JP2017215085A - ターボ冷凍機及びその起動制御方法 - Google Patents

ターボ冷凍機及びその起動制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017215085A
JP2017215085A JP2016108510A JP2016108510A JP2017215085A JP 2017215085 A JP2017215085 A JP 2017215085A JP 2016108510 A JP2016108510 A JP 2016108510A JP 2016108510 A JP2016108510 A JP 2016108510A JP 2017215085 A JP2017215085 A JP 2017215085A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
oil tank
pressure
turbo
turbo compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016108510A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6736357B2 (ja
Inventor
亮介 末光
Ryosuke Suemitsu
亮介 末光
長谷川　泰士
Hiroshi Hasegawa
泰士 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority to JP2016108510A priority Critical patent/JP6736357B2/ja
Priority to PCT/JP2017/016403 priority patent/WO2017208685A1/ja
Priority to CN201780022828.9A priority patent/CN109073279B/zh
Priority to US16/091,151 priority patent/US10724773B2/en
Publication of JP2017215085A publication Critical patent/JP2017215085A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6736357B2 publication Critical patent/JP6736357B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/02—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for separating lubricants from the refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/007—Conjoint control of two or more different functions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0246—Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0261—Surge control by varying driving speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/06—Lubrication
    • F04D29/063—Lubrication specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
    • F25B1/053—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/08—Refrigeration machines, plants and systems having means for detecting the concentration of a refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/19—Calculation of parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/26—Problems to be solved characterised by the startup of the refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/027—Compressor control by controlling pressure
    • F25B2600/0272—Compressor control by controlling pressure the suction pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1932—Oil pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2105—Oil temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F25B31/002—Lubrication
    • F25B31/004—Lubrication oil recirculating arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

