离心式制冷机
阅读：94发布：2024-02-11
专利汇可以提供离心式制冷机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供能够正确地检测喘振的离心式制冷机。离心式制冷机具备： 压缩机 (1)，其具有 叶轮 (11、12)以及使该叶轮(11、12)旋转的 电动机 (13)； 冷凝器 (2)，其与压缩机(1)的排出口连接； 蒸发 器 (3)，其与压缩机(1)的吸入口连接； 电流 检测器(22)，其检测向电动机(13)供给的 马 达电流；入口 温度 测定器(25)，其测定流入 蒸发器 (3)的冷 水 的入口温度；出口温度测定器(26)，其测定从蒸发器(3)流出的冷水的出口温度；以及控制装置(20)，其基于马达电流的变化以及入口温度与出口温度之差的变化双方检测在压缩机(1)的喘振。，下面是离心式制冷机专利的具体信息内容。
1.一种离心式制冷机，其特征在于，具备：
压缩机，其具有叶轮以及使该叶轮旋转的电动机；
冷凝器，其与所述压缩机的排出口连接；
蒸发器，其与所述压缩机的吸入口连接；
电流检测器，其检测向所述电动机供给的马达电流；
入口温度测定器，其测定流入所述蒸发器的冷水的入口温度；
出口温度测定器，其测定从所述蒸发器流出的所述冷水的出口温度；以及控制装置，其基于所述马达电流的变化以及所述入口温度与所述出口温度之差的变化的双方，来检测在所述压缩机的喘振。
2.根据权利要求1所述的离心式制冷机，其特征在于，
所述控制装置基于所述马达电流的变化来检测第一暂时喘振，并基于所述入口温度与所述出口温度之差的变化来检测第二暂时喘振，
在预先设定的监视期间内检测到所述第一暂时喘振以及所述第二暂时喘振双方的情况下，判定为在所述压缩机发生了喘振。
3.根据权利要求2所述的离心式制冷机，其特征在于，
所述控制装置以规定的周期将所述入口温度与所述出口温度之差和阈值进行比较，对在所述监视期间内所述差成为所述阈值以下的次数进行计数，在所述次数为设定值以上的情况下，检测所述第二暂时喘振。
4.根据权利要求2或3所述的离心式制冷机，其特征在于，
在所述监视期间内检测到所述第一暂时喘振以及所述第二暂时喘振双方的时刻，所述控制装置判定为在所述压缩机发生了喘振。
5.根据权利要求3所述的离心式制冷机，其特征在于，
所述阈值包括：第一阈值、和比该第一阈值低的第二阈值，
所述控制装置构成为：
在制冷负荷率比预先设定的低负荷率高时，通过对所述入口温度与预先设定的目标温度之差乘以规定的第一比例来计算所述第一阈值，并以所述规定的周期将所述入口温度与所述出口温度之差和所述第一阈值进行比较，
在制冷负荷率为所述低负荷率以下时，通过对所述入口温度与所述目标温度之差乘以规定的第二比例来计算所述第二阈值，并以所述规定的周期将所述入口温度与所述出口温度之差和所述第二阈值进行比较。
离心式制冷机
技术领域
[0001] 本发明涉及离心式制冷机，特别是涉及能够避免喘振并且在低压头时并且在部分负荷时能够确保运转区域的高压头规格离心式制冷机。
背景技术
[0002] 以往，制冷空调装置等所利用的离心式制冷机由封入有制冷剂的封闭系统构成，并由制冷剂配管连结蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀(膨胀机构)而构成，上述蒸发器从被冷却流体夺取热量，使制冷剂蒸发而发挥制冷效果；上述压缩机对在上述蒸发器蒸发的制冷剂气体进行压缩，使其成为高压的制冷剂气体；上述冷凝器利用冷却流体对高压的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝；上述膨胀阀对上述冷凝后的制冷剂进行减压而使其膨胀。
