渦輪制冷的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種渦輪制冷機，測定蒸發(fā)器LTD并利用測定值來控制向蒸發(fā)器的制冷劑供給量，由此能夠提高蒸發(fā)器的傳熱性能。該渦輪制冷機具有：使制冷劑從被冷卻流體吸收熱量而蒸發(fā)來發(fā)揮制冷效果的蒸發(fā)器；通過葉輪對制冷劑進(jìn)行壓縮的渦輪壓縮機；和通過冷卻流體冷卻壓縮的制冷劑氣體而使其冷凝的冷凝器，還具有：設(shè)置在向蒸發(fā)器配管的制冷劑配管上的至少一個控制閥；測定與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換的冷水的出口溫度的機構(gòu)；測定蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度的機構(gòu)；和控制控制閥的控制裝置，為了使被定義為冷水出口溫度與蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度差的蒸發(fā)器LTD接近目標(biāo)LTD，控制裝置通過控制閥來控制向蒸發(fā)器供給的制冷劑流量。
【專利說明】渦輪制冷機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪制冷機，尤其涉及具有將傳熱管組配置在殼體內(nèi)部、并向傳熱管內(nèi)通入冷水而使殼體充滿液體制冷劑的滿液式蒸發(fā)器的渦輪制冷機。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，在制冷空調(diào)裝置等中利用的渦輪制冷機由封入有制冷劑的封閉系統(tǒng)構(gòu)成，并通過制冷劑配管將蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥(膨脹機構(gòu))連結(jié)起來而構(gòu)成，其中，蒸發(fā)器使制冷劑從冷水(被冷卻流體)吸收熱量而蒸發(fā)來發(fā)揮制冷效果；壓縮機對通過上述蒸發(fā)器而蒸發(fā)的制冷劑氣體進(jìn)行壓縮而使其成為高壓的制冷劑氣體；冷凝器通過冷卻水(冷卻流體)對高壓的制冷劑氣體進(jìn)行冷卻而使其冷凝；膨脹閥對上述冷凝的制冷劑進(jìn)行減壓而使其膨脹。
[0003]上述渦輪制冷機大多使用將傳熱管組配置在殼體內(nèi)部、并向傳熱管內(nèi)通入冷水而使殼體充滿液體制冷劑的滿液式蒸發(fā)器。
[0004]在上述滿液式蒸發(fā)器中，傳熱效率對制冷機的COP(性能系數(shù):coefficient ofperformance)產(chǎn)生影響。由于基于傳熱管組浸潰在制冷劑中的高度而使沸騰傳熱特性發(fā)生變化，因此，以往，通過控制蒸發(fā)器的制冷劑液位來使蒸發(fā)器的傳熱效率不下降。
[0005]關(guān)于蒸發(fā)器的制冷劑液位的控制，在日本專利第3360362號公報(專利文獻(xiàn)I)和日本特開昭62-200153號公報(專利文獻(xiàn)2)中，公開有根據(jù)制冷機的負(fù)荷來改變蒸發(fā)器的制冷劑液位的內(nèi)容。
[0006]S卩，在專利文獻(xiàn)I中，記載有在高負(fù)荷時提高蒸發(fā)器的制冷劑液位、在低負(fù)荷時降低蒸發(fā)器的制冷劑液位的內(nèi)容。
[0007]與之相對，在專利文獻(xiàn)2中，記載有在高負(fù)荷時降低蒸發(fā)器的制冷劑液位、在低負(fù)荷時提高蒸發(fā)器的制冷劑液位的內(nèi)容。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本專利第3360362號公報
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開昭62-200153號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]如上所述，在專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2中，根據(jù)制冷機負(fù)荷對制冷劑液位進(jìn)行的控制呈完全相反的關(guān)系。
