(57)【要約】【課題】プロセス外乱への応答を低減することなく、オーバシュートを排除するコントロールシステムを提供する。【解決手段】水冷却機システムのための入力を有するコントロールシステム（５００）を提供する段階と、セットポイント温度（５１５）を選ぶ段階と、二項フィルタ（５１０）を用いて濾過されたセットポイント（５２０）を提供するようにセットポイント温度を濾過する段階と、コントロールシステム（５００）の入力に濾過されたセットポイント（５２０）を提供する段階とから構成される。【選択図】図６
2006317148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷却機システムのための入力を有するコントロールシステムを提供する段階と、
セットポイント温度を選ぶ段階と、
二項フィルタを用いて濾過されたセットポイントを提供するようにセットポイント温度を濾過する段階と、
コントロールシステムの入力に濾過されたセットポイントを提供する段階と、
を有することを特徴とする予め選択された温度の水を供給するために水冷却機システムを制御する方法。
【請求項２】
システム入力と、
サミングノードを経てシステム入力に接続したフィードバックループと、
セットポイント入力を受け入れるように配置され、サミングノードを経てコントロールシステムに濾過されたセットポイント出力を提供する二項フィルタとを有することを特徴とするコントロールシステム。
【請求項３】
入力を有するコントロールシステムを提供する段階と、
セットポイントを選ぶ段階と、
二項フィルタを用いてセットポイントに濾過し、濾過されたセットポイントを提供する段階と、
コントロールシステムの入力に濾過されたセットポイントを提供する段階と、を有することを特徴とするコントロールシステムのオーバーシュートを減らす方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収冷却機のための改良されたコントロールに係り、特に、プロセス外乱への応答を引き下げることなくオーバシュートを排除するために二項（binomial)のセットポイントフィルタを有するコントロールシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸収冷却、冷却、ヒートポンプおよび冷却ループによって循環している合成の冷媒を使用した関連装置は周知である。冷却ループは、発生機、凝縮器、蒸発器および吸収器を有する。種々の合成の冷媒システムは、このような装置において用いることができる。２つの例は、アンモニア／水系およびリチウム臭化物／水システムである。
【０００３】
外部のエネルギー源は、発生機における合成の冷媒および吸収剤溶液に熱を加える。発生機は、蒸留するために十分に合成の溶液を加熱し、より揮発性の冷媒（例えばアンモニア／水冷媒の場合アンモニア蒸気およびリチウム臭化物／水系の場合水）の蒸気を追い出し、あまり揮発性が顕著でない濃縮されなかった吸収剤溶液を残す。その後、濃縮された吸収剤組成分は、吸収器に取り除かれる。
【０００４】
凝縮器は、発生機から蒸発された冷媒を受け入れて、冷媒を（凝固物として知られている）液体に凝縮する。蒸気の圧縮によって解放される熱は、冷却塔、冷却水、いくつかの他の外部のヒートシンク、もしくは、冷却装置の他のステージに放出される。
【０００５】
蒸発器は、熱負荷と直接または間接接触して、凝縮された冷媒液体を蒸気にすることによって熱負荷（すなわち建物空気、冷蔵庫内容物、冷却水、もしくは、システムが冷却するように設計されている他の物質）から熱を回収する。蒸発器は、このように、揮発性の冷媒を再蒸発させる。
【０００６】
吸収器は、蒸発器を出た冷媒蒸気と発生機を出た濃縮された吸収剤溶液を接触させる。接触過程は、蒸気相がより揮発性の小さい溶液相に再吸収されるとき、熱を発生する。この熱は、冷却塔、冷却水、冷却装置の他のステージ、もしくは、いくつかの他のヒートシンクに放出される。オリジナルの合成の冷媒および吸収剤溶液は、吸収器において再形成され、発生機に返されそサイクルを完全なものにする。
【０００７】
通常の吸収熱交換装置において、蒸発器および吸収器は１つの容器内に配置されるので、蒸発器において発生される冷媒蒸気は逆吸収のために簡単に吸収器に移ることができる。典型的に組み合わせられた蒸発器および吸収器において、接触過程は、冷媒蒸気と接触して濃縮された吸収剤溶液にスプレーすることを含む。低温域で濃縮された溶液の存在により、吸収器内に蒸発器内の飽和圧力よりわずかに小さい飽和蒸気圧力を生じる。圧力アンバランスによって冷媒蒸気が蒸発器から吸収器まで流れ、冷媒蒸気は溶液に再吸収される。冷却機冷却能力は、冷媒が蒸発器において蒸発するレートの関数であり、蒸発した冷媒が蒸発器から吸収器まで流れるレートに直接関連する。
【０００８】
冷却機のこのような負荷の変化に対応するために吸収冷却機の冷却能力を変更することが望ましい。冷却能力を制御するほとんどの共通化方式は、吸収器へ一定速度でスプレーされる吸収剤溶液の濃度を変えることである。吸収器スプレーで吸収剤溶液の濃度を増やすことは、吸収器のより大変な圧力アンバランスを生み出し、蒸発器から吸収器までさらに多くの冷媒蒸気を流すようにし、それによって冷媒が蒸発器内でより高いレートで蒸発し、最終的に冷却能力を増大する。反対に、吸収器スプレーで吸収剤溶液の濃度を減少させることは、冷却能力を低減する。
【０００９】
吸収器スプレーでの吸収剤溶液濃度は、発生機から吸収器まで流れている濃縮された吸収剤溶液の流量を変更することによって変更された。発生機からの流れが変動するとき、冷却機装置は、吸収器サンプからの希釈合成溶液と発生機からの濃縮された吸収剤を混合することによって吸収器への定流量を維持する。次に装置は、混合物を吸収器スプレーに通す。例えば、発生機からの流れ速度が低いときに、再循環流れ速度は高い、そして、最初に吸収装置に入った濃縮吸収溶液は薄められる。
【００１０】
理論的には、発生機からの吸収剤溶液の流れがゼロ（その場合には、吸収器スプレーへの流れは、単に吸収器サンプからリサーキュレーションだけから成る）に引き下げられる場合、冷却機能力はゼロに引き下げられる。しかしながら、実際問題として、装置は流れの停滞および冷却機熱交換器の結晶化を防ぐために発生機による微小流量を維持しなければならない。その後、装置は、ある点を越えて冷却能力を減らすために、更に吸収剤溶液と大量の過剰冷媒を混合することによって発生機から流れている吸収剤溶液を薄めなければならない。しかしながら、更に吸収剤溶液を薄めるために吸収器の前の過剰冷媒の使用は、冷却機の応答時間を増やし、大きい冷媒貯蔵タンクを必要とする。ユーザが低い冷却負荷に対応し、負荷の変化に迅速に応答する吸収冷却機を望む住居用、事務所および産業用熱交換用の場合には、他の装置が必要とされる。
【００１１】
例えば、制御器は吸収器スプレーで吸収剤溶液の濃度を変えることによって低い冷却能力と高い冷却能力との間でオフィスビル冷却機システムを迅速に変更することができない。システムは、太陽が雲に出入りし絶えず曇りがちな場合、雲が太陽をさえぎるときの低い冷却能力から、太陽が事務所の窓から入り、内側の温度を増やすときの大きな冷却能力に循環する。低い冷却能力の場合、事務所の冷却機システムは、吸収剤溶液流の濃度を減らすために吸収剤溶液冷媒で大きく希釈する。事務所の空気の温度が次の突然に上昇して冷却能力の非常に大きな増加が要求されるときに、発生機が文字通り過剰冷媒を合成の溶液を沸騰させ、濃縮された吸収剤を再形成しなければならない。冷却機がその高能力を回復することができる前に、吸収剤は発生機において再形成されていなければならない。しかしながら、冷却能力が回復する頃には、太陽が雲の後に再び隠れることがよくある。その時点では、太陽が事務所をもはや加熱していないので、システムは再び冷却能力を低減しなければならない。
【００１２】
このように、吸収器溶液濃度を変更することによって吸収冷却機の冷却能力を制御することは周知であるが、低い冷却能力レンジにおいて作動するときに、それらが長い応答時間を有するので、既存のシステムは能率が悪い。それに加えて、低い冷却能力レンジにおいても作動しするためには、このようなシステムは、大きい冷媒貯蔵タンクを備えなければならない。
