特許 7080801 ターボ冷凍機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-27

(45)【発行日】2022-06-06

(54)【発明の名称】ターボ冷凍機

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/053 20060101AFI20220530BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20220530BHJP

【ＦＩ】

F25B1/053 M

F25B1/00 361L

F25B1/00 361P

F25B1/00 371M

F25B1/053 A

F25B1/053 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018213718

(22)【出願日】2018-11-14

(65)【公開番号】P2020079688

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-03-26

(73)【特許権者】

【識別番号】503164502

【氏名又は名称】荏原冷熱システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】福住 幸大

(72)【発明者】

【氏名】金 哲

(72)【発明者】

【氏名】中村 知亮

【審査官】関口 勇

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６１－２８５３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１２９５１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－００２１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５１５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０２５４５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／０５３

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを生成する蒸発器と、
前記冷媒ガスを圧縮する第１圧縮機および第２圧縮機と、
前記圧縮された冷媒ガスを凝縮させて前記冷媒液を生成する凝縮器と、
前記第１圧縮機および前記第２圧縮機をそれぞれ可変速駆動する第１インバータおよび第２インバータと、
前記第１圧縮機、前記第２圧縮機、前記第１インバータ、および前記第２インバータの動作を制御する制御装置を備え、
前記第１圧縮機および前記第２圧縮機は、前記蒸発器に並列に連結されており、
前記制御装置は、
前記第１圧縮機の吸込口および前記第２圧縮機の吸込口にそれぞれ配置された第１ガイドベーンおよび第２ガイドベーンを閉じた状態で、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を同時に起動し、
前記第１圧縮機の速度と前記第２圧縮機の速度を互いに同じに保ちながら、所定の速度に到達するまで前記第１圧縮機の速度および前記第２圧縮機の速度を上昇させ、
前記所定の速度に到達した後に、前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンを開き、
前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンが開いた後に、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を同じ速度で運転させるように構成され、
前記制御装置は、前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度の相関関係を規定するベーン開度テーブルを予め記憶しており、
前記制御装置は、前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンを開いた後に、冷凍負荷に応じて前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を、前記相関関係を保ちながら制御するように構成され、
前記ベーン開度テーブル上の前記第２ガイドベーンの開度下限と開度上限との間の開度は、前記第１ガイドベーンの対応する開度よりも大きい、ターボ冷凍機。

【請求項2】

前記制御装置は、複数のベーン開度テーブルを予め記憶しており、前記ターボ冷凍機の冷凍負荷に基づいて前記複数のベーン開度テーブルのうちの１つを選択し、前記選択されたベーン開度テーブルに従って、前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を制御する、請求項１に記載のターボ冷凍機。

【請求項3】

前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のヘッドを検出するヘッド検出器と、
前記凝縮器から前記蒸発器まで延びるホットガスバイパスラインと、
前記ホットガスバイパスラインに取り付けられたホットガスバイパス弁をさらに備え、
前記制御装置は、前記所定の速度に到達した後に前記ヘッドが所定のしきい値よりも高い場合は、前記ホットガスバイパス弁を開く、請求項１または２に記載のターボ冷凍機。

【請求項4】

前記制御装置は、前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンを開いた後に、前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を互いに同じに保ちながら、冷凍負荷に応じて前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を制御する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のターボ冷凍機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の圧縮機を備えたターボ冷凍機に関し、特に複雑な制御を必要とせず、複数の圧縮機を速やかに立ち上げることができるターボ冷凍機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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として構成される。ターボ冷凍機は、一般に、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を生成する圧縮機と、高圧の冷媒ガスを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。

【0003】

特許文献１には、２台の圧縮機を備えたターボ冷凍機が開示されている。このタイプのターボ冷凍機では、安定した起動を実現するためには、各圧縮機への冷媒ガスの流量を均等に分配する必要がある。そこで、流量を均等にするために、各圧縮機の運転状態を監視し、各圧縮機の運転を独立に制御することが実施されている。例えば、各圧縮機の電流値に基づいて、各圧縮機の吸込口に設けられているガイドベーンの開度を制御することで、各圧縮機への流量を均等に分配している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特公平５－６７８６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、このような圧縮機ごと運転制御は、多くの計測機器を必要とし、装置コストが上昇してしまう。また、各圧縮機の運転を独立して制御することは一般に難しく、かつ制御方法が複雑となる。特に、圧縮機の起動時には、冷媒ガスの流量が少ないために、圧縮機においてサージングが起きやすい。サージングは、冷媒ガスの流れの失速により圧縮機の振動・騒音が徐々に激しくなる事象である。このようなサージングが発生すると、多大な騒音、過大なスラスト荷重等による軸受の寿命低下や損傷、被冷却流体温度の急激な乱高下等、さまざまな不具合を生じる。

