JP2002266782A - スクリュ冷凍機 - Google Patents
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Abstract
マニュアル操作を不要としたスクリュ冷凍機を提供す
る。 【解決手段】 タンデム配置され、モータ21により駆
動される油冷式スクリュ形の第一段圧縮部22、第二段
圧縮部23を有する圧縮機11を用いたスクリュ冷凍機
1において、第一段圧縮部22にその負荷を調節するピ
ストン弁38を進退可能に設け、上記両圧縮部間の中間
圧力と圧縮機11の吐出圧力との差圧を検出して、この
差圧に基づき、ピストン弁38の駆動部に制御信号を出
力し、上記差圧の絶対値が予め定めた値を超える場合に
はピストン弁38を第一段圧縮部22が全負荷運転する
位置に保ち、上記絶対値が上記予め定めた値以下の場合
には、ピストン弁38を第一段圧縮部22が部分負荷運
転する位置に移動させ、かつ上記絶対値が小さくなる
と、第一段圧縮部22の負荷が軽減される位置に移動さ
せる差圧調節器を設けてある。
Description
た油冷式スクリュ形の圧縮部を有する二段形圧縮機を用
いたスクリュ冷凍機に関するものである。
公知である。このスクリュ冷凍機10は、圧縮機11、
油分離回収器12、凝縮器13、膨張弁14、蒸発器1
5および吸込圧力調節弁16を含む冷媒の循環流路Iを
備えている。圧縮機11は、タンデム配置され、単一の
モータ21により駆動される油冷式スクリュ形の第一段
圧縮部22および第二段圧縮部23を有する二段形のも
ので、第一段圧縮部22の吐出口と第二段圧縮部23の
吸込口とは連通している。油分離回収器12の下部は油
溜り部24になっており、ここから少なくとも油冷却器
25を含む油流路26が延びている。なお図9におい
て、※印はこの油流路26が第一段圧縮部22および第
二段圧縮部23のそれぞれのガス圧縮空間であるロータ
室およびそれぞれの軸受・軸封部等の圧縮機11内にお
ける油供給箇所に至ることを示している。また、モータ
21は電源27に接続されている。
圧縮部22に吸込まれた冷媒ガスは、油流路26から油
注入を受けつつ圧縮され、即ち第一段圧縮部22および
第二段圧縮部23にて圧縮され、油を伴って圧縮機11
から、具体的には第二段圧縮部23の吐出口から吐出さ
れ、油分離回収器12に至る。ここで、圧縮された冷媒
ガスは、油と分離され、凝縮器13に導かれ、ここで熱
交換により熱を奪われ液体状態になり、凝縮器13から
出て行く。また、この冷媒は膨張弁14を通過する過程
で断熱膨張して、一部ガス状態になるとともに、温度を
下げ、蒸発器15にて、熱交換により熱を吸収して蒸発
し、ガス状態になって吸込圧力調節弁16を経て、圧縮
機11に戻り、循環する。一方、油分離回収器12にて
冷媒とは分離された油は、一旦油溜り部24に溜められ
た後、油流路26により圧縮機11内における上記油供
給箇所に送られ、その一部は第二段圧縮部23の吐出口
から油分離回収器12に導かれて繰返し循環させられ
る。また、他の一部は図9において矢印Aで示すように
第二段圧縮部23の吐出側軸受部の排油室から第一段圧
縮部22と第二段圧縮部23との間の中間部に戻され
る。
機の場合、蒸発温度、即ち吸込圧力飽和温度で例えば−
30℃程度迄を運転範囲とし、上述したスクリュ冷凍機
10のように二段形圧縮機を用いたものでは、蒸発温度
で、さらに低い温度、即ち−30℃程度から−60℃程
度迄を運転範囲となるように設計されている。ところで
昨今、この二段形圧縮機を用いたスクリュ冷凍機でもっ
て、その元来の比較的低温の運転範囲、即ち−30℃程
度から−60℃程度迄の運転範囲に加え、単段形圧縮機
を用いたものでの運転範囲をも含めた−10℃程度から
−60℃程度迄の運転範囲を実現させたいという要求が
高まりつつある。ただし、その要求に応ずるにあたっ
て、従来にあっては、以下に詳述する問題が存在してい
た。
外気或いは凝縮器13内を熱交換媒体として流れる水の
温度により変化する。例えば、CT=40℃の場合もあ
り、CT=25℃或いはこれ以下に下がることもあり、
これに伴って圧縮機の吐出圧も変化する。図5は二段形
圧縮機を用いた冷凍機における蒸発温度と中間圧力との
関係を示す図である。この図5において、破線L1はC
T=40℃の場合における吐出圧(約15.5ata)、
