专利名称：冷冻装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷冻装置，特别是，涉及一种具有低段侧制冷剂回路和高段侧制冷剂回路的二级式冷冻装置。
背景技术：
以往，作为低温冷库用的冷冻装置和热冲击试验装置等，是使用二级式的冷冻装置。例如日本专利特开平9-210515号公报所公开的，二级式冷冻装置通过级联冷凝装置连接低段侧制冷剂回路和高段侧制冷剂回路而成。
参照
图13，说明以往的二级式冷冻装置(200)。低段侧制冷剂回路(202)系由顺序连接低段侧压缩机(207)、级联冷凝装置(206)、低段侧存储器(208)、低段侧膨胀阀(204)及蒸发器(209)构成。高段侧制冷剂回路(203)系由顺序连接高段侧压缩机(210)、冷凝器(212)、高段侧存储器(211)、高段侧膨胀阀(205)及级联冷凝装置(206)构成。而且，在以往的二级式冷冻装置(200)中，高段侧制冷剂回路(203)及低段侧制冷剂回路(202)的各个膨胀阀(204)、(205)皆由感温式温度自动膨胀阀(以下简称“感温膨胀阀”)所构成。又，级联冷凝装置(206)由叠管式热交换器所构成。
在高段侧制冷剂回路(203)中循环进行如下的工作从高段侧压缩机(210)排出的高段侧制冷剂在冷凝器(212)被冷凝，在高段侧膨胀阀(205)被减压，在级联冷凝装置(206)内蒸发后，再返回至高段侧压缩机(210)。另一方面，在低段侧制冷剂回路(202)中则循环进行如下的工作从低段侧压缩机(207)排出的低段侧制冷剂在级联冷凝装置(206)内被冷凝，从高段侧制冷剂回收冷热，在低段侧膨胀阀(204)被减压后，在蒸发器(209)蒸发，冷却被冷却介质(空气等)，再返回至低段侧压缩机(207)。
可是，在装置(200)启动时，级联冷凝装置(206)内的温度有时并不冷却至低段侧制冷剂的规定冷凝温度。例如，在装置(200)长时间停止工作时，级联冷凝装置(206)内的温度上升至常温附近。为此，如同时起动高段侧压缩机(210)和低段侧压缩机(207)，则由于低段侧制冷剂回路(202)的高压压力过度上升，尽管装置(200)处于正常状态下，也往往会导致高压开关等的保护装置动作的情况。因此，为防止上述保护装置发生意料不及的动作，通常在低段侧压缩机(207)起动之前先起动高段侧压缩机(210)，经一定时间之后，再起动低段侧压缩机(207)。
在二级式冷冻装置中，其性能主要取决于低段侧制冷剂回路(202)的运行状态，因此，使低段侧制冷剂回路(202)的高压压力保持稳定很重要。然而，在以往的二级式冷冻装置中，由于在高段侧制冷剂回路(203)中使用了感温膨胀阀(205)，所以，存在这样的问题从起动高段侧压缩机(210)至位于级联冷凝装置(206)出口处的高段侧制冷剂的过热稳定须相当的时间(例如，5分钟左右)；即使延迟一定时间起动低段侧压缩机(207)，感温膨胀阀(205)也无法跟上急剧的负荷上升，导致低段侧制冷剂回路(202)的保护装置动作。
特别是，在装备具有多台低段侧压缩机的多系统的低段侧制冷剂回路的所谓多级系统的场合，如改变低段侧压缩机的起动台数，则高段侧制冷剂回路(203)的感温膨胀阀(205)不能跟随低段侧制冷剂回路的负荷变动作相应的变动，使低段侧制冷剂回路保护装置容易动作。
本发明系鉴于上述问题而作，本发明目的在于，提高高段侧制冷剂回路跟随低段侧制冷剂回路作相应运行的运转能力。
发明的揭示为达到上述目的，本发明在高段侧制冷剂回路的膨胀机构中使用了电动膨胀阀，控制该电动膨胀阀，使低段侧制冷剂回路的高压压力达到目标高压。即，根据低段侧制冷剂回路的运行状态，控制高段侧制冷剂回路的膨胀机构。
具体地说，本发明的第一方面系一种冷冻装置，所述冷冻装置包括高段侧制冷剂回路(3,120)，低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)，高压压力检测装置(SPH2)，膨胀阀控制装置(16)；所述高段侧制冷剂回路(3,120)由顺序连接高段侧压缩机(9,18,121)、冷凝器(10,122)、电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)及制冷剂热交换器(5,111A,111B)而构成；所述低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)由顺序连接低段侧压缩机(4,31A,31B,131A,131B)、上述制冷剂热交换器(5,111A,111B)、膨胀机构(7,EV21)及蒸发器(8,50)而构成；所述高压压力检测装置(SPH2)设于所述低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)上，用于检测低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的高压压力；所述膨胀阀控制装置(16)，用于控制所述高段侧制冷剂回路(3,120)的所述电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)。
如此，在高段侧制冷剂回路(3,120)上，高段侧制冷剂进行从高段侧压缩机(9,18,121)排出、在冷凝器(10,122)冷凝、在电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)减压、在所述制冷剂热交换器(5,111A,111B)蒸发后返回至上述高段侧压缩机(9,18,121)的循环工作。另一方面，在低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)上，低段侧制冷剂循环进行从低段侧压缩机(4,31A,31B,131A,131B)排出、在所述制冷剂热交换器(5,111A,111B)上与上述高段侧制冷剂进行热交换后冷凝、在膨胀机构(7,EV21)减压、在蒸发器(8,50)蒸发后冷却被冷却介质、返回至上述低段侧压缩机(4,31A,31B,131A,131B)的循环工作。由于所述高段侧制冷剂回路(3,120)的电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)对低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)进行直接的控制，以将由高压压力检测装置(SPH2)检测的低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的高压压力维持于规定的目标高压，所以，可以提高高段侧制冷剂回路(3,120)跟随低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)作相应运行的跟踪能力。
本发明的第2方面系在上述本发明的第一方面的装置中，设置用于检测由蒸发器(8,50)所冷却的被冷却介质温度的温度检测装置(Tx)，和基于上述温度检测装置(Tx)的检测温度设置膨胀阀控制装置(16)的目标高压的目标高压设定装置(23)。
藉此，作为电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)控制基准的低段侧制冷剂回路(2,103A,203B)的目标高压可根据被冷却介质的温度作适当设定。其结果，电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)的控制可根据负荷作柔性的对应调节。
本发明的第3方面系在上述本发明的第一方面的装置中，设置置于低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)上、用于检测该低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的低压压力的低压压力检测装置(SPL2)，和根据上述低压压力检测装置(SPL2)的检测压力，设定膨胀阀控制装置(16)的目标高压的目标高压设定装置(23)。
藉此，作为电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)控制基准的低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的目标高压可根据低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的低压压力作适当设定。其结果，电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)的控制可根据负荷作柔性的对应调节。
