JPS6251793A - 遠心圧縮機の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、遠心圧縮機内の可動のディフューザ壁に対す
る制御に係り、更に詳細にはディフューザ内の壁の位置
が不明である場合に前記制御を補正することに係る。

発明の背景 可変速度モータを使用してインペラの回転速度を変化さ
せるが如く、遠心圧縮機の効率を向上させるための種々
の方法が従来より採用されている。

かかる方法の一つに於ては、遠心圧縮機のディフューザ
セクションに固定ベーン及び調節可能なベーンを使用す
ることが含まれている。また遠心圧縮機の効率及び運転
範囲を改善する他の一つの方法に於ては、可変幅ベーン
が組込まれたディフューザが使用される。この場合ディ
フューザは可動壁と静止壁との間を流れる冷媒の流量を
制御すべく、静止壁に対し選択的に位置決めされる可動
壁を含んでいる。かかる可動壁の構造を含む遠心圧縮機
が本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許第４
，５２７，９４９号に開示されている。

この米国特許第４，５２７，９４９号に開示されている
如く、圧縮機内を流れる冷媒の質量流量を制御すべく圧
縮機の入口ガイドベーンが通常の要領にて使用され、サ
ージの発生を阻止すべくディフューザ壁の位置が変化さ
れるようになっている。

米国特許第４，５０３，６８４号に於ては、入口ガイド
ベーンの位置をディフューザ壁の位置に関連付ける相互
関係が圧縮機の制御に“組込まれている。

上述の後者二つの場合に於ては、ディフューザ壁の位置
が不明である場合にはディフューザ壁のための”制御装
置を補正する必要があることが解った。かかる状況は、
制御装置へ電力が供給されていない場合（例えば冷凍シ
ステムが季節の間に於てオンオフされる場合や、保守後
の始動時や、間欠的な電力供給又は他の理由に起因して
ディフューザ壁に関するそれ以前のデータが制御装置内
に存在しない場合に生じる）に存在する。

発明の概要 従って本発明の一つの目的は、冷凍システムに使用され
る改良された遠心圧縮機を提供することである□。

本発明の他の一つの目的は、遠心圧縮機内のディフュー
ザ壁の制御を補正する方法及び装置を提供することであ
る。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、静止壁に対し相
対的に運動可能なディフューザ壁を有するディフューザ
セクションと、入力制御信号に応答してディフューザ壁
を位置決めする制御手段と、所定のシステムパラメータ
を検出してシステムパラメータに応答してデータ出力信
号を発生する測定手段と、データ出力信号を受け測定さ
れたシステムパラメータに関し最適の位置へディフュー
ザ壁を駆動する制御信号を発生するプログラム可能な手
段とを含む遠心圧縮機のための制御装置によって達成さ
れる。プログラム可能な手段はディフューザセクション
内の既知の基準位置にてプログラムされ、ディフューザ
壁の位置が不明である場合を判定しプログラム可能な手
段へ補正信号を出力する手段が設けられる。プログラム
可能な手段は補正信号に応答してディフューザ壁を既知
の基準位置へ駆動し、これによりプログラム可能な手段
はディフューザ壁が正確に最適位置へ駆動されるようデ
ィフューザ壁の既知の位置にて補正される。

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。

好ましい実施例の説明 添付の図に於て、エバポレータ１２内の液体を冷却する
ための冷凍システム１０が示されている。

冷却されるべき物質は流れ回路１４によりエバポレータ
１２を経て循環され、エバポレータに於て冷媒により循
環される物質より熱エネルギが吸収され、これにより循
環される物質が冷却される。

エバポレータ１２内にて発生された冷媒蒸気は遠心圧縮
機１６により吸引され、該遠心圧縮機は冷媒を高温度に
加熱し高圧に加圧してポンプ送りする。圧縮機１６より
流出する僅かに過熱された蒸気はコンデンサ１８に通さ
れ、該コンデンサ内に於て流れ回路２０を流れる冷却水
により過熱及び、潜熱が除去される。コンデンサ１８よ
り流出する冷媒はそれがエバポレータ１２の入口へ導か
れる前に膨張弁２２により断熱膨張されて低温に冷却さ
れ、しかる後エバポレータ１２の入口へ導かれて冷凍ル
ープを完了する。

