CN100339663C - 涡轮制冷机及其压缩机以及它的控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种涡轮制冷机的压缩机，其在各运转状态下能稳定且高效运转。通过利用反映根据制冷机输出热量的风量的流量变数和反映根据蒸发器压力与冷凝器压力的压力头的压力变数所表示的图的基础上，具备表示旋转失速的旋转失速线的空气动力特性图，而且获得从现在运转状态的压力变数和空气动力特性图的旋转失速线而得到最小转速，把在最小转速获得部得到的最小转速以上的转速向变频器进行指示。

Description

涡轮制冷机及其压缩机以及它的控制方法

技术领域

本发明涉及避开湍振运转的涡轮制冷机及其压缩机以及它的控制方法。

背景技术

一般地，离心压缩机等的涡轮压缩机在高压力头且低风量的情况下，旋转失速进而产生湍振。

作为这种离心压缩机的控制方法，知道的有预先得到离心压缩机的吸入温度与避开湍振的最小转速之间的关系，根据此来控制离心压缩机的转速的方法(例如参照特开平1-200095号公报(4页右下栏～5页右上栏，图1和图2))。

但涡轮压缩机在涡轮制冷机中使用时，涡轮压缩机随制冷能力的变动动作点受到大的影响。下面对冷水输出的情况进行表示。例如设置在涡轮制冷机蒸发器上的冷水获得装置的冷水入口温度变化时，为了使设定的冷水出口温度保持恒定而制冷能力变动。当制冷能力变动时，则随之高压侧的冷凝器压力和冷凝器温度也变动。这时如所述特开平1-200095号公报记载的现有技术那样，仅根据压缩机的入口温度来控制压缩机转速就不能正确掌握涡轮压缩机的动作点，不能使其在避开旋转失速的稳定区域运转。

因此，现有涡轮制冷机的压缩机转速控制，是在规定的压力比(压力头)所有的容量范围内以不产生旋转失速的转速进行运转。

但在部分负载运转时的转速，其比能避开旋转失速的最小转速高，浪费地消耗了能量。

发明内容

本发明是鉴于上述问题点而开发的，其目的在于提供一种涡轮制冷机及其压缩机以及它的控制方法，其能在各种运转状态下稳定且高效地运转。

本发明为了解决所述课题，采用下面的方法。

本发明涡轮制冷机的压缩机包括：变频驱动电动机，其通过变频器进行驱动控制转速；涡轮压缩部，其由该变频驱动电动机驱动旋转而压缩吸入的制冷剂；转速控制装置，其根据向所述变频器送去的控制信号控制所述涡轮压缩部的转速，其特征在于，所述转速控制装置在由第一参数和第二参数所表示的图上，具备表示旋转失速的旋转失速线的空气动力特性图，所述第一参数是反映根据制冷机输出热量的风量，所述第二参数是反映根据蒸发器压力和冷凝器压力以及输出热量的压力头，而且其具有：最小转速获得部，其根据现在运转状态的所述第二参数和所述空气动力特性图的所述旋转失速线得到最小转速；转速指示部，其向所述变频器指示由该最小转速获得部得到的最小转速以上的转速。

反映压力头的第二参数成为一定的直线与旋转失速线的交点表示不旋转失速的稳定状态的第一参数的最小值。第一参数反映风量，所以第一参数的最小值就意味是压缩机的最小转速。如果以该最小转速以上的转速运转压缩机，则压缩机就经常以稳定状态运转。

第一参数是根据输出热量，第二参数是根据蒸发器压力和冷凝器压力以及输出热量而整理的，所以能掌握与涡轮制冷机的运转条件严密对应的压缩机的运转状态。因此，能决定压缩机现在运转状态的最合适的最小转速。

在此，所说的制冷机输出热量是指，例如是冷水输出时是蒸发器的制冷能力，是热水输出时是冷凝器的放热量。

本发明涡轮制冷机的压缩机，其所述输出热力，在冷水输出时是根据从冷凝器取出冷水的冷水获得装置的冷水出口温度算出的，在热水输出时是根据从蒸发器取出热水的热水获得装置的热水出口温度算出的，所述转速控制装置具备：设定值最小转速获得部，其根据有设定值的设定冷水出口温度或设定热水出口温度，获得从所述空气动力特性图的所述旋转失速线得到的设定值最小转速；现在值最小转速获得部，其根据现在的冷水出口温度或设定热水出口温度，从所述空气动力特性图的所述旋转失速线得到能得到的现在值最小转速，所述转速指示部把所述设定值最小转速和所述现在值最小转速之中，把等于或大于其中高的一方的转速的指示转速向所述变频器进行指示。

