专利名称：冷冻装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造冷水或者冷温水的冷冻装置，特别是涉及使在冷冻循环中循环的制冷剂的过冷却度增大的装置。
背景技术：
为了谋求利用冷冻循环，制造冷水等的冷冻装置的高效率化，就需要不增加压缩机的所需动力而增加冷却能力。因此，需要使被冷凝器冷凝的液体制冷剂的过冷却度增大，增大被膨胀装置减压并成为了两相状态的制冷剂和在蒸发器出口气化的制冷剂的热函差。据此，可以使每单一质量的制冷剂从冷水夺取的热量增多。作为增大该液体制冷剂的过冷却度的方法如下所述，在冷凝器和膨胀装置之间设置辅助热交换器，对从液体制冷剂配管分支出的制冷剂进行减压·膨胀，使该减压·膨胀后的制冷剂在该辅助热交换器的副侧流动，通过该减压·膨胀的制冷剂，对在成为主回路的上述制冷剂配管中流动的冷凝制冷剂在该辅助热交换器中进一步冷却，将上述被减压·膨胀并被辅助热交换器蒸发的分支制冷剂注入上述压缩机的中间压力室或压缩机的低压侧，这种方法记载在例如专利文献1中。
特开平11-248264号公报在上述的辅助热交换器的副侧使用分支制冷剂的方法中，因为由辅助热交换器进行热交换后的分支制冷剂需要返回到冷冻循环中，所以需要向压缩机中间压室或者低压侧输送。例如，在使分支制冷剂返回到压缩机中间压室的情况下，因为在压缩机中，在从主吸入口吸入制冷剂的基础上，还要压缩从中间压室注入的分支制冷剂，所以压缩机的所需动力增加了这部分的量，因此，导致消耗电力的增加。另外，在向低压侧输送分支制冷剂的情况下，虽然由于从压缩机的主吸入口吸入的制冷剂量与没有辅助热交换器的情况大致相同，所以作为压缩机的所需动力没有增加，但是向蒸发器循环，从冷水夺取热量的制冷剂的循环量减少。因此，从冷水夺取的热量减少，冷却能力减小。象这样，为了增大液体制冷剂的过冷却度而从冷冻循环中分支出的分支制冷剂向辅助热交换器的副侧流动，存在不能提高冷冻循环的制冷系数(＝冷却能力÷消耗电力)的问题。
本发明的目的是得到冷冻装置，该冷冻装置增大了过冷却度，增加了冷却能力，同时可以不使消耗电力增加而提高制冷系数。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的特征在于是一种冷冻装置，该装置将压缩机、冷凝器、膨胀装置以及作为利用侧热交换器的蒸发器用制冷剂配管连接，构成冷冻循环，制造冷水；在上述制冷剂配管上的冷凝器和膨胀装置之间配置辅助热交换器，通过使冷却水在该辅助热交换器中流动，对该冷却水和被上述冷凝器冷凝的液体制冷剂进行热交换。
在这里，上述冷凝器可以由以空气冷却制冷剂的空气热交换器或者以水冷却制冷剂的水冷冷凝器构成。
本发明的其他特征在于是一种冷冻装置，该装置将压缩机、四通阀、热源侧热交换器、膨胀装置以及利用侧热交换器用制冷剂配管连接，构成冷冻循环，制造冷温水；在上述制冷剂配管上的热源侧热交换器和利用侧热交换器之间配置辅助热交换器，该辅助热交换器用于使制冷剂配管中流动的制冷剂与冷却水进行热交换；所述冷冻装置还具有由单向阀构成的桥接回路，以便无论冷却运转或是加热运转，都使由该辅助热交换器冷却的制冷剂总是从相同方向流入上述膨胀装置。
本发明的进一步其他的特征是一种冷冻装置，该装置将压缩机、四通阀、热源侧热交换器、膨胀装置以及利用侧热交换器用制冷剂配管连接，构成冷冻循环，制造冷温水；在上述制冷剂配管上的热源侧热交换器和利用侧热交换器之间配置辅助热交换器，该辅助热交换器用于使制冷剂配管中流动的制冷剂与水进行热交换，上述制冷剂在上述辅助热交换器的主侧流动，水在辅助热交换器的副侧流动，同时，上述辅助热交换器和上述膨胀装置中的制冷剂流动方向，在冷却运转和加热运转时为相反方向。