[0003] 在以高压头使离心式制冷机运转时，若因制冷负荷的减少而减小控制压缩机入口的吸入风量的叶片的开度，则从某个开度开始，因制冷剂气体的流动失去速度而引起振动、噪音逐渐变得剧烈的所谓的喘振。若产生喘振，则产生由大量噪音、过大的推力负载等引起的轴承的寿命降低、损伤、冷水温度高低的急剧紊乱等各种不良情况。因此在发生了喘振的情况下，迅速对其进行检测并采取发出警报、停止装置、修正旋转速度等必要的保护措施是必不可少的。因此在现有的离心式制冷机中，通过驱动压缩机的电动机的电流值的变化来检测喘振(例如参照专利文献1)。
[0004] 专利文献1：日本特开2011-102668号公报
[0005] 然而，在基于电流值的变动的喘振检测中，即便在压缩机处于正常运转的情况下，有时也认定为在压缩机发生有喘振。例如，在马达电流伴随制冷负荷的降低而降低时，马达电流的变化量有时会超过喘振检测的阈值而误检测出发生喘振。
发明内容
[0006] 本发明是鉴于上述情况所做出的，目的在于提供能够正确地检测喘振的离心式制冷机。
[0007] 本发明的一个方式的离心式制冷机，其特征在于，具备：压缩机，其具有叶轮以及使该叶轮旋转的电动机；冷凝器，其与所述压缩机的排出口连接；蒸发器，其与所述压缩机的吸入口连接；电流检测器，其检测向所述电动机供给的马达电流；入口温度测定器，其测定流入所述蒸发器的冷水的入口温度；出口温度测定器，其测定从所述蒸发器流出的所述冷水的出口温度；以及控制装置，其基于所述马达电流的变化以及所述入口温度与所述出口温度之差的变化的双方，来检测在所述压缩机的喘振。
[0008] 根据这样的结构，除了基于马达电流的变化以外，还能够基于冷水的入口温度与出口温度之差的变化而正确地检测喘振。
[0009] 上述离心式制冷机的特征在于，所述控制装置基于所述马达电流的变化来检测第一暂时喘振，并基于所述入口温度与所述出口温度之差的变化来检测第二暂时喘振，在预先设定的监视期间内检测到所述第一暂时喘振以及所述第二暂时喘振双方的情况下，判定为在所述压缩机发生了喘振。
[0010] 根据这样的结构，将检测出第一暂时喘振以及第二暂时喘振双方作为条件，控制装置判定在压缩机发生了喘振，因此能够可靠地防止喘振的误检测。
[0011] 上述离心式制冷机的特征在于，所述控制装置以规定的周期将所述入口温度与所述出口温度之差和阈值进行比较，对在所述监视期间内所述差成为所述阈值以下的次数进行计数，在所述次数为设定值以上的情况下，检测所述第二暂时喘振。
[0012] 根据这样的结构，能够正确地检测第二暂时喘振。
[0013] 上述离心式制冷机的特征在于，在所述监视期间内检测到所述第一暂时喘振以及所述第二暂时喘振双方的时刻，所述控制装置判定为在所述压缩机发生了喘振。
[0014] 根据这样的结构，不必等待监视期间经过，控制装置能够迅速地判定喘振的发生。因此控制装置能够迅速停止离心式制冷机的运转或者迅速发出通知喘振发生的警报。
[0015] 上述离心式制冷机的特征在于，所述阈值包括：第一阈值、和比该第一阈值低的第二阈值，所述控制装置构成为：在制冷负荷率比预先设定的低负荷率高时，通过对所述入口温度与预先设定的目标温度之差乘以规定的第一比例来计算所述第一阈值，并以所述规定的周期将所述入口温度与所述出口温度之差和所述第一阈值进行比较，在制冷负荷率为所述低负荷率以下时，通过对所述入口温度与所述目标温度之差乘以规定的第二比例来计算所述第二阈值，并以所述规定的周期将所述入口温度与所述出口温度之差和所述第二阈值进行比较。
[0016] 根据这样的结构，在制冷负荷率较低时，不会对离心式制冷机的运转稳定性的判断产生影响，控制装置能够正确地判定第二暂时喘振的发生。若具体进行说明，一般而言，为了判断离心式制冷机运转的稳定性，在控制装置设定有冷水出口温度相对于目标温度在温度控制上的允许幅度。例如，若冷水出口温度相对于目标温度处于±0.3℃的允许幅度内，则控制装置判断为离心式制冷机稳定地进行运转。然而，在制冷负荷率降低某种程度的情况下(例如从作为额定负荷率的100％降低至20％以下的情况下)，无论冷水出口温度是否处于允许幅度内，控制装置有可能判断为冷水的入口温度与出口温度之差为阈值以下，从而导致检测出第二暂时喘振。
