CN109073279B - 涡轮制冷机及其启动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮制冷机，其具备：涡轮压缩机(3)，压缩制冷剂；冷凝器(5)，冷凝通过涡轮压缩机(3)压缩的制冷剂；膨胀阀(7)，使由冷凝器(5)引导的液态制冷剂膨胀；蒸发器(9)，使通过膨胀阀(7)膨胀的制冷剂蒸发；油罐(17)，储存供给至涡轮压缩机(3)的润滑油；均压管(23)，连接油罐(17)与蒸发器(9)；及控制部，控制启动，控制部在启动时运算油罐(17)内的润滑油中所溶入的制冷剂溶出的制冷剂溶出量，当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，通过限制IGV(13)的开动作而降低油罐(17)内的压力下降速度。

Description

涡轮制冷机及其启动控制方法
技术领域
本发明涉及一种具备储存供给至涡轮压缩机的润滑油的油罐的涡轮制冷机及其启动控制方法。
背景技术
以往，涡轮制冷机中所使用的HFC制冷剂的GWP(Global Warming Potent ial：全球变暖潜能值)为数百～数千，考虑到对环境的影响需要向GWP为一位数的HFO制冷剂转换。为了应对于此，将没有燃烧性的HFO-1233zd(E)这一低压制冷剂设为冷却器用制冷剂。
通常，涡轮制冷机具备储存有供给至涡轮压缩机的润滑油的油罐。油罐与涡轮制冷机的低压侧(蒸发器侧)均压，因此当使用了低压制冷剂时，若油罐内的压力成为大气压以下，则气体体积变大。即，在使用了低压制冷剂的制冷机中，当油罐内的润滑油中所溶入的同质量的制冷剂因压力下降而蒸发时，与使用了高压制冷剂的制冷机相比，所蒸发的制冷剂的体积变大，从而变得容易发生油罐的润滑油中出现泡沫的发泡成型。尤其在低压侧的压力下降速度大的启动时，油罐内的润滑油中容易发生发泡成型。
专利文献1中公开有如下内容，即，当启动涡轮压缩机时，在将吸入容量控制部的开度以小于目标开度的开度来启动之后，迅速打开至目标开度，由此尽量缩短小于目标开度的运行时间以减小制冷剂的通过阻力，并抑制吸入容量控制部的下游侧的压力下降，由此抑制发泡成型的发生。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-186030号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
但是，即便在相同的压力下降速度下根据压力值而对润滑油的制冷剂溶解量也有所不同，因此自润滑油的制冷剂溶出量根据油罐内的压力而有所不同。并且，对润滑油的制冷剂溶解量还依赖于温度。因此，要求更可靠地抑制油罐内的发泡成型。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够更可靠地抑制油罐内的发泡成型的涡轮制冷机及其启动控制方法。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的涡轮制冷机及其启动控制方法采用以下方法。
即，本发明所涉及的涡轮制冷机具备：涡轮压缩机，压缩制冷剂；冷凝器，冷凝通过该涡轮压缩机压缩的制冷剂；膨胀阀，使由该冷凝器引导的液态制冷剂膨胀；蒸发器，使通过该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发；油罐，储存供给至所述涡轮压缩机的润滑油；均压管，连接该油罐与所述蒸发器；及控制部，控制启动，所述控制部在启动时运算所述油罐内的所述润滑油中所溶入的制冷剂溶出的制冷剂溶出量，当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，降低所述油罐内的压力下降速度。
在启动时，涡轮压缩机动作而蒸发器内的压力下降。伴随于此，经由均压管连接的油罐内的压力也下降。但是，若油罐内的压力下降速度变大，则油罐内的润滑油中所溶入的制冷剂溶出较多，从而可能会发生发泡成型。
在本发明中，设成在启动时，当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，判断为可能会发生发泡成型，并降低油罐内的压力下降速度。由此，抑制油罐内的发泡成型，能够防止油罐内的油面下降，从而能够避免涡轮压缩机的润滑不良。并且，油罐的油面不会下降，因此无需为了恢复规定的油面而追加润滑油，从而能够抑制成本的上升。
而且，在本发明的涡轮制冷机中，所述涡轮压缩机具备控制该涡轮压缩机所吸入的制冷剂流量的吸入制冷剂控制机构，所述控制部通过所述吸入制冷剂控制机构减少吸入制冷剂流量而降低所述油罐内的压力下降速度。
