CN103994595A - 涡轮制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的涡轮制冷机，具备：从冷凝器侧向电动机（11）供给制冷剂的制冷剂供给配管（5BP）、控制在制冷剂供给配管中流动的制冷剂流量的控制阀（12）、对与蒸发器（3）内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度进行测量的温度传感器（T1）、对与蒸发器（3）内的制冷剂进行热交换后的冷水的出口温度进行测量的温度传感器（T2）、以及对控制阀（12）的开度进行控制的控制装置（10），控制装置（10）根据蒸发器的冷水入口温度与冷水出口温度的温度差、和在蒸发器（3）中流动的冷水的流量来计算制冷能力，并基于计算出的制冷能力来控制控制阀（12）的开度，由此控制向电动机（11）供给的制冷剂流量。

Description

涡轮制冷机

技术领域

本发明涉及涡轮制冷机，特别是涉及将制冷剂的一部分从制冷循环导入到驱动涡轮压缩机的电动机，来冷却电动机的方式的涡轮制冷机。

背景技术

以往，制冷空调装置等所利用的涡轮制冷机由封入有制冷剂的密闭系统构成，且构成为：将从冷水（被冷却流体）夺取热量以使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果的蒸发器、对由上述蒸发器蒸发的制冷剂气体进行压缩以使其成为高压制冷剂气体的压缩机、用冷却水（冷却流体）对高压制冷剂气体进行冷却以使其冷凝的冷凝器、以及对上述冷凝后的制冷剂进行减压以使其膨胀的膨胀阀（膨胀机构）通过制冷剂配管连结。

涡轮制冷机所使用的涡轮压缩机，大多情况下采用电动机与压缩机一起以密闭状态收纳于分开型的壳体的半密闭型压缩机。在该半密闭型压缩机中，大多情况下是将制冷循环中的冷凝制冷剂（液态制冷剂）导入电动机内部，利用制冷剂的蒸发潜热来对由电动机的损失产生的发热进行冷却。在该情况下，从冷凝器向电动机输送制冷剂的驱动源为冷凝器与电动机（蒸发器）的压力差。即，输送至电动机的制冷剂量依赖于制冷机的运转状态，即冷凝器与蒸发器的压力差（也能够表现为冷却水与冷水的温度差）。因此供给至电动机的制冷剂量成为“超出”。若将冷却制冷剂超出必要量地供给至电动机，则来自冷凝器的液态制冷剂的大部分被疏通至蒸发器，从而在压缩机吸入风量不充裕的情况下，导致制冷能力降低。另外，即便在压缩机吸入风量充裕的情况下，也消耗多余的压缩动力，结果可能成为制冷机的效率降低的原因。

在采用节能器循环的情况下，疏通的液态制冷剂仅为节能器效果的部分，因而制冷效果降低。

图4是表示过量供给至电动机的液态制冷剂返回至蒸发器的情况下节能器效果降低部分的莫里尔线图。如图4所示，在过量供给至电动机的液态制冷剂返回至蒸发器的情况下，由节能器实现的制冷效果会损失由图4的斜线部分表示的部分，从而导致制冷能力降低。

专利文献1：日本特开昭57-95152号公报

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种涡轮制冷机，通过使作为驱动涡轮压缩机的电动机的冷却用制冷剂，从制冷循环供给至电动机的制冷剂的制冷剂量最佳化，由此能够对电动机适当地进行冷却而不会过量或不足，从而能够防止制冷机的效率降低。

为了实现上述目的，本发明的第一方式的涡轮制冷机，具备：从冷水夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用叶轮来压缩制冷剂的涡轮压缩机、驱动涡轮压缩机的电动机、以及用冷却水对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：从冷凝器侧分支的配管亦即从冷凝器侧向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；设置于所述制冷剂供给配管，对在该制冷剂供给配管中流动的制冷剂流量进行控制的控制阀；对与蒸发器内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度进行测量的单元；对与蒸发器内的制冷剂进行热交换后的冷水的出口温度进行测量的单元；以及控制所述控制阀的开度的控制装置，所述控制装置根据所述蒸发器的冷水入口温度与冷水出口温度的温度差、和在所述蒸发器中流动的冷水的流量来计算制冷能力，并基于计算出的制冷能力来控制所述控制阀的开度，由此对向所述电动机供给的制冷剂流量进行控制。

