(57)【要約】  チラーシステムが流体連通した圧縮器と、凝縮器と、蒸発器とを含む。電動機が圧縮器を駆動する。可変速駆動装置が電動機に電力供給する。油加熱器およびポンプシステムが加熱された潤滑油を圧縮器内に循環させる。制御パネルが、入力パラメータが閾値パラメータ以上であるかどうかを判定し、入力パラメータが閾値パラメータ未満であることを感知するステップに応答してＶＳＤを非活性化し、ＶＳＤが非活性化される時点における少なくとも１つのチラー容量制御パラメータを判定し、ＶＳＤが非活性化されている間少なくとも１つのチラー容量制御パラメータを維持し、入力パラメータが回復されていることを判定し、電動機回転および電動機回転速度を判定し、入力パラメータが回復されていることおよび電動機が順方向に回転していることを判定するステップに応答して、ＶＳＤを再活性化するように構成される。
2015528561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体連通(in fluid communication)した圧縮器(compressor)、凝縮器(condenser)および蒸発器(evaporator)と、
前記圧縮器を駆動するために前記圧縮器に接続された電動機と、
前記電動機に電力供給するための可変速駆動装置と、
入力パラメータが所定の閾値パラメータ以上であるかどうかを判定し、
前記入力パラメータが所定の閾値パラメータレベル未満であることを感知するステップに応答して前記可変速駆動装置を非活性化し(deactivate)、
前記入力パラメータが回復されている(restored)ことを判定し、
電動機回転および電動機回転速度を判定し、
前記入力パラメータが回復されていることおよび前記電動機が順(forward)方向に回転していることを判定するステップに応答して、前記可変速駆動装置を再活性化(reactivate)するように構成された制御盤と
を備えたチラーシステム。
【請求項２】
前記圧縮器内に油を循環させるための油加熱器および油ポンプシステムと、
前記入力パラメータが前記所定の閾値パラメータレベル未満である間隔の間少なくとも前記油加熱器、前記油ポンプ、および前記制御盤に電力供給するように構成された無停電電力システム（ＵＰＳ）と
をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御盤が、
前記可変速駆動装置に対する出力コマンドを所定の電動機回転速度に設定するステップと、
前記可変速駆動装置の出力周波数を前記電動機回転速度におよそ等しくなるように設定するステップと、
前記可変速駆動装置の前記出力周波数および前記電動機回転速度を所定の電動機回転速度におよそ等しくなるように増大させるステップと
によって前記可変速駆動装置を再活性化するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御器が、前記電動機回転速度をゼロになるまで制動し(brake)、次いで、電力が回復されたとき前記入力パラメータが回復されていることおよび前記電動機が逆(reverse)回転していることを判定するステップに応答して、前記電動機回転速度を順回転方向にゼロから前記所定の電動機回転速度まで加速するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御盤が、前記可変速駆動装置が非活性化される時点において少なくとも１つのチラー(chiller)容量制御パラメータを判定し、前記可変速駆動装置が非活性化されている間前記少なくとも１つのチラー容量制御パラメータを維持するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御盤が、前記制御システムの容量制御部分を介して前記少なくとも１つのチラー容量制御パラメータを解放し(release)、前記少なくとも１つのチラー容量制御パラメータを再設定するようにさらに構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御器が、前記可変速駆動装置のコンデンサに蓄積されたエネルギーを使用して前記入力パラメータが前記所定の閾値パラメータレベル未満であるとき最長１０秒までの間所定のＤＣバス電圧を維持するために前記可変速駆動装置を制御するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御器が、前記出力周波数を徐々に(gradually)増大させることにより前記可変速駆動装置の前記出力周波数の増大を制御するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記所定の電動機回転速度が、前記電動機が前記入力パラメータの降下(drop)前に回転していた前記電動機回転速度に等しい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記所定の閾値パラメータが、定格(rated)入力パラメータの４０％から９８％までの間にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
チラーシステムのコーストスルー制御のための方法であって、
流体連通した圧縮器、凝縮器および蒸発器、前記圧縮器を駆動するために前記圧縮器に接続された電動機、前記電動機に電力供給するための可変速駆動装置（ＶＳＤ）、ならびに前記可変速駆動装置への入力パラメータを提供するステップと、
前記入力パラメータが所定の閾値パラメータ以上であるかどうかを判定するステップと、
前記入力電力供給パラメータが前記所定の閾値パラメータ未満であることに応答して圧縮器電動機への可変速駆動装置出力を非活性化するステップと、
前記入力パラメータが回復されているかどうかを判定するステップと、
前記電動機の回転の方向を判定するステップと、
前記パラメータが回復されていることおよび前記電動機が順回転していることに応答して、
