JP2018204870A - ターボ冷凍機 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ターボ冷凍機を超低負荷領域(おおむね冷凍能力10%以下)で運転を行うためには、図6(a)に示すように、凝縮器230と蒸発器210とを接続するホットガスバイパス配管240とホットガスバイパス弁241とを別途設けて、凝縮器230から蒸発器210に冷媒ガスを流すホットガスバイパス制御を実施する必要がある。
本発明によれば、圧縮機の運転台数の制御により圧縮機を停止させた際に、バルブやブレーキ等の高価な設備を設けることなく、圧縮機の羽根車の連れ回りを防止することができる。
本発明によれば、速度制限手段がインバータからなる場合は、インバータにより、圧縮機のゼロ速度運転、極低速度運転、若しくは直流制動を行う。速度制限手段が直流電源からなる場合は、直流電源により圧縮機の直流制動を行う。
本発明によれば、低負荷時に停止させた圧縮機のガイドベーンを開けてホットガスバイパス制御を行うことにより、冷凍に関与しない冷媒を循環させることで冷凍機の負荷を例えば、所定値である10%以下まで絞ることができる。所定値は、予め設定しておいてもよいし、制御部の表示、操作部により設定することも可能である。
本発明によれば、圧縮機の運転台数の制御により圧縮機を停止させた際に、停止させた圧縮機の軸受部への給油量を過剰にすることなく、無駄な動力の消費や軸受部から油が冷媒側に流出する量を減らすことができる。
本発明によれば、圧縮機の運転台数の制御により停止させる圧縮機以外の圧縮機を固定速の電動機で運転することにより、コスト低減を図ることができる。
(1)冷凍負荷に応じた圧縮機の運転台数制御により停止する圧縮機について、仕切り弁などのバルブやストッパ機構等の高価で複雑な機器を設けることなく、圧縮機の連れ回りを防止することができる。
(2)ホットガスバイパス配管およびホットガスバイパス弁を設けることなく、冷媒ガスをバイパスして低負荷制御を実施することができる。
(3)運転台数の制御により圧縮機を停止させた際に、停止させた圧縮機の軸受部への給油量を過剰にすることなく、無駄な動力の消費や軸受部から油が冷媒側に流出する量を減らすことができる。
図1は、本発明に係るターボ冷凍機の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、ターボ冷凍機は、複数台の圧縮機1−1,1−2と、圧縮機1−1,1−2の各々の吐出口が接続された凝縮器2と、圧縮機1−1,1−2の各々の吸込口が接続された蒸発器3とを備えている。これら各機器は冷媒配管4によって連結されている。圧縮機1−1,1−2の吸込側および吐出側の冷媒配管4には冷媒流入防止用のバルブは設置されていない。複数台の圧縮機1−1,1−2は凝縮器2および蒸発器3に並列に接続されている。凝縮器2と蒸発器3を連結する冷媒配管4には膨張弁5が設置されている。圧縮機1−1,1−2には、それぞれ駆動機である電動機13−1,13−2が連結されている。電動機13−1,13−2には、それぞれインバータ15−1,15−2が接続されており、各インバータ15−1,15−2は商用電源14に接続されている。また、各インバータ15−1,15−2は制御装置20に接続されている。図1に示す例では、圧縮機を2台設置しているが、3台以上の圧縮機を設置してもよいことは勿論である。
図3に示すように、圧縮機1−1は多段ターボ圧縮機から構成されており、多段ターボ圧縮機は二段ターボ圧縮機からなり、一段目羽根車11と、二段目羽根車12と、これらの羽根車11,12を回転させる電動機13−1とから構成されている。ターボ圧縮機1−1の電動機13−1は誘導電動機からなり、電動機13−1の回転速度は、商用電源14に接続されたインバータ15−1により制御されるように構成されている。インバータ15−1は制御装置20に接続されている。インバータ15−1は、本発明の速度制限手段を構成している。一段目羽根車11の吸込側には、冷媒ガスの羽根車11,12への吸込流量を調整するガイドベーン16が設けられている。
