CN100513929C - 冷冻装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷冻装置，该冷冻装置由主冷冻装置、副冷冻装置构成。主冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有二级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。副冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有单级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。在主冷冻装置的冷凝器与副冷冻装置的蒸发器之间，设有备有循环泵的冷凝器冷却水循环回路。因此，把被副冷冻装置的蒸发器冷却后的冷凝器冷却水，通过循环泵供给主冷冻装置的冷凝器，从而可以使制冷剂气体的冷凝温度比用常温冷却水冷凝时低。

Description

冷冻装置

技术领域

本申请请求2005年2月1日在日本申请的特愿2005-25486号的优先权。其全部内容均在本申请中。

本发明涉及冷冻装置，特别涉及采用氨作为制冷剂的冷冻装置。

背景技术

通常，作为超过-60℃的超低温冷冻装置，广泛采用以R22等HCFC系为制冷剂的二级压缩冷冻装置。尤其是在远洋打渔船中，为了保持冷冻鱼的鲜度，采用以R22作为制冷剂的二级压缩冷冻装置，实现冷冻室-60℃、鱼仓-55～-60℃的超低温。

在陆上的超低温冷藏仓库中，采用二元冷冻装置，该二元冷冻装置使用的制冷剂，是R717/R23或R22/R23等的组合。

但是，近年来，由于对臭氧层破坏等的关心及对地球环境的关心，即使使用代替HCFC系制冷剂的HFC系制冷剂，也不可避免地对地球暖化有影响，因此其使用受到质疑。为此，在日本也决定在2010年前，全面地废止HCFC系制冷剂，希望有使用其替代制冷剂的超低温冷冻装置。

过去，曾广泛地使用氨作为制冷剂，近年来，作为地球暖化的对策，重新开始使用氨作为制冷剂(例如日本专利公报特开2000-146327号)。

但是，氨与其它制冷剂比较，在压缩工序中的温度上升比较大。例如，现在广泛使用的制冷剂R22，其蒸发温度为-15℃、冷凝温度为+30℃、吸入过热度为0℃时，压缩机排出温度约为+55℃(单级压缩时)。而在制冷剂为氨的情况下，在蒸发温度为-15℃、冷凝温度为+30℃、吸入过热度为0℃时，压缩机排出温度约为+98℃(单级压缩时)。

另一方面，为了将电冰箱内冷却到-60℃以下，首先考虑二级压缩，为了得到-60℃以下的箱内温度，蒸发温度必须在-70℃以下，而且，由于渔船在热带区域工作的情况也不在少数，这时的冷凝温度为+40℃，在压缩机中各级的吸入气体的过热度为+5℃、低高级比率＝3:1时，从压缩机排出的制冷剂气体(氨气)的温度为+192℃以上。

即，以作为制冷剂的氨的冷凝温度为+40℃、蒸发温度为-70℃、压缩机中各级吸入气体的过热度为+5℃、低高级比率＝3:1的条件，使二级压缩冷冻装置运转时，从表示绝热压缩中压缩过程的温度变化的图7所示莫里尔热力学计算图可见，高级压缩后的氨气排出温度，理论上是+192℃(由压缩机附带温度计测得约+172℃)。

在冷冻装置中，压缩机的润滑油也与制冷剂一起在装置内循环，但是，当润滑油其温度在+170℃(由压缩机附带温度计测得约+150℃)以上时，就会变性。因此，在氨二级压缩冷冻装置中，用+40℃的冷凝温度运转时，为了使压缩机排出温度不到润滑油变性的+170℃(由压缩机附带温度计测得约+150℃)，蒸发温度的限度是-60℃。具体地说，以冷凝温度为+40℃、蒸发温度为-60℃、压缩机中各级吸入气体的过热度为+5℃、低高级比率＝3:1的条件，使二级压缩冷冻装置运转时，压缩后的制冷剂气体的温度，理论上是+165℃(由压缩机附带温度计测得约+145℃)(见图8的莫里尔热力学计算图)。

另一方面，如前所述，为了得到将电冰箱内温度冷却到-50℃以下的超低温，必须将蒸发温度降到-60℃以下，所以，用已往的技术，使用以氨作为制冷剂的二级压缩冷冻装置，不能进行超低温运转。

在二元冷冻装置中，曾考虑过氨/R23的组合，但是，R23是HFC系制冷剂，不可避免地对地球暖化有影响，最好不使用。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的是提供一种冷冻装置，该冷冻装置使用氨作为制冷剂，可以不引起润滑油的劣化，将电冰箱内冷却到-60℃以下的超低温。

