CN109253555A - 压缩式制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的压缩式制冷机，无需高精度且高价的温度传感器、压力传感器等测量仪器，能够使用通用的便宜且简单的测量仪器，能够根据蒸发器中制冷负荷或运转点来确保最佳的制冷剂保有量。压缩式制冷机具备：第一流量控制单元，其设置于将蒸发器与经济器连接的配管；第二流量控制单元，其设置于将经济器与冷凝器连接的配管；控制装置，其进行第一流量控制单元和/或第二流量控制单元的开闭控制；制冷负荷率计算单元，其计算压缩式制冷机的运转过程中的制冷负荷率。控制装置将由制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值与预先设定的制冷负荷率设定值进行比较，并基于比较结果由第一流量控制单元和/或第二流量控制单元控制蒸发器的制冷剂保有量。

Description

压缩式制冷机

技术领域

本发明涉及具备蒸发器、压缩机、冷凝器的压缩式制冷机，特别是涉及具备满液式蒸发器的压缩式制冷机，所述满液式蒸发器在壳体内部配置传热管组，向传热管内通冷水并在壳体充满液体制冷剂。

背景技术

以往，制冷空调装置等所利用的压缩式制冷机，由制冷剂配管连结蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀(膨胀机构)而构成，所述蒸发器由封入有制冷剂的密闭系统构成，制冷剂从冷水(被冷却流体)夺取热量而蒸发来发挥制冷效果，所述压缩机对在所述蒸发器中蒸发的制冷剂气体进行压缩而使其成为高压的制冷剂气体，所述冷凝器用冷却水(冷却流体)对高压的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝，所述膨胀阀(膨胀机构)对所述冷凝的制冷剂减压而使其膨胀。

上述压缩式制冷机大多使用满液式蒸发器，该满液式蒸发器在壳体的内部配置传热管组，向传热管内通冷水并在壳体充满液体制冷剂。

在上述的满液式蒸发器中，传热效率对制冷机的COP(性能系数)产生影响。由于沸腾传热特性因传热管组浸渍于制冷剂的高度而变化，因此以往通过控制蒸发器的制冷剂液位，以不使蒸发器的传热效率降低。

关于蒸发器的制冷剂液位的控制，在日本特开2014-85048号公报(专利文献1)中提出了如下技术：利用被定义为冷水出口温度与蒸发器制冷剂温度的温度差的蒸发器LTD与制冷能力的相关关系，对设置于通往蒸发器的制冷剂配管的控制阀进行控制，由此控制流入蒸发器的制冷剂的流量，从而控制蒸发器的制冷剂液位。

专利文献1：日本特开2014-85048号公报

如专利文献1所提出的那样，在利用蒸发器的LTD与制冷能力(负荷)的相关关系，来控制流入蒸发器的制冷剂的流量的情况下，存在以下问题。

(1)若高负荷时与低负荷时的LTD的差小且欲严格地控制，则需要高精度(高价)的温度传感器或者压力传感器，从而产品成本升高。

(2)在制冷负荷或者冷却水温度的变动幅度大且变动的频率高的情况下，存在因控制阀的实际开闭动作的延迟而难以进行制冷剂的流量控制的情况。

(3)在实际运用上，在传热管受到污染的情况下，难以接近目标LTD。

本发明是鉴于上述情况所做出的，目的在于提供如下的压缩式制冷机，该压缩式制冷机不需要高精度且高价的温度传感器、压力传感器等测量仪器，能够使用通用的便宜且简单的测量仪器，从而能够在蒸发器中根据制冷负荷或者运转点(由制冷负荷以及蒸发器与冷凝器之间的差压决定的点)来确保最佳的制冷剂保有量。

发明内容

为了实现上述的目的，本发明的压缩式制冷机，具备蒸发器、压缩机、冷凝器以及经济器，其特征在于，具备：第一流量控制单元，其设置于将所述蒸发器与所述经济器连接的配管；第二流量控制单元，其设置于将所述经济器与所述冷凝器连接的配管；控制装置，其进行所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元的开闭控制；以及制冷负荷率计算单元，其计算所述压缩式制冷机的运转过程中的制冷负荷率，所述控制装置将由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值与预先设定的制冷负荷率设定值进行比较，并基于比较结果由所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

根据本发明的优选的方式，作为在规定的额定冷却水入口温度下所述压缩式制冷机中填充的制冷剂填充量，设定第一制冷剂填充量和第二制冷剂填充量这两个制冷剂填充量，并求出表示所述两个制冷剂填充量中额定冷却水入口温度下的制冷负荷率与LTD的关系的曲线图，所述第一制冷剂填充量在额定负荷率下蒸发器的LTD最小，所述第二制冷剂填充量在规定的低负荷率下满足蒸发器的允许LTD，所述制冷负荷率设定值是所述两个制冷剂填充量中从蒸发器的低负荷率到额定负荷率的蒸发器的LTD的曲线图的交点处的制冷负荷率。

根据本发明，在从高负荷到低负荷的整个范围内，能够仅以一个交点而简单地获得额定负荷侧(高负荷侧)和低负荷侧各自最佳的蒸发器的LTD。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，求出在规定的低冷却水入口温度下所述两个制冷剂填充量中从蒸发器的低负荷率到额定负荷率的LTD的曲线图的交点处的制冷负荷率、或者求出在曲线图无交叉的情况下所述第二制冷剂填充量的规定的额定制冷负荷率即100％，作为低温侧制冷负荷率，针对所述第二制冷剂填充量的规定的额定冷却水入口温度和规定的低冷却水入口温度分别求出表示制冷负荷率、和蒸发器与冷凝器的差压的关系的曲线图，决定针对所述额定冷却水入口温度求出的曲线图上的与所述制冷负荷率设定值对应的点A，决定针对所述低冷却水入口温度求出的曲线图上的与所述低温侧制冷负荷率对应的点B，求出由将所述点A与所述点B连结的直线或者近似该直线的近似曲线分隔的第一设定运转范围和第二设定运转范围，并根据由所述制冷负荷率计算值和所述蒸发器与所述冷凝器之间的差压决定的运转点是否处于所述第一设定运转范围或者所述第二设定运转范围的任一方，而由所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

