JP3393140B2 - 遠心圧縮機におけるサージを検出する方法および装置 - Google Patents

遠心圧縮機におけるサージを検出する方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、サージ検出装置に関し、特に冷却システム
のような圧縮機被駆動システムの圧縮機におけるサージ
を検出する方法および装置に関する。
2.関連技術の説明 周知のように、遠心圧縮機のような圧縮機が軽い負荷
と高い圧力比で動作される時に生じ得るサージまたはサ
ージ現象は、不安定な状態である。これは、圧力および
流れにおける高周波振動を、またある場合には、圧縮機
内の完全な流れの逆転の発生を特徴とする過渡的現象で
ある。このようなサージ現象は、制御されなければ、圧
縮機の回転要素および静止要素の両方における過大な変
動を生じ、恒久的な圧縮機の破損を生じる結果となるこ
とがある。特に、サージ条件時には、圧縮機の両端に生
じた流れと圧力における瞬時の低下が存在する。更に、
圧縮機の駆動軸における正味のトルクと機械力における
低下が生じる。駆動装置が電動機である場合、トルクお
よび力におけるかかる振動が電動機の電流と過剰電力の
振動を生じることになる。
多くのサージ検出装置およびシステムが用いられてき
たが、特に限定されるわけでないが電動機により駆動さ
れる遠心圧縮機を有する冷却システムに使用される、改
善されたサージ検出装置の必要が存在する。
発明の概要 従って、本発明は、圧縮機の吸込圧力および吐出圧
力、あるいはかかる値の典型的な圧力を検知することに
より、特に、かかる検知されたパラメータの元の値をマ
イクロプロセッサへ読み込み、圧縮機の両端に生じた圧
力の大きさを周期的にサンプリングすることによって、
圧縮機被駆動システムの圧縮機におけるサージを検出す
るための改善された方法および装置を目的とする。本発
明は更に、圧縮機の電動機を駆動する可変速電動機駆動
部へ印加される電流の大きさ、あるいは電動機に対する
入力電力を表わすパラメータを検知することにより、特
に、検知される電流値、望ましくはDC電流を、この検知
したパラメータを周期的にサンプルするマイクロプロセ
ッサへ印加することによって、サージを検出するための
改善された方法および装置に関する。本発明の望ましい
実施の形態においては、検知されたパラメータは、それ
までの値と周期的に比較され、マイクロプロセッサがサ
ージ条件が存在する時を決定するよう設計された予め選
定されたルーチンを印加する。予め選定されたルーチン
は、本発明が適用される特定の圧縮機システムに対して
設計され、本願に述べる原理に従って解明される。
本発明の最も望ましい実施形態は、サージを検出する
ため、本文に述べる圧力検知および電流検知の両手法を
用いる。サージが冷却システムにおいて検出されると、
システムは、サージの悪影響を除去しあるいは最小化す
るように、圧縮機電動機へ与えられる駆動周波数を変化
させる。このようなシステムが関連技術の制約および短
所による諸問題の１つ以上を実質的に軽減することが判
った。
本発明の更なる特徴および利点については、一部は以
降の説明において記述され、一部はこの記述から明らか
になり、あるいは本発明の実施によって学習されよう。
本発明の目的および利点は、本文の記述および請求の範
囲、ならびに添付図面において特に指摘される方法およ
び装置によって実現され達成されよう。
かかる利点および他の利点を達成するために、かつ本
文に具現され広く記述される如き本発明の目的に従っ
て、本発明は、遠心圧縮機により駆動される負荷を有す
る流体システムにおいて使用されるサージ検出システム
を含み、当該圧縮機は、電圧源の可変速駆動装置により
付勢される電動機によって駆動される。実施の一形態に
おいて、サージ検出システムは、圧縮機の両端に生じる
差圧を検知するための手段を含む。他の実施の形態にお
いては、当該システムは、可変速駆動装置の入力電力を
表わす電流を検知する手段を含む。更に別の実施の形態
では、当該システムは、両方のかかる検知手段を含む。
サージ検出システムは更に、差圧および／または検知さ
れた電流に応答する手段を含み、これにおいて計算手段
が検知されたパラメータの一方または両方を周期的にサ
ンプルして、有効サージが圧縮機に生じている時を決定
するために、検知された値を１つ以上の所定の閾値と比
較する。
１つの特質において、サージ検出システムは、凝縮器
圧力を検知する手段と、蒸発器圧力を検知する手段とを
含む。これらの検知圧力は、圧縮機の吐出圧力と吸込圧
力と直接関連している。当該実施の形態では、計算手段
が、凝縮器圧力と蒸発器圧力とに応答し、これらの圧力
を周期的に比較し、更に周期的に適用されるルーチンを
実施し、有効サージが圧縮機に生じている時を表示す
る。
更に別の特質において、本発明は、電圧源の可変速駆
動装置により付勢される電動機により駆動される遠心圧
縮機を備える冷却システムにおけるサージを検出し、制
御されない圧縮機のサージにより生じ得る悪影響を除去
しあるいは最小化するようにシステムを制御する方法を
含む。当該方法は、凝縮器圧力を検知し、蒸発器圧力を
検知し、可変速駆動装置の出力電力を表わす電流を検知
