(57)【要約】【課題】コスト増を招くことなく、旋回失速およびサージングをより確実に判断し得る電動圧縮機、熱源機およびその制御方法を提供する。【解決手段】電動圧縮機、凝縮器（水熱交換器５）、膨張弁７および蒸発器（空気熱交換器９）を備えた冷凍サイクルと、制御装置１５と、を有する熱源機１において、電動圧縮機を、圧縮機３と、圧縮機３を駆動する電動機１１と、電動機１１を周波数制御して駆動するインバータ１７と、を備えた構成とし、制御装置１５の判定部４２により、運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、またインバータ１７側で検出した電動機１１の駆動電流を取り込んで、標準電流値との比較により圧縮機３が旋回失速状態であるか否かを判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータと、前記インバータの周波数制御により駆動される電動機と、前記インバータに運転周波数指令を指示する制御手段と、を備えた電動圧縮機であって、
前記インバータは、前記電動機の駆動電流を検出する電流検出手段を有し、
前記制御手段は、前記運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記電流検出手段による電流値との比較により当該電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令、前記インバータの電圧−周波数特性、前記圧縮機の吸込風量、前記圧縮機の吸込側の圧力および温度、並びに、前記圧縮機の吐出側の圧力および温度に基づき前記標準電流値を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記検出された電流値が前記標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、当該電動圧縮機がサージング状態であると判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動圧縮機。
【請求項４】
電動圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍サイクルと、制御手段と、を有する熱源機であって、
前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、
前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする熱源機。
【請求項５】
前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令、前記インバータの電圧−周波数特性、前記圧縮機の吸込風量、前記圧縮機の吸込側の圧力および温度、並びに、前記圧縮機の吐出側の圧力および温度に基づき前記標準電流値を算出することを特徴とする請求項４に記載の熱源機。
【請求項６】
前記制御手段は、前記電動圧縮機が旋回失速状態であると判断したとき、前記運転周波数指令の変更、前記膨張弁の開度の変更、前記凝縮器または前記蒸発器から外部負荷へ供給される冷熱媒または温熱媒の流量の変更、或いは、前記圧縮機の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管に配置されたホットガスバイパス弁の開度の変更を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の熱源機。
【請求項７】
前記制御手段は、前記検出された電流値が前記標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、前記電動圧縮機がサージング状態であると判断し、前記運転周波数指令の変更、前記膨張弁の開度の変更、或いは、前記圧縮機の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管に配置されたホットガスバイパス弁の開度の変更を行うことを特徴とする請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の熱源機。
【請求項８】
電動圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍サイクルと、制御手段と、を有する熱源機の制御方法であって、
前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、
前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする熱源機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動圧縮機および熱源機における旋回失速およびサージングの対策技術に係り、特に、コスト増を招くことなく、旋回失速およびサージングをより確実に判断し得る電動圧縮機、熱源機およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱源機として、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備え、冷媒通路を介してこれらを接続した冷凍サイクルを構成するものが知られている。このように、熱源機では回転機械（圧縮機）を備えるため、旋回失速やサージングが問題となる、ここで、サージング現象は、回転機械において比較的低回転域で負荷と仕事量のアンバランスから回転が不安定となり、性能が急激に低下して装置全体の振動・騒音が著しく増加するものである。また旋回失速は、回転機械の円環通路の一部が失速して、この失速領域が回転方向に一定速度で移動する現象である。なお、サージング現象が回転機械と管路系よりなる駆動系の自励振動であって、その発生と周期が管路系に依存するのに対し、旋回失速現象は管路系に無関係な回転機械自体の不安定現象であり、両者は全く異質の現象であることに留意する必要がある。