前記電動機の回転速度を検知するステップと、
前記可変速駆動装置の出力周波数をおよそ前記電動機の前記回転速度に調整するステップと、
前記電動機回転速度を前記電力障害(power fault)前のおよそ前記電動機回転速度以下の速度に調整するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記可変速駆動装置のＤＣリンク電圧を所定の間隔にわたって所定の再始動(restart)レベルに維持するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電動機の前記回転速度を調整するステップが、前記電動機速度を前記入力パラメータの降下を検知する前のおよそ電動機回転速度まで徐々に増大させるために前記可変速駆動装置の前記出力周波数を徐々に増大させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
電力が回復されたとき前記電動機が逆回転していることに応答して、
前記電動機の逆回転を検知するステップと、
前記電動機回転速度をゼロまで低減させるために制動作用(braking action)を加えるステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電動機速度がゼロであると判定するステップに応答して、前記電動機回転速度が前記入力パラメータの降下を検知する前の前記電動機回転速度におよそ等しくなるまで前記電動機回転速度を順回転で徐々に加速させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
１０秒の持続時間より長い電力障害に応答して、
サイクリング電力障害作動(cycling power fault trip)を設定するステップと、
前記可変速駆動装置に実行信号(run signal)を提供するステップと、
前記ＤＣリンクを事前充電する(pre-charge)ために所定の時間にわたって遅延させるステップと、
前記圧縮器を再始動させるステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
１０秒超および３０秒未満の持続時間の電力障害に応答して、
サイクリング電力障害作動を設定するステップと、
前記可変速駆動装置に実行信号を提供するステップと、
前記ＤＣリンクを事前充電するために所定の時間にわたって遅延させるステップと、
前記圧縮器を再始動させるステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
チラーシステム用の制御システムであって、
入力パラメータが所定の閾値パラメータ以上であるかどうかを判定し、
前記入力パラメータが所定の閾値パラメータレベル未満であることを感知するステップに応答して可変速駆動装置を非活性化し、
前記入力パラメータが回復されている時を判定し、
電動機回転および電動機回転速度を判定し、
前記入力パラメータが回復されていることおよび前記電動機が順方向に回転していることを判定するステップに応答して、
前記可変速駆動装置の出力周波数を前記電動機回転速度におよそ等しくなるように設定し、
前記可変速駆動装置の前記出力周波数および前記電動機回転速度を所定の電動機回転速度におよそ等しくなるように増大させるように構成された制御盤を備える制御システム。
【請求項１９】
前記制御器が、前記電動機回転速度をゼロになるまで制動し、次いで、電力が回復されたとき前記入力パラメータが回復されていることおよび前記電動機が逆回転していることを判定するステップに応答して、前記電動機回転速度をゼロから前記所定の電動機回転速度まで順回転方向に加速させるようにさらに構成される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御盤が、前記入力電圧を感知し、前記入力電圧が前記所定の閾値電圧以上であるかどうかを判定するために前記感知した入力電圧と前記所定の閾値電圧とを比較するようにさらに構成される、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本特許出願は、参照によりここに組み込まれる、２０１２年８月３０日出願の「ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＳＰＥＥＤ  ＤＲＩＶＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＣＨＩＬＬＥＲ  ＣＯＡＳＴ−ＴＨＲＯＵＧＨ（チラーのコーストスルーのための可変速駆動装置の制御）」という名称の米国仮特許出願第６１／６９５，１２３号の優先権および利益を主張するものである。
【０００２】
本願発明の一実施例は、例えば、チラーのコーストスルーのための可変速駆動装置の制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0002]本出願は、一般に可変速駆動装置（ＶＳＤ）を使用するチラーシステムを制御する方法に関する。本出願は、より詳しくは、「ライドスルー」または「コーストスルー」としてより一般に知られている、短い停電の間冷却能力を維持するための可変速駆動装置（ＶＳＤ）の使用に関する。
【０００４】
[0003]多くの冷却用途およびプロセスは、冷却液の連続的な流れまたは冷却能力に依存する。瞬間的な電力故障によりプロセスまたは生産ラインの冷却用途を中断することは、結果として顕著な製品損失および長時間の回復ダウンタイムとなり、結果として多大な費用および収入の損失となることがある。このような損失を防ぐことは顕著な価値がある。
【０００５】
[0004]短時間の停電は、圧縮器の電動機が惰行運転している間に電力が回復されても、回転機器を損傷することがある。電動機軸を破損し、電動機の電気的絶縁を損なうことがある負のシーケンストルクにより、加えた電力が惰行運転している電動機によって発電された電力と位相がずれている場合、損傷が起きることがある。既存のチラーシステムには、ＶＳＤまたはチラー制御盤がラインサイクルのわずかのうちに電力損失を検知し、チラーを迅速に遮断して損傷を防ぐことができるものもある。