し、有効サージが圧縮機に生じている時を決定するため
検知された値を周期的にサンプルし、サージが検出され
る時補正制御信号を可変速駆動装置へ印加するステップ
を含む。当方法は、圧力、あるいは電流の検知された値
のみに基いてサージを決定するように実施することがで
き、あるいは、検知された圧力および検知された電流の
両方の値がサージが生じていることを示す時にのみサー
ジを決定するように設計することができる。
以上の一般的記述および以降の詳細な記述が共に事例
の説明に過ぎず、請求の範囲に記載される本発明を限定
するものではないことを理解すべきである。
添付図面は、本発明の更なる理解をもたらすために添
付され、本明細書に含まれかつその一部をなし、本発明
の実施の一形態を示し、本文の記述と共に、本発明の原
理の説明を供する。
図面の簡単な説明 図１は、電圧源の可変速駆動装置により付勢される電
動機によって駆動される遠心圧縮機を備える冷却システ
ムにおいて使用される本発明のサージ検出装置のブロッ
ク図、 図２は、図１の適応容量制御盤および圧力入力を示す
更に詳細なブロック図、 図３は、図１の適応容量制御盤、電圧源の可変速駆動
装置および可変速駆動装置電流入力を示す更に詳細なブ
ロック図、 図４および図５は、図１ないし図３における本発明の
動作原理の理解に役立つグラフ、 図６（ａ）ないし（ｄ）は、フロー図により図２の圧
力入力および図３の電流入力に対する適応容量制御盤の
マイクロプロセッサにより行われる諸動作を示す更に詳
細な図である。
望ましい実施の形態の説明 次に、添付図面に例示される本発明の現在望ましい実
施の形態を詳細に参照する。可能な限り、同じ部分ある
いは類似の部分を参照するため、同じ参照番号が、図面
全てにわたって用いられる。
最初に、本発明が冷却システムおよびかかるシステム
の制御のために開発されたことを明瞭に理解すべきであ
る。しかし、冷却システムとの本発明の関連付けは、そ
の現在望ましい用途を表わすが、本文の開示は本発明の
広い範囲あるいは教示に対する限定とする意図はない。
本発明は、圧縮機の被駆動システムの圧縮機におけるサ
ージを検出するための方法および装置に関するものであ
るが、同様に他の分野および装置における用途を有す
る。
電動機により駆動される遠心圧縮機を備える冷却また
は冷却システムにおいて使用される本発明のサージ検出
装置の実施の形態が、図１に示され、全体的に参照番号
10で示される。冷却システムおよび自己最適化制御シス
テムの構成要素は、本発明の譲受人に譲渡され、参考の
ため本文に援用される米国特許第4,608,833号の教示に
開示されるものと同じである。第4,608,833号特許は、
本文に開示されるサージ検出装置を使用するため適用可
能な如き冷却システムの１つの詳細を例示し説明する。
第4,608,833号特許において、自己最適化容量制御シ
ステムは、冷却器全体のエネルギ消費を実現するため
に、調整可能な流入ガイド・ベーンと圧縮機速度が共
に、連続的に更新される「学習された」水冷却器のサー
ジ面に応答して自動的に調整されるインバータ被駆動遠
心圧縮機に基く水冷却器用として示される。「学習され
た」サージ面を得るために、当該制御システムは、圧縮
機電動機速度が連続的に増分的に低減され、かつ圧縮機
がサージを生じてい動作点が見出されるまで予備回転ガ
イド・ベーンが更に開く位置へ移動される「学習」モー
ドを開始するためのマイクロプロセッサを含んでいる。
本発明の例示の便宜のため、サージ検出装置10は、図
１において、冷却システムの簡単図に関して示される。
冷却システムは、全てが直列に相互接続されて従来の閉
冷却回路を形成する、遠心圧縮機12と、凝縮器14と、膨
張装置16と、蒸発器18とを含んでいる。冷却ガスは、圧
縮機12において圧縮され、圧縮ガスは凝縮器14へ送ら
れ、そこでクーリング・タワーからの水の如き冷却媒体
が圧縮バスを液状の冷媒へ凝縮させる。液状の冷媒は、
膨張装置16を経て蒸発器18へ送られる際に膨張する。液
状冷媒が蒸発器18を通過する時、建物からの循環水が、
冷媒を圧縮機の吸込み口へ送られる蒸発状態にさせるた
め、冷媒と熱交換関係に置かれる。このように、水は建
物を冷却するために蒸発器18において冷却される。冷却
の要件即ち冷却負荷における変化に応答して建物へ与え
られる冷却量を変化させるため、圧縮機12の容量は、冷
却システム内の容量を変化させるようにその冷媒の流量
を調整することによって調整される。
本発明の冷却システムは更に、主マイクロプロセッサ
・ボード36を有する冷却器制御パネル34を含んでいる。
誘導電動機20は、遠心圧縮機12を付勢する。誘導電動機
20は、電圧源可変速駆動装置22により駆動されることが
望ましい。図３に示されるように、電圧源可変速駆動装
置22は、DCコンバータ部24と、DCリップルを平滑化する
低域通過DCフィルタ部26と、DCのACへのインバータ部28
と、マイクロプロセッサ32とA/Dコンバータ33とを有す
るインバータ・ロジック・ボード30とを含むことが望ま
しい。
頻繁かつ長期にわたってサージの発生が許されるなら
ば、サージが圧縮機に恒久的な損傷を生じ得ることが一
般に知られる。このため、いかなる用途においても、圧
