JP3995216B2 - 冷凍システム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は冷凍システムに関し、特に動作条件の範囲に対して冷媒の過冷却を望まれる水準で達成することのできる電子的に制御される商用の冷凍システムに関する。
著作権の確認
この特許の文書によって開示された部分は、著作権保護の対象になる。
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発明の背景
多くの商用の冷凍システムの凝縮器は、冷却流が通る凝縮コイルから周囲の大気へ熱伝達を容易にするような位置に取り付けるため屋上に設けられている。冷却された冷媒は、凝縮器から膨張弁を経て冷凍ケースに流れる。この冷凍システムでは、凝縮器から放出された冷媒を受諾するために受液器を含むことが知られている。受液器は気体と液体の構成要素に公の既知の原則に従って分かれる冷媒を認める。いくつかの従来のシステムでは、ベラー他に与えられた米国特許Ｎo.４、８３１、８３５に教示されるように、受液器から膨張弁まで液体の冷媒を導いている。これは、液体と気体の混合の冷媒より蒸発器で多くの熱を吸収する液体の冷媒としてのシステムの能力を増やすことが意図されている。
しかしながら、冷媒が相変化推移温度（すなわち「過冷却される」）の下で冷却される時、液体の冷媒を凝縮器から直接膨張弁に導くことが望ましい。過冷却は、凝縮器が低い周囲の気温にさらされる時、最も容易に成し遂げられる。Ｂｅｅｈｌｅｒ他によって記述されたシステムでは、凝縮器の出力側の冷却温度に基づいて受液器を選択的にバイパスすることが提案されている。温度が予め決められる指示値の下で、過冷却が要求される水準である時、冷媒は直接膨張弁に導かれる。温度が予め決められる指示値の下で、過冷却が要求される水準である時、交互に膨張弁に液体の冷媒を渡す受液器に冷媒が導かれる。
しかし、ベラー他のようなシステムは、大気で暖められた条件で膨張弁への過冷却された冷媒の通過を確実にすることができない。また、冷媒が受液器に導入される方法のために、そのような先行技術である従来のシステムの典型では、比較的高い凝縮器内部の冷媒圧力で動作する。このため、より大きなエネルギーを消費し、システムの圧縮器は一般的に厳しい条件で動作しなければならない。
他の従来の冷凍システムでは、グッドソン他に与えられている米国特許Ｎo.５、０７０、７０５に記述されているように、選択的なバイパスシステムにより直接流路から膨張弁まで受液器を移動させ、そして、冷媒の受液器への流れを操作することによって供給される不十分な過冷却を呼びかけている。これに加えて、メータで測っている装置は必要な時に伝達の中に受液器でシステムに冷媒を戻すために供給している。このように、液体が過冷却されるので、冷媒は一般的に凝縮器から膨張弁まで供給される。しかしながら、冷媒は、不十分に過冷却されることがあっても、感知されずに受液器に送られるだろう。
発明の概要
本発明は、凝縮器内部の冷媒の相変化推移温度と過冷却される水準の状態の凝縮器から出力される冷媒の温度との間の差によって、凝縮器内部の圧力を調節して、凝縮器から受液器まで冷媒の流れを制御することによって連続的な過冷却を提供する商用の冷却システムである。これによって、凝縮器内部の冷媒の相変化転移温度と凝縮器から出力される冷媒の温度の差が過冷却の望まれる水準を要求している。通常、凝縮器からの冷媒は、周囲の外温よりわずかに上に冷却され、膨張弁を経て冷凍ケースに導かれる。冷媒はその後圧縮され、凝縮器に戻される。受液器は、流路の膨張弁の外側にあり、凝縮器の吸い込み側に液体を流す回路を通って比較的小さい量の冷媒を流す。冷媒に生じる圧力は結果的に、凝縮器の中で増強される。圧力が増加すると、調和している相変化温度や凝縮温度は増加ずる。しかしながら、凝縮器に残留している液体冷媒の実際温度は、凝縮器の中の冷媒が大きな量である時、システムの熱伝達特性のために減少する傾向がある。明らかに、相変化温度が増加し、そして、液体の温度が減少するので、両者（すなわち、過冷却の水準）の間で温度差は増加する。受液器がシステムに冷媒を流し続けるので、凝縮圧力は望ましくない水準に接近する。システムは、相の変化と実際の液体温度を表す信号をセンサで読むことによって、この状態を見つけるために電子コントローラを使用する。これら変化の間で温度差が目標値を越える時、コントローラが受液器の入力側（凝縮器出力によって供給される）とブリード弁と受液器の出力側（圧縮機の吸入側に接続される）とを同時に開放することによって凝縮器内部の圧力を減少させる。調和の中でこれら弁を操作することによって、受液器圧力を確実にするシステムが、凝縮器出力圧力まで、ブリード弁を通り抜けて受液器の中に冷媒の流れを許すために比較的十分低くするであろう。従って、相変化温度と液体の温度の間の温度差は、許容限度の範囲内で減少する。そして、圧力の連続増強を再び開始する。
