CN1120966C - 二元冷冻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二元冷冻装置，将由高温端压缩机(15)及冷凝器(16)来构成高温端冷冻环路的高温端装置(2)安装在高于构成低温端冷冻环路的低温端装置(1)的位置上。高温端装置(2)设有：用来旁路高温端压缩机(15)的旁路通路(19)、旁路通路(19)上所设的开关阀(20)、用来旁路高温端感温膨胀阀(9)的旁路通路(10)、旁路通路(19)上所设的开关阀(11)。当由外围气温传感器(21)检出的外围气温低时，停止高温端压缩机(15)的运转，打开旁路通路(10，19)，使高温端冷冻环路中的制冷剂自然循环。
Description
技术领域
本发明涉及二元冷冻装置。
背景技术
二元冷冻装置是在低温端及高温端分别进行循环的，由两个冷冻机组合形成的装置，用于获得零下几十度的低温。由于可以在高压缩比和低压缩比之间的一个效率高的压缩比下使用本装置，所以有利于节能。在日本特开平5-5567号公报中的记载就是其中的一个例子。该二元冷冻装置是由在组装和配管连接方面需要高度精密技术以及在品质管理方面有高度要求的厂内组装整体结构的低温端冷却装置和结构简单分体式室外机型的高温端装置组合而成的装置。其结果是，达到了现场工程简单化和提高装置的可靠性的目的。
然而，上述二元冷冻装置虽然达到了节能的目的，但是当外围气温低的情况下，由于不但不能有效地利用高压缩比，而且室外机组却还必须要继续运行，这是在节能方面的不利点。
发明内容
因此，本发明的课题就是要使上述二元冷冻装置能够达到更进一步节能的目的。
本发明人对于上述问题进行了各种各样的试验和研究，发现了在如上所述的外围气温低的情况下，即使高温端不对制冷剂进行压缩，仅使其进行自然循环，也能充分地吸收来自低温端的废热，然后向室外释放，这样完成了本发明。
本发明提供一种二元冷冻装置，包括：由低温端压缩机、复迭式冷凝器的冷凝部、膨胀装置以及蒸发器按顺序连接从而构成低温端冷冻环路的低温端装置；以及设有高温端压缩机和利用外围空气对制冷剂进行冷凝用的冷凝器，并且该高温端压缩机和冷凝器通过膨胀装置连接在上述复迭式冷凝器的蒸发部上从而构成高温端冷冻环路的高温端装置，其特征为：上述高温端的装置设在高于低温端的装置的位置上，并且备有：检测外围空气温度用的外围空气温度传感器；以及当该外围空气温度传感器检出的外围空气温度低于规定温度时，能够使上述高温端冷冻环路中的制冷剂进行自然循环的自然循环装置，上述自然循环装置备有：对高温端压缩机进行旁路的旁路通路；用来开闭该旁路通路的开关阀；对高温端冷冻环路中的膨胀装置进行旁路的旁路通路；用来开闭该旁路通路的开关阀；以及控制装置，当外围空气温度传感器检测到的外围空气温度低于预定温度时，该控制装置使高温端压缩机停运的同时，打开上述开关阀及开关阀。
根据上述发明的特定事项，当外围气温高的时候，高温端压缩机运转。于是，由于该高温端装置的制冷剂是在高压缩比的条件下进行压缩，从而尽管外围气温高，也使制冷剂在冷凝器中液化，所以就可以在复迭式冷凝器中和低温端装置中的制冷剂进行热交换。
当外围气温低时，上述高温端压缩机自身的运转被停止，而高温端装置则通过复迭式冷凝器的热交换使其中的制冷剂温度增高。但是该温度已经升高了的制冷剂由于外围气温低而在冷凝器中通过与外围空气进行热交换而液化。在此情况下，由于高温端装置的位置比低温端装置的位置高，通过重力的作用，使该液化制冷剂流向复迭式冷凝器中的蒸发部。于是经过与低温端装置的制冷剂之间的热交换，经过汽化，膨胀，回升到设在高位的冷凝器。自然循环重力循环就是这样进行的。
当外围气温低时，高温端压缩机的运转停止，旁路通路打开。于是，通过在复迭式冷凝器中进行的热交换，使高温端的装置的制冷剂温度升高，该制冷剂绕过高温端压缩机，流向冷凝器，这样进行自然循环。因此，在该自然循环状态下就能够避开高温端压缩机形成在流路中的阻力，增大制冷剂的流量。
当外围气温低时，由于制冷剂绕过高温端冷冻环路中的膨胀装置进行循环，使流路阻力降低，有利于保证所期望的制冷剂循环量。
