JP4976239B2 - Compressor protection method for cooling device - Google Patents
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Description
本発明は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置における圧縮機を制御する冷却装置の圧縮機保護方法に関する。 The present invention relates to a compressor protection method for a cooling device for controlling a compressor in a cooling device using a refrigeration cycle for circulating a refrigerant.
一般に、レーザ加工機では、ワークの材質,板厚,加工速度及び加工面粗度等によってレーザ側の負荷が大きく変動する。したがって、レーザ加工機に冷却液を供給(循環)する冷却装置では、このような負荷変動に対しても十分に追従できる冷却性能が要求されるとともに、特に、加工精度に大きく影響するミラー等の光学部品に対する熱的安定性を確保し、加工品質の低下を回避する上からも、温度変動の少ない高度で精密な冷却精度が要求される。 In general, in a laser processing machine, the load on the laser side varies greatly depending on the material of the workpiece, the plate thickness, the processing speed, the surface roughness, and the like. Therefore, the cooling device that supplies (circulates) the coolant to the laser processing machine is required to have a cooling performance that can sufficiently follow such load fluctuations, and in particular, such as a mirror that greatly affects the processing accuracy. In order to ensure the thermal stability of the optical parts and avoid the deterioration of the processing quality, a high degree of precision cooling accuracy with little temperature fluctuation is required.
従来、このような用途に使用される冷却装置としては、特許文献1に開示される冷却装置が知られている。この冷却装置は、レーザ加工機等の被冷却物から戻された冷却液を貯留する冷却液タンクと、この冷却液タンクの供給口から流出する冷却液を送出する送液ポンプと、この送液ポンプから吐出する冷却液を熱交換により冷却して被冷却物に供給する冷却器(熱交換器)を備えるとともに、冷却器から流出した冷却液の温度を温度センサにより検出し、検出した温度に基づいて冷却器の冷却温度を制御する制御系、より具体的には、温度センサにより検出した温度に基づいて、冷却器に冷媒を循環させる冷凍サイクルにおける圧縮機の回転周波数(回転数)をインバータ制御する制御機能を有する制御系を備えて構成したものである。
ところで、上述した従来の冷却装置、特にその圧縮機保護方法においては、次のような解決すべき課題が存在した。 By the way, in the conventional cooling apparatus mentioned above, especially the compressor protection method, there existed the following problems to be solved.
第一に、冷却装置の運転中に、設定された周囲温度条件よりも更に周囲温度が高くなるなどにより凝縮器の放熱効率が低下した場合、通常、圧縮機の運転可能最高回転数が制限されていても、圧縮機の運転を停止してその保護(安全)を図っている。この場合、冷媒圧力の上限を検出する高圧圧力スイッチを設けることにより圧縮機の運転を停止させているが、高価な高圧圧力スイッチが必要になるため、これに伴うコストアップ、更にはその取付に伴う製造工数や設置スペースの確保が強いられる。 First, if the heat dissipation efficiency of the condenser is reduced during operation of the cooling system due to the ambient temperature becoming higher than the set ambient temperature condition, the compressor's maximum operable speed is usually limited. Even so, the operation of the compressor is stopped to protect it (safety). In this case, the operation of the compressor is stopped by providing a high-pressure switch that detects the upper limit of the refrigerant pressure. However, an expensive high-pressure switch is required, which increases the cost associated with this and further increases the installation. Ensuring manufacturing man-hours and installation space is compelling.
第二に、高圧圧力スイッチは、圧縮機を保護する観点からはいわば最終的に用いる保護手段であり、通常、高圧圧力スイッチがONするまでは、圧縮機を過負荷状態にしないための制御が行われる。しかし、高圧圧力スイッチ或いは処理系の故障や応答遅れ等により圧縮機が過負荷状態であるにも拘わらず圧縮機の運転が停止しない可能性もあり、圧縮機を保護する観点からは必ずしも十分な保護環境にあるとは言えない。 Secondly, the high pressure switch is a protection means that is finally used from the viewpoint of protecting the compressor. Usually, control for preventing the compressor from being overloaded until the high pressure switch is turned on. Done. However, there is a possibility that the operation of the compressor will not stop even though the compressor is overloaded due to failure of the high pressure switch or processing system, response delay, etc., which is not always sufficient from the viewpoint of protecting the compressor. It cannot be said that it is in a protected environment.
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した冷却装置の圧縮機保護方法の提供を目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a compressor protection method for a cooling device that solves the problems existing in the background art.
