專利名稱：2級(jí)壓縮冷凍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及2級(jí)壓縮冷凍裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于冷凍裝置，希望能夠?qū)崿F(xiàn)較高的制冷系數(shù)(COP)、并且蒸發(fā)器的冷媒的蒸發(fā)溫度能夠?qū)?yīng)于較大的范圍。在2級(jí)壓縮冷凍裝置中，為了達(dá)到較高的制冷系數(shù)，需要使第1 級(jí)的壓縮機(jī)與第2級(jí)的壓縮機(jī)的負(fù)荷的分擔(dān)最優(yōu)化。例如，在專利文獻(xiàn)1中，記載了通過(guò)使壓縮機(jī)的行程體積變化、以使作為第1級(jí)的壓縮機(jī)的吐出壓力(第2級(jí)的壓縮機(jī)的吸入壓力)的中間壓力Pm與第1級(jí)的壓縮機(jī)的吸入壓力I3S和第2級(jí)的壓縮機(jī)的吐出壓力Pd的乘積的平方根V (Ps-Pd) 一致、來(lái)防止冷凍裝置的效率下降的技術(shù)。作為冷凍裝置用的壓縮機(jī)，廣泛地使用為了冷卻及潤(rùn)滑而供給油、在吐出側(cè)設(shè)有油分離器的類型的結(jié)構(gòu)。通常，在2級(jí)壓縮冷凍裝置中，在第2級(jí)的壓縮裝置的吐出流路中配設(shè)油分離器，通過(guò)其吐出壓力使分離器分離的油回流到第1級(jí)及第2級(jí)的壓縮機(jī)中。專利文獻(xiàn)1 特開2007 - 138919號(hào)公報(bào)
在以往的2級(jí)壓縮冷凍裝置中，如果吸入壓力I^s與吐出壓力Pd的差變大，則因?yàn)樵搲毫Σ?，溶解在?dǎo)入到第1級(jí)的壓縮機(jī)的低壓空間中的油中的冷媒閃蒸(瞬間蒸發(fā))的量變多。 于是，通過(guò)蒸發(fā)器壓縮機(jī)能夠吸入的冷媒的量減少，發(fā)生冷凍裝置的效率下降的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的課題是提供一種即使冷媒吸入壓力較低也能夠維持較高的效率的冷凍裝置。為了解決上述課題，本發(fā)明的冷凍裝置為以下的結(jié)構(gòu)在冷媒循環(huán)流路中，設(shè)置有能夠控制轉(zhuǎn)速的第1級(jí)壓縮機(jī)、第1級(jí)油分離器、能夠與上述第1級(jí)壓縮機(jī)分開而獨(dú)立地控制轉(zhuǎn)速的第2級(jí)壓縮機(jī)、第2級(jí)油分離器、冷凝器、膨脹閥及蒸發(fā)器；具有第1級(jí)油流路， 將上述第1級(jí)油分離器分離的油向上述第1級(jí)壓縮機(jī)回流；第2級(jí)油流路，將上述第2級(jí)油分離器分離的油向上述第2級(jí)壓縮機(jī)回流；吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)上述第1級(jí)壓縮機(jī)的吸入壓力；中間壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)上述第1級(jí)壓縮機(jī)的吐出壓力；吐出壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)上述第2級(jí)壓縮機(jī)的吐出壓力；第1級(jí)控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)冷凍負(fù)荷控制上述第1級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；第2級(jí)控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值與上述吐出壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值的乘積的平方根計(jì)算理論中間壓力，在上述理論中間壓力與上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值的差比預(yù)先決定的下限壓力差大的情況下，控制上述第2級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使上述中間壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值與上述理論中間壓力一致，在上述理論中間壓力與上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值的差是上述下限壓力差以下的情況下，控制上述第2級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使上述中間壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值與上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值加上上述下限壓力差后的值一致。
