WO2020035993A1

WO2020035993A1 - 制御装置、冷凍機、制御方法及び異常検出方法

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Publication number: WO2020035993A1
Application number: PCT/JP2019/024025
Authority: WO
Inventors: 亮介末光; 明正横山; 剛洋河野; 長谷川　泰士
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP7157589B2; US20210302084A1; CN112534195B; US11994325B2; CN112534195A; JP2020026928A

Abstract

パラレル冷凍機において、圧縮機の異常な運転状態を検出する制御装置を提供する。制御装置は、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御装置であって、複数の圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値の偏差と、複数の圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点と、に基づいて、サージングの発生と液滴吸い込みの発生を検出する。

Description

制御装置、冷凍機、制御方法及び異常検出方法

　本発明は、制御装置、冷凍機、制御方法及び異常検出方法に関するものである。
　本願は、２０１８年８月１３日に、日本に出願された特願２０１８－１５２２５６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　並列に接続された複数の圧縮機を有するパラレル冷凍機において、各圧縮機の冷媒風量は同程度とされることが望ましい。しかし、実際には、各圧縮機の冷媒風量には差が生じる。この差が許容範囲を超えると、冷媒風量が少ない圧縮機においてサージングが発生する可能性がある。

　圧縮機における冷媒流量は、圧縮機を駆動する電動機の電流（以下、単に圧縮機の電流値等と記載する場合がある。）と関係がある。例えば、２台の圧縮機における電流値に大きな差がある場合、片方の圧縮機ではサージングが発生している可能性がある。片方の圧縮機でサージングが発生していると判定されると、圧縮機の吐出側と吸込側を接続するホットガスバイパスに気相冷媒を流し、圧縮機の冷媒風量を増加させてサージングを抑制する保護動作を実行する。

　特許文献１には、圧縮機を駆動する電動機の運転電流の変化率が許容範囲外となると、サージングが発生したと判定するサージング検出装置が開示されている。

特許第５５４３１７５号公報

　しかし、複数の圧縮機の電流値の間に許容範囲を超える差があることだけで、サージングが発生したと判定すると、サージング以外の原因で電流値の偏差が生じたときにもサージングが発生したと誤検出し、不必要な保護動作を行ってしまう可能性がある。

　本発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、冷凍機、制御方法及び異常検出方法を提供する。

　本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御装置であって、複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値の偏差と、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点と、に基づいて、サージングの発生と液滴吸い込みの発生を検出する。

　本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が小さいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で前記サージングが発生していると判定する。

　本発明の一態様によれば、前記冷凍機は、複数の前記圧縮機の吐出側と吸込側を接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられたバイパス弁とを備え、前記制御装置は、前記サージングの発生を検出すると、前記バイパス弁を開く制御を行う。

　本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記サージングの発生を検出してから、所定時間が経過しても前記電流値の偏差が所定の閾値以上となる状態が継続する場合、前記バイパス弁を開く制御を停止する。

　本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が大きいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で前記冷凍機が備える蒸発器からの前記液滴吸い込みが発生していると判定する。

　本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記液滴吸い込みの発生を検出すると、前記電流値の偏差が所定の閾値未満となるまで現在の運転を維持する。

　本発明の一態様によれば、前記制御装置において、前記液滴吸い込みの発生を検出してから所定時間が経過しても、前記電流値の偏差が所定の閾値未満とならない場合、前記冷凍機が備える膨張弁の開度を低下させる。

　本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御装置であって、複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点が所定の基準より風量が小さいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で前記サージングが発生していると判定する。

　本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御装置であって、複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点が所定の基準より風量が大きいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で前記冷凍機が備える蒸発器からの前記液滴吸い込みが発生していると判定する。

　本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機であって、上記の何れかに記載の制御装置、を備える。

　本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御方法であって、複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値を取得し、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点を算出し、複数の前記電流値の偏差と前記作動点とに基づいて、サージング又は液滴吸い込みの発生を検出し、前記サージングの発生を検出した場合、所定のサージング保護動作を行い、前記液滴吸い込みを検出した場合、現在の運転状態を維持する。

　本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機における異常検出方法であって、複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値を取得し、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点を算出し、複数の前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が小さいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部でサージングが発生していると判定する。

　本発明の一態様によれば、並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機における異常検出方法であって、複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値を取得し、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点を算出し、複数の前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が大きいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で液滴吸い込みが発生していると判定する。

　上記した制御装置、冷凍機、制御方法及び判定方法によれば、サージングの検出精度を高め、不要なサージング用保護制御の作動を防ぐことができる。

本発明の一実施形態における冷凍機の一例を示す概略構成図である。本発明の一実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。本発明の一実施形態における異常検出処理を説明する図である。本発明の一実施形態における制御装置による異常検出処理および異常検出時の制御の一例を示すフローチャートである。従来の制御装置によるサージングの判定および保護動作のフローチャートである。従来の制御装置によるバイパス弁制御と電動機に流れる電流値の関係を示した図である。

＜実施形態＞
　以下、本発明の一実施形態によるパラレル冷凍機における圧縮機の異常検出処理および異常検出時の制御について、図１～図６を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態における冷凍機の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る冷凍機１は、並列に接続された圧縮機２Ａ，２Ｂ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、制御装置８とを備えている。冷凍機１では、圧縮機２Ａ，２Ｂと、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５とが接続されて冷媒回路を形成している。

