冷冻装置及冷冻装置的运转方法与流程

本发明涉及一种冷冻装置及冷冻装置的运转方法。

背景技术：

已知有一种安装着气液热交换器的冷冻装置，该气液热交换器使用来自蒸发器的低压冷媒，将来自冷凝器的高压冷媒过冷却，从而提高冷冻能力。该冷冻装置在冷冻能力控制时或高负载时限制通过气液热交换器的冷媒量，由此，实现冷冻能力或负载的降低(专利文献1—2)。

另外，在海上集装箱(container)所配备的冷冻装置中，由于从膨胀阀的近前对压缩机设置旁通回路来进行供给液体冷媒的液体注入，所以抑制了伴随由气液热交换器所致的吸入气体过热度的增大而发生的排出气体的温度上升(专利文献3)。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2002-31417号公报

[专利文献2]日本专利特开2018-96621号公报

[专利文献3]日本专利特开2005-226874号公报

技术实现要素：

[发明欲解决的课题]

然而，由于在气液热交换器中利用低压冷媒将高压冷媒过冷却，所以由气液热交换器导致压缩机入口的气体冷媒过热，压缩机的排出温度上升。

另外，虽通过液体注入抑制了排出温度上升，但因进行液体注入而导致通过蒸发器的冷媒循环量下降，从而使冷冻能力下降。另外，如果频繁地打开/关闭液体注入，则膨胀阀的过热度控制产生混乱，冷冻能力下降。

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制压缩机的排出温度上升并且抑制冷冻能力下降的冷冻装置及冷冻装置的运转方法。

[解决课题的手段]

本发明的一态样的冷冻装置具备：压缩机，排出冷媒；冷凝器，将所述冷媒冷凝而输出高压冷媒；膨胀阀，使所述高压冷媒膨胀；及蒸发器，使经膨胀的所述高压冷媒蒸发而输出低压冷媒；且具备：气液热交换器，使通过所述冷凝器的高压冷媒与通过所述蒸发器的低压冷媒进行热交换；旁通回路，接收要从所述冷凝器通过所述气液热交换器流向所述蒸发器的所述高压冷媒的至少一部分，使其绕过所述气液热交换器；液体流量调整部，能够调整流入所述旁通回路的所述高压冷媒的流量；液体注入回路，接收通过所述冷凝器的所述高压冷媒的至少一部分，并导入所述压缩机；注入流量调整部，能够调整流入所述液体注入回路的所述高压冷媒的流量；温度传感器，测定从所述压缩机流向所述冷凝器的高压冷媒的温度；及控制部，基于利用所述温度传感器测定出的温度，控制所述液体流量调整部的开闭阀的开闭与所述注入流量调整部的开闭阀的开闭。

[发明的效果]

根据本发明，能提供一种能够抑制压缩机的排出温度上升并且抑制冷冻能力下降的冷冻装置及冷冻装置的运转方法。

附图说明

图1是第1实施方式的冷冻装置的构成图。

图2是表示第1实施方式的冷冻装置的处理的流程图。

图3是第2实施方式的冷冻装置的构成图。

图4是第3实施方式的冷冻装置的构成图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。此处，实施方式所示的尺寸、材料、及其它具体数值等只是例示，除特别说明的情况以外，并不限定本发明。另外，对于实质上具有相同功能及构成的要素，通过标注相同符号而省略重复说明，对于与本发明无直接关系的要素省略图示。

以下，参照附图对本发明的冷冻装置及冷冻装置的运转方法的实施例进行详细说明。

(第1实施方式)

图1是本发明的第1实施方式的冷冻装置的构成图。如图1所示，本实施方式的冷冻装置具备压缩机1、冷凝器2、气液热交换器3、旁通回路4、膨胀阀5、蒸发器6、旁通开闭阀7、液体注入回路8、注入开闭阀9、风扇2a、6a(送风机)、温度传感器10、及控制器11。

压缩机1将冷媒压缩，并排出压缩后的冷媒，经由配管1a供给至冷凝器2。冷凝器2为凝结器(condenser)，将从压缩机1供给的冷媒冷凝，并将经冷凝的高压冷媒供给至气液热交换器3。风扇2a通过对冷凝器2供给空气而将经冷凝的高压冷媒冷却。

气液热交换器3是例如将第一配管3a与第二配管3b呈剖面同心圆状配置而成的套管式热交换器。详细地说，是如下套管结构：第一配管3a成为剖面内侧，第二配管3b成为剖面外侧。气液热交换器3使通过冷凝器2的高压冷媒与通过蒸发器6的低压冷媒进行热交换。

