(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却チラーであって、
処理能力制御弁を有するスクリュー圧縮機である圧縮機と、
凝縮器と、
膨張弁と、
蒸発器とを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張弁と前記蒸発器とが全て直列に接続され、
また前記蒸発器及び前記凝縮器の少なくとも一方において液体のレベルを検出するための液体レベルセンサと、
前記チラーの動作を制御するためのコントローラとを備え、前記コントローラが、前記チラー始動時において、前記液体レベルセンサによって検出された液体レベルに応じて前記膨張弁と前記圧縮機の前記処理能力制御弁とを位置付けすることを特徴とする冷却チラー。
【請求項２】
前記液体レベルセンサが前記蒸発器内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷却チラー。
【請求項３】
前記チラー始動時に、前記蒸発器において検出された液体のレベルが所定のレベルより低い場合、前記コントローラが、前記膨張弁を相対的により開いた位置に設定し、かつ前記チラーに即座に負荷がかかるように前記処理能力制御弁を動作させることを特徴とする請求項２に記載の冷却チラー。
【請求項４】
前記コントローラが前記液体レベルセンサによって検出された液体レベルを用いて、チラー始動時以外の時間での前記膨張弁及び前記処理能力制御弁の位置を制御することを特徴とする請求項３に記載の冷却チラー。
【請求項５】
前記チラーの始動時において、前記コントローラが、前記蒸発器において検出された液体のレベルが所定のレベルより低い場合に、前記所定のレベルより高い場合より短時間で前記チラーに負荷がかかるように、前記処理能力制御弁を動作させることを特徴とする請求項１に記載の冷却チラー。
【請求項６】
前記蒸発器が下流薄膜蒸発器であることを特徴とする請求項５に記載の冷却チラー。
【請求項７】
冷却チラーであって、
処理能力制御弁を有するスクリュー圧縮機である圧縮機と、
凝縮器と、
膨張弁と、
蒸発器とを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張弁と前記蒸発器とが全て直列に接続され、
また前記蒸発器及び前記凝縮器の少なくとも一方において液体のレベルを検出するための液体レベルセンサと、
前記チラーの動作を制御するためのコントローラであって、前記コントローラが、前記チラー始動時に、前記液体レベルセンサによって検出された液体レベルに応じて前記膨張弁を位置決めする、該コントローラとを備え、
前記コントローラが、（ｉ）前記検出するための手段により検出される液体レベルが所定レベルより低い場合、チラー始動時に前記膨張弁を相対的により大きく開いた位置に設定し、（ｉｉ）前記液体レベルセンサにより検出される液体レベルが前記所定レベルより高い場合、チラー始動時に前記膨張弁を相対的により閉じた位置に設定し、（ｉｉｉ）前記液体レベルセンサによって検出される液体のレベルが所定のレベルより高い場合、チラー始動時に前記圧縮機に負荷をかけるのを遅らせることを特徴とする冷却チラー。
【請求項８】
チラー始動時において、前記液体レベルセンサによって検出される液体のレベルが所定のレベルより低い場合、前記コントローラが、前記処理能力制御弁を、前記液体レベルセンサにより検出される液体のレベルが前記所定レベルより高い場合より短時間で前記圧縮機に負荷がかかるように動作させることを特徴とする請求項７に記載の冷却チラー。
【請求項９】
前記液体レベルセンサが前記蒸発器内に配置され、前記コントローラが、前記蒸発器において検出された液体のレベルが前記所定レベルに達する時点で、チラーが始動する際に相対的により開いた位置に設定されている状態から相対的により閉じた位置に前記膨張弁を位置付けることを特徴とする請求項７に記載の冷却チラー。
