CN1982808A

CN1982808A - 冷冻装置

Info

Publication number: CN1982808A
Application number: CNA2006101413115A
Authority: CN
Inventors: 樱井隆; 太田和昌
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-06-20
Also published as: US7690211B2; US20070107451A1; JP2007139225A

Abstract

本发明提供一种冷冻装置，其具有：冷冻循环、液体导入回路(12)、控制装置(201)以及流量控制装置(13，14，201)，所述冷冻循环具有压缩机(1)、冷凝器(2)、膨胀阀(6)以及蒸发器(7)；所述液体导入回路(12)，将该冷冻循环的高压液体冷媒以及抽出一部分所述高压液体冷媒进行减压后而形成的冷媒在过冷却热交换器(4)中进行热交换，然后导入压缩机的吸入侧或其中间压部；所述控制装置(201)根据相对于压缩机吸入压力的压力设定值的吸入压力的检测值，控制压缩机的运转/停止或其驱动频率；所述流量控制装置(13，14，201)根据所述冷冻循环的冷媒循环量、控制在所述液体导入回路中流通的高压液体冷媒的流量。

Description

冷冻装置

技术领域

本发明涉及冷冻装置，尤其是涉及控制冷冻循环的液体冷媒的过冷却度的技术。

背景技术

在现有的冷冻装置中使用通过冷媒管道依次连接压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器而构成的冷冻循环。

在该冷冻循环中，吸入到压缩机中的低压冷媒在被压缩到规定的高压压力后导入冷凝器，与空气进行热交换成为高压液体冷媒。该高压液体冷媒在被导入膨胀阀而进行膨胀后，被输送到蒸发器，与应进行冷却的空气或水等的被冷却流体进行热交换、形成低压气体冷媒。然后，该低压气体冷媒被吸入压缩机再次压缩，反复进行上述冷冻循环。

但是，冷冻循环的冷凝器一般使用与输送来的空气和冷媒进行热交换的风冷式。但是，被该冷凝器冷凝液化的液体冷媒的过冷却度约为1℃左右、很小，根据运转条件过冷却度将变为零，因此，如果液体冷媒不能保持充分的过冷却度，则在冷凝器之后的液体冷媒管道中，由于压力损失等，液体冷媒有可能再蒸发(以下称为闪蒸现象)。

尤其是，近年来重视环保的HFC类冷媒(例如R-404A等)，由于在冷媒的特性上与HCFC类冷媒(例如R-22等)相比比热大，因此，不容易过冷却。并且，HFC类冷媒与例如R-22相比，由于体积流量增大，因此冷媒循环量大，压力损失增加、容易产生闪蒸现象。作为在冷冻循环的液体冷媒管道中产生闪蒸现象的问题点，有冷冻能力明显下降、在进行组件试运转时一面用滴油杯(サイドグラス)目视闪蒸气体的产生情况一面进行冷媒封入操作中的冷媒过度填充等。

因此，公开了以下的冷冻装置(参照专利文献1)，即，为了抑制这样的闪蒸现象，在冷凝器之后的液体冷媒管道的中途设置过冷却热交换器，对从其后面侧的冷媒管道抽出一部分液体冷媒进行减压，然后导入过冷却热交换器、与高压液体冷媒进行热交换，以此确保液体冷媒的过冷却度为规定量。

[专利文献1]特开2003-279169号公报(图1)

此外，具有以下的冷冻装置，即，装载多台定容量型的压缩机或可变容量型的变频压缩机，根据负荷变化调整这些压缩机的运转台数或驱动频率、进行容量控制。但是，一旦进行这样的压缩机的容量控制，则冷媒循环量将发生大的变化。如果将这样的控制用于例如专利文献1的冷冻装置中，则需要根据冷媒循环量的变化在过冷却热交换器中控制液体冷媒的过冷却度，但关于这点至今没有任何研究。

因此，如果较低地设定蒸发器的蒸发温度、或在低负荷时减小冷冻循环的冷媒循环量，则在过冷却热交换器中将流动过多的为了进行过冷却而蒸发的减压冷媒。即，对于流入过冷却热交换器的减压冷媒和高压液体冷媒，由于在流量比方面减压冷媒一方增大，因此，过冷却热交换器的热交换效率将降低，同时，由于在过冷却热交换器中减压冷媒的蒸发不够，因此压缩机的吸入气体过热度以及排出气体过热度将降低。并且，过冷却热交换器由于过冷有可能产生冻裂，或者产生由此引起冷媒气体泄漏等。

