JP6299242B2 - 冷凍装置の運転制御装置 - Google Patents
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Description
≪実施形態1≫
<冷凍装置の構成>
図1は、本実施形態1に係る冷凍装置(100)における冷媒回路(10)の配管系統と冷凍装置(100)の運転制御装置(20)の全体構成とを示す図である。図1に示すように、冷凍装置(100)は、主として、冷媒回路(10)、発電機(16)、及び冷凍装置の運転制御装置(20)(以下、単に運転制御装置(20)と言う)を有する。
まず、冷媒回路(10)を構成する各種構成要素について説明する。
発電機(16)は、上述したように膨張機(13)に連結されている。発電機(16)には、例えば発電用ブラシレスDCモータが採用される。具体的に、発電機(16)には、ロータのコア内に磁石が埋め込まれた埋め込み磁石型の発電機が採用される。
運転制御装置(20)は、発電機(16)の発電電力を、圧縮機(11)の運転電力として回生する装置である。運転制御装置(20)は、主として、電力変換装置(30)、電力回生回路(35)、放電回路(37)、放電制御部(38)、圧縮機側制御部(40)(変換制御部に相当)、電流検出回路(41)(検出部に相当)、膨張機側過電流検出回路(42)(発電機側判断部に相当)、及び膨張機側制御部(43)(回生制御部及び圧縮機側判断部に相当)を備える。
電力変換装置(30)は、コンバータ回路(31)、直流リンク部(32)及びインバータ回路(33)(電力変換回路に相当)で構成されている。
電力回生回路(35)は、インバータ回路(33)と同様の構成を有する。電力回生回路(35)は、各スイッチング素子が適宜スイッチング動作を行うことによって、発電機(16)の発電電力である交流電力を直流に変換するコンバータ回路として機能することができる。電力回生回路(35)は、直流リンク部(32)に並列に接続されており、変換後の直流電力は、直流リンク部(32)の電解コンデンサ(C)を介してインバータ回路(33)に回生される。
放電回路(37)は、電力回生回路(35)に接続されると共に、内部に1または複数(図1では1つ)のスイッチング素子と抵抗素子とを有する。スイッチング素子がオンの場合、放電回路(37)は、電力回生回路(35)で変換された直流(即ち、直流に変換された発電電力)を抵抗素子に流して放電する。スイッチング素子がオフの場合、放電回路(37)内には抵抗素子を含む通電経路が形成されないため、放電回路(37)は放電動作を行わない。
圧縮機側制御部(40)は、インバータ回路(33)に接続されており、当該インバータ回路(33)を制御することにより間接的に圧縮機(11)の制御を行う。圧縮機側制御部(40)は、図示していないが、インバータ回路(33)の各スイッチング素子の制御端子に接続されたドライバと、CPU及びメモリで構成されるマイクロコンピュータとで構成される。
電流検出回路(41)は、発電機(16)に流れる電流を検出する。図1では、一例として、電流検出回路(41)が、電力回生回路(35)の負側配線上に直列接続されたシャント抵抗の両端電圧から発電機(16)に流れる電流値を算出する構成である場合が図示されている。電流検出回路(41)の検出結果は、膨張機側過電流検出回路(42)及び膨張機側制御部(43)に出力される。
膨張機側過電流検出回路(42)は、発電機(16)の制御を強制的に停止させることで膨張機(13)を強制停止させるための膨張機強制停止条件(発電機強制停止条件に相当)、の成否を判断することにより、発電機(16)(即ち膨張機(13)側)での過電流状態の有無を検出する。具体的に、膨張機側過電流検出回路(42)は、電流検出回路(41)の検出結果に基づいて膨張機強制停止条件の成否を判断し、判断結果を膨張機側制御部(43)に出力する。
膨張機側制御部(43)は、電力回生回路(35)に接続されており、当該電力回生回路(35)を制御することによって発電機(16)及び膨張機(13)の制御を間接的に行う。膨張機側制御部(43)は、図示していないが、電力回生回路(35)の各スイッチング素子の制御端子に接続されたドライバと、CPU及びメモリで構成されるマイクロコンピュータとで構成される。
図2は、発電機(16)に流れる電流に基づき冷凍装置(100)に関する異常の発生が把握される場合の、直流電圧(Vdc)、圧縮機(11)の回転数、膨張機(13)の回転数及び発電機(16)に流れる電流の経時的変化を表したタイミングチャートである。
