(57)【要約】圧縮機の低い吸入スーパーヒート作動を達成するような方法で冷凍回路内の少なくとも１つの圧縮機の出口における検出状態に応答して膨張バルブが制御される。特に、吐出スーパーヒートが、圧縮機の現在能力の段階に対応する圧縮プロセスの特定の数学モデルから得られたデータを用いて計算される。膨張バルブの位置は、結果的に実際の吐出スーパーヒートが計算された吐出スーパーヒートの既定デッドバンド量内になるように制御される。
2006507471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却システムの冷媒回路内の膨張バルブを制御する制御方法であって、
上記冷媒回路内の少なくとも１つの圧縮機の出口における温度と圧力とを検出するステップと、
上記少なくとも１つの圧縮機の上記出口における上記圧力検出値に基づいて飽和吐出温度を取得するステップと、
上記飽和吐出温度を用いて上記少なくとも１つの圧縮機の上記出口における吐出スーパーヒートを計算するステップと、
上記吐出スーパーヒートの計算値に応答して上記冷媒回路内の上記膨張装置を制御するステップと、
を含み、かつ、
吐出スーパーヒートを計算する上記ステップは、上記冷媒回路内の上記少なくとも１つの圧縮機の能力に基づいて吐出スーパーヒートを計算する数学アルゴリズムを生成するステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項２】
吐出スーパーヒートを計算する上記ステップは、
蒸発器と上記少なくとも１つの圧縮機の入口との間の圧力を検出するステップと、
上記少なくとも１つの圧縮機の上記出口における圧力検出値と、上記蒸発器と上記少なくとも１つの圧縮機の上記入口との間の圧力検出値と、の関数であるゼロ度吸入スーパーヒートに対応する理論吐出温度を計算するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
理論吐出温度を計算する上記ステップは、上記少なくとも１つの圧縮機の上記出口における圧力検出値もしくは上記蒸発器と上記少なくとも１つの圧縮機の上記入口との間の圧力検出値に適用するように少なくとも１つの定数を用いるステップを含み、かつ、上記少なくとも１つの定数は上記冷媒回路内の上記少なくとも１つの圧縮機の上記能力に基づいて選択されることを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
【請求項４】
吐出スーパーヒートを計算する上記ステップは、
ゼロ度吸入スーパーヒートに対応する理論吐出温度計算値に基づいて理論吐出スーパーヒートを計算するステップと、
上記吐出スーパーヒート計算値に吐出スーパーヒート補正係数を付加するステップと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
【請求項５】
上記冷媒回路は上記冷却システムに課された冷却要求に応答してそれぞれ作動する複数の圧縮機を備え、かつ、上記飽和吐出温度を用いて吐出スーパーヒートを計算するステップは、
上記冷媒回路内の作動中の圧縮機の数に基づいて上記吐出スーパーヒートを計算する数学アルゴリズムを生成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項６】
上記冷媒回路は上記冷却システムに課された冷却要求に応答してそれぞれ作動する複数の圧縮機を備え、
上記少なくとも１つの圧縮機の上記出口における温度と圧力とを検出する上記ステップは、上記圧縮機における共通のマニフォールドの出口において温度と圧力とを検出するステップを含み、かつ、
吐出スーパーヒートを計算する上記ステップは、
蒸発器と上記圧縮機の共通のマニフォールドの入口との間の圧力を検出するステップと、
上記圧縮機の上記共通のマニフォールドの出口における圧力検出値と、上記圧縮機の上記共通のマニフォールドの出口における圧力検出値と、の関数であるゼロ度吸入スーパーヒートに対応する少なくとも１つの理論吐出温度を計算するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項７】
吐出スーパーヒートを計算する上記ステップは、
