JP2019128108A - 冷凍機の保護装置及び保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不要なバイパス弁開制御を防止し、冷凍機を持続して安定運転することができる冷凍機の保護装置及び保護方法を提供することを目的とする。【解決手段】並列接続された複数の圧縮機２と、複数の圧縮機２の吐出側と吸込側をバイパスするバイパス管６と、バイパス管６に設けられたバイパス弁７とを備える冷凍機１に適用される保護装置８であって、サージングの発生の有無を判定するサージング判定部と、各圧縮機２に設けられた吸込ベーン９を閉方向に制御するベーン閉制御を行うベーン制御部と、サージング判定部によってサージングの発生が有りと判定され、かつ、ベーン制御部がベーン閉制御を行っていない場合に、バイパス弁７を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うバイパス弁制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機の保護装置及び保護方法に関するものである。

例えば２台の圧縮機が並列接続された構成であるパラレル冷凍機において、並列接続された各圧縮機は略等しい運転状態で運転しており、各圧縮機における冷媒風量は略等しい状態となっている。しかしながら、並列接続された圧縮機間の冷媒風量差が許容値を超えて大きくなるような場合では、片方の圧縮機においてサージングが発生していることが想定される。

圧縮機においてサージングが発生すると、騒音と共に圧縮機が激しく振動し、損傷等を招く危険性がある。

各圧縮機における冷媒風量差は、圧縮機を駆動する電動機の電流の差（以下、単に「電流差」という。）と相関がある。このため、電流差を用いてサージングの発生の有無を判定し、サージングの発生が有と判定された場合には、圧縮機の吐出側と吸込側をバイパスするバイパス管に設けられたバイパス弁を開方向に制御する保護動作（以下、「バイパス弁開制御」という。）を行い、圧縮機を流れる気相冷媒の流量を増加させてサージングを抑制していた。

また、特許文献１には、各圧縮機における電動機の入力電流の変動と変動許容範囲とを用いて、サージングの発生の有無を判定することが開示されている。

特許第５５４３１７５号公報

冷凍機には、バイパス弁開制御とは別に、圧縮機における過電流の抑制等を目的として、圧縮機の吸込ベーンを閉方向に制御するベーン閉制御機能を備えるものがある。ベーン閉制御によって圧縮機の冷媒流量が変化するため、圧縮機の運転状態も変化する。このため、例えば、ベーン閉制御に起因する圧縮機の運転状態の変動によっても、サージングの発生を有と判定してしまうことがあった。すなわち、サージングが発生していないにもかかわらず、バイパス弁開制御を行ってしまっていた。

サージングを誤検知してバイパス弁開制御を行った場合、例えば、圧縮機において液相冷媒の吸込を助長させてしまい、冷凍機を停止させなければならない事態に陥ることがあった。このような事態に陥ると、冷凍機を持続して安定運転することができず、冷凍機の不要な停止を招いてしまっていた。

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、不要なバイパス弁開制御を防止し、冷凍機を持続して安定運転することができる冷凍機の保護装置及び保護方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、並列接続された複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機の吐出側と吸込側をバイパスするバイパス管と、バイパス管に設けられたバイパス弁とを備える冷凍機に適用される保護装置であって、サージングの発生の有無を判定するサージング判定部と、各前記圧縮機に設けられた吸込ベーンを閉方向に制御するベーン閉制御を行うベーン制御部と、前記サージング判定部によってサージングの発生が有りと判定され、かつ、前記ベーン制御部が前記ベーン閉制御を行っていない場合に、前記バイパス弁を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うバイパス弁制御部と、を備える冷凍機の保護装置である。

上記のような構成によれば、サージング判定部によってサージングの発生が有と判定され、さらに、ベーン閉制御が開始されていない場合に、バイパス弁を開方向に制御するバイパス弁開制御（サージング抑制制御）を行うため、不要なバイパス弁開制御を防止し、冷凍機全体を持続して安定運転することができる。例えば、バイパス弁開制御をサージング判定部の判定結果のみに基づいて行う場合には、サージング判定部はベーン閉制御に起因する電流等の変動によってもサージング発生を検知してしまうことがあるため、サージングの発生を誤検知し、サージングが発生していないにも関わらず、バイパス弁開制御を行ってしまっていた。このような場合、ベーン閉制御が開始された後で、バイパス弁を開方向に制御するバイパス弁開制御が開始されるため、例えば、圧縮機において液吸込を助長させてしまい、冷凍機を停止させなければならない状況に陥ることがあった。このような状況に陥ると、冷凍機を持続して安定運転することができず、冷凍機の不要な停止を招いてしまっていた。しかしながら、上記のような構成では、サージング判定部によってサージングの発生が有と判定され、さらに、ベーン閉制御が開始されていない場合に、バイパス弁を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うため、冷凍機の不要な停止を防止し、持続して安定運転を行うことが可能となる。

上記保護装置において、各前記圧縮機の電流を検出する電流検出部を備え、前記サージング判定部は、前記電流検出部により検出された前記電流に基づいて、サージングの発生の有無を判定するとしてもよい。

