JP2002535592A - 遠心冷却装置用の適応熱ガス・バイパス制御 - Google Patents
遠心冷却装置用の適応熱ガス・バイパス制御Info
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Abstract
Description
冷却システムにおけるサージを排除または最小化するために、熱ガス・バイパス
・バルブを制御する装置および方法に関する。
どの圧縮機が低負荷かつ高圧力比で運転されているときに発生する場合がある、
不安定な状態である。これは、圧力や流れの高頻度な変動および、場合によって
は、圧縮機を通る完全な逆流によって特徴づけられる、過渡現象である。かかる
サージングは、制御されなければ、過度の振動を引き起こして、恒久的な圧縮機
の損傷につながる場合がある。また、駆動装置が電気モータである場合に、サー
ジングは過度の電力消費を引き起こす。
サージングを回避する一助となることが一般的に知られている。冷却負荷が低下
すると、熱ガス・バイパス・フローの要求が高まる。一定の負荷条件での熱ガス
・バイパス・フローの量は、遠心圧縮機の所望の水頭圧力を含む、多数のパラメ
ータに左右される。そのため、最適な制御を提供し、所与の遠心冷却システムの
特徴に反応する、熱ガス・バイパス・フローのための制御システムを提供するこ
とが望ましい。
055号に記載されたアナログ電子回路である。この先行技術は、その出力とし
て、必要とされるバルブの開度に比例する直流電圧信号を提供する。この先行技
術の方法は、圧縮機がちょうどサージし始める2つの異なった冷却装置動作点で
の較正を必要とする。その結果、較正を行うのにかなりの時間が消費され、冷却
装置のある現場で、修理点検技術者の補助が必要となる。また、多数の用途向け
に流量の変更が必要であり、したがって、制御の度重なる較正が必要となる。先
行技術の方法の別の欠点は、サージ境界が直線であるという誤った仮定を行って
しまうことである。むしろ、サージ境界は、様々な動作条件で直線から大きく外
れる場合がある、曲線によって特徴づけられることが多い。この直線仮定の結果
、熱ガス・バイパス・バルブの開きは大きすぎたり小さすぎたりする場合がある
。バルブの開きが大きすぎることは非効率的な動作につながる場合があり、小さ
すぎることはサージ条件につながる場合がある。
明らかであり、または本発明の実施によって学習され得る。本発明の利点および
目的は、特に特許請求の範囲で指摘されている構成要件および組み合わせによっ
て実現され達成される。
説明しているように、本発明に係るシステムおよび方法は、冷却された液体冷媒
が循環する、遠心圧縮機、凝縮器、予回転羽根、負荷および蒸発器を含む冷却シ
ステムのサージ制御を自動的に較正する。このシステムおよび方法は、多数の要
素を含む。まず、本発明に係るシステムおよび方法は、サージ条件の存在を感知
し、圧縮機の水頭を表す水頭パラメータを感知し、負荷を表す負荷パラメータを
感知する。第2に、本発明に係るシステムおよび方法は、サージ条件が感知され
ると、冷却システムの制御によって用いられる較正データとして、水頭パラメー
タおよび負荷パラメータを記憶する。
説明しているように、本発明に係るシステムおよび方法は、冷却された液体冷媒
が循環する、遠心圧縮機、凝縮器、予回転羽根、負荷装置および蒸発器を含む冷
却システムの熱ガス・バイパス・バルブを制御する。このシステムまたは方法は
、多数の要素を含む。まず、本発明に係るシステムおよび方法は、凝縮器内の液
体冷媒の現圧力を表す現圧力を感知し、蒸発器内の液体冷媒の現圧力を表す現圧
力を感知し、予回転羽根の現在の位置を表す現位置を感知する。第2に、本発明
に係るシステムまたは方法は、現在の凝縮器圧力、現在の蒸発器圧力および現在
の羽根位置またはそれらの関数の比較、記憶された較正データに応答し、圧縮機
内のサージングを回避するように、熱ガス・バイパス・バルブの動作を制御する
。
のではない。何れも、他者が本発明を実施することができるように、例や説明を
提供している。詳細な説明の部分を構成する付属の図面は、本発明の一実施形態
を示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明している。
態を図示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
場合には、異なった図面中の同じ符号は同一または類似の要素を示している。
ある。冷却システム100は、冷媒蒸気を圧縮して、それをライン114を介し
て凝縮器112に送り出す遠心圧縮機110を含む。凝縮器112は、冷却塔1
22に接続された入口118および出口120を有する熱交換機コイル116を
含む。凝縮器112からの凝縮液体冷媒は、ライン124を介して蒸発器126
に流れる。蒸発器126は、冷却負荷130に接続された供給ライン128Sお
よび戻りライン128Rを有する熱交換機コイル128を備えている。蒸発器1
26内の蒸気冷媒は、予回転羽根(PRV)133を含む吸込みライン132を
介して、圧縮機110に戻る。熱ガス・バイパス(HGBP)バルブ134は、
圧縮機110の出口からPRV133の入口へと延伸する、ライン136および
138の間に相互接続されている。
ェイス・モジュール146を備えている。コントロール・パネル140は、アナ
ログ・デジタル(A/D)変換器148、マイクロプロセッサ150、不揮発性
メモリ144およびインターフェイス・モジュール146を備えている。
圧力センサ160は、蒸発器圧力に比例する直流電圧信号162を生成する。典
型的には、これらの信号152、162は0.5から4.5V(直流)の間にあ
る。PRV位置センサ156は、PRVの位置に比例する直流電圧信号158を
提供するポテンシオメータである。供給ライン128S上の温度センサ170は
、供給される冷却液体の温度に比例する直流電圧信号168を生成する。4つの
直流電圧信号158、152、162および168はコントロール・パネル14
