JP4403193B2 - エコノマイザ回路を制御するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００４年５月２８日に出願した米国特許仮出願第６０／５７５６２７号の利益を主張するものである。

本発明は、主に、冷却システムのエコノマイザ回路の制御に関する。より具体的には、本発明は、圧縮装置のエコノマイザポートの弁を制御することによって冷却システムのエコノマイザ回路を制御することに関する。

冷却システムでは、冷却気体が圧縮装置によって圧縮され、凝縮装置に送られる。凝縮装置に送られた冷却蒸気は、流体、たとえば、空気または水との熱交換関係に入り、相変化を受けて冷却液体になる。この、凝縮装置からの液体冷媒は、対応する膨張装置を通って蒸発装置に流れる。蒸発装置内の液体冷媒は、別の流体、たとえば、空気、水、または他の二次液体との熱交換関係に入り、相変化を受けて冷却蒸気になる。蒸発装置内を流れる他の流体は、液体冷媒との熱交換関係の結果として冷却され、通常は、密閉された空間に送られて、その密閉空間を冷却する。最後に、蒸発装置内の蒸気冷媒が圧縮装置に戻り、サイクルが完了する。

冷却システムの容量、効率、および性能を高めるために、システムにエコノマイザ回路を組み込むことが可能である。エコノマイザ回路は、一般に、エコノマイザ熱交換装置またはフラッシュタンクと、凝縮装置または凝縮装置の下流の主冷却管に接続された、フラッシュタンクへの入口管と、入口管内に組み込まれたエコノマイザ膨張装置と、膨張装置の上流の主冷却管に接続された、フラッシュタンクからの第１の出口管と、圧縮装置の圧縮チャンバ内のポートまたは圧縮装置の吸気口に接続された、フラッシュタンクからの第２の出口管とを含むことが可能である。

フラッシュタンクエコノマイザ回路では、凝縮装置からの液体冷媒が、入口管および膨張装置を通ってフラッシュタンクに流れ込む。液体冷媒は、膨張装置を通過すると減圧され、その途端に、冷媒の少なくとも一部が急激に膨張または「フラッシュ」し、液体から気体に変換される。フラッシュタンク内の液体冷媒は、フラッシュタンクの下部に集まり、第１の出口管を通って主冷却回路に戻る。第１の出口管は、主冷却回路に戻る液体冷媒の量を制御するために１つまたは複数の弁を内蔵することが可能である。フラッシュタンク内の気体冷媒は、フラッシュタンクの上部に集まり、圧縮装置に戻るが、その際は、第２の出口管を通って、吸気口または圧縮チャンバに戻り、通常は圧縮チャンバ内の中間圧力の点まで戻る。第２の吐出管も、圧縮装置に送られる気体冷媒の量を制御するために１つまたは複数の弁を内蔵することが可能である。

前述のように、エコノマイザを用いることにより、冷却システムの容量、効率、および性能を高めることが可能である。たとえば、エコノマイザ回路は、冷却気体を中間圧力で圧縮装置に与え、それによって、圧縮装置に必要な作業量を減らして圧縮装置の効率を高めることによって、システムの効率を高めることが可能である。エコノマイザ回路の各種パラメータを制御することによって、冷却システムの容量、効率、および性能を高めることが可能である。特に、フラッシュタンクを出入りする冷媒の量、ならびにタンク内の液体冷媒の量を制御することによって、冷却システムの所望の容量、効率、および性能を得ることが可能である。

したがって、必要とされるのは、冷却システムの性能を高めるためにエコノマイザ回路をシンプルかつ容易に制御するシステムおよび方法である。

本発明の一実施形態は、冷却システムのエコノマイザ回路を制御する方法が対象である。本方法は、冷却システムにエコノマイザ回路を与えるステップを含み、エコノマイザ回路は、フラッシュタンクと、冷却システムの圧縮装置のエコノマイザポートに接続されたフラッシュタンクへの入口管およびフラッシュタンクからの出口管とを含む。出口管は、出口管内の冷媒の流れを制御する弁を含む。本方法はさらに、フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低いか否かを決定するステップと、圧縮装置の動作パラメータが圧縮装置の動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きいか否かを決定するステップとを含む。本方法はさらに、フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低い決定、および圧縮装置の動作パラメータが圧縮装置の動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きい決定に応答して弁を駆動してエコノマイザ回路を連結するステップを含む。

本発明の別の実施形態は、冷却システムが対象であり、本冷却システムは、閉冷却ループの形で接続された圧縮装置、凝縮装置、膨張弁、および蒸発装置を有する冷却回路を含む。本冷却システムはさらに、この冷却回路に接続されたエコノマイザ回路を含む。エコノマイザ回路はフラッシュタンクを含み、このフラッシュタンクは、膨張弁と流体連通している第１の出口管と、圧縮装置と流体連通している第２の出口管とを含む。第２の出口管は、フラッシュタンクから圧縮装置への冷媒の流れを制御する弁を含む。本冷却システムはさらに、弁を制御してエコノマイザ回路を作動および作動解除する制御盤を含む。制御盤は、フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低いこと、および圧縮装置の動作パラメータが圧縮装置の動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きいことに応答して、弁を開き、エコノマイザ回路を作動させるように構成される。

