KR101126476B1 - 열원기, 열원 시스템 및 열원기의 운전 방법 - Google Patents

Abstract

인버터 장치의 정지를 열원기의 제어 장치를 파악할 수 있고, 또한 열원기의 안정 운전 동작 시간을 확대할 수 있는 열원기를 제공한다. 인버터 제어부에 의한 소정 연산에 기초하여 기기 보호를 위해 정지하는 보호 기능을 갖춘 인버터 장치에 의해 구동되어, 냉매를 압축하는 전동식 압축기와, 냉열 출력 및/또는 온열 출력을 제어하는 제어 장치를 구비한 열원기에 있어서, 제어 장치는 인버터 제어부의 보호 기능의 연산 결과를 추정하는 인버터 보호 기능 추정부를 구비하고 있다.

인버터 장치, 열원기, 제어 장치, 연산, 보호 기능

Description

열원기, 열원 시스템 및 열원기의 운전 방법{HEAT SOURCE DEVICE, HEAT SOURCE SYSTEM, AND METHOD OF OPERATING HEAT SOURCE DEVICE}

본 발명은, 인버터 장치에 의해 구동되는 전동식 압축기를 구비한 열원기 및 열원 시스템 및 열원기의 운전 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공장에 있어서의 냉수 공급이나 지역 냉난방 등의 비교적 대용량의 능력이 요구되는 냉동기 또는 히트 펌프식 냉동기로서, 터보 압축기에 의해 냉매를 압축하는 터보 냉동기(열원기)가 다용되고 있다. 이와 같은 터보 냉동기의 터보 압축기는, 전동 모터에 의한 전동식으로 되어 있는 것이 일반적이며, 그 중 회전수를 임의로 변경할 수 있는 전동식 터보 압축기로서, 인버터 장치를 구비한 것이 있다.

이러한 회전수 가변으로 된 전동식 터보 압축기에 사용되는 인버터 장치는, 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터(이하 「IGBT」라고 한다) 등의 파워 디바이스를 구비하고 있으며, 이들 파워 디바이스에는 전동 모터가 요구하는 토크에 따라 큰 전류가 흐른다.

이러한 과대한 전류가 흐른 경우의 파워 디바이스의 보호로서, 인버터 장치에는, 특허 문헌1에 기재되어 있는 바와 같이 과전류가 흐른 경우에 인버터 장치를 정지하는 과전류 보호의 기능이 설치되어 있다. 이러한 과전류 보호는, 공기 조화장치의 제어 장치와는 다른 인버터 장치에 설치된 마이크로컴퓨터 등의 인버터 제어부에 의해 행하여진다.

특허 문헌1 : 일본 특허 출원 공개 제2004-32906호 공보(단락[0018] 내지 [0020] 및 [0032] 내지 [0045] 및 도 1 및 도 3)

인버터 장치에 설치된 정지 조건(트립 조건)으로서는, 특허 문헌1에 기재된 과전류 보호뿐만 아니라, 출력 전류 및 IGBT 등의 파워 디바이스 근방의 온도로부터 파워 디바이스 내부의 온도를 계산하는 과부하 보호나, 출력 전류에 의해 전동 모터의 보호를 행하는 전자 서멀에 의한 모터 보호가 설치되어 있다.

이들 과부하 보호나 전자 서멀은, 인버터 장치의 인버터 제어부에 의해 연산되고, 인버터 제어부의 판단에 의해 냉동기와는 독립적으로 인버터 장치의 정지가 행하여진다. 인버터 장치가 정지하면, 전동식 압축기가 동작하지 않게 되므로, 이에 수반하여 냉동기도 정지한다.

이와 같이, 인버터 장치가 냉동기의 운전 상태에 관계 없이 정지해 버리면, 냉열 출력이나 온열 출력을 요구하는 수요자에 대하여 불이익을 초래해 버린다. 또한, 냉동기의 제어 장치로부터 보면, 냉동기 제어 장치에서는 파악하고 있지 않은, 예기하지 못한 갑작스러운 정지가 되므로, 일련의 시퀸스에 준한 정지 동작을 행하게 할 수 없어 냉동기의 각 기기에 대하여 문제를 발생시킬 우려가 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 인버터 장치의 정지(트립)를 열원기의 제어 장치가 파악할 수 있고, 또한 열원기의 안정 운전 동작 시간을 확대할 수 있는 열원기, 열원 시스템 및 열원기의 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 열원기, 열원 시스템 및 열원기의 운전 방법은 이하의 수단을 채용한다.

즉, 본 발명에 따른 열원기는, 인버터 제어부에 의한 소정 연산에 기초하여 기기 보호를 위해 정지하는 보호 기능을 갖춘 인버터 장치에 의해 구동되어, 냉매를 압축하는 전동식 압축기와, 상기 전동 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기와, 냉열 출력 및/또는 온열 출력을 제어하는 제어 장치를 구비한 열원기에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 연산 결과를 추정하는 인버터 보호 기능 추정부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

인버터 제어부의 보호 기능에 의한 연산 결과를, 열원기에 설치한 인버터 보호 기능 추정부에 의해 추정함으로써, 인버터 장치의 보호 기능에 의한 정지를 예측할 수 있다. 따라서, 열원기의 제어 장치가 파악하고 있는 열원기의 상태에 관계없이 인버터 제어부의 독자적인 판단에 의해 인버터 장치가 정지하여, 결과적으로 열원기의 제어 장치가 예기하지 못한 정지를 회피할 수 있다.