第一配管3a供从冷凝器2输出的高压冷媒通过，并将其供给至膨胀阀5。第二配管3b供从蒸发器6输出的低压冷媒通过，并将其供给至压缩机1。

气液热交换器3的输出连接于膨胀阀5。膨胀阀5使来自气液热交换器3的冷媒膨胀，由此，将经减压的低压冷媒供给至蒸发器6。

蒸发器6为蒸发仪(evaporator)，使低压冷媒蒸发并将其供给至气液热交换器3的第二配管3b。风扇6a对蒸发器6供给空气，借此，将经蒸发的低压冷媒冷却。由于对气液热交换器3的第一配管3a供给高压冷媒，因此在低压冷媒与高压冷媒之间进行热交换。

旁通回路4与气液热交换器3的第一配管3a连结，接收要从冷凝器2通过气液热交换器3流向蒸发器6的高压冷媒的至少一部分高压冷媒，使其绕过气液热交换器3。旁通开闭阀7相当于本发明的液体流量调整部，由安装在旁通回路4的电磁阀所构成，通过进行开闭动作来调整流入旁通回路4的高压冷媒的流量。

液体注入回路8与连接在冷凝器2的出口侧的配管2b连结，接收通过冷凝器2的高压冷媒的至少一部分高压冷媒，并导入压缩机1。注入开闭阀9相当于本发明的注入流量调整部，由安装在液体注入回路8的电磁阀所构成，通过进行开闭动作来调整从冷凝器2流入液体注入回路8的高压冷媒的流量。

温度传感器10安装在与压缩机1的出口侧连接的配管1a，测定从压缩机1流向冷凝器2的高压冷媒的温度，将所检测出的温度数据输出到控制器11。

控制器11相当于本发明的控制部，基于利用温度传感器10测定出的温度，控制旁通开闭阀7的开闭与注入开闭阀9的开闭。

控制器11判定利用温度传感器10测定出的温度是否为第1规定值ta以上，在判定温度为第1规定值ta以上的情况下，使旁通开闭阀7为打开状态。

控制器11判定利用温度传感器10测定出的温度是否为大于第1规定值ta的第2规定值tb以上，在判定温度为第2规定值tb以上的情况下，使注入开闭阀9为打开状态。

接下来，一边参照图2所示的流程图，一边对像这样构成的第1实施方式的冷冻装置的动作进行详细说明。

首先，经压缩机1压缩的高压冷媒被供给至冷凝器2。冷凝后的高压冷媒被供给至气液热交换器3与液体注入回路8。高压冷媒被导入气液热交换器3的第一配管3a。

接下来，利用温度传感器10检测压缩机1的排出温度(步骤s11)。控制器11判定利用温度传感器10测定出的温度是否为第1规定值ta以上(步骤s12)，在判定温度为第1规定值ta以上的情况下，使旁通开闭阀7为打开状态(步骤s13)。

因此，旁通回路4接收要从冷凝器2通过气液热交换器3流向蒸发器6的高压冷媒的至少一部分高压冷媒，使其绕过气液热交换器3(步骤s14)。

之后，高压冷媒被导入膨胀阀5，以适当的开度通过膨胀阀5，由此，高压冷媒被减压，而成为低压冷媒。之后，低压冷媒被导入蒸发器6，冷媒蒸发并汽化。

从蒸发器6输出的低压冷媒被导入气液热交换器3的第二配管3b，与流过第一配管3a的高压冷媒之间进行热交换。流过第二配管3b的低压冷媒从气液热交换器3输出。之后，低压冷媒被导入压缩机1，再次压缩并循环。

通过像这样利用旁通回路4使流入气液热交换器3的液体冷媒的一部分绕过，能够降低高压冷媒的过冷却度。因此，冷冻能力不会出现大幅下降，能够抑制压缩机1的排出温度上升。由此，能够避免液体注入回路8及注入开闭阀9的频繁动作。

在使所述旁通回路4的旁通控制状态持续时，即使旁通开闭阀7的打开状态持续的状态下，控制器11判定利用温度传感器10测定出的温度是否为大于第1规定值ta的第2规定值tb以上(步骤s15)。在判定温度为第2规定值tb以上的情况下，使注入开闭阀9为打开状态(步骤s16)。

因此，从冷凝器2供给的高压冷媒的一部分高压冷媒被导入压缩机1。在液体注入中，由于向来自气液热交换器3的低压冷媒导入来自液体注入回路8的高压冷媒，所以能够抑制压缩机1的排出温度上升。

另外，利用旁通控制与液体注入控制的协同效应，能够抑制冷冻能力下降，并且液体注入的动作次数减少，能够抑制排出温度的变动。另外，能够延长注入开闭阀9的寿命。另外，能够缩短高负载下拉的时间。