冷凍装置(100)に関する異常としては、圧縮機(11)における高圧異常、膨張機(13)に過負荷が作用した場合、停電等が挙げられる。このうち、停電を除く異常の発生の有無は、電流検出回路(41)の検出結果に基づき、圧縮機強制停止条件及び膨張機強制停止条件の各成否を判断することにより把握が可能である。
圧縮機(11)の停止後に発電機(16)を停止させるトリガとなる条件としては、(条件A)〜(条件D)が挙げられる。なお、以下の(条件A)〜(条件D)は、いずれも上記膨張機強制停止条件とは関連性のないものである。
(条件A)膨張機(13)の冷媒流入口と冷媒流出口との間における圧力差が所定差以下となった場合(図4)
(条件B)発電機(16)に流れる電流(Im)が所定電流値以下となった場合(図5)
(条件C)発電機(16)へのトルク指令の種類が回生トルク指令から力行トルク指令に変化した場合(図6)
(条件D)発電機(16)の発電電力の種類が回生電力から力行電力に変化した場合(図7)
図4は、圧縮機(11)の停止後に、膨張機(13)の冷媒流入口と冷媒流出口との間の圧力差に基づいて発電機(16)が停止するタイミングを表すタイミングチャートである。図5は、圧縮機(11)の停止後に、発電機(16)に流れる電流(Im)に基づいて発電機(16)が停止するタイミングを表すタイミングチャートである。図6は、圧縮機(11)の停止後に、発電機(16)へのトルク指令の内容に基づいて発電機(16)が停止するタイミングを表すタイミングチャートである。図7は、圧縮機(11)の停止後に、発電機(16)の発電電力に基づいて発電機(16)が停止するタイミングを表すタイミングチャートである。
本実施形態1に係る運転制御装置(20)は、冷凍装置(100)に関する異常の発生時、圧縮機(11)を発電機(16)よりも先に停止させる。圧縮機(11)が停止してから発電機(16)が停止するまでの間、運転制御装置(20)は、発電機(16)の運転を所定回転数以下にて継続させながら、該発電機(16)の発電電力を放電回路(37)にて放電する。これにより、発電機(16)及び膨張機(13)はフリーラン状態になることはない。しかも、残留した膨張エネルギーは消費される。そのため、インバータ回路(33)が過電圧状態及び電力回生回路(35)が過電流状態とならずに済み、各種回路(33,35)の破損が防がれる。
―変形例1−
電流検出回路(41)は、電力回生回路(35)の負側配線上のシャント抵抗の両端電圧から電流検出を行う代わりに、図8に示すように、発電機(16)の相電流を検出してもよい。
各強制停止条件の成否判断は、膨張機側過電流回路(42)及び膨張機側制御部(43)以外が行っても良い。図9は、その一例を示す。
≪実施形態2≫
本実施形態2では、直流電圧(Vdc)に基づいて冷凍装置(100)に関する異常の発生の有無を把握する場合について説明する。当該異常としては、停電が挙げられる。
本実施形態2に係る運転制御装置(20)は、主として、電力変換装置(30)、電力回生回路(35)、放電回路(37)、放電制御部(38)、第1出力電圧検出回路(39)(検出部に相当)、圧縮機側制御部(40)(変換制御部に相当)、電流検出回路(41)、膨張機側制御部(43)(回生制御部、圧縮機側判断部、発電機側判断部に相当)、及び第2出力電圧検出回路(46)(検出部に相当)を備える。
第1出力電圧検出回路(39)及び第2出力電圧検出回路(46)は、共に電力回生回路(35)の出力電圧である直流電圧(Vdc)を検出する。第1出力電圧検出回路(39)の検出結果は、放電回路(37)の放電制御に用いられるだけではなく、膨張機側制御部(43)による圧縮機強制停止条件及び膨張機強制停止条件の各成否判断にも用いられる。第2出力電圧検出回路(46)の検出結果は、圧縮機側制御部(40)のみに出力され、圧縮機側制御部(40)による圧縮機強制停止条件の成否判断に用いられる。
圧縮機側制御部(40)は、上記実施形態1と同様、電力変換装置(30)のインバータ回路(33)を制御することで、圧縮機(11)を間接的に制御する。特に、本実施形態2に係る圧縮機側制御部(40)は、第2出力電圧検出回路(46)の検出結果に基づいて、圧縮機強制停止条件の成否の判断を行う。圧縮機強制停止条件が成立する場合、圧縮機側制御部(40)は、圧縮機(11)が停止するようにインバータ回路(33)を制御する。圧縮機強制停止条件が成立しない場合、圧縮機(11)は運転し続ける。
膨張機側制御部(43)は、上記実施形態1と同様、電力回生回路(35)を制御することで、発電機(16)及び膨張機(13)を間接的に制御する。特に、本実施形態2に係る膨張機側制御部(43)は、第1出力電圧検出回路(39)の検出結果に基づいて、圧縮機強制停止条件及び膨張機強制停止条件の各成否判断を行う。膨張機強制停止条件が成立する場合、膨張機側制御部(43)は、圧縮機(11)を停止させる旨の信号を圧縮機側制御部(40)に出力すると共に、発電機(16)を停止させるための制御を電力回生回路(35)に行う。圧縮機強制停止条件が成立する場合、膨張機側制御部(43)は、圧縮機(11)が発電機(16)よりも先に停止するように、圧縮機(11)を停止させる旨の信号を圧縮機側制御部(40)に先ずは出力し、その後に発電機(16)を停止させる制御を行う(図11,13参照)。
