KR101258973B1 - 냉각 시스템 최적화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

냉각 시스템은 냉각제를 압축하기 위한 압축기와, 냉각제를 액체로 응축하기 위한 응축기와, 응축기로부터의 액체 냉각제를 가스로 기화시키기 위한 기화기와, 증발기로의 액체 냉각제의 공급을 최적화하기 위한 내부 제어 루프와, 증발기의 냉각제의 준위를 최적화하기 위한 외부 제어 루프를 포함하고, 상기 외부 제어 루프는 증발기 성능의 측정을 포함하는 최적화에 기초하여 상기 내부 제어 루프용 공급률을 한정하고, 상기 내부 제어 루프는 상기 한정된 공급률에 기초하여 액체 냉각제 공급을 최적화한다. 냉각제 내의 오일, 냉각제량, 오염물, 비응축물, 열교환기 표면의 인편 및 다른 증착물과 같은 종속 변수는 추정되고 측정될 수 있다. 예를 들어 전력 계산 또는 측정뿐만 아니라 온도 및 압력 게이지로부터 파생된 이러한 시스템 모델 및/또는 이러한 시스템을 추정하는 열역학 모델은 최적 상태로부터 편차의 효율성의 영향을 결정 또는 추정하기 위해 채용된다. 다양한 방법이 시스템을 최적의 상태로 복귀시키고 이러한 프로세스 채용의 비용 효율성을 계산하기 위해 제공된다.

Description

냉각 시스템 최적화 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR OPTIMIZING REFRIGERATION SYSTEMS}

본 출원은 각각 본원에서 참조로 합체된 2002년 12월 19일자로 출원된 미국 가출원 제60/431,901호 및 2002년 12월 19일자로 출원된 미국 가출원 제60/434,847호를 우선권 주장한다.

본 발명은 냉각 시스템 작동의 최적화용 방법 및 시스템 분야에 관한 것이다.

대규모 산업 시스템에서, 효율성은 작동의 중요한 태양이다. 시스템 효율의 작은 개선은 상당한 비용 절감을 달성할 수 있고, 마찬가지로, 효율 손실은 비용의 증가 또는 시스템의 손상을 야기할 수 있다. 냉동계는 산업 시스템의 주요 타입이 될 것이고, 작동하는데 에너지 집약적이기 때문에, 시스템 효율 및 용량에 영향을 주는 다수의 매개변수의 변동에 따른 영향을 받기 쉽다.

기계적인 냉각 시스템의 대다수는 공지된 원리와 유사하게 작동하고, 증발기에서 응축기로 열을 펌핑하기 위한 운동력을 제공하는 통상적으로 압축기인 기계적인 에너지 공급원을 갖고 냉각제가 유동하는 폐루프 유체 회로를 채용한다. 냉동계에서, 물 또는 염수는 프로세스에 이용하기 위해 증발기에서 냉각된다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 시스템의 통상적인 형식에서, 증발기는 하우징 내에서 튜브 번들을 형성하는 병렬 튜브 세트로서 형성된다. 물 또는 염수는 튜브를 통해 유동하고 냉각제는 하우징 내의 튜브 외측에서 개별적으로 제공된다.

응축기는 압축기로부터 고온 냉각제 가스를 수용하여 냉각시킨다. 응축기는 또한 예를 들어 냉각 타워로 유동하는 물로 충전된 튜브를 가질 수 있다. 냉각된 냉각제는 액체로써 응축되고 중력에 의해 밸브 또는 오리피스를 통해 증발기로 공급되는 응축기의 저부로 유동한다.

따라서, 압축기는 증발기로부터 응축기로의 열 펌핑을 활성화시키기 위한 운동력을 제공한다. 압축기는 통상적으로 연장된 수명을 제공하고 밀접한 기계적 공차를 갖고 작동하는 것을 허용하기 위해 윤활제를 요구한다. 윤활제는 냉각제와 함께 혼화 가능한 오일이다. 따라서, 오일 섬프가 오일을 압축기로 공급하기 위해 제공되고, 분리기가 오일을 포획하고 재순환시키도록 압축기 이후에 제공된다. 일반적으로, 가스상 냉각제와 액체 윤활유는 중력에 의해 분리되어 응축기는 비교적 거의 오일이 잔류하지 않는다. 그러나, 시간이 지나면, 윤활 오일은 압축기와 윤활 오일 재순환 시스템에서 응축기 내로 이주한다. 응축기에서, 윤활 오일이 액상 냉각제와 혼합되면 증발기로 운반된다. 증발기는 냉각제를 증발시키기 때문에 윤활 오일은 증발기의 저부에 축적된다.

증발기 내의 오일은 기포가 발생되기 쉽고, 증발기 튜브의 벽에 필름을 형성한다. 핀 튜브 증발기와 같은 소정의 경우, 소량의 오일은 열 전달을 개선시키고 따라서 유리하다. 핵형성 비등 증발기 튜브와 같은 다른 경우에, 예를 들어, 1% 이상의 오일의 존재는 감소된 열 전달을 야기한다. 1989년 ASHRAE Trans.의 95(1)의 387면 내지 397면의 슐라저 L. M., 페이트 M. B. 및 버지 A. E.의 "매끄러운 튜브 및 마이크로 핀 튜브에서의 냉각제의 증발 및 응축의 150 및 300 SUS 오일 효과의 비교"와, 1995년의 Intl. J. HVAC&R 리서치(ASHRAE)의 110면 내지 126면의 톰 J. R.의 "냉각제-윤활 오일 혼합물을 모델링하기 위한 포괄적인 열역학 접근법"과, 1994년의 ASHRAE Trans.의 100(1)727면 내지 735면(문서 번호 95-5-1)의 포즈 M. Y.의 "노나조트로픽 냉각제 혼합물용 열교환기 분석"을 참조한다.

냉각 시스템은 통상적으로 다음과 같은 2가지 방식 중 하나의 방식으로 시스템 준위가 제어된다: 즉, 증발기의 상부에서 가스상의 온도(과열)를 조절함으로써, 또는 증발기 내의 액체량(액체 준위)을 조절하도록 강구함으로써 시스템 준위가 제어된다. 시스템 상의 부하가 증가함에 따라, 증발기 내의 평형이 변화된다. 높은 열 부하는 헤드 공간의 온도를 상승시킬 것이다. 유사하게, 높은 부하는 단위 시간 당 더 많은 냉각제를 비등시키고 낮은 액체 준위를 야기한다.

예를 들어, 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제6,318,101호는 쿨러 핀치(cooler pinch)와 과열 배출(discharge superheat)에 기초하여 전자식 팽창 밸브를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 시스템은 액체 정체(sluggling)를 방지하면서 증발기의 냉각제 준위를 추정하도록 탐색하고 이에 기초하여 시스템을 제어한다. 시스템 성능, 적절한 배출 과열 밸브 및 적절한 냉각제 충전(charge; 장입량)을 최적화하기 위해 전자식 팽창 밸브의 최적 위치를 결정하도록 이용되는 특정 변수들을 모니터링하도록 제어된다. 또한 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제6,141,980호를 참조한다.

본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,782,131호는 액체 준위 센서를 갖는 범람식 냉각기를 갖는 냉각 시스템에 관한 것이다.

각각의 이들 방법은 정상이고 작동에 바람직한 세트 포인트라고 가정되는 단일의 고정된 세트 포인트를 제공한다. 이러한 제어 변수에 기초하여, 하나 이상의 작동 매개 변수가 변경된다. 통상적으로, 압축기는 가변 속도 구동 또는 증발기로부터 압축기로 가스상 냉각제를 편향시키기 위한 가변 각도 베인 세트를 가질 수 있다. 이들은 압축기 출력을 변화시킨다. 부가적으로, 소정의 설계는 응축기와 압축기 사이에 제어식 팽창 밸브를 갖는다. 단일의 주 제어 변수가 있기 때문에, 잔여 요소들은 세트 포인트에서 제어 변수를 유지하도록 내부 루프로써 함께 제어된다.

통상적인 냉각제들은 (작동 압력 하에서) 바람직한 냉각 온도 이하의 비등점을 갖는 물질이고, 따라서 작동 상태 하에서 증발(위상 변화)하면서 주변환경으로부터의 열을 흡수한다. 따라서, 증발 잠열이 방출되는 응축기에서 열이 다른 위치로 전달되면서 증발기 주변환경은 냉각된다. 따라서, 냉각제는 일 영역으로부터 증발을 통해 열을 흡수하고 다른 영역 내로 응축을 통해 이를 방출한다. 다수의 형식의 시스템에서, 바람직한 냉각제는 가능한 한 높은 증발기 압력을 제공하고, 이와 동시에 가능한 한 낮은 응축기 압력을 제공한다. 높은 증발기 압력은 높은 증기 밀도를 포함하고, 따라서, 주어진 압축기용의 큰 시스템 열 전달 능력을 포함한다. 그러나, 특히 응축기 압력이 냉각제의 임계 압력에 접근함에 따라 높은 압력에서의 효율은 낮다.

냉각 시스템의 전체 효율은 각각의 열 교환기의 열 전달 계수에 의해 영향을 받는다. 온도 평형이 손상되기 때문에 높은 열 임피던스는 낮은 효율을 야기하고, 동일한 열 전달을 달성하도록 큰 온도 차이가 유지되어야 한다. 일부 경우에, 열 전달이 다양한 표면 처리 및/또는 오일 필름에 의해 개선될 수 있더라도, 일반적으로 열 교환기의 벽에서의 증착에 의해서 열 전달 임피던스가 증가된다.

냉각제는 압축기 윤활제 및 냉각 설비 구성 재료와의 호환성, 독성, 환경 효과, 비용 활용성 및 안정성을 포함하는 다수의 다른 요구사항을 만족시켜야 한다. 액체 냉각제는 일반적으로 클로로플루오르카본(CFCs), 하이드로클로로플루오르카본(HFCFs), 및 보다 일반적이지 않게는 하이드로플루오르카본(HFCs) 및 퍼플루오르카본(HFCs)을 포함하는 할로겐화 및 부분적으로 할로겐화된 알칸을 포함하여 통상적으로 오늘날 이용된다. 프로판 및 플루오르카본 에테르를 포함하는 다수의 다른 냉각제가 공지되었다. 소정의 공통 냉각제는 R11, R12, R22, R500 및 R502로서 식별되고, 각각의 냉각제는 상이한 형식의 응용예용으로 적절하게 되는 특성을 갖는다.

상업용 냉동계에서, 증발기 열 교환기는 쉘을 포함하는 큰 용기 내에 번들의 복수의 평행한 튜브를 갖는 대규모 구조물이다. 액체 냉각제와 오일은 증발기의 저부에 풀을 형성하고, 튜브와 그 내용물을 비등 및 냉각시킨다. 튜브의 내측에, 염수와 같은 액체 매체는 순환되고 냉각되고 염수가 산업 프로세스를 냉각시키는 다른 구역으로 펌핑된다. 이러한 증발기는 큰 순환 체적을 갖고 수백 또는 수천 갤런의 액체 매체를 보유할 수 있다. 냉각제의 증발은 프로세스의 필수적인 부분이기 때문에, 액체 냉각제와 오일은 증발기의 일부만을 충전하여야 한다.

냉각 또는 냉동계 시스템을 주기적으로 제거하고 시스템을 세척하기 위해 시스템을 통해 정화된 냉각제를 재순환시키는 것이 또한 공지되었다. 그러나, 이러한 기술은 일반적으로 시스템 효율의 큰 변화를 허용하고, 비교적 높은 유지보수 비용을 초래한다. 또한, 이러한 기술은 일반적으로 증발기와 예를 들어, 응축기에서 오일의 최적(영이 아닌) 준위를 확인하지 않는다. 따라서, 통상적인 유지보수는 차선일 수 있는 "세척" 시스템을 생성하도록 추구하고 서비스 후에 증가된 변화를 야기한다. 냉각 시스템으로부터의 냉각은 개별 오일로 회수 또는 순환될 수 있고, 시스템 정지를 요구하는 수동 프로세스에서 세척된 냉각제를 제공한다.

특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제6,260,387호는 냉각제 정화 시스템, 특히 비응축 가스의 제어를 제어하는 것에 관한 것이다.

기본 설계가 오일이 섬프로 복귀하기 위한 고유의 경로가 없기 때문에 증발기 내의 오일은 축적되기 쉽다. 최적에서 초과된 양때문에, 일반적으로 증발기 내의 오일 농도 증가로 인한 감소된 시스템 효율을 갖는다. 따라서, 증발기 내의 다량의 냉각제 오일의 형성은 시스템의 효율을 감소시킬 것이다.

직렬(in-line) 장치가 증발기로 들어가는 냉각제로부터 냉각제 오일을 연속적으로 제거하기 위해 제공될 수 있다. 이들 장치는 소위 오일 추출기(eductor)를 포함하고, 증발기로부터 오일과 냉각제를 제거하고 오일을 섬프에 복귀시키고 증발된 냉각제를 압축기로 복귀시킨다. 이들 연속적인 제거 장치의 비효율성은 통상적으로 냉각제의 일부가 증발기를 바이패스하는 것에 의한 것이고, 잠재적으로는 열 공급원이 오일을 분리하기 위해 냉각제를 증발시키거나 또는 부분적으로 증류하기 때문이다. 따라서, 응축기를 빠져나온 냉각제의 작은 비율만이 이러한 프로세스를 거치고, 증발기의 오일 준위의 열악한 제어와 효율 손실을 야기한다. 추출기를 제어하기 위한 적절한 시스템은 없다. 오히려, 추출기는 비교적 소형일 수 있고 연속적으로 작동할 수 있다. 대형의 추출기는 증발열이 프로세스에 효율적으로 이용되지 않기 때문에 비교적 비효율적일 수 있다.

증발기로부터 오일을 제거하는 다른 방법은 증발기에서 압축기로의 혼합된 액체 냉각제와 오일의 일부용의 분로를 제공하는 것이고, 오일은 정상(normal) 재순환 기구를 거치게 된다. 그러나, 이러한 분로는 비효율적이고 제어가 어렵다. 또한, 이러한 방법을 이용하여 낮은 오일 농도를 달성하고 유지하는 것이 어렵다.

특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제6,233,967호는 추출기 운동 유체로써 고압 오일을 채용한 냉각 냉동계 오일 복귀 시스템에 관한 것이다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제6,170,286호 및 제5,761,914호를 참조한다.

추출기 및 분로 모두에서, 오일 준위가 예를 들어, 1%인 낮은 준위에 도달함에 따라, 분리되는 유체의 99%는 프로세스 효율을 크게 손상시킨다.

증발기 내에서 오일 농도의 표본을 추출하고 측정하는 것은 어렵다는 것을 알아야 한다. 냉각제가 비등함에 따라, 오일 농도는 증가한다. 따라서, 냉각제 상부에 근접한 오일 농도는 벌크(bulk)에서 보다 높다. 그러나, 액체 교반기가 비등함에 따라, 불균일이 발생하고, 정확한 샘플링이 어렵거나 또는 불가능해진다. 또한, 평균 입자 오일 농도가 중요한 제어 변수인 것이 명확하지 않다. 다양한 성분의 오일의 영향과 별개로, 오일 농도를 측정하는 것이 어렵기 때문에, 증발기 내의 냉각제량을 측정하는 것이 또한 어렵다. 냉각제량의 측정의 어려움은 작동 중에 증발기가 비등하고 발포하는 것에 의한 복합 작용이고, 시스템 정지 중에 양을 측정하는 경우에 다른 시스템 성분들 사이에서의 냉각제 분포의 임의의 변화를 고려하여야 한다.

