CN108317758A - 制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的制冷循环装置具备蒸发器、涡轮压缩机、冷凝器、切换机构、第1泵、第2泵以及控制器。在涡轮压缩机的运转状态处于喘振状态或阻塞状态时，控制器控制切换机构，将第1流路、第2流路、第3流路以及第4流路相互间的连接状态设定为第1连接状态。在第1连接状态下，将第1流路与第4流路连接，并且将第2流路与第3流路连接。

Description

制冷循环装置
技术领域
本公开涉及制冷循环装置。
背景技术
在使用了涡轮压缩机的制冷循环装置中，有时在启动运转时、部分负载运转时等不稳定运转时，会发生制冷剂从涡轮压缩机的排出口向吸入口的逆流现象(喘振，surge)。喘振成为噪音以及轴振动的原因。喘振的主要的原因在于，制冷循环装置中的压力比超过涡轮压缩机的特定的转速下的容许值。也即是，如果压力比相对于涡轮压缩机的转速过大，则发生喘振。为了防止喘振，降低压力比是有效的。
如图9所示，专利文献1所记载的涡轮冷冻机具备涡轮压缩机1、冷凝器2、减压阀3、蒸发器4、热气旁通阀5以及热气旁通路6。当打开热气旁通阀5时，从涡轮压缩机1排出的高压气体的一部分通过热气旁通路6被导向蒸发器4。由此，压力比下降至容许值，喘振被防止。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平3-290093号公报
发明内容
制冷循环装置中的压力比，一般较大地依赖于制冷剂的种类。因此，存在图9所示的以往的结构在使用了特定的制冷剂的制冷循环装置中被认为具有充分的效果，而另一方面在使用了其他的制冷剂的制冷循环装置中被认为不具有充分的效果的可能性。
本公开的目的在于提供用于更可靠地防止喘振的技术。
即，本公开提供一种制冷循环装置，具备：蒸发器，其储存液相的制冷剂，并且使所述液相的制冷剂蒸发而生成气相的制冷剂；涡轮压缩机，其对在所述蒸发器中生成的所述气相的制冷剂进行压缩；冷凝器，其通过使由所述涡轮压缩机压缩后的所述气相的制冷剂冷凝而生成液相的制冷剂，并且储存在所述冷凝器中生成的所述液相的制冷剂；第1流路，其与所述蒸发器的一部分连接；第2流路，其与所述蒸发器的其它部分连接；第3流路，其与所述冷凝器的一部分连接；第4流路，其与所述冷凝器的其它部分连接；切换机构，其包括阀，使用所述阀将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的连接状态切换为从多种连接状态中选择出的一种连接状态，所述多种连接状态包括将所述第1流路与所述第4流路连接并且将所述第2流路与所述第3流路连接的第1连接状态；第1泵，其配置于所述第2流路，用于将储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；第2泵，其配置于所述第4流路，用于将储存于所述冷凝器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；以及控制器，其在所述涡轮压缩机的运转状态处于喘振状态或阻塞(choke)状态时，控制所述切换机构，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态设定为所述第1连接状态。
根据本公开的技术，能够更可靠地防止喘振。
附图说明
图1是实施方式1的制冷循环装置的结构图。
图2是包括四通阀的切换机构的结构图。
图3是包括两个三通阀的切换机构的结构图。
图4是包括四个阀的切换机构的结构图。
图5是示出涡轮压缩机的特性的曲线图。
图6是在实施方式1的制冷循环装置中应执行的喘振控制的流程图。
图7是实施方式2的制冷循环装置的结构图。
图8是在实施方式2的制冷循环装置中应执行的喘振控制的流程图。
图9是以往的涡轮冷冻机的结构图。
标号的说明
21蒸发器；22压缩机；23冷凝器；24低压循环通路；24a第1流路；24b第2流路；25高压循环通路；25a第3流路；25b第4流路；26第1泵；27第2泵；28、281、282切换机构；30控制器；36第1阀；37第2阀；38三通阀；100、200制冷循环装置
具体实施方式
(成为本公开的基础的见解)
图9所示的以往的结构，例如对使用了氟利昂系制冷剂的制冷循环装置有用。另一方面，使用了低压制冷剂的制冷循环装置，与使用了氟利昂系制冷剂的制冷循环装置相比，以更大的压力比进行运转。例如，使用了水的制冷循环装置中的压力比是使用了氟利昂系制冷剂的制冷循环装置中的压力比的约3倍。在该情况下，即便设置图9所示的热气旁通路，也难以使储存于冷凝器的制冷剂液的温度以及储存于蒸发器的制冷剂液的温度大幅地变化，也难以使压力比充分地降低。因此，正在谋求对使用了低压制冷剂的制冷循环装置中的喘振防止也有效的技术。