本发明的课题是提供尽管冷冻循环的冷媒循环量发生变化、也可控制液体冷媒的过冷却度的冷冻装置。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的冷冻装置，具有：冷冻循环、液体导入回路、控制装置以及流量控制装置，所述冷冻循环具有一个或多个压缩机或变频压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器；所述液体导入回路，将从该冷冻循环抽出一部分高压液体冷媒进行减压后而形成的减压冷媒，导入设置在所述冷冻循环上的过冷却热交换器、与所述高压液体冷媒进行热交换，然后，导入压缩机或变频压缩机的吸入侧或压缩机的中间压部；所述控制装置根据相对于压缩机或变频压缩机的吸入压力的压力设定值的吸入压力的检测值，控制压缩机的运转停止或变频压缩机的驱动频率；所述流量控制装置根据所述冷冻循环的冷媒循环量、控制在液体导入回路中流通的高压液体冷媒的流量。

即，通过使导入液体导入回路的高压液体冷媒的流量发生变化，可调整导入过冷却热交换器的减压冷媒的流量。因此，通过根据冷冻循环的冷媒循环量控制液体导入回路的高压液体冷媒的流量，即使由于蒸发器所使用的蒸发温度或负荷等变化而使冷媒循环量发生变化，也可以将冷冻循环的高压液体冷媒控制在所需要的过冷却度。因此，根据本发明，可以抑制随着冷媒循环量的增加而产生的闪蒸现象等，可以得到稳定的运转状态和高运转效率。

并且，在冷冻循环中，例如，定容量型的压缩机可只设置一台，也可以并列设置多台。即，在只设置一台的情况下，对该压缩机的运转和停止进行切换控制，而在设置多台的情况下，则对所选择的压缩机的运转和停止进行切换控制。

在该情况下，冷冻循环例如也可以具有多个压缩机或变频压缩机、流量控制机构根据压缩机的运转停止或变频压缩机的驱动频率、控制在液体导入回路中的流动高压液体冷媒的流量。

并且，封入冷冻循环的冷媒，可以使用HFC类的假共沸混合冷媒。

根据本发明的冷冻装置，尽管冷冻循环的冷媒循环量发生变化、但也可以控制液体冷媒的过冷却度，因此可以得到稳定的运转状态和高的运转效率。

附图说明

图1是表示使用本发明的冷冻装置的冷冻循环的构成图。

图2是说明搭载有多个压缩机的多级冷冻机中的压缩机运转台数的基本控制的说明图，表示压缩机的吸入压力和运转台数的关系。

图3是表示在装载有多个压缩机的多级冷冻机中、液体导入回路的流量控制的一个方式的说明图，表示根据压力设定值决定是否实施控制。

图4是表示在装载有多个压缩机的多级冷冻机中、液体导入回路的流量控制的一个方式的说明图，表示根据多级冷冻压缩机运转台数决定是否实施控制。

具体实施方式

以下利用附图就本发明的冷冻装置的实施方式进行说明。图1是表示使用本发明的冷冻装置的冷冻循环的构成图。

在图中，本实施方式的冷冻装置由连接有风冷一体型冷冻装置I和低压侧设备II的冷冻循环和控制装置构成。

风冷一体型冷冻装置I是利用冷媒管道依次连接储蓄器8、压缩机1、冷凝器2、受液器3、过冷却热交换器4、干燥器10、滴油杯11而构成的，在冷凝器2附近设置冷却风扇9。在低压侧设备II中，利用冷媒管道依次连接电磁阀5、膨胀阀6、蒸发器7。并且，滴油杯11和电磁阀5利用冷媒管道通过管道连接部18而连接，另一方面，蒸发器7与储蓄器8利用冷媒管道通过管道连接部19而连接，这样形成冷冻循环。向该冷冻循环封入例如HFC类的假共沸混合冷媒。

上述压缩机1使用涡旋压缩机，例如，使用利用商用电源驱动的定容量型(定速型)、或可通过变频式调整驱动频率而改变容量的可变容量型。在本实施方式中，对于压缩机1，以只设置一台可变容量型的变频压缩机为例进行说明，但并不局限于此，例如也可并排设置多个定容量型的压缩机1。