根据本发明，在从规定的额定冷却水温度到低冷却水温度下从高负荷到低负荷的运转范围内，根据上述运转点能够获得最佳的蒸发器的LTD。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，求出将所述点A与所述点B连结的直线或者近似曲线延长的线与允许的整个运转范围交叉的点A’和点B’，并基于该点A’和点B’，对所述第一设定运转范围和所述第二设定运转范围进行修正。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，具备液面检测单元，其设置于在所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元的上游侧设置的能够贮存制冷剂液的空间，在所述液面检测单元设定规定的上侧液位和下侧液位，在由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值比所述制冷负荷率设定值大的情况下，控制所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元，以使所述空间内的制冷剂液的液面成为所述上侧液位，在由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值比所述制冷负荷率设定值小的情况下，控制所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元，以使所述空间内的制冷剂液的液面成为所述下侧液位。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，所述冷凝器在下部具有能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的空间，并仅由所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，所述经济器在下部具有能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的空间，并仅由所述第一流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，将能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的贮存容器设置于将所述蒸发器与所述经济器连接的配管，并由所述第一流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量，或者将所述贮存容器设置于将所述经济器与所述冷凝器连接的配管，并由所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，在所述冷凝器的下部具备过冷器，并仅由所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量，所述过冷器能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，利用所述冷凝器、所述经济器以及设置于将所述蒸发器与所述经济器连接的配管或者将所述经济器与所述冷凝器连接的配管的贮存容器内的多个贮存空间的组合，贮存可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液，并由所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

本发明的其他方式的压缩式制冷机，具备蒸发器、压缩机以及冷凝器，其特征在于，具备：流量控制单元，其设置于将所述蒸发器与所述冷凝器连接的配管；控制装置，其进行所述流量控制单元的开闭控制；以及制冷负荷率计算单元，其计算所述压缩式制冷机的运转过程中的制冷负荷率，所述控制装置将由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值与预先设定的制冷负荷率设定值进行比较，并基于比较结果由所述流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

该方式能够应用于不具备经济器的压缩式制冷机。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，具备：温度测定单元，其测定在所述蒸发器的水室流动的冷水的入口温度和出口温度；以及流量测定单元，其测定所述冷水的流量，所述制冷负荷率计算单元基于利用所述温度测定单元和所述流量测定单元得到的测定值，来计算制冷负荷率。

本发明起到以下列举的效果。

(1)不需要高精度且高价的温度传感器、压力传感器等测量仪器，能够使用通用的简单的测量仪器。

(2)即便在制冷负荷或者冷却水温度的变动幅度大且变动频率高的情况下，也能够在蒸发器中根据制冷负荷来确保最佳的制冷剂保有量。

(3)与传热管受污染的状态无关，能够在蒸发器中根据制冷负荷确保最佳的制冷剂保有量。

附图说明

图1是表示本发明的压缩式制冷机的一个实施方式的示意图。

图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)是表示制冷负荷与蒸发器的制冷剂保有量的关系的示意图。

图3是表示上述试验结果的曲线图，并且是表示制冷负荷率(％)与被定义为冷水出口温度和蒸发器制冷剂温度的温度差的蒸发器LTD(℃)的关系的曲线图。

图4是表示上述试验结果的曲线图，并且是表示制冷负荷率(％)与被定义为冷水出口温度和蒸发器制冷剂温度的温度差的蒸发器LTD(℃)的关系的曲线图。

图5是表示制冷负荷率(％)与蒸发器和冷凝器的差压(kPa)的关系的曲线图。

图6是表示额定运转条件下制冷剂量(kg)与蒸发器的LTD的关系的曲线图。

图7是表示设置有贮存上述蒸发器的制冷剂保有量的全部差量的贮存容器的实施方式的示意图。

图8是表示设置有贮存上述蒸发器的制冷剂保有量的差量的一部分的贮存容器的实施方式的示意图。

图9是表示设置有贮存上述蒸发器的制冷剂保有量的差量的一部分的贮存容器的其他实施方式的示意图。

图10是表示在不具备经济器的压缩式制冷机中，设置有贮存上述蒸发器的制冷剂保有量的差量的一部分的贮存容器的其他实施方式的示意图。

附图标记说明：1…压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…经济器；5…制冷剂配管；6、7、21…控制阀；8、9、13、14、16、18、22…液面检测单元；10…控制装置；11…第一贮存容器；12…第二贮存容器；15、17、20…贮存容器；FE…流量传感器；T1、T2…温度传感器；W1…第一制冷剂填充量；W2…第二制冷剂填充量

具体实施方式

以下，参照图1至图10对本发明的压缩式制冷机的实施方式进行说明。在图1至图10中，对相同或者相当的构成要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

图1是表示本发明的压缩式制冷机的一个实施方式的示意图。如图1所示，压缩式制冷机具备：压缩机1，其对制冷剂进行压缩；冷凝器2，其用冷却水(冷却流体)对压缩后的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝；蒸发器3，其从冷水(被冷却流体)夺取热量发挥使制冷剂蒸发的制冷效果；作为中间冷却器的经济器4，其配置在冷凝器2与蒸发器3之间，由供制冷剂循环的制冷剂配管5将上述各设备连结而构成压缩式制冷机。