　図１に例示する冷凍機１では、２台の圧縮機２Ａ，２Ｂが並列に接続されているが、複数の圧縮機が並列に接続される構成であれば、圧縮機は３台以上であってもよい。直列接続された複数台の圧縮機が、他の直列接続された複数台の圧縮機と並列に接続されている構成であってもよい。本実施形態では、２台の圧縮機２Ａ，２Ｂに対してバイパス管６を１つ設けることとしているが、圧縮機２Ａ，２Ｂのそれぞれにバイパス管６が設けられる構成としてもよい。

　圧縮機２Ａ，２Ｂは、冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機２Ａ，２Ｂの吸込側には、それぞれベーン９Ａ，９Ｂが設けられている。ベーン９Ａ，９Ｂは、制御装置８によって制御され、蒸発器５から圧縮機２へ流れる冷媒風量を調整する。圧縮機２Ａ，２Ｂはそれぞれ電動機（図示せず）と接続されており、各電動機によって駆動されている。制御装置８は、各電動機の電流を制御することにより、圧縮機２Ａ，２Ｂの回転数（電動機の回転数）を制御し、負荷に応じた冷媒を冷媒回路へ供給している。２台の圧縮機２Ａ，２Ｂを並列に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。
　圧縮機２Ａ、２Ｂの区別が必要ない場合、圧縮機２と記載する場合がある。ベーン９Ａ，９Ｂについても同様にベーン９と記載することがある。圧縮機２Ａを駆動する電動機の電流を電流値Ｉａ、圧縮機２Ｂを駆動する電動機の電流を電流値Ｉｂとする。

　圧縮機２Ａ，２Ｂが吐出した冷媒は、凝縮器３へ供給される。凝縮器３は、高温高圧の冷媒を凝縮させる。凝縮器３には、配管１１が接続されており、配管１１には、冷却塔等から冷却水が供給される。凝縮器３において、冷媒は、配管１１を流れる冷却水との間で熱交換を行う。冷媒は冷却水へ放熱することによって凝縮する。凝縮器３によって凝縮された冷媒は、膨張弁４によって減圧される。減圧された低圧冷媒は、蒸発器５へ供給される。蒸発器５は、低圧冷媒を蒸発させる。蒸発器５には、配管１２が接続されており、配管１２には、負荷側から冷水が供給される。蒸発器５において、冷媒は、配管１２を流れる冷水との間で熱交換を行う。冷媒は、負荷側へ供給される冷水を冷やし、自身は冷水から吸熱することによって気化する。気化した気相冷媒は、圧縮機２Ａ，２Ｂへ吸入され、圧縮機２Ａ，２Ｂによって再び圧縮される。その後の冷媒の流れは、上記のとおりである。冷媒は、このようにして冷媒回路中を循環する。

　バイパス管６は、圧縮機２の吐出側と吸込側を接続する冷媒配管である。具体的には、バイパス管６の一方の端は、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接続し、他方の端は、圧縮機２の吸込側に設けられた蒸発器５の気相部（気相冷媒が存在する空間）と接続している。つまり、バイパス管６は、圧縮機２が吐出した冷媒が流れる、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器５という流路をバイパスするように形成されている。

　バイパス管６には、バイパス管６を流れる冷媒風量を調整するバイパス弁７が設けられている。バイパス弁７は、開度が調整可能な調整弁であり、制御装置８は、バイパス弁７の開度を制御する。バイパス弁７を開くと、圧縮機２が吐出した気相冷媒は、バイパス管６を介して蒸発器５の気相部を通過し、圧縮機２の吸込側へと供給される。つまり、バイパス弁７を開いてバイパス管６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。バイパス管６はホットガスバイパス、バイパス弁７はホットガスバイパス弁とも呼ばれる。

　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。圧縮機２でサージングが発生した場合、バイパス弁７を開き、バイパス管６を介して圧縮機２が吐出した気相冷媒を圧縮機２の吸込側へ供給する。これにより、圧縮機２の冷媒風量が増加し、サージングを解消することができる。この制御をサージング保護動作と呼ぶ。本実施形態では、バイパス弁７を流量調整弁として説明するが、バイパス弁７は、単に開閉弁であってもよい。

　冷凍機１の運転中あるいは起動直後などに、圧縮機２Ａ，２Ｂで冷媒風量に大きな差が生じることがある。このとき、例えば、圧縮機２Ａの冷媒風量が十分に多く、圧縮機２Ｂの冷媒風量が所定値より少ないとする。この場合、冷媒風量が少ない圧縮機２Ｂでサージングが生じる可能性がある。圧縮機２Ａ，２Ｂにおける冷媒風量の差は、圧縮機２Ａを駆動する電動機の電流値Ｉａと、圧縮機２Ｂを駆動する電動機の電流値Ｉｂの差として現れる。サージングの場合、風量が低下した圧縮機２Ｂの電流値Iｂが低下する。この性質を利用して、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差が所定の閾値以上であることに基づいて、サージングが発生していると判定し、上記のサージング保護動作（バイパス弁７を開く）を行う制御装置が従来から提供されている。

