JPH01502357A - 冷凍システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冷凍システム この発明は、たとえば、冷凍、冷房用空気調節および暖房用ヒートポンプ装置に おいて用いられるような圧縮機駆動の蒸気圧縮熱運動システムの制御に関するも のである。

この発明の詳細な説明するために、主に、冷凍システムが参照されるであろう。

ｍ１図は、以下においてより詳細に説明されるであろうが、３つの冷凍フードキ ャビネットを有する典型的な冷凍システムを示す。第２図のグラフは、そのよう なシステムを制御する２つの択一的な既知のモードを示す。以下においてまた、 より詳細に説明されるように、左手のグラフに示されたモードは圧縮機の入口圧 力を時折、極度に低い値に下げることができ、これらの折には、このシステムは 大変非効率的に運転しており（過度の電力消費）、キャビネット内に貯蔵された 食物から水分を過度に除去している。

右手のグラフに示されたモードではこれらの問題は避けられるが、圧縮機がオン およびオフに容認できないほど頻繁に切換えられるという結果に時折なるかもし れない。このシステムがその電力消費を最少限にするように可能な限り効率的に 運転することは当然望ましいことであり、圧縮機の物理的設計における制限のた め圧縮機には、サービスおよび修理の必要を受入れ難いほどに短期化することな くそれらがオンにされ得る最大頻度についての定格が、製造業者によって与えら れる。典型的な定格は毎時およそ６から特表千１−５０２３５７（４） １０スタートの間となるであろう。

この発明は、圧縮機の毎時スタート定格を滅多に超えることなく、このシステム が著しく効率的に駆動されることを可能にする、圧縮機駆動熱運動システムの改 良された制御方法を提供することを目的とする。

より特定的には、この発明は、共通の単一圧縮機システムが複数の負荷装置（た とえば冷凍されたキャビネット、空気調節装置あるいはヒートポンプ出力装置な ど）を熱しあるいは冷却し、かつ周期的に運転され、その各サイクルが圧縮機シ ステムのより高い容量期間および圧縮機システムのより低い容量期間を含む、圧 縮機駆動蒸気圧縮熱運動システムの制御方法を提供し、より低い容量期間は、圧 縮機システムがより高い容量に切換えられたときには負荷装置の大多数が加熱あ るいは冷却を要求しているように十分長くされ、より高い容量期間は、圧縮機シ ステムがより低い容量に切換えられたときには負荷装置の１つあるいはそれ以上 がその加熱あるいは冷却要求を満たされているように十分長くされていることを 特徴とする。

この圧縮機システムは、以下において詳細に説明される実施例におけるように、 単一の圧縮機であり得る。その場合、圧縮機が運転しているときにはそれはより 高い容量モードとなるであろうし、運転していないときには、実際にはその期間 のその容量は当然０であるが、そのより低い容量モードとなるであろう。しかし ながら、この発明はまた、圧縮機システムが複数の圧縮機を含む場合にも適用さ れ得る。その際には、より高い容量モードでは圧縮機のいくつかが運転し、より 低い容量モードではより少ない固定数が、それはＯの場合もあるが、運転する。

たとえば、オンおよびオフに切換えられる主要な圧縮機へのルートの入口に液体 冷媒が溜まるのを防ぐために常に運転する圧縮機を１つ、それは比較的小さいか もしれないが、有するのが望ましいかもしれない。

圧縮機システムがより高い容量に切換えられたときには負荷装置の大多数が加熱 あるいは冷却を要求しているように十分長くなるよう低容量期間は制御されるか もしれず、あるいは運転状態が十分に予測可能な場合には、低容量期間は、同じ 状態が満たされるのを確実にするように十分長い値に固定されるかもしれない。

低容量期間が制御される場合には、制御は検知された様々な異なる特性に応答し て行使されるかもしれないが、これらの諸特性については以下においてより詳細 に言及されるであろう。

成る実施例においては、より低い容量期間の長さはその前のより高い容量期間の 長さによって制御される。

以上に関する限り、圧縮機が低容量に切換えられたときには少なくとも負荷装置 のいくつかはその要求を満たされているようにより高い容量期間を十分に長くす ること、これは圧縮機システムの負荷を表わす変数の検知および、検知された変 数が圧縮機システムの負荷が下がっていることを示すときにより高い容量期間を 終了することを含むのが好ましいであろう。

概して、冷却システムのためにこの発明による制御方法を作動させる際、圧縮機 がオンにされるとき負荷装置の大多数は冷却を要求しているので、その大多数の 負荷装置が冷凍を要求し続けるであろう実質的期間が存在するであろうし、それ ゆえシステムを通る冷媒の実質的流れが生じ、圧縮機システムの入口圧力、よっ て負荷装置の蒸発機内のの温度はこの状況が優勢である限り適度に一定のレベル に留まるであろう。これは便宜上圧縮機システムの負荷における、また時間曲線 に対する、入口圧力における水平域と呼ばれるかもしれない。さらに、この発明 の方法は、負荷装置の１つあるいはそれ以上がその冷凍要求を満たされたとき、 すなわち、もはや冷凍を要求していないために１つあるいはそれ以上の負荷装置 が冷媒流を取るのをやめるのに引き続いて圧力が落ち始めて長くはない頃、圧縮 機システムをオフにするのを含む。

結果的に、この発明による方法が用いられるとき、負荷装置からの熱伝達の大部 分は入口圧力および蒸発機の温度の水平域付近において起こり、これはシステム が第２図の左側の先行技術によるシステムのＰ。９Ｆ−Ｐｏ□バンド上で主に運 転していること、よって冷凍あるいは冷却が達成された装置あたりの消費エネル ギに関してより効率的に運転していることを意味することが明らかになるであろ う。

