JP2009300008A - 冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの冷媒冷却を必要十分に行うとともに高効率運転が可能とされた冷凍機を提供することを目的とする。
【解決手段】モータ冷却冷媒導入配管４５に設けられ、モータ冷却冷媒導入配管４５内を流れる冷媒流量を制御する冷却膨張弁４７と、冷却膨張弁４７の開度を制御する制御部とを備えている。この制御部は、電動モータ１６に入力される電力に基づいて電動モータ１６の発熱量を演算するとともに、この発熱量に基づいて冷却膨張弁４７の開度を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒冷却が行われる電動モータで駆動される圧縮機を備えた冷凍機、特にターボ冷凍機に関するものである。

一般に、ターボ冷凍機に用いられるターボ圧縮機は、電動モータによって回転駆動されている。この電動モータを用いた圧縮機として、開放可能とされたケーシング内に密閉状態で収納可能とされた、いわゆる半密閉式圧縮機が知られている。この電動モータの冷却方式として、冷凍サイクルに用いられる冷媒の一部をケーシング内に導き、冷媒の蒸発潜熱を用いることによって冷却する冷媒冷却方式が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００２−１８８８６５号公報 特開２００１−９５２０５号公報

上記のような冷媒冷却方式では、高圧液冷媒の一部を取り出し、固定絞り機構を介して電動モータのケーシングへと導く。電動モータの冷却には、冷凍サイクルで用いる冷媒量のせいぜい２％程度しか用いられず、冷凍サイクル損失に大きな影響を与えるものではないので、固定絞り機構を用いれば十分と考えられていた。

しかし、近年の冷凍機の高効率化への要請に伴い、２％程度の冷媒量を電動モータの冷却に用いる場合であっても、以下の理由により、冷凍サイクル損失を無視できなくなってきた。
特にターボ冷凍機では、定格負荷の１０％以下といった低負荷、或いは１％程度といった超低負荷まで運転することが可能となっており、このような低負荷にて高効率運転を実現しようとすると、電動モータの冷却に２％もの冷媒を用いるのは無視できないものとなる。
また、冷凍サイクル内の高圧と低圧との圧力差が小さくなったり、冷凍負荷が小さくなると、電動モータの熱負荷が小さくなるため、冷却冷媒が十分に蒸発せずにケーシング内に液冷媒が滞留することになる。ケーシング内の液冷媒が滞留すると、モータの攪拌損失を招き、冷凍機としての効率低下につながる。さらに、ケーシング内に液冷媒が滞留すると、電動モータ用の潤滑油を過剰に冷却してしまい、潤滑油に液冷媒が過剰に溶け込んで粘度低下を来たし、軸受損傷を招くおそれがある。
また、冷媒として疑似冷媒や非共沸冷媒といった沸点が異なる混合冷媒を用いた場合には、ケーシング内で蒸発して冷凍サイクルの低圧側へと返送されるガス冷媒の混合比が、冷凍サイクルに用いられる混合冷媒の混合比に影響を及ぼす。すなわち、電動モータのケーシング内で蒸発する冷媒の状態（圧力、温度等）が変化すると、蒸発したガス冷媒の混合比が変化し、冷凍サイクルとして用いられる設計上の混合比と異なるものとなってしまう。このように混合比が設計点から変化したガス冷媒を返送して冷凍サイクルに用いられる混合冷媒に合流させると、冷凍サイクルに用いられる混合冷媒の混合比も設計点からずれることになり、結果的に冷凍サイクル損失を招くおそれがある。

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、電動モータの冷媒冷却を必要十分に行うとともに高効率運転が可能とされた冷凍機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、本発明の冷凍機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動モータと、前記圧縮機構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、前記電動モータを冷却する冷媒を前記凝縮器側から該電動モータへと導くモータ冷却冷媒導入配管と、前記電動モータを冷却した冷媒を前記蒸発器側へと返送するモータ冷却冷媒返送配管とを備えた冷凍機において、前記モータ冷却冷媒導入配管に設けられ、該モータ冷却冷媒導入配管内を流れる冷媒流量を制御する流量制御弁と、該流量制御弁の開度を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電動モータに入力される電力に基づいて該電動モータの発熱量を演算するとともに、該発熱量に基づいて前記流量制御弁の開度を決定することを特徴とする。