【請求項１０】
液体チラーであって、
スクリュー圧縮機と、
前記圧縮機から排出された圧縮された冷媒ガスを受取り、そこから油を分離する油分離器と、
前記圧縮機の処理能力を調節するための手段と、
前記油分離器から冷媒ガスを受取り、前記冷媒を液状に凝縮する凝縮器と、
蒸発器と、
前記凝縮器から前記蒸発器に液体冷媒を計量するための手段と、
前記蒸発器の液体レベルを検出する手段と、
コントローラとを備え、前記コントローラが（ｉ）前記液体レベルを検出するための手段と、（ｉｉ）前記圧縮機の処理能力を調節するための前記手段と、（ｉｉｉ）前記凝縮器から前記蒸発器に冷媒を計量するための前記手段と通信状態あり、また前記コントローラが、前記蒸発器において検出される液体レベルに応じて、前記チラーが始動する際に前記計量するための手段及び前記圧縮機の処理能力を調節するための前記手段を位置付けることを特徴とする液体チラー。
【請求項１１】
前記計量するための手段が電子工学式膨張弁を備え、また前記蒸発器の液体レベルが所定のレベルより低いレベルと検出される場合、チラー始動時に前記コントローラが前記膨張弁を相対的により開いた位置に位置付け、かつ前記圧縮機の処理能力を調節するための前記手段を前記圧縮機に即座に負荷をかけられるような位置に位置付けることを特徴とする請求項１０に記載の液体チラー。
【請求項１２】
前記蒸発器における液体レベルが前記所定のレベルに到達する時点で、前記コントローラが前記相対的により開いた位置から前記膨張弁を閉じることを特徴とする請求項１１に記載の液体チラー。
【請求項１３】
前記圧縮機の処理能力を調節するための前記手段が前記圧縮機から排出される冷媒ガスを用いて作動することを特徴とする請求項１１に記載の液体チラー。
【請求項１４】
前記蒸発器が下流薄膜蒸発器であることを特徴とする請求項１１に記載の液体チラー。
【請求項１５】
前記コントローラが、チラー始動時及びそれ以降の動作時の両方において前記検出する手段により検出された液体レベルを用いて前記計量するための手段及び前記圧縮機の処理能力を調節するための前記手段の動作を制御することを特徴とする請求項１１に記載の液体チラー。
【請求項１６】
前記蒸発器の液体レベルを検出する前記手段によって、前記蒸発器における液体レベルが所定のレベルより高いレベルであると検出される場合、前記コントローラが前記圧縮機の処理能力を調節するための前記手段の位置付けを遅らせることを特徴とする請求項１０に記載の液体チラー。
【請求項１７】
液体チラーの始動を制御する方法であって、
前記チラーの蒸発器における液体冷媒の所定のレベルを設定する過程であって、前記液体冷媒の所定のレベルは、前記蒸発器において液体冷媒が、始動時の前記チラー保護のための圧縮機の処理能力制御動作を含む始動制御シーケンスの使用を可能とするために十分な量だけ存在することを表す、該過程と、
前記チラーを始動する前に、前記チラーの蒸発器及び凝縮器の少なくとも一方において液体冷媒のレベルを検出する過程と、
検出された液体レベルが前記所定のレベルより低い場合には、チラー始動時に前記チラーの膨張弁を相対的に閉じた第１の位置に位置付ける過程と、
前記検出された液体レベルが前記所定レベルより高い場合には、前記チラーの前記膨張弁を相対的に開いた第２の位置に位置付け、かつ前記始動制御シーケンスを使用して前記チラーを始動させる過程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記検出過程が前記蒸発器における前記液体レベルを検出する過程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記始動制御シーケンスが、チラー始動後に所定時間、前記チラーの圧縮機に負荷をかけるのを遅らせる過程を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
