JPH0510186Y2

JPH0510186Y2 -

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Publication number: JPH0510186Y2
Application number: JP18398585U
Authority: JP
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1993-03-12
Anticipated expiration: 2000-11-29
Also published as: JPS6291167U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、ターボ冷凍機、冷水（ブラインを含
む）を冷却することを目的とする冷凍機全般（ス
クリユー式冷凍機、吸収式冷凍機、レシプロ式冷
凍機、ロータリ式冷凍機など）に適用し得る冷凍
機の容量制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来の冷凍機のシステムを示す図で、
１はターボ圧縮機、２は凝縮器、３は冷媒流量制
御装置、４は蒸発器、５は凝縮器伝熱管、６は蒸
発器伝熱管、７は冷媒配管、８は容量制御用のプ
リローテーシヨンベーン、９はプリローテーシヨ
ンベーン駆動用モータ、１０は冷水温度制御装
置、１１は冷水出口温度検出装置、１２は空調機
などの冷凍（房）負荷、１３は冷凍機の冷水入
口、１４は冷凍機の冷水出口、１５は圧縮機駆動
装置（電動機、タービンなど）を示す。これら各
部の中で圧縮機１、凝縮器２、冷媒流量制御装置
３および蒸発器４は、冷媒配管７で第５図のよう
に連結され、冷凍機ユニツトを構成している。

冷凍機は、一般に冷水出口温度が一定（最初に
設定した値）になるように制御される。そのため
冷水出口側１４の温度を冷水出口温度検出装置１
１で検出し、この温度が最初に設定した値になる
ように、冷水温度制御装置１０で必要な演算を行
い、容量制御用のプリローテーシヨンベーン８の
駆動用モータ９へ信号を出してこれを動かす。

ところで、冷凍（冷房）負荷が仕様よりも小さ
い時は、空調器１２に相対的に余裕が出来ること
もあり、冷水温度は仕様より高くても実用上問題
ない場合が多い。また冷水温度を高目にすると消
費動力が減少し、省エネルギになることは一般に
知られている。従つて、第５図の従来のシステム
では、冷凍（冷房）負荷が小さい場合は、必要以
上に冷水温度が低くなり、消費動力が大きくなつ
ているという欠点があつた。

第６図にこの欠点を除くために現在行なわれて
いるシステムを示す。第６図中の１６は冷水入口
温度検出装置を示し、その他は第５図と同じであ
る。この場合は、冷水入口側１３の温度を冷水入
口温度検出装置１６で検出し、この温度が最初に
設定した値になるように、冷水温度制御装置１０
で必要な演算を行い、容量制御用のプリローテー
シヨンベーン８の駆動用モータ９へ信号を出して
これを動かす。第７図および第８図にそれぞれ第
５図、第６図の場合の冷水入口温度及び出口温度
と冷凍（冷房）負荷率の関係を示す。ただし、仕
様点（100％負荷時）での冷水入口／出口温度は
10／５℃の場合について示した。

第７図および第８図の直線２１は冷水入口温
度、直線２２は冷水出口温度を示す。第６図の冷
水入口温度による容量制御システムでは第８図に
示すように、冷凍負荷が小さくなるに伴い、冷水
出口温度２２が高くなり、第７図の冷水出口温度
２２が一定の場合に比べて省エネルギになる。

しかし、第５図の冷水出口温度による容量制御
システムでは、容量制御用のプリローテーシヨン
ベーン８が動いて冷水出口温度が変化しても、す
ぐに冷水出口温度検出装置１１で変化が検出出来
る為、制御が安定しているのに対し、第６図の冷
水入口温度による容量制御システムでは、容量制
御用のプリローテーシヨンベーン８が動いて、冷
水出口温度が変化しても、空調器１２及び冷水配
管を経由してはじめて冷水入口温度が変化するた
め、冷水入口温度検出装置１６が変化を検出する
時間遅れが大きいことと、その間に空調器１２の
負荷の影響があることが理由で安定な温度制御が
困難である。また第６図の制御では、冷水入口温
度が一定となり、冷水出口温度は負荷の減少に伴
ない高くなるが必らずしも、負荷にとつて最適な
温度になつているとはかぎらない。

