Adaptive controller for cooling system using a pulse width adjustment duty cycle scroll compressor

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の背景と要約 この発明は一般に冷凍ないし冷却システム、圧縮機制御システム及び冷媒制御弁制御システムに関するものである。 より特別にはこの発明は、負荷センサからひき出された可変の負荷サイクル信号（ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌ
ｅ ｓｉｇｎａｌ）によって制御されるパルス幅調整圧縮機或いは蒸発器ステッパー制御器を用いる冷凍ないし冷却システムに関するものである。 可変の負荷サイクル信号は、適応コントローラによって発生させるのが好ましい。 圧縮機はシールにより分離された２つの機械的な要素を有し、これらの機械的な要素は流体圧力を高めるために、互いに対し相対的に反復運動可能である。 圧縮機は制御信号に応じ上記シールによる密封を選択的に解除する機構を含み、それによってシステムの容量を調整できる。

【０００２】 冷却システムは冷却ケース等の中で分散システムとして配置できる。 好ましい配置では圧縮機及び凝縮器サブシステムを冷却ケース内又は冷却ケース上に設けることができ、そうすることによって冷媒導管の長さと必要な冷媒量を大きく減らせる。

【０００３】 従来一般にスーパーマーケットの冷却ケースのための冷却システムは、圧縮機台から冷媒を供給される空冷式又は水冷式の凝縮器を用いて来ている。 複数の圧縮機は、冷却容量を負荷の要求に合わせため個別に発停できるように、並列に接続されている。 普通には複数の凝縮器は外部、建物の屋根の上、又は冷却ケースが配置されているショピング区域に隣接する機械室内に配置されている。

【０００４】 それぞれの冷却ケース内には該ケースを冷却するため、それを通して膨張された冷媒が循環する凝縮器からの管路を接続されている蒸発器が設けられている。
所望のケース温度を維持するため蒸発器を通して流れる冷媒流は、閉ループ制御系によって制御される。 この目的のためには比例積分微分（ＰＩＤ）閉ループ制御系を、感知された状態入力を供給する温度センサ及び／又は圧力センサと一緒に用いることが一般的である。

【０００５】 スーパーマーケットでは異なった個別の冷却温度範囲、すなわち低温（冷凍食品及びアイスクリーム用、普通−２５°Ｆ）、中間温度（肉類及び乳製品用、普通＋２０°Ｆ）、高温（花類及び青果物用、普通＋３５から＋４０°Ｆ）、に対し分離したシステムを用いるのが、一般的な習慣である。 分離した低温、中間温度及び高温システムはそれぞれ、その温度範囲に対して最適化されねばならない。 それぞれのシステムは普通、それ自身の圧縮機台と圧縮機及び凝縮器へと連なるそれ自身の冷媒導管を用いている。

【０００６】 上述した従来の配置は、構築及び維持するのに極めて高価につく。 コストの多くは、長い冷媒導管列に関係している。 長い導管列は設備及び組付けの点で高価につくばかりでなく、導管を満たすための冷媒量も高価な要因である。 導管列が長ければ長いほど、より多量の冷媒が必要となる。 コストの点の他に環境要因もある。 管継ぎ手が漏れを生じると冷媒が大気中に逸散する。 長い導管列は積極的に漏れを生じる、より多くのパイプ継ぎ手部を含むのが必然的である。 漏れが生じると、導管が長ければ長いほどより多くの冷媒が失われる。

【０００７】 今日、環境に優しい冷却システムに対する高い関心がある。 導管列を短縮することは、環境により優しいシステムを達成する１つの方法である。 これを達成するためには、新しい凝縮器／圧縮機構造と新しい制御システムを設計する必要がある。

【０００８】 環境により優しいシステムのための凝縮器／圧縮機構造の再設計は、システムの効率が犠牲にされてはならないことから単純な仕事ではない。 一般に従来の屋根載置式の凝縮器システムで、凝縮器によって与えられる経済上の長所は大きく効率も十分である。 これらの従来のシステムは、将来の環境に優しいシステムが尺度とする必要のある基準とすべきものである。

【０００９】 環境に優しいシステムを再設計することが困難であると判明している理由をみるために、熱力学的な問題を考慮する。 典型的な冷却ケースは、極めて予測困難な条件の下で作動する。 設計上の観点からみると、冷却される熱質量は一定であるのがまれである。 スーパーマーケットのおかれている環境下で温度及び湿度は、１日のうちの異なった時間及び年間を通じての異なった季節で大きく変動する。 製品（冷却ケース内の品物）負荷も予測不能に変動する。 顧客が製品を除去することと店員が製品を補充することとは、同時に行われるのがまれである。 スーパーマーケットの外部では外気の温度と湿度が、昼と夜とで及び／又は夏と冬とで大きく変動する。 システムの容量は、最も苛酷な状態（凝縮器のおかれている環境が最も暑い場合）に合わせて設計されなければならない。 したがってシステムはより苛酷でない状態、例えば涼しい夕方とか冬、では過剰の容量を有することになる。

【００１０】 周期的な除霜もシステム中に熱変動を招く。 除霜サイクルによって生じる熱変動は環境状態による熱変動とは異なり、制御システム自体に原因するもので周囲の環境によるものではない。

【００１１】 類似して多冷却ケースを扱う制御システムでは、予測するのが極く困難である熱変動を生じ得る。 多ケース系の全てのケースが突然、作動状態に切り替えられると、それぞれの冷却要求をみたすため冷却容量を最大値にまで急速に高めねばならない。 同様に全てのケースが突然、非作動状態に切り替えられると、冷却容量を急速に低めねばならない。 しかし冷却ケースが各独立に作動されるとすると、冷却容量に対するその時々の要求は広範に、かつ予測不能に変動しがちである。

【００１２】 上述のように環境に優しいシステムの設計を困難としてきた諸問題がある。 これらの問題に加えて、ユーザーの処理／人間工学上の問題がある。 今日のＰＩＤ
コントローラは、分散冷却システムに適応させることに困難がある。 経験をつんだ技術者はうまく同調されたＰＩＤコントローラも、ＰＩＤアルゴリズムで使用される適切な制御定数を選択する上で或る程度の芸術を要求することを、知っている。 通常の建造物の大きな冷却システム（非分散型）ではそのシステムの規模が、制御定数パラメータを微細調節するために制御技術者がその場所に（おそらく繰り返し）訪れることを正当化している。

【００１３】 このような訪問は、構成要素が個別に規模がより小さく数がずっと多い分散系では実際的でないようである。 比較すると、通常のシステムでは全多ケース、店全体のシステムに対し１つのコントローラを使用するであろう。 同じ店の分散システムでは、店内の各ケース又は近接するケース群のために１つのコントローラを使用するであろう。 分散系は、最終ユーザーとの係わり合いを最小限とするように設計される必要がある。 したがってコントローラが自動的に適応できれば、
それは望ましいことであろう。 現在のところ、制御システムはこの能力を欠いている。

【００１４】 この発明は次のような分散冷却システム、すなわち凝縮器が冷却ケース上に配置されており同様に冷却ケース内に配置してよい特別なパルス幅調整圧縮機から冷媒供給を受けることとされた冷却システムを、提供するものである。 所望の場合には凝縮器及び圧縮機を、個々のケースがそれ自体の蒸発器を有する一群の冷却ケースに冷媒を供給するように接続できる。

【００１５】 パルス幅調整圧縮機は、冷媒をくみ出すため流体圧力を高めるように互いに対し相対的に回転運動する２つの機械的な要素、例えば２つのスクロール部材、を備える。 圧縮機は該２つの機械的な要素間の密封を選択的に解除して、２つの機械的な要素が実質的に一定した相対運動を維持することとしながら圧縮機によって生ぜしめられる流体圧力を変更することとする機構を含む。 圧縮機は上記した機械的な要素を駆動する電動モータを発停させることなく、流体密封と同密封の解除によってパルス幅調整される。