在图1所示的实施方式中，压缩机1由多级离心式压缩机构成。多级离心式压缩机通过制冷剂配管5与经济器4连接，由经济器4分离出的制冷剂气体被导入多级离心式压缩机的多级的压缩级的中间部分。

如图1所示，在将蒸发器3与经济器4连接的制冷剂配管5设置有电动式的控制阀6。控制阀6构成对从经济器4向蒸发器3流动的制冷剂的流量进行控制的第一流量控制单元。第一流量控制单元也可以为将电动式的控制阀与节流孔串联或者并联地组合的结构。

另外，在将经济器4与冷凝器2连接的制冷剂配管5设置有电动式的控制阀7。控制阀7构成控制从冷凝器2向经济器4流动的制冷剂的流量的第二流量控制单元。第二流量控制单元也可以为将电动式的控制阀与节流孔串联或者并联地组合的结构。

在经济器4设置有：对贮存于经济器4内的制冷剂液的液面进行检测的液位计、或者由限位开关或浮球式开关等构成的液面检测单元8。另外，在冷凝器2设置有：对贮存于冷凝器2内的制冷剂液的液面进行检测的液位计、或者由限位开关或浮球式开关等构成的液面检测单元9。控制阀6、控制阀7、液面检测单元8以及液面检测单元9分别连接于控制装置10。

如图1所示，在蒸发器3设置有：测定冷水入口温度的温度传感器T1、和测定冷水出口温度的温度传感器T2。即，由温度传感器T1测定与蒸发器3内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度，由温度传感器T2测定与蒸发器3内的制冷剂进行热交换后的冷水的出口温度。温度传感器T1和温度传感器T2分别连接于控制装置10。另外，在冷水入口或者出口配管设置有测量冷水流量的流量传感器FE。流量传感器FE连接于控制装置10。控制装置10具备制冷负荷率计算单元，制冷负荷率计算单元根据由温度传感器T1测定出的冷水入口温度、由温度传感器T2测定出的冷水出口温度的温度差、以及由流量传感器FE测量出的冷水流量，来计算制冷负荷率。

另外，如图1所示，也可以在冷水入口配管与冷水出口配管之间设置差压计ΔPe，来测量蒸发器3的冷水出入口处的压力差，并由制冷负荷率计算单元根据压力差推算在蒸发器3流动的冷水流量，根据推算出的冷水流量、以及冷水入口温度与冷水出口温度的温度差计算制冷负荷率。

控制装置10构成为：将由上述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值与预先设定的制冷负荷率设定值(见后述)进行比较，并基于比较结果，借助由控制阀6构成的第一流量控制单元和/或由控制阀7构成的第二流量控制单元对蒸发器3的制冷剂保有量进行控制。即，控制装置10构成为根据制冷负荷率对蒸发器3的制冷剂保有量进行控制。

图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)是表示制冷负荷与蒸发器3的制冷剂保有量的关系的示意图。在图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)中，蒸发器3内的大致倒梯形形状的实线表示传热管组3a，虚线表示平均沸腾液面AL。

图2(a)、图2(b)是表示在低负荷时制冷剂保有量少的情况(图2(a))与制冷剂保有量多的情况(图2(b))相比较的图。

如图2(a)所示，在制冷剂保有量少的情况下，露出的传热管增多，从而传热面积减小，LTD增大。

如图2(b)所示，在制冷剂保有量多的情况下，露出的传热管减少，从而传热面积增大，LTD减小。

如图2(a)、图2(b)所示，在低负荷时，沸腾状态穏定，平均沸腾液面低。LTD因能够有助于传热的传热面积的大小而不同。为了使LTD减小，若继续增加制冷剂量，则LTD虽一定程度减小，但若进一步增加制冷剂量，则与下述高负荷时相同，从某处开始由于浸没(液位差)的影响而LTD增大。

图2(c)、图2(d)是表示在高负荷时制冷剂保有量少的情况(图2(c))与制冷剂保有量多的情况(图2(d))相比较的图。在图2(c)、图2(d)中，双点划线分别表示相同制冷剂保有量中低负荷时的平均沸腾液面。

如图2(c)、图2(d)所示，在高负荷时沸腾状态剧烈，在相同制冷剂保有量中，高负荷时的平均沸腾液面AL比低负荷时的平均沸腾液面(用双点划线表示)上升。在该状态下，若进一步增加制冷剂量，则平均沸腾液面进一步升高，并从某处开始，开始受浸没(液位差)的影响而处于LTD增大的趋势。因平均沸腾液面的高度增加，导致抑制在传热管组3a的下部的沸腾。与此相反，若减少制冷剂量，则从某处开始，由于传热面积不足，而使LTD开始增大。即，与制冷负荷对应地存在最佳液面。

接下来，以与图2(a)～图2(d)所示的制冷负荷对应地存在最佳液面为前提，对利用图1所示的压缩式制冷机进行的试验结果进行说明。

作为填充于制冷机的总制冷剂填充量，以第一制冷剂填充量W1与第二制冷剂填充量W2不同的制冷剂填充量进行了试验运转。第一制冷剂填充量W1与第二制冷剂填充量W2的关系为W1＜W2。各试验使冷凝器2和经济器4贮存必要的最低限度的制冷剂量来进行。在以制冷剂填充量W1和制冷剂填充量W2分别使制冷机进行了运转的情况下，运转过程中的不同点为蒸发器3的制冷剂保有量(W2-W1)。即，在使制冷机以第二制冷剂填充量W2进行了运转的情况下，蒸发器3的制冷剂保有量比使制冷机以第一制冷剂填充量W1进行运转时增加(W2-W1)。

