(57)【要約】【課題】  効率が高くかつ制御分解能が高いターボ冷凍機を備えた空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】  冷媒吸入側に流量調整ベーン１５を備えるとともに冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から導かれる液冷媒を膨張させる膨張弁と、凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた空気調和装置において、流量調整ベーン１５は、全閉位置から全開位置にかけての第１領域を回動するとともに、全開位置を越えてさらに全閉位置の反対側に位置する第２領域を回動することを特徴とする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒吸入側に流量調整ベーンを備えるとともに冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から導かれる液冷媒を膨張させる膨張弁と、凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えた空気調和装置において、
前記流量調整ベーンは、全閉位置から全開位置にかけての第１領域を回動するとともに、前記全開位置を越えてさらに前記全閉位置の反対側に位置する第２領域を回動することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記流量調整ベーンは、前記凝縮器における凝縮圧力が所定値以上となった場合に、前記第２領域へと回動されることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記凝縮器側からの冷媒を導入するとともに前記ターボ圧縮機の中間段へとガス冷媒を供給する１又は複数の中間冷却器を備え、
前記流量調整ベーンは、前記中間段における吸込ガス冷媒圧力が所定値以下となった場合に、前記第２領域へと回動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
冷媒吸入側に流量調整ベーンを備えるとともに冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から導かれる液冷媒を膨張させる膨張弁と、凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えた空気調和装置の制御方法において、
前記流量調整ベーンは、全閉位置から全開位置にかけての第１領域を回動するとともに、前記全開位置を越えてさらに前記全閉位置の反対側に位置する第２領域を回動することを特徴とする空気調和装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ圧縮機を備えた空気調和装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガス冷媒を圧縮する圧縮機としてターボ圧縮機が採用されたターボ冷凍機（空気調和装置）が知られている。ターボ圧縮機は、吸込側に、ガス冷媒の吸込流量を調整するための入口ベーンを備えている。この入口ベーンの開度によって冷媒流量を調整することにより、冷凍能力や暖房負荷を制御している（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１８０１４号公報（段落［００２１］及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、ターボ圧縮機は、入口ベーン開度が全開となった状態が最も効率よくなるように設計される。しかし、このように設計すると、全開時以上の流量制御を実現できないので、全開よりも多少閉じた領域で制御されるのが通常である。これでは、最も効率が良い運転点でターボ冷凍機を運転させることができず、効率向上を阻んでいた。