　しかし、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差が所定の閾値以上であることが、必ずしもサージングの発生を示しているとは限らない。例えば、蒸発器５の内部では、液面が水平で均一とは限らず、液面の高さに偏りが生じていたり、波立っていたりすることがある。例えば、圧縮機２Ｂへ接続する配管側の液面が高いとすると、圧縮機２Ｂへ供給される気相冷媒の流れが蒸発器５の液面表面を掠めることにより、液相冷媒が飛散し、冷媒風量が多い場合には飛散した液相冷媒が気相冷媒に混ざって運ばれ、圧縮機２Ａに比べて多くの液相冷媒が圧縮機２Ｂへ供給される現象が生じる。すると、圧縮機２Ｂでは、蒸発器５からの液滴吸い込みが生じる。液相冷媒を多く吸い込むことにより、圧縮機２Ｂの負荷は増大し、電流値Iｂは増加する。一方、圧縮機２Ａ側の液面は、相対的に低く、圧縮機２Ａへ供給される冷媒は気相冷媒が主であるとする。すると、圧縮機２Ａでは、液滴吸い込みが発生せず、電流値Iａも上昇しない。このようにパラレル冷凍機では、一部の圧縮機にのみ液滴吸い込みが発生することがある。このような状況でも圧縮機２Ａ，２Ｂの電動機を流れる電流値Ｉａ、Ｉｂの偏差が大きくなり、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差が所定の閾値以上となることがある。この現象をサージングと判定し、サージング保護動作を行うと、圧縮機２Ｂにおける液滴吸い込みを助長する可能性がある。この理由を次に説明する。

　上記の通り、バイパス管６の他端は蒸発器５の気相側に接続される。サージング保護動作により、バイパス弁７を開き、圧縮機２が吐出した気相冷媒をバイパス管６へと導くと、蒸発器５を通過する冷媒風量は増加する。上で説明したように冷媒風量が増加すると、気相冷媒とともに圧縮機２へと運ばれる液相冷媒が増加する。つまり、サージング保護動作を行うと、蒸発器５の気相部を通過する冷媒風量が増加するため、圧縮機２Ｂへと運ばれる液相冷媒も増加し、液滴吸い込みが助長される。圧縮機２にとっては気相冷媒を吸入することが望ましいため、液滴吸い込み発生時にサージング保護動作を行うと、圧縮機２にとっての状況を悪化（液相冷媒の増加）させることになる。

　このような不具合を解消するため、本実施形態の制御装置８は、圧縮機２の電流値の偏差に加え、運転中の圧縮機２の作動点を圧縮機２の特性曲線（圧力比－風量曲線）と比較することにより、圧縮機２の運転状態を確認し、サージングが発生したか、液滴吸い込みが発生したかを区別する。

　圧縮機２Ａ，２Ｂを駆動する電動機の各々には、図示しない電流計（電流計ａ、電流計ｂとする。）が設けられている。これらの電流計ａ，ｂは、電動機の電流値Ｉａ，Ｉｂを計測する。冷凍機１の冷媒回路には、以下に例示する、図示しない各種センサが設けられる。具体的には、蒸発器５の配管１２を流れる冷水の入口温度を計測する温度計（第１センサ）、冷水の出口温度を計測する温度計（第２センサ）、冷水の流量を計測する流量計（第３センサ）、蒸発器５における冷媒の圧力を計測する圧力計（第４センサ）、膨張弁４の冷媒流れ上流側における冷媒の温度を計測する温度計（第５センサ）等が設けられている。

　図２は、本発明の一実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。
　制御装置８は、例えばマイコン等のコンピュータ装置である。制御装置８は、図示しない電流計ａ、電流計ｂ、第１センサ～第５センサと接続されている。図２に示すように制御装置８は、センサ情報取得部８１と、異常検出部８２と、保護制御部８３と、バイパス弁制御部８４と、膨張弁制御部８５と、タイマ８６と、記憶部８７とを備えている。制御装置８は、冷凍機１に関する種々の制御を行うが、本明細書では圧縮機２の異常検出処理と異常が検出されたときの制御に関する機能の説明を行い、その他の機能の説明を省略する。

　センサ情報取得部８１は、電流計ａ、電流計ｂ、第１センサ～第５センサから、各センサが計測した計測値（センサ情報）を取得する。
　異常検出部８２は、センサ情報取得部８１が取得したセンサ情報を用いて、圧縮機２Ａ，２Ｂに生じる異常な運転状態を検出する。異常な運転状態とは、本実施形態においては、サージングと液滴吸い込みである。具体的には、異常検出部８２は、電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差と、第１センサ～第５センサを用いて算出される圧縮機２の作動点と、に基づいて、圧縮機２Ａ，２Ｂの何れか一方でサージングまたは液滴吸い込みが生じていることを検出する。

