JPH03520B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、可動壁を備えたデイフユーザを有す
るモータ駆動式遠心圧縮機が組込まれた冷凍シス
テムに係り、特に圧縮機の負荷の変化に応じて圧
縮機を最適の運転条件又はその近傍に連続的に維
持すべく可動壁の位置を制御することに係る。

発明の背景 当技術分野に於ては、カルノーサイクルを利用
した加熱及び冷却システムを流れる冷媒の量を制
御するために可変速度遠心圧縮機が従来より使用
されている。かかる可変速度遠心圧縮機は非常に
良好に機能するものではあるが、比較的高価であ
り、また保守が困難であることが多い。従つて可
変速度遠心圧縮機は当工業界に於ては広範囲には
使用されていない。現在使用されている多くの遠
心圧縮機は一定の運転速度にて作動するよう構成
されており、遠心圧縮機に対する制御はインペラ
ホイールへの入口に配置されたガイドベーンの位
置を調節することによつて行われる。

定速遠心圧縮機を使用する冷凍システムに於て
は、圧縮機のインペラへ供給される流体の質量流
量はそのシステムに課せられる変化する要件に適
合するよう変化される。最大流量の条件下に於て
は、インペラのブレードの間より流出する冷媒の
量はデイフユーザセクシヨンが処理し得る量以上
になることがあり、そのため冷媒の流れはデイフ
ユーザの入口又は喉部に於て絞られた状態にな
る。比較的低い流量の状態に於ては、デイフユー
ザセクシヨンを流れる冷媒の流れは不安定にな
り、流れパターンが部分的に逆転された状態にな
る。このことにより多量の騒音が発生され、また
圧縮機の効率が大きく低下せしめられる。究極的
には流れパターンの完全な逆転が生じ、圧縮機が
失速し又はサージが生じる。一般に冷媒の流れが
絞られる条件とサージが生じる条件との間に広が
る流量により圧縮機の運転範囲が決定される。流
量制御を維持するために入口ガイドベーンが使用
される定速圧縮機に於ては、かかる運転範囲は非
常に狭い。

1983年９月12日付にて出願された米国特許出願
第531019号には、デイフユーザ通路の幅が冷凍シ
ステムに課せられる種々の負荷条件に適合するよ
う変化されるよう、一つの壁が移動可能に装着さ
れたデイフユーザを有する遠心圧縮機が記載され
ている。また米国特許第4503684号には、揚程及
び圧縮機に課せられる負荷を検出し、可動壁の位
置を調節して圧縮機を最適の運転条件又はそれに
近い条件に維持すべく、可変幅デイフユーザとの
関連で使用される制御システムが記載されてい
る。負荷は圧縮機用モータに流れる電流を検出す
ることによつて求められ、揚程は冷凍システムの
エバポレータ及びコンデンサより流出する水の温
度を比較することにより求められる。

上述の米国特許第4503684号に記載された制御
システムは非常に良好に機能するものではある
が、負荷及び揚程の両方に追従するためにはマイ
クロコンピユータが使用される必要がある。本発
明は上述の米国特許第4503684号に記載された制
御システムの多くの利点を是認し、少ない設備を
用いてデイフユーザ幅を変化させることができ、
これにより圧縮機の運転効率を大きく犠性にする
ことなく冷凍システムのコストを低減することの
できる方法を提供するものである。

発明の概要 従つて本発明の一つの目的は、改良された冷凍
システムを提供することである。

本発明の他の一つの目的は、冷凍システムに使
用される遠心圧縮機内に於けるデイフユーザ幅を
変化させるために使用される制御装置を単純化す
ることである。

本発明の更に他の一つの目的は、可変幅デイフ
ユーザを使用する遠心圧縮機の設備費を低減する
ことである。

本発明の更に他の一つの目的は、可変幅デイフ
ユーザを使用する圧縮機内に於けるデイフユーザ
壁の位置を制御するに必要な設備の量を低減する
ことである。

本発明の上述の目的及び他の目的は、或る所望
の運転範囲内に於て変化する負荷条件に適合する
ようデイフユーザ通路の幅が変化されることを可
能にする可動壁がデイフユーザ内に配置されたモ
ータ駆動式遠心圧縮機が組込まれた冷凍システム
によつて達成される。圧縮機用モータに流れる電
流の全負荷電流に対するパーセンテージが連続的
に検出され、これにより圧縮機の現在の負荷の全
負荷に対するパーセンテージが示される。モータ
の電流をデイフユーザ通路の幅に関連付ける所望
のコンデンサ水スケジユール曲線が、所望の温度
範囲について最適の負荷に対し最適の揚程をプロ
ツトすることにより形成される。検出された負荷
について壁を最適の運転位置に保持すべく、デイ
フユーザ壁の位置が検出された圧縮機用モータ電
流の変化に応答して変化される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