0への入力であり、A/D変換器148によって、それぞれデジタル信号に変換
される。2つの圧力、供給される冷却液体の温度およびPRV位置を表すこれら
のデジタル信号は、マイクロプロセッサ150への入力である。
フトウエアで全ての必要な計算を行い、HGBPバルブ位置はどうすべきかを決
定する。これらの機能の1つが、圧縮機110のサージを電子的に検出すること
である。マイクロプロセッサ150は、インターフェイス・モジュール146を
通して熱ガス・バイパス・バルブ134を制御する。以下で説明するように、マ
イクロプロセッサ150は、不揮発性メモリ144内に、各サージ事象に関して
、PRV133の位置および圧力比の記録もする。従来の液体冷却機システムは
、図1に示していない他の多数の特徴を含む。これらの特徴は、説明が容易にな
るように、図面を単純化するため意図的に省略してある。
することにより適応的に自己較正する。この適応熱ガス・バイパス(適応HGB
PまたはAHGBP)プロセスは、線形近似ではなく、実際のサージ曲線を表す
サージ境界を作成する。これは、圧縮機サージが生じたときにそれを電子的に検
出し、そのサージが生じたときの圧縮機水頭と冷却装置の負荷を表す数値を、不
揮発性メモリ144に記憶することにより達成される。好適な実施形態において
は、これらの数値は以下で定義する制御圧力比と、各検出されたサージ条件に関
するPRV位置とを表す。このように、コントロール・パネル140はどこでサ
ージが生じたかを記憶し、メモリ内に記憶された値を参照することにより、将来
サージが発生することを防止するために、適切な動作を行うことができる。
特許第4,248,055号における方法は、圧縮機液体温度(CLT)を用い
て圧縮機水頭を表している。参照することによりここに援用した米国特許第4,
282,719号によれば、圧力比はCLTよりも圧縮機水頭のよい表示である
。圧力比は、凝縮器の圧力から蒸発器の圧力を減算した量を蒸発器の圧力で割っ
たものとして定義される。CLTおよび圧力比は共に、本発明の応用において用
いることができるが、この好適な方法は、圧力比を検出して用いるものである。
WT)と蒸発器を出る冷却水温度(LCHWT)との差を用いて、冷却装置の冷
却負荷を表すことができる。本発明の最も広い態様と共にこれらのパラメータを
用いることができるが、好適な実施形態においては、本発明は予回転羽根(PR
V)位置を用いて、冷却装置の冷却負荷を表している。PRV位置の使用は、流
れによる変動を最少にする。また、この制御は自己較正するので、全負荷が部分
的に開いた羽根に対応している適用には問題を生じないはずである。
4,062号に開示された方法およびシステムを用いて、サージ条件を検出して
いる。有効なサージ事象が発生すると、本発明のプロセスは負荷と圧縮機水頭と
のパラメータを検出し、かつ/または判断する。本発明のプロセスは、現在のP
RV位置を検出して決定し、現在の圧力比を計算してから、小さいマージンを引
くことが好ましい。本発明によれば、データはPRVインデックス値と相対的に
まとめられている。たとえば、所与のPRV位置はゼロから100%の百分率に
変換される。現在のPRVインデックス値1は、ゼロから5%のPRV百分率を
表すことができるであろう。現在のPRVインデックス値2は、5%から10%
などのPRV百分率を表すことができるであろう。PRVインデックスを判断す
るこの方法は、代表的なものであるに過ぎない。別の好適な方法を以下で説明し
、図6に示す。
各PRVインデックスは、それと関連づけられた1つの制御圧力比を有する。図
2は、PRVインデックス対制御圧力比の、かかる表およびプロットの例を示し
ている。PRVインデックスは1から20までの範囲にあり、記憶制御圧力比は
小文字の「a」から「t」で表してある。図2における曲線の勾配は、一般に正
である。記憶制御圧力比は、所与のPRVインデックス値に関して感知された圧
力比から、小さい事前に選択されたマージンを引いたものに対応する。この表は
不揮発性メモリ144に記憶されている。代替的に、この表は、サージが生ずる
条件を決定するのに有効であり得る他のデータの中に、蒸発器圧力、凝縮器圧力
、PRV位置のような他の情報を記憶できる。
デックス値に制御圧力比が記憶されていない場合には、このプロセスは、現在の
圧力比から小さいマージンを引いたものを、そのPRVインデックスでの記憶制
御圧力比として記憶する。小さいマージンは使用者によって定義され、コントロ
ール・パネルのキーパッドを介してプログラム可能である。
の周期的に感知された値と、表における記憶制御圧力比との比較に基づいて開閉
される。現圧力比が記憶制御圧力比よりも大きい場合には、HGBPバルブ13
4は、現在の圧力比と記憶制御圧力比との間の差に比例する(比例係数を用いる
ことにより)量だけ開かれる。これは、図2における動作点Aに対応する。比例
係数は、コントロール・パネル140を介してプログラムできる。時間が経って
、現在の圧力比が上昇して、表に記憶された制御圧力比を超えた場合には、HG
BPバルブ134はさらに開いてサージを除去する。現在の圧力比が、表におけ
る記憶制御圧力比に向けて低下すると、バルブ134は閉じ始める。
動作に対応するものであるので、バルブ134は閉じたままである。これは、図
2における動作点Bに対応する。
するようにシステムの特徴が変わった場合には、表における記憶制御圧力比は増
分的に減少する。これは、サージを停止するために、自動的にHGBPバルブ1
34をさらに開かせる。サージ条件が一旦止まると、表に記憶された最後の値が
、そのPRVインデックスと関連づけられた新たなサージ境界を表す。記憶制御
圧力比を減少させる代わりに、比例係数を増加させることが可能であり、これも
、サージを停止するために、自動的にHGBPバルブ134をさらに開かせる。
他の状況の下では、記憶制御圧力比を減少させるのではなく増加するのに有利に
なるように、システム特性が変化できることもあり得る。この状況においては、
当該技術分野においてよく知られた制御方法によって、記憶された制御圧力比を
