(57)【要約】  蒸気タービン駆動冷却機ユニット（１０）のための制御システムが提供される。制御システムは、調速機（４８）、圧縮機入口導羽根（８０）、及び高温ガスバイパス弁（８４）の能力の全範囲を自動的に使用して、冷却機（１０）の処理能力を制御して、サージ防止及びオーバライド制御機能を提供し、動作の最大効率を維持しながら望ましくない動作範囲を防止する。
2007518932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンで駆動される冷却機システムの処理能力を制御する方法であって、
蒸気ループ内に接続された、蒸気供給部、蒸気タービン及び蒸気凝縮器を有する蒸気システムを設けるステップと、
冷媒ループ内に接続された、圧縮機、冷媒凝縮器及び蒸発器を有する冷媒システムを設けるステップであって、前記圧縮機は前記蒸気タービンによって駆動されるステップと、
前記冷媒システムの負荷を表わす値を検知するステップと、
前記冷媒システムのシステム圧力差を特定するステップと、
前記検知された負荷の値及び前記決定されたシステム圧力差に応答して、前記蒸気タービンの速度を制御して前記冷却機システムの処理能力を制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記圧縮機への冷媒の流れを調節する入口導羽根を設けるステップと、
前記検知された負荷の値と前記決定されたシステム圧力差に応答して、前記入口導羽根の位置を制御して、前記冷却機システムの処理能力を制御するステップとを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷媒システムの高圧側と前記冷媒システムの低圧側との間の冷媒の流れを調節するための高温ガスバイパス弁を設けるステップと、
前記検知された負荷の値と前記決定されたシステム圧力差に応答して、前記高温ガスバイパス弁を制御して、前記冷却機システムの処理能力を制御するステップとを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記蒸気タービンの速度を制御する前記ステップは、前記蒸気タービンの速度を調節して、目標システム負荷状態を維持することを含み、
前記入口導羽根の位置を制御する前記ステップは、前記入口導羽根を、前記システム圧力差に基づく所定の最小位置に配置することを含み、
前記高温ガスバイパス弁を制御する前記ステップは、前記高温ガスバイパス弁を閉じ位置に配置することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記入口導羽根の前記所定の最小位置は、前記圧縮機がサージ状態において動作することを防止する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記蒸気タービンの速度を制御する前記ステップは、前記蒸気タービンを、前記システム圧力差に基づく所定の最小速度で動作させることを含み、
前記入口導羽根の位置を制御する前記ステップは、前記入口導羽根の位置を調節して目標システム負荷状態を維持することを含み、
前記高温ガスバイパス弁を制御する前記ステップは、前記高温ガスバイパス弁を閉じ位置に配置することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記蒸気タービンの前記所定の最小速度は、前記圧縮機がサージ状態において動作することを防止する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記蒸気タービンの速度を制御する前記ステップは、前記蒸気タービンを、前記システム圧力差に基づく所定の最小速度で動作させることを含み、
前記入口導羽根の位置を制御する前記ステップは、前記入口導羽根を、前記システム圧力差に基づく所定の最小位置に配置することを含み、
前記高温ガスバイパス弁を制御する前記ステップは、前記高温ガスバイパス弁の位置を調節して、目標システム負荷状態を維持することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記入口導羽根の前記所定の最小位置は、前記圧縮機がサージ状態において動作することを防止し、かつ
前記蒸気タービンの前記所定の最小速度は、前記圧縮機がサージ状態において動作することを防止する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記入口導羽根の位置を制御する前記ステップは、
前記決定されたシステム圧力差に応答して、前記入口導羽根の最小位置を特定し、前記入口導羽根の前記決定された最小位置は、前記圧縮機がサージ状態で動作することを防止すること、及び
前記入口導羽根に制御信号を送り、前記入口導羽根の位置を前記特定された最小位置に設定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記蒸気タービンの速度を制御する前記ステップは、
前記決定されたシステム圧力差に応答して、前記蒸気タービンの最小速度を決定するステップであって、前記蒸気タービンの前記決定された最小速度は、前記圧縮機がサージ状態において動作することを防止するステップと、
前記蒸気タービンに制御信号を送り、前記蒸気タービンの速度を前記決定された最小速度に設定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記冷媒システムの負荷を表わす値を検知する前記ステップは、前記蒸発器からの流出冷却液体温度を特定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
システム圧力差を決定する前記ステップは、
凝縮器圧力を計測するステップと、
蒸発器圧力を計測するステップと、
前記計測された凝縮器圧力から前記計測された蒸発器圧力を差し引いて、前記システム圧力差を特定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記冷却機システムにおける故障状態の検出に応答して、前記蒸気タービンの速度を制御する、オーバライド制御を作動させるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却機システムにおける前記故障状態は、範囲外の凝縮器圧力もしくは蒸発器圧力、所定の圧力設定点を超える蒸気タービン第１段圧力計測値、又は所定の位置設定点を超える調速機弁位置計測値の、少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
蒸気ループ内に接続された、蒸気供給部、蒸気タービン及び蒸気凝縮器を備える蒸気システムと、
冷媒ループ内に接続された、圧縮機、冷媒凝縮器、及び蒸発器を含む、冷媒システムであって、前記圧縮機は前記蒸気タービンによって駆動される、冷媒システムと、
前記蒸気システム及び前記冷媒システムの両方の動作を制御する中央制御パネルと、
を備え、前記処理能力制御システムは処理能力制御システムを備え、前記処理能力制御システムは、流出する冷却された液体の温度及びシステム圧力差に応答して、前記蒸気タービンの速度を調節して前記冷媒システムの処理能力を制御するように構成されている、冷却機システム。
【請求項１７】
前記冷媒システムは、前記圧縮機への冷媒の流れを調節する、入口導羽根を更に備え、
前記処理能力制御システムは、流出する冷却された液体の温度及びシステム圧力差に応答して、前記入口導羽根の位置を調節して、前記冷媒システムの処理能力を制御するように構成されている、請求項１６に記載の冷却機システム。
【請求項１８】
前記冷媒システムは、前記冷媒システムの高圧側と前記冷媒システムの低圧側との間の冷媒の流れを調節するための高温ガスバイパス弁を更に備え、
前記処理能力制御システムは、流出冷却液体温度及びシステム圧力差に応答して、前記高温ガスバイパス弁の位置を調節して、前記冷媒システムの処理能力を制御するように構成されている、請求項１７に記載の冷却機システム。
【請求項１９】
前記処理能力制御システムは、前記入口導羽根、前記高温ガスバイパス弁及び前記圧縮機の速度を制御して、前記圧縮機がサージ状態において動作することを防止するように構成されている、請求項１８に記載の冷却機システム。
