JP2004218893A - 複数段ターボ冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水入口温度が低く、蒸発圧力が低下する場合においても安定した運転を可能とする複数段ターボ冷凍機を提供する。
【解決手段】圧縮機１、蒸発器２、凝縮器３、中間冷却器４、圧縮機３のインレットガイドベーン５により容量制御する複数段ターボ冷凍機において、前記凝縮器３の冷却水入口側に設けられた温度検出１６によりインレットガイドベーン５を最大開度に制御し、ベーン開度一定において前記圧縮機中間段吸込みと中間冷却器の間に設けた電動弁９、凝縮器３と中間冷却器４の間にある膨張オリフィス１３をバイパスする配管に設けた電動弁１０、前記蒸発器、凝縮器バイパスに設けた電動弁１１の開度を制御する制御装置を備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ冷凍機に係り、特に、容量制御、低冷却水運転における安定した運転を実現する複数段ターボ冷凍機に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、田段圧縮ターボ冷凍機では、特開平１１−３４４２６５号公報の従来技術で述べられているように、凝縮器、中間冷却器の冷媒液面をフロートを使用して感知することにより、凝縮器、中間冷却器冷媒液面が一定量以上になるとフロート弁が開、一定量未満になるとフロート弁が閉となることにより、凝縮器から中間冷却器、中間冷却器から蒸発器、圧縮機に到る循環冷媒量を制御してきた。
【０００３】
また同公報には、蒸発器、凝縮器、中間冷却器のそれぞれに圧力計を設け、各圧力計の検出値を用いて、凝縮器と中間冷却器を結ぶ配管、中間冷却器と圧縮器を結ぶ配管、中間冷却器と蒸発器を結ぶ配管のそれぞれに設けた電磁弁の開度を制御することで、運転モードが変化しても中間冷却器が最適な中間圧力を得ることが記載されている。
【０００４】
また、特開２０００−３１０４５２号公報には、蒸発器、凝縮器、ターボ圧縮機、このターボ圧縮機の入口に設けられたインレットガイドベーンにより容量制御を行うターボ冷凍機において、前記凝縮器の冷却水入口側に設けられた温度検出手段とこの温度検出手段の検出する冷却水の温度信号に応じて前記印とレットガイドベーンの開度を最大に制御する制御装置を備えたターボ冷凍が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３４４２６５号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１０４５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の特許文献１に記載の、フロート弁は浮力を機械的に変換して液面を感知するため弁開閉の制約により、初期取付位置と実機の変動液面のマッチングを調整する必要がでるうえ、冷媒循環量が大きくなると変動液面が大きくなり振動による故障の可能性が高くなる。
【０００７】
また、同公報の発明である、蒸発器、凝縮器、中間冷却器のそれぞれに圧力計を設け、各圧力計の検出値を用いて、各配管に設けた電磁弁の開度を制御して中間圧力を最適な圧力にすることは開示されているが、冷媒の循環系統の容量制御に関しては何ら開示がなく、最適な容量制御を行うことに関しては何ら考慮されていない。
【０００８】
また特許文献２ではターボ冷凍機の冷凍容量の求め方は開示されているが中間冷却器を備えた構成のものではない。
【０００９】
そこで本発明の目的は、従来に比べて構成を簡略すると共に、運転モードに応じた、冷媒循環系統の容量制御と、中間冷却器の最適な中間圧力制御も行える構成の多段圧縮ターボ冷凍機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、圧縮機により凝縮器内凝縮冷媒液が、前記中間冷却器にオリフィスを通って流れ、ここで減圧、膨張して冷媒ガスに変わる。前記中間冷却器において蒸発した冷媒ガスが前記圧縮機中間段に吸込まれ、圧縮された冷媒ガスが凝縮器に吐出され、中間冷却器において液化した冷媒はオリフィスを通って蒸発器に流れる複数段ターボ冷凍機において、容量制御にインレットガイドベーンを設け、前記蒸発器と凝縮器を電動弁設けたバイパス配管で接続し、前記凝縮器の冷却水入口側に設けた温度検出手段と、この温度検出手段の検出する冷却水入口の温度信号により、インレットガイドベーンの開度を最大開度に、規定低冷却水温度以下では仕様点ベーン開度一定でバイパス配管の電動弁開度を制御する制御装置を備えるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図に基づき説明する。図１は本発明の複数段タ−ボ冷凍機の一実施形態の系統図である。
