JP2018533718A - 冷却システムの冷媒充填量のロスを検出する方法 - Google Patents

Abstract

冷却システムの充填量のロスの判定方法は、周囲の温度、ボックスの温度、及びコンプレッサの速度を、冷却システムの電子コントローラに入力するステップと、正常な作動状況を示す第１のＴ−Ｍａｐを有するアルゴリズムを適用することにより、蒸発器の両側における第１の空気側の温度差を計算するステップと、を含む。コントローラは次に、検出の前提条件が満たされていることを確認する場合がある。確認されると、コントローラは、冷媒充填量のロスを示す第２のＴ−Ｍａｐを有するアルゴリズムを適用することにより、蒸発器の両側における第２の空気側の温度差を計算する。次いで、第１の空気側の温度差が第２の空気側の温度差より小である場合に、コントローラから処置が講じられ得る。

Description

本開示は、冷却システムに関し、より詳細には、冷媒充填量のロスを検出する方法に関する。

通常の冷却システムでは、冷媒は、コンプレッサを通って流れ、高圧で流出する。加圧された冷媒は次いで、凝縮器を通って流れる。この凝縮器では、冷媒が蒸気から液体に凝縮され得、こうして熱を放出する。凝縮器からは、液体形態の冷媒が膨張バルブを通って流れる。この膨張バルブでは、冷媒の圧力が低下する。この膨張バルブからは、冷媒が蒸発器を通って流れる。この蒸発器では、冷媒が蒸発器から熱を抽出し、蒸気形態に戻る。

様々なタイプの冷却システムが、様々な冷媒を利用し、様々な圧力で作動し得る。システムの１つのタイプは、ＣＯ２を冷媒として使用し得る遷臨界冷却システムである。そのようなシステムは通常、１０００ｐｓｉａから１８００ｐｓｉａの範囲である場合がある高圧で作動する。不幸なことに、作動圧力が高くなると、冷媒漏れのリスクが高くなり得る。さらに、冷却システム全体が、冷媒充填量のロスに敏感であり、作動効率を損なうか、全体の動作が停止する場合がある。そのような冷媒充填量のロスの検出の改善が望まれている。

冷却システムの充填量のロスの判定方法であって、供給／回帰空気温度、周囲の温度、ボックスの温度、及びコンプレッサの速度を、冷却システムの電子コントローラに入力することと、蒸発器の両側での、リアルタイムの空気側の温度差を計算することと、正常な作動状況を示す第１のＴ−Ｍａｐを有するアルゴリズムを適用することにより、蒸発器の両側における第１の空気側の温度差を計算することと、検出の前提条件が満たされていることを確認することと、冷媒充填量のロスを示す第２のＴ−Ｍａｐを有するアルゴリズムを適用することにより、蒸発器の両側における第２の空気側の温度差を計算することと、リアルタイムの空気側の温度差が第１の空気側の温度差より小である場合に処置を講じることと、リアルタイムの空気側の温度差が第２の空気側の温度差より小である場合に処置を講じることと、を含む、方法。

前述の実施形態に加え、本方法は、蒸発器の複数速度のファン速度を入力することを含んでいる。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、アルゴリズムは多項式を適用する。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、第１及び第２のＴ−Ｍａｐは、コントローラに予めプログラミングされているとともに、コンプレッサの速度に対する複数の定数の曲線のあてはめを提供する。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、複数の定数は、多項式の一部として、周囲の温度及びボックスの温度の変数に適用される６つの定数である。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、検出の前提条件は、測定されたコンプレッサの速度が予め規定されたコンプレッサの速度より大であることである。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、検出の前提条件は、第１の空気側の温度差が予め規定された温度差より大であることである。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、検出の前提条件は、最初のシステムのスタートアップ及び最初のプルダウンからの予め規定された時間の後に第１の空気側の温度差が判定されることである。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、検出の前提条件は、複数の検出の前提条件の１つであり、少なくとも、測定されたコンプレッサの速度が予め規定されたコンプレッサの速度より大であること、第１の空気側の温度差が予め規定された温度差より大であること、最初のシステムのスタートアップ及び最初のプルダウンからの予め規定された時間の後に第１の空気側の温度差が判定されることを含む。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、第１及び第２のＴ−Ｍａｐは、周囲の温度、ボックスの温度、コンプレッサの速度、及び冷媒充填量に対する蒸発器の空気側の温度差を示している。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、冷却システムは、遷臨界冷却システムである。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、本方法は、蒸発器の可変速のファン速度を入力することを含む。

