JPS5824634B2 - レイトウソウチ ナドニ オケル ヨウリヨウセイゴウンテンホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷凍装置において、ターボ圧縮機とスクリュウ
圧縮機とを組合せて運転し冷凍容量を制御する方法に関
するものである。

一般に空調用或いは被冷却部分の冷凍に用いられる冷凍
機の運転は、その運転経費の経済性が冷凍設備を計画設
計する上で極めて重要な要素となるもので、大容量の冷
凍容量になるとその運転の優劣がその効率並びにランニ
ングコストの高低に与える影響が大きく、殊に大容量の
冷凍装置ではターボ冷凍機及び／又は吸収冷凍機を組み
合わせ複数台の冷凍機を直列若しくは並列運転すること
が行われている関係で、ますますその冷凍容量制御が重
要となるものであるが、一定負荷以下になると組み合わ
せ運転が不可能となったり、運転効率が極度に悪化する
場合が多く折角組み合わせても組み合わせ運転方式の利
点を最大限に発揮できるものが少ない。

即ち従来低温（又は低圧）側に大容量の冷媒を使用した
場合、ターボ圧縮機の最終圧縮工程で吐き出されたガス
量を高圧側スクリュウ圧縮機で吸込めない場合があり、
この時はスクリュウの台数を分割して対応したりしたが
、煩雑な制御となり構成も複雑高価となる不便があった
。

また従来のこれら組み合せ方式ではターボ冷凍機の蒸発
器チューブの出口側に備えられる自動温度調節計などの
検出器よりの信号でターボ圧縮機のサクションベーンお
よびスクリュウ圧縮機ノスライドベーンを同時制御する
形態となる異機種の組み合せになるので個すの特性が異
なるためマツチングもむずかしく、一定負荷以下になる
と組み合せ運転が不可能になったりするし、システムの
運転効率も低下する。

即ち部分負荷時は同一信号で異機種が同時に容量制御す
るのであるからり−ボ圧縮機の方は、差圧がコンスタン
トではなくなって小さくなり、その結果最高効率点より
外れた運転となり動力は増加する。

又、この効果は小容量域になればなる程大きくなる欠点
があった。

本発明は、これら従来の欠点を除去しようとするもので
、冷凍装置の部分負荷運転を行う機会が多い場合でも高
効率の運転を確保し、かつ経済的な運転を行い得るよう
にした方法を提供しようとすることを目的とするもので
ある。

発明者らは、この目的を達成するために研究を重ね、タ
ーボ圧縮機は設計点を外れた部分負荷運転での効率低下
の度合が大きいのに対しスクリュウ圧縮機ではその度合
が少ないことに着目して、低圧側にターボ圧縮機を、高
圧側にスクリュウ圧縮機を配備して二段圧縮又は二元圧
縮を行なわしめるようにし、ターボ圧縮機を定圧縮比即
ち最大効率点で使用し装置全体の運転効率を著しく向上
させることに想到しこの発明がなされた。

本発明は、ターボ圧縮機を低圧側に、スクリュウ圧縮機
を高圧側に配備して二段圧縮冷凍サイクル又は二元圧縮
冷凍サイクルを行なわしめ前記ターボ圧縮機のサクショ
ンベーンの後の圧力ＰＲの信号と、前記スクリュウ圧縮
機の吸込側圧力ＰＴの信号とを圧力比調整機構に導き、
圧力比ＰＴ／ｐＲが、前記ターボ圧縮機にほぼ最高効率
を与える圧力比設定値と異なる値となったときに、前記
スクリュウ圧縮機の容量制御を行ない前記ターボ圧縮機
の圧力比ＰＴ／ＰＲをほぼ一定に保つ制御を行なうこと
を特徴とする冷凍装置における冷凍容量を制御する運転
方法である。

