JP2008111582A - 熱源機および熱源システム - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータ装置の停止を熱源機の制御装置が把握でき、また、熱源機の安定運転動作時間を拡大できる熱源機を提供する。
【解決手段】 インバータ制御部による所定演算に基づき機器保護のために停止する保護機能を備えたインバータ装置によって駆動され、冷媒を圧縮する電動式圧縮機と、冷熱出力および／または温熱出力を制御する制御装置とを備えた熱源機において、制御装置は、インバータ制御部の保護機能の演算結果を推定するインバータ保護機能推定部を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、インバータ装置によって駆動される電動式圧縮機を備えた熱源機および熱源システムに関するものである。

半導体製造工場における冷水供給や地域冷暖房といった比較的大容量の能力が要求される冷凍機またはヒートポンプ式冷凍機として、ターボ圧縮機により冷媒を圧縮するターボ冷凍機（熱源機）が多用されている。このようなターボ冷凍機のターボ圧縮機は、電動モータによる電動式とされているのが一般的であり、そのうち、回転数を任意に変更できる電動式ターボ圧縮機として、インバータ装置を備えたものがある
このような回転数可変とされた電動式ターボ圧縮機に用いられるインバータ装置は、ＩＧＢＴ等のパワーデバイスを備えており、これらパワーデバイスには、電動モータが要求するトルクに応じて大きな電流が流れる。

このような過大な電流が流れた場合のパワーデバイスの保護として、インバータ装置には、特許文献１に示されているように、過電流が流れた場合にインバータ装置を停止する過電流保護の機能が設けられている。このような過電流保護は、空気調和装置の制御装置とは別のインバータ装置に設けられたマイコン等のインバータ制御部によって行われる。

特開２００４−３２９０６号公報（段落［００１８］〜［００２０］及び［００３２］〜［００４５］並びに図１及び図３）

インバータ装置に設けられた停止条件（トリップ条件）としては、特許文献１に示された過電流保護だけでなく、出力電流およびＩＧＢＴ等のパワーデバイス近傍の温度からパワーデバイス内部の温度を計算する過負荷保護や、出力電流によって電動モータの保護を行う電子サーマルによるモータ保護が設けられている。
これら過負荷保護や電子サーマルは、インバータ装置のインバータ制御部によって演算され、インバータ制御部の判断によって冷凍機とは独立してインバータ装置の停止が行われる。インバータ装置が停止すると、電動式圧縮機が動作しなくなるので、これに伴い冷凍機も停止する。
このように、インバータ装置が冷凍機の運転状態にかかわらず停止してしまうと、冷熱出力や温熱出力を要求する需要者に対して不利益を招いてしまう。また、冷凍機の制御装置からみると、冷凍機制御装置では把握していない予期しない突然の停止となるので、一連のシーケンスに則った停止動作を行わせることができず、冷凍機の各機器に対して不具合を生じさせるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、インバータ装置の停止（トリップ）を熱源機の制御装置が把握でき、また、熱源機の安定運転動作時間を拡大できる熱源機および熱源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱源機および熱源システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱源機は、インバータ制御部による所定演算に基づき機器保護のために停止する保護機能を備えたインバータ装置によって駆動され、冷媒を圧縮する電動式圧縮機と、該電動圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器によって凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷熱出力および／または温熱出力を制御する制御装置と、を備えた熱源機において、前記制御装置は、前記インバータ制御部の前記保護機能の演算結果を推定するインバータ保護機能推定部を備えていることを特徴とする。

インバータ制御部の保護機能による演算結果を、熱源機に設けたインバータ保護機能推定部で推定することにより、インバータ装置の保護機能による停止を予測することができる。したがって、熱源機の制御装置が把握している熱源機の状態にかかわらずインバータ制御部の独自の判断によりインバータ装置が停止して、結果的に熱源機の制御装置が予期しない停止を回避できる。
熱源機としては、例えば、ターボ冷凍機やスクリューチラー等が挙げられる。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記制御装置は、前記インバータ保護機能推定部によって、前記インバータ制御部の前記保護機能による停止動作に近づいていると判断された場合には、前記インバータ装置の負荷を低減させる制御を行うことを特徴とする。