本发明的冷冻装置，其特征在于，由主冷冻装置、副冷冻装置、和具有循环泵的主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路构成；主冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个或若干个二级压缩机、一个冷凝器、与各二级压缩机分别对应的一个或若干个膨胀阀及蒸发器；副冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个单级压缩机、一个冷凝器、一个膨胀阀、一个蒸发器；主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路设在主冷冻装置的冷凝器和副冷冻装置的蒸发器之间；使副冷冻装置的制冷剂，依次在副冷冻装置的单级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环，把被副冷冻装置的蒸发器冷却后的主冷冻装置的冷凝器冷却水，通过循环泵供给主冷冻装置的冷凝器。

根据本发明，分别使主冷冻装置和副冷冻装置动作，可以使作为主冷冻装置的制冷剂的氨，依次在二级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环，另外，使作为副冷冻装置的制冷剂的氨，依次在单级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器之间循环。另外，通过使循环回路的循环泵驱动，使冷凝器冷却水在副冷冻装置的蒸发器和主冷冻装置的冷凝器之间循环，可以把被副冷冻装置的蒸发器冷却了的冷凝器冷却水，供给主冷冻装置的冷凝器。通过使用该冷却的冷凝器冷却水，可以使主冷冻装置中的制冷剂气体的冷凝温度，比用常温冷却水冷凝时低。例如，冷凝器冷却水的温度为+10℃时，主冷冻装置的氨气的冷凝温度为+15℃。

结果，以冷凝温度为+15℃、蒸发温度为-70℃、压缩机各级吸入气体的过热度为5℃、低高级比率＝3:1的条件，使主冷冻装置运转时，压缩机排出气体的温度，保持在润滑油不劣化的+143℃(由压缩机附带温度计测得约123℃)以下。因此，采用氨作为制冷剂，不使润滑油劣化，可将电冰箱内温度保持为-60℃以下的超低温。

另外，本发明的另一冷冻装置，其特征在于，由主冷冻装置、副冷冻装置、具有循环泵的主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路、和旁通回路构成；主冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个或若干个二级压缩机、可切换为一个单级压缩机的二级压缩机、一个冷凝器、与各二级压缩机分别对应的若干个膨胀阀及蒸发器；副冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个单级压缩机、一个冷凝器、一个膨胀阀、一个蒸发器；主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路设在主冷冻装置的冷凝器和副冷冻装置的蒸发器之间；旁通回路设在可切换为单级压缩机的二级压缩机和副冷冻装置的单级压缩机之间，分别与可切换为单级压缩机的二级压缩机的低级吸入口侧及高级排出口侧、和单级压缩机的吸入口侧及排出口侧连接；用可切换为单级压缩机的二级压缩机代替副冷冻装置的单级压缩机作为单级压缩机使用，使副冷冻装置的制冷剂通过旁通回路，依次在副冷冻装置的冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环，把被副冷冻装置的蒸发器冷却了的主冷冻装置的冷凝器冷却水，通过循环泵供给主冷冻装置的冷凝器。

根据本发明，分别使主冷冻装置和副冷冻装置动作，可以使作为主冷冻装置的制冷剂的氨，依次在二级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环，另外，使作为副冷冻装置的制冷剂的氨，依次在单级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环。另外，通过使循环回路的循环泵驱动，冷凝器冷却水在副冷冻装置的蒸发器和主冷冻装置的冷凝器中循环，可以把被副冷冻装置的蒸发器冷却了的冷凝器冷却水供给主冷冻装置的冷凝器。

另一方面，当副冷冻装置的单级压缩机因故障等而不能动作时，把二级压缩中的可切换为单级压缩机的二级压缩机，切换为单级压缩机，这样，可以代替副冷冻装置的单级压缩机，作为单级压缩机使用。这时，可以使得作为主冷冻装置的制冷剂的氨，依次地在二级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环。另外，可以使得作为副冷冻装置的制冷剂的氨，通过旁通回路，依次在切换为单级压缩机的二级压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环。另外，通过使循环回路的循环泵驱动，冷凝器冷却水在副冷冻装置的蒸发器和主冷冻装置的冷凝器之间循环，可以把被副冷冻装置的蒸发器冷却了的冷凝器冷却水，供给主冷冻装置的冷凝器。

因此，即使万一副冷冻装置的单级压缩机故障时，也能使制冷剂气体的冷凝温度，比用常温冷却水冷凝时低。例如，冷凝器冷却水的温度为+10℃时，主冷冻装置的氨气的冷凝温度为+15℃。

结果，以冷凝温度为+15℃、蒸发温度为-70℃、压缩机各级吸入气体的过热度为5℃、低高级比率＝3:1的条件，使主冷冻装置运转时，压缩机排出气体的温度，保持在润滑油不劣化的+143℃(由压缩机附带温度计测得约123℃)以下。因此，采用氨作为制冷剂，不使润滑油劣化，可将电冰箱内温度保持为-60℃以下的超低温。

