JPH0454080B2

JPH0454080B2 -

Info

Publication number: JPH0454080B2
Application number: JP59267284A
Authority: JP
Inventors: Rii Maunto Goodon; Marugeta Jaaso; Bandokuwara Fuiroozu
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1992-08-28
Also published as: EP0148101A1; US4503684A; BR8406352A; JPS60162099A; MX162696A; AU555923B2; DE3481334D1; IN163079B; AU3360584A; EP0148101B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は遠心圧縮機に係り、さらに詳細には冷
却システムに於て用いられるようなモータ駆動の
遠心圧縮機の作動を制御することに係る。

冷却システムに於て用いられる遠心圧縮機の多
くは、一定の作動速度で回転すべく設置されてい
る。圧縮機の容量の制御は通常、圧縮機の入口に
配置された一連の調節されることが可能なガイド
ベーンの位置を変化させることによつて達成され
ている。インペラへ送られる冷却剤の質量流量は
圧縮機に要求される負荷の変化にみあうべく変化
させられる。最大流量時には、インペラから排出
される冷却剤の流量はデイフユーザが処理するこ
とができる流量よりも多く、デイフユーザののど
部に於て閉塞が生ずる。一方低流量時には、デイ
フユーザを通過する冷却剤の流れが不安定となつ
て、部分的に逆流が生じて騒音を発し圧縮機効率
が大幅に低下する。そしてついには、流れが完全
に逆流になり、圧縮機はストールもしくはサージ
ングを起こすのである。閉塞状態とサージング開
始状態との間の領域が概して圧縮機の作動領域を
郭定する。容量制御を入口ガーイドベーンのみに
依存している様な圧縮機に於ては、この流域は非
常に狭く、デイフユーザに於てベーンが用いられ
る場合には特に狭い。

流量の変化に応じてインペラの回転速度が変化
させられる可変速度圧縮機が、従来技術に於て用
いられいくつか成功してきた。しかしながら、か
かる可変速度圧縮機はとても複雑であり、従つて
製造し作動させるためのコストがかかる。結局こ
れらは従来技術に於て広く受け入れられるには到
らず、特に冷却システムに於ても受け入れられな
かつた。

遠心圧縮機の効率を上げるために多くの設計案
が考案されてきた。圧縮機のデイフユーザ部に於
て、固定ベーンと可動ベーンとの両方を用いる事
は、非常に有効であることが見い出された。しか
し実際には、デイフユーザの固定ベーンは作動領
域を著しく制限する。作動領域は可動ベーンの使
用によつて拡大されることが可能である。このよ
うな可動ベーンを有するデイフユーザ部は米国特
許第3957392号に記載されている。

遠心圧縮機の効率と作動領域とを改善するため
に行なわれた試みのうちより成功と思われるもの
は、可変幅のベーン付きデイフユーザの使用であ
る。この適用例に於て、デイフユーザは固定壁に
対して選択的に位置決められる可動壁を含んでお
り、これによりこれらの間を通過する冷却剤の流
れが制御されるので、この可動壁を採用した遠心
圧縮機は、本件出願人と同一の出願人の出願に係
る特願昭59−161478号（特公平１−15720号公報）
に記載されている。カートランドによつて説明さ
れている様に、圧縮機を通過する冷却剤の質量流
量を調節するために従来通り圧縮機の入口ガイド
ベーンが用いられ、一方サージングを防止するた
めにデイフユーザ壁の位置が変化させられる。し
かしカートランドの技術は、デイフユーザ壁の位
置の制御方法にまでは及んでいない。可動壁ベー
ン付きデイフユーザの使用は圧縮機のサージマー
ジンと全効率とを改善することができるが、デイ
フユーザの幅を任意に決定するならば、特に軽流
量領域に於て比較的悪い効率をもたらすことにな
る。従つて、圧縮機による冷却剤のリフトと流量
に基いてデイフユーザの幅を決定することが望ま
しい。

リフトと流量に基き可動壁を移動させる装置が
特開昭57−10559号に記載されている。かかる装
置に於ては、入口ガイドベーンの開度信号によつ
て流量が決定され、凝縮機の冷却水温度信号によ
つてリフトが決定され、これらのパラメータに基
いて可動壁の移動が制御される。かかる制御によ
り、圧縮機の作動は改善されたが、更に作動効率
を改善し作動領域を拡大するような精確な制御が
望まれる。

本発明の目的は、冷却システムに用いられる遠
心圧縮機に於てサージングの発生を回避し且有効
作動領域を拡大し安定性と最適効率とを確保する
一層精確な制御を行うことである。