图3和图4是表示上述试验结果的曲线图，并且是表示制冷负荷率(％)与被定义为冷水出口温度和蒸发器制冷剂温度的温度差的蒸发器LTD(℃)的关系的曲线图。在图3中将冷凝器2的冷却水入口温度设为32℃，在图4中将冷凝器2的冷却水入口温度设为12℃。

根据图3所示的试验结果，在某中间制冷能力(制冷负荷率A点)处，出现了第一制冷剂填充量W1的曲线图(用粗实线表示)与第二制冷剂填充量W2的曲线图(用粗虚线表示)交叉的现象。在比制冷负荷率A点大的额定负荷率侧，第一制冷剂填充量W1的情况下的LTD小于第二制冷剂填充量W2的情况下的LTD，在比制冷负荷率A点小的低负荷率侧，第二制冷剂填充量W2的情况下的LTD小于第一制冷剂填充量W1的情况下的LTD。即，在比制冷负荷率A点大的额定负荷率侧，蒸发器的LTD在第一制冷剂填充量W1的情况下最小，在比制冷负荷率A点小的低负荷率侧，蒸发器的LTD在第二制冷剂填充量W2的情况下减小。

在图4所示的试验结果中，第一制冷剂填充量W1的曲线图(用粗实线表示)与第二制冷剂填充量W2的曲线图(用粗虚线表示)在100％的负荷率(制冷负荷率B点)时相互最接近，但未交叉。

根据出现了第一制冷剂填充量W1的曲线图与第二制冷剂填充量W2的曲线图交叉的现象的图3可知，向制冷机填充第二制冷剂填充量W2的制冷剂，将交点A的制冷负荷率作为分界点，如下述(1)(2)那样，形成蒸发器LTD尽量减小的蒸发器3的制冷剂保有量，由此能够根据制冷负荷确保最佳液面，从而能够提高蒸发器的传热性能。

(1)在制冷机的运转过程中制冷负荷率大于交点A的制冷负荷率的情况下，以成为上述第一制冷剂填充量W1时蒸发器3的制冷剂保有量的方式在冷凝器2和/或经济器4暂时贮存(W2-W1)的制冷剂量。另外，在另外设置有贮存容器的情况下(见后述)，只要在冷凝器2、经济器4以及贮存容器中的至少一个暂时贮存(W2-W1)的制冷剂量即可。

(2)在制冷机的运转过程中制冷负荷率为交点A的制冷负荷率以下的情况下，以成为上述第二制冷剂填充量W2时蒸发器3的制冷剂保有量的方式，将暂时贮存于冷凝器2和/或经济器4的制冷剂量输送至蒸发器3。另外，在另外设置有贮存容器的情况下，将在冷凝器2、经济器4以及贮存容器中的至少一个暂时贮存的制冷剂量输送至蒸发器3。

在图3中，细线是汇总了上述(1)(2)控制的控制线CL，细线是应该与第一制冷剂填充量W1的曲线图或者第二制冷剂填充量W2的曲线图重叠地表示的线，但为了方便图示，而表示在第一制冷剂填充量W1的曲线图或者第二制冷剂填充量W2的曲线图的稍下方。

根据图3表示的试验结果，若将冷却水入口温度32℃广义表现为“规定的额定冷却水入口温度”，则在控制装置10中预先设定的制冷负荷率设定值能够如下那样定义。

作为在规定的额定冷却水入口温度下的上述压缩式制冷机中填充的制冷剂填充量，设定第一制冷剂填充量W1和第二制冷剂填充量W2这两个制冷剂填充量，所述第一制冷剂填充量W1是在额定负荷率下蒸发器3的LTD最小的制冷剂填充量，所述第二制冷剂填充量W2是在规定的低负荷率下满足蒸发器3的允许LTD的制冷剂填充量，求出表示上述两个制冷剂填充量W1、W2中额定冷却水入口温度下的制冷负荷率与LTD的关系的曲线图，上述制冷负荷率设定值是上述两个制冷剂填充量W1、W2中从蒸发器3的低负荷率至额定负荷率的蒸发器3的LTD的曲线图的交点(即、图3所示的交点A)处的制冷负荷率。

另外，在上述的说明中，虽叙述了以交点A作为分界点来控制蒸发器3的制冷剂保有量的方法，但也可以根据针对一个或者多个制冷剂填充量通过试验获得的图3的曲线图的波形的特性，将从低负荷率至额定负荷率的蒸发器3的LTD总体减小、或者将能够获得恒定的效果的任意一点规定为制冷负荷率设定值，将制冷机的运转过程中的制冷负荷率与制冷负荷率设定值进行比较，并基于比较结果控制蒸发器3的制冷剂保有量。

图5是表示制冷负荷率(％)、与蒸发器3和冷凝器2的差压(kPa)的关系的曲线图。向制冷机填充第二制冷剂填充量W2的制冷剂，根据制冷机运转过程中制冷负荷率(％)与蒸发器-冷凝器之间的差压而求出图5的相关曲线图。

图6是表示额定运转条件下制冷剂量(kg)与蒸发器的LTD的关系的曲线图。

一边考虑图3和图4的关系，一边对图5和图6的关系进行进一步说明。

首先，若根据图6进行说明，则图6所示的额定运转条件下制冷剂量(kg)与蒸发器3的LTD的关系，利用冷凝器2的冷却水入口温度为32℃、制冷负荷率为100％的额定负荷率求出。

