JPS62182555A - 冷凍システムの流出する冷却された液体の設定温度をリセツトする方法及び制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、冷凍システムの運転方法及び制御装置に係り
、更に詳細には冷却装置より流出する冷却された水の温
度が冷却負荷が減少するにつれて自動的に昇温されるよ
う、遠心式蒸気圧縮型冷凍システムに於ける圧縮機の入
口ガイドベーンの如き容量制御装置の制御方法及び制御
装置に係る。

従来の技術 一般に冷凍システムはエバポレータ、即ち冷却装置と圧
縮機とコンデンサとを含んでいる。エバポレータ内には
チューブが延在し、これにより該チューブ内を流れる熱
伝達流体よりエバポレータ内の冷媒へ熱を伝達すべくエ
バポレータ内に熱伝達コイルを構成しており、該チュー
ブに熱伝達流体が循環されるようになっている。エバポ
レータ内のチューブ内に於て冷却される熱伝達流体は、
一般には冷凍負荷を充足するよう遠隔地へ循環供給され
る水又はグリコールである。エバポレータ内の冷媒はそ
れがエバポレータ内のチューブ内を流れる水より熱を吸
収することにより蒸発し、圧縮機はその冷媒蒸気をエバ
ポレータより吸引し、該冷媒蒸気を圧縮し、圧縮された
冷媒蒸気をコンデンサへ吐出する。コンデンサに於ては
、冷媒蒸気が凝縮され、エバポレータへ戻され、該エバ
ポレータに於て冷凍サイクルが再度繰返される。

運転効率をできるだけ向上させるためには、圧縮機によ
り行われる仕事量を冷凍システムに課せられる冷凍負荷
を充足するに必要な仕事量に一致させることが望ましい
。一般にこのことは圧縮機を流れる冷媒蒸気の量を調節
する容量制御装置により達成される。容量制御装置は、
圧縮機とエバポレータとの間に設けられ、エバポレータ
内の冷却された水用コイルより流出する冷却された水の
温度に応答して全開位置と全閉位置との間に運動するガ
イドベーンの如き装置であってよい。冷凍システムに課
せられる冷凍負荷が減少したことによりエバポレータよ
り流出する冷却された水の温度が低下すると、ガイドベ
ーンはその全開位置へ向けて移動し、これにより圧縮機
を流れる冷媒蒸気の量が低減される。このことにより圧
縮機により行われなければならない仕事量が低減され、
これにより冷凍システムを運転するに必要なエネルギが
低減される。またこのことはエバポレータより流出する
冷却された水の温度を上昇させる効果を有している。逆
に冷凍システムに課せられる冷凍負荷が増大したことに
よりエバポレータより流出する冷却された水の温度が上
昇すると、ガイドベーンはその全開位置へ向けて移動す
る。このことにより圧縮機を流れる冷媒蒸気の量が増大
され、圧縮機の仕事量が増大され、これによりエバポレ
一夕より流出する冷却された水の温度が低下され、冷凍
システムは増大した冷凍負荷に対応し得るようになる。

かくして圧縮機はエバポレータより流出する冷却された
水の温度を成る設定温度に又は成る設定温度範囲内に維
持するよう作動する。流出する冷却された水の設定温度
は通常オペレータのパネルに於て調節されてよく、一端
この温度が□設定されると、冷凍システムの負荷に拘ら
ず流出する冷却された水の温度は設定された温度に制御
される。

