TWI807163B - 冷凍裝置及冷凍裝置之運轉方法 - Google Patents

Abstract

[課題]本發明提供一種能夠抑制壓縮機的排出溫度上升及冷凍能力下降的冷凍裝置。 [解決手段]冷凍裝置具備：氣液熱交換器，使通過冷凝器的高壓冷媒與通過蒸發器的低壓冷媒進行熱交換；旁通回路，接收要從冷凝器通過氣液熱交換器流向蒸發器的高壓冷媒的至少一部分，使其繞過氣液熱交換器；旁通開閉閥，能夠調整流入旁通回路的高壓冷媒的流量；液體注入回路，接收通過冷凝器的高壓冷媒的至少一部分，並導入壓縮機；注入開閉閥，能夠調整流入液體注入回路的高壓冷媒的流量；溫度感測器，測定從壓縮機流向冷凝器的高壓冷媒的溫度；及控制器，基於利用溫度感測器測定出的溫度，控制旁通開閉閥的開閉與注入開閉閥的開閉。

Description

冷凍裝置及冷凍裝置之運轉方法

發明領域

本發明涉及一種冷凍裝置及冷凍裝置之運轉方法。

發明背景

已知有一種安裝有氣液熱交換器的冷凍裝置，該氣液熱交換器是使用來自蒸發器的低壓冷媒，將來自冷凝器的高壓冷媒過冷卻，從而提高冷凍能力。該冷凍裝置在冷凍能力控制時或高負載時限制通過氣液熱交換器的冷媒量，由此，實現冷凍能力或負載的降低(專利文獻1-2)。

另外，在海上貨櫃(container)所配備的冷凍裝置中，由於從膨脹閥的近前對壓縮機設置旁通回路來進行供給液體冷媒的液體注入，所以抑制了伴隨由氣液熱交換器所致的吸入氣體過熱度的增大而發生的排出氣體的溫度上升(專利文獻3)。

[背景技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2002-31417號公報

[專利文獻2]日本專利特開2018-96621號公報

[專利文獻3]日本專利特開2005-226874號公報

然而，由於在氣液熱交換器中利用低壓冷媒將高壓冷媒過冷卻， 所以由氣液熱交換器導致壓縮機入口的氣體冷媒過熱，壓縮機的排出溫度上升。

另外，雖通過液體注入抑制了排出溫度上升，但因進行液體注入而導致通過蒸發器的冷媒循環量下降，從而使冷凍能力下降。另外，如果頻繁地打開/關閉液體注入，則膨脹閥的過熱度控制產生混亂，冷凍能力下降。

因此，本發明的目的在於提供一種能夠抑制壓縮機的排出溫度上升並且抑制冷凍能力下降的冷凍裝置及冷凍裝置之運轉方法。

本發明的一態樣的冷凍裝置具備：壓縮機，排出冷媒；冷凝器，將前述冷媒冷凝而輸出高壓冷媒；膨脹閥，使前述高壓冷媒膨脹；及蒸發器，使經膨脹的前述高壓冷媒蒸發而輸出低壓冷媒；且前述冷凍裝置具備：氣液熱交換器，使通過前述冷凝器的高壓冷媒與通過前述蒸發器的低壓冷媒進行熱交換；旁通回路，接收要從前述冷凝器通過前述氣液熱交換器流向前述蒸發器的前述高壓冷媒的至少一部分，使其繞過前述氣液熱交換器；液體流量調整部，能夠調整流入前述旁通回路的前述高壓冷媒的流量；液體注入回路，接收通過前述冷凝器的前述高壓冷媒的至少一部分，並導入前述壓縮機；注入流量調整部，能夠調整流入前述液體注入回路的前述高壓冷媒的流量；溫度感測器，測定從前述壓縮機流向前述冷凝器的高壓冷媒的溫度；及控制部，基於利用前述溫度感測器測定出的溫度，控制前述液體流量調整部的開閉閥的開閉與前述注入流量調整部的開閉閥的開閉。

