冷冻装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用级联冷凝器(8)连接高温侧循环回路(a)和低温侧循环回路(b)而成的冷冻装置，在低温侧循环回路(b)中，使通过连接冷却单元(13)和其他的回路部分的液体配管(15)的制冷剂的状态通过低温侧第二流量调整阀(14)成为气液两相，并且，在低温侧压缩机(5)的吸入侧，经由罐用电磁阀(17)设置了膨胀罐(18)。
【专利说明】冷冻装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及冷冻装置。
【背景技术】
[0002]以往，存在用级联冷凝器连接了低温侧制冷剂循环的低温侧循环回路和高温侧制冷剂循环的高温侧循环回路的冷冻装置。在这种冷冻装置中，当低温侧循环回路的低温侧压缩机停止，制冷剂会升温直到接近室外空气温度而气化，所以低温侧循环回路内的压力上升。因此，当低温侧压缩机长时间停止，低温侧循环回路内的压力会达到设计压力(许用压力)，从而进行因异常停止、安全阀的工作而导致的制冷剂的放出等。
[0003]因此，存在具备膨胀罐、以便即使低温侧压缩机长时间停止、低温侧循环回路内的压力也不会超过设计压力的冷冻装置(例如，参考专利文献I)。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-190917号(第14页，第I图)
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]在专利文献I中，通过具备膨胀罐，长时间停止时能够使低温侧循环回路内的压力不会超过设计压力。但是，为了抑制低温侧循环回路内的压力上升，需要确保膨胀罐的容量足够(在专利文献I中，为除了膨胀罐以外的低温侧循环回路的内容积的10倍左右的容量)，存在导致成本上升的问题。
[0009]作为逆向思维，若提高设计压力则能够减小膨胀罐的容量，从而能够降低膨胀罐自身的成本。但是，由于提高设计压力需要提高低温侧循环回路的其他的构造部分的耐压强度，所以结局，成本上升。因此，对于实现成本的降低，降低设计压力是有效的，但为了降低设计压力，如上所述的膨胀罐的大型化不可避免。这样，存在设计压力的抑制和成本降低难以并存的问题。
[0010]本发明是为了解决上述课题而作出的，其目的在于提供能够使低温侧循环回路的设计压力的抑制和成本降低并存的冷冻装置。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]本发明的冷冻装置具备:高温侧循环回路，所述高温侧循环回路具有高温侧压缩机、高温侧冷凝器、高温侧膨胀阀和级联热交换器的高温侧蒸发器，供高温侧制冷剂循环；低温侧循环回路，所述低温侧循环回路是将具有低温侧压缩机、所述级联热交换器的低温侧冷凝器和储液器的低温侧热源回路、以及第一流量调整阀和低温侧蒸发器串联连接而构成的冷却单元，由供制冷剂从所述低温侧热源回路向所述冷却单元流动的液体配管、和供制冷剂从所述冷却单元向所述低温侧热源回路流动的气体配管连结而构成的，供低温侧制冷剂循环；第二流量调整阀，所述第二流量调整阀设置在所述储液器的出口，用于使通过所述储液器后的制冷剂减压而成为气液两相在所述液体配管流动；以及膨胀罐，所述膨胀罐在所述低温侧循环回路中经由罐用电磁阀与所述低温侧压缩机的吸入侧连接，用于抑制运转停止中的所述低温侧循环回路内的压力上升。
[0013]发明的效果
[0014]根据本发明，通过由第二流量调整阀使液体配管内的制冷剂状态成为气液两相，可以得到如下的冷冻装置，即能够减小在将低温侧循环回路的设计压力抑制得较低时通常需要大型化的膨胀罐的容量、使低温侧循环回路的设计压力的抑制和成本降低能够并存。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的实施方式I的冷冻装置的制冷剂回路图。
[0016]图2是表示图1的冷冻装置的低温侧循环回路的动作的压力-焓线图。
[0017]图3是表示本发明的实施方式I的冷冻装置的回路内容积与回路内压力的关系的线图。
[0018]图4是表示本发明的实施方式I的冷冻装置的低温侧压缩机的长时间停止后的起动时的动作的流程图。
[0019]图5是表示本发明的实施方式I的冷冻装置的低温侧压缩机的温度传感器关闭(寸一?才7 )后的起动时的动作的流程图。
[0020]图6是表示本发明的实施方式2的冷冻装置的结构的图。
[0021]图7是表示图6的冷冻装置的动作的压力-焓线图。
[0022]图8是表示本发明的实施方式2的冷冻装置的两级式压缩机的长时间停止后的起动时的动作的流程图。
[0023]图9是表示本发明的实施方式2的冷冻装置的两级式压缩机的温度传感器关闭后的起动时的动作的流程图。
【具体实施方式】
[0024]实施方式I
[0025]图1是本发明的实施方式I的冷冻装置的制冷剂回路图。
[0026]冷冻装置是进行二元制冷循环的冷冻装置，具备高温侧循环回路a和低温侧循环回路b。高温侧循环回路a由高温侧压缩机1、高温侧冷凝器2、高温侧膨胀阀3和高温侧蒸发器4串联连接而构成。
[0027]低温侧循环回路b由低温侧压缩机5、辅助冷凝器6、低温侧冷凝器7、储液器9和冷却单元13串联连接而构成。本发明的低温侧热源回路至少具备低温侧压缩机5、低温侧冷凝器7和储液器9而构成。