【請求項２０】
前記処理能力制御システムは、高温ガスバイパス制御モード、入口導羽根制御モード、又はタービン速度制御モードの１つにおいて動作して、前記冷媒システムの処理能力を制御するように構成されている、請求項１８に記載の冷却機システム。
【請求項２１】
前記高温ガスバイパス弁制御モードは、所定の最小タービン速度及び所定の最小入口導羽根位置における動作を含み、
前記入口導羽根制御モードは、閉じた高温ガスバイパス弁による、所定の最小タービン速度における動作を含み、
前記タービン速度制御モードは、閉じた高温ガスバイパス弁による、所定の最小入口導羽根位置における動作を含む、請求項２０に記載の冷却機システム。
【請求項２２】
前記圧縮機、冷媒凝縮器、蒸発器及び蒸気タービンは、構造フレーム上に一体的に装着されている、請求項１６に記載の冷却機システム。
【請求項２３】
前記冷媒凝縮器からの冷却水出口は、前記蒸気凝縮器への冷却水入口に動作可能に接続されている、請求項１６に記載の冷却機システム。
【請求項２４】
冷却機システムにおいて、
蒸気ループ内に接続された、蒸気供給部、蒸気タービン及び蒸気凝縮器を備える蒸気システムと、
冷媒ループ内に接続された、圧縮機、冷媒凝縮器、及び蒸発器を備える冷媒システムであって、前記圧縮機は前記蒸気タービンによって駆動される、冷媒システムと、
前記冷却機システム内に前記蒸気タービンを装着するように構成、配置されているタービンベースプレートであって、前記タービンベースプレートと前記圧縮機とをしっかりと連結する連結装置を備える、タービンベースプレートと、
前記蒸気システム及び前記冷媒システムの両方の動作を制御する中央制御パネルと、
を備える、冷却機システム。
【請求項２５】
前記タービンベースプレートは、前記蒸気タービンの少なくとも一部分を支持するように構成、配置された、基部を含み、
前記連結装置は、前記基部に実質的に直角に配置されている、請求項２４に記載の冷却機システム。
【請求項２６】
前記圧縮機は、機械加工面を有するハウジングを含み、前記連結装置は、前記ハウジングの前記機械加工面に連結されている、請求項２５に記載の冷却機システム。
【請求項２７】
前記タービンベースプレートは、前記圧縮機に隣接して配置された第１端と、該第１端の反対側の第２端を有し、
前記タービンベースプレートの前記第１端は、前記圧縮機用の装着機構上に装着されており、
前記タービンベースプレートの前記第２端は、前記蒸発器用のチューブシート上に装着されている、請求項２４に記載の冷却機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年１月２３日付出願の米国特許仮出願第６０／５３９０１４号の利益を主張するものである。
本発明は、一般的には、冷却機ユニット（ｃｈｉｌｌｅｒ  ｕｎｉｔ）用の制御システムに関し、より詳細には、蒸気タービンシステムと冷却機ユニットの両方の制御動作を統合する、蒸気タービン動力冷却機ユニット用の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システム、冷凍システム、又は冷却機システムは、冷却機システム内の対応する圧縮機（複数を含む）に動力供給するのに電気モータを使用するが、冷却機システムによっては、蒸気タービンを使用して圧縮機に動力を供給することができるものがある。多くの場合に、これらの蒸気タービンで駆動される冷却機システムは、冷却機システムを蒸気タービンシステムに設置して接続するのに、必要な現地作業が多すぎた。以前の蒸気タービン駆動冷却機ユニット又はシステムの中には、蒸気タービンを冷却機ユニットにパッケージングすることを必要するものがあり、蒸気タービンシステムを冷却機ユニットと連結して据付を完了するのに、現場で引き回される配管と機器を必要とする、固有の据付をすることになった。
【０００３】
これらの以前の蒸気タービン駆動冷却機システムにおいては、蒸気タービン及び冷却ユニットに使用される制御の多く、例えば、蒸気タービン調速機（ｇｏｖｅｒｎｏｒ）制御、入口導羽根（ｐｒｅ−ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｖａｎｅ）制御、高温ガス制御、タービントルク制限制御及びサージ防止制御が、「独立型（ｓｔａｎｄ  ａｌｏｎｅ）」制御であり、これらはその他の制御とは独立に動作し、その他の制御と連絡することがなかった。例えば、タービン速度制御は、入口導羽根制御と実質的に独立に動作させることが可能であり、タービン速度制御と入口導羽根制御の両方を、高温ガスバイパス弁制御と実質的に独立に動作させることができる。このように制御装置を独立に動作させると、システムの一部分への１つの制御動作は、システムの別の部分に対する別の制御動作から得られる効率を取り去るか、又は限定するので、蒸気タービン駆動冷却システムの動作において非効率が生じることが多かった。効率における損失に加えて、独立制御を使用すると、別個のシステムはシステム圧力差（凝縮器圧力−蒸発器圧力）を計測又は監視することができないので、冷却機システムの圧縮機における効果的なサージ防止が制限された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、必要とされるのは、蒸気タービンと冷却機ユニットの両方の動作効率を最大化しながら、蒸気タービン用の制御と冷却機ユニット用の制御の両方を、単一の制御パネルに統合することのできる、蒸気タービン駆動冷却機ユニット用の制御システムである。
【０００５】
本発明の一実施形態は、蒸気タービンによって起動される冷却機システムの処理能力を制御する方法を意図している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この方法は、蒸気ループ内に接続された、蒸気供給部、蒸気タービン及び蒸気凝縮器を有する蒸気システムを設けるステップと、冷媒ループ内に接続された、前記蒸気タービンによって駆動される圧縮機、冷媒凝縮器、及び蒸発器を有する冷媒システムを設けるステップとを含む。この方法は、前記冷媒システムの負荷を表わす値を検知するステップと、冷媒システムのシステム圧力差を決定するステップと、前記検知負荷値及び前記決定されたシステム圧力差に応答して、蒸気タービンの速度を制御し、それによって冷却機システムの処理能力を制御するステップとを更に含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、蒸気ループ内に接続された、蒸気供給部、蒸気タービン及び蒸気凝縮器を有する蒸気システムと、冷媒ループ内に接続された、蒸気タービンによって駆動される圧縮機、冷媒凝縮器、及び蒸発器を含む冷媒システムとを有する、冷却機システムを目的とする。この冷却機システムは、蒸気システムと冷媒システムの両方の動作を制御する中央制御パネルを更に含む。この中央制御パネルは、処理能力制御（ｃａｐａｃｉｔｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ）システムを有する。この処理能力制御システムは、流出冷却液体温度及びシステム圧力差に応答して、蒸気タービンの速度を調節し、それによって冷媒システムの処理能力を制御するように構成されている。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、蒸気ループ内に接続された、蒸気供給部、蒸気タービン及び蒸気凝縮器を有する蒸気システムと、冷媒ループ内に接続された、圧縮機、冷媒凝縮器、及び蒸発器を含む冷媒システムとを有する、冷却機システムを目的とする。前記圧縮機は、蒸気タービンによって駆動される。また、冷却機システムは、蒸気タービンを冷却機システム内に装着するように構成、配置されたタービンベースプレートも含む。タービンベースプレートは、タービンベースプレートを圧縮機にしっかりと連結する、連結装置を含む。冷却機システムは、蒸気システムと冷媒システムの両方の動作を制御する、中央制御パネルを更に含む。
【０００９】
本発明の一利点は、冷却機と蒸気タービンを事前パッケージユニットに統合することである。
本発明の別の利点は、事前パッケージ蒸発タービン駆動冷却システムと「構築状態（ａｓ−ｂｕｉｌｔ）」蒸気タービン駆動冷却機システムの両方に使用するための中央制御システムである。
