JP4952599B2 - Turbo refrigerator - Google Patents
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Description
本発明は、ターボ圧縮機を備えたターボ冷凍機に関するものである。 The present invention relates to a turbo refrigerator equipped with a turbo compressor.
従来より、一般ビルや工場の空調などに用いられるターボターボ冷凍機は知られている（例えば、特許文献１参照）。このターボ冷凍機は、例えば２段のインペラを有するターボ圧縮機、蒸発器、凝縮器及び中間冷却器（エコノマイザ）を備えている。 Conventionally, a turbo turbo refrigerator used for air conditioning of a general building or a factory is known (for example, refer to Patent Document 1). This turbo refrigerator includes, for example, a turbo compressor having a two-stage impeller, an evaporator, a condenser, and an intercooler (economizer).
上記ターボ圧縮機には、インペラよりも上流側に設けられた冷媒の吸入容量制御部と、高速回転するインペラを支持する軸受と、この軸受に供給される潤滑油を貯留する油タンクと、潤滑油を軸受等に供給するための油ポンプとが設けられている。 The turbo compressor includes a refrigerant suction capacity control unit provided upstream of the impeller, a bearing that supports the impeller that rotates at a high speed, an oil tank that stores lubricating oil supplied to the bearing, An oil pump for supplying oil to a bearing or the like is provided.
ここで、潤滑油に冷媒が溶けると、油粘度が低下したりキャビテーションが生じたりして、潤滑油の潤滑性が悪くなってしまう。これは、冷媒として例えばフロンのような油への溶解度が高い冷媒を用いる場合、特に問題となる。このように、潤滑油に冷媒を溶けにくくするためには、油タンク内はできるだけ低圧であることが好ましい。 Here, when the refrigerant is dissolved in the lubricating oil, the viscosity of the oil decreases or cavitation occurs, and the lubricating property of the lubricating oil deteriorates. This becomes a problem particularly when a refrigerant having high solubility in oil such as Freon is used as the refrigerant. Thus, in order to make it difficult to dissolve the refrigerant in the lubricating oil, it is preferable that the pressure in the oil tank be as low as possible.
また、軸受等の摺動部を潤滑した潤滑油が冷媒系統に混入する、いわゆる油上がりが発生すると、油タンク内の油量が不足して潤滑異常となるので、潤滑油が油タンクに戻ってくるように、油タンク内はターボ圧縮機内で最も低圧であることが好ましい。 In addition, when so-called oil rise occurs in which the lubricating oil that lubricates sliding parts such as bearings enters the refrigerant system, the amount of oil in the oil tank becomes insufficient and lubrication abnormality occurs, so the lubricating oil returns to the oil tank. As shown, the oil tank is preferably at the lowest pressure in the turbo compressor.
このため、一般的なターボ圧縮機では、ターボ圧縮機内における低圧部分である吸入容量制御部の下流側と油タンクとを連通させる均圧管が設けられている。 For this reason, a general turbo compressor is provided with a pressure equalizing pipe that communicates the oil tank and the downstream side of the suction capacity control unit, which is a low pressure portion in the turbo compressor.
一方、上記吸入容量制御部は、ターボ冷凍機の始動時には、始動トルク低減のために最小開度に絞られているのが一般的である。また、ターボ冷凍機は、冷水温度の低下に伴う容量制御の後に停止されることが一般的であるため、吸入容量制御部が全閉の状態でターボ圧縮機が停止されるか、ターボ圧縮機の停止後直ちに吸入容量制御部が全閉に制御されることが多い。
ところで、上記ターボ冷凍機の運転中は、凝縮器は高温高圧の冷媒ガスにより高圧の状態である一方、蒸発器は低温低圧の冷媒液により低圧の状態となっている。したがって、このターボ冷凍機の運転を停止したとき、高圧の凝縮器側から低圧の蒸発器側に冷媒が逆流し、図４に示すように、吸入容量制御部を全閉状態ですると、吸入容量制御部の下流側は高圧になっていく。すると、均圧管により吸入容量制御部の下流側と連通している油タンクも高圧となる。 By the way, during the operation of the turbo refrigerator, the condenser is in a high pressure state due to the high temperature and high pressure refrigerant gas, while the evaporator is in a low pressure state due to the low temperature and low pressure refrigerant liquid. Therefore, when the operation of the turbo chiller is stopped, the refrigerant flows backward from the high pressure condenser side to the low pressure evaporator side, and when the suction capacity control unit is fully closed as shown in FIG. The downstream side of the control unit becomes high pressure. Then, the oil tank communicating with the downstream side of the suction capacity control unit by the pressure equalizing pipe also becomes high pressure.
一方、インペラの回転による遠心力で周囲の冷媒圧よりも若干低圧となるインペラの背圧部等は油タンクよりも低圧となる。また、ターボ圧縮機の電動機が収容されるモータ室は、蒸発器と連通しているため、ターボ冷凍機の運転を停止したときの圧力上昇が緩やかであり、油タンクよりも低圧となる。ターボ冷凍機の運転停止後もインペラの慣性回転に応じて潤滑油の給油が続くので、この圧力差によって、潤滑油が均圧管に達して冷媒系統に吸引される、いわゆる油上がりが発生してしまうという問題がある。 On the other hand, the back pressure portion of the impeller, which is slightly lower than the surrounding refrigerant pressure due to the centrifugal force generated by the rotation of the impeller, is lower than the oil tank. Further, since the motor chamber in which the electric motor of the turbo compressor is accommodated communicates with the evaporator, the pressure rise when the operation of the turbo chiller is stopped is moderate, and the pressure is lower than that of the oil tank. Even after the operation of the centrifugal chiller is stopped, lubrication oil continues to be fed in accordance with the inertial rotation of the impeller, and this pressure difference causes so-called oil rise that reaches the pressure equalizing pipe and is sucked into the refrigerant system. There is a problem of end.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボ冷凍機の運転停止時における、ターボ圧縮機の油タンク内の圧力上昇を抑えて油上がりの発生を抑制することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to suppress the rise of oil by suppressing the pressure increase in the oil tank of the turbo compressor when the operation of the turbo refrigerator is stopped. There is to do.