圧縮機システムの負荷を示すために様々な変数が検知されるかもしれず、これら については以下においてより詳細に説明されるであろう。より高い容量期間は、 検知された変数が設定点値に達するとき終了されるかもしれない。

この発明による制御方法を作動するとき圧力機の入口（あるいはヒートポンプシ ステムの場合には出口）圧力変化はより高い容量期間の間水平域を示すであろう ことは先に述べられてきた。好ましくは、この発明はさらに、より高い容量期間 中の圧縮機システムにおける実質的に一定レベル（あるいは「水平域」）の負荷 の発生の検知、および前記の実質的一定レベルより低い負荷レベルを表わすであ ろう値への設定点値の自動調整を含む。

たとえば、冷却システムにおける設定点値は、圧縮機入口圧力の絶対値に関して ２１−１定された水平域レベルの、状況によっては６０％から９０％の値が用い られるかもしれないが、８０９６になるよう各サイクルの間自動的に３３整され るかもしれない。「実質的に一定のレベル」は上記の目的のために、有意味な期 間（たとえば３０から６０秒の間）にわたって１０％未満の変化をする圧力とし て定義されるかもしれない。また、圧力以外の変数が検知されるとすると、その 設定点値は圧力レベル自体にとって望ましいパーセンテージを達成するために水 平域値の別のパーセンテージにセットされる必要があるかもしれない。

この好ましい特徴は、水平域のレベルが各々のより高い容量期間の間必ずしも同 じではなく、運転状態の様々なタイプの変化のために実質的な期間にわたってサ イクルからサイクルへと変化あるいはドリフトするかもしれないという事実の結 果、場合によっては起こるかもしれない問題の発生を防ぐ。たとえば、負荷装置 が冷凍されたキャビネットである単一の圧縮機システムにおいて、いくつかのキ ャビネットが使用されないとき、実際に時々起こるように、水平域はより低い値 において生じるであろう。設定点が固定された場合、水平域レベルに達する前に 圧縮機がオフに切換えら、れるという結果になるかもしれず、その場合残りのキ ャビネットの適切な冷却は達成されないであろう。設定値圧力の不正確な手動セ ツティングにおいても同じことが起こるであろう。ドリフトはまた、圧力ドラン スデューサの特性においても起こるかもしれず、これによって、設定点が直示的 に固定されたシステムにおいては有効な設定点の望ましくないシフトを生じるこ ととなろう。また、自然な水平域レベルが夏は冬よりも高いという、夏とは異な る冬の運転状態は季節を通して一定の運転を行なうには、冬には夏よりもより低 い設定点レベルが用いられるべきであることを意味する。水平レベルに応答して 設定点レベルを自動調整するという好ましい特徴は、今言及された問題を軽減す る。

この発明がより明確に理解されるために、その実施例が添付された図解図を参照 にここに説明されであろう。図において、 第１図は、典型的な圧縮機駆動冷凍システムの簡略化された図であり、 第２図は、そのようなシステムを制御する２つの異なった既知の方法における圧 縮機の入口圧力と時間との関係を簡略化した形で示し、 第３図は、この発明を理解するのに投置つ他の情報を加えた、この発明による制 御サイクルを詳細に示し、第４図は、この発明による制御方法のいくつかのサイ クルを図式的に示し、 第５図は、第３図および第４図の方法を実行するための構成要素を示し、 第６図は、第３図および第４図による制御方法の諸段階を示すフローチャートで あり、さらに 第７図は、ヒートポンプヒーティングシステムにおける圧縮機の出口圧力のサイ クルの形態を示す。

第１図の冷凍システムは、たとえば沢山の冷凍キャビネットが冷たく保たれ、そ の温度を制御される必要のあるスーパーマーケットにおいて見られるかもしれな いシステムの典型である。キャビネットの数はいくつでもよく、６あるいはそれ 以上が典型的ではあるが、簡潔にするために第１図のシステムにおいては３つ示 される。圧縮機２は圧縮されたガス状冷媒を冷却機４に供給し、そこで冷媒は液 体に凝縮され、受器すなわち貯蔵器６へと流れる。その受器からそれは３つの平 行する経路の上を８に示される３つの蒸発機（キャビネットにつき１つ）を通っ て流れ、その蒸発機から圧縮機２ヘガス状形態で戻り、液体冷媒は蒸発機内にお いて蒸発して冷却効果をもたらす。標準的方法では、膨張弁１０が蒸発機８の前 にあって、蒸発機内において正しい状態を維持するように既知の方法で自動的に 制御される。各キャビネットには、その特定のキャビネットのためにオン／オフ バルブ１４を介して自動調温制御する温度センサ１２が設けられる。このように 、各蒸発機はそれが接続されたキャビネットの温度が一層冷却を必要とするよう なレベルにまで上がったとき受器から液体冷媒を取るにすぎない。

第２図の左手のグラフは、圧縮機入口圧力（これは冷媒が蒸発機内において沸騰 しているときの蒸発機の温度に関係がある）が測定され、かつ３つの蒸発機すべ てがそれ臼体の自動２温湿度制御システムによってオフにされているときのみ圧 力がそれより下に下がるように低くセットされた設定点値Ｐａ１ｌと比較される 制御方法の使用を示す。

