CN102435018B - 2级压缩冷冻装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使冷媒吸入压力较低也能够维持较高的效率的冷冻装置。在2级压缩式冷冻装置（1）中，在第1级压缩机（2）与第2级压缩机（3）之间设置第1级油分离器（8）而使油回流到第1级压缩机（2）中，在第2级压缩机（3）的吐出侧设置第2级油分离器（9）而使油回流到第2级压缩机（3）中，根据冷冻负荷控制第1级压缩机（2）的转速，根据吸入压力Ps与吐出压力Pd的乘积的平方根计算理论中间压力Pmth，在理论中间压力Pmth与吸入压力Ps的差比预先决定的下限压力差ΔPmin大的情况下，控制第2级压缩机（3）的转速，以使中间压力Pm与理论中间压力Pmth一致，在理论中间压力Pmth与吸入压力Ps的差是下限压力差ΔPmin以下的情况下，控制第2级压缩机（3）的转速，以使中间压力Pm与吸入压力Ps加上下限压力差ΔPmin后的值一致。

Description

2级压缩冷冻装置
技术领域
本发明涉及2级压缩冷冻装置。
背景技术
对于冷冻装置，希望能够实现较高的制冷系数（COP）、并且蒸发器的冷媒的蒸发温度能够对应于较大的范围。在2级压缩冷冻装置中，为了达到较高的制冷系数，需要使第1级的压缩机与第2级的压缩机的负荷的分担最优化。
例如，在专利文献1中，记载了通过使压缩机的行程体积变化、以使作为第1级的压缩机的吐出压力（第2级的压缩机的吸入压力）的中间压力Pm与第1级的压缩机的吸入压力Ps和第2级的压缩机的吐出压力Pd的乘积的平方根√（Ps·Pd）一致、来防止冷冻装置的效率下降的技术。
作为冷冻装置用的压缩机，广泛地使用为了冷却及润滑而供给油、在吐出侧设有油分离器的类型的结构。通常，在2级压缩冷冻装置中，在第2级的压缩装置的吐出流路中配设油分离器，通过其吐出压力使分离器分离的油回流到第1级及第2级的压缩机中。
专利文献1：特开2007－138919号公报
在以往的2级压缩冷冻装置中，如果吸入压力Ps与吐出压力Pd的差变大，则因为该压力差，溶解在导入到第1级的压缩机的低压空间中的油中的冷媒闪蒸（瞬间蒸发）的量变多。于是，通过蒸发器压缩机能够吸入的冷媒的量减少，发生冷冻装置的效率下降的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的课题是提供一种即使冷媒吸入压力较低也能够维持较高的效率的冷冻装置。
为了解决上述课题，本发明的冷冻装置为以下的结构：在冷媒循环流路中，设置有能够控制转速的第1级压缩机、第1级油分离器、能够与上述第1级压缩机分开而独立地控制转速的第2级压缩机、第2级油分离器、冷凝器、膨胀阀及蒸发器；具有：第1级油流路，将上述第1级油分离器分离的油向上述第1级压缩机回流；第2级油流路，将上述第2级油分离器分离的油向上述第2级压缩机回流；吸入压力检测机构，检测上述第1级压缩机的吸入压力；中间压力检测机构，检测上述第1级压缩机的吐出压力；吐出压力检测机构，检测上述第2级压缩机的吐出压力；第1级控制机构，根据冷冻负荷控制上述第1级压缩机的转速；第2级控制机构，根据上述吸入压力检测机构的检测值与上述吐出压力检测机构的检测值的乘积的平方根计算理论中间压力，在上述理论中间压力与上述吸入压力检测机构的检测值的差比预先决定的下限压力差大的情况下，控制上述第2级压缩机的转速，以使上述中间压力检测机构的检测值与上述理论中间压力一致，在上述理论中间压力与上述吸入压力检测机构的检测值的差是上述下限压力差以下的情况下，控制上述第2级压缩机的转速，以使上述中间压力检测机构的检测值与上述吸入压力检测机构的检测值加上上述下限压力差后的值一致。
此外，本发明的冷冻装置也可以是，具备检测上述蒸发器的蒸发温度的蒸发温度检测机构；上述第1级控制机构根据上述蒸发温度检测机构的检测值控制上述第1级压缩机的转速。
此外，在本发明的冷冻装置中，上述第1级压缩机及上述第2级压缩机也可以分别由螺旋压缩机构成。
