JP2008510957A - 冷凍システムの低下した性能を検出するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

冷凍システム１００における性能低下を検出するシステムおよび方法が提供される。詳しくは、本発明は、低冷媒充填２００および冷凍システム１００の凝縮器性能３００の低下を非常に早い段階において検出するシステムおよび方法を提供する。

Description

本発明は、一般に、冷凍システムの性能低下を検出するシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、非常に早い段階で、冷凍システムの低冷媒充填および凝縮器の性能低下を検出するシステムおよび方法に関する。

冷凍システム、ＨＶＡＣシステム、および空調システム（以下ではまとめて「冷凍」）を含む圧縮冷凍システムは、システム構成要素の劣化に起因する性能低下に出会うことがある。たとえば、シール、配管、および構成要素接続部の劣化は冷媒の漏洩につながる可能性がある。冷媒の漏洩によって引き起こされる望ましくない環境災害のほかに、システムの性能および効率は低冷媒充填から急速に低下し、結果としてエネルギー非効率、および潜在的システム停止およびシステム構成要素に対する可能な損傷が生じる。凝縮器を利用する冷凍システムに関しては、凝縮器コイルへの空気流を妨げる異物、凝縮器内の非凝縮性有機物質、および凝縮器ファンの不具合など、様々な要因の結果として性能低下が生じる可能性がある。凝縮器の性能低下は、結果として、時の経つにつれて凝縮器の圧力の望ましくない増大が生じる可能性があり、それによってシステムの効率および性能に悪影響を及ぼす可能性がある。

したがって、必要なものは、低冷媒充填ならびに冷凍システムの凝縮器および関連構成要素の性能のいかなる低下をも非常に早い段階で検出するシステムおよび方法である。

冷媒管によって相互接続され、閉冷却回路を形成する圧縮機、凝縮器、および蒸発器を備えた冷凍機システムが提供される。該システムは、システムパラメータを検知しデータ信号を制御装置に送信する複数のセンサをさらに含み、該制御装置は、システムパラメータに関係するデータの基準マップを記憶し、センサからのデータ信号を受信、処理し、処理されたデータ信号を基準マップのデータと比較し、比較されたデータに基づいてシステム欠陥を検出するマイクロプロセッサおよびコンピュータ読み取り可能な命令を有する。該システムは、少なくとも１つのアラートを生成し、該少なくとも１つのアラートをユーザインターフェースに送信する制御装置に通信可能に接続されたインターフェースボードをさらに含む。

好ましいシステムの実施形態では、複数のセンサが、冷媒液管温度に関係するデータを集める少なくとも１つのセンサ、圧縮機の吐出圧力に関係するデータを集め、それによってシステムが低冷媒充填を含むシステム欠陥を検出できるようにする少なくとも１つのセンサを含む。他の実施形態では、複数のセンサが少なくとも１つの周囲温度センサおよび出口冷却液温度センサをさらに備え、検出されたシステム欠陥は、システムの凝縮器または凝縮器関連構成要素の欠陥性能に関係する高吐出圧力を含む。

他の実施形態では、冷凍機システム内のシステムパラメータのモニタリングおよび制御のための方法であって、様々な負荷条件での適切な冷媒充填に関連するパラメータに関係する基準データを記憶するステップと、適切な冷媒充填に関連する動作パラメータに関係するデータを集める複数のセンサを提供するステップと、冷凍機システムを作動し、実際の負荷条件における適切な冷媒充填に関係するセンサからデータを集めるステップと、該センサから集められたデータを基準データと比較するステップと、集められたデータが所定の範囲の対応する基準データの範囲に入らない場合は低冷媒アラートを生成するステップと、を備える方法が提供される。本方法の好ましい実施形態では、基準データおよび集められたデータは、冷却管温度、ならびに吐出圧力、凝縮圧力および凝縮温度のうちの少なくとも１つを含む。

本発明の方法の他の実施形態では、本方法は、様々な負荷条件および周囲温度における適切な凝縮器性能に関連するパラメータに関係する基準データを記憶するステップと、凝縮器性能に関連する動作パラメータに関係するデータを集める複数のセンサを提供するステップと、冷凍機システムを作動し、実際の負荷条件および周囲温度における凝縮器性能に関係するセンサからデータを集めるステップと、センサから集められたデータを基準データと比較するステップと、集められたデータが所定の範囲の対応する基準データの範囲内にない場合は凝縮器欠陥アラートを生成するステップと、をさらに含む。

本発明の１つの利点は、低冷媒充填が非常に早い段階で検出されることができ、それによってダウンタイム、ならびにシステムおよびその構成要素に対する潜在的損傷を回避するために漏洩を直すシステムの修理を可能にすることである。

本発明の他の利点は、凝縮器および関連構成要素ならびにシステム性能の低下が非常に早い段階で検出されることができ、低下した過冷却、ならびにシステムおよびその構成要素に対する可能な損傷による効率の悪い動作を回避するために、凝縮器および構成要素の性能を回復する保守および修理を可能にすることである。