根據本發明，能提供一種能夠抑制壓縮機的排出溫度上升並且抑制冷凍能力下降的冷凍裝置及冷凍裝置之運轉方法。

1:壓縮機

1a:配管

2:冷凝器

2a:風扇

2b:配管

3:氣液熱交換器

3a:第一配管

3b:第二配管

4,4b:旁通回路

5:膨脹閥

6:蒸發器

6a:風扇；送風機

7,7b:旁通開閉閥(液體流量調整部)(第1閥)

8:液體注入回路

9:注入開閉閥(注入流量調整部)(第2閥)

10:溫度感測器

11:控制器(控制部)

Ta:第1預定值；預定溫度

Tb:第2預定值；預定溫度

圖1是第1實施方式的冷凍裝置的構成圖。

圖2是表示第1實施方式的冷凍裝置的處理的流程圖。

圖3是第2實施方式的冷凍裝置的構成圖。

圖4是第3實施方式的冷凍裝置的構成圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式詳細地進行說明。此處，實施方式所示的尺寸、材料、及其它具體數值等只是例示，除特別說明的情況以外，並不限定本發明。另外，對於實質上具有相同功能及構成的要素，通過標注相同符號而省略重複說明，對於與本發明無直接關係的要素省略圖示。

以下，參照附圖對本發明的冷凍裝置及冷凍裝置之運轉方法的實施例進行詳細說明。

(第1實施方式)

圖1是本發明的第1實施方式的冷凍裝置的構成圖。如圖1所示，本實施方式的冷凍裝置具備壓縮機1、冷凝器2、氣液熱交換器3、旁通回路4、膨脹閥5、蒸發器6、旁通開閉閥7、液體注入回路8、注入開閉閥9、風扇2a、6a(送風機)、溫度感測器10、及控制器11。

壓縮機1將冷媒壓縮，並排出壓縮後的冷媒，經由配管1a供給至冷凝器2。冷凝器2為凝結器(condenser)，將從壓縮機1供給的冷媒冷凝，並將經冷凝的高壓冷媒供給至氣液熱交換器3。風扇2a通過對冷凝器2供給空氣而將經冷凝的高壓冷媒冷卻。

氣液熱交換器3是例如將第一配管3a與第二配管3b呈剖面同心圓狀配置而成的套管式熱交換器。詳細地說，是如下套管結構：第一配管3a成為剖面內側，第二配管3b成為剖面外側。氣液熱交換器3使通過冷凝器2的高壓冷媒與通過蒸發器6的低壓冷媒進行熱交換。

第一配管3a使從冷凝器2輸出的高壓冷媒通過，將其供給至膨脹閥5。第二配管3b使從蒸發器6輸出的低壓冷媒通過，將其供給至壓縮機1。

氣液熱交換器3的輸出連接於膨脹閥5。膨脹閥5使來自氣液熱交換器3的冷媒膨脹，由此，將經減壓的低壓冷媒供給至蒸發器6。

蒸發器6為蒸發儀(evaporator)，使低壓冷媒蒸發並將其供給至氣液熱交換器3的第二配管3b。風扇6a對蒸發器6供給空氣，由此，將經蒸發的低壓冷媒冷卻。由於對氣液熱交換器3的第一配管3a供給高壓冷媒，因此在低壓冷媒與高壓冷媒之間進行熱交換。

旁通回路4與氣液熱交換器3的第一配管3a連結，接收要從冷凝器2通過氣液熱交換器3流向蒸發器6的高壓冷媒的至少一部分高壓冷媒，使其繞過氣液熱交換器3。旁通開閉閥7相當於本發明的液體流量調整部，由安裝在旁通回路4的電磁閥所構成，通過進行開閉動作來調整流入旁通回路4的高壓冷媒的流量。

液體注入回路8與連接在冷凝器2的出口側的配管2b連結，接收通過冷凝器2的高壓冷媒的至少一部分高壓冷媒，並導入壓縮機1。注入開閉閥9相當於本發明的注入流量調整部，由安裝在液體注入回路8的電磁閥所構成，通過進行開閉動作來調整從冷凝器2流入液體注入回路8的高壓冷媒的流量。