本発明のさらに別の実施形態は、冷却システムのエコノマイザ回路を制御する方法が対象である。本方法は、冷却システムにエコノマイザ回路を与えるステップを含み、エコノマイザ回路は、フラッシュタンクと、冷却システムの圧縮装置のエコノマイザポートに接続されたフラッシュタンクへの入口管およびフラッシュタンクからの出口管とを含む。出口管は、出口管内の冷媒の流れを制御する弁を含む。本方法はさらに、外部周囲温度が所定温度より低いか否かを決定するステップと、圧縮装置の動作時間が所定時間長より短いか否かを決定するステップと、圧縮装置の動作パラメータが圧縮装置の動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きいか否かを決定するステップとを含む。本方法はさらに、フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低い決定、外部周囲温度が所定温度より低い決定、および圧縮装置の動作時間が所定時間長より短い決定に応答して、弁を駆動してエコノマイザ回路を連結するステップを含む。

本発明の一利点は、圧縮装置のエコノマイザポートのソレノイド弁を開閉することによってエコノマイザ回路の動作を制御できることである。
本発明の別の利点は、所定条件に応答してエコノマイザ回路を選択的に動作させることによって、圧縮装置および冷却機の両方の性能を増強できることである。

本発明のさらに別の利点は、周囲温度が低い状況での起動時に冷媒を冷却機内でより高速で循環させることが可能なことである。
本発明の他の特徴および利点は、以下の、好ましい実施形態の詳細説明を、本発明の原理を例示した添付図面と併せて参照することにより明らかになるであろう。

図面全体を通して可能な限り、同一または類似の部分については同じ参照符号を用いている。

図１は、本発明を使用できる応用システムの全体を示している。図１に示すように、ＨＶＡＣ、冷凍または液体冷却システム１００は、圧縮装置１０２、凝縮装置１０４、膨張装置１０５、液体冷却または蒸発装置１０６、および制御盤１０８を含む。圧縮装置１０２は、可変速ドライブ（ＶＳＤ）１２２を動力源とするモータ１２４によって駆動されることが可能である。さらに、冷却システム１００は、エコノマイザ熱交換装置またはフラッシュタンク１１０、入口管１１２、エコノマイザ膨張弁１１４、第１の出口管１１６、第２の出口管１１８、およびポート弁１２０を含むエコノマイザ回路を有する。

ＶＳＤ １２２は、特定の固定線間電圧および固定線周波数を有するＡＣ電力をＡＣ電源から受け取り、個々の要件に応じて変えることが可能な所望の電圧および所望の周波数のＡＣ電力をモータ１２４に供給する。ＶＳＤ １２２がモータ１２４に供給できるＡＣ電力は、モータ１２４の定格電圧および周波数より高い電圧および周波数と、低い電圧および周波数とを有することが好ましい。モータ１２４は、可変速動作が可能な誘導モータであることが好ましい。しかしながら、本発明には、可変速動作が可能な任意の好適なモータを用いることができる。

圧縮装置１０２は、モータ１２４によって駆動され、冷却蒸気を圧縮し、出口管を介して凝縮装置１０４に送る。圧縮装置１０２は、スクリュー圧縮装置であることが好ましいが、任意の好適なタイプの圧縮装置、たとえば遠心圧縮装置、往復圧縮装置などでもよい。圧縮装置１０２によって凝縮装置１０４に送られた冷却蒸気は、流体、例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相変化を受けて冷却液体になる。凝縮装置１０４からの凝縮された液体冷媒は、膨張装置１０５を通って蒸発装置１０６に流れる。

蒸発装置１０６は、冷却負荷の供給管および戻り管のための接続を含むことが可能である。二次液体、たとえば、水、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が、戻り管を介して蒸発装置１０６に入り、供給管を介して蒸発装置１０６から出る。蒸発装置１０６内の液体冷媒は、二次液体との熱交換関係に入って、二次液体の温度を下げる。蒸発装置１０６内の冷却液体は、二次液体との熱交換関係の結果として、相変化を受けて冷却蒸気になる。蒸発装置１０６内の蒸気冷媒は、蒸発装置１０６を出て、入口管から圧縮装置１０２に戻り、サイクルを完了する。システム１００では、凝縮装置１０４および蒸発装置１０６において冷媒のしかるべき相変化が得られるのであれば、凝縮装置１０４および蒸発装置１０６を任意の好適な構成で用いることが可能であることを理解されたい。

エコノマイザ回路は、凝縮装置１０４と膨張装置１０５との間の主冷却回路内に組み込まれる。エコノマイザ回路は、凝縮装置１０４に直接接続された入口管１１２、または凝縮装置１０４と流体連通している入口管１１２を有する。入口管１１２は、フラッシュタンク１１０の上流にエコノマイザ膨張弁１１４を有する。エコノマイザ膨張弁１１４は、凝縮装置１０４からエコノマイザ膨張弁１１４を通って流れる液体冷媒の圧力を下げるよう動作する。エコノマイザ膨張弁１１４の下流で、液体冷媒と気体冷媒の両方がフラッシュタンク１１０に入る。フラッシュタンク１１０の内部では、気体冷媒はフラッシュタンク１１０の上部に集まるのが好ましく、液体冷媒はフラッシュタンク１１０の下部に沈殿することが好ましい。

