(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス冷媒を圧縮するターボ型圧縮機と、圧縮された該ガス冷媒を凝縮・液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化した液冷媒の圧力を減圧する絞り弁と、減圧した該液冷媒を蒸発させ外部から熱を奪う蒸発器と、前記ターボ型圧縮機の冷媒入力側流路に介装された冷媒循環流量制御用の流量調節部と、該流量調節部を駆動する駆動源とを備えてなるターボ冷凍機において、
該駆動源は、中空円柱状のシリンダチューブと、その内部に配設され、吸入部と連通している一の部屋、および、三方弁を通って前記ターボ型圧縮機の高圧吐出冷媒が流入される二の部屋を形成し、付勢部材により前記二の部屋方向に付勢されるピストンロッドとを備え、前記ターボ型圧縮機の吸入圧と吐出圧との圧力差によって駆動される流体圧シリンダであり、
前記三方弁を切り替えることにより、前記二の部屋の前記高圧吐出冷媒は前記一の部屋を介して前記吸入部へ流れる
ことを特徴とするターボ冷凍機の容量制御駆動機構。
【請求項２】
請求項１記載のターボ冷凍機の容量制御駆動機構において、
前記付勢部材は、前記一の部屋又は前記二の部屋いずれか一方の部屋に介装されていることを特徴とするターボ冷凍機の容量制御駆動機構。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ冷凍機の容量制御駆動機構において、
前記流量調節部は、主軸と、該主軸の軸線から放射方向に延びる軸線を中心として回動可能に取付けられた複数の羽根とを備えてなり、該羽根は、前記駆動源により駆動されることを特徴とするターボ冷凍機の容量制御駆動機構。
【請求項４】
請求項３記載のターボ冷凍機の容量制御駆動機構において、
前記羽根の角度を検出する開度センサと、該開度センサの出力に基づいて、前記流体圧シリンダを制御する制御回路部と備えてなることを特徴とするターボ冷凍機の容量制御駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量調節部を有するターボ冷凍機の容量制御駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ターボ冷凍機は、ガス冷媒を圧縮するターボ型圧縮機と、圧縮された該ガス冷媒を凝縮・液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化した液冷媒の圧力を減圧する絞り弁と、減圧した該液冷媒を蒸発させ外部から熱を奪う蒸発器とを備えて構成される。このようなターボ冷凍機の冷凍能力の制御方法にはさまざまな形式があり、その中には容量（冷媒循環流量）を制御する形式も含まれ、いろいろな容量制御形式が提案されている。その一例として、ターボ冷凍機を構成するターボ型圧縮機内のインレットガイドベーンの開度をステッピングモータにより変更して、冷媒流路面積を変えることにより容量制御する形式が挙げられる。
【０００３】
例えば、この種のターボ型圧縮機として遠心圧縮機が知られている。遠心圧縮機は、筐体と、筐体に回転自在に支持された主軸と、主軸に固定されたインペラとを備え、筐体には吸入部と、ディフューザと、吐出部とが形成され、吸入部にはインレットガイドベーンが主軸回りに回転自在に設けられている。インレットガイドベーンは全てリンク機構で結合され、リンク機構にはインレットガイドベーンを回転させるステッピングモータが配設されている。
【０００４】
上記の構成からなる遠心圧縮機においては、冷媒は吸入部からインレットガイドベーンを通り、インペラに吸い込まれ、通過するインペラの作用によってその速度及び圧力を増し、続いて通過するディフューザでは速度が減少して運動エネルギを内部エネルギに変換され、昇圧された後吐出部から流出される。
【０００５】
ここで、ステッピングモータを回転させ、リンク機構を介して全てのインレットガイドベーンの向き、つまり開度を変えて冷媒流路の断面積を狭くすると、冷媒の流れ抵抗が増え冷媒循環流量が減少、つまり容量が減少する。逆に冷媒流路の断面積を広くするように開度を変更すると容量が増加する。インレットガイドベーンの開度はステッピングモータにより連続的かつ任意に変化させることが出来るので、容量も連続的かつ任意に制御できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の遠心圧縮機においては、インレットガイドベーンの開度は、リンク機構を介してステッピングモータにより制御される。