本公开的第1技术方案的制冷循环装置具备：蒸发器，其储存液相的制冷剂，并且使所述液相的制冷剂蒸发而生成气相的制冷剂；涡轮压缩机，其对在所述蒸发器中生成的所述气相的制冷剂进行压缩；冷凝器，其通过使由所述涡轮压缩机压缩后的所述气相的制冷剂冷凝而生成液相的制冷剂，并且储存在所述冷凝器中生成的所述液相的制冷剂；第1流路，其与所述蒸发器的一部分连接；第2流路，其与所述蒸发器的其它部分连接；第3流路，其与所述冷凝器的一部分连接；第4流路，其与所述冷凝器的其它部分连接；切换机构，其包括阀，使用所述阀将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的连接状态切换为从多种连接状态中选择出的一种连接状态，所述多种连接状态包括将所述第1流路与所述第4流路连接并且将所述第2流路与所述第3流路连接的第1连接状态；第1泵，其配置于所述第2流路，用于将储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；第2泵，其配置于所述第4流路，用于将储存于所述冷凝器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；以及控制器，其在所述涡轮压缩机的运转状态处于喘振状态或阻塞状态时，控制所述切换机构，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态设定为所述第1连接状态。
根据第1技术方案，在压缩机的运转状态处于喘振状态或阻塞状态时，第1～第4流路相互间的连接状态被设定为第1连接状态。储存于蒸发器的制冷剂液与储存于冷凝器的制冷剂液在蒸发器以及冷凝器各自中被混合。储存于蒸发器的制冷剂液的温度上升，蒸发器的内部的压力也会上升。储存于冷凝器的制冷剂液的温度下降，冷凝器的内部的压力也降低。由于能够将压力比降低至容许值(阈值)为止，因此，能够防止压缩机的喘振或阻塞。
本公开的第2技术方案中，例如，第1技术方案的制冷循环装置的所述蒸发器的所述一部分位于与储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂的液面相比靠上方的位置，所述蒸发器的所述其它部分位于与储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂的所述液面相比靠下方的位置，所述多种连接状态还包括将所述第1流路与所述第2流路连接并且将所述第3流路与所述第4流路连接的第2连接状态。在第1～第4流路相互间的连接状态处于第2连接状态时，若驱动第1泵，则储存于蒸发器的制冷剂液在第1流路以及第2流路中循环。其结果，促进制冷剂液的蒸发。
本公开的第3技术方案中，例如，在所述涡轮压缩机的运转状态处于所述喘振状态或所述阻塞状态时，第2技术方案的制冷循环装置的所述控制器控制所述切换机构，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态从所述第2连接状态向所述第1连接状态切换。根据第3技术方案，能够可靠地得到第1技术方案中的效果。
本公开的第4技术方案中，例如，第1～第3技术方案中任一技术方案的制冷循环装置还具备：第1阀，其配置于所述第1流路，能够调整开度；和第2阀，其配置于所述第3流路，能够调整开度。根据第4技术方案，能够利用第1阀以及第2阀将压力比微调整为希望的值。
本公开的第5技术方案中，例如，在所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态被设定为所述第1连接状态并且储存于所述冷凝器的所述液相的制冷剂的温度与储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂的温度之差为阈值以上时，第4技术方案的制冷循环装置的所述控制装置控制所述第1阀而增加所述第1阀的所述开度，控制所述第2阀而增加所述第2阀的所述开度。根据第5技术方案，能够利用第1阀以及第2阀，将压力比微调整为希望的值，因此，能够减少因在蒸发器与冷凝器之间交换制冷剂液而导致的损失。
本公开的第6技术方案中，例如，在所述涡轮压缩机的转速为阈值转速以下时，第1～第5技术方案中任一技术方案的制冷循环装置的所述控制器视为所述涡轮压缩机的运转状态处于所述喘振状态，执行所述切换机构的控制。根据第6技术方案，能够可靠地防止制冷循环装置启动运转时以及停止运转时的喘振。