[0017] 根据上述的结构，控制装置根据制冷负荷率而选择地使用第一阈值或者第二阈值，因此能够正确地判定第二暂时喘振的发生。
[0019] 图1是表示本发明的一个实施方式的离心式制冷机的整体结构的示意图。
[0020] 图2是表示在发生了喘振时马达电流的变动的曲线图。
[0021] 图3是表示在发生了喘振时冷水的入口温度与出口温度之差的变动的曲线图。
[0022] 图4是说明喘振检测的动作的流程图。
具体实施方式
[0023] 以下，参照图1～图4说明本发明的离心式制冷机的实施方式。
[0024] 图1是表示本发明的一个实施方式的离心式制冷机的整体结构的示意图。如图1所示，离心式制冷机具备：压缩机1、与压缩机1的排出口连接的冷凝器2、以及与压缩机1的吸入口连接的蒸发器3。压缩机1、冷凝器2以及蒸发器3由制冷剂配管4连结。在连结冷凝器2与蒸发器3的制冷剂配管4设置有膨胀阀5。
[0025] 蒸发器3从作为被冷却流体的冷水夺取热量，使制冷剂蒸发来发挥制冷效果。压缩机1对在蒸发器3蒸发的制冷剂气体进行压缩而使其成为高压的制冷剂气体，冷凝器2利用作为冷却流体的冷却水对高压的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝。冷凝后的制冷剂通过膨胀阀5，从而减压并膨胀。膨胀后的制冷剂再次被输送至蒸发器3。这样，离心式制冷机构成为封入有制冷剂的封闭系统。
[0026] 本实施方式的压缩机1由多级离心式压缩机构成。更具体而言，压缩机1由两级离心式压缩机构成，具备：第一级叶轮11、第二级叶轮12以及使这些叶轮11、12旋转的电动机13。在电动机13连接有变频器15，变频器15与商用电源14连接。另外变频器15与控制装置20连接。
[0027] 叶轮11、12经由齿轮G与电动机13连结。电动机13由感应电动机构成，电动机13的旋转速度由与商用电源14连接的变频器15控制。另外在本实施方式中，由于电动机13是变频驱动，因此也可以省略齿轮G。在一个实施方式中，也可以省略变频器15而使电动机13以额定速度旋转。
[0028] 在第一级叶轮11的吸入侧设置有导流叶片16，用于调整制冷剂气体朝向叶轮11、12的吸入流量。导流叶片16的开度基于制冷负荷而由控制装置20控制。即，在制冷负荷较低时，导流叶片16的开度减小，在制冷负荷较高时，导流叶片16的开度增大。
[0029] 离心式制冷机还具备：电流检测器22、冷水入口温度检测器25以及冷水出口温度检测器26。向电动机13供给的马达电流由电流检测器22测定。在本实施方式中，电流检测器22配置在变频器15与电动机13之间。流入蒸发器3的冷水的入口温度由冷水入口温度检测器25测定，从蒸发器3流出的冷水的出口温度由冷水出口温度检测器26测定。上述电流检测器22、冷水入口温度检测器25以及冷水出口温度检测器26连接于控制装置20，马达电流的测定值、冷水的入口温度的测定值以及冷水的出口温度的测定值被发送至控制装置20。
[0030] 控制装置20构成为：基于马达电流的变化以及冷水的入口温度与出口温度之差的变化双方，来检测比某个开度关闭导流叶片16时在压缩机1发生的喘振。更具体而言，控制装置20基于马达电流的变化来检测第一暂时喘振，并基于冷水的入口温度与出口温度之差的变化来检测第二暂时喘振，在预先设定的监视期间内检测到上述第一暂时喘振以及上述第二暂时喘振的双方的情况下，判定为在压缩机1发生了喘振。