〔考案が解決しようとする問題点〕

前述の通り、従来例においては、冷水出口温度
一定の制御に比べ、冷水入口温度一定の制御の方
が省エネルギになるが、制御がむづかしく、温度
が安定しないという欠点がある。

更に冷水入口温度一定の制御では、冷水出口温
度は負荷の減少に伴ない上昇するが、この上昇率
が必らずしも最適な値になつているとは限らな
い。部分負荷での冷水出口温度が高すぎて負荷の
冷却が不充分になつたりあるいは、逆にもつと冷
水出口温度を上げて更に省エネルギが出来る場合
も考えられる。

本考案は上記従来の問題点を解消し、いかなる
負荷に対しても常に安定な制御を行なうことがで
きるとともに、省エネルギを図ることができる冷
凍機の容量制御装置を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案による冷凍機の容量制御装置は、冷凍機
の冷水入口温度検出手段と、冷水出口温度検出手
段と、両検出手段の検出温度から冷水出入口温度
の温度差を算出する手段と、同温度差に対応して
冷水出口又は入口温度の設定値の修正値を演算す
る手段と、同演算手段の出力値と冷水出口又は入
口温度とから冷凍機の容量制御機構を制御する制
御手段とからなることを特徴とし、冷水入口温度
検出装置と冷水出口温度検出装置との両方を備
え、これらのデータを容量制御装置へインプツト
し、容量制御装置の中で、冷水出入口温度差に応
じて、冷水出口温度（又は入口温度）の設定値の
修正値を演算し、この値と冷水出口温度（又は入
口温度）から容量制御機構への制御信号を出力す
るようになされている。

〔作用〕

以上の様に本考案によれば、冷凍機の冷水入口
と出口の温度差（この値は冷凍（冷房）負荷率に
比例）に対応して、冷水出口温度（入口温度でも
可能）の設定値を内部で自動的に演算して変更す
ることにより、いかなる負荷に対しても安定な制
御を行なうとゝもに省エネルギを図り得るように
したものである。

〔実施例〕

第１図は本考案の一実施例の構成を示す図で、
第５図および第６図に示したものと同一部分には
同一符号を付して説明する。第１図に示す一実施
例においては、冷水入口温度検出装置１６と冷水
出口温度検出装置１１との２個の温度検出装置を
備え、これらの各温度検出装置１１，１６から出
力されるデータを容量制御装置１７へインプツト
し、冷水出入口温度差に応じて冷水出口又は入口
温度の設定値の修正を演算し、この出力値と冷水
出口又は入口温度から容量制御用プリローテーシ
ヨンベーン８の駆動用モータ９への制御信号を出
力するようになされている。

第２図及び第９図は、第１図における容量制御
装置１７の詳細構成の一例を示す図で、１８は減
算器、１９は演算器、２０はベーン制御演算回路
である。

第１図に示す一実施例の作用について説明する
と、修正後の冷水出口温度設定値Tsは次式で示
される。

Ts＝｛ΔTi−（T₂−T₁）｝×Ａ＋Ｂ ……(1) (1)式のΔTiは仕様点（100％負荷時）での冷水
出入口温度差、T₂及びT₁は、それぞれ冷水入口
及び出口温度検出装置１６，１１で検出した冷水
入口及び出口温度、Ａ及びＢは定数で、Ｂは仕様
点での冷水出口温度設定値となる。

仕様点での冷水入口及び出口温度が例えば10
℃，５℃の場合の冷水入口及び出口温度と冷房負
荷率の関係を第３図および第４図に示す。第３図
は定数Ａ＝0.5、第４図はＡ＝２の場合の冷水入
口温度２１、冷水出口温度２２と冷凍（冷房）負
荷率の関係を示す。定数Ｂは第３図および第４図
ともに５である。

このように最初に設定する定数Ａ，Ｂの値を変
えることにより、冷水温度と冷凍負荷率の関係を
自由に変えることができる。また、(1)式は１次式
の場合であるが、この代りに２次式あるいは３次
式などでもよく、この場合には第３図および第４
図でそれぞれ直線で変化する場合冷水入口温度２
１および冷水出口温度２２はそれぞれ曲線で変化
することになる。第１図に示す別の実施例の作用
について説明すると、修正後の冷水入口温度設定
値Tuは次式で示される。