例えば、インバータ装置からの出力電流が定格値よりも大きい状況が続いた場合には、インバータ制御部の保護機能による停止動作に近づき、このまま熱源機の運転を続けると、インバータ制御部の停止動作が行われてしまう。そこで、熱源機の制御装置に設けたインバータ保護機能推定部によってインバータ制御部による停止動作に近づいていると判断した場合には、インバータ装置の負荷を低減させる制御を行うこととし、停止動作のタイミングを延期させる。

さらに、本発明の熱源機によれば、当該熱源機の容量制御を行うことにより、前記インバータ装置の負荷を低減させることを特徴とする。

熱源機の容量制御を行うことにより、熱源機の電動式圧縮機に加わる負荷が低減され、結果的にインバータ装置の負荷が低減される。容量制御による負荷低減方法としては、電動式圧縮機の吸入冷媒量を調整する入口ベーンの開度を所定値以下に制限したり、電動式圧縮機の回転数を減少させたり、電動式圧縮機の冷媒吐出側と冷媒吸入側とをバイパスするホットガスバイパス弁を開いたりする方法が挙げられる。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記インバータ制御部の前記保護機能の所定演算は、前記インバータ装置から前記電動式圧縮機に出力される出力電流が極性判別値を上回ると加算され、該出力電流が極性判別値を下回ると減算され、これらの積算値が上限値に達するとインバータ停止条件となるものとされ、前記インバータ保護機能推定部は、前記インバータ装置から前記出力電流値および前記極性判別値を取得して、前記加算および前記減算を行うことを特徴とする。

インバータ装置に搭載されたＩＧＢＴ等のパワーデバイスやインバータ装置によって駆動される電動モータを保護するために、出力電流値やパワーデバイス近傍温度等からパワーデバイスの内部温度等を推定演算するいわゆる電子サーマルが設けられている。この電子サーマルは、出力電流値に極性判別値を設け、例えば定格電流の１０５％以上となった場合は加算し、定格電流の１０５％未満の場合には減算するという演算が行われる。この演算の積算値が上限値に達するとインバータ停止条件となる。インバータ装置から出力電流値および極性判別値を得ることにより、この積算値を、熱源機の制御装置に設けたインバータ保護機能推定部によって推定することができる。これにより、熱源機の予期せぬ停止を回避することができる。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記インバータ保護機能推定部は、前記インバータ装置の前記上限値に対応する対応上限値に前記積算値が到達する前に、前記制御装置によって当該熱源機を制御することにより前記インバータ装置の負荷を制限する負荷制限閾値を備えていることを特徴とする。

極性判別値を超えると、停止動作に近づいていく。本発明では、対応上限値に積算値が到達する前に負荷制限閾値を設け、この負荷制限閾値を超えた場合には、インバータ装置の負荷を制限するように熱源機を制御する。これにより、インバータ装置の負荷が増大せず、インバータ装置の停止動作のタイミングを遅らせることができる。
インバータ装置の負荷を制限するために熱源機を制御する方法としては、例えば、電動式圧縮機の吸込冷媒流量を調整する入口ベーンの開度を制限すること、電動式圧縮機の吐出冷媒の一部を取り出し、凝縮器および蒸発器をバイパスして電動式圧縮機の吸込側へバイパスするバイパス流路に設けられたホットガスバイパス弁の開度を制限すること、電動式圧縮機の回転数を制限することが挙げられる。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記インバータ保護機能推定部は、前記負荷制限閾値と前記対応上限値との間に、当該熱源機の能力を強制的に減じる強制制限値を備えていることを特徴とする。