得到根据设定值冷水出口温度的设定值最小转速，用不低于该转速的转速运转压缩机，所以能把压缩机在不旋转失速进而产生湍振的稳定区域进行运转。

得到根据冷水出口温度的现在值最小转速，把该现在值最小转速与所述设定值最小转速进行比较，由于采用超过其中高转速的转速，所以即使冷水出口温度的设定值与现在值有偏离，也能使压缩机不在旋转失速(湍振)的区域运转。

例如现在值冷水出口温度比设定值冷水出口温度高的情况下，更低温度的设定值冷水出口温度则要求大风量，所以比起现在值最小转速来设定值最小转速高。这时通过转速控制装置的转速指示部把高转速的设定值最小转速以上的转速向变频器进行指示，所以使其在稳定区域进行运转的同时，还控制冷水出口温度从现在值向设定值下降。这样来控制冷水出口温度向设定值收敛。

另一方面，在冷水出口温度的现在值比设定值低的情况下，有压力头不足而在不稳定区域运转的倾向。这时为了把不足压力头进行恢复，把更高转速的现在值最小转速以上的转速向变频器进行指示，实现在稳定区域的运转。这样来控制成为在稳定区域的运转。

根据以上所述，冷水出口温度的现在值即使从设定值偏离，也能使压缩机在不旋转失速进而产生湍振的稳定区域运转，而且能使压缩机以需要最小限度的转速，无浪费地进行运转。

本发明涡轮制冷机的压缩机具备调整向所述涡轮压缩部流入的制冷剂流量的入口阀，所述空气动力特性图是表示所述入口阀的开启度是最大开启度时数据的最大开启度时图，所述转速控制装置具备：运转状态判断部，其对照所述最大开启度时图进行判断，该判断的内容是现在的运转状态是在没产生旋转失速的稳定区域内，还是在产生了旋转失速的不稳定区域内；阀开启度依赖最小转速获得部，其通过修正从所述最大开启度时图得到的最小转速来得到现在阀开启度的阀开启度依赖最小转速，所述转速指示部在所述运转状态判断部判断现在的运转状态是在稳定区域时，把所述设定值最小转速和所述现在值最小转速之中，把等于或大于其中高的一方的转速的指示转速向所述变频器进行指示，在所述运转状态判断部判断现在的运转状态是在不稳定区域时，把由所述阀开启度依赖最小转速获得部得到的阀开启度依赖最小转速向所述变频器进行指示。

由于设置运转状态判断部，该运转状态判断部通过最大开启度时图判断压缩机的运转状态在阀开启度最大时是在稳定区域还是在不稳定区域，所以现在的入口阀开启度即使是在最大开启度以下时，也只要参照最大开启度时图进行控制，就能维持稳定区域不变地把阀开启度打开到最大开启度。

现在的运转状态在最大开启度时图上是位于稳定区域时，通过转速指示部把设定值最小转速和现在值最小转速之中，把等于或大于其中高的一方的转速的指示转速向所述变频器进行指示，所以能维持运转状态在稳定区域不变地以需要的最小转速实现最大的阀开启度。

现在的运转状态在最大开启度时图上是位于不稳定区域时，通过转速指示部把阀开启度依赖最小转速向变频器进行指示，所以使压缩机经常在稳定区域内运转。

如上所述，无论现在的压缩机运转状态在最大入口阀开启度时的图上是在稳定区域还是在不稳定区域，都能在不产生旋转失速的不降低最小转速的情况下进行运转，所以能把入口阀开启度尽可能地打开到最大开启度。这样，能把从现在值到最大值的入口阀开启度范围作为冷水出口温度的最终温度调节用而进行使用。