図示の実施例の圧縮機１６は単段型のものであるが、本
発明の実施に際しては本発明の範囲内にて多段型の圧縮
機が採用されてもよい。圧縮機１６は流入する冷媒を一
連の調節可能な入口ガイドベーン２８を経て回転するイ
ンペラ組立体２６内へ導く軸線方向に整合された入口２
４を有している。インペラ組立体２６を通過する冷媒は
ディフューザ、セクション３０内へ半径方向外方へ方向
転換せしめられる。ディフューザセクション３０はイン
ペラ組立体２６を囲繞しており、冷媒を渦巻形通路３２
内へ導く作用をなす。インペラ組立体２６は駆動軸３４
に回転可能に接続されており、駆動軸３４は電気モータ
３６に連結されている。

ブーり及びケーブル機構３８が圧縮機１６を流れる冷媒
の流量を制御し得るよう、流量制御装置４０よりの制御
信号に応答して各入口ガイドベーン２８の位置を一様に
調節するようになっている。

ディフューザセクション３０はディフューザ通路４４の
背面を形成する半径方向に配置された静止壁４°２を含
んでいる。可動壁４６がディフューザ通路・４４の反対
側の部分、即ち正面側の部分を形成している。可動壁４
６はディフューザ通路４４の幅を変化させるべく静止壁
４２へ近づく方向及びこれより離れる方向へ軸線方向に
運動するようになっている。ディフューザ通路４４の幅
を変化させることにより、流量が小さい状況下に於ける
サージの発生を回避し、これにより圧縮機１６の運転効
率を改善すべく、ディフューザセクション３０を流れる
冷媒の流量を厳密に制御することができる。更に圧縮［
１６の揚程及び流量を連続的に追跡することにより、圧
縮機１６をその失速を生じることなくサージラインに近
い最適の運転状態に維持することができる。

可動壁４６は実質的に環状のキャリッジ４８に固定され
ており、キャリッジ４８はシュラウド５０と圧縮機ケー
シング５２との間に摺動可能に収容されている。可動壁
４６は該可動壁及びキャリッジ４８が静止壁４２へ近づ
く方向及びこれより離れる方向へ一体となって運動し得
るよう、キャリッジ４８に固定されている。一連のディ
フューザベーン５４が可動壁４６に形成された補形の孔
（図示せ！ｆ）を貫通して延在しており、ばね５６によ
り静止壁４２に対し押付けられた状態に保持されている
。

キャリッジ４８は任意の適宜な要領にて二方向作用ピス
トン５８に固定されている。ピストン５８はシュラウド
５０とケーシング５２との間に形成された室６０内に往
復動可能に支持されており、従ってピストンは軸線方向
に何れの方向にも駆動され得るようになっている。第一
の流路６２が室６０のフロントセクション６４内へ又は
これより外へ液圧流体を導き得るよう設けられている。

また第二の流路６６が室６０のリヤセクション６８内へ
又はこれより外へ液圧流体を導き得るよう設けられてい
る。これらの流路６２及び６６はディフューザ壁制御装
置７０と連通接続されている。

ピストン５８及び可動壁４６を所要の方向へ駆動すべく
、制御装置７０と室６０との間にて液圧流体が選択的に
出入れされるようになっている。ディフューザ壁制御装
置７０の作動の詳細な説明が米国特許第４，５０３．６
８４号に記載されており、参照により本明細書に組込ま
れたものとする。

ディフューザ壁制御装置７０の作動はマイクロプロセッ
サ７２の制御下にあり、マイクロプロセッサ７２は可動
壁４６を連続的に再位置決めすべく圧縮機の揚程及び流
量条件の如き種々のシステムパラメータを追跡するよう
プログラムされている。。

第１図に於て、温度センサ７４及び７６がそれぞれコン
デンサ１８より冷媒を導き出す冷媒導管及びエバポレー
タ１２内へ冷媒を導く冷媒導管に設けら、れている。冷
媒の飽和温度情報がデータライン７８及び８０を経て連
続的にマイクロプロセッサ７２へ供給されるようになっ
ている。同様に電気モータ３６には第三のデータライン
８４を経てマイクロプロセッサ７２へ電流情報を供給す
る電流計８２が設けられている。マイクロプロセッサ７
２へ供給されるこの情報は、圧縮機１６の運転点が連続
的に制御され得るよう、圧縮機の揚程及び流量を判定す
るために使用される。

可動壁４６の位置はポテンシオメータ８６（第２図参照
）により検出される。検出ロッド８８がベローズ９０を
貫通して延在しており、該ロッド８８はキャリッジ４８
に固定されており、キャリッジ４８が抜差し方向に運動
するとロッド８８がキャリッジと共に連続的に運動する
ようになっている。また検出ロッド８８は可動壁４６の
位置の変化に応じてポテンシオメータ８６の出力を変化
させるようポテンシオメータ８６に接続されている。ポ
テンシオメータ８６の出力はマイクロプロセッサ７２に
壁の位置に関する正確な情報を与えるべくデータライン
９２を経てマイクロプロセッサ７２へ供給される。

