JP2525976B2 - タ―ボ冷凍機設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば原子力発電プラ
ントの換気空調設備等に適用されるターボ冷凍機設備に
係り、特にターボ冷凍機への侵入空気を排出する技術を
改良したターボ冷凍機設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のターボ冷凍機設備の従来例を図
３に示し、同設備に設置されるターボ冷凍機のサイクル
構成を図４に示している。

【０００３】図３に示すように、室内設置用の冷却コイ
ル１に系統水配管２を介して複数のターボ冷凍機３（３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）が並列に接続されている。系統
水配管２の各ターボ冷凍機３への入口側には系統水循環
用ポンプ４がそれぞれ設けられ、また入口側および出口
側には開閉弁５，６がそれぞれ設けられている。また、
各ターボ冷凍機３には熱交換用の冷却水配管７が接続さ
れ、各ターボ冷凍機３への入口部に温度調節弁８がそれ
ぞれ設けられている。

【０００４】ターボ冷凍機３は、図示しない運転制御装
置によって選択的に運転可能とされており、このターボ
冷凍機３は図４に示すように、圧縮器９、凝縮器１０、
膨脹弁１１および蒸発器１２によって閉じた冷凍サイク
ルを構成している。

【０００５】しかして、冷却コイル１は例えば原子力発
電プラントに換気空調設備等として配設され、この冷却
コイル１に、ターボ冷凍機３で冷却された所定温度の系
統水が、系統水循環ポンプ５により系統水配管２を介し
て送られる。系統水は空気と熱交換され、換気空気調和
設備で空気を冷却する。ターボ冷凍機３の排熱は、冷却
水配管７内を流れる冷却水により系外へ運ばれる。

【０００６】ターボ圧縮器３においては、冷媒が圧縮器
９で圧縮され、この冷媒は凝縮器１０で冷却水により冷
却されて液化し、膨脹弁１１から蒸発器１２に入り、系
統水の熱を得て蒸発し、再び圧縮器９に環流する。

【０００７】原子力発電プラントの換気空調設備等の場
合、系統の連続運転に関して高い信頼性が要求されるた
め、前記のようにターボ冷凍機３が複数台設置され、不
使用のものは予備機として常に待機状態とされる。すな
わち、最も負荷の大きい夏季等の時期では、例えば４台
のターボ冷凍機３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのうち、３台３
ａ，３ｂ，３ｃが運転され、残りの１台３ｄが予備機と
して待機状態とされ、この予備機がポンプ故障等の場合
に起動して系統の能力を維持する。

【０００８】ところで、換気空気調和設備としての系統
の熱負荷は、外気に影響される。つまり、冷却コイル１
の負荷は、季節によって変化するため、一般にターボ冷
凍機設備では、熱負荷の大きい夏季を基準として容量が
定められる。系統の熱負荷の小さい時期は、ターボ冷凍
機３内へ入る熱負荷が小さくなるため、稼動台数を減じ
て適切な交換熱量を確保し、安定した稼動を確保する。
例えば冬季等では、１台のターボ冷凍機３ａのみが運転
され、他は長期間に亘って停止状態となる。

【０００９】なお、運転中のターボ冷凍機３では、蒸発
器１２内が圧縮機９により真空となるため、空気等の不
凝縮ガスが冷凍機内へ侵入する可能性がある。そこで従
来では、ターボ冷凍機３に不凝縮ガスの排出機構を設け
る等の対策が施されている。不凝縮ガスの排出機構は図
４に示すように、凝縮器１０の上部に抽気配管１３を介
して接続された抽気コンデンサ１４と、この抽気コンデ
ンサ１４内の圧力によって接点切換えを行う圧力スイッ
チ１５と、この圧力スイッチ１５によって開閉切換えが
行われる電磁弁１６と、この電磁弁１６によって開閉さ
れる抽気コンデンサ１４からの不凝縮ガス排出管１７と
を有する構成とされている。

【００１０】そして、系内に侵入した不凝縮ガスは圧縮
器９の駆動によって凝縮器１０に集められ、圧力差を利
用して凝縮機１０から抽気コンデンサ１４に冷媒ガスと
混合状態で送られる。抽気コンデンサ１４では凝縮器１
０と圧縮器９の吸込側とを接続する冷媒配管１８によっ
て冷媒が流通し、ここで熱交換が行われることにより不
凝縮ガスが冷媒ガスから分離される。冷媒は抽気配管１
３によって凝縮器１０に戻されて再利用に供され、不凝
縮ガスはある程度溜まると圧力スイッチ１５によって感
知され、これにより開となる電磁弁１６を介して系外へ
排出される。