モータ冷却冷媒導入配管を介して電動モータへと供給される冷媒の流量を流量制御弁によって制御することとし、この流量制御弁の開度を、電動モータの発熱量に基づいて決定することとしたので、電動モータを冷却するのに必要とされる冷媒量を過不足なく電動モータに供給することができる。したがって、冷凍機の負荷が低い場合（例えば定格の１０％以下）であっても過剰な冷媒が電動モータに流れることがないので、冷凍サイクル損失を来すことがない。特に、冷媒として疑似冷媒や非共沸冷媒といった各冷媒の沸点が異なる混合冷媒を用いた場合には、電動モータに流れる冷媒量が過剰または過小となることを回避することで、冷凍サイクルに用いられる冷媒の混合比率に影響を与えることがないので、安定した効率の良い冷凍サイクルを実現することができる。
また、電動モータの発熱量は、該電動モータに入力される電力に基づいて演算されるので、電動モータの温度変化に対するフィードフォワード制御となる。これにより、安定した温度制御が実現される。
流量制御弁の開度は、電動モータの発熱量が所定値よりも大きい場合には開方向へと制御され、電動モータの発熱量が所定値よりも小さい場合には閉方向へと制御される。
電動モータの発熱量は、電動モータに入力される電力に基づいて演算されるが、具体的には、モータに投入する電流値、電圧値、モータ効率、力率、風損等から演算される。

さらに、本発明の冷凍機では、前記電動モータの代表温度を計測する第１温度センサを備え、前記制御部は、前記第１温度センサの出力値に基づいて、前記流量制御弁の開度を制御することを特徴とする。

電動モータの発熱量に基づく制御に加えて、さらに、電動モータの代表温度を計測する第１温度センサの出力値に基づいて流量制御弁の開度を制御することとしたので、電動モータの代表温度に基づくフィードバック制御が可能となり、より柔軟な電動モータの冷却を行うことができる。
流量制御弁の開度は、第１温度センサの出力値が所定値よりも大きい場合には開方向へと制御され、第１温度センサの出力値が所定値よりも小さい場合には閉方向へと制御される。
なお、電動モータの代表温度とは、電動モータの温度変化を反映する部位の温度を意味し、例えば、ステータの温度、ステータのコイルエンドの温度、電動モータのケーシングの温度等が挙げられる。

さらに、本発明の冷凍機では、前記モータ冷却冷媒返送配管には、第２温度センサが設けられ、前記制御部は、前記第２温度センサの出力値に基づいて、前記流量制御弁の開度を制御することを特徴とする。

第２温度センサによって、モータ冷却冷媒返送配管内を流れる冷媒温度を得ることにより、例えば電動モータ内に流入する液冷媒の飽和温度と組み合わせることによって電動モータ内の冷媒の乾き度を推定することができる。この乾き度を所定値に維持するように流量制御弁の開度をフィードバック制御する。これにより、例えば、液冷媒を攪拌することによって生じる攪拌損失を回避することができ、電動モータの冷却を損失なく適正に行うことができる。
流量制御弁の開度は、第２温度センサの出力値から得られた乾き度が所定値よりも大きい場合には開方向へと制御され、第２温度センサの出力値から得られた乾き度が所定値よりも小さい場合には閉方向へと制御される。

さらに、本発明の冷凍機では、前記制御部は、冷凍機の起動時には、前記流量制御弁の開度に対する重み付けを、前記発熱量に基づく制御よりも前記第１温度または前記第２温度に基づく制御の方を大きくし、前記起動時から所定時間経過後には、前記流量制御弁の開度に対する重み付けを、前記第１温度または前記第２温度に基づく制御よりも前記発熱量に基づく制御の方を大きくすることを特徴とする。