本发明的第4方面系在上述第一发明中具有用于检测由蒸发器(8)所冷却的被冷却介质的温度的温度检测装置(Tx)；置于低段侧制冷剂回路(2)上、用于检测该低段侧制冷剂回路(2)的低压压力的低压压力检测装置(SPL2)；过渡状态检测装置(23a)，所述过渡状态检测装置(23a)根据预先设定的规定判断条件判断运行的过渡状态、当检测出过渡状态时，输出规定的过渡状态信号，同时，当检测出非过渡状态时，输出规定的非过渡状态信号；设定所述目标高压的目标高压设定装置(23)时，所述目标高压设定装置(23)接受上述过渡状态信号，根据上述温度检测装置(Tx)的检测温度设定膨胀阀控制装置(16)的目标高压，另一方面，当接受上述非过渡状态信号时，根据上述低压压力检测装置(SPL2)的检测压力，设定膨胀阀控制装置(16)的目标高压。
藉此，在运行处于过渡状态时，可以根据被冷却介质的温度设定目标高压，当运行处于非过渡状态，即，处于稳定状态时，可以根据低段侧制冷剂回路(2)的低压压力设定目标高压。
本发明的第5方面系在上述第一发明中具有用于检测高段侧制冷剂回路(3,120)的高段侧压缩机(18,121)的吸入气体制冷剂过热度的过热度检测装置(27)；膨胀阀控制装置(16)的结构是，控制高段侧制冷剂回路(3,120)的电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)，以使高压压力检测装置(SPH2)的检测压力及上述过热度检测装置(27)的检测过热度分别达到规定的目标高压及目标过热度。
藉此，可以控制电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)，以使低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的高压压力达到目标高压，且，高段侧制冷剂回路(3,120)的高段侧压缩机(9,121)的吸入气体制冷剂的过热度达到目标过热度。其结果，高段侧压缩机(9,121)不受液压降的损害，同时，使低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的高压压力维持在适当值。
本发明的第6方面系在上述第5发明中设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据高压压力检测装置(SPH2)的检测压力，计算出第1开度变更量(ΔEV1)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算出第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV1)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(3)的电动膨胀阀(12)的打开度。所述膨胀阀控制装置(16)设有设定变更装置(22b)，在上述检测过热度为规定范围值之外，且上述第1开度变更量(ΔEV1)为正时，变更对所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使其仅根据上述第2开度变更量(ΔEV2)改变上述电动膨胀阀(12)的开度。
藉此，使高段侧制冷剂回路(3)的电动膨胀阀(12)的打开度原则上根据低段侧制冷剂回路(2)的高压压力计算出的第1开度变更量(ΔEV1)，和根据高段侧制冷剂回路(3)的吸入气体过热度计算出的第2开度变更量(ΔEV2)来进行变更。而且，所述吸入气体过热度在规定范围值之外且上述第1开放变更量(ΔEV1)为正时，上述电动膨胀阀(12)的开度可以例外地仅根据上述第2开度变更量(ΔEV2)而改变。
本发明的第7方面系在上述第一发明中具有用于检测高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)的吸入气体制冷剂的过热度的过热度检测装置(27)，用于检测低段侧制冷剂回路(103A,103B)上的低段侧压缩机(31A,31B,131A,131B)的排出气体温度的排出气体温度检测装置(STH2)；设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据低段侧制冷剂回路(103A.103B)的高压压力计算出第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算出第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度。所述膨胀阀控制装置(16)具有设定变更装置(23c)，在上述排出气体温度检测装置(STH2)的检测温度为规定温度以上时，计算出根据该检测温度的开度增加量(ΔEV13,ΔEV23)，变更所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使所述膨胀阀控制装置(16)在上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据开度增加量(ΔEV13,ΔEV23)改变上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
藉此，使高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度原则上根据低段侧制冷剂回路(103A,103B)的高压压力计算出的第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，和根据高段侧制冷剂回路(120)的吸入气体过热度计算出的第2开度变更量(ΔEV2)进行变更。而且，在低段侧压缩机(31A,31B,131A,131B)的排出气体温度在规定温度以上时，所述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度变更可在除了上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据基于所述排出气体温度的开度增加量(ΔEV13,ΔEV23)变更电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
本发明的第8方面系在上述第一发明中具有用于检测高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)吸入气体制冷剂的过热度的过热度检测装置(27)，和用于检测高段侧制冷剂回路(120)上的高段侧压缩机(121)的排出气体温度的排出气体温度检测装置(STH1)；设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据低段侧制冷剂回路(103A.103B)的高压压力计算出第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算出第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度。所述膨胀阀控制装置(16)具有设定变更装置(23c)，在上述排出气体温度检测装置(STH1)的检测温度为规定温度以上时，计算出基于该检测温度的开度增加量(ΔEV14)，变更所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使所述膨胀阀控制装置(16)在除了上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据开度增加量(ΔEV4)改变上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
藉此，使高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度原则上根据基于低段侧制冷剂回路(103A,103B)的高压压力计算出的第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，和基于高段侧制冷剂回路(120)的吸入气体过热度计算出的第2开度变更量(ΔEV2)来进行变更。而且，在高段侧压缩机(121)的排出气体温度在规定温度以上时，所述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度变更可在上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据基于所述排出气体温度的开度增加量(ΔEV4)变更上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
