JP3676316B2 - ターボ冷凍機の容量制御法及びターボ冷凍機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ冷凍機の容量制御法及びターボ冷凍機に関し、特に、安定した性能が得られるとともに、サージングを回避できるターボ冷凍機の容量制御法及びターボ冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ冷凍機には単段ターボ冷凍機と多段ターボ冷凍機とがあり、単段ターボ冷凍機は、ガス冷媒を単段に昇圧する単段の羽根車を有するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機で昇圧した冷媒を凝縮、液化する凝縮器と、凝縮器において液化した冷媒を減圧する膨張弁と、膨張弁で減圧した冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えている。
【０００３】
また、多段ターボ冷凍機（例えば、２段ターボ圧縮機）は、ガス冷媒を２段階に昇圧する２段の羽根車を有するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機で昇圧した冷媒を凝縮、液化する凝縮器と、凝縮器において液化した冷媒を２段階に減圧する２つの膨張弁を有する中間冷却器と、各膨張弁で減圧した冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えている。
【０００４】
このような構成の各種のターボ冷凍機にあっては、容量を制御する場合に、羽根車に連設されているベーンの開閉度を調整し、羽根車のガス冷媒の吸込み量を制御する方法（ベーン制御）がとられ、膨張弁の開閉度を制御することにより凝縮器と中間冷却器との間での凝縮器の液位を制御する方法（膨張弁制御）、及び中間冷却器と蒸発器の間では中間冷却器の液位を制御する方法を採っている。また演算により循環量算定し、さらに適正流量に膨張弁開度を制御する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような３つのパラメータを制御しようとした場合、各々の応答感度（遅れ）によって制御が不安定になってしまい、ハンチング現象を起す虞がある。また、膨張弁に電動式のものを用いたり、中間冷却器にフロート式のものを用いた場合には、価格が高いために装置全体としての価格が高くなってしまう。また、これらは機械的な可動部分を有しているため、作動不良を起す虞があり、長期的に安定した性能を発揮することができない。さらに、２段ターボ冷凍機の場合には、第１段羽根車と第２段羽根車に連設される第１ベーン及び第２ベーンが同時に作動するようになっているため、不安定制御に起因するサージング現象を起す虞がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、上述した３つのパラメータを制御しようとする場合に、各々の応答感度（遅れ）によって制御が不安定になってハンチング現象を起すようなことがなく、装置全体としての価格を安く抑えることができ、さらに、凝縮器からの冷媒を減圧する部分に機械的な可動部分がなく、長期的に安定した性能を発揮することができ、さらに、２段ターボ冷凍機の場合であっても、サージング現象を起す虞が全くない、ターボ冷凍機の容量制御法及びターボ冷凍機を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
【０００８】
請求項１に係る発明は、ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒を導入する２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器でからの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機について、前記冷媒の循環量を制御するターボ冷凍機の容量制御法において、前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設けて、一方のフルイディクス素子により前記凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するようにしたことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機の容量制御法によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、第１ベーンを介して冷媒ガスを吸い込み、この冷媒ガスを第１段羽根車の回転による遠心力で中間圧に昇圧し、該第１羽根車で中間圧に昇圧した冷媒ガスを第２ベーンを介して吸いこみ、第２段羽根車の回転による遠心力で凝縮圧力に昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒が導入される２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機について、前記第１ベーン及び第２ベーンを同時に作動させることにより冷媒ガスの吸込み量を制御するターボ冷凍機の容量制御法において、前記第１ベーン及び前記第２ベーンを独立して作動させ、前記第１ベーンを前記蒸発器の冷水出口温度により制御し、前記第２ベーンを前記中間冷却器の圧力により制御するとともに、前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設けて、一方のフルイディクス素子により前記凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するように構成したことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機の容量制御法によれば、第１ベーン及び第２ベーンは独立して制御され、第１ベーンは蒸発器の冷却水出口温度により制御され、第２ベーンは中間冷却器の圧力により制御されることになる。