【０００３】
回転機械（圧縮機）の旋回失速に対処する手法として、例えば、特開平５−３４０３８５号公報（特許文献１）に開示の「圧縮機の旋回失速防止装置」がある。この従来手法は、軸流圧縮機の流路内に旋回失速センサを設置し、該旋回失速センサからの信号に応じて、アクチュエータにより整流翼の取付角度を変え、円周方向速度の増速や軸流速度の増速を行い、流れを改善することにより旋回失速を防止するものである。
【０００４】
また、回転機械（送風機）のサージングに対処する手法として、例えば、特開平１１−６２８８７号公報（特許文献２）に開示の「送風機のサージング検出装置、検出方法及びサージング修正方法」がある。この従来手法は、送風機の駆動電流を採取し、該採取した電流値と該採取した電流の一定期間の移動平均値とを比較して、その差分が所定閾値を超えたときにサージング状態と判断し、送風機の吸気弁の開度制御により正常状態に修正するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４０３８５号公報
【特許文献２】特開平１１−６２８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、圧縮機の旋回失速検出に専用のセンサと、それに付属する信号処理回路とを必要とし、装置コストが増大するという事情があった。また、旋回失速センサを圧縮機の流路内に設置する必要があるため、後から設置することが難しいという事情もある。
【０００７】
また、特許文献２に開示された技術においては、サージング検出が現在の電流値と現在から一定時間遡った期間の電流の移動平均値との比較に基づくものであり、比較する２つの値が時々刻々変動する値であるため、一定期間の設定方法やサージング状態の起こり方によってはサージング状態が検出されないおそれがあるという事情があった。また、旋回失速状態での電流変動の振幅はサージング状態での電流変動の振幅よりも小さいため、旋回失速が不検出となる確率はより高くなる。
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、コスト増を招くことなく、旋回失速およびサージングをより確実に判断し得る電動圧縮機、熱源機およびその制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る電動圧縮機は、インバータと、前記インバータの周波数制御により駆動される電動機と、前記インバータに運転周波数指令を指示する制御手段と、を備えた電動圧縮機であって、前記インバータは、前記電動機の駆動電流を検出する電流検出手段を有し、前記制御手段は、前記運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記電流検出手段による電流値との比較により当該電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動（即ち、変動振幅や変動周期）を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ側での電動機の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。
【００１１】
また、本発明は、上記記載の電動圧縮機において、前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令、前記インバータの電圧−周波数特性、前記圧縮機の吸込風量、前記圧縮機の吸込側の圧力および温度、並びに、前記圧縮機の吐出側の圧力および温度に基づき前記標準電流値を算出することを特徴とする。
【００１２】
標準電流値の算出に用いる諸量が熱源機の運転制御に用いられている諸量であることから、本発明を適用するための新たなハードウェア追加は不要であり、本発明によれば、装置コストの増大を招くことなく、旋回失速をより確実に判断し得る電動圧縮機を実現することができる。
【００１３】
また、本発明は、上記記載の電動圧縮機において、前記制御手段は、前記検出された電流値が前記標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、当該電動圧縮機がサージング状態であると判断することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。
【００１５】
本発明に係る熱源機は、電動圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍サイクルと、制御手段と、を有する熱源機であって、前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動（即ち、変動振幅や変動周期）を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ側での電動機の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。
