专利名称：冷却装置及冷却装置的制冷剂封入量设定方法
技术领域：
本发明涉及一种以环状连接压缩机、气体冷却器、减压单元、及蒸发器等、作为制冷剂封入二氧化碳的制冷剂回路的冷却装置。
背景技术：
已有的这种冷却装置(例如设于商店的陈列橱)由配管依次以环状对构成冷凝单元的压缩机、气体冷却器(冷凝器)及节流单元(毛细管等)与设于陈列橱主体侧的蒸发器进行连接从而构成制冷剂回路。由压缩机压缩、成为高温高压的制冷剂气体排出到气体冷却器。由该气体冷却器使制冷剂散热后，由节流单元节流，供给到蒸发器。在这里使制冷剂蒸发，此时从周围吸热，从而发挥冷却作用，冷却陈列橱的库内(被冷却空间)(例如参照专利文献1)。
(专利文献1)日本特开平11-257830号公报可是，近年来，为了对地球环境问题采取对策，在这种制冷剂循环中，开发了不使用过去的氟里昂而是将作为自然制冷剂的二氧化碳(CO2)用作制冷剂、使用高压侧成为超临界压力地运行的制冷剂循环的装置。
在这样将二氧化碳用作制冷剂的场合，压缩比非常高，排出到压缩机自身的温度和排出到制冷剂回路内的制冷剂气体的温度变高，所以，难以获得所期望的冷却能力。
为此，使冷却装置的蒸发器的出口温度与入口温度在早期成为大体相同温度地调整制冷剂的封入量，封入到制冷剂回路内。即，在该场合，封入到制冷剂回路内的制冷剂量增大，为此，可能实现冷冻能力的提高，但在起动时等制冷剂回路内不稳定的状况下存在高压侧压力异常上升、引起设备损伤的危险。
特别是在使用毛细管作为减压单元的场合，当如上述那样制冷剂封入量过多时，如高压侧压力上升，则低压侧压力也上升，所以，存在蒸发器的蒸发温度变高、不能使被冷却空间的温度下降到所期望的低温的问题。
发明内容
本发明就是为了解决该技术问题而作出的，其目的在于对将所谓的二氧化碳用作制冷剂的冷却装置在避免高压侧压力的异常上升的同时改善冷却能力。
另外，本发明的另一目的在于提供一种在避免将所谓的二氧化碳用作制冷剂的冷却装置的高压侧压力的异常上升的同时改善冷却能力的制冷剂封入量设定方法。
即，第1项发明的冷却装置的特征在于在由蒸发器冷却的被冷却空间的温度变冷的稳定运行状态下，压缩机起动后到蒸发器的出口温度与该蒸发器的入口温度的差达到1deg以内为止的时间在5分钟或5分钟以上到20分钟以内。
第2项发明的冷却装置的制冷剂封入量设定方法的特征在于在由蒸发器冷却的被冷却空间的温度变冷的稳定运行状态下，按在压缩机起动后5分钟或5分钟以上到20分钟以内蒸发器的出口温度与该蒸发器的入口温度的差达到1deg以内的量来设定制冷剂的封入量。
第3项发明的冷却装置或其制冷剂封入量设定方法在上述各发明的基础上，还具有这样的特征压缩机具有第1压缩要素和对已由该第1压缩要素压缩的制冷剂进行压缩然后将其排出的第2压缩要素，减压单元为毛细管，具有冷却从第1压缩要素排出的制冷剂的中间冷却回路和使从气体冷却器出来的制冷剂与从蒸发器出来的制冷剂进行热交换的内部热交换器。
图1为本发明的冷却装置的制冷剂回路图。
图2为表示本发明的冷却装置的压缩机的转速、高压侧压力、冷藏设备主体的库内温度和制冷剂的蒸发温度的变化情况的图。
图3为示出本发明冷却装置的控制装置对压缩机的转速进行控制的流程图。
图4为表示起动时的压缩机的转速与高压侧压力的变化情况的图。
图5为表示本发明的冷却装置的外气温度与压缩机的最高转速的关系的图。
图6为示出本发明冷却装置的各外气温度下的目标蒸发温度与库内温度的关系的图。
图7为表示本发明冷却装置的库内温度的变化情况的图。
图8为表示本发明的冷却装置的制冷剂的蒸发器的出口温度、入口温度、高压侧压力的变化情况的图。
图9为表示已有冷却装置的制冷剂的蒸发器的出口温度、入口温度、高压侧压力的变化情况的图。
具体实施例方式
下面，根据附图详细说明本发明的实施形式。图1为适用本发明的冷却装置110的制冷剂回路图。该冷却装置110由冷凝单元100和成为冷却设备主体的冷藏设备主体105构成。实施例的冷却装置110例如为设置于商店的陈列橱，因此，冷藏设备主体105为由陈列橱的绝热壁构成的主体。
上述冷凝单元100由压缩机10、气体冷却器(冷凝器)40、及作为减压单元的毛细管58等构成，通过配管与后述的冷藏设备主体105的蒸发器92连接，压缩机10、气体冷却器40、及毛细管58与蒸发器92一起构成预定的制冷剂回路。