また、入口ベーン開度が全開となる近傍の領域を制御代として残しているので、それ以外の角度範囲で入口ベーンを制御せざるを得ず、制御用の角度範囲が狭いことから制御分解能の低下を招いていた。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、効率が高くかつ制御分解能が高いターボ冷凍機を備えた空気調和装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の空気調和装置およびその制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気調和装置は、冷媒吸入側に流量調整ベーンを備えるとともに冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から導かれる液冷媒を膨張させる膨張弁と、凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えた空気調和装置において、前記流量調整ベーンは、全閉位置から全開位置にかけての第１領域を回動するとともに、前記全開位置を越えてさらに前記全閉位置の反対側に位置する第２領域を回動することを特徴とする。
【０００７】
流量調整ベーンを、全開位置を越えてさらに全閉位置の反対側に位置する第２領域へと回動させると、ターボ圧縮機の吸入冷媒に逆旋回を与えることになり、能力（ヘッドおよび風量）を増加させることができる。これにより、流量調整ベーンの回動範囲を、第１領域に加えて第２領域まで拡大することができ、制御の分解能が向上する。また、全開位置を仕様点として選択することができるので、効率の高い位置でターボ圧縮機を運転させることができる。
【０００８】
さらに、前記流量調整ベーンは、前記凝縮器における凝縮圧力が所定値以上となった場合に、前記第２領域へと回動されることを特徴とする。
【０００９】
凝縮器における凝縮圧力が所定値以上になると、ターボ圧縮機のヘッド差が大きくなる。ヘッド差が大きくなるとサージングを引き起こすおそれがある。そこで、第２領域へと流量調整ベーンを回動させることにより、許容できるヘッド差を高くしてサージングを回避する。
【００１０】
さらに、前記凝縮器側からの冷媒を導入するとともに前記ターボ圧縮機の中間段へとガス冷媒を供給する１又は複数の中間冷却器を備え、前記流量調整ベーンは、前記中間段における吸込ガス冷媒圧力が所定値以下となった場合に、前記第２領域へと回動されることを特徴とする。
【００１１】
ターボ圧縮機の中間段における吸込ガス冷媒圧力が所定位置以下となると、吸込ガス冷媒の比体積が大きくなり、ターボ圧縮機の吸込ガス量が不足してチョークを引き起こすおそれがある。そこで、第２領域へと流量調整ベーンを回動させることにより、ヘッド差を高く保つこととし、チョークを回避する。
【００１２】
また、本発明の空気調和装置の制御方法は、冷媒吸入側に流量調整ベーンを備えるとともに冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から導かれる液冷媒を膨張させる膨張弁と、凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えた空気調和装置の制御方法において、前記流量調整ベーンは、全閉位置から全開位置にかけての第１領域を回動するとともに、前記全開位置を越えてさらに前記全閉位置の反対側に位置する第２領域を回動することを特徴とする。
【００１３】
流量調整ベーンを、全開位置を越えてさらに全閉位置の反対側に位置する第２領域へと回動させると、ターボ圧縮機の吸入冷媒に逆旋回を与えることになり、能力（ヘッドおよび風量）を増加させることができる。これにより、流量調整ベーンの回動範囲を、第１領域に加えて第２領域まで拡大することができ、制御の分解能が向上する。また、全閉位置を仕様点として選択することができるので、効率の高い位置でターボ圧縮機を運転させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、全開位置を越えてさらに全閉位置の反対側に位置する第２領域を回動する流量調整ベーンとし、制御に用いる流量調整ベーンの回動範囲を拡大することとしたので、効率の良い全開位置または全開位置近傍での定格運転を可能にするとともに、制御分解能を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２には、ターボ圧縮機を用いたターボ冷凍機の概略構成図が示されている。図１には冷房運転時が示されており、図２にはヒートポンプ運転による暖房運転時が示されている。これらの図に示されたターボ冷凍機（空気調和装置）１は、２段圧縮２段膨張のサイクルを構成している。