このコントロール体系は、従来システムが提供する凝縮器の動作圧力よりも多くの時間暖かい周囲の戸外の状態の間過冷却の比較的一定の水準に維持する。そして、圧縮機上の低い負荷に対応している。さらに、システムのために与えられた冷却容量で要求される冷媒の総体積は、多くの従来システムのための要求から実質的に減じられる。冷媒を減じるための要求は、冷媒の多くの型が潜在的に環境に有害であると知られているので有利である。システムはまた、弁が作動する間失う時間を監視し、環境を保護して、不十分な冷却から生成物の損失を防ぐことによって早い漏れ検出を許可する、凝縮圧力の増強のサイクルと実質的に予測できる予定に対応する蒸発弁の動作の繰り返しとによって漏れを遠ざける。システムに漏れが発達する時、冷媒が漏れを通して連続的に消失するので、弁の作動する間の経過時間は結果的に増加する。経過時間が予め決められた最大値を越える時、コントローラは漏れ警報をオペレータに通知するのを可能にする。
本発明のもう一つの実施例の中で、コントローラのソフトウェアは比較的冷えている戸外の周囲温度に対応する状態を認める。この状態の下で、そして、温度限度を最小限に凝縮することのために、周囲温度は、比較的低い凝縮圧力で冷媒の相変化温度よりも実質的に低いであろう。この発明のシステムは、目標とする過冷却温度を増やすことによって、冷えている周囲温度によって有効にされ改善された過冷却に利用する。周囲温度が低い時、相変化温度も下がる。しかし、最小要求される圧力の差に対応する最小値にコントローラによって制限される。従ってシステムは、別に目標過冷却値を与える量を越えることによってこの最小の相変化温度を下に下げるための実際の液体の温度を認める。
もう一つの実施例の中で、コントローラはまた凝縮コイルを横切る周囲の大気を導くために調節する凝縮器が取り付けられる屋根の上のファンの動作を制御している。コントローラは、受液器の入口と出口の弁を協調させて、相変化温度と凝縮器の変化温度との間の差でファンに作用することを連続的に可能にするか、あるいは不可能にする。コントローラは凝縮器からの液体冷媒の温度により、周囲の戸外の大気温度の測定値を比較している。システムは、周囲と液体との温度の差が比較的小さい時、ブリード弁と蒸発弁を開放し、そして、その差が比較的大きい時、ファンを使用可能にすることによって、ソフトウェアアルゴリズムに従って凝縮圧力を制御している。
本発明のもう一つの実施例では、コントローラは現在のシステム効率の測定値に基づいて目標過冷却値を調節することによって、補助冷却することを最適化する傾向があるソフトウェアルーチンを使用する。凝縮器からの液体冷媒温度が十分に長い時間周囲温度より十分上に留まっている時、ソフトウェアは一つのユニットによって目標過冷却数値を増加させる。この増加は、最終的に凝縮器の内部で増やされた液体冷媒に対応し、周囲に向かう液体温度を減らす傾向がある。他方、液体温度は予め決められた時間内であれば十分周囲温度の近くに留まり、目標過冷却数値はユニットによって減らされる。
それゆえに、冷媒の過冷却が暖かい周囲の状態の間に達成される冷凍システムを提供することが本発明の目的である。
それによって、電気のエネルギーを節約して、凝縮器内部の低い冷媒圧力を維持している間、上質の冷却を提供する冷凍システムを提供することが本発明のもう一つの目的である。
本発明のもう一つの目的は、冷却漏れの早期発見を提供する冷凍システムを提供することである。
また、本発明のもう一つの目的は、システムの効率と作動状態に基づいて動的に冷媒の過冷却を最適化する冷凍システムを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、凝縮器のファンと冷媒を受液器に方向転換する弁とを動的に制御することによって冷媒の過冷却を制御する冷凍システムを提供することである。
さらに、本発明のもう一つの目的は、要求される冷媒の容量のために液体冷媒の体積を最小にする冷凍システムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
本発明の上述の目的、そしてそれらを達成する方法が、添付図面に関連した説明を参照することによってより明白になり、理解されるであろう。
図１は、本発明の冷凍システムを示す図である。
図２は、図１に示すシステムの電気制御を表す図である。
図３は、本発明によって実行されるソフトウェアの動作のブロック線図である。
図４ａ−４ｇは、本発明のソフトウェアの実施を表すソースコードのコンピュータ印刷物である。
発明の詳細な説明
以下に開示される選択された実施例は、発明を制限することを意図するものではない。
また、この実施例は、当業者が以下の開示された内容を利用するように開示している。
図１は、冷凍システム１０が有する複数の圧縮機１２と、凝縮器１４と、受液器１６と、コントローラカード１８と、複合冷凍ケース２０と、複数の弁とセンサを示している。圧縮器１２は、圧縮されたガス状の冷媒をライン２２を通して凝縮器１４へ送るため、流れの連絡路内で垂直である。凝縮器１４は、典型的に遠く屋根の上に設けられている。複数のファン２４は、冷媒の循環を通じて冷却を提供する凝縮器１４のコイルを横切る周囲温度の大気の流れを作るために調節する凝縮器１４に配置される。温度センサ２８は周囲の気温（ＴAMBIENT）を測定し、コントローラカード１８にＴAMBIENTに対応する信号を送る。冷却された冷媒は、下脚部か凝縮器１４の出力側の液体ライン２６に送られる。
