CN105783318A - 冷冻装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供冷冻装置，能够抑制功耗并且实现小型化，能够恰当地调整制冷剂的分流量并且确切地防止液态制冷剂向压缩单元的流入。冷冻装置具备：第1内部热交换器，其设置于气体冷却器的下游侧且电动膨胀阀的上游侧的制冷剂回路；电动膨胀阀，其连接于第1内部热交换器的下游侧且电动膨胀阀的上游侧的制冷剂回路；箱体，其连接于电动膨胀阀的下游侧且电动膨胀阀的上游侧的制冷剂回路；辅助回路，其使得箱体内的制冷剂经由电动膨胀阀(43)或电动膨胀阀(47)流入第1内部热交换器的第1流路，与流经第1内部热交换器的第2流路的制冷剂进行热交换后，吸入至压缩机的中间压力部；以及主回路，其使制冷剂从箱体下部流出并使制冷剂流入电动膨胀阀。

Description

冷冻装置

技术领域

本发明涉及由压缩单元、气体冷却器、主节流单元及蒸发器构成制冷剂回路的冷冻装置。

背景技术

以往，在冷冻装置中，由压缩单元、气体冷却器、节流单元等构成制冷循环。即，被压缩单元压缩后的制冷剂在经气体冷却器进行散热并经节流单元减压后，利用蒸发器使制冷剂蒸发。并且，利用此时的制冷剂的蒸发来冷却周围的空气。

此外，近年来，因自然环境问题等，逐渐不再使用氟利昂类制冷剂。因此，正在开发如下的冷冻装置：使用作为自然制冷剂的二氧化碳作为氟利昂类制冷剂的替代品(例如参照专利文献1)。已知的是，二氧化碳制冷剂是高低压差大的制冷剂，临界压力低，通过压缩，制冷剂循环的高压侧会达到超临界状态。

另外，在构成热水器的热泵装置中，也正逐渐使用可通过气体冷却器获得优异的加热作用的二氧化碳制冷剂。例如还开发出下述装置：使从气体冷却器流出的二氧化碳制冷剂分两级膨胀，在各膨胀装置之间夹设气液分离器，从而能够对压缩机进行注气。

另一方面，对于在设置于例如陈列柜等中的蒸发器中利用吸热作用来冷却柜内的冷冻装置而言，因外界空气温度(气体冷却器侧的热源温度)高等原因，气体冷却器出口的制冷剂温度有时会变高。该情况下，蒸发器入口的比焓变大，因此冷冻能力明显下降。若为了改善冷冻能力而使压缩单元的喷出压力(高压侧压力)上升，则会导致压缩动力增大而性能系数下降。

因此，提出了实现被称作分离循环的制冷循环的冷冻装置。在该分离循环中，使经气体冷却器冷却的制冷剂分流成两股制冷剂流，使分流后的一股制冷剂流由辅助节流单元节流后，流入分离热交换器的一条通路，使另一股制冷剂流流入分离热交换器的另一条流路进行热交换之后，经由主节流单元流入蒸发器。

根据上述冷冻装置，能够使用经辅助节流单元进行减压膨胀后的一股制冷剂流来冷却另一股制冷剂流，从而减小蒸发器入口的比焓，改善冷冻能力。

专利文献1：日本特开2013-155972号公报

在这样的冷冻装置中，在返回压缩单元的中间压力部的制冷剂的量增多时，压缩动力增大，功耗增大。此外，为了减小比焓，要求热交换器具备更高的能力，从而热交换器大型化。并且，使制冷剂分流时的分流量的调整不容易，并且还要求可靠地防止分流后的制冷剂作为液态制冷剂而流入到压缩单元的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷冻装置，该冷冻装置能够抑制功耗并且实现小型化，此外，能够恰当地调整制冷剂的分流量并且确切地防止液态制冷剂向压缩单元的流入。

本发明的冷冻装置利用压缩单元、气体冷却器、主节流单元及蒸发器来构成制冷剂回路，在该冷冻装置中，具备：热交换器，其设置于气体冷却器的下游侧且主节流单元的上游侧的制冷剂回路；压力调整用节流单元，其连接于热交换器的下游侧且主节流单元的上游侧的制冷剂回路；箱体，其连接于压力调整用节流单元的下游侧且主节流单元的上游侧的制冷剂回路；辅助回路，其使得箱体内的制冷剂经由辅助节流单元流入热交换器的第1流路，与流经热交换器的第2流路的制冷剂进行热交换后，吸入至压缩单元的中间压力部；以及主回路，其使制冷剂从箱体下部流出并使制冷剂流入所述主节流单元。