起動時から所定時間経過して冷凍サイクルが安定した後は、電動モータの入力電力に基づいて得られる発熱量によって流量制御弁の開度をフィードフォワード制御する方が、第１温度または第２温度によってフィードバック制御するよりも応答性が良いので、フィードフォワード制御の重み付けを、第１温度または第２温度によるフィードバック制御の重み付けよりも大きくする。
一方、起動時には、冷凍負荷が小さく電動モータの発熱量が小さいが、例えば電動モータ温度が過剰に高くなり停止した後の再起動時のように電動モータ温度が高いときは、モータ冷却冷媒の流量を増大させる制御が必要となる。そこで、本発明では、冷凍機の起動時には、第１温度または第２温度によるフィードバック制御による重み付けを、発熱量によるフィードフォワード制御による重み付けよりも大きくすることによって、高温となった電動モータを早期に冷却することとした。

さらに、本発明の冷凍機では、前記電動モータは、回転数可変とされたインバータ駆動とされ、前記圧縮機構は、ターボ圧縮機とされていることを特徴とする。

インバータ駆動とされたターボ圧縮機を備えたターボ冷凍機では、例えば、負荷が定格の１０％以下、さらには１％程度といった運転が可能となっている。このように、低負荷での運転が行われるターボ冷凍機に対して、上記したモータ冷却冷媒の冷媒量制御を行うことで、安定した冷凍サイクルによる高効率な運転が実現される。

本発明の冷凍機によれば、電動モータを冷却するのに必要とされる冷媒量を過不足なく電動モータに供給することができるので、高効率運転が可能となる。

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、本実施形態にかかるターボ冷凍機の概略構成が示されている。
ターボ冷凍機（冷凍機）１は、２段圧縮２段膨張サイクルを実現する構成となっている。このターボ冷凍機１は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機３と、ターボ圧縮機３によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器５と、凝縮器５からの液冷媒を膨張させる第１膨張弁７と、第１膨張弁７とターボ圧縮機３の中間段との間でかつ凝縮器５と第２膨張弁９との間に接続された中間冷却器１０と、第２膨張弁９によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器１２とを備えている。

ターボ圧縮機３は、遠心式の２段圧縮機であり、インバータ１４によって回転数制御された電動モータ１６によって駆動される。インバータ１４は、図示しない制御部によってその出力が制御されている。インバータ１４から電動モータ１６へ供給される電圧値および電流値は、図示しないセンサから制御部へと送信されるようになっている。
ターボ圧縮機３の２つの羽根車１８ａ，１８ｂの冷媒吸入口には、それぞれ、吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン（以下「ＩＧＶ」という。）１９ａ，１９ｂが設けられており、ターボ冷凍機１の容量制御が可能となっている。
ターボ圧縮機３及び電動モータ１６は、密閉状態で収容するケーシング２１内に収容されている。なお、ケーシング２１は、メンテナンス等のために開閉可能となっている。このように、ターボ圧縮機３は、密閉開放可能なケーシング２１内に電動モータ１６と共に収容された半密閉式電動圧縮機となっている。したがって、冷媒は、ケーシング２１内を流れるようになっている。ケーシング２１内の圧力は、電動モータ１６の近傍に設けられた圧力センサ４０によって計測され、制御部へと送られるようになっている。ケーシング２１の温度は、温度センサＴｍ３によって計測され、制御部へと送られるようになっている。

電動モータ１６は、中心軸周りに回転するロータ２３と、このロータ２３の周囲に所定のギャップを有して設けられた概略円筒形状のステータ２５とを備えている。ロータ２３の回転出力は、増速ギア４２を介して羽根車１８ａ，１８ｂへと伝達される。
ステータ２５には、ステータ２５のコイルエンドの温度を計測するモータ温度センサ（第１温度センサ）Ｔｍ１が設けられている。モータ温度センサＴｍ１の出力は、制御部へと送られる。

中間冷却器１０と第２膨張弁９との間には、モータ冷却冷媒導入配管４５の一端が接続されている。モータ冷却冷媒導入配管４５の他端は、ケーシング２１に接続されている。モータ冷却冷媒導入配管４５の中途位置には、冷却膨張弁（流量制御弁）４７が設けられている。冷却膨張弁４７の開度制御は、制御部によって行われる。
ケーシング２１の下部には、モータ冷却冷媒返送配管５０が接続されている。モータ冷却冷媒返送配管５０の他端は、蒸発器１２に接続されている。モータ冷却冷媒返送配管５０には、冷媒温度を計測するためのモータ冷媒出口温度センサ（第２温度センサ）Ｔｍ２が設けられている。モータ冷媒出口温度センサＴｍ２の出力は、制御部へと送られる。