本发明的第9方面系在上述第一发明中具有用于检测高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)吸入气体制冷剂的过热度的过热度检测装置(27)，用于检测高段侧制冷剂回路(120)上的高段侧压缩机(121)排出气体温度的排出气体温度检测装置(STH1)，和根据规定判断条件，判断高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)吸入气体制冷剂是否处于潮湿状态，当检测出潮湿状态时，输出规定潮湿状态信号的潮湿状态检测装置(22a)设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据低段侧制冷剂回路(103A,103B)的高压压力计算出第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算出第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度。所述膨胀阀控制装置(16)具有设定变更装置(23c)，在接受来自上述潮湿状态检测装置(22a)的潮湿状态信号后，计算出基于潮湿状态的开度减少量(ΔEV5)，变更所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使所述膨胀阀控制装置(16)在上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据开度减少量(ΔEV5)改变上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
藉此，使高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度原则上根据基于低段侧制冷剂回路(103A,103B)的高压压力计算出的第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，和基于高段侧制冷剂回路(120)的吸入气体过热度计算出的第2开度变更量(ΔEV2)来进行变更。而且，在高段侧压缩机(121)吸入气体处于潮湿状态时，所述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度的设定可在上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再例外地考虑到基于潮湿状态的开度减少量(ΔEV5)，改变上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
本发明的第10方面系在上述第1发明中具有开度量变更装置(22d)，所述变更装置检测电动膨胀阀(12)的开度，使其对应于所述开度由膨胀阀控制装置(16)变更开度的变更量，当该开度增大时增加开度变更量，当该开度减小时减小开度变更量。
藉此，使开度变更量相应于电动膨胀阀(12)的开度增大时再设定得大些，当电动膨胀阀(12)的开度减小时再设定得小些。其结果，可防止电动膨胀阀(12)的过度打开或减小。
本发明的第11方面系在上述第1发明中具有位于高段侧制冷剂回路(3)上的制冷剂热交换器(5)和高段侧压缩机(18)的吸入侧之间的储液器(24)，和开度量变更装置(22d)，所述变更装置检测设电动膨胀阀(12)的开度，相应于该开度的增减，变更膨胀阀控制装置(16)所作的开度变更量，当该开度增大时减小开度变更量，当该开度减小时增大开度变更量。
藉此，使开度变更量在电动膨胀阀(12)的开度增大时相对再设定得小些，当电动膨胀阀(12)的开度减小时再相对设定得大些。其结果，可防止液体在存储器(24)的过度滞留。
本发明的第12方面系在上述第1发明中，制冷剂热交换器作成由板式热交换器(5)构成的结构。
藉此，因板式热交换器具有难以对出口制冷剂设置过热度的性质，所以，可以更加显著发挥上述第一发明的效果。
如上所述，根据本发明的第1方面，因为可以控制高段侧制冷剂回路的电动膨胀阀，将低段侧制冷剂回路的高压压力维持于规定的目标高压，所以，可以根据低段侧制冷剂回路的运行状态直接控制高段侧制冷剂回路的运行，可以提高高段侧制冷剂回路跟随低段侧制冷剂回路运行的跟踪能力。又由于可以直接调节低段侧制冷剂回路的高压压力，使高效率的冷却运行成为可能。又由于可以使高段侧制冷剂回路迅速对应于低段侧制冷剂回路负荷的急剧变动，所以，可以将低段侧制冷剂回路的保护装置的不适当的工作防患于未然。特别是，在低段侧制冷剂回路由多个系统组成的多级系统的场合，因为低段侧制冷剂回路的负荷变动极大，所以，可以显著发挥本发明的效果。
根据本发明的第2方面，因为是根据被冷却介质的温度设定适当的目标高压，所以，即使在更换冷库内货物或对冷库进行除霜运转等操作之后冷库内温度显著上升之时，也可将低段侧制冷剂回路的高压压力随同负荷变动而作适当的设定，可以提高装置的效率。又，在根据被冷却介质的种类改变负荷的场合，例如，根据冷库内物品的种类改变冷库内温度设定的场合，由于将目标高压设定适当，可以进行高效率运转。
根据本发明的第3方面，即使发生在蒸发器上结霜的场合等，低段侧制冷剂回路负荷显著上升时，也可将低段侧制冷剂回路的目标高压值作适当设定。由此，可以将低段侧制冷剂回路的高压压力经常维持在适当值，提高装置效率。
根据本发明的第4方面，由于在运转处于过渡状态时，可以根据被冷却介质的温度设定目标高压，在运转稳定时，根据低段侧制冷剂回路的低压压力设定目标高压，所以，可以防止目标高压在过渡状态下发生急剧变动，实行稳定的运转。
根据本发明的第5及第6方面，由于在控制电动膨胀阀时也考虑了高段侧制冷剂回路的吸入气体过热度，因此，即使在如蒸发器上结霜的场合等过度的使用环境下，也可保护高段侧制冷剂回路的高段侧压缩机，同时，将低段侧制冷剂回路的高压压力维持在适当值。
根据本发明的第7方面，即使在低段侧压缩机的排出气体温度过度上升的场合，也可保护低段侧压缩机，提高装置的可靠性能。
根据本发明的第8方面，即使在高段侧压缩机的排出气体温度过度上升的场合，也可保护高段侧压缩机，提高装置的可靠性能。
根据本发明的第9方面，即使在运转的过渡使用期间及过度负荷的使用环境下等，也可防止高段侧压缩机的液压降于未然，提高装置的可靠性能。
根据本发明的第10方面，由于将电动膨胀阀的开度变更量设置成可相应于开度作变换，因此，可以防止电动膨胀阀的过度打开及关闭，可容易地实现稳定的控制。
根据本发明的第11方面，由于在将电动膨胀阀控制于打开方向上时，可以较缓慢地进行开度变更，而在将电动膨胀阀控制于关闭方向上时，可以比较急剧地进行开度变更，因此，可以防止液体过多滞留于储液器内，可以容易地实现稳定的控制。
根据本发明的第12方面，由于制冷剂热交换器由板式热交换器构成，所以，可以更加显著地发挥上述本发明第一方面的效果。
附图的简单说明图1为第1实施形态的冷冻装置的结构图。
图2为第2实施形态的冷冻装置的结构图。
图3为显示基于冷库内温度的目标高压关系图。
图4为显示基于相对于低段侧制冷剂回路的低压压力的相当饱和温度的目标高压关系图。
图5为第2实施形态的膨胀阀控制的流程图。
图6为第3实施形态的冷冻装置的结构图。
图7为第3实施形态的膨胀阀控制的流程图。
图8为第4实施形态的冷冻装置的部分制冷剂回路图。
图9为第4实施形态的冷冻装置的部分制冷剂回路图。
图10为第4实施形态的膨胀阀控制部的方框结构图。
图11为第4实施形态的膨胀阀控制的部分流程图。
图12为第4实施形态的膨胀阀控制的部分流程图。
图13为以往的冷冻装置的结构图。
实施本发明的最佳形态以下，参照附图，就本发明的实施形态作一说明。
第1实施形态如图1所示，第1实施形态的冷冻装置(1)为一种设置于低温库的所谓二级式冷冻装置。所述装置具有低段侧制冷剂回路(2)和高段侧制冷剂回路(3)。
所述低段侧制冷剂回路(2)由顺序连接低段侧压缩机(4)、作为制冷剂热交换器的级联冷凝装置(5)、低段侧存储器(6)、低段侧膨胀阀(7)及用于冷却冷库内空气的蒸发器(8)而构成。低段侧膨胀阀(7)由感温式膨胀阀构成。连接于低段侧膨胀阀(7)上的感温筒(14)固定于设于蒸发器(8)和低段侧压缩机(4)之间的蒸发器(8)的近旁的制冷剂管道上。级联冷凝装置(5)由层叠许多块传热板而成的板式热交换器所构成。在低段侧压缩机(4)和级联冷凝装置(5)之间，设有用于检测低段侧制冷剂回路(2)的高压压力的作为高压压力检测装置的高压传感器(SPH2)。