Tu＝｛ΔTi−（T₂−T₁）｝×Ａ＋Ｂ ……(2) (2)式のΔTiは仕様点（100％負荷時）での冷水
出入口温度差、T₂及びT₁は、それぞれ冷水入口
及び出口温度検出装置１６，１１で検出した冷水
入口及び出口温度、Ａ及びＢは定数で、Ｂは仕様
点での冷水入口温度設定値となる。

仕様点での冷水入口及び出口温度が例えば10
℃，５℃の場合の冷水入口及び出口温度と冷房負
荷率の関係を第１０図および第１１図に示す。第
１０図は定数Ａ＝−0.5、第１１図はＡ＝１の場
合の冷水入口温度２１、冷水出口温度２２と冷凍
（冷房）負荷率の関係を示す。定数Ｂは第１０図
および第１１図ともに10である。

このように最初に設定する定数Ａ，Ｂの値を変
えることにより、冷水温度と冷凍負荷率の関係を
自由に変えることができる。

また、(2)式は１次式の場合であるが、この代り
に２次式あるいは３次式などでもよく、この場合
には第１０図および第１１図でそれぞれ直線で変
化する場合冷水入口温度２１および冷水出口温度
２２はそれぞれ曲線で変化することになる。上記
の作用をさらに詳しく説明する。

第１図において蒸発器４の伝熱管６の入口、出
口の冷水温度は仕様点（100％負荷時）では従来
は入口で10℃、出口で５℃を標準的な値として、
負荷に関係なく出口温度が５℃一定になるように
制御される。

ところで負荷が例えば50％になつた場合、空調
機１２の大きさは変らないので、能力当りの空調
機１２の大きさは２倍になる。従つて空調機１２
に入る冷水の温度は５℃より高くても十分に冷却
できることになる。つまり冷房負荷率が小さくな
るほど冷水入口温度T₂が高くても十分に負荷側
室温を冷却することができる。更に冷房負荷が小
さい場合は、一般に外気温及び室温が低い場合が
多く、この点でも冷水温度は高目にできる。

空調機１２の冷房負荷が小さくなる程、冷水出
口温度T₁を高目にしても空調機１２を介して室
内を必要な温度（湿度）にすることができること
は明らかであるが、負荷に応じた適正な冷水出口
温度T₁は空調条件によつて必らずしも同じでな
い。例えば、恒温室などのように温度だけでなく
湿度も厳密に制御する場合は負荷が小さくなつて
も、冷水出口温度はほとんど高くすることができ
ない。一般の空調では、湿度の許容範囲（40〜70
％程度）があるので、負荷の減少に伴ない冷水出
口温度T₁をある程度高くしても必要な空調条件
を満たすことができる。また、無人の通信機械室
などを冷却刷る場合、除湿の必要性がほとんどな
いので、負荷の減少に伴ない、冷却出口温度を高
くすることができる。

前述のように空調の目的により最適な冷水出口
温度は変わつてくる。本考案はこの点に着目し、
それぞれのケースに応じた最適な温度に容易に設
定できるようにしたものである。

負荷の種類により最適な冷水出口温度T₁の変
化率が異なるが、いずれの場合でも最適な冷水出
口温度変化率は容易に決めることができる。この
変化率は、計算式の定数を変えることで容易に変
えることができる。具体的には可変抵抗器などの
調整で変えることができる。

次に、圧縮器１を駆動する為の動力は次式で示
される。

HP＝Ｇ×Ｈ／η ……(2) ただし、Ｇ：冷媒の循環重量流量（Kg／Ｈ）で、冷凍能
力にほぼ比例する。

Ｈ：ヘツド（ｍ）で、凝縮器圧力と蒸発器圧力
の差で示される。

η：圧縮器の効率（含む機械ロス）冷水温度が高くなると、これに伴ない蒸発温度
（圧力）が高くなり、凝縮圧力一定とするとヘツ
ドＨが小さくなる。従つて式(2)により動力HPが
小さくなり、省エネルギーとなる。