この情報を用いて、圧縮機の運転効率を最適化するため
のディフューザ通路４４の所要の幅を決定する°ことが
でき、ディフューザ壁制御装置７０は可動壁４６をこの
所定の設定位置へもたらすよう制御ライン９４を経て指
令される。容量の制御は通常の可動の入口ガイドベーン
２８により達成され、ディフューザ通路４４の幅は流量
の小さい状況下に於ける運転効率を最適化すべく変化さ
れる。

ディフューザ通路４４内の可動壁４６を適正に位置決め
するためには、マイクロプロセッサ７２はその後可動壁
４６が正確に駆動されるよ・ノ可動壁４６の既知の位置
にて補正されなければならない。マイクロプロセッサ７
２が可動壁４６が不明の位置、即ち補正されていない位
置にある場合を判定することは、電源が供給されていな
い場合（空調装置が使用される季節の間、空調装置の始
動時、又はマイクロブロセッザ７２内に可動壁４６の位
置に関するデータが存在しない場合に生じる）に発生す
る。マイクロプロセッサ７２はキャリア（Ｃａｒｒｉｅ
ｒ）　３２ＭＰ型であッテよく、上述の状況又は他の状
況が生じた場合に補正を行うようプログラムされてよい
。

マイクロプロセッサ７２が可動壁４６の位置が不明の位
置、即ち補正されていない位置であることを判定すると
、マイクロプロセッサは全開位置の１１％の如き最小デ
ィフューザ通路幅の位置まで可動壁４６を移動させ、可
動壁４６がその最小通路幅の位置に到達することを確保
すべく２分間の遅延が与えられる。圧縮機の全開位置は
設計された最大幅である必要はなく、所定の負荷要件に
応じて選定された幅であってよい。可動壁４６がその最
小ディフューザ通路幅の位置にあることを確保するため
の他の一つの方法は、マイクロプロセッサ７２が例えば
４秒間隔毎に可動壁４６の位置の情報を読取るよ、ラブ
ログラムすることであり、可動壁の位置の情報が許容し
得る公差内にある時には、可動壁４６が最小ディフュー
ザ通路幅を達成するための位置にあるものと判断されて
よい。

初期化、即ちマイクロプロセッサ７２により可動壁４６
が最小ディフューザ通路幅の位置へ駆動された後には、
マイクロプロセッサ７２はポテンシオメータ８６より供
給される電圧信号を読取り、その電圧信号を補正された
壁位置、即ち例えば設計最大通路幅の１１％として使用
する。

マイクロプロセッサ７２が補正された後には、マイクロ
プロセッサは所要のディフューザ壁位置を決定すべくモ
ータ電流のパーセンテージ及び揚程要件を示す信号を受
けることによって圧縮機１６を制御する。次いでマイク
ロプロセッサ７２はポテンシオメータ８６よりの電圧信
号を用いて可動壁４６を所要の位置へ駆動する。マイク
ロプロセッサ７２はディフューザ通路４４内に於ける可
動壁の、移動量のパーセンテージ、即ち位置としてポテ
ンシオメータ８６の電圧信号を読取り、その既知の位置
より揚程要件を充足するための位置まで可動壁４６を駆
動して可動壁の位置を調節する。

マイクロプロセッサ７２の制御ロジックはポテンシオメ
ータ８６の抵抗の変化、即ち電圧信号と檗位置のパーセ
ント変化との間の関係を示す補正定数にてプログラムさ
れる。この補正定数及び可動壁４６がその最小ディフュ
ーザ通路幅の位置にあることを示すポテンシオメータの
出力信号により、マイクロプロセッサ７２は補正を行う
ことができ、これにより可動壁の所要の位置を正確に演
算することができる。

