(57)【要約】チラー（１０）用の遠心圧縮機（２２）は、ケーシング（３０）と、入口案内羽根（３２）と、入口案内羽根（３２）の下流のインペラ（３４）と、モータ（３８）と、ディフューザ（３６）と、を含む。ケーシング（３０）は、入口部分及び出口部分を有し、入口案内羽根（３２）が入口部分に配置されている。インペラ（３４）は、軸方向を定義する回転軸（Ｘ）周りに回転可能である。モータ（３８）は、インペラ（３４）を回転させる。ディフューザ（３６）は、インペラ（３４）から下流で出口部分内に配置され、出口部分の出口ポートは、インペラ（３４）とディフューザ（３６）との間に配置されている。ホットガスインジェクション通路（１４）が、入口案内羽根（３２）とインペラ（３４）との間に高温ガス冷媒をインジェクションするために設けられている。コントローラ（２０）は、その高温ガス冷媒の量を制御するようにプログラミングされている。
2019503449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チラーにおいて使用されるように適合された遠心圧縮機であって、
入口部分及び出口部分を有するケーシングと、
前記入口部分に配置された入口案内羽根と、
前記入口案内羽根の下流に配置され、回転軸周りに回転可能なシャフトに装着されたインペラと、
前記インペラを回転させるために、前記シャフトを回転させるように配置及び構成されたモータと、
前記インペラから下流で前記出口部分に配置されたディフューザであって、前記出口部分の出口ポートが、前記インペラと前記ディフューザとの間に配置されている、ディフューザと、
前記入口案内羽根と前記インペラとの間に高温ガス冷媒をインジェクションするように配置及び構成されたホットガスインジェクション通路と、
前記入口案内羽根と前記インペラとの間にインジェクションする高温ガス冷媒の量を制御するようにプログラミングされているコントローラと、
を備える、遠心圧縮機。
【請求項２】
前記コントローラは、蒸発器出口の水温が所定値未満であり、かつ前記入口案内羽根の位置が所定位置値未満である時に、前記入口案内羽根と前記インペラとの間に前記高温ガス冷媒をインジェクションするように更にプログラミングされている、
請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記コントローラは、前記蒸発器出口の水温が目標値に達するように、前記入口案内羽根と前記インペラとの間に前記高温ガス冷媒をインジェクションするように更にプログラミングされている、
請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記コントローラは、前記遠心圧縮機への要求負荷が増加すると、前記ホットガスインジェクション通路を閉じてから前記入口案内羽根を開くように更にプログラミングされている、
請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記シャフトを回転可能に支持する磁気軸受をさらに含む、
請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記コントローラは、前記磁気軸受の位置が所定軌道範囲を超えると、前記磁気軸受を前記所定軌道範囲内の位置に戻すため、前記入口案内羽根と前記インペラとの間に前記高温ガス冷媒をインジェクションするように更にプログラミングされている、
請求項５に記載の遠心圧縮機。
【請求項７】
前記磁気軸受の前記所定軌道範囲が、前記遠心圧縮機が停止するように配置されている前記磁気軸受の軌道範囲より小さく設定されている、
請求項６に記載の遠心圧縮機。
【請求項８】
前記ホットガスインジェクション通路は、内部に配置される少なくとも１つの弁を含み、前記少なくとも１つの弁が、前記入口案内羽根と前記インペラとの間にインジェクションする前記高温ガス冷媒の量を制御するように前記コントローラにより制御されている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項９】
前記少なくとも１つの弁は電磁弁を含む、
請求項８に記載の遠心圧縮機。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの弁は、互いに並列に配置された複数の電磁弁を含む、
請求項８に記載の遠心圧縮機。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの弁は、開度可変の膨張弁を含む、
請求項８に記載の遠心圧縮機。
【請求項１２】
前記開度可変の膨張弁は、ボール弁を含む、
請求項１１に記載の遠心圧縮機。
【請求項１３】
前記開度可変の膨張弁は、電動弁を含む、
請求項１１に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、遠心圧縮機に関する。より詳細には、本発明は、ホットガスインジェクションが行われる遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
チラーシステムは、媒体から熱を取り除く冷凍機械又は装置である。通常、水等の液体が媒体として使用され、チラーシステムは、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う。そして、この液体は、熱交換器を循環することによって、空気又は機器を必要に応じて冷却することができる。これには必ず副生成物として冷媒による廃熱が生じ、この廃熱は、周囲に排気されるか、効率を高めるために回収して加熱に用いるかが必要となる。従来のチラーシステムは、多くの場合、遠心圧縮機を利用する。この遠心圧縮機はターボ圧縮機と呼ばれることが多い。したがって、これらのチラーシステムをターボチラーと呼ぶことができる。あるいは、例えばスクリュー圧縮機等のその他の種類の圧縮機を利用することもできる。
【０００３】
従来の（ターボ）チラーにおいて、冷媒が遠心圧縮機において圧縮されて熱交換器に送られると、熱交換器において冷媒と熱交換媒体（液体）との間で熱交換が行われる。この熱交換器において冷媒が凝縮するため、この熱交換器は凝縮器と呼ばれる。結果として、媒体（液体）に熱が移るため、媒体が加熱される。凝縮器を出る冷媒は、膨張弁によって膨張されて別の熱交換器に送られ、この熱交換器において冷媒と熱交換媒体（液体）との間で熱交換が起こる。この熱交換器において冷媒が加熱（気化）されるため、この熱交換器は蒸発器と呼ばれる。結果として、熱が媒体（液体）から冷媒に伝達され、液体が冷却される。そして、蒸発器からの冷媒は遠心圧縮機に戻され、このサイクルが繰り返される。多くの場合、利用される液体は、水である。
【０００４】
従来の遠心圧縮機は、基本的に、ケーシングと、入口案内羽根(inlet guide vane)と、インペラと、ディフューザと、モータと、各種センサと、コントローラと、を備える。冷媒は、入口案内羽根、インペラ、及びディフューザを順に流れる。したがって、入口案内羽根は、遠心圧縮機のガス吸入ポートに連結され、ディフューザは、インペラのガス出口ポートに連結されている。入口案内羽根は、インペラに入る冷媒ガスの流量を制御する。インペラは、冷媒ガスの速度を上げる。ディフューザは、インペラによって与えられる冷媒ガスの速度（動的な圧力）を（静的な）圧力に変換する働きをする。モータは、インペラを回転させる。コントローラは、モータ、入口案内羽根、及び膨張弁を制御する。こうして、冷媒は、従来の遠心圧縮機において圧縮される。入口案内羽根は典型的には調整可能であり、モータ速度は、システムの容量を調整するために典型的には調整可能である。さらに、このディフューザを、システムの容量を更に調整するために調整可能とすることができる。コントローラは、モータ、入口案内羽根、及び膨張弁を制御する。このコントローラは、ディフューザ等のあらゆる制御可能な追加構成要素を更に制御することができる。