　保護制御部８３は、異常検出部８２が圧縮機２の異常な運転状態を検出すると、その運転状態に応じた制御を実行し、圧縮機２の運転状態を正常な状態に戻し、圧縮機２の故障等を防ぐ制御を行う。
　バイパス弁制御部８４は、バイパス弁７の開度を調整する。例えば、異常検出部８２がサージングの発生を検出すると、バイパス弁制御部８４は、保護制御部８３からの指示に基づいて、バイパス弁７を開く制御を行う。
　膨張弁制御部８５は、膨張弁４の開度を調整する。例えば、異常検出部８２が液滴吸い込みの発生を検出すると、膨張弁制御部８５は、保護制御部８３からの指示に基づいて、膨張弁４を閉じる制御を行う。
　タイマ８６は、時間を計測する。
　記憶部８７は、センサ情報取得部８１が取得したセンサ情報や、異常な運転状態か否かを判定するのに用いる閾値など、各種情報を記憶する。
ことがある。

　次に異常検出部８２による異常検出処理について説明する。上記のとおり、電流Ｉａ，Ｉｂは圧縮機２Ａ，２Ｂの運転状態を示している。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、電流が小さくなると圧縮機２の圧縮能力が低下する。例えば、圧縮機２Ｂでサージングが生じる場合、圧縮機２Ｂでは、冷媒風量が少ないため圧縮能力は低く、電流値Ｉｂは低下する。その為、一方の圧縮機２でサージングが発生すると、電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差が大きくなる。しかし、圧縮機２Ｂで液滴吸い込みが生じる場合のように、電流値Ｉｂが増加することによって偏差が大きくなることもある。従って、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差だけでは、サージングや液滴吸い込みを正確に検出することができない。そこで、異常検出部８２は、電流値Ｉａ，Ｉｂに加え、圧縮機２の特性曲線を用いて、圧縮機２の異常な運転状態を検出する。

　図３は、本発明の一実施形態における異常検出処理を説明する図である。図３を用いて、異常検出部８２による圧縮機２の特性曲線を用いた異常検出について説明する。
　図３に例示するのは、圧縮機２の圧縮比－風量の特性曲線Ｌ１である。図３のグラフの縦軸は圧縮機２の圧縮比、横軸は冷媒風量である。特性曲線Ｌ１は、圧縮機２の圧縮比と冷媒風量との関係におけるサージングと液滴吸い込みの境界となる作動点を示している。特性曲線Ｌ１は、圧縮機２ごとに、予め検証実験などを行って算出され、記憶部８７に登録されている。

　サージングは、圧縮機２にて冷媒風量が低下したときに生じる異常な運転状態である。圧縮機２の作動点が、特性曲線Ｌ１の左側の領域に含まれる圧縮比と風量の関係にあるとき、つまり、冷媒の風量が少ないときにサージングが発生する可能性が高くなる。特性曲線Ｌ１の左側の領域をサージング領域と呼ぶ。

　液滴吸い込みは、冷媒風量が大きいときに生じやすい異常な運転状態である。冷媒風量が少ない場合、蒸発器５で液相冷媒の飛散が生じにくく、また、風量が小さいため、液相冷媒も運ばれにくくなる。その為、圧縮機２へ吸入される液相冷媒も少なくなる。圧縮機２の作動点が、特性曲線Ｌ１の右側の領域に含まれる圧縮比と風量の関係にあるとき、つまり、冷媒風量が大きいときに液滴吸い込みが発生する可能性が高くなる。特性曲線Ｌ１の右側の領域を液滴吸い込み領域と呼ぶ。

　記憶部８７には、関数αが登録されている。関数αは、蒸発器５によって冷却される冷水の入口温度および出口温度、冷水流量、蒸発器５の冷媒圧力、膨張弁４の上流側における冷媒温度を入力すると、圧縮機２における圧縮比と冷媒風量とを出力する関数である。異常検出部８２は、第１センサ～第５センサが計測したセンサ情報を関数αに入力し、関数αが出力する圧縮機２の圧縮比と冷媒風量とを取得する。異常検出部８２は、関数αに基づく圧縮比および冷媒風量が示す現在の圧縮機２の作動点と特性曲線Ｌ１との関係を比較し、圧縮機２の作動点がサージング領域に属するか、液滴吸い込み領域に属するかを判定する。

（サージングの検出）
　異常検出部８２は、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差が所定の閾値β以上であり、且つ、圧縮機２の作動点がサージング領域に属している場合、圧縮機２Ａ，２Ｂの何れかでサージングが発生していると判定する。閾値βは、圧縮機２が異常な運転状態となることを判定するための閾値であって、予め検証実験などで確認された値である。

（液滴吸い込みの検出）
　異常検出部８２は、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差が所定の閾値β以上であり、且つ、圧縮機２の作動点が液滴吸い込み領域に属している場合、圧縮機２Ａ，２Ｂの何れかで液滴吸い込みが発生していると判定する。

　保護制御部８３は、異常検出部８２が圧縮機２の異常な運転状態を検出した場合、圧縮機２の異常な運転状態を是正し、圧縮機２を故障等から保護する制御を行う。次に図１～図３に例示した構成を例に、制御装置８による異常検出処理と異常時の制御について図４を用いて説明する。