附图说明

图1是表示本发明冷冻装置一实施形态的回路图。

图2是表示图1所示冷冻装置中的二级压缩机的说明图。

图3是表示图1所示冷冻装置中的压缩工序的温度变化的莫里尔热力学计算图。

图4是表示图1所示冷冻装置的变形例的回路图。

图5是表示本发明冷冻装置的另一实施形态的回路图。

图6是表示图5所示冷冻装置中的、可切为单级的二级压缩机的说明图。

图7是表示已往的二级压缩冷冻装置中的压缩工序的温度变化的莫里尔热力学计算图。

图8是表示已往的二级压缩冷冻装置中的压缩工序的温度变化的莫里尔热力学计算图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施形态。

图1表示本发明冷冻装置1的一个实施形态。

该冷冻装置1，由主冷冻装置1A和副冷冻装置1B构成。

主冷冻装置1A，主要由设在图未示电冰箱内的蒸发器2、吸入并压缩由蒸发器2蒸发的制冷剂气体(氨气)的二级压缩机3、使被二级压缩机3压缩后的制冷剂气体冷凝的冷凝器4、使冷凝后的制冷剂液体(粗氨水)膨胀的膨胀阀5构成。在由蒸发器2使制冷剂液蒸发时，吸收周围的热，使电冰箱内冷冻。

如图2所示，二级压缩机3具有低级吸入口3a、低级排出口3b、高级吸入口3c和高级排出口3d。低级吸入口3a吸入来自蒸发器2的制冷剂气体气体。低级排出口3b排出在第1阶段压缩的制冷剂气体。高级吸入口3c吸入第1阶段的压缩制冷剂气体。高级排出口3d把在第2阶段压缩的制冷剂气体排出到冷凝器4。在连接低级排出口3b和高级吸入口3c间的管路上，配设着将制冷剂气体冷却的气体冷却器6。

在连接冷凝器4和膨胀阀5的配管上，配设着储液器7，该储液器7用于储存被冷凝器4冷凝后的制冷剂液体。另外，在连接二级压缩机3的高级排出口3d和冷凝器4的管路上，配设着油分离器(图未示)，该油分离器从二级压缩机3的高级排出口3d排出的压缩气体中，分离出润滑油。

副冷冻装置1B，主要由蒸发器8、吸入并压缩由蒸发器8蒸发的制冷剂气体(氨气)的单级压缩机9、使被单级压缩机9压缩后的制冷剂气体冷凝的冷凝器10、使冷凝后的制冷剂液体(粗氨水)膨胀的膨胀阀11构成。在连接冷凝器10和膨胀阀11的管路上，配设着储液器12，该储液器12用于储存由冷凝器10冷凝后的制冷剂液体。另外，虽然未加图示，但在连接单级压缩机9的排出口9b和冷凝器10的管路上，配设着油分离器，该油分离器从单级压缩机9的排出口9b排出的压缩气体中，分离出润滑油。

在主冷冻装置1A的冷凝器4和副冷冻装置1B的蒸发器8之间，设有使清水、海水、盐水等冷凝器冷却水循环的循环回路13。通过配设在该循环回路13上的循环泵14，使冷凝器冷却水在主冷冻装置1A的冷凝器4和副冷冻装置1B的蒸发器8之间循环。这样，可以把被副冷冻装置1B的蒸发器8冷却了的冷凝器冷却水，供给主冷冻装置1A的冷凝器4。

另外，常温的冷却水、例如海水，通过冷却水泵15被供给副冷冻装置1B的冷凝器10。

下面，说明该构造的冷冻装置1的动作。

首先，在主冷冻装置1A中，作为制冷剂的氨，被吸入二级压缩机3的低级吸入口3a，在被第1级压缩机构压缩后，从低级排出口3b排出，再经气体冷却器6冷却后，被吸入高级吸入口3c，经过第2级压缩机构再次压缩后，成为高温高压的制冷剂气体，从高级排出口3d排出。

接着，排出的制冷剂气体，被油分离器(图未示)分离了润滑油后，供给冷凝器4，由冷凝器4冷凝后成为高压的制冷剂液体，经过储液器7流入膨胀阀5。然后，制冷剂液体借助膨胀阀5成为湿气体，被送到蒸发器2，在蒸发器2内蒸发并进行了冷却作用后，作为制冷剂气体被吸入二级压缩机3的低级吸入口3a，再次由第1级压缩机构压缩。

在副冷冻装置1B中，也同样地，作为制冷剂的氨，被吸入单级压缩机9的吸入口9a，被压缩机构压缩后，成为高温高压的制冷剂气体，从排出口9b排出。然后，排出的制冷剂气体，被油分离器(图未示)分离了润滑油后，供给冷凝器10，由冷凝器10冷凝后成为高压的制冷剂液体，经过储液器12流入膨胀阀11。然后，制冷剂液体借助膨胀阀11成为湿气体，被送到蒸发器8，在蒸发器8内蒸发并进行了冷却作用后，作为过热气体被吸入单级压缩机9的吸入口9a，再次由压缩机构压缩。