냉동계의 변화 상태가 시스템 용량과 시스템 작동 효율 모두에 사실상 영향을 미칠 수 있다. 분명하게, 증발기 내의 액체 냉각제량이 불충분하면, 시스템은 냉각 수요(need)에 도달될 수 없고, 따라서, 용량을 제한한다. 따라서, 큰 열 부하를 취급하기 위해서, 적어도 증발기 내에 다량의 냉각제가 요구된다. 그러나, 통상적인 설계에서, 이러한 다량의 냉각제 충전을 제공함으로써, 감소된 부하에서의 시스템의 작동 효율을 감소되고, 따라서, 동일한 BTU 냉각에서 더 많은 에너지가 요구된다. 1998년도의 ASHRAE Trans. 104(2)의 베일리 마가렛 B.의 "냉각제 충전 상태의 범위 이상의 나선 로터리 나사 공랭식 냉동계 작동의 시스템 성능 특성"이 본원에서 특히 참조로 합체된다. 따라서, 냉동계의 "크기"(즉, 냉각 용량)를 정확하게 선택함으로써, 효율이 개선된다. 통상적으로, 냉동계 용량은 최대 기대 설계 부하에 의해 결정되고, 따라서, 임의의 주어진 설계 부하에서, 통상적인 설계의 냉각제 충전량이 지시된다. 따라서, 개선된 시스템 효율을 달성하기 위해, 작동 가능한 모든 서브 시스템을 갖고 높은 전체 시스템 용량을 허용하면서 각각의 서브 시스템의 유효 설계를 허용하도록 부하에 따라 하나 이상의 복수의 서브시스템이 선택적으로 활성화되는 조절 보충 기술이 채용된다. 1996년 12월의 트레인의 "엔지니어의 뉴스레터" 25(5):1-5를 참조한다. 다른 공지된 기술은 압축기의 회전 속도를 변경하는 것을 탐색한다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,651,264호를 참조한다. 압축기 내로의 냉각제 유동을 제한함으로써, 전자 모터 제어 또는 시스템 용량을 이용한 압축기 속도를 제어하는 것이 또한 가능하다.

냉동계 효율은 일반적으로 냉동계 부하와 함께 증가한다. 따라서, 최적의 시스템은 그 설계 비율에 근접하게 시스템을 작동시키도록 탐색한다. 그러나, 공칭 최대 준위보다 높은 냉각제 충전 준위는 효율을 감소시킨다. 또한, 냉동계 부하 용량은 최소 냉각제 충전 준위에서 한계를 설정한다. 따라서, 최대 효율을 위한 최적 냉각제 충전 준위가 존재한다는 것을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 증발기에서 오일 준위가 증가함에 따라, 냉각제는 변위되고, 시스템 효율 상에 독립적인 영향을 미친다.

시스템은 냉동계, 예를 들어, 물 또는 염수와 같은 수용액을 냉각시키는 냉각 시스템의 효율을 측정하는데 활용 가능하다. 이들 시스템에서, 효율은 소비되는 에너지의 와트시(전압 x 전류 x 시간) 당 통상적으로 톤 또는 영국 열 유닛(BTU)(1 영국 톤의 물의 온도를 1℃ 변화시키는데 요구되는 에너지량)인 냉각 단위에 기초하여 계산된다. 따라서, 효율의 최소 측정은 전력계(시간 기반, 전압계, 전류계)와, 온도계 및 입구 및 출구 물의 유동계를 요구한다. 통상적으로, 냉동계 물 압력 게이지, 증발기 및 응축기의 압력 및 온도용 게이지를 포함하는 다른 기기들이 제공된다. 데이터 획득 시스템 프로세서는 통상적으로 BTU/kWH의 효율을 계산하기 위해 제공된다.

특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제4,437,322호, 제4,858,681호, 제5,653,282호, 제4,539,940호, 제4,972,805호, 제4,382,467호, 제4,365,487호, 제5,479,783호, 제4,244,749호, 제4,750,542호, 제4,645,542호, 제5,031,410호, 제5,692,381호, 제4,071,078호, 제4,033,407호, 제5,190,664호 및 제4,747,449호는 열 교환기 등에 관한 것이다.

특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제2,951,349호, 제4,939,905호, 제5,089,033호, 제5,110,364호, 제5,199,962호, 제5,200,431호, 제5,205,843호, 제5,269,155호, 제5,347,822호, 제5,374,300호, 제5,425,242호, 제5,444,171호, 제5,446,216호, 제5,456,841호, 제5,470,442호, 제5,534,151호 및 제5,749,245호를 포함하는 냉각제를 분리하기 위한 다수의 공지된 방법 및 장치가 있다. 부가로, 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,032,148호, 제5,044,166호, 제5,167,126호, 제5,176,008호, 제5,189,889호, 제5,195,333호, 제5,205,843호, 제5,222,369호, 제5,226,300호, 제5,231,980호, 제5,243,831호, 제5,2445840호, 제5,263,331호, 제5,272,882호, 제5,277,032호, 제5,313,808호, 제5,327,735호, 제5,347,822호, 제5,353,603호, 제5,359,859호, 제5,363,662호, 제5,372,019호, 제5,379,607호, 제5,390,503호, 제5,442,930호, 제5,456,841호, 제5,470,442호, 제5,497,627호, 제5,502,974호, 제5,514,595호 및 제5,934,091호를 포함하는 다수의 공지된 냉각제 복구 시스템이 있다. 또한, 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,371,019호, 제5,469,714호 및 제5,514,595호에 도시된 바와 같이, 냉각제 특성 분석 시스템이 공지되었다.

본 발명은 냉각 시스템의 작동을 최적화하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.

가장 잘 공지된 냉각 시스템에서, 주로 액체 냉각제가 압축기로 복귀하지 않게 보장하도록, 그리고 이와 달리 증발기 내의 냉각제 준위가 소정의 설정 준위에 있도록 가정하는 것을 보장하도록 제어가 가해진다.

본 발명에 따라서, 증발기 내의 냉각제 및 오일의 최적 준위는 미리 결정되지 않는다. 그 대신에, 시간이 경과할 때, 부하 특성뿐만 아니라 시스템 특성도 변화하고, 최적 제어가 보다 복잡하게 요구된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 유사하게, 관련 매개 변수의 유효 준위의 직접 측정이 측정 불가능할 것이고 그에 따라 대용물이 제공될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따라, 내부 루프와 외부 루프인 한 쌍의 제어 루프가 제공된다. 내부 루프는 압축기를 제어하고, 열을 펌핑하기 위한 운동력을 제어한다. 내부 제어 루프는 외부 루프로부터 단일 입력을 수신하고, 예를 들어, 압축기 속도, 듀티 사이클(duty cycle), 입구 베인 위치 등에 따라 압축기 작동을 최적화한다. 존재한다면, 제어 가능한 팽창 밸브(통상적으로 압축기와 증발기 사이에 위치됨)가 이러한 내부 루프 내에 또한 포함된다. 따라서, 내부 제어 루프는 증발기로의 액체 냉각제의 공급률을 제어한다.

외부 제어 루프는 시스템 내의 증발기와 냉각 축압기 요소 사이의 냉각제의 분할(partitioning)을 제어한다. 축압기는 통상적으로 "기능적인" 시스템 요소가 아니고, 축압기 내의 냉각제량은 임계적인 것이 아니고, 간단히는, 이러한 요소는 시스템의 다른 곳의 냉각제량의 변화를 허용한다. 축압기는 응축기의 저부에 있을 수 있고, 개별 축압기 또는 냉각 프로세스에 크게 관여하지 않는 증발기의 반대 부분이 있을 수 있다.

안정된 상태의 작동 동안, 응축기로부터의 액체 냉각제의 공급은 압축기로의 가스 흡입율과 동일할 것이다. 따라서, 증발기의 열 흡수율은 압축기용의 내부 제어 루프를 효율적으로 제어할 수 있다. 통상적으로, 이러한 열 흡수는 증발기 토출 온도 및 압력, 증발기 물/염수 입구 및 출구 온도 및 압력, 가능한 응축기 헤드공간 온도 및 압력을 포함하는 다양한 시스템 센서로부터 측정 또는 추정될 수 있다.

외부 제어 루프는 증발기의 냉각제의 최적 준위(level)를 결정한다. 증발기 내의 냉각제 준위의 직접 측정은 두 가지 이유로 어려운데, 첫째로, 증발기가 냉각제와 오일로 충전되고, 오일 농도용 광학 센서를 이용하는 것과 같은 증발기 성분의 직접 샘플링은 통상적으로 시스템 작동 동안 유용한 결과를 얻을 수 없다. 시스템 정지 동안, 오일 농도는 정확하게 측정될 수 있지만, 이러한 정지 상태는 통상적으로 다양한 시스템 성분 내에서 냉각제의 재분할을 허용한다. 둘째로, 작동 동안, 냉각제와 오일은 기포가 발생되고 거품이 발생되어, 준위가 간단하게 결정되지 못한다. 오히려, 증발기의 냉각제량을 추정하는 바람직한 방법, 특히 비교적 짧은 시간에 걸친 변화를 측정하는 방법은 바람직하게 응축기와 연관된 또는 응축기의 하부에서 축압기 내의 냉각제의 준위를 모니터하는 것이다. 이러한 냉각제는 비교적 순수하고 응축된 상태 하에서 유지되기 때문에, 준위는 비교적 측정하기 쉽다. 나머지 시스템 성분은 주로 냉각제 가스를 포함하기 때문에, 응축기 또는 축압기 냉각제 준위의 측정은 증발기 냉각제 준위의 변화를 측정하기 위한 유용한 정보를 제공할 수 있다. (정지 상태 동안에도) 축압기 또는 응축기 및 증발기의 시작 준위가 공지되어 있으면, 절대 측정치가 계산될 수 있다.

물론, 증발기의 냉각제량을 측정하고 계산하기 위한 다른 수단이 있고, 본 발명의 넓은 실시예는 측정의 바람직한 방법에 제한되지 않는다.

그러나, 본 발명은 증발기 내의 양을 가변 제어하면서 냉각제의 구획을 제공한다. 외부 루프는 최적 상태(목표 상태)를 달성하기 위한 이러한 준위를 제어한다.

냉각 시스템에서, 효율은 에너지 당 단위 열 전달에 대해 계산된다. 에너지는 전기, 가스, 석탄, 증기 또는 다른 공급원으로써 공급될 수 있고, 직접 측정될 수 있다. 공지된 바와 같이 대용물 측정(surrogate measurements)이 채용될 수 있다. 열 전달은 또한 공지된 방식으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 냉각 프로세스 물로의 열 전달은 유동률과 입구 및 출구 온도를 측정 또는 추정함으로써 계산될 수 있다.

다양한 부하 상황 하에서 냉각제의 바람직한 구획에 대한 제어 알고리즘을 맵핑(mapping)하는 것이 가능한 반면, 본 발명의 바람직한 실시예는 적응형(adaptive) 제어를 제공한다. 시스템 과도 현상 동안의 이러한 적응형 제어는 일반적으로 주어진 작동점에서 냉각제 구획의 변화를 갖는 시스템 효율의 변화를 발생 또는 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세스가 변경되면, 상이한 열 부하 소산이 요구되고, 이는 입구 물 온도 및/또는 유동률의 변화에 의해 나타내어질 수 있다. 이러한 변화는 증발기 내의 냉각제 증발의 상이한 비율을 야기하고, 따라서, 구획의 과도 현상 변화를 야기한다. 이러한 모니터링은 최적 제어 표면을 예상하기 위해 이를 허용하는 시스템 모델을 개발하기 위한 제어를 허용한다. 외부 루프는 냉각제가 최적 효율을 달성하도록 재구획한다. 효율은 통상적으로 kW/톤으로 고려되지만, 효율의 다른 측정은 제어 전략을 재료적으로 변경하지 않고 대용할 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템 자체를 최적화시키는 것 대신에, 산업 프로세스가 포함될 수 있다. 이러한 경우, 생산 매개변수 또는 프로세스의 경제성이 보다 포괄적인 최적화를 제공하기 위해 계산될 수 있다.

포괄적인 최적화에서, 다른 시스템은 또한 제어를 요구하거나 입력으로써 제공될 수 있다. 이들은 공지된 방식으로 수용될 수 있다.

시간 경과에 따라, 오일은 압축기의 섬프로부터 증발기로 이주된다. 본 발명의 일 태양은 증발기의 오일 준위를 추정하기 위해, 오일 소모를 측정하는 제어 시스템을 제공한다. 따라서, 이러한 제어 시스템은 섬프 내로의 오일 보충, 오일의 압축기의 출구로부터의 복귀, 오일의 추출기로부터 복귀를 측정한다. 섬프 내의 오일은 냉각제와 혼합될 수 있고, 따라서 간단한 준위 게이지는, 예를 들어, 오일의 샘플을 비등시킴으로써 또는 광학식 센서와 같은 오일 농도 센서를 이용함으로써 단순한 준위 게이지를 보상할 필요가 있다는 것을 알아야 한다. 따라서, 증발기 내로의 오일 이주량을 추정하는 것이 가능하고, 그리고 공지된 시작 상태 또는 세척 시스템을 이용하여 오일의 전체량을 측정할 수 있다. 물 온도 및 출구 온도 및 압력뿐만 아니라 증발기 토출 온도 및 압력의 측정을 이용하여, 튜브 번들의 열 전달 계수 및 그 감손(impair)을 추정하는 것이 또한 가능하다. 냉각제, 오일 및 열 전달 손상은 주로 증발기의 효율을 제어하는 내부 변수이다. 짧은 기간 동안(그리고 오일이 증발기로 고의적으로 부가되지 않는다고 가정함), 냉각제는 유일한 유효하고 이동가능한 제어 변수이다. 시간이 더 경과하면, 최적 준위로 증발기 내의 오일 준위를 복귀시키도록, 오일 추출기는 추정된 또는 측정된 오일 농도에 기초하여 제어될 수 있다. 길어진 간격으로, 유지보수가 열 전달 손상을 교정하고 냉각제를 정화하기 위해 수행될 수 있다. 이러한 유지보수 요구는 제어 시스템으로부터의 출력으로써 나타내어 질 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 최적 상태로 제어 변수를 즉각 튜닝하기 위해 자동적으로 작동될 수 있다. 이러한 튜닝은 프로세스 상태 또는 소정의 적응형 자동 튜닝 프로세스에서 변경함으로써 트리거링(triggering)될 수 있다. 부가로, 시간 경과 동안, 제어 표면 최적화가 변경될 것이다. 이러한 표면이 전체 효율을 감소시키기 위해 변경됨에 따라, 오일 추출기, (통상적으로 응축기로부터의) 비응축 가스 정화 등의 제 2 교정 제어가 발동될 수 있다. 긴 기간에 걸쳐, 제어는 모델에 대해 시스템 작동의 주요 매개 변수를 모델링할 수 있고, 튜브 번들을 통한 손상된 열 전달과 같이 시스템이 손상되거나 사실상 효율이 없을 때와 같이 서비스가 요구될 때, 결정된다.