縮機がサージを生じている時を知ることが重要である。
本発明のサージ検出装置10については、次に図１の冷却
システムに関して詳細に記述する。一般に、サージ検出
システム10は、冷却システムの冷却器制御パネル34内部
に設けられる適応容量制御盤44を含んでいる。
特に、サージ検出システム10は、凝縮器14における絶
対圧力またはゲージ圧力のいずれかの関数である信号を
生じるように、凝縮器14に配置された第１の圧力トラン
スデューサ38を含む。第２の圧力トランスデューサ40
は、蒸発器18内部の絶対圧力またはゲージ圧力のいずれ
かの関数である信号を生じるように、蒸発器18の内部に
配置されている。トランスデューサ38と40は、代替的
に、圧縮機12の吐出管路と吸込管路のそれぞれに配置す
ることができる。いずれの場合も、トランスデューサ
は、圧縮機12の吐出圧力と吸込圧力とを表わす圧力を検
知することになる。
圧縮機にサージが発生すると、吐出圧力（即ち、凝縮
器における圧力）が低下し吸込圧力（即ち、蒸発器にお
ける圧力）へ近づくことが発見された。本発明は、２つ
のトランスデューサにより検知される実際の圧力をマイ
クロプロセッサへ与え、ここで、サージが生じた時を決
定するため遅延した値と周期的に比較される差圧を計算
するために、検知された圧力が用いられる。望ましい実
施の形態においては、これらの遅延値が、検知された圧
力とその時の遅延値間の差の比較に従って周期的に変化
させられる。実験および分析研究により、望ましいルー
チンがこれらの広範な原理に基くサージを検出するよう
に開発されてきた。図１に示されたシステムに対して開
発された望ましいルーチンの一例について以下に述べる
が、本発明はかかる特定のルーチンに専ら限定されるも
のではない。
望ましい実施形態においては、適応容量制御盤44は、
冷却器制御パネル34内部に配置され、冷却器制御パネル
34の主マイクロプロセッサ・ボード36と、第１の圧力ト
ランスデューサ38と第２の圧力トランスデューサ40とに
接続される。図２に示されるように、適応容量制御盤44
は、凝縮器圧力および蒸発器圧力の信号をアナログ形態
で受取って各圧力信号を個々に出力させるためのマルチ
プレクサ46を含んでいる。各圧力信号は、次に、選択さ
れた圧力信号をマイクロプロセッサ50へ最終的に出力さ
れるディジタル信号へ変換するため、A/Dコンバータ48
へ出力される。マイクロプロセッサ50は、ディジタル圧
力信号を受取り、差圧値（dp）を生じるように、凝縮器
圧力と蒸発器圧力の信号間の差を周期的に決定する。マ
イクロプロセッサ50は、この差圧値を予測される制御値
と周期的に比較し、検知された圧力と、特定の圧縮機と
この圧縮機が取付けられるシステムに関してなされた実
験および分析研究を通じて得た閾値とに基いて、サージ
を検出するため設計されたルーチンを適用する。望まし
い実施の形態のマイクロプロセッサ50およびルーチンの
動作が、図６に全体的に示され、以下に説明される。
本発明の望ましい実施の形態の動作の理解をもたらす
ために、次に図４を参照する。図４（ａ）には、変動し
サージ事象を表わす圧縮機12に現れる典型的な測定され
た差圧信号（dp）が示される。吐出圧力と吸込圧力との
間の差は、比較的一定なままである。図４（ａ）におい
て、適応容量制御盤44のマイクロプロセッサ50により生
成される変数を表わすdp_lag値がサージを検出するため
用いられ、dpがdp_lagを越えるならば、自動的にdpに等
しくセットされる。dpがdp_lagより低下すると、dp_lag
は、１動作率が毎秒約0.007Kg/cm2（0.1psi）である予
め選定された率でdpへ低下することが望ましい。この率
は、用途に応じて変動し得る。図４（ａ）に示されるよ
うに、かかる変数が、サージが生じていない時は実際の
dp値に等しくなければ、比較的密な間隔で遅れることが
発見された。
図４（ｂ）は、有効なサージ事象の間の典型的な測定
差圧信号と共に、どのようにマイクロプロセッサ50がdp
_lag変数を調整するかを示している。図４（ｂ）に示さ
れるように、ルーチンの望ましい実施の形態は、差圧に
おける変化を有効なサージと見なすために４つの条件が
満たされることを要求する。任意に指示されたソフトウ
ェアの状態０であったものに２つの条件が生じ、少なく
とも１つの条件はソフトウェア状態１で生じかつ１つの
条件はソフトウェア状態２で生じる。第１および第２の
条件は、負の遷移がdpに生じたことを示す、値（dp_lag
−dp）が予め選定された閾値〔図４（ｂ）の閾値１〕を
越える時に、（ソフトウェア状態０で）満たされる。図
１の冷却システムに適用される望ましい実施の形態にお
いては、この値は、第２の条件として見なすためには、
少なくとも予め選定された時間（望ましくは、100ミリ
秒）連続的に閾値より低いままでなければならない。こ
れら２つの条件が満たされると、５秒タイマ（タイマ
は、用途に応じて、２ないし10秒のものへ変化し得る）
がセットされ、マイクロプロセッサがソフトウェア状態
１に自動的に入る。
第３の条件は、第１および第２の条件が満たされた後
に、ソフトウェア状態１において以後のdp信号を連続的