由于能根据各运转状态来指令最大阀开启度，所以能以由入口阀在低开启度时产生的流动阻力所引起的损失最少的高效率进行运转。

根据本发明，能提供具备所述涡轮制冷机压缩机的涡轮制冷机。

本发明的涡轮制冷机具备膨胀阀开启度控制装置，其控制设置在所述冷凝器与所述蒸发器间的膨胀阀的开启度，该膨胀阀开启度控制装置在制冷剂的音速从液相时到气液两相时降低的比例减少的音速降低迁移区域控制膨胀阀。

我们知道沿管路流动的流体的流速是把流体的音速设定为上限。制冷剂的音速有从液相时到气液两相时降低的特点。在气液两相制冷剂的流动状态液相部分的比例降低时，音速显著降低，然后存在其降低比例减少的音速降低迁移区域。本发明由于在该音速降低迁移区域控制了膨胀阀，所以通过膨胀阀的开启度调节能稳定调节制冷剂的量。

相反地，如现有技术在谋求维持膨胀阀上流侧液柱的液位控制中用液相控制膨胀阀时，存储在位于膨胀阀上流侧(冷凝器内)的制冷剂的液面高。当制冷剂的液面高时，则产生需要向冷凝器施加用于仅把高出部分的液体制冷剂向膨胀阀压入的压力，其结果是使冷凝器压力上升，需要多余的压缩机动力。在制冷剂进入气液两相的初期阶段，由于音速急剧下降，所以膨胀阀的控制不稳定。

而在进入气液两相，在进一步超过了音速降低迁移区域的区域，多成为气相在蒸发器内流动，相应地，对制冷能力不起作用的泄漏制冷剂气体变多，能量损失变大。

音速降低迁移区域在制冷剂设定为是R134a时，气相对流过膨胀阀的制冷剂整个重量的重量百分率是0.2～1.0，最好是0.4左右。

本发明涡轮制冷机的压缩机的控制方法，其涡轮制冷机的压缩机包括：变频驱动电动机，其通过变频器进行驱动控制转速；涡轮压缩部，其由该变频驱动电动机驱动旋转而压缩吸入的制冷剂，其根据所述变频器送来的控制信号控制所述涡轮压缩部的转速，其特征在于，所述转速控制装置在由第一参数和第二参数所表示的图上，使用表示旋转失速的旋转失速线的空气动力特性图，所述第一参数是反映根据制冷机输出热量的风量，所述第二参数是反映根据蒸发器压力和冷凝器压力以及输出热量的压力头，获得根据现在运转状态的所述第二参数和所述空气动力特性图的所述旋转失速线而得到最小转速，把由该最小转速获得部得到的最小转速以上的转速向所述变频器进行指示。

本发明涡轮制冷机的压缩机及其控制方法有下面的效果。

由于获得从现在运转状态的第二参数和空气动力特性图的旋转失速线而得到的最小转速，所以能把根据现在运转状态的最大阀开启度进行指示，能减少由入口阀在低开启度时产生的流动阻力所引起的损失，能进行有效的运转。因此能谋求扩大部分负载运转时的制冷机运转的范围。

由于使用了利用根据蒸发器的冷冻能力的第一参数和根据蒸发器压力和冷凝器压力以及冷冻能力的第二参数而整理的空气动力特性图，所以能掌握与涡轮制冷机的运转条件严密对应的压缩机的运转状态。因此，能决定压缩机现在运转状态的最合适的最小转速，实现高效率运转。

由于具备在音速降低迁移区域控制膨胀阀的膨胀阀开启度控制装置，所以能稳定调节在制冷循环系统内流动的制冷剂的量。而且是在制冷剂进入了气液两相的区域进行控制，所以与在液相进行控制的情况相比能降低冷凝器中液体制冷剂的液面高度，因此通过抑制冷凝压力而能节省无效的压缩工作。

附图说明

图1是表示具备本发明一实施例压缩机的涡轮制冷机的概略结构图；

图2是表示本发明控制装置的方块图；

图3是表示本发明空气动力特性图的图；

图4是表示旋转失速线的压力变数Ω与马赫数关系的图；

图5是表示旋转失速线的流量变数θ与马赫数关系的图；

图6是表示流量系数ψd与压力系数μ关系的图；

图7是表示旋转失速线的压力变数Ω与流量变数θ关系的图；

图8是表示对制冷剂(R134a)相变化状态的音速变化的图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的一实施例。

