遠心圧縮機及びそれを用いたターボ冷凍機
【課題】部分負荷運転時等、流量が減少した場合においても効率低下を招くことなく広い流量範囲において運転可能な遠心圧縮機及びそれを用いたターボ冷凍機を提供する。
【解決手段】羽根車１段目の外周に配設されたディフューザと、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐリターン流路を備えた遠心圧縮機１において、該リターン流路に周方向複数枚設置されたガイドベーンを固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンとして分割し、定格運転では上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁を結んだ線が半径方向を向くよう配設され、部分負荷運転では下流ガイドベーンが回転軸中心に回転し後段羽根車に予旋回角を与える。
【解決手段】羽根車１段目の外周に配設されたディフューザと、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐリターン流路を備えた遠心圧縮機１において、該リターン流路に周方向複数枚設置されたガイドベーンを固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンとして分割し、定格運転では上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁を結んだ線が半径方向を向くよう配設され、部分負荷運転では下流ガイドベーンが回転軸中心に回転し後段羽根車に予旋回角を与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心圧縮機及びそれを用いたターボ冷凍機とその制御方法に係り、特に部分負荷運転時に容量制御可能なガイドベーンを備えた遠心圧縮機及びそれを用いたターボ冷凍機とその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空調用等に用いられるターボ冷凍機は蒸気圧縮式の冷凍サイクルを原理とした冷凍装置であり、遠心圧縮機で動力を消費し、蒸発器を介して被冷却物より熱を取り入れ、凝縮器において高温部へ熱を排出することで低温から高温への熱輸送を実現している。ターボ冷凍機の運転状態は１００％出力運転である定格運転（定格点）とそれ以外の出力運転である部分負荷運転に大別される。
【０００３】
一般的に、ターボ冷凍機は定格運転での性能を満たすよう設計されるが、使用環境に応じ運転条件が逐次変化する為、定格運転以外でも安定的に作動し、かつ高効率であることが要求される。したがって、本発明は部分負荷運転におけるターボ冷凍機の作動範囲拡大および効率向上に関するものである。同様に作動範囲拡大および効率向上に関するものとして特許文献１及び２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２００７９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ターボ冷凍機には通常、部分負荷運転での循環風量を制御する目的で遠心圧縮機の初段吸込部にインレットガイドベーン１７が設置されている（図１６）。インレットガイドベーン１７は回転軸中心に可動する機構を備え、吸込部の断面積を変化させて流量制御するとともに、流体の流れ角を変化させることが可能である。一般的に羽根車は定格運転において流入角と羽根入口角がほぼ一致するよう設計され、この時圧縮機は安定作動かつ高効率を得られるが、部分負荷運転では流入角が変化するため作動範囲，効率ともに低下する。よって、上述のインレットガイドベーン１７を導入することで流体の流れ角を転向し、流入角と羽根入口角とのずれを解消できるので、圧縮機は常時安定した運転が可能となる。
【０００６】
しかしながら、このようなインレットガイドベーン１７の効果は直後に設置された羽根車（初段羽根車）にのみ作用する為、後段羽根車では流入角と羽根入口角とのずれが解消されず作動不安定となり易い。また、一般的なターボ冷凍機用遠心圧縮機では図１６に示す通り前段と後段を繋ぐリターン流路１２に固定ガイドベーン１８が設置されている。
【０００７】
固定ガイドベーン１８は、前段ディフューザから後段羽根車へ流入する流れの旋回成分を取り除く機能を持つ。図１７に示す通り、定格運転のような旋回成分が必要でない運転状態では流れＡを転向し軸方向の流れＢを後段羽根車へ導く。しかしながら、固定ガイドベーン１８は運転状態に関わらず羽根車への流入角が一定のため、部分負荷運転では後段羽根車の流入角と羽根入口角のずれを解消できず圧縮機性能が低下する。
【０００８】
したがって、これらの課題を同時に解決するべく、固定ガイドベーン１８後方の曲がり部、或いは固定ガイドベーン１８と曲がり部の間に回転可能なガイドベーンを設置する方法はあるものの、スペースの問題から配置困難である。
【０００９】
本発明の目的は、前段ディフューザと後段羽根車とを繋ぐリターン流路に設置されたガイドベーンを固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンとして分割し、定格運転では後段羽根車へ予旋回を与えることなく流体を導き、部分負荷運転では下流ガイドベーンを可動させ後段羽根車へ確実に予旋回を与え、かつ、あらゆる流量条件で低損失な遠心圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、複数段の羽根車と、各羽根車の外周に配設されたディフューザと、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐ多段のリターン流路とを備えた遠心圧縮機において、前記リターン流路の少なくとも１段に固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンを周方向複数枚設置し、定格運転では上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁を結んだ線が半径方向を向くよう配設され、部分負荷運転では下流ガイドベーンが回転軸中心に回転し且つ上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁の間に隙間を形成し後段羽根車に予旋回角を与えるように構成され、上流ガイドベーンと下流ガイドベーンの半径方向長さが同一であるように設定されることにより達成される。
【００１１】
また上記目的は、前記下流ガイドベーンの回転軸支位置が下流ガイドベーン半径方向長さの中央から後縁の間にあることにより達成される。
【００１２】