열원기로서는, 예를 들어 터보 냉동기나 스크류 칠러(chiller) 등을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 열원기에 따르면, 상기 제어 장치는, 상기 인버터 보호 기능 추정부에 의해 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능에 의한 정지 동작에 근접하고 있다고 판단된 경우에는 상기 인버터 장치의 부하를 저감시키는 제어를 행하도록 구성해도 좋다.

예를 들어, 인버터 장치로부터의 출력 전류가 정격값보다도 큰 상황이 계속된 경우에는, 인버터 제어부의 보호 기능에 의한 정지 동작에 근접하여, 이대로 열원기의 운전을 계속하면, 인버터 제어부의 정지 동작이 행해져 버린다. 따라서, 열원기의 제어 장치에 설치한 인버터 보호 기능 추정부에 의해 인버터 제어부에 의한 정지 동작에 근접하고 있다고 판단한 경우에는, 인버터 장치의 부하를 저감시키는 제어를 행하는 것으로 하여 정지 동작의 타이밍을 연기시킨다.

또한, 본 발명의 열원기는, 당해 열원기의 용량 제어를 행함으로써, 상기 인버터 장치의 부하를 저감시키도록 구성해도 좋다.

열원기의 용량 제어를 행함으로써, 열원기의 전동식 압축기에 가해지는 부하가 저감되어, 결과적으로 인버터 장치의 부하가 저감된다. 용량 제어에 의한 부하 저감 방법으로서는, 전동식 압축기의 흡입 냉매량을 조정하는 입구 베인의 개방도를 소정값 이하로 제한하거나, 전동식 압축기의 회전수를 감소시키거나, 전동식 압축기의 냉매 토출측과 냉매 흡입측을 바이패스하는 핫 가스 바이패스 밸브를 개방하거나 하는 방법을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 열원기에 따르면, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 소정 연산은, 상기 인버터 장치로부터 상기 전동식 압축기로 출력되는 출력 전류가 극성 판별값을 상회하면 가산되고, 상기 출력 전류가 극성 판별값을 하회하면 감산되어, 이들 적산값이 상한값에 도달하면 인버터 정지 조건이 되는 것으로 되고, 상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 장치로부터 상기 출력 전류값 및 상기 극성 판별값을 취득하여 상기 가산 및 상기 감산을 행하는 것으로 해도 된다.

인버터 장치에 탑재된 IGBT 등의 파워 디바이스나 인버터 장치에 의해 구동되는 전동 모터를 보호하기 위해 출력 전류값이나 파워 디바이스 근방 온도 등으로부터 파워 디바이스의 내부 온도 등을 추정 연산하는, 소위 전자 서멀이 설치되어 있다. 이 전자 서멀은, 출력 전류값에 극성 판별값을 설정하고, 예를 들어 정격 전류의 105％ 이상인 경우에는 가산하고, 정격 전류의 105％ 미만인 경우에는 감산한다고 하는 연산이 행하여진다. 이 연산의 적산값이 상한값에 도달하면 인버터 정지 조건이 된다. 인버터 장치로부터 출력 전류값 및 극성 판별값을 얻음으로써 이 적산값을, 열원기의 제어 장치에 설치한 인버터 보호 기능 추정부에 의해 추정할 수 있다. 이에 의해, 열원기의 예기하지 못한 정지를 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 열원기에 따르면, 상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 장치의 상기 상한값에 대응하는 대응 상한값에 상기 적산값이 도달하기 전에, 상기 제어 장치에 의해 당해 열원기를 제어함으로써 상기 인버터 장치의 부하를 제한하는 부하 제한 임계값을 구비하고 있어도 된다.

극성 판별값을 초과하면, 정지 동작에 근접해 간다. 본 발명에서는, 대응 상한값에 적산값이 도달하기 전에 부하 제한 임계값을 설정하고, 이 부하 제한 임계값을 초과한 경우에는 인버터 장치의 부하를 제한하도록 열원기를 제어한다. 이에 의해, 인버터 장치의 부하가 증대되지 않아, 인버터 장치의 정지 동작의 타이밍을 늦출 수 있다.

인버터 장치의 부하를 제한하기 위해 열원기를 제어하는 방법으로서는, 예를 들어 전동식 압축기의 흡입 냉매 유량을 조정하는 입구 베인의 개방도를 제한하는 것, 전동식 압축기의 토출 냉매의 일부를 취출하여 응축기 및 증발기를 바이패스하여 전동식 압축기의 흡입측으로 바이패스하는 바이패스 유로에 설치된 핫 가스 바이패스 밸브의 개방도를 제한하는 것, 전동식 압축기의 회전수를 제한하는 것을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 열원기에 따르면, 상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 부하 제한 임계값과 상기 대응 상한값 사이에 당해 열원기의 능력을 강제적으로 감하는 강제 제한값을 구비하고 있어도 된다.

부하 제한 임계값을 초과하고, 다시 대응 상한값에 근접하여 강제 제한값을 초과한 경우에는, 열원기의 능력을 강제적으로 감하게 하여 인버터 장치의 부하를 강제적으로 감소시킨다. 이에 의해, 인버터 장치의 정지 타이밍을 늦출 수 있다.

또한, 본 발명의 열원기는, 상기 대응 상한값을, 상기 인버터 장치의 상기 상한값보다도 작은 값으로 하여 상기 대응 상한값에 도달한 경우에 당해 열원기의 정지 동작을 행하도록 구성해도 좋다.