根据本发明，在涡轮制冷机运转过程中，测量蒸发器的冷水入口温度，并且测量蒸发器的冷水出口温度。上述测量信号依次发送至控制装置，并在控制装置中对冷水出入口的温度差进行运算。在控制装置中，通过将这样获得的温度差与在蒸发器中流动的冷水流量相乘，由此计算制冷能力。此时，在冷水流量为额定流量（固定流量）的情况下，虽不需要进行测量，但在冷水流量为变流量的情况下，利用流量测量单元进行测量而获得冷水流量。根据如上计算出的制冷能力来决定用于对电动机进行冷却所需的冷凝制冷剂（液态制冷剂）的制冷剂量，因此对控制阀的开度进行控制，从而控制从冷凝器侧经由制冷剂供给配管而向电动机供给的冷凝制冷剂的流量。这样，以与电动机的发热量相称的方式使供给至电动机的冷凝制冷剂的制冷剂量最佳化，由此能够对电动机适当地进行冷却而不会过量或不足。结束对电动机的冷却的气体制冷剂，经由回送配管而回送至蒸发器。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，具备对在所述蒸发器中流动的冷水的流量进行测量的单元。

根据本发明，在蒸发器中流动的冷水流量为变流量的情况下，用流量测量单元进行测量而获得冷水流量。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，具备对所述蒸发器的冷水入口压力与冷水出口压力的压力差进行测量的单元，所述控制装置根据所述压力差而对在所述蒸发器中流动的冷水的流量进行运算。

根据本发明，在蒸发器的冷水入口配管与冷水出口配管之间设置差压计，来测量由蒸发器产生的冷水压力损失，并根据蒸发器的冷水压力损失而对在蒸发器中流动的冷水流量进行运算。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，所述涡轮压缩机由多级涡轮压缩机构成，所述涡轮制冷机具备向多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体的节能器。

根据本发明，能够构建将由节能器分离的制冷剂气体导入到多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分的节能器循环，因此附加有由节能器实现的制冷效果部分，因此能够增加该部分的制冷效果、实现高效率化。而且，在节能器循环中，为了对电动机进行冷却而被供给的液态制冷剂不会过量，因此不会发生液态制冷剂返回到蒸发器的事态。因此能够抑制节能器效果的降低或使之为零，从而能够实现改善制冷机的效率。

本发明的第二方式的涡轮制冷机，具备：从冷水夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用叶轮来压缩制冷剂的涡轮压缩机、驱动涡轮压缩机的电动机、以及用冷却水对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：从冷凝器侧分支的配管亦即从冷凝器侧向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；设置于所述制冷剂供给配管，对在该制冷剂供给配管中流动的制冷剂流量进行控制的控制阀；对与冷凝器内的制冷剂进行热交换的冷却水的入口温度进行测量的单元；对与冷凝器内的制冷剂进行热交换后的冷却水的出口温度进行测量的单元；以及控制所述控制阀的开度的控制装置，所述控制装置根据所述冷凝器的冷却水入口温度与冷却水出口温度的温度差、和在所述冷凝器中流动的冷却水的流量来计算冷却水冷却能力，并基于计算出的冷却水冷却能力来控制所述控制阀的开度，由此对向所述电动机供给的制冷剂流量进行控制。

根据本发明，在涡轮制冷机运转过程中，测量冷凝器的冷却水入口温度，并且测量冷凝器的冷却水出口温度。上述测量信号依次发送至控制装置，并在控制装置中对冷却水出入口的温度差进行运算。在控制装置中，通过将这样获得的温度差与在冷凝器中流动的冷却水流量相乘，由此计算冷却水冷却能力。此时，在冷却水流量为额定流量（固定流量）的情况下，虽不需要测量，但在冷却水流量为变流量的情况下，利用流量测量单元进行测量而获得冷却水流量。根据如上计算出的冷却水冷却能力来决定用于对电动机进行冷却所需的冷凝制冷剂（液态制冷剂）的制冷剂量，因此对控制阀的开度进行控制，从而控制从冷凝器侧经由制冷剂供给配管而向电动机供给的冷凝制冷剂的流量。这样，以与电动机的发热量相称的方式使供给至电动机的冷凝制冷剂的制冷剂量最佳化，由此能够对电动机适当地进行冷却而不会过量或不足。结束对电动机的冷却的气体制冷剂，经由回送配管而回送至蒸发器。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，具备对在所述冷凝器中流动的冷却水的流量进行测量的单元。

