涡轮制冷机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮制冷机，特别是涉及涡轮制冷机的膨胀机构。
【背景技术】
[0002]以往，用于制冷空调装置等的涡轮制冷机由封入有制冷剂的封闭系统构成，该涡轮制冷机构成为利用制冷剂配管将如下部件连结:蒸发器，其从冷水(被冷却流体)中获取热量使制冷剂蒸发而发挥制冷效果；压缩机，其对在上述蒸发器蒸发后的制冷剂气体进行压缩而使之成为高压的制冷剂气体；冷凝器，其利用冷却水(冷却流体)对高压的制冷剂气体进行冷却而使之冷凝；以及膨胀阀(膨胀机构)，其对上述冷凝后的制冷剂进行减压而使之膨胀。而且，在将借助多级叶轮多级地对制冷剂气体进行压缩的多级压缩机用作压缩机的情况下，对于在中间冷却器即节能器(economizer)所产生的制冷剂气体，将其导入到压缩机的中间级(多级叶轮的中间部分)，其中，所述中间冷却器设置于冷凝器与蒸发器之间的制冷剂配管中。
[0003]在涡轮制冷机中，将固定节流孔、浮子阀、电动阀等用于从冷凝器至节能器以及从节能器至蒸发器的膨胀机构。
[0004]在制冷循环中，若利用压缩机对无助于制冷能力的制冷剂气体进行压缩，则会消耗剩余的动力，因此，导致制冷机的效率降低。
[0005]以往，采用电动阀作为膨胀机构，确保膨胀阀的一次侧的罐体(冷凝器、节能器)的液面，通过对膨胀机构的一次侧进行液封而避免气体分流。
[0006]多数情况下，将电动阀用于膨胀阀，根据阀芯种类的不同，流量Cv值(流量系数)与开度的控制特性会发生改变。
[0007]作为涡轮制冷机的膨胀阀，大多采用球阀、蝶阀，但是，在低阀开度区域，相对于阀的操作量，Cv值(流量系数)的变化减小，形成为所谓的死区，从而不适合于要求前述那样的精度的液面控制。
[0008]图6是示出球阀、蝶阀的阀开度与Cv值(流量系数)之间的关系的曲线图。如图6所示，在低阀开度区域，相对于阀的操作量的Cv值的变化减小，形成为控制性不良区域。而且，在阀开度比较高的区域，相对于阀操作量的Cv值的变化增大，形成为控制性良好区域。
[0009]在图6中，若以在控制性良好区域使用为前提而使用小口径的膨胀阀，则在冷水与冷却水的温差较小的低扬程条件下，制冷剂向蒸发器返回的状况有时会变差，产生蒸发器的吸入低压，从而无法使制冷机持续运转。
[0010]因此，对大口径的膨胀阀与小口径的膨胀阀进行并联排列，根据制冷负载或者冷水.冷却水的温度条件而进行膨胀阀的切换控制等。
[0011]专利文献1:日本特许第4109997号公报
[0012]在上述的现有技术中，产生以下课题。
[0013](I)存在电动式膨胀阀的控制性不良区域，无法进行高精度的液面控制。
[0014](2)在为了确保控制性而并联设置多个大口径的膨胀阀与小口径的膨胀阀的情况下，存在成本增加的问题。
【发明内容】
[0015]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种涡轮制冷机，能够避免电动式膨胀阀的控制性的降低，另外，能够避免因设置多个膨胀阀而导致成本增加。
[0016]为了实现上述目的，本发明的涡轮制冷机具备:蒸发器，其从被冷却流体获取热量使制冷剂蒸发而发挥制冷效果；多级涡轮压缩机，其利用多级叶轮对制冷剂进行压缩；冷凝器，其利用冷却流体对压缩后的制冷剂气体进行冷却而使之冷凝；以及作为中间冷却器的节能器，其使冷凝后的液态制冷剂液的一部分蒸发，将蒸发后的制冷剂气体供给至上述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分，所述涡轮制冷机的特征在于，在将制冷剂从上述冷凝器引导至上述节能器的制冷剂配管，按照节流孔、膨胀阀的顺序对节流孔与膨胀阀进行设置，在将制冷剂从上述节能器引导至上述蒸发器的制冷剂配管，按照节流孔、膨胀阀的顺序对节流孔与膨胀阀进行设置。
[0017]根据本发明，在冷凝器与节能器之间的高级侧，利用设置于膨胀阀的一次侧的节流孔产生基本的压力损耗，由此限制制冷剂循环量，利用位于下游的膨胀阀进行冷凝器的液面控制。通过这样将节流孔设置于膨胀阀的一次侧，使得膨胀阀进行开闭动作的区域向Cv值(流量系数)相对于阀操作量灵敏地变化的控制性良好区域切换，由此能够解决控制响应性降低的课题。利用节流孔与膨胀阀在冷凝器进行高精度的液面控制，由此能够减少制冷循环的气体分流量，能够避免制冷机的效率降低。另外，在节能器与蒸发器之间的低级侧也一样，利用设置于膨胀阀的一次侧的节流孔产生基本的压力损耗，由此限制制冷剂循环量，利用位于下游的膨胀阀进行节能器的液面控制。通过这样利用节流孔与膨胀阀在节能器进行高精度的液面控制，能够减少制冷循环的气体分流量，能够避免制冷机的效率降低。