[0031] 以下，对第一暂时喘振检测的机制的一个例子进行说明。图2是表示在发生了喘振时马达电流的变动的曲线图。如图2所示，若在压缩机1发生喘振，则马达电流周期性地变动。因此控制装置20从电流检测器22取得马达电流的测定值，以规定的周期(例如以5秒间隔)决定马达电流的最大值和最小值，并根据所决定的最大值和最小值来计算电流振幅比。在图2所示的例子中，规定的周期是5秒，但本发明不限定于该例。电流振幅比能够通过马达电流的最大值除以最小值来计算。即，通过以下的算式计算电流振幅比。
[0032] 电流振幅比＝马达电流的最大值/马达电流的最小值
[0033] 控制装置20以上述规定的周期计算电流振幅比，并将计算出的电流振幅比与预先设定的阈值V进行比较，对在预先设定的监视期间M1内电流振幅比为阈值V以上的次数(以下称为电流上升次数)进行计数。在图2所示的例子中，监视期间M1是120秒。而且，在监视期间M1内电流上升次数为设定值以上的情况下，控制装置20检测第一暂时喘振。在图2所示的例子中，设定值是3次。即，在监视期间M1内电流上升次数为3以上的情况下，控制装置20检测第一暂时喘振。
[0034] 控制装置20在各周期的终点处决定在该周期内马达电流的最大值和最小值，并根据所决定的最大值和最小值来计算电流振幅比，将电流振幅比与阈值V进行比较。监视期间M1的起点是控制装置20最初判定出电流振幅比为阈值V以上的时刻。控制装置20具备用于对监视期间M1进行计数的计时器(未图示)。控制装置20在最初判定出电流振幅比超过阈值V时，启动计时器。
[0035] 在图2所示的例子中，由于在监视期间M1内电流上升次数是3次，因此控制装置20检测第一暂时喘振。在监视期间M1内电流上升次数为2次以下的情况下，控制装置20将电流上升次数复位为0，进而将计时器复位为0。继续执行在上述规定的周期的电流振幅比的计算以及电流振幅比与阈值V的比较。
[0036] 如以上说明的那样，本实施方式的控制装置20基于电流振幅比与阈值V的比较来检测第一暂时喘振，但本发明不限定于该实施方式，也可以通过其他方法基于马达电流来检测第一暂时喘振。例如，控制装置20也可以对马达电流超过预先设定的变动允许范围变动的次数进行计数，在计数得到的次数达到规定值的情况下，检测第一暂时喘振。
[0037] 接下来，对第二暂时喘振检测的机制的一个例子进行说明。图3是表示在发生了喘振时冷水的入口温度与出口温度之差的变动的曲线图。在图3中，纵轴表示冷水的入口温度与出口温度之差(以下简单地称为冷水温度差)，横轴表示时间。如图3所示，若在压缩机1发生喘振，则与马达电流同样，冷水温度差周期性地变动。
[0038] 因此，控制装置20取得从冷水入口温度检测器25以及冷水出口温度检测器26发送的冷水的入口温度以及出口温度的测定值，并以规定的周期(例如以5秒间隔)计算冷水的入口温度与出口温度之差即冷水温度差。在图3所示的例子中，规定的周期是5秒，但本发明不限定于该例。在本实施方式中，冷水温度差通过从入口温度的测定值减去出口温度的测定值来计算。
[0039] 控制装置20以上述规定的周期计算冷水温度差，并将计算出的冷水温度差与阈值U进行比较，对在预先设定的监视期间M2内冷水温度差为阈值U以下的次数(以下称为温度差降低次数)进行计数。阈值U通过对冷水的入口温度与预先设定的目标温度之差乘以规定的比例来确定。该目标温度是冷水的出口温度的目标温度。例如，冷水的入口温度是12℃，目标温度是7℃，在规定的比例为0.75的情况下，冷水的入口温度与目标温度之差是5℃(＝12℃-7℃)，则阈值U为3.75℃(＝5℃×0.75)。
[0040] 控制装置20在各周期的终点处判定在该周期内的冷水温度差是否为阈值U以下。更具体而言，控制装置20在各周期的终点处决定在该周期内冷水温度差的最小值，并判定冷水温度差的最小值是否为阈值U以下。而且，在监视期间M2内温度差降低次数为设定值以上的情况下，控制装置20检测第二暂时喘振。在图3所示的例子中，设定值是3次。即，在监视期间M2内温度差降低次数为3次以上的情况下，控制装置20检测第二暂时喘振。