フラッシュタンク１１０内の液体冷媒は、次に、第１の出口管１１６を通って膨張弁１０５に流れる。第２の出口管１１８は、フラッシュタンク１１０内の気体冷媒を、圧縮装置１０２の圧縮チャンバに直接接続された、圧縮装置１０２のエコノマイザポートに戻すことが好ましい。代替として、第２の出口管１１８は、フラッシュタンク１１０内の気体冷媒を、圧縮装置１０２の吸気口に戻すことが可能である。第２の出口管１１８は、フラッシュタンク１１０から圧縮装置１０２への気体冷媒の流れを制御するエコノマイザポート弁１２０を少なくとも１つ含む。エコノマイザポート弁１２０はソレノイド弁であることが好ましいが、開位置と閉位置との間で可変調節可能であって増分的に（段階的に）調節可能である弁を含め、任意の好適なタイプの弁が使用可能である。本発明の別の実施形態では、エコノマイザ回路は、前述したものと同様に動作することが可能であるが、異なる点として、エコノマイザ回路は、図１に示すように凝縮装置１０４からの冷媒をすべて受け取るのではなく、凝縮装置１０４からの冷媒の一部のみを受け取り、残りの冷媒は膨張装置１０５に直接送られる。

エコノマイザ回路を有する、従来のＨＶＡＣ、冷凍または液体冷却システム１００は、図１に示されていない他の多くの特徴を有する。それらの特徴は、図面を簡略化して説明を簡単にするために、あえて省略してある。さらに、図１では、ＨＶＡＣ、冷凍または液体冷却システム１００を、単一冷却回路に接続された１つの圧縮装置を有するものとして示しているが、システム１００は、１つまたは複数の冷却回路のそれぞれに接続された複数の圧縮装置を有することが可能であることを理解されたい。さらに、各冷却回路は、前述のようなエコノマイザ回路をそれぞれ専用に有することが可能である。

制御盤１０８は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器、マイクロプロセッサ、不揮発性メモリ、およびインターフェースボードを含み、冷却システム１００の動作を制御する。制御盤１０８はさらに、ＶＳＤ １２２、モータ１２４、および圧縮装置１０２の動作の制御に用いることが可能である。制御盤１０８で実行される制御アルゴリズムまたはソフトウェアは、システム１００の動作を制御し、エコノマイザポート弁１２０がエコノマイザ回路を連結および分離する動作構成を決定および実装する。一実施形態では、制御アルゴリズムは、制御盤１０８の不揮発性メモリに格納されたコンピュータプログラムまたはソフトウェアであることが可能であり、制御盤１０８のマイクロプロセッサで実行可能な一連の命令を含むことが可能である。制御アルゴリズムはコンピュータプログラムの形で実施され、マイクロプロセッサ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用いて実装および実行されてよいことを理解されたい。ハードウェアを用いて制御アルゴリズムを実行する場合は、必要な構成要素が組み込まれ、必要でなくなる構成要素がすべて除去されるように、制御盤１０８の対応する構成を変更することが可能である。

図２〜５は、本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスの実施形態を示している。弁制御プロセスは、冷却システムの容量制御プロセスまたは他の制御プログラムからの始動コマンドまたは命令に応答して起動されることが可能である。エコノマイザポート弁制御プロセスは、スタンドアロンプロセスまたはプログラムであってもよく、冷却システムの容量制御プログラムのような大きな制御プロセスまたはプログラムに組み込まれてもよい。

図２のプロセスは、ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中か否かを決定することから始まる。ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中でない場合は、ステップ２０８でエコノマイザポート弁１２０が「オフ」になりまたは閉じられ、エコノマイザ回路が分離される。その後、制御プロセスはステップ２０２に戻る。一方、ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中であれば、ステップ２０４で、ＶＳＤ １２２がモータ１２４および圧縮装置１０２に供給している出力周波数が第１の所定周波数より高いか否かが決定され、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低いか否か決定される。第１の所定周波数は、約５０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間であってよく、約１２０Ｈｚであることが好ましい。所定フラッシュタンク液体レベル百分率は、フラッシュタンク内の液体レベルの測定に用いられる特定の手法または装置に基づいて決定される値である。つまり、フラッシュタンク内の液体のレベルが同じであっても、フラッシュタンク内の液体のレベルの測定に用いられる特定の装置または手法が異なれば所定フラッシュタンク液体レベル百分率も異なる可能性がある。

本発明の好ましい実施形態では、フラッシュタンク内の液体のレベルは、静電容量プローブを用いて測定可能であり、所定フラッシュタンク液体レベル百分率は、プローブまたはロッドを覆う液体の量に対応する。たとえば、所定フラッシュタンク液体レベル百分率が５０％であることは、プローブまたはロッドの５０％が液体に覆われまたは浸かっていることに対応する。さらに、プローブの構成次第では、０％（プローブのどの部分も覆われない）および１００％（プローブ全体が覆われる）に対応する、フラッシュタンク内の液体レベルが複数存在する可能性がある。この実施形態では、所定フラッシュタンク液体レベル百分率は、約０％と約１００％との間であってよく、約１５％と約８５％との間であることが好ましく、約７５％であることが最も好ましい。

ＶＳＤ出力周波数が第１の所定周波数より高く、フラッシュタンク１１０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低い場合は、ステップ２０６でエコノマイザポート弁１２０が「オン」になりまたは開かれ、エコノマイザ回路が連結され、制御プロセスがステップ２０２に戻る。ステップ２０４での評価が「はい」であれば、システム１００が、エコノマイザ回路を連結してシステム１００の性能を上げることがふさわしい状態であることになる。具体的には、システム１００は、適切な圧縮装置速度で動作しており、フラッシュタンク１１０は、エコノマイザ回路の動作中に液体冷媒が圧縮装置１０２に引き込まれることを絶対可能にしない液体レベルを有している。ＶＳＤ出力周波数が第１の所定周波数より高くないか、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低くない場合は、制御プロセスがステップ２１０に移り、ＶＳＤ出力周波数が第２の所定周波数より低いか否かを決定する。第２の所定周波数は、約５０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間であってもよく、約１００Ｈｚであることが好ましい。第２の所定周波数より低いＶＳＤ出力周波数に応答して、制御プロセスはステップ２０８に戻り、エコノマイザポート弁を「オフ」にし、ステップ２０２に戻る。ステップ２１０での評価が「はい」であれば、システム１００が、エコノマイザ回路を用いてシステムの性能を上げることがもはやふさわしくない状態であることになる。ＶＳＤ出力周波数が第２の所定周波数より高い場合、制御プロセスはステップ２０２に戻り、エコノマイザポート弁１２０の構成が変更されない。