本発明の上述の目的は、冷却システムに於て、
遠隔圧縮機のデイフユーザ通路には通路幅を変更
し得る可動壁とこれに干渉しない様態にて通路の
幅方向に延在するベーンとを設け、遠心圧縮機の
吐出側に接続するコンデンサの出口に於ける飽和
温度と吸入側に接続するエバポレータの出口に於
ける飽和温度との温度差に基き圧縮機による冷却
剤のリフト量を求め、圧縮機を駆動するモータが
流れる電流に基き圧縮機を通る冷却剤の流量を求
め、これらの量によりデイフユーザ通路に設けら
れた可動壁の位置を制御することにより達成され
る。

コンデンサに於ける冷却剤の飽和温度とエバポ
レータに於ける冷却剤の飽和温度との温度差から
圧縮機の低圧側と高圧側の実質的な圧力差が一義
的に求まり、正確なリフト量が決定される。モー
タを流れる電流値からモータの負荷が解り、従つ
て冷却剤の流量が決定される。これらの測定値は
精密に測定可能であるので、精確な作動制御が可
能となる。また、通路を横切るベーンを設けるこ
とにより圧縮機の作動状態が可動壁の移動に敏感
に応答し、緻密な制御が可能となる。

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。

第１図に於て、エバポレータ熱交換機１１の中
の液体を冷却するための冷却システムが概して符
号１０で示されている。冷却されるべき物質は流
れ回路１２によつてエバポレータ装置内にて循環
させられ、ここで循環させられている物質の熱エ
ネルギが該物質を冷却している冷却剤に吸収され
る。エバポレータ内にて形成された冷却剤の蒸気
は遠心圧縮機１５に吸引される。遠心圧縮機は冷
却剤の温度と圧力とを上昇させる。圧縮機から排
出される若干加熱された蒸気は、コンデンサ熱交
換機１８へ送られ、コンデンサ熱交換機１８の中
で流れ回路１９を流れる冷却水によつて加熱及び
潜熱が取除かれる。コンデンサから排出した冷却
剤は、再びエバポレータ装置の入口へ送られて冷
却ループを完成させる前に、膨張弁２０によつて
さらに温度を下げられる。

本システムに於て用いられている圧縮機１５は
基本的には単段の圧縮機器であるが、本発明が多
段の圧縮機に対しても本発明の範囲を離脱するこ
となく適用されることが可能であることは明らか
である。本件出願人と同一の出願人の出願に係る
特公平１−15720号公報に記載されている様に、
圧縮機は第２図に示されている如く軸方向に向い
た入口２３を含んでおり、入口２３は流入する冷
却剤を一連の調節可能の入口ガイドベーン２５−
２５を通して従来技術の回転するインペラ・ホイ
ール組立体２４へ送り込む。インペラ・ホイール
は、回転組立体内を通る流路２８−２８を形成す
る複数のブレード２７−２７を支持する中央ハブ
２６を有いている。ブレード流路内の冷却剤の流
れは半径方向に曲げられてデイフユーザ部３０に
到る。デイフユーザ部はインペラホイールの周囲
を取囲んでおり、冷却剤をトロイド状のらせん部
もしくはコレクタ３１へ送り込む。デイフユーザ
とらせん部との複合作用のもとで、冷却剤に蓄え
られていた運動エネルギは静圧に変換される。イ
ンペラホイールのハブ２６は駆動軸３５に連結さ
れており、駆動軸３５は電気駆動モータ３６（第
１図）に連結されている。この様な適用例に於て
一般にそうである様に、モータはインペラを一定
の作動速度で回転させるべく採用されている。

圧縮機１５に対して、第４図に示されている様
な圧縮機作動線図が流量とリフトとの関係として
描かれる。曲線４０は圧縮機の包絡線を表し、一
方破線４１は入口ガイドベーンの種々の設定角度
に対する圧縮機の作動特性を表わす代表的な負荷
線である。プーリとケーブルとの機構４３が、圧
縮機内を通る冷却剤の流れを調節すべく流れ制御
装置４４（第１図）から送られる制御信号に応じ
てガイドベーンのそれぞれの位置を均等に調節し
ている。本発明の実行に於ては、負荷線４１によ
つて示される様に流量を変化させるために、従来
技術に於て知られ用いられているいかなるガイド
ベーン制御システムも用いられる事が可能であ
る。

