JP6340213B2 - Turbo refrigerator - Google Patents
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Description
本発明は、ターボ冷凍機に係り、特にターボ圧縮機を駆動する電動機に冷凍サイクルから冷媒の一部を導いて電動機を冷却する方式のターボ冷凍機に関するものである。 The present invention relates to a turbo chiller, and more particularly to a turbo chiller that cools an electric motor by introducing a part of refrigerant from a refrigeration cycle to an electric motor that drives the turbo compressor.
従来、冷凍空調装置などに利用されるターボ冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、冷水(被冷却流体)から熱を奪って冷媒が蒸発して冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスにする圧縮機と、高圧の冷媒ガスを冷却水(冷却流体)で冷却して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させる膨張弁(膨張機構)とを、冷媒配管によって連結して構成されている。 Conventionally, a turbo refrigerator used in a refrigeration air conditioner or the like is configured by a closed system in which a refrigerant is enclosed, an evaporator that takes heat from cold water (fluid to be cooled) and evaporates the refrigerant to exert a refrigeration effect; A compressor that compresses the refrigerant gas evaporated in the evaporator to form a high-pressure refrigerant gas; a condenser that cools and condenses the high-pressure refrigerant gas with cooling water (cooling fluid); and depressurizes the condensed refrigerant. An expansion valve (expansion mechanism) that is expanded by being connected by a refrigerant pipe.
ターボ冷凍機に用いられているターボ圧縮機は、電動機が圧縮機とともに分割型のケーシングに密閉状態で収容されている半密閉型圧縮機を採用する場合が多い。この半密閉型圧縮機においては、電動機の損失により生じた発熱を、冷凍サイクル中の凝縮冷媒(液冷媒)を電動機内部に導入して冷媒の蒸発潜熱を利用して冷却する場合が多い。この場合、通常、凝縮器から電動機に冷媒を送るようにしており、冷媒を送る駆動源は、凝縮器と電動機(蒸発器)の圧力差となる。 In many cases, a turbo compressor used in a turbo refrigerator employs a semi-hermetic compressor in which an electric motor is housed in a split casing together with a compressor. In this semi-hermetic compressor, the heat generated due to the loss of the electric motor is often cooled by introducing condensed refrigerant (liquid refrigerant) in the refrigeration cycle into the electric motor and using the latent heat of vaporization of the refrigerant. In this case, the refrigerant is normally sent from the condenser to the electric motor, and the drive source for sending the refrigerant is a pressure difference between the condenser and the electric motor (evaporator).
電動機を冷却した凝縮冷媒は、膨張過程の中で、そのクオリティ(乾き度)に応じた分の冷媒ガスがフラッシュして蒸発器に戻る。ターボ冷凍機の効率向上には、電動機への冷却冷媒量を削減することも有効であるが、電動機の発熱に応じた冷却冷媒量が必要であるため、冷却冷媒量を過剰に削減すると、電動機の冷却機能が不良となり、電動機の温度が上昇して冷凍機の正常運転を継続することが困難となる。 In the expansion process, the condensed refrigerant that has cooled the electric motor is flushed with the refrigerant gas corresponding to the quality (dryness) and returned to the evaporator. To improve the efficiency of turbo chillers, it is also effective to reduce the amount of cooling refrigerant to the motor, but the amount of cooling refrigerant corresponding to the heat generated by the motor is required. As a result, the temperature of the electric motor rises and it becomes difficult to continue normal operation of the refrigerator.
電動機損失の発熱分を冷却するための冷媒量は熱量計算から算出されるものの実際の冷凍機の運転に際しては、計算値に対して数倍の冷却冷媒量を電動機に供給しなければ電動機の冷却冷媒を過剰に削減することにより、電動機の冷却機能が損なわれるリスクを持っている。電動機を冷却した凝縮冷媒は、膨張過程の中で、その乾き度(クオリティ)に応じた分の冷媒ガスがフラッシュして蒸発器に戻る。フラッシュした冷媒ガスは、冷凍効果に寄与することなく圧縮機に吸込まれ、余剰な圧縮動力を消費する原因となり、冷凍機の効率低下を招く。 Although the amount of refrigerant for cooling the heat loss of the motor loss is calculated from the calorific value calculation, when operating the actual refrigerator, the cooling of the motor is required unless a cooling refrigerant amount several times the calculated value is supplied to the motor. There is a risk that the cooling function of the electric motor is impaired by excessively reducing the refrigerant. In the expansion process, the condensed refrigerant that has cooled the electric motor is flushed with the refrigerant gas corresponding to the dryness (quality) and returned to the evaporator. The flushed refrigerant gas is sucked into the compressor without contributing to the refrigeration effect, causing excessive compression power to be consumed, leading to a reduction in efficiency of the refrigerator.
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ターボ圧縮機を駆動する電動機の冷却用冷媒としてサブクーラーの過冷却冷媒液を利用することにより、蒸発器でフラッシュして冷凍効果に寄与しない冷媒ガス量を低減することができ、また電動機の冷却冷媒配管でのフラッシュ回避による安定した電動機の冷却機能を確保できるターボ冷凍機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by using the subcooler supercooled refrigerant liquid as a cooling refrigerant for the electric motor that drives the turbo compressor, the evaporator is flushed and does not contribute to the refrigeration effect. It is an object of the present invention to provide a turbo chiller that can reduce the amount of refrigerant gas and that can secure a stable cooling function of the motor by avoiding flash in the cooling refrigerant piping of the motor.
上述の目的を達成するため、本発明のターボ冷凍機は、被冷却流体から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を多段の羽根車によって圧縮する多段ターボ圧縮機と、前記多段ターボ圧縮機を駆動する電動機と、圧縮された冷媒ガスを冷却流体で冷却して凝縮させる凝縮器と、凝縮した冷媒液の一部を蒸発させて蒸発した冷媒ガスを前記多段ターボ圧縮機の多段圧縮段の中間部分に供給する中間冷却器であるエコノマイザとを備えたターボ冷凍機において、前記凝縮器で凝縮した冷媒を過冷却するサブクーラーと、エコノマイザから前記電動機に冷媒を供給する冷媒供給配管と、前記サブクーラー側から前記電動機に冷媒を供給する冷媒供給配管と、前記エコノマイザから前記電動機への冷媒供給と前記サブクーラー側から前記電動機への冷媒供給との切替えを行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、エコノマイザで分離された冷媒ガスが多段ターボ圧縮機の多段の圧縮段の中間部分に導入されるエコノマイザサイクルを構築できるため、エコノマイザによる冷凍効果部分が付加されるので、その分だけ冷凍効果が増加して高効率化を図ることができる。そして、エコノマイザと蒸発器の差圧が大きい場合には、中間圧力であるエコノマイザから電動機の冷却用の冷媒を供給することにより、エコノマイザ効果の低減をゼロにすることが可能となり、冷凍機の性能低下や効率低下を防ぐことができる。
本発明によれば、エコノマイザと蒸発器の差圧が小さい場合には、サブクーラー側から電動機の冷却用の冷媒を供給することができる。
本発明の実施形態によれば、冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機を駆動する電動機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、前記凝縮器で凝縮した冷媒を過冷却するサブクーラーと、前記サブクーラー側から分岐した配管であって、サブクーラー側から前記電動機に冷媒を供給する冷媒供給配管とを備え、前記サブクーラーによって過冷却された冷媒により前記電動機を冷却するようにし、前記ターボ冷凍機は、さらに、前記冷媒供給配管に設置され、該冷媒供給配管を流れる冷媒流量を制御する制御弁と、前記電動機の定格電流比と線形関係にあって高い相関のあるステータコア温度を測定する温度測定手段と、前記制御弁の開度を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、予め求めておいたステータコア温度と制御弁の開度との関係に基づいて前記温度測定手段により測定された前記電動機のステータコア温度から前記制御弁の開度を決定し、この決定された開度に制御弁を制御することにより前記電動機に供給される冷媒流量を制御する。
In order to achieve the above-described object, a turbo refrigerator of the present invention includes an evaporator that takes heat from a fluid to be cooled and evaporates the refrigerant to exert a refrigeration effect, and a multistage turbo compressor that compresses the refrigerant using a multistage impeller. An electric motor that drives the multi-stage turbo compressor, a condenser that cools and condenses the compressed refrigerant gas with a cooling fluid, and evaporates a part of the condensed refrigerant liquid to evaporate the evaporated refrigerant gas. In a turbo chiller equipped with an economizer that is an intermediate cooler that supplies an intermediate part of a multistage compression stage of a compressor, a subcooler that supercools the refrigerant condensed in the condenser, and a refrigerant that is supplied from the economizer to the electric motor A refrigerant supply pipe for supplying refrigerant to the electric motor from the subcooler side, a refrigerant supply from the economizer to the electric motor, and the subcooler side. Characterized by comprising a control device for switching between the refrigerant supply to the motor.
