(57)【要約】  排出液の温度設定値が得られるように動作状態にある圧縮機３０２、３０３の速度および数が制御される、複数圧縮機液体冷却システム３００を対象とする容量制御アルゴリズムが、提供される。このアルゴリズムは、冷却システム３００の負荷が増加したことに応答して、圧縮機３０２、３０３が始動されるべきか否かを決定し、別の圧縮機３０２、３０３が始動される場合は、動作中の全ての圧縮機３０２、３０３の動作速度を調整する。このアルゴリズムは、複数の圧縮機３０２、３０３が動作している状態で、冷却システム３００の負荷が減少したことに応答して、圧縮機３０２、３０３が消勢されるべきか否かを決定し、圧縮機３０２、３０３が消勢される場合は、動作中の残りの全ての圧縮機３０２、３０３の動作速度を調整する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが複数圧縮機冷却システムの対応する圧縮機モータに給電するように構成された複数のインバータを有する、変速駆動装置を提供するステップと、
複数圧縮機冷却システムの少なくとも１つの動作状態を監視するステップと、
監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答し、複数圧縮機冷却システムの出力容量を増加させるべきか否かを決定するステップと、
出力容量を増加させるべき旨の決定に応答し、複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整するステップと、
監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答し、複数圧縮機冷却システムの出力容量を減少させるべきか否かを決定するステップと、
出力容量を減少させるべき旨の決定に応答して、複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整するステップと、
を含む複数圧縮機冷却システムの容量を制御するための方法。
【請求項２】
監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答して、前記複数のインバータのうちの所定の数のインバータを始動させるべきか否かを決定するステップと、
前記所定の数の圧縮機を始動させるべき旨の決定に応答して、前記複数のインバータのうちの前記所定の数のインバータを始動させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のインバータのうちの前記所定の数のインバータを始動させる前記ステップは、
前記複数のインバータが非アクティブ状態にあるか否かを決定するステップと、
冷却液温度が設定値温度にオフセット温度を足した温度よりも高いか否かを決定するステップと、
前記複数のインバータが非アクティブ状態にある旨の決定と、冷却液温度が設定値温度にオフセット温度を足した温度よりも高い旨の決定とに応答して、前記複数のインバータのうちから始動させるべき前記所定の数のインバータを決定するステップと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のインバータのうちの前記所定の数のインバータを始動させる前記ステップは、前記所定の数のインバータを所定の周波数で始動させるステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記所定の周波数は、約１５Ｈｚ〜約７５Ｈｚの間の周波数である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の周波数は、約４０Ｈｚである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記設定値温度は、約−９．４℃（約１５゜Ｆ）〜約１２．７℃（約５５゜Ｆ）の間の温度であり、
前記オフセット温度は、±約０．５℃（±約１゜Ｆ）〜±約２．７℃（±約５゜Ｆ）の間の温度である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが非アクティブ状態にあるか否かを決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータに関するインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数よりも高いか否かを決定するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが非アクティブ状態にある旨の決定と、前記複数のインバータに関するインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数よりも高い旨の決定とに応答して、前記複数のインバータのうちの別のインバータを始動させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のインバータのうちの別のインバータを始動させる前記ステップは、前記複数のインバータのうちの動作中のインバータが所定の周波数で動作するように構成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記所定の周波数は、動作中のインバータの数を、動作中のインバータの前記数に１を足した数で割った比を乗じることによって得られるインバータ動作周波数である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記停止周波数は、動作中のインバータの数に１を足した数を、動作中のインバータの前記数で割った比を乗じることによって得られるインバータの最小周波数である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記インバータの最小周波数は、約１５Ｈｚ〜約７５Ｈｚの間の周波数であり、
前記所定のオフセット周波数は、約０Ｈｚ〜約５０Ｈｚの間の周波数である、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、インバータ動作周波数がインバータの最大周波数よりも低いか否かを決定するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちで非アクティブ状態にあるインバータは存在しない旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最大周波数よりも低い旨の決定とに応答し、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ増加させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記所定の周波数量は、約０．１Ｈｚ〜約２５Ｈｚの間の周波数である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが非アクティブ状態にある旨の決定と、前記複数のインバータのインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数より高くない旨の決定とに応答し、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ増加させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作しているか否かを決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数よりも高いか否かを決定するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、冷却液温度が設定値温度からオフセット温度を引いた温度よりも低いか否かを決定するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作している旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数より高くない旨の決定と、冷却液温度が設定値温度からオフセット温度を引いた温度よりも低い旨の決定とに応答して、前記複数のインバータのうちで唯一動作している前記１つのインバータを停止させるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記インバータの最小周波数は、約１５Ｈｚ〜約７５Ｈｚの間の周波数であり、
前記設定値温度は、約−９．４℃（約１５゜Ｆ）〜約１２．７℃（約５５゜Ｆ）の間の温度であり、