適応的に増加することが可能である。
己較正である。このように、記憶制御圧力比の表は作られて、更新および維持さ
れ、HGBPバルブ134が適切な冷却装置の動作点で開閉されるように、所与
の時間にサージ境界がどこにあるかを反映する。いくつかの用途については、羽
根は部分的に開いた状態では動作しない場合があるので、この表は各PRVイン
デックスに関する制御圧力比の点を必ずしも記憶しなくてもよい。たとえば、P
RV百分率は95から100%に達することがなく、したがって、PRVインデ
ックス値20は、それに関連づけられた、記憶制御圧力比を有さない場合がある
。一方、記憶制御圧力比がないPRVインデックスでサージが検出された場合に
は、感知された圧力比を用いて、記憶制御圧力比が作り出される(感知された比
を若干減少させることにより)。
ーチャートを示している。このフローチャートおよびそれに続くフローチャート
は、以下の説明でカッコ内に入れた変数や定数を含んでいる。
るが、この特定の時間期間には限定されない。AHGBP制御プロセスが始まる
と、供給される冷却水128S温度(LCHWT)の変化率(lchwt_ra
te)の絶対値が、プログラム可能安定性限界(stability_limi
t)と比較される(ステップ1)。温度センサ170はLCHWTを計測する。
安定性限界を超えた場合には、安定性限界は、記憶制御圧力比を無効にする動的
状態を表す。LCHWT率が安定性限界よりも大きくなると(ステップ1)、安
定性タイマ(stability_timer)がチェックされる(ステップ2
)。好適な実施形態においては、安定性限界は1秒当たり0.3(Fである。タ
イマが切れると(ステップ2)、サージが不安定なLCHWT状態を作り出す場
合に、制御圧力比を記憶する時間のウィンドウを作るために、サージ・ホールド
オフ・タイマ(surge_hold_off_timer)が始動される(ス
テップ3)。制御圧力比は、以下で説明し図4A、図4B、図4Cに示したサブ
プロセスで記憶される。サージ・ホールドオフ・タイマおよび安定性タイマは、
そのサブプロセスでチェックされる。不安定な状態が消えた後に時間遅延が生じ
たと仮定するために、安定性タイマはその開始時間にリセットされる(ステップ
4)。
値が割り当てられるが、これは((凝縮器圧力−蒸発器圧力)/蒸発器圧力)に
等しい(ステップ5)。圧力比は、正の数のみを有するはずである。したがって
、圧力比が負であれば(ステップ6)、それにはゼロの値が割り当てられる(ス
テップ7)。次に、平均圧力比(dp_pa)には過去のNの圧力比の平均値が
割り当てられるが、これは現圧力比を含む(ステップ8)。好適な実施形態にお
いては、Nは10に等しい。圧力比を平均することは、サージによる変動から生
ずる誤った値を防止する。そして、このプロセスで用いられるタイマが更新され
る(ステップ9)。タイマを更新することは、それらがゼロに達するまでそれら
の値を減少させることを伴う。
存在するかどうかを別のサージ検出プロセスが継続的に検出する。上記のように
、サージ条件を検出する好適な方法は、米国特許第5,764,062号で説明
されている。サージ条件を検出すると、サージ検出プロセスはそのサージ条件を
「有効化」する。「有効な」あるいは「有効化された」サージは、サージ条件が
存在するときだけではなく、サージが実際に発生しているとの強い確信があると
きでもある。サージ検出プロセスが有効なサージを検出すると、変数(サージ)
をTRUEに設定することによりそれにフラッグを立てる。
い)(ステップ10)、PRV位置(prv)は、メモリ・バッファ・ロケーシ
ョンに記憶されて(prv_prior_to_surge)(ステップ11)
、サージ前のPRV位置の正確なインジケータを提供する。圧縮機においてサー
ジ条件が検出されれば(有効化されているかいないか)(ステップ10)、この
メモリ・バッファ・ロケーションに記憶されたPRV位置は、サージ条件の初め
のままである。
がチェックされる(ステップ14)。サージ遅延タイマは、現在のサージの直後
に別のサージが発生した場合に、以前に記憶された制御圧力比に上書きするのを
防ぐ。したがって、このタイマは、システムが、このプロセスによって行われる
動作を、元のサージに合わせて調節することを可能にする時間を提供する。この
タイマは以下の記載および図4A、図4Bおよび図4Cに示したサブプロセスに
おいて説明され初期化される。有効なサージが検出されれば(サージ=TRUE
)、サージ前のPRV位置(prv_prior_to_surge)および平
均圧力比(dp_pa)の値は、一時的可変ロケーション(それぞれplot_
prvおよびplot_dp_p)に記憶される(ステップ15)。状態が許せ
ば、それらは記憶され、すなわち表に記憶されるが(ステップ16)、それは以
下の記載および図4A、図4Bおよび図4Cで説明している。サージ条件(su
rge_condition)は、コントロール・パネルのユーザ・ディスプレ
イ上でこれを示すことにより確認される(ステップ17)。そして、サージ・フ
ラッグがクリアされる(FALSE)(ステップ18)。最後に、熱ガス・バイ
パス・バルブサブプロセスが行われるが(ステップ19)、これは以下の記載お
よび図5A、図5Bおよび図5Cで説明している。HGBPバルブサブプロセス
は、バルブの開閉の程度を決定する。
はクリアされ(FALSE)(ステップ13)、熱ガス・バイパス・バルブ・サ
ブプロセスが行われる(ステップ19)。AHGBPプロセスが動作したか現在
動作していて、システムをあらゆる有効化されたサージから開放するので、サー
ジ・フラッグはクリアされる(ステップ13および18)。上記のサージ検出プ
ロセスは、必要であればサージ・フラッグ(surge)を設定する。
している。このプロセスは、有効なサージが検出されたときは常に実行する(ス
テップ14)。このプロセスは、適切な条件が満たされた場合には、サージ前P
RV位置(plot_prv)および平均圧力比(plot_dp_p)を取っ