上記のような構成によれば、簡便な処理でサージングの発生の有無を判定することができる。このため、サージングの発生を迅速に検知することが可能である。

上記保護装置において、前記ベーン制御部は、前記電流検出部の検出結果と予め設定された許容値とを比較し、前記電流検出部の検出結果が前記許容値以上である場合に、前記ベーン閉制御を行うこととしてもよい。

上記のような構成によれば、電流が許容値以上である場合に吸込ベーンを閉方向に制御するため、過剰に電流が流れることを抑制し、圧縮機を保護することができる。

上記保護装置において、前記サージング判定部は、前記電流検出部によって検出されたそれぞれの前記電流に対してそれぞれ差を算出し、算出された前記差が予め設定した所定値以上である場合に、サージングの発生を有りと判定することとしてもよい。

上記のような構成によれば、それぞれの電流に対して算出された差が予め設定した所定値以上である場合に、サージングを検出することとしたため、簡便な処理で迅速にサージングの発生の有無を判定することができる。

上記保護装置において、前記サージング判定部は、前記電流検出部より検出された前記電流の平均値を算出し、算出された前記平均値とそれぞれの前記電流との偏差を算出して、前記偏差が予め設定された所定値以上である場合にサージングの発生を有りと判定することとしてもよい。

上記のような構成によれば、算出された電流の平均値とそれぞれの電流との偏差を算出し、偏差が予め設定された所定値以上である場合にサージングを検出することとしたため、簡便な処理で迅速にサージングの発生の有無を判定することができる。

本発明の第２態様は、上記の保護装置を備える冷凍機である。

本発明の第３態様は、並列接続された複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機の吐出側と吸込側をバイパスするバイパス管と、バイパス管に設けられたバイパス弁とを備える冷凍機に適用される保護方法であって、サージングの発生の有無を判定するサージング判定工程と、各前記圧縮機に設けられた吸込ベーンを閉方向に制御するベーン閉制御を行うベーン制御工程と、前記サージング判定工程によってサージングの発生が有りと判定され、かつ、前記ベーン制御工程が前記ベーン閉制御を行っていない場合に、前記バイパス弁を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うバイパス弁制御工程と、を有する冷凍機の保護方法である。

本発明によれば、不要なバイパス弁開制御を防止し、冷凍機を持続して安定運転することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る保護装置を備えた冷凍機の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る保護装置が備える機能を示した機能ブロック図である。 参考例の保護装置によるバイパス弁開制御のフローチャートを示した図である。 本発明の一実施形態に係る保護装置によるバイパス弁開制御のフローチャートを示した図である。 参考例の保護装置によるバイパス弁開制御の動作を示した図である。 本発明の一実施形態に係る保護装置によるバイパス弁開制御の動作を示した図である。

以下に、本発明に係る冷凍機１の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る保護装置８を備えた冷凍機１の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る冷凍機１は、並列接続された圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５と、バイパス管６と、バイパス弁７と、保護装置８とを主な構成として備えている。冷凍機１では、圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５とが環状に接続されて冷凍サイクルを形成しており、冷凍サイクル内には冷媒が充填されている。

なお、本実施形態においては、圧縮機２が２台並列接続されている構成としているが、２台以上であっても、圧縮機２が複数台並列接続される構成であれば、同様に適用可能である。また、直列接続された複数台の圧縮機が、他の直接接続された複数台の圧縮機に対して並列接続されている場合にも適用可能である。また、本実施形態では、２台の圧縮機２に対してバイパス管６を１つ設けることとしているが、それぞれの圧縮機２にそれぞれバイパス管６が設けられる構成としてもよい。

圧縮機２は、蒸発器５から供給された冷媒を圧縮する。具体的には、圧縮機２は、２台用いられており、各圧縮機２は互いに並列に接続されている。また、それぞれの圧縮機２の冷媒吸込口には吸込ベーン９が設けられており、吸込ベーン９を制御することによって、蒸発器５から圧縮機２へ流れる冷媒の流量を調整できる。なお、吸込ベーン９は、後述するベーン制御部２６によって制御される。並列接続された圧縮機２は、吸込側が蒸発器５に接続されており、吐出側が凝縮器３に接続されている。すなわち、蒸発器５によって気相状態となった冷媒を吸込み、圧縮して冷媒を高温高圧状態にし、凝縮器３へ供給している。なお、圧縮機２は、遠心式や軸流式等様々な方式が適用可能である。また、各圧縮機２は電動機（不図示）と接続されており、電動機によって駆動されている。すなわち、電動機を駆動する電流を制御することによって、電動機の回転数を制御し、圧縮機２を駆動制御している。複数台の圧縮機２を並列接続することによって、圧縮機２全体の容量を増加させることができる。なお、以下の説明では、圧縮機２を特に区別する場合に圧縮機２Ａ、２Ｂと符号を付し、特に区別しない場合には圧縮機２と単に符号２を付す。また、圧縮機２Ａを駆動する電動機の電流を電流Ｉａ、圧縮機２Ｂを駆動する電動機の電流を電流Ｉｂとする。