【００１３】
他の側面において、本発明は、二段階吸収冷却機械に関し、特に、システム熱交換器内の結晶化を検出して、回復するためのコントロールシステムに関する。特に、二段階吸収の冷却機械の運転の間、事故、もしくは、故障の発生によって、機械の流れ通路の吸収溶液の凝固または結晶化が生じるおそれがある。結晶化がよくおこる場所の１つが、濃縮された溶液熱交換器の濃縮された溶液の通路である。この場所では、発生機によって吸収溶液が濃縮され、吸収装置に押し戻される。発生機および吸収器との間で、濃縮された溶液は、熱交換器を通過し、吸収器から発生機までポンプで送られる吸収剤溶液を薄めるために熱を解放する。いくつの理由によって、吸収剤溶液が過剰に濃縮されるか、もしくは、それがその結晶化温度以下に冷却される場合、濃縮溶液の通路がつまり始め、結局結晶化により完全に閉鎖される。この状態は、非常にわずかな時間で起こり、１分以下で生じることが知られている。
【００１４】
数多くの状態によって、熱交換器の濃縮された吸収剤溶液の結晶化が生じるおそれがある。例えば、吸収器の空気又は他の不活性ガスの存在により、吸収剤溶液の希釈を妨げる。これによって、濃縮された吸収剤溶液の濃度が上がるようになる。また、溶液が過飽和状態になるとき結晶が始まる。凝縮器水が突然、通常の作動温度より冷えたようになる場合、吸収器を出た薄い吸収剤溶液の温度の低下が起こる。ついには、この熱交換器の濃縮された吸収剤溶液の温度が結晶点以下に低下し、熱交換器をつまらせ始める。発生機がオーバーファイアイング（Overfiring）することは、吸収剤溶液の過飽和を招き、熱交換通路の結晶化閉塞を引き起こす。上記の状態のいずれも防ぐことが望ましい。しかしながら、故障、もしくは、事故の場合、常に熱交換器の結晶化を防ぐことは不可能である。結晶化および熱交換閉塞が起こるときに、熱交換器通路をきれいにする実際的な従来の方法は外部の熱源でそれらを加熱して、内部の吸収剤溶液を液化させることであった。しかしながら、それが吸収機械運転の重大な停止を要求するので、この解決法は容認できない。他の従来の結晶化検出および防止システムは、流れが結晶化によって逆流し始めるときに起動される濃縮された吸収剤溶液流通路で機械的なフロート弁を用いることである。しかしながら、これらの機械的なシステムは、信頼性に乏しく高価なことがわかった。
【００１５】
最後に、外乱を処理する応答を低減することなくオーバシュートを排除する二項のセットポイントフィルタを備えたコントロールシステムは、実質的にすべての種類の装置及び機会を監視して、それらを制御することができる。制御装置は、それらの経済的な利点のためしばしば利用される。例えば、所望の操作している拘束により近く方法を保持する能力は都合がよい。そのような制御はシステムの安全性を増大して、そのうえ効率を増大する。
【００１６】
２つの基本的な型のコントロールシステムが存在する。コントロールシステムの１つの型が、規制（規定）コントロールシステムである。この型のコントロールシステムは、主にこのシルテムの変化および外乱にシステムに応答するために用いられる。規制コントロールシステムによって制御されるデバイスの例は、快適性冷却応用のための冷却水を提供するために用いられる水冷却機を有する。
【００１７】
コントロールシステムの他の型は、追跡型コントロールシステムである。この型の制御は、セットポイント、もしくは、関連した入力を追跡する。このようなコントロールシステムは、機械の制御を改善する。例えば、最初のセットポイントはシステム、もしくは、機械に入力され、コントロールシステムは機械からのいかなる偏差も追跡し、所望のセットポイントで機械の運転を維持しようとする。
【００１８】
要するに、閉ループコントロールシステムは、制御された変数の処理、測定および実測を所望の値と比較して、それら間の差を用いて１つの入力をこの処理に自動的に調節するコントローラとから成る。制御される物理システムは、電気、熱、油圧、空気、ガスおよび他の物理的な、もしくは、化学的なプロセスによって説明される。
【００１９】
一般的には、コントロールシステムは２つの目的の一方を合致するように設計されている。第１に、サーボ機構は、セットポイントの変化にできるだけ接近して従うように設計されている。多くの電気的、もしくは、機械的なコントロールシステムは、サーボ機構である。２番目に、調整器は負荷、もしくは、他の外乱の変化にもかかわらず、出力を一定に保つように設計されている。規定型コントロールは、化学的過程を制御するために広く使われている。一般に、コントロールシステムモニターセットポイントを追跡することは、適切な調整を変えて、行われる。規定型コントロールシステムは、プロセス外乱を補償するために調整される。
【００２０】
コントロールシステムの安定性、正確さおよび応答の速さは、定常状態および一過性の性能を分析することによって決定される。出力を特定の範囲内に維持しながら、可能な限り短い時間で定常状態を達成することが望ましい。出力が特定の入力のために制御される正確さに関して、定常的な性能が評価される。一過性の性能、すなわち、システムが定常状態から他の状態に変化するとき、出力変数の挙動が、極大オーバシュート、立上り時間および応答時間のような数量に関して評価される。
【００２１】
多数の因子がセットポイントの変化およびプロセス負荷の変化によって生じる外乱を含む制御の品質に影響を及ぼす。セットポイントおよびプロセス負荷は、最終的なコントロール要素の設定に関して制御変数をセットポイントに維持するために定義することができる。このように、これらの両方によって最終的なコントロール要素を別の位置に移すようになる。他の外乱は、例えば入口プロセス流体温度および、水冷却機の冷却水温度の変化であってもよい。
【００２２】
多数のコントロールシステムにおいて、ステップ入力応答は、結果としてオーバシュートになる。しかしながら、ステップ入力は多数の理由により解析のために広く使われている。まず第１に、ステップ入力は検定が簡単に実行される。２番目に、ステップ入力は最も厳しい外乱であり、起こりうる最大限のエラーを示す。一過性の性能の特徴は、最大限のオーバシュート、渡振動の周波数および応答時間の存在及び大きさを有する。
【００２３】
ある例において、出力変数はその所望の定常状態条件を行き過ぎ、過渡振動が起こる。第１のオーバシュートは最も大きく、その効果は設計者の懸念材料である。この最大限のオーバシュートを制限するための主要な方法は、（１）指令信号によって特定されたものを越えて制御変数が過度に逸脱することによる、過程もしくは機械への損害を避け、そして（２）高度弱減衰するシステムと関連した過大な設時間を避けることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記したように、コントロールシステムはプロセス調整器、もしくは、追跡制御装置として用いることができる。例えば、吸収冷却機は、産業用に応用して用いられる。これらの用途において、冷却機制御装置は、さらに多くの追跡制御機能を実行することが要求される。快適冷却のための水冷却機制御装置は、主にプロセス制御器である。冷却機は、蒸発器を出た冷却水を、決して変わることのない設定点に制御する。この型の応用のために、通常、プロセス外乱によって生じる出る水の水温に関する誤りを排除するためにＰＩＤ（proportional,integral,derivative ）コントロールループの比較的高いインテグラル・ゲインを用いる ことが望ましい。通常は、コントロールシステムが外乱をより早くロードするためにより早く応答することができるという理由から、より大きなインテグラル・ゲインが有益である。しかしながら、大きいインテグラル・ゲインを用いることに関する課題の１つは、起動時に、制御がそのセットポイントを行き過ぎることである。大きなインテグラル・ゲインによって生じる他の課題は、低温域上の機械の停止である。
【００２５】
そのようなオーバシュートに関する課題は、以前は「ソフトローディング」と呼ばれている制御機能によって解決していた。冷却機システムは、セットポイントが変化する間、もしくは、起動時の時点で、即時に実質的に変化する。冷却機システムの典型的な応答は、変化に対応するように１００％までロ−ドすることである。ソフトローディング機能は、この大きな変化を補償するために、起動時に命令された出力を制限して制御器から冷却機上のローディングを遅くする。