結果として、蒸発機のいずれか１つが運転している限り、圧縮機は運転している であろうが、その入口圧力はいくつの蒸発機がオンになっているかによって変化 する。圧縮機の入口圧力はおよそ、蒸発機の３．２あるいは１つが運転している かによって第２図に示された３、２あるいは１のレベルのいずれかとなり、すべ ての蒸発機がオフとなった場合にのみレベル０に下がるであろうから、その結果 圧縮機それ自体がオフになるであろうのはこの状態においてのみである。次に圧 力はＰａｎに違するまで上昇し、そのとき圧縮機は再びスタートされる。そのよ うなシステムでは、冷凍の要求が低いときには、圧縮機の入口圧力は大変低くな ることができ、それに応じて蒸発機の温度は低くなろうし、このような状態にお いてはシステムの効率はエネルギ入力の単位あたりの熱除去に関して大変悪い。

さらにこの制御方法の実質的欠点は、大変低い蒸発機の温度が、キャビネットを より頻繁に解凍せねばならない一方で、好ましくないことに、その中の製品は暖 まるという不都合およびコストを伴なう過度のアイシングを引き起こすことであ る。

これらの問題は、第２図の右手のグラフに示されるように、互いに比較的に接近 し、共にかなり高い２つの設定点値Ｐｏ１１およびＰ。ｆｆを有する制御システ ムを用いることによって避けられる。これは必然的に圧縮機の入口圧力が低い値 に下がるのを常に防ぐが、同時に、冷凍の要求が低く、そのため圧縮機がオンの ときには圧縮機の入口圧力が大変迅速に下がるとき、圧縮機の運転サイクルは大 変短くなり、かつ圧縮機のスタート毎時間の定格は超過されるであろうから、そ の結果圧縮機は過度の摩損を受けやすくなり、そのサービスおよび修理代ならび に頻繁にサービスが必要となる不都合は容認できないものとなろう。

ここで第１図に示されるような冷却あるいは冷凍システム運転１−５０２３５７ 　（５） ムを制御するためのこの発明による制御方法を用いることによって繰返し発生さ れるサイクルのタイプを説明するのに第３図の全曲線が参照されるであろう。圧 縮機のサイクルのオン期間の始まり１６においては、圧縮機はしばらくの間オフ であったであろうし、キャビネットの蒸発機内のいかなる液体冷媒もガスに蒸発 してしまっているであろうし、そのガスは程度の差こそあれ暖まっているであろ う。

この状態において、圧縮機の入口圧力はガスの温度に対して何ら特別な関係を有 していない。またオン期間の始まりにおいて；ヨ、以下において説明される理由 のためキャビネットの大多数（好ましくは少なくとも７５％、たとえば６のうち の５）はそれらの、自動調温装置によって制御されたバルブ１４を開いているで あろうが、それは、それらが冷却を要求しているのである。圧縮機がオンに切換 えられたとき、ガスが蒸発機からポンプで汲み出されるので、圧力はまず大変急 速に落ちる。これは、第６図の曲線の急降下している部分１８によって示される 。２０で示される点においては、キャビネットの膨張バルブは開いており、液体 冷媒は蒸発機内へ流入し始め、そこにおいて蒸発し始める。膨張バルブがわずか の間開かれていると、蒸発機内の液体冷媒の蒸発率は曲線の部分２２において圧 力降下が止まるかあるいは徐々にのみ下がるような比較的高いレベルにまで到達 する。冷却の要求は高いので、冷媒は個々のキャビネット冷却システムを通して 全体を流れるであろうし、それは可能な流れの最大量に近づき、結果として圧縮 機の入口圧力における水平域２２は高いレベルで、例えば冷媒Ｒ５０２および冷 蔵（温度＋４℃を生ずる）キャビネットを負荷として用いて、約２．８バールゲ ージ圧で生じるであろう。キャビネットの冷凍の主要な部分はサイクルのこの段 階の間に起こるであろうし、それゆえ比較的効率が高い。対照的に、第２図の左 に示されたようなポンプダウン制御システムは、典型的には、同じ条件下で約１ ．８バールゲージという平均圧力で運転するであろう。この発明を用いると、水 平域は第２図の３つのキャビネットを運転するレベル、すなわちポンプダウンシ ステムがそのＰ。。とＰｏ１ｌとの間の値で運転しているとき到達するいかなる 圧力よりも高い圧力（たとえば２．１バールより上）で生じるであろう。個々の キャビネットがその自動調温装置にセットされた温度に達すると、その自動調温 弁１４はオフへと締まり始め、このようにしてシステム内の冷媒の流れ全体を制 限し、圧力は曲線の部分２４に示されるように再び下がり始める。圧力がＰｓｅ ｔに達するとき、圧縮機はポイント２６においてオフにされる。Ｐｓｅｔは、圧 縮機システムがポイント２６でオフに切換えられる前に圧力が水平域からあまり に下方に降下する必要がないであろうようなレベルにセットされる（与えられた システムにおける水平域の典型的なレベルを経験に基づ°いて確定し、かっＰｓ ａｔをそれよりわずかに低い値にすることによって）。

それゆえ、たとえば６のうち１あるいは２といったキャビネットの少数のみがス イッチオフにおいてその冷却要求を満たされていることになるであろう。

第３図は、第２図の左側によるシステム運転がいかに働くかをより詳細に説明す るため、圧力曲線の部分２４の下向きの継続を示す。典型的には、Ｐａ　ｌ　ｌ は比較的低い値にセットされ、圧力は曲線の破線部分２８に沿ってその値まで下 がり続ける。Ｐ、−−は、すべてのキャビネットの自動調温弁が閉じてしまうま ですなわち、冷却要求が０になってしまうまで到達されないように低くセットさ れる。