【０００６】
[0005]現在、停電の間、電動機始動装置が解放され、チラーからの電力が抑止され、障害が解除されるまでチラーの機械的駆動系が停止される。典型的には、冷却システムを再始動するには、安全な惰行運転サイクル、潤滑サイクル、および再始動サイクルが含まれ、それにより、冷却システムの再始動プロセスに２分から４分までが加わり、その間、冷却負荷には冷却能力が何も伝達されない。チラーシステムの再始動プロセスにおけるこの休止により、生産プロセスでは、生産プロセスが生産能力に戻ることができるまでに熱集積を取り除かなければならない。停電の影響を短縮するために迅速な再始動の機能を採用することができるが、チラーは、再始動が開始できるまでに完全に停止しなければならない。
【０００７】
[0006]Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  （ＳＥＭＩ）  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｆ４７−０７０６  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓａｇ  Ｉｍｍｕｎｉｔｙ（国際半導体機器および材料（ＳＥＭＩ）規格Ｆ４７−０７０６の半導体処理機器電圧低下耐性のための仕様書）が、半導体製造に使用される機器の電圧低下耐性の要求事項および推奨事項を設定している。チラーおよび速度調整可能駆動装置がＳＥＭＩ  Ｆ４７の第２の焦点として記載されている。駆動装置とのライドスルー状況（出力電力が制御されたままの）において、入力電圧低下は、結果として入力電流スパイクおよびねじり過渡になる。より大きな電圧低下の間駆動装置を活動状態に保持するために、駆動装置は、大幅に大型化して過電流トリップを防止する必要があり、極めて高価な解決策となる。
【０００８】
[0007]ＳＥＭＩ  Ｆ４７のサブシステムおよび構成部品の合格／不合格基準は、「全定格動作で実施してはならないがオペレータおよび／またはホスト制御器の介在なしで動作を復帰する」と記載している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
[0008]したがって、チラーシステムへの入力電力の損失時に延長された間隔にわたって冷却負荷を維持することができるチラーシステムにおける制御器が必要とされている。
[0009]開示されるシステムおよび／または方法の意図された利点は、これらの必要性の１つまたは複数を満足し、または他の有利な特徴を提供する。他の特徴および利点は、本明細書から明らかにされる。開示される教示は、前述の必要性の１つまたは複数を達成するかどうかにかかわりなく、特許請求の範囲内に含まれるそれらの実施形態に及ぶ。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
[0010]一実施形態は、チラーシステムに関する。チラーシステムは、流体連通した圧縮器と、凝縮器と、蒸発器とを含む。圧縮器を駆動するために電動機が圧縮器に接続される。可変速駆動装置（ＶＳＤ）が電動機に電力供給する。制御盤が、入力パラメータが所定の閾値パラメータ以上であるかどうかを判定し、入力パラメータが所定の閾値パラメータレベル未満であることを感知するステップに応答してＶＳＤを非活性化し、入力パラメータが回復されていることを判定し、電動機回転および電動機回転速度を判定し、入力パラメータが回復されていることおよび電動機が順方向に回転していることを判定するステップに応答して、ＶＳＤを再活性化するように配列される。
【００１１】
[0011]別の実施形態は、チラーシステムのコーストスルー制御のための方法に関する。方法は、流体連通した圧縮器、凝縮器および蒸発器、圧縮器を駆動するために圧縮器に接続された電動機、電動機に電力供給するための可変速駆動装置ならびにＶＳＤへの入力パラメータを提供するステップと、入力パラメータが所定の閾値パラメータ以上であるかどうかを判定するステップと、入力電力供給パラメータが所定の閾値パラメータ未満であることに応答して圧縮器の電動機へのＶＳＤ出力を非活性化するステップと、入力パラメータが回復されているかどうかを判定するステップと、電動機の回転の方向を判定するステップと、パラメータが回復され電動機が順回転していることに応答して、電動機の回転速度を検知するステップと、ＶＳＤの出力周波数をおよそ電動機の回転速度に調整するステップと、電動機回転速度を電力障害前のおよそ電動機回転速度以下の速度に調整するステップとを含む。
【００１２】
[0012]本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，００５，８２９号および米国公開特許出願第２００６０２０８６８５号、第２００６０１９６２０３号および第２００５０１２２７５２号は、ＶＳＤのＤＣリンクを事前充電することを可能にする能動変換器モジュールまたは並列能動高調波フィルタを実施するための様々な手段を開示し、参照によりここでそれを本明細書に組み込む。
【００１３】
[0013]本明細書に説明する実施形態のある利点は、回転するチラー圧縮器を「キャッチ」し、減速を停止させ、圧縮器をフル動作速度または正しい動作速度に加速させるＶＳＤの機能である。
【００１４】
[0014]別の利点は、冷水回路、潤滑システム、および回転する圧縮機の羽根車の慣性機能により、冷水温度を可能な限り設定点近くに維持するために圧縮器を回転させて再始動することにより可能な限り迅速にチラーシステムをフル稼働に戻す能力である。
【００１５】
[0015]別の利点は、冷却が短い電力障害の間減退することはあるが従来技術の場合のように停止することはないことである。