圧縮機のデイフユーザ部は、デイフユーザ流路
４６の背部を形成する半径方向に配置された静止
壁４５を有している。可動壁４７は流路の反対
側、即ち前部を形成している。可動壁４７はまた
インペラホイールの中心軸４８に対して半径方向
に延在しており、軸方向に移動して静止壁との間
の間隔を変化させることによつてデイフユーザ部
の幅を変化させる。デイフユーザの幅を変化させ
ることによつて、この部分を通過する冷却剤流れ
は緻密に制御され、流量が低下したときに発生す
るサージングが避けられ、従つて圧縮機の作動効
率が改善される。

さらに、圧縮機のリフトと流量とを連続的に追
うことによつて、圧縮機をストールが発生するこ
となしにサージラインに近い最適作動点にて持続
的に作動させることが可能である。

デイフユーザ部の可動前部壁は、圧縮機内のシ
ユラウド５０と主圧縮機ケーシング５１との間に
配置されてすべり運動することが可能な概して環
状のキヤリツジ４９に取付けられている。図示さ
れていないが、可動壁は適切な手段によつてキヤ
リツジに取付けられており、この２つの部品は一
体としてデイフユーザ部の静止壁に接近したり離
れたりする。一連のデイフユーザベーン３２−３
２が可動壁を貫通して延在し静止壁に接触すべく
ばね５２−５２によつて静止壁の方へ押されてい
る。第２図に示されているキヤリツジは圧縮機ケ
ーシング内に完全に引き込まれており、デイフユ
ーザに100％開の状態を提供している。

キヤリツジはねじ等によつてダブルアクシヨン
ピストン５４に取付けられている。ピストン５４
はシユラウドと圧縮機ケーシングとの間に形成さ
れたチヤンバ３４の中に於て往復運動すべく支持
されており、軸方向どちらにも作動させられるこ
とが可能である。第一の流路５３が、チヤンバ３
４の前部５５へ圧力流体を導入し、また排出する
ために配置されている。第二の流路５６も同様
に、チヤンバ３４の後部５７へ流体を導入し排出
するために配置されている。一対の制御管路５９
及び６０がこの２つの流路と壁制御装置６２（第
１図）とを連結している。ピストンを駆動し、そ
れによつてさらにデイフユーザの可動壁を要求さ
れる方向に移動させるために、制御装置６２とチ
ヤンバ３４との間で圧力流体が選択的に交換され
る。壁制御装置６２は第３図により詳細に示され
ている。壁制御装置６２は２つの管路６６及び６
７によつて連結されたポンプ６４と圧力流体だめ
６５とを有している。管路６６は電気的に作動さ
れる一対のソレノイド弁６８及び６９を含んでお
り、一方管路６７も同様な一対の弁７０及び７１
を含んでいる。弁の位置を電気的に制御すること
によつて、圧力流体がピストンチヤンバのひとつ
の側へ送られ、と同時にチヤンバの反対側からは
排出される、という操作が可能である。ピストン
をどちらかの方向へ運動させ始めるには、４つの
弁のうちの一組の弁を作動させて（開いて）やる
必要がある。例えば、第３図に於て矢印で示され
ている如く弁６８及び７１が作動させられると、
圧縮流体は管路５９を経てピストンチヤンバの前
部へ送られ、またチヤンバの後部からは流体が排
出されかかる流体は管路６０を経て圧力流体だめ
６５へ送られる。

この動作は壁を閉じる方向にピストンを動か
す。またもうひとつの弁の組６９及び７０を作動
させることによつて壁は全開の位置へ向かつて動
かされる。壁制御装置内の弁を適切な順序で作動
させることによつて、可動壁はその作動範囲内の
いかなる要求される位置へも移動させるられるこ
とが可能である。第４図をさらに参照して、大流
量時に於て壁は通常全開の位置に維持される。流
入する冷却剤の流量を制限すべく入口ガイドベー
ンが閉じられると、圧縮機の作動点はサージング
条件に近づく。この点が作動線図上で符号７５で
示されている。ガイドベーンがさらに閉じられる
と圧縮機はサージング状態に入り、全開のデイフ
ユーザを通過する流れは不安定になる。

本システムに於ては、サージング状態の開始
は、リフトと流量とを表わすあるキイ・システ
ム・パラメータを監視することによつて検知され
る。この情報はマイクロプロセツサ８０へ送られ
る。マイクロプロセツサ８０は、以下でより詳細
に説明される通り、リフトと流量の状態を追跡し
サージングを避けるべくデイフユーザの可動壁を
絶えず移動させる様にプログラムされている。マ
イクロプロセツサは壁を要求される位置へ移動さ
せるために、壁制御装置に連結され弁の組に適用
されている。マイクロプロセツサはさらに圧縮機
の効率を最適化するために、サージングを発生さ
せずかつ作動点をサージ・ラインにできる限り近
接する点に維持すべくプログラムされている。