【００１７】
また、本発明は、上記記載の熱源機において、前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令、前記インバータの電圧−周波数特性、前記圧縮機の吸込風量、前記圧縮機の吸込側の圧力および温度、並びに、前記圧縮機の吐出側の圧力および温度に基づき前記標準電流値を算出することを特徴とする。
【００１８】
標準電流値の算出に用いる諸量は、熱源機の運転制御に用いられている諸量であることから、本発明を適用するための新たなハードウェア追加は不要であり、本発明によれば、装置コストの増大を招くことなく、旋回失速をより確実に判断し得る熱源機を実現することができる。
【００１９】
また、本発明は、上記記載の熱源機において、前記制御手段は、前記電動圧縮機が旋回失速状態であると判断したとき、前記運転周波数指令の変更、前記膨張弁の開度の変更、前記凝縮器または前記蒸発器から外部負荷へ供給される冷熱媒または温熱媒の流量の変更、或いは、前記圧縮機の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管に配置されたホットガスバイパス弁の開度の変更を行うことを特徴とする。
【００２０】
例えば、これら４種の変更制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良く旋回失速状態から回避することが可能となる。
なお、典型的には、冷熱媒としては冷水、温熱媒としては温水が用いられる。
【００２１】
また、本発明は、上記記載の熱源機において、前記制御手段は、前記検出された電流値が前記標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、前記電動圧縮機がサージング状態であると判断し、前記運転周波数指令の変更、前記膨張弁の開度の変更、前記凝縮器または前記蒸発器から外部負荷へ供給される冷熱媒または温熱媒の流量の変更、或いは、前記圧縮機の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管に配置されたホットガスバイパス弁の開度の変更を行うことを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。また、４種の変更制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良くサージング状態から回避することが可能となる。
なお、典型的には、冷熱媒としては冷水、温熱媒としては温水が用いられる。
【００２３】
本発明に係る熱源機の制御方法は、電動圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍サイクルと、制御手段と、を有する熱源機の制御方法であって、前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動（即ち、変動振幅や変動周期）を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動を検知するので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。また、電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。さらにこれらの結果として、コスト増を招くことなく、旋回失速およびサージングをより確実に判断し得る電動圧縮機、熱源機およびその制御方法を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱源機（ターボ冷凍機）の構成図である。
【図２】実施形態の熱源機における制御方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の電動圧縮機、熱源機およびその制御方法の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態では、本発明の電動圧縮機、熱源機およびその制御方法をターボ冷凍機に適用して説明を行うが、これに限定されることなく、本発明の電動圧縮機は、インバータと、該インバータの周波数制御により駆動される電動機と、を備えた構成の電動圧縮機であれば適用可能であり、また、本発明の熱源機およびその制御方法は、インバータと、該インバータの周波数制御により駆動される電動機と、を備えた電動圧縮機を有する構成の熱源機であれば適用可能である。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機（熱源機）の構成図である。
同図において、本実施形態のターボ冷凍機１は、ガス冷媒を圧縮する遠心圧縮機（以下、圧縮機という）３と、該圧縮機３によって圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する水熱交換器５と、該水熱交換器５において凝縮した高圧液冷媒を膨張させる膨張弁７と、該膨張弁７によって膨張した低圧液冷媒を気化させる空気熱交換器９と、を備えた冷凍サイクルと、制御装置（制御手段）１５と、を備えている。なお、特許請求の範囲にいう電動圧縮機は、圧縮機３、電動機１１およびインバータ１７を備えた構成である。