本発明の実施例を図面を用いて説明すれば、第１図にお
し・て、ターボ圧縮機５を低圧側に、スクリュウ圧縮機
１０を高圧側に配備して二段冷凍サイクル又は二次冷凍
サイクル（これらの冷凍サイクルについては第３図、第
５図の例について後述する）を行なわしめターボ圧縮機
５のサクションベーン６の区の、羽根車７より前の圧力
ＰＲと、スクリュウ圧縮機１０の吸込側に通ずる圧力Ｐ
Ｔ（即ちターボ圧縮機５の吐出圧）とを圧力調整機構（
圧力比調整機構）としての圧縮比スイッチ２４に導き、
圧力比ＰＴ／ＰＲが、ターボ圧縮機５にほぼ最高効率を
ｔｊ−える王力比設定値になったときに、容量制御機構
としてのスライド弁９を開き方向に操作してスクリュウ
圧縮機１０の容量を減少せしめるよう容量制御を行なう
ことにより、ターボ圧縮機５の圧縮比を設定値に保ち、
ターボ圧縮機５の効率を最高に保ち、装置全体の効率を
良好に保つ。

以下、その作用を詳細に説明する。

ＰＥは蒸発器１の蒸発圧力にほぼ等しい、ターボ圧縮機
５の吸込圧、Ｐｃは凝縮器１２の凝縮圧力、２１は低圧
側の負荷検出器としての温度検出器であり、サクション
ベーン６０作動部Ｖ１ を操作する。

１５はエコノマイザとして作用する蒸発器であり、その
蒸気はターボ圧縮機５とスクリュウ圧縮機１０とを接続
する管路８に調整弁ｖ２ を介して供給され、調整弁Ｖ
２ は、高圧側の負荷検出器としての温度検出器２５に
より操作される。

第１図の下部の線図は、サクションベーン６の各開度に
おける各部の圧力を示したものであり、付記した数字の
Ｏは全開、１．２．３．４はそれぞれ開度１．２．３．
４（次第に閉じる方向）における圧力とする。

ＰＴを付したものは等差圧の場合の値を示し、ＰＴ’を
付したものは等圧縮比の場合の値を示す。

ｐＴとＰＴ′は第２図に示す如く少し異なるが、第１図
では同じとしである。

さらに詳細に第２図により説明する。

横軸は風量Ｑ、縦軸は圧力Ｐを示し、ｐｃは凝縮圧力、
ＰＦ、は蒸発圧力、ｃｏ、ＣＩ、・・・・・・Ｃ４はサ
クションベーン６の開度が全開、■・・・・・・４のと
きのターボ圧縮機５の性能曲線、従ってＣ６，Ｃ１・・
・・・・Ｃ４からｐｃまでの間がスクリュウ圧縮機１０
の分担となる。

各曲線上のＰを付した信号は、その点を表わすと共にそ
の点の圧力を表わす。

なお圧力は絶対圧力を以て示す。

ターボ圧縮機５の運転点はＰ’ｌ”ｏ、ＱＴＯとする。

Ａ４ ＋ Ａ２５・・・・・・Ａ４ は開度１、・・・
・・・、４における抵抗曲線、ＰＲｌ、・・・・・・Ｐ
Ｈ１は各開度におけるサクションベーン６の後の圧力で
あり、この点における風量を圧力ＰＦ：、に換算した値
をＱ１＋・・・”’ ＋ Ｃ４とすれば となり、Ｐ□１．・・・・・・ＰＨ１の点のＸ座標値は
それぞれ、成るベーン開度即ち絞り度Ａ１．Ａ２．Ａ３
・・・・・・での圧縮機の最大吸込量（ＰＥの圧力に換
算した）を示す。

従ってＣ１，Ｃ２，Ｃ３・・・・・・は、絞り度Ａ１．
Ａ２．Ａ３・・・・・・でのＰ。

の圧力に換算した風量と圧力とを示す性能曲線になる。

Ｐｏの圧力に換算した風量は冷凍能力に比例すると考え
ても誤差は少ないのでＣ８，Ｃ１，Ｃ２・・・・・・は
絞り度ＡＯ、ＡＩ 、Ａ２・・・・・・での吐出圧力と
、冷凍能力を表示することになる。

