JP2011017455A - Turbo refrigerator - Google Patents

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JP2011017455A JP2009160692A JP2009160692A JP2011017455A JP 2011017455 A JP2011017455 A JP 2011017455A JP 2009160692 A JP2009160692 A JP 2009160692A JP 2009160692 A JP2009160692 A JP 2009160692A JP 2011017455 A JP2011017455 A JP 2011017455A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo refrigerator capable of expanding a temperature-conditioning control band in a free cooling operation, and improving temperature-conditioning controllability, in a turbo refrigerator including a free cooling function.SOLUTION: In this turbo refrigerator 1 having a refrigeration cycle 11 composed by sequentially connecting, by a refrigerant passage 10, a turbo compressor 2 for refrigerant compression including an inlet vane 3, a condenser 4 for condensing a refrigerant by using cooling water as a cooling source; a constriction mechanism 6 for reducing the pressure of the refrigerant; and an evaporator 9 for cooling cold water by evaporating the refrigerant, a controller 29 for a refrigerator is provided with a compressor stop control mode part 32 for controlling the temperature of the cooling water at a set temperature by bringing the turbo compressor 2 into a stop state in a condition where the temperature of the cooling water is lower than that of the cold water.

Description

本発明は、冷水温度よりも冷却水温度が低い条件下で圧縮機を運転することなく、凝縮器での冷媒凝縮圧を作動圧力として蒸発器側の冷媒を蒸発させ冷水を製造する、いわゆるフリークーリング(free cooling)機能を備えたターボ冷凍機に関するものである。   The present invention is a so-called free system that produces cold water by evaporating the refrigerant on the evaporator side using the refrigerant condensing pressure in the condenser as the operating pressure without operating the compressor under conditions where the cooling water temperature is lower than the cold water temperature. The present invention relates to a turbo refrigerator having a free cooling function.

ターボ冷凍機は、入口ベーンを備えた冷媒圧縮用のターボ圧縮機と、冷却水を冷却源として冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒を減圧する絞り機構と、冷媒を蒸発させて冷水を冷却する蒸発器とを順次冷媒流路により接続して構成した冷凍サイクルを備えている。このようなターボ冷凍機を用いた工場等の熱源システムでは、冬期や中間期等の低外気温時でも冷熱負荷があり、冷凍機が運転されることがある。一方、低外気温時、蒸発器出口の冷水温度よりも凝縮器に供給される冷却水温度が低くなる場合がある。この場合、ターボ冷凍機では、凝縮器内圧力<蒸発器内圧力となるため、ターボ圧縮機を停止状態とし、凝縮器での冷媒凝縮圧を作動圧力として蒸発器側の冷媒を蒸発させることにより、冷媒ガスを内圧の高い蒸発器から内圧の低い凝縮器へと流し、冷凍サイクルを形成して冷水を製造することが可能となる。   The turbo refrigerator is a compressor for compressing a refrigerant having an inlet vane, a condenser for condensing the refrigerant using cooling water as a cooling source, a throttle mechanism for depressurizing the refrigerant, and evaporating the refrigerant to cool the cold water. A refrigerating cycle is provided in which the evaporator and the evaporator are sequentially connected by a refrigerant flow path. In a heat source system such as a factory using such a turbo chiller, there is a cold load even at a low outside air temperature such as a winter or an intermediate period, and the chiller may be operated. On the other hand, when the outside air temperature is low, the cooling water temperature supplied to the condenser may be lower than the cooling water temperature at the outlet of the evaporator. In this case, in the centrifugal chiller, the pressure in the condenser is smaller than the pressure in the evaporator, so the turbo compressor is stopped and the refrigerant condensation pressure in the condenser is used as the operating pressure to evaporate the refrigerant on the evaporator side. The refrigerant gas is allowed to flow from an evaporator having a high internal pressure to a condenser having a low internal pressure to form a refrigeration cycle to produce cold water.

このように、冷水温度よりも冷却水温度が低くなる条件下でターボ圧縮機を停止し、この状態で冷凍サイクルを形成して冷水を製造する、いわゆるフリークーリング機能を備えたターボ冷凍機の一例が特許文献1に示されている。このターボ冷凍機は、蒸発器と凝縮器とのガス側同士を、開閉弁を備えたガス配管で接続するとともに、蒸発器と凝縮器との液側同士を、開閉弁を備えた液配管で接続した構成とされている。そして、冷水温度よりも冷却水温度が低い場合、圧縮機を停止し、ガス配管および液配管中の開閉弁を共に開とすることにより、蒸発器側で蒸発した冷媒ガスを差圧によりガス配管を介して凝縮器側に流すとともに、凝縮器で凝縮した液冷媒を液配管により蒸発器に流して冷凍サイクルを形成し、蒸発器から冷水を取り出すようにしている。   As described above, an example of a turbo chiller having a so-called free cooling function in which a turbo compressor is stopped under a condition that the cooling water temperature is lower than the cold water temperature, and a refrigeration cycle is formed in this state to produce cold water. Is shown in Patent Document 1. In this turbo refrigerator, the gas sides of the evaporator and the condenser are connected by a gas pipe having an on-off valve, and the liquid sides of the evaporator and the condenser are connected by a liquid pipe having an on-off valve. The connected configuration is assumed. If the cooling water temperature is lower than the cold water temperature, the compressor is stopped, and the on-off valves in the gas pipe and the liquid pipe are both opened, so that the refrigerant gas evaporated on the evaporator side is gas piped by the differential pressure. The liquid refrigerant condensed in the condenser is caused to flow to the evaporator through a liquid pipe to form a refrigeration cycle, and cold water is taken out from the evaporator.

特開平10−9695号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-9695

上記特許文献1には、冷水温度よりも冷却水温度が低い条件下において、圧縮機を停止するとともに、ガス配管および液配管中の開閉弁を開とし、ターボ冷凍機をフリークーリング運転する技術が記述されている。しかしながら、フリークーリング運転時の温調制御に関する具体的記述は認められない。一般に、フリークーリング運転時の温調制御は、ターボ冷凍機(ターボ圧縮機)を停止した状態で、冷却水ポンプや冷水ポンプ等補機側の流量制御やオン/オフ制御により行っているのが実情であり、温調制御帯域が狭く、しかも温度振れ幅が大きく制御性が悪いという問題を有していた。このため、限られた範囲での利用に止まっている。   Patent Document 1 discloses a technique for stopping a compressor and opening an on-off valve in a gas pipe and a liquid pipe to perform a free cooling operation of a turbo refrigerator under a condition where the cooling water temperature is lower than the cold water temperature. is described. However, there is no specific description regarding temperature control during free cooling operation. In general, temperature control during free cooling operation is performed by flow control and on / off control on the side of auxiliary equipment such as cooling water pumps and cooling water pumps with the centrifugal chiller (turbo compressor) stopped. In reality, there is a problem that the temperature control band is narrow, the temperature fluctuation is large, and the controllability is poor. For this reason, it has stopped using in a limited range.

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、フリークーリング(free cooling)機能を備えたターボ冷凍機において、フリークーリング運転時における温調制御帯域を広くすることができるとともに、温調制御性を向上させることができるターボ冷凍機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in a centrifugal chiller having a free cooling function, the temperature control control band during free cooling operation can be widened, An object of the present invention is to provide a turbo refrigerator capable of improving temperature controllability.

上記課題を解決するために、本発明のターボ冷凍機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ冷凍機は、入口ベーンを備えた冷媒圧縮用のターボ圧縮機と、冷却水を冷却源として冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒を減圧する絞り機構と、冷媒を蒸発させて冷水を冷却する蒸発器とを順次冷媒流路により接続して冷凍サイクルを構成したターボ冷凍機において、冷凍機用コントローラに、前記冷水温度よりも前記冷却水温度が低い条件下で前記ターボ圧縮機を停止状態にして前記冷水温度を設定温度に制御する圧縮機停止制御モード部を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the turbo refrigerator of the present invention employs the following means.
That is, a turbo refrigerator according to the present invention includes a turbo compressor for compressing a refrigerant having an inlet vane, a condenser that condenses the refrigerant using cooling water as a cooling source, a throttle mechanism that depressurizes the refrigerant, and evaporates the refrigerant. In the turbo chiller in which the refrigeration cycle is configured by sequentially connecting the evaporator for cooling the chilled water through the refrigerant flow path, the turbo controller is connected to the chiller controller under the condition that the cooling water temperature is lower than the chilled water temperature. A compressor stop control mode unit for controlling the cold water temperature to a set temperature while the compressor is stopped is provided.