此外，本發(fā)明的冷凍裝置也可以是，具備檢測(cè)上述蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度的蒸發(fā)溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)；上述第1級(jí)控制機(jī)構(gòu)根據(jù)上述蒸發(fā)溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值控制上述第1級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，在本發(fā)明的冷凍裝置中，上述第1級(jí)壓縮機(jī)及上述第2級(jí)壓縮機(jī)也可以分別由螺旋壓縮機(jī)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，由于在各級(jí)的壓縮機(jī)的吐出側(cè)分別設(shè)有油分離器，所以對(duì)各個(gè)壓縮機(jī)供給自身的吐出壓力的油。由此，油的供給壓力不會(huì)變得過(guò)高，溶解到油中的冷媒不會(huì)閃蒸而使壓縮機(jī)的容量實(shí)質(zhì)地下降(特別是，通過(guò)蒸發(fā)器第1壓縮機(jī)能夠吸入的冷媒的量不會(huì)減少)。此外，第2級(jí)控制機(jī)構(gòu)即使在理論中間壓力變小時(shí)，也將實(shí)際的中間壓力與吸入壓力的差保持為一定的值以上，所以能夠確保為了對(duì)第1級(jí)壓縮機(jī)供給油而需要的壓力差，能夠防止斷油造成的故障。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的冷凍裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖1的冷凍裝置的蒸發(fā)溫度與各處的冷媒壓力的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在圖1中表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的冷凍裝置1的結(jié)構(gòu)。冷凍裝置1具有設(shè)置有第1級(jí)壓縮機(jī)2、第2級(jí)壓縮機(jī)3、冷凝器4、膨脹閥5及蒸發(fā)器6、封入有冷媒的冷媒循環(huán)流路7。第1級(jí)壓縮機(jī)2及第2級(jí)壓縮機(jī)3分別是能夠獨(dú)立地控制轉(zhuǎn)速的變換器驅(qū)動(dòng)的油冷式螺旋壓縮機(jī)。冷凍裝置1還在第1級(jí)壓縮機(jī)2與第2級(jí)壓縮機(jī)3之間的冷媒循環(huán)流路7中設(shè)有從第1級(jí)壓縮機(jī)2吐出的冷媒中分離冷卻油的第1級(jí)油分離器8，在第2級(jí)壓縮機(jī)3與冷凝器4之間的冷媒循環(huán)流路7中，設(shè)有從第2級(jí)壓縮機(jī)3吐出的冷媒中分離冷卻油的第2級(jí)油分離器9。并且，冷凍裝置1還具備使第1級(jí)油分離器8分離的冷卻油回流到第1級(jí)壓縮機(jī)2的吸入及低壓部中的第1級(jí)油流路10、和使第2級(jí)油分離器9分離的冷卻油回流到第 2級(jí)壓縮機(jī)3的吸入及低壓部中的第2級(jí)油流路11。此外，冷凍裝置1具備檢測(cè)第1級(jí)壓縮機(jī)2的吸入壓力I^s的吸入壓力檢測(cè)器12、 檢測(cè)第1級(jí)壓縮機(jī)2與第2級(jí)壓縮機(jī)3之間的冷媒循環(huán)流路7的壓力、即既是第1級(jí)壓縮機(jī)2的吐出壓力也是第2級(jí)壓縮機(jī)3的吸入壓力的中間壓力Pm的中間壓力檢測(cè)器13、檢測(cè)第2級(jí)壓縮機(jī)3的吐出壓力Pd的吐出壓力檢測(cè)器14、和檢測(cè)蒸發(fā)器6中的冷媒的蒸發(fā)溫度 Te的蒸發(fā)溫度檢測(cè)器15。在冷凍裝置1中，對(duì)于第1級(jí)壓縮機(jī)2，通過(guò)中間壓力Rn與吸入壓力I^s的壓力差從第1級(jí)油分離器10供給冷卻油，對(duì)于第2級(jí)壓縮機(jī)3，通過(guò)吐出壓力Pd與中間壓力Rn的壓力差從第2級(jí)油分離器11供給冷卻油。進(jìn)而，冷凍裝置1具有基于蒸發(fā)溫度檢測(cè)器15的檢測(cè)值Te控制第1級(jí)壓縮機(jī)2 的轉(zhuǎn)速的第1級(jí)控制裝置16、和基于吸入壓力檢測(cè)器12、中間壓力檢測(cè)器13及吐出壓力檢測(cè)器14的檢測(cè)值I^、Rii、Pd控制第2級(jí)壓縮機(jī)3的轉(zhuǎn)速的控制裝置17?？刂蒲b置16和控制裝置17也可以是由單一的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的相互獨(dú)立的程序或控制例行程序。第1級(jí)控制裝置16通過(guò)例如公知的PID控制調(diào)節(jié)第1級(jí)壓縮機(jī)2的轉(zhuǎn)速，以將冷凍負(fù)荷即蒸發(fā)溫度檢測(cè)器15的檢測(cè)值Te保持為設(shè)定溫度Ts。第2級(jí)控制裝置17基于吸入壓力檢測(cè)器12及吐出壓力檢測(cè)器14的檢測(cè)值決定中間壓力RiI的目標(biāo)值Riis，通過(guò)公知的PID控制等控制第2級(jí)壓縮機(jī)2的轉(zhuǎn)速，以使中間壓力Rii與目標(biāo)值Riis —致。該目標(biāo)值Rns如以下這樣決定。