別の非限定的な実施形態に係る冷却システムは、電子コントローラであって、予めプログラミングされた第１及び第２のＴ−Ｍａｐであって、第１のＴ−Ｍａｐと第２のＴ−Ｍａｐとの両方が、周囲の温度、ボックスの温度、コンプレッサの速度、及び冷媒充填量の作動状況に対する蒸発器の空気側の温度差を示しており、第１のＴ−Ｍａｐが正常な作動状況を示し、第２のＴ−Ｍａｐが冷媒充填量のロスを示している、予めプログラミングされた第１及び第２のＴ−Ｍａｐと、冷媒充填量のロスに基づく処置を開始する前に満たされるように構成された、予めプログラミングされた前提条件と、を含む、電子コントローラを含み、電子コントローラが、第１のＴ−ｍａｐと第２のＴ−ｍａｐとのそれぞれに基づいて第１の蒸発器の空気側の温度と第２の蒸発器の空気側の温度とを計算し、第１の空気側の温度差が第２の空気側の温度差より小である場合に、処置を開始するように構成されている。

上述の実施形態に加え、冷却システムは、遷臨界冷却システムである。

これに対する代替形態または追加形態では、前述の実施形態において、冷媒はＣＯ２である。

上述の特徴及び要素は、別様に明白に示されていない限り、排他的にならずに、様々な組合せで合わせられ得る。これら特徴及び要素、ならびにそれらの動作は、以下の詳細な説明及び添付図面に照らして、より明らかとなるであろう。しかし、以下の詳細な説明及び図面は、例示的性質であり、非限定的であることが意図されていることを理解されたい。

様々な特徴が、開示の非限定的実施形態の以下の詳細な記載から、当業者には明らかになるであろう。詳細な記載に添付する図面は、以下のように簡単に記載することができる。

１つの非限定的な、本開示の例示的実施形態として、移送冷却ユニットを利用する、冷却されるコンテナの斜視図である。 移送冷却ユニットの冷却システムの概略図である。 Ｔ−Ｍａｐ ＮｏｒｍａｌとＴ−Ｍａｐ Ｃｈａｒｇｅ Ｌｏｓｓとのデータの表である。 冷却システムの充填量のロスを判定する方法のフローチャートである。

図１を参照すると、被冷却コンテナ１０の例示的実施形態は、温度が制御されたカーゴスペース１２を有している。カーゴスペース１２の雰囲気は、カーゴスペース１２に関連づけられた移送冷却ユニット１４の動作によって冷却される。図示の被冷却コンテナ１０の実施形態では、移送冷却ユニット１４は、被冷却コンテナ１０の壁、慣行では、前部の壁１８に通常は取り付けられている。しかし、冷却ユニット１４は、被冷却コンテナ１０の屋根、床、または他の壁に取り付けてもよい。さらに、被冷却コンテナ１０は、少なくとも１つのアクセスドア１６を有している。このアクセスドア１６を通して、たとえば、新鮮であるか、冷凍した食品などの生鮮品が、被冷却コンテナ１０のカーゴスペース１２に積込み及び積卸しされ得る。

ここで図２を参照すると、温度が制御されたカーゴスペース１２から吸い出され、戻すように供給される空気を冷却するための移送冷却ユニット１４での使用に適切な冷却システム２０の実施形態が概略的に示されている。冷却システム２０が本明細書において、船舶、鉄道、陸路、または共同一貫輸送で生鮮品を輸送するために一般に使用されるタイプの被冷却コンテナ１０と組み合わせて記載されるが、冷却システム２０は、生鮮の、新鮮であるか冷凍した物品を輸送するための、トラック、トレーラなどのカーゴスペースを冷却するために移送冷却ユニットでも使用され得ることを理解されたい。冷却システム２０は、住宅、オフィスビル、病院、学校、レストラン、または他の施設内の、雰囲気が制御された快適ゾーンに供給される空気の調整に使用されるのにも適切である。冷却システム２０は、商業施設内のディスプレイケース、陳列棚、冷凍キャビネット、冷蔵室、または他の生鮮及び冷凍製品の貯蔵エリアに供給される空気の冷却に採用することもできる。