本発明によれば、冷水温度よりも冷却水温度が低い条件下、凝縮器内圧力<蒸発器内圧力となるため、ターボ圧縮機を停止状態とし、凝縮器での冷媒凝縮圧を作動圧力として蒸発器側の冷媒を蒸発させることにより冷水を製造する。この際、圧縮機停止制御モード部によりターボ冷凍機を制御し、その緻密な温調機能を活かして冷水温度を設定温度に制御することができる。これにより、ターボ圧縮機を停止状態として行う所謂フリークーリング(free cooling)運転時における温調制御帯域を広くすることができるとともに、温調制御性を向上させることができる。   According to the present invention, under the condition that the cooling water temperature is lower than the cold water temperature, the pressure in the condenser is smaller than the pressure in the evaporator, so the turbo compressor is stopped and the refrigerant condensing pressure in the condenser is used as the operating pressure Cold water is produced by evaporating the refrigerant on the evaporator side. At this time, the turbo chiller is controlled by the compressor stop control mode unit, and the chilled water temperature can be controlled to the set temperature by utilizing the precise temperature control function. Accordingly, it is possible to widen a temperature control band during so-called free cooling operation in which the turbo compressor is stopped, and to improve temperature controllability.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記圧縮機停止制御モード部は、圧縮機停止制御モード時、前記入口ベーンおよび前記凝縮器と前記蒸発器とのガス側を接続するホットガスバイパス回路のホットガスバイパス弁を制御して冷却能力を制御する温調制御部を備えていることを特徴とする。   Furthermore, the turbo refrigerator of the present invention is the above-described turbo refrigerator, wherein the compressor stop control mode unit connects the inlet vane and the gas side of the condenser and the evaporator in the compressor stop control mode. And a temperature control unit for controlling the cooling capacity by controlling the hot gas bypass valve of the hot gas bypass circuit.

本発明によれば、温調制御部によりターボ圧縮機の入口ベーンおよびホットガスバイパス回路のホットガスバイパス弁を制御し、蒸発器側から凝縮器側に流れる冷媒ガスの流量を調整することにより冷却能力を制御することができる。これによって、冷却水ポンプや冷水ポンプの流量制御あるいはオンオフ制御により冷水温度を制御する場合に比べ、温調制御性を大幅に向上させることができる。   According to the present invention, the temperature control unit controls the inlet vane of the turbo compressor and the hot gas bypass valve of the hot gas bypass circuit to adjust the flow rate of the refrigerant gas flowing from the evaporator side to the condenser side, thereby cooling Ability can be controlled. As a result, the temperature controllability can be greatly improved compared to the case where the chilled water temperature is controlled by the flow rate control or on / off control of the chilled water pump or the chilled water pump.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記温調制御部は、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度に応じて前記入口ベーンの開度および前記ホットガスバイパス弁の開度を制御することにより冷却能力を制御することを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller of the present invention is the above-described turbo chiller, wherein the temperature control unit is configured to control the opening degree of the inlet vane and the hot gas bypass valve according to the cold water temperature in the compressor stop control mode. The cooling capacity is controlled by controlling the opening degree.

本発明によれば、温調制御部により冷水温度に応じて入口ベーンの開度およびホットガスバイパス弁の開度を制御し、蒸発器側から凝縮器側に流れる冷媒ガスの流量を調整することにより、冷却能力を細かく制御することができる。これによって、温調制御性を大幅に向上させることができる。   According to the present invention, the opening of the inlet vane and the opening of the hot gas bypass valve are controlled according to the cold water temperature by the temperature control unit, and the flow rate of the refrigerant gas flowing from the evaporator side to the condenser side is adjusted. Thus, the cooling capacity can be finely controlled. Thereby, the temperature controllability can be greatly improved.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記温調制御部は、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度に応じて前記入口ベーンを全閉または全開とするとともに、前記ホットガスバイパス弁の開度を制御することにより冷却能力を制御することを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller of the present invention is the above-described turbo chiller, wherein the temperature control unit is configured to fully close or fully open the inlet vane according to the cold water temperature in the compressor stop control mode, The cooling capacity is controlled by controlling the opening degree of the hot gas bypass valve.

本発明によれば、温調制御部により冷水温度に応じてターボ圧縮機の入口ベーンを任意の閾値で全閉または全開とするとともに、ホットガスバイパス弁の開度を制御し、蒸発器側から凝縮器側に流れる冷媒ガスの流量を調整することにより、冷却能力を細かく制御することができる。これによって、温調制御性を大幅に向上させることができる。   According to the present invention, the temperature adjustment control unit opens or closes the inlet vane of the turbo compressor at an arbitrary threshold according to the cold water temperature, and controls the opening degree of the hot gas bypass valve from the evaporator side. The cooling capacity can be finely controlled by adjusting the flow rate of the refrigerant gas flowing to the condenser side. Thereby, the temperature controllability can be greatly improved.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上述のいずれかのターボ冷凍機において、前記凝縮器と前記蒸発器との間に、前記凝縮器で凝縮した冷媒液を前記蒸発器に流す第1制御弁を備えた第1液側回路を設けたことを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller of the present invention is the first control valve according to any one of the above-described turbo chillers, wherein the refrigerant liquid condensed in the condenser is caused to flow between the condenser and the evaporator. The 1st liquid side circuit provided with was provided.

本発明によれば、圧縮機停止制御モード時、第1制御弁を開閉制御し、第1液側回路を介して凝縮器側で凝縮した液冷媒を蒸発器側に流すことにより、ターボ圧縮機を停止した状態で冷凍サイクルを形成することができる。これによって、ターボ圧縮機用に動力を消費することなく、ターボ圧縮機を停止したフリークーリング運転により冷水を製造し、省エネルギー化を図ることができる。   According to the present invention, in the compressor stop control mode, the first control valve is controlled to open and close, and the liquid refrigerant condensed on the condenser side is caused to flow to the evaporator side via the first liquid side circuit. The refrigeration cycle can be formed in a state where the operation is stopped. Accordingly, cold water can be produced by free cooling operation with the turbo compressor stopped without consuming power for the turbo compressor, and energy saving can be achieved.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記第1制御弁は、圧縮機停止制御モード時、前記凝縮器および前記蒸発器内の液冷媒の液位に応じて開度制御されることを特徴とする。   Furthermore, the turbo refrigerator of the present invention is the above-described turbo refrigerator, wherein the first control valve has an opening degree according to a liquid refrigerant level in the condenser and the evaporator in a compressor stop control mode. It is controlled.

本発明によれば、圧縮機停止制御モード時、第1制御弁の開度制御によって、凝縮器および蒸発器内にそれぞれ適正な液位の液冷媒を保持することができる。これにより、凝縮器および蒸発器内での冷媒の凝縮量と蒸発量とを略等しくし、安定したフリークーリング運転を行うことができる。   According to the present invention, in the compressor stop control mode, it is possible to hold liquid refrigerant at appropriate liquid levels in the condenser and the evaporator by controlling the opening degree of the first control valve. Thereby, the condensation amount and evaporation amount of the refrigerant in the condenser and the evaporator can be made substantially equal, and a stable free cooling operation can be performed.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上述のいずれかのターボ冷凍機において、前記凝縮器と前記蒸発器との間に、前記凝縮器で凝縮した冷媒液を前記蒸発器に搬送する第2制御弁および冷媒ポンプを備えた第2液側回路が設けられていることを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller according to the present invention is the turbo chiller according to any one of the above-described turbo chillers, wherein the refrigerant liquid condensed by the condenser is transported to the evaporator between the condenser and the evaporator. A second liquid side circuit including a valve and a refrigerant pump is provided.

本発明によれば、圧縮機停止制御モード時、第2制御弁を開とするとともに、冷媒ポンプを運転することにより、第2液側回路を介して凝縮器側で凝縮した液冷媒を蒸発器側に搬送することができる。このため、凝縮器と蒸発器の位置に関係なく、ターボ圧縮機を停止した状態で冷凍サイクルを形成することができる。従って、ターボ圧縮機を停止したフリークーリング運転により冷水を製造し、省エネルギー化を図ることができる。また、冷媒の循環量を増やしフリークーリング運転時の最大能力を向上させることができるとともに、凝縮器および蒸発器の設置位置について制約を受けず、設計の自由度を高めることができる。なお、冷媒ポンプは、冷媒循環量を調整できるようにインバータ駆動の可変容量型が望ましい。   According to the present invention, in the compressor stop control mode, the second control valve is opened, and the refrigerant pump is operated so that the liquid refrigerant condensed on the condenser side via the second liquid side circuit is evaporated. Can be transported to the side. For this reason, a refrigeration cycle can be formed with the turbo compressor stopped regardless of the positions of the condenser and the evaporator. Therefore, cold water can be manufactured by free cooling operation with the turbo compressor stopped, and energy saving can be achieved. In addition, the circulation capacity of the refrigerant can be increased and the maximum capacity during the free cooling operation can be improved, and the installation position of the condenser and the evaporator is not restricted and the degree of freedom in design can be increased. The refrigerant pump is preferably an inverter-driven variable capacity type so that the refrigerant circulation amount can be adjusted.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記蒸発器は、前記凝縮器から前記第2制御弁を介して前記冷媒ポンプに吸入された冷媒液および/または前記蒸発器から該蒸発器と前記冷媒ポンプの吸込み側とを接続する冷媒液回路に設けられた第3制御弁を介して前記冷媒ポンプに吸入された冷媒液を前記蒸発器の伝熱管上に散布する散布装置を備えていることを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller of the present invention is the above-described turbo chiller, in which the evaporator is from the refrigerant liquid sucked into the refrigerant pump from the condenser via the second control valve and / or from the evaporator. A spraying device for spraying the refrigerant liquid sucked into the refrigerant pump onto the heat transfer pipe of the evaporator via a third control valve provided in a refrigerant liquid circuit connecting the evaporator and the suction side of the refrigerant pump It is characterized by having.