さらに他の利点は、本発明は、低冷媒充填および凝縮器の問題の早い検出および修理を可能にすることによって冷凍システムのより効率のよい動作を促進することである。
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面と合わせて取り上げられた、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。

可能な場合はいつでも、全図面の全体にわたって同じ参照番号が同じまたは同様の部分を指すために使用される。

本発明が適用されることができる一般的なシステムが図１に例として示されている。図示されているように、システム１００は、ＨＶＡＣシステム、冷凍システム、または液体冷凍機システムのいずれでも、圧縮機１０２、凝縮器１０６、水冷凍機または蒸発器１１２、および制御盤１４０を含む。制御盤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ースボード１４６を含むことができる。制御盤１４０の特徴および動作は、以下でさらに詳しく論じられる。従来の液体冷凍機システム１００は図１には示されていない他の多くの特徴を含む。これらの特徴は、図面を簡単にして説明を容易にするために故意に省略されている。

圧縮機１０２は冷媒蒸気を圧縮し、この蒸気を、排気ライン１０４を通して凝縮器１０６に送達する。圧縮機１０２は、好ましくは遠心圧縮機であるが、スクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、往復圧縮機を含めて他のタイプの圧縮機が使用されてもよい。圧縮機１０２を駆動するために、システム１００は圧縮機１０２用のモータまたは駆動機構１５２を含む。用語「モータ」は圧縮機１０２用の駆動機構に関して使用されるが、用語「モータ」はモータに限定されないが、変速駆動およびモータスタータなど、モータ１５２の駆動に関連して使用されることができるいかなる構成要素をも包含することを理解すべきである。本発明の好ましい実施形態では、モータまたは駆動機構１５２は、電気モータおよび関連構成要素である。しかし、圧縮機１０２を駆動するために、蒸気タービンまたはガスタービンあるいは蒸気エンジンまたはガスエンジンなど、他の駆動機構および関連構成要素が使用されることもできる。

圧縮機１０２によって凝縮器１０６に送達される冷媒蒸気は、流体、たとえば空気または水との熱交換関係に入り、流体との熱交換関係の結果として、冷媒液への相変化を受ける。凝縮器１０６からの凝縮された液体冷媒は、膨張器（図示されていない）を通して蒸発器１１２に流れる。好ましい実施形態では、凝縮器１０６内の冷媒蒸気は、水、空気、または他の流体と交換関係に入り、熱交換器１０８の二次回路または凝縮器１０６を通して流れ、そのコイルは空気によって冷却され、凝縮器ファン１１０によって助けられることができる。凝縮器１０６内の冷媒蒸気は、熱交換器１０８の二次回路内の水、または凝縮器を通る空気との熱交換関係の結果として冷媒液への相変化を受ける。

蒸発器１１２は、シェルおよびチューブまたはコイルタイプの蒸発器など、ただしそれらに限定されない、いかなるタイプのものでもよい。好ましくは、冷却負荷１１６に接続された供給管１１４Ｓおよび戻り管１１４Ｒを有する熱交換器コイル１１４を含む。熱交換器コイル１１４は、蒸発器１１２の中に複数のチューブバンドルを含むことができる。二次液体は、好ましくは水であるが、他のいかなる適切な二次液体でも、たとえば、エチレン、塩化カルシウムブラインまたは塩化ナトリウムブラインでもよく、戻り管１１４Ｒを介して進み蒸発器１１２に入り、供給管１１４Ｓを介して蒸発器を出る。蒸発器１１２内の液体冷媒は、熱交換器コイル１１４内の二次液体の温度を冷却するために熱交換器コイル１１４内の二次液体との熱交換関係に入る。蒸発器１１２内の冷媒液は熱交換器コイル１１４内の二次液体との熱交換関係の結果として冷媒蒸気への相変化を受ける。蒸発器１１２内の液体冷媒は蒸発器１１２を出て、吸込管１２０によって凝縮器１０２に戻ってサイクルを完了する。システム１００は凝縮器１０６および蒸発器１１２に関する好ましい実施形態に関して説明されてきたが、システム１００内では、凝縮器１０６および蒸発器１１２内の冷媒の適切な相変化が得られるならば、凝縮器１０６および蒸発器１１２のいかなる適切な構成でも使用されることができることを理解すべきである。

制御盤１４０は、システム１００の様々な構成要素の動作パラメータに関係するデータを含むシステム１００からの入力信号を好ましくは受信するためにＡ／Ｄ変換器１４８を有する。たとえば、制御盤１４０によって受信された入力信号は、圧縮機吐出管および冷媒液管内の冷媒の温度および／または圧力、蒸発器１１２からの出口冷却液温度、蒸発器１１２および凝縮器１０６内の冷媒の圧力および／または温度、ならびに設置されたシステム１００の環境の周囲温度を含むことができる。したがって、システム１００は、処理すべくデータを集め信号を制御盤１４０へ中継するために、制御盤１４０に通信可能にリンクされた複数のセンサを含む。