冷却システム２０は、多段である場合があるコンプレッサ３０と、熱を除去する熱交換器である場合がある除熱器４０と、フラッシュタンク６０と、冷媒の熱を吸収する熱交換器である場合がある蒸発器５０と、一次冷媒回路において、順次的な冷媒の流れの順番で前述の構成要素を接続する冷媒ライン２２、２４、及び２６とを含み得る。たとえば電子膨張バルブなどの高圧膨張デバイス（ＨＰＸＶ）４５は、フラッシュタンク６０の上流かつ除熱器４０の下流の冷媒ライン２４に配置されている。動作可能に蒸発器５０と関連づけられた、たとえば電子膨張バルブなどの蒸発器膨張デバイス（ＥＶＸＶ）５５は、フラッシュタンク６０の下流かつ蒸発器５０の上流の冷媒ライン２４に配置されている。

コンプレッサ３０は、冷媒を圧縮し、一次冷媒回路を通して冷媒を循環させるように機能する。コンプレッサ３０は、単一段の冷却コンプレッサであるか、第１の圧縮段３０ａ及び第２の段３０ｂを有し、第１の圧縮段３０ａから排出される冷媒が、さらなる圧縮のために第２の圧縮段３０ｂに渡される、多段の冷媒コンプレッサ（たとえば、往復動コンプレッサまたはスクロール型コンプレッサ）である場合がある。代替的には、コンプレッサ３０は、一対の個別のコンプレッサを備え得る。この一対のコンプレッサの一方は第１の圧縮段３０ａを構成し、他方は第２の圧縮段３０ｂを構成する。これら圧縮段は、一次冷媒回路において、冷媒ラインを介して、一連の冷媒の流れの関係で接続される。冷媒ラインは、さらなる圧縮のために、第２の圧縮段３０ｂを構成するコンプレッサの吸引流入ポートと冷媒の流れが連通している、第１の圧縮段３０ａを構成するコンプレッサの排出流出ポートに接続している。２つのコンプレッサの実施形態では、コンプレッサは、スクロール型コンプレッサ、スクリュコンプレッサ、往復動コンプレッサ、ロータリコンプレッサ、もしくは任意の他のタイプのコンプレッサ、またはそれらコンプレッサの任意の組合せである場合がある。両方の実施形態において、第１の圧縮段３０ａでは、冷媒の蒸気は、低圧から中間の圧力に圧縮され、第２の圧縮段３０ｂでは、冷媒の蒸気が中間の圧力から高圧に圧縮される。

コンプレッサ３０は、可変周波数ドライブ３４を通して送られる電流によって給電される可変速モータ３２によって駆動され得る。電流は、コンテナの前方に取り付けられた、たとえば船舶に積まれている動力装置などの外部電源（図示せず）から、または、ディーゼルエンジンで駆動されるジェネレータセットなどの燃料エンジンから抽出するジェネレータユニットから、可変速ドライブ３４に供給され得る。可変速コンプレッサ３０の速度は、可変周波数ドライブ３４によるコンプレッサ駆動モータ３２への出力電流の周波数を変化させることによって変化され得る。しかし、コンプレッサ３０には、他の実施形態では、定速コンプレッサが含まれ得ることを理解されたい。

除熱器４０は、フィンが備えられた筒状の熱交換器４２を備え得る。この熱交換器４２を通して、第２の圧縮段３０ｂ（すなわち、最後の圧力の付加）から排出された高温高圧の冷媒が、二次流体、もっとも一般的には、ファン（複数可）４４によって熱交換器４２を通して引き込まれる周囲の空気と熱交換する関係を持ちつつ、通過する。フィンが備えられた筒状の熱交換器４２は、たとえば、フィンと、丸い筒状の熱交換コイルとを備え得るか、フィンと、フラットな小チャネルの筒状の熱交換器とを備え得る。図示の実施形態では、可変周波数ドライブ４８によって給電される可変速モータ４６は、熱放出熱交換器４０に関連づけられたファン（複数可）４４を駆動する。

冷却システム２０が遷臨界サイクルで作動する場合、本明細書では高圧側圧力と呼ばれる、第２の圧縮段３０ｂから排出され、除熱器４０を通過する冷媒の圧力は、冷媒の臨界点を超え、除熱器４０が気体冷却器として機能する。しかし、冷却システム２０がもっぱら臨界前のサイクルで作動する場合、コンプレッサから排出され、除熱器４０を通過する冷媒の圧力は、冷媒の臨界点未満であり、除熱器４０が凝縮器として機能することを理解されたい。本明細書に開示の作動方法が遷臨界サイクルの冷却システム２０の動作に関連することから、除熱器は、本明細書において、気体冷却器４０とも呼ばれることになる。