図３は、本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスの別の実施形態を示している。図３の弁制御プロセスは図２の弁制御プロセスとよく似ており、制御プロセスの説明を簡単にするために、図２と図３の制御プロセスの違いだけを説明する。図３の制御プロセスは、ステップ２０４とステップ２１０との間にステップが追加されている点で、図２の制御プロセスと異なる。ステップ２０４での評価が「いいえ」の場合は、追加ステップであるステップ３０２で、外部周囲温度が所定温度より低く、かつ、圧縮装置の動作時間が所定時間長より短く、かつ、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低いか否か決定される。所定温度は、約２０°Ｆ（約−６．６６７℃）と約７０°Ｆ（約２１．１１℃）との間であってよく、約４０°Ｆ（約４．４４４℃）であることが好ましい。所定時間長は、約１分と約１０分との間であってよく、約５分であることが好ましい。

外部周囲温度が所定温度より低く、かつ、圧縮装置の動作時間が所定時間長より短く、かつ、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低い場合は、ステップ２０６でエコノマイザポート弁１２０が「オン」になりまたは開かれ、エコノマイザ回路が連結され、制御プロセスがステップ２０２に戻る。エコノマイザ回路は、周囲温度が低い状況でのシステム始動のために性能を上げるべく、ステップ３０２の基準が満たされることに応答して連結される。周囲温度が低い状況での性能向上は、エコノマイザ回路を用いてシステム１００を通る冷媒の流量を増やし、システム圧力を「定常状態」システム圧力にし、低圧または油圧障害によって起こりうるシステムシャットダウンを避けることによってもたらされる。ステップ３０２で３つの条件のいずれかが満たされない場合は、図２に関して既に詳述したように、制御はステップ２１０に移る。

図４は、本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスのさらに別の実施形態を示している。図４の弁制御プロセスは、図２および３の弁制御プロセスとよく似たステップを含む。図４のプロセスは、ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中か否かを決定することから始まる。ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中でない場合は、ステップ２０８でエコノマイザポート弁１２０が「オフ」になりまたは閉じられ、エコノマイザ回路が分離される。その後、制御プロセスはステップ２０２に戻る。一方、ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中である場合は、ステップ４０２でエコノマイザポート弁１２０が「オン」または開いているか否か決定される。

ステップ４０２でエコノマイザポート弁１２０が「オフ」であるまたは閉じている場合は、制御プロセスがステップ２０４に移り、ＶＳＤ １２２がモータ１２４および圧縮装置１０２に供給している出力周波数が第１の所定周波数より高いか否か決定され、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低いか否か決定される。第１の所定周波数は、約５０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間であってよく、約１２０Ｈｚであることが好ましい。所定フラッシュタンク液体レベルは、既に詳述したように決定され、約７５％であることが好ましい。

ステップ２０４での評価が否定の場合は、ステップ３０２で、外部周囲温度が所定温度より低く、かつ、圧縮装置の動作時間が所定時間長より短く、かつ、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低いか否か決定される。所定温度は約２０°Ｆ（約−６．６６７℃）と約７０°Ｆ（約２１．１１℃）との間であってよく、約４０°Ｆ（約４．４４４℃）であることが好ましい。所定時間長は、約１分と約１０分との間であってよく、約５分であることが好ましい。ステップ３０２で３つの条件のいずれかが満たされない場合は、制御がステップ２０２に移り、エコノマイザポート弁１２０の構成が変更されない。

ステップ３０２で、外部周囲温度が所定温度より低く、かつ、圧縮装置の動作時間が所定時間長より短く、かつ、フラッシュタンク１１０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低い場合、またはステップ２０４で、ＶＳＤ出力周波数が第１の所定周波数より高く、かつ、フラッシュ１１０内の液体冷却液体のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低い場合は、制御プロセスがステップ４０４に移る。ステップ４０４では、モータ１２４の温度が第１の所定モータ温度より低いか否か、または、エコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合には、各モータ１２４の温度が第１の所定モータ温度より低いか否か決定される。第１の所定モータ温度は、約１２０°Ｆ（約４８．８９℃）と約２００°Ｆ（約９３．３３℃）との間であってよく、約１５０°Ｆ（約６５．５６℃）であることが好ましい。ステップ４０４はさらに、エコノマイザタイマが終了しているかどうか決定することを含む。ステップ４０４でモータ温度を調べることは、モータ１２４の温度を激しく上昇させる可能性のあるエコノマイザの動作によるモータ高温トリップを回避するために実施される。ステップ４０４でエコノマイザタイマを調べることは、システムを不安定にする可能性があるエコノマイザ回路の頻繁なサイクリングを避けるために実施される。モータ温度が第１の所定モータ温度より高いか、エコノマイザタイマが終了または完了していない場合は、制御がステップ２０２に移り、エコノマイザポート弁１２０の構成が変更されない。