破線L2はCT=25℃の場合における吐出圧(約10
ata)を示している。一方、冷媒の蒸発温度ET
(℃)、即ち吸込圧力飽和温度が−10℃から−60℃
へと下がっていった場合、図9において吸込圧力調節弁
16を省いた場合の圧縮機11の吸込圧力は、図5にお
いて細線による曲線L3で示すように変化する。また、
この場合、吸込圧力調節弁16を省いた従来のスクリュ
冷凍機10における圧縮機11の中間圧力は図5におい
て一点鎖線による曲線L4のように変化する。
15℃より低い温度であるならば、中間圧力は例えば上
述したCT=25℃の場合における吐出圧力を超えるこ
とはない。しかしながら、蒸発温度が−10℃〜−15
℃の温度領域では、たとえ油流路における圧損を考えな
くとも、中間圧力がCT=25℃の場合における吐出圧
力を超えて、異常に高くなる。この結果、中間圧力と略
同圧の第二段圧縮部23の吐出側軸受部に油を供給でき
なくなり、スクリュ冷凍機10の運転の続行が不可能と
なる。寒冷地の場合、この運転ができなくなる蒸発温度
の領域はさらに広くなる。したがって、スクリュ冷凍機
10では、吸込圧力調節弁16を設け、その開度をマニ
ュアル操作で小さくすることにより、上記中間圧力の上
昇を抑制し、スクリュ冷凍機10の運転の続行が不可能
になるという上述した問題を回避していた。
ュ冷凍機10の場合、上記中間圧力の上昇を抑制するた
めに、吸込圧力調節弁16が設けられているが、この吸
込圧力調節弁16は内部の口径が大きく嵩高であり、非
常に高価なものであるという問題に加えて、運転の度に
必ず、吸込圧力調節弁16の開度調節という煩わしいマ
ニュアル操作が要求されるという問題がある。
れば、上述した二段形圧縮機の他に単段形圧縮機を並設
し、−30℃まではこの単段形圧縮機により冷却し、−
30℃以下では二段形圧縮機に切換え冷却する必要があ
り、装置の構成が複雑化し、圧縮機の切換えという作業
も必要になるという問題がある。本発明は、斯る従来の
問題点をなくすことを課題としてなされたもので、コン
パクトな構成で、中間圧力調節のためのマニュアル操作
を不要とし、また冷凍機としての広範な温度領域での運
転を可能としたスクリュ冷凍機を提供しようとするもの
である。
に、第一発明は、タンデム配置され、単一のモータによ
り駆動される油冷式スクリュ形の第一段圧縮部および第
二段圧縮部を有する二段形圧縮機を用いたスクリュ冷凍
機において、上記第一段圧縮部にその負荷を調節する負
荷調節手段を設けるとともに、上記両圧縮部間における
中間圧力と上記第二段圧縮部の吐出圧力との差圧を検出
して、この差圧に基づき、上記負荷調節手段に対して制
御信号を出力し、上記差圧の絶対値が予め定めた値を超
える場合には、上記負荷調節手段を上記第一段圧縮部が
全負荷運転する状態とし、上記絶対値が上記予め定めた
値以下の場合には、上記負荷調節手段を上記第一段圧縮
部が部分負荷運転する状態とする差圧調節器を設けた構
成としてある。
て、上記差圧調節器が、上記絶対値が小さくなるにした
がって、上記第一段圧縮部の負荷が軽減される状態とす
る機能を有する構成としてある。
発明の構成に加えて、上記モータの回転数を制御するイ
ンバータと、冷却側熱負荷を検出する熱負荷検出手段
と、この熱負荷検出手段により検出された熱負荷を示す
熱負荷信号を受けて、上記インバータに対して、上記検
出された熱負荷が大きい場合には上記モータの回転数を
上げさせる信号を出力する一方、上記検出された熱負荷
が小さい場合には上記モータの回転数を下げさせる信号
を出力する調節計とを設けた構成としてある。
したがって説明する。図1〜4は、第一発明および第二
発明に係るスクリュ冷凍機1を示し、図9に示すスクリ
ュ冷凍機10と互いに共通する部分については、同一番
号を付して説明を省略する。スクリュ冷凍機10におけ
る圧縮機11は、上述したようにモータ21、第一段圧
縮部22および第二段圧縮部23により形成され、これ
らは一体形のケーング31を共有している。なお、モー
タ21のケーシング31の部分は水或いは冷媒液により
冷却される液冷構造になっている。
た互いに噛合うスクリュ形の雄ロータ32と雌ロータ3
3とを有し、雄ロータ32のロータ軸34,35の内、
一方のロータ軸34の延設部はモータ21の出力軸とな
っている。雄ロータ32および雌ロータ33のモータ2
1側に蒸発器15に連通する第一段吸込口36が形成さ
