JP2002322996A - 遠心圧縮機の運転制御方法及び運転制御装置 - Google Patents

遠心圧縮機の運転制御方法及び運転制御装置

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JP2002322996A JP2001129006A JP2001129006A JP2002322996A JP 2002322996 A JP2002322996 A JP 2002322996A JP 2001129006 A JP2001129006 A JP 2001129006A JP 2001129006 A JP2001129006 A JP 2001129006A JP 2002322996 A JP2002322996 A JP 2002322996A
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suction valve
driving
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Hideaki Origasa
秀明 折笠
Hiroshi Yamada
洋 山田
Hideto Nogiwa
日出人 野際
Atsushi Ito
篤志 伊藤
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Hitachi Ltd
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    • F25J2280/00—Control of the process or apparatus
    • F25J2280/10—Control for or during start-up and cooling down of the installation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動源の容量を大きくせずに冷凍サイクル等
に使用する遠心圧縮機の起動を可能にした遠心圧縮機の
運転制御方法を提供する。 【解決手段】 遠心圧縮機本体１の吸込み側に設けられ
た吸込み弁７の開度を絞った状態で遠心圧縮機本体１を
起動し、遠心圧縮機本体１の回転速度を検出する回転速
度検出手段２０ａが予め設定された回転速度を検出した
ら、開度調整手段２０ｂにより吸込み弁７を開放するよ
うにしたもので、予め吸込み弁７により絞られた流体を
遠心圧縮機本体１に吸込むことにより遠心圧縮機本体１
の駆動トルクが抑制されるため、駆動源５の容量を大き
くせずに遠心圧縮機本体１の起動が容易に行えると共
に、吸込み弁７を開放してさらに圧縮することにより、
流体を所定の圧力にまで確実に昇圧することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主として冷凍サイク
ルに使用する遠心圧縮機の運転制御方法及び運転制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来冷凍サイクルに使用されている遠心
圧縮機には、複数のグループよりなる遠心圧縮機を多段
に設けたものがあり、これらグループの遠心圧縮機を電
動機等の駆動源により回転駆動することにより、冷凍サ
イクルに使用する冷媒を多段に圧縮している。
【０００３】また冷媒にプロパン等を使用する冷凍サイ
クルにおいては、ノックアウトドラム内に蓄えられた冷
媒を遠心圧縮機に吸込んで、各グループの遠心圧縮機に
より多段に圧縮しており、通常遠心圧縮機に吸込まれる
冷媒の吸込み温度は約―３０°Ｃ、吸込み圧力は数ｂａ
ｒＡ程度であって、従来の冷凍サイクルでは、これらの
数値に応じて遠心圧縮機を駆動する駆動源の容量（出
力）を設定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし大気温が４０°
Ｃ以上にもなる熱帯地方等に設置された冷凍サイクルに
あっては、ノックアウトドラム内の冷媒が大気温により
飽和状態となって、遠心圧縮機に吸込まれる冷媒の吸込
み圧力が１５ｂａｒＡにもなるため、遠心圧縮機を起動
するのに定常時より数倍から数１０倍の駆動力が必要と
なり、通常の冷凍サイクルに使用されている駆動源では
遠心圧縮機を起動できないなどの問題がある。
【０００５】かかる問題を解決するには、遠心圧縮機の
起動時、ノックアウトドラムと遠心圧縮機の間に設けら