溫度感測器10安裝在與壓縮機1的出口側連接的配管1a，測定從壓縮機1流向冷凝器2的高壓冷媒的溫度，將所檢測出的溫度資料輸出到控制器11。

控制器11相當於本發明的控制部，基於利用溫度感測器10測定出的溫度，控制旁通開閉閥7的開閉與注入開閉閥9的開閉。

控制器11判定利用溫度感測器10測定出的溫度是否為第1預定值Ta以上，在判定溫度為第1預定值Ta以上的情況下，使旁通開閉閥7為打開狀態。

控制器11判定利用溫度感測器10測定出的溫度是否為大於第1預 定值Ta的第2預定值Tb以上，在判定溫度為第2預定值Tb以上的情況下，使注入開閉閥9為打開狀態。

接下來，一邊參照圖2所示的流程圖，一邊對像這樣構成的第1實施方式的冷凍裝置的動作進行詳細說明。

首先，經壓縮機1壓縮的高壓冷媒被供給至冷凝器2。冷凝後的高壓冷媒被供給至氣液熱交換器3與液體注入回路8。高壓冷媒被導入氣液熱交換器3的第一配管3a。

接下來，利用溫度感測器10檢測壓縮機1的排出溫度(步驟S11)。控制器11判定利用溫度感測器10測定出的溫度是否為第1預定值Ta以上(步驟S12)，在判定溫度為第1預定值Ta以上的情況下，使旁通開閉閥7為打開狀態(步驟S13)。

因此，旁通回路4接收要從冷凝器2通過氣液熱交換器3流向蒸發器6的高壓冷媒的至少一部分高壓冷媒，使其繞過氣液熱交換器3(步驟S14)。

之後，高壓冷媒被導入膨脹閥5，以適當的開度通過膨脹閥5，由此，高壓冷媒被減壓，而成為低壓冷媒。之後，低壓冷媒被導入蒸發器6，冷媒蒸發並汽化。

從蒸發器6輸出的低壓冷媒被導入氣液熱交換器3的第二配管3b，與流過第一配管3a的高壓冷媒之間進行熱交換。流過第二配管3b的低壓冷媒從氣液熱交換器3輸出。之後，低壓冷媒被導入壓縮機1，再次壓縮並循環。

通過像這樣利用旁通回路4使流入氣液熱交換器3的液體冷媒的一部分繞過，能夠降低高壓冷媒的過冷卻度。因此，冷凍能力不會出現大幅下降，能夠抑制壓縮機1的排出溫度上升。由此，能夠避免液體注入回路8及注入開閉閥9的動作。

在使利用上述旁通回路4的旁通控制的狀態持續、即、使旁通開閉 閥7的打開狀態持續的狀態下，控制器11判定利用溫度感測器10測定出的溫度是否為大於第1預定值Ta的第2預定值Tb以上(步驟S15)。在判定溫度為第2預定值Tb以上的情況下，使注入開閉閥9為打開狀態(步驟S16)。

因此，從冷凝器2供給的高壓冷媒的一部分高壓冷媒被導入壓縮機1。在液體注入中，由於向來自氣液熱交換器3的低壓冷媒導入來自液體注入回路8的高壓冷媒，所以能夠抑制壓縮機1的排出溫度上升。

另外，利用旁通控制與液體注入控制的協同效應，能夠抑制冷凍能力下降，並且液體注入的動作次數減少，能夠抑制排出溫度的變動。另外，能夠延長注入開閉閥9的壽命。另外，能夠縮短高負載下拉的時間。

申請人對第1實施方式的冷凍裝置進行了從40℃變化為-25℃的高負載下拉試驗。在該試驗中，測定從40℃冷卻到-25℃所需的時間及液體注入的次數，將現有的冷凍裝置與實施方式的冷凍裝置加以比較。

在現有的冷凍裝置中，只進行液體注入控制，下拉時間為103小時，液體注入次數為10次。

與此相對，在實施方式的冷凍裝置中，進行液體注入控制與旁通控制，下拉時間為87小時，液體注入次數為3次。根據該試驗的結果，實施方式的冷凍裝置的冷卻時間快，注入開閉閥9的動作次數少。因此，實施方式的冷凍裝置能夠抑制冷凍能力下降，並且能夠實現注入開閉閥9的延命化。