次に、この圧力器システムはオフに切換えられ、圧力は曲線の部分３０に沿って 上昇し、予めセットされた値Ｐ０゜にまで到達し、そのとき圧力は圧縮機システ ムが運転を始めるにつれて再び下がり始め、これは破線３２に沿って示される。

結果として、比較的低い圧力領域にあるＰ。ｆＦとＰ。。との間のバンドにおい てこのシステムは周期をなし、それゆえこのシステムはそれ相当に低い平均効率 で運転していることになる。

この発明は、水平域２２が高いレベルであるために、より高い効率を達成する。

圧縮機がオフのとき、膨張弁は開いており、かつ自動調温弁のいくつかが開いて いて、それゆえ液体が蒸発機内に入って、そこで沸騰しているので、圧縮機の入 口圧力はまずたいへん急速に上昇する。これは曲線の部分３４に示され、この段 階での間、開いた自動調温弁は閉じるかもしれずあるいは閉じないかもしれない 。膨張弁制御がセットされた成る値に圧力が達すると、圧力弁は閉じ、蒸発機内 の残りの冷媒は曲線の部分３６の間に蒸発機内ですべて沸騰してしまう。すべて の液体が沸騰しつくしてしまうと、圧縮機の入口の圧力は、ガスがその地点で徐 々に暖まるにつれてもっばらゆっくりとかつ漸減的度で上昇し、これは曲線の部 分３８に沿って起こる。

オフ期間は、説明されるであろうように、その終わりにはキャビネットの大多数 が再び冷却を要求しているように十分長くなるよう制御される。

第４図に言及する前に、制御目的のためには圧縮機の入口の圧力は、冷媒がシス テムの１つあるいはそれ以上の蒸発機において沸騰している圧力にかなり接近し ている場合にのみ重要であることが述べられるべきである。この理由で、第３図 の曲線の部分１８のピークにおいて得られたいかなる圧力のΔ−１定も重要では ありえないであろう。それらは第３図の４０に示されるように圧縮機がオンに切 換えられたすぐ後の地点（おそらく５秒後）においてのみ重要となり、そのとき 液体が１つあるいはそれ以上の蒸発機に入っているのは確かであろうし、それゆ えその時の圧縮機の入口圧力下ではおそらくその液体がそこで沸騰していること が確かであろう。

第４図は、この発明の方法によって制御された圧縮機の数周期にわたるオンおよ びオフ期間の変化を示す。もっばら簡潔にするために、圧力の上昇および降下は 直線で示され（実際にはそれらは第３図のタイプの曲線であろうカリ、圧縮機が オンおよびオフに切換えられた圧力として第４図に示されている圧力は実際には 、先の理由によって、第３図のポイント４０および２６を表わす。

第４図において、圧縮機は、圧縮機の入口圧力が設定点Ｐｓｅｔに達するとき終 了される期間Ｔ。ｒｌの間運転される。次に圧縮機は算定された期間Ｔ。ｆｆの 間オフにされるが、それは、たとえば４分に等しいかもしれないオフ期間の後、 圧縮機は入口圧力が再びＰｓｅｔに下がるまで再びオンにされる。圧縮機のオフ 期間は、圧縮機がオンにされた後、圧縮機の入口圧力がＰｓｅｔに下がるのにか かる時間を基準にして得られ（第６図をり照して以下において説明されたように ）、この時間は圧縮機システムの負荷を示す特性として解釈される。オン期間が 低負荷のため好ましくないほどに短くなると（たとえば２分より短＜）、そのと きにはその次の期間Ｔ。。の長さを、よってその次のサイクルの長さを長くする ために次の期間Ｔｏ　ｆ　４−が延長される。高い効率を達成するのみならず、 これはまた圧縮機のスタート毎時間の数が滅多にその定格値を超過しないように 、サイクルの全時間が十分長くなるのを保証するのに役立つ。

上記より、この発明によると、固定された設定点値が用いられる限り、このシス テムが装置されるときには単一の設定点圧力値がセットされる必要があるだけで 、結果的にこのシステムの運転を調整するためにはもっばら単一の値を調整する 必要があるにすぎない。

第５図は、第３図および第４図の制御手段を運転するために必要とされるハード ウェアを示し、圧縮機入口圧力センサ４２、入口圧力設定点装置４４、および時 間パルスのソース４６を含み、それらすべてはその出力を制御器４８に供給する 。制御器は、第６図に示されるフローチャートに従って運転するディジタル制御 器であってもよく、圧縮機２をオフおよびオンに切換えるために、接触器５２を 開きあるいは閉じる出力信号をライン５０に提供する。圧縮機サイクルを制御す る際に用いられる時間ファクタはソース４６によって発生された時間パルスを基 準にして得られる。

第６図は、第３図および第４図゛の制御方法を行使するための制御器４８の運転 を示すフローチャートである。まず、Ｔｏ　＃　ｆ／ｓ　ｅ　ｔが４分にセット され、次に圧縮機がスタートされ、圧縮機の入口圧力はＰｓｅｔと比較され、そ れらが等しくなると圧縮機はストップされ、Ｔｏｎは記録されかつ圧縮機のオフ 期間Ｔｏ　ｆ　４’／Ｓ　ｅ　ｔが運転をスタートする。

