JP5519447B2 - Turbo refrigerator - Google Patents

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Description

本発明はターボ冷凍機に関する。特に、負荷に応じてターボ圧縮機を高効率運転状態に維持し省エネルギー化を図ることのできるターボ冷凍機に関する。   The present invention relates to a turbo refrigerator. In particular, the present invention relates to a turbo chiller that can save energy by maintaining a turbo compressor in a highly efficient operation state according to a load.

従来、冷水を製造する蒸発器、システム内に取り込んだ熱を冷却水に放熱する凝縮器、システムを構成するために必要な昇圧装置である圧縮機を基本構成要素とする蒸気圧縮式冷凍機がある。このような冷凍機では、ガイドベーンを全開とし、インバータによる回転速度制御により冷凍容量(冷凍出力)を制御するインバータ制御と、ガイドベーン開度の増減により冷凍容量を制御するガイドベーン制御とを併用していた。それは、一般にベーン開度を下げて冷凍容量(圧縮冷媒蒸気量)を抑制することに比べて、回転速度を下げて抑制したほうが、効率低下の度合いが小さいからである。すなわち、回転速度はできるだけ下げ、できるだけガイドベーンを開けた方が、効率の面では好ましい。そのため、サージングが回避できる範囲で可能な限り回転速度を下げることでベーン開度が大きくなるようにし、冷凍機の効率を向上させている。   Conventionally, an evaporator for producing cold water, a condenser for radiating heat taken into the system to the cooling water, and a vapor compression refrigerator having a compressor as a booster necessary for constituting the system as a basic component. is there. In such a refrigerator, the guide vane is fully opened, and the inverter control for controlling the refrigeration capacity (refrigeration output) by the rotational speed control by the inverter and the guide vane control for controlling the refrigeration capacity by increasing or decreasing the guide vane opening are used in combination. Was. This is because, in general, the degree of efficiency reduction is smaller when the rotational speed is reduced and suppressed than when the vane opening is lowered and the refrigeration capacity (compressed refrigerant vapor amount) is suppressed. That is, it is preferable in terms of efficiency to reduce the rotation speed as much as possible and open the guide vanes as much as possible. For this reason, the vane opening is increased by reducing the rotational speed as much as possible within the range where surging can be avoided, thereby improving the efficiency of the refrigerator.

そのような冷凍機では、インバータ制御と、ガイドベーン制御とを、状況により切り替えていた。具体的には、負荷の増減によりいわゆるモード切替を行ない、制御対象を切り替えていた(例えば特許文献1参照)。   In such a refrigerator, the inverter control and the guide vane control are switched depending on the situation. Specifically, so-called mode switching is performed by increasing or decreasing the load, and the control target is switched (for example, see Patent Document 1).

特開2006−234320号公報(段落0014、0024、図7等)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-234320 (paragraphs 0014, 0024, FIG. 7, etc.)

従来の冷凍機のようにモード切り替えをする場合、切り替えをする際の遷移条件が不適切であると頻繁に2つのモードを行き来することになり、制御が不安定となる。また、切り替えられた瞬間に冷凍機の応答速度や各種定数が変化し、冷凍機の挙動が変化するため、やはり制御不安定の原因となりやすいという問題があった。   When the mode is switched as in a conventional refrigerator, if the transition condition at the time of switching is inappropriate, the two modes are frequently moved back and forth, and the control becomes unstable. In addition, since the response speed of the refrigerator and various constants change at the moment of switching, and the behavior of the refrigerator changes, there is still a problem that it is likely to cause control instability.

また、一般に回転速度制御は応答性がよく分解能も高い。一方、ガイドベーン制御は機械的な操作が必要であるために応答性が悪く分解能も低い。すなわち、モード切替により制御を行うと、同一の冷凍機でありながら、それぞれのモードでの挙動(応答性や追従性)が異なることになり、需要側での使い勝手が悪くなるという問題があった。   In general, the rotational speed control has high responsiveness and high resolution. On the other hand, since guide vane control requires mechanical operation, it has poor response and low resolution. In other words, when control is performed by mode switching, the behavior (responsiveness and followability) in each mode is different even though they are the same refrigerator, and there is a problem that usability on the demand side is deteriorated. .

そこで本発明は、高効率と制御安定性を両立し、応答性がよく、使い勝手のよいターボ冷凍機を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a turbo chiller that has both high efficiency and control stability, is responsive, and is easy to use.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係るターボ冷凍機は、例えば図1に示すように、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを発生し、蒸発潜熱で被冷却媒体を冷却する蒸発器10と;前記冷媒ガスを吸入して圧縮する羽根車23と、羽根車23の入り口に設けられ、開度が可変のガイドベーン25を有するターボ圧縮機20と;ターボ圧縮機20で圧縮した冷媒ガスから熱を奪い、前記冷媒ガスを凝縮する凝縮器30と;ターボ圧縮機20を駆動する可変速駆動機21と;蒸発器10により処理する冷凍負荷に応じて可変速駆動機21の回転速度を調節して冷凍容量を制御する第一の制御部71(例えば図2参照)と;ガイドベーン25の開度を調節して可変速駆動機21の回転速度を所定の設定回転速度SETSPに制御する第二の制御部72(例えば図2参照)とを備える。   In order to solve the above-described problem, the turbo refrigerator according to the first aspect of the present invention generates a refrigerant gas by evaporating the refrigerant liquid, for example, as shown in FIG. An evaporator 10 that performs suction; the impeller 23 that sucks and compresses the refrigerant gas; and a turbo compressor 20 that is provided at the entrance of the impeller 23 and has a guide vane 25 whose opening degree is variable; A condenser 30 that takes heat from the compressed refrigerant gas and condenses the refrigerant gas; a variable speed drive 21 that drives the turbo compressor 20; a variable speed drive 21 that corresponds to the refrigeration load that is processed by the evaporator 10 A first control unit 71 (see, for example, FIG. 2) that controls the refrigerating capacity by adjusting the rotational speed of the guide vane 25; The second to control to SETSP And a control unit 72 (e.g., see FIG. 2).

本態様のように構成すると、冷凍負荷に応じて可変速駆動機の回転速度を調節して冷凍容量を制御する第一の制御部を備え、ガイドベーンの開度を調節して可変速駆動機の回転速度を所定の設定回転速度に制御する第二の制御部を備えるので、冷凍容量は回転速度により制御され、回転速度はガイドベーンの開閉により所定の回転速度に制御される。したがって、ガイドベーンの開度調節は、直接冷凍容量制御に関わることなく、回転速度の調節を介して冷凍容量制御に関与させることができる。このようにして、冷凍容量の制御を回転速度制御とガイドベーン制御とで切り替える切り替え機構なしで、すなわち両制御部を活かしたまま、実質的に冷凍容量の制御に関わる制御の移行を両制御間で滑らかに行うことができる。よって、高効率と制御安定性を両立し、応答性がよく、使い勝手のよいターボ冷凍機を提供することができる。   If comprised like this aspect, it will be equipped with the 1st control part which adjusts the revolving speed of a variable speed drive machine according to refrigeration load, and controls the refrigerating capacity, and adjusts the opening of a guide vane and makes a variable speed drive machine Since the second control unit for controlling the rotational speed of the motor to a predetermined set rotational speed is provided, the refrigeration capacity is controlled by the rotational speed, and the rotational speed is controlled by the opening and closing of the guide vane. Therefore, the adjustment of the opening degree of the guide vane can be involved in the refrigeration capacity control through the adjustment of the rotation speed without being directly related to the refrigeration capacity control. In this way, without any switching mechanism that switches the control of the refrigeration capacity between the rotational speed control and the guide vane control, that is, while effectively using both control units, the transition of the control related to the control of the refrigeration capacity between the two controls. Can be done smoothly. Therefore, it is possible to provide a turbo chiller that achieves both high efficiency and control stability, is responsive, and is easy to use.

本発明の第2の態様に係るターボ冷凍機は、第1の態様に係るターボ冷凍機において、例えば、図2に示すように、蒸発器10の運転条件PLと凝縮器30の運転条件PHとから理論回転速度を算出し、前記算出した理論回転速度に基づいて、設定回転速度SETSPを定める、設定回転速度演算器73を備える。   The turbo chiller according to the second aspect of the present invention is the turbo chiller according to the first aspect. For example, as shown in FIG. 2, the operating condition PL of the evaporator 10 and the operating condition PH of the condenser 30 The set rotational speed calculator 73 is provided for calculating the theoretical rotational speed from the above and determining the set rotational speed SETSP based on the calculated theoretical rotational speed.

本態様のように構成すると、蒸発器の運転条件と凝縮器の運転条件とから理論回転速度、例えばサージング限界の最低回転速度を算出し、算出した理論回転速度に基づいて、目標の回転速度である設定回転速度を定めることができる。ガイドベーンの開度調節により、回転速度をこのようにして定められた設定回転速度になるように制御できるので、負荷が低減した場合でも目標とする回転速度でターボ圧縮機を運転することができる。   With this configuration, the theoretical rotational speed, for example, the minimum rotational speed at the surging limit, is calculated from the operating conditions of the evaporator and the condenser, and the target rotational speed is calculated based on the calculated theoretical rotational speed. A certain rotational speed can be determined. By adjusting the opening degree of the guide vane, the rotational speed can be controlled to the set rotational speed determined in this way, so that the turbo compressor can be operated at the target rotational speed even when the load is reduced. .

本発明の第3の態様に係るターボ冷凍機は、例えば図2に示すように、第2の態様に係るターボ冷凍機において、設定回転速度演算器73は、理論回転速度の算出の条件に、ガイドベーンの開度GVを加えるのが好ましい。   For example, as shown in FIG. 2, the turbo chiller according to the third aspect of the present invention is the turbo chiller according to the second aspect. It is preferable to add the opening degree GV of the guide vane.

本態様のように構成すると、理論回転速度の算出の条件に、ガイドベーンの開度を加えるので、ガイドベーン開度により変化し得る理論回転速度に、その変化を加味することができ、より実情に即した理論回転速度を得ることができる。したがって、設定回転速度に過剰な余裕をつけることを避けることができる。   With this configuration, since the guide vane opening is added to the calculation condition of the theoretical rotation speed, the change can be added to the theoretical rotation speed that can be changed by the guide vane opening. It is possible to obtain a theoretical rotational speed in accordance with. Therefore, it is possible to avoid giving an excessive margin to the set rotational speed.

本発明の第4の態様に係るターボ冷凍機は、例えば図8に示すように、第1の態様乃至第3の態様のいずれか1の態様において、ガイドベーン25の開度GVを閉方向に作動させる速さを、開方向に作動させる速さよりも速くするのが好ましい(図8の例では2倍)。   For example, as shown in FIG. 8, the turbo refrigerator according to the fourth aspect of the present invention is configured so that the opening degree GV of the guide vane 25 is set in the closing direction in any one of the first to third aspects. It is preferable that the operating speed is faster than the operating speed in the opening direction (twice in the example of FIG. 8).

本態様のように構成すると、ガイドベーンの開度を閉方向に作動させる速さを、開方向に作動させる速さよりも速くするので、例えば冷凍負荷が急減して回転速度が急低下するようなとき、回転速度の低下を抑制することができる。   When configured as in this aspect, the speed at which the opening degree of the guide vane is operated in the closing direction is faster than the speed at which the guide vane is operated in the opening direction. When this occurs, a decrease in rotational speed can be suppressed.

本発明の第5の態様に係るターボ冷凍機は、例えば図8〜図10に示すように、第1の態様乃至第4の態様のいずれか1の態様において、第二の制御部72は、ガイドベーン25の開度GVを時間比例制御により制御する。   The turbo chiller according to the fifth aspect of the present invention includes, for example, as illustrated in FIGS. 8 to 10, in any one of the first to fourth aspects, the second control unit 72 includes: The opening degree GV of the guide vane 25 is controlled by time proportional control.

本態様のように構成すると、第二の制御部72は、ガイドベーンの開度GVを時間比例制御により制御するので、例えば一定の速さで開閉するベーンモータなどを利用して、ガイドベーンの開閉の速さを時間により調節する単純な制御が可能となる(作動時間に比例した作動量となる)。   If comprised like this aspect, since the 2nd control part 72 controls the opening degree GV of a guide vane by time proportional control, it opens and closes a guide vane using the vane motor etc. which open and close at a fixed speed, for example. It is possible to perform simple control that adjusts the speed according to time (the operation amount is proportional to the operation time).

本発明の第6の態様に係るターボ冷凍機は、第5の態様において、第二の制御部72は、前記時間比例制御の比例定数を、前記ガイドベーン25の開度により変化させるようにしてもよい。   In the turbo chiller according to the sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the second control unit 72 changes the proportionality constant of the time proportional control according to the opening degree of the guide vane 25. Also good.

本態様のように構成すると、第二の制御部は、前記時間比例制御の比例定数を、前記ガイドベーンの開度により変化させるので、ガイドベーンの開度により応答感度が鈍い範囲があっても、応答感度を高く維持することができる。   If comprised like this aspect, since the 2nd control part changes the proportionality constant of the time proportional control with the opening degree of the guide vane, even if there is a range where response sensitivity is blunt by the opening degree of the guide vane The response sensitivity can be kept high.

本発明によれば、高効率と制御安定性を両立し、応答性がよく、使い勝手のよいターボ冷凍機を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a turbo chiller that achieves both high efficiency and control stability, is responsive, and is easy to use.

本発明の第一の実施の形態にかかるターボ冷凍機の構成を示す全体概略図である。1 is an overall schematic diagram showing the configuration of a turbo refrigerator according to a first embodiment of the present invention. 第一の制御部と第二の制御部を有する制御手段を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control means which has a 1st control part and a 2nd control part. ガイドベーンのみによって容量制御を行った場合のターボ冷凍機の性能を示す図である。It is a figure which shows the performance of the turbo refrigerator at the time of performing capacity | capacitance control only by a guide vane. ターボ圧縮機の回転速度を変えてターボ冷凍機の容量を制御した場合の特性(冷却水入口温度と冷凍容量比の関係)を示す図である。It is a figure which shows the characteristic at the time of changing the rotational speed of a turbo compressor and controlling the capacity | capacitance of a turbo refrigerator (relationship between cooling water inlet temperature and refrigerating capacity ratio). 冷却水入口温度とターボ圧縮機の回転速度(インバータ周波数)の関係及び冷却水入口温度とサージング限界の仕事の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a cooling water inlet temperature and the rotational speed (inverter frequency) of a turbo compressor, and the relationship between a cooling water inlet temperature and the work of a surging limit. 第一の実施の形態の制御装置の実例を示す、制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the actual example of the control apparatus of 1st embodiment. 第二の実施の形態の制御装置の実例を示す、制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the example of the control apparatus of 2nd embodiment. ガイドベーン開閉演算器の内部フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the internal flow of a guide vane opening / closing calculator. 図8のガイドベーン開閉演算器の内部フローの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the internal flow of the guide vane opening / closing calculator of FIG. 時間比例制御による場合のガイドベーン開閉演算器の内部フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the internal flow of the guide vane opening / closing calculator in the case of time proportional control. 本発明の実施の形態によるターボ冷凍機の負荷が急増した場合の挙動を時間軸で説明する線図である。It is a diagram explaining the behavior when the load of the centrifugal chiller according to the embodiment of the present invention increases rapidly on the time axis. 本発明の実施の形態によるターボ冷凍機の負荷が急減した場合の挙動を時間軸で説明する線図である。It is a diagram explaining the behavior when the load of the centrifugal chiller according to the embodiment of the present invention is suddenly reduced on the time axis. 本発明の実施の形態によるターボ冷凍機の負荷がさらに大きく急増した場合の挙動を時間軸で説明する線図である。It is a diagram explaining the behavior when the load of the centrifugal chiller according to the embodiment of the present invention is further greatly increased on the time axis.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部分には同一又は類似の符号を付し,重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.