在这里，可以构成为，上述辅助热交换器配置在上述热源侧热交换器和上述膨胀装置之间，在制造冷水时，在将由热源侧热交换器冷却的制冷剂进一步冷却后，通过膨胀装置使其减压膨胀，在制造温水时，在通过膨胀装置使由利用侧热交换器冷却的制冷剂减压膨胀后，通过上述辅助热交换器和热源侧热交换器使制冷剂蒸发。
发明的效果在将热源侧热交换器(冷凝器)和膨胀装置连接的制冷剂配管的途中，配置用于冷却从热源侧热交换器(冷凝器)流出的冷凝液制冷剂的辅助热交换器，在该辅助热交换器的另一方侧的流路上，配管连接冷却水系统，通过这样的构成，在制造冷水时，可以使辅助热交换器作为过冷却器来发挥功能，可以增大液体制冷剂的过冷却度，增加冷却能力。而且，在本发明中，由于在作为过冷却器发挥作用的辅助热交换器的副侧，不分支作为主侧的冷冻循环中的制冷剂来使用，而是使用其他系统的冷却水，所以不会增加压缩机的所需动力，另外，也不会减少在利用侧热交换器(蒸发器)循环的制冷剂循环量，可以得到提高冷冻循环的制冷系数的效果。
另外，在具有四通阀，制造冷温水的冷冻装置中的加热运转时，通过在将膨胀装置和热源侧热交换器(蒸发器)连接的制冷剂配管的途中，作为配置辅助热交换器的构成，在辅助热交换器的副侧，使用其他系统的冷却水，可以将辅助热交换器作为蒸发器的一部分使用，可以提高蒸发性能，具有较高地保持蒸发压力的效果。据此，也可以提高在加热运转时的制冷系数，进一步对抑制着霜也有效果，还能得到可以增大累计制热能力的效果。
图1是表示本发明的冷冻装置的第一实施例的冷冻循环构成图。
图2是用于说明图1的冷冻装置的效果的莫里尔热力学计算图。
图3是表示图1所示的本发明的冷冻装置的一部分变型例的冷冻循环构成图。
图4是表示本发明的冷冻装置的第二实施例的冷冻循环构成图。
图5是表示图4所示的本发明的冷冻装置的一部分变型例的冷冻循环构成图。
图6是用于说明图5的冷冻装置的效果的莫里尔热力学计算图。
具体实施例方式
下面，使用附图，说明本发明的实施例。
图1是表示本发明的冷冻装置的第一实施例的图。
在图1中的冷冻装置的冷冻循环构成是通过制冷剂配管依次连接压缩机1、空气热交换器(热源侧热交换器)2、辅助热交换器5、膨胀装置(膨胀阀)3以及水侧热交换器(利用侧热交换器)4而构成，箭头表示制冷剂的流动方向。
构成下述的循环，即，通过压缩机1压缩·排出的高温·高压的气体制冷剂，在空气热交换器2与外部的空气进行热交换，冷凝·液化，进而在辅助热交换器5与从外部供给到辅助热交换器的冷却水进行热交换，进一步被过冷却。其后，制冷剂通过膨胀装置3减压·膨胀，流入水侧热交换器4，与从负荷(冷却器等)侧流入的水进行热交换，通过对水进行冷却而蒸发，再次成为气体制冷剂，返回到上述压缩机1。冷水是在通过水侧热交换器4蒸发制冷剂时，水被冷却而制造出的。
图2是在莫里尔热力学计算图上表示，如图1所示的设置有辅助热交换器5的本实施例和不具有辅助热交换器的情况下的冷冻循环的图。如该图所示，在没有辅助热交换器5的情况下，冷冻循环按照a→b→c→d的顺序循环。在这里，冷却能力是通过在d→a中的热函差h和在冷冻循环内循环的制冷剂循环量g的乘积表示的。在具有辅助热交换器5的本实施例的情况下，因为通过从外部供给到辅助热交换器5的冷却水，在图上从c→e被过冷却，其后，通过膨胀装置3从e→f被减压，所以冷却能力通过f→a中的热函差i和在冷冻循环内循环的制冷剂循环量g的乘积来表示，可以使冷却能力仅增加由辅助热交换器5产生的过冷却部分。
另外，因为压缩机的所需动力是通过作为压缩机的工作量的a→b的热函差j和冷冻循环内循环的制冷剂循环量g的乘积来表示，所以存在辅助热交换器的情况与不存在的情况没有差异，是相同的。因此，根据本实施例，可以提高冷冻循环的制冷系数(＝冷却能力÷消耗电力)。
图3是表示将作为图1所示的实施例中的热源侧热交换器的空气热交换器2变更为水冷冷凝器9的例子，其他的构成与图1的实施例相同。箭头表示制冷剂的流动方向。
