制冷循环装置

技术领域

本发明涉及在制冷仓库等中使用的制冷循环装置，特别涉及构成制冷循环装置的设备的低温保护。

背景技术

以往，制冷循环装置具备制冷剂回路，该制冷剂回路具备压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器并供制冷剂循环。在制冷剂回路中被压缩机压缩后的制冷剂成为高温高压的气体制冷剂，而被送入至冷凝器。送入至冷凝器的制冷剂通过向空气释放热而液化。液化后的制冷剂在膨胀阀减压而成为气液二相状态，因在蒸发器中从周围空气吸收热而气体化，向压缩机返回。

作为这种制冷循环装置，有一种将蒸发器中的蒸发温度运转为超低温并将冷库等食品储藏区域亦即超低温冷冻区域的温度冷却为超低温的装置(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平5-340616号公报

在专利文献1中，为了遵守高压气体安全法、另外出于防止材料劣化等理由，必须使压缩机等所使用的材料为能够耐受超低温的特别材料等。因此，存在制冷循环装置的成本大幅上升这一课题。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供能够确保低温保护对象的设备的使用下限温度的制冷循环装置。

本发明所涉及的制冷循环装置具备：制冷剂回路，具备压缩机、冷凝器、减压装置以及蒸发器，并供制冷剂循环；测量传感器，对与构成制冷剂回路的各设备中的、低温保护对象的设备的容器的温度相关的指标值进行测量；以及控制装置，控制制冷剂回路，制冷剂是相同压力下的饱和液体与饱和气体的温度差为1℃以上的温度梯度大的制冷剂，控制装置执行将饱和气体的温度维持为比低温保护温度高的温度的控制，上述低温保护温度根据基于低温保护对象的设备的容器所使用的材料的使用上的下限温度来设定，若由测量传感器测量出的指标值为低温保护温度以下，则执行使制冷剂回路的低压的压力上升的控制。

根据本发明，通过执行将制冷剂温度维持为比根据基于低温保护对象的设备的容器所使用的材料的使用上的下限温度而设定的低温保护温度高的温度的控制，能够确保低温保护对象的设备的使用下限温度。根据本发明，通过使用温度梯度大的制冷剂，若基于由测量传感器测量出的指标值的测量温度为低温保护温度以下则执行使低压的压力上升的控制，从而在液体制冷剂流入至低温保护对象的设备时，能够确保低温保护对象的设备的使用下限温度。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的制冷循环装置的图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的制冷循环装置中的低温保护控制的流程图。

图3是表示设置了在图2的低温保护控制的模式1的加热处理中使用的曲轴箱加热器的压缩机的图。

图4是表示进行图2的低温保护控制的模式2的加热处理的情况下的制冷剂回路的图。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的制冷循环装置的结构的图。

图6是表示本发明的实施方式3所涉及的制冷循环装置的结构的图。

图7是表示本发明的实施方式3所涉及的制冷循环装置中的低温保护控制的流程图。

图8是用于对本发明的实施方式3所涉及的制冷循环装置中的低温保护控制进行说明的压焓图(Molliev Diagram：莫里尔图)。

图9是表示本发明的实施方式4所涉及的制冷循环装置的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的制冷循环装置进行说明。这里，包括图1在内，在以下的附图中标注相同附图标记的结构是相同或者与之相当的结构，这在以下记载的实施方式的全文中共通。而且，说明书全文中示出的构件的方式只不过是例示，并不限定于说明书中记载的方式。另外，关于温度以及压力的高低，并不是特别按照与绝对的值的关系来决定高低，而在系统以及装置等的状态以及动作等中相对决定。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的制冷循环装置的图。

制冷循环装置100具备压缩机1、冷凝器2、膨胀阀等减压装置3、以及蒸发器4，它们依次通过配管连接而构成供制冷剂循环的制冷剂回路。制冷循环装置100还具备向冷凝器2进行送风的第1送风机2a和向蒸发器4进行送风的第2送风机4a。另外，制冷循环装置100具备：第1温度传感器5，配置于压缩机1的容器1a的外周，并测量容器1a的温度；和控制装置6，控制制冷循环装置100整体。该制冷循环装置100例如在制冷仓库等中利用。