蒸発器５０は、フィン及び丸い筒状の熱交換器、または、フィン及びフラットな小チャネルの筒状の熱交換器などの、フィンが備えられた筒状のコイル熱交換器５２をも備える場合がある。冷却システムが遷臨界サイクルで作動しているか、臨界前サイクルで作動しているかに関わらず、蒸発器５０は、冷媒蒸発器として機能する。蒸発器５０に入る前は、冷媒ライン２４を通過する冷媒は、たとえば電子膨張バルブまたはサーモスタット膨張バルブなどの蒸発器膨張バルブ５５を通過し、低圧低温に膨張して、熱交換器５２に入る。液体の冷媒が熱交換器５２を通過する際に、液体の冷媒は、加熱流体と熱交換する関係で通り、それにより、液体の冷媒が気化し、通常は所望の程度まで過熱される。熱交換器５２を出る低圧の蒸気の冷媒は、冷媒ライン２６を通って第１の圧縮段３０ａの吸入流入部に流れる。加熱流体は、雰囲気が制御された環境から関連するファン（複数可）５４によって吸い出され、次いで、雰囲気が制御された環境に戻される空気である場合がある。この雰囲気が制御された環境は、冷却されるとともに、概して除湿もされる、移送冷却ユニットに関連づけられた生鮮／冷凍カーゴ貯蔵ゾーン、または、商業施設の食品ディスプレイもしくは貯蔵エリア、または、空調システムに関連づけられた建物の快適ゾーンなどである。

気体冷却器４０と蒸発器５０との間の、蒸発器膨張バルブ５５の上流側かつ高圧膨張バルブ４５の下流側の冷媒ライン２４に配置されたフラッシュタンク６０は、エコノマイザ及びレシーバとして機能する。フラッシュタンク６０はチャンバ６２を規定している。このチャンバ内に、高圧膨張デバイス４５を通過した、膨張した冷媒が入り、液体冷媒部分と気体冷媒部分とに分離される。液体の冷媒は、チャンバ６２内で集められ、このチャンバ６２から、蒸発器膨張バルブ５５によって冷媒ライン２４の下流のレッグを通して計測されて、蒸発器５０を通って流れる。

気体の冷媒は、チャンバ６２内の、液体の冷媒の上に集められ、圧縮プロセスの中間段内への冷媒蒸気の注入のために、このチャンバ６２からエコノマイザ蒸気ライン６４を通して通過され得る。たとえば、開いた位置と閉じた位置とを有するソレノイドバルブ（ＥＳＶ）などのエコノマイザフロー制御デバイスまたはバルブ６５は、エコノマイザ蒸気ライン６４内に介在される。冷却システム２０が節約モードで作動している場合、エコノマイザフロー制御デバイス６５は開かれ、それにより、冷媒蒸気がエコノマイザ蒸気ライン６４を通ってフラッシュタンク６０から圧縮プロセスの中間段内に流れることを可能にする。冷却システム２０が通常の節約ではないモードで作動している場合、エコノマイザフロー制御デバイス６５は閉じられ、それにより、冷媒蒸気がエコノマイザ蒸気ライン６４を通ってフラッシュタンク６０から圧縮プロセスの中間段内に流れることを防止する。

コンプレッサ３０が、冷媒ラインによって順次的に流れる関係で接続された２つのコンプレッサを有している実施形態では、一方のコンプレッサは第１の圧縮段３０ａであり、他方のコンプレッサは第２の圧縮段３０ｂであり、蒸気注入ライン６４は、第１の圧縮段３０ａの流出部を第２の圧縮段３０ｂの流入部に相互接続する冷媒ラインと連通している。コンプレッサ３０が、第２の圧縮段３０ｂに供給する第１の圧縮段３０ａを有する単一のコンプレッサを備えている実施形態では、冷媒蒸気注入ライン６４は、圧縮チャンバに開いている専用のポートを通して、圧縮プロセスの中間段内に直接開いている場合がある。