負荷制限閾値を超えてさらに対応上限値に近づいて強制制限値を超えた場合には、熱源機の能力を強制的に減じることとし、インバータ装置の負荷を強制的に減少させる。これにより、インバータ装置の停止のタイミングを遅らせることができる。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記対応上限値は、前記インバータ装置の前記上限値よりも小さい値とされ、該対応上限値に到達した場合に、当該熱源機の停止動作を行うことを特徴とする。

対応上限値をインバータ装置の上限値よりも小さくすることにより、熱源機の制御装置の演算による対応上限値は、インバータ制御部の演算による上限値よりも先に到達することになる。したがって、インバータ装置の停止動作よりも先に熱源機の停止動作を行うことになり、熱源機側の所定のシーケンスによる安定的な停止動作を確保することができる。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記制御装置は、前記電動式圧縮機を駆動する前記インバータ装置の出力電流値が第１閾値を超えた場合に、当該熱源機を制御することにより前記インバータ装置の負荷を制限することを特徴とする。

インバータ装置の出力電流値が第1閾値を超えた場合には、熱源機の能力を制限するように制御してインバータ装置の負荷を制限するようにする。具体的には、制御装置により、電動式圧縮機の吸込冷媒流量を調整する入口ベーンの開度を制限し、及び／又は、電動式圧縮機の吐出冷媒の一部をバイパスして該電動式圧縮機の吸込側へバイパスするバイパス流路に設けられたホットガスバイパス弁の開度を制限し、及び／又は、電動式圧縮機の回転数を制限する。このように、熱源機の制御装置にて行われる積算値による制限に加えて、出力電流値による制限を重ねて行うことにより、さらに熱源機の安定運転の拡大を実現する。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記制御装置は、前記出力電流値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えた場合に、当該熱源機の能力を強制的に減じることを特徴とする。

出力電流値が第1閾値を超えてさらに第２閾値を超えた場合には、インバータ装置の停止動作にさらに近づくことになる。そこで、第２閾値を超えた場合には、熱源機の能力を強制的に減じて、インバータ装置の負荷を低減させることとした。熱源機の能力を強制的に減じる方法としては、入口ベーンの開度を強制的に閉とし、及び／又は、ホットガスバイパス弁の開度を強制的に開とし、及び／又は、回転数を強制的に最小回転数とする方法が挙げられる。このように、熱源機の制御装置にて行われる積算値による制限に加えて、出力電流値による制限を重ねて行うことにより、より安定運転の拡大を実現する。

さらに、本発明の熱源機によれば、前記インバータ保護機能推定部は、前記インバータ制御部から前記保護機能の演算結果を取得することを特徴とする。

インバータ制御部から保護機能の演算結果を取得することにより、熱源機の制御装置での推定演算を省略することができる。

また、本発明の熱源システムは、前記電動式圧縮機を駆動する前記インバータ装置と、上記のいずれかの複数台の熱源機とを備えていることを特徴とする。

熱源機を複数台備えている熱源システムでは、通常、負荷が増大するにつれて、１台運転から複数台運転に移行する。この場合、先に起動している熱源機は大きな負荷が要求されていることから、インバータ装置が過負荷になりやすい。このような場合に、熱源機によりインバータ装置の保護機能を把握することにより、安定運転時間を拡大することができる。

インバータ制御部の保護機能の演算結果を推定するインバータ保護機能推定部を熱源機側に設けることとしたので、インバータ装置の停止（トリップ）を熱源機の制御装置が把握でき、また、熱源機の安定運転動作時間を拡大できる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明のターボ冷凍機（熱源機）１の概略構成が示されている。
図１に示されているように、ターボ冷凍機１は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機５と、後述する凝縮器、蒸発器および膨張弁を収納した本体胴６と、ターボ冷凍機１の運転を制御する制御装置１ａとを備えている。

