(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速駆動装置を備えた冷却システムの複数の圧縮機を制御する方法であって、
（ａ）付加的な圧縮機容量が前記システムにより要求されているか否かを調べるステップと、
（ｂ）付加的な圧縮機容量が前記システムにより要求されている場合に、前記複数の圧縮機のうちの１つが前記可変速駆動装置により運転されている状態にするステップと、
（ｃ）前記可変速駆動装置の電流を監視するステップと、
（ｄ）前記電流が最大電流に対する所定比率を上回る場合に、前記システムの電子式膨張弁を所定量だけ締めるステップと、
（ｅ）前記電流が前記最大電流に対する所定比率以下である場合に、前記可変速駆動装置の周波数を所定量だけ増大させるステップと、
（ｆ）前記のシステムにより要求された付加的な圧縮機容量がステップ（ｅ）で満たされたか否かを調べるステップと、
（ｇ）前記可変速駆動装置の前記周波数が、前記可変速駆動装置に電力を供給する電力供給ラインの周波数と等しいか否かを調べ、等しくなければ、ステップ（ｃ）〜ステップ（ｆ）を再び実行するステップと、
（ｈ）前記複数の圧縮機のうちの１つが前記可変速駆動装置に接続された状態から前記電力供給ラインに直接に接続された状態へと切り換えるステップと、を有し、
さらなる付加的な圧縮機容量が要求された場合に、前記複数の圧縮機の残りの圧縮機に対して前記ステップ（ｄ）〜（ｈ）を個別に繰り返すことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記のステップ（ｈ）の後に前記電子式膨張弁の位置が最適でない場合に、前記電子式膨張弁の前記位置を最適化するステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記の最大電流に対する所定比率が、９９％であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記の電子式膨張弁を締める所定量が、１％であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記の周波数を増大させる所定量が、１％であることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記複数の圧縮機には、少なくとも第１圧縮機および第２圧縮機が含まれており、前記第１圧縮機が前記電力ラインに直接に接続された状態で運転されており、前記のステップ（ｂ）において、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機が両方とも前記電力ラインに直接に接続された状態で運転されているか否かを調べ、そうでなければ、前記第２圧縮機を前記可変速駆動装置により運転することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
可変速駆動装置を備えた冷却システムの複数の圧縮機を制御する装置であって、
付加的な圧縮機容量が前記システムにより要求されているか否かを調べる手段と、
付加的な圧縮機容量が前記システムにより要求されている場合に、前記複数の圧縮機が前記可変速駆動装置により運転されている状態にする手段と、
前記可変速駆動装置の電流を監視する手段と、
前記電流が最大電流に対する所定比率を上回る場合に、前記システムの電子式膨張弁を所定量だけ締める手段と、
前記電流が前記最大電流に対する所定比率以下である場合に、前記可変速駆動装置の周波数を所定量だけ増大させる手段と、
前記可変速駆動装置の周波数が増大したことによって前記の付加的な圧縮機容量が満たされたか否かを調べる手段と、
前記可変速駆動装置の前記周波数が、前記可変速駆動装置に電力を供給する電力供給ラインの周波数と等しいか否かを調べる手段と、
前記可変速駆動装置の前記周波数が、前記電力供給ラインの周波数と等しい場合に、前記複数の圧縮機を、前記可変速駆動装置に接続された状態から前記電力供給ラインに直接に接続された状態へと切り換える手段とを有し、
付加的な圧縮機容量が要求された場合に、前記複数の圧縮機の残りの圧縮機に対して、前記締める手段と、増大させる手段と、調べる手段と、切り換える手段を個別に実施することを特徴とする装置。
【請求項８】