【００２６】
しかしながら、ソフトローディング機能も、ある課題を有する。例えば、ソフトローディングはコントロールシステムのバックエンドで配置される。そして、それは実行するのが難しい機能をつくる。ソフトローディング機能が命令された出力（入力でない）を制限するという理由から、出力を制限する方法は、他の異なる機械の異なるタイプのコントロールシステムによって変化する。例えば、ソフトローディング機能は、水温の変化を制限するために水温を制御する命令を制限しなければならない。また、命令を制限する方法は、制御されるものに依存する。各システムにおいて、システム毎にその命令を微調整することが要求される。それに加えて、質のよい応答を得るために大量の経験的な作業が必要とされる。さらに追加のコントロールは、出る水の温度のセットポイントを変えることが必要な場合に生じる。繰り返しになるが、大きいインテグラル・ゲインによって、大きいオーバシュートが起こる。また、冷却水のセットポイントが日によって変わる快適性冷却アプリケーションがある。例えば、温度は夜に上がり、昼間に下がることがある。これらの規則的な変化によっても、上述したオーバシュートの問題が生じる。
【００２７】
したがって、規則的な制御によって、インテグラル制御を押し上げシステムの応答をより速くすることが望ましい。通常、この増大するインテグラル制御は、セットポイントの変化が必要になるまで良好に作動する。セットポイントの機会にインテグラル・ゲインの増加が、過大になり、オーバシュートが生じる。しかしながら、同じシステムが追跡型の制御を実行しようとするときに、オーバシュートが起こる。この結果、プロセス外乱への応答を引き下げることなく、オーバシュートを排除するコントロールシステムの必要性が存在する。
【００２８】
本発明の目的は、プロセス外乱への応答を低減することなく、オーバシュートを排除するコントロールシステムを提供することである。特に、コントロールシステムの実施例は、それが結果的にオーバーシュートをなくすさらに漸進的な応答を提供するようにセットポイントの変化をフィルタリングする二つのセットポイントフィルタを有する。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、システムの公称上のセットポイントを表している予め選択された温度で、冷却水を供給するために水冷却機を制御する方法である。水冷却機は、入力を有するコントロールシステムを有する。方法は、次のように実施される。公称上のセットポイント温度が選択される。濾過されたセットポイント温度を提供するために、二項フィルタを用いて、セットポイント温度がフィルターにかけられる。濾過されたセットポイント温度は、コントロールシステムの入力部に送られる。濾過されたセットポイント温度は、時間および温度の関数である。好ましくは、濾過されたセットポイント温度は、最初は冷却水の現在の温度であり、それから漸近的に公称上のセットポイント温度に接近するために時間の関数としての変化する。
【００３０】
本発明の態様は、システム入力部、フィードバックループおよびセットポイント入力部および濾過されたセットポイント出力部を有する二項フィルタを備えているコントロールシステムである。フィードバックループは、サミングノードを介してシステム入力部にの連結されている。二項フィルタは、セットポイント入力部で公称上のセットポイントを受け入れて、その応答時にシステムの入力部に濾過されたセットポイント出力をサミングノードを介して提供するように構成される。
【００３１】
本発明の別の態様は、コントロールシステムのオーバシュートを低減する方法である。入力部を備えたコントロールシステムが提供される。公称上のセットポイントが選択される。公称上のセットポイントは、濾過されたセットポイントを提供するために、二項フィルタを用いて、フィルターにかけられる。濾過されたセットポイントは、コントロールシステムの入力部に提供される。濾過されたセットポイントは、漸近的に、公称上のセットポイントのオーバシュートを減らすか、もしくは、排除する公称上のセットポイントに接近する。
【発明の効果】
【００３２】
二つのセットポイントフィルタを有するコントロールシステムの実施例の利点は、フィルターをかけられたセットポイントを用いることによってオーバシュートを引き起こすことなく、起動時およびセットポイントに応答しながら、ロードの乱れに、より速く応答するためにコントロールシステムでよりインテグラル・ゲインを用いることが可能にするということである。
【００３３】
また、二つのセットポイントフィルタを有するコントロールシステムの実施例の利点は、ソフトローディングのための濾過されたセットポイントを用いることが、実施する上で比較的簡単であるということである。例えば、出力命令を制限する代わりに、フィルタは前端部で所望の軌跡に従うようにコントロール機能させるように作動する。実施例において、精確に減衰させられた２次オーダーの応答は、ある所望の軌跡であり、これは、２次オーダー二項式フィルタを用いることによって得られる。そのような二項フィルタは、フィルタがないか、もしくは、第１のオーダーフィルタを有する場合のように、突然にではなく、所望のセットポイントまでの漸進的な上昇を提供する。
【００３４】
二つのセットポイントフィルタを有するコントロールシステムの実施例の他の利点は、セットポイントをフィルタリングすることによって、コントロールシステムが、温度セットポイントが変わるときに、コントロールシステムがステップ入力を見ないことである。それに対し、応答は１連の小さいプロセス外乱にさらによく似ている。
【００３５】
更に二つのセットポイントフィルタを有するコントロールシステムの実施例の利点は、二つのセットポイントフィルタリングがコントロールシステムの前端部、もしくは、入力側で実行されるという理由から、水温コントロールのために適当な閉ループコントロールを所定の位置で用いるということである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００３７】
本発明は１つまたは複数の実施例と関連して記載するが、本発明はそれらの実施例に限られない。これに対して、添付の請求項の範囲内に含まれるように、すべての変更、修正および等価物を含むものである。
【００３８】
本説明において、特定の冷媒は参照されない。本技術の当業者は、本方法を利用する装置において有用な冷媒システムを知り得るであろう。関連した装置において、同じか、もしくは、異なる冷媒システムを用いることができる。
【００３９】
この記述は一般的に典型的な吸収冷却溶液の成分を参照する。そして、それは（液体形式の、時々凝縮された蒸気と称される）より揮発性の大きい冷媒または冷媒蒸気および、より揮発性の小さい吸収剤成分である。これらの組成分は熱を溶液に加えより揮発性の冷媒を蒸留して分離することができる溶液として共存することができ、それらは再構成して溶液を生成し、熱を放出する。また、蒸気は熱を放出するために凝縮され、もしくは、熱を受けるために蒸発される。また、異なる方法において作動するが、匹敵する装置において用いることができる吸収冷媒溶液は、ここで使用するためにここで考察することができる。
【００４０】
最初に図１を参照する。吸収冷却システムの熱および冷媒の移動を示すブロック図が示されている。吸収冷却システム１０は、熱負荷１２からヒートシンク１４まで熱を移動するように用いられる。周知のように、熱負荷１２がヒートシンク１４より高い温度か又は低い温度かあるいは同じ温度でるかによってこの熱伝達が実行することができる。
【００４１】
負荷１２からの熱は、通路１８を経て装置の蒸発器１６に入る。（熱Ｑの移動方向を符号によって示す。蒸発器１６が熱負荷１２に直接熱伝達するか、もしくは、熱交換器が蒸発器１６および熱負荷１２に接触し伝熱を達成する。
【００４２】
蒸発器１６に入る熱Ｑは、通路２０を経て蒸発器１６に入る凝縮された冷媒蒸気を蒸発する。通路２２を横切る蒸発器１６の流出物は、熱負荷１２からの熱を保持する冷媒蒸気である。