在过冷却热交换器4的下游侧的冷媒管道上设置无图示的取出口，通过在该取出口上连接支管，形成液体导入回路12。液体导入回路12依次设置有电磁阀13、减压装置14，对从冷媒管道抽出的高压液体冷媒进行减压、形成减压冷媒，将其导入过冷却热交换器4、与高压液体冷媒进行热交换、进行蒸发，然后导入储蓄器8的入口侧。电磁阀13和减压装置14是调整在液体导入回路12内流动的冷媒的冷媒流量的部件，一般使用膨胀阀或毛细软管，但也可使用可自由调整流量的电子式的膨胀阀。

过冷却热交换器4构成为：通过使从冷凝器2导出的高压液体冷媒与从液体导入回路12导入的减压冷媒进行热交换，而向高压液体冷媒施加过冷却。具体是，过冷却热交换器4具有高压液体冷媒流过的高压冷媒导热管4a、和来自液体导入回路12的膨胀冷媒流过的减压冷媒导热管4b，两个导热管接近地设置、以使冷媒之间可进行热交换。

在液体导入回路12的取出口的更下游的冷媒管道上设置无图示的其他取出口，通过在该取出口上连接支管、形成液体冷媒回路15。该液体冷媒回路15依次设置电磁阀16、减压装置17，在对从冷媒管道抽出的高压液体冷媒进行减压后，通过导入压缩机1的中间压部对压缩机1进行冷却。减压装置17调整在回路内流动的冷媒的冷媒流量，一般使用膨胀阀或毛细软管，但也可使用可自由调整流量的电子式的膨胀阀。

在作为冷冻循环的控制装置的控制器201中内置有设定器202、设定显示器203。在压缩机1的吸入侧设置吸入压力传感器101的检测部，在此检测到的吸入压力被向控制器201输出。对于控制器201，一旦将设定值输入设定器202，则将把该设定值显示在设定显示器203上，同时，根据设定值和吸入压力的检测值，向电磁阀13输出指令信号、控制阀开度。

以下就本实施方式的冷冻装置的动作进行说明。

从压缩机1排出的高压气体冷媒，通过在冷凝器2中与从冷却风扇9输送的空气进行热交换而冷凝形成高压液体冷媒，并储存在受液器3中。此时的液体冷媒接近饱和温度，过冷却温度约为1℃左右、处于非常小的状态。因此，如果后面侧的冷媒管道的压力损失较大，则将容易产生由再蒸发引起的闪蒸现象。

从受液器3排出的液体冷媒在过冷却热交换器4中被过冷却，然后，若经过干燥器10、滴油杯11导入低压设备内II，则将依次经过电磁阀5、膨胀阀6、蒸发器7而蒸发，形成低压气体冷媒。然后，该低压气体冷媒通过储蓄器8被吸入压缩机1，被再次压缩、在冷冻循环中进行循环。

穿过过冷却热交换器4而被过冷却的液体冷媒的一部分，被导入液体导入回路12。流过液体导入回路12的液体冷媒经过电磁阀13、减压装置14被减压，然后形成减压冷媒、被导入过冷却热交换器4。流过过冷却热交换器4的减压冷媒导热管4b的减压冷媒，通过与流过高压冷媒导热管4a的高压液体冷媒进行热交换而蒸发，并向高压液体冷媒施加过冷却度。穿过过冷却热交换器4的膨胀冷媒被导入储蓄器8，然后返回到压缩机1。另外，在本实施方式中将液体导入回路12连接在储蓄器8的上游侧管道上，但并不局限于此，例如可与压缩机1的中间压部连接、将减压冷媒直接导入压缩机1的中间压部。

另一方面，导入液体冷媒回路15的高压液体冷媒，为了冷却压缩机1，在减压装置17中进行减压调整以形成规定的冷媒量，然后导入压缩机1。这样，通过从液体冷媒回路15向压缩机1导入气体冷媒，例如可抑制压缩机1的排出气体温度的上升、避免烧结故障等。

并且，在运转过程中，为了防止单独调整减压装置17来不及，过多的冷媒流入压缩机1，导致压缩机1的温度降得过低，或冷媒流入停止运转中的压缩机1，可以通过适当地关闭电磁阀16来确保压缩机1的可靠性。在这种情况下，例如也可检测压缩机1的排出侧温度、根据该排出温度来进行电磁阀16的开关控制。

在上述冷冻循环的结构中，控制器201根据吸入压力传感器101检测的压缩机1的吸入压力来适当地调整电磁阀13的阀开度，控制流入过冷却热交换器4的减压冷媒的流量。在此，例如若蒸发器7的蒸发设定温度或负荷等发生变化，则压缩机1将根据需要调整变频驱动频率、进行容量控制。这样，冷冻循环的冷媒循环量发生变化，与此同时过冷却度也发生变化。