【0006】

上記問題に加え、従来のターボ冷凍機では、圧縮機を１台ずつ起動するため、ターボ冷凍機が安定して運転するまでに長い時間が必要であった。

【0007】

そこで、本発明は、サージングを防止しつつ、簡単な制御方法で複数の圧縮機を速やかに立ち上げることができるターボ冷凍機の運転方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一態様では、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを生成する蒸発器と、前記冷媒ガスを圧縮する第１圧縮機および第２圧縮機と、前記圧縮された冷媒ガスを凝縮させて前記冷媒液を生成する凝縮器と、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機をそれぞれ可変速駆動する第１インバータおよび第２インバータと、前記第１圧縮機、前記第２圧縮機、前記第１インバータ、および前記第２インバータの動作を制御する制御装置を備え、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機は、前記蒸発器に並列に連結されており、前記制御装置は、前記第１圧縮機の吸込口および前記第２圧縮機の吸込口にそれぞれ配置された第１ガイドベーンおよび第２ガイドベーンを閉じた状態で、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を同時に起動し、前記第１圧縮機の速度と前記第２圧縮機の速度を互いに同じに保ちながら、所定の速度に到達するまで前記第１圧縮機の速度および前記第２圧縮機の速度を上昇させ、前記所定の速度に到達した後に、前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンを開き、前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンが開いた後に、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を同じ速度で運転させるように構成され、前記制御装置は、前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度の相関関係を規定するベーン開度テーブルを予め記憶しており、前記制御装置は、前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンを開いた後に、冷凍負荷に応じて前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を、前記相関関係を保ちながら制御するように構成され、前記ベーン開度テーブル上の前記第２ガイドベーンの開度下限と開度上限との間の開度は、前記第１ガイドベーンの対応する開度よりも大きい、ターボ冷凍機が提供される。

【0009】

サージングは、一般に、圧縮機の速度が低いときに発生しやすい。本発明によれば、第１ガイドベーンおよび第２ガイドベーンを閉じた状態で、第１圧縮機および第２圧縮機が起動されるので、第１圧縮機および第２圧縮機の速度が低いときは、これら圧縮機には冷媒ガスは実質的に流入しない。結果として、サージングの発生を防止することができ、安定した圧縮機の起動運転が実現できる。
また、本発明によれば、第１圧縮機および第２圧縮機を同時に起動するので、ターボ冷凍機が定常運転に達するまでに要する時間を短縮することができる。さらに、本発明によれば、第１圧縮機の速度と第２圧縮機の速度を互いに同じに保ちながら、第１圧縮機および第２圧縮機を増速するので、これら圧縮機の独立制御は不要であり、運転制御を簡素化することができる。

【0010】

一態様では、前記ターボ冷凍機は、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機のヘッドを検出するヘッド検出器と、前記凝縮器から前記蒸発器まで延びるホットガスバイパスラインと、前記ホットガスバイパスラインに取り付けられたホットガスバイパス弁をさらに備え、前記制御装置は、前記所定の速度に到達した後に前記ヘッドが所定のしきい値よりも高い場合は、前記ホットガスバイパス弁を開く。

【0011】

サージングは、一般に、圧縮機のヘッドが高く、かつ圧縮機に流入する冷媒ガスの流量が低いときに発生しやすい。本発明によれば、第１圧縮機および第２圧縮機のヘッドが所定のしきい値よりも高い場合に、ホットガスバイパス弁が開かれる。冷媒ガスは凝縮器からホットガスバイパスラインを通って蒸発器に導かれ、さらに蒸発器から第１圧縮機および第２圧縮機に導かれる。このように、第１圧縮機および第２圧縮機のヘッドが高いときに、第１圧縮機および第２圧縮機に流入する冷媒ガスの流量が増加するので、サージングを防止することができる。

