JP2007225140A - ターボ冷凍機およびその制御装置ならびにターボ冷凍機の制御方法 - Google Patents

ターボ冷凍機およびその制御装置ならびにターボ冷凍機の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 流量計を用いて冷温水（熱媒）の流量を直接測定することなく、適正な運転が可能とされたターボ冷凍機の制御装置を提供する。
【解決手段】 冷温水の流量を設定冷温水流量（推定値）として設定しておき、冷温水出口温度が、設定温度に到達しておらず（ステップＳ２）、入口ベーンの開度が８０％よりも大きい場合（ステップＳ５）には、設定冷温水流量を増側に変更する（ステップＳ６）ことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ターボ冷凍機およびその制御装置ならびにターボ冷凍機の制御方法に関するものである。
一般に、例えば建物に設けられた室内空調機（外部負荷）との間で循環する冷温水（熱媒）を、冷却または加熱するターボ冷凍機が知られている。このようなターボ冷凍機からの熱出力を把握するために、ターボ冷凍機に対する冷温水の入口温度および出口温度を温度計によって得ておき、さらに冷温水の流量を流量計によって得る構成が知られている（特許文献１及び２参照）。
特開平７−９１７６４号公報 特開２００５−１５５９７３号公報
しかし、冷温水の流量を計測する流量計は高価であり、ターボ冷凍機を複数台設置する場合には、そのイニシャルコストが無視できないものとなる。流量計を備えていない既設のターボ冷凍機に対して流量計を追加設置する場合も、その工事にかかるコストは無視できないものとなる。
一方、特許文献２には、複数のターボ冷凍機を備えている場合であっても、１つの流量計と安価な差圧計によって流量を測定する技術が示されているが、少なくとも１つの流量計は用いる必要があり、また安価とはいえ差圧計のコストも無視できるものではない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流量計を用いて冷温水（熱媒）の流量を直接測定することなく、適正な運転が可能とされたターボ冷凍機およびその制御装置ならびにターボ冷凍機の制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のターボ冷凍機およびその制御装置ならびにターボ冷凍機の制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第１態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記出口熱媒温度が、所望の設定温度に到達しておらず、前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第１開度よりも大きい場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
出口熱媒温度（計測値）が所望の設定温度（例えば、暖房の場合は４５℃、冷房の場合は７℃）に到達していない場合（例えば、暖房の場合は４４℃、冷房の場合は８℃）には、外部負荷からの要求熱量を下回る能力しか出力していないことになる。また、吸込冷媒流量調整手段の開度が第１開度（例えば８０％開度）よりも大きい場合には、これ以上開度を上げても冷媒流量の増大を望めないばかりか、ターボ圧縮機の性能低下を来すことになる。
そこで、第１態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大し、吸込冷媒流量調整手段の開度を低下させることができる。このように、結果として吸込冷媒流量調整手段の開度を適正な範囲に保つことができる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
また、本発明の第２態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記出口熱媒温度が、所望の設定温度を超過しており、前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第２開度よりも小さい場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
出口熱媒温度（計測値）が所望の設定温度（例えば、暖房の場合は４５℃、冷房の場合は７℃）を超過している場合（例えば、暖房の場合は４６℃、冷房の場合は６℃）には、外部負荷からの要求熱量を上回る能力を出力していることになる。また、吸込冷媒流量調整手段の開度が第２開度（例えば３０％開度）よりも小さい場合には、これ以上開度を下げても冷媒流量の減少を望めないばかりか、ターボ圧縮機の性能低下を来すことになる。
そこで、第２態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少し、吸込冷媒流量調整手段の開度を増大させることができる。このように、結果として吸込冷媒流量調整手段の開度を適正な範囲に保つことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第１態様にかかる発明と組み合わせることができる。この場合には、第１開度は、第２開度よりも大きな値となる。また、第１開度と第２開度との間に、吸込冷媒流量調整手段の最適開度を設けることが好ましい。
また、本発明の第３態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度（例えば５℃）以上の場合には、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがある。
そこで、第３態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機の能力が増大する。冷凍機の能力の増大により、過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、「第１過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、本発明の第４態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度（例えば２℃）以下の場合には、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがある。また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがある。
そこで、第４態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機の能力が低下する。冷凍機の能力の低下により、過熱度は上昇し、適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、「第２過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、本態様にかかる発明は、上述の第３態様にかかる発明と組み合わせることができる。この場合には、第１過熱度は、第２過熱度よりも大きな値となる。
また、本発明の第５態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、前記ターボ冷凍機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度（例えば８℃）以上とされ、かつ、吸込冷媒の過熱度が第１過熱度（例えば５℃）以上の場合には、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがある。
そこで、第５態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機の能力が増大する。冷凍機の能力の増大により、過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、「第１過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、「第３過熱度」は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、本発明の第６態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以上第１過熱度以下の場合には、前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行うことを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度（例えば８℃）以上とされ、かつ、吸込冷媒の過熱度が第２過熱度（例えば２℃）以上第１過熱度（例えば５℃）以下の場合には、吐出過熱度については過剰であるが，吸込過熱度としては適正レベルであるといえる。
そこで、第６態様にかかる発明は、液インジェクションを行うこととした。液インジェクションを行うことにより，冷凍機能力に対するバランスを保ったまま、吐出過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