本発明によれば、蒸発器が冷媒液を伝熱管上に散布する散布装置を備えた構成とされているため、凝縮器側で凝縮された液冷媒および/または蒸発器内に溜まった液冷媒を冷媒ポンプにより循環し、伝熱管上に散布することができる。これにより、ガス領域に露出している伝熱管に液冷媒を散布し、伝熱面として有効に機能させることが可能となる。従って、圧縮機停止制御モードによるフリークーリング運転時の最大能力をアップすることができるとともに、蒸発器の保有冷媒量を削減することができる。   According to the present invention, since the evaporator is configured to include a spraying device that sprays the refrigerant liquid onto the heat transfer tube, the liquid refrigerant condensed on the condenser side and / or the liquid refrigerant accumulated in the evaporator. Can be circulated by the refrigerant pump and sprayed onto the heat transfer tubes. As a result, it is possible to spray the liquid refrigerant on the heat transfer tubes exposed in the gas region and effectively function as a heat transfer surface. Therefore, the maximum capacity during free cooling operation in the compressor stop control mode can be increased, and the amount of refrigerant retained in the evaporator can be reduced.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記凝縮器および前記蒸発器に液冷媒の液位を検知するレベルセンサを設け、圧縮機停止制御モード時、前記第2制御弁および前記第3制御弁を介して前記凝縮器および前記蒸発器内の液冷媒の液位を制御することを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller of the present invention is the above-described turbo chiller, wherein the condenser and the evaporator are provided with a level sensor for detecting a liquid refrigerant level, and the second control valve is in a compressor stop control mode. And the liquid level of the liquid refrigerant in the condenser and the evaporator is controlled via the third control valve.

本発明によれば、圧縮機停止制御モード時、凝縮器および蒸発器内の液冷媒の液位をレベルセンサにより検知し、その液位を第2制御弁および第3制御弁を介して制御することにより、凝縮器および蒸発器内に適正な液位の液冷媒を保持することができる。これによって、凝縮器および蒸発器内での冷媒の凝縮量と蒸発量とを略等しくし、安定したフリークーリング運転を行うことができる。   According to the present invention, in the compressor stop control mode, the liquid level of the liquid refrigerant in the condenser and the evaporator is detected by the level sensor, and the liquid level is controlled via the second control valve and the third control valve. Thus, it is possible to hold the liquid refrigerant at an appropriate liquid level in the condenser and the evaporator. As a result, the amount of refrigerant condensed and evaporated in the condenser and evaporator can be made substantially equal, and a stable free cooling operation can be performed.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記圧縮機停止制御モード時、前記蒸発器内の液冷媒の液位は、一定量の前記伝熱管群が冷媒ガス領域に露出され、残りの前記伝熱管群が冷媒液中に没するレベルに制御されることを特徴とする。   Furthermore, the turbo refrigerator of the present invention is the above-described turbo refrigerator, in the compressor stop control mode, the liquid level of the liquid refrigerant in the evaporator is such that a certain amount of the heat transfer tube group is exposed to the refrigerant gas region. The remaining heat transfer tube group is controlled to a level at which it is immersed in the refrigerant liquid.

本発明によれば、圧縮機停止制御モード時、蒸発器内の液冷媒の液位が、一定量の伝熱管群が冷媒ガス領域に露出され、残りの伝熱管群が冷媒液中に没するレベルに制御されるため、第3制御弁を介して冷媒ポンプに流入される液冷媒の押し込み圧を維持し、冷媒液の冷媒ポンプからの吐出量(散布量)を安定させることができるとともに、蒸発器での伝熱性能を安定させることができる。従って、フリークーリング運転時の能力を向上することができる。   According to the present invention, in the compressor stop control mode, the liquid refrigerant level in the evaporator is such that a certain amount of the heat transfer tube group is exposed to the refrigerant gas region, and the remaining heat transfer tube group is submerged in the refrigerant liquid. Since the level is controlled, the pressure of liquid refrigerant flowing into the refrigerant pump through the third control valve can be maintained, and the discharge amount (spreading amount) of the refrigerant liquid from the refrigerant pump can be stabilized. Heat transfer performance in the evaporator can be stabilized. Therefore, the ability at the time of free cooling operation can be improved.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上述のいずれかのターボ冷凍機において、前記ターボ圧縮機には、圧縮機停止制御モード時に作動され、前記蒸発器から前記凝縮器への冷媒ガス流による前記ターボ圧縮機の回転を阻止するストッパ機構が設けられていることを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller according to the present invention is the turbo chiller according to any one of the above-described turbo chillers, wherein the turbo compressor is operated in a compressor stop control mode and the refrigerant gas flow from the evaporator to the condenser is A stopper mechanism for preventing the rotation of the turbo compressor is provided.

本発明によれば、圧縮機停止制御モード時、ストッパ機構を作動することにより、蒸発器から凝縮器への冷媒ガス流れによってターボ圧縮機が回転されるのを阻止することができる。これにより、圧縮機停止制御モード時に、潤滑系統が停止されている中でターボ圧縮機が回転することに伴って発生する不測の事態を回避することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the turbo compressor from being rotated by the refrigerant gas flow from the evaporator to the condenser by operating the stopper mechanism in the compressor stop control mode. Thereby, in the compressor stop control mode, it is possible to avoid an unexpected situation that occurs when the turbo compressor rotates while the lubrication system is stopped.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上述のいずれかのターボ冷凍機において、前記温調制御部には、前記冷却水により冷却される凝縮器内冷媒温度を基準とする冷水温度設定の下限値が設けられ、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度が前記冷水温度設定の下限値以上に設定された場合、前記温調制御部は前記冷水温度に基づいて前記入口ベーンおよび前記ホットガスバイパス弁を制御することを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller of the present invention is the above-described turbo chiller, wherein the temperature adjustment control unit includes a lower limit value of a chilled water temperature setting based on a refrigerant temperature in the condenser cooled by the cooling water. When the cold water temperature is set to be equal to or higher than the lower limit value of the cold water temperature setting in the compressor stop control mode, the temperature control unit controls the inlet vane and the hot gas bypass valve based on the cold water temperature. It is characterized by controlling.

本発明によれば、温調制御部に冷却水により冷却される凝縮器内冷媒温度を基準とする冷水温度設定の下限値を設け、冷水温度がその下限値以上に設定された場合、温調制御部により入口ベーンおよびホットガスバイパス弁を制御し、フリークーリング運転を行うようにしている。つまり、圧縮機停止制御モードによるフリークーリング運転は、冷却水温度の高低によって運転可能範囲が決まるため、予め冷却水により冷却される凝縮器内冷媒温度を基準とする冷水温度設定の下限値を予め設定しておくことにより、無益なフリークーリング運転を回避することができる。   According to the present invention, the temperature adjustment control unit is provided with the lower limit value of the cold water temperature setting based on the refrigerant temperature in the condenser cooled by the cooling water, and when the cold water temperature is set to the lower limit value or more, the temperature adjustment The control unit controls the inlet vane and the hot gas bypass valve to perform free cooling operation. That is, in the free cooling operation in the compressor stop control mode, since the operable range is determined by the level of the cooling water temperature, the lower limit value of the cold water temperature setting based on the refrigerant temperature in the condenser cooled in advance by the cooling water is set in advance. By setting it, useless free cooling operation can be avoided.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記冷凍機用コントローラは、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度の設定値が前記冷水温度設定の下限値以下の場合、前記ターボ圧縮機を起動し、ターボ冷凍機を通常運転モードで運転することを特徴とする。   Furthermore, the turbo chiller of the present invention is the above-described turbo chiller, wherein the controller for the chiller is in a compressor stop control mode, when the set value of the chilled water temperature is equal to or lower than a lower limit value of the chilled water temperature setting, The turbo compressor is started and the turbo refrigerator is operated in a normal operation mode.

本発明によれば、圧縮機停止制御モード時、冷水温度の設定値が冷水温度設定の下限値の場合、冷凍機用コントローラは、ターボ圧縮機を起動し、ターボ冷凍機を通常運転モードに切り替える。これにより、冷水温度設定値に応じて運転モードを自動切り替えし、ターボ冷凍機を自動運転することができる。   According to the present invention, in the compressor stop control mode, when the set value of the chilled water temperature is the lower limit value of the chilled water temperature setting, the refrigerator controller starts the turbo compressor and switches the turbo chiller to the normal operation mode. . Thereby, the operation mode can be automatically switched according to the cold water temperature set value, and the turbo refrigerator can be automatically operated.