根据以上所述的本发明的实施例，可以得到下述效果，即，在冷却运转时，不增加消耗电力，即可增大过冷却度，增加冷却能力，提高冷冻循环的制冷系数。
图4是表示本发明的冷冻装置的第二实施例的图，相对于图1所示的实施例，追加了气液分离器6、桥接回路7以及四通阀8，相对于供给到水侧热交换器4的冷水或者温水，可以进行冷却运转和加热运转的转换，是可制作冷水以及温水两者的冷冻装置。实线的箭头表示冷却运转时的制冷剂的流动方向，虚线的箭头表示加热运转时的制冷剂的流动方向。即，在本实施例中，在压缩机1的吸入侧设置气液分离器6，在压缩机排出侧设置四通阀8。另外，桥接回路7设置在将热源侧热交换器(空气热交换器)2和水侧热交换器4连接的配管之间，构成为组合有单向阀，以便无论是在冷却运转还是加热运转的任一情况下，都使制冷剂首先流到辅助热交换器5后，再流到膨胀装置3，使制冷剂的流动方向为相同方向。上述气液分离器6用于使液体制冷剂不直接返回压缩机1中。
在冷却运转时，从压缩机1排出的高温·高压的气体制冷剂通过四通阀8流到空气热交换器2侧，在这里，被冷却·冷凝，经过桥接回路7，流到辅助热交换器5。在该辅助热交换器5被冷却水进一步冷却后，进入膨胀装置3被减压膨胀。其后，再次经过桥接回路7，流到水侧热交换器4，对从入口4a流入水侧热交换器4的水进行冷却，制冷剂蒸发，通过气液分离器6，只有气体制冷剂被吸入压缩机。被水侧热交换器4冷却的水(冷水)从出口4b供给，用于冷气用途等。
在加热运转时，从压缩机1排出的高温·高压的气体制冷剂，通过四通阀8流到水侧热交换器4侧，对供给到该水侧热交换器4的水进行加热，制冷剂通过加温水而冷凝·液化。在该冷凝·液化时，水被加温。其后，虽然制冷剂经过桥接回路7进入辅助热交换器5，但是在加热运转时，由于不需要在辅助热交换器5对制冷剂进一步冷却，所以不必向辅助热交换器5供给冷却水(不进行在辅助热交换器的制冷剂的冷却)。
图5是去掉在图4所示的实施例中的桥接回路7的情况下的变型例。冷却运转和加热运转的转换通过四通阀8进行，在四通阀部的制冷剂的流动方向与图4的实施例相同，但是，在辅助热交换器5和膨胀装置3之间的制冷剂的流动方向在冷却运转时和加热运转时为相反方向。在该图4所示的例子中，因为是将膨胀装置3设置在水侧热交换器4和辅助热交换器5之间，所以在冷却运转时，制冷剂如实线的箭头所示流动，在加热运转时，制冷剂如虚线的箭头所示流动。
在冷却运转时，可得到与图1所示的第一实施例相同的作用、效果。在加热运转时的情况下，由压缩机1压缩·排出的高温·高压气体制冷剂通过水侧热交换器4与水进行热交换，冷凝·液化，通过膨胀装置3被减压·膨胀，在辅助热交换器5与供给到辅助热交换器的水进行热交换，夺取热量，干燥度增大，其后，流入空气热交换器2，与空气进行热交换、蒸发，再次成为气体制冷剂，经过气液分离器6，返回压缩机1。在水侧热交换器4以制冷剂冷凝·液化时的热量水被加温，制造温水。因此，在本实施例中，虽然没有直接增加加热能力的效果，但是因为提高了冷冻循环的蒸发性能，所以存在可以将蒸发压力确保在很高的效果。
图6是在莫里尔热力学计算图上表示存在图5所示的辅助热交换器5的情况和不存在情况的加热运转时的冷冻循环的图。在不存在辅助热交换器5的情况下，冷冻循环按照k→l→m→n的顺序循环，在这里，加热能力是通过l→m中的热函差r和在冷冻循环内循环的制冷剂循环量s的乘积表示的。接着，在存在辅助热交换器5的情况下，因为保持高的蒸发压力，追寻通过膨胀装置3从m→o减压、通过辅助热交换器5成为o→p、通过空气热交换器2的p→q的蒸发行程。象这样，由于空气热交换器2负担的热交换量由辅助热交换器5负担一部分，所以可以较高地得到空气热交换器2的出口制冷剂温度。这样，在想要通过空气热交换器2的出口制冷剂温度使过热度达到一定值的情况下，即，在与不存在辅助热交换器5的情况为同样的过热度的情况下，可以较高地维持蒸发压力。通过较高地保持蒸发压力，可以得到使被压缩机1吸入的制冷剂的比体积减少，增加制冷剂循环量的效果(s→t)。另外，还有提高压缩机1的效率的效果，其结果为也可以得到增加加热能力的效果。另外，还有提高压缩机1的总绝热效率的效果，也着眼降低消耗电力，可以提高冷冻循环的制冷系数。较高地保持蒸发压力，也是较高地保持空气热交换器内的制冷剂的温度，可以降低在加热运转时对空气热交换器2的着霜量。其结果为可以抑制因着霜造成的加热能力的减少，还可以得到大幅度提高累计制热能力的效果。
