JPS6325458A - 冷凍システムのサージ制御方法 - 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
、更に詳細には一方の圧縮機がサージ条件下にて作動し
始めると、他方の圧縮機のガイドベーンが閉じられるよ
う、デュアル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サージ制御装置の制御方
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。

一般に、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
ブ内を流れる熱伝導流体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
内のコイルより流出する冷却された熱伝達流体の温度に
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
する冷却された熱伝達流体の温度が低下すると、ガイド
ベーンはその全閉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
間が低減される。またこのことはエバポレータより流出
する冷却された熱伝達流体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
熱伝達流体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ータより流出する冷却された熱伝
達流体の温度が低下され、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熱伝達流体の温度を成る
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。

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。例えば一つのかかる制御装
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。エバポレー
ターより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。

かくして複数の圧縮機が並列に接続された複遠心圧縮機
型冷凍システムのための進み／遅れ制御方法及び装置で
あって、進み側圧縮機のガイドベーンを調節することに
よって遅れ側圧縮機のサージに応答して容量を制御する
欠点を低減する進み／遅れ制御方法及び装置を開発する
必要性がある。

発明の概要 従って本発明の一つの目的は、遅れ側圧縮機のサージ条
件に応答して複遠心圧縮機型冷凍シテスムを制御する単
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、遅れ側圧縮機のモータ電流
のパーセントが成る時間に亙り成る値だけ進み側圧縮機
のモータ電流より小さい時には、複遠心圧縮機型冷凍シ
ステムを制御する制御方法及び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、圧縮機のモータ
電流のパーセントに対応する信号を検出する手段と、進
み側圧縮機のモータ電流の関数である第一の制御信号を
発生する手段と、遅れ側圧縮機のモータ電流の関数であ
る第二の制御信号を発生する手段と、前記第−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、出力制御信号を発生し該出力制御
信号に応答して進み側圧縮機のガイドベーンの作動を制
御する処理手段とを含む複遠心圧縮機型冷凍システムの
ためのサージ制御装置により達成される。

処理手段、すなわちマイクロコンピュータは進み側及び
遅れ側の圧縮機のモータ電流を検出し、以下の条件が生
じるとサージ補正アルゴリズムを開始する。

ａ、遅れ側圧縮機のモータ電流が連続的に２分間進み側
圧縮機のモータ電流よりも２０％小さい場合には、進み
側圧縮機のガイドベーンが３分までの時間閉じられる。

ｂ、遅れ側圧縮機のモータ電流がこの期間中に１０％増
大しない場合には、遅れ側圧縮機は繰返し作動されずに
停止される。進み側圧縮機のガイドベーンは閉弁を停止
し、通常の温度制御に戻る。

Ｃ０遅れ側圧縮機のモータ電流が３分間の［進み側圧縮
機のガイドベーン閉弁」期間中に１０％又はそれ以上増
大しない場合には、進み側圧縮機のガイドベーンはすぐ
に閉弁を停止し、通常の温度制御に戻る。

ｄ、二つのサージ補正（進み側圧縮機のガイドベーンの
閉弁）が許される。連続する２分間の間に３度目のモー
タ電流の２０％の差が発生すると、遅れ側圧縮機は繰返
し作動されずに停止され、進み側圧縮機は通常の温度制
御に戻る。

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 添付の図に於て、二つの遠心圧縮機３２を有する蒸気圧
縮冷凍システム３１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３１の容量を変化
させてサージ補正を開始する制御装置３３を有している
。図示の如く、冷凍システム３１はコンデンサ３４と、
エバポレータ３５と、ポペット弁３６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一方又は両方
の圧縮機３２よりその吐出導管３７を経てコンデンサ３
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３８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３４より冷媒導管３９
に設けられたポペット弁３６（コンデンサの蒸気がエバ
ポレータへ流入することを阻止し、これによりコンデン
サとエバポレータとの間に差圧を維持する液体シールを
形成している）を経てエバポレータ３５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
ポレータ３５内のチューブ１０内を流れる水又はグリコ
−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１コ的で使用される。ガス状の冷媒はエバポ
レータ３５より一方又は両方の圧縮機の吸入導管１１を
経て入口ガイドベーン１２の制御下にて一方又は両方の
圧縮機３２へ戻る。

ガイドベーン１２を経て圧縮機３２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１」ツ導管３７
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１ツ冷凍システム３１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３３により制
御されるガイドベーンアクチュエータコ４により開閉さ
れる。制御装置３３はシステムインタフェースボード１
６と、プロセッサボード］７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
。また一つの圧縮機が運転される作動を制御すべく、エ
バポレータ３５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１０
を経てエバーポレータ３５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２
２により直接Ａ／Ｄコンバータ１９に接続されている。

しかし二つの圧縮機が運転される条件下に於ては、制御
装置３３はＡ／Ｄコンバータ１９が運転状態にある圧縮
機の電気モータ電流に対応する信号をモータ電流モニタ
２８より導線２４及び２６を経て受けるサージ制御に移
行する。

温度センサ１３及び１５はエバポレータ３５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
抗値が図示の如＜　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３５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温度センサであってよ
い。更にモータ電流モニタ２８はウェスティングハウス
（Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ）により製造されている電
流変圧器であることが好ましい。