なお、「第１過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、「第２過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、「第３過熱度」は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、本発明の第７態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第４過熱度以下とされ、かつ、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第４過熱度（例えば４℃）以下とされ、かつ、吸込冷媒の過熱度が第２過熱度（例えば２℃）以下の場合には、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがある。また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがある。
そこで、第７態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機の能力が低下する。冷凍機の能力の低下により、過熱度は上昇し、適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第５態様及び第６態様にかかる発明と組み合わせることができる。この場合には、第３過熱度は、第４過熱度よりも大きな値となる。
また、「第２過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、「第４過熱度」は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、本発明の第８態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以上となる場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定しておき、この適正過熱度よりも実際の過熱度が所定値以上（例えば２℃以上）となった場合には、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがある。
そこで、第８態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機の能力が増大する。冷凍機の能力の増大により、過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
また、ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定し、この適正過熱度を用いて制御することとしたので、あらゆる運転状態に対して適正な過熱度を保つことができる。
また、本発明の第９態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以下となる場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定しておき、この適正過熱度よりも実際の過熱度が所定値以下（例えば２℃以下）となった場合には、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがある。また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがある。
そこで、第８態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機の能力が低下する。冷凍機の能力の低下により、過熱度は上昇し、適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
また、ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定し、この適正過熱度を用いて制御することとしたので、あらゆる運転状態に対して適正な過熱度を保つことができる。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第８態様にかかる発明と組み合わせることができる。
また、本発明の第１０態様にかかるターボ冷凍機の制御装置は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が適正範囲の上限値を超えた第５過熱度以上とされ、かつ、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が適正範囲の上限値を超えた第６過熱度以上の場合には、前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行うことを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
第１０態様にかかる発明は、適正な過熱度の上限値を超えた値である第５過熱度および第６過熱度を超えた場合には、液インジェクションを行うこととした。液インジェクションを行うことにより，吸込冷媒および吐出冷媒の過熱度は低下し、適正範囲に戻すことができる。
また、同時に設定熱媒流量を増側に変化させて補正することとして、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けるようにしても良い。
ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度がさらに大きくなり、第７過熱度（例えば２０℃）以上、または、吐出冷媒の過熱度が第８過熱度（例えば２０℃）以上の場合には、過熱度が過剰に付き過ぎていると共に、設定熱媒流量の修正のみでは運転を継続することが難しいので、ターボ冷凍機の運転が停止される。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第１態様から第９態様にかかる発明と組み合わせることができる。
また、本発明のターボ冷凍機は、上記第１から第１０態様のいずれかのターボ冷凍機の制御装置を備えている。
また、本発明の第１態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記出口熱媒温度が、所望の設定温度に到達しておらず、前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第１開度よりも大きい場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
出口熱媒温度（計測値）が所望の設定温度（例えば、暖房の場合は４５℃、冷房の場合は７℃）に到達していない場合（例えば、暖房の場合は４４℃、冷房の場合は８℃）には、外部負荷からの要求熱量を下回る能力しか出力していないことになる。また、吸込冷媒流量調整手段の開度が第１開度（例えば８０％開度）よりも大きい場合には、これ以上開度を上げても冷媒流量の増大を望めないばかりか、ターボ圧縮機の性能低下を来すことになる。
そこで、第１態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大し、吸込冷媒流量調整手段の開度を低下させることができる。このように、結果として吸込冷媒流量調整手段の開度を適正な範囲に保つことができる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
また、本発明の第２態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記出口熱媒温度が、所望の設定温度を超過しており、前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第２開度よりも小さい場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
出口熱媒温度（計測値）が所望の設定温度（例えば、暖房の場合は４５℃、冷房の場合は７℃）を超過している場合（例えば、暖房の場合は４６℃、冷房の場合は６℃）には、外部負荷からの要求熱量を上回る能力を出力していることになる。また、吸込冷媒流量調整手段の開度が第２開度（例えば３０％開度）よりも小さい場合には、これ以上開度を下げても冷媒流量の減少を望めないばかりか、ターボ圧縮機の性能低下を来すことになる。
そこで、第２態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少し、吸込冷媒流量調整手段の開度を増大させることができる。このように、結果として吸込冷媒流量調整手段の開度を適正な範囲に保つことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第１態様にかかる発明と組み合わせることができる。この場合には、第１開度は、第２開度よりも大きな値となる。また、第１開度と第２開度との間に、吸込冷媒流量調整手段の最適開度を設けることが好ましい。
また、本発明の第３態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度（例えば５℃）以上の場合には、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがある。