图1表示的是涡轮制冷机1的概略结构图。

涡轮制冷机1包括：离心压缩机(以下叫作“压缩机”)3、把由该压缩机3压缩的高压气体制冷剂进行冷凝的冷凝器5、使在该冷凝器5中冷凝的高压液体制冷剂膨胀的膨胀阀7和使通过该膨胀阀7而膨胀了的低压液体制冷剂蒸发的蒸发器9。

压缩机3具备由电动机11驱动旋转的离心叶轮(涡轮压缩部)。在压缩机3的制冷剂入口处设置有调节制冷剂流量用的入口阀13。该入口阀13的开启度由控制装置15控制。

来自电源19的输入频率通过变频器17而被改变，这样来控制电动机11的转速。从变频器17向电动机11送去的指示频率，通过设置在控制装置15内的转速控制部(转速控制装置)15a进行改变。

冷凝器5设置有测量冷凝器5内制冷剂压力Pc的压力传感器21。该压力传感器21的输出向控制装置15输入。冷凝器21设置有与冷凝器21内的制冷剂进行热交换而得到热水的热水获得装置21a。在该热水获得装置21a的热水出口设置有热水出口温度传感器21b。热水出口温度传感器21b的输出向控制装置15输入。

膨胀阀7通过设置在控制装置15内的膨胀阀开启度控制部15b(膨胀阀开启度控制装置)而控制其开启度。

在冷凝器5与蒸发器9间设置有HGBP配管(热气体旁路配管)23。冷凝器5内的高压制冷剂气体通过该HGBP配管23向蒸发器9流动。在HGBP配管23上设置有HGBP阀。通过调整该HGBP阀25的开启度来调整HGBP配管23内流动的制冷剂流量，确保向低制冷能力时的压缩机3吸入的制冷剂气体流量。

蒸发器9设置有测量蒸发器9内制冷剂压力Pe的压力传感器27。该压力传感器27的输出向控制装置15输入。

蒸发器9设置有为了从蒸发器9得到冷热用的冷水入口、出口喷嘴(冷水获得装置)30。蒸发器9具备内部有冷水流通的传热管30a。该传热管30a的一部分设置在蒸发器9内，这样，在其内部流通的冷水被冷却。

在蒸发器9上流侧的传热管30a上，设置有测量向蒸发器9内流入的冷水流量qc用的流量计32，和测量向蒸发器9内流入的冷水入口温度T0的冷水入口温度传感器34。在蒸发器9下流侧的冷水出口喷嘴上，设置有测量从蒸发器9流出冷水的出口温度T1的冷水出口温度传感器36。所述流量计32、冷水入口温度传感器34、和冷水出口温度传感器36的输出向控制装置15输入。

控制装置15的转速控制部15a根据涡轮制冷机1各部的状态量(压力、温度等)，把对应电动机11的指示转速的指示频率向变频器17送去。

控制装置15的膨胀阀开启度控制部15b根据涡轮制冷机1各部的状态量(压力、温度等)，指示膨胀阀7的开启度。

当然，控制装置15除此之外还控制入口阀13的开启度、HGBP阀25的开启度等。

下面用图2说明在控制装置15的转速控制部15a内进行的指示转速的演算。

在控制装置15中作为内部设定值40，其存储有：叶轮的外径D、电动机11与叶轮间设置的增速机的齿轮比、电源频率(50Hz或60Hz)、制冷剂物理特性值(热函、比重、饱和温度和饱和压力等)和冷水的比重、比热这些数据。

涡轮制冷机1的制冷能力Q，根据流经蒸发器9的冷水的入口温度T0与出口温度T1以及冷水流量qc得到。具体说就是如下式(1)那样，将冷水的出入口温度差(T0-T1)乘以冷水流量qc和冷水比热Cw，来得到制冷能力Q。

Q＝(T0-T1)×qc×Cw               (1)

根据该制冷能力Q和压缩机11出入口的制冷剂气体热函差Δh，通过下式(2)，能得到制冷剂流量G(重量流量)。

G＝k×Q/Δh                      (2)

在此，k是常数。

另外，根据从制冷剂流量G变换成了体积流量的制冷剂流量Qv、叶轮的外径D、蒸发器9的压力Pe算出的饱和温度Te的音速a，通过下式(3)，能得到流量变数(第一参数)θ。该流量变数是根据压缩机3吸入风量的无因次项的数。