【００１０】
また、第１ベーン及び第２ベーンは独立して制御され、第１ベーンは蒸発器の冷却水出口温度により制御され、第２ベーンは中間冷却器の圧力により制御されることになる。また、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。さらに、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機において、前記凝縮器からの冷媒の液位を制御するフルイディクス素子を設けたことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置にフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒が導入される２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機において、前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれ前記凝縮器からの冷媒の液位を制御するフルイディクス素子を設けたことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図６には、本発明によるターボ冷凍機の第１の実施の形態が示されている。図１、図２においてターボ冷凍機１は、吸入口５から吸い込んだガス冷媒を昇圧するターボ圧縮機２と、ターボ圧縮機２において昇圧した冷媒を凝縮、液化する凝縮器１０と、凝縮器１０において液化した冷媒を導入する中間冷却器１３と、中間冷却器１３からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器２５とを備えている。
【００１４】
図２において符号３０は、冷媒の一部を利用してターボ圧縮機２の潤滑油を冷却する油冷却器、符号９は、ターボ圧縮機２を駆動させるための駆動機構であって、駆動機構９は、駆動源である電動機７と、動力伝達機構８とから構成されている。また、ターボ圧縮機２、凝縮器１０、中間冷却器１３、及び蒸発器２５は、冷媒を循環させる閉じた系を構成するために主配管２８によって接続されている。
【００１５】
この実施の形態においては、ターボ圧縮機２に２段ターボ圧縮機を使用している。２段ターボ圧縮機２は、第１段羽根車３と第２段羽根車４とを有し、第１段羽根車３には第１段羽根車３へのガス冷媒の吸い込み量を制御する第１ベーン２６が連設され、第２段羽根車４には第２段羽根車４へのガス冷媒の吸い込み量を制御する第２ベーン２７が連設されている。
【００１６】
そして、第１ベーン２６を介して第１段羽根車３に導かれたガス冷媒は、第１段羽根車３の高速回転による遠心力で中間圧に昇圧され、中間圧に昇圧されたガス冷媒は、第２ベーン２７を介して第２羽根車４に導かれ、第２段羽根車４の高速回転による遠心力で凝縮圧に昇圧される。この場合、第１ベーン２６及び第２ベーン２７の開閉角度を制御することにより、第１段羽根車３に導くガス冷媒の量、及び第２羽根車４に導くガス冷媒の量を制御することができるものである。
【００１７】
凝縮器１０は、凝縮器１１と、サブクーラーと呼ばれる過冷却器１２とからなり、凝縮器１１、サブクーラー１２の順に冷媒が導かれる。この場合、凝縮器１１において冷却された冷媒の一部は、サブクーラー１２を経ずに油冷却器３０に導かれ、潤滑油を冷却する。また、それとは別に、凝縮器１１において冷却された冷媒の一部は、サブクーラー１２を経ずに電動機７のケーシング内に導かれ、ステータやコイル（図示せず）を冷却する。
【００１８】
中間冷却器１３は、中空の容器を有し、この容器の内部は第１室１３ａと第２室１３ｂの２つの冷却部に区画され、第１室１３ａは主配管２８を介して凝縮器１０側に接続され、第２室１３ｂは主配管１３を介して蒸発器２５側に接続されるようになっている。第１室１３ａ内には凝縮器１０からの冷媒が貯留され、第２室１３ｂ内には第１室１３ａからの冷媒が貯留されるようになっている。
【００１９】
中間冷却器１３の第１室１３ａ及び第２室１３ｂにはそれぞれフルイディクス素子１４が設けられている。フルイディクス素子１４は、図３から図６に示すように、上下端が閉塞された筒状の本体部１５と、本体部１５の下端中央部に設けられるとともに、本体部１５内外を貫通する流出口１６と、本体部１５の同一接線上に設けられるとともに、接線方向の両方向から本体部１５内外を貫通し、かつ本体部１５の周縁部で相互に合流する２つの流入口１７、１９とを備えている。この場合、一方の流入口１７はチューブ１８を介して液面の上限位置に開口され、他方の流入口１９はチューブ２０を介して液面の下限位置に開口されるようになっている。また、第１室１３ａ側のフルイディクス素子１４の流出口１６は第２室１３ｂ側に接続され、第２室１３ｂ側のフルイディクス素子１４の流出口１６は主配管２８を介して蒸発器２５側に接続されるようになっている。
【００２０】
第１室１３ａ内の液面の位置がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７よりも上方に位置する場合には、図３及び図４に示すように、一方及び他方の流入口１７、１９からフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４内には渦が発生しないので、抵抗が小さくなる。従って、流出口１６から第２室１３ｂ側に流出する冷媒の流量が大流量となる。一方、液面がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７の開口部よりも下方に位置する場合には、図５及び図６に示すように、他方の流入口１９の開口部のみからフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４の本体部１５内には渦が発生するので、遠心力により抵抗が大きくなる。従って、流出口１６から第２室１３ｂ側に流出する冷媒の流量が小流量となる。