本公开的第7技术方案中，例如，在所述涡轮压缩机的转速比阈值转速大并且所述涡轮压缩机的排出压力相对于吸入压力之比为阈值压力比以上时，第1～第6技术方案中的任一技术方案的制冷循环装置的所述控制器视为所述涡轮压缩机的运转状态处于所述喘振状态，执行所述切换机构的控制。根据第7技术方案，能够更可靠地防止压缩机的喘振。
本公开的第8技术方案中，例如，第1～第7技术方案中任一技术方案的制冷循环装置的所述制冷剂是常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。本公开的技术对使用了这样的制冷剂的制冷循环装置特别有用。
本公开的第9技术方案的方法是制冷循环装置的控制方法，所述制冷循环装置具备：蒸发器，其储存液相的制冷剂，并且使所述液相的制冷剂蒸发而生成气相的制冷剂；涡轮压缩机，其对在所述蒸发器中生成的所述气相的制冷剂进行压缩；冷凝器，其通过使由所述涡轮压缩机压缩后的所述气相的制冷剂冷凝而生成液相的制冷剂，并且储存在所述冷凝器中生成的所述液相的制冷剂；第1流路，其与所述蒸发器的一部分连接；第2流路，其与所述蒸发器的其它部分连接；第3流路，其与所述冷凝器的一部分连接；第4流路，其与所述冷凝器的其它部分连接；切换机构，其包括阀，使用所述阀，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的连接状态切换为从多种连接状态中选择出的一种连接状态，所述多种连接状态包括将所述第1流路与所述第4流路连接并且将所述第2流路与所述第3流路连接的第1连接状态；第1泵，其配置于所述第2流路，用于将储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；以及第2泵，其配置于所述第4流路，用于将储存于所述冷凝器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给，所述控制方法包括：在所述涡轮压缩机的运转状态处于喘振状态或阻塞状态时，控制所述切换机构，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态设定为所述第1连接状态。
根据第9技术方案，能够得到与第1技术方案相同的效果。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。本公开不限定于以下的实施方式。
(实施方式1)
如图1所示，本实施方式的制冷循环装置100具备蒸发器21、压缩机22以及冷凝器23。蒸发器21储存制冷剂液(液相的制冷剂)并且使制冷剂液蒸发而生成制冷剂蒸气(气相的制冷剂)。压缩机22对由蒸发器21生成的制冷剂蒸气进行压缩。冷凝器23通过使利用压缩机22压缩后的制冷剂蒸气冷凝而生成制冷剂液，并储存制冷剂液。
压缩机22是离心压缩机、轴流压缩机等涡轮压缩机。
在制冷循环装置100中填充有包含常温(日本工业标准：20℃±15℃/JISZ8703)下的饱和蒸气压为负压(绝对压力比大气压低的压力)的物质作为主成分的制冷剂。作为这样的制冷剂，可以例举出包含水、乙醇或乙醚作为主成分的制冷剂。“主成分”意味着按质量比包含最多的成分。
在制冷循环装置100运转时，制冷循环装置100的内部的压力比大气压低。压缩机22的吸入口处的压力例如位于0.5～5kPaA的范围内。压缩机22的排出口处的压力例如位于5～15kPaA的范围内。
制冷循环装置100还具备蒸气路径29。蒸气路径29包括上游部分29a以及下游部分29b。上游部分29a将蒸发器21的蒸气出口(制冷剂蒸气的出口)和压缩机22的吸入口连接。下游部分29b将压缩机22的排出口和冷凝器23的蒸气入口(制冷剂蒸气的入口)连接。
制冷循环装置100还具备低压循环通路24、高压循环通路25、第1泵26、第2泵27以及切换机构28。低压循环通路24包括第1流路24a以及第2流路24b。在低压循环通路24中，第1流路24a是下游部分，第2流路24b是上游部分。高压循环通路25包括第3流路25a以及第4流路25b。在高压循环通路25中，第3流路25a是下游部分，第4流路25b是上游部分。
低压循环通路24的两端与蒸发器21连接。第1流路24a具有与蒸发器21的一部分(上部)连接的一端和与切换机构28连接的另一端。第2流路24b具有与蒸发器21的其它部分(下部)连接的一端和与切换机构28连接的另一端。蒸发器21的一部分位于与储存于蒸发器21的制冷剂液的液面相比靠上方的位置。蒸发器21的其它部分位于与储存于蒸发器21的制冷剂液的液面相比靠下方的位置。根据这样的位置关系，制冷剂液可靠地被引入低压循环通路24。
在第1流路24a的一端位于比制冷剂液的液面靠上方的位置的情况下，制冷剂液可能从第1流路24a朝向蒸发器21的内部空间散布。在该情况下，能够促进制冷剂液的蒸发。
