| 【発明の名称】 |
トルクを制御する方法および手段 |
| 【発明者】 |
【氏名】ペーター エフ．カイドウ
【氏名】ケイル ディー．ウェッセルズ
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| 【要約】 |
【課題】起動時に圧縮機のトルクを制御する方法を提供する。
【解決手段】圧縮機１０に電力を供給する前に、圧縮機１０に供給される冷媒の量を吸入調整バルブ２０によって抑制し、バンク１０−２のみによって吸入側と吐出側とが接続されるように、ソレノイドバルブ１８，１９を開いて他のバンク１０−１，１０−３をバイパスする。圧縮機１０に電力を供給し、圧縮機１０が運転速度に到達した後で、ソレノイドバルブ１８，１９を閉じてバンク１０−１，１０−３のバイパスを遮断する。全バンク１０−１，１０−２，１０−３によって吸入側と吐出側とが接続された状態で、圧縮機１０に供給される冷媒の量を吸入調整バルブ２０によって増加させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数のバンクを有する圧縮機を備えた冷凍システムにおいて、起動時に電力要求量を調節するためにトルクを制御する方法であって、前記圧縮機に電力を供給する前に、前記圧縮機に供給される冷媒の量を抑制し、少なくとも１つのバンクによって吸入側と吐出側とが常に接続されるように前記圧縮機のバンクの大多数をバイパスするステップと、前記圧縮機に電力を供給し、運転速度に到達した後で、前記の大多数のバンクのバイパスを全て遮断するステップと、全バンクによって吸入側と吐出側とが接続された状態で、前記圧縮機に供給される冷媒の量を増加させるステップと、を有することを特徴とするトルクを制御する方法。
【請求項２】前記の大多数のバンクのバイパスを全て遮断するステップは、圧縮機の電力要求量が減少するほどに吸入圧力が十分低下した後で行うことを特徴とする請求項１記載のトルクを制御する方法。
【請求項３】冷凍システムにおいて、起動時に電力要求量を調整するためにトルクを制御する手段であって、複数のバンクを有する圧縮機と、前記圧縮機を駆動する手段と、冷媒を前記圧縮機に供給するための吸入ラインと、圧縮された冷媒を前記圧縮機から前記冷凍システムに移送するための吐出ラインと、抑制された量の冷媒が前記圧縮機に供給されるように前記圧縮機に供給される冷媒の量を制御する手段と、少なくとも１つのバンクによって前記吸入ラインと前記吐出ラインとが常に接続されるように、前記圧縮機の前記バンクの大多数を選択的にバイパスする手段と、を備えていることを特徴とするトルクを制御する手段。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、起動時に圧縮機のトルクを制御する方法および手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧縮機の起動時は、２つの動的状態からなる過渡状態となっている。第１の状態、つまりクランクの加速時は、停止状態から運転速度までの遷移過程である。圧縮機を正常に起動する、すなわち停止状態から運転速度まで速度を上昇させるためには、モータから得られるトルクがトルク要求量と一致するか、もしくはこれよりも大きくなければならない。トルク要求量は、シリンダ圧力に起因するトルクおよび加速に必要なトルクからなる。クランク軸の最初の回転時には、モータは、クランク軸全体の回転により生じる最大トルクを上回り、かつクランクを加速するのに十分なトルク容量を残していなければならない。圧縮機を横断する圧力が均等にされた状態で起動した場合、シリンダ圧力によるトルクは最初は０フートポンドである。圧縮機の回転数の上昇時には、トルク負荷は増大する。しかし、クランクの速度が運転速度に近くなると、圧縮機の駆動ギアおよび回転子の慣性によって最大トルクの変化量は効果的に減少する。吸入遮断によるアンロードを行う場合、シリンダ内の圧力が著しく変化するため、クランクが受ける最大トルク値は大きくなる。クランクの速度が完全に上昇していないため、このトルク要求量を相殺するほどにシステムの慣性力は大きくなっていない。電源を抑制する場合、この過度なトルク要求量は、例えば高い大気温度に起因する高圧力状態で克服するには大きすぎる。第２の状態には、運転速度に到達した時点からシステムの通常運転時の圧力に到達する時点までの遷移過程が含まれる。圧縮機が運転速度に到達した後で、システムの低圧側、すなわち圧縮機の吸入側から膨張器までが圧力低下（ポンプダウン）しなければならない。
