CN101153752A - 冷冻装置 - Google Patents

Abstract

一种冷冻装置，其目的在于，在设计为HCFC系制冷剂用的既设的屋内设备以及屋内配管中，即使在置换成HFC系制冷剂用冷冻装置的情况下，也能够维持冷冻能力，并且通过抑制制冷剂的流速的增加，防止因压力损失的增加而导致的运转效率的下降。主冷冻循环的制冷剂使用蒸发温度0摄氏度以下的制冷剂，副冷冻循环的制冷剂使用比主冷冻循环的制冷剂COP更良好的蒸发温度0摄氏度以上的制冷剂，由此，能够通过COP良好的副冷冻循环过冷却主冷冻循环的制冷剂，能够改善冷冻系统整体的运转效率。

Description

冷冻装置

技术领域

本申请发明涉及一种冷冻装置，其通过屋内配管与商品陈列橱及空调机等屋内设备连接使用，将液化后的制冷剂进一步过冷却。

背景技术

目前，使用R22等HCFC系制冷剂的冷冻装置多用于便利店(CVS)及大型商店。这些冷冻装置有分离设置图1所示的冷凝器的分离型或使冷凝器和冷冻装置成为一体的一体型。但是，由于这些冷冻装置中使用的HCFC系制冷剂具有破坏臭氧层的性质，因此成为限制的对象。

因此，今后考虑要增加使用不破坏臭氧层的R32、R407A、R410A等的HFC系制冷剂的冷冻装置。由于HCFC系制冷剂的限制阶段性进行，因此，考虑相对于使用了既存的HCFC系制冷剂设备也进行向HFC系制冷剂的置换(参照专利文献1)。

专利文献1：特开2001-201215号公报

但是，由于HFC系制冷剂与HCFC系制冷剂物理性质不同，故不能将使用了HCFC系制冷剂的冷冻装置直接转用到HFC系制冷剂用冷冻装置上。因此，在将HFC系制冷剂用于HCFC系制冷剂用冷冻装置时，必须与其物理性质对应。

例如，HFC系制冷剂与HCFC系制冷剂相比，在同一蒸发温度下，工作压力高，因此，需要注意配管等的耐压性能。而且，HFC系制冷剂与HCFC系制冷剂相比，每单位体积的冷冻能力低，故为了得到与HCFC系制冷剂相同水平的冷冻能力，需要增加制冷剂流量。

因此，在CVS及大型商场中利用面向HCFC系制冷剂装置设计的既设的屋内配管，向HFC系制冷剂用冷冻装置进行置换，在该情况下，为了确保与使用HCFC系制冷剂时相同水平的冷冻能力，需要增加制冷剂的流速并增加制冷剂流量。但是，当增加制冷剂的流速时，就会导致屋内配管中的压力损失增加，因此，制冷剂循环时的能量损失加大，从而造成运动效率降低。

为了不增加制冷剂的流速而维持冷冻能力，其方法是加大屋内配管的内径，增加截面积，从而增加制冷剂流量，但是，为了在既设的屋内设备上重新铺设屋内配管，就需要非常高额的费用和时间。

发明内容

于是，本申请发明的目的在于，在设计为HCFC系制冷剂用的既设的屋内设备以及屋内配管中，即使置换成HFC系制冷剂用冷冻装置的情况下，也能够维持冷冻能力，且抑制制冷剂的流速的增加，由此防止因压力损失的增加而导致的运转效率的下降。

另外，本申请发明不限于利用既设的屋内设备以及屋内配管的情况，在新开发使用HFC系制冷剂的冷冻装置时，利用与使用HCFC系制冷剂的冷冻装置相同程度大小的冷冻装置，能够确保需要的冷冻能力。

本申请发明是鉴于上述问题点而开发的，本发明第一方面提供一种主冷冻循环，其由压缩机、具备冷凝器的冷冻装置、具备减压装置、蒸发器的屋内设备构成，其特征在于，在所述冷凝器和所述减压装置之间具备副冷冻循环，副冷冻循环具备将从该冷凝器流出的制冷剂过冷却的过冷却用热交换器，所述副冷冻循环具备压缩机、冷凝器、减压装置、所述过冷却用热交换器。