【０００５】
圧縮機の吐出口付近の圧力が圧縮機の吐出圧力よりも高いと、流体が圧縮機内に戻る、又は逆流さえする傾向にある。これは、リフト圧力（凝縮器圧力−蒸発器圧力）が圧縮機リフト能力を超えると生じる。サージと呼ばれるこの現象は、周期的に繰り返し発生する。サージが起こると、圧縮機はそのリフトを維持する能力を失い、システム全体が不安定となる。圧縮機速度の変化又は入口ガス角度の変化中のサージ点の集合は、サージ面と称される。通常の条件下では、圧縮機は、サージ面の右側で動作する。しかし、部分負荷での始動／動作中は、フローが低減するため、動作点がサージラインに向かって移動する。動作点がサージラインに近付く条件になると、インペラ及びディフューザで流れの再循環が起こる。流れの分離は、最終的に、吐出圧力の低下をもたらし、吸入から吐出への流れが再開する。サージングによって、ロータが能動側から非能動側へ前後にシフトするため、機械的なインペラ／シャフトシステム及び／又はスラスト軸受に損傷を起こしかねない。これが圧縮機のサージサイクルとして定義されるものである。
【０００６】
したがって、サージを制御する技術が開発されている。例えば、米国特許出願公開第２０１３／０１８０２７２号を参照されたい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の遠心圧縮機では、ホットガスバイパスを設けて、その圧縮機の吐出側と吸入側とを接続して、圧縮機の動作範囲を拡大することができる。この技術は比較的良好に機能しているが、ホットガスバイパスに大型のパイプを要するため、コストを引き上げてしまう。
【０００８】
さらに、遠心圧縮機が磁気軸受を使用する場合、入口案内羽根の開き位置が小さいと入口案内羽根とインペラとの間の領域でガス乱流が起き、この乱流のために磁気軸受にシャフト振動が起こる可能性がある。このため、磁気軸受の軌道誤差のない遠心圧縮機の動作範囲が小さくなってしまう。
【０００９】
したがって、本発明の１つの目的は、費用の増加を伴わずに動作範囲を拡大した遠心圧縮機を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、入口案内羽根とインペラとの間の領域で起こるガス乱流を低減した遠心圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的の１つ以上は、基本的には、下記遠心圧縮機を提供することによって達成可能である。この遠心圧縮機は、チラーにおいて使用されるように適合され、入口部分及び出口部分を有するケーシングと、入口部分に配置された入口案内羽根と、入口案内羽根の下流に配置され、回転軸周りに回転可能なシャフトに装着されたインペラと、インペラを回転させるために、シャフトを回転させるように配置及び構成されたモータと、インペラから下流で出口部分に配置されたディフューザであって、出口部分の出口ポートがインペラとディフューザとの間に配置されているディフューザと、入口案内羽根とインペラとの間に高温ガス冷媒をインジェクションするように配置及び構成されたホットガスインジェクション通路と、入口案内羽根とインペラとの間にインジェクションする高温ガス冷媒の量を制御するようにプログラミングされているコントローラと、を備える。
【００１２】
本発明の上記及びその他の目的、特徴、態様、及び効果は、以下の記載から当業者に明らかとなろう。以下の記載では、添付の図面と合わせて好適な実施形態を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
ここで、本開示の一部を構成する添付の図面を参照する。
【００１４】
【図１】液インジェクション通路とホットガスバイパスとの両方を備える、本発明の一実施形態に係るチラーを示す。
【００１５】
【図２】ホットガスバイパスを省いた、本発明の一実施形態に係るチラーを示す。
【００１６】
【図３】液インジェクション通路を省いた、本発明の一実施形態に係るチラーを示す。
【００１７】
【図４】図１に示すチラーの遠心圧縮機の斜視図であり、説明のため一部を切り取り、その断面を示している。
【００１８】
【図５】図２に示す遠心圧縮機のインペラ、モータ、及び磁気軸受の縦断面図である。
【００１９】
【図６】図１〜５の遠心圧縮機のインペラ、ディフューザ、及びモータを示す概略図であり、液インジェクションも示している。
【００２０】
【図７】液インジェクション弁として電磁弁を使用する第１の液インジェクション制御方法を示すフロー図である。
【００２１】
【図８Ａ】液インジェクション弁として開度可変の膨張弁を使用する第２の液インジェクション制御方法を示すフロー図である。
【図８Ｂ】液インジェクション弁の開度、圧力比、及び入口案内羽根の関係のグラフ表現である。
【図８Ｃ】液インジェクション弁の開度、圧力比、及び入口案内羽根の関係を示すグラフである。
【図８Ｄ】液インジェクション弁の開度、圧力比、及び入口案内羽根の関係を示すグラフである。
【００２２】
【図９】図１〜５の遠心圧縮機の入口案内羽根、インペラ、及びディフューザを示す概略図であり、ホットガスインジェクションも示している。
【００２３】
【図１０Ａ】ホットガスインジェクション制御方法を示すフロー図である。
【図１０Ｂ】ホットガスバイパスの開閉を示している。
【００２４】
【図１１】ラジアル磁気軸受の位置を示す回転磁気軸受のシャフトの軸方向図である。
【００２５】
【図１２】遠心圧縮機の３種類の異なる毎分回転数（ｒｐｍ）に対する流量を比較した際のヘッドを示すグラフであり、サージラインも示されている。
【００２６】
【図１３】図１〜４のチラーシステムの磁気軸受アセンブリ、磁気軸受制御セクション６１、サージ予測セクション６２、及びサージ制御セクション６３の関係を示す概略図である。
【００２７】
【図１４】図１〜４のチラーシステムのチラーコントローラの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ここで、選択した実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態の説明は単なる例示であり、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物で定義される本発明を限定するためのものでないことは、本開示から当業者に明らかであろう。
【００２９】
まず図１を参照して、本発明の一実施形態に係るチラーシステム１０を説明する。チラーシステム１０は、液インジェクション通路１２及びホットガスバイパス１４を備える。図２に示すように、液インジェクション通路１２は、基本的に、第１のパイプセクション１２ａと、第２のパイプセクション１２ｂと、液インジェクション弁１６とを備える。図３に示すように、ホットガスバイパス１４は、基本的に、第１のパイプセクション１４ａと、第２のパイプセクション１４ｂと、ホットガス弁１８と、を備える。
【００３０】
