JPH0544583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、蒸発器からの冷媒をターボ圧縮機で
圧縮して凝縮器へ導くターボ冷凍機の制御方法に
関する。

背景技術 一般に、ターボ冷凍機の容量制御には、ターボ
圧縮機の回転速度制御と、ターボ圧縮機の吸込み
弁制御とがあり、前者は効率は高いが制御範囲が
狭く、後者は効率は悪いが制御範囲が広いという
特徴があり、両者の長所を引出すべく、第３図の
ような複合制御が提案されてきている。第３図に
おいて、曲線Ａ，Ｂは、回転速度ｎにおけるター
ボ冷凍機の凝縮圧力と負荷との関係を示し、点Ａ
がサージング開始点である。この回転速度を低下
させてゆくと、点Ａは点Ａ１からＡ３，Ａ２へと
移動する。回転速度ｎにおいて吸込み弁を絞つて
ゆくと、点Ａから点Ｃおよび点Ｄへと移動する。

このことから点Ｂ，Ａ，Ａ２，Ｂ２で囲まれた
動作領域では、回転速度のみで容量制御を行なう
ことができる。また点Ｄ，Ａ，Ａ２，Ｄ２の動作
領域および点Ｂ２，Ａ２，Ｃ２，Ｄ２以下の動作
領域においては、吸込み弁の制御が必要となる。
この際、たとえばブライン温度一定の曲線PQ上
の点Ｅにおいては、そこを通るサージ曲線Ｂ３，
Ａ３，Ｄ３の回転速度n1以上であれば、いかな
る回転速度にしてもよいが、回転速度を下げて運
転するほど、効率は上がる。このような現象は従
来から知られており、これをもとに省エネルギ化
を図る技術が開発されてきた。

典型的な先行技術としては、たとえば特公昭44
−3936がある。この先行技術は、吸込み弁制御を
必要とする負荷ｓ１で作動するリミツトスイツチ
を設け、これより右では吸込み弁を全開とし、回
転速度制御をする。この負荷ｓ１より左では、負
荷の減少とともに吸込み弁を絞り、それと連動し
て回転速度を上げてゆき、吸込み弁が最小開度に
なつたとき、回転速度を最大にするように設定す
るのである。第４図１はこの吸込み弁の開度を負
荷に対応して示しており、第４図２はターボ圧縮
機の回転速度を負荷に対応して示している。

この先行技術では、次のような問題が発生す
る。すなわちブライン温度は常に一定であるわけ
ではなく、ブライン温度、あるいは外気温度など
が変わると、点ＳはラインＡ，Ａ２上を移動する
ので、もしも負荷のみで判定するとすれば、制御
範囲は極めて限定されたものになる。また吸込み
弁の開度と回転速度の変更とを同時に行ない、点
PQ上を滑らかに移動させることは極めて困難で
あり、負荷が急変した場合、吸込み弁と回転速度
の相互干渉によつてサージングが発生する危険性
が高い。

他の先行技術として、特公昭52−18942が存在
する。この先行技術では、負荷調整を吸込み弁に
よつて行ない、回転速度制御をブライン温度の変
化によつて変更する構成を有する。この先行技術
では、第３図における点Ａ，Ａ２を結ぶラインよ
りも左の部分で制御が行なわれることになり、回
転速度で負荷制御を行なう右の領域が達成され
ず、制御範囲が狭いという問題がある。

発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、省エネルギ化を図り、しかも
容量制御範囲を拡大することができるとともに、
サージングを確実に防ぐようにしたターボ冷凍機
の制御方法を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、蒸発器からの冷媒をターボ圧縮機で
圧縮して凝縮器へ導き、 凝縮圧力と負荷とを検出し、 その両者の検出結果に基づき、 ターボ圧縮機の吸込み口に設けた吸込み弁を全
開した状態で、蒸発器出口温度Ｔ１が予め定めた
一定値になるように回転速度を制御する第１動作
領域と、 回転速度を一定に保つたままで、吸込み弁を、
蒸発器出口温度Ｔ１が予め定めた一定値になるよ
うに制御する第２動作領域とを設け、 第２動作領域では、その第２動作領域を回転速
度に対応して複数の領域部分に分け、各領域部分
毎に回転速度を測定し、 第１および第２動作領域間の移動にあたつて
は、 第２動作領域への移動の際では、回転速度を各
領域部分毎の回転速度になるまで弁制御に外乱を
及ぼさない程度にゆつくりと変更し、 第１動作領域への移動の際では、回転速度制御
に悪影響を及ぼさない程度にゆつくりと吸込み弁
を全開となるまで開いてゆき、 第１動作領域から第２動作領域に移るときに
は、その逆のときに比べて、移動時の境界は、低
負荷に定め、あるいは凝縮圧力を低く定めてヒス
テリシスを設けることを特徴とするターボ冷凍機
の制御方法である。

作 用 本発明に従えば、ターボ圧縮機の回転速度を制
御可能な動作領域であるときには、吸込み弁を全
開としたままで回転速度を制御し、これによつて
効率よく容量制御を行なうことができる。