遠心圧縮機の運転中には、ステッピングモータは、冷媒流れがインレットガイドベーンに与える力、つまりインレットガイドベーンを回転させる力を受け止め続けなければならず、ステッピングモータに常に負荷がかかった状態で連続使用されるので、価格の高いステッピングモータの使用可能期間が短くなるという問題があり、同時に、常にステッピングモータに電流が流れている状態になり、インレットガイドベーンの駆動電力が増えるという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、インレットガイドベーンの開度を制御するステッピングモータよりも安価で長期間使用可能であり、インレットガイドベーンの駆動電力を増やすことなく、かつ、圧縮機停止時にはインレットガイドベーンにより流路を閉じることができるターボ冷凍機の容量制御駆動機構を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のターボ冷凍機の容量制御駆動機構では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１にかかる発明は、ガス冷媒を圧縮するターボ型圧縮機と、圧縮された該ガス冷媒を凝縮・液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化した液冷媒の圧力を減圧する絞り弁と、減圧した該液冷媒を蒸発させ外部から熱を奪う蒸発器と、前記ターボ型圧縮機の冷媒入力側流路に介装された冷媒循環流量制御用の流量調節部と、該流量調節部を駆動する駆動源とを備えてなるターボ冷凍機において、該駆動源は、中空円柱状のシリンダチューブと、その内部に配設され、吸入部と連通している一の部屋、および、三方弁を通って前記ターボ型圧縮機の高圧吐出冷媒が流入される二の部屋を形成し、付勢部材により前記二の部屋方向に付勢されるピストンロッドとを備え、前記ターボ型圧縮機の吸入圧と吐出圧との圧力差によって駆動される流体圧シリンダであり、前記三方弁を切り替えることにより、前記二の部屋の前記高圧吐出冷媒は前記一の部屋を介して前記吸入部へ流れることを特徴とする。
この発明にかかるターボ冷凍機の容量制御駆動機構によれば、前記流量調節部は、流体圧力を流体圧シリンダに導くことにより駆動される。
【０００９】
前記流体圧シリンダには、該ターボ型圧縮機の前記吸入部から得られる該吸入圧と、前記吐出部から得られる該吐出圧とが供給されるので、該流体圧シリンダは、該吸入圧と該吐出圧との圧力差により駆動される。
さらに、一の部屋と二の部屋との圧力に差がなくなると、ピストンロッドは、付勢部材により常に二の部屋方向に付勢される。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、請求項１記載のターボ冷凍機の容量制御駆動機構において、前記付勢部材は、前記一の部屋又は前記二の部屋いずれか一方の部屋に介装されていることを特徴とする。
この発明にかかるターボ冷凍機の容量制御駆動機構によれば、該付勢部材は、該流体圧シリンダ内の該一の部屋又は該二の部屋いずれか一方の部屋に、該ピストンロッドを前記二の部屋方向に付勢するように介装されているので、該一の部屋と該二の部屋との圧力に差がなくなると、該ピストンロッドは、該付勢部材により常に二の部屋方向に付勢される。
【００１１】
請求項３にかかる発明は、請求項１または２に記載のターボ冷凍機の容量制御駆動機構において、前記流量調節部が、前記主軸と、該主軸の軸線から放射方向に延びる軸線を中心として回動可能に取付けられた複数の前記羽根を備えてなり、該羽根は、前記駆動源により駆動されることを特徴とする。
この発明にかかるターボ冷凍機の容量制御駆動機構によれば、該流量調節部は、複数の該羽根を備えているため、前記冷媒入力側流路の面積は、該羽根の回転により制御される。
【００１２】
請求項４にかかる発明は、請求項３記載のターボ冷凍機の容量制御駆動機構において、前記羽根の角度を検出する前記開度センサと、該開度センサの出力に基づいて、前記流体シリンダを制御する前記制御回路部とを備えてなることを特徴とする。
この発明にかかるターボ冷凍機の容量制御駆動機構によれば、該羽根の開度は、該羽根の開度を検知する該開度センサの出力と、該流体シリンダを制御する該制御回路部により制御されるため、該羽根の開度は、所望の開度に制御される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図５はこの発明の一実施形態を示す図である。
この実施形態において、ターボ型冷凍機は、ガス冷媒を圧縮するターボ型圧縮機と、圧縮された該ガス冷媒を凝縮・液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化した液冷媒の圧力を減圧する絞り弁と、減圧した該液冷媒を蒸発させ外部から熱を奪う蒸発器とを備えて構成されるものであり、この構成は前述した従来のものと同様である。
図１においてターボ型圧縮機１０は、筐体１１と、筐体１１に回転自在に支持された主軸１２と、主軸１２に固定されたインペラ１３とを備えている。筐体１１と流路仕切り部１４との間には、ディフューザベーン１５が形成され、筐体１１の冷媒吸入側の主軸１２回りには、外筐１６とガイドベーンボディ１７とが備えられ、主軸１２とガイドベーンボディ１７との間には、吸入部１８が形成されている。インレットガイドベーン（羽根）１９は、主軸１２の軸線から放射方向に延びる軸線を中心として回動可能にガイドベーンボディ１７に配置され、リンクバー２０がインレットガイドベーン１９の外端に接合され、ガイドベーンボディ１７回りに円環状のドライブリング２１が配置され、リンクバー２０とドライブリング２１とは、リング駆動ピン２２にて回動可能に接続されている。