(1)如图6所示，蒸发器的LTD最小的制冷剂量为350kg。因此将上述第一制冷剂填充量W1设为350kg。

(2)与上述(1)同样，在额定冷却水温度(例如32℃)、或者低冷却水温度(例如12℃)下的低制冷能力(例如制冷负荷率20％)时，决定蒸发器的LTD成为允许的LTD以下的最少的制冷剂填充量。由于制冷剂填充量最少因而便宜。在图6中图示出额定运转条件(制冷负荷率100％)下制冷剂量与蒸发器3的LTD的关系，但由于低制冷能力(例如制冷负荷率20％)时的曲线图与图6相同，因此省略图示，但蒸发器3的LTD成为允许的LTD以下的最少的填充量为400kg。因此将上述第二制冷剂填充量W2设为400kg。该第二制冷剂填充量W2＝400kg实际上成为填充于制冷机的制冷剂填充量。

在决定上述(1)和(2)两个填充量时，在经济器4和冷凝器2或者贮存容器贮存能够运转的相同量的必要的最低限度的制冷剂量，或贮存某恒定的制冷剂量。

在第一制冷剂填充量W1＝350kg、第二制冷剂填充量W2＝400kg的情况下，在相同的运转条件下，贮存于蒸发器3的制冷剂量存在(400kg-350kg)＝50kg的差异。

(3)如图3所示，以上述(1)和(2)两个填充量，进行额定冷却水温度(例如32℃)下从额定制冷能力(例如负荷率100％)至低制冷能力(例如负荷率20％)的部分制冷能力的性能试验，求出与各制冷能力下的LTD的相关关系。即，进行额定冷却水温度时贮存于蒸发器3的50kg的制冷剂量的差异所导致的LTD的变化趋势的确认。

(4)如图4所示，与上述(3)相同地进行低冷却水温度(例如12℃)下从额定制冷能力(例如负荷率100％)至低制冷能力(例如负荷率20％)的部分制冷能力的性能试验，求出与各制冷能力下的LTD的相关关系。即，进行低冷却水温度时贮存于蒸发器3的50kg的制冷剂量的差异所导致的LTD的变化趋势的确认。

在上述(3)和(4)的额定/低冷却水温度、额定/低制冷能力是指：由我公司设定或者由客户指定的冷却水温度、制冷能力的规格条件等的运转范围(1)(运转范围(1)图示于图5)。

在上述(3)和(4)的试验时，在经济器4和冷凝器2或者贮存容器贮存能够运转的相同量的必要的最低限度的制冷剂量或某恒定的制冷剂量。

(5)如图5所示，根据实际填充的填充量(例如W2＝400kg)中额定冷却水温度(例如32℃)与低冷却水温度(12℃)下的上述(3)和(4)的试验结果，制作表示各自的制冷能力与蒸发器-冷凝器之间的差压的关系的曲线或直线曲线图1和曲线图2(a)～图2(d)。即，在图5中，上侧的虚线是图1，下侧的虚线是图2(a)～图2(d)。而且在图3中，求出350kg(W1)和400kg(W2)的曲线图的交点(A点)处的制冷能力，在图5的曲线图1上求出对应的点A。同样地，在图4中由于在这次的实验结果中直到额定制冷能力为止未出现交点，因此在图5的曲线图2(a)～图2(d)上将400kg时的额定制冷能力(例如负荷率100％)的点设为B点。在图4中在350kg(W1)与400kg(W2)的曲线图交叉的情况下，将350kg与400kg的曲线图的交点设为B点，求出此时的制冷能力，在图5的曲线图2(a)～图2(d)上将对应的点设为B点。这样决定的点B处的制冷负荷率被定义为低温侧制冷负荷率。

(6)此外，在图5中制作作为制冷机实际能够运转的制冷能力的范围和差压范围的曲线图。在图5中，上侧的实线是曲线图3，下侧的实线是曲线图4。上述曲线图3和曲线图4只要加入制冷机的喘振边界线、保护动作、故障避免动作、限制动作等适当地决定即可。

利用由向上方延伸的细线表示的直线或者曲线(冷却水温度模式多的情况下)将曲线图3和曲线图4的两端连结，由此决定由两条实线和两条细线包围的作为能够运转的整个区域的运转范围(2)。即，作为制冷机，由于不能在运转范围(2)以外进行运转，因此即便在传热管受到污染的情况下，也能够控制蒸发器制冷剂保有量。

(7)接下来，在图5中用直线(冷却水温度为2点的情况)或者近似曲线(以多个冷却水温度进行试验的情况下)将A点与B点连结，并根据曲线图3求出B→A的延长线与曲线图3的交点，将该点设为A’。点A’也可以在以B→A的延长线与曲线图3的交点为中心的设定允许范围内决定。同样地，根据曲线图4求出A→B的延长线与图4的交点，将该点设为B’。点B’也可以在以B→A的延长线与图4的交点为中心的设定允许范围内决定。利用这样求出的B’-B-A-A’的线，将运转范围(2)分为第一设定运转范围I和第二设定运转范围II。据此，完成图5，并将图5的数据预先存储于控制装置10的存储器。因负荷变动、冷却水温度变动等，存在以分界线[B’-B-A-A’]为中心而频繁地左右振动的情况，相对于分界线[B’-B-A-A’]，左右设置死区(0～数％)，或者在恒定时间内不进行蒸发器3的制冷剂保有量控制，从而能够防止控制阀的波动。

(8)作为实施例，在运转点(由制冷负荷率计算值、和蒸发器3与冷凝器2之间的差压决定)落入图5的第一设定运转范围I的区域时，将400kg-350kg＝50kg的制冷剂量暂时贮存于经济器4、冷凝器2或者贮存容器的一个或者多个的组合。另外，在运转点落入第二设定运转范围II的区域时，使暂时贮存于经济器4、冷凝器2或者贮存容器的一个、或者多个组合的制冷剂[400kg-350kg＝50kg]返回蒸发器3。