【課題】油タンク内のフォーミングをより確実に抑制することができるターボ冷凍機を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮するターボ圧縮機３と、ターボ圧縮機３によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器５と、凝縮器５から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁７と、膨張弁７によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器９と、ターボ圧縮機３に供給する潤滑油を貯留する油タンク１７と、油タンク１７と蒸発器９とを接続する均圧管２３と、起動を制御する制御部とを備え、制御部は、起動時に、油タンク１７内の潤滑油に溶け込んだ冷媒が溶け出す冷媒溶け出し量を演算し、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、ＩＧＶ１３の開動作を制限することで油タンク１７内の圧力低下速度を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクを備えたターボ冷凍機及びその起動制御方法に関するものである。
従来、ターボ冷凍機に使用しているＨＦＣ冷媒は、ＧＷＰ（Global Warming Potential：地球温暖化係数）が数百〜数千であり、環境への配慮からＧＷＰが１桁のＨＦＯ冷媒への転換が必要である。これに対応するため、燃焼性のないＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）といった低圧冷媒をチラー用冷媒とすることがある。
ターボ冷凍機は、一般に、ターボ圧縮機に供給する潤滑油が貯留された油タンクを備えている。油タンクはターボ冷凍機の低圧側（蒸発器側）と均圧しているため、低圧冷媒を用いた場合、油タンク内の圧力が大気圧以下になると、ガス体積が大きくなる。つまり、低圧冷媒を用いた冷凍機では、油タンク内の潤滑油に溶け込んでいた同質量の冷媒が圧力低下して蒸発した場合、高圧冷媒を用いた冷媒機と比較して、蒸発する冷媒の体積が大きくなり、油タンクの潤滑油に泡立ちが生じるフォーミングが発生しやすくなる。特に、低圧側の圧力低下速度が大きい起動時は、油タンク内の潤滑油にフォーミングが発生しやすい。
特許文献１には、ターボ圧縮機を起動させるときに、吸入容量制御部の開度を目標開度よりも小さな開度で起動した後、速やかに目標開度まで開けることで、目標開度未満である運転時間をできるだけ短くして冷媒の通過抵抗を小さくし、吸入容量制御部の下流側の圧力低下を抑制することによってフォーミングの発生を抑えることが開示されている。
特開２００９−１８６０３０号公報
しかし、同じ圧力低下速度でも圧力の値によって潤滑油に対する冷媒溶解量は異なるので、潤滑油からの冷媒溶け出し量は、油タンク内の圧力によって異なる。また、潤滑油に対する冷媒溶解量は温度にも依存する。したがって、油タンク内のフォーミングをより確実に抑制することが求められる。
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、油タンク内のフォーミングをより確実に抑制することができるターボ冷凍機及びその起動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及びその起動制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記ターボ圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、該油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管と、起動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、起動時に、前記油タンク内の前記潤滑油に溶け込んだ冷媒が溶け出す冷媒溶け出し量を演算し、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、前記油タンク内の圧力低下速度を減少させることを特徴とする。
起動時には、ターボ圧縮機が動作して蒸発器内の圧力が低下する。これに伴い、均圧管を介して接続された油タンク内の圧力も低下する。しかし、油タンク内の圧力低下速度が大きくなると、油タンク内の潤滑油に溶け込んだ冷媒が多く溶け出し、フォーミングが発生するおそれがある。
本発明では、起動時に、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、フォーミングが発生するおそれがあると判断し、油タンク内の圧力低下速度を減少させることとした。これにより、油タンク内のフォーミングを抑制して、油タンク内の油面低下を防ぎ、ターボ圧縮機の潤滑不良を回避することができる。また、油タンクの油面が低下することがないので、所定の油面を回復するために潤滑油を追加する必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。
さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記ターボ圧縮機は、該ターボ圧縮機が吸入する冷媒流量を制御する吸入冷媒制御手段を備え、前記制御部は、前記吸入冷媒制御手段によって吸入冷媒流量を減少させることによって、前記油タンク内の圧力低下速度を減少させることを特徴とする。
油タンク内の圧力低下速度を減少させるには、ターボ圧縮機に設けられた吸入冷媒制御手段を制御することが好ましい。具体的には、起動時に、吸入冷媒制御手段は冷媒流量が増大する開方向に制御されるが、圧力低下速度が所定値を超えた場合には、吸入冷媒制御手段の開方向の動作を制限する。例えば、吸入冷媒制御手段の開動作を一時的に停止するか、開動作の速度を減少させる。
吸入冷媒制御手段としては、ターボ圧縮機の羽根車の上流側に設けられたインレットガイドベーン（ＩＧＶ）が挙げられる。
なお、ターボ圧縮機の回転数を減少させるか、膨張弁の開度を開方向に制御することによって、圧力低下速度を減少させることもできる。
さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記油タンクは、温度センサ及び圧力センサを備え、前記制御部には、温度及び圧力と前記潤滑油に対する冷媒溶解量との関係を示した冷媒溶解量情報が格納され、前記制御部は、前記温度センサから得られた油タンク温度と、前記圧力センサから得られた油タンク圧力と、前記冷媒溶解量情報とに基づいて、前記冷媒溶け出し量を演算することを特徴とする。