高段侧制冷剂回路(3)由顺序连接高段侧压缩机(9)、冷凝器(10)、高段侧存储器(11)、及由电动膨胀阀构成的高段侧膨胀阀(12)及上述级联冷凝装置(5)构成。
冷冻装置(1)具有包括低段侧高压检测部(15)及膨胀阀控制部(16)的控制器(17)。低段侧高压检测部(15)连接于高压传感器(SPH2)上，使高压传感器(SPH2)的检测压力输入其中。膨胀阀控制部(16)连接于低段侧高压检测部(15)上，基于该检测压力，确定高段侧膨胀阀(12)的开度的变更量，以将高压传感器(SPH2)的检测压力维持于规定的目标高压，将相对应于该开度变更量的脉冲信号输出至高段侧膨胀阀(12)。
在本冷冻装置(1)中，同时起动低段侧压缩机(4)及高段侧压缩机(9)，同时运行低段侧制冷剂回路(2)及高段侧制冷剂回路(3)的该二制冷剂回路。又，低段侧制冷剂回路(2)及高段侧制冷剂回路(3)中的制冷剂的循环工作与以往的冷冻装置一样，故省略其说明。
其次，说明冷冻装置(1)的膨胀阀控制。在本实施形态中，设有冷冻装置(1)的冷库的设定温度设定于一定的温度(如-20℃)。换言之，冷冻装置(1)的冷冻运转将冷库内的温度维持于-20℃。具体地，膨胀阀控制部(16)进行的控制将低段侧制冷剂回路(2)的高压压力维持于规定的目标高压(例如，相当于15℃的饱和温度的饱和压力值)。
具体地，控制器(17)的低段侧高压检测部(15)每隔一定的时间(例如，每10秒)，接受来自高压传感器(SPH2)的检测压力，并将其值输出至膨胀阀控制部(16)。膨胀阀控制部(16)基于低段侧制冷剂回路(2)的高压压力，如下决定高段侧膨胀阀(12)的开度。
即，将自高压传感器(SPH2)检测高压压力的每隔一定时间的时刻表示为tN-1,tN,t……，将时刻为tN-1,tN时的低段侧制冷剂回路(2)的高压压力的相当饱和温度分别记为TCN-1,TCN(℃)时，在各个时刻的控制量的偏差分别成为εN-1=TCN-1-15、εN=TCN-15。而且，膨胀控制部(16)决定了高段膨胀阀(12)的开度的变更量(输出脉冲数)ΔEV为ΔEV=aεN+b(εN-...-εN-1)。又，这里，a,b分别为是规定的常数。例如，当a=1,b=5,TCN-1=16℃,TCN=17℃时，ΔEV=7脉冲，高段侧膨胀阀(12)从时刻tN-1至tN时的10秒内仅打开了7个脉冲。
又，高段侧膨胀阀(12)的开度控制并不限于上述的PI控制，如下表所示，也可以相应于偏差εN，预先设定开度变更量，基于上述设定量进行。即，也可以将预先控制量的偏差εN分置于多个区域，相应于各个区域，阶段性地设定开度变更量。
由此，根据本发明的冷冻装置(1)，高段侧制冷剂回路(3)的高段侧膨胀阀(12)由电动膨胀阀构成，由于控制高段侧膨胀阀(12)的开度，使低段侧制冷剂回路(2)的高压压力成为目标高压，所以，可以使高段侧制冷剂回路(3)相应于低段侧制冷剂回路(2)作迅速和正确的跟踪。
又，板式热交换器具有难以跟上出口制冷剂的过热度的特性，但由于高段侧膨胀阀(12)可基于低段侧制冷剂回路(2)的高压压力进行控制，因此，在级联冷凝装置(5)上使用板式热交换器，也可进行效率良好的运转(EER高的运转)。
第2实施形态如图2所示，第2实施形态的冷冻装置(1a)相对于第1实施形态的冷冻装置(1)作如下修改而成。其中，与第1实施形态的冷冻装置(1)相同的部分记以相同的符号，省略其说明。
在本例冷冻装置(1a)中，高段侧制冷剂回路(3)的高段侧压缩机(18)由其容量控制自如的压缩机构成。例如，可由反相压缩机构成。在低段侧制冷剂回路(2)的低段侧压缩机(18)的吸入侧，设有用于检测低压压力的低压压力检测装置的低压传感器(SPL2)。又，在冷库内，设有用于检测冷库内的空气温度的作为温度检测装置的温度传感器(Tx)。
控制器(17)除了低段侧高压检测部(15)及膨胀阀控制部(16)，还设有低段侧低压检测部(21)、冷库内温度检测部(22)及目标高压设定部(23)。低段侧低压检测部(21)连接于低压传感器(SPL2)，构成输入低压传感器(SPL2)的检测压力信号。冷库内温度检测部(22)连接于温度传感器(Tx)，构成输入温度传感器(Tx)的检测温度信号。目标高压设定部(23)连接于低段侧低压检测部(21)及冷库内温度检测部(22)，根据低段侧制冷剂回路(2)的低压压力及冷库内温度，适当设定低段侧制冷剂回路(2)的目标高压，将对应于该目标高压的设定的控制信号输出至膨胀阀控制部(16)。又，在控制器(17)上，设有过渡状态检测部(23a)，该检测部根据设定的判断条件，判断运转是否处于过渡状态，并将检测的过渡状态信号或非过渡状态信号输出至膨胀阀控制部(16)。
在第1实施形态中，低段侧制冷剂回路(2)的目标高压虽然一定，但在本例冷冻装置(1a)中，根据冷库内温度或低段侧制冷剂回路(2)的低压压力适当变更目标高压。
目标高压设定部(23)储存如图3所示的冷库内温度和目标高压之间的关系及如图4所示的低段侧低压相当饱和温度和目标高压之间的关系。而且，基于这些关系按图5所示的流程图，设定目标高压。即，首先在步骤ST1中，由高压传感器(SPH2)检测低段侧制冷剂回路(2)的高压压力，由低压传感器(SPL2)检测低段侧制冷剂回路(2)的低压压力，计算出相当于该高压压力的饱和温度TCL及该低压压力的饱和温度TeL。又，由温度传感器(Tx)检测冷库内温度Tx。其次，在步骤ST2及ST3中，过渡状态检测部(23a)判断运转是否处于过渡状态。在步骤ST2中，判断低段侧压缩机(4)是否连续运转规定时间(5分钟)以上。在进行了该连续运转时，进入步骤ST3，在没有连续运转规定时间以上时，进入判断为过渡状态的步骤ST5。在步骤ST3，判断高段侧压缩机(18)的容量在规定时间内是否大致一定。如判断为肯定时，则判断为非过渡状态，进入步骤ST4，如判断为否定时，则判断为过渡状态，进入步骤ST5。步骤ST4为在运转稳定的非过渡状态中的开度变更量的处理决定。在该步骤ST4中，目标高压的相当饱和温度TCLM(℃)定为TCLM=0.4TeL+22。对此，步骤ST5为过渡状态下对开度变更量所作的决定处理。在步骤ST15中，目标高压的对应(相当)饱和温度TCLM(℃)决定于TCLM=0.4Tx+18。又，所述步骤ST4及ST5的处理由目标高压设定部(23)进行。另外，从这些相当饱和温度TCLM(℃)计算出目标高压，其后如同第1实施形态，调节高段侧膨胀阀(12)的开度，使低段侧制冷剂回路(2)的高压压力成为该目标高压。
从而，根据第2实施形态，在包括降低冷库内温度的降温运转的宽广范围内的运转区域中，可以适当地控制低段侧制冷剂回路(2)的高压压力。再有，即使在蒸发器(8)上发生结霜，低段侧制冷剂回路(2)的低压压力下降的场合，也可将低段侧制冷剂回路(2)的高压压力维持在适当值。
第3实施形态如图6所示的第3实施形态的冷冻装置(1b)也是对第1实施形态的冷冻装置(1)作变更而成。其中，与第1实施形态的冷冻装置相同的部分记以相同的符号，省略其说明。
在本例冷冻装置(1b)中，高段侧制冷剂回路(3)的高段侧压缩机(18)由其容量控制自如的压缩机构成。在冷库内设置有检测冷库内空气温度的温度传感器(Tx)。在高段侧制冷剂回路(3)的高段侧压缩机(18)的吸入侧管道上，设有用于检测高段侧制冷剂回路(3)的低压压力的作为低压压力检测装置的低压传感器(SPL1)。在级联冷凝装置(5)和高段侧压缩机(18)之间设有储液器(24)。在级联冷凝装置(5)和储液器(24)之间的管道上固定有用于检测管道内制冷剂的温度的温度传感器(STL1)。
控制器(17)除了低段侧高压检测部(15)及膨胀阀控制部(16)之外，还设有冷库内温度检测部(22)、目标高压设定部(23)及过热度检测部(27)。冷库内温度检测部(22)连接于温度传感器(Tx)，可输入来自温度传感器(Tx)的检测信号。目标高压设定部(23)连接于冷库内温度检测部(22)，可根据冷库内温度设定低段侧制冷剂回路(2)的目标高压，将相对应于该目标高压的设定的控制信号输出至膨胀阀控制部(16)。
过热度检测部(27)连接于低压传感器(SPL1)及温度传感器(STL1)，根据由低压传感器(SPL1)检测的高段侧制冷剂回路(3)的低压压力和由温度传感器(STL1)检测的高段侧压缩机(18)的吸入气体温度，来检测高段侧制冷剂回路(3)的吸入气体过热度。且，过热度检测部(27)将与吸入气体过热度相对应的规定检测信号输出至膨胀阀控制部(16)。膨胀阀控制部(16)连接于低段侧高压检测部(15)、目标高压设定部(23)，及过热度检测部(27)，决定高段侧膨胀阀(12)的开度控制量。