追加の温度センサ３０は、凝縮器１４から放出された液体冷媒の温度（ＴLIQUID）を検知し、コントローラカード１８にＴLIQUIDを表現する信号を提供するために液体ライン２６に関連して配置される。また、冷媒は、液体ライン２６を通って導かれ、冷凍ケース２０へ流れ、冷媒の過冷却状態に対応させて受液器１６の入力側３４のブリード弁３２を通って流れるようにしてもよい。圧力センサ３６は、圧縮機ラック（図示せず）で液体の圧力を測定するために、液体ライン２６に接続される。圧力センサ３６は、コントローラカード１８に圧力信号（ＰLIQUID）を供給する。コントローラカード１８は、ＰLIQUIDを使って凝縮器１４での圧力の近似値を見出し、検索テーブル用いて、冷媒のタイプを与えられ、近似した圧力での冷媒の飽和温度または凝縮温度を決定する。この凝縮温度（ＴCOND）は、後でさらに詳細に記述されるように、凝縮器１４の冷媒の相変化温度に対応する。コントローラカード１８、温度センサ３０、そして圧力センサ３６によって構成される制御手段で決定している冷媒は、コントローラカード１８のメモリに格納される制御パラメータに従って十分に過冷却される。
膨張弁３８（あるいは同様の装置）は、流れの伝達を各々の冷却ケースに供給するライン４０に配置される。冷凍ケース２０（ＴCASE）の冷媒の温度を測定するための温度センサ４２は、膨張弁３８の入力に近接して取り付けられる。温度センサ４２は、冷却ケース２０への冷媒のとぎれのないカラム（ｃｏｌｕｍｎ）を保証するためにＴCONDに関連してコントローラカード１８にＴCASE信号を供給する。冷凍ケース２０からのガス状の冷媒は、標準的な方法で圧縮機１２の吸入側４４に導かれる。ブリード弁３２の出力側４６は受液器１６に接続される。そして弁４８は、圧縮機が作動している時に、なるべく連続的に開放される。弁４８は液体冷媒を毛管のような膨張装置５２で増やして、液体ブリード回路５０の中に供給する。そして、蒸発コイル５４は、液体冷媒を圧縮器１２に吸入側４４の中に与える。蒸発弁５６は、受液器１６の蒸発出口５８に接続されている。出口５８は、予想される受液器の液体冷媒の水準の最大よりも上に配置されている。蒸発弁５６の出力ライン６０は、圧縮機１２の吸入側４４に接続されている。ブリード弁３２と蒸発弁５６の両方は、コントローラカード１８によって制御されるように接続されている。このように両方の弁は、なるべく電子的に作動されるソレノイド弁である。
種々のシャットオフ弁は（図示せず）、垂直に通り抜け出るようにシステム１０に配置される。これらの弁は、メンテナンスや交換のためにシステムの構成の変更を認めるために選択される位置で冷媒の流れを止めるために典型的に手動的に作動される。位置とシャットオフ弁に該当する使い方は当業者によく知られている。
当業者にとって明白なことは、種々の大きさの組み合わせの複数の凝縮器１４に実行される使い方を容易にすることができるシステム１０は、特別な設備のために適切な冷媒を供給するのに必要である。さらに、明白なのは、種々の大きさの使い方と特別な位置で使用して圧縮される冷媒を供給する多くの圧縮機１２である。このような圧縮機では、ピストン圧縮機やスクロール、スクリュー圧縮機で往復動しているのであろう。これらのシステムの種類については、ここでは詳細に議論しないし、このような議論は本発明の動作の全てを理解することに全て必要であると思われない。
図２は、コントローラカード１８の電気制御を示す図である。コントローラカード１８は、マイクロコントローラ１００を含んでおり、６８０００シリーズの一系列で、部品番号ＭＣ６８ＨＣ９１６Ｘ１ＣＴＨ１６であり、ＩＯポートにデータを導き、１６ビットのモトローラのランダムアクセスかリードオンリーのメモリでプログラムすることができる装置である。図３と図４ａ−４ｂに表されるソフトウェアには、マイクロコントローラ１００の中の従来の通りのメモリ（図示せず）に配置される。電源入力１０１と接地入力１０３は、図２のブロック１０２に示される電源供給の制御と調節をする回路に接続されている。電源入力１０１は標準的な方法で１０倍にされる。ブロック１０２には接地と外部から供給される２４ボルトのＡＣ電源とが接続されている。ブロック１０２は公知の技術的な方法でコントローラカード１８の構成で供給源からＶ１（５Ｖｄｃ）、Ｖ２（１２Ｖｄｃ）及びＶ３（１３．５Ｖｄｃ）のこれらの信号に変換している。マイクロコントローラ１００へ追加される外部の回路としては、ブロック１３０に示される標準的な発振回路や、既にブロック１３２に示されるように公知のスタートアップ回路や、標準的なウォッチドッグリセット回路（図示せず）や、標準的な通信回路１３４がある。通信回路１３４は、容易に試験することや、従来のプロトコルで使っているラインドライバ１３６を経て公知の技術で他の装置と通信を行うことを提供している。ＦVPP１３７は、プログラミングの目的のためにＶ２に接続される。入力に使うＵＯ０−１９には、手動によって設定されたスイッチブロック１２８のスイッチ１２６が提供される。各々のスイッチの入力には、グランド（ＧＮＤ）が接続される。そして、出力にはマイクロコントローラ１００の入力ピンが接続される。マイクロコントローラ１００は、これらのスイッチを予め決められたグループとして認め、そして、各々のスイッチ、またはバイナリーデータを入力するスイッチのグループを位置が低いか高いかで解釈する。スイッチは入力による作動を認めるために構成される。例えば、液体圧力センサ３６から凝縮器１４までのカラム（ｃｏｌｕｍｎ）の高さや、ケース温度センサ４０から凝縮器１４までのカラム（ｃｏｌｕｍｎ）の高さや、冷媒の型や、最小凝縮圧力、および種々の他のセッティングである。