若要降低油罐内的压力下降速度，则优选控制设置于涡轮压缩机的吸入制冷剂控制机构。具体而言，在启动时，吸入制冷剂控制机构被控制为制冷剂流量增大的开方向，但当压力下降速度超过了规定值时，限制吸入制冷剂控制机构的开方向的动作。例如，临时停止吸入制冷剂控制机构的开动作，或降低开动作的速度。
作为吸入制冷剂控制机构，可举出设置于涡轮压缩机的叶轮的上游侧的入口导叶(IGV)。
另外，也能够降低涡轮压缩机的转速，或通过将膨胀阀的开度向开方向进行控制而降低压力下降速度。
而且，在本发明的涡轮制冷机中，所述油罐具备温度传感器及压力传感器，在所述控制部存储表示温度及压力与对所述润滑油的制冷剂溶解量之间的关系的制冷剂溶解量信息，所述控制部根据从所述温度传感器获得的油罐温度、从所述压力传感器获得的油罐压力及所述制冷剂溶解量信息，运算所述制冷剂溶出量。
相对于润滑油的制冷剂熔解量依赖于压力及温度。于是，设成将表示压力及温度与制冷剂溶解量之间的关系的制冷剂溶解量信息设置于控制部，并根据来自油罐的温度传感器及压力传感器的测量结果，运算制冷剂溶出量。由此，能够按规定时间获得制冷剂溶出量，从而能够可靠地抑制发泡成型的发生。
而且，在本发明的涡轮制冷机中，当每所述规定时间的制冷剂溶出量成为规定值以下时，所述控制部增加所述油罐内的压力下降速度。
设成当每规定时间的制冷剂溶出量成为规定值以下时，判断为发泡成型发生的可能性低，并增加油罐内的压力下降速度。由此，通过复原为正常启动时序而能够加快启动。
并且，本发明的涡轮制冷机的启动控制方法中，所述涡轮制冷机具备：涡轮压缩机，压缩制冷剂；冷凝器，冷凝通过该涡轮压缩机压缩的制冷剂；膨胀阀，使由该冷凝器引导的液态制冷剂膨胀；蒸发器，使通过该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发；油罐，储存供给至所述涡轮压缩机的润滑油；及均压管，连接该油罐与所述蒸发器，所述涡轮制冷机的启动控制方法中，在启动时，运算所述油罐内的所述润滑油中所溶入的制冷剂溶出的制冷剂溶出量，当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，降低所述油罐内的压力下降速度。
发明效果
关于油罐内的润滑油，设成当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，降低油罐内的压力下降速度，因此能够可靠地抑制油罐的发泡成型。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的概略结构图。
图2是表示压力及温度与制冷剂溶解量之间的关系的图表。
图3是表示涡轮制冷机启动时的制冷剂溶出量随时间变化的图表。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。
如图1所示，涡轮制冷机1具备压缩制冷剂的涡轮压缩机3、冷凝通过涡轮压缩机3压缩的高温高压的气体制冷剂的冷凝器5、使由冷凝器5引导的液态制冷剂膨胀的膨胀阀7及使通过膨胀阀7膨胀的液态制冷剂蒸发的蒸发器9。
作为制冷剂，使用HFO-1233zd(E)这一低压制冷剂。
涡轮压缩机3为离心式压缩机，且由通过逆变器转速得到控制的电动机11驱动。逆变器通过控制部(未图示)而其输出得到控制。在涡轮压缩机3的制冷剂吸入口设置有控制吸入制冷剂流量的入口导叶(吸入制冷剂控制机构：以下称为“IGV”。)13，且能够控制涡轮制冷机1的容量。IGV13的开度控制由控制部进行。
涡轮压缩机3具备绕旋转轴3b旋转的叶轮3a。从电动机11经由增速齿轮15对旋转轴3b传递旋转动力。旋转轴3b由轴承3c支承。
冷凝器5设成管壳式或板式等换热器。
冷凝器5中用于冷却制冷剂的冷却水被供给。引导至冷凝器5的冷却水在未图示的冷却塔及空气换热器中向外部排热之后，再次引向冷凝器5。
膨胀阀7设成电动式，且通过控制部可任意设定开度。
蒸发器9设成管壳式或板式等换热器。蒸发器9中向未图示的外部负载供给的冷水被引导。冷水通过蒸发器9与制冷剂进行热交换，而冷却至额定温度(例如7℃)，并输送至外部负载。
从油罐17向涡轮压缩机3的轴承3c及增速齿轮15供给润滑油。作为润滑油，例如使用粘度等级为100的矿物油。
在油罐17内设置有未图示的油泵，由此，以规定的流量经由油供给配管19供给润滑油。在涡轮压缩机3内结束了润滑的润滑油经由油回送配管21向油罐17内返回。
在油罐17与蒸发器9之间设置有连通它们之间的均压管23，从而油罐17内的压力与蒸发器9内的压力成为均压。如此，通过将油罐17内设为低压，将对润滑油的制冷剂溶入量保持为较低。