て、それらを図2に示したような表の中に制御パラメータとして記憶する。
動作しているかをチェックする。これは、現在のLCHWTがその設定点(se
tpoint)からプラス・マイナス0.5(F以内であり、温度制御が60秒
間安定していたか(安定性タイマ)、または新たな不安定なLCHWT条件の開
始から8秒以内であるか(surge_hold_off_timer)をチェ
ックすることにより行う(ステップ20)。これらの条件が満たされれば、現在
のPRVインデックス(prv_index)は、サージ事象の直前のPRV位
置に基づいた値を割り当てられる(ステップ22)。安定性タイマ(stabi
lity_timer)およびサージ・ホールドオフ・タイマ(surge_h
old_off_timer)は、上記ならびに図2A、図2Bおよび図2Cで
説明している。設定点は、コントロール・パネル140を介してユーザによって
プログラムされた温度である。好適な実施形態においては、設定点温度は44(
Fである。PRVインデックスの計算は、以下の図6でより詳細に説明している
。
surge_pts[prv_index])(ステップ23)(ゼロは、制御
圧力比が記憶されていないことを意味する)、このプロセスは、より高いPRV
インデックスで、記憶制御圧力比を検索する(ステップ25、26および27)
。このプロセスは、最大PRVインデックス値(MAX_PRV_INDEX)
を超えては検索しない。好適な実施形態においては、PRVインデックスはゼロ
から最大15までの範囲にある。
それが一時的に記憶された平均圧力比(plot_dp_p)未満であれば(ス
テップ28)、このプロセスは現在のPRVインデックス(prv_index
)での表位置に、より高いPRVインデックスでの値からプログラム可能マージ
ン(surge_margin)を引いたものを割り当てる(ステップ30)。
これは、好適な実施形態では、図2に示したように曲線は正の勾配を有している
はずなので、より高いPRVインデックスでのあらゆる値よりも大きい値を記憶
することに対する警告としての役割を果たす。
ステップ28)、それが一時的に記憶された平均圧力比(plot_dp_p)
以上であれば(ステップ28)、このプロセスは、現在のPRVインデックス(
prv_index)での制御圧力比に、一時的に記憶された平均圧力比の値(
plot_dp_p)からプログラム可能なマージン(surge_margi
n)を引いたものを割り当てる(ステップ29)。この記憶された制御圧力比は
、ここでは、そのPRVインデックスに対応する記憶制御圧力比である。好適な
実施形態においては、プログラム可能なマージンの値は0.1から0.5の間で
ある。
からプログラム可能なマージン(surge_margin)を引く(ステップ
24)。この場合に、上記で説明したように、このプロセスは変更されたシステ
ム状態に適合し再較正している。全ての場合に、制御圧力比が有する場合がある
最小値は0.1である。実際の値が0.1未満であれば、制御圧力比には0.1
の値が割り当てられる(ステップ31、32)。0.1以下の平均圧力比は、普
通計算されるであろう値をはるかに下回り、ゼロが表に入れられる可能性がある
ことを防止するために、単に警告として用いられる(ゼロは、制御圧力比がその
PRVインデックスで表に入れられていないことを示しているため)。このとき
、サージ反応が必要とされ(ステップ33)、フラッグが立てられる(surg
e_response_required)。すなわち、HGBPバルブが開か
れてサージを止める必要がある。
、ユニットの状態が安定していないか、LCHWTが設定点で動作していない。
この場合に、制御値はメモリに記憶すべきではないが、サージ反応は依然として
必要とされる(上記のように、サージ反応要求フラッグとは無関係に)。したが
って、このプロセスは、プログラム可能な反応の増分(response_in
crement)を、サージ反応(surge_response)に付加する
(ステップ21)。サージ反応は、サージを停止するためにHGBPバルブが開
く程度であり、その値は、以下の記載および図5A、図5Bおよび図5Cで説明
する、HGBPバルブ制御サブプロセスで判断される。全ての場合に、このプロ
セスは、システムがHGBPバルブ反応に反応する機会を得る前に、制御圧力比
がメモリに記憶されないように、サージ遅延タイマを設定する(ステップ34)
。
図5Cでさらに詳細に説明する。このサブプロセスは、バルブをどれくらい開く
べきかあるいは閉じるべきかを含む、バルブ反応を判断する。3つの条件が総バ
ルブ反応に寄与する。第1の条件である設定点反応は、現在の圧力比から、現在
のPRVインデックスでの制御圧力比を引いたものに比例する。第2の条件であ
るサージ反応は、サージに反応してHGBPバルブが開く程度である。この条件
は、設定点反応を含まず、正常な無サージ条件中には常にゼロに戻る。
ターフェイス・モジュール146はDACを含み、これはHGBPバルブ134
への信号を制御するのに必要である。DACには受け取ることができる最小値(
DA_MIN)があり、それは閉じられたHGBPバルブの位置に対応する。そ
のため、総バルブ反応は、設定点反応とサージ反応と最小DAC反応とを足した
ものに等しい。
当てられる(ステップ35)。PRVインデックスを割り当てることは、以下の
記載および図6でさらに詳細に説明する。PRVインデックスが以前に記憶され
た制御圧力比を含み、現在の平均圧力比がその値よりも大きければ(ステップ3
6)、設定点反応には、比例係数(ファクタ)に2つの値の差を掛けた値が割り
当てられる(ステップ38)。換言すれば、平均圧力比と、現在のPRVインデ
ックスでの記憶制御圧力比との差に比例する程度だけ、HGBPバルブを開く反
応が生ずる。比例係数は、コントロール・パネル140を介してプログラム可能
であり、10から100の範囲にあることが好ましい。
均圧力比が、そのPRVインデックスでの記憶された値未満であるかの何れかの
場合に(ステップ36)、設定点反応は生じないので、このプロセスはサージ反