【００１０】
本発明の更に別の利点は、蒸気タービン駆動冷却機システム用の全範囲の制御を使用して、冷却機の処理能力を制御する共に、システムの不安全な動作を防止する、サージ防止制御機能及びオーバライド制御機能をもたらす、中央制御システムである。
【００１１】
本発明のその他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を図解する添付図面と合わせて、以下に示す、好ましい実施形態についてのより詳細な説明を読めば、明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
同一の参照番号は、可能な限り、図面の全体を通して同一又は類似の部品を指すように使用する。
本発明を適用する一般システムを、例として、図１〜３に示してある。図のように、ＨＶＡＣシステム、冷凍システム又は冷却機システム１０は、圧縮機１２、蒸気タービン１４、冷媒凝縮器１６、水冷却機又は蒸発器１８、蒸気凝縮器２０、膨張装置２２及び制御パネル又は制御器９０を含む。制御パネル９０の動作を、以下により詳細に考察する。冷却機システム１０は、圧縮機潤滑システム（図示せず）及びタービン潤滑システム（図示せず）を更に含む。従来式液体冷却機システム１０は、図１〜３に示していない、その他多数の特徴部分を含む。これらの特徴部分は、説明を容易にする目的で、図面を簡単にするために意図的に省略してある。
【００１３】
好ましい一実施形態において、「構造フレーム」が、冷却機システム１０の主要構成要素の積重ね又は垂直配置を可能にして、構成要素が水平に配置される現場製作ユニットよりも小さな底面積を有する、より少ない床面積を占有する、事前パッケージユニットを提供する。構造フレームには、タービンベースプレート２６、蒸気凝縮器ベースプレート２７、複数のフレーム部材２８、及びチューブエンドシート２９を含めることができる。このチューブエンドシート２９は、冷媒凝縮器１６及び蒸発器１８内の熱交換チューブ（図示せず）の両端用の内部支持及び冷媒／水仕切りの両方を提供する。フレーム部材２８は、冷却機システム１０の対応する構成要素を支持することのできる、鋼板及び管状支持などの、事前選択された構造構成要素及び材料である。
【００１４】
タービンベースプレート２６は、図８〜１０により詳細に示してある。このタービンベースプレート２６は、好ましくは、タービンベースプレート２６の基部１０２に実質的に直角である堅いボルト付け面１００を有する。ボルト付け面１００は、圧縮機ハウジングの機械加工面に直接、ボルト留めすることができる。この堅いボルト付け面すなわちＤフランジ連結装置１００は、圧縮機ハウジングとタービンベースプレート２６との間のより剛性のある装着又は相互連結をもたらすことができ、したがって、圧縮機１２と蒸気タービン１４との間のより剛性のある相互連結をもたらす。更に、Ｄフランジ結合装置１００は、圧縮機１２と蒸気タービン１４に対する、予測可能な程度のシャフト整列をもたらすことができる。タービンベースプレート２６は、圧縮機装着機構によってシャフト端上に支持することが可能であると共に、蒸発器チューブシート２９によって蒸気取入口端上に支持することができる。上述のようにタービンベースプレート２６を装着することによって、タービンベースプレート２６は、蒸発器シェルから離隔されて、蒸発器シェルの熱膨張及び収縮から生じる、タービンベースプレート２６の動きがあってもそれが最小化される。好ましくは、蒸気タービン１４及びタービンベースプレート２６は、冷却機システム１０への組込みのためのモジュールユニットとして製造される。
【００１５】
本発明の一実施形態において、構造フレームは、冷媒凝縮器１６、蒸発器１８及び圧縮機１２と組み合わせて、蒸気タービン１４及び蒸気タービンベースプレート２６を、据付けのための事前パッケージユニット中に組み込む。すべての関連する凝縮システム、真空システム及びレベルシステム構成要素（及び配管）を備える蒸気凝縮器２０及び蒸気凝縮器ベースプレート２７は、好ましくは、事前パッケージユニットからの別個のモジュールユニットとして製造し、事前パッケージユニットへの接続のための、すべての必要な相互接続部を含める。蒸気凝縮器２０及び蒸気凝縮器ベースプレート２７は、冷却機システム１０の据付け中に、冷媒凝縮器１６の上方に現場で据え付けることができる。蒸気凝縮器モジュールユニットは、好ましくは、冷媒凝縮器チューブシート２９上に装着されて、冷媒凝縮器チューブシート２９間に、またがるか、又は広がる。上述のように蒸気凝縮器モジュールユニットを装着することによって、蒸気凝縮器モジュールユニットは、冷媒凝縮器シェルから離隔されて、冷媒凝縮器シェルの熱膨張及び収縮から生じる蒸気凝縮器モジュールユニットの動きがあれば、それが最小化される。一代替実施形態において、蒸気凝縮器モジュールユニットは、特定のプラント配置要件を満足するように、プラント床上に装着することができる。
【００１６】
本発明の別の実施形態においては、蒸気タービン１４、冷媒凝縮器１６、蒸発器１８及び圧縮機１２を備える、事前パッケージユニットを蒸気凝縮器モジュールユニットと一緒に使用すると、固定された蒸気排出配管配置が可能となる。冷却機システム１０のための蒸気排出配管配設を行うことによって、蒸気排出配管配設は、蒸気タービン１４及び蒸気凝縮器２０連結部にかかる全負荷を許容範囲内に維持するように設計することが可能であり、それによって蒸気タービン１４と圧縮機１２の間の連結部への衝撃があればそれを最小化する。
【００１７】
冷却機システム１０において、圧縮機１２は、冷媒蒸気を圧縮して、それを冷媒凝縮器１６に配送する。圧縮機１２は、好ましくは、遠心圧縮機であるが、その他任意適当な種類の圧縮機を使用することができる。圧縮機１２は、蒸気タービン１４によって駆動され、その蒸気タービン１４は、圧縮機１２を単一の速度又は可変速度で駆動することができる。好ましくは、蒸気タービン１４は、冷却機システム１０の効率をより綿密に最適化する速度において圧縮機１２を動作させることのできる、多段、可変速タービンである。より好ましくは、蒸気タービン１４は、約３２００〜４５００ｒｐｍの範囲の速度で圧縮機１２を駆動することができる。蒸気タービン１４への蒸気の供給は、好ましくは、約６２０．５〜約１３７８．９ｋＰａ（約９０〜約２００ｐｓｉ）の範囲内の乾燥飽和蒸気である。蒸気タービン１４に供給される蒸気の流れは、調速機４８で調整して、蒸気タービン１４の速度を変化させること、したがって圧縮機１２の速度を変えて、圧縮機１２を通過する冷媒体積流量を増減することによって、圧縮機の処理能力を調節することができる。別の実施形態においては、蒸気タービン１４は、圧縮機を単一の速度でのみ駆動することが可能であり、その他の技法、例えば入口導羽根８０及び／又は高温ガスバイパス弁８４の使用が、圧縮機１２の処理能力を調節するのに必要である。
【００１８】
圧縮機１２によって冷媒凝縮器１６に配送される冷媒蒸気は、流体、例えば空気又は水と熱交し、その流体との熱交の結果として冷媒液体への相変化を起こす。好ましい一実施形態において、冷媒凝縮器１６に配送された冷媒蒸気は、冷却塔に接続された熱交換コイルを通過して流れる流体、好ましくは水、と熱交する。冷媒凝縮器１６内の冷媒蒸気は、熱交換コイル内の流体との熱交換関係の結果として、冷媒液体への相変化を起こす。冷媒凝縮器１６からの凝縮液体冷媒は、膨張装置２２を通過して蒸発器１８へと流れる。
【００１９】
蒸発器１８には、冷却負荷に接続された供給ライン３８及び戻りライン４０を有する、熱交換コイルを含めることができる。２次液体、例えば、水、エチレングリコール又はプロピレングリコール混合物、塩化カルシウムブライン又は塩化ナトリウムブラインが、戻りライン４０を経由して移動して蒸発器１８に入り、供給ライン３８を経由して蒸発器１８から出る。蒸発器１８における液体冷媒は、２次液体と熱交換関係となり、２次液体の温度を低下させる。蒸発器１８内の冷媒液体は、２次液体との熱交換関係の結果として、冷媒蒸気への相変化を起こす。蒸発器１８内の冷媒蒸気は、蒸発器１８から出て、吸込みラインによって圧縮機１２へと戻り、サイクルを完了する。ここで理解すべきことは、冷媒凝縮器１６及び蒸発器１８内で冷媒の適当な相変化が得られる限り、任意適当な構成の冷媒凝縮器１６及び蒸発器１８を、冷却機システム１０内で使用できることである。