【００１４】
図２、図３に示すように、回転軸２３は外筐１６とガイドベーンボディ１７に回転自在に支持され、回転軸２３の主軸１２側端部には第１アーム２４が設けられ、第１アーム２４とドライブリング２１とは回動可能に接続され、回転軸２３の他端にはピストンロッド２５と回動可能に接続された第２アーム２６が設けられている。ピストンロッド２５は、中空円柱状のシリンダチューブ２７内に第２アーム２６に近い側に一の部屋２８、他方に二の部屋２９を形成するように配置され、一の部屋２８には、ピストンロッド２５を二の部屋２９方向に付勢するバネ（付勢部材）３０が配置されている。
【００１５】
シリンダチューブ２７には、一の部屋２８側端部とターボ型圧縮機１０の吸入部１８とに接続される第１排気流路３１と、三方弁３２に接続される第２排気流路３３とが設けられている。三方弁３２には、ターボ型圧縮機１０の吐出部（図に示されていない）と接続される流入流路３４と、シリンダチューブ２７の二の部屋２９側端部と接続される流入出流路３５とが接続されている。流入出流路３５には、二の部屋２９の冷媒圧力を検出する圧力センサ３６が備えられ、回転軸２３には、インレットガイドベーン１９の開度を検知する開度センサ３７が備えられ、圧力センサ３６と開度センサ３７との出力と、外部から入力される入力インレットガイドベーン開度３８とから三方弁３２の開閉を制御する制御回路部３９が設けられている。
【００１６】
上記の構成からなるターボ型圧縮機１０においては、図１に示すように、冷媒は吸入部１８からインレットガイドベーン１９を通り、インペラ１３に吸い込まれ、通過するインペラ１３の作用によってその速度及び速度を増し、続いて通過するディフューザベーン１５では速度が減少して運動エネルギを内部エネルギに変換され、昇圧した後、吐出部（図に示されていない）から流出される。
【００１７】
インレットガイドベーン１９は、図２、図３に示すように、全てのインレットガイドベーン１９が、リンクバー２０とリング駆動ピン２２とドライブリング２１とを介して回動可能に接続されているので、ドライブリング２１が主軸１２方向に前後しながら主軸１２回りに回転すると、リング駆動ピン２２を介して、全てのリンクバー２０がインレットガイドベーン１９回りに回転し、全てのインレットガイドベーン１９が同時に、同位相で回転する。また、ドライブリング２１は、回転軸２３の第１アーム２４と回転可能に接続されているので、回転軸２３を回すことにより、主軸１２回りに回転される。
【００１８】
回転軸２３は、第２アーム２６でピストンロッド２５に回転可能に接続されており、ピストンロッド２５は、一の部屋２８に配設されたバネ３０と、二の部屋２９に導かれるターボ型圧縮機１０の高圧吐出冷媒とにより駆動され、回転軸２３は、ピストンロッド２５により回される。例えば、図４に示すように、ターボ型圧縮機１０の高圧吐出冷媒が、流入流路３４から三方弁３２、流入出流路３５を通り、二の部屋２９に流入され、吸入部１８と連通している一の部屋２８の圧力差により、ピストンロッド２５は、一の部屋２８方向へ押され、第２アーム２６を介して回転軸２３が回され、第１アーム２４を介してドライブリング２１が回され、リング駆動ピン２２を介してリンクバー２０が回され、インレットガイドベーン１９が開き、吸入部１８の流路面積が広げられる。
【００１９】
また、図５に示すように、三方弁３２を切り替え、流入出流路３５と第２排気流路３３を連通させると、二の部屋２９の高圧吐出冷媒は流入出流路３５から三方弁３２、第２排気流路３３、一の部屋２８、第１排気流路３１を通り吸入部１８へ流れ、一の部屋２８と二の部屋２９との間には圧力差がなくなり、ピストンロッド２５はバネ３０により二の部屋２９側に押され、回転軸２３、ドライブリング２１、リンクバー２０が上記とは逆方向に回り、インレットガイドベーン１９は閉じて、吸入部１８の流路面積が狭くなる。
【００２０】
三方弁３２は、制御回路部３９により制御され、制御回路部３９には、回転軸２３の開度センサ３７と、二の部屋２９の圧力を検知する圧力センサ３６と、外部から入力される入力インレットガイドベーン開度３８とが入力され、開度センサ３７で検知されるインレットガイドベーン１９の開度と、入力インレットガイドベーン開度３８とに差がなくなるようにフィードバック制御される。
【００２１】
上記の構成によれば、インレットガイドベーン１９の駆動源に、構造が複雑で高価なステッピングモータの替わりに、流体圧シリンダ用いるため、インレットガイドベーン１９の駆動源の構造が簡単になる。それにより、駆動機構の各部材寿命が長くなり、故障が少なく、使用可能期間を長くすることができる。すなわち、駆動源の価格が安くなり、寿命が長く、故障が少なく、使用可能期間が長いため、ランニングコストに換算しても安くなるという効果が得られる。また、インレットガイドベーン１９を駆動するステッピングモータが不要になり、駆動電力を削減することができる。