本発明に係る冷却装置の圧縮機保護方法は、上述した課題を解決するため、少なくとも、インバータ制御される圧縮機2,凝縮器3,膨張弁4及び熱交換器5を接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルCcを用いた冷却装置1における圧縮機2を保護するに際し、予め、圧縮機2の運転中における凝縮器3から吐出する冷媒の温度(凝縮冷媒温度Tc)に対する一又は二以上の異なる温度判定値Tj1,Tj2及び各温度判定値Tj1…に対応する凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcに対する上昇率判定値D1,D2a,D2bを各温度判定値Tj1…毎に異ならせて設定するとともに、各温度判定値Tj1…に対応して判定時における運転時間tに対する時間判定範囲Z1,Z2,Z3を設定し、圧縮機2の運転中に、凝縮冷媒温度Tcを検出するとともに、この凝縮冷媒温度Tcが各温度判定値Tj1…になったなら、所定のサンプリング間隔Δtxにより順次検出した凝縮冷媒温度Tcにおける現在の検出値(Tc)とこの検出値(Tc)の直前における複数の検出値(Tc…)の平均値Tcaを用いて凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcを求め、この上昇率ΔTcが温度判定値Tj1…に対応する上昇率判定値D1,D2a…以上であること、及びこのときの運転時間tが温度判定値Tj1…に対応する時間判定範囲Z1…を満たすこと、を条件に、圧縮機2の運転を停止させるようにしたことを特徴とする。
The compressor protection method for a cooling device according to the present invention circulates a refrigerant by connecting at least an inverter-controlled
この場合、発明の好適な態様により、各温度判定値Tj1…よりも大きい最高温度判定値Tjuを設定し、凝縮冷媒温度Tcが最高温度判定値Tjuになったなら圧縮機2の運転を停止させることができる。他方、予め圧縮機2に備える電動モータ7を駆動制御するインバータユニット8の電源回路8sからインバータ回路8iに流入するインバータ入力電流Iiに対する電流判定値Iisを設定し、圧縮機2の運転中に、インバータ入力電流Iiを検出し、このインバータ入力電流Iiが電流判定値Iis以上になったなら圧縮機2の運転を停止させることができる。なお、この電流判定値Iisは、電源周波数fp及び圧縮機2の回転数Rにより求めることができる。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, a maximum temperature determination value Tju larger than each temperature determination value Tj1... Is set, and the operation of the
このような手法による本発明に係る冷却装置1の圧縮機保護方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the compressor protecting method of the
(1) 冷媒圧力の上限を検出して圧縮機2を保護する高価な高圧圧力スイッチが不要になる。この結果、コストダウン、更にはその取付に伴う製造工数や設置スペースの削減を図ることができる。
(1) An expensive high pressure switch that detects the upper limit of the refrigerant pressure and protects the
(2) 上昇率判定値D1,D2a…は、各温度判定値Tj1…毎に異ならせたため、各温度判定値Tj1…と上昇率判定値D1,D2a…を組合わせた、より緻密で的確な判定を行うことができる。 (2) Since the increase rate determination values D1, D2a are different for each temperature determination value Tj1,..., The temperature determination values Tj1... And the increase rate determination values D1, D2a. Judgment can be made.
(3) 凝縮冷媒温度Tcが各温度判定値Tj1…になったなら、このときの運転時間tが温度判定値Tj1…に対応する時間判定範囲Z1…を満たすことを条件に、圧縮機2の運転を停止させるようにしたため、各温度判定値Tj1…と時間判定範囲Z1…を組合わせた、より緻密で的確な判定を行うことができる。
(3) If the condensing refrigerant temperature Tc reaches each temperature determination value Tj1..., The
(4) 好適な態様により、インバータ回路8iに流入するインバータ入力電流Iiが電流判定値Iis以上になったなら圧縮機2の運転を停止させるようにすれば、例えば、凝縮器ファンの故障等による冷媒圧力の急上昇(異常上昇)により凝縮冷媒温度Tcやその上昇率ΔTcに遅れを生じ、運転を停止させる本来の冷媒圧力よりも高くなったとしても、冷媒圧力が異常上昇したことに伴うインバータ入力電流Iiの増加を検出して速やかに運転を停止させることができ、圧縮機2に対する十分な保護環境を構築できる。
(4) According to a preferred embodiment, if the operation of the
(5) 好適な態様により、電流判定値Iisを、電源周波数fp及び圧縮機2の回転数Rにより求めるようにすれば、電源周波数fpと圧縮機2の回転数Rを組合わせた、より緻密で的確な電流判定値Iisを設定することができる。