根据本发明，由于在各级的压缩机的吐出侧分别设有油分离器，所以对各个压缩机供给自身的吐出压力的油。由此，油的供给压力不会变得过高，溶解到油中的冷媒不会闪蒸而使压缩机的容量实质地下降（特别是，通过蒸发器第1压缩机能够吸入的冷媒的量不会减少）。此外，第2级控制机构即使在理论中间压力变小时，也将实际的中间压力与吸入压力的差保持为一定的值以上，所以能够确保为了对第1级压缩机供给油而需要的压力差，能够防止断油造成的故障。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的冷冻装置的结构图。
图2是表示图1的冷冻装置的蒸发温度与各处的冷媒压力的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在图1中表示作为本发明的一实施方式的冷冻装置1的结构。
冷冻装置1具有设置有第1级压缩机2、第2级压缩机3、冷凝器4、膨胀阀5及蒸发器6、封入有冷媒的冷媒循环流路7。第1级压缩机2及第2级压缩机3分别是能够独立地控制转速的变换器驱动的油冷式螺旋压缩机。
冷冻装置1还在第1级压缩机2与第2级压缩机3之间的冷媒循环流路7中设有从第1级压缩机2吐出的冷媒中分离冷却油的第1级油分离器8，在第2级压缩机3与冷凝器4之间的冷媒循环流路7中，设有从第2级压缩机3吐出的冷媒中分离冷却油的第2级油分离器9。并且，冷冻装置1还具备使第1级油分离器8分离的冷却油回流到第1级压缩机2的吸入及低压部中的第1级油流路10、和使第2级油分离器9分离的冷却油回流到第2级压缩机3的吸入及低压部中的第2级油流路11。
此外，冷冻装置1具备检测第1级压缩机2的吸入压力Ps的吸入压力检测器12、检测第1级压缩机2与第2级压缩机3之间的冷媒循环流路7的压力、即既是第1级压缩机2的吐出压力也是第2级压缩机3的吸入压力的中间压力Pm的中间压力检测器13、检测第2级压缩机3的吐出压力Pd的吐出压力检测器14、和检测蒸发器6中的冷媒的蒸发温度Te的蒸发温度检测器15。
在冷冻装置1中，对于第1级压缩机2，通过中间压力Pm与吸入压力Ps的压力差从第1级油分离器10供给冷却油，对于第2级压缩机3，通过吐出压力Pd与中间压力Pm的压力差从第2级油分离器11供给冷却油。
进而，冷冻装置1具有基于蒸发温度检测器15的检测值Te控制第1级压缩机2的转速的第1级控制装置16、和基于吸入压力检测器12、中间压力检测器13及吐出压力检测器14的检测值Ps、Pm、Pd控制第2级压缩机3的转速的控制装置17。控制装置16和控制装置17也可以是由单一的计算机实现的相互独立的程序或控制例行程序。
第1级控制装置16通过例如公知的PID控制调节第1级压缩机2的转速，以将冷冻负荷即蒸发温度检测器15的检测值Te保持为设定温度Ts。
第2级控制装置17基于吸入压力检测器12及吐出压力检测器14的检测值决定中间压力Pm的目标值Pms，通过公知的PID控制等控制第2级压缩机2的转速，以使中间压力Pm与目标值Pms一致。
该目标值Pms如以下这样决定。首先，第2级控制装置17计算作为吸入压力检测器12检测到的吸入压力Ps与吐出压力检测器14检测到的吐出压力Pd的乘积的平方根的理论中间压力Pmth={√（Ps·Pd）}。接着，第2级控制装置17求出理论中间压力Pmth与吸入压力Ps的差ΔP，与预先设定的下限压力差ΔPmin比较。并且，第2级控制装置17如果压力差ΔP比下限压力差ΔPmin大，则将目标值Pms设定为理论中间压力Pmth，如果压力差ΔP是下限压力差ΔPmin以下，则将目标值Pms设定为吸入压力检测器12检测到的吸入压力Ps加上下限压力差ΔPmin后的值（Ps＋ΔPmin）。
下限压力差ΔPmin是为了确保在第1级压缩机2中需要的冷却油的流量而需要的压力，由第1级油流路10的配管阻力决定。该下限压力差ΔPmin通常是对在第1级压缩机2的额定运转条件下决定的值乘以安全率后的固定值（例如0.2Mpa），但也可以为根据第1级压缩机2的转速而变化的值。
在图2中表示吸入压力Ps、中间压力Pm及吐出压力Pd的关系。吸入压力Ps由蒸发器6中的冷媒的蒸发温度决定。此外，吐出压力Pd由冷凝器4中的冷媒的冷凝温度决定。如果对冷凝器4供给的冷却水的温度为一定、冷凝器的容量足够大，则冷凝温度成为大致一定，所以在本实施方式中，也可以考虑吐出压力Pd为大致一定。