同図では、ヒートポンプ運転によって温水を出力する暖房運転が一例として示されているが、本発明はこれに限定されず、図１に示した水熱交換器５が蒸発器となり、図１に示した空気熱交換器９が凝縮器となって冷水を出力する冷房運転においても本発明は適用できる。
【００２９】
圧縮機３は、電動機１１によって回転駆動される遠心羽根車（ターボ圧縮部）を備えている。圧縮機３の冷媒入口には、冷媒流量を調節する入口ベーン１３が設けられており、この入口ベーン１３の開度は制御装置１５によって制御される。また、圧縮機３の吸入側には、圧縮機吸入温度Ｔ２を検知する圧縮機吸入温度センサ３６と、圧縮機吸入圧力Ｐ２を検知する圧縮機吸入圧力センサ３７とが設置されている。また、圧縮機３の吐出側には、圧縮機吐出温度Ｔ３を検知する圧縮機吐出温度センサ３８と、圧縮機吐出圧力Ｐ３を検知する圧縮機吐出圧力センサ３９とが設置されている。なお、圧縮機吸入温度センサ３６、圧縮機吸入圧力センサ３７、圧縮機吐出温度センサ３８および圧縮機吐出圧力センサ３９の各センサ信号は制御装置１５に供される。
【００３０】
また、電動機１１はインバータ１７の周波数制御により駆動され、電動機１１の回転数が制御されるが、その運転周波数は制御装置１５からの運転周波数指令で指示される。ここで、インバータ１７には、半導体スイッチング素子の他に、該半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御するＰＷＭ信号を生成するためのインバータ制御回路や、駆動電流検出回路（Ｖ／ｆ制御方式またはベクトル制御方式のインバータ制御に必要となる）等も含まれる。
【００３１】
次に、水熱交換器５には、水熱交換器５内の凝縮圧力Ｐｃを計測する圧力センサ３０が設置されている。この圧力センサ３０によるセンサ信号は制御装置１５に供される。また、水熱交換器５には、水熱交換器５内の冷媒と熱交換して冷温水を得る冷温水取得手段２１が設けられている。冷温水取得手段２１には、図示しない空調機やファンコイル等の外部負荷が接続されており、この外部負荷に対して温熱または冷熱が供給される。
冷温水取得手段２１の冷温水出口には冷温水出口温度センサ３１が設置されており、冷温水出口温度センサ３１のセンサ信号は制御装置１５に供される。また、水熱交換器５の上流側には、水熱交換器５内へ流入する冷温水の流量ｑｃを検知する流量センサ３５と、水熱交換器５内へ流入する冷温水の入口温度Ｔ０を検知する冷温水入口温度センサ３４とが設置されている。これら冷温水入口温度センサ３４および流量センサ３５の各センサ信号は制御装置１５に供される。なお、本明細書において冷温水とは、図１に示したヒートポンプ運転による暖房運転時には温水（温熱媒）を意味し、図示しないが図１の水熱交換器５が蒸発器となり図１の空気熱交換器９が凝縮器となる冷房運転時には冷水（冷熱媒）を意味する。
【００３２】
膨張弁７は制御装置１５により弁開度が制御される。
また、水熱交換器５と後述するアキュムレータ１０との間には、ホットガスバイパス配管（ＨＧＢＰ配管）２４が設けられている。このＨＧＢＰ配管２４によって、水熱交換器５内にある高圧冷媒ガスがアキュムレータ１０へと流されるようになっている。ＨＧＢＰ配管２４には、ホットガスバイパス弁（ＨＧＢＰ弁）２５が設けられている。制御装置１５による該ＨＧＢＰ弁２５の開度調整によって、ＨＧＢＰ配管２４内を流れる冷媒流量が調整され、低冷凍能力時の圧縮機３への吸込冷媒ガス流量が確保される。
【００３３】
次に、空気熱交換器９には、空気熱交換器９内の蒸発圧力を計測する圧力センサが設置されている。この圧力センサのセンサ信号は制御装置１５に供される。また、空気熱交換器９は、図１に示したヒートポンプ運転による暖房時には外気から熱を汲み上げ、図示しない凝縮器となる冷房運転時には外気へと排熱する。
空気熱交換器９の近傍には、空気熱交換器９から流出した冷媒から液相を分離し、このように分離された液相を貯留するアキュムレータ１０が設けられている。
【００３４】
次に、制御装置１５は、回転数制御部４１と、標準電流値算出部４４および周期判定部４５を備えた判定部４２と、回避制御部４３と、を備えている。なお、制御装置１５はＭＰＵやＤＳＰ等のプロセッサで実現され、制御装置１５が備えるこれら各構成要素は、該プロセッサ上で実行されるプログラムの機能的まとまりとして具現されるものである。
【００３５】
制御装置１５は、ターボ冷凍機１を構成する各部における状態量（上述した各種センサから供される各種センサ信号）や設定パラメータ等に基づいて、ターボ冷凍機１の起動制御、通常運転制御、停止制御、異常状態回避制御等を行う。
【００３６】
回転数制御部４１は、冷温水入口温度Ｔ０、冷温水出口温度Ｔ１および冷温水流量ｑｃに基づき冷温水負荷を算出し、該冷温水負荷に対応した冷媒流量と、圧縮機吸入圧力Ｐ２および圧縮機吐出圧力Ｐ３の差に対応したヘッドを得るために必要な電動圧縮機のインバータ周波数を決定し、これを運転周波数指令としてインバータ１７に対し指示する。
【００３７】
また、判定部４２は、標準電流値算出部４４によりインバータ１７に対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、圧縮機３が旋回失速状態であるか否かを判断する。また、周期判定部４３により、検出された電流値が標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるか否かで圧縮機３が旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断する。