れた吸込み弁を絞ることにより、駆動源にかかる負荷を
低減するか、予め容量の大きい駆動源を設置すればよい
が、前者の方法では吸込み弁を絞り過ぎると、遠心圧縮
機の吸込み圧が低下して吐出圧が静定圧より大きくなら
ないため、冷凍サイクルがなかなか起動できないなどの
問題が発生し、後者の方法では定常運転時の約８倍の容
量の駆動源を必要とするため、コストが高くなる上、駆
動源を設置するのに多くのスペースを必要とするなどの
問題が生じる。
【０００６】このため従来では、遠心圧縮機の吐出側に
排出弁を設けて、冷凍サイクルの起動時この排出弁を開
放して冷媒の一部を大気に放出することにより、駆動源
の負荷を低減して冷凍サイクルを起動しているが、この
方法では、冷媒が無駄に消費されるため不経済であると
共に、冷媒により環境が汚染されるなどの問題もある。
【０００７】本発明はかかる従来の問題点を改善するた
めになされたもので、駆動源の容量を大きくせずに冷凍
サイクル等に使用する遠心圧縮機の起動を可能にした遠
心圧縮機の運転制御方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の遠心圧縮機の運転制御方法は、駆動源により多
段の遠心圧縮機本体を駆動して、流体を多段に圧縮する
遠心圧縮機の運転制御方法であって、遠心圧縮機本体の
吸込み側に設けられた吸込み弁の開度を絞った状態で遠
心圧縮機本体を起動し、遠心圧縮機本体の回転速度を検
出する回転速度検出手段が予め設定された回転速度を検
出したら、開度調整手段により吸込み弁を開放するよう
にしたものである。
【０００９】前記方法により、予め吸込み弁により絞ら
れた流体を遠心圧縮機に吸込むことにより遠心圧縮機本
体の駆動トルクが抑制されるため、駆動源による遠心圧
縮機本体の起動が容易に行えると共に、遠心圧縮機の回
転速度が予め設定された回転速度に達したら、吸込み弁
を開放してさらに圧縮することにより、流体を所定の圧
力にまで確実に昇圧することができるようになる。
【００１０】前記目的を達成するため遠心圧縮機の運転
制御方法は、駆動源により多段の遠心圧縮機本体を駆動
して、冷凍にサイクル使用する冷媒を多段に圧縮する遠
心圧縮機の運転制御方法であって、冷媒を収容したノッ
クアウトドラムと遠心圧縮機本体の吸込み側の間に設け
られた吸込み弁の開度を絞った状態で遠心圧縮機本体を
起動し、遠心圧縮機本体の回転速度を検出する回転速度
検出手段が予め設定された回転速度を検出したら、開度
調整手段により吸込み弁を開放するようにしたものであ
る。
【００１１】前記方法により、予め吸込み弁により絞ら
れた冷媒を遠心圧縮機に吸込むことにより遠心圧縮機本
体の駆動トルクが抑制されるため、駆動源による遠心圧
縮機本体の起動が容易に行えると共に、遠心圧縮機の回
転速度が予め設定された回転速度に達したら、吸込み弁
を開放してさらに圧縮することにより、冷媒を所定の圧
力にまで昇圧することができ、これによって熱帯地方等
に設置された冷凍サイクルであっても、駆動源の容量を
大きくせずに冷凍サイクルの起動が可能となるため、冷
凍サイクルのコスト削減や、駆動源を設置するスペース
の削減が図れるようなる。また冷媒を大気に放出して冷
凍サイクルを起動する必要がないため、冷媒が無駄に消
費されることがない上、冷媒により環境が汚染される心
配もない。
【００１２】前記目的を達成するため遠心圧縮機の運転
制御装置は、駆動源により多段の遠心圧縮機本体を駆動
して、流体を多段に圧縮する遠心圧縮機の運転制御装置
であって、遠心圧縮機本体の吸込み側に設けられた吸込
み弁と、吸込み弁の開度を絞った状態で遠心圧縮機本体
を起動する手段と、遠心圧縮機本体の回転速度を検出す
る回転速度検出手段と、回転速度検出手段が予め設定さ
れた回転速度を検出したら、吸込み弁を開放す開度調整
手段とより構成したものである。
【００１３】前記構成により予め吸込み弁により絞られ
た流体を遠心圧縮機に吸込むことにより遠心圧縮機本体
の駆動トルクが抑制されるため、駆動源による遠心圧縮
機本体の起動が容易に行えると共に、遠心圧縮機の回転
速度が予め設定された回転速度に達したら、吸込み弁を
開放してさらに圧縮することにより、流体を所定の圧力
にまで確実に昇圧することができるようになる。、
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１ないし
図４に示す図面を参照して詳述する。図１はプロパンを
冷媒とする冷凍サイクルに使用する多段の遠心圧縮機を