即，压缩机10的制冷剂排出管24连接到气体冷却器40的入口。在这里，实施例的压缩机10为将二氧化碳(CO2)用作制冷剂的内部中间压型多级(2级)压缩式旋转压缩机，该压缩机10由设于图中未示出的密闭容器内的作为驱动要素的电动要素及由该电动要素驱动的第1转动压缩要素(第1级)和第2转动压缩要素(第2级)构成。
图中符号20为制冷剂导入管，该制冷剂导入管用于暂且将由压缩机10的第1转动压缩要素压缩、排出到密闭容器的制冷剂排出到外部，然后导入到第2转动压缩要素，该制冷剂导入管20的一端与图中未示出的第2转动压缩要素的缸连通。制冷剂导入管20经由设于后述的气体冷却器40的中间冷却回路35，另一端与密闭容器连通。
图中符号22为用于将制冷剂导入至压缩机10的图中未示出的第1转动压缩要素的缸内的制冷剂导入管，该制冷剂导入管22的一端与图中未示出的第1转动压缩要素的缸连通。该制冷剂导入管22的另一端连接到滤清器56的一端。该滤清器56用于确实地过滤混入到在制冷剂回路内循环的制冷剂气体的灰尘和切屑等异物，包括形成于滤清器56的另一端侧的开口部和从该开口部朝滤清器56的一端侧变细的大体圆锥形的图中未示出的过滤器。该过滤器的开口部在紧密安装到连接于滤清器56的另一端的制冷剂配管28的状态下安装。
另外，上述制冷剂排出管24为用于将由上述第2转动压缩要素压缩的制冷剂排出到气体冷却器40的制冷剂配管。
上述气体冷却器40由制冷剂配管和为了换热设于该制冷剂配管的热交换用叶片构成，上述制冷剂排出管24连通地连接于该气体冷却器40的制冷剂配管的入口侧。另外，在该气体冷却器40设置作为用于检测外气温度的温度传感器的外气温度传感器74，该外气温度传感器74连接到作为冷凝单元100的控制装置的后述的微机80。
连接到构成气体冷却器40的制冷剂配管的输出侧的制冷剂配管26通过内部热交换器50。该内部热交换器50用于使从气体冷却器40出来的来自第2转动压缩要素的高压侧的制冷剂和来自设于冷藏设备主体105的低压侧的制冷剂进行热交换。通过内部热交换器50的高压侧的制冷剂配管26经过上述同样的滤清器54到达作为节流单元的毛细管58。
另外，冷藏设备主体105的制冷剂配管94的一端由作为连接单元的锻锁(スェッジロック)接头可装拆地连接于冷凝单元100的制冷剂配管26。
另一方面，连接于上述滤清器56的另一端的制冷剂配管28经过上述内部热交换器50由安装于冷藏设备主体105的制冷剂配管94的另一端的与上述同样的作为连接单元的锻锁接头可装拆地连接于制冷剂配管94。
在上述制冷剂排出管24设置用于检测从压缩机10排出的制冷剂气体的温度的排出温度传感器70和用于检测制冷剂气体的压力的压力开关72，它们连接到微机80。
在从毛细管58出来的制冷剂配管26，设置用于检测从毛细管58出来的制冷剂的温度的制冷剂温度传感器76，它也连接到上述微机80。另外，在制冷剂配管28的内部热交换器50的入口侧设置用于检测从冷藏设备主体105的蒸发器92出来的制冷剂的温度的返回温度传感器78，该返回温度传感器78也连接到微机80。
符号40F为用于对气体冷却器40通风进行空冷的风扇，符号92F为用于使与设于冷藏设备主体105的图中未示出的管内的蒸发器92进行热交换后的冷气循环到作为由该蒸发器92冷却的被冷却空间的冷藏设备主体105的库内的风扇。另外，符号65为检测压缩机10的上述电动要素的通电电流、控制运行的电流传感器。风扇40F与电流传感器65连接到冷凝单元100的微机80，风扇92F连接到冷藏设备主体105的后述的控制装置90。
在这里，微机80为实施冷凝单元100的控制的控制装置，在微机80的输入端连接来自上述排出温度传感器70、压力开关72、外气温度传感器74、制冷剂温度传感器76、返回温度传感器78、电流传感器65、设于冷藏设备主体105的库内的后述的库内温度传感器91和作为冷藏设备主体105的控制单元的控制装置90的信号线。微机80根据这些信号线的输入由逆变器基板(虽然图中未示出，但实际上连接到微机80的输出端)控制连接到输出端的压缩机10的转速，并控制风扇40F的运行。