驱动循环回路13的循环泵14时，冷凝器冷却水，在副冷冻装置1B的蒸发器8和主冷冻装置1A的冷凝器4之间循环。这时，冷凝器冷却水，被副冷冻装置1B的蒸发器8冷却后，供给主冷冻装置1A的冷凝器4，将主冷冻装置1A中的冷凝器4的制冷剂气体冷却后，返回到副冷冻装置1B的蒸发器8。即，主冷冻装置1A的制冷剂气体，被冷凝器冷却水冷却，以比利用常温冷却水时更低的温度冷却。具体地说，冷凝器冷却水的温度为+10℃时，主冷冻装置1A的制冷剂气体的冷凝温度为约+15℃。

在该冷冻装置1中，图3的莫里尔热力学计算图表示冷凝温度为+15℃、蒸发温度为-70℃、二级压缩机3中各级吸入气体的过热度为+5℃、低高级比率＝3:1时的绝热压缩中的、压缩过程的温度变化。如图3的莫里尔热力学计算图所示，压缩后的制冷剂气体的的温度为+143℃(由压缩机附带温度计测得约123℃)。

结果，压缩后的制冷剂气体的温度在+170℃以下，从而与制冷剂一起在装置内循环的润滑油不变性，采用氨作为制冷剂，可以不引起润滑油的劣化，得到-60℃以下的超低温。

即，在远洋渔船的冷冻设备中，设置氨二级压缩冷冻设备的主冷冻装置以代替HCFC或HFC二级压缩冷冻装置，通过增加具有氨单级压缩机的副冷冻装置和循环回路，可以得到-60℃以下的超低温。这无论对新设备还是已有设备，都是可能的。

前述实施形态中，是以远洋渔船的冷冻装置为例进行了说明，但并不限于渔船，也适用于陆上的冷冻装置。

图4是表示上述冷冻装置1的一个实施形态的变型例。

在该实施形态中也同样地，冷冻装置1由主冷冻装置1A和副冷冻装置1B构成。该实施形态的主冷冻装置1A中，采用了2个二级压缩机3₁、3₂(本发明中所说的若干个二级压缩机)，同时，采用了与各二级压缩机3₁、3₂对应的2个蒸发器2₁、2₂(本发明中所说的若干个蒸发器)和膨胀阀5₁、5₂(本发明中所说的若干个膨胀阀)。

该实施形态中也同样地，在分别使主冷冻装置1A和副冷冻装置1B动作、同时驱动循环泵14时，冷凝器冷却水在副冷冻装置1B的蒸发器8和主冷冻装置1A的冷凝器4之间循环，可以把被副冷冻装置1B的蒸发器8冷却后的冷凝器冷却水，供给主冷冻装置1A的冷凝器4。因此，主冷冻装置1A中的冷凝器4的制冷剂气体，被冷凝器冷却水冷却，以比利用常温冷却水时更低的温度冷却。例如，冷凝器冷却水的温度为+10℃时，主冷冻装置1A的制冷剂气体的冷凝温度为约+15℃。

在该冷冻装置1中也同样地，图3的莫里尔热力学计算图表示冷凝温度为+15℃、蒸发温度为-70℃、二级压缩机3₁、3₂中各级吸入气体的过热度为+5℃、低高级比率＝3:1时的绝热压缩中的、压缩过程的温度变化。如图3的莫里尔热力学计算图所示，压缩后的制冷剂气体的温度只上升到+143℃。

结果，压缩后的制冷剂气体的温度在+170℃以下，从而与制冷剂一起在装置内循环的润滑油不变性，采用氨作为制冷剂，可以不引起润滑油的劣化，得到-60℃以下的超低温。

在该冷冻装置的实施形态中，由于主冷冻装置中采用2个二级压缩机3₁、3₂，使2个二级压缩机3₁、3₂同时驱动，可以迅速使电冰箱内冷却，并且，如果将电冰箱内冷冻到设定温度，只要驱动一个二级压缩机即可。

在图4所示的实施形态中，作为若干个二级压缩机，例举了2个二级压缩机，但也可以是3个或3个以上。与该二级压缩机的个数对应地，蒸发器和膨胀阀也可以是3个以上。

在上述实施形态中，万一副冷冻装置1B的单级压缩机9发生故障时，就不能冷却冷凝器冷却水。这样，就不能供给被主冷冻装置1A的冷凝器4冷却的冷凝器冷却水，不能将制冷剂气体(氨气)的冷凝温度降低到常温以下。结果，如前所述，从二级压缩机3、3₁、3₂排出的制冷剂气体的温度，理论上达到+192℃(由压缩机附带温度计测得约+172℃)，润滑油变性劣化，导致二级压缩机3、3₁、3₂的烧结等。