図1の本発明の実施の形態であるターボ冷凍機101を示す全体概略構成図を参照して、本発明の第一の実施の形態を説明する。本図に示す冷凍機はターボ冷凍機、すなわちターボ圧縮機(遠心圧縮機)を使った蒸気圧縮式冷凍機である。ターボ冷凍機101は、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを発生し、その蒸発潜熱で被冷却媒体である冷水を冷却する蒸発器10と、蒸発器10で発生した冷媒ガスを吸入して圧縮し、蒸発器10から凝縮器30まで冷媒ガスを昇圧、圧縮するターボ圧縮機20とを備える。凝縮器30は、圧縮された冷媒ガスから熱を奪い、これを凝縮し、凝縮熱を冷却水に放出する。凝縮器30と蒸発器10間には、凝縮器30から蒸発器10の圧力まで冷媒液を減圧する絞り機構(減圧装置)40を備える。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to an overall schematic configuration diagram showing a turbo refrigerator 101 according to an embodiment of the present invention in FIG. The refrigerator shown in this figure is a turbo refrigerator, that is, a vapor compression refrigerator using a turbo compressor (centrifugal compressor). The turbo refrigerator 101 generates refrigerant gas by evaporating the refrigerant liquid, and cools the cold water that is the medium to be cooled by the latent heat of evaporation, and sucks and compresses the refrigerant gas generated in the evaporator 10. And a turbo compressor 20 that pressurizes and compresses the refrigerant gas from the evaporator 10 to the condenser 30. The condenser 30 takes heat from the compressed refrigerant gas, condenses it, and releases the condensed heat to the cooling water. Between the condenser 30 and the evaporator 10, a throttling mechanism (decompression device) 40 that decompresses the refrigerant liquid from the condenser 30 to the pressure of the evaporator 10 is provided.

さらに、ターボ圧縮機20を駆動する可変速駆動機としての電動機21と、電動機21の起動・停止に使用する電動機起動盤60と、商用電源75から供給される電源の周波数を自在に制御して電動機21に供給するインバータ80と、電動機21に供給される電源の周波数を指示する速度指令信号C1をインバータ80に対して出力してターボ冷凍機101の運転を制御する制御手段70aと、蒸発器10の冷水出口温度TLを検出する冷水温度検出器13と、凝縮器30の冷却水入口温度THを検出する冷却水温度検出器14と、蒸発器10内の冷媒の圧力(低圧側圧力)PLを検出する低圧側圧力検出器P1と、凝縮器30内の冷媒の圧力(高圧側圧力)PHを検出する高圧側圧力検出器P2と、を備えて構成されている。冷水温度検出器13は、蒸発器10の冷水出口配管11に設置される。   Further, the motor 21 as a variable speed drive for driving the turbo compressor 20, the motor start panel 60 used for starting / stopping the motor 21, and the frequency of the power supplied from the commercial power source 75 are freely controlled. An inverter 80 supplied to the electric motor 21; a control means 70a for controlling the operation of the turbo refrigerator 101 by outputting a speed command signal C1 indicating the frequency of the power supplied to the electric motor 21 to the inverter 80; and an evaporator A chilled water temperature detector 13 for detecting the chilled water outlet temperature TL 10, a chilled water temperature detector 14 for detecting the chilled water inlet temperature TH of the condenser 30, and a refrigerant pressure (low pressure side pressure) PL in the evaporator 10. And a high-pressure side pressure detector P2 for detecting the pressure (high-pressure side pressure) PH of the refrigerant in the condenser 30. The cold water temperature detector 13 is installed in the cold water outlet pipe 11 of the evaporator 10.

電動機21は、周波数変換器(スイッチングインバーター、以下「インバータ」という)80により周波数が変換される電源で駆動されることにより、可変速駆動機として作用する。ターボ圧縮機20、増速機、電動機21を含む回転体の回転速度を、主軸の危険回転速度等により定まる最高回転速度以下の速度で、任意に変更することができる。最高回転速度のリミットは、制御手段70a内又はインバータ80内でかけるとよい。   The electric motor 21 is driven by a power source whose frequency is converted by a frequency converter (switching inverter, hereinafter referred to as “inverter”) 80, thereby acting as a variable speed driving machine. The rotational speed of the rotating body including the turbo compressor 20, the speed increaser, and the electric motor 21 can be arbitrarily changed at a speed equal to or lower than the maximum rotational speed determined by the dangerous rotational speed of the main shaft. The maximum rotation speed limit may be set in the control means 70a or the inverter 80.

なおターボ圧縮機20は、ケーシング内に遠心式の単段又は多段の羽根車23を内蔵し(図示は単段)、その吸込み側にガイドベーン25を設置し、また電動機21と羽根車23の間に歯車機構等からなる増速装置を設置して構成されている。遠心式の羽根車23の吸い込み側は、軸方向に向いており、冷媒ガスを軸方向に吸い込む。   The turbo compressor 20 incorporates a centrifugal single-stage or multi-stage impeller 23 in the casing (single stage in the figure), a guide vane 25 is installed on the suction side thereof, and the motor 21 and the impeller 23 are connected to each other. A speed increasing device comprising a gear mechanism or the like is installed between them. The suction side of the centrifugal impeller 23 faces in the axial direction, and sucks refrigerant gas in the axial direction.

冷凍負荷が設計値であり、それに対応する冷凍容量が設計値のときは、冷媒ガスは軸方向に流入している。羽根車23と冷媒ガスの流れの関係を表わす速度三角形(羽根車23に対する相対速度を表わす)(不図示)で見ると、冷媒ガス流入方向と羽根車23の入り口角度とは一致しており損失は最小限に抑えられる。ところが、冷凍負荷が低下し部分負荷になると、それに応じて制御される結果、冷凍容量が低下し、軸方向に流入している冷媒ガスの体積流量が減少する。結果として、流入方向と羽根車23の入り口角度とに偏差が生じる。その結果、ターボ圧縮機の効率が低下し、ヘッド発生能力も低下する。ガイドベーン25を備えるときは、これを開閉することにより冷媒ガスの流入方向を調整する。その結果、速度三角形上で冷媒ガスの羽根車23への流入方向を、羽根車23の入り口角度と一致させることができ、効率低下を抑制することができる。また発生するヘッドの低下もほとんど生じない。このようにして、ガイドベーン25による制御では、少なくとも開度があまり小さくない範囲では、発生するヘッドの低下を生じさせることなく、吸い込む冷媒ガスの体積流量を調節することができる。したがって後述のサージング現象を抑えながら、冷凍容量を増減することができる。   When the refrigeration load is the design value and the corresponding refrigeration capacity is the design value, the refrigerant gas flows in the axial direction. When viewed from a speed triangle (representing a relative speed with respect to the impeller 23) (not shown) representing the relationship between the impeller 23 and the flow of the refrigerant gas, the refrigerant gas inflow direction and the inlet angle of the impeller 23 coincide with each other. Is minimized. However, when the refrigeration load is reduced to a partial load, the refrigeration capacity is reduced as a result of the control, and the volume flow rate of the refrigerant gas flowing in the axial direction is reduced. As a result, a deviation occurs between the inflow direction and the entrance angle of the impeller 23. As a result, the efficiency of the turbo compressor is reduced, and the head generation capability is also reduced. When the guide vane 25 is provided, the refrigerant gas inflow direction is adjusted by opening and closing the guide vane 25. As a result, the inflow direction of the refrigerant gas to the impeller 23 on the speed triangle can be made coincident with the entrance angle of the impeller 23, and a reduction in efficiency can be suppressed. In addition, the head is hardly reduced. Thus, in the control by the guide vane 25, at least in the range where the opening degree is not so small, the volume flow rate of the refrigerant gas to be sucked can be adjusted without causing the generated head to be lowered. Therefore, the freezing capacity can be increased or decreased while suppressing the surging phenomenon described later.

但し、ガイドベーン開度が小さくなると、吸い込みガスを希薄化して、流入冷媒ガスの質量流量を調節するダンパ制御に近くなる。言い換えれば、ターボ圧縮機20は吸込みガイドベーン25が全開の状態で所定の吸込み能力及び仕事が得られるように設計するものであるから、吸込みガイドベーン25によって吸込み能力が減少する方向に動作すれば当然ターボ圧縮機20の効率は設計状態の運転に比較して低下し、この結果ターボ冷凍機101の省エネルギー運転の効果は低下する。   However, when the guide vane opening is reduced, the suction gas is diluted, and it becomes close to damper control for adjusting the mass flow rate of the inflowing refrigerant gas. In other words, the turbo compressor 20 is designed so that the predetermined suction capacity and work can be obtained with the suction guide vane 25 fully open, so that if the suction guide vane 25 operates in a direction in which the suction capacity decreases. Naturally, the efficiency of the turbo compressor 20 is reduced as compared with the operation in the designed state, and as a result, the effect of the energy saving operation of the turbo refrigerator 101 is reduced.

また、ガイドベーン25の開度GVが小さいときは、ダンパによる圧力損失分に相当するヘッドの低下を伴うので、サージング現象の抑制効果は低下する。この問題には、後述の設定回転速度の補正で対処することができる。   Further, when the opening degree GV of the guide vane 25 is small, the head is reduced corresponding to the pressure loss due to the damper, so the effect of suppressing the surging phenomenon is reduced. This problem can be dealt with by correcting the set rotational speed described later.

ターボ圧縮機20の吐出管は凝縮器30に接続され、ターボ圧縮機20の吸込み管は蒸発器10に接続されている。なお低圧側圧力検出器P1は蒸発器10に設置する代りにターボ圧縮機20の吸込み側(吸込み管)に設置してその吸込み圧力を検出するようにしても良い。また高圧側圧力検出器P2は凝縮器30に設置する代わりにターボ圧縮機20の吐出側(吐出管)に設置してその吐出圧力を検出するようにしてもよい。   The discharge pipe of the turbo compressor 20 is connected to the condenser 30, and the suction pipe of the turbo compressor 20 is connected to the evaporator 10. Note that the low pressure side pressure detector P1 may be installed on the suction side (suction pipe) of the turbo compressor 20 instead of being installed in the evaporator 10 to detect the suction pressure. The high pressure side pressure detector P2 may be installed on the discharge side (discharge pipe) of the turbo compressor 20 instead of being installed in the condenser 30 to detect the discharge pressure.

次に、回転速度SPによる冷凍容量制御について説明する。ターボ圧縮機20の発生するヘッドHと羽根車23の吸込ガスの体積流量との関係を示す、性能曲線(HVカーブ)(不図示)においては、ヘッドHは羽根車23の回転速度SPの2乗に比例し、体積Vは回転速度SPに比例する。一方ターボ冷凍機101では、蒸発器10の蒸発温度(あるいは蒸発圧力)と凝縮器30の凝縮温度(あるいは凝縮圧力)で決まる必要ヘッドがある。したがって、ターボ圧縮機20が発生するヘッドHが前記必要ヘッド以下になるとサージング現象が起きる。そのヘッドHに対応する回転速度以下にターボ圧縮機20の回転速度を下げることはできない。ここでは、この回転速度を「最低回転速度」と呼ぶことにする。   Next, refrigeration capacity control based on the rotation speed SP will be described. In the performance curve (HV curve) (not shown) showing the relationship between the head H generated by the turbo compressor 20 and the volume flow rate of the suction gas of the impeller 23, the head H is 2 of the rotational speed SP of the impeller 23. The volume V is proportional to the rotation speed SP. On the other hand, the turbo refrigerator 101 has a necessary head determined by the evaporation temperature (or evaporation pressure) of the evaporator 10 and the condensation temperature (or condensation pressure) of the condenser 30. Therefore, a surging phenomenon occurs when the head H generated by the turbo compressor 20 becomes less than the required head. The rotational speed of the turbo compressor 20 cannot be lowered below the rotational speed corresponding to the head H. Here, this rotational speed is referred to as “minimum rotational speed”.

制御手段70aは、前記冷水温度検出器13が検出した冷水出口温度TLを表わす冷水出口温度信号S1と、低圧側圧力検出器P1が検出した低圧側圧力PLを表わす低圧側圧力信号S7と、高圧側圧力検出器P2が検出した高圧側圧力PHを表わす高圧側圧力信号S8と、ガイドベーン開度GVを表わすガイドベーン開度信号S3を入力し、これらの検出信号に基づいてインバータ80に速度指令信号(インバータ回転速度調節信号)C1を出力するとともに、ガイドベーン25にその開閉用のガイドベーン開度調節信号C2を出力する。制御手段70aの詳細は後述する。   The control means 70a includes a chilled water outlet temperature signal S1 representing the chilled water outlet temperature TL detected by the chilled water temperature detector 13, a low pressure side pressure signal S7 representing the low pressure side pressure PL detected by the low pressure side pressure detector P1, and a high pressure. The high pressure side pressure signal S8 indicating the high pressure side pressure PH detected by the side pressure detector P2 and the guide vane opening signal S3 indicating the guide vane opening GV are input, and a speed command is sent to the inverter 80 based on these detection signals. A signal (inverter rotation speed adjustment signal) C1 is output, and a guide vane opening adjustment signal C2 for opening and closing the guide vane 25 is output. Details of the control means 70a will be described later.

なお、後述の設定回転速度演算器では、蒸発器10の運転条件としての低圧側圧力信号S7(PL)と凝縮器30の運転条件としての高圧側圧力信号S8(PH)とに基づいて設定回転速度SETSPを演算するが、その代わりにやはり蒸発器10の運転条件としての冷水出口温度TLを表わす冷水出口温度信号S1と冷却水温度検出器14が検出した、凝縮器30の運転条件としての冷却水入口温度THを表わす冷却水入口温度信号S2とに基づいてもよい。詳細は後述する。   In the set rotational speed calculator described later, the set rotation is based on the low pressure side pressure signal S7 (PL) as the operating condition of the evaporator 10 and the high pressure side pressure signal S8 (PH) as the operating condition of the condenser 30. The speed SETSP is calculated, but instead, the cooling water outlet temperature signal S1 representing the cold water outlet temperature TL as the operating condition of the evaporator 10 and the cooling as the operating condition of the condenser 30 detected by the cooling water temperature detector 14 are detected. It may be based on a cooling water inlet temperature signal S2 representing the water inlet temperature TH. Details will be described later.

以上のように構成されたターボ冷凍機101においては、蒸発器10とターボ圧縮機20と凝縮器30と減圧装置40で冷媒が蒸発、加圧圧縮、凝縮、及び減圧を繰り返して冷凍サイクルが構成される。本発明の実施の形態では、ターボ冷凍機101の制御手段70aは負荷を監視し、負荷の増減に合わせてターボ圧縮機の回転速度SPを増減する。これをここでは「負荷制御」と呼ぶ。   In the turbo chiller 101 configured as described above, the refrigerant is repeatedly evaporated, pressurized and compressed, condensed, and decompressed by the evaporator 10, the turbo compressor 20, the condenser 30, and the decompression device 40, thereby constituting a refrigeration cycle. Is done. In the embodiment of the present invention, the control means 70a of the turbo chiller 101 monitors the load, and increases or decreases the rotational speed SP of the turbo compressor according to the increase or decrease of the load. This is referred to herein as “load control”.

本実施の形態のターボ冷凍機101において、制御手段70aは、冷水温度検出器13から、冷水出口温度TLを受信する。本実施の形態では、冷水温度検出器13は冷水出口配管11に設けられているので、S1は冷水出口温度TLを示す信号である。一方、制御手段70aには、冷水出口設定温度SETTLが設定されている。制御手段70aからは、ターボ圧縮機20の回転速度SPを調節する速度指令信号C1がインバータ80に向けて出力される。冷水出口温度TLには、冷凍負荷の増減が最も直接的に反映される。すなわちターボ冷凍機101が安定して運転されているとき、冷凍負荷が増えると冷水出口温度TLは上昇する。負荷制御により、これが設定温度SETTLになるように制御されるのである。   In the turbo refrigerator 101 of the present embodiment, the control means 70a receives the cold water outlet temperature TL from the cold water temperature detector 13. In this embodiment, since the cold water temperature detector 13 is provided in the cold water outlet pipe 11, S1 is a signal indicating the cold water outlet temperature TL. On the other hand, the cold water outlet set temperature SETTL is set in the control means 70a. A speed command signal C1 for adjusting the rotational speed SP of the turbo compressor 20 is output from the control means 70a to the inverter 80. The cold water outlet temperature TL reflects the increase or decrease of the refrigeration load most directly. That is, when the centrifugal chiller 101 is stably operated, the chilled water outlet temperature TL increases as the refrigeration load increases. This is controlled by the load control so that it becomes the set temperature SETTL.