チラー始動後に概ね前記所定のレベルに前記蒸発器の液体のレベルを保持する過程をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記蒸発器において検出された液体レベルが所定のレベルより低い場合にチラー始動時に前記チラーの膨張弁を第１の位置に位置付ける前記過程が、始動時に前記蒸発器において検出された液体レベルが前記所定のレベルより高い場合に前記膨張弁を流れる冷媒流と比較して、始動時に前記チラー凝縮器から前記チラー蒸発器まで流れる冷媒を相対的に増加させるように前記膨張弁を位置付ける過程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記蒸発器において検出された液体レベルが、始動時の前記所定のレベルより低いレベルから、前記所定のレベルまで増加した時点で、前記チラー凝縮器から前記チラー蒸発器までの冷媒流を減少させるように前記膨張弁の位置を変更する過程をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、工業処理並びにまた快感空気調和の応用例において冷水を供給するタイプの液冷チラーに関連する。より詳細には本発明は、スクリュー圧縮機系ウォーターチラー及びその制御方法に関連する。さらに詳細には本発明は、スクリュー圧縮機系ウォーターチラーシステムの始動手順、そのようなチラーシステムにおける、いわゆる逆転開始状態（inverted start condition）の検出及びそのようなチラーを制御して逆転開始状態を処理する方法に関連する。
冷却チラーの始動時及び始動中、チラーの冷媒充填量の大部分は通常システム蒸発器の胴内に見出される。これは、冷媒がその性質により、チラーが停止中にチラーシステムの最も冷たい部分に移動し、溜まる傾向があり、動作停止後の一定期間、通常次にチラーが始動するまでの期間、システム蒸発器がチラーにおいて最も冷たい場所となるためである。また、システムの動作の停止後にのみシステム内に存在するようになる漏れ経路により、チラーシステム内の圧力は典型的には動作停止期間中に等しくなっている。
チラーの「正常な」始動中に、チラーシステムの圧力の高い側（「高圧側」）から圧力の低い側（「低圧側」）まで冷媒を計量するシステム膨張弁は典型的には、名目上、より閉じた設定状態に予め位置付けられている。上記理由のため、チラー始動時にシステム蒸発器内に十分な量の冷媒が存在し、安定動作状態になるまでシステム圧縮機に冷媒が供給されるという推定をもとに、膨張弁がより閉じた設定状態に位置付けられている。
差圧がチラーシステムの高圧側と低圧側との間で急速に発生できるようにするために、膨張弁はそのように相対的に閉じた位置に予め位置付けられており、その差圧の境界をシステム膨張弁と圧縮機が担っている。差圧を用いてチラーの油貯蔵場所から動作上油を供給する必要があるチラーの表面及びベアリングまで油を流動させるため、チラー始動時にそのような差圧をできるだけ急速に発生させることが、システムにおいて必要かつ重要である。さらに「正常な」始動状態下でチラーを確実に安全動作させるために、チラーの制御ロジックに時間遅延が組み込まれており、その時間遅延後にのみチラーに負荷をかけるようになっている。
正常始動状態下での上記に関連する冷媒充填位置の観点から、検出された蒸発器離脱水温（管束を通過した後に水が蒸発器を離脱する温度）が検出された凝縮水温より低い場合には、現在のチラーシステムは、システムの冷媒充填量の大部分が、凝縮器ではなく蒸発器内に存在するものと推定する。これは上記と同様に、システムが停止中に、冷媒がその性質によりチラーシステムの最も冷えた部分に移動し、溜まるためである。蒸発器水温が相対的に低いことは、この推定を確認するものと考えられる。そのような状況下では、「正常な」チラー始動ロジックを用いて、膨張弁を相対的に閉じた位置に位置付けてチラーを稼働するようになる。