[0028]冷却单元13由液体电磁阀10、低温侧第一流量调整阀11和低温侧蒸发器12串联连接而构成，使用于例如展示柜、单元冷却器。低温侧第一流量调整阀11由温度式自动膨胀阀或电子式膨胀阀构成。冷却单元13与低温侧循环回路b的其他回路部分由液体配管15和气体配管16连接。在设置冷却单元13的现场调整液体配管15和气体配管16的长度。
[0029]在低温侧循环回路b中，在储液器9的出口设置调整液体配管15的制冷剂状态的低温侧第二流量调整阀14。低温侧第二流量调整阀14由例如电子式膨胀阀构成。
[0030]另外，在低温侧循环回路b中，在低温侧压缩机5的吸入侧经由通电时变为关闭的罐用电磁阀17连接膨胀罐18。膨胀罐18是用于抑制运转停止时的低温侧循环回路b的压力上升的罐，用于使得即使低温侧循环回路b的制冷剂完全气化，其压力也不会超过设计压力(许用压力)。
[0031]另外，在低温侧压缩机5的排出侧，设置低温侧高压压力传感器19，在低温侧压缩机5的吸入侧，设置低温侧低压压力传感器20。
[0032]高温侧循环回路a和低温侧循环回路b共同具备级联冷凝器8，级联冷凝器8由高温侧蒸发器4和低温侧冷凝器7构成。级联冷凝器8是例如板式热交换器，进行在高温侦_环回路a中循环的高温侧制冷剂和在低温侦_环回路b中循环的低温侧制冷剂的热交换。
[0033]因为在低温侧循环回路b中具有液体配管15、气体配管16，填充到内部的制冷剂量变得比较多，另外，也担忧向外部泄漏，所以在冷冻装置中使用的制冷剂使用全球变暖潜能值(GWP)为I的CO2制冷剂。另一方面，高温侧循环回路a由于回路整体的配管长度比较小，所以填充到内部的制冷剂量少，另外，由于是闭合的闭回路，所以使用GWP比CO2大但仍比较小的制冷剂(例如R410A、R134a、R32、HFO制冷剂)。
[0034]在冷冻装置中还设置控制冷冻装置整体的控制装置50。控制装置50由微型计算机构成，具备CPU、RAM和ROM等。控制装置50被输入来自低温侧高压压力传感器19和低温侧低压压力传感器20的检测信号，根据该检测信号控制罐用电磁阀17，或根据来自未图示的其他各种传感器的输出，控制低温侧压缩机5、液体电磁阀10、低温侧第一流量调整阀11、高温侧压缩机1、高温侧膨胀阀3等。
[0035]图2是表示图1的冷冻装置的低温侧循环回路b的动作的压力-焓线图。图2中的A?E表示图1的A?E所示的各配管位置处的制冷剂状态,A点表示低温侧压缩机5的排出、B点表不低温侧冷凝器7的出口、C点表不液体配管15内、D点表不低温侧蒸发器12的入口、E点表示低温侧压缩机5的吸入的状态。以下，参考图1和图2说明冷冻装置的低温侧循环回路b的动作。
[0036]低温侧压缩机5的吸入制冷剂被压缩而变成高温高压的气体制冷剂(A点)。该高温高压的气体制冷剂，在辅助冷凝器6 (通过鼓风机(未图示)空冷)被室外空气空冷而放热。这样通过使高温高压的气体制冷剂通过辅助冷凝器6，能够减少在级联冷凝器8的热交换处理。
[0037]通过了辅助冷凝器6的制冷剂，流入级联冷凝器8的低温侧冷凝器7，与高温侧制冷剂进行热交换而冷凝液化，变成高压液体制冷剂(B点)。该液体制冷剂通过储液器9，由低温侧第二流量调整阀14减压，变成中压的气液两相制冷剂(C点)，经由液体配管15流入冷却单元13。
[0038]流入了冷却单元13的制冷剂，通过被打开的液体电磁阀10，由低温侧第一流量调整阀11进一步减压(D点)，其后，流入低温侧蒸发器12。流入了低温侧蒸发器12的制冷齐U，与展示柜内的空气进行热交换而冷却展示柜内，在此再次变成低压气体状态(E点)。然后，低压气体状态的制冷剂经由气体配管16，再次被吸入到低温侧压缩机5。
[0039]此外，在高温侧循环回路a中，从高温侧压缩机I流出的高温高压的制冷剂，在高温侧冷凝器2放热。然后，从高温侧冷凝器2流出的制冷剂，由高温侧膨胀阀3减压。由高温侧膨胀阀3减压了的制冷剂，流入级联冷凝器8的高温侧蒸发器4，与低温侧制冷剂进行热交换，蒸发而变成低压气体制冷剂，再次被吸入到高温侧压缩机I。
[0040]下面，说明膨胀罐18的作用和必要容量。首先，说明冷冻装置的长时间停止时的低温侦_环回路b的状态。
[0041]在长时间停止低温侧循环回路b的情况(低温侧压缩机5不运转的情况)下，假如不停止而继续高温侧循环回路a的高温侧压缩机I侧的运转，由于级联冷凝器8被冷却，所以能够抑制低温侧循环回路b内的压力上升。但是，由于在长时间停止(或温度传感器关闭)低温侧压缩机5的情况下运转高温侧循环回路a的高温侧压缩机I偏离了降低展示柜的温度这一冷冻装置本来的目的，所以可以说是无用的运转，不可取。
[0042]另一方面，若低温侧压缩机5停止时高温侧压缩机I也不运转，则最坏情况，低温侧循环回路b的压力上升到相当于室外空气(环境温度)的压力。在低温侧循环回路b中使用的CO2制冷剂是，在大气压下的沸点为-78.5°C的沸点低的制冷剂。因此，若室外空气温度为例如常温的25°C左右，则CO2制冷剂在低温侧循环回路b内气化，低温侧循环回路b内的压力上升。