根据图5所示的相关曲线图，若将冷却水入口温度12℃广义表现为“规定的低冷却水入口温度”，将冷却水入口温度32℃广义表现为“规定的额定冷却水入口温度”，则控制装置10的控制能够如下进行定义。

求出在规定的低冷却水入口温度下上述两个制冷剂填充量W1、W2中从蒸发器3的低负荷率至额定负荷率的LTD的曲线图的交点处的制冷负荷率、或者在曲线图不交叉的情况下求出上述第二制冷剂填充量W2中规定的额定制冷负荷率(100％)作为低温侧制冷负荷率(图4的点B的制冷负荷率)，针对上述第二制冷剂填充量W2的规定的额定冷却水入口温度与规定的低冷却水入口温度，分别求出表示制冷负荷率、和蒸发器3与冷凝器2的差压的关系的曲线图1、2，决定针对上述额定冷却水入口温度求出的曲线图1上的与上述制冷负荷率设定值对应的点A(参照图5)，并决定针对上述低冷却水入口温度求出的曲线图2(a)～图2(d)上的与上述低温侧制冷负荷率对应的点B(参照图5)，求出由将上述点A与上述点B连结的直线或者近似该直线的近似曲线分隔的第一设定运转范围I和第二设定运转范围II，根据由上述制冷负荷率计算值、和蒸发器3与冷凝器2间的差压决定的运转点是否位于上述第一设定运转范围I或者上述第二设定运转范围II的任一个，并利用由控制阀6构成的第一流量控制单元和/或由控制阀7构成的第二流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量。

在用直线将上述点A与上述点B连结的情况下，能够简单进行控制，在用近似曲线将上述点A与上述点B连结的情况下，取得多个各冷却水温度下从低负荷率至额定负荷率的蒸发器与冷凝器的差压的关系，在上述点A与上述点B之间制作近似直线的曲线，由此能够求出正确的设定运转范围。此外，也可以针对虚线的额定设定运转范围，求出将点A与点B连结的直线或者近似曲线延长的线与允许的整个运转范围(用实线表示)交叉的点A’和点B’，并基于点A’和点B’对第一设定运转范围I和第二设定运转范围II进行修正。

接下来，对制冷剂贮存的控制方法、即蒸发器的制冷剂保有量的控制方法进行说明。

在暂时贮存蒸发器3的两种制冷剂保有量的差量的部分，设置能够检测成为控制对象的下位液面和上位液面的液面检测单元，在贮存部分的下游侧设置流量控制单元来控制贮存部分的液面。以作为该控制对象的上位液面与下位液面的差量成为蒸发器3的上述两种制冷剂保有量的差量的方式，通过设计和实验预先决定上位液面位置和下位液面位置。

i)贮存的部分：是冷凝器2或者经济器4、或者贮存容器。

ii)液面检测单元：是液位计、限位开关、浮球式开关等。

iii)流量控制单元：是电动阀或者电动阀与节流孔的组合等。

在仅在图3表示的A点对蒸发器3的制冷剂保有量进行控制的情况下，以如下方式进行控制。

在运转过程中的制冷负荷率＞A点的制冷负荷率的情况下，由贮存部分的下游侧的流量控制单元控制流量，以使贮存部分的液面成为上位液面位置。

在运转过程中的制冷负荷率≤A点的制冷负荷率的情况下，由贮存部分的下游侧的流量控制单元控制流量，以使贮存部分的液面成为下位液面位置。

另外，作为控制对象液面在A点附近因连续负荷变动等而在上位与下位之间频繁地切换的情况下的对策，考虑下述的方法等。

i)基于规定时间的控制方法：在切换控制对象液面后在恒定的时间内，不进行控制对象液面的切换。

ii)基于死区的控制方法：以A点的制冷负荷率为中心，在上下设置死区来进行控制。

若对上述制冷剂贮存的控制方法、即蒸发器的制冷剂保有量的控制方法进行整理，则能够如下进行定义。

具备液面检测单元，其设置于在第一流量控制单元和/或上述第二流量控制单元的上游侧设置的能够贮存制冷剂液的空间，在上述液面检测单元设定有规定的上侧液位和下侧液位，在由上述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值大于上述制冷负荷率设定值(图3表示的A点处的制冷负荷率)的情况下，控制上述第一流量控制单元和/或上述第二流量控制单元，以使上述空间内的制冷剂液的液面成为上述上侧液位，在由上述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值小于上述制冷负荷率设定值的情况下，控制上述第一流量控制单元和/或上述第二流量控制单元，以使上述空间内的制冷剂液的液面成为上述下侧液位。

接下来，参照图7至图10对设置有供蒸发器的制冷剂保有量的全部差量或者差量的一部分贮存的贮存容器的实施方式进行说明。

图7是表示设置有供上述蒸发器的制冷剂保有量的全部差量贮存的贮存容器的实施方式的示意图。如图7所示，在经济器4与蒸发器3之间设置第一贮存容器11，在冷凝器2与经济器4之间设置第二贮存容器12。在将第一贮存容器11与蒸发器3连接的制冷剂配管5设置有构成第一流量控制单元的控制阀6。另外，在将第二贮存容器12与经济器4连接的制冷剂配管5设置有构成第二流量控制单元的控制阀7。

在第一贮存容器11设置有液面检测单元13，该液面检测单元13由检测贮存于第一贮存容器11内的制冷剂液的液面的液位计或者限位开关、或者浮球式开关等构成。另外，在第二贮存容器12设置有液面检测单元14，该由液面检测单元14检测贮存于第二贮存容器12内的制冷剂液的液面的液位计或者限位开关、或者浮球式开关等构成。控制阀6、控制阀7、液面检测单元13以及液面检测单元14分别连接于控制装置10。