ターボ圧縮機５は、電動モータ７によって回転駆動される電動式となっている。電動モータ７は、インバータ装置３に電気的に接続されており、このインバータ装置３によって可変速運転が可能となっている。
インバータ装置３には、インバータ制御部３ａが設けられている。このインバータ制御部３ａは、ターボ冷凍機１の制御装置１ａと通信が行われるようになっており、制御装置１ａの指示に基づき、電動モータ７の回転数を制御するようになっている。また、インバータ制御部１ａは、各種の保護機能を備えており、例えば、出力電流およびＩＧＢＴ等のパワーデバイス近傍の温度からパワーデバイス内部の温度を計算する過負荷保護や、出力電流によって電動モータの保護を行う電子サーマルによるモータ保護が設けられている。

ターボ圧縮機５にて圧縮された吐出冷媒は、吐出管９を介して、本体胴６内の凝縮器へと送られる。また、ターボ圧縮機５にて吸入される吸入冷媒は、吸込管１１を介して、蒸発器から流入する。
本体胴６には、外部負荷に冷水を供給する冷水管１５，１７が接続されている。往用冷水管１７から冷水が負荷側に供給され、外部負荷にて利用された後の冷水が還用冷水管１５を介して本体胴６へと戻ってくる。

図２には、図１に示したターボ冷凍機１の冷媒回路構成が示されている。
同図には、冷却水管１３ａ，１３ｂが接続された凝縮器１３と、冷水管１５，１７が接続された蒸発器８と、凝縮器１３と蒸発器８との間に設けられた膨張弁３０とを備えている。

ターボ圧縮機５の冷媒吸込側には、入口ベーン３５が設けられている。入口ベーン３５は、ターボ圧縮機５に流入する冷媒流量を調整する。入口ベーン３５の開度は制御装置１ａ（図１参照）によって制御される。この入口ベーン３５の開度調整によって、冷水出口温度Ｔ１が制御される。

凝縮器１３は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。凝縮器１３には、冷却水管１３ａ，１３ｂが接続されており、この冷却水管１３ａ，１３ｂ内を流れる水とシェル内の冷媒とが熱交換を行う。冷却水管１３ａ，１３ｂは、冷却塔（図示せず）と接続されている。

蒸発器８は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。蒸発器８には、冷水管１５，１７が接続されており、この冷水管８ａ，８ｂ内を流れる水とシェル内の冷媒とが熱交換を行う。冷水管１５，１７は、上述のように、外部負荷と接続されており、冷水が流れる。往用冷水管１７の上流側には熱交換前の冷水入口温度Ｔ０を計測する冷水入口温度センサ３１ａが、還用冷水管１５の下流側には外部負荷にて利用された後の冷水出口温度Ｔ１を計測する冷水出口温度センサ３１ｂが、それぞれ設けられている。一般に、冷房時の冷水入口温度Ｔ０は１２℃に、冷水出口温度Ｔ１は７℃に設定される。

ターボ圧縮機５の吐出側とターボ圧縮機５の吸込側との間には、ホットガスバイパス管１４ａが設けられている。ホットガスバイパス管１４ａには、冷媒流量を調整するためのホットガスバイパス弁１４が設けられている。このホットガスバイパス弁１４によって流量が調整された高温高圧の吐出冷媒が、ターボ圧縮機５の吸込側へとバイパスされるようになっている。

膨張弁３０は、凝縮器１３と蒸発器８との間に設けられており、液冷媒を絞ることによって等エンタルピー膨張させるものである。
膨張弁３０の開度は、制御装置１ａ（図１参照）によって制御されるようになっている。

次に、上記構成のターボ冷凍機１の動作について説明する。
ターボ圧縮機５は、電動モータ７によって駆動され、制御装置１ａからに指示に基づいてインバータ装置３により所定周波数で回転させられる。入口ベーン３５は、制御装置１ａによって、設定温度（例えば、冷水出口温度７℃）を達成するようにその開度が調整される。
また、ターボ圧縮機５から吐出された高温高圧のガス冷媒は、その一部がホットガスバイパス管１４ａを通りホットガスバイパス弁１４で冷媒流量が調整された後、ターボ圧縮機５へと導かれるようになっている。