前記オフセット温度は、±約０．５℃（±約１゜Ｆ）〜±約２．７℃（±約５゜Ｆ）の間の温度である、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と実質的に等しいか否かを決定するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちの２つ以上のインバータが動作している旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と等しい旨の決定とに応答して、前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを停止させるステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを停止させる前記ステップは、前記複数のインバータのうちの残りの動作中のインバータが所定の周波数で動作するように構成するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記所定の周波数は、前記残りの動作中のインバータの数に１を足した数を、前記残りの動作中のインバータの前記数で割った比を乗じることによって得られるインバータの最小周波数である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記インバータの最小周波数は、約１５Ｈｚ〜約７５Ｈｚの間の周波数である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作している旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数よりも高い旨の決定とに応答して、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ減少させるステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
前記所定の周波数量は、約０．１Ｈｚ〜約２５Ｈｚの間の周波数であり、前記インバータの最小周波数は、約１５Ｈｚ〜約７５Ｈｚの間の周波数である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整する前記ステップは、前記複数のインバータのうちの２つ以上のインバータが動作している旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と等しくない旨の決定とに応答して、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ減少させるステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
複数の圧縮機のそれぞれが対応するモータによって駆動され、閉冷媒ループの形で接続された前記複数の圧縮機のうちの少なくとも１つの圧縮機と、凝縮器配置と、蒸発器配置とを各回路が備える少なくとも１つの冷媒回路内に組み込まれた、前記複数の圧縮機と、
前記複数の圧縮機の前記対応するモータに給電し、コンバータ段と、ＤＣリンク段と、それぞれが前記ＤＣリンク段と電気的に並列接続され、前記複数の圧縮機の対応するモータに給電する複数のインバータを有するインバータ段とを備える変速駆動装置と、
前記複数の圧縮機から予め選択されたシステム容量を生成するように前記変速駆動装置を制御し、前記複数のインバータのうちから前記変速駆動装置内で動作させるべきいくつかのインバータを決定するように構成され、また、前記複数のインバータのうちの、前記変速駆動装置内で動作している前記いくつかのインバータが前記複数の圧縮機から前記予め選択されたシステム容量を生成するための動作周波数を決定するように構成された、制御パネルと、
を備える複数圧縮機冷却システム。
【請求項３３】
前記制御パネルは、始動制御信号と、少なくとも１つの所定の始動基準の満足とに応答して、前記複数のインバータのうちの所定の数のインバータを動作可能にする手段を備える、請求項３２に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの所定の始動基準は、
前記複数のインバータが非アクティブ状態にあること、
冷却液温度が設定値温度にオフセット温度を足した温度よりも高いこと、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項３３に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項３５】
所定の数のインバータを動作可能にする前記手段は、前記所定の数のインバータを所定の周波数で動作させる手段を含む、請求項３４に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項３６】
前記制御パネルは、少なくとも１つの所定の容量基準の満足に応答して、前記変速駆動装置における前記複数のインバータの前記動作周波数を調整する手段と、少なくとも１つの所定の動作可能化基準の満足に応答して、前記複数のインバータのうちの動作中でないインバータを動作可能にする手段と、少なくとも１つの所定の動作不能化基準の満足に応答して、前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを動作不能にする手段とを備える、請求項３２に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項３７】
前記変速駆動装置における前記複数のインバータの前記動作周波数を調整する前記手段は、前記複数のインバータの前記動作周波数を所定の周波数量だけ増加させる手段を備え、
前記少なくとも１つの所定の容量基準は、
容量増加制御信号と、
前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが動作不能にされたこと、
インバータ動作周波数がインバータの最大周波数よりも低いこと、
前記複数のインバータのうちの全てのインバータが動作可能にされたこと、
前記複数のインバータに関するインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数よりも低いこと
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項３６に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項３８】
前記所定の周波数量は、約０．１Ｈｚ〜約２５Ｈｚの間の周波数である、請求項３７に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項３９】
前記変速駆動装置における前記複数のインバータの前記動作周波数を調整する前記手段は、前記複数のインバータの前記動作周波数を所定の周波数量だけ減少させる手段を備え、
前記少なくとも１つの所定の容量基準は、
容量減少制御信号と、
前記複数のインバータのうちの２つ以上のインバータが動作可能にされたこと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と等しくないこと、
前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作可能にされたこと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数よりも高いこと、
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項３６に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項４０】
前記所定の周波数量は、約０．１Ｈｚ〜約２５Ｈｚの間の周波数である、請求項３９に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの所定の動作可能化基準は、
容量増加制御信号と、
前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが動作可能にされたこと、
前記複数のインバータに関するインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数よりも高いこと、
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項３６に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの所定の動作不能化基準は、
容量減少制御信号と、
前記複数のインバータのうちの２つ以上のインバータが動作可能にされたこと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と等しいことと、
前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作可能にされたこと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数よりも低いこと、
冷却液温度が設定値温度からオフセット温度を引いた温度よりも低いこと、
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項３６に記載の複数圧縮機冷却システム。
【請求項４３】
複数圧縮機冷却システムの容量制御方法であって、
それぞれが複数圧縮機冷却システムの対応する圧縮機モータに予め選択された出力周波数で給電するように構成された複数のインバータを有する、変速駆動装置を提供するステップと、