【００４３】
吸収器２４ａの接触部分は通路２２を経た冷媒蒸気を受け入れて、冷却蒸気を通路２８および２８ａを経て発生機２６から受け入れられた揮発性の小さい濃縮された吸収剤溶液と接触する。揮発性の小さい液体に冷却蒸気を吸収する結果、蒸気を凝縮し、吸収過程の結果として蒸発熱を解放して、溶解熱を解放する。結果として熱Ｑは、通路３０を通してヒートシンク１４に放出される。再構成された冷媒溶液は通路２４ｂを通してリザーバ２４ｃに解放され、ここで、通路２８および２８ｂを経た発生機２６から受け入れられる濃縮された吸収剤溶液と混合される。
【００４４】
典型的な吸収冷却装置において、リザーバ２４ｃは吸収器サンプである。しかしながら、他のいずれの溶液を収容する他のどの適切な容器、コンテナ、もしくは、装置も、説明した冷却機において有効に作動する。リザーバ溶液は、通路３４よび熱交換器３５を通して発生機２６に送られる。熱交換器３５は、濃縮された吸収剤溶液通路２８を経て発生機から逃げる熱を用いて、合成の冷媒が発生機２６に入る前に通路３４を横切る冷媒を予熱する。
【００４５】
温度センサー１１６は、蒸発器１６の通路１８の下流側に沿って流れる熱交換流体の温度を検出する。コントロールライン１３は、温度センサー１１６を制御器１１８に接続する。他のコントロールライン１５は、制御器１１８と流れ調整器１１１を接続する。温度センサー１１６からの入力を受け入れた後、制御器１１８は、それに応じて流れ調整器１１１を制御し、通路２８および２８ｂを経て吸収器２４ａの接触部分まで流れる発生機２６からの濃縮された吸収剤溶液と、通路２８および２８ａを経てリザーバ２４ｃまで流れる溶液との比を調整する。制御器１１８は、通路２８を経て発生機２６に、通路２８bを経てリザーバ２４ｃに流れる吸収剤溶液の方向を転ずるように流れ調整器１１１の方向を決定することによって流量比をゼロに低減する。流体流調整器１１１は、ポンプと、弁と、一連のポンプ、もしくは、弁と、説明したように通路２８ａおよび２８ｂに沿った流れを変更するができる他の装置とから成る。
【００４６】
発生機２６において、ヒーター３６は多くの揮発性の冷媒蒸気を蒸留するために合成の冷媒溶液を十分に加熱し、より揮発性の小さい濃縮された吸収剤溶液が残る。冷媒蒸気は、通路３８を通して凝縮器４０に供給される。濃縮された吸収剤溶液は、通路２８、２８ａおよび２８ｂを経てリザーバ２４ｃと吸収器２４ａの接触部分に流れる。
【００４７】
凝縮器４０が、通路３８を通して入る冷媒蒸気を凝縮する。凝縮熱Ｑは、放出されて、ヒートシンク１４への通路４２に従う。凝縮された冷媒蒸気は、通路２０を経て凝縮器４０を出て蒸発器１６に戻りサイクルを完全なものにする。このように、熱負荷１２およびヒーター３６からの熱はループを入り、そして、熱は吸収器２４および凝縮器４０からループを出る。失なわれる廃熱とは別に、熱負荷１２およびヒーター３６から取り出される全ての熱は、ヒートシンク１４に伝達される。
【００４８】
図２を参照すると、図１に示したような装置の一体部分と関連して、一体部分として機能する方法および装置が示されている。
【００４９】
図２のある部分は、図１の部分に対応し、その場合には、同じ参照符号が付される。
【００５０】
図２は、本発明の吸収冷却システム１０の特定の実施例を示す。吸収冷却システム１０は、蒸発器１６、吸収器２４、発生機２６、凝縮器４０、熱負荷１２、ヒートシンク１４および熱交換器３５を備える。発生機２６は、希釈された吸収剤入口７５、冷媒蒸気出口５５および濃縮された吸収剤出口８５を有する。
【００５１】
蒸発器‐吸収器シェル２３は、蒸発器１６および吸収器２４の部分を組み合わせる。蒸発器１６は、冷媒スプレー２１、熱負荷コイル１８、蒸発器パン１７、冷媒貯蔵タンク９９およびポンプ１０２を有する。吸収器２４は、吸収器スプレー１０１、熱交換コイル「Ｘ」、接触部分２４ａおよび吸収器サンプ２４ｃを有する。吸収器２４の接触部分２４ａは、冷媒蒸気が吸収剤溶液について接触した蒸発器吸収器シェル２３の容積および表面内側である。本実施例において、接触面積はスプレー１０１によっておおわれる容積および熱交換コイル「Ｘ」の表面である。また、蒸発器‐吸収器シェルは、通路３４と連通する合成の冷媒出口１０７と、通路２８ｂと連通している吸収剤ポート１３０と、蒸発器パン１７の出口９３から通路９５を経て冷媒を受け入れる冷媒貯蔵が９７と、冷媒貯蔵タンク９９から、通路９６およびポンプ１０２を通して冷媒スプレーに冷媒を移す冷媒貯蔵出口１００と、通路２０から凝縮された冷媒蒸気を受け入れるための入口１４４とを有する。
【００５２】
吸収冷却システム１０は、３つのセンサ１１５、１１６および１１７並びに制御器１１８および調整可能な周波数駆動体１２０を備えている。また、システム１０は３つのポンプ１０２，１０３，１１１を含む。ポンプ１０２は、前述したように、冷媒貯蔵タンク９９に接続されている。ポンプ１０３はライン３４および合成の冷媒出口１０７を経て吸収器サンプに接続されており、ポンプ１１１は通路２８、２８ａおよび２８ｂ間の接合部１３１に連結されている。
【００５３】
発生機２６において、合成の冷媒溶液が希釈吸収剤の入口７５から入り、より大きな揮発性の冷媒蒸気を蒸留するために十分に加熱され、濃縮された揮発性の小さい冷媒溶液が後に残り、冷媒蒸気はライン３８を経て冷媒蒸気出口５５を通って凝縮器４０に送られ、ここで凝縮される。濃縮された吸収剤溶液は、ライン２８を経て濃縮された吸収剤出口８５を介して吸収器２４に供給される。濃縮された吸収剤溶液がライン２８を経て吸収器２４に向かって流れるとき、熱交換器３５を通過し、ここで、吸収剤溶液はライン３４を通って流れる合成の冷媒溶液へ熱を伝達することによって冷却される。
【００５４】
凝縮器４０からの凝縮された冷媒蒸気は、ライン２０を横断し、第２に入口１４４を介して蒸発器パン１７に入る。凝縮された冷媒蒸気は、蒸発器パン１７から出口９３を通り、ライン９５を経て冷媒貯蔵入口９７を通り冷媒貯蔵タンク９９に流れる。ポンプ１０２は、冷媒貯蔵タンク９９に存在する冷媒を冷媒貯蔵出口１００を通って引き、この冷媒をそれからライン９６を経て冷媒スプレー２１に送る。凝縮された冷媒蒸気は、熱負荷ライン１８上で冷媒スプレー２１から出るようにスプレーされる。液体形式のままの残留スプレーは蒸発器パン１７に集められる。ここで、それはライン２０を経て入口１４４を通って入る追加の凝縮された冷媒蒸気と混合される。蒸発器パン１７の凝縮された冷媒蒸気は冷媒貯蔵タンク９９に、再び引かれ、上述したサイクルが繰り返される。
【００５５】
蒸発器１６に入る熱は、熱負荷１２から来て熱負荷ライン１８を横断する。熱負荷ライン１８を横切っている熱は、蒸発器１６と熱交換接触し、凝縮された冷媒を蒸気にし、これは、ライン９６を通り冷媒スプレー２１を経て蒸発器１６にスプレーされる。蒸発器１６の流出物は蒸発器吸収器シェル２３において含まれる冷媒蒸気であり、それは熱負荷１２から熱を保持する吸収器２４に流れる。
【００５６】
濃縮された吸収剤溶液は、吸収器スプレー１０１による吸収器２４の接触部分２４ａに入り、吸収器ポート１３０を通って吸収器サンプ２４ｃに入る。本実施例において、吸収器サンプ２４ｃと接触部分２４ａとに入る濃縮された吸収剤溶液の比は、次のように制御される。ライン２８を横切っている濃縮された吸収剤溶液の流れは、接合部１３１に入る。ここでポンプ１１１を通して接続されたライン２８ａと、吸収器サンプ２４ｃへ接続されたライン２８ａとが収束する。ポンププ１１１は、吸収器スプレー１０１に濃縮された吸収剤溶液を調量する可変容量型ポンプである。
【００５７】
ポンプ１１１が、通路２８を通る流量より大きな容積で作動するとき、ライン２８ｂ行を経て吸収剤ポート１３０からのサンプ溶液は、ライン２８からの濃縮された吸収剤と接合部１３１で組み合わされる。組み合わされた溶液はポンプ１１１に引き入れられる。ここで、溶液はこれからライン２８ａによって吸収器スプレー１０１に送られる。ポンプ１１１が、活動休止するか、通路２８の流量より低い容積で作動するとき、濃縮したライン２８を横切る吸収剤溶液が、接合部１３１に入り、ライン２８ａを通る濃縮された吸収剤溶液が全体の流れに適応することができなくなるまで、ライン２８ｂを通り、吸収ポート１３０を経て吸収サンプ２４ｃに流れる。ポンプ１１１が完全に活動休止中であるときには、ライン２８ａを経た吸収器スプレー１０１への吸収剤溶液の流れは停止させられ、それによって、流量比をゼロに引き下げる。吸収器サンプ２４ｃと接触部分２４ａに入濃縮された吸収剤溶液との比を制御する他の方式は、ライン２８ａではなく、ライン２８ｂにポンプを提供するか、各ラインに分離したポンプを提供することである。ポンプ容積を変更することによって、吸収器への流れは、上述したものと同様の方法で制御される。