そこで、第３態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機の能力が増大する。冷凍機の能力の増大により、過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、「第１過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、本発明の第４態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度（例えば２℃）以下の場合には、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがある。また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがある。
そこで、第４態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機の能力が低下する。冷凍機の能力の低下により、過熱度は上昇し、適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、「第２過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、本態様にかかる発明は、上述の第３態様にかかる発明と組み合わせることができる。この場合には、第１過熱度は、第２過熱度よりも大きな値となる。
また、本発明の第５態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、前記ターボ冷凍機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度（例えば８℃）以上とされ、かつ、吸込冷媒の過熱度が第１過熱度（例えば５℃）以上の場合には、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがある。
そこで、第５態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機の能力が増大する。冷凍機の能力の増大により、過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、「第１過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、「第３過熱度」は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、本発明の第６態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、前記ターボ冷凍機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以上第１過熱度以下の場合には、前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行うことを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度（例えば８℃）以上とされ、かつ、吸込冷媒の過熱度が第２過熱度（例えば２℃）以上第１過熱度（例えば５℃）以下の場合には、吐出過熱度については過剰であるが，吸込過熱度としては適正レベルであるといえる。
そこで、第６態様にかかる発明は、液インジェクションを行うこととした。液インジェクションを行うことにより，冷凍機能力に対するバランスを保ったまま，吐出過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
なお、「第１過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、「第２過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、「第３過熱度」は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
また、本発明の第７態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第４過熱度以下とされ、かつ、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第４過熱度（例えば４℃）以下とされ、かつ、吸込冷媒の過熱度が第２過熱度（例えば２℃）以下の場合には、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがある。また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがある。
そこで、第７態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機の能力が低下する。冷凍機の能力の低下により、過熱度は上昇し、適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第５態様及び第６態様にかかる発明と組み合わせることができる。この場合には、第３過熱度は、第４過熱度よりも大きな値となる。
また、「第２過熱度」は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、「第４過熱度」は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
また、本発明の第８態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以上となる場合には、前記設定熱媒流量を増側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定しておき、この適正過熱度よりも実際の過熱度が所定値以上（例えば２℃以上）となった場合には、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがある。
そこで、第８態様にかかる発明は、設定熱媒流量を増側に変更することとした。設定熱媒流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、ターボ圧縮機の回転数が増大する。ターボ圧縮機の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機の能力が増大する。冷凍機の能力の増大により、過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
また、設定熱媒流量を増側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
また、ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定し、この適正過熱度を用いて制御することとしたので、あらゆる運転状態に対して適正な過熱度を保つことができる。
また、本発明の第９態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以下となる場合には、前記設定熱媒流量を減側に変更することを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定しておき、この適正過熱度よりも実際の過熱度が所定値以下（例えば２℃以下）となった場合には、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがある。また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがある。
そこで、第９態様にかかる発明は、設定熱媒流量を減側に変更することとした。設定熱媒流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、ターボ圧縮機の回転数が低下する。ターボ圧縮機の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機の能力が低下する。冷凍機の能力の低下により、過熱度は上昇し、適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定熱媒流量を減側に変化させて補正することができるので、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
また、ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度をターボ圧縮機のヘッドに応じて予め決定し、この適正過熱度を用いて制御することとしたので、あらゆる運転状態に対して適正な過熱度を保つことができる。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第８態様にかかる発明と組み合わせることができる。
また、本発明の第１０態様にかかるターボ冷凍機の制御方法は、外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が適正範囲の上限値を超えた第５過熱度以上とされ、かつ、前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が適正範囲の上限値を超えた第６過熱度以上の場合には、前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行うことを特徴とする。
熱媒流量の流量計を用いない場合には、熱媒の流量を設定熱媒流量として制御装置に与えておき、この仮想の設定熱媒流量に基づいて、ターボ圧縮機の回転数および吸込冷媒流量調整手段の開度を調整する。