本发明第二方面在第一发明的基础上，提供一种冷冻系统，其特征在于，具备将所述屋内设备配管连接的屋内配管，所述屋内配管被配管设计成HCFC系制冷剂的规格，所述主冷冻循环以及所述副冷冻循环使用的制冷剂为HFC系制冷剂。

本发明第三方面在第一方面以及第二方面的基础上，提供一种冷冻系统，其特征在于，所述主冷冻循环的蒸发温度比所述副冷冻循环的蒸发温度低。

本发明第四方面在第一方面～第三方面的基础上，提供一种冷冻系统，其特征在于，所述主冷冻循环的所述冷凝器与所述冷冻装置单独设置。

根据本申请发明，通过设定主冷冻循环的蒸发温度比副冷冻循环的蒸发温度低，能够通过COP的良好的副冷冻循环过冷却主冷冻循环的制冷剂，且能够改善冷冻系统整体的运转效率。另外，通过追加副冷冻循环，能够不将主冷冻循环的冷冻装置大型化而能够增加冷冻能力。

使用设计成主冷冻循环的HCFC系制冷剂的规格的既设的屋内配管，在主冷冻循环使用HFC系制冷剂时，由于制冷剂物理性不同，从而造成每单位体积的制冷剂能力下降。根据本申请发明，通过副冷冻循环过冷却主冷冻循环的制冷剂，增加每单位体积的冷冻能力，由此，能够减小流过屋内配管的液体制冷剂的流量以及流速，能够减少屋内配管中的压力损失。因而，能够改善冷冻系统整体的运转效率。

附图说明

图1是现有的冷冻装置的制冷剂回路图；

图2是应用了本申请发明的冷冻装置的制冷剂回路图；

图3是具备应用了本申请发明的内部热交换器的冷冻装置的制冷剂回路图。

符号说明

100、101压缩机

102油分离器

103储液器

104过滤器

105蓄热器

106过滤器(油用)

107、108电磁阀(油用)

109、112过滤器(液体喷射用)

110、113膨胀阀(液体喷射用)

111、114电磁阀(液体喷射用)

200冷凝器

300压缩机

301油分离器

302冷凝器

303储液器

304膨胀阀

305级联热交换器

306蓄能器

307过滤器(油用)

308电磁阀(油用)

309过滤器(液体喷射用)

310膨胀阀(液体喷射用)

311电磁阀(液体喷射用)

312高压温度传感器

313高压压力传感器

314副冷冻循环侧入口温度传感器

315副冷冻循环侧出口温度传感器

316低压压力传感器

317主冷冻循环侧入口温度传感器

318主冷冻循环侧出口温度传感器

319主冷冻循环侧出口压力传感器

320内部热交换器

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本申请发明的实施方法。

实施例

图2是应用了本申请发明的冷冻装置的制冷剂回路图，由冷冻装置1、冷凝机组2、过冷却单元3(副冷冻循环)构成。从冷冻装置1的制冷剂入口A流入的气体制冷剂变成液体制冷剂后从制冷剂出口B向过冷却单元3的制冷剂入口C流入，过冷却后的液体制冷剂从制冷剂出口D向具备商品陈列橱及空调机等的室内配管(未图示)流出。

上述屋内配管为已经敷设在CVS及大型商店中的配管，仍然利用HCFC系制冷剂为对象设计配管径的配管。另外，本申请发明中，该屋内配管不限于既设的配管，也能够适用与冷冻装置一起新设的配管，配管直径也不限于设计成HCFC系制冷剂用的配管直径。

本实施例中，假设配设在屋内的室内机组作为冷冻装置1，采用将进行热交换的冷凝器作为冷凝机组2与冷冻装置1分离设置在屋外的构成。另外，本申请发明不限于此，冷凝器与冷冻装置一体化的一体型冷冻装置中也能够适用。