実施例 添付の第１図に、エバポレータの熱交換器（水
急冷装置）１１内に於て水等を急冷するために使
用される冷凍システム１０が示されている。急冷
されるべき水は流れ回路１２によりエバポレータ
を経て循環され、これにより冷媒によつて水より
エネルギ（熱）が吸収され、これにより水が冷却
される。加熱された冷媒は水急冷装置１１内に於
て完全に又は部分的に蒸発せしめられ、冷媒は符
号１５にて全体的に示されたモータ駆動式遠心圧
縮機により水急冷装置より吸引される。作動に於
ては、圧縮機は高温且高圧にて冷媒をポンプ送り
し、これにより冷媒蒸気を僅かに過熱する。圧縮
機より流出する冷媒はコンデンサの熱交換器１８
に通される。熱交換器１８に於ては、流れ回路１
９により該熱交換器に通される冷却水へ熱を伝達
することにより過熱及び蒸発潜熱が奪われる。コ
ンデンサより流出する冷媒は水急冷装置１１の入
口へ再度供給され、これにより冷凍ループを完成
する前に、膨張弁２０により低温度に絞られる。

本発明の冷凍システムに使用される圧縮機１５
は或る一定の速度にて作動するよう設計された単
段圧縮機である。しかし本発明の範囲内にて冷凍
システムに多段圧縮機が使用されてもよいことは
当業者にとつて明らかであろう。前述の米国特許
出願第531019号に記載されている如く、第２図に
示されている如き圧縮機は軸線方向に整合された
入口２３を含んでおり、該入口は流入する冷媒を
一連の調節可能な入口ガイドベーン２５を経て回
転インペラホイール２４のブレード２７の間へ導
く。インペラホイール２４は中央ハブ２６を含ん
でおり、該中央ハブはブレードがインペラホイー
ルを経て冷媒を導くための通路２８を構成するよ
うブレードを支持している。ブレードの間の通路
２８内を流れる冷媒は半径方向に方向転換され、
符号３０にて全体的に示されたデイフユーザセク
シヨン内へ吐出される。デイフユーザセクシヨン
はインペラホイール２４を囲繞しており、インペ
ラのブレードの先端の間より流出する冷媒を回旋
状の渦巻き通路、即ちコレクタ３１内へ導く。デ
イフユーザセクシヨン及びコレクタの組合せ作用
により、冷媒が保有する運動エネルギが冷媒が制
御された条件下に於て膨張する際に静圧に変換さ
れる。インペラホイール２４の中央ハブ２６は駆
動軸３５により電気駆動モータ３６（第１図）に
連結されている。駆動モータ３６は或る一定の運
転速度にてインペラを回転駆動するようになつて
いる。

圧縮機内を流れる冷媒の流れは、当技術分野に
於てよく知られ且利用されている要領にて入口ガ
イドベーンの位置を調節することによつて制御さ
れる。ベーンの位置は符号４３にて示されたケー
ブル及びプーリ機構により選択的に調節され、ケ
ーブル及びプーリ機構４３は流れ制御装置４４
（第１図）よりの制御信号に応答して各ベーンの
位置を同時に変化させるよう構成されている。圧
縮機のデイフユーザセクシヨンはデイフユーザ通
路４６の背面を構成する半径方向に配設された固
定壁４５を含んでいる。デイフユーザ通路４６の
反対側、即ち前面の側には可動壁４７が配置され
ている。可動壁４７はインペラホイール２４の中
心線４８に対し半径方向に延在しており、デイフ
ユーザ通路４６の幅を変化させるべく固定壁４５
へ向けて又はこれより離れる方向へ軸線方向に運
動し得るようになつている。デイフユーザ通路４
６の幅を変化させることにより、この重要なセク
シヨンを流れる冷媒の流量を厳密に制御し、これ
により流量の小さい領域に於けるサージを回避
し、これにより圧縮機の比較的広い運転範囲に亙
り運転効率を改善し得るようになつている。後に
詳細に説明する如く、圧縮機を駆動するモータに
流れる電流を連続的に検出することにより、失速
を生じることなくサージラインに近い最適の運転
条件に圧縮機を設定し維持することができる。