凝縮器３は、圧縮機２によって圧縮され高温高圧の冷媒が供給され、供給された冷媒を凝縮させる。具体的には、凝縮器３には、配管１１が接続されており、配管１１には、例えば冷却塔等から冷却水が供給される。圧縮機２から供給された高温高圧の冷媒と、配管１１を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、冷媒は放熱することによって凝縮する。

膨張弁４は、凝縮器３によって凝縮された冷媒が供給される。そして、膨張弁４を介すことで冷媒を膨張させ、蒸発器５に供給する。

蒸発器５は、膨張弁４によって膨張された冷媒が供給され、供給された冷媒を蒸発させる。具体的には、蒸発器５には、配管１２が接続されており、配管１２には、例えば負荷等から冷水が供給される。膨張弁４を介して供給された冷媒と、配管１２を流れる冷水との間で熱交換が行われ、冷媒は吸熱することによって蒸発する。

バイパス管６は、圧縮機２の吐出側と吸込側をバイパスする管である。具体的には、バイパス管６は、圧縮機２の吐出側であって凝縮器３の冷媒流れの上流側と、圧縮機２の吸込側であって蒸発器５の冷媒流れの下流側とをつなぐ（バイパスする）経路を形成している。そして、バイパス管６には、バイパス管６を流れる冷媒の流量を調整するバイパス弁７が設けられている。なお、バイパス弁７は、開度が調整可能な調整弁であり、後述するバイパス弁制御部２７によって制御される。圧縮機２の吐出側は吸込側より圧力が高い状態となっているため、バイパス弁７が開かれた場合には、圧縮機２から吐き出された気相冷媒はバイパス管６を介して圧縮機２の吸込側へ供給され、圧縮機２に流れ込む。つまり、バイパス弁７を開いてバイパス弁７に流れる冷媒を増やすと、圧縮機２へ供給される気相冷媒の量を増加させることができる。

圧縮機２におけるサージングは、圧縮機２を流れる冷媒流量の減少が原因となって発生する。冷媒流量の減少は、例えば、圧縮機２の起動直後や、圧縮機２の液相冷媒吸込みによって起こる。このため、圧縮機２においてサージングが発生した場合に、バイパス管６を介して圧縮機２から出た気相冷媒をそのまま圧縮機２の吸込側へ供給することによって、圧縮機２を流れる気相冷媒の流量を増加させることができ、サージングを抑制することができる。なお、本実施形態では、バイパス弁７を調整弁として説明するが、単に開閉弁の場合等でも適用可能である。

保護装置８は、圧縮機２の保護に関する各装置（例えば、バイパス弁７）の動作を制御している。具体的には、保護装置８は、各圧縮機２の異常運転状態（サージングや過電流等）を検出し、異常運転状態に応じて吸込ベーン９やバイパス弁７を制御することによって、圧縮機２を正常運転状態にする。図２は、保護装置８が備える機能を示した機能ブロック図である。図２に示されるように、保護装置８は、電流検出部２１と、制御部２２とから構成される。

電流検出部２１は、並列に接続された各圧縮機２を駆動する電動機の電流をそれぞれ検出する。圧縮機２は電動機によって駆動され、電動機は電流により駆動されている。電動機に流れる電流は、圧縮機２の運転状態（能力制御）に基づいて、冷凍機１の上位制御装置（不図示）によって制御されており、例えば、電動機に流れる電流が大きくなると、圧縮機２の圧縮能力が上昇し、電動機に流れる電流が小さくなると、圧縮機２の圧縮能力が低下する。つまり、電動機を流れる電流は圧縮機２の運転状態を示しているため、各圧縮機２における電動機の電流の大きさを検出することによって、圧縮機２における異常運転状態（過電流やサージング等）の有無を推定することができる。

特に、圧縮機２における異常運転状態であるサージングは、各圧縮機２における冷媒風量の差に基づいて判定することができ、冷媒風量の差は、各圧縮機２における電動機の電流の差を検出することによって推定することができる。つまり、各圧縮機２における電動機の電流の差に基づいて、圧縮機２におけるサージング発生の有無を判定することができる。

制御部２２は、電流検出部２１の検出結果に基づいて、圧縮機２の異常運転状態の有無を判定し、圧縮機２が異常運転状態となっていることが想定される場合に、吸込ベーン９やバイパス弁７を制御する。具体的には、制御部２２は、圧縮機２を駆動する電動機の過電流を検知し、圧縮機２に設けられた吸込ベーン９を閉方向に制御する（ベーン閉制御）。また、制御部２２は、サージングの発生が有りと判定され、かつ、ベーン閉制御を行っていない場合に、バイパス弁７を開方向に制御する（バイパス弁開制御）。

制御部２２は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等かを備えている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。