根据本发明，能够抑制功耗并且实现装置的小型化，此外，能够恰当地调整制冷剂的分流量并且确切地防止液态制冷剂向压缩单元的流入。

附图说明

图1是示出应用了本发明的冷冻装置的制冷剂回路图的一个实施方式的图。

图2是示出图1的冷冻装置中的P-H线图(外界空气温度高时)的一例的图。

图3是示出图1的冷冻装置中的P-H线图(外界空气温度低时)的一例的图。

标号说明

R：冷冻装置；1：制冷剂回路；3：冷冻机单元；4：陈列柜单元；8、9：制冷剂配管；11：压缩机；15：第2内部热交换器；15A：第1流路；15B：第2流路；22：制冷剂导入配管；26：中间压力吸入配管；28：气体冷却器；29：第1内部热交换器；29A：第1流路；29B：第2流路；32：气体冷却器出口配管；33：电动膨胀阀(压力调整用节流单元)；36：箱体；37：箱体出口配管；38：主回路；39：电动膨胀阀(主节流单元)；41：蒸发器；42：气体配管；43：电动膨胀阀(第1辅助回路用节流单元)；44：中间压力返回配管；45：旁通回路；46：液体配管；47：电动膨胀阀(第2辅助回路用节流单元)；48：辅助回路；50：电磁阀(阀装置)；57：控制装置(控制单元)。

具体实施方式

(1)冷冻装置R的结构

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是应用本发明的一个实施方式的冷冻装置R的制冷剂回路图。本实施方式中的冷冻装置R具备设置在超市等店铺的户外等的冷冻机单元3以及设置在店铺的柜台内的一台或多台(附图中仅示出一台)陈列柜单元4。这些冷冻机单元3和陈列柜单元4经由单元出口6和单元入口7，通过制冷剂配管(液管)8及制冷剂配管9联结，从而构成制冷剂回路1。

该制冷剂回路1使用高压侧的制冷剂压力达到其临界压力以上(超临界)的二氧化碳(R744)作为制冷剂。该二氧化碳制冷剂是全球变暖潜能值(GWP：GlobalWarmingPotential)小而对地球环境有益的、考虑到可燃性及毒性等的自然制冷剂。另外，作为润滑油的油例如使用矿物油(mineraloil)、烷基苯油、醚油、酯油、PAG(聚烷基乙二醇)等现有的油。

冷冻机单元3具备作为压缩单元的压缩机11。本实施方式中，压缩机11为内部中间压力型两级压缩式旋转压缩机。压缩机11由密闭容器12和旋转压缩机构部构成。旋转压缩机构部具备：配置并收纳在密闭容器12的内部空间的上部的作为驱动元件的电动元件13；以及配置在该电动元件13的下侧且被电动元件13的旋转轴驱动的第1(低级侧)旋转压缩元件(第1压缩元件)14和第2(高级侧)旋转压缩元件(第2压缩元件)16。

压缩机11的第1旋转压缩元件14对从制冷剂回路1的低压侧经由制冷剂配管9吸入至压缩机11的低压制冷剂进行压缩，使其升压至中间压力后喷出。第2旋转压缩元件16进一步吸入经第1旋转压缩元件14压缩后喷出的中间压力的制冷剂，对其进行压缩而使其升压至高压，并向制冷剂回路1的高压侧喷出。压缩机11是频率可变型的压缩机。控制装置57通过变更电动元件13的运转频率，控制第1旋转压缩元件14及第2旋转压缩元件16的转速。

在压缩机11的密闭容器12的侧面，形成有与第1旋转压缩元件14连通的低级侧吸入口17、与密闭容器12内连通的低级侧喷出口18、与第2旋转压缩元件16连通的高级侧吸入口19及高级侧喷出口21。制冷剂导入配管22的一端连接于压缩机11的低级侧吸入口17，其另一端在单元入口7处连接于制冷剂配管9。在该制冷剂配管9中设有第2内部热交换器15的第2流路15B。

从低级侧吸入口17被吸入到第1旋转压缩元件14的低压部的低压的制冷剂气体被该第1旋转压缩元件14升压至中间压力后被喷出至密闭容器12内。由此，密闭容器12内成为中间压力(MP)。

并且，中间压力喷出配管23的一端连接于将密闭容器12内的中间压力的制冷剂气体喷出的压缩机11的低级侧喷出口18，其另一端连接于中冷器(intercooler)24的入口。该中冷器24对从第1旋转压缩元件14喷出的中间压力的制冷剂进行气冷。中间压力吸入配管26的一端连接于中冷器24的出口，该中间压力吸入配管26的另一端连接于压缩机11的高级侧吸入口19。

从高级侧吸入口19被吸入至第2旋转压缩元件16的中间压力(MP)的制冷剂气体被该第2旋转压缩元件16进行第2级压缩后成为高温高压的制冷剂气体。

并且，高压喷出配管27的一端连接于压缩机11的第2旋转压缩元件16的高压室侧所设置的高级侧喷出口21，其另一端连接于气体冷却器(散热器)28的入口。另外，在该高压喷出配管27中设有分油器20。分油器20使从压缩机11喷出的制冷剂中的油分开，并使其经由油通路25A和电动阀25B返回压缩机11的密闭容器12内。此外，浮控开关55是检测压缩机11内的油位的开关。