(5) If the current determination value Iis is obtained from the power supply frequency fp and the rotation speed R of the
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係る圧縮機保護方法を実施できる冷却装置1の構成について、図3及び図4を参照して説明する。
First, the structure of the
図3は、冷却装置1の全体構成を示す。冷却装置1は、熱交換器(冷却器)5を備え、この熱交換器5の一次側5fに冷凍サイクルCcを接続するとともに、熱交換器5の二次側5sに冷却液回路Cmを接続する。
FIG. 3 shows the overall configuration of the
図4に冷却液回路Cmの具体例を示す。冷却液回路Cmは、冷却液(冷却水,冷却溶液等)Wを貯留する冷却液タンク11を備え、この冷却液タンク11は、冷却液供給ライン12s及び冷却液戻りライン12rを介してレーザ加工機等の被冷却物H(図3)に接続する。そして、冷却液供給ライン12sの中途には、冷却液タンク11に貯留する冷却液Wを被冷却物Hに供給するための送液ポンプ13を接続するとともに、この送液ポンプ13に対して熱交換器5の二次側5sを直列に接続する。なお、冷却液タンク11は、上端開口を覆うタンクカバー11cを備える。また、冷却液供給ライン12sには、冷却液Wの圧力を検出する液圧計15及び冷却液Wの温度(液温)Twを検出する液温センサ16を付設するとともに、冷却液タンク11には、給液口17,ドレンライン18,フロートスイッチ19,液面計20,ストレーナ21等をそれぞれ付設する。
FIG. 4 shows a specific example of the coolant circuit Cm. The coolant circuit Cm includes a
一方、冷凍サイクルCcは、主要機能部として、圧縮機2,凝縮器3,膨張弁(電子膨張弁)4を備えており、この電子膨張弁4の冷媒流出側を熱交換器5の一次側5fの一端口(冷媒流入口)に接続するとともに、熱交換器5の一次側5fの他端口(冷媒流出口)は冷媒ストレーナ31を介して圧縮機2の冷媒流入側に接続する。これにより、矢印Fc方向に冷媒が循環する冷凍サイクルCc(冷媒回路)が構成される。このような冷凍サイクルCcの基本的な機能は公知の冷凍サイクルと同じである。また、冷凍サイクルCcには、圧縮機2から吐出する冷媒の温度、即ち、吐出冷媒温度Toを検出する吐出冷媒温度センサ33,凝縮器3から吐出する冷媒の温度、即ち、凝縮冷媒温度Tcを検出する凝縮冷媒温度センサ34,冷却器5の入口側の冷媒温度を検出する冷却器入口温度センサ35等の各種センサ類を付設するとともに、凝縮器3には、この凝縮器3を空冷する凝縮器ファン36を付設する。矢印Ffが凝縮器ファン36による送風方向を示している。さらに、圧縮機2の駆動には電動モータ7を使用し、この電動モータ7はインバータユニット7に接続する。例示の電動モータ7は、120°通電方式により作動するセンサレスブラシレスDCモータであり、スター結線された三つの巻線(界磁コイル)を備えている。インバータユニット8は、インバータ回路8i及び直流電源回路8sを備え、インバータ回路8iの出力部を電動モータ7に接続するとともに、直流電源回路8sの交流入力部は三相交流電源に接続する。
On the other hand, the refrigeration cycle Cc includes a
そして、各センサ33,34,35,凝縮器ファン36,インバータ回路8i、さらに、電子膨張弁4及び液温センサ16は、それぞれ制御部(コントローラ)51に接続する。制御部51は、制御系の主要部を構成し、冷凍サイクルCcを含む冷却装置1の全体の制御を司る機能を有する。また、インバータ回路8iには、当該インバータ回路8iに備える放熱器の温度、即ち、インバータ放熱器温度Tiを検出する放熱器温度センサ43を付設するとともに、インバータ回路8iと直流電源回路8s間には、直流電源回路8sからインバータ回路8iに流入するインバータ入力電流Iiの大きさを検出する電流検出器44を付設し、放熱器温度センサ43及び電流検出器44も制御部51に接続する。制御部51は、操作パネル等を用いた操作部及び液晶表示パネル等を用いた表示部が付属するとともに、CPU及びメモリ等を内蔵したコンピュータ機能を備え、予め格納した制御プログラムにより各種処理及び制御(シーケンス制御)を実行する。
The
次に、冷却装置1の動作を含む本実施形態に係る圧縮機保護方法について、各図を参照して説明する。
Next, the compressor protection method according to this embodiment including the operation of the
まず、冷却装置1の基本的な動作について説明する。今、冷却装置1は、通常の運転により正常動作が行われているものとする。この場合、冷却液回路Cmでは、送液ポンプ13の作動により、冷却液タンク11に貯留する冷却液Wが、冷却液供給ライン12sを介して被冷却物Hに供給されるとともに、被冷却物Hを熱交換により冷却した冷却液Wは、冷却液戻りライン12rを介して冷却液タンク11に戻される。この際、冷却液供給ライン12sを流れる冷却液Wは、冷却器(熱交換器)5により冷却される。即ち、冷却器5に流入した冷却液Wは、冷凍サイクルCcにおける冷却された冷媒との熱交換により冷却される。冷凍サイクルCcでは、圧縮機2の運転により冷媒が矢印Fc方向に循環し、冷凍サイクルCcによる冷媒冷却が行われる。なお、図4中、矢印Fw…は冷却液Wが流れる方向を示す。
First, the basic operation of the