전술한 바와 같이, 내부 제어 루프는 일반적으로 프로세스의 변화에 직접 응답하는 것으로부터 격리된다. 또한, 증발기는 일반적으로 내부 제어 루프 외측에 있기 때문에, 이러한 제어 루프는 일반적으로 응축기 내에서의 비응축 가스의 축적을 제외하고 시간 경과에 따른 부정적인 변화를 격지 않으며, 상기 비응축 가스의 축적은 과열 값을 기초로 추정하기가 비교적 용이하고 그리고 퍼지하기가 상대적으로 용이하다. 따라서, 내부 제어 루프는 통상적으로 소정의 제어 전략에 따라 작동될 수 있고 적응형일 필요는 없다. 따라서, 이는, 다양한 상태 하에서 최적의 효율을 달성하기 위해 정적 시스템 모델에 기초하여 예를 들어, 모터 속도, 입구 베인 위치 및 팽창 밸브 제어와 같은 다변수 제어가 유효해질 수 있게 한다.

한편, 외부 제어 루프는 시스템 부하가 변화될 때, 단일 변수, 즉 냉각제 구획의 최적화에 주로 기초하여 단기간의 시스템 반응을 제어하고자 한다. 요구되는 정확도를 달성하면서 정적 시스템 모델을 채용하는 것이 어렵거나 불가능한 반면, 이러한 제어는 시스템의 변화를 보상하기 위해서 그리고 실제로, 장기간 동안, 시스템 효율에 악영향을 주는 시스템 매개 변수의 일탈을 보정하기 위해 적응형 방식으로 용이하게 실시된다.

물론, 이들 제어 루프 및 다른 알고리즘 채용이 병합될 수 있고, 실제로 하이브리드화될 수 있지만, 일반적인 전략은 동일하게 유지된다는 것이 명확하다. 임의의 작동점에서, 냉각제의 구획은 최대 효율을 달성하도록 제어된다. 시스템은 시스템 반응을 보상하기 위해 제어 변수의 함수로써 효율이 검지되거나 또는 테스트된다.

제어 전략으로써의 냉각제 구획에 기초한 보다 상세한 분석이 제공된다. 냉동계 효율은 보조 냉각 온도 및 응축 압력을 포함하는 몇 가지 변수에 종속되고, 차례로, 냉각제 충전, 공칭 냉동계 부하 및 외부 온도에 종속된다. 우선, 열역학 사이클 내에서의 보조 냉각은 시험될 수 있다. 도 6a는 증기 보상 사이클의 개략도이고, 도 6b는 실제 온도-엔트로피를 도시하고, 점선은 이상적 사이클을 도시한다. 도 6a에 도시된 바와 같이 상태 2에서 압축기가 존재하면, 고온 가스와 오일의 고압 혼합물은 강제 전달에 의해 공기(또는 다른 냉각 매체)를 이동시키기 위해 냉각제가 열(Qh)을 방출하는 원격 공랭식 응축기의 튜브로 들어가기 전에 오일 분리기를 통과한다. 응축기 코일의 최종의 몇몇 열에서, 고압 포화 액체 냉각제는 도 6b의 상태 3에 도시된 바와 같이 제조자의 추천에 따라 예를 들어, 5.6 ℃ 내지 11.1 ℃(10 ℉ 내지 20 ℉)로 보조 냉각될 수 있다. 보조 냉각의 이러한 준위는 응축기를 추종하는 장치, 전자식 팽창 밸브가 적절하게 작동하도록 한다. 부가로, 보조 냉각의 준위는 냉동계 용량과 직접 관련을 갖는다. 보조 냉각의 감소된 준위는 (도 6b의) 상태 3을 우측으로 이동시키고, 상태 4를 우측으로 상응하게 이동시켜 증발기(Q1)의 열 제거 용량을 감소시킨다.

냉동계 냉각제 충전이 증가할수록, 시스템의 고압측의 응축기에 저장되는 냉각제의 축적도 증가하게 된다. 또한, 증발기를 통해 더 적은 양의 냉각제가 유동함으로 인하여 냉동계에 대한 부하가 감소할 때, 응축기에서의 냉각제 양이 증가하게 되며, 그 결과, 응축기에서의 저장(축적)이 증가하게 된다. 범람식 응축기는 과냉을 위해 사용된 감지가능한 열 전달 면적의 양을 증가시키고, 그에 대응하여 응축과 연관된 잠열 또는 등온 열 전달용으로 이용된 표면적을 감소시킨다. 따라서, 냉각제 충전 레벨의 증가와 냉동계 부하의 감소는 모두 과냉 온도와 응축 온도를 증가시킨다.

따라서, 본 발명에 따라, 응축기 또는 축압기가 냉각제의 다양한 저장으로부터 야기하는 임의의 비효율을 감소시키도록 제공된다. 이는 정적인 기계적 구성 또는 제어된 가변 구성에 의해 달성될 수 있다.

증가된 외부 온도 또는 다른 열 싱크(응축기 열 방출 매체) 온도는 응축기의 작동에 대향되는 효과를 갖는다. 열 싱크 온도가 증가함에 따라, 보다 많은 응축기 표면 영역이 응축과 연관된 잠열 또는 등온 열 전달용으로 이용되고, 보조 냉각에 이용되는 검지 가능한 열 전달 영역이 상응하게 감소한다. 따라서, 열 싱크 온도의 증가는 감소된 보조 냉각 온도와 증가된 응축 온도를 야기한다.

도 6b를 참조하면, 보조 냉각의 증가는 응축 온도를 상태 2와 3을 연결하는 곡선을 상향으로 이동시키면서 상태 3을 좌측으로 구동시킨다. 높은 응축 온도는 결국 상태 4와 1을 연결하는 곡선을 상향으로 이동시키게 한다. 증발 온도가 증가함에 따라, 압축기로 들어가는 냉각제의 비체적은 또한 증가하고, 압축기로의 전원 입력을 증가시킨다. 따라서, 냉각제 충전의 증가된 준위과 감소된 냉동계 부하 상태는 증가된 압축기 전원 입력을 야기하는 증가된 보조 냉각을 야기한다.

과열 준위는 도 6b의 상태 1에 도시된 바와 같이 냉각제가 포화 곡선을 이탈한 후에 온도가 약간 증가됨으로써 나타내어진다. 기화된 냉각제는 냉동계 증발기를 이탈하고 과열 증기로써 압축기로 진입한다. 본 발명에 따라, 과열량은 일정하지 않고 효율을 달성하기 위해 작동 상태에 기초하여 변화될 수 있다. 몇몇 시스템에서, 액적 피팅 및 부식 또는 액체 정체로부터 조기 고장을 방지하기 위해 최소 과열, 즉 2.2℃가 제공되는 것이 바람직하다. 그러나, 임의의 과열량은 일반적으로 비효율을 나타낸다. 본 발명에 따라, 낮은 과열 준위의 "비용"은 이러한 변수를 계수하기 위해 최적화에 선택적으로 포함될 수 있다. 이와 달리, 시스템은 이러한 문제점을 감소시키거나 또는 제어하기 위해 제공될 수 있고, 낮은 작동 과열 준위를 제공한다.

응축기의 과열 준위는 예를 들어, 열역학적 비효율성을 야기하는 비응축 가스의 축적에 의해 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 태양에 따라, 과열 준위는 모니터링되고, 이것이 바람직한 준위 이상으로 증가하면, 비응축 가스 정화 사이클 또는 다른 냉각 사이클 정화가 수행될 수 있다. 비응축 가스는 예를 들어, 응축기로부터 가스상을 추출하고 이를 상당한 보조 냉각을 시킴으로써 제거될 수 있다. 이러한 샘플의 헤드 공간은 샘플의 냉각제가 액화되면서 주로 비응축 가스일 것이다. 액화 냉각제는 응축기로 복귀되거나 또는 증발기로 공급될 것이다.

전술한 바와 같이, 열 싱크 온도의 증가는 토출 압력의 증가를 야기하고, 차례로 압축기의 흡입력이 증가되도록 한다. 도 6b의 상태 2와 3 및 상태 4와 1을 연결하는 곡선은 모두 열 싱크 온도의 증가에 의해 상향으로 이동된다. 곡선 4 내지 1의 상향 이동 Sh는 냉각제 증발 온도의 증가는 증발 접근 온도의 감소를 야기한다. 적절한 온도가 감소함에 따라, 증발기를 통한 대량의 유동률은 냉동계 물 루프로부터의 적절한 열량을 제거하기 위해 증가되어야만 한다. 따라서, 열 싱크 온도의 증가는 증발기를 통한 증가된 냉각제 질량 유동률을 증가시키는 증발 압력을 증가시킨다. 증발기를 통한 높은 냉각제 질량 유동률과 감소된 접근 온도의 통합된 효과는 과열 온도의 감소를 야기한다. 따라서, 역관계가 열 싱크 온도와 과열 온도 사이에서 존재한다.

냉각제 충전의 감소로, 도 6b의 상태 2와 상태 3을 연결하는 곡선은 하향으로 이동되고, 보조 냉각 준위는 감소하거나 또는 도 6b의 T-s 도면의 상태 3은 우측으로 이동한다. 기포 발생은 응축기를 이탈한 가스 냉각제의 증가된 양에 의해 팽창 장치로 선도하는 액체 라인에서 나타나기 시작한다. 팽창 장치로 진입하는 냉각제의 보조 냉각의 적정량 없이(도 6b의 상태 3), 장치는 최적으로 작동하지 못한다. 부가로, 냉각제 충전의 감소는 증발기 내로 유동하는 액체 냉각제량의 감소를 야기하고, 용량의 상당한 감소와 과열 및 흡입 압력의 감소를 야기한다. 따라서, 역관계가 냉각제 충전 준위과 과열 온도 사이에 존재한다.

본 발명에 따라, 응축기로부터의 토출은 유연한 저장소를 포함하고, 따라서, 보조 냉각의 바람직한 준위를 달성하기 위한 증가된 기회를 제공할 수 있다. 이와 같이, 저장소가 제공되기 때문에, 냉각제 충전은 모든 작동 환경 하에서 요구되는 것보다 초과되도록 가정되고, 따라서, 제한되지 않는다. 이는 또한, 하이브리드 제어 전략을 갖는 것이 가능하고 저장소는 소형이고 따라서, 큰 부하에서 냉각제 충전이 제한되면서 낮은 부하 하에서 냉각제는 저장소에 축적될 수 있다. 본 발명에 따른 제어 시스템은 물론 공지된 방식으로 이러한 변수를 보상할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 냉각제 충전이 제한되지 않을 때, 과열 온도는 독립적으로 제어된다. 이와 같이, 냉각제 충전이 충분하더라도, 증발기는 제어 전략의 일부로써 인공적으로 결핍될 수 있다.

극단의 냉각제 충전 불충분 상태 하에서(-20% 충전 이하), 냉각제 충전 불충분은 흡입 압력의 증가를 야기한다. 일반적으로 평균 흡입 압력은 -20% 이상의 모든 충전 준위 동안 증가된 냉각제 충전을 갖고 증가한다. 냉각제 충전 준위는 과열 온도와 흡입 압력 모드를 결정하는 중요한 변수이다.

효율을 측정하기 위해 냉각 시스템의 설치, 조작용 프로세스 변수의 선택 및 프로세스 변수의 변경에 의해 냉각 시스템의 용량 및 효율을 측정, 분석 및 조작하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 프로세스 변수는 그 효율을 측정하면서 냉각 시스템의 작동 동안 변경될 수 있다.

산업 프로세스에서, 냉각 시스템은 바람직한 준위로 목표물을 냉각하기 위한 충분한 용량을 가져야 한다. 용량이 불충분하면, 잠재 프로세스가 실패할 것이고, 종종 비극적 결과를 야기한다. 따라서, 충분한 용량과, 종종 역으로 여유를 유지하는 것은 임계적인 요구이다. 따라서, 용량이 제한되는 최적 시스템 작동으로부터의 편차는 허용될 수 있거나 또는 수용할만한 준위 내에서 프로세스를 유지하도록 하는 것이 바람직하다는 것이 이해된다. 긴 기간에 걸쳐, 시스템이 효율적인 작동을 위해 적절한 용량을 갖도록 보장하는 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 튜브 번들 스케일 또는 다른 열 전달 손상의 감소, 냉각제 및 냉각제측 열 전달 표면의 세척(즉, 초과 오일을 제거하는 것), 비응축 가스의 정화하기 위한 시스템 유지보수는 단독으로 또는 그의 조합으로 수행될 수 있다.

불충분한 시스템이 필수적으로 고장나는 것은 아니지만 효율성을 또한 중요하다. 효율성 및 시스템 용량은 비효율성이 통상적으로 시스템 용량을 감소시키기 때문에 종종 관련이 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상태 측정치 세트가 냉각 시스템에서 취해지고, 그 다음에 자체-일치성(self-consistency)에 대해서 분석되고 그리고 효율과 같은 기초적인 매개 변수를 추출하기 위해서 분석된다. 예를 들어, 자체-일치성은 시스템 모델 고유의 추정치(presumptions)를 평가하고, 그에 따라 실제 시스템 작동의 모델 작동으로부터의 편차를 나타낼 수 있을 것이다. 실제 작동이 모델로부터 벗어나면, 시스템 매개변수의 실제 측정치가 열역학적인 이론적 대응값(counterpart)으로부터 벗어날 것이다. 예를 들어, 튜브 번들의 스케일 축적 때문에, 열 교환기 성능이 하락됨에 따라, 또는 예를 들어, 비응축 가스 때문에 압축기 과열 온도가 상승함에 따라, 이들 요인은 시스템 상태의 적절한 측정치 세트로 명백하게 나타나게 될 것이다. 이러한 측정치는 시스템 비효율성을 야기하는 요인뿐만 아니라 냉각 시스템의 용량을 추정하는데 이용될 수 있다. 이들은 다시 최적의 상태로 복귀시킴으로써 시스템에서 생성될 수 있는 성능 개선을 추정하는데 이용될 수 있고, 그러한 성능 개선에 대한 비용 편익 분석(cost-benefit analysis)을 수행하는데 이용될 수 있을 것이다.

통상적으로, 광범위하고 비용이 비싼 시스템 유지보수가 수행되기 전에, 간단한 상태 분석보다 실시간 성능 모니터링을 위해 시스템에 기기를 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 실시간 성능 모델링은 통상적으로 비용이 비싸고, 정상 시스템 작동의 일부가 아닌 반면, 상태 분석용 적절한 정보가 일반적으로 시스템 제어로부터 활용될 수 있다. 실시간 모니터링 시스템을 채용함으로써, 환경 요동의 작동 특성 분석이 사정될 수 있다.

이러한 계획은 또한 다른 형식의 시스템에도 이용될 수 있고, 냉각 시스템에 제한되지 않는다. 따라서, 센서 측정 세트가 얻어지고 시스템 모델에 대해 분석한다. 분석은 시스템 작동 매개변수를 튜닝하거나, 유지보수 절차를 수행하거나 또는 비용-편익 분석의 일부로써 이용될 수 있다. 이러한 방법이 적용될 수 있는 시스템은 다른 것들 중에 내연 기관, 터빈기계, 유압 및 공압 시스템을 포함한다.