　図４は、本発明の一実施形態における制御装置による異常検出処理および異常検出時の制御の一例を示すフローチャートである。
　まず、センサ情報取得部８１が、電流値などのセンサ情報を取得する（ステップＳ１１）。具体的には、センサ情報取得部８１は、電流計ａおよび電流計ｂが計測した電流値Ｉａ，Ｉｂを取得する。センサ情報取得部８１が、第１センサ～第５センサの計測した計測値を取得する。センサ情報取得部８１は、所定の時間間隔で、これらのセンサ情報の取得を継続する。

　次に、異常検出部８２が、作動点を算出する（ステップＳ１２）。具体的には異常検出部８２は、センサ情報取得部８１によって取得された冷水入口温度、冷水出口温度、冷水流量、蒸発器５での冷媒圧力、蒸発器５出口での冷媒温度、膨張弁４の上流側での冷媒温度、記憶部８７が記憶する関数αに基づいて、圧縮機２の冷媒風量と圧縮比を算出する。

　次に、制御装置８は、圧縮機２が運転中かどうかを判定する（ステップＳ１３）。圧縮機２が運転中の場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１４以降の処理を行う。圧縮機２が運転中ではない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。

　次に、異常検出部８２が、電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値（｜Ｉａ－Ｉｂ｜）が閾値β以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β未満の場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。
　電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β以上の場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、異常検出部８２は、ステップＳ１２で算出した作動点が大風量側であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。具体的には、異常検出部８２は、作動点が、記憶部８７が記憶する圧縮機２の特性曲線Ｌ１（図３）のどちら側に位置するかを判定する。作動点がサージング領域に位置する場合、異常検出部８２は、作動点は大風量側ではないと判定する。作動点が液滴吸い込み領域に位置する場合、異常検出部８２は、作動点は大風量側であると判定する。作動点が大風量側であると判定した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、異常検出部８２は、液滴吸い込みの発生を検出する（ステップＳ１６）。この場合、圧縮機２の何れかで液滴吸い込みが発生していると推定される。制御装置８（保護制御部８３）は、以下に説明するステップＳ１７～ステップＳ１９の制御を行う。

　作動点が大風量側ではない判定した場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、異常検出部８２は、サージングの発生を検出する（ステップＳ２０）。この場合、圧縮機２の何れかでサージングが発生していると推定される。制御装置８（保護制御部８３）は、以下に説明するステップＳ２１～ステップＳ２４の制御を行う。

（液滴吸い込み検出時の制御）
　異常検出部８２が液滴吸い込みの発生を検出すると、保護制御部８３は、所定時間が経過するまで、経過観察を行う。具体的には、保護制御部８３は、例えば、所定の時間間隔で、センサ情報取得部８１が取得した電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β以上の状態が継続しているかどうかを判定する（ステップＳ１７）。電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β未満の場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）、保護制御部８３は、圧縮機２における液滴吸い込み運転状態が解消されたと判定する。異常な運転状態が解消されたので、制御装置８は、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。

　電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β以上の場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、保護制御部８３は、タイマ８６を参照して、異常検出部８２が液滴吸い込みの発生を検出してから所定時間Ｔ１が経過したかどうかを判定する（ステップＳ１８）。この所定時間Ｔ１には、例えば、外乱などで冷水、冷却水が不安定な状態になったときに安定するまでに必要な時間が設定される。所定時間Ｔ１が経過していない場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）、ステップＳ１７以降の処理を繰り返す。所定時間Ｔ１が経過した場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、所定時間Ｔ１が経過しても液滴吸い込みが継続するということは、風量が過大であると考えられるため、保護制御部８３は、膨張弁制御部８５に膨張弁４を閉制御するよう指示する。膨張弁制御部８５は膨張弁４を閉じる方向に制御する（ステップＳ１９）。このときの膨張弁４の開度は、液滴吸い込みを抑制し、且つ、冷凍機１の運転状態や負荷に対する影響が十分に小さい範囲で設定される。このような膨張弁４の開度は、予め実験等により定められた値が適用される。保護制御部８３は、膨張弁４の開度を低下させた後もステップＳ１７と同様の判定を行い、電流値Ｉａ、Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β未満に復帰すると、膨張弁４の開度を元の開度に戻す。

　ステップＳ１９における膨張弁４を閉制御する処理は必須ではない。保護制御部８３は、液滴吸い込み状態が抑制されるまで経過観察（電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差を監視しつつ、現在の運転状態を維持する。）を継続してもよい。例えば、膨張弁４の開度を変更することにより、冷凍機１の運転状態に強い影響が生じるような場合、経過観察を継続してもよい。あるいは、保護制御部８３は、電流値Ｉａ、Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β未満に復帰しない場合、膨張弁４を閉制御する代わりにアラーム等を通知してもよい。
　一般に液滴吸い込みが生じる運転状態は外乱などにより発生し、一定時間待機することにより過渡的な状態が安定すると解消されることが多い。ステップＳ１６～ステップＳ１９（膨張弁４の制御を行わない場合は、ステップＳ１６～ステップＳ１８）の制御により、不必要な制御を行って状況を悪化させることなく、液滴吸い込みが生じる運転状態を解消することができる。サージングの誤検出を防ぎ、バイパス弁７の不要な開制御を防止することができる。