대응 상한값을 인버터 장치의 상한값보다도 작게 함으로써, 열원기의 제어 장치의 연산에 의한 대응 상한값은, 인버터 제어부의 연산에 의한 상한값보다도 먼저 도달하게 된다. 따라서, 인버터 장치의 정지 동작보다도 먼저 열원기의 정지 동작을 행함으로써 열원기측의 소정의 시퀸스에 의한 안정적인 정지 동작을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 열원기에 따르면, 상기 제어 장치는, 상기 전동식 압축기를 구동하는 상기 인버터 장치의 출력 전류값이 제1 임계값을 초과한 경우에, 당해 열원기를 제어함으로써 상기 인버터 장치의 부하를 제한하도록 구성해도 좋다.

인버터 장치의 출력 전류값이 제1 임계값을 초과한 경우에는, 열원기의 능력을 제한하도록 제어하여 인버터 장치의 부하를 제한하도록 한다. 구체적으로는, 제어 장치에 의해, 전동식 압축기의 흡입 냉매 유량을 조정하는 입구 베인의 개방도를 제한하고, 및/또는 전동식 압축기의 토출 냉매의 일부를 바이패스하여 상기 전동식 압축기의 흡입측으로 바이패스하는 바이패스 유로에 설치된 핫 가스 바이패스 밸브의 개방도를 제한하고, 및/또는 전동식 압축기의 회전수를 제한한다. 이와 같이, 열원기의 제어 장치에서 행하여지는 적산값에 의한 제한 외에 출력 전류값에 의한 제한을 거듭 행함으로써, 더욱 열원기의 안정 운전의 확대를 실현한다.

또한, 본 발명의 열원기에 따르면, 상기 제어 장치는, 상기 출력 전류값이 상기 제1 임계값보다도 큰 제2 임계값을 초과한 경우에, 당해 열원기의 능력을 강제적으로 감하도록 구성해도 된다.

출력 전류값이 제1 임계값을 초과하고 또한 제2 임계값을 초과한 경우에는, 인버터 장치의 정지 동작에 더 근접하게 된다. 따라서, 제2 임계값을 초과한 경우에는, 열원기의 능력을 강제적으로 감하여, 인버터 장치의 부하를 저감시키는 것으로 했다. 열원기의 능력을 강제적으로 감하는 방법으로서는, 입구 베인의 개방도를 강제적으로 폐쇄로 하고, 및/또는 핫 가스 바이패스 밸브의 개방도를 강제적으로 개방으로 하고, 및/또는 회전수를 강제적으로 최소 회전수로 하는 방법을 들 수 있다. 이와 같이, 열원기의 제어 장치에 의해 행하여지는 적산값에 의한 제한 외에 출력 전류값에 의한 제한을 거듭 행함으로써, 보다 안정 운전의 확대를 실현한다.

또한, 본 발명의 열원기에 따르면, 상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 제어부로부터 상기 보호 기능의 연산 결과를 취득하도록 구성해도 좋다.

인버터 제어부로부터 보호 기능의 연산 결과를 취득함으로써, 열원기의 제어 장치에 의한 추정 연산을 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 열원 시스템은, 상기 전동식 압축기를 구동하는 상기 인버터 장치와, 상기 중 어느 하나의 복수대의 열원기를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 열원 시스템은, 인버터 제어부에 의한 소정 연산에 기초하여 기기 보호를 위해 정지하는 보호 기능을 갖춘 인버터 장치와, 복수대의 열원기를 구비한 열원 시스템으로서, 상기 열원기는, 상기 인버터 장치에 의해 구동되어, 냉매를 압축하는 전동식 압축기와, 상기 전동 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기와, 냉열 출력 및/또는 온열 출력을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 연산 결과를 추정하는 인버터 보호 기능 추정부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

열원기를 복수대 구비하고 있는 열원 시스템에서는, 통상 부하가 증대함에 따라 1대 운전으로부터 복수대 운전으로 이행한다. 이 경우, 먼저 기동하고 있는 열원기는 큰 부하가 요구되고 있기 때문에, 인버터 장치가 과부하가 되기 쉽다. 이러한 경우에, 열원기에 의해 인버터 장치의 보호 기능을 파악함으로써, 안정 운전 시간을 확대할 수 있다.

또한, 본 발명의 열원기의 운전 방법은, 인버터 제어부에 의한 소정 연산에 기초하여 기기 보호를 위해 정지하는 보호 기능을 갖춘 인버터 장치에 의해 구동되어, 냉매를 압축하는 전동식 압축기와, 상기 전동 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기와, 냉열 출력 및/또는 온열 출력을 제어하는 제어 장치를 구비한 열원기의 운전 방법에 있어서, 상기 제어 장치에 의해, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 연산 결과를 추정하는 것을 특징으로 한다.

인버터 제어부의 보호 기능에 의한 연산 결과를, 열원기에 설치한 제어 장치에 의해 추정함으로써 인버터 장치의 보호 기능에 의한 정지를 예측할 수 있다. 따라서, 본 발명의 열원기의 운전 방법에 따르면, 열원기의 제어 장치가 파악하고 있는 열원기의 상태에 관계없이 인버터 제어부의 독자적인 판단에 의해 인버터 장치가 정지하여 결과적으로 열원기의 제어 장치가 예기하지 못한 정지를 회피할 수 있다.

본 발명에 따르면, 열원기측에서 인버터 제어부의 보호 기능의 연산 결과를 추정하는 것으로 했으므로, 인버터 장치의 정지(트립)를 열원기의 제어 장치가 파악할 수 있고, 또한 열원기의 안정 운전 동작 시간을 확대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 히트 펌프식 터보 냉동기를 도시한 개략 구성도이다.