图5和图6表示本发明冷冻装置1的另一实施形态。

该实施形态的冷冻装置1也同样地，由主冷冻装置1A和副冷冻装置1B构成。

另外，图5和图6中，与前述实施形态相同的部分，注以相同标记，其详细说明从略，只说明不同的部分。

在主冷冻装置1A中，2个二级压缩机3₁、3₃之中的一个二级压缩机3₃，是采用可切换为单级压缩机的二级压缩机。该二级压缩机3₃，如图6所示，在低级排出口3b和气体冷却器6的管路上，配设了断流阀16₁，在连接蒸发器2₂及二级压缩机3₃的低级吸入口3a的管路、与连接气体冷却器6及二级压缩机3₃的高级吸入口3c的管路之间，连接着配设了逆止阀17₁的分支管路，该逆止阀17₁只容许制冷剂气体从蒸发器2₂朝着二级压缩机3₃的高级吸入口3c方向流动。另外，在连接上述断流阀16₁及二级压缩机3₃的低级排出口3b的管路、与连接二级压缩机3₃的高级排出口3d及冷凝器4的管路之间，连接着配设了逆止阀17₂的分支管路，该逆止阀17₂只容许制冷剂气体从二级压缩机3₃的低级排出口3b朝着冷凝器4的方向流动。

在把该可切换为单级压缩机的二级压缩机3₃作为二级压缩机使用时，以将断流阀16₁开放的状态运转。这时，来自蒸发器2₂的制冷剂气体，被低级吸入口3a吸入，被第1级压缩机构压缩后，从低级排出口3b排出。然后，被压缩后的制冷剂气体，经过开放的断流阀16₁及气体冷却器6，被高级吸入口3c吸入，被第2级压缩机构再次压缩后，成为高温高压的制冷剂气体，从高级排出口3d排出。

这时，对于逆止阀17₁前后的制冷剂气体的压力，由于经过第1级压缩，所以，高级吸入口3c侧的压力比低级吸入口3a侧高，制冷剂气体不会经过逆止阀17₁流向高级吸入口3c侧。另外，对于逆止阀17₂前后的制冷剂气体的压力，由于经过了第2级压缩，所以，高级排出口3d侧的压力比低级排出口3b侧高，制冷剂气体不会经过逆止阀17₂流向高级排出口3d侧。

另一方面，在把可切换为单级压缩机的二级压缩机3₃作为单级压缩机使用时，以将断流阀16₁关闭的状态运转。关闭了断流阀16₁时，来自蒸发器2₂的制冷剂气体，被低级吸入口3a吸入，被第1级压缩机构压缩后，从低级排出口3b排出。这里，由于断流阀16₁关闭着，所以，压缩后的制冷剂气体不供给高级吸入口3c，从而高级吸入口3c侧的压力降低。因此，来自蒸发器2₂的制冷剂气体，经过逆止阀17₁也同时被吸入高级吸入口3c，被第2级压缩机构压缩后，从高级排出口3d排出。另外，被第1级压缩机构压缩后的制冷剂气体，供给到逆止阀17₂，从而低级排出口3b侧的压力上升。从高级排出口3d排出的制冷剂气体，也只被1级压缩，逆止阀17₂的低级排出口3b侧的压力，只要稍稍比高级排出口3d侧的压力高，就与经过逆止阀17₂从高级排出口3d排出的制冷剂气体合流，供给到冷凝器4。

另外，在主冷冻装置1A中，在连接蒸发器2₁及二级压缩机3₁的管路、和连接蒸发器2₂及二级压缩机3₃的管路上，分别设有制冷剂气体的切换机构18₁、18₂，并且，在连接二级压缩机3₁、3₃和冷凝器4的管路上，也设置了制冷剂气体的切换机构183。

另外，在连接蒸发器2₂及切换机构18₂的管路、和连接二级压缩机3₃及切换机构18₃的管路上，分别配设了三通阀19₁、19₂。在配设在连接蒸发器2₂及切换机构18₂的管路上的三通阀19₁、与配设在连接蒸发器2₁及二级压缩机3₁的管路上的切换机构18₁之间，设有连接管路。

因此，可以把蒸发器2₂的制冷剂气体，通过三通阀19₁及切换机构18₂供给可切换为单级压缩机的二级压缩机3₃，或者，通过三通阀19₁及切换机构18₁供给二级压缩机31。