气体冷却器28对从压缩机11喷出的高压的喷出制冷剂进行冷却。在气体冷却器28的附近，配设有对该气体冷却器28进行气冷的气体冷却器用送风机31。本实施方式中，气体冷却器28与上述的中冷器24并列设置，它们配设在同一风路中。

气体冷却器出口配管32的一端连接于气体冷却器28的出口，该气体冷却器出口配管32的另一端连接于电动膨胀阀33(压力调整用节流单元)的入口。该气体冷却器出口配管32连接于第1内部热交换器29的第2流路29B。

电动膨胀阀33对从第1内部热交换器29流出的制冷剂进行节流而使其膨胀，并且进行从电动膨胀阀33往上游侧的制冷剂回路1的高压侧压力的调整。电动膨胀阀33的出口经由箱体入口配管34连接于箱体36的上部。

箱体36是在内部具有规定容积的空间的容积体。箱体出口配管37的一端连接于箱体36的下部，该箱体出口配管37的另一端在单元出口6处连接于制冷剂配管8。该箱体出口配管37构成主回路38。

另一方面，蒸发器41配备在店铺内设置的陈列柜单元4中，并与制冷剂配管8、9连接。在陈列柜单元4中，设有作为主节流单元的电动膨胀阀39和蒸发器41，依次连接在制冷剂配管8与制冷剂配管9之间(电动膨胀阀39处于制冷剂配管8侧，蒸发器41处于制冷剂配管9侧)。并且，制冷剂配管8与第2内部热交换器15的第1流路15A连接，制冷剂配管9与第2内部热交换器15的第2流路15B连接。而且，在第2内部热交换器15的第1流路15A上，并联连接有旁通回路45，在该旁通回路45中，设有作为阀装置的电磁阀50。与蒸发器41相邻地设置有对该蒸发器41送风的冷气循环用送风机(省略图示)。并且，制冷剂配管9如上所述，经由制冷剂导入配管22连接于与压缩机11的第1旋转压缩元件14连通的低级侧吸入口17。

另一方面，气体配管42的一端连接于箱体36的上部，该气体配管42的另一端连接于电动膨胀阀43(第1辅助回路用节流单元)的入口。气体配管42使气态制冷剂从箱体36上部流出并流入电动膨胀阀43。中间压力返回配管44的一端连接于该电动膨胀阀43的出口，其另一端连通于与压缩机11的中间压力部相连的、中间压力吸入配管26(中间压力区域一例)的中途。该中间压力返回配管44连接于第1内部热交换器29的第1流路29A。

液体配管46的一端连接于箱体36的下部，该液体配管46的另一端连通于电动膨胀阀43下游侧的中间压力返回配管44。另外，在该液体配管46中设有电动膨胀阀47(第2辅助回路用节流单元)。这些电动膨胀阀43(第1辅助回路用节流单元)和电动膨胀阀47(第2辅助回路用节流单元)构成辅助节流单元。该液体配管46使液态制冷剂从箱体36下部流出并流入电动膨胀阀47。并且，这些中间压力返回配管44、电动膨胀阀43、47、位于这些电动膨胀阀43、47上游侧的气体配管42及液体配管46构成辅助回路48。

由此，第1内部热交换器29位于气体冷却器28的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧。另外，电动膨胀阀33位于第1内部热交换器29的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧。而且，箱体36位于电动膨胀阀33的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧。通过以上所述，构成本实施方式中的冷冻装置R的制冷剂回路1。

在该制冷剂回路1的各处安装有各种传感器。在高压喷出配管27中安装有高压传感器49。高压传感器49检测制冷剂回路1的高压侧压力HP(压缩机11的高级侧喷出口21与电动膨胀阀33的入口之间的压力)。另外，在制冷剂导入配管22中安装有低压传感器51。低压传感器51检测制冷剂回路1的低压侧压力LP(电动膨胀阀39的出口与低级侧吸入口17之间的压力)。另外，在中间压力吸入配管26中安装有中间压力传感器52。中间压力传感器52检测制冷剂回路1的中间压力区域的压力即中间压力MP(电动膨胀阀43、47的出口下游的中间压力返回配管44内的压力、且是和压缩机11的低级侧喷出口18与高级侧吸入口19之间的压力相等的压力)。

另外，在箱体出口配管37中安装有单元出口传感器53。该单元出口传感器53检测箱体36内的压力TP。该箱体36内的压力相当于从冷冻机单元3流出并从制冷剂配管8流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力。这样仅向制冷剂配管8施加相当于箱体36的压力的压力，因此不要求制冷剂配管8和电动膨胀阀39具备高耐压性能，能够降低冷冻装置R的成本。

