磁気浮上ターボ冷凍機ユニット

Lynxcool の冷凍ソリューション ポートフォリオでは、磁気浮上式遠心チラー ユニットはスタンドアロンの標準製品としては提供されていません。代わりに、統合冷凍システム内のコア冷却源モジュールとして機能します。 Lynxcool は、プロジェクトの冷却負荷要件、年間負荷変動、冷却水の状態、ターミナル機器の構成に基づいて、チラーの選択、配管設計、水力計算、制御戦略の開発を含む完全なシステム エンジニアリングを提供します。

お客様に提供される最終的な価値は、チラー自体の技術的性能と、Lynxcool の冷凍システム エンジニアリングおよびプロジェクトの実装経験の両方から生まれます。

コンプレッサーの構造: 磁気軸受と永久磁石同期モーター

コンプレッサーはターボ冷凍機の中核となる部品です。磁気浮上式遠心圧縮機はアクティブ磁気軸受方式を採用しており、運転中に電磁力によりロータを中心位置に保持します。ローターとステーターの間には物理的な接触がないため、回転コンポーネント間の機械的摩擦が排除されます。

磁気ベアリング システムは、変位センサーを使用してローターの位置をリアルタイムで監視します。コントローラーはセンサーのフィードバックに従って電磁コイルに流れる電流を調整し、動作中にローターを設計された浮上クリアランス内に維持します。

コンプレッサーは永久磁石同期モーター (PMSM) によって駆動されます。ロータの内部には永久磁石が埋め込まれており、通電されたステータによって発生する回転磁界がロータを直接駆動します。モーターとインペラは直接同軸構造で接続されており、従来の増速ギアやカップリングが不要です。

伝動構造を簡素化することで機械的な可動部品を減らし、歯車伝動に伴う機械的損失や振動、作動音を防ぎます。

羽根車は三次元流動設計を採用しています。数値流体力学 (CFD) の最適化により、ブレードのプロファイルと流路の形状は、高速回転時のガス圧縮効率が向上するように設計されています。

冷凍サイクルと熱交換システム

密閉系内で冷媒が圧縮・凝縮・膨張・蒸発の4つのプロセスを経る蒸気圧縮冷凍サイクルを採用しています。

蒸発器は浸水式または流下膜式熱交換器設計を採用しています。チューブ内には冷水が流れ、シェル側では冷媒が循環します。液体冷媒は蒸発器シェル側で冷水から熱を吸収し、蒸発して蒸気となり、冷水温度が設定値まで下がります。

蒸発器内部には高効率の伝熱管が設置されています。チューブの外表面は、伝熱面積を増加させ、沸騰伝熱性能を向上させるために特別に処理されています。

コンプレッサーは、エバポレーターで発生した低温・低圧の冷媒蒸気を吸い込みます。冷媒は高速回転するインペラで圧縮された後、高温高圧のガスとなり凝縮器に入ります。

凝縮器は一般に水冷シェルアンドチューブ構造を採用しています。チューブ内には冷却水が流れ、冷媒はシェル側で凝縮して熱を放出し、高圧ガスから高圧の液体に変化します。

凝縮器伝熱管も、熱交換性能を向上させ、水側の圧力降下を低減するために、高効率のねじ付き管または強化された表面管を使用して設計されています。

高圧の液体冷媒は、電子膨張弁や固定オリフィスなどの膨張装置を通過し、蒸発器に入る前に圧力と温度が低下します。これで冷凍サイクルが完了します。

主要な技術仕様

オイルフリー動作と熱伝達効率

従来のスクリューまたは遠心コンプレッサーは、ベアリングと回転コンポーネント間の摩擦を軽減するために潤滑油に依存しています。運転中、一定量のオイルが冷媒とともに冷凍回路に入り、蒸発器と凝縮器を循環することがあります。

蒸発器の低温側では、潤滑油の粘度が増加し、伝熱管の表面に蓄積して熱抵抗が増大することがあります。これにより蒸発効率が低下し、チラーの熱伝達性能に徐々に影響を及ぼします。

動作効率を維持するために、従来のシステムでは通常、オイルセパレーター、オイルリターンシステム、および熱交換器チューブの清掃の定期的なメンテナンスが必要です。

磁気浮上コンプレッサーは潤滑油なしで動作します。冷凍回路に油が入らないため、機器の耐用年数の間、蒸発器と凝縮器の伝熱面は清浄な状態に保たれます。

そのため、油汚れによる伝熱性能の徐々に低下することがありません。通常の動作条件下では、数年間の動作後も冷却能力とエネルギー効率比は工場出荷時の定格値に近い状態を維持できます。

