冷冻装置的制作方法

本发明涉及冷冻装置，特别涉及制冷剂回路由压缩机、气体冷却器、中间热交换器以及蒸发器构成且高压侧成为超临界压力的冷冻装置。

背景技术：

一直以来，例如在超市等大型店铺中，广泛使用了冷冻装置，所述冷冻装置设置有多个冷冻陈列柜或冷藏陈列柜，且利用冷冻机使这些陈列柜运转。

作为这样的冷冻装置，以往，例如公开了以下这样的技术。即，冷冻装置具有：与处于气体冷却器的下游侧且处于主节流单元的上游侧的制冷剂回路相连接的压力调整用节流单元；以及与处于压力调整用节流单元的下游侧且处于主节流单元的上游侧的制冷剂回路相连接的中间冷却器，通过控制单元对压力调整用节流单元的开度进行控制，由此将流入主节流单元的制冷剂的压力调整为预定的规定值(例如参考专利文献1)。

【专利文献1】：国际公开wo2014/068967

然而，在上述专利文献1中记载的技术中，即使将辅助节流单元的开度设为最大，也存在出口压力无法降低到规定压力的情况。尤其是，例如在盛夏的白天等过负荷条件下，有时出口压力会成为比临界压力7.3mpa高的压力，此时，由于在中间冷却器内无法进行液化，无法利用液化来增大冷却效果，因此存在冷却性能下降的课题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供即使在过负荷条件时，也能够降低冷冻机出口压力，能够进行中间冷却器中的制冷剂的液化而增大冷冻能力的冷冻装置。

为了达到上述目的，本发明的冷冻装置是以下这样的冷冻装置，其由冷冻机和陈列柜构成，所述冷冻机具有两级压缩的压缩机、中冷器、气体冷却器、减压电动阀、中间冷却器以及回气用电动阀，所述陈列柜具有主节流单元和蒸发器，该冷冻装置的特征在于，所述冷冻装置具有控制装置，所述控制装置进行如下控制：当所述冷冻机的出口压力高于临界压力时，使所述中间冷却器的上游侧的所述减压电动阀的开度减小。

由此，在中间冷却器中，通过制冷剂的气液分离来进行制冷剂的液化，由此能够使冷冻机出口压力低于临界压力，能够将液体制冷剂输送到陈列柜。由此，陈列柜的主节流单元的入口侧的制冷剂的比焓下降，能够增大冷却效果。

在上述的结构中，也可以是，所述控制装置进行如下控制：当所述压缩机的排出侧的高压压力与设计压力之差小于1mpa时，使所述压缩机的旋转量下降。

在上述的结构中，也可以是，所述控制装置进行如下控制：当所述压缩机的排出侧的高压压力与设计压力之差小于1mpa时，使所述压缩机的旋转量下降而确保了压缩机的排出侧的高压压力与设计压力之差后，减小所述减压电动阀的开度。

根据本发明，能够使冷冻机出口压力低于临界压力，能够将液体制冷剂输送到陈列柜。由此，陈列柜的主节流单元的入口侧的制冷剂的比焓下降，能够增大冷却效果。

附图说明

图1是示出本发明的冷冻装置的实施方式的冷冻循环的回路图。

图2是示出本实施方式的控制装置的框图。

图3是示出本实施方式的控制动作的流程图。

图4是基于本发明的控制和现有技术的控制的p-h线图。

标号说明

1：冷冻装置；2：冷冻机；3：陈列柜；10：压缩机；11：冷冻用热交换器；13：气体冷却器；14：中冷器；15：油冷却器；16：送风风扇；26：油管；28：油调整电动阀；30：中间热交换器；31：减压电动阀；32：分离式热交换器；33：分支配管；34：回液膨胀阀；35：回气电动阀；40：蒸发器；41：主节流单元；50：高压压力传感器；51：低压压力传感器；52：中压压力传感器；53：冷冻机出口压力传感器；54：冷冻机入口温度传感器；55：冷冻机出口温度传感器；56：排出温度传感器；57：气体冷却器出口温度传感器；58：外气温度传感器；59：分流出口温度传感器；60：控制装置。