【0012】

一態様では、前記制御装置は、前記第１ガイドベーンおよび前記第２ガイドベーンを開いた後に、前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を互いに同じに保ちながら、冷凍負荷に応じて前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を制御する。

【0013】

ターボ冷凍機の定常運転時では、冷凍負荷に応じてガイドベーンの開度を調節する負荷追従ベーン制御が行われる。第１の圧縮機および第２圧縮機が同一速度で運転されているとき、第１ガイドベーンと第２ガイドベーンの開度が同じであれば、これら２つの圧縮機に流入する冷媒ガスの流量は同じである。しかしながら、実際には、第１の圧縮機および第２圧縮機に流入する冷媒ガスの流量は、これら圧縮機と蒸発器とを繋ぐ冷媒配管の長さや形状、冷媒配管と蒸発器との接続点の位置などに依存して変わりうる。このような因子に起因して、第１圧縮機に流入する冷媒ガスの流量と、第２圧縮機に流入する冷媒ガスの流量が異なることがある。第２圧縮機に流入する冷媒ガスの流量が、第１圧縮機に流入する冷媒ガスの流量よりも低い場合、第２圧縮機においてサージングが起こりやすい。本発明によれば、第２ガイドベーンの開度は、第１ガイドベーンの開度よりも大きいので、第２ガイドベーンの開度が低下したときに第２圧縮機でのサージングを防止することができる。

【0014】

一態様では、前記制御装置は、複数のベーン開度テーブルを予め記憶しており、前記ターボ冷凍機の冷凍負荷に基づいて前記複数のベーン開度テーブルのうちの１つを選択し、前記選択されたベーン開度テーブルに従って、前記第１ガイドベーンの開度と前記第２ガイドベーンの開度を制御する。
本発明によれば、冷凍負荷に基づいて最適なベーン開度テーブルが選択されるので、サージングを防止しつつ、冷凍負荷に応じた最適な運転制御が実行できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、サージングを防止しつつ、簡単な制御方法で複数の圧縮機を速やかに立ち上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】ターボ冷凍機の一実施形態を示す模式図である。

【図2】ターボ冷凍機の運転方法の一実施形態を示すフローチャートである。

【図3】第１ガイドベーンの開度と第２ガイドベーンの開度の相関関係を規定するベーン開度テーブルの一例を示す図である。

【図4】複数のベーン開度テーブルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ターボ冷凍機の一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、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを生成する蒸発器２と、冷媒ガスを圧縮する第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂと、圧縮された冷媒ガスを凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器３と、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂをそれぞれ可変速駆動する第１インバータ５Ａおよび第２インバータ５Ｂと、第１圧縮機１Ａ、第２圧縮機１Ｂ、第１インバータ５Ａ、および第２インバータ５Ｂの動作を制御する制御装置１０を備えている。

【0018】

第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂは、蒸発器２に並列に連結されている。蒸発器２は、第１冷媒ガス出口２Ａおよび第２冷媒ガス出口２Ｂを有している。第１圧縮機１Ａの吸込口は、冷媒配管４Ａによって第１冷媒ガス出口２Ａに連結され、第２圧縮機１Ｂの吸込口は、冷媒配管４Ｂによって第２冷媒ガス出口２Ｂに連結されている。第１冷媒ガス出口２Ａおよび第２冷媒ガス出口２Ｂの配置は図１に示す実施形態に限定されない。

【0019】

ターボ冷凍機は、凝縮器３と蒸発器２との間に配置されたエコノマイザ２０をさらに備えている。第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂの排出口は、冷媒配管４Ｃ，４Ｄによって凝縮器３に連結されている。凝縮器３は冷媒配管４Ｅによってエコノマイザ２０に連結され、エコノマイザ２０は冷媒配管４Ｆによって蒸発器２に連結されている。さらに、エコノマイザ２０は、冷媒配管４Ｇによって第１圧縮機１Ａに連結され、冷媒配管４Ｈによって第２圧縮機１Ｂに連結されている。エコノマイザ２０は、凝縮器３と蒸発器２との間に配置された中間冷却器である。凝縮器３からエコノマイザ２０に延びる冷媒配管４Ｅには一次側膨張弁２１が取り付けられ、エコノマイザ２０から蒸発器２に延びる冷媒配管４Ｆには二次側膨張弁２２が取り付けられている。