膨胀阀控制部(16)根据来自低段侧高压检测部(15)的检测信号及来自目标高压设定部(23)的控制信号，计算出第1开度变更量ΔEV1，根据来自过热度检测部(27)的检测信号，计算出第2开度变更量ΔEV2，根据这些第1开度变更量ΔEV1和第2开度变更量ΔEV2的合计值，变更高段侧膨胀阀(12)的开度。另外，控制器(17)上设有判断高段侧压缩机(18)的吸入气体制冷剂的潮湿状态，在判断为潮湿状态时输出规定潮湿状态信号的潮湿状态检测部(22a)，和相应于所述潮湿状态变更膨胀阀控制部(16)的设定的设定变更部(22b)。再有，控制器(17)设有与高段侧膨胀阀(12)的开度或开度变化相对应，可变更开度变更量的开度量变更部(22d)。
低段侧制冷剂回路(2)的目标高压与第2实施形态相同，根据冷库内温度决定。高段侧膨胀阀(12)的开度变更量ΔEV根据图7所示的流程图决定。
即，首先在步骤ST11中，低段侧高压检测部(15)接收来自高压传感器(SPH2)的检测信号，冷库内温度检测部(22)接收来自温度传感器(Tx)的检测信号，过热度检测部(27)接收来自温度传感器(STL1)和低压传感器(SPL1)的检测信号。分别输入低段侧制冷剂回路(2)的高压压力的相当饱和温度TcL、冷库内温度Tx、高段侧制冷剂回路(3)的低压压力的相当饱和温度TeH、高段侧制冷剂回路(3)的吸入气体温度TSH。
其次，进入步骤ST12，分别计算出高段侧制冷剂回路(3)的吸入气体过热度SH、低段侧制冷剂回路(2)的目标高压TCLM、低段侧制冷剂回路(2)的高压压力偏差(以下简称为低段侧高压偏差)ε。
然后，进入步骤ST13，决定与低段侧高压偏差ε相对应的第1开度变更量ΔEV1。接着，进入步骤ST14，决定与高段侧制冷剂回路(3)的吸入气体过热度相对应的第2开度变更量ΔEV2。
其次，在步骤ST15中，判断高段侧制冷剂回路(3)的吸入气体是否处于是否处于潮湿状态。具体地，根据高段侧的吸入气体过热度是否小于设定温度(5℃)来判断潮湿状态。当吸入气体过热度大于设定温度(5℃)时，判断为非潮湿状态，进入步骤ST18。相反，当吸入气体过热度小于设定温度(5℃)时，判断为潮湿状态，进入步骤ST16。在步骤ST16中，判断第1开度变更量ΔEV1的值是否为正数，即，基于低段侧高压偏差ε的第1开度变更量ΔEV1是否为打开高段侧膨胀阀(12)的方向的变更量。当其判断结果为肯定时，进入步骤ST17，将ΔEV1再度设定为零之后进入步骤ST18。即，仅根据第2开度变更量设定开度变更量。又，该步骤ST16及步骤ST17的处理由设定变更部(22b)进行。另一方面，步骤ST16中判断结果为否定时，直接进入步骤ST18。
在步骤ST18中，计算出ΔEV1和ΔEV2的合计值ΔEVSUM。而且，进入步骤ST19，再根据高段侧膨胀阀(12)的开度，再次数设定开度变更量ΔEV。在本实施形态中，高段侧膨胀阀(12)在输出脉冲为零时，处于全闭状态，在输出脉冲数达2000脉冲时，处于全开状态，相对应于这些0-2000脉冲来变更开度。
这里，控制开度，使得在步骤ST18中计算出的合计值ΔEVSUM即使相等，高段侧膨胀阀(12)的开度越大，使开度变更量也变得越大，反之，高段侧膨胀阀(12)的开度越小，使开度变更量也变得越小。即，相应于该开度，变更开度变更量。该开度变更量的变更由开度量变更部(22d)进行。具体地，在步骤ST19中，将现在的高段侧膨胀阀(12)的开度取为EVP，开度变更量ΔEV变更为ΔEV=(EVP/1000)×10×ΔEVSUM。
其次，进入步骤ST20，判断ΔEV的符号。ΔEV为负脉冲数的场合，即关闭高段侧膨胀阀(12)的方向的开度变更量的场合(开度减少的场合)，进入步骤ST22。又，在进入ST22之前，也可以再设定ΔEV，使在ΔEV值上乘上比1大的规定的数。另一方面，当ΔEV为正脉冲数的场合，即打开高段侧膨胀阀(12)的方向的开度变更量的场合(开度增加的场合)，进入步骤ST21，再设定ΔEV，使在ΔEV值上乘上比1小的规定的数。这里，对于在步骤ST19中决定的ΔEV乘上0.7。又，如上所述的ΔEV的再设定可由开度量变更部(22d)进行。在步骤ST22中，将上述的ΔEV输出至高段侧膨胀阀(12)，变更高段侧膨胀阀(12)的开度。
在本实施例的冷冻装置(1b)中，由于在高段侧制冷剂回路(3)上设有储液器(24)，因此，当高段侧制冷剂回路(3)的吸入气体一旦成为潮湿状态，液体制冷剂滞留于储液器(24)中，高段侧存储器(11)的液体制冷剂减少。为此，即使增加高段侧膨胀阀(12)的开度，级联冷凝装置(5)上的高段侧制冷剂的冷却量却不增加，呈现出低段侧制冷剂回路(2)的高压压力并没有与高段侧膨胀阀(12)的开度增加量相配合的降低的倾向。因此，在本实施形态中，考虑到该装置的特性，通过进行步骤ST15-步骤ST17的处理，防止高段侧膨胀阀(12)的过度打开。
又，即使在不设有储液器(24)的场合，如过度打开高段侧膨胀阀(12)，则容易导致高段侧压缩机(18)的液压降现象。然而，即使在这样的场合，也可藉由步骤ST15-步骤ST17的处理，防止上述液压降现象发生。
在本实施形态中，在步骤ST20及步骤ST21中，由于可对应于高段侧膨胀阀(12)的开度变更开度变更量ΔEV，可以藉由当高段侧膨胀阀(12)的过度打开，防止液体制冷剂过度滞留于储液器24中。
又，在本实施形态中，在步骤ST18中，将ΔEV1和ΔEV2的合计值取为ΔEVSUM。对二开度变更量ΔEV1和ΔEV2乘上规定的系数，进行规定的加权，也可优先控制低段侧制冷剂回路(2)的高压压力或高段侧制冷剂回路(3)的吸入制冷剂的过热度中之任一项。即，藉由在各个开度变更量上乘上适当的规定的系数，可以对多状态的参数(高压压力或吸入制冷剂的过热度等)附予优先顺序。
第4实施形态如图8及图9所示，第4实施形态的二级式冷冻装置(110)为一种用于冷却冷藏库或冷冻库的冷冻装置。所述冷冻装置具有室外机组(101A)、级联机组(101B)及冷却机组(101C)。所述各个机组(101A)、(101B)及、(101C)虽未图示，但分别构成将机器内置于规定的壳体中而形成。而且，藉由室外机组(101A)和级联机组(101B)的一部分构成高段侧制冷剂回路(120)。又，涉及级联机组(101B)和冷却机组(101C)，构成二个低段侧制冷剂回路(103A)、(103B)。
高段侧制冷剂回路(120)的结构可进行将制冷剂循环方向作正循环和逆循环的切换的可逆式运转。而且，高段侧制冷剂回路(120)具有高段侧压缩机(121)、冷凝器(122)和二个制冷剂热交换器(级联热交换器)(111A),(111B)的蒸发部。该二个制冷剂热交换器(111A),(111B)的蒸发部。构成高段侧制冷剂回路(120)的蒸发器。
在高段侧压缩机(121)的输出侧连接有第1气体管道(40)，其吸入侧连接有第2气体管道(41)。第1气体管道(40)自高段侧压缩机(121)顺序连接油分离器(123)和四通换向阀(124)，并连接于冷凝器(122)的一端。液管(42)的一端连接于冷凝器(122)的另一端，液管(42)由主管道(104a)和二分支管道(104b)、(104c)构成。且，各个分支管道(104b)、(104c)连接于二个制冷剂热交换器(111A),(111B)的各个蒸发部。
在液管(42)的主管道(104a)上连接有连接于第2气体管道(41)的旁通管(104h)。在该旁通管(104h)上设置有电磁阀(SV)及感温式膨胀阀(EV)。在上述分支管道(104b)、(104c)上分别设有第1及第2冷却用电动膨胀阀(EVL1)、(EVL2)。这些冷却用电动膨胀阀(EVL1)、(EVL2)与本发明中所述的“电动膨胀阀”相对应。
第2气体管道(41)由主管道(104d)和二分支管道(104e)、(104f)构成。且，第2气体管道(41)的主管道(104d)自高段侧压缩机(121)顺序连接储液器(126)和四通换向阀(124)，同时，上述各个分支管道(104e)、(104f)连接于二个制冷剂热交换器(111A),(111B)的各个蒸发部。即，上述二个制冷剂热交换器(111A),(111B)的蒸发部在高段侧制冷剂回路(120)上互为并联连接。
又，上述液管(42)及第2气体管道(41)的分支管道(104b)、(104c)、(104e)、(104f)设置于级联机组(101B)上。