れ、この反対側に第一段吐出口37が形成されている。
また、雄ロータ32とケーシング31の外周部との間に
は、ロータ軸34,35と平行に進退し、第一段圧縮部
22の負荷を調節する負荷調節手段としてピストン弁3
8が嵌挿され、雄ロータ32とピストン弁38との間の
ロータ室壁部にはピストン弁38の移動方向に沿って複
数の貫通孔39が穿設されている。
図中(X)を付した二点鎖線表示の位置にあるときは、
第一段圧縮部22は、貫通孔39の全てがピストン弁3
8により閉じられ、第一段吸込口36から吸込まれた冷
媒の全てが圧縮され、第一段吐出口37に吐出される全
負荷状態(100%負荷の状態)となる。これに対し
て、ピストン弁38が吐出側に移動してゆき、まず最も
吸込み側に位置する貫通孔39上を通過し、この貫通孔
39がピストン弁38の摺動空間41に開口すると、第
一段圧縮部22は、第一段吸込口36から吸込まれた冷
媒の一部がこの開かれた貫通孔39から摺動空間41を
介して第一段吸込口36に還流し、残りの冷媒だけが圧
縮され、第一段吐出口37に吐出される部分負荷状態
(100%未満の負荷の状態)となる。
し、開かれた貫通孔39の数が増大すると、第一段圧縮
部22は、第一段吸込口36から吸込まれた冷媒の内
で、貫通孔39から摺動空間41を介して第一段吸込口
36に還流する冷媒の比率が増大し、より低負荷の部分
負荷状態となる。そして、ピストン弁38が最も吐出側
に移動した図中(Y)を付した実線表示の位置にあると
きは、第一段圧縮部22は、貫通孔39の全てがピスト
ン弁38から離れて開かれ、第一段吸込口36から吸込
まれた冷媒の内のさらに少ない一部のみが圧縮され、第
一段吐出口37に吐出される最も低負荷の部分負荷状態
となる。このように、このピストン弁38が進退するこ
とにより、第一段圧縮部22は全負荷状態から部分負荷
状態或いはその逆へと負荷調節がなされる。
た互いに噛合うスクリュ形の雄ロータ42と雌ロータ4
3とを有し、雄ロータ42のロータ軸44,45の内、
一方のロータ軸44と第一段圧縮部22における雄ロー
タ32のロータ軸35とは同軸上に配置され、カップリ
ング46により一体回転可能に結合されている。また、
雄ロータ42および雌ロータ43の第一段圧縮部22側
に第一段吐出口37に連通する第二段吸込口47が形成
され、この反対側に油分離回収器12に通じる第二段吐
出口48が形成されている。
22と第二段圧縮部23との間の中間部49、具体的に
は、第一段吐出口37から第二段吸込口47に至る部分
は、第一段吸込口37における吸込圧と第二段吐出口4
8における吐出圧力との間の中間圧力の状態にあり、第
二段圧縮部23の吐出側の軸受部51も略この中間圧力
の状態になっている。そして、この軸受部51の外側に
排油室52が形成され、ここに流出した油は矢印Aで示
すように中間部49に導かれる。
1内の上記中間圧力と圧縮機11の吐出圧力との差圧を
検出し、この差圧に基づき、ピストン弁38の駆動部に
対して制御信号を出力し、上記差圧の絶対値が予め定め
た値、例えば3kg/cm2以下にならないようにピストン
弁38を作動させる差圧調節器53が設けられている。
具体的には、差圧調節器53により、上記差圧の絶対値
が予め定めた値を超える場合には、ピストン弁38を第
一段圧縮部22が全負荷運転する位置、即ち上述した
(X)の位置に保ち、上記絶対値が上記予め定めた値以
下の場合には、ピストン弁38を第一段圧縮部22が部
分負荷運転する位置に移動させるようになっている。そ
して、この負荷が軽減されることにより、中間圧力の上
昇が抑制される。なお、この中間圧力の上昇の抑制をよ
り円滑に実現せしめるため、この実施形態では、上記絶
対値が小さくなるにしたがって、第一段圧縮部22の負
荷が軽減される位置、即ち上述した(X)よりも吐出側
の位置に移動させるようにもなっている。
て、上述した図5を参照しつつ説明する。図1〜4に示
すスクリュ冷凍機1の場合、圧縮機11の吐出圧力に対
して所定値を超える差圧が保たれるように第一段圧縮部
22の負荷が調節され、特に蒸発温度が−10℃〜−3
0℃の温度領域で負荷が軽減されるようにピストン弁3
8の位置制御がなされ、中間圧力の上昇が抑制されてい
る。したがって、このスクリュ冷凍機1の圧縮機11に
おける中間圧力は図5において実線による曲線L5のよ
うに変化する。即ち、スクリュ冷凍機1の場合、蒸発温