【００５８】
蒸発器１６からの冷媒蒸気は、吸収器スプレー１０１を出るとき、濃縮された吸収剤溶液と接触する。揮発性の小さい液体への冷媒蒸気の吸収の結果、蒸気を濃縮し、蒸発熱を解放し、吸収過程の結果として放出溶解熱を解放する。発生した熱は、ライン３０を通してヒートシンク１４に放出される。
【００５９】
ポンプ１０３は、合成冷媒出口１０７を通り再構成された合成冷媒を引き、ライン３４を経て発生機２６に送る。熱交換器３５は、濃縮された吸収剤溶液ライン２８を経て発生機から逃げる熱を用いて、冷却剤が発生機２６に入る前に、ライン３４を横切る合成冷媒を予熱する。
【００６０】
負荷１２からの熱は、熱負荷ライン１８を経て装置の蒸発器１６に入る。蒸発器１６は、この熱の伝達を達成するために熱負荷１２と熱伝達接触する。温度センサー１１５は、流体が熱負荷１２から流れるとき、熱負荷ライン１８を横切る流体の温度を検出する。温度センサー１１６は、流体が熱負荷１２に流れるとき、熱負荷ライン１８を横切る流体の温度を検出する。コントロールライン１３３およびコントロールライン１３５は、センサー１１５およびセンサー１１６をそれぞれ制御器１１８に接続する。コントロールライン１３７は、制御器１１８を調整可能な周波数駆動体１２０に接続する。コントロールライン１３９は、調整可能な周波数駆動体１２０をポンプ１１１に接続し、調整可能な周波数駆動体１２０は、駆動体１２０に送られるＡＣ電力の周波数に従うポンプ１１１のポンピング速度を制御する。
【００６１】
制御器１１８は、また、コントロールライン１４０によりセンサー１１７へ接続される。温度センサー１１７は、熱を吸収器２４からヒートシンク１４まで伝達するライン３０の温度を検出する。また、制御器１１８は調整可能な周波数駆動１２０を制御するために温度センサー１１７によって検出されるライン３０の温度を用いる。
【００６２】
制御器１１８が温度センサー１１５、１１６および１１７によって必要な熱負荷の変化を検出するときに、制御器１１８は、調整可能な周波数駆動体１２０を調整し、それに応じて、ポンプ１１１を調整する。もし、制御器１１８が熱負荷の増加を検出する場合、制御器１１８は、調整可能な周波数駆動１２０の周波数を増加させ、ポンプ１１１のスピードを増大し、吸収器スプレー１０１への濃縮された吸収剤溶液の流れを増大させ、それから吸収器２４の差圧を増大し、蒸発器１６から吸収器２４までさらに冷却剤蒸気の流れを増加させ、蒸発器１６内で冷却剤を高速で蒸発させ、システム１０の冷却能力迅速に増大する。反対に、制御器１１８が熱負荷の減少を検出するときに、ポンプ１１１の速度を遅くし、流量比をゼロにし、吸収器スプレー１０１への流れをすべて停止し、それによって効果的に冷却能力をゼロに引き下げる。
【００６３】
再構成された合成冷媒を吸収器サンプ２４ｃから引き、それを発生機２６に送るポンプ１０３は、吸収剤溶液と吸収器２４へおよびそこから流れる合成吸収剤溶液の全流量を変更することによって、装置の冷却能力を変更する可変容量型ポンプであってもよい。このように冷却能力を更に変更する他の方法はライン３４よりむしろライン２８に可変容量型ポンプを備えるか、もしくは、各ラインに別のポンプを備えることである。
【００６４】
図３は、本発明の他の実施例を示す。図３において、制御器１１８は、コントロールライン１３９を介して流れ調整弁１１１に接続されてている。流れ調整弁１１１は、ライン２８を経て発生機２６からの濃縮された吸収剤溶液の比較的一定の流れを、ライン２８ａを経た吸収器スプレー１０１への流れと、ライン２８ｂおよび吸収剤ポート１３０を経た吸収器サンプ２４ｃへの流れとに分割する。制御器１１８は発生機２６から吸収器スプレー１０１へ流れる濃縮された吸収剤溶液と、発生機２６から吸収器サンプ２４ｃ流れる吸収剤溶液との比を変更して、流れ調整弁１１１を制御する。流れ調整弁１１１は、ライン２８ａおよび２８ｃのいずれかにに１つの弁が設けられるか、または両方のラインに別々の弁が設けられるプロポーショニング弁である。
【００６５】
本実施例における制御器１１８が熱負荷の変化を検出するときに、それはその変化に応じて流れ調整弁１１１を調節する。もし、制御器１１８が熱負荷の減少を検出する場合、それはライン２８を横切る濃縮された吸収剤溶液のある部分または全部を吸収器サンプ２４ｃに向けるように流れ調整弁１１１を調整し、それは吸収器スプレー１０１への濃縮された吸収剤溶液の流れを減少させ、吸収器２４への差圧をを減少させ、蒸発器１６から吸収器２４までの冷媒蒸気の流れを少なくし、蒸発器１６で蒸気を低速で蒸発させ、最後に冷却能力を小さくすることを可能にする。
【００６６】
このように、特に装置が低い冷却能力で作動するときに、負荷変化に応答する際に、従来のシステム及び方法より迅速な応答が可能な吸収冷却装置の能力コントロールが示された。さらに、上述した装置は、応答能を犠牲にするか、もしくは、冷媒貯蔵タンクを必要とすることのない拡大された作動範囲で作動する。上述したような吸収器スプレーへの流れを調整することなく、低い冷却能力のこの範囲を達成するために、匹敵するシステムは、
低い容積運転のこのレンジに届くｔａｎｋ‐が吸収器スプレーまでたれる延ばされた運転範囲の機能が記載した記載された装置意志）において、匹敵するシステムは、大きさにして３倍以上の冷媒貯蔵タンクを必要とする。この装置及び方法は、特定の実施例において、貯蔵室の寸法で大きな増加を必要とすることなく従来の装置および方法より迅速に迅速に応答する。
【００６７】
図４に参照すると、本発明の第２態様が示されている。二段階吸収冷却機械４００は、第１の流体タイトシェル４０３に包囲されている低温域発生機４０１および凝縮器４０２を有する。第２流体タイトシェル４０４は、蒸発器４０５および吸収器４０６を含む。高温発生機４０７は、第３流体タイトシェル４０８に包囲されている。吸収器４０６は通路４１０を通して冷却液体が供給される熱交換器４０９を含み、冷却液体は、冷却液体供給源（図示せず）から凝縮器４０２を通過する。冷却液体は、通路４１０を経て吸収器熱交換器４０９を出て、凝縮器熱交換器４１１に入り、冷却液体供給源（図示せず）に返される。
【００６８】
冷媒および吸収剤の種々の適切な型は、本発明の二段階吸収機械において用いることができる。水のような冷媒のリチウム臭化物吸収剤の溶液は、満足のゆくものである。この明細書で使用する濃縮溶液という用語は、吸収剤において濃縮された溶液を意味する。
【００６９】
蒸気はボイラー（図示せず）のような供給源から蒸気通路４１３を経て高温発生機４０７の高温発生機熱交換器４１２を通って流れる。蒸気通路４１３は、凝固物を凝固物熱交換器４１４を通して蒸気供給源に返す。もちろん、高温発生機４０７の吸収剤溶液を濃縮するために、熱の他の適切な供給源を用いることができることは理解できよう。例えば、高温発生機は、バーナーによって直接加熱してもよい。高温発生機熱交換器４１２の蒸気を凝縮することによる熱は、高温発生機４０７の冷媒溶液が沸騰させ、冷媒蒸気を発生し、吸収剤溶液を濃縮する。
【００７０】
高温発生機４０７において生じた冷媒蒸気は、冷媒蒸気通路４１５を通して熱の低温域発生機４０１の熱交換器４５６に導かれ、凝縮器４０２で凝縮される。低温域発生機４０１の希釈溶液は、冷媒蒸気通路４１５の冷媒蒸気と熱交換によって沸騰させられて、凝縮器４０２において凝縮される。低温域発生機４０１において発生した濃縮された溶液の少なくとも一部分が、第４通路４１６を通して高温発生機に送られ、通路４１８を通してポンプ４１７、高温熱交換器４１９へポンプで送られる。高温熱交換器４１９において、通路４１８の濃縮された溶液の少なくとも一部分は、通路４２０を流れている高温濃縮溶液との熱交換によって高温発生機４０７までの途中で予熱される。通路４１８において流れている濃縮された溶液の一部分は、濃縮熱交換器に通路４２１を通して導かれる。ここで、溶液は、通路４１８の溶液に出合い高温発生機４０７に送られる前に、凝縮通路４０１の凝縮された溶液との熱交換を行う。