応要件にフラッグが立てられているかどうか(surge_response_
required)をチェックする(ステップ37)。サージ反応が必要とされ
れば(ステップ37)、サージ反応(surge_response)は増大さ
れる(surge_response_increment)(ステップ39)
。サージ反応の増分は全目盛の5%であることが好ましいが、これには限定され
ない。
いので、サージ反応要求フラッグはクリアされる(ステップ40)。サージ遅延
タイマおよびサイクル反応タイマ(cycle_response_timer
)が切れた場合には(ステップ41)、サージが再度発生するかどうかを判断す
るために、HGBPバルブ制御のサージ反応部分は、ゼロに向かって事前設定量
だけゆっくりと下げられる(response_decrement)(ステッ
プ42)。サイクル反応タイマは、定期的な間隔でのバルブ動作のみを許容する
ことにより、HGBPバルブが速く開閉しすぎることを防止する。この事前設定
量(response_decrement)は全目盛の1%であることが好ま
しい。このように、HGBPバルブ位置は、HGBP制御の設定点反応部分のみ
を許容することにより最適化され、最終的に定常状態でバルブが開くことに寄与
する。
れば(ステップ43)、ゼロに設定する(ステップ44)。現在の平均圧力比が
PRVインデックス値で記憶制御圧力比以下であれば(ステップ45)、このプ
ロセスは、HGBPバルブがその閉じた位置にゆっくりと移動するように、設定
点反応から反応増分を引く(ステップ46)。
れば(ステップ47)、このプロセスは設定点反応をゼロに設定する(ステップ
48)。HGBPバルブプロセスのこの部分が10秒に1回ずつ実行されるよう
に、サイクル反応タイマ(cycle_response_timer)がリセ
ットされる(ステップ49)。
とサージ反応と最小DAC値(DA_MIN)とを足したものに等しい(ステッ
プ50)。DACは受け取ることができる最小値を有しており(DA_MIN)
、これは閉じたバルブ位置に対応する。最大の許容総バルブ反応は、全目盛DA
Cレンジ値(FULL_SCALE)に最小DAC値を足したものである(ステ
ップ51、52)。そして、このプロセスは、インターフェイス・モジュール1
46によって、必要な総バルブ反応に反応してHGBPバルブを開けるか閉じる
(ステップ60)。
を判断するサブプロセスのフローチャートである。PRV値(prv_valu
e)が40%未満であれば(ステップ53)、返されるインデックス値(ステッ
プ58)は、PRV値を4で割ったものである(ステップ54)。PRV値が4
0%未満ではないが(ステップ53)、100%未満であれば、返されるインデ
ックス(ステップ58)は、PRV値を10で割って6を足したものである。P
RV値が100%未満でなければ(ステップ55)、返されるインデックス(ス
テップ58)は最大許容値(MAX_PRV_INDEX)である。この好適な
実施形態においては、最大許容値は15であり、PRV値はゼロから100%の
範囲にある。
する異なった方法を理解できるように、例や説明を提供するものである。以下の
特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および主旨を定義している。
記憶する表および、表における値のプロットの図である。
図である。
るサブプロセスの流れ図である。
スに関する流れ図である。
る。
Claims (44)
- 【請求項1】 冷却された液体冷媒が循環する、遠心圧縮機、凝縮器、予回
転羽根、負荷装置および蒸発器を備えた冷却システムのサージ制御を自動的に較
正する方法であって、 サージ条件の存在を感知するステップと、 前記圧縮機の水頭を表す水頭パラメータを感知するステップと、 前記負荷を表す負荷パラメータを感知するステップと、 前記サージ条件が感知されたときに、前記冷却システムの制御により用いられ
る較正データとして、前記水頭パラメータおよび前記負荷パラメータを記憶する
ステップとを含む方法。 - 【請求項2】 前記水頭パラメータを感知するステップは、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知するステップと、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知するステップと、 前記凝縮器圧力と前記蒸発器圧力との差に等しい差分圧力を計算するステップ
と、 前記計算された差分圧力と前記蒸発器圧力との比に等しい圧力比を計算するス
テップとを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記負荷パラメータを感知するステップは、前記予回転羽根
の位置を表す位置を感知するステップを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記水頭パラメータを感知するステップは、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知するステップと、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知するステップと、 前記凝縮器圧力と前記蒸発器圧力との差に等しい差分圧力を計算するステップ
と、 前記計算された差分圧力と前記蒸発器圧力との比に等しい圧力比を計算するス
テップとを含み、前記負荷パラメータを感知するステップは、前記予回転羽根の
位置を表す位置を感知するステップを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記水頭パラメータを記憶するステップは、 前記サージ条件が感知されたときに、前記圧力比から小さいマージンを引いて
、記憶制御圧力比として記憶するステップと、 前記サージ条件が感知されたときに、前記対応する羽根位置を、記憶制御羽根