また制御手段70aは、前述のように、蒸発器10に設置された圧力検出器P1から圧力信号S7(PL)と、凝縮器30に設置された圧力検出器P2から圧力信号S8(PH)と、ガイドベーン25に設置されたガイドベーン開度検出器15からガイドベーン開度信号S3(GV)を受信する。そして、ガイドベーン25の開度GVを調節するガイドベーン開度調節信号C2を出力する。さらに制御手段70aは、回転速度信号S4(SP)を受信する。   Further, as described above, the control means 70a receives the pressure signal S7 (PL) from the pressure detector P1 installed in the evaporator 10, and the pressure signal S8 (PH) from the pressure detector P2 installed in the condenser 30. The guide vane opening signal S3 (GV) is received from the guide vane opening detector 15 installed in the guide vane 25. And the guide vane opening degree adjustment signal C2 which adjusts the opening degree GV of the guide vane 25 is output. Furthermore, the control means 70a receives the rotational speed signal S4 (SP).

図2のブロック図を参照して、制御手段70aの構成と作用を詳細に説明する。制御手段70aは、第一の制御部としてのインバータ制御装置71を有する。インバータ制御装置71には、冷水出口温度信号S1(TL)が入力される。また冷水出口温度設定値SETTLが設定されている。冷水出口温度設定値SETTLは、信号S6として与えてもよいし、設定ダイヤルやキーボード等から人為的に与えてもよい。インバータ制御装置71からは、インバータ80に向けて、速度指令信号C1が出力される。   With reference to the block diagram of FIG. 2, the configuration and operation of the control means 70a will be described in detail. The control means 70a has an inverter control device 71 as a first control unit. The inverter control device 71 receives the cold water outlet temperature signal S1 (TL). A cold water outlet temperature set value SETTL is set. The cold water outlet temperature set value SETTL may be given as the signal S6 or may be given artificially from a setting dial, a keyboard, or the like. A speed command signal C <b> 1 is output from the inverter control device 71 toward the inverter 80.

インバータ制御装置71は、比例制御装置(P)、比例積分制御装置(PI)、あるいは比例積分微分装置(PID)のいずれであってもよい。比例制御装置であるときは、簡易な制御装置となる。多少のオフセットは残るが、空調ではあまり問題とならない。典型的には、比例積分制御装置とする。このときは、オフセットが残らず、冷水出口温度TLを冷水出口設定温度SETTLに一致させる制御が可能となる。比例積分微分装置とするときは、冷凍負荷の変化が急なとき、変化を先取りして制御できるので早い応答が可能となる。   The inverter control device 71 may be any of a proportional control device (P), a proportional integration control device (PI), or a proportional integration differentiation device (PID). When it is a proportional control device, it becomes a simple control device. Some offset remains, but it is not a problem with air conditioning. Typically, a proportional integral control device is used. At this time, no offset remains, and control can be performed so that the chilled water outlet temperature TL matches the chilled water outlet set temperature SETTL. In the case of a proportional-integral-derivative device, when the change in the refrigeration load is sudden, the change can be anticipated and controlled, so that a quick response is possible.

制御手段70aは、さらに第二の制御部としてのガイドベーン制御装置72を有する。ガイドベーン制御装置72には、電動機21の回転速度SP(信号はS4)、ひいてはターボ圧縮機20の回転速度が入力される。電動機21の回転速度とターボ圧縮機20の回転速度は、定数である増速機の増速比だけの差があるだけで、完全な対応関係にある。したがって、電動機21の回転速度を調節すると言うときは、ターボ圧縮機20の回転速度を調節すると同義である。さらには、インバータ80の周波数を使ってもよい。実質的に電動機21の回転速度に対応するからである。以下、単に「回転速度」というときは、ターボ圧縮機20の回転速度(羽根車23の回転速度)、電動機21の回転速度、インバータの周波数を意味する。また回転速度の代わりに、適宜、速度比(回転速度/最低回転数)で説明する場合もある。   The control means 70a further includes a guide vane control device 72 as a second control unit. The guide vane control device 72 is inputted with the rotational speed SP of the electric motor 21 (signal is S4) and eventually the rotational speed of the turbo compressor 20. The rotational speed of the electric motor 21 and the rotational speed of the turbo compressor 20 are in a completely corresponding relationship with only a difference in the speed increasing ratio of the speed increasing machine, which is a constant. Therefore, adjusting the rotational speed of the electric motor 21 is synonymous with adjusting the rotational speed of the turbo compressor 20. Furthermore, the frequency of the inverter 80 may be used. This is because it substantially corresponds to the rotational speed of the electric motor 21. Hereinafter, the term “rotational speed” simply refers to the rotational speed of the turbo compressor 20 (rotational speed of the impeller 23), the rotational speed of the electric motor 21, and the frequency of the inverter. Further, instead of the rotation speed, the speed ratio (rotation speed / minimum rotation speed) may be described as appropriate.

またガイドベーン制御装置72には、設定回転速度演算器73で演算された設定回転速度SETSPを表わす設定回転速度信号S5が送られる。設定回転速度演算器73には、低圧側圧力信号S7(PL)、高圧側圧力信号S8(PH)及びガイドベーン開度信号S3(GV)が入力する。設定回転速度演算器73は、低圧側圧力信号S7、高圧側圧力信号S8を受信して、最低回転速度を求め設定回転速度SETSPを演算する。また、ガイドベーン開度信号S3(GV)を使って、設定回転速度SETSPを補正する。   The guide vane control device 72 is supplied with a set rotation speed signal S5 representing the set rotation speed SETSP calculated by the set rotation speed calculator 73. The set rotational speed calculator 73 receives a low pressure side pressure signal S7 (PL), a high pressure side pressure signal S8 (PH), and a guide vane opening signal S3 (GV). The set rotation speed calculator 73 receives the low pressure side pressure signal S7 and the high pressure side pressure signal S8, calculates the minimum rotation speed, and calculates the set rotation speed SETSP. Further, the set rotational speed SETSP is corrected using the guide vane opening signal S3 (GV).

図3は、回転速度制御はせずにガイドベーン25のみによって冷凍容量を制御した場合のターボ冷凍機101の性能を示す図である。この性能カーブ自体は、従来技術と変わらない。本実施の形態を構成するターボ冷凍機101のガイドベーン25の挙動をまず理解するために示すものである。本図は、パラメータを冷却水(入口)温度THとした、冷凍容量比/成績係数曲線である。横軸の冷凍容量比は、設計の冷凍容量を1.0として冷凍容量を比で示している。縦軸が成績係数(COP)、すなわち投入動力に対して得られる冷凍能力である。本図は、成績係数が冷却水温度THによってどのように変化するかを示すものである。   FIG. 3 is a diagram illustrating the performance of the turbo refrigerator 101 when the refrigerating capacity is controlled only by the guide vanes 25 without performing the rotational speed control. This performance curve itself is the same as that of the prior art. The behavior of the guide vane 25 of the turbo chiller 101 constituting this embodiment is shown for understanding first. This figure is a refrigeration capacity ratio / performance coefficient curve with the parameter being the cooling water (inlet) temperature TH. The refrigeration capacity ratio on the horizontal axis indicates the refrigeration capacity as a ratio, assuming that the designed refrigeration capacity is 1.0. The vertical axis represents the coefficient of performance (COP), that is, the refrigeration capacity obtained for the input power. This figure shows how the coefficient of performance changes depending on the coolant temperature TH.

冷凍容量比が1.0のときに注目すると、冷却水温度が32℃では成績係数は約6.1であり、このときガイドベーン25は全開である。冷凍容量比が小さくなるとガイドベーン25が閉の方向に作動する。作動点は図中左方向に移動する。図から分かるように、冷凍容量比が0.85程度までは成績係数の低下はほとんど見られない。   When attention is paid when the refrigerating capacity ratio is 1.0, the coefficient of performance is about 6.1 when the cooling water temperature is 32 ° C., and at this time, the guide vane 25 is fully opened. When the refrigerating capacity ratio decreases, the guide vane 25 operates in the closing direction. The operating point moves to the left in the figure. As can be seen from the figure, there is almost no decrease in the coefficient of performance until the refrigeration capacity ratio is about 0.85.

冷却水温度が20℃の場合、成績係数は約7.9を示している。中間期等の状態である。このときは、冷凍容量比が1.0でもガイドベーン25はすでにある程度閉じている。冷凍容量比が小さくなるとガイドベーン25がさらに閉の方向に作動する。図から分かるように、冷凍容量比が1.0から図中左方向に移動を始めると、直ちに成績係数の低下が始まる。   When the cooling water temperature is 20 ° C., the coefficient of performance shows about 7.9. It is in a state such as an interim period. At this time, the guide vane 25 is already closed to some extent even if the refrigerating capacity ratio is 1.0. When the refrigerating capacity ratio decreases, the guide vane 25 further operates in the closing direction. As can be seen from the figure, when the refrigeration capacity ratio starts moving from 1.0 to the left in the figure, the coefficient of performance starts to decrease immediately.

図4を参照して、ターボ圧縮機20すなわち遠心式の圧縮機に特有のサージング現象を説明する。この性能カーブも、これ自体は従来技術と変わらない。やはり本実施の形態を構成するターボ冷凍機を回転数制御をする場合のサージング限界を理解するために示すものである。本図は、パラメータを回転速度比とし、ターボ圧縮機20の回転速度SPを変えてターボ冷凍機101の冷凍容量を制御した場合の特性(冷却水入口温度THと冷凍容量比の関係)を示す図である。ここで回転速度比は圧縮機の回転速度の定格回転速度に対する百分率(%)であり、冷却水温度が約32℃、冷凍容量比が1.0のときにほぼ100%となる。   With reference to FIG. 4, the surging phenomenon peculiar to the turbo compressor 20, that is, the centrifugal compressor will be described. This performance curve itself is not different from the prior art. This is also shown in order to understand the surging limit when the rotational speed of the turbo chiller constituting this embodiment is controlled. This figure shows characteristics (relationship between the cooling water inlet temperature TH and the refrigeration capacity ratio) when the parameter is the rotation speed ratio and the refrigeration capacity of the turbo chiller 101 is controlled by changing the rotation speed SP of the turbo compressor 20. FIG. Here, the rotation speed ratio is a percentage (%) of the rotation speed of the compressor with respect to the rated rotation speed, and is approximately 100% when the cooling water temperature is about 32 ° C. and the refrigeration capacity ratio is 1.0.

本図から分かるように、冷却水の温度THが低下すればターボ圧縮機20の回転速度を下げて冷凍容量制御運転が可能であるが限界値があることも示している。例えば、冷却水温度が32℃の場合に注目すると、回転速度が約100%で冷凍容量比は1.0となる。回転速度を91.5%まで下げると、冷凍容量比は約0.71となる。しかしながら、ここでサージング限界線に達する。即ち冷却水入口温度32℃一定の条件下で負荷が減少すれば、冷凍容量比が約0.71までは、ターボ圧縮機20の回転速度SPを下げることにより対応可能であるが、ここでサージング限界線に達してターボ圧縮機20の安定運転が不可能な領域に入る。この限界回転速度が、冷却水温度が32℃のときの最低回転速度である。従来技術では、この最低回転速度を目安にモードが切り替えられ、ガイドベーン制御がを開始していた。本実施の形態では、モード切り替えによる制御不安定を起こすことなくガイドベーン制御への移行が滑らかに行われる。   As can be seen from this figure, if the cooling water temperature TH decreases, the rotational speed of the turbo compressor 20 can be decreased to perform the refrigeration capacity control operation, but it also shows that there is a limit value. For example, when the cooling water temperature is 32 ° C., the rotation speed is about 100% and the freezing capacity ratio is 1.0. When the rotation speed is lowered to 91.5%, the refrigerating capacity ratio becomes about 0.71. However, the surging limit line is reached here. That is, if the load decreases under the condition where the cooling water inlet temperature is 32 ° C., the refrigeration capacity ratio can be reduced to about 0.71, by reducing the rotational speed SP of the turbo compressor 20, but here the surging The limit line is reached and the turbo compressor 20 enters an area where stable operation is impossible. This limit rotation speed is the minimum rotation speed when the cooling water temperature is 32 ° C. In the prior art, the mode is switched using the minimum rotation speed as a guide, and guide vane control is started. In the present embodiment, the transition to guide vane control is smoothly performed without causing control instability due to mode switching.

図5の線図を参照して、サージング限界線ひいてはある状態における「最低回転速度」を求める方法を説明する。本図は、ガイドベーン25が全開の状態における、冷却水入口温度とターボ圧縮機20の回転速度(インバータ周波数)%の関係、及び冷却水入口温度とサージング限界の仕事の関係を示す図である。   With reference to the diagram of FIG. 5, a method for obtaining the surging limit line and thus the “minimum rotation speed” in a certain state will be described. This figure is a diagram showing the relationship between the cooling water inlet temperature and the rotational speed (inverter frequency)% of the turbo compressor 20 and the relationship between the cooling water inlet temperature and the surging limit work when the guide vane 25 is fully open. .

本発明の実施の形態では、第二の制御部としてのガイドベーン制御装置72の設定回転速度信号SETSPは、限界回転速度(最低回転速度)に基づいて設定回転速度演算器73により演算され決められる。この境界である限界回転速度は、先ず第一に本実施の形態では蒸発器10内の圧力(又はターボ圧縮機20の吸込み圧力)(圧力信号はS7(PL))、及び凝縮器30内の圧力(又はターボ圧縮機20の吐出圧力)(圧力信号はS8(PH))の二点の情報だけで決定される。即ちターボ圧縮機20の仕事を等温仕事で表示すれば低圧側、高圧側の圧力をそれぞれPL、PHとして仕事Wcは、
Wc=PL×V1×Log(PH/PL) …式(1)
となる。ここでV1はターボ圧縮機吸込みの比容積であり、PL×V1の値はターボ冷凍機101の起動時を除き運転中にほとんど変化はない。即ちPL×V1はターボ冷凍機101の仕様が決まれば常数として設定可能であり、ターボ圧縮機20の限界仕事は低圧側と高圧側の二点の圧力PL、PHを検出すれば算出可能である。
In the embodiment of the present invention, the set rotational speed signal SETSP of the guide vane control device 72 as the second control unit is calculated and determined by the set rotational speed calculator 73 based on the limit rotational speed (minimum rotational speed). . In the present embodiment, the limiting rotational speed that is the boundary is, first of all, the pressure in the evaporator 10 (or the suction pressure of the turbo compressor 20) (the pressure signal is S7 (PL)), and the pressure in the condenser 30. The pressure (or the discharge pressure of the turbo compressor 20) (the pressure signal is S8 (PH)) is determined only by two points of information. In other words, if the work of the turbo compressor 20 is displayed by isothermal work, the work Wc is set such that the pressure on the low pressure side and the pressure on the high pressure side are PL and PH, respectively.
Wc = PL × V1 × Log (PH / PL) Equation (1)
It becomes. Here, V1 is the specific volume of the turbo compressor suction, and the value of PL × V1 hardly changes during operation except when the turbo refrigerator 101 is started. That is, PL × V1 can be set as a constant if the specifications of the turbo refrigerator 101 are determined, and the limit work of the turbo compressor 20 can be calculated by detecting the pressures PL and PH at two points on the low pressure side and the high pressure side. .

これによってターボ圧縮機101の推奨回転速度及びこれに対応するサージング限界線が冷却水の温度(この例では冷却水入口温度TH)によって単純に決定できることが分かる。図5で示す直線関係は、容量制御特性を示す図4中のサージング限界線上の回転速度SP及びこの位置でのターボ圧縮機20の運転状態から容易に導けるもので、圧力PL、PHの他に冷却水温度THを検知すればこれによってターボ冷凍機101の安定運転領域を決定できることを示している。   Accordingly, it can be seen that the recommended rotation speed of the turbo compressor 101 and the corresponding surging limit line can be simply determined by the temperature of the cooling water (in this example, the cooling water inlet temperature TH). The linear relationship shown in FIG. 5 can be easily derived from the rotational speed SP on the surging limit line in FIG. 4 showing the capacity control characteristics and the operating state of the turbo compressor 20 at this position, in addition to the pressures PL and PH. If the coolant temperature TH is detected, this indicates that the stable operation region of the turbo chiller 101 can be determined.