另外，作为冷冻装置1的制冷剂假设为R407A，但不限于此，如果是能够设定蒸发温度比副冷冻循环的蒸发温度更低的制冷剂就能够适用。

对冷冻装置1的构成以及制冷剂的流动进行说明。从制冷剂入口A流入的气体制冷剂经过过滤器104除去杂质，通过蓄能器105分离成液体制冷剂和气体制冷剂。液体制冷剂贮留在蓄能器105中，仅气体制冷剂被压缩机100、101吸引，压缩成高温高压后喷出。

需要说明的是，本实施例中，压缩机100使用运转频率可变的可变速压缩机，压缩机101使用运转频率一定的定速压缩机，但压缩机100以及压缩机101也可以均使用运转频率一定的定速压缩机。

由压缩机100、压缩机101压缩成高温高压的气体制冷剂包含着压缩机中的润滑油喷出。喷出来的气体制冷剂流入油分离器102，油分被分离后，流入配设在冷凝机组2中的冷凝器200。

在油分离器102中被分离出来的润滑油由过滤器106除去杂质后，分别通过电磁阀107、108返回到压缩机100、101。此时，对各压缩机控制电磁阀107、108的开闭，以使压缩机中的润滑油达到一定值以上。

在冷凝器200中冷却冷凝后的液体制冷剂从冷凝机组2返回到冷冻装置1，贮留在储液器103中。贮留在储液器103中的液体制冷剂从冷冻装置1的制冷剂出口B向过冷却单元3的制冷剂入口C流入，在热交换器305中进行过冷却后，从过冷却单元3的制冷剂出口D通过屋内配管向商品陈列橱及空调机等的屋内设备流出。

另外，为了防止压缩机100、101产生高温，而设有液体喷射回路。在液体喷射回路中，从储液器103引出来的液体制冷剂在过滤器109、112中除去杂质后，依次通过膨胀阀110、113以及电磁阀111、114供给到压缩机100、101，由各压缩机进行冷却。控制膨胀阀110、113的开闭度以及电磁阀111、114的开闭，以使从压缩机100、101喷出的制冷剂的温度为一定范围内。

说明冷冻装置1的运转控制方法。有关冷冻装置1的运转控制方法，不限于本实施例所示的方法，现有的运转控制方法也没关系，任何运转控制方法均能够得到过冷却单元3的本申请发明的效果。

冷冻装置1的压缩机的吸引侧压力(低压压力)通过压力传感器(未图示)计测，通过比较该低压压力和预定的规定压力I、规定压力II，由此进行运转控制。规定压力II的值比规定压力I的值大。

在低压压力小于规定压力I时，压缩机100以及压缩机101同时停止运转。低压压力成为了规定压力I以上时，可变速压缩机100以最低运转频率开始运转。

低压压力位于规定压力I以上不满规定压力II的范围内时，随着低压压力的增加，运转频率增加。低压压力成为了规定压力II以上时，可变速压缩机100再次以最低运转频率运转，定速压缩机101开始运转。其后，定速压缩机101继续运转，随着低压压力的增加，可变速压缩机100的运转频率增加。

另外，低压压力减少，成为了规定压力II以下时，定速压缩机101停止运转，可变速压缩机100以最大运转频率运转。其后，可变速压缩机100的运转频率随低压压力的减少而减少，直到低压压力成为规定压力I，低压压力成为了规定压力I以下时，可变速压缩机100停止运转。

对过冷却单元3的构成以及制冷剂的流动进行说明。过冷却单元3构成独立于由冷冻装置1、冷凝机组2、屋内配管、屋内设备构成的主冷冻循环的副冷冻循环，主冷冻循环和副冷冻循环热接合。

作为过冷却单元3的制冷剂假设为R410A，但不限于此，如果是蒸发温度设定高于主冷冻循环的蒸发温度的制冷剂就能够适用。

在过冷却单元3中，通过压缩机300压缩喷出来的制冷剂流入油分离器301。因为喷出来的制冷剂包含有压缩机中的润滑油，所以在油分离器301中除去润滑油后流入冷凝器302。喷出制冷剂的温度以及压力通过温度传感器312以及压力传感器313计测。