始動時にチラーシステムの冷媒充填量の大部分がシステム蒸発器ではなくシステム凝縮器内に存在する状況は、逆転開始状態と呼ばれる。現在のチラーシステムでは、検出された蒸発器離脱水温が検出された凝縮器水温より低くなく、むしろ高いという事実は、システム冷媒充填量の大部分が蒸発器ではなく凝縮器内に存在し、逆転開始状態が存在することを示すものと推定される。
正常始動状態下では膨張弁が相対的に閉じていたが、逆転開始状態は、システム蒸発器内の十分な量の冷媒をシステム圧縮機に供給するために利用できないものと推定されるため、チラー始動時に独自の制御シーケンスを用いている。システム蒸発器内に十分に冷媒が供給されないため、チラーシステムの高圧側と低圧側との間に十分の差分を発生させることができない。またそれにより始動時に圧縮機への潤滑油の供給を当てにできず、チラーの内部状態が「正常化」され、有効に持続する開始状態を達成する前に、低油圧診断により、チラーは始動失敗を繰返すか、或いは動作を停止するようになる。
現在、凝縮水温が蒸発器水温より低いものと検出されるという事実により逆転始動状態が示される場合、「逆転始動ロジック」を用いて、チラーを始動する。そのロジックは典型的には、「正常な」始動状態下で見出される位置より相対的により開いた位置までシステム膨張弁を開口する予備始動ステップを含む。膨張弁をそのように位置付けることにより、システム凝縮器からシステム蒸発器まで冷媒が急速に再充填されるようになる。しかしながら、システム膨張弁がそのように位置付けられ、また膨張弁がチラーシステムの高圧側と低圧側との境界を構成するという事実により、チラーシステムの高圧側と低圧側との間に相対的に広い流路が存在するようになり、その方法自体が、チラーの高圧側と低圧側との間の差圧の発生に害を及ぼすようになる。さらに、圧縮機／チラーを保護するために、「正常な」始動中に圧縮機に負荷をかけるのを遅らせるチラーシステムでは、凝縮器から蒸発器へ冷媒を流動させる必要があるため、逆転始動状態では負荷を遅らせるのをやめる場合が多い。それゆえ始動時の圧縮機の保護に関する安全がなくなるために、逆転始動ロジックの使用はできる限り避けなければならない。
さらに、始動時に凝縮器水温が蒸発器水温より低いという事実は、通常逆転始動状態の存在についての都合のよい指示ではあるが、確実な指示ではない。例えば、冷却塔から供給される凝縮水と共に冷却チラーを用いる場合、冷却塔ポンプの始動により、水が、最初に蒸発器離脱水温より温度が低いチラーの凝縮器に流れるようになる。そのような状況下では、凝縮水温が蒸発器離脱水温より低いという事実は、チラーの始動を継続するためにシステム蒸発器において冷媒充填量が不十分であることを確実に指示するものではない（実際に指示がその状況を示すこともあるが）。それゆえ逆転始動状態の存在についての誤った指示が発生し、必要とされない場合に逆転始動ロジックが用いられることがある。実際には不要な状況で逆転始動ロジックを使用することにより、圧縮機に多量の冷媒が戻され、行われるべき冷媒の過熱が全く或いはほとんど行われず、全てがチラー動作の不具合につながる。
同様に、逆転始動ロジックを使用することが実際に必要ではあるが、蒸発器及び凝縮器の温度の比較がその状況の存在を示さない状況もある。その結果、実際には逆転始動ロジックが必要な場合に、「正常な」始動ロジックが用いられることもある。
誤った指示に関するこれらのいずれの場合においても、チラーが停止したり、誤って始動することが多いため、チラーが用いられる工業処理或いはビルディング快感空気調和の応用例において障害となる。それゆえ冷却チラーの逆転開始状態の存在をより確実に確定し、かつそれが存在する場合により良好にその状態を処理してシステムの停止を低減或いはなくすようにする必要がある。
発明の概要
本発明の目的は、冷却チラーにおいて逆転開始状態の存在をより確実に識別することである。
本発明の別の目的は、凝縮器及び蒸発器離脱水温の比較以外の手段により、冷却チラーにおける逆転開始状態の存在を識別することである。