使い方の追加では、スイッチブロック１２８から入力が供給されることで、マイクロコントローラ１００が、温度センサ３０からのＴLIQUID信号、温度センサ４２からのＴCASE信号、温度センサ２８からのＴAMBIENT信号、そしてＴCONDに関係される圧力センサ３６からのＰLIQUID信号を受信する。ＴLIQUID、ＴCASE、ＴAMBIENTおよびＴLIQUIDは、１０４、１２６、１２８、および１１０の入力が接続されている。入力１１０は、レジスタ１１６と、およそ係数０．７５で入力１１０を降圧するレジスタ１１８とから構成される分圧回路に接続される。これにより、種々の圧力を認める使い方では、圧力センサ３６のために変換する。分圧器の出力と残りの入力１０４，１０６及び１０８は、にマイクロコントローラ１００の入力ピンにラインレジスタ１２０を介して導かれる。ラインレジスタ１２０の各々の入力側は、Ｖ１までレジスタ１２２を介して昇圧されている。ラインレジスタ１２０の各々の出力側は、フィルタ容量１２４を介してグランドに接続される。
マイクロコントローラ１００は、凝縮器１４に近接して取り付けられるファン２４と、アラームと、ブリード弁３２と、蒸発弁５６に出力ポート１４０から出力信号を供給している。各々のファンの出力信号１４２は、対応するリレー１４６で活性するラインドライバー１４４に導かれる。さらに、ＬＥＤ１４８は個々のファンの活性状態の指示により活性されるであろう。各々のリレー１４６は活性される時、リレー１４６に接続されるファン２４を使用可能にする。公知の技術において、インラインヒューズ１５０が各々のファン２４に提供されている。そして、双方向のツェナーかスナバー装置１５２が、ノイズ減少のためにファンの接続に沿って接続されている。図２のマイクロコントローラでは、個々のファン２４（二つのみ示す）をコントロールするための構成が示される。
アラームイネーブル信号１５６では、実質的に同様な方法でシステムの警報器（図示せず）に接続され、ラインドライバー１４４、リレー１４６、インジケータＬＥＤ１４８、ヒューズ１５０、そしてスナバー１５２を使用している。バルブコントロール信号１５４は構成を含んでいる。しかしながら、接続しているブリード弁３２と蒸発弁５６は向き合って中継して投じられるように通じている。
（通常開放されている）
図３のブロック線図は、図４ａから４ｇに記載されているプログラムを実行した過程の間にマイクロコントローラ１００によって実行される計算を表している。このように、図４ａから図４ｇのプログラムは、図３に表された動作の流れによって最もよりよく理解されるであろう。図３に使われる変数は、変数や他のパラメータに次のように対応する。
Ｐl＝ＰLIQUID＝センサ３６によって測定される液体冷媒の圧力
Ｐc＝計算された凝縮圧力
Ｔa＝ＴAMBIENT＝凝縮器１４の周囲温度
Ｔc＝ＴCOND＝凝縮器１４内部の冷媒の相変化温度
Ｐ/Ｔ Ｌｏｏｋｕｐ＝凝縮圧力が与えられた冷媒の凝縮温度を決定するための検索テーブル
Ｔcl＝ＴCASE＝センサ４２によってケース２０で測定された冷媒温度
Ｔb＝ＴTAR-DEL＝目標デルタ温度
Ｔl＝ＴLIQUID＝凝縮器１４の出力で冷媒温度
inc/dec＝増加か減少
Ｔmin＝ＴMIN＝システム最小凝縮温度
Ｔco＝ファンを停止する温度
Ｔci＝ファンを動作させる温度
Ｅlrc＝センサ３６に関連する凝縮器１４の高さ
Ｅlclc＝センサ４２から凝縮器１４までの高さ
Ｔclmin＝ケース２０で導出される最小冷媒温度
Ｔos＝ファンと弁の作動点との間に負荷される計算のオフセット
Ｄef＝ケース２０の除氷信号
動作の方法
凝縮器１４は一般的に屋上に設けられているので、システム１０の動作は部分的に戸外の周囲温度によって影響される。コントローラカード１８は、システム内部の冷媒の流れを調節することによって、ＴAMBIENTの変化と、ＴCOND、ＴLIQUIDの変化のいくつかの結果と、実施例で入れ替わるＴCASEに対応している。システム１０は全体的に凝縮器１４の出力での相変化温度（ＴCOND）と、凝縮器１４から送られる液体冷媒の実際温度（ＴLIQUID）との間の温度差を維持するために動作している。ＴLIQUIDは液体ライン２６と関連して使用する中で取り付けられる温度センサによって正確に測定される。圧力センサ３６はＴCONDを間接的に測定している。一般的に、センサ３６は、凝縮器１４が取り付けられる屋上より低い高さに液体ライン２６と関連して使用する設備の建物に取り付けられる。従って、圧力センサ３６（凝縮器１４からの液体冷媒の下のカラム（ｃｏｌｕｍｎ））によって測定される液体ライン２６の中の冷媒の圧力は、凝縮器１４の出力側で測定される圧力よりも大きい。このオフセットは、容易に計算され、そしてソフトウェアで補償される。起動して、オペレータはシステム１０に使っているスイッチブロック１２８の物理パラメータを単純に入力する。そして、ソフトウェアは、凝縮器１４の出力側の液体冷媒の圧力の相対的で正確に接近された値を圧力線センサ３６から生の圧力データに変換する。ソフトウェアは、圧力／温度検索テーブルセンサの中で、ＴCONDを決めるためにこの接近された凝縮圧力を使用する。