【００２０】
蒸発器１８からの圧縮機１２への入口又は取入口に、１つ又は複数の入口導羽根（ＰＲＶ）すなわち取入口案内羽根８０があり、これらは、圧縮機１２への冷媒の流れを制御し、それによって圧縮機１２の処理能力を制御する。入口導羽根８０は、圧縮機１２への冷媒の流れが本質的に妨害されない、実質的に開放された位置と、圧縮機１２への冷媒の流れが制約される、実質的に閉止された位置との間の、任意の位置に配置可能である。ここで理解すべきことは、閉止位置において、入口導羽根８０は、圧縮機１２中への冷媒の流れを完全に停止させることはできないことである。アクチュエータを使用して、入口導羽根８０を開放して、圧縮機１２への冷媒の量を増加させ、それによってシステム１０の冷却能力を増大させる。同様に、アクチュエータを使用して入口導羽根８０を閉じて、圧縮機１２への冷媒の量を減少させ、それによってシステム１０の冷却能力を低下させる。入口導羽根８０用のアクチュエータは、連続式、又はステップ式もしくは増分式のいずれかで、入口導羽根８０を開放又は閉止させることができる。
【００２１】
また、冷却機システム１０には、冷却機システム１０の高圧側と低圧側を接続する、高温ガスバイパス接続部及び対応する弁８４も含めることができる。図３に示す実施形態においては、高温ガスバイパス接続及び高温ガスバイパス弁（ＨＧＶ）８４が、冷媒凝縮器１６と蒸発器１８を接続して、膨張装置２２をバイパスする。別の実施形態においては、高温ガスバイパス接続及び高温ガスバイパス弁８４は、圧縮機吸込みライン及び圧縮機排出ラインを接続することができる。高温ガスバイパス弁８４は、好ましくは、圧縮機１２用の再循環ラインとして使用し、冷媒凝縮器１６を経由して、冷媒ガスを圧縮機１２の排出から、蒸発器１８を経由して、圧縮機の吸込みへと再循環させる。高温ガスバイパス弁８４は、冷媒流が本質的に妨害されない、実質的な開放位置から、冷媒流が制約される、実質的な閉止位置との間の任意の位置に調節することができる。高温ガスバイパス弁８４は、連続式、又はステップ式もしくは増分式のいずれかで開放及び閉止させることができる。高温ガスバイパス弁８４を開放すると、圧縮機吸込み部に供給される冷媒ガスの量を増大させ、圧縮機１２内でサージ状態が発生するのを防止することができる。
【００２２】
蒸気タービンシステムに関して、蒸気供給部は、蒸気タービン１４に蒸気を供給する。蒸気供給部からの蒸気は、好ましくは、水分分離器６４に入る。この水分分離器６４内で、蒸気供給部からの水分を含む蒸気が、遠心力による下方運動に入り、偏向させられる。その蒸気内に連行される水分は、蒸気流の速度の低減によって分離抽出される。次いで、分離された水分は、水分取出口（図示せず）を介して落下し、乾燥飽和蒸気が上方に流れ、蒸気取出口（図示せず）を介して外に出て、そこで主蒸気取入口ブロック弁６９及び蒸気取入口緩回転（ｓｌｏｗ  ｒｏｌｌ）バイパス弁６８に向って流れる。主蒸気取入口ブロック弁６９及び蒸気取入口緩回転バイパス弁６８は、始動時の、最小定格速度までの緩回転勾配（ｒｏｌｌ  ｒａｍｐ）中に、調速機４８に向って流れる蒸気量を制御するように配置することができる。調速機４８は、蒸気流を調節するために、蒸気供給ラインに配置され、好ましくは、蒸気タービン１４の蒸気取入口に隣接して位置決めされる。調速機又は調速機弁４８は、連続式又はステップ式もしくは増分式で開放又は閉止することが可能である。蒸気タービン１４は、蒸気供給から蒸気を受け取る蒸気取入口を備える。蒸気供給部からの蒸気は、蒸気取入口を通過して流れ、蒸気タービン１４の回転可能なタービン部を回転させ、そこからエネルギーを引き出し、蒸気タービン１４と圧縮機１２のシャフト（図示せず）同士を相互連結する、結合器６６を回転させる。蒸気タービン１４のタービン部を回転させた後に、次いで、蒸気は、蒸気排出部を介して蒸気タービン１４から出る。
【００２３】
好ましい一実施形態において、結合器６６は、蒸気タービン１４と圧縮機１２との間の直結回転接続部をもたらす。代替実施形態においては、結合器６６には、蒸気タービン１４と圧縮機１２の間の相対回転速度を増減するために、１つ又は複数のギア機構（又はその他の類似の機構）を含めてもよい。更に、蒸気タービン１４及び圧縮機１２の一方又は両方には、結合器６６に連結された内部伝動機構を含めて、蒸気タービン１４又は圧縮機１２の相対回転速度を調節することができる。
【００２４】
更に、タービン蒸気リング放出弁６３が設けられ、蒸気タービン１４の緩回転暖機中に、オペレータが、蒸気タービン１４からの凝縮液があればそれを除去することが可能である。グランドシール（ｇｌａｎｄ  ｓｅａｌ）蒸気供給弁６７を使用して、緩回転中に、蒸気をグランドシール供給圧力調整弁に受け入れることができる。蒸気凝縮器真空ポンプ６５は、蒸気凝縮器及びタービン排出装置を排気して、圧縮機１２が必要とする動力を蒸気タービン１４が生成するのに必要とされる、望ましい真空にする。
【００２５】
蒸気タービン１４から排出された蒸気は、蒸気凝縮器２０へと流れる。蒸気凝縮器２０内で、蒸気タービン１４からの蒸気／凝縮液の流れは、蒸気凝縮器２０を通過して流れる冷却水と熱交換し、蒸気が冷却される。蒸気凝縮器２０は、凝縮液再循環システム４６に接続された、湯槽（ｈｏｔｗｅｌｌ）４４を備える。凝縮液再循環システム４６は、湯槽４４内に凝縮液取出口を備え、この凝縮液取出口は、湯槽４４から凝縮液ポンプ６２に凝縮液を供給又は転送することができる。凝縮液は、凝縮液ポンプ６２から蒸気凝縮器２０の凝縮液再循環取入口に、及び／又は蒸気供給の凝縮液戻り取入口に選択的に、供給される。このようにして、凝縮液再循環システム４６は、蒸気凝縮器２０を通過する事前に選択された凝縮液の流れを維持して、更に蒸気を生成するために、凝縮液を蒸気供給部に戻すことができる。
【００２６】
上述のように、冷却塔又はその他の供給源からの冷却水は、好ましくは、冷却水供給ライン７０によって冷媒凝縮器１６へと誘導される。冷却水は、冷媒凝縮器１６内で循環されて、冷凍ガスから熱を吸収する。次いで、冷却水は、冷媒凝縮器１６を出て、蒸気凝縮器２０に誘導又は供給される。冷却水は、蒸気凝縮器２０内を循環されて、蒸気タービン１４から排出される蒸気から熱を更に吸収する。蒸気凝縮器２０から流れる冷却水は、冷却水戻りライン７６によって冷却塔に誘導され、冷却水の温度を低下させ、次いで、この冷却水を、冷媒凝縮器１６に戻して循環を反復することができる。
【００２７】
一般に、蒸気凝縮器２０は、冷媒凝縮器１６よりも高い温度で作動する。冷却水を、連続又は直列配列で冷媒凝縮器１６を通過させ、次いで、蒸気凝縮器２０を通過するように誘導することによって、低温冷却水は、冷媒凝縮器１６内の熱を吸収し、次いで、蒸気凝縮器２０へと移送されて更に熱を吸収することができる。好ましい実施形態において、冷却水を使用して冷媒凝縮器１６と蒸気凝縮器２０の両方を冷却する能力は、適当な冷媒凝縮器１６及び蒸気凝縮器２０を選択することによって達成することができる。冷媒凝縮器１６は、冷媒凝縮器１６からの取出口冷却水温度が、蒸気凝縮器２０に対する最高の許容される取入口冷却水温度よりも低くなるように、選択される。冷却機システム１０内部の凝縮器（冷媒及び蒸気）冷却水のための、この連続又は直列の流路は、冷却水の多重供給の必要性を低減できると共に、冷却機システム１０に必要な冷却水の全体量を低減することができる。
【００２８】
図４に示すように、制御パネル９０は、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器及びディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、マイクロプロセッサ９６、不揮発性メモリまたその他のメモリデバイス９２、ならびに冷却機システム１０の様々なセンサ及び制御デバイスと通信するためのインタフェースボード９８を含む。更に、制御パネル９０は、ユーザインタフェース９４に接続するか、又はそれを組み入れてもよく、このユーザインタフェースは、オペレータが制御パネル９０と対話することを可能にする。オペレータは、ユーザインタフェース９４を介して制御パネル９０用の指令を選択及び入力することができる。更に、ユーザインタフェース９４は、オペレータのために、冷却機システム１０の動作状態に関する、制御パネル９０からのメッセージ及び情報を表示することができる。ユーザインタフェース９４は、冷却機システム１０又は制御パネル９０の上に装着するなどして制御パネル９０に局所的に配置するか、又は代替的に、ユーザインタフェース９４は、冷却機システム１０から離れた別個の制御室内に配置するなどして制御パネル９０から遠く離れて配置することができる。