上記目的を達成するために、第１の発明に係るターボ冷凍機は、潤滑油を貯留する油タンク（36）を有するターボ圧縮機（21）と、該ターボ圧縮機（21）を通る冷媒の容量を制御する吸入容量制御部（46）と、該吸入容量制御部（46）及びターボ圧縮機（21）の圧縮機構（12）の間と上記油タンク（36）とを連通させる均圧管（48）とを備えているターボ冷凍機であって、少なくとも上記ターボ圧縮機（21）の運転及び上記吸入容量制御部（46）の開度を制御する制御部（50）を備え、上記制御部（50）は、上記ターボ圧縮機（21）の運転を停止するとき、上記吸入容量制御部（46）を開状態にする。 To achieve the above object, a turbo refrigerator according to a first aspect of the present invention includes a turbo compressor (21) having an oil tank (36) for storing lubricating oil, and a refrigerant passing through the turbo compressor (21). A suction capacity control unit (46) for controlling the capacity, and a pressure equalizing pipe (a pressure equalizing pipe) that communicates between the suction capacity control unit (46) and the compression mechanism (12) of the turbo compressor (21) and the oil tank (36). 48), a control unit (50) for controlling at least the operation of the turbo compressor (21) and the opening of the suction capacity control unit (46). (50) opens the suction capacity control unit (46) when the operation of the turbo compressor (21) is stopped.
上記の構成によると、ターボ圧縮機（21）の運転を停止するときに吸入容量制御部（46）を開状態にすることで、凝縮器側から冷媒が逆流しても、吸入容量制御部（46）が全閉状態である場合に比べて、吸入容量制御部（46）の下流側の圧力上昇が抑えられる。なお、冷媒が逆流すると、上流及び下流も逆転するが、ここでは、吸入容量制御部（46）の圧縮機構側を下流とする。 According to the above configuration, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the suction capacity control unit (46) is opened, so that even if the refrigerant flows backward from the condenser side, the suction capacity control unit ( As compared with the case where 46) is in the fully closed state, the pressure increase on the downstream side of the suction capacity control section (46) can be suppressed. Note that when the refrigerant flows backward, the upstream and downstream are also reversed, but here, the compression mechanism side of the suction capacity control unit (46) is the downstream.
第２の発明に係るターボ冷凍機は、上記第１の発明に係るターボ冷凍機において、上記制御部（50）は、上記ターボ圧縮機（21）の運転を停止したとき、上記吸入容量制御部（46）の開度を目標開度とする制御を開始する。 A turbo chiller according to a second aspect of the present invention is the turbo chiller according to the first aspect of the present invention, wherein the control unit (50) is configured to operate the suction capacity control unit when the operation of the turbo compressor (21) is stopped. Control to set the opening of (46) as the target opening is started.
ここで、ターボ圧縮機（21）の運転を停止した直後は、吸入容量制御部（46）の開度が目標開度より小さくても、ターボ冷凍機（21）の運転停止と当時に開方向制御を開始することで、油タンク（36）の圧力上昇の時間を最小限に抑え、仮に油上がりが発生しても、通常ターボ冷凍機に備えられている油戻し装置、例えばエゼクタシステムによって容易に油タンク（36）に戻される程度に抑えることができる。 Here, immediately after the operation of the turbo compressor (21) is stopped, even if the opening of the suction capacity control unit (46) is smaller than the target opening, the operation of the turbo chiller (21) is stopped and the opening direction at that time By starting the control, the pressure rise time of the oil tank (36) can be minimized, and even if an oil rise occurs, it is easy to use with an oil return device, such as an ejector system, that is usually equipped with a turbo refrigerator. To the extent that it is returned to the oil tank (36).
上記目標開度は、油上がり防止の点からは最大開度に設定することが好ましいが、起動時には吸入容量制御部（46）は全閉状態であることが好ましいため、再起同時の制御時間を短縮するために、油上がり抑制効果が発揮される程度の中間開度に設定してもよい。 The target opening is preferably set to the maximum opening from the viewpoint of preventing oil spillage, but since the suction capacity control unit (46) is preferably in a fully closed state at the time of start-up, the control time at the same time as the restart is set. In order to shorten, you may set to the intermediate opening degree of the grade which the oil rise suppression effect is exhibited.
また、停止時は吸入容量制御部（46）の開度を最大開度に向けて制御し、一定時間経過後に全閉又は所定の中間開度に戻すように制御してもよい。 Further, the opening of the suction volume control unit (46) may be controlled toward the maximum opening when stopped, and may be controlled so as to be fully closed or returned to a predetermined intermediate opening after a predetermined time has elapsed.
第３の発明に係るターボ冷凍機は、上記第１又は第２の発明に係るターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機（21）から吐出される冷媒の容量を制御する吐出容量制御部（47）をさらに備え、上記制御部（50）は、上記ターボ圧縮機（21）の運転を停止するとき、上記吐出容量制御部（47）をその開度が小さくなる閉方向に制御する。 A turbo chiller according to a third aspect of the present invention is the turbo chiller according to the first or second aspect of the invention, wherein the discharge capacity control unit (47) controls the capacity of the refrigerant discharged from the turbo compressor (21). The control unit (50) controls the discharge capacity control unit (47) in the closing direction in which the degree of opening is reduced when the operation of the turbo compressor (21) is stopped.
上記の構成によると、ターボ冷凍機の運転を停止しようとする際に、運転停止の指令が制御部（50）に届くと、制御部（50）は、まず吐出容量制御部（47）の開度を閉方向に制御を開始し、その後ターボ圧縮機（21）の運転を停止する。ターボ圧縮機（21）の運転を停止するときには、吐出容量制御部（47）の開度は小さくなる方向に制御されており、凝縮器から逆流してくる冷媒が吐出容量制御部（47）からターボ圧縮機（21）に流入するのが抑制される。したがって、ターボ圧縮機（21）の運転停止時に、凝縮器側からの冷媒の逆流量が少なくなるので、吸入容量制御部（46）の下流側の圧力上昇がより一層抑制される。 According to the above configuration, when an operation stop command arrives at the control unit (50) when attempting to stop the operation of the centrifugal chiller, the control unit (50) first opens the discharge capacity control unit (47). The control is started in the closing direction, and then the operation of the turbo compressor (21) is stopped. When the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the opening degree of the discharge capacity control unit (47) is controlled to become smaller, and the refrigerant flowing backward from the condenser is discharged from the discharge capacity control unit (47). Inflow into the turbo compressor (21) is suppressed. Therefore, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the reverse flow rate of the refrigerant from the condenser side is reduced, so that the pressure increase on the downstream side of the suction capacity control unit (46) is further suppressed.