ステップ４０４で、モータ温度が第１の所定モータ温度より低いか、エコノマイザタイマが終了している場合は、ステップ４０６でエコノマイザポート弁１２０がオンになりまたは開かれ、エコノマイザ回路が連結され、ロードタイマおよびエコノマイザタイマがセットされる。エコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合は、ステップ４０６ですべてのエコノマイザタイマがセットされる。ロードタイマは、容量制御アルゴリズムへの入力として設けられ、約１０秒から約９０秒にセットされることが可能であり、３０秒にセットされることが好ましい。エコノマイザタイマは、ステップ４０６でセットされる時間をまだ超えていない場合には、約１０秒から約９０秒にセットされることが可能であり、３０秒にセットされることが好ましい。その後、制御プロセスはステップ２０２に戻る。ステップ４０６ですべてのエコノマイザタイマをセットすることにより、複数のエコノマイザが一度に「オン」になるのを防ぐことも可能になり、これによって、エコノマイザ回路が連結されることによるシステム変更に対してシステム容量制御アルゴリズムが反応することが可能になる。

ステップ４０２を再度参照すると、ステップ４０２でエコノマイザポート弁１２０が「オン」であるまたは開いている場合は、制御プロセスがステップ４０８に移り、ＶＳＤ出力周波数が第２の所定周波数より低いか否か決定され、モータ１２４の温度が第２の所定モータ温度より高いか否か、またはエコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合には、いずれかのモータ１２４の温度が第２の所定モータ温度より高いか否か決定される。第２の所定周波数は、約５０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間であってよく、約１００Ｈｚであることが好ましい。第２の所定モータ温度は、約２００°Ｆ（約９３．３３℃）と約３００°Ｆ（約１４８．９℃）との間であってよく、約２４０°Ｆ（約１１５．６℃）であることが好ましい。ＶＳＤ出力周波数が第２の所定周波数より低いこと、およびモータ温度が第２の所定モータ温度より高いことに応答して、制御プロセスがステップ４１０に移り、エコノマイザポート弁が「オフ」になり、アンロードタイマおよびエコノマイザタイマがセットされる。アンロードタイマは、容量制御アルゴリズムへの入力として設けられ、約１０秒から約９０秒にセットされることが可能であり、３０秒にセットされることが好ましい。エコノマイザ時間は、約１００秒から約５００秒にセットされることが可能であり、３００秒にセットされることが好ましい。その後、制御プロセスはステップ２０２に戻る。

図５は、本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスのさらに別の実施形態を示している。図５の弁制御プロセスは、図２〜４の弁制御プロセスとよく似たステップを含む。図５のプロセスは、ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中か否かを決定することから始まる。ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中でない場合は、ステップ２０８でエコノマイザポート弁１２０が「オフ」になりまたは閉じられ、エコノマイザ回路が分離され、エコノマイザタイマがゼロにセットされる。その後、制御プロセスはステップ２０２に戻る。一方、ステップ２０２で圧縮装置１０２が動作中の場合は、制御プロセスがステップ３０２に移る。

ステップ３０２では、外部周囲温度が所定温度より低く、かつ、圧縮装置の動作時間が所定時間長より短く、かつ、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低いか否か決定される。所定温度は、約２００°Ｆ（約９３．３３℃）と約７０°Ｆ（約２１．１１℃）との間であってよく、約４０°Ｆ（約４．４４４℃）であることが好ましい。所定時間長は、約１分と約１０分との間であってよく、約５分であることが好ましい。ステップ３０２で３つの条件がすべて満たされる場合は、制御がステップ２０６に移り、エコノマイザポート弁１２０が「オン」になりまたは開かれ、これによって、エコノマイザ回路が連結され、制御プロセスがステップ２０２に戻る。

ステップ３０２で、外部周囲温度が所定温度より低くないか、圧縮装置の動作時間が所定時間長より短くないか、フラッシュタンク１１０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低くない場合は、ステップ４０２でエコノマイザポート弁１２０が「オン」であるまたは開いているか否か決定される。ステップ４０２でエコノマイザポート弁１２０が「オフ」であるまたは閉じている場合は、制御プロセスがステップ５０２に移り、ＶＳＤ １２２がモータ１２４および圧縮装置１０２に供給している出力周波数が第１の所定周波数より高いかどうか、フラッシュタンク１２０内の液体冷媒のレベルが所定フラッシュタンク液体レベル百分率より低いか否か、およびモータ電流が所定モータ電流より少ないか否か決定される。第１の所定周波数は、約５０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間であってよく、約１２０Ｈｚであることが好ましい。所定フラッシュタンク液体レベルは、既に詳述したように判定され、約７５％であることが好ましい。所定モータ電流は、モータ１２４の全負荷モータ電流の約５０％と約９５％との間であってよく、全負荷モータ電流の約８０％であることが好ましい。

ステップ５０２での評価が否定であれば、制御プロセスはステップ２０２に戻り、エコノマイザポート弁１２０の構成が変更されない。そうでない場合、制御はステップ４０４に移る。ステップ４０４では、モータ１２４の温度が第１の所定モータ温度より低いか否か、または、エコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合には、各モータ１２４の温度が第１の所定モータ温度より低いか否か決定される。第１の所定モータ温度は、約１２０°Ｆ（約４８．８９℃）と約２００°Ｆ（約９３．３３℃）との間であってよく、約１５０°Ｆ（約６５．５６℃）であることが好ましい。ステップ４０４はさらに、エコノマイザタイマが終了しているか否か決定することを含む。ステップ４０４でモータ温度を調べることは、モータ１２４の温度を激しく上昇させる可能性のあるエコノマイザの動作によるモータ高温トリップを回避するために実施される。ステップ４０４でエコノマイザタイマを調べることは、システムを不安定にする可能性があるエコノマイザ回路の頻繁なサイクリングを避けるために実施される。モータ温度が第１の所定モータ温度より高いか、エコノマイザタイマが終了または完了していない場合は、制御がステップ２０２に移り、エコノマイザポート弁１２０の構成が変更されない。