圧縮機強制停止条件及び膨張機強制停止条件は、停電の発生時、上記実施形態1と同様、圧縮機強制停止条件が膨張機強制停止条件よりも先に成立するように設定されている。
圧縮機(11)の停止後に発電機(16)を停止させるトリガとなる条件としては、上記実施形態1の(条件A)〜(条件D)に加え、更に(条件E)が挙げられる。なお、以下の(条件E)も、膨張機強制停止条件とは関連性のないものである。
(条件E)直流電圧(Vdc)が電圧下限第4閾値以下となった場合(図13)
図13は、圧縮機(11)の停止後に、直流電圧(Vdc)に基づいて発電機(16)が停止するタイミングを表すタイミングチャートである。(条件E)の電圧下限第4閾値は、圧縮機(11)の停止時の直流電圧(Vdc)よりも低い所定電圧値に相当する。
本実施形態2に係る運転制御装置(20)では、直流電圧(Vdc)を検出するための回路として、2つの出力電圧検出回路(39,46)が設けられている。膨張機側制御部(43)による圧縮機強制停止条件及び膨張機強制停止条件の各成否判断には、共通して第1出力電圧検出回路(39)の検出結果が用いられる。これにより、仮に2つの出力電圧検出回路(39,46)間で検出誤差や検出タイミングのずれ、第2出力電圧検出回路(46)の破損等が生じていても、確実に圧縮機(11)を発電機(16)よりも先に停止させることが可能となる。
よりも低い電圧下限第4閾値以下である場合に成立する。これにより、出力電圧(Vdc)により停電の発生が把握される。
―変形例1−
圧縮機強制停止条件及び膨張機強制停止条件の各成否判断は、膨張機側制御部(43)に代えて条件成否判断回路(45)が行っても良い。図14は、その一例を示す。
圧縮機側制御部(40)が行っていた第2出力電圧検出回路(46)の出力結果に基づく圧縮機強制停止条件の成否の判断は、圧縮機側制御部(40)に代えて条件成否判断回路(47)が行っても良い。図15は、その一例を示す。
上記実施形態1,2については、以下のような構成としてもよい。
11 圧縮機
13 膨張機
16 発電機
20 運転制御装置
33 インバータ回路(電力変換回路)
35 電力回生回路
37 放電回路
39 (第1)出力電圧検出回路(検出部)
40 圧縮機側制御部(変換制御部)
41 電流検出回路(検出部)
42 膨張機側過電流検出回路(発電機側判断部)
43 膨張機側制御部(回生制御部、圧縮機側判断部、発電機側判断部)
45 条件成否判断回路(圧縮機側判断部、発電機側判断部)
46 第2出力電圧検出回路(検出部)
100 冷凍装置
Claims (7)
- 冷媒回路(10)に配置された圧縮機(11)及び膨張機(13)と、上記膨張機(13)に連結された発電機(16)とを有する冷凍装置(100)において、上記発電機(16)の発電電力を上記圧縮機(11)の運転電力として回生する冷凍装置の運転制御装置であって、
直流を交流に変換し、電力を上記圧縮機(11)に供給する電力変換回路(33)と、
上記圧縮機(11)を強制的に停止させるための圧縮機強制停止条件の成否を判断する圧縮機側判断部(43,45)と、
上記圧縮機側判断部(43,45)の判断結果に基づいて上記電力変換回路(33)を制御する変換制御部(40)と、
上記発電機(16)の運転を制御すると共に上記発電電力を上記電力変換回路(33)に回生する電力回生回路(35)と、
上記発電機(16)の制御を強制的に停止させるための発電機強制停止条件の成否を判断する発電機側判断部(42,45,43)と、
上記発電機側判断部(42,45,43)の判断結果に基づいて上記電力回生回路(35)を制御する回生制御部(43)と、
上記発電電力を放電可能な放電回路(37)と、
を備え、
上記変換制御部(40)は、上記冷凍装置(100)に関する異常の発生時、上記圧縮機強制停止条件が上記発電機強制停止条件よりも先に成立するように設定されていることによって、上記発電機(16)より先に上記圧縮機(11)が停止するように上記電力変換回路(33)を制御し、
上記圧縮機(11)が停止してから上記発電機(16)が停止するまでの間、
上記回生制御部(43)は、上記発電機(16)が所定回転数以下で運転を継続するように上記電力回生回路(35)を制御し、
上記放電回路(37)は上記発電電力を放電し、
上記圧縮機強制停止条件は、上記発電機(16)に流れる電流(Im)が第1閾値以上である場合に成立し、