上記第１の発明によれば、制御部（50）によって、ターボ圧縮機（21）の運転停止時に吸入容量制御部（46）を開状態とするので、凝縮器側から冷媒が逆流しても、吸入容量制御部（46）が全閉状態である場合に比べて、吸入容量制御部（46）の下流側の圧力上昇が抑えられる。このため、均圧管（48）によって吸入容量制御部（46）の下流側と連通する油タンク（36）内の圧力上昇も抑えられるので、油上がりの発生を抑制することができる。 According to the first aspect of the invention, since the suction capacity control unit (46) is opened by the control unit (50) when the turbo compressor (21) is stopped, the refrigerant flows backward from the condenser side. As compared with the case where the suction volume control unit (46) is in the fully closed state, the pressure increase on the downstream side of the suction volume control unit (46) is suppressed. For this reason, since the pressure increase in the oil tank (36) communicating with the downstream side of the suction capacity control section (46) can be suppressed by the pressure equalizing pipe (48), the occurrence of oil rising can be suppressed.
上記第２の発明によれば、制御部（50）によって、ターボ圧縮機（21）の運転停止と同時に吸入容量制御部（46）の開度を目標開度に向けて制御し、吸入容量制御部（46）の下流側の圧力上昇を油上がりが発生しない程度に抑えることができるので、油上がりの発生をより確実に抑制することができる。 According to the second aspect, the control unit (50) controls the opening of the suction capacity control unit (46) toward the target opening at the same time as the operation of the turbo compressor (21) is stopped. Since the pressure increase on the downstream side of the portion (46) can be suppressed to such an extent that no oil rise occurs, the occurrence of oil rise can be more reliably suppressed.
上記第３の発明によれば、ターボ圧縮機（21）の運転停止時に、吐出容量制御部（47）の開度の閉方向に向けた制御も行うので、凝縮器側からの冷媒の逆流量が少なくなり、油タンク（36）内の圧力上昇がより一層抑えられ、油上がりの発生をより一層抑制することができる。 According to the third aspect of the invention, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the opening of the discharge capacity controller (47) is also controlled in the closing direction, so the reverse flow rate of the refrigerant from the condenser side , The pressure increase in the oil tank (36) is further suppressed, and the occurrence of oil rising can be further suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（冷凍機の構成）
図１に示すように、本発明の実施形態に係るターボ冷凍機（1）は、ターボ圧縮機（21）、蒸発器（26）、凝縮器（22）、エコノマイザ（24）、膨張弁（23,25）及び制御部（50）を備えている。このターボ冷凍機（1）は、ターボ圧縮機（21）の容量制御により、その運転が制御されるものである。
(Structure of refrigerator)
As shown in FIG. 1, a turbo refrigerator (1) according to an embodiment of the present invention includes a turbo compressor (21), an evaporator (26), a condenser (22), an economizer (24), an expansion valve (23 25) and a control unit (50). The operation of the turbo refrigerator (1) is controlled by the capacity control of the turbo compressor (21).
上記ターボ圧縮機（21）は、詳しくは後述するが、２つの圧縮部（31,32）を有する圧縮機構（12）を備えており、冷媒を２段階に圧縮するものである。 The turbo compressor (21), which will be described in detail later, includes a compression mechanism (12) having two compression sections (31, 32), and compresses the refrigerant in two stages.
上記蒸発器（26）は、冷水が流れるチューブ（27）が冷媒の液中に浸されており、このチューブ（27）を通って蒸発器（26）に流入した温度の高い冷水が蒸発器（26）内で熱を奪われて冷却され、温度の低い冷水となって流出するようになっている。冷媒は、この蒸発器（26）で冷水から奪った熱で蒸発して冷媒ガスとなり、蒸発器（26）とターボ圧縮機（21）とをつなぐ低圧ガス管（20）を通ってターボ圧縮機（21）に送られる。 In the evaporator (26), a tube (27) through which cold water flows is immersed in a refrigerant liquid, and the high-temperature cold water flowing into the evaporator (26) through this tube (27) 26) The heat is deprived within it and cooled, and it flows out as cold water with a low temperature. The refrigerant is evaporated by the heat taken from the cold water by the evaporator (26) to become refrigerant gas, and passes through the low-pressure gas pipe (20) connecting the evaporator (26) and the turbo compressor (21). Sent to (21).
上記凝縮器（22）は、高圧ガス管（28）でターボ圧縮機（21）の吐出側とつながれており、冷却水が流れるチューブ（29）を備えている。ターボ圧縮機（21）から高圧ガス管（28）を通って凝縮器（22）に流入する高温高圧の冷媒ガスは、チューブ（29）内を流れる冷却水によって熱を奪われて凝縮し、冷媒液となる。 The condenser (22) is connected to the discharge side of the turbo compressor (21) by a high-pressure gas pipe (28), and includes a tube (29) through which cooling water flows. The high-temperature and high-pressure refrigerant gas that flows from the turbo compressor (21) through the high-pressure gas pipe (28) and into the condenser (22) is deprived of heat by the cooling water flowing in the tube (29) and condensed. Become a liquid.
上記エコノマイザ（24）は、高段液管（13）によって凝縮器（22）とつながれていて、この高段液管（13）には高段膨張弁（23）が設けられている。この高段膨張弁（23）は、凝縮器（22）から吐出された高圧の冷却液を中間圧まで減圧し、一部をガス化してエコノマイザ（24）に流入させる。このガス化した冷媒ガスによって、残りの液冷媒は中間圧相当飽和温度まで過冷却される。 The economizer (24) is connected to the condenser (22) by a high stage liquid pipe (13), and the high stage liquid pipe (13) is provided with a high stage expansion valve (23). The high stage expansion valve (23) reduces the high-pressure coolant discharged from the condenser (22) to an intermediate pressure, partially gasifies it, and flows it into the economizer (24). With this gasified refrigerant gas, the remaining liquid refrigerant is supercooled to an intermediate pressure equivalent saturation temperature.