図１の特定の実施形態では、複数のセンサには、好ましくは凝縮器１０６液出口のすぐ近くに配置された冷却管温度センサ１７０、吐出圧力変換器１７２、周囲温度センサ１７４、および供給管１１４Ｓ内に配置された出口冷却液センサ１７６などが含まれる。他の実施形態では、吐出圧力変換器１７２の代わりに凝縮器圧力変換器が提供されることができる。さらに他の実施形態では、凝縮器圧力変換器の代わりに凝縮器温度センサが提供される。この実施形態では、凝縮器温度センサは、凝縮された冷媒液と物理的に通信するように凝縮器１０６の凝縮部内に提供される。そのような実施形態では、凝縮温度は、マイクロプロセッサ１５０などによって、冷媒圧力−温度アルゴリズムを使用して、対応する圧力に変換されることができる。

制御盤１４０は、各センサに通信可能に接続され、また、好ましくはインターフェースボード１４６に接続され、有線または無線のいずれの手段ででも、ユーザインターフェースまたはディスプレイ１８０に信号を送信する。任意選択で、インターフェースボード１４６は、モータの速度、いずれかの容量制御装置の位置などシステム１００の動作を制御するために信号をシステム１００の構成要素にさらに送信することができる。制御盤１４０はまた、図１に示されていない他の多くの特徴および構成要素を含むことができる。これらの特徴および構成要素は、制御盤１４０を簡単にして説明を容易にするために故意に省略されている。

制御盤１４０は、システムの様々なセンサから受信される信号を受信し処理するために１つまたは複数の制御アルゴリズムを使用する。一実施形態では、制御アルゴリズムは、たとえば不揮発性メモリ１４４内などに少なくとも１つの動作マップ、および、好ましくは、システム１００が時間の経つにつれて性能低下を経験するか否かを決定する基準として使用されることができる一群の動作マップを設定し記憶することを含む。好ましくは、検出された動作の性能低下は、検出された冷媒充填の損失、欠陥のある凝縮器１０６または凝縮器ファン１１０などの関連凝縮器構成要素、あるいはこれらの要因の組合せを含む。

動作マップは、限定された環境でのみ上書きされることができる記憶されたデータを含む。好ましい実施形態では、記憶データは、データの意図しないまたは無許可の削除または上書きを防止するために不揮発性メモリ１４４に入れられる。一実施形態では、記憶されるデータは、予めプログラムされ、システム設計、および、設置前の管理された工場環境など既知の条件での試験から得られる。他の実施形態では、記憶されるデータは、初期化段階中に行われる、好ましくは特定の動作条件におけるシステムのフィールドおよび動作におけるシステム１００の設置に続いてすぐ行われる実際のシステム動作から得られる。好ましくは、初期化段階、およびそれに続くいかなるデータ収集も、安定したシステム条件を達成するために、少なくとも最小の動作期間または間隔によって先行される。初期化はまた、かなり大きな修理を行った後でのシステムの再起動時に行われることもできる。いずれの実施形態においてでも、システム１００は、設置環境における実際のシステム動作と相関関係にある記憶データの定期的再設定を可能にする。たとえば、システム１００の制御装置１４０は、許可された者がシステムの修理またはそれに続く停止の後でのシステム設置時に初期化アルゴリズムを実行することができるようにするパスワードアクセスまたは他のセキュリティ機能を含んでもよい。

記憶データは、完全冷媒充填におけるシステム１００の動作に相互関連するデータを含み、凝縮器１０６は工場仕様書によって、様々な負荷で、および様々な周囲条件において、機能する。好ましくは、記憶データは、所与の負荷に関係する全ての温度および／または圧力の基準マップを含み、システムに提供されている各センサによって集められるべきデータのタイプに合致する。任意選択で、センサから集められたデータは、既知の変換アルゴリズムを使用して温度を圧力に変換することなどによって、変換されてもよく、それによって、各測定されたシステムパラメータからできる限り正確なデータを得るために、センサタイプ（圧力変換器か温度サーミスタ）の柔軟な使用を可能にすることができる。好ましくは、基準マップデータは、所与の負荷の条件、周囲温度、および測定された圧力および／または温度の値に対応する過冷却基準値をさらに含む。過冷却値は、本明細書中では、凝縮器を出る液体の温度と飽和吐出温度または飽和凝縮温度の間の差として定義される。１００％容量で稼働している完全に充填されたシステムの過冷却値の典型的な範囲は、摂氏約−１２．２度から−７．２度（華氏約１０度から約１９度）までである。実際の過冷却値は、圧縮機のタイプ、空冷冷凍機対水冷冷凍機、たとえばＲ−２２、４０７ｃ、４１０Ａまたは１３４ａを含めた、ただしそれらに限定されない冷媒選択などのシステム構成要素の選択および構成などの要因によって変わることがある。