【0020】

ターボ冷凍機は、冷媒ガスを凝縮器３から蒸発器２に導くホットガスバイパスライン２５と、このホットガスバイパスライン２５を開閉するためのホットガスバイパス弁２７とを備えている。ホットガスバイパスライン２５は、エコノマイザ２０をバイパスして凝縮器３から蒸発器２まで延びている。ホットガスバイパス弁２７は、その開度が調整可能に構成されており、例えば開度可変な電動弁から構成されている。

【0021】

ホットガスバイパス弁２７は、制御装置１０に電気的に接続されており、ホットガスバイパス弁２７の動作は制御装置１０によって制御される。定常運転では、ホットガスバイパス弁２７は閉じられている。制御装置１０がホットガスバイパス弁２７を開くと、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂによって圧縮された冷媒ガスは、エコノマイザ２０をバイパスしてホットガスバイパスライン２５を通って凝縮器３から蒸発器２に送られる。

【0022】

本実施形態では、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂは、多段ターボ圧縮機から構成されている。より具体的には、第１圧縮機１Ａは、二段ターボ圧縮機からなり、一段目羽根車１１Ａと、二段目羽根車１２Ａと、これらの羽根車１１Ａ，１２Ａを回転させる電動機１３Ａとを備えている。第１インバータ５Ａは電動機１３Ａに接続されており、第１インバータ５Ａは商用電源３０に接続されている。第１インバータ５Ａは制御装置１０に接続されている。羽根車１１Ａ，１２Ａは、電動機１３Ａに連結されている。電動機１３Ａは誘導電動機からなり、電動機１３Ａの回転速度は、第１インバータ５Ａを介して制御装置１０により制御される。

【0023】

第１圧縮機１Ａの吸込口には、冷媒ガスの羽根車１１Ａ，１２Ａへの吸込流量を調整する第１ガイドベーン１６Ａが配置されている。第１ガイドベーン１６Ａは一段目羽根車１１Ａの吸込側に位置している。第１ガイドベーン１６Ａは放射状に配置されており、各第１ガイドベーン１６Ａ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、第１ガイドベーン１６Ａの開度が変更される。第１ガイドベーン１６Ａの開度は、制御装置１０によって制御される。蒸発器２から送られた冷媒ガスは、第１ガイドベーン１６Ａを通過し、その後、回転する羽根車１１Ａ，１２Ａによって順次昇圧される。昇圧された冷媒ガスは、凝縮器３に送られる。

【0024】

第１圧縮機１Ａと同様に、第２圧縮機１Ｂは、二段ターボ圧縮機からなり、一段目羽根車１１Ｂと、二段目羽根車１２Ｂと、これらの羽根車１１Ｂ，１２Ｂを回転させる電動機１３Ｂと、第２圧縮機１Ｂの吸込口に配置された第２ガイドベーン１６Ｂを備えている。第２インバータ５Ｂは電動機１３Ｂに接続されており、第２インバータ５Ｂは商用電源３０に接続されている。第２インバータ５Ｂは制御装置１０に接続されている。第２圧縮機１Ｂの特に説明しない構成および動作は、第１圧縮機１Ａの構成および動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0025】

蒸発器２は、被冷却流体（例えば冷水）から熱を奪って冷媒液が蒸発して冷凍効果を発揮する。第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂは、蒸発器２で蒸発した冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスを生成し、凝縮器３は、高圧の冷媒ガスを冷却流体（例えば冷却水）で冷却して凝縮させることで、冷媒液を生成する。冷媒液は、一次側膨張弁２１を通過することによって減圧される。減圧された冷媒液中に存在する冷媒ガスはエコノマイザ２０によって分離され、第１圧縮機１Ａの一段目羽根車１１Ａと二段目羽根車１２Ａとの間に設けた中間吸込み口１７Ａ、および第２圧縮機１Ｂの一段目羽根車１１Ｂと二段目羽根車１２Ｂとの間に設けた中間吸込み口１７Ｂに送られる。エコノマイザ２０を通過した冷媒液は、二次側膨張弁２２を通過することによって減圧され、さらに冷媒配管４Ｆを通って蒸発器２に送られる。このように、ターボ冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムとして構成される。