さらに、上記エコノマイザ（24）は低段液管（14）によって蒸発器（26）とつながれていて、この低段液管（14）には低段膨張弁（25）が設けられている。この低段膨張弁（25）は、エコノマイザ（24）から吐出される冷媒液をさらに減圧して蒸発器（26）に送る。このエコノマイザ（24）によって、冷媒ガスと冷媒液とは確実に分離され、液戻りやホットガスバイパスへの無駄な熱損失を防ぐことができる。 Further, the economizer (24) is connected to the evaporator (26) by a low stage liquid pipe (14), and the low stage liquid pipe (14) is provided with a low stage expansion valve (25). The low stage expansion valve (25) further reduces the pressure of the refrigerant liquid discharged from the economizer (24) and sends it to the evaporator (26). By this economizer (24), the refrigerant gas and the refrigerant liquid are reliably separated, and wasteful heat loss to the liquid return and hot gas bypass can be prevented.
上記エコノマイザ（24）は、導入ガス管（11）によってターボ圧縮機（21）とつながれている。この導入ガス管（11）は、ターボ圧縮機（21）における低段圧縮部（31）と高段圧縮部（32）との間の連通路（43）に接続されていて、この連通路（43）に冷媒ガスを導入させるものである。このエコノマイザ（24）によって、蒸発器（26）に供給される冷媒を冷却して蒸発能力を増大させる一方、それに要する冷媒の圧縮は高段圧縮部（32）だけで行うのでターボ冷凍機（1）全体の成績係数を向上させることができる。 The economizer (24) is connected to the turbo compressor (21) by an introduction gas pipe (11). The introduction gas pipe (11) is connected to a communication path (43) between the low-stage compression section (31) and the high-stage compression section (32) in the turbo compressor (21). 43) introduces refrigerant gas. The economizer (24) cools the refrigerant supplied to the evaporator (26) to increase the evaporation capacity, while the refrigerant required for the compression is performed only by the high-stage compression unit (32). ) The overall coefficient of performance can be improved.
（ターボ圧縮機）
上記ターボ圧縮機（21）は、図２に示すように、密閉容器型のケーシング（30）内に収容されており、圧縮機構（12）、電動機（34）、増速機構（33）及び油タンク（36）を備えている。
(Turbo compressor)
As shown in FIG. 2, the turbo compressor (21) is housed in a sealed container type casing (30), and includes a compression mechanism (12), an electric motor (34), a speed increasing mechanism (33) and an oil. It has a tank (36).
上記ケーシング（30）内部は、圧縮機構（12）が収容される圧縮室（30a）と、電動機（34）が収容されるモータ室（30c）と、増速機構（33）が収容され、その下部が油タンク（36）で構成される中央室（30b）とに区画されている。 The casing (30) contains a compression chamber (30a) in which the compression mechanism (12) is accommodated, a motor chamber (30c) in which the electric motor (34) is accommodated, and a speed increasing mechanism (33). The lower part is divided into a central chamber (30b) composed of an oil tank (36).
上記圧縮機構（12）は、低段圧縮部（31）及び高段圧縮部（32）を有し、これらの低段圧縮部（31）と高段圧縮部（32）とが隣接するように圧縮室（30a）内に配設されている。低段圧縮部（31）は低段インペラ（31a）を有し、また高段圧縮部（32）は高段インペラ（32a）を有している。これらのインペラ（31a,32a）は、一対の軸受（52,52）に回転自在に支持された回転軸（35）に取り付けられている。 The compression mechanism (12) has a low-stage compression section (31) and a high-stage compression section (32) so that the low-stage compression section (31) and the high-stage compression section (32) are adjacent to each other. It is arranged in the compression chamber (30a). The low stage compression section (31) has a low stage impeller (31a), and the high stage compression section (32) has a high stage impeller (32a). These impellers (31a, 32a) are attached to a rotating shaft (35) rotatably supported by a pair of bearings (52, 52).
上記圧縮室（30a）の低段圧縮部（31）側には、蒸発器（26）から延びる上記低圧ガス管（20）が接続され、冷媒ガスが導入される吸入路（41）が形成されている。この吸入路（41）には、ターボ圧縮機（21）に導入される冷媒の容量を制御するための吸入容量制御部（46）が設けられている。この吸入容量制御部（46）は、インレットガイドベーン（ＩＧＶ）で構成されている。 The low-pressure gas pipe (20) extending from the evaporator (26) is connected to the low-stage compression section (31) side of the compression chamber (30a), and a suction passage (41) through which refrigerant gas is introduced is formed. ing. The suction path (41) is provided with a suction capacity control unit (46) for controlling the capacity of the refrigerant introduced into the turbo compressor (21). The suction capacity control unit (46) is configured by an inlet guide vane (IGV).
上記低段圧縮部（31）は、低段インペラ（31a）の周囲に、吸入容量制御部（46）から低段インペラ（31a）を経て導入された冷媒ガスが通る、渦巻き状の低段スクロール室（42）を有している。この低段スクロール室（42）を低段インペラ（31a）によって加速された冷媒ガスが通り、減速して動圧が静圧に変換されるようになっている。 The low-stage compression section (31) is a spiral low-stage scroll around which the refrigerant gas introduced from the suction capacity control section (46) through the low-stage impeller (31a) passes around the low-stage impeller (31a) It has a chamber (42). The refrigerant gas accelerated by the low stage impeller (31a) passes through the low stage scroll chamber (42), decelerates, and the dynamic pressure is converted into a static pressure.
一方、上記高段圧縮部（32）の吸入側である高段インペラ（32a）と上記低段圧縮部（31）の吐出側である低段スクロール室（42）とは、連通路（43）により連通されている。この連通路（43）には、上記エコノマイザ（24）から延びる上記導入ガス管（11）が接続されていて、低段圧縮部（31）を通って高温高圧となった冷媒ガスに、エコノマイザ（24）からの低温の冷媒ガスが導入ガス管（11）から混入されて高段圧縮部（32）に導入されるようになっている。 On the other hand, the high-stage impeller (32a) that is the suction side of the high-stage compression section (32) and the low-stage scroll chamber (42) that is the discharge side of the low-stage compression section (31) are connected to the communication path (43). It is communicated by. The communication gas passage (43) is connected to the introduction gas pipe (11) extending from the economizer (24), and the economizer ( The low-temperature refrigerant gas from 24) is mixed from the introduction gas pipe (11) and introduced into the high stage compression section (32).