ゼロ度吸入スーパーヒートに対応した上記理論吐出温度の計算値に基づいて理論吐出スーパーヒートを計算するステップと、
上記吐出スーパーヒートの計算値に吐出スーパーヒート補正係数を付加するステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
【請求項８】
上記吐出スーパーヒートの計算値に応答して上記膨張装置を制御する上記ステップは、
実際の吐出スーパーヒートを決定するステップと、
上記実際の吐出スーパーヒートが既定の値の範囲内にあるかどうかを判断するステップと、
上記実際の吐出スーパーヒートが既定の値の範囲外であるときには上記膨張装置を通過する冷媒流量を変更するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項９】
飽和吐出温度を取得する上記ステップは、
上記少なくとも１つの圧縮機の特定の能力に対する飽和吐出温度を取得するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項１０】
上記冷媒回路内の上記１つの圧縮機に対する現在の能力を確認するステップと、
上記吐出スーパーヒートを計算する上記ステップに用いられる１つもしくは複数の値を決定するために上記確認された現在の能力を用いるステップと、
をさらに含んだ請求項１に記載の制御方法。
【請求項１１】
冷却システムの冷媒回路内の膨張装置を制御する制御システムであって、
上記冷媒回路内の少なくとも１つの圧縮機の出口における温度を検出するセンサと、
上記冷媒回路内の上記少なくとも１つの圧縮機の出口における圧力を検出するセンサと、
上記少なくとも１つの圧縮機の出口における圧力検出値に基づいて飽和吐出温度を取得するように動作する処理装置であって、かつ、上記飽和吐出温度を用いて吐出スーパーヒートを計算するように動作し、かつ、さらに上記吐出スーパーヒートの計算値に応答して上記冷媒回路内の上記膨張装置を制御するように動作する処理装置と、
を備え、かつ、
上記処理装置はさらに上記吐出スーパーヒートを計算するときに、上記冷媒回路内の上記少なくとも１つの圧縮機の上記現在の能力に基づいた数学アルゴリズムを生成するように動作することを特徴とする制御システム。
【請求項１２】
上記冷媒回路における蒸発器の出口と上記少なくとも１つの圧縮機の入口との間の圧力を検出するセンサをさらに含み、かつ、
上記処理装置は、吐出スーパーヒートを計算するときに、上記少なくとも１つの圧縮機の出口における圧力検出値と、上記蒸発器と上記少なくとも１つの圧縮機の入口との間における圧力検出値と、の関数であるゼロ度吸入スーパーヒートに対応する理論吐出温度を計算するように動作することを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
上記処理装置は、理論吐出温度を計算するときに、上記少なくとも１つの圧縮機の上記出口における上記圧力検出値もしくは上記蒸発器と上記少なくとも１つの圧縮機の上記入口との間における圧力検出値に少なくとも１つの定数を適用し、かつ、上記定数は上記冷媒回路内の上記少なくとも１つの圧縮機の現在の冷却能力に基づいて選択されることを特徴とする請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
上記処理装置は、吐出スーパーヒートを計算するときに、ゼロ度吸入スーパーヒートに対応する理論吐出温度の計算値に基づいて理論吐出スーパーヒートを計算し、かつ、この吐出スーパーヒートの計算値に吐出スーパーヒート補正係数を付加するように動作することを特徴とする請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１５】
上記冷媒回路は、上記冷却システムに課された上記冷却要求に応答してそれぞれ作動する複数の圧縮機を含み、かつ、上記処理装置は、吐出スーパーヒートを計算するときに、上記冷媒回路内で作動中の圧縮機の数に基づいて上記吐出スーパーヒートを計算する数学アルゴリズムを生成するように動作することを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１６】