複数圧縮機冷却システムの少なくとも１つの動作状態を監視するステップと、
監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの容量を増加させるべきか否かを決定するステップと、
容量を増加させるべき旨の決定に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの増加された容量を生成するように前記複数のインバータを構成し、
前記複数圧縮機冷却システムの別の圧縮機モータを始動させるために、前記複数のインバータのうちの別のインバータを動作可能にすべきか否かを決定するステップと、
別のインバータを動作可能にすべき旨の決定に応答して、前記複数のインバータのうちの別のインバータを動作可能にするステップと、
前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する前記予め選択された出力周波数を調整するステップと
を含むステップと、
監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの容量を減少させるべきか否かを決定するステップと、
容量を減少させるべき旨の決定に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの減少された容量を生成するように前記複数のインバータを構成し、
前記複数圧縮機冷却システムの圧縮機モータを停止させるために、前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを動作不能にすべきか否かを決定するステップと、
動作中のインバータを動作不能にすべき旨の決定に応答して、前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを動作不能にするステップと、
前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する前記予め選択された出力周波数を減少させるステップと
を含むステップと、
を含む容量制御方法。
【請求項４４】
監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答し、前記複数のインバータのうちの所定の数のインバータを始動させるべきか否かを決定するステップと、
前記所定の数の圧縮機を始動させるべき旨の決定に応答して、前記複数のインバータのうちの前記所定の数のインバータを始動させるステップと
をさらに含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【請求項４５】
前記複数のインバータのうちの前記所定の数のインバータを始動させる前記ステップは、
前記複数のインバータが動作不能にされているか否かを決定するステップと、
冷却液温度が設定値温度にオフセット温度を足した温度よりも高いか否かを決定するステップと、
前記複数のインバータが動作不能にされている旨の決定と、冷却液温度が設定値温度にオフセット温度を足した温度よりも高い旨の決定とに応答し、前記複数のインバータのうちから始動させるべき前記所定の数のインバータを決定するステップと
を含む、請求項４４に記載の容量制御方法。
【請求項４６】
前記複数のインバータのうちの前記所定の数のインバータを始動させる前記ステップは、前記所定の数のインバータを所定の周波数で動作させるステップを含む、請求項４５に記載の容量制御方法。
【請求項４７】
前記複数のインバータのうちの別のインバータを動作可能にすべきか否かを決定する前記ステップは、
前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが動作不能にされているか否かを決定するステップと、
前記複数のインバータに関するインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数よりも高いか否かを決定するステップと
を含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【請求項４８】
前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する前記予め選択された出力周波数を調整する前記ステップは、
前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが動作不能にされているか否かを決定するステップと、
前記複数のインバータのインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数よりも低いか否かを決定するステップと、
前記複数のインバータのうちのいずれかのインバータが動作不能にされている旨の決定と、前記複数のインバータのインバータ動作周波数が停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数よりも低い旨の決定とに応答して、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ増加させるステップと
を含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【請求項４９】
前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを動作不能にすべきか否かを決定する前記ステップは、
前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作可能にされているかどうかを決定するステップと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数よりも低いかどうかを決定するステップと、
冷却液温度が設定値温度からオフセット温度を引いた温度よりも低いかどうかを決定するステップと、
を含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【請求項５０】
前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する前記予め選択された出力周波数を減少させる前記ステップは、
前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作可能にされているか否かを決定するステップと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数よりも高いか否かを決定するステップと、
前記複数のインバータのうちの１つのインバータだけが動作している旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数よりも高い旨の決定とに応答して、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ減少させるステップと、
を含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【請求項５１】
前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する前記予め選択された出力周波数を調整する前記ステップは、
前記複数のインバータのうちの全てのインバータが動作可能にされているかどうかを決定するステップと、
インバータ動作周波数がインバータの最大周波数よりも低いかどうかを決定するステップと、
前記複数のインバータのうちの全てのインバータが動作可能にされている旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最大周波数よりも低い旨の決定とに応答して、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ増加させるステップと、
を含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【請求項５２】
前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを動作不能にすべきか否かを決定する前記ステップは、
前記複数のインバータのうちの２つ以上のインバータが動作可能にされているか否かを決定するステップと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と等しいか否かを決定するステップと
を含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【請求項５３】
前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する前記予め選択された出力周波数を減少させる前記ステップは、
前記複数のインバータのうちの２つ以上のインバータが動作可能にされているか否かを決定するステップと、
インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と等しくないか否かを決定するステップと、
