TWI568982B - freezer - Google Patents

Description

冷凍機

本發明係關於具備有低段壓縮部及高段壓縮部以及驅動這些壓縮部的馬達之二段式壓縮機的冷凍機。

在壓縮機中，所使用的元件各有其溫度限制。

過去，在具有壓縮冷媒之壓縮機的冷凍機中，已有一種冷凍機，其為了防止壓縮機馬達的定子的劣化及損傷，藉由膨脹手段將冷媒減壓，將低溫的冷媒供給至馬達室內以將馬達冷卻(例如參照專利文獻1、專利文獻2)。

在專利文獻1中揭露了在具有低段壓縮部及高段壓縮部的二段壓縮的冷凍機中的壓縮機之馬達冷卻，使得用於馬達冷卻的冷媒向中間段(亦即低段吐出部和高段吸入部之間)合流。另外，在專利文獻2中記載了，對應於馬達的發熱量來控制膨脹手段，以控制向馬達室內供給的冷媒量。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開2012-102967號公報(第7頁，第1圖)

專利文獻2：日本特開平7-139820號公報(第3頁，第1圖)

在上述專利文獻1、2中，藉由膨脹手段控制用於馬達冷卻的冷媒量，在膨脹手段中有例如毛細管或電子膨脹閥等，其中有線式電子膨脹閥作為更容易控制及實施的膨脹閥。線式電子膨脹閥由於其構造上的原因，在運轉途中全閉時即可能發生閥開度的誤差，因此，不控制為全閉。因此，於馬達冷卻用的膨脹手段使用線式電子膨脹閥的情況下，即使在馬達溫度到達目標冷卻溫度以下且不需要將冷媒供應至馬達室內的運轉狀態下，也繼續將冷媒供給至馬達室內，而造成將冷媒過度供應至馬達室內的問題。

馬達冷卻用的冷媒如上述般回到中間段，所以馬達冷卻用的冷媒的量越多則回到中間段的冷媒量就越多，使得中間壓上升。而且，當中間壓上升時，低段壓縮部的壓縮比[(低段吐出壓力=中間壓)/低段吸入壓力]變大。另外，高段壓縮部的吸入冷媒量增加。

而且，低段壓縮部的體積效率隨著低段壓縮部的壓縮比的上升而惡化，冷凍能力降低。另外，高段壓縮部中因為吸入冷媒量增加而使得壓縮動力增大。

因此，當冷媒過度供應至馬達室內時，造成使成績係數(冷卻能力/縮機機動力)降低的問題。

因此，本發明係為了解決上述的問題，目的在於提供一種成績係數良好的冷凍機，其抑制將馬達冷卻用的冷媒過度供應至馬達並能夠抑制中間壓的上升。

本發明的冷凍機，其包括：循環冷媒的冷媒回路，其包含：具有低段壓縮部及高段壓縮部及驅動該等壓縮部的馬達的二段壓縮機、冷凝器、及減壓裝置；配管，形成使得從該冷凝器流向該減壓裝置的冷媒的一部份分歧，並供給至在該二段壓縮機中設有該馬達的馬達室的冷媒流路；設於該配管的線式電子膨脹閥；及設於該配管的開閉閥。

依據本發明，能夠提供一種成績係數良好的冷凍機，其抑制將馬達冷卻用的冷媒過度供應至馬達並能夠抑制中間壓的上升。

1‧‧‧二段壓縮機

1a‧‧‧殼體

2‧‧‧油分離器

3‧‧‧冷凝器

4‧‧‧主膨脹閥

5‧‧‧蒸發器

6‧‧‧液體配管(配管)

7‧‧‧線式電子膨脹閥

8‧‧‧開閉閥

9‧‧‧油配管

10‧‧‧低段壓縮部

11‧‧‧低段螺旋轉子

11a‧‧‧螺旋溝

12‧‧‧閘轉子

12a‧‧‧齒部

20‧‧‧高段壓縮部

21‧‧‧高段螺旋轉子

21a‧‧‧螺旋溝

22‧‧‧閘轉子

22a‧‧‧齒部

30‧‧‧馬達

31‧‧‧定子

32‧‧‧馬達轉子

33‧‧‧馬達室

34‧‧‧軸密封墊

40‧‧‧中間室

50‧‧‧螺旋軸

60‧‧‧馬達室壁溫度感測器

61‧‧‧線圈溫度感測器

70‧‧‧控制裝置

第1圖為顯示本發明實施形態1的二段螺旋式冷凍機的冷媒回路的概略圖。

第2圖為顯示本發明實施形態1的二段螺旋式冷凍機中二段壓縮機的馬達冷卻控制方法的流程圖。

第3圖為顯示本發明實施形態2的二段螺旋式冷凍機的冷媒回路的概略圖。

以下參照圖式說明本發明實施形態的二段螺旋式冷凍機。在此，在全圖中，標示為同樣符號的是同樣的或相等當的裝置，此在說明書全文中均然。而且，在說明書全文中表示的構成要素形態，僅為例示而非限定於這些記載。