度が−10℃〜−30℃の温度領域でも中間圧力は吐出
圧力に比して低く保たれ、圧縮機11内の油供給を必要
とするいずれの箇所にも運転を続けるのに十分な給油が
維持され、蒸発温度−10℃〜−60℃まで同じように
運転を続けることが可能となっている。なお、吐出圧力
を検出する位置としては、圧縮機11における第二段吐
出口48から凝縮器13までの間のいずれの位置でもよ
く、油分離回収器12内でもよい。
クリュ冷凍機2Aを示し、図1〜4に示すスクリュ冷凍
機1と互いに共通する部分については、同一番号を付し
て説明を省略する。このスクリュ冷凍機2Aでは、モー
タ21と電源27との間にモータ21の回転数を制御す
るためのインバータ54を介在させてある。また、スク
リュ冷凍機2Aの冷却側熱負荷を検出するために圧縮機
11の吸込み側に吸込圧力検出器55を設け、ここで検
出された吸込圧力を示す圧力信号を調節計56に入力
し、この圧力信号に基づきモータ21の回転数を制御す
るための信号を調節計56からインバータ54に出力さ
せている。具体的には、吸込圧力が下がるとモータ21
の回転数を上げさせ、逆に吸込み圧力が上がるとモータ
21の回転数を下げさせ、スクリュ冷凍器2Aが所望の
能力を保つようにしてある。
ュ冷凍機1Aの場合、蒸発温度が−30℃程度に下がる
迄は部分負荷の状態で運転をすることにより中間圧力の
上昇を抑制しているが、この部分負荷の状態で運転して
いる間は冷凍能力が低下することになる。この冷凍能力
の低下は、モータ21の回転数を上げることにより防ぐ
ことができ、しかもこの回転数の上昇により中間圧力が
変化することはない。
温度とその冷凍能力(kcal/hr)との関係を示し、モー
タ21の回転数を一定値N1(rpm)に保ったままで、
蒸発温度が−10℃から−60℃になるまで運転を続け
た場合、蒸発温度−10℃〜−30℃までは部分負荷の
状態での運転のため冷凍能力は低く、蒸発温度が−30
℃〜−60℃の温度領域では、全負荷の状態で運転され
るため冷凍能力は高くなっている。部分負荷の状態で運
転する必要がある蒸発温度−10℃〜−30℃までの温
度領域でも、吸込圧力がより高い値に保たれるように調
節計56における設定を適宜変えることにより、上記回
転数がより大きいN2(rpm)(>N1)、さらに大き
いN3(rpm)(>N2)とし、これにより冷凍能力を
適宜上昇させることが可能となる。
クリュ冷凍機2Bを示し、図6に示すスクリュ冷凍機2
Aと互いに共通する部分については、同一番号を付して
説明を省略する。このスクリュ冷凍機2Bでは、スクリ
ュ冷凍機2Aの冷却側熱負荷を検出するために蒸発器1
5から流出する被冷却体の温度を検出する温度検出器5
7を設け、これにより検出された温度を示す温度信号を
調節計56に入力し、この温度信号に基づきモータ21
の回転数を制御するための信号を調節計56からインバ
ータ54に出力させている。具体的には、検出された温
度が高い場合には、モータ21の回転数を上げさせ、逆
にこの温度が低い場合には、モータ21の回転数を下げ
させ、スクリュ冷凍器2Bが所望の能力を保つようにし
てある。
明によれば、タンデム配置され、単一のモータにより駆
動される油冷式スクリュ形の第一段圧縮部および第二段
圧縮部を有する二段形圧縮機を用いたスクリュ冷凍機に
おいて、上記第一段圧縮部にその負荷を調節する負荷調
節手段を設けるとともに、上記両圧縮部間における中間
圧力と上記第二段圧縮部の吐出圧力との差圧を検出し
て、この差圧に基づき、上記負荷調節手段に対して制御
信号を出力し、上記差圧の絶対値が予め定めた値を超え
る場合には、上記負荷調節手段を上記第一段圧縮部が全
負荷運転する状態とし、上記絶対値が上記予め定めた値
以下の場合には、上記負荷調節手段を上記第一段圧縮部
が部分負荷運転する状態とする差圧調節器を設けた構成
としてある。
に加えて、上記差圧調節器が、上記絶対値が小さくなる
にしたがって、上記第一段圧縮部の負荷が軽減される状
態とする機能を有する構成としてある。このため、コン
パクトな構成で、中間圧力調節のためのマニュアル操作
が不要になり、物を冷却する場合、最初から蒸発温度が
−30℃程度になる迄の運転を、蒸発温度が−30℃程
度〜−60℃程度の温度領域での運転と全く同様に続け
ることができ、冷凍機としての広範な温度領域での運転
が可能になるという効果を奏する。
明の構成に加えて、上記モータの回転数を制御するイン