前記複数の圧縮機が前記可変速駆動装置に接続された状態から前記電力供給ラインに接続された状態へと切り換えられた後に、前記電子式膨張弁の位置を最適化する手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記最大電流に対する所定比率が、９９％であることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記の電子式膨張弁を締める所定量が、１％であることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記の周波数を増大させる所定量が、１％であることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記複数の圧縮機には、少なくとも第１圧縮機および第２圧縮機が含まれており、前記第１圧縮機が前記電力供給ラインに直接に接続された状態で運転されており、前記複数の圧縮機が前記可変速駆動装置により運転されている状態にする手段が、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機が両方とも前記電力ラインに直接に接続された状態で運転されているか否かを調べ、そうでなければ、前記第２圧縮機を前記可変速駆動装置により運転する手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却機に関し、特に、複数の冷却機用圧縮機に可変速駆動を適用することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
簡易的な一般的な空調機もしくは冷凍サイクルにおいては、熱が冷媒に伝達され、冷媒から熱が奪われる場所に冷媒が送られ、ここで冷媒から熱が放出される。冷媒は、低温低圧で蒸発して熱を奪い、高温高圧で凝縮して熱を放出する流体である。閉じたシステムでは、冷媒は、熱が加えられる元の位置まで循環して戻る。機械的システムでは、圧縮機によって、冷媒が低温低圧流体から高温高圧流体へと変換される。圧縮機によって冷媒が変換された後、サイクルの凝縮過程で、凝縮機によってこの流体（気体）が冷却されて液化される。運転中、圧縮機からの高温吐出ガス（冷媒の蒸気）が、凝縮機コイルの頂部から流入し、外部に熱が放出されるに従って凝縮して液化する。冷媒は、続いて、調節装置（例えば膨張弁）を通過し、ここで低温低圧の流体に変換された後で、蒸発器に流入する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
可変速駆動（ＶＳＤ）は、電力ラインと装置との間に接続され、供給電力および周波数を変化させることが可能な電子式装置である。ＶＳＤが冷却用圧縮機に利用される場合、ＶＳＤによって、圧縮機速度を連続的に変化させることができ、これによって、運転をスムーズに行うとともに、部分負荷状態での性能を改善することができる。ＶＳＤは比較的高価であり、このことは、この技術を冷却器市場で普及させるために解決すべき重要な問題である。ＶＳＤのコストは、消費電流に比例し、消費電流は、圧縮機容量および運転状態に相関する。ＶＳＤにより駆動される圧縮機の利用範囲に亘ってＶＳＤを動作させるために、最大負荷状態（すなわち、凝縮温度が高く、吸入温度が高い状態）に対応した電流を供給することが可能なＶＳＤを選択しなければならない。実際には、圧縮機がこのような状態で運転されるのは、年に数日だけである。従って、ＶＳＤを複数の圧縮機とともに利用することが可能な方法で、ＶＳＤを制御する必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
簡単に述べると、本発明では、無負荷状態から標準点状態までに対応する容量範囲のみで、可変速駆動（ＶＳＤ）を利用し、運転状態が定格点の電流よりも高い電流に対応する場合は、ＶＳＤへの接続が絶たれて圧縮機が電力ラインに直接に接続される。このような方法によって、小型のＶＳＤを利用することが可能となる。同時に、同一装置内部で複数の圧縮機が運転される場合は、ＶＳＤが１つしか必要とならない。ＶＳＤによって、第１圧縮機を無負荷状態から電力ラインの周波数に対応する速度に駆動する。続いて、制御装置によって、第１圧縮機が直接オンライン（ＤＯＬ）モード（つまり電力ラインに直接に接続された状態）に切り換えられ、ＶＳＤと第１圧縮機との接続が絶たれる。これによって、ＶＳＤを、第２圧縮機を駆動するために利用することが可能となる。このようなプロセスは、複数の圧縮機に亘って繰り返すことができる。
【０００５】