上記高段圧縮部（32）は、高段インペラ（32a）の周囲に、上記連通路（43）から高段インペラ（32a）を経て導入された冷媒ガスが通る、渦巻き状の高段スクロール室（44）を有している。この高段スクロール室（44）を高段インペラ（32a）によって加速された冷媒ガスが通り、減速して動圧が静圧に変換されるようになっている。 The high-stage compression section (32) is a spiral high-stage scroll chamber in which the refrigerant gas introduced from the communication path (43) through the high-stage impeller (32a) passes around the high-stage impeller (32a). (44) The refrigerant gas accelerated by the high stage impeller (32a) passes through the high stage scroll chamber (44), decelerates, and the dynamic pressure is converted into a static pressure.
上記高段スクロール室（44）の吐出側端部には、上記凝縮器（22）につながる高圧ガス管（28）が接続され、ターボ圧縮機（21）から冷媒を吐出する吐出路（45）が形成されている。この吐出路（45）には、ターボ圧縮機（21）から吐出する冷媒の容量を制御する吐出容量制御部（47）が設けられている。この吐出容量制御部（47）は、ディフューザ制御（ＤＤＣ）によって冷媒の吐出容量を制御するものである。 A high pressure gas pipe (28) connected to the condenser (22) is connected to the discharge side end of the high stage scroll chamber (44), and a discharge path (45) for discharging refrigerant from the turbo compressor (21) Is formed. The discharge path (45) is provided with a discharge capacity control unit (47) for controlling the capacity of the refrigerant discharged from the turbo compressor (21). The discharge capacity control unit (47) controls the discharge capacity of the refrigerant by diffuser control (DDC).
なお、上記回転軸（35）は圧縮室（30a）を貫通するように設けられているが、その圧縮室（30a）の貫通孔から潤滑油が漏れて冷媒と共に流出しないように、各貫通孔はラビリンスシール（51）によってそれぞれ密封されている。 The rotating shaft (35) is provided so as to pass through the compression chamber (30a), but each through hole prevents the lubricating oil from leaking from the through hole of the compression chamber (30a) and flowing out together with the refrigerant. Are sealed by a labyrinth seal (51).
上記電動機（34）は、モータ室（30c）内に配設され、上記圧縮機構（12）を回転駆動させる駆動源として機能するものである。電動機（34）は、一対の軸受（53,53）に回転自在に支持された出力軸（34a）を有し、この出力軸（34a）の圧縮機構（12）側に、上記増速機構（33）が設けられている。 The electric motor (34) is disposed in the motor chamber (30c) and functions as a drive source for rotationally driving the compression mechanism (12). The electric motor (34) has an output shaft (34a) rotatably supported by a pair of bearings (53, 53), and the speed increasing mechanism ( 33).
上記モータ室（30c）はさらに、出力軸（34a）の軸受（53,53）間に回転一体に取り付けられたロータ（34b）と、ロータ（34b）を取り巻くようにケーシング（30）内壁に取り付けられたステータ（34c）とを収容する収容室（30d）を有している。 The motor chamber (30c) is further attached to the inner wall of the casing (30) so as to surround the rotor (34b) and the rotor (34b) which is rotatably integrated between the bearings (53, 53) of the output shaft (34a). And a storage chamber (30d) for storing the stator (34c).
上記増速機構（33）は、大歯車（33a）と小歯車（33b）とを有し、圧縮室（30a）とモータ室（30c）との間の中央室（30b）内に設けられている。大歯車（33a）は、モータ室（30c）［収容室（30d）］を貫通して中央室（30b）内に突設された上記出力軸（34a）に回転一体に固定されている。小歯車（33b）は、大歯車（33a）と螺合し、かつ中央室（30b）内に突設された圧縮機構（12）の回転軸（35）に回転一体に固定されている。この増速機構（33）によって、電動機（34）の出力軸（34a）の回転力が増速されて、回転軸（35）に伝達されるようになっている。 The speed increasing mechanism (33) has a large gear (33a) and a small gear (33b), and is provided in a central chamber (30b) between the compression chamber (30a) and the motor chamber (30c). Yes. The large gear (33a) is fixed to the output shaft (34a) projecting from the motor chamber (30c) [accommodating chamber (30d)] and projecting into the central chamber (30b). The small gear (33b) is screwed into the large gear (33a) and is fixed to the rotating shaft (35) of the compression mechanism (12) protruding in the central chamber (30b). By this speed increasing mechanism (33), the rotational force of the output shaft (34a) of the electric motor (34) is increased and transmitted to the rotating shaft (35).
また、上記出力軸（34a）のモータ室（30c）及び収容室（30d）の各貫通孔もラビリンスシール（54）によりそれぞれ密封されている。 The through holes of the motor chamber (30c) and the storage chamber (30d) of the output shaft (34a) are also sealed by labyrinth seals (54).
上記中央室（30b）の下部は、油タンク（36）で構成されている。この油タンク（36）には、潤滑油が収容されるとともに、この潤滑油を各軸受（52,53）に供給するための給油装置としての油ポンプ（37）が設けられている。そして、上記圧縮機構（12）の回転軸（35）の一対の軸受（52,52）のうちの一方は、中央室（30b）［油タンク（36）］内に設けられている。また、出力軸（34a）の一対の軸受（53,53）のうちの一方も、中央室（30b）［油タンク（36）］内に設けられている。 The lower part of the central chamber (30b) is composed of an oil tank (36). The oil tank (36) contains lubricating oil and is provided with an oil pump (37) as an oil supply device for supplying the lubricating oil to the bearings (52, 53). One of the pair of bearings (52, 52) of the rotating shaft (35) of the compression mechanism (12) is provided in the central chamber (30b) [oil tank (36)]. One of the pair of bearings (53, 53) of the output shaft (34a) is also provided in the central chamber (30b) [oil tank (36)].