にサンプルする。望ましい実施の形態においては、値
（dp_lag−dp）が第２の予め選定された閾値〔図４
（ｂ）における閾値２〕を越える時、第３の条件のdp信
号がソフトウェア状態１において満たされる。閾値２が
越えられるべき期間は、用途に従ってかなり変動し得
る。図１に示されたものと同様なシステムの場合は、こ
の期間は、システムの形式に従って200ないし750ミリ秒
に変動し得る。第３の条件のdp信号が満たされると、マ
イクロプロセッサは、ソフトウェア状態２へ自動的に入
り、dp_lagがdpに等しくセットされる。事例として、閾
値１は、低圧圧縮機では約0.035Kg/cm2（0.5psi）であ
り、降圧圧縮機では約0.239Kg/cm2（3.4psi）であるこ
とが望ましい。この閾値は、用途に従って変動し得る。
望ましい実施の形態においては、閾値２は、閾値１より
10ないし20パーセント大きいことが望ましい。
第４の条件は、第１ないし第３の条件が満たされた後
に、dp信号の更なるサンプリングを要求する。第４の条
件のdp信号は、少なくとも２つの連続的な姓の遷移〔Δ
dp_lag＞０、図４（ｂ）参照〕が検出される時に、ソフ
トウェア状態２の要件を満たす。第３および第４の条件
が予め選定された期間（望ましい実施の形態では、５
秒）以内に満たされなければ、自動的にソフトウェア状
態０に再び入り、プロセスが再び開始する。また、第３
の条件が満たされる時にdp_lagをdpにセットすることに
より、dp_lagは次のサージ事象に対して自動的に再び備
えられる。４つの条件が５秒の時間間隔以内に満たされ
るならば、有効サージが確認される。
図４の動作に関して今述べた機能を行うために要求さ
れる適応容量制御盤44のマイクロプロセッサ50の如き計
算装置の詳細が、フロー図の状態で図６に示される。マ
イクロプロセッサ50は、凝結器と蒸発器の圧力信号を入
力信号として受取る。
サージ識別プロセスは、圧力トランスデューサ38、40
からの入力信号の読出しを生じる始動ブロック70により
開始される。論理ブロック即ち判断ブロック72は、最後
の値が読出されてから20ミリ秒の期間が経過したかどう
かを判定する。20ミリ秒が満了しなかったならば、ルー
チンが励起される。さもなければ、ブロック74に入って
凝縮器14に取付けられた圧力トランスデューサ38から第
１の入力を読出し、ブロック76に入って第１の入力値を
「値１」へ変換する。次に圧力トランスデューサ40から
の第２の入力が読出され、それぞれブロック78および80
において「値２」へ変換される。入力値「値１および
２」はディジタル信号である。このため、変換プロセス
においては、マイクロプロセッサ50が索引テーブルを探
索して、ディジタル値「値１および２」を、対応する圧
力値×10と相関させる、即ち、索引テーブルに記憶され
た圧力値は実際の圧力値の10倍である。
次に、判断ブロック即ち論理ブロック82において、第
２の値「値２」が第１の値「値１」から差引かれて
「ｘ」を得る（「ｘ」は差圧dpを表わす）。変数「x_la
g」から差引かれた「ｘ」の値が正であれば、判断ブロ
ック84がカウンタ86へ進み、そこで「lag_count」が50
カウントに等しくセットされ、次にブロック88へ進ん
で、ここで変数「x_lag」が「ｘ」に等しくセットされ
る。１カウントが20ミリ秒に等しく、このため、50カウ
ントは1000ミリ秒、即ち１秒に等しい。変数「x_lag」
から差引かれた「ｘ」の値が負であれば、判断ブロック
即ち論理ブロック84へ進み、ここで「lag_count」が０
に等しいかどうか、および「surge_state」が０に等し
いかかどうかが判定される。判断ブロック90の両条件が
真であるならば、「x_lag」がブロック92における１ユ
ニットにより判定され、「lag_count」はブロック94に
おいて50カウント（1000ミリ秒、即ち１秒）にリセット
され、判断ブロック即ち論理ブロック96に入る。この用
途におけるユニットは、先に述べたように、毎秒約0.00
7Kg/cm2（0.1psi）に等しい。換言すれば、「x_lag」は
実際に、毎秒約0.007Kg/cm2（0.1psi）だけ減分され
る。
両変換が判断ブロック90において満たされなければ、
判断ブロック96に入り、そこで「lag_count」が０より
大きいかどうかが判定される。「lag_count」が０より
大きければ、ブロック98において「lag_count」が１カ
ウント（20ミリ秒）だけ減分され、さもなければ、判断
ブロック即ち論理ブロック100に入る。「surge_state」
が判断ブロック100において０に等しいと判定されるな
らば、ルーチンはサブルーチンＡへ分岐し、さもなけれ
ば、ルーチンは判断ブロック即ち論理ブロック102へ続
く。判断ブロック102において「surge_state」が１に等
しいと判定されるならば、ルーチンはサブルーチンＢへ
分岐し、さもなければ、ルーチンは判断ブロック卯、論
理ブロック104に続く。判断ブロック104において「surg
e_state」が２に等しいと判定されるならば、ルーチン
はサブルーチンＣへ分岐し、さもなければ、ルーチン
は、ブロック106において「surge_state」を０に等しく