【００７１】
高温濃縮溶液は、高温発生機４０７から通路４２０を経て高温熱交換器４１９を通り高温濃縮された溶液アキュムレータ４２２まで導かれる。アキュムレータ４２２からの高温濃縮溶液は、混合点４２５で第２通路４２４を経て低温域発生機４０１を出た低温域濃縮溶液と接合するように第３通路４２３を通して流される。組み合わせられた濃縮された溶液は、混合点４２５から、第１流路４２７を経て低温域熱交換器４２６に導かれ、第５の通路４２８、吸収器スプレーポンプ４２９および通路４３０を介して吸収器４０６に供給される。
【００７２】
凝縮器４０２からの冷媒液体は、通路４３１を通って蒸発器４０５に通過する。冷媒液体は、蒸発器４０５で蒸発され、蒸発器熱交換器４３３によって通路４３２に流れている冷却された流体から熱を取り除く。この冷却された流体は、例えば冷却を要求している建物のような熱負荷に循環させられる。
【００７３】
吸収器４０６が蒸発器４０５と蒸気連通しているという理由から、吸収剤溶液は蒸発器４０５から、冷媒蒸気を吸収することができ、蒸発器部分から熱を取り除く。蒸発器熱交換器４３３から滴下する冷媒液体の少なくとも一部分は、コレクタ４３４に集められる。冷媒液体は、貯蔵容器４３６へ通路４３５を通ってコレクタ４３４から流れる。冷媒液体は通路４３７を通して、貯蔵容器４３６から蒸発器スプレーポンプ４３８に送られ、スプレーポンプ４３８は、通路４３９を通して冷媒液体を供給し、冷媒液体はノズル４４０によって蒸発器４０５でスプレーされる。
【００７４】
吸収器４０６からの希釈溶液は、通路４４１、低温域発生機ポンプ４４２、通路４４３、低温域熱交換器４２６、通路４４４を通って、それが濃縮される低温域発生機４０１に流れる。低温域熱交換器４２６において、濃縮された溶液は、吸収器４０６からの希釈溶液と熱交換関係を形成し、この溶液は、低温域発生機４０１に供給され、それによって希釈溶液は予熱される。
【００７５】
濃縮された溶液は、低温域熱交換器４２６から、第５の通路４２８を通して吸収器のスプレーポンプ４２９に流れる。濃縮された溶液は、通路４３０を通して吸収器スプレーポンプ４２９によって送られ、吸収器スプレーノズル４４５によって吸収器４０６に放出される。通路４４６は、貯蔵容器４３６および吸収器スプレーポンプ４２９との間に配置される。貯蔵容器４３６および吸収器スプレーポンプ４２９間の流れは、常閉弁４４７によって制御される。
【００７６】
結晶化が低温域熱交換器４２６の濃縮された溶液で起こるときに、第１流路４２７の濃縮された溶液の流れは結晶化のよる閉塞のために逆流する。この現象は、ある溶液流れの温度をモニターすることによって結晶化を検出することを可能に作る。
【００７７】
第４通路温度センサー４４Ｓが、低温域発生機４０１と第４通路４１６の高温発生機ポンプ４１７間の濃縮された溶液の温度を検出する。第２通路温度センサー４４９は、低温域発生機４０１と混合点４２５と間の第２通路４２４の濃縮された溶液の温度を検出する。第３通路温度センサー４５０は、第３通路４２３の高温の濃縮溶液の温度を検出する。第５の通路温度センサー４５１は、第５の通路４２８の濃縮された溶液の温度を検出する。
【００７８】
吸収冷却機械の運転は、典型的に処理回路網、例えばマイクロプロセッサを有する制御器４５３によって制御される。制御器４５３は入力信号レシーバ４５４と出力信号ジェネレータ４５５を含む、フィードバック型のものであり、出力信号は、入力信号レシーバ４５４によって受けられた入力信号に応答する信号が信号発生機４５５によってジェネレータ４５５によって発生される。
【００７９】
通常の定常状態運転の間、第４通路温度センサー４４８によって検出される温度は実質的に第２通路温度センサー４４９によって検出される温度に等しい。そして、コントロールシステムは第５の通路温度センサー４５１によって検出される第５の通路４２８の濃縮された溶液の温度が、濃縮された溶液の結晶化温度より高い約１５Ｆに維持されるように、高温発生機４０７への熱入力を調整する。
【００８０】
低温域熱交換器４２６の濃縮された溶液で結晶化が起こるときに、第１流路４２７を通る流れは閉塞による逆流を開始する。それ故、第２通路温度センサー４４９によって検出される温度は、第４通路温度センサー４４８によって検出されるそれを上回り始める。本発明によれば、第２通路温度センサー４４９によって検出される温度が、第４通路によって検出される温度と次の公式によって決定されるような第３通路温度センサー４５０によって検出される温度との機械的な平均値と等しいか、またはそれ以上であるとき、結晶化警報を発する。
Ｔ３＋Ｔ４
Ｔトリップ＝─────
２
ここで：Ｔ３は、第３通路温度センサーによって検出される温度である；Ｔ４は、第４通路温度センサーによって検出される温度である；この温度値は、トリップ温度と呼ばれている。
【００８１】
第２通路温度センサー４４９によって検出される温度がトリップ温度と等しいか、もしくは、それ以上になる場合、コントロールシステムは低温域熱交換器４２６の濃縮された溶液の結晶化から回復するために作動し始める。コントロールシステムは回復モードにおいて、次のステップをとる：
１．低温域発生機４０１および高温発生機４０７への熱源は、濃縮された溶液の生成を停止するためにに非作動とされる。図４の実施例において、これは、蒸気弁４５２を閉じることによって高温発生機４０７への蒸気の供給を中断することによって達成される；
２．吸収剤溶液の循環は、高温発生機ポンプ４１７、低温域発生機ポンプ４４２、吸収器スプレーポンプ４２９、および蒸発器スプレーポンプ４３８を停止させることによって止められる；
３．吸収装置の溶液は、希釈溶液が貯蔵容器４３６から吸収装置スプレーポンプ４２９まで流れることができるように弁４４７を開くことによって希釈溶液で薄められる；
４．およそ３分以後、結晶した濃縮された溶液は、低温域発生機ポンプ４４２および高温発生機ポンプを５分間再起動することによって洗い流される；
５．低温域発生機ポンプ４４２および高温発生機ポンプ４１７は、およそ３分間、再び停止させられる（これは、ステップ４に従ってこれらのポンプの再作動が一時的な再結晶を生じるという理由で行われる）；
６．高温発生機４０７への熱源は、再起動される。
【００８２】
しかしながら、コントロールシステムは高温発生機４０７および低温域発生機４０１への熱入力を調整し、第５の通路４２８を経て低温域熱交換器４２６を出ている濃縮された溶液の温度が、この領域の濃縮された溶液の結晶化温度と実際の温度との間の境界が前の制御境界にわたって約５°F（３℃）増加するような 水準に維持される。
【００８３】
ステップ５に従う３分間が経過した後で、全てのポンプは再起動される。
【００８４】
コントロールシステムは、システムが所定の回数、例えば、２回回復Ｓシステムを行うようにプログラムされる。結晶化がこの所定回数より多い回数検出される場合には、結晶化を訂正するために必要なメインテナンスを実行することができるように、コントロールシステムは吸収機械の全ての運転を停止する。
【００８５】
図５は、上述した本発明の回復シーケンスのフローチャート図である。
【００８６】
以下は、本発明の他の側面を記載する。例えば、水冷却機に適用したコントロールシステムの主な機能は、プロセス規制である。プロセス規制は、冷却水を所望の温度で維持することを含む。このように、コントロールシステムは水温と所望のセットポイントとの間の差の大きさと間隔とを最小限にするために、プロセス外乱に迅速に応答しなければならない。これらの差を最小にするために、制御反応は、インテグラル・アクションに合うように調整することができる。上述したように、課題はある例において生じる。例えば、セットポイントが変わる時、およびセットアップの間、大きなインテグラル・ゲインによってシステムがセットポイントをかなり行き過ぎるようになる。セットポイント変化を濾過することによって、プロセス外乱に対する応答を小さくすることなくオーバシュートを排除することができる。
【００８７】