蒸発器８から吸い込まれた低圧ガス冷媒は、ターボ圧縮機５によって圧縮され、高圧ガス冷媒となる。ターボ圧縮機５から吐出された高圧ガス冷媒は、冷媒配管３９ａを通り、凝縮器１３へと導かれる。
凝縮器１３において、冷却塔（図示せず）からの冷却水によって高温高圧のガス冷媒は略等圧に冷却され、高圧高温の液冷媒となる。高圧高温の液冷媒は、冷媒配管３９ｂを通り膨張弁３０へと導かれ、この膨張弁３０によって等エンタルピー的に膨張させられる。このように膨張させられた冷媒は、蒸発器８において蒸発し、冷水管１５，１７から熱を奪う。これにより、１２℃で流入した冷水は７℃で外部負荷側に返送されることになる。
蒸発器８において蒸発した低圧ガス冷媒は、ターボ圧縮機５へと導かれ、再び圧縮される。

次に、ターボ冷凍機１の制御装置１ａに設けたインバータ保護機能推定部について説明する。
インバータ保護機能推定部は、過熱保護や電子サーマルといったインバータ制御部３ａで独自に行われている演算を、ターボ冷凍機１の制御装置１ａにおいて並列的に演算するものである。
以下に、電動モータ７の保護を行う電子サーマルを例として説明する。
電子サーマルでは、インバータ装置３の出力電流値Ａと、極性判別値に基づいて演算された積算値Ｓを用いる。この積算値Ｓが１００％に到達した時に、トリップと判断し、インバータ装置３を停止するようになっている。極性判別値は、出力電流が所定値（例えば定格の１０５％）以上となったときに正となり、所定値を下回ったときに負となるものである。
積算値Ｓの演算は以下の通りである。
ｉ）極性判別値が正の場合（すなわち出力電流値が定格１０５％以上の場合）
Ｓ（ｉ＋１）＝Ｓ（ｉ）＋ｆ（Ａ）×ｔ
ii）極性判別値が負の場合（すなわち出力電流値が定格１０５％未満の場合）
Ｓ（ｉ＋１）＝Ｓ（ｉ）−ｇ（Ａ）×ｔ
ここで、ｉは各演算周期の時系列番号を示し、ｆ（Ａ）及びｇ（Ａ）は電流値Ａの時の関数（％／ｓｅｃ）を示し、ｔは演算周期（ｓｅｃ）を示す。
上式からわかるように、積算値Ｓは、極性判別値を超えると加算され、極性判別値を下回ると減算されるものである。

図３には、上述の電子サーマルをターボ冷凍機１の制御装置１ａにて演算する概念を示した図である。
同図に示すように、積算値Ｓは、極性判別値である出力電流値１０５％を超えると加算され、これを下回ると減算されるようになっている。また、制御装置１ａでは、インバータ制御部３が用いる極性判別値を予めまたは通信により取得して、インバータ制御部３と同一の極性判別値を用いるようになっている。

同図において、Ｓｔは、後述するように、インバータ装置３の負荷を制限するようにターボ冷凍機１の能力を制限する負荷制限閾値となっている。インバータ装置３の負荷を制限するためにターボ冷凍機１の能力を制限する方法としては、例えば、入口ベーン３５の開度を制限すること、ホットガスバイパス弁１４の開度を制限すること、電動モータ７の回転数を制限することが挙げられる。

また、Ｓｃｒは、ターボ冷凍機１の能力を強制的に制限する強制制限値となっている。例えば、入口ベーン３５を強制的に閉じることにより、ターボ冷凍機１の能力を強制的に制限する。