压缩机1在容器1a内具备马达10和从外部吸入制冷剂并进行压缩的压缩部11，两者通过主轴12连结。压缩部11利用从马达10经由主轴12赋予的旋转来对从吸入配管13获取至容器1a内的低压的制冷剂气体进行压缩，形成为高压状态并从压缩部11排出至容器1a内。排出至容器1a内的高压的制冷剂气体被从排出配管14排出至外部。其中，压缩部11能够使用涡旋式或者旋转式等的压缩机构。另外，在容器1a的下部存积有冷冻机油15，冷冻机油15被设置于主轴12的下端的供油机构(未图示)通过主轴12内而供给至压缩部11的各滑动部。

控制装置6例如由微型计算机构成，具备CPU、RAM以及ROM等。在ROM中存储有控制程序以及与后述的流程图对应的程序。控制装置6执行将制冷剂温度维持为比低温保护温度高的温度的低温维持控制。低温保护温度是根据基于作为低温保护对象的设备的压缩机1的容器1a所使用的材料的使用上的下限温度(以下，称为使用下限温度)而设定的温度。另外，控制装置6根据来自第1温度传感器5的测量温度来进行作为低温保护对象的设备的压缩机1的低温保护控制。关于低温保护控制将后述。

在如以上那样构成的制冷循环装置100中，从压缩机1排出的气体制冷剂流入至冷凝器2，与通过冷凝器2的空气进行热交换而成为高压液制冷剂并流出。在冷凝器2中流出的高压液制冷剂被减压装置3减压而成为低压的气液二相制冷剂，流入至蒸发器4。而且，流入至蒸发器4的低压的气液二相制冷剂与通过蒸发器4的空气进行热交换而蒸发，例如对制冷仓库内进行冷却。从蒸发器4流出的低压气体制冷剂再次被吸入至压缩机1。

而且，在本实施方式1中，其特征在于，使用温度梯度大的制冷剂作为制冷剂。如上所述，相同压力下的饱和液体与饱和气体的温度差为1℃以上的制冷剂、具体而言R463A、R448A、R449A或者R407C、R407H等相当于温度梯度大的制冷剂。这样，由于在本实施方式1中使用温度梯度大的制冷剂，所以蒸发器4中的制冷剂的温度并不恒定，与蒸发器4的入口相比，出口的制冷剂温度变低。因此，控制构成制冷循环装置100的各设备以使蒸发器4的入口的制冷剂温度与蒸发器4的出口的制冷剂温度之间的值(例如平均)成为目标蒸发温度。目标蒸发温度例如为-45℃，该制冷循环装置100将制冷仓库等冷却为低温。

这里，对低温保护控制的概要进行说明。在低温维持控制中，若容器1a的温度成为根据使用下限温度而设定的低温保护温度，则控制装置6实施使制冷剂回路的低压的压力上升的控制，以使容器1a的温度不低于使用下限温度。关于“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”将后述。而且，在即便进行“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”容器1a的温度也处于低温保护温度以下的情况下，使压缩机1停止，以使容器1a的温度不低于使用下限温度。

作为容器1a的材料，例如存在SM400B。SM400B的使用下限温度为-50℃。低温保护温度为小于使用下限温度的温度，在使用下限温度为-50℃的情况下例如被设定为-49℃。以下，假设使用下限温度为-50℃、低温保护温度为-49℃来进行说明。

另外，在本实施方式1中，虽然使用温度梯度大的制冷剂，但前提是能够发挥与无温度梯度或者温度梯度小的制冷剂等同的冷却能力。因此，为了使用温度梯度大的制冷剂获得与使用无温度梯度或者温度梯度小的制冷剂并将目标蒸发温度设为-45℃的情况等同的制冷能力，如上所述，以蒸发器4的入口的制冷剂温度与蒸发器4的出口的制冷剂温度的平均为-45℃的方式进行运转。具体而言，例如在温度梯度为6℃的制冷剂的情况下，当蒸发器4的入口的制冷剂温度为-48℃、蒸发器4的出口的制冷剂温度为-42℃时，平均成为-45℃。

因而，若制冷循环装置100进行正常的运转、从蒸发器4返回至压缩机1的制冷剂的温度为-42℃，则由于是比使用下限温度高的温度，所以不存在问题。然而，有时成为蒸发器4的入口的制冷剂温度与蒸发器4的出口的制冷剂温度的平均温度降低至-50℃附近的运转状态，在该情况下，存在容器1a的温度低于使用下限温度的可能性。具体而言，例如在使用温度梯度为6℃的制冷剂的情况下，当蒸发器4的入口的制冷剂温度为-53℃、蒸发器4的出口的制冷剂温度为-47℃时，平均成为-50℃。若在该运转状态下制冷剂在蒸发器4中未完全蒸发就回液，则-50℃以下的液体制冷剂返回至压缩机1。即，低于使用下限温度的温度的液制冷剂返回至压缩机1，存在发生容器1a的温度低于使用下限温度的情况的可能性。