上記出力軸（34a）の一対の軸受（53,53）のうちの片方が配設されているモータ室（30c）の下部と、上記油タンク（36）とが油ドレン管（15）によって連通されていて、軸受（53）に供給されてモータ室（30c）の下部に貯まった潤滑油が、この油ドレン管（15）を通って油タンク（36）に戻されるようになっている。また、上記収容室（30d）の下部と蒸発器（26）とが冷媒ドレン管（16）により連通されていて、収容室（30d）内に電動機の冷却のために供給された冷媒が蒸発器（26）に戻されるようになっている。 The lower part of the motor chamber (30c) in which one of the pair of bearings (53, 53) of the output shaft (34a) is disposed and the oil tank (36) communicate with each other by an oil drain pipe (15). The lubricating oil supplied to the bearing (53) and stored in the lower portion of the motor chamber (30c) is returned to the oil tank (36) through the oil drain pipe (15). The lower part of the storage chamber (30d) and the evaporator (26) are communicated with each other by a refrigerant drain pipe (16), and the refrigerant supplied for cooling the electric motor in the storage chamber (30d) Return to (26).
そして、上記中央室（30b）［油タンク（36）］の上部と、圧縮室（30a）の吸入路（41）における吸入容量制御部（46）及び低段インペラ（31a）の間とが均圧管（48）により連通されている。 The upper part of the central chamber (30b) [oil tank (36)] and the space between the suction capacity control section (46) and the low stage impeller (31a) in the suction passage (41) of the compression chamber (30a) are uniform. It communicates with the pressure pipe (48).
（制御部）
上記制御部（50）は、上記ターボ圧縮機（21）の運転、上記吸入容量制御部（46）及び吐出容量制御部（47）の開度を制御するものである。
(Control part)
The control unit (50) controls the operation of the turbo compressor (21) and the opening degrees of the suction capacity control unit (46) and the discharge capacity control unit (47).
上記ターボ冷凍機（1）の運転を停止する際には、上記制御部（50）は、吸入容量制御部（46）を目標開度に向けて制御する。 When stopping the operation of the turbo chiller (1), the control unit (50) controls the suction capacity control unit (46) toward the target opening.
具体的には、図３に示すように、制御部（50）は、ターボ冷凍機（1）を停止させる、すなわち、ターボ圧縮機（21）の運転を停止させたとき、吸入容量制御部（46）の開度を目標開度にする制御を開始する。 Specifically, as shown in FIG. 3, the control unit (50) stops the turbo refrigerator (1), that is, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the suction capacity control unit ( 46) Start the control to set the opening degree to the target opening degree.
ここで、上記目標開度は、油上がり防止の点からは最大開度に設定することが好ましいが、起動時には吸入容量制御部（46）は全閉状態であることが好ましいため、再起同時の制御時間を短縮するために、油上がり抑制効果が発揮される程度の中間開度に設定してもよい。 Here, the target opening is preferably set to the maximum opening from the viewpoint of preventing the oil from rising, but since the suction volume control unit (46) is preferably fully closed at the time of startup, In order to shorten the control time, it may be set to an intermediate opening degree at which the oil rise suppression effect is exhibited.
また、目標開度を最大開度に設定し、停止時は吸入容量制御部（46）の開度を最大開度に向けて制御し、一定時間経過後に全閉又は所定の中間開度に戻すように制御してもよい。 In addition, the target opening is set to the maximum opening, and when stopped, the opening of the suction volume control unit (46) is controlled toward the maximum opening, and is fully closed or returned to a predetermined intermediate opening after a certain period of time. You may control as follows.
そして、上記制御部（50）は、ターボ圧縮機（21）の運転を停止するとき、吸入容量制御部（46）の開度の制御とともに、吐出容量制御部（47）開度を小さくする閉方向の制御を開始してもよい。 Then, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the control unit (50) controls the opening of the suction capacity control unit (46) and closes the discharge capacity control unit (47) to reduce the opening. Direction control may be initiated.
具体的には、ターボ冷凍機（1）を停止させる指令が出ると、制御部（50）は、ターボ冷凍機（1）の運転停止と同時又はそれに先だって吐出容量制御部（47）の閉方向の制御を開始し、ターボ圧縮機（21）の運転を停止させて、吸入容量制御部（46）の制御を開始する。 Specifically, when a command to stop the turbo chiller (1) is issued, the control unit (50) closes the discharge capacity control unit (47) simultaneously with or before the operation of the turbo chiller (1) is stopped. Is started, the operation of the turbo compressor (21) is stopped, and the control of the suction capacity control unit (46) is started.
ここで、上記ターボ圧縮機（21）の運転を停止させるとき、吐出容量制御部（47）の開度が小さすぎると、冷媒の流入量に対して吐出容量制御部（47）の抵抗が過大となってしまい、騒音発生等の不具合が生じる虞がある。一方、ターボ圧縮機（21）の運転を停止させるとき、吐出容量制御部（47）の開度が小さい方が高圧の凝縮器（22）側から低圧の蒸発器（26）側への冷媒の逆流は小さく、吸入容量制御部（46）の下流側の圧力上昇も小さい。なお、冷媒が逆流すると、上流及び下流も逆転するが、ここでは、吸入容量制御部（46）の圧縮機構側を下流とする。 Here, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, if the opening of the discharge capacity control section (47) is too small, the resistance of the discharge capacity control section (47) is excessive with respect to the refrigerant flow rate. This may cause problems such as noise generation. On the other hand, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the smaller the opening of the discharge capacity control unit (47), the more the refrigerant flows from the high pressure condenser (22) side to the low pressure evaporator (26) side. The backflow is small, and the pressure rise on the downstream side of the suction capacity control unit (46) is also small. Note that when the refrigerant flows backward, the upstream and downstream are also reversed, but here, the compression mechanism side of the suction capacity control unit (46) is the downstream.
したがって、上記吐出容量制御部（47）の目標閉開度は、ターボ圧縮機（21）の運転を停止させるときに、騒音発生等の不具合が生じない程度で、かつ冷媒の逆流を抑制することができる開度に設定する。 Therefore, the target closing degree of the discharge capacity control unit (47) is such that when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, a problem such as noise generation does not occur, and the back flow of the refrigerant is suppressed. Set the opening so that
（運転動作）
次に、本発明の実施形態に係るターボ冷凍機（1）の運転時の動作について説明する。
(Driving operation)
Next, the operation at the time of operation of the turbo refrigerator (1) according to the embodiment of the present invention will be described.