根据本发明，在冷凝器中流动的冷却水流量为变流量的情况下，用流量测量单元进行测量而获得冷却水流量。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，具备对所述冷凝器的冷却水入口压力与冷却水出口压力的压力差进行测量的单元，所述控制装置根据所述压力差而对在所述冷凝器中流动的冷却水的流量进行运算。

根据本发明，在冷凝器的冷却水入口配管与冷却水出口配管之间设置差压计，来测量由冷凝器产生的冷却水压力损失，从而根据冷凝器的冷却水压力损失而对在冷凝器中流动的冷却水流量进行运算。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，所述涡轮压缩机由多级涡轮压缩机构成，所述涡轮制冷机具备向多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体的节能器。

根据本发明，能够构建将由节能器分离的制冷剂气体导入到多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分的节能器循环，因此附加有由节能器实现的制冷效果部分，因此能够增加该部分的制冷效果、实现高效率化。而且，在节能器循环中，为了对电动机进行冷却而被供给的液态制冷剂不会过量，因此不会发生液态制冷剂返回到蒸发器的事态。因此能够抑制节能器效果的降低或使之为零，从而能够实现改善制冷机的效率。

本发明起到以下列举的效果。

（1）通过使作为驱动涡轮压缩机的电动机的冷却用制冷剂，从制冷循环供给至电动机的制冷剂的制冷剂量最佳化，由此能够对电动机适当地进行冷却而不会过量或不足，从而能够防止制冷机的效率降低。

（2）在具备节能器的节能器循环中，为了对电动机进行冷却而被供给的液态制冷剂不会过量，因此不会发生液态制冷剂返回到蒸发器的事态。因此能够抑制节能器效果的降低或使之为零，从而能够实现改善制冷机的效率。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。

图2是表示制冷能力与电动式控制阀的开度之间的关系的曲线图。

图3是表示本发明所涉及的涡轮制冷机的第二实施方式的示意图。

图4是表示过量供给至电动机的液态制冷剂返回到蒸发器的情况下节能器效果降低部分的莫里尔线图。

附图标记说明：1…涡轮压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…节能器；5…制冷剂配管；5BP…制冷剂供给配管；6…电动式控制阀；8…流路；10…控制装置；11…电动机；11c…外壳；12…控制阀；FC、FE…流量传感器；ΔPc、ΔPe…差压计；T1、T2…温度传感器。

具体实施方式

以下，参照图1～图3对本发明所涉及的涡轮制冷机的实施方式进行说明。在图1～图3中，对相同或相当的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。

图1是表示本发明所涉及的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。如图1所示，涡轮制冷机具备：压缩制冷剂的涡轮压缩机1、用冷却水（冷却流体）对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器2、从冷水（被冷却流体）夺取热量而使冷媒蒸发来发挥制冷效果的蒸发器3、以及配置在冷凝器2与蒸发器3之间的中间冷却器亦即节能器4，将上述各设备通过供制冷剂循环的制冷剂配管5连结而构成。

在图1所示的实施方式中，涡轮压缩机1由多级涡轮压缩机构成，并由电动机11驱动。涡轮压缩机1是电动机11与压缩机一起以密闭状态收纳于分开型的外壳的半密闭型涡轮压缩机。涡轮压缩机1通过流路8而与节能器4连接，从而将由节能器4所分离的制冷剂气体导入到涡轮压缩机1的多级压缩级（在该例中为两级）的中间部分（在该例中为第一级与第二级之间的部分）。

在如图1所示构成的涡轮制冷机的制冷循环中，制冷剂在涡轮压缩机1、冷凝器2、蒸发器3以及节能器4中循环，利用由蒸发器3获得的冷热源来制造冷水并与负荷对应，被取入到制冷循环内的来自蒸发器3的热量以及相当于从电动机11供给的涡轮压缩机1的功的热量，被释放到供给至冷凝器2的冷却水。另一方面，由节能器4分离的制冷剂气体被导入到涡轮压缩机1的多级压缩级的中间部分，与来自第一级压缩机的制冷剂气体合流并被第二级压缩机压缩。通过两级压缩单级节能器循环而附加有由节能器4实现的制冷效果部分，因此能够增加该部分的制冷效果，与不设置节能器4的情况相比，能够实现制冷效果的高效率化。