另外，在副冷冻装置1B中，在连接蒸发器8及单级压缩机9的管路上，配设了三通阀19₃。在该三通阀19₃与配设在连接蒸发器2₂及二级压缩机3₃的管路上的切换机构18₂之间，连接着旁通管路。另外，在连接单级压缩机9及冷凝器10的管路上，配设了断流阀16₂。在连接断流阀16₂及冷凝器10的管路、与配设在连接二级压缩机3₃及切换机构18₃的管路上的三通阀19₂之间，连接着旁通管路。

因此，将断流阀16₁、16₂关闭，同时，切换三通阀19₁，将蒸发器2₂的制冷剂气体通过切换机构18₁供给二级压缩机3₁。另外，切换三通阀19₃，把副冷冻装置1B中的蒸发器8的制冷剂气体通过旁通回路和切换机构18₂，供给二级压缩机构3₃，同时，切换三通阀19₂，把二级压缩机构3₃的制冷剂气体通过旁通回路供给冷凝器10。这样，可以使蒸发器8的制冷剂气体，依次在三通阀19₃、旁通回路、切换机构18₂、可切换为单级压缩机的二级压缩机3₃、三通阀19₂、旁通回路、冷凝器10、储液器12和膨胀阀11中循环后，再供给蒸发器8。

这时，主冷冻装置1A中的蒸发器2₂的制冷剂气体，可以通过三通阀19₁和切换机构18₁供给二级压缩机3₁。

另外，在冷凝器冷却水的循环回路13上，分别配设着三通阀19₄、19₅，这些三通阀19₄、19₅与副冷冻装置1B的冷凝器10的冷却水循环回路连接着。因此，当副冷冻装置1B不能继续运转时，切换三通阀19₄、19₅，可以将常温的冷却水供给主冷冻装置1A的冷凝器4。

另外，在连接蒸发器8和三通阀19₃的管路上，配设着蒸发压力调节阀20，防止副冷冻装置1B的蒸发器8内的制冷剂的蒸发压力不必要地降低，使得供给到主冷冻装置1A的冷凝器4的冷凝器冷却水在副冷冻装置1B的蒸发器8内不结冰。

下面，说明该构造的冷冻装置1的动作。

首先，在初期状态，断流阀16₁开放着，可切换为单级压缩机的二级压缩机3₃作为二级压缩机动作。

另外，切换三通阀19₁，把蒸发器2₂的制冷剂气体通过切换机构18₂供给二级压缩机3₃。切换三通阀19₂，把二级压缩机3₃的制冷剂气体通过切换机构18₃供给冷凝器4。另外，切换三通阀19₃，把副冷冻装置1B中的蒸发器8的制冷剂气体供给单级压缩机9。由于断流阀16₂开放着，可以把被单级压缩机9压缩后的制冷剂气体导向冷凝器10。

另外，分别切换循环回路13的三通阀19₄、19₅，使冷凝器冷却水在副冷冻装置1B的蒸发器8和主冷冻装置1A的冷凝器4之间循环。

在该初期状态，使冷冻装置1动作时，作为主冷冻装置1A的制冷剂的氨，被吸入二级压缩机3₁的低级吸入口3a，被第1级压缩机构压缩后，从低级排出口3b排出，再被气体冷却器6冷却后，吸入到高级吸入口3c，由第2级压缩机构再次压缩后，成为高温高压的制冷剂气体，从高级排出口3d排出。

接着，排出的制冷剂气体，经过切换机构18₃供给冷凝器4，被冷凝器4冷凝后，成为高压的制冷剂液体，经过储液器7流入膨胀阀5₁。然后，制冷剂液体由膨胀阀5₁变成为湿气体后，送到蒸发器2₁，在蒸发器2₁内蒸发并进行了冷却作用后，作为制冷剂气体，经过切换机构18₁，被吸入二级压缩机3₁的低级吸入口3a，再由第1级压缩机构压缩。

在二级压缩机3₃中也同样地，作为制冷剂的氨被吸入低级吸入口3a，被第1级压缩机构压缩后，从低级排出口3b排出，再被气体冷却器6冷却后，吸入到高级吸入口3c，由第2级压缩机构再次压缩后，成为高温高压的制冷剂气体，从高级排出口3d排出。

接着，排出的制冷剂气体，经过三通阀19₂和切换机构18₃供给冷凝器4，被冷凝器4冷凝后，成为高压的制冷剂液体，经过储液器7流入膨胀阀5₂。然后，制冷剂液体由膨胀阀5₂变成为湿气体后，送到蒸发器2₂，在蒸发器2₂内蒸发并进行了冷却作用后，作为制冷剂气体，经过三通阀19₁和切换机构18₂，被吸入二级压缩机3₃的低级吸入口3a，再由第1级压缩机构压缩。