本発明のさらに別の目的は、チラーの冷媒充填量の位置の誤った指示に基づいて、始動時のチラーシステムの膨張弁の位置決めを行わないことである。
本発明のさらに別の目的は、システム蒸発器及びシステム凝縮器の一方或いは両方において液体レベルを検出することにより、冷却チラーシステムの逆転開始状態の存在をより確実に識別することである。
本発明の上記及び他の目的は、以下の好適な実施例の記載及び添付の図面が考慮される際により明確にはなるが、始動前に冷却チラーの蒸発器の液体冷媒レベルを検出し、かつ検出された液体レベルに応じてシステム膨張弁を適切に位置決めし、その指示された始動状態を処理することにより達成される。
好適な実施例では、システム蒸発器の液体冷媒レベルが検出され、始動時にチラーシステムコントローラに伝送され、コントローラがシステム膨張弁を位置決めし、始動時にシステム冷媒充填量の正しい位置／状態を適切に処理する。始動時に蒸発器において検出された液体レベルが所定のレベルより低い場合には、逆転開始状態の存在が確認され、それによりシステム膨張弁はより開いた位置に位置付けられ、システム凝縮器からシステム蒸発器へ冷媒充填量を即座に流動させるようにする。
このようにして、温度のような誤る可能性があるパラメータを検出及び比較して、逆転開始状態の存在を識別するシステムに比べて、逆転始動状態が存在する場合に、その状態がより確実に識別及び処理される。さらに、蒸発器の液体レベルを連続的に検出することにより、逆転開始状態が処理されるのに応じて、制御により膨張弁を閉塞することができる。それにより、チラーシステムにかかる高圧−低圧間差圧を適宜発生させることにより、圧縮機で十分な潤滑油の供給を受けることがより確実になる。以前のシステム及び現行のシステムによる不要なシステム停止及び誤始動、並びに逆転開始状態の存在の不正確な指示がなくなる。
図面の説明
第１図は、停止状態の本発明の冷却チラーの模式図であり、正常なチラー始動ロジックの使用を必要とするシステム凝縮器及び蒸発器内の液体冷媒レベルが示されており、また影付きで、チラーを稼働するために逆転始動ロジックの使用を必要とする冷媒レベルを示す。
好適な実施例の説明
チラーシステム１０は圧縮機１２、油分離器１４、凝縮器１６、膨張弁１８及び蒸発器２０を備える。これら全ての構成要素は以下により詳細に示されるように冷媒流に対して直列に接続される。
圧縮機１２はスクリュータイプの圧縮機であり、スクリューロータ２２及び２４が作動室２６内で噛み合うように係合される。チラーが動作中にロータの一方がモータ２８によって駆動される。冷媒ガスは圧縮機の吸入領域３０を通り蒸発器２０から作動室２６内に入り、相互に噛み合ったスクリューロータの回転により圧縮される。ガスは著しい高温高圧状態で作動室２６から圧縮機の排出領域３２に排出される。
その性質により、冷却スクリュー圧縮機は、多くの用途において、一定の表面、ベアリング及び内部位置に十分な量の潤滑剤／油を送達される必要がある。その使用後或いは使用中に、そのような潤滑油は圧縮機の作動室内に入り、圧縮された冷媒ガスに同伴され、圧縮機から排出されようになる。排出ガス及びその同伴された潤滑油は油分離器１４に送達され、その中で油の大部分がガスから離脱し、油溜め３４に収集される。
圧縮機１２の動作中に油分離器１４の内部に存在する比較的高い排出圧を用いて、油溜め３４から潤滑油ライン３６を通り、例えば圧縮機のベアリング３８及び４０、並びに圧縮機の作動室内に開口される油注入ポート４２まで潤滑油を流動させる。ベアリング３８及び４０に送達された潤滑油はベアリング内を流れ、それらを潤滑し、その後圧縮機の作動室内の圧縮された低圧冷媒ガス流に送達される。その潤滑油は圧縮機の吸入領域３０或いは作動室２６内のある位置に送達されるが、そこでは冷媒ガスの圧力はまだスクリューロータを噛み合せて回転させることにより十分には昇圧されていない。他の潤滑油は、上記のように、圧縮機の作動室及びその中の圧縮されたガス内に注入ポート４２を介して直接注入される。全てのそのような潤滑油は再び、繰返し連続的に処理され油分離器１４に戻される。