需要说明的是，本实施例中使用运转频率可变的可变速压缩机作为压缩机300，但也可以使用运转频率一定的定速压缩机。

在油分离器301中分离出来的润滑油在过滤器307这除去杂质后，通过电磁阀308返回到压缩机300。需要说明的是，由于过冷却单元3为已经关闭的冷冻循环，所以残留在冷冻回路中的润滑油少。另外，由于只装载一台压缩机，所以即使不通过电磁阀308调整返回到压缩机300的润滑油的量也没关系。

在冷凝器302中冷却冷凝而成为液体的制冷剂贮留在储液器303中。贮留在储液器303中的液体制冷剂的一部分被利用于用于将压缩机300的温度保持在一定范围的液体喷射。

在液体喷射回路中，从储液器303引出来的制冷剂在过滤器309中除去杂质后，通过膨胀阀310以及电磁阀311流入压缩机300，冷却压缩机300。控制膨胀阀310的开度以及电磁阀311的开闭，以使从压缩机300喷出的制冷剂的温度为一定范围内。

贮留在储液器303中液体制冷剂由膨胀阀304减压，流入级联热交换器305(过冷却用热交换器)的副冷冻循环侧并蒸发，由此，冷却(过冷却)流过级联热交换器305的主冷冻循环侧的高温的液体制冷剂。另外，级联热交换器305的副冷冻循环侧入口的制冷剂温度通过温度传感器314计测，主冷冻循环侧入口的制冷剂温度通过温度传感器317计测。

由于从级联热交换器305的副冷冻循环侧出口流出来的制冷剂包含一部分液体制冷剂，所以在蓄能器306中分离成液体制冷剂和气体制冷剂。液体制冷剂贮留在蓄能器306中，仅气体制冷剂吸引到压缩机300中。另外，从级联热交换器305的主冷冻循环侧出口流出来的制冷剂从过冷却单元3的制冷剂出口D通过屋内配管流出到商品陈列橱及空调机等的屋内设备。

需要说明的是，级联热交换器305的副冷冻循环侧出口的制冷剂温度通过温度传感器315计测，主冷冻循环侧出口的制冷剂温度通过温度传感器318计测，主冷冻循环侧出口的制冷剂压力通过压力传感器319计测，压缩机300的低压侧压力通过压力传感器316计测。

本实施例中，作为过冷却单元3的构成，设冷凝器302为一体型，因此，假设为配设在可与外气热交换的屋外的室外机组。但是，本申请发明不限于此，作为将冷凝器作为冷凝器机组单独设置的构成，也可以将过冷却单元3设成设置在屋内的的室内机组。

另外，如图3所示，通过设置内部热交换器320，能够使在级联热交换器305中过冷却之前的液体制冷剂和过冷却后的液体制冷剂进行热交换。由此，能够减少级联热交换器305在主冷冻循环侧的出入口之间的液体制冷剂的温度差，因此能够实现级联热交换器305的长寿命化。

下面，说明过冷却单元3的运转控制方法。

(1)过冷却度一定运转模式

在过冷却单元3中，通过压力传感器319计测级联热交换器305的主冷冻循环侧出口的制冷剂压力，计算该制冷剂压力的制冷剂的饱和温度(制冷剂饱和温度)ST。本实施例中，饱和温度ST的计算中，将制冷剂压力和制冷剂饱和温度ST的对应表预先存储在控制装置中(未图示)，从该对应表求出制冷剂饱和温度ST的近似值。另外，关于制冷剂饱和温度ST的计算，也可以由表示制冷剂压力和制冷剂饱和温度ST的关系的近似式求出。

通过温度传感器318计测级联热交换器305的主冷冻循环侧出口的制冷剂温度T1，利用下面的数式1由该制冷剂温度T1和制冷剂饱和温度ST计算级联热交换器305的主冷冻循环侧出口的制冷剂的过冷却度SC。

数1：SC＝ST-T1

将屋内设备需要的过冷却度作为规定过冷却度CSC预先设定在控制装置中，并对制冷剂过冷却度SC和规定过冷却度CSC进行比较。利用下面的数式2计算制冷剂过冷却度SC和规定过冷却度CSC的差DSC。