具体实施方式

第1发明是以下这样的冷冻装置，其由冷冻机和陈列柜构成，该冷冻机具有两级压缩的压缩机、中冷器、气体冷却器、减压电动阀、中间冷却器以及回气用电动阀，该陈列柜具有主节流单元和蒸发器，该冷冻装置的特征在于，所述冷冻装置具有控制装置，所述控制装置进行如下控制：当所述冷冻机的出口压力高于临界压力时，使所述中间冷却器的上游侧的所述减压电动阀的开度减小。

由此，在中间冷却器中，能够使冷冻机出口压力低于临界压力，因此能够通过制冷剂的气液分离来进行制冷剂的液化，能够将液体制冷剂输送到陈列柜。由此，陈列柜的主节流单元的入口侧的制冷剂的比焓下降，能够增大冷却效果。

第2发明是以下这样的冷冻装置，其特征在于，控制装置进行如下控制：当压缩机的排出侧的高压压力与设计压力之差小于1mpa时，使压缩机的旋转量下降。

由此，通过使压缩机的旋转量下降，能够使得冷冻机出口压力下降。在这种情况下，通过使压缩机的旋转量下降，制冷剂的循环量减少，但由于能够使制冷剂的比焓下降，因此冷却效果增大，能够增大冷却能力。

第3发明是以下这样的冷冻装置，其特征在于，控制装置进行如下控制：当压缩机的排出侧的高压压力与设计压力之差小于1mpa时，使压缩机的旋转量下降而确保了压缩机的排出侧的高压压力与设计压力之差后，减小减压电动阀的开度。

由此，在确保了压缩机的排出侧的高压压力与设计压力之差后，减压电动阀的开度减小，由此能够使冷冻机出口压力下降。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本发明的冷冻装置的实施方式的冷冻循环的回路图。

如图1所示，冷冻装置1具有：对制冷剂进行冷却的冷冻机2以及通过从冷冻机2输送的制冷剂来进行冷却的陈列柜3。陈列柜3例如设置于便利店或超市等设施中，用于对所陈列的冷藏/冷冻商品进行冷却。

另外，在本实施方式中，冷冻装置1使用了高压侧的制冷剂压力(高压压力)达到其临界压力以上(超临界)的二氧化碳作为制冷剂。该二氧化碳制冷剂是有益于地球环境的考虑了可燃性和毒性等的自然制冷剂。

另外，冷冻机2具有分两级进行压缩动作的压缩机10。在压缩机10上经由制冷剂配管12连接有冷冻用热交换器11，冷冻用热交换器11由气体冷却器13、中冷器14、油冷却器15以及送风风扇16构成。

在压缩机10中设置有第一级的压缩机构中的第1吸入口20和第1排出口21，并且设置有第二级的压缩机构中的第2吸入口22和第2排出口23。

压缩机10的第2排出口23经由制冷剂配管12与分油器24相连接，分油器24经由制冷剂配管12与气体冷却器13相连接。在与压缩机10的第2排出口23相连的制冷剂配管12的中途部设置有止回阀25。

分油器24分离制冷剂中的油，分油器24构成为：经由油管26被连接至油冷却器15的入口侧，将被分油器24分离出的油提供给油冷却器15。另外，油冷却器15的出口侧经由油管26被连接至压缩机10的中间级。

在油管26的中途部设置有由三向阀构成的油辅助阀27和油调整电动阀28。

构成为：压缩机10的第1吸入口20吸入从陈列柜3输送的制冷剂，利用第一级的压缩机构压缩为中压而从第1排出口21排出。

另外，压缩机10的第1排出口21经由制冷剂配管12被连接至中冷器14的入口侧，中冷器14的出口侧经由制冷剂配管12被连接至压缩机10的第2吸入口22。

并且构成为：被压缩为中压而从压缩机10的第1排出口21排出的制冷剂经由制冷剂配管12流入中冷器14，在中冷器14中，通过送风风扇16的动作与外气进行热交换而被冷却后，返回到压缩机10的第2吸入口22。并且构成为：在压缩机10中利用第二级的压缩机构将制冷剂压缩为所需的压力并从第2排出口23排出，经由分油器24被输送到气体冷却器13。