位置として記憶するステップとを含む、請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記冷却システムの制御は、 前記圧縮機の現在の水頭を表す現水頭パラメータを感知するステップと、 現在の負荷を表す現負荷パラメータを感知するステップと、 前記現水頭パラメータ、前記現負荷パラメータおよび前記記憶された制御較正
データに応答して、前記圧縮機におけるサージングを回避するために、熱ガス・
バイパス・バルブの動作を制御するステップとを含む、熱ガス・バイパス・バル
ブを制御することを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記現水頭パラメータを感知するステップは、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知するステップと
、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知するステップと
、 前記現凝縮器圧力と前記現蒸発器圧力との差に等しい現差分圧力を計算するス
テップと、 前記計算された現差分圧力と前記現蒸発器圧力との比に等しい現圧力比を計算
するステップとを含む、請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記現負荷パラメータを感知するステップは、前記予回転羽
根の現在の位置を表す現在位置を感知するステップを含む、請求項6に記載の方
法。 - 【請求項9】 前記現水頭パラメータを感知するステップは、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知するステップと
、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知するステップと
、 前記現凝縮器圧力と前記現蒸発器圧力との差に等しい現在の差分圧力を計算す
るステップと、 前記計算された現差分圧力と前記現蒸発器圧力との比に等しい現在の圧力比を
計算するステップと、 前記予回転羽根の前記現在の位置を表す現在位置を感知するステップとを含む
、請求項6に記載の方法。 - 【請求項10】 前記記憶された制御較正データは、記憶された制御圧力比
と記憶された制御羽根位置とを含み、 前記現在の圧力比が、前記現在羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位置
に対応する前記記憶された制御圧力比よりも大きい場合に、前記現圧力比と前記
記憶された制御圧力比との差に比例する量だけ、前記熱ガス・バイパス・バルブ
を開くことを含む、請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 前記記憶された較正データは、記憶された制御圧力比と記
憶された制御羽根位置とを含み、 前記現圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位置に
対応する前記記憶された制御圧力比に等しいまたは少ない場合に、前記熱ガス・
バイパス・バルブを完全に閉じるステップを含む、請求項9に記載の方法。 - 【請求項12】 冷却された液体冷媒が循環する、遠心圧縮機、凝縮器、予
回転羽根および蒸発器を含む冷却システム内の熱ガス・バイパス・バルブを制御
する方法であって、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現在の圧力を感知するステッ
プと、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現在の圧力を感知するステッ
プと、 前記予回転羽根の現在の位置を表す現在の羽根位置を感知するステップと、 前記現在の凝縮器圧力、前記現在の蒸発器圧力および前記現在の羽根位置に反
応した、前記圧縮機内でのサージングを回避するために、前記熱ガス・バイパス
・バルブの動作を、記憶された較正データに制御するステップとを含む方法。 - 【請求項13】 前記動作を制御するステップは、 前記現在の凝縮器圧力と前記現在の蒸発器圧力との差に等しい現在の差分圧力
を計算するステップと、 前記現在の計算された差分圧力と前記現在の蒸発器圧力との比に等しい現在の
圧力比を計算するステップとを含む、請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 記憶された較正データは、記憶された制御圧力比と記憶さ
れた制御羽根位置とを含み、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する、前記記憶された制御圧力比よりも大きい場合に、前記現在の圧力
比と前記記憶された制御圧力比との差に比例する程度だけ、前記熱ガス・バイパ
ス・バルブを開くことを含む、請求項12に記載の方法。 - 【請求項15】 記憶された較正データは、記憶された制御羽根位置に対応
する記憶された制御圧力比を含み、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する前記記憶された制御圧力比に等しいか小さい場合に、前記熱ガス・
バイパス・バルブを完全に閉じるステップを含む、請求項12に記載の方法。 - 【請求項16】 冷却された液体冷媒が循環する、遠心圧縮機、凝縮器、予
回転羽根、負荷装置および蒸発器を含む冷却システムのサージ制御を自動的に較
正する装置であって、 サージ条件の存在を感知する手段と、 前記圧縮機の水頭を表す水頭パラメータを感知する手段と、 前記負荷を表す負荷パラメータを感知する手段と、 前記サージ条件が感知されたときに、前記冷却システムの制御により用いられ
る較正データとして、前記水頭パラメータおよび前記負荷パラメータを記憶する
手段とを含む装置。 - 【請求項17】 前記水頭パラメータを感知する手段は、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知する手段と、 前記凝縮器圧力と前記蒸発器圧力との差に等しい差分圧力を計算する手段と、 前記計算された差分圧力と前記蒸発器圧力との比に等しい圧力比を計算する手