上述の如く冷凍システムを制御する多くの種々の容量制
御システムが知られている。例えばアメリカ合衆国イリ
ノイ州、ロックフォード所在のバーバー・コルマン会カ
ンパニー（Ｂａｒｂｅｒ−ＣｏｌＩＩｌａｎＣｏＩＩｌ
ｐａｎｙ　）より販売されているモデルＣＰ−８１４２
−０２４電子冷却装置制御装置は、エバポレータより流
出する冷却された水の温度の目標設定温度よりのずれの
関数として冷凍システム内の容量制御装置を調節するよ
うになっている。流出する冷却された水の温度が所定量
だけ設定温度より逸れると、容量制御装置は供給される
一連の電気パルスにより連続的に作動されるアクチュエ
ータにより連続的に調節される。アクチュエータが連続
的に作動されるようになる以前に於ける所定量の温度の
ずれは、容量制御装置が調節されない温度のデッドバン
ドを与える。冷凍システムへ供給される一連の電気パル
スのパルス速度は容量制御装置の全体としての調節速度
を決定する。このパルス速度は最小値、中間値、又は最
大値の何れかに設定され、これにより冷凍システムの特
定の用途の特定の要件に適合するよう制御装置の作動を
調節する限られた能力が与えられてよい。しかし容量制
御装置を制御する大抵の制御装置の場合と同様、一端流
比する冷却された水の設定温度が選定されると、流出す
る冷却された水の温度は無負荷より全負荷まで選定され
た設定温度に制御されるのに対し、流入する冷却される
水の温度は無負荷に於けるゼロΔＴより全負荷に於ける
設計ΔＴまで線形的に流出する冷却された水の温度より
逸れる。

しかし流出する冷却された水の設定温度を一定に設定し
て制御装置を作動させることは、冷凍負荷が低い領域に
於てはエネルギ的に非常に効率が悪い。何故ならば、冷
凍システムは流出する冷却された水の温度を冷房される
空間に於ける快適さを確保するのに実際に必要とされる
温度よりも低い温度に維持するからである。かくして冷
却負荷が減少するにつれて冷却装置より流出する冷却さ
れた水の温度を昇温させることにより、負荷が低い領域
に於けるエネルギ消費量を低減することのできる冷却装
置用容量制御方法及び装置を開発することが必要とされ
ている。

発明の概要 従って本発明の一つの目的は、冷凍システムの容量を制
御する単純で効率的で有効なマイクロコンピュータ式制
御装置を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、冷却負荷の変化に直接応答
して冷却装置より流出する冷却された水の設定温度を制
御する容易にプログラム可能なマイクロコンピュータ式
制御装置を提供することである。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、冷凍システム内
に於ける冷媒の流量を制御する容量制御装置と、選定さ
れたパラメータに応じて流出する冷却された水の設定温
度をリセットするマイクロコンピュータと、冷却装置へ
流入する熱伝達流体の検出された温度を示す第一の信号
と冷却装置より流出する熱伝達流体の検出された温度を
示す第二の信号とを発生する手段とを含む冷凍システム
のための容量を制御する制御装置によって達成される。

第一及び第二の信号は、制御装置のオペレータによりマ
イクロコンピュータにプログラムされた二つのデータ対
に応じて流出する冷却された水の設定温度のためのリセ
ットのスケジュールを決定するマイクロコンピュータへ
供給される。各データ対は温度差と各温度差に於けるリ
セットの所望の値とよりなっている。かくして流出する
冷却された水の設定温度は最小負荷より最大負荷まで或
いは最小負荷と最大負荷との間の任意の二つの中間負荷
の値の間にて負荷に応じて変化する。

容量制御装置はマイクロコンピュータにより発生される
制御信号に応答して冷凍システム内の冷媒の流量を制御
するよう調節される。種々のデータ対を選定することに
より、負荷に基づいて流出する冷却された水の設定温度
のためのリセットスケジュールが確立され、これにより
容量制御装置の作動が冷凍システムの特定の用途の特定
の要件に適合するよう容易に且効率的に且効果的に調節
される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例 第１図に於て、遠心圧縮機２を有する蒸気圧縮冷凍シス
テム１が図示されており、該冷凍システムは本発明の原
理に従って冷凍システム１の容量を変化させる制御装置
３を有している。第１図に示されている如く、冷凍シス
テム１はコンデンサ４と、エバポレータ５と、ポペット
弁６とを含んでいる。作動に於ては、圧縮されたガス状
の冷媒が圧縮機２よりその吐出導管７を経てコンデンサ
４へ吐出され、該コンデンサに於てガス状の冷媒がコン
デンサ内に延在するチューブ８内を流れる比較的低温の
凝縮水によって凝縮される。凝縮された液体冷媒はコン
デンサ４より冷媒導管９に設けられたポペット弁６を経
てエバポレータらへ流れる。液体冷媒はエバポレータ内
に於て蒸発され、これによりエバポｌメータ４内のチュ
ーブ８内を流れる水又はグリコールの如き熱伝達流体を
冷却する。かくして冷却された熱伝達流体は建物内を冷
房するために使用され、或いは他の同様の目的で使用さ
れる。ガス状の冷媒はエバポレータ５より圧縮機の吸入
導管１１を経て入口ガイドベーン１２の制御下にて圧縮
機２へ戻る。ガイドベーン１２を経て圧縮機２へ流入し
たガス状冷媒は圧縮機により圧縮され、圧縮機の吐出導
管７を経て圧縮機より排出され、これにより冷凍サイク
ルを完了する。この冷凍サイクルは冷凍システム１の通
常の運転中には連続的に繰返される。