したがって、本発明のセットポイントフィルタは、他の機能的利点を有する。冷却機の予備スタートシーケンスの間、濾過されたセットポイントは、現在の水温に初期化される。閉ループ制御が引き継ぐときに、水温の最初の誤りはゼロである。濾過されたセットポイントが所望のセットポイントに接近するとき、小さい誤りは閉ループ制御によって検出される。それが時間を通じて変わるとき、コントロールシステムは濾過されたセットポイントを追跡する。所望のセットポイントに届くために濾過されたセットポイントが必要とする時間は、設定時間である。設定時間が調整可能な入力として可能になることによって、濾過されたセットポイントは、「ソフトローディング」機能として知られているものを交換する。コントロールシステムの前端部でソフトローディングのための濾過されたセットポイントを用いる利点は、それが水温コントロールのためにすでに配置されている閉ループコントロールを用いることである。これは機能の実行および確認を単純化する。
【００８８】
コントロールセットポイントを予め濾過するように構成された２次オーダー二項式フィルタの実施例が、図６の構成図に示されている。コントロールシステム５００が示されている。コントロールシステム５００は、サミングノード５０８を備えたフィードバックループ５０５を有する。また、図６は全体が参照符号５１０で示される二項フィルタを示している。二項フィルタ５１０は接続されて、セットポイント入力５１５を受け入れるように配置される。二項のセットポイントフィルタ５１０は、その後、参照符号５２０の濾過されたセットポイントの出力を送る。濾過されたセットポイント５２０は、サミングノード５０８を経て入力としてコントロールシステム５００およびフィードバックループ５０５に送られる。図６に示すように、二項のセットポイントフィルタ５１０は、コントロールシステム５００の入力側に配置される。
【００８９】
図７は、ステップ入力に対する応答を示す。例えば、ステップ入力へのコントロールシステムの理想的な応答は、２次オーダー機能にわずかに弱減衰させられるように精確に減衰される（図７参照）。フィルタは、ステップ入力（典型的な方法において、出る水温のセットポイントが変化する）を受け、精確に減衰させられた２次オーダー出力を出力する。フィルタの設定時間がカットオフ周波数が開ループ系の帯域積内になるように十分に小さいならば、セットポイントを予め濾過することは設定時間を増大しない。
【００９０】
図７に示すように、入力は参照符号Ｉによって示されるステップ入力である。第１のオーダーのフィルタの応答曲線は、参照符号Ｆによって示される。第１のオーダーのフィルタ応答はＦは、始点近傍に急激なスロープを有する。これはステップ入力の初めに突然の不連続が生じる。第１のオーダー応答とは対照的に、参照符号Ｓで示される第２のオーダー応答曲線が示される。図７に示したように、第２のオーダー応答曲線Ｓは、曲線の初めにステップ入力に応答してより滑らかな推移を提供するために漸進的な傾きを有する。図７から分かるように、第１オーダーの応答Ｆは、第２のオーダー応答Ｓよりわずかに近いステップ入力Ｉに近寄る。しかしながら、２次オーダー応答Ｓは、承諾しうる応答時間の限界内にある。
【００９１】
図８は、一連の曲線群を図示しているグラフである。曲線は、本発明の装置および装置によって作動している吸収水冷却機の二項のセットポイントフィルタ５１０の運転を図示している。図８のグラフは、垂直軸上に温度、水平軸上に経過時間を示す。
【００９２】
図示するように、最初の数分間は、冷却機のバーナーおよびポンプを始動することを含む。最初の１２分間は、冷却機は予熱され、システムは指示された時間の作動する。おおよそ１２分の時点で、コントロールは解放され、そして、二項のセットポイントフィルタ５１０は出る水の温度と同じになるように初期化される。一旦コントロールが解放されと、図８において指示を出したように、システムは濾過されたセットポイントに従うことが好ましい。
【００９３】
図８において、水はおよそ２８℃（８２°Ｆ）から始まるが、ＦＳによって示されるフィルタセットポイントは７℃（４４°Ｆ）まで低下する。参照符号ＣＷＬで示された蒸発器曲線を出たいる冷却水は、図８において示したように下方の濾過されたセットポイントＦＳに従う。濾過されたセットポイントＦＳとＣＷＬを出た冷却機水と間の誤りは、コントロールシステムへフィードバックされる。図８は、誤りが冷却機がちょうど７℃（４４°Ｆ）のセットポイントおよび２７℃ないし２８．３℃（８０‐８３°Ｆ）の冷却水温で始動したほど、大きくないことを示す。このように、本発明の実施例内の二項のセットポイントフィルタリングは、最初の起動時で大きい誤りの発生を排除する。セットポイントの二項式フィルタリングは、より漸進的な、より滑らかなレートで、冷却水温を低下する。
【００９４】
さらに、図８で示すように、蒸発器曲線ＣＷＬを出る冷却水と濾過されたセットポイント曲線ＦＳとのオーバシュートがない。また、蒸発器曲線ＣＷＥに入る冷却水が示されている。蒸発器曲線ＣＷＥに入る冷却水は、図８において示したように、それがおおよそ１０℃（５１Ｆ）のレベルに届く場合には、ループ制御器は入る温度を維持しようとすることを示している。図８は、蒸発器に入る冷却水のわずかなオーバシュートを示している。負荷は水温が低下したときに加えられる。
【００９５】
二つのセットポイントフィルタ５１０がコントロールシステムの出力端とは反対側の前端部に配置されているという理由から（図６参照）、応答は図７に示すように漸進的である。二項フィルタ５１０なしで、吸収器冷却機は、直ちに４４のセットポイントの差によってすぐに１００％までロードしようとする。水温が速いレートで上昇するとき、冷却機はそれからローディングを制限しようとする。より遅いシステムにおいて、そのシーケンスはよく作動しない。なぜならば、水温が変わる前に、冷却機が負荷を全部受け入れるからである。このように、ソフトローディングの従来の方法は、反作用がより大きく、実行するのが難しい。しかしながら、それとは対称的に、コントロールシステムの入力ステージでの二項のセットポイントのプレフィルタリングは、上述したようなこれらの課題を克服する。
【００９６】
図９は、例えば、吸収冷却機が一定の負荷を有し、セットポイントの低下する状況を視覚的に、図示している。図９において、液滴がおよそ５５°Ｆから４９．５°Ｆまである。また、曲線ＣＷＥに従って蒸発器に入る冷却水が図示されている。図９は、逆にされた方法においてのみ、図７において示した応答と同様である。
【００９７】
図９は、例えば、オペレータが夜間により高いセットポイント温度で快適性冷却のための冷却機温度を設定した後に、朝に水温をリセットする状況を図示する。このように、ユーザーは昼間に冷却水温度を下げるのを望む。
【００９８】
このように、図９は、セットポイントが５５°Ｆから４９．５°Ｆまで、低下したことを示す。図７と同様の二項のセットポイントフィルタの２次オーダー応答が示される。水温は、ほとんど定常レートで低下し、徐々にセットポイントに低下する。点線は、蒸発器を出る冷却水を示す。二項のセットポイントフィルタリングのない場合、水温の最初の減少によって、一回で６０°Ｆの温度エラーがすべて生じる。
【００９９】
しかしながら、本発明の二項セットポイントフィルタを用いているセットポイントのフィルタリングは、直ちに冷却機を落下負荷の方へ引っ張る代わりに、一連のより小さい変化として表されるように負荷をわずかに増やす。このように、本発明は冷却機を１つの大きい跳躍で１００％状態に制御するのではなく、一連のプロセス外乱全部のように作動する。この結果、本発明が冷却機を１００％ロードするのを避け、温度が低下し、冷却機が応答において迅速な方法で戻るのを避ける。
【０１００】
実際のフィルタセットポイントは設定時間において互いに近よるが、機械がオフにされるまで、それをリセットされない。冷却機は、実際の水温に設定される。一方、冷却機は実際のセットポイントに従う。
【０１０１】