[0043]因此，在低温侧循环回路b，设置比热交换器、储液器9容量大的膨胀罐18，以便即使低温侧蒸发回路内存在的制冷剂蒸发而气化、低温侧循环回路b内的压力也不会升高。膨胀罐18的大小设计成运转停止中的低温侧循环回路b内的压力不会超过设计压力。
[0044]在本发明中，以低温侧循环回路b的设计压力的降低为目的，在此，以环境温度是46°C、将低温侧循环回路b的设计压力抑制在与采用了 R410A作为制冷剂的情况等同的4.15Mpa为目的进行以下的说明。
[0045]首先，说明在将低温侧循环回路b的设计压力抑制在4.15Mpa时，根据连接冷却单元13和级联冷凝器8的液体配管15内的制冷剂状态的不同，膨胀罐18的必要容量不同这一点。
[0046]图3是表示本发明的实施方式I的冷冻装置的回路内容积和回路内压力的关系的线图。图3的横轴是除了膨胀罐18以外的低温侧循环回路b内的回路内容积。纵轴是运转停止中的低温侧循环回路b内的压力。图3的例子是在低温侧循环回路b使用CO2制冷齐U，以低温侧压缩机5的额定输出是约10马力左右、液体配管15和气体配管16各自的长度是70m、环境温度是46°C来计算的例子。
[0047]另外，低温侧蒸发器12，作为展示柜，以连接6台8尺的展示柜和2台6尺的展示柜来进行计算。展示柜的内容积合计约72升。在图3中，三角(▲)表示液体配管15的内部被液体充满了的状态的情况下的、低温侧循环回路b内的回路内容积和回路内压力的关系。在图3中，菱形(?)表示使液体配管15的内部的制冷剂状态为气液两相状态(特别是干度为0.1?0.2的状态)的情况下的、低温侧循环回路b内的回路内容积和回路内压力的关系。
[0048]由图3可知，除膨胀罐18以外的低温侧循环回路b内的回路内容积越大，就能够将运转停止中的低温侧循环回路b内的压力抑制得越低。另外可知，液体配管15内，与被制冷剂状态为液体的制冷剂充满相比，在是制冷剂状态为气液两相的制冷剂的情况下，必要的回路内容积少就可以。
[0049]在此，低温侧压缩机5、辅助冷凝器6、低温侧冷凝器7、储液器9 (在10马力级别下约40升)、液体配管15 (70m)、气体配管16 (70m)和低温侧蒸发器12 (8台展示柜约72升)的内容积合计约160升。
[0050]当环境温度是46°C、将低温侧循环回路b的设计压力抑制在与采用了 R410A作为制冷剂的情况等同的4.15Mpa时，在液体配管15内被液体充满的情况下，根据图3，内容积约400升。此外，液体配管15被液体制冷剂充满的情况下的低温侧循环回路b的制冷剂量为约30kg。为了在冷冻装置内保持上述的400升，需要400升和合计内容积的160的差、即240升的膨胀罐18。S卩，若为外形270mm(壁厚8mm)且约1500mm长度的罐，则需要3个。但是，若具备3个罐，则冷冻装置自身变大，并且膨胀罐18自身的成本升高。
[0051]与此相对，在液体配管15内的制冷剂状态为气液两相的情况下，将低温侧循环回路b的设计压力抑制在4.15Mpa时，需要的回路内容积根据图3能够减少到300升。因此，能够将膨胀罐18的容量减少到300升和160升的差值、S卩140升。因此，能够实现膨胀罐18的小型化，与液体配管15内被液体制冷剂充满的情况相比，能够降低成本。
[0052]液体配管15内的制冷剂状态是气液两相状态的情况下，在液体配管15内，液体制冷剂和气体制冷剂具有相对速度地流动。可知，液体配管15内的制冷剂是干度从0.1到0.2左右的气液两相状态的情况下，液体配管15截面的液相和气相所占的比例为各自0.5左右。S卩，在干度为从0.1到0.2左右的气液两相状态的制冷剂流动的液体配管15内的平均密度，是完全的液体状态的一半程度，因此，气液两相状态的制冷剂流动的液体配管15内的必要制冷剂量是液体状态的一半程度。
[0053]此情况下，液体配管15的内部的制冷剂量减半，低温侧循环回路b内的制冷剂量为约26kg。这样，由于制冷剂量减少，所以能够减少在如上所述将低温侧循环回路b内的设计压力抑制在4.15Mpa的情况下的膨胀罐18的容量。
[0054]综上所述，通过使在液体配管15内流动的制冷剂状态为气液两相，能够减小在将低温侧循环回路b的设计压力抑制在4.15Mpa时倾向于大型化的膨胀罐18的容量。为了使在液体配管15内流动的制冷剂状态为气液两相，可以控制低温侧第二流量调整阀14，低温侧第二流量调整阀14的开度被调整成在低温侧压缩机5起动期间(起动时、正常运转时)，液体配管15内变成气液两相。
[0055]此外，在上述的计算中，虽然以环境温度上升到约46°C算出上述膨胀罐18的容量，但若为通常的室外空气温度，例如32°C左右，则能够进一步削减膨胀罐18的容量。
[0056]作为减小膨胀罐18的容量的方法，还有以下方法。由于CO2制冷剂与HFC制冷剂相比压力损失少，所以气体配管16的配管直径能够比使用HFC制冷剂时细。例如用R410A在相当于10马力下气体配管16直径为Φ31.75mm，与之相比，用CO2制冷剂能够为例如Φ 19.05mm。但是，为了确保配管内容积，若为HFC制冷剂的配管直径(Φ 19.05mm— Φ31.75mm)，则延长配管为70m，内容积增加约40升。因此，能够将膨胀罐18的内容积进一步从140升减少到100升。