如上所述，根据本发明的第二实施例，冷却运转和加热运转两者成为可能，在冷却运转时可得到与上述第一实施例相同的效果，并且，在加热运转时，可以提高蒸发压力，谋求增加加热能力，降低着霜量，可以提高冷冻循环的制冷系数和累计制热能力。
权利要求
1.一种冷冻装置，该装置将压缩机、冷凝器、膨胀装置以及作为利用侧热交换器的蒸发器用制冷剂配管连接，构成冷冻循环，制造冷水，其特征在于，在上述制冷剂配管上的冷凝器和膨胀装置之间配置辅助热交换器，通过使冷却水在该辅助热交换器中流动，对该冷却水和被上述冷凝器冷凝的液体制冷剂进行热交换。
2.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，上述冷凝器由以空气冷却制冷剂的空气热交换器构成。
3.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，上述冷凝器由以水冷却制冷剂的水冷冷凝器构成。
4.一种冷冻装置，该装置将压缩机、四通阀、热源侧热交换器、膨胀装置以及利用侧热交换器用制冷剂配管连接，构成冷冻循环，制造冷温水，其特征在于，在上述制冷剂配管上的热源侧热交换器和利用侧热交换器之间配置辅助热交换器，该辅助热交换器用于使制冷剂配管中流动的制冷剂与冷却水进行热交换，所述冷冻装置还具有由单向阀构成的桥接回路，以便无论冷却运转或是加热运转，都使由该辅助热交换器冷却的制冷剂总是从相同方向流入上述膨胀装置。
5.一种冷冻装置，该装置将压缩机、四通阀、热源侧热交换器、膨胀装置以及利用侧热交换器用制冷剂配管连接，构成冷冻循环，制造冷温水，其特征在于，在上述制冷剂配管上的热源侧热交换器和利用侧热交换器之间配置辅助热交换器，该辅助热交换器用于使制冷剂配管中流动的制冷剂与水进行热交换，上述制冷剂在上述辅助热交换器的主侧流动，水在辅助热交换器的副侧流动，同时，上述辅助热交换器和上述膨胀装置中的制冷剂流动方向，在冷却运转和加热运转时为相反方向。
6.如权利要求5所述的冷冻装置，其特征在于，上述辅助热交换器配置在上述热源侧热交换器和上述膨胀装置之间，在制造冷水时，在将由热源侧热交换器冷却的制冷剂进一步冷却后，通过膨胀装置使其减压膨胀，在制造温水时，在通过膨胀装置使由利用侧热交换器冷却的制冷剂减压膨胀后，通过上述辅助热交换器和热源侧热交换器使制冷剂蒸发。
全文摘要
增大过冷却度，增加冷却能力，而且可以不使消耗电力增加而提高制冷系数。在将热源侧热交换器(冷凝器)(2)和膨胀装置(3)连接的制冷剂配管的途中，配置用于进一步冷却从热源侧热交换器(冷凝器)(2)流出的冷凝液制冷剂的辅助热交换器(5)。在该辅助热交换器上，来自外部的冷却水流动，进一步冷却来自热源侧热交换器(2)的液体制冷剂。根据本发明，不会减少在利用侧热交换器(蒸发器)(4)循环的制冷剂的循环量，可以增大液体制冷剂的过冷却度，不会增加压缩机的所需动力，使提高冷冻循环的制冷系数成为可能。
文档编号F25B6/00GK1818506SQ20061000476
公开日2006年8月16日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年2月10日
发明者石木良和, 菊地昭治, 石羽根久平, 板垣纲之 申请人:日立空调系统株式会社