上記冷媒回路は、上記冷却システムに課された上記冷却要求に応答してそれぞれ作動する複数の圧縮機を含み、かつ、上記処理装置は、上記少なくとも１つの圧縮機の上記出口における温度と圧力とを検出するときに、上記圧縮機の共通のマニフォールドの出口における温度と圧力とを検出するように動作し、かつ、上記処理装置は、吐出スーパーヒートを計算するときに、上記圧縮機の共通のマニフォールドの出口における圧力検出値の関数であるゼロ度吸入スーパーヒートに対応する理論吐出温度を計算するように動作することを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍回路内の冷媒流を制御するための冷凍・空調システム用の膨張装置に関する。具体的には、本発明は数段階の冷却能力を要求する冷凍・空調システム用の膨張装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数段階の冷却性能を要求する冷凍・空調システムの膨張装置の役割は、この装置内を通過する冷媒質量流量が１つもしくは複数の圧縮機によって発生した質量流量に厳密に対応するようにその形状（オリフィス寸法）を構成することである。冷媒流の制御によって、圧縮機の吸入側に流入する冷媒の最適なガス状態が維持されなければならない。
【０００３】
熱膨張バルブＴＸＶｓと電子制御式膨張バルブＥＸＶｓとが冷媒・空調システムに用いられる。ＴＸＶｓもしくはＥＸＶｓを制御する従来型の手法は、吸入ガスのスーパーヒートの評価に基づいてバルブを開閉する信号を付与することである。スーパーヒートは実際の冷媒温度と飽和冷媒温度（相変化に対応する温度）との間の差である。熱膨張バルブ（ＴＸＶ）では、使用される制御方式はアナログである。ＴＸＶの圧縮機吸入ライン内にはバブル部が備え付けられ、このラインが冷媒温度を検知する。この吸入ラインの圧力に相当する圧力信号も同様に得られる。これらの２つの信号（圧縮機入口における冷媒温度と冷媒圧力）
に基づいて、このアナログシステムは要求されたレベルの吸入スーパーヒート（設定値）を維持するようにＴＸＶの開口を調節する。この型式の膨張装置が適用できる範囲は限られている。冷凍回路が種々の能力および種々の作動条件の下で作動する場合には、全ての作動範囲においてＴＸＶｓ型式の制御を最適化することはできない。
【０００４】
電子式膨張装置（ＥＸＶ）は、通常、電子駆動型バルブであり、幾分高度な制御アルゴリズムに基づいて調節される。蒸発器に流入する冷媒が蒸発器内で完全に蒸発するようにＥＸＶの開口が調節されるべきである。その際、好ましくは、液状冷媒の飛沫が蒸発器から流出すべきではない。このことは非常に重要である。なぜならば、超過量の液状冷媒が蒸発器から圧縮機に流入すると圧縮機の故障につながるからである。液状冷媒が完全に蒸発器から出て行かないようにするために、相当量の吸入スーパーヒートが通常要求される。蒸発器効率を最適化する要求は吸入スーパーヒートの要求を最小に抑えることにより最良のシステム効率を達成するという目的に逆らう。
【０００５】
圧縮機の安全な作動を満足させつつ良好なシステム全体効率を達成するように、吸入スーパーヒートは約５℃程度に通常維持される。もし低下した吸入スーパーヒートの下で、液状の冷媒飛沫が圧縮機に全く流入しないことが保証できれば、システム効率の大幅な向上が達成されるだろう。しかしながら、適度な信頼度を伴って５℃より低い大きさで吸入スーパーヒートを定義するように温度差を測定することは極端に困難である。特に冷媒が飽和状態に近いときには、冷媒の誤った分布や冷媒の均一性の問題がこの温度差の測定をほぼ不可能にさせる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、圧縮機の吸入側の温度測定に依存することなく膨張バルブの制御を実現する。特に、膨張バルブの制御は、１つもしくは複数の作動中の圧縮機における現在の能力に基づく数学アルゴリズムを用いた吐出スーパーヒートの計算を前提とする。吐出スーパーヒートの計算値は、好ましくは、１つもしくは複数の圧縮機における吸入圧力と吐出圧力との検出値に基づく。吐出スーパーヒートの計算値は、吐出ガス温度の検出値に基づく実際の吐出スーパーヒートと比較される。