以下，說明二段螺旋式冷凍機的構成，以作為包 含具有低段壓縮部、高段壓縮部及驅動該等壓縮部的馬達的二段壓縮機的冷凍機之一例。

實施形態1

第1圖為顯示本發明實施形態1的二段螺旋式冷凍機的冷媒回路的概略圖。另外，在第1圖中實線箭頭表示冷媒系統，虛線箭頭表示油系統。

二段螺旋式冷凍機包括二段壓縮機1、油分離器2、冷凝器3、作為減壓裝置的主膨脹閥4、和蒸發器5，這些裝置依序由配管連接，構成冷媒回路。

二段壓縮機1為二段單螺旋壓縮機，如第1圖的概略的構成所示，其包括筒狀的殼體1a、收在該殼體1a內的低段壓縮部10、高段壓縮部20、及使低段壓縮部10及高段壓縮部20驅動轉動的馬達30。

低段壓縮部10及高段壓縮部20均由螺旋式的壓縮部構成，低段壓縮部10具有低段螺旋轉子11和閘轉子12，高段壓縮部20則具有高段螺旋轉子21和閘轉子22。

在低段螺旋轉子11的外周部形成複數螺旋狀的螺旋溝11a，高段螺旋轉子21也是一樣，在外周部形成複數螺旋狀的螺旋溝21a。

低段壓縮部10的閘轉子12，在低段螺旋轉子11的徑方向配置有2個，以將低段螺旋轉子11夾住，高段壓縮部20的閘轉子22則在高段螺旋轉子21的徑方向上配置1個。另外，在閘轉子12、閘轉子22的外周部上形成複數個齒部12a、22a，這些齒部12a、22a分別和低段螺旋轉子11的螺旋溝11a及高段 螺旋轉子21的螺旋溝21a咬合卡合，並分別形成低段壓縮室和高段壓縮室。另外，在此為設置3個閘轉子的狀態，但也可以為設置4個閘轉子，在低段螺旋轉子11的徑方向上配置2個以夾住低段螺旋轉子11，並在高段螺旋轉子21的徑方向上配置2個以夾住高段螺旋轉子21的狀態。

馬達30配置於馬達室33，馬達30具有：內接固定於殼體1a的定子31、設置於定子31的內側的馬達轉子32。馬達30，在其驅動回路為變換器(inverter)方式的情況下，其回轉數被控制。

馬達室33和低段螺旋轉子11及高段螺旋轉子21之間的中間室40連通，其藉由軸密封墊34而和低段螺旋轉子11的吸入側(低壓側)區隔開。低段螺旋轉子11、高段螺旋轉子21、馬達轉子32配置於彼此相同的軸線上，且都固定於螺旋軸50。而且，在馬達室33中配置了馬達室壁溫度感測器60，由例如熱敏電阻(thermistor)構成，用以檢出馬達室33的壁溫度。另外，此馬達室壁溫度感測器60檢知對應於馬達30的發熱量的溫度，構成本發明的溫度檢知手段。

二段螺旋式冷凍機更包括液體配管6，其形成使得從冷凝器3流向主膨脹閥4的冷媒(液體冷媒)的一部份分歧，並供給至馬達室33的冷媒流路。藉由如上述般將從冷凝器3流向主膨脹閥4的液體冷媒的一部份供給至馬達室33，以將馬達30冷卻。在液體配管6中配置可以控制向馬達室33的冷媒供給量的線式電子膨脹閥7。在液體配管6還配置有能夠開閉液體配管6的冷媒流路的開閉閥8，其由例如電磁閥構成。另外，在此， 在液體配管6中，將開閉閥8配置在線式電子膨脹閥7的上游，但開閉閥8的配置位置只要是在液體配管6上即可，在線式電子膨脹閥7的上游或下游均可。

另外，二段螺旋式冷凍機具有由微電腦等構成的控制裝置70。控制裝置70具有CPU、記憶各種資料的RAM、記憶用以執行運轉控制的程式等的ROM(均未圖示)，依據ROM內的程式來控制二段螺旋式冷凍機全體。

另外，控制裝置70，調整線式電子膨脹閥7的閥開度以控制向馬達室33的冷媒供給量，同時控制開閉閥8，以使得由馬達室壁溫度感測器60檢知到的馬達室壁溫度到達預設的目標冷卻溫度。