【００２２】
さらに、流体圧シリンダの二の部屋２９に導かれるターボ型圧縮機１０の吐出圧と、一の部屋２８に導かれる吸入圧との圧力差をインレットガイドベーン１９の駆動源にすることにより、他にインレットガイドベーン１９の駆動源を追加することなく、インレットガイドベーン１９を駆動するステッピングモータを不要とし、駆動電力を削減することができる。
【００２３】
また、ターボ型圧縮機１０が停止したとき、吸入圧と吐出圧との圧力差がなくなるので、一の部屋２８の圧力と二の部屋２９の圧力との間も圧力差がなくなり、一の部屋２８に配置されたバネ３０により、インレットガイドベーン１９は吸入部１８を閉じ、それ以上冷媒が流れるのを防ぐことができる。
【００２４】
また、ターボ型圧縮機１０の容量制御運転中には、インレットガイドベーン１９の開度は、開度センサ３６と、開度センサ３６の出力に基づいて流体シリンダを制御する制御回路部３９とのフィードバック制御により、自動的に所望の開度、つまり、入力インレットガイドベーン開度３８に自動的に制御される。
【００２５】
なお、上記の実施の形態においては、インレットガイドベーンの駆動源に冷媒を圧縮するターボ型圧縮機の吸入圧と吐出圧との圧力差を用いたものに適応して説明したが、このインレットガイドベーンの駆動源に冷媒を圧縮するターボ型圧縮機の吸入圧と吐出圧との圧力差を用いたものに限られることなく、ターボ型圧縮機の潤滑油圧縮機の吸入圧と吐出圧の圧力差を用いたもの等、その他各種の流体圧力を用いたものに適応することができるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、前記流量調節部は、流体圧力を流体圧シリンダに導くことにより駆動されることができるので、駆動構造が簡単になり、部材の寿命が長くなって使用可能期間を長くすることができ、かつ、流体圧力を駆動源にしているので、該流量調節部を駆動するモータ電力を削減することができるという効果を奏する。
【００２７】
前記流体圧シリンダには、前記ターボ型圧縮機の前記吸入部から得られる前記吸入圧と、前記吐出部から得られる前記吐出圧とが供給されるので、該流体圧シリンダは、該吸入圧と該吐出圧との圧力差により駆動されるので、駆動構造が簡単になり、部材の寿命が長くなって使用可能期間を長くすることができ、かつ、該吸入圧と該吐出圧との圧力差を駆動源にしているので、該流量調節部を駆動するモータ電力を削減することができるという効果を奏する。
さらに、一の部屋と二の部屋との圧力に差がなくなると、ピストンロッドは、付勢部材により常に二の部屋方向に付勢されるので、前記ターボ型圧縮機の運転が停止したとき、前記冷媒入力側流路を閉じ、前記冷媒が流れることを防ぐことができるという効果を奏する。
【００２８】
請求項２に係る発明によれば、前記付勢部材は、前記流体圧シリンダ内の前記一の部屋又は前記二の部屋いずれか一方の部屋に、前記ピストンロッドを二の部屋方向に付勢するように介装されているので、該一の部屋と該二の部屋との圧力に差がなくなると、該ピストンロッドは、該付勢部材により常に二の部屋方向に付勢されるので、前記ターボ型圧縮機の運転が停止したとき、前記冷媒入力側流路を閉じ、前記冷媒が流れることを防ぐことができるという効果を奏する。
【００２９】
請求項３に係る発明によれば、前記流量調節部は、複数の前記羽根を備えているため、前記冷媒入力側流路の面積は、該羽根の回転により制御され、確実に容量制御ができるという効果を奏する。
【００３０】
請求項４に係る発明によれば、前記羽根の開度は、該羽根の開度を検知する該開度センサの出力と、該流体シリンダを制御する該制御回路部とにより制御されるため、該羽根の開度を、所望の開度に制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるターボ型圧縮機の一実施形態を示す要部の縦断面図である。
【図２】  本発明によるターボ型圧縮機の一実施形態を示す要部の横断面図である。
【図３】  本発明によるターボ型圧縮機の一実施形態を示すA-A断面図である。
【図４】  本発明による容量駆動機構の一実施形態を示す模式図である。
【図５】  本発明による容量駆動機構の一実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１０  ターボ型圧縮機
１２  主軸
１９  インレットガイドベーン（羽根）
２５  ピストンロッド
２７  シリンダチューブ
２８  一の部屋
２９  二の部屋
３０  バネ（付勢部材）
３７  開度センサ
３９  制御回路部
【図１】
0004166996.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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