【００２１】
また、第２室１３ｂ内の液面の位置がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７よりも上方に位置する場合には、図３及び図４に示すように、一方及び他方の流入口１７、１９からフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４内には渦が発生しないので、抵抗が小さくなる。従って、流出口から蒸発器側に流出する冷媒の流量が大流量となる。一方、液面がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７の開口部よりも下方に位置する場合には、図５及び図６に示すように、他方の流入口１９の開口部のみからフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４の本体部１５内には渦が発生するので、遠心力により抵抗が大きくなる。従って、流出口１６から蒸発器２５側に流出する冷媒の流量が小流量となる。
【００２２】
蒸発器２５では、中間冷却器１３からの冷媒はチューブ内を流通する冷水との間で熱交換が行われることにより蒸発、気化し、再びターボ圧縮機２の第１羽根車３に吸い込まれる。
【００２３】
上記のように構成したこの実施の形態によるターボ冷凍機１にあっては、容量を制御する場合に、中間冷却器１３にフルイディクス素子１４、１４を設けているので、凝縮器１０と蒸発器２５との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはない。従って、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができる。また、フルイディスク素子１４は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができる。さらに、フルイディスク素子１４は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができる。
【００２４】
次に、本発明によるターボ冷凍機の第２の実施の形態について図１及び図２を参照しつつ説明する。
この実施の形態に示すターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機２の第１段羽根車３に連設される第１ベーン２６を蒸発器２５の冷水出口温度により制御し、第２段羽根車３に連設される第２ベーン２７を中間冷却器１３の圧力により制御するよう構成したものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。
【００２５】
そして、この実施の形態に示すターボ冷凍機１にあっても、前記第１の実施の形態に示すものと同様の作用効果を奏するとともに、第１ベーン２６と第２ベーン２７とを独立して制御することができるので、サージングを回避することができるものである。
【００２６】
なお、前記各実施の形態においては、２段ターボ圧縮機を使用した２段ターボ冷凍機に本発明を適用したが、３段以上のターボ圧縮機を使用した多段ターボ冷凍機、又は単段ターボ圧縮機を使用した単段ターボ冷凍機に本発明を適用しても良いものであり、その場合にも同様の作用効果を奏するのは勿論のことである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載のターボ冷凍機の容量制御法にあっては、中間冷却器の２つの冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設け、一方のフルイディクス素子により凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するように構成しているので、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。
【００２９】
さらに、請求項２に記載のターボ冷凍機の容量制御法によれば、第１ベーン及び第２ベーンを独立して作動させ、第１ベーンを蒸発器の冷水出口温度により制御し、第２ベーンを中間冷却器の圧力により制御するように構成しているので、第１ベーン２６と第２ベーン２７とを独立して制御することができ、サージングを回避することができることになる。
【００３０】
さらに、第１ベーン及び第２ベーンは独立して制御され、第１ベーン、第２ベーンは蒸発器の冷却水出口温度により制御される。また、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができる。さらに、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御することができる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。さらに、第１ベーン２６と第２ベーン２７とを独立して制御することができるので、サージングを回避することができることになる。
【００３１】
さらに、請求項３に記載のターボ冷凍機によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置にフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。
【００３２】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるターボ冷凍機の一実施の形態を示した斜視図である。