図２に示されるように、制御部２２は、サージング判定部２５と、ベーン制御部２６と、バイパス弁制御部２７とを備えている。

サージング判定部２５は、電流検出部２１により検出された電流に基づいて、サージングの発生の有無を判定する。具体的には、サージング判定部２５は、電流検出部２１によって検出されたそれぞれの電流に対してそれぞれ差を算出し、算出された該差が予め設定した所定値α以上である場合に、サージングの発生を有りと判定する。本実施形態では、圧縮機２を２台備えることとしているため、サージング判定部２５は、圧縮機２Ａにおける電流Ｉａと圧縮機２Ｂにおける電流Ｉｂとの差（絶対値（Ｉａ−Ｉｂ））を算出し、該差が予め設定した所定値α以上である場合に、圧縮機２にサージングが発生していると判定する。

なお、予め設定した所定値αとは、予め実験等を行い、並列接続された圧縮機２のうち例えば圧縮機２Ｂにサージングが発生した場合に検出された圧縮機２Ａにおける電流Ｉａと圧縮機２Ｂにおける電流Ｉｂとの差に基づいて決定される。つまり、予め設定した所定値αは、電流差が所定値α以下の場合には圧縮機２にはサージングが発生しておらず、電流差が所定値α以上の場合には圧縮機２にはサージングが発生している可能性があることを示す値として設定されている。サージング判定部２５は、圧縮機２が稼働している場合に、予め設定された制御周期でサージングの発生の有無を判定している。サージング判定部２５により判定されたサージングの発生の有無に関する情報は、バイパス弁制御部２７へ出力される。

なお、サージング判定部２５は、電流検出部２１より検出された電流の平均値を算出し、算出された平均値とそれぞれの電流との偏差を算出して、偏差が予め設定された所定値α´以上である場合にサージングの発生を有りと判定することとしてもよい。このような判定方法は、特に圧縮機２を３台以上並列に接続する場合に有効であり、迅速に、異常運転状態の圧縮機２があるか否かを判定することができる。なお、予め設定された所定値α´とは、予め実験等により、サージングが発生していると想定される偏差の閾値として設定される。

ベーン制御部２６は、圧縮機２に設けられた吸込ベーン９を閉方向に制御するベーン閉制御を行う。具体的には、ベーン制御部２６は、電流検出部２１の検出結果と予め設定された許容値βとを比較し、電流検出部２１の検出結果が許容値β以上である場合に、ベーン閉制御を行う。ベーン閉制御を行うことによって、圧縮機２に流れる冷媒流量を減少させ、圧縮機２を駆動する電動機に流れる電流を減少させる。なお、予め設定された許容値βとは、圧縮機２を駆動する電動機の定格電流や、圧縮機２の最大圧縮能力等に基づいて設定され、電流が許容値βよりも小さい場合には、安全に電動機及び圧縮機２を駆動できることを示している。つまり、ベーン閉制御とは、圧縮機２に過電流が流れることを抑制する保護制御である。

なお、本実施形態におけるベーン制御部２６は、電流検出部２１の検出結果と予め設定された許容値βとを比較することだけではなく、他の要因によってもベーン閉制御を行う。具体的には、ベーン制御部２６は、蒸発器５における内部圧力が許容値以下となった場合、または凝縮器３における内部圧力が許容値以上となった場合に、ベーン閉制御を行う。すなわち、ベーン制御部２６は、圧縮機２に流れる冷媒流量が過多となっていることが検出された場合に、ベーン閉制御を行う。なお、ベーン制御部２６によるベーン閉制御は、圧縮機２に流れる冷媒流量が過多となっていることが検出できれば、上記の要因以外でも適用することが可能である。

また、ベーン閉制御では、予め定められた制御則に基づいて、吸込ベーン９を制御する。具体的には、ベーン制御部２６は、電流検出部２１の検出結果が許容値β以上である場合に所定のベーン閉速度で吸込ベーン９を閉方向に制御し、電流検出部２１の検出結果が許容値β未満（正常状態）となった場合に、ベーン閉制御を終了する。また、ベーン制御部２６は、電流検出部２１の検出結果が許容値β未満となりベーン閉制御を終了した後に、電流検出部２１の検出結果が許容値β未満に設定された所定値以上の場合に吸込ベーン９を開方向へ制御することを禁止することとしてもよい。なお、ベーン閉制御は、所定のベーン閉速度で吸込ベーン９を閉方向に制御する方法以外でも、吸込ベーン９を強制的に閉方向へ制御するものであれば適用可能である。

バイパス弁制御部２７は、サージング判定部２５によってサージングの発生が有りと判定され、かつ、ベーン制御部２６がベーン閉制御を行っていない場合に、バイパス弁７を開方向に制御する。具体的には、バイパス弁制御部２７は、バイパス管６に設けられたバイパス弁７を開方向に制御すること（サージング保護制御）によって圧縮機２に流れる気相冷媒の流量を増やし、圧縮機２のサージングを抑制する。しかしながら、サージング判定部２５は、電流検出部２１によって検出した電流差と予め設定した所定値αとに基づいてサージング発生の有無を判定しているため、サージング以外の原因によって、電流差が所定値α以上となった場合であっても、サージング発生を有と判定してしまう可能性がある。サージング以外の原因によって電流差が所定値α以上となる場合とは、例えば、ベーン閉制御を行っている場合である。