第１０態様にかかる発明は、適正な過熱度の上限値を超えた値である第５過熱度および第６過熱度を超えた場合には、液インジェクションを行うこととした。液インジェクションを行うことにより，吸込冷媒および吐出冷媒の過熱度は低下し、適正範囲に戻すことができる。
また、同時に設定熱媒流量を増側に変化させて補正することとして、設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けるようにしても良い。
ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度がさらに大きくなり、第７過熱度（例えば２０℃）以上、または、吐出冷媒の過熱度が第８過熱度（例えば２０℃）以上の場合には、過熱度が過剰に付き過ぎていると共に、設定熱媒流量の修正のみでは運転を継続することが難しいので、ターボ冷凍機の運転が停止される。
なお、本態様にかかる発明は、上述の第１態様から第９態様にかかる発明と組み合わせることができる。
推定値として設定された熱媒流量を適宜補正することにより、熱媒の流量を計測する流量計を用いずに適正な運転を実現することができる。
[第１実施形態]
以下に、本発明にかかる第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１には、ターボ圧縮機（以下単に「圧縮機」という。）を用いたターボ冷凍機１の概略構成図が示されている。同図に示されたターボ冷凍機１は、２段圧縮２段膨張のサイクルを構成している。
ターボ冷凍機１は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、外気である空気と冷媒が熱交換する空気熱交換器５と、冷温水（熱媒）が流れる冷温水管１１が接続された水熱交換器（外部負荷側熱交換器）６と、空気熱交換器５と水熱交換器６との間に設けられた中間冷却器７とを備えている。また、中間冷却器７と空気熱交換器５との間の冷媒配管には第１膨張弁９が、中間冷却器７と水熱交換器６との間の冷媒配管には第２膨張弁１０が、それぞれ設けられている。また、空気熱交換器５と圧縮機３との間には、空気熱交換器５から流出した冷媒の液分を貯留するレシーバ１３が設けられている。
なお、本明細書において、冷温水とは、冷房運転時には冷水を意味し、暖房運転時には温水を意味する。以下の説明では、暖房運転時の説明でも「冷温水」として表現するが、実際には温水が流れているものと解釈するものとする。
圧縮機３は、高圧力比が得られる遠心圧縮機となっている。圧縮機３は、軸線周りに回転する羽根車を備えている。圧縮機３の吸込側の配管には、吸込冷媒圧力Ｐ０を計測する吸込圧力センサ３ａが設けられており、圧縮機３の吐出側の配管には、吐出冷媒圧力Ｐ１を計測する吐出圧力センサ３ｂが設けられている。さらに、圧縮機３の吸込側の配管には、吸込冷媒温度Ｔ２を計測する吸込温度センサ３ｃが設けられており、圧縮機３の吐出側の配管には、吐出冷媒温度Ｔ３を計測する吐出温度センサ３ｄが設けられている。
羽根車の冷媒流れ上流側には、流入する冷媒の流量を調節する入口ベーン（吸込冷媒量調整手段）１５が設けられている。この入口ベーン１５は、制御部（ターボ冷凍機の制御装置）によって制御される入口ベーン駆動モータ（図示せず）によって開度が変更されるようになっており、これにより流入する冷媒流量が調節される。
圧縮機３は、電動機１７によって駆動される。電動機１７は、制御部によって制御され、インバータによる周波数制御によって回転数が適宜変更され得るようになっている。
空気熱交換器５は、チューブ５ａにフィン５ｂが取り付けられたフィン・アンド・チューブ式の熱交換器とされており、チューブ５ａ内を冷媒が流通するようになっている。チューブ５ａは、水平方向に延在しており、上下方向に複数本設けられている。各チューブ５ａの両端（左右端）は、ヘッダ５ｅに接続されている。したがって、各チューブ５ａを流れる冷媒は上下のチューブ５ａと同様に平行に流れる。
空気熱交換器５の上方には、ファン５ｃが設けられており、このファン５ｃによってチューブ５ａ及びフィン５ｂ周りを流れる空気の流れを促進し、熱交換を向上させるようになっている。ファン５ｃは、インバータモータ５ｄによって回転数制御される。もちろん、インバータモータ５ｄに代えて、一定速の電動モータを用いても良い。
なお、ヒートポンプ運転を示す図１では、空気熱交換器５は蒸発器となっているが、冷房を行う際には凝縮器となる。
水熱交換器６は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。水熱交換器６には、冷温水管１１が接続されており、この冷温水管１１内を流れる水とシェル内の冷媒とが熱交換を行う。冷温水管１１は、室内機等の外部負荷と接続されており、図１のようなヒートポンプ運転を行う場合には温水が流れ、冷房時には冷水が流れる。冷温水管１１の上流側には熱交換前の流入水温度（入口熱媒温度）Ｔ０を計測する流入水温度センサ１１ａが、冷温水管１１の下流側には熱交換後の流出水温度（出口熱媒温度）Ｔ１を計測する流出水温度センサ１１ｂが、それぞれ設けられている。一般に、暖房時（ヒートポンプ運転時）の流入水温度Ｔ０は４０℃に、流出水温度Ｔ１は４５℃に設定される。また、冷房時の流入水温度Ｔ０は１２℃に、流出水温度Ｔ１は７℃に設定される。
なお、ヒートポンプ運転を示す図１では、水熱交換器６は凝縮器となっているが、冷房を行う際には蒸発器となる。
中間冷却器７は、空気熱交換器５と水熱交換器６との間に設けられ、内部に凝縮した液冷媒が貯留される容器となっている。中間冷却器７の内容積は、空気熱交換器５の冷媒流路の内容積の１／１０程度、或いは、水熱交換器６の内容積の１／１０程度となっている。
中間冷却器７には、圧縮機３の中間段との間に、中間圧冷媒配管７ａが接続されている。中間圧冷媒配管７ａの下端（冷媒流れの上流端）は、中間冷却器７内の上方空間に位置しており、中間冷却器７内のガス冷媒を吸い込むようになっている。
中間冷却器７では、凝縮器（水熱交換器６）からの高圧液冷媒が蒸発するようになっており、この蒸発潜熱によって中間圧冷媒配管７ａを介して圧縮機３の中間段へと導かれるガス冷媒が冷却される。そして、このように冷却されて飽和温度付近とされたガス冷媒は、圧縮機３において低圧から中間段まで圧縮されたガス冷媒と混合され、中間段から圧縮されるガス冷媒を冷却している。
第１膨張弁９は、空気熱交換器５と中間冷却器７との間に設けられており、液冷媒を絞ることによって等エンタルピー膨張させるものである。第１膨張弁９は、図１のように暖房時には、中間圧の中間冷却器７と低圧の蒸発器（空気熱交換器５）との間に位置するので低圧膨張弁となる。図示しないが、冷房時には、第１膨張弁９は、高圧の凝縮器（空気熱交換器５）と中間圧の中間冷却器７との間に位置することとなり、高圧膨張弁となる。
第２膨張弁１０は、水熱交換器６と中間冷却器７との間に設けられており、液冷媒を絞ることによって等エンタルピー膨張させるものである。第２膨張弁１０は、図１のように暖房時には、高圧の凝縮器（水熱交換器６）と中間圧の中間冷却器７との間に位置するので高圧膨張弁となる。図示しないが、冷房時には、低圧の蒸発器（水熱交換器６）と中間圧の中間冷却器７との間に位置することとなり、低圧膨張弁となる。
第１膨張弁９および第２膨張弁１０は、それぞれ、制御部によってその開度が制御されるようになっている。
圧縮機３の吐出側と圧縮機３の吸込側であるレシーバ１３との間には、ホットガスバイパス管１４ａが設けられている。ホットガスバイパス管１４ａには、冷媒流量を調整するためのホットガスバイパス弁１４が設けられている。このホットガスバイパス弁１４によって流量が調整された高温高圧の吐出冷媒が、レシーバ１３へと導かれ、圧縮機３の吸込側へとバイパスされるようになっている。
第２膨張弁１０の上流（水熱交換器６）側と圧縮機３の吸込側との間には、液インジェクション管２２が設けられている。液インジェクション管２２には、冷媒流量を調整するための液インジェクションバルブ１８が設けられている。この液インジェクションバルブ１８によって流量が調整された高圧の液冷媒が、吸込管へと導かれ、圧縮機３の吸込側過熱度を低下させるようになっている。
制御部は、ターボ冷凍機１の制御盤内の制御基板に設けられており、ＣＰＵおよびメモリを備えている。制御部では、外気温、冷媒圧力、冷温水出入口温度等に基づき制御周期（例えば０．５ｓｅｃ）ごとにデジタル演算により各制御量が算出されるようになっている。
図２には、制御部の概略構成が示されている。
制御部は、制御演算装置３０と、流量補正演算装置３２とを備えている。
制御演算装置３０には、流入水温度センサ１１ａにより得られる冷温水入口温度Ｔ０と、流出水温度センサ１１ｂにより得られる冷温水出口温度Ｔ１と、設定値として与えられた冷温水流量（設定熱媒流量）と、吐出圧力センサ３ｂにより得られる圧縮機吐出圧力Ｐ１と、吸込圧力センサ３ａにより得られる圧縮機吸込圧力Ｐ０とが入力される。制御演算装置では、これらの入力値に基づいて演算が行われ、圧縮機回転数、膨張弁開度、およびホットガスバイパス弁開度（ＨＧＢＰ弁開度）が出力される。
なお、本明細書では、設定値として与えられる冷温水流量（以下「設定冷温水流量」と表現することもある。）は、あくまでも推定値として制御部に与えられる流量を意味し、実際に流量計を用いて得られる実測値とは異なるものである。