[0016]さらに別の利点は、完全な冷却能力がずっとより迅速に回復され、製品および収入の損失が防止されることである。
【００１６】
[0017]さらに別の利点は、チラー内の大量に貯留された水および冷媒を利用して、コーストスルー概念を可能にするフライホイール効果を提供する能力である。
[0018]代替の例示的な実施形態は、特許請求の範囲に一般的に記述され得るように他の特徴および特徴の組合せに関する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】[0019]例示的なＨＶＡＣ、冷却または液体チラーシステムを示す図である。
【図２】[0020]中電圧ＶＳＤによるコーストスルー制御のための例示的な方法の流れ図を示す図である。
【図３】[0021]例示的なＶＳＤの概略図である。
【図４】[0022]補助負荷のための無停電電源（ＵＰＳ）配電システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[0023]図１は、本発明のＨＶＡＣ、冷却または液体チラーシステム１００の全体を示す図である。図１に示すように、ＨＶＡＣ、冷却または液体チラーシステム１００は、圧縮器１０２と、凝縮器構成１０４と、膨張器１０５と、液体チラーまたは蒸発器構成１０６と、制御盤１０８とを含む。電動機１２４は、圧縮器１０２を駆動するのに使用することができ、中電圧ＶＳＤ１２２は、電動機１２４を始動するために電動機１２４に密接に結合される。電動機１２４およびＶＳＤ１２２は、好ましくは、低電圧動作用または中電圧動作用、すなわち約２００Ｖから約２５ｋＶまでの範囲にわたる入力電圧用に構成される。一実施形態において、圧縮器１０２、凝縮器構成１０４、膨張器１０５、蒸発器構成１０６、制御盤１０８、電動機１２４およびＶＳＤ１２２は、１つの構造として共に取り付け、または一体的に取り付けてチラーシステムユニットを形成することができる。従来のＨＶＡＣ、冷却または液体チラーシステム１００は、図１に示されていない他の多くの特徴を含む。これらの特徴は、図面を簡略化して例示を容易にするために意図的に省略されている。
【００１９】
[0024]電動機１２４は可変速電動機である。ＶＳＤ１２２は、電動機１２４を可変速度で動作させるために低電圧または中電圧で動作するように構成することができる。
[0025]電動機１２４によって駆動される圧縮器１０２は、冷媒蒸気を圧縮し、吐き出し管を通じて蒸気を凝縮器１０４に送る。圧縮器１０２は、好ましくは、遠心圧縮器であるが、任意の適切な種類の圧縮器、例えば、スクリュー圧縮器、往復圧縮器などであり得る。圧縮器１０２によって凝縮器１０４に送られた冷媒蒸気は、流体、好ましくは水との熱交換関係になり、流体との熱交換関係の結果、相変化して冷媒液になる。凝縮器１０４からの凝縮液体冷媒は、膨張器１０５を流れて蒸発器１０６に達する。
【００２０】
[0026]蒸発器１０６は、冷却負荷の供給配管および戻り配管用の接続を含むことができる。二次液体、例えば水、エチレングリコール、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は、戻り配管を介して蒸発器１０６中に移動し、供給配管を介して蒸発器１０６から出る。蒸発器１０６内の液体冷媒は、二次液体との熱交換関係となって二次液体の温度を下げる。蒸発器１０６内の冷媒液は、二次液体との熱交換関係の結果、相変化して冷媒蒸気となる。蒸発器１０６内の蒸気冷媒は、蒸発器１０６から出て、吸い込み管を経て圧縮器１０２に戻り、それによってサイクルを完了する。凝縮器１０４および蒸発器１０６における冷媒の適当な相変化が得られることを条件に、凝縮器１０４および蒸発器１０６の任意の適切な構成をシステム１００において使用できることを理解されたい。
【００２１】
[0027]制御盤１０８は、冷却システム１００の動作を制御するためにアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、マイクロプロセッサと、不揮発性メモリと、インターフェースボードとを含むことができる。好ましくは、制御盤１０８は、ＶＳＤ１２２の動作または電力部を制御するために制御アルゴリズムを実行することができる。制御盤１０８によるＶＳＤ１２２の制御は、システム１００のオペレータにシステム１００を制御するための単一のインターフェースポイントを提供することができる。一実施形態において、制御アルゴリズムは、制御盤１０８の不揮発性メモリに格納されたコンピュータプログラムまたはソフトウェアでよく、制御盤１０８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ことができる。制御アルゴリズムは、コンピュータプログラムにおいて具現化され、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、当業者によりデジタルハードウェアおよび／またはアナログハードウェアを使用して実施し実行できることを理解されたい。ハードウェアを使用して制御アルゴリズムを実行する場合、制御盤１０８の対応する構成は、必要な構成要素を組み込むように、かつもう必要とされない可能性がある任意の構成要素を取り除くように変更することができる。
【００２２】
[0028]上に論じたように、制御盤１０８は、ＶＳＤ１２２の動作または電力部を制御するために制御アルゴリズムを実行することができる。一実施形態において、制御盤１０８は、ＶＳＤ１２２内の構成要素の制御のすべてを提供することができ、したがって、ＶＳＤ１２２は、どんな制御インターフェースも対応する制御構成要素も必要としない。しかし、本発明の別の一実施形態において、制御盤１０８は、制御コマンドまたは制御信号だけ、例えば、開始コマンド、停止コマンドなどだけをＶＳＤ１２２に提供し、ＶＳＤ１２２の動作に関するデータをＶＳＤ１２２の構成要素から受け取ることができる、すなわちデータ収集機能がある。この実施形態において、ＶＳＤ１２２は、この場合も、オペレータ制御インターフェースを何も有しないが、制御盤１０８からの制御コマンドを処理するために対応する制御構成要素を有することができる。