また、Ｓｓｄは、インバータ装置３の積算値の上限値に対応する対応上限値となっている。積算値Ｓがこの対応上限値Ｓｓｄに到達すると、ターボ冷凍機１の停止動作が行われる。対応上限値Ｓｓｄは、インバータ制御部３ａの電子サーマルにて用いる上限値よりも小さい値を採用する。

図４には、ターボ冷凍機１の制御装置１ａのインバータ保護機能推定部で行われる制御フローが示されている。
ステップ２０にて積算値Ｓを制御周期ごとに読出し、積算値Ｓが強制制限値Ｓｃｒを超えたか否かを判断する（ステップＳ２１）。強制制限値Ｓｃｒを超えている場合には、ステップＳ２２へと進み、ターボ冷凍機１の能力を強制的に制限してインバータ装置３の負荷を減少させるように、入口ベーン３５を強制的に閉じる。これにより、積算値Ｓの加算が緩和または減少され、インバータ装置３の停止タイミングを遅らせることができる。
一方、積算値Ｓが対応上限値Ｓｓｄを超えた場合には（ステップＳ２３）、ターボ冷凍機１を停止する。この停止動作は、予め決められた一連のシーケンスに則って行われるものであり、この停止シーケンスは、ターボ冷凍機１の各機器の損傷がないように考慮されたものとなっている。そして、ステップＳ２５にて、トリップ信号を出力する。

図５には、上述の積算値Ｓによる制限に加えて、インバータ装置３の出力電流値をも考慮に入れた制御フローが示されている。
ターボ冷凍機１の制御装置１ａのインバータ保護機能推定部にて演算される積算値Ｓが負荷制限閾値Ｓｔを下回る場合には、通常制御として、一定温度の冷水を供給するように入口ベーン３５の開度が制御される（ステップＳ１）。
積算値Ｓが負荷制限閾値Ｓｔを超えると（ステップＳ２）、インバータ装置３の負荷の制限を行うために入口ベーン３５の制御を行うか否かの判断が以下のように行われる。
インバータ装置３からの出力電流値が定格電流の１００％を下回るとき（ステップＳ３）は、特別に負荷制限のための制御は行わず、再びステップＳ２に戻り、積算値の監視を行う。
インバータ装置３からの出力電流値が定格電流の１００％を超え（ステップＳ３）、かつ、定格電流の１０５％を下回る場合（ステップＳ４）には、ターボ冷凍機１の出力（能力）の上昇を制限するために、入口ベーン３５の開度を開禁止とし、現時点以上に開度を上げないようにする。これにより、インバータ装置３の負荷が制限され、増大することがない。

インバータ装置３からの出力電流値が定格電流の１００％を超え（ステップＳ３）、かつ、定格電流の１０５％以上となった場合（ステップＳ４）には、ステップＳ６へと進み、ターボ冷凍機１の出力を強制的に減少させるために、入口ベーン３５を強制的に閉じる。これにより、インバータ装置３の負荷が増大することがない。また、定格電流の１０５％は、極性判別値となっているので、積算値Ｓが負荷制限閾値Ｓｔを超えてかつ増大する場合には入口ベーン３５を強制的に閉じる制御となっている。

一方、ステップＳ２において、積算値Ｓが負荷制限閾値Ｓｔを下回る場合には、ステップＳ７へと進み、出力電流値が定格電流の１０５％（第１閾値）を超えているか否かを判断する。出力電流値が定格電流の１０５％を超えていない場合には、通常制御（ステップＳ１）へと戻る。出力電流値が定格電流の１０５％を超えており、かつ、定格電流の１１０％を超えていない場合（ステップＳ８）には、ステップＳ１０へと進み、ターボ冷凍機１の出力の上昇を制限するために、入口ベーン３５の開度を開禁止とし、現時点以上に開度を上げないようにする。このように、積算値Ｓが負荷制限値Ｓｔを超えていない場合であっても、出力電流値に基づいてターボ冷凍機１の出力を制限できる。
そして、ステップＳ１１へと進み、積算値Ｓが負荷制限閾値Ｓｔを超えている場合には、ステップＳ６へと進み、ターボ冷凍機１の出力を強制的に減少させるために、入口ベーン３５を強制的に閉じる。ステップＳ１１にて、積算値が負荷制限閾値Ｓｔを超えていないと判断された場合には、ステップＳ７へと戻り、再び出力電流値の監視を行う。