但是，控制馬達冷卻用的冷媒量的線式電子膨脹閥7，如上述般由於其構造上的原因，在運轉途中全閉時即可能發生閥開度的誤差，因此，不控制為全閉。因此，在線式電子膨脹閥7中無法截斷液體配管6的冷媒流路。因此，例如在對馬達30的負載小而馬達30的發熱量小的情況下，即使將線式電子膨脹閥7的閥開度設定為控制上的最小開度時，液體冷媒仍是透過液體配管6繼續供給至馬達室33。在此情況下，馬達30被過度冷卻，由馬達室壁溫度感測器60所檢知的馬達室壁溫度低於目標冷卻溫度。因此，在本發明中，在液體配管6中設置開閉閥8，以使得能夠截斷在液體配管6中的冷媒的流動。

繼之，說明本實施形態1中二段單螺旋壓縮機1的動作及冷媒回路中的冷媒流動。

藉由從電力供給源(圖未顯示)向定子31供給電力，使得 馬達轉子32、螺旋軸50、低段螺旋轉子11及高段螺旋轉子21轉動。另外，分別和低段螺旋轉子11及高段螺旋轉子21卡合的閘轉子12及閘轉子22也轉動。藉此，低溫低壓的氣體冷媒被吸入由低段螺旋轉子11的螺旋溝11a和閘轉子12的齒部12a所形成的低段壓縮室中，進行第1段的壓縮。在低段壓縮室中被壓縮的氣體冷媒被吐出至中間室40。

被吐出至中間室40的氣體冷媒，被吸入由高段螺旋轉子21的螺旋溝21a和閘轉子22的齒部22a所形成的高段壓縮室中，進行第2段的壓縮。在高段壓縮室中被壓縮變成高溫高壓的氣體冷媒，被吐出至油分離器2。

吐出至油分離器2的氣體冷媒含有油，在油分離器2中，使氣體冷媒和油分離，並將氣體冷媒送往冷凝器3。在冷凝器3中，氣體冷媒和外部熱源進行熱交換並冷凝，成為壓高的液體冷媒。

高壓的液體冷媒，藉由主膨脹閥4膨脹而成為低溫低壓的液體冷媒，再送到蒸發器5。在蒸發器5中，液體冷媒和外部熱源進行熱交換而蒸發，成為低溫低壓的氣體冷媒，並被吸入上述低段壓縮室。此係為在二段單螺旋冷凍機中主要的冷媒流動。

在冷凝器3中被冷凝的液體冷媒的一部份，經過液體配管6，於被線式電子膨脹閥7膨脹到低溫低壓的狀態下被供給至馬達室33，以將馬達30冷卻。將馬達30冷卻後的冷媒流入中間室40，和從低段壓縮室吐出的冷媒一起被吸入高段壓縮室中。在此之後的冷媒的流動如同上述。

另外，在油分離器2中被分離的油，則經過油配管9，被注入上述低段壓縮部10和高段壓縮部20。

第2圖為顯示本發明實施形態1的二段螺旋式冷凍機中二段壓縮機的馬達冷卻控制方法的流程圖。每個控制間隔中實施第2圖的流程圖。另外，在此開閉閥8被控制為全開。

控制裝置70，將由馬達室壁溫度感測器60所檢知的馬達室壁溫度和預設的目標冷卻溫度比較(S1)，若馬達室壁溫度高於目標冷卻溫度，則使線式電子膨脹閥7依預設的既定開度向開方向動作(S2)。另一方面，若馬達室壁溫度在目標冷卻溫度以下，則確認馬達室壁溫度是否與目標冷卻溫度一致(S3)，若為一致，亦即若馬達室壁溫度低於目標冷卻溫度，則接著確認線式電子膨脹閥7的閥開度是否為控制上的最小開度(S4)。控制裝置70，若線式電子膨脹閥7的閥開度不是控制上的最小開度，則使線式電子膨脹閥7依預設的既定開度向閉方向動作(S5)。

另一方面，控制裝置70，在步驟S4中若線式電子膨脹閥7的閥開度為控制上的最小開度，則使開閉閥8全閉(S6)。另外，控制裝置70，在步驟S3中若馬達室壁溫度等於目標冷卻溫度，則使線式電子膨脹閥7維持在現狀的開度。

在每個控制間隔中重複執行上述流程的控制，藉此，在馬達室壁溫度高於目標冷卻溫度的期間，依既定開度逐漸使線式電子膨脹閥7的開度變大，使得透過液體配管6供給到馬達室33的液體冷媒的流量增加，以冷卻馬達室33。另一方面，在馬達室壁溫度低於目標冷卻溫度的期間，使線式電子膨 脹閥7的開度變小，使得透過液體配管6供給到馬達室33的液體冷媒的流量減少，以改善馬達室33的過度冷卻。因此，若將線式電子膨脹閥7的閥開度設定為控制上的最小開度時馬達室壁溫度還是低於目標冷卻溫度，則使開閉閥8全閉，解段向馬達室33的液體冷媒供應。藉由上述控制，能夠阻止液體冷媒過度供應至馬達室33。