如图1所示，以从连接冷凝器2与节能器4的制冷剂配管5分支的方式设置有将制冷剂从冷凝器侧导入到电动机11的制冷剂供给配管5BP。制冷剂供给配管5BP与电动机11的外壳11c连接，从而将由冷凝器2冷凝后的制冷剂导入到电动机11的外壳11c内。而且，在制冷剂供给配管5BP设置有电动式控制阀12，通过对控制阀12的开度进行控制，由此能够控制制冷剂的流量。控制阀12与控制装置10连接。导入到电动机11的外壳11c内的制冷剂，在外壳11c内流动的期间蒸发，从而利用此时的蒸发潜热来夺取电动机11的热量以便对电动机11进行冷却。冷却电动机11后的制冷剂气体返回至蒸发器3。

如图1所示，在蒸发器3设置有测量冷水入口温度的温度传感器T1、和测量冷水出口温度的温度传感器T2。即，通过温度传感器T1来测量与蒸发器3内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度，并通过温度传感器T2来测量与蒸发器3内的制冷剂进行热交换后的冷水的出口温度。温度传感器T1和温度传感器T2分别连接于控制装置10。由此在控制装置10中，能够根据冷水入口温度与冷水出口温度的温度差、以及额定（固定）的冷水流量来计算制冷能力Qe。在蒸发器3中流动的冷水流量为变流量的情况下，如图1所示，通过在冷水出口配管设置测量冷水流量的流量传感器FE，由此将冷水入口温度与冷水出口温度的温度差、和由流量传感器FE测量出的冷水流量相乘，由此能够计算制冷能力Qe。

此外，如图1所示，也可以在冷水入口配管与冷水出口配管之间设置差压计ΔPe，来测量由蒸发器3产生的冷水压力损失，从而根据蒸发器3的冷水压力损失来推算在蒸发器3中流动的冷水流量，通过将冷水入口温度与冷水出口温度的温度差与推算出的冷水流量相乘，来计算制冷能力Qe。

接下来，对如图1所示构成的涡轮制冷机的作用进行说明。

在涡轮制冷机运转过程中，由温度传感器T1测量冷水入口温度，并且由温度传感器T2测量冷水出口温度。上述测量信号依次发送至控制装置10，并在控制装置10中对冷水出入口的温度差进行运算。在控制装置10中，通过将这样获得的温度差与在蒸发器3中流动的冷水流量相乘，由此计算制冷能力Qe。此时，在冷水流量为额定流量（固定流量）的情况下虽不需要测量，但在冷水流量为变流量的情况下，由流量传感器FE进行测量来获得冷水流量。根据这样计算出的制冷能力Qe来决定用于对电动机11进行冷却所需的冷凝制冷剂（液态制冷剂）的制冷剂量，因此控制电动式控制阀12的开度，从而控制从冷凝器侧经由制冷剂供给配管5BF而向电动机11供给的冷凝制冷剂的流量。

图2是表示制冷能力Qe与电动式控制阀12的开度的关系的曲线图。预先求出图2所示的制冷能力Qe与电动式控制阀12的开度的关系，并预先使之表格化，由此若计算出制冷能力Qe，则能够立即决定电动式控制阀12的开度。

这样，以与电动机11的发热量相称的方式使向电动机11供给的冷凝制冷剂的制冷剂量最佳化，由此能够对电动机11适当地进行冷却而不会过量或不足。结束对电动机11的冷却的气体制冷剂经由回送配管（未图示）而被回送至蒸发器3。

图3是表示本发明所涉及的涡轮制冷机的第二实施方式的示意图。如图3所示，在本实施方式中，各种传感器设置于冷凝器2。其他结构与图1所示的涡轮制冷机相同。即，在冷凝器2设置有测量冷却水入口温度的温度传感器T1、和测量冷却水出口温度的温度传感器T2。温度传感器T1和T2分别与控制装置10连接。由此，在控制装置10中，能够根据冷却水入口温度与冷却水出口温度的温度差、和额定（固定）的冷却水流量来计算冷却水冷却能力Qc。在冷凝器2中流动的冷却水流量为变流量的情况下，如图3所示，通过在冷却水出口配管设置测量冷却水流量的流量传感器FC，由此将冷却水入口温度与冷却水出口温度的温度差、和由流量传感器FC测量出的冷却水流量相乘，由此能够计算冷却水冷却能力Qc。