セットし続け、その後抜ける。
サブルーチンＡにおいて、判断ブロック即ち論理ブロ
ック108は、「x_lag」から「ｘ」を差引いたものが「su
rge_threshold」、即ち図４（ｂ）における閾値１より
大きいかどうか判定する。「surge_threshold」より大
きければ、サブルーチンはブロック110へ進み、そこで
「neg_count」が１カウント（20ミリ秒）だけ増分さ
れ、さもなければ、ブロック112において「neg_count」
が０に等しくセットされる。ブロック112の後、サブル
ーチンは判断ブロック即ち論理ブロック114へ進み、そ
こで「neg_count」が５カウント（100ミリ秒）に等しい
かどうか判定される。「neg_count」が５カウントに等
しくなければ、サブルーチンから抜け、さもなければ、
ブロック116において「surge_count」が０に等しくセッ
トされ、ブロック118において「surge_state」が１に等
しくセットされ、ブロック120において「neg_count」が
０に等しくセットされ、ブロック122において「test_co
unt」が「250」、即ち５秒（250×20ミリ秒＝５秒）に
等しくセットされる。ブロック122の後、サブルーチン
を抜ける。
サブルーチンＢにおいて、判断ブロック124に入っ
て、「test_count」が０より大きいかどうかを調べる。
「test_count」が０より大きくなければ、ブロック126
において「surge_state」が０にセットされてこのサブ
ルーチンから抜け、さもなければ、ブロック128におい
て「test_count」が１カウント（20ミリ秒）だけ減分さ
れ、判断ブロック即ち論理ブロック130に入る。判断ブ
ロック130においては、「x_lag」から「ｘ」を差引いた
ものが「surge_threshold＋ｎ」（即ち、図４（ｂ）に
おける閾値２、但し、「surge_threshold」は図４
（ｂ）における閾値１を表わし、「ｎ」は閾値１の10な
いし20パーセントを表わす）より小さいかあるいはこれ
に等しければ、このサブルーチンから抜け、さもなけれ
ば、「surge_count」が１カウント（20ミリ秒）だけ増
分され、判断ブロック即ち論理ブロック134に入る。判
断ブロック134において、「surge_count」が15カウント
（300ミリ秒）より小さいかこれに等しければ、このサ
ブルーチンから抜け、さもなければ、それぞれブロック
136および138において「x_prev」および「x_lag」が
「ｘ」に等しくセットされ、ブロック140において「sur
ge_state」が２に等しくセットされ、ブロック142にお
いて「pos_count」が０に等しくセットされ、このサブ
ルーチンから抜ける。
サブルーチンＣにおいて、判断ブロック即ち論理ブロ
ック144は、「test_count」が０より大きいかどうか判
定する。「test_count」が０より大きくなければ、ブロ
ック146において「surge_state」が０にセットされ、こ
のサブルーチンから抜け、さもなければ、ブロック148
において「test_count」が１カウント（20ミリ秒）だけ
減分され、判断ブロック即ち論理ブロック150に入る。
判断ブロック150において、「ｘ」から「x_prev」を差
引いたものが０より小さいかこれと等しければ、判断ブ
ロック152に入り、さもなければ、ブロック154において
「pos_count」が１カウント（20ミリ秒）だけ増分さ
れ、ブロック156において「x_lag」が「ｘ」に等しくセ
ットされる。判断ブロック152において「pos_count」が
２カウント（40ミリ秒）に等しくないと判定されるなら
ば、このサブルーチンから抜け、さもなければ、ブロッ
ク158においてサージが識別され、ブロック160において
サージLEDがフラッシュされ、ブロック162において「su
rge_pos_transition」が「true」に等しくセットされ、
ブロック164において「surge_state」が０にリセットさ
れ、このサブルーチンから抜ける。
サージが検出されると、適応容量制御盤44のマイクロ
プロセッサ50が「リンク１」（図１参照）を介して制御
信号を生じて、電圧源可変速駆動装置22により供給され
る周波数を増加させる。電圧源可変速駆動装置22におけ
る周波数の増加は電動機の速度を増加させ、これが更に
圧縮機12の回転速度を増加させ、これにより圧縮機12に
おいて別のサージが生じることを阻止する。このような
制御手法は、参考のため先に援用した第4,608,833号特
許に概要が示されている。
図３に示される如き代替的な実施の形態においては、
サージ検出システム10は、低域通過DCフィルタ部26の出
力DCリンク電流iDCを直接検知するため、電圧源可変速
駆動装置22の低域通過DCフィルタ部26とDCのACへのイン
バータ部28との間に配置された１つあるいは複数のDC電
流変成器42を含む。DCリンク電流iDCの平均値は、電圧
源可変速駆動装置22のDCのACへのインバータ部28により
与えられる３相の電動機電流iA、iB、iCと、インバータ