바람직하게는 효율은 프로세스 변수들에 따라 기록된다. 따라서, 각각의 시스템용으로, 변수를 처리하기 위해 직접 측정 또는 대용물 측정에 의해 실제 효율 감응도가 측정될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따라서, 통상적인 서비스 비용 또는 일정한 요금 기반보다는 비용 절감적인 기반에 기초하여 복합 시스템을 유지하기 위해 비즈니스 모델이 제공된다. 본 발명의 이러한 태양에 따라서, 직접 비용에 기초한 요금용 시스템을 서비스하거나 유지하는 대신에, 시스템 성능 계측에 기초하여 보상된다. 예를 들어, 베이스라인 시스템 성능이 측정된다. 그 다음에, 최소 시스템 용량이 한정되고 시스템은 예를 들어 베이스라인 상의 비용 절감 비율인 시스템 성능에 기초하여 보상하는 서비스 조직을 갖고 이러한 서비스의 비용-편익 면에 가정적으로 기초하여 서비스 조직의 상당한 자유도에서 서비스된다. 본 발명에 따라, 제어 시스템으로부터의 데이터는 유효 상태로부터 시스템 매개변수의 악화를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명은 또한 시스템 성능의 모니터링을 허용하고, 무선 업링크, 전화 라인 또는 컴퓨터 네트워크 상에서의 모뎀 통신을 통한 것과 같이 시스템 조직에 원격으로 이러한 성능 데이터의 통신을 허용한다. 이러한 통신은 또한 프로세스 이동을 서비스 조직에 즉각적으로 통지하고, 잠재적으로 적시에 그 다음에 결과적으로 시스템 고장을 방지한다.

*이러한 경우, 시스템은 주기적으로 또는 연속적으로 성능 모니터링되고, 시스템 용량이 충분하면, 매시간 결정이 내려지고, 냉각 정화, 증발기 스케일 제거 또는 세척, 비응축 가스의 정화 등과 같은 이러한 유지보수 서비스를 수행하는 것은 비용 효율적이다. 통상적으로, 시스템 용량이 (정기적으로 변화되거나 또는 다른 요인에 기초하는) 미리 정해진 예비값보다 상당히 감소되면, 서비스가 요구된다. 그러나, 이러한 경우에도, 시스템 용량의 감소는 요인의 다양성 때문일 수 있고, 대부분의 유효 교정은 적절한 시스템 성능을 비용 효과적으로 달성하기 위해 선택될 수 있다.

시스템이 서비스 또는 유지 보수 후에, 제어 시스템은 서비스 이전 또는 유지보수 이전의 매개변수가 시스템 작동을 오제어하지 않는 것을 보장하도록 초기화되거나 또는 복귀될 수 있다.

본 발명의 제2 주 실시예에 따라, 다변수 최적화 및 제어가 수행된다. 다변수 분석 및 제어의 경우에, 변수들 또는 시간 상부의 복합 세트 사이의 상호작용은 복합 제어 시스템을 요구할 수 있다. 다수의 형식의 제어가 시스템의 작동을 최적화하도록 채용될 수 있다. 통상적으로, 제어의 적절한 형식이 선택된 후에, 시스템이 튜닝되어야 하며, 따라서, 유효 작동과 시스템의 효율에서 센서로부터의 변수 입력의 관계를 한정한다. 종종, 제어는 예를 들어, 바람직하지 않은 진동 또는 불안정성을 방지하기 위해 시스템에 고유의 시간 지연을 계수한다. 많은 경우, 가정을 단순화하거나 또는, 제어 문제에 대해 전통적인 분석 해결책을 제공하기 위해 작동 공간을 분석하여 세그먼트를 생성한다. 다른 경우, 입력 변수의 전체 범위를 분석하도록 비선형 기술이 채용된다. 최종적으로, 하이브리드 기술이 비선형 기술과 가정 단순화 또는 작동 공간의 세그먼트화를 이용하여 채용된다.

예를 들어, 본 발명의 제 2 주 실시예에서, 작동 상태의 범위가 직교 경사를 따라 세그먼트화되고, 변수 취급을 처리하기 위해 시스템의 감응도는 세그먼트 내의 각각의 변수가 측정된다. 예를 들어, 이는 전체 작동 공간을 매핑하기 위해 각각의 변수를 증감하는 것을 요구하는 것보다는 테스트 동안 또는 트레이닝 위상 동안 각각의 변수의 단조로운 변화를 허용한다. 한편, 단일 변수의 경우, 고속 측정을 제공하기 위해 측정이 수행되면서 변수를 연속적으로 변경시키는 것이 바람직하다.

물론, 직교(비상호작용) 매개변수를 측정하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 태양은 시스템 작동 및 성능에 대한 다양한 데이터를 수용하기 위한 용량을 제공하고 이러한 데이터에 기초하여 시스템 성능을 분석한다. 이와 같이, 연속적인 시스템 성능 모니터링 동안, 시스템 특성을 결정하기 위해 존재하는 (정상적으로 발생하는) 시스템 섭동을 채용하는 것이 가능하다. 선택적으로, 시스템은 비효율 또는 바람직하지 않은 시스템 성능을 야기하지 않는 방식으로 적절한 시스템 성능 매개 변수를 결정하도록 섭동의 충분한 세트를 포함하도록 제어될 수 있다.

적합한 제어 시스템에서, 제어 변수의 작은 섭동에 대한 작동 효율의 감응도는 자동 튜닝 시스템에서와 같이 테스트 또는 트레이닝 모드보다는 시스템의 실제 작동 동안 측정되고, 트레이닝 또는 테스트 후에 시스템 구성 또는 특성이 변화되면 정렬하는 것이 어려워질 수 있고, 부정확하거나 불충분하게 될 수 있다. 장치 제어 매개변수를 결정하기 위해 조작자가 상이한 테스트 또는 시행착오 절차를 진행하도록 요구하는 수동 튜닝은 통상적으로 전체 작동 범위에 걸쳐 각각의 설치의 특성이 완전히 특성화되지 못하고 초과 시간 동안 변경되기 쉽기 때문에 종종 실행 가능하지 않다. 소정의 수동 튜닝 방법은 뉴욕주 소재의 존 윌리 앤드 손사의 1989년 D. E. 세보그, T. F. 에드너 및 D. A. 멜리챔프의 "동역학 및 제어 프로세스"와, 리서치 트라이앵글 파크 N.C.의 미국 기기 조합의 1990년 A. B. 코리피오의 "산업 제어 시스템의 튜닝"에 개시되어 있다.

자동 튜닝 방법은 제어기가 적절한 제어 매개변수를 자동적으로 결정하기 위해 정상 프로세스 제어를 차단하는 동안 주기적인 초기화 튜닝 절차를 요구한다. 따라서, 제어 매개변수 설정은 다음의 튜닝 절차까지 변경되지 않은 상태로 유지될 것이다. 소정의 자동 튜닝 절차가 리서치 트라이앵글 파크 N.C.의 미국 기기 조합의 1988년 K. J. 아스트롬과 T. 하글랜드의 "PID 제어기의 자동 튜닝"에 개시되어 있다. 자동 튜닝 제어기는 외부 이벤트에 기초하거나 또는 바람직한 시스템 성능으로부터 계산된 편차에 기초하여 고정된 기간에서 조작자 또는 자체 시동에 의한 것일 수 있다.

적합한 제어 방법으로, 제어 매개변수는 동역학 프로세스에서 변경을 적용하도록 정상 작동 동안 자동적으로 조절된다. 또한, 제어 매개변수는 다른 방법의 튜닝들 사이에서 발생할 수 있는 성능 감소를 방지하기 위해 연속적으로 업데이트된다. 한편, 적합 제어 방법은 최적으로 테스트하기 위해 "최적" 상태로부터 필요한 주기적인 변화 때문에 비효율을 야기할 수 있다. 또한, 적합한 제어는 복합적일 수 있고 높은 정도의 지능을 요구할 수 있다. 유리하게는, 제어는 모니터 시스템 작동일 수 있고, 데이터 획득용의 적절한 이벤트를 선택 또는 변경할 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 변조 패러다임에 따른 시스템 작동에서, 펄스 폭 및/또는 주파수는 적절한 작동 범위로부터 불필요하게 일탈되지 않고 다양한 작동 상태에 대해 데이터를 획득하도록 특정 방식으로 변경될 수 있다.

다양한 적합 제어 방법이 개발되었다. 예를 들어, 페터 페레그리너그 LTD의 1981년 C. J. 해리스 및 S. A. 빌링스의 "자체 튜닝 및 적합 제어: 이론 및 응용"을 참조한다. 적합 제어에 대한 3가지 주된 접근법이 있는데, 이는, 모델 참조 적합 제어(MRAC), 자체 튜닝 제어 및 패턴 인식 적합 제어(PRAC)이다. 앞의 두 접근법, MRAC와 자체 튜닝은 일반적으로 상당히 복합적인 시스템 모델에 기초한다. 모델의 복합성은 일반적이지 않거나 비정상적인 작동 상태를 예기하기 위한 요구에 의해 요구된다. 특히, MRAC는 참조 모델의 반응에 추종하여 시스템이 명령 신호에 반응할 때까지 제어 매개변수를 조절함에 기인한다. 자체 튜닝 제어는 프로세스 모델 온라인의 매개변수를 결정하고 프로세스 모델의 매개 변수에 기초하여 제어 매개변수를 조절하는 것이 기인한다. MRAC 및 자체 튜닝 제어를 수행하기 위한 방법은 애디슨-웨슬리 출판사의 1989년 K. J. 애스트롬 및 B. 비텐마크의 "적합 제어"에 개시되었다. 산업용 냉동계에서, 시스템의 적합 모델은 통상적으로 제어를 실행시키기 위해 활용할 수 없어서 자체 튜닝 제어가 전통적인 MRAC보다 바람직하다. 한편, 충분한 모델이 전술한 바와 같이 시스템 효율 및 용량을 추정하기 위해 활용 가능할 수 있다.

PRAC에서, 폐루프 반응의 패턴을 특성화하는 매개변수는 상당한 세트 포인트 변경 또는 부하 교란 이후에 결정된다. 제어 매개변수는 폐루프 반응의 특성 매개 변수에 기초하여 조절된다. EXACT라고 공지된 패턴 인식 적합 제어기는 1984년 6월의 제어 엔지니어링 제106면 내지 111면의 T. W. 클라우스와 T. J. 마이런의 "패턴 인식 접근법을 이용하는 자체 튜닝 PID 제어기"와, 캘리포니아주 샌디에고의 1984년 미국 제어 학회의 제888면 내지 892호의 E. H. 브리스틀과 T. W. 클라우스의 "패턴 적합의 수명" 및 리서치 트라이앵글 파크, N. C.의 미국 기기 협회의 1988년 K. J. 아스트롬과 T. 하글랜드의 "PID 제어기의 자동 튜닝"에 개시되어 있다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제33,267호를 참조한다. EXACT 방법은 다른 적합 제어 방법과 유사하게, 정상 작동 하에서의 제어 매개변수를 조절하도록 조작자의 개입을 요구하지 않는다. 정상 작동이 시작되기 전에, EXACT는 주의깊게 관리된 시작 및 테스트 기간을 요구한다. 이러한 기간 동안, 엔지니어는 제어기 이득, 통합 시간 및 파생 시간의 최적 초기값을 결정한다. 엔지니어는 또한 예기된 노이즈 대역과 프로세스의 최대 대기 시간을 결정한다. 노이즈 내역은 피드백 신호의 노이즈의 기대 진폭을 나타내는 값이다. 최대 대기 시간은 EXACT 알고리즘이 제1 피크를 검출한 후에 제2 피크를 기다리는 최대 시간이다. 또한, EXACT 기반 제어기가 정상 사용에 놓이기 전에, 조작자는 최대 댐핑 계수, 최대 오버슛, 매개변수 변경 제안, 일탈 계수 및 단계 크기와 같은 다른 매개변수를 특정할 수 있다. 사실상, 전문 엔지니어에 의한 이러한 매개 변수의 제공은 일반적으로 산업용 냉동계의 임의의 제어용 프로세스를 설치하는데 적절하고, 따라서 작동 공간의 안내되지 않은 탐구가 비효율이거나 또는 위험하기 때문에 초기 작동점의 수동 한정은 우선 가정없이 개시하는 기술이 바람직하다.

본 발명에 따라, 시스템 작동 매개변수는 안전 여유를 유지하면서 잘못된 또는 인공의 센서 데이터를 검출 또는 예측하면서 극한 매개변수 값이 개선된 성능을 제공할 수 있는 우선 "안전" 작동 범위를 제안하는 것을 필요로 하지 않는다. 따라서, 작동 동안 구성된 시스템의 모델을 이용하여 예상 정상 작동 제한의 수동 입력 단독으로 시스템은 시스템 오작동의 예상을 결정하기 위한 센서 데이터를 분석할 수 있고, 따라서 공격적인 제어 전략에 적합한 큰 신뢰성을 갖는다. 예상이 임계치를 초과하면, 에러가 지시될 수 있거나 또는 다른 보수 작용이 수행된다.

두 번째 공지된 패턴 인식 적합 제어기는 존슨 컨트롤, 인크.의 리서치 브리프 228(1986년 6월 13일)의 척 로허러와 클레이 G. 넬서의 "패턴 인식 접근법을 이용하는 자체 튜닝"에 개시된다. 로허러 제어기는 댐핑 계수에 기초하여 최적 제어 매개변수를 계산하고, 차례로 피드백 신호의 경사에 의해 결정되고, 정상 작동이 시작되기 전에 엔지니어가 비례 대역, 통합 시간, 데드밴드, 튜닝 노이즈 대역, 튜닝 변경 계수, 입력 필터 및 출력 필터와 같은 초기값의 변수를 입력하도록 요구한다. 따라서 이러한 시스템은 일시적인 제어 매개변수를 강조한다.

루프의 수동 튜닝은 산업 및 상업용 냉동계를 포함하여 특히 낮은 동역학으로 프로세스용으로 장시간 수행된다. 자동 튜닝 PID 제어기의 상이한 방법은 1988년의 리서치 트라이앵글 파크 N.C.의 미국 기기 협회의 아스트롬 K. J.와 T. 헤글런드의 "PID 제어기의 자동 튜닝"과, 1989년의 존 윌리 앤드 손사의 세보그 D. E. T와, T. F. 에저 및 D. A. 멜리캠프의 "프로세스 동역학 및 제어"에 기재되어 있다. 몇 가지 방법들은 제어기 출력의 단계 변화의 개방 루프 과도 현상 반응에 기초하고, 다른 방법들은 피드백 제어의 소정 형상 하에서 주파수 반응에 기초한다. 개방 루프 단계 반응 방법은 부하 교란에 검지되고, 주파수 반응 방법은 장시간 상수를 갖는 시스템을 튜닝하기 위한 많은 시간이 요구된다. 지글러-니콜 과도현상 반응 방법은 제어기 입력의 단계 변화에 대한 반응을 특징으로 하지만, 이러한 방법의 실행은 노이즈에 민감하다. 또한 1984년 오토매티카 제20권 제3호의 니시까와, 요시까즈, 노부오 사노미야, 도꾸지 오오따 및 하루끼 다나까의 "PID 제어 매개변수의 자동 튜닝용 방법"를 참조한다.