在冷藏设备主体105的控制装置90设置有用于检测上述库内温度的库内温度传感器91、用于调节库内温度的温度调节度盘及停止压缩机10的功能。控制装置90根据其输出控制风扇92F，同时，向冷凝单元100的微机80通过上述信号线送出启动/停止信号。
作为该冷却装置110的制冷剂，考虑到对地球环境温和、可燃性和毒性等，使用作为自然制冷剂的上述二氧化碳(CO2)，作为润滑油的油例如使用矿物油、烷基苯油、酯油、醚油、PAG(聚二醇)等现有的油。
在冷却装置110，从图中未示出的备用阀等将制冷剂封入到压缩机10内，该冷却装置110的制冷剂封入量，应满足这样的要求，即，在由蒸发器92冷却的冷藏设备主体105的库内温度变冷却的稳定运行状态下，压缩机10起动后到使蒸发器92的出口温度与该蒸发器92的入口温度的差处于1℃(1deg)以内的时间在5分钟或其以上到20分钟以内。
在库内温度变冷的稳定运行状态下，通常由返回温度传感器78检测出的蒸发器92的出口温度与由制冷剂温度传感器76检测出的蒸发器92的入口温度的差在1℃以内，在起动压缩机10后达到该温度差的时间在5分钟或其以上到20分钟以内地调整制冷剂封入量，封入到制冷剂回路内。
即，在如上述那样从图中未示出的备用阀等将制冷剂封入到压缩机10内后，实际上起动压缩机10，测定由返回温度传感器78检测出的蒸发器92的出口温度与由制冷剂温度传感器76检测出的蒸发器92的入口温度的差达到1℃以内的时间，使该时间在5分钟或其以上到20分钟以内地调整。
下面根据图8说明该场合的蒸发器92的出口温度与入口温度的变化和高压侧压力的状态。在图8中，线A表示由返回温度传感器78检测出的蒸发器92的出口温度，线B表示由制冷剂温度传感器76检测出的蒸发器92的入口温度，线C表示高压侧压力的变化情况。
如图8所示，在压缩机10起动前，蒸发器92的出口温度与入口温度大体为相同温度。当压缩机10起动时，蒸发器92的入口温度急剧下降，与出口温度产生差。在该场合，蒸发器92的出口温度随着冷藏设备主体105受到冷却而逐渐下降。当冷藏设备主体105的库内受到充分冷却时，蒸发器92的出口温度接近入口温度，该出口温度与入口温度的差在1℃以内。
因此，当在稳定运行状态下蒸发器92的出口温度与入口温度的差为1℃以内的时间在起动后5分钟或5分钟以上到20分钟以内的场合，如图8的线C所示那样，高压侧压力不会超过设备等的设计压力。
在如过去那样蒸发器92的出口温度与入口温度的差达到1℃以内的时间比5分钟短时，在该场合，为在制冷剂回路内制冷剂封入量比封入到本发明的冷却装置110的制冷剂量多的状态，如图9的线C′所示那样，高压侧压力异常上升，超过设于高压侧的设备的设计压力地上升，最坏的情况下存在损伤设备的危险。在图9中，线A′为蒸发器的出口温度的变化情况，线B′为蒸发器92的入口温度的变化情况，线C′为高压侧压力的变化情况。
另外，如上述那样，当作为减压单元使用毛细管58时，随着高压侧压力的上升，低压侧压力也上升，所以，蒸发器的蒸发温度变高，存在不能使冷藏设备主体105的库内温度降低到所期望的低温。
另一方面，当设为蒸发器92的出口温度与入口温度的差达到1℃以内的时间超过20分钟那样的制冷剂封入量时，在该场合，制冷剂回路内的制冷剂封入量为比封入到本发明的冷却装置110的制冷剂量少的状态，在蒸发器92中蒸发的制冷剂量过少，不能充分地冷却冷藏设备主体105的库内，冷却效率(冷冻效率)下降。
特别是在使用二氧化碳制冷剂的场合，压缩比非常高，压缩机10自身的温度和排出到制冷剂回路内的制冷剂气体的温度变高，为此，难以获得所期望的冷却能力(冷冻能力)。
然而，如本发明那样，通过将蒸发器92的出口温度与入口温度的差达到1℃以内的时间设为5分钟或5分钟以上到20分钟以内，可如图8所示那样避免高压侧压力的异常上升，而且，可极力抑制冷却能力的下降。
这样，可提高将二氧化碳用作制冷剂的冷却装置110的可靠性，同时改善性能。
另外，通过如上述那样决定制冷剂回路内的制冷剂的封入量，从而可容易地设定最佳的制冷剂封入量。
另一方面，上述冷藏设备主体105整体上由绝热壁构成，在该绝热壁内构成作为被冷却空间的库内。上述管在该绝热壁内与库内隔开地构成，上述蒸发器92和风扇92F配置到该管内。蒸发器92由蛇行状的上述制冷剂配管94和热交换用的图中未示出的翅片构成。制冷剂配管94的两端部由图中未示出的锻锁接头如上述那样与冷凝单元100的制冷剂配管26、28可装拆地连接。
