特に必要である。

【００２７】 ステップ３において、１秒の間隔が経過しなかったならば、タイマはリセット
されず、リセットはステップ９へ進む（図３Ａと図３Ｂ間のつなぎは、丸Ｂによ
り示される）。しかし、ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値は、１秒の間隔で増分あ
るいは減分されるに過ぎず、ルーチンは１秒に多数回完了されることもあり得る
。

【００２８】 図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ルーチンは丸Ａと丸Ｂとして示される
部分からステップ９へ進む。ステップ９において、蒸発器の温度はｆｒｅｅｚｅ
＿ｐｏｉｎｔと公差オフセットの和に対比される。蒸発器温度がｆｒｅｅｚｅ＿
ｐｏｉｎｔ温度と公差オフセットの和より小さくなければ、ルーチンはステップ
１１へ進む。ルーチンがステップ１１へ進むならば、運転停止は生じないことに
なる。ステップ１１において、運転停止がクリヤされ、ルーチンはステップ１７
へ進み、ここで運転停止の状態が表示される。このような場合、運転停止が行わ
れないことが表示され、ルーチンは終了されることになる。

【００２９】 しかし、ステップ９において蒸発器の温度がｆｒｅｅｚｅ＿ｐｏｉｎｔ温度と
公差オフセットとの和より小さければ、ルーチンはステップ１０へ進む。ステッ
プ１０において、水が凍結せずに各蒸発器温度に滞留し得る最長時間が、最近検
知された温度について計算される。これは蒸発器の管中の水の完全な凝固に要す
る時間に対応し、その結果冷却器の破損をもたらすことになる。先に述べたよう
に、これは、管中の流れが完全に閉塞される最悪の場合のシナリオに基く。最長
時間は、計算のため要求される必要なパラメータと共に先の式１の変形である下
記の方程式を用いて計算される。以下に示す変数に対する値は、特定の熱交換器
の特性および存在する諸条件に依存する。下記の値は、事例に過ぎない。不都合
なことに、（最長時間に対する）秒数は、飽和温度がどれだけ凝固点より低いか
に基いて計算される。方程式は下記のとおり。

【００３０】

【数１】 最長時間(秒)＝[θ*×L_F×ρ_f×[(r₀/12)²/(((T_fr+T_offset)-T_shell)×k_ice)]
]×3600 但し、 Ｔ_fr＝３２．０度Ｆ Ｔ_offset＝０．８から１．０度Ｆ Ｔ_shell＝蒸発器の計測飽和温度 Ｌ_f＝１４３．６ ｋ_ice＝１．３４ ρ_f＝５７．３ ｈ₀＝３０００ ｒ₀＝０．３２５ Ｒ＝ｈ₀×（ｒ₀／（１２×ｋ_ice）） Ｒが１０より大きければ、θ*＝０．２５ 蒸発器管が凍結するための最長時間がいったん計算されると、ステップ１２に
おいてｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値が最長時間値に対比される。ｆｒｅｅｚｅ
＿ｃｏｕｎｔの値が毎秒に１回増分（あるいは減分）されるので、ｆｒｅｅｚｅ
＿ｃｏｕｎｔの値は、飽和温度が凍結閾値（飽和温度が凍結閾値より高い時間を
差し引いた）より低い秒単位の時間を表わす。ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値が
最長時間値より大きければ、ルーチンはステップ１３へ進み、ここで運転停止が
設定される。運転停止が設定された後、ルーチンはステップ１４へ進む。ステッ
プ１２において、ｆｒｅｅｚｅ＿ｃｏｕｎｔの値は最長時間値より小さいかある
いはこれと等しい。温度が閾値（高かった時間量を差し引いた）より低かった時
間量が凍結が生じるための計算時間量に達しなかったならば、この状態が生じる
ことになる。ルーチンはステップ１４へ進む。

【００３１】 装置は、蒸発器の温度が所定の最低温度より低く低下したならば、依然として
運転停止される。このような最低温度は、短時間であっても凍結が冷却器の運転
にとって危険になるほど速く生じる温度を表わす。先の事例の場合は、最低温度
は２５°Ｆ（約−３．９℃）に設定される。ステップ１４において、蒸発器の温
度が最低温度より低ければ、運転停止がステップ１５において設定される。蒸発
器温度がこの最低温度より低くなければ、運転停止は設定されない。しかし、運
転停止はステップ１３の結果としてすでに設定されている。運転停止の状態ある
いはこれが行われない状態は、ステップ１７において表示される。運転停止がス
テップ１３および１５の両方で設定されたとすると、システムは、運転停止がス
テップ１７において表示されるようにプログラムされる。あるいはまた、ステッ
プ１２および１４に対する応答が否定であったならば、運転停止は設定されず、
ステップ１７が運転停止が行われないことを表示することになる。ステップ１７
の後、ルーチンはつねに終了される。ルーチンは、その直後に再開される。

【００３２】 上記の方法およびシステムにおいては、制御装置が、運転停止が生じている理
由を表示する。運転停止は、凝固点保護のため先に述べたもの以外の理由のため
に生じ得る。運転停止の理由のこのような表示は、運転停止の表示として参照さ
れる。

【００３３】 当業者には、本発明の設計、およびかかる凝固点保護の方法およびシステムの
構成における種々の修正および変更が、本発明の範囲および趣旨から逸脱するこ
となく可能であることが明らかであろう。本発明の他の実施の形態についても、
明細書の考察、および本文に開示された本発明の実施から当業者には明らかであ
ろう。明細書および事例は、頭書の請求の範囲の単なる例示と見なされるべきも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 管中の液体の完全な固体化に至る無次元時間を計算するグラフである。