【００２９】
マイクロプロセッサ９６は、単独式又は中央集中式の制御アルゴリズム又は制御システムを実行又は使用して、圧縮機１２、蒸気タービン１４、蒸気凝縮器２０及び冷却機システム１０の他の構成要素を含む、冷却機システム１０を制御する。一実施形態において、この制御システムは、マイクロプロセッサ９６によって実行可能な一連の命令を有するコンピュータプログラム又はソフトウエアとすることができる。別の実施形態においては、この制御システムは、当業者によって、ディジタル及び／又はアナログのハードウエアを使用して実現して実行することができる。更に別の実施形態においては、制御パネル９０には、制御パネルの出力を決定する中央制御器と共に、それぞれが独立の機能を実行する、複数の制御器を組み込むことができる。ハードウエアを使用して制御アルゴリズムを実行する場合には、制御パネル９０の対応する構成を変更して、必要な構成要素を組込み、不要となる構成要素を除去するようにすることができる。
【００３０】
冷却機システム１０の制御パネル９０は、冷却機システム１０の構成要素からの多数の異なるセンサ入力を受け取ることができる。制御パネル９０へのセンサ入力のいくつかの例を以下に挙げるが、ここで理解すべきことは、制御パネル９０は、冷却機システム１０の構成要素からの任意所望の又は適当なセンサ入力を受け取ることができることである。圧縮機１２に関係する、制御パネル９０への入力としては、圧縮機排出温度センサ、圧縮機油温度センサ、圧縮機油供給圧力センサ及び入口導羽根位置センサからのものとすることができる。蒸気タービン１４に関係する、制御パネル９０への入力としては、タービン軸端軸受け温度センサ、タービン調速機端軸受け温度センサ、タービン取入口蒸気温度センサ、タービン取入口蒸気圧力センサ、タービン第１段階蒸気圧力センサ、タービン排出圧力センサ、タービン速度センサ、及びタービントリップ弁状態センサからのものとすることができる。
【００３１】
蒸気凝縮器２０に関係する、制御パネル９０への入力としては、湯槽凝縮液レベルセンサ、湯槽高レベル状態センサ、及び湯槽低レベル状態センサからのものとすることができる。冷媒凝縮器１６に関係する、制御パネル９０への入力としては、流入冷媒凝縮器水温センサ、流出凝縮器水温センサ、冷媒液体温度センサ、冷媒凝縮器圧力センサ、副冷却機冷媒液体レベルセンサ、及び冷媒凝縮器水流センサからのものとすることができる。蒸発器１８に関係する制御パネル９０への入力としては、冷却された流出液体温度センサ、冷却された戻り液体温度センサ、蒸発器冷媒蒸気圧力センサ、冷媒液体温度センサ、及び冷却された水の流量センサからのものとすることができる。更に、制御器９０へのその他の入力としては、サーモスタット又はその他の類似の温度制御システムからのＨＶＡＣ＆Ｒ要求入力が挙げられる。
【００３２】
更に、冷却機システム１０の制御パネル９０は、冷却機システム１０の構成要素のための多数の異なる制御信号を供給又は生成することができる。制御パネル９０からの制御信号のいくつかの例を以下に挙げるが、ここで理解すべきことは、制御パネル９０は、冷却機システム１０の構成要素のための任意所望の、又は適当な制御信号を供給できることである。制御パネル９０からの制御信号としては、タービン停止制御信号、圧縮機油加熱器制御信号、可変速油ポンプ制御信号、タービン調速機弁制御信号、湯槽レベル制御信号、高温ガスバイパス弁制御信号、副冷却機冷媒液体レベル制御信号、入口導羽根位置制御信号、及び蒸気取入口弁制御信号を挙げることができる。更に、制御パネル９０は、技術者がユーザインタフェース９４に停止コマンドを入力したとき、又はメモリデバイス９２内に記録された予め選択されたパラメータからの逸脱が検出されるときに、タービン停止信号を送ることができる。
【００３３】
制御パネル９０上のマイクロプロセッサ９６によって実行される中央制御アルゴリズムは、好ましくは、蒸気タービン１４の速度、及びそれによって圧縮機１２の速度を制御して、冷却負荷を満足するための、圧縮機１２からの目標処理能力を生成するための、処理能力制御プログラム又はアルゴリズムを含む。処理能力制御プログラムは、好ましくは、冷却機システム１０への冷却負荷要求の指標である、蒸発器１８内の冷却された流出液体の温度に直接的に応答して、蒸気タービン１４及び圧縮機１２の目標速度を自動的に決定することができる。目標速度を決定した後に、制御パネル９０は、適当な蒸気タービンシステム構成要素に制御信号を送付又は伝送して、蒸気タービン１４に供給される蒸気の流れを変更し、それによって蒸気タービン１４の速度を調節する。
【００３４】
処理能力制御プログラムは、冷却機システム１０の選択されたパラメータを、予め選択された範囲内に維持することができる。これらのパラメータとしては、タービン速度、冷却された液体の取出口温度、タービン動力出力、及び最小圧縮機速度及び圧縮機入口導羽根位置に対するサージ防止範囲が挙げられる。処理能力制御プログラムは、本明細書において記述した様々な動作パラメータを監視するセンサからの連続フィードバックを利用して、システム冷却負荷の変化に応答して、タービン１４及び圧縮機１２の速度を連続的に監視して変化させる。すなわち、冷却機システム１０が追加の、又はより低い冷却能力必要する場合に、冷却機１０内の圧縮機１２の動作パラメータは、新規の冷却能力要求に応答して、対応して更新又は修正される。最大動作効率を維持するために、圧縮機１２の動作速度は、処理能力制御アルゴリズムによって頻繁に変更又は調節することができる。更に、処理能力制御プログラムは、また、システム負荷要求とは別に冷媒システム圧力差を連続的に監視して、冷却機システム１０内での冷媒の体積流量を最適化すると共に結果としての蒸気タービン１４の蒸気効率を最大化する。
【００３５】
また、中央制御アルゴリズムには、冷却機システム１０の始動中及び定常動作中の両方において、冷却機システム１０に対する様々な動作パラメータを監視する機能を制御パネル９０に提供する、その他のアルゴリズム及び／又はソフトウエアを含めることもできる。低いタービン速度、低いタービン油圧力、又は低い圧縮機油圧力などの望ましくない動作パラメータを、望ましくない、又はシステム設計を超える、パラメータが検出される場合に冷却機システム１０を停止させる論理機能と共に、制御パネル９０中にプログラムすることができる。更に、中央制御アルゴリズムは、冷却機システム１０の動作パラメータの多数に対する予め選択された範囲を有し、技術者がこれらの範囲外で冷却機システム１０を手動で動作させることを防止することができる。
【００３６】
好ましい一実施形態においては、処理能力制御プログラムは、蒸発器１８からの流出冷却液体温度（ＬＣＬＴ：ｌｅａｖｉｎｇ  ｃｈｉｌｌｅｄ  ｌｉｑｕｉｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の変化に応答して、タービン１４（及び圧縮機１２）の速度、入口導羽根８０の位置及び高温ガスバイパス弁８４の位置を制御することができる。図５〜７は、本発明の処理能力制御プログラムのための処理能力制御プロセスの一実施形態を示す。図５は、システム１０のための負荷プロセスを全体的に示し、図６は、システム１０の負荷軽減（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）プロセスを全体的に示す。ここで図５を参照すると、プロセスは、ステップ５０２において、システム圧力差（ＰＤ）に応答して最小タービン速度（ＭＳ）及び最小入口導羽根位置（ＭＶ）を計算することによって始まり、システム圧力差は、凝縮器圧力から蒸発器圧力を差し引くことによって計算される。
【００３７】