因此，在本实施方式1中，进行低温保护控制来使容器1a的温度不低于使用下限温度。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的制冷循环装置中的低温保护控制的流程图。

在低温维持控制中，控制装置6判断由第1温度传感器5测量出的容器1a的温度(以下，称为压缩机温度)是否为低温保护温度以下(步骤S1)。控制装置6预先保持有低温保护温度。若判断为压缩机温度为低温保护温度以下，则控制装置6进行“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”(步骤S2)。关于“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”的具体内容将后述。然后，在即便进行“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”由第1温度传感器5测量出的压缩机温度也处于低温保护温度以下的情况下(步骤S3)，使压缩机1停止(步骤S4)，进行使压缩机1的温度上升的加热处理(步骤S5)。关于加热处理的具体内容将后述。然后，若通过进行步骤S3的加热处理而使由第1温度传感器5测量出的压缩机温度变得高于低温保护温度(步骤S3)，则控制装置6使压缩机1的运转再次开始(步骤S6)，并返回至步骤S1的判断处理，重复以上的处理。

这里，例如以下的(1)～(4)的控制相当于“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”。

(1)降低压缩机1的运转频率。

(2)使风扇风量降低，使高压上升。

(3)减少压缩机1的运转台数。

(4)停止压缩机1。

关于上述(3)，虽然在图1中示出了压缩机1为1台的结构，但也可以设置有多台，在该情况下，通过减少压缩机1的运转台数也能够使制冷剂回路的低压的压力上升。

另外，在图2中，作为“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”，设想进行(1)～(3)的一部分或者全部且在即便如此压缩机温度仍为低温保护温度以下的情况下停止压缩机1的控制。然而，当在步骤S1中由第1温度传感器5测量出的压缩机温度为低温保护温度以下的情况下，作为“使制冷剂回路的低压的压力上升的控制”，可以进行上述(4)的“压缩机1的停止”。

这样，在容器1a的温度降低至低温保护温度以下时，通过进行使制冷剂回路的低压的压力上升的控制，能够遵守与容器1a相关的法律等且抑制容器1a的劣化。

接下来，对加热处理进行说明。作为加热处理，存在以下的3个模式。

＜模式1＞

图3是表示设置了在图2的低温保护控制的模式1的加热处理中使用的曲轴箱加热器的压缩机的图。

如图3所示，在压缩机1的容器1a的外周设置有曲轴箱加热器20。在模式1的加热处理中，通过接通曲轴箱加热器20来对压缩机1的容器1a进行加热。

＜模式2＞

图4是表示进行图2的低温保护控制的模式2的加热处理的情况下的制冷剂回路的图。

如图4所示，该制冷剂回路具有在图1所示的制冷剂回路中还具备旁通回路30和电磁阀31的结构，该旁通回路30从压缩机1与冷凝器2之间分支并连接在蒸发器4与压缩机1之间，该电磁阀31对旁通回路30进行开闭。在模式2中，通过打开电磁阀31，使从压缩机1排出的高温高压的制冷剂或者冷冻机油15经由旁通回路30返回至压缩机1的吸入侧，来使压缩机1的温度上升。

＜模式3＞

在模式3的加热处理中，控制装置6向马达10供给电流并进行约束通电，从压缩机1的内部加热制冷剂。约束通电是指施加虽然马达10的定子的电磁钢板发热但压缩机1不旋转的程度的低电压。

如以上说明那样，根据本实施方式1，虽然使用温度梯度大的制冷剂，但也能够保护容器1a的使用下限并实现蒸发温度低的运转。

另外，低温保护控制中的“压缩机1的停止”与制冷循环装置的停止不同。制冷循环装置的停止是在将减压装置3的上游的电磁阀(未图示)关闭的状态下运转压缩机1的抽空(pump down)停止。在抽空停止中，在低压下降之后停止压缩机1，成为通过停止压缩机1而然后低压一点点上升的动作。