【００１６】 パルス幅調整圧縮機は、測定されたシステム負荷に基づく可変の負荷サイクル制御信号を供給する制御システムによって駆動される。 コントローラも制御信号の周波数（又はサイクル時間）を制御して、冷媒系の圧力変動を最少化する。 したがってオン時間は負荷サイクルとサイクル時間の積に等しく、ここにサイクル時間は周波数の逆元である。

【００１７】 この発明に従った冷却システムは数多くの長所を有する。 その時々のシステム容量が可変の負荷サイクル制御によって容易に制御されるので、過大寸法の圧縮機を起動時及び除霜後により速やかな温度予冷を達成するために、従来の圧縮機システムのようにサイクル短縮を生じさせることなく使用できる。 可変の負荷サイクル制御の別の長所は、凝縮器温度或いはケース温度設定点の突然の変動に対しシステムが迅速に応動できる点にある。 コントローラは外乱に応じて容量を不安定な振動を生じることなく、また重大な行き過ぎなしに調整する。 また要求に合わせてその時々の容量を調整する能力を有することから、システムをより高い蒸発器温度で作動させ得る（従来のシステムで過大容量時に経験された温度の極度の下降が避けられる）。

【００１８】 より高い蒸発器温度での作動は、より高い温度では霜がよりゆっくりと生じることから除霜に必要なエネルギーを減少させる。 除霜間の時間も、実際の可変の負荷サイクル制御信号により指示される蓄積ルーチン時間に比例した比率だけ長くできる。 例えば６０パーセントの負荷サイクルは除霜間の標準の３時間を５倍（３／０．６０＝５）に増加させるであろう。

【００１９】 システムのパルス幅制御作動によって油戻りが改善される。 冷媒流れは高容量と低容量（例えば１００％と０％）間で脈動し、熱交換器中の油境界層を破壊するより高度の乱流をつくり出す。

【００２０】 可変の負荷サイクル制御システムの他の長所はそれが単なるオリフィス、熱膨張弁（ＴＸＶ）及び電子膨張弁を含む様々な膨張器と共に作動する能力にある。
膨張器コントローラから引き出された信号は、この発明に従った圧縮機に供給できる。 この信号は可変の負荷サイクル制御信号及び／又はその周波数を、膨張器のその時々の作動状態に合致させるように調整することを可能とする。 類似の方法を、空冷凝縮器システム中の可変速のファンを作動させるために使用してもよい。 その場合にはこの発明に従ったコントローラは、圧縮機の現在の作動負荷サイクルに基づいてファン速度を制御する信号を与える。

【００２１】 この発明の別の長所は重要な環境上の関心事である低冷媒充填量が生じたとき 、それを検出する能力にある。 低冷媒充填量は、システム中での漏れがあり得 ることを示す。 低充填量は、システム負荷サイクルが調整されるときに実際の温度と設定点温度間の誤差ないし偏差を観察することにより検出できる。 制御システムは、負荷サイクルにおける調整が温度維持に対する所望の効果を有しない時を検出するように構成できる。 この現象は冷媒充填量の損失、熱膨張弁の粘着、
及び他の機能不良に起因する。

【００２２】 この発明、その目的及び長所をより完全に理解するためには、以下の説明と添付図を参照されたい。

【００２３】 好ましい実施例の説明 図１は従来のスーパーマーケットの冷凍システムについて、その構成方法を図解したものである。 前述したように圧縮機３０と凝縮器３２を、冷却ケース３４
から離れた位置に設置するのが普通である。 図例では複数の圧縮機３０が、建物の屋根３６上に並列配置されている。 一連の圧縮機３０は冷媒を、空冷式又は水冷式のものであってよい単一の大型凝縮器３２に供給する。 凝縮器３０は受液器３８に液状冷媒を供給する。 受液器３８は冷媒を、図示のように並列接続してある個々の冷却ケース３４へと供給する。 たいていの設備では液体ライン中の電磁弁４０が、蒸発器４２に対する流量を制御するために用いられる。 蒸発器４２に対し冷媒は、膨張弁４４のような適当な膨張器を介して供給される。 膨張弁４４
は液状の冷媒を液滴へと細分化する制限オリフィスを提供し、蒸発器４２の入口側には液滴が導入される。 冷却ケース３４内に位置させてある蒸発器４２は、液状の冷媒滴を気体へと気化することによって該ケース３４及びその内容物から熱を抽出する。 同気体は圧縮機３０に吸引され、圧縮機３０によって再び液状へと圧縮される。 液状の冷媒は次いで凝縮器３２中で冷却され受液器３８へと戻され、サイクルが継続する。

【００２４】 冷却能力を負荷と釣り合わせるため圧縮機３０は、必要に応じ個別的に又はグループで運転及び停止させてよい。 典型的なスーパーマーケットにおける配列では図１に図解されているように、異なった作動温度範囲を処理するための数個の独立システムがあり得る。 液体ライン４６及び吸入ライン４８がそれぞれ、冷却ケース３４から屋根３６へ至る距離をまたがらせてカバーするため極く長いもの（例えば１５０フィートまでのもの）であることが必要であり得る点に、留意されたい。

【００２５】 図２は、この発明の原理とするところに従って構成された冷凍ないし冷却ケース３４を示している。 凝縮器３２と圧縮機３０は共に、ケース３４内に配置されているかケース３４に取付けられている。 蒸発器４２とそれと関連する膨張弁４
４も同様に、ケース３４内に配置されている。 凝縮器３２には、熱を大気中へと移送する熱除去機構５０を設けてある。 この熱除去機構５０は、建物の屋根上に配置した水冷式クーリングタワーへと廃熱を運ぶ適当な配管へと接続された水ジャケットとしてよい。 また熱除去機構は、強制空気流冷却システム又は受動的空気対流冷却システムであってもよい。

【００２６】 この発明の冷凍ないし冷却システムでは、圧縮機３０上の電磁弁５６へと連なるライン５４に対しパルス幅調整された制御信号を供給する圧縮機コントローラ５２を用いる。 圧縮機コントローラ５２は制御信号のパルス幅を、後述するアルゴリズムを用いて調整する。 パルス幅を決定するため温度センサ５８のような適当な負荷センサによって、コントローラ５２により使用される入力信号を供給する。

【００２７】 図３，４は圧縮機３０の具体構造を示している。 図３は圧縮機を負荷状態で示し、図４は圧縮機を負荷解除状態で示している。 電磁弁５６は圧縮機３０をこれらの２つの状態の間で、該圧縮機のモータが作動状態に維持されている条件下で切り替える。 この構成の１つの重要な長所は、圧縮機のモータに対する電力の供給を中断することなしに圧縮機を、負荷状態と負荷解除状態との間で極めて迅速にパルス幅制御できる点にある。 モータが角運動量の突然の変動を受けないことからして、このパルス幅制御サイクルは圧縮機の摩耗を少なくする。

【００２８】 図３，４には好ましい圧縮機３０を示してある。 この圧縮機３０は、出願人の米国特許Ｎｏ． ５，１０２，３１６に記載されている型式の密閉型のスクロール圧縮機である。

【００２９】 好ましい圧縮機３０は外殻６１、及び上部軸受ハウジング６３上で支持されクランクピン６５と駆動ブッシュ６０とを介しクランク軸６２へと連動連結されている旋回スクロール部材６４を含む。 非旋回スクロール部材６７を旋回スクロール部材６４と噛合うように配置して設けて上部軸受ハウジング６３に、軸線方向で移動可能に支持させてある。 外殻６１の上端近くには仕切り板６９を設けてあり、この仕切り板６９によって外殻６１内の上端に吐出室７０が区画形成されている。 非旋回スクロール部材６７を、旋回スクロール部材６４に向けて移動付勢するための第１のチャンバ７８と旋回スクロール部材６４から離れる向きに移動付勢するための第２のチャンバ７７とを、設けてある。 第１のチャンバ７８には、非旋回スクロール部材６７の端板に形成した通路８６を介し中間圧力の流体を導いてあり、この中間圧力の流体からする付勢力によって、非旋回スクロール部材６７を旋回スクロール部材６４に対し密封的に係合させることとしてある。 第２のチャンバ７７には、電磁弁５６の位置に応じ吸入圧力又は吐出圧力の流体が導かれる。