また上記目的は、遠心圧縮機により断熱圧縮され吐出した冷媒を放熱冷却する凝縮器と、冷却された冷媒を絞り膨張させる膨張手段と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えるターボ冷凍機において、前記圧縮機の入口圧力，入口温度，出口圧力，出口温度，回転数を測定する手段と、この測定手段からの出力を入力として後段羽根車への流入角と、前記流入角及びデータベースに基づき前記下流ガイドベーンのベーン回転角度とを計算する演算処理器と、この演算処理器からの出力を入力として前記下流ガイドベーンのベーン角度を変更する駆動装置とを備えることにより達成される。
【００１３】
また上記目的は、測定手段からの出力に基づいて決定されるエンタルピを用いて冷媒循環量を求め、冷媒循環量と後段羽根車の入口部での冷媒の子午面速度とを用いて流入角を求めることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は、前記圧縮機の羽根車流入角が定格運転での羽根車流入角と同一となるよう下流ガイドベーンのベーン角度を変更することにより達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ターボ冷凍機用遠心圧縮機では、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐリターン流路に設置されたガイドベーンを固定式の上流ガイドベーンと可動式の下流ガイドベーンに分割し、下流ガイドベーンを回転軸中心に可動な構成とした。これにより、定格運転では流体の旋回成分を取り除き、部分負荷運転では後段羽根車へ確実に予旋回を与えることで、いかなる流量条件においても広作動範囲かつ高効率なターボ冷凍機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態を示す図であって、第１の実施の形態における遠心圧縮機の断面図である。
【図２】第１の実施の形態におけるターボ冷凍機用遠心圧縮機のシステム構成を示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態における冷凍サイクル線図である。
【図４】第１の実施の形態における上流ガイドベーンと下流ガイドベーンの配置及び下流ガイドベーンの軸支位置を示した図である。
【図５】必要予旋回角αと下流ガイドベーン回転角γの関係性を示した図である。
【図６】Ｌ1とＬ2の関係性が圧力損失に与える影響を示した図である。
【図７】第２の実施の形態におけるターボ冷凍機用遠心圧縮機のシステム構成を示す概略図である。
【図８】第２の実施の形態において状態点を決定する方法を説明するための冷凍サイクル線図である。
【図９】本発明に係る第２の実施形態を示す図であって、第２の実施の形態における遠心圧縮機の断面図である。
【図１０】定格運転における羽根車入口での速度三角形を示した図ある。
【図１１】部分負荷運転における羽根車入口での速度三角形を示した図ある。
【図１２】部分負荷運転において下流ガイドベーンを制御した時の羽根車入口での速度三角形を示した図である。
【図１３】第２の実施の形態において状態点を決定する処理の流れを示す図である。
【図１４】第２の実施の形態における処理の流れを示す図である。
【図１５】流量と効率の関係性を示す図である。
【図１６】従来の遠心圧縮機の断面図である。
【図１７】従来の遠心圧縮機における固定ガイドベーンを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の詳細を図にしたがって説明する。
【実施例１】
【００１８】
第１実施形態では蒸気圧縮式の冷凍サイクルを基本原理とした多段式ターボ冷凍機に本発明を適用する。
図２は本実施の形態におけるターボ冷凍機の構成図である。
図３はｐ−ｈ線図に基づいた冷凍サイクル線図を模式的に示した図である。
図２，図３において、ターボ冷凍機は２段遠心圧縮機を備えるものであるならば、以下の原理によって作動する。つまり、状態点９において湿り蒸気である冷媒は蒸発器５にて被冷却物より熱を奪い状態点１に達する。過熱蒸気に状態変化した冷媒は遠心圧縮機の初段で断熱圧縮され内部エネルギーが増大し、より大きな過熱度の状態点２へ昇圧される。状態点２における冷媒はエコノマイザ４にて絞り膨張時に発生したフラッシュ蒸気を取り入れ、状態点３に至る。状態点３では圧縮機１段目によって図３に示す圧力Ｐ4まで昇圧され更なる過熱度を持つ状態点４となる。その後冷媒は凝縮器２を通過する過程で、輸送した熱量を冷却水へ受け渡し、冷却され，乾き飽和蒸気，湿り蒸気，飽和液と状態変化を経たのち過冷却液である状態点５へと達する。過冷却液となった冷媒は状態点５のまま受液器３を通過し、エコノマイザ４に流入する。
【００１９】
エコノマイザ４では、中間圧力Ｐeco（図３に示す）まで一旦減圧され、その際に生じたフラッシュ蒸気と高圧液に分離される。このうち高圧液のみが蒸発圧力Ｐ1まで絞り膨張され、状態点９にて湿り蒸気に戻り、再度同様のサイクルを繰り返す。
【００２０】
図１に示す通り遠心圧縮機１は、２段式のターボ型遠心圧縮機が採用されており、初段吸込部にインレットガイドベーン１７を備え、各段は回転駆動する回転軸９と、この回転軸９に保持され円周方向にほぼ等間隔で設けられた羽根を持つ羽根車１０と、羽根車外周に取付けられ円周方向にほぼ等間隔で設けられたベーンを持つディフューザ１１を有し、更に段と段とを連結する静止流路としてリターン流路１２，冷媒を排出するスクロール１６を備えている。
【００２１】
リターン流路１２には固定式の上流ガイドベーン１３及び可動式の下流ガイドベーン１４が設置され、それぞれ円形翼列を成す。なお、本発明の遠心圧縮機１では下流ガイドベーン１４が下流ガイドベーン回転軸１５を介して回転可能に支持され、ベーンに備え付けられた駆動装置７によって回転する。
【００２２】
上記構成において、第１段羽根車の回転により吸込口からインレットガイドベーン１７に導かれて吸入した冷媒は羽根車１段目１０ａの遠心作用により増速・昇圧され、第１段ディフューザ１１を通過する過程で減速されることにより運動エネルギーを内部エネルギーに変換され、更にリターン流路１２に設置された上流ガイドベーン１３及び下流ガイドベーン１４で減速され、定格運転では軸方向の流れを、部分負荷運転では運転状態に即した予旋回角を与えられて羽根車２段目１０ｂへと導かれる。
【００２３】
図４は本実施例における上流ガイドベーン１３と下流ガイドベーン１４の配置及び下流ガイドベーン回転軸支位置を示す図である。
【００２４】