另外，在内部热交换器15上游侧的箱体出口配管37中安装有单元出口温度传感器54。单元出口温度传感器54检测流入内部热交换器15的第1流路15A中的制冷剂的温度IT。而且，在内部热交换器15下游侧的制冷剂导入配管22中安装有单元入口温度传感器56。单元入口温度传感器56检测流出内部热交换器15的第2流路15B的制冷剂的温度OT。另外，在与压缩机11的高级侧喷出口21连接的高压喷出配管27中安装有喷出温度传感器61。喷出温度传感器61检测从压缩机11喷出至气体冷却器28的制冷剂的温度(喷出温度)。

并且，这些传感器49、51、52、53、54、56、61连接于例如由微型计算机构成的控制装置57(冷冻机单元3的控制单元)的输入端。此外，浮控开关55也连接于控制装置57的输入端。另外，在控制装置57的输出端连接有压缩机11的电动元件13、电动阀25B、气体冷却器用送风机31、电动膨胀阀(压力调整用节流单元)33、电动膨胀阀(第1辅助回路用节流单元)43、电动膨胀阀(第2辅助回路用节流单元)47、电磁阀50、电动膨胀阀(主节流单元)39。控制装置57基于连接于输入侧的上述各传感器的输出和设定数据等，控制连接于输出侧的上述各个器件。

另外以下，举例说明控制装置57还控制陈列柜单元4的电动膨胀阀(主节流单元)39及前述的冷气循环用送风机的情况，但它们实际上是经由店铺的主控制装置(未图示)而由与控制装置57协同动作的陈列柜单元4的控制装置(未图示)进行控制的。因而，本发明中的控制单元是包含控制装置57及陈列柜单元4的控制装置、前述的主控制装置等在内的概念。

(2)冷冻装置R的动作

接下来说明具有上述结构的冷冻装置R的动作。当控制装置57驱动压缩机11的电动元件13时，第1旋转压缩元件14及第2旋转压缩元件16旋转，从低级侧吸入口17向第1旋转压缩元件14的低压部吸入低压的制冷剂气体(二氧化碳)。然后，第1旋转压缩元件14使制冷剂气体升压至中间压力后喷出至密闭容器12内。由此，密闭容器12内成为中间压力(MP)。

然后，密闭容器12内的中间压力的制冷剂气体从低级侧喷出口18经过中间压力喷出配管23进入中冷器24，在此处经气冷后，经过中间压力吸入配管26返回高级侧吸入口19。返回到该高级侧吸入口19的中间压力(MP)的制冷剂气体被吸入第2旋转压缩元件16，由该第2旋转压缩元件16进行第2级压缩后成为高温高压的制冷剂气体，并从高级侧喷出口21喷出至高压喷出配管27。

喷出至高压喷出配管27的制冷剂气体流入分油器20，从而将制冷剂中所含的油分离。分离出的油通过油通路25A，经过电动阀25B返回到密闭容器12内。此外，控制装置57基于浮控开关55所检测的密闭容器12内的油位，控制电动阀25B来调整油的返回量，以维持密闭容器12内的油位。

(2-1)电动膨胀阀33的控制

另一方面，在分油器20中被分离油后的制冷剂气体流入气体冷却器28而被气冷。然后，该制冷剂气体通过气体冷却器出口配管32内，在被第1内部热交换器29冷却后，到达电动膨胀阀(压力调整用节流单元)33。该电动膨胀阀33是为了将该电动膨胀阀33上游侧的制冷剂回路1的高压侧压力HP控制为规定的目标值THP而设置的。控制装置57基于高压传感器49的输出，控制电动膨胀阀33的阀开度。

(2-1-1)电动膨胀阀33的起动时开度的设定

首先，控制装置57基于表示外界空气温度的指标即高压传感器49的检测压力(高压侧压力HP)，设定冷冻装置R起动时的电动膨胀阀33的开度(起动时开度)。高压传感器49所检测的高压侧压力HP与外界空气温度之间存在相关关系。因此，控制装置57能够根据高压侧压力HP判断外界空气温度。在实施方式的情况下，控制装置57预先具有表示起动时的高压侧压力HP(外界空气温度)与电动膨胀阀33起动时的阀开度的关系的数据表。并且，控制装置57估计起动时的外界空气温度，并基于上述数据表，以高压侧压力HP(外界空气温度)越高则阀开度越大，相反，高压侧压力HP越低则阀开度越小的方式，设定电动膨胀阀33起动时的阀开度。

由此，当压缩机11在外界空气温度高的环境下起动(冷冻装置R起动)时，能够抑制电动膨胀阀33上游侧的制冷剂回路1的高压侧压力HP异常地上升，从而实现压缩机11的保护。另外，压缩机11尤其在起动时，高压侧压力HP上升。因此，虽然在规定的高压力值(异常的高压)时进行强制停止压缩机11的保护动作，但能够通过如上述那样设定电动膨胀阀33的起动时阀开度，抑制或防止强制保护动作。