本発明によると、冷水温度よりも冷却水温度が低い条件下、ターボ圧縮機を停止状態として冷水を製造するフリークーリング運転時、圧縮機停止制御モード部によりターボ冷凍機の緻密な温調機能を活かして冷水温度を設定温度に制御することができるため、フリークーリング運転による温調制御帯域を広げることができるとともに、温調制御性を向上させることができ、その実用範囲を拡大することができる。   According to the present invention, in the free cooling operation in which the cooling water temperature is lower than the cooling water temperature and the cooling water is produced with the turbo compressor stopped, the compressor stop control mode unit provides the precise temperature control function of the turbo refrigerator. Since it is possible to control the chilled water temperature to the set temperature by utilizing it, it is possible to widen the temperature control band by free cooling operation, improve the temperature control performance, and expand the practical range. .

本発明の第1実施形態にかかるターボ冷凍機の冷凍サイクル図である。It is a refrigerating cycle figure of the turbo refrigerator concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態にかかるターボ冷凍機の冷凍サイクル図である。It is a refrigerating cycle figure of the turbo refrigerator concerning 2nd Embodiment of this invention. 図2に示すターボ冷凍機の蒸発器の拡大縦断面図である。FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of an evaporator of the turbo refrigerator shown in FIG. 2. 本発明の第3実施形態にかかるターボ冷凍機の圧縮機停止制御モード時における温調制御態様説明図である。It is temperature control control explanatory drawing in the compressor stop control mode of the turbo refrigerator concerning 3rd Embodiment of this invention.

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。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態にかかるターボ冷凍機1の冷凍サイクル図が示されている。ターボ冷凍機1は、入口ベーン3を備えた冷媒圧縮用の多段ターボ圧縮機2と、冷却水を冷却源として冷媒を凝縮する凝縮器4と、冷媒を減圧する第1絞り機構5および第2絞り機構6と、第1絞り機構5と第2絞り機構6との間に設けられ、分離された気相冷媒を多段ターボ圧縮機2の中間段に注入するガス回路8を備えた気液分離器方式のエコノマイザ7と、冷媒を蒸発させて冷水を冷却する蒸発器9とを順次冷媒流路10により接続して構成した冷凍サイクル11を備えている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a refrigeration cycle diagram of a turbo refrigerator 1 according to the first embodiment of the present invention. The turbo refrigerator 1 includes a multistage turbo compressor 2 for compressing a refrigerant provided with an inlet vane 3, a condenser 4 that condenses the refrigerant using cooling water as a cooling source, a first throttle mechanism 5 and a second throttle mechanism that depressurize the refrigerant. Gas-liquid separation provided with a gas circuit 8 provided between the throttle mechanism 6 and the first throttle mechanism 5 and the second throttle mechanism 6 and injecting the separated gas-phase refrigerant into the intermediate stage of the multistage turbo compressor 2 The refrigeration cycle 11 is configured by sequentially connecting an evaporator economizer 7 and an evaporator 9 for evaporating the refrigerant to cool the cold water through the refrigerant flow path 10.

多段ターボ圧縮機2は、図示省略のインバータ駆動の電動モータにより回転駆動される2つの羽根車を有する多段ターボ圧縮機であり、第1羽根車と第2羽根車との間にエコノマイザ7からのガス回路8が接続される中間吸込み口2Aが設けられている。この多段ターボ圧縮機2には、後述する圧縮機停止制御モードによるフリークーリング(free cooling)運転時に、図示省略の回転軸に設けられている溝等に係止され、停止状態の多段ターボ圧縮機2が冷媒ガス流により回転するのを阻止するためのストッパ機構12が設けられている。   The multi-stage turbo compressor 2 is a multi-stage turbo compressor having two impellers that are rotationally driven by an inverter-driven electric motor (not shown), and is provided between the first impeller and the second impeller from the economizer 7. An intermediate suction port 2A to which the gas circuit 8 is connected is provided. The multistage turbo compressor 2 is locked in a groove or the like provided on a rotary shaft (not shown) during free cooling operation in a compressor stop control mode described later, and is in a stopped state. A stopper mechanism 12 is provided for preventing 2 from rotating due to the refrigerant gas flow.

凝縮器4は、シェルアンドチューブ型熱交換器により構成され、シェル内部に設けられている多数の伝熱管13に冷却水ポンプ14および冷却水回路15を介して冷却塔16で冷却された冷却水が循環可能とされている。冷却水回路15には、凝縮器4に供給される冷却水の温度を検知する温度センサ17が設けられている。また、凝縮器4には、その底部に液溜め18が形成されており、この液溜め18を含んで凝縮器4内部に保持されている液冷媒の液位を検知するレベルセンサ19が設けられている。   The condenser 4 is constituted by a shell-and-tube heat exchanger, and cooling water cooled by a cooling tower 16 via a cooling water pump 14 and a cooling water circuit 15 to a large number of heat transfer tubes 13 provided inside the shell. Can be circulated. The cooling water circuit 15 is provided with a temperature sensor 17 that detects the temperature of the cooling water supplied to the condenser 4. Further, the condenser 4 has a liquid reservoir 18 formed at the bottom thereof, and a level sensor 19 for detecting the liquid level of the liquid refrigerant held in the condenser 4 including the liquid reservoir 18 is provided. ing.

第1絞り機構5と第2絞り機構6は、それぞれ膨張弁により構成されており、第1絞り機構5は、凝縮器4で凝縮液化された高圧液冷媒を中間圧まで減圧し、気液分離器方式のエコノマイザ7に導くものである。第1絞り機構5により中間圧に減圧された冷媒は、エコノマイザ7で気液二相に分離され、気相冷媒はガス回路8を経て多段ターボ圧縮機2の中間吸込み口2Aに導かれるようになっている。第2絞り機構6は、エコノマイザ7で分離された液相冷媒を低圧に減圧し、蒸発器9に導くものである。   The first throttle mechanism 5 and the second throttle mechanism 6 are each constituted by an expansion valve. The first throttle mechanism 5 reduces the high-pressure liquid refrigerant condensed and liquefied by the condenser 4 to an intermediate pressure, and gas-liquid separation. It leads to a container type economizer 7. The refrigerant decompressed to the intermediate pressure by the first throttle mechanism 5 is separated into gas-liquid two phases by the economizer 7 so that the gas-phase refrigerant is led to the intermediate suction port 2A of the multistage turbo compressor 2 via the gas circuit 8. It has become. The second throttle mechanism 6 depressurizes the liquid refrigerant separated by the economizer 7 to a low pressure and leads it to the evaporator 9.

蒸発器9は、シェルアンドチューブ型熱交換器により構成され、シェル内部に設けられている多数の伝熱管20に冷水ポンプ21および冷水回路22を介して空調負荷側に設けられている熱交換器との間で冷水が循環可能とされている。冷水回路22には、蒸発器9により冷却された冷水の温度を検知する温度センサ23が設けられている。また、蒸発器9には、蒸発器9内部に保持される液冷媒の液位を検知するレベルセンサ24が設けられている。   The evaporator 9 is constituted by a shell-and-tube heat exchanger, and a heat exchanger provided on the air conditioning load side via a chilled water pump 21 and a chilled water circuit 22 in a large number of heat transfer tubes 20 provided in the shell. Cold water can be circulated between them. The cold water circuit 22 is provided with a temperature sensor 23 that detects the temperature of the cold water cooled by the evaporator 9. Further, the evaporator 9 is provided with a level sensor 24 that detects the liquid level of the liquid refrigerant held in the evaporator 9.

また、凝縮器4と蒸発器9との間には、各々のシェル内部のガス領域同士を接続するホットガスバイパス弁26を備えたホットガスバイパス回路25と、シェル内部の液領域同士を接続する第1制御弁28を備えた第1液側回路27とが設けられ、第1絞り機構5と第2絞り機構6を閉じることにより、多段ターボ圧縮機2を停止状態としてフリークーリング(free cooling)運転を行う際の冷媒循環路を形成している。なお、上記ホットガスバイパス回路25は、通常運転モード時に凝縮器4から蒸発器9にホットガス冷媒をバイパスして冷凍能力を制御する能力制御用回路を兼用するものである。   Moreover, between the condenser 4 and the evaporator 9, the hot gas bypass circuit 25 provided with the hot gas bypass valve 26 which connects each gas area | region inside each shell, and the liquid area | region inside a shell are connected. A first liquid side circuit 27 having a first control valve 28 is provided, and by closing the first throttle mechanism 5 and the second throttle mechanism 6, the multistage turbo compressor 2 is stopped and free cooling is performed. A refrigerant circulation path for operation is formed. The hot gas bypass circuit 25 also serves as a capacity control circuit that controls the refrigerating capacity by bypassing the hot gas refrigerant from the condenser 4 to the evaporator 9 in the normal operation mode.