下面参照图2～图7说明在以上构成中本发明的冷却装置110的动作。图2为表示压缩机10的转速、高压侧压力、冷藏设备主体105的库内温度和蒸发器92的制冷剂的蒸发温度的变化情况的图，图3为示出微机80的控制动作的流程图。
(1)压缩机控制的开始当闭合设于冷藏设备主体105的图中未示出的起动开关或将冷藏设备主体105的电源插头连接到插座时，将微机80的电源也接通(图3的步骤S1)，在步骤S2，进入初始设定。
在该初始设定中，进行上述逆变器基板的初始化，开始程序。当开始程序时，微机80由步骤S3从ROM读入各种函数和常数。由步骤S3的ROM读入还读入压缩机10的最高转速以外的转速信息和后述的最高转速的计算(图3的步骤S13)所需要的参数。
当图3的步骤S3的ROM读入结束时，微机80转移到步骤S4，读入排出温度传感器70、外气温度传感器74、制冷剂温度传感器76、返回温度传感器78等各传感器的信息及压力开关72和逆变器控制信号等，然后，微机80进入步骤S5的异常判定。
在步骤S5中，微机80进行上述外气温度传感器74的通/断和上述各传感器检测出的温度和电流异常等的判定。在各传感器和电流值发现异常或压力开关72为断开状态的场合，微机80前进到步骤S6，使预定的LED(通知异常发生的灯)亮灯，在压缩机10运行时，使压缩机10的运行停止。上述压力开关72为检测高压侧压力的异常上升的开关，通过制冷剂排出管24的制冷剂的压力例如达到或超过13.5MPaG时，开关断开，当下降到9.MPaG时，恢复到接通。
这样，在微机80由步骤S6通知异常发生的场合，等候预定时间后，返回到步骤S1，反复进行上述动作。
另一方面，在由步骤S5未发现各传感器检测出的温度和电流值等存在异常而且压力开关72为接通状态的场合，微机80前进到步骤S7，进行后述的除霜判定。在判定需要进行蒸发器92的除霜的场合，微机80前进到步骤S8，停止压缩机10的运行，在由步骤S9判定除霜结束之前，反复进行步骤S4～步骤S9的动作。
另一方面，当在步骤S7判定没有必要进行蒸发器92的除霜的场合和在步骤S9判定除霜结束的场合，微机80前进到步骤S10，计算压缩机10的转速保持时间。
(2)压缩机起动的转速保持控制在这里，压缩机10的转速保持是指在起动时微机80按比最低转速低的转速保持预定时间地运行。即，微机80在通常运行时在通过后述的步骤S13的最高转速计算获得的最高转速(MaxHz)和用步骤S3预先读入的最低转速的范围内设定目标转速，运行压缩机10，但起动时在达到最低转速之前按比该最低转速低的转速保持预定时间地运行压缩机10(图2的①的状态)。
例如，由图3的步骤S3的ROM读入获取的最低转速为30Hz的场合，微机80按30Hz的90％或其以下的转速(在本实施例中为25Hz)保持转速预定时间地运行压缩机10。
下面参照图4详细说明该状态。在如过去那样不按比最低转速低的转速保持预定时间地由微机80按作为最低转速的30Hz开始压缩机10的运行的场合，如图4中由虚线所示那样，起动时高压侧压力急剧上升，最坏的场合，存在超过设于制冷剂回路的设备或配管等的设计压力(耐压极限)的危险。另外，在将最低转速预先设定于30Hz或其以下地运行压缩机10的场合，当在运行过程中使转速下降到比30Hz低时，存在从压缩机10发生的噪声和振动明显增大的问题。
然而，如图4的实线所示那样，如由微机80在起动时压缩机10的转速达到预定的最低转速(25Hz)之前按比最低转速低的转速保持预定时间地运行，则可事先避免高压侧压力的异常上升。
另外，由于在运行过程中不会下降到比30Hz低的转速，所以，也可抑制压缩机10的噪声的振动的发生。
另外，该转速的保持时间根据在步骤S10中由蒸发器92冷却的被冷却空间的温度即冷藏设备主体105的库内温度决定。即，在本实施例中，在由作为冷却状态传感器的库内温度传感器91检测的库内温度等于或低于+20℃的场合，微机80例如按25Hz保持压缩机10的转速30秒地进行运行后，使转速上升到最低转速(30Hz)(图3的②状态)。即，在冷藏设备主体105的库内温度为+20℃或其以下的场合，蒸发器92内的温度低，存在较多制冷剂，所以，即使不将保持时间设为那么长，也可避免高压侧压力的异常上升，所以，可缩短保持时间。这样，可在短时间内转移到基于通常的最高转速和最低转速的转速控制，所以，可在早期冷却冷藏设备主体105的库内。