另外，气体冷却器13通过使送风风扇16动作来使从压缩机10输送的制冷剂与外气进行热交换而进行冷却，而由于二氧化碳制冷剂不凝结，因此在超临界状态下直接作为高压气体被输送。

另外，在气体冷却器13上经由制冷剂配管12连接有中间冷却器30，在该制冷剂配管12的中途部设置有用于对从气体冷却器13输送的制冷剂进行减压的减压电动阀31。

在中间冷却器30的出口侧的制冷剂配管12上连接有分离式热交换器32。

在分离式热交换器32的出口侧的制冷剂配管12上连接有从该制冷剂配管12分支的分支配管33，分支配管33经由回液膨胀阀34被连接至分离式热交换器32。制冷剂配管12和分支配管33被配置为制冷剂的流动方向为对流，且被构成为能够使流过制冷剂配管12的制冷剂与流过分支配管33的制冷剂高效地进行热交换。

在中间冷却器30上经由回气电动阀35连接有制冷剂返回配管36，制冷剂返回配管36与分支配管33相连接。

在分离式热交换器32的出口侧的制冷剂配管12上连接有用于向陈列柜3的蒸发器40输送制冷剂的出口辅助阀37。另一方面，在连接于压缩机10的第1吸入口20的制冷剂配管12上，连接有供来自陈列柜3的蒸发器40的制冷剂返回的入口辅助阀38。

分离式热交换器32的出口侧的分支配管33与中冷器14的出口侧相连接。

并且，回液膨胀阀34使分离式热交换器32的出口侧的高压制冷剂减压而膨胀到中压程度，构成为：通过分离式热交换器32使流过制冷剂配管12的高压制冷剂和流过分支配管33的被减压后的制冷剂进行热交换而对高压制冷剂进行冷却。

由分离式热交换器32进行热交换后的制冷剂与中冷器14的出口侧的制冷剂汇合而从第2吸入口22输送到压缩机10，实现了从压缩机10排出的制冷剂的温度的最佳化。

另外，构成为：在出口辅助阀37上经由主节流单元41分别连接有多个陈列柜3的蒸发器40，通过蒸发器40使从制冷剂配管12输送的制冷剂与柜内的空气进行热交换，进行各陈列柜3的柜内的冷却。蒸发器40的出口侧与入口辅助阀38相连接。

另外，在压缩机10的排出侧设置有对从压缩机10排出的制冷剂压力进行检测的高压压力传感器50，在压缩机10的吸入侧设置有对从压缩机10吸入的制冷剂压力进行检测的低压压力传感器51。另外，在中冷器14的出口侧与压缩机10的第2吸入口22之间设置有对制冷剂的中压进行检测的中压压力传感器52。

并且，在本实施方式中，在中间冷却器30与回气电动阀35之间设置有对从冷冻机2输送到陈列柜3的制冷剂压力进行检测的冷冻机出口压力传感器53。

另外，在制冷剂配管12的入口侧设置有对从陈列柜3输送的制冷剂温度进行检测的冷冻机入口温度传感器54，在制冷剂配管12的出口侧设置有对向陈列柜3输送的制冷剂温度进行检测的冷冻机出口温度传感器55。

在压缩机10的排出侧设置有对制冷剂的排出温度进行检测的排出温度传感器56，在气体冷却器13的出口侧设置有对气体冷却器13的出口处的制冷剂温度进行检测的气体冷却器出口温度传感器57。

在气体冷却器13的附近设置有检测外气温度的外气温度传感器58，在分离式热交换器32的出口侧设置有对分离式热交换器32的出口处的制冷剂温度进行检测的分流出口温度传感器59。