Ｔｏｎの読取られた値が２分より長く１５分より短いと、圧縮機は４分間オフを 経過したとき再びオンに切換えられる。

Ｔｏ。が望ましい最少限の値である２分よりも短いと、そのときはＴ。４’　１ ．ｓ　ｅ　ｔがＴ。ｎの読取られた値に反比例して増加されるが、最大限１２分 を条件とし、かつ次の運転サイクルの間圧縮機は新たな増加された期間Ｔ。ｆｆ ／ｓｅｔの間オフに保たれる。Ｔｏｌｌが１５分より大きくなることがあれば、 そのときはＴｏ　９　＃／ｓ　ｅ　ｔは次のサイクルに向けて、Ｔｏ４に反比例 して引き下げられるが、最少限４分を条件とする。制御器４８（第５図）のプロ グラミングは、必要とあれば経験に基づいて、特定のシステムにおいて各サイク ルのオン期間Ｔ０゜の長さによって示される冷却のための電流需要と、アルゴリ ズムによって算定されるオフ期間Ｔ。＃　＃／ｓ　ｅ　ｔの長さとの関係がオフ 期間の終わりにおけるキャビネットの大多数の冷却要求に帰するように、構成さ れるであろう。

Ｔｏ４’ｆ／ｓｅｔのための下限値は、この場合４分であるが、圧縮機がスター トされ得る頻度により低い限界を与え、よってそれがそのスタート毎時間定格を 越える率でスタートされるのを防ぐ。Ｔｏ　ｔ　ｆ／ｓ　ｅ　ｔの上限１２分は キャビネット内の温度が高温になり過ぎるのを防ぐ。

あるいはまた、オフ期間の長さが制御器のプログラミングによって決定される代 わりに、オフ期間は負荷装置の検知された特性に応答して終了されるかもしれな い。各負荷装置が自動調温システムを含むとき、検知された特性は自動調温シス テムの状態であるかもしれず、たとえばその場合、負荷装置の大多数がその自動 調温システムの状態によって示されるように冷却を要求しているとき、オフ期間 は終了されるかもしれない。第５図は、第１図の３つの自動調温スイッチ１２か らの接続を１点鎖線５６によって示し、それによって制御器は自動調温のスイッ チの状態を知らされ、よってそれらの大多数の閉成を検出し、かつ応答して圧縮 機システムをライン２４を介してオンに切換えるようプログラムされ得る。

負荷において大きな変化を被らないシステムにおいては、圧縮機システムがオン に切換えられたとき負荷装置の大多数が冷却を要求していることを可能にするの に信頼され得ル長さに、オフ期間が実際に固定されることは可能であるが、但し システムのモニタが望ましい運転のパターンが実際には達成されていないことを 示す場合にはオフ期間の長さの手動：Ａ整に対しては対策がとられるかもしれな い。

オン期間に関する限り、これは１つあるいはそれ以上の負荷装置が冷却要求を止 めたとき、すなわち圧縮機システムの入口圧力が水平域２２から降下して長くは ない頃、値Ｐｓｅｔを適切にセットすることによって簡単に終了される。

しかしながら、水平域領域が通過されたことを示す、圧縮機システムの降下する 負荷を検出するために、他の変数が検知されるかもしれない。圧縮機システムが 電力を供給されたとき、単数あるいは複数のモータの電流消費、電力消費および 力率はすべて、システムの負荷が水平域から下がるにつれて引き下げられるであ ろうし、よって、第５図に示されるように、検知装置５８は、電流消費、電力消 費あるいは力率を検知するために圧縮機モータの電源装置に接続されるかもしれ ない。適切な検知装置は容易に入手できるので、さらに説明される必要はない。

検知装置５８からの出力はライン６０を介して制御器４８に送られ、そこでそれ は、負荷がその水平域レベルから下がって、設定点値に達するときを検出するた めに、設定点装置４４の出力と比較されるであろう。当然、設定点装！４４は設 定点圧力ではなく、設定点の電流消費、電力消費あるいは力率値を示す設定点信 号を送るようにされるであろう。

オン期間およびオフ期間の長さは別々のシステムによって、それらのシステムが 互いに互換性がある限り、互いに独立して決定されるかもしれないことが明らか であろう。

水平域２２はオン期間の初めに存在する高い負荷のために必然的に比較的高いレ ベルにおいて生じるであろうが、その正確なレベルはそのときの運転状態によっ て変化するであろうから、Ｐｓｅｔを、あるいは他のどの設定点値が取られよう と、水平域２２が生じるレベルに応答して自動的に変更することは有益であるこ とが述べられてきた。これを達成するために、制御器４８は、負荷、たとえば圧 力センサ４２からの圧縮機の入口圧力、ライン５６上に示される開いた自動３１ 温の弁の数、あるいは装置５８によって示される電源装置の電気のパラメータの １つを示す変数をモニタして、その測定された変数が予め定められた期間の間１ ０％、あるいは好ましくは５％、より多く変化しないときを識別し、その発生の 検出をそのとき水平域レベル２２が発生している印として処理するようにプログ ラムされるかもしれない。さらにそれは、そのときライン６２上に、設定点装ｆ ｆ１１８を３３整する効果を有する信号を提供し、そ□　の結果それが制御器に 、たとえば、水平域レベルが絶対単位で測定された値の８０％に等しい設定点出 力値を与えるようにプログラムされ得る。