另外，副冷冻装置1B中也同样地，作为制冷剂的氨，被吸入单级压缩机9的吸入口9a，被压缩机构压缩后，成为高温高压的制冷剂气体，从排出口9b排出。然后，压缩后的制冷剂气体，经过断流阀16₂供给冷凝器10，由冷凝器10冷凝后，成为高压的制冷剂液体，经过储液器12流入膨胀阀11。然后，制冷剂液体由膨胀阀11变成为湿气体，送到蒸发器8，在蒸发器8内蒸发并进行了冷却作用后，作为制冷剂气体经过三通阀19₃，被吸入到单级压缩机9的吸入口9a，再由压缩机构压缩。

使循环回路13的循环泵14动作时，冷凝器冷却水在副冷冻装置1B的蒸发器8和主冷冻装置1A的冷凝器4之间循环。这时，冷凝器冷却水被副冷冻装置1B的蒸发器8冷却后，供给主冷冻装置1A的冷凝器4，将主冷冻装置1A中的冷凝器4的制冷剂气体冷却后，返回副冷冻装置1B的蒸发器8。即，主冷冻装置1A的制冷剂气体，被冷凝器冷却水冷却，以比利用常温冷却水时更低的温度冷凝。具体地说，冷凝器冷却水的温度为+10℃时，主冷冻装置1A的制冷剂气体的冷凝温度约为+15℃。

因此，对于冷凝温度为+15℃、蒸发温度为-70℃、压缩机2中的各级吸入气体的过热度为+5℃、低高级比率＝3:1时的、绝热压缩中压缩过程的温度变化，如上述图3的莫里尔热力学计算图所示，压缩后的制冷剂气体的温度为+143℃。

结果，压缩后的制冷剂气体的温度为+170℃(由压缩机附带温度计测得约+150℃)以下，从而与制冷剂一起在装置内循环的润滑油不变性，可以用氨作为制冷剂，不导致润滑油劣化，得到-60℃以下的超低温。

另一方面，当副冷冻装置1B的单级压缩机9万一出故障时，将断流阀16₁关闭，将可切换为单级压缩机的二级压缩机3₃作为单级压缩机动作。

另外，切换三通阀19₁，把蒸发器2₂的制冷剂气体通过切换机构18₁供给二级压缩机3₁。切换三通阀19₂，把二级压缩机3₃的制冷剂气体供给副冷冻装置1B的冷凝器10。另外，切换三通阀19₃，把副冷冻装置1B中的蒸发器8的制冷剂气体供给切换机构18₂，关闭断流阀16₂。

在该状态，使冷冻装置1动作时，在主冷冻装置1A中，作为制冷剂的氨，被吸入二级压缩机3₁的低级吸入口3a，被第1级压缩机构压缩后，从低级排出口3b排出，再被气体冷却器6冷却后，吸入到高级吸入口3c，由第2级压缩机构再次压缩后，成为高温高压的制冷剂气体，从高级排出口3d排出。接着，排出的制冷剂气体，经过切换机构18₃供给冷凝器4，被冷凝器4冷凝后，成为高压的制冷剂液体，经过储液器7流入膨胀阀5₁。然后，制冷剂液体由膨胀阀5₁变成为湿气体后，送到蒸发器2₁，在蒸发器2₁内蒸发并进行了冷却作用后，作为制冷剂气体，经过切换机构18₁，被吸入二级压缩机3₁的低级吸入口3a，再由第1级压缩机构压缩。

另外，从储液器7流入膨胀阀5₂的制冷剂液体，由膨胀阀5₂变为湿气体后送到蒸发器2₂，在蒸发器2₂内蒸发并进行了冷却作用后，作为制冷剂气体，经过三通阀19₁和切换机构18₁，被吸入二级压缩机构3₁的低级吸入口3a。

另一方面，流入到二级压缩机3₃的制冷剂气体，如前所述，被吸入低级吸入口3a和高级吸入口3c，由第1级压缩机构和第2级压缩机构分别进行一级压缩后，从低级排出口3b和高级排出口3d排出后合流。排出后的制冷剂气体，经过三通阀19₂和旁通回路，供给副冷冻装置1B的冷凝器10，被冷凝器10冷凝后，成为高压的制冷剂液体，经过储液器12流入膨胀阀11。然后，制冷剂液体由膨胀阀11变成为湿气体后，送到蒸发器8，在蒸发器8内蒸发并进行了冷却作用后，作为制冷剂气体，经过蒸发压力调节阀20、三通阀19₃、旁通回路和切换机构18₂，被吸入切换为单级压缩机的二级压缩机3₃的低级吸入口3a及高级吸入口3c，再由第1级压缩机构压缩。