図７は、図５のステップ５０２において最小タービン速度（ＭＳ）及び最小入口導羽根位置（ＭＶ）を計算するための論理図を示す。この論理はブロック３１０で始まり、ここで蒸発器圧力が蒸発器冷媒蒸気圧センサによって計測され、代表信号が制御パネル９０に送られる。ブロック３２０において、冷媒凝縮器圧力が、冷媒凝縮器圧力センサによって計測されて、代表信号が制御パネル９０に送られる。ブロック３３０において、冷媒凝縮器圧力と蒸発器圧力との差である、システム圧力差又は圧力ヘッド（ＰＤ）の代表値が、ブロック３２０において得られた凝縮器圧力からブロック３１０において得られた蒸発器圧力を差し引くことによって求められる。次いで、システム圧力差が、最小タービン速度（ＭＳ）及び最小入口導羽根位置（ＭＶ）の両方を計算するのに用いられる。
【００３８】
最小入口導羽根位置（ＭＶ）を求めるために、ブロック３４０においてプロセスが開始され、ここで、入口導羽根８０に対する高ヘッドにおける最小目標羽根位置（ＭＶＰ１）が、入口導羽根８０の全開位置の百分率として指定又は設定される。ブロック３５０において、低ヘッドにおける最小目標羽根位置（ＭＶＰ２）が、入口導羽根８０に対する全開位置の百分率として指定又は設定される。ブロック３６０において、圧縮機１２に対する高ヘッドにおける最大目標圧力差又は圧力デルタ（ＰＤ１）が設定又は指定される。ブロック３７０において、圧縮機１２に対する低ヘッドにおける最小目標圧力差又は圧力デルタ（ＰＤ２）が設定又は指定される。ブロック３４０、３５０、３６０、３７０において指定された値は、ユーザインタフェース９４に入力してメモリ９２に記憶することができる。好ましくは、ブロック３４０、３５０、３６０、３７０における値は、システム１０の動作中に一定のままであるが、それらの値は、ユーザインタフェース９４において入力するか、又は中央制御アルゴリズムの動作によって、上書き又は調節することができる。次に、ブロック３８０において、ブロック３４０、３５０、３６０、３７０からの値及びブロック３３０からの圧力差（ＰＤ）は、最小入口導羽根位置（ＭＶ）を求める、最小羽根位置計算に使用される。最小入口導羽根位置（ＭＶ）は式１に示すように計算される。
【００３９】
ＭＶ＝［（（ＰＤ−ＰＤ２）（ＭＶＰ１−ＭＶＰ２））／（ＰＤ１−ＰＤ２）］＋ＭＶＰ２        ［１］
この計算された最小入口導羽根位置（ＭＶ）は全開位置の百分率であり、これが、図５のステップ５０２に戻される。
【００４０】
最小タービン速度（ＭＳ）を求めるために、ブロック４４０においてプロセスが開始され、ここでタービン１４及び圧縮機１２に対する高ヘッドにおける目標速度（ＭＳＰ１）が設定又は指定される。ブロック４５０において、タービン１４及び圧縮機１２に対する低ヘッドにおける目標速度（ＭＳＰ２）が設定又は指定される。更に、上記の考察のように、ブロック３６０において、圧縮機１２に対する高ヘッドにおける最大目標圧力差又は圧力デルタ（ＰＤ１）が設定又は指定される。ブロック３７０において、圧縮機１２に対する低ヘッドにおける最小目標圧力差又は圧力デルタ（ＰＤ２）が設定又は指定される。一実施形態において、ブロック４４０、４５０に対する値は、選択されたＰＤ及び負荷によるシステム１０の始動試験に基づいて設定又は指定することができるが、類似の設計のその他の冷却機から指定された値をブロック４４０、４５０において使用することもできる。
【００４１】
ブロック４４０、４５０、３６０、３７０において指定される値は、ユーザインタフェース９４に入力してメモリ９２に記憶することができる。好ましくは、ブロック４４０、４５０、３６０、３７０における値は、システム１０の動作中に一定値のままであるが、これらの値は、ユーザインタフェース９４において入力することにより、又は中央制御アルゴリズムの動作によって上書き、又は調節することができる。次いで、ブロック４８０において、ブロック４４０、４５０、３６０、３７０からの値及びブロック３３０からの圧力差（ＰＤ）が、式２に示すように計算最小タービン速度（ＣＭＳ）を求めるための最小速度計算に使用される。
【００４２】
ＣＭＳ＝［（（ＰＤ−ＰＤ２）（ＭＳＰｌ−ＭＳＰ２））／（ＰＤ１−ＰＤ２）］＋ＭＳＰ２          ［２］
【００４３】
ブロック４９０において、タービン１４及び圧縮機１２に対する最小定格速度（ＳＳＰ２）が、設定又は指定される。好ましくは、ＳＳＰ２は、システム１０に組み込まれる特定のタービン１４及び圧縮機１２によって予め設定されて、制御パネル９０中にプログラムされている。ブロック５００において、最小タービン速度（ＭＳ）が、ＳＳＰ２とＣＭＳの大きい方に決定される。この決定最小タービン速度（ＭＳ）が図５のステップ５０２に戻される。
【００４４】
先の図５を参照すると、ステップ５０４において、冷却された流出液体の温度（ＬＣＬＴ）が、ＬＣＬＴ（ＳＰＴ）に対する目標設定点温度と比較される。ＬＣＬＴがＳＰＴよりも大きい場合には、プロセスはステップ５０６に進む。そうでない場合には、図６に示すように、プロセスはステップ６０２に進む。ステップ５０６において、高温ガスバイパス弁（ＨＧＶ）８４が検査されて、それが開いているか閉じているかが判定される。ステップ５０６においてＨＧＶ８４が開いている場合には、プロセスは、ステップ５０８に進み、以下により詳細に考察するように、ＨＧＶ制御モードに従ってシステム構成要素を制御して、プロセスはステップ５０２に戻る。ステップ５０６においてＨＧＶ８４が閉じている場合には、プロセスは、ステップ５１０に進み、入口導羽根（ＰＲＶ）８０が全開位置にあるかどうかが判定される。
【００４５】
ステップ５０８からのＨＧＶ制御モード動作は、固有の調整パラメータをロードして高温ガスバイパス弁８４の動作を制御し、それによって制御アルゴリズム応答が、高温ガスバイパス弁位置の変化に対するシステム応答に確実に一致するようにすることができる。ＨＧＶ動作制御モードにおいて、圧縮機１２の負荷中に、高温ガスバイパス弁８４は勾配をなして閉止され、入口導羽根８０は最小入口導羽根位置（ＭＶ）に維持され、タービン１４の速度は、最小タービン速度（ＭＳ）に維持される。システム圧力差（凝縮器圧力−蒸発器圧力）が増大すると、ステップ５０２からの最小タービン速度（ＭＳ）及び最小入口導羽根位置（ＭＶ）の出力も増大する。最小タービン速度（ＭＳ）及び最小入口導羽根位置（ＭＶ）における変化の結果として、調速機弁４８及び、それによってタービン１４及び圧縮機１２の速度を制御する速度設定点と、入口導羽根８４の位置を制御するための羽根制御とのための、対応する制御コマンド又は信号が、サージングを防止するために直ちに適当なより高い値に設定される。圧縮機への負荷が軽く、ＬＣＬＴがＳＰＴの−１６．６７℃（２°Ｆ）範囲まで減少する場合には、ＨＧＶ制御モードが、ＨＧＶ８４の調整を開始して、冷却水ループがＳＰＴまで引き下げられるときに、ＳＰＴが行き過ぎるのを防止することができる。
【００４６】
先のステップ５１０を参照すると、ＰＲＶ８０が全開でない場合には、プロセスはステップ５１２に進み、以下により詳細に考察するように、ＰＲＶ制御モードに従ってシステム構成要素を制御して、プロセスは５０２に戻る。ステップ５１０においてＰＲＶ８０が全開である場合には、プロセスはステップ５１４に進み、以下により詳細に考察するように、速度制御モードに従ってシステム構成要素を制御し、プロセスはステップ５０２に戻る。
【００４７】
ステップ５１２からのＰＲＶ制御モード動作は、固有の調整パラメータをロードして入口導羽根８０の動作を制御し、それによって制御アルゴリズム応答がＰＲＶ位置の変化に対するシステム応答に確実に一致するようにすることができる。ＰＲＶ制御動作モードにおいて、圧縮機１２の負荷中に、高温ガスバイパス弁８４は閉止位置に維持され、入口導羽根８０は、最小始動値位置（ＰＲＶＭ）又は最小入口導羽根位置（ＭＶ）の大きい方の位置から、全開位置まで傾斜をつけられ、タービン１４の速度は、最小タービン速度（ＭＳ）に維持される。システム圧力差（凝縮器圧力−蒸発器圧力）が増大すると、ステップ５０２からの最小タービン速度（ＭＳ）の出力も増大することができる。最小タービン速度（ＭＳ）の変化の結果として、調速機弁４８、したがってタービン１４及び圧縮機１２の速度を制御する速度設定点のための、対応する制御コマンド又は信号が、サージングを防止するために直ちに適当な高い値に設定される。圧縮機１２への負荷が軽く、ＬＣＬＴがＳＰＴの１．１１℃（２°Ｆ）範囲に減少する場合には、ＰＲＶ制御モードが、ＰＲＶ８０の調整を開始して、冷却水ループがＳＰＴまで引き下げられるときに、ＳＰＴの行き過ぎるのを防止することができる。