スクリュー圧縮機は摺動弁４４のようないわゆる摺動弁を使用することにより調節される処理能力を有することができる。摺動弁４４はスクリューロータ２２及び２４に対する軸方向に動作するように配置され、圧縮機の作動室の形状に従って、その内壁の一部を形成する輪郭部分を備える。摺動弁は典型的にはロータ（図に示す）の下側或いは上側に配置される。圧縮機１２に十分に負荷がかかる場合、摺動弁４４は摺動ストッパ４６に当接し、最大限の処理能力で冷媒ガスを圧縮するように動作する。
システム１０において例えば熱負荷が低い状態により、圧縮機の処理能力を低減させる場合、摺動弁４４は摺動ストッパ４６から離れる方向に移動する。そのように移動することにより、ロータ２２及び２４の一部が、吸入領域３０と流通状態をなす圧縮機の吸入領域３０Ａに露出する。すなわち、さらに摺動弁４４が摺動ストッパ４６から離れる方向に移動して、スクリューロータの有効長或いは「作動」長が短くない、圧縮機の処理能力がより低くなるであろう。モータ２８に必要とされる作動量が減少する結果として、そのような状況下ではエネルギーが節約され、効率が改善される。
摺動弁４４は、圧縮機１２内部において、電気モータを用いて加圧されたガス、或いはより典型的には加圧された油のようないくつかの手段の任意の１つにおいて、ロータ２２及び２４に対して移動させることができる。第１図では、摺動弁４４は摺動弁作動シリンダ５０内に配置される摺動弁作動ピストン４８に接続される。チラーシステム１０が動作中に、排出圧を有するガスは開口部ロードソレノイド５２により、圧縮機１２の排出領域３２から、通路５１を通り、摺動弁作動シリンダ５０内に流通される。これにより摺動弁４４は圧縮機に負荷をかける方向に移動するようになる。
摺動弁作動シリンダ５０を、例えば開口部アンロードソレノイド５４により排出圧より低い圧力状態のチラーシステム内の位置に排気することにより、また通路５５を介してシリンダ５０を吸入領域３０に排気することにより、ピストン及び摺動弁４４は摺動ストッパ４６から離れる方向に移動するようになる。その移動の結果として圧縮機の負荷が軽減され、再びモータ２８の作動量を低減することによりエネルギーの節約が実行される。始動後に、正常なチラー始動状態が存在する場合、短時間、例えば３分間、圧縮機１２への負荷を遅らせることにより、圧縮機及びチラー保護が得られることに注目されたい。これにより、比較的安定した動作を達成し、圧縮機に負荷がかけられる前に十分な油を供給し、チラーによって生成される冷却液に対する要求を満足することが確実になる。
チラーの動作及びその構成要素の凝縮器並びに蒸発器の動作に対して、第１図のチラーシステムにおいて水が配管５６を通して凝縮器１６の内部に送達される。凝縮器１６内を流れる水は水道、集水層、地下水、冷却塔等のような任意の供給源から供給することができる。チラーが正常動作している場合、比較的高温高圧の冷媒ガスが油分離器１４から凝縮器１６の内部に送達され、配管５６を流れる凝縮器水と熱交換することにより冷却される。凝縮器において生じる熱交換処理より、冷媒が液化され、凝縮器胴の底部に、冷却されてはいるが、まだ高圧の冷媒が貯留される。
比較的冷却された液体冷媒は膨張弁１８を介して凝縮器から計量されるが、膨張弁は制御量を電子工学的に、十分に調節可能なタイプのものであることが好ましい。その後冷媒はシステム蒸発器２０に送達されるが、好適な実施例では蒸発器は流下薄膜型の蒸発器である。そのような冷媒は、膨張弁１８を通ることによりさらに冷却され、著しく減圧されており、その後蒸発器２０の管５８を流れる水或いは別の流体熱交換用媒体と熱交換接触する。