소정의 시스템에서 프로세스가 안정 상태에 도달하면 종종 결정하는 것이 어려워진다. 많은 시스템에서, 테스트가 조기에 정지되면, 시간 지연 및 시간 상수 추정은 실제값과 크게 상이하게 될 수 있다. 예를 들어, 테스트가 제1차 반응부터 3회 상수 이후에 정지되면, 추정 시간 상수는 실제 시간 상수의 78 %와 동일하고, 테스트가 2회 상수 이후에 정지되면 추정 시간 상수는 실제 시간 상수의 60 %와 동일하다. 따라서, 정확하게 시간 상수를 결정하도록 하는 방식으로 시스템을 분석하는 것이 중요하다. 따라서, 자가 튜닝 시스템에서, 알고리즘은 시스템의 정상 동요로부터 튜닝 데이터를 획득할 수 있거나 또는 제어된 변수의 작동점에 대해 적당한 동요에 설비의 감소를 주기적으로 테스트함으로써 튜닝 데이터를 획득할 수 있다. 시스템이 작동점이 비효율이라고 결정하면, 제어된 변수는 효율을 개선시키기 위해 최적 작동점쪽으로 변경된다. 효율은 냉각 BTU 당 소모된 kW시간 (또는 다른 에너지 소모 계수)을 측정함으로써 또는 온도 차이 및 압축기에 인접한 냉각제 및/또는 증발기/열교환기에 인접한 2차 루프의 물의 유동 데이터와 같은 에너지 소모 또는 냉각의 대용물 측정을 통한 것과 같이 절대 기초에서 결정될 수 있다. BTU 당 비용이 일정하지 않으면, 상이한 공급원이 활용 가능하거나 비용이 시간에 따라 변화하기 때문에, 효율은 경제적인 관점에서 측정될 수 있고, 따라서 최적화될 수 있다. 이와 같이, 효율 계산은 다른 관련 "비용"을 포함함으로써 변경될 수 있다.

총전력 관리 시스템(PMS)은 효율을 최적화하기 위해서는 요구되지 않는다. 그러나, 이러한 PMS는 비용 및 활용성 또는 다른 고려 사항에 따라 제공될 수 있다.

많은 경우, 매개변수는 부하와 같이 선형적으로 변화할 수 있고 다른 변수에 종속적일 수 있어서 분석을 단순화하고 전통적인[즉, 선형, 비례 적분 미분(PID)] 제어 설계를 허용한다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,568,377호, 제5,506,768호 및 제5,355,305호를 참조한다. 한편, 다변수 종속성을 갖는 매개변수들은 쉽게 해결되지 않는다. 이러한 경우, 본 발명의 바람직한 실시예로써, 제어 시스템을 링크된 불변 다변수 제어 루프로 세그먼트화하고 전체 시스템을 함께 효율적으로 제어하는 시간 변화하는 단순한 제어 루프로 하는 것이 바람직할 것이다.

선택적으로, 신경 네트워크 또는 퍼지 신경 네트워크 제어가 채용될 수 있다. 신경 네트워크를 트레이닝시키기 위해, 다수의 옵션이 활용 가능하다. 하나의 옵션은 트레이닝 세트를 제공하기 위해 예상 바람직한 시스템 반응과 함께 일반적으로 규칙적으로 전체 작동 공간에 걸쳐 작동 상태가 변화하는 특정 트레이닝 모드를 제공하는 것이다. 그 이후에, 예를 들어, 실제 부하 상태용의 최적 작동점 쪽으로 시스템을 이동시키는 출력을 생성하도록 에러의 재전달에 의해 신경 네트워크는 트레이닝된다. 제어된 변수는 예를 들어, 냉각제 및/또는 냉각제 충전의 오일 농도일 수 있다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,579,993호를 참조한다.

다른 옵션은 프로세스 부하, 대기 온도, 냉각제 및/또는 냉각제 충전의 오일 농도와 같은 프로세스 변수의 동요에 대해 시스템의 감응도를 결정하도록 작동 동안 제어에 의해 시스템의 국부 작용 공간이 매핑되는 연속 학습 모드에서 시스템을 작동시키는 것이다. 시스템이 현재의 작동점이 보조 최적이라고 결정할 때, 작동점을 예측 가능한 보다 효율적인 상태로 이동시킨다. 시스템은 특정 변화가 이러한 변경이 시스템 자체에 의해 제어되지 않는 보다 효율적인 작동 모드로 시스템을 복귀시키도록 추천되는 경보를 방송한다. 프로세스가 작동점을 적절하게 매핑하는데 불충분한 변화성을 가지면, 제어 알고리즘은 공간의 규칙적인 탐색을 수행할 수 있고, 출력의 효율(효율성)을 검출하기 위해 하나 이상의 제어된 변수를 탐색하는 모조 랜덤 신호를 주입할 수 있다. 일반적으로, 이러한 탐색 기술은 그 자체가 시스템 효율에 작은 효과만을 가질 수 있고, 시스템이 시스템의 각각의 변경 후에 학습 모드로 명백하게 진입하지 않고 새로운 상태를 학습하도록 할 수 있다.

바람직하게는, 제어는 경험으로부터 작동 공간의 맵 또는 모델을 만들고, 실제 작동이 맵 또는 모델에 상응할 때, 최적 작동점을 예측하고 예측된 가장 효율이 우수한 상태를 달성하도록 시스템을 직접 제어하기 위해 이러한 맵 또는 모델을 이용한다. 한편, 실제 성능이 맵 또는 모델에 상응하지 않을 때, 제어는 새로운 맵 또는 모델을 발생시키도록 탐색한다. 이는 이러한 맵 또는 모델이 자체적으로 작은 물리적 중요성을 가질 수 있고 따라서 생성되는 특정 네트워크 내에서 응용예만이 유용하다는 것을 알아야 한다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,506,768호를 참조한다. 이러한 상수가 제어가 실패하거나 비효율적인 실행 및 구체화를 야기할 수 있더라도, 네트워크가 물리적 매개변수에 상응하는 중량을 포함하도록 하는 것이 가능하다.

또한, 리서치 트라이앵글 파크 NC의 1990년의 미국 기기 협회의 65면 내지 81면의 A. B. 코리피오의 "산업용 제어 시스템의 튜닝"과,

페터 페레그리너스 LTD의 1981년 제20면 내지 제33면의 C. J. 해리스와 S. A. 빌링스의 "자체 튜닝 및 적합 제어: 이론 및 응용"과,

*존슨 컨트롤, 인크의 리서치 브리프 228의 1986년 6월 13일의 C. 로허러 및 클레이 네슬레의 "패턴 인식 접근법을 이용하는 자체 튜닝"과,

뉴욕주 소재의 존 윌리 앤드 손사의 1989년 D. E. 세보그, T. F. 에드너 및 D. A. 멜리챔프의 "동역학 및 제어 프로세스"와,

캘리포니아주 샌디에고 1984년 미국 제어 학회의 E. H. 브리스틀과 T. W. 클라우스의 "패턴 적합의 수명"의 제888면 내지 892면과,

뉴욕주 소재의 맥그로우 힐 서적사의 1968년도의 프랜시스 쉬에드의 "수치 분석의 샤럼의 아우트라인 시리즈-이론 및 문제점"의 제236면, 제237면, 제243면, 제244면, 제261면과,

애디슨-웨슬리 출판사의 1989년 K. J. 애스트롬 및 B. 비텐마크의 "적합 제어"의 제105면 내지 215면과,

리서치 트라이앵글 파크 N.C.의 미국 기기 조합의 1988년 K. J. 아스트롬과 T. 하글랜드의 "PID 제어기의 자동 튜닝"의 105면 내지 132면과,

1998년 TAB 프로페셔널 및 회의록, 블루 릿지 서미트 PA의 R. W. 헤인스의 "HVAC 시스템 설계 핸드북"의 170면 내지 177면과,

뉴욕주 소재의 존 윌리 앤드 손사의 1983년 S. M. 팬디트 및 S. M. 우의 "응용예를 갖는 타이머 시리즈 및 시스템 분석"의 제200면 내지 205면과,

1984년 6월의 제어 엔지니어링의 T. W. 클라우스와 T. J. 마이런의 "패턴 인식 접근법을 이용하는 자체-튜닝 PID 제어기"의 106면 내지 111면과,

런던 소재의 채프먼 및 롱사의 1993년 G. F. 페이지, J B 곰 및 D 윌리엄즈의 "모델링 및 제어에 대한 신경 네트워크의 응용"과,

에디슨-웨슬리 출판사, 리딩의 1994년 젠 F 플랭클린과, J 데이비드 파웰 및 에바스 엠마니-나에니의 "동역학 시스템의 피드백 제어"와,

샌프랜시스코 소재의 홀든 데이의 1976년 조지 E P 박스 및 그윌림 M 젠킨스의 "시간 시리즈 분석: 예측 및 제어"와,

마샬타운 소재의 피셔 제어 코오포레이션사의 1971년의 쉘던 G 로이드 및 제랄드 D 엔더슨의 "산업 프로세스 제어"와,

일자가 공지되지 않은 로스 앨라모스 국립 연구소의 코르테가아드 B. L.의 "팩맨, 노이즈의 이용을 통한 자체 적합 다중 레이저 비임용 정밀 정렬 제어 시스템"과,

1985년 1월 23일 내지 25일의 SPIE-로스앤젤레스 기술 심포지엄의 로스 앨라모스 국립 연구소의 코르테가아드 B. L.의 "정적인 실시간 개선된 해상도를 이용한 초미세 레이저 위치 제어"와,

신경 네트워크 IEEE 트랜스액션의 1991년 11월의 제2권 제6호의 도날드 스패츠의 "신경 네트워크의 일반적인 퇴보"의 제568면 내지 576면을 참조한다.

퍼지 제어기는 신경 네트워크가 트레이닝되는 것과 동일한 방식으로 후방 전파 기술, 직교 최소 스퀘어, 테이블 룩업 계획 및 최근접 이웃 클러스터링을 이용하여 트레이닝될 수 있다. 뉴저지 소재의 프랙티스 홀의 1994년 왕 L.의 "적합 퍼지 시스템 및 제어"와, 1990년 IEEE 제어 시스템 매거딘의 푸 추앙 첸의 "비선형 자체 튜닝 적합 제어용 재전파 신경 네트워크"를 참조한다.

따라서, 특히 시스템 작동 매개변수의 큰 변경용으로 시스템 모델이 유용하더라도, 적합 기구는 리아푸노프(Lyapunov) 방법에 기초한 것과 같은 다수의 온라인 적합 기구와 달리 명백한 시스템 모델에 관련이 없다는 장점이 있다. 1994년 왕의 저서와, 캘리포니아주 샌디에고 1992년 3월의 퍼지 시스템의 IEEE 국제 학회의 강 H.와 바체세바노스 G.의 "적합 퍼지 논리 제어"와, 1993년의 제어 시스템 기술의 IEEE 트랜스액션 1(2)의 레인 J., 파시노 K. 및 유르코비치 S.의 "미끄럼방지 브레이크 시스템의 퍼지 학습 제어"의 제122면 내지 129면을 참조한다.

적합 퍼지 제어기(AFC)는 비선형이고, 적합 기구를 갖는 퍼지 제어 알고리즘이 시스템 성능을 연속적으로 개선시키기 위해 커플링되는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 제어기이다. 적합 기구는 시스템의 성능에 반응하여 출력 멤버십 기능의 위치를 변경시킨다. 적합 기구는 온라인, 오프라인 또는 그의 조합으로 이용될 수 있다. AFC는 측정된 프로세스 출력을 이용하여 참조 탄도로 작용하는 피드백 제어기로서 이용될 수 있고, 측정된 프로세스 출력과 참조 탄도뿐만 아니라 측정된 교란 및 다른 시스템 성능을 이용하여 측정한다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,822,740호, 제5,740,324호를 참조한다.

전술한 바와 같이, 상당한 프로세스 변수는 증발기의 냉각제의 오일 함량이다. 이러한 변수는 사실상 느리게 제어될 수 있고, 오일의 함량이 상당한 시간 동안 바람직한 것보다 낮게만 하기 때문에 통상적으로 제거만이 가능하고 제거된 추가 오일은 그 자체로 비효율이다. 제어 알고리즘을 한정하기 위해, 프로세스 변수, 즉 오일 함량은 냉각제를 부분적으로 증류함으로써, 또는 오일을 제거하기 위해 증발기로 진입하여 자동 튜닝 절차에서 증발기로 세척된 냉각제를 제공함으로써 연속적으로 변화된다. 초과 시간 후에, 오일 함량은 0에 접근한다. 시스템 성능은 이러한 프로세스 동안 모니터링된다. 이러한 방법을 통해, 증발기 내의 최적 오일 함량과 오일 함량의 변화에 대한 감응도가 결정될 수 있다. 통상적인 설치에서, 증발기의 오일 함량을 제어하기 위한 제어 시스템으로 시스템이 갱신될 때 증발기 내의 최적 오일 농도는 거의 0%이고, 이는 최적 이상이다. 따라서, 제어의 자동 튜닝은 비효율의 교정과 동시에 발생할 수 있다.

사실상, 증발기의 오일 함량은 독립적으로 제어될 수 있거나 또는 냉각제 충전(또는 초과 냉각제를 버퍼링하고 증발기의 냉각제의 준위를 조절하기 위한 축압기를 제공하는 바람직한 실시예의 경우의 제어 루프 유효 충전)과 같은 다른 변수들과 협력하여 제어될 수 있다.

일 설계에 따라, 냉각제의 외부 저장소가 제공된다. 냉각제는 부분 증류 장치를 통해 증발기로부터 오일이 분리식으로 저장되는 저장소 내로 인출된다. 제어 최적에 기초하여, 냉각제와 오일은 분리식으로 시스템에 복귀되고, 즉 냉각제 증기는 증발기로 복귀되고, 오일은 압축기 루프로 복귀된다. 이러한 방식으로 최적 오일 농도는 각각의 냉각제 충전 준위용으로 유지될 수 있다. 이러한 시스템은 일반적으로 비대칭이고, 냉각제의 인출과 부분 증류는 비교적 느린 반면 냉각제와 오일의 시스템 충전은 비교적 빠르다. 냉각제의 신속한 일출이 바람직하면, 부분 증류 시스템은 일시적으로 바이패스된다. 그러나, 통상적으로 피크 부하에 상당하는 가장 효율적인 작동 매개변수를 획득하는 것보다 신속하게 피크 부하에 직면하는 것이 보다 중요하다.

본 발명의 제 2 실시예에 따라, 냉각제 대 오일의 비율과 냉각제 충전 모두는 시스템 작동의 독립적으로 제어되는 변수일 수 있다는 것을 알아야 한다.