申请人对第1实施方式的冷冻装置进行了从40℃变化为-25℃的高负载下拉试验。在该试验中，测定从40℃冷却到-25℃所需的时间(此处称为“下拉时间”)及液体注入的次数，将现有的冷冻装置与实施方式的冷冻装置加以比较。

在现有的冷冻装置中，只进行液体注入控制，下拉时间为103小时，液体注入次数为10次。

与此相对，在实施方式的冷冻装置中，进行液体注入控制与旁通控制，下拉时间为87小时，液体注入次数为3次。根据该试验的结果，实施方式的冷冻装置的冷却时间快，注入开闭阀9的动作次数少。因此，实施方式的冷冻装置能够抑制冷冻能力下降，并且能够延长注入开闭阀9的寿命。

(第2实施方式)

图3是第2实施方式的冷冻装置的构成图。第1实施方式的冷冻装置在气液热交换器3的第一配管3a上连结着旁通回路4，第2实施方式的冷冻装置在气液热交换器3的第2配管3b上连结着旁通回路4b。

旁通回路4b接收要从蒸发器6通过气液热交换器3流向压缩机1的低压冷媒的至少一部分，使其绕过气液热交换器。图3所示的其它构成与图1所示的构成相同。此外，图3所示的冷却装置的动作与图2所示的流程图所示的处理相同，只有以下处理不同。

控制器11在判定排出温度为第1规定值ta以上的情况下，使旁通开闭阀7b为打开状态。因此，旁通回路4b接收要从蒸发器6通过气液热交换器3流向压缩机1的低压冷媒的至少一部分，使其绕过气液热交换器。

通过像这样利用旁通回路4b使流入气液热交换器3的低压冷媒的一部分绕过，能够降低高压冷媒的过冷却度。因此，冷冻能力不会出现大幅下降，能够抑制压缩机1的排出温度上升。由此，能够避免液体注入回路8及注入开闭阀9的频繁动作。

另外，利用旁通控制与液体注入的协同效应，能够抑制冷冻能力下降，并且液体注入的动作次数减少，能够抑制排出温度的变动。另外，能够延长注入开闭阀9的寿命。另外，能够缩短下拉时间。

(第3实施方式)

图4是第3实施方式的冷冻装置的构成图。第3实施方式的冷冻装置在气液热交换器3的第一配管3a上连结着旁通回路4，并且在气液热交换器3的第二配管3b上连结着旁通回路4b。在旁通回路4上安装着旁通开闭阀7，在旁通回路4b上安装着旁通开闭阀7b。

控制器11判定利用温度传感器10测定出的温度是否为第1规定值ta以上，在判定温度为第1规定值ta以上的情况下，使旁通开闭阀7与旁通开闭阀7b为打开状态。

因此，旁通回路4接收要从冷凝器2通过气液热交换器3流向蒸发器6的高压冷媒的至少一部分高压冷媒，使其绕过气液热交换器3。旁通回路4b接收要从蒸发器6通过气液热交换器3流向压缩机1的低压冷媒的至少一部分，使其绕过气液热交换器。

通过像这样利用旁通回路4使流入气液热交换器3的高压冷媒的一部分绕过，利用旁通回路4b使流入气液热交换器3的低压冷媒的一部分绕过，能够降低高压冷媒的过冷却度。因此，冷冻能力不会出现大幅下降，能够抑制压缩机1的排出温度上升。由此，能够避免液体注入回路8及注入开闭阀9的频繁动作。

另外，利用旁通控制与液体注入的协同效应，能够抑制冷冻能力下降，并且液体注入的动作次数减少，能够抑制排出温度的变动。另外，能够延长注入开闭阀9的寿命。另外，能够缩短下拉时间。

此外，在第3实施方式的冷冻装置中，在排出温度成为规定温度ta以上的情况下，使旁通回路4与旁通回路4b同时动作。例如，也可以在排出温度成为规定温度ta的情况下，使旁通回路4与旁通回路4b中的一旁通回路动作，在排出温度成为规定温度ta与tb之间的温度的情况下，使旁通回路4与旁通回路4b中的另一旁通回路动作。

在以上实施方式的说明中，气液热交换器3设为如下构成：向第一配管3a导入通过冷凝器2的高压冷媒，向第二配管3b导入通过蒸发器的低压冷媒，但也可设为如下构成：向第一配管3a导入通过蒸发器的低压冷媒，向第二配管3b导入通过冷凝器2的高压冷媒。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式，能在其主旨的范围内实现各种变形及变更。