前記複数のインバータのうちの２つ以上のインバータが動作可能にされている旨の決定と、インバータ動作周波数がインバータの最小周波数と等しくない旨の決定とに応答して、前記インバータ動作周波数を所定の周波数量だけ減少させるステップと
を含む、請求項４３に記載の容量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、冷却システムの容量を制御することに関する。より詳細には、本発明は、冷却システムの複数の圧縮機に給電する単一の変速駆動装置を有する複数圧縮機冷却システムの容量を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの液体冷却または冷凍の応用例は、１つまたは複数の対応する冷媒回路において複数の圧縮機すなわち２つ以上の圧縮機を使用する。複数の圧縮機を使用する１つの目的は、単一の圧縮機を動作させることによっては通常得られることのない増加された容量を冷却システムから得ることである。さらに、複数の圧縮機の使用は、ある圧縮機が故障し冷房能力をそれ以上提供することができなくなった場合にも、１つまたは複数の圧縮機が冷却能力レベルを下げて動作するように維持することにより、システム全体の信頼性の向上を実現することができる。
【０００３】
冷却システムの圧縮機モータは、当該システム位置のＡＣ電力グリッドから直接給電され得るが、これにより、圧縮機は、単一の速度でしか動作されないことになる。別法として、圧縮機モータは、システム電力グリッドとモータの間に挿置された変速駆動装置を使用して、モータに可変周波数および可変電圧の電力を供給することができ、これにより、圧縮機は、いくつかの異なる速度で動作することができるようになる。モータの変速動作は、各圧縮機モータ毎に対応する変速駆動装置を設けることによって、あるいは、全ての圧縮機モータを変速駆動装置のインバータ出力と並列接続することによって得られる可能性がある。変速駆動装置を各圧縮機毎に使用する１つの欠点は、所与の累積電力定格を有する複数の駆動装置が同じ出力電力定格の単一の駆動装置よりも高額である故に、全体の冷却システムがより高額となることである。圧縮機モータを変速駆動装置の単一のインバータ出力と並列接続する１つの欠点は、複数のモータのうちの１つの障害または故障によって変速駆動装置が動作不能にされ、したがって、変速駆動装置に接続されている他のモータが冷却システム上の残りの圧縮機を動作させることが妨げられる可能性があることである。このように変速駆動装置に接続されている他のモータが動作不能にされることにより、モータおよび変速駆動装置が動作不能にされると同時に全ての圧縮機が動作不能にされるので、冗長圧縮機の機能が無効にされる。
【０００４】
ＡＣ電力グリッドから給電される圧縮機モータに対応する制御は、主にモータの始動および停止が関与する比較的単純なものである。一方、変速駆動装置から給電される圧縮機モータに対応する制御は、遥かに複雑であり、システム状態に基づく各圧縮機モータ（および圧縮機）毎の適切な速度を決定することを要する。
【０００５】
複数の圧縮機を対象とする１つのタイプの制御は、圧縮機を順次係合および係合解除して、所望のシステム負荷を得るものである。この制御プロセスは通常、増大するシステム需要を満たすために、１つの圧縮機を始動させ、システム需要が満足されるまで引き続き別の圧縮機を追加していくものである。その後、システム需要が減少したことに応答して、圧縮機は、同様の様式で運転停止またはアンロードされる。このタイプの制御の一例は、米国特許第６,４９９,５０４号（第５０４号特許）に記載されている。第５０４号特許は、システムのシステム圧力と容積式流量容量の両方に応答して動作する圧縮機制御システムを対象とする。具体的には、圧縮機システムにおける実際の圧力および容積式流量容量が感知された後に、圧縮機が圧縮機システムからロードまたはアンロードされる。
【０００６】
複数の圧縮機を対象とする別のタイプの制御プロセスは、システム状態に基づいて進み圧縮機の動作構成を決定し、次いで進み圧縮機の出力を整合させる追加の制御命令を使用して、１つまたは複数の遅れ圧縮機を制御するものである。このタイプの制御の一例は、米国特許第５,３４３,３８４号（第３８４号特許）に記載されている。第３８４号特許は、複数の圧縮機を同様の動作点で動作させる制御システムおよび方法を対象とする。マイクロコントローラが、システム圧力を継続的に所望の圧力と比較し、それに対応する調整、すなわち、まず進み圧縮機の入口弁の位置から、次に進み圧縮機のバイパス弁の位置の順に、昇圧または降圧を行い、その結果、それらの変更がＣＥＭプログラムによってシステム内の残りの圧縮機に伝達され得るようにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、圧縮機の動作速度と動作状態の圧縮機の数の両方を制御して冷却システム内の排出冷却液温度の設定値を維持することによって複数圧縮機冷却システムの容量を制御するためのシステムおよび方法が、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、複数圧縮機冷却システムの容量を制御するための方法を対象とする。前記方法は、複数のインバータを有する変速駆動装置を提供するステップを含む。各インバータは、複数圧縮機冷却システムの対応する圧縮機モータに給電するように構成される。前記方法はまた、複数圧縮機冷却システムの少なくとも１つの動作状態を監視するステップと、監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答して、複数圧縮機冷却システムの出力容量を増加させるべきか否かを決定するステップと、出力容量を増加させるべき旨の決定に応答して、複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を増加させるように前記複数のインバータの動作構成を調整するステップとを含む。前記方法はさらに、監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答して、複数圧縮機冷却システムの出力容量を減少させるべきか否かを決定するステップと、出力容量を減少させるべき旨の決定に応答して、複数圧縮機冷却システムの前記出力容量を減少させるように前記複数のインバータの動作構成を調整するステップとを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、複数の圧縮機を有する複数圧縮機冷却システムを対象とする。前記複数の圧縮機の各圧縮機は、対応するモータによって駆動され、複数の圧縮機は少なくとも１つの冷媒回路内に組み込まれる。各冷媒回路は、閉冷媒ループの形で接続された前記複数の圧縮機のうちの少なくとも１つの圧縮機と、凝縮器配置と、蒸発器配置とを含む。前記複数圧縮機冷却システムは、前記複数の圧縮機の対応するモータに給電する変速駆動装置も有する。前記変速駆動装置は、コンバータ段と、ＤＣリンク段と、インバータ段とを含む。前記インバータ段は、それぞれが前記ＤＣリンク段と電気的に並列接続され、前記複数の圧縮機の対応するモータに給電する複数のインバータを有する。前記複数圧縮機冷却システムはさらに、前記複数の圧縮機から予め選択されたシステム容量を生成するように前記変速駆動装置を制御する制御パネルも有する。前記制御パネルは、前記複数のインバータのうちから前記変速駆動装置内で動作させるべきいくつかのインバータを決定するように構成され、また、前記複数のインバータのうちの前記変速駆動装置内で動作中の前記いくつかのインバータが、前記複数の圧縮機から前記予め選択されたシステム容量を生成するための、動作周波数を決定するように構成される。
【００１０】
本発明の他の実施形態は、複数圧縮機冷却システムの容量制御方法を対象とする。前記方法は、複数のインバータを有する変速駆動装置を提供するステップを含む。各インバータは、予め選択された出力周波数で複数圧縮機冷却システムの対応する圧縮機モータに給電するように構成される。前記方法はまた、複数圧縮機冷却システムの少なくとも１つの動作状態を監視するステップと、監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの容量を増加させるべきか否かを決定するステップと、容量を増加させるべき旨の決定に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの増加された容量を生成するように前記複数のインバータを構成するステップとを含む。増加された容量を生成するように前記複数のインバータを構成する前記ステップは、前記複数圧縮機冷却システムの別の圧縮機モータを始動させるために、前記複数のインバータの別のインバータを動作可能にすべきか否かを決定するステップと、別のインバータを動作可能にすべき旨の決定に応答して、前記複数のインバータの別のインバータを動作可能にするステップと、前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する予め選択された出力周波数を調整するステップとを含む。前記方法はさらに、監視された前記少なくとも１つの動作状態に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの容量を減少させるべきか否かを決定するステップと、容量を減少させるべき旨の決定に応答して、前記複数圧縮機冷却システムの減少された容量を生成するように前記複数のインバータを構成するステップとを含む。減少された容量を生成するように前記複数のインバータを構成する前記ステップは、前記複数圧縮機冷却システムの圧縮機モータを停止させるために、前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを動作不能にすべきか否かを決定するステップと、動作中のインバータを動作不能にすべき旨の決定に応答して、前記複数のインバータのうちの動作中のインバータを動作不能にするステップと、前記複数のインバータのうちの動作中の各インバータに関する予め選択された出力周波数を減少させるステップとを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の１つの利点は、圧縮機の最適制御が実現される一方で、圧縮機サイクリングが減少されることである。