上記蒸発器（26）では、チューブ（27）内を流通する冷水から冷媒が熱を奪って蒸発し、冷媒ガスとなって低圧ガス管（20）を通って上記ターボ圧縮機（21）に流入する。 In the evaporator (26), the refrigerant removes heat from the cold water flowing in the tube (27) and evaporates to flow into the turbo compressor (21) through the low-pressure gas pipe (20) as refrigerant gas. To do.
上記ターボ圧縮機（21）の吸入路（41）から導入された低圧の冷媒ガスは、吸入容量制御部（46）で吸入容量を制御されて低段インペラ（31a）に流入する。この低段インペラ（31a）の遠心力によって圧縮されて高温高圧となった冷媒ガスは、低段スクロール室（42）を通って連通路（43）に吐出される。 The low-pressure refrigerant gas introduced from the suction passage (41) of the turbo compressor (21) flows into the low stage impeller (31a) with the suction capacity controlled by the suction capacity control unit (46). The refrigerant gas that has been compressed by the centrifugal force of the low stage impeller (31a) to become high temperature and high pressure is discharged through the low stage scroll chamber (42) to the communication path (43).
上記連通路（43）には、エコノマイザ（24）から導入ガス管（11）を通って温度の低い冷媒ガスが流入され、上記低段スクロール室（42）から吐出された高温の冷媒ガスに混入されて高段インペラ（32a）に導入される冷媒ガスの温度が低下する。 A refrigerant gas having a low temperature flows into the communication passage (43) from the economizer (24) through the introduction gas pipe (11) and is mixed into the high-temperature refrigerant gas discharged from the low-stage scroll chamber (42). Thus, the temperature of the refrigerant gas introduced into the high stage impeller (32a) decreases.
上記高段インペラ（32a）の遠心力によってさらに圧縮された冷媒ガスは、高段スクロール室（44）を通って吐出容量制御部（47）で吐出容量を制御されて吐出路（45）から高圧ガス管（28）に吐出される。 The refrigerant gas further compressed by the centrifugal force of the high stage impeller (32a) passes through the high stage scroll chamber (44), the discharge capacity is controlled by the discharge capacity control unit (47), and the high pressure from the discharge path (45). It is discharged into the gas pipe (28).
上記高圧ガス管（28）に吐出された冷媒ガスは凝縮器（22）に流入し、チューブ（29）内を流れる冷水により冷却されて凝縮し、冷媒液となる。 The refrigerant gas discharged to the high-pressure gas pipe (28) flows into the condenser (22), is cooled by the cold water flowing through the tube (29), condenses, and becomes a refrigerant liquid.
上記凝縮器（22）から吐出された高圧の冷媒液は、高圧ガス管（28）を通って高段膨張弁（23）で中間圧力まで減圧され膨張する。この高段膨張弁（23）によって冷媒液の一部が冷媒ガスとなり、残りの冷媒液と共にエコノマイザ（24）に流入する。 The high-pressure refrigerant liquid discharged from the condenser (22) passes through the high-pressure gas pipe (28), is decompressed to an intermediate pressure by the high stage expansion valve (23), and expands. A part of the refrigerant liquid becomes refrigerant gas by the high stage expansion valve (23) and flows into the economizer (24) together with the remaining refrigerant liquid.
上記エコノマイザ（24）に流入した冷媒のうち、過冷却された冷媒液は低段液管（14）に吐出され、低段膨張弁（25）によってさらに減圧され蒸発器（26）に送られる。一方、上記エコノマイザ（24）に流入した冷媒のうち、冷媒ガスは導入ガス管（11）に吐出される。 Of the refrigerant that has flowed into the economizer (24), the supercooled refrigerant liquid is discharged to the low-stage liquid pipe (14), and is further decompressed by the low-stage expansion valve (25) and sent to the evaporator (26). On the other hand, among the refrigerant that has flowed into the economizer (24), the refrigerant gas is discharged into the introduction gas pipe (11).
次に、ターボ冷凍機（1）の運転を停止する場合の動作について説明する。 Next, the operation for stopping the operation of the turbo refrigerator (1) will be described.
上記ターボ冷凍機（1）の運転を停止する前は、吸入容量制御部（46）及び吐出容量制御部（47）はそれぞれ運転状況に応じた開度状態となっている。 Before the operation of the turbo chiller (1) is stopped, the suction capacity control unit (46) and the discharge capacity control unit (47) are each in an opening state corresponding to the operation state.
ターボ冷凍機（1）の運転を停止する指令を制御部（50）が受けると、制御部（50）は、ターボ圧縮機（21）の運転を停止するとともに、吸入容量制御部（46）を目標開度に向けて開方向又は閉方向に動作を開始し、目標開度となるとその開度を維持する。 When the control unit (50) receives a command to stop the operation of the turbo chiller (1), the control unit (50) stops the operation of the turbo compressor (21), and the suction capacity control unit (46) The operation is started in the opening direction or the closing direction toward the target opening, and when the target opening is reached, the opening is maintained.
吐出容量制御部（47）は、ターボ圧縮機（21）の運転停止と同時又はそれに先だって、目標閉開度に向けて制御てもよい。 The discharge capacity control unit (47) may perform control toward the target closing degree at the same time as or before the operation stop of the turbo compressor (21).
図３は、ターボ圧縮機（21）の運転を停止したとき、上記制御部（50）によって、吸入容量制御部（46）を開方向に制御したときの、吸入容量制御部（46）の開度（ＩＧＶ開度）と、ターボ冷凍機（1）の高圧及び低圧（Mpa）と、吸入容量制御部（46）の下流側の圧力（Mpa）とのタイムチャートである。 FIG. 3 shows that when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the suction capacity control section (46) is opened when the suction capacity control section (46) is controlled in the opening direction by the control section (50). It is a time chart of degree (IGV opening degree), the high pressure and low pressure (Mpa) of the centrifugal chiller (1), and the pressure (Mpa) on the downstream side of the suction capacity control unit (46).