図１に示すように、チラーシステム１０は、液インジェクション通路１２とホットガスバイパス１４との両方を備える。本発明の別の実施形態によれば、チラーシステム１０において、液インジェクション通路１２又はホットガスバイパス１４を省いてもよい。より具体的には、図２に示すように、チラーシステム１０’はホットガスバイパス１４を備えておらず、図３に示すように、チラーシステム１０’’は液インジェクション通路１２を備えていない。このように、チラーシステムは、液インジェクションとホットガスインジェクションとの両方を使用することも、又は液インジェクションとホットガスインジェクションとのいずれかを使用することもできる。
【００３１】
チラーシステム１０は、好ましくは、従来の方法で冷却水及びチラー水を利用する水冷チラーである。本開示に示すチラーシステム１０は、単段チラーシステムである。ただし、チラーシステム１０が多段チラーシステムでもよいことは、本開示から当業者に明らかであろう。チラーシステム１０は基本的に、チラーコントローラ２０と、圧縮機２２と、凝縮器２４と、膨張弁２６と、蒸発器２８とを備え、これらの部品は互いに直列に接続されてループ冷凍サイクルを形成している。さらに、図１に示すように、この回路に亘って各種センサＳ及びＴが配置されている。チラーシステム１０は、本発明に従って液インジェクション通路１２及びホットガスバイパス１４を有していることを除き、従来のものである。
【００３２】
図１〜５を参照すると、この例示実施形態において、圧縮機２２は遠心圧縮機である。この例示実施形態の遠心圧縮機２２は、基本的に、ケーシング３０と、入口案内羽根３２と、インペラ３４と、ディフューザ３６と、モータ３８と、磁気軸受アセンブリ４０とを備え、従来の各種センサ（いくつかのみ図示）も備えている。チラーコントローラ２０は、以下で更に詳細に説明するように、各種センサから信号を受信し、入口案内羽根３２、モータ３８、及び磁気軸受アセンブリ４０を従来の方法で制御する。冷媒は、入口案内羽根３２、インペラ３４、及びディフューザ３６を順に流れる。入口案内羽根３２は、インペラ３４に入る冷媒ガスの流量を従来の方法で制御する。インペラ３４は、冷媒ガスの圧力をほぼ変更することなく、その速度を増加させる。モータ速度によって、冷媒ガスの速度の増加量が決まる。ディフューザ３６は、冷媒速度を変化させることなく冷媒圧力を増加させる。ディフューザ３６は、ケーシング３０に対して動かないように固定されている。モータ３８は、シャフト４２を介してインペラ３４を回転させる。磁気軸受アセンブリ４０は、シャフト４２を磁気的に支持する。このようにして、冷媒は、遠心圧縮機２２で圧縮される。
【００３３】
チラーシステム１０は従来のものではあるが、本発明に従って液インジェクション通路１２及びホットガスバイパス１４を有している。上述し、更に詳細に後述するように、液インジェクション通路１２又はホットガスバイパス１４は省略可能である（図２及び図３参照）。以下でより詳細に説明するように、液インジェクション通路１２がチラーシステム１０内に設けられ、インペラ３４とディフューザ３６との間に位置するディフューザ３６の進入（開始）部分に液冷媒がインジェクションされる。図１及び２に示すように、液インジェクション通路１２は、第１のパイプセクション１２ａと、第２のパイプセクション１２ｂと、それらの間に配置された液インジェクション弁１６と、を備える。第１のパイプセクション１２ａは、凝縮器２４の出口ポート（底部）から液インジェクション弁１６まで延びている。第２のパイプセクション１２ｂは、液インジェクション弁１６から、インペラ３４とディフューザ３６との間に位置するディフューザ３６の進入部分まで延びている。このようにして、凝縮器２４で冷却された液冷媒は、インペラ３４とディフューザ３６との間に位置するディフューザ３６の進入部分にインジェクションされる。
【００３４】
図６を参照すると、液インジェクション通路１２に配置された液インジェクション弁１６は、液インジェクション通路１２を通過する液冷媒の量「ｍ」を調整する。以下で説明するように、液インジェクション弁１６は、チラーコントローラ２０の液インジェクション通路制御セクション６８に連結されている。以下でより詳細に説明するように、液インジェクション通路制御セクション６８は、液インジェクション弁１６を制御して、インペラ３４とディフューザ３６との間に位置するディフューザ３６の進入部分に注入される液冷媒の量「ｍ」を調整するようにプログラミングされている。
【００３５】
液インジェクション弁１６は、電磁弁でも、開度可変の膨張弁でもよい。電磁弁は、ソレノイドによって制御される電気機械式の弁であり、流れが間断的にオン又はオフに切り換えられる。開度可変の膨張弁は、その開度が調整可能であるように構成された電気機械式の弁である。開度可変の膨張弁の例としては、ボール弁や電動弁が挙げられる。液インジェクション弁１６は、単一の弁でも複数の弁でもよい。例えば、複数の電磁弁を互いに並列に配置してもよい。液インジェクション弁１６は、液インジェクション通路制御セクション６８に連結されたタイマで制御され、所定の時間量が経過した場合に自動的に開閉されてもよい。
【００３６】
以下でより詳細に説明するように、チラーシステム１０にホットガスバイパス１４を設けて、入口案内羽根３２とインペラ３４との間に高温ガス冷媒（Hot Gas Refrigerant）をインジェクションする。図１及び３に示すように、ホットガスバイパス１４は、第１のパイプセクション１４ａと、第２のパイプセクション１４ｂと、それらの間に配置されたホットガス弁１８とを備える。第１のパイプセクション１４ａは、圧縮機２２の吐出側からホットガス弁１８まで延びている。第２のパイプセクション１４ｂは、ホットガス弁１８から、入口案内羽根３２とインペラ３４との間の領域に向かって延びている。このようにして、圧縮機２２で圧縮された高温ガス冷媒は、入口案内羽根３２とインペラ３４との間にインジェクションされる。
【００３７】
ホットガスバイパス１４内に配置されたホットガス弁１８は、ホットガスバイパス１４を通過する高温ガス冷媒の量を調整する。以下で説明するように、ホットガス弁１８は、チラーコントローラ２０のホットガスバイパス制御セクション６９に連結されている。以下でより詳細に説明するように、ホットガスバイパス制御セクション６９は、ホットガス弁１８を制御して、入口案内羽根３２とインペラ３４との間に注入される高温ガス冷媒の量を調整するようにプログラミングされている。
【００３８】
ホットガス弁１８は、電磁弁でも、開度可変の膨張弁でもよい。電磁弁は、ソレノイドによって制御される電気機械式の弁であり、この弁において流れが間欠的にオン又はオフに切り換えられる。開度可変の膨張弁は、その開度が調整可能であるように構成された電気機械式の弁である。開度可変の膨張弁の例としては、ボール弁や電動弁が挙げられる。ホットガス弁１８は、単一の弁でも複数の弁でもよい。例えば、複数の電磁弁を互いに並列に配置してもよい。ホットガス弁１８は、ホットガスバイパス制御セクション６９に連結されたタイマで制御され、所定の時間量が経過した場合に自動的に開閉されてもよい。
【００３９】