θ＝Q/(a×D²)                    (3)

这样，流量变数θ是从制冷能力Q和蒸发器压力Pe得到的，在能得到与叶轮的周速无关的这一点上来看，与后述的流量系数ψd不同。

压力变数(第二参数)Ω是根据压缩机3压力头的无因次项的数，其根据冷凝器压力Pc、蒸发器压力Pe与从蒸发器压力Pe算出的饱和温度Te而得到的制冷剂气体热函差Δh、从蒸发器9的压力Pe算出的饱和温度Te的音速a，能通过下式(4)得到。

Ω＝Δh/a²                       (4)

这样，压力变数Ω就从冷凝器压力Pc和蒸发器压力Pe得到，在能得到与叶轮的周速无关的这一点上来看，与后述的压力系数μ不同。

根据以上的流量变数θ和压力变数Ω，如下面说明的那样就能推定压缩机3的现在运转状态。

控制装置15的转速控制部15a具备压缩机3的空气动力特性图42。该空气动力特性图42是预先周密进行压缩机3的运转试验，在流量变数θ相对压力变数Ω的图上把压缩机3产生旋转失速的旋转失速线L进行表示。例如得到如图3所示的空气动力特性图42。该空气动力特性图42中，在旋转失速线L下侧的区域设定为不产生旋转失速和湍振的稳定区域S，在旋转失速线L上侧的区域设定为产生旋转失速和湍振的不稳定区域NS。本实施例中该空气动力特性图42是入口阀13的开启度是最大开启度即100％(最大开启度时图)的空气动力特性图。而且该图42中表示同一机械马赫数等的机械马赫数线M有多个，随着向上方，机械马赫数变大。

转速控制部15a根据由蒸发器9得到的设定冷水出口温度Tset，而经常保持得到该设定冷水温度Tset的设定值最小转速Nfixf。

具体说就是饱和温度Te变化，使用对应于设定冷水出口温度Tset的额定制冷剂蒸发温度TeO，从式(4)求出额定压力变数Ωset。

根据该额定压力变数Ωset，根据从空气动力特性图42的旋转失速线L得到的函数，能得到设定值最小转速Nfixf。即压力变数Ω恒定的线与空气动力特性图42的旋转失速线L相交的点表示由于得到该压力变数Ω的最小机械马赫数。因此，从该最小机械马赫数能得到压缩机3的设定值最小转速Nfixf。所述函数成为如图4所示的形状，该图把旋转失速线L上的马赫数对压力变数Ω进行表示。

转速控制部15a在得到所述设定值最小转速Nfixf的内部演算之外，还具备运转状态判断部43，其参照空气动力特性图42，根据从涡轮制冷机1的现在状态得到的流量变数θ和压力变数Ω，判断是位于空气动力特性图42上的稳定区域S内还是在不稳定区域NS内。把在稳定区域S内的情况与在不稳定区域NS内的情况分开，来决定现在值最小转速Nfix。

涡轮制冷机1的现在状态由运转状态判断部43判断为是在稳定区域S内时，如下所述地决定现在值最小转速Nfix。

参照阀开启度100％的空气动力特性图42，是在稳定区域S内，这意味能把转速进一步下降到旋转失速线L。在这种考虑下，根据现在的流量变数θ和压力变数Ω，在阀开启度100％的空气动力特性图42上得到现在值最小转速Nfix。

首先，从现在的流量变数θ得到维持现在流量变数θ用的最高转速Nmax。如从图3了解到，该最高转速Nmax由θ恒定的直线与旋转失速线L的交点是最高机械马赫数而得到。根据该旋转失速线L上的机械马赫数和流量变数θ得到的函数表示在图5。

另一方面，从现在的压力变数Ω得到维持现在压力变数Ω用的最小转速Nmin。如从图3了解到，该最小转速Nmin由Ω恒定的直线与旋转失速线L的交点是最低机械马赫数而得到。根据该旋转失速线L上的机械马赫数和压力变数Ω得到的函数表示在所述图4。