因此，本发明中的二元冷冻装置内的高温端的装置是设在高于低温端的装置的位置上，而且备有检测外围温度用的外围空气温度传感器，以及当该外围空气温度传感器检出的外围空气温度低于规定温度时，能够使上述高温端冷冻环路中的制冷剂进行自然循环。其结果是，不会发生冷却能力的大幅度下降，能防止高温端压缩机的无用运转，从而能够达到节能的目的。
上述自然循环装置设有对高温端压缩机进行旁路的旁路通路以及用来开闭该旁路通路的开关阀，并且还有控制装置，当外围空气温度传感器检测到的外围空气温度低于规定温度时，该控制装置除了能够使高温端压缩机停运以外，还能打开上述开关阀。其结果是，在该自然循环的过程中，能够避开高温端压缩机形成流路阻力，从而增大制冷剂的自然循环量，有利于保证所期望的冷却能力。
当外围气温低时，制冷剂便绕过高温端冷冻环路中的膨胀装置进行循环。其结果是，由于减少了流路的阻力，所以能够增大制冷剂的自然循环量，有利于保证所期望的冷却能力。
附图说明
图1所示是表示本发明实施形态的二元冷冻装置的制冷剂的回路图。
图2所示是控制流程图。
图3所示是二元冷冻循环的p-i线图。
图4所示是在自然循环中的p-i线图。
具体实施方式
以下根据附图对本发明的实施形态加以说明：
图1所示是二元冷冻装置的制冷剂回路。在室内的冷冻库中设有低温端装置1，在屋顶上设有高温端装置2。而且，在本实施例的形态中，高温端装置2是设在高于低温端装置110米以上的位置上。
上述低温端装置1中设有低温端压缩机3、复迭式冷凝器4、低温端膨胀装置，即温敏膨胀阀5，以及设在冷冻库7内的蒸发器6。在蒸发器上设有库内风扇8。而上述低温端压缩机3、复迭式冷凝器4的冷凝部、温敏膨胀阀5和蒸发器6按顺序连接，就构成低温端冷冻环路。
在上述复迭式冷凝器4的蒸发部的流入口一端连接着构成下面所述的高温端冷冻循环的高温端膨胀装置，即温敏膨胀阀9。除此以外，还设有对该膨胀阀9进行旁路用的通路10以及用来开闭该旁路通路10的电磁开关阀11。
另外，在上述蒸发器6流出口的一端以及在上述复迭式冷凝器4的蒸发部流出口的一端还分别装有用在上述温敏膨胀阀5，9上面的感温筒12，13。
就上述低温端装置1来说，包括各种机器的组装工作以及制冷剂配管的连接的全部装配工程皆在各专业工厂中进行，这就是说，这是在制造厂装配好的整体装置。因此，在安装现场所需要的仅只是将该低温端装置1进行安装，并且对复迭式冷凝器4的蒸发部进行配管连接。
其次，高温端装置2中备有高温端压缩机15、利用外围空气将制冷剂进行冷凝用的冷凝器16和止回阀17，在冷凝器上还设有室外风扇18。于是，将上述高温端压缩机15、止回阀17、冷凝器16和低温端装置1的高温端温敏膨胀阀9。以及上述复迭式冷凝器4的蒸发部按顺序进行连接，就构成了高温端冷冻环路。
在上述高温端装置2中，设有将上述高温端压缩机15及止回阀17进行旁路并将上述复迭式冷凝器4的蒸发部流出端接口连接于上述冷凝器16的旁路通路19，在该旁路通路上设有用来开闭该通路的电磁开关阀20。
还有，该二元冷冻装置在上述高温端装置2所安装的屋顶上备有用来检测外围气温的外围气温传感器21和用来根据该外围气温传感器21检出的外围气温、对上述低温端压缩机3、库内风扇8、电磁开关阀11，20、高温端压缩机15及室外风扇18的运转进行控制的控制装置22。
于是，如图2所示，上述控制装置22对于各种机器的控制的方式是：在步骤S1中，判断外围气温是否在5℃以上。如果外围气温在5℃以上，进入步骤S2，使二元冷冻循环进入运转模式，而当外围气温不到5℃时，则从上述步骤S1进入步骤S3，改为自然循环运转模式。在各种运转模式中，各种机器的动作状态如下表1所示：
表1
| 二元冷冻循环运转模式 | 自然循环运转模式 | ||
| 高温端装置 | 压缩机 | ON | OFF |
| 风扇 | ON | ON | |
| 开关阀 | OFF | ON | |
| 低温端装置 | 压缩机 | ON | ON |
| 风扇 | ON | ON | |
| 开关阀 | OFF | ON | |