ターボ冷凍機の運転中に、冷凍負荷が所定値以下に低下したときに、制御装置20は、1台の圧縮機(すなわち、圧縮機1−1)のガイドベーン16を全閉してから、圧縮機1−1を停止させる制御を行う。このとき、制御装置20は、インバータ15−1を制御して羽根車の回転速度を極低速度(定格回転速度の5%)以下に制御する。具体的には、制御装置20は、インバータ15−1に直流保持の指令を送る。インバータ15−1は、予め設定した値の電圧または電流を電動機13−1に供給する。これにより、電動機13−1の固定子を直流励磁し、回転子を停止させる方向の制動トルクを発生させ、電動機13−1の回転速度、すなわち羽根車の回転速度を極低速度(定格回転速度の5%)以下に制御する。
図5に示すように、冷凍負荷が大きい場合には圧縮機を2台運転する。冷凍負荷が小さくなり、冷凍負荷が50%以下(図5においてA点)になったら、圧縮機を1台停止する。圧縮機を停止する場合、該当する圧縮機(図1乃至図4に示す圧縮機1−1)のガイドベーンを徐々に閉じながら、同時に運転継続する圧縮機(図1および図2に示す圧縮機1−2)のガイドベーンを徐々に開いてゆき、停止する圧縮機のガイドベーンを全閉してから圧縮機を停止する。ガイドベーンは構造上若干の漏れがあるので、圧力差によって圧縮機に冷媒ガスが流入する。制御装置20は、速度制限手段を作動させ、すなわち、インバータ15−1(図3)または直流電源22(図4)を制御して羽根車の回転速度をゼロ速度(0rpm)以上極低速度(定格回転速度の5%)以下に制御する。これにより、停止する圧縮機の羽根車の連れ回りを防止することができる。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
2 凝縮器
3 蒸発器
4 冷媒配管
5 膨張弁
11 一段目羽根車
12 二段目羽根車
13−1,13−2 電動機
14 商用電源
15−1,15−2 インバータ
16 ガイドベーン
17 ギヤケーシング
18 油タンク
19 油ポンプ
20 制御装置
21 切替スイッチ
22 直流電源
25 油ポンプインバータ
26 冷媒ポンプ
27 冷媒ポンプインバータ
B 軸受
G ギア
Claims (5)
- 複数台の圧縮機と、
前記圧縮機の各々の吐出口が接続された凝縮器と、
前記圧縮機の各々の吸込口が接続された蒸発器とを備え、
冷凍負荷に応じて前記圧縮機の運転台数を制御するターボ冷凍機において、
運転台数の制御により停止させる圧縮機に、該圧縮機の電動機の回転速度を制限する速度制限手段と、該圧縮機への冷媒ガスの吸込流量を調整するガイドベーンを設け、
前記速度制限手段と前記ガイドベーンとを制御する制御装置を設け、
前記制御装置は、前記圧縮機の停止時に前記速度制限手段を制御し、前記電動機の回転速度をゼロ速度以上極低速度以下に制御するかまたは前記電動機に直流電流を供給して直流制動を行うことを特徴とするターボ冷凍機。 - 前記速度制限手段は、インバータによる前記圧縮機のゼロ速度運転、極低速度運転、若しくは直流制動を行うか、または直流電源による前記圧縮機の直流制動を行うことを特徴とする請求項1記載のターボ冷凍機。
- 前記制御装置は、前記圧縮機の停止時であって冷凍負荷が所定の値以下となった場合に、前記ガイドベーンを開き、前記凝縮器の冷媒ガスを前記停止させた圧縮機を通じて前記蒸発器の上部のガス相に戻して冷媒ガスを運転中の圧縮機の吸込み側にバイパスさせるホットガスバイパス制御を行うことを特徴とする請求項1または2記載のターボ冷凍機。
- 前記制御装置は、前記停止させた圧縮機に給油する油ポンプの間欠運転を行うかまたは回転速度を低下させた運転を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のターボ冷凍機。
- 前記複数台の圧縮機のうち、運転台数の制御により停止させる圧縮機以外の圧縮機は、固定速の電動機を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のターボ冷凍機。
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