潤滑油に対する冷媒熔解量は、圧力と温度に依存する。そこで、圧力及び温度と冷媒溶解量との関係を示した冷媒溶解量情報を制御部に備えておき、油タンクの温度センサ及び圧力センサからの計測結果に基づいて、冷媒溶け出し量を演算することとした。これにより、所定時間毎に冷媒溶け出し量を得ることができ、確実にフォーミングの発生を抑えることができる。
さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記制御部は、前記所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値以下となった場合に、前記油タンク内の圧力低下速度を増加させることを特徴とする。
所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値以下となった場合には、フォーミングの発生の可能性が低いと判断し、油タンク内の圧力低下速度を増加させることとした。これにより、通常の起動シーケンスに復帰させることで起動を早めることができる。
また、本発明のターボ冷凍機の起動制御方法は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記ターボ圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、該油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管とを備えたターボ冷凍機の起動制御方法であって、起動時に、前記油タンク内の前記潤滑油に溶け込んだ冷媒が溶け出す冷媒溶け出し量を演算し、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、前記油タンク内の圧力低下速度を減少させることを特徴とする。
油タンク内の潤滑油について、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、油タンク内の圧力低下速度を減少させることとしたので、油タンクのフォーミングを確実に抑制することができる。
本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機を示した概略構成図である。 圧力及び温度と冷媒溶解量との関係を示したグラフである。 ターボ冷凍機の起動時における冷媒溶け出し量の時間変化を示したグラフである。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示されているように、ターボ冷凍機１は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機３と、ターボ圧縮機３によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器５と、凝縮器５から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁７と、膨張弁７によって膨張された液冷媒を蒸発させる蒸発器９とを備えている。
冷媒としては、ＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）といった低圧冷媒が用いられている。
ターボ圧縮機３は、遠心式圧縮機であり、インバータによって回転数制御された電動機１１によって駆動されている。インバータは、制御部（図示せず）によってその出力が制御されている。ターボ圧縮機３の冷媒吸入口には、吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン（吸入冷媒制御手段：以下「ＩＧＶ」という。）１３が設けられており、ターボ冷凍機１の容量制御が可能となっている。ＩＧＶ１３の開度制御は、制御部によって行われる。
ターボ圧縮機３は、回転軸３ｂ周りに回転する羽根車３ａを備えている。回転軸３ｂには、増速歯車１５を介して電動機１１から回転動力が伝達される。回転軸３ｂは、軸受３ｃによって支持されている。
凝縮器５は、シェルアンドチューブ型やプレート型等の熱交換器とされている。
凝縮器５には、冷媒を冷却するための冷却水が供給されるようになっている。凝縮器５に導かれる冷却水は、図示しない冷却塔や空気熱交換器において外部へと排熱された後に、再び凝縮器５へと導かれるようになっている。
膨張弁７は、電動式とされており、制御部によって開度が任意に設定されるようになっている。
蒸発器９は、シェルアンドチューブ型やプレート型等の熱交換器とされている。蒸発器９には、図示しない外部負荷へ供給される冷水が導かれるようになっている。冷水は、蒸発器９にて冷媒と熱交換することによって、定格温度（例えば７℃）まで冷却され、外部負荷へと送られる。
ターボ圧縮機３の軸受３ｃや増速歯車１５には、油タンク１７から潤滑油が供給されるようになっている。潤滑油としては、例えば、粘度グレード１００とされた鉱物油が用いられる。
油タンク１７内には、図示しない油ポンプが設けられており、これにより、所定の流量にて油供給配管１９を介して潤滑油が供給される。ターボ圧縮機３内で潤滑を終えた潤滑油は、油返送配管２１を介して油タンク１７内へと戻される。
油タンク１７と蒸発器９との間には、これらの間を連通する均圧管２３が設けられており、油タンク１７内の圧力と蒸発器９内の圧力が均圧されるようになっている。このようにし油タンク１７内を低圧にすることで、潤滑油に対する冷媒溶け込み量を低く保つようになっている。
油タンク１７には、圧力センサ２５と温度センサ２７とが設けられている。圧力センサ２５によって、油タンク１７内の圧力を計測し、制御部へと計測結果を出力する。温度センサ２７によって、油タンク１７内の温度（具体的には潤滑油温度）を計測し、制御部へと計測結果を出力する。
制御部は、ターボ冷凍機１の起動制御等のターボ冷凍機１の運転に関する制御を行い、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
制御部には、図２に示すような冷媒溶解量に関する冷媒溶解量情報が記憶領域に格納されている。なお、この冷媒溶解量情報の記述形式は、マップ形式でもよいし、近似式等を用いた関係式としてもよい。