도 2는 도 1의 터보 냉동기의 냉매 회로 구성도이다.

도 3은 환상 전자 서멀을 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)에 의해 연산하는 개념을 도시한 도면이다.

도 4는 터보 냉동기의 제어 장치의 인버터 보호 기능 추정부에서 행하여지는 제어 플로우를 도시한 흐름도이다.

도 5는 인버터 장치(3)의 출력 전류값을 고려한 제어 플로우를 도시한 흐름도이다.

<부호의 설명>

1 : 터보 냉동기(열원기)

1a : 제어 장치

3 : 인버터 장치

3a : 인버터 제어부

5 : 터보 압축기(전동식 압축기)

7 : 전동 모터

8 : 증발기

13 : 응축기

14 : 핫 가스 바이패스 밸브

35 : 입구 베인

S : 적산값

St : 부하 제한 임계값

Scr : 강제 제한값

Ssd : 대응 상한값

이하에, 본 발명에 따른 실시 형태에 대해, 도면을 참조해서 설명한다.

도 1에는, 본 발명의 터보 냉동기(열원기)(1)의 개략 구성이 도시되어 있다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 터보 냉동기(1)는 냉매를 압축하는 터보 압축기(5)와, 후술하는 응축기, 증발기 및 팽창 밸브를 수납한 보디(6)와, 터보 냉동기(1)의 운전을 제어하는 제어 장치(1a)를 구비하고 있다.

터보 압축기(5)는 전동 모터(7)에 의해 회전 구동되는 전동식으로 되어 있다. 전동 모터(7)는 인버터 장치(3)에 전기적으로 접속되어 있으며, 이 인버터 장치(3)에 의해 가변속 운전이 가능하게 되어 있다.

인버터 장치(3)에는, 인버터 제어부(3a)가 설치되어 있다. 이 인버터 제어부(3a)는 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)와 통신이 행해지게 되어 있으며, 제어 장치(1a)의 지시에 기초하여, 전동 모터(7)의 회전수를 제어하게 되어 있다. 또한, 인버터 제어부(1a)는 각종 보호 기능을 갖추고 있어, 예를 들어 출력 전류 및 IGBT 등의 파워 디바이스 근방의 온도로부터 파워 디바이스 내부의 온도를 계산하는 과부하 보호나, 출력 전류에 의해 전동 모터의 보호를 행하는 전자 서멀에 의한 모터 보호가 설치되어 있다.

터보 압축기(5)에 의해 압축된 토출 냉매는, 토출관(9)을 통하여 보디(6) 내의 응축기로 보내진다. 또한, 터보 압축기(5)에 의해 흡입되는 흡입 냉매는, 흡입관(11)을 통하여 증발기로부터 유입된다.

보디(6)에는 외부 부하에 냉수를 공급하는 냉수관(15, 17)이 접속되어 있다. 공급용 냉수관(17)으로부터 냉수가 부하측으로 공급되고, 외부 부하에서 이용된 후의 냉수가 환원용 냉수관(15)을 통해 보디(6)로 되돌아온다.

도 2에는, 도 1에 도시한 터보 냉동기(1)의 냉매 회로 구성이 도시되어 있다.

도 2에는 냉각수관(13a, 13b)이 접속된 응축기(13)와, 냉수관(15, 17)이 접속된 증발기(8)와, 응축기(13)와 증발기(8) 사이에 설치된 팽창 밸브(30)를 구비하고 있다.

터보 압축기(5)의 냉매 흡입측에는, 입구 베인(35)이 설치되어 있다. 입구 베인(35)은 터보 압축기(5)로 유입하는 냉매 유량을 조정한다. 입구 베인(35)의 개방도는 제어 장치(1a)(도 1 참조)에 의해 제어된다. 이 입구 베인(35)의 개방도 조정에 의해, 냉수 출구 온도(T1)가 제어된다.

응축기(13)는, 쉘 앤드 튜브식의 열교환기로 되어 있다. 응축기(13)에는 냉각수관(13a, 13b)이 접속되어 있으며, 이 냉각수관(13a, 13b) 내를 흐르는 물과 쉘 내의 냉매가 열교환을 행한다. 냉각수관(13a, 13b)은, 냉각탑(도시하지 않음)과 접속되어 있다.

증발기(8)는 쉘 앤드 튜브식의 열교환기로 되어 있다. 증발기(8)에는 냉수관(15, 17)이 접속되어 있고, 이 냉수관(15, 17) 내를 흐르는 물과 쉘 내의 냉매가 열교환을 행한다. 냉수관(15, 17)은, 상술한 바와 같이 외부 부하와 접속되어 있고, 냉수가 흐른다. 공급용 냉수관(17)의 상류측에는 열교환 전의 냉수 입구 온도(T0)를 계측하는 냉수 입구 온도 센서(31a)가, 환원용 냉수관(15)의 하류측에는 외부 부하에서 이용된 후의 냉수 출구 온도(T1)를 계측하는 냉수 출구 온도 센서(31b)가, 각각 설치되어 있다. 일반적으로, 냉방 시의 냉수 입구 온도(T0)는 12℃로, 냉수 출구 온도(T1)는 7℃로 설정된다.