そして、被冷却物Hに供給される冷却液Wの液温Twは、液温センサ16により検出され、制御部51に付与される。これにより、制御部51はインバータ回路8iに制御指令を付与し、電動モータ7の回転数(回転速度)を可変することにより、液温Twが設定した目標温度となるようにフィートバック制御する。この際、インバータ回路8iの入力部には、直流電源回路8sから直流電圧が付与され、インバータ回路8iは、内部のスイッチング素子により直流電圧をスイッチングする公知のインバータ制御を行う。
Then, the liquid temperature Tw of the coolant W supplied to the object to be cooled H is detected by the
次に、本実施形態に係る冷却装置の圧縮機保護方法について、図1〜図8を参照して説明する。 Next, the compressor protection method of the cooling device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
最初に、圧縮機2の制御上の保護、即ち、圧縮機2の回転数を制限する運転可能最高回転数Rmaxを設定するための制御方法について図6を参照して説明する。
First, a control method for setting the controllable protection speed of the
まず、不図示の運転スイッチのONにより圧縮機2の運転が開始するとともに、凝縮冷媒温度センサ34から検出される凝縮冷媒温度Tcが制御部51に取込まれる。この際、凝縮冷媒温度Tcに係わるデータは、図5に示すように、所定のサンプリング周期Δtx〔s〕(例示は、1〔s〕)により取込まれ、運転開始から初期始動モードによる処理(制御)が行われる。初期始動モードでは、予め、凝縮冷媒温度Tcに対する始動時温度監視値Tcc、二つの異なる監視時間Δta,Δtb、及び運転可能最高回転数Rmaxを段階的に増加させる回転数Rs,Ra,Rbをそれぞれ設定する。例示の場合、始動時温度監視値Tccは52〔℃〕、監視時間Δtaは120〔s〕、監視時間Δtbは270〔s〕、回転数(初期回転数)Rsは1800〔rpm〕、回転数(第一回転数)Raは2700〔rpm〕、回転数(最高回転数)Rbは3000〔rpm〕である。
First, the operation of the
初期始動モードでは、運転開始により、制御部51は圧縮機2に対する運転可能最高回転数Rmaxを初期回転数Rsに設定する。図6中、運転開始時点をtsで示す。また、制御部51は運転開始から監視時間Δtaを計時し、監視時間Δtaを経過したなら、凝縮冷媒温度Tcが始動時温度監視値Tcc以下である否か、即ち、Tc≦Tccの条件を満たすか否かを判断する。そして、Tc≦Tccの条件を満たしていれば、運転可能最高回転数Rmaxを初期回転数Rsから第一回転数Raに増加させる制御を行う。しかし、監視時間Δtaが経過しても、Tc≦Tccの条件を満たしていなければ、運転可能最高回転数Rmaxを初期回転数Rsのまま維持する。Tc≦Tccの条件を満たすか否かの判断は、以後、継続して行い、Tc≦Tccの条件を満たした時点で第一回転数Raに増加させる処理を行う。この監視時間Δtaに基づく制御が第1ステップとなる。
In the initial start mode, when the operation is started, the
さらに、制御部51が計時を継続し、運転開始時点tsから監視時間Δtbが経過したなら、第一回転数Raが設定されているか否かを判断する。この際、第一回転数Raが設定されていれば、運転可能最高回転数Rmaxを第一回転数Raから更に最高回転数Rbに増加させる制御を行う。しかし、監視時間Δtbが経過した時点でも初期回転数Rsのままであれば、運転可能最高回転数Rmaxを初期回転数Rsのまま維持する。監視時間Δtaの経過後における監視時間Δtbに基づく制御が第2ステップとなる。図6中、実線で示す運転可能最高回転数Rmaxに係わる変化データQpが、凝縮冷媒温度Tcが始動時温度監視値Tcc以下の場合を示すとともに、仮想線で示す運転可能最高回転数Rmaxに係わる変化データQoが、凝縮冷媒温度Tcが始動時温度監視値Tccを越えている場合を示す。また、図6中、監視時間Δtaの経過時点をtc1で示すとともに、監視時間Δtbの経過時点をtc2で示す。
Further, when the
ところで、このような初期始動モードによる制御を行う理由は次のとおりである。即ち、通常、圧縮機2を始動する際には、始動時における圧縮機2に対する潤滑オイルの供給を確保し、潤滑オイルが冷媒に混入するのを防止するため、運転可能最高回転数Rmaxを初期回転数Rsから段階的に増加させることにより実際の回転数を制限している。しかし、本実施形態による圧縮機保護方法では、基本的に凝縮冷媒温度Tcに基づいて運転可能最高回転数Rmaxを設定するため、周囲温度が高く、凝縮冷媒温度Tcが急上昇したような場合、運転可能最高回転数Rmaxを過度に下げてしまう不具合を生じる。そこで、初期始動モードによる制御を行うことにより冷却能力の低下を防止している。なお、初期始動モードは第1ステップ及び第2ステップを経て終了する。よって、このような初期始動モードによる制御を行うことにより、始動時における圧縮機2に対する潤滑オイルの供給を確保し、潤滑オイルが冷媒に混入するのを防止できることに加え、周囲温度が高い環境下であっても、凝縮冷媒温度Tcが急上昇し、運転可能最高回転数Rmaxを過度に下げることにより冷却能力を低下させてしまう不具合を回避できる。
By the way, the reason for performing the control in the initial start mode is as follows. That is, normally, when starting the