ステップ４０４で、モータ温度が第１の所定モータ温度より低いか、エコノマイザタイマが終了している場合は、ステップ４０６でエコノマイザポート弁１２０がオンになりまたは開かれ、エコノマイザ回路が連結され、ロードタイマおよびエコノマイザタイマがセットされる。エコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合は、ステップ４０６ですべてのエコノマイザタイマがセットされる。ロードタイマは、容量制御アルゴリズムへの入力として設けられ、約１０秒から約９０秒にセットされることが可能であり、３５秒にセットされることが好ましい。エコノマイザタイマは、ステップ４０６でセットされる時間をまだ超えていない場合には、約１０秒から約９０秒にセットされることが可能であり、３０秒にセットされることが好ましい。その後、制御プロセスはステップ２０２に戻る。ステップ４０６ですべてのエコノマイザタイマをセットすることにより、複数のエコノマイザが一度に「オン」になるのを防ぐことも可能になり、これによって、エコノマイザ回路が連結されることによるシステム変更に対してシステム容量制御アルゴリズムが反応することが可能になる。

ステップ４０２を再度参照すると、ステップ４０２でエコノマイザポート弁１２０が「オン」であるまたは開いている場合には、制御プロセスがステップ５０４に移り、ＶＳＤ １２２がモータ１２４および圧縮装置１０２に供給している出力周波数が第３の所定周波数より低いか否か決定される。第３の所定周波数は、約５０Ｈｚと約１００Ｈｚとの間であってよく、約９０Ｈｚであることが好ましい。ステップ５０４での評価が肯定の場合は、ステップ５０６でエコノマイザソレノイドがオフになり、エコノマイザタイマがゼロにセットされ、エコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合には、すべてのエコノマイザソレノイドがオフになり、対応するエコノマイザタイマがゼロにセットされる。

ステップ５０４でモータ１２４に対する出力周波数が第３の所定周波数より低くない場合は、制御プロセスがステップ５０８に移り、ＶＳＤ出力周波数が第２の所定周波数より低いか否か、エコノマイザタイマが完了しているか否か、モータ１２４の温度が第２の所定モータ温度より高いか否か、またはエコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合には、いずれかのモータ１２４の温度が第２の所定モータ温度より高いか否か決定される。第２の所定周波数は、約５０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間であってよく、約１００Ｈｚであることが好ましい。第２の所定モータ温度は、約２００°Ｆ（約９３．３３℃）と約３００°Ｆ（約１４８．９℃）との間であってよく、約２４０°Ｆ（約１１５．６℃）であることが好ましい。

ＶＳＤ出力周波数が第２の所定周波数より低いこと、エコノマイザタイマが完了していること、およびモータ温度が第２の所定モータ温度より高いことに応答して、制御プロセスがステップ４１０に移り、エコノマイザポート弁が「オフ」になり、アンロードタイマおよびエコノマイザタイマがセットされる。エコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている場合は、ステップ４１０ですべてのエコノマイザタイマがセットされる。アンロードタイマは、容量制御アルゴリズムへの入力として設けられ、約１０秒から約９０秒にセットされることが可能であり、３０秒にセットされることが好ましい。エコノマイザタイマは、約２０秒から約３００秒にセットされることが可能であり、６０秒にセットされることが好ましい。他のエコノマイザタイマは、ステップ４１０でセットされる時間をまだ超えていない場合には、約１０秒から約９０秒にセットされることが可能であり、３０秒にセットされることが好ましい。その後、制御プロセスはステップ２０２に戻る。一方、ＶＳＤ出力周波数が第２の所定周波数より高いか、エコノマイザタイマが完了していないか、モータ温度が第２の所定モータ温度より低い場合は、制御プロセスがステップ２０２に移り、エコノマイザポート弁１２０の構成が変更されない。

本発明の別の実施形態では、前述のＶＳＤ出力周波数しきい値の代わりに、所定の圧縮装置ローディングまたは容量しきい値（たとえば、スライド弁の位置）に応じて、エコノマイザ回路が連結および分離されることが可能である。さらに、追加の所定の条件をエコノマイザポート弁制御プロセスに組み込むことが可能であり、その条件は、エコノマイザ回路の連結および分離を制御するさらなる機会を与える。その追加の所定の条件を満たすことにより、エコノマイザ回路を連結および分離するタイミングに関してさらなる改良をもたらすことが可能である。

本発明の一実施形態では、第１の所定周波数、所定フラッシュタンク液体レベル百分率、第２の所定周波数、所定温度、第１の所定モータ温度、第２の所定モータ温度、および所定時間長のうちの１つまたは複数を、ユーザが所望の値に設定または調整することが可能である。本発明の別の実施形態では、第１の所定周波数、所定フラッシュタンク液体レベル百分率、第２の所定周波数、所定温度、第１の所定モータ温度、第２の所定モータ温度、および所定時間長を事前設定し、ユーザが変更または調整できないようにすることが可能である。