【００４８】
ステップ５１４からの速度制御動作モードは、固有の調整パラメータをロードして速度設定点を制御し、それによって制御アルゴリズム応答が、タービン１４及び圧縮機１２における速度の変化に対するシステム応答に確実に一致するようにすることができる。動作の速度制御モードにおいて、圧縮機１２の負荷中に、高温ガスバイパス弁８４は閉止位置に維持され、入口導羽根８０は開放位置（少なくとも全開位置の９０％）に維持され、タービン１４の速度は、最小タービン速度（ＭＳ）から、流出冷却液体温度（ＬＣＬＴ）を設定点（ＳＰＴ）に維持するための目標速度まで上昇させられる。
【００４９】
ここで図６を参照すると、ステップ６０２において、処理能力制御プログラムが検査されて、それが速度制御モードで動作しているかどうかが判定される。処理能力制御プログラムが速度制御モードで動作してない場合には、プロセスはステップ６０４へと進む。しかしながら、処理能力制御プログラムがステップ６０２において速度制御モードで動作している場合には、プロセスはステップ６０８へと進む。ステップ６０８において、タービンの速度（ＴＳ）が検査されて、それが最小タービン速度（ＭＳ）に等しいかどうかが判定される。ステップ６０８においてＴＳがＭＳに等しい場合には、プロセスはステップ５１２に進み、ＰＲＶ制御モードに従ってシステム構成要素を制御して、プロセスはステップ５０２へと戻る。しかしながら、ステップ６０８においてＴＳがＭＳに等しくない場合には、システム構成要素は、ステップ５１４において、速度制御モードに従って制御されて、プロセスはステップ５０２へと戻る。
【００５０】
上記で考察したように、ステップ５１４からの速度制御モード動作は、固有の調整パラメータをロードして、タービン１４及び圧縮機１２の速度を制御することができる。速度制御モード動作において、圧縮機１２の負荷軽減中に、高温ガスバイパス弁８４は閉止位置に維持され、入口導羽根８０は開放位置（少なくとも全開位置の９０％）に維持され、タービン１４の速度は、流出冷却液体温度（ＬＣＬＴ）を設定点（ＳＰＴ）に維持するための最小タービン速度（ＭＳ）まで低減される。システム圧力差が減少すると、圧縮機１２は少ない冷媒ガス流で安定に動作することができるので、ステップ５０２からの最小タービン速度（ＭＳ）の出力も減少させることができる。最小タービン速度（ＭＳ）の変化の結果として、調速機弁４８及びそれによってタービン１４及び圧縮機１２の速度を制御する速度設定点のための、対応する制御コマンド又は信号が、安定な動作を維持するために適当な低い値に設定される。
【００５１】
ステップ６０４において、処理能力制御プログラムが検査されて、それがＰＲＶ制御モードで動作しているかどうかが判定される。ステップ６０４において処理能力制御プログラムがＰＲＶ制御モードで動作している場合には、プロセスはステップ６１０へ進む。ステップ６１０において、入口導羽根の位置（ＰＲＶＰ）が検査されて、それが最小入口導羽根位置（ＭＶ）に等しいかどうかが判定される。ステップ６１０においてＰＲＶＰがＭＶに等しい場合には、プロセスはステップ５０８へと進み、ＨＧＶ制御モードに従ってシステム構成要素を制御して、プロセスはステップ５０２へと戻る。しかしながら、ステップ６１０においてＰＲＶＰがＭＶに等しくない場合には、システム構成要素は、ステップ５１２においてＰＲＶ制御モードに従って制御され、プロセスはステップ５０２へと戻る。
【００５２】
上記で考察したように、ステップ５１２からのＰＲＶ制御モード動作は、固有の調整パラメータをロードして、入口導羽根８０の動作を制御することができる。ＰＲＶ制御動作モードにおいて、圧縮機１２の負荷軽減中に、高温ガスバイパス弁８４は閉止位置に維持され、タービン１４の速度は最小タービン速度（ＭＳ）に維持され、入口導羽根８０は、冷却された流出液体の温度（ＬＣＬＴ）を設定点（ＳＰＴ）に維持するために、最小入口導羽根位置（ＭＶ）まで勾配がつけられる。システム圧力差が減少すると、ステップ５０２からの最小タービン速度（ＭＳ）の出力も低減させることができる。最小タービン速度（ＭＳ）が変化する結果、調速機弁４８及びそれによってタービン１４及び圧縮機１２の速度を制御するための、速度設定点に対する対応する制御コマンド又は信号が、プログラム可能な遅延の後に、最大動作効率を維持するのに適当な低い値に設定される。
【００５３】
入口導羽根８０は、圧縮機１２の処理能力の低下に対応するために、低ヘッドにおける最小目標羽根位置（ＭＶＰ２）まで閉止されるので、入口導羽根８０は、処理能力を低減するためにそれ以上閉止されない。ＭＶの計算に関して上記で考察したように、システム圧力差（ＰＤ）が低ヘッドにおける最小目標圧力差（ＰＤ２）に近づくと、最小入口導羽根位置（ＭＶ）は、低ヘッドにおける最小目標羽根位置（ＭＶＰ２）に近づく。したがって、ＰＤがＰＤ２に近づくと、ＭＶはＭＶＰ２に等しくなり、入口導羽根８０は最低目標割合全開羽根位置に位置する、すなわちＰＲＶＰはＭＶに等しい。負荷が低下し続けると、圧縮機１２は最小目標圧力差において動作しており、したがってサージ状態に近いので、低いシステム圧力差（ＰＤ）は、変化する温度に応答してＨＧＶ制御モードにおいて高温ガスバイパス弁８４を調整することの望ましさ（ｄｅｓｉｒａｂｉｌｉｔｙ）をもたらす（ステップ６１０を参照）。
【００５４】
代替実施形態において、例えば、１３７．９ないし２７５．８ｋＰａ（２０ないし４０ｐｓｉ）のような、非常に低いシステム圧力差における動作を避けるために、処理能力制御プログラムを使用して、システム圧力差（ＰＤ）が低ヘッドでの最小目標圧力差（ＰＤ２）まで、又はそれより下に低下するのを防止してもよい。減少する負荷でこの動作制御モードを実現するために、入口導羽根８０は予め選択された位置まで閉じられ、更に負荷が減少すると、入口導羽根８０が予め選択された位置に到達するときに、高温ガスバイパス弁８４が開かれてＨＧＶ制御モードで動作させられる。図７を参照すると、ブロック４００は、ユーザによって選択されてかつユーザインタフェース９４に入力される、調節可能設定点（ＨＧＶＲＡＴ）である。ブロック４００の設定点を使用して、好ましくはＰＤ２より大きい、最小選択システム圧力差（ＰＤ）を維持する。ブロック４１０において、最小入口導羽根位置（ＭＶ％）が、ＨＧＶＲＡＴとＭＶ（ブロック３８０から）との大きい方に決定される。次いで、処理能力制御プログラムは、入口導羽根８０が、ブロック４１０から対応する最小入口導羽根位置（ＭＶ％）に到達したかどうかを判定する。この代替実施形態において、図６からのステップ６１０は、ＰＲＶＰと（ＭＶの代わりに）ＭＶ％を比較するために変更されている。ＰＲＶＰがＭＶ％に到達していない場合には、入口導羽根８０を使用して、ステップ５１２においてＰＲＶ制御モードにおける処理能力を制御する。ＰＲＶＰがＭＶ％に到達している場合には、入口導羽根８０は、ＭＶ％に維持され、ステップ５０８において、高温ガスバイパス弁８４がＨＧＶ制御モードにおける動作のために開放される。
【００５５】
先のステップ６０４を参照すると、処理能力制御プログラムがＰＲＶ制御モードで動作していない場合には、プロセスはステップ５０８に進み、ＨＧＶ制御モードに従ってシステム構成要素を制御して、プロセスはステップ５０２に戻る。上記に考察したように、ステップ５０８からのＨＧＶ制御モード動作は、固有の調整パラメータをロードして、高温ガスバイパス弁８４の動作を制御することができる。動作のＨＧＶ制御モードにおいて、圧縮機１２の負荷軽減中に、タービン１４の速度は最小タービン速度（ＭＳ）に維持され、入口導羽根８０は最小入口導羽根位置（ＭＶ）、又は代替実施形態ではＭＶ％に維持され、高温ガスバイパス弁８４は、冷却された流出液体の温度（ＬＣＬＴ）を設定点（ＳＰＴ）に維持するために開放される。システム圧力差が減少すると、ステップ５０２からの最小タービン速度（ＭＳ）及び最小入口導羽根位置（ＭＶ）の出力も減少する可能性がある。最小タービン速度（ＭＳ）及び最小入口導羽根位置（ＭＶ）が変化すると、調速機弁４８及びそれによってタービン１４及び圧縮機１２の速度を制御するための速度設定点、ならびに入口導羽根８４の位置を制御する羽根制御のための、対応する制御コマンド又は信号が、最大の動作効率を維持するためにプログラム可能な遅延の後に適当な低い値に設定される。