デイフユーザセクシヨンの可動壁４７は実質的
に環状のキヤリツジ４９に固定されており、キヤ
リツジ４９はシユラウド５０とメインケーシング
５１との間にて圧縮機内に摺動可能に収容されて
いる。可動壁４７は該可動壁及びキヤリツジ４９
が一体となつてデイフユーザセクシヨンの固定壁
４５へ向けて又はこれより離れる方向へ運動し得
るよう、適当な手段によりキヤリツジに固定され
ている。一連のデイフユーザセクシヨン３２が可
動壁４７を貫通してデイフユーザ通路４６内へ延
在しており、ばね５２により固定壁４５に対し付
勢されてこれに接触した状態に維持されている。
第２図に於ては、キヤリツジ４９はメインケーシ
ング５１に当接するよう後退され、これによりデ
イフユーザ通路４６が完全に開かれた状態にて図
示されている。

キヤリツジ４９はねじコネクタ等により二重作
用ピストン５４に固定されている。ピストン５４
はシユラウド５０とメインケーシング５１との間
に形成されたシリンダ３４内に往復動可能に装着
されており、これにより軸線方向に何れの方向に
も駆動され得るようになつている。ピストン５４
及びシリンダ３４は互いに共働して液圧アクチユ
エータ７３を構成している。第一の流体チヤンネ
ル５３がシリンダ３４の前室５５内へ又は前室よ
り外へ液圧流体を導き得るよう構成されている。
同様に第二の流体チヤンネル５６がシリンダの後
室５７内へ又は後室より外へ流体を導き得るよう
構成されている。一対の制御導管５９及び６０が
二つの流体チヤンネルを制御装置６２（第１図）
と接続している。液圧流体は制御装置６２と内部
にピストンを有するシリンダの二つの室との間に
選択的に交換され、これによりピストンが駆動さ
れ、これによりデイフユーザの可動壁４７が所望
の方向に駆動されるようになつている。

制御装置６２は第３図に詳細に示されており、
二つの流体導管６６及び６７により互いに接続さ
れたポンプ６４と液圧流体溜り６５とを含んでい
る。流体導管６６は一対のソレノイド弁６８及び
６９を含んでおり、流体導管６７は一対のソレノ
イド弁７０及び７１を含んでいる。これらのソレ
ノイド弁の開弁位置を電気的に制御することによ
り、液圧流体をシリンダの前室又は後室へ選択的
に導いて可動壁を所望の位置に駆動することがで
きる。ピストンを何れかの方向へ駆動させるため
には、上述の四つのソレノイド弁のうちの二つの
ソレノイド弁を励磁して開弁させる必要がある。
例えば第３図に於て矢印により示されている如
く、ソレノイド弁６８及び７１を励磁すると、液
圧流体が導管５９を経てシリンダの前室５５へ供
給され、これと同時に液圧流体がシリンダの後室
５７より吸引され、導管６０を経て液圧流体溜り
６５へ排出される。かくしてソレノイド弁６８及
び７１を励磁することにより、ピストンを駆動し
て可動壁を閉じる方向へ移動させることができ
る。またソレノイド弁６９及び７０を励磁する
と、液圧流体の流れパターンが逆転され、可動壁
がより完全に開かれた位置へ向けて戻る方向へ駆
動される。

多くの水急冷装置の用途に於ては、水急冷装置
（エバポレータ）より流出する水の温度は比較的
一定であるが、コンデンサの水温度は負荷条件の
変化に応じて変化する。従つてコンデンサの水温
度の低下は圧縮機の負荷の低下を反映している。
従つて或る与えられたシステムについて、第６図
に図示されている如く、負荷の変化が揚程に対し
プロツトされた圧縮機マツプを形成することがで
きる。揚程はコンデンサへ流入する水温度にて表
現されてよく、負荷は圧縮機用モータに流れる電
流の量により表わされてよい。曲線４０はマツプ
上に於ける冷凍システムの境界を表わしており、
曲線４１は60〓（15.6℃）と85〓（29.4℃）との
間の運転範囲を有するコンデンサについての前記
境界内に於ける典型的な負荷ラインを示してい
る。冷凍システムの定格化及び試験を行うための
米国冷凍協会（ARI：American Refrigeration
Institute）の基準を用いて、冷凍システムの最も
効率的な運転を行わせるための負荷に対する所望
の揚程を示す負荷ライン４１と同様の任意の数の
負荷ラインを形成することができる。この関係は
比較的直線的であり、これによりコンデンサの水
温度の低下につれて負荷が一様に低下する。