このため、バイパス弁制御部２７は、サージング判定部２５によってサージングの発生が有りと判定された場合だけでなく、さらに、ベーン制御部２６がベーン閉制御を行っていない場合に、バイパス弁開制御を開始することとした。このため、ベーン閉制御による圧縮機２の運転状態変動によるサージング発生の誤検知を防止することができる。

バイパス弁開制御では、予め定められた制御則に基づいて、バイパス弁７を制御する。すなわち、バイパス弁制御部２７は、バイパス弁開制御を行う場合には所定の開度まで所定の変化率でバイパス弁７の開度を上げ、バイパス弁７を開く。なお、所定の開度及び所定の変化率とは、圧縮機２のサージングを抑制するために最適な開度及び変化率を予め実験等によって得ておけばよい。

次に、上述の保護装置８によるバイパス弁開制御のフローについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、参考例の保護装置によるバイパス弁開制御のフローを示した図である。また、図４は、本実施形態に係る保護装置８のバイパス弁開制御のフローを示した図である。なお、図３及び４に示すフローは、圧縮機２が運転中の場合に、予め設定された制御周期で繰り返し実行される。

まず、参考例の保護装置によるバイパス弁開制御のフローを図３を参照して説明する。なお、参考例の保護装置とは、ベーン閉制御が行われているか否かに関わらず、圧縮機２における電流の差のみに基づいてバイパス弁開制御を行うものである。

予め設定された制御周期で制御が開始されると、まず、電流検出部２１によって検出した電流Ｉａ及びＩｂを検出する（Ｓ１０１）。

次に、検出した電流の差（絶対値（Ｉａ−Ｉｂ））が所定値α以上であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。検出した電流の差（絶対値（Ｉａ−Ｉｂ））が所定値α以下である場合（Ｓ１０２のＮＯ判定）には、Ｓ１０１へ戻り、上記の処理が再度実行される。

検出した電流の差（絶対値（Ｉａ−Ｉｂ））が所定値α以上である場合（Ｓ１０２のＹＥＳ判定）には、圧縮機２にサージングが発生している可能性があるため、バイパス弁開制御を開始する（Ｓ１０３）。

図３に示されるような参考例の保護装置によるバイパス弁開制御では、ベーン閉制御が開始された後に、バイパス弁開制御を開始する可能性があり、圧縮機２の異常運転状態が抑制されず、冷凍機１を停止させなければならない状況に陥ることがあった。なお、参考例の保護装置によるバイパス弁開制御の動作については、図５を用いて後述する。

次に、本実施形態に係る保護装置８のバイパス弁開制御のフローを図４を参照して説明する。なお、図４に記載のフローでは、電流検出部２１によって電流を検出した時刻をｔ１とし、時刻ｔ１から、所定時間Ｔだけ遡った時刻を、時刻ｔ０（ｔ０＝ｔ１−Ｔ）とする。また、電流は時刻ｔによって変化するため、電流Ｉａ及びＩｂをそれぞれＩａ（ｔ）、Ｉｂ（ｔ）と時間の関数として示す。なお、所定時間Ｔとは、ベーン閉制御が開始してか終了するまでに要する時間を考慮して決定される。つまり、バイパス弁開制御を開始する前において、所定時間Ｔ内にベーン閉制御が開始されていなければ、ベーン閉制御を行っていないときにバイパス弁開制御を開始できるということとなる。

予め設定された制御周期で制御が開始されると、まず、電流検出部２１によって検出した電流Ｉａ（ｔ１）及びＩｂ（ｔ１）を検出する（Ｓ２０１）。

次に、検出した電流の差（絶対値（Ｉａ（ｔ１）−Ｉｂ（ｔ１）））が所定値α以上であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。検出した電流の差（絶対値（Ｉａ（ｔ１）−Ｉｂ（ｔ１）））が所定値α未満である場合（Ｓ２０２のＮＯ判定）には、Ｓ２０１へ戻り、上記の処理が再度実行される。

検出した電流の差（絶対値（Ｉａ（ｔ１）−Ｉｂ（ｔ１）））が所定値α以上である場合（Ｓ２０２のＹＥＳ判定）には、圧縮機２にサージングが発生している可能性があるため、Ｓ２０３からＳ２０５までの判定を更に行い、サージング発生の誤検知を抑制しつつ、バイパス弁開制御を実行する。

まず、電流検出部２１によって検出した電流Ｉａ（ｔ１）またはＩｂ（ｔ１）が許容値β以上であるか否かが判定される（Ｓ２０３）。電流Ｉａ（ｔ１）及びＩｂ（ｔ１）のいずれも許容値以上でない場合（Ｓ２０３のＮＯ判定）には、圧縮機２にサージングが発生している可能性が高い（誤検知の可能性が低い）ため、バイパス弁開制御を開始する（Ｓ２０６）。