他方、初期始動モードの第1ステップが終了したなら、初期始動モードと並行して通常運転モードにより凝縮冷媒温度Tcに基づく圧縮機2に対する制御が行われる。通常運転モードでは、予め、二つの異なる上限側温度監視値Tu1,Tu2、一つの下限側温度監視値Td1、吐出冷媒温度Toに対する温度設定値Tos、インバータ放熱器温度Tiに対する温度設定値Tis、圧縮機2に対する運転可能最高回転数Rmaxを段階的に減少させるための単位回転数Ruc、運転可能最高回転数Rmaxを段階的に増加させるための単位回転数Rdcをそれぞれ設定する。例示の場合、上限側温度監視値Tu1は52〔℃〕、上限側温度監視値Tu2は53〔℃〕、下限側温度監視値Td1は50〔℃〕、温度設定値Tosは95〔℃〕、温度設定値Tisは80〔℃〕、単位回転数Rucは240〔rpm〕、単位回転数Rdcは90〔rpm〕である。
On the other hand, when the first step in the initial start mode is completed, the
通常運転モードでは、制御部51は圧縮機2に対する運転可能最高回転数Rmaxを凝縮冷媒温度Tcに基づき段階的に可変設定する。この際、運転可能最高回転数Rmaxを減少又は増加させる制御は、前回行った減少又は増加させる制御(処理)から所定のインターバル時間Δti(例示は、60〔s〕)が経過していることを条件に行う。これにより、運転可能最高回転数Rmaxを減少させる次の制御を安定に行うことができる。
In the normal operation mode, the
まず、凝縮冷媒温度Tcが下限側温度監視値Td1以下まで低下した場合、即ち、Tc≦Td1の条件を満たす場合を想定する。この場合、この条件に加え、制御部51は、吐出冷媒温度センサ33から得る吐出冷媒温度Toが温度設定値Tos以下(To≦Tos)であること,放熱器温度センサ43から得るインバータ放熱器温度Tiが温度設定値Tis以下(Ti≦Tis)であること,及び圧縮機2の回路数が運転可能最高回転数Rmaxになっていることの全てを満たすことを条件に、現在の運転可能最高回転数Rmaxを単位回転数Rdcだけ増加させる制御(処理)を行う。図6中、tc4が、Tc≦Td1の条件を満たした時点を示す。このように、運転可能最高回転数Rmaxを増加させる制御として、少なくとも、下限側温度監視値Td1になったこと,吐出冷媒温度Toが温度設定値Tos以下であること及びインバータ放熱器温度Tiが温度設定値Tis以下であることを条件に行う制御を含ませれば、下限側温度監視値Td1のみで判断する場合に比べて、より確実で信頼性の高い制御を行うことができる。
First, it is assumed that the condensed refrigerant temperature Tc is lowered to the lower limit temperature monitoring value Td1 or lower, that is, the condition of Tc ≦ Td1 is satisfied. In this case, in addition to this condition, the
一方、凝縮冷媒温度Tcが上限側温度監視値Tu1以上の場合、即ち、Tc≧Tu1の条件を満たす場合を想定する。この場合、この条件に加え、制御部51は、凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcが上昇率監視値Du以上(ΔTc≧Du)であることの双方を満たすことを条件に、現在の運転可能最高回転数Rmaxを単位回転数Rucだけ減少させる制御を行う。上昇率ΔTcは、図5に示すように、現在の凝縮冷媒温度Tcが、例えば、サンプリング時点t7の凝縮冷媒温度Tcの場合、直前5回のサンプリング時点t2〜t6における凝縮冷媒温度Tc…の平均値Tcaとの偏差を用いる。上限側温度監視値Tu1は、正規の上限側温度監視値Tu2よりも低い温度に設定するが、上昇率ΔTcが大きければ、正規の上限側温度監視値Tu2に達する可能性が高いと判断できることから、上限側温度監視値Tu1と上昇率監視値Duを併用した制御を行う。このような制御により、正規の上限側温度監視値Tu2になる手前の時点でも単位回転数Rucだけ減少させることができるため、より確実で信頼性の高い制御を行うことができる。
On the other hand, it is assumed that the condensed refrigerant temperature Tc is equal to or higher than the upper limit temperature monitoring value Tu1, that is, the condition that Tc ≧ Tu1 is satisfied. In this case, in addition to this condition, the
また、凝縮冷媒温度Tcが上限側温度監視値Tu2以上の場合、即ち、Tu2<Tcの条件を満たす場合を想定する。この場合も、現在の運転可能最高回転数Rmaxを単位回転数Rucだけ減少させる制御(処理)を行う。上限側温度監視値Tu2は、凝縮冷媒温度Tcのみで判断する、いわば正規の上限側温度監視値となる。図6中、tc3が、Tc≧Tu1の条件及びΔTc≧Duの条件、又はTu2<Tcの条件を満たした時点を示す。よって、このような通常運転モードを行うことにより、圧縮機2のオーバーロードを回避できる的確(最適)な運転可能最高回転数Rmaxを設定することができ、もって、圧縮機2の動作効率向上及び耐久性向上に寄与できる。また、周囲温度の高い環境下であっても冷媒圧力に対する制限(制御)を的確に行うことができるため、上限高圧による高圧圧力スイッチのONを可及的に回避できる。この結果、冷却温度に対する高い制御精度を維持できるとともに、周囲温度が高い環境下での安定した動作を確保できる。