Ｅｌ、Ｅ２．Ｅ３は等効率線を示し、各性能曲線ｃｏ、
Ｃ１・・・・・・Ｃ４上における最高効率の点はｐ’ｒ
ｏ 、 ＰＴ、 ｊ・・・・・・ＰＴ４となる。

しかしてこれらのＰＴｏ’・・・・・ＰＴ４ の点と、
対応するＰＲＯＩ ＰＲＩ ｊ・・・・・・ＰＲ４との
差圧はほぼ等しい。

即ち、第２図において ΔＴｏキΔＴ１ｆ：ΔＴ２ｆ−ΔＴ３キΔＴ４である。

従って、サクションベーン６の後の圧力ＰＲｏ。

ＰＲｚ・・・・・・ＰＲ４に対して、各開度における吐
出圧力ＰＴｏ ＋ ＰＴｔ 、’・・・・・ＰＴ４をＰ
Ｔｏ−ＰＲｏキΔＴ。

ＰＴｔ ＰＲｔｆ：ΔＴ。

ＰＴ４−ＰＲ４中ΔＴ。

なるような差圧一定制御を行なえば、如何なる開度にお
いても最大効率の運転が行なえる。

しかし、一般には差圧一定にする機構が複雑となり、圧
力比一定力式の方が、例えば第４図の如く簡単な機構と
なる。

また、第２図で示す如く等差向線りは等比曲線Ｍより上
の方にあり、低容量域でサージング領域に入るおそれが
ある。

このような場合には、圧縮比一定機構を用いることが好
ましい。

圧縮比一定の場合の等比曲線をＭで示し、その上の各点
をＰＴ’＋ ＋ ＰＴ’２・・・・・・ＰＴ’４で示す
が、等差向線りと近似しており、実用上差支えない。

即ち、 とすることにより、ターボ圧縮機５の効率はほぼ最高効
率が得られる。

ターボ圧縮機５は圧縮比の変化に伴う効率の低下は太き
（、これに反してスクリュウ圧縮機１０では圧縮比の変
化による効率の変化は少ないので、全体としての効率は
ターボ圧縮機を最大効率すなわち一定圧力比（第２図の
ＰＴｏ、ＰＴ２．ＰＴ３・・・・・・点に対して上述の
式に応じて）で運転し、その点から最終の凝縮圧力まで
の圧縮はスクリュウ圧縮機が分担すれば全体の総合効率
が上昇できるものである。

ここでスクリュウ圧縮機１０の分担する圧縮比は、例え
ば、第２図で圧力差ΔＳｏ、ΔＳ１・・・。

ΔＳ４ に相当する圧縮比がそれぞれ異なるように変る
が、スクリュウ圧縮機は容積型であるので、負荷から決
まる凝縮圧力に対し、吐出圧が高ければ膨張し、低けれ
ば圧縮して凝縮圧力に一致する。

、しかして、各開度に対して最高効率で運転するバめに
は成る定まった圧縮比が与えられる。

この圧縮比を設定値として、圧縮比スイッチ２４は、入
力したｐＲとＰＴ とにより得られた検出時点の圧縮比
と設定値と比較し、設定値以下であるとスライド弁９を
開き容量を減少させるように操作する。

今低圧側冷凍負荷が減少すると、ブライン出口温度が降
下するので、自動温度調節計などの温度検出器２１が作
動して、作動部ｖ１ を介してサクションベー７６が閉
じ、風量が減少する。

従ってスライド弁９の開度がそのままであると、スクリ
ュウ圧縮機１０の能力は変化しないので、ターボ圧縮機
５の吐出圧ｐＴは大きく降下して圧縮比ＰＴ／ＰＲは減
少する。

その結果圧縮比スイッチ２４が作動し、スライド弁９は
開くのでスクリュウ圧縮機１０の容量は減少し、ターボ
圧縮機５の吐出風量とマツチするので吐出圧ｐＴは回復
し、再び所定の圧縮比に回復し、その開度における最高
効率運転ができる。

また高圧側負荷が減少すると、ブライン出口温度が降下
するので、自動温度調節計の検出器２５が働き、弁Ｖ２
が閉じ、スクリュウ圧縮機１０を通るガス量は減少する
。

スライド弁９の開度がそのままであると、スクリュウ圧
縮機１０の能力は変化しないので、スクリュウ圧縮機１
０の吸込側即ちターボ圧縮機５の吐出圧力ｐＴは大きく
下降する。