高压循环通路25的两端与冷凝器23连接。第3流路25a具有与冷凝器23的一部分连接的一端和与切换机构28连接的另一端。第4流路25b具有与冷凝器23的其它部分连接的一端和与切换机构28连接的另一端。冷凝器23的一部分，既可以位于与储存于冷凝器23的制冷剂液的液面相比靠上方的位置，又可以位于靠下方的位置。冷凝器23的其它部分，位于与储存于冷凝器23的制冷剂液的液面相比靠下方的位置。根据这样的位置关系，制冷剂液被可靠地引入高压循环通路25。
第1泵26配置于低压循环通路24的第2流路24b。第1泵26将储存于蒸发器21的制冷剂液向切换机构28供给。第2泵27配置于高压循环通路25的第4流路25b。第2泵27将储存于冷凝器23的制冷剂液向切换机构28供给。
如图2所示，切换机构28包括4个连接口28a～28d。第1流路24a、第2流路24b、第3流路25a以及第4流路25b分别与连接口28a、连接口28b、连接口28c以及连接口28d连接。在本实施方式中，切换机构28是四通阀。切换机构28的作用在于，将第1流路24a、第2流路24b、第3流路25a以及第4流路25b的相互间的连接状态从选自多种连接状态中的一种连接状态切换为其他的连接状态。多种连接状态包含用虚线表示的第1连接状态以及用实线表示的第2连接状态。第1连接状态是将第1流路24a与第4流路25b连接并将第2流路24b与第3流路25a连接的状态。第2连接状态是将第1流路24a和第2流路24b连接并将第3流路25a和第4流路25b连接的状态。
在第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态处于第1连接状态时，若驱动第1泵26以及第2泵27，则制冷剂液在蒸发器21与冷凝器23之间被相互交换。具体而言，通过第1泵26的工作，储存于蒸发器21的制冷剂液经由第2流路24b、切换机构28以及第3流路25a被移向冷凝器23。通过第2泵27的工作，储存于冷凝器23的制冷剂液经由第4流路25b、切换机构28以及第1流路24a被移向蒸发器21。在蒸发器21以及冷凝器23各自中，低温的制冷剂液和高温的制冷剂液被混合。
在第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态处于第2连接状态时，若驱动第1泵26，则储存于蒸发器21的制冷剂液在低压循环通路24中循环。其结果，促进制冷剂液的蒸发。在第2连接状态下，第2泵27可以保持停止不变，也可以使其驱动。
切换机构28不限定于四通阀。图3示出变形例的切换机构281。图4示出其他的变形例的切换机构282。图3所示的切换机构281包括两个三通阀38。图4所示的切换机构282包括四个阀39。也即是，本公开中的切换机构至少包括1个阀，具有至少使用1个阀将第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态切换为从多种连接状态中选择出的一种连接状态的能力。
在图4所示的切换机构282中，四个阀39例如是开关阀。在阀39是开关阀时，切换机构282能够廉价地构筑。
制冷循环装置100还具备返回路径40。在返回路径40配置有流量调整阀41。返回路径40将冷凝器23与蒸发器21连接。返回路径40的始端与冷凝器23的下部连接。返回路径40的终端与蒸发器21的下部或上部连接。通过返回路径40从冷凝器23向蒸发器21引导制冷剂液，因此，无需对蒸发器21补给制冷剂液。通过控制流量调整阀41，能够调整返回路径40中的制冷剂液的流量。也可以省略流量调整阀41。
制冷循环装置100还具备吸热回路11以及放热回路12。
吸热回路11是用于使用在蒸发器21中冷却后的制冷剂液的回路，具有泵、室内热交换器等必要的设备。吸热回路11的一部分位于蒸发器21的内部。在蒸发器21的内部，吸热回路11的一部分既可以位于与制冷剂液的液面相比靠上的位置，又可以位于与制冷剂液的液面相比靠下的位置。在吸热回路11填充有水、盐水(brine)等液相的第1载热介质(heating medium)。
制冷剂液通过低压循环通路24从蒸发器21的上部被散布，与构成吸热回路11的部件(配管)相接触。在制冷剂液与吸热回路11的内部的载热介质之间进行热交换，制冷剂液会蒸发。吸热回路11的内部的载热介质通过制冷剂液的蒸发潜热被冷却。例如，在制冷循环装置100是进行室内的制冷的空气调节装置的情况下，通过吸热回路11的载热介质将室内的空气冷却。
放热回路12是用于从冷凝器23的内部的制冷剂吸收热的回路，具有泵、冷却塔等必要的设备。放热回路12的一部分位于冷凝器23的内部。在冷凝器23的内部，放热回路12的一部分位于与制冷剂液的液面相比靠上的位置。在放热回路12中填充有水、盐水等液相的第2载热介质。