図４及び５を参照すると、磁気軸受アセンブリ４０は従来のものである。したがって、磁気軸受アセンブリ４０は、本発明に関連する内容を除き、ここでは詳細に説明及び／又は図示しない。つまり、本発明から逸脱することなく好適な磁気軸受であればいずれも使用可能であることは、当業者には明らかであろう。図４からわかるように、磁気軸受アセンブリ４０は、好ましくは、第１のラジアル磁気軸受４４と、第２のラジアル磁気軸受４６と、アキシャル（スラスト）磁気軸受４８と、を備える。いずれの場合も、少なくとも１つのラジアル磁気軸受４４又は４６がシャフト４２を回転可能に支持する。スラスト磁気軸受４８は、スラストディスク４５に作用することによって、回転軸Ｘに沿ってシャフト４２を支持する。スラスト磁気軸受４８は、シャフト４２に取り付けられたスラストディスク４５を備える。
【００４０】
スラストディスク４５は、シャフト４２から、回転軸Ｘに垂直な方向へ径方向に延び、シャフト４２に対して固定されている。回転軸Ｘに沿ったシャフト４２の位置（軸方向位置）は、本発明に従ってスラストディスク４５の軸方向位置によって制御される。第１のラジアル磁気軸受４４と第２のラジアル磁気軸受４６とは、モータ３８の両側の軸方向端部に配置される、又は、モータ３８に対して同じ軸方向端部に配置されてもよい（不図示）。以下でより詳細に説明する各種センサは、磁気軸受４４、４６、４８に対するシャフト４２の径方向位置及び軸方向位置を感知し、従来の方法でチラーコントローラ２０に信号を送信する。次いで、チラーコントローラ２０は、磁気軸受４４、４６、４８に送られる電流を従来の方法で制御して、シャフト４２を正しい位置で維持する。磁気軸受アセンブリ４０の磁気軸受４４、４６、４８等の磁気軸受及び磁気軸受アセンブリの動作は、当該技術分野において周知であるため、磁気軸受アセンブリ４０について、ここでは詳細に説明及び／又は図示しない。
【００４１】
磁気軸受アセンブリ４０は、好ましくは、能動型磁気軸受４４、４６、４８の組み合わせであり、非接触型位置センサ５４、５６、５８を利用してシャフト位置を監視し、シャフト位置を示す信号をチラーコントローラ２０に送信する。したがって、磁気軸受４４、４６、４８は、それぞれ、好ましくは能動型磁気軸受である。磁気軸受制御セクション６１は、この情報を使用して、磁気アクチュエータへの必要な電流を調整し、径方向及び軸方向の両方において適切なロータ位置を維持する。能動型磁気軸受は当技術分野において周知であるため、ここでは詳細に説明及び／又は図示しない。
【００４２】
図１、１３、１４を参照すると、チラーコントローラ２０は、磁気軸受制御セクション６１と、サージ予測セクション６２と、サージ制御セクション６３と、可変周波数ドライブ６４と、モータ制御セクション６５と、入口案内羽根制御セクション６６と、膨張弁制御セクション６７と、を備える。上述したように、チラーコントローラ２０は、液インジェクション通路制御セクション６８及びホットガスバイパス制御セクション６９を更に備えている。磁気軸受制御セクション６１、サージ予測セクション６２、サージ制御セクション６３、可変周波数ドライブ６４、モータ制御セクション６５、入口案内羽根制御セクション６６、液インジェクション通路制御セクション６８、及びホットガスバイパス制御セクション６９は互いに連結されており、圧縮機２２のＩ／Ｏインターフェース５０に電気的に連結された遠心圧縮機制御部分のパーツを形成している。
【００４３】
磁気軸受制御セクション６１が、磁気軸受アセンブリ４０のいくつかの部分に接続され、チラーコントローラ２０の様々なセクションと通信するため、チラーコントローラ２０の様々なセクションは、圧縮機２２のセンサ５４、５６、５８からの信号を受信し、演算を行い、磁気軸受アセンブリ４０等の圧縮機２２のパーツに制御信号を送信することができる。同様に、チラーコントローラ２０の様々なセクションは、センサＳ及びＴからの信号を受信し、演算を行い、圧縮機２２（例えば、モータ）及び膨張弁２６に制御信号を送信することができる。制御セクション及び可変周波数ドライブ６４は、別個のコントローラであっても、又は本開示に記載するパーツの制御を実行するようにプログラミングされたチラーコントローラの単にセクションであってもよい。言い換えると、本開示で説明するように、１つ以上のコントローラがチラーシステム１０のパーツの制御を実行するようにプログラミングされている限り、制御セクション、制御部分、及び／又はチラーコントローラ２０の厳密な数、場所、及び／又は構造が本発明から逸脱することなく変更可能であることは、本開示から当業者に明らかであろう。
【００４４】
チラーコントローラ２０は従来のものであり、従って少なくとも１つのマイクロプロセッサ又はＣＰＵと、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースと、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）と、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）と、（一時又は永久）記憶装置とを備え、１つ以上の制御プログラムを実行することによってチラーシステム１０を制御するようにプログラミングされたコンピュータ可読媒体を形成している。チラーコントローラ２０は、任意で、キーパッド等のユーザからの入力を受信する入力インターフェースと、ユーザに対して各種パラメータを表示するために使用される表示装置とを備えてもよい。これらのパーツ及びプログラミングは、サージの制御に関する内容以外は従来のものであるため、実施形態の理解に必要である場合を除き、ここでは詳細に説明しない。
＜液インジェクション＞
【００４５】
ここで、図１、２、６〜８を参照して、チラーシステム１０における液インジェクション動作をより詳細に説明する。
【００４６】
上述したように、圧縮機２２が小容量で動作する場合、サージが起こらないように液インジェクションが行われる。この液インジェクション動作において、液冷媒が、液インジェクション通路１２を通って、インペラ３４とディフューザ３６との間に位置するディフューザ３６の進入部分にインジェクションされる。液インジェクション弁１６を開閉することにより、液インジェクション通路１２を通過する液冷媒の量が調整される。液インジェクション通路制御セクション６８は、圧縮機２２が小容量で動作すると判断した場合には液インジェクション弁１６を開閉するようにプログラミングされている。例示実施形態では、以下でより詳細に説明するように、液インジェクション通路制御セクション６８は、モータ３８のｒｐｍ及び入口案内羽根３２の位置に基づいて圧縮機２２が小容量で動作するか否かを判断するようにプログラミングされている。
【００４７】
図６を参照すると、ディフューザ３６のための従来の可動壁を使用せずに、ディフューザ３６の進入部分に液冷媒Ｌをインジェクションすることによって、ディフューザ３６の通路の空隙Ｇ１を狭めることができる。より具体的には、インジェクションされた液冷媒Ｌがディフューザ３６の通路内で占める面積が大きくなると、ディフューザ３６の経路内のガスの割合は、図６に空隙Ｇ２として示すように小さくなり、これにより、ディフューザ３６の通路でのガス速度を増加させることができる。ディフューザ３６の通路でのガス速度を増加させることによって、ディフューザ３６の圧力が増加され、従ってサージを起こす背圧を低下させることができる。また、圧縮機２２が小容量で動作する場合、ガス速度が増加するにつれて圧縮機２２の動作範囲を拡大することもできる。さらに、本発明によれば、インジェクションする液冷媒の量を調整することによって、ディフューザ３６の通路の空隙を容易に制御することができ、したがって、圧縮機２２の全負荷条件と低負荷条件との両方に関してディフューザ３６の性能を容易に最適化することができる。
【００４８】