【００３８】
標準電流値算出部４４において、標準電流値Ｉは次式により算出される。
（数１）
Ｉ＝ρ×Ｑ×（ｈd−ｈs）×ηi×ηm／Ｖ(f)  …  （１）
ここで、ρは圧縮機吸込冷媒密度であり、圧縮機吸込圧力Ｐ２および圧縮機吸込温度Ｔ２に基づき求められる。またＱは圧縮機吸込風量であり、羽根車外径Ｄ［ｍ］、流量係数φおよび羽根車回転数Ｎ［rps］から求められる。また、ｈsおよびｈdはそれぞれ圧縮機吸込エンタルピおよび圧縮機吐出エンタルピであり、圧縮機吸込エンタルピｈsは圧縮機吸込圧力Ｐ２および圧縮機吸込温度Ｔ２に基づき、圧縮機吐出エンタルピｈdは圧縮機吐出圧力Ｐ３および圧縮機吐出温度Ｔ３に基づきそれぞれ求められる。また、ηiおよびηmはそれぞれインバータ効率および電動機効率であり、予めパラメータとして設定されている。さらに、Ｖ(f)はインバータ電圧であり、インバータに対して指示する運転周波数指令ｆおよびインバータ１７の電圧−周波数特性（Ｖ／ｆ）により求められる。
【００３９】
なお、（１）式は、圧縮機必要動力ＰがＰ＝ρ×Ｑ×（ｈd−ｈs）×ηi×ηmとして算出できること、そして他方で、電力Ｐがインバータ電流Ｉとインバータ電圧Ｖ(f)の積（Ｐ＝Ｖ(f)×Ｉ）であること、の２つの関係式から導かれる。
【００４０】
また、判定部４２における旋回失速の判断は、次のようにして行われる。すなわち、インバータ１７側では、駆動電流検出回路によりインバータ制御に必要な駆動電流の検出が所定周期で行われているが、そのサンプリングデータをそのままインバータ１７から取得し、取得した電流値が標準電流値Ｉの±５［％］の範囲を外れたか否かで判断する。つまり、電流値が標準電流値Ｉの±５［％］の範囲を外れていれば圧縮機３が旋回失速状態であると判定する。
【００４１】
また、判定部４２において、旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかの判断を電流値の変動周期に基づき行うが、これは、サージング状態にあるときの電流値の変動振幅および変動周期が旋回失速状態にあるときの電流値の変動振幅および変動周期よりもそれぞれ大きいという性質を利用したものである。変動周期について具体的に説明すると、旋回失速状態にあるときの電流値の変動は、羽根車回転数Ｎの係数ｋ（＝０．０６〜１．２５）倍の周波数になることが知られている。つまり、失速した部分（１〜５個）が羽根車に対し相対的に反対方向に移動することによるものである。例えば、電動機１１と圧縮機３の間に設置される増速機のギア比が６で、インバータ周波数が６０［Ｈｚ］の場合に、係数ｋ＝０．０６とすると、６０×６×０．０６＝２１．６［Ｈｚ］の振動周波数となり、変動周期は４６．３［msec］となる。これに対してサージング状態にあるときの電流値の変動周期は数［sec］である。
【００４２】
したがって、予め旋回失速状態にあるときの電流値の変動周期（理論値）を算出してそれよりも大きな値を周期閾値として設定しておけば良い。なお、後述のように、旋回失速状態またはサージング状態の何れかの判断に応じて異常状態回避制御の内容が切り替わるので、これら異常状態回避制御の内容も考慮に入れて周期閾値を設定するのが望ましい。
【００４３】
また、周期判定部４３において、電流値の変動周期（実測値）は、例えば次のようにして求められる。すなわち、標準電流値Ｉとインバータ１７からした電流値との差分を求め、該差分の時系列データについてゼロクロス検出を行い、ゼロクロス点からその直後のゼロクロス点までの時間差を求めることで、電流値の変動周期を測定することができる。
【００４４】
なお、突発的な電流値の変動で振動特性を持たないケースでは電流値の変動周期を測定することができない。このようなケースとしては、例えば、電流値の変動がトリガー形状またはステップ形状の特性を持つケースが考えられるが、トリガー形状の特性の場合には直ぐに元の正常な状態に戻っていることから何ら対処の必要はなく、また、ステップ形状の特性の場合には別の要因による異常状態であるから、その対処は別要因による異常状態の検出・回避制御シーケンスに委ねることとすればよい。つまり、周期判定部４３において電流値の変動周期が測定できない場合には、ステップ形状特性を持つか否かを判断して、ステップ形状特性でなければ通常運転制御に戻り、ステップ形状特性であれば別の異常状態検出・回避制御シーケンスに移行するようにすれば良い。
【００４５】
以上説明した異常状態の判断条件をまとめると、電流値が標準電流値Ｉの±５［％］の範囲を外れ、且つ電流値の変動周期が周期閾値を下回るときに圧縮機３が旋回失速状態であると判定され、電流値が標準電流値Ｉの±５［％］の範囲を外れ、且つ電流値の変動周期が周期閾値を上回るときに圧縮機３がサージング状態であると判定されることとなる。
【００４６】
上述のように、電流値の変動振幅についても、旋回失速状態にあるときよりもサージング状態にあるときの方が大きいので、例えば、電流値が標準電流値Ｉの±１０［％］の範囲を外れ、且つ電流値の変動周期が周期閾値を上回るときに圧縮機３がサージング状態であると判定するようにしても良い。この場合、電流値が標準電流値Ｉの±５［％］〜±１０［％］の範囲であって、且つ電流値の変動周期が周期閾値を下回るときは、圧縮機３が旋回失速状態であると判定する。