因此，可极力抑制冷藏设备主体105的库内的冷却能力，避免高压侧压力的异常上升。
另一方面，在由库内温度传感器91检测出的库内温度比+20℃高的场合，微机80按25Hz保持压缩机10的转速10分钟地运行后，使转速上升到最低转速。在冷藏设备主体105的库内温度比+20℃高的场合，在制冷剂循环内不稳定的状态下，高压侧压力易于上升。即，在如上述那样将保持时间设为30秒的场合，转速保持时间过短，不能避免上述高压侧压力的异常上升。为此，通过设保持时间为较长的10分钟，从而可确实地避免高压侧的异常上升，可确保稳定的运行状况。
这样，微机80在压缩机起动后，在达到最低转速之前按25Hz保持预定时间地运行，同时，由冷藏设备主体105的库内温度适当改变保持时间，从而可有效地消除高压侧压力的异常上升，可实现冷却装置110的可靠性和性能的提高。
在图3的步骤S10中，如上述那样计算了基于库内温度的压缩机10的转速保持时间后，微机80由步骤S11起动压缩机10。然后，比较此前的运行时间与由步骤S10计算出的保持时间，在压缩机10的从起动时开始的运行时间比由步骤S10计算出的保持时间短的场合，前进到步骤S12。在这里，微机80将上述25Hz的起动时Hz设定为压缩机10的目标转速，前进到步骤S20。然后，在步骤S20由逆变器基板如后述的那样按25Hz的转速运行压缩机10。
即，当按上述转速使压缩机10的电动要素起动时，在将制冷剂吸入到压缩机10的第1转动压缩要素进行压缩后，排出到密闭容器内。排出到密闭容器内的制冷剂气体导入到制冷剂导入管20，从压缩机10出来，流入到中间冷却回路35。该中间冷却回路35在通过气体冷却器40的过程中由空冷方式散热。
这样，可冷却吸入到第2转动压缩要素的制冷剂，所以，可抑制密闭容器内的温度上升，第2转动压缩要素的压缩效率也可提高。另外，由第2转动压缩要素压缩、排出的制冷剂的温度上升也可受到抑制。
冷却的中间压力的制冷剂气体被吸入到压缩机10的第2转动压缩要素，进行第2级的压缩，成为高压高温制冷剂气体，从制冷剂排出管24排出到外部。此时，制冷剂被压缩到超临界压力。从制冷剂排出管24排出的制冷剂气体流入到气体冷却器40，在该处由空冷方式散热后，通过内部热交换器50。制冷剂在该处由低压侧的制冷剂吸走热量而进一步受到冷却。
该内部热交换器50的存在使得从气体冷却器40出来、通过内部热交换器50的制冷剂由低压侧的制冷剂吸走热量，所以，该制冷剂的过冷却度增大相应的量。为此，蒸发器92的冷却能力提高。
由该内部热交换器50冷却的高压侧的制冷剂气体经过滤清器54到达毛细管58。制冷剂在毛细管58降低压力，此后，经过图中未示出的锻锁接头从冷藏设备主体105的制冷剂配管94流入到蒸发器92内。在该处制冷剂蒸发，从周围的空气吸热，从而发挥出冷却作用，冷却冷藏设备主体105库内。
此后，制冷剂从蒸发器92流出，从制冷剂配管94经过图中未示出的锻锁接头进入到冷凝单元100的制冷剂配管26，到达内部热交换器50。在该处从上述的高压侧的制冷剂吸热，接受加热作用。在这里，由蒸发器92蒸发而成为低温，从蒸发器92出来的制冷剂并不完全为气体状态，而是为液体混合存在的状态，但通过内部热交换器50而与高压侧的制冷剂进行热交换，从而使制冷剂受到加热。在该时刻，确保制冷剂的过热度，完全成为气体。
这样，可确实地使从蒸发器92出来的制冷剂气化，所以，在低压侧不设置储液器等即可确实地防止液体制冷剂吸入到压缩机10的返液，避免压缩机10因为液体压缩而受到损伤的问题。因此，可提高冷却装置110的可靠性。
由内部热交换器50加热的制冷剂经过滤清器56从制冷剂导入管22吸入到压缩机10的第1转动压缩要素内的循环反复进行。
(3)按照外气温度的压缩机的最高转速的变更控制该起动后随着时间的变化，在步骤S11中如此前的运行时间达到由步骤S10计算出的保持时间，则微机80使压缩机10的转速上升到上述最低转速(30Hz)(图3的②的状态)。然后，微机80从步骤S10前进到步骤S13，计算最高转速(MaxHz)。该最高转速根据由外气温度传感器74检测到的外气温度计算。