압축기는 또한 예를 들어, 압축비, 압축기 속도, 압축기 듀티 사이클(펄스 주기, 펄스 폭 및/또는 하이브리드 변경), 압축기 입구 온도 제한 등을 제어함으로써 (파워; power가) 변경될 수 있다.

증발기의 즉각적인 효율이 증발기 내의 단일 컴파트먼트를 추정함으로써 측정될 수 있고 따라서 혼합용으로 짧은 시간 지연이 있지만, 오일 위상은 증발기 튜브 벽에 접착될 수 있다. 세척된 냉각제를 증발기를 통해 유동시킴으로써, 낱개의 냉각제의 혼합 프로세스보다 벽으로부터 해제하기 위한 긴 시간 상수를 갖는 오일 위상은 제거된다. 유리하게는, 증발기를 모델링하고 시스템 성능을 모니터링함으로써, 증발기 튜브 벽의 냉각측으로부터 오일 위상을 제거함으로써, 튜브벽의 물측의 스케일 또는 다른 증착물이 추정될 수 있다. 따라서, 이는 이러한 증착물의 효율성의 효과를 결정하는데 유용한 방법이고, 값비싸고 시간 소모적인 튜브 번들의 스케일 제거가 요구될 때와 같은 지능 결정을 허용할 수 있다. 이와 같이, 튜브 벽으로부터 초과 오일 필름을 제거함으로써, 효율이 유지되고, 스케일 제거의 요구가 지연될 수 있다.

최적 냉각제 충전 준위는 관련된(종속된) 변수가 효율(kW/톤), 과열 온도, 보조냉각 온도, 토출 압력, 과연 온도, 흡입 압력 및 냉각된 물 공급 온도 퍼센트 에러를 포함하지만 공칭 냉동계 부하와 설비 온도에 변화에 대해 실시된다. 톤 당 킬로와트시의 직접 효율 측정이 수행될 수 있거나 다른 변수, 바람직하게는 프로세스 온도 및 유동률로부터 추론될 수 있다.

*직접 효율 데이터 대신에 대용 변수의 바람직한 이용뿐만 아니라 변수의 복합 상호 종속성은 비선형 신경 네트워크 모델에서 중요한 위치를 갖고, 예를 들어, ASHRAE Trans의 1998년 104(2)의 베일리, 마가렛 B의 "냉각제 충전 상태의 범위 이상의 나선 로터리 나사 공랭식 냉동계 작동의 시스템 성능 특성"에 채용된 모델과 유사하다. 이러한 경우, 모델은 입력층, 2개의 히든층 및 출력층을 갖는다. 출력층은 통상적으로 각각의 제어된 변수용의 하나의 노드를 갖는 반면, 입력층은 각각의 신호용으로 하나의 노드를 갖는다. 베일리 신경 네트워크는 제 1 히든층의 5개의 노드와 제 2 히든층의 각각의 출력 노드용의 두 개의 노드를 포함한다. 바람직하게는, 센서 데이터는 신경 네트워크 모델 내로의 입력 전에 처리된다. 예를 들어, 센서 출력, 데이터 표준화, 통계 프로세싱 등의 선형 프로세싱은 노이즈를 감소시키도록 수행될 수 있고, 적절한 데이터 세트를 제공하고, 또는 신경 네트워크의 위상적 또는 계산적 복합성을 감소시키도록 수행된다. 고장 검출은 또한 신경 네트워크(또는 개별 신경 네트워크)의 요소들 또는 다른 수단에 의한 센서 데이터를 분석함으로써 시스템에 통합된다.

피드백 최적화 제어 전략은 과도현상 및 동력학적인 상황에 적용될 수 있다. 대상 기능에 영향을 미치는 것에 비해 독립 제어 변수의 작은 섭동을 의도적으로 도입하는 진화론적인 최적화 또는 유전적인 알고리즘은 프로세스 자체적으로 직접 이루어질 수 있다. 사실상, 유전적 알고리즘의 전체 이론은 냉각 시스템의 최적화에 적용될 수 있다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제6,496,761호, 제6,493,686호, 제6,492,905호, 제6,463,371호, 제6,446,055호, 제6,418,356호, 제6,415,272호, 제6,411,944호, 제6,408,227호, 제6,405,548호, 제6,405,122호, 제6,397,113호, 제6,349,293호, 제6,336,050호, 제6,324,530호, 세6,324,529호, 제6,314,412호, 제6,304,862호, 제6,301,910호, 제6,300,872호, 제6,278,986호, 제6,278,962호, 제6,272,479호, 제6,260,362호, 제6,250,560호, 제6,246,972호, 제6,230,497호, 제6,216,083호, 제6,212,466호, 제6,186,397호, 제6,181,984호, 제6,151,548호, 제6,110,214호, 제6,064,996호, 제6,055,820호, 제6,032,139호, 제6,021,369호, 제5,963,929호, 제5,921,099호, 제5,946,673호, 제5,912,821호, 제5,877,954호, 제5,848,402호, 제5,778,688호, 제5,775,124호, 제5,774,761호, 제5,745,361호, 제5,729,623호, 제5,727,130호, 제5,727,127호, 제5,649,065호, 제5,581,657호, 제5,524,175호, 제5,511,158호를 참조한다.

본 발명의 태양에 따라서, 제어는 다중 독립 또는 상호 독립 매개변수에서 작동될 수 있다. 정적 상태 최적화는 긴 시간 상수를 나타내는 복합 프로세스 및 비주기적으로 변경되는 교란 변수와 함께 이용될 수 있다. 하이브리드 전략은 또한 긴 기간 및 짧은 기간의 동역학 모두에서 기인된 상황에서 채용된다. 하이브리드 알고리즘은 일반적으로 보다 복합적이고 정확한 유효 실시용으로 맞춤을 요구한다. 피드백 제어는 종종 최적 설비 성능을 달성하기 위해 이러한 상황에서 채용된다.

본 발명의 실시예에 따라, 증발기의 냉각측 대 물측 열교환기 손상은 예를 들어 오일 및 다른 불순물을 제거하는 것과 냉각제 혼합물을 선택적으로 변경시킴으로써 구별될 수 있다. 예를 들어, 냉각제의 오일 준위가 감소함에 따라, 오일 증착은 일반적으로 순수한 냉각제에 용해성이기 때문에 열교환기 튜브의 냉각제측의 오일 증착은 또한 감소될 것이다. 열 교환기는 적어도 두 가지의 상이한 방식으로 분석될 것이다. 우선, 냉각제측이 증착물이 완전히 세척되면, 시스템 성능의 임의의 잔여 감소는 물측의 증착물에 의한 것이다. 둘째로, 냉각제측의 손상 제거의 선형 프로세스를 가정하면, 냉각제측 손상량은 전체 손상을 실제적으로 제거하지 않고 추정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 오일의 소정량은 순수한 냉각제보다 보다 효율적인 작동을 야기할 수 있지만, 이는 필요에 따라 다시 부가될 수 있다. 냉각제의 정화 프로세스가 물측 열교환기 손상을 제거하기 위한 것이고 시스템 작동에 독립적으로 유리한 증발기의 스케일 제거보다 비교적 간단하고 저렴하기 때문에, 시스템 유지보수의 필요를 결정하는 효율적인 절차를 제공한다. 한편, 냉각제 정화는 에너지를 소비하고 용량을 감소시킬 수 있고, 매우 낮은 가능한 차선의 증발기의 오일 농도를 야기할 수 있어서, 연속적인 정화는 일반적으로 채용되지 않는다.

따라서, 시스템의 매개변수를 결정하기 위한 시스템 반응의 섭동은 압축기 제어에 제한되지 않고, 예를 들어 냉각제 순도, 냉각제 충전, 오일 준위 등의 변화가 시스템 작동을 탐색하기 위해 생성될 수 있다.

프로세스 성능 상의 독립 변수의 다수의 상호작용 효과인 다변수 프로세스는 피드포워드 제어의 이용에 의해 최적화되는데 가장 우수할 수 있다. 그러나, 프로세스의 적합 예측 수학적 모델이 요구된다. 예를 들어, 이는 내부 압축기 루프에 특히 적용 가능할 수 있다. 온라인 제어 컴퓨터는 프로세스 자체가 섭동하지 않고 모델을 이용한 변수의 변화의 결과를 판정할 수 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 예측 수학적 모델은 따라서 그 고장에 특히 이용되고, 공칭 작동 상태로부터의 시스템 편차를 지시하고 시스템 작동을 저장하기 위해 요구되는 시스템 유지보수의 지시에 사용 가능하다.

가시적 최적화 결과를 생성하도록, 피드포워드 기술의 수학적 모델은 프로세스의 정확한 표시이여야 한다. 프로세스와의 일 대 일 대응을 보장하기 위해, 모델은 바람직하게는 각각의 이용 전에 업데이트된다. 모델 업데이트는 모델 예측을 현재의 설비 작동 상태와 비교하는 피드백의 특정화된 형상이다. 알려진 임의의 변화는 요구되는 동의를 강제하도록 모델에 이러한 키이 상수를 조절하도록 이용된다. 통상적으로 이러한 모델은 물리적 프로세스 요소에 기초하고, 따라서, 실제의 측정 가능한 특성을 포함하도록 이용될 수 있다.

냉동 장치에서, 다수의 관련 시간상수(timeconstants)는 매우 길다. 이것이 실시간 제어기의 짧은 잠복 프로세싱 요구량를 감소시키면서, 손상에 대한 느린 교정을 실시하고 시간 상수가 잘못 계산되면 에러, 불안정성 또는 진동의 위험을 포함한다. 또한, 직접 임시 제어 감응도를 갖는 신경 네트워크를 제공하기 위해, 임시 계산이 신경 네트워크로의 변형된 시간 변화 데이터와 함께 선형 계산 방법에 의해 실시될 수 있다. 변형은 예를 들어 시간 주파수 표시 또는 시간 파형 표시일 수 있다. 예를 들어, 센서 데이터 또는 변형된 센서 데이터의 제 1 및 제 2 편차(또는 적합한 그 이상의 고차수)는 계산될 수 있고, 네트워크로 공급될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 신경 네트워크의 출력은 적절한 제어 신호를 발생시키기 위해 처리될 수 있다. 예를 들어, 냉동계 내의 냉각제 충전이 변화되면, 시스템의 임계 시간 상수 또한 변경될 수 있다는 것을 알아야 한다. 따라서, 시스템이 불변의 시간 상수의 세트를 갖는 것으로 가정된 모델은 에러를 생성할 수 있고, 본 발명에 따른 바람직한 시스템은 이러한 임계 가정을 만들지 않는다. 따라서, 제어 시스템은 바람직하게는 변수의 상호 간섭을 계수하기 위한 가요성 모델을 채용한다.

측정하기 위한 다른 잠재적으로 유용한 프로세스 매개변수는 냉각제 내의 습도, 냉각제 파손 산물, 윤활제 파손 산물, 비응축 가스 및 다른 공지된 불순물이다. 이와 같이, 염수 튜브의 미네랄 증착물(소량의 미네랄 증착물은 난류를 생성시키고, 따라서 표면 경계층을 감소시킴) 및 응축기의 냉각용의 공기 또는 물의 유동 매개변수와 같은 최적화 가능한 값을 가질 수 있는 기계적인 매개변수가 있다.

통상적으로, 실시 중에 이론적으로 최적값 0을 갖는 프로세스 매개변수의 세트가 있고, 달성된 이러한 값은 획득 또는 유지하는 것이 매우 어렵거나 불가능하다. 이러한 어려움은 서비스 비용 또는 에너지 비용으로써 표현될 수 있지만, 임의의 경우, 제어 시스템은 교정하는데 실질적으로 수용 가능하고 바람직한 이론적인 차선의 매개변수 판독을 허용하도록 세트될 수 있다. 직접 비용-편익적인 분석이 실시될 수 있다. 그러나, 소정의 임계에서, 교정은 일반적으로 유효한 것으로 간주된다. 따라서, 제어 시스템은 이들 매개 변수를 모니터하고 경보를 표시하거나 제어 전략을 실시하거나 또는 다른 작동을 하도록 한다. 임계치는 사실상 다른 시스템 상태에 적합하거나 반응 가능하고, 예를 들어, 복구 자체가 시스템 성능에 악영향을 미치고 충분한 보존 용량이 작동을 계속하기 위해 존재하면 복구 프로세스는 피크 부하 기간 동안 연기되는 것이 바람직하다.

따라서, 소정의 경우에서, 증발기 내의 오일 준위에 의해 예시되는 바와 같이, 검지되는 매개변수에 대한 시스템 감응도의 초기(또는 주기적인) 결정은 바람직하고, 다른 경우에 적합 제어 알고리즘이 바람직하다.

자동 튜닝 프로세스의 경우에, 최적화 계산이 완료된 후에, 프로세스 변수, 즉 증발기 내의 오일 함량이 최적 준위로 재저장될 수 있다. 예를 들어 프로세스 변수가 시간에 따라 변화될 것이고, 예를 들어, 증발기 내의 오일 준위가 증가할 것이고, 그에 따라 초기 최적화와 시스템을 효율적인 작업 상태로 복원하기 위한 후속 유지보수 사이에서 최대 유효 효율을 제공할 수 있는 초기 조건을 선택하는 것이 바람직할 수 있을 것이다. 따라서, 바람직하게, 최적화는 최적 작동 구역, 및 측정 후의 해당 구역의 하단부에서 설정되는 프로세스 변수를 결정한다. 이러한 하단부는 0일 것이지만 반드시 0일 필요는 없고, 측정된 각각의 시스템에 따라 달라질 수 있을 것이다.

이러한 방식으로, 수행된 제어 알고리즘보다는 프로세스 변수를 연속적으로 제어할 필요는 없고, 예를 들어 광대역 데드밴드와 제어 프로세스의 수동 실시를 포함할 수 있다.

모니터가 재최적화가 필요할 때를 결정하기 위해 프로세스 변수용으로 제공될 수 있다. 재최적화 동안, 항상 보다 효율적인 측정을 수행할 필요는 없지만, 이전 측정은 바람직한 작동 상황을 재한정하기 위해 이용될 수 있다.

따라서, 측정이 제한(즉, 거의 0인 오일 또는 기대 작동 상황 이하)에 대해 실시된 후에, 시스템은 저장되고, 필요하다면 적절한 기간 동안 적당한 작동을 유지하면서 바람직한 초기 효율을 달성하기 위해 점진적인 변화를 허용한다.

효율 측정 또는 대용물 측정(예를 들어, 압축기 전류량, 열역학 매개변수)은 프로세스 변수, 즉 오일 준위가 변화되거나 또는 요구되는 복구까지 충분한 준위로 축적될 때 결정하도록 채용될 수 있다. 선택적으로, 직접 오일 농도 측정은 증발기의 냉각제에 실시될 수 있다. 예를 들어, 냉각제 압축기 오일의 경우에, 모니터는 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,694,210호에 개시된 바와 같은 광학 센서일 것이다.