段とを含む、請求項16に記載の装置。 - 【請求項18】 前記負荷パラメータを感知する手段は、前記予回転羽根の
位置を表す位置を感知する手段を含む、請求項16に記載の装置。 - 【請求項19】 前記水頭パラメータを感知する手段は、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の圧力を表す圧力を感知する手段と、 前記凝縮器圧力と前記蒸発器圧力との差に等しい差分圧力を計算する手段と、 前記計算された差分圧力と前記蒸発器圧力との比に等しい圧力比を計算する手
段とを含み、前記負荷パラメータを感知する手段は、前記予回転羽根の位置を表
す位置を感知する手段を含む、請求項16に記載の装置。 - 【請求項20】 前記水頭パラメータを記憶する手段は、 前記サージ条件が感知されたときに、前記圧力比から小さいマージンを引いた
ものを、記憶制御圧力比として記憶する手段と、 前記サージ条件が感知されたときに、前記対応する羽根位置を、記憶制御羽根
位置として記憶する手段とを含む、請求項19に記載の装置。 - 【請求項21】 前記冷却システムの制御は、 前記圧縮機の現在の水頭を表す現水頭パラメータを感知する手段と、 現在の負荷を表す現負荷パラメータを感知する手段と、 前記現水頭パラメータ、前記現負荷パラメータおよび前記記憶された制御較正
データに応答して前記圧縮機におけるサージングを回避するために、熱ガス・バ
イパス・バルブの動作を制御する手段とを含む、熱ガス・バイパス・バルブを制
御する手段を含む、請求項16に記載の装置。 - 【請求項22】 前記現在の水頭パラメータを感知する手段は、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記現在の凝縮器圧力と前記現在の蒸発器圧力との差に等しい現在の差分圧力
を計算する手段と、 前記計算された現差分圧力と前記現蒸発器圧力との比に等しい現在の圧力比を
計算する手段とを含む、請求項21に記載の装置。 - 【請求項23】 前記現負荷パラメータを感知する手段は、前記予回転羽根
の現在の位置を表す現在位置を感知する手段を含む、請求項21に記載の装置。 - 【請求項24】 前記現水頭パラメータを感知する手段は、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記現凝縮器圧力と前記現蒸発器圧力との差に等しい現在の差分圧力を計算す
る手段と、 前記計算された現差分圧力と前記現蒸発器圧力との比に等しい現在の圧力比を
計算する手段と、 前記予回転羽根の現在の位置を表す現在位置を感知する手段とを含む、請求項
21に記載の装置。 - 【請求項25】 前記記憶された制御較正データは、記憶された制御圧力比
と記憶された制御羽根位置とを含み、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する前記記憶された制御圧力比よりも大きい場合に、前記現在の圧力比
と前記記憶された制御圧力比との差に比例する程度だけ、前記熱ガス・バイパス
・バルブを開く手段を含む、請求項24に記載の装置。 - 【請求項26】 前記記憶された較正データは、記憶された制御圧力比と記
憶された制御羽根位置とを含み、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する、前記記憶された制御圧力比以下である場合に、前記熱ガス・バイ
パス・バルブを完全に閉じる手段を含む、請求項24に記載の装置。 - 【請求項27】 冷却された液体冷媒が循環する、遠心圧縮機、凝縮器、予
回転羽根および蒸発器を含む冷却システム内の熱ガス・バイパス・バルブを制御
する装置であって、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記予回転羽根の現在の位置を表す現在の羽根位置を感知する手段と、 前記現在の凝縮器圧力、前記現在の蒸発器圧力および前記現在の羽根位置に応
答して前記圧縮機内でのサージングを回避するために、前記熱ガス・バイパス・
バルブの動作を記憶された較正データに制御する手段とを含む装置。 - 【請求項28】 前記動作を制御する手段は、 前記現在の凝縮器圧力と前記現在の蒸発器圧力との差に等しい現在の差分圧力
を計算する手段と、 前記現在の計算された差分圧力と前記現在の蒸発器圧力との比に等しい現在の
圧力比を計算する手段とを含む、請求項27に記載の装置。 - 【請求項29】 記憶された較正データは、記憶された制御圧力比と記憶さ
れた制御羽根位置とを含み、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する前記記憶された制御圧力比よりも大きい場合に、前記現在の圧力比
と前記記憶された制御圧力比との差に比例する量だけ、前記熱ガス・バイパス・
バルブを開く手段を含む、請求項27に記載の装置。 - 【請求項30】 記憶された較正データは、記憶された制御羽根位置に対応
する記憶された制御圧力比を含み、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する前記記憶された制御圧力比に等しいか小さい場合に、前記熱ガス・
バイパス・バルブを完全に閉じる手段を含む、請求項27に記載の装置。 - 【請求項31】 冷却された液体冷媒が循環する、遠心圧縮機、凝縮器、予
回転羽根、熱ガス・バイパス・バルブおよび蒸発器を含む冷却システムであって
、 前記凝縮器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記液体冷媒の現在の圧力を表す現圧力を感知する手段と、 前記予回転羽根の現在の位置を表す現在位置を感知する手段と、 前記現在の凝縮器圧力、前記現在の蒸発器圧力および前記現在の羽根位置ある
いはそれらの関数の比較に応答して前記圧縮機内でのサージングを回避するため
に、前記熱ガス・バイパス・バルブの動作を、記憶された較正データに制御する