【００２３】
[0029]次に、図３は、ＶＳＤ１２２の実施形態を示す。ＶＳＤ１２２は、変換器段３０２と、ＤＣリンク段３０４と、１つのインバータ３０６または複数のインバータ３０６（図示せず）を有する出力段との３つの段を有することができる。変換器３０２は、ＡＣ電源３０１からの固定線路周波数、固定線間電圧のＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。ＤＣリンク３０４は、変換器３０２からのＤＣ電力をろ波し、エネルギー貯蔵成分を提供する。ＤＣリンク３０４は、コンデンサとインダクタとから構成することができる。最後に、インバータ３０６は、ＤＣリンク３０４からのＤＣ電力を電動機１２４用に可変周波数、可変電圧のＡＣ電力に変換する。代替の実施形態（図示せず）において、インバータ３０６は、ＤＣリンク３０４上に並列に接続することができ、各インバータ３０６は、ＤＣリンク３０４からのＤＣ電力を対応する電動機１２４用に可変周波数、可変電圧のＡＣ電力に変換する。インバータ３０６は、電力トランジスタと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）電力スイッチと、ワイヤボンド技術により相互接続された逆方向ダイオードとを含むことができる電力モジュールであり得る。さらに、ＶＳＤ１２２のＤＣリンク３０４およびインバータ３０６は、ＶＳＤ１２２のＤＣリンク３０４およびインバータ３０６が電動機１２４に適当な出力電圧および周波数を提供する限り、上に論じた構成要素とは異なる構成要素を組み込むことができることを理解されたい。
【００２４】
[0030]ＶＳＤによっては、圧縮器システムの電動機に電力供給するために可変電圧および可変周波数の電力を生じるものがあるので、惰行運転電動機、すなわち、入力電圧が何も加えられずに回転する電動機を電圧ベクトル、電流ベクトル、位相の角度および振幅などの動作パラメータに関してＶＳＤによって監視することができる。必要とするパラメータが利用可能になると共に、ＶＳＤに対する電力が回復すると、停電が回復し次第ＶＳＤが動作に戻ることができ、電動機が加速される。
【００２５】
[0031]補助発電機がチラーの電力システムに採用された場合、ＶＳＤは、チラーを完全に停止させずに、故障した商用入力電源からの入力電力の発電機への伝送を制御することができる。このチラーシステムの電動機／圧縮器の回転を維持する能力により、プロセスまたは限界負荷に対する冷却の損失が大幅に低減する。
【００２６】
[0032]例えば、Ｏｐｔｉｓｐｅｅｄ（商標）の低電圧または中電圧の可変速駆動装置（ＶＳＤ１２２）を装備したＭｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩのＪｏｈｎｓｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたチラーなどのチラーは、以下に説明するように、電力障害コーストスルーの特徴を含むように修正することができる。コーストスルーの特徴は、データセンター、半導体製造、液体チラーの他のプロセスおよび重要な用途に有利である。コーストスルー機能を装備したチラーは、持続時間が最長３０秒までの電力障害の場合でも、電力が回復し次第継続して動作することができる。
【００２７】
[0033]電力障害の過酷さおよび持続時間により、ＶＳＤ１２２によって提供されるコーストスルー機能は、様々なやり方で、チラー動作を持続させることができる。本明細書では、「電力障害」という用語は、所定の閾値電圧未満の入力電圧の任意の損失または入力電圧の任意の減少を意味する。閾値電圧は、条件に基づいて変わることがある。通常の閾値電圧は、定格入力電圧（電源電圧）の８５％でよいが、閾値電圧は、用途により、定格入力電圧の４０％から９８％までのどこかに設定することができる。
【００２８】
[0034]図２を参照すると、全体的に２００として指定される方法が、本発明のために開示される。ステップ２０２において、全電圧における通常動作の間、チラーシステム１００は、従来の容量制御を使用して動作される。ステップ２０４において、制御盤１０８が入力電気パラメータ、例えば、入力電源電圧、入力電流、電力、周波数または入力電力の損失を示す任意の電気パラメータを感知する。以下の開示が入力電圧の感知を示すが、他のパラメータを入力電源の損失を感知しコーストスルー制御シーケンスを開始するための入力電圧と置き換えることができることを理解されたい。次に、ステップ２０６において、制御盤１０８が、感知した入力電圧と所定の閾値電圧、例えば、定格入力電源電圧の８５％とを比較し、入力電圧が所定の閾値電圧以上であるかどうかを判定する。ＶＳＤ１２２のインバータ３０６の出力において所望の動作電圧を維持するために電圧閾値をＶＳＤ１２２の機能に応じて、より高いまたはより低い電圧設定点に調整できることに留意されたい。
【００２９】
[0035]短い持続時間の電力障害による電圧低下の間、ＶＳＤ１２２に関連したセンサ１３０によって検知された全供給電圧が定格入力電源電圧の所定の電圧閾値より高いままである場合、ＶＳＤ１２２は通電され、チラーの動作および冷却プロセスは乱されない。入力電圧が閾値以上のままである場合、システム２００は、ステップ２０２に戻り、容量制御の下で継続して動作する。あるいは、システム２００はステップ２０８に進む。
【００３０】