(第2實施方式)

圖3是第2實施方式的冷凍裝置的構成圖。第1實施方式的冷凍裝置在氣液熱交換器3的第一配管3a上連結有旁通回路4，第2實施方式的冷凍裝置在氣液熱交換器3的第2配管3b上連結有旁通回路4b。

旁通回路4b接收要從蒸發器6通過氣液熱交換器3流向壓縮機1的低壓冷媒的至少一部分，使其繞過氣液熱交換器。圖3所示的其它構成與圖1所 示的構成相同。此外，圖3所示的冷卻裝置的動作與圖2所示的流程圖所示的處理相同，只有以下處理不同。

控制器11在判定排出溫度為第1預定值Ta以上的情況下，使旁通開閉閥7b為打開狀態。因此，旁通回路4b接收要從蒸發器6通過氣液熱交換器3流向壓縮機1的低壓冷媒的至少一部分，使其繞過氣液熱交換器。

通過像這樣利用旁通回路4b使流入氣液熱交換器3的低壓冷媒的一部分繞過，能夠降低高壓冷媒的過冷卻度。因此，冷凍能力不會出現大幅下降，能夠抑制壓縮機1的排出溫度上升。由此，能夠避免液體注入回路8及注入開閉閥9的動作。

另外，利用旁通控制與液體注入的協同效應，能夠抑制冷凍能力下降，並且液體注入的動作次數減少，能夠抑制排出溫度的變動。另外，能夠延長注入開閉閥9的壽命。另外，能夠縮短下拉時間。

(第3實施方式)

圖4是第3實施方式的冷凍裝置的構成圖。第3實施方式的冷凍裝置在氣液熱交換器3的第一配管3a上連結有旁通回路4，並且在氣液熱交換器3的第二配管3b上連結有旁通回路4b。在旁通回路4上安裝有旁通開閉閥7，在旁通回路4b上安裝有旁通開閉閥7b。

控制器11判定利用溫度感測器10測定出的溫度是否為第1預定值Ta以上，在判定溫度為第1預定值Ta以上的情況下，使旁通開閉閥7與旁通開閉閥7b為打開狀態。

因此，旁通回路4接收要從冷凝器2通過氣液熱交換器3流向蒸發器6的高壓冷媒的至少一部分高壓冷媒，使其繞過氣液熱交換器3。旁通回路4b接收要從蒸發器6通過氣液熱交換器3流向壓縮機1的低壓冷媒的至少一部分，使其繞過氣液熱交換器。

通過像這樣利用旁通回路4使流入氣液熱交換器3的高壓冷媒的一部分繞過，利用旁通回路4b使流入氣液熱交換器3的低壓冷媒的一部分繞過，能夠降低高壓冷媒的過冷卻度。因此，冷凍能力不會出現大幅下降，能夠抑制壓縮機1的排出溫度上升。由此，能夠避免液體注入回路8及注入開閉閥9的動作。

另外，利用旁通控制與液體注入的協同效應，能夠抑制冷凍能力下降，並且液體注入的動作次數減少，能夠抑制排出溫度的變動。另外，能夠延長注入開閉閥9的壽命。另外，能夠縮短下拉時間。

此外，在第3實施方式的冷凍裝置中，在排出溫度成為預定溫度Ta以上的情況下，使旁通回路4與旁通回路4b同時動作。例如，也可以在排出溫度成為預定溫度Ta的情況下，使旁通回路4與旁通回路4b中的一旁通回路動作，在排出溫度成為預定溫度Ta與Tb之間的溫度的情況下，使旁通回路4與旁通回路4b中的另一旁通回路動作。

在以上實施方式的說明中，氣液熱交換器3設為如下構成：向第一配管3a導入通過冷凝器2的高壓冷媒，向第二配管3b導入通過蒸發器的低壓冷媒，但也可設為如下構成：向第一配管3a導入通過蒸發器的低壓冷媒，向第二配管3b導入通過冷凝器2的高壓冷媒。