本発明の別の利点は、所与の負荷条件を満足するために可能な限り多くの圧縮機を動作させることによって、システム効率が改善されることである。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、好ましい実施形態に関する以下のより詳細な説明を、本発明の諸原理を例示的に示す添付の図面と併せて解釈すれば明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付の図面の全体を通して、同じ参照番号は、可能な限り同じまたは同様の部分を参照するのに使用される。
図１は、本発明と共に使用され得る応用例を全体的に示す。ＡＣ電源１０２は、変速駆動装置（ＶＳＤ）１０４に電力を供給し、ＶＳＤ  １０４は、複数のモータ１０６に給電する。モータ１０６は、冷凍または冷却システムで使用され得る対応する圧縮機を駆動するのに使用されることが好ましい。制御パネル１１０は、ＶＳＤ  １０４の動作を制御するのに使用されてもよく、モータ１０６および圧縮機の動作を監視および／または制御することができる。
【００１４】
ＡＣ電源１０２は、あるサイトに所在するＡＣ電力グリッドまたは配電系統からＶＳＤ  １０４に対して、単一位相または多位相（例えば、３位相）の固定電圧／固定周波数のＡＣ電力を供給する。ＡＣ電源１０２は好ましいことに、対応するＡＣ電力グリッドに応じて５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの線周波数で、２００Ｖ、２３０Ｖ、３８０Ｖ、４６０Ｖ、または６００ＶのＡＣ電圧または線間電圧をＶＳＤ  １０４に供給することができる。
【００１５】
ＶＳＤ  １０４は、ＡＣ電源１０２から特定の固定線間電圧と固定線周波数とを有するＡＣ電力を受信し、いずれも個々の要件を満足するように変更され得る所望の電圧および所望の周波数で、モータ１０６のそれぞれにＡＣ電力を供給する。好ましいことに、ＶＳＤ  １０４は、各モータ１０６の定格電圧および定格周波数よりも高い電圧および周波数を有していても、それよりも低い電圧および周波数を有していてもよいＡＣ電力を、モータ１０６のそれぞれに供給することができる。別の実施形態では、ＶＳＤ  １０４はやはり、より高い周波数あるいはより低い周波数を供給することができるが、各モータ１０６の定格電圧および定格周波数と同じまたはそれよりも低い電圧しか供給することができない。
【００１６】
モータ１０６は、変速で動作可能な誘導モータであることが好ましい。誘導モータは、２極、４極、または６極を含めた任意の適当な極配列を有することができる。ただし、変速で動作され得る適当なモータであれば、どのようなモータが本発明と共に使用されてもよい。
【００１７】
図２は、ＶＳＤ  １０４の一実施形態における構成部品の一部を概略的に示す。ＶＳＤ  １０４は、次の３つの段を、すなわち、コンバータまたは整流器段２０２と、ＤＣリンク段２０４と、複数のインバータ２０６を有する出力段とを有することができる。コンバータ２０２は、ＡＣ電源１０２からの固定線周波数／固定線間電圧のＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。コンバータ２０２は、シリコン制御整流器を使用する場合にはゲーティングによって、あるいはダイオードを使用する場合には順方向バイアスによってオンに切り換えられ得る電子スイッチから構成される、整流器機構内にあってもよい。別法として、コンバータ２０２は、制御ＤＣ電圧を生成し、それが望まれる場合は入力電流信号の波形が正弦曲線として現れるようにするために、オンとオフの両方にゲーティングされ得る電子スイッチから構成される、コンバータ機構内にあってもよい。コンバータ２０２のコンバータ機構は、ＡＣ電力がＤＣ電力に整流され得るだけでなく、ＤＣ電力レベルも特定の値に制御され得る点で、整流器機構よりも高いレベルの柔軟性を有する。本発明の一実施形態では、ダイオードおよびシリコン制御整流器（ＳＣＲ）が、コンバータ２０２に大電流サージの許容能力を提供し、低い故障率をもたらすことができる。別の実施形態では、ＶＳＤ  １０４の入力電圧よりも大きい出力電圧をＶＳＤ  １０４から得るために、コンバータ２０２は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに結合されたダイオードまたはサイリスタ整流器あるいはパルス幅変調昇圧整流器を利用して、昇圧されたＤＣ電圧をＤＣリンク２０４に供給することができる。
【００１８】
ＤＣリンク２０４は、コンバータ２０２からのＤＣ電力をフィルタリングし、エネルギー蓄積用構成部品を形成する。ＤＣリンク２０４は、高い信頼率および非常に低い故障率を示す受動装置であるキャパシタおよびインダクタから構成されてもよい。最後に、インバータ２０６は、ＤＣリンク２０４上で並列接続されており、各インバータ２０６は、ＤＣリンク２０４からのＤＣ電力を、対応するモータ１０６用の可変周波数／可変電圧のＡＣ電力に変換する。インバータ２０６は、ダイオードが並列接続されたパワートランジスタまたは集積バイポーラ型パワートランジスタ（ＩＧＢＴ）の電力スイッチを含むことができる電力モジュールである。さらに、上述され図２に示される内容から、ＶＳＤ  １０４のインバータ２０６が適切な出力電圧および周波数をモータ１０６に供給することができる限り、ＶＳＤ  １０４は様々な構成部品を組み込み得ることが理解されるはずである。
【００１９】
ＶＳＤ  １０４から給電されるべき各モータ１０６に関しては、対応するインバータ２０６が、ＶＳＤ  １０４の出力段に存在する。ＶＳＤ  １０４から給電され得るモータ１０６の数は、ＶＳＤ  １０４内に組み込まれるインバータ２０６の数に依存する。好ましい一実施形態では、ＤＣリンク２０４と並列接続され、対応するモータ１０６に給電するのに使用される２つまたは３つのインバータ２０６が存在してもよい。ＶＳＤ  １０４は、２つから３つのインバータ２０６を有することが好ましいが、ＤＣリンク２０４がインバータ２０６のそれぞれに適切なＤＣ電圧を供給しこれを維持することができる限り、４つ以上のインバータ２０６が使用されてもよいことが、理解されるはずである。
【００２０】
好ましい一実施形態では、インバータ２０６は共通して、以下でより詳細に論じるように、インバータ２０６に供給された共通の制御信号または制御命令に基づいて、それぞれのインバータ２０６が所望の同じ電圧および周波数で対応するモータにＡＣ電力を供給するように、制御システムによって制御される。インバータ２０６の制御は、制御パネル１１０から行われても、上記の制御システムを組み込んだ他の適当な制御装置から行われてもよい。
【００２１】
ＶＳＤ  １０４は、モータ１０６の起動中に大きな突入電流がモータ１０６に到達するのを防ぐことができる。さらに、ＶＳＤ  １０４のインバータ２０６は、ＡＣ電源１０２に力率を約１とする電力を供給することができる。最後に、モータ１０６によって受信された入力電圧と入力周波数の両方をＶＳＤ  １０４が調整できる能力により、異なる電源毎にモータ１０６を改変する必要なく、ＶＳＤ  １０４を備えるシステムを外国および国内の様々な電力グリッド上で動作させることが可能になる。
【００２２】
図３は、冷凍システム内に組み込まれた本発明の一実施形態を全体的に示す。図３に示されるように、ＨＶＡＣ冷凍または液体冷却システム３００は、対応する冷媒回路内に組み込まれた２つの圧縮機を有するが、システム３００は、所望のシステム負荷を提供する１つの冷媒回路または３つ以上の冷媒回路を有することができ、対応する冷媒回路毎に２つ以上の圧縮機を有することもできることが、理解されるはずである。システム３００は、第１の圧縮機３０２と、第２の圧縮機３０３と、凝縮器配置３０８と、膨張装置と、水冷冷却器または蒸発器配置３１０と、制御パネル１１０とを含む。制御パネル１１０は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換機と、マイクロプロセッサと、不揮発性メモリと、冷凍システム３００の動作を制御するインターフェイス基板とを含むことができる。制御パネル１１０はまた、ＶＳＤ  １０４、モータ１０６、ならびに圧縮機３０２および３０３の動作を制御するのに使用されてもよい。従来のＨＶＡＣ冷凍または液体冷却システム３００は、図３には示されていない他の多くの特徴を含む。これらの特徴は、図面を簡略化し説明を分かりやすくするために意図的に省略されている。