数2：DSC＝SC-CSC

制冷剂过冷却度SC大于规定过冷却度CSC时，即DSC大于0时，级联热交换器305的主冷冻循环侧进行过度过冷却。所以，通过关闭膨胀阀304抑制级联热交换器305的冷却。在本实施例中，膨胀阀304的阀开度与DSC对应，DSC越大膨胀阀304的开度越小。另外，DSC为规定值以上时关闭膨胀阀304。

制冷剂过冷却度SC小于规定过冷却度CSC时，即DSC小于0时，级联热交换器305的主冷冻循环侧过冷却不足。所以，通过打开膨胀阀304促进级联热交换器305的冷却。如上所述，在本实施例中，膨胀阀304的阀开度与DSC对应，DSC越小膨胀阀304的开度越大。

制冷剂过冷却度SC等于规定过冷却度CSC时，因为实现需要的过冷却，所以，不变更膨胀阀304的开度。另外，膨胀阀304的阀开度控制不限于本方法，也可以利用制冷剂过冷却度SC和规定过冷却度CSC的比。

也可以通过温度传感317以及318计测级联热交换器305的主冷冷冻循环侧入口以及出口的制冷剂温度，将该入口侧温度和该出口侧温度的温度差作为制冷剂过冷却度SC进行上述控制。

(2)露点以上运转模式

通过计测屋内配管周围湿度的屋内湿度传感器(未图示)计测屋内湿度，计算该屋内湿度中的水蒸气的饱和温度(水蒸气饱和温度)WT。在本实施例中，水蒸气的饱和温度WT的计算将屋内湿度和水蒸气的饱和温度WT的对应表预先记忆在控制装置中(未图示)，由该对应表求出水蒸气饱和温度WT的近似值。另外，水蒸气的饱和温度WT的计算，也可以由表示屋内湿度和水蒸气饱和温度WT的关系的近似式求出。

水蒸气饱和温度WT的计算方法也可以为，设置计测屋内配管周围的温度的屋内温度传感器(未图示)，将屋内湿度和水蒸气饱和温度WT的对应表预先记忆在控制装置中(未图示)，由计测出的屋内温度求出水蒸气饱和温度WT的近似值。另外，有关水蒸气的饱和温度WT的计算，也可以由表示屋内湿度和水蒸气的饱和温度WT的关系的近似式求出。

通过温度传感器318计测级联热交换器305的主冷冻循环侧出口的制冷剂温度T1，将制冷剂温度T1和计算出来的水蒸气饱和温度WT进行比较。利用下面的数式3计算制冷剂温度T1和水蒸气饱和温度WT的差DWT。

数3：DWT＝T1-WT

考虑到制冷剂温度T1高于水蒸气饱和温度WT时，即DWT大于0时，在屋内配管上难于发生结露，并且制冷剂温度高冷冻能力不足，因此，通过增加膨胀阀304的阀开度冷却级联热交换器305的主冷冻循环侧，由此提高冷冻能力。膨胀阀304的阀开度与DWT对应，DWT越大膨胀阀304的阀开度越大。

另一方面，制冷剂温度T1低于水蒸气饱和温度WT时，即DWT小于0时，在屋内配管上产生结露，因此，通过减少膨胀阀304的阀开度抑制级联热交换器305的主冷冻循环侧的冷却，提高制冷剂温度T1，由此防止结露。如上所述，膨胀阀304的阀开度与DWT对应，DWT越小膨胀阀304越关闭，DWT小于规定值时关闭膨胀阀304。

(3)制冷剂温度一定运转模式

通过温度传感器318计测级联热交换器305的主冷冻循环侧出口的制冷剂温度T1。将能够输出屋内设备所需要的冷冻能力的制冷剂温度作为规定温度TC预先记忆在控制装置中(未图示)，由下面的数式4计算制冷剂温度T1和规定温度CT的差DCT。

数4：DCT＝T1-CT

制冷剂温度T1低于规定温度CT时，即DCT为0以下时，冷冻能力过剩，故减少膨胀阀304的阀开度，由此抑制级联热交换器305的主冷冻循环侧的冷却。膨胀阀304的阀开度与DCT对应，DCT越小膨胀阀304越关闭，在DCT小于规定值时，关闭膨胀阀304。