即，微机80在外气温度传感器74检测出的外气温度高的场合使压缩机10的最高转速下降，在上述外气温度低的场合使上述压缩机的最高转速上升。在如图5所示那样预先设定的上限值(在实施例中为45Hz)和下限值(在实施例中为30Hz)的范围内计算出最高转速。该最高转速如图5所示那样随着外气温度的上升按一次函数下降，随着外气温度的下降按一次函数上升。
在外气温度高的场合，在制冷剂回路内循环的制冷剂的温度高，高压侧压力的异常上升易于产生，为此，通过将最高转速设定得较低，从而可极力回避高压侧压力的异常上升。另一方面，在外气温度低的场合，在制冷剂回路内循环的制冷剂的温度也低，高压侧压力不易异常上升，所以，可将最高转速设定得较高。
因此，后述的目标转速成为最高转速以下的转速，所以，通过将最高转速预先设定为高压侧压力的异常上升不易产生的值，从而可有效地避免高压侧压力的异常上升。
(4)蒸发器的目标蒸发温度控制如由图3的步骤S13如上述那样决定最高转速，则接下来微机80前进到步骤S14，进入目标蒸发温度Teva的计算。微机80根据由库内温度传感器91把握的冷藏设备主体105的库内温度预先设定蒸发器92的制冷剂的目标蒸发温度，使流入到蒸发器92的制冷剂的蒸发温度成为该目标蒸发温度地在压缩机10的最高转速和最低转的范围内设定上述目标转速，运行压缩机10。
微机80根据由库内温度传感器91把握的库内温度按库内温度越高则越高的关系设定蒸发器92的制冷剂的目标蒸发温度。该场合的目标蒸发温度Teva的计算由步骤S15进行。
即，由Tya＝Tx×0.35-8.5和Tyc＝Tx×0.2-6+z的2式计算出的Tya和Tyc中的数值较小一方的值被设为目标蒸发温度Teva。在上述式子中，Tx为由库内温度传感器91检测的库内温度(示出作为被冷却空间的库内的冷却状态的指标之一)，z为从由外气温度传感器74检测出的外气温度Tr减去32(deg)获得的值(z＝Tr(外气温度)-32)。
由该场合的外气温度传感器74检测出的外气温度Tr为+32℃、+35℃、+41℃的目标蒸发温度Teva的变化情况示于图6。如图6所示，对于由上述式子设定的目标蒸发温度Teva，在库内温度Tx高的区域，伴随着库内温度的变化的目标蒸发温度Teva的变化小，在库内温度Tx低的区域中，伴随着库内温度Tx的变化的目标蒸发温度Teva的变化增大。
即，微机80在外气温度传感器74检测的外气温度Tr高的场合，变高地修正目标蒸发温度Teva，在由库内温度传感器91把握的被冷却空间的温度较高的区域，按照外气温度Tr进行目标蒸发温度Teva的修正。在这里，说明外气温度Tr为+32℃的场合的目标蒸发温度Teva。当库内温度在+7℃以上时，随着库内温度的下降，目标蒸发温度Teva较平缓地下降，但当库内温度比+7℃低时，随着库内温度的下降，目标蒸发温度Teva急剧下降。即，在库内温度高的状态下，在制冷剂回路内流动的制冷剂成为不稳定的状态，所以，通过将目标蒸发温度Teva设定得较高，从而可避免高压侧压力的异常上升。
另外，在库内温度较低的状态下，由于在制冷剂回路内流动的制冷剂的状态稳定，所以，通过将目标蒸发温度Teva设定得较低，从而可在早期冷却冷藏设备主体105的库内。这样，可迅速地由除霜后的再起动等迅速地冷却冷藏设备主体105的库内温度，将收容于库内的商品的温度维持在适当的值。
当由上述式子计算出目标蒸发温度Teva时，微机80前进到步骤S14，比较现在的蒸发温度与目标蒸发温度Teva，在现在的蒸发温度比目标蒸发温度Teva低的场合，在步骤S16使压缩机10的转速下降，现在的蒸发温度比目标蒸发温度Teva高的场合，由步骤S17使压缩机10的转速上升。然后，微机80在步骤S18进行由步骤S13决定的最高转速与最低转速的范围和由步骤S16或步骤S17增减了的转速的判定。
在这里，由步骤S16或步骤S17增减了的转速如在最高转速和最低转速的范围内，则将该转速设为目标转速，由步骤S20如上述那样用逆变器基板按该目标转速运行压缩机10。
另一方面，在由步骤S16或步骤S17增减的转速处于最高转速和最低转速的范围外的场合，微机80前进到步骤S19，根据由步骤S16或步骤S17增减的转速在最高转速和最低转速的范围内成为最佳转速地调整，将调整后的转速作为目标转速，由步骤S20按该目标转速运行压缩机10的电动要素。以后，返回到步骤S4，反复进行以后的步骤。