此外，在实施方式中，虽然举例说明了控制装置57基于高压传感器49所检测的高压侧压力HP来估计外界空气温度的情况，但不限于此，也可另行设置外界空气温度传感器来直接检测外界空气温度(下同)。

(2-1-2)运转中的高压侧压力HP的目标值THP的设定

而且，控制装置57如上述那样基于表示外界空气温度的指标即高压传感器49的检测压力(高压侧压力HP)来设定前述的目标值THP。该情况下，控制装置57以高压侧压力HP(外界空气温度)越高则越提高目标值，相反，高压侧压力HP(外界空气温度)越低则越降低目标值的方式，设定目标值THP。控制装置57根据高压传感器49所检测的高压侧压力HP与目标值THP之差，计算电动膨胀阀33的阀开度的调整值(步数)，并与前述的起动时阀开度相加来控制电动膨胀阀33。由此，将高压侧压力HP控制为目标值THP。

此外，此时也可使用预先设定的数据表，还可根据计算式来计算。但是，在难以控制的情况下，也可以如前述那样使用外界空气温度传感器来直接导入外界空气温度。

由此，在外界空气温度高的环境下，电动膨胀阀33上游侧的高压侧压力HP在运转中的目标值THP变高，在外界空气温度低的环境下，目标值THP变低。即，在因高外界空气温度的影响而使得高压侧压力HP变高的状况下，该目标值THP变高，因此能够防止电动膨胀阀33的阀开度过度变大而导致箱体36内的压力变得过高的问题。相反，在因低外界空气温度而使得高压侧压力HP变低的状况下，目标值THP也变低，因此也能够防止电动膨胀阀33的阀开度过度变小而导致流入箱体36的制冷剂量减少的问题。

并且，通过这些措施，无论与季节变迁相伴的外界空气温度的变化如何，均能够适当地控制电动膨胀阀33的阀开度，良好地实现冷冻装置R的冷冻能力的确保与压缩机11的保护这两者。

(2-1-3)高压侧压力HP的上限值MHP处的控制

此外，当如上所述那样进行控制时，当因设置环境或负载的影响而导致电动膨胀阀33上游侧的高压侧压力HP上升到规定的上限值MHP时，控制装置57使电动膨胀阀33的阀开度增大规定步。通过该阀开度的增大，高压侧压力HP朝向下降的方向变化，因此能够始终将高压侧压力HP维持在上限值MHP以下。由此，能够恰当地抑制电动膨胀阀33上游侧的高压侧压力HP的异常上升以可靠地进行压缩机11的保护，从而能够将异常的高压所造成的前述的压缩机11的强制停止(保护动作)避免于未然。

从气体冷却器28流出的超临界状态的制冷剂气体经第1内部热交换器29冷却，并进一步经电动膨胀阀33节流而膨胀，由此成为液态/气态的二相混合状态，并经过箱体入口配管34而从上部流入箱体36内。该箱体36起到如下作用：暂时存储、分离流出电动膨胀阀33的液态/气态的制冷剂。该箱体36还起到如下作用：吸收冷冻装置R的高压侧压力(此时为到箱体36上游侧的压缩机11的高压喷出配管27为止的区域)的压力变化以及制冷剂循环量的变动。该箱体36内的下部贮存的液态制冷剂从箱体出口配管37流出(主回路38)，并在第2内部热交换器15的第1流路15A中被流经第2流路15B的制冷剂冷却，然后流入电动膨胀阀(主节流单元)39。此外，电磁阀50的动作将在后文叙述。

流入电动膨胀阀39的制冷剂经电动膨胀阀39节流而膨胀，并流入蒸发器41而蒸发。通过此时的吸热作用来发挥冷却效果。控制装置57基于检测蒸发器41的入口侧和出口侧的温度的温度传感器(省略图示)的输出，控制电动膨胀阀39的阀开度以将蒸发器41的出口中的制冷剂的过热度调整为适当值。从蒸发器41流出的低温的气态制冷剂在第2内部热交换器15的第2流路15B中对流经第1流路15A的制冷剂进行冷却后，经过制冷剂导入配管22被吸入至与压缩机11的第1旋转压缩元件14连通的低级侧吸入口17。以上为主回路38的流动。

(2-2)电动膨胀阀43的控制

接下来说明辅助回路48中的制冷剂的流动。如前所述，在与箱体36的上部连接的气体配管42上，连接有电动膨胀阀43(第1辅助回路用节流单元)，气态制冷剂从箱体36上部经由该电动膨胀阀43流出，并流入第1内部热交换器29的第1流路29A。