另外，在副冷冻装置1B中，三通阀19₃阻止制冷剂气体被吸入单级压缩机9的吸入口9a，断流阀16₂阻止制冷剂气体从排出口9b排出。

使循环回路13的循环泵14动作时，冷凝器冷却水在副冷冻装置1B的蒸发器8和主冷冻装置1A的冷凝器4之间循环。这时，冷凝器冷却水被副冷冻装置1B的蒸发器8冷却后，供给主冷冻装置1A的冷凝器4，将主冷冻装置1A中的冷凝器4的制冷剂气体冷却后，返回副冷冻装置1B的蒸发器8。即，主冷冻装置1A的制冷剂气体，被冷凝器冷却水冷却，以比利用常温冷却水时更低的温度冷凝。具体地说，冷凝器冷却水的温度为+10℃时，主冷冻装置1A的制冷剂气体的冷凝温度约为+15℃。

因此，对于冷凝温度为+15℃、蒸发温度为-70℃、压缩机3₁、3₃中的各级吸入气体的过热度为+5℃、低高级比率＝3:1时的、绝热压缩中压缩过程的温度变化，如上述图3的莫里尔热力学计算图所示，压缩后的制冷剂气体的温度为+143℃。

结果，压缩后的制冷剂气体的温度为+170℃(由压缩机附带温度计测得约+150℃)以下，从而与制冷剂一起在装置内循环的润滑油不变性，可以用氨作为制冷剂，不导致润滑油劣化，得到-60℃以下的超低温。而且，即使万一副冷冻装置1B的单级压缩机9出故障等而不能动作时，也可以将主冷冻装置1A的二级压缩机中的一个二级压缩机作为单级压缩机使用，所以，可切实防止在远洋等作业中不能冷冻的状况。

另外，当副冷冻装置1B的冷凝器10或蒸发器8发生故障、副冷冻装置1B不能继续运转时，不能将冷凝器冷却水冷却后供给主冷冻装置1A的冷凝器4。这时，切换三通阀19₄、19₅，把常温的冷却水供给主冷冻装置1A的冷凝器4，用常温使冷凝器4的制冷剂气体冷凝。这样，用常温使冷凝器4的制冷剂气体冷凝时，调节运转台数等，同时使润滑油不变性地使制冷剂气体的蒸发温度上升，可进行紧急状况的继续运转。

另外，该实施形态中，也可以根据所需的冷冻能力，在采用若干个二级压缩机。在采用若干个二级压缩机时，只要配设与各二级压缩分别对应的若干个膨胀阀和蒸发器即可。

如上所述，根据本发明，采用氨作为制冷剂，不引起润滑油的劣化，可将电冰箱内冷却到-60℃以下的超低温，所以，有利于环境保护。

另外，在不脱离本发明精神或主要特征的前提下，可以有各种形式的实施例。因此，上述的实施形态仅作为例子，并不能限定本发明。本发明的范围由权利要求书决定，不受说明书的约束。另外，在权利要求书范围内的变型和变更，均包含在本发明范围之内。

Claims (2)

1.冷冻装置，其特征在于，由主冷冻装置、副冷冻装置和具有循环泵的主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路构成；

主冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个或若干个二级压缩机、一个冷凝器，和与各二级压缩机分别对应的一个或若干个膨胀阀及蒸发器；

副冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个单级压缩机、一个冷凝器、一个膨胀阀和一个蒸发器；

主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路设在主冷冻装置的冷凝器和副冷冻装置的蒸发器之间；

使副冷冻装置的制冷剂，依次在副冷冻装置的单级压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器中循环，把被副冷冻装置的蒸发器冷却后的主冷冻装置的冷凝器冷却水，通过循环泵供给主冷冻装置的冷凝器。

2.冷冻装置，其特征在于，由主冷冻装置、副冷冻装置、具有循环泵的主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路，和旁通回路构成；

主冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个或若干个二级压缩机、可切换为一个单级压缩机的二级压缩机、一个冷凝器，和与各二级压缩机分别对应的若干个膨胀阀及蒸发器；

副冷冻装置用氨作为制冷剂，至少备有一个单级压缩机、一个冷凝器、一个膨胀阀，和一个蒸发器；

主冷冻装置的冷凝器冷却水循环回路设在主冷冻装置的冷凝器和副冷冻装置的蒸发器之间；

旁通回路设在可切换为单级压缩机的二级压缩机和副冷冻装置的单级压缩机之间，分别与可切换为单级压缩机的二级压缩机的低级吸入口侧及高级排出口侧、和单级压缩机的吸入口侧及排出口侧连接；

用可切换为单级压缩机的二级压缩机代替副冷冻装置的单级压缩机作为单级压缩机使用，使副冷冻装置的制冷剂通过旁通回路，依次在副冷冻装置的冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环，把被副冷冻装置的蒸发器冷却了的主冷冻装置的冷凝器冷却水，通过循环泵供给主冷冻装置的冷凝器。

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