当设于冷藏设备主体105的图中未示出的起动开关断开或冷藏设备主体105的电源插头从插座拔出时，对微机80的通电也停止(图3的步骤S21)，结束程序(步骤S22)。
(5)蒸发器的除霜控制另一方面，当冷藏设备主体105的库内受到充分冷却、库内温度下降到设定的下限温度(+3℃)时，冷藏设备主体105的控制装置90将压缩机10的停止信号送出到微机80。微机80接收该停止信号时，由图3的步骤S7的除霜判定判断除霜开始，前进到步骤S8，停止压缩机10的运行，开始蒸发器92的除霜(停止循环除霜)。
该压缩机10停止后，当冷藏设备主体105的库内温度达到设定的上限温度(+7℃)时，冷藏设备主体105的控制装置90将压缩机10的启动信号送出到微机80。微机80接收该启动信号时，在步骤S9判定除霜结束，前进到步骤S10以后，重新开始上述那样的压缩机10的运行。
(6)压缩机的强制停止在这里，在压缩机10连续运行预定时间的场合，微机80在图3的步骤S7的除霜判定中判定除霜开始，前进到步骤S8，强制地停止压缩机10的运行后，开始蒸发器92的除霜。另外，停止压缩机10的该压缩机10的连续运行时间根据由库内温度传感器91把握的冷藏设备主体105的库内温度改变，在该场合，微机80按库内温度低的程度将停止压缩机10的压缩机10的连续运行时间设定得较短。
即，冷藏设备主体105的库内温度为例如+10℃或更低的那样的低温下收容于冷藏设备主体105的库内的商品存在短时间冻结的危险。为此，在本实施例中，例如在库内温度等于或低于+10℃、连续运行30分钟的场合，通过强制地停止压缩机10的运行，可避免收容于库内的商品冻结的问题。
当冷藏设备主体105的库内温度达到设定的上限温度(+7℃)时，冷藏设备主体105的控制装置90将压缩机10的启动信号送出到微机80，所以，微机80与上述同样地重新开始压缩机10的运行(图3的步骤S9)。
另一方面，在库内温度例如在比10℃高的温度下运行预定时间的场合，微机80停止压缩机10的运行。这是因为，当压缩机10长时间连续运行时，在蒸发器92发生结霜，通过蒸发器92内的制冷剂难以与周围的空气进行热交换，冷藏设备主体105的库内存在不被充分冷却的危险。为此，例如在比+10℃高而且等于或低于+20℃的库内温度的范围内连续运行10小时以上的场合，或在比+20℃高的库内温度下连续运行20小时以上的场合，微机80在步骤S7的除霜判定中判断除霜开始，在步骤S8强制停止压缩机10的运行，实施蒸发器92的除霜。
下面参照图7说明该状态。在图7中，虚线表示在库内温度传感器91检测出的库内温度比+10℃高而且等于或低于+20℃的温度条件下使压缩机10连续运行10小时或10小时以上的场合不停止压缩机10的运行进行除霜时的库内温度的变化情况，实线表示在库内温度比+10℃高而且等于或低于+20℃的温度条件下使压缩机10连续运行10小时或10小时以上的场合停止压缩机10的运行进行除霜时的库内温度的变化情况。
如图7所示，通过在比+10℃高而且等于或低于+20℃的库内温度连续运行10小时或10小时以上的场合强制停止压缩机10，可对蒸发器92结的霜进行除霜，比不停止压缩机10进行除霜的场合更能提高除霜后的蒸发器92中的制冷剂的热交换能力，可在早期达到目标库内温度。这样，可提高冷却能力。
另外，冷藏设备主体105的库内温度越低，则可将停止压缩机10的压缩机10的连续运行时间设定得越短，所以，可在如上述那样提高除霜后的蒸发器92的制冷剂的热交换能力的同时，事先避免库内温度较低的场合收容于库内的商品的冻结。
(7)压缩机的最高转速上升控制在由库内温度传感器91检测出的冷藏设备主体105的库内温度较低的场合，微机80使压缩机10的最高转速(MaxHz)上升。例如，当冷藏设备主体105的库内温度下降到+20℃时，微机80使压缩机10的最高转速稍上升(例如4Hz)地运行(图2的③的状态)。即，当除了上述基于外气温度的最高转速控制外还使冷藏设备主体105的库内温度下降到+20℃时，微机80根据由外气温度传感器74检测出的外气温度使如上述那样决定的最高转速上升4Hz，运行压缩机10。