冷却システム２０は、前述したように、様々な冷媒ライン内において介在する複数のフロー制御バルブ４５、５５、及び６５と作動可能に関連づけられたコントローラ１００をも含む。慣行のように、周囲の空気の温度（Ｔ_amb）、供給ボックスの空気（Ｔ_SBAIR）、及び回帰ボックスの空気（Ｔ_RBAIR）のモニタリングに加え、コントローラ１００は、コントローラ１００と動作可能に関連づけられ、冷却システム２０を通して選択された位置に配置された様々なセンサにより、様々な圧力及び温度、ならびに作動パラメータをもモニタリングする。たとえば、圧力センサ１０２は、排出圧力（Ｐ_d）を測定するために、コンプレッサ３０と関連づけて配置され得るか、（Ｐ_d）に等しい圧力である、気体冷却器４０の熱交換器コイル４２の流出部における冷媒の圧力を感知するように、気体冷却器４０と関連づけて配置され得る。温度センサ１０４は、気体冷却器４０の熱交換コイル４２を出る冷媒の温度（Ｔ_gc）を測定するために、気体冷却器４０と関連づけて配置され得る。温度センサ１０６は、蒸発器５０の熱交換器５２を出る冷媒の温度（Ｔ_EVAPout）を感知するために、蒸発器５０と関連づけて配置され得る。圧力センサ１０８は、第１の圧縮段３０ａに供給される冷媒の圧力（Ｐ_s）を感知するために、第１の圧縮段３０ａの吸引流入部と関連づけて配置され得る。圧力センサ１０２及び１０８は、たとえば圧力変換器などの慣習的な圧力センサである場合がある。また、温度センサ１０４及び１０６は、たとえば熱電対またはサーミスタなどの慣習的な温度センサである場合がある。

「コントローラ」の用語は、本明細書で使用される場合、制御のための任意の方法またはシステムに言及し、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラムされたデジタル信号プロセッサ、集積回路、コンピュータハードウェア、コンピュータソフトウェア、電気回路、特定用途の集積回路、プログラム可能な論理デバイス、プログラム可能なゲートアレイ、プログラム可能なアレイ論理、パーソナルコンピュータ、チップ、及び、別個のアナログ、デジタル、もしくはプログラム可能な構成要素の任意の他の組合せ、または、プロセス機能を提供することが可能である他のデバイスを包含することを理解されるものとする。

コントローラ１００は、いくつかのキャパシティモードを含む、様々な作動モードで冷却システム２０の動作を制御するように構成されている。キャパシティモードは、冷却負荷がシステムに課され、冷却の需要を満たすように、負荷された状況でコンプレッサが動作することを必要とする、システム動作モードである。負荷されていないモードでは、システムに課されている冷却の需要は、十分な冷却キャパシティが、負荷されていない状況で作動するコンプレッサ３０で、冷却の需要を満たすように生成され得る程度に低い。コントローラ１００は、コンプレッサ駆動モータに送られる電流の周波数を変化させ、それにより、キャパシティの需要に応じてコンプレッサ３０の速度を変化させるように、可変速ドライブ３４を制御するようにも構成されている。

前述したように、輸送の冷却用途においては、冷却システム２０は、積込み後にカーゴボックス内の温度を迅速にプルダウンさせるように、高いキャパシティで作動することが可能でなければならず、また、輸送の間、たとえばわずか＋／−０．２５℃（＋／−０．４５°Ｆ）などの、かなり狭い帯域内で、ボックスの温度を維持する間、極めて低いキャパシティで作動することが可能でなければならない。輸送されている特定のカーゴに応じて、必要なボックスの空気の温度は、−３４．４℃（−３０°Ｆ）もの低さから、３０℃（８６°Ｆ）までの範囲である場合がある。このため、コントローラ１００は、最初のプルダウンまたは復帰のプルダウンの間の、冷凍ではない生鮮製品のための、節約した生鮮モードまたは通常の節約されていない生鮮モードなど、及び、冷凍の製品のための、節約した冷凍モードまたは通常の節約されていない冷凍モードなどの冷却キャパシティの需要に応じて、冷却システムを選択的に作動させることになる。

コントローラ１００はやはり、設定ポイントのボックス温度近くの狭い帯域において、ボックス温度を維持する際に、負荷されていないモードにおいて冷却システム２０を選択的に作動させる。通常、ボックス温度は、供給ボックスの空気（すなわち、蒸発器５０を出る空気）の温度（Ｔ_SBAIR）と、回帰ボックスの空気（すなわち、蒸発器５０に入る空気）の温度（Ｔ_RBAIR）との一方または両方のモニタリング及び設定ポイントの制御を通して、間接的に制御される。