図2に戻って制御手段70aによる制御を説明する。以上のことからこのターボ冷凍機101において、冷凍負荷の増減を判断して冷凍容量制御を行う手法として、冷水温度検出器13によって冷水出口温度TLを検出しその冷水出口温度信号S1を制御手段70aのインバータ制御装置71に送る。この温度TLが目標値SETTLになるように、回転速度SPを調節する。   Returning to FIG. 2, the control by the control means 70a will be described. From the above, as a technique for controlling the refrigeration capacity by determining the increase or decrease of the refrigeration load in the turbo chiller 101, the chilled water temperature detector 13 detects the chilled water outlet temperature TL, and the control means 70a uses the chilled water outlet temperature signal S1. To the inverter control device 71. The rotational speed SP is adjusted so that the temperature TL becomes the target value SETTL.

ここではインバータ制御装置71が比例積分(PI)制御である場合で説明する。この場合、TLとSETTLに偏差があると、その偏差がプラスのときは、冷凍容量(冷凍出力)が冷凍負荷に比べて不足していることを意味するので、回転速度SPを上昇させる速度指令信号号C1をインバータ80に送る。逆に偏差がマイナスのときは、冷凍容量が冷凍負荷に比べて過大であることを意味するので、回転速度SPを降下させる速度指令信号C1をインバータ80に送る。偏差がゼロになったところで安定する。このようにして、回転速度を調節してターボ圧縮機20の吸込み能力を調節することにより、冷水出口温度TL、ひいては冷凍容量を制御する。特に本ターボ冷凍機が空調機用である場合、中間期等で冷却水の温度THが低下したときには、ターボ圧縮機20の回転速度を下げることにより冷凍容量を制御する。なお、冷凍機では負荷の大小を冷水温度により判断することが多く、特に冷水出口温度によって判断する。   Here, the case where the inverter control device 71 is proportional-integral (PI) control will be described. In this case, if there is a deviation between TL and SETTL, if the deviation is positive, it means that the refrigeration capacity (refrigeration output) is insufficient compared to the refrigeration load, so a speed command for increasing the rotational speed SP. The signal C1 is sent to the inverter 80. Conversely, when the deviation is negative, it means that the refrigeration capacity is excessive compared to the refrigeration load, and therefore, a speed command signal C1 for decreasing the rotational speed SP is sent to the inverter 80. It stabilizes when the deviation becomes zero. In this way, the chilled water outlet temperature TL, and thus the refrigeration capacity, is controlled by adjusting the rotational speed and adjusting the suction capacity of the turbo compressor 20. In particular, when the present turbo chiller is for an air conditioner, when the temperature TH of the cooling water decreases during an intermediate period or the like, the refrigeration capacity is controlled by reducing the rotational speed of the turbo compressor 20. Note that in a refrigerator, the magnitude of the load is often determined by the cold water temperature, and particularly by the cold water outlet temperature.

一方先に説明したように、ターボ圧縮機20の回転速度を下げて冷凍容量を制御する運転では、サージングを避けるための最低回転数という限界値がある。   On the other hand, as described above, in the operation in which the refrigerating capacity is controlled by lowering the rotational speed of the turbo compressor 20, there is a limit value of the minimum rotational speed for avoiding surging.

図2を参照して説明を続ける。ターボ圧縮機20のサージングを避けるための制御手段として、本発明の実施の形態のターボ冷凍機101は、第二の制御部であるガイドベーン制御装置72を備える。ガイドベーン制御装置72は、電動機21の、ひいてはターボ圧縮機20の回転速度SPを前記最低回転数よりも低下させないように、ガイドベーン25の開度GVを調節する。   The description will be continued with reference to FIG. As a control means for avoiding surging of the turbo compressor 20, the turbo refrigerator 101 according to the embodiment of the present invention includes a guide vane control device 72 that is a second control unit. The guide vane control device 72 adjusts the opening degree GV of the guide vane 25 so that the rotational speed SP of the electric motor 21 and thus the turbo compressor 20 is not reduced below the minimum rotational speed.

ガイドベーン制御装置72は、回転速度SP(回転速度信号S4)が設定回転速度演算器73で演算された設定回転速度を示す設定回転速度信号S5(SETSP)になるように制御信号であるガイドベーン開度調節信号C2をガイドベーン25(ガイドベーン駆動機)に送信する。すなわち制御信号C2は、SPとSETSPとの偏差がプラスのときは、ガイドベーン25を開く方向の制御信号であり、マイナスのときはガイドベーン25を閉じる方向の信号となる。以上の通り、ガイドベーン制御装置72は、直接冷凍容量を制御するものではない。しかしながら、ガイドベーンを開閉することで冷凍機の出力特性が変化するため、結果的にインバータ回転速度が増減する。   The guide vane control device 72 is a guide vane that is a control signal so that the rotation speed SP (rotation speed signal S4) becomes a set rotation speed signal S5 (SETSP) indicating the set rotation speed calculated by the set rotation speed calculator 73. An opening adjustment signal C2 is transmitted to the guide vane 25 (guide vane driving machine). That is, the control signal C2 is a control signal for opening the guide vane 25 when the deviation between SP and SETSP is positive, and is a signal for closing the guide vane 25 when the deviation is negative. As described above, the guide vane control device 72 does not directly control the freezing capacity. However, since the output characteristics of the refrigerator change by opening and closing the guide vanes, the inverter rotational speed increases or decreases as a result.

ここでガイドベーン制御装置72は回転速度SPが設定回転速度SETSPになるように制御するというとき、設定回転速度SETSPに一致するような制御の他、設定回転速度SETSPを挟む所定の範囲に収まるような制御も含む。典型的には比例制御の場合である。あるいは後述の不感帯に収まるような制御である。   Here, when the guide vane controller 72 controls the rotational speed SP to be the set rotational speed SETSP, the guide vane control device 72 is controlled so as to coincide with the set rotational speed SETSP, and within a predetermined range sandwiching the set rotational speed SETSP. Control is also included. This is typically the case for proportional control. Alternatively, the control is within a dead zone described later.

ガイドベーン制御装置72とインバータ制御装置71の関係をさらに説明する。ある回転速度SPで冷凍容量(冷凍出力)と冷凍負荷とが一致しているが、その回転速度SPが設定回転速度SETSPを下回っているとすると、ガイドベーン制御装置72が働いてベーン開度GVを下げる。すると、同一の回転速度ではターボ冷凍機の冷凍容量が冷凍負荷よりも小さくなってしまうので、インバータ制御装置71が回転速度SPを上げる方向に「負荷制御」が働く。これにより回転速度SPひいては速度比は上昇する。したがって、ベーン開度GVを操作することで、結局速度比を制御できることとなる。この制御を「ベーン追従制御」と呼ぶことができる。   The relationship between the guide vane control device 72 and the inverter control device 71 will be further described. If the refrigeration capacity (refrigeration output) and the refrigeration load coincide with each other at a certain rotational speed SP, but the rotational speed SP is lower than the set rotational speed SETSP, the guide vane control device 72 operates and the vane opening GV. Lower. Then, since the refrigerating capacity of the turbo refrigerator becomes smaller than the refrigerating load at the same rotation speed, the “load control” works in the direction in which the inverter control device 71 increases the rotation speed SP. As a result, the rotational speed SP and thus the speed ratio increase. Therefore, by manipulating the vane opening degree GV, the speed ratio can be controlled after all. This control can be called “vane following control”.

設定回転速度演算器73は、先に図5を参照して説明したように、低圧側圧力信号S7(PL)、高圧側圧力信号S8(PH)を受信して、最低回転速度を求める。最低回転速度は、低圧側圧力PLと高圧側圧力PHでほぼ決めることができるが、先に説明したように、ガイドベーン25が全開から閉方向に動くにつれて、わずかながら高くなる。そこで、ガイドベーン開度信号S3(GV)を受信して、最低回転速度を補正するとよい。   The set rotational speed calculator 73 receives the low pressure side pressure signal S7 (PL) and the high pressure side pressure signal S8 (PH) as described above with reference to FIG. 5, and obtains the minimum rotational speed. Although the minimum rotational speed can be substantially determined by the low-pressure side pressure PL and the high-pressure side pressure PH, as described above, it slightly increases as the guide vane 25 moves from the fully open direction to the closed direction. Therefore, it is preferable to correct the minimum rotational speed by receiving the guide vane opening signal S3 (GV).

設定回転速度SETSPは、求められた最低回転速度に余裕を持たせた値とする。余裕は、ターボ圧縮機やインバータ制御装置の特性によるが、典型的には0.01%以上10%以下、好ましくは0.1%以上2.0%以下、より好ましくは0.5%以上1.0%以下とするのがよい。余裕が小さ過ぎるとすぐに最低回転数に達してサージングを起こす恐れが高くなり、ガイドベーン25を閉方向に作動させて回転速度を制御する範囲が狭くなる。余裕が大きすぎるとターボ圧縮機を高い効率で運転する範囲がそれだけ狭まってしまう。設定回転速度SETSPは速度比で言えば、例えば1.0%の余裕を持たせたときは、前記最低回転速度の1.010倍の速度比となる。   The set rotational speed SETSP is a value obtained by giving a margin to the obtained minimum rotational speed. The margin depends on the characteristics of the turbo compressor and the inverter control device, but is typically 0.01% to 10%, preferably 0.1% to 2.0%, more preferably 0.5% to 1 0.0% or less is recommended. If the margin is too small, there is a high possibility that the minimum rotational speed is reached and surging occurs, and the range in which the rotational speed is controlled by operating the guide vane 25 in the closing direction becomes narrow. If the margin is too large, the range in which the turbo compressor can be operated with high efficiency is reduced accordingly. In terms of the speed ratio, the set rotational speed SETSP is, for example, 1.010 times the minimum rotational speed when a margin of 1.0% is provided.

なお、補正演算器73−4(図6参照)を備えず、ガイドベーン開度信号S3(GV)で最低回転速度を補正しないときは、使用する可能性のある最小のガイドベーン開度のときの最低回転速度に1.010を乗じた値を設定回転速度の値とすればよい。ガイドベーン全開のときの余裕が多少大きすぎることとなるが、演算を簡略にできる。   When the correction calculator 73-4 (see FIG. 6) is not provided and the minimum rotation speed is not corrected by the guide vane opening signal S3 (GV), the minimum guide vane opening that can be used is obtained. A value obtained by multiplying the minimum rotation speed by 1.010 may be used as the set rotation speed value. Although the margin when the guide vane is fully opened is somewhat too large, the calculation can be simplified.

このシステムにおいては、回転速度SPが設定回転速度SETSPよりも十分に高いときは、インバータ制御装置71が冷凍容量制御をしている。ガイドベーン制御装置72も稼働状態にあるが、回転速度SPが設定回転速度SETSPよりも十分に高いので、これは回転速度SPと設定回転速度SETSPとの偏差がプラスであり続けることを意味し、ガイドベーン25を開く方向の制御信号C2が継続的に出力される。そのため、ガイドベーン25は全開となり、事実上回転速度制御だけが働いていることと同じになり、回転速度制御部71により冷凍容量が制御される状態が続く。図4を参照すると、例えば冷却水温度が20℃で冷凍容量比が1.0〜約0.6の間の状態である。この間、回転速度は約82%から約68%の間にあることが分かる。回転速度SPが約68%まで低下したところでサージング限界線に達する。   In this system, when the rotation speed SP is sufficiently higher than the set rotation speed SETSP, the inverter control device 71 performs the refrigerating capacity control. The guide vane control device 72 is also in operation, but the rotational speed SP is sufficiently higher than the set rotational speed SETSP, which means that the deviation between the rotational speed SP and the set rotational speed SETSP continues to be positive, A control signal C2 in the direction to open the guide vane 25 is continuously output. Therefore, the guide vane 25 is fully opened, which is substantially the same as that only the rotational speed control is working, and the state in which the refrigerating capacity is controlled by the rotational speed control unit 71 continues. Referring to FIG. 4, for example, the cooling water temperature is 20 ° C. and the refrigerating capacity ratio is between 1.0 and about 0.6. During this time, it can be seen that the rotational speed is between about 82% and about 68%. The surging limit line is reached when the rotational speed SP decreases to about 68%.

本実施の形態では、設定回転速度SETSPを、最低回転速度の1.010倍としているので、回転速度が68×1.01=約69%になったところで、ガイドベーン制御装置72が働き始める。回転速度比が69%よりも低下すると、回転速度SPと設定回転速度SETSPとの偏差がマイナスになるので、ガイドベーン制御装置72からは回転速度SPを上昇させる制御信号C2すなわちガイドベーン25を閉方向に動かすガイドベーン開度調節信号C2が出力される。このようにして、ガイドベーン25が僅かに閉となったところで、回転速度SPは設定回転速度SETSPに戻され安定する。このように制御されるので、回転速度SPが最低回転速度に達することはなく、サージング現象を避けることができる。   In the present embodiment, since the set rotational speed SETSP is 1.010 times the minimum rotational speed, the guide vane control device 72 starts to work when the rotational speed reaches 68 × 1.01 = about 69%. When the rotational speed ratio falls below 69%, the deviation between the rotational speed SP and the set rotational speed SETSP becomes negative. Therefore, the guide vane control device 72 closes the control signal C2 for increasing the rotational speed SP, that is, the guide vane 25. A guide vane opening adjustment signal C2 that moves in the direction is output. In this way, when the guide vane 25 is slightly closed, the rotational speed SP is returned to the set rotational speed SETSP and stabilized. Since it is controlled in this way, the rotation speed SP does not reach the minimum rotation speed, and the surging phenomenon can be avoided.

本実施の形態では、ガイドベーン制御装置72の応答速度は、インバータ制御装置71の応答速度よりも遅く設定される。言い換えれば、ガイドベーン制御装置72の時定数は、インバータ制御装置71の時定数よりも長く設定される。したがって、前記回転速度比が69%前後であるときも、冷凍負荷の変化あるいは冷却水温度の変化には、先ずインバータ制御装置71が素早く応答して、回転速度SPを調節することにより冷凍容量が制御される。   In the present embodiment, the response speed of the guide vane control device 72 is set slower than the response speed of the inverter control device 71. In other words, the time constant of the guide vane control device 72 is set longer than the time constant of the inverter control device 71. Therefore, even when the rotation speed ratio is around 69%, the inverter control device 71 first responds quickly to a change in the refrigeration load or a change in the cooling water temperature, and the refrigerating capacity is adjusted by adjusting the rotation speed SP. Be controlled.

一般に冷凍負荷の変動、あるいは冷却水温度の変動は、ゆるやかに生じるので、ガイドベーン制御装置72の応答速度があまり早くなくても、回転速度が最低回転速度に達してしまうことはない。しかしながら、冷凍負荷の変動が急激に生じたときには回転速度SPが低下し過ぎて最低回転速度に達してしまうことも起こり得る。これを避け易くするために、ガイドベーン25の開度を閉方向に作動させる速さを、開方向に作動させる速さよりも速くするのが好ましい。ガイドベーン25の開度を開方向に作動させる場合は、多少遅れても制御上で問題となることはない。成績係数が低い状態の運転が多少長くなるだけである。またさらに、最低回転速度を超えて回転速度が低下するのを防止するため、下限にリミットをかけるのが好ましい。これについては後述する。   In general, the fluctuation of the refrigeration load or the fluctuation of the cooling water temperature occurs gently. Therefore, even if the response speed of the guide vane control device 72 is not so fast, the rotation speed does not reach the minimum rotation speed. However, when the refrigeration load fluctuates rapidly, the rotational speed SP may decrease too much and reach the minimum rotational speed. In order to make it easier to avoid this, it is preferable that the speed at which the opening degree of the guide vane 25 is operated in the closing direction is faster than the speed at which the guide vane 25 is operated in the opening direction. When operating the opening degree of the guide vane 25 in the opening direction, there is no problem in control even if it is somewhat delayed. Operation with a low coefficient of performance is only somewhat longer. Furthermore, it is preferable to limit the lower limit in order to prevent the rotation speed from decreasing beyond the minimum rotation speed. This will be described later.