ステップＳ８にて、出力電流値が定格電流の１１０％（第２閾値）を超えていると判断された場合には、ステップＳ９へと進み、ターボ冷凍機１の出力を強制的に減少させるために、入口ベーン３５を強制的に閉じる。このように、積算値Ｓが負荷制限値Ｓｔを超えていない場合であっても、出力電流値に基づいてターボ冷凍機１の出力を減少させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
インバータ制御部３ａの保護機能による演算結果を、ターボ冷凍機１の制御装置１ａに設けたインバータ保護機能推定部で推定することにより、インバータ装置３の保護機能による停止を予測することができ。したがって、ターボ冷凍機１の制御装置１ａが把握しているターボ冷凍機１の状態にかかわらずインバータ制御部３ａの独自の判断によりインバータ装置３が停止して、結果的にターボ冷凍機１の制御装置１ａが予期しない停止を回避できる。
また、負荷制限閾値Ｓｔを設け、この値を超えた場合には、積算値Ｓが対応上限値Ｓｓｄに近づくことが予想されるので、ターボ冷凍機１の出力を制限または減少させることとした。これにより、出力電流をなるべく極性判別値以下にして積算値が減少するようにして、積算値が上限値に到達してターボ冷凍機１が停止してしまうタイミングを遅らせることができ、可及的にターボ冷凍機１の安定運転時間の拡大を図ることができる。
また、ターボ冷凍機１の制御装置１ａにて用いる対応上限値Ｓｓｄを、インバータ制御部３ａにて用いる上限値よりも小さい値としたので、インバータ装置３の停止動作よりも先にターボ冷凍機１の停止動作を行うことになり、ターボ冷凍機側の所定のシーケンスによる安定的な停止動作を確保することができる。
また、積算値Ｓによる制御とは別に、または、これと組み合わせて、インバータ装置３の出力電流値によってターボ冷凍機１の出力制限または出力減少を行うこととしたので、さらにターボ冷凍機１の安定運転時間を拡大することができる。

なお、本実施家形態では、熱源機の１例としてターボ冷凍機を用いて説明したが、インバータ装置によって駆動される電動圧縮機を備えたものであれば本発明は適用でき、例えばスクリューチラーであってもよい。
また、ターボ冷凍機の出力を制限し、また減少させるために、入口ベーンを制御することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ホットガスバイパス弁１４を開けて冷凍機出力ないしインバータ装置負荷を減少させるようにしてもよく、また、電動モータ７の回転数を減少させて冷凍機出力ないしインバータ装置負荷を減少させるようにしても良い。
また、インバータ制御部３ａから積算値をターボ冷凍機１の制御装置１ａが直接取得するようにしても良い。これにより、制御装置１ａでの推定演算を省略することができる。
また、本実施形態では、ターボ冷凍機１を１台の場合として説明したが、実際の適用では、熱需要に応じてターボ冷凍機１が複数台接続された熱源システム（図示せず）を構成する。このような場合には、負荷が増大するにつれて、１台運転から複数台運転に移行するので、先に起動しているターボ冷凍機１は大きな負荷が常に要求されることになり、インバータ装置３ないし電動モータ７が過負荷になりやすい。このような場合に、ターボ冷凍機側でインバータ装置３の保護機能を把握することにより、インバータ制御部３ａによるインバータ装置３の先行するトリップを回避して、安定運転時間を拡大することができるという利点がある。
また、本実施形態では、冷凍運転を行うターボ冷凍機を用いて説明したが、ヒートポンプ運転も可能なヒートポンプ式ターボ冷凍機に本発明を適用しても良い。