【００１２】
図１において１は圧縮機、２は蒸発器、３は凝縮器であり、凝縮器３内に中間冷却器４がある。ところで、本実施形態で用いた多段圧縮機は、電動機により回転する２段以上の羽根車を備えており、多段に圧縮する構成のものである。負荷から戻った温度の高い冷水は蒸発器２で熱を奪われて冷却され、より温度の低い冷水になる。蒸発器２で冷水より奪った熱で発生する蒸発冷媒（冷媒ガス）は、圧縮機１に送られる。圧縮機１に送られた冷媒ガスは、そこでさらに動力の熱により加熱され、高温高圧の冷媒ガスとなり凝縮器３に送られる。凝縮器３では、凝縮器３内に流れる冷却水によって蒸発冷媒は熱を奪われ冷媒液になる。凝縮器３内の冷媒液の一部は、膨張オリフィス１３とそれと並列に設けられた電動弁１０を通って中間冷却器４に送られる。この時、オリフィス１３及び中間冷却器４において膨張、減圧されて蒸発し冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、電動弁９を通って、圧縮機１の２段以降の羽根車部（中間段の羽根車部）に導入される。中間段に導入した冷媒ガスは、そこで圧縮機１の入口側から導入された蒸発冷媒（冷媒ガス）と合流する。中間冷却器４内に残った冷媒液は、固定オリフィス１２で蒸発しやすい状態に膨張・減圧されて蒸発器２に導入される。
【００１３】
また、凝縮器３内の中間冷却器４に送られなかった冷媒液は、電動弁１１とそれに直列に設けられた固定オリフィス１４を通って蒸発器２に送られる。このように凝縮器３から蒸発器２への戻り配管を設けることで、冷却水入口温度が２０〜１２℃と低温の場合に循環冷媒量を確保するために設けたものである。
【００１４】
圧縮機１の入口側にはインレットガイドベーン５が設けられ、このインレットガイドベーン５の開度によって圧縮機１の入口から吸込まれる冷媒ガスの流量が制御される。このインレットガイドベーン５の開度は、コントロールモータ７を駆動することで調整される。このコントロールモータ７の駆動は、制御装置６が凝縮器３に流入する冷却水温度に応じて、開度信号を生成し、その信号により行われる。また、インレットガイドベーン５の開度はポテンショメータ７により検出され、検出された開度信号は制御装置６にフィードバックされる。
【００１５】
凝縮器３に導入される冷却水入口側には、温度検出手段としての温度センサ１６が設けられ、この温度センサ１６で検出された検出値を冷却水温度信号として制御装置６に入力している。制御装置６では入力された温度センサ１６で検出された冷却水入口側温度により演算を行い、運転条件におけるインレットガイドベーン５の最大開度を求める。なお、冷凍機では冷却水入口温度と冷水出口温度により冷媒循環量が決定され、この決定された循環量を確保するために、圧縮機のイントレットガイドベーンの開度を変化することで冷凍性能が可変される。運転条件とはどの低の冷凍性能を得るか決定するものである。運転中では、容量制御のため、この最大開度以上の開度にならないようにポテンショメータ８のフィードバック値によってコントロールモータ７を制御する。蒸発器２と凝縮器３とを結ぶ冷媒液バイパス配管中には固定オリフィス１４と直列に電動弁１１が設けてある。
【００１６】
図２に冷却水入口温度毎の、冷凍容量と所要動力の関係を示す。なお本図では、冷水出口温度一定、冷水流量一定、冷却水流量一定としている。また、図においてベーン開度は左側から右に向かって開度が大きくなる。この電動弁１１は、凝縮器３の冷却水入口温度が仕様温度が低くなったとき、インレットガイドベーン５を冷却水入口温度によらず仕様温度開度一定に固定し、冷却水入口温度が仕様温度に対してΔＴ１度（２４〜３２℃）で全開、ΔＴ２度（１２〜２４℃）で全閉とする。
【００１７】