図２において、横軸は、潤滑油に対する冷媒の溶け込み量を示す冷媒溶解量であり、縦軸は圧力である。同図中に示された各曲線は、それぞれの温度における冷媒溶解量を示している。同図から分かるように、各曲線は上に凸の形状とされており、圧力が低いほど冷媒溶解量が小さく、また圧力が低い領域ほど冷媒溶解量の変化が大きい。さらに、同じ圧力で比較した場合、温度が高いほど冷媒溶解量が小さいことが分かる。
制御部では、図２に示したような冷媒溶解量情報を用いて、各時刻における冷媒溶け出し量を演算する。ここで、冷媒溶け出し量とは、潤滑油に溶け込んでいた冷媒がガスとなり潤滑油から放出される量［重量％］を意味する。
図２に例示されているように、温度センサ２７で計測した油タンク１７内の温度が４０℃とされている場合、圧力センサ２５で計測した１０秒前の圧力Ｐ１から冷媒溶解量Ｄ１を得て、さらに圧力センサ２５で計測した１０秒後の圧力低下した圧力Ｐ２から冷媒溶解量Ｄ２を得た後に、これらの差分（Ｄ１−Ｄ２）から冷媒溶け出し量を演算する。このようにして、制御部では冷媒溶け出し量の演算が所定の時間間隔（図２の例では１０秒間隔）で行われる。
次に、上記構成のターボ冷凍機１の起動制御について説明する。
ターボ冷凍機１の起動前は、凝縮器５及び蒸発器９ともに環境温度近くの状態となっており、凝縮器５内の圧力と蒸発器９内の圧力は略同等となっている。この状態でターボ冷凍機１を起動すると、制御部の指令により、ターボ圧縮機３が回転し、ＩＧＶ１３を介して吸い込んだ冷媒がターボ圧縮機３から吐出される。ターボ圧縮機３から吐出された冷媒は、凝縮器５へと送られて、膨張弁７及び蒸発器９を通り再びターボ圧縮機３へと戻り循環する。ターボ圧縮機３は、制御部の指令によって徐々に昇速されていき、これに伴いＩＧＶ１３も、全閉とされた状態から徐々に開方向に制御されていく。
このようにターボ冷凍機１が起動すると、蒸発器９内の圧力が徐々に減少していく。これに伴い、蒸発器９と均圧管２３で接続された油タンク１７内の圧力も減少していく。油タンク１７内の圧力は圧力センサ２５によって計測されて制御部へと送られ、油タンク１７内の温度は温度センサ２７によって計測されて制御部へと送られる。
制御部では、得られた油タンク１７内の圧力及び温度から、図２を用いて説明したように、冷媒溶け出し量が所定時間（例えば１０秒）ごとに演算される。図３には、冷媒溶け出し量を各時刻で演算してプロットした例が示されている。同図に示されているように、起動初期は圧力低下速度が大きいので、冷媒溶け出し量が上昇傾向にあり、その後は圧力低下速度が小さくなるので、冷媒溶け出し量が減少傾向にある。
制御部は、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合、例えば３０秒にわたって冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、図３に「ベーン開制限開始」と示しているように、ＩＧＶ１３の開動作を停止するように制御する。なお、ＩＧＶ１３の開動作を停止する代わりに、ＩＧＶ１３の開動作の速度を減少させるようにしてもよい。これにより、油タンク１７内の圧力低下速度が減少または０となり、油タンク１７のフォーミングを未然に防止する。
ＩＧＶ１３開度を制限する制御の開始タイミングは、予備試験等によって油タンク１７内でフォーミングが発生する条件を得ておき、この条件に到達しない所定時間当たりの冷媒溶け出し量を得ておくことによって決められる。
制御部は、ＩＧＶ１３の開度を制限した後に、冷媒溶け出し量が減少し、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値以下となった場合、例えば３０秒にわたって冷媒溶け出し量が所定値以下となった場合に、図３に「ベーン開制限解除」と示しているように、ＩＧＶ１３の開動作を通常の速度で再び行うように制御する。これにより、通常の起動シーケンスに復帰することで、ＩＧＶ１３の開動作が進行し、ターボ冷凍機１の起動動作が行われる。
以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ターボ冷凍機１の起動時に、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、フォーミングが発生するおそれがあると判断し、ＩＧＶ１３の開動作を制限することによって油タンク１７内の圧力低下速度を減少させることとした。これにより、油タンク１７内のフォーミングを抑制して、油タンク１７内の油面低下を防ぎ、ターボ圧縮機３の潤滑不良を回避することができる。また、油タンク１７の油面が低下することがないので、所定の油面を回復するために潤滑油を追加する必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。
潤滑油に対する冷媒熔解量は、圧力と温度に依存する。そこで、圧力及び温度と冷媒溶解量との冷媒溶解量情報を制御部に備えておき、油タンク１７の圧力センサ２５及び温度センサ２７からの計測結果に基づいて、冷媒溶け出し量を演算することとした。これにより、所定時間毎に冷媒溶け出し量を得ることができ、確実にフォーミングの発生を抑えることができる。
所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値以下となった場合には、フォーミングの発生の可能性が低いと判断し、油タンク１７内の圧力低下速度を増加させることとした。これにより、通常の起動シーケンスに復帰させることでターボ冷凍機１の起動を早めることができる。
なお、上述した実施形態では、ＩＧＶ１３の開動作を制限することで油タンク１７内の圧力低下速度を減少させることとしたが、これに代えて、あるいはＩＧＶ１３の開動作制限に加えて、ターボ圧縮機３の回転数を減少させるか、膨張弁７の開度を開方向に制御することによって、圧力低下速度を減少させることとしても良い。
また、低圧冷媒の一例としてＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）を挙げて説明したが、他の低圧冷媒にも本発明を適用することができ、また、油タンク内のフォーミングのおそれがある場合には高圧冷媒に対しても本発明を適用することができる。
１ ターボ冷凍機
３ ターボ圧縮機
３ａ 羽根車
３ｂ 回転軸
３ｃ 軸受
５ 凝縮器
７ 膨張弁
９ 蒸発器
１１ 電動機
１３ ＩＧＶ（インレットガイドベーン：吸入冷媒制御手段）
１５ 増速歯車
１７ 油タンク
１９ 油供給配管
２１ 油返送配管
２３ 均圧管
２５ 圧力センサ
２７ 温度センサ