図示されていないが、冷却システム２０は、空気冷却器４０の一部として、第１の圧縮段３０ａの排出流出部と、第２の圧縮段３０ｂの流入部との間の一次冷媒回路に配置された、中間冷却器をさらに含み得、それにより、第１の圧縮段３０ａの排出流出部から第２の圧縮段３０ｂの流入部に通過する部分的に圧縮された（中間圧力の）冷媒蒸気（気体）が、たとえば限定ではないが、気体冷却器ファン４４によって生成された冷却空気の流れなどの、冷却媒体の流れと熱交換する関係で通過する。

遷臨界冷却システム２０が、しばしば約１０００ｐｓｉａから１８００ｐｓｉａの範囲の高圧でかなりの時間、作動することから、冷媒漏れのリスクは、低圧の冷却システムよりも高い場合がある。冷媒のロスは、冷却のロスを生じ得、これにより、カーゴの損傷のリスクを増大させ得る。本開示は、冷却システムが著しい冷却のロスを被る前に充填量のロス（すなわち、冷媒漏れ）を検出する方法を提供し、こうして、カーゴに損傷を与える結果となる前に、状況を訂正する時間を提供する。

蒸発器５０の両側での、リアルタイムの空気側の温度差（ｄＴ_a）（すなわち、Ｔ_RBAIR−Ｔ_SBAIR）は、以下に説明するように、システムの動作モードに関わらず、いくつかの変数及びパラメータによって判定され得る：
（１） ｄＴ_a＝ｆ（Ｔ_amb，Ｔ_box，ｒｐｍ＿ｃｏｍｐ，ｒｐｍ＿ｅｖａｐｆａｎ，Ｍ_charge）
ここで、（Ｔ_amb）は周囲の温度であり、（Ｔ_box）はカーゴボックスの温度であり、（ｒｐｍ＿ｃｏｍｐ）はコンプレッサの速度であり、（ｒｐｍ＿ｅｖａｐｆａｎ）は蒸発器のファン速度であり、（Ｍ_charge）は冷媒充填量である。

空気側の温度差（ｄＴ_a）はこうして、周囲の温度（Ｔ_amb）、ボックスの温度（Ｔ_box）、コンプレッサの速度（ｒｐｍ＿ｃｏｍｐ）、蒸発器のファン速度（ｒｐｍ＿ｅｖａｐｆａｎ）、及び冷媒充填量（Ｍ_charge）の関数として概略的に表現され得る。純粋に理論的な解析を通して方程式の形態を確立することの困難性、時間、及び費用のために、曲線のあてはめの方法が適用される場合がある。複数のシミュレーションの実行により、純粋に、広範囲に及ぶ実験的テストによる方程式の形態を実現するのに比べ、より効率的な理論的数学モデルを、そのような最適化するのに採用することが可能になる。

このモデルは次いで、冷却製品の通常の作動レンジをカバーするように選択された様々な状況で実行される。規定の状況で実行することにより、空気側の温度差（ｄＴ_a）、ならびに、周囲の温度（Ｔ_amb）、ボックスの温度（Ｔ_box）、コンプレッサの速度（ｒｐｍ）、蒸発器のファン速度（ｒｐｍ＿ｅｖａｐｆａｎ）、及び冷媒充填量（Ｍ_charge）は、各状況に関して判定することができる。すべての状況が完了すると、周囲の温度、ボックスの温度、コンプレッサの速度、蒸発器のファン速度、及び冷媒充填量に対する空気側の温度差のマップ（すなわち、Ｔ−Ｍａｐ）が形成され得る。曲線のあてはめはこうして、空気側の温度差の相関関係を得るために、マップに基づいて確立され得る。そのような相関関係は、２次の多項方程式である場合がある。

たとえば、２つのＴ−Ｍａｐが生成される。図３を参照されたい。第１のＴ−Ｍａｐは、正常な冷却システム２０の動作を示し得る（Ｔ−Ｍａｐ Ｎｏｒｍａｌ）。第２のＴ−Ｍａｐは、充填量のロスの状況を示し得る（Ｔ−Ｍａｐ Ｃｈａｒｇｅ Ｌｏｓｓ）。両方の状況に関し、２次の多項方程式は、（最小周波数から最大周波数までの）各コンプレッサの速度の補正において、空気側の温度差（ｄＴ_a）を見積もるのに十分に正確であり得、このため、任意の他の速度における空気側の温度差（ｄＴ_a）は、補間法を通して得られる場合がある。この２次の多項方程式は、以下のようになり得る：
（２） ｄＴ_a＝ＣＦ_evapfan＊［ａ₀＋ａ₁（Ｔ_amb）＋ａ₂（Ｔ_box）＋ａ₃（Ｔ_amb）²＋ａ₄（Ｔ_box）²＋ａ₅（Ｔ_ambｘＴ_box）］
ここで、（ＣＦ_evapfan）は蒸発器のファン速度に基づく補正係数であり、蒸発器のファン速度の比（蒸発器のファン速度／最大の蒸発器のファン速度）の関数である。