次に、図７及び８を参照して、第１及び第２の液インジェクション制御方法を詳細に説明する。液インジェクション弁１６として電磁弁が使用される第１の液インジェクション制御方法（図７）と、液インジェクション弁１６として開度可変の膨張弁が使用される第２の液インジェクション制御方法（図８Ａ）とを詳細に説明する。第１及び第２の液インジェクション制御方法は、同じ目標、すなわちサージ制御を実現することができる。しかし、弁が異なるため、異なる工程が用いられる。
【００４９】
図７に示す第１の液インジェクション制御方法によれば、液インジェクション通路制御セクション６８は、圧縮機２２の始動後（Ｓ１０１）、まずモータ３８のｒｐｍが（Ａ＋３）％よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０２）ようにプログラミングされている。ここで、「Ａ」は所定の値であり、「３」はマージンである。値「Ａ」は、テスト中にサージが観測されたモータ３８のｒｐｍの閾値でよい。マージンを加えることで、サージが起こらないことを確実にすることができる。モータ３８のｒｐｍが（Ａ＋３）％よりも大きいと液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合（Ｓ１０２において「Ｙｅｓ」）、液インジェクション弁（電磁弁）１６は閉じられる。このときサージは起こらない。
【００５０】
液インジェクション通路制御セクション６８は、モータ３８のｒｐｍが（Ａ＋３）％以下であると判断した場合（Ｓ１０２において「Ｎｏ」）、Ｓ１０３に進み、圧縮機２２が動作停止に近付いているか否かを判断する（Ｓ１０３）。例えば、圧縮機２２の急停止が生じた場合に圧縮機２２が動作停止に近付いていると判断するように液インジェクション通路制御セクション６８はプログラミングされてもよい。圧縮機２２の急停止は、圧縮機２２に信号を送信し、その信号が圧縮機２２から返送されるかを判断することによって監視することができる。また、急停止を検出した場合、アラームシステムが使用されてもよい。圧縮機２２が動作停止に近付いていると液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合（Ｓ１０３において「Ｙｅｓ」）、液インジェクション弁（電磁弁）１６は閉じられる。
【００５１】
一方、液インジェクション通路制御セクション６８は、圧縮機２２が動作停止に近付いていないと判断した場合（Ｓ１０３において「Ｎｏ」）、Ｓ１０４に進み、液インジェクション弁１６のタイマが計時しているか否かを判断する（Ｓ１０４）。上述したように、タイマは、液インジェクション通路制御セクション６８に連結されており、所定の時間量が経過した場合に液インジェクション弁（電磁弁）１６を自動的に開閉させる。液インジェクション弁１６のタイマが計時している場合（Ｓ１０４において「Ｙｅｓ」）、液インジェクション弁（電磁弁）１６は、現状のまま維持され、所定の時間が経過した場合に自動的に開閉される。
【００５２】
Ｓ１０４において、液インジェクション弁１６のタイマが計時していない場合（Ｓ１０４において「Ｎｏ」）、液インジェクション通路制御セクション６８は、Ｓ１０５に進み、モータ３８のｒｐｍがＡ％未満であるか否かを判断する（Ｓ１０５）。モータ３８のｒｐｍがＡ％以上であると液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合（Ｓ１０５において「Ｎｏ」）、液インジェクション弁（電磁弁）１６は現状のまま維持される。
【００５３】
一方、液インジェクション通路制御セクション６８は、モータ３８のｒｐｍがＡ％未満であると判断した場合（Ｓ１０５において「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０６に進み、入口案内羽根３２の位置が（ａ＋ｂ）％よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０６）。ここで、「ａ」は所定の値であり、「ｂ」はマージンである。値「ａ」は、テスト中にサージが観測された入口案内羽根３２の位置の閾値であってもよい。マージン「ｂ」は、サージが起こらないことを保証するように決定することができる。入口案内羽根３２の位置が（ａ＋ｂ）％よりも大きいと液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合（Ｓ１０６において「Ｙｅｓ」）、液インジェクション弁（電磁弁）１６は閉じられる。
【００５４】
Ｓ１０６において、液インジェクション通路制御セクション６８は、入口案内羽根３２の位置が（ａ＋ｂ）％以下であると判断した場合（Ｓ１０６において「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０７に進み、入口案内羽根３２の位置がａ％未満であるか否かを判断する（Ｓ１０７）。Ｓ１０７において、液インジェクション通路制御セクション６８は、入口案内羽根３２の位置がａ％未満であると判断した場合（Ｓ１０７において「Ｙｅｓ」）、圧縮機２２が小容量で動作していると判断し、液インジェクション弁（電磁弁）１６は開かれる。モータ３８のｒｐｍ及び入口案内羽根３２の位置が上記の範囲内（すなわち、モータ３８のｒｐｍ＜Ａ％、及び入口案内羽根３２の位置＜ａ％）にある限り液インジェクション弁（電磁弁）１６を開いたままにしておくように、液インジェクション通路制御セクション６８をプログラミングすることができる。あるいは、入口案内羽根３２の位置がａ％以上に戻っていると液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合に、液インジェクション弁１６のタイマをセットして所定の時間量を計時するように、液インジェクション通路制御セクション６８をプログラミングすることができる。その後、所定の時間が経過した場合、液インジェクション弁（電磁弁）１６は閉じる。例示実施形態では、この所定時間は６０秒である。このようにすることで、たびたび弁１６のオン／オフを切り替えなくてよくなる。
【００５５】
Ｓ１０７において、入口案内羽根３２の位置がａ％以上であると液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合（Ｓ１０７において「Ｎｏ」）、液インジェクション弁（電磁弁）１６は現状のまま維持される。
【００５６】
上で説明した例示実施形態において、値「Ａ」、「ａ」、及び「ｂ」は、チラーシステム１０の設置技師又は操作者がチラーシステム１０の部品のサイズ又はモデルを考慮に入れながら所望値に設定することができる。あるいは、値「Ａ」、「ａ」、及び「ｂ」を、実験の結果に基づいて工場で設定することもできる。また、圧縮機２２が始動してから５分以内には液インジェクション弁１６が開かないように、液インジェクション通路制御セクション６８を更にプログラミングすることもできる。
【００５７】
図８Ａに示す第２の液インジェクション制御方法によれば、液インジェクション通路制御セクション６８は、圧縮機２２の始動後（Ｓ２０１）、まず入口案内羽根３２の位置がａ％よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０２）ようにプログラミングされている。入口案内羽根３２の位置がａ％よりも大きいと液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合（Ｓ２０２において「Ｙｅｓ」）、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６は閉じられる。あるいは、Ｓ２０２において、モータ３８のｒｐｍがＡ％よりも大きいか否かを判断するように液インジェクション通路制御セクション６８をプログラミングすることができる。