根据如图7所示构成的压缩式制冷机，在第一贮存容器11和第二贮存容器12贮存蒸发器3的制冷剂保有量的全部差量，由此能够使经济器4与冷凝器2变得小型。另外，也能够在第一贮存容器11与第二贮存容器12贮存蒸发器3的制冷剂保有量的差量的一部分，在冷凝器2、经济器4贮存剩余部分。

图8是表示设置有供上述蒸发器的制冷剂保有量的差量的一部分贮存的贮存容器的实施方式的示意图。如图8所示，在冷凝器2与经济器4之间设置有贮存容器15。在将经济器4与蒸发器3连接的制冷剂配管5设置有构成第一流量控制单元的控制阀6。另外，在将贮存容器15与经济器4连接的制冷剂配管5设置有构成第二流量控制单元的控制阀7。

在贮存容器15设置有液面检测单元16，该液面检测单元16由检测贮存于贮存容器15内的制冷剂液的液面的液位计或者限位开关、或者浮球式开关等构成。控制阀6、控制阀7、液面检测单元16分别连接于控制装置10。

根据如图8所示构成的压缩式制冷机，将蒸发器3的制冷剂保有量的差量分开贮存于贮存容器15和经济器4，由此能够使冷凝器2变得小型。在该情况下，需要进行经济器4的液面控制，并在经济器4设置液面检测单元(用虚线图示)。另外，在图8所示的结构中，也能够将蒸发器3的制冷剂保有量的差量仅贮存于贮存容器15。在该情况下，也可以在经济器4不设置液面检测单元。

图9是表示设置有供上述蒸发器的制冷剂保有量的差量的一部分贮存的贮存容器的其他实施方式的示意图。如图9所示，在经济器4与蒸发器3之间设置有贮存容器17。在将贮存容器17与蒸发器3连接的制冷剂配管5设置有构成第一流量控制单元的控制阀6。另外，在将冷凝器2与经济器4连接的制冷剂配管5设置有构成第二流量控制单元的控制阀7。

在贮存容器17设置有液面检测单元18，该液面检测单元18由检测贮存于贮存容器17内的制冷剂液的液面的液位计或者限位开关、或者浮球式开关等构成。控制阀6、控制阀7、液面检测单元18分别连接于控制装置10。

根据如图9所示构成的压缩式制冷机，将蒸发器3的制冷剂保有量的差量分开贮存于贮存容器17和冷凝器2，由此能够使经济器4变得小型。在该情况下，需要进行冷凝器2的液面控制，并在冷凝器2设置液面检测单元(用虚线图示)。另外，在图9所示的结构中，也能够将蒸发器3的制冷剂保有量的差量仅贮存于贮存容器17。在该情况下，也可以在冷凝器2不设置液面检测单元。

图10是表示在不具备经济器的压缩式制冷机中，设置有供上述蒸发器的制冷剂保有量的差量贮存的贮存容器的其他实施方式的示意图。如图10所示，在冷凝器2与蒸发器3之间设置有贮存容器20。在将贮存容器20与蒸发器3连接的制冷剂配管5设置有构成第三流量控制单元的控制阀21。

在贮存容器20设置有液面检测单元22该液面检测单元22由检测贮存于贮存容器20内的制冷剂液的液面的液位计或者限位开关、或者浮球式开关等构成。控制阀21、液面检测单元22分别连接于控制装置10。

根据如图10所示构成的压缩式制冷机，将蒸发器3的制冷剂保有量的全部差量贮存于贮存容器20，由此能够使冷凝器2变得小型。另外，也能够从图10所示的结构删除贮存容器20，而将蒸发器3的制冷剂保有量的差量仅贮存于冷凝器2。在该情况下，需要在冷凝器2设置液面检测单元。

另外，在本实施例中，对在不具备经济器的压缩式制冷机中由第三流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量的方法进行了说明，但在具备上述的经济器的压缩式制冷机的其他实施例中，在上述第一流量控制单元和/或上述第二流量控制单元的制冷剂移送需要时间的情况下，也能够使用通过第三流量控制单元不经由经济器而在短时间内移送制冷剂的结构。

若对如图1、图7至图10所示构成的各实施方式的压缩式制冷机的蒸发器3的制冷剂保有量的控制方法进行整理，则成为如下方式。

1)冷凝器2在下部具有能够供可控制蒸发器3的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的空间，并仅由第二流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量(图1表示的实施方式)。

2)经济器4在下部具有能够供可控制蒸发器3的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的空间，并仅由第一流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量(图1表示的实施方式)。

3)在将蒸发器3与经济器4连接的配管设置能够供可控制蒸发器3的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的贮存容器17，并由第一流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量(图9表示的实施方式)，或者在将经济器4与冷凝器2连接的配管设置贮存容器15，并由第二流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量(图8表示的实施方式)。

4)在冷凝器2的下部具备过冷器，该过冷器能够供可控制蒸发器3的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存，并仅由第二流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量(在图1表示的实施方式中，在冷凝器2的下部具备过冷器(未图示))。

5)利用冷凝器2、经济器4以及设置于将蒸发器3与经济器4连接的配管的第一贮存容器11、或者设置于将经济器4与冷凝器2连接的配管的第二贮存容器12的多个贮存空间的组合，贮存能够可控制蒸发器3的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液，并由第一流量控制单元和/或第二流量控制单元控制蒸发器3的制冷剂保有量(图7表示的实施方式)。

6)在冷凝器2或者另外设置于冷凝器2的下游侧的贮存容器20贮存蒸发器3的制冷剂保有量的差量的制冷剂液，在从冷凝器2和贮存容器20的任一个贮存部直接连接于蒸发器3的配管，设置第三流量控制单元，在将贮存液向蒸发器3输送时，通过第三流量控制单元直接进行输送(图10表示的实施方式)。