許容可能なレベルの信頼性を達成するために、充填量のロスを検出することができる状況が達成され、こうして、誤検出を避けてもよい。概して、充填量のロスは、低い作動状況よりむしろ、冷却システム２０の高容量の作動状況の間に、より高い信頼水準において検出され得る。さらに、シミュレーションにより、Ｔ−Ｍａｐの予測が、高容量の動作においてより高い精度を有することも示されている。このため、充填量のロスの検出が引き起こされる場合、検出時間ウィンドウを規定するために、いくつかの規定が達成され得る。そのような規定には、以下が含まれ得る：
ａ）コンプレッサの速度またはＶＦＤ： より高いコンプレッサの速度は、より高い冷却容量を示す。充填量のロスの検出を引き起こすために、コンプレッサ３０の速度は、予め規定された速度よりも大である必要がある場合がある；
ｂ）正常な充填量の状況下での空気側の温度差（すなわち、Ｔ−Ｍａｐ Ｎｏｒｍａｌ）： 充填量のロスの検出を引き起こすために、Ｔ−Ｍａｐ Ｎｏｒｍａｌによって計算される空気側の温度差は、予め規定された値よりも大であるものとする；
ｃ）プルダウンの実行の時間： Ｔ−Ｍａｐの関数は、曲線のあてはめに基づく定常状態のシミュレーションの結果であり、このため、システムが高い動的な変化の下で作動している際のスタートアップ及び最初のプルダウンの期間に関しては、適用できない、または正確ではない。充填量のロスの検出は、スタートアップ及び最初のプルダウンの後の所定の時間に開始されるものとする。

図４を参照すると、充填量のロスの検出アルゴリズムは、前述したように、Ｔ−Ｍａｐを利用して、コントローラ１００に予めプログラミングされ得る。たとえば、充填量のロスの検出方法には、ステップ２００として、ボックスの温度（Ｔ_box）、コンプレッサの速度（ｒｐｍ）、蒸発器のファン速度（ｒｐｍ＿ｅｖａｐｆａｎ）、及び冷媒充填量（Ｍ_charge）などの測定された変数を受信するコントローラ１００が含まれ得る。ステップ２０２に関しては、コントローラ１００は、測定された供給／回帰空気の温度に基づいて空気側の温度差（ｄＴ_a）を計算し得る。ステップ２０４として、コントローラは、検出の前提条件が満たされているかをチェックし得る。「Ｎｏ」である場合、本方法はステップ２００に戻り、「Ｙｅｓ」である場合、本方法はステップ２０６に進む。ステップ２０６として、コントローラは、予めプログラミングされたＴ−Ｍａｐ Ｎｏｒｍａｌと、方程式（１）とに基づき、第１の空気側の温度差（ｄＴ１）を計算する。ステップ２０８として、コントローラ１００は、測定された空気側の温度差（ｄＴ）と、第１の計算された空気側の温度差（ｄＴ１）とを比較する。測定された空気側の温度差が第１の空気側の温度差に補正係数ｋ、たとえば０．９を乗じた数以上である場合、本方法は、ステップ２００に戻る。そうでなければ、本方法は、ステップ２１０に移動し、充填量のチェックのアラームを起動する。ステップ２１２として、コントローラは、予めプログラミングされたＴ−Ｍａｐ Ｃｈａｒｇｅ Ｌｏｓｓと、方程式（１）とに基づき、第２の空気側の温度差を計算する。ステップ２１４として、コントローラ１００は、測定された空気側の温度差と、第２の空気側の温度差とを比較する。測定された空気側の温度差が第２の空気側の温度差以上である場合、本方法は、ステップ２１２に戻る。測定された空気側の温度差が第２の空気側の温度差より小である場合、本方法は、ステップ２１６に進む。ステップ２１６として、コントローラ１００は、充填量のロスを知らせるアラームを開始する場合がある。