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・クララ所在のインテル・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処理
し、プロセッサボード１７との関連で使用されるに適し
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１９は図に於ては独立の
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３３に於てはプロセッサボード１
７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、データ人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
でおり、進み側圧縮機及び遅れ側圧縮機の選択を可能に
する。

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、ニューヨーク州、オーパーン所在のゼネラルや
エレクトリ・ツクφコーポレイション（Ｇｅｎｅｒａｌ
　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、　Ｃｏｒｐ、　）より販売されて
いるモデル５Ｃ−１４０トライアック（Ｔｒｌａｃ　）
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＝　１３− 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。か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１４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−スポード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・カン
パニー（Ｂａｒｂｅｒ−Ｃｏｌｍａｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ
）より販売されているモデルＭＣ−３５１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。

一方の圧縮機が進み側圧縮機と称され、他方の圧縮機が
遅れ側圧縮機と称される互いに並列に接続された複数の
遠心圧縮機を使用する冷凍システムの作動は、進み側圧
縮機が運転状態にある場合の電気モータの全負荷電流の
パーセントを検出し、−１５＝ 遅れ側圧縮機の電気モータの全負荷電流のパーセントが
進み側圧縮機の電気モータの全負荷電流のパーセントに
一致するまで遅れ側圧縮機のガイドベーンを制御する進
み／遅れアルゴリズムによる制御下に維持される。しか
し進み側圧縮機のガイドベーンは流出する冷却された水
の温度に応答して制御される。

しかし例えば遅れ側圧縮機がサージを生じている場合の
如くサージ条件中には、遅れ側圧縮機のモータ電流のパ
ーセントが例えば２０％以上のごとく所定値以上進み側
圧縮機のモータ電流よりも低い時は必ず、冷凍システム
の制御装置の作動はサージ制御装置凌駕制御に移行する
。遅れ側圧縮機のモータ電流が例えば２分間の如く所定
の時間に亙り所定値よりも低い場合には、サージ制御装
置凌駕制御は例えば３分間の如く所定の時間に亙り、或
いは遅れ側圧縮機のモータ電流が例えば１０％の如く成
る特定の値だけ増大するまで、進み側圧縮機のガイドベ
ーンを閉弁位置へ駆動する。

所定の時間経過後にも遅れ側圧縮機のモータ電流が特定
の値増大しない場合には、遅れ側圧縮機の作動が停止さ
れ、進み側圧縮機の制御は温度制御に戻る。しかし遅れ
側圧縮機のモータ電流が所定の時間内に特定の値だけ増
大すると、サージ制御装置凌駕制御は通常の温度制御に
戻る。遅れ側圧縮機のモータ電流が再度所定の時間に亙
り所定値以下に低下すると、通常の温度制御は再度上述
のサージ制御装置凌駕制御に移行する。しかし遅れ側圧
縮機のモータ電流が所定の値以下に３度目低下すると、
遅れ側圧縮機の運転が停止され、オペレータが操作しな
い限り再始動されない。

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】 添付の図は本発明の原理に従って冷凍システムのサージ
補正を開始させる制御装置を備えたデュアル遠心圧縮機
型蒸気圧縮冷凍システムを示す概路構成図である。 １０・・・チューブ、１１・・・吸入導管、］２・・・
入口ガイドベーン、１３・・・温度センサ、］４・・・
ガイドベーンアクチュエータ、１５・・・温度センサ、
］６・・・システムインタフェースポード、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。 ３１・・・冷凍システム、３２・・・圧縮機、３３・・
制御装置、３４・・・コンデンサ、３５・・・エバポレ
ータ。 ３６・・・ポペット弁、３７・・・吐出導管、３８・・
・チューブ、３９・・・冷媒導管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ入口ガイドベーンを有する進み側及び遅
   れ側遠心圧縮機と、エバポレータと、前記エバポレータ
   内に配置された液体熱交換器と、コンデンサとを有する
   冷凍システムに於て、遅れ側圧縮機のサージを制御する
   方法にして、 前記進み側圧縮機のモータ電流を検出する過程と、 前記遅れ側圧縮機のモータ電流を検出する過程と、 前記遅れ側圧縮機がサージ状態にある時前記進み側圧縮
   機を制御する制御信号であって、前記進み側圧縮機の前
   記モータ電流と前記遅れ側圧縮機の前記モータ電流との
   間の差の関数である制御信号を発生する過程と、 前記制御信号に応答して前記進み側圧縮機の容量を変化
   させる過程と、 を含む方法。
2. （２）一方の圧縮機が進み側圧縮機として選定され、他
   方の圧縮機が遅れ側圧縮機として選定された二つの遠心
   圧縮機を含む型式の冷凍システムのためのサージ制御装
   置にして、 前記進み側圧縮機のモータ電流の関数である第一の制御
   信号を発生する手段と、 前記遅れ側圧縮機のモータ電流の関数である第二の制御
   信号を発生する手段と、 前記第一及び第二の制御信号を受け、受けた制御信号を
   予めプログラムされた手続に従って処理し、前記第二の
   制御信号が所定の時間或る値だけ前記第一の制御信号よ
   りも小さい時前記進み側圧縮機に課せられる負荷を制御
   する制御信号を発生する処理手段と、 を含むサージ制御装置。