在第1气体管道(40)和存储器(125)之间连接有气体通道(43)。气体通道(43)的一端连接于第1气体管道(40)上的四通换向阀(124)和油分离器(123)之间，其另一端连接于存储器(125)的上部。而且，气体通道(43)上设置有开闭阀(SV)，其结构为进行冷却运转时的高压控制和除霜时的抽气。又，该气体通道(43)上连接有连接于第2气体管道(41)上的旁通管(104g)。旁通管(104g)上设置有开闭阀(SV)及毛细管(CP)。
在油分离器(123)和高段侧压缩机(121)的吸入侧之间，连接具有毛细管(CP)的回油通道(44)。在高段侧压缩机(121)的输出侧和吸入侧之间，连接有具有毛细管(CP)和开闭阀(SV)的卸载通道(45)，在该卸载通道(45)的中间部位连接有高段侧压缩机(121)。
又，在高段侧压缩机(121)的输出侧第1气体管道(40)上设置有检测高压制冷剂压力的高压传感器(SPH1)，和当高压制冷剂压力过度上升，达到规定的压力时，输出关闭信号的高压开闭装置(HPS1)。又，在高段侧压缩机(121)的吸入侧第2气体管道(41)上设置有检测低压制冷剂压力的低压传感器(SPL1)。
另一方面，第1低段侧制冷剂回路(103A)的结构可进行将制冷剂循环方向作正循环和逆循环的切换的可逆式运转。而且，第1低段侧制冷剂回路(103A)具有第1及第2低段侧压缩机(31A)、(131A)和第1制冷剂热交换器(111A)的冷凝部和蒸发用传热管(105a)。该制冷剂热交换器(111A)的冷凝部构成第1低段侧制冷剂回路(103A)的冷凝器。第1低段侧压缩机(31A)和第2低段侧压缩机(131A)互为并联连接。
在上述各个压缩机(31A)、(131A)的输出侧，分别设置有油分离器(32)，(132)。在二油分离器(32),(132)的下游侧通过四通换向阀(33)及第1气体管道(60)连接于第1制冷剂热交换器(111A)上的冷凝部的一端。该冷凝部的另一端通过止回阀(CV)和存储器(34)、冷却用膨胀阀(EV21)，由液管(61)连接于蒸发用传热管(105a)的一端。蒸发用传热管(105a)的另一端通过止回阀(CV)、四通换向阀(33)和储液器(35)，由第2气体管道(62)连接于二低段侧压缩机(31A)、(131A)的吸入侧。
上述第1制冷剂热交换器(111A)为具有高段侧制冷剂回路(120)的蒸发部和第1低段侧制冷剂回路(103A)的冷凝部的级联冷凝装置，由板式热交换器构成。且，在该第1制冷剂热交换器(111A)中，第1低段侧制冷剂回路(103A)的制冷剂和高段侧制冷剂回路(120)的制冷剂进行热交换，第1低段侧制冷剂回路(103A)的制冷剂放热，冷凝，而高段侧制冷剂回路(120)的制冷剂吸热蒸发。
又，上述冷却用膨胀阀(EV21)为感温式膨胀阀，感温筒(TS)设置于蒸发用传热管(105a)的出口侧的第2气体管道(62)上。
由于第1低段侧制冷剂回路(103A)的结构可进行逆循环的除霜运转，所以，具有排水盘通道(63)、气体旁通道(64)及减压通道(65)。排水盘通道(63)连接于第2气体通道(62)上的止回阀(CV)的二端部，设有排水盘加热器(106a)和止回阀(CV)，流通道压缩机(31)的排出制冷剂(热气体)。
气体旁通道(64)连接于液管(61)上的冷却用膨胀阀(EV21)的二端部，设有止回阀(CV)，其结构在除霜运转时，使液体制冷剂旁通经过冷却用膨胀阀(EV21)。
减压通道(65)连接于液管(61)上的止回阀(CV)的二端，设有开闭阀(SV)和除霜用膨胀阀(EV22)，以在除霜运转时使液体制冷剂减压。又，除霜用膨胀阀(EV22)为感温式膨胀阀，感温筒设于第2气体管道(62)上的储液器(35)的上游侧。
又，在存储器(34)的上部，连接有气体抽气通道(66)的一端。气体抽气通道(66)设有开闭阀(SV)和毛细管(CP)。抽气通道(66)另一端连接于第2气体管道(62)上的储液器(35)的上游侧。
在各个油分离器(32),(132)和各个低段侧压缩机(31A)、(131A)的吸入侧之间，分别连接有具有毛细管(CP)的回油通道(67)、(67)。
又，在各个低段侧压缩机(31A)、(131A)的输出侧第1气体管道(60)、(60)上设置有当高压制冷剂压力过度上升，达到规定的压力时，输出关闭信号的高压压力开闭装置(HPS2)、(HPS2)和检测排出气体制冷剂温度的温度传感器(STH2)、(STH2)。在二低段侧压缩机(31A)、(131A)的输出侧管道的合流点与四通换向阀(33)之间设有检测高压制冷剂压力的高压传感器(SPH2)。在二低段侧压缩机(31A)、(131A)的吸入侧的第2气体管道(62)上设置有检测低压制冷剂压力的低压传感器(SPL2)。
第2低段侧制冷剂回路(103B)的结构大致如同第1低段侧制冷剂回路(103A)，但不进行除霜运转，仅进行冷却运转。第2低段侧制冷剂回路(103B)不具有如同第1低段侧制冷剂回路(103A)上的四通换向阀(124)，另外，也不设置排水盘通道(63)、气体旁通道(64)及减压通道(65)。即，第2低段侧制冷剂回路(103B)藉由第1气体管道(60)和液管(61)及第2气体管道(62)顺序连接第1及第2低段侧压缩机(31B)、(131B)、第2制冷剂热交换器(111B)的冷凝部、存储器(34)、冷却用膨胀阀(EV21)、蒸发用传热管(105b)、储液器(35)而成。上述第2制冷剂热交换器(111B)的冷凝部构成第2低段侧制冷剂回路(103B)的冷凝器。
冷却用膨胀阀(EV21)为感温式膨胀阀，感温筒设置于蒸发用传热管(105b)出口侧的第2气体管道(62)上。又，上述第2制冷剂热交换器(111B)为具有高段侧制冷剂回路(120)的蒸发部和第2低段侧制冷剂回路(103B)的冷凝部的级联冷凝装置，由板式热交换器所构成。在该第2制冷剂热交换器(111B)上，第2低段侧制冷剂回路(103B)的制冷剂与高段侧制冷剂回路(120)的制冷剂进行热交换，第2低段侧制冷剂回路(103B)的制冷剂放热冷凝，而高段侧制冷剂回路(120)的制冷剂吸热蒸发。
在上述二低段侧制冷剂回路(103A)、(103B)上的蒸发用传热管(105a)、(105b)由一个蒸发器(50)构成。在蒸发器(50)中，二低段侧制冷剂回路(103A)、(103B)的制冷剂与冷库内的空气进行热交换。且，上述蒸发器(50)、冷却用膨胀阀(EV21)及排水盘通道(63)设置于冷却机组(101C)上，同时，压缩机(31A)、(131A)、(31B)、(131B)等的其他机械设于上述级联装置(101B)上。
又，第1低段侧制冷剂回路(103A)上的液管(61)的分流器(51)的跟前，设有检测液体制冷剂的温度的液体温度传感器(Th21)，同时，在上述蒸发器(50)上设有用于检测上述蒸发器(50)的温度的蒸发器温度传感器(Th22)。
冷库内设有用于检测冷库内空气的库内温度传感器(Tx)。
如图10所示，控制器(17)包括低段侧高压检测部(15)、过热度检测部(27)、库内温度检测部(22)、目标高压设定部(23)、高段侧排出温度检测部(22e)、设定变更部(23c)、潮湿状态检测部(22a)、及膨胀阀控制部(16)。
冷冻装置的运转以下，就冷冻装置(110)的冷却运转作一说明。
在本冷冻装置(110)中，当冷库内冷冻负荷较小时，运转第1低段侧制冷剂回路(103A)的第1及第2低段侧压缩机(31A)、(131A)，当冷库内冷冻负荷较大时，运转二低段侧制冷剂回路(103A)(103B)的第1及第2低段侧压缩机(31A)、(131A),(31B)及(131B)。
即，，当负荷较小时，总共运转二台压缩机(31A)、(131A)，反之，当冷库内负荷较大时，总共运转4台压缩机(31A)、(131A),(31B)及(131B)。
这里，就冷库负荷较大时的运转情况作一说明。此时，同时驱动高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)及二低段侧制冷剂回路(103A)(103B)的第1及第2低段侧压缩机(31A)、(131A),(31B)及(131B)。在此状态下，高段侧制冷剂回路(120)上将四通换向阀(124)切换至图8所示的实线一侧，同时对下述的各个冷却用电动膨胀阀(EVL1)、(EVL2)进行开度控制。
在高段侧制冷剂回路(120)中，从高段侧压缩机(121)排出的高段侧制冷剂在冷凝器(122)中冷凝成为液体制冷剂，流向级联机组(101B)。且，所述液体制冷剂分流至二分支管道(104b)、(104c)，在冷却用电动膨胀阀(EVL1)、(EVL2)中被减压。其后，上述液体制冷剂在二制冷剂热交换器(111A)、(111B)的各个蒸发部蒸发成为气体制冷剂，返回至高段侧压缩机(121)，反复该循环。