把以上得到的最高转速Nmax与最小转速Nmin的平均值设定为初期设定的Nfix。根据该初期设定值进行以下所示的反复计算，来提高现在值最小转速Nfix的精度。

使用初期设定的Nfix，得到叶轮的周速u，根据该周速u从下式算出叶轮的机械马赫数m、第一压力系数μ和流量系数ψd。

u＝π×D×Nfix

m＝u/a

μ＝gH/u²

ψd＝G/((π/4)×D²×u)

在此，D是叶轮的外径，H是隔热压力头，G是吸入制冷剂的体积流量。该第一压力系数μ意味现在压缩机的压力系数。

另一方面，参照从压缩机的空气动力特性得到图6所示的数据，使用算出的流量系数ψd和机械马赫数m，求出第二压力系数μ′。该图所示的数据是另外通过试验得到的，其表示叶片单体所示的性能。因此，该图的数据在设计叶片时使用，在该数据所示的线上运转压缩机效率最好。因此，从该图得到的第二压力系数μ′在视作叶片单体时，可以说是效率最好的压力系数。

为了把以上求得的第一压力系数μ和第二压力系数μ′的差的部分缩小，适当改变初期设定的现在值最小转速Nfix，并反复进行计算，这样来决定最终的现在值最小转速Nfix。即把表示现在压力系数的第一压力系数μ与作为叶片单体的性能最理想的压力系数，即第二压力系数μ′一致地来决定现在值最小转速Nfix。

这样，由于是取得压力系数μ的整合性地决定的Nfix，所以压缩机以与作为叶片的性能理想的压力系数即第二压力系数μ′极为接近的状态进行运转，能实现高效运转。

然后，把最终决定的现在值最小转速Nfix与根据设定冷水出口温度得到的设定值最小转速Nfixf进行比较，把其中大的转速设定为最终的指示转速。

选择大的转速的理由是，即使冷水出口温度的设定值Tset与现在值T1有偏离，压缩机也不在旋转失速(湍振)区域运转。

例如现在值冷水出口温度T1比冷水出口温度的设定值Tset高时，更低温度的冷水出口温度的设定值Tset要求大风量，所以设定值最小转速Nfixf就比现在值最小转速Nfix高。这时，通过设置在控制装置15的转速控制部15a中的转速指示部48，把高转速的设定值最小转速Nfixf以上的转速向变频器17进行指示，所以使其在稳定区域S运转的同时，把冷水出口温度从现在值T1向设定值Tset下降地进行控制。这样把冷水出口温度向设定值收敛地进行控制。

而当冷水出口温度的现在值T1比设定值Tset低时，压力头不足，有成为在不稳定区域运转的倾向。这时为了恢复不足的压力头，把高转速的现在值最小转速Nfix以上的转速通过转速指示部48向变频器进行指示。这样，以恢复不足压力头地现在值最小转速Nfix以上的转速进行运转，所以实现了在稳定区域运转。

涡轮制冷机1的现在状态由运转状态判断部判断为是在不稳定区域NS内时，如下所述地决定最小转速Nfix。

该状态仅表示了阀开启度100％的空气动力特性图42上的状态，而在阀开启度100％以下的现在的运转状态是不产生湍振地在动作。但维持原状态把阀开启度上升到100％时，则一定引起旋转失速进而产生湍振。算出假设把阀开启度上升到100％也不产生湍振的最小转速(阀开启度依赖最小转速)，不低于该最小转速进行运转。

首先，通过表示空气动力特性图42的旋转失速线L上相对压力变数Ω的流量变数θ的函数，求出现在压力变数Ω的最小流量变数θmin(参照图7)。

把从现在冷水出口温度T1算出的流量变数θ用最小流量变数θmin除，算出风量节流比k1。

k1＝θ/θmin

利用该风量节流比k1得到转速修正系数k2。转速修正系数k2是为了得到为维持现在风量而下降转速，并且即使把阀开启度上升到100％时也不陷入不稳定区域的最小转速，而修正阀开启度100％最小转速的系数。该转速修正系数k2与风量节流比k1的关系，是另外从节流入口阀13的试验结果得到的。