【００２３】
圧縮機３０２および３０３は、冷媒蒸気を圧縮し、それを凝縮器３０８に引き渡す。圧縮機３０２および３０３は、別々の冷凍回路内で接続されることが好ましく、すなわち、圧縮機３０２および３０３からの冷媒出力が混合されず、システム３００の別々の回路内を移動した後に、圧縮機３０２および３０３内に再び入って別のサイクルを開始することが好ましい。別々の冷凍回路は、対応する熱交換用の単一の凝縮器筐体３０８と、単一の蒸発器筐体３１０とを使用することが好ましい。凝縮器筐体３０８および蒸発器筐体３１０は、パーティションを使用して、あるいはそれに相当する筐体または分離コイル配置を伴う他の分割手段を使用して、別々の冷媒回路を維持する。本発明の別の実施形態では、圧縮機３０２および３０３からの冷媒出力は、それぞれシステム３００内を移動した後に分離されて、圧縮機３０２および３０３内に再び入るように、単一の冷媒回路内で組み合わされもよい。
【００２４】
圧縮機３０２および３０３は、スクリュー圧縮機または遠心圧縮機であることが好ましいが、往復圧縮機、スクロール圧縮機、回転圧縮機、または他のタイプの圧縮機を含めた任意の適当なタイプの圧縮機であってもよい。圧縮機３０２および３０３の出力容量は、ＶＳＤ  １０４のインバータ２０６によって駆動されるモータ１０６の出力速度に依存する、圧縮機３０２および３０３の動作速度に基づいていてもよい。凝縮器３０８に引き渡される冷媒蒸気は、流体、例えば空気または水との熱交換関係に入り、流体との熱交換関係を経た結果、冷媒液体への相変化を受ける。凝縮器３０８からの凝縮された液体冷媒は、対応する膨張装置を経て蒸発器３１０に流れ込む。
【００２５】
蒸発器３１０は、冷房負荷の供給ライン用および戻りライン用の結線を含むことができる。２次液体は、水であることが好ましいが、他の任意の適当な２次液体、例えばエチレン、塩化カルシウムブライン、または塩化ナトリウムブラインであってもよく、戻りラインを介して蒸発器３１０内に入り、供給ラインを介して蒸発器３１０内から出る。蒸発器３１０内の液体冷媒は、２次液体の温度を冷却するために、２次液体との熱交換関係に入る。蒸発器３１０内の冷媒液体は、２次液体との熱交換関係を経た結果、冷媒蒸気への相変化を受ける。次いで、蒸発器３１０内の蒸気冷媒は、圧縮機３０２および３０３に戻ってサイクルを完了する。凝縮器３０４および蒸発器３０６内の冷媒の適切な相変化が得られることを条件として、システム３００内では任意の適当な構成の凝縮器３０８および蒸発器３１０が使用され得ることが、理解されるはずである。
【００２６】
好ましいことに、制御パネル、マイクロプロセッサ、または制御装置１１０は、ＶＳＤ  １０４の動作、特にインバータ２０６の動作を制御する制御信号をＶＳＤ  １０４に供給して、ＶＳＤ  １０４の最適な動作設定を提供することができる。制御パネル１１０は、以下で詳細に論じるように、モータ１０６の所望の動作速度と、圧縮機３０２および３０３の所望の容量とを得るために、圧縮機３０２および３０３に関する負荷状態の増加または減少に応答して、ＶＳＤ  １０４のインバータ２０６の出力電圧および／または周波数を増加させ、あるいは減少させることができる。
【００２７】
制御パネル１１０は、システム１００に関する個々の出力容量要件に応答して、システム１００の動作を制御し、ＶＳＤ  １０４のインバータ２０６に関する動作構成を決定し実装する１つ（または複数）の制御アルゴリズムまたはソフトウェアを実行して、圧縮機１０２および１０４の容量を制御する。一実施形態では、１つ（または複数）の制御アルゴリズムは、制御パネル１１０の不揮発性メモリに記憶されるコンピュータプログラムまたはソフトウェアであっても、制御パネル１１０のマイクロプロセッサによって実行可能な一連の命令を含むものであってもよい。制御アルゴリズムは、１つ（または複数）のコンピュータプログラム内で実施され、マイクロプロセッサによって実行されることが好ましいが、デジタルおよび／またはアナログハードウェアを使用して実装および実行されてもよいことが、当業者には理解されるはずである。制御アルゴリズムを実行するのにハードウェアが使用される場合は、対応する制御パネル１１０の構成を変更して、必要な構成部品が組み込まれてもよく、もはや必要とされなくなった可能性のある構成部品があれば、それらの構成部品が取り除かれてもよい。
【００２８】
図４は、本発明の基本的な容量制御プロセスを示す。このプロセスは、ステップ４０２で、圧縮機および対応する冷却システムの現在の動作状態を監視することから始まる。冷却システム内には、冷却システムの１つまたは複数の動作状態を監視するもう１つのセンサまたは他の適当な監視装置が配置される。これらのセンサは、測定されたシステムパラメータに対応する信号を制御パネル１１０に供給する。冷却システムに関して測定されるシステムパラメータは、冷媒温度、冷媒圧力、冷媒流量、蒸発器からの排出冷却液温度、他の任意の適当なパラメータなど、測定され得る任意の適当な冷却システムパラメータに対応していてもよい。
【００２９】
ステップ４０２で得られた監視済みのシステム状態に基づき、次いで制御プロセスは、ステップ４０４で、初期のシステム起動が必要とされているかどうかを決定する。初期のシステム起動は、１つまたは複数の圧縮機を始動させて、非アクティブ状態または運転停止状態からアクティブ状態または動作状態にシステムを遷移させるものである。初期のシステム起動が必要であると決定された場合には、制御は、図５に示され以下でより詳細に説明される起動制御プロセスに進む。初期のシステム起動が必要でない場合には、通常はそれ以前に１つまたは複数の圧縮機が始動されているので、制御プロセスは、ステップ４０６に進んで、システムローディングすなわち増加されたシステム容量が必要とされているかどうかを決定する。
【００３０】
ステップ４０２で監視されたシステム状態に基づいて、追加的なシステム容量の需要に応答してシステムローディングが必要とされていると決定した場合には、制御プロセスは、図６に示され以下でより詳細に説明されるシステムローディングのプロセスに進んで、システム容量を増加させるために圧縮機の負荷を増加させる。システムローディングが必要とされない場合には、制御プロセスは、ステップ４０８に進んで、システムアンローディングすなわち減少されたシステム容量が必要とされているかどうかを決定する。
【００３１】
ステップ４０２で監視されたシステム状態に基づいて、システム容量の需要の減少に応答してシステムアンローディングが必要とされていると決定した場合には、制御プロセスは、図７に示され以下でより詳細に説明されるシステムアンローディングのプロセスに進んで、システム容量を減少させるために圧縮機の負荷を減少させる。システムアンローディングが必要とされない場合には、制御プロセスは、ステップ４０２に戻り、プロセスを続行する。
【００３２】
図４の基本的な制御プロセスは、ファジイ論理制御技法を使用することが好ましいが、冷却システムの圧縮機をいつ始動させ、冷却システムの容量をいつ増加させ、冷却システムの容量をいつ減少させるべきかを決定する、任意の適当な制御技法を使用することもできる。図５、６、および７の制御プロセスは、図４の基本的な制御プロセスによって行われる上記の決定のうちの１つに応答する、冷却システムの制御プロセスを対象とすることが好ましい。
【００３３】
図５は、本発明に関する起動制御プロセスを示す。この起動制御プロセスは、１つまたは複数の圧縮機を始動させて、非アクティブ状態または運転停止状態からアクティブ状態または動作状態にシステムを遷移させるものである。このプロセスは、ステップ５０２で、全ての圧縮機がオフ、非アクティブ、または運転停止状態にあるか否かを決定することから始まる。ステップ５０２で、圧縮機のうちの１つがアクティブまたは動作状態にある場合には、圧縮機のうちの１つまたは複数が動作状態にあることから起動プロセスが必要とされないので、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。次に、ステップ５０２で、全ての圧縮機が非アクティブまたはオフの状態にある、すなわち圧縮機が動作状態にないと決定された後は、起動制御プロセスは、蒸発器からの排出冷却液温度（ＬＣＨＬＴ）が、設定値温度に所定のオフセットまたは制御範囲を足した温度よりも高いか否かを決定する。所定のオフセットは、システム状態のごく僅かな変化に応答して冷却システムの頻繁な周波数調整が生じるのを防ぐために、設定値温度すなわち所望のＬＣＨＬＴの周辺に制御領域を設ける。
【００３４】