工場データの使用または初期化プロセスのいずれによってでも、システム１００が設置され基準マップデータが記憶された後は、システム１００が作動される。システムの動作中、システム１００のセンサはデータが入っている信号を生成し制御装置１４０に送信する。制御盤１４０のマイクロプロセッサ１５０は、検知された圧力を計算された温度に変換し、またはその逆に変換し、受信された信号データを動作マップ内の対応する予めプログラムされたデータと比較するようないかなる変換アルゴリズムをも含めて、少なくとも１つのアルゴリズムを稼働する。たとえば、所与の周囲温度および負荷において各センサから受信された温度または圧力の測定値は、その所与の周囲温度および負荷に関係する対応する予めプログラムされたデータと比較される。受信信号データの測定値が、予め選択された値または範囲、あるいは基準マップに記憶されている値の範囲に入る場合、制御盤１４０によるアクションは何も取られない。しかし、制御アルゴリズムが、１つまたは複数の受信信号データが対応する基準マップの予め選択された範囲外にあると判断した場合は、システム欠陥が検出される。システム欠陥が検出された場合は、好ましくは、制御装置１４０はその欠陥に関係するデータを記録し記憶する。より好ましくは、制御装置１４０はシステムアラートを生成する。最も好ましくは、システムアラートはまた、アラートを制御装置１４０に通信可能に接続されたユーザインターフェース１８０に送信することなどによって、保守要員にも送信される。さらに、信号データが予め選択された閾値を越える場合は、制御装置１４０は、システム構成要素に対する可能な損傷を回避するために、システム１００を停止することができる。

一実施形態では、制御アルゴリズム（１つまたは複数）は、マイクロプロセッサ１５０によって実行可能な一連の命令を有する不揮発性メモリ１４４に記憶できるコンピュータプログラムとすることができる。制御アルゴリズムは、コンピュータプログラム（１つまたは複数）に組み込まれ、マイクロプロセッサ１５０によって実行されることが好ましいが、制御アルゴリズムは、当業者によってデジタルおよび／またはアナログハードウェアを使用して実施され実行されてもよいことを理解すべきである。ハードウェアが制御アルゴリズムを実行するために使用される場合、制御盤１４０の対応する構成は、必要な構成要素を組み込み、もはや必要とされない構成要素、たとえばＡ／Ｄ変換器１４８を除去するように変更されることができる。

図１のシステム１００を使用して、低冷媒充填を決定するプロセスが提供される。このプロセスは、システム負荷条件の全範囲にわたるシステムに関係する過冷却値を含むデータの基準マップを生成することによって始まる。前述のように、過冷却値に関係する最初の基準マップを得るために、設置されたシステム１００は、好ましくは、負荷条件の全範囲にわたる完全冷媒充填で動作することによって初期化される。一実施形態では、初期化中に、システム１００のセンサは、冷却管温度センサ１７０を使用して冷媒液管温度、吐出圧力変換器１７２を使用して吐出圧力、および凝縮圧力変換器１７７を使用して凝縮圧力か、あるいは凝縮温度センサ１７８を使用して凝縮温度のいずれかを測定する。吐出圧力を測定する圧力変換器および／または凝縮圧力変換器１７０を使用する諸実施形態では、測定された吐出圧力および／または凝縮圧力は、冷媒圧力−温度アルゴリズムを使用して対応する冷媒温度に変換されることができる。次いで、様々な負荷条件に関係する過冷却値が、測定された、または測定され変換された値から決定され、基準マップに記憶される。

続いて、安定した負荷１３０における所与の稼働条件下でのシステム１００の通常の動作中に、動作システムの実際の過冷却は、センサによって生成された信号からの測定値に基づいて決定される。所与のシステム１００に関係する稼働条件の要因には、たとえば、周囲温度、出口冷却液温度、完全負荷のパーセンテージ、および凝縮器ファンの速度および状態などが含まれる。次いで、所与の稼働条件下での安定した負荷の実際の測定された過冷却値は、所与の稼働条件下におけるその所与の負荷に関係するマップ内に記憶されている対応する基準過冷却値と比較される。決定された過冷却値が、基準値より小さいか、または所与の負荷および稼働条件に関して時間が経つにつれて減少する傾向を示す場合は、低冷媒充填状態が決定され、低冷媒充填警告が生成され、好ましくは、ユーザディスプレイ１８０に送信される。好ましい実施形態では、毎回システム１００が１組の所与の作動条件および負荷の下で作動される度に、制御装置は実際の過冷却値対その組の条件および負荷に関係する動作マップ内に記憶されている基準値を計算し比較する。実際の過冷却対基準過冷却値の比較に基づく低冷媒充填警告閾値が提供され、該比較は基準過冷却値のパーセンテージとして表される。好ましくは、低冷媒充填警告閾値は、調整可能であり、実際の過冷却の基準過冷却値との比較が約９０％から約２０％までの間である場合に到達される。より好ましくは、警告閾値は、実際の過冷却の基準過冷却値との比較が約８０％から約２５％の間である場合に到達される。最も好ましくは、警告閾値は、実際の過冷却の基準過冷却値との比較が約６０％から約３０％の間である場合に到達される。好ましくは、制御装置はまた、実際の過冷却値を、同じ組の動作条件および負荷に関係する直前の実際の過冷却値が入っている基準マップと照合し、実際の過冷却値が同じ組の動作条件に関係する直前の実際の過冷却値の約８０％より小さい場合は、二次低冷媒充填警告を生成する。より好ましくは、二次低冷媒充填警告は、実際の過冷却値が同じ組の動作条件に関係する直前の実際の過冷却値の約９０％から約７５％までの間より小さい場合は、二次低冷媒充填警告が生成される。