上記と同様にして圧縮比スイッチ２４が作動し、スライ
ド弁９が開き、上記と同様圧縮比は回復し、最高効率運
転ができる。

又この圧縮比スイッチ２４は起動時に有効な作用をする
。

すなわち起動時にはｐＥ＝ｐＲ＝ｐＴのため、圧縮比Ｐ
Ｔ／ＰＲ＝１ であり、所定値より小なので、圧縮比
スイッチ２４の開回路（スライド弁９を開く方向に動か
す信号を与える回路）は閉じているため、起動前にはス
ライド弁９は必ず全開で、起動可能な状態になっている
ことである。

本発明の実施例をさらに図面を参照して説明すると、第
３図において内部に水を通す蒸発器チューブ４を有する
蒸発器１において蒸発した冷媒ガスはエリミネータ２に
より液滴が除去され、導管３よりターボ圧縮機５にサク
ションベー７６を介して吸引され、この吸引された冷媒
ガスはターボ圧縮機５の各段の羽根車Ｔによって圧縮さ
れて吐き出され、配管８でスライド弁９を介してスクリ
ュウ圧縮機１０に送り込まれたのち、更に圧縮され、導
管１１を経て、凝縮器１２に吐き出されるように両圧縮
機５，１０を直列に組み合わせ二段圧縮冷凍サイクル運
転ができるようにしである。

この凝縮器１２中では、凝縮器チューブ１３に冷却水を
通じて冷媒ガスを液化させ、調節弁ｖ６を有する配管１
４を経て蒸発器１５に戻し、更に調節弁ｖ５を有する配
管１６で前記蒸発器１に循環できるようにしである。

又該蒸発器１５では冷水を通す蒸発器チューブ１７を備
え、器内において蒸発した冷媒ガスはエリミネータ１９
で液滴を除去され、調節弁ｖ２ を有する配管１８でス
クリュウ圧縮機１０に導入するように連絡しである。

なお導管３と配管８との間には調節弁ｖ３ を有するバ
イパス管２０を設げ、前記蒸発器チューブ４の出口側に
備えられる自動温度調節計などの温度検出器２１でサー
ジング防止の最少風量を検知して弁Ｖ３が制御されるよ
うになっていると共に、最小風量から定格量までの制御
のため、温度検出器２１で前記サクションベー７６の作
動部Ｖ１ をも制御してベーンの開閉調整によって吸
込ガス量・の調節ができるようにセットしである。

さらにターボ圧縮機５のサクションベー７６と羽根車７
との間の部分の圧力ｐＲ１及び吐出側即ち、スクリュウ
圧縮機１０の吸込側に通ずる回路の圧力ＰＴを検出する
。

自動圧力調整器などの圧力検出器２２．２３をそれぞれ
設け、これらの出力を圧縮比スイッチ２４に入力し、か
つその出力にてスライド弁９０作動部Ｖ４を、圧縮比Ｐ
Ｔ／ＰＲが最高効率が得られる所定の設定値以下になっ
たらスライド弁９を開くように操作される。

圧縮比スイッチ２４は、例えば第４図に示すように、接
点ａ（スライド弁９閉じ方向）及びｂ（スライド弁９開
き方向）間に、支点Ｏを有するレバーＲを設け、その支
点Ｏの両側にｒ、 、 ｒ２ノ間隔を置いてそれぞれＰ
ＲＩＰＴ で作動するベローズ操作杆が連結されている
。

効率が最大になる圧縮比ＰＴ／ＰＲをＮとすれば、ｒｌ
とｒ２の比を と定めておげば圧縮比ＰＴ／ＰＲが設定値Ｎより小さく
なればレバーＲは右側が下がり、開回路、即ちスライド
弁９を開く方向に動かす信号を与える回路側のｂの接点
が閉じスライド弁９が開かれるようになっている。

また調節弁ｖ２は中圧蒸発器１５の蒸発器チューブ１７
の出口温度の温度検出器２５で自動的に操作され、且つ
調節弁Ｖ５は低圧蒸発器１の液面を検知する検出器２６
で、自動的に操作するように関連づけである。

前記スクリュウ圧縮機１０にはスライド弁９による容量
調節装置があり、冷凍能力を１００〜１５％まで連続無
段階に調節することができる。

例えばスライド弁９を全閉となした１００％運転のとき
はロータ歯溝内のガスは全量送り出される。

容量を減少する際にはスライド弁９を開く、即ち吐出側
に動かし固定部とスライド弁９の端部とに隙間をあけれ
ば、ロータの噛合点がスライド弁９の端部に達するまで
は歯溝内のガスが圧縮されずに吸入側に戻り、ロータの
噛合点がスライド弁９の端部に達した後に初めて圧縮が
始まり、ロータの有効長さが短かくなって行程容積が減
少して容量調節が行なわれる。