システム１０は、凝縮器１４の内部の冷媒の総量を変えることによって残りの要求される値を確実にするためにＴCONDとＴLIQUIDとの間の温度差（以下ＴDELと呼ぶ）を制御する。確実にするためには、凝縮器１４に送られるガス冷媒を適切に凝縮し、ＴCONDがＴLIQUIDより常に大きくなければならない。もし、この条件を満たすのであれば、凝縮器１４で認めている冷媒から実質的に泡がなくなり、全て液体に凝縮されなければならない。システムが相変化温度の下で液体冷媒を冷却する総量は、一般的に「過冷却」として参照される。過冷却される冷媒が常に液体の状態（すなわち泡のない）にあること及び冷媒の温度を下げることで冷凍効果を改善するような過冷却が望まれる。反対に、もし、凝縮器１４内部での冷却がわずかであれば、システムの残りの部分に供給される冷媒が部分的にガス状になるので、冷凍ケース２０の冷凍対象の冷凍効果は劇的に低下する。従って、システム１０は、以下の方法でＴDELを制御することによって、適切な過冷却と適当な冷凍を確実にする。
一般的に、液体ブリード回路５０は連続的に受液器１６から凝縮器１４まで冷媒を提供している。いくつかの圧縮機１２は動作している時、弁４８は受液器１６の下側からの液体冷媒の流れを認める。この冷媒は、膨張装置５２と蒸発回路５４の中と通って流れる。一つの一般的な実施例として、蒸発回路５４は圧縮機１２のガス放出ラインに巻き付けられている。ガス放出ラインの熱は、凝縮器１４に送るために圧縮機１２の吸入側４４の中に流れる液体冷媒を蒸気に変換する。
ますます冷媒は、凝縮器１４に送られ、凝縮器１４の内部圧力は増加する。圧力センサ３６は、この増加した凝縮圧力を測定する（間接的ではあるが、上述したように）。そして、コントローラ１８はＴCOND値の増加に対応して計算する。また、たいてい、凝縮器１４の内部の液体冷媒の体積の増加は、液体冷媒と凝縮器１４との間で、一般に知られている原理に従ってより大きい熱伝達に結びつく。従って、ＴLIQUIDは減少する傾向がある。そして補助冷却の総量は凝縮器１４からの増加を実現する。従って、連続的にシステム１０に冷媒を加え、凝縮器１４内部の圧力を減少させ、これによって、ＴDELが増加され、そしてＴLIQUIDが減少される。同様に、冷媒の増加でＴDELが加えられる。結局、作動されるＴDELは、システムが動作することで目標温度を越え（以下、ＴTAR-DEL）、そして、システムは、凝縮器１４内部の冷媒の総量を減らすことによって対応する。
システムは、ＴDELがＴTAR-DEL越える時、冷媒を受液器１６に放出することによって凝縮器１４内部の冷媒の水準を変える。凝縮器１４とケース２０との間の液体冷媒のとぎれのないカラム（ｃｏｌｕｍｎ）を確実にするための手段として、液体冷媒の合理的な過冷却を確実にするために、コントローラカード１８は、例えば、１０°Ｆについて、ＴDELを維持する。ＴDELが１０°Ｆを越える時、コントローラカード１８は同時に、受液器１６のブリード弁３２を開放し、蒸気が弁５６で受液器１６から圧縮機１２の吸入側４４まで放出される。これらのバルブが作動されることによって、コントローラ１８は、受液圧力が凝縮器１４の出力側の冷媒圧力を十分下回ることを確実にする。これによって、ブリード弁３２を通り抜けて受液器１６の中に流れる冷媒が生じる。凝縮器１４の減じられた圧力は、減少されたＴCOND値を生じさせる。凝縮器１４の液体冷媒の量は減らされ、そして、ＴLIQUIDには増加する傾向がある。従って、ＴDELはＴCONDの許容範囲で減らし、ＴLIQUIDは共に閉じられて動き、再びサイクルが始まる。弁の動作温度を表し代表する式は、ＴOP＝ＴLIQUID＋ＴTAR-DELであり、ＴOPは、目標凝縮温度である。
より低い周囲の温度で、システム１０は、上述したように受液器１６に冷媒を送ることによって、例えば、蒸発放出弁５６のないシステムよりも、凝縮器１４の先頭圧力を低く維持する。より低い先頭圧力は、電気エネルギーを保存し、圧縮機１２の負荷を低く生じさせる。いくつかの従来システムでは、受液器１６の圧力（屋内に近い温度であること）は、凝縮器１４の圧力（凝縮器の圧力は、受液器の圧力が低くなることが起こる時、放出されるのみである。）を動かす。もちろん、屋上の凝縮器１４を吹き抜ける周囲の大気の温度が、受液器１６の屋内の周囲温度より少ない時、受液圧力は一般的に凝縮圧力よりも低くなることはないだろう。
さらに、冷えた屋外の周囲温度に対応してＴCONDは低い。しかし、製造段階で導出される最小値、例えば、圧縮機の膨張弁を横切るわずかな圧力で要求される最小値（ＴMIN）に限定される。従って、比較的低い周囲温度ＴCONDは、実質的にＴAMBIENTより大きい。冷えた周囲温度でも可能な過冷却の利点をもつ手段として、本発明の別の実施例では、１０°Ｆを越えるＴDELを認める。１０°ＦＴDELは、比較的低い先頭圧力を可能にし、大きな先頭圧力（大きなＴDELに対応して）は要求されない水準に近づかないようにする。