【００１６】
ターボ冷凍機１は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機３と、外気である空気と冷媒が熱交換する空気熱交換器５と、冷温水管１１が接続された水熱交換器６と、空気熱交換器５と水熱交換器６との間に設けられた中間冷却器７とを備えている。また、中間冷却器７と空気熱交換器５との間の冷媒配管には第１膨張弁９が、中間冷却器７と水熱交換器６との間の冷媒配管には第２膨張弁１０が、それぞれ設けられている。また、暖房時（図２参照）における空気熱交換器５とターボ圧縮機３との間には、空気熱交換器５から流出した冷媒の液分を貯留するレシーバ１３が設けられている。
【００１７】
ターボ圧縮機３は、高圧力比が得られる遠心圧縮機となっている。
図４には、ターボ圧縮機３の詳細が示されている。
ターボ圧縮機３は、ハウジング２６内に、電動モータ２７と、増速機２８と、羽根車３０，３２と、入口ベーン（流量調整ベーン）１５とを備えている。
電動モータ２７は、インバータ式とされ、制御部によって周波数制御されるようになっている。これにより、電動モータ２７のモータ軸２７ａが所望の回転数で駆動される。
増速機２８は、電動モータ２７と羽根車３０，３２との間に設けられ、モータ軸２７ａの回転数を増速させる。増速機２８は、モータ軸２７ａに接続された大歯車２８ａと、該大歯車２８ａに歯合する小歯車２８ｂとを備えている。小歯車２８ｂは、出力軸３１に取り付けられ、この出力軸３１周りに回転する。
羽根車３０，３２は、入口ベーン１５側に位置する１段羽根車３０と、増速機２８側に位置する２段羽根車３２とから構成され、出力軸３１に取り付けられている。これら１段羽根車３０及び２段羽根車３２は冷媒流路に対して直列に接続されており、１段羽根車３０によって圧縮された後に２段羽根車によってさらに圧縮されるようになっている。中間冷却器７からのガス冷媒は、１段羽根車３０と２段羽根車３２との間（中間段）に導入される。
【００１８】
入口ベーン１５は、１段羽根車３０の冷媒流れ上流側に設けられており、羽根車３０，３２に流入する冷媒流量を調整する。入口ベーン１５の開度は制御部によって制御される。この入口ベーン１５の開度調整によって、流出水温度Ｔ１が制御される。
入口ベーン１５は、本実施形態では４枚のベーン１５ａを備えており（図５参照）、各ベーン１５ａが回動軸１５ｂ周りに同期して回動するようになっている。各ベーン１５ａは扇形状とされており、その幅広面が冷媒流れに直交するように位置したときに全閉となり、冷媒流れを遮断する（図５参照）。この全閉位置の回動角度を９０°とすると、全開位置では０°となり、各ベーン１５ａの幅広面が冷媒流れに平行になるように位置する。全閉位置（９０°）と全開位置（０°）との間には中間位置も存在し、例えば５０％開の状態ではベーン１５ａの回動角度は４５°となる。このような全閉位置から全開位置までの回動角度範囲を第１領域とする。
本実施形態のベーン１５ａは、全開位置を越えてさらに全閉位置の反対側に位置する第２領域まで回動する。すなわち、図５に示すように、各ベーン１５ａは、回動角度が−４５°（５０％開）まで回動する。
【００１９】
図６には、ターボ圧縮機３の性能が示されており、横軸が入口ベーン開度、縦軸が能力（風量やヘッドを意味する）となっている。
入口ベーン開度が０％（全閉０°）から１００％（全開９０°）になるにつれて、すなわち第１領域において開度が上昇するとともに、能力が上昇する。さらに、入口ベーン開度を上昇させると、すなわち第２領域において開度を上昇させると（実際には各ベーン１５ａは閉方向に回動される）、入口ベーン開度１００％を変曲点として、能力は徐々に上昇する。例えば、入口ベーン開度１５０％（−４５°）では、能力が１１８％程度まで上昇する。このように、第２領域で能力が上昇するのは、各ベーン１５ａが第１領域に対して反転方向に閉じるようになり、羽根車３０入口のガス冷媒に逆旋回を与えることになるからである。