また、複数段ターボ冷凍機の運転範囲においては、蒸発器２の冷水出口温度と、凝縮器３の冷却水入口温度により冷凍容量を定めて、蒸発圧力を推定し、その推定した値と測定した凝縮圧力との比（圧力比）を求めることができ、中間冷却器４の圧力は蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力として推定できる。このように、凝縮器３に設けられた圧力検出手段としての圧力センサ１５により凝縮圧力を求めることで中間圧力が求められる。制御装置６は、中間冷却器４の圧力を、求められた中間圧力になるように、圧縮機１と中間冷却器４をつなぐ配管に設けた電動弁９と、凝縮器と中間冷却器間の膨張オリフィス１３のバイパス配管に設けた電動弁１０の開度を制御する。この時、蒸発器２の冷水出口温度は一定値に制御されるため、冷水の蒸発器２の冷水出口側に設けられた温度検出手段としての温度センサ１７で検出された検出値を温度信号として制御装置６に入力し、最大ベーン開度を冷却水入口側温度のみの関数として計算できる（特許文献２参照）。運転条件における最大ベーン開度を冷却水入口温度により求め、インレットガイドベーン５の開度をポテンショメータ７の値により制御し、運転条件によりインレットガイドベーン４の開度を可変させて調整する。
【００１８】
本実施例によれば、膨張機構に仕様運転時の冷媒循環量で決定した固定オリフィス１２、１３を冷水入口温度が低下した場合のような冷媒循環量変動に対して、固定オリフィス１４を電動弁１１の開度により制御し、中間圧力を電動弁１０、９の開度制御とインレットガイドベーン５による容量制御を制御装置によって関連性をもって制御することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、固定オリフィスと比較的小口径の電動弁による安価な自動膨張装置による冷媒循環量制御が可能となり、冷媒液面を制御しないために、従来より冷媒液面を低く設定することにより伝熱管管群下段が下がり本数が増え、熱交換器が小型化できるうえ、例えば凝縮器に中間冷却器を内蔵することが可能となり、機器全体の小型化につながる。
【００２０】
上記したように、本発明によれば冷却水入口温度が低く、蒸発圧力が低下したような場合でもと安定した運転を行うことのでき、故障もしくは事故の発生を回避し、寿命の延長を計れる複数段タ−ボ冷凍機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すものである。
【図２】冷却水入口温度に対する冷凍容量と所要動力の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…蒸発器、３…凝縮器、４…中間冷却器、５…インレットガイドベーン、６…制御装置、７…コントロ−ルモータ、８…ポテンショメータ、９…電動弁、１０…電動弁、１１…電動弁、１２…オリフィス、１３…オリフィス、１４…オリフィス、１５…圧力センサ、１６…温度センサ、１７…温度センサ。

Claims (2)

1. 蒸発器、凝縮器、中間冷却器、ターボ圧縮機、このターボ圧縮機の入口に設けられたインレットガイドベーンにより容量制御を行う複数段ターボ圧縮機において、
   前記凝縮器から前記中間冷却器への冷媒配管にオリフィスと開閉弁を並列に設け、前記中間冷却器から前記ターボ圧縮機の中間段に冷媒ガスの戻り配管が接続され、前記凝縮器と前記蒸発器とを電動弁を備えたバイパス配管で接続し、前記凝縮器の冷却水入口側に設けた温度検出手段と、この温度検出手段の検出する冷却水入口の温度信号により、インレットガイドベーンの開度を最大開度に、規定低冷却水温度以下では仕様点ベーン開度一定でバイパス配管の電動弁開度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする複数段ターボ冷凍機。
2. 蒸発器、凝縮器、中間冷却器、ターボ圧縮機、このターボ圧縮機の入口に設けられたインレットガイドベーンにより容量制御を行う複数段ターボ圧縮機において、
   前記凝縮器の冷却水入口側に温度検出手段と、前記凝縮器に設けた圧力検出手段ととを設け、前記温度検出手段が検出した温度信号に基づいて前記インレットガイドベーンの開度を最大開度に固定し、前記圧力検出手段の検出した圧力信号に基づいて、前記圧縮機吐出側の配管に設けた電動弁と、凝縮器から中間冷却器に設けた膨張オリフィスのバイパスに設けた電動弁を制御して、蒸発器、凝縮器、中間冷却器の圧力を制御する制御装置を備えたことを特徴とする複数段ターボ冷凍機。

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