エコノマイザ回路を有する冷却回路が複数用いられている、本発明のさらに別の実施形態では、いずれかの冷却回路のいずれかの圧縮装置の状態が変化したことに応答して、対応するすべてのエコノマイザソレノイドがオフになるようにすることが可能である。たとえば、圧縮装置がオフ状態からオン状態に切り替わると、これをトリガとして、すべてのエコノマイザソレノイドが閉じることにより、ＶＳＤまたは他のモータへのダメージを回避することが可能である。さらに、制御プロセスの複数回の繰り返しの間に、エコノマイザソレノイドをインクリメンタルまたは可変的に開閉することによって、システム１００の動作時の制御動作をより円滑にし、より細かな制御を行うことも可能になる。

好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の要素に対して、様々な変更を施したり、等価物で置き換えたりすることが可能であることを理解されよう。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合させるために様々な修正を施すことが可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するための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るものではなく、添付の特許請求の範囲に当てはまるすべての実施形態を含むものとする。

本発明とともに用いられる冷却システムの実施形態を示す図である。 本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスの実施形態を示すフローチャートである。 本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスの別の実施形態を示すフローチャートである。 本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスのさらに別の実施形態を示すフローチャートである。 本発明のエコノマイザポート弁制御プロセスのさらに別の実施形態を示すフローチャートである。

Claims (30)