本発明の実施例によると、可変速駆動装置を備えた冷却システムの少なくとも１つの圧縮機を制御する方法には、（ａ）圧縮機容量を追加することがシステムにより要求されているか否かを調べるステップと、（ｂ）圧縮機容量を追加することがシステムにより要求されている場合に、少なくとも１つの圧縮機が可変速駆動装置により運転されている状態にするステップと、（ｃ）可変速駆動装置の電流を監視するステップと、（ｄ）前記電流が最大電流に対する所定比率以上である場合に、システムの電子式膨張弁を所定量だけ締めるステップと、（ｅ）前記電流が最大電流に対する所定比率を下回る場合に、可変速駆動装置の周波数を所定量だけ増大させるステップと、（ｆ）システムにより要求された付加的な圧縮機容量がステップ（ｅ）で満たされたか否かを調べるステップと、（ｇ）可変速駆動装置の周波数が、可変速駆動装置に電力を供給する電力供給ラインと等しいか否かを調べ、等しくなければステップ（ｃ）〜ステップ（ｆ）を再び実行するステップと、（ｈ）少なくとも１つの圧縮機を、可変速駆動装置に接続された状態から電力ラインに直接に接続された状態へと切り換えるステップと、が含まれる。
【０００６】
本発明の実施例によると、可変速駆動装置を備えた冷却システムの少なくとも１つの圧縮機を制御する装置が、圧縮機の容量がシステムによりさらに要求されているか否かを調べる手段と、圧縮機の容量がシステムによりさらに要求されている場合に、少なくとも１つの圧縮機が可変速駆動装置により運転されている状態にする手段と、可変速駆動装置の電流を監視する手段と、前記電流が最大電流に対する所定比率以上である場合に、システムの電子式膨張弁を所定量だけ締める手段と、前記電流が最大電流に対する所定比率を下回る場合に、可変速駆動装置の周波数を所定量だけ増大させる手段と、可変速駆動装置の周波数が増大したことによってシステムによりさらに要求された圧縮機容量が満たされたか否かを調べる手段と、可変速駆動装置の周波数が、可変速駆動装置に電力を供給する電力供給ラインの周波数と等しいか否かを調べる手段と、可変速駆動装置の周波数が電力供給ラインの周波数と等しい場合に、少なくとも１つの圧縮機を、可変速駆動装置に接続された状態から電力ラインに直接に接続された状態へと切り換える手段と、が含まれる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に示されているように、可変速駆動装置（ＶＳＤ）１０によって複数の圧縮機１２，１４，１６を同一装置内部で運転することができる。圧縮機は、電源供給ライン１８（６０Ｈｚもしくは５０Ｈｚ）もしくはＶＳＤ１０に接続することができる。ＶＳＤ１０によって、圧縮機のモータがその同期速度に駆動され、続いて、制御装置によって、圧縮機モータが直接オンライン（ＤＯＬ）モード（つまり、電力ラインに直接に接続された状態）に切り換えられる。すなわち、スイッチ２０，２２，２４によって、圧縮機１２，１４，１６がそれぞれＶＳＤ１０と電源供給ライン１８との間で切り換えられる。このような方法は、新規なものではなく、様々な産業に既に利用されている。
【０００８】
本発明の基本となることは、従来の方法では、ＶＳＤの容量が最大入力電力の容量に対応していることである。本発明では、ＶＳＤを入力電力の「最適」点までの状態でのみ利用し、より高い入力電力がシステムにより要求された場合にＤＯＬモードに切り換える。しかし、特に複数の圧縮機が並行して同一装置内で運転されている場合には、ＶＳＤとＤＯＬとの間で切り換える際に問題が生じる。
【０００９】
圧縮機の入力電力が２つのパラメータ（吐出圧力および吸入圧力）に相関することを理解すべきである。吐出圧力が増大すると、モータの入力電力（および入力電流）が増大する。殆どの状態で、このことは吸入圧力についても言える。従って、所定の吐出圧力に対して、吸入圧力が減少すると、圧縮機の入力電力が減少する。吐出圧力は、運転状態に依存する。つまり、空冷式冷却機の場合は、周囲温度が高いほど、吐出圧力も高くなる。これに対して、吸入圧力は、蒸発器内部の状態に依存する。通常、入力電力を減少させたい場合は、凝縮機の圧力および吸入圧力のいずれかを制御することができる。実際には、所定のシステムにおいて、吐出圧力を制御することはできない。吸入圧力は、システムの膨張弁を締めることによって低下させることができる。電子式膨張弁（ＥＸＶ）を締めると、蒸発器の性能に影響が及び、吸入圧力が低下する。このような状態は、通常運転には適さないが、ＶＳＤとＤＯＬとの間の切り換えを行う短い時間の間には実行可能である。
【００１０】