接着，对本实施方式的控制结构进行说明。

图2是示出本实施方式的控制结构的框图。

如图2所示，在本实施方式中，冷冻机2具有对各部分进行统一控制的控制装置60。

控制装置60构成为被输入高压压力传感器50、低压压力传感器51、中压压力传感器52以及冷冻机出口压力传感器53的检测值。另外，控制装置60构成为被输入来自制冷剂排出温度传感器56、外气温度传感器58、气体冷却器出口温度传感器57、冷冻机出口温度传感器55、冷冻机入口温度传感器54、以及分流出口温度传感器59的检测值。

控制装置60构成为根据来自各传感器50～59的检测值和运转设定条件，分别对压缩机10的驱动频率、室外风扇的转速、减压电动阀31、回液电动阀、以及回气电动阀35的开度进行控制。

另外，在本实施方式中，控制装置60输入由冷冻机出口压力传感器53检测的制冷剂的冷冻机出口压力的检测值，并判断冷冻机出口压力是否低于预定值。

一般而言，在二氧化碳制冷剂中，临界压力为7.3mpa，因此，当冷冻机出口压力超过7.3mpa时，在中间冷却器30中，无法进行制冷剂的液化，冷却性能下降。

因此，在本实施方式中，控制装置60判断由冷冻机出口压力传感器53检测的制冷剂的冷冻机出口压力是否低于比7.3mpa小的预定值例如7.2mpa。另外，预定值并不限定为7.2mpa，可以任意地设定为其他值。

并且，在判断为冷冻机出口压力在7.2mpa以上的情况下，进一步判断压缩机10的排出侧的制冷剂的高压压力是否低于预定值。

压缩机10的排出制冷剂的设计压力被设定为12mpa。因此，留出稍许的余量，判断压缩机10的排出制冷剂的高压压力例如是否低于11mpa，如果排出制冷剂的高压压力低于11mpa，则进行控制以减小减压电动阀31的转动。另外，预定值并不限定为11mpa，可以任意地设定为其他值。

另一方面，如果排出制冷剂的高压压力在11mpa以上，则进行控制以使压缩机10的转速下降。

通过这样地进行控制，能够控制为对减压电动阀31的开度进行调整，直到压缩机10的排出制冷剂的高压压力达到11mpa以上，并且控制为不让冷冻机出口压力超过临界压力，由此，不会使压缩机10的能力过度下降，能够维持冷冻机2的冷却性能。

并且，在控制装置60进行了减压电动阀31或压缩机10的控制的情况下，输入由冷冻机出口压力传感器53检测的制冷剂的冷冻机出口压力的检测值，并判断冷冻机出口压力是否低于预定值。这种情况下的预定值例如被设定为比7.2mpa低的6.8mpa。。

控制装置60在冷冻机出口压力高于6.8mpa的情况下，再次判断是否低于7.2mpa，并且判断压缩机10的排出制冷剂的高压压力是否低于11mpa。

构成为：根据该判断结果，如上所述地对减压电动阀31的开度或压缩机10的转速进行控制。

接着，对本实施方式的动作进行说明。

首先，使压缩机10进行动作而通过压缩机10的第1吸入口20吸入从陈列柜3输送的制冷剂，该制冷剂被第一级的压缩机构压缩为中压并从第1排出口21排出。

另外，从压缩机10的第1排出口21排出的制冷剂经由制冷剂配管12流入中冷器14。在该中冷器14中，该制冷剂通过送风风扇16与外气进行热交换而被冷却，并且分别返回压缩机10的第2吸入口22。

从中冷器14返回的制冷剂在压缩机10中被第二级的压缩机构压缩到所需压力并从第2排出口23排出，经由分油器24被输送到气体冷却器13。

从压缩机10输送的制冷剂在气体冷却器13中通过送风风扇16与外气进行热交换而被冷却并被输送到中间冷却器30。

在中间冷却器30中对该制冷剂进行冷却后的制冷剂在分离式热交换器32中与从制冷剂配管12分歧并经由回液膨胀阀34被减压后的制冷剂进行热交换而被冷却，经由出口辅助阀37被输送到陈列柜3。