According to the present invention, since the economizer cycle in which the refrigerant gas separated by the economizer is introduced into the middle part of the multistage compression stage of the multistage turbo compressor can be constructed, the refrigeration effect part by the economizer is added. Only the refrigeration effect can be increased and the efficiency can be improved. When the differential pressure between the economizer and the evaporator is large, it is possible to reduce the economizer effect to zero by supplying refrigerant for cooling the motor from the economizer, which is an intermediate pressure. Reduction and efficiency reduction can be prevented.
According to the present invention, when the differential pressure between the economizer and the evaporator is small, the refrigerant for cooling the electric motor can be supplied from the subcooler side.
According to an embodiment of the present invention, an evaporator that takes heat from cold water and evaporates the refrigerant to exert a refrigeration effect, a turbo compressor that compresses the refrigerant with an impeller, an electric motor that drives the turbo compressor, and a compression A subcooler for cooling the refrigerant condensed by the condenser, and a pipe branched from the subcooler side. A refrigerant supply pipe for supplying a refrigerant from the subcooler side to the electric motor, wherein the electric motor is cooled by the refrigerant subcooled by the subcooler, and the turbo refrigerator is further connected to the refrigerant supply pipe. A control valve that is installed and controls the flow rate of refrigerant flowing through the refrigerant supply pipe, and measures the stator core temperature that is linearly related to the rated current ratio of the motor and has a high correlation. A temperature measuring means and a control device for controlling the opening degree of the control valve, wherein the control device measures the temperature based on the relationship between the stator core temperature determined in advance and the opening degree of the control valve. It is to determine the degree of opening of the control valve from the stator core temperature of the motor, that controls the flow rate of refrigerant supplied to the electric motor by controlling the control valve on the determined degree of opening.
上記実施形態によれば、サブクーラーで過冷却された冷媒液を電動機の冷却に利用することにより、過冷却冷媒液時のフラッシュガス量が減少し、冷凍効果に寄与しない冷媒ガスを低減できるため、圧縮機の余剰動力を削減し、冷凍機の効率低下を回避できる。
また、上記実施形態によれば、サブクーラーの出口の過冷却冷媒液を電動機の冷却材として使用しているため、サブクーラーからの冷媒液は既に飽和温度以下に過冷却されているので、配管の圧力損失によるフラッシュのリスクが低くなり、安定した電動機の冷却機能を確保することが可能となる。
上記実施形態によれば、ターボ冷凍機の稼働中に、ターボ圧縮機を駆動する電動機の内部温度を測定し、測定信号は制御装置に逐次送られる。制御装置では、測定した電動機の内部温度に基づいて制御弁の開度を制御し、サブクーラー側から冷媒供給配管を介して電動機に供給される凝縮冷媒の流量を制御する。このようにして、電動機に供給される凝縮冷媒の冷媒量を電動機の発熱量に見合うように最適化することにより、電動機の冷却を過不足なく適正に行うことができる。電動機の冷却を終えたガス冷媒は、返送配管を介して蒸発器に返送される。
According to the above embodiment , by using the refrigerant liquid supercooled by the subcooler for cooling the electric motor, the amount of flash gas at the time of the supercooled refrigerant liquid is reduced, and the refrigerant gas that does not contribute to the refrigeration effect can be reduced. The excess power of the compressor can be reduced and the efficiency of the refrigerator can be avoided.
Also, according to the above embodiment , since the supercooled refrigerant liquid at the outlet of the subcooler is used as the coolant for the electric motor, the refrigerant liquid from the subcooler has already been subcooled to the saturation temperature or lower, so that the piping The risk of flashing due to the pressure loss is reduced, and a stable motor cooling function can be secured.
According to the above embodiment , the internal temperature of the electric motor that drives the turbo compressor is measured during operation of the turbo refrigerator, and the measurement signal is sequentially sent to the control device. The control device controls the opening degree of the control valve based on the measured internal temperature of the electric motor, and controls the flow rate of the condensed refrigerant supplied to the electric motor from the subcooler side through the refrigerant supply pipe. In this way, by optimizing the amount of condensed refrigerant supplied to the electric motor so as to match the amount of heat generated by the electric motor, the electric motor can be properly cooled without excess or deficiency. The gas refrigerant that has finished cooling the electric motor is returned to the evaporator via the return pipe.
本発明の実施形態によれば、前記冷媒供給配管に設置され、該冷媒供給配管を流れる冷媒流量を制御する制御弁と、蒸発器内の冷媒と熱交換する冷水の入口温度を測定する手段と、蒸発器内の冷媒と熱交換した後の冷水の出口温度を測定する手段と、前記制御弁の開度を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記蒸発器の冷水入口温度と冷水出口温度の温度差と前記蒸発器を流れる冷水の流量とから冷凍能力を算出し、算出した冷凍能力に基づいて前記制御弁の開度を制御することにより前記電動機に供給される冷媒流量を制御する。 According to an embodiment of the present invention, a control valve that is installed in the refrigerant supply pipe and controls the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant supply pipe, and means for measuring the inlet temperature of cold water that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator; And means for measuring the outlet temperature of the cold water after heat exchange with the refrigerant in the evaporator, and a control device for controlling the opening degree of the control valve, the control device comprising the cold water inlet temperature of the evaporator, The refrigerating capacity is calculated from the temperature difference of the chilled water outlet temperature and the flow rate of the chilled water flowing through the evaporator, and the flow rate of the refrigerant supplied to the motor is controlled by controlling the opening of the control valve based on the calculated refrigeration capacity. you control.