【００５６】
処理能力制御プログラムは、特定の事象に応答して正常な制御動作を無効にすることができる。オーバライド事象の一例は、蒸発器１８内又は冷媒凝縮器１６内での高い、又は低い冷媒圧力の検出である。計測蒸発器圧力又は凝縮器圧力が許容できる動作範囲の外である、すなわち圧力が高すぎるか、又は低すぎると判定されると、処理能力制御プログラムは、オーバライド制御モードで動作して、図６に示す方法と類似の方法で、システム１０の負荷を軽減する。処理能力制御プログラムは、制御コマンドからの情報、例えばタイバック信号を、オーバライド事象の前に、オーバライド事象のための適当な制御コマンドを決定する際に使用する。正常動作とオーバライド動作との間の移行におけるこのような情報の使用によって、２つの動作モード間の平滑な移行が可能になる。システムの負荷軽減は、オーバライド制御アルゴリズム及びシステム圧力差に応答して制御され、これによって不安全な動作及び不必要な停止を防止する。上記の監視パラメータが許容範囲内に所定の時間だけ戻ると、処理能力制御は、上記の移行と類似の平滑な移行を使用して、正常制御動作に戻ることができる。
【００５７】
オーバライド事象の別の例は、高負荷状態又はプルダウン状態の間に、タービン１４が圧縮機軸受けに対して許容可能なトルク定格よりも大きなトルクを生成することができるときに発生する可能性がある。調速機弁アクチュエータ出力が監視されて、ステップ５１４からの速度制御モード動作が、調速機弁４８を（始動時の現場試験により求められる）現在の値よりも大きく開けようとしているかどうかが判定される。調速機弁４８が現在の値よりも大きい位置まで開かれる場合には、処理能力制御プログラムは、オーバライド制御モードで動作し、図６に示すのと類似の方法で、システム１０を負荷軽減する。処理能力制御プログラムは、オーバライド事象の直前にオーバライド事象のための適当な制御コマンドを特定する際に、制御コマンドからの情報、例えばタイバック（ｔｉｅｂａｃｋ）信号を使用する。正常動作とオーバライド動作の間の移行において、このように情報を使用することによって、２つの動作モード間の平滑な移行が可能となる。システムの負荷軽減は、オーバライド制御アルゴリズム及びシステム圧力差に応答して制御され、不安全な動作及び不必要な停止を防止する。負荷が減少すると、タービン１４は加速し始めることができ、速度制御動作モードは調速機弁４８を閉め始めて、それによってタービン１４のトルク出力を制限することができる。調速機弁アクチュエータ出力が許容できる範囲内に所定の時間だけ戻ると、処理能力制御は、上記したものと類似する平滑な移行を用いて、正常制御動作に戻ることができる。
【００５８】
オーバライド事象の更に別の例は、高負荷条件又はプルダウン条件の間に、タービン１４が圧縮軸受けに対して許容できるトルク定格よりも大きいトルク又は動力を生成することができる場合に発生する可能性がある。しかし、この例においては、調速機弁アクチュエータ出力の代わりにタービン第１段圧力が監視される。タービン第１段圧力に対する設定点は、オーバライド制御器がタービン取入口に供給される蒸気の品質における変動に自動的に適合できるように、蒸気取入口の温度及び圧力に基づいて決定される。タービン第１段階圧力が計算設定点より上に上昇すると、処理能力制御プログラムは、オーバライド制御モードで動作して、図６に示すのと類似の方法でシステム１０を負荷軽減する。処理能力制御プログラムは、オーバライド事象に対する適当な制御コマンドを決定する際に、オーバライド事象の直前に制御コマンドからの情報、例えばタイバック信号を使用する。正常動作とオーバライド動作の間の移行において、このような情報を使用することによって、２つの動作モード間での平滑な移行をもたらすことができる。システムの負荷軽減は、オーバライド制御アルゴリズム及びシステム圧力差に応答して制御され、それによって不安全動作及び不必要な停止が防止される。負荷が減少すると、タービン１４は加速し始めることができ、ステップ５１４からの動作の速度制御モードは、調速機弁４８を閉め始めて、それによって第１段圧力を低減すると共にタービン１４のトルク出力を制限することができる。タービン第１段圧力が、計算された設定点よりも小さい値に所定の時間だけ戻ると、処理能力制御は、上記したものと類似の平滑な移行を用いて、正常制御動作に戻ることができる。
【００５９】
本発明の別実施形態において、この処理能力制御プログラムは、固定速度圧縮機と共に使用することができる。固定速度における動作中に、圧縮機１２のための処理能力制御の初期方法は、入口導羽根８０と高温ガスバイパス弁８４の調節を伴う。処理能力制御プログラムは、好ましくは、高温ガスバイパス弁８４を調節する前に入口導羽根８０を調節して、固定速度動作中のより高いシステム効率をもたらす。
【００６０】
上記で考察したように、負荷における変化が、流出ＬＣＬＴの変化によって検出される。上記のＰＲＶ制御プロセスと同様に、処理能力制御プログラムは、負荷条件を満足する計算された最小羽根位置に入口導羽根８０を調節する信号を送る。この計算された最小羽根位置は、好ましくは、冷媒凝縮器１６と蒸発器１８との間の圧力差の関数である。入口導羽根８０は処理能力を低減するように調節されるのに対して、高温ガスバイパス弁８４は閉じられたままとなる。非常に低い圧力差においては、計算された最小羽根位置がゼロに近づくので、高温ガスバイパス弁８４を増分式に開放することによって、処理能力が低減される。
【００６１】
動作モデルによっては、入口導羽根８０を全閉にして動作させるのが望ましいことがある。入口導羽根８０を全閉にした状態で、高温ガスバイパス弁８４が、冷却された流出液体の温度に基づいて、処理能力制御のために調整される。入口導羽根８０が全閉の状態で、負荷が減少し続ける場合には、流出冷却液体温度は低下し続けることになる。流出冷却液体温度が、所定の設定点よりも所定の量だけ低く低下する場合には、高温ガスバイパス弁８４は、冷却された流出液体の温度を目標設定点に維持するように調整される。
【００６２】
本発明を好ましい一実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、その要素に様々な変更を加えたり、それらを均等物で置き換えたりすることができることを理解するであろう。更に、特定の状況又は材料に適応させるために、本発明の本質的範囲から逸脱することなく、その教示に対して多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示した特定の実施形態によって限定されるものではなく、本発明には添付の特許請求の範囲に入るすべての実施形態を含めることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の蒸気タービン駆動冷却機ユニットの側面図である。
【図２】図１の蒸気タービン駆動冷却機ユニットの上面図である。
【図３】本発明の蒸気タービン駆動冷却機ユニットのための蒸気、冷媒及び冷却水流の概略図である。
【図４】本発明の蒸気タービン駆動冷却機ユニットの制御システムの概略図である。
【図５】本発明の制御プロセスの一実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明の制御プロセスの一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】図５のステップ５０２の一実施形態を示す論理図である。
【図８】本発明の蒸気タービン及びタービンベースプレートの拡大側面図である。
【図９】本発明の蒸気タービンベースプレートの上面図である。
【図１０】本発明の蒸気タービンベースプレートの圧縮機側の図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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