[0013]本發(fā)明人在為了調(diào)查渦輪制冷機的負(fù)荷與蒸發(fā)器的制冷劑液位的相互關(guān)系而進(jìn)行試驗時，得到了如下試驗結(jié)果，即，當(dāng)蒸發(fā)器的液面在低負(fù)荷下也下降時，上部傳熱管變?yōu)闊o效，從而導(dǎo)致蒸發(fā)器的性能降低。在此基礎(chǔ)上，制冷劑從高壓部(冷凝器或節(jié)能器)向低壓部(蒸發(fā)器)返回的驅(qū)動力成為兩者的壓力差，蒸發(fā)器的液面高度由于該驅(qū)動力而受到影響，因此，蒸發(fā)器的制冷劑液位無法僅根據(jù)負(fù)荷而唯一確定。另外，也明確了由于最佳制冷劑液位會根據(jù)蒸發(fā)器的構(gòu)造和/或傳熱管的種類等而有所不同，所以難以通過蒸發(fā)器的制冷劑液位控制來維持蒸發(fā)器的傳熱性能。
[0014]因此，本發(fā)明人在研究取代蒸發(fā)器的制冷劑液位控制的新的控制指標(biāo)的過程中，著眼于蒸發(fā)器LTD (冷水出口溫度與蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度差)而完成了本發(fā)明方案。
[0015]即，本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪制冷機，測定蒸發(fā)器LTD并利用測定值來控制向蒸發(fā)器的制冷劑供給量，由此能夠提高蒸發(fā)器的傳熱性能。
[0016]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的渦輪制冷機具有:使制冷劑從被冷卻流體吸收熱量而蒸發(fā)來發(fā)揮制冷效果的蒸發(fā)器；通過葉輪對制冷劑進(jìn)行壓縮的渦輪壓縮機；和通過冷卻流體對壓縮的制冷劑氣體進(jìn)行冷卻而使其冷凝的冷凝器，該渦輪制冷機的特征在于，還具有:設(shè)置在向蒸發(fā)器配管的制冷劑配管上的至少一個的控制閥；測定與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換的冷水的出口溫度的機構(gòu)；測定蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度的機構(gòu)；和控制上述控制閥的控制裝置，上述控制裝置通過上述控制閥來控制向蒸發(fā)器供給的制冷劑流量，以使被定義為冷水出口溫度與蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度差的蒸發(fā)器LTD接近目標(biāo)LTD。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，測定與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換的冷水的出口溫度，并且測定蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度，根據(jù)這些測定值得到被定義為冷水出口溫度與蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度差的蒸發(fā)器LTD。然后，將所得到的蒸發(fā)器LTD與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)LTD進(jìn)行比較，為了使所得到的蒸發(fā)器LTD接近目標(biāo)LTD，通過控制閥來控制向蒸發(fā)器供給的制冷劑流量。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，上述渦輪壓縮機由多級渦輪壓縮機構(gòu)成，具有向多級渦輪壓縮機的多級壓縮級的中間部分供給制冷劑氣體的節(jié)能器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，由于通過節(jié)能器而分離的制冷劑氣體被導(dǎo)入到多級渦輪壓縮機的多級壓縮級的中間部分，所以增加了通過節(jié)能器而實現(xiàn)的制冷效果部分，因此，能夠相應(yīng)地增加制冷效果而實現(xiàn)高效化。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，根據(jù)制冷負(fù)荷而唯一設(shè)定上述目標(biāo)LTD。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，預(yù)先求出目標(biāo)LTD與制冷負(fù)荷的關(guān)系，并使該關(guān)系以曲線圖或表格的形式存儲在控制裝置中，由此，能夠根據(jù)制冷負(fù)荷而唯一設(shè)定目標(biāo)LTD。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，根據(jù)蒸發(fā)器內(nèi)的壓力求出上述蒸發(fā)器制冷劑溫度。