上記実施形態によれば、ターボ冷凍機の稼働中に蒸発器の冷水入口温度を測定するとともに蒸発器の冷水出口温度を測定する。これら測定信号は制御装置に逐次送られ、制御装置において冷水出入口の温度差が演算される。制御装置では、こうして得られた温度差と蒸発器を流れる冷水流量とを乗算することにより冷凍能力を算出する。このとき、冷水流量が定格流量(固定流量)の場合には、計測する必要はないが、冷水流量が変流量の場合には、流量計測手段で計測して冷水流量を得る。このようにして算出した冷凍能力から電動機を冷却するために必要な凝縮冷媒(液冷媒)の冷媒量が決まるので、制御弁の開度を制御し、サブクーラー側から冷媒供給配管を介して電動機に供給される凝縮冷媒の流量を制御する。このようにして、電動機に供給される凝縮冷媒の冷媒量を電動機の発熱量に見合うように最適化することにより、電動機の冷却を過不足なく適正に行うことができる。電動機の冷却を終えたガス冷媒は、返送配管を介して蒸発器に返送される。 According to the above embodiment , the cold water inlet temperature of the evaporator is measured and the cold water outlet temperature of the evaporator is measured while the turbo refrigerator is in operation. These measurement signals are sequentially sent to the control device, and the control device calculates the temperature difference between the cold water inlet and outlet. In the control device, the refrigerating capacity is calculated by multiplying the temperature difference thus obtained by the flow rate of the cold water flowing through the evaporator. At this time, when the chilled water flow rate is the rated flow rate (fixed flow rate), it is not necessary to measure, but when the chilled water flow rate is a variable flow rate, the flow rate measuring means measures to obtain the chilled water flow rate. Since the refrigerant amount of the condensed refrigerant (liquid refrigerant) necessary for cooling the electric motor is determined from the refrigeration capacity calculated in this way, the opening of the control valve is controlled, and the electric motor is connected from the subcooler side via the refrigerant supply pipe. The flow rate of the condensed refrigerant supplied to the is controlled. In this way, by optimizing the amount of condensed refrigerant supplied to the electric motor so as to match the amount of heat generated by the electric motor, the electric motor can be properly cooled without excess or deficiency. The gas refrigerant that has finished cooling the electric motor is returned to the evaporator via the return pipe.
本発明の実施形態によれば、前記蒸発器を流れる冷水の流量を計測する手段を備えた。
上記実施形態によれば、蒸発器を流れる冷水流量が変流量の場合には、流量計測手段で計測して冷水流量を得る。
According to the embodiment of the present invention, there is provided means for measuring the flow rate of the cold water flowing through the evaporator .
According to the above embodiment , when the flow rate of the cold water flowing through the evaporator is a variable flow rate, the flow rate is measured by the flow rate measuring means to obtain the cold water flow rate.
本発明の実施形態によれば、前記蒸発器の冷水入口圧力と冷水出口圧力の圧力差を測定する手段を備え、前記制御装置は前記圧力差から前記蒸発器を流れる冷水の流量を演算する。
上記実施形態によれば、蒸発器の冷水入口配管と冷水出口配管との間に差圧計を設けて蒸発器で生ずる冷水圧力損失を計測し、蒸発器の冷水圧力損失から蒸発器を流れる冷水流量を演算する。
According to an embodiment of the present invention, comprising means for measuring the pressure difference between the cold water inlet pressure and the coolant outlet pressure of the evaporator, the control device you calculating the flow rate of cold water flowing through the evaporator from the pressure difference .
According to the above embodiment , a differential pressure gauge is provided between the cold water inlet pipe and the cold water outlet pipe of the evaporator to measure the cold water pressure loss generated in the evaporator, and the flow rate of cold water flowing through the evaporator from the cold water pressure loss of the evaporator Is calculated.
本発明の実施形態によれば、前記冷媒供給配管に設置され、該冷媒供給配管を流れる冷媒流量を制御する制御弁と、凝縮器内の冷媒と熱交換する冷却水の入口温度を測定する手段と、凝縮器内の冷媒と熱交換した後の冷却水の出口温度を測定する手段と、前記制御弁の開度を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記凝縮器の冷却水入口温度と冷却水出口温度の温度差と前記凝縮器を流れる冷却水の流量とから冷却水冷却能力を算出し、算出した冷却水冷却能力に基づいて前記制御弁の開度を制御することにより前記電動機に供給される冷媒流量を制御する。 According to the embodiment of the present invention, the control valve that is installed in the refrigerant supply pipe and controls the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant supply pipe, and the means for measuring the inlet temperature of the cooling water that exchanges heat with the refrigerant in the condenser And means for measuring the outlet temperature of the cooling water after exchanging heat with the refrigerant in the condenser, and a control device for controlling the opening of the control valve, wherein the control device is a cooling water for the condenser. By calculating the cooling water cooling capacity from the temperature difference between the inlet temperature and the cooling water outlet temperature and the flow rate of the cooling water flowing through the condenser, and controlling the opening of the control valve based on the calculated cooling water cooling capacity that controls the flow rate of refrigerant supplied to the electric motor.
上記実施形態によれば、ターボ冷凍機の稼働中に凝縮器の冷却水入口温度を測定するとともに凝縮器の冷却水出口温度を測定する。これら測定信号は制御装置に逐次送られ、制御装置において冷却水出入口の温度差が演算される。制御装置では、こうして得られた温度差と凝縮器を流れる冷却水流量とを乗算することにより冷却水冷却能力を算出する。このとき、冷却水流量が定格流量(固定流量)の場合には、計測する必要はないが、冷却水流量が変流量の場合には、流量計測手段で計測して冷却水流量を得る。このようにして算出した冷却水冷却能力から電動機を冷却するために必要な凝縮冷媒(液冷媒)の冷媒量が決まるので、制御弁の開度を制御し、サブクーラー側から冷媒供給配管を介して電動機に供給される凝縮冷媒の流量を制御する。このようにして、電動機に供給される凝縮冷媒の冷媒量を電動機の発熱量に見合うように最適化することにより、電動機の冷却を過不足なく適正に行うことができる。電動機の冷却を終えたガス冷媒は、返送配管を介して蒸発器に返送される。 According to the above embodiment , the cooling water inlet temperature of the condenser is measured while the turbo refrigerator is in operation, and the cooling water outlet temperature of the condenser is measured. These measurement signals are sequentially sent to the control device, and the control device calculates the temperature difference between the cooling water inlet and outlet. In the control device, the cooling water cooling capacity is calculated by multiplying the temperature difference thus obtained by the cooling water flow rate flowing through the condenser. At this time, when the cooling water flow rate is the rated flow rate (fixed flow rate), it is not necessary to measure, but when the cooling water flow rate is a variable flow rate, the cooling water flow rate is obtained by measuring with the flow rate measuring means. The amount of condensed refrigerant (liquid refrigerant) necessary for cooling the electric motor is determined from the cooling water cooling capacity calculated in this way, so the opening degree of the control valve is controlled and the subcooler side is connected via the refrigerant supply pipe. To control the flow rate of the condensed refrigerant supplied to the electric motor. In this way, by optimizing the amount of condensed refrigerant supplied to the electric motor so as to match the amount of heat generated by the electric motor, the electric motor can be properly cooled without excess or deficiency. The gas refrigerant that has finished cooling the electric motor is returned to the evaporator via the return pipe.
本発明の実施形態によれば、前記凝縮器を流れる冷却水の流量を計測する手段を備えた。
上記実施形態によれば、凝縮器を流れる冷却水流量が変流量の場合には、流量計測手段で計測して冷却水流量を得る。
According to an embodiment of the present invention, there is provided means for measuring the flow rate of the cooling water flowing through the condenser .
According to the above embodiment , when the flow rate of the cooling water flowing through the condenser is a variable flow rate, the flow rate is measured by the flow rate measuring means to obtain the cooling water flow rate.
本発明の実施形態によれば、前記凝縮器の冷却水入口圧力と冷却水出口圧力の圧力差を測定する手段を備え、前記制御装置は前記圧力差から前記凝縮器を流れる冷却水の流量を演算する。
上記実施形態によれば、凝縮器の冷却水入口配管と冷却水出口配管との間に差圧計を設けて凝縮器で生ずる冷却水圧力損失を計測し、凝縮器の冷却水圧力損失から凝縮器を流れる冷却水流量を演算する。
According to an embodiment of the present invention, there is provided means for measuring the pressure difference between the cooling water inlet pressure and the cooling water outlet pressure of the condenser, and the control device determines the flow rate of the cooling water flowing through the condenser from the pressure difference. you arithmetic.