另一方面，在第1低段侧制冷剂回路(103A)，将四通换向阀(33)切换至图9所示的实线一侧，同时全部关闭除霜用膨胀阀(EV22)，过热度控制冷却用膨胀阀(EV21)。在第2低段侧制冷剂回路(103B)，过热度控制冷却用膨胀阀(EVL2)。
在上述二低段侧制冷剂回路(103A)、(103B)中，从低段侧压缩机(31A)、(131A)(31B)、(131B)排出的低段侧制冷剂在制冷剂热交换器(111A)、(111B)的冷凝部冷凝成为液体制冷剂，该液体制冷剂在冷却用膨胀阀(EV21)、(EV21)被减压。其后，上述液体制冷剂在蒸发用传热管(105a)、(105b)蒸发成为气体制冷剂，返回至低段侧压缩机(31A)、(131A)、(31B)、(131B)。反复该循环。
在上述各个制冷剂热交换器(111A),(111B)中，高段侧制冷剂与低段侧制冷剂进行热交换，低段侧制冷剂回路(103A)、(103B)的低段侧制冷剂被冷却冷凝。另一方面，在上述蒸发器(50)中，低段侧制冷剂蒸发生成冷却空气，冷却冷库。
运转控制以下，参照图11及图12的流程图，说明冷冻装置(110)的冷却运转的控制方法。
首先，在步骤ST31中，接收来自各个传感器(SPH2)、(STH2)、(Tx)、(SPH1)、(SPL1)、(STH1)、(STL1)的检测信号，输入对于第1低段侧制冷剂回路(103A)的高压压力的相当饱和温度TCL1，对于第2低段侧制冷剂回路(103B)的高压压力的相当饱和温度TCL2，对于第1低段侧制冷剂回路(103A)的第1及第2低段侧压缩机(31A)、(131A)的排出气体温度TdL11,TdL12，对于第2低段侧制冷剂回路(103B)的第1及第2低段侧压缩机(31B)、(131B)的排出气体温度TeH1,TdL22，冷库内空气温度Tx、对于高段侧制冷剂回路(120)的高压压力的相当饱和温度TCH，对于高段侧制冷剂回路(120)的低压压力的相当饱和温度TeH，高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)的排出气体温度TdH，及对于高段侧压缩机(121)的吸入气体温度TsH。
其次，进入步骤ST32，计算出高段侧吸入气体过热度SSH=TsH-TeH、高段侧排出气体过热度DSH=TdH-TcH、对于低段侧目标高压的相当饱和温度TcLM=0.4Tx+18、第1低段侧制冷剂回路(103A)的高压压力偏差ε1=TcL1-TcLM、第2低段侧制冷剂回路(103B)的高压压力偏差ε2=TcL2-TcLM、第1低段侧制冷剂回路(103A)的排出气体最高温度Tdlmax=MAX(TdL11,TdL12)、及第2低段侧制冷剂回路(103B)的排出气体最高温度Td2max=MAX(TdL21,TdL22)。
其次，在步骤ST33-步骤ST39中，顺次计算出基于各状态变数的开度变更量。
具体地，在步骤ST33中，基于第1低段侧制冷剂回路(103A)的高压压力偏差ε1决定开度变更量ΔEV11。其次，进入步骤ST34，基于第2低段侧制冷剂回路(103B)的高压压力偏差ε2决定开度变更量ΔEV21。这里的ΔEV11及ΔEV21对应于本发明的“第1开度变更量”。其次，进入步骤ST35，基于高段侧吸入气体过热度SSH决定开度变更量ΔEV2(“第2开度变更量”)。其次，进入步骤ST36，根据第1低段侧制冷剂回路(103A)的排出气体最高温度Td1max决定开度变更量ΔEV13。其次，进入步骤ST37，根据第2低段侧制冷剂回路(103B)的排出气体最高温度Td2max决定开度增加量ΔEV23。又，这里的ΔEV13及ΔEV23对应于本发明的“开度变更量”。其次，进入步骤ST38，根据高段侧排出气体温度TdH决定开度变更量ΔEV4(开度增加量)。其次，进入步骤ST39，根据高段侧排出气体过热度DSH决定开度变更量ΔEV5(开度减少量)。
然后，进入步骤ST40，由ΔEVL1=7ΔEV11+8ΔEV2+4ΔEV13+20ΔEV4+5ΔEV5来决定第1冷却用电动膨胀阀(EVL1)的开度变更量ΔEVL1。
然后，进入步骤ST41，检测第2低段侧制冷剂回路(103B)是否处于运转中。如判断为肯定的情况，则进入步骤ST42，由ΔEVL2=7ΔEV21+8ΔEV2+4ΔEV23+20ΔEV4+5ΔEV5来决定第2冷却电动膨胀阀(EVL2)的开度变更量ΔEVL2。如判断为否定时，不进行第2冷却用电动膨胀阀(EVL2)的开度变更。
如上所述，根据本发明的第4实施形态，第1冷却用电动膨胀阀(EVL1)除了第1低段侧制冷剂回路(103A)的高压压力、高段侧制冷剂回路(120)的吸入气体过热度之外，也基于第1低段侧制冷剂回路(103A)的排出气体温度、高段侧制冷剂回路(120)的排出气体温度、及高段侧制冷剂回路(120)的吸入气体过热度而得到控制。第2冷却用电动膨胀阀(EVL2)除了第2低段侧制冷剂回路(103B)的高压压力、高段侧制冷剂回路(120)的吸入气体过热度之外，也基于第2低段侧制冷剂回路(103B)的排出气体温度、高段侧制冷剂回路(120)的排出气体温度、及高段侧制冷剂回路(120)的吸入气体过热度而得到控制。
如此，本实施形态为一其低段侧制冷剂回路(103A,103B)由多系统组成的多级系统，由于低段侧制冷剂回路(103A,103B)的负荷变动极大，使本发明的效果可以得到更显著的发挥。
如上所述，本发明可利用于空调装置、狭义的冷冻装置、冷藏装置等。
权利要求
1．一种冷冻装置，其特征在于，所述冷冻装置包括高段侧制冷剂回路(3,120)，所述高段侧制冷剂回路(3,120)由顺序连接高段侧压缩机(9,18,121)、冷凝器(10,122)、电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)及制冷剂热交换器(5,111A,111B)而构成；低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)，所述低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)由顺序连接低段侧压缩机(4,31A,31B,131A,131B)、上述制冷剂热交换器(5,111A,111B)、膨胀机构(7,EV21)及蒸发器(8,50)而构成；高压压力检测装置(SPH2)，所述高压压力检测装置(SPH2)设于所述低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)上，用于检测低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的高压压力；膨胀阀控制装置(16)，所述膨胀阀控制装置(16)用于控制所述高段侧制冷剂回路(3,120)的所述电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)，以将由高压压力检测装置(SPH2)检测的压力维持于规定的目标高压。
2．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，在所述冷冻装置中，设置用于检测由蒸发器(8,50)所冷却的被冷却介质温度的温度检测装置(Tx)，和基于上述温度检测装置(Tx)的检测温度设定膨胀阀控制装置(16)的目标高压的目标高压设定装置(23)。
3．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，在所述冷冻装置中，设置有置于低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)上、用于检测该低段侧制冷剂回路(2,103A,103B)的低压压力的低压压力检测装置(SPL2)，和根据上述低压压力检测装置(SPL2)的检测压力，设定膨胀阀控制装置(16)的目标高压的目标高压设定装置(23)。
4．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，在所述冷冻装置中，设置有用于检测被蒸发器(8)所冷却的被冷却介质温度的温度检测装置(Tx)，置于低段侧制冷剂回路(2)上、用于检测该低段侧制冷剂回路(2)的低压压力的低压压力检测装置(SPL2)，过渡状态检测装置(23a)，所述过渡状态检测装置(23a)根据预先设定的规定判断条件判断运行的过渡状态、当检测出过渡状态时，输出规定的过渡状态信号，另一方面，当检测出非过渡状态时，输出规定的非过渡状态信号，设定所述目标高压的目标高压设定装置(23)，所述目标高压设定装置(23)接受上述过渡状态信号时，根据上述温度检测装置(Tx)的检测温度设定膨胀阀控制装置(16)的目标高压，另一方面，当接受上述非过渡状态信号时，根据上述低压压力检测装置(SPL2)的检测压力，设定膨胀阀控制装置(16)的目标高压。