第４図に示されている様に、デイフユーザ可動
壁が100％開の位置に保たれている時圧縮機は最
大流量で作動している。壁が全開の位置にある場
合に対するサージ・ラインが作動線図上で符号７
６で示されている。圧縮機の作動点がサージ・ラ
インに接近して例えば点７５へ移動すると、プロ
グラム可能なマイクロプロセツサはサージングの
開始を事前に感知して壁をより閉の位置へ動かす
べく壁制御装置に指令する。この方法によつて壁
の位置を移動させてやることによつて、デイフユ
ーザの幅は減じられてサージ・ラインは新たな位
置へ移動し、圧縮機の効率的な作動範囲が拡大さ
れる。サージ・ライン７９は、壁が25％閉の位置
にある場合のサージ領域を表わしている。図から
判る通り、同一の負荷線に沿つて作動点が移動す
ると圧縮機はサージングを起こすことなく第二の
作動点７７まで移動させられることが可能であ
る。作動点が点７５から点７７まで移動すると
き、マイクロポロセツサは負荷と流量の状態を絶
えず追跡し壁の位置を作動点の僅か前方の位置に
保つて、全デイフユーザ作動範囲内に亙つて最適
作動効率を確実に維持する。

再び第１図を参照して、温度センサ７３及び７
４がエバポレータ装置とコンデンサ装置とから出
る冷却剤管路中に設置されている。冷却剤の飽和
温度の情報はデータ線８１及び８２を経てマイク
ロプロセツサへ絶えず送られる。同様に、圧縮機
モータにはアンペア計８５が取付けられており、
アンペア計８５は第３のデータ線８３を通してマ
イクロプロセツサに電流の情報を提供する。マイ
クロプロセツサに送られた情報はリフトと流量と
を決めるために用いられ、このことによつて圧縮
機の作動線図上での作動点が絶えず追跡されるこ
とが可能となつている。

デイフユーザ可変壁４７の位置はポテンシヨン
メータ（第２図）によつて監視されている。セン
サロツド９２が、ロツド９２をキヤリツジに押し
あてるべく採用されているベローズ９３を貫通し
て延在しており、キヤリツジが前後に運動する時
ロツドは絶えずその位置を検知する。ロツドはア
ーム９１を介してポテンシヨメータ９０に連結し
ており、壁の位置の変化に従つてポテンシヨメー
タの出力信号が変化する。このデータはデータ線
９６を経てマイクロプロセツサへ送られ、正確は
壁の位置に関する情報がプロセツサに提供される
ことになる。

この情報が用いられれば、最適効率を提供する
ためのデイフユーザ流路の望ましい幅が決められ
ることが可能となり、壁制御装置は制御線８４を
通じて壁をこの特定の位置に設定すべく指令を受
ける。上述の通り本圧縮機に於ては、容量の制御
は従来技術の可動入口ガイドベーンによつて達成
され、一方低減された流量下での最適効率を達成
するためにデイフユーザ流路の幅が変化させられ
る。デイフユーザ流路の幅を次の関係式に従つて
変化させられる。

％WIDTH＝100［C₁（％AMPS−C₂）／（LIFT−C₂）］^C3 但しここで、％WIDTHとはデイフユーザ流路
の幅の全開幅に対する比をパーセントで表したも
のであり100は最大流路幅を表わす。また、％
AMPSとは測定された圧縮機モータの電流値の
モータ全能力における電流値に対する比をパーセ
ントで表したものである。またLIFTとはコンデ
ンサ装置とエバポレータ装置とに於て測定された
冷却剤の飽和温度に基づく圧縮機のリフトを摂氏
温度表わしたものである。またC₁とC₂とC₃とは
定数である。リフトは以下の関係式によつて求め
られる。

LIFT＝（Ｔ）DIA.MULT. 但しここで、Ｔはエバポレータ装置から出た冷
却剤とコンデンサ装置から出た冷却剤との温度差
を摂氏温度で表わしたものであり、DIA.MULT.
とは、計算された圧縮機のリフトをインペラの直
径に基づいて修正する修正乗数である。