可変周波数駆動と容量制御

このチラーは可変周波数駆動技術を使用して、実際の冷却需要に応じてコンプレッサーの速度を調整します。

コントローラーは、冷水出口温度を事前設定値と継続的に比較し、現在の負荷要件に一致するようにコンプレッサーのモーター速度を調整します。部分負荷条件下では、モーターは定格速度未満で動作し、インペラの速度とコンプレッサーの能力が低下します。回転速度が低下すると消費電力が大幅に減少します。

インバータには、PID 制御アルゴリズムと負荷予測機能が統合されています。制御システムは冷水温度の変化率を分析することで、コンプレッサーの速度を動的に調整し、頻繁な発停運転や大きな温度変動を防ぎます。

冷水温度が設定値に達すると、ユニットは低速レベルで動作を継続し、エネルギー消費を削減しながら安定した出口水温度を維持できます。

SMPシリーズと従来型ターボ冷凍機の比較

蒸発器と凝縮器の選択

蒸発器と凝縮器の熱伝達面積は、チラーの冷却能力とエネルギー効率に直接影響します。 Lynxcool は、プロジェクト設計中に、お客様の冷水入口と出口の温度、冷却水の状態、水質要件、汚れ要因に応じて熱交換器を選択し、構成します。

より高い入口水温度またはより低い冷水出口温度を必要とするアプリケーションの場合、冷媒の蒸発温度と冷水出口温度との間の適切な温度差（通常は 4 ～ 6℃ 以内）を維持するために、より大きな伝熱面積を備えた蒸発器を設計できます。

水の硬度が高い地域にあるプロジェクトの場合、凝縮器チューブの壁の厚さと内部水速度を最適化して、スケールの形成を減らし、腐食のリスクを最小限に抑えることができます。

凝縮器水ボックスの両端にクリーニング ポートが確保されているため、将来のメンテナンス時に便利な機械的クリーニングまたは化学的クリーニングが可能です。

電子膨張弁と冷媒流量制御

このユニットは、従来の熱式膨張弁や固定オリフィス装置の代わりに電子膨張弁を使用しています。ステッピングモーターによって駆動されるため、バルブニードルの位置を正確に調整して冷媒の流れを制御できます。

制御システムは、蒸発器出口冷媒過熱度、コンプレッサー吸入圧力、吐出温度などのリアルタイムの動作パラメータに従って電子膨張弁の開度を制御します。

冷媒流量を継続的に調整することにより、システムは冷媒供給量が現在の冷却負荷に適合するようにし、蒸発器の熱伝達領域を最大限に活用できるようにします。

電子膨張弁の採用により応答速度が速く、調整範囲も広いです。始動中、液体冷媒がコンプレッサーに入るリスクを軽減するために、冷媒流量が徐々に増加します。

部分負荷運転下では、バルブは適切な開度位置を維持し、安定した蒸発条件と効率的な熱伝達性能を確保します。

知能制御システム

チラー制御システムは産業グレードの PLC プラットフォームに基づいて開発され、タッチスクリーンのヒューマン マシン インターフェイス (HMI) が装備されています。

制御ロジックには、コンプレッサーの起動および停止制御、速度調整、膨張弁調整、冷水ポンプのインターロック、凍結保護、高圧および低圧保護、吐出温度保護、過負荷保護、欠相保護、および水流スイッチ監視が含まれます。

以下を含む動作パラメータは、制御インターフェースを通じてリアルタイムで表示および記録されます。

冷水入口および出口温度

冷却水入口温度と出口温度

蒸発圧力

凝縮圧力

吐出温度

モーター電流

ベアリングクリアランス

軸受温度

振動値

コンプレッサー速度

営業時間

制御システムは、Modbus RTU やオプションの Modbus TCP/IP などの標準通信プロトコルをサポートします。ビルディングオートメーションシステム（BAS）や工場エネルギー管理システム（EMS）とデータを交換できます。

リモート監視は、有線ネットワークまたは 4G 無線モジュールを通じて実現できます。運用担当者は、実際に装置現場に行かなくても、遠隔から装置の状態を確認し、障害アラームを受信し、動作パラメータを調整できます。