流量補正演算装置３２には、流入水温度センサ１１ａにより得られる冷温水入口温度Ｔ０と、冷温水出口温度設定値（例えば暖房では４５℃、冷房では７℃）と、入口ベーン１５の開度とが入力される。流量補正演算装置３２では、これらの入力値に基づいて演算が行われ、各入力値に変化がある場合には、既に設定されている冷温水流量を変更する。具体的な冷温水流量の変更については、後述する。
次に、上記構成のターボ冷凍機１の動作について説明する。なお、本発明は、主として暖房時（ヒートポンプ運転時）に適用されるものなので、暖房運転についての説明を行う。なお、冷房運転では、暖房時では凝縮器とされていた水熱交換器６が蒸発器となり、暖房時では蒸発器とされていた空気熱交換器５が凝縮器となる。
圧縮機３は、電動機１７によって駆動され、制御部によるインバータ制御により所定周波数で回転させられる。入口ベーン１５は、制御部により、設定温度（例えば、流入水温度４０℃、流出水温度４５℃）を達成するようにその開度が調整されている。
蒸発器（空気熱交換器５）から吸い込まれた低圧ガス冷媒（図３の状態Ａ）は、圧縮機３によって圧縮され、中間圧まで圧縮される（図３の状態Ｂ）。中間圧まで圧縮されたガス冷媒は、中間圧冷媒配管７ａから流入する中間圧ガス冷媒によって冷却される（図３の状態Ｃ）。中間圧ガス冷媒によって冷却されたガス冷媒は、圧縮機３によって更に圧縮され高圧ガス冷媒となる（図３の状態Ｄ）。
圧縮機３から吐出された高圧ガス冷媒は、冷媒配管２１ａを通り、凝縮器（水熱交換器６）へと導かれる、
凝縮器（水熱交換器６）において、高温高圧のガス冷媒は略等圧的に凝縮し、高圧低温の液冷媒となる（図３の状態Ｅ）。この際に得られる凝縮熱によって、冷温水管１１内を流れる水が加熱される。これにより、４０℃で流入した温水は４５℃で負荷側に返送されることになる。
凝縮器（水熱交換器６）において高圧低温とされた液冷媒は、冷媒配管２１ｂを通り高圧膨張弁（第２膨張弁１０）へと導かれ、この高圧膨張弁によって等エンタルピー的に中間圧まで膨張させられる（図３の状態Ｆ）。中間圧まで膨張させられた冷媒は、冷媒配管２１ｃを介して中間冷却器７へと導かれる。中間冷却器７において、一部の冷媒は蒸発し（図３の状態Ｆから状態Ｃ）、中間圧冷媒配管７ａを介して圧縮機３の中間段へと導かれる。中間冷却器７において蒸発せずに凝縮したままの液冷媒は、中間冷却器７内に貯留される。中間冷却器７内に貯留された中間圧の液冷媒は、冷媒配管２１ｄを介して低圧膨張弁（第１膨張弁９）へと導かれる。中間圧の液冷媒は、低圧膨張弁によって等エンタルピー的に低圧まで膨張させられる（図３の状態Ｇ）。
低圧まで膨張させられた冷媒は、蒸発器（空気熱交換器５）において蒸発する（図３の状態Ｇから状態Ａ）。
蒸発器（空気熱交換器５）において蒸発した低圧ガス冷媒は、レシーバ１３を通過した後、圧縮機３の低圧段へと導かれ、再び圧縮される。レシーバ１３では、蒸発せずに凝縮したままの液冷媒が貯留される。
圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、その一部がホットガスバイパス管１４ａを通りホットガスバイパス弁１４で冷媒流量が調整された後、レシーバ１３を経由して圧縮機３へと導かれるようになっている。これにより、低風量における圧縮機３の旋回失速を回避するようになっている。
次に、図４を用いて、仮想的に推定値として設定した冷温水流量を用いた制御方法について説明する。この制御は、流量補正演算装置３２で行われている。
先ず、流出水温度センサ１１ｂによる得られた温水出口温度Ｔ１と温水出口温度設定値の差が１．０℃以内か否かを判断する（ステップＳ１）。この温度差が１．０℃よりも大きい場合には、合流点Ａに戻り、ステップＳ１の判断が繰り返される。例えば、温水出口温度設定値４５℃に対して、温水出口温度が４３℃の場合には、合流点Ａに戻る。
上記温度差が１．０℃以内の場合には、ステップＳ２へと進む。例えば、温水出口温度設定値４５℃に対して、温水出口温度が４４℃の場合には、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、温水出口温度Ｔ１が温水出口温度設定値よりも大きいか否かを判断する。
温水出口温度Ｔ１が温水出口温度設定値よりも大きい場合には、ステップＳ３へと進む。
ステップＳ３では、入口ベーン１５のベーン開度が３０％（第２開度）未満か否かを判断する。ベーン開度が３０％以上の場合には合流点Ａへと戻る。ベーン開度が３０％未満の場合には、ステップＳ４へと進み、現在設定値として用いている冷温水流量を減側に補正する。
一方、ステップＳ２において、温水出口温度Ｔ１が温水出口温度設定値以下の場合には、ステップＳ５へと進む。
ステップＳ５では、入口ベーン１５のベーン開度が８０％（第１開度）より大きいか否かを判断する。ベーン開度が８０％以下の場合には合流点Ａへと戻る。ベーン開度が８０％よりも大きい場合には、ステップＳ６へと進み、現在設定値として用いている冷温水流量を増側に補正する。
本実施形態のターボ冷凍機１によれば、以下の作用効果を奏する。
冷温水の流量を計測する流量計を用いずに、冷温水の流量を設定冷温水流量（推定値）として制御演算装置３０に与えておき、この仮想の設定冷温水流量に基づいて、ターボ圧縮機３の回転数、入口ベーン１５の開度、およびホットガスバイパス弁の開度を調整することとした。
温水出口温度Ｔ１が所望の設定温度に到達していない場合（ステップＳ２においてＮＯとなる場合）には、外部負荷からの要求熱量を下回る能力しか出力していないことになる。また、入口ベーン１５の開度が８０％よりも大きい場合（ステップＳ５においてＹＥＳとなる場合）には、これ以上開度を上げても冷媒流量の増大を望めないばかりか、ターボ圧縮機の性能低下を来すことになる。
そこで、本実施形態では、現在設定されている冷温水流量を増側に変更することとした（ステップＳ６）。設定冷温水流量が増えることにより、冷凍機に要求される要求熱量が増大するので、制御演算装置３０の指令によりターボ圧縮機３の回転数が増大する。ターボ圧縮機３の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大し、入口ベーン１５の開度を低下させることができる。このように、結果として入口ベーンの開度を適正な範囲に保つことができる（一般に、約６０％程度を設計値としている。）。
また、設定冷温水流量を増側に変化させて補正することができるので、設定冷温水流量を実際に流れている冷温水流量に近付けることができる。
一方、温水出口温度Ｔ１が設定温度を超過している場合（ステップＳ２においてＹＥＳとなる場合）には、外部負荷からの要求熱量を上回る能力を出力していることになる。また、入口ベーン１５の開度が３０％よりも小さい場合（ステップＳ３においてＹＥＳとなる場合）には、これ以上開度を下げても冷媒流量の減少を望めないばかりか、ターボ圧縮機３の性能低下を来すことになる。
そこで、本実施形態では、現在設定されている冷温水流量を減側に変更することとした（ステップＳ４）。設定冷温水流量が減少することにより、冷凍機に要求される要求熱量が減少するので、制御演算装置３０の指令によりターボ圧縮機３の回転数が低下する。ターボ圧縮機３の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少し、入口ベーン１５の開度を増大させることができる。このように、結果として入口ベーン１５の開度を適正な範囲に保つことができる。
また、設定冷温水流量を減側に変化させて補正することができるので、設定冷温水流量を実際に流れている冷温水流量に近付けることができる。
なお、本実施形態は、冷房運転の場合にも適用することができる。つまり、冷水温度が設定冷水温度（例えば７℃）よりも高く、設定温度に到達していない場合には、設定冷水流量を増側に補正する。また、冷水温度が設定冷水温度（例えば７℃）以下であり、設定温度を超過している場合には、設定冷水流量を減側に補正する。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５および図６を用いて説明する。
本実施形態にかかるターボ冷凍機の構成は、第１実施形態とほぼ同様であり、流量補正演算装置の構成が異なる。したがって、その他の構成については、その説明を省略する。
本実施形態のターボ冷凍機の制御部の構成が図５に示されている。
本実施形態は、冷温水の流量を計測する流量計を用いずに、圧縮機３の吸込冷媒の過熱度を適正範囲に制御するものである。
フィン・アンド・チューブ式やプレート式の蒸発器を適用する場合、十分に蒸発できなかった液冷媒が蒸発してガス化することが無く圧縮機に吸込まれる。そこで空気や冷水の熱量に対して，適切な冷媒量の制御が必要となるが、計測していない流量が設定値と異なる場合、蒸発器５から圧縮機３へと送られる冷媒の過熱度が大きく変化する。このように、圧縮機３の吸込冷媒の過熱度が変化すると、場合によっては、空気熱交換器５において蒸発しきれなかった液冷媒が圧縮機３へ送られ、圧縮機３の吸込み冷媒の重量流量が異常に過大となり損傷するおそれがある（いわゆるキャリーオーバ）。
一方、シェル・アンド・チューブ式の蒸発器を適用する場合、冷水流量が設定値と異なった場合でも、蒸発できなかった冷媒は満液式の空間を戻り再度蒸発ガス化することができるため冷媒の過熱度はほぼ一定となり、キャリーオーバのおそれが殆ど無い。
図５に示されているように、制御演算装置３４は、第１実施形態において図２に示した制御演算装置３０と同様なので、その説明を省略する。
本実施形態の流量補正演算装置３６は、圧縮機３の吸込冷媒の過熱度を入力値とし、この入力値に基づいて、現在設定されている冷温水流量を補正する。