首先，第2級(jí)控制裝置17計(jì)算作為吸入壓力檢測(cè)器12檢測(cè)到的吸入壓力I^s與吐出壓力檢測(cè)器14檢測(cè)到的吐出壓力Pd的乘積的平方根的理論中間壓力Riith= { V (Ps-Pd) }。接著，第2級(jí)控制裝置17求出理論中間壓力Riith與吸入壓力I3S的差Δ P，與預(yù)先設(shè)定的下限壓力差Δ Rnin比較。并且，第2級(jí)控制裝置17如果壓力差ΔΡ比下限壓力差ΔΚι η大，則將目標(biāo)值Riis設(shè)定為理論中間壓力Riith，如果壓力差ΔΡ是下限壓力差ΔΚι η以下，則將目標(biāo)值Riis設(shè)定為吸入壓力檢測(cè)器12檢測(cè)到的吸入壓力I3S加上下限壓力差Δ Rnin后的值(Ps+ Δ Rnin )。下限壓力差ΔΚι η是為了確保在第1級(jí)壓縮機(jī)2中需要的冷卻油的流量而需要的壓力，由第1級(jí)油流路10的配管阻力決定。該下限壓力差ΔΚι η通常是對(duì)在第1級(jí)壓縮機(jī)2的額定運(yùn)轉(zhuǎn)條件下決定的值乘以安全率后的固定值(例如0. 2Mpa)，但也可以為根據(jù)第1級(jí)壓縮機(jī)2的轉(zhuǎn)速而變化的值。在圖2中表示吸入壓力Ps、中間壓力Rii及吐出壓力Pd的關(guān)系。吸入壓力I3S由蒸發(fā)器6中的冷媒的蒸發(fā)溫度決定。此外，吐出壓力Pd由冷凝器4中的冷媒的冷凝溫度決定。如果對(duì)冷凝器4供給的冷卻水的溫度為一定、冷凝器的容量足夠大，則冷凝溫度成為大致一定，所以在本實(shí)施方式中，也可以考慮吐出壓力Pd為大致一定。如圖所示，如果蒸發(fā)器6中的冷媒的蒸發(fā)溫度比一 50°C低，則理論中間壓力Riith 與吸入壓力I3S的壓力差Δ P成為下限壓力差A(yù)Rnin (0. 2MPa)以下。此時(shí)，第2級(jí)控制裝置17將中間壓力Rn的目標(biāo)值Rns設(shè)定為比吸入壓力I^s高下限壓力差Δ Pmin的壓力( + APmin)0由此，通過(guò)使得能夠?qū)Φ?級(jí)壓縮機(jī)2充分地供給冷卻油，防止第1級(jí)壓縮機(jī)2 的故障。此外，同時(shí)也防止向第2級(jí)壓縮機(jī)的冷卻油的供給壓力(Pd - Rn)變得過(guò)高，防止在第2級(jí)壓縮機(jī)中溶解到冷卻油中的冷媒閃蒸而導(dǎo)致能力下降。在以上的說(shuō)明中，可能可以考慮只要不變更蒸發(fā)器6中的冷媒的蒸發(fā)溫度Te的設(shè)定值Ts、決定中間壓力Rn的目標(biāo)值Rns的運(yùn)算式就不變化。但是，例如在蒸發(fā)器6配設(shè)在冷凍倉(cāng)庫(kù)中那樣的情況下，如果為了貨物的運(yùn)入運(yùn)出而將門在打開的狀態(tài)下放置，則庫(kù)內(nèi)溫度、即實(shí)際的蒸發(fā)溫度Te急劇地上升，所以理論中間壓力Riith與吸入壓力I^s的壓力差 ΔP能夠比下限壓力差ΔRnin大。因而，即使蒸發(fā)溫度Te的設(shè)定值Ts為一定、也使目標(biāo)值Rns的運(yùn)算式變化是為了提高冷凍裝置1的效率有效的手段。此外，也可以考慮優(yōu)選的是通過(guò)級(jí)聯(lián)控制等使蒸發(fā)器 6中的冷媒的蒸發(fā)溫度Te的設(shè)定值Ts變化的情況。此外，在上述實(shí)施方式中，由于第1級(jí)壓縮機(jī)2的機(jī)械壓縮比與第2級(jí)壓縮機(jī)3的機(jī)械壓縮比相等，所以設(shè)為理論中間壓力Riith= { V (Ps · Pd) }，但在將第1級(jí)壓縮機(jī)2的機(jī)械壓縮比與第2級(jí)壓縮機(jī)3的機(jī)械壓縮比的比用常數(shù)k表示的情況下，成為理論中間壓力Rnth= { V (Ps · Pd/k) } ο S卩，在本發(fā)明中，理論中間壓力Rnth是對(duì)吸入壓力I3S與吐出壓力Pd的乘積的平方根乘以常數(shù)V k后的值。 附圖標(biāo)記說(shuō)明 1冷凍裝置 2第1級(jí)壓縮機(jī) 3第2級(jí)壓縮機(jī) 4冷凝器 5膨脹閥 6蒸發(fā)器 7冷媒循環(huán)流路 8第1級(jí)油分離器 9第2級(jí)油分離器 10第1級(jí)油流路 11第2級(jí)油流路
12吸入壓力檢測(cè)器(吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)) 13中間壓力檢測(cè)器(中間壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)) 14吐出壓力檢測(cè)器(吐出壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)) 15蒸發(fā)溫度檢測(cè)器(蒸發(fā)溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)) 16第1級(jí)控制裝置(第1級(jí)控制機(jī)構(gòu)) 17第2級(jí)控制裝置(第2級(jí)控制機(jī)構(gòu))
權(quán)利要求