即，在本实施方式中，由于根据冷冻循环的冷媒循环量来控制电磁阀13的阀开度，因此即使冷媒循环量发生变化，也可以将冷冻循环的高压液体冷媒一直控制在所需要的过冷却度。这样，例如可以抑制随着冷媒循环量的增加而产生的闪蒸现象等，可以得到稳定的运转状态和高运转效率。另外，冷媒循环量可以通过流量测量器等众所周知的方法容易地进行检测。

并且，例如也可以根据压缩机1的变频驱动频率(在设置多个压缩机的情况下，为压缩机的运转台数)等控制电磁阀13的阀开度，以此来取代上述的冷媒循环量。

以下，以上述的冷冻装置的结构为基础，就液体导入回路12的控制装置进行具体说明。另外，用于冷冻循环的涡旋压缩机1，可将多台定容量型的压缩机并联使用，或至少使用一台驱动频率可变化的可变容量型的变频压缩机。

在控制器201中，作为事先由库内的冷却温度、蒸发器7中的蒸发温度以及库内的温度允许值确定的压缩机1的吸入压力，根据冷冻装置的运转条件、使用用途来预先设定例如用于停止运转的停止压力值(A值)、用于减少运转台数或运转频率的设定值(B值)、用于增加运转台数或驱动频率的设定值(C值)。各设定值通过控制器201上的设定器202进行设定，该设定值在设定显示器203上显示。这样，通过根据事先确定的设定值(A值～C值)和压缩机1的运转容量、利用电磁阀13或减压装置14控制流过液体导入回路12的冷媒流量，可得到稳定的运转并提高效率。

图2说明在装载了多个定容量型压缩机1的多级冷冻机中、压缩机的运转台数的基本控制，表示压缩机1的吸入压力与运转台数的关系。

在控制器201中根据使用用途事先设定决定压缩机1的运转、停止动作的吸入压力值(A值、B值、C值)，通过吸入压力传感器101所检测到的吸入压力值操作压缩机1的运转、停止，进行使运转台数为可变的容量控制。

具体是，为了使吸入压力处于大于等于B值且小于等于C值的运转台数保持区域内，根据吸入压力的检测值增减压缩机1的运转台数。在此，在吸入压力大于C值的情况下，判断为缺乏必要的能力而使压缩机1的运转台数增加，在吸入压力小于B值的情况下，判断为必要的能力过剩而使压缩机1的运转台数减少。并且，即使在一台压缩机1运转的情况下，如果吸入压力进一步降低、降到A值或A值以下，则也将停止所有的压缩机。

在此，若增减压缩机1的运转台数，则冷媒循环量将发生大的变化。即，冷冻装置根据使用用途等事先将用于减少运转台数的设定值(B值)在试运行阶段设定在控制器201中，根据该设定值大致确定使用蒸发温度和冷媒循环量，但例如一旦负荷容量发生变化，则冷媒循环量将根据压缩机1的驱动状况随着吸入压力发生大的变化。

因此，设定控制值(C值)，该控制值用于增加事先设定的运转容量、例如运转台数，根据该控制值控制电磁阀13或减压装置14。这样，通过调整追随冷媒循环量的变化而从液体导入回路12向过冷却热交换器4导入的必要热交换量、即减压冷媒量，可以通过过冷却热交换器4将液体冷媒控制在所需要的过冷却度。

另外，在搭载变频压缩机的冷冻装置的情况下，在图2中，如果将B值换成频率降低设定值、将C值换成频率增加设定值来考虑，则可以进行与上述相同的控制。

以下，就在将上述结构的冷冻装置作为搭载有多个定容量式的压缩机1的多级冷冻机的情况下、液体导入回路12的控制方式进行说明。

冷冻装置如上所述地根据其使用用途确定用于减少运转台数的压力设定值。通过这样，可确定蒸发器7中的蒸发温度、保持作为目标的库内温度。

图3表示按照使用用途确定9种压力设定值(A值、B值、C值)时的设定示例和此时是否有液体导入回路12中的电磁阀13的开/关控制。

蒸发器7的蒸发温度一般通过表中的设定值中的B值(运转台数或频率减少设定值)来决定。即，该值越低则库内的蒸发温度设定得越低。在此，蒸发温度越低则冷冻循环中的冷媒循环量变得越少，压力损失越低，因此不容易产生闪蒸现象。这样，在B值低的条件下，不需要液体导入回路12的流量控制。在图3中，将冷藏区域的No.1～6确定为需要流量控制、对液体导入回路12中的电磁阀13进行控制，将冷冻区域的No.7～9确定为不需要流量控制，不对电磁阀13进行控制。

