JPH0359346B2 - - Google Patents

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JPH0359346B2
JPH0359346B2 JP55125873A JP12587380A JPH0359346B2 JP H0359346 B2 JPH0359346 B2 JP H0359346B2 JP 55125873 A JP55125873 A JP 55125873A JP 12587380 A JP12587380 A JP 12587380A JP H0359346 B2 JPH0359346 B2 JP H0359346B2
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signal
compressor
pressure
control
line
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JP55125873A
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Jon Kantsu Kenesu
Aran Aasu Richaado
Kingu Noobetsuku Deiin
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YOOKU INTERN CORP
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YOOKU INTERN CORP
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Publication date
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Publication of JPH0359346B2 publication Critical patent/JPH0359346B2/ja
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/66—Governor units providing for co-operation with control dependent upon a variable other than speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022—Compressor control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2600/02—Compressor control
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

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  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は大容量の回転機械を調整する改良され
た制御装置に関する。
(ロ) 従来技術及びこの発明が解決しようとする課
題 大容量空気調整装置はコンプレツサの入口に可
調整羽根を有する遠心コンプレツサを用いてい
た。これらの羽根は吸入気体の方向（すなわち渦
巻）を調整し、羽根位置の関数である圧力降下を
発生するために調整可能である。しばしばプリロ
ーテーシヨン羽根と呼ばれるこれらの羽根はコン
プレツサの容量を変えるために調整される。広開
度（全開）羽根においては、羽根位置の小さに変
化はコンプレツサヘツドすなわち容量に対して実
質的な効果を持たない。入口案内羽根がほとんど
閉じられた時には少しの変化がコンプレツサ容量
に実質的な効果を持ち、羽根位置の調整に注意が
払われていないとコンプレツサをサージ状態にす
ることになる。単に可調整羽根位置を変えること
による容量制御は非効率的な容量制御法であるの
で、コンプレツサを駆動している電動機の速度の