電流検出部２１によって検出した電流Ｉａ（ｔ１）またはＩｂ（ｔ１）が許容値β以上である場合（Ｓ２０３のＹＥＳ判定）には、時刻ｔ１から所定時間Ｔだけ遡った時刻ｔ０（ｔ０＝ｔ１−Ｔ）までの期間（以下、「所定過去期間」という。）内において、電流検出部２１によって検出された電流Ｉａ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）及びＩｂ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）の両方が許容値未満であったか否かを判定する（Ｓ２０４）。所定過去期間内において、電流検出部２１によって検出した電流Ｉａ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）及びＩｂ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）の両方が許容値未満でない場合（Ｓ２０４のＮＯ判定）には、電流Ｉａ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）またはＩｂ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）が時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に許容値以上となり、ベーン閉制御が開始されている場合であるため、Ｓ２０１へ戻り、上記の処理が再度実行される。

所定過去期間内において、電流検出部２１によって検出した電流Ｉａ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）及びＩｂ（ｔ０≦ｔ＜ｔ１）の両方が許容値未満である場合（Ｓ２０４のＹＥＳ判定）には、電流Ｉａ及びＩｂに基づくベーン閉制御は行われていないため、所定過去期間内において、他の要因（例えば、蒸発器５における内部圧力が許容値以下となった場合）に基づくベーン閉制御が開始されていないか否かを判定する（Ｓ２０５）。所定過去期間内において、ベーン閉制御が開始されている場合（Ｓ２０５のＮＯ判定）には、既にベーン閉制御が行われているため、バイパス弁開制御は行わず、Ｓ２０１へ戻り、上記の処理が再度実行される。

所定過去期間内において、ベーン閉制御が開始されていない場合（Ｓ２０５のＹＥＳ判定）には、ベーン閉制御が開始されている状態ではなく、圧縮機２にサージングが発生している可能性が高いと推定されるため、バイパス弁開制御を実行する（Ｓ２０６）。なお、Ｓ２０４において、所定過去期間における電流Ｉａ及びＩｂに基づくベーン閉制御の有無を判定し、Ｓ２０５において、所定過去期間における他の要因に基づくベーン閉制御の有無を判定しているため、バイパス弁開制御に先行してベーン閉制御が開始されているか否かをより確実に判定することができる。

図４に記載のフローのように、各判定（Ｓ２０３からＳ２０５）を行うことによって、サージングの誤検知を抑制し、不要なバイパス弁開制御を防止することができる。

次に、上述の保護装置８によるバイパス弁開制御の動作について図５及び図６を参照して説明する。図５は、参考例の保護装置によるバイパス弁開制御の動作を示した図である。また、図６は、本実施形態に係る保護装置８のバイパス弁開制御の動作を示した図である。

まず、参考例の保護装置によるバイパス弁開制御の動作を図５を参照して説明する。なお、参考例の保護装置とは、ベーン閉制御が行われているか否かに関わらず、圧縮機２における電流の差のみに基づいてバイパス弁開制御を行うものである。

例えば、冷水流量が急増すると（Ｆ点）、蒸発器５における液面が上昇する。蒸発器５において液面が上昇すると、例えば圧縮機２Ｂが液相冷媒と気相冷媒を吸込み、圧縮機２Ａは気相冷媒（少量の液冷媒を含む）のみを吸込むという状況となることがある。このような状況では、圧縮機２Ｂを駆動する電動機は電流を多く必要するため電流Ｉｂが徐々に上がっていく。一方で、圧縮機２Ａは、通常通り気相冷媒を吸込んでいるため、圧縮機２Ａを駆動する電動機の電流Ｉａは、圧縮機２Ｂを駆動する電動機の電流Ｉｂほど上昇しない。すなわち、図５は、冷水流量の急増（Ｆ点）に起因して各圧縮機２の運転状態が略同一でなくなる例を示している。

圧縮機２Ａ及び圧縮機２Ｂの運転状態が図５に示す状況となると、圧縮機２Ｂにおける電流Ｉａは上昇率が高いため、許容値以上となり（Ｇ点）、ベーン閉制御が開始される（Ｈ点）。ベーン閉制御が開始されると、圧縮機２Ａ及び圧縮機２Ｂの両方の吸込みベーンが略同一に閉方向へ制御される。圧縮機２Ａの吸込みベーンが閉方向へ制御されると、圧縮機２Ａはほとんど液相冷媒を吸込んでいないため、電流Ｉａが降下する。一方で、圧縮機２Ｂは液相冷媒と気相冷媒を吸込んでいるため、電流Ｉｂはほとんど降下しない。このため、電流Ｉａと電流Ｉｂとの差が所定値α以上となり（Ｉ点）、バイパス弁７を開方向へ制御するバイパス弁開制御が開始される。このように、ベーン閉制御が開始された後にバイパス弁開制御が開始されると、圧縮機２Ｂの液相冷媒の吸込みが抑制されず、電流Ｉｂが低下しない状態となってしまう（Ｊ点）。