凝縮器５には、凝縮冷媒圧力を計測するための凝縮冷媒圧力センサＰｃが設けられている。センサＰｃの出力は、制御部に送信される。
凝縮器５には、冷媒を冷却するための冷却伝熱管２７が挿通されている。冷却水出口温度は温度センサ２９より、冷却水入口温度は温度センサ３０により計測されるようになっている。冷却水は、図示しない冷却塔において外部へと排熱された後に、再び凝縮器５へと導かれるようになっている。

蒸発器１２には、蒸発圧力を計測するための圧力センサＰｅが設けられている。蒸発器１２において吸熱されることによって定格温度（例えば７℃）の冷水が得られる。蒸発器１２には、外部負荷へ供給される冷水を冷却するための冷水伝熱管３２が挿通されている。冷水出口温度は温度センサ３４により、冷水入口温度は温度センサ３５により計測されるようになっている。
凝縮器５の気相部と蒸発器１２の気相部との間には、ホットガスバイパス管３７が設けられている。そして、ホットガスバイパス管３７内を流れる冷媒の流量を制御するためのホットガスバイパス弁３９が設けられている。ホットガスバイパス弁３９によってホットガスバイパス流量を調整することにより、ＩＧＶ１９ａ，１９ｂでは制御が十分でない非常に小さな領域の容量制御が可能となっている。

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３は、ＩＧＶ１９ａを介して蒸発器１２からのガス冷媒を吸い込み、第１段羽根車１８ａにて１段圧縮を行い、さらにＩＧＶ１９ｂを開始して１段圧縮後のガス冷媒を吸い込み、第２段羽根車１８ｂにて２段圧縮を行う。
２段圧縮されたガス冷媒は、凝縮器５へと送られ、冷却伝熱管２７によって凝縮熱を除去されることによって凝縮する。凝縮後の液冷媒は、２系統に分かれ、一方が第１膨張弁７へ、他方が中間冷却器１０を介して第２膨張弁９へと流れる。
第１膨張弁７へと流れた液冷媒は、第１膨張弁７にて膨張した後、中間冷却器１０にて蒸発気化し、ターボ圧縮機３の中間段すなわち２段目のＩＧＶ１９ｂへと送られる。中間冷却器１０にて冷媒が蒸発する蒸発潜熱によって、第２膨張弁９へと送られる前の液冷媒が中間冷却器１０にて冷却される。冷却された液冷媒は、第２膨張弁９によって膨張させられた後、蒸発器１２へと送られる。蒸発器１２にて、液冷媒は、冷水伝熱管３２内を流れる冷水から蒸発潜熱を奪うことによって蒸発気化する。このように冷却された冷水は、図示しない外部負荷へと送られる。蒸発器１２にて気化したガス冷媒は、再びターボ圧縮機３へと送られる。

電動モータ１６の冷媒冷却は、以下のように行われる。
モータ冷却冷媒導入配管４５を介して、高圧の液冷媒がケーシング２１内へと送られる。この際に、冷却膨張弁４７によってケーシング２１へと送られる液冷媒の流量が制御されるとともに、液冷媒の膨張が行われる。ケーシング内２１へと流れ込んだ液冷媒は、ケーシング２１内で蒸発することによって電動モータ１６の熱を奪い、電動モータ１６の冷却を行う。電動モータ１６の冷却を終えたガス冷媒は、モータ冷却冷媒返送配管５０を介して、低圧とされている蒸発器１２へと返送される。