[0018]根据本发明的优选方式，其特征在于，上述节流孔由固定节流孔构成，上述膨胀阀由开度可变的电动式的膨胀阀构成。
[0019]根据本发明的优选方式，其特征在于，具备:液面传感器，其分别设置于上述冷凝器以及上述节能器，对制冷剂液面高度进行测定；以及控制装置，其对上述膨胀阀的开度进行控制，上述控制装置基于设置于上述冷凝器的液面传感器的测定值而对上述冷凝器与上述节能器之间的膨胀阀的开度进行控制，基于设置于上述节能器的液面传感器的测定值而对上述节能器与上述蒸发器之间的膨胀阀的开度进行控制。
[0020]根据本发明的优选方式，其特征在于，具备:压力传感器，其分别设置于上述冷凝器以及上述蒸发器，对冷凝器的压力以及蒸发器的压力进行测定；以及控制装置，其对上述膨胀阀的开度进行控制，上述控制装置基于由上述压力传感器测定出的冷凝器的压力与蒸发器的压力的压力差，对上述冷凝器与上述节能器之间的膨胀阀的开度以及上述节能器与上述蒸发器之间的膨胀阀的开度进行控制。
[0021]根据本发明的优选方式，其特征在于，预先求出冷凝器的压力与蒸发器的压力的压力差、和上述膨胀阀的开度之间的关系，并将该预先求出的关系预先存储于上述控制装置，上述控制装置基于根据由上述压力传感器测定出的冷凝器的压力与蒸发器的压力的压力差而预先求出的上述关系，决定上述冷凝器与上述节能器之间的膨胀阀的开度、以及上述节能器与上述蒸发器之间的膨胀阀的开度。
[0022]本发明起到以下列举的效果。
[0023](I)通过以良好的精度进行冷凝器与节能器的液面控制，能够减少制冷循环的气体分流量，能够避免制冷机的效率降低。
[0024](2)避免出现电动式膨胀阀的控制响应性较差的运转区域，能够实现控制性良好的运转区域。
[0025](3)避免因并联设置多个膨胀阀以确保控制响应性而引起成本增加，能够分别利用单个膨胀阀进行冷凝器与节能器的液面控制。
【附图说明】
[0026]图1是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。
[0027]图2是将节流孔与膨胀阀串联连接的情况下的莫里尔线图。
[0028]图3是示出在图1所示的涡轮制冷机设置有液面传感器的实施方式的示意图。
[0029]图4是示出在图1所示的涡轮制冷机设置有压力传感器的实施方式的示意图。
[0030]图5是示出冷凝器与蒸发器的压力差和膨胀阀的开度之间的关系的曲线图。
[0031]图6是示出球阀、蝶阀的阀开度与Cv值(流量系数)之间的关系的曲线图。
[0032]附图标记说明:
[0033]I…涡轮压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…节能器；5…制冷剂配管；6…高级节流孔；7…高级膨胀阀；8…流路；9…低级节流孔；10…低级膨胀阀；1L...第一级叶轮；12…第二级叶轮；13…压缩机马达；14…抽吸叶片；17…液面传感器；18…液面传感器；20...控制装置；21…压力传感器；22…压力传感器；
【具体实施方式】
[0034]以下，参照图1?图5对本发明所涉及的涡轮制冷机的实施方式进行说明。在图1?图5中，对于相同或者相当的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。
[0035]图1是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。如图1所示，涡轮制冷机具备:涡轮压缩机1，其对制冷剂进行压缩；冷凝器2，其利用冷却水(冷却流体)对压缩后的制冷剂气体进行冷却而使之冷凝；蒸发器3，其从冷水(被冷却流体)获取热量使制冷剂蒸发而发挥制冷效果；以及作为中间冷却器的节能器4，其配置于冷凝器2与蒸发器3之间，涡轮制冷机构成为利用供制冷剂循环的制冷剂配管5将上述各设备连结。
[0036]在图1所示的实施方式中，涡轮压缩机I由多级涡轮压缩机构成，多级涡轮压缩机由二级涡轮压缩机构成，且构成为具备第一级叶轮11、第二级叶轮12、以及使上述叶轮11、12旋转的压缩机马达13。在第一级叶轮11的吸入侧设置有抽吸叶片14，该抽吸叶片14对制冷剂气体向叶轮11、12的吸入流量进行调整。涡轮压缩机I借助流路8而与节能器4连接，在节能器4分离出的制冷剂气体被导入到涡轮压缩机I的多个压缩级(在本例中为二级)的中间部分(在本例中为第一级叶轮11与第二级叶轮12之间的部分)。
[0037]在如图1所示那样构成的涡轮制冷机的制冷循环中，制冷剂在涡轮压缩机1、冷凝器2、蒸发器3以及节能器4中循环，利用在蒸发器3获得的冷热源制造冷水，以与负载对应的方式将制冷循环过程中所获取的来自蒸发器3的热量、以及从马达13供给的与涡轮压缩机I的功相当的热量释放到对冷凝器2供给的冷却水中。另一方面，在节能器4分离出的制冷剂气体被导入到涡轮压缩机I的多个压缩级