スライド弁９の駆動は電動式、油圧式又は手動によって
操作することができ、蒸発圧力や温度と関連して自動運
転も可能である。

図示のものでは圧縮比スイッチ２４によってり−ボ圧縮
機５の圧縮比ＰＴ／ＰＲが所定の値（最高効率を与える
値）から変動すればスクリュウ圧縮機１０の容量制御用
スライド弁９を開閉させるようにしである。

図中２１，２８は圧縮機駆動装置、２９，３０はレジバ
ーである。

第３図のサイクルにおいて、二種の冷媒の組合せを採用
した二元圧縮冷凍サイクルの例を第５図に示す。

蒸発器１５はエコノマイザ−として用いターボ圧縮機５
側のサイクルでは凝縮器としての役割をはたし、スクリ
ュウ圧縮機１０側では蒸発器としての役割を持たせた二
元圧縮冷凍サイクル運転ができるものである。

この場合ターボ圧縮機の圧縮比を一定にすることが肝要
であるので圧力検出器２２．２３０圧力比を一定に保て
ばターボ圧縮機の圧縮比も一定にできる。

なおターボ冷凍機としたサイクルとスクリュウ冷凍機と
したサイクルとの独立したサイクル同志をバイパス管で
連絡した組み合わせにしたり、独立した両サイクルを一
つの凝縮器を併用した型に組み合わせることもできる。

このとき圧力検出器２３の圧力は、配管８の圧力とほぼ
定まった関係があるので、圧力検出器２３の圧力とＰＲ
との圧力比を一定にすることによりターボ圧縮機５の圧
縮比を一定にすることができる。

本発明により、部分負荷運転時にも高い運転効率を確保
することができ、全体の運転を経済的に行い得ると共に
両圧縮機の機能を最大限に活かせ、有効な仕事を行なう
こととなり、設備も簡単で安価で運転上の保守、増扱い
も簡素化できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は概略説明図、第
２図はＱ−Ｐ特性図、第３図はフロー図、第４図は圧縮
比スイッチの実施例の説明図、第５図は別の実施例のフ
ロー図である。 １・・・・・・蒸発器、３・・・・・・導管、４・・・
・・・蒸発器チューブ、５・・・・・・ターボ圧縮機、
６・・・・・−サクションベーン、７・・・・・・羽根
車、８・・・・・・配管、９・・・・・・スライド弁、
１０・・・・・・スクリュウ圧縮機、１１・・・・・・
導管、１２・・・・・・凝縮器、１３・・・・・・凝縮
器チューブ、１４・・・・・・配管、１５・・・・・・
蒸発器、１６・・・・・・配管、１７・・・・・・蒸発
器チューブ、１８・・・・・・配管、２０・・・・・・
バイパス管、２１・・・・・・温度検出器、２２，２３
・・・・・・圧力検出器、２４・・・・・・圧縮比スイ
ッチ、２５・・・・・・温度検出器、２６・・・・・・
液面検出器、２７，２８・・・・・・圧縮機、駆動装置
、Ｖ、 、 Ｖ４・・・・・・作動部、Ｖ２゜Ｖ３．
Ｖ５． Ｖ、・・・・・・調節弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ターボ圧縮機を低圧側に、スクリュウ圧縮機を高圧
   側に配備して二段圧縮冷凍サイクル又は二元圧縮冷凍サ
   イクルを行なわしめ前記ターボ圧縮機のサクションベー
   ンの後の圧力ＰＲの信号と、前記スクリュウ圧縮機の吸
   込側圧力ＰＴの信号とを圧力比調整機構に導き、圧力比
   ＰＴ／ＰＲが、前記ターボ圧縮機にほぼ最高効率を与え
   る圧力比設定値と異なる値となったときに、前記スクリ
   ュウ圧縮機の容量制御を行ない前記ターボ圧縮機の圧力
   比ＰＴ／ＰＲをほぼ一定に保つ制御を行なうことを特徴
   とする冷凍装置における冷凍容量を制御する運転方法。