【図２】 図１に示すものの系統図である。
【図３】 図１に示すフルイディクス素子の正面図であって、大流量状態を示した説明図である。
【図４】 図３に示すフルイディクス素子の横断面図である。
【図５】 図１に示すフルイディクス素子の正面図であって、小流量状態を示した説明図である。
【図６】 図５に示すフルイディクス素子の横断面図である。
【符号の説明】
１ ターボ冷凍機
２ ターボ圧縮機
３ 第１段羽根車
４ 第２段羽根車
１０ 凝縮器
１３ 中間冷却器
１３ａ 冷却部（第１室）
１３ｂ 冷却部（第２室）
１４ フルイディクス素子
２５ 蒸発器
２６ 第１ベーン
２７ 第２ベーン
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ冷凍機の容量制御法及びターボ冷凍機に関し、特に、安定した性能が得られるとともに、サージングを回避できるターボ冷凍機の容量制御法及びターボ冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ冷凍機には単段ターボ冷凍機と多段ターボ冷凍機とがあり、単段ターボ冷凍機は、ガス冷媒を単段に昇圧する単段の羽根車を有するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機で昇圧した冷媒を凝縮、液化する凝縮器と、凝縮器において液化した冷媒を減圧する膨張弁と、膨張弁で減圧した冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えている。
【０００３】
また、多段ターボ冷凍機（例えば、２段ターボ圧縮機）は、ガス冷媒を２段階に昇圧する２段の羽根車を有するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機で昇圧した冷媒を凝縮、液化する凝縮器と、凝縮器において液化した冷媒を２段階に減圧する２つの膨張弁を有する中間冷却器と、各膨張弁で減圧した冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えている。
【０００４】
このような構成の各種のターボ冷凍機にあっては、容量を制御する場合に、羽根車に連設されているベーンの開閉度を調整し、羽根車のガス冷媒の吸込み量を制御する方法（ベーン制御）がとられ、膨張弁の開閉度を制御することにより凝縮器と中間冷却器との間での凝縮器の液位を制御する方法（膨張弁制御）、及び中間冷却器と蒸発器の間では中間冷却器の液位を制御する方法を採っている。また演算により循環量算定し、さらに適正流量に膨張弁開度を制御する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような３つのパラメータを制御しようとした場合、各々の応答感度（遅れ）によって制御が不安定になってしまい、ハンチング現象を起す虞がある。また、膨張弁に電動式のものを用いたり、中間冷却器にフロート式のものを用いた場合には、価格が高いために装置全体としての価格が高くなってしまう。また、これらは機械的な可動部分を有しているため、作動不良を起す虞があり、長期的に安定した性能を発揮することができない。さらに、２段ターボ冷凍機の場合には、第１段羽根車と第２段羽根車に連設される第１ベーン及び第２ベーンが同時に作動するようになっているため、不安定制御に起因するサージング現象を起す虞がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、上述した３つのパラメータを制御しようとする場合に、各々の応答感度（遅れ）によって制御が不安定になってハンチング現象を起すようなことがなく、装置全体としての価格を安く抑えることができ、さらに、凝縮器からの冷媒を減圧する部分に機械的な可動部分がなく、長期的に安定した性能を発揮することができ、さらに、２段ターボ冷凍機の場合であっても、サージング現象を起す虞が全くない、ターボ冷凍機の容量制御法及びターボ冷凍機を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
【０００８】
請求項１に係る発明は、ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒を導入する２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器でからの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機について、前記冷媒の循環量を制御するターボ冷凍機の容量制御法において、前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設けて、一方のフルイディクス素子により前記凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するようにしたことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機の容量制御法によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、第１ベーンを介して冷媒ガスを吸い込み、この冷媒ガスを第１段羽根車の回転による遠心力で中間圧に昇圧し、該第１羽根車で中間圧に昇圧した冷媒ガスを第２ベーンを介して吸いこみ、第２段羽根車の回転による遠心力で凝縮圧力に昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒が導入される２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機について、前記第１ベーン及び第２ベーンを同時に作動させることにより冷媒ガスの吸込み量を制御するターボ冷凍機の容量制御法において、前記第１ベーン及び前記第２ベーンを独立して作動させ、前記第１ベーンを前記蒸発器の冷水出口温度により制御し、前記第２ベーンを前記中間冷却器の圧力により制御するとともに、前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設けて、一方のフルイディクス素子により前記凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するように構成したことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機の容量制御法によれば、第１ベーン及び第２ベーンは独立して制御され、第１ベーンは蒸発器の冷却水出口温度により制御され、第２ベーンは中間冷却器の圧力により制御されることになる。