さらに、ターボ冷凍機1を制御する冷凍機用コントローラ29には、多段ターボ圧縮機2の回転数、入口ベーン3の開度、ホットガスバイパス弁26の開度、第2絞り機構(膨張弁)6の開度等を制御して蒸発器9から空調負荷側に供給される冷水温度が温度設定器30により設定された温度となるように制御する通常運転モード制御部31と、冷水温度よりも冷却水温度が低い条件下において、多段ターボ圧縮機2を停止状態にして冷水温度が設定温度となるように制御する圧縮機停止制御モード部32とが設けられている。   Further, the refrigerating machine controller 29 for controlling the turbo refrigerating machine 1 includes a rotation speed of the multistage turbo compressor 2, an opening degree of the inlet vane 3, an opening degree of the hot gas bypass valve 26, a second throttle mechanism (expansion valve). A normal operation mode control unit 31 that controls the opening degree of 6 and the like so that the temperature of the chilled water supplied from the evaporator 9 to the air conditioning load side becomes the temperature set by the temperature setting unit 30; There is provided a compressor stop control mode unit 32 that controls the multi-stage turbo compressor 2 to be in a stopped state so that the cold water temperature becomes a set temperature under a condition where the cooling water temperature is low.

圧縮機停止制御モード部32は、圧縮機停止制御モード時、すなわち多段ターボ圧縮機2を停止状態としたフリークーリング運転時に、入口ベーン3の開度およびホットガスバイパス弁26の開度を制御することにより冷却能力を制御し、冷水温度が設定温度となるように制御する温調制御部33を備えている。また、圧縮機停止制御モード部32は、レベルセンサ19,24により検知される凝縮器4および蒸発器9内の液冷媒の液位に応じて第1液側回路27中の第1制御弁28の開度を制御し、圧縮機停止制御モード時、凝縮器4および蒸発器9内にそれぞれ適正な液位の液冷媒を保持するように構成されている。   The compressor stop control mode unit 32 controls the opening degree of the inlet vane 3 and the opening degree of the hot gas bypass valve 26 in the compressor stop control mode, that is, in the free cooling operation in which the multistage turbo compressor 2 is stopped. Thus, a temperature control unit 33 is provided for controlling the cooling capacity and controlling the chilled water temperature to be the set temperature. In addition, the compressor stop control mode unit 32 has a first control valve 28 in the first liquid side circuit 27 according to the liquid level of the liquid refrigerant in the condenser 4 and the evaporator 9 detected by the level sensors 19 and 24. In the compressor stop control mode, the liquid refrigerant of the appropriate liquid level is held in the condenser 4 and the evaporator 9, respectively.

また、上記温調制御部33には、冷却水により冷却される凝縮器内冷媒温度を基準とする冷水温度設定の下限値が予め設定されている。温調制御部33は、圧縮機停止制御モード時、冷水温度が冷水温度設定の下限値以上に設定された場合、温度センサ23により検知される冷水温度に基づいて入口ベーン3およびホットガスバイパス弁26の開度を制御し、フリークーリング運転を行うようになっている。また、温度設定器30による冷水温度設定値が冷凍機用コントローラ29に入力され、冷水温度設定値が上記冷水温度設定の下限値以下の場合、冷凍機用コントローラ29は、多段ターボ圧縮機2を起動し、ターボ冷凍機1を通常運転モードに自動切り替えするようになっている。   Further, the temperature control unit 33 is preset with a lower limit value of the cold water temperature setting based on the refrigerant temperature in the condenser cooled by the cooling water. When the chilled water temperature is set to be equal to or higher than the lower limit value of the chilled water temperature setting in the compressor stop control mode, the temperature control unit 33 controls the inlet vane 3 and the hot gas bypass valve based on the chilled water temperature detected by the temperature sensor 23. 26 is controlled to perform free cooling operation. When the chilled water temperature set value by the temperature setter 30 is input to the chiller controller 29 and the chilled water temperature set value is equal to or lower than the lower limit value of the chilled water temperature setting, the chiller controller 29 causes the multistage turbo compressor 2 to The turbo chiller 1 is automatically switched to the normal operation mode.

以上の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
多段ターボ圧縮機2の運転により圧縮された高圧冷媒ガスは、多段ターボ圧縮機2から凝縮器4に送られ、冷却水回路15を介して伝熱管13に循環される冷却水と熱交換することにより凝縮液化される。この冷媒は、第1絞り機構5により中間圧に減圧されて気液分離器方式のエコノマイザ7に送られ、ここで気液二相に分離される。気相冷媒はガス回路8を介して多段ターボ圧縮機2の中間吸込み口2Aより多段ターボ圧縮機2内の圧縮冷媒ガス中に注入される。エコノマイザ7で気相冷媒が蒸発分離されることにより過冷却された液相冷媒は第2絞り機構6に送られ、低圧に減圧された後、蒸発器9に送られる。蒸発器9に送られた冷媒は、冷水回路22を介して伝熱管20に循環される冷水と熱交換することにより蒸発ガス化され、冷水を冷却する。蒸発器9でガス化された冷媒は、多段ターボ圧縮機2に吸い込まれて再び圧縮され、上記のサイクルを繰り返す。
With the above configuration, according to the present embodiment, the following operational effects are obtained.
The high-pressure refrigerant gas compressed by the operation of the multistage turbo compressor 2 is sent from the multistage turbo compressor 2 to the condenser 4 and exchanges heat with the cooling water circulated to the heat transfer pipe 13 via the cooling water circuit 15. Is condensed and liquefied. This refrigerant is reduced to an intermediate pressure by the first throttle mechanism 5 and sent to a gas-liquid separator type economizer 7 where it is separated into two phases. The gas-phase refrigerant is injected into the compressed refrigerant gas in the multistage turbo compressor 2 from the intermediate suction port 2A of the multistage turbo compressor 2 via the gas circuit 8. The liquid-phase refrigerant supercooled by evaporating and separating the gas-phase refrigerant by the economizer 7 is sent to the second throttle mechanism 6, depressurized to a low pressure, and then sent to the evaporator 9. The refrigerant sent to the evaporator 9 is evaporated and gasified by exchanging heat with the cold water circulated to the heat transfer pipe 20 via the cold water circuit 22 to cool the cold water. The refrigerant gasified by the evaporator 9 is sucked into the multistage turbo compressor 2 and compressed again, and the above cycle is repeated.

この間、ターボ冷凍機1は、冷凍機用コントローラ29を介して蒸発器9の出口における温度センサ23により検知される冷水温度が温度設定器30により設定された冷水温度となるように運転制御される。つまり、ターボ冷凍機1は、温度センサ23によって検知される冷水温度が温度設定器30により設定された温度となるように、多段ターボ圧縮機2の回転数、入口ベーン3の開度、ホットガスバイパス弁26の開度、および第2絞り機構(膨張弁)6の開度等が適宜制御され、温調負荷に見合った能力を発揮するように運転制御される。   During this time, the centrifugal chiller 1 is operated and controlled so that the chilled water temperature detected by the temperature sensor 23 at the outlet of the evaporator 9 becomes the chilled water temperature set by the temperature setter 30 via the chiller controller 29. . That is, the centrifugal chiller 1 is configured so that the temperature of the chilled water detected by the temperature sensor 23 becomes the temperature set by the temperature setter 30, the rotational speed of the multistage turbo compressor 2, the opening degree of the inlet vane 3, and hot gas. The opening degree of the bypass valve 26, the opening degree of the second throttle mechanism (expansion valve) 6 and the like are appropriately controlled, and the operation is controlled so as to exhibit the ability corresponding to the temperature control load.

一方、工場等の熱源システムでは、冬期等の低外気温時でも冷熱負荷があり、ターボ冷凍機1が運転されることがある。かかる低外気温時に、蒸発器9の出口における冷水温度よりも凝縮器4に供給される冷却水温度が低くなる場合がある。こうした条件下、凝縮器4および蒸発器9の内部圧力は、凝縮器内圧力<蒸発器内圧力となる。この場合、ターボ冷凍機1では、多段ターボ圧縮機2を停止状態とし、凝縮器4での冷媒凝縮圧を作動圧力として蒸発器9側の冷媒を蒸発させることにより、冷媒ガスを内圧の高い蒸発器9から内圧の低い凝縮器4に流し、冷凍サイクルを形成して冷水を製造することが可能となる。   On the other hand, in a heat source system such as a factory, there is a cold load even at a low outside air temperature such as winter, and the turbo refrigerator 1 may be operated. At such a low outside air temperature, the cooling water temperature supplied to the condenser 4 may be lower than the cooling water temperature at the outlet of the evaporator 9. Under such conditions, the internal pressures of the condenser 4 and the evaporator 9 are such that the pressure inside the condenser <the pressure inside the evaporator. In this case, in the centrifugal chiller 1, the multistage turbo compressor 2 is stopped, and the refrigerant on the evaporator 9 side is evaporated using the refrigerant condensing pressure in the condenser 4 as an operating pressure, thereby evaporating the refrigerant gas at a high internal pressure. The cold water can be produced by flowing from the vessel 9 to the condenser 4 having a low internal pressure to form a refrigeration cycle.