此外，如图3所示，也可以在冷却水入口配管与冷却水出口配管之间设置差压计ΔPc，来测量由冷凝器2产生的冷却水压力损失，从而根据冷凝器2的冷却水压力损失来推算在冷凝器2中流动的冷却水流量，通过将冷却水入口温度与冷却水出口温度的温度差与推算出的冷却水流量相乘，来计算冷却水冷却能力Qc。

根据这样计算出的冷却水冷却能力Qc来决定用于对电动机11进行冷却所需的冷凝制冷剂（液态制冷剂）的制冷剂量，因此控制电动式控制阀12的开度，从而控制从冷凝器侧经由制冷剂供给配管5BP而向电动机11供给的冷凝制冷剂的流量。此外，冷却水冷却能力Qc与电动式控制阀12的开度的关系，与图2同样地预先求出并预先使之表格化。

在图1～图3所示的实施方式中，虽对使用了节能器循环的涡轮制冷机进行了说明，但对于不设置节能器的类型的涡轮制冷机而言，只要以从连接冷凝器2与蒸发器3的制冷剂配管分支的方式设置将制冷剂从冷凝器侧导入到电动机11的制冷剂供给配管5BP，并在制冷剂供给管5BP设置电动式控制阀12即可。由此通过控制电动式控制阀12的开度而使从冷凝器侧供给至电动机11的制冷剂的流量最佳化，从而能够对电动机11适当地进行冷却而不会过量或不足。

至此，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在其技术思想的范围内，当然也可以通过各种不同的方式来实施。

Claims (8)

1.一种涡轮制冷机，具备：从冷水夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用叶轮来压缩制冷剂的涡轮压缩机、驱动涡轮压缩机的电动机、以及用冷却水对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：

从冷凝器侧分支的配管亦即从冷凝器侧向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；

设置于所述制冷剂供给配管，对在该制冷剂供给配管中流动的制冷剂流量进行控制的控制阀；

对与蒸发器内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度进行测量的单元；

对与蒸发器内的制冷剂进行热交换后的冷水的出口温度进行测量的单元；以及

控制所述控制阀的开度的控制装置，

所述控制装置根据所述蒸发器的冷水入口温度与冷水出口温度的温度差、和在所述蒸发器中流动的冷水的流量来计算制冷能力，并基于计算出的制冷能力来控制所述控制阀的开度，由此对向所述电动机供给的制冷剂流量进行控制。

2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

具备对在所述蒸发器中流动的冷水的流量进行测量的单元。

3.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

具备对所述蒸发器的冷水入口压力与冷水出口压力的压力差进行测量的单元，

所述控制装置根据所述压力差而对在所述蒸发器中流动的冷水的流量进行运算。

4.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮压缩机由多级涡轮压缩机构成，所述涡轮制冷机具备向多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体的节能器。

5.一种涡轮制冷机，具备：从冷水夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用叶轮来压缩制冷剂的涡轮压缩机、驱动涡轮压缩机的电动机、以及用冷却水对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：

从冷凝器侧分支的配管亦即从冷凝器侧向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；

设置于所述制冷剂供给配管，对在该制冷剂供给配管中流动的制冷剂流量进行控制的控制阀；

对与冷凝器内的制冷剂进行热交换的冷却水的入口温度进行测量的单元；

对与冷凝器内的制冷剂进行热交换后的冷却水的出口温度进行测量的单元；以及

控制所述控制阀的开度的控制装置，

所述控制装置根据所述冷凝器的冷却水入口温度与冷却水出口温度的温度差、和在所述冷凝器中流动的冷却水的流量来计算冷却水冷却能力，并基于计算出的冷却水冷却能力来控制所述控制阀的开度，由此对向所述电动机供给的制冷剂流量进行控制。

6.根据权利要求5所述的涡轮制冷机，其特征在于，

具备对在所述冷凝器中流动的冷却水的流量进行测量的单元。

7.根据权利要求5所述的涡轮制冷机，其特征在于，

具备对所述冷凝器的冷却水入口压力与冷却水出口压力的压力差进行测量的单元，

所述控制装置根据所述压力差而对在所述冷凝器中流动的冷却水的流量进行运算。

8.根据权利要求5所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮压缩机由多级涡轮压缩机构成，所述涡轮制冷机具备向多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体的节能器。