【００１０】
また、第１ベーン及び第２ベーンは独立して制御され、第１ベーンは蒸発器の冷却水出口温度により制御され、第２ベーンは中間冷却器の圧力により制御されることになる。また、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。さらに、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機において、前記凝縮器からの冷媒の液位を制御するフルイディクス素子を設けたことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置にフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒が導入される２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機において、前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれ前記凝縮器からの冷媒の液位を制御するフルイディクス素子を設けたことを特徴とする。
この発明によるターボ冷凍機によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位が自立制御されることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図６には、本発明によるターボ冷凍機の第１の実施の形態が示されている。図１、図２においてターボ冷凍機１は、吸入口５から吸い込んだガス冷媒を昇圧するターボ圧縮機２と、ターボ圧縮機２において昇圧した冷媒を凝縮、液化する凝縮器１０と、凝縮器１０において液化した冷媒を導入する中間冷却器１３と、中間冷却器１３からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器２５とを備えている。
【００１４】
図２において符号３０は、冷媒の一部を利用してターボ圧縮機２の潤滑油を冷却する油冷却器、符号９は、ターボ圧縮機２を駆動させるための駆動機構であって、駆動機構９は、駆動源である電動機７と、動力伝達機構８とから構成されている。また、ターボ圧縮機２、凝縮器１０、中間冷却器１３、及び蒸発器２５は、冷媒を循環させる閉じた系を構成するために主配管２８によって接続されている。
【００１５】
この実施の形態においては、ターボ圧縮機２に２段ターボ圧縮機を使用している。２段ターボ圧縮機２は、第１段羽根車３と第２段羽根車４とを有し、第１段羽根車３には第１段羽根車３へのガス冷媒の吸い込み量を制御する第１ベーン２６が連設され、第２段羽根車４には第２段羽根車４へのガス冷媒の吸い込み量を制御する第２ベーン２７が連設されている。
【００１６】
そして、第１ベーン２６を介して第１段羽根車３に導かれたガス冷媒は、第１段羽根車３の高速回転による遠心力で中間圧に昇圧され、中間圧に昇圧されたガス冷媒は、第２ベーン２７を介して第２羽根車４に導かれ、第２段羽根車４の高速回転による遠心力で凝縮圧に昇圧される。この場合、第１ベーン２６及び第２ベーン２７の開閉角度を制御することにより、第１段羽根車３に導くガス冷媒の量、及び第２羽根車４に導くガス冷媒の量を制御することができるものである。
【００１７】
凝縮器１０は、凝縮器１１と、サブクーラーと呼ばれる過冷却器１２とからなり、凝縮器１１、サブクーラー１２の順に冷媒が導かれる。この場合、凝縮器１１において冷却された冷媒の一部は、サブクーラー１２を経ずに油冷却器３０に導かれ、潤滑油を冷却する。また、それとは別に、凝縮器１１において冷却された冷媒の一部は、サブクーラー１２を経ずに電動機７のケーシング内に導かれ、ステータやコイル（図示せず）を冷却する。
【００１８】
中間冷却器１３は、中空の容器を有し、この容器の内部は第１室１３ａと第２室１３ｂの２つの冷却部に区画され、第１室１３ａは主配管２８を介して凝縮器１０側に接続され、第２室１３ｂは主配管１３を介して蒸発器２５側に接続されるようになっている。第１室１３ａ内には凝縮器１０からの冷媒が貯留され、第２室１３ｂ内には第１室１３ａからの冷媒が貯留されるようになっている。
【００１９】
中間冷却器１３の第１室１３ａ及び第２室１３ｂにはそれぞれフルイディクス素子１４が設けられている。フルイディクス素子１４は、図３から図６に示すように、上下端が閉塞された筒状の本体部１５と、本体部１５の下端中央部に設けられるとともに、本体部１５内外を貫通する流出口１６と、本体部１５の同一接線上に設けられるとともに、接線方向の両方向から本体部１５内外を貫通し、かつ本体部１５の周縁部で相互に合流する２つの流入口１７、１９とを備えている。この場合、一方の流入口１７はチューブ１８を介して液面の上限位置に開口され、他方の流入口１９はチューブ２０を介して液面の下限位置に開口されるようになっている。また、第１室１３ａ側のフルイディクス素子１４の流出口１６は第２室１３ｂ側に接続され、第２室１３ｂ側のフルイディクス素子１４の流出口１６は主配管２８を介して蒸発器２５側に接続されるようになっている。