冷却水システムの適応性と動作範囲

磁気浮上ターボ冷凍機は、冷却水入口温度条件の広い動作範囲を備えています。冬や季節の変わり目など、冷却水の温度が比較的低い場合、ユニットはより低い凝縮圧力で動作できるため、コンプレッサーの電力消費量が削減されます。

凝縮器圧力制御機能により、冷却水温度が設計条件よりも低い場合でも安定した運転を実現します。冷媒の移動や過度の圧縮比による不安定な運転を防止する制御システムです。

最大許容冷却水入口温度は、コンプレッサーのモデルと冷媒の種類によって異なりますが、一般に 35 ～ 38℃です。

冷水出口温度の設定範囲は通常5～20℃です。標準的な空調用途の場合、典型的な冷水条件は出口水 7℃、戻り水 12℃です。工業用プロセス冷却の場合、出口温度はプロセス要件に応じて通常 5 ～ 10℃の範囲で調整できます。

サージ制御と動作安定性

遠心圧縮機は、低負荷運転または高い凝縮圧力下でサージ状態が発生する可能性があります。サージはインペラ出口で空気の流れが逆流するときに発生し、圧力変動を引き起こし、コンプレッサーの動作を不安定にします。ひどい場合には、連続的なサージ運転によりインペラが損傷する可能性があります。

磁気浮上遠心圧縮機はアクティブ制御技術を採用し、サージを防止します。コントローラーは、モーター電流、コンプレッサー速度、吸入圧力、吐出圧力などの動作パラメーターを継続的に監視します。

動作点がサージ境界に近づくと、制御システムはコンプレッサーの速度またはインレットガイドベーンの位置 (装備されている場合) を自動的に調整して、動作状態を安定範囲に戻します。

過度の冷却水温度や冷水流量の突然の減少などの異常な状況では、コントローラーは保護アンロード機能と警報機能を優先して、コンプレッサーがサージ領域に入るのを防ぎます。

モデルの選択と性能評価

チラーの標準的な選択条件は次のことに基づいています。

冷水出入口温度：12℃ / 7℃

冷却水出入口温度：30℃ / 35℃

周囲温度：35℃

このような条件下では、ユニットの冷却能力範囲は通常 300 kW ～ 2000 kW になります。

統合部分負荷値 (IPLV) は、選択したモデルと動作条件に応じて 8.0 ～ 9.5 に達することがあります。

実際の冷却能力とエネルギー効率は現場の条件によって異なります。 Lynxcool は、選択プロセス中に次のようなプロジェクト情報を評価します。

設置場所の年間平均湿球温度

冷却塔設計パラメータ

年間の冷水負荷分布

運転スケジュールと負荷特性

これらのパラメータは、各プロジェクトに最適なチラー構成を決定するために使用されます。

設置条件と機械室の要件

従来のスクリューチラーと比較して、磁気浮上遠心冷凍機は設置基礎の要件が低くなります。

非接触磁気軸受構造のため、運転時の振動伝達が極めて少ないです。動的負荷と静的負荷の両方が軽減されるため、このユニットは厳しい振動制御要件を持つプロジェクトに適しています。

コンパクトな構造なので設置スペースをとりません。従来のスクリューチラーシステムと比較して、同じ冷却能力であれば設置面積を約30%～40%削減できます。

推奨される機械室のクリア高さは、通常 3.5 ～ 4.5 メートルです。ユニットの周囲には十分なメンテナンス用スペースを確保し、熱交換器チューブの取り外しや保守のために蒸発器と凝縮器の両端に適切なスペースを確保する必要があります。

冷却水と冷水の接続には標準のフランジ接続が使用されます。出荷前に、ユニットには冷媒が部分的に充填され、保護用不活性ガスが充填されます。設置後、残りの冷媒が追加され、その後システムが試運転されます。

メンテナンススケジュールと検査要件

磁気浮上式ターボ冷凍機の定期メンテナンスには主に次のものが含まれます。

毎週の検査:

冷水および冷却水入口/出口温度を確認する

入口水と出口水の温度差を確認する

月次検査：

電気端子の気密性を確認してください

タッチスクリーンの操作記録とアラーム履歴を確認する

四半期ごとの検査:

蒸発器と凝縮器の水側の圧力損失を確認します。

圧力降下が初期値の 15% を超えた場合は、熱交換器を洗浄します。

半年に一度の検査：

温度および圧力センサーの精度を校正する

冷水フィルターを掃除する

年次検査:

必要に応じて冷水と冷却水を交換してください

水質検査を実施する

電気部品の経年劣化状態をチェックする

磁気軸受方式のため定期的なオイル交換や給油が不要です。ベアリングの位置と動作状態はコントローラーによって継続的に監視されます。異常な状態が発生した場合、システムはアラームを生成し、専門の技術者が専用のサービスツールを使用して診断を実行できます。

典型的なアプリケーションシナリオ

データセンターの冷却

データセンターは年間を通じて継続的に稼働しており、安定した冷却性能と厳しいエネルギー効率要件が必要です。

磁気浮上遠心冷凍機は、部分負荷条件下で効率が高いため、データセンターの冷却システムに適しています。その動作特性は IT 機器の変動する負荷パターンに一致し、年間の冷却エネルギー消費量を削減し、データセンター全体のエネルギー パフォーマンスを向上させるのに役立ちます。

製薬およびバイオテクノロジー製造

医薬品生産現場では、正確な冷水温度制御と信頼性の高い連続運転が必要です。

磁気浮上式ターボ冷凍機は、冷水出口温度制御精度を±0.5℃以内に保つことができます。制御システムは、スタンバイ動作や調整された制御ロジックを含む複数のユニット構成をサポートし、重要な生産環境におけるシステムの信頼性を向上させます。

食品加工とコールドチェーン物流

食品加工施設や冷蔵倉庫では、多くの場合、複数の温度範囲で動作する冷凍システムが必要です。

蒸発器、凝縮器、空気冷却器の選択を含む Lynxcool の冷凍システム設計機能と組み合わせることで、磁気浮上遠心チラー ユニットを複数温度の冷却システムに統合できます。

大規模なコールド チェーン ロジスティクス センターの場合、ユニットの動作音が低いため、倉庫担当者や日常業務への影響を軽減できます。

プラスチックおよびゴムの加工

射出成形機および押出装置には、金型の冷却とプロセス温度制御のために安定した冷水の供給が必要です。

磁気浮上冷凍機は、長期連続運転においても冷凍回路内の油汚れがなく安定した伝熱性能を維持し、安定した金型温度制御と製品寸法精度の確保に貢献します。

大規模商業ビルおよび地域冷房システム

ショッピング モール、オフィス ビル、病院、空港、その他の大規模な公共施設では、通常、1 日を通して冷房負荷が大幅に変動します。

磁気浮上式ターボ冷凍機は、負荷条件に応じて能力をスムーズに調整できるため、昼間の高負荷時も夜間の低負荷時も効率よく運転できます。

Lynxcool プロジェクトの実施プロセス

実際のプロジェクトの実施において、Lynxcool は機器を供給するだけでなく、完全な冷却システム ソリューションの一部として磁気浮上式遠心チラー ユニットを提供します。

建物の種類、HVAC またはプロセス冷却要件、推定冷却負荷、地域の気候条件など、顧客の基本的なプロジェクト情報を受け取った後、Lynxcool のエンジニアリング チームはシステム負荷の計算と機器の選択を実行します。

チラーのモデルが確認された後、エンジニアリング チームは冷水システム、冷却水システム、ポンプの選択、膨張タンクの選択、パイプラインの断熱方式の設計を完了し、完全な構造図面を提供します。

製造段階では、Lynxcool が承認された技術仕様に従って機器の製造と材料の準備を調整します。設置は、圧力パイプライン設置および機械電気設置能力を備えた資格のあるエンジニアリング チームによって行われます。

オンサイト設置プロセスには次のものが含まれます。

• 冷凍・水配管接続
• 電気配線
• システムのフラッシング
• 油圧試験
• 真空試験

試運転中、技術者は冷媒の充填、パラメータ設定、制御ロジックの検証、負荷テストを完了します。

すべての動作指標が設計要件を満たした後、システムは操作トレーニングとメンテナンス指導とともに顧客に引き渡されます。

Lynxcool は、機器の選択から試運転までの完全なエンジニアリング サポートを通じて、お客様が商業、産業、およびプロセス冷却用途向けに安定した効率的な冷水システムを構築できるよう支援します。