蒸発器２０において行われる熱交換処理により生成された冷却水は、管５８を介して、例えばビルディング或いは冷却水を用いて工業処理が行われる場所内の空気のような冷却を必要とする熱負荷の場所まで送達される。蒸発器水温は、熱交換により熱負荷の場所で上昇し、それに応じてチラーの最終的な目的である熱負荷冷却が行われる。ここで相対的に暖かい蒸発器水が熱負荷の場所から蒸発器２０まで戻され、その中で再びチラーが動作中であれば、継続して処理され、システム冷媒と熱交換される。
チラーシステム１０が停止している場合、チラーを通る強制冷媒流は停止され、チラーシステム間の圧力はその時間中に等しくなる。同様にその時間中、システム冷媒は通常少なくとも最初に「より冷たい」システム蒸発器に移動し、その中で液体状態になる。
それゆえ、チラーが次に始動し、圧縮機及びチラーシステムに冷媒を供給する際に、チラー動作が安定状態に達するまで、通常十分な冷媒が蒸発器において利用可能であることが予想される。その結果、膨張弁１８は始動時に通常、チラーシステムの高圧側と低圧側との間に差圧を急速に発生させる相対的に閉じた位置に位置付けられるようになる。これもまた、一度始動されれば、対応して動作することになるシステム圧縮機が十分な油供給量を適宜利用可能であることを確実にする。
動作停止後ある理由のために、チラー１０が始動する時点で十分な冷媒が存在しない状況下では、いわゆる「逆転始動」状態が生じる。そのような状況下では、膨張弁１８は相対的に十分に開いた位置に位置付けられ、膨張弁１８の上流からシステム蒸発器へ十分な量の冷媒が迅速に送達されるようにする。また「正常な」始動時に、チラーに負荷をかける際の保護上の遅れ時間は省略され、凝縮器から蒸発器への冷媒の流動を容易にする。逆転始動状況下で膨張弁１８が相対的に開いた位置に位置付けられなければならないという事実は、圧縮機を十分に潤滑するのを確保するために十分な高−低圧力差を発生させることが、それにより時間がかかるようになるために、有効なチラーの始動の実現を困難にする。その時間がかかりずぎる場合、チラーは低油圧診断を受け、停止される場合もある。さらに凝縮器から蒸発器まで冷媒を流動させるために即座に圧縮機に負荷をかける必要があるため、始動時に圧縮機が損傷から保護される度合いは減少する。
さらに現行システムの逆転始動状態の存在は、検出及び識別するために用いられるシステムパラメータにより、誤って識別される可能性も大きい。この点に関して、現行システムは凝縮水温と蒸発器水温とを比較し、チラーに逆転始動状態が存在しているか否かを確定する場合が多い。逆転始動状態の存在を誤って識別することにより、そのような制御が適切でない場合であっても始動時に逆転始動ロジックを用いてチラーを制御するようになる。この結果チラー機能の不要な中断を招くことになる。同様に凝縮器及び蒸発器水温の使用は、必要な場合に逆転始動ロジックを利用し損ない、実際には逆転始動状態によりチラー機能の不要な中断を招く場合であっても、逆転始動状態が存在しないことを示唆することもある。
本発明のチラーシステムでは、コントローラ６０が、特に膨張弁１８、摺動弁ロードソレノイド５２及び摺動弁アンロードソレノイド５４の位置を制御する。さらにコントローラ６０は蒸発器２０及びその内部の液体レベルセンサ６２と通信状態にある。そのように通信状態をなすことにより、コントローラ６０は、動作中のチラーシステムを制御する場合及び逆転始動状態を取り扱う場合の両方において、蒸発器２０の液体冷媒のレベルを、動的及び高精度に判断することができる。
好適な実施例では、チラーシステム１０の制御は、蒸発器２０が、参照して本明細書の一部としている本出願人による同時出願の、同じ譲受人に譲渡された１９９７年２月１４日出願の米国特許出願第０８／８０１，５４５号に記載される種類のいわゆる下流薄膜蒸発器であるという事実に一部基づいている。多くのそのようなシステムでは、蒸発器内の液体レベルは、始動時のみならず安定状態動作中も検出され、システム動作を効率的に制御するために用いられる。