至此，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式，在其技术思想的范围内，当然可以以各种不同的方式来实施。

Claims (12)

1.一种压缩式制冷机，具备蒸发器、压缩机、冷凝器以及经济器，其特征在于，具备：

第一流量控制单元，其设置于将所述蒸发器与所述经济器连接的配管；

第二流量控制单元，其设置于将所述经济器与所述冷凝器连接的配管；

控制装置，其进行所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元的开闭控制；以及

制冷负荷率计算单元，其计算所述压缩式制冷机的运转过程中的制冷负荷率，

所述控制装置将由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值与预先设定的制冷负荷率设定值进行比较，并基于比较结果由所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

2.根据权利要求1所述的压缩式制冷机，其特征在于，

作为在规定的额定冷却水入口温度下所述压缩式制冷机中填充的制冷剂填充量，设定第一制冷剂填充量和第二制冷剂填充量这两个制冷剂填充量，并求出表示所述两个制冷剂填充量中额定冷却水入口温度下的制冷负荷率与LTD的关系的曲线图，所述第一制冷剂填充量在额定负荷率下蒸发器的LTD最小，所述第二制冷剂填充量在规定的低负荷率下满足蒸发器的允许LTD，

所述制冷负荷率设定值是所述两个制冷剂填充量中从蒸发器的低负荷率到额定负荷率的蒸发器的LTD的曲线图的交点处的制冷负荷率。

3.根据权利要求2所述的压缩式制冷机，其特征在于，

求出在规定的低冷却水入口温度下所述两个制冷剂填充量中从蒸发器的低负荷率到额定负荷率的LTD的曲线图的交点处的制冷负荷率、或者求出在曲线图无交叉的情况下所述第二制冷剂填充量的规定的额定制冷负荷率即100％，作为低温侧制冷负荷率，

针对所述第二制冷剂填充量的规定的额定冷却水入口温度和规定的低冷却水入口温度分别求出表示制冷负荷率、和蒸发器与冷凝器的差压的关系的曲线图，

决定针对所述额定冷却水入口温度求出的曲线图上的与所述制冷负荷率设定值对应的点A，

决定针对所述低冷却水入口温度求出的曲线图上的与所述低温侧制冷负荷率对应的点B，

求出由将所述点A与所述点B连结的直线或者近似该直线的近似曲线分隔的第一设定运转范围和第二设定运转范围，并根据由所述制冷负荷率计算值和所述蒸发器与所述冷凝器之间的差压决定的运转点是否处于所述第一设定运转范围或者所述第二设定运转范围的任一方，而由所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

4.根据权利要求3所述的压缩式制冷机，其特征在于，

求出将所述点A与所述点B连结的直线或者近似曲线延长的线与允许的整个运转范围交叉的点A’和点B’，并基于该点A’和点B’，对所述第一设定运转范围和所述第二设定运转范围进行修正。

5.根据权利要求1所述的压缩式制冷机，其特征在于，

具备液面检测单元，其设置于在所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元的上游侧设置的能够贮存制冷剂液的空间，

在所述液面检测单元设定规定的上侧液位和下侧液位，

在由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值比所述制冷负荷率设定值大的情况下，控制所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元，以使所述空间内的制冷剂液的液面成为所述上侧液位，

在由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值比所述制冷负荷率设定值小的情况下，控制所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元，以使所述空间内的制冷剂液的液面成为所述下侧液位。

6.根据权利要求1～4中的任一项所述的压缩式制冷机，其特征在于，

所述冷凝器在下部具有能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的空间，并仅由所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

7.根据权利要求1～4中的任一项所述的压缩式制冷机，其特征在于，

所述经济器在下部具有能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的空间，并仅由所述第一流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

8.根据权利要求1～4中的任一项所述的压缩式制冷机，其特征在于，

将能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存的贮存容器设置于将所述蒸发器与所述经济器连接的配管，并由所述第一流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量，或者将所述贮存容器设置于将所述经济器与所述冷凝器连接的配管，并由所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

9.根据权利要求1～4中的任一项所述的压缩式制冷机，其特征在于，

在所述冷凝器的下部具备过冷器，并仅由所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量，所述过冷器能够供可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液贮存。

10.根据权利要求1～4中的任一项所述的压缩式制冷机，其特征在于，

利用所述冷凝器、所述经济器以及设置于将所述蒸发器与所述经济器连接的配管或者将所述经济器与所述冷凝器连接的配管的贮存容器内的多个贮存空间的组合，贮存可控制所述蒸发器的制冷剂保有量的规定量的制冷剂液，并由所述第一流量控制单元和/或所述第二流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

11.一种压缩式制冷机，具备蒸发器、压缩机以及冷凝器，其特征在于，具备：

流量控制单元，其设置于将所述蒸发器与所述冷凝器连接的配管；

控制装置，其进行所述流量控制单元的开闭控制；以及

制冷负荷率计算单元，其计算所述压缩式制冷机的运转过程中的制冷负荷率，

所述控制装置将由所述制冷负荷率计算单元计算出的制冷负荷率计算值与预先设定的制冷负荷率设定值进行比较，并基于比较结果由所述流量控制单元控制所述蒸发器的制冷剂保有量。

12.根据权利要求1～5中的任一项所述的压缩式制冷机，其特征在于，具备：

温度测定单元，其测定在所述蒸发器的水室流动的冷水的入口温度和出口温度；以及

流量测定单元，其测定所述冷水的流量，

所述制冷负荷率计算单元基于利用所述温度测定单元和所述流量测定单元得到的测定值，来计算制冷负荷率。