次に、本実施形態に係る保護装置８のバイパス弁開制御の動作を図６を参照して説明する。なお、図６におけるＫ点からＭ点までは、図５におけるＦ点からＨ点までと同一である。

冷水流量が急増すると（Ｋ点）、蒸発器５における液面が上昇する。蒸発器５において液面が上昇すると、例えば圧縮機２Ｂが液相冷媒と気相冷媒を吸込み、圧縮機２Ａは気相冷媒（少量の液冷媒を含む）のみを吸込むという状況となることがある。このような状況では、圧縮機２Ｂを駆動する電動機は電流を多く必要するため電流Ｉｂが徐々に上がっていく。圧縮機２Ａは、通常通り気相冷媒を吸込むため、圧縮機２Ａを駆動する電動機は、圧縮機２Ｂを駆動する電動機の電流Ｉａは、圧縮機２Ｂを駆動する電動機の電流Ｉｂほど上昇しない。すなわち、図６において、図５と同様に、冷水流量の急増（Ｋ点）に起因して各圧縮機２の運転状態が略同一でなくなる例を示している。

圧縮機２Ａ及び圧縮機２Ｂが図６に示す状況となると、圧縮機２Ｂにおける電流Ｉｂは上昇率が高いため、許容値以上となり（Ｌ点）、ベーン閉制御が開始される（Ｍ点）。ベーン閉制御が開始されると、圧縮機２Ａ及び圧縮機２Ｂの両方の吸込みベーンが略同一に閉方向へ制御される。圧縮機２Ａの吸込みベーンが閉方向へ制御されると、圧縮機２Ａはほとんど液相冷媒を吸込んでいないため、電流Ｉａが降下する。一方で、圧縮機２Ｂは液相冷媒と気相冷媒を吸込んでいるため、電流Ｉｂは降下せず維持される。このため、電流Ｉａと電流Ｉｂとの差が所定値α以上となる（Ｎ点）。しかしながら、本実施形態における保護装置８では、電流Ｉａと電流Ｉｂとの差が所定値α以上となったとしても（Ｎ点）、バイパス弁開制御の開始前にベーン閉制御が実行されているため、バイパス弁開制御は行われない。このため、バイパス弁７は開とならずに、液相冷媒を吸込んでいた圧縮機２Ｂの吸込ベーン９と、気相冷媒を吸込んでいた圧縮機２Ａの吸込みベーンが閉方向へ制御されるため、圧縮機２Ａ及び２Ｂの冷媒流量が減少する。このため、電流Ｉｂが効果的に低下し、電流Ｉａと一致する。すなわち、圧縮機２Ａ及び２Ｂの両方とも、正常な運転状態にすることができる。

次に、本実施形態に係る保護装置８のバイパス弁開制御において、ベーン閉制御とバイパス弁開制御が同時に開始した場合における動作を図５を参照して説明する。ベーン閉制御とバイパス弁開制御が同時に開始した場合における動作は、本実施形態における保護装置でも、参考例の保護装置でも同様の動作となるため、図５を参照して説明する。

冷水流量が急減すると（Ａ点）、蒸発器５における液面が急激に上昇する。蒸発器５において液面が上昇すると、例えば圧縮機２Ａ及び圧縮機２Ｂが液相冷媒と気相冷媒を吸込むという状況となることがある。なお、圧縮機２Ａに比べて、圧縮機２Ｂの方が多くの液相冷媒を吸込んでいるものとする。このような状況では、圧縮機２Ｂを駆動する電動機は電流を多く必要するため電流Ｉｂが急激に上昇する。圧縮機２Ａについても、液相冷媒を吸込んでいるため、電流Ｉａが上昇する。しかしながら、圧縮機２Ｂは多くの液相冷媒を吸込むために電流Ｉｂが許容値βを超す（Ｂ点）。また、電流Ｉａと電流Ｉｂにおいて、吸込む液冷媒の量の差に起因して電流差が生じ、該電流差は所定値α以上となる（Ｂ点）。このような状況では、Ｂ点において同時に、電流Ｉｂが許容値βを超え、電流差が所定値α以上となるため、ベーン閉制御とバイパス弁開制御が同時に開始される（Ｃ点及びＤ点）。なお、点Ｂからの所定過去期間において、電流Ｉａ及びＩｂはいずれも許容値β未満であり、他の要因に基づくベーン閉制御も開始されていないものとする。ベーン閉制御とバイパス弁開制御が同時に開始される（Ｃ点及びＤ点）場合には、図５に示すように電流Ｉｂは降下し、電流Ｉａと電流Ｉｂとを一致させることができる（Ｅ点）。つまり、バイパス弁開制御よりも前にベーン閉制御が行われていない状況では、ベーン閉制御とバイパス弁開制御とが並列に動作していても、圧縮機２を正常運転状態にすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る保護装置８を備えた冷凍機１によれば、サージング判定部２５によってサージングの発生が有と判定され、さらに、ベーン閉制御が開始されていない場合に、バイパス弁７を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うため、不要なバイパス弁開制御を防止し、冷凍機１全体を持続して安定運転することができる。例えば、バイパス弁７を開方向に制御するバイパス弁開制御をサージング判定部２５の判定結果のみに基づいて行う場合には、サージング判定部２５はベーン閉制御に起因する電流等の変動によってもサージング発生を検知してしまうことがあるため、サージングの発生を誤検知し、サージングが発生していないにも関わらず、バイパス弁開制御を行ってしまっていた。このような場合、ベーン閉制御が開始された後で、バイパス弁７を開方向に制御するバイパス弁開制御が開始されるため、例えば、圧縮機２において液吸込を助長させてしまい、冷凍機１を停止させなければならない状況に陥ることがあった。このような状況に陥ると、冷凍機１を持続して安定運転することができず、冷凍機１の不要な停止を招いてしまっていた。しかしながら、本実施形態では、サージング判定部２５によってサージングの発生が有と判定され、さらに、ベーン閉制御が開始されていない場合に、バイパス弁７を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うため、冷凍機１の不要な停止を防止し、持続して安定運転を行うことが可能となる。