【００２０】
第１室１３ａ内の液面の位置がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７よりも上方に位置する場合には、図３及び図４に示すように、一方及び他方の流入口１７、１９からフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４内には渦が発生しないので、抵抗が小さくなる。従って、流出口１６から第２室１３ｂ側に流出する冷媒の流量が大流量となる。一方、液面がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７の開口部よりも下方に位置する場合には、図５及び図６に示すように、他方の流入口１９の開口部のみからフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４の本体部１５内には渦が発生するので、遠心力により抵抗が大きくなる。従って、流出口１６から第２室１３ｂ側に流出する冷媒の流量が小流量となる。
【００２１】
また、第２室１３ｂ内の液面の位置がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７よりも上方に位置する場合には、図３及び図４に示すように、一方及び他方の流入口１７、１９からフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４内には渦が発生しないので、抵抗が小さくなる。従って、流出口から蒸発器側に流出する冷媒の流量が大流量となる。一方、液面がフルイディスク素子１４の一方の流入口１７の開口部よりも下方に位置する場合には、図５及び図６に示すように、他方の流入口１９の開口部のみからフルイディスク素子１４の本体部１５内に冷媒が流入し、フルイディスク素子１４の本体部１５内には渦が発生するので、遠心力により抵抗が大きくなる。従って、流出口１６から蒸発器２５側に流出する冷媒の流量が小流量となる。
【００２２】
蒸発器２５では、中間冷却器１３からの冷媒はチューブ内を流通する冷水との間で熱交換が行われることにより蒸発、気化し、再びターボ圧縮機２の第１羽根車３に吸い込まれる。
【００２３】
上記のように構成したこの実施の形態によるターボ冷凍機１にあっては、容量を制御する場合に、中間冷却器１３にフルイディクス素子１４、１４を設けているので、凝縮器１０と蒸発器２５との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはない。従って、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができる。また、フルイディスク素子１４は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができる。さらに、フルイディスク素子１４は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができる。
【００２４】
次に、本発明によるターボ冷凍機の第２の実施の形態について図１及び図２を参照しつつ説明する。
この実施の形態に示すターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機２の第１段羽根車３に連設される第１ベーン２６を蒸発器２５の冷水出口温度により制御し、第２段羽根車３に連設される第２ベーン２７を中間冷却器１３の圧力により制御するよう構成したものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。
【００２５】
そして、この実施の形態に示すターボ冷凍機１にあっても、前記第１の実施の形態に示すものと同様の作用効果を奏するとともに、第１ベーン２６と第２ベーン２７とを独立して制御することができるので、サージングを回避することができるものである。
【００２６】
なお、前記各実施の形態においては、２段ターボ圧縮機を使用した２段ターボ冷凍機に本発明を適用したが、３段以上のターボ圧縮機を使用した多段ターボ冷凍機、又は単段ターボ圧縮機を使用した単段ターボ冷凍機に本発明を適用しても良いものであり、その場合にも同様の作用効果を奏するのは勿論のことである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載のターボ冷凍機の容量制御法にあっては、中間冷却器の２つの冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設け、一方のフルイディクス素子により凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するように構成しているので、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。
【００２９】
さらに、請求項２に記載のターボ冷凍機の容量制御法によれば、第１ベーン及び第２ベーンを独立して作動させ、第１ベーンを蒸発器の冷水出口温度により制御し、第２ベーンを中間冷却器の圧力により制御するように構成しているので、第１ベーン２６と第２ベーン２７とを独立して制御することができ、サージングを回避することができることになる。
【００３０】
さらに、第１ベーン及び第２ベーンは独立して制御され、第１ベーン、第２ベーンは蒸発器の冷却水出口温度により制御される。また、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができる。さらに、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位が自立制御することができる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。さらに、第１ベーン２６と第２ベーン２７とを独立して制御することができるので、サージングを回避することができることになる。