図４において、これによると定格運転時には上流ガイドベーン１３の後縁と下流ガイドベーン１４の前縁を結んだ線が半径方向を向くよう設置されており、上流ガイドベーン１３及び下流ガイドベーン１４は併せて１枚のガイドベーンとみなせる。この構成により、半径方向１枚の固定ガイドベーン１８が設置された従来のターボ冷凍機用多段遠心圧縮機（図１６）と同様、ディフューザから流入した流れの旋回成分を確実に取り除き後段羽根車へ導くというガイドベーンとしての基本機能を満たす。
【００２５】
一方、部分負荷運転など流量が変化した場合には、後段羽根車への流入角が羽根入口角に対して大きく（或いは小さく）なりすぎ、羽根車が作動不安定に陥る可能性がある。そのような状況を回避するため、下流ガイドベーン１４を下流ガイドベーン回転軸１５により回転して流体に旋回成分を与え、羽根車への流入角と羽根入口角のずれを解消する。本実施の形態における上流ガイドベーン１３と下流ガイドベーン１４の関係性は下記の通りである。
【００２６】
上流ガイドベーン１３の前後縁半径差Ｌ1を前縁半径ｒ2及び後縁半径ｒ2、下流ガイドベーン１４の前後縁半径差Ｌ2を前縁半径ｒ3及び後縁半径ｒ4を用いて、式（１），式（２）
Ｌ1＝ｒ1−ｒ2 （１）
Ｌ2＝ｒ3−ｒ4 （２）
で表したとき、上流ガイドベーン１３の前後縁半径差Ｌ1と下流ガイドベーン１４の前後縁半径差Ｌ2を同じ長さとする。すなわち、式（３）
Ｌ1＝Ｌ2 （３）
である。
【００２７】
既述したように、部分負荷運転など流量が変化した場合には、後段羽根車に予旋回を与える必要が生じる。この時、例えばＬ1＞Ｌ2ならば任意の運転状態における予旋回角を得るために必要な下流ガイドベーン回転角は増加する（図５）。その結果、流れに対する下流ガイドベーンの角度が大きくなりすぎ全流量域で圧力損失が増大する（図６）。
【００２８】
ところで、流量が減少すると上流ガイドベーンへ流入する冷媒の迎え角が増大し、翼の後縁において流れが失速する為、その翼機能は低下する。本実施例では、下流ガイドベーンを回転させることで、上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁との間に隙間を作り、この隙間から上流ガイドベーン圧力面側の高エネルギー流体を負圧面側へと導き、死水域にエネルギーを供給する。
【００２９】
このような隙間を通過した流れの作用により、上流ガイドベーン後縁における流れの剥離は解消され、圧力損失を低減することができる。この時、下流ガイドベーン回転軸の軸支位置半径をｒrotとすれば、下流ガイドベーン前縁と軸支位置との差Ｌrotは式（４）
Ｌrot＝ｒ3−ｒrot （４）
で表され、下流ガイドベーンの前後縁半径差Ｌ2との関係性を式（５）
Ｌ2／２≧Ｌrot≧Ｌ2 （５）
として構成する。
【００３０】
これ以上軸支位置を下流ガイドベーン前縁に近づけすぎると失速を解消するのに十分なエネルギーが供給されず、死水域での損失は改善されない。したがって、Ｌ2／２≧Ｌrot≧Ｌ2を満たす位置に回転軸を設置すれば、隙間の効果を十分得ることが可能である。
【実施例２】
【００３１】
本発明の第２実施形態を図に基づき説明する。
第１実施形態と同等の部分には同一の符号を示し、説明を省略する。
図７は本実施の形態におけるターボ冷凍機の構成図である。
図８はｐ−ｈ線図に基づいた冷凍サイクル線図である。
図９は２段遠心圧縮機本体及び、制御系を模式的に示した図である。
【００３２】
図７に示すように、第２実施形態におけるターボ冷凍機では、遠心圧縮機１出入口，モータ６，凝縮器２及びエコノマイザ４に対してセンサが設けられており、遠心圧縮機１の入口圧力，入口温度，出口圧力，出口温度，回転数，凝縮器２の出口温度及びエコノマイザ４の圧力が計測され、演算処理器８へ受け渡される。演算処理器８には図８に示すようなｐ−ｈ線図が予め記憶されており、計測値に基づき、冷凍サイクル上の状態点を決定する。
【００３３】
図９において、図９は上記第１実施例における図１に相当する図であり、本実施形態における遠心圧縮機は、リターン流路に備え付けられた下流ガイドベーン１４が下流ガイドベーン回転軸１５に支持され、ベーンに備え付けられた駆動装置７によって回転する。そして、ベーン回転を制御するために、前記ターボ冷凍機に備えられたセンサより検出した測定値を処理する演算処理器８が接続され、演算処理器８では下流ガイドベーン回転角を算出し、駆動装置７へ駆動信号を伝達する。このように構成した本発明の実施例のターボ冷凍機用遠心圧縮機において、下流ガイドベーン回転角を制御する考え方を説明する。
【００３４】
図１０，図１１に示した速度三角形はともに第２段羽根車入口部における羽根車入口周速Ｕ1，冷媒の羽根車入口相対速度Ｗ1及び羽根車入口絶対速度Ｃ1の関係性を模式化したものであり、それぞれ定格点における速度三角形、部分負荷運転での速度三角形を表す。一般的に羽根車は定格点において安定作動かつ高効率を得られるよう設計されており、この時の相対流入角βDを満たせば安定作動と高効率を持続できる。
【００３５】
しかしながら、定格点を外れ流量が変化した場合には羽根車入口絶対速度Ｃ1の変化に伴い、流入角もβDからずれるので、羽根車は効率の低下や動作不安定を引き起こす。これを回避するため、部分負荷運転等流量が変化した場合には図１２のように定格点と同じ相対流入角βDを持つ速度三角形でなければならない。したがって本実施例では、任意の部分負荷運転におけるβ1を逐次演算し、羽根車流入角β1＝βDとなるよう下流ガイドベーンを軸中心に可動させる。
【００３６】
第２の実施の形態において、測定値より冷凍サイクルを決定するためのフローチャートを図１３に示す。なおこの処理は演算処理器のデータ記憶部に予め記憶されたプログラムに基づいて自動的に実行されるものである。まず、演算処理器ではセンサから出力された遠心圧縮機の入口圧力Ｐ1，入口温度Ｔ1，出口圧力Ｐ4，出口温度Ｔ4，回転数Ｎ，凝縮器出口温度Ｔ5及びエコノマイザ圧力Ｐecoの入力を受ける（ステップ１０１）。
【００３７】
このうち、遠心圧縮機の入口圧力Ｐ1，入口温度Ｔ1，出口圧力Ｐ4，出口温度Ｔ4及びエコノマイザ圧力Ｐecoより、図８に示したｐ−ｈ線図から状態点１，状態点２，状態点３，状態点４を決定する。図８において等温線Ｔ1及びＰ1の交点を状態点１（ステップ１０２）、等温線Ｔ4及びＰ4の交点を状態点４とし（ステップ１０３）、これら状態点１及び状態点４が乗る断熱線をｓ1，ｓ4とすればｓ1，ｓ4と中間圧力Ｐecoの交点がそれぞれ状態点２（ステップ１０４）及び状態点３（ステップ１０５）である。続いて、蒸発器出口温度Ｔ5より状態点６を決定する。
【００３８】
図８において状態点４から状態点５は等圧過程すなわちＰ5＝Ｐ4とすれば、等温線Ｔ5とＰ4の交点が状態点５（ステップ１０６）、また、状態点５から状態点６は絞り膨張（等エンタルピ過程）すなわちｈ5＝ｈ6のためｈ5と中間圧力Ｐecoとの交点が状態点６である（ステップ１０７）。最後に状態点７，状態点８及び状態点９を決定する。状態点７はエコノマイザ内で発生したフラッシュ蒸気（乾き飽和蒸気）を表し、中間圧力Ｐecoと乾き飽和蒸気線（ｂ−ｃ曲線）の交点である（ステップ１０８）。