【００１１】つまり、系内に混入した不凝縮ガスは、タ
ーボ冷凍機３の圧縮器９の運転によって生じる圧力差を
利用して集められ、さらに不凝縮ガスを分離させるため
に用いる冷媒移動も圧縮器の運転によって行われる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のターボ冷凍機設備では、予備機として多数のターボ
冷凍機３が停止する冬季運転等の場合には、多量に侵入
した空気等の不凝縮ガスの排出が不能となり、長期停止
から起動した際に自動停止してしまうおそれがある。

【００１３】すなわち、ターボ冷凍機３をあるインター
バルで運転しても、長期間停止した場合のターボ冷凍機
３内では空気等の流入が多くなって真空度が低下する。
このため、長期間停止したターボ冷凍機３では、系内に
進入した不凝縮ガスを圧力差を利用して集めることがで
きなくなり、また冷媒を用いて不凝縮ガスを冷媒と空気
とに分離することもできず、空気は系統内に滞る。そし
て、ターボ冷凍機３を再び起動させた際、凝縮器１０の
圧力が通常運転時と比べて高くなり、凝縮器圧力スイッ
チ１７の作用で、圧縮器９が自動停止してしまうもので
ある。

【００１４】なお、各ターボ冷凍機３の停止期間を継続
させないように、時々運転させれば不凝縮ガスを排出で
き、前記の不都合は生じないが、不必要な運転を行った
場合は系統水の循環によって冷却コイル１による冷却効
果に影響が生じる。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、長期間ターボ冷凍機を停止させた場合でも、空
気等の不凝縮ガスの排出が確実に、かつ冷却コイルによ
る冷却効果に影響が生じることなく行え、後の起動の際
にターボ冷凍機が停止することなく円滑に駆動できるタ
ーボ冷凍機設備を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するために、室内設置用の冷却コイルに系統水配管
を介して複数のターボ冷凍機を並列に接続するととも
に、この各ターボ冷凍機に熱交換用の冷却水配管を接続
し、かつ前記ターボ冷凍機を選択的に運転可能としたタ
ーボ冷凍機設備であって、前記ターボ冷凍機にその冷凍
機運転によって作動する不凝縮ガスの排出機構を設けた
ものにおいて、前記冷却水配管の各ターボ冷凍機への出
入口管部位から分岐管をそれぞれ引出し、この各分岐管
を前記ターボ冷凍機の系統水配管出入口管部位に接続
し、系統水に代えて冷却水を前記各ターボ冷凍機に流通
可能とする一方、前記ターボ冷凍機に停止中の系内負圧
を監視する負圧検出器を設け、この負圧検出器によって
不凝縮ガスの侵入による負圧低下を検出した場合に前記
ターボ冷凍機の駆動および前記の冷却水切換え流通を行
なわせる制御手段を設けたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】上述した本発明の構成によると、ターボ冷凍機
内に空気等の不凝縮ガスが侵入し、その量が一定以上に
増加した場合、負圧検出器によって負圧低下が検出さ
れ、ターボ冷凍機が駆動されるとともに、分岐管を介し
てターボ冷凍機内に冷却水が流通し、系統水には何等の
影響もなく運転が行われる。そして、そのターボ冷凍機
の運転によって不凝縮ガスの排出機構が働く状態とな
り、不凝縮ガスが系外に排出される。

【００１８】したがって、長期間ターボ冷凍機を停止さ
せた場合でも、空気等の不凝縮ガスの排出が確実に、か
つ冷却コイルによる冷却効果に影響が生じることなく行
え、後の起動の際にターボ冷凍機が停止することなく円
滑に駆動できるようになる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。

【００２０】図１に示すように、室内設置用の冷却コイ
ル２１に系統水配管２２を介して複数のターボ冷凍機２
３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）が並列に接続さ
れている。系統水配管２２の各ターボ冷凍機２３への入
口部には系統水循環用ポンプ２４（２４ａ，２４ｂ，２
４ｃ，２４ｄ）がそれぞれ設けられ、また入出口部には
開閉弁２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ），２６
（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）が設けられてい
る。

【００２１】各ターボ冷凍機２３には熱交換用の冷却水
配管２７が接続され、各ターボ冷凍機２３への入口部に
温度調節弁２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ）が
それぞれ設けられている。

【００２２】そして、系統水配管２２および冷却水配管
２７の各ターボ冷凍機２３への入口側が、後述する制御
手段としての自動開閉弁用のバイパス弁２９（２９ａ，
２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ）を含む分岐管としてのバイパ
ス配管３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）によっ
て互いに接続されている。