好適な実施例では、蒸発器内の液体レベルは、チラーが動作中に所定のレベルに維持されるように制御される。その液体レベルを維持することにより蒸発器の熱伝達処理が最適化される。それゆえ、センサ６２は逆転始動状態の存在を検出し、かつ処理する以外の目的でチラーシステム１０内に存在すると同時に、蒸発器２０の液体レベルを、チラーが停止中であってもコントローラ６０において利用可能なパラメータとしている。チラー始動前に蒸発器２０の実際の液体レベルを知ることにより、コントローラ６０は、推定によらずに、また誤った指示を与えるシステムに関連する温度の測定値を用いることなく、逆転始動状態がチラー内に存在するか否かを識別することができる。
好適な実施例では、センサ６２は逆転始動状態を識別かつ処理する以外にも利用されているが、本発明は逆転始動状態を識別するために設けられた液体レベルセンサの使用及び下流薄膜型の蒸発器以外の蒸発器を備えるチラーシステムにおける専用センサの使用を含むことも理解されたい。またシステム凝縮器における液体レベルも同様に検出され、チラー始動時のシステムの冷媒充填量の位置を指示するものとして用いられることができることも理解されたい。
十分な液体レベル６８（図面においては影付きで示される）が、濃縮器１６内の「正常な」停止液体レベル７０（同様に影付きで示される）と共に蒸発器２０内で検出される場合、蒸発器の液体レベルを検出することにより、本発明のコントローラ６０は、膨張弁１８を相対的に閉じた設定状態に予め位置決めし、膨張弁が相対的に閉じていても最初にシステム圧縮機に供給するだけの十分な量の蒸発器が利用可能な冷媒が存在し、かつその結果システム内に差圧が急速に発生することのいずれをも確実にする。一方センサ６２を介してコントローラ６０が、凝縮器１６の液体レベル６６が上昇するのに応じて（或いは同様にセンサ６２により示すことができる利用可能な冷媒充填量の損失に応じて）、始動時に蒸発器２０内の液体レベル６４が低下していることを識別する場合には、逆転始動状態の存在が検証される。その後膨張弁１８はコントローラ６０により、より開いた位置に予め位置付けられ、チラーが始動する際に、冷媒が凝縮器１６から蒸発器２０まで急速に流動できるようにする。
その後、液体レベルが許容レベルまで上昇するのに応じてコントローラ６０は蒸発器２０の液体のレベルを監視し、その状況下で出来るだけ急速な高−低側差圧の発生を容易にするために膨張弁１８を閉塞する。逆転始動状態の存在以外の状況により影響を受ける温度のような誤った不正確なシステム指示により生じるチラーの動作停止は避けられる。さらに蒸発器における液体レベルに関するコントローラ６０の「読み」は瞬時に、動的にしかも正確に行われ、システム温度のようなパラメータがその状態に適宜応答するのが困難であり、その状態に対して進んだり遅れたりするのに対して、それがチラー始動中に生じる際に冷媒の再配置を「進行させること」より、急速に膨張弁１８が閉塞されるようになる。一度チラーが始動し、安定状態動作に達する場合、好適な実施例における膨張弁１８の設定状態はコントローラ６０により制御され、蒸発器の熱伝達処理を最適化するために予め確定されている蒸発器２０の液体レベルを保持する。
すなわち、本発明のチラーシステム１０において逆転始動状態が存在する場合、その状態はより正確に、精度良く識別され、チラーを稼働し、その稼働状態を保持し、さらに安定状態動作が達成されるまでそれを動作状態に保持する際に、システム動作がより良好に制御される。その全ての結果、逆転始動状態に関する誤った始動、すなわちそのような状態が存在するが状態が適切に識別されないか、或いは存在しないが存在するものと誤った識別される場合の始動が低減されるか或いは完全になくなる。
本発明は好適な実施例に関連して記載されてきたが、本発明はその実施例に制限されず、詳細には取り扱われなかった改変例、変更例及び等価例を含むことを理解されたい。
【図１】
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