なお、図６では、第２領域において能力は増大しているが、各ベーン１５ａは閉方向に回動しており抵抗となるので、効率については減少する。つまり、最高効率点は全開位置である１００％（９０°）となる。
【００２０】
図１又は図２に戻り、ターボ冷凍機１の他の構成について説明する。
空気熱交換器５は、チューブ５ａにフィン５ｂが取り付けられたフィン・アンド・チューブ式の熱交換器とされており、チューブ５ａ内を冷媒が流通するようになっている。チューブ５ａは、水平方向に延在しており、上下方向に複数本設けられている。各チューブ５ａの両端（左右端）は、ヘッダ５ｅに接続されている。したがって、各チューブ５ａを流れる冷媒は上下のチューブ５ａと同様に平行に流れる。
空気熱交換器５の上方には、ファン５ｃが設けられており、このファン５ｃによってチューブ５ａ及びフィン５ｂ周りを流れる空気の流れを促進し、熱交換を向上させるようになっている。ファン５ｃは、インバータモータ５ｄによって回転数制御される。もちろん、インバータモータ５ｄに代えて、一定速の電動モータを用いても良い。なお、チューブ５ａ及びフィン５ｂに冷却水を散布するようにして、一層の熱交換の向上を図っても良い。
空気熱交換器５は、冷房時（図１参照）には凝縮器となり、暖房時（図２参照）には蒸発器となる。
【００２１】
水熱交換器６は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。水熱交換器６には、冷温水管１１が接続されており、この冷温水管１１内を流れる水とシェル内の冷媒とが熱交換を行う。冷温水管１１は、室内機等の負荷と接続されており、冷房時には冷水が、暖房時には温水が流れる。冷温水管１１の上流側には熱交換前の流入水温度Ｔ０を計測する流入水温度センサ１１ａが、冷温水管１１の下流側には熱交換後の流出水温度Ｔ１を計測する流出水温度センサ１１ｂが、それぞれ設けられている。一般に、冷房時の流入水温度Ｔ０は１２℃に、流出水温度Ｔ１は７℃に設定される。また、暖房時の流入水温度Ｔ０は４０℃に、流出水温度Ｔ１は４５℃に設定される。
水熱交換器６は、冷房時（図１参照）には蒸発器となり、暖房時（図２参照）には凝縮器となる。
【００２２】
中間冷却器７は、空気熱交換器５と水熱交換器６との間に設けられ、内部に凝縮した液冷媒が貯留される容器となっている。中間冷却器７の内容積は、空気熱交換器５の冷媒流路の内容積の１／１０程度、或いは、水熱交換器６の内容積の１／１０程度となっている。
中間冷却器７には、ターボ圧縮機３の中間段との間に、中間圧冷媒配管７ａが接続されている。中間圧冷媒配管７ａの下端（冷媒流れの上流端）は、中間冷却器７内の上方空間に位置しており、中間冷却器７内のガス冷媒を吸い込むようになっている。
中間冷却器７では、凝縮器（冷房運転時は空気熱交換器、暖房運転時は水熱交換器）からの高圧液冷媒が蒸発するようになっており、この蒸発潜熱によって中間圧冷媒配管７ａを介して蒸発器へと導かれる液冷媒が冷却される。そして、蒸発して飽和温度付近となったガス冷媒は、ターボ圧縮機３において低圧から中間段まで圧縮されたガス冷媒と混合され、中間段から圧縮されるガス冷媒を冷却している。
【００２３】
第１膨張弁９は、空気熱交換器５と中間冷却器７との間に設けられており、液冷媒を絞ることによって等エンタルピー膨張させるものである。第１膨張弁９は、冷房時（図１参照）には、高圧の凝縮器（空気熱交換器５）と中間圧の中間冷却器７との間に位置するので高圧膨張弁となり、暖房時（図２参照）には、中間圧の中間冷却器７と低圧の蒸発器（空気熱交換器５）との間に位置するので低圧膨張弁となる。
【００２４】
第２膨張弁１０は、水熱交換器６と中間冷却器７との間に設けられており、液冷媒を絞ることによって等エンタルピー膨張させるものである。第２膨張弁１０は、冷房時（図１参照）には、低圧の蒸発器（水熱交換器６）と中間圧の中間冷却器７との間に位置するので低圧膨張弁となり、暖房時（図２参照）には、高圧の凝縮器（水熱交換器６）と中間圧の中間冷却器７との間に位置するので高圧膨張弁となる。
【００２５】
第１膨張弁９および第２膨張弁１０は、それぞれ、制御部によってその開度が制御されるようになっている。
【００２６】