成る装置では残りのものよりより迅速に暖まり、あるいはよりゆっくりと冷える ごく少数の負荷装置があるがもじれない。その場合は、制御器４８は、８０％（ 水平域の）レベルが到達されるや否や圧縮機がオフにされる代わりにより低いレ ベル、たとえば５０９ｏが、到達されるまで、あるいはさらに前もって定められ た時間（たとえば１分）が経過するまでの、どちらかが早く生じるときまで圧縮 機がオンに保たれる、修正された制御方法を運転するようプログラムされるかも しれない。時として、運転で温度上昇する傾向にある単数あるいは複数の装置が 特別な冷却を必要としない場合、圧力は急速に８０％レベルから５０％レベルへ と下がるであろうから、それらはほとんど全く冷却を受けないであろうが、それ らが実際特別な冷却を必要とするとき、その低下はよりゆっくりであろうし、か つそれらはさらに何分か冷却を受けるであろう。第６図のアルゴリズムを用いる とき、Ｔｏｌｌは実際のスイッチオフまでの全時間よりはむしろ設定点に到達す るまでの時間となるように修正されるかもしれない。キャビネットの大多数が次 のオン期間の始めには冷却を必要とするという必要条件が妨げられることはない 。

この発明による方法が、圧縮機のオン期間の間は１つ以上の異なった容量のレベ ルで運転するが、オフ期間の間は全く運転しない、多容量圧縮機システムに適用 され得ることは評偶されるべきことであろう。その場合、さらなる容量段階に切 換えられるが、にもかかわらず上に言及された技術のいずれかによって水平域の 終わりからの負荷の低下を検出することが可能な段が水平域レベルにおいて生じ るかもしれない。

この発明の方法は、常に運転する１つの、好ましくは比較的低い容量の圧縮機お よび周期的に運転される主要な圧縮機を含む圧縮機システムに適用されるかもし れないことが先に述べられてきたが、小さな圧縮機の０的は、主要な圧縮機に、 それがオンに切換えられたとき、損傷を与え兼ねないであろう、蒸発機の出口側 への液体冷媒の溜まりを起こさないよう保証することである。そのようなシステ ムにおいては、小さい圧縮機の継続運転は、第３図に示される破線曲線の１８′ および３８′の部分に見られるように、主要な圧縮機の入口において到達される 最大圧力のレベルを低下させるであろう。

この発明による制御方法は、そこに含まれる原理が冷凍におけるものと同じであ る空気５２ｗ１に適用され得る。さらに、それはヒートポンプに適用され得る。

ヒートポンプシステムは、蒸発機内の熱を除去するよりもむしろ冷却器に熱を供 給することを目的とする以外は、冷凍システムと同等物である。従って、この発 明をヒートポンプに適用する際に測定されるのは圧縮機の入口圧力よりもむしろ 出口圧力であろうし、これはそれが制御するよう意図された変数の表示、すなわ ち冷却機内で冷媒が凝縮する温度である。

第７図はこの出口圧力が入口圧力とは反対の方法で１サイクルを通してどのよう に変化するかを示す。出口圧力は圧縮機がオンの間上昇し、圧縮機がオンに切換 えられたとき、ヒートポンプ出力装置の大多数が加熱を要求しているとすれば、 ２２′　に示されるように比較的低い圧力レベルで水平域が存在し、それはヒー トポンプシステムの効率的な運転を示す。その水平域に続いて、出力装置からの 加熱要求が下がるにつれて、圧縮機出口圧力は再び上昇し始め、次にオン期間は 、より詳細に説明された冷凍システムで用いられたものと同様の方法で終了され る。たとえば、水平域のレベルが検知されるかもしれず、かつ設定点値は、水平 域レベルよりも高い、望ましいパーセンテージの検知に応答してセットされるか もしれず、その結果圧縮機が、出力装置からの要求が下がり始めた後比較的早く オフに切換えられるよう保証する。次に圧縮機は、たとえば冷凍システムに関し て既に説明された方法で、それが再びオンになると少なくとも出力装置の大多数 が再び加熱を要求しているように、十分長い期間オフに保たれる。

この発明の利得を達成するためにその他の試みがなされてきた。たとえば、圧縮 機を冷凍要求に見合う可変速度で運転するために、幹線周波数を可変周波数に変 換する整流器／−インバータが用いられてきたが、これは複雑でかつ費用がかか る。

容；を需要にみ合わせようとするその他の構成は、容量を変えるために圧縮比率 が変えられ得る再膨張圧縮機、およびオンに切換えられる数が変化し得る多数の 圧縮機に関して、その容量を引き下げるために圧縮機のシリンダのいくつかを遮 断する機械的配置を含む。成る適用においては、単純な単一の圧縮機に適用され たこの発明の制御方法は、これらのより複雑なシステムと同様の結果を達成する かもしれない。しかしながら、この発明はまたそれらの効率を上げるためにその ようなシステムの制御に適用され得る。