図２には、圧縮機の運転エンベロープ３０が示されている。Ｘ軸は、飽和吸入温度（ＳＳＴ）であり、これは吸入圧力に対応する。Ｙ軸は、飽和凝縮温度（ＳＣＴ）であり、これは吐出圧力に対応する。星印３２は、標準運転状態に対応しており、このような特別な状態でその容量を１００％使用する（Ｉ＝１００）ＶＳＤが選択される。外部温度が標準状態よりも高く、流出する水の温度も高いと仮定する。これによって、運転状態が影響を受けるため、運転状態を星印３２から星印３４へと移行させる必要がある。このように移行させる際の問題は、星印３４においては、要求される入力電力が、ＶＳＤから供給できる電力を上回ることである（Ｉ＞１００％）。
【００１１】
しかし、星印３２に対応してＶＳＤにより供給される周波数は、電力供給ライン１８の周波数（米国では６０Ｈｚ）よりも低くすることができる。ＶＳＤ１０の周波数が電力供給ライン１８の周波数と等しい場合にのみ、ＶＳＤとＤＯＬとの間での切り換えが可能である。従って、運転状態を星印３２から星印３４に移行させるために、以下の方法を利用する。システムの制御装置によりＥＸＶを閉じ、これによって、ユニットの容量および吸入圧力を減少させ、入力電流を減少させる。入力電力は周波数に比例するため、ＶＳＤの周波数を増大させる。運転状態は、星印３２から星印３６へと移行し、これによって、ＶＳＤとＤＯＬとの間での切り換えが可能となる。星印３６における運転状態は、装置の性能に影響を及ぼすが、これは切り替えモード中にしか起こらない。ＶＳＤからＤＯＬへの切り換えが完了して圧縮機のモータがＤＯＬモードになると、ＥＸＶを開いてシステムにより標準のＥＸＶ制御を再開し、ユニットの効率を最適化する。このような状態では、圧縮機をＤＯＬモードで極限状態まで運転することができるとともに、必要に応じて別の圧縮機を起動するためにＶＳＤを利用することができる。
【００１２】
図３には、本発明を実行するための基本的な制御方法が示されている。このプロセスは、付加的な容量が必要か否かを決定するステップ４０で開始される。付加的な容量が必要でなければ、ステップ９９でプロセスが終了する。付加的な容量が必要な場合は、ステップ４２において、全ての圧縮機が既にＤＯＬモードで運転されているか否かがシステムによって調べられる。そうであれば、プロセスは終了する。そうでない場合は、ステップ４４において、１つの圧縮機がＶＳＤとともに運転されているか否かがシステムにより調べられる。そうでない場合、ステップ４６においてその圧縮機が起動される。続いて、ステップ４８において、ＶＳＤの電流が、ＶＳＤの最大電流に近いか否かが調べられる。本願の例では、ＶＳＤの電流がＶＳＤの最大電流の９９％未満であるか否かが調べられる。但し、他の限界値を利用することも可能である。９９％以上である場合、ステップ５０において、ＥＸＶが最小量（図では１％）だけ閉じられ、ＶＳＤ電流が再び調べられる。ＶＳＤ電流がＶＳＤの最大電流の９９％未満である場合、ＶＳＤ周波数が最小量（図では１％）だけ増大され、これによって、入力電力が増大する。ＥＸＶおよびＶＳＤ周波数の厳密な変化量は、システムに応じて変えることができる。
【００１３】
ステップ５４において、付加的な容量の要求が満たされたか否かがシステムによって調べられる。これが満たされた場合、プロセスは終了する。満たされていない場合、ＶＳＤ１０の周波数が電力供給ライン１８の周波数に到達しているか否かが調べられる。到達していない場合、プロセスはステップ４８に戻る。ＶＳＤ周波数が電力供給ラインの周波数に到達している場合、ステップ５８において、システムにより圧縮機がＤＯＬモードに切り換えられる。切り換え後、ステップ６０において、ＥＸＶ位置が最適であるか否かが調べられる。これが最適である場合、プロセスが終了する。最適でない場合、ステップ６２において、ＥＸＶ位置が最適化される。このプロセスは、付加的な容量がシステムにより要求された場合には、必ず始動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に従って複数の圧縮機に接続された可変速駆動装置（ＶＳＤ）を示す図。
【図２】圧縮機の運転エンベロープを示す図。
【図３】本発明を実行する方法を示す図。
【符号の説明】
１０…可変速駆動装置（ＶＳＤ）
１２，１４，１６…圧縮機
１８…電力ライン
２０，２２…スイッチ
【図１】
0003948919.tif 000002
【図２】
0003948919.tif 000003
【図３】
0003948919.tif 000004