【００３９】
一方、状態点８は中間圧力Ｐecoと飽和液線（ａ−ｂ曲線）の交点であり、エコノマイザにおいてフラッシュ蒸気と分離された飽和液を表す（ステップ１０９）。状態点８から状態点９は絞り膨張（等エンタルピ過程）すなわちｈ8＝ｈ9を経て蒸発圧力Ｐ1へ戻るので、ｈ8とＰ1との交点を状態点９とする（ステップ１１０）。このようにして、測定値より状態点１から状態点９を求めることで、任意の運転状態における冷凍サイクル線図及び各状態点での圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈが決定する（ステップ１１１）。
【００４０】
なお、各状態点における圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈは冷凍サイクルを確定する代わりに別途データベースを参照することで算出しても良いものとする。
【００４１】
次に、上記にて決定された各状態点での圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈを用いて第２段羽根車への相対流入角β1を算出し、β1＝βDを満たすベーン角度γを決定する。この時、相対流入角β1とベーン角度γの関係性及び定格点における相対流入角βDはデータベースとして予めプログラムに組み込まれており演算の過程で逐次参照する。図１４は第２の実施の形態におけるベーン回転フローチャートを示す。
【００４２】
以下、定圧比熱Ｃp，羽根径ｒ，重力加速度ｇ，羽根車入口の流路断面積Ａ及びターボ冷凍機の冷凍能力Φは定数であり予めプログラムに組み込まれているものとし、圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈの添え字は全て図３（図８）での状態点に対応しているものとする。また、添え字２ｓｔは圧縮機２段目を表す。まず、羽根車入口部での冷媒の子午面速度Ｃm2stは冷媒循環量ｑと羽根車出口の流路断面積Ａより、式（６）
Ｃm2st＝ｑ2st／Ａ2st （６）
で求まる。ここで、圧縮機２段目での冷媒循環量ｑ2stはエコノマイザでのフラッシュ蒸気量ｑecoを含むので、式（７）
ｑ2st＝ｑ1st＋ｑeco＝Φ（ｈ7−ｈ8）／（ｈ1−ｈ9）（ｈ7−ｈ6） （７）
より求まる。
【００４３】
この式（７）に状態点１でのエンタルピｈ1、状態点６でのエンタルピｈ6、状態点７でのエンタルピｈ7、状態点８でのエンタルピｈ8及び状態点９でのエンタルピｈ9を代入することで圧縮機２段目での冷媒循環量ｑ2stが決定する（ステップ２０１）。以上、算出した圧縮機２段目における冷媒循環量ｑ2stを式（６）に代入すれば、羽根車入口部での冷媒の子午面速度Ｃm2stが求まる（ステップ２０２）。したがって、相対流入角β1は、回転数Ｎ，羽根車径ｒから求めた羽根車入口周速Ｕ1＝２πｒＮ／６０及び子午面速度Ｃm2stを用いて式（８）より
β1＝ｔａｎ-1（Ｃm2st／Ｕ1） （８）
で算出される（ステップ２０３）。
【００４４】
ここで、算出したβ1＝βDならば演算を終了し、そうでない場合には引き続き継続する（ステップ２０４）。続いて、式（８）にて求められたβ1と与えるべきベーン回転角γの関係が組み込まれたデータベースを参照してγを決定したのち（ステップ２０５，ステップ２０６）、それを駆動信号としてベーン回動機構へ伝達、ベーンを回転する（ステップ２０７，ステップ２０８）。
【００４５】
上記したような一連の処理を部分負荷運転時等に作動させることで、図１５に示す通りベーン制御を実施した場合には圧縮機効率が改善される。また、本実施例では測定項目として遠心圧縮機の入口圧力Ｐ1，入口温度Ｔ1，出口圧力Ｐ4，出口温度Ｔ4及びエコノマイザ圧力Ｐecoを適用した。これらの項目は一般的なターボ冷凍機において運転状態を把握する為に使用されており、例えば従来機に対し新たなセンサを設置すること無く改良できるので、低コストかつ簡便な手法であると言える。
【符号の説明】
【００４６】
１ 遠心圧縮機
２ 凝縮器
３ 受液器
４ エコノマイザ
５ 蒸発器
６ モータ
７ 駆動装置
８ 演算処理器
９ 回転軸
１０ 羽根車
１０ａ 羽根車１段目
１０ｂ 羽根車２段目
１１ ディフューザ
１２ リターン流路
１３ 上流ガイドベーン
１４ 下流ガイドベーン
１５ 下流ガイドベーン回転軸
１６ スクロール
１７ インレットガイドベーン
１８ 固定ガイドベーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心圧縮機及びそれを用いたターボ冷凍機とその制御方法に係り、特に部分負荷運転時に容量制御可能なガイドベーンを備えた遠心圧縮機及びそれを用いたターボ冷凍機とその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空調用等に用いられるターボ冷凍機は蒸気圧縮式の冷凍サイクルを原理とした冷凍装置であり、遠心圧縮機で動力を消費し、蒸発器を介して被冷却物より熱を取り入れ、凝縮器において高温部へ熱を排出することで低温から高温への熱輸送を実現している。ターボ冷凍機の運転状態は１００％出力運転である定格運転（定格点）とそれ以外の出力運転である部分負荷運転に大別される。
【０００３】
一般的に、ターボ冷凍機は定格運転での性能を満たすよう設計されるが、使用環境に応じ運転条件が逐次変化する為、定格運転以外でも安定的に作動し、かつ高効率であることが要求される。したがって、本発明は部分負荷運転におけるターボ冷凍機の作動範囲拡大および効率向上に関するものである。同様に作動範囲拡大および効率向上に関するものとして特許文献１及び２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２００７９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ターボ冷凍機には通常、部分負荷運転での循環風量を制御する目的で遠心圧縮機の初段吸込部にインレットガイドベーン１７が設置されている（図１６）。インレットガイドベーン１７は回転軸中心に可動する機構を備え、吸込部の断面積を変化させて流量制御するとともに、流体の流れ角を変化させることが可能である。一般的に羽根車は定格運転において流入角と羽根入口角がほぼ一致するよう設計され、この時圧縮機は安定作動かつ高効率を得られるが、部分負荷運転では流入角が変化するため作動範囲，効率ともに低下する。よって、上述のインレットガイドベーン１７を導入することで流体の流れ角を転向し、流入角と羽根入口角とのずれを解消できるので、圧縮機は常時安定した運転が可能となる。