冷却膨張弁４７の開度は、制御部によって、電動モータ１６の発熱量（以下「モータ発熱量」という。）に基づいて決定される。
モータ発熱量Ｑｍは、制御部にて、下式に従い演算される。
Ｑｍ＝Ｑｍ１＋Ｗ ・・・・・・・（１）
ここで、
Ｑｍ１＝３^１／２・Ｖ・Ｉ・η１（Ｉ）・（１−η２（Ｉ））であり、
Ｗ（風損）＝ｋ１・Ｎ^２〜３である。
Ｖはインバータ１４から電動モータ１６に供給される電圧値、Ｉはインバータ１４から電動モータ１６に供給される電流値である。電圧値Ｖ及び電流値Ｉは、制御部によって、制御周期に対応する各時刻において常時把握されている。η１（Ｉ）は、力率であり、電流値Ｉの関数として予め制御部のメモリに格納されている。η２（Ｉ）は、モータ効率であり、電流値Ｉの関数として予め制御部のメモリに格納されている。
Ｎは電動モータ１６のロータ２３の回転数である。ｋ１は、使用される電動モータ１６によって固有に決定される係数であり、予め制御部のメモリに格納されている。なお、風損Ｗは、モータ回転数Ｎの２〜３乗の範囲の関係で表すことができ、モータ毎に予め評価されて決定された値が用いられる。
制御部は、上式（１）によって演算された発熱量に見合う冷媒量がケーシング２１へと供給されるように、冷却膨張弁４７の開度を決定する。すなわち、発熱量が上限値よりも大きい場合には開度を増大する方向に制御し、発熱量が下限値よりも低い場合は開度を減じる方向に制御する。このように、電動モータ１６の温度変化に対してフィードフォワード制御を行う。

制御部は、モータ温度センサＴｍ１から得られる温度に基づいて、冷却膨張弁４７の開度のフィードバック制御を行う。すなわち、モータ温度センサＴｍ１から得られるコイルエンド温度が上限値よりも高いと判断した場合には、冷却膨張弁４７の開度を増大する方向へ制御する。一方、コイルエンド温度が下限値よりも低いと判断した場合には、冷却膨張弁４７の開度を減少する方向へ制御する。

モータ発熱量に基づくフィードフォワード制御と、モータ温度センサＴｍ１に基づくフィードバック制御とは、冷却膨張弁４７の開度に対して、次のような考え方に基づいて重み付けを行う。冷凍機が定常運転とされ、冷凍サイクルが安定している状態では、制御を安定させるためフィードフォワード制御に大きな重み（例えば８０％）を持たせる。一方、冷凍機の起動時には、電動モータ１６が高温にて停止した直後の再起動時のように負荷は少ないが電動モータ温度が高い場合があるので、フィードバック制御に大きな重み（例えば８０％）を持たせる。

制御部は、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２から得られる温度に基づいて、冷却膨張弁４７の開度のフィードバック制御を行う。
モータ冷媒出口温度センサＴｍ２から得られるガス冷媒温度を得て、さらに、ケーシング２１の圧力センサ４０から得られるケーシング２１内の飽和温度との差分を得ることから、ケーシング内の過熱度を演算する。そして、この過熱度が一定範囲に収まるように冷却膨張弁４７の開度制御を行う。これにより、液冷媒を攪拌することによって生じる攪拌損失を回避することができ、電動モータ１６の冷却を損失なく適正に行うことができる。
冷却膨張弁４７の開度は、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２の出力値から得られた乾き度が上限値よりも大きい場合には増大方向へと制御され、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２の出力値から得られた乾き度が下限値よりも小さい場合には減少方向へと制御される。

モータ発熱量に基づくフィードフォワード制御と、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２に基づくフィードバック制御とは、上述したモータ温度センサＴｍ１に基づくフィードバック制御と同じ考え方に基づいて重み付けを行う。すなわち、冷凍機が定常運転とされ、冷凍サイクルが安定している状態では、制御を安定させるためフィードフォワード制御に大きな重みを持たせ、冷凍機の起動時には、フィードバック制御に大きな重みを持たせる。

モータ冷媒出口温度センサＴｍ２によるフィードバック制御は、モータ温度センサＴｍ１によるフィードバック制御と干渉するおそれがあるので、一方を主とし、他方を従とする制御が好ましい。好ましくは、電動モータ１６の温度を直接的に表すモータ温度センサＴｍ１を用いたフィールバック制御を主とする方が良い。この考えに従う制御フローが図２に示されている。