みを制御してシステム容量を調整しようとする試
みがあつた。速度制御が容量を調整する唯一の手
段として用いられるならば、コンプレツサは全負
荷の約70％までその動作を低下できるだけであ
る。実質的な期間では負荷は全負荷値の70％より
低いので、この事は大きい設備に関しては経済的
に実行不能である。
種々の制御計画が大容量コンプレツサ、特に調
整案内羽根を有する大容量コンプレツサを調整す
るために案出された。関連した電子制御装置を備
えたこのような装置の早期の開示は、1967年12月
５日に発行された本発明の譲受人に譲受された、
Newtonによる米国特許第3355906号の発明「コ
ンプレツサの速度を変化する制御装置を含む冷凍
装置（Refrigeration System Including Control
For Varing Compressor Speed）」に記載され
かつ請求されている。ここに開示された制御の方
法はコンプレツサの吐出圧力と吸込圧力に関連し
た信号を提供すること、及びこれらの圧力の比に
関連した制御信号を得ることを含んでいる。次
に、この信号はコンプレツサを駆動する電動機の
速度を調整する際に用いられた。以後のかなりの
作業は制御装置の改良、特にコンプレツサの入口
案内羽根とコンプレツサを駆動する電動機の速度
調整との間の相互作業に向けられた。改良された
制御装置を用いたこの技術における重要な進歩
が、本発明の譲受人に1979年５月１日に発行され
た、Kountz、Erth及びBaumanによる米国特許
第4151725号（特公昭63−36436号に対応）の発明
「大容量回転機械を調整する制御装置（Control
System for Regulating Large Capacity
Rotating Machinery）」に記載されかつ請求さ
れている。この開示された装置において、コンプ
レツサ水頭値は２つの温度の差から推定される。
つまり、蒸発器を去る冷媒の飽和蒸気に関する温
度と凝縮器吐出ライン中の冷媒に関する温度との
差である。この重要な進歩をもつてすらも、そこ
に述べられたこの装置の動作は要求されていたほ
ど軽負荷かつ低水頭における大きな球済を生じは
しなかつた。かなりの解析がこの問題に向けら
れ、そして、この時に、Ωとして示されるエント
ロピーコンプレツサ水頭パラメーターと凝縮及び
蒸発冷媒温度間の差との間の関数の仮定された線
形性が軽負荷かつ低水頭における装置の動作につ
いて適用できないことがわかつた。更に、冷媒圧
力から水頭値を決定することと対照されるよう
に、冷媒温度を用い前述のようにその差をとるこ
とにより推論的にコンプレツサ水頭を測定する際
に含まれる温度の遅れがある。
従つて、本発明の目的は、参照特許に示された
ものに含まれる既知のシステムよりも更に効率的
で、特に軽負荷かつ低水頭でのシステムの動作を
改良した、大容量回転機械用の改良された制御装
置を提供することである。
本発明の別の目的は、現在のシステムにおいて
容易に測定できる量から、軽負荷かつ低水頭にお
けるコンプレツサ水頭値を更に正確に識別する新
しい制御信号を得て、これにより前述の条件下で
改良された動作を行ないエネルギーを保存するこ
とである。
(ハ) 課題を解決するための手段 本発明の制御装置は、全てが閉冷凍回路中に接
続されているコンプレツサ、凝縮器及び蒸発器を
含む冷凍装置に有用である。コンプレツサは可調
整（PR）羽根、該可調整羽根を調整する装置、
駆動手段及び該駆動手段の速度を調整する装置を
含んでいる。さらに、本制御装置は凝縮器の絶対
圧力（Pcd）に関連する第１の信号を発生する第
１の手段と、蒸発器の絶対圧力（Pev）に関連す
る第２の信号を発生する第２の手段と、及び式
（Pcd−Pev）／Pevに基づいて前記第１の信号と
第２の信号を処理しそして前記可調整羽根と前記
コンプレツサの前記駆動手段の速度の調整のため
に前記式に応答して２つの制御信号を発生する第
３の手段とを含んでいる。
(ニ) 実施例 以下に図面を参照して本発明について詳細に説
明する。
第１図は、電動機（モータ）３６が軸３９によ
りコンプレツサ２０を駆動するために接続されて
いる冷凍装置を示している。これらの要素及び１