【０００６】
しかしながら、このようなインレットガイドベーン１７の効果は直後に設置された羽根車（初段羽根車）にのみ作用する為、後段羽根車では流入角と羽根入口角とのずれが解消されず作動不安定となり易い。また、一般的なターボ冷凍機用遠心圧縮機では図１６に示す通り前段と後段を繋ぐリターン流路１２に固定ガイドベーン１８が設置されている。
【０００７】
固定ガイドベーン１８は、前段ディフューザから後段羽根車へ流入する流れの旋回成分を取り除く機能を持つ。図１７に示す通り、定格運転のような旋回成分が必要でない運転状態では流れＡを転向し軸方向の流れＢを後段羽根車へ導く。しかしながら、固定ガイドベーン１８は運転状態に関わらず羽根車への流入角が一定のため、部分負荷運転では後段羽根車の流入角と羽根入口角のずれを解消できず圧縮機性能が低下する。
【０００８】
したがって、これらの課題を同時に解決するべく、固定ガイドベーン１８後方の曲がり部、或いは固定ガイドベーン１８と曲がり部の間に回転可能なガイドベーンを設置する方法はあるものの、スペースの問題から配置困難である。
【０００９】
本発明の目的は、前段ディフューザと後段羽根車とを繋ぐリターン流路に設置されたガイドベーンを固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンとして分割し、定格運転では後段羽根車へ予旋回を与えることなく流体を導き、部分負荷運転では下流ガイドベーンを可動させ後段羽根車へ確実に予旋回を与え、かつ、あらゆる流量条件で低損失な遠心圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、複数段の羽根車と、各羽根車の外周に配設されたディフューザと、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐ多段のリターン流路とを備えた遠心圧縮機において、前記リターン流路の少なくとも１段に固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンを周方向複数枚設置し、定格運転では上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁を結んだ線が半径方向を向くよう配設され、部分負荷運転では下流ガイドベーンが回転軸中心に回転し且つ上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁の間に隙間を形成し後段羽根車に予旋回角を与えるように構成され、上流ガイドベーンと下流ガイドベーンの半径方向長さが同一であるように設定されることにより達成される。
【００１１】
また上記目的は、前記下流ガイドベーンの回転軸支位置が下流ガイドベーン半径方向長さの中央から後縁の間にあることにより達成される。
【００１２】
また上記目的は、遠心圧縮機により断熱圧縮され吐出した冷媒を放熱冷却する凝縮器と、冷却された冷媒を絞り膨張させる膨張手段と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えるターボ冷凍機において、前記圧縮機の入口圧力，入口温度，出口圧力，出口温度，回転数を測定する手段と、この測定手段からの出力を入力として後段羽根車への流入角と、前記流入角及びデータベースに基づき前記下流ガイドベーンのベーン回転角度とを計算する演算処理器と、この演算処理器からの出力を入力として前記下流ガイドベーンのベーン角度を変更する駆動装置とを備えることにより達成される。
【００１３】
また上記目的は、測定手段からの出力に基づいて決定されるエンタルピを用いて冷媒循環量を求め、冷媒循環量と後段羽根車の入口部での冷媒の子午面速度とを用いて流入角を求めることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は、前記圧縮機の羽根車流入角が定格運転での羽根車流入角と同一となるよう下流ガイドベーンのベーン角度を変更することにより達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ターボ冷凍機用遠心圧縮機では、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐリターン流路に設置されたガイドベーンを固定式の上流ガイドベーンと可動式の下流ガイドベーンに分割し、下流ガイドベーンを回転軸中心に可動な構成とした。これにより、定格運転では流体の旋回成分を取り除き、部分負荷運転では後段羽根車へ確実に予旋回を与えることで、いかなる流量条件においても広作動範囲かつ高効率なターボ冷凍機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態を示す図であって、第１の実施の形態における遠心圧縮機の断面図である。
【図２】第１の実施の形態におけるターボ冷凍機用遠心圧縮機のシステム構成を示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態における冷凍サイクル線図である。
【図４】第１の実施の形態における上流ガイドベーンと下流ガイドベーンの配置及び下流ガイドベーンの軸支位置を示した図である。
【図５】必要予旋回角αと下流ガイドベーン回転角γの関係性を示した図である。
【図６】Ｌ1とＬ2の関係性が圧力損失に与える影響を示した図である。
【図７】第２の実施の形態におけるターボ冷凍機用遠心圧縮機のシステム構成を示す概略図である。
【図８】第２の実施の形態において状態点を決定する方法を説明するための冷凍サイクル線図である。
【図９】本発明に係る第２の実施形態を示す図であって、第２の実施の形態における遠心圧縮機の断面図である。
【図１０】定格運転における羽根車入口での速度三角形を示した図ある。
【図１１】部分負荷運転における羽根車入口での速度三角形を示した図ある。
【図１２】部分負荷運転において下流ガイドベーンを制御した時の羽根車入口での速度三角形を示した図である。
【図１３】第２の実施の形態において状態点を決定する処理の流れを示す図である。
【図１４】第２の実施の形態における処理の流れを示す図である。
【図１５】流量と効率の関係性を示す図である。
【図１６】従来の遠心圧縮機の断面図である。
【図１７】従来の遠心圧縮機における固定ガイドベーンを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の詳細を図にしたがって説明する。
【実施例１】
【００１８】
第１実施形態では蒸気圧縮式の冷凍サイクルを基本原理とした多段式ターボ冷凍機に本発明を適用する。