吸込冷媒の過熱度は、吸込圧力センサ３ａから得られる吸込冷媒圧力Ｐ０を得て、この吸込冷媒圧力Ｐ０から飽和温度を求め、この飽和温度と、吸込温度センサ３ｃから得られる吸込冷媒温度Ｔ２との差から算出する。
次に、図６を用いて、仮想的に推定値として設定した冷温水流量を用いて吸込冷媒の過熱度を適正範囲に制御する方法について説明する。この制御は、流量補正演算装置３６で行われている。
先ず、吸込過熱度が５℃（第１過熱度）よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１０）。吸込過熱度が５℃よりも大きい場合には、ステップＳ１１へと進み、現在設定されている冷温水流量を増側に補正する。ここで、第１過熱度は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
一方、吸込過熱度が５℃以下の場合には、ステップＳ１２へと進み、吸込過熱度が２℃（第２過熱度）よりも小さいか否かを判断する。ここで、第２過熱度は、好ましくは、吸込冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
吸込過熱度が２℃以上の場合には、吸込過熱度は適正範囲であると判断し、現在設定されている冷温水流量の補正は行わずに、合流点Ｂへと戻る。
吸込過熱度が２℃よりも小さい場合には、ステップＳ１３へと進み、現在設定されている冷温水流量を減側に補正する。
本実施形態のターボ冷凍機１によれば、以下の作用効果を奏する。
冷温水の流量を計測する流量計を用いずに、冷温水の流量を設定冷温水流量（推定値）として制御演算装置３４に与えておき、この仮想の設定冷温水流量に基づいて、ターボ圧縮機３の回転数、入口ベーン１５の開度、およびホットガスバイパス弁の開度を調整することとした。
圧縮機３の吸込冷媒の過熱度が５℃よりも大きい場合には、設定冷温水流量を増側に変更することとした。これは、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機１の能力が不足しているおそれがあると判断されるからである。設定冷温水流量を増側に補正して、設定冷温水流量を増加させることにより、冷凍機１に要求される要求熱量が増大するので、制御演算装置３４の指令により圧縮機３の回転数が増大する。圧縮機３の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機１の能力が増大する。冷凍機１の能力の増大により、吸込過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
また、設定冷温水流量を増側に変化させて補正することができるので、設定冷温水流量を実際に流れている冷温水流量に近付けることができる。
一方、圧縮機３の吸込冷媒の過熱度が２℃よりも小さい場合には、現在設定されている冷温水流量を減側に変更することとした。これは、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがあり、また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがあると判断されるからである。
設定冷温水流量を減側に補正して設定冷温水流量を減少させることにより、冷凍機１に要求される要求熱量が減少するので、制御演算装置３４の指令により圧縮機３の回転数が低下する。圧縮機３の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機１の能力が低下する。冷凍機の能力の低下により、過熱度は上昇し、適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定冷温水流量を減側に変化させて補正することができるので、推定値である設定冷温水流量を実際に流れている冷温水流量に近付けることができる。
なお、本実施形態では、過熱度の閾値として、ステップＳ１０では５℃、ステップＳ１２では２℃を用いることとしたが、本発明はこの値に限定されるものではなく、これらの閾値は、適正な吸込過熱度の範囲となるように適宜設定することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図７および図８を用いて説明する。
本実施形態にかかるターボ冷凍機の構成は、第１実施形態とほぼ同様であり、流量補正演算装置の構成が異なる。したがって、その他の構成については、その説明を省略する。
本実施形態のターボ冷凍機の制御部の構成が図７に示されている。
本実施形態は、冷温水の流量を計測する流量計を用いずに、圧縮機３の吸込冷媒の過熱度を適正範囲に制御するものである。この点は、第２実施形態と同様である。第２実施形態と異なる点は、圧縮機３から吐出する冷媒の過熱度をさらに用いて制御する点である。
また、本実施形態が適用される理由は、第２実施形態と同様なので、その説明は省略する。
図７に示すように、制御演算装置３８は、第１実施形態において図２に示した制御演算装置３０と同様なので、その説明を省略する。
本実施形態の流量補正演算装置４０は、圧縮機３の吐出冷媒の過熱度および吸込冷媒の過熱度を入力値とし、この入力値に基づいて、現在設定されている冷温水流量を補正する。
吐出冷媒の過熱度は、吐出圧力センサ３ｂから得られる吐出冷媒圧力Ｐ１を得て、この吐出冷媒圧力Ｐ１から飽和温度を求め、この飽和温度と、吐出温度センサ３ｄから得られる吐出冷媒温度Ｔ３との差から算出する。
次に、図８を用いて、仮想的に推定値として設定した冷温水流量を用いて吐出冷媒の過熱度を制御することにより、結果として吸込冷媒の過熱度を適正範囲に制御する方法について説明する。この制御は、流量補正演算装置４０で行われている。
先ず、吐出過熱度が８℃（第３過熱度）よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２０）。ここで、第３過熱度は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の上限値として設定される。
吐出過熱度が８℃よりも大きい場合には、ステップＳ２１へと進み、吸込過熱度が５℃（第１過熱度）よりも大きいか否かを判断する。
吸込過熱度が５℃以上の場合には，ステップＳ２２へと進み、現在設定されている冷温水流量を増側に補正する。
吸込過熱度が５℃よりも小さい場合には，ステップＳ２３へと進み，吸込過熱度が２℃（第２過熱度）よりも小さいか否かを判断する。
吸込過熱度が２℃以上の場合には，ステップＳ２４へと進み，液インジェクションを行い，吐出過熱度を下げる。
吸込過熱度が２℃よりも小さい場合には，合流点Ｃへと戻る。
一方、吐出過熱度が８℃以下の場合には、ステップＳ２５へと進み、吐出過熱度が４℃（第４過熱度）よりも小さいか否かを判断する。ここで、第４過熱度は、好ましくは、吐出冷媒の適正な過熱度の下限値として設定される。
吐出過熱度が４℃以上の場合には、吸込過熱度は適正範囲であると推定し、現在設定されている冷温水流量の補正は行わずに、合流点Ｃへと戻る。
吐出過熱度が４℃よりも小さい場合には、ステップＳ２６へと進み、吸込過熱度が２℃（第２過熱度）よりも小さいか否かを判断する。
吸込過熱度が２℃以上の場合には，吸込過熱度は適正範囲であると推定し、現在設定されている冷温水流量の補正は行わずに、合流点Ｃへと戻る。
吸込過熱度が２℃よりも小さい場合には，ステップＳ２７へと進み，現在設定されている冷温水流量を減側に補正する。
本実施形態のターボ冷凍機１によれば、以下の作用効果を奏する。
冷温水の流量を計測する流量計を用いずに、冷温水の流量を設定冷温水流量（推定値）として制御演算装置３８に与えておき、この仮想の設定冷温水流量に基づいて、ターボ圧縮機３の回転数、入口ベーン１５の開度、およびホットガスバイパス弁の開度を調整することとした。
圧縮機３の吐出冷媒の過熱度が８℃よりも大きいかつ吸込冷媒の過熱度が５℃よりも大きい場合には、現在設定されている設定冷温水流量を増側に変更することとした。これは、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがあると判断されるからである。
設定冷温水流量を増側に補正して設定冷温水流量を増加させることにより、冷凍機１に要求される要求熱量が増大するので、制御演算装置３８の指令により圧縮機３の回転数が増大する。圧縮機３の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機１の能力が増大する。冷凍機１の能力の増大により、吐出冷媒の過熱度は低下し、結果として吸込冷媒の過熱度も適正範囲に保たれることになる。
また、設定冷温水流量を増側に変化させて補正することができるので、推定値である設定冷温水流量を実際に流れている冷温水流量に近付けることができる。
また，圧縮機３の吐出冷媒の過熱度が８℃よりも大きくかつ吸込冷媒の過熱度が２℃から４℃の場合には、液インジェクションを行うこととした。これは、吐出過熱度のみが過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力としては適正であると判断されるからである。液インジェクションを行うことにより，冷凍機能力に対するバランスを保ったまま、吐出過熱度は低下し、適正範囲に保たれることになる。