【００３０】 圧縮機の作動中、旋回スクロール部材６４が非旋回スクロール部材６７に対し相対的に旋回するにつれて吸入ガスが吸入口７１を通し外殻６１内に吸引され、
非旋回スクロール部材６７に設けられた入口７２を介し圧縮機３０中に吸入される。 スクロール部材６４，６７上に設けられ互いに噛合わされている螺旋翼により、旋回スクロール部材６４の旋回動につれて放射方向の内向きに移動しつつ容積を減少していく可動の流体ポケットが形成されて、入口７２を介して吸入される吸入ガスが圧縮をうける。 圧縮されたガスは吐出室７０中へ、非旋回スクロール部材６７に設けられた吐出ポート７３及び通路７４を介して吐出される。

【００３１】 圧縮機３０の負荷を解除するため電磁弁５６は制御モジュール８７からの信号に応じて作動され、流体連通を断って第２のチャンバ７７内の圧力を吐出ガスの圧力にまで高める。 この吐出圧力からする付勢力が密封付勢力に打ち克つと非旋回スクロール部材６７が、旋回スクロール部材６４から離れて上方向きに移動せしめられる。 この非旋回スクロール部材６７の軸線方向移動によりスクロール部材６４，６７の翼先と端板間に流体漏れ径路が形成されて、吸入ガスの引き続いての圧縮が実質的に無くされる。

【００３２】 可撓性の流体ライン９１を、通路９０の外端から外殻６１の内外にまたがる管接手９２にまで延設してあり、第２のライン９３によって管接手９２を電磁弁５
６へと接続してある。 電磁弁５６は吸入ライン８３及び吐出ライン８５へと接続されている流体ライン８２，８４を有し、センサ８８により感知される状態に応じて制御モジュール８７により制御され、非旋回スクロール部材６７を図３に示す位置と図４に示す位置との間で移動させる。

【００３３】 吸入ガスの圧縮が再開されるべきときは、電磁弁５６が作動されて非旋回スクロール部材６７が旋回スクロール部材６４との密封係合位置へと移動せしめられる。

【００３４】 図２に示した冷凍ないし冷却ケースは、自給式ユニット（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔ
ａｉｎｅｄ ｕｎｉｔ）としてまとめてもよい。 そうすることは多くの用途において望ましいが、この発明は自給式ユニット構造に限定されるものではない。 むしろこの発明は、種々の分散された冷却システムに向いている。 図５はそのような分散システムの一例を示している。

【００３５】 図５について述べると、加熱及び冷却（ＨＶＡＣ）システムにおいて単一の圧縮機３０及び凝縮器３２が数個の分散された冷却ケースないし冷却ユニットのために用いられている。 図５において冷却ケースないし冷却系ハウジングは破線で示され、符号３４ａ，３４ｂ及び３４ｃを付してある。 圧縮機３０及び凝縮器３
２はこれらの冷却ケースないしハウジングのうちの１個、例えば冷却ケースないしハウジング３４ａ、の内部に配置するか或いは同冷却ケースないしハウジングに取付けて設けるのがよい。

【００３６】 各冷却ケースないしハウジングは符号４２（ａ，ｂ，ｃ）及び４４（ａ，ｂ，
ｃ）で示すように、それ自身の蒸発器とそれに結合された膨張弁を有する。 また各冷却ケースないしハウジングは圧縮機コントローラ５２に対し入力情報を供給する、それ自身の温度センサ５８（ａ，ｂ，ｃ）を有していてよい。 さらに圧力センサ６０が吸入ライン４８の圧力を監視し、その情報を圧縮機コントローラ５
２へと供給する。 圧縮機コントローラ５２は前述したように、電磁弁５６に対し可変の負荷サイクル信号を供給する。

【００３７】 図５の複数個のケースないし冷却ユニットに係る実施例は圧縮機コントローラ５２によって単一の圧縮機がどのようにして、冷却に対するその時々の要求（ｉ
ｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｄｅｍａｎｄ）を満たすようにパルス幅制御され得るかを示している。 温度センサ５８（ａ，ｂ，ｃ）は圧力センサ６０がそうするように、システムに対する負荷の表示を集合的に提供する。 コントローラ５２は制御信号のパルス幅を、冷媒に対するその時々の要求に合致させるため圧縮機を高容量状態（１００％）と低容量状態（０％）との間で制御するように、調整する。

【００３８】 他の制御技術として蒸発器を出る１個又は複数個の吸入ラインに電気的に制御される弁、例えば蒸発器圧力制御弁４５ｃを備えさせることができる。 弁４５ｃ
は図示のようにコントローラ５２へと接続されており、弁のタイプに依存して適当な制御信号を供給される。 ステッパー電動機弁をこの目的のために使用してよく、その場合にはコントローラ５２は、ステッパー電動機の設定値を増加又は減少して弁のオリフィス寸法を調整する適当な信号を供給することとなろう。 またパルス幅制御弁も使用でき、その場合に同弁は、圧縮機３０に対し供給されるのと同様の可変の負荷サイクル信号を用いて制御してよい。

【００３９】 コントローラ５２は圧縮機制御用途のためのみに限定されない。 可変の負荷サイクル制御信号はまた、別のタイプの冷媒流量制御器及び圧力制御器、例えば冷媒制御弁を制御するためにも使用できる。 図７はそのような用途を示しており、
コントローラ５２は蒸発器ステッパー制御器４３に対し制御信号を供給する。 この制御器はステッパー電動機４５によって制御される流体圧力制御器である。 蒸発器ステッパー制御（ＥＳＲ）弁４３は吸入圧力を調整して、システムの容量を調整する。

【００４０】 好ましい圧縮機コントローラのブロック図を、図６に示してある。 本図及びそれに続く図に示された種々の信号及びデータ値に関する説明は、次の表１に要約してある。

【００４１】

【表１】

【００４２】 コントローラの中核をなすものは制御ブロック・モジュール１０２である。 本モジユール１０２はリード線１０４に対し可変の負荷サイクル制御信号を供給するのに役立つ。 モジユール１０２はまた、リード線１０６に圧縮機オン・オフ信号を供給すると共にリード線１０８に対し作動状態指令信号を供給する。 圧縮機オン・オフ信号は、圧縮機のモータに対し作動電流を供給する接触器を駆動する。 作動状態信号は、その機械（図１０）が現在どのような状態にあるかを示す。

【００４３】 制御ブロック・モジュール１０２は複数の源から入力信号を受取り、それには前述した温度センサ及び圧力センサからの温度読取り値及び圧力読取り値が含まれる。 これらの読取り値は信号コンディショニング・モジュール１１０を通過せしめられ、モジュール１１０の詳細は付録の翻訳言語表に示してある。 制御ブロック・モジュール１０２はまた、除霜制御モジュール１１２から除霜状態信号を受取る。 除霜制御モジュール１１２は、除霜がいつ行われるべきかを決定する論理を含んでいる。 本実施例は除霜を、リード線１１４を介して供給される外部論理信号によるか除霜制御モジュール自体により発生せしめられる内部論理信号によって制御することを可能とする。 外部論理信号を使用するか内部論理信号を使用するかの選択は、ユーザー入力１１６によってユーザーが設定できる。 内部論理信号は、ユーザー入力１１８を介して供給されるユーザー供給パラメータを利用する。