上記発電機強制停止条件は、上記発電機(16)に流れる電流(Im)が上記第1閾値よりも高い第2閾値以上である場合に成立する
ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。 - 冷媒回路(10)に配置された圧縮機(11)及び膨張機(13)と、上記膨張機(13)に連結された発電機(16)とを有する冷凍装置(100)において、上記発電機(16)の発電電力を上記圧縮機(11)の運転電力として回生する冷凍装置の運転制御装置であって、
直流を交流に変換し、電力を上記圧縮機(11)に供給する電力変換回路(33)と、
上記圧縮機(11)を強制的に停止させるための圧縮機強制停止条件の成否を判断する圧縮機側判断部(43,45)と、
上記圧縮機側判断部(43,45)の判断結果に基づいて上記電力変換回路(33)を制御する変換制御部(40)と、
上記発電機(16)の運転を制御すると共に上記発電電力を上記電力変換回路(33)に回生する電力回生回路(35)と、
上記発電機(16)の制御を強制的に停止させるための発電機強制停止条件の成否を判断する発電機側判断部(42,45,43)と、
上記発電機側判断部(42,45,43)の判断結果に基づいて上記電力回生回路(35)を制御する回生制御部(43)と、
上記発電電力を放電可能な放電回路(37)と、
を備え、
上記変換制御部(40)は、停電である上記冷凍装置(100)に関する異常の発生時、上記圧縮機強制停止条件が上記発電機強制停止条件よりも先に成立するように設定されていることによって、上記発電機(16)より先に上記圧縮機(11)が停止するように上記電力変換回路(33)を制御し、
上記圧縮機(11)が停止してから上記発電機(16)が停止するまでの間、
上記回生制御部(43)は、上記発電機(16)が所定回転数以下で運転を継続するように上記電力回生回路(35)を制御し、
上記放電回路(37)は上記発電電力を放電し、
上記圧縮機強制停止条件は、上記電力回生回路(35)の出力電圧(Vdc)が第3閾値以下である場合に成立し、
上記発電機強制停止条件は、上記電力回生回路(35)の出力電圧(Vdc)が上記第3閾値よりも低い第4閾値以下である場合に成立する
ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。 - 請求項1または請求項2において、
上記発電機(16)に流れる電流または上記電力回生回路(35)の出力電圧を検出する少なくとも1つの検出部(41,39,46)
を更に備え、
上記圧縮機強制停止条件の成否及び上記発電機強制停止条件の成否は、少なくとも1つの上記検出部(41,39,46)のうち同一の上記検出部(41,39)の検出結果に基づいて判断される
ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1つにおいて、
上記回生制御部(43)は、上記圧縮機(11)の停止後、上記膨張機(13)の冷媒流入口と冷媒流出口との間における圧力差が上記圧縮機(11)の停止時よりも低い差である所定差以下となった場合に、上記発電機(16)が停止するように上記電力回生回路(35)を制御する
ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つにおいて、
上記回生制御部(43)は、上記圧縮機(11)の停止後、上記発電機(16)に流れる電流(Im)が上記圧縮機(11)の停止時よりも低い電流である所定電流値以下となった場合、上記発電機(16)が停止するように上記電力回生回路(35)を制御する
ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1つにおいて、
上記冷凍装置(100)に関する異常が停電であって、
上記回生制御部(43)は、上記圧縮機(11)の停止後、上記電力回生回路(35)の出力電圧(Vdc)が上記圧縮機(11)の停止時よりも低い電圧である所定電圧値以下となった場合、上記発電機(16)が停止するように上記電力回生回路(35)を制御する
ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか1つにおいて、
上記回生制御部(43)は、上記圧縮機(11)の停止後、上記発電機(16)が回生運転から力行運転へと変化した場合、上記発電機(16)が停止するように上記電力回生回路(35)を制御する
ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。
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