圧縮機の入口ガイドベーン１２は制御装置３により制御
されるガイドベーンアクチュエータ１４により開閉され
る。制御装置３はシステムインタフェースボード１６と
、プロセッサボード１７と、設定点及びディスプレイボ
ード１８と、Ａ／Ｄコンバータ１９とを含んでいる。ま
たエバポレータ５よりチューブ１０を経て流出する熱伝
達流体の温度を検出する温度センサ１３及びチューブ１
０を経てエバポレータ５へ流入する熱伝達流体の温度を
検出する温度センサ１５がそれぞれ導線２０及び２２に
より直接Ａ／Ｄコンバータ１９に接続されている。

温度センサ１３及び１５はエバポレータ５内のチューブ
１０内の熱伝達流体内に検出部が配置されたサーミスタ
の如き温度に応答する抵抗器装置であり、それらの抵抗
値が第１図に示されている如＜　Ａ／Ｄコンバータ１９
によりモニタされるようになっていることが好ましい。

勿論当業者には理解され得る如く、温度センサ１３及び
１５はエバポレータ５内のチューブ１０内の熱伝達流体
の温度を示す信号を発生し且それらの信号をＡ／Ｄコン
バータ１９へ出力するに適した任意の種々の　１２一 温度センサであってよい。

プロセッサボード１７は、本発明の原理による要領にて
、複数の入力信号を受け、受けた入力信号を予めプログ
ラムされた手続に従って処理し、受けて処理した入力信
号に応答して所望の出力制御信号を発生することのでき
る任意の装置又は装置の組合せであってよい。例えばプ
ロセッサボード１７はアメリカ合衆国カリフォルニア用
、サンタナクララ所在のインテル争コーポレイション（
Ｉｎｔｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）より販売され
ているモデル８０３１マイクロコンピユータの如きマイ
クロコンピュータを含んでいてよい。

またＡ／Ｄコンバータ１９は全てのアナログ入力をデジ
タル出力に処理し、プロセッサボード１７との関連で使
用するに適したデュアルスロープ型Ａ／Ｄコンバータで
あることが好ましい。またＡ／Ｄコンバータは第１図に
於ては独立のモジュールとして図示されているが、Ａ／
Ｄコンバータ１９は実際の制御装置３に於てはプロセッ
サボード１７の一部であってもよい。

更に、設定点及びディスプレイボード１８はプロセッサ
ボード１７の制御下にあるマルチディジットディスプレ
イを構成する例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）装置や液
晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置を含む視覚的ディスプレ
イを含んでいることが好ましい。また設定点及びディス
プレイボード１８は、エバポレータ５よりチューブ１０
を経て流出する冷却された水のためのリセットスケジュ
ールを確立すべくデータ対を入力するためのデータ入力
ポート及びプログラミングツールとして作用するキーバ
ッドの如き装置を含んでいる。