【００４４】 好ましい１つの型式の圧縮機コントローラは自動的なものに構成可能である。
同コントローラは任意の適応同調モジュール１２０を含み、該モジュール１２０
はシステムの作動状態に基づいて制御アルゴリズムのパラメータ（比例定数Ｋ）
を自動的に調整する。 適応同調モジュール１２０はリード線１０４上の負荷百分率及びリード線１０８上の作動状態、並びにリード線１２２上の信号コンディショニング後の測定温度（条件付け温度）を感知する。 モジュール１２０は図示のように、制御ブロック１０２に対し適応同調パラメータを供給する。 図示の実施例はリード線１２４に比例定数Ｋを供給し、定常状態での負荷百分率を指示するＳＳＬパラメータをリード線１２６に供給する。 リード線１２６上のシステム警報信号は、適応させて同調されたパラメータの変動に対しシステムが所期のように応動しなかった場合に制御ブロック・モジュール１０２に対し警告を行う。 したがって同警報は、システムの機能不良があるか冷媒の装填がない場合に発せられる。 所望の場合には警報によってより精巧な診断ルーチンを始動させうる。 圧縮機コントローラは多数のユーザー接触点を提供し、該接触点を介してユーザーにより供給される設定を入力できる。 除霜タイプ（内部か外部か）入力１１６と入力１１８への内部除霜パラメータ入力とについては、既に述べた。 ユーザー入力１２８はユーザーが、温度設定点を適応同調モジュール１２０に指定することを可能とする。 同様の情報はユーザー入力１３０から制御ブロック・モジュール１０２に供給される。 またユーザーは制御ブロック・モジュール１０２に対し、
数多くの方法で直接に作用できる。 ユーザー入力１３２はユーザーが、除霜モード中に圧縮機をオン又はオフに切り替えることを可能とする。 ユーザー入力１３
４はユーザーが、初期比例定数Ｋを含む初期のコントローラ・パラメータを指定することを可能とする。 比例定数Ｋはその後、適応同調モジュール１２０によって調整されうる。 ユーザー入力１３６はユーザーが、システムが設定点として使用する圧力差（ｄＰ）を指定することを可能とする。

【００４５】 これらのユーザー入力に加えて他の複数個のユーザー入力が、信号コンディショニング・モジュール１１０に対し作用を及ぼすために設けられている。 ユーザー入力１３８は、信号コンディショニング・モジュール１１０のためのセンサ作動モードを選択する。 これについては後で詳細に述べる。 ユーザー入力１４０はユーザーが、信号コンディショニング・モジュール１１０によって使用されるサンプリング時間を指定することを可能とする。 ユーザー入力１４２はユーザーが、コントローラが温度センサ（Ｔ）のみを用いて作動されるか温度センサ及び圧力センサ（Ｔ／Ｐ）を用いて作動されるかを指定することを可能とする。

【００４６】 図８には、図６に図示の信号コンディショニング・モジュール１１０を詳細に示してある。 入力（温度及び／又は圧力センサ）は、符号１４４で模式的に示してある。 これらの入力はアナログ・デジタル転換器１４６で処理され、制御タイプ選択器１４８へ供給される。 温度及び／又は圧力センサからの読取り値が逐次的に取出され、アナログ・デジタル転換器１４６を介して連続的に制御タイプ選択器１４８へと供給される。 制御タイプ選択器１４８は同データを、圧力及び温度値が適正に解釈されるようにコードないし貯蔵する。

【００４７】 次に信号をデジタル・フィルタ１５０にかけて、見せかけの揺らぎ及びノイズを除去する。 次にモジュール１５２でデータを調べ、全ての読取り値が予期されたセンサ・レンジ限界内にあることを確認する。 これはデジタル計数値を対応する温度又は圧力値に転換し、それらの値を予め貯蔵してあるセンサ・レンジ限界と対比して行う。 読取り値がセンサ・レンジ限界内になければ、出力１５４に警報信号が発生される。

【００４８】 次に部分１５６でデータ操作を、センサ・モードについてのユーザー入力１３
８によって選択された形の温度及び／又は圧力データを与えるように実行する。
図示の実施例ではデータを選択的に平均するか、或いはデータの最小値又は最大値を決定する（Ｍｉｎ／Ｍａｘ／Ａｖｇ）。 Ｍｉｎ／Ｍａｘ／Ａｖｇモードは圧力差の変動、又は条件付け温度値を計算するのに使用できる。 平均モードは、条件付け温度値を供給するために使用できる。 これらは出力１５８及び１６０でそれぞれ示されている。

【００４９】 図９は、図６に図示の制御ブロック・モジュール１０２を詳細に示している。
条件付け温度又は圧力信号は計算モジュール１６２へ供給され、同モジュール１
６２によって実際の温度又は圧力と設定された温度又は圧力との間の制御偏差ないし誤差が算出される。 モジュール１６２はまた、これらの値の変化率を算出する。

【００５０】 制御ブロック・モジュール１０２は、システムの作動状態を周期的に（Ｔｃ秒毎、公称は毎秒１回）更新するものに設計されている。 作動状態確認（Ｆｉｎｄ
Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）モジュール１６４が、この更新機能を実行する。 図１０の状態ダイヤグラムは、この実行方法を詳細に示している。 基本的に作動状態は或る状態から他の状態へとセンサ警報（ＳＡ）が存在するかどうか、除霜状態信号（ＤＳ）が存在するかどうか、及び算出された偏差値がどのようであるかに基づいて進行する。 作動状態確認モジュール１６４は決定論理（ｄｅ
ｃｉｓｉｏｎ ｌｏｇｉｃ）モジュール１６６に対し、作動状態パラメータと予冷時間（Ｐｕｌｌ Ｄｏｗｎ Ｔｉｍｅ）パラメータとを供給する。

【００５１】 図１０について述べると作動状態確認モジュール１６４は、或る状態から他の状態へと次のように進行する。 初期状態１６８から始めて、同モジュールは初期化後に通常作動状態１７０へと進行する。 同モジュールはその状態に、或る条件が出現するまでとどまる。 図１０は説明を付した矢印によって通常作動状態１７
０から除霜状態１７２へ、予冷状態１７４へ、センサ警報予冷状態１７６へ、センサ警報作動状態１７８へ、そしてセンサ警報除霜状態１８０へ、それぞれ移行するのにどのような条件が要求されるかを示している。

【００５２】 決定論理モジュール１６６（図９）は、可変の負荷サイクル信号の負荷サイクルを決定する。 この負荷サイクルは、％負荷として示されているリード線１８２
への出力である。 決定論理モジュール１６６はまた、圧縮機オン・オフ信号をリード線１８４に発生する。 実際の決定論理は、図１１を参照して説明する。 決定論理モジュールは、適応計算されたサイクル時間Ｔｃｙｃに基づいた比例積分（
ＰＩ）制御の型式のものである。 このサイクル時間は計算モジュール１８６により、モジュール１８８によって発生される算出偏差値に基づいて算出される。 図６を再び参照するとリード線１２２上の条件付け圧力差信号（Ｃｏｎｄ ｄＰ）
は、ユーザー入力１３６（図６）を介して供給される圧力差設定点値と共に偏差計算モジュール１８８（図９）へ供給される。 実際の圧力差と設定点圧力差との差がモジュール１８８によって算出され、計算モジュール１８６へ供給される。
適応サイクル時間Ｔｃｙｃは圧力差偏差と作動状態との関数であり、作動状態確認モジュール１６４によって次の数式１に従って決定される。

【数１】

【００５３】 決定論理モジュール１６６に組込まれている好ましいＰＩ制御アルゴリズムを、図１１に示してある。 ルーチンはステップ２００で、ユーザー供給パラメータＫ，Ｔｉ，Ｔｃ及びＳｔを読取ることから始められる。 これらのユーザー供給値の説明は図６を参照されたい。 定数Ｋｐは初期に供給された値Ｋと等しいとして計算され、定数Ｋｉは初期に供給された定数Ｋと比Ｔｃ／Ｔｉとの積として計算される。

【００５４】 次にステップ２０２において、設定点温度と条件付け温度間の偏差の絶対値（
図９のリード線１９０上）が５Ｆより大であるかどうかの決定が行われる。 もし大であると、ステップ２０４でＫｐは零に等しいと設定される。 もし大でなければルーチンはそのままステップ２０６に進み、そこで新たな負荷百分率値Ｌｏａ
ｄ＿Ｎｅｗ％が、図１１のステップ２０６に掲げた式によって計算される。 この負荷百分率値が１００よりも大であると（ステップ２０８）、ステップ２１０で負荷百分率が１００％に等しいと設定される。 負荷百分率値が１００％よりも大でなく０％より小であれば（ステップ２１２）、ステップ２１４で負荷百分率が０％に等しいと設定される。 負荷百分率値が０％と１００％との限界値内にあれば、ステップ２１６で負荷百分率が新たな負荷百分率と等しいと設定される。