ここで、ターボ圧縮機（21）の運転を停止した直後は、吸入容量制御部（46）の開度が目標開度より小さくても、ターボ圧縮機（21）の運転停止と同時に開度制御を開始することで、油タンク（36）の圧力上昇の時間を最小限に抑えることができ、仮に油上がりが発生しても、通常ターボ冷凍機に備えられている油戻し装置、例えばエゼクタシステムによって容易に潤滑油は油タンク（36）に戻すことができる程度に抑えることができる。 Here, immediately after stopping the operation of the turbo compressor (21), even if the opening of the suction capacity control unit (46) is smaller than the target opening, the opening control is performed simultaneously with the stop of the operation of the turbo compressor (21). By starting the oil tank (36), the pressure rise time can be minimized, and even if an oil rise occurs, an oil return device, such as an ejector system, usually provided in a turbo refrigerator Thus, the lubricating oil can be easily suppressed to the extent that it can be returned to the oil tank (36).
（実施形態の効果）
本実施形態のターボ冷凍機（1）においては、制御部（50）によって、ターボ圧縮機（21）の運転を停止するとき、吸入容量制御部（46）の開度を目標開度に向けて制御し、ターボ圧縮機（21）の運転停止時には吸入容量制御部（46）を開状態とするので、凝縮器側から冷媒が逆流しても、吸入容量制御部（46）が全閉状態である場合に比べて、吸入容量制御部（46）の下流側の圧力上昇が抑えられる。このため、均圧管（48）によって吸入容量制御部（46）の下流側と連通する油タンク（36）内の圧力上昇も抑えられるので、油上がりの発生を抑制することができる。
(Effect of embodiment)
In the turbo refrigerator (1) of the present embodiment, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped by the control unit (50), the opening of the suction capacity control unit (46) is directed toward the target opening. Since the suction capacity control unit (46) is opened when the turbo compressor (21) is stopped, the suction capacity control unit (46) is not fully closed even if the refrigerant flows backward from the condenser side. Compared to a certain case, the pressure increase on the downstream side of the suction capacity control section (46) can be suppressed. For this reason, since the pressure increase in the oil tank (36) communicating with the downstream side of the suction capacity control section (46) can be suppressed by the pressure equalizing pipe (48), the occurrence of oil rising can be suppressed.
また、ターボ冷凍機（1）の運転停止指令が出たとき、制御部（50）によって、吐出容量制御部（47）の開度が目標閉開度となったときにターボ圧縮機（21）の運転を停止するようにした場合は、凝縮器側からの冷媒の逆流量が少なくなり、油タンク（36）内の圧力上昇がより一層抑えられ、油上がりの発生をより一層抑制することができるとともに、ターボ圧縮機（21）の逆回転運転の時間を短縮することができる。 Also, when an operation stop command for the turbo chiller (1) is issued, the control unit (50) causes the turbo compressor (21) when the opening of the discharge capacity control unit (47) reaches the target closing degree. When the operation is stopped, the reverse flow rate of the refrigerant from the condenser side is reduced, the pressure increase in the oil tank (36) is further suppressed, and the occurrence of oil rising can be further suppressed. In addition, the time for reverse rotation operation of the turbo compressor (21) can be shortened.
（その他の実施形態）
なお、上述の実施形態は、本発明の例示であって、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、以下のような構成としてもよい。
(Other embodiments)
In addition, the above-mentioned embodiment is an illustration of this invention, Comprising: This invention is not limited to this example. For example, the following configuration may be used.
すなわち、上記実施形態では、ターボ圧縮機（21）の運転を停止したとき、吸入容量制御部（46）の開度が目標開度となるように制御したが、必ずしも目標開度となるように制御しなくてもよい。ターボ圧縮機（21）の運転を停止したときに、少なくとも吸入容量制御部（46）を全閉方向に制御せず、一定時間、開状態にしておくだけでもよい。 That is, in the above embodiment, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the opening degree of the suction capacity control unit (46) is controlled to be the target opening degree, but it is not necessarily the target opening degree. It does not have to be controlled. When the operation of the turbo compressor (21) is stopped, at least the suction capacity control unit (46) may be left open for a certain period of time without being controlled in the fully closed direction.
以上説明したように、本発明は、ターボ圧縮機を有するターボ冷凍機について有用である。 As described above, the present invention is useful for a turbo refrigerator having a turbo compressor.
1 ターボ冷凍機
12 圧縮機構
21 ターボ圧縮機
36 油タンク
46 吸入容量制御部
47 吐出容量制御部
48 均圧管
50 制御部
1 Turbo refrigerator
12 Compression mechanism
21 Turbo compressor
36 Oil tank
46 Suction volume controller
47 Discharge capacity controller
48 Pressure equalizing pipe
50 Control unit
Claims (3)
少なくとも上記ターボ圧縮機（21）の運転及び上記吸入容量制御部（46）の開度を制御する制御部（50）を備え、
上記制御部（50）は、上記ターボ圧縮機（21）の運転を停止するとき、上記吸入容量制御部（46）を開状態にすることを特徴とするターボ冷凍機。 A turbo compressor (21) having an oil tank (36) for storing lubricating oil, a suction capacity control unit (46) for controlling the capacity of refrigerant passing through the turbo compressor (21), and a suction capacity control unit ( 46) and a turbo chiller comprising a pressure equalizing pipe (48) communicating between the compression mechanism (12) of the turbo compressor (21) and the oil tank (36),
A control unit (50) for controlling at least the operation of the turbo compressor (21) and the opening of the suction capacity control unit (46);
The turbo chiller, wherein when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the control unit (50) opens the suction capacity control unit (46).
上記制御部（50）は、上記ターボ圧縮機（21）の運転を停止したとき、上記吸入容量制御部（46）の開度を目標開度とする制御を開始することを特徴とするターボ冷凍機。 The turbo chiller according to claim 1,
The turbo refrigeration is characterized in that, when the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the control unit (50) starts control to set the opening of the suction capacity control unit (46) as a target opening. Machine.
上記ターボ圧縮機（21）から吐出される冷媒の容量を制御する吐出容量制御部（47）をさらに備え、
上記制御部（50）は、上記ターボ圧縮機（21）の運転を停止するとき、上記吐出容量制御部（47）をその開度が小さくなる閉方向に制御することを特徴とするターボ冷凍機。 The turbo refrigerator according to claim 1 or 2,
A discharge capacity control section (47) for controlling the capacity of refrigerant discharged from the turbo compressor (21);
When the operation of the turbo compressor (21) is stopped, the control unit (50) controls the discharge capacity control unit (47) in a closing direction in which the opening is reduced. .
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