在油罐17中设置有压力传感器25及温度传感器27。通过压力传感器25测量油罐17内的压力，并向控制部输出测量结果。通过温度传感器27测量油罐17内的温度(具体而言润滑油温度)，并向控制部输出测量结果。
控制部进行涡轮制冷机1的启动控制等与涡轮制冷机1的运行相关的控制，例如由CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)及计算机可读取的存储介质等构成。而且，关于用于实现各种功能的一系列处理，作为一例，以程序形式存储于存储介质等，由CPU将该程序读出到RAM等而执行信息的加工及运算处理，由此实现各种功能。另外，程序可以适用预先安装于ROM或其他存储介质的方式、以存储于计算机可读取的存储介质的状态提供的方式及经由通过有线或无线的通信机构来传送的方式等。计算机可读取的存储介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM及半导体存储器等。
在控制部，与如图2所示那样的制冷剂溶解量相关的制冷剂溶解量信息存储于存储区域。另外，该制冷剂溶解量信息的记述形式可以是图谱形式，也可以是使用了近似公式等的关系式。
在图2中，横轴为表示对润滑油的制冷剂溶入量的制冷剂溶解量，纵轴为压力。该图中示出的各曲线表示各温度下的制冷剂溶解量。由该图可知，各曲线在上方呈凸形状，压力越低制冷剂溶解量越小，并且越是压力低的区域制冷剂溶解量的变化越大。而且，当以相同的压力进行比较时，可知温度越高制冷剂溶解量越小。
在控制部使用如图2所示那样的制冷剂溶解量信息而运算各时刻下的制冷剂溶出量。在此，制冷剂溶出量是指润滑油中所溶入的制冷剂成为气体并从润滑油中释放的量[重量％]。
如图2中所例示，当通过温度传感器27测量到的油罐17内的温度为40℃时，由通过压力传感器25测量到的10秒前的压力P1获得制冷剂溶解量D1，进而由通过压力传感器25测量到的10秒后压力下降的压力P2获得制冷剂溶解量D2之后，由它们的差分(D1-D2)运算制冷剂溶出量。如此，在控制部以规定的时间间隔(图2的例子中为10秒间隔)进行制冷剂溶出量的运算。
接着，对上述结构的涡轮制冷机1的启动控制进行说明。
涡轮制冷机1启动之前，冷凝器5及蒸发器9均成为接近环境温度的状态，冷凝器5内的压力与蒸发器9内的压力大致相同。在该状态下，若启动涡轮制冷机1，则根据控制部的指令而涡轮压缩机3旋转，经由IGV13吸入的制冷剂从涡轮压缩机3被排出。从涡轮压缩机3被排出的制冷剂向冷凝器5输送，并通过膨胀阀7及蒸发器9而再次向涡轮压缩机3返回而进行循环。涡轮压缩机3根据控制部的指令而逐渐升速，伴随于此，IGV13也被控制为从全闭状态逐渐向开方向。
如此，若涡轮制冷机1启动，则蒸发器9内的压力逐渐减少。伴随于此，通过蒸发器9与均压管23连接的油罐17内的压力也逐渐减少。油罐17内的压力由压力传感器25测量并向控制部输送，油罐17内的温度由温度传感器27测量并向控制部输送。
如利用图2进行的说明，在控制部由所得到的油罐17内的压力及温度每隔规定时间(例如10秒)运算制冷剂溶出量。在图3中示出了在各时刻下运算制冷剂溶出量而绘制的例子。如该图所示，启动初期压力下降速度大，因此制冷剂溶出量具有上升趋势，之后压力下降速度变小，因此制冷剂溶出量具有减少趋势。
当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，例如当经30秒而制冷剂溶出量超过了规定值时，如在图3中示出的“导叶打开限制开始”，控制部以停止IGV13的开动作的方式进行控制。另外，代替停止IGV13的开动作，也可以降低IGV13的开动作的速度。由此，油罐17内的压力下降速度降低或成为0，从而事先防止油罐17的发泡成型。
限制IGV13开度的控制的开始时机通过如下决定，即，通过预备试验等获得在油罐17内发生发泡成型的条件，并获得未达到该条件的每规定时间的制冷剂溶出量。
在限制IGV13的开度之后，当制冷剂溶出量减少且每规定时间的制冷剂溶出量成为规定值以下时，例如当经30秒而制冷剂溶出量成为规定值以下时，如图3中示出的“导叶打开限制解除”，控制部以正常速度再次进行IGV13的开动作的方式进行控制。由此，通过复原为正常启动时序，进行IGV13的开动作，并进行涡轮制冷机1的启动动作。
如以上，根据本实施方式，发挥以下作用效果。