このようにすると、たとえば負荷が急増した場合、まずは回転速度SPが上昇してターボ冷凍機101の出力が上がる。回転速度制御をベーン開度制御よりも応答速度を速くしておけば、回転速度制御により、急増した負荷にすぐに追いつく。すなわち、制御が安定する。一方、回転速度SPが上昇したことにより、速度比が上昇する。これに応じて、ベーン開度GVはゆっくりと上昇する。これにより、ターボ冷凍機101の出力が増加するので、回転速度SPが徐々に低下する。これで速度比が下がり、やがて目標値(設定回転速度)で再び安定する。   In this way, for example, when the load increases rapidly, first, the rotational speed SP increases and the output of the turbo chiller 101 increases. If the response speed of the rotational speed control is made faster than that of the vane opening control, the rotational speed control can quickly catch up with the rapidly increased load. That is, the control is stabilized. On the other hand, the speed ratio increases due to the increase in the rotational speed SP. In response to this, the vane opening GV slowly rises. Thereby, since the output of the turbo refrigerator 101 increases, the rotational speed SP gradually decreases. As a result, the speed ratio decreases and eventually stabilizes again at the target value (set rotational speed).

ここで、前述したように、回転速度SPはできるだけ小さく、ベーン開度GVはできるだけ大きい方が、一般に効率はよい。すなわち、本実施の形態の制御によると最適な点に比べて、一時的には回転速度SPが高く、ベーン開度GVが小さくなるので、効率は低下する。しかし、実務的にはこの制御による一時的な効率の低下は、無視しうるほどに小さく、また、すぐに最適な状態に変化するので、省エネルギー性についてもほとんど低下は生じない。その一方で、負荷変動に対してはただちに回転速度SPの操作により追従するので、負荷に対する追従性が大きく向上する。これにより、省エネルギー性と追従性とを両立することができる。   Here, as described above, it is generally more efficient that the rotational speed SP is as small as possible and the vane opening GV is as large as possible. That is, according to the control of the present embodiment, the rotational speed SP is temporarily high and the vane opening degree GV is temporarily reduced compared to the optimum point, so that the efficiency is lowered. However, in practice, the temporary decrease in efficiency due to this control is negligibly small, and the state immediately changes to an optimum state, so that there is almost no decrease in energy saving. On the other hand, since the load fluctuation is immediately followed by the operation of the rotational speed SP, the followability to the load is greatly improved. Thereby, both energy saving and follow-up properties can be achieved.

本実施の形態のターボ冷凍機101では、従来のターボ冷凍機と違って、回転速度SPの調節により冷凍容量を制御する回転速度制御とガイドベーン25の開度GVを調節して回転速度SPを制御するガイドベーン制御とは両方とも常に活きており、両制御の間で、モード切り替えをすることがない。したがって、モード切り替えに伴って起こりがちな、頻繁に2つのモードを行き来する現象を抑えることができ、安定した制御が可能となる。モードの切り替えがないので、切り替えられるとすればその瞬間に起こりがちなターボ冷凍機の応答速度や各種定数の変化も問題とならず、ターボ冷凍機の挙動の変化の心配もない。   In the centrifugal chiller 101 of the present embodiment, unlike the conventional centrifugal chiller, the rotational speed SP is adjusted by adjusting the rotational speed SP by adjusting the rotational speed SP and the opening degree GV of the guide vane 25 to adjust the rotational speed SP. Both the guide vane control to be controlled are always active, and the mode is not switched between the two controls. Therefore, it is possible to suppress the phenomenon of frequently going back and forth between the two modes, which is likely to occur along with the mode switching, and stable control becomes possible. Since there is no mode switching, there is no problem with the change in the response speed of the centrifugal chiller and various constants that tend to occur at that moment, and there is no concern about changes in the behavior of the turbo chiller.

以上の実施の形態では、設定回転速度演算器73には、低圧側圧力信号S7(PL)と高圧側圧力信号S8(PH)とを入力する場合で説明したが、それぞれ蒸発器10の蒸発温度信号と凝縮器30の凝縮温度信号を入力してもよい。また冷水出口温度信号S1(TL)と冷却水入口温度信号S2(TH)をそれぞれ入力してもよい。厳密に言えば、冷水出口温度TLと冷却水入口温度THでは、サージング限界が実際の限界から多少ずれるが、蒸発器10と凝縮器30の蒸発圧力・凝縮圧力、あるいは蒸発温度・凝縮温度の検出器を省略でき、装置が簡易になる。この場合、冷凍容量を検出するために用いる冷水出口温度検出器13を設定回転速度演算に兼用することができる。   In the above embodiment, the setting rotational speed calculator 73 has been described with the low pressure side pressure signal S7 (PL) and the high pressure side pressure signal S8 (PH) being input. The signal and the condensation temperature signal of the condenser 30 may be input. Further, the cold water outlet temperature signal S1 (TL) and the cooling water inlet temperature signal S2 (TH) may be input, respectively. Strictly speaking, the surging limit slightly deviates from the actual limit at the cold water outlet temperature TL and the cooling water inlet temperature TH, but the detection of the evaporation pressure / condensation pressure or the evaporation temperature / condensation temperature of the evaporator 10 and the condenser 30 is detected. The device can be omitted, and the device becomes simple. In this case, the chilled water outlet temperature detector 13 used for detecting the refrigeration capacity can also be used for the set rotational speed calculation.

最低回転速度を、蒸発器10の蒸発圧力と凝縮器30との凝縮圧力により演算するのがよいとしたが、具体的には、あらかじめ冷媒の特性により、いくつかの圧力差に応じた最低回転速度を計算して制御手段70aの記憶部に記憶させておき、演算された圧力比における最低回転速度を記憶部から取り出して演算するとよい。なお、このときにベーン開度GVによりこの最低回転速度に補正をかけることとしてもよい点は既に説明した通りである。すなわち、ベーン開度GVが小さい場合にはサージングが発生しやすくなるので、ベーン開度GVに応じて、あらかじめ最低回転速度を高くしてもよい。   The minimum rotation speed is preferably calculated by the evaporation pressure of the evaporator 10 and the condensation pressure of the condenser 30. Specifically, the minimum rotation speed corresponding to several pressure differences depends on the characteristics of the refrigerant in advance. The speed may be calculated and stored in the storage unit of the control means 70a, and the minimum rotation speed at the calculated pressure ratio may be extracted from the storage unit and calculated. Note that, as described above, the minimum rotational speed may be corrected by the vane opening degree GV at this time. That is, surging is likely to occur when the vane opening degree GV is small, so the minimum rotation speed may be increased in advance according to the vane opening degree GV.

ここで、ベーン追従制御は、あえて、ある程度動作が緩慢な制御方式を用いるのが良い。具体的には、積分定数を小さくしたり、制御周期を長く取ったり、意図的に遅いモーターでベーンを駆動したりする。なぜならば、従来の制御ではベーン開度GVの制御は負荷追従が主たる目的であったので、動作を緩慢にし過ぎると冷水出口温度などが設定値から大きく逸脱して不都合であったが、本発明の実施の形態によれば、負荷追従は回転速度制御で俊敏に行なわれているため、追従が多少遅くても大きな問題が生じない。むしろ、負荷制御による制御結果(速度比)を、一定時間で平均化するなどして、あえて一次遅れにするなどしたほうが、制御が安定する。   Here, for the vane follow-up control, it is better to use a control method that slows the operation to some extent. Specifically, the integral constant is reduced, the control cycle is increased, or the vane is intentionally driven by a slow motor. This is because, in the conventional control, the control of the vane opening GV is mainly intended to follow the load, and if the operation is made too slow, the chilled water outlet temperature or the like deviates greatly from the set value. According to the embodiment, since the load following is performed rapidly by the rotational speed control, no major problem occurs even if the tracking is somewhat slow. Rather, the control is more stable when the control result (speed ratio) by the load control is averaged over a certain period of time, for example, so as to make it a first order delay.

ところで、ベーン追従制御には、いわゆるPID制御などの高級な制御手法を使用してもよいが、操作量が値域の上限にかかることが常態化するため、積分項が不必要に大きな値となったりすることで予期せぬ動作を起こしやすい。むしろ、制御方法としては単純な、漸増減のみでもよいし、あるいは後述する時間比例制御を用いるのが特に良い。   By the way, a high-level control method such as so-called PID control may be used for the vane follow-up control. However, since the operation amount is normally applied to the upper limit of the value range, the integral term becomes an unnecessarily large value. Can cause unexpected behavior. Rather, the control method may be simple, only gradual increase or decrease, or it is particularly preferable to use time proportional control described later.

漸増減による場合、ガイドベーン制御装置72は一定時間おき(数秒から数分が良い)に速度比を確認し、速度比が目標範囲以上であればベーン開度GVを増し、目標範囲以下であればベーン開度GVを減じる。このとき、ベーン開度GVの開方向の速さ(増加量)と閉方向の速さ(減少量)とは同一である必要は無く、前述のようにベーンの閉方向の速さを大きく、開方向の速さを小さく取ることが好ましい。   In the case of gradual increase / decrease, the guide vane control device 72 confirms the speed ratio at regular intervals (several seconds to several minutes are good), and if the speed ratio is equal to or greater than the target range, the vane opening GV is increased. For example, the vane opening GV is reduced. At this time, the speed (increase amount) in the opening direction and the speed (decrease amount) in the closing direction of the vane opening GV are not necessarily the same, and the speed in the closing direction of the vane is increased as described above. It is preferable to reduce the speed in the opening direction.

次に時間比例制御について説明する。時間比例制御では、一定時間おき(通常は数秒から数分で、装置の特性により最適値が異なる)に、目標値と現在値との差異を計算する。そして、差異に基づく方向に、差異に比例した時間だけ、ガイドベーン25を動かす。具体的に言うと、目標値1.010に対して、実際の速度比が1.015であった場合、速度比の差0.005に対し、ガイドベーン25を操作するモーターを開方向に、たとえば5秒、駆動する。このとき、実際の速度比が1.020であった場合、速度比の差が0.010であるので、10秒駆動する。これは、思想的には積分制御の一種であるが、本発明におけるターボ冷凍機のベーン追従制御とはよく調和する。   Next, time proportional control will be described. In the time proportional control, the difference between the target value and the current value is calculated at regular intervals (usually several seconds to several minutes, and the optimum value varies depending on the characteristics of the apparatus). Then, the guide vane 25 is moved in a direction based on the difference for a time proportional to the difference. Specifically, when the actual speed ratio is 1.015 with respect to the target value 1.010, the motor for operating the guide vane 25 is opened in the opening direction with respect to the speed ratio difference of 0.005. For example, drive for 5 seconds. At this time, when the actual speed ratio is 1.020, the difference in speed ratio is 0.010, so the driving is performed for 10 seconds. Though this is a kind of integral control in concept, it is well matched with the vane follow-up control of the turbo refrigerator in the present invention.

なお、時間比例制御における制御定数は通常は一定値であるが、ベーン開度GVが高い場合と低い場合とで同じ開度変化に対する冷凍容量の変化(感度)が異なるので、開度GVにより比例定数を変えると、追従性がさらに改善する。たとえば、ベーン開度が60%以上では、速度比の差が0.005に対して、駆動時間5秒であったものを、60%未満では、1秒にする、などである。   The control constant in the time proportional control is normally a constant value, but the change (sensitivity) of the freezing capacity with respect to the same change in opening degree is different between the case where the vane opening degree GV is high and the case where the vane opening degree GV is low. When the constant is changed, the followability is further improved. For example, when the vane opening is 60% or more, the speed ratio difference is 0.005, while the driving time is 5 seconds, and when it is less than 60%, it is 1 second.

以上の実施の形態では、ガイドベーン制御装置72では設定回転速度SETSPを最低回転速度の1.010倍として、これを設定値として回転速度SPを調節するものとして説明した。通常はこれで差し支えないが、万一ガイドベーン制御装置72の応答が追い付かずに、回転速度SPが最低回転速度を下回るようなことがあるとターボ圧縮機がサージングを起こしてしまう。   In the above embodiment, the guide vane control device 72 has been described on the assumption that the set rotational speed SETSP is 1.010 times the minimum rotational speed, and this is used as a set value to adjust the rotational speed SP. Normally, this may be done, but if the response of the guide vane control device 72 does not catch up and the rotational speed SP falls below the minimum rotational speed, the turbo compressor will surging.

そこで、第一の構成として、インバータ制御装置71には、回転速度SPについて最低回転速度より低下しないように回転速度SPに制限をかけるのが好ましい。最低回転速度に達すると、あるいは達する直前の値(例えば最低回転速度の1.001倍)に下限回転速度としてリミットを設ける。すなわち、冷凍容量が冷凍負荷より小さくても、それを越えて回転速度SPが低下しないような速度指令信号C1とする。   Therefore, as a first configuration, it is preferable to limit the rotation speed SP in the inverter control device 71 so that the rotation speed SP does not fall below the minimum rotation speed. When the minimum rotation speed is reached, a limit is set as a lower limit rotation speed at a value immediately before reaching the minimum rotation speed (for example, 1.001 times the minimum rotation speed). That is, the speed command signal C1 is set such that the rotational speed SP does not decrease even if the refrigeration capacity is smaller than the refrigeration load.

さて、このように最低回転速度の1.001倍にリミットをかけた実施の形態において、負荷が減少した場合について説明する。繰り返し述べているように、回転速度SPはできるだけ低くしてベーン開度GVを大きくした方が、効率がよくなる。速度比の目標値が、最低回転速度の1.010倍に設定されているとき、速度比がこの目標値で安定している場合に、負荷が急激に低下すると、回転速度SPはすぐに最低回転速度の方向に落ち込む。その場合でも、速度比はリミット値の1.001で下げ止まる。   Now, a case where the load is reduced in the embodiment in which the limit is set to 1.001 times the minimum rotation speed will be described. As described repeatedly, the efficiency is improved when the rotational speed SP is as low as possible and the vane opening degree GV is increased. When the target value of the speed ratio is set to 1.010 times the minimum rotational speed and the speed ratio is stable at this target value, the rotational speed SP immediately decreases to the minimum when the load decreases rapidly. Decreases in the direction of rotation speed. Even in that case, the speed ratio stops at the limit value of 1.001.

冷凍負荷がどれだけ低下したとしても(本来は速度比を例えば0.990としたい状態(速度比の差を1.010−0.990=0.020としたい状態)であっても)、速度比の差異が小さい(0.010の)状態が継続する。そのため、ガイドベーン制御装置72から見ると、偏差が小さいので(閉にする方向の)ガイドベーン開度調節信号C2が大きくならず、開度GVがなかなか低下しないこととなる。この場合、冷凍容量が過大な状態が継続し、冷水出口温度TLが低下し過ぎて、逆に制御が不安定となることが懸念される。これを防ぐため、前述のように、ベーン開度GVの減少量(減少速さ)を増加量(増加速さ)よりも大きくするのが好ましい。そのようにすれば、回転速度SPが下げ止まりの状態でもベーン開度GVが比較的早く減少し、この影響は小さく出来る。   No matter how much the refrigeration load is reduced (originally, it is in a state where the speed ratio is to be set to 0.990 (a state in which the difference in speed ratio is to be set to 1.010−0.990 = 0.020)) The state where the ratio difference is small (0.010) continues. Therefore, when viewed from the guide vane control device 72, since the deviation is small, the guide vane opening degree adjustment signal C2 (in the closing direction) does not increase, and the opening degree GV does not decrease easily. In this case, there is a concern that the state where the refrigeration capacity is excessive continues, the cold water outlet temperature TL is excessively lowered, and the control becomes unstable. In order to prevent this, as described above, it is preferable that the decrease amount (decrease speed) of the vane opening degree GV is larger than the increase amount (increase speed). By doing so, the vane opening degree GV decreases relatively quickly even when the rotational speed SP is not lowered, and this effect can be reduced.

第二の構成として、速度比が一定値以下となった場合、一定の速度でガイドベーン開度GVを漸減することとしてもよい。具体的には、たとえば速度比が1.001まで低下した場合、実際の差異によらず、時間比例制御に拘らず一定の速度で連続的にガイドベーン開度GVを下げる。このようにすると、ガイドベーン開度GVが低下することにより冷凍容量が速やかに低下し、負荷の低下に追従する。   As a second configuration, the guide vane opening GV may be gradually decreased at a constant speed when the speed ratio becomes a certain value or less. Specifically, for example, when the speed ratio is reduced to 1.001, the guide vane opening GV is continuously reduced at a constant speed regardless of the time proportional control regardless of the actual difference. If it does in this way, refrigeration capacity will fall rapidly by the guide vane opening degree GV falling, and will follow the fall of load.