本開示が例示的実施形態を参照して記載されているが、当業者には、本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変更が行われ得、均等のものが代替し得ることを理解されたい。さらに、様々な変更が、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、特定の状況、用途、及び／または材料に本開示の教示を適合させるために、適用され得る。本開示はこのため、本明細書に開示の特定の実施例には限定されないが、添付の特許請求の範囲の範囲内にあるすべての実施形態を含む。

Claims (15)

1. 冷却システムの充填量のロスの判定方法であって、
   供給／回帰空気温度、周囲の温度、ボックスの温度、及びコンプレッサの速度を、前記冷却システムの電子コントローラに入力することと、
   蒸発器の両側での、リアルタイムの空気側の温度差を計算することと、
   正常な作動状況を示す第１のＴ−Ｍａｐを有するアルゴリズムを適用することにより、前記蒸発器の両側における第１の空気側の温度差を計算することと、
   検出の前提条件が満たされていることを確認することと、
   冷媒充填量のロスを示す第２のＴ−Ｍａｐを有する前記アルゴリズムを適用することにより、前記蒸発器の両側における第２の空気側の温度差を計算することと、
   前記リアルタイムの空気側の温度差が前記第１の空気側の温度差より小である場合に処置を講じることと、
   前記リアルタイムの空気側の温度差が前記第２の空気側の温度差より小である場合に処置を講じることと、
   を含む、方法。
2. 蒸発器の複数速度のファン速度を入力することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記アルゴリズムが多項式を適用する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１及び第２のＴ−Ｍａｐが、前記コントローラに予めプログラミングされているとともに、コンプレッサの速度に対する複数の定数の曲線のあてはめを提供する、請求項３に記載の方法。
5. 前記複数の定数が、前記多項式の一部として、周囲の温度及びボックスの温度の変数に適用される６つの定数である、請求項４に記載の方法。
6. 前記検出の前提条件が、測定されたコンプレッサの速度が予め規定されたコンプレッサの速度より大であることである、請求項１に記載の方法。
7. 前記検出の前提条件が、前記第１の空気側の温度差が予め規定された温度差より大であることである、請求項１に記載の方法。
8. 前記検出の前提条件が、最初のシステムのスタートアップ及び最初のプルダウンからの予め規定された時間の後に前記第１の空気側の温度差が判定されることである、請求項１に記載の方法。
9. 前記検出の前提条件が、複数の検出の前提条件の１つであり、少なくとも、測定されたコンプレッサの速度が予め規定されたコンプレッサの速度より大であること、前記第１の空気側の温度差が予め規定された温度差より大であること、最初のシステムのスタートアップ及び最初のプルダウンからの予め規定された時間の後に前記第１の空気側の温度差が判定されることを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１及び第２のＴ−Ｍａｐが、周囲の温度、ボックスの温度、コンプレッサの速度、及び冷媒充填量に対する蒸発器の空気側の温度差を示している、請求項１に記載の方法。
11. 前記冷却システムが、遷臨界冷却システムである、請求項１に記載の方法。
12. 蒸発器の可変速のファン速度を入力することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 冷却システムであって、
    電子コントローラであって、
    予めプログラミングされた第１及び第２のＴ−Ｍａｐであって、第１のＴ−Ｍａｐと第２のＴ−Ｍａｐとの両方が、周囲の温度、ボックスの温度、コンプレッサの速度、及び冷媒充填量の作動状況に対する蒸発器の空気側の温度差を示しており、前記第１のＴ−Ｍａｐが正常な作動状況を示し、前記第２のＴ−Ｍａｐが冷媒充填量のロスを示している、前記予めプログラミングされた第１及び第２のＴ−Ｍａｐと、
    冷媒充填量のロスに基づく処置を開始する前に満たされるように構成された、予めプログラミングされた前提条件と、
    を含む、前記電子コントローラを備え、
    前記電子コントローラが、前記第１のＴ−ｍａｐと第２のＴ−ｍａｐとのそれぞれに基づいて第１の蒸発器の空気側の温度と第２の蒸発器の空気側の温度とを計算し、前記第１の空気側の温度差が前記第２の空気側の温度差より小である場合、処置を開始するように構成されている、冷却システム。
14. 前記冷却システムが、遷臨界冷却システムである、請求項１３に記載の冷却システム。
15. 前記冷媒がＣＯ２である、請求項１４に記載の冷却システム。

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