本実施形態においては、多段ターボ圧縮機2を停止した状態で冷水を製造する上記のフリークーリング運転時、ターボ冷凍機1は、圧縮機停止制御モード部32により、多段ターボ圧縮機2の入口ベーン3およびホットガスバイパス回路25のホットガスバイパス弁26を制御し、冷水温度が設定温度となるように制御される。具体的には、温度センサ23により検知された冷水温度が設定温度となるように、温調制御部33が入口ベーン3の開度およびホットガスバイパス弁26の開度を制御し、蒸発器9側から凝縮器4側に流れる冷媒ガスの流量を調整することにより、冷却能力を温調負荷に応じて制御する。   In the present embodiment, during the above-described free cooling operation in which cold water is produced while the multistage turbo compressor 2 is stopped, the turbo refrigerator 1 uses the compressor stop control mode unit 32 to enter the inlet vane of the multistage turbo compressor 2. 3 and the hot gas bypass valve 26 of the hot gas bypass circuit 25 are controlled so that the cold water temperature becomes the set temperature. Specifically, the temperature control unit 33 controls the opening degree of the inlet vane 3 and the opening degree of the hot gas bypass valve 26 so that the cold water temperature detected by the temperature sensor 23 becomes the set temperature, and the evaporator 9 The cooling capacity is controlled according to the temperature control load by adjusting the flow rate of the refrigerant gas flowing from the side to the condenser 4 side.

上記のように、圧縮機停止制御モード時、ターボ冷凍機1が持っている緻密な温調機能を活かして冷水温度を設定温度に制御することができるため、多段ターボ圧縮機2を停止状態としたフリークーリング運転時における温調制御帯域を広くすることができるとともに、温調制御性を向上させることができる。特に、入口ベーン3の開度およびホットガスバイパス弁26の開度を制御して冷媒ガスの流量を調整し、冷却能力をきめ細かく制御できるため、冷却水ポンプ14や冷水ポンプ21の流量制御あるいはオンオフ制御により冷水温度を制御する場合に比べ、温度振れ幅を縮小し温調制御性を大幅に向上させることができる。   As described above, in the compressor stop control mode, the chilled water temperature can be controlled to the set temperature by making use of the precise temperature control function of the turbo chiller 1, so that the multistage turbo compressor 2 is brought into the stop state. In addition, it is possible to widen the temperature control band during the free cooling operation and to improve the temperature control performance. In particular, since the flow rate of the refrigerant gas can be adjusted by controlling the opening degree of the inlet vane 3 and the hot gas bypass valve 26 and the cooling capacity can be finely controlled, the flow rate control or on / off of the cooling water pump 14 or the cooling water pump 21 is possible. Compared with the case of controlling the chilled water temperature by control, the temperature fluctuation range can be reduced and the temperature controllability can be greatly improved.

また、凝縮器4と蒸発器9との間に、凝縮器4で凝縮した冷媒液を蒸発器9に流す第1制御弁28を備えた第1液側回路27を設け、この第1液側回路27を介してヘッド差により凝縮器4側で凝縮した液冷媒を蒸発器9側に流すことにより、多段ターボ圧縮機2を停止した状態で冷凍サイクルを形成できる。このため、多段ターボ圧縮機2を停止した圧縮機停止制御モードによるフリークーリング運転により冷水を製造することができ、多段ターボ圧縮機2の駆動動力を必要とせず、省エネルギー化を図ることができる。また、フリークーリング運転の際、レベルセンサ19,24により検知される凝縮器4および蒸発器9内の液冷媒の液位に応じて第1制御弁28の開度を制御し、凝縮器4および蒸発器9内にそれぞれ適正な液位の液冷媒を保持することができるため、凝縮器4および蒸発器9内での冷媒の凝縮量と蒸発量とを略等しくし、安定したフリークーリング運転を行うことができる。   Further, a first liquid side circuit 27 having a first control valve 28 for supplying the refrigerant liquid condensed in the condenser 4 to the evaporator 9 is provided between the condenser 4 and the evaporator 9. By flowing the liquid refrigerant condensed on the condenser 4 side due to the head difference through the circuit 27 to the evaporator 9 side, a refrigeration cycle can be formed with the multistage turbo compressor 2 stopped. For this reason, cold water can be manufactured by the free cooling operation by the compressor stop control mode which stopped the multistage turbo compressor 2, the drive power of the multistage turbo compressor 2 is not required, and energy saving can be achieved. Further, during the free cooling operation, the opening degree of the first control valve 28 is controlled according to the liquid level of the liquid refrigerant in the condenser 4 and the evaporator 9 detected by the level sensors 19 and 24, and the condenser 4 and Since the liquid refrigerant at the proper liquid level can be held in the evaporator 9, respectively, the condensation amount and the evaporation amount of the refrigerant in the condenser 4 and the evaporator 9 are made substantially equal, and stable free cooling operation is performed. It can be carried out.

さらに、温調制御部33には、冷却水により冷却される凝縮器内冷媒温度を基準とする冷水温度設定の下限値が設けられている。上記のフリークーリング運転は、冷却水温度の高低によって運転可能範囲が決まるため、予め冷却水により冷却される凝縮器内冷媒温度を基準とする冷水温度設定の下限値を予め設定しておくことにより、無益なフリークーリング運転を回避することができる。同時に、温度設定器30からの冷水温度設定値が冷凍機用コントローラ29に入力され、それが冷水温度設定の下限値以下の場合、多段ターボ圧縮機2が起動され、ターボ冷凍機1が通常運転モードに切り替えられるようになっているため、冷水温度設定値に応じて運転モードを自動的に切り替え、ターボ冷凍機1を自動運転することができる。   Further, the temperature adjustment control unit 33 is provided with a lower limit value of the cold water temperature setting based on the refrigerant temperature in the condenser cooled by the cooling water. In the above free cooling operation, since the operable range is determined by the level of the cooling water temperature, by setting in advance a lower limit value of the cold water temperature setting based on the refrigerant temperature in the condenser cooled by the cooling water in advance. , Useless free cooling operation can be avoided. At the same time, the chilled water temperature set value from the temperature setting device 30 is input to the refrigerator controller 29, and when it is below the lower limit value of the chilled water temperature setting, the multistage turbo compressor 2 is started and the turbo chiller 1 is in normal operation. Since the mode can be switched, the operation mode is automatically switched according to the cold water temperature setting value, and the turbo chiller 1 can be automatically operated.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図2および図3を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、蒸発器9に液冷媒を散布する散布装置40を設けるとともに、凝縮器4と蒸発器9の散布装置40との間を第2制御弁42および冷媒ポンプ43を備えた第2液側回路41により接続している点が異なる。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
図2には、本実施形態にかかるターボ冷凍機1の冷凍サイクル図が示されている。本実施形態において、蒸発器9には、伝熱管20上に液冷媒を散布する散布装置40が設けられ、この散布装置40と凝縮器4の液溜め18が、圧縮機停止制御モード時に開、通常運転モード時に閉とされる第2制御弁42と、液冷媒を搬送するインバータ駆動の可変容量型冷媒ポンプ43とを備えた第2液側回路41を介して接続されている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The present embodiment is different from the first embodiment described above in that a spraying device 40 that sprays liquid refrigerant on the evaporator 9 is provided, and a second control valve is provided between the condenser 4 and the spraying device 40 of the evaporator 9. 42 and the second liquid side circuit 41 provided with the refrigerant pump 43 is different. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
FIG. 2 shows a refrigeration cycle diagram of the turbo refrigerator 1 according to the present embodiment. In the present embodiment, the evaporator 9 is provided with a spraying device 40 for spraying liquid refrigerant on the heat transfer tube 20, and the spraying device 40 and the liquid reservoir 18 of the condenser 4 are opened during the compressor stop control mode. The second control valve 42 that is closed in the normal operation mode and the inverter-driven variable displacement refrigerant pump 43 that conveys the liquid refrigerant are connected to each other via a second liquid side circuit 41.

また、蒸発器9の底部と冷媒ポンプ43の吸い込み側とは、圧縮機停止制御モード時に蒸発器9内の液冷媒を冷媒ポンプ43の吸い込み側に循環する第3制御弁45を備えた冷媒液回路44を介して接続されている。
上記構成を有する本実施形態によると、多段ターボ圧縮機2が停止状態とされた圧縮機停止制御モード時、第1絞り機構5および第2絞り機構6を閉とし、第2制御弁42を開き、冷媒ポンプ43を駆動することにより、第2液側回路41を介して凝縮器4で凝縮された冷媒を蒸発器9の散布装置40に搬送することができる。
Further, the bottom of the evaporator 9 and the suction side of the refrigerant pump 43 are refrigerant liquid including a third control valve 45 that circulates the liquid refrigerant in the evaporator 9 to the suction side of the refrigerant pump 43 in the compressor stop control mode. The circuit 44 is connected.
According to the present embodiment having the above configuration, in the compressor stop control mode in which the multistage turbo compressor 2 is stopped, the first throttle mechanism 5 and the second throttle mechanism 6 are closed and the second control valve 42 is opened. By driving the refrigerant pump 43, the refrigerant condensed by the condenser 4 can be conveyed to the spraying device 40 of the evaporator 9 via the second liquid side circuit 41.