在此，在将由设定值进行的控制用于减压装置14、并将电子膨胀阀在作为减压装置14进行使用的情况下，也可按照设定值(B值)的不同而具体确定阀开度、进行更具体的控制。

并且，在搭载有可变容量型的变频压缩机的冷冻装置中，如果把上述的B值换成频率减少设定值来考虑，则可进行相同的控制。

以下，就在上述多级冷冻机中、液体导入回路12的其他控制形式进行说明。

图4表示根据压缩机运转台数确定是否有电磁阀13的开/关控制。在搭载多台压缩机1的多级冷冻机中，通过压缩机1的运转台数的变化而使得冷冻循环的冷媒循环量也发生大的变化，因此，从液体导入回路12导入过冷却热交换器4的必要热交换量、即减压冷媒量也随之发生变化。

因此，在例如运转中的压缩机1的运转容量的总和大于等于整个运转容量的50％的情况(在三台压缩机中，三台中的两台或两台以上运转)下，确定为需要进行流量控制，使液体导入回路12中的电磁阀13的控制为有(开)，在不到50％的情况(在三台压缩机中，三台中的一台以下运转)下，确定为不用进行流量控制，使电磁阀13的控制为无(关)。

在此，在将由运转台数确定的控制适用于减压装置14、并且减压装置14使用电子膨胀阀的情况下，可按照运转中的压缩机的总和容量分别具体确定阀开度、进行更具体的控制。

并且，在装载变频压缩机的冷冻装置中，如果将压缩机的运转台数换成频率减少设定值来考虑，则可进行同样的控制。

如上所述，根据本实施方式的冷冻装置，在例如冷冻负荷增大时或用于冷藏使用用途(高蒸发温度带)时，即使冷媒循环量增加，也可以稳定地确保液体冷媒的过冷却度，因此，可以解决由于冷媒循环量的增加而引起产生闪蒸气体、导致冷冻能力明显降低、排出气体温度过度升高、冷媒封入操作时的冷媒过度填充等问题。

并且，相反，即使冷媒循环量减少，同样也可以稳定地确保液体冷媒的过冷却度，因此，可以解决由冷媒循环量减少而引起的过冷却热交换器4的热交换效率降低、吸入气体过热度以及排出气体过热度降低、由过冷却热交换器的过冷引起的冻裂或冷媒气体泄漏、由于从液体导入回路12向吸入管道注入部或压缩机中间压室注入部导入的冷媒量过多而引起的异常噪音等问题。

Claims

1.一种冷冻装置，具有：冷冻循环、液体导入回路(12)、控制装置以及流量控制装置，

所述冷冻循环具有一个或多个压缩机或变频压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器；

所述液体导入回路，将从所述冷冻循环抽出一部分高压液体冷媒进行减压后而形成的减压冷媒，导入设置在所述冷冻循环上的过冷却热交换器、与所述高压液体冷媒进行热交换，然后，导入所述压缩机或所述变频压缩机的吸入侧或所述压缩机的中间压部；

所述控制装置根据相对于所述压缩机或所述变频压缩机的吸入压力的压力设定值的所述吸入压力的检测值，控制所述压缩机的运转停止或所述变频压缩机的驱动频率；

所述流量控制装置根据所述冷冻循环的冷媒循环量、控制在所述液体导入回路中流通的所述高压液体冷媒的流量。

2.一种冷冻装置，具有：冷冻循环、液体导入回路(12)、控制装置以及流量控制装置，

所述冷冻循环具有多个压缩机或变频压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器；

所述流量控制装置根据所述压缩机的运转停止或所述变频压缩机的驱动频率、控制在所述液体导入回路中流通的所述高压液体冷媒的流量。

3.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述压力设定值根据所述蒸发器所使用的蒸发温度而确定。

4.如权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于，所述压力设定值根据所述蒸发器所使用的蒸发温度而确定。

5.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻循环封入有HFC类的假共沸混合冷媒。

6.如权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻循环封入有HFC类的假共沸混合冷媒。

7.如权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于，还具有液体导入回路(15)，该液体导入回路(15)在将从所述冷冻循环的所述液体导入回路(12)的取出口的下游侧抽出的高压液体冷媒进行减压后，将其导入所述压缩机的中间压部。