制御部は、ターボ冷凍機１の制御盤内の制御基板に設けられており、ＣＰＵおよびメモリを備えている。制御部は、外気温、冷媒圧力、冷温水出入口温度等に基づき制御周期ごとにデジタル演算により各制御量が算出するようになっている。
また、制御部は、各演算量に基づいて、流出水温度Ｔ１が設定温度となるようにターボ圧縮機３の入口ベーン１５の開度を制御する。
【００２７】
次に、上記構成のターボ冷凍機１の動作について説明する。
（１）冷房運転（図１参照）
ターボ圧縮機３は、電動機１７によって駆動され、制御部によるインバータ制御により所定周波数で回転させられる。入口ベーン１５は、制御部によって、設定温度（例えば、流入水温度１２℃、流出水温度７℃）を達成するようにその開度が調整されている。
【００２８】
蒸発器（水熱交換器６）から吸い込まれた低圧ガス冷媒（図３の状態Ａ）は、ターボ圧縮機３によって圧縮され、中間圧まで圧縮される（図３の状態Ｂ）。中間圧まで圧縮されたガス冷媒は、中間圧冷媒配管７ａから流入する中間圧ガス冷媒によって冷却される（図３の状態Ｃ）。中間圧ガス冷媒によって冷却されたガス冷媒は、ターボ圧縮機３によって更に圧縮され高圧ガス冷媒となる（図３の状態Ｄ）。
【００２９】
ターボ圧縮機３から吐出された高圧ガス冷媒は、冷媒配管１９ａを通り、レシーバ１３を通過して凝縮器（空気熱交換器５）へと導かれる、
凝縮器（空気熱交換器５）において、ファン５ｃに誘引された外気によって高温高圧のガス冷媒は略等圧に冷却され、高圧低温の液冷媒となる（図３の状態Ｅ）。高圧低温の液冷媒は、冷媒配管１９ｂを通り高圧膨張弁（第１膨張弁９）へと導かれ、この高圧膨張弁によって等エンタルピー的に中間圧まで膨張させられる（図３の状態Ｆ）。中間圧まで膨張させられた冷媒は、冷媒配管１９ｃを介して中間冷却器７へと導かれる。中間冷却器７において、一部の冷媒は蒸発し（図３の状態Ｆから状態Ｃ）、中間圧冷媒配管７ａを介してターボ圧縮機３の中間段へと導かれる。中間冷却器７において蒸発せずに凝縮したままの液冷媒は、中間冷却器７内に貯留される。中間冷却器７内に貯留された中間圧の液冷媒は、冷媒配管１９ｄを介して低圧膨張弁（第２膨張弁１０）へと導かれる。中間圧の液冷媒は、低圧膨張弁によって等エンタルピー的に低圧まで膨張させられる（図３の状態Ｇ）。
低圧まで膨張させられた冷媒は、蒸発器（水熱交換器６）において蒸発し（図３の状態Ｇから状態Ａ）、冷温水管１１から熱を奪う。これにより、１２℃で流入した冷水は７℃で負荷側に返送されることになる。
蒸発器（水熱交換器６）において蒸発した低圧ガス冷媒は、ターボ圧縮機３の低圧段へと導かれ、再び圧縮される。
【００３０】
（２）暖房運転（図２参照）
ターボ圧縮機３は、電動機１７によって駆動され、制御部によるインバータ制御により所定周波数で回転させられる。入口ベーン１５は、制御部によって、設定温度（例えば、流入水温度４０℃、流出水温度４５℃を達成するようにその開度が調整されている。
【００３１】
蒸発器（空気熱交換器５）から吸い込まれた低圧ガス冷媒（図３の状態Ａ）は、ターボ圧縮機３によって圧縮され、中間圧まで圧縮される（図３の状態Ｂ）。中間圧まで圧縮されたガス冷媒は、中間圧冷媒配管７ａから流入する中間圧ガス冷媒によって冷却される（図３の状態Ｃ）。中間圧ガス冷媒によって冷却されたガス冷媒は、ターボ圧縮機３によって更に圧縮され高圧ガス冷媒となる（図３の状態Ｄ）。
ターボ圧縮機３から吐出された高圧ガス冷媒は、冷媒配管２１ａを通り、凝縮器（水熱交換器６）へと導かれる、
凝縮器（水熱交換器６）において、高温高圧のガス冷媒は略等圧的に凝縮し、高圧低温の液冷媒となる（図３の状態Ｅ）。この際に得られる凝縮熱によって、冷温水管１１内を流れる水が加熱される。これにより、４０℃で流入した温水は４５℃で負荷側に返送されることになる。
【００３２】
凝縮器（水熱交換器６）において高圧低温とされた液冷媒は、冷媒配管２１ｂを通り高圧膨張弁（第２膨張弁１０）へと導かれ、この高圧膨張弁によって等エンタルピー的に中間圧まで膨張させられる（図３の状態Ｆ）。中間圧まで膨張させられた冷媒は、冷媒配管２１ｃを介して中間冷却器７へと導かれる。中間冷却器７において、一部の冷媒は蒸発し（図３の状態Ｆから状態Ｃ）、中間圧冷媒配管７ａを介してターボ圧縮機３の中間段へと導かれる。中間冷却器７において蒸発せずに凝縮したままの液冷媒は、中間冷却器７内に貯留される。中間冷却器７内に貯留された中間圧の液冷媒は、冷媒配管２１ｄを介して低圧膨張弁（第１膨張弁９）へと導かれる。中間圧の液冷媒は、低圧膨張弁によって等エンタルピー的に低圧まで膨張させられる（図３の状態Ｇ）。