【0026】

ターボ冷凍機は、蒸発器２に流入する被冷却流体の入口温度を測定する温度測定器としての温度センサＳ１と、蒸発器２から流出する被冷却流体の出口温度を測定する温度測定器としての温度センサＳ２と、蒸発器２を流れる被冷却流体の流量を測定する流量計３２と、凝縮器３に流入する冷却流体の入口温度を測定する温度測定器としての温度センサＳ３と、凝縮器３から流出する冷却流体の出口温度を測定する温度測定器としての温度センサＳ４をさらに備えている。温度センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４および流量計３２は制御装置１０に電気的に接続されており、温度センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４および流量計３２の出力値は制御装置１０に送られるようになっている。

【0027】

制御装置１０は、温度センサＳ１，Ｓ２によって測定された被冷却流体の入口温度Ｔ１および被冷却流体の出口温度Ｔ２の差ΔＴと、流量計３２によって測定された被冷却流体の流量とに基づいて、ターボ冷凍機の現在の冷凍負荷（冷凍容量）を算出する。より具体的には、制御装置１０は、温度差ΔＴと被冷却流体の流量との積から現在の冷凍負荷を求めることができる。あるいは、制御装置１０は、単に入口温度Ｔ１からターボ冷凍機の現在の冷凍負荷を算出してもよい。この場合、流量計３２は省略してもよい。

【0028】

ターボ冷凍機は、被冷却流体の出口温度Ｔ２と、冷却流体の出口温度Ｔ４との比率（Ｔ２／Ｔ４）から、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂのヘッドを換算するためのヘッド換算部３３を備えている。ヘッド換算部３３は、ヘッドを換算するための換算式を予め記憶している。ヘッド換算部３３は、被冷却流体の出口温度Ｔ２を温度センサＳ２から取得し、冷却流体の出口温度Ｔ４を温度センサＳ４から取得し、出口温度Ｔ２と出口温度Ｔ４との比率（Ｔ２／Ｔ４）を算出し、得られた比率を換算式を用いてヘッドに換算する。ヘッド換算部３３は、制御装置１０に接続されている。本実施形態では、ヘッド換算部３３は制御装置１０と一体に構成されている。得られたヘッドは制御装置１０に送られる。温度センサＳ２，Ｓ４およびヘッド換算部３３は、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂのヘッドを検出するヘッド検出器として機能する。

【0029】

一実施形態では、ヘッド換算部３３は、被冷却流体の入口温度Ｔ１を温度センサＳ１から取得し、冷却流体の入口温度Ｔ３を温度センサＳ３から取得し、入口温度Ｔ１と入口温度Ｔ３との比率（Ｔ１／Ｔ３）を算出し、得られた比率を換算式を用いてヘッドに換算してもよい。この場合は、温度センサＳ１，Ｓ３およびヘッド換算部３３は、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂのヘッドを検出するヘッド検出器として機能する。

【0030】

さらに、一実施形態では、ターボ冷凍機は、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂのヘッドを検出するヘッド検出器として圧力センサ３５を備えてもよい。図１では、圧力センサ３５は蒸発器２に接続されているが、圧力センサ３５は凝縮器３に接続されてもよい。圧力センサ３５は蒸発器２と凝縮器３の両方に接続されてもよい。圧力センサ３５は制御装置１０に電気的に接続されており、圧力センサ３５の出力値は制御装置１０に送られるようになっている。

【0031】

第１インバータ５Ａおよび第２インバータ５Ｂの動作は、制御装置１０によって制御される。制御装置１０は、第１インバータ５Ａおよび第２インバータ５Ｂに同一の制御信号を送信し、第１インバータ５Ａおよび第２インバータ５Ｂを同じように動作させる。具体的には、制御装置１０は、第１インバータ５Ａおよび第２インバータ５Ｂを同じように動作させることで、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂを互いに同じ速度で回転させる。

【0032】

次に、ターボ冷凍機の運転方法の一実施形態について、図２のフローチャートを参照して説明する。制御装置１０は、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度が０となるまで、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂを閉じる（ステップ１）。制御装置１０は、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂを閉じた状態で、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂを同時に起動する（ステップ２）。制御装置１０は、第１圧縮機１Ａの速度と第２圧縮機１Ｂの速度を互いに同じに保ちながら、所定の速度（例えば定格速度）に到達するまで第１圧縮機１Ａの速度および第２圧縮機１Ｂの速度を上昇させる（ステップ３）。