According to the above embodiment , the differential pressure gauge is provided between the cooling water inlet pipe and the cooling water outlet pipe of the condenser to measure the cooling water pressure loss generated in the condenser, and the condenser is determined from the cooling water pressure loss of the condenser. The flow rate of the cooling water flowing through the
本発明の実施形態によれば、前記制御弁は前記電動機に近接した位置に設置されている。
上記実施形態によれば、電動式の制御弁の取付位置は、冷媒供給配管において電動機側に可能な限り近い方がよい。これは、制御弁が絞り機構となるので、その二次側で液冷媒がフラッシュして冷媒の二相流となり、冷媒の流れが阻害される恐れがあるためである。
According to an embodiment of the present invention, the control valve that is disposed in a position close to the motor.
According to the above embodiment , the mounting position of the electric control valve is preferably as close as possible to the electric motor side in the refrigerant supply pipe. This is because the control valve becomes a throttling mechanism, so that the liquid refrigerant is flushed on the secondary side to form a two-phase flow of the refrigerant, and the refrigerant flow may be hindered.
本発明の実施形態によれば、前記温度測定手段は熱電対である。 According to an embodiment of the present invention, the temperature measuring means Ru der thermocouple.
本発明の好ましい態様は、前記制御装置は、前記エコノマイザと前記蒸発器との差圧に基づいて前記切替えを行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記エコノマイザの圧力を測定する圧力センサと前記蒸発器の圧力を測定する圧力センサとを備え、前記制御装置は、前記二つの圧力センサの測定信号から前記エコノマイザと前記蒸発器との差圧を求めることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, the control device performs the switching based on a differential pressure between the economizer and the evaporator.
A preferred embodiment of the present invention includes a pressure sensor that measures the pressure of the economizer and a pressure sensor that measures the pressure of the evaporator, and the control device uses the measurement signals of the two pressure sensors to calculate the economizer and the evaporation. It is characterized in that a differential pressure with the vessel is obtained.
本発明の好ましい態様は、前記エコノマイザと前記蒸発器の差圧が所定値以上の場合、前記エコノマイザから前記電動機に冷媒を供給することを特徴とする。
本発明によれば、エコノマイザと蒸発器の差圧が所定値以上であるときは、その差圧で電動機を冷却するための冷却冷媒の輸送を行う。所定値は、配管圧力損失から算出される値である。すなわち、所定値はエコノマイザから蒸発器までの配管圧力損失分を考慮した値であって、この配管圧力損失分にマージンの圧力分、例えば、冷媒R134aの場合、20kPa〜30kPaを加えた値である。
In a preferred aspect of the present invention, when the differential pressure between the economizer and the evaporator is a predetermined value or more, a refrigerant is supplied from the economizer to the electric motor.
According to the present invention, when the differential pressure between the economizer and the evaporator is equal to or greater than a predetermined value, the cooling refrigerant for cooling the electric motor is transported with the differential pressure. The predetermined value is a value calculated from the pipe pressure loss. That is, the predetermined value is a value in consideration of the pipe pressure loss from the economizer to the evaporator, and is a value obtained by adding a margin pressure, for example, 20 kPa to 30 kPa in the case of the refrigerant R134a, to this pipe pressure loss. .
本発明の好ましい態様は、前記エコノマイザと前記蒸発器の差圧が所定値未満の場合、前記サブクーラー側から前記電動機に冷媒を供給することを特徴とする。
本発明によれば、エコノマイザと蒸発器の差圧が所定値未満である場合には、サブクーラーと蒸発器の差圧を用いて電動機を冷却するための冷却冷媒の輸送を行う。
In a preferred aspect of the present invention, when the differential pressure between the economizer and the evaporator is less than a predetermined value, the refrigerant is supplied to the electric motor from the subcooler side.
According to the present invention, when the differential pressure between the economizer and the evaporator is less than a predetermined value, the cooling refrigerant for cooling the motor is transported using the differential pressure between the subcooler and the evaporator.
本発明の好ましい態様は、前記多段ターボ圧縮機の多段圧縮段の中間部分における羽根車の吸込風量を制御するベーンを設けたことを特徴とする。
本発明によれば、ベーンにより多段圧縮段の中間部分における羽根車の吸込風量を絞ることができるため、低ヘッド時のエコノマイザ圧力の極端な低下を防ぐことができる。そのため、エコノマイザ圧力と蒸発圧力との間に充分な圧力差を確保することが可能となり、エコノマイザから電動機への安定した冷却冷媒の供給が可能になる。
In a preferred aspect of the present invention, there is provided a vane for controlling an intake air amount of the impeller in an intermediate portion of the multistage compression stage of the multistage turbo compressor.
According to the present invention, the intake air volume of the impeller at the intermediate portion of the multistage compression stage can be reduced by the vane, so that an extreme decrease in the economizer pressure at the time of low head can be prevented. Therefore, a sufficient pressure difference can be secured between the economizer pressure and the evaporation pressure, and stable cooling refrigerant can be supplied from the economizer to the electric motor.
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
(1)ターボ圧縮機を駆動する電動機の冷却用冷媒としてサブクーラーの過冷却冷媒液を利用することにより、蒸発器でフラッシュして冷凍効果に寄与しない冷媒ガス量を低減することができるため、圧縮機の余剰動力を削減し、冷凍機の効率低下を回避できる。また、サブクーラーからの冷媒液は既に飽和温度以下に過冷却されているので、配管の圧力損失によるフラッシュのリスクが低くなり、電動機の冷却冷媒配管でのフラッシュ回避による安定した電動機の冷却機能を確保できる。
(2)ターボ圧縮機を駆動する電動機の冷却用冷媒として冷凍サイクルから電動機に供給される冷媒の冷媒量を最適化することにより、電動機の冷却を過不足なく適正に行うことができ、冷凍機の効率低下を防止することができる。
(3)エコノマイザを備えたエコノマイザサイクルにおいて、電動機の冷却のために供給される液冷媒が過剰になることはなく、したがって液冷媒が蒸発器に戻ってしまうような事態は生じない。よって、エコノマイザ効果の低減を抑制もしくはゼロにすることが可能となり、冷凍機の効率改善を図ることができる。
The present invention has the following effects.
(1) By using the subcooler supercooled refrigerant liquid as the refrigerant for cooling the electric motor that drives the turbo compressor, it is possible to reduce the amount of refrigerant gas that does not contribute to the refrigeration effect by flushing with the evaporator. The surplus power of the compressor can be reduced, and the efficiency of the refrigerator can be avoided. In addition, since the refrigerant liquid from the subcooler is already supercooled below the saturation temperature, the risk of flushing due to pressure loss in the piping is reduced, and a stable motor cooling function is achieved by avoiding flushing in the cooling refrigerant piping of the motor. It can be secured.
(2) By optimizing the refrigerant amount of the refrigerant supplied from the refrigeration cycle to the electric motor as the refrigerant for cooling the electric motor that drives the turbo compressor, the electric motor can be properly cooled without excess or deficiency. It is possible to prevent a decrease in efficiency.
(3) In the economizer cycle provided with the economizer, the liquid refrigerant supplied for cooling the electric motor does not become excessive, and therefore, the situation where the liquid refrigerant returns to the evaporator does not occur. Therefore, the reduction in the economizer effect can be suppressed or made zero, and the efficiency of the refrigerator can be improved.