本発明の追加の利点は、反対の状況において、例えば、４９°Ｆから５５°Ｆまでセットポイントを変えることである。本発明は、等しく有益に作動する。例えば、公知の冷却機に関して、差動ストッパとして知られているものがある。差動ストッパを表すある量より大きいセットポイントを上げようとする場合、機械は差動ストッパ最大値違反のため、直ちに停止する。しかしながら、上述したような二項のセットポイントフィルタの漸進的な性質のため、本発明の実施例の原理によって作動している冷却機は徐々に負荷を増やして、機械の停止を招くことなく、出る水温を上げる。
【０１０２】
図１０は、本発明の他の実施例である。図１０は、より大きいプロセスの１部として吸収器冷却機を図示する。例えば、上述したように、図１０において示される吸収器は二項のセットポイントフィルタ５１０を含む。この応用例において、吸収冷却機は、より大きいスケールの全面システムのちょうど一部分である。この応用例において、図１０に示したように、冷却機コントロールはより多くの追跡制御機能を実行することが要求される。この型の応用例において、冷却機の応答は、二項のセットポイントフィルタ５１０によって画成される。これは、図１０に示したプロセス・コントロールの構成をより簡単にする。なぜならば、冷却機の動力学がすでによく画成されているからである。
【０１０３】
このように、本発明は、プロセス外乱に応答を維持しながら、オーバシュートを避けるためにセットポイントにフィルターをかけることを利用する。上述したように第１のオーダーフィルタは用いられてもよい；しかしながら、図７を参照して第１および第２のオーダーフィルタの応答の比較は、第２のオーダーフィルタが最初の応答をより滑らかにすることを示している。
【０１０４】
それに対し、第１のオーダーフィルタの最初の応答は、むしろ急である。
【０１０５】
第１のオーダーフィルタ、もしくは、２次オーダーフィルタは、ディジタル的に実行されることができる。このフィルタのデジタル的な実行および数理表現はコンピュータを用いて簡単にプログラムすることができるので有利である。更に、このようなプログラム化が可能であることによって、コントロールシステムにおいてマイクロプロセッサを用いることができる。以下の方法論が、第１のオーダーのデジタルフィルタの離散的な表現を発展させるために用いることができる。上述したように、その結果は、マイクロプロセッサ、またはその種の他のものを用いて簡単にプログラムできる形式である。
【０１０６】
まず第１に、第１のオーダーのラプラス変換関数が用いられる：
Ｇ（ｓ）＝ａ／（ｓ＋ａ）
ここで、ａはフィルタのカットオフ周波数である。
【０１０７】
次に、インパルス伝達関数は、下式により計算される。
【数１】
2006317148.tif 000003
ここでＦ（ｐ）は、ｐによって交換されるｓについては保持される０オーダーのラプラス変換である。Ｆ（ｐ）の極は、０および‐ａである。
【０１０８】
したがって、インパルス伝達関数は、
【数２】
2006317148.tif 000004
【０１０９】
Ｚドメインへの変化は、次のように置換することで行われる。
【数３】
2006317148.tif 000005
【０１１０】
最後に、プログラムできる形式への変化は、次のように実行される。
【数４】
2006317148.tif 000006
【０１１１】
このように、上記の方程式は、コンピュータ、もしくは、マイクロプロセッサでプログラムできる形式においてディジタル的に実行することができる。
【０１１２】
同様に、二項フィルタは、プログラムできる形式において表すことができる。二項フィルタは、同一の真の極位置を有するものとして画成される。また、二項フィルタはオーバシュートのない遅い応答を特徴とする。二項フィルタのプログラム可能な形式は、第１のオーダーフィルタに関して上述したと同じ基礎的な方法で決定される。主な方程式は、説明する。
【数５】
2006317148.tif 000007
【数６】
2006317148.tif 000008
【０１１３】
２次オーダーフィルタの実施のアルゴリズムは、次の通りである。
【数７】
2006317148.tif 000009
ここでΔｔはサイクルタイムである。
【０１１４】
係数の演算（ａは、級数展開によって接近できる）
展開の最初の第３項は適切な結果をもたらす。
【数８】
2006317148.tif 000010
【０１１５】
このように、プログラムできる形式において表される二項フィルタは、次の通りである：
【数９】
2006317148.tif 000011
【０１１６】
また、ＰＩＤ制御装置を有する第１のオーダープラントは、２次オーダー機能として作用する。このように、システムは当然２次オーダーセットポイントに従う。
【０１１７】
２次オーダー機能の応答は、機能のための固有周波数および減衰を特定することを特徴とすることができる。二項の機能（２つの全く同じ極）を選択することによって、応答は精確に減衰させられ、これは、オーバーシュートなしに応答ができるだけ速く減衰させられることを意味する。このように、１つのパラメータ、設定時間のみを設定することができることを必要とする。
【０１１８】
セットポイントのプレフィルタリングによってコントロールシステムはセットポイントが変わったとき、出る水の温度の突然の大きい誤りを見ない。ステップ変化が水温のセットポイントに生じるときに、フィルターをかけられたセットポイントはコントロールサイクルごとに小さいフラクションを変え、コントロールシステムは水温の小さい誤りだけを見て、それに応じて反応する。濾過されたセットポイントが変化を継続するとき、コントロールシステムは小さいが、絶え間ない誤差項を見て、水温をを変えることを継続する。濾過されたセットポイントは、実際のセットポイントに漸近的に接近し始める。濾過されたセットポイントがゆっくり実際のセットポイントに接近するので、コントロールは出水の温度が所望のセットポイントを行き過ぎるのを妨げる（もしくは、少なくとも、オーバシュートを最小にする）ように反応する。
【０１１９】
本発明の特定の要素、実施例および応用を図示し説明したが、もちろん、特に前述の内容にを考慮して、当業者によって修正が行なうことができるという理由から、本発明がそれに対して制限されないことは理解されよう。したがって、本発明の範囲内にあるそれらの特徴を組み入れるように、添付した請求の範囲によって、このような修正をカバーすることが考察される。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の吸収冷却装置のブロック図である。
【図２】本発明の１実施例による吸収冷却装置の部分概略図である。
【図３】本発明の第２実施例による吸収冷却装置の部分概略図である。
【図４】本発明の実施例を使用した二段階吸収冷却機械の概略図である。
【図５】本発明の回復コントロールシステムを示すフローチャートである。
【図６】本発明のコントロールシステムのコントロールシステムのセットポイントを濾過するための２次オーダー二項フィルタを図示した構成図である
【図７】ステップ入力部への第１および第２オーダーフィルタの応答を示すグラフである。
【図８】本発明の方法によって作動する制御装置の起動時における二項的に濾過されたセットポイント温度と時間に関する冷却水温度を示すグラフである。
【図９】本発明の方法によって作動する制御装置のセットポイントが変化する二項的に濾過されたセットポイント温度と時間に関する冷却水温度を示すグラフである。
【図１０】本発明の方法によって作動するコントロールシステムのセットポイントを濾過する第２オーダー二項式フィルタを有する吸収器冷却機のプロセスコントロールシステムの実施例のブロック図である。
【符号の説明】
【０１２１】
５００  コントロールシステム
５１０  二項フィルタ
５１５  セットポイント温度
５２０  濾過されたセットポイント
【図１】
2006317148.tif 000012
【図２】
2006317148.tif 000013
【図３】
2006317148.tif 000014
【図４】
2006317148.tif 000015
【図５】
2006317148.tif 000016
【図６】
2006317148.tif 000017
【図７】
2006317148.tif 000018
【図８】
2006317148.tif 000019
【図９】
2006317148.tif 000020
【図１０】
2006317148.tif 000021