（サージング検出時の制御）
　異常検出部８２がサージングの発生を検出すると、保護制御部８３は、バイパス弁７を強制的に開く制御を行う（ステップＳ２１）。具体的には、保護制御部８３は、バイパス弁制御部８４へ、例えば、バイパス弁７の開度を所定値まで増加させる指示を行う。バイパス弁制御部８４はバイパス弁７の開度を増加（例えば、全開）する。バイパス管６の口径は、バイパス弁７を全開とした場合に、サージングを解消できるよう設計されている。従って、保護制御部８３の指示により、バイパス弁7の開度を１００％とすると、風量が増加し、圧縮機２Ａ，２Ｂの何れかで生じるサージングは解消される。

　バイパス弁７を強制的に開とする制御を行うと、次に保護制御部８３は、センサ情報取得部８１が取得した電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β以上の状態が継続しているかどうかを判定する（ステップＳ２２）。電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β未満の場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、保護制御部８３は、圧縮機２におけるサージングが解消されたと判定する。異常な運転状態が解消されたので、制御装置８は、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。

　電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β以上の場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、保護制御部８３は、タイマ８６を参照して、異常検出部８２がサージングの発生を検出してから所定時間Ｔ２が経過したかどうかを判定する（ステップＳ２３）。この所定時間Ｔ２には、実験などで確認されたサージングの解消に必要な時間が設定される。所定時間Ｔ２が経過していない場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、ステップＳ２２以降の処理を繰り返す。所定時間Ｔ２が経過した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、電流計ａなどのセンサの故障などサージング以外の異常が生じたと考えられるため、保護制御部８３は、バイパス弁7の開度をクリアする（ステップＳ２４）。バイパス弁7の開度をクリアするとは、ステップＳ２１における強制的な開制御を行う直前の開度に戻すことである。これは、もし、サージングが発生しているのであれば、バイパス弁７の強制的な開制御によりサージングは解消されるはず（そのように設計されている）であるが、サージングが解消されないということは、他の異常が生じていると考えられ、その場合、バイパス弁７の開度が大きい状態を続けることが適切ではないために行う。なお、バイパス弁７の開度は、通常運転時も所定の規則に従って制御されており、例えば、圧縮機２の作動点に応じた値に設定される。保護制御部８３は、バイパス弁７の開度をこの値に制御する。保護制御部８３は、バイパス弁７のクリア処理に加え、センサ故障等が疑われることを示すアラーム等を通知してもよい。
　ステップＳ２１～ステップＳ２４の制御により、サージングの発生が検出されたときには、サージング保護動作を行って、速やかにサージングの発生を解消することができる。また、サージング以外の異常が疑われるような状況を検出することができる。
　図４に示す処理は、圧縮機２が運転中の間、所定の制御周期で繰り返し実行される。

　ここで、比較のため従来の制御装置によるサージング判定処理と保護動作の流れについて、図１の構成を例に説明する。従来の制御装置を、制御装置８´と記載する。
　図５は、従来の制御装置によるサージングの判定および保護動作のフローチャートである。
　まず、制御装置８´が電流値Ｉａおよび電流値Ｉｂを取得する（ステップＳ３１）。制御装置８´は、その後も所定の時間間隔で電流値Ｉａ，Ｉｂを取得し続ける。
　次に、制御装置８´は、圧縮機２が運転中かどうかを判定する（ステップＳ３２）。圧縮機２が運転中の場合、以下の処理を行う。
　制御装置８´は、電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値（｜Ｉａ－Ｉｂ｜）が、所定の閾値β以上であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β未満の場合（ステップＳ３３；Ｎｏ）、ステップＳ２２以降の処理を繰り返す。
　電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β以上である場合（ステップＳ３３；Ｙｅｓ）、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、サージング保護動作を開始する（Ｓ３４）。具体的には、制御装置８´は、バイパス弁７を開制御する。その後、制御装置８´は、例えば、電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差の絶対値が閾値β未満となるまで、サージング保護動作を継続する。

　図５に例示した制御の場合、実際に圧縮機２に発生しているのがサージングではなく、液滴吸い込みである場合に圧縮機２の異常な運転状態を是正することができない。その結果、冷凍機１を停止させなければならない可能性がある。次に、図５に例示する従来の制御によって冷凍機１に生じる現象について図６を用いて説明する。

　図６は、従来の制御装置によるバイパス弁制御と電動機に流れる電流値の関係を示した図である。
　図６の各グラフ６１～６７は、冷凍機１の運転中に外乱が生じた際に計測された状態量や制御装置８´が出力した制御量（弁開度等）の推移を示している。図６のグラフの縦軸は状態量や制御量の大きさを示し、横軸は時間の経過を示す。グラフ６１は冷水流量を示す。グラフ６２は圧縮機２Ｂを駆動する電動機の電流値Ｉｂを示し、グラフ６３は圧縮機２Ａを駆動する電動機の電流値Ｉａを示す。グラフ６４はベーン９（ベーン９Ａおよびベーン９Ｂ）の開度を示し、グラフ６５はバイパス弁７の開度を示す。グラフ６６は冷水の入り口温度を示し、グラフ６７は冷水の出口温度を示す。グラフ６８は、電流値Ｉａ，Ｉｂに課される電流制限値を示している。制御装置８´は、電流値Ｉａ，Ｉｂが電流制限値を超えるとベーン９を閉じる制御を行う。ベーン９の開度が低下すると、電流値Ｉａ，Ｉｂも低下する。