【００４７】
また、サンプリングデータに基づき電流値の変動周期を求めるには少なくとも一定期間が必要であり、その一定期間の間は旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかの判断ができず、異常状態回避制御に移行できないこととなる。これに対処する手法として、例えば、２段階の周期閾値（即ち、第１周期閾値および第２周期閾値；第１周期閾値＜第２周期閾値）を判断条件に用いることとしても良い。
【００４８】
つまり、第１一定期間毎に電流値の変動周期（実測値）を第１周期閾値と比較して、電流値の変動周期（実測値）が第１周期閾値を上回ればサージング状態ではなく旋回失速状態であると判断し、またこれと並行して、第２一定期間（第２一定期間＞第１一定期間）毎に電流値の変動周期（実測値）を第２周期閾値と比較して、電流値の変動周期（実測値）が第２周期閾値を上回ればサージング状態であると判断するものである。このような周期閾値の段階的設定により、異常状態回避制御に移行できない期間をより短くすることができる。
【００４９】
次に、回避制御部４３による異常状態回避制御について説明する。判定部４２により圧縮機３が旋回失速状態であると判定されたとき、回避制御部４３は、次の４種の回避制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行う。すなわち、（１）運転周波数指令のインバータ周波数を増加する。（２）膨張弁７の開度を増加する。（３）ホットガスバイパス弁の開度を増加する。（４）冷温水の流量を増加する。ここでいう段階的とは、所定刻み単位の変更量を加えて（或いは、所定刻み単位の変更率を掛けて）、その都度、旋回失速状態であるか否かの判断を行い、旋回失速状態でなければその運転条件での運転を継続し、旋回失速状態であればさらに変更を行うというものである。
【００５０】
また、判定部４２により圧縮機３がサージング状態であると判定されたとき、回避制御部４３は、上記４種の回避制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行う。但し、変更量（または変更率）の刻み単位は、旋回失速回避制御よりもサージング回避制御の方がより大きい値となる。
【００５１】
次に、以上説明した各構成要素を備えた熱源機における制御方法について、図２に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５２】
まず、制御装置１５の回転数制御部４１により、電動圧縮機のインバータ周波数を決定し、これを運転周波数指令としてインバータ１７に対し指示し（ステップＳ１０１）、制御装置１５による通常運転制御を行う（ステップＳ１０２）。
【００５３】
また、通常運転制御に入ると直ぐに標準電流値算出部４４により、運転周波数指令に基づく標準電流値Ｉを算出する（ステップＳ１０３）。また、逐次インバータ１７から送られてくる駆動電流検出回路により検出した駆動電流値を取得し（ステップＳ１０４）、取得した電流値が標準電流値Ｉの±５［％］の範囲を外れているか否かを判断する（ステップＳ１０５）。取得した電流値が標準電流値Ｉの±５［％］の範囲内にあればステップＳ１０２（通常運転制御）に戻り、また、取得した電流値が標準電流値Ｉの±５［％］の範囲を外れていればステップＳ１０６に進む。
【００５４】
ステップＳ１０６では、周期判定部４３により一定期間のサンプリングデータに基づき電流値の変動周期（実測値）を求め、電流値の変動周期が周期閾値を下回るときには圧縮機３が旋回失速状態であると判定し、電流値の変動周期が周期閾値を上回るときには圧縮機３がサージング状態であると判定する。
【００５５】
旋回失速状態であると判定したときには、ステップＳ１０７に進んで回避制御部４３による異常状態回避制御を実行する。具体的には、（１）運転周波数指令のインバータ周波数の増加、（２）膨張弁７の開度の増加、（３）ホットガスバイパス弁の開度の増加、（４）冷温水の流量の増加であり、これら４種の回避制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行う。
【００５６】
また、ステップＳ１０６でサージング状態であると判定したときには、ステップＳ１０８に進んで回避制御部４３による異常状態回避制御を実行する。具体的には、（１）運転周波数指令のインバータ周波数の増加、（２）膨張弁７の開度の増加、（３）ホットガスバイパス弁の開度の増加、（４）冷温水の流量の増加であり、これら４種の回避制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行う。但し、変更量（または変更率）の刻み単位を、旋回失速回避制御のときよりも大きい値として行う。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態の電動圧縮機では、インバータ１７の周波数制御により駆動される電動機１１と、インバータ１７に運転周波数指令を指示する制御装置１５と、を備えて、制御装置１５は運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、またインバータ１７側で検出した電動機１１の駆動電流を取り込んで、標準電流値との比較により当該電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断する。このように、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動（即ち、変動振幅や変動周期）を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ１７側での電動機１１の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。