【0033】

第１圧縮機１Ａの速度および第２圧縮機１Ｂの速度が所定の速度に到達した後に、制御装置１０は、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂを開く（ステップ４）。第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂが開いた後は、制御装置１０は、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂを同じ速度で運転させる（ステップ５）。

【0034】

サージングは、一般に、圧縮機の速度が低いときに発生しやすい。本実施形態によれば、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂを閉じた状態で、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂが起動されるので、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂの速度が低いときは、これら圧縮機１Ａ，１Ｂには冷媒ガスは実質的に流入しない。結果として、サージングの発生を防止することができ、安定した第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂの起動運転が実現できる。

【0035】

また、本実施形態によれば、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂを同時に起動するので、ターボ冷凍機が定常運転に達するまでに要する時間を短縮することができる。さらに、本実施形態によれば、第１圧縮機１Ａの速度と第２圧縮機１Ｂの速度を互いに同じに保ちながら、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂを増速するので、これら圧縮機１Ａ，１Ｂの独立制御は不要であり、運転制御を簡素化することができる。

【0036】

制御装置１０は、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂを起動してから所定の監視時間が経過した否か判定する（ステップ６）。第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂを起動してから所定の監視時間が経過すると、制御装置１０は、冷凍負荷に基づいて第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度を制御する負荷追従制御モードを実行する（ステップ７）。すなわち、制御装置１０は、冷凍負荷が低いときは、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度を下げ、冷凍負荷が高いときは、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度を上げる。

【0037】

一実施形態では、制御装置１０は、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂを開いた後に、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度を互いに同じに保ちながら、冷凍負荷に応じて第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度を制御する。

【0038】

ターボ冷凍機の定常運転時では、冷凍負荷に応じて第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度を調節する負荷追従ベーン制御が行われる。第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂが同一速度で運転されているとき、第１ガイドベーン１６Ａと第２ガイドベーン１６Ｂの開度が同じであれば、これら２つの圧縮機１Ａ，１Ｂに流入する冷媒ガスの流量は同じである。しかしながら、実際には、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂに流入する冷媒ガスの流量は、これら圧縮機１Ａ，１Ｂと蒸発器２とを繋ぐ冷媒配管４Ａ，４Ｂの長さや形状、冷媒配管４Ａ，４Ｂと蒸発器２との接続点の位置などに依存して変わりうる。このような因子に起因して、第１圧縮機１Ａに流入する冷媒ガスの流量と、第２圧縮機１Ｂに流入する冷媒ガスの流量が異なることがある。例えば、第２圧縮機１Ｂに流入する冷媒ガスの流量が、第１圧縮機１Ａに流入する冷媒ガスの流量よりも低い場合、第２圧縮機１Ｂにおいてサージングが起こりやすい。

【0039】

そこで、一実施形態では、制御装置１０は、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂを開いた後に、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度を、予め用意されたベーン開度テーブルに従って制御するように構成されてもよい。ベーン開度テーブルは、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度の相関関係を規定するテーブルであり、制御装置１０の図示しない記憶装置内に格納されている。

【0040】

図３は、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度の相関関係を規定するベーン開度テーブルの一例を示す図である。図３において、横軸は、第１ガイドベーン１６Ａの開度（％）を表し、縦軸は、第２ガイドベーン１６Ｂの開度（％）を表している。第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度が０％であることは、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度が全閉状態であることを意味し、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度が１００％であることは、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度が全開状態であることを意味する。

【0041】

制御装置１０は、第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂを開いた後に、冷凍負荷に応じて第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度を、図３に示す相関関係を保ちながら制御するように構成されている。

【0042】

図３に示すように、ベーン開度テーブルは、起動時用のベーン開度テーブルＲ１と、定常運転用のベーン開度テーブルＲ２とから構成されている。起動時用のベーン開度テーブルＲ１は、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度が所定の切替えポイントＰに達するまで使用され、定常運転用のベーン開度テーブルＲ２は、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度が所定の切替えポイントＰに達した後に使用される。すなわち、起動時用のベーン開度テーブルＲ１は第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂの起動時にのみ使用され、定常運転時には使用されない。第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂの定常運転では、定常運転用のベーン開度テーブルＲ２が使用される。