[0036]ステップ２０８において、入力電力供給電圧が閾値、例えば、全定格入力電源電圧の８５％より低下するとき、ＶＳＤ１２２は、圧縮器の電動機１２４への出力を非活性化する。一実施形態において、ＶＳＤ１２２は、ＤＣリンクコンデンサ、リンクバス回路または他の内部的に蓄積されるエネルギーの供給源に蓄積されたエネルギーを使用して、最長１０秒までの長さの電力障害に対してバス電圧充電レベルを維持する。この時間の間、凝縮器内のガスの量により、圧縮器１０２が減速し、場合により、電力障害によって圧縮器１０２が回転を逆にすることがある。圧縮器１０２が方向を逆にするかどうかは、電力障害の持続時間、圧縮器のサイズ、歯車比、動作リフトまたはヘッドおよび予旋回の羽根の位置によることがある。高リフトおよび高容量で動作するチラーは、より迅速に逆回転に達する可能性が高い。圧縮器１０２は、一般に、ほとんどの動作条件下で電力障害後少なくとも２秒間順回転する。
【００３１】
[0037]ステップ２１０において、制御盤１０８が、電圧低下が起きた時にシステムの容量制御パラメータおよび他の動作パラメータを判定し、容量制御パラメータの値を保持し、または維持する。例えば、凝縮器の液位、予旋回羽根（ＰＲＶ）および／または可変形態拡散器（ＶＧＤ）の位置、高温ガスバイパス弁の位置、ならびにＶＳＤ速度コマンドを、それらが電圧低下または電圧損失直後であるとき、同じ設定または値に維持する。
【００３２】
[0038]ステップ２１２において、電圧低下の持続時間、すなわち、電圧が少なくとも定格電圧の８５％に回復されるまでに経過した時間を判定するために、電圧低下が起きたときに時限間隔を開始する。一実施形態において、時間間隔は１０秒であるが、設計条件により、より多いまたはより少ない時間を時限間隔に使用することができる。電圧センサ１３０が所定の閾値電圧以上の入力電圧の復帰を感知し、電力が時限間隔以内に回復されたと判定した場合、ＶＳＤ１２２は次に進んで、ステップ２１４において、電力が回復されたとき電動機１２４が順回転しているかどうかを判定する。
【００３３】
[0039]ステップ２１２において時限間隔が経過したが、電力が所定の閾値電圧まで回復しなかった場合、システムは、ステップ２２８に進み、ＶＳＤ１２２が電力障害信号を設定する。電力障害信号は、制御盤１０８に、検知された電力障害状態を通知するためのＶＳＤ１２２からの信号である。ステップ２３０において、制御盤１０８が電力障害を認識し、惰行運転シーケンスを抑制するために内部供給電力障害を再設定するが、そのシーケンスは、内部制御盤再設定がない場合に作動させることができる。
【００３４】
[0040]システムは、ステップ２３２に進み、そこで制御盤１０８が一組の再始動基準を監視し、再始動基準が満たされているかどうかを判定する。一実施形態において、再始動基準は、以下を含む。すなわち、圧縮器内の油圧が最小圧力、例えば、１７２．４ｋＰａ（２５ポンド／平方インチ）差（ＰＳＩＤ）より大きい、ＶＳＤ  ＤＣリンクが事前充電されＶＳＤ出力インバータに電流を供給することができる、ＶＳＤまたは制御盤に障害インジケータまたは抑制信号が存在しない、かつチラー蒸発器内に冷媒が流れている。参照により本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，６１９，９０６号は、ＶＳＤのＤＣリンクを事前充電するための例示的な回路を開示する。再始動基準が満たされない場合、圧縮器の標準的な「惰行運転」または減速がステップ２３４において継続され、制御システムがステップ２３２に戻って再始動基準を再び監視する。再始動基準は、継続的にまたは反復的にチェックすることができる。再始動間隔の間、再始動基準が満たされた場合、システムはステップ２１４に進む。一実施形態において、再始動基準が所定の再始動間隔、例えば３０秒に続いて満たされないままである場合、システムは、任意選択で、再始動方法２００を中断し、チラーが減速して、チラーシステム全体が完全再始動を開始するまでに完全に停止することを可能にし、それには、チラーシステムの完全な遮断に続いて数分かかり、プロセスまたは生産ラインの冷却用途を中断することがある。
【００３５】
[0041]ステップ２１４において、電力が閾値電圧以上にまで回復されたとき電動機１２４が逆回転していると判定された場合、ＶＳＤ１２２は電動機１２４の逆回転を検知し、システム２００が、ステップ２２４に進んで制動作用を加え、それによって電動機１２４の速度をゼロになるまで減速する。駆動装置において利用可能な電気制動電力の量は限定される。制動時間は数秒かかることがあるが、電気制動の使用により、電動機１２４および圧縮器１０２が動力源のない惰行運転で起きるよりも短い間隔で完全に停止することが可能になる。ステップ２２６において、システム２００は、電動機回転速度がゼロであるかどうかを判定する。ゼロでない場合、システムはステップ２２４に戻り、電動機制動を継続して加える。電動機回転速度がゼロに等しくなると、または電動機１２４が完全に停止すると、ＶＳＤ１２２はステップ２２０に進み、インバータ３０６の出力電圧を増大させて電動機１２４を以下に説明するように順回転で加速する。
【００３６】
[0042]ステップ２１４において、電動機回転が順方向である場合、システムはステップ２１６に進む。ステップ２１６において、ＶＳＤ１２２または制御盤１０８は、電力が回復された後に電動機１２４の回転速度を検知する。ステップ２１８において、システムは、それに応じてＶＳＤ出力周波数を電動機回転速度におよそ合うように調整する。より具体的には、ＶＳＤ出力の電圧および位相を電動機１２４の端子における電圧および位相に合わせてＶＳＤ１２２による電動機１２４の速度制御を同期再開する。ステップ２２０において、ＶＳＤ１２２は、電力障害直前の電動機１２４の元の電動機動作速度に等しいかまたはわずかに遅い速度まで電動機１２４の速度を次第に増大させる。
【００３７】
[0043]ステップ２３６において、制御盤１０８は、ＶＳＤ１２２の出力を監視し、ＶＳＤ出力の速度または周波数が５秒間閾値より大きいかどうかを判定する。ＶＳＤ出力速度が閾値より大きくない場合、システムはステップ２２０に戻り、電動機速度をおよそ元の電動機速度になるまで継続して増大させ、電動機速度が少なくとも５秒間閾値より大きくなるまで電動機速度監視ステップ２３６を反復する。閾値速度は、例えば容量制御システムの速度コマンドマイナス０．５Ｈｚでよい。
【００３８】