００より小さい参照番号を有する他の要素は特許
第4151725号の第１図中にも示されている。主な
エネルギーフローは第１図の上部において左側か
ら右側へ向かう、すなわちDCブリツジ４０、LC
フイルタ１０１及びインバータ３７を介して入力
ライン４１から共通誘導電動機である電動機３６
に向かう。コンプレツサ２０、凝縮器２２及び蒸
発器２８間の冷却回路の詳細は、周知であり理解
されているので示されていない。コンプレツサ２
０及び（PRVモータ３２による）調整入口羽根
の制御は、特許第4151725号中に詳細に説明され
た、容量制御装置５０により調整される。容量制
御装置５０は、ケーブル１０３中に集約された複
数の電気導体によりコンプレツサに配置されたコ
ンプレツサ制御センサ１０２とインターフエース
する。容量制御装置５０はまたロジツク制御装置
１０４からの制御信号を受信する。更に、ロジツ
制御装置は電圧制御発振器（VCO）１０５、主
ロジツク段１０６及びゲートドライバ回路１０７
によりインバータ周波数を調整する。先の特許第
4151725号においては、ロジツク段４４は、本願
の第１図に別の段１０４−１０７に示された機能
を包含していた。ロジツク制御装置１０４はまた
ブリツジトリガー回路１０８の動作を調整し、相
応じてDCブリツジ４０を調整し、インバータ３
７に与えられたDC電圧のレベルを制御する。
続く説明で明らかにされるように、制御におけ
る実質的な改良は、幾分は、凝縮器中の絶対圧力
の関数である信号をライン１１１上に与える凝縮
器中の第１の圧力変換器１１０と、蒸発器中の絶
対圧力の関数である信号をライン１１３上に与え
る第２の圧力変換器１１２との使用に依存してい
る。これらの２つの信号は容量制御装置５０中で
使用され、軽負荷かつ低水頭の下ですらもコンプ
レツサの水頭を一律に確定しシステムの動作効率
を増大させる制御装置を生ずる。
第２図の簡単化された装置は、容量制御装置５
０における、本発明のシステム中で使用される制
御信号を生じさせる部分を示している。そこに示
されているように、ライン１１１上の凝縮器圧力
信号とライン１１３上の蒸発器圧力信号とは加算
器１２０において結合される。加算器１２０は代
数的にこれらの信号を結合し、凝縮器圧力と蒸発
器圧力との間の差を表わす信号をライン１２１上
に発生する。蒸発器圧力信号はまたライン１２２
上をデバイダ段１２３に送られる。このデバイダ
段１２３はライン１２１，１２２上を受信した信
号に基づいて効率的に動作し、実際には比である
ような信号を出力ライン１２４上に発生する。こ
の信号の分子は凝縮器絶対圧力と蒸発器絶対圧力
との差であり、また分母は蒸発器圧力である。次
に関数発生器１２５はこの比信号を受信し、広開
度羽根についての最小マツハ数M0を表わす信号
をライン１２６上に発生する。これは特許第
4151725号の第５図（この第５図と同一内容を示
す図が本出願においても発明の理解のために第５
図として添付されている）の左下部にあるライン
８９に示されたものと同じ信号である。しかし、
その特許においては、このM0信号は凝縮器温度
及び蒸発器温度の関数としてサーミスタ５６，５
８から得られた。本発明では、ライン１１１，１
１３上の圧力信号が用いられ、段１２０，１２３
は凝縮器及び蒸発器圧力信号を受信し、この凝縮
器圧力と蒸発器圧力との差を割つたものの関数で
ある出力信号を発生する。この特別の関数の使用
は第３図に関連して説明される。なお、コンプレ
ツサ速度をマツハ数として表し、誘導電動機がコ
ンプレツサに接続されているので該マツハ数は電
動機速度を表す。さらに、電動機速度は直接に羽
根車チツプ速度に関係しているとみなされ、最小
マツハ数M0は吸気淀み音速に対する羽根車チツ
プ速度の比を表す。吸気淀み音速は与えられた冷
媒に対して蒸発器の通常の動作範囲にわたつて変
わらないと仮定されるので、結局最小マツハ数
M0は電動機速度を表すと考えられる。また、上
記特許第4151725号の第３図に示されているよう
に可調整羽根の弁の広開度範囲（ほぼ3/4〜全開）
においては同一のコンプレツサ水頭値における最
小マツハ数M0の値は該弁の開度に関係なく一定