【００５５】 コントローラにより発生される可変の負荷サイクル制御信号は、いくつかの形をとり得る。 図１２，１３は２つの例を示している。 図１２は、負荷サイクルは変わるが周波数ないし振動数は一定にとどまる可変の負荷サイクル信号を示している。 図１２において両端矢印記号で示してあるサイクル時間２２０は、互いに等間隔をおいている点に留意されたい。 比較のために図１３は、周波数ないし振動数も変えられる可変の負荷サイクル信号を示している。 図１３において両端矢印記号で示してあるサイクル時間２２０は、等間隔のものではない点に留意されたい。 むしろ波形は一定周波数の領域、周波数が増大する領域、及び周波数が減少する領域を示している。 図１３に示した可変の周波数は、サイクル時間Ｔｃｙ
ｃの適応調整の結果である。

【００５６】 図１４はこの発明の制御系が、システムの効率を改善しつつより密な温度制御とより高い吸入圧力とを維持するといった長所を有することを、グラフ的に示している。 この発明で得られる温度カーブ２２２が対応する従来のコントローラの温度カーブ２２４よりもずっと少ない変動ないし揺らぎしか示さない点に、留意されたい。 同様にこの発明で得られる圧力カーブ２２６が、従来のコントローラの圧力カーブ２２８のベースラインよりも十分上方にベースラインを有する点に留意されたい。 またこの発明で得られるところの圧力における最高最低揺らぎ（
ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）（カーブ２２６）は、従来のコントローラによって得られる最高最低揺らぎ（カーブ２２６）よりもずっと小さい。

【００５７】 この発明のコントローラは、負荷の熱時定数よりも少なくとも４倍速く（普通は少なくとも８倍速いオーダーで）作動する。 図示の好ましい実施例では可変の負荷サイクル信号のサイクル時間は、負荷の時定数よりも約８倍短い。 或る例では可変の負荷サイクル信号のサイクル時間は１０ないし１５秒のオーダーであり、一方冷却されるシステムの時定数は１ないし３分のオーダーである。 冷却されるシステムの熱時定数は一般に、システムの物理的或いは熱力学的特性によって記述される。 加熱或いは冷却システムの物理的或いは熱力学的応答を記述するのに種々のモデルを使用できるが、以下の解析は原理とするところを示す。

【００５８】 冷却されるシステムの熱時定数のモデル化 冷却システム或いはヒートポンプの蒸発器コイルの前後にわたる温度変化を一次系としてモデル化でき、温度変化を次の数式２に従ってモデル化できる。

【数２】

【００５９】 一般に定常作動状態に達するのに必要な時間、したがって凝縮器コイル前後の定常状態での温度変化を支配するのは、蒸発器からの冷媒の除去である。 所望の場合にはシステムを２つの時定数、つまり一つはコイルの質量に基づく時定数であり他の一つは過剰の冷媒が蒸発器からシステムの他の部分に到達するのに要する時間に基づく時定数、を用いてモデル化できる。 また別の時間遅延として、いくつかのシステムにおける蒸発器コイルと凝縮器コイル間の大きな物理的距離による時間遅れを考慮にいれておくのが、望ましい。

【００６０】 蒸発器コイルの熱応答は、次の数式３によってモデル化してよい。

【数３】

【００６１】 実際にこの発明のコントローラは、従来のコントローラよりも著しく迅速に反復動作する。 これは従来のコントローラが、実際の温度と設定点温度（又は圧力）との比較に直接に応動してオン及びオフ動作するためである。 換言すると従来のコントローラは冷却に対する要求があるときにオン動作し、実際の温度と設定点温度間の偏差ないし誤差が予定した限界以下にあるときにオフ動作するためである。 したがって従来のコントローラのオン・オフ動作は、冷却されるシステムの時定数に高度に依存する。

【００６２】 これに対しこの発明のコントローラは、実際の温度又は圧力と設定点温度又は圧力間のその時々の関係に直接には関連しない計算値により指令される速度でオン・オフ動作する。 サイクル時間はむしろ、サイクル速度とコントローラにより供給される可変の負荷サイクル信号の負荷サイクルとの両者によって指令される。 とりわけコントローラが各サイクルにおいてオン状態からオフ状態に移行する点は、必ずしも冷却に対する要求がある場合ではなくむしろ、同要求を満たすことが必要とされる負荷サイクルによって指令される点である。

【００６３】 適応同調 前述したコントローラ「ジェネバ（Ｇｅｎｅｖａ）」は古典的な制御アルゴリズム、例えば通常の比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズム、を実行するように構成できる。 一般的な構成ではユーザーは普通、適当なプログラミングによって制御パラメータを設定する必要があろう。 コントローラはまた、ユーザーが適切な制御パラメータを決定しプログラムする必要をなくす適応タイプのものであってもよい。

【００６４】 したがって適応コントローラの１つの重要な長所は、その適応同調を実行する能力にある。 一般に同調は適切な制御パラメータを選択して閉ループ系が、広範囲の作動条件にわたり安定であり、閉ループに対する外乱の影響を迅速に減少し、また連続した反復動作中に機械要素の過剰な摩耗を生じさせないことを、必要とする。 これらはしばしば互いに排他的な規範であり、一般に妥協が行われなければならない。 図２０（及び図６）中には２つの基本的な制御ループ、つまり冷却制御ループと適応同調ループ、が存在する。 冷却制御ループは制御ブロック・
モジュール１０２によって処理され、適応同調ループは適応同調モジュール１２
０によって処理される。 適応同調モジュール１２０の詳細が図１５−１９に示されている。 好ましい適応同調モジュールは、図２０−２２に関連して述べるファジイ論理制御アルゴリズムを使用する。

【００６５】 図１５について述べると、適応同調モジュールは基本的に３つの機能を実行する。 第１に同モジュールは、適応同調を実行すべきかどうかを決定する。 これはモジュール２４０により取扱われる。 第２に適応同調を実行するのに必要なパラメータを集める。 これはモジュール２４２により取扱われる。 第３に制御ループによって使用される適応ゲインを計算する。 これはモジュール２４４により取扱われる。

【００６６】 モジュール２４０は同調を始めるべきかどうかを２つのファクター、つまり現在のシステム作動状態と制御設定点、を基準として決定する。 図１６のフローチャートは、この決定に伴う諸ステップを示している。 モジュール２４２は、モジュール２４４により実行される計算に必要な主要パラメータを積分する。 主としてモジュール２４２は負荷百分率、温度及び圧力値、設定点温度を入力される。
同モジュール２４２は以下のデータ、すなわちＳ＿ＥＲ（設定点値の０．５度ないし１Ｐｓｉｇ内にある条件付け温度及び圧力データ点の合計数）、Ｓ＿Ｃｌｏ
ｓｅ（与えられたサンプリング間隔、例えば３０分、中に零パーセントに移行する負荷百分率データ点の合計数）、Ｓ＿Ｏｐｅｎ（サンプリング間隔中に１００
％に移行する負荷百分率データ点の合計数）、及びＳＳＬＰ（サンプリング間隔中の負荷百分率の移動平均ないしローリング平均）を、出力する。 モジュール２
４２は、モジュール２４０により設定される同調フラグに対し応動する。 モジュール２４２は同調フラグによりそうすべきことを指令されたとき、上記した主要パラメータの積分を実行する。 図１７は、これらの主要パラメータの積分の実行に伴う諸ステップを示している。