図２は本実施の形態におけるターボ冷凍機の構成図である。
図３はｐ−ｈ線図に基づいた冷凍サイクル線図を模式的に示した図である。
図２，図３において、ターボ冷凍機は２段遠心圧縮機を備えるものであるならば、以下の原理によって作動する。つまり、状態点９において湿り蒸気である冷媒は蒸発器５にて被冷却物より熱を奪い状態点１に達する。過熱蒸気に状態変化した冷媒は遠心圧縮機の初段で断熱圧縮され内部エネルギーが増大し、より大きな過熱度の状態点２へ昇圧される。状態点２における冷媒はエコノマイザ４にて絞り膨張時に発生したフラッシュ蒸気を取り入れ、状態点３に至る。状態点３では圧縮機１段目によって図３に示す圧力Ｐ4まで昇圧され更なる過熱度を持つ状態点４となる。その後冷媒は凝縮器２を通過する過程で、輸送した熱量を冷却水へ受け渡し、冷却され，乾き飽和蒸気，湿り蒸気，飽和液と状態変化を経たのち過冷却液である状態点５へと達する。過冷却液となった冷媒は状態点５のまま受液器３を通過し、エコノマイザ４に流入する。
【００１９】
エコノマイザ４では、中間圧力Ｐeco（図３に示す）まで一旦減圧され、その際に生じたフラッシュ蒸気と高圧液に分離される。このうち高圧液のみが蒸発圧力Ｐ1まで絞り膨張され、状態点９にて湿り蒸気に戻り、再度同様のサイクルを繰り返す。
【００２０】
図１に示す通り遠心圧縮機１は、２段式のターボ型遠心圧縮機が採用されており、初段吸込部にインレットガイドベーン１７を備え、各段は回転駆動する回転軸９と、この回転軸９に保持され円周方向にほぼ等間隔で設けられた羽根を持つ羽根車１０と、羽根車外周に取付けられ円周方向にほぼ等間隔で設けられたベーンを持つディフューザ１１を有し、更に段と段とを連結する静止流路としてリターン流路１２，冷媒を排出するスクロール１６を備えている。
【００２１】
リターン流路１２には固定式の上流ガイドベーン１３及び可動式の下流ガイドベーン１４が設置され、それぞれ円形翼列を成す。なお、本発明の遠心圧縮機１では下流ガイドベーン１４が下流ガイドベーン回転軸１５を介して回転可能に支持され、ベーンに備え付けられた駆動装置７によって回転する。
【００２２】
上記構成において、第１段羽根車の回転により吸込口からインレットガイドベーン１７に導かれて吸入した冷媒は羽根車１段目１０ａの遠心作用により増速・昇圧され、第１段ディフューザ１１を通過する過程で減速されることにより運動エネルギーを内部エネルギーに変換され、更にリターン流路１２に設置された上流ガイドベーン１３及び下流ガイドベーン１４で減速され、定格運転では軸方向の流れを、部分負荷運転では運転状態に即した予旋回角を与えられて羽根車２段目１０ｂへと導かれる。
【００２３】
図４は本実施例における上流ガイドベーン１３と下流ガイドベーン１４の配置及び下流ガイドベーン回転軸支位置を示す図である。
【００２４】
図４において、これによると定格運転時には上流ガイドベーン１３の後縁と下流ガイドベーン１４の前縁を結んだ線が半径方向を向くよう設置されており、上流ガイドベーン１３及び下流ガイドベーン１４は併せて１枚のガイドベーンとみなせる。この構成により、半径方向１枚の固定ガイドベーン１８が設置された従来のターボ冷凍機用多段遠心圧縮機（図１６）と同様、ディフューザから流入した流れの旋回成分を確実に取り除き後段羽根車へ導くというガイドベーンとしての基本機能を満たす。
【００２５】
一方、部分負荷運転など流量が変化した場合には、後段羽根車への流入角が羽根入口角に対して大きく（或いは小さく）なりすぎ、羽根車が作動不安定に陥る可能性がある。そのような状況を回避するため、下流ガイドベーン１４を下流ガイドベーン回転軸１５により回転して流体に旋回成分を与え、羽根車への流入角と羽根入口角のずれを解消する。本実施の形態における上流ガイドベーン１３と下流ガイドベーン１４の関係性は下記の通りである。
【００２６】
上流ガイドベーン１３の前後縁半径差Ｌ1を前縁半径ｒ2及び後縁半径ｒ2、下流ガイドベーン１４の前後縁半径差Ｌ2を前縁半径ｒ3及び後縁半径ｒ4を用いて、式（１），式（２）
Ｌ1＝ｒ1−ｒ2 （１）
Ｌ2＝ｒ3−ｒ4 （２）
で表したとき、上流ガイドベーン１３の前後縁半径差Ｌ1と下流ガイドベーン１４の前後縁半径差Ｌ2を同じ長さとする。すなわち、式（３）
Ｌ1＝Ｌ2 （３）
である。
【００２７】
既述したように、部分負荷運転など流量が変化した場合には、後段羽根車に予旋回を与える必要が生じる。この時、例えばＬ1＞Ｌ2ならば任意の運転状態における予旋回角を得るために必要な下流ガイドベーン回転角は増加する（図５）。その結果、流れに対する下流ガイドベーンの角度が大きくなりすぎ全流量域で圧力損失が増大する（図６）。
【００２８】
ところで、流量が減少すると上流ガイドベーンへ流入する冷媒の迎え角が増大し、翼の後縁において流れが失速する為、その翼機能は低下する。本実施例では、下流ガイドベーンを回転させることで、上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁との間に隙間を作り、この隙間から上流ガイドベーン圧力面側の高エネルギー流体を負圧面側へと導き、死水域にエネルギーを供給する。
【００２９】
このような隙間を通過した流れの作用により、上流ガイドベーン後縁における流れの剥離は解消され、圧力損失を低減することができる。この時、下流ガイドベーン回転軸の軸支位置半径をｒrotとすれば、下流ガイドベーン前縁と軸支位置との差Ｌrotは式（４）
Ｌrot＝ｒ3−ｒrot （４）
で表され、下流ガイドベーンの前後縁半径差Ｌ2との関係性を式（５）
Ｌ2／２≧Ｌrot≧Ｌ2 （５）
として構成する。
【００３０】
これ以上軸支位置を下流ガイドベーン前縁に近づけすぎると失速を解消するのに十分なエネルギーが供給されず、死水域での損失は改善されない。したがって、Ｌ2／２≧Ｌrot≧Ｌ2を満たす位置に回転軸を設置すれば、隙間の効果を十分得ることが可能である。
【実施例２】
【００３１】
本発明の第２実施形態を図に基づき説明する。
第１実施形態と同等の部分には同一の符号を示し、説明を省略する。
図７は本実施の形態におけるターボ冷凍機の構成図である。
図８はｐ−ｈ線図に基づいた冷凍サイクル線図である。
図９は２段遠心圧縮機本体及び、制御系を模式的に示した図である。
【００３２】
図７に示すように、第２実施形態におけるターボ冷凍機では、遠心圧縮機１出入口，モータ６，凝縮器２及びエコノマイザ４に対してセンサが設けられており、遠心圧縮機１の入口圧力，入口温度，出口圧力，出口温度，回転数，凝縮器２の出口温度及びエコノマイザ４の圧力が計測され、演算処理器８へ受け渡される。演算処理器８には図８に示すようなｐ−ｈ線図が予め記憶されており、計測値に基づき、冷凍サイクル上の状態点を決定する。
【００３３】