この比較は、好ましくは、実際の吐出スーパーヒートを既定量の吐出スーパーヒートの計算値内に入るようにさせる。この計算プロセスは、吸入温度の検出に基づく計算に対比すると、間違いが起こる可能性がはるかに低い。その際、いわゆる“浸水状態”（吸入スーパーヒート無し）で、圧縮機（単数／複数）が作動するときには、蒸発器を抜け出る部分や圧縮機に流入する部分での冷媒状態の測定は、圧縮機に流入する冷媒の質（混合状態の液状冷媒の量）についての情報を与えない。事実上、圧縮機に流入する冷媒が、飽和ガスもしくは飽和ガスと液体との混合であるときには、冷媒温度は冷媒飽和温度に等しくかつ吸入スーパーヒートは０（ゼロ）に等しい。圧縮機に流入する液状飛沫を伴う容認できる過渡的な作動と、急速な圧縮機の故障につながる大量の液体を伴う作動と、を区別することは不可能である。
【０００７】
圧縮機から吐出する冷媒の状態に基づいてスーパーヒートを計算することで、圧縮機に流入する冷媒の質（混合状態の液体の量）を明確に識別する制御が可能となる。吸入ガスのスーパーヒートを最小の状態でもしくは全く無い状態で作動させつつ冷媒の質を知ることにより、過渡的で低い吸入スーパーヒートの下でのＥＸＶの開口を適切に制御することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、冷凍機システム１０はパイプライン１２を介して  種々の分布点（図示せず）に冷却水を供給する。分布点は１つもしくは複数のファンコイル熱交換器であり、このファンコイル熱交換器を流れる空気を冷却水と熱交換させながら調和することが認識されよう。これにより調和された空気は冷却すべき空間に付与される。各ファンコイル熱交換器内に循環する水は送水ポンプ１４によって最終的に冷凍機１０に送り戻されることが分かる。
【０００９】
冷凍機１０はコンデンサ１６と、これに付随したファン１８と、を含んでいることが分かる。凝縮器１６内を通過する蒸気冷媒である高温冷媒の凝縮熱が、ファン１８によって発生した空気流によって除去される。これにより、凝縮器１６の出口端部において過冷却された高圧液状冷媒が生ずる。この過冷却された高圧液状冷媒は膨張バルブ２０に流入し、低圧の状態で吐出される。冷媒はその後、蒸発器２２に流入する。蒸発器内の液状冷媒は、この蒸発器内の液状冷媒中に浸漬された１つもしくは複数のパイプを循環する水から熱を奪う。蒸発器内の１つもしくは複数のパイプを循環する水は、ポンプ１４によって上記分布点から送り返された水である。この結果生じた冷却水は蒸発器２２を抜け出て、パイプライン１２を介して上記分布点に送り返される。一方、蒸発器から流出した低圧冷媒蒸気は圧縮機２４の吸入入口に案内される。圧縮機２４は冷媒蒸気を圧縮し、その後、凝縮器１６に排出する。好ましくは、圧縮機２４は、冷凍機１０に課された冷却要求に合うように順次作動する少なくとも２段階の圧縮を含む。その際、図１の単一の圧縮機２４は、最高６気筒まで備えるレシプロ圧縮機であってもよく、システムに課された冷却要求に応じて２つ、４つ、もしくは、６つのピストンが作動し得る。
【００１０】
このシステムでの冷却要求は通常、冷凍機を抜け出る水の温度の検出と、この温度と冷却水の設定温度との比較と、に基づく。例えば設定温度が７℃の場合、冷凍機制御は、冷凍機から抜け出る水が７℃の冷却水温度に通常達するように冷却能力を設定する。抜け出る水の温度が７℃よりも高い場合には、冷凍機制御は、追加のピストンを作動させることによって追加の冷却能力を付加する。抜け出る水の温度が７℃よりも低い場合には、必要量より高い冷却能力があり、冷凍機制御は作動中のピストンの数を減らすことによって冷却能力を低下させる。
【００１１】
圧縮機２４を再度参照すると、吐出圧力センサ２６と基準温度センサ２８とが圧縮機の出口に設けられる。吸入圧力センサ３０が、蒸発器２２の出口と圧縮機２４の入口との間に設けられる。これらのセンサ２６，２８，３０の出力は制御装置３２に接続されている。以下に詳しく説明するように、制御装置３２は、膨張バルブ２０と関連したモータ３４を制御して、この膨張バルブを開閉し、ひいては蒸発器２２への冷媒の質量流量を制御するように動作する。この制御は、圧縮機内に有害な冷媒液状飛沫が導入されないように適当な冷媒蒸気状態を維持しつつ、吸入スーパーヒートが圧縮機２４の入口において最小になることが可能となる方法で達成される。