手段とを含む装置。 - 【請求項32】 前記動作を制御する手段は、 前記現在の凝縮器圧力と前記現在の蒸発器圧力との差に等しい現在の差分圧力
を計算する手段と、 前記計算された現差分圧力と前記現在の蒸発器圧力との比に等しい現在の圧力
比を計算する手段とを含む、請求項31に記載の装置。 - 【請求項33】 記憶された較正データは、記憶された制御圧力比と記憶さ
れた制御羽根位置とを含んでおり、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する、前記記憶された制御圧力比よりも大きい場合に、前記現在の圧力
比と前記記憶された制御圧力比との差に比例する量だけ、前記熱ガス・バイパス
・バルブを開く手段を含む、請求項31に記載の装置。 - 【請求項34】 記憶された較正データは、記憶された制御羽根位置に対応
する記憶された制御圧力比を含み、 前記現在の圧力比が、前記現在の羽根位置に等しい前記記憶された制御羽根位
置に対応する、前記記憶された制御圧力比以下である場合に、前記熱ガス・バイ
パス・バルブを完全に閉じる手段を含む、請求項31に記載の装置。 - 【請求項35】 遠心圧縮機、凝縮器、予回転羽根、1つまたは複数の冷媒
流制御装置および蒸発器を含む冷却システム内の冷媒の流れを制御する方法であ
って、 前記凝縮器内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知するステップと、 前記蒸発器内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知するステップと、 前記予回転羽根の既存位置を表す位置を感知するステップと、 前記感知された圧力、前記感知された蒸発器圧力および前記感知された羽根位
置に応答して前記圧縮機内におけるサージングを回避するために、前記1つまた
は複数の流量制御装置を用いて、前記冷却システムの1つまたは複数の場所にお
いて前記冷媒の流れを制御するステップとを含む方法。 - 【請求項36】 前記冷媒の流れを制御するステップは、 前記感知された凝縮器圧力と前記感知された蒸発器圧力との差に等しい差分圧
力を計算するステップと、 前記感知された計算された差分圧力と前記感知された蒸発器圧力との比に等し
い圧力比を計算するステップとを含む、請求項35に記載の方法。 - 【請求項37】 遠心圧縮機、凝縮器、予回転羽根、1つまたは複数の冷媒
流制御装置および蒸発器を含む冷却システム内の冷媒の流れを制御する方法であ
って、 前記圧縮機の既存水頭を表す水頭パラメータを感知するステップと、 前記予回転羽根の既存位置を表す羽根位置を感知するステップと、 前記感知された水頭パラメータおよび前記感知された羽根位置に応答して前記
圧縮機内におけるサージングを回避するために、前記1つまたは複数の流れ制御
装置を用いて、前記冷却システムの1つまたは複数の場所において前記冷媒の流
れを制御するステップとを含む方法。 - 【請求項38】 前記現在の水頭パラメータを感知するステップは、 前記凝縮器内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知するステップと、 前記蒸発器内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知するステップとを含む、
請求項37に記載の方法。 - 【請求項39】 前記現在の水頭パラメータを感知するステップは、 前記感知された凝縮器圧力と前記感知された蒸発器圧力との差に等しい差分圧
力を計算するステップと、 前記計算された差分圧力と前記感知された蒸発器圧力との比に等しい圧力比を
計算するステップとを含む、請求項38に記載の方法。 - 【請求項40】 遠心圧縮機、凝縮器、予回転羽根、1つまたは複数の冷媒
流制御装置および蒸発器を含む冷却システム内の冷媒の流れを制御する装置であ
って、 前記圧縮機内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知する手段と 前記予回転羽根の既存位置を表す位置を感知する手段と、 前記感知された圧力、前記感知された蒸発器圧力および前記感知された羽根位
置に応答して前記圧縮機内におけるサージングを回避するために、前記1つまた
は複数の流量制御装置を用いて、前記冷却システムの1つまたは複数の場所にお
いて前記冷媒の流れを制御する手段とを含む装置。 - 【請求項41】 前記冷媒の流れを制御する手段は、 前記感知された凝縮器圧力と前記感知された蒸発器圧力との差に等しい差分圧
力を計算する手段と、 前記感知された計算された差分圧力と前記感知された蒸発器圧力との比に等し
い圧力比を計算する手段とを含む、請求項35に記載の装置。 - 【請求項42】 遠心圧縮機、凝縮器、予回転羽根、1つまたは複数の冷媒
流制御装置および蒸発器を含む冷却システム内の冷媒の流れを制御する装置であ
って、 前記圧縮機の既存水頭を表す水頭パラメータを感知する手段と、 前記予回転羽根の既存位置を表す羽根位置を感知する手段と、 前記感知された水頭パラメータおよび前記感知された羽根位置に応答して前記
圧縮機内におけるサージングを回避するために、前記1つまたは複数の流れ制御
装置を用いて、前記冷却システムの1つまたは複数の場所において前記冷媒の流
れを制御する手段とを含む装置。 - 【請求項43】 前記現在の水頭パラメータを感知する手段は、 前記凝縮器内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知する手段と、 前記蒸発器内の前記冷媒の既存圧力を表す圧力を感知する手段とを含む、請求
項37に記載の装置。 - 【請求項44】 前記現在の水頭パラメータを感知する手段は、 前記感知された凝縮器圧力と前記感知された蒸発器圧力との差に等しい差分圧
力を計算する手段と、 前記計算された差分圧力と前記感知された蒸発器圧力との比に等しい圧力比を
計算する手段とを含む、請求項38に記載の装置。
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