폐루프 피드백 장치는 바람직한 범위 내에서 프로세스 변수를 유지하도록 탐색할 수 있다. 따라서, 통상적으로 굴절계인 직접 오일 농도 게이지는 냉각제의 오일 함량을 측정한다. 세트 포인트 제어, 비례, 차이, 적분 제어, 퍼지 논리 제어 등은 통상적으로 대형이고 제어 제한 내에서 작동하는 냉각제 증류 장치로 바이패스 밸브를 제어하기 위해 이용된다. 오일 준위가 효율이 손상되는 준위로 증가함에 따라, 냉각제는 오일을 제거하도록 증류된다. 오일은 예를 들어 압축기 윤활 시스템으로 복귀하고, 냉각제는 압축기 입구로 복귀한다. 증발기를 바이패스하지 않는 활성 인라인 증류 프로세스를 채용하는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 등록 상표 저기비스트(Zugibeast) 시스템(허드슨 테크놀로지 인크.)이 채용될 수 있지만, 그러나 시스템은 이러한 목적보다 통상적으로 크고 보다 복합적이다. 따라서, 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,377,499호는 냉각제 교정용 휴대용 장치를 제공한다. 이러한 시스템에서, 냉각제는 요구되는 것보다는 사이트에서 정화될 수 있고, 각각의 경우, 냉각제를 재순환 시설로 운반한다. 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,709,091호는 또한 냉각제 재순환 방법 및 장치를 개시한다.

오일 분리 장치에서, 유리하게는 냉각제는 비등점 이하의 온도로 제어되는 부분 증류 챔버 내로 공급되고, 용기 내에서 액체 냉각제의 부피로 응축된다. 비교적 순수한 냉각제가 가스상으로 존재하지만, 적은 휘발성 불순물이 액상에 잔류한다. 순수한 냉각제는 챔버 온도를 설정하는 데 이용되어 민감하고 안정적인 시스템을 제공한다. 부분 증류된 순수한 액체 냉각제는 일 포트로부터 활용 가능하고, 불순물은 다른 포트를 통해 제거된다. 정화 프로세스는 수동 또는 자동으로 연속적으로 또는 일괄로 처리될 수 있다.

본 발명의 일 태양은 냉각 시스템의 증발기의 최적 오일 준위가 제조자, 모델 및 특정 시스템에 의해 변화될 수 있고, 이들 변수들은 프로세스의 효율성에 큰 영향을 갖고, 시간에 따라 변화될 수 있다는 비교적 신규한 이해로부터 파생되었다. 최적 오일 준위는 0이 아니고, 예를 들어, 핀 튜브 증발기에서 최적 오일 준위는 오일이 기포가 발생되고 튜브 표면에 필름을 형성하고 열전달 계수가 증가하는 1 내지 1.5% 사이일 것이다. 한편, 소위 핵형성 비등 열전달 튜브는 약 1% 미만의 사실상 낮은 최적 오일 농도를 갖는다.

오일 제거 프로세스가 에너지의 지출과 냉각제의 바이패스를 요구할 수 있고 작동 시스템이 낮지만 연속적인 누출 준위를 갖기 때문에 0%의 오일 농도를 유지하기 위한 탐색은 그 자체가 비효율적이다. 또한, 응축기 내의 오일 준위는 증발기의 효율의 변화가 불일치하는 방식으로 중요한 시스템 효율을 가질 수 있다.

따라서, 본 발명의 태양은 특정 프로세스 변수 매개변수의 최적 준위를 예측하지 않는다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은 최적값을 탐색하고, 따라서 최적에 근접하게 시스템이 설정되도록 한다. 이와 같이, 본 방법은 본 발명이 또한 연속적인 모니터링 및/또는 제어를 달성하기 위한 시스템 및 방법을 제공하더라도 제어 매개변수의 연속적인 밀착 유지보수를 요구하기보다는 시스템의 주기적인 "튠-업"을 허용한다.

냉각 시스템 또는 냉동계는 예를 들어 최대 500 암페어에서 4160볼트를 인출하는(2MW) 3500톤의 장치인 큰 산업 장치일 수 있다. 따라서, 효율의 작은 변화도 에너지 비용의 큰 절감을 생성할 수 있다. 가능하게는 보다 중요하게 효율이 떨어질 때, 냉각기가 바람직한 범위 내에서 프로세스 매개변수를 유지할 수 없을 수 있다. 연장된 작동 동안, 예를 들어 증발기의 오일 농도가 10% 이상 증가하고 시스템의 전체 용량이 1500톤 이하로 강하할 수 있다. 이는 즉각적이고 비용이 비싼 복구를 요구할 수 있는 프로세스 편차 또는 고장을 야기할 수 있다. 높은 최적 효율을 달성하기 위한 적절한 유지보수는 매우 비용 효율적이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 쉘 열교환기 증발기의 공지된 튜브의 사시도를 도시한다.
도 2는 열교환기 증발기의 길이를 따라 각각의 튜브가 축방향으로 연장하는 튜브 번들의 튜브의 반경 방향 동심 배열을 도시하는 튜브 플레이트의 단부도를 도시한다.
도 3은 냉각제 유동 흐름으로부터 오일을 제거하기 위한 부분 증류 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 냉동계 효율 측정 시스템의 개략도를 도시한다.
도 5는 증발기 오일 농도의 변화에 대한 정형화된 표시 효율 그래프를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 증기 보상 사이클 및 온도-엔트로피 도면의 개략도를 도시한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명에 따른 제어의 각각 상이한 블록도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따라 제어된 냉각 시스템의 반 개략도를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 냉각 시스템의 개략도를 도시한다.

본 발명의 전술한 목적과 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 도시만을 목적으로 하고 이에 제한되지 않는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 수행하기 위한 일 최적 모드의 후술하는 상세한 설명을 참조하여 부속된 본 발명이 해당 기술 분야의 종사자들에 의해 명백하게 될 것이다.

예 1

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 쉘 열교환기(1)의 통상적인 튜브는 일반적으로 원통형 쉘(3)로 연장하는 평행 튜브(2)로 구성된다. 튜브(2)는 튜브 플레이트(4)로 제 위치에서 유지되고, 하나의 튜브 플레이트가 튜브(2)의 각각의 단부(5)에 제공된다. 튜브 플레이트(4)는 튜브(2)의 외부와 연속적인 제2 공간(8)으로부터 튜브(7)의 내부와 연속적인 제 1 공간(6)을 분리시킨다. 통상적으로, 튜브(2)를 통해 도관(10)으로부터 제 1 매체의 유동을 분배하고 도관(11)으로 다시 복귀시키기 위해 튜브 시트(4) 너머로 돔형 유동 분배기(9)가 쉘(3)의 각각의 단부에 제공된다. 휘발성 냉각제의 경우에, 유동 체적 및 유동률이 시스템의 각각의 측면에서 상이할 수 있기 때문에 시스템은 대칭적일 필요가 없다. 열교환 튜브로 최적화된 유동 분포 패턴을 보장하기 위한 선택적인 배플 또는 다른 수단은 도시되지 않는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 냉각제 세척 시스템은 응축기로부터의 냉각제를 수용하기 위한 입구(112)와, 제어된 증류 프로세스를 채용한 정화 시스템과, 정화된 냉각제를 복귀시키기 위한 출구(150)를 제공한다. 시스템의 이러한 부분은 특히 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,377,499호에 개시된 시스템과 유사하다.

*압축기(100)는 냉각제를 포함하고, 응축기(107)는 가스의 열을 방출시킨다. 소량의 압축기 오일은 고온 가스와 함께 응축기(107)로 운반되고, 그곳에서 냉각제와 함께 혼합된 액체로 냉각되고 응축되며, 라인(108)과 피팅(14)을 통해 배출된다. 절연 밸브(102, 109)는 냉각제 유동 경로 내에 부분 증류 장치(105)의 삽입을 선택적으로 허용하도록 제공된다. 부분 증류 장치(105)로부터의 냉각제는 절연 밸브(102)를 통해 증발기(103)에 의해 수용된다.

부분 증류 장치(105)는 증류 챔버(130)에서 오염된 냉각제의 비등을 가능하게 하고, 이때 증류는 냉각제 증기를 조절함으로써 제어된다. 화살표(110)로 나타낸 바와 같이 오염된 냉각제 액체(120)가 입구(112) 및 압력 조절 밸브(114)를 통해 증류 챔버(116) 내로 공급되어 액체 준위(118)을 형성한다. 오염 액체 드레인(121)이 또한 밸브(123)와 함께 제공된다. 나선 코일(122)과 같은 큰 표면적의 도관이 오염된 냉각제 액체의 준위(118) 아래로 침지된다. 열전대(124)는 부분 증류 온도로써 성립되도록 3웨이 밸브(128)의 위치를 제어하는 온도 제어 유닛(126)의 목적을 위한 증류 온도를 측정하기 위해 코일(122)의 중심 또는 그 근방에 위치된다. 온도 제어 밸브(128)는 바이패스 도관(130)과 함께 작동하여, 증기가 액체 준위(118) 위쪽에서 증류 챔버(116)의 일부(132)에 수집됨에 따라, 그 증기는 온도 제어부(126)의 제어 하에서 3웨이 밸브(128)를 통해 공급되는 압축기(136)의 출력(138)에서의 고온 가스 토출을 생성하도록 도관(134)을 통해 압축기(136)로 공급된다. 열전대(124)가 임계치 이상의 부분 증류 온도를 나타내는 상황에서, 바이패스 도관(130)은 압축기(136)로부터의 출력의 일부를 수용하고, 임계치 아래에서 출력은 화살표(140)로 지시된 바와 같이 나선 코일(122) 내로 유동할 것이고, 임계치 근처에서 압축기 출력으로부터의 가스는 바이패스 도관을 따라 부분적으로 유동하고 부분적으로 온도를 유지하도록 나선 코일 내로 유동한다. 바이패스 도관(130)을 통한 나선 코일(122)로부터의 각각 방향(142, 144)으로의 유동은 화살표(150)로 지시된 증류된 냉각제 출구를 생성하도록 보조 응축기(146)와 압력 조절 밸브(148)를 통과할 것이다. 선택적으로, 응축기(146)는 응축기 출력 온도에 의해 제어되는 부가의 온도 제어 유닛에 의해 제어된다. 따라서, 응축기(107)로부터의 오일은 증발기(105)로 진입하기 전에 제거된다. 장시간 시스템을 작동함으로써, 증발기(103) 내의 오일 축적은 저감되어 시스템이 세정된다.

도 4는 주기적 또는 일괄 재최적화를 허용하거나 또는 작동 매개변수의 연속적인 폐루프 피드백 제어를 허용하는 설비된 냉동계 시스템을 도시한다. 압축기(100)는 전압 및 전류 인출을 측정함으로써 전력 소모를 정확하게 측정하는 전력계(101)에 연결된다. 압축기(100)는 기화 잠열과 압축기(100)에 의해 부가된 열이 방출되는 응축기(107)로 공급되는 라인(106)에서 고온 밀집 냉각제 증기를 생성한다. 냉각제는 소량의 압축기 윤활 오일을 운반한다. 응축기(107)는 온도 게이지(155)와 압력 게이지(156)에 의해 온도와 압력이 측정된다. 액화된 냉각된 냉각제는 혼합된 오일의 일부를 포함하고, 라인(108)을 통해 선택적인 부분 증류 장치(105)로 공급되면, 그 다음에 증발기(103)로 공급된다. 부분 증류 장치(105)의 부재시에, 응축기(107)로부터의 오일은 증발기(103)에 축적된다. 증발기(103)는 온도 게이지(155)와 압력 게이지(156)에 의해 냉각제의 온도와 압력이 측정된다. 증발기(103)의 입구 라인(152)과 출구 라인(154)의 냉각된 물은 또한 온도 게이지(155)와 압력 게이지(156)에 의해 온도와 압력이 측정된다. 증발기(103)에 의해 증발된 냉각제는 라인(104)을 통해 압축기로 복귀된다.

전력계(101), 온도 게이지(155) 및 압력 게이지(156)는 각각 예를 들어, BTU/kWH로 냉동계의 효율을 나타내는 출력(158)을 생성하는 데이터 획득 시스템으로 데이터를 제공한다. 오일 센서(159)는 증발기(103)의 오일 농도의 연속적인 측정을 제공하고, 부분 증류 장치(105)를 제어하기 위해 이용될 수 있거나, 최적 작동 체제에 기초하여 간헐적인 재최적화의 요구를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 전력계(101) 또는 데이터 획득 시스템(157)은 증발기의 오일 준위를 추적하기 위한 대용물 측정을 제공할 수 있고 또는 이와 달리 오일 제어의 요구를 제공할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 냉동계의 효율은 증발기(103)의 오일 농도에 따라 변화된다. 라인(162)은 단조롭지 않은 관계를 도시한다. 이러한 관계가 오일 농도에 대해 효율을 그림으로써 결정된 후에, 작동 체제가 그 다음에 한정될 수 있다. 통상적으로 자발적으로 보충되지만, 다음의 제거 작동에서 확장되는데 유용하지 않은 경계 너머에서 작동 체제의 하한(160)이 한정된다. 완전한 오일 제거는 비용뿐만 아니라 직접적으로 비효율적이고, 감소된 시스템 효율을 야기할 수 있다. 이와 같이, 오일 준위가 작동 체제의 상부 경계(161)를 초과할 때, 시스템 효율은 강하하고 최적 작동을 저장하기 위해 냉동계의 서비스에 대해서 비용 효율적이다. 따라서, 폐루프 피드백 시스템에서, 하부 경계(160)와 상부 경계 사이의 거리는 주기적인 유지보수 시스템보다 더 좁을 것이다. 폐루프 피드백 시스템의 오일 분리기[즉, 부분 증류 장치(105) 또는 다른 형식의 시스템]은 통상적으로 그 자체로 주기적인 유지보수 동안 채용된 대형 시스템보다 통상적으로 효율이 낮아서 각각의 형식의 배열에 장점이 있다.

예 2

도 7a는 본 발명에 따른 제어 시스템의 제 1 실시예의 블록도를 도시한다. 이러한 시스템에서, 냉각제 충전은 센서 입력(201)용 모두 데이터 획득 시스템을 통한 들어오고 나가는 응축기 및 증발기 물 온도, 들어오고 나가는 응축기 및 증발기 물 유동률 및 압력, 압축기 RPM, 흡입 및 토출 압력 및 온도 및 대기 압력 및 온도를 포함하는 열역학적 매개변수뿐만 아니라 냉각제 충전 준위(216)을 수용하는 (레벨 송신기로부터, 즉, 헨리 밸브 코오포레이션사의 멜로스 파크 IL LCA 시리즈 E-9400 시리즈 액체 준위 스위치, 디지털 출력 또는 K-Tek 마그네토스트릭티브 레벨 송신기 AT200 또는 AT 600 아날로그 출력을 갖는 액체 준위 컬럼) 제어를 갖는 적합 제어(200), 선택적으로는 시스템 전력 소모(kWatt-시간)를 이용하여 제어된다. 이러한 변수들은 신경 네트워크(203) 기술에 기초하여 시스템의 비선형 모델을 채용한 적합 제어(200) 내로 공급된다. 변수들은 이전 데이터 세트에 기초하여 임시 매개변수를 나타낼 뿐만 아니라 입력 세트로부터 일탈된 변수의 세트를 생성하도록 예비 처리된다. 신경 네트워크(203)는 예를 들어, 매 30초마다 주기적으로 설정된 입력 데이터를 판정하고, 출력 제어 신호(209) 또는 신호 세트를 생성한다. 제안된 제어가 실시된 후에, 실제 반응은 적합 제어 업데이트 보조 시스템(204)에 의해 신경 네트워크(203)에 의해 내부 모델에 기초하여 예측된 반응과 비교되어, 신경 네트워크는 "에러"를 반영하거나 또는 고려하여 업데이트(208)된다. 신경 네트워크와 통합될 수 있거나 또는 개별적인 진단부(205)로부터의 시스템의 출력(206)은 센서 및 네트워크 자체 또는 제어되는 설비의 가능한 에러를 나타낸다.