[0023]蒸發(fā)器的制冷劑溫度與蒸發(fā)器內(nèi)的壓力是相關(guān)聯(lián)的，因此，通過測定蒸發(fā)器內(nèi)的壓力，能夠求出蒸發(fā)器制冷劑溫度。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，在上述蒸發(fā)器LTD與上述目標(biāo)LTD大致一致的情況下，停止上述控制閥的開啟動作。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，在上述蒸發(fā)器的制冷劑液位達(dá)到上限值的情況下，將上述控制閥閉合至規(guī)定開度。
[0026]本LTD控制的特征為，將上述控制閥的開啟動作作為基本，但在制冷劑供給量過剩時，存在蒸發(fā)器的制冷劑液位達(dá)到上限值的情況。在該情況下，暫時通過將上述控制閥閉合至規(guī)定開度來減少制冷劑供給量，由此，使本LTD控制再次發(fā)揮功能。能夠通過實驗求出最佳規(guī)定開度。例如，規(guī)定開度為20%的開度。
[0027]發(fā)明效果
[0028]根據(jù)本發(fā)明，通過控制設(shè)置在制冷劑從節(jié)能器(或冷凝器)向蒸發(fā)器返回的配管中的控制閥，能夠?qū)⒄舭l(fā)器LTD控制為目標(biāo)LTD，通過將蒸發(fā)器LTD控制為目標(biāo)LTD，能夠提高蒸發(fā)器的傳熱性能。因此，能夠提高制冷機的COP。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是表示本發(fā)明的渦輪制冷機的一個實施方式的示意圖。
[0030]圖2是表示通過實驗而得到的制冷負(fù)荷率)與目標(biāo)LTD(°C )的關(guān)系圖。
[0031]圖3是表示本發(fā)明的渦輪制冷機的其他實施方式的示意圖。
[0032]附圖標(biāo)記說明
[0033]I多級渦輪壓縮機
[0034]2冷凝器
[0035]3蒸發(fā)器
[0036]4節(jié)能器
[0037]5制冷劑配管
[0038]6電動式控制閥
[0039]10控制裝置
[0040]Pe壓力傳感器
[0041]Te溫度傳感器
【具體實施方式】
[0042]以下，參照圖1至圖3說明本發(fā)明的渦輪制冷機的實施方式。在圖1至圖3中，對相同或相應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記并省略重復(fù)的說明。
[0043]圖1是表示本發(fā)明的渦輪制冷機的一個實施方式的示意圖。如圖1所示，渦輪制冷機具有:對制冷劑進(jìn)行壓縮的多級渦輪壓縮機I ;通過冷卻水(冷卻流體)對壓縮的制冷劑氣體進(jìn)行冷卻而使其冷凝的冷凝器2;使制冷劑從冷水(被冷卻流體)吸收熱量而蒸發(fā)來發(fā)揮制冷效果的蒸發(fā)器3 ;和配置在冷凝器2與蒸發(fā)器3之間的作為中間冷卻器的節(jié)能器(economizer) 4,該潤輪制冷機通過供制冷劑循環(huán)的制冷劑配管5將這些各設(shè)備連結(jié)而構(gòu)成。
[0044]在圖1所示的實施方式中，多級渦輪壓縮機I由兩級渦輪壓縮機構(gòu)成。多級渦輪壓縮機I通過流路8而與節(jié)能器4連接，通過節(jié)能器4而分離的制冷劑氣體被導(dǎo)入到多級渦輪壓縮機I的多級壓縮級(在本例中為兩級)的中間部分(在本例中為第一級與第二級之間的部分)。