另外，虽然在图2的流程图中未图示，但在压缩机温度成为低温保护温度以下的情况下，例如也可以鸣响蜂鸣器等来向外部报告。由此，能够向用户通知异常。

此外，在本实施方式1中，作为对与低温保护对象的设备的容器的温度相关的指标值进行测量的测量传感器，使用了测量压缩机1的容器1a的温度的第1温度传感器5，但以下对使用其他传感器的实施方式进行说明。另外，在本实施方式1中低温保护对象的设备为压缩机1，但以下对储能器(accumulator)也被作为对象的实施方式进行说明。在基于这些点对以下的实施方式2～4进行说明之前，以下对在本说明书中出现的测量传感器进行定义。

第1温度传感器：测量压缩机1的容器1a的温度。

第2温度传感器：测量储能器(将在后述的实施方式4中出现)的容器的温度。

第3温度传感器：配置于压缩机1的上游的配管，测量配置位置的温度。

第4温度传感器：配置于储能器的上游的配管，测量配置位置的温度。

实施方式2.

在上述实施方式1中使用了第1温度传感器5作为测量传感器，在实施方式2中使用第3温度传感器5a的点与实施方式1不同。以下，以实施方式2与实施方式1不同的点为中心进行说明。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的制冷循环装置的结构的图。

在实施方式2中，如上所述，第3温度传感器5a配置于压缩机1的上游的配管，测量向压缩机1流入的制冷剂的温度。制冷循环装置100的其他结构与图1中说明的实施方式1同样。另外，基于由第3温度传感器5a测量出的温度的低温保护控制也与实施方式1同样。

在上述实施方式1中，将在低温保护控制中作为指标值而使用的压缩机温度作为容器1a的温度，但在实施方式2中，设为向压缩机1流入的制冷剂的温度。因此，在实施方式2中，能够比实施方式1更早地检测容器1a的温度降低。

实施方式3.

在上述实施方式1以及实施方式2中，使用温度传感器作为测量指标值的测量传感器，但在实施方式3中，使用压力传感器的点与实施方式1以及实施方式2不同。以下，以实施方式3与实施方式1以及实施方式2不同的点为中心进行说明。

图6是表示本发明的实施方式3所涉及的制冷循环装置的结构的图。

在本实施方式3中，在减压装置3的出口至压缩机1的入口之间具备测量配置位置的压力的压力传感器40。制冷循环装置100的其他结构与在图1中说明的实施方式1同样。

图7是表示本发明的实施方式3所涉及的制冷循环装置中的低温保护控制的流程图。

控制装置6在低温维持控制中根据由压力传感器40测量出的从减压装置3的出口至压缩机1的入口为止的压力来计算饱和液体温度(步骤S11)。控制装置6对饱和液体温度是否为预先设定的低温保护温度以下进行判断(步骤S12)。若判断为饱和液体温度为低温保护温度以下，则控制装置6进行使制冷剂回路的低压的压力上升的控制(步骤S13)。使制冷剂回路的低压的压力上升的控制与实施方式1同样。然后，在即便进行使制冷剂回路的低压的压力上升的控制由第1温度传感器5测量出的压缩机温度也不比低温保护温度上升的情况下(步骤S14)，控制装置6使压缩机1停止(步骤S15)。接下来，控制装置6进行使压缩机1的温度上升的加热处理(步骤S16)。加热处理与实施方式1同样。然后，若饱和液体温度因进行步骤S16的加热处理而高于低温保护温度(步骤S14)，则控制装置6使压缩机1的运转再次开始(步骤S17)，并返回至步骤S11的判断处理，重复以上的处理。

图8是用于对本发明的实施方式3所涉及的制冷循环装置中的低温保护控制进行说明的压焓图。在图8中，横轴为比焓，纵轴为压力。图8中与饱和曲线一并还示出等温线。

在图8中，黑点部分的温度相当于根据从减压装置3的出口至压缩机1的入口为止的压力计算出的饱和液体温度。在实施方式3中，在该饱和液体温度下降至-50℃的时刻停止压缩机1。因此，该情况下，由于在压力传感器涉及的饱和液体温度变为-50℃的时刻决定压缩机1的停止，所以即便未回液也进行压缩机1的停止的决定。即，在实施方式3中，在比实施方式1以及实施方式2早的阶段进行压缩机1的停止，能够更可靠地确保压缩机1的容器1a的使用下限。

实施方式4.