【００６７】 最後に計算ブロック２４４がモジュール２４２により供給されるデータを受取り、図１８に掲げたプロセスを用いて適応ゲインを計算する。

【００６８】 適応同調モジュール１２０はタイマーの状態に依存して、種々の作動状態を通して動作する。 図１９は、図示の好ましい実施例がどのように機能するかを示す状態ダイヤグラムである。 同調フラグ（ＴＦ）が設定されているかどうかに依存して順次動作が、初期化モードから積分モード又は非同調モードの何れかに変わる点に留意されたい。 積分モードに一旦入ると系はタイマーの設定時間終了（通常３０分）まで積分を実行し、そこで計算モードに入る。 計算が完結するとタイマーがリセットされ、系は初期化モードへと戻る。

【００６９】 適応スキームのブロック図を、図２０に示してある。 ２つの基本的なループがあり、その１つはｄｔ秒毎に走行するＰＩＤ制御ループ２６０であり、他の１つはｔａ秒毎に走行する適応ループ２６２である。

【００７０】 制御システムがスタートしたときＰＩＤ制御ループ２６０は、制御出力を計算するためにゲイン（Ｋ）の省略時値（ｄｅｆａｕｌｔ ｖａｌｕｅ）を使用する。 適応ループ２６２は、ｔａ秒２６６（好ましくは０．２ｄｔ秒より小）毎に偏差ｅ（ｔ）２６４をチェックする。 モジュール２６８で、偏差ｅ（ｔ）の絶対値が所期のオフセット（ＯＳ）よりも小さいとカウンタＥｒ＿ｎｅｗが増される。
オフセット（ＯＳ）は受容できる定常状態偏差である（例えば温度制御に対して＋／１゜Ｆであってよい）。 このチェック過程はｔｓｕｍ秒（好ましくはｄｔ秒の２００ないし５００倍）２７０の間、継続する。 ｔｓｕｍ秒２７０の後、値Ｅ
ｒ＿ｎｅｗは百分率に転換される（Ｅｒ＿ｎｅｗ％２７２）。 パラメータＥｒ＿
ｎｅｗ％はｔｓｕｍ秒の間、受容されるオフセット（ＯＳ）内にあった偏差ｅ（
ｔ）の百分率を示す。 換言すると同パラメータは、過去のｔｓｕｍ秒の間に制御変量がどのようにうまく制御されたかの尺度を示すものである。 １００％の値は「密な」制御を意味し、０％の値は「劣等な」制御を意味する。 Ｅｒ＿ｎｅｗ％
が１００％であるときはいつでも、それが密な制御を示すことからゲインは実質的に変更されないままに留められる。 しかしＥｒ＿ｎｅｗ％が０％と１００％との間にあったとすれば、適応ファジイ論理アルゴリズム・モジュール２７４が新たなゲイン（Ｋ＿ｎｅｗ ２７６）を計算し、同ゲインが制御アルゴリズム・モジュール２７８によって次のｔｓｕｍ秒の間、使用される。

【００７１】 好ましい実施例ではファジイ論理アルゴリズム・モジュール２７４に１個の出力と２個の入力がある。 出力は入力Ｅｒ＿ｎｅｗ％を用いて計算される新たなゲイン（Ｋ＿ｎｅｗ％）であり、変量Ｄｉｒは次の数式４のように定義される。

【数４】

【００７２】 例えばコントローラが０秒で省略時値Ｋ＝０、ｔａ＝１秒、ｔｓｕｍ＝１００
０秒、ＯＳ＝１でスタートするものとする。 また可能な１０００データのうち６
００ｅ（ｔ）データがオフセット内にあったとする。 したがって１０００秒後、
適応ファジイ論理アルゴリズム・モジュール２７４が第１回目に使用されるときＥｒ＿ｎｅｗ％＝６０（すなわち６００／１０００＊１００）、Ｋ＿ｎｅｗ＝１
０、Ｅｒ＿ｏｌｄ％及びＫ＿ｏｌｄが零にセットされることになる。 これらの数値を数式４に入れると、変量Ｄｉｒの符号が正と与えられる。 したがって第１回目の反復中の適応ファジイ論理アルゴリズム・モジュール２７４に対する入力はそれぞれ、Ｅｒ＿ｎｅｗ％＝６０、Ｄｉｒ＝＋ｖｅである。

【００７３】 次のステップはこれらの入力をファジイ入力へと、メンバーシップ関数を用いてファジイ化することである。

【００７４】 ファジイ化 メンバーシップ関数は、論議の領域（ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓｅ ｏｆ ｄｉ
ｓｃｏｕｒｓｅ）（ｘ軸）とグレード空間（ｔｈｅ ｇｒａｄｅ ｓｐａｃｅ）
間の写像（マッピング）である。 論議の領域は入力或いは出力にとって可能な値の範囲である。 ＥＲ＿ｎｅｗ％に対して同範囲は、０から１００であるのが好ましい。 グレード空間中の値は典型的には０から１の範囲にわたり、ファジイ入力、真理値又はメンバーシップ度と呼ばれる。 図２１は入力ＥＲ＿ｎｅｗ％のメンバーシップ関数を含むグラフ３００を示している。 ＥＲ＿ｎｅｗ％は３つの言語上の変量、つまり「大きい」（Ｌａｒｇｅ）（３０４）、「中間」（Ｍｅｄｉｕ
ｍ）（３０６）及び「小さい」（Ｓｍａｌｌ）（３０８）に分割されている。 Ｅ
Ｒ＿ｎｅｗ％＝６０に対しファジイ入力（或いはメンバーシップ関数度）は「大きい」が０．２５、「中間」が０．７５である。 入力変量Ｄｉｒはうまく定義されており（＋ｖｅ，−ｖｅ又は零）、本適用においてメンバーシップ関数を要求しない。 次のステップは、「真理値表」又はルール評価（Ｒｕｌｅ Ｅｖａｌｕ
ａｔｉｏｎ）をつくることである。

【００７５】 ルール評価 ルール評価はファジイ化ステップからファジイ入力を、知識ベースからルールを、取得してファジイ出力を計算する。 図２２はルールを、真理値表として示している。 第１列、第１行においてルールは「Ｅｒ＿ｎｅｗ％が大きく（Ｌａｒｇ
ｅ）Ｄｉｒが負であれば、新たなゲインは無変更（ＮＣ）であるということである（すなわち先のｔｓｕｍ秒の間オフセット（ＯＳ）内にあるｅ（ｔ）の百分率が大きく（Ｌａｒｇｅ）方向（Ｄｉｒ）が負／零であれば、既存のＫ値を変更しない（無変化））。

【００７６】 例ではＥｒ＿ｎｅｗ％が、Ｄｉｒが正でＬａｒｇｅ（０．２５）及びＭｅｄｉ
ｕｍ（中間、０．７５）であるので、次のルールが用いられることになる。 すなわちＥｒ＿ｎｅｗ％が大きく（Ｌａｒｇｅ）（０．２５）Ｄｉｒが正であれば新たなゲインは無変更（ＮＣ＝１）であり、Ｅｒ＿ｎｅｗ％が中間であり（Ｍｅｄ
ｉｕｍ）（０．７５）Ｄｉｒが正であれば正の小さな変更（ＰＳＣ＝１．２）とする。

【００７７】 非ファジイ化 最後に非ファジイ化はルール評価ステップからのファジイ出力を、図２３のグラフ３１０を用いて最終出力に転換する。 グラフ３１０は以下の標識を使用する：負の大きな変更に対してはＮＢＣ、負の小さな変更に対してはＮＳＣ、無変更に対してはＮＣ、正の小さな変更に対してはＰＳＣ、正の大きな変更に対してはＰＢＣ。 非ファジイ化の好ましい実施例においては、重心法ないしセントロイド（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）法を使用する。 ゲインの変更についての出力メンバーシップ関数を、図２３に示してある。