[0045]在如圖1所示那樣構(gòu)成的渦輪制冷機的制冷循環(huán)中，制冷劑在多級壓縮機1、冷凝器2、蒸發(fā)器3和節(jié)能器4內(nèi)循環(huán)，通過在蒸發(fā)器3中得到的冷能源來制造冷水而應(yīng)對負(fù)荷，并使引入到制冷循環(huán)內(nèi)的來自蒸發(fā)器3的熱量、以及從壓縮機馬達(dá)供給的與多級渦輪壓縮機I的功率相當(dāng)?shù)臒崃?，散放到向冷凝?供給的冷卻水中。另一方面，通過節(jié)能器4而分離的制冷劑氣體被導(dǎo)入到多級渦輪壓縮機I的多級壓縮級的中間部分，與來自第一級壓縮機的制冷劑氣體合流并被第二級壓縮機壓縮。根據(jù)兩級壓縮單級節(jié)能器循環(huán)，增加了通過節(jié)能器4而實現(xiàn)的制冷效果部分，因此，制冷效果相應(yīng)地增加，與沒有設(shè)置節(jié)能器4的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)制冷效果的高效化。[0046]如圖1所示，在將節(jié)能器4和蒸發(fā)器3連接起來的制冷劑配管5上設(shè)有電動式控制閥6，能夠控制從節(jié)能器4返回到蒸發(fā)器3的制冷劑的流量。此外，在沒有設(shè)置節(jié)能器4的類型的渦輪制冷機中，電動式控制閥6設(shè)置在將冷凝器2和蒸發(fā)器3連接起來的制冷劑配管上，能夠控制從冷凝器2返回到蒸發(fā)器3的制冷劑的流量。
[0047]如圖1所示，在蒸發(fā)器3上設(shè)置有測定冷水出口溫度的溫度傳感器Tbo、和測定蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度傳感器Te。S卩，通過溫度傳感器Tbo測定與蒸發(fā)器3內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換的冷水的出口溫度，通過溫度傳感器Te測定蒸發(fā)器3內(nèi)的制冷劑溫度。溫度傳感器Tbo及溫度傳感器Te分別與控制裝置10連接。另外，電動式控制閥6與控制裝置10連接。由此，能夠在控制裝置10中運算冷水出口溫度與蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度差即蒸發(fā)器LTD。此外，在蒸發(fā)器3的上部設(shè)置有檢測制冷劑液位到達(dá)上限值的情況的傳感器(未圖示)O
[0048]接下來，說明如圖1所示那樣構(gòu)成的渦輪制冷機的作用。
[0049]圖2是表示通過實驗而得到的制冷負(fù)荷率)與目標(biāo)LTDCC )的關(guān)系圖。
[0050]目標(biāo)LTD是指，在真實設(shè)備的蒸發(fā)器中進(jìn)行理想傳熱時的LTD(=冷水出口溫度-蒸發(fā)器制冷劑溫度)。目標(biāo)LTD根據(jù)各制冷負(fù)荷而變化。通常，當(dāng)制冷負(fù)荷減小時，目標(biāo)LTD也減小。其原因在于，通常以100%制冷負(fù)荷進(jìn)行蒸發(fā)器設(shè)計的情況較多，在成為部分制冷負(fù)荷時，與必要傳熱面積相比具有更大的傳熱面積，從而使基于蒸發(fā)器的傳熱效率相對提高。因此，在部分制冷負(fù)荷中，目標(biāo)LTD與100%制冷負(fù)荷相比減小。部分制冷負(fù)荷越是減小，基于蒸發(fā)器的傳熱效率越是提高，目標(biāo)LTD越是減小。
[0051]如圖2所示，在制冷負(fù)荷率為20%時，目標(biāo)LTD為0.6°C，在制冷負(fù)荷率為100%時，目標(biāo)LTD為1.(TC。在圖2所示的例子中，制冷負(fù)荷率與目標(biāo)LTD呈大致直線關(guān)系，但根據(jù)機型的不同也存在呈曲線關(guān)系的情況。
[0052]在控制裝置10中預(yù)先存儲有圖2所示那樣的制冷負(fù)荷率與目標(biāo)LTD的關(guān)系。而且，在渦輪制冷機的運行中，通過溫度傳感器Tbo測定冷水出口溫度，并且通過溫度傳感器Te測定蒸發(fā)器制冷劑溫度。這些測定信號依次被發(fā)送到控制裝置10，并在控制裝置10中運算蒸發(fā)器LTD。控制裝置10掌握此時的制冷負(fù)荷率。在控制裝置10中，將這樣得到的蒸發(fā)器LTD與目標(biāo)LTD (根據(jù)此時的制冷負(fù)荷率而得到的)進(jìn)行比較，為了使所得到的蒸發(fā)器LTD接近目標(biāo)LTD而控制電動式控制閥6的開度，從而控制從節(jié)能器4返回到蒸發(fā)器3的制冷劑的流量。具體而言，若所得到的蒸發(fā)器LTD大于目標(biāo)值LTD，則增大電動式控制閥6的開度，從而增加從節(jié)能器4返回到蒸發(fā)器3的制冷劑的流量，若所得到的蒸發(fā)器LTD與目標(biāo)LTD大致相等，則不改變電動式控制閥6的開度，從而維持從節(jié)能器4返回到蒸發(fā)器3的制冷劑的流量。由此，能夠使蒸發(fā)器的傳熱性能最優(yōu)化。