かくして圧縮機の最適の揚程（水頭）はその圧
縮機に課せられる負荷と或る特定の関係を有して
いる。デイフユーザ通路の幅も揚程及び負荷の関
数であるので、デイフユーザ通路の幅をこれら二
つのパラメータの一方にて表現することができ
る。本発明に於ては、圧縮機を駆動するモータに
流れる電流により表わされた負荷が、冷凍システ
ムに課せられる負荷要件が変化しても圧縮機を最
適の運転効率又はそれに近い状態に維持すべく、
デイフユーザ通路の所望の幅を決定するために使
用される。

第４図は広い運転範囲に亙り圧縮機の効率的な
運転を達成すべく、圧縮機を駆動するモータに流
れる電流の変化に応答してデイフユーザの可動壁
の位置決めを行う壁位置決め装置８６を示すブロ
ツク線図である。壁位置決め装置８６はオーバー
ロール制御装置６２の一部を構成している。説明
の目的で、コンデンサは第６図に示された負荷ラ
インに従うものと仮定する。第１図に示されてい
る如く、電流センサ８５が圧縮機駆動用のモータ
３６に接続されている。センサ８５はモータの電
流を検出し、モータの電流を示す出力信号を導線
８３を経てデイフユーザ壁制御モジユール８７へ
供給する。制御モジユール８７にはリニアフイー
ドバツクポテンシオメータ９０により第二の入力
信号が供給される。

フイードバツクポテンシオメータ９０はデイフ
ユーザの可動壁４７の位置を検出し、検出された
位置を示す出力信号を発生するようになつてい
る。フイードバツクポテンシオメータ９０は、第
２図に示されている如く、ベローズ９３に連結さ
れ可動壁のキヤリツジ４９に接触するよう押付け
られた検出ロツド９２を含んでいる。検出ロツド
９２はアーム９１によりポテンシオメータの入力
端に接続されており、これにより出力信号が可動
壁の位置の変化に応答して直線的に変化するよう
になつている。

デイフユーザ壁制御モジユール８７は第７図に
示されている如くパルス成形回路９８と一対の比
較器９４及び９５とを含んでいる。電流センサ８
５より制御モジユール８７へ供給される出力信号
はまずパルス成形回路９８に通され、二つの比較
器の入力端子の一方へ入力される。パルス成形回
路９８は比較器へ入力される出力信号が比較的平
滑な曲線に従うよう、電流検出信号のゲインを
種々のブレークポイントにて調節するよう構成さ
れている。フイードバツクポテンシオメータ９０
の出力信号は二つの比較器９４及び９５の他方の
入力端子に入力される。かくして比較器にはモー
タの負荷に基づく所望の最適壁位置示す第一の入
力信号と、実際の壁位置を示す第二の入力信号と
が入力される。

第５図に示されている如く、コンデンサ水スケ
ジユール曲線が第６図との関連で上述したARI運
転特性曲線より形成されてよい。符号１０１にて
示された曲線は低揚程設計点に於ける典型的なス
ケジユールを示しており、符号１０２にて示され
た曲線は高揚程設計点に於ける典型的なスケジユ
ールを示している。スケジユール曲線９９は圧縮
機マツプ上に示されたARI負荷ライン４１より導
かれたものであり、負荷ラインに沿う幾つかの運
転点について圧縮機の負荷、即ちモータ電流を最
適の壁位置に関連付けるものである。比較器９４
及び９５はこの既知の関係を利用して入力信号を
手掛りに実際の壁位置を所望の壁位置に比較する
ものである。比較器９４は、変化する負荷要件に
適合するようデイフユーザ通路の幅が増大される
必要がある場合には、駆動信号をソレノイド弁６
８及び７１へ供給するようになつている。この比
較器９４は負荷要件が増大している場合にのみ出
力信号を発生し、負荷要件が減少している時には
出力信号を発生しないよう構成されている。同様
に比較器９５はデイフユーザ通路の幅が低減され
なければならない場合に駆動信号をソレノイド弁
６９及び７０へ供給する。比較器９５も負荷要件
が減少している場合にのみ出力信号を発生するよ
う構成されている。