5．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻装置设有用于检测高段侧制冷剂回路(3,120)的高段侧压缩机(18,121)的吸入气体制冷剂过热度的过热度检测装置(27)；膨胀阀控制装置(16)的结构是，控制高段侧制冷剂回路(3,120)的电动膨胀阀(12,EVL1,EVL2)，以使高压压力检测装置(SPH2)的检测压力及上述过热度检测装置(27)的检测过热度分别达到规定的目标高压及目标过热度。
6．如权利要求5所述的冷冻装置，其特征在于，在所述冷冻装置中设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据高压压力检测装置(SPH2)的检测压力，计算出第1开度变更量(ΔEV1)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算出第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV1)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(3)的电动膨胀阀(12)的打开度；所述膨胀阀控制装置(16)具有设定变更装置(22b)，在上述检测过热度为规定范围之外的值，且上述第1开度变更量(ΔEV1)为正时，变更对所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使其仅根据上述第2开度变更量(ΔEV2)改变上述电动膨胀阀(12)的开度。
7．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻装置设有用于检测高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)的吸入气体制冷剂的过热度的过热度检测装置(27)，用于检测低段侧制冷剂回路(103A,103B)上的低段侧压缩机(31A,31B,131A,131B)的排出气体温度的排出气体温度检测装置(STH2)；设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据低段侧制冷剂回路(103A.103B)的高压压力计算出第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算出第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度；所述膨胀阀控制装置(16)具有设定变更装置(23c)，在上述排出气体检测装置(STH2)的检测温度为规定温度以上时，计算出根据该检测温度的开度增加量(ΔEV13,ΔEV23)，变更所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使所述膨胀阀控制装置(16)在上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据开度增加量(ΔEV13,ΔEV23)改变上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
8．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻装置设有用于检测高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)的吸入气体制冷剂过热度的过热度检测装置(27)，和用于检测高段侧制冷剂回路(120)上的高段侧压缩机(121)的排出气体温度的排出气体温度检测装置(STH1)；设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据低段侧制冷剂回路(103A.103B)的高压压力计算出第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算出第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度；所述膨胀阀控制装置(16)具有设定变更装置(23c)，在上述排出气体温度检测装置(STH1)的检测温度为规定温度以上时，计算出基于该检测温度的开度增加量(ΔEV14)，变更所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使所述膨胀阀控制装置(16)在除了上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据开度增加量(ΔEV4)改变上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
9．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻装置设有用于检测高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)的吸入气体制冷剂的过热度的过热度检测装置(27)，用于检测高段侧制冷剂回路(120)上的高段侧压缩机(121)的排出气体温度的排出气体温度检测装置(STH1)，和根据规定判断条件，判断高段侧制冷剂回路(120)的高段侧压缩机(121)的吸入气体制冷剂是否处于潮湿状态，当检测为潮湿状态时，输出规定潮湿状态信号的潮湿状态检测装置(22a)；设定膨胀阀控制装置(16)，使该装置根据低段侧制冷剂回路(103A.103B)的高压压力计算出第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)，根据过热度检测装置(27)的检测过热度计算测第2开度变更量(ΔEV2)，根据该第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)，变更高段侧制冷剂回路(120)的电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的打开度；所述膨胀阀控制装置(16)具有设定变更装置(23c)，在接受来自上述潮湿状态检测装置(22a)的潮湿状态信号后，计算出基于潮湿状态的开度减少量(ΔEV5)，变更所述膨胀阀控制装置(16)的设定，使所述膨胀阀控制装置(16)在上述第1开度变更量(ΔEV11,ΔEV21)及第2开度变更量(ΔEV2)之外，再根据开度减少量(ΔEV5)改变上述电动膨胀阀(EVL1,EVL2)的开度。
10．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻装置设有开度量变更装置(22d)，所述变更装置检测电动膨胀阀(12)的开度，使其对应于所述开度由膨胀阀控制装置(16)变更开度的变更量，当该开度增大时增加开度变更量，当该开度减小时减小开度变更量。
11．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述冷冻装置设有位于高段侧制冷剂回路(3)上的制冷剂热交换器(5)和高段侧压缩机(18)的吸入侧之间的储液器(24)，和开度量变更装置(22d)，所述变更装置检测电动膨胀阀(12)的开度的变化，相应于该开度的增减，变更膨胀阀控制装置(16)所作的开度变更量，当该开度增大时减小开度变更量，当该开度减小时增大开度变更量。
12．如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于，所述制冷剂热交换器由板式热交换器(5)构成。
全文摘要
一种冷冻装置,所述冷冻装置包括:由顺序连接低段侧压缩机(4)、级联冷凝装置(5)、低段侧存储器(6)和由感温式膨胀阀组成的低段侧膨胀阀(7)及蒸发器(8)而构成的低段侧制冷剂回路(2);由顺序连接高段侧压缩机(9)、冷凝器(10)、高段侧存储器(11)和由电动膨胀阀组成的高段侧膨胀阀(12)及级联冷凝装置(5)构成的高段侧制冷剂回路(3)。调节高段侧膨胀阀(12)的开度,以将检测低段侧制冷剂回路(2)的高压压力的高压传感器(SPH2)的检测压力维持于规定的目标高压。
文档编号F25B13/00GK1320203SQ99811487
公开日2001年10月31日 申请日期1999年9月29日 优先权日1998年9月30日
发明者川胜纪育, 上野明敏, 向谷俊昭, 植野武夫 申请人:大金工业株式会社