前述したことから明らかにように、コントローラカード１８は、ＴCONDをＴMINに維持するためにＴDELが前に設定した１０°Ｆの制限を越えることを許さねばならず、さらに、ＴLIQUIDがＴMINの下に実質的に下がることを許さねばならない。システム１０は、凝縮器１４近くに取り付けられたファン２４および受液器１６との連絡路にあるブリード弁、蒸気弁３２、５６の両方の動作を調節することにより、これを成し遂げる。ファン２４は、凝縮器容量を目標ＴCOND近くの凝縮器負荷に適うように用いられる。もし、負荷が増加か、あるいは減少するのであれば、ＴCONNDは対応して増加か減少する。もし、ＴCONNDがファンが作動する温度まで上がれば、ファン２４は動作可能にされる。もし、ＴCONNDがファンが停止される温度を下回れば、ファン２４は停止される。ファンの作動温度（ＴCI）、ファン停止温度（ＴCO）とＴTAR-DELとの間の関係は次に示される。
ＴCO＝ＴAMBIENT＋ＴTAR-DEL
ＴCI＝ＴCO＋５
ファンと弁との間の関係は、同じＴDELの両方の操作をしているので相補的である。計算の都合で、ＴDELという語は、ブリード弁３２と蒸発弁５６との動作点を表す式に分解されるであろう。（前述のＴCO＝ＴAMBIENT＋ＴTAR-DEL）そして、ファン２４（ＴCO＝ＴAMBIENT＋ＴTAR-DELか、ＴTAR-DEL＝ＴCO−ＴAMBIENT）の式で表しているＴCOは、
ＴOP＝ＴLIQUID＋（ＴCO−ＴAMBIENT）
で求められ、また、
ＴOP＝ＴCO＋（ＴLIQUID−ＴAMBIENT）
で定義される。
もちろん、上記関係は、ＴTAR-DELの値に関係なく真に保持される。
冬と夏の状態は、最小凝縮圧力（ＴMIN）を考慮して定義されるだろう。
本発明のソフトウェアの実施例では、夏季の状態はＴMIN＜（ＴAMBIENT＋ＴTAR-DEL）の関係を満たす状態が定義される。これと同じ期間、ＴAMBIENTとＴTAR-DELとを足すとＴMINより大きく残る。ＴCO＝ＴAMBIENT＋ＴTAR-DEL。しかしながら、ＴMINはＴAMBIENTとＴTAR-DEL（冬季の間）とを足したものより大きくなり、ＴCOはＴMINと等価になる。上述では、全ての状態の下で（ＴDELに関係なく）、ＴOP＝ＴCO＋（ＴLIQUID−ＴAMBIENT）である。結果としては、ファンと弁の両方の操作に使われる同じＴDELによって、相補的な性能を維持する。
この相補的な関連によれば、ＴLIQUIDとＴAMBIENTとの間の差が小さい時、システム１０は、ＴMINの水準の凝縮圧力を落とすために弁３２と５６とを操作する傾向がある。ＴLIQUIDとＴAMBIENTとの間の差が比較的大きい時、システム１０は凝縮圧力を低くするために、一つか、あるいはより多いファン２４を動作させる傾向がある。ＴLIQUIDの全ての効果は、システム１０はバルブ３２、５６を作動させる時、ＴLIQUIDは増加し、そして、ファン２４が動作する時、ＴLIQUIDは減少する。
本発明の他の実施例としては、実際の作動中のシステムの現在の歴史的な性能に応じるシステムによって過冷却の総量を調節するソフトウェアのアルゴリズムを取り入れる。この「過冷却対応」のアルゴリズムは、ＴTAR-DEL（すなわち、ＴOP−ＴLIQUID）を変えることによって完成される。コントローラカード１８は、終了時間（例えば１時間）がくるまでＴAMBIENTとＴLIQUIDとの間の温度を監視する。これらの温度の平均差が、予め決められた時間（例えば、１時間）で、予め決められた総量（例えば、５°Ｆ）の上に留まる時、過冷却対応アルゴリズムは、目標過冷却数値を１、増加させる。ＴTAR-DELの増加はＴLIQUIDを減らす傾向にあるので、ＴLIQUIDとＴAMBIENT間の差は許容範囲（５°Ｆ）内にある。新しいより高いＴTAR-DELはＴLIQUIDを減じる、というのは、それは、その冷媒のより効率的な冷却で生じる凝縮器１４内の液体冷媒のより大きな量に対応するからである。コントローラカード１８は、ＴLIQUIDをＴAMBIENTと比較し続け、もし、別の予め決められた時間後、ＴLIQUIDが許容限界内を外れるならば、コントローラカード１８は、再びＴTAR-DELを１度増加させる。
ＴTAR-DEL値は、十分に長い時間に増加されることはない時には、コントローラカード１８によって減少される。ＴLIQUIDは実質的に２４時間の間（少なくとも平均して数時間以上の時間）、ＴAMBIENTの５°Ｆ以内に留まる時、例えば、過冷却対応アルゴリズムは、ＴTAR-DELを１度減じる。
また、もう一つの実施例では、温度センサ４２は冷却ケース２０（ＴCASE）を調節して冷却温度を測定する。コントローラカード１８は、冷却ケース２０での膨張弁３８の液体のカラムを個体に維持するするために要求されるＴOPを決めるためにＴCASEを使っている。コントローラカード１８は、凝縮器１４とケース２０との間の高さの差に基づいてＴCASEと計算された最小ＴCONDを読み込む（オペレータによる入力で）。そして、考えられる圧力が液体ラインの中を落下していく。ケース２０で冷媒温度を監視する事によってシステム１０は、凝縮器１４に送られる液体冷媒の蒸発によって生じる不十分な弁の作動のための冷却の損失の潜在性を回避する。