【0043】

ベーン開度テーブルの開度下限である０％と、開度上限である１００％では、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度は同じであるが、ベーン開度テーブル上の第２ガイドベーン１６Ｂの開度下限０％と開度上限１００％との間の開度は、第１ガイドベーン１６Ａの対応する開度よりも大きい。したがって、運転中は、開度上限（図３では１００％）に達しない限り、第２ガイドベーン１６Ｂの開度は、第１ガイドベーン１６Ａの開度よりも大きい。本実施形態によれば、第２ガイドベーン１６Ｂの開度は、第１ガイドベーン１６Ａの開度よりも大きいので、第２ガイドベーン１６Ｂの開度が低下したときに第２圧縮機１Ｂでのサージングを防止することができる。

【0044】

一実施形態では、制御装置１０は、図４に示すような複数のベーン開度テーブルを予め記憶してもよい。より具体的には、制御装置１０は、ターボ冷凍機の冷凍負荷に基づいて複数のベーン開度テーブルのうちの１つを選択し、選択されたベーン開度テーブルに従って、第１ガイドベーン１６Ａの開度と第２ガイドベーン１６Ｂの開度を制御してもよい。このような実施形態によれば、冷凍負荷に基づいて最適なベーン開度テーブルが選択されるので、サージングを防止しつつ、冷凍負荷に応じた最適な運転制御が実行できる。

【0045】

図２に戻り、制御装置１０は、冷凍負荷に基づいて第１ガイドベーン１６Ａおよび第２ガイドベーン１６Ｂの開度を制御する上述した負荷追従制御モードを実行しながら、以下に説明するホットガスバイパス弁２７の制御を実行する。制御装置１０は、ヘッド検出器を構成する温度センサＳ２，Ｓ４およびヘッド換算部３３は、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂのヘッドを検出する（ステップ８）。上述したように、ヘッド検出器は、温度センサＳ１，Ｓ３およびヘッド換算部３３から構成されてもよく、あるいは圧力センサ３５から構成されてもよい。

【0046】

制御装置１０は、検出したヘッドを所定のしきい値と比較し（ステップ９）、ヘッドがしきい値よりも高い場合は、ホットガスバイパス弁２７を開く（ステップ１０）。ヘッドがしきい値以下であれば、制御装置１０はホットガスバイパス弁２７を閉じる（ステップ１１）。制御装置１０は、ステップ１０およびステップ１１を実行した後、上記ステップ８を再び実行する。ここで、「しきい値」は、サージングが発生しないヘッドに対応する値とされる。例えば、各種ターボ冷凍機の仕様及び冷凍能力（負荷率）等においてサージングが発生しないヘッドを適宜実験等により決定し、この決定されたヘッドに基づいて「しきい値」を決定すればよい。

【0047】

サージングは、一般に、圧縮機のヘッドが高く、かつ圧縮機に流入する冷媒ガスの流量が低いときに発生しやすい。上記実施形態によれば、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂのヘッドが所定のしきい値よりも高い場合に、ホットガスバイパス弁２７が開かれる。冷媒ガスは凝縮器３からホットガスバイパスライン２５を通って蒸発器２に導かれ、さらに蒸発器２から第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂに導かれる。このように、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂのヘッドが高いときに、第１圧縮機１Ａおよび第２圧縮機１Ｂに流入する冷媒ガスの流量が増加するので、サージングを防止することができる。

【0048】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0049】

１Ａ 第１圧縮機
１Ｂ 第２圧縮機
２ 蒸発器
２Ａ 第１冷媒ガス出口
２Ｂ 第２冷媒ガス出口
３ 凝縮器
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ 冷媒配管
５Ａ 第１インバータ
５Ｂ 第２インバータ
１０ 制御装置
１１Ａ，１１Ｂ 一段目羽根車
１２Ａ，１２Ｂ 二段目羽根車
１３Ａ，１３Ｂ 電動機
１６Ａ 第１ガイドベーン
１６Ｂ 第２ガイドベーン
１７Ａ，１７Ｂ 中間吸込み口
２０ エコノマイザ
２１ 一次側膨張弁
２２ 二次側膨張弁
２５ ホットガスバイパスライン
２７ ホットガスバイパス弁
３０ 商用電源
３２ 流量計
３３ ヘッド換算部
３５ 圧力センサ（ヘッド検出器）
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】