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
ことは当業者にとって明らかであろう。

【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採用される遠
心圧縮機を示す縦断面図である。 １０・・・冷凍システム、１２・・・エバポレータ、１
４・・・流れ回路、１６・・・遠心圧縮機、１８・・・
コンデンサ、２０・・・流れ回路、２２・・・膨張弁、
２４・・・入口、２６・・・インペラ組立体、２８・・
・入口ガイドベーン、３０・・・ディフューザセクショ
ン、３２・・・渦巻形通路、３４・・・駆動軸、３６・
・・モータ、３８・・・プーリ及びケーブル機構２４０
・・・流量制御装置。 ４２・・・静止壁、４４・・・ディフューザ通路、４６
・・・可動壁、４８・・・キャリッジ、５０・・・シュ
ラウド。 ５２・・・圧縮機ケーシング、５４・・・ディフューザ
ベーン、５６・・・ばね、５８・・・ピストン、６０・
・・室。 ６２・・・第一の流れ通路、６４・・・フロントセクシ
ョン、６６・・・第二の流れ通路、６８・・・リヤセク
ション、７０・・・ディフューザ壁制御装置、７２・・
・マイクロプロセッサ、７４．７６・・・温度センサ、
７８．８０・・・データライン、８２・・・電流計、８
４・・・データライン、８６・・・ポテンシオメータ、
８８・・・検出ロッド、９０・・・ベローズ、９２・・
・データライン。 ９４・・・制御ライン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷凍システム内の遠心圧縮機を制御する方法であ
   って、 ディフューザセクションの幅を変化させるための可動壁
   を有するディフューザセクションを前記圧縮機内に設け
   る過程と、 所定のシステムパラメータを測定する過程と、測定され
   たシステムパラメータに於ける前記可動壁の最適位置を
   決定する過程と、 前記可動壁を前記最適位置へ駆動する過程と、を含む方
   法にして、 前記可動壁の運動を制御するためのプログラム可能な装
   置を設ける過程と、 前記ディフューザセクション内の既知の基準位置にて前
   記プログラム可能な装置を予めプログラムする過程と、 前記可動壁の位置が不明である場合を判定する過程と、 前記プログラム可能な装置に前記可動壁を前記基準位置
   へ駆動させる過程と、 前記基準位置に於ける前記可動壁の既知の位置にて前記
   プログラム可能な装置を補正する過程と、を含む方法。
2. （２）遠心圧縮機のディフューザセクション内のディフ
   ューザ壁部材を駆動するようプログラムされたプログラ
   ム可能な装置を補正する方法にして、前記ディフューザ
   セクション内の既知の基準位置にて前記プログラム可能
   な装置を予めプログラムする過程と、 前記ディフューザ壁部材の位置が不明である場合を判定
   する過程と、 前記プログラム可能な装置に前記ディフューザ壁部材を
   不明の位置より前記基準位置へ駆動させる過程と、 前記基準位置に於ける前記ディフューザ壁部材の既知の
   位置にて前記プログラム可能な装置を補正する過程と、 を含む方法。
3. （３）壁部材を所望の位置へ駆動するようプログラムさ
   れたプログラム可能な装置を補正する方法にして、 前記壁部材のための既知の基準位置にて前記プログラム
   可能な装置を予めプログラムする過程と、前記壁部材の
   位置が不明である場合を判定する過程と、 前記プログラム可能な装置に前記壁部材を不明の位置よ
   り前記既知の基準位置へ駆動させる過程と、 前記基準位置に於ける前記壁部材の既知の位置にて前記
   プログラム可能な装置を補正し、これにより前記プログ
   ラム可能な装置が前記壁部材を所要の位置へ駆動し得る
   ようにする過程と、 を含む方法。
4. （４）遠心圧縮機のための制御装置であって、静止壁と
   の間の幅を変化させるべく前記静止壁に対し相対的に運
   動し得るディフューザ壁を有するディフューザセクショ
   ンと、 入力制御信号に応答して前記ディフューザ壁を位置決め
   する制御手段と、 所定のシステムパラメータを検出しそれらのパラメータ
   に応答してデータ出力信号を発生する測定手段と、 前記データ出力信号を受け前記測定されたシステムパラ
   メータについての最適位置へ前記ディフューザ壁を駆動
   するための前記入力制御信号を発生するプログラム可能
   な手段と、 を含む制御装置にして、 前記プログラム可能な手段は前記ディフューザセクショ
   ン内の既知の基準位置にてプログラムされていることと
   、 前記ディフューザ壁の位置が不明である場合を判定しそ
   れに応答して補正信号を発生する手段と、前記プログラ
   ム可能な手段は前記補正信号を受けることに応答して前
   記ディフューザ壁を前記既知の基準位置へ駆動し、前記
   既知の基準位置に於ける前記ディフューザ壁にて補正さ
   れることと、を含み、これにより前記ディフューザ壁が
   前記最適位置へ正確に駆動されるよう構成された制御装
   置。