【０００３】発電器によって動力が供給される輸送冷凍システムといった冷凍システムでは、高い圧力／高い大気温度で圧縮機を起動する場合、発電機に高負荷がかかる。寸法上の制約のため、発電機の出力は制限され、厳しい状態では圧縮機の最大要求量よりも低くなる。圧縮機の要求量は圧縮機容量装置によって制御することができる。該容量装置は、一般的に、圧縮機のシリンダへの吸入ガスの流入を阻止したり（吸入遮断(suction cut-off)）、もしくは吐出ガスを再循環してシリンダヘッドの吸入側に戻したり（高温ガスバイパス（hot gas bypass)）するものである。圧縮機全体からの吐出ガスを吸入側にバイパスすることによって、起動時の最初の状態での過度なトルク変動は抑制されるが、システムの低圧側がポンプダウンされる起動時の第２の状態にすることが不可能となる。さらに詳しくは、圧縮機全体を高温ガスバイパスすることによって圧縮されたガスがシステムに移送されず、従って、システムがポンプダウンされない。本発明は、吸入ラインの絞りと組み合わせて高温ガスバイパスを利用することによって、最初のクランク加速時からポンプダウン時までの圧縮機のトルク要求量を最小にする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、起動時の圧縮機のトルクを抑制することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】通常、起動時には、圧縮機のシリンダの少なくとも１つのバンクが、気体を圧縮し、圧縮された気体をシステムに送ることが可能となっており、他のバンクの少なくとも大多数は高温ガスバイパスされている。動作中の全てのバンクにより圧縮されて移送される気体の量が制御可能となるように圧縮機全体の吸入調整が行われ、これによって圧縮機の電力要求量が制御される。
【０００６】
【発明の実施の形態】図で、符号１００は、例えば輸送冷凍システムといった冷凍システム全体を示している。冷凍システム１００は閉じた冷凍回路を備えており、該冷凍回路は、圧縮機１０，吐出ライン１２，凝縮器６０，膨張器７０，蒸発器８０および吸入ライン１４を直列に備えている。３つのバンク１０−１，１０−２，１０−３が図示されているように、圧縮機１０は複数のバンクを備えている。
【０００７】圧縮機１０はモータ４０によって駆動され、モータ４０は、発電器といった電源５０によって駆動される。マイクロプロセッサ９０は、感知された大気温度、凝縮器に入る空気の温度、空間温度、空間設定値、といった複数の入力を受け取り、該マイクロプロセッサ９０によって冷凍システム１００は制御される。マイクロプロセッサ９０は、感知された入力に応答して、圧縮機１０およびモータ４０を制御し、かつ電源５０を制御することが可能となっている。ここまでに開示された冷凍システムおよび動作は、ほぼ一般的なものである。
【０００８】吸入ライン１４は流路１４−１，１４−２，１４−３に分岐しており、これらの流路１４−１，１４−２，１４−３はバンク１０−１，１０−２，１０−３にそれぞれ接続されている。チェックバルブ１６を備えた吐出流路１２−１、吐出流路１２−２、チェックバルブ１７を備えた吐出流路１２−３、によって、バンク１０−１，１０−２，１０−３がそれぞれ吐出ライン１２に接続されている。バンク１０−１はバイパス１０−１ａを備えており、バイパス１０−１ａは、流路１２−１を流路１４−１に接続しているとともに、マイクロプロセッサ９０によって制御されるオン−オフソレノイドバルブ１８を備えている。同様に、バンク１０−３はバイパス１０−３ａを備えており、バイパス１０−３ａは流路１２−３を流路１４−３に接続しているとともに、マイクロプロセッサ９０によって制御されるオン−オフソレノイドバルブ１９を備えている。吸入調整バルブ２０は、吸入ライン１４内の流れを調整するものであり、マイクロプロセッサ９０によって制御される。吸入調整バルブ２０は、閉状態と全開状態の間で連続的に可変なものであり、図示されたように、パルス速度および開状態／閉状態の持続時間を可変としたパルス化したソレノイドバルブとすることも可能である。
【０００９】冷凍システムの停止時には、通常、停止作業の一部としてシステム内の圧力が均等化される。電源の故障によってシステムが突然に停止した場合は、時間遅れがあり、圧力が均等となるように迅速に再起動することは不可能である。圧力の均等化が望まれる理由は、圧縮機の吐出バルブに作用するシステム圧力および吐出バルブ構造の付勢力に抵抗して吐出バルブを開く必要があるためである。上述したように、圧縮機容量は、通常運転時のみならず起動時にも制御されるが、吸入調整および高温ガスバイパスは、連続的には圧縮機に利用されない。