箱体36内的上部贮存的气态制冷剂因箱体36内的蒸发而温度下降。该箱体36内的上部的气态制冷剂从连接于上部的构成辅助回路48的气体配管42流出，经过电动膨胀阀43节流后，流入第1内部热交换器29的第1流路29A。然后，气态制冷剂在对流经第2流路29B的制冷剂进行冷却后，经过中间压力返回配管44汇流至中间压力吸入配管26，并被吸入至压缩机11的中间压力部。

另外，电动膨胀阀43除了对从箱体36的上部流出的制冷剂进行节流的功能以外，还发挥将箱体36内的压力(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)调整为规定的目标值SP的作用。并且，控制装置57基于单元出口传感器53的输出来控制电动膨胀阀43的阀开度。这是因为，若电动膨胀阀43的阀开度增大，则来自箱体36内的气态制冷剂的流出量增大，箱体36内的压力下降。

例如，目标值SP被设定为比高压侧压力HP低且比中间压力MP高的压力。并且，控制装置57根据单元出口传感器53所检测的箱体36内的压力TIP(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)与目标值SP之差，计算电动膨胀阀39的阀开度的调整值(步数)，并与后述的起动时开度相加而将箱体36内的压力TIP(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)控制为目标值SP。即，控制装置57在箱体36内的压力TIP较目标值SP上升的情况下，使电动膨胀阀43的阀开度增大以使气态制冷剂从箱体36内流出至气体配管42，相反地，在较目标值SP下降的情况下，使阀开度缩小以朝关闭的方向控制。

(2-2-1)电动膨胀阀43的起动时开度的设定

在此，控制装置57基于表示外界空气温度的指标即高压传感器49的检测压力(高压侧压力HP。或者在如前所述那样设置有外界空气温度传感器时，是直接检测出的外界空气温度)来设定冷冻装置R起动时的电动膨胀阀43的阀开度(起动时开度)。在实施方式的情况下，与前述的电动膨胀阀33同样，控制装置57预先具有表示起动时的高压侧压力HP(外界空气温度)与电动膨胀阀43起动时的阀开度的关系的数据表。

并且，控制装置57估计起动时的外界空气温度，并基于上述数据表，以高压侧压力HP(外界空气温度)越高则阀开度越大，相反，高压侧压力HP越低则阀开度越小的方式，设定电动膨胀阀43起动时的阀开度。由此，能够抑制在外界空气温度高的环境下起动时的箱体36内的压力上升，从而防止流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力上升。

此外，本实施方式中，如上所述，将箱体36内的压力TIP(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)的目标值SP控制为固定，但也可与电动膨胀阀33的情况同样，基于表示外界空气温度的指标即高压传感器49的检测压力(高压侧压力HP)来设定目标值SP。该情况下，以高压侧压力HP(外界空气温度)越高则越提高目标值，相反，高压侧压力HP(外界空气温度)越低则越降低目标值的方式，设定目标值SP。

因此，在外界空气温度高的环境下，流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力在运转中的目标值SP变高。另一方面，在外界空气温度低的环境下，目标值SP变低。即，在因高外界空气温度的影响而使得压力变高的状况下，流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力的目标值SP变高，因此能够防止电动膨胀阀43的阀开度过度变大而导致制冷剂过度流入辅助回路48的问题。相反，在因低外界空气温度而使得压力变低的状况下，流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力的目标值SP也变低，因此能够防止电动膨胀阀43的阀开度变得过小而导致流入辅助回路48的制冷剂量过度减少的问题。通过这些措施，无论与季节变迁相伴的外界空气温度的变化如何，均能够适当地控制电动膨胀阀43的阀开度，恰当地调整流经辅助回路48的制冷剂量。

(2-2-2)箱体内压力TIP的规定值MTIP处的控制

此外，当如上所述那样进行控制时，当因设置环境或负载的影响而使得箱体36内的压力TIP(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)上升至规定的规定值MTIP时，控制装置57使电动膨胀阀43的阀开度增大规定步。通过该阀开度的增大，箱体36内的压力TIP朝向下降的方向变化，因此能够始终将压力TIP维持在规定值MTIP以下，从而能够可靠地实现抑制高压侧压力变动的影响、和抑制被输送至电动膨胀阀39的制冷剂的压力的效果。

(2-3)电动膨胀阀47的控制

另外，如前所述，在与箱体36的下部连接的液体配管46上，连接有电动膨胀阀47(第2辅助回路用节流单元)，液态制冷剂从箱体36下部经由该电动膨胀阀47流出，并与来自气体配管42的气态制冷剂汇流而流入第1内部热交换器29的第1流路29A。

即，箱体36内的下部贮存的液态制冷剂从连接于下部的构成辅助回路48的液体配管46流出，并经过电动膨胀阀47而节流后，流入第1内部热交换器29的第1流路29A并在此处蒸发。利用此时的吸热作用，对流经第2流路29B的制冷剂进行冷却后，经过中间压力返回配管44汇流至中间压力吸入配管26，并被吸入至压缩机11的中间压力部。