運転中（Ｓ１）の場合には、凝縮圧力、蒸発圧力、中間冷却器１０の中間圧力、サブクール液出口温度（凝縮器５の液冷媒温度）、ホットガスバイパス弁５０の開度、冷水温度、冷水流量等に基づいて、制御部によって内部状態が演算され、第１膨張弁７、第２膨張弁９、ＩＧＶ１９ａ，１９ｂ、電動モータ１６回転数等の制御が行われる。
冷却膨張弁４７の開度は、式（１）に従いモータ発熱量を得る冷却熱量演算の結果に基づいて演算され（Ｓ２）、フィードフォワード制御される。

次に、ステップＳ３にて、モータ温度センサＴｍ１が異常値を示していないか、具体的にはセンサが断線しているか否かを判断する。モータ温度センサＴｍ１の出力値が異常値（例えばゼロ出力）でない場合には、ステップＳ４へ進み、モータ温度センサＴｍ１に基づいたフィードバック制御を行い、冷却膨張弁４７の開度演算値を補正する。この開度演算値の補正は、上述したように、冷凍機が定常運転とされ冷凍サイクルが安定している場合には、モータ温度センサＴｍ１によるフィードバック制御の重み付けを相対的に低くし、冷凍機の起動時にはこのフィードバック制御の重み付けを相対的に高くする。

モータ温度センサＴｍ１の出力値が異常値（例えばゼロ出力）となった場合には、ステップＳ５へ進み、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２に基づいたフィードバック制御を行う。このように、モータ温度センサＴｍ１が異常値を示さない場合には、モータ温度センサＴｍ１によるフィードバック制御を行うこととし、モータ温度センサＴｍ１が異常値を示した場合に限って、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２によるフィードバック制御を行うこととする。つまり、モータ温度センサＴｍ１によるフィードバック制御を主とし、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２によるフィードバック制御を従とする。

次に、ステップＳ６へと進み、電動モータ温度が異常高温となった場合等のモータ停止信号が制御部に入力されると、停止動作が行われる。ただし、モータ停止信号が制御部に入力されない限り、ステップＳ１へ戻り、上述の制御が繰り返し行われる。この繰り返し周波数は、制御部のＣＰＵの演算周期で行われる。

本実施形態のターボ冷凍機１によれば、以下の作用効果を奏する。
モータ冷却冷媒導入配管４５を介して電動モータ１６へと供給される冷媒の流量を冷却膨張弁４７によって制御することとし、この冷却膨張弁４７の開度を、電動モータ１６の発熱量に基づいて決定することとしたので、電動モータ１６を冷却するのに必要とされる冷媒量を過不足なく電動モータ１６に供給することができる。したがって、ターボ冷凍機１の負荷が低い場合（例えば定格の１０％以下）であっても過剰な冷媒が電動モータ１６に流れることがないので、冷凍サイクル損失を来すことがない。
冷媒として疑似冷媒や非共沸冷媒といった各冷媒の沸点が異なる混合冷媒を用いた場合には、電動モータに流れる冷媒量が過剰または過小となることを回避することで、冷凍サイクルに用いられる冷媒の混合比率に影響を与えることがないので、安定した効率の良い冷凍サイクルを実現することができる。
また、電動モータ１６の発熱量は、電動モータ１６に入力される電力に基づいて演算されるので、電動モータ１６の温度変化に対するフィードフォワード制御となる。これにより、安定した温度制御が実現される。

電動モータ１６の発熱量に基づく制御に加えて、さらに、電動モータ１６の代表温度を計測するモータ温度センサＴｍ１の出力値に基づいて冷却膨張弁４７の開度を制御することとしたので、電動モータ１６の代表温度に基づくフィードバック制御が可能となり、より柔軟な電動モータ１６の冷却を行うことができる。

起動時から所定時間経過して冷凍サイクルが安定した後は、モータ発熱量によるフィードフォワード制御の重み付けを、モータ温度センサＴｍ１によるフィードバック制御の重み付けよりも大きくする一方で、起動時には、モータセンサ温度Ｔｍ１によるフィードバック制御による重み付けを、モータ発熱量によるフィードフォワード制御による重み付けよりも大きくした。これにより、起動時では、冷凍負荷が小さく電動モータの発熱量が小さいにもかかわらず、例えば電動モータ温度が過剰に高くなり停止した後の再起動時のように電動モータ温度が高いときは、モータ温度センサＴｍ１の偏差に大きな重みをおいた制御が可能となり、高温となった電動モータを早期に冷却することが可能となる。