この際、冷媒ポンプ43により冷媒を搬送するため、凝縮器4と蒸発器9の位置に関係なく、凝縮器4側で凝縮した液冷媒を蒸発器9側に搬送し、ターボ圧縮機を停止した状態で冷凍サイクルを形成することができる。従って、上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、冷媒ポンプ43により冷媒を強制搬送できるため、冷媒の循環量を増やしフリークーリング運転時の最大能力を高めることができるとともに、凝縮器4および蒸発器9の設置位置について制約を受けることがなく、設計の自由度を高めることができる。   At this time, since the refrigerant is conveyed by the refrigerant pump 43, the liquid refrigerant condensed on the condenser 4 side is conveyed to the evaporator 9 side regardless of the positions of the condenser 4 and the evaporator 9, and the turbo compressor is stopped. A refrigeration cycle can be formed in the state. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, since the refrigerant can be forcibly conveyed by the refrigerant pump 43, the circulation amount of the refrigerant can be increased and the maximum capacity during the free cooling operation can be increased, and the installation positions of the condenser 4 and the evaporator 9 are not restricted. , Can increase the degree of design freedom.

また、通常運転モード時、蒸発器9にはその底部に冷媒が供給され、蒸発器9は満液状態で使用される。この場合、図3に示されるように、全ての伝熱管20が冷媒液面E1下となる量の液冷媒を蒸発器9内に保持する必要がある。一方、圧縮機停止制御モード時には、凝縮器4で凝縮された液冷媒を、第2制御弁42を開とし、冷媒ポンプ43を運転して散布装置40から伝熱管20上に散布するとともに、蒸発器9の下部に溜まった液冷媒を冷媒液回路44、第3制御弁45を介して冷媒ポンプ43の吸い込み側に循環させ、散布装置40から散布することになる。この場合、伝熱管20の管群の約40%を冷媒ガス領域に露出させ、残りの約60%を冷媒液面E2下とするため、冷媒液面をE2に制御する必要がある。   In the normal operation mode, the refrigerant is supplied to the bottom of the evaporator 9, and the evaporator 9 is used in a full liquid state. In this case, as shown in FIG. 3, it is necessary to hold the amount of liquid refrigerant in the evaporator 9 so that all the heat transfer tubes 20 are below the refrigerant liquid level E1. On the other hand, in the compressor stop control mode, the liquid refrigerant condensed by the condenser 4 is opened on the second control valve 42, and the refrigerant pump 43 is operated so as to be sprayed from the spraying device 40 onto the heat transfer tube 20 and evaporated. The liquid refrigerant accumulated in the lower part of the container 9 is circulated to the suction side of the refrigerant pump 43 through the refrigerant liquid circuit 44 and the third control valve 45 and is dispersed from the spraying device 40. In this case, about 40% of the tube group of the heat transfer tubes 20 is exposed to the refrigerant gas region, and the remaining about 60% is below the refrigerant liquid level E2. Therefore, it is necessary to control the refrigerant liquid level to E2.

上記の冷媒液面E1,E2および凝縮器4内の冷媒液面をレベルセンサ19,24により監視し、第2制御弁42、第3制御弁45および/または冷媒ポンプ43等を制御することによって、凝縮器4および蒸発器9内にそれぞれ上記の如く適正な冷媒液面を確保することができる。これによって、圧縮機停止制御モード時、冷媒の凝縮器4および蒸発器9内での凝縮量と蒸発量とを略等しくし、安定したフリークーリング運転を行うことができる。また、フリークーリング運転時、凝縮器4側で凝縮された冷媒および/または蒸発器9の下部に溜まった液冷媒を冷媒ポンプ43によって循環させ、伝熱管20上に散布するようにしているため、ガス領域に露出している伝熱管20に液冷媒を散布し、伝熱面として有効に機能させることができる。従って、フリークーリング運転時の最大能力をアップすることができるとともに、蒸発器9の保有冷媒量を削減することができる。   By monitoring the refrigerant liquid levels E1, E2 and the refrigerant liquid level in the condenser 4 with the level sensors 19, 24, and controlling the second control valve 42, the third control valve 45, and / or the refrigerant pump 43, etc. In the condenser 4 and the evaporator 9, an appropriate refrigerant liquid level can be ensured as described above. As a result, in the compressor stop control mode, the amount of refrigerant condensed in the condenser 4 and the evaporator 9 and the amount of evaporation can be made substantially equal, and a stable free cooling operation can be performed. In addition, during the free cooling operation, the refrigerant condensed on the condenser 4 side and / or the liquid refrigerant accumulated in the lower part of the evaporator 9 are circulated by the refrigerant pump 43 and dispersed on the heat transfer tube 20. Liquid refrigerant can be sprayed on the heat transfer tubes 20 exposed in the gas region to effectively function as a heat transfer surface. Therefore, the maximum capacity during free cooling operation can be increased, and the amount of refrigerant retained in the evaporator 9 can be reduced.

さらに、圧縮機停止制御モード時、蒸発器9内の液冷媒の液位が、伝熱管20の管群の約40%が冷媒ガス領域に露出され、残りの約60%が冷媒液面E2下となるように制御されるため、第3制御弁45を介して冷媒ポンプ43に流入される液冷媒の押し込み圧を維持し、冷媒液の冷媒ポンプ43からの吐出量、すなわち冷媒散布量を安定させることができるとともに、蒸発器9での伝熱性能を安定させることができる。従って、フリークーリング運転時の最大能力を向上することができる。   Furthermore, in the compressor stop control mode, the liquid level in the evaporator 9 is such that about 40% of the tube group of the heat transfer tubes 20 is exposed to the refrigerant gas region, and the remaining about 60% is below the refrigerant liquid level E2. Therefore, the indentation pressure of the liquid refrigerant flowing into the refrigerant pump 43 via the third control valve 45 is maintained, and the discharge amount of the refrigerant liquid from the refrigerant pump 43, that is, the refrigerant spray amount is stabilized. In addition, the heat transfer performance in the evaporator 9 can be stabilized. Therefore, the maximum capacity during free cooling operation can be improved.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図4を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、温調制御部33による入口ベーン3とホットガスバイパス弁26の制御態様が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
上記した第1実施形態では、圧縮機停止制御モード時、入口ベーン3の開度およびホットガスバイパス弁(HGBP弁)26の開度を同時に制御しているが、本実施形態においては、図4に示されるように、蒸発器9側から凝縮器4側に流れる冷媒ガスの流量が少なく、能力が小さい領域については、入口ベーン3を全閉とし、ホットガスバイパス弁26の開度制御により微妙な能力制御を行い、冷媒ガスの流量が多く、能力が大きい領域については、入口ベーン3の開度制御により能力制御を行うようにしている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The present embodiment differs from the first embodiment described above in the manner of controlling the inlet vane 3 and the hot gas bypass valve 26 by the temperature control unit 33. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
In the first embodiment described above, the opening degree of the inlet vane 3 and the opening degree of the hot gas bypass valve (HGBP valve) 26 are simultaneously controlled in the compressor stop control mode. In the present embodiment, FIG. As shown in FIG. 4, in the region where the flow rate of the refrigerant gas flowing from the evaporator 9 side to the condenser 4 side is small and the capacity is small, the inlet vane 3 is fully closed and the opening degree control of the hot gas bypass valve 26 is performed. In a region where the refrigerant gas flow rate is large and the capacity is large, the capacity control is performed by opening degree control of the inlet vane 3.

上記のように、冷媒ガスの流量が少ない領域について、ホットガスバイパス弁26を用いて能力制御することにより、微妙な能力制御ができる。また、冷媒ガスの流量が多い領域について、少しの開度変化により流量が大きく変化する入口ベーン3を用いて能力制御することによって、迅速な能力制御ができる。従って、本実施形態によると、温調制御帯域を広げることができるとともに、その全範囲に亘り冷却能力を細かく制御し温調制御性を高めることができる。   As described above, by performing the capacity control using the hot gas bypass valve 26 in the region where the flow rate of the refrigerant gas is small, delicate capacity control can be performed. In addition, in a region where the flow rate of the refrigerant gas is large, rapid capability control can be performed by performing capability control using the inlet vane 3 whose flow rate greatly changes due to a slight change in opening degree. Therefore, according to the present embodiment, the temperature control band can be expanded, and the cooling capacity can be finely controlled over the entire range to improve the temperature control.

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、エコノマイザ7に関し、気液分離器方式を用いた例について説明したが、中間冷却器方式としてもよいことはもちろんである。また、ターボ冷凍機1について、多段ターボ圧縮機2を用いた例について説明したが、単段ターボ圧縮機を用いたものであってもよく、この場合、エコノマイザ7は設けられない。   In addition, this invention is not limited to the invention concerning the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. For example, in the above-described embodiment, an example using the gas-liquid separator method has been described for the economizer 7, but it is needless to say that an intermediate cooler method may be used. Moreover, although the example using the multistage turbo compressor 2 was demonstrated about the turbo refrigerator 1, the thing using a single stage turbo compressor may be used, and the economizer 7 is not provided in this case.