国際調査報告 Ａ−一一一”・　ＰＣＴ／ＧＢ　ｌ１ｌｌ！１００１３１国際調査報告 ＧＢ　８８００１３１ ＳＡ　２０Ｂ３３ 国際調査報告 ＧＢ　８８００１３１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．共通の単一圧縮機システムが複数の負荷装置を加熱あるいは冷却し、かつ周 期的に作動され、その各サイクルが圧縮機システムのより高い容量期間および圧 縮機システムのより低い容量期間を含む、圧縮機駆動蒸気圧縮熱連動システムで あって、より低い容量期間は、圧縮機システムがより高い容量に切換えられたと きには負荷装置の大多数が加熱あるいは冷却を要求しているように十分長くされ 、より高い容量期間は、圧縮機システムがより低い容量に切換えられたときには 負荷装置の１つあるいはそれ以上がその加熱あるいは冷却要求を満たされている ように十分長くされることを特徴とする、圧縮機駆動蒸気圧縮熱運動シテムの制 御方法。 ２．より低い容量期間が十分長くなるよう制御される、請求項１記載の方法。 ３．より低い容量期間の長さが先行するより高い容量期間の長さによって制御さ れる、請求項２記載の方法。 ４．より低い容量期間が負荷装置の検知された特性に応答して終了される、請求 項２記載の方法。 ５．各負荷装置が自動調温システムを含み、かつ検知された特性が自動調温シス テムの状態である、請求項４記載の方法。 ６．より低い容量期間の長さが十分に長い値に固定される、請求項１記載の方法 。 ７．前記大多数が少なくとも７５％である、請求項１ないし６のいずれかに記載 の方法。 ８．圧縮機システムの負荷を表わす変数を検知することおよび、より高い容量期 間を終了する際の検知された変数の値を利用することを含む、請求項１ないし７ のいずれかに記載の方法。 ９．検知された変数が圧縦機システムの負荷が実質的に一定の負荷レベルから下 がったことを示すときの、より高い容量期間の終了を含む、請求項８記載の方法 。 １０．システムが冷却システムであって、かつ検知された変数が圧縮機システム の入口圧力である、請求項８または請求項９記載の方法。 １１．システムが加熱システムであって、かつ検知された変数が圧縮機システム の出口圧力である、請求項８または請求項９記載の方法。 １２．圧縮機システムに電力が供給され、かつ検知された変数がその電流消費で ある、請求項８または請求項９記載の方法。 １３．圧縮機システムに電力が供給され、かつ検知された変数が電力消費である 、請求項８または請求項９記載の方法。 １４．圧縮機システムに電力が供給され、かつ検知された変数がその力率である 、請求項８または請求項９記載の方法。 １５．各負荷装置が自動調温システムを含み、かつ検知された変数が加熱あるい は冷却を要求している自動調温システムの数である、請求項８または請求項９記 載の方法。 １６．検知された変数が設定点値に達するときの、より高い容量期間の終了を含 む、請求項８ないし１５のいずれかに記載の方法。 １７．検知された変数のための設定点値の確定と、検知された変数が設定点値に 達した後予め定められた期間が経過したとき、または検知された変数が設定点値 とは異なる予め定められた値に達するときのいずれか早いときの、より高い容量 期間の終了を含む、請求項８ないし１５のいずれかに記載の方法。 １８．より高い容量期間中の圧縮機システムにおける実質的に一定負荷レベルの 発生の検知および前記実質的に一定の値より低い負荷レベルを表わすであろう値 への設定点値の自動調節を含む、請求項１６または１７記載の方法。 １９．システムが冷却システムであって、かつ検知された変数が設定点値に達す るとき圧縮機入口圧力が、負荷が前記実質的に一定のレベルにあるときそれが有 する絶対値の６０％から９０％の間となるように、設定点値がセットされる、請 求項１８記載の方法。 ２０．圧縮機システムが単一の圧縮機からなり、かつ圧縮機がオンのときはより 高い容量モードで、圧縮機がオフのときはより低い容量モードである、請求項１ ないし１９のいずれかに記載の方法。 ２１．圧縮機システムが複数の圧縮機を含み、かつより高い容量モードでは少な くとも圧縮機のいくつかが運転しており、より低い容量モードでは、０の場合も あり得る、より少ない固定された数が運転している、請求項１ないし１９のいず れかに記載の方法。 ２２．共通の単一圧縮機システムが複数の負荷装置を加熱あるいは冷却し、かつ 周期的に運転され、その各サイクルが圧縮機システムのより高い容量期間および 圧縮機システムのより低い容量期間を含む、圧縮機駆動蒸気圧縮熱連動システム の制御方法であって、より低い容量間間は、圧縮機システムがより高い容量に切 換えられたときには負荷装置の大多数が加熱あるいは冷却を要求しているように 十分長くされ、かつより高い容量期間の持続期間は、圧縮機システムの負荷を表 わす変数をモニタすることによって、および検知された変数が圧縮機システムの 負荷が実質的に一定のレベルから下がったことを示すときはより高い容量期間を 終了することによって制御されることを特徴とする、圧縮機駆動蒸気圧縮熱運動 システムの制御方法。 ２３．請求項２ないし７あるいは１０ないし２１のいずれかにおいて特定された さらなる特徴を含む、請求項２２記載の方法。 ２４．共通の単一圧縮機システムが複数の負荷装置を加熱あるいは冷却し、かつ 周期的に運転するよう圧縮機システムを制御し、その各サイクルが圧縮機システ ムのより高い容量期間および圧縮機システムのより低い容量期間を含む制御手段 を備えた圧縮機駆動蒸気圧縮熱運動システムであって、前記制御手段は、圧縮機 システムがより高い容量に切換えられたときには負荷装置の大多数が加熱あるい は冷却を要求しているよう、より低い容量期間を十分長くし、かつ圧縮機システ ムがより低い容量に切換えられたときには負荷装置の１つあるいはそれ以上がそ の加熱あるいは冷却要求を満たされているように、より高い容量期間を十分長く するようにされた、圧縮機駆動蒸気圧縮熱連動システム。 ２５ 制御手段が、より低い容量期間が十分長くなるように制御するようにされた、請 求項２４記載のシステム。 ２６．制御手段が、より高い容量期間の長さを検知して、それによってより低い 容量期間の長さを制御するようにされた、請求項２５記載のシステム。 ２７．負荷装置の特性を検知するための手段を含み、制御手段が検知手段に応答 してより低い容量期間を終了するようにされた、請求項２５記載のシステム。 ２８．各負荷装置が自動調温システムを含み、かつ検知手段が自動調温システム の状態を検知する、請求項２７記載のシステム。 ２９．制御手段が、より低い容量期間の長さを十分長い値に固定するようにされ た、請求項２４記載のシステム。 ３０．前記の大多数が少なくとも７５％である、請求項２４ないし２９のいずれ かに記載のシステム。 ３１．圧縮機システムの負荷を表わす変数を検知するための手段を含み、制御手 段は、より高い容量期間を終了する際に検知された変数の値を利用するようにさ れた、請求項２４ないし３０のいずれかに記載のシステム。 ３２．検知された変数が圧縮機システムの負荷が実質的に一定の負荷レベルから 下がったことを示すとき、制御手段がより高い容量期間を終了するようにされた 、請求項３１記載のシステム。 ３３．冷却システムであって、検知された変数が圧縮機システムの入口圧力であ る、請求項３１または請求項３２記載のシステム。 ３４．加熱システムであって、かつ検知された変数が圧縮機システムの出口圧力 である、請求項３１または３２記載差のシステム。 ３５．圧縮機システムに電力が供給され、かつ検知手段によって検知された変数 がその電流消費である、請求項３１または３２記載のシステム。 ３６．圧縮機システムに電力が供給され、かつ検知手段によって検知された変数 がその電力消費である、請求項３１または３２記載のシステム。 ３７．圧縮機システムに電力が供給され、かつ検知手段によって検知された変数 がその力率である、請求項３１または３２記載のシステム。 ３８．各負荷装置が自動調温システムを合み、かつ検知手段によって検知された 変数が加熱あるいは冷却を要求している自動調温システムの数である、請求項３ １または３２記載のシステム。 ３９．検知された変数が設定点値に達するとき、制御手段がより高い容量期間を 終了するようにされた、請求項３１ないし３８のいずれかに記載のシステム。 ４０．制御手段が設定点値を確定するようにされ、かつ検出された変数が設定点 値に達するときを検出するための手段と、前記検出に続いて予め定められた期間 を規定するためのタイミング手段と、オン期間を終了するための手段と、さらに 予め定められた期間の終了時あるいは設定点値とは異なる予め定められた値に検 知された変数が達するときの、いずれか早いときに、前記終了手段を作動させる ための手段とを含む、請求項３１ないし３８のいずれかに記載のシステム。 ４１．側御手段が、より高い容量期間中の圧縮機システムにおける実質的に一定 の負荷レベルの発生を検知し、かつ前記実質的に一定のレベルより低い負荷レベ ルを表わすであろう値に設定点値を口動的に調節するようにされた、請求項３９ または４０記載のシステム。 ４２．冷却システムであって、かつ制御手段が、検知された変数が設定点値に達 するとき圧縮機の入口圧力が、負荷が前記実質的に一定のレベルにあるときそれ が有する絶対値の６０％から９０％の間となるように、設定点値をセットするよ うにされた、請求項４１記載のシステム。 ４３．圧縮機システムが単一の圧縮機からなり、かつ圧縮機がオンのときより高 い容量モードで、圧縮機がオフのときにはより低い容量モードである、請求項２ ４ないし４２のいずれかに記載のシステム。 ４４．圧縮機システムが複数の圧縮機を含み、かつより高い容量モードでは少な くとも圧縮機のいくつかが運転しており、より低い容量モードでは、０の場合も あり得る、より少ない固定された数が運転している、請求項２４ないし４２のい ずれかに記載のシステム。 ４５．共通の単一圧縮機システムが複数の負荷装置を加熱あるいは冷却し、周期 的に運転するようにシステムを制御し、その各サイクルが圧縮機システムのより 高い容量期間および圧縮機システムのより低い容量期間を含む側御手段を備えた 圧縮機駆動蒸気圧縮熱連動システムであって、その制御手段が、圧縮機システム がより高い容量に切換えられたときには負荷装置の大多数が加熱あるいは冷却を 要求しているように、より低い容量期間を十分に長くし、かつ圧縮機システムの 負荷を表わす変数のモニタ、および検知された変数が圧縮機システムの負荷が実 質的に一定のレベルから下がったことを示すときのより高い容量期間の終了によ って、より高い容量期間の継続を制御するようにされた、圧縮機駆動蒸気圧縮熱 運動システム。 ４６．請求項２６ないし３１あるいは３４ないし４４のいずれかにおいて特定さ れたさらなる特徴を含む、請求項４５記載のシステム。 ４７．共通の単一圧縮機システムが複数の負荷装置を加熱あるいは冷却する圧縮 機駆動蒸気圧縮熱運動システムを制御するための制御手段であって、圧縮機シス テムの負荷を表わす信号を受けるための入力と、信号が実質的に一定の負荷レベ ルを表わすときを検出するための手段と、さらに圧縮機システムをより低い容量 モードに切換えるために用いられ得る制御信号を発生する際に前記検出を利用す るための手段とを備える制御手段。 ４８．制御信号を発生する際に前記検出を利用するための手段が、実質的に一定 の負荷レベルの予め定められた端数を表わす設定点信号を提供するための手段と 、負荷を表わす信号が設定点シグナルの値に達するときを検出するための手段と 、さらに前記検出によって前記制御信号を発生するための手段とを含む、請求項 ４７記載の制御手段。 ４９．前記検出信号を発生するための手段が前記検出に直ちに応答する、請求項 ４８記載の制御手段。 ５０．前記制御信号を発生するための手段が、前記検出に続いて、予め定められ た期間を規定するためのタイミング手段と、設定点値とは異なる値を規定するた め手段と、さらに予め定められた期間が終了したとき、あるいは負荷を表わす信 号が前記の異なる値に達したときのいずれか早いときに、前記制御信号を生ずる ための手段とを含む、請求項４８記載の制御手段。