さらに、本考案では、冷水出口温度一定の制御
ではなく負荷率に応じて冷水出口温度の設定値
Tsを変えることを特徴としている。

容量制御装置１７においては、まず、冷凍（冷
房）負荷率を冷水入口１３と出口１４の温度差に
より計算する。

例えば、負荷率100％……出入口温度５℃ 負荷率 50％……出入口温度2.5℃ 負荷率 20％……出入口温度1.0℃ 次にこの負荷率に応じて、式(1)により、冷水出
口温度設定値Tsを計算する。そして、負荷率に
応じた冷水出口温度設定値Ts（演算器１９の出力
値）と実際の出口温度T₁とをベーン制御演算回
路２０により比較し、その大小関係に応じて、次
のように冷凍機の容量を制御する。

Ts＜T₁のとき、この場合、冷水出口温度T₁は設定値Tsまで冷
却しきられておらず、冷凍機の能力は不足してい
る。

従つてこの差に応じて容量制御装置、即ちプリ
ローテーシヨンベーン８の駆動用モータ９を能力
が増加する方向に制御する信号（即ち容量制御用
ベーンの開信号）を出す。

Ts＝T₁のとき、この場合、冷凍機の能力と負荷がマツチングし
ている。そのため容量制御装置８，９の開閉信号
を出さず、現状の位置を維持する。

Ts＞T₁のとき、この場合、冷水出口温度T₁は設定値Ts以下に
冷却されており、冷凍機の能力は過大である。従
つて、この差に応じて、容量制御装置８，９を能
力が減少する方向に制御する信号（即ち容量制御
用ベーンの閉信号）を出す。

以上は冷水出口温度T₁を制御する場合につい
て説明したが、冷水入口温度T₂を制御する場合
も同様に制御できる。

以上は、本考案をターボ冷凍機に適用した場合
の例を示したが、その他の吸収式冷凍機、スクリ
ユー式冷凍機、レシプロ式冷凍機など冷水（ある
いはブライン）を冷却する冷凍機全てに適用可能
である。その場合、容量制御装置はその冷凍機特
有のものとなること言うまでもない。

上記実施例では、冷凍負荷を冷水の入口温度と
冷水の出口温度との差で検出しているが、周知の
とおり、冷却水の入口温度と出口温度との温度差
も冷凍負荷又は冷水出入口温度差とほぼ比例する
ので、冷水の出入口温度の代えて、冷却水の出入
口温度を用いてもよく、また、冷水の入口温度と
出口温度との温度差に冷水流量を乗じて実際の負
荷を算出するようにすれば、冷水流量が変化して
も冷凍負荷をより正確に検出することが可能とな
り、さらには冷凍機をヒートポンプとして用いる
場合、冷水出口温度の代わりに温水出口温度によ
り容量制御を行うが、この場合は、冷水の代わり
に温水の温度、流量、冷却水の代わりに低温熱源
水の温度を用いれば同じことであり、これらは、
いずれも均等手段として置換可能であつて本考案
に含まれるものとする。

〔考案の効果〕

本考案によれば以下の如き優れた効果が奏せら
れる。

(1) 冷房負荷率に応じて、常に最適な冷水出口温
度に制御するため、省エネルギになるだけでな
く、冷水入口温度一定制御のように制御が不安
定になることなく、安定な制御ができる。

(2) 負荷の特性に合わせて冷水温度の変化率を容
易に変えることが出来るため、いかなる負荷に
もマツチングする。

(3) 既設の冷凍機に対しても簡単な改造だけで本
考案を適用でき省エネルギ化ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構成を示す図、第
２図は第１図における容量制御装置の一例の詳細
図、第３図および第４図はそれぞれ第１図に示す
一実施例の作用を説明するための図、第５図〜第
８図はそれぞれ従来例を説明するための図、第９
図は第１図における容量制御装置の別の例の詳細
図、第１０図および第１１図はそれぞれ第１図に
示す別の実施例の作用を説明するための図であ
る。１１……冷水出口温度検出装置、１６……冷水
入口温度検出装置、１７……容量制御装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

冷凍機の冷水入口温度検出手段と、冷水出口温
度検出手段と、両検出手段の検出温度から冷水出
入口温度の温度差を算出する手段と、同温度差に
対応して冷水出口又は入口温度の設定値の修正値
を演算する手段と、同演算手段の出力値と冷水出
口又は入口温度とから冷凍機の容量制御機構を制
御する制御手段とからなることを特徴とする冷凍
機の容量制御装置。