터보 압축기(5)의 토출측과 터보 압축기(5)의 흡입측 사이에는 핫 가스 바이패스관(14a)이 설치되어 있다. 핫 가스 바이패스관(14a)에는 냉매 유량을 조정하기 위한 핫 가스 바이패스 밸브(14)가 설치되어 있다. 이 핫 가스 바이패스 밸브(14)에 의해 유량이 조정된 고온 고압의 토출 냉매가 터보 압축기(5)의 흡입측으로 바이패스되도록 되어 있다.

팽창 밸브(30)는 응축기(13)와 증발기(8) 사이에 설치되어 있으며, 액 냉매를 짜냄으로써 등엔탈피(isoenthalpic)적으로 팽창시키는 것이다.

팽창 밸브(30)의 개방도는, 제어 장치(1a)(도 1 참조)에 의해 제어되게 되어 있다.

다음에, 상기 구성의 터보 냉동기(1)의 동작에 대해서 설명한다.

터보 압축기(5)는 전동 모터(7)에 의해 구동되고, 제어 장치(1a)로부터의 지시에 기초하여 인버터 장치(3)에 의해 소정 주파수로 회전된다. 입구 베인(35)은 제어 장치(1a)에 의해 설정 온도(예를 들어, 냉수 출구 온도 7℃)를 달성하도록 그 개방도가 조정된다.

또한, 터보 압축기(5)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는 그 일부가 핫 가스 바이패스관(14a)을 통과하여 핫 가스 바이패스 밸브(14)에 의해 냉매 유량이 조정된 후, 터보 압축기(5)로 유도되게 되어 있다.

증발기(8)로부터 흡입된 저압 가스 냉매는 터보 압축기(5)에 의해 압축되어 고압 가스 냉매가 된다. 터보 압축기(5)로부터 토출된 고압 가스 냉매는, 냉매 배관(39a)을 통과하여 응축기(13)로 유도된다.

응축기(13)에 있어서, 냉각탑(도시하지 않음)으로부터의 냉각수에 의해 고온 고압의 가스 냉매는 대략 등압으로 냉각되어, 고압 고온의 액 냉매가 된다. 고압 고온의 액 냉매는, 냉매 배관(39b)을 통과하여 팽창 밸브(30)로 유도되어, 이 팽창 밸브(30)에 의해 등엔탈피적으로 팽창된다. 이렇게 팽창된 냉매는 증발기(8)에 있어서 증발되어, 냉수관(15, 17)으로부터 열을 빼앗는다. 이에 의해, 12℃로 유입된 냉수는 7℃로 외부 부하측으로 반송되게 된다.

증발기(8)에 있어서 증발된 저압 가스 냉매는, 터보 압축기(5)로 유도되어, 다시 압축된다.

다음에, 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)에 설치한 인버터 보호 기능 추정부에 대해서 설명한다.

인버터 보호 기능 추정부는, 과열 보호나 전자 서멀 등의 인버터 제어부(3a)에 의해 독자적으로 행해지고 있는 연산을, 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)에 있어서 병렬적으로 연산하는 것이다.

이하에, 전동 모터(7)의 보호를 행하는 전자 서멀을 예로서 설명한다.

전자 서멀에서는 인버터 장치(3)의 출력 전류값(A)과, 극성 판별값에 기초하여 연산된 적산값(S)을 사용한다. 이 적산값(S)이 100％에 도달했을 때에 트립이라고 판단하고, 인버터 장치(3)를 정지하게 되어 있다. 극성 판별값은 출력 전류가 소정값(예를 들어 정격의 105％) 이상으로 되었을 때에 플러스가 되고, 소정값을 하회했을 때에 마이너스가 되는 것이다.

적산값(S)의 연산은 이하와 같다.

i) 극성 판별값이 플러스인 경우(즉 출력 전류값이 정격 105％ 이상인 경우)

S(i+1)=S(i)+f(A)×t

ⅱ) 극성 판별값이 마이너스인 경우(즉 출력 전류값이 정격 105％ 미만인 경우)

S(i+1)=S(i)-g(A)×t

여기서, i는 각 연산 주기의 시계열 번호를 나타내고, f(A) 및 g(A)는 전류값(A)일 때의 함수(％/sec)를 나타내고, t는 연산 주기(sec)를 나타낸다.

상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 적산값(S)은 극성 판별값을 초과하면 가산되고, 극성 판별값을 하회하면 감산되는 것이다.

도 3에는, 상술한 전자 서멀을 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)에 의해 연산 하는 개념을 도시한 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 적산값(S)은 극성 판별값인 출력 전류값 105％를 초과하면 가산되고, 이것을 하회하면 감산되도록 되어 있다. 또한, 제어 장치(1a)에서는, 인버터 제어부(3a)가 사용하는 극성 판별값을 미리 또는 통신에 의해 취득하여 인버터 제어부(3a)와 동일한 극성 판별값을 사용하게 되어 있다.

도 3에 있어서, 참조 부호 St는 후술하는 바와 같이 인버터 장치(3)의 부하를 제한하도록 터보 냉동기(1)의 능력을 제한하는 부하 제한 임계값으로 되어 있다. 인버터 장치(3)의 부하를 제한하기 위해 터보 냉동기(1)의 능력을 제한하는 방법으로서는, 예를 들어 입구 베인(35)의 개방도를 제한하는 것, 핫 가스 바이패스 밸브(14)의 개방도를 제한하는 것, 전동 모터(7)의 회전수를 제한하는 것을 들 수 있다.

또한, 참조 부호 Scr은 터보 냉동기(1)의 능력을 강제적으로 제한하는 강제 제한값으로 되어 있다. 예를 들어, 입구 베인(35)을 강제적으로 폐쇄함으로써 터보 냉동기(1)의 능력을 강제적으로 제한한다.