【００１２】
図２を参照すると、所定の圧縮機能力の圧縮機２４についての蒸気圧縮曲線が示されている。この曲線は、センサ３０によって検出される所定の吸入圧力“ＳＰ”での飽和吸入温度“ＳＳＴ”を設定することが分かる。また、この曲線は、センサ２６によって検出される所定の吐出圧力“ＤＰ”での飽和吐出温度“ＳＤＴ”を設定することが分かる。
【００１３】
ここで図３を参照すると、所定の変数を設定する２つの傾き線がさらに付加された図２の蒸気圧縮曲線の部分拡大図が示され、所定の変数は制御装置３２によって計算される。特に、傾き破線ＳＬtheoは、ＳＳＴとＤＰとによって設定された点において蒸気圧縮曲線に好ましくは接する。従って、上記破線は一般に上記点における蒸気圧縮曲線の傾きを示す。図３の上記点は、飽和吸入温度ＳＳＴを超えるスーパーヒートの温度がゼロ度であることを意味することから、以下、ゼロ点吸入スーパーヒートと呼ぶことにする。傾き線ＳＬtheoは、Ｔtheo_disとして定義された点において吐出圧力線ＤＰに交差し、このＴtheo_disはゼロ点吸入スーパーヒートの際にセンサ２８において得られる理論吐出温度として定義される。Ｔtheo_disと飽和吐出温度ＳＤＴとの差が理論吐出スーパーヒートＤＳＨtheoとなる。以下に説明するように、好ましくは、最適な吐出スーパーヒートＤＳＨoptが、理論吐出スーパーヒートＤＳＨtheoに吐出スーパーヒート補正係数ＤＳＨcfを付与することによって計算される。傾き線ＳＬtheoから平行に引かれた傾き線ＳＬoptは吸入圧力線ＳＰに交差し、これにより、計算されたＤＳＨoptに対応する最適吸入スーパーヒートＳＳＨoptを定義する。
【００１４】
ここで図４を参照すると、制御装置３２内のプログラム可能な処理装置によって用いられるプロセスが示されている。プロセスはステップ４０から開始し、プログラムされた処理装置が現在設定された冷凍回路能力にアクセスする。上述したように、冷凍回路能力は図１のシステムに課された冷却要求に依存する。冷凍機制御は、冷凍要求に合うように、所定数の段階の圧縮を選択的に作動させる。例えば、圧縮機が連続した対毎に作動する６つのシリンダを有する場合、作動するシリンダの数がステップ４０に示される。
【００１５】
処理装置はステップ４２に進み、センサ２８によって検出された吸入圧力、センサ２６によって検出された吐出温度、センサ３０によって検出された吐出圧力、の値を直接読み取るか、もしくは先に蓄積された値を間接的に読み取る。これらの読み取り値は、それぞれ“ＤＰ”、“Ｔdis”、“ＳＰ”として蓄積される。処理装置はステップ４４に進み、“ＤＰ”の値に基づいて、飽和吐出温度“ＳＤＴ”の値を計算するか、そうでなければＳＤＴの値を取得する。図２に関して先に述べたように、“ＳＤＴ”を得るために圧縮についての数学モデルを用いることができる。次に処理装置はステップ４６に進み、 “Ｔdis”から“ＳＤＴ”を差し引くことにより、実際の吐出スーパーヒート“ＤＳＨact”を計算する。その後、処理装置はステップ４８に進み、吐出スーパーヒート補正係数“ＤＳＨcf”と、許容吐出スーパーヒートデッドバンド“ＤＢ”と、のために、先に蓄積された所定の設定可能な定数を読み取る。
【００１６】
処理装置はステップ５０に進み、ステップ４０で設定された能力ための一組の係数を読み取り、この係数は後にステップ５２で実行される計算に用いられる。ステップ５０は、蓄積された一組の係数にアクセスすることによって好ましくは実行され、これらの係数は設定能力について図２に示すような蒸気圧縮曲線から展開されることが理解されよう。処理装置はステップ５２に進み、最適な圧縮機吐出スーパーヒート“ＤＳＨopt”を計算する。この最適な圧縮機吐出スーパーヒートを計算するために用いられるアルゴリズムは、１つもしくは複数の独立したステップにおいて計算されてもよい。好適な態様においては、理論吐出温度Ｔtheo_disは０℃の吸入スーパーヒートに対応する吐出温度である。このＴtheo_disは、まず、吸入圧力“ＳＰ”と、吐出圧力“ＤＰ”と、飽和吐出温度“ＳＤＴ”の所定の値と、による関数に基づいて計算される。これは以下のように表現される。