所定の設定値温度および所定のオフセットは、ユーザによってプログラムあるいは設定され得ることが好ましいが、これらはシステム内で予めプログラムされてもよいことが、理解されるはずである。所定の設定値温度は、蒸発器内で冷却される個々の液体に応じて、約−１２．２℃（約１０゜Ｆ）〜約１５．５℃（約６０゜Ｆ）の範囲とすることができる。所定の設定値温度は、水が冷却される場合には、約４．４℃（約４０゜Ｆ）〜約１２．７℃（約５５゜Ｆ）の間であることが好ましく、グリコール混合液が冷却される場合には、約−９．４℃（約１５゜Ｆ）〜約１２．７℃（約５５゜Ｆ）の間であることが好ましい。所定のオフセットは、±約０．５℃（±約１゜Ｆ）〜±約２．７℃（±約５゜Ｆ）の範囲とすることができ、好ましくは±約０．８℃（±約１．５゜Ｆ）〜±約１．３℃（±約２．５゜Ｆ）の間である。
【００３５】
ステップ５０４で、ＬＣＨＬＴが設定値温度に所定のオフセットを足した温度よりも高い場合には、ステップ５０６で、始動されるべき圧縮機の数が決定される。始動させるべき圧縮機の数は、任意の適当な技法によって決定され得るが、通常は、ＬＣＨＬＴやＬＣＨＬＴの変動率など特定のシステム特性またはパラメータに応答して決定される。ステップ５０４で、ＬＣＨＬＴが設定値温度に所定のオフセットを足した温度より高くない場合には、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。始動させるべき圧縮機の数が決定された後は、ステップ５０８で、圧縮機は、それらが始動または動作状態にされ得るかどうかを決定する検査に掛けられる。ステップ５０８で、制御パネル１１０は好ましいことに、圧縮機の始動を妨げる内部的な圧縮機制御または信号（例えば、「作動不可」信号が存在すること、圧縮機に障害が発生したこと、または圧縮機がロックアウト状態にされたことなど）に基づいて、あるいは、システム内の問題または制約に関係する他のシステム制御または信号（例えば、システムスイッチがオフに切り換えられたこと、システムに障害が発生したこと、システムがロックアウト状態にされたこと、またはシステムのリサイクル防止タイマがアクティブ状態にあることなど）に基づいて、圧縮機が始動または動作され得ないのかそれとも他の原因によって動作不能であるのかを決定することができる。ステップ５０８で、全ての圧縮機が始動され得ない場合は、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。始動されるべき全ての圧縮機が始動および動作されるのが可能であると決定されると、ステップ５１０でそれらの圧縮機が始動され、また、ＶＳＤから出力される最小周波数に対応する周波数で動作状態にされる。圧縮機の動作のためにＶＳＤから出力される最小周波数は、１５Ｈｚ〜７５Ｈｚの間とすることができ、好ましくは４０Ｈｚである。ＶＳＤは、圧縮機の動作に必要とされる最小出力周波数よりも低い最小出力周波数を供給可能であってもよいことが、理解されるはずである。ステップ５１０で圧縮機が始動された後は、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってプロセスを再開し、システム状態を監視する。
【００３６】
図６は、本発明に関するシステムローディングの制御プロセスを示す。システムローディングの制御プロセスは、システム負荷または需要の増加に応答して、１つまたは複数の圧縮機をアクティブ化しまたは始動させ、あるいは、システム負荷または需要の増加に応答して圧縮機の出力容量を増加させるために、圧縮機に給電中のＶＳＤからの出力周波数を増加させるものである。このプロセスは、ステップ６０２で、ロードタイマまたはカウンタがそれ自体のカウントを完了したかどうかを決定することから始まる。本発明の一実施形態では、ロードタイマは、２秒間に設定されることが好ましい。ただし、ロードタイマについては、任意の適当な期間が使用されてもよい。ロードタイマがそれ自体のカウントを完了していない場合には、システムは、どの圧縮機もロードせず、ロードタイマが終了しまたはシステム状態が変わるまで、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。ロードタイマは、新しい圧縮機を始動させ、または圧縮機とそれらのモータのそれぞれに給電中のＶＳＤの出力周波数を増加させた先の制御命令に応答するのに十分な時間をシステムに与えるために使用される。
【００３７】
ロードタイマがそれ自体のカウントを完了した後は、次いでステップ６０４で、システムローディングの制御プロセスは、動作可能でありながらも現時点で動作状態にない圧縮機が存在するかどうかを決定する。現時点で動作状態にない圧縮機が存在する場合には、ステップ６０６で、ＶＳＤの出力周波数すなわち圧縮機の動作周波数が、停止周波数に所定のオフセット周波数を足した周波数と比較される。上述のように、停止周波数は、ＶＳＤの最小出力周波数として計算されることが好ましく、この値は、動作中の圧縮機の数に１を足した数を、動作中の圧縮機の数で割った比を乗じることによって得られる。所定のオフセット周波数は、約０Ｈｚ〜約５０Ｈｚの間の範囲とすることができ、好ましくは約５Ｈｚ〜約１０Ｈｚの間である。ＶＳＤの出力周波数と、停止周波数にオフセット周波数を足した周波数との比較は、別の圧縮機を始動させることが適切であるか否かを決定するのに使用される。オフセット周波数を停止周波数に加算することは、圧縮機を始動させる条件が満足されること、すなわち圧縮機が停止周波数にあることのみをもって圧縮機を始動させ、その後、圧縮機が最小周波数で動作している故に、システム負荷または需要の減少、すなわちアンロードの呼出しに応答して、圧縮機を遮断する必要が生じるのを防ぐために使用される。オフセットを停止周波数に加算することは、別の圧縮機が始動された後にも、最小周波数よりも高い周波数で動作する圧縮機を所在させ、したがって、圧縮機の運転停止が必要とされる前にＶＳＤの出力周波数を減少させることにより、圧縮機をアンロードする余地が生まれるようにするために使用される。
【００３８】
ステップ６０６で、ＶＳＤの出力周波数が停止周波数にオフセットを足した周波数よりも高いと決定された後は、ステップ６０８で、別の圧縮機が始動され、ＶＳＤは、動作中の圧縮機に始動周波数で給電するように制御される。始動周波数は、圧縮機を始動させる前にＶＳＤの出力周波数として計算されることが好ましく、この値は、動作中の圧縮機（始動されるべき圧縮機を含む）の数から１を引いた数を、動作中の圧縮機（始動されるべき圧縮機を含む）の数で割った比を乗じることによって得られる。圧縮機が始動され始動周波数まで加速されると、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。
【００３９】
ステップ６０４を再び参照すると、全ての圧縮機が現時点で動作している場合には、ステップ６１０で、圧縮機に給電中のＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最大出力周波数よりも低いかどうか決定される。ＶＳＤの最大出力周波数は、１２０Ｈｚ〜３００Ｈｚの間の範囲とすることができ、好ましくは２００Ｈｚである。ただし、ＶＳＤは、任意の適当な最大出力周波数を有し得ることが理解されるはずである。ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最大出力周波数と等しい場合には、システムからそれ以上の容量が生成されることはないので、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。一方、ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最大出力周波数よりも低い場合には、ステップ６１２で、圧縮機およびそれらの対応する冷媒回路は、それらがアンロード限界に達しつつあるか否かを決定する検査または評価に掛けられる。アンロード限界は、ある所定のパラメータまたは条件が存在するときに圧縮機をアンロードすることによって圧縮機および対応する冷媒回路が損傷を受けるのを防止するために使用される。
【００４０】
アンロード限界に達しつつある圧縮機または対応する冷媒回路が存在しない場合には、ステップ６１６で、ＶＳＤは、現時点の出力周波数に所定の増分量を足した周波数と等しくなるまで増加されたＶＳＤの出力周波数で、圧縮機に給電するように制御される。所定の増分量は、約０．１Ｈｚ〜約２５Ｈｚの間とすることができ、好ましくは約０．１Ｈｚ〜約１Ｈｚの間である。所定の増分量は、ファジイ論理制御装置または制御技法によって計算され得ることが好ましいが、任意の適当な制御装置または制御技法、例えばＰＩＤ制御が使用されてもよい。増加されるＶＳＤの出力周波数は、ＶＳＤの最大出力周波数まで増加されてもよい。圧縮機が増加されたＶＳＤの出力周波数まで加速されると、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。ステップ６１２を再び参照すると、１つまたは複数の圧縮機および対応する冷媒回路がアンロード限界に達しつつあると決定された場合は、ステップ６１４で、負荷制限制御表の情報に基づいて、それらの圧縮機および対応する冷媒回路毎の制限負荷値が計算される。次に、ステップ６１６で、プロセスは、ステップ６１４から何らかの負荷制限を受けている圧縮機に関するＶＳＤの出力周波数を上記で詳細に説明されるように調整し、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。