さらに、他の実施形態では、冷媒充填のかなりの低下があった場合は、システム構成要素に対する損傷を防止するためにシステムを停止する停止閾値が提供される。好ましくは、停止閾値は、調整可能であり、実際の過冷却の基準過冷却値との比較が約４０％より小さい場合に到達される。より好ましくは、停止閾値は、実際の過冷却の基準過冷却値との比較が約３０％より小さい場合に到達される。最も好ましくは、停止閾値はユーザによって調整されることができる。

同様に、凝縮器１０６の性能の低下を決定するプロセスは、周囲温度、出口冷却液温度、およびシステム負荷の全範囲にわたるシステム１００に関係する吐出圧力（または凝縮圧力）の基準マップを提供すること、または初期化によって生成することによって始まる。開始実施形態では、システム１００は、各基準マップを得るために、周囲温度、出口冷却液温度、およびシステム負荷の全範囲にわたって適切に動作する凝縮器１０６で作動される。システム１００の動作では、周囲温度（周囲温度センサ１７４を使用）、出口冷却液温度（センサ１７６を使用）、および吐出圧力（センサ１７２を使用）および／または凝縮圧力（センサ１７７を使用）または凝縮温度（センサ１７８を使用）が、所与の負荷１１６に関して測定さる。当業者は測定された圧力を任意の所与の冷媒に関係する対応する飽和冷媒温度に変換することができることに留意すべきである。次いで、測定された値、または変換された対応する飽和冷媒温度は、各所与の組のシステム条件に関係する基準マップに記憶される。続いて、所与の負荷１１６におけるシステムの通常の動作中に、システム１００の周囲温度および出口冷却液温度、吐出圧力または凝縮圧力が、前述のように測定される。次いで、所与の負荷条件に関係する測定された圧力、周囲温度および出口冷却液温度が、好ましくは、システムで使用される所与の冷媒に関係する対応する飽和温度に変換され、その所与の負荷、周囲温度および出口冷却液温度に関係する対応する基準値と比較される。システム１００の実際の凝縮圧力、または変換された対応する飽和温度が基準値より大きい場合、あるいは、実際の凝縮圧力または変換された飽和温度が、所与の負荷、周囲温度および出口冷却液温度に関して、時間の経つにつれて増大する傾向を示す場合は、凝縮器の性能は低下していると決定される。たとえば、所与の冷媒に関係する実際の飽和冷媒温度の許容可能範囲は、（水冷凝縮器では）基準温度の上華氏約０度（摂氏約−１７．８度）から華氏約＋５度（摂氏約−１５．０度）までの間から、空冷凝縮器では基準温度の上華氏約０度（摂氏約−１７．８度）から華氏約＋７度（摂氏約−１３．９度）までである。低凝縮器性能警告閾値は、好ましくは、実際の飽和温度が水冷凝縮器システムでは基準温度より華氏約６〜９度（摂氏約−１４．４度〜−１２．８度）だけ大きく、空冷凝縮器システムでは基準温度より華氏約８〜１２度（摂氏約−１３．３度〜−１１．１度）だけ大きい場合に到達される。制御装置１４０は、好ましくは、閾値の超過に関係するデータを記録し、高吐出圧力警告を生成する。好ましくは、警告は、有線または無線のいずれの手段ででも、ユーザインターフェース１８０に送信される。

さらに、他の実施形態では、凝縮器性能のかなりの低下があった場合は、システム構成要素に対する損傷を防止するためにシステムを停止する停止閾値が提供される。好ましくは、停止閾値は、調整可能であり、実際の飽和凝縮温度と基準値との比較が約４０％より小さい場合に到達される。より好ましくは、停止閾値は、実際の飽和凝縮温度と基準凝縮温度値との比較が約３０％より小さい場合に到達される。制御盤１４０は、好ましくは、停止閾値の超過に関係するデータを記録し、停止メッセージを生成する。好ましくは、停止メッセージは、有線または無線のいずれの手段ででも、ユーザインターフェース１８０に送信される。

図２および３は、冷媒充填および凝縮器性能をモニタリングする動作マップを設定、記憶、利用する本発明の好ましい制御アルゴリズムを表す状態図である。制御アルゴリズムは、システムに関係するその他の制御アルゴリズム、たとえば、冷媒充填制御アルゴリズムおよび凝縮器性能アルゴリズムに関係する別個のプログラムとして実行されてもよく、システム１００のその他の制御アルゴリズムに組み込まれることもできる。