从压缩机22排出的高温的制冷剂蒸气，在冷凝器23的内部与构成放热回路12的部件(配管)接触。在制冷剂蒸气与放热回路12的内部的载热介质之间进行热交换，制冷剂蒸气会冷凝。放热回路12的内部的载热介质通过制冷剂蒸气的冷凝潜热被加热。通过制冷剂蒸气被加热后的载热介质，例如在放热回路12的冷却塔(未图示)中被外界气体或冷却水冷却。
蒸发器21例如由具有绝热性以及耐压性的容器形成。蒸发器21储存制冷剂液，并且使制冷剂液在内部蒸发。即，通过从吸热回路11吸收热而被加热后的制冷剂液在蒸发器21中会沸腾以及蒸发。在本实施方式中，储存于蒸发器21的制冷剂液与在吸热回路11中循环的载热介质间接地接触。储存于蒸发器21的制冷剂液的一部分通过吸热回路11的载热介质被加热，用于对饱和状态的制冷剂液进行加热。
冷凝器23例如由具有绝热性以及耐压性的容器形成。冷凝器23使制冷剂蒸气冷凝，并且储存通过使制冷剂蒸气冷凝而生成的制冷剂液。在本实施方式中，过热状态的制冷剂蒸气与通过向外部环境放出热而被冷却的载热介质间接地接触而冷凝。制冷剂蒸气被放热回路12的载热介质冷却而冷凝。
也可以使储存于蒸发器21的制冷剂液在吸热回路11中循环。也可以使储存于冷凝器23的制冷剂液在放热回路12中循环。
制冷循环装置100还具备第1压力传感器31、第2压力传感器33、第1温度传感器32以及第2温度传感器34。第1压力传感器31例如配置于蒸气路径29的下游部分29b。第2压力传感器33例如配置于蒸气路径29的上游部分29a。第1压力传感器31检测压缩机22的排出口处的制冷剂蒸气的压力(排出压力)。第2压力传感器33检测压缩机22的吸入口处的制冷剂蒸气的压力(吸入压力)。根据第1压力传感器31以及第2压力传感器33的检测结果，能够算出制冷循环装置100中的压力比。只要能够检测吸入压力以及排出压力，压力传感器31以及33的位置不被特别限定。第1压力传感器31也可以配置于冷凝器23的内部。第2压力传感器33也可以配置于蒸发器21的内部。
第1温度传感器32例如配置于冷凝器23的内部。详细而言，第1温度传感器32位于与储存于冷凝器23的制冷剂液的液面相比靠下方的位置。第2温度传感器34例如配置于蒸发器21的内部。详细而言，第2温度传感器34位于与储存于蒸发器21的制冷剂液的液面相比靠下方的位置。第1温度传感器32检测储存于冷凝器23的制冷剂液的温度(冷凝温度)。第2温度传感器34检测储存于蒸发器21的制冷剂液的温度(蒸发温度)。只要能够检测冷凝温度以及蒸发温度，温度传感器32以及34的位置不特别地被限定。第1温度传感器32既可以配置于高压循环通路25的第4流路25b，又可以配置于冷凝器23与流量调整阀41之间的返回路径40。第2温度传感器34也可以配置于低压循环通路24的第2流路24b。
由于根据冷凝温度确定排出压力，根据蒸发温度确定吸入压力，因此，能够根据第1温度传感器32以及第2温度传感器34的检测结果，算出制冷循环装置100中的压力比。也即是，压力传感器31以及33能够被温度传感器32以及34代用。
制冷循环装置100还具备控制器30。控制器30对压缩机22、第1泵26、第2泵27、切换机构28以及流量调整阀41进行控制。作为控制器30，能够使用包括A/D变换电路、输入输出电路、运算电路、存储装置等的DSP(Digital Signal Processor)。控制器30中保存有用于使制冷循环装置100恰当地运转的程序。传感器31～34与控制器30连接。控制器30取得从传感器31～34输出的传感器信号。基于所取得的传感器信号，控制器30对切换机构28进行控制。
控制器30从压力传感器31以及33取得传感器信号，根据所取得的传感器信号确定制冷循环装置100中的压力比(排出压力/吸入压力)。或者，控制器30从温度传感器32以及34取得传感器信号，根据所取得的传感器信号确定制冷循环装置100中的压力比。控制器30还基于所确定的压力比以及压缩机22中的制冷剂的流量(质量流量)，确定压缩机22的运转状态。换言之，控制器30确定压力比以及制冷剂的流量的组合位于喘振区域、正常区域以及阻塞区域中的哪个区域。制冷剂的流量能够根据压缩机22的转速推定。一般地，在涡轮压缩机以充分大的转速被运转时，流量大致与转速成比例。“充分大的转速”根据涡轮压缩机的设计而决定。
在涡轮压缩机以确定的转速运转时，若系统的压力比(排出压力/吸入压力)超过容许值，则发生喘振。在涡轮压缩机以确定的转速运转时，若系统的压力比(排出压力/吸入压力)低于容许值，则发生阻塞(流动的闭塞)。也即是，在涡轮压缩机的转速与系统的压力比之间存在一定的制约，若使涡轮压缩机在该制约的范围外运转，则发生喘振或阻塞。