这样，电动膨胀阀47对从箱体36的下部流出的液态制冷剂进行节流，使其在第1内部热交换器29的第1流路29A中蒸发，从而对流入第2流路29B的主回路38的制冷剂进行冷却。控制装置57通过控制该电动膨胀阀47的阀开度，对流入第1内部热交换器29的第1流路29A中的液态制冷剂的量进行调整。

另外，在箱体36内液态制冷剂和气态制冷剂被分离，因此液态制冷剂流入电动膨胀阀39，由此，压缩机11所吸入的制冷剂的温度也下降。并且，最终从压缩机11喷出至气体冷却器28的制冷剂的喷出温度也下降。

因此，控制装置57基于喷出温度传感器61所检测的从压缩机11喷出至气体冷却器29的制冷剂的温度(喷出温度)，控制电动膨胀阀47的阀开度。由此，调整流入第1内部热交换器29的第1流路29A的液态制冷剂的量，将从压缩机11喷出至气体冷却器28的制冷剂的喷出温度控制为规定的目标值TDT。即，控制装置57在实际的喷出温度高于目标值TDT时，使电动膨胀阀47的阀开度增大，在实际的喷出温度低于目标值TDT时，使电动膨胀阀47的阀开度缩小。由此，将压缩机11的制冷剂的喷出温度维持为目标值TDT，从而实现压缩机11的保护。

该情况下，控制装置57基于表示蒸发器41中的制冷剂的蒸发温度的指标即低压传感器51的检测压力(低压侧压力LP)，以低压侧压力LP(蒸发温度)越高则越降低目标值、低压侧压力LP(蒸发温度)越低则越提高目标值的方式，变更压缩机11的制冷剂的喷出温度的目标值TDT。例如，当蒸发温度低于-20℃时，将目标值TDT设为+100℃，当蒸发温度为-20℃以上时，将目标值TDT变更为+70℃。

由此，尤其在蒸发器41中的蒸发温度高的冷藏条件(冷藏陈列柜等)下，能够对第1内部热交换器29的第2流路29B中的主回路38的制冷剂进行冷却，从而稳定地维持冷冻能力。

(2-4)每个外界空气温度下的冷冻装置R的实际动作

接下来，使用图2、图3的P-H线图，说明冷冻装置R的实际的动作状况。

(2-4-1)高外界空气温度时(夏季等)

图2示出了外界空气温度高的情况(夏季等)的P-H线图的一例。如前所述，控制装置57控制电动膨胀阀33的阀开度，将该电动膨胀阀33上游侧的高压侧压力HP控制为目标值THP，并控制电动膨胀阀43的阀开度，以调整从气体配管42流出的气态制冷剂的量，将箱体36内的压力TIP(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)控制为目标值SP。而且，控制装置57控制电动膨胀阀47的阀开度，调整从液体配管46流出的液态制冷剂的量，将压缩机11的制冷剂的喷出温度调整为目标值TDT。

在图2中，从X2朝向X3的线表示由电动膨胀阀33实现的减压。X3的压力(箱体36内的压力TIP)被电动膨胀阀43调整为目标值SP。在该X3的状态下，从箱体36区分液态/气态。这里，从X3朝向X4的线表示流向主回路38的电动膨胀阀39的液态制冷剂的冷却。然后，制冷剂经电动膨胀阀39节流，从而如从X4向下的线所示，压力下降(图3也同样如此)。

此外，从X1朝向X2的线表示流经第1内部热交换器29的第2流路29B的制冷剂的冷却。并且，从X5朝向X6的线表示流经第1流路29A的制冷剂的加热。通过该第1内部热交换器29中的热交换，能够从X1的状态变化为X2的状态，根据从X2朝向X3的线可知，能够减少由于电动膨胀阀33的减压而产生的气态制冷剂的量。因此，能够减少经由第1内部热交换器29的第1流路29A而被吸入至压缩机11的中间压力部的制冷剂的量。其结果，能够降低压缩机11的压缩动力以及冷冻装置R的功耗。

此外，在以往的分离循环的冷冻装置中，通过热交换减小流入电动膨胀阀(节流单元)的制冷剂的比焓。与此相对，在本实施方式的冷冻装置R中，通过电动膨胀阀33中的减压和箱体36中的气液分离，减小流入电动膨胀阀39的制冷剂的比焓。因此，第1内部热交换器29不需要那么高的热交换能力，从而能够实现第1内部热交换器29的小型化。并且，能够增大第1流路29A中的制冷剂的温度上升以及第1内部热交换器29的出口处的制冷剂的过热度，因此能够容易地防止制冷剂作为液态制冷剂而流入到压缩机11的情况，还容易控制分流至辅助回路48的制冷剂的量。

(2-4-2)低外界空气温度时(冬季等)