【００４１】
図７は、本発明に関するシステムアンローディングの制御プロセスを示す。システムアンローディングの制御プロセスは、システム負荷または需要の減少に応答して、１つまたは複数の圧縮機を非アクティブ化しまたは運転停止させ、あるいは、システム負荷または需要の減少に応答して圧縮機の出力容量を減少させるために、圧縮機に給電中のＶＳＤからの出力周波数を減少させるものである。このプロセスは、ステップ７０２で、アンロードタイマまたはカウンタがそれ自体のカウントを完了したかどうかを決定することから始まる。本発明の一実施形態では、アンロードタイマは、２秒間に設定されることが好ましい。ただし、アンロードタイマについては、任意の適当な期間が使用されてもよい。アンロードタイマがそれ自体のカウントを完了していない場合には、システムは、どの圧縮機もアンロードせず、アンロードタイマが終了しまたはシステム状態が変わるまで、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。
【００４２】
アンロードタイマは、動作中の圧縮機を停止させ、または圧縮機とそれらのモータのそれぞれに給電中のＶＳＤの出力周波数を減少させた先の制御命令に応答するのに十分な時間をシステムに与えるために使用される。アンロードタイマがそれ自体のカウントを完了した後は、次いでステップ７０４で、圧縮機アンローディングの制御プロセスは、単一の圧縮機または進み圧縮機だけが現時点で動作状態にあるか否かを決定する。単一の圧縮機または進み圧縮機だけが現時点で動作状態にある場合には、ステップ７０６で、ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最小周波数と比較されて、ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最小周波数よりも高いか否かが決定される。ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最小周波数より高くない場合には、ステップ７０８で、ＬＣＨＬＴが設定値温度から所定のオフセットを引いた温度よりも低いか否か決定するために、ＬＣＨＬＴが評価される。ステップ７０８で、ＬＣＨＬＴが設定値温度から所定のオフセットを引いた温度よりも低い場合には、ステップ７１０で、プロセスは、圧縮機および対応する冷凍システムの運転停止プロセスを開始し、プロセスを終了する。ＬＣＨＬＴが設定値温度から所定のオフセットを引いた温度よりも低い場合には、システムがそれ自体の動作目標を達成したことに、すなわち設定値温度に達したことになるので、また、ＬＣＨＬＴを低温にしすぎることにより圧縮機または対応する冷凍回路が損傷を受けるのを、冷却器内の液体の凝固点に応じて回避し得るようにするために、圧縮機は、運転停止される。ステップ７０８で、ＬＣＨＬＴが設定値温度から所定のオフセットを引いた温度より低くない場合には、圧縮機は、最低速度で動作を継続し、プロセスは、さらなる監視を行うためにステップ４０２に戻る。
【００４３】
ステップ７０６で、ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最小周波数よりも高い場合には、ステップ７１２で、ＶＳＤは、現時点の出力周波数から所定の減分量を引いた周波数と等しくなるまで減少されたＶＳＤの出力周波数で、圧縮機に給電するように制御される。所定の減分量は、約０．１Ｈｚ〜約２５Ｈｚの間とすることができ、好ましくは約０．１Ｈｚ〜約１Ｈｚの間である。所定の減分量は、ファジイ論理制御によって計算され得ることが好ましいが、任意の適当な制御、例えばＰＩＤ制御が使用されてもよい。減少されるＶＳＤの出力周波数は、ＶＳＤの最小出力周波数まで減少されてもよい。圧縮機が減少されたＶＳＤの出力周波数になるまで調整されると、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。
【００４４】
ステップ７０４を再び参照すると、進み圧縮機以外に動作状態にある圧縮機が存在する場合には、ステップ７１４で、圧縮機に給電中のＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最小出力周波数と等しいか否かが決定される。ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最小出力周波数と等しい場合には、ステップ７１６で、遅れ圧縮機が停止または運転停止され、ＶＳＤは、残りの動作状態の圧縮機に停止周波数で給電するように制御される。上述のように、停止周波数は、ＶＳＤの最小出力周波数として計算されることが好ましく、この値は、動作中の圧縮機の数に１を足した数を、動作中の圧縮機の数で割った比を乗じることによって得られる。残りの圧縮機が始動され、停止周波数まで加速されると、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。
【００４５】
ステップ７１４で、ＶＳＤの出力周波数がＶＳＤの最小出力周波数と等しくない場合には、ステップ７１２で、ＶＳＤは、上記でより詳細に説明されるように、現時点の出力周波数から所定の減分量を引いた周波数と等しくなるまで減少されたＶＳＤの出力周波数で、圧縮機に給電するように制御される。圧縮機が、減少されたＶＳＤの出力周波数になるまで調整されると、プロセスは、図４のステップ４０２に戻ってシステム状態をさらに監視する。
【００４６】
上記の制御プロセスでは、モータに供給されるＶＳＤの出力周波数を調整することによってシステム容量を制御することに関して論じたが、システム容量を制御するためにＶＳＤの出力電圧が調整されてもよいことも、理解されるはずである。上記の制御プロセスでは、ＶＳＤは、定電圧／Ｈｚまたは定トルク動作モードを維持するように制御されることが好ましい。定フラックスまたは定電圧／Ｈｚモータ動作モードは、スクリュー圧縮機など略一定のトルクプロファイルのロードに使用されるものであり、この動作モードでは、モータに供給される周波数のいかなる増加または減少も、モータに供給される電圧の対応する増加および減少と整合することが必要とされる。例えば、４極誘導モータは、それ自体の２倍の定格電圧およびそれ自体の２倍の定格周波数で動作されたときは、それ自体の２倍の定格出力馬力および速度を発揮することができる。定フラックスまたは定電圧／Ｈｚモードにあるときは、モータに対する電圧が増加すると、それと等価な分だけモータの出力馬力も増加することになる。同様に、モータに対する周波数が増加すると、それと等価な分だけモータの出力速度も増加することになる。
【００４７】
ステップ６０８および７１６で説明されたように、冷却システムの容量を調整するために圧縮機を始動または停止させるときは、ＶＳＤは、次の手順に従うことが好ましい。まず、ＶＳＤは、制御停止時にゼロ速度まで減速される。次に、これに従って追加されまたは取り除かれるべき圧縮機が、動作可能または動作不能にされる。次いで、ＶＳＤは、圧縮機を追加する場合には始動周波数で、圧縮機を取り除く場合には停止周波数で、動作状態にある圧縮機に出力電力を供給するように制御される。ＶＳＤは、対応する周波数の代わりに適切な電圧を供給するようにも制御されることが、理解されるであろう。最後に、ＶＳＤは、動作状態にある圧縮機に給電するのに適した周波数および電圧まで加速される。
【００４８】
本発明は、好ましい一実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することのない様々な変更が加えられてもよく、また、本発明の諸要素が諸種の等価物によって置き換えられてもよいことが、当業者には理解されるであろう。さらに、個々の状況または材料に適合するように、本発明の本質的な範囲から逸脱することのない多くの修正が、本発明の教示に加えられてもよい。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として本明細書に開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内にある全ての実施形態を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明と共に使用され得る一般的な応用例を示す図である。
【図２】本発明と共に使用され得る変速駆動装置の概略図である。
【図３】本発明と共に使用される冷凍または冷却システムの一実施形態を示す図である。
【図４】本発明の基本的な容量制御プロセスを示す流れ図である。
【図５】本発明の圧縮機始動制御プロセスを示す流れ図である。
【図６】本発明のシステムローディングの制御プロセスを示す流れ図である。
【図７】本発明のシステムアンローディングの制御プロセスを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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