・ロジック・ボード30によりDCのACへのインバータ部28
のスイッチS1〜S6へ与えられる３つの出力スイッチ指令
信号Ａ、Ｂ、Ｃとを用いて再構成されることが望まし
い。DCリンク電流iDCの平均値は、低域通過DCフィルタ
部26により生成されるDC電圧VDCが一定であるので、低
域通過DCフィルタ部26により送られる電力を表わし、低
域通過DCフィルタ部26により送られる電力は、DCリンク
電流iDCによりDC電圧VDCを乗じることによって計算され
る。
図３に示されるように、適応容量制御盤44は、直列の
「リンク２」を介して、冷却器制御パネル34の主マイク
ロプロセッサ・ボード36に、また直列「リンク１」を介
して、電圧源可変速駆動装置22のインバータ・ロジック
・ボード30に接続されている。主マイクロプロセッサ・
ボード36は、他の段の冷却器ならびに冷却器の動作条件
のディジタル・ディスプレイ読出しに対する制御を行
う。可変速駆動装置のインバータ・ロジック・ボード30
は、DCリンク電流信号iDCの平均値をディジタル信号へ
変換するA/Dコンバータ33と、DCリンク電流信号iDCの平
均値のディジタル表示を受取るマイクロプロセッサ32と
を含んでいる。可変速駆動装置のインバータ・ロジック
・ボード30は、サージ事象中、DCリンク電流iDCを直接
処理して、「リンク１」を介して適応容量制御盤44へサ
ージ・フラグを送る。あるいはまた、インバータ・ロジ
ック・ボード30は、DCリンク電流iDCのディジタル値を
「リンク１」を介して送り、サージを判定するために適
応容量制御盤44のマイクロプロセッサ50がDCリンク電流
iDCを処理することを可能にする。このように、代替的
な実施の形態においては、本発明は検出されたDCリンク
電流iDCを利用することによってサージ事象を検出する
ことが望ましい。
本発明の代替的な実施の形態の動作の理解をもたらす
ために、次に図５を参照する。図面の図５（ａ）には、
電圧源の可変速駆動装置22に現れ、サージ事象を表わす
変動を有するDCリンク電流（「ilnk」として示される）
の典型的な測定平均値がグラフで示されている。また図
５（ａ）に示されているのは、適応容量制御盤44のマイ
クロプロセッサ50またはインバータ・ロジック・ボード
30のマイクロプロセッサ32によりそれぞれ生成される変
数を表わすilnk_lag値である。変数ilnk_lagは、ilnkが
ilnk_lagを越えるならば、ilnkに等しく自動的にセット
される。ilnkがilnk_lagより低下するならば、ilnk_lag
は、毎秒10の最下位ビット（LSB）の比率でilnkに向け
て徐々に低下される。インバータ・ロジック・ボード30
のA/Dコンバータ33は、12ビット即ち合計1212（＝409
6）LSBを有する。ilnk_lagが低下させられる比率は、用
途に従って変動し得る。図５（ｂ）は、有効サージ事象
間の典型的な測定DCリンク電流信号（ilnk）を示し、な
らびにどのようにマイクロプロセッサ50または32が変数
ilnk_lagを調整するかを示している。
DCリンク電流iDCのサージ検出法によれば、異なる圧
力サージ検出法に対して先に述べた条件は、DCリンク電
流サージ検出法に対しても満たされねばならない。この
ように、DCリンク電流サージ検出法は、差圧サージ検出
法に類似する。しかし、DCリンク電流の検知値（dp値で
はない）が用いられる。更に、DCリンク電流サージ検出
法の第３の条件は、値（ilnk_lag−ilnk）が第２の閾値
〔図５（ｂ）における閾値２〕を340ミリ秒ではなく少
なくとも350ミリ秒の間越えることを要求する。閾値２
が越えられるべき期間は、用途に応じて200ないし750ミ
リ秒の範囲で変動し得る。更にまた、DCリンク電流サー
ジ検出法の第４の条件は、少なくとも３つの連続的な正
の遷移〔Δilnk_lag＞０、図５（ｂ）参照］が２ではな
く検出されることを要求する。
更にDCリンク電流サージ検出法によれば、適応容量制
御盤44のマイクロプロセッサ50あるいはインバータ・ロ
ジック・ボード30のマイクロプロセッサ32は、それぞ
れ、差圧サージ検出法について先に述べたと同じ図６の
サージ識別プロセスに従う。しかし、DCリンク電流サー
ジ検出法においては、「ｘ」は「ilnk」と置換されねば
ならず、かつ図６（ａ）の判断ブロック72に示されるよ
うに10ミリ秒が20ミリ秒の代わりに用いられねばならな
い。このことは、DCリンク電流サージ検出法において
は、１カウントが20ミリ秒ではなく10ミリ秒に等しいこ
とを意味する。更に、DCリンク電流サージ検出法におい
ては、マイクロプロセッサ50あるいは32のみが１つの入
力、即ちDCリンク電流iDCを読込むので、マイクロプロ
セッサ50または32は第２の入力［図６（ａ）のブロック
78および80］は読んで変換することはない。このため、
マイクロプロセッサ50または32は、図６（ａ）のブロッ
ク82における「値１」から「値２」を差引かず、「ｘ」
を「値１」に等しくセットするのみである。また、DCリ
ンク電流サージ検出法は、「ilnk_lag」を「ilnk」へ毎
秒10LSBの比率で低下させる。
上記実施の形態によれば、サージ検出システムの色々