【００３１】
さらに、請求項３に記載のターボ冷凍機によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置にフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。
【００３２】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、凝縮器からの冷媒の液位の上限位置に一方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を他方のフルイディスク素子側に接続することで、凝縮器からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。また、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位の上限位置に他方のフルイディクス素子の一方の流入口を開口させ、他方の流入口を下限位置に開口させ、流出口を蒸発器側に接続することで、一方のフルイディスク素子からの冷媒の液位を自立制御することができることになる。
従って、凝縮器と蒸発器との間での冷媒の循環量を制御するのに応答遅れが生じることがなく、応答遅れにより制御が不安定になるようなことはなくなり、ハンチング現象を起す虞を完全になくすことができることになる。また、フルイディスク素子は、安価であるので、装置全体としての価格を安く抑えることができることになる。さらに、フルイディスク素子は、機械的な可動部分がないので、作動不良を起す虞が全くなく、長期的に安定した性能を発揮することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるターボ冷凍機の一実施の形態を示した斜視図である。
【図２】 図１に示すものの系統図である。
【図３】 図１に示すフルイディクス素子の正面図であって、大流量状態を示した説明図である。
【図４】 図３に示すフルイディクス素子の横断面図である。
【図５】 図１に示すフルイディクス素子の正面図であって、小流量状態を示した説明図である。
【図６】 図５に示すフルイディクス素子の横断面図である。
【符号の説明】
１ ターボ冷凍機
２ ターボ圧縮機
３ 第１段羽根車
４ 第２段羽根車
１０ 凝縮器
１３ 中間冷却器
１３ａ 冷却部（第１室）
１３ｂ 冷却部（第２室）
１４ フルイディクス素子
２５ 蒸発器
２６ 第１ベーン
２７ 第２ベーン
Claims (4)
- ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒を導入する２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器でからの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機について、前記冷媒の循環量を制御するターボ冷凍機の容量制御法において、
前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設けて、一方のフルイディクス素子により前記凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するようにしたことを特徴とするターボ冷凍機の容量制御法。 - 第１ベーンを介して冷媒ガスを吸い込み、この冷媒ガスを第１段羽根車の回転による遠心力で中間圧に昇圧し、該第１羽根車で中間圧に昇圧した冷媒ガスを第２ベーンを介して吸いこみ、第２段羽根車の回転による遠心力で凝縮圧力に昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒が導入される２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機について、前記第１ベーン及び第２ベーンを同時に作動させることにより冷媒ガスの吸込み量を制御するターボ冷凍機の容量制御法において、
前記第１ベーン及び前記第２ベーンを独立して作動させ、前記第１ベーンを前記蒸発器の冷水出口温度により制御し、前記第２ベーンを前記中間冷却器の圧力により制御するとともに、
前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれフルイディクス素子を設けて、一方のフルイディクス素子により前記凝縮器からの冷媒の液位を制御し、他方のフルイディクス素子により一方のフルイディクス素子からの冷媒の液位を制御するように構成したことを特徴とするターボ冷凍機の容量制御法。 - ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機において、
前記凝縮器からの冷媒の液位を制御するフルイディクス素子を設けたことを特徴とするターボ冷凍機。 - ベーンを介して吸い込んだ冷媒ガスを羽根車の回転による遠心力で昇圧するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機で昇圧した冷媒ガスを凝縮、液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒が導入される２つの冷却部を有する中間冷却器と、該中間冷却器からの冷媒を蒸発、気化させる蒸発器とを備えたターボ冷凍機において、
前記中間冷却器の各冷却部にそれぞれ前記凝縮器からの冷媒の液位を制御するフルイディクス素子を設けたことを特徴とするターボ冷凍機。
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