当冷藏设备主体105的库内温度下降到+20℃或其以下时，由于低压侧的压力变低，所以，高压侧压力也下降，制冷剂回路内的制冷剂的状态也变得稳定。如在该状态下使转速上升，则即使如图2的④所示那样使高压侧的压力稍上升，也可避免超过高压侧的设备和配管等的设计压力那样的异常上升的问题。
另外，通过使最高转速上升，在制冷剂回路内循环的制冷剂循环量增加，所以，可由蒸发器92与循环空气进行热交换的制冷剂量增加，可提高蒸发器92的冷却能力。这样，如图2的⑤所示那样，蒸发器92内的制冷剂的蒸发温度也变低，可早期冷却冷藏设备主体105的库内。
在本实施例中，冷却装置110为在商店设置的陈列橱，但不限于此，也可将本发明的冷却装置用作冰箱、自动售货机、空调机。
如上述那样按照第1项发明的冷却装置，在由蒸发器冷却的被冷却空间的温度变冷的稳定运行状态下，压缩机起动后到蒸发器的出口温度与该蒸发器的入口温度的差达到1deg以内的时间在5分钟或5分钟以上到20分钟以内，所以，可在避免起动时的高压侧压力的异常上升的同时，避免冷却能力的下降。
这样，可提高冷却装置的可靠性，同时改善性能。
按照第2项发明的冷却装置的制冷剂封入量设定方法，在由蒸发器冷却的被冷却空间的温度变冷的稳定运行状态下，在压缩机起动后5分钟或5分钟以上到20分钟以内，按蒸发器的出口温度与该蒸发器的入口温度的差在1deg以内的量设定制冷剂的封入量，所以，通过在冷却装置的制冷剂回路内封入由该设定方法决定的量的制冷剂，从而可在避免起动时的高压侧压力的异常上升的同时，避免冷却能力的下降。
这样，可容易地设定冷却装置的最佳的制冷剂封入量。
特别是在如第3项发明那样将减压装置设为毛细管的场合，上述各发明有效。
第3项发明在上述各发明的基础上，使压缩机具有第1压缩要素和对已由该第1压缩要素压缩的制冷剂进行压缩然后将其排出的第2压缩要素，具有冷却从第1压缩要素排出的制冷剂的中间冷却回路和使从气体冷却器出来的制冷剂与从蒸发器出来的制冷剂进行热交换的内部热交换器，所以，可抑制压缩机内的温度上升，提高第2压缩要素的压缩效率。另外，由第2压缩要素压缩、排出的制冷剂的温度上升也可得到抑制。
另外，由于内部热交换器的存在使得从气体冷却器出来、通过内部热交换器的制冷剂由低压侧的制冷剂吸走热量，所以，该制冷剂的过冷却度相应增大，可提高蒸发器的冷却能力。
权利要求
1.一种冷却装置，以环状连接压缩机、气体冷却器、减压单元、及蒸发器等，并具有作为制冷剂封入有二氧化碳的制冷剂回路；其特征在于在由上述蒸发器冷却的被冷却空间的温度变冷的稳定运行状态下，上述压缩机起动后到上述蒸发器的出口温度与该蒸发器的入口温度的差达到1deg以内为止的时间在5分钟或5分钟以上到20分钟以内。
2.一种冷却装置的制冷剂封入量设定方法，该冷却装置以环状连接压缩机、气体冷却器、减压单元、及蒸发器等，并具有作为制冷剂封入有二氧化碳的制冷剂回路；其特征在于在由上述蒸发器冷却的被冷却空间的温度变冷的稳定运行状态下，按在上述压缩机起动后5分钟或5分钟以上到20分钟以内上述蒸发器的出口温度与该蒸发器的入口温度的差达到1deg以内的量来设定上述制冷剂的封入量。
3.根据权利要求1或2所述的冷却装置或其制冷剂封入量设定方法，其特征在于上述压缩机具有第1压缩要素和对已由该第1压缩要素压缩的制冷剂进行压缩后将其排出的第2压缩要素，上述减压单元为毛细管，具有冷却从第1压缩要素排出的制冷剂的中间冷却回路和使从上述气体冷却器出来的制冷剂与从上述蒸发器出来的制冷剂进行热交换的内部热交换器。
全文摘要
提供了一种冷却装置及冷却装置的制冷剂封入量设定方法。冷却装置(110)以环状连接压缩机(10)、气体冷却器(40)、作为减压单元的毛细管(58)、及蒸发器(92)等，具有作为制冷剂封入二氧化碳的制冷剂回路；其中在由蒸发器(92)冷却的被冷却空间的温度变冷的稳定运行状态下，压缩机起动后到蒸发器(92)的出口温度与该蒸发器(92)的入口温度的差达到1deg以内的时间在5分钟或5分钟以上到20分钟以内。这样，可在避免高压侧压力的异常上升的同时改善冷却能力。
文档编号F25B49/02GK1573265SQ200410028258
公开日2005年2月2日 申请日期2004年3月10日 优先权日2003年6月4日
发明者山崎晴久, 松本兼三, 石垣茂弥, 山中正司, 山口贤太郎 申请人:三洋电机株式会社