示すもので、遠心圧縮機本体１は、複数例えば第１、第
２、第３グループよりなる多段の遠心圧縮機２，３，４
より構成されており、電動機よりなる駆動源５により減
速機６を介して回転駆動されるようになっていると共
に、各グループの遠心圧縮機２，３，４の吸込み側は、
それぞれ吸込み弁７，８，９を介してノックアウトドラ
ム１０，１１，１２に接続されている。
【００１５】第１グループの遠心圧縮機２の定常運転時
の吸込み圧力は約３ｂａｒＡ、静定時の圧力は約１５ｂ
ａｒＡとなっていて、吸込み側が吸込み弁７を介してノ
ックアウトドラム１０に接続されており、ノッアウトド
ラム１０内に蓄えられた冷媒を吸入して、圧縮するよう
になっている。
【００１６】第１グループの遠心圧縮機２で圧縮された
冷媒は、第２グループの遠心圧縮機３及び第３グループ
の遠心圧縮機４により多段に圧縮されて、第３グループ
の遠心圧縮機４より管路１２Ａへ吐出された後、管路１
２Ａにより図示しない冷凍サイクルへ送られて、冷凍サ
イクルの冷却に供せられると共に、冷凍サイクルの冷却
に供せられた冷媒は、図示しない管路を経てノックアウ
トドラム１０へ戻されて液分が除去された後、再び第１
遠心圧縮機２へ吸入されるようになっている。
【００１７】一方第３グループの遠心圧縮機４より吐出
された冷媒の一部は、管路１２Ａより分岐された分岐管
路１３によりサージ防止回路１４へ送られ、第１ないし
第３グループの遠心圧縮機２，３，４がサージを起こす
のを防止するようになっている。サージ防止回路１４
は、各ノックアウトドラム１０，１１，１２毎に設けら
れたアンチサージ弁１５，１６，１７を有していて、分
岐管路１３よりアンチサージ弁１５に達した冷媒は、第
１グループの遠心圧縮機２の吸込み側に接続されたノッ
アウトドラム１０へ送られ、ノッアウトドラム１０によ
り冷媒中の液分が除去されるようになっている。
【００１８】また分岐管路１３よりアンチサージ弁１６
に達した冷媒は、エコノマイザ１８により冷却された
後、第２グループの遠心圧縮機３の吸込み側に接続され
たノッアウトドラム１１へ送られ、ノッアウトドラム１
１により冷媒中の液分が除去されると共に、分岐管路１
３よりアンチサージ弁１７に達した冷媒は、エコノマイ
ザ１９により冷却された後、第３グループの遠心圧縮機
４の吸込み側に接続されたノッアウトドラム１２へ送ら
れ、ノッアウトドラム１２により冷媒中の液分が除去さ
れるようになっている。
【００１９】一方遠心圧縮機本体１は、大気温が４０°
Ｃ以上の高温となる例えば熱帯地方等に設置された冷凍
サイクルに使用される場合でも、駆動源５の容量を大き
くせずに冷凍サイクルが起動できるよう、運転制御手段
２０により運転が制御されている。運転制御手段２０
は、駆動源５を起動してから予め設定された回転速度に
達するまで、遠心圧縮機本体１の駆動トルク（負荷）が
駆動源５の出力トルクを超えないよう、ノックアウトド
ラム１０と第１遠心圧縮機２の間に設けられた吸込み弁
７の開度を制御するもので、例えば遠心圧縮機本体１の
回転数や加速度より回転速度を検出する回転速度検出手
段２０ａと、回転速度検出手段２０ａが検出した回転速
度が予め設定された回転速度に達した時点で、吸込み弁
７の開度を制御する開度調整手段２０ｂより構成されて
いる。
【００２０】次に冷凍サイクルに使用する遠心圧縮機の
運転制御方法を説明する。熱帯地方のように大気温が４
０°Ｃ以上になる場所に設置された冷凍サイクルにおい
ては、大気温によりノックアウトドラム１０内の冷媒が
飽和状態になっていて、第１遠心圧縮機２に吸込まれる
冷媒の吸込み圧が１５ｂａｒＡにも達しており、定常運
転時に遠心圧縮機本体１を駆動できるように出力が設定
された駆動源５では、次の理由で冷凍サイクルの起動が
困難となる。
【００２１】図５は従来の冷凍サイクルに設けられた遠
心圧縮機の駆動トルク曲線と、遠心圧縮機を駆動する駆
動源の出力トルク曲線を、そして図６は遠心圧縮機の回
転速度と静定圧力の関係を示すもので、図６に示すよう
に遠心圧縮機に吸込まれる冷媒の吸込み圧力が１５ｂａ
ｒＡ以上と高い場合でも、計算上は遠心圧縮機の回転速
度が定常回転速度に達した時点で静定圧力は１５，６ｂ
ａｒＡを超えるため、冷凍サイクルを起動することは可
能である。
【００２２】しかし図５に示すように遠心圧縮機の起動
時には、駆動源の出力トルクａが遠心圧縮機の駆動トル
クｂよりも大きいため、遠心圧縮機を駆動することがで