Claims (5)

  1. 冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、
    該ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    該凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、
    該膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    前記ターボ圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、
    該油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管と、
    起動を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、起動時に、前記油タンク内の前記潤滑油に溶け込んだ冷媒が溶け出す冷媒溶け出し量を演算し、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、前記油タンク内の圧力低下速度を減少させることを特徴とするターボ冷凍機。
  2. 前記ターボ圧縮機は、該ターボ圧縮機が吸入する冷媒流量を制御する吸入冷媒制御手段を備え、
    前記制御部は、前記吸入冷媒制御手段によって吸入冷媒流量を減少させることによって、前記油タンク内の圧力低下速度を減少させることを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。
  3. 前記油タンクは、温度センサ及び圧力センサを備え、
    前記制御部には、温度及び圧力と前記潤滑油に対する冷媒溶解量との関係を示した冷媒溶解量情報が格納され、
    前記制御部は、前記温度センサから得られた油タンク温度と、前記圧力センサから得られた油タンク圧力と、前記冷媒溶解量情報とに基づいて、前記冷媒溶け出し量を演算することを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ冷凍機。
  4. 前記制御部は、前記所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値以下となった場合に、前記油タンク内の圧力低下速度を増加させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のターボ冷凍機。
  5. 冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、
    該ターボ圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    該凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、
    該膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    前記ターボ圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、
    該油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管と、
    を備えたターボ冷凍機の起動制御方法であって、
    起動時に、前記油タンク内の前記潤滑油に溶け込んだ冷媒が溶け出す冷媒溶け出し量を演算し、所定時間当たりの冷媒溶け出し量が所定値を超えた場合に、前記油タンク内の圧力低下速度を減少させることを特徴とするターボ冷凍機の起動制御方法。
JP2016108510A 2016-05-31 2016-05-31 ターボ冷凍機及びその起動制御方法 Active JP6736357B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016108510A JP6736357B2 (ja) 2016-05-31 2016-05-31 ターボ冷凍機及びその起動制御方法
PCT/JP2017/016403 WO2017208685A1 (ja) 2016-05-31 2017-04-25 ターボ冷凍機及びその起動制御方法
CN201780022828.9A CN109073279B (zh) 2016-05-31 2017-04-25 涡轮制冷机及其启动控制方法
US16/091,151 US10724773B2 (en) 2016-05-31 2017-04-25 Turbo freezing machine and start-up control method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016108510A JP6736357B2 (ja) 2016-05-31 2016-05-31 ターボ冷凍機及びその起動制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017215085A true JP2017215085A (ja) 2017-12-07
JP6736357B2 JP6736357B2 (ja) 2020-08-05