以下、本発明に係るターボ冷凍機の実施形態を図1乃至図11を参照して説明する。図1乃至図11において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は、本発明に係るターボ冷凍機の第1の実施形態を示す模式図である。図1に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機1と、圧縮された冷媒ガスを冷却水(冷却流体)で冷却して凝縮させる凝縮器2と、冷水(被冷却流体)から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器3と、凝縮器2と蒸発器3との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ4とを備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管5によって連結して構成されている。
Hereinafter, embodiments of a turbo refrigerator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11. In FIG. 1 to FIG. 11, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a turbo refrigerator according to the present invention. As shown in FIG. 1, a turbo refrigerator includes a
図1に示す実施形態においては、ターボ圧縮機1は、多段ターボ圧縮機から構成されており、電動機11によって駆動されるようになっている。ターボ圧縮機1は、電動機11が圧縮機とともに分割型のケーシングに密閉状態で収容されている半密閉型ターボ圧縮機である。ターボ圧縮機1は、流路8によってエコノマイザ4と接続されており、エコノマイザ4で分離された冷媒ガスはターボ圧縮機1の多段の圧縮段(この例では2段)の中間部分(この例では一段目と二段目の間の部分)に導入されるようになっている。凝縮器2は、底部にサブクーラーSCを内蔵したシェルアンドチューブ式の凝縮器である。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図1に示すように構成されたターボ冷凍機の冷凍サイクルでは、ターボ圧縮機1と凝縮器2と蒸発器3とエコノマイザ4とを冷媒が循環し、蒸発器3で得られる冷熱源で冷水が製造されて負荷に対応し、冷凍サイクル内に取り込まれた蒸発器3からの熱量および電動機11から供給されるターボ圧縮機1の仕事に相当する熱量が凝縮器2に供給される冷却水に放出される。一方、エコノマイザ4にて分離された冷媒ガスはターボ圧縮機1の多段圧縮段の中間部分に導入され、一段目圧縮機からの冷媒ガスと合流して二段目圧縮機により圧縮される。2段圧縮単段エコノマイザサイクルによれば、エコノマイザ4による冷凍効果部分が付加されるので、その分だけ冷凍効果が増加し、エコノマイザ4を設置しない場合に比べて冷凍効果の高効率化を図ることができる。
In the refrigeration cycle of the turbo chiller configured as shown in FIG. 1, the refrigerant circulates through the
図1に示すように、凝縮器2の底部にあるサブクーラーSCとエコノマイザ4とを接続する冷媒配管5から分岐して、冷媒をサブクーラーSCから電動機11に導く冷媒供給配管5BPが設置されている。冷媒供給配管5BPは電動機11のケーシング11cに接続されており、サブクーラーSCから過冷却冷媒液が電動機11のケーシング11c内に導入されるようになっている。電動機11のケーシング11c内に導入された冷媒は、ケーシング11c内を流れる間に蒸発し、このときの蒸発潜熱を利用して電動機11の熱を奪い電動機11を冷却するようになっている。
As shown in FIG. 1, a refrigerant supply pipe 5BP is installed that branches from a
図2は、本発明に係るターボ冷凍機の第2の実施形態を示す模式図である。図2に示すように、本実施形態においては、サブクーラーは、内蔵型ではなく外置サブクーラーSCで構成されている。外置サブクーラーSCはプレート熱交換器などからなる。その他の構成は、図1に示すターボ冷凍機と同様である。
また、以下に示す第3の実施形態から第6の実施形態に係るターボ冷凍機においても内蔵型のサブクーラーと外置サブクーラーの両方のタイプのサブクーラーを使用することができるが、内蔵型のサブクーラーを使用した場合のみを図示する。
FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the turbo refrigerator according to the present invention. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the subcooler is not a built-in type but an external subcooler SC. The external subcooler SC is composed of a plate heat exchanger or the like. Other configurations are the same as those of the turbo refrigerator shown in FIG.
Also, in the turbo chillers according to the third to sixth embodiments shown below, both types of built-in subcoolers and external subcoolers can be used. Only the case of using the subcooler is illustrated.
図1および図2に示すように構成されたターボ冷凍機においては、サブクーラーSCの出口の過冷却冷媒液を電動機11の冷却材として使用している。サブクーラー出口の過冷却冷媒液を電動機の冷却材として使用するメリットは、以下の通りである。
すなわち、サブクーラーSCで過冷却された冷媒液を電動機11の冷却に利用した後、蒸発器3に戻った冷媒液はフラッシュして湿り蒸気となるが、凝縮器→電動機→蒸発器の冷却経路と比較して、乾き度(クオリティ)が低いため、蒸発器3でフラッシュして発生するガス量が減る。
In the turbo chiller configured as shown in FIGS. 1 and 2, the supercooled refrigerant liquid at the outlet of the subcooler SC is used as a coolant for the
That is, after the refrigerant liquid supercooled by the subcooler SC is used for cooling the
図3は、蒸発器でフラッシュして発生するガス量を比較するためのモリエル線図である。図3に示すモリエル線図から、サブクーラー出口の過冷却冷媒液を電動機の冷却材として使用した場合と、凝縮器出口の飽和冷媒液を電動機の冷却材として使用した場合のフラッシュガス量は以下のように表される。
過冷却冷媒液時のフラッシュガス量=(Δh1/Δh)×G
飽和冷媒液時のフラッシュガス量=(Δh2/Δh)×G
G:電動機への冷却冷媒供給量〔kg/s〕
このようにサブクーラーSCで過冷却された冷媒液を電動機11の冷却に利用する場合には、過冷却冷媒液時のフラッシュガス量が減少し、冷凍効果に寄与しない冷媒ガスを低減できるため、圧縮機の余剰動力を削減し、冷凍機の効率低下を回避できる。
FIG. 3 is a Mollier diagram for comparing the amount of gas generated by flushing with an evaporator. From the Mollier diagram shown in FIG. 3, the amount of flash gas when the supercooled refrigerant liquid at the subcooler outlet is used as the coolant for the motor and when the saturated refrigerant liquid at the condenser outlet is used as the coolant for the motor is as follows: It is expressed as
Flash gas amount in supercooled refrigerant liquid = (Δh1 / Δh) × G
Flash gas amount at saturated refrigerant liquid = (Δh2 / Δh) × G
G: Supply amount of cooling refrigerant to the motor [kg / s]
When the refrigerant liquid supercooled by the subcooler SC is used for cooling the
また、凝縮器2からの飽和凝縮液を冷媒として、凝縮器2と蒸発器3の圧力差を駆動源として電動機11に供給する場合、供給配管の圧力損失が大きい(例えば、フィルタ、サイトグラス等の絞り機構を設けている)と、冷媒液がフラッシュして冷却冷媒配管内が二相流となる。二相流になると、冷却冷媒の供給が阻害され、電動機11の冷却機能が損なわれる可能性がある。
しかし、本発明によれば、サブクーラーSCの出口の過冷却冷媒液を電動機11の冷却材として使用しているため、サブクーラーSCからの冷媒液は既に飽和温度以下に過冷却されているので、配管の圧力損失によるフラッシュのリスクが低くなり、安定した電動機の冷却機能を確保することが可能となる。
In addition, when the saturated condensate from the condenser 2 is used as a refrigerant and the pressure difference between the condenser 2 and the
However, according to the present invention, since the supercooled refrigerant liquid at the outlet of the subcooler SC is used as the coolant for the