图5示出压缩机22的特性。根据压缩机22中的制冷剂的流量以及制冷循环装置100的压力比，压缩机22在由曲线P包围的正常区域、曲线P以外的喘振区域以及曲线P以外的阻塞区域中的某一个区域中运转。图5的曲线图例如以表的形式存储于控制器30的存储器。控制器30确定流量以及压力比的组合位于喘振区域、正常区域以及阻塞区域中的哪个区域。
在压缩机22的转速比预定的阈值转速大时，制冷剂的流量根据压缩机22的转速而决定。因此，能够使用压缩机22的转速，判断压缩机22的运转状态是否处于喘振状态。详细而言，根据吸入压力以及压缩机22的转速，决定制冷剂的流量。基于吸入压力、排出压力以及压缩机22的转速，能够确定压缩机22的状态。“阈值转速”是压缩机22的设计值。
在压缩机22为涡轮压缩机时，在阈值转速(例如，2万转/min)以下的转速下，制冷剂不充分地流动。该现象在制冷循环装置100的内部的压力比大气压低的情况下显著。因此，在压缩机22的转速为阈值转速以下时，能够视为压缩机22的运转状态处于喘振状态。由此，能够可靠地防止制冷循环装置100启动运转时以及停止运转时的喘振。
接着，对制冷循环装置100的运转进行说明。
在制冷循环装置100启动后，控制器30定期地执行图6所示的喘振控制。在步骤S1中，判断压缩机22的当前的转速是否为阈值转速(例如，2万转/min)以下。在压缩机22的转速为阈值转速以下时，视为压缩机22的运转状态处于喘振状态，执行步骤S5以及S6的处理。这样，能够可靠地防止制冷循环装置100启动运转时以及停止运转时的喘振。在控制器30是用于控制压缩机22的马达的控制器的情况下，压缩机22的转速是始终保存于控制器30的存储器中的值。
在压缩机22的转速比阈值转速大的情况下，在步骤S2中，判断制冷循环装置100的当前的压力比是否为阈值压力比以上。在压力比为阈值压力比以上时，视为压缩机22的运转状态处于喘振状态，执行步骤S5以及S6的处理。这样，能够更可靠地防止压缩机的喘振。压力比能够根据压力传感器31以及33的检测结果求出。如从图5能够理解的那样，“阈值压力比”根据压缩机22的转速(流量)来确定。进而，图5的曲线图也可以根据蒸发温度来准备。也即是，阈值压力比也可以根据压缩机22的转速以及蒸发温度来决定。
总之，在步骤S1以及S2中，判断转速以及压力比的组合是否位于喘振区域。控制器30也可以具有记述了压缩机22的特性的表。参照表，能够判断转速以及压力比的组合是否包含于喘振区域。
在压缩机22的运转状态处于喘振状态的情况下，在步骤S5中，将第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态设定为第1连接状态。详细而言，在压缩机22的运转状态处于喘振状态时，控制切换机构28(四通阀28)，将第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态从第2连接状态向第1连接状态切换。在第1连接状态(图1中用虚线示出的状态)中，将第1流路24a与第4流路25b连接，并将第2流路24b与第3流路25a连接。进而，在步骤S6中，驱动第1泵26以及第2泵27。若驱动第1泵26以及第2泵27，则在蒸发器21与冷凝器23之间进行制冷剂液的交换。若在蒸发器21与冷凝器23之间交换制冷剂液，则储存于蒸发器21的制冷剂液的温度与储存于冷凝器23的制冷剂液的温度的差会缩小。换言之，蒸发温度与冷凝温度的差会缩小。若蒸发温度与冷凝温度的差缩小，则压力比也下降。其结果，压缩机22的运转状态从喘振区域中的状态P1移向正常区域中的状态P2(参照图5)。步骤S5和步骤S6的顺序也可以相互替换。
另一方面，在压缩机22的运转状态不处于喘振状态的情况下，在步骤S3中，将第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态设定为第2连接状态。也即是，在压缩机22处于正常状态时，控制切换机构28(四通阀28)，将第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态从第1连接状态切换为第2连接状态。或者，将第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态维持为第2连接状态。在第2连接状态(图1中用实线示出的状态)中，将第1流路24a与第2流路24b连接，并将第3流路25a与第4流路25b连接。第2连接状态是制冷循环装置100的通常运转时的连接状态。在第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态被设定为第2连接状态时，若驱动第1泵26，则储存于蒸发器21的制冷剂液在低压循环通路24中循环。由此，能够促进制冷剂液的蒸发。在第2连接状态下，既可以使第2泵27停止(步骤S4)，也可以使其驱动。