な組合わせを変更することができる。例えば、サージ
は、圧縮機12の両端における圧力変化のみを検知するこ
とにより、あるいは電圧源可変速駆動装置22においてDC
リンク電流iDCのみを検知することにより、あるいは圧
縮機12の両端の圧力変化および（または）電圧源可変速
駆動装置22におけるDCリンク電流iDCを検知することに
よって検出される。現在望ましい実施の形態において
は、サージの検出には圧力および電流の両モデルがサー
ジの検出のため用いられ、一方または両方のルーチンが
使用を決定するならば、サージが表示される。
当業者には、本発明のサージ検出の方法および装置に
おいて、またかかる方法および装置の構造において、本
発明の範囲および趣旨から逸脱することなく種々の修正
および変更が可能であることが明瞭であろう。一例とし
て、DCリンク電流法は、電圧源可変速駆動装置22のイン
バータ・ロジック・ボード30に含まれるマイクロプロセ
ッサ32によって実施が可能であり、これにより適応容量
制御盤10の必要を排除する。更にまた、圧縮機12は、必
ずしも遠心形式である必要がなく、他の任意の形式の回
転運動圧縮機でもよい。
本発明の他の実施形態は、本文に開示された発明の仕
様および実施を考察することにより当業者には明らかで
あろう。仕様および事例は単に例示と見なすべきであ
り、本発明の真の範囲および趣旨は請求の範囲によって
示される。
フロントページの続き (72)発明者 シュネツカ，ハロルド・アール アメリカ合衆国ペンシルバニア州17315, ヨーク，エステイト・ドライブ 280 (72)発明者 フランク，ティモシー・エム アメリカ合衆国ペンシルバニア州17365, ウェルスヴィル，ロスタウン・ロード 2475エイ (56)参考文献 特開 昭61−160598（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−199700（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−31292（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04D 27/02

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電動機により駆動される遠心圧縮機によっ
    て駆動される負荷を有する流体システムにおいて使用さ
    れるサージ検出システムにおいて、 圧縮機の両端に生じる差圧を検出する手段と、 電動機に対する入力電力を表わす電流を検知する手段
    と、 圧縮機に跨がって生じる前記差圧の強さに応答して、有
    効サージが圧縮機で生じている時を表示する第１の計算
    手段と、 前記検知された電流の大きさに応答して、有効サージが
    圧縮機で生じている時を表示する第２の計算手段と、 を備え、 前記差圧検知手段は、第１および第２の圧力トランスデ
    ューサを含み、 前記電流検知手段は少なくとも１つの電流変成器を含
    み、 前記第１の計算手段は、差圧を得るため前記第１の圧力
    トランスデューサと前記第２の圧力トランスデューサに
    より検知された圧力の間の差を計算し、第１および第２
    の両差圧閾値に差圧を比較し、第１の所定の期間内に第
    １の差圧閾値が越され且つ第２の所定の期間内に第２の
    差圧閾値が越される時有効サージが圧縮機に生じている
    ことを表示し、かつ前記第２の計算手段が、第１および
    第２の両可変速駆動装置電流閾値に前記検知電流の大き
    さを比較し、第１の可変速駆動装置電流閾値が第１の所
    定の期間内に越えられ且つ第２の可変速駆動装置電流閾
    値が第２の所定の期間内に越えられる時有効サージが圧
    縮機に生じていることを表示する、サージ検出システ
    ム。
  2. 【請求項２】前記システムは、前記第１の計算手段と前
    記第２の計算手段が共に有効サージ条件が生じているこ
    とを表示する時にのみ、有効サージ条件が圧縮機に生じ
    たことを示す、請求項１記載のサージ検出システム。
  3. 【請求項３】電圧源の可変速駆動装置により駆動される
    電動機によって駆動される遠心圧縮機を有する冷凍シス
    テムに使用されるサージ検出システムにおいて、 圧縮機の吸込圧力を表わす圧力を検知する手段と、 圧縮機の吐出圧力を表わす圧力を検知する手段と、 電動機に対する入力電力を表わす、電源可変速駆動の電
    流を検知する手段と、 前記検知圧力の大きさに応答して、有効サージが圧縮機
    に生じている時を表示する第１の計算手段と、 前記検知電流の大きさに応答して、有効サージが圧縮機
    に生じている時を表示する第２の計算手段と を備え、 前記第１の計算手段は、差圧を得るため前記吐出圧力と
    前記吸込圧力との間の差を計算し、第１および第２の両
    差圧閾値に差圧を比較し、第１の所定の期間内に第１の
    差圧閾値が越され且つ第２の所定の期間内に第２の差圧
    閾値が越される時有効サージが圧縮機に生じていること
    を表示し、かつ前記第２の計算手段が、前記電圧源の可