【００１０】冷凍システム１００が停止しており、かつ圧力が圧縮機１０を横断して均等となっている場合、マイクロプロセッサ９０への空間入力に応答して、もしくは冷凍システム１００の運転が開始されることによって、バルブ１８，１９が開かれるとともに吸入調整バルブ２０が抑制されて開かれた状態で圧縮機１０が起動される。圧縮機電力が許容可能な限界値以下に抑制されるほどに、圧縮機１０が受けるシステム圧力が低下するまで、バルブ１８，１９は開かれないことは認識されるべきである。このことは、圧縮機１０が３つのバンク、６つのシリンダとともに動作しており、システム圧力が高くなっている場合には、圧縮機１０に過負荷がかかるほどの量の冷媒が圧縮機１０と膨張器７０との間に存在するためである。バルブ１８，１９が開いた状態では、バンク１０−１，１０−３を横断する圧力差は公称的に零であり、仕事／圧縮は行われないが、摩擦による冷媒の加熱および流量損失が伴う。バンク１０−２によって、吸入調整バルブ２０の開度およびバンク１０−２の容量の可能な限り、冷媒ガスが吸入ライン１４から流路１４−２を通して吸入され、圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、流路１２−２を介して吐出ライン１２に流れ、続いて凝縮器６０等に流れる。バンク１０−２によってガスが吸入ライン１４から取り入れられ、吐出ライン１２に流出されるため、吐出圧力の上昇のみならず吸入圧力の低下に起因して、圧縮機１０を横断する圧力差が増大し始める。モータ４０の速度上昇時、すなわち最初の、クランク軸の回転数の上昇時に、圧縮機電力が抑制されるほどに吸入圧力が低くなっている場合、バルブ１８，１９は閉じられるが吸入調整バルブ２０はそのままの状態にされる。そうでない場合は、吸入圧力が十分に低下するまで、バルブ１８，１９が開いた状態で圧縮機１０の運転が続けられる。従って、バルブ１８，１９が閉じた状態では、吸入調整バルブ２０により十分に流量が制限された場合にバンク１０−２のみによって圧縮される量と同量のガスが、バンク１０−１，１０−２，１０−３によって一括して圧縮される。バンク１０−２の仕事量が小さいため、バルブ１８，１９を閉じていることによって、トルク要求量の変化は大きくはない。バンク１０−１，１０−２，１０−３が動作している状態で、吸入調整バルブ２０によって、圧縮機１０に供給されて圧縮された後システムに供給される冷媒の量が徐々に増加される。より多量の冷媒が圧縮されてシステムに流されるに従って、通常運転時の圧力に到達する。吸入調整バルブ２０は、複数の状態に対応して制御されることが可能となっている。図示されているように、モータ４０の電流は、マイクロプロセッサ９０に接続された電流センサ４２によって検出される。マイクロプロセッサ９０により吸入調整バルブ２０が制御されることによって起動時に圧縮機１０に供給される冷媒量が抑制され、これによってモータ４０に流れる電流が抑制される。モータ４０は、電源５０から電力が供給され、圧縮機１０を駆動する。電力要求量が著しく増大するのを防ぐために、吸入調整バルブ２０は、圧力と電流との相関がある部分の検出圧力に基づいて制御されることも可能であり、もしくは時間に関するシーケンスに従って制御されることも可能である。
【００１１】以上より、１つのバンクのみによりガスの圧縮が行われており、かつガスの供給に吸入調整を行うことによってガスが抑制された状態で、圧縮機を起動することによって、完全に負荷をかけて起動する場合の電力は必要ではなくなることは明らかである。吸入圧力およびバルブ部材の付勢力と公称的に等しい圧力で吐出バルブが開くように他のバンクは高温気体バイパスされている。吸入調整されながら全バンクによって気体が圧縮されるのは、圧縮機の速度上昇時のみである。全バンクにより圧縮が行われることによって、吸入調整は取り除かれる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１００３４９３
【氏名又は名称】キャリア コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＲＩＥＲ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１０日（２０００．３．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１９９
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 富士弥 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２９２０１８（Ｐ２０００−２９２０１８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−６６１６２（Ｐ２０００−６６１６２） |
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