[0057]另外，在使低温侧循环回路b的设计压力高于上述的4.15Mpa,例如为8.5Mpa的情况下，在板翅管式的低温侧蒸发器12的内部贯通的铜配管(细管)的规格例如为Φ9.52mm(壁厚0.8mm)左右，高成本化。但是，若将低温侧循环回路b的设计压力抑制在4.15Mpa，则低温侧蒸发器12的细管的规格为Φ9.52_(壁厚0.35mm)左右，仅材料成本就会减半。
[0058]另外，若将低温侧循环回路b的设计压力抑制在4.15Mpa左右，则对于低温侧压缩机5、辅助冷凝器6、级联冷凝器8、储液器9、液体配管15、气体配管16、膨胀罐18，都能够减小壁厚。即，能够低成本化。
[0059]下面，说明冷冻装置的长时间停止时的动作。
[0060]在低温侧压缩机5长时间停止(指例如由于连休、年末年初等停止2?3日的情况等，预先设定的时间以上的停止)的情况下，如上所述，低温侧循环回路b内的压力逐渐上升。控制装置50，在运转停止中也根据来自低温侧高压压力传感器19和低温侧低压压力传感器20的检测信号，检查低温侧循环回路b内的压力，当低温侧循环回路b内的压力超过低于设计压力(例如4.15Mpa)的规定压力(例如4Mpa)时，开启罐用电磁阀17，将低温侧循环回路b内的制冷剂回收到膨胀罐18。由此，能够防止低温侧循环回路b内的压力超过设计压力。
[0061]另外，由于在冷冻装置的运转中，低温侧压缩机5的低温侧蒸发器12会起霜，所以进行用于除去霜的除霜。除霜是由设置在低温侧蒸发器12的加热器(未图示)进行的，在除霜期间，低温侧压缩机5停止。因此，在除霜期间，低温侧循环回路b内的压力也逐渐上升。
[0062]此外，低温侧压缩机5停止的时机，在上述的除霜期间之外，还有展示柜内的温度相比设定温度下降规定值而温度传感器关闭的情况等。这样，低温侧压缩机5被停止的时机不同，其停止时间也不同。即，有除霜中、几天时间、运转被停止的长时间的情况，也有温度传感器关闭期间的短时间的情况。
[0063]若停止期间为短时间，其间即使低温侧压缩机5停止，低温侧循环回路b内的压力也不会上升那么多。但是，若停止期间为长时间，通过使膨胀罐18与低温侧循环回路b连通，如上所述，低温侧循环回路b内的压力虽不会超过设计压力，但可能会上升到接近于设计压力的压力。这样，运转停止后的低温侧压缩机5起动时的、低温侧循环回路b内的压力，会根据是温度传感器关闭后的起动还是长时间停止后的起动而不同。
[0064]下面，说明这些低温侧压缩机停止后的起动时的低温侧循环回路b的制冷剂状态。
[0065]长时间停止后的起动时，如上所述，压力有上升到接近设计压力的压力的可能性。在上述的专利文献I中，考虑到若以该状态起动低温侧压缩机5会超过设计压力，设置成首先起动高温侧压缩机1，经过规定时间后起动低温侧压缩机5。因此，长时间停止后的起动时，与同时起动低温侧压缩机5和高温侧压缩机I两者的情况相比，降温速度(使运转停止中温度上升了的展示柜内的温度下降低到设定温度的下降速度)变慢。
[0066]但是，在本实施方式I中，长时间停止后的起动时，能够同时起动低温侧压缩机5和高温侧压缩机I这两者，从而能够加快降温速度。以下，对该点进行说明。
[0067](长时间停止后的起动)
[0068]图4是表示本发明实施方式I的冷冻装置的低温侧压缩机5的长时间停止后的起动时的动作的流程图。以下，参考图4，说明冷冻装置的低温侧压缩机5的长时间停止后的起动时的动作。
[0069]长时间停止后的起动时，首先，控制装置50起动低温侧压缩机5和高温侧压缩机I这两者(SI)。然后，控制装置50检查低温侧高压压力传感器19或低温侧低压压力传感器20的检测压力是否超过许用压力以下的规定压力(在此为4Mpa) (S2)。控制装置50判断为检测压力超过规定压力的情况下，开启罐用电磁阀17(S3)。由此，膨胀罐18内的制冷齐IJ被回收到低温侦_环回路b内。然后，当经过规定时间(34)，关闭罐用电磁阀17 65)，结束起动时的动作。其后，进行将展示柜内维持在设定温度的正常运转。
[0070]此外，步骤S4中的规定时间，被设定为达到用于使展示柜内的温度为正常运转时的设定温度的目标蒸发温度之前所需要的时间(例如2?3分钟)。此外，也可以将步骤S4的判断的指标换成由低温侧低压压力传感器20检测出的低压压力，代替规定时间。总之，只要是能够判断能够从膨胀罐18内回收为了使低温侧蒸发器12的蒸发温度为目标蒸发温度所需要的制冷剂量的指标即可。
[0071]在以低压压力为指标的情况下，判断由低温侧低压压力传感器20检测出的低压压力是否降低到与目标蒸发温度对应的目标压力，若达到目标压力，则可以关闭罐用电磁阀17。由于如上所述进行控制，即使在长时间停止后的起动时同时起动低温侧压缩机5和高温侧压缩机I这两者，低温侧循环回路b内的压力也不会超过设计压力。
[0072]另一方面，控制装置50在步骤S2判断为检测压力未超过规定压力的情况下，关闭罐用电磁阀17(S5)，结束起动时的动作。其后，进行将展示柜内维持在设定温度的正常运转。
[0073](温度传感器关闭后的起动(温度传感器打开))
[0074]图5是表示本发明的实施方式I的冷冻装置的低温侧压缩机5的温度传感器关闭后的起动时的动作的流程图。以下，参考图5，说明温度传感器关闭后的起动时的动作。此夕卜，温度传感器关闭中，罐用电磁阀17关闭。