Family

ID=60479508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016108510A Active JP6736357B2 (ja) 2016-05-31 2016-05-31 ターボ冷凍機及びその起動制御方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10724773B2 (ja)
JP (1) JP6736357B2 (ja)
CN (1) CN109073279B (ja)
WO (1) WO2017208685A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108362024A (zh) * 2017-01-26 2018-08-03 荏原冷热系统株式会社 离心式制冷机
WO2019123924A1 (ja) * 2017-12-19 2019-06-27 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 油ポンプ制御装置、制御方法、及び制御プログラム並びにターボ冷凍機
CN111981715A (zh) * 2019-05-21 2020-11-24 开利公司 制冷设备
US11391495B2 (en) 2017-10-12 2022-07-19 Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems, Ltd. Turbo refrigerator and startup control method therefor
JP2023150208A (ja) * 2022-03-31 2023-10-16 ダイキン工業株式会社 冷凍装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3722701B1 (en) * 2017-12-06 2023-11-01 Mitsubishi Electric Corporation Refrigeration cycle device
CN110360130B (zh) * 2018-04-09 2022-12-27 开利公司 可变扩压器驱动系统
EP3963271A1 (en) 2019-05-03 2022-03-09 Johnson Controls Technology Company Control system for a vapor compression system
US20240125333A1 (en) * 2021-02-17 2024-04-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Suction pipe of centrifugal compressor, centrifugal compressor with suction pipe, and refrigerator
CN113606691B (zh) * 2021-07-30 2022-04-12 宁波奥克斯电气股份有限公司 防冷冻油起泡控制方法、装置、空调及计算机可读存储介质
JP2024011843A (ja) * 2022-07-15 2024-01-25 三菱重工業株式会社 ターボ冷凍機の起動シーケンス生成装置、起動シーケンス生成方法、及びプログラム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404811A (en) 1981-11-27 1983-09-20 Carrier Corporation Method of preventing refrigeration compressor lubrication pump cavitation
US4404812A (en) * 1981-11-27 1983-09-20 Carrier Corporation Method and apparatus for controlling the operation of a centrifugal compressor in a refrigeration system
US4829786A (en) 1988-08-15 1989-05-16 American Standard Inc. Flooded evaporator with enhanced oil return means
US5066197A (en) * 1990-07-10 1991-11-19 Sundstrand Corporation Hydrodynamic bearing protection system and method
US5211542A (en) * 1992-10-19 1993-05-18 Carrier Corporation Method and apparatus for oil sump pressure control
JP2009186030A (ja) 2008-02-01 2009-08-20 Daikin Ind Ltd ターボ冷凍機
JP5262155B2 (ja) * 2008-02-06 2013-08-14 株式会社Ｉｈｉ ターボ圧縮機及び冷凍機
JP2018004142A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 冷凍機

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108362024A (zh) * 2017-01-26 2018-08-03 荏原冷热系统株式会社 离心式制冷机
US11391495B2 (en) 2017-10-12 2022-07-19 Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems, Ltd. Turbo refrigerator and startup control method therefor
WO2019123924A1 (ja) * 2017-12-19 2019-06-27 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 油ポンプ制御装置、制御方法、及び制御プログラム並びにターボ冷凍機
JP2019109023A (ja) * 2017-12-19 2019-07-04 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 油ポンプ制御装置、制御方法、及び制御プログラム並びにターボ冷凍機
CN111433533A (zh) * 2017-12-19 2020-07-17 三菱重工制冷空调系统株式会社 油泵控制装置、控制方法、控制程序及涡轮制冷机
CN111981715A (zh) * 2019-05-21 2020-11-24 开利公司 制冷设备
JP2023150208A (ja) * 2022-03-31 2023-10-16 ダイキン工業株式会社 冷凍装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017208685A1 (ja) 2017-12-07
CN109073279A (zh) 2018-12-21
US20190128580A1 (en) 2019-05-02
CN109073279B (zh) 2020-10-02
JP6736357B2 (ja) 2020-08-05
US10724773B2 (en) 2020-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6736357B2 (ja) ターボ冷凍機及びその起動制御方法
JP6454564B2 (ja) ターボ冷凍機
CN110603415B (zh) 涡轮制冷机及其控制装置、控制方法以及记录介质
US11391495B2 (en) Turbo refrigerator and startup control method therefor
JP2011017455A (ja) ターボ冷凍機
JP2009138973A (ja) ヒートポンプ及びその運転方法
US20210033316A1 (en) Oil pump control device, control method, control program, and turbo refrigerator
JP5854882B2 (ja) チリングユニット
JP6615632B2 (ja) ターボ冷凍機及びその起動制御方法
JP5141272B2 (ja) ターボ冷凍機
JP2009186030A (ja) ターボ冷凍機
JP2013181711A (ja) 冷凍装置
JP2009186028A (ja) ターボ冷凍機
JP5483129B2 (ja) 二元冷凍装置の立ち上げ制御方法
JP6150907B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP4952599B2 (ja) ターボ冷凍機
WO2019194082A1 (ja) 冷凍機の制御装置、冷凍機、冷凍機の制御方法および冷凍機の制御プログラム
JP2018173204A (ja) 冷凍機および冷凍機制御方法
JP2016205767A (ja) 冷凍装置及びヒートポンプ
JP2009180491A (ja) ターボ冷凍機
JP2013108713A (ja) 冷凍装置

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170621

A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20190322

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200406

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200616

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200715

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6736357

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150