[0041] 在图3所示的例子中，监视期间M2是120秒，与图2所示的监视期间M1相同，但也可以不同。监视期间M2的起点是控制装置20最初判定出冷水温度差为阈值U以下的时刻。控制装置20具备用于对监视期间M2进行计数的计时器(未图示)。控制装置20在最初判定出冷水温度差为阈值U以下时，启动计时器。
[0042] 在图3所示的例子中，由于在监视期间M2内温度差降低次数是3次，因此控制装置20检测第二暂时喘振。在监视期间M2内温度差降低次数为2次以下的情况下，控制装置20将温度差降低次数复位为0，进而将计时器复位为0。继续执行在上述规定的周期的冷水温度差的计算以及冷水温度差与阈值的比较。
[0043] 在监视期间M2内检测出第一暂时喘振并且检测出第二暂时喘振的情况下，控制装置20判定为在压缩机1发生了喘振。根据这样的结构，控制装置20除了基于马达电流的变化以外，还能够基于冷水温度差的变化而正确地检测喘振。在判定为在压缩机1发生了喘振时，控制装置20使离心式制冷机的运转停止以及/或者发出通知喘振发生的警报。
[0044] 优选为，在监视期间M2内检测到第一暂时喘振以及第二暂时喘振双方的时刻，控制装置20判定为在压缩机1发生了喘振。根据这样的结构，不必等待监视期间M的2经过，控制装置20就能够迅速地判定喘振的发生。因此，在监视期间M2内检测到第一暂时喘振以及第二暂时喘振双方的时刻，控制装置20能够迅速停止离心式制冷机的运转以及/或者迅速发出通知喘振发生的警报。
[0045] 图4是说明上述的喘振检测的动作的流程图。如图4所示，控制装置20开始计算在规定的周期的电流振幅比(步骤1)。控制装置20在最初判定出电流振幅比为阈值V以上的时刻，启动计时器并开始监视期间M1的计数(步骤2)。以监视期间M1未经过为条件(步骤3)，控制装置20对电流振幅比为阈值V以上的次数即电流上升次数进行计数(步骤4)。若电流上升次数小于设定值(步骤5的否)，则控制装置20将在监视期间M1进行计数的计时器以及电流上升次数复位为0(步骤6)。之后，处理流程返回至步骤2。若电流上升次数为设定值以上(步骤5的是)，则控制装置20检测第一暂时喘振(步骤7)。在上述的步骤3中监视期间M1经过的情况下，处理流程进入步骤6，控制装置20将在监视期间M1进行计数的计时器以及电流上升次数复位为0。
[0046] 与上述步骤1同时，控制装置20开始计算在规定的周期的冷水温度差(步骤8)。在最初判定出冷水温度差为阈值U以下的时刻，控制装置20启动计时器并开始监视期间M2的计数(步骤9)。将监视期间M2未经过作为条件(步骤10)，控制装置20对冷水温度差为阈值U以下的次数即温度差降低次数进行计数(步骤11)。若温度差降低次数小于设定值(步骤12的否)，则控制装置20将在监视期间M2进行计数的计时器以及温度差降低次数复位为0(步骤13)。之后，处理流程返回至步骤9。若温度差降低次数为设定值以上(步骤12的是)，控制装置20检测第二暂时喘振(步骤14)。在上述的步骤10中在经过监视期间M2的情况下，处理流程进入步骤13，控制装置20将在监视期间M2进行计数的计时器以及温度差降低次数复位为0。
[0047] 在监视期间M2内检测到第一暂时喘振以及第二暂时喘振双方的情况下(步骤15)，控制装置20判定为在压缩机1发生了喘振(步骤16)。在判定为发生了喘振时，控制装置20使离心式制冷机的运转停止以及/或者发出警报。