[0075]温度传感器关闭后的起动、即温度传感器打开时，首先，控制装置50起动低温侧压缩机5和高温侧压缩机I这两者(Sll)。因为低温侧压缩机5由于温度传感器关闭而停止的期间是数分钟程度的短期间，所以其间的低温侧循环回路b的压力上升很少，处于与设计压力相比足够低的状态。
[0076]另外，由于温度传感器关闭期间低温侧压缩机5的运转是停止的，所以展示柜内的温度逐渐上升。在此情况下，需要降低低温侧蒸发器12的蒸发温度而提高冷却能力，使展示柜内的温度降低到设定温度。
[0077]因此，控制装置50开启罐用电磁阀17(S12)，将膨胀罐18内的制冷剂回收到低温侧循环回路b内，降低低温侧循环回路b的蒸发温度。然后，当经过规定时间(S13)，关闭罐用电磁阀17 (S14)，结束起动时的动作。其后，进行将展示柜内维持在设定温度的正常运转。此外，步骤S13中的规定时间，被设定为为了使蒸发温度为目标蒸发温度所需要的时间(例如2?3分钟)。此外，也可以将步骤S13的判断的指标换成由低温侧低压压力传感器20检测出的低压压力，代替规定时间。总之，只要是能够判断能够从膨胀罐18内回收为了使低压侧蒸发器12的蒸发温度为目标蒸发温度所需要的制冷剂量的指标即可。
[0078]以低压压力为指标的情况下，判断由低温侧低压压力传感器20检测出的低压压力是否降低到与目标蒸发温度对应的目标压力，若达到目标压力，则可以关闭罐用电磁阀17。
[0079]此外，考虑万一停电而长时间停止的情况，罐用电磁阀17可以选定为通电时关闭的电磁阀。由此，由于停电时罐用电磁阀17变成开启的状态，在低温侧循环回路b内的压力上升了时，能够将低温侧循环回路b内的制冷剂回收到膨胀罐18，从而能够防止低温侧循环回路b内的压力超过设计压力。停电恢复后再起动时，将罐用电磁阀17开启规定时间(例如2?3分钟)，制冷剂回收到低温侧循环回路b内后，关闭罐用电磁阀17。
[0080]如以上说明，根据本实施方式1，通过设置膨胀罐18，并且设置罐用电磁阀17，以使液体配管15内的制冷剂状态变成气液两相，可以得到以下效果。即，能够实现:作为低温侧循环回路b的工作制冷剂，采用例如CO2等低GWP、且与HFC制冷剂相比需要提高设计压力的制冷剂，此外在将设计压力抑制低到在与采用HFC制冷剂的情况等同的例如4.15Mpa左右时通常需要大型化的膨胀罐18的容量的减小。由此，能够以低成本构成虽然采用CO2制冷剂但能够将设计压力抑制得较低的冷冻装置，从而能够实现设计压力的抑制和成本降低的并存。
[0081]另外，由于能够使用具有通用性的HFC制冷剂所使用的材料而构成低温侧循环回路b的构成构件等，所以能够使用能够对应全球变暖的CO2制冷剂，大幅抑制来自HFC制冷剂机型的成本上升。此外，低温侧循环回路b的构成构件等是指低温侧压缩机5、辅助冷凝器6、级联冷凝器8、储液器9、低温侧蒸发器12 (展示柜、单元冷却器)、现场连接的液体配管15、气体配管16和膨胀罐18。
[0082]另外，能够使膨胀罐18为储液器9的3倍左右的大小，也能够提高安装性。
[0083]若使气体配管16的配管直径接近HFC制冷剂的配管直径，则能够将膨胀罐18的容量进一步减小到储液器9的2倍左右的容量。
[0084]另外，在低温侧压缩机5起动时(长时间停止后的起动时)，在低温侧循环回路b的压力超过低于设计压力的规定压力的情况下，开启罐用电磁阀17，以将低温侧循环回路b内的制冷剂回收到膨胀罐18。因此，在低温侧循环回路b起动时，不需要为了抑制低温侧循环回路b的压力上升而先运转高温侧循环回路a的高温侧压缩机1，能够避免无用的运转。
[0085]另外，不需要为了在低温侧压缩机5起动时使低温侧循环回路b内的压力不会超过设计压力而先起动高温侧压缩机I后再使低温侧压缩机5晚一步起动的控制，能够同时起动高温侧压缩机I和低温侧压缩机5。因此，能够加快降温速度。
[0086]另外，由于使罐用电磁阀17为通电时关闭的电磁阀，所以也能够进行万一停电时的对应(防止低温侧循环回路b的压力上升)。
[0087]另外，以往一般来说，低温侧压缩机5长时间停止时低温侧循环回路b的压力超过设计压力的情况下，如上所述，开放安全阀，以将低温侧循环回路b内的制冷剂放出到外部。在此情况下，会出现需要补充制冷剂等不便。但是，在本实施方式中，由于即使长时间停止，低温侧循环回路b的压力也不会超过设计压力，所以能够消除不便。
[0088]实施方式2
[0089]在上述实施方式I中，说明了进行二元制冷循环的冷冻装置，而在实施方式2中，说明使用了两级式压缩机31的冷冻装置。
[0090]在使用了两级式压缩机31的冷冻装置中，也和实施方式I 一样，通过使液体配管41内的制冷剂状态为气液两相，削减后述的循环回路c的制冷剂量，从而能够减小膨胀罐44的容量。
[0091]图6是表示本发明的实施方式2的冷冻装置的结构的图。
[0092]冷冻装置具备:用制冷剂配管依次连接具备低级侧压缩机31a及高级侧压缩机31b的两级式压缩机31、气体冷却器32、中间冷却器33和冷却单元37而成的循环回路C。本发明的热源回路是具备两级式压缩机31、气体冷却器32和中间冷却器33而构成的。
[0093]冷却单元37由液体电磁阀34、第一流量调整阀35和蒸发器36串联连接而构成，使用于例如展示柜、单元冷却器。冷却单元37与循环回路c的其他制冷剂回路部分由液体配管41和气体配管42连接。在设置冷却单元37的现场调整液体配管41和气体配管42的长度。