또한, 참조 부호 Ssd는 인버터 장치(3)의 적산값의 상한값에 대응하는 대응 상한값으로 되어 있다. 적산값(S)이 이 대응 상한값(Ssd)에 도달하면 터보 냉동기(1)의 정지 동작이 행하여진다. 대응 상한값(Ssd)은 인버터 제어부(3a)의 전자 서멀에서 사용하는 상한값보다도 작은 값을 채용한다.

도 4에는 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)의 인버터 보호 기능 추정부에 의해 행하여지는 제어 플로우가 도시되어 있다.

스텝 S20에서 적산값(S)을 제어 주기마다 판독하여 적산값(S)이 강제 제한값(Scr)을 초과하였는지의 여부를 판단한다(스텝 S21). 강제 제한값(Scr)을 초과하고 있는 경우에는 스텝 S22로 진행하여 터보 냉동기(1)의 능력을 강제적으로 제한하여 인버터 장치(3)의 부하를 감소시키도록, 입구 베인(35)을 강제적으로 폐쇄한다. 이에 의해, 적산값(S)의 가산이 완화 또는 감소되어, 인버터 장치(3)의 정지 타이밍을 늦출 수 있다.

한편, 적산값(S)이 대응 상한값(Ssd)을 초과한 경우에는(스텝 S23), 터보 냉동기(1)를 정지한다(스텝 S24). 이 정지 동작은, 미리 결정된 일련의 시퀸스에 준해서 행하여지는 것이며, 이 정지 시퀸스는 터보 냉동기(1)의 각 기기의 손상이 없도록 고려된 것으로 되어 있다. 그리고, 스텝 S25에서 트립 신호를 출력한다.

도 5에는 상술한 적산값(S)에 의한 제한 외에, 인버터 장치(3)의 출력 전류값까지도 고려한 제어 플로우가 도시되어 있다.

터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)의 인버터 보호 기능 추정부에 의해 연산되는 적산값(S)이 부하 제한 임계값(St)을 하회할 경우에는 통상 제어로서 일정 온도의 냉수를 공급하도록 입구 베인(35)의 개방도가 제어된다(스텝 S1).

적산값(S)이 부하 제한 임계값(St)을 초과하면(스텝 S2), 인버터 장치(3)의 부하의 제한을 행하기 위해 입구 베인(35)의 제어를 행할지의 여부의 판단이 이하와 같이 행하여진다.

인버터 장치(3)로부터의 출력 전류값이 정격 전류의 100％를 하회할 때(스텝 S3)는 특별히 부하 제한을 위한 제어는 행하지 않고, 다시 스텝 S2로 되돌아가 적 산값의 감시를 행한다.

인버터 장치(3)로부터의 출력 전류값이 정격 전류의 100％를 초과하고(스텝 S3), 또한 정격 전류의 105％를 하회할 경우(스텝 S4)에는 터보 냉동기(1)의 출력(능력)의 상승을 제한하기 위해 입구 베인(35)의 개방도를 개방 금지로 하여, 현 시점 이상으로 개방도를 올리지 않도록 한다. 이에 의해, 인버터 장치(3)의 부하가 제한되어, 증대되는 일이 없다.

인버터 장치(3)로부터의 출력 전류값이 정격 전류의 100％를 초과하고(스텝 S3), 또한 정격 전류의 105％ 이상이 된 경우(스텝 S4)에는 스텝 S6으로 진행하여 터보 냉동기(1)의 출력을 강제적으로 감소시키기 위해 입구 베인(35)을 강제적으로 폐쇄한다. 이에 의해, 인버터 장치(3)의 부하가 증대되는 일이 없다. 또한, 정격 전류의 105％는 극성 판별값으로 되어 있으므로, 적산값(S)이 부하 제한 임계값(St)을 초과하고 또한 증대될 경우에는 입구 베인(35)을 강제적으로 폐쇄하는 제어로 되어 있다.

한편, 스텝 S2에 있어서, 적산값(S)이 부하 제한 임계값(St)을 하회할 경우에는, 스텝 S7로 진행하여 출력 전류값이 정격 전류의 105％(제1 임계값)를 초과하고 있는지의 여부를 판단한다. 출력 전류값이 정격 전류의 105％를 초과하고 있지 않을 경우에는 통상 제어(스텝 S1)로 되돌아간다. 출력 전류값이 정격 전류의 105％를 초과하고 있고, 또한 정격 전류의 110％를 초과하고 있지 않을 경우(스텝 S8)에는 스텝 S10으로 진행하여 터보 냉동기(1)의 출력의 상승을 제한하기 위해 입구 베인(35)의 개방도를 개방 금지로 하여 현 시점 이상으로 개방도를 올리지 않도록 한다. 이와 같이, 적산값(S)이 부하 제한값(St)을 초과하고 있지 않을 경우에도 출력 전류값에 기초하여 터보 냉동기(1)의 출력을 제한할 수 있다.

그리고, 스텝 S11로 진행하여 적산값(S)이 부하 제한 임계값(St)을 초과하고 있을 경우에는, 스텝 S6으로 진행하여 터보 냉동기(1)의 출력을 강제적으로 감소시키기 위해 입구 베인(35)을 강제적으로 폐쇄한다. 스텝 S11에서 적산값이 부하 제한 임계값(St)을 초과하지 않고 있다고 판단된 경우에는 스텝 S7로 되돌아가, 다시 출력 전류값의 감시를 행한다.