モータ冷媒出口温度センサＴｍ２によって、モータ冷却冷媒返送配管５０内を流れる冷媒温度を得ることにより、電動モータ内の冷媒の乾き度を推定し、この乾き度を所定値に維持するように冷却膨張弁４７の開度をフィードバック制御することとした。これにより、液冷媒を攪拌することによって生じる攪拌損失を回避することができ、電動モータ１６の冷却を損失なく適正に行うことができる。

なお、本実施形態では、ターボ冷凍機について説明したが、冷媒冷却される電動モータによって駆動される冷媒圧縮機を備えた他の形式の冷凍機であっても本発明を適用できる。
また、電動モータ１６の代表温度としてステータ２５のコイルエンドの温度（モータ温度センサＴｍ１によって計測された温度）を用いることとしたが、電動モータ１６の温度変化を反映する部位の温度であればこれに限定されるものではなく、例えば、ケーシング２１に設けた温度センサＴｍ３を用いても良く、あるいは、ステータ２５の温度を用いても良い。
また、モータ温度センサＴｍ１がセンサエラーとなったときに限って、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２によるフィードバック制御を行うこととしたが、モータ冷媒出口温度センサＴｍ２によるフィードバック制御を並列して使用しても良い。この場合には、モータ温度センサＴｍ１によるフィードバック制御との干渉を回避するように、ターボ冷凍機１の運転状態に応じて適宜重み付けを設定する。

本発明の一実施形態にかかるターボ冷凍機の概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかる電動モータの冷媒冷却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
３ ターボ圧縮機
５ 凝縮器
７ 第１膨張弁（膨張弁）
９ 第２膨張弁（膨張弁）
１０ 中間冷却器
１２ 蒸発器
１４ インバータ
１６ 電動モータ
２１ ケーシング
２３ ロータ
２５ ステータ
４５ モータ冷却冷媒導入配管
４７ 冷却膨張弁（流量制御弁）
５０ モータ冷却冷媒返送配管
Ｔｍ１ モータ温度センサ（第１温度センサ）
Ｔｍ２ モータ冷媒出口温度センサ（第２温度センサ）
Ｔｍ３ 温度センサ

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   該圧縮機構を駆動する電動モータと、
   前記圧縮機構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、
   前記電動モータを冷却する冷媒を前記凝縮器側から該電動モータへと導くモータ冷却冷媒導入配管と、
   前記電動モータを冷却した冷媒を前記蒸発器側へと返送するモータ冷却冷媒返送配管と、
   を備えた冷凍機において、
   前記モータ冷却冷媒導入配管に設けられ、該モータ冷却冷媒導入配管内を流れる冷媒流量を制御する流量制御弁と、
   該流量制御弁の開度を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電動モータに入力される電力に基づいて該電動モータの発熱量を演算するとともに、該発熱量に基づいて前記流量制御弁の開度を決定することを特徴とする冷凍機。
2. 前記電動モータの代表温度を計測する第１温度センサを備え、
   前記制御部は、前記第１温度センサの出力値に基づいて、前記流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
3. 前記モータ冷却冷媒返送配管には、第２温度センサが設けられ、
   前記制御部は、前記第２温度センサの出力値に基づいて、前記流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍機。
4. 前記制御部は、冷凍機の起動時には、前記流量制御弁の開度に対する重み付けを、前記発熱量に基づく制御よりも前記第１温度または前記第２温度に基づく制御の方を大きくし、
   前記起動時から所定時間経過後には、前記流量制御弁の開度に対する重み付けを、前記第１温度または前記第２温度に基づく制御よりも前記発熱量に基づく制御の方を大きくすることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷凍機。
5. 前記電動モータは、回転数可変とされたインバータ駆動とされ、
   前記圧縮機構は、ターボ圧縮機とされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の冷凍機。

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