Ｔtheo_dis＝ＳＤＴ＋Ａi＋Ｂi＊ＤＰ＋Ｃi＊ＳＰ＋Ｄi＊（ＤＰ／ＳＰ）  
吸入圧力“ＳＰ”と吐出圧力“ＤＰ”とは検出値である。飽和吐出温度“ＳＤＴ”は、取得されるかもしくは所定の圧縮機能力において作動する圧縮機の吐出圧力の検出値から計算される。Ａiは定数であり、Ｂi、Ｃi、およびＤiは所定の圧縮機能力における係数であり、下付き文字“ｉ”で表される。Ａi、Ｂi、Ｃi、およびＤiの値は、Ｔtheo_disと、ＳＰ、ＤＰ、およびＳＤＴと、の間に線形的な関係を定義する。この線形的な関係は、図３の傾き線ＳＬtheoによって表される。この線形的な関係は、所定の冷媒回路内の所定の圧縮能力における蒸気圧縮のための適切な数学モデリング原理を用いて生成可能であることが認識されよう。Ａi、Ｂi、Ｃi、およびＤiの値は図１の圧縮機２４における３つの特定の圧縮機能力のために生成可能であることもまた認識されよう。この場合においては、制御装置内のプログラムされた処理装置が以下の一連の係数にアクセスする。
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＿ｃａｐａｃｉｔｙ＿１：  Ａ1，Ｂ1，Ｃ1，Ｄ1 
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＿ｃａｐａｃｉｔｙ＿２：  Ａ2，Ｂ2，Ｃ2，Ｄ2 
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＿ｃａｐａｃｉｔｙ＿３：  Ａ3，Ｂ3，Ｃ3，Ｄ3 
Ｔtheo_disの計算に使用される上記数学アルゴリズムは、“ＳＰ”および“ＤＰ”以外のシステム変数の測定に基づいてもよいことが認識されよう。例えば、実測圧縮機電流、圧縮機入力電力、もしくは、凝縮器とクーラとにおいて直接測定される実測飽和冷媒温度が組み合わされた冷却能力、に基づいて理論吐出温度を計算し、種々の定数や係数を有する数学アルゴリズムを構築することが可能である。
【００１７】
一旦、Ｔtheo_disが計算されると、次いで理論吐出スーパーヒートＤＳＨtheoが以下のように計算される。
ＤＳＨtheo＝Ｔtheo_dis−ＳＤＴ  
最適吐出スーパーヒートＤＳＨoptは、好ましくは、以下のようにステップ４８で得られた吐出スーパーヒート補正係数“ＤＳＨcf”をＤＳＨtheoに付加することにより計算される。
ＤＳＨopt＝ＤＳＨtheo＋ＤＳＨcf 
ＤＳＨcfは、吐出スーパーヒートに付加される定数として図３に示されている。これは傾き線ＳＬoptによって定義された吸入スーパーヒートＳＳＨの許容量に相当する。理論上は、吸入スーパーヒートＳＳＨが０℃に等しいときにシステムの最高の効率が達成される。実際には、１〜３℃の吸入スーパーヒートで作動させることで、システム効率に著しい影響を与えずに圧縮機の作動に安全性を付加させている。冷媒回路内の所定の圧縮機能力に対して１〜３℃のＳＳＨに対応するように、ＤＳＨcfの特定の値が選択される。
【００１８】
処理装置はステップ５４に進み、ステップ４６で計算されたＤＳＨactが、ステップ５２で計算されたＤＳＨoptに許容吐出スーパーヒートのデッドバンド“ＤＢ”を引いたものよりも小さいかどうかについて問い合わせる。ＤＢは、膨張装置２０の制御における不安定性を抑えるために用いられる。その際、膨張装置はそれ自体で“分解能”を有する。例えば、膨張装置のバルブ位置は１％変動する。この１％の変動は、上記装置の開口における１％の変動に通常相当する。これにより、蒸発器に流入する冷媒流の増大や減少をもたらし、その結果、圧縮機吸入スーパーヒートと、最終的には吐出スーパーヒートと、に影響を及ぼす。従って、膨張装置のバルブや開口部の対応する分解能より大きいＤＢの値を定義することが重要である。例えば、ＤＢが０．５℃の場合には、ＤＳＨactがＤＳＨoptの０．５℃以内であれば膨張装置２０のバルブの位置や開口は変化しない。
【００１９】
ステップ５４を再度参照すると、応答がｎｏである場合には、処理装置はステップ５６に進み、ＤＳＨactがＤＳＨoptにＤＢを加えたものより大きいかどうかを問い合わせる。応答がまたｎｏである場合には、その後、処理装置は終了ステップ５８に進む。