[0053]圖3是表示本發(fā)明的渦輪制冷機的其他實施方式的示意圖。如圖3所示，在本實施方式中，取代測定蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度傳感器Te，設(shè)置有測定蒸發(fā)器3內(nèi)的壓力的壓力傳感器Pe。壓力傳感器Pe與控制裝置10連接。其他結(jié)構(gòu)與圖1所示的渦輪制冷機相同。通過壓力傳感器Pe測定蒸發(fā)器3內(nèi)的壓力，并將測定信號依次發(fā)送到控制裝置10，在控制裝置10中根據(jù)壓力值而換算出蒸發(fā)器制冷劑溫度。在控制裝置10中，將這樣得到的蒸發(fā)器LTD與目標(biāo)LTD (根據(jù)此時的制冷負(fù)荷率而得到的)進(jìn)行比較，為了使所得到的蒸發(fā)器LTD接近目標(biāo)LTD而控制電動式控制閥6的開度，從而控制從節(jié)能器4返回到蒸發(fā)器3的制冷劑的流量。
[0054]在圖1至圖3所示的實施方式中，說明了使用節(jié)能器循環(huán)的渦輪制冷機，但在沒有設(shè)置節(jié)能器的類型的渦輪制冷機中，也能夠在將冷凝器2和蒸發(fā)器3連接起來的制冷劑配管上設(shè)置電動式控制閥6，并通過電動式控制閥6來控制從冷凝器2返回到蒸發(fā)器3的制冷劑的流量，由此，能夠?qū)⒄舭l(fā)器LTD控制為目標(biāo)LTD。
[0055]至此，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限定于上述實施方式，在其技術(shù)思想的范圍內(nèi)當(dāng)然也可以通過各種不同方式而實施。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪制冷機，具有:使制冷劑從被冷卻流體吸收熱量而蒸發(fā)來發(fā)揮制冷效果的蒸發(fā)器；通過葉輪對制冷劑進(jìn)行壓縮的渦輪壓縮機；和通過冷卻流體對壓縮的制冷劑氣體進(jìn)行冷卻而使其冷凝的冷凝器，所述渦輪制冷機的特征在于，還具有: 設(shè)置在向蒸發(fā)器配管的制冷劑配管上的至少一個的控制閥； 測定與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換的冷水的出口溫度的機構(gòu)； 測定蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度的機構(gòu)；和 控制所述控制閥的控制裝置， 所述控制裝置通過所述控制閥來控制向蒸發(fā)器供給的制冷劑流量，以使被定義為冷水出口溫度與蒸發(fā)器制冷劑溫度的溫度差的蒸發(fā)器LTD接近目標(biāo)LTD。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪制冷機，其特征在于，所述渦輪壓縮機由多級渦輪壓縮機構(gòu)成，所述渦輪制冷機具有向多級渦輪壓縮機的多級壓縮級的中間部分供給制冷劑氣體的節(jié)能器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪制冷機，其特征在于，根據(jù)制冷負(fù)荷而唯一設(shè)定所述目標(biāo) LTD ο
4.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪制冷機，其特征在于，根據(jù)蒸發(fā)器內(nèi)的壓力求出所述蒸發(fā)器制冷劑溫度。
5.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪制冷機，其特征在于，在所述蒸發(fā)器LTD與所述目標(biāo)LTD大致一致的情況下，停止所述控制閥的開啟動作。
6.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪制冷機，其特征在于，在所述蒸發(fā)器的制冷劑液位達(dá)到上限值的情況下，將所述控制閥閉合至規(guī)定開度。
【文檔編號】F25B1/10GK103776186SQ201310508867
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】遠(yuǎn)藤哲也, 天野俊輔, 大塚晃一郎 申請人:荏原冷熱系統(tǒng)株式會社