きるが、遠心圧縮機の回転速度が定常回転速度の６０％
を超える当たりから、遠心圧縮機の駆動トルクｂが駆動
源の出力トルクａより大きくなってしまうため、駆動源
により遠心圧縮機が駆動できなくなり、その結果冷凍サ
イクルを起動できない。
【００２３】そこで本発明の実施の形態では、冷凍サイ
クルの起動時にはノックアウトドラム１０と第１グルー
プの遠心圧縮機２の間に設けられた吸込み弁７の開度
を、遠心圧縮機本体１の回転速度が定常回転速度の６０
％を超えても遠心圧縮機本体１の駆動が可能な開度まで
絞っておき、遠心圧縮機本体１の回転速度が定常回転速
度の例えば７０％に達したときに除々に開放するか、全
開となるよう吸込み弁７を次のように制御している。
【００２４】すなわち遠心圧縮機本体１の起動時には、
予め設定した開度に吸込み弁７を絞って駆動源５により
遠心圧縮機本体１の駆動を開始する。このとき図２に示
すように、駆動源５の出力トルクａが遠心圧縮機本体１
の駆動トルクｂより大きいため、駆動源５により遠心圧
縮機本体１の駆動が開始されて、遠心圧縮機本体１に吸
込まれた冷媒は、第１グループないし第３グループの遠
心圧縮機２，３，４により多段に圧縮されながら図３に
示すように昇圧される。
【００２５】その後遠心圧縮機本体１の回転数や加速度
より回転速度を検出する回転速度検出手段２０ａが定常
回転速度の７０％を超えたのを検出すると、開度調整手
段２０ｂが吸込み弁７の開度を除々に開放し、もしくは
全開にする。これによって図２に示すように回転速度の
どの時点においても、遠心圧縮機本体１のトルクが駆動
源５の駆動トルクを超えることがないため、遠心圧縮機
本体１の駆動が困難になることがないと共に、遠心圧縮
機本体１の回転速度が１００％になったところで、遠心
圧縮機本体１より吐出される冷媒の吐出圧力が静定圧力
の例えば１５，６ｂａｒＡを超えているため、冷凍サイ
クルの起動が可能になる。
【００２６】なお図４は回転速度検出手段２０ａの変形
例を示すもので、駆動源５により遠心圧縮機本体１を駆
動する際の回転速度の上昇は、時間にほぼ比例すること
から、この変形例では遠心圧縮機本体１の駆動開始と同
時にタイマ２０ｃにより経過時間を計測し、予め設定し
た時間をタイマ２０ｃが計測したところで、開度調整手
段２０ｂにより吸込み弁７を全開にすることにより遠心
圧縮機本体１の起動を可能にしたもので、前述した遠心
圧縮機本体１の回転数や加速度より回転速度を検出する
実施の形態と同様な作用効果が得られるようになる。ま
た前記実施の形態では、冷凍サイクルに使用する遠心圧
縮機の運転制御方法について説明したが、冷凍サイクル
以外に使用するの遠心圧縮機にも適用できると共に、駆
動源には電動機の他に、ガスタービンや蒸気タービン等
を使用してもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明は以上詳述したように、遠心圧縮
機本体の吸込み側に設けられた吸込み弁の開度を絞った
状態で遠心圧縮機本体を起動し、遠心圧縮機本体の回転
速度を検出する回転速度検出手段が予め設定された回転
速度を検出したら、開度調整手段により吸込み弁を開放
するようにしたことから、予め吸込み弁により絞られた
流体を遠心圧縮機に吸込むことにより遠心圧縮機本体の
駆動トルクが抑制されるため、駆動源による遠心圧縮機
本体の起動が容易に行えると共に、遠心圧縮機の回転速
度が予め設定された回転速度に達したら、吸込み弁を開
放してさらに圧縮することにより、流体を所定の圧力に
まで確実に昇圧することができるようになる。
【００２８】また駆動源により多段の遠心圧縮機本体を
駆動して、冷媒を収容したノックアウトドラムと遠心圧
縮機本体の吸込み側の間に設けられた吸込み弁の開度を
絞った状態で遠心圧縮機本体を起動し、遠心圧縮機本体
の回転速度を検出する回転速度検出手段が予め設定され
た回転速度を検出したら、開度調整手段により吸込み弁
を開放するようにしたことにより、予め吸込み弁により
絞られた冷媒を遠心圧縮機に吸込むことにより遠心圧縮
機本体の駆動トルクが抑制されるため、駆動源による遠
心圧縮機本体の起動が容易に行えると共に、遠心圧縮機
の回転速度が予め設定された回転速度に達したら、吸込
み弁を開放してさらに圧縮することにより、冷媒を所定
の圧力にまで昇圧することができ、これによって熱帯地
方等に設置された冷凍サイクルであっても、駆動源の容
量を大きくせずに冷凍サイクルの起動が可能となるた
め、冷凍サイクルのコスト削減や、駆動源を設置するス