[0094]另外，在循环回路c设置调整液体配管41的制冷剂状态的第二流量调整阀40。第二流量调整阀40是由例如电子式膨胀阀构成的。
[0095]另外，在循环回路c中，在低级侧压缩机31a的吸入侧经由通电关闭的罐用电磁阀43连接膨胀罐44。膨胀罐44是用于抑制运转停止时的循环回路c的压力上升的罐，用于使得循环回路c的制冷剂即使完全气化，其压力也不会超过设计压力(许用压力)。
[0096]另外，冷冻装置具备:使从气体冷却器32和中间冷却器33之间分支了的制冷剂流入中间冷却器33的分支管45 ;以及设置在分支管45的中间冷却用流量调整阀46。另外，还具备将低级侧压缩机31a的排出侧和高级侧压缩机31b的吸入侧与中间冷却器33连接的连接回路47。用中间冷却器33，使由中间冷却用流量调整阀46减压了的制冷剂与从低级侧压缩机31a排出的制冷剂进行热交换，并且，使这两种制冷剂和从气体冷却器32流出并且未经由中间冷却用流量调整阀46而直接流入的制冷剂进行热交换。
[0097]在本实施方式2中，作为使用于冷冻装置的制冷剂，例如假定为CO2制冷剂。
[0098]另外，在低级侧压缩机31a的排出侧设置高压压力传感器48，在低级侧压缩机31a的吸入侧设置低压压力传感器49。
[0099]在冷冻装置中还设置控制冷冻装置整体的控制装置60。控制装置60由微型计算机构成，具备CPU、RAM和ROM等。控制装置60被输入来自高压压力传感器48和低压压力传感器49的检测信号，根据该检测信号控制罐用电磁阀43，或根据来自未图示的其他各种传感器的输出，控制两级式压缩机31、液体电磁阀34、第一流量调整阀35、中间冷却用流量调整阀46等。
[0100]图7是表示图6的冷冻装置的动作的压力-焓线图。图7中的F?N表示图6的F?N所示的各配管位置处的制冷剂状态。以下，参考图6和图7说明冷冻装置的动作。
[0101]从两级式压缩机31的高级侧压缩机31b排出的高温高压的排出气体(F点)，由气体冷却器32冷却而变成少许过冷的状态(G点)。然后，该过冷的制冷剂被分支，分支后的制冷剂中大部分的制冷剂(主制冷剂)，与由设置在分支管45的中间冷却用流量调整阀46减压到中间压力(M点)的剩余制冷剂(中间冷却器用制冷剂)，在中间冷却器33进行热交换，变成进一步增加了过冷的状态(H点)。然后，由中间冷却器33冷却了的主制冷剂，由第二流量调整阀40减压，变成气液两相制冷剂(I点)，经由液体配管41流入冷却单元37。
[0102]流入了冷却单元37的制冷剂，通过被打开的液体电磁阀34，由第一流量调整阀35进一步减压(J点)，其后，流入蒸发器36。流入了蒸发器36的制冷剂，与展示柜内的空气进行热交换而冷却展示柜内，在此再次变成低压气体状态(K点)。然后，低压气体状态的制冷剂经由气体配管42，再次被吸入到两级式压缩机31的低级侧压缩机31a，被压缩到中间压力(L)。由低级侧压缩机31a压缩到中间压力的制冷剂流入中间冷却器33。
[0103]在中间冷却器33，如上所述，除了从低级侧压缩机31a排出的制冷剂以外，还有被减压到中间压力(M点)的中间冷却器用制冷剂流入。通过该中间冷却器用制冷剂的蒸发，除去从低级侧压缩机31a排出并流入中间冷却器33的过热蒸气的过热，同时，增大朝向第一流量调整阀35流动的高压的主制冷剂的过冷度。
[0104]中间冷却器33处于制冷剂液体和蒸气并存的状态，而从低级侧压缩机31a流入中间冷却器33的制冷剂，被冷却而变成接近于干度饱和蒸气的蒸气，被吸入高级侧压缩机31b而被压缩(F点)，并被排出。
[0105]以下，说明长时间停止后的起动时的动作以及温度传感器关闭后的起动时的动作。这些起动时的罐用电磁阀43的控制与实施方式I基本相同。
[0106](长时间停止后的起动)
[0107]图8是表示本发明实施方式2的冷冻装置的两级式压缩机的长时间停止后的起动时的动作的流程图。以下，参考图8，说明冷冻装置的两级式压缩机31的长时间停止后的起动时的罐用电磁阀43的动作。
[0108]长时间停止后的起动时，首先，控制装置60起动两级式压缩机31 (S21)。然后，控制装置60检查高压压力传感器48或低压压力传感器49的检测压力是否超过许用压力以下的规定压力(在此为4Mpa) (S22)。控制装置60判断为检测压力超过规定压力的情况下，开启罐用电磁阀43 (S23)。由此，膨胀罐44内的制冷剂被回收到循环回路c内。然后，当经过规定时间(S24)，关闭罐用电磁阀43 (S25)，结束起动时的动作。其后，进行将展示柜内维持在设定温度的正常运转。
[0109]此外，步骤S24中的规定时间，被设定为直到蒸发温度达到为了使展示柜内的温度为正常运转时的设定温度的目标蒸发温度所需要的时间(例如2?3分钟)。此外，也可以将步骤S24的判断的指标换成由低压压力传感器49检测出的低压压力，代替规定时间。在此情况下，判断低压压力是否降低到与目标蒸发温度对应的目标压力，若达到目标压力，则关闭罐用电磁阀43即可。
[0110]另一方面，控制装置60判断为检测压力未超过规定压力的情况下，关闭罐用电磁阀43 (S25)，结束起动时的动作。其后，进行将展示柜内维持在设定温度的正常运转。