回転速度の制御のみではサージングを生じて動
作させることができない動作領域であるときに
は、回転速度を可及的に低下した状態で、弁の絞
りを制御する。したがつて省エネルギ化を図りつ
つ、容量制御範囲を拡大することができる。

また本発明では、第１動作領域から第２動作領
域に移動する際には、回転速度をその第２動作領
域において分けられた複数の各領域部分毎の設定
回転速度になるまで、吸込み弁制御に外乱を及ぼ
さない程度にゆつくりと変更する。また、第２動
作領域から第１動作領域に移動したときには、回
転速度制御に悪影響を及ぼさない程度にゆつくり
と吸込み弁を全開となるまで開いてゆく。このよ
うにしてサージングを確実に防ぐことが可能とな
る。

また本発明に従えば、第１動作領域から第２動
作領域に移るときには、その逆のときに比べて、
移動時の境界は、低負荷に定め、あるいは凝縮圧
力を低く定め、これによつてヒステリシスを設
け、ハンチング動作を防ぐことができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の系統図である。
このターボ冷凍機は、内燃機関などのような熱機
関１によつて回転駆動されるターボ圧縮機２を備
える。ターボ圧縮機２の入口３には、蒸発器４か
らの冷媒が供給される。ターボ圧縮機２の出口５
からの冷媒は、凝縮器６に送られ、膨張弁７を介
して蒸発器４に戻る。凝縮器６内の冷媒の圧力、
すなわち凝縮圧力は、圧力検出器８によつて検出
される。蒸発器４のブライン出口の温度Ｔ１、お
よびブライン入口の温度Ｔ２は、温度検出器９，
１０によつてそれぞれ検出される。

熱機関１の回転速度は、速度検出器１１によつ
て検出される。これらの検出器８，９，１０，１
１からの出力は、制御回路１２に入力され、これ
によつて制御回路１２は、熱機関１の回転速度を
制御するための手段であるガバナ１３を制御する
とともに、ターボ圧縮機２の吸込み口に設けられ
た吸込み弁１４のベーンの角度を制御して、その
吸込み弁１４の開度を制御する。蒸発器４のブラ
イン流量は一定である。

第２図は、本件ターボ冷凍機の負荷／凝縮圧力
の関係を示すグラフである。点Ａ，Ｂを結ぶライ
ン、点Ａ１，Ｂ１を結ぶライン、および点Ａ２，
Ｂ２を結ぶラインは、吸込み弁１４を全開とした
状態で、回転速度のみを変化したときの特性を示
し、そのうち点Ａ，Ｂのラインは、熱機関１の最
高回転速度時の状態を示し、点Ａ２，Ｂ２のライ
ンは、最小回転速度時の状態を示す。点Ａ，Ａ２
を結ぶラインは、各回転速度におけるサージング
開始点を結んだ線である。こうして点Ｂ，Ａ，Ａ
２，Ｂ２で囲まれる第１動作領域Z1では、吸込
み弁１４を全開として回転速度のみによつてター
ボ冷凍機を制御することができ、高効率を達成す
ることができる。

点Ａ，Ａ２を結ぶラインよりも左では、吸込み
弁１４の開度を制御したときの特性を示し、点
Ａ，Ｃ，Ｄのラインは、最高回転速度時の状態を
示し、点Ａ２，Ｃ２，Ｄ２のラインは最低回転速
度時の状態を示す。点Ｂ２，Ａ２，Ｃ２，Ｄ２以
下を領域部分Z2とし、点Ｄ１，Ｃ１，Ａ１，Ａ
２，Ｃ２，Ｄ２を領域部分Z3とし、点Ｄ，Ｃ，
Ａ，Ａ１，Ｃ１，Ｄ１を領域部分Z4とし、これ
らの領域部分Z2、Z3、Z4を第２動作領域と呼ぶ
ことにする。この第２動作領域では、吸込み弁１
４のベーンによつて開度が制御される。制御回路
１２では、点Ａ，Ｂ；Ａ，Ａ２；Ａ２，Ｂ２；
Ａ，Ｄ；Ａ１，Ｄ１；Ａ２，Ｄ２などの各ライン
をすべて記憶しておく。この制御回路１２は、圧
力検出器８によつて検出された凝縮圧力と、温度
検出器９，１０によつて検出されたブラインの温
度Ｔ１，Ｔ２とを受信し、実際の動作が第１動作
領域Z1および第２動作領域の領域部分Z2、Z3、
Z4のどこで行なわれているかを判断する。第１
動作領域Z1においては、吸込み弁１４を全開と
し、温度検出器９によるブライン出口温度Ｔ１が
予め定めた一定値になるように、回転速度制御を
行なう。

第２動作領域の領域部分Z2、Z3、Z4のうち、
領域部分Z2では、回転速度をその領域部分Z2に
おける最大値n2とし、ブライン出口温度Ｔ１が
予め定めた一定値になるように、吸込み弁制御を
行なう。残余の領域部分Z3、Z4もまた領域部分
Z2と同様な制御を行なうけれども、各領域部分
Z3、Z4における回転速度はその領域部分Z3、Z4
における最大値n3、n4にそれぞれ設定される。