更に、システムインタフェースポード１６は、アメリカ
合衆国、オーパーン所在のゼネラル・エレクトリック・
コーポレイション（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｅｔｒｉｅ
、　Ｃｏｒｐ、　）より販売されているモデル５Ｃ−１
４０トライアツク（Ｔｒｉａｃ　）の如き装置であって
、導線２１を経てガイドベーンアクチュエータ１４へ供
給される電力を制御するスイッチ要素として使用される
少なくとも一つのスイッチ装置を含んでいる。システム
インタフェースポード１６上のトライアックスイッチは
、プロセッサボード１７よりトライアックスイッチによ
って受けられる制御信号に応答して制御される。がくし
て後に詳細に説明する本発明の原理に従った要領にてガ
イドベーンアクチュエータ１４を作動させるべく、電力
がプロセッサボード１７の制御下にて導線２１を経てガ
イドベーンアクチュエータ１４へ供給される。勿論当業
者には容易に理解され得る如く、プロセッサボード１７
よりの制御出力信号に応答して電源（図示せず）より導
線２１を経てガイドベーンアクチュエータ］４へ流れる
電力を制御するために、トライアックスイッチ以外のス
イッチ装置が使用されてもよい。

ガイドベーンアクチュエータ１４は導線２１を経て受け
た電気信号に応答してガイドベーン１２をそれらの開位
置又は閉位置へ向けて駆動するに適した任意の装置であ
ってよい。例えばガイドベーンアクチュエータ１４は、
システムインタフェースボード１６上の二つのトライア
ックスイッチの何れがプロセッサボード１７よりトライ
アックス、イッチによって受けられた制御信号に応答し
て作動されるかに応じてガイドベーン１２をそれらの開
位置又は閉位置へ向けて駆動する上述のバーバー・コル
マン・カンパニーより販売されているモデルＭＣ−３５
１モータの如き電気モータであってよい。ガイドベーン
アクチュエータ１４は成る選定されたベース時間間隔の
うちシステムインタフェースポード１６上の適当な方の
トライアックスイッチが作動される期間中のみ、成る一
定の速度にてガイドベーン１２をそれらの全開位置又は
全開位置へ向けて駆動する。

第２図に於て、直線状の破線Ａはリセットが行われない
従来の制御装置が発生する流出する冷却された水の温度
を表わしている。また傾斜した実線Ｂはリセットが行わ
れる本発明の流出する冷却された水の設定温度を表わし
ている。これらの設定温度は任意である。適用されるべ
きリセットの量は、二つのデータ対がオペレータにより
キーバッドを経て設定点及びディスプレイボードへ入力
された後にマイクロプロセッサにより演算される。

マイクロプロセッサに負荷の関数として冷却された水の
設定温度を自動的に調節させることにより、オペレータ
は成る負荷条件下に於けるエネルギ消費量を低減するこ
とができる。リセットが行われない場合に於ける破線Ａ
に対応する流入する冷却される水の温度が破線Ｃにて示
されており、実線りは実線Ｂの所望のリセットが行われ
る場合に於ける任意の負荷条件下に於ける流入する冷却
される水の温度を表わしている。尚第２図の縦軸はエバ
ポレータへ流入する冷却される水及びエバポレータより
流出する冷却された水の温度であり、第２図の横軸は冷
凍システムに課せられる負荷である。また横軸には典型
的なΔＴの値が示されている。全負荷に於けるエバポレ
ータのΔＴに選定された５、６℃（１０下）の値は任意
に選定されたものである。