[0111](温度传感器关闭后的起动(温度传感器打开))
[0112]图9是表示本发明的实施方式2的冷冻装置的两级式压缩机的温度传感器关闭后的起动时的动作的流程图。以下，参考图9，说明温度传感器关闭后的起动时的动作。此外，温度传感器关闭中，罐用电磁阀43关闭。
[0113]温度传感器关闭后的起动、即温度传感器打开时，首先，控制装置60起动两级式压缩机31 (S31)。因为两级式压缩机31由于温度传感器关闭而停止的期间是数十分钟程度的短期间，所以其间的循环回路c的压力上升很少，处于与设计压力相比足够低的状态。
[0114]另外，温度传感器关闭的期间，展示柜内的温度逐渐上升。在此情况下，需要降低蒸发器36的蒸发温度而提高冷却能力，使展示柜内的温度降低到设定温度。
[0115]因此，控制装置60开启罐用电磁阀43(S32)，将膨胀罐44内的制冷剂回收到循环回路c内，降低循环回路c的蒸发温度。然后，当经过规定时间(S33)，关闭罐用电磁阀43 (S34)，结束起动时的动作。其后，进行将展示柜内维持在设定温度的正常运转。此外，步骤S33中的规定时间，被设定为为了使蒸发温度为目标蒸发温度所需要的时间(例如2?3分钟)。此外，也可以将步骤S33的判断的指标换成由低压压力传感器49检测出的低压压力，代替规定时间。在此情况下，判断低压压力是否降低到与目标蒸发温度对应的目标压力，若达到目标压力，则可以关闭罐用电磁阀43。
[0116]此外，考虑万一停电而长时间停止的情况，罐用电磁阀43可以选定为通电时关闭的电磁阀。由此，由于停电时罐用电磁阀43变成开启的状态，所以在循环回路c内的压力上升了时，能够将循环回路c内的制冷剂回收到膨胀罐44，从而能够防止循环回路c内的压力超过设计压力。停电恢复后再起动时，将罐用电磁阀43开启规定时间(例如2?3分钟)，制冷剂回收到循环回路c内后，关闭罐用电磁阀43。
[0117]如以上说明，根据本实施方式2，在具备两级式压缩机31的冷冻装置中采用CO2制冷剂的情况下，也能够得到与实施方式I 一样的作用效果。
[0118]附图标记说明
[0119]I高温侧压缩机，2高温侧冷凝器，4高温侧蒸发器，5低温侧压缩机，6辅助冷凝器，7低温侧冷凝器，8级联冷凝器，9储液器，10液体电磁阀，11第一流量调整阀，12低温侧蒸发器，13冷却单元，14低温侧第二流量调整阀，15液体配管，16气体配管，17罐用电磁阀，18膨胀罐，19低温侧高压压力传感器，20低温侧低压压力传感器，31两级式压缩机，31a低级侧压缩机，31b高级侧压缩机，32气体冷却器，33中间冷却器，34液体电磁阀，35第一流量调整阀，36蒸发器，37冷却单元，40第二流量调整阀，41液体配管，42气体配管，43罐用电磁阀，44膨胀罐，45分支管，46中间冷却用流量调整阀，47连接回路，48高压压力传感器，49低压压力传感器，50控制装置，60控制装置，a高温侧循环回路，b低温侧循环回路，c循环回路。
【权利要求】
1.一种冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置具备: 高温侧循环回路，所述高温侧循环回路具有高温侧压缩机、高温侧冷凝器、高温侧膨胀阀和级联热交换器的高温侧蒸发器，供高温侧制冷剂循环； 低温侧循环回路，所述低温侧循环回路是将具有低温侧压缩机、所述级联热交换器的低温侧冷凝器和储液器的低温侧热源回路、以及第一流量调整阀和低温侧蒸发器串联连接而构成的冷却单元，由供制冷剂从所述低温侧热源回路向所述冷却单元流动的液体配管、和供制冷剂从所述冷却单元向所述低温侧热源回路流动的气体配管连结而构成的，供低温侧制冷剂循环； 第二流量调整阀，所述第二流量调整阀设置在所述储液器的出口，用于使通过所述储液器后的制冷剂减压而成为气液两相在所述液体配管流动；以及 膨胀罐，所述膨胀罐在所述低温侧循环回路中经由罐用电磁阀与所述低温侧压缩机的吸入侧连接，用于抑制运转停止中的所述低温侧循环回路内的压力上升。
2.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置具备: 低温侧高压压力传感器，所述低温侧高压压力传感器检测所述低温侧压缩机的排出侧的压力； 低温侧低压压力传感器，所述低温侧低压压力传感器检测所述低温侧压缩机的吸入侧的压力；以及 控制装置，所述控制装置根据由所述低温侧高压压力传感器或所述低温侧低压压力传感器检测出的检测压力，进行所述罐用电磁阀的开关控制， 所述控制装置， 当运转停止中所述检测压力超过低于所述低温侧循环回路的设计压力的规定压力时，开启所述罐用电磁阀，以使所述低温侧循环回路内的制冷剂流到所述膨胀罐， 在冷冻装置起动时起动所述低温侧压缩机和所述高温侧压缩机这两者，并且该起动前的停止期间在预先设定的期间以上的情况下，检查所述检测压力是否超过所述规定压力，在超过的情况下，开启所述罐用电磁阀，将为了使所述低温侧蒸发器的蒸发温度为目标蒸发温度所需要的制冷剂量的、所述膨胀罐内的制冷剂回收到所述低温侧循环回路后，关闭所述罐用电磁阀，在所述检测压力未超过所述规定压力的情况下，关闭所述罐用电磁阀。