図4は、本発明に係るターボ冷凍機の第3の実施形態を示す模式図である。図4に示すように、凝縮器2の底部にあるサブクーラーSCとエコノマイザ4とを接続する冷媒配管5から分岐して、冷媒をサブクーラーSCから電動機11に導く冷媒供給配管5BPが設置されている。冷媒供給配管5BPは電動機11のケーシング11cに接続されており、サブクーラーSCから過冷却冷媒液が電動機11のケーシング11c内に導入されるようになっている。電動機11のケーシング11c内に導入された冷媒は、ケーシング11c内を流れる間に蒸発し、このときの蒸発潜熱を利用して電動機11の熱を奪い電動機11を冷却するようになっている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a third embodiment of a turbo refrigerator according to the present invention. As shown in FIG. 4, a
図4に示すように、蒸発器3には、冷水入口温度を測定する温度センサT1と、冷水出口温度を測定する温度センサT2とが設置されている。すなわち、温度センサT1により蒸発器3内の冷媒と熱交換する冷水の入口温度を測定し、温度センサT2により蒸発器3内の冷媒と熱交換した後の冷水の出口温度を測定するようになっている。温度センサT1および温度センサT2は、それぞれ制御装置10に接続されている。これにより、制御装置10において、冷水入口温度と冷水出口温度との温度差と、定格(固定)の冷水流量とから冷凍能力Qeを算出することができるようになっている。蒸発器3を流れる冷水流量が変流量である場合には、図4に示すように、冷水出口配管に冷水流量を計測する流量センサFEを設けることにより、冷水入口温度と冷水出口温度との温度差と、流量センサFEで計測した冷水流量とを乗算することにより冷凍能力Qeを算出することができる。
なお、図4に示すように、冷水入口配管と冷水出口配管との間に差圧計ΔPeを設けて蒸発器3で生ずる冷水圧力損失を計測し、蒸発器3の冷水圧力損失から蒸発器3を流れる冷水流量を推算し、推算した冷水流量に、冷水入口温度と冷水出口温度との温度差を乗算することにより冷凍能力Qeを算出してもよい。
As shown in FIG. 4, the
As shown in FIG. 4, a differential pressure gauge ΔPe is provided between the cold water inlet pipe and the cold water outlet pipe to measure the cold water pressure loss generated in the
次に、図4に示すように構成されたターボ冷凍機の作用を説明する。
ターボ冷凍機の稼働中に温度センサT1により冷水入口温度を測定するとともに温度センサT2により冷水出口温度を測定する。これら測定信号は制御装置10に逐次送られ、制御装置10において冷水出入口の温度差が演算される。制御装置10では、こうして得られた温度差と蒸発器3を流れる冷水流量とを乗算することにより冷凍能力Qeを算出する。このとき、冷水流量が定格流量(固定流量)の場合には、計測する必要はないが、冷水流量が変流量の場合には、流量センサFEで計測して冷水流量を得る。このようにして算出した冷凍能力Qeから電動機11を冷却するために必要な凝縮冷媒(液冷媒)の冷媒量が決まるので、電動式の制御弁12の開度を制御し、サブクーラーSCから冷媒供給配管5BPを介して電動機11に供給される凝縮冷媒の流量を制御する。
Next, the operation of the turbo refrigerator configured as shown in FIG. 4 will be described.
During operation of the turbo refrigerator, the temperature sensor T1 measures the cold water inlet temperature and the temperature sensor T2 measures the cold water outlet temperature. These measurement signals are sequentially sent to the
図5は、冷凍能力Qeと電動式の制御弁12の開度との関係を示すグラフである。図5に示すような冷凍能力Qeと電動式の制御弁12の開度との関係を予め求めておき、テーブル化しておくことにより、冷凍能力Qeを算出すれば、直ちに電動式の制御弁12の開度を決定することができる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the refrigerating capacity Qe and the opening degree of the
このようにして、電動機11に供給される凝縮冷媒の冷媒量を電動機11の発熱量に見合うように最適化することにより、電動機11の冷却を過不足なく適正に行うことができる。電動機11の冷却を終えたガス冷媒は、返送配管(図示せず)を介して蒸発器3に返送される。
In this way, by optimizing the refrigerant amount of the condensed refrigerant supplied to the
図6は、本発明に係るターボ冷凍機の第4の実施形態を示す模式図である。図6に示すように、本実施形態においては、各種センサ類は凝縮器2に設置されている。その他の構成は図4に示すターボ冷凍機と同様である。すなわち、凝縮器2に、冷却水入口温度を測定する温度センサT1と、冷却水出口温度を測定する温度センサT2とが設置されている。温度センサT1およびT2は、それぞれ制御装置10に接続されている。これにより、制御装置10において、冷却水入口温度と冷却水出口温度との温度差と、定格(固定)の冷却水流量とから冷却水冷却能力Qcを算出することができるようになっている。凝縮器2を流れる冷却水流量が変流量である場合には、図6に示すように、冷却水出口配管に冷却水流量を計測する流量センサFCを設けることにより、冷却水入口温度と冷却水出口温度との温度差と、流量センサFCで計測した冷却水流量とを乗算することにより冷却水冷却能力Qcを算出することができる。
なお、図6に示すように、冷却水入口配管と冷却水出口配管との間に差圧計ΔPcを設けて凝縮器2で生ずる冷却水圧力損失を計測し、凝縮器2の冷却水圧力損失から凝縮器2を流れる冷却水流量を推算し、推算した冷却水流量に、冷却水入口温度と冷却水出口温度との温度差を乗算することにより冷却水冷却能力Qcを算出してもよい。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of a turbo refrigerator according to the present invention. As shown in FIG. 6, in the present embodiment, various sensors are installed in the condenser 2. Other configurations are the same as those of the turbo refrigerator shown in FIG. That is, the condenser 2 is provided with a temperature sensor T1 for measuring the cooling water inlet temperature and a temperature sensor T2 for measuring the cooling water outlet temperature. The temperature sensors T1 and T2 are connected to the
As shown in FIG. 6, a differential pressure gauge ΔPc is provided between the cooling water inlet pipe and the cooling water outlet pipe to measure the cooling water pressure loss generated in the condenser 2, and from the cooling water pressure loss of the condenser 2. The cooling water flow rate flowing through the condenser 2 is estimated, and the cooling water cooling capacity Qc may be calculated by multiplying the estimated cooling water flow rate by the temperature difference between the cooling water inlet temperature and the cooling water outlet temperature.
このようにして算出した冷却水冷却能力Qcから電動機11を冷却するために必要な凝縮冷媒(液冷媒)の冷媒量が決まるので、電動式の制御弁12の開度を制御し、サブクーラーSCから冷媒供給配管5BPを介して電動機11に供給される凝縮冷媒の流量を制御する。なお、冷却水冷却能力Qcと電動式の制御弁12の開度との関係は、図5と同様に予め求めておき、テーブル化しておく。
Since the refrigerant amount of the condensed refrigerant (liquid refrigerant) necessary for cooling the
図7は、本発明に係るターボ冷凍機の第5の実施形態を示す模式図である。
図7に示すように、凝縮器2の底部にあるサブクーラーSCとエコノマイザ4とを接続する冷媒配管5から分岐して、冷媒をサブクーラーSCから電動機11に導く冷媒供給配管5BPが設置されている。冷媒供給配管5BPは電動機11のケーシング11cに接続されており、凝縮器2で凝縮した冷媒が電動機11のケーシング11c内に導入されるようになっている。そして、冷媒供給配管5BPには、電動式の制御弁12が設けられており、制御弁12の開度を制御することにより冷媒の流量が制御できるようになっている。制御弁12は制御装置10に接続されている。電動機11のケーシング11c内に導入された冷媒は、ケーシング11c内を流れる間に蒸発し、このときの蒸発潜熱を利用して電動機11の熱を奪い電動機11を冷却するようになっている。電動機11を冷却した後の冷媒ガスは、蒸発器3に戻るようになっている。電動式の制御弁12の取付位置は、冷媒供給配管5BPにおいて電動機側に可能な限り近い方がよい。これは、制御弁12が絞り機構となるので、その二次側で液冷媒がフラッシュして冷媒の二相流となり、冷媒の流れが阻害される恐れがあるためである。
FIG. 7 is a schematic view showing a fifth embodiment of a turbo refrigerator according to the present invention.