在上述实施方式1～实施方式3中，作为低温保护的对象的设备仅为压缩机，但在本实施方式4中，是储能器也为低温保护的对象的方式。

图9是表示本发明的实施方式4所涉及的制冷循环装置的结构的图。

如图9所示，实施方式2的制冷循环装置100在图1所示的实施方式1的制冷剂回路中，还在压缩机1的吸入侧具备存积制冷剂的储能器50。储能器50的容器50a由与压缩机1的容器1a相同的材料构成，与压缩机1的容器1a同样，需要不低于使用下限温度。

鉴于此，实施方式4的制冷循环装置100具备测量储能器50的容器50a的温度的第2温度传感器51，第2温度传感器51的温度被输入至控制装置6。

由控制装置6进行的低温保护控制与图2所示的实施方式1基本相同。实施方式2的低温保护控制与实施方式1的低温保护控制的不同点是使用第1温度传感器5的测量温度与第2温度传感器51的测量温度中较低的温度来代替步骤S1以及步骤S4中的“压缩机温度”。除此以外的处理与实施方式1同样。

此外，针对加热处理，能够应用实施方式1的模式1与模式2。在实施方式4中，由于储能器50也为低温保护对象，所以在应用模式1的情况下，只要在储能器50的外周设置加热器即可。另外，在应用模式2的情况下，只要成为具备从压缩机1与冷凝器2之间分支并连接在蒸发器4与储能器50之间的旁通回路和对旁通回路进行开闭的电磁阀的结构即可。

根据本实施方式4，在具备压缩机1和储能器50作为构成低温保护的对象的设备的制冷循环装置中，也能够防止压缩机1的容器1a以及储能器50的容器50a低于使用下限温度这一情况。

此外，这里对在压缩机1和储能器50双方具备温度传感器的结构进行了说明，但也可以省略压缩机1侧的第1温度传感器5而仅使用储能器50侧的第2温度传感器51。这是因为在产生回液的运转状态下，由于从蒸发器4流出的液制冷剂在流入至压缩机1之前流入至储能器50，所以第2温度传感器51的测量温度总是比第1温度传感器5的测量温度低。此外，虽说从这点考虑，可以说只要存在储能器50侧的第2温度传感器51就足矣，但通过在压缩机1侧与储能器50侧双方设置温度传感器，由此在哪一方发生了故障的情况下均能够实现低温保护。

另外，本实施方式4的特征在于，成为低温保护的对象的设备除了压缩机1之外，还将储能器50作为对象，也可以与实施方式2组合。即，也可以如在图9中用虚线所示那样在储能器50的上游的配管配置第4温度传感器51a，来测量向储能器50流入的制冷剂的温度。而且，也可以采用由第4温度传感器51a测量出的向储能器50流入的制冷剂的温度与由第3温度传感器5a测量出的向压缩机1流入的制冷剂的温度中较低的一方作为指标值来进行低温保护控制。

另外，也可以将本实施方式4与实施方式3组合。即，成为在具备储能器50的制冷循环装置中在从减压装置3的出口至压缩机1的入口之间配置有压力传感器40的结构。而且，也可以采用由压力传感器40测量出的压力的饱和液体温度作为指标值来进行低温保护控制。

另外，也可以将本实施方式4与实施方式2以及实施方式3双方组合。即，可以配置第1温度传感器5、第2温度传感器51、第3温度传感器5a以及第4温度传感器51a的全部，并采用各测量温度中最低的温度作为指标值来进行低温保护控制。

另外，在上述实施方式1以及实施方式2中，将低温保护对象设备作为压缩机1，但也可以为储能器50。即，可以使用储能器50的容器50a的温度或者储能器50的上游的配管的温度作为指标值来进行低温保护控制。

此外，在实施方式1～实施方式4中进行加热处理，但由于压缩机1的周围比低温保护温度高，所以仅停止压缩机1，压缩机1的温度也上升。因此，加热处理不一定必须而能够省略。然而，从缩短运转停止的期间的观点考虑，优选进行加热处理。

另外，对作为加热处理而示出3个模式并选择任一模式来进行加热处理的例子进行了说明，但也可以同时采用这些模式的一部分或者全部模式来进行加热处理。

附图标记说明：

1…压缩机；1a…容器；2…冷凝器；2a…第1送风机；3…减压装置；4…蒸发器；4a…第2送风机；5…第1温度传感器；5a…第3温度传感器；6…控制装置；10…马达；11…压缩部；12…主轴；13…吸入配管；14…排出配管；15…冷冻机油；20…曲轴箱加热器；30…旁通回路；31…电磁阀；40…压力传感器；50…储能器；50a…容器；51…第2温度传感器；51a…第4温度传感器；100…制冷循环装置。