1 ターボ冷凍機
2 多段ターボ圧縮機
3 入口ベーン
4 凝縮器
6 第2絞り機構
9 蒸発器
10 冷媒流路
11 冷凍サイクル
12 ストッパ機構
17,23 温度センサ
19,24 レベルセンサ
25 ホットガスバイパス回路
26 ホットガスバイパス弁
27 第1液側回路
28 第1制御弁
29 冷凍機用コントローラ
30 温度設定器
31 通常運転モード制御部
32 圧縮機停止制御モード部
33 温調制御部
40 散布装置
41 第2液側回路
42 第2制御弁
43 冷媒ポンプ
44 冷媒液回路
45 第3制御弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo refrigerator 2 Multistage turbo compressor 3 Inlet vane 4 Condenser 6 2nd throttle mechanism 9 Evaporator 10 Refrigerant flow path 11 Refrigerating cycle 12 Stopper mechanism 17, 23 Temperature sensor 19, 24 Level sensor 25 Hot gas bypass circuit 26 Hot Gas bypass valve 27 First liquid side circuit 28 First control valve 29 Refrigerator controller 30 Temperature setter 31 Normal operation mode control unit 32 Compressor stop control mode unit 33 Temperature control unit 40 Spraying device 41 Second liquid side circuit 42 Second control valve 43 Refrigerant pump 44 Refrigerant liquid circuit 45 Third control valve

Claims (13)

入口ベーンを備えた冷媒圧縮用のターボ圧縮機と、冷却水を冷却源として冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒を減圧する絞り機構と、冷媒を蒸発させて冷水を冷却する蒸発器とを順次冷媒流路により接続して冷凍サイクルを構成したターボ冷凍機において、
冷凍機用コントローラに、前記冷水温度よりも前記冷却水温度が低い条件下で前記ターボ圧縮機を停止状態にして前記冷水温度を設定温度に制御する圧縮機停止制御モード部を設けたことを特徴とするターボ冷凍機。
A turbo compressor for compressing a refrigerant having an inlet vane, a condenser that condenses the refrigerant using cooling water as a cooling source, a throttle mechanism that depressurizes the refrigerant, and an evaporator that evaporates the refrigerant and cools the cold water sequentially. In the centrifugal chiller connected by the refrigerant flow path to constitute the refrigeration cycle,
The refrigerator controller is provided with a compressor stop control mode unit that controls the cold water temperature to a set temperature by stopping the turbo compressor under a condition that the cooling water temperature is lower than the cold water temperature. And turbo refrigerator.
前記圧縮機停止制御モード部は、圧縮機停止制御モード時、前記入口ベーンおよび前記凝縮器と前記蒸発器とのガス側を接続するホットガスバイパス回路のホットガスバイパス弁を制御して冷却能力を制御する温調制御部を備えていることを特徴とする請求項1に記載のターボ冷凍機。   The compressor stop control mode unit controls a cooling capacity by controlling a hot gas bypass valve of a hot gas bypass circuit that connects the inlet vane and the gas side of the condenser and the evaporator in the compressor stop control mode. The turbo refrigerator according to claim 1, further comprising a temperature control unit that controls the temperature control unit. 前記温調制御部は、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度に応じて前記入口ベーンの開度および前記ホットガスバイパス弁の開度を制御することにより冷却能力を制御することを特徴とする請求項2に記載のターボ冷凍機。   The temperature control unit controls the cooling capacity by controlling the opening degree of the inlet vane and the opening degree of the hot gas bypass valve according to the cold water temperature in the compressor stop control mode. The turbo refrigerator according to claim 2. 前記温調制御部は、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度に応じて前記入口ベーンを全閉または全開とするとともに、前記ホットガスバイパス弁の開度を制御することにより冷却能力を制御することを特徴とする請求項2に記載のターボ冷凍機。   In the compressor stop control mode, the temperature control unit fully closes or fully opens the inlet vane according to the cold water temperature, and controls the cooling capacity by controlling the opening degree of the hot gas bypass valve. The turbo refrigerator according to claim 2. 前記凝縮器と前記蒸発器との間に、前記凝縮器で凝縮した冷媒液を前記蒸発器に流す第1制御弁を備えた第1液側回路を設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のターボ冷凍機。   The first liquid side circuit provided with the 1st control valve which sends the refrigerant liquid condensed with the condenser to the evaporator between the condenser and the evaporator was provided. 4. The turbo refrigerator according to any one of 4. 前記第1制御弁は、圧縮機停止制御モード時、前記凝縮器および前記蒸発器内の液冷媒の液位に応じて開度制御されることを特徴とする請求項5に記載のターボ冷凍機。   The turbo chiller according to claim 5, wherein the opening of the first control valve is controlled according to a liquid level of the liquid refrigerant in the condenser and the evaporator in a compressor stop control mode. . 前記凝縮器と前記蒸発器との間に、前記凝縮器で凝縮した冷媒液を前記蒸発器に搬送する第2制御弁および冷媒ポンプを備えた第2液側回路が設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のターボ冷凍機。   A second liquid side circuit including a second control valve and a refrigerant pump for conveying the refrigerant liquid condensed in the condenser to the evaporator is provided between the condenser and the evaporator. The turbo refrigerator according to any one of claims 1 to 4. 前記蒸発器は、前記凝縮器から前記第2制御弁を介して前記冷媒ポンプに吸入された冷媒液および/または前記蒸発器から該蒸発器と前記冷媒ポンプの吸込み側とを接続する冷媒液回路に設けられた第3制御弁を介して前記冷媒ポンプに吸入された冷媒液を前記蒸発器の伝熱管上に散布する散布装置を備えていることを特徴とする請求項7に記載のターボ冷凍機。   The evaporator includes a refrigerant liquid sucked into the refrigerant pump from the condenser via the second control valve and / or a refrigerant liquid circuit that connects the evaporator and the suction side of the refrigerant pump from the evaporator. The turbo refrigeration according to claim 7, further comprising a spraying device that sprays the refrigerant liquid sucked into the refrigerant pump via a third control valve provided on the heat transfer pipe of the evaporator. Machine. 前記凝縮器および前記蒸発器に液冷媒の液位を検知するレベルセンサを設け、圧縮機停止制御モード時、前記第2制御弁および前記第3制御弁を介して前記凝縮器および前記蒸発器内の液冷媒の液位を制御することを特徴とする請求項8に記載のターボ冷凍機。   In the condenser and the evaporator, a level sensor for detecting the liquid refrigerant level is provided, and in the compressor stop control mode, in the condenser and the evaporator via the second control valve and the third control valve. The turbo refrigerator according to claim 8, wherein the liquid level of the liquid refrigerant is controlled. 前記圧縮機停止制御モード時、前記蒸発器内の液冷媒の液位は、一定量の前記伝熱管群が冷媒ガス中に露出され、残りの前記伝熱管群が冷媒液中に没するレベルに制御されることを特徴とする請求項9に記載のターボ冷凍機。   In the compressor stop control mode, the liquid refrigerant level in the evaporator is at a level at which a certain amount of the heat transfer tube group is exposed in the refrigerant gas and the remaining heat transfer tube group is submerged in the refrigerant liquid. The turbo refrigerator according to claim 9, wherein the turbo refrigerator is controlled. 前記ターボ圧縮機には、圧縮機停止制御モード時に作動され、前記蒸発器から前記凝縮器への冷媒ガス流による前記ターボ圧縮機の回転を阻止するストッパ機構が設けられていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載のターボ冷凍機。   The turbo compressor is provided with a stopper mechanism that operates in a compressor stop control mode and prevents rotation of the turbo compressor due to a refrigerant gas flow from the evaporator to the condenser. The turbo refrigerator according to any one of claims 1 to 10. 前記温調制御部には、前記冷却水により冷却される凝縮器内冷媒温度を基準とする冷水温度設定の下限値が設けられ、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度が前記冷水温度設定の下限値以上に設定された場合、前記温調制御部は前記冷水温度に基づいて前記入口ベーンおよび前記ホットガスバイパス弁を制御することを特徴とする請求項2ないし11のいずれかに記載のターボ冷凍機。   The temperature control unit is provided with a lower limit value of a chilled water temperature setting based on the refrigerant temperature in the condenser cooled by the cooling water, and the chilled water temperature is set to the chilled water temperature setting in the compressor stop control mode. The turbo according to any one of claims 2 to 11, wherein when the temperature is set to be equal to or higher than a lower limit, the temperature control unit controls the inlet vane and the hot gas bypass valve based on the cold water temperature. refrigerator. 前記冷凍機用コントローラは、圧縮機停止制御モード時、前記冷水温度の設定値が前記冷水温度設定の下限値以下の場合、前記ターボ圧縮機を起動し、ターボ冷凍機を通常運転モードで運転することを特徴とする請求項12に記載のターボ冷凍機。

The compressor controller starts the turbo compressor and operates the turbo refrigerator in a normal operation mode when the set value of the cold water temperature is equal to or lower than the lower limit value of the cold water temperature setting in the compressor stop control mode. The turbo refrigerator according to claim 12.

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