本発明の追加の特徴として、コントローラカード１８は、弁の動作の間の経過時間を保存する。この経過時間は一般的に、１時間を越えることはない。なぜなら、液体ブリード回路は５０は通常、ＴTAL-DELより大きいＴDELに対応する水準に、凝縮圧力が増加するため１時間以内に凝縮器１４に十分冷媒を供給するからである。漏れ状態の間、凝縮器１４に連続的に送られる冷媒は、システム１０からの漏れにより枯渇される。その結果、液体ブリード回路５０は、弁の作動に要求される総量より上にＴDELが十分動くため、凝縮器１４に圧力増強が生じるためシステムに十分冷媒を流出することができない。ソフトウェアは低い蓄積状態の最大限度値（例えば、３時間）を上回る中で弁の作動の間の時間経過を解釈する。警報器は、低い蓄積と漏れとをオペレータに警告するために活性化される。弁の作動の間で経過時間を監視しなかったシステムは、おそらく、大気に最大限度時間を越えても冷媒を漏れ続けさせる。従来のシステムは、システムで失われた冷媒の総量が、不適合な冷却が生じる場合のために十分あるまで漏れを見つけないだろう。最大限度時間内に漏れ状態を発見することによって、本発明は、不十分な冷却による損失物を減じる。そして、環境に放出された冷媒の望ましくない結果を減少させる。
この発明は、典型的な実施例として記述される。本発明はこの開示した精神と発表で
さらに修正することができる。本願は、この発明に使用される一般的な原則の適合を覆うために志向される。さらに、この発明が属し添付されるクレームの限度を下回り、かつ慣習的に知られる技術は本願の実施例によって覆われる。

Claims (13)

1. 相互に連結された凝縮器（１４）および前記凝縮器（１４）の出力（２６）での冷媒の過冷却の所望量を維持するための圧縮器（１２）を有する冷凍ループと、前記凝縮器（１４）と圧縮器（１２）間に接続され冷媒を収容するとともに液体冷媒を受液器（１６）から前記ループに流出するための弁（４８）によって前記ループに接続される受液器（１６）と、冷媒を前記凝縮器（１４）から前記受液器（１６）へ流すコントローラ手段（１８、３２、５６）とを備え、冷媒の循環を制御するための冷凍システム（１０）であって、
   前記凝縮器（１４）の出力での前記冷媒と前記凝縮器（１４）内の前記冷媒の相変化温度（ＴCOND）との温度差（ＴDEL）を与えるための前記ループに動作可能に連結される手段（１８、３０、３６）と、
   前記凝縮器（１４）内の液体冷媒の体積が増加するに従って前記温度差を増加するために、前記冷媒を前記受液器（１６）から前記ループへ流すために配置された前記弁（４８）と、
   前記温度差（ＴDEL）が既定値（ＴTAR-DEL）を超えた時、冷媒を前記凝縮器（１４）から前記受液器（１６）へ流すため配置された前記コントローラ手段（１８、３２、５６）とを
   備えることを特徴とする冷凍システム（１０）。
2. 前記コントローラ手段（１８、３２、５６）は、前記凝縮器の出力と前記受液器（１６）間を接続する第１弁（３２）と、前記受液器（１６）と前記圧縮器（１２）間を接続する第２弁（５６）とを有し、
   前記温度差が既定値（ＴTAR-DEL）を超えた時、前記第１弁（３２）と前記第２弁（５６）の両方を開く
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム（１０）。
3. 前記受液器（１６）は、下方の液体保存体積とより上方の蒸気保存体積を有し、
   前記第１弁（３２）は、冷媒を前記凝縮器（１４）から前記液体保存体積に伝える手段を構成
   し、
   前記第２弁（５６）は、冷媒を前記蒸気保存体積から前記圧縮器（１２）に伝える手段を構成する
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍システム（１０）。
4. 前記凝縮器（１４）は第１高さに配置され、前記受液器（１６）は第２高さに配置され、前記凝縮器（１４）の出力は出力ライン（２６）を通して前記受液器（１６）に接続され、
   温度差を与えるための前記手段は、
   前記凝縮器出力（２６）での冷媒の温度を表現する信号を前記コントローラ手段（１８、３２、５６）に与えるために前記出力ライン（２６）と動作可能に連結される温度センサ（３０）と、
   前記出力ライン（２６）内の冷媒の圧力を表現する信号（ＰLIQUID）を、前記圧力信号（ＰLIQUID）から前記冷媒相変化温度を得る前記コントローラ手段（１８、３２、５６）に与えるために前記受液器（１６）近傍の前記出力ライン（２６）に動作可能に連結される圧力センサ（３６）とを有する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷凍システム（１０）。
5. 前記コントローラ手段（１８、３２、５６）は、前記温度センサ（３０）と前記圧力センサ（３６）間の高さの差を入力するための手段（１２６）を有し、前記高さの差を使って前記圧力信号（ＰLIQUID）から前記相変化温度を得る
   ことを特徴とする請求項４に記載の冷凍システム（１０）。
6. 前記コントローラ手段（１８、３２、５６）は、マイクロコントローラ（１００）を有する
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の冷凍システム（１０）。
7. さらに、前記受液器（１６）との流絡内の膨張装置（５２）と、前記膨張装置（５２）と前記圧縮器入力（４４）間に接続される蒸発器コイル（５４）とを備え、
   前記膨張装置（５２）は、冷媒を前記受液器（１６）から冷媒が蒸気に変えられる前記蒸発器コイル（５４）へ伝える手段を構成する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の冷凍システム（１０）。