図９において、図９は上記第１実施例における図１に相当する図であり、本実施形態における遠心圧縮機は、リターン流路に備え付けられた下流ガイドベーン１４が下流ガイドベーン回転軸１５に支持され、ベーンに備え付けられた駆動装置７によって回転する。そして、ベーン回転を制御するために、前記ターボ冷凍機に備えられたセンサより検出した測定値を処理する演算処理器８が接続され、演算処理器８では下流ガイドベーン回転角を算出し、駆動装置７へ駆動信号を伝達する。このように構成した本発明の実施例のターボ冷凍機用遠心圧縮機において、下流ガイドベーン回転角を制御する考え方を説明する。
【００３４】
図１０，図１１に示した速度三角形はともに第２段羽根車入口部における羽根車入口周速Ｕ1，冷媒の羽根車入口相対速度Ｗ1及び羽根車入口絶対速度Ｃ1の関係性を模式化したものであり、それぞれ定格点における速度三角形、部分負荷運転での速度三角形を表す。一般的に羽根車は定格点において安定作動かつ高効率を得られるよう設計されており、この時の相対流入角βDを満たせば安定作動と高効率を持続できる。
【００３５】
しかしながら、定格点を外れ流量が変化した場合には羽根車入口絶対速度Ｃ1の変化に伴い、流入角もβDからずれるので、羽根車は効率の低下や動作不安定を引き起こす。これを回避するため、部分負荷運転等流量が変化した場合には図１２のように定格点と同じ相対流入角βDを持つ速度三角形でなければならない。したがって本実施例では、任意の部分負荷運転におけるβ1を逐次演算し、羽根車流入角β1＝βDとなるよう下流ガイドベーンを軸中心に可動させる。
【００３６】
第２の実施の形態において、測定値より冷凍サイクルを決定するためのフローチャートを図１３に示す。なおこの処理は演算処理器のデータ記憶部に予め記憶されたプログラムに基づいて自動的に実行されるものである。まず、演算処理器ではセンサから出力された遠心圧縮機の入口圧力Ｐ1，入口温度Ｔ1，出口圧力Ｐ4，出口温度Ｔ4，回転数Ｎ，凝縮器出口温度Ｔ5及びエコノマイザ圧力Ｐecoの入力を受ける（ステップ１０１）。
【００３７】
このうち、遠心圧縮機の入口圧力Ｐ1，入口温度Ｔ1，出口圧力Ｐ4，出口温度Ｔ4及びエコノマイザ圧力Ｐecoより、図８に示したｐ−ｈ線図から状態点１，状態点２，状態点３，状態点４を決定する。図８において等温線Ｔ1及びＰ1の交点を状態点１（ステップ１０２）、等温線Ｔ4及びＰ4の交点を状態点４とし（ステップ１０３）、これら状態点１及び状態点４が乗る断熱線をｓ1，ｓ4とすればｓ1，ｓ4と中間圧力Ｐecoの交点がそれぞれ状態点２（ステップ１０４）及び状態点３（ステップ１０５）である。続いて、蒸発器出口温度Ｔ5より状態点６を決定する。
【００３８】
図８において状態点４から状態点５は等圧過程すなわちＰ5＝Ｐ4とすれば、等温線Ｔ5とＰ4の交点が状態点５（ステップ１０６）、また、状態点５から状態点６は絞り膨張（等エンタルピ過程）すなわちｈ5＝ｈ6のためｈ5と中間圧力Ｐecoとの交点が状態点６である（ステップ１０７）。最後に状態点７，状態点８及び状態点９を決定する。状態点７はエコノマイザ内で発生したフラッシュ蒸気（乾き飽和蒸気）を表し、中間圧力Ｐecoと乾き飽和蒸気線（ｂ−ｃ曲線）の交点である（ステップ１０８）。
【００３９】
一方、状態点８は中間圧力Ｐecoと飽和液線（ａ−ｂ曲線）の交点であり、エコノマイザにおいてフラッシュ蒸気と分離された飽和液を表す（ステップ１０９）。状態点８から状態点９は絞り膨張（等エンタルピ過程）すなわちｈ8＝ｈ9を経て蒸発圧力Ｐ1へ戻るので、ｈ8とＰ1との交点を状態点９とする（ステップ１１０）。このようにして、測定値より状態点１から状態点９を求めることで、任意の運転状態における冷凍サイクル線図及び各状態点での圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈが決定する（ステップ１１１）。
【００４０】
なお、各状態点における圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈは冷凍サイクルを確定する代わりに別途データベースを参照することで算出しても良いものとする。
【００４１】
次に、上記にて決定された各状態点での圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈを用いて第２段羽根車への相対流入角β1を算出し、β1＝βDを満たすベーン角度γを決定する。この時、相対流入角β1とベーン角度γの関係性及び定格点における相対流入角βDはデータベースとして予めプログラムに組み込まれており演算の過程で逐次参照する。図１４は第２の実施の形態におけるベーン回転フローチャートを示す。
【００４２】
以下、定圧比熱Ｃp，羽根径ｒ，重力加速度ｇ，羽根車入口の流路断面積Ａ及びターボ冷凍機の冷凍能力Φは定数であり予めプログラムに組み込まれているものとし、圧力Ｐ，温度Ｔ，エンタルピｈの添え字は全て図３（図８）での状態点に対応しているものとする。また、添え字２ｓｔは圧縮機２段目を表す。まず、羽根車入口部での冷媒の子午面速度Ｃm2stは冷媒循環量ｑと羽根車出口の流路断面積Ａより、式（６）
Ｃm2st＝ｑ2st／Ａ2st （６）
で求まる。ここで、圧縮機２段目での冷媒循環量ｑ2stはエコノマイザでのフラッシュ蒸気量ｑecoを含むので、式（７）
ｑ2st＝ｑ1st＋ｑeco＝Φ（ｈ7−ｈ8）／（ｈ1−ｈ9）（ｈ7−ｈ6） （７）
より求まる。
【００４３】
この式（７）に状態点１でのエンタルピｈ1、状態点６でのエンタルピｈ6、状態点７でのエンタルピｈ7、状態点８でのエンタルピｈ8及び状態点９でのエンタルピｈ9を代入することで圧縮機２段目での冷媒循環量ｑ2stが決定する（ステップ２０１）。以上、算出した圧縮機２段目における冷媒循環量ｑ2stを式（６）に代入すれば、羽根車入口部での冷媒の子午面速度Ｃm2stが求まる（ステップ２０２）。したがって、相対流入角β1は、回転数Ｎ，羽根車径ｒから求めた羽根車入口周速Ｕ1＝２πｒＮ／６０及び子午面速度Ｃm2stを用いて式（８）より
β1＝ｔａｎ-1（Ｃm2st／Ｕ1） （８）
で算出される（ステップ２０３）。
【００４４】
ここで、算出したβ1＝βDならば演算を終了し、そうでない場合には引き続き継続する（ステップ２０４）。続いて、式（８）にて求められたβ1と与えるべきベーン回転角γの関係が組み込まれたデータベースを参照してγを決定したのち（ステップ２０５，ステップ２０６）、それを駆動信号としてベーン回動機構へ伝達、ベーンを回転する（ステップ２０７，ステップ２０８）。
【００４５】