【００７８】 セントロイド（ファジイ論理出力）は、次の数式５で計算される。

【数５】

【００７９】 上の例では出力（Ｋ＿ｎｅｗ）が、次の数式６のようになる。

【数６】

【００８０】 ファジイ化、ルール評価及び非ファジイ化といった３つのステップが終了し出力が計算されると、プロセスは新たなＥｒ＿ｎｅｗ％のために反復される。

【００８１】 上述の例では第１回目の１０００秒後、適応アルゴリズムによってＫ＿ｎｅｗ
＝１１．５０といった新たなゲインが算出される。 この新たなゲインはＰＩＤ制御ループによって、次の１０００秒（すなわち実際の時間でｔ＝１０００から２
０００秒）のために用いられる。 カウンタｔ＝１００１秒でＥｒ＿ｎｅｗが零にセットされ、次の１０００秒をカウントする。 この次の１０００秒の終わりにＥ
ｒ＿ｎｅｗ％が再び計算される。

【００８２】 この時間にＥｒ＿ｎｅｗ％が２５であると仮定する。 このことはＫの１０から１１．５への変更によって制御がより不良になったことを意味する。 したがってゲインを他の方向に変更する、つまりゲインを増加させるのではなく減少させる、のがよいであろう。 このためｔ＝２０００秒でＥｒ＿ｎｅｗ％＝２５、Ｅｒ＿
ｏｌｄ％＝６０（Ｅｒ＿ｎｅｗ％の以前の値）、Ｋ＿ｎｅｗ＝１１．５、Ｋ＿ｏ
ｌｄ＝１０（Ｋの以前の値）とする。 数式４を適用して負のＤｉｒが得られる。
Ｅｒ＿ｎｅｗ％＝２５、Ｄｉｒ＝負で再びファジイ論理計算を実行して、次の１
０００秒についての新たなゲインを算出する。 この新たなゲイン値はＫ＿ｎｅｗ
＝７．７６であり、ＰＩＤループによってｔ＝２０００から３０００秒まで用いられる。

【００８３】 ３回目の反復、つまりｔ＝２０００から３０００秒においてＥｒ＿ｎｅｗ％が９５％になったとする（これはより密な制御を表す）。 同じファジイ論理操作を実行すると同じＫ＿ｎｅｗの値が与えられ、Ｅｒ＿ｎｅｗ％が再び低下するまで同ゲインは変更しないままにとどめられる。

【００８４】 典型的な利用 パルス幅調整（ＰＷＭ）圧縮機と電子ステッパー制御器（ＥＳＲ）弁との両者を、蒸発器温度／圧力又は蒸発器冷却流体（空気又は水）温度を制御するために使用できる。 前者は冷媒流量を調整することによって制御し、後者は吸入側を絞って流量を制御する。 図２０には冷却システム２７９におけるこの種アクチュエータの作用を示すために、制御系のブロック図を掲げてある。 図２０において１
個、好ましくは４個までの蒸発器冷却流体の温度又は１個の蒸発器吸入圧力がｄ
ｔ秒毎に採取される（符号２８２で一般的に示す）。 ｄｔ＝１０のサンプリング時間が、両者の利用に最適であることを見いだした。 アナログ・デジタル・モジュール２８４によってデジタル転換処理した後、採取した信号をモジュール２８
６で、系構成或いはユーザーの好みに従い４個の温度の平均値、最小値又は最大値を採用することによって１個の数値に減らす。 蒸発器コイルの全体が除霜に同時に移行する単一アクチュエータ（ＰＷＭ／ＥＳＲ）系では普通、制御信号の平均が好ましい。 蒸発器コイルの除霜が同時には起きない複数蒸発器−単一アクチュエータ系では最小値モードが好ましい。 ａｖｇ／ｍｉｎ／ｍａｘ後に得られる値は、調整信号（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ ｓｉｇｎａｌ）と呼ばれる。 これを比較モジュール２８８で所望の設定点と比較して偏差ｅ（ｔ）を算出する。

【００８５】 ループ中で用いられる制御アルゴリズムは、比例積分（ＰＩ）制御法（ＰＩＤ
）である。 ＰＩアルゴリズムはＥＳＲの場合には弁位置（０−１００％）を計算し、ＰＷＭ圧縮機の場合には負荷百分率（０から１００％）を計算する。 上記両者のアクチュエータに対し典型的な積分時間Ｔｉは６０秒である。 ゲインは適応ループによって適応同調される。 好ましい実施例において適応アルゴリズムは、
以下の場合にはいつでもなくされる：システムが除霜中のとき、システムが予冷に移行するとき、大きな設定点変化があるとき、センサの故障が検出されたとき、他の何らかのシステム故障が検出されたとき。

【００８６】 したがって適応アルゴリズムは典型的に、システムが通常モードで作動しているときに用いられる。 用いられる時間ｔａは好ましくは約１秒であり、ｔｓｕｍ
は約１８００秒（３０分）である。

【００８７】 ＰＷＭ圧縮機／ＥＳＲ弁に関連した診断法 図２４について述べると放出冷却流体温度センサ３１２（Ｔａ）、蒸発器コイル入口温度センサ３１４（Ｔｉ）及び蒸発器コイル出口温度センサ３１６（Ｔｏ
）が、ＰＷＭ／ＥＳＲを用いた蒸発器制御のための診断の特徴を付与可能である。 入口温度センサ３１４は蒸発器コイル中のどこにあってもよい。 しかし好ましい位置は、蒸発器コイル分配器３２０から全蒸発器長さの約３分の１の位置である。

【００８８】 これら３個の温度センサを用いて診断法に利用可能なシステム学習を実施できる。 例えば膨張弁付きの単一蒸発器において使用される場合のＥＳＲ／ＰＷＭのための診断法を、次のように実施できる。 本例では適応ループ中で以下の変量が、ｔｓｕｍ秒毎にトラッキングされる。 これらの変量は、適応ループ中でＥｒ＿
ｎｅｗ積分がされた直後に積分できる。 Ｎ＿Ｃｌｏｓｅ：ＰＷＭ負荷が０％であったときの弁位置回数。 Ｎ＿Ｏｐｅｎ：ＰＷＭ負荷が１００％であったときの弁位置回数。 ＭＡＶＰ：弁位置の移動平均。 ｔｓｕｍ秒間のＰＷＭ負荷時。 ＳＳＬＰ：定常状態での弁位置。 ＰＷＭ負荷は、ｔｓｕｍ期間のＥｒ＿ｎｅ ｗ％が５０％よりも大であるとＭＡＶＰと等しいと設定される。 ｄＴ：ＴａとＴｉ（Ｔａ−Ｔｉ）の差の移動平均。 ＳＨ：上記期間におけるＴｏとＴｉ（Ｔｏ−Ｔｉ）の差の移動平均。 これは ほぼ、蒸発器の過熱に対応する。 Ｎ＿ＦＬ：上記期間、すなわちｔｓｕｍ秒間にＴｏがＴｉよりも小であった 回数。 この数値は、どれだけ多く膨張弁が蒸発器をフラッディン グさせるかを示す。

【００８９】 また除霜後の予冷時間ｔｐｄも学習される。 これらの変量に基づいて以下の診断が実施される：温度センサの故障、膨張弁の劣化、ＥＳＲ弁／ＰＷＭ圧縮機の劣化、過大寸法のＥＳＲ／ＰＷＭ、過小寸法のＥＳＲ／ＰＷＭ、及び空気流なし。

【００９０】 温度センサの故障 温度センサの故障は、温度読取り値が予期された範囲内にあるかどうかをチェックすることによって検出される。 ＰＷＭ／ＥＳＲが制御変量としてＴａを用いて制御されていれば、制御は以下のように行われる：前述のアクチュエータがＴ
ｉに基づいて制御されるか、或いはＴａ値が学習されたｄＴを用いて見積もられる（すなわちＴｉにｄＴを加えてＴａを見積る）。 予冷中に弁／ＰＷＭは、学習された予冷時間（ｔｐｄ）に対して全開／負荷にセットできる。 Ｔｉが同時に故障するか利用できないとすると、アクチュエータが予冷時間の間、１００％に開放され、次に予冷時間後に定常状態負荷百分率（ＳＳＬＰ）にセットされる。 この条件の下で管理者に警報が送られる。