另一方面，制冷剂温度T1高于规定温度CT时，即DCT为0以上时，冷冻能力不足，故增加膨胀阀304的阀开度，由此促进级联热交换器305的主冷冻循环侧的冷却。如上所述，膨胀阀304的阀开度与DCT对应，DCT越大膨胀阀304越打开。

在上述的任何的运转模式中，压缩机300均能够通过由压力传感器316计测的低压压力进行控制。压缩机300的运转频率控制为该低压压力在规定范围内，低压压力的上升成比例增加，低压压力的下降成比例减少。

另外，压缩机300的运转控制不限于该方法，也可以与上述各运转模式中的膨胀阀304的阀开度连动，阀开度增加时运转频率增加，阀开度减少时运转频率减少。

需要说明的是，压缩机300为定速压缩机时，在低压压力位于上述规定范围的下限值以下时停止运转，在规定范围的下限值以上时开始运转。另外，压缩机300的运转控制不限于该方法，也可以是上述各运转模式中的膨胀阀304的阀开度到规定值以上时运转，阀开度为规定值以下时停止运转的方法。

下面，对冷冻装置1和过冷却单元3的联合运转控制进行说明。主冷冻循环的屋内设备中，冷冻能量过剩时，由于冷冻装置1的压缩机的吸入侧压力大大降低，故冷冻装置1的压缩机100以及101停止运转，在主冷冻循环中，成为制冷剂不循环的状态。

过冷却单元3计测级联热交换器305的主冷冻循环侧的温度或压力，从而进行运转控制，因此，在主冷冻循环的制冷剂不循环的状态下，不能够计测主冷冻循环需要的冷冻能力，存在单独运转(空转)的可能性。

为了与此对应，过冷却单元3在过冷却单元3的压缩机300不停止运转而冷冻装置1的压缩机100以及101停止运转时，将用于控制冷冻装置1的运转的规定压力I再设定为比原来值更低的值，从而抑制冷冻装置1的压缩机的停止。由此，制冷剂在主冷冻循环中循环，故过冷却单元3能够进行与主冷冻循环现在需要的冷冻能力对应的运转。另外，冷冻装置1的压缩机的吸入侧压力大于原来规定压力I时，使规定压力I的值返回到原来值。

再有，同样，过冷却单元3的压缩机300不停止运转而冷冻装置1的压缩机100以及101停止运转时，过冷却单元3将用于控制压缩机300的运转的低压压力的规定范围变换到更高范围。由此，压缩机300低于通常的输出，故能够抑制制冷剂在过冷却单元3的主冷冻循环中的过冷却，从而促进主冷冻循环的运转。因而，由于制冷剂在主冷冻循环中循环，所以，过冷却单元3能够进行与主冷冻循环现在需要的冷冻能力对应的运转。另外，压缩机300低压压力大于原来规定范围的上限时，将规定范围的值返回到原来值。

需要说明的是，由于主冷冻循环的压缩机停止运转时，多为主冷冻循环的冷冻能力过剩的状况，故也可以控制运转为不根据判断为冷冻能力过剩的过冷却单元3的运转状况而使压缩机300停止运转。

Claims (4)

1.一种冷冻系统，其特征在于：

在由压缩机、具备冷凝器的冷冻装置、具备减压装置、蒸发器的屋内设备构成主冷冻循环中，

在所述冷凝器和所述减压装置之间具备副冷冻循环，该副冷冻循环具备将从该冷凝器流出的制冷剂过冷却的过冷却用热交换器，

所述副冷冻循环具备压缩机、冷凝器、减压装置、所述过冷却用热交换器。

2.如权利要求1所述的冷冻系统，其特征在于：

具备将所述屋内设备配管连接的屋内配管，

所述屋内配管被配管设计成HCFC系制冷剂的规格，

所述主冷冻循环以及所述副冷冻循环使用的制冷剂为HFC系制冷剂。

3.如权利要求1及2所述的冷冻系统，其特征在于；

所述主冷冻循环的蒸发温度比所述副冷冻循环的蒸发温度低。

4.如权利要求1至3所述的冷冻系统，其特征在于，所述主冷冻循环的所述冷凝器与所述冷冻装置单独设置。

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