[0048] 为了判断离心式制冷机的运转的稳定性，在控制装置20设定冷水出口温度相对于目标温度在温度控制上的允许幅度。例如，若冷水出口温度相对于目标温度处于±0.3℃的范围内，则控制装置20判断为离心式制冷机稳定地进行运转。然而，在制冷负荷率降低了某种程度的情况下，可能引起以下的不良情况。例如，在冷水出口温度为7.26℃、冷水出口温度的目标温度为7℃的情况下，制冷负荷率从作为额定负荷率的100％降低至20％以下而冷水入口温度成为8℃时，控制装置20对冷水入口温度8℃与冷水出口温度的目标温度7℃之差即1℃乘以规定的比例0.75，求出阈值U为0.75℃，并监视冷水温度差是否为阈值U0.75℃以下。如上述那样，冷水的出口温度相对于目标温度在温度控制上的允许幅度是7℃±0.3℃。由于冷水出口温度7.26℃为允许幅度内，因此控制装置20判断为离心式制冷机稳定地进行运转。另一方面，由于冷水温度差0.74℃(＝8℃-7.26℃)低于阈值U0.75℃，因此控制装置20检测出第二暂时喘振。
[0049] 因此，为了避免这样在控制上的误检测，在一个实施方式中，为了使阈值U不与控制装置20的冷水出口温度相对于目标温度的允许幅度抵触，阈值U包括第一阈值以及比该第一阈值低的第二阈值，控制装置20可以根据制冷负荷率而选择地使用第一阈值或者第二阈值。例如，第一阈值相当于图3所示的阈值U，第二阈值为比图3所示的阈值U低的值。
[0050] 控制装置20根据冷水温度差以及在蒸发器3流动的冷水流量来计算制冷负荷率。冷水流量可以由未图示的流量计来测定，或者也可以根据流入蒸发器3的冷水与从蒸发器3流出的冷水之间的差压来推定冷水流量。在制冷负荷率高于预先设定的低负荷率(例如
20％)时，控制装置20通过对冷水的入口温度与上述目标温度之差乘以规定的第一比例来计算上述第一阈值，并以规定的周期将冷水温度差与第一阈值进行比较，对在监视期间M2内冷水温度差成为第一阈值以下的次数进行计数，在上述次数为设定值以上的情况下，检测第二暂时喘振。在制冷负荷率为上述低负荷率以下时，控制装置20通过对冷水的入口温度与上述目标温度之差乘以规定的第二比例来计算上述第二阈值，并以规定的周期将冷水温度差与第二阈值进行比较，对在监视期间M2内冷水温度差成为第二阈值以下的次数进行计数，在上述次数为设定值以上的情况下，检测第二暂时喘振。
20％)时，控制装置20通过对冷水的入口温度与上述目标温度之差乘以规定的第一比例来计算上述第一阈值，并以规定的周期将冷水温度差与第一阈值进行比较，对在监视期间M2内冷水温度差成为第一阈值以下的次数进行计数，在上述次数为设定值以上的情况下，检测第二暂时喘振。在制冷负荷率为上述低负荷率以下时，控制装置20通过对冷水的入口温度与上述目标温度之差乘以规定的第二比例来计算上述第二阈值，并以规定的周期将冷水温度差与第二阈值进行比较，对在监视期间M2内冷水温度差成为第二阈值以下的次数进行计数，在上述次数为设定值以上的情况下，检测第二暂时喘振。
[0051] 这样，由于控制装置20根据制冷负荷率选择地使用第一阈值或者第二阈值，因此能够正确地判定第二暂时喘振的发生。特别是在制冷负荷率较低时，不会对离心式制冷机的运转的稳定性的判断产生影响，控制装置20能够正确地判定第二暂时喘振的发生。除了设置第一阈值以及第二阈值以外，还可以设置一个或者更多的阈值。
[0052] 记载上述实施方式的目的在于：在本发明所属技术领域中具有通常知识的人能够实施本发明。如果是本领域技术人员，则上述实施方式的各种变形例当然能够实施，本发明的技术思想也能够应用于其他实施方式。因此本发明不限定于所记载的实施方式，应解释为按照由权利要求书定义的技术思想的最宽范围。
[0053] 附图标记说明：1…压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…制冷剂配管；5…膨胀阀；11、12…叶轮；13…电动机；14…商用电源；15…变频器；16…导流叶片；20…控制装置；22…电流检测器；25…冷水入口温度检测器；26…冷水出口温度检测器；G…齿轮。
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