バータと、冷却側熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、
この熱負荷検出手段により検出された熱負荷を示す熱負
荷信号を受けて、上記インバータに対して、上記検出さ
れた熱負荷が大きい場合には上記モータの回転数を上げ
させる信号を出力する一方、上記検出された熱負荷が小
さい場合には上記モータの回転数を下げさせる信号を出
力する調節計とを設けた構成としてある。このため、第
一発明による効果に加えて、物を冷脚する場合、最初か
ら蒸発温度が−30℃程度になる迄の温度領域で部分負
荷の状態で運転する場合でも、モータの回転数を上げる
ことにより冷凍能力の低下はなくなるという効果を奏す
る。
全体構成を示す図である。
断面図である。
見た部分断面図である。
度と中間圧力との関係を示す図である。
機の全体構成を示す図である。
と冷凍能力との関係を示す図である。
機の全体構成を示す図である。
ある。
冷凍機 10 スクリュ冷凍機 11 圧縮機 12 油分離回収器 13 凝縮器 14 膨張弁 15 蒸発器 21 モータ 22 第一段圧縮部 23 第二段圧縮部 26 油流路 38 ピストン弁 39 貫通孔 53 差圧調節器 54 インバータ 55 吸込圧力検出器 56 調節計 57 温度検出器
6)
Claims (3)
- 【請求項1】 タンデム配置され、単一のモータにより
駆動される油冷式スクリュ形の第一段圧縮部および第二
段圧縮部を有する二段形圧縮機を用いたスクリュ冷凍機
において、上記第一段圧縮部にその負荷を調節する負荷
調節手段を設けるとともに、上記両圧縮部間における中
間圧力と上記第二段圧縮部の吐出圧力との差圧を検出し
て、この差圧に基づき、上記負荷調節手段に対して制御
信号を出力し、上記差圧の絶対値が予め定めた値を超え
る場合には、上記負荷調節手段を上記第一段圧縮部が全
負荷運転する状態とし、上記絶対値が上記予め定めた値
以下の場合には、上記負荷調節手段を上記第一段圧縮部
が部分負荷運転する状態とする差圧調節器を設けたこと
を特徴とするスクリュ冷凍機。 - 【請求項2】 上記差圧調節器が、上記絶対値が小さく
なるにしたがって、上記第一段圧縮部の負荷が軽減され
る状態とする機能を有することを特徴とする請求項1に
記載のスクリュ冷凍機。 - 【請求項3】 上記モータの回転数を制御するインバー
タと、冷却側熱負荷を検出する熱負荷検出手段と、この
熱負荷検出手段により検出された熱負荷を示す熱負荷信
号を受けて、上記インバータに対して、上記検出された
熱負荷が大きい場合には上記モータの回転数を上げさせ
る信号を出力する一方、上記検出された熱負荷が小さい
場合には上記モータの回転数を下げさせる信号を出力す
る調節計とを設けたことを特徴とする請求項1または2
に記載のスクリュ冷凍機。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001063300A JP3837298B2 (ja) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | スクリュ冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001063300A JP3837298B2 (ja) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | スクリュ冷凍機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002266782A true JP2002266782A (ja) | 2002-09-18 |
JP3837298B2 JP3837298B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=18922316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001063300A Expired - Lifetime JP3837298B2 (ja) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | スクリュ冷凍機 |
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