以上、第一の構成、第二の構成のどちらによっても、ガイドベーン開度GVを一時的には閉めすぎる傾向となる。しかしながら、本発明の実施の形態では、冷凍容量の低下により、負荷制御が再度働き、冷凍容量の低下を補うべく回転速度SPが上昇する。こうすると、前述した「負荷が急増した場合」と同じ状態となり、同様の制御で最終的にターボ冷凍機101は再度安定する。   As described above, both the first configuration and the second configuration tend to temporarily close the guide vane opening GV too much. However, in the embodiment of the present invention, the load control works again due to the decrease in the refrigeration capacity, and the rotation speed SP increases to compensate for the decrease in the refrigeration capacity. If it carries out like this, it will be in the same state as "when the load increases rapidly" mentioned above, and the turbo refrigerator 101 will finally be stabilized again by the same control.

一般に、冷凍機では冷水温度が下がりすぎることが問題となる。すなわち、冷水出口温度の低下による不要な軽負荷停止や、冷水の凍結が懸念される。従来の制御では、負荷の急減時にモードの切り替えが間に合わなかったり、低負荷時はベーン制御になるので元々応答が遅かったりするため、応答に限界があり、負荷の急変により軽負荷停止してしまうことが多かった。本発明の実施の形態によれば、負荷の急減時には、(1)ベーン開度GVを直ちに大きく下げて負荷の低下に即応し、(2)回転速度SPの上昇によりそれを一時的に補い、(3)徐々にベーン開度GVを増して効率を回復する、という動作になり、軽負荷停止に至る可能性が小さくなる。この動作ではガイドベーン開度GVが一時的に閉めすぎとなるので、一時的に効率が低下するが、効率の低下はわずかであり、軽負荷停止による停止と再起動に要するエネルギーは大きく、むしろ回避能力を高めることは省エネルギーに寄与する。   Generally, in a refrigerator, there is a problem that the cold water temperature is too low. That is, there is a concern about unnecessary light load stoppage due to a decrease in the cold water outlet temperature and freezing of the cold water. In conventional control, mode switching is not in time when the load suddenly decreases, or vane control is used at low loads, so the response is originally slow, so there is a limit in response, and light load stops due to sudden change in load There were many things. According to the embodiment of the present invention, when the load suddenly decreases, (1) the vane opening degree GV is immediately greatly reduced to immediately respond to the decrease in the load, and (2) the rotation speed SP is temporarily compensated for, (3) The operation is such that the efficiency is recovered by gradually increasing the vane opening GV, and the possibility of a light load stop is reduced. In this operation, since the guide vane opening GV is temporarily closed too much, the efficiency is temporarily lowered, but the efficiency is slightly reduced, and the energy required for stopping and restarting due to the light load stop is large. Increasing the avoidance ability contributes to energy saving.

図6の制御ブロックダイアグラムを参照して、第一の実施の形態のターボ冷凍機101の制御を説明する。制御手段70bは、制御手段70aを具体的に展開した実例である。制御手段70b及びこれを構成する演算器類は、実務的にはプログラマブルコントローラー内に論理回路や記述言語などにより仮想的に設けるとよい。ここでは、制御手段70bはPID演算器により、冷水出口温度TLを監視し、これを一定に保つようにターボ圧縮機101の回転速度SPを調節する。   Control of the turbo chiller 101 of the first embodiment will be described with reference to the control block diagram of FIG. The control means 70b is an example in which the control means 70a is specifically developed. In practice, the control means 70b and the arithmetic units constituting the control means 70b may be virtually provided in the programmable controller using a logic circuit or a description language. Here, the control means 70b monitors the cold water outlet temperature TL using a PID calculator, and adjusts the rotational speed SP of the turbo compressor 101 so as to keep it constant.

本実施の形態では、インバータ制御装置71はPID演算器71−1を有して構成されている。具体的には、冷水出口温度TLを目標温度SETTLになるように、ここで連続的にPID演算を行い、「指令回転速度」を決定する。これを速度指令信号C1としてインバータ80に送る。PID演算器71−1は、別途計算される最低回転速度以上で、冷水出口温度TLが目標値SETTLとなるように回転速度SPを演算する。   In the present embodiment, the inverter control device 71 includes a PID calculator 71-1. Specifically, PID calculation is continuously performed here to determine the “command rotation speed” so that the cold water outlet temperature TL becomes the target temperature SETTL. This is sent to the inverter 80 as a speed command signal C1. The PID calculator 71-1 calculates the rotational speed SP so that the chilled water outlet temperature TL is equal to or higher than the separately calculated minimum rotational speed and becomes the target value SETTL.

なお、冷水出口温度TLに代えて冷水入口温度、外部からの設備側の状態信号など、設備側の負荷の増減を代表する量であれば何により制御してもよい。ただし、冷水出口温度TLとすれば設備側の負荷の増減を最も顕著に検出できる。また冷水出口配管11に設置した温度検出器13で容易に、かつ確実に検出することができ都合がよい。演算もPID制御ではなく、ターボ冷凍機101の負荷制御に用いられる演算方式であれば、P制御(比例制御)、PI制御(比例積分制御)のどの方式でもよい。各制御方式の特徴、効果は既に説明した通りである。   In addition, as long as it is quantity which represents the increase / decrease in the load on the facility side, such as a cold water inlet temperature instead of the cold water outlet temperature TL, a state signal on the facility side from the outside, it may be controlled by anything. However, if the cold water outlet temperature TL is used, the increase or decrease in the load on the facility side can be detected most significantly. Moreover, the temperature detector 13 installed in the cold water outlet pipe 11 can be easily and reliably detected, which is convenient. The calculation is not PID control, and any calculation method of P control (proportional control) and PI control (proportional integral control) may be used as long as the calculation method is used for load control of the turbo chiller 101. The characteristics and effects of each control method are as described above.

ここで、最低回転速度は次のように演算する。まず、ターボ冷凍機101の蒸発器圧力PLと凝縮器圧力PHとを取り込み、その比(PH/PL)をPH/PL演算器73−1で計算する。最低回転速度演算器73−2は、この比を元に、予め計算された演算テーブル73−3を参照して、最低回転速度を仮計算する。これに、ガイドベーン開度GVを基に、補正演算器73−4で、ガイドベーン25が低開度の場合に開度GVに応じた係数を乗じて、最終的な最低回転速度を決定し、最低回転速度信号S5aを目標速度演算器72−3に送る。   Here, the minimum rotation speed is calculated as follows. First, the evaporator pressure PL and the condenser pressure PH of the turbo chiller 101 are taken in, and the ratio (PH / PL) is calculated by the PH / PL calculator 73-1. Based on this ratio, the minimum rotation speed calculator 73-2 temporarily calculates the minimum rotation speed with reference to the calculation table 73-3 calculated in advance. Based on the guide vane opening GV, the correction calculator 73-4 multiplies the coefficient according to the opening GV when the guide vane 25 has a low opening to determine the final minimum rotational speed. The minimum rotation speed signal S5a is sent to the target speed calculator 72-3.

最低回転速度信号S5aは、PID演算器71−1にも送られる。これは、速度指令信号C1に最低回転速度に対応するリミットをかけるためである。リミットをかけることにより、ターボ圧縮機20がサージング状態に入ることを防止することができる。   The minimum rotation speed signal S5a is also sent to the PID calculator 71-1. This is to put a limit corresponding to the minimum rotation speed on the speed command signal C1. By applying the limit, the turbo compressor 20 can be prevented from entering the surging state.

なお、本発明の別の実施の形態では、この方式に限らず、冷却水入口温度THにより最低回転速度を決定する方法、ターボ圧縮機20の出入口のエンタルピ差等により演算する方法、ターボ圧縮機20のマップ演算により決定する方法などで計算してもよい。   In another embodiment of the present invention, not limited to this method, a method of determining the minimum rotational speed based on the cooling water inlet temperature TH, a method of calculating based on an enthalpy difference at the inlet / outlet of the turbo compressor 20, etc., a turbo compressor You may calculate by the method of determining by 20 map calculations.

なお、最低回転速度には前述のようにPH/PLから演算するサージング限界線(図5参照)の速度に所定の余裕を乗じて、実際にサージングする回転速度よりも高い値とする。例えば計算された値の1.001倍とする。そのような余裕は、演算過程で乗じてもよいし、演算テーブル73−3に余裕を見たデータを保存しておくことにより与えてもよい。   Note that the minimum rotational speed is set to a value higher than the actual surging rotational speed by multiplying the speed of the surging limit line (see FIG. 5) calculated from PH / PL by a predetermined margin as described above. For example, it is 1.001 times the calculated value. Such a margin may be multiplied in the calculation process, or may be given by storing data with a margin in the calculation table 73-3.

さて、上記のPID演算は、前述した「負荷制御」に相当する。ここで演算される速度指令信号C1がインバータ80に送信される。同時に、この速度指令信号C1を参照して、ベーン開閉演算器72−1は、ガイドベーン25の駆動を演算する。ここでは、指令回転速度を使っているが、実際は電動機21の現実の回転速度SP(信号S4)を使うのがよい。しかしながら、インバータ80は応答が速く指令回転速度がほとんど直ちに電動機21の回転速度SPに反映されるので、ベーン開閉演算器72−1では速度指令信号C1を使っても差し支えがない。速度指令信号C1は、制御手段70b内に存在するので、電動機21の現実の回転速度SPをあらためて制御手段70bに入力する必要がないので都合がよい。   The above PID calculation corresponds to the aforementioned “load control”. The speed command signal C1 calculated here is transmitted to the inverter 80. At the same time, referring to this speed command signal C1, the vane opening / closing calculator 72-1 calculates the driving of the guide vane 25. Here, the command rotational speed is used, but actually, the actual rotational speed SP (signal S4) of the electric motor 21 is preferably used. However, since the inverter 80 has a fast response and the command rotational speed is reflected almost immediately on the rotational speed SP of the electric motor 21, the vane opening / closing calculator 72-1 can use the speed command signal C1. Since the speed command signal C1 exists in the control means 70b, it is convenient because it is not necessary to input the actual rotational speed SP of the electric motor 21 to the control means 70b anew.

本実施の形態では、以上のように、演算された最低回転速度と、実際の回転速度SP(負荷制御により増減されて決定される値)との差、もしくは比を計算する。なお、差をとることと比をとることとは、演算式と値が異なるだけで実質的な差はない。比をとる場合については、変形例として後述する。   In the present embodiment, as described above, the difference or ratio between the calculated minimum rotational speed and the actual rotational speed SP (value determined by increasing or decreasing by load control) is calculated. Note that taking the difference and taking the ratio differ only in the arithmetic expression and the value, and there is no substantial difference. The case of taking the ratio will be described later as a modified example.

ターボ冷凍機101は、回転速度SPが目標値(ここでは、最低回転速度の1.010とする)になるように、吸い込みベーン開度GVを制御する。実務的には、ターボ冷凍機101は回転速度SPを監視し、回転速度が低下すればベーン開度GVを減じ、回転速度SPが上昇すればベーン開度GVを増す。すなわち、ベーン開度GVを増すと、同一の回転速度ではターボ冷凍機101の冷凍容量が大きくなるので、冷水出口温度TLが低下し、回転速度SPを下げる方向に「負荷制御」が働く。これにより回転速度SPは低下する。   The turbo refrigerator 101 controls the suction vane opening degree GV so that the rotational speed SP becomes a target value (here, the minimum rotational speed is 1.010). In practice, the centrifugal chiller 101 monitors the rotational speed SP, and decreases the vane opening GV if the rotational speed decreases, and increases the vane opening GV if the rotational speed SP increases. That is, when the vane opening degree GV is increased, the refrigeration capacity of the turbo chiller 101 is increased at the same rotational speed, so that the chilled water outlet temperature TL is lowered, and “load control” is performed in a direction of decreasing the rotational speed SP. As a result, the rotational speed SP decreases.

一方ベーン開閉演算器72−1には、回転速度SPの目標値である設定回転速度SETSPを表わす信号S5が入力される。設定回転速度SETSPは、補正演算器73−4を介して演算された最低回転速度に基づいて、目標速度演算器72−3で演算する。本実施の形態では、目標速度演算器72−3は最低回転速度に所定の係数、例えば1.010を乗じて設定回転速度SETSPとする。   On the other hand, a signal S5 representing a set rotational speed SETSP that is a target value of the rotational speed SP is input to the vane opening / closing calculator 72-1. The set rotation speed SETSP is calculated by the target speed calculator 72-3 based on the minimum rotation speed calculated via the correction calculator 73-4. In the present embodiment, the target speed calculator 72-3 multiplies the minimum rotational speed by a predetermined coefficient, for example, 1.010 to obtain the set rotational speed SETSP.

また、ベーン開閉演算器72−1には、比例速度演算器72−4でベーン開度信号S3(GV)を受けて演算された比例速度(信号S3a)が入力される。ベーン開閉演算器72−1は、受信した回転速度SPが設定回転速度SETSPになるようにガイドベーン開度調節信号C2をガイドベーンモータMに送信する。ガイドベーン開度調節信号C2は比例速度信号S3aに応じた時間だけ送信される。このようにして、制御部72は、ガイドベーン25の開度GVを時間比例制御により制御する。   Further, the proportional speed (signal S3a) calculated by receiving the vane opening signal S3 (GV) by the proportional speed calculator 72-4 is input to the vane opening / closing calculator 72-1. The vane opening / closing calculator 72-1 transmits a guide vane opening degree adjustment signal C2 to the guide vane motor M so that the received rotational speed SP becomes the set rotational speed SETSP. The guide vane opening adjustment signal C2 is transmitted for a time corresponding to the proportional speed signal S3a. In this way, the control unit 72 controls the opening degree GV of the guide vane 25 by time proportional control.

本実施の形態では、一定の速さで開閉するベーンモータを利用しているので、ガイドベーン25の開閉の速さを時間により調節する単純な制御が可能となる。制御部72は、時間比例制御の比例定数を、ガイドベーン25の開度により変化させる。すなわち、ベーン開度幅に対して冷凍容量の変化の感度が鈍い、大きな開度の範囲では開閉の速さを相対的に速くする。   In this embodiment, since a vane motor that opens and closes at a constant speed is used, simple control that adjusts the opening and closing speed of the guide vane 25 with time is possible. The control unit 72 changes the proportionality constant of the time proportional control according to the opening degree of the guide vane 25. That is, the sensitivity of changes in the refrigeration capacity is dull with respect to the vane opening width, and the opening / closing speed is relatively increased in a large opening range.

図7を参照して、本発明の第二の実施の形態にかかる制御装置を説明する。本実施の形態は、図6の実施の形態の変形例である。相違点は、本変形例では回転速度の代わりに回転速度比を用いている点である。同様な部分については適宜説明を省略する。   With reference to FIG. 7, the control apparatus concerning 2nd embodiment of this invention is demonstrated. This embodiment is a modification of the embodiment of FIG. The difference is that in this modification, a rotation speed ratio is used instead of the rotation speed. Explanation of similar parts is omitted as appropriate.

補正演算器73−4から出力される補正された最低回転速度を表わす信号S5aは速度比演算器72−2に入力される。速度比演算器72−2には、速度指令信号C1も入力される。速度比演算器72−2は、「指令回転速度」と「最低回転速度」との比である「速度比」を演算する。そして、速度比信号S4−1をベーン開閉演算器72−1に入力する。これを参照して、ベーン開閉演算器72−1は、ガイドベーン25の駆動を演算する。   A signal S5a representing the corrected minimum rotation speed output from the correction calculator 73-4 is input to the speed ratio calculator 72-2. A speed command signal C1 is also input to the speed ratio calculator 72-2. The speed ratio calculator 72-2 calculates a “speed ratio” that is a ratio between the “command rotational speed” and the “minimum rotational speed”. Then, the speed ratio signal S4-1 is input to the vane opening / closing calculator 72-1. Referring to this, the vane opening / closing calculator 72-1 calculates the driving of the guide vane 25.