【００５８】
液インジェクション通路制御セクション６８は、入口案内羽根３２の位置がａ％以下であると判断した場合（Ｓ２０２において「Ｎｏ」）、Ｓ２０３に進み、圧縮機２２が動作停止に近付いているか否かを判断する（Ｓ２０３）。例えば、圧縮機２２の急停止が生じた場合に圧縮機２２が動作停止に近付いていると判断するように、液インジェクション通路制御セクション６８をプログラミングすることができる。この急停止は、圧縮機２２に信号を送信し、その信号が圧縮機２２から返送されるかどうかを判断することによって監視することができる。また、急停止を検出した場合、アラームシステムが使用されてもよい。圧縮機２２が動作停止に近付いていると液インジェクション通路制御セクション６８が判断した場合（Ｓ２０３において「Ｙｅｓ」）、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６は閉じられる。
【００５９】
一方、液インジェクション通路制御セクション６８は、圧縮機２２が動作停止に近付いていないと判断した場合（Ｓ２０３において「Ｎｏ」）、Ｓ１０４に進み、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６を開く。Ｓ２０４では、関数ｆ（圧力比、ＩＧＶ）に基づいて、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６の開度が決定される。より具体的には、図８Ｂに示すように、吐出圧力と吸入圧力との圧力比と入口案内羽根３２の位置との関数ｆに基づいて、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６の開度が決定される。入口案内羽根３２の位置がａ％以下である場合には、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６が開かれるか否かが判断される。図８Ｃを参照されたい。更に、図８Ｄに示すように、入口案内羽根３２の位置がａ％以下の場合、吐出圧力と吸入圧力との圧力比に比例して液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６の開度が調整される。しかし、吐出圧力と吸入圧力との圧力比が１．５以下である場合には、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６は開かれない（閉じている）。また、吐出圧力と吸入圧力との圧力比が２．５を超える場合には、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６の開度は、吐出圧力と吸入圧力との圧力比が２．５である場合の開度で保たれる。
【００６０】
液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６を開いた後、液インジェクション通路制御セクション６８は、入口案内羽根３２の位置を監視し続ける。液インジェクション通路制御セクション６８が入口案内羽根３２の位置がａ％以上に戻ったと判断するまで、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６を開いたままにしておくように液インジェクション通路制御セクション６８をプログラミングすることができる。液インジェクション通路制御セクション６８は、入口案内羽根３２の位置がａ％以上に戻ったと判断した場合、液インジェクション弁（開度可変の膨張弁）１６を閉じる。
【００６１】
上で説明した例示実施形態において、値「ａ」は、チラーシステム１０の設置技師又は操作者がチラーシステム１０の部品のサイズ又はモデルを考慮に入れながら所望値に設定することができる。あるいは、値「ａ」は、実験の結果に基づいて工場で設定することもできる。また、圧縮機２２が始動してから５分以内には液インジェクション弁１６が開かれないように、液インジェクション通路制御セクション６８を更にプログラミングすることもできる。
【００６２】
チラーコントローラ２０を、上述した液インジェクションを行った後にホットガスインジェクションが必要であるとチラーコントローラ２０が判断した場合に、後述するホットガスインジェクションを行うように、プログラミングすることができる。
【００６３】
＜ホットガスインジェクション＞
ここで、図１、３、９、１０を参照して、チラーシステム１０におけるホットガスインジェクション動作をより詳細に説明する。
【００６４】
ホットガスインジェクションでは、ホットガスバイパス１４を通して、入口案内羽根３２とインペラ３４との間に高温ガス冷媒がインジェクションされる。ホットガス弁１８を開閉することにより、ホットガスバイパス１４を通過する高温ガス冷媒の量が調整される。以下でより詳細に説明するように、ホットガスバイパス制御セクション６９は、ホットガス弁１８を開閉するようにプログラミングされている。
【００６５】
図９を参照すると、高温ガス冷媒は、入口案内羽根３２とインペラ３４との間の領域にインジェクションされる。入口案内羽根３２とインペラ３４との間の領域での圧力Ｐ２は、従来の技術に従って高温ガス冷媒がインジェクションされる圧縮機２２の吸入側での圧力Ｐ１よりも小さい。パイプ内のガスの流量は、圧力差とパイプの内径とに基づいて決定される。より具体的には、圧力差が大きくなる場合、パイプの内径が小さければ、高い流量を実現することができる。したがって、圧力Ｐ１よりも小さい圧力Ｐ２の領域に高温ガス冷媒をインジェクションすることによって、圧力差ΔＰ２（圧縮機の吐出側での圧力−Ｐ２）が圧力差ΔＰ１（圧縮機の吐出側での圧力−Ｐ１）よりも大きいため、より小さい直径のパイプで十分に高いガス流量を実現することができる。このようにして、本発明によるホットガスバイパス１６としては小型のパイプを使用することができる。
【００６６】
さらに、入口案内羽根３２とインペラ３４との間の領域ではガス乱流が生じ易く、そのようなガス乱流が生じると、磁気軸受において入口案内羽根の開放位置が小さいときにはシャフトが振動する。入口案内羽根３２とインペラ３４との間の領域に高温ガス冷媒をインジェクションすることによって、そのようなガス乱流を低減することができ、磁気軸受におけるシャフト振動を抑えることができる。
【００６７】
図１０Ａに示すホットガスインジェクション制御方法によれば、ホットガスバイパス制御セクション６９は、圧縮機２２の始動後（Ｓ３０１）、現在の蒸発器２８の出口での水温が所定値未満であるか否かを判断する（Ｓ３０２）ようにプログラミングされる。本明細書では、以後、蒸発器２８の出口での水温をＥＯＷＴと呼ぶ。Ｓ３０２での所定の値は、ＥＯＷＴの目標値と不感帯値（dead band value）との差に基づいて決定される。ここで、目標値は、設置技師又は操作者がチラーシステム１０の部品のサイズやモデルを考慮に入れて設定するＥＯＷＴの所望値である。不感帯値は、その後のチラープロセスにおいて、ＥＯＷＴの変化に対して観測可能な応答が生じない値の範囲である。ＥＯＷＴの目標値及び不感帯値は、実験の結果に基づいて工場で設定することができる。
【００６８】