　まず、外乱等により冷水の入口温度が上昇する（ｅ１）。この影響で冷水の出口温度も上昇する。冷水の出口温度の上昇に伴い、制御装置８´は、膨張弁４の開度を増加させる方向で制御する。すると、蒸発器５内の冷媒が増加する。蒸発器５では、例えば、液面に偏りが生じており圧縮機２Ｂ側に液相冷媒が供給されやすくなっているとする。蒸発器５内の冷媒の増加に伴い、圧縮機２Ｂにて液滴吸い込みが生じ、電流値Ｉｂが制限値を超える（ｅ２）。すると、制御装置８´は、ベーン９を強制的に閉とし（グラフ６４）、電流値Ｉａ，Ｉｂの偏差が閾値β以上となったことによりバイパス弁７を強制的に開とする（グラフ６５）制御を行う。その後、電流値Ｉｂの低下により、制御装置８´は、一旦サージング保護動作を停止する。サージング保護動作の停止によりバイパス弁７が全閉となると、電動機の負荷が増加する。負荷が増加に伴い電流値Ｉａ，Ｉｂは共に上昇する（ｅ３ａ，ｅ３ｂ）。

　その後、圧縮機２Ｂで、液滴吸い込みが再発し、電流値Ｉｂが再び電流制限値を超える（ｅ４）。すると、制御装置８´は、ベーン９を強制的に閉とする制御を行う（ｅ５）。圧縮機２Ａには、液滴吸い込みが発生しておらず、また、ベーン９が閉制御されることにより、電流値Ｉａは低下する。ベーン９の閉制御にもかかわらず、液滴吸い込みによる負荷により、圧縮機２Ｂの電流値Ｉｂは低下しない。すると、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差は次第に大きくなり、時刻ｔ１にて、偏差は閾値βを超える。すると、制御装置８´は、サージング保護動作を開始する。つまり、制御装置８´は、バイパス弁７を強制開とする。バイパス弁７が開となり、気相冷媒がバイパス管６、蒸発器５を経由して圧縮機２へと吸入されるようになると、風量の増加により圧縮機２Ｂにおける液滴吸い込みが助長される。その結果、電流値Ｉｂは、高い値を維持し、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差は閾値β未満の状態に復帰しない（ｅ６）。その結果、この例では、冷凍機１を一旦停止することが必要となり、連続運転ができなくなった。一般に、圧縮機２Ｂにおける液滴吸い込みは、配管１２を流れる冷水や、配管１１を流れる冷却水の過渡的な変動によって発生する一過性の現象である可能性が高い。冷水や冷却水が安定すれば、液滴吸い込みも収まり、電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差も規定値内（閾値β未満）に復帰する。

　本実施形態に係る制御装置８によれば、図４で説明したフローチャートの処理により、時刻ｔ１にてサージングの誤検出を行うことなく、液滴吸い込みを検出する。そして、制御装置８は、液滴吸い込みを検出した後、経過観察を続ける。やがて、冷凍機１の運転状態（冷水や冷却水の状態）が安定すれば、圧縮機２Ｂの液滴吸い込みが収まり、冷凍機１を停止させることなく連続運転が可能となる。また、誤って、サージング保護動作を行った場合、圧縮機２Ｂにおいて液滴吸込みが続き、機器の損傷が生じるおそれがあるが、本実施形態の異常検出処理および異常検出時の制御によれば、機器の損傷を防ぐことができる。

　従来、パラレル冷凍機１においては、複数の圧縮機２のそれぞれを駆動する電動機に流れる各電流値の偏差のみによって異常な運転状態を検出することが多い。このような検出方法では、誤検出が生じ、冷凍機１を正常な運転状態に復帰させることが難しい場合がある。これに対し、本実施形態の制御装置８によれば、複数の圧縮機２のそれぞれを駆動する電動機の各々に流れる電流値の偏差が所定の閾値β以上の場合に、複数の圧縮機２の圧縮比および風量が示す作動点の圧縮比および風量の特性曲線に対する関係に基づいて、複数の圧縮機２の一部で生じるサージングおよび蒸発器５からの液滴吸い込みを精度よく検出することができる。制御装置８は、サージングおよび液滴吸い込みに応じて、それぞれの事象に適した制御を行う。これにより、液滴吸い込みが発生しているにもかかわらず、サージングが発生したと誤検出し、誤った保護制御によって冷凍機１の緊急停止を招いたり、機器の故障を招いたりすることを防ぐことができる。反対にサージングが発生しているにもかかわらず、液滴吸い込みが発生したと誤検出し、サージングが継続することを防ぐことができる。

　また、本実施形態によれば、サージングの発生を検出した場合には、バイパス弁７の強制開制御により、速やかにサージングを抑制することができる。また、適切にサージング保護動作を行ったにもかかわらず、電流値の偏差が閾値内に収束しない場合には、他の異常（センサの異常など）が疑われるが、制御装置８によれば、このような可能性も検出することができる。