本発明の一実施形態にかかるヒートポンプ式ターボ冷凍機を示した概略構成図である。 図１のターボ冷凍機の冷媒回路構成図である。 電子サーマルをターボ冷凍機１の制御装置１ａにて演算する概念を示した図である。 ターボ冷凍機の制御装置のインバータ保護機能推定部で行われる制御フローを示したフローチャートである。 インバータ装置３の出力電流値を考慮に入れた制御フローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ ターボ冷凍機（熱源機）
１ａ 制御装置
３ インバータ装置
３ａ インバータ制御部
５ ターボ圧縮機（電動式圧縮機）
７ 電動モータ
８ 蒸発器
１３ 凝縮器
１４ ホットガスバイパス弁
３５ 入口ベーン
Ｓ 積算値
Ｓｔ 負荷制限閾値
Ｓｃｒ 強制制限値
Ｓｓｄ 対応上限値

Claims (11)

1. インバータ制御部による所定演算に基づき機器保護のために停止する保護機能を備えたインバータ装置によって駆動され、冷媒を圧縮する電動式圧縮機と、
   該電動圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   該凝縮器によって凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、
   該膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   冷熱出力および／または温熱出力を制御する制御装置と、を備えた熱源機において、
   前記制御装置は、前記インバータ制御部の前記保護機能の演算結果を推定するインバータ保護機能推定部を備えていることを特徴とする熱源機。
2. 前記制御装置は、前記インバータ保護機能推定部によって、前記インバータ制御部の前記保護機能による停止動作に近づいていると判断された場合には、前記インバータ装置の負荷を低減させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱源機。
3. 当該熱源機の容量制御を行うことにより、前記インバータ装置の負荷を低減させることを特徴とする請求項２に記載の熱源機。
4. 前記インバータ制御部の前記保護機能の所定演算は、前記インバータ装置から前記電動式圧縮機に出力される出力電流が極性判別値を上回ると加算され、該出力電流が極性判別値を下回ると減算され、これらの積算値が上限値に達するとインバータ停止条件となるものとされ、
   前記インバータ保護機能推定部は、前記インバータ装置から前記出力電流値および前記極性判別値を取得して、前記加算および前記減算を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱源機。
5. 前記インバータ保護機能推定部は、前記インバータ装置の前記上限値に対応する対応上限値に前記積算値が到達する前に、前記制御装置によって当該熱源機を制御することにより前記インバータ装置の負荷を制限する負荷制限閾値を備えていることを特徴とする請求項４に記載の熱源機。
6. 前記インバータ保護機能推定部は、前記負荷制限閾値と前記対応上限値との間に、当該熱源機の能力を強制的に減じる強制制限値を備えていることを特徴とする請求項５に記載の熱源機。
7. 前記対応上限値は、前記インバータ装置の前記上限値よりも小さい値とされ、該対応上限値に到達した場合に、当該熱源機の停止動作を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の熱源機。
8. 前記制御装置は、前記電動式圧縮機を駆動する前記インバータ装置の出力電流値が第１閾値を超えた場合に、当該熱源機を制御することにより前記インバータ装置の負荷を制限することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の熱源機。
9. 前記制御装置は、前記出力電流値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えた場合に、当該熱源機の能力を強制的に減じることを特徴とする請求項８に記載の熱源機。
10. 前記インバータ保護機能推定部は、前記インバータ制御部から前記保護機能の演算結果を取得することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の熱源機。
11. 前記電動式圧縮機を駆動する前記インバータ装置と、
    請求項１から１０のいずれかに記載された複数台の熱源機とを備えていることを特徴とする熱源システム。

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