1. フラッシュタンクと、前記フラッシュタンクへの入口管および冷却システムの圧縮装置のエコノマイザポートに接続された前記フラッシュタンクからの出口管とを有するエコノマイザ回路を冷却システムに与えるステップと、前記出口管は前記出口管内の冷媒の流れを制御する弁を含み、
   前記フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低いか否かを決定するステップと、
   前記圧縮装置の動作パラメータは、前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きいか否かを決定するステップと、
   前記フラッシュタンク内の前記液体レベルが前記所定レベルより低い決定、および前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第１の所定値より大きい決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を連結するステップと、
   を含む冷却システム内のエコノマイザ回路を制御する方法。
2. 前記圧縮装置の動作パラメータは、前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第２の所定値より小さいか否かを決定するステップと、
   前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第２の所定値より小さい決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を分離するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記圧縮装置の動作パラメータは前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第２の所定値より小さいか否かを決定するステップが、前記フラッシュタンク内の前記液体レベルが前記所定レベルより高い決定、または前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第１の所定値より小さい決定に応答して実行される、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の所定値は、可変速ドライブからの第１の所定出力周波数であり、前記第２の所定値は、可変速ドライブからの第２の所定出力周波数である、請求項２に記載の方法。
5. 前記第１の所定出力周波数が１２０Ｈｚであり、前記第２の所定出力周波数が１００Ｈｚである、請求項４に記載の方法。
6. 前記冷却システムの前記圧縮装置が動作中であるか否かを決定するステップと、
   前記圧縮装置が動作中でない決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を分離するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 外部周囲温度が所定温度より低いか否かを決定するステップと、
   前記圧縮装置の動作時間が所定時間長より短いか否かを決定するステップと、
   前記フラッシュタンク内の前記液体レベルが前記所定レベルより低い決定、前記外部周囲温度が所定温度より低い決定、および前記圧縮装置の前記動作時間が所定時間長より短い決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を連結するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記所定時間長は５分であり、前記所定温度が４０°Ｆ（４．４４４℃）である、請求項７に記載の方法。
9. 前記エコノマイザ回路が連結されているか否かを決定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記エコノマイザ回路が連結されている決定に応答して、
    前記圧縮装置の動作パラメータは前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第２の所定値より小さいか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置のモータの温度は所定温度より高いか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置の前記動作パラメータは前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第２の所定値より小さい決定、または前記圧縮装置のモータの前記温度が所定温度より高い決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を分離するステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記冷却システムは複数の冷却回路を含み、前記複数の冷却回路のそれぞれが、対応する圧縮装置およびエコノマイザ回路を有し、前記圧縮装置のモータの温度が所定温度より高いか否かを決定するステップは、前記複数の冷却回路の各圧縮装置について繰り返される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低いか否かを決定するステップと、前記圧縮装置の動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きいか否かを決定するステップとは、前記エコノマイザ回路が連結されていない決定に応答して実行される、請求項９に記載の方法。
13. 前記圧縮装置のモータの温度が所定温度より低いか否かを決定するステップと、
    前記エコノマイザ回路用のタイマが完了しているか否かを決定するステップとをさらに含み、
    前記フラッシュタンク内の前記液体レベルが前記所定レベルより低い決定、および前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第１の所定値より大きい決定に応答して、弁を駆動してエコノマイザ回路を連結するステップは、前記圧縮装置のモータの前記温度が所定温度より低い決定、および前記エコノマイザ回路用の前記タイマが完了している決定に応答して実行される、請求項１２に記載の方法。
14. 外部周囲温度が所定温度より低いか否かを決定するステップと、前記圧縮装置の動作時間が所定時間長より短いか否かを決定するステップとは、前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より小さい決定に応答して実行される、請求項１２に記載の方法。
15. 前記圧縮装置のモータの温度が所定温度より低いか否かを決定するステップと、
    前記エコノマイザ回路用のタイマが完了しているか否かを決定するステップとをさらに含み、
    前記フラッシュタンク内の前記液体レベルが前記所定レベルより低い決定、および前記外部周囲温度が所定温度より低い決定、および前記圧縮装置の前記動作時間が所定時間長より短い決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を連結するステップは、前記圧縮装置のモータの前記温度が所定温度より低い決定、および前記エコノマイザ回路用の前記タイマが完了している決定に応答して実行される、請求項１４に記載の方法。
16. フラッシュタンクと、前記フラッシュタンクへの入口管および冷却システムの圧縮装置のエコノマイザポートに接続された前記フラッシュタンクからの出口管とを有するエコノマイザ回路を冷却システムに与えるステップと、前記出口管は前記出口管内の冷媒の流れを制御する弁を含み、
    外部周囲温度が所定温度より低いか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置の動作時間が所定時間長より短いか否かを決定するステップと、
    前記フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低いか否かを決定するステップと、
    前記フラッシュタンク内の前記液体レベルが前記所定レベルより低い決定、前記外部周囲温度が所定温度より低い決定、および前記圧縮装置の前記動作時間が所定時間長より短い決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を連結するステップと、
    を含む冷却システム内のエコノマイザ回路を制御する方法。
17. 前記圧縮装置の動作パラメータは、前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きいか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置のモータを流れる電流は所定電流値より少ないか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置の前記モータの温度は所定温度より低いか否かを決定するステップと、
    前記フラッシュタンク内の前記液体レベルは前記所定レベルより低い決定、および前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第１の所定値より大きい決定、および前記圧縮装置のモータの温度が所定温度より低い決定、および前記圧縮装置のモータを流れる電流が所定電流値より少ない決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を連結するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記エコノマイザ回路が連結されているか否かを決定するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記エコノマイザ回路が連結されている決定に応答して、
    前記圧縮装置の動作パラメータが、前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第２の所定値より小さいか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第２の所定値より小さい決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を分離するステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記圧縮装置の前記動作パラメータは前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第２の所定値より大きい決定に応答して、
    前記圧縮装置の動作パラメータが、前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第３の所定値より小さいか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置のモータの温度が所定温度より高いか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第３の所定値より小さい決定、または前記圧縮装置のモータの前記温度が所定温度より高い決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を分離するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記冷却システムは複数の冷却回路を含み、前記複数の冷却回路のそれぞれが、対応する圧縮装置およびエコノマイザ回路を有し、前記圧縮装置のモータの温度が所定温度より高いか否かを決定するステップが、前記複数の冷却回路の各圧縮装置について繰り返される、請求項２０に記載の方法。
22. 前記圧縮装置の前記動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた前記第２の所定値より小さい決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を分離するステップは、各エコノマイザ回路について繰り返される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記冷却システムの前記圧縮装置が動作中であるか否かを決定するステップと、
    前記圧縮装置が動作中でない決定に応答して、前記弁を駆動して前記エコノマイザ回路を分離するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
24. 閉冷却ループに接続された圧縮装置、凝縮装置、膨張弁、および蒸発装置を備える冷却回路と、
    前記冷却回路に接続され、前記膨張弁と流体連通している第１の出口管と、前記圧縮装置と流体連通している第２の出口管とを有するフラッシュタンクを備え、前記第２の出口管は、前記フラッシュタンクから前記圧縮装置への冷媒の流れを制御する弁を含むエコノマイザ回路と、
    前記弁を制御して前記エコノマイザ回路を作動および作動解除する制御盤であって、前記フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低いこと、および前記圧縮装置の動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第１の所定値より大きいことに応答して、弁を開いて前記エコノマイザ回路を作動させるように構成された制御盤と、
    を備える冷却システム。
25. 前記冷却回路は、前記圧縮装置を駆動する可変速ドライブおよびモータをさらに備え、前記圧縮装置の前記動作パラメータは前記可変速ドライブの出力周波数である、請求項２４に記載の冷却システム。
26. 前記圧縮装置は、すべり弁を有するスクリュー圧縮装置であり、前記圧縮装置の動作パラメータは前記スクリュー圧縮装置の前記すべり弁の位置である、請求項２４に記載の冷却システム。
27. 前記弁はソレノイド弁である、請求項２４に記載の冷却システム。
28. 少なくとも１つの追加冷却回路と、
    前記少なくとも１つの追加冷却回路に接続された少なくとも１つの追加エコノマイザ回路とをさらに備え、前記少なくとも１つの追加エコノマイザ回路が、前記少なくとも１つの追加エコノマイザ回路からの冷媒の流れを制御する少なくとも１つの追加弁を含み、
    少なくとも１つの追加エコノマイザ回路のそれぞれの、少なくとも１つの追加弁のそれぞれが、対応する前記少なくとも１つの追加エコノマイザ回路を作動および作動解除するよう前記制御盤によって制御され、
    前記制御盤は、前記圧縮装置の動作パラメータが前記圧縮装置の前記動作パラメータに関連付けられた第２の所定値より小さいことに応答して、前記弁および少なくとも１つの追加弁のそれぞれを閉じ、前記エコノマイザ回路および前記少なくとも１つの追加エコノマイザ回路を作動解除させるように構成されている、請求項２４に記載の冷却システム。
29. 前記制御盤が、前記冷却回路の前記圧縮装置のモータの温度、または前記少なくとも１つの追加冷却回路のそれぞれの前記圧縮装置のモータの温度が所定温度より高いことに応答して、前記弁を閉じて前記エコノマイザ回路を作動解除させるように構成されている、請求項２８に記載の冷却システム。
30. 前記制御盤が、前記フラッシュタンク内の液体レベルが所定レベルより低いこと、外部周囲温度が所定温度より低いこと、および前記圧縮装置の動作時間が所定時間長より短いことに応答して、前記弁を開いて前記エコノマイザ回路を作動させるように構成されている、請求項２４に記載の冷却システム。