しており、コンプレツサ水頭値の関数として一義
的に求められる。前記関数発生器１２５はコンプ
レツサ水頭値を表す出力ライン１２４上の信号か
ら広開度羽根用（広開度範囲）の最小マツハ数
M0をライン１２６上に発生する。
第３図に示されるように、種々の曲線が縦座標
すなわちコンプレツサ水頭値は同じであるが、異
なつた横座標についてプロツトされている。この
コンプレツサ水頭、すなわちΩはまた特許第
4151725号の第２図における縦座標でもあり、そ
してこの特許における第４図の異なつたフアミリ
ーの曲線として示されている。本出願の第３図に
おいて、曲線１３０、１３１及び１３２は図面の
真中の横座標に示された圧力差（Psi）に対して
プロツトされたコンプレツサ水頭を表わしてい
る。曲線１３０は5psia（プサイア；絶対圧力を表
わす）の吸込圧力で行なわれた測定を示し、曲線
１３１は8psiaにおける同様の情報を示し、曲線
132は11psiaの吸込圧力における測定を示す。こ
のように、吸込圧力の変化の関数として、圧力差
を検出することにより得られたコンプレツサ水頭
値の広い分散があることが明らかである。従つ
て、単に分子すなわち第２図のライン１２４上に
発展された式の圧力差の部分を用いることは、異
なつた吸込圧力条件下のコンプレツサ水頭を表わ
す信号値を与える際に有効ではない。
第３図に１３３，１３４及び１３５として特定
された曲線の系は、特許第4151725号に記載され
た温度差測定技術を用いて、異なつた吸込圧力値
について得られた異なつた水頭値を示す。曲線１
３３は5psiaの吸込圧力における結果の水頭値を
表わし、曲線１３４は8psiaの吸込圧力における
結果を示し、そして曲線１３５は11psiaの吸込圧
力において得られた水頭値を示している。この曲
線１３３−１３５の系は、曲線１３０−１３２を
発生した圧力差法について計算されたものよりも
極めて近い近似であることがわかる。曲線１３６
は図面中に与えられた式に関連した水頭値の関数
表示である、特許第4151725号中に説明されたよ
うに、この方法は圧力差法に対照されるように効
率において実質的な増大を生じたが、これはまだ
Ｒ−11（フロン11；商標名）のような正規の蒸発
冷媒を考えると7psiaより低い蒸発器圧力に対す
る（約0.8より小さい）軽負荷における水頭値を
不足して計算する。
このように、本発明によれば、第２図に示され
たシステムフアンクシヨンは第３図における曲線
１４０により示されたように水頭値を発生した。
異なつた吸込圧力に対してコンプレツサ水頭にい
かなる偏位も生じないことは直ちにわかる。従つ
て式Pcd−Pev／Pevは、温度差法（曲線１３３−１３ ５）あるいは圧力差法（曲線１３０−１３２）に
おいて生ずるレンジの変動を生じずにコンプレツ
サ水頭値を一義的ち確定する。このように、第２
図に一般的に示された改良された構成を有する容
量制御装置は本願の第１図に示された大規模装置
の極めて効率的な制御を行なう。
第３図に示された曲線はＲ−11に適用される。
更に、蒸発器から吸込圧力へあるいは吐出圧力か
ら凝縮器へのいかなる圧力降下もないことを仮定
する。いかなる吸込過熱も生じないことも仮定す
る。このような装置に対する妥当な仮定が行なわ
れる。
第４図は本発明に用いられた容量制御装置５０
の比制御信号を与える部分を示している。そこに
示されているように、AD535K回路は圧力信号間
の差と蒸発器圧力信号によるその商とを出力し、
その結果ピン８における出力は所望の比信号であ
る。１４１で参照される増幅器段は単に利得のた
めである。AD535Kの転送機能はピン１０及び１
の入力間の差により除された、ピン６及び７にお
ける入力間の差を与える。この段に使用できる他
の機能があるが、それらは使用されていない。凝
縮器圧力信号はライン１１１及び抵抗Ｒ−１０８
を介してピン６に与えられ、蒸発器信号はライン
１１３及び抵抗Ｒ−１０７を介してピン７に与え
られる。このように圧力差は比信号の分子に実現
されている。蒸発器圧力信号はまた段１４１を介
してピン１０に送られ、またピン１は接地されて
いる。その故に、ピン８における出力は所望の比