ホットガスバイパス制御セクション６９は、現在のＥＯＷＴが所定値未満であると判断した場合（Ｓ３０２において「Ｙｅｓ」）、Ｓ３０３に進み、入口案内羽根３２の位置が最小位置％未満であるか否かを判断する（Ｓ３０３）。
【００６９】
Ｓ３０３において、入口案内羽根３２の位置が最小位置％未満であるとホットガスバイパス制御セクション６９が判断した場合（Ｓ３０３において「はい」）、ホットガス弁１８が開かれ、入口案内羽根３２は現在の位置に留まるように制御される。ホットガスバイパス制御セクション６９を、現在のＥＯＷＴが目標値に達するようにホットガス弁１８を開いたままにしておくよう更にプログラミングすることができる。
【００７０】
Ｓ３０３において、入口案内羽根３２の位置が最小位置％以上であるとホットガスバイパス制御セクション６９が判断した場合（Ｓ３０３において「Ｎｏ」）、入口案内羽根３２は閉じられる。
【００７１】
一方、Ｓ３０２において、ホットガスバイパス制御セクション６９は、現在のＥＯＷＴが所定値以上であると判断した場合（Ｓ３０２において「Ｎｏ」）、Ｓ３０４に進み、ＥＯＷＴの現在の値と目標値との差の絶対値が不感帯値未満であるか否かを判断する（Ｓ３０４）。
【００７２】
Ｓ３０４において、ＥＯＷＴの現在の値と目標値との差の絶対値が不感帯値未満であるとホットガスバイパス制御セクション６９が判断した場合（Ｓ３０４において「Ｙｅｓ」）、ホットガス弁１８及び入口案内羽根３２は、現在の位置に留まるように制御される。Ｓ３０４において、ホットガスバイパス制御セクション６９は、ＥＯＷＴの現在の値と目標値との差の絶対値が不感帯値以上であると判断した場合（Ｓ３０４において「Ｎｏ」）、Ｓ３０５に進み、ホットガス弁１８の位置が０％よりも大きいか否かを判断する（Ｓ３０５）。
【００７３】
Ｓ３０５において、ホットガス弁１８の位置が０％よりも大きいとホットガスバイパス制御セクション６９が判断した場合（Ｓ３０５において「Ｙｅｓ」）、ホットガス弁１８は閉じられ、入口案内羽根３２は現在の位置に留まるように制御される。一方、Ｓ３０５において、ホットガス弁１８の位置が０％以下であるとホットガスバイパス制御セクション６９が判断した場合（Ｓ３０５において「Ｎｏ」）、入口案内羽根３２は開かれる。ホットガスバイパス制御セクション６９は、ホットガスインジェクション弁１８を閉じてゼロ位置に戻し、その後、遠心圧縮機２２の要求負荷が増加した場合に入口案内羽根３２を開くように、更にプログラミングされてもよい。
【００７４】
圧縮機２２の始動後（Ｓ３０１）、ホットガスバイパス制御セクション６９は、Ｓ３０６に進んでもよい。Ｓ３０６において、ホットガスバイパス制御セクション６９は、入口案内羽根３２の位置がａ％未満であるか否かを判断する。「ａ」は所定の値である。値「ａ」は、テスト中にサージが観測された入口案内羽根３２の位置の閾値であってもよい。ホットガスバイパス制御セクション６９は、入口案内羽根３２の位置がａ％未満であると判断した場合（Ｓ３０６において「Ｙｅｓ」）、Ｓ３０７に進み、磁気軸受４４、４６、４８の位置が所定の軌道範囲外であるか否かを判断する（Ｓ３０７）。ここで、以下でより詳細に説明するように、磁気軸受制御セクション６１を介して位置センサ５４、５６、５８からの信号を受信して磁気軸受アセンブリ４０の磁気軸受４４、４６、４８の位置を決定するように、ホットガスバイパス制御セクション６９をプログラミングすることができる。
【００７５】
ホットガスバイパス制御セクション６９は、磁気軸受４４、４６、４８の位置が所定の軌道範囲外であると判断した場合、ホットガス弁１８を開いて、磁気軸受４４、４６、４８を所定の軌道範囲内の位置に戻す。ホットガス弁１８を開くこのプロセスは、ホットガス弁１８を閉じる、ホットガス弁１８を現在の位置に留まるように制御する上記プロセスに優先して行われる。このようにして、ホットガス弁１８を開いて、入口案内羽根３２とインペラ３４との間に高温ガス冷媒をインジェクションすることによって、入口案内羽根３２とインペラ３４との間の領域でのガス乱流を低減することができ、磁気軸受４４、４６、４８におけるシャフト振動の大きさを抑えることができる。
【００７６】
チラーコントローラ２０は、磁気軸受４４、４６、４８でのシャフト振動が許容レベルを超え、磁気軸受４４、４６、４８の位置が所望の軌道範囲外になると、従来の方法で遠心圧縮機２２を動作停止するようにプログラミングされている。Ｓ３０７において、磁気軸受４４、４６、４８の所定の軌道範囲は、遠心圧縮機２２が動作停止するように構成された際の磁気軸受４４、４６、４８の軌道範囲よりも小さく設定することができる。
【００７７】
チラーコントローラ２０は、上述したホットガスインジェクションを行った後に、液インジェクションが必要であると判断した場合に、液インジェクションを行うようにプログラミングすることができる。
【００７８】
磁気軸受制御セクション６１は通常、磁気軸受アセンブリ４０のセンサ５４、５６、５８から信号を受信し、磁気軸受４４、４６、４８に電気信号を送信して、従来の方法でシャフト４２を所望位置に維持する。より具体的には、磁気軸受制御セクション６１は、サージが予測されない通常動作中、磁気軸受制御プログラムを実行して、従来の方法でシャフト４２を所望位置に維持するようにプログラミングされている。しかし、サージが予測される場合には、サージ制御セクション６２及びアキシャル磁気軸受４８を使用してシャフト４２の軸方向位置を調整することができる。したがって、以下でより詳細に説明するように、シャフト４２に固定されたインペラ３４の軸方向位置をディフューザ３６に対して調整することができる。
【００７９】
可変周波数ドライブ６４及びモータ制御セクション６５は、少なくとも１つのモータセンサ（不図示）から信号を受信し、モータ３８の回転速度を制御して、従来の方法で圧縮機２２の容量を制御する。より具体的には、可変周波数ドライブ６４及びモータ制御セクション６５は、モータ制御プログラムを１つ以上実行してモータ３８の回転速度を制御し、従来の方法で圧縮機２２の容量を制御するようにプログラミングされている。入口案内羽根制御セクション６６は、少なくとも１つの入口案内羽根センサ（不図示）から信号を受信し、入口案内羽根３２の位置を制御して、従来の方法で圧縮機２２の容量を制御する。より具体的には、入口案内羽根制御セクション６６は、入口案内羽根制御プログラムを実行して入口案内羽根３２の位置を制御し、従来の方法で圧縮機２２の容量を制御するようにプログラミングされている。膨張弁制御セクション６７は、膨張弁２６の開度を制御して、従来の方法でチラーシステム１０の容量を制御する。より具体的には、膨張弁制御セクション６７は、膨張弁制御プログラムを実行して膨張弁２６の開度を制御し、従来の方法でチラーシステム１０の容量を制御するようにプログラミングされている。モータ制御セクション６５及び入口案内羽根制御セクション６６は協働し、膨張弁制御セクション６７と共に、従来の方法でチラーシステム１０の全体の容量を制御する。チラーコントローラ２０は、センサＳ、並びに、任意でセンサＴから信号を受信することによって、従来の方法で全体の容量を制御する。任意のセンサＴは、温度センサである。センサＳは、好ましくは、上記制御を行うために従来の方法で使用される従来の圧力センサ及び／又は温度センサである。
【００８０】