As shown in FIG. 7, there is installed a refrigerant supply pipe 5BP that branches from the
図7に示すように、電動機11には、電動機内部の温度を測定する温度センサTが設置されている。温度センサTは、例えば、熱電対を用い、温度センサの検出端は電動機内部で最も高温になる部分の温度が測定できるようになっている。温度センサTは、制御装置10に接続されている。
As shown in FIG. 7, the
次に、図7に示すように構成されたターボ冷凍機の作用を説明する。
ターボ冷凍機の稼働中に温度センサTにより電動機11の内部の温度を測定する。温度センサTの測定信号は制御装置10に逐次送られる。制御装置10は、温度センサTの測定信号に基づいて電動機内部が所定温度になるように電動式の制御弁12の開度を比例制御する。ここで、所定温度とは、電動機の仕様(絶縁等級にマージンを設けた温度)から決定される温度である。このように電動式の制御弁12の開度を比例制御することにより、冷凍機の運転条件(負荷)により決まる電動機発熱分を効率よく冷却するために必要な最小限の凝縮冷媒(液冷媒)の冷媒量を電動機11に供給することができる。したがって、電動機11の冷却を過不足なく適正に行うことができ、冷凍機の効率低下を防止することができる。
Next, the operation of the turbo refrigerator configured as shown in FIG. 7 will be described.
During operation of the turbo refrigerator, the temperature inside the
温度センサTは、電動機内部で最も高温になる部分の温度を測定することが必要であり、また測定温度と電動機の定格電流比との相関が高い箇所に設置することが好ましい。そこで、本発明者らは、複数の熱電対をステータコアやステータコイルエンドの位置に設置し、測定温度と電動機の定格電流比との相関を調べたものである。 The temperature sensor T needs to measure the temperature of the highest temperature inside the electric motor, and is preferably installed at a location where the correlation between the measured temperature and the rated current ratio of the electric motor is high. Therefore, the present inventors have installed a plurality of thermocouples at the positions of the stator core and the stator coil end, and investigated the correlation between the measured temperature and the rated current ratio of the motor.
図8は、電動機の定格電流比(%)と電動機内部の温度との関係を示すグラフである。図8においてモータ温度は、凝縮器側から冷媒を供給して冷却したときの温度である。図8において、白抜きの四角は熱電対によって測定したステータコイルエンド温度と定格電流比との関係を示し、黒塗りの四角は熱電対によって測定したステータコア温度と定格電流比との関係を示す。
図8に示すように、ステータコア温度と定格電流比とは線形関係にあって高い相関を示すが、ステータコイルエンド温度と定格電流比とは相関が悪く、ばらつきがある。したがって、温度センサTをステータコア温度を測定できる位置に設置し、電動機の代表温度はステータコア温度またはステータコア近傍の温度とすることが好ましい。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the rated current ratio (%) of the motor and the temperature inside the motor. In FIG. 8, the motor temperature is the temperature when cooling is performed by supplying the refrigerant from the condenser side. In FIG. 8, the white squares indicate the relationship between the stator coil end temperature measured by the thermocouple and the rated current ratio, and the black squares indicate the relationship between the stator core temperature measured by the thermocouple and the rated current ratio.
As shown in FIG. 8, the stator core temperature and the rated current ratio are in a linear relationship and show a high correlation, but the stator coil end temperature and the rated current ratio have a poor correlation and vary. Therefore, it is preferable that the temperature sensor T is installed at a position where the stator core temperature can be measured, and the representative temperature of the electric motor is the stator core temperature or a temperature near the stator core.
本発明においては、温度センサTにより測定されるステータコア温度またはステータコア近傍の温度と電動式の制御弁12の開度との関係を予め求めておき、テーブル化しておくことにより、温度センサTによる測定温度から直ちに電動式の制御弁12の開度を決定することができる。
In the present invention, the relationship between the temperature of the stator core measured by the temperature sensor T or the temperature in the vicinity of the stator core and the opening of the
本発明によれば、温度センサTによりステータコア温度またはステータコア近傍温度を測定し、測定温度に基づいて電動式の制御弁12の開度を制御することにより、電動機11に供給される凝縮冷媒の冷媒量を電動機11の発熱量に見合うように最適化することができ、電動機11の冷却を過不足なく適正に行うことができる。電動機11の冷却を終えたガス冷媒は、返送配管(図示せず)を介して蒸発器3に返送される。
According to the present invention, the temperature of the stator core or the temperature near the stator core is measured by the temperature sensor T, and the opening degree of the
図9は、本発明に係るターボ冷凍機の第6の実施形態を示す模式図である。
図9に示すように、エコノマイザ4と蒸発器3とを接続する冷媒配管5から分岐して、冷媒をエコノマイザ4から電動機11に導く冷媒供給配管5BP1が設置されている。冷媒供給配管5BP1は電動機11のケーシング11cに接続されており、冷媒が電動機11のケーシング11c内に導入されるようになっている。そして、エコノマイザ4と電動機11とを接続する冷媒供給配管5BP1には、電動式の制御弁13が設けられており、制御弁13の開度を制御することによりエコノマイザ4から電動機11に供給される冷媒の流量が制御できるようになっている。制御弁13は制御装置10に接続されている。
FIG. 9 is a schematic view showing a sixth embodiment of a turbo refrigerator according to the present invention.