1.一種冷凍裝置，其特征在于，在冷媒循環(huán)流路中，設(shè)置有能夠控制轉(zhuǎn)速的第1級(jí)壓縮機(jī)、第1級(jí)油分離器、能夠與上述第1級(jí)壓縮機(jī)分開而獨(dú)立地控制轉(zhuǎn)速的第2級(jí)壓縮機(jī)、第2級(jí)油分離器、冷凝器、膨脹閥及蒸發(fā)器； 具有第1級(jí)油流路，將上述第1級(jí)油分離器分離的油向上述第1級(jí)壓縮機(jī)回流；第2級(jí)油流路，將上述第2級(jí)油分離器分離的油向上述第2級(jí)壓縮機(jī)回流；吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)上述第1級(jí)壓縮機(jī)的吸入壓力；中間壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)上述第1級(jí)壓縮機(jī)的吐出壓力；吐出壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)上述第2級(jí)壓縮機(jī)的吐出壓力；第1級(jí)控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)冷凍負(fù)荷控制上述第1級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；第2級(jí)控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值與上述吐出壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值的乘積的平方根計(jì)算理論中間壓力，在上述理論中間壓力與上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值的差比預(yù)先決定的下限壓力差大的情況下，控制上述第2級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使上述中間壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值與上述理論中間壓力一致，在上述理論中間壓力與上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值的差是上述下限壓力差以下的情況下，控制上述第2級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使上述中間壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值與上述吸入壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值加上上述下限壓力差后的值一致。
2.如權(quán)利要求1所述的冷凍裝置，其特征在于，具備檢測(cè)上述蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度的蒸發(fā)溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)；上述第1級(jí)控制機(jī)構(gòu)根據(jù)上述蒸發(fā)溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)值控制上述第1級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。
3.如權(quán)利要求1或2所述的冷凍裝置，其特征在于，上述第1級(jí)壓縮機(jī)及上述第2級(jí)壓縮機(jī)分別由螺旋壓縮機(jī)構(gòu)成。
全文摘要
提供一種即使冷媒吸入壓力較低也能夠維持較高的效率的冷凍裝置。在2級(jí)壓縮式冷凍裝置(1)中，在第1級(jí)壓縮機(jī)(2)與第2級(jí)壓縮機(jī)(3)之間設(shè)置第1級(jí)油分離器(8)而使油回流到第1級(jí)壓縮機(jī)(2)中，在第2級(jí)壓縮機(jī)(3)的吐出側(cè)設(shè)置第2級(jí)油分離器(9)而使油回流到第2級(jí)壓縮機(jī)(3)中，根據(jù)冷凍負(fù)荷控制第1級(jí)壓縮機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)吸入壓力Ps與吐出壓力Pd的乘積的平方根計(jì)算理論中間壓力Pmth，在理論中間壓力Pmth與吸入壓力Ps的差比預(yù)先決定的下限壓力差ΔPmin大的情況下，控制第2級(jí)壓縮機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速，以使中間壓力Pm與理論中間壓力Pmth一致，在理論中間壓力Pmth與吸入壓力Ps的差是下限壓力差ΔPmin以下的情況下，控制第2級(jí)壓縮機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速，以使中間壓力Pm與吸入壓力Ps加上下限壓力差ΔPmin后的值一致。
文檔編號(hào)F25B49/02GK102435018SQ201110281270
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者壺井升 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所