另外，在此係控制線式電子膨脹閥7以使得由馬達室壁溫度感測器60檢知的馬達室壁溫度到達目標冷卻溫度，不過當然也可以控制線式電子膨脹閥7以維持在包含目標冷卻溫度的既定範圍內。

另外，在此係使線式電子膨脹閥7每格控制間隔就依預設的既定開度向開方向或閉方向動作，但也可以例如使其動作以使其成為對應於馬達室壁溫度和目標冷卻溫度的溫度差的開度。

如同上述說明，在本實施形態1中，在冷卻馬達室33的液體冷媒通過的液體配管6中，除了線式電子膨脹閥7之外還設置開閉閥8，使得能夠截斷液體配管6中的冷媒的流動。藉此，將線式電子膨脹閥7的閥開度設定為控制上的最小開度時馬達室壁溫度還是低於目標冷卻溫度，將液體冷媒過渡供給到馬達室33的運轉狀態下，藉由使開閉閥8全閉而能夠阻止不必要的液體冷媒向馬達室33的供應。其結果為，回到中間室40的馬達冷卻後之氣體冷媒量受到抑制，而能夠將中間室40的壓力控制在低值，並能夠獲致成績係數(運轉效率)高的冷凍機。

另外，在冷媒回路有圖未顯示的節熱器 (economizer)，在構成節熱器循環的冷凍機中，由於中間壓降低而使得在節熱器中的交換熱量增加，而增大冷凍效果。亦即，能夠達成冷凍能力的增加。

實施形態2

本實施形態2，係設置檢知馬達30的定子31的線圈溫度的線圈溫度感測器61，以取代實施形態1的馬達室壁溫度感測器60。該線圈溫度感測器61檢知對應於馬達30的發熱量的溫度，構成本發明的溫度檢測手段。除此之外的冷媒回路的構成、動作、第2圖所示之馬達冷卻控制的流程等都和實施形態1一樣。另外，實施形態1的構成部分所適用的變形例，也同樣適用於實施形態2的同樣構成部分。

第3圖為顯示本發明實施形態2的二段螺旋式冷凍機的冷媒回路的概略圖。另外，在第3中實線箭頭表示冷媒系統，虛線箭頭表示油系統。

在實施形態2的二段螺旋式冷凍機的二段壓縮機1中，線圈溫度感測器61配置為埋在定子31內部的狀態，檢知線圈的溫度，並將檢知到的溫度輸出至控制裝置70。控制裝置70，和實施形態1一樣執行線式電子膨脹閥7和開閉閥8的控制，使得線圈溫度到達事先設定的目標冷卻溫度。

依據本實施形態2，除了能獲致和實施形態1一樣的效果之外，還能夠得到如後述的效果。亦即，由於線圈溫度感測器61是配置為埋入定子31的內部，所以相較於實施形態1在馬達室壁檢知溫度，實施形態2的溫度反應性優，能夠實現較實施形態1更精確的馬達冷卻控制。

再者，在上述的實施形態1、2中，低段壓縮部10和高段壓縮部20都是單螺旋壓縮部，但也可以由雙螺旋或渦卷式(scroll)、迴轉式(rotary)、往復式(reciprocating)等其他方式的壓縮部構成。

另外，在上述的實施形態1、2中，係顯示在冷凍機具備蒸發器5的形態，但也可以為將蒸發器5設置在設備側的形態。

S1~S6‧‧‧為流程圖

Claims (5)

1. 一種冷凍機，其包括：循環冷媒的冷媒回路，其包含：具有低段壓縮部、高段壓縮部及驅動該等壓縮部的馬達的二段壓縮機；冷凝器；及減壓裝置；配管，形成使得從該冷凝器流向該減壓裝置的冷媒的一部份分歧，並供給至在該二段壓縮機中設有該馬達的馬達室的冷媒流路；設於該配管的線式電子膨脹閥；及設於該配管的開閉閥。
2. 如申請專利範圍第1項所述之冷凍機，包括：溫度檢測手段，檢知對應於該馬達的發熱量的溫度；及控制裝置，控制該線式電子膨脹閥，以使得該溫度檢測手段所檢知的溫度到達預設的目標冷卻溫度，該控制裝置，在控制使得該線式電子膨脹閥為控制上的最小開度時，該溫度檢測手段所檢知的溫度低於預設的目標冷卻溫度的情況下，使該開閉閥全閉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之冷凍機，該溫度檢測手段檢知該馬達室的壁面溫度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之冷凍機，該溫度檢測手段檢知該馬達的線圈溫度。
5. 如申請專利範圍第1~4項任一項所述之冷凍機，該低段壓縮部及該高段壓縮部均由螺旋式壓縮部構成。