[0044]電動機速度がステップ２３６において所望の速度に達すると、システム２００は、ステップ２３８に進む。ステップ２３８において、制御盤１０８が制御を通常のチラー容量自動制御に戻す。上記のコーストスループロセスの間障害前レベルに維持されていた、凝縮器液位、予旋回羽根（ＰＲＶ）および／または可変形態拡散器（ＶＧＤ）の位置、高温ガスバイパス弁の位置、ならびに圧縮器速度のコマンドが解放され、容量制御システムによって決定された値に再設定される。
【００３９】
[0045]図２に関して上記のコーストスルー方法を可能にするために、潤滑油フローを動作温度に維持して、システムが電力障害後に動作を再開することが可能になるようにしなければならない。通常、チラーシステムの「低温始動」には、潤滑油が圧縮器内を循環することを可能にし、かつ所望の粘度になるまで加熱するためのウォームアップ時間を必要とする。電力障害が起きたとき、電力が回復されるまで油循環、温度および粘度を維持しなければならない。
【００４０】
[0046]図４を参照すると、電力障害事象の間限界負荷の連続稼働を維持するために無停電電源（ＵＰＳ）１０がＶＳＤ１２２内に設けられる。ＵＰＳ１０は、別個に収納されたユニットとして、または制御盤１０８の一部として設けることができる。ＡＣ電源３０１がＡＣ入力電力をＶＳＤ１２２の電力変圧器および駆動電力回路３２２に提供する。ＡＣ電源３０１からの中電圧または低電圧の三相電力の入力電力をチラーシステムの補助負荷用の制御電圧および電力に変換するために変圧器１２がＶＳＤ１２２の入力に接続される。一実施形態において、変圧器１２は、２４０ボルト単相出力の単相変圧器でよい。ＵＰＳ１０は、油加熱器１６の動作を制御するために電動機始動装置コンタクタ１４に並列に、変圧器１２の出力に接続される。油加熱器１６は、通電されたとき、圧縮器内の油を所望の動作温度に維持する。
【００４１】
[0047]ＵＰＳ１０は、例えば変圧器１２から２４０Ｖ、単相のＡＣ入力を受け取る定格にし、ＡＣ１２０ＶおよびＡＣ２４０Ｖ、単相の出力（それぞれ１８および２０）を別々に生じることができる。ＵＰＳは、ＤＣ電池と、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して充電回路に電力供給し、それによって電池を所望のボルトアンペアのレベルに維持する整流器と、ＡＣ電圧を出力１８、２０において生じるためのインバータとをさらに含む。ＵＰＳシステムは当業者にはよく知られている。ＵＰＳ１０の出力２０は、電力を整流器２２に供給する。整流器２２は、可変速油ポンプパネル２４に電力供給するためにＵＰＳ１０からのＡＣ２４０Ｖの出力電力をＤＣ電圧、例えば３４０ボルトに変換する。ポンプパネル２４はＶＳＤ２６を含む。ＶＳＤ２６は、ＤＣ３４０Ｖの入力電力を受け取り、ＤＣ電力を逆変換して、三相油ポンプ電動機２８に電力供給するための三相電力を生じる。電動機２８は、例えば、ＡＣ２４０Ｖの定格でよい。電動機２８は、圧縮器１０２を通じて油を循環させるための油ポンプ（図示せず）に電力供給する。代替実施形態において、油ポンプＶＳＤ２６がＡＣ１２０ＶまたはＡＣ２４０Ｖの単相入力用に構成されている場合、整流器２２を駆動装置１２０から取り除くことができる。他の電圧および電動機構成も、当業者には理解されるように、本開示の範囲内にある。代替実施形態において、油ポンプは、例えば、圧縮器が、機械的接点なしで磁界を介して回転構造を支持する磁気軸受けを含む場合、圧縮器構成に含まれない可能性がある。磁気軸受けが潤滑システムの代わりに使用されるとき、ＵＰＳ１０は、直接出力１８、２０から、または間接的に、例えば整流器、インバータ、電池、もしくは磁気軸受けに必要とされる他の適切なデバイスを通じて、磁気軸受けに電力供給するのに使用することができる。
【００４２】
[0048]ＵＰＳ１０は、ＶＳＤ１２２内の制御回路３２および制御盤１０８にＡＣ電力を供給することもでき、したがって、制御システム２００は、電力障害の間働く。マイクロプロセッサ、メモリおよびインターフェースボードなどのデバイスは、電力障害の間チラー制御盤１０８およびＶＳＤ制御回路３０の格納されたパラメータを維持することができ、所定の閾値レベルへの電力の回復直後に動作を再開することができる。したがって、チラーシステムは、最長３０秒以上までの電力障害直後に、チラーシステムの完全に新たな始動を経なくても、動作を再開することができる。
【００４３】
[0049]一実施形態において、事象または発生の数をカウントするためにカウンタを設けることができ、それにおいてａ）入力電力または電圧の損失が検知され、ｂ）その後に入力電力が、設定可能な時間内、例えば、通常１０秒から３０秒までのうちに回復される。各々のそのような発生に対して、カウンタが単一のカウントだけ増進される。累計されたカウントがオペレータインターフェース上に表示されてユーザに事象の数を知らせることができ、それにおいて、システムは図２に開示するコーストスルー復帰方法を適用している。また、ＬＥＤまたは他の可視的インジケータをオペレータインターフェース上に設けて、そのような復帰サイクルが起きているとき、オペレータに表示することができる。
【００４４】
[0050]限定されたライドスルー機能をコーストスルー機能に組み合わせることにより、ＶＳＤ１２２を有するチラーは、ＳＥＭＩ  Ｆ４７に記載の電圧低下耐性の業界標準を満たすことができる。チラーは、冷水冷却または他のプロセスに対して最小の乱れで、電圧低下または完全な電力障害をうまく切り抜けるまたは楽に切り抜けることができる。
【００４５】
[0051]例示的な一実施形態において、大型ヨーク（ＹＫ）チラー（Ｋ７圧縮器）が１４９１．４ｋＷ（２０００英馬力）、４１６０ボルトのＶＳＤ１２２を用い、コーストスルー修正を加えて、Ｙｏｒｋ  ＰＡにおけるＪＣＩ施設で試験された。追加の中電圧可変速駆動装置が特別なソフトウェアを用いて、Ｏｐｔｉｓｐｅｅｄ駆動装置の上流で使用されて、電力低下および障害事象を生じた。
【００４６】
【表１】