各磁気軸受４４は、複数のアクチュエータ７４と、少なくとも１つの増幅器８４とを備える。同様に、各磁気軸受４６は、複数のアクチュエータ７６と、少なくとも１つの増幅器８６とを備える。同様に、各磁気軸受４８は、複数のアクチュエータ７８と、少なくとも１つの増幅器８８とを備える。各磁気軸受４４、４６、４８の増幅器８４、８６、８８を、複数のアクチュエータを制御するマルチチャネル増幅器としてもよく、又は各アクチュエータ７４、７６、７８専用の個別増幅器を備えてもよい。いずれの場合も、増幅器８４、８６、８８は、各磁気軸受４４、４６、４８それぞれのアクチュエータ７４、７６、７８に電気的に接続されている。
【００８１】
図１３及び１４を参照すると、磁気軸受制御セクション６１は、サージ制御セクション６３に電気的に接続されており、サージ制御セクション６３からの信号を受信する。磁気軸受制御セクション６１は、シャフト４２の所望の軸方向位置を、磁気軸受４８のシフト可能範囲内の任意の１点に調整することができる。例示実施形態では、磁気軸受４８のシフト可能範囲は、好ましくは、２００ｍｍ〜３００ｍｍである。磁気軸受制御セクション６１は、磁気軸受４８の増幅器８８への電気信号を調整して、シャフト４２の軸方向位置を調整するようにプログラミングされている。磁気軸受４８は、２つのチャネルを有する増幅器８８を備え、磁気軸受４８の各アクチュエータ７８をそれぞれ独立して制御してもよく、又は、磁気軸受４８の各アクチュエータ７８が、それぞれ対応する増幅器８８を有してもよい。磁気軸受４８のアクチュエータ７８は、スラストディスク４５に磁力を及ぼすことで作用する。磁気軸受４８のアクチュエータ７８は、電流に基づく磁力を発生する。したがって、以下で更に詳細に説明するように、各アクチュエータ７８に供給される電流量を制御することによって磁力を可変制御することができる。
【００８２】
例示実施形態では、磁気軸受４８は、スラストディスク４５と、スラストディスク４５の両側に配置された２つのアクチュエータ７８と、スラストディスク４５の両側に配置された２つの位置センサ５８と、２つのアクチュエータ７８に電気的に接続された増幅器８８と、磁気軸受制御セクション６１とを備える。磁気軸受制御セクション６１は、位置センサ５８と、増幅器８８と、チラーコントローラ２０の他の部分とに電気的に接続されている。各アクチュエータ７８は、増幅器８８からそれぞれ電流を受け取り、各電流は、磁気軸受制御セクション６１によって決定され、信号によって増幅器８８に伝達される。磁気軸受４８のアクチュエータ７８は、２つのアクチュエータ７８の正味の力が平衡に達する軸方向位置までスラストディスク４５を付勢する。
【００８３】
従来、入口案内羽根制御セクション６６は、入口案内羽根３２を制御することによってインペラに入る冷媒ガスの流量を制御する。例えば、案内羽根制御セクションは、システムの目標容量を決定し、その目標容量に達するのに必要な案内羽根３２の調整量を決定し、案内羽根３２を制御して目標容量を実現することができる。しかし、遠心圧縮機で磁気軸受を使用する場合、入口案内羽根とインペラとの間に生じるガス乱流が引き起こす大きなシャフト振動を避けるために入口案内羽根がとることの可能な閉鎖位置には制限がある。遠心圧縮機によっては、調整可能なディフューザ壁を用いてサージ制御機能を備えている。
【００８４】
本開示で述べる技術を使用してサージを制御することによって、チラーシステム１０は、入口案内羽根位置を制限することによる及び／又は調整可能なディフューザ壁によるサージの制御に限定されなくなる。さらに、その他の調整構造も省略できる、又は、不要とできる可能性がある。すなわち、ディフューザは、調整可能なディフューザ壁（不図示）を有さなくてもよい。案内羽根３２をなくすことによって、チラーシステム１０の信頼性を高めることができ、コストを削減することができる。
【００８５】
図１２を参照すると、サージは圧縮機における定常流の完全な崩壊であり、通常、低流量時に起こる。図１２は、サージラインＳＬを示し、このラインは、ｒｐｍ１、ｒｐｍ２、ｒｐｍ３におけるサージ点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ繋いでいる。これらの点は、圧縮機によって生成される圧力がその圧縮機下流のパイプ圧力を下回っているピーク点である。これらの点は、サージサイクルの開始を示す。破線ＰＡは、サージ制御ラインを示している。ラインＰＡとラインＳＬとの間に距離があると、サージ制御方法が不十分であることになる。サージ制御ラインＰＡとサージラインＳＬとの差を低減することによって、圧縮機２２をより効率的に制御することができる。上記サージ制御方法の１つの利点は、サージを制御する新規の方法を提供することである。すなわち、従来の方法と比較して、サージ制御ラインＰＡをサージラインＳＬに近付けることができる。
＜用語の一般的解釈＞
【００８６】
本発明の範囲を理解するにあたって、ここで使用する用語「含む／備える(comprising)」及びその派生語は、上記の特徴、要素、部品、群、数値、及び／又は工程の存在を明記するものであるが、述べていないその他の特徴、要素、部品、群、数値、及び／又は工程の存在を排除しない非限定的用語であることを意図している。また、上記は、用語「備える／含む／有する(including、having)」及びその派生語等の同様の意味を有する単語にも適用される。さらに、用語「パーツ(part)」、「セクション(section)」、「部分(portion)」、「部材(member)」、「要素(element)」は、単数形で使用されていても、単数複数双方の意味を有し得る。
【００８７】
部品、セクション、装置等が実行する動作又は機能の説明のためにここで使用する用語「検出」は、物理的な検出を要するのではなく、その動作又は機能を実行するための決定、測定、モデリング、予測、演算等を含む。
【００８８】
装置の部品、セクション、又はパーツの説明のためにここで使用する用語「構成する（configured）」は、所望の機能を実行するために構築及び／又はプログラミングされたハードウェア及び／又はソフトウェアを含む。
【００８９】
ここで使用する「略(substantially)」、「約(about)」、及び「およそ(approximately)」等の度合いを示す用語は、最終結果が実質的に変わらないように被修飾語の妥当な偏移量を意味する。
【００９０】
本発明を説明するために特定の実施形態のみを選択してきたが、添付の請求項において定義される発明の範囲から逸脱することなく種々の変更及び修正がここにおいて可能であることは、本開示から当業者に明らかである。例えば、各種部品のサイズ、形状、場所、又は向きは、必要又は所望に応じて変更可能である。互いに直接的に接続又は接触するように示されている部品は、それらの間に中間構造体を有してもよい。単一要素の機能を、２つの要素で実行可能であり、その逆も同様である。一実施形態の構造及び機能を、別の実施形態で用いてもよい。特定の実施形態に全ての利点が同時に含まれていなくてもよい。従来技術と比べて固有の特徴はすべて、単独としてもその他の特徴との組み合わせとしても、これら１つ以上の特徴によって具体化される構造的及び／又は機能的概念を含む、本出願人による更なる発明の別個の記載として見なされるべきものである。したがって、本発明に係る実施形態の上記説明は、単なる例示であり、添付の請求項及びそれらの等価物によって定義される発明の限定を目的とするものではない。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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