低圧まで膨張させられた冷媒は、蒸発器（空気熱交換器５）において蒸発する（図３の状態Ｇから状態Ａ）。
蒸発器（空気熱交換器５）において蒸発した低圧ガス冷媒は、レシーバ１３を通過した後、ターボ圧縮機３の低圧段へと導かれ、再び圧縮される。レシーバ１３では、蒸発せずに凝縮したままの液冷媒が貯留される。
【００３３】
次に、ターボ圧縮機３の入口ベーン１５の制御について説明する。
図７には、ターボ圧縮機３が複数台設置している場合について、その増台および減台の考え方が示されている。
図７（ａ）の右側のグラフは、入口ベーン開度に対するターボ冷凍機１のＣＯＰ（成績係数）が示されている。同グラフから分かるように、ＣＯＰは入口ベーン開度１００％で最高となる。本実施形態では、入口ベーン開度１００％を越えた第２領域でも入口ベーン１５を使用することとし、第２領域においても能力（風量やヘッド）の増加が見込めるので、通常運転時の制御範囲を入口ベーン開度１００％近傍すなわち最高効率点近傍に設定することができる。効率を重視すれば、入口ベーン開度１００％を仕様点とすることもできる。
【００３４】
ターボ圧縮機３の増台のタイミングとしては、能力（負荷）１００％のタイミング、例えば、図７（ａ）では、入口ベーン開度１００％としている。なお、減台のタイミングは能力（負荷）９０％で開度は６０％としている。したがって、負荷が増出してきた場合には、１台目のターボ冷凍機３の入口ベーン開度を開いて行き、結果１００％まで達したら、２台目のターボ冷凍機３を起動する。そして、負荷の増大に伴い２台目のターボ冷凍機３の入口ベーン開度が増大し１００％を越えたら（この場合、起動している２台のターボ冷凍機の入口ベーン開度は合計で２００％となる）、３台目のターボ冷凍機３を起動する。そして、負荷の増大に伴い３台目のターボ冷凍機３の入口ベーン開度が増大し、３台目のターボ冷凍機３の入口ベーン開度が１００％を越えたら（この場合、起動している３台のターボ冷凍機の入口ベーン開度は合計で３００％となる）、起動している３台のターボ冷凍機３の開度を１００％を越えて上昇させる。各ターボ圧縮機３の開度が１００％に達したとしても、入口ベーン開度１００％を越えた第２領域において能力が増大する領域があるので、制御が可能となっている。
なお、ここでは３台のターボ冷凍機３を備えている場合について説明しているが、４台以上のターボ冷凍機３を備えている場合でも同様に用いることができる。
【００３５】
これに対して、第２領域を使用しない従来のターボ圧縮機は、図７（ｂ）に示すように、入口ベーン開度１００％における能力（風量やヘッド）以上の能力を他の開度で見込めないので、入口ベーン開度１００％近傍を仕様点とすることはできず、実際には能力（負荷）９０％〜８０％のタイミング入口ベーン開度６０％〜４０％の領域を制御範囲として使用している。つまり、効率が比較的悪い運転条件でターボ圧縮機を運転させていたことになる。したがって、ターボ圧縮機の増台のタイミングとしては、入口ベーン開度６０％、減台では４０％を使用することになる。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、入口ベーン１５の回動範囲を、入口ベーン開度１００％を越えた第２領域まで許容することとしたので、最高効率点であるベーン開度１００％近傍を仕様点として選定することができる。また、第２領域まで制御領域（入口ベーン１５の回動範囲）が広がるので、制御分解能すなわち温度分解能を増大させることができる。
【００３７】
図８には、サージング領域での入口ベーン１５の制御方法が示されている。同図において、横軸は風量Ｑ、縦軸はヘッド差Ｈである。