【００９１】 膨張弁の劣化 膨張弁が粘着するか調子を狂わせるか過小／過大寸法にあるとトラッキングされる変量の以下の組合わせを、かかる問題を診断するために利用できる：Ｎ＿Ｆ
Ｌ＞５０％でありＥｒ＿ｎｅｗ％＞１０％であると、膨張弁が開放状態で粘着しているか調子を狂わせているか或いは過大寸法ですらあり、蒸発器コイルがフラッディングしていることを示す。 このような状態の下では警報が送られる。 またＳＨ＞２０でありＮ＿ＦＬ＝０％であると、膨張弁が調子を狂わせているか過小寸法であるか閉鎖状態で粘着していることを示す。

【００９２】 ＥＳＲ弁／ＰＷＭ圧縮機の劣化 ＥＳＲ弁の劣化は、ステップを失わせるか動けなくする劣化である。 ＰＷＭ圧縮機の劣化は、そのソレノイドが閉鎖状態又は開放状態で粘着する劣化である。
これらの問題は、ＥＳＲ／ＰＷＭを０％にセットすることにより除霜を実行する方法で検出される。 問題の検出法は次の通りである。

【００９３】 除霜前にＥｒ＿ｎｅｗ％＞５０％であり除霜中にＴｉ＜３２°Ｆ，ＳＨ＞５°
Ｆであれば、その値はステップが失われていることを決定する。 したがってその値を他の１００％によって打ち切り、さらにＴｉ及びＳＨが同じにとどまれば弁が粘着していることを顕著に示す。

【００９４】 Ｅｒ＿ｎｅｗ％＝０、Ｎ＿Ｃｌｏｓｅが１００％、Ｔｉ＜３２°Ｆ、ＳＨ＞５
°Ｆであれば、ＰＷＭ／ＥＳＲが開放状態で粘着していると決定される。 Ｅｒ＿
ｎｅｗ％＝０、Ｎ＿Ｏｐｅｎが１００％、Ｔｉ＞３２°Ｆ、ＳＨ＞５°Ｆであれば、ＰＷＭ／ＥＳＲが閉鎖状態で粘着していると決定される。

【００９５】 過大寸法のＥＳＲ／ＰＷＭ Ｎ＿Ｃｌｏｓｅ＞９０％であり３０％＜Ｅｒ＿ｎｅｗ％＜１００％であれば、
過大寸法の弁／ＰＷＭ圧縮機に対する警報が送られる。

【００９６】 過小寸法のＥＳＲ／ＰＷＭ Ｎ＿Ｏｐｅｎ＞９０％、Ｅｒ＿ｎｅｗ％＝０、ＳＨ＞５であれば、過小寸法の弁／ＰＷＭ圧縮機に対する警報が送られる。

【００９７】 空気流なし Ｎ＿Ｏｐｅｎ＝１００％、Ｅｒ＿ｎｅｗ％＝０、ＳＨ＜５°Ｆ、Ｔｉ＜２５°
Ｆ、Ｎ＿ＦＬ＞５０％であれば、空気流がブロックされているかファンが正しく作動していないかの何れかである。

【００９８】 上述の診断方策はまた、電子的な膨張弁を有するコントローラにも適用できる。

【００９９】 上述した実施例は例示のためのものであり、この発明を限定する意図のものではない。 当業者であれば実施例に対し、添付の特許請求の範囲によって定義された発明の精神及び範囲を逸脱することなく種々の変更及び修正を加え得ることが、理解されよう。

【０１００】 付録 信号コンディシュニングを実行するための翻訳言語表 Ｔｓ秒毎に以下を反復： ユーザー入力を読取る： −サンプリング時間 −制御タイプ（Ｐ又はＴ） −センサモード（Ａｖｇ／Ｍｉｎ／Ｍａｘ） アナログ→デジタル転換（ＡＤＣ）を実行 −全（４つの）温度センサ径路上で出力値を計数 計数値をデジタルフィルタにかける −Ｙｎｅｗ＝０．７５＊Ｙｏｌｄ＋０．２５＊計数値 −出力データをフィルターリングされた計数値として フィルターリングされた計数値を度Ｆに転換 少なくとも１つのセンサが通常の作動限界内にあるかどうかをテスト −例えば−４０から＋９０Ｆ内 何れも限界内になければ、センサ警報をＴＲＵＥにセット そうでない場合は、センサモードに基づいてＡｖｇ／Ｍｉｎ／Ｍａｘ操作 を実行 制御タイプがＴ／Ｐ制御タイプでなければ エンド信号コンディショニング・ルーチン（次のＴｓサイクルまで） そうでない場合（制御タイプがＴ／Ｐ）には、以下を実行： 圧力センサ径路上でＡＤＣを実行 −出力データを計数値として 計数値をデジタルフィルタにかける −Ｙｎｅｗ＝０．７５＊Ｙｏｌｄ＋０．２５＊計数値 −出力データをフィルターリングされた計数値として フィルターリングされた計数値をＰｓｉｇに転換 圧力センサが通常の作動限界内にあるかどうかをテスト −例えば０から＋２００ 限界内になければ セットｄＰ＝ｄＰセットＰｔ そうでない場合には ｄＰ＝Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを計算 センサ警報を条件付けＴ／ｄＰにセット エンド信号コンディショニング・ルーチン（次のＴｓサイクルまで）

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の冷却システムのブロック図である。

【図２】 この発明に従った冷却システムのブロック図である。

【図３】 パルス幅調整圧縮機の一実施例の負荷状態での断面図である。

【図４】 図３の実施例の負荷解除状態での断面図である。

【図５】 この発明に従った冷却システムの他の実施例を示す図である。

【図６】 コントローラのブロック図である。

【図７】 蒸発器ステッパー制御器を調整するためにコントローラがどのように使用されるかを示すブロック図である。

【図８】 図６のコントローラの信号コンディショニング・モジュールのブロック図である。

【図９】 図６のコントローラの制御モジュールのブロック図である。

【図１０】 コントローラの作動状態を示す状態ブロック図である。

【図１１】 好ましいＰＩ制御アルゴリズムを示すフローチャート図である。

【図１２】 コントローラによって生ぜしめられた負荷サイクル信号と一定周波数での作動を示す波形図である。

【図１３】 可変の負荷サイクル信号の波形図で、可変周波数での作動を示している。

【図１４】 この発明を利用したシステムの温度及び圧力挙動を、従来のシステムのものと比較して示す一連のグラフである。

【図１５】 この発明の適応同調モジュールを示すブロック図である。

【図１６】 適応同調モジュールの好ましい作動を、特にいつスタートすべきかの決定に関連して示すフローチャート図である。

【図１７】 積分モードにおいて適応同調モジュールにより実行される好ましいプロセスを示すフローチャート図である。

【図１８】 計算モードにおける適応同調モジュールの作動を示すフローチャート図である。

【図１９】 適応同調モジュールの作動状態を示す状態図である。

【図２０】 適応同調ループのファジイ論理ブロックを示すブロック図である。

【図２１】 図２０のファジイ論理ブロックのためのメンバーシップ関数のダイヤグラムである。

【図２２】 図２０のファジイ論理ブロックにより使用される図２１のメンバーシップ関数に関する真理値表である。

【図２３】 図２０のファジイ論理ブロックのための出力メンバーシップ関数のダイヤグラムである。

【図２４】 この発明の制御及び診断関連の例示的なセンサ位置を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 シンフ，アブター アメリカ合衆国、30144ジュージア州、ケ ネソウ、エル エスカイヤ レーン 3600、スターリング ハイランド アパー トメント (72)発明者 キャイラト，ジーン−ルック エム アメリカ合衆国、45414オハイオ州、デイ トン、セットルメント ウェイ 7001 (72)発明者 バス，マーク アメリカ合衆国、45365オハイオ州、シド ニー、アロウヘッド ドライブ 815、ア パートメント シィ Ｆターム(参考） 3H039 AA03 AA04 AA12 BB22 BB28 CC30 CC32 CC33 CC34 CC39 3H045 AA05 AA16 AA27 AA33 BA13 BA33 CA01 CA19 DA08 DA33 EA13 EA16 EA36 EA42