この場合、目標値となる速度比SETSP’は、装置毎に設定される定数であり、理想的には1より大きい値で1に可能な限り近い値が望ましい。実際には、ターボ冷凍機の機種毎に応答速度が異なることから、適宜、実験等により最適な値を求めて制御手段70aの記憶部に記憶させておく。その信号S5b’(SETSP’)はベーン開閉演算器72−1に入力される。ベーン開閉演算器72−1における演算は図6の場合と同様である。なお、最低回転速度と回転速度との比をとり、これが設定値となるようにベーンを制御することと、最低回転速度に定数を乗じて目標回転速度を設定し、回転速度がこれに一致するようにベーンを制御することとは、数学的に等価である。   In this case, the speed ratio SETSP ′ serving as a target value is a constant set for each apparatus, and ideally a value larger than 1 and as close as possible to 1 is desirable. Actually, since the response speed varies depending on the model of the centrifugal chiller, an optimum value is appropriately obtained through experiments or the like and stored in the storage unit of the control means 70a. The signal S5b '(SETSP') is input to the vane opening / closing calculator 72-1. The calculation in the vane opening / closing calculator 72-1 is the same as that in FIG. Take the ratio between the minimum rotation speed and the rotation speed and control the vane so that it becomes the set value, and set the target rotation speed by multiplying the minimum rotation speed by a constant, and the rotation speed matches this. Thus, controlling the vane is mathematically equivalent.

本実施の形態では、以上のように、演算された最低回転速度と、実際の回転速度SP(負荷制御により増減されて決定される値)との比を計算する。なお前述の通り、差をとることと比をとることとは、演算式と値が異なるだけで実質的な差はない。したがって、これまでも随時速度比に言及してきたが、これ以降は回転速度SPそのものよりも、主として回転速度の比により説明する。また、この比を「速度比」と呼ぶ。   In the present embodiment, as described above, the ratio between the calculated minimum rotational speed and the actual rotational speed SP (value determined by increasing / decreasing by load control) is calculated. Note that, as described above, taking the difference and taking the ratio are different from each other only in the arithmetic expression and the value, and there is no substantial difference. Therefore, the speed ratio has been referred to as needed, but the following description will be mainly based on the ratio of the rotational speed rather than the rotational speed SP itself. This ratio is called “speed ratio”.

図8のベーン開閉演算器72−1(図7参照)内の単純化した内部フローチャートを参照して、ベーン開閉演算器72−1の作用を説明する。ベーン開閉演算器72−1は内部に第一の基準値F1と第二の基準値F2を持つ。第一の基準値F1と第二の基準値F2は、設定回転速度比(SETSPの最低回転速度に対する比)を挟む値である。ベーン開閉演算器72−1は一定時間おきに速度比Fを確認し、速度比Fが第一の基準値(たとえば1.015)より大であったら、別途演算される「比例時間」で規定される時間だけ、ガイドベーン25に開信号を送る。(なおこのときガイドベーン開度GVが既に100%であれば、開信号を受けてもガイドベーン25はそれ以上開かず、速度比Fが第一の基準値を超えたままインバータ制御装置71で回転速度SPの調節による負荷制御が継続される点は既に説明した通りである。)また、第二の基準値(たとえば1.005)より小であったら、「比例時間」で規定される時間、ガイドベーン25に閉信号を送る。このとき、開時間と閉時間とは同じとしても良いが、閉時間を「比例時間」の定数倍(たとえば2倍)などとして、閉動作を強めてもよい。本例では、2倍とした。   The operation of the vane opening / closing calculator 72-1 will be described with reference to a simplified internal flowchart in the vane opening / closing calculator 72-1 (see FIG. 7) in FIG. The vane opening / closing calculator 72-1 has a first reference value F1 and a second reference value F2 therein. The first reference value F1 and the second reference value F2 are values that sandwich a set rotational speed ratio (a ratio of SETSP to the minimum rotational speed). The vane opening / closing calculator 72-1 confirms the speed ratio F at regular intervals, and if the speed ratio F is greater than a first reference value (for example, 1.015), it is defined by a “proportional time” separately calculated. An open signal is sent to the guide vane 25 for a predetermined time. (At this time, if the guide vane opening GV is already 100%, the guide vane 25 will not be opened any more even if an open signal is received, and the inverter control device 71 keeps the speed ratio F exceeding the first reference value. The point that the load control by the adjustment of the rotational speed SP is continued is as described above.) Also, if it is smaller than the second reference value (for example, 1.005), the time defined by the “proportional time” Then, a close signal is sent to the guide vane 25. At this time, the opening time and the closing time may be the same, but the closing operation may be strengthened by setting the closing time to a constant multiple (for example, twice) of the “proportional time”. In this example, it is doubled.

図8のフローチャートで、具体的に工程を追う。なお、図8〜図10では、回転速度比(単に速度比ともいう)をF、回転速度比の基準値をFと数字の組合せで表示する。図8において、まず制御を開始(スタート)すると一定時間が経過したかを判断する(ST1)。経過していなければ(No)一定時間が経過するのを待つ。経過していれば(Yes)、速度比Fが第一の基準値F1より大か否か判断する(ST2)。工程ST2で、より大と判断されたときは(Yes)、ガイドベーン25に開信号を送り(ST3)、再び一定時間の経過を待つ。工程ST2で、以下と判断されたときは(No)、Fが第二の基準値F2より小か否かを判断する(ST4)。工程ST4で、より小と判断されたときは(Yes)、ベーンに比例時間×2の開信号を送り(ST5)、再び一定時間の経過を判断する。工程ST4で以上と判断されたときは(No)、そのまま再び一定時間の経過を待つ。   Specific steps are followed in the flowchart of FIG. 8 to 10, the rotational speed ratio (also simply referred to as speed ratio) is displayed as F, and the reference value of the rotational speed ratio is displayed as a combination of F and a number. In FIG. 8, first, when control is started (started), it is determined whether a fixed time has passed (ST1). If it has not elapsed (No), it waits for a certain time to elapse. If it has elapsed (Yes), it is determined whether or not the speed ratio F is greater than the first reference value F1 (ST2). If it is determined in step ST2 that it is larger (Yes), an open signal is sent to the guide vane 25 (ST3), and the passage of a fixed time is again waited. When it is determined in the step ST2 that it is as follows (No), it is determined whether or not F is smaller than the second reference value F2 (ST4). If it is determined in step ST4 that the time is smaller (Yes), an open signal of proportional time × 2 is sent to the vane (ST5), and it is determined again that a fixed time has elapsed. If it is determined in step ST4 that it is the above (No), the process waits again for a predetermined time.

次に、図9を参照して、図8の方法に改善を加えた例を説明する。この方法では、ベーン開閉演算器72−1は内部に第一の基準値F1、第二の基準値F2、第三の基準値F3を持つ。第三の基準値F3は、最低回転速度(最低回転速度比)よりもわずかに高い値、例えば設定回転速度(速度比)と最低回転速度(最低回転速度比)の差の5〜35%(好ましくは10〜30%、さらに好ましくは15〜25%、典型的には20%)だけ最低回転速度(最低回転速度比)よりも高い値とする。前記差の20%だけ高い値とは、設定回転速度比が1.010のときは、1.002となる。   Next, an example in which the method of FIG. 8 is improved will be described with reference to FIG. In this method, the vane opening / closing calculator 72-1 has a first reference value F1, a second reference value F2, and a third reference value F3 therein. The third reference value F3 is a value slightly higher than the minimum rotation speed (minimum rotation speed ratio), for example, 5 to 35% of the difference between the set rotation speed (speed ratio) and the minimum rotation speed (minimum rotation speed ratio) ( Preferably, the value is higher than the minimum rotational speed (minimum rotational speed ratio) by 10 to 30%, more preferably 15 to 25%, typically 20%. A value 20% higher than the difference is 1.002 when the set rotational speed ratio is 1.010.

ベーン開閉演算器72−1は一定時間おきに速度比を確認し、速度比が第一の基準値F1(たとえば1.015)以上であったら、別途演算される「比例時間」で規定される時間だけ、ガイドベーン25に開信号を送る。また、第二の基準値F2(たとえば1.005)以下であったら、「比例時間」で規定される時間、ガイドベーン25に閉信号を送る。さらに、第三の基準値(たとえば1.002)以下であったら、「比例時間」の定数倍(たとえば5倍)の時間、ガイドベーン25に閉信号を送る。このように1より大の定数倍とすることにより、ガイドベーン25の閉じる速さを高め、回転速度SPが最低回転速度、すなわちサージング限界速度になるのを抑制することができる。なお、第三の基準値は、1.000以上で、出来るだけ小さい値が良い。ターボ圧縮機の効率の観点から、ガイドベーン25はできるだけ開いている方が好ましいからである。   The vane opening / closing calculator 72-1 confirms the speed ratio at regular intervals, and if the speed ratio is equal to or greater than a first reference value F1 (eg, 1.015), it is defined by a “proportional time” separately calculated. An opening signal is sent to the guide vane 25 for the time. If the second reference value F2 (for example, 1.005) or less, a closing signal is sent to the guide vane 25 for a time defined by “proportional time”. Further, when the value is equal to or less than the third reference value (for example, 1.002), a closing signal is sent to the guide vane 25 for a time that is a constant multiple (for example, five times) of “proportional time”. Thus, by making it a constant multiple greater than 1, it is possible to increase the closing speed of the guide vane 25 and to suppress the rotation speed SP from reaching the minimum rotation speed, that is, the surging limit speed. The third reference value is 1.000 or more and is preferably as small as possible. This is because the guide vane 25 is preferably as open as possible from the viewpoint of the efficiency of the turbo compressor.

次に、図9のフローチャートで、具体的に工程を追う。図8の場合と同じ工程は適宜、説明を省略する。一定時間が経過したかの判断工程(ST1)でYesのとき速度比Fが第三の基準値F3より小か否かを判断する(ST6)。工程ST6でより小(Yes)と判断したときは、ガイドベーン25に比例時間×5の閉信号を送り(ST7)、再び一定時間の経過を待つ(ST1)。工程ST6で速度比Fが第三の基準値F3以上と判断されたとき(No)は、判断工程ST2に進む。工程ST2で速度比Fが第一の基準値F1よりも大と判断されたとき(Yes)は、工程ST3に進む。工程2で速度比Fが第一の基準値F1以下と判断されたとき(No)は、工程ST4に進む。工程4で速度比Fが第二の基準値F2より小と判断されたとき(Yes)は、ガイドベーン25に比例時間閉の信号を送り(ST8)、再び一定時間の経過を待つ。工程ST4で速度比Fが第二の基準値F2以上と判断されたとき(No)は、そのまま再び一定時間の経過を待つ。   Next, specific steps are followed in the flowchart of FIG. The description of the same steps as in FIG. 8 will be omitted as appropriate. It is determined whether the speed ratio F is smaller than the third reference value F3 when the result of the determination step (ST1) is Yes or not (ST6). When it is determined that the time is smaller (Yes) in step ST6, a close signal of proportional time × 5 is sent to the guide vane 25 (ST7), and the passage of a fixed time is again waited (ST1). When it is determined in step ST6 that the speed ratio F is greater than or equal to the third reference value F3 (No), the process proceeds to determination step ST2. When it is determined in step ST2 that the speed ratio F is larger than the first reference value F1 (Yes), the process proceeds to step ST3. When it is determined in step 2 that the speed ratio F is equal to or less than the first reference value F1 (No), the process proceeds to step ST4. When it is determined in step 4 that the speed ratio F is smaller than the second reference value F2 (Yes), a proportional time closing signal is sent to the guide vane 25 (ST8), and the passage of a fixed time is again waited. When it is determined in step ST4 that the speed ratio F is greater than or equal to the second reference value F2 (No), the process waits again for a certain period of time.

図10のベーン開度演算装置72の内部演算フローチャートを参照して、この制御が、前述した時間比例制御による場合を説明する。この場合、ベーン開閉演算器72−1は内部に設定回転速度比である目標値F0と閉基準値FSとをもつ。ベーン開閉演算器72−1は、やはり規定時間おきに速度比Fを確認する(ST1)。ベーン開閉演算器72−1は速度比Fが閉基準値FSより小か否かを判断し(ST9)、小である場合(Yes)、モーターの駆動方向を閉とし、駆動時間を、比例時間の定数倍とする(ST10)(図10のST10では、比例時間×0.1としている。ST11では、以下で説明するように、駆動時間M=|F−F0|×比例時間としており、これは例えば|F−F0|=|1.015−1.010|=0.005であるところから、ST10の駆動時間MはST11の駆動時間Mの0.1/0.005=20倍である。ここで、FS=0.005程度のときは、この定数は0.02〜0.10程度が適切である)。ST9で、速度比Fが閉基準値FSより小でない場合(No)、次式により駆動時間Mを決定する。
駆動時間M=比例時間S×|速度比F−目標値F0|
そして、決定された駆動時間Mが所定の時間、例えば0.5秒より短い場合(Yes)、はガイドベーン25の開閉は行わず、一定時間が経過したかを判断する工程(ST1)に戻る。決定された駆動時間Mが所定の時間、例えば0.5秒より短くない場合(No)、速度比Fが目標値F0より小か否かを判断する(ST13)。小の場合(Yes)は、ガイドベーン25に駆動時間Mだけ閉の信号を送り(ST14)、一定時間の経過を判断する工程(ST1)に戻る。工程ST13で速度比Fが目標値F0より小さくない場合(No)は、ガイドベーン25に駆動時間Mだけ開の信号を送る(ST16)。ガイドベーン25の開閉を行うかの判断基準であるMの所定の時間は0.5秒としたが、これに限らない。
The case where this control is based on the time proportional control described above will be described with reference to the internal calculation flowchart of the vane opening degree calculation device 72 of FIG. In this case, the vane opening / closing calculator 72-1 has a target value F0 which is a set rotational speed ratio and a closing reference value FS inside. The vane opening / closing calculator 72-1 also confirms the speed ratio F every specified time (ST1). The vane opening / closing calculator 72-1 determines whether or not the speed ratio F is smaller than the closing reference value FS (ST9). If the speed ratio F is smaller (Yes), the motor driving direction is closed and the driving time is set to the proportional time. (ST10 in FIG. 10 is proportional time × 0.1. In ST11, as described below, drive time M = | F−F0 | × proportional time. Is, for example, | F−F0 | = | 1.015−1.010 | = 0.005, so that the driving time M of ST10 is 0.1 / 0.005 = 20 times the driving time M of ST11. Here, when FS is about 0.005, this constant is suitably about 0.02 to 0.10). In ST9, when the speed ratio F is not smaller than the closed reference value FS (No), the driving time M is determined by the following equation.
Driving time M = proportional time S × | speed ratio F−target value F0 |
When the determined driving time M is shorter than a predetermined time, for example, 0.5 seconds (Yes), the guide vane 25 is not opened and closed, and the process returns to the step (ST1) for determining whether a certain time has elapsed. . When the determined drive time M is not shorter than a predetermined time, for example, 0.5 seconds (No), it is determined whether or not the speed ratio F is smaller than the target value F0 (ST13). If it is small (Yes), a closing signal is sent to the guide vane 25 for the drive time M (ST14), and the process returns to the step (ST1) for determining the passage of a fixed time. When the speed ratio F is not smaller than the target value F0 in step ST13 (No), an open signal is sent to the guide vane 25 for the driving time M (ST16). The predetermined time of M, which is a criterion for determining whether to open and close the guide vane 25, is 0.5 seconds, but is not limited thereto.

なお、駆動時間が短い(上の例では0.5秒以下程度)場合、あるいは差異が小さく動作時間が短いことが予想される場合、駆動しないこととしてもよいとしたが、これは一般に不感帯と呼ばれる。   If the driving time is short (in the above example, about 0.5 seconds or less), or if the difference is expected to be small and the operation time is expected to be short, the driving may not be performed. be called.