Further, it is assumed that the condensing refrigerant temperature Tc is equal to or higher than the upper limit temperature monitoring value Tu2, that is, the condition that Tu2 <Tc is satisfied. In this case as well, control (processing) is performed to decrease the current operable maximum rotational speed Rmax by the unit rotational speed Ruc. The upper limit temperature monitoring value Tu2 is a so-called regular upper limit temperature monitoring value that is determined only by the condensed refrigerant temperature Tc. In FIG. 6, tc3 indicates a time point when the condition of Tc ≧ Tu1 and the condition of ΔTc ≧ Du, or the condition of Tu2 <Tc is satisfied. Therefore, by performing such a normal operation mode, it is possible to set an accurate (optimum) operable maximum rotational speed Rmax that can avoid overloading of the
他方、このような圧縮機2の回転数に対する制限を行っても、より大きな過負荷が発生した場合には対応できないため、本実施形態に係る圧縮機保護方法により圧縮機2(電動モータ7)を停止させる制御を行う。
On the other hand, even if such a limitation on the rotational speed of the
次に、圧縮機2を停止させる圧縮機保護方法の処理手順について図1に示すフローチャート及び図7を参照して説明する。
Next, the processing procedure of the compressor protection method for stopping the
まず、予め、停止条件である各種判定値を設定する。即ち、圧縮機2の運転中における凝縮冷媒温度Tcに対する二つの異なる温度判定値Tj1,Tj2、この二つの温度判定値Tj1,Tj2よりも大きい最高温度判定値Tju、各温度判定値Tj1,Tj2に対応する凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcに対する上昇率判定値D1,D2a,D2b、各温度判定値Tj1…に対応して判定時における運転時間tに対する時間判定範囲Z1,Z2,Z3をそれぞれ設定する。例示の場合、温度判定値Tj1は40〔℃〕、温度判定値Tj2は50〔℃〕、最高温度判定値Tjuは58〔℃〕、上昇率判定値D1は2.0〔℃/Δtx〕、上昇率判定値D2aは1.5〔℃/Δtx〕、上昇率判定値D2bは1.0〔℃/Δtx〕、時間判定範囲Z1は10〔s〕以上、時間判定範囲Z2は10〔s〕以上60〔s〕未満、時間判定範囲Z3は60〔s〕以上である。
First, various determination values, which are stop conditions, are set in advance. That is, two different temperature determination values Tj1 and Tj2 with respect to the condensed refrigerant temperature Tc during operation of the
図7において、斜線を付した範囲Akが停止条件に該当する範囲である。今、運転中において、凝縮冷媒温度Tcが最高温度判定値Tju以上、即ち、Tc>Tjuの条件を満たす場合を想定する(ステップS1,S3)。この場合、制御部51は運転時間tが時間判定範囲Z1を満たすこと(ステップS2)を条件として直ちに圧縮機2の運転を停止する制御を行う(ステップS4)。一方、凝縮冷媒温度TcがTj1以上、即ち、Tc>Tj1である場合を想定する(ステップS5)。この場合、制御部51は運転時間tが時間判定範囲Z1を満たすこと(ステップS2)及び凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcが上昇率判定値D1以上(ΔTc≧D1)であること(ステップS6)を条件として直ちに圧縮機2の運転を停止する制御を行う(ステップS4)。
In FIG. 7, a hatched range Ak is a range corresponding to the stop condition. Now, assume that during operation, the condensed refrigerant temperature Tc is equal to or higher than the maximum temperature determination value Tju, that is, Tc> Tju is satisfied (steps S1 and S3). In this case, the
また、運転時間tが時間判定範囲Z2を満たす場合(ステップS7)であって、凝縮冷媒温度TcがTj2以上、即ち、Tc>Tj2である場合(ステップS8)には、制御部51は凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcが上昇率判定値D2a以上(ΔTc≧D2a)であること(ステップS9)を条件として直ちに圧縮機2の運転を停止する制御を行う(ステップS4)。さらに、運転時間tが時間判定範囲Z3を満たす場合(ステップS7)であって、凝縮冷媒温度TcがTj2以上、即ち、Tc>Tj2である場合(ステップS10)には、制御部51は凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcが上昇率判定値D2b以上(ΔTc≧D2b)であること(ステップS11)を条件として直ちに圧縮機2の運転を停止する制御を行う(ステップS4)。