信号である。
１４２で参照されるOPアンプは装置をしや断
する低蒸発器圧力信号を与えるためのシユミツト
トリガー回路として接続されている。比制御信号
は抵抗Ｒ−１２６、Ｒ−１２８及びＲ−１１３を
介してOPアンプ１４３，１４４及び１４５の入
力端に与えられる。当業者はこれら３つの段が関
数発生器として機能し、導体１２６上に広開度羽
根用の最小マツハ数信号M0を出力することがわ
かる。これは本発明の装置と特許第4151725号の
装置との基本的な相違である。当業者は特許第
4151725号に示された詳細な説明に照らして本発
明の装置を容易に実行することができる。
特許第4151725号の第５図の一般的な開示を考
慮すれば、図面中に広く示されたシステム制御の
方法は本発明の適応されるためには左下側部分に
だけ変更が必要とされることが明らかである。す
なわち、本発明によるシステム制御の方法は比を
示す信号の関数としてコンプレツサ水頭信号の連
続的な確立を含んでいる。本願の第２図に示され
たように、この比の分子は凝縮器絶対圧力Pcdと
蒸発器絶対圧力Pevとの差から得られる。この比
信号の分母は蒸発器圧力Pevから得られる。第２
図の回路からの結果として得られた信号は第５図
の左下側部分にライン８９上に示されたものであ
る。次に、調整入口案内羽根の瞬間位置に関連し
た関数信号が得られる。これは特許第4151725号
の第５図の回路８７の出力側に現われる。
第５図において、一般的には、サーミスタ６３
から冷却水出口温度信号及び、ポテンシヨンメー
タ６６から得られた温度設定点信号が結合された
ライン６７上に温度誤差信号を発生する。この温
度誤差信号はポテンシヨメータ６６から得られる
要求された設定状態とライン６４の信号より示さ
れる瞬時負荷状態との差を示し、コンプレツサの
速度と可調整羽根の調整を援助するが、本発明の
最小マツハ数M0に関する制御とは関係してない。
なお、デツドバンド回路網８１は、PRV制御領
域で動作している時に温度誤差信号がデツドバン
ドで決められた量を越えるまでライン８２に別の
出力信号を発生して、PRV制御論理回路９６お
よびインバータ速度論理回路８３へ切換命令を与
えず且つハンチングと過度の切換とを回避するた
めに設けられている。論理回路８３の出力は積分
段５２を通つて流れ電動機速度信号をライン５１
に供給し、インバータ動作周波数を、したがつて
電動機速度及び圧縮機速度を調整する。
PRVの羽根位置情報はポテンシヨメータ６１
からとられ、ライン８４を介してこの信号の一部
はインバータ論理回路８３に与えられる。PRV
位置信号の別の部分はライン８５を介してデユテ
イサイクル制御回路８６へ送られる。更に、この
PRV位置信号は回路網８７を介して送られ、ラ
イン８８上の最小マツハ数M0信号に結合される。
ライン８９に得られた最小マツハ数M0（広開度羽
根用の）はライン８８に送られて回路網８７の
PRV位置に関係する速度変更用の出力と結合さ
れ、ライン９０に合成信号を供給する。この合成
信号はライン７２を介して受け取つた実際の電動
機速度信号に結合され、ライン９１に誤差信号を
発生する。この誤差信号は誘導電動機の速度を最
適に調整する有効な補正値を与える。電動機速度
信号はまたライン８９の最小マツハ数M0と比較
され、ライン９２上に実際の電動機速度がM0よ
り上か下かを示す論理信号を発生する。この論理
信号はPRV制御論理回路９３に加えられ、ライ
ン９９を介してインバータ速度論理回路８３に加
えられる。
デユテイサイクル制御回路８６はライン８５に
よりPRV位置信号およびライン９３により過負
荷回路から別の信号を受ける。デユテイサイクル
制御回路８６の出力はライン９５を介してPRV
制御論理回路９６に送られる。PRV制御論理回
路９６は羽根位置が変えられるべきか、羽根が動
かされるべき方向および生じるべき移動量を決め
る。過負荷回路はライン７１により電動機電流に
比例した信号を受け、ライン９３を介してデユテ
イサイクル制御回路８６へ信号を与えることに加
えて、別の信号をライン９７によりPRV制御論
理回路９６へ送り、更にライン９８により別の信