제어된 변수는 예를 들어, 시스템에서의 냉각제 충전이다. 냉각제를 제거하기 위해, 증발기(211)로부터의 액체 냉각제는 밸브(210)를 통해 저장 용기(212)로 운반된다. 냉각제를 부가하기 위해, 가스상 냉각제가 밸브(215)에 의해 제어되는 압축기(214) 흡입으로 복귀될 수 있고, 또는 액체 냉각제가 증발기(211)로 펌핑될 수 있다. 저장 용기(212)내의 냉각제가 분석되고 정화될 수 있다.

예 3

제어 시스템의 제 2 실시예는 도 7b에 도시된 바와 같은 피드포워드 최적화 제어 전략을 채용한다. 도 7b는 컴퓨터 기반의 피드포워드 최적화 제어 시스템의 신호 유동 블록도를 도시한다. 프로세스 변수(220)는 측정되고, 신뢰성, 필터링, 평균 및 컴퓨터 데이터베이스(222)에 저장하도록 체크된다. 규제 시스템(223)이 프로세스 변수(220)를 소정의 바람직한 슬레이트값으로 유지하기 위한 전방 라인 제어로써 제공된다. 측정된 변수의 조절된 세트는 조작자(224A)로부터의 바람직한 세트 포인트를 갖는 규제 시스템(223)과 최적화 루틴(224B)에서 비교된다. 검출된 에러는 제어 작용을 발생시키도록 이용되고, 프로세스(221)에서 최종 제어 요소로의 출력(225)으로써 전달된다. 규제 시스템(223)용의 세트 포인트는 조작자 입력(224A) 또는 최적화 루틴(224B)의 출력으로부터 유도된다. 모델(227)은 최적화기(227)를 이용하기 전에 특정 루틴(228)에 의해 업데이트된다는 것을 알아야 한다. 피드백 업데이트 특성은 부 기계 사용 에러 대신에 적합한 수학적 프로세스 설명을 보장하고, 모델(227)에 합체된 가정을 단순화함으로부터 상승하는 불일치를 보상할 것이다. 이러한 경우, 제어 변수는 예를 들어, 압축기 속도 단독 또는 부가로 냉각제 충전 준위일 수 있다.

입력 변수들은 이러한 경우, 예 2의 것과 유사하게 들어오고 나가는 응축기 및 증발기 물 온도, 들어오고 나가는 응축기 및 증발기 물 유동률 및 압력, 압축기 RPM, 흡입 및 토출 압력 및 온도 및 대기 압력 및 온도를 포함하는 열역학 매개변수뿐만 아니라 냉각제 충전 준위, 선택적으로 시스템 전력 소모(kWatt-시간)를 포함한다.

예 4

도 7c에 도시된 바와 같이, 냉각제 충전 준위(231), 압축기 속도(232) 및 증발기의 냉각제 오일 농도(233)를 제어하는 제어 시스템(230)이 제공된다. 시스템의 단일 복합 모델을 제공하는 대신에, 다수의 단순화된 관계가 센서 입력에 기초하여 다수의 영역 또는 면으로 시스템의 작동 공간을 세그먼트화하는 데이터베이스(234)에 제공된다. 입력(235)의 변화에 대한 제어 시스템(230)의 감응도는 에너지 효율을 최적화하기 위해 작동 동안 제어에 의해 적절하게 결정된다.

데이터는 또한 작동 공간의 밀도를 충전하도록 데이터베이스(234)에 저장되고, 입력 매개변수의 세트가 작동 공간의 매우 밀집된 영역을 나타낼 때, 신속한 전이가 계산된 가장 효율적인 출력 상태를 달성하도록 실행된다. 한편, 작동 공간의 영역이 매우 밀도가 낮으면, 제어부(230)는 느리게 제공되고, 최적 출력 세트를 결정하도록 작동 공간을 탐색하도록 출력 탐색을 변경하여 검색한다. 이러한 검색 절차는 또한 공간을 조밀하게 하여, 제어부(230)는 몇몇 충돌 후에 본래의 전략을 방지할 것이다.

부가로, 작동 공간의 각각의 영역에서, 정적인 가변성이 결정된다. 정적인 가변성이 낮으면, 영역용 모델은 정확하게 간주되어, 국부 영역의 연속적인 검색이 감소된다. 한편, 가변성이 높으면, 제어부(230)는 임의의 활용 가능한 입력(235)과 시스템 효율 사이에서 상호 작용을 결정하기 위해 입력 데이터 세트를 분석하고, 데이터베이스(234)에 저장된 영역용의 모델을 개선하도록 탐색한다. 이러한 상호 작용은 하나 이상의 출력(231, 232, 233)의 변화에 대해 입력 세트의 감응도 테스트를 통해 영역을 탐색함으로써 검출될 수 있다. 각각의 영역에서, 바람직하게는 선형 모델이 입력 변수와 최적 출력 변수의 세트에 대해 구성된다. 선택적으로, 신경 네트워크와 같은 비교적 단순한 비선형 네트워크가 채용될 수 있다.

예를 들어, 작동 영역은 작동 공간을 냉각제 충전 준위의 5%만큼 설계의 -40% 내지 + 20%까지와, 증발기의 오일 함량이 0.5% 만큼 0 %내지 10%까지, 압축기 속도가 최저부터 최대 속도까지 10 내지 100으로 증분하는 분리된 영역들로 세그먼트화한다. 비균일 속도 영역을 제공하거나 입력 공간의 각각의 부분에서 입력 변수에 대한 출력의 감응도에 기초하여 적절하게 크기를 갖는 영역으로 제공하는 것이 가능하다.

제어 시스템은 또한 시스템 시작 및 정지용의 특정 모드의 세트를 제공한다. 이들은 에너지 효율이 이들 전이동안 주된 고려가 되지 않는다는 점에서, 그리고 다른 제어 이슈가 중요하게 고려된다는 점에서 정상 작동 모드와 구별된다. 이들 모드들은 또한 제어 시스템 초기화 및 오류 교정 작동용의 옵션을 제공한다.

시스템용으로 요구된 업데이트 시간이 비교적 길기 때문에, 신경 네트워크 계산은 일반적인 목적의 컴퓨터, 즉 윈도우 XP 또는 실시간 작동 시스템으로 구동되는 인텔 팬티엄 4 또는 애슬론 XP 프로세서에서 직렬로 실행될 수 있고, 따라서, (데이터 획득 인터페이스 이외의) 특정한 하드웨어가 통상적으로 필요하지 않다.

제어 시스템은 제어 작용을 "설명"하는, 예를 들어, 임의의 주어진 제어 결정과 출력 상태에 가장 큰 영향을 주는 센서 입력을 식별하는 진단 출력(236)을 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 신경 네트워크 시스템에서, 종종 출력을 완전하게 처리하는 것은 불가능하다. 또한, 시스템, 제어되는 설비 또는 제어기 자체가 비정상 상태를 검출하면, 정보가 조작자 또는 서비스 기술자에게 통신되는 것이 바람직하다. 이는 저장된 로그, 가시 또는 가청 표시, 전화 또는 인터넷 통신, 제어 네트워크 또는 로컬 인터넷 네트워크 통신, 무선 주파수 통신 등의 방식일 수 있다. 많은 경우, 중요한 상태가 검출되고 설비가 완전히 작동불능이 되면, 유지보수가 수행될 때까지 "안전장치"를 조작 가능한 모드를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 설명은 도시 및 설명만을 위해서 제공되었고, 전술한 교시의 견지에서 많은 변형 및 변경이 가능하기 때문에 본 발명을 정확한 형상으로 규정하거나 제한하기 위한 것은 아니다. 몇몇 변형들은 본 명세서에서 설명되었고, 다른 것들은 본 발명이 부속된 해당 기술 분야의 종사자들에 의해 실시될 수 있다.

Claims (17)

1. 냉각 시스템의 열역학적 매개변수들의 변경 비용을 포함하여 복수의 알려진 상태에서의 냉각 시스템의 실제 작동 매개변수들의 이전 측정치들 그리고 냉각 시스템 구성으로부터 유도된 냉각 시스템의 모델의 매개변수들을 저장하는 메모리;
   현재 상태에서의 냉각 시스템의 작동을 열역학적으로 및 비용-편익 관점에서 분석하기에 충분한 물리적 작동 매개변수들을 수신하는 하나 이상의 입력부(input);
   적어도 상기 하나 이상의 입력부 그리고 상기 메모리 내에 저장된 매개변수들 그리고 상기 열역학적 매개변수들의 변경 비용에 기초하여, 현재 상태에서의 냉각 시스템의 열역학적 분석 및 비용-편익 분석을 실시하는 것에 의해서, 목표 비용-편익 상태에서의 냉각 시스템으로부터 상기 현재 상태에서 작동 중인 냉각 시스템이 갖는 편차를 추정하는 프로세서; 그리고
   예측된 최고 비용-편익 상태가 얻어지는 작동 매개변수들로부터 상기 수신된 작동 매개변수들이 갖는 편차의 추정치를 제공하는 출력부(output);를 포함하는,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로세서는 작동 상태에서의 상기 냉각 시스템의 냉각 효율을 추정하고,
   상기 편차 결정 장치는 효율 측정 동안 상기 냉각 시스템의 프로세스 변수를 변경하기 위한 그리고 목표 효율이 얻어지는 프로세스 변수 준위를 계산하기 위한 수단을 더 포함하는,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   증발기 내의 오일 농도 및 상기 냉각 시스템의 냉각제 충전량(charge) 중 적어도 하나를 변경함으로써 상기 물리적 매개변수들을 변경하기 위한 제어부를 더 포함하는,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 장치.
   
4. 복수의 작동 상태들에 대한 냉각 시스템의 작동 효율 및 냉각 시스템의 실제 열역학적 작동 매개변수들의 이전 측정치들에 기초하여 냉각 시스템의 제1 열역학적 및 경제적 모델을 정의하는 단계 - 상기 모델은 냉각 시스템의 열역학적 작동 매개변수들의 변경 비용 그리고 복수의 열역학적 작동 상태들에 대한 상기 냉각 시스템의 목표 효율 상태를 정의하기에 충분함 - ;
   상기 냉각 시스템이 열역학적 목표로 작동되지 아니할 때 동시에 상기 냉각 시스템을 열역학적으로 및 비용-편익 관점에서 분석하기에 충분한 열역학적 작동 매개변수들을 획득하는 단계;
   상기 냉각 시스템의 제2 열역학적 및 경제적 모델을 정의하기 위해 상기 획득된 열역학적 작동 매개변수들에 기초하여 상기 냉각 시스템의 열역학적 및 경제적 분석을 자동으로 실시하는 단계;
   상기 냉각 시스템의 제1 열역학적 및 경제적 모델을 상기 냉각 시스템의 제2 열역학적 및 경제적 모델에 비교하는 단계; 그리고
   상기 비교에 기초하여, 열역학적 작동 매개변수들의 변경 비용을 포함하여 제1 열역학적 및 경제적 모델에 따른 예측된 최고 비용-편익이 얻어지는 열역학적 작동 상태들로부터 상기 획득된 열역학적 작동 매개변수들에서 작동 중인 상기 냉각 시스템의 열역학적 상태가 갖는 편차의 정량적 추정치를 출력하는 단계;
   를 포함하는,
   냉각 시스템의 목표로부터의 편차를 결정하는 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 편차의 추정치는 냉각 시스템 서비스의 필요성을 결정하기 위해 이용되는,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 편차의 추정치는 냉각 시스템의 냉각 용량을 추정하기 위해 이용하는,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 열역학적 분석은 냉각 시스템의 상태에 연관되고,
   상기 편차 결정 방법은, 작동-상태 감응형의 물리적 매개 변수들을 결정하기 위해서 작동 상태들의 일 범위에 걸쳐 냉각 시스템 성능을 모니터링하는 단계;를 더 포함하는,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
   
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 열역학적 분석은 작동 냉각 시스템의 효율을 추정하는 단계를 포함하고,
   상기 편차 결정 방법은:
   상기 냉각 시스템의 프로세스 변수를 변경하는 단계;
   상기 변경 후에 획득된 물리적 매개변수의 분석에 기초하여 냉각 시스템 특성값을 계산하는 단계; 및
   상기 결정된 시스템 특성값에 따라 프로세스 변수 준위를 최적화하는 단계;를 더 포함하는,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 프로세스 변수가 증발기 내의 냉각제에 용해된 압축기 오일의 양에 관한 프로세스 변수인,
   냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세스 변수가 냉각제 충전 상태를 나타내는 프로세스 변수인,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
11. 제 8 항에 있어서,
    결정된 목표 효율 프로세스 변수 준위에 기초하여 폐루프 제어에 의해 작동점이 유지되는,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
    
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세스 변수는 증발기 내의 냉각제에 용해된 압축기 오일의 양이고,
    상기 프로세스 변수는 냉각 시스템 내의 냉각제로부터 오일을 분리함으로써 변경되는,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
    
13. 제 4 항에 있어서,
    상기 목표 상태로부터의 편차의 적어도 일부를 교정하기 위해 상기 냉각 시스템에 대한 서비스 작동의 비용-편익을 예측하는 단계;를 더 포함하는,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
    
14. 제 4 항에 있어서,
    하나 이상의 작동 매개변수의 섭동에 대한 상기 냉각 시스템의 감응도를 결정하는 단계;
    상기 냉각 시스템에 대한 효율적 작동 체제를 정의하는 단계; 및
    상기 냉각 시스템이 상기 정의된 효율적 작동 체제를 벗어나 작동 중일 때 그리고
    결정된 감응도 및 예측되는 서비스 비용을 기초로 교정이 비용-효율적인 것으로 예측될 때, 상기 하나 이상의 작동 매개변수를 상기 효율적 작동 체제 내에 가져오도록 상기 냉각 시스템의 서비스를 선택적으로 실시하는 단계;를 더 포함하는,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 서비스는 냉각제의 정화를 포함하는,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 작동 매개변수는 상기 냉각 시스템의 에너지 효율을 계산하는 것에 의해서 추정되는,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
    
17. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템의 작동의 비용 매개변수들을 정의하는 단계;
    상기 냉각 시스템의 사용량(usage) 매개변수들을 결정하는 단계;
    효율 관점에서 기계에 대한 서비스 절차가 갖는 열역학적 효과를 예측하는 단계;
    상기 서비스 절차의 비용을 추정하는 단계; 및
    작동 비용 매개변수들, 사용량 매개변수들, 예측된 열역학적 효과, 그리고 추정된 비용에 기초하여 비용-편익 분석을 실시하는 단계;를 더 포함하는,
    냉각 시스템의 목표 상태로부터의 편차 결정 방법.
    

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