第１動作領域と第２動作領域とを相互に移動し
た瞬間には、吸込み弁の開度変化と、回転速度の
変化とが同時に発生し、制御を正常に行なうこと
ができなくなる恐れがある。この問題を解決する
ために本発明では、吸込み弁１４で負荷を制御す
る第２動作領域の各領域部分Z2、Z3、Z4におい
ては、吸込み弁１４の制御効果に影響が生じない
程度に充分にゆつくりと回転速度を変化させて目
標の回転速度に達せしめる。また領域部分Z2、
Z3、Z4から成る第２動作領域から、第１動作領
域Z1に移動したときには、その第１動作領域Z1
において回転速度の制御効果に悪影響が生じない
程度にゆつくりと吸込み弁１４を開き、最終的に
は全開させる。このようにして円滑な動作を達成
することができる。

また本発明の一実施例では、ハンチング動作を
防止するために、第１動作領域Z1および第２動
作領域の領域部分Z2、Z3、Z4を決定するための
境界に、いわばヒステリシスを設ける。すなわち
第１動作領域Z1から領域部分Z3、Z4に移るとき
には、点Ａ，Ａ２のラインを境界とし、この逆の
ときには、ラインｌ１を境界とする。また領域部
分Z2から第１動作領域Z1または領域部分Z3に移
動する際には、境界を点Ａ２，Ｂ２；Ａ２，Ｃ
２，Ｄ２のラインとし、領域部分Z3から領域部
分Z4に移動する際には、点Ａ１，Ｃ１，Ｄ１の
ラインとする。第１動作領域Z1および領域部分
Z3から領域部分Z2に移る際には境界をラインｌ
２，ｌ３に定め、また領域部分Z4から領域部分
Z3に移る際には、その境界をラインｌ４に定め
る。

第２動作領域は、前述の実施例では３つの領域
部分Z2、Z3、Z4に分けられたけれども、更に細
かく分割して動作制御を行なうようにしてもよ
い。

上述の実施例では、ブラインの温度差（Ｔ２−
Ｔ１）によつて冷凍機の負荷を検出するようにし
たけれども、その他の構成によつて負荷を検出す
るようにしてもよい。

効 果 以上のように本発明によれば、回転速度を制御
可能な動作領域にあるときには、吸込み口に設け
られたベーンを全開としたままで、回転素度を制
御し、これによつて高効率で容量制御を行なうこ
とができる。また回転速度の制御のみでは、動作
させることができない動作領域であるときには、
回転速度を可及的に低下した状態で、弁の絞りを
制御するようにしたので、省エネルギ化を達成し
つつ、広範囲でターボ圧縮機の動作を安定に行な
うことができる。

また本発明によれば、第１動作領域と第２動作
領域との相互の移動時における制御が円滑に行な
われ、サージングなどを生じる恐れがなくなる。

本発明によれば、第１動作領域から第２動作領
域に移るときには、その逆のときに比べて移動時
の境界は、低負荷に定め、あるいは凝縮圧力を低
く定めるようにしてヒステリシスを設け、これに
よつてハンチング動作を防ぐことができ、安定し
たターボ冷凍機の制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２
図は第１図に示されたターボ冷凍機の動作を説明
するためのグラフ、第３図は先行技術の動作を説
明するためのグラフ、第４図は先行技術を説明す
るための吸込み弁開度および回転速度と負荷との
関係を示すグラフである。 １……熱機関、２……ターボ圧縮機、３……吸
込み口、４……蒸発器、５……出口、６……凝縮
器、７……膨張弁、８……圧力検出器、９，１０
……温度検出器、１１……回転速度検出器、１２
……制御回路、１３……ガバナ、１４……吸込み
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸発器からの冷媒をターボ圧縮機で圧縮して
   凝縮器へ導き、 凝縮圧力と負荷とを検出し、 その両者の検出結果に基づき、 ターボ圧縮機の吸込み口に設けた吸込み弁を全
   開した状態で、蒸発器出口温度Ｔ１が予め定めた
   一定値になるように回転速度を制御する第１動作
   領域と、 回転速度を一定に保つたままで、吸込み弁を、
   蒸発器出口温度Ｔ１が予め定めた一定値になるよ
   うに制御する第２動作領域とを設け、 第２動作領域では、その第２動作領域を回転速
   度に対応して複数の領域部分に分け、各領域部分
   毎に回転速度を設定し、 第１および第２動作領域間の移動にあたつて
   は、 第２動作領域への移動の際では、回転速度を各
   領域部分毎の回転速度になるまで弁制御に外乱を
   及ぼさない程度にゆつくりと変更し、 第１動作領域への移動の際では、回転速度制御
   に悪影響を及ぼさない程度にゆつくりと吸込み弁
   を全開となるまで開いてゆき、 第１動作領域から第２動作領域に移るときに
   は、その逆のときに比べて、移動時の境界は、低
   負荷に定め、あるいは凝縮圧力を低く定めてヒス
   テリシスを設けることを特徴とするターボ冷凍機
   の制御方法。