When the operation time t satisfies the time determination range Z2 (step S7) and the condensed refrigerant temperature Tc is equal to or higher than Tj2, that is, Tc> Tj2 (step S8), the
このように、本実施形態に係る圧縮機保護方法によれば、圧縮機2の運転中に、凝縮冷媒温度Tcを検出するとともに、この凝縮冷媒温度Tcが各温度判定値Tj1…になったなら凝縮冷媒温度Tcの上昇率ΔTcを求め、この上昇率ΔTcが温度判定値Tj1…に対応する上昇率判定値D1,D2a…以上であることを条件に、圧縮機2の運転を停止させるようにしたため、冷媒圧力の上限を検出して圧縮機2を保護する高価な高圧圧力スイッチが不要になる。この結果、コストダウン、更にはその取付に伴う製造工数や設置スペースの削減を図ることができる。しかも、上昇率判定値D1,D2a,D2bを、各温度判定値Tj1,Tj2毎に異ならせたため、各温度判定値Tj1…と上昇率判定値D1,D2a…を組合わせた、より緻密で的確な判定を行うことができるとともに、凝縮冷媒温度Tcが各温度判定値Tj1…になったなら、このときの運転時間tが温度判定値Tj1…に対応する時間判定範囲Z1…を満たすことを条件に、圧縮機2の運転を停止させるようにしたため、各温度判定値Tj1…と時間判定範囲Z1…を組合わせた、より緻密で的確な判定を行うことができる。
Thus, according to the compressor protection method according to the present embodiment, when the condensed refrigerant temperature Tc is detected during the operation of the
ところで、このような凝縮冷媒温度Tcを検出して圧縮機2を停止させる制御を行っても、凝縮器ファンの故障等により冷媒圧力が急上昇(異常上昇)した場合には、凝縮冷媒温度Tcやその上昇率ΔTcに遅れを生じるため、運転を停止させる本来の冷媒圧力よりも高くなってしまうことがある。そこで、本実施形態では、冷媒圧力が異常上昇したことに伴うインバータ入力電流Iiの増加を検出することにより、圧縮機2を停止させる制御を行っている。
By the way, even when the control for stopping the
次に、インバータ入力電流Iiを利用して圧縮機2を停止させる圧縮機保護方法の処理手順について図2に示すフローチャート及び図8を参照して説明する。
Next, the processing procedure of the compressor protection method for stopping the
予め、圧縮機2に備える電動モータ7を駆動制御するインバータユニット8の電源回路8sからインバータ回路8iに流入するインバータ入力電流Iiに対する電流判定値Iisを設定する。この電流判定値Iisは、直流電源回路8sの交流入力部に入力する三相交流電源の電源周波数fp及び圧縮機2の回転数Rにより求める。一例として、電源周波数fpが50〔Hz〕の電流判定値Iisaは、Iisa=0.12・R/100+2.4の演算式により、また、電源周波数fpが60〔Hz〕の電流判定値Iisbは、Iisb=0.15・R/100+2.7の演算式により、それぞれ求めることができる。図8に、電流判定値Iisa及び電流判定値Iisbに係わるデータを示す。
The current determination value Iis for the inverter input current Ii flowing into the inverter circuit 8i from the power supply circuit 8s of the
一方、圧縮機2の運転中、制御部51は運転時間tが時間判定範囲Z1を満たすこと(ステップS21,S22)を条件として、次の処理(制御)を行う。まず、制御部51は、運転中における圧縮機2の回転数Rから、対応する電流判定値Iisを求める(ステップS23)。この場合、電流判定値Iisは、その都度、上述した演算式により演算してもよいし、予め求めたデータベース(データテーブル)を設定し、回転数Rに対応した電流判定値Iisを読出してもよい。また、電流検出器44から検出したインバータ回路8iに流入するインバータ入力電流Ii(検出値)を取込み、取込んだインバータ入力電流Iiと電流判定値Iisを比較する(ステップS24,S25)。そして、この際、インバータ入力電流Iiが電流判定値Iis以上、即ち、Ii≧Iisの条件を満たす場合には、制御部51は直ちに圧縮機2の運転を停止する制御を行う(ステップS26,S27)。
On the other hand, during the operation of the
よって、このように、インバータ回路8iに流入するインバータ入力電流Iiが電流判定値Iis以上になったなら圧縮機2の運転を停止させるようにすれば、例えば、凝縮器ファンの故障等による冷媒圧力の急上昇(異常上昇)により凝縮冷媒温度Tcやその上昇率ΔTcに遅れを生じ、運転を停止させる本来の冷媒圧力よりも高くなったとしても、冷媒圧力が異常上昇したことに伴うインバータ入力電流Iiの増加を検出して速やかに運転を停止させることができ、圧縮機2に対する十分な保護環境を構築できる。また、電流判定値Iisを、電源周波数fp及び圧縮機2の回転数Rにより求めるようにすれば、電源周波数fpと圧縮機2の回転数Rを組合わせた、より緻密で的確な電流判定値Iisを設定することができる。
Therefore, if the operation of the