스텝 S8에서 출력 전류값이 정격 전류의 110％(제2 임계값)를 초과하고 있다고 판단된 경우에는, 스텝 S9로 진행하여 터보 냉동기(1)의 출력을 강제적으로 감소시키기 위해 입구 베인(35)을 강제적으로 폐쇄한다. 이와 같이, 적산값(S)이 부하 제한값(St)을 초과하고 있지 않을 경우에도 출력 전류값에 기초하여 터보 냉동기(1)의 출력을 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.

인버터 제어부(3a)의 보호 기능에 의한 연산 결과를, 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)에 설치한 인버터 보호 기능 추정부에 의해 추정함으로써, 인버터 장치(3)의 보호 기능에 의한 정지를 예측할 수 있다. 따라서, 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)가 파악하고 있는 터보 냉동기(1)의 상태에 관계없이 인버터 제어부(3a)의 독자적인 판단에 의해 인버터 장치(3)가 정지하여, 결과적으로 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)가 예기하지 못한 정지를 회피할 수 있다.

또한, 부하 제한 임계값(St)을 설정하여 이 값을 초과한 경우에는 적산값(S)이 대응 상한값(Ssd)에 근접하는 것이 예상되므로, 터보 냉동기(1)의 출력을 제한 또는 감소시키는 것으로 했다. 이에 의해, 출력 전류를 가능한 한 극성 판별값 이하로 하여 적산값이 감소하도록 하여 적산값이 상한값에 도달하여 터보 냉동기(1)가 정지해 버리는 타이밍을 늦출 수 있어, 가급적으로 터보 냉동기(1)의 안정 운전 시간의 확대를 도모할 수 있다.

또한, 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)에서 사용하는 대응 상한값(Ssd)을, 인버터 제어부(3a)에서 사용하는 상한값보다도 작은 값으로 했으므로, 인버터 장치(3)의 정지 동작보다도 먼저 터보 냉동기(1)의 정지 동작을 행하게 되어 터보 냉동기측의 소정의 시퀸스에 의한 안정적인 정지 동작을 확보할 수 있다.

또한, 적산값(S)에 의한 제어와는 별도로, 또는 이것과 조합하여 인버터 장치(3)의 출력 전류값에 의해 터보 냉동기(1)의 출력 제한 또는 출력 감소를 행하는 것으로 했으므로, 터보 냉동기(1)의 안정 운전 시간을 더욱 확대할 수 있다.

또한, 본 실시가 형태에서는, 열원기의 일례로서 터보 냉동기를 사용하여 설명했으나, 인버터 장치에 의해 구동되는 전동 압축기를 구비한 것이면 본 발명은 적용할 수 있고, 예를 들어 스크류 칠러이어도 좋다.

또한, 터보 냉동기의 출력을 제한하고, 또한 감소시키기 위해 입구 베인을 제어하는 것으로 했으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 핫 가스 바이패스 밸브(14)를 개방하여 냉동기 출력 내지 인버터 장치 부하를 감소시키도록 해도 되고, 또한 전동 모터(7)의 회전수를 감소시켜 냉동기 출력 내지 인버 터 장치 부하를 감소시키도록 해도 된다.

또한, 인버터 제어부(3a)로부터 적산값을 터보 냉동기(1)의 제어 장치(1a)가 직접 취득하도록 해도 된다. 이에 의해, 제어 장치(1a)에서의 추정 연산을 생략할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 터보 냉동기(1)를 1대인 경우로 하여 설명했으나, 실제의 적용에서는 열수요에 따라 터보 냉동기(1)가 복수대 접속된 열원 시스템(도시하지 않음)을 구성한다. 이러한 경우에는, 부하가 증대됨에 따라 1대 운전으로부터 복수대 운전으로 이행하므로, 먼저 기동하고 있는 터보 냉동기(1)는 큰 부하가 항상 요구되게 되어, 인버터 장치(3) 내지 전동 모터(7)가 과부하가 되기 쉽다. 이러한 경우에, 터보 냉동기측에서 인버터 장치(3)의 보호 기능을 파악함으로써, 인버터 제어부(3a)에 의한 인버터 장치(3)의 선행하는 트립을 회피하여 안정 운전 시간을 확대할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 냉동 운전을 행하는 터보 냉동기를 사용하여 설명했으나, 히트 펌프 운전도 가능한 히트 펌프식 터보 냉동기에 본 발명을 적용해도 좋다.

Claims (15)

1. 인버터 제어부에 의한 소정 연산에 기초하여 기기 보호를 위해 정지하는 보호 기능을 갖춘 인버터 장치에 의해 구동되어, 냉매를 압축하는 전동식 압축기와,

   상기 전동 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와,

   상기 응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와,

   상기 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기와,

   냉열 출력 및/또는 온열 출력을 제어하는 제어 장치를 구비한 열원기에 있어서,

   상기 제어 장치는, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 연산 결과를 추정하는 인버터 보호 기능 추정부를 구비하고,

   상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 제어부에 의한 상기 소정 연산을 상기 제어장치에 있어서 병렬적으로 연산하고,