ここで、比例時間は、ベーン開度GVにより演算する。一般に、ベーン開度GVが大きいと、ベーン開度GVの変化に対して実際の冷凍容量の変化は小さく、逆にベーン開度GVが小さいと、冷凍容量の変化が大きくなる。したがって、ベーン開度GVが大きい場合は比例時間を長く、ベーン開度GVが小さい場合は比例時間を小さくするのが基本である。しかしながら、単純には、予め定められたベーン開度GVよりも大きい場合と小さい場合とで、2つの比例時間を設定しておき、これを切り替えればよい。それ以外でも、多項式で演算する、テーブル演算を行なう、特性線図を記憶してそれに従うなど、様々な方法がある。このように構成すると、ガイドベーン25の開度変化に対して冷凍容量変化の感度が低い部分では比例時間を長くするので、ガイドベーン25の開度の大小にかかわらず、応答感度を平均化することができて都合がよい。特にガイドベーン25が全開のときに冷凍負荷が急減し、回転速度が設定回転速度よりも低下したときの応答性を高く維持できる利点がある。ただし、常時一定の定数としても運転可能である。   Here, the proportional time is calculated from the vane opening GV. In general, when the vane opening degree GV is large, the actual change in the freezing capacity is small with respect to the change in the vane opening degree GV. Conversely, when the vane opening degree GV is small, the change in the freezing capacity is large. Therefore, it is fundamental to increase the proportional time when the vane opening degree GV is large, and decrease the proportional time when the vane opening degree GV is small. However, simply, two proportional times may be set and switched between a case where it is larger and a case where it is smaller than the predetermined vane opening degree GV. Other than that, there are various methods such as calculating with a polynomial, performing a table operation, storing a characteristic diagram and following it. With this configuration, since the proportional time is increased in a portion where the sensitivity of the change in the freezing capacity is low with respect to the change in the opening degree of the guide vane 25, the response sensitivity is averaged regardless of the opening degree of the guide vane 25. It is convenient to be able to. In particular, when the guide vane 25 is fully open, the refrigeration load decreases rapidly, and there is an advantage that the responsiveness can be maintained high when the rotational speed is lower than the set rotational speed. However, it can be operated even at a constant constant.

図11以下を参照して、以上のような制御による場合、どのように要素が動くことになるのか、概略を説明する。ここで、説明を簡単にするため、本来は変動が予想される最低回転速度は一定で変わらないものとする。この場合、回転速度の上下は速度比の上下と考えてよい。なお、以下の図では負荷をLOAD、冷水出口温度をTL、回転速度をSP、ガイドベーン開度をGVと表記する。いずれも、横軸は時間であり、目標値をTarget、最小値をmin最大値をMAXと表記する。ここで冷水出口温度TLの目標値はSETTLであり、回転速度SPの目標値はSETSPであるが、図ではいずれもTargetと表示する。   With reference to FIG. 11 and subsequent figures, an outline of how the element moves in the case of the above control will be described. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the minimum rotation speed that is originally expected to fluctuate is constant and does not change. In this case, the upper and lower rotational speeds may be considered as the upper and lower speed ratios. In the following drawings, the load is represented as LOAD, the cold water outlet temperature is represented as TL, the rotation speed is represented as SP, and the guide vane opening is represented as GV. In both cases, the horizontal axis represents time, the target value is expressed as Target, the minimum value is expressed as min, and the maximum value is expressed as MAX. Here, the target value of the chilled water outlet temperature TL is SETTL, and the target value of the rotational speed SP is SETSP, but in the figure, all are displayed as Target.

図11を参照して、安定した運転状態で、負荷LOADが急増した場合(CASE1)を説明する。この例では、中間期で回転速度SPはTargetに安定しており、ガイドベーン25はある程度閉の状態で運転されているとする。この場合、負荷LOADが急増すると、負荷LOADに対してターボ冷凍機101の出力が不足するので、冷水出口温度TLが上昇を始める。これを負荷制御が検出して、回転速度SPが上昇する。これにより、冷水出口温度TLはある時点で上がり止まり、徐々に低下する。一方、回転速度SPの上昇により速度比が上昇すると、これをTargetに戻すようにガイドベーン開度GVが徐々に上昇する。この上昇の特性は、ベーン開閉演算器72−1により異なるが、おおむね、単調に増加する。   With reference to FIG. 11, the case where the load LOAD increases rapidly in a stable operation state (CASE 1) will be described. In this example, it is assumed that the rotational speed SP is stable at Target in the intermediate period, and the guide vane 25 is operated in a closed state to some extent. In this case, when the load LOAD increases rapidly, the output of the turbo chiller 101 is insufficient with respect to the load LOAD, so that the chilled water outlet temperature TL starts to increase. This is detected by the load control, and the rotational speed SP increases. As a result, the cold water outlet temperature TL stops rising at a certain point and gradually decreases. On the other hand, when the speed ratio increases due to the increase in the rotational speed SP, the guide vane opening GV gradually increases so as to return it to the Target. The characteristics of this increase vary depending on the vane opening / closing calculator 72-1, but generally increase monotonously.

さて、冷水出口温度TLは負荷制御により、ほぼ目標値Target近くで安定する。この状態では、回転速度SPがまだ高く、速度比も目標(Target(SETSP))に比べて大きいので、ベーン開度GVの上昇は継続する。このため、冷凍容量は徐々に増加する。ここで、冷凍容量の増加により、冷水出口温度TLは目標温度Targetを下回るが、回転速度制御により回転速度SPが下がり、温度を維持しようと働くので、冷水出口温度TLはほぼ目標値か、わずかに下回った状態で推移する。この結果、徐々に回転速度が下がり、最終的には目標の速度比に落ち着き、この時点でベーン開度GVの上昇も止まる。これにより、再び安定する。   Now, the cold water outlet temperature TL is stabilized near the target value Target by load control. In this state, since the rotational speed SP is still high and the speed ratio is larger than the target (Target (SETSP)), the increase in the vane opening degree GV continues. For this reason, the freezing capacity gradually increases. Here, the chilled water outlet temperature TL is lower than the target temperature Target due to the increase of the freezing capacity, but the rotational speed SP is lowered by the rotational speed control and works to maintain the temperature, so the chilled water outlet temperature TL is almost the target value or slightly It is in a state below As a result, the rotational speed gradually decreases and finally settles to the target speed ratio, and at this point, the increase in the vane opening degree GV also stops. This stabilizes again.

次に、図12を参照して、安定した運転状態で、負荷LOADが急減した場合(CASE2)を説明する。この例でも、中間期で回転速度SPはTargetに安定しており、ガイドベーン25はある程度閉の状態で運転されているとする。この場合、負荷LOADが急減すると、まず負荷LOADに対してターボ冷凍機出力が過大となるので、冷水出口温度TLが低下を始める。CASE1と同様に、これを負荷制御が検出して、回転速度SPが低下するが、負荷LOADの変動が大きい場合、回転速度SPが最低回転速度minに達して下げ止まる。   Next, with reference to FIG. 12, a case where the load LOAD suddenly decreases in a stable operation state (CASE 2) will be described. Also in this example, it is assumed that the rotational speed SP is stable at Target in the intermediate period, and the guide vane 25 is operated in a closed state to some extent. In this case, when the load LOAD suddenly decreases, first, the output of the centrifugal chiller becomes excessive with respect to the load LOAD, so the cold water outlet temperature TL starts to decrease. Similar to CASE 1, this is detected by the load control and the rotational speed SP decreases, but when the load LOAD fluctuates greatly, the rotational speed SP reaches the minimum rotational speed min and stops decreasing.

ここで、回転速度SPは下げ止まるが、ベーン開閉演算器72−1は速度比が小さくなっているので、ガイドベーン開度GVを下げるように働き、冷水出口温度TLはある時点で下げ止まり、徐々に上昇する。このとき、前述したように、ベーン開閉演算器72−1は、速度比に基づいて開度GVを比較的早く下げるようにするとよい。   Here, the rotation speed SP stops decreasing, but the vane opening / closing calculator 72-1 has a small speed ratio, so that the guide vane opening degree GV works to decrease, and the chilled water outlet temperature TL stops decreasing at a certain point in time. To rise. At this time, as described above, the vane opening / closing calculator 72-1 may lower the opening degree GV relatively quickly based on the speed ratio.

さて、この制御により冷水出口温度TLは上昇に転じ、目標温度Targetに達するが、回転速度SPが下げ止まっている状態でベーン開度GVを下げる影響で、多少なりオーバーシュート(行き過ぎ)が発生する。このとき、負荷制御の働きにより、回転速度SPは上昇を始めるが、この後は負荷を急増した場合と同じ原理で回転速度SP及びベーン開度GVが推移し、最終的には安定する。   Now, by this control, the chilled water outlet temperature TL starts to increase and reaches the target temperature Target, but the overshoot (overshoot) occurs somewhat due to the effect of lowering the vane opening GV in a state where the rotational speed SP has stopped decreasing. . At this time, the rotational speed SP starts to increase due to the load control, but thereafter, the rotational speed SP and the vane opening GV change on the same principle as when the load is rapidly increased, and finally become stable.

図13を参照して、CASE2の後、安定した運転状態で、負荷LOADがさらに大きく急増した場合(CASE3)を説明する。この場合もCASE1と同じで、ベーン開度GVは上昇するが、最終の局面で最大開度に達し、そこで上がり止まりとなる。この場合、回転速度SPの低下も止まり、速度比は目標値に達しないが、ガイドベーン開度GVが全開のまま、負荷制御によりターボ冷凍機は安定して運転される。速度比を目標値Targetに制御するのは、ガイドベーン開度GVを制御するための便宜的な手段であり、目的ではないので、目標値に到達しないことには何ら問題はない。   Referring to FIG. 13, the case where the load LOAD increases greatly and rapidly (CASE 3) in a stable operation state after CASE 2 will be described. In this case as well, the vane opening GV increases as in CASE 1, but reaches the maximum opening in the final phase and stops rising there. In this case, the decrease in the rotational speed SP stops and the speed ratio does not reach the target value, but the turbo chiller is stably operated by the load control while the guide vane opening GV is fully opened. Controlling the speed ratio to the target value Target is a convenient means for controlling the guide vane opening degree GV and is not the purpose, so there is no problem in not reaching the target value.

なお、本発明においては、ターボ冷凍機は、ターボヒートポンプすなわちターボ圧縮式ヒートポンプも含む概念である。ヒートポンプでは凝縮器で得られる温水が出力となる。また、被冷却媒体は熱源流体と読み替える。   In the present invention, the turbo refrigerator is a concept including a turbo heat pump, that is, a turbo compression heat pump. In the heat pump, the hot water obtained by the condenser is the output. Further, the medium to be cooled is read as a heat source fluid.

本発明のターボ冷凍機は、ターボ冷凍機の運転状態により制御方式を切り替えることなく、回転速度とガイドベーンの開度とを適切に制御し、安定性と追従性の高い、使い勝手の良いターボ冷凍機として利用される。   The turbo chiller of the present invention appropriately controls the rotational speed and the opening degree of the guide vane without switching the control method according to the operating state of the turbo chiller, and has high stability and followability and is easy to use. Used as a machine.

10 蒸発器
11 冷水出口配管
13 冷水温度検出器
14 冷却水温度検出器
15 ガイドベーン開度検出器
20 ターボ圧縮機
21 電動機
23 羽根車
25 ガイドベーン
30 凝縮器
40 絞り機構
60 電動機起動盤
70a 制御手段
70b 制御手段
71 インバータ制御装置(第一の制御部)
71−1 PID演算器
72 ガイドベーン制御装置(第二の制御部)
72−1 ベーン開閉演算器
72−2 速度比演算器
72−3 目標速度演算器
72−4 比例速度演算器
73 設定回転速度演算器
73−1 PH/PL演算器
73−2 最低回転速度演算器
73−3 演算テーブル
73−4 補正演算器
75 商用電源
80 インバータ
101 ターボ冷凍機
C1 速度指令信号(インバータ回転速度調節信号)
C2 ガイドベーン開度調節信号
S1 冷水出口温度信号
S2 冷却水入口温度信号
S3 ガイドベーン開度信号
S4 回転速度信号
S5 設定回転速度信号
S6 冷水出口温度設定値信号
S7 低圧側圧力信号(蒸発圧力信号)
S8 高圧側圧力信号(凝縮圧力信号)
TL 冷水出口温度
TH 冷却水入口温度
GV ガイドベーン開度
SP 回転速度
SETSP 設定回転速度
SETTL 冷水出口設定温度
PL 低圧側圧力(蒸発圧力)
PH 高圧側圧力(凝縮圧力)
P1 低圧側圧力検出器(蒸発圧力検出器)
P2 高圧側圧力検出器(凝縮圧力検出器)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Evaporator 11 Chilled water outlet piping 13 Chilled water temperature detector 14 Cooling water temperature detector 15 Guide vane opening degree detector 20 Turbo compressor 21 Electric motor 23 Impeller 25 Guide vane 30 Condenser 40 Throttle mechanism 60 Electric motor starting board 70a Control means 70b Control means 71 Inverter control device (first control unit)
71-1 PID computing unit 72 guide vane control device (second control unit)
72-1 Vane Open / Close Calculator 72-2 Speed Ratio Calculator 72-3 Target Speed Calculator 72-4 Proportional Speed Calculator 73 Set Speed Calculator 73-1 PH / PL Calculator 73-2 Minimum Speed Calculator 73-3 Calculation table 73-4 Correction calculator 75 Commercial power supply 80 Inverter 101 Turbo refrigerator C1 Speed command signal (Inverter rotation speed adjustment signal)
C2 Guide vane opening adjustment signal S1 Chilled water outlet temperature signal S2 Cooling water inlet temperature signal S3 Guide vane opening signal S4 Rotational speed signal S5 Set rotational speed signal S6 Chilled water outlet temperature set value signal S7 Low pressure side pressure signal (evaporation pressure signal)
S8 High pressure side pressure signal (condensation pressure signal)
TL Cold water outlet temperature TH Cooling water inlet temperature GV Guide vane opening SP Rotational speed SETSP Set rotational speed SETTL Cold water outlet preset temperature PL Low pressure side (evaporation pressure)
PH High side pressure (condensation pressure)
P1 Low pressure side pressure detector (evaporation pressure detector)
P2 High pressure side pressure detector (Condensation pressure detector)

Claims (5)

冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを発生し、蒸発潜熱で被冷却媒体を冷却する蒸発器と;
前記冷媒ガスを吸入して圧縮する羽根車と、前記羽根車の入り口に設けられ、開度が可変のガイドベーンを有するターボ圧縮機と;
前記ターボ圧縮機で圧縮した冷媒ガスから熱を奪い、前記冷媒ガスを凝縮する凝縮器と;
前記ターボ圧縮機を駆動する可変速駆動機と;
前記蒸発器により処理する冷凍負荷に応じて前記可変速駆動機の回転速度を調節して冷凍容量を制御する第一の制御部と;
前記ガイドベーンの開度を調節して前記可変速駆動機の回転速度を所定の設定回転速度に制御する第二の制御部と;
前記蒸発器の運転条件と前記凝縮器の運転条件とから理論回転速度を算出し、前記算出した理論回転速度に基づいて、前記設定回転速度を定める、設定回転速度演算器を備える;
ーボ冷凍機。
An evaporator that evaporates the refrigerant liquid to generate refrigerant gas and cools the medium to be cooled with latent heat of vaporization;
An impeller that sucks and compresses the refrigerant gas; and a turbo compressor that is provided at an inlet of the impeller and has a guide vane having a variable opening degree;
A condenser that removes heat from the refrigerant gas compressed by the turbo compressor and condenses the refrigerant gas;
A variable speed drive for driving the turbo compressor;
A first control unit that controls a refrigerating capacity by adjusting a rotation speed of the variable speed drive according to a refrigeration load processed by the evaporator;
A second controller that adjusts the opening of the guide vane to control the rotational speed of the variable speed drive to a predetermined rotational speed ;
The operating conditions of the evaporator and the calculated from the operating condition of the condenser theoretical rotational speed, based on the theory rotational speed that is the calculated, defining said set rotation speed, Ru with the setting rotational speed calculator;
Turbo refrigerator.
前記設定回転速度演算器は、前記理論回転速度の算出の条件に、前記ガイドベーンの開度を加えた請求項1に記載のターボ冷凍機。 The turbo chiller according to claim 1, wherein the set rotational speed calculator adds the opening degree of the guide vane to the condition for calculating the theoretical rotational speed. 前記ガイドベーンの開度を閉方向に作動させる速さを、開方向に作動させる速さよりも速くした、請求項1又は請求項に記載のターボ冷凍機。 The turbo refrigerator according to claim 1 or 2 , wherein a speed at which the opening degree of the guide vane is operated in the closing direction is faster than a speed at which the guide vane is operated in the opening direction. 前記第二の制御部は、ガイドベーンの開度を時間比例制御により制御する、請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のターボ冷凍機。 The turbo chiller according to any one of claims 1 to 3 , wherein the second control unit controls the opening degree of the guide vane by time proportional control. 前記第二の制御部は、前記時間比例制御の比例定数を、前記ガイドベーンの開度により変化させる、請求項に記載のターボ冷凍機。 The turbo chiller according to claim 4 , wherein the second control unit changes a proportional constant of the time proportional control according to an opening degree of the guide vane.
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