设成在涡轮制冷机1启动时，当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，判断为可能会发生发泡成型，并通过限制IGV13的开动作而降低油罐17内的压力下降速度。由此，抑制油罐17内的发泡成型，防止油罐17内的油面下降，从而能够避免涡轮压缩机3的润滑不良。并且，油罐17的油面不会下降，因此无需为了恢复规定的油面而追加润滑油，从而能够抑制成本的上升。
对润滑油的制冷剂熔解量依赖于压力及温度。于是，设成将压力及温度与制冷剂溶解量的制冷剂溶解量信息设置在控制部，并根据来自油罐17的压力传感器25及温度传感器27的测量结果，运算制冷剂溶出量。由此，能够按规定时间获得制冷剂溶出量，从而能够可靠地抑制发泡成型的发生。
设成当每规定时间的制冷剂溶出量成为规定值以下时，判断为发泡成型的发生的可能性低，并增加油罐17内的压力下降速度。由此，通过复原为正常启动时序而能够加快涡轮制冷机1的启动。
另外，在上述实施方式中，设成通过限制IGV13的开动作而降低油罐17内的压力下降速度，但代替它们或除了IGV13的开动作限制以外，还可以设成降低涡轮压缩机3的转速，或通过将膨胀阀7的开度向开方向控制而降低压力下降速度。
并且，作为低压制冷剂的一例，举出HFO-1233zd(E)来进行了说明，但在其他低压制冷剂中也能够适用本发明，并且，在可能会发生油罐内的发泡成型的情况下，也能够对高压制冷剂适用本发明。
符号说明
1-涡轮制冷机，3-涡轮压缩机，3a-叶轮，3b-旋转轴，3c-轴承，5-冷凝器，7-膨胀阀，9-蒸发器，11-电动机，13-IGV(入口导叶：吸入制冷剂控制机构)，15-增速齿轮，17-油罐，19-油供给配管，21-油回送配管，23-均压管，25-压力传感器，27-温度传感器。

Claims (4)

1.一种涡轮制冷机，其具备：
涡轮压缩机，压缩制冷剂；
冷凝器，冷凝通过该涡轮压缩机压缩的制冷剂；
膨胀阀，使由该冷凝器引导的液态制冷剂膨胀；
蒸发器，使通过该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发；
油罐，储存供给至所述涡轮压缩机的润滑油；
均压管，连接该油罐与所述蒸发器；及
控制部，控制启动，
所述控制部在启动时运算所述油罐内的所述润滑油中所溶入的制冷剂溶出的制冷剂溶出量，当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，降低所述油罐内的压力下降速度，所述涡轮制冷机中，
所述油罐具备温度传感器及压力传感器，
在所述控制部存储表示温度及压力与对所述润滑油的制冷剂溶解量之间的关系的制冷剂溶解量信息，
所述控制部根据从所述温度传感器获得的油罐温度及从所述压力传感器获得的油罐压力与所述制冷剂溶解量信息，运算所述制冷剂溶出量，
关于所述制冷剂溶解量，越是压力低的区域变化越大，且当以相同的压力进行比较时，温度越高所述制冷剂溶解量越小。
2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其中，
所述涡轮压缩机具备控制该涡轮压缩机所吸入的制冷剂流量的吸入制冷剂控制机构，
所述控制部通过所述吸入制冷剂控制机构减少吸入制冷剂流量而降低所述油罐内的压力下降速度。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮制冷机，其中，
当每所述规定时间的制冷剂溶出量成为规定值以下时，所述控制部增加所述油罐内的压力下降速度。
4.一种涡轮制冷机的启动控制方法，所述涡轮制冷机具备：
涡轮压缩机，压缩制冷剂；
冷凝器，冷凝通过该涡轮压缩机压缩的制冷剂；
膨胀阀，使由该冷凝器引导的液态制冷剂膨胀；
蒸发器，使通过该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发；
油罐，储存供给至所述涡轮压缩机的润滑油；
均压管，连接该油罐与所述蒸发器；及
控制部，控制启动，
在启动时，运算所述油罐内的所述润滑油中所溶入的制冷剂溶出的制冷剂溶出量，当每规定时间的制冷剂溶出量超过了规定值时，降低所述油罐内的压力下降速度，所述涡轮制冷机的启动控制方法中，
所述油罐具备温度传感器及压力传感器，
在所述控制部存储表示温度及压力与对所述润滑油的制冷剂溶解量之间的关系的制冷剂溶解量信息，
所述控制部根据从所述温度传感器获得的油罐温度及从所述压力传感器获得的油罐压力与所述制冷剂溶解量信息，运算所述制冷剂溶出量，
关于所述制冷剂溶解量，越是压力低的区域变化越大，且当以相同的压力进行比较时，温度越高所述制冷剂溶解量越小。
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