以上，對本發明的優選實施方式進行了說明，但本發明並不限定於這些實施方式，能在其主旨的範圍內實現各種變形及變更。

1:壓縮機

1a:配管

2:冷凝器

2a:風扇

2b:配管

3:氣液熱交換器

3a:第一配管

3b:第二配管

4:旁通回路

5:膨脹閥

6:蒸發器

6a:風扇；送風機

7:旁通開閉閥

8:液體注入回路

9:注入開閉閥

10:溫度感測器

11:控制器

Claims (6)

1. 一種冷凍裝置，其具備：壓縮機，排出冷媒；冷凝器，將前述冷媒冷凝而輸出高壓冷媒；膨脹閥，使前述高壓冷媒膨脹；及蒸發器，使經膨脹的前述高壓冷媒蒸發而輸出低壓冷媒；且前述冷凍裝置具備：氣液熱交換器，使通過前述冷凝器的高壓冷媒與通過前述蒸發器的低壓冷媒進行熱交換；旁通回路，接收要從前述冷凝器通過前述氣液熱交換器流向前述蒸發器的前述高壓冷媒的至少一部分，使其繞過前述氣液熱交換器；液體流量調整部，能夠調整流入前述旁通回路的前述高壓冷媒的流量；液體注入回路，接收通過前述冷凝器的前述高壓冷媒的至少一部分，並導入前述壓縮機；注入流量調整部，能夠調整流入前述液體注入回路的前述高壓冷媒的流量；溫度感測器，測定從前述壓縮機流向前述冷凝器的高壓冷媒的溫度；及控制部，基於利用前述溫度感測器測定出的溫度，控制前述液體流量調整部的開閉閥的開閉與前述注入流量調整部的開閉閥的開閉，前述控制部判定利用前述溫度感測器測定出的前述溫度是否為第1預定值以上，在判定前述溫度為第1預定值以上的情況下，前述液體流量調整部的開閉閥為打開狀態，在使前述液體流量調整部的開閉閥的打開狀態持續的狀態下，判定前述溫度是否為大於前述第1預定值的第2預定值以上，在判定前述溫度為前述第2預定值以上的情況下，使前述注入流量調整部的開閉閥為打開狀態。
2. 如請求項1所述的冷凍裝置，其中前述氣液熱交換器具有供來自前述冷凝器的高壓冷媒通過的第一配管、及供來自前述蒸發器的低壓冷媒通過的第二配管， 前述旁通回路與前述氣液熱交換器的前述第一配管連結。
3. 一種冷凍裝置，其具備：壓縮機，排出冷媒；冷凝器，將前述冷媒冷凝而輸出高壓冷媒；膨脹閥，使前述高壓冷媒膨脹；及蒸發器，使經膨脹的前述高壓冷媒蒸發而輸出低壓冷媒；且前述冷凍裝置具備：氣液熱交換器，使通過前述冷凝器的高壓冷媒與通過前述蒸發器的低壓冷媒進行熱交換；旁通回路，接收要從前述蒸發器通過前述氣液熱交換器流向前述壓縮機的前述低壓冷媒的至少一部分，使其繞過前述氣液熱交換器；液體流量調整部，能夠調整流入前述旁通回路的前述低壓冷媒的流量；液體注入回路，接收通過前述冷凝器的前述高壓冷媒的至少一部分，並導入前述壓縮機；注入流量調整部，能夠調整流入前述液體注入回路的前述高壓冷媒的流量；溫度感測器，測定從前述壓縮機流向前述冷凝器的高壓冷媒的溫度；及控制部，基於利用前述溫度感測器測定出的溫度，控制前述液體流量調整部的開閉閥的開閉與前述注入流量調整部的開閉閥的開閉，前述控制部判定利用前述溫度感測器測定出的前述溫度是否為第1預定值以上，在判定前述溫度為第1預定值以上的情況下，前述液體流量調整部的開閉閥為打開狀態，在使前述液體流量調整部的開閉閥的打開狀態持續的狀態下，判定前述溫度是否為大於前述第1預定值的第2預定值以上，在判定前述溫度為前述第2預定值以上的情況下，使前述注入流量調整部的開閉閥為打開狀態。