図２に示されているように、図１の本発明の冷媒充填制御アルゴリズムの一実施形態の状態図２００は４つの主要制御状態を有する。この実施形態における主要制御状態には、始動／停止状態２０２、初期化状態２０４、動作状態２０６、およびアラート状態２０８が含まれる。始動／停止状態２０２は、安定制御アルゴリズム２００における最初および最後の制御状態である。非アクティブ状態からシステム１００を始動または開始すると同時に、安定制御アルゴリズム２００は始動／停止状態２０２に入る。同様に、システム１００が停止または停止されたとき、始動／停止状態２０２は、システム１００を制御する別の制御アルゴリズムまたは冷媒充填制御アルゴリズム２００からの停止コマンドに応答して、冷媒充填制御アルゴリズム２００内のその他の制御状態のうちのいずれか１つから入られる。冷媒充填制御アルゴリズム２００は、圧縮機１０８が始動されるまで、始動／停止状態２０２にとどまる。圧縮機１０８が始動された後は、制御アルゴリズムは開始状態２０４に進む。開始状態２０４中、制御装置は、予めプログラムされたデータが基準マップに入っているか否か、および、基準マップが開始される必要があるか否か決定する。基準マップは初期化を必要とし、システム１００は、好ましくは、基準マップにアクセスしシステムを初期化することを許可されているサービス要員に通知するアラートを生成する。その間に、初期化状態は、好ましくは、システム動作待機サービスを可能にするデフォルトマップにアクセスする。この実施形態では、デフォルトマップは、好ましくは、最後の記憶基準マップであるが、工場出荷時設定を備えるマップでもよい。いずれの実施形態でも、デフォルトマップの使用はアルゴリズムが動作状態２０６に進むことができるようにする。動作状態２０６では、システムのセンサはデータを集め、測定された値の処理および基準マップ内の値との比較のために、データ信号を制御盤１４０に送信する。測定された値が対応する動作条件に関係する基準マップに記憶されている予め選択された範囲の値の範囲に入る場合は、システムは動作状態３０６にとどまる。しかし、測定された値が予め選択された範囲外にある場合は、アルゴリズムはアラート状態２０８に進む。アラート状態２０８では、制御装置は、好ましくは、測定された値を記憶し、アラートメッセージを生成し、有線または無線のいずれの手段ででも、ユーザインターフェースに送信する。次いで、システムは、測定された値に応じて、動作状態２０６に戻ってもよく、低冷媒充填での動作からの結果として生じるシステム１００に対する可能な損傷を防止するために、始動／停止状態２０２に入ってもよい。

図３は、本発明の凝縮器性能アルゴリズム３００の好ましい実施形態を示す。図３に示されているように、図１の本発明の凝縮器性能制御アルゴリズムの一実施形態に関係する状態図３００は、４つの主要制御状態を有する。この実施形態における主要制御状態には、始動／停止状態３０２、初期化状態３０４、動作状態３０６、およびアラート状態３０８が含まれる。始動／停止状態３０２は、凝縮器性能制御アルゴリズム３００における最初および最後の制御状態である。非活動状態からシステム１００を始動または開始すると同時に、制御アルゴリズム３００は始動／停止状態３０２に入る。同様に、システム１００が停止または停止された場合、始動／停止状態３０２が、システム１００を制御する別の制御アルゴリズムまたは制御アルゴリズム３００からの停止コマンドに応答して、凝縮器性能制御アルゴリズム３００におけるその他の制御状態のいずれか１つから入る。凝縮器性能制御アルゴリズム３００は、圧縮機１０８が始動されるまで、始動／停止状態３０２にとどまる。圧縮機１０８が始動された後は、制御アルゴリズムは初期化状態３０４に進む。初期化状態３０４中、制御装置は、予めプログラムされたデータが基準マップに入っているか否か、および、基準マップが初期化される必要があるか否か決定する。基準マップが初期化を必要とする場合は、システム１００は、好ましくは、基準マップにアクセスしシステムを初期化することを許可されているサービス要員に通知するアラートを生成する。その間に、初期化状態３０４は、好ましくは、システム動作待機サービスを可能にするデフォルトマップにアクセスする。この実施形態では、デフォルトマップは、好ましくは、最後の記憶基準マップであるが、工場出荷時設定を備えるマップでもよい。いずれの実施形態でも、デフォルトマップの使用は、アルゴリズムが動作状態３０６に進むことができるようにする。動作状態３０６では、システムのセンサはデータを集め、測定された値の処理および基準マップ内の値との比較のために、データ信号を制御盤１４０に送信する。測定された値が、対応する動作条件に関係する基準マップ内に記憶されている予め選択された範囲の値の範囲内に入る場合は、システムは動作状態３０６にとどまる。しかし、測定された値が予め選択された範囲外にある場合は、アルゴリズムはアラート状態３０８に進む。アラート状態３０８では、制御盤１４０は、好ましくは、測定された値を記憶し、アラートメッセージを生成し、有線または無線のいずれの手段でも、ユーザインターフェース１８０に送信する。次いで、システムは、測定された値に応じて、動作状態３０６に戻ってもよく、欠陥凝縮器による動作からの結果として生じるシステム１００に対する可能な損傷を防止するために、始動／停止状態３０２に入ってもよい。