【図２】 種々の冷媒飽和温度における蒸発器管内の停滞水の固体化のための時間を示す
グラフである。

【図３】 ＡおよびＢは、高性能な凍結保護ルーチンを示すフローチャートである。

【図４】 本発明による冷媒系統と制御パネルを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マクワッド，ウィリアム アメリカ合衆国ペンシルバニア州17070， ニュー・カンバーランド，クリーク・ヴィ スタ・ドライブ 1707

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水の過度な凍結と冷却器に対する損傷とを阻止するため
   、水冷式冷却器を運転停止する方法であって、 冷却器内の冷媒温度を周期的に検知するステップと、 前記冷媒が所定の凝固温度より低くなる時間量を所定の間隔で周期的にカウン
   トするステップと、 冷却器が破損することなく所定の凝固温度より低い検知温度で動作する決定さ
   れた最長時間とカウントされた時間を、所定の間隔で周期的に比較するステップ
   と、 前記カウントされた時間が決定された最長時間を越えるならば、前記所定の間
   隔の１つにおいて冷却器を運転停止するステップと、 を含む方法。
2. 【請求項２】 前記検知された温度を所定の最低運転停止温度と周期的に比
   較するステップと、 前記検知された温度が前記所定の最低運転停止温度より低く低下するならば、
   冷却器を運転停止するステップと、 を更に含む請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記冷却器内の冷媒が所定の凝固温度より低い時間量をカウ
   ントする前記ステップが、検知された温度が所定の凝固温度より低くなる予め選
   定した各間隔において予め選定された増分だけカウントを増分するステップと、
   検知された温度が所定の凝固温度に等しいかあるいはこれより高くなる予め選定
   された各間隔において予め選定された増分だけカウントを減分するステップとを
   含む請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 前記カウントの値が決定された前記最長時間より大きくなく
   とも、検知された温度が所定の最低運転停止温度より低ければ、冷却器を運転停
   止するステップを更に含む請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記冷却器が所定の凝固温度より低い検知温度で動作する決
   定された最長時間を予め選定された各間隔において計算するステップを更に含む
   請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 前記冷却器が損傷することなく所定の凝固温度より低い検知
   温度で動作する前記定められた最長時間が、冷却器内の水が閉塞されて冷却器内
   の流れが生じないという仮定に基いて決定される、請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 前記冷却器が所定の凝固温度より低い検知された温度で破損
   することなく動作する前記決定された最長時間が、冷却器の実験テストに基いて
   決定される、請求項３記載の方法。
8. 【請求項８】 前記冷却器が破損することなく所定の凝固温度より低い検知
   された温度で動作する前記決定された最長時間が、最近検知された温度に対応す
   る時間である、請求項５記載の方法。
9. 【請求項９】 前記検知された温度が所定の凝固温度に等しいかあるいはこ
   れより高くなるごとに、予め選定された増分だけカウントを減分する前記ステッ
   プは、該カウントの値がゼロより大きい場合にのみ生じる、請求項３記載の方法
   。
10. 【請求項１０】 前記カウント・ステップと前記比較ステップとに対する所
    定の間隔は同じ間隔である、請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記冷却器を運転停止する前記ステップは、前記検知され
    た温度が所定の凝固温度より低い場合にのみ生じる、請求項１記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記所定の凝固温度は、前記冷却器内の水の凝固点と温度
    のオフセットとの和である、請求項１記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記決定された最長時間は、前記冷却器の熱交換特性に基
    く分析アルゴリズムの適用により決定される、請求項６記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記冷却器内の冷媒の温度を周期的に検知する前記ステッ
    プは、直接的な温度検知装置により実施される、請求項１記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記冷却器内の冷媒の温度を周期的に検知する前記ステッ
    プは、圧力トランスジューサにより実施される、請求項１記載の方法。
16. 【請求項１６】 冷却水の過度な凍結と冷却器に対する損傷とを防止するた
    め水冷式冷却器を運転停止するシステムであって、 前記冷却器内の冷媒の温度を周期的に計測するセンサと、 前記冷却器が破損することなく所定の凝固温度より低い検知温度にあることが
    許容される最長時間を記憶する手段と、 前記検知温度が前記所定の凝固温度より低い時間量を、所定の間隔で周期的に
    カウントし、前記時間量を前記決定された最長時間と比較し、カウントされた時
    間が前記決定された最長時間より長ければ前記冷却器を運転停止するコントロー
    ラと、 を備えるシステム。
17. 【請求項１７】 前記冷却器は、破損することなく前記間隔において検知さ
    れた温度にあることが許容される最長時間を各間隔において決定する決定手段を
    更に備える、請求項１６記載のシステム。
18. 【請求項１８】 前記記憶手段は、前記冷却器の異なる温度と関連する複数
    の最長時間を記憶する、請求項１６記載のシステム。
19. 【請求項１９】 前記記憶手段はコンピュータのメモリである、請求項１６
    記載のシステム。
20. 【請求項２０】 前記検知された温度は所定の凝固温度より低下する予め選
    定された各間隔において、予め選定された増分だけカウントを増分し、前記検知
    された温度が所定の凝固温度に等しいかあるいはこれより高い予め選定された各
    間隔において予め選定された増分だけカウントを減分するソフトウエアを、前記
    コントローラは含む、請求項１７記載のシステム。