2015528561.tif 000003
【００４７】
[0052]上記のコーストスルー事象のすべては、圧縮器が減速するが、電力の回復の時点においてもまだ順回転している、短い持続時間のものであった。
[0053]追加の三相電力障害ポイントが試験された。例示的な試験ポイントを以下に表Ｒ１−２に示す。
【００４８】
【表２】
2015528561.tif 000004
【００４９】
注：チラーは、中負荷状態から順回転で動作し、かつ３秒において高負荷状態から逆回転で動作した。
[0054]本出願は、以下の説明に記載される、または図に示される詳細または方法論に限定されないことを理解されたい。本明細書に採用された表現および用語は、説明のためだけのものであり、限定するものとみなしてはならないことも理解されたい。
【００５０】
[0055]図に示し本明細書に説明する例示的な実施形態が現在好ましいものであるが、これらの実施形態は、例示だけにより提供されることを理解されたい。したがって、本出願は特定の実施形態に限定されないが、それにもかかわらず添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正に及ぶ。任意のプロセスまたは方法ステップの順序または順番は、代替実施形態により変更し、または並べ直すことができる。
【００５１】
[0056]本出願は、その動作を達成するための任意の機械可読媒体上の方法、システムおよびプログラム製品を企図している。本出願の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、またはこの目的もしくは別の目的で組み込まれた適当なシステム用の専用コンピュータプロセッサによって、または配線で接続されたシステムによって実施することができる。
【００５２】
[0057]様々な例示的な実施形態に示すようにコーストスルーＶＳＤ制御の構造および構成は例示だけのものであることに留意することが重要である。本開示においてはほんのわずかな実施形態しか詳細に説明していないが、本開示を検討すれば特許請求の範囲に記述された新規教示および主題の利点から実質的に逸脱することなく多くの修正が可能であることは容易に理解されよう（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および比率、パラメータの値、取付け構成、材料、色、向きの使用の変形など）。例えば、一体形成として示す要素は、複数の部分または要素で組み立てることができ、要素の位置は逆にするまたは他の方法で変えることができ、個別要素または位置の性質または数は、改変または変更することができる。したがって、そのような修正はすべて、本出願の範囲内に含まれることが意図されている。任意のプロセスまたは方法ステップの順序または順番は、代替実施形態により変更し、または並び替えることができる。特許請求の範囲において、ミーンズプラスファンクション条項は、記述された機能を実施するもの、および構造的均等物だけでなくまた均等構造として本明細書に説明する構造を包含することを意図している。他の代替、修正、変更および省略を例示的な実施形態の設計、動作条件、および構成において本出願の範囲から逸脱することなく加えることができる。
【００５３】
[0058]上記のように、本出願の範囲内の実施形態は、それの上に格納された機械実行可能命令またはデータ構造を搬送するまたは有する機械可読媒体を備えたプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、汎用もしくは専用のコンピュータまたはプロセッサを有する他の機械によってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体であり得る。例としては、そのような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、もしくは他の磁気記憶デバイス、または所望のプログラムコードを機械実行可能命令もしくはデータ構造の形態で搬送または格納するのに使用することができ、汎用もしくは専用のコンピュータまたはプロセッサを有する他の機械によってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。情報がネットワークまたは別の通信接続（配線で接続された、無線の、または配線で接続されたもしくは無線の組合せのいずれか）において機械に伝送されるまたは提供されるとき、機械は、その接続を機械可読媒体と適正にみなす。したがって、そのような任意の接続は、機械可読媒体と適正に呼ばれる。上記の組合せも、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理機械にある一定の機能もしくは機能の群を実施させる命令およびデータを含む。
【００５４】
[0059]本明細書における図は具体的順序の方法ステップを示すが、これらのステップの順序は、記載されるものとは異なることがあると理解されることに留意されたい。また、２つ以上のステップは、同時にまたは部分的に同時に実施することができる。そのような変形は、選択されたソフトウェアおよびハードウェアシステム、ならびに設計者の選択に依存する。そのような変形はすべて本出願の範囲内にあることを理解されたい。同様に、ソフトウェアの実施は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップおよび判定ステップを達成するための規則に基づく論理および他の論理を用いる標準プログラミング技法により達成することができる。
【図１】
2015528561.tif 000005
【図２】
2015528561.tif 000006
【図３】
2015528561.tif 000007
【図４】
2015528561.tif 000008
【国際調査報告】
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