【００２３】一方、系統水配管２２および冷却水配管２
７の各ターボ冷凍機２３からの出口側は、後述する制御
手段としての自動開閉弁用のバイパス弁３１（３１ａ，
３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ）を含む分岐管としてのバイパ
ス配管３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）によっ
て互いに接続されている。

【００２４】また、ターボ冷凍機２３は、図示しない制
御手段によって選択的に運転可能とされており、このタ
ーボ冷凍機２３は図２に示すように、圧縮器３３、凝縮
器３４、膨脹弁３５および蒸発器３６によって閉じた冷
凍サイクルを構成している。不凝縮ガスの排出機構は図
２に示すように、凝縮器３４の上部に抽気配管３７を介
して接続された抽気コンデンサ３８と、この抽気コンデ
ンサ３８内の圧力によって接点切換えを行う圧力スイッ
チ３９と、この圧力スイッチ３９によって開閉切換えが
行われる電磁弁４０と、この電磁弁４０によって開閉さ
れる抽気コンデンサ３８からの不凝縮ガス排出管４１と
を有する構成とされている。

【００２５】抽気コンデンサ３８には、凝縮器３４と蒸
発器３６とを接続する冷媒配管４２によって冷媒が流通
し、ここで熱交換が行われることにより不凝縮ガスが冷
媒ガスから分離されるようになっている。なお、抽気コ
ンデンサ３８は上下２室を有し、上の室が凝縮室３８
ａ、下の室がフロート弁室３８ｂとされている。

【００２６】凝縮室３８ａでは前記のように冷媒と不凝
縮ガスとが分離され、冷媒ガスは冷媒配管４２を介して
流れる冷媒の冷却作用で凝縮される。またフロート弁室
３８ｂにはフロート弁４３が設けられ、一定量以上の冷
媒が溜ると、このフロート弁４３が開き、冷媒はドライ
ヤ４４に送られて乾燥された後、戻し配管４５を介して
蒸発器３６に環流され、再利用に供されるようになって
いる。不凝縮ガスは、ある程度溜まると圧力スイッチ３
９によって感知され、これにより開となる電磁弁４０を
介して系外へ排出される。

【００２７】さらにターボ冷凍機２３の凝縮器３４に
は、停止中の系内負圧を監視する負圧検出器として負圧
スイッチ４６が接続されている。この負圧スイッチ４６
は、不凝縮ガスの侵入によって凝縮器３４内の負圧が低
下した場合に、ターボ冷凍機２３を駆動準備状態とする
とともに、ターボ冷凍機２３への冷却水切換え流通を行
なわせる制御手段としてのバイパス弁２９，３１を開と
するようになっている。なお、４７は凝縮器３４内が高
圧となった場合に冷凍機駆動を停止させるための圧力ス
イッチである。次に作用を説明する。

【００２８】冷却コイル２１は例えば原子力発電プラン
トに換気空調設備等として配設され、この冷却コイル２
１に、ターボ冷凍機２３で冷却された所定温度の系統水
が、系統水循環ポンプ２４により系統水配管２２を介し
て送られる。系統水は空気と熱交換され、換気空気調和
設備で空気を冷却する。ターボ冷凍機２３の排熱は、冷
却水配管２７内を流れる冷却水により系外へ運ばれる。

【００２９】なお、駆動状態のターボ冷凍機２３に対応
する系統水配管２２の開閉弁２５，２６は開となり、逆
に停止状態のターボ冷凍機２３に対応する系統水配管２
２の開閉弁２５，２６は閉となる。また、バイパス配管
３０，３２のバイパス弁２９，３１は通常状態下では全
て閉となる。

【００３０】そして、系統の熱負荷の小さい時期は、タ
ーボ冷凍機２３内へ入る熱負荷は小さくなり、安定した
稼動を確保するために、ターボ冷凍機２３の稼動台数を
減じ、適切な交換熱量を確保することになる。

【００３１】その結果、ターボ冷凍機２３の稼動台数が
最少の１台（例えば２３ａ）となった場合を考える。こ
の場合には、ターボ冷凍機２３ａに対応する系統水配管
２２の開閉弁２５ａ，２６ａは開となり、逆に停止状態
のターボ冷凍機２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに対応する系統
水配管２２の開閉弁２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２６ｂ，
２６ｃ，２６ｄは閉となる。但し、バイパス配管３０，
３２のバイパス弁２９，３１は全て閉である。なお、冷
却水の温度調節弁２８の開度は自動調整される。