なお、これらの停止条件により停止した場合には、停止条件の発生が解除されることにより運転が再開される。そして、再開時には、圧縮機2が始動するとともに、中断始動モードによる処理が行われる。この中断始動モードは、前述した初期始動モードと同じであるが、必要により一部の設定値を異ならせている。したがって、中断始動モードは、初期始動モードをそのまま適用することができる。
In addition, when it stops by these stop conditions, driving | operation is restarted by canceling | releasing generation | occurrence | production of a stop condition. When restarting, the
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,手法,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に、変更,追加,削除することができる。例えば、二つの温度判定値Tj1,Tj2を設定した場合を示したが、一つ又は三つ以上の温度判定値を設定してもよいし、三つの上昇率判定値D1,D2a,D2bを設定した場合を示したが、一つ又は二つ或いは四つ以上の上昇率判定値を設定してもよい。また、三つの時間判定範囲Z1,Z2,Z3を設定した場合を示したが、一つ又は二つ或いは四つ以上の時間判定範囲を設定してもよい。一方、電動モータ7は直流モータを例示したが交流モータであってもよく、その種類は問わないとともに、インバータ回路8i(インバータユニット8)も同様の機能を有する各種タイプにより構成できる。なお、冷却装置1として図3(図4)に示すタイプを例示したが、本発明に係る圧縮機保護方法は、例示以外の各種タイプの冷却装置に対しても同様に利用することができる。
Although the best embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and the detailed configuration, method, quantity, numerical value, and the like do not depart from the spirit of the present invention. You can change, add, or delete at will. For example, although the case where two temperature determination values Tj1 and Tj2 are set is shown, one or three or more temperature determination values may be set, or three increase rate determination values D1, D2a, and D2b are set. However, one, two, or four or more increase rate determination values may be set. Moreover, although the case where the three time determination ranges Z1, Z2, and Z3 were set was shown, you may set one, two, or four or more time determination ranges. On the other hand, the
1:冷却装置,2:圧縮機,3:凝縮器,4:膨張弁,5:熱交換器,7:電動モータ,8:インバータユニット,8s:電源回路,8iインバータ回路,Cc:冷凍サイクル,Tc:凝縮冷媒温度,Tj1:温度判定値,Tj2:温度判定値,Tca:平均値,Tju:最高温度判定値,ΔTc:凝縮冷媒温度の上昇率,D1:上昇率判定値,D2a:上昇率判定値,D2b:上昇率判定値,Δtx:サンプリング間隔,t:運転時間,Z1:時間判定範囲,Z2:時間判定範囲,Z3:時間判定範囲,Ii:インバータ入力電流,Iis:電流判定値,fp:電源周波数,R:圧縮機の回転数 1: cooling device, 2: compressor, 3: condenser, 4: expansion valve, 5: heat exchanger, 7: electric motor, 8: inverter unit, 8s: power supply circuit, 8i inverter circuit, Cc: refrigeration cycle, Tc: Condensed refrigerant temperature, Tj1: Temperature judgment value, Tj2: Temperature judgment value, Tca: Average value, Tju: Maximum temperature judgment value, ΔTc: Condensed refrigerant temperature increase rate, D1: Increase rate determination value, D2a: Increase rate Determination value, D2b: Ascent rate determination value, Δtx: Sampling interval, t: Operating time, Z1: Time determination range, Z2: Time determination range, Z3: Time determination range, Ii: Inverter input current, Iis: Current determination value, fp: power supply frequency, R: compressor rotation speed
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