【００５８】
また、本実施形態の電動圧縮機では、制御装置１５により、検出された電流値が標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、電動圧縮機がサージング状態であると判断する。このように電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。
【００５９】
また、本実施形態の熱源機（ターボ冷凍機１）およびその制御方法では、電動圧縮機、凝縮器（図１の場合では水熱交換器５）、膨張弁７および蒸発器（図１の場合では空気熱交換器９）を備えた冷凍サイクルと、制御装置１５と、を有する熱源機において、電動圧縮機を、圧縮機３と、圧縮機３を駆動する電動機１１と、電動機１１を周波数制御して駆動するインバータ１７と、を備えた構成とし、制御装置１５の判定部４２により、運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、またインバータ１７側で検出した電動機１１の駆動電流を取り込んで、標準電流値との比較により圧縮機３が旋回失速状態であるか否かを判断する。このように、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動（即ち、変動振幅や変動周期）を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ１７側での電動機１１の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。
【００６０】
また、本実施形態の熱源機（ターボ冷凍機１）およびその制御方法では、制御装置１５の標準電流値算出部４４において、インバータ１７に対して指示する運転周波数指令、インバータ１７の電圧−周波数特性、圧縮機３の吸込風量、圧縮機３の吸込側の圧力および温度、並びに、圧縮機３の吐出側の圧力および温度に基づき標準電流値を算出する。これら標準電流値の算出に用いる諸量は、熱源機の運転制御に用いられている諸量であることから、本発明を適用するための新たなハードウェア追加は不要であり、装置コストの増大を招くことなく、旋回失速をより確実に判断し得る熱源機およびその制御方法を実現することができる。
【００６１】
また、本実施形態の熱源機（ターボ冷凍機１）およびその制御方法では、圧縮機３が旋回失速状態であると判断したとき、制御装置１５の回避制御部４３により、運転周波数指令の変更、膨張弁７の開度の変更、或いは、圧縮機３の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管２４に配置されたホットガスバイパス弁２５の開度の変更、冷温水の流量の変更を行う。例えば、これら４種の回避制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良く旋回失速状態から回避することが可能となる。
【００６２】
また、本実施形態の熱源機（ターボ冷凍機１）およびその制御方法では、制御装置１５により、検出された電流値が標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、圧縮機３がサージング状態であると判断する。このように電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。
【００６３】
また、本実施形態の熱源機（ターボ冷凍機１）およびその制御方法では、圧縮機３がサージング状態であると判断したとき、制御装置１５の回避制御部４３により、運転周波数指令の変更、膨張弁７の開度の変更、或いは、圧縮機３の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管２４に配置されたホットガスバイパス弁２５の開度の変更、冷温水の流量の変更を行う。例えば、これら４種の回避制御の何れか１種、または２種乃至４種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良くサージング状態から回避することが可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１  ターボ冷凍機（熱源機）
３  圧縮機
５  水熱交換器（凝縮器）
７  膨張弁
９  空気熱交換器（蒸発器）
１１  電動機
１３  入口ベーン
１５  制御装置
１７  インバータ
１９  電源
２１  冷温水取得手段
２４  ホットガスバイパス配管（ＨＧＢＰ配管）
２５  ホットガスバイパス弁（ＨＧＢＰ弁）
３０，３７，３９  圧力センサ
３１，３４，３６，３８  冷温水出口温度センサ
３５  流量センサ
４１  回転数制御部
４２  判定部
４３  回避制御部
４４  標準電流値算出部
４５  周期判定部
【図１】
2011241760.tif 000003
【図２】
2011241760.tif 000004