　また、液滴吸い込みが発生した場合には、冷水、冷却水などの過渡的な状態が収まるまで経過観察することにより、不要な制御を行ってシステムに変動を生じさせることなく、液滴吸い込み状態を解消することができる。

　また、本実施形態における液滴吸い込みの検出方法によれば、複数の圧縮機を備えるパラレル冷凍機で生じがちな、（全ての圧縮機では無く）一部の圧縮機で生じる液滴吸い込み運転状態を精度よく検出することができる。

　上記実施形態では、制御装置８は、サージングと液滴吸い込みの両方を検出することとしたが、例えば、液滴吸い込みついては他の検出方法によって検出するような場合、上記で説明したサージングの検出機能およびサージング保護動作の機能のみを実装した制御装置として構成してもよい。同様に液滴吸い込みの検出および液滴吸い込み検出時の制御だけが必要とされる場合、上記で説明した液滴吸い込みの検出機能およびその後の制御（ステップＳ１６～ステップＳ１９）を実行する機能のみを実装した制御装置として構成してもよい。

　制御装置８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、主記憶装置、補助記憶装置、入出力インタフェース、通信インタフェース等を備えるコンピュータに実装される。そして、上述した各機能部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されている。ＣＰＵは、プログラムを補助記憶装置から読み出して主記憶装置に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。ＣＰＵは、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置に確保する。ＣＰＵは、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置に確保する。

　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、制御装置８の本実施形態に係る機能を、冷凍機１の通常運転を実行する制御装置とは別の装置に設ける構成としてもよい。バイパス管６の他方の端は、圧縮機２の吸込側かつ蒸発器５の冷媒流れの下流側と接続されていてもよい。電流値Ｉａと電流値Ｉｂの偏差は、所定時間において計測された電流値Ｉａおよび電流値Ｉｂの平均値に基づいて算出してもよい。同様に圧縮機２の作動点は、所定時間において計測された第１センサ～第５センサによる計測値の平均値と関数αによって算出してもよい。
　また、３台以上の圧縮機が並列に接続されたパラレル冷凍機の場合、複数台のうちの２台ずつを組み合わせた組を、全組み合せ分生成し、全組み合せに対して、１組ずつ上記の異常検出処理を実行してもよい。これにより、３台以上の圧縮機を備える冷凍機についても、本実施形態の異常検出処理およびその後の保護制御を適用することができる。

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　　　制御装置
９　　　ベーン
１１、１２　　　配管
８１　　　センサ情報取得部
８２　　　異常検出部
８３　　　保護制御部
８４　　　バイパス弁制御部
８５　　　膨張弁制御部
８６　　　タイマ
８７　　　記憶部

Claims

　並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御装置であって、
　複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値の偏差と、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点とに基づいて、サージングの発生と液滴吸い込みの発生を検出する、
　制御装置。
　前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が小さいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部でサージングが発生していると判定する、
　請求項１に記載の制御装置。
　前記冷凍機は、複数の前記圧縮機の吐出側と吸込側とを接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられたバイパス弁とを備え、
　前記サージングの発生を検出すると、前記バイパス弁を開く制御を行う、
　請求項１または請求項２に記載の制御装置。
　前記サージングの発生を検出してから、所定時間が経過しても前記電流値の偏差が所定の閾値以上となる状態が継続する場合、前記バイパス弁を開く制御を停止する、
　請求項３に記載の制御装置。
　前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が大きいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で前記冷凍機が備える蒸発器からの液滴吸い込みが発生していると判定する、
　請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御装置。
　前記液滴吸い込みの発生を検出すると、前記電流値の偏差が所定の閾値未満となるまで、現在の運転を維持する、
　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御装置。
　前記液滴吸い込みの発生を検出してから所定時間が経過しても、前記電流値の偏差が所定の閾値未満とならない場合、前記冷凍機が備える膨張弁の開度を低下させる、
　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御装置。
　並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御装置であって、
　複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点が所定の基準より風量が小さいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部でサージングが発生していると判定する、
　制御装置。
　並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御装置であって、
　複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点が所定の基準より風量が大きいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で前記冷凍機が備える蒸発器からの液滴吸い込みが発生していると判定する、
　制御装置。
　並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機であって、
　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の制御装置、
　を備える冷凍機。
　並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機の制御方法であって、
　複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値を取得し、
　複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点を算出し、
　複数の前記電流値の偏差と前記作動点とに基づいて、サージング又は液滴吸い込みの発生を検出し、
　前記サージングの発生を検出した場合、所定のサージング保護動作を行い、
　前記液滴吸い込みを検出した場合、現在の運転状態を維持する、
　制御方法。
　並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機において、
　複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値を取得し、
　複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点を算出し、
　複数の前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が小さいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部でサージングが発生していると判定する、
　異常検出方法。
　並列に接続された複数の圧縮機を備える冷凍機において、
　複数の前記圧縮機の各々を駆動するそれぞれの電動機に流れる電流値を取得し、
　複数の前記圧縮機の風量と圧縮比が示す作動点を算出し、
　複数の前記電流値の偏差が所定の閾値以上で、且つ、前記作動点が所定の基準より風量が大きいことを示す場合、複数の前記圧縮機の一部で液滴吸い込みが発生していると判定する、
　異常検出方法。