由表可见，例如，当外围气温为30℃时，电磁阀11，20将旁路通路10，19关闭。使二元冷冻循环进入运转模式。在这种运转模式下，例如，当库内温度为-20℃时，其p-i线图如图3所示，将蒸发器6的蒸发温度设计为-30℃，复迭式冷凝器4一次侧温度设计为10℃，其二次侧温度设计为5℃，冷凝器16中的冷凝温度设计为45℃。
结果是：在低温端冷冻循环中，由低温端压缩机3压缩的制冷剂在复迭式冷凝器4的一次侧的冷凝部中于10℃液化，在温敏膨胀阀5中减压膨胀，在蒸发器6中于-30℃蒸发，由于从周围夺走蒸发热，从而使库内温度保持在-20℃，由低温端压缩机3再继续进行压缩。
在高温端循环中，由于受到高温端压缩机15压缩的制冷剂在冷凝器16中与外围空气进行热交换，于45℃液化，在温敏膨胀阀9中减压膨胀，在复迭式冷凝器4的二次侧的蒸发部中与低温冷冻侧中的制冷剂进行热交换，与5℃蒸发，使该低温端冷冻循环的制冷剂液化后，由高温端压缩机15再继续进行压缩。
反之，例如，当室外温度为0℃时，上述电磁阀11，20将旁路通路10，19打开，与此同时，高温端压缩机15的运转停止，处于自然循环运转模式。在这种运转模式下，如图4所示，上述复迭式冷凝器4的一次侧为20℃，其二次侧为15℃，冷凝器16中的冷凝温度为10℃。
这就是说，在高温端冷冻循环中，由于高温端装置2中的高温端压缩机15被旁路，使制冷剂在冷凝器16中与外围的空气进行热交换，于10℃液化，受到重力的作用，下降到低温端装置1中绕过温敏膨胀阀9流至复迭式冷凝器4的二次侧的蒸发部。在该蒸发部中，该制冷剂与低温端冷冻循环中的制冷剂进行热交换，于15℃蒸发，膨胀，使该低温端冷冻循环中的制冷剂液化后，上升到高温端装置2中。
在上述自然循环中，由于制冷剂绕过高温端压缩机15、止回阀17及温敏膨胀阀9流通，使流路中的阻力减少，并自然循环量增大，所以有利于取得所期望的冷却效率。另外，由于室外风扇18在自然循环中也运转，有利于制冷剂在冷凝器16中冷凝。
当高温端装置2为5马力，低温端装置1为3马力，外围气温为0℃，库内温度为-20℃的条件下，上述两种运转模式的能量消耗率(EER)的对比如下所列：
在二元冷冻循环运转模式的情况下，例如，当冷却能力为6150kcal/h，低温端装置1的电力消耗为2.64KW，高温端装置2为2.6KW时，能量消耗率为1.17。
与此相对比，在自然循环运转模式的情况下，由于低温端冷冻循环中的压缩比增大，使制冷剂的循环量减少，所以冷却能力例如为5550kcal/h，低温端装置1的电力消耗增大至3.24KW，能量消耗率为1.71。
如上所述，如果采用本发明的二元冷冻装置，对于温度在负数十度的低温冷冻库适用，适合于在冷却能力不会发生大幅度下降的情况下达到节能的目的。
Claims (1)
1.一种二元冷冻装置，包括：由低温端压缩机(3)、复迭式冷凝器(4)的冷凝部、膨胀装置(5)以及蒸发器(6)按顺序连接从而构成低温端冷冻环路的低温端装置(1)；
以及设有高温端压缩机(15)和利用外围空气对制冷剂进行冷凝用的冷凝器(16)，并且该高温端压缩机(15)和冷凝器(16)通过膨胀装置(9)连接在上述复迭式冷凝器(4)的蒸发部上从而构成高温端冷冻环路的高温端装置(2)，其特征为：
上述高温端的装置(2)设在高于低温端的装置(1)的位置上，并且备有：检测外围空气温度用的外围空气温度传感器(21)；以及当该外围空气温度传感器检出的外围空气温度低于规定温度时，能够使上述高温端冷冻环路中的制冷剂进行自然循环的自然循环装置，
上述自然循环装置备有：对高温端压缩机(15)进行旁路的旁路通路(19)；用来开闭该旁路通路(19)的开关阀(20)；对高温端冷冻环路中的膨胀装置(9)进行旁路的旁路通路(10)；用来开闭该旁路通路(10)的开关阀(11)；以及控制装置(22)，当外围空气温度传感器(21)检测到的外围空气温度低于预定温度时，该控制装置使高温端压缩机(15)停运的同时，打开上述开关阀(20)及开关阀(11)。
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