   상기 제어 장치는 상기 인버터 제어부와 통신을 행하고, 상기 전동식 압축기를 제어하는 지시를 내보내는 것을 특징으로 하는, 열원기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 인버터 보호 기능 추정부에 의해 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능에 의한 정지 동작에 근접하고 있다고 판단된 경우에는 상기 인버터 장치의 부하를 저감시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
3. 제2항에 있어서, 당해 열원기의 용량 제어를 행함으로써, 상기 인버터 장치의 부하를 저감시키는 것을 특징으로 하는, 열원기.
4. 제1항에 있어서, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 소정 연산은, 상기 인버터 장치로부터 상기 전동식 압축기로 출력되는 출력 전류가 극성 판별값을 상회하면 가산되고, 상기 출력 전류가 극성 판별값을 하회하면 감산되며, 이들 적산값이 상한값에 도달하면 인버터 정지 조건이 되는 것으로 되며,

   상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 장치로부터 상기 출력 전류값 및 상기 극성 판별값을 취득하여 상기 가산 및 상기 감산을 행하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
5. 제2항에 있어서, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 소정 연산은, 상기 인버터 장치로부터 상기 전동식 압축기로 출력되는 출력 전류가 극성 판별값을 상회하면 가산되고, 상기 출력 전류가 극성 판별값을 하회하면 감산되며, 이들 적산값이 상한값에 도달하면 인버터 정지 조건이 되는 것으로 되며,

   상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 장치로부터 상기 출력 전류값 및 상기 극성 판별값을 취득하여 상기 가산 및 상기 감산을 행하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
6. 제3항에 있어서, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 소정 연산은, 상기 인버터 장치로부터 상기 전동식 압축기로 출력되는 출력 전류가 극성 판별값을 상회하면 가산되고, 상기 출력 전류가 극성 판별값을 하회하면 감산되며, 이들 적산값이 상한값에 도달하면 인버터 정지 조건이 되는 것으로 되며,

   상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 장치로부터 상기 출력 전류값 및 상기 극성 판별값을 취득하여 상기 가산 및 상기 감산을 행하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
7. 제4항에 있어서, 상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 장치의 상기 상한값에 대응하는 대응 상한값에 상기 적산값이 도달하기 전에, 상기 제어 장치에 의해 당해 열원기를 제어함으로써 상기 인버터 장치의 부하를 제한하는 부하 제한 임계값을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 열원기.
8. 제7항에 있어서, 상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 부하 제한 임계값과 상기 대응 상한값 사이에, 당해 열원기의 능력을 강제적으로 감하는 강제 제한값을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 열원기.
9. 제7항에 있어서, 상기 대응 상한값은, 상기 인버터 장치의 상기 상한값보다도 작은 값으로 되고, 상기 대응 상한값에 도달한 경우에 당해 열원기의 정지 동작을 행하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
10. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 전동식 압축기를 구동하는 상기 인버터 장치의 출력 전류값이 제1 임계값을 초과한 경우에, 당해 열원기를 제어함으로써 상기 인버터 장치의 부하를 제한하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
11. 제10항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 출력 전류값이 상기 제1 임계값보다도 큰 제2 임계값을 초과한 경우에, 당해 열원기의 능력을 강제적으로 감하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
12. 제1항에 있어서, 상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 제어부로부터 상기 보호 기능의 연산 결과를 취득하는 것을 특징으로 하는, 열원기.
13. 인버터 제어부에 의한 소정 연산에 기초하여 기기 보호를 위해 정지하는 보호 기능을 갖춘 인버터 장치와,

    복수대의 열원기를 구비한 열원 시스템이며,

    상기 열원기는,

    상기 인버터 장치에 의해 구동되어, 냉매를 압축하는 전동식 압축기와,

    상기 전동 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와,

    상기 응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와,

    상기 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기와,

    냉열 출력 및/또는 온열 출력을 제어하는 제어 장치를 구비하고,

    상기 제어 장치는, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 연산 결과를 추정하는 인버터 보호 기능 추정부를 구비하고,

    상기 인버터 보호 기능 추정부는, 상기 인버터 제어부에 의한 상기 소정 연산을 상기 제어장치에 있어서 병렬적으로 연산하고,

    상기 제어 장치는 상기 인버터 제어부와 통신을 행하고, 상기 전동식 압축기를 제어하는 지시를 내보내는 것을 특징으로 하는, 열원 시스템.
14. 인버터 제어부에 의한 소정 연산에 기초하여 기기 보호를 위해 정지하는 보호 기능을 갖춘 인버터 장치에 의해 구동되어, 냉매를 압축하는 전동식 압축기와,

    상기 전동 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와,

    상기 응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와,

    상기 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기와,

    냉열 출력 및/또는 온열 출력을 제어하는 제어 장치를 구비한 열원기의 운전 방법에 있어서,

    상기 제어 장치에 의해, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 연산 결과를 추정하고,

    상기 인버터 제어부에 의한 상기 소정 연산을 상기 제어장치에 있어서 병렬적으로 연산하고,

    상기 제어 장치에 의해, 상기 인버터 제어부와 통신이 행해지고, 상기 전동식 압축기를 제어하는 지시가 내보내지는 것을 특징으로 하는, 열원기의 운전 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 인버터 제어부의 상기 보호 기능의 소정 연산은, 상기 인버터 장치로부터 상기 전동식 압축기로 출력되는 출력 전류가 극성 판별값을 상회하면 가산되고, 상기 출력 전류가 극성 판별값을 하회하면 감산되며, 이들 적산값이 상한값에 도달하면 인버터 정지 조건이 되는 것으로 되며,

    상기 연산 결과의 추정은, 상기 인버터 장치로부터 상기 출력 전류값 및 상기 극성 판별값을 취득하여 상기 가산 및 상기 감산을 행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열원기의 운전 방법.

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