ペースの削減が図れるようなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態になる運転制御方法により
制御する遠心圧縮機の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態になる遠心圧縮機の運転制
御方法により得られた遠心圧縮機と駆動源のトルク特性
を示す線図である。
【図３】本発明の実施の形態になる遠心圧縮機の運転制
御方法により得られた各グループの遠心圧縮機の静定圧
力特性を示す線図である。
【図４】本発明の他の実施の形態になる運転制御方法に
より制御する遠心圧縮機の回路図である。
【図５】従来の遠心圧縮機と駆動源のトルク特性を示す
線図である。
【図６】従来の遠心圧縮機の静定圧力特性を示す線図で
ある。
【符号の説明】
１ 遠心圧縮機本体 ２ 第１グループの遠心圧縮機 ３ 第２グループの遠心圧縮 ４ 第３グループの遠心圧縮 ５ 駆動源 ７ 吸込み弁 １０ ノックアウトドラム ２０ａ 回転速度検出手段 ２０ｂ 開度調整手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野際 日出人 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所産業機械システム事業部内 (72)発明者 伊藤 篤志 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所産業機械システム事業部内 Ｆターム(参考） 3H021 AA02 BA03 BA06 CA04 DA10 EA14 EA15

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動源により多段の遠心圧縮機本体を駆
    動して、流体を多段に圧縮する遠心圧縮機の運転制御方
    法であって、前記遠心圧縮機本体の吸込み側に設けられ
    た吸込み弁の開度を絞った状態で前記遠心圧縮機本体を
    起動し、前記遠心圧縮機本体の回転速度を検出する回転
    速度検出手段が予め設定された回転速度を検出したら、
    開度調整手段により前記吸込み弁を開放することを特徴
    とする遠心圧縮機の運転制御方法。
  2. 【請求項２】 駆動源により多段の遠心圧縮機本体を駆
    動して、冷凍サイクルに使用する冷媒を多段に圧縮する
    遠心圧縮機の運転制御方法であって、前記冷媒を収容し
    たノックアウトドラムと遠心圧縮機本体の吸込み側の間
    に設けられた吸込み弁の開度を絞った状態で前記遠心圧
    縮機本体を起動し、前記遠心圧縮機本体の回転速度を検
    出する回転速度検出手段が予め設定された回転速度を検
    出したら、開度調整手段により前記吸込み弁を開放する
    ことを特徴とする遠心圧縮機の運転制御方法。
  3. 【請求項３】 前記遠心圧縮機の回転数より前記遠心圧
    縮機本体の回転速度を検出してなる請求項１または２に
    記載の遠心圧縮機の運転制御方法。
  4. 【請求項４】 前記遠心圧縮機の加速度より前記遠心圧
    縮機本体の回転速度を検出してなる請求項１または２に
    記載の遠心圧縮機の運転制御方法。
  5. 【請求項５】 前記遠心圧縮機の起動開始後の経過時間
    により前記遠心圧縮機本体の回転速度を検出してなる請
    求項１または２に記載の遠心圧縮機の運転制御方法。
  6. 【請求項６】 前記駆動源の回転速度より、前記遠心圧
    縮機本体の回転速度を検出してなる請求項１または２に
    記載の遠心圧縮機の運転制御方法。
  7. 【請求項７】 駆動源により多段の遠心圧縮機本体を駆
    動して、流体を多段に圧縮する遠心圧縮機の運転制御装
    置であって、前記遠心圧縮機本体の吸込み側に設けられ
    た吸込み弁と、前記吸込み弁の開度を絞った状態で前記
    遠心圧縮機本体を起動する手段と、前記遠心圧縮機本体
    の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速
    度検出手段が予め設定された回転速度を検出したら、前
    記吸込み弁を開放す開度調整手段とを具備したことを特
    徴とする遠心圧縮機の運転制御装置。
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