【００３２】ここで停止状態のターボ冷凍機の一つ（例
えば２３ｂ）について大気中の空気や水蒸気等の不凝縮
ガス（例えば空気）が混入し、負圧状態が悪くなると、
ある程度空気等の混入によって負圧が悪くなったところ
で、これが負圧スイッチ４６で感知され、ターボ冷凍機
２３ｂの起動準備信号が発せられる。

【００３３】この起動準備信号によりターボ冷凍機２３
ｂのバイパス弁２９ｂ，３１ｂが開となり、ターボ冷凍
機２３ｂにバイパス配管３０ｂ，３２ｂおよび系統水配
管２２の出入口部を介して冷却水が通水されるととも
に、ターボ冷凍機２３ｂは起動できる状態となる。

【００３４】そこで、ターボ冷凍機２３ｂの圧縮器３３
を起動させ、凝縮器３４と蒸発器３６とに圧力差を生じ
させることにより、停止中に混入した空気を凝縮器３４
へ集中させ抽気コンデンサ３８に送り込ませる。抽気コ
ンデンサでは前記のように、空気と冷媒ガスとが分離さ
れ、空気の排出および冷媒ガスの回収が行われる。

【００３５】この時、ターボ冷凍機２３ｂに対しては系
統水に代って冷却水が流通するので、系統水の流動状態
つまり冷却コイル２１による冷却作用には影響が及ばな
い。以上の作用でターボ冷凍機２３ｂの負圧が正常とな
った場合には、圧力スイッチ４６によって停止信号が発
せられ、ターボ冷凍機２３ｂが停止するとともに、バイ
パス弁２９ｂ，３１ｂは閉となり、通常の待機モードに
なる。なお、他のターボ冷凍機２３ｃ，２３ｄ等につい
ても前記同様である。

【００３６】本実施例によれば、ターボ冷凍機２３が停
止中であっても、空気等が系内に侵入して負圧を悪化さ
せる状態となった場合には、凝縮器３４の負圧スイッチ
４６により空気等の混入状況が感知されて冷却水の流通
状態での圧縮器運転が可能となり、これにより系統水に
よる空気調和作用等に何等影響を与えることなく、かつ
不凝縮ガスの混入による凝縮圧力高によるトラブル等を
発生することなく、自動的に不凝縮ガスを排出すること
ができ、装置の信頼性向上が図れるようになる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、長期間
ターボ冷凍機を停止させた場合でも、空気等の不凝縮ガ
スの排出が確実に、かつ冷却コイルによる冷却効果に影
響が生じることなく行え、後の起動の際にターボ冷凍機
が停止することなく円滑に駆動できるという効果が奏さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るターボ冷凍機設備の一実施例を示
す系統図。

【図２】前記実施例におけるターボ冷凍機の構成を示す
系統図。

【図３】ターボ冷凍機設備の従来例を示す系統図。

【図４】従来例におけるターボ冷凍機の構成を示す系統
図。

【符号の説明】

２１ 冷却コイル ２２ 系統水配管 ２３（２３ａ〜２３ｄ） ターボ冷凍機 ２７ 冷却水配管 ３８ 抽気コンデンサ（不凝縮ガスの排出機構） ３０，３２（３０ａ〜３０ｄ，３２ａ〜３２ｄ） バイ
パス配管（分岐管） ４６ 負圧検出スイッチ（負圧検出器）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室内設置用の冷却コイルに系統水配管を
   介して複数のターボ冷凍機を並列に接続するとともに、
   この各ターボ冷凍機に熱交換用の冷却水配管を接続し、
   かつ前記ターボ冷凍機を選択的に運転可能としたターボ
   冷凍機設備であって、前記ターボ冷凍機にその冷凍機運
   転によって作動する不凝縮ガスの排出機構を設けたもの
   において、前記冷却水配管の各ターボ冷凍機への出入口
   管部位から分岐管をそれぞれ引出し、この各分岐管を前
   記ターボ冷凍機の系統水配管出入口管部位に接続し、系
   統水に代えて冷却水を前記各ターボ冷凍機に流通可能と
   する一方、前記ターボ冷凍機に停止中の系内負圧を監視
   する負圧検出器を設け、この負圧検出器によって不凝縮
   ガスの侵入による負圧低下を検出した場合に前記ターボ
   冷凍機の駆動および前記の冷却水切換え流通を行なわせ
   る制御手段を設けたことを特徴とするターボ冷凍機設
   備。