3.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置具备: 低温侧高压压力传感器，所述低温侧高压压力传感器检测所述低温侧压缩机的排出侧的压力； 低温侧低压压力传感器，所述低温侧低压压力传感器检测所述低温侧压缩机的吸入侧的压力；以及 控制装置，所述控制装置根据由所述低温侧高压压力传感器或所述低温侧低压压力传感器检测出的检测压力，进行所述罐用电磁阀的开关控制， 所述控制装置， 当运转停止中所述检测压力超过低于所述低温侧循环回路的设计压力的规定压力时，开启所述罐用电磁阀，以使所述低温侧循环回路内的制冷剂流到所述膨胀罐， 在冷冻装置起动时起动所述低温侧压缩机和所述高温侧压缩机这两者，并且，该起动是温度传感器关闭后的起动的情况下，开启所述罐用电磁阀，将为了使所述低温侧蒸发器的蒸发温度为目标蒸发温度所需要的制冷剂量的、所述膨胀罐内的制冷剂回收到所述低温侧循环回路后，关闭所述罐用电磁阀。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷冻装置，其特征在于， 所述罐用电磁阀是通电时关闭的电磁阀。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷冻装置，其特征在于， 使所述低温侧制冷剂为CO2制冷剂。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的冷冻装置，其特征在于， 所述低温侧制冷剂使用CO2制冷剂，使所述低温侧循环回路的所述气体配管的直径，与考虑在所述循环回路使用HFC制冷剂的情况下的压力损失而设定的直径等同。
7.—种冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置具备: 循环回路，所述循环回路是，将具有包括低级侧压缩机和高级侧压缩机的两级式压缩机、气体冷却器及中间冷却器的热源回路、以及第一流量调整阀和蒸发器串联连接而构成的冷却单元，由供制冷剂从所述热源回路向所述冷却单元流动的液体配管和供制冷剂从所述冷却单元向所述热源回路流动的气体配管连结而构成的，供CO2制冷剂循环； 分支管，所述分支管使从所述气体冷却器和所述中间冷却器之间分支出的制冷剂流入所述中间冷却器； 中间冷却用流量调整阀，所述中间冷却用流量调整阀设置在所述分支管上； 连接回路，所述连接回路使所述低级侧压缩机的排出侧和所述高级侧压缩机的吸入侧与所述中间冷却器连接； 第二流量调整阀，所述第二流量调整阀用于使在所述循环回路中通过所述中间冷却器后的制冷剂减压而变成气液两相在所述液体配管中流动；以及 膨胀罐，所述膨胀罐在所述循环回路中经由罐用电磁阀与所述低级侧压缩机的吸入侧连接，用于抑制运转停止中的所述循环回路内的压力上升。
8.根据权利要求7所述的冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置具备: 高压压力传感器，所述高压压力传感器检测所述低级侧压缩机的排出侧的压力； 低压压力传感器，所述低压压力传感器检测所述低级侧压缩机的吸入侧的压力；以及控制装置，所述控制装置根据由所述高压压力传感器或所述低压压力传感器检测出的检测压力，进行所述罐用电磁阀的开关控制； 所述控制装置， 当运转停止中所述检测压力超过低于所述循环回路的设计压力的规定压力时，开启所述罐用电磁阀，以使所述循环回路内的制冷剂流到所述膨胀罐， 在冷冻装置起动时起动所述两级式压缩机，并且该起动前的停止期间在预先设定的期间以上的情况下，检查所述检测压力是否超过所述规定压力，在超过的情况下，开启所述罐用电磁阀，将为了使所述蒸发器的蒸发温度为目标蒸发温度所需要的制冷剂量的、所述膨胀罐内的制冷剂回收到所述循环回路后，关闭所述罐用电磁阀，在所述检测压力未超过所述规定压力的情况下，关闭所述罐用电磁阀。
9.根据权利要求7所述的冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置具备: 高压压力传感器，所述高压压力传感器检测所述低级侧压缩机的排出侧的压力； 低压压力传感器，所述低压压力传感器检测所述低级侧压缩机的吸入侧的压力；以及控制装置，所述控制装置根据由所述高压压力传感器或所述低压压力传感器检测出的检测压力，进行所述罐用电磁阀的开关控制， 所述控制装置， 当运转停止中所述检测压力超过低于所述循环回路的设计压力的规定压力时，开启所述罐用电磁阀，以使所述循环回路内的制冷剂流到所述膨胀罐， 在冷冻装置起动时起动所述两级式压缩机，并且，该起动是温度传感器关闭后的起动的情况下，开启所述罐用电磁阀，将为了使所述蒸发器的蒸发温度为目标蒸发温度所需要的制冷剂量的、所述膨胀罐内的制冷剂回收到所述循环回路后，关闭所述罐用电磁阀。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的冷冻装置，其特征在于， 所述罐用电磁阀是通电时关闭的电磁阀。
【文档编号】F25B7/00GK104321598SQ201280073542
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2012年8月20日 优先权日:2012年8月20日
【发明者】杉本猛, 野本宗, 石川智隆, 池田隆 申请人:三菱电机株式会社