As shown in FIG. 9, a
電動機11へ冷却冷媒を供給する駆動力は、エコノマイザ4と蒸発器3の圧力差である。冷却水温度が低い低ヘッド時には、エコノマイザ4と蒸発器3の圧力差が小さくなる。
図10は、冷却水温度が低い低ヘッド時の場合のモリエル線図である。図10に示すように、エコノマイザ圧力と蒸発圧力の圧力差が小さいと、冷却冷媒を供給する駆動力が低下して、電動機11への冷却冷媒の供給が困難となり、エコノマイザ4から冷却冷媒を供給することができなくなる。
The driving force for supplying the cooling refrigerant to the
FIG. 10 is a Mollier diagram when the cooling water temperature is low and the head is low. As shown in FIG. 10, when the pressure difference between the economizer pressure and the evaporation pressure is small, the driving force for supplying the cooling refrigerant is lowered, and it becomes difficult to supply the cooling refrigerant to the
そこで、本発明では、図9に示すように、二段目圧縮機における二段目羽根車の吸込風量を制御する吸込ベーンSVを設けている。吸込ベーンSVは放射状に配置されており、各吸込ベーンSVが自身の軸心を中心として互いに同期して所定の角度だけ回転することにより、吸込ベーンSVの開度が変更される。このように、吸込ベーンSVの開度を変更することにより、二段目圧縮機における二段目羽根車の吸込風量を制御することができ、低ヘッド時に二段目羽根車の吸込風量を絞ることにより低ヘッド時のエコノマイザ圧力の極端な低下を防ぐことができる。そのため、エコノマイザ圧力と蒸発圧力との間に充分な圧力差を確保することが可能となり、エコノマイザ4から電動機11への安定した冷却冷媒の供給が可能になる。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 9, a suction vane SV for controlling the suction air volume of the second stage impeller in the second stage compressor is provided. The suction vanes SV are arranged in a radial pattern, and the opening degree of the suction vane SV is changed by rotating the suction vanes SV by a predetermined angle around the axis of the suction vanes SV. Thus, by changing the opening degree of the suction vane SV, the suction air volume of the second stage impeller in the second stage compressor can be controlled, and the suction air volume of the second stage impeller is reduced when the head is low. As a result, it is possible to prevent an extreme decrease in the economizer pressure when the head is low. Therefore, a sufficient pressure difference can be ensured between the economizer pressure and the evaporation pressure, and stable cooling refrigerant can be supplied from the
図11は、冷却水温度が低い低ヘッド時に吸込ベーンSVを用いて二段目羽根車の吸込風量を絞り込むことにより、エコノマイザ圧力と蒸発圧力の圧力差を大きくした場合のモリエル線図である。図11に示すように、エコノマイザ圧力と蒸発圧力の圧力差を大きくすることにより、エコノマイザ4から電動機11への安定した冷却冷媒の供給が可能になる。
FIG. 11 is a Mollier diagram in the case where the pressure difference between the economizer pressure and the evaporation pressure is increased by narrowing the suction air volume of the second stage impeller by using the suction vane SV at the time of the low head where the cooling water temperature is low. As shown in FIG. 11, by increasing the pressure difference between the economizer pressure and the evaporation pressure, it is possible to supply a stable cooling refrigerant from the
図9に示すように、凝縮器2の底部にあるサブクーラーSCとエコノマイザ4とを接続する冷媒配管5から分岐して、冷媒をサブクーラーSCから電動機11に導く冷媒供給配管5BP2が設置されている。冷媒供給配管5BP2は冷媒供給配管5BP1に接続されている。冷媒供給配管5BP2には、電動式の制御弁14が設けられており、制御弁14の開度を制御することによりサブクーラーSCから電動機11に供給される冷媒の流量が制御できるようになっている。制御弁14は制御装置10に接続されている。図9に示すように、電動機11への冷却冷媒は、エコノマイザ4とサブクーラーSCの両方から取り出せるように、冷媒供給配管5BP1,5BP2と電動式の制御弁13,14とを設けている。
As shown in FIG. 9, a refrigerant supply pipe 5BP2 that branches from the
図9に示すように、蒸発器3およびエコノマイザ4には、それぞれ圧力センサPe,Pecoが設置されている。すなわち、圧力センサPeにより蒸発器3内の圧力を測定し、圧力センサPecoによりエコノマイザ4の圧力を測定するようになっている。圧力センサPeおよび圧力センサPecoは、それぞれ制御装置10に接続されている。これにより、制御装置10において、エコノマイザ4の圧力と蒸発器3の圧力の比較を常時行うことができるようになっている。
As shown in FIG. 9, the
次に、図9に示すように構成されたターボ冷凍機の作用を説明する。
ターボ冷凍機の稼働中に圧力センサPeにより蒸発器3の圧力を測定するとともに圧力センサPecoによりエコノマイザ4の圧力を測定する。これら測定信号は制御装置10に逐次送られる。制御装置10は、エコノマイザ4の圧力(Peco)と蒸発器3の圧力(Pe)とを比較して以下の制御を行う。
1)Peco≧Pe+αとなる場合には、制御弁13を開き、制御弁14を閉じることにより、冷却冷媒をエコノマイザ4から電動機11に供給する。
2)Peco<Pe+αとなる場合には、制御弁13を閉じ、制御弁14を開くことにより、冷却冷媒をサブクーラーSCから電動機11に供給する。
1)および2)において、α(所定値)は、配管圧力損失から算出される値にマージンの圧力分を加えた値である。
Next, the operation of the turbo refrigerator configured as shown in FIG. 9 will be described.
During the operation of the turbo refrigerator, the pressure of the
1) When Peco ≧ Pe + α, the
2) When Peco <Pe + α, the
In 1) and 2), α (predetermined value) is a value obtained by adding a margin pressure to a value calculated from the pipe pressure loss.
本発明においては、エコノマイザ4と蒸発器3の差圧が所定値以上であるときは、その差圧で電動機11を冷却するための冷却冷媒の輸送を行う。本発明によれば、エコノマイザ4と蒸発器3の差圧を用いて電動機11を冷却するための冷却冷媒の輸送を行うため、冷却冷媒を輸送するための駆動力(ドライビングフォース)を小さくすることができる。したがって、電動機11を冷却する冷媒の冷媒量が過剰になることを防止できる。エコノマイザ4と蒸発器3の差圧を確保するために、ターボ冷凍機1の二段目羽根車の吸込風量を制御するベーンSVを設けている。
エコノマイザ4と蒸発器3の差圧が所定値未満である場合には、サブクーラーSCと蒸発器3の差圧を用いて電動機11を冷却するための冷却冷媒の輸送を行う。
In the present invention, when the differential pressure between the
When the differential pressure between the
図9に示す実施形態においては、蒸発器3およびエコノマイザ4に、それぞれ圧力センサPe,Pecoを設置したが、圧力センサに代えて、蒸発器3およびエコノマイザ4に、それぞれ温度センサを設置してもよい。すなわち、エコノマイザ温度と蒸発温度とを測定し、エコノマイザ温度からエコノマイザ4の圧力を推算し、蒸発温度から蒸発器3の圧力を推算すれば、上記1)および2)と同様の制御を行うことができる。
In the embodiment shown in FIG. 9, the pressure sensors Pe and Peco are installed in the
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。 Although the embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea.
1 ターボ圧縮機
2 凝縮器
3 蒸発器
4 エコノマイザ
5 冷媒配管
5BP 冷媒供給配管
6 電動式の制御弁
8 流路
10 制御装置
11 電動機
11c ケーシング
12 制御弁
13 制御弁
14 制御弁
FC,FE 流量センサ
ΔPc,ΔPe 差圧計
T1,T2 温度センサ
SC サブクーラー
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記凝縮器で凝縮した冷媒を過冷却するサブクーラーと、
エコノマイザから前記電動機に冷媒を供給する冷媒供給配管と、
前記サブクーラー側から前記電動機に冷媒を供給する冷媒供給配管と、
前記エコノマイザから前記電動機への冷媒供給と前記サブクーラー側から前記電動機への冷媒供給との切替えを行う制御装置とを備えたことを特徴とするターボ冷凍機。 An evaporator that draws heat from the fluid to be cooled and evaporates the refrigerant to exert a refrigeration effect, a multi-stage turbo compressor that compresses the refrigerant with a multi-stage impeller, an electric motor that drives the multi-stage turbo compressor, A condenser that cools and condenses the refrigerant gas with a cooling fluid, and an intermediate cooler that evaporates a part of the condensed refrigerant liquid and supplies the evaporated refrigerant gas to an intermediate portion of the multistage compression stage of the multistage turbo compressor. In a turbo chiller equipped with an economizer,
A subcooler for supercooling the refrigerant condensed in the condenser;
A refrigerant supply pipe for supplying refrigerant from the economizer to the electric motor;
A refrigerant supply pipe for supplying refrigerant to the electric motor from the sub-cooler side;
A turbo refrigeration machine comprising: a control device that switches between refrigerant supply from the economizer to the electric motor and refrigerant supply from the subcooler side to the electric motor.
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