本発明は好ましい実施形態に関して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われてもよく、同等物が本発明の構成要素の代わりに使用されてもよいことは、当業者によって理解されるであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるために多くの修正が行われてもよい。したがって、本発明は本発明を実施するために企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されないが、本発明は添付の請求項の範囲内の全ての実施形態を含むことが意図される。

本発明の冷凍システムを概略的に示す図である。 図１に示されている冷凍システムと共に使用する本発明の制御システムおよび方法の状態図である。 図１に示されている冷凍システムと共に使用する本発明の制御システムおよび方法の別の状態図である。

Claims (26)

1. 冷却液管によって相互接続され、閉冷却回路を形成する圧縮機、凝縮器、および蒸発器と、
   システムパラメータを検知しデータ信号を制御装置に送信する複数のセンサと、
   システムパラメータに関係するデータの基準マップを記憶し、前記センサからデータ信号を受信し、処理し、前記処理されたデータ信号を前記基準マップの前記データと比較し、前記比較されたデータに基づいてシステム欠陥を検出するマイクロプロセッサおよびコンピュータ読み取り可能な命令を有する制御装置と、および、
   少なくとも１つのアラートを生成し前記少なくとも１つのアラートをユーザインターフェースに送信する前記制御装置に通信可能に接続されたインターフェースボードと、
   を備える冷凍機システム。
2. 前記複数のセンサは前記冷媒液管温度に関係するデータを集める少なくとも１つのセンサと、前記圧縮機の吐出圧力に関係するデータを集める少なくとも１つのセンサとを備え、前記検出されたシステム欠陥は低冷媒充填に関係する、請求項１に記載の冷凍機システム。
3. 前記複数のセンサは、少なくとも１つの周囲温度センサおよび出口冷却液温度センサをさらに備え、前記検出されたシステム欠陥は、前記システムの前記凝縮器または凝縮器関連構成要素の欠陥性能に関係する高吐出圧力をさらに含む、請求項２に記載の冷凍機システム。
4. 前記圧縮機の前記吐出圧力に関係するデータを集める前記少なくとも１つのセンサは圧力変換器であり、前記冷却液管に関係するデータを集める前記少なくとも１つのセンサはサーミスタである、請求項２に記載の冷凍機システム。
5. 前記複数のセンサは前記冷媒液管温度に関係するデータを集める少なくとも１つのセンサと、前記凝縮器の前記凝縮圧力に関係するデータを集める少なくとも１つのセンサとを備え、前記検出されたシステム欠陥は低冷媒充填に関係している、請求項１に記載の冷凍機システム。
6. 前記複数のセンサは少なくとも１つの周囲温度センサおよび出口冷却液温度センサをさらに備え、前記検出されたシステム欠陥は前記システムの前記凝縮器または凝縮器関連構成要素の欠陥性能に関係する高吐出圧力をさらに含む、請求項５に記載の冷凍機システム。
7. 前記圧縮機の前記吐出圧力に関係するデータを集める前記少なくとも１つのセンサは圧力変換器であり、前記冷却液管に関係するデータを集める前記少なくとも１つのセンサはサーミスタである、請求項５に記載の冷凍機システム。
8. 前記複数のセンサは前記冷媒液管温度に関係するデータを集める少なくとも１つのセンサと、前記凝縮器の前記凝縮温度に関係するデータを集める少なくとも１つのセンサとを備え、前記検出されたシステム欠陥は低冷媒充填に関係する、請求項１に記載の冷凍機システム。
9. 前記複数のセンサは、少なくとも１つの周囲温度センサおよび出口冷却液温度センサをさらに備え、前記検出されたシステム欠陥は前記システムの前記凝縮器または凝縮器関連構成要素の欠陥性能に関係する高吐出圧力をさらに含む、請求項８の冷凍機システム。
10. 前記冷媒液管に関係するデータを集める前記少なくとも１つのセンサはサーミスタであり、前記圧縮機の前記吐出圧力に関係するデータを集める前記少なくとも１つのセンサは前記凝縮器の前記凝縮部に配置された温度サーミスタであり、前記凝縮圧力に関係する前記データは前記凝縮器内の凝縮された液体冷媒の前記温度である、請求項８に記載の冷凍機システム。
11. システムパラメータをモニタリングし、冷媒液管によって相互接続され、閉冷却回路を形成する圧縮機、凝縮器、および蒸発器を有する冷凍機システム内のシステム欠陥を検出する制御システムであって、
    低冷媒充填に関係するパラメータをモニタリングし、非常に早い段階で低冷媒充填を検出し、低冷媒充填に関係するアラートを生成する第１のアルゴリズムと、
    前記凝縮器の前記性能に関係する前記パラメータをモニタリングし、非常に早い段階で欠陥凝縮器性能を検出し、欠陥凝縮器性能に関係するアラートを生成する第２の１つのアルゴリズムと、
    を備える制御システム。