例えば、空気熱交換器５に導入される空気の温度が著しく高い、空気熱交換器５での熱交換が十分に行われない場合がある。この場合、冷房運転の場合には空気熱交換器５は凝縮器となっているので、凝縮圧力が上昇する。凝縮圧力が上昇すると、ターボ圧縮機３におけるヘッド差が大きくなる。ヘッド差が大きくなると、図８に示すように、ターボ圧縮機３が入口ベーン開度１００％で運転している場合には、サージング領域Ｓへと近づき、最終的にはサージングを引き起こしてしまう。
このような場合には、入口ベーン開度を１００％以上の第２領域として、同一回転数の下でヘッド差を増大させる。これにより、ヘッド上昇に伴うサージングへの突入タイミングを遅らせることができる。この間に何らかの警報を発報することにより、ターボ圧縮機３の異常運転を回避する。
ターボ圧縮機３がインバータ式とされず、一定速とされている場合には、回転数増大によるサージング回避ができないので、この場合には特に有効である。
【００３８】
図９及び図１０には、チョーク領域での入口ベーン１５の制御方法が示されている。図９において、横軸はエンタルピーｈ、縦軸は圧力、図１０において、横軸は風量Ｑ、縦軸はヘッド差Ｈである。
図９には、冷房運転における２段圧縮二段膨張の冷凍サイクルが示されている。通常時には、ターボ圧縮機３の中間段における冷媒吸込温度は、破線で示したサイクルのように、例えば２２℃程度となる。ところが、外気温度が低下してくると、実線で示したサイクルのようになり、凝縮温度が下降し、これに伴い中間段における冷媒吸込温度も低下する（例えば１０℃程度）。すると、中間段における吸込ガス冷媒の比体積が増大する（ガス密度が減少する）。このような場合には、ターボ圧縮機３の吸込ガス量が不足し、チョークを引き起こすおそれがある。具体的には、図１０に示すように、入口ベーン開度１００％で運転されているとすると、吸込ガス量が不足するので風量を増大する方向にターボ圧縮機３の運転点がずれ、同図において右下の方向に運転点がすれる。このようにチョーク領域に近づいた場合には、入口ベーン開度を１００％以上の第２領域として、同一回転数の下でヘッド差を増大させる。これにより、吸込ガス量を増大させ、チョークを回避することができる。
【００３９】
図１１には、省エネルギー運転を実現する入口ベーン１５の制御方法が示されている。図１１において、横軸は風量Ｑ、縦軸はヘッド差Ｈである。
図１１に示されているように、回転数が上昇するほど、すなわち回転数Ｎ１からＮ４に行くほど、風量およびヘッドは増大する。したがって、風量やヘッドを増大させるためにはターボ圧縮機３の回転数を上昇させる必要がある。この場合に、ターボ圧縮機３の回転数を増大させずに、入口ベーン開度を１００％以上の第２領域とすれば、風量やヘッドを増大させることができる。これにより、ターボ圧縮機３の回転数増大を回避することができるので、ターボ圧縮機３の軸受損、増速機２８のギア損、電動モータ２７の風損の増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のターボ冷凍機の冷房時における冷媒回路構成を示した概略図である。
【図２】本発明のターボ冷凍機の暖房時における冷媒回路構成を示した概略図である。
【図３】本発明のターボ冷凍機の圧力−エンタルピー線図である。
【図４】ターボ圧縮機を示した横断面図である。
【図５】入口ベーンの各開度位置を示した正面図である。
【図６】入口ベーン開度に対する能力を示したグラフである。
【図７】ターボ圧縮機の増台および減台を示した図である。
【図８】サージング領域近傍での入口ベーンの制御方法を示した図である。
【図９】凝縮圧力が減少した場合を示した圧力−エンタルピー線図である。
【図１０】チョーク領域近傍での入口ベーンの制御方法を示した図である。
【図１１】回転数に対する風量およびヘッドの増大を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ターボ冷凍機（空気調和装置）
３  ターボ圧縮機
５  空気熱交換器（凝縮器，蒸発器）
６  水熱交換器（蒸発器，凝縮器）
７  中間冷却器
９  第１膨張弁（高圧膨張弁，低圧膨張弁）
１０  第２膨張弁（低圧膨張弁，高圧膨張弁）
１５  入口ベーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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