【００２０】
再度ステップ５４とステップ５６を参照すると、これらの問い合わせのいずれかに対しても応答がｙｅｓの場合には、処理装置はステップ６０に進み、ＤＳＨoptを満足させるようにモータ３４への所定の信号を介して膨張バルブ２０の位置を調節する。その後処理装置は終了ステップ５８に進む。
【００２１】
処理装置は適宜、ステップ４０からステップ６０を繰り返し実行し、これにより膨張バルブ２０に関連したモータ３４の制御を維持することが認識されよう。連続した実行と実行の間の時間量は、個々のモータと、関連する膨張バルブと、膨張バルブが作動する冷媒回路と、に依存する。
【００２２】
ここで図５を参照すると、図１の冷凍機システムの単一の圧縮機の構成が並列に作動する３つの圧縮機２４−１，２４−２，２４−３によって置き換えられている。冷凍機の制御が並列に作動する１つもしくは複数の圧縮機を付加、もしくは除去することにより、冷却能力を増大もしくは低下させることが認識されよう。圧縮機の各々が同一であれば、つまり、付加もしくは除去される各々の圧縮機は同一の吐出温度を付与し、図２に示すような同一の圧縮プロセスモデルを有する。一方、圧縮機が異なれば（圧縮機の効率が異なれば）、それぞれの圧縮機吐出温度は異なり、各圧縮機の固有のモデルに基づいてそれぞれ異なる圧縮機に対応する吐出温度を計算もしくは取得することが必要である。圧力センサ２６と温度センサ２８とは、それぞれ、圧縮機２４−１，２４−２，２４−３のための共通の吐出マニフォールド内に配置されることに留意されたい。圧力センサ３０は同一の圧縮機２４−１，２４−２，２４−３に向かう共通の入口マニフォールド内に配置されることにも留意されたい。
【００２３】
ここで図６を参照すると、図４の冷凍機の構成のために、制御装置３２内のプログラム可能な処理装置によって用いられるプロセスが示されている。図５のステップの大半が図３のプロセスのステップと等しいことに留意されたい。その際、ステップ６２において現在の冷媒能力が読み取られる。図４の圧縮機の構成は３つの並列の圧縮機であるため、処理装置はこれらの圧縮機のうちいくつが作動しているかを確認するであろう。ステップ６６において圧力センサ２６から読み取られたＤＰの値に基づいて飽和吐出温度“ＳＤＴ”を計算する前に、ステップ６４において図４のシステムためのセンサ２６，２８，３０が読み取られる。その際、飽和吐出温度はステップ６２で確認された冷凍回路能力によって指示された作動中の圧縮機の数における圧縮プロセスモデルに基づくのが好ましい。
【００２４】
ここでステップ６８を参照すると、センサ２６によって読み取られた吐出温度とステップ６６で計算された“ＳＤＴ”とに基づいて、処理装置は実際の吐出スーパーヒートＤＳＨactを計算する。ここで処理装置はステップ７０に進み、設定変更可能なＤＳＨcfおよびＤＢを読み取る。処理装置はステップ７２に進み、それぞれの作動中の圧縮機に対する最適な圧縮機吐出スーパーヒート“ＤＳＨopt（ｉ）”を計算する。これは、好ましくは、以下のようにそれぞれの圧縮機の理論吐出温度をまず計算することによって達成される。
Ｔtheo_dis（ｉ）＝ＳＤＴ＋Ａi＋Ｂi＊ＤＰ＋Ｃi＊ＳＰ＋Ｄi＊（ＤＰ／ＳＰ）  
吸入圧力（ＳＰ）と吐出圧力（ＤＰ）とは検出値である。飽和吐出温度（ＳＤＴ）がステップ６６において検出吐出圧力から取得もしくは計算される。Ａiは定数であり、Ｂi、Ｃi、およびＤiは所定の圧縮機の特定の圧縮能力に対応する係数である。Ａi、Ｂi、Ｃi、およびＤiの値は先に導出され、上記計算に用いられるように蓄積される。３つの圧縮機のそれぞれが固有の能力を有している場合には、制御装置内のプログラムされた処理装置が以下の一連の係数にアクセスする。
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＿２４−１：  Ａ1，Ｂ1，Ｃ1，Ｄ1 
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＿２４−２：  Ａ2，Ｂ2，Ｃ2，Ｄ2 