接着，图3示出了外界空气温度低的情况(冬季等)的P-H线图的一例。在低外界空气温度时，高压侧压力HP变低，但如前所述，目标值THP也变低，因此电动膨胀阀33的阀开度成为接近全开的状态。因此，箱体36内的压力TIP成为接近高压侧压力HP的压力，箱体36的效果变小。但由于是低外界空气温度，流出气体冷却器28的制冷剂变得容易液化，因此经过第1内部热交换器29和电动膨胀阀33进入箱体36的制冷剂几乎全部液化。

在该状态下，从箱体36返回压缩机11的制冷剂的量被调整为非常少，被吸入至压缩机11的中间压力部的制冷剂的量减少。因此，能够降低压缩机11的压缩动力以及冷冻装置R的功耗。该情况下，表示流经第1内部热交换器29的第2流路29B的制冷剂的冷却的线的端点X1、X2大体一致。

(2-5)内部热交换器15的功能

接下来，说明控制装置57对电磁阀50的控制。如前所述，在内部热交换器15中，能够通过流经第2流路15B的从蒸发器41流出的低温的制冷剂，对流经第1流路15A并流入电动膨胀阀39的制冷剂进行冷却。因此，能够进一步减小蒸发器41入口的比焓，从而更有效地改善冷冻能力。

具体而言，在内部热交换器15中，利用从蒸发器41流出的低温的制冷剂，对流入电动膨胀阀39的制冷剂进行冷却，从而能够如图2和图3中的虚线所示，过冷却至饱和液线左侧的过冷区域(X7所示的状态)。因此，能够在富液的满液状态下将制冷剂供给至电动膨胀阀39。

(2-6)电磁阀50的控制

另一方面，在冷冻装置R的降温等时，有时从蒸发器41流出的制冷剂的温度会比流入电动膨胀阀39的制冷剂的温度高。因此，控制装置57在流出第2内部热交换器15的第2流路15B的制冷剂的温度OT(由单元入口温度传感器56检测的温度)大于流入第2内部热交换器15的第1流路15A的制冷剂的温度IT(由单元出口温度传感器54检测的温度)的情况下，打开电磁阀50(另外，在IT≥OT时，关闭电磁阀50)。

由此，制冷剂绕过第2内部热交换器15的第1流路15A而流入旁通回路45，并流入电动膨胀阀39。因此，能够将流入电动膨胀阀39的制冷剂被从蒸发器41流出的制冷剂加热的问题消除于未然。

另外，在本实施方式中，在第2内部热交换器15的第1流路15A上并联连接有旁通回路45，但并不限于此，也可在第2流路15B上并联设置有旁通回路和电磁阀。

如以上所详述的那样，本实施方式的冷冻装置R具备：第1内部热交换器29，其设置于气体冷却器28的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧的制冷剂回路1；电动膨胀阀33，其连接于第1内部热交换器29的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧的制冷剂回路1；箱体36，其连接于电动膨胀阀33的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧的制冷剂回路1；辅助回路48，其使得箱体36内的制冷剂经由电动膨胀阀43或电动膨胀阀47流入第1内部热交换器29的第1流路29A，与流经第1内部热交换器29的第2流路29B的制冷剂进行热交换后，吸入至压缩机11的中间压力部；以及主回路38，其使制冷剂从箱体36的下部流出并使制冷剂流入电动膨胀阀39。因此，能够抑制功耗并且实现装置的小型化，此外，能够恰当地调整制冷剂的分流量并且确切地防止液态制冷剂向压缩机11的流入。

产业上的可利用性

本发明适于利用压缩单元、气体冷却器、主节流单元及蒸发器构成制冷剂回路的冷冻装置。

Claims (3)

1.一种冷冻装置，其利用压缩单元、气体冷却器、主节流单元及蒸发器构成制冷剂回路，该冷冻装置具备：

热交换器，其设置于所述气体冷却器的下游侧且所述主节流单元的上游侧的所述制冷剂回路；

压力调整用节流单元，其连接于该热交换器的下游侧且所述主节流单元的上游侧的所述制冷剂回路；

箱体，其连接于该压力调整用节流单元的下游侧且所述主节流单元的上游侧的所述制冷剂回路；

辅助回路，其使得该箱体内的制冷剂经由辅助节流单元流入所述热交换器的第1流路，与流经所述热交换器的第2流路的制冷剂进行热交换后，吸入至所述压缩单元的中间压力部；以及

主回路，其使制冷剂从所述箱体的下部流出并使所述制冷剂流入所述主节流单元。

2.根据权利要求1所述的冷冻装置，其中，

所述辅助节流单元具有第1辅助回路用节流单元和第2辅助回路用节流单元，

所述辅助回路具有：气体配管，其使制冷剂从所述箱体的上部流出而流入所述第1辅助回路用节流单元；以及液体配管，其使制冷剂从所述箱体的下部流出而流入所述第2辅助回路用节流单元。

3.根据权利要求1或2所述的冷冻装置，其中，

所述制冷剂是二氧化碳。