8. さらに、低冷媒蓄積状態を示すための警報器を備え、
   前記コントローラ手段（１８、３２、５６）は、前記受液器（１６）への前記冷媒の流れが続く経過時間が次のこのような流れが起こる前に既定最大値を超える時、前記警報器を活性化する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちの何れか一項に記載の冷凍システム（１０）。
9. 前記凝縮器（１４）は、戸外周囲温度（ＴAMBIENT）に晒すのに適合され、
   前記システム（１０）は、さらに、前記戸外周囲温度を表現する信号を発生する手段（２８）を備え、
   前記検知手段（３０）は、さらに前記凝縮器出力（２６）の冷媒の温度を検知し、
   前記コントローラ手段（１８）は、前記凝縮器出力（２６）の冷媒温度と前記戸外周囲温度（ＴAMBIENT）間の平均差が第１時間期間の間の第２既定値より大きい時に、前記既定値（ＴTAR-DEL）を増加させ、また、最初に述べた既定値（ＴTAR-DEL）が前記第１時間期間より長い第２時間期間の間に変化しないとき、前記最初に述べた既定値（ＴTAR-DEL）を減少させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の冷凍システム（１０）。
10. 前記凝縮器（１４）は、入力を有し、
    前記圧縮器（１２）は、入力と出力を有し、
    前記圧縮器出力は、前記凝縮器（１４）に接続され、
    膨張弁（３８）は、前記凝縮器（１４）出力と前記圧縮器（１２）入力間に接続され、
    前記受液器（１６）は、前記凝縮器（１４）出力と前記圧縮器（１２）入力間に接続され、
    回路（５０）は、冷媒を前記受液器（１６）から前記圧縮器（１２）入力へ流して前記凝縮器（１４）内の液体冷媒の体積を増加するために前記受液器（１６）と前記圧縮器（１２）間に接続される前記弁（４８）を有し、
    センサ（３６）は、前記凝縮器（１４）内の冷媒圧力を測定するために備えられ、
    センサ（３０）は、前記凝縮器（１４）出力での冷媒温度（ＴLIQUID）を測定するために備えられ、
    センサ（２８）は、周囲温度（ＴAMBIENT）を測定するために備えられ、
    前記コントローラ手段（１８、３２、５６）は、前記センサ（２８、３０、３６）に応答して、使用中、
    前記冷媒圧力（ＰLIQUID）に対応する前記凝縮器（１４）内の冷媒の相変化温度（ＴCOND）を計算し、
    前記冷媒温度と前記相変化温度（ＴCOND）との温度差が前記既定値（ＴTAR-DEL）を超えるとき、冷媒を前記凝縮器（１４）から前記受液器（１６）に流し、
    前記冷媒温度と前記周囲温度（ＴAMBIENT）との平均差が第１動作時間期間の間の第２既定値より大きいとき、前記既定値（ＴTAR-DEL）を増加させ、
    さらに、前記既定値（ＴTAR-DEL）が前記第１動作時間期間より長い第２動作時間期間の間に変化しないとき、前記既定値（ＴTAR-DEL）を減少させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム（１０）。
11. 前記受液器（１６）は、下方の液体冷媒蓄積体積と上方の蒸気冷媒蓄積体積とを有し、
    第１弁（３２）は、前記凝縮器（１４）出力と前記液体冷媒蓄積体積での前記受液器（１６）間に接続され、
    第２弁（５６）は、前記蒸気冷媒蓄積体積での前記受液器（１６）と前記圧縮器入力（４４）間に接続され、
    前記コントローラ手段（１８）は、使用中、前記温度差が前記目標過冷却値を超えるとき、両前記弁（３２、５６）を開く
    ことを特徴とする請求項１０に記載の冷凍システム（１０）。
12. 前記冷媒圧力センサ（３６）は、前記ブリード弁（４８）近傍の前記凝縮器（１４）出力に動作可能に連結され、
    前記コントローラ手段（１８、３２、５６）は、前記冷媒圧力センサ（３６）と前記冷媒温度センサ（３０）との間の高さの差を入力するための手段（１２６）を有しており、使用中、前記高さの差を使って前記冷媒圧力（ＰLIQUID）から前記相変化温度（ＴCOND）を計算する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の冷凍システム（１０）。
13. さらに、空気の流れを作るため、前記凝縮器（１４）に近くに取り付けられるファン手段（２４）を備え、
    前記凝縮器（１４）は、前記流れ内に取り付けられ、
    前記ファン手段は、複数のファン（２４）を有しており、
    前記コントローラ手段（１８、３２、５６）は、使用中、
    前記既定値（ＴTAR-DEL）と前記周囲温度（ＴAMBIENT）の計が前記冷媒相変化温度（ＴCOND）より大きいとき、前記ファン手段（２４）の可動ファン数を減少させることにより前記ファン手段（２４）の使用を最小にし、
    既定のオフセットを加えた前記計が前記冷媒相変化温度（ＴCOND）より小さいとき、前記可動ファン数を増加させる
    ことを特徴とする請求項９から請求項１２のうちの何れか一項に記載の冷凍システム（１０）。

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