12. 低冷媒充填に関係するパラメータをモニタリングする前記第１のアルゴリズムおよび前記第２のアルゴリズムはそれぞれ、特定の動作条件における前記モニタリングされたパラメータに関係する基準値を含む少なくとも１つの基準マップを記憶する初期化段階を含む、請求項１１に記載の制御システム。
13. 前記第１のアルゴリズムは、実際の過冷却に対し前記制御装置の動作マップに記憶されている基準過冷却値の前記比較に基づく低冷媒充填警告閾値を含み、前記第２のアルゴリズムは、実際の飽和冷却温度に対し前記制御装置の動作マップに記憶されている基準飽和冷却温度の前記比較に基づく欠陥凝縮器性能警告閾値を含む、請求項１１に記載の制御システム。
14. 前記低冷媒充填閾値は、実際の過冷却と基準過冷却値との前記比較が約９０％から約２０％までの間である場合に到達される、請求項１３に記載の制御装置。
15. 前記凝縮器は水冷凝縮器を含み、前記欠陥凝縮器性能閾値は、前記実際の飽和冷却温度が華氏約６度（摂氏約−１４．４度）から華氏約９度（摂氏約−１２．８度）までの間、前記基準飽和冷却温度より大きい場合に到達される、請求項１３に記載の制御システム。
16. 前記凝縮器は空冷凝縮器を含み、前記欠陥凝縮器性能閾値は前記実際の飽和冷却温度は華氏約８度（摂氏約−１３．３度）から華氏約１２度（摂氏約−１１．１度）までの間、前記基準飽和冷却温度より大きい場合に到達される、請求項１３に記載の制御システム。
17. 冷媒充填に関係するパラメータをモニタリングする前記第１のアルゴリズムおよび前記凝縮器の前記動作に関係するパラメータをモニタリングする前記第２のアルゴリズムはそれぞれ、前記システムを停止し前記システムを選択された停止条件下で非活動化状態にしておく始動／停止段階を含む、請求項１１に記載の制御システム。
18. 前記選択された停止条件は、結果としての比率が４０％より小さい、実際の過冷却と基準過冷却値との比較、および結果としての比率が４０％より小さい、実際の飽和凝縮温度と基準飽和凝縮温度との比較から選択される、請求項１７に記載の制御システム。
19. 様々な負荷条件における適切な冷媒充填に関連するパラメータに関係する基準データを記憶するステップと、
    適切な冷媒充填に関連する動作パラメータに関係するデータを集める複数のセンサを提供するステップと、
    前記冷凍機システムを作動し、前記センサから実際の負荷条件における適切な冷媒充填に関係するデータを集めるステップと、
    前記センサから集められた前記データを前記基準データと比較するステップと、
    前記集められたデータが前記対応する基準データの所定の範囲内にない場合は、低冷媒充填アラートを生成するステップと、
    を備える冷凍機システムにおけるシステムパラメータのモニタリングおよび制御を提供する方法。
20. 前記基準データおよび集められたデータは、冷却管温度、そして吐出圧力、凝縮圧力、および凝縮温度のうちの少なくとも１つから成る、請求項１９に記載の方法。
21. 前記集められたデータは実際の過冷却であり、前記基準データは基準過冷却値であり、前記低冷媒アラートのための前記所定の範囲は約９０％から約２０％までの間である、請求項１９に記載の方法。
22. 前記集められたデータは前記対応する基準データとの比較に基づく所定の最小閾値の範囲内にない場合は、前記システムを停止するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
23. 様々な負荷条件および周囲温度における適切な凝縮器性能に関連するパラメータに関係する基準データを記憶するステップと、
    凝縮器性能に関連する動作パラメータに関係するデータを集める複数のセンサを提供するステップと、
    前記冷凍機システムを作動し、実際の負荷条件および周囲温度における凝縮器性能に関係する前記センサからデータを集めるステップと、
    前記センサから集められた前記データを前記基準データと比較するステップと、
    前記集められたデータが前記対応する基準データの所定の範囲内にない場合は、凝縮器欠陥アラートを生成するステップと、
    をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
24. 適切な凝縮器性能に関連するパラメータに関係する前記基準データおよび凝縮器性能に関係する前記センサから集められたデータは、周囲温度、出口液体管温度、ならびに吐出圧力、凝縮圧力、および凝縮温度のうちの少なくとも１つから成る、請求項２３に記載の方法。
25. 前記センサから集められたデータは実際の飽和冷却温度であり、前記基準データは基準飽和冷却温度であり、前記凝縮器欠陥アラートのための前記所定の範囲は前記計算された基準飽和冷却温度の上、華氏約６度（摂氏約−１４．４度）から華氏約１２度（摂氏約−１１．１度）までの間である、請求項２４に記載の方法。
26. 前記集められたデータが前記対応する基準データに基づく所定の最小閾値の範囲内にない場合は、前記システムを停止するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。

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