以上の説明より明らかである如く、比較器９４
及び９５は実際の壁位置に関連する信号を所望の
壁位置に関連する信号と比較し、ソレノイド弁に
信号を出力して可動壁を所望の最適運転位置にも
たらすに必要な適宜な補正作用を行わせる。遠心
圧縮機のモータ電流をコンデンサの最適水スケジ
ユールと関連付けることにより、デイフユーザの
可動壁の適正な設定を高価な設備や複雑な制御装
置を要することなく迅速に且正確に実施すること
ができる。デイフユーザの可動壁の位置を制御す
る本発明の方法は比較的低廉であり、しかも圧縮
機を所望の運転範囲に維持するに有効なものであ
る。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が組込まれた冷凍システムを示
す概略構成図である。第２図は第１図に示された
冷凍システムに組込まれたモータ駆動式遠心圧縮
機の縦断面図である。第３図はデイフユーザの可
動壁の位置決めを行い、これによりデイフユーザ
通路の幅を変化させる本発明に採用される制御装
置を示す概略構成図である。第４図は本発明の実
施に使用されるデイフユーザの可動壁の位置決め
を行う方法を示す流れ図である。第５図はコンデ
ンサ水−負荷スケジユールを示すグラフであり、
デイフユーザの最適運転幅についてのパーセンテ
ージが検出された圧縮機駆動用モータの電流に対
しプロツトされている。第６図は本発明の遠心圧
縮機についての圧縮機マツプであり、最適の揚程
が或る特定のコンデンサ水温度の範囲内にて最適
の負荷に対しプロツトされている。第７図は検出
されたモータ電流の変化に応答してデイフユーザ
の可動壁の位置決めを行うために使用される回路
を示すブロツク線図である。 １０……冷凍システム、１１……熱交換器（水
急冷装置）、１５……遠心圧縮機、１８……熱交
換器、１９……流れ回路、２３……入口、２４…
…インペラホイール、２５……入口ガイドベー
ン、２６……中央ハブ、２７……ブレード、２８
……通路、３０……デイフユーザセクシヨン、３
１……コレクタ、３２……デイフユーザベーン、
３４……シリンダ、３５……駆動軸、３６……駆
動モータ、４３……ケーブル及びプーリ機構、４
４……流れ制御装置、４５……固定壁、４６……
デイフユーザ通路、４７……可動壁、４８……中
心線、４９……キヤリツジ、５０……シユラウ
ド、５１……メインケーシング、５２……ばね、
５３……第一の流体チヤンネル、５５……前室、
５６……第二の流体チヤンネル、５７……後室、
５９，６０……制御導管、６２……制御装置、６
４……ポンプ、６５……液圧流体溜り、６６，６
７……流体導管、６８〜７１……ソレノイド弁、
７３……液圧アクチユエータ、８３……導線、８
５……電流センサ、８６……壁位置決め装置、８
７……デイフユーザ壁制御モジユール、９０……
フイードバツクポテンシオメータ、９１……アー
ム、９２……検出ロツド、９３……ベローズ、９
４，９５……比較器、９８……パルス成形回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷凍システムに使用されるモータ駆動式遠心
   圧縮機を制御する方法にして、 デイフユーザ通路の幅が変化され、これにより
   前記圧縮機の運転特性が変化する負荷条件に適合
   するよう変化されるよう、前記圧縮機のデイフユ
   ーザ内に少なくとも一つの壁を移動可能に装着す
   る過程と、 或る所望の運転範囲内にて最適の壁位置を圧縮
   機用モータの電流負荷に関連付ける過程と、 前記圧縮機用モータの実際の電流負荷を検出し
   て最適の壁位置を求める過程と、 実際の壁位置を検出する過程と、 検出された壁位置をその電流負荷についての最
   適の壁位置と比較する過程と、 前記圧縮機の運転特性が変化する負荷条件に適
   合するよう変化されるよう、前記圧縮機用モータ
   の電流負荷の変化に応じて前記壁を最適の位置へ
   自動的に移動させる過程と、 を含む方法。 ２ 冷凍システムに使用されるモータ駆動式遠心
   圧縮機内のデイフユーザの幅を制御する装置にし
   て、 前記デイフユーザの幅を変化させるべく固定壁
   へ向けて又はこれより離れる方向へ移動し得るよ
   う配設された可動壁を有するデイフユーザと、 電気制御信号に応答して前記可動壁を位置決め
   する駆動手段と、 圧縮機用モータを横切る電流負荷を検出し、検
   出された電流負荷についての最適の壁位置を示す
   第一の出力信号を発生する手段と、 前記可動壁の実際の位置を検出し、実際の壁位
   置を示す第二の出力信号を発生する手段と、 前記第一及び第二の出力信号を比較し、比較さ
   れた前記第一及び第二の出力信号が相互に異なつ
   ている場合には前記駆動手段へ制御信号を出力し
   て前記可動壁を移動させる制御手段と、 を含む装置。