    変速駆動装置電流を第１および第２の両電圧源の可変速
    駆動装置電流閾値に比較し、第１の可変速駆動装置電流
    閾値が第３の所定の期間内に越えられ且つ第２の可変速
    駆動装置電流閾値が第４の所定の期間内に越えられる時
    有効サージが圧縮機に生じていることを表示する、サー
    ジ検出システム。
  4. 【請求項４】システムは、前記第１および第２の計算手
    段が共に有効サージ条件が生じていることを表示する時
    にのみ、有効サージ条件が圧縮機に生じることを表示す
    る、請求項３に記載のサージ検出システム。
  5. 【請求項５】電圧源の可変速駆動装置により駆動される
    電動機によって駆動される圧縮機を有する冷却システム
    において使用されるサージ検出システムにおいて、 圧縮機に跨がって生じる差圧を検知する手段であって、
    該差圧検知手段は圧縮機の吸込圧力に応答する圧力を検
    知する手段および圧縮機の吐出圧力に応答する圧力を検
    知する手段を含み、 前記検知差圧に応答して、有効サージが圧縮機に生じて
    いる時を表示する計算手段であって、前記吐出圧力と吸
    込圧力の間の差を計算して差圧を得て、第１と第２の差
    圧閾値の両方に対して該差圧を比較し、第１の所定の期
    間内に第１の差圧閾値が越され且つ第２の所定の期間内
    に第２の差圧閾値が越される時に有効サージが圧縮機内
    に生じていることを表示する、該計算手段と、 を備えるサージ検出システム。
  6. 【請求項６】前記計算手段は、検知された差圧を周期的
    にサンプルして、有効サージが生じている時を決定する
    ために、検知された値を１つ以上の所定の閾値と比較す
    る、請求項５に記載のサージ検出システム。
  7. 【請求項７】前記圧縮機は蒸発器と凝縮器とに接続され
    た遠心圧縮機であり、前記差圧検知手段は蒸発器と凝縮
    器とにおける圧力をそれぞれ検知する、請求項５に記載
    のサージ検出システム。
  8. 【請求項８】電圧源の可変速駆動装置により駆動される
    電動機によって駆動される遠心圧縮機を有する冷凍シス
    テムに使用されるサージ検出システムにおいて、 電圧源の可変速駆動装置の出力電力を表わす電流を検知
    する手段と、 前記可変速駆動装置電流に応答して、有効サージが圧縮
    機において生じている時を表示する計算手段と を備え、 前記計算手段は、前記可変速駆動装置電流を第１および
    第２の両可変速駆動装置電流閾値に比較し、第１の可変
    速駆動装置電流閾値が第１の所定の期間内に越えられ且
    つ第２の可変速駆動装置電流閾値が第２の所定の期間内
    に越えられる時有効サージが圧縮機に生じていることを
    表示する、サージ検出システム。
  9. 【請求項９】電圧源の可変速駆動装置により駆動される
    電動機によって駆動される遠心圧縮機と、該圧縮機に接
    続された凝縮器と蒸発器とを有する冷凍システムにおけ
    るサージを検出する方法において、 凝縮器圧力を検出するステップと、 蒸発器圧力を検出するステップと、 電圧源の可変速駆動装置の出力電力を表わす電流を検出
    するステップと、 前記凝縮器圧力と前記蒸発器圧力間の差の大きさおよび
    前記可変速駆動装置電流の大きさの１つに応答して、有
    効サージが圧縮機に生じている時を表示するステップ
    と、を含み、 差圧を得るため凝縮器圧力と蒸発器圧力との間の差を計
    算するステップと、 差圧を第１および第２の両差圧閾値に比較するステップ
    と、 第１の所定の期間内に第１の差圧閾値が越され且つ第２
    の所定の期間内に第２の差圧閾値が越される時、有効サ
    ージが圧縮機に生じていることを表示するステップと を更に含む、サージを検出する方法。
  10. 【請求項１０】可変速駆動装置電流を第１および第２の
    両可変速駆動装置電流閾値に比較するステップと、 第１の可変速駆動装置電流閾値が第１の所定の期間内に
    越えられ且つ第２の可変速駆動装置電流閾値が第２の所
    定の期間内に越えられる時、有効サージが圧縮機に生じ
    ていることを表示するステップと、 を更に含む、請求項９に記載のサージを検出する方法。
  11. 【請求項１１】差圧を得るため凝縮器圧力と蒸発器圧力
    との間の差を計算するステップと、 差圧を第１および第２の両差圧閾値に比較するステップ
    と、 可変速駆動装置電流を第１および第２の両可変速駆動装
    置電流閾値に比較するステップと、 第１の所定の期間内に第１の差圧閾値が越され且つ第２
    の所定の期間内に第２の差圧閾値が越される時、および
    第１の可変速駆動装置電流閾値が第３の所定の期間内に
    越えられ且つ第２の可変速駆動装置電流閾値が第４の所
    定の期間内に越えられる時、有効サージが圧縮機に生じ
    ていることを表示するステップと、 を更に含む、請求項９に記載のサージを検出する方法。
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