用该转速修正系数k2，根据图4所示的函数，通过修正从压力变数Ω得到的最小转速，决定最小转速Nfix。

下面说明控制装置15的膨胀阀开启度控制部15b。

首先说明流经膨胀阀7的制冷剂的状态。流经膨胀阀7的制冷剂在膨胀阀7被节流时升速到音速，向蒸发器9侧流去。这时制冷剂的音速不仅随制冷剂是液相还是气相而变化，而且在气液两相的情况下也有大的变化。图8表示该状态。图中横轴表示气相相对全重量的重量百分比，纵轴表示音速(m/s)。该图是表示把制冷剂设定为是R134a(常温25℃)时的音速。如从该图了解到，液相时音速最大(502m/s)，但进入到气液两相区域就显著降低。下降稳定到一定的音速(约70m/s)后在接近气相时，音速上升，成为气相时的音速(144m/s)。

如从该图还了解到，在气液两相区域在音速显著急剧下降后，存在该音速的下降比例减小的音速降低迁移区域S。该音速降低迁移区域S在R134a的情况下是0.2～1.0wt％。

本实施例的膨胀阀开启度控制部15b在音速降低迁移区域S内控制膨胀阀7。

具体说就是，涡轮制冷机1发货前在工厂进行涡轮制冷机1试运转，在制冷机的运转范围使膨胀阀7在音速降低迁移区域S进行运转，这样来调整膨胀阀开启度控制部15b的控制程序。

即从膨胀阀7前后的压力(冷凝器压力和蒸发器压力)与制冷剂流量的关系预先得到膨胀阀7的Cv值。这样预先得到在音速降低迁移区域S运转的Cv值的范围。为了把与在音速降低迁移区域S内运转的Cv值对应的开启度指令值进行输出，调整算出膨胀阀开启度控制部15b指令值的控制程序。

被这样调整过的膨胀阀开启度控制部15b，指令与希望的冷凝器压力Pc、蒸发器压力Pe和制冷剂流量G对应的阀开启度(Cv值)。该指令值由于调整成在音速降低迁移区域S内运转的阀开启度，所以其是经常是在音速降低迁移区域S内运转。阀开启度控制成气相的重量百分率是0.2～1.0，最好是0.4。

使用以上的控制装置15，涡轮制冷机1如下所述地进行运转。

启动时，以输入设定的升速比例升速到规格转速。启动开始后经过规定时间后，把入口阀13变成最小开启度，把膨胀阀7的开启度设定成临时固定(例如70％左右)。

升速到规格转速结束，则开始HGBP阀25、入口阀13的控制。

然后经过规定时间，开始膨胀阀7的控制。然后通过控制装置15开始转速控制。

控制装置15根据冷水出口温度Tset，经常保持设定值最小转速Nfixf。

另一方面，控制装置15根据涡轮制冷机现在的蒸发器压力Pe、现在的冷凝器压力Pc和现在的冷水出口温度T1，来演算现在值最小转速Nfix。

控制装置15在设定值最小转速Nfixf和现在值最小转速Nfix中选择任意一个大的转速，把对应于该转速的指示频率向变频器17指令。

控制装置15通过膨胀阀开启度控制部15b，把对应于希望的冷凝器压力Pc、蒸发器压力Pe和制冷剂流量G的阀开启度(Cv值)进行指令。

这样，本实施例的涡轮制冷机1，使用反映制冷能力Q的空气动力特性图42就掌握了压缩机的现在运转状态，所以能进行与涡轮制冷机1的运转条件严格对应的运转。

由于是根据空气动力特性图42的旋转失速线L决定的最小转速，所以能使压缩机经常在稳定状态下运转。

由于决定的是现在运转状态的最小转速，所以能实现最大的阀开启度，入口阀13不产生随无效流动阻力的增大引起的压力损失。

由于实现了最大阀开启度，所以能进行低噪音的运转。

由膨胀阀开启度控制部15b指示的阀开启度，是设定在音速变化的比例比较小的音速降低迁移区域S内运转的，所以能稳定地控制制冷剂流量。而且是在气液两相区域进行运转，所以与在液相运转的情况相比，能把冷凝器的制冷剂液面高度尽可能地降低，能抑制冷凝压力的上升。这样能把压缩机的动力损失抑制而降低。