4. 如請求項3所述的冷凍裝置，其中前述氣液熱交換器具有供來自前述冷凝器的高壓冷媒通過的第一配管、及供來自前述蒸發器的低壓冷媒通過的第二配管， 前述旁通回路與前述氣液熱交換器的前述第二配管連結。
5. 一種冷凍裝置之運轉方法，該冷凍裝置具備：壓縮機，排出冷媒；冷凝器，將前述冷媒冷凝而輸出高壓冷媒；膨脹閥，使前述高壓冷媒膨脹；蒸發器，使經膨脹的前述高壓冷媒蒸發而輸出低壓冷媒；氣液熱交換器，使通過前述冷凝器的高壓冷媒與通過前述蒸發器的低壓冷媒進行熱交換；旁通回路，接收要從前述冷凝器通過前述氣液熱交換器流向前述蒸發器的前述高壓冷媒的至少一部分，使其繞過前述氣液熱交換器；液體流量調整部，能夠調整流入前述旁通回路的前述高壓冷媒的流量；液體注入回路，接收通過前述冷凝器的前述高壓冷媒的至少一部分，並導入前述壓縮機；注入流量調整部，能夠調整流入前述液體注入回路的前述高壓冷媒的流量；溫度感測器，測定從前述壓縮機流向前述冷凝器的高壓冷媒的溫度；及控制部，基於利用前述溫度感測器測定出的溫度，控制前述液體流量調整部的開閉閥的開閉與前述注入流量調整部的開閉閥的開閉；且該冷凍裝置之運轉方法包含：第1判定步驟，判定利用前述溫度感測器測定出的溫度是否為第1預定值以上；第1閥打開步驟，在判定前述溫度為前述第1預定值以上的情況下，使前述液體流量調整部的開閉閥為打開狀態；第2判定步驟，在使前述液體流量調整部的開閉閥的打開狀態持續的狀態下，判定前述溫度是否為大於前述第1預定值的第2預定值以上；及第2閥打開步驟，在判定前述溫度為前述第2預定值以上的情況下，使前述注入流量調整部的開閉閥為打開狀態。
6. 一種冷凍裝置之運轉方法，該冷凍裝置具備：壓縮機，排出冷媒；冷凝器，將前述冷媒冷凝而輸出高壓冷媒；膨脹閥，使前述高壓冷媒膨脹；蒸發器，使經膨脹的前述高壓冷媒蒸發而輸出低壓冷媒；氣液熱交換器，使通 過前述冷凝器的高壓冷媒與通過前述蒸發器的低壓冷媒進行熱交換；旁通回路，接收要從前述蒸發器通過前述氣液熱交換器流向前述壓縮機的前述低壓冷媒的至少一部分，使其繞過前述氣液熱交換器；液體流量調整部，能夠調整流入前述旁通回路的前述低壓冷媒的流量；液體注入回路，接收通過前述冷凝器的前述高壓冷媒的至少一部分，並導入前述壓縮機；注入流量調整部，能夠調整流入前述液體注入回路的前述高壓冷媒的流量；溫度感測器，測定從前述壓縮機流向前述冷凝器的高壓冷媒的溫度；及控制部，基於利用前述溫度感測器測定出的溫度，控制前述液體流量調整部的開閉閥的開閉與前述注入流量調整部的開閉閥的開閉；且該冷凍裝置之運轉方法包含：第1判定步驟，判定利用前述溫度感測器測定出的溫度是否為第1預定值以上；第1閥打開步驟，在判定前述溫度為前述第1預定值以上的情況下，使前述液體流量調整部的開閉閥為打開狀態；第2判定步驟，在使前述液體流量調整部的開閉閥的打開狀態持續的狀態下，判定前述溫度是否為大於前述第1預定值的第2預定值以上；及第2閥打開步驟，在判定前述溫度為前述第2預定值以上的情況下，使前述注入流量調整部的開閉閥為打開狀態。

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