根据本实施方式，在压缩机22的运转状态处于喘振状态时，第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态被设定为第1连接状态。储存于蒸发器21的制冷剂液和储存于冷凝器23的制冷剂液在蒸发器21以及冷凝器23各自中被混合。储存于蒸发器21的制冷剂液的温度上升，蒸发器21的内部的压力也上升。储存于冷凝器23的制冷剂液的温度下降，冷凝器23的内部的压力也降低。在使用了低压制冷剂的制冷循环装置100中，能够将压力比降低至容许值为止，因此，压缩机22的喘振被防止。
根据本实施方式，能够防止压缩机22的喘振，并且能够执行启动运转、部分负载运转等不稳定运转。另外，也能够将制冷循环装置100的性能的降低抑制为最小限。进而，通过防止喘振，能够提高压缩机22的可靠性，进而提高制冷循环装置100的可靠性。
此外，在压缩机22的运转状态处于阻塞状态的情况(转速以及压力比的组合处于阻塞区域的情况)下，第1～第4流路24a、24b、25a以及25b的相互间的连接状态被设定为第1连接状态。由此，压力比会降低，制冷剂的流量会减少。压缩机22的运转状态例如从阻塞区域中的状态P3移至正常区域中的状态P4(参照图5)。
(实施方式2)
如图7所示，本实施方式的制冷循环装置200具备第1阀36以及第2阀37。除了第1阀36以及第2阀37，制冷循环装置200的构造与第1实施方式的制冷循环装置100的构造相同。有时对第1实施方式的制冷循环装置100和本实施方式的制冷循环装置200中通用的要素标注相同参照标号，并省略它们的说明。即，与各实施方式相关的说明，只要在技术上不矛盾，就能够相互应用。进而，只要在技术上不矛盾，各实施方式也可以相互组合。
第1阀36配置于低压循环通路24的第1流路24a。第1阀36是流量调整阀。第2阀37配置于高压循环通路25的第3流路25a。第2阀37是流量调整阀。根据本实施方式，能够调整蒸发器21与冷凝器23之间的制冷剂液的交换流量。
在制冷循环装置200启动后，控制器30定期地执行图8所示的喘振控制。步骤S11～S16分别与参照图6说明的步骤S1～S6对应。
在步骤S17中，检测储存于蒸发器21的制冷剂液的温度以及储存于冷凝器23的制冷剂液的温度。这些温度，能够根据温度传感器32以及34的检测信号确定。接着，在步骤S18中，判断储存于冷凝器23的制冷剂液的温度与储存于蒸发器21的制冷剂液的温度的差是否在阈值以上。在温度差为阈值以上的情况下，在步骤S19中，控制第1阀36，增加第1阀36的开度，控制第2阀37，增加第2阀37的开度。例如，第1阀36以及第2阀37的开度逐1个等级地增加。由此，从蒸发器21供给给冷凝器23的制冷剂液的流量以及从冷凝器23供给给蒸发器21的制冷剂液的流量分等级地增加，制冷循环装置200中的压力比降低。由此，从蒸发器21供给给冷凝器23的制冷剂液的流量以及从冷凝器23供给给蒸发器21的制冷剂液的流量分等级地减少。
根据本实施方式，能够得到与实施方式1相同的效果。进而，根据本实施方式，能够通过第1阀36以及第2阀37，将压力比微调整为希望的值，因而能够减少因在蒸发器21与冷凝器23之间交换制冷剂液而导致的损失。
(其它)
本公开的制冷循环装置也可以具备多个压缩机。多个压缩机包括至少1个涡轮压缩机。例如，优选使用1轴2段的离心压缩机。在制冷循环装置具备多个压缩机的情况下，也可以在将第1段的压缩机的排出口与第2段的压缩机的吸入口连接的路径上设置用于冷却制冷剂蒸气的中间冷却器。中间冷却器能够由壳管式热交换器、翅管式热交换器等热交换器构成。中间冷却器既可以构成为使用从制冷循环装置的外部供给的载热介质(例如，空气或水)来冷却制冷剂蒸气，又可以构成为使用制冷剂液来冷却制冷剂蒸气。
本说明书所公开的技术能够利用于空气调节装置、冷冻机(chiller)、蓄热装置等。

Claims (9)

1.一种制冷循环装置，具备：
蒸发器，其储存液相的制冷剂，并且使所述液相的制冷剂蒸发而生成气相的制冷剂；
涡轮压缩机，其对在所述蒸发器中生成的所述气相的制冷剂进行压缩；
冷凝器，其通过使由所述涡轮压缩机压缩后的所述气相的制冷剂冷凝而生成液相的制冷剂，并且储存在所述冷凝器中生成的所述液相的制冷剂；
第1流路，其与所述蒸发器的一部分连接；
第2流路，其与所述蒸发器的其它部分连接；
第3流路，其与所述冷凝器的一部分连接；
第4流路，其与所述冷凝器的其它部分连接；