设定冷水出口温度Tset并不限定于被固定，其也可以能任意改变设定。这时，被改变设定的设定冷水出口温度Tset则成为由控制装置15发送的结构。

对冷水输出的情况进行了说明，但热水输出的情况也是一样，根据热水获得装置21a的热水出口温度传感器21b的输出进行控制。

Claims (6)

1、一种涡轮制冷机的压缩机，其特征在于，其包括：变频驱动电动机，其通过变频器进行驱动控制转速；涡轮压缩部，其由该变频驱动电动机驱动旋转而压缩吸入的制冷剂；转速控制装置，其根据送入所述变频器的控制信号控制所述涡轮压缩部的转速，其特征在于，

所述转速控制装置在由第一参数和第二参数所表示的图上，具备表示旋转失速的旋转失速线的空气动力特性图，所述第一参数是反映根据制冷机输出热量的风量，所述第二参数是反映根据蒸发器压力和冷凝器压力以及输出热量的压力头，并且还具有：

最小转速获得部，其获得从现在运转状态的所述第二参数和所述空气动力特性图的所述旋转失速线得到的最小转速；

转速指示部，其向所述变频器指示在该最小转速获得部中得到的最小转速以上的转速。

2、如权利要求1所述的涡轮制冷机的压缩机，其特征在于，所述输出热量，在冷水输出时是根据从蒸发器取出冷水的冷水获得装置的冷水出口温度算出的，在热水输出时是根据从冷凝器取出热水的热水获得装置的热水出口温度算出的，

所述转速控制装置具备：

设定值最小转速获得部，其根据成为设定值的设定冷水出口温度或设定热水出口温度来获得从所述空气动力特性图的所述旋转失速线得到的设定值最小转速；

现在值最小转速获得部，其根据现在的冷水出口温度或设定热水出口温度，获得从所述空气动力特性图的所述旋转失速线得到的现在值最小转速，

所述转速指示部在所述设定值最小转速和所述现在值最小转速之中，把等于或大于其中高的一方的转速的指示转速向所述变频器进行指示。

3、如权利要求1或2所述的涡轮制冷机的压缩机，其特征在于，其具备调整向所述涡轮压缩部流入的制冷剂流量用的入口阀，

所述空气动力特性图是表示所述入口阀的开启度是最大开启度时的数据的最大开启度时图，

所述转速控制装置具备：运转状态判断部，其对照所述最大开启度时图判断现在的运转状态是在没产生旋转失速的稳定区域内，还是在产生旋转失速的不稳定区域内；

阀开启度依赖最小转速获得部，其通过修正从所述最大开启度时图得到的最小转速来得到现在阀开启度的阀开启度依赖最小转速，

所述转速指示部在所述运转状态判断部判断现在的运转状态是在稳定区域时，在所述设定值最小转速和所述现在值最小转速之中，把等于或大于其中高的一方的转速的指示转速向所述变频器进行指示，

在所述运转状态判断部判断现在的运转状态是在不稳定区域时，把由所述阀开启度依赖最小转速获得部得到的阀开启度依赖最小转速向所述变频器进行指示。

4、一种涡轮制冷机，其特征在于，其具备权利要求1或2所述的涡轮制冷机的压缩机。

5、如权利要求4所述的涡轮制冷机，其特征在于，其具备膨胀阀开启度控制装置，用于控制设置在所述冷凝器与所述蒸发器间的膨胀阀的开启度，该膨胀阀开启度控制装置在制冷剂的音速从液相时到气液两相时减少降低比率的音速降低迁移区域对膨胀阀进行控制。

6、一种涡轮制冷机的压缩机的控制方法，其涡轮制冷机的压缩机包括：变频驱动电动机，其通过变频器进行驱动控制转速；涡轮压缩部，其由该变频驱动电动机驱动旋转而压缩吸入的制冷剂，其根据送入所述变频器的控制信号控制所述涡轮压缩部的转速，其特征在于，

所述转速控制装置在由第一参数和第二参数所表示的图上，具备表示旋转失速的旋转失速线的空气动力特性图，所述第一参数是反映根据蒸发器的冷冻能力的风量，所述第二参数是反映根据蒸发器压力和冷凝器压力的压力头，

得到从现在运转状态的所述第二参数和所述空气动力特性图的所述旋转失速线而得到最小转速，

把由该最小转速获得部得到的最小转速以上的转速向所述变频器进行指示。

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