一方、圧縮機３の吐出冷媒の過熱度が４℃よりも小さくかつ吸込冷媒の過熱度が２℃よりも小さい場合には、現在設定されている設定冷温水流量を減側に変更することとした。これは、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがあり、また、過熱度が０に近いということは、冷凍機１の能力が過剰となっているおそれがあると判断されるからである。
設定冷温水流量を減側に補正して設定冷温水流量を減少させることにより、冷凍機１に要求される要求熱量が減少するので、制御演算装置３８の指令により圧縮機３の回転数が低下する。圧縮機３の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機１の能力が低下する。冷凍機１の能力の低下により、吐出冷媒の過熱度は上昇し、結果として吸込冷媒の過熱度が適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定冷温水流量を減側に変化させて補正することができるので、推定値である設定熱媒流量を実際に流れている冷温水流量に近付けることができる。
なお、本実施形態では、過熱度の閾値として、ステップＳ２０では８℃、ステップＳ２１では５℃，ステップＳ２５では４℃，ステップＳ２６では２℃を用いることとしたが、本発明はこの値に限定されるものではなく、これらの閾値は、適正な吸込過熱度の範囲となるように適宜設定することができる。
図１１には、第１過熱度〜第４過熱度の関係が示されている。同図において、横軸が吐出過熱度（℃）を示し、縦軸が吸入過熱度（℃）を示す。
ステップＳ２２のように、冷温水流量が増側に補正される場合（第３過熱度（８℃）以上かつ第１過熱度（５℃）以上）が、同図の領域ｉに示されている。
ステップＳ２４のように、液インジェクションが実施される場合（第２過熱度（２℃）以上第１過熱度（５℃）以下かつ第３過熱度（８℃）以上）が、同図の領域iiに示されている。
ステップＳ２７のように、冷温水流量が減側に補正される場合（第２過熱度（２℃）以下かつ第４過熱度（４℃）以下）が、同図の領域ixに示されている。
なお、第２実施形態において図６を用いて示したステップＳ１１のように、冷温水流量が増側に補正される場合（第１過熱度（５℃）以上）が、同図の領域ｉ，iv，viiに示されている。
また、第２実施形態において図６を用いて示したステップＳ１３のように、冷温水流量が減側に補正される場合（第２過熱度（２℃）以下）が、同図の領域iii，vi，ixに示されている。
したがって、第２実施形態では、領域ii，v，viiiが適正範囲と判断されることになる。
さらに、次のような制御を行うこととしても良い。
図１１に示したように、第１過熱度よりも大きい第５過熱度を越えた場合、または、第３過熱度よりも大きい第６過熱度を超えた場合には（領域xに相当）、強制的に液インジェクションを行うこととする。これにより、吸込冷媒および吐出冷媒の過熱度を低下させ、適正な範囲に戻すことができる。
また、吸込冷媒の過熱度がさらに大きくなり、第７過熱度（例えば２０℃）以上、または、吐出冷媒の過熱度が第８過熱度（例えば２０℃）以上の場合には（領域xiに相当）、過熱度が過剰に付き過ぎていると共に、設定熱媒流量の修正のみでは運転を継続することが難しいので、ターボ冷凍機の運転が停止される。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図９および図１０を用いて説明する。
本実施形態にかかるターボ冷凍機の構成は、第１実施形態とほぼ同様であり、制御演算装置の一部と流量補正演算装置の構成が異なる。したがって、その他の構成については、その説明を省略する。
本実施形態のターボ冷凍機の制御部の構成が図９に示されている。
本実施形態は、冷温水の流量を計測する流量計を用いずに、圧縮機３の吸込冷媒の過熱度を適正範囲に制御するものである。この点は、第２実施形態と同様である。第２実施形態と異なる点は、圧縮機３のヘッドを用いて吸込冷媒の過熱度を制御する点である。
図７に示すように、制御演算装置４２は、第１実施形態において図２に示した制御演算装置３０と同様であるが、一部の機能が追加されている。それは、圧縮機３のヘッドに応じて吐出冷媒の適正過熱度を演算する機能である。具体的には、圧縮機３の回転数を演算する際に、その回転数に応じた圧縮機３のヘッドを算出し、このヘッドに基づく適正な吐出冷媒の過熱度を算出する。この吐出冷媒過熱度の出力は、流量補正演算装置４４へと送られる。
流量補正演算装置４４には、上述のように得られた適正吐出冷媒過熱度と、圧縮機３の吐出冷媒の過熱度とを入力値とし、これらの入力値に基づいて、現在設定されている冷温水流量を補正する。
吐出冷媒の過熱度は、吐出圧力センサ３ｂから得られる吐出冷媒圧力Ｐ１を得て、この吐出冷媒圧力Ｐ１から飽和温度を求め、この飽和温度と、吐出温度センサ３ｄから得られる吐出冷媒温度Ｔ３との差から算出する。
次に、図１０を用いて、仮想的に推定値として設定した冷温水流量を用いつつ、適正吐出冷媒過熱度を参照して吐出冷媒の過熱度を制御することにより、結果として吸込冷媒の過熱度を適正範囲に制御する方法について説明する。この制御は、制御演算装置４２及び流量補正演算装置４４で行われている。
先ず、制御演算装置４２において、圧縮機３の回転数を演算する際に、圧縮機３のヘッドを算出する（ステップＳ３０）。そして、算出されたヘッドに基づいて、予め決定されている適正な吐出過熱度を算出する（ステップＳ３１）。この適正吐出過熱度は、ヘッドの大きさに応じて決定されており、冷凍機１を納入する前の確認試験または設計計算時において決定される。
そして、流量補正演算装置４４において、吐出過熱度が、適正吐出過熱度に２℃（所定値）加えた値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３２）。吐出過熱度が適正吐出過熱度に２℃加えた値よりも大きい場合には、ステップＳ３３へと進み、現在設定されている冷温水流量を増側に補正する。
一方、吐出過熱度が適正吐出過熱度に２℃加えた値以下となる場合には、ステップＳ３４へと進み、吐出過熱度が、適正吐出過熱度から２℃（所定値）減じた値よりも小さいか否かを判断する。
吐出過熱度が適正吐出過熱度から２℃減じた値以上の場合には、吸込過熱度は適正範囲であると推定し、現在設定されている冷温水流量の補正は行わずに、合流点Ｄへと戻る。
吐出過熱度が適正吐出過熱度から２℃減じた値よりも小さい場合には、ステップＳ３５へと進み、現在設定されている冷温水流量を減側に補正する。
本実施形態のターボ冷凍機１によれば、以下の作用効果を奏する。
温水の流量を計測する流量計を用いずに、温水の流量を設定冷温水流量（推定値）として制御演算装置４２に与えておき、この仮想の設定冷温水流量に基づいて、ターボ圧縮機３の回転数、入口ベーン１５の開度、およびホットガスバイパス弁の開度を調整することとした。
圧縮機３の吐出冷媒の適正過熱度を圧縮機３のヘッドに応じて予め決定しておき、この適正過熱度よりも実際の吐出冷媒の過熱度が、適正吐出過熱度に２℃加えた値よりも大きくなった場合には、設定冷温水流量を増側に変更することとした。これは、過熱度が過剰に付きすぎており、ターボ冷凍機の能力が不足しているおそれがあると判断されるからである。
設定冷温水流量を増側に補正して設定冷温水流量を増加させることにより、冷凍機１に要求される要求熱量が増大するので、制御演算装置４２の指令により圧縮機３の回転数が増大する。圧縮機３の回転数が増大すると、吸込冷媒流量が増大して循環冷媒流量が増大するので、冷凍機の能力が増大する。冷凍機の能力の増大により、吐出冷媒過熱度は低下し、結果として吸込冷媒の過熱度が適正範囲に保たれることになる。
また、設定冷温水流量を増側に変化させて補正することができるので、推定値としての設定熱媒流量を実際に流れている熱媒流量に近付けることができる。
また、圧縮機３の吐出冷媒の適正吐出過熱度を圧縮機３のヘッドに応じて予め決定し、この適正吐出過熱度を用いて制御することとしたので、あらゆる運転状態に対して適正な過熱度を保つことができる。
一方、圧縮機３の吐出冷媒の適正吐出過熱度を圧縮機３のヘッドに応じて予め決定しておき、この適正過熱度よりも実際の吐出過熱度が、適正吐出過熱度から２℃減じた値よりも小さくなった場合には、設定冷温水流量を減側に変更することとした。これは、過熱度が０に近くなり、液冷媒を吸い込んでしまうキャリーオーバのおそれがあり、また、過熱度が０に近いということは、ターボ冷凍機の能力が過剰となっているおそれがあると判断されるからである。
設定冷温水流量を減側に補正して設定冷温水流量を減少させることにより、冷凍機１に要求される要求熱量が減少するので、制御演算装置４２からの指令により圧縮機３の回転数が低下する。圧縮機３の回転数が低下すると、吸込冷媒流量が減少して循環冷媒流量が減少するので、冷凍機１の能力が低下する。冷凍機１の能力の低下により、吐出過熱度は上昇し、結果として吸込冷媒の過熱度が適正範囲に保たれることになる。これにより、キャリーオーバを防ぐことができる。
また、設定冷温水流量を減側に変化させて補正することができるので、設定冷温水流量を実際に流れている冷温水流量に近付けることができる。
また、図１２に示すように、圧縮機３の吐出冷媒の適正吐出過熱度を圧縮機３のヘッドに応じて予め決定し、この適正吐出過熱度を用いて制御することとした。つまり、本実施形態では、図１１を用いて示した第３実施形態等と異なり、増側補正および減側補正を行う過熱度を、ヘッドに応じて変更することとした。したがって、本実施形態によれば、あらゆる運転状態に対して適正な過熱度を保つことができる。