第２図に示された例に於ては、破線Ａは流出する冷却さ
れた水の温度についての任意の設定点を示しており、実
線Ｂは所望量のリセットが適用される場合に於ける対応
する流出する冷却された水の温度を示している。かくし
てこの例に於て、負荷が１００％である場合に於ける設
計ΔＴが５゜６℃（１０下）であり、オペレータは冷凍
システムが流出する冷却された水の温度を負荷が１００
％である場合には７．２℃（４５下）に制御し、負荷が
０％である場合には１０℃（５０下）に制御することを
望むものと仮定する。かくしてオペレータはΔＴが０℃
（０下）である場合に於ける２、８℃（５下）のリセッ
トである第一のデータ対と、ΔＴが５．６℃（１０下）
である場合に於ける０℃（０下）のリセットである第二
のデータ対との二つのデータ対をマイクロコンピュータ
に入力する。従って設定点及びディスプレイボード１８
に入力されるデータ対が上述の例のデータ対である場合
には、冷却負荷が変化すると、マイクロプロセッサは流
出する冷却された水の温度が種々の負荷条件についての
適正な値であることを確保すべく新たな流出する冷却さ
れた水の設定温度を演算する。例えば入力されたデータ
対が上述のデータ対である場合に於て負荷が１００％よ
り２０％に減少すると、流出する冷却された水の設定温
度は７．２℃（４５下）より９．４℃（４９下）へ」二
昇するのに対し、設定温度のリセットが行われない場合
には、流出する冷却された水の設定温度は７．２℃（４
５下）のままである。かくして冷却負荷が減少すること
により冷却装置より流出する冷却された水の温度が上昇
されるにつれてエネルギ消費量が低減される。

任意の数のデータ対が所望の設定点に応じて設定点及び
ディスプレイボードに入力されてよい。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って冷凍システムの容量を変
化させる制御装置を備えた遠心式蒸気圧縮型冷凍システ
ムを示す概略構成図である。 第２図は負荷の関数として冷却された水の温度＝　１９
− を示すグラフである。 １・・・冷凍システム、２・・・圧縮機、３・・・制御
装置。 ４・・・コンデンサ、５・・・エバポレータ、６・・・
ポペット弁、７・・・吐出導管、８・・・チューブ、９
・・・冷媒導管、１０・・・チューブ、１１・・・吸入
導管、１２・・・入口ガイドベーン、１３・・・温度セ
ンサ、１４・・・ガイドベーンアクチュエータ、１５・
・・温度センサ、１６・・・システムインタフェースボ
ード、１７・・・プロセッサボード、１８・・・設定点
及びディスプレイボード、１９・・・Ａ／Ｄコンバータ
、２０〜２２・・・導線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロプロセッサ装置と、冷媒がエバポレータ
   を通過する冷却される液体より熱を吸収するよう構成さ
   れたエバポレータとを有する冷凍システムの流出する冷
   却された液体の設定温度をリセットする方法にして、 前記マイクロプロセッサ装置に入力された第一のデータ
   点に対応する第一の設定点信号を発生する過程と、 前記マイクロプロセッサ装置に入力された第二のデータ
   点に対応する第二の設定点信号を発生する過程と、 流入する冷却される液体の実際の温度に対応する第一の
   温度信号を発生する過程と、 流出する冷却された液体の実際の温度に対応する第二の
   温度信号を発生する過程と、 前記第一及び第二の設定点信号及び前記第一及び第二の
   温度信号の所定の関係に応じて出力信号を発生する過程
   と、 を含む方法。
2. （２）マイクロプロセッサ装置と、冷媒がエバポレータ
   を通過する熱伝達流体より熱を吸収するよう構成された
   エバポレータとを含む型式の冷凍システムに於て、流出
   する冷却された流体の設定温度のリセットを制御する制
   御装置にして、 冷凍負荷が第一の負荷である場合に於ける流出する冷却
   された流体の一定の設定温度よりのリセット量に対応す
   る第一のデータ対と、冷凍負荷が第二の負荷である場合
   に於ける流出する冷却された流体の前記一定の設定温度
   よりのリセット量に対応する第二のデータ対とを含む少
   なくとも二つのデータ対をマイクロコンピュータに入力
   し、前記入力されたデータ対の各々に対応する信号を発
   生する手段と、 前記エバポレータへ流入する熱伝達流体の温度の関数で
   ある第一の制御信号を発生する手段と、前記エバポレー
   タより流出する熱伝達流体の温度の関数である第二の制
   御信号を発生する手段と、前記入力された各データ対に
   対応する前記信号及び前記第一及び第二の制御信号を受
   け、受けた信号を予めプログラムされた手続に従って処
   理し、これにより前記冷凍システムに課せられた実際の
   負荷に応じて前記エバポレータより流出する熱伝達流体
   の設定温度を決定する処理装置と、 を含む制御装置。