計算されたデイフユーザ幅が100以上であつた
場合、つまり圧縮機が大流量領域で作動している
場合には、プロセツサは壁制御装置に壁を全開の
位置まで動かし流量がより低い領域まで低下する
まで壁をかかる位置に保つ様に指令を送るべくプ
ログラムされている。流量が低下すると、マイク
ロプロセツサへ送られた情報に基づいて壁制御装
置は圧縮機の作動点をサージ点に近接する位置に
て維持すべくピストン、更にはデイフユーザ壁を
新たなより制限された位置へ移動させるべく指令
される。このことによつて流量が減少したときに
於ても圧縮機の最適作動効率が確保される。同様
に、流量が増加した時には、壁は再び全開の位置
に達するまで反対向きに動かされるのである。

本発明の装置が、圧縮機の作動点を作動線図上
で絶えず追跡しそれに応じてデイフユーザ壁の位
置を調節して非常に広い範囲に亙つて作動効率を
最適としつつかつサージングを回避しつつ圧縮機
を作動させることが可能であることが、明らかと
なつたであろう。

以上に於ては本発明を特定の実施例に付いて詳
細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲にて種々の実
施例で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、本発明を実現する冷却システムを示
す概要図である。第２図は、第１図に図示された
システムに於て用いられる遠心圧縮機の縦断面図
であり、可変幅デイフユーザとそれに関連した駆
動機構を示している。第３図はデイフユーザ壁の
位置を正確に決めるために用いられる駆動ピスト
ンを動かすための弁作動による圧力気体制御装置
を示す概要図である。第４図は、本圧縮機の作動
線図であり、質量流量に対してリフトがプロツト
されている。１０……冷却システム、１１……エバポレータ
熱交換器、１２……流れ回路、１５……遠心圧縮
機、１８……コンデンサ熱交換器、１９……流れ
回路、２０……膨張弁、２３……入口、２４……
インペラ・ホイール組立体、２５……入口ガイド
ベーン、２６……中央ハブ、２７……ブレード、
２８……流路、３０……デイフユーザ部、３１…
…らせん部、３２……デイフユーザ・ベーン、３
４……チヤンバ、３５……駆動軸、３６……モー
タ、４０……包絡線、４１……負荷線、４３……
プーリトケーブルとの機構、４４……流れ制御装
置、４５……静止壁、４６……デイフユーザ流
路、４７……可動壁、４８……中心軸、４９……
キヤリツジ、５０……シユラウド、５１……圧縮
機ケーシング、５２……ばね、５３……第一の流
路、５４……ダブル・アクシヨン・ピストン、５
５……チヤンバ３４の前部、５６……第二の流
路、５７……チヤンバ３４の後部、５９……制御
管路、６０……制御管路、６２……壁制御装置、
６４……ポンプ、６５……圧力流体だめ、６６…
…管路、６７……管路、６８……ソレノイド弁、
６９……ソレノイド弁、７０……ソレノイド弁、
７１……ソレノイド弁、７３……温度センサ、７
４……温度センサ、７５……作動点、７６……壁
が全開の位置にあるときのサージ・ライン、７７
……作動点、７９……壁が25％閉の位置にあると
きのサージ・ライン、８０……マイクロ・プロセ
ツサ、８１……データ線、８２……データ線、８
３……データ線、８４……制御線、８５……アン
ペア計、９０……ポテンシヨメータ、９１……ア
ーム、９２……センサロツド、９３……ベロー
ズ、９６……データ線。

Claims

【特許請求の範囲】

１モータにより駆動され冷却剤を圧縮する遠心
圧縮機と、前記遠心圧縮機の吐出側に接続された
コンデンサと、前記圧縮機の吸入側に接続された
エバポレータと、前記コンデンサ及び前記エバポ
レータの間に接続された膨張弁とを含む冷却シス
テムに於ける前記遠心圧縮機を制御する方法にし
て、前記遠心圧縮機のデイフユーザ部にデイフユ
ーザ通路の幅を変えるデイフユーザ通路の開度を
変えることのできる可動側壁と前記可動側壁の移
動に干渉することなく前記デイフユーザ通路を幅
方向に横切るベーンとを設け、前記コンデンサの
出口に於て冷却剤の飽和温度を測定し、前記エバ
ポレータの出口に於て冷却剤の飽和温度を測定
し、前記の二つの飽和温度の温度差に基き前記遠
心圧縮機による冷却剤のリフト量を求め、前記遠
心圧縮機を駆動する前記モータを流れる電流を測
定し、前記電流に基き前記遠心圧縮機を流れる冷
却剤の流量を求め、前記リフト量と前記流量に基
き前記遠心圧縮機のサージングを回避する位置に
前記デイフユーザの前記可動側壁を移動させるこ
とを特徴とする制御方法。