如图所示，如果蒸发器6中的冷媒的蒸发温度比－50℃低，则理论中间压力Pmth与吸入压力Ps的压力差ΔP成为下限压力差ΔPmin（0.2MPa）以下。此时，第2级控制装置17将中间压力Pm的目标值Pms设定为比吸入压力Ps高下限压力差ΔPmin的压力（Ps＋ΔPmin）。由此，通过使得能够对第1级压缩机2充分地供给冷却油，防止第1级压缩机2的故障。此外，同时也防止向第2级压缩机的冷却油的供给压力（Pd－Pm）变得过高，防止在第2级压缩机中溶解到冷却油中的冷媒闪蒸而导致能力下降。
在以上的说明中，可能可以考虑只要不变更蒸发器6中的冷媒的蒸发温度Te的设定值Ts、决定中间压力Pm的目标值Pms的运算式就不变化。但是，例如在蒸发器6配设在冷冻仓库中那样的情况下，如果为了货物的运入运出而将门在打开的状态下放置，则库内温度、即实际的蒸发温度Te急剧地上升，所以理论中间压力Pmth与吸入压力Ps的压力差ΔP能够比下限压力差ΔPmin大。
因而，即使蒸发温度Te的设定值Ts为一定、也使目标值Pms的运算式变化是为了提高冷冻装置1的效率有效的手段。此外，也可以考虑优选的是通过级联控制等使蒸发器6中的冷媒的蒸发温度Te的设定值Ts变化的情况。
此外，在上述实施方式中，由于第1级压缩机2的机械压缩比与第2级压缩机3的机械压缩比相等，所以设为理论中间压力Pmth={√（Ps·Pd）}，但在将第1级压缩机2的机械压缩比与第2级压缩机3的机械压缩比的比用常数k表示的情况下，成为理论中间压力Pmth={√（Ps·Pd/k）}。即，在本发明中，理论中间压力Pmth是对吸入压力Ps与吐出压力Pd的乘积的平方根乘以常数√k后的值。
附图标记说明
1冷冻装置
2第1级压缩机
3第2级压缩机
4 冷凝器
5 膨胀阀
6 蒸发器
7冷媒循环流路
8第1级油分离器
9第2级油分离器
10第1级油流路
11第2级油流路
12吸入压力检测器（吸入压力检测机构）
13中间压力检测器（中间压力检测机构）
14吐出压力检测器（吐出压力检测机构）
15蒸发温度检测器（蒸发温度检测机构）
16第1级控制装置（第1级控制机构）
17第2级控制装置（第2级控制机构）

Claims (3)

1.一种冷冻装置，
在冷媒循环流路中，设置有能够控制转速的第1级压缩机、第1级油分离器、能够与上述第1级压缩机分开而独立地控制转速的第2级压缩机、第2级油分离器、冷凝器、膨胀阀及蒸发器；
具有：
第1级油流路，将上述第1级油分离器分离的油向上述第1级压缩机回流；
第2级油流路，将上述第2级油分离器分离的油向上述第2级压缩机回流；
吸入压力检测机构，检测上述第1级压缩机的吸入压力；
中间压力检测机构，检测上述第1级压缩机的吐出压力；
吐出压力检测机构，检测上述第2级压缩机的吐出压力；
第1级控制机构，根据冷冻负荷控制上述第1级压缩机的转速；
第2级控制机构，根据上述吸入压力检测机构的检测值与上述吐出压力检测机构的检测值的乘积的平方根计算理论中间压力，
其特征在于，
上述第2级控制机构为，
在上述理论中间压力与上述吸入压力检测机构的检测值的差比预先决定的下限压力差大的情况下，控制上述第2级压缩机的转速，以使上述中间压力检测机构的检测值与上述理论中间压力一致，
在上述理论中间压力与上述吸入压力检测机构的检测值的差是上述下限压力差以下的情况下，控制上述第2级压缩机的转速，以使上述中间压力检测机构的检测值与上述吸入压力检测机构的检测值加上上述下限压力差后的值一致。
2.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，
具备检测上述蒸发器的蒸发温度的蒸发温度检测机构；
上述第1级控制机构根据上述蒸发温度检测机构的检测值控制上述第1级压缩机的转速。
3.如权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于，
上述第1级压缩机及上述第2级压缩机分别由螺旋压缩机构成。
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