切换机构，其包括阀，使用所述阀将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的连接状态切换为从多种连接状态中选择出的一种连接状态，所述多种连接状态包括将所述第1流路与所述第4流路连接并且将所述第2流路与所述第3流路连接的第1连接状态；
第1泵，其配置于所述第2流路，用于将储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；
第2泵，其配置于所述第4流路，用于将储存于所述冷凝器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；以及
控制器，其在所述涡轮压缩机的运转状态处于喘振状态或阻塞状态时，控制所述切换机构，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态设定为所述第1连接状态。
2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，
所述蒸发器的所述一部分位于与储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂的液面相比靠上方的位置，
所述蒸发器的所述其它部分位于与储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂的所述液面相比靠下方的位置，
所述多种连接状态还包括将所述第1流路与所述第2流路连接并且将所述第3流路与所述第4流路连接的第2连接状态。
3.根据权利要求2所述的制冷循环装置，
在所述涡轮压缩机的运转状态处于所述喘振状态或所述阻塞状态时，所述控制器控制所述切换机构，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态从所述第2连接状态向所述第1连接状态切换。
4.根据权利要求1所述的制冷循环装置，还具备：
第1阀，其配置于所述第1流路，能够调整开度；和
第2阀，其配置于所述第3流路，能够调整开度。
5.根据权利要求4所述的制冷循环装置，
在所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态被设定为所述第1连接状态并且储存于所述冷凝器的所述液相的制冷剂的温度与储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂的温度之差为阈值以上时，所述控制器控制所述第1阀而增加所述第1阀的所述开度，控制所述第2阀而增加所述第2阀的所述开度。
6.根据权利要求1所述的制冷循环装置，
在所述涡轮压缩机的转速为阈值转速以下时，所述控制器视为所述涡轮压缩机的运转状态处于所述喘振状态，执行所述切换机构的控制。
7.根据权利要求1所述的制冷循环装置，
在所述涡轮压缩机的转速比阈值转速大并且所述涡轮压缩机的排出压力相对于吸入压力之比为阈值压力比以上时，所述控制器视为所述涡轮压缩机的运转状态处于所述喘振状态，执行所述切换机构的控制。
8.根据权利要求1所述的制冷循环装置，
所述制冷剂是常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。
9.一种制冷循环装置的控制方法，
所述制冷循环装置具备：
蒸发器，其储存液相的制冷剂，并且使所述液相的制冷剂蒸发而生成气相的制冷剂；
涡轮压缩机，其对在所述蒸发器中生成的所述气相的制冷剂进行压缩；
冷凝器，其通过使由所述涡轮压缩机压缩后的所述气相的制冷剂冷凝而生成液相的制冷剂，并且储存在所述冷凝器中生成的所述液相的制冷剂；
第1流路，其与所述蒸发器的一部分连接；
第2流路，其与所述蒸发器的其它部分连接；
第3流路，其与所述冷凝器的一部分连接；
第4流路，其与所述冷凝器的其它部分连接；
切换机构，其包括阀，使用所述阀将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的连接状态切换为从多种连接状态中选择出的一种连接状态，所述多种连接状态包括将所述第1流路与所述第4流路连接并且将所述第2流路与所述第3流路连接的第1连接状态；
第1泵，其配置于所述第2流路，用于将储存于所述蒸发器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给；以及
第2泵，其配置于所述第4流路，用于将储存于所述冷凝器的所述液相的制冷剂向所述切换机构供给，
所述控制方法包括：在所述涡轮压缩机的运转状态处于喘振状态或阻塞状态时，控制所述切换机构，将所述第1流路、所述第2流路、所述第3流路以及所述第4流路相互间的所述连接状态设定为所述第1连接状态。
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