并且，被输送到陈列柜3的制冷剂被主节流单元41减压到规定压力，在蒸发器40中进行热交换，将柜内冷却到预定温度。

从蒸发器40流出的制冷剂经由入口辅助阀38和制冷剂配管12返回到压缩机10。

接着，参照图3示出的流程图对本实施方式的控制动作进行说明。

图3是示出本实施方式的控制动作的流程图。

如图3所示，在已经开始运转的状态下，控制装置60输入由冷冻机出口压力传感器53检测的制冷剂的冷冻机出口压力的检测值，判断冷冻机出口压力是否低于7.2mpa(st1)。在判断为冷冻机出口压力低于7.2mpa的情况下(st1：是)，控制装置60进行通常的控制(st2)。

在判断为冷冻机出口压力为7.2mpa以上的情况下(st1：否)，控制装置60判断压缩机10的排出制冷剂的高压压力是否低于11mpa(st3)。并且，如果排出制冷剂的高压压力低于11mpa(st3：是)，则进行控制以减小减压电动阀31的开度(st4)。

另一方面，如果排出制冷剂的高压压力在11mpa以上(st3：否)，则控制装置60进行控制以使压缩机10的转速下降(st5)。

并且，在控制装置60进行了减压电动阀31或压缩机10的控制之后，输入由冷冻机出口压力传感器53检测的制冷剂的冷冻机出口压力的检测值，判断冷冻机出口压力是否低于6.8mpa(st6)。

在判断为冷冻机出口压力低于6.8mpa情况下(st6：是)，控制装置60进行通常的控制(st2)。

另一方面，在判断为冷冻机出口压力为6.8mpa以上的情况下(st6：否)，控制装置60在持续一定时间维持了减压电动阀31的开度和压缩机10的转速的状态下(st7)，再次通过冷冻机出口压力传感器53判断冷冻机出口压力是否低于7.2mpa(st1)。

控制装置60根据判断结果，如上所述地对减压电动阀31的开度或压缩机10的转速进行控制。并反复进行到冷冻机出口压力低于临界压力。

如以上说明的那样，根据本实施方式，当冷冻机2的出口压力高于临界压力时，控制装置60进行控制，使得中间冷却器30的上游侧的减压电动阀31的开度减小。

由此，在中间冷却器30中，通过制冷剂的气液分离来进行制冷剂的液化，因此能够使冷冻机出口压力低于临界压力，并且能够将液体制冷剂输送到陈列柜3。由此，陈列柜3的主节流单元41的入口侧的制冷剂的比焓下降，能够增大冷却效果。

图4是基于本发明的控制和基于现有技术的控制的p-h线图。

如图4所示，根据现有技术的控制，在冷冻机出口压力高于7.3mpa的情况下，不进行气液分离，无法使比焓下降。

与之相对，在本发明的控制下，通过使冷冻机出口压力低于7.3mpa，在中间冷却器30中能够进行气液分离，能够利用制冷剂的液化，使得主节流单元41的入口侧的制冷剂的比焓下降。由此，能够提高冷却效果。

另外，在本实施方式中，控制装置60进行如下控制：当压缩机10的排出侧的高压压力与设计压力之差小于1mpa时，使压缩机10的旋转量下降。

由此，通过使压缩机10的旋转量下降，能够使冷冻机出口压力下降。

在这种情况下，通过使压缩机10的旋转量下降，制冷剂的循环量减少，但由于能够使制冷剂的比焓下降，因此冷却效果增大，能够增大冷却能力。

在本实施方式中，控制装置60进行如下控制：当压缩机10的排出侧的高压压力与设计压力之差小于1mpa时，使压缩机10的旋转量下降而确保了压缩机10的排出侧的高压压力与设计压力之差后，减小减压电动阀31的开度。

由此，在确保了压缩机10的排出侧的高压压力与设计压力之差后，通过减小减压电动阀31的开度，能够使冷冻机出口压力下降。

需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变更。