また、サージング判定部２５は、電流検出部２１により検出された電流に基づいて、サージングの発生の有無を判定することとしたため、簡便な処理でサージングの発生の有無を判定することができ、サージングの発生を迅速に検知することが可能である。

また、ベーン制御部２６は、電流検出部２１の検出結果が許容値以上である場合に、ベーン閉制御を行うこととしたため、過剰に電流が流れることを抑制し、圧縮機２を保護することができる。

また、それぞれの電流に対して算出された差が予め設定した所定値以上である場合に、サージングを検出することとしたため、簡便な処理で迅速にサージングの発生の有無を判定することができる。

本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。

例えば、各実施形態では、保護装置８と、冷凍機１の上位制御装置とは別に設けられている構成としているが、保護装置８の特に制御部２２は、冷凍機１の上位制御装置に含まれる構成としてもよい。

１ ：冷凍機
２、２Ａ、２Ｂ：圧縮機
３ ：凝縮器
４ ：膨張弁
５ ：蒸発器
６ ：バイパス管
７ ：バイパス弁
８ ：保護装置
９ ：吸込ベーン
１１、１２：配管
２１ ：電流検出部
２２ ：制御部
２５ ：サージング判定部
２６ ：ベーン制御部
２７ ：バイパス弁制御部

Claims (7)

1. 並列接続された複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機の吐出側と吸込側をバイパスするバイパス管と、バイパス管に設けられたバイパス弁とを備える冷凍機に適用される保護装置であって、
   サージングの発生の有無を判定するサージング判定部と、
   各前記圧縮機に設けられた吸込ベーンを閉方向に制御するベーン閉制御を行うベーン制御部と、
   前記サージング判定部によってサージングの発生が有りと判定され、かつ、前記ベーン制御部が前記ベーン閉制御を行っていない場合に、前記バイパス弁を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うバイパス弁制御部と、
   を備える冷凍機の保護装置。
2. 各前記圧縮機の電流を検出する電流検出部を備え、
   前記サージング判定部は、前記電流検出部により検出された前記電流に基づいて、サージングの発生の有無を判定する請求項１に記載の冷凍機の保護装置。
3. 前記ベーン制御部は、前記電流検出部の検出結果と予め設定された許容値とを比較し、前記電流検出部の検出結果が前記許容値以上である場合に、前記ベーン閉制御を行う請求項２に記載の冷凍機の保護装置。
4. 前記サージング判定部は、前記電流検出部によって検出されたそれぞれの前記電流に対してそれぞれ差を算出し、算出された前記差が予め設定した所定値以上である場合に、サージングの発生を有りと判定する請求項２または３に記載の冷凍機の保護装置。
5. 前記サージング判定部は、前記電流検出部より検出された前記電流の平均値を算出し、算出された前記平均値とそれぞれの前記電流との偏差を算出して、前記偏差が予め設定された所定値以上である場合にサージングの発生を有りと判定する請求項２または３に記載の冷凍機の保護装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の保護装置を備える冷凍機。
7. 並列接続された複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機の吐出側と吸込側をバイパスするバイパス管と、バイパス管に設けられたバイパス弁とを備える冷凍機に適用される保護方法であって、
   サージングの発生の有無を判定するサージング判定工程と、
   各前記圧縮機に設けられた吸込ベーンを閉方向に制御するベーン閉制御を行うベーン制御工程と、
   前記サージング判定工程によってサージングの発生が有りと判定され、かつ、前記ベーン制御工程が前記ベーン閉制御を行っていない場合に、前記バイパス弁を開方向に制御するバイパス弁開制御を行うバイパス弁制御工程と、
   を有する冷凍機の保護方法。
   

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