号をインバータ速度論理回路８３へ送る。
当業者は、種々の変更が入力情報を与えるため
にシステム温度を測定することと所望の比信号
Pcd−Pev／Pevを与えるためにこの情報を処理するこ ととの両方に利用できることをわかる。例えば、
差動圧力変換器がこの式の分子用の信号を与える
ためにこのような装置の絞り弁に並列に接続で
き、別の絶対圧力変換器が分母を表わす信号を与
えるために使用できる。別の変更は、適正な較正
を与えるための気圧計（アネロイド）圧力変換器
を有する２つのゲージ圧力変換器の使用である。
他の装置及び処理の組合せもまちがいなく当業者
に示俊される。圧力比Pcd−Pev／PevまたはPcd／Pev− １と表わされることを知ることも重要である。こ
のように、コンプレツサ及び蒸発器圧力が得ら
れ、この式の第１の部分における比を発生するた
めに割り算され、次に要求された制御信号を発生
するために引き算ステツプが用いられる。
(ホ) 結果 本発明は、その設備内で電動機が制御の一方の
領域を与えるコンプレツサを駆動しかつこのコン
プレツサが制御の第２の領域を与える調整案内羽
根を有している形式の大容量冷却設備の動作を調
整する極めて効率的な制御装置を与える。制御の
これら領域の両方共が、凝縮器と蒸発器との絶対
圧力の差を蒸発器圧で割つたものに関連する比信
号から得られる、計算されたコンプレツサ水頭の
関数として調整される。この式から得られた水頭
計算値は吸込圧力の変化に対して変わらず、共に
第３図に示されている圧力差及び温度差の関数と
して変化することがわかつた。更に、水頭計算
は、温度の遅れがないので、温度センサで可能で
あるよりも極めて速く与えられる。改良された制
御装置は、特に軽負荷かつ低水頭において、特許
第4151725号のものを含む従来の装置よりも実質
的に更に効率的であることが証明された。
【図面の簡単な説明】
第１図は遠心コンプレツサから成る冷却装置に
おける本発明の改良された制御装置を示すブロツ
ク図、第２図は本発明の制御装置の部分を示す簡
単化信号図、第３図は本発明の動作を理解するに
有用なグラフ、第４図は本発明の実施例を示す回
路図、第５図は本発明の先行技術である米国特許
の第５図を本発明の理解の参考として示した図で
ある。 ２０：コンプレツサ、２２：凝縮器、２８：蒸
発器、３２：PRVモータ、３６：電動機、３
７：インバータ、４０：DCブリツジ、５０：容
量制御、１０１：LCフイルタ、１０２：コンプ
レツサ制御センタ、１０４：ロジツク制御、１０
５：VCO、１０６：主ロジツク、１０７：ゲー
トドライバ、１０８：ブリツジトリガー、１２
０：加算器、１２３：デバイダ、１２５：関数発
生器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 全て閉冷却回路中に接続されているコンプレ
    ツサ、凝縮器及び蒸発器を含む冷凍装置用の制御
    装置であつて、 前記コンプレツサが可調整（PR）羽根、該可
    調整羽根を調整する装置、駆動手段及び前記駆動
    手段の速度を調整する装置を含み、 前記制御装置は凝縮器の絶対圧力（Pcd）に関
    連する第１の信号を発生する第１の手段と、蒸発
    器の絶対圧力（Pev）に関連する第２の信号を発
    生する第２の手段と、前記第１の信号と第２の信
    号を入力し、［（第１の信号−第２の信号）／第２
    の信号］を出力する手段と、その手段からの出力
    を入力し最小マツハ数M0を求める手段と、前記
    最小マツハ数M0に基づき、可調整羽根の開度お
    よび前記コンプレツサの前記駆動手段の速度を調
    整する制御信号とを発生する第３の手段を含むこ
    とを特徴とする冷凍装置用の制御装置。
JP12587380A 1979-09-12 1980-09-10 Improved controller for adjusting rotary machine with large capacity Granted JPS5685663A (en)

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