上記したような一連の処理を部分負荷運転時等に作動させることで、図１５に示す通りベーン制御を実施した場合には圧縮機効率が改善される。また、本実施例では測定項目として遠心圧縮機の入口圧力Ｐ1，入口温度Ｔ1，出口圧力Ｐ4，出口温度Ｔ4及びエコノマイザ圧力Ｐecoを適用した。これらの項目は一般的なターボ冷凍機において運転状態を把握する為に使用されており、例えば従来機に対し新たなセンサを設置すること無く改良できるので、低コストかつ簡便な手法であると言える。
【符号の説明】
【００４６】
１ 遠心圧縮機
２ 凝縮器
３ 受液器
４ エコノマイザ
５ 蒸発器
６ モータ
７ 駆動装置
８ 演算処理器
９ 回転軸
１０ 羽根車
１０ａ 羽根車１段目
１０ｂ 羽根車２段目
１１ ディフューザ
１２ リターン流路
１３ 上流ガイドベーン
１４ 下流ガイドベーン
１５ 下流ガイドベーン回転軸
１６ スクロール
１７ インレットガイドベーン
１８ 固定ガイドベーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段の羽根車と、各羽根車の外周に配設されたディフューザと、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐ多段のリターン流路とを備えた遠心圧縮機において、
前記リターン流路の少なくとも１段に固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンを周方向複数枚設置し、定格運転では上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁を結んだ線が半径方向を向くよう配設され、部分負荷運転では下流ガイドベーンが回転軸中心に回転し且つ上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁の間に隙間を形成し後段羽根車に予旋回角を与えるように構成され、
上流ガイドベーンと下流ガイドベーンの半径方向長さが同一であるように設定されることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の遠心圧縮機において、
前記下流ガイドベーンの回転軸支位置が下流ガイドベーン半径方向長さの中央から後縁の間にあることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載の遠心圧縮機により断熱圧縮され吐出した冷媒を放熱冷却する凝縮器と、冷却された冷媒を絞り膨張させる膨張手段と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えるターボ冷凍機において、
前記圧縮機の入口圧力，入口温度，出口圧力，出口温度，回転数を測定する手段と、この測定手段からの出力を入力として後段羽根車への流入角と、前記流入角及びデータベースに基づき前記下流ガイドベーンのベーン回転角度とを計算する演算処理器と、この演算処理器からの出力を入力として前記下流ガイドベーンのベーン角度を変更する駆動装置とを備えることを特徴とするターボ冷凍機。
【請求項４】
請求項３記載のターボ冷凍機において、
前記測定手段からの出力に基づいて決定されるエンタルピを用いて冷媒循環量を求め、
前記冷媒循環量と後段羽根車の入口部での冷媒の子午面速度とを用いて前記流入角を求めることを特徴とするターボ冷凍機。
【請求項５】
請求項４記載のターボ冷凍機において、
前記遠心圧縮機の羽根車流入角が定格運転での羽根車流入角と同一となるよう下流ガイドベーンのベーン角度を変更することを特徴とするターボ冷凍機。
【請求項１】
複数段の羽根車と、各羽根車の外周に配設されたディフューザと、ディフューザと後段羽根車とを繋ぐ多段のリターン流路とを備えた遠心圧縮機において、
前記リターン流路の少なくとも１段に固定式の上流ガイドベーン及び可動式の下流ガイドベーンを周方向複数枚設置し、定格運転では上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁を結んだ線が半径方向を向くよう配設され、部分負荷運転では下流ガイドベーンが回転軸中心に回転し且つ上流ガイドベーン後縁と下流ガイドベーン前縁の間に隙間を形成し後段羽根車に予旋回角を与えるように構成され、
上流ガイドベーンと下流ガイドベーンの半径方向長さが同一であるように設定されることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の遠心圧縮機において、
前記下流ガイドベーンの回転軸支位置が下流ガイドベーン半径方向長さの中央から後縁の間にあることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載の遠心圧縮機により断熱圧縮され吐出した冷媒を放熱冷却する凝縮器と、冷却された冷媒を絞り膨張させる膨張手段と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えるターボ冷凍機において、
前記圧縮機の入口圧力，入口温度，出口圧力，出口温度，回転数を測定する手段と、この測定手段からの出力を入力として後段羽根車への流入角と、前記流入角及びデータベースに基づき前記下流ガイドベーンのベーン回転角度とを計算する演算処理器と、この演算処理器からの出力を入力として前記下流ガイドベーンのベーン角度を変更する駆動装置とを備えることを特徴とするターボ冷凍機。
【請求項４】
請求項３記載のターボ冷凍機において、
前記測定手段からの出力に基づいて決定されるエンタルピを用いて冷媒循環量を求め、
前記冷媒循環量と後段羽根車の入口部での冷媒の子午面速度とを用いて前記流入角を求めることを特徴とするターボ冷凍機。
【請求項５】
請求項４記載のターボ冷凍機において、
前記遠心圧縮機の羽根車流入角が定格運転での羽根車流入角と同一となるよう下流ガイドベーンのベーン角度を変更することを特徴とするターボ冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１４０９６３（Ｐ２０１２−１４０９６３Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２４６９（Ｐ２０１２−５２４６９）
【出願日】平成２４年３月９日（２０１２．３．９）
【分割の表示】特願２００８−１１６５５８（Ｐ２００８−１１６５５８）の分割
【原出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月９日（２０１２．３．９）
【分割の表示】特願２００８−１１６５５８（Ｐ２００８−１１６５５８）の分割
【原出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
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