なお、本実施形態では、過熱度の閾値として、ステップＳ３２では（適正吐出過熱度＋２）℃、ステップＳ３４では（適正吐出過熱度−２）℃を用いることとしたが、本発明はこの値に限定されるものではなく、これらの閾値は、適正な吸込過熱度の範囲となるように適宜設定することができる。
本発明の第１実施形態にかかるターボ冷凍機を示した概略図である。 第１実施形態のターボ冷凍機の制御部を示したブロック図である。 図１のターボ冷凍機の圧力−エンタルピー線図である。 図２の制御部の制御フローを示したフローチャートである。 第２実施形態のターボ冷凍機の制御部を示したブロック図である。 図５の制御部の制御フローを示したフローチャートである。 第３実施形態のターボ冷凍機の制御部を示したブロック図である。 図７の制御部の制御フローを示したフローチャートである。 第４実施形態のターボ冷凍機の制御部を示したブロック図である。 図９の制御部の制御フローを示したフローチャートである。 吸込冷媒に関する第１過熱度および第２過熱度と、吐出冷媒に関する第３過熱度および第４過熱度の関係を示したグラフである。 ヘッドに応じて適正な過熱度範囲が変化することを示したグラフである。
符号の説明
１ ターボ冷凍機
３ ターボ圧縮機
６ 水熱交換器（外部負荷側熱交換器）
１５ 入口ベーン（吸込冷媒流量調整手段）
３０，３４，３８，４２ 制御演算装置（ターボ冷凍機の制御装置）
３２，３６，４０，４４ 流量補正演算装置（ターボ冷凍機の制御装置）
Ｔ０ 流入水温度（入口熱媒温度）
Ｔ１ 流出水温度（出口熱媒温度）

Claims (21)

  1. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記出口熱媒温度が、所望の設定温度に到達しておらず、
    前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第１開度よりも大きい場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  2. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記出口熱媒温度が、所望の設定温度を超過しており、
    前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第２開度よりも小さい場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  3. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  4. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  5. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、
    吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  6. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以上第１過熱度以下の場合には、
    前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行う
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  7. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第４過熱度以下とされ、かつ、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  8. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、
    前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以上となる場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  9. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、
    前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以下となる場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  10. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第５過熱度以上とされ、または、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第６過熱度以上の場合には、
    前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行う
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御装置。
  11. 請求項１から１０のいずれかに記載のターボ冷凍機の制御装置を備えていることを特徴とするターボ冷凍機。
  12. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記出口熱媒温度が、所望の設定温度に到達しておらず、
    前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第１開度よりも大きい場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  13. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記出口熱媒温度が、所望の設定温度を超過しており、
    前記吸込冷媒流量調整手段の開度が第２開度よりも小さい場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  14. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  15. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  16. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第１過熱度以上の場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  17. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第３過熱度以上とされ、かつ、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以上第１過熱度以下の場合には、
    前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行う
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  18. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第４過熱度以下とされ、かつ、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第２過熱度以下の場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  19. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、
    前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以上となる場合には、
    前記設定熱媒流量を増側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  20. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御方法であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の適正過熱度を、該ターボ圧縮機のヘッドに応じて決定しておき、
    前記ターボ冷凍機の吐出冷媒の過熱度が、前記適正過熱度に対して所定値以下となる場合には、
    前記設定熱媒流量を減側に変更する
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
  21. 外部負荷から流入する熱媒を冷却または加熱する外部負荷側熱交換器の入口熱媒温度および出口熱媒温度に基づいて、
    冷媒を圧縮するターボ圧縮機の回転数と、
    該ターボ圧縮機へ流入する前記冷媒の流量を調整する吸込冷媒流量調整手段の開度と、
    を制御するターボ冷凍機の制御装置であって、
    前記熱媒の流量を設定熱媒流量として設定しておき、
    前記ターボ圧縮機の吸込冷媒の過熱度が第５過熱度以上とされ、または、
    前記ターボ圧縮機の吐出冷媒の過熱度が第６過熱度以上の場合には、
    前記ターボ圧縮機の冷媒吸込側に液冷媒を噴射する液インジェクションを行う
    ことを特徴とするターボ冷凍機の制御方法。
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