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＿２４−３：  Ａ3，Ｂ3，Ｃ3，Ｄ3 
それぞれの圧縮機が等しい場合には、Ａi、Ｂi、Ｃi、およびＤiの値が同じであるため、プログラムされた処理装置はＴtheo_disの計算を一回だけ実行すればよい。
【００２５】
それぞれの作動中の圧縮機について一旦Ｔtheo_dis（ｉ）が計算されると、次に、それぞれの作動中の圧縮機について理論吐出スーパーヒートＤＳＨtheo（ｉ）が以下のように計算され得る。
ＤＳＨtheo（ｉ）＝Ｔtheo_dis（ｉ）―ＳＤＴ  
好ましくは、次に、以下のようにそれぞれの圧縮機のＤＳＨtheo（ｉ）にステップ７０で得られた吐出スーパーヒート補正係数“ＤＳＨcf”を付加することによって、それぞれの圧縮機の最適な吐出スーパーヒートが計算される。
ＤＳＨopt（ｉ）＝ＤＳＨtheo（ｉ）＋ＤＳＨcf 
処理装置はステップ７４に進み、ステップ７２で計算された最小ＤＳＨopt（ｉ）を選択し、これをＤＳＨoptに等しくするように設定する。ここで処理装置はステップ７６に進み、ステップ６８で計算されたＤＳＨactがステップ７４に計算されたＤＳＨoptから許容吐出スーパーヒートデッドバンド“ＤＢ”を引いたものよりも小さいかどうかを問い合わせる。応答がｎｏの場合には、処理装置はステップ７８に進み、ＤＳＨactがＤＳＨoptにＤＢを加えたものより大きいかどうかを問い合わせる。応答が再度ｎｏであれば、次いで処理装置は終了ステップ８０に進む。
【００２６】
ステップ７６とステップ７８を再度参照すると、いずれの問い合わせに対しても応答がｙｅｓであれば、次に処理装置はステップ８２に進み、ＤＳＨoptを満足させるようにモータ３４への適切な信号を介して膨張バルブ２０の位置を調節する。その後、処理装置は終了ステップ８０に進む。
【００２７】
処理装置は適宜、ステップ６２からステップ８２を繰り返し実行し、これにより膨張バルブ２０に関連したモータ３４の制御を維持することが認識されよう。連続した実行と実行の間の時間量は、個々のモータと、関連する膨張バルブと、膨張バルブが作動する冷媒回路と、に依存する。
【００２８】
本発明の好適な態様が開示されたことが認識されよう。当業者であれば代替や改良を想到するであろう。例えば、図１もしくは図５の冷凍機システムは、図４のプロセスや図５のプロセスを用いて制御される電子制御式膨張装置を採用する大抵の空調システムや冷凍システムに置き換えることが可能であろう。さらに、図４もしくは図６のプロセスを、終了ステップの代わりに、所定の遅れを経て既定の時間後に自動的に繰り替えすように改良することが可能であろう。
【００２９】
当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく上述の発明に対しさらなる変更を加えることが可能であろう。従って、上述の詳細な説明は単に例示を目的とするものであり、本発明は添付の特許請求の範囲およびこれの均等の範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】冷却水を下流負荷に供給する冷凍機システムの概略図。
【図２】図１の冷凍機システム内において所定の能力で作動する圧縮機による冷媒蒸気の圧縮を示すグラフ。
【図３】規定値もしくは図１のシステムに関連した制御装置によって規定され、もしくは計算された値のいずれかを有した特定の変数を示す図２の部分拡大図。
【図４】図１の冷凍機システムに関連し、かつ、図３の特定の変数に基づいて冷凍機の冷媒閉回路内の膨張装置を制御する制御装置によって使用される方法のフローチャート。
【図５】並列の圧縮機を備えたもう一つの冷凍機システムの概略図。
【図６】図５の冷凍機システムに関連し、かつ、冷凍機の冷媒閉回路内の膨張装置を制御する制御装置によって使用される方法のフローチャート。
【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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【国際調査報告】
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