技术领域
[0001] 本公开涉及制冷装置及制冷装置的控制方法。
相关背景技术
[0002] 已知一种制冷装置构成为，具备低级压缩机和高级压缩机，进行两级压缩。在这种制冷装置中，为了提升高级压缩机的效率，需要抑制被吸入高级压缩机的制冷剂的过热度。因此，为了抑制被吸入高级压缩机的制冷剂的过热度，已知如下结构，即，设置对低级压缩机的排出制冷剂进行冷却的中间冷却器（例如参照专利文献1）。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特开2009‑133585号公报
具体实施方式
[0032] 以下，参照附图对本公开的一些实施方式进行说明。但是，作为实施方式记载的或者在附图中示出的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不表示将本公开的范围限定于此，仅是说明例。
[0033] 例如，“在某个方向上”、“沿着某个方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对的或者绝对的配置的表述不是仅表示严格地意义上的配置，也表示具有公差、或者以能够得到相同功能的程度的角度、距离相对地位移的状态。
[0034] 例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物是相等状态的表述不是仅表示严格地相等的状态，也表示存在公差或者能够得到相同功能的程度的差的状态。
[0035] 例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在能够得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
[0036] 另一方面，“备有”、“具有”、“具备”、“包含”、或者“有”一个构成要素的表述不是排除其他构成要素的存在的排他性的表述。
[0037] 图1是一实施方式的制冷装置的系统图。一实施方式的制冷装置1例如是使用CO2制冷剂的两级压缩两级膨胀式的制冷装置。关于一实施方式的制冷装置1，在制冷剂循环路30中设置有：低级压缩机11、高级压缩机12以及闪蒸罐13。在一实施方式的制冷装置1中，相对于制冷剂循环路30，并列设置有例如两台低级压缩机11。在一实施方式的制冷装置1中，相对于制冷剂循环路30，并列设置有例如两台高级压缩机12。
[0038] 关于一实施方式的制冷装置1，在将低级压缩机11的出口与高级压缩机12的入口连接的制冷剂流路31中设有储液器14。
[0039] 关于一实施方式的制冷装置1，在将高级压缩机12的出口与闪蒸罐13的入口连接的制冷剂流路32中设置有：作为气体冷却器工作的冷凝器15。关于一实施方式的制冷装置1，在制冷剂循环路30中设置有热交换器17，该热交换器17用于使闪蒸罐13的液相部、与例如作为冷却负载的经过蒸发器16的制冷剂进行热交换。
[0040] 一实施方式的制冷装置1具备注液流路35，该注液流路35将闪蒸罐13的液相部、与制冷剂流路31中的制冷剂流路31a连接，其中，所述制冷剂流路31将低级压缩机11的出口与高级压缩机12的入口连接，所述制冷剂流路31a将低级压缩机11的出口与储液器14连接。
[0041] 一实施方式的制冷装置1具备闪蒸气体流路36，该闪蒸气体流路36将闪蒸罐13的气相部、与制冷剂流路31a连接，其中，所述制冷剂流路31a将低级压缩机11的出口与储液器14连接。
[0042] 关于一实施方式的制冷装置1，在注液流路35中设置有第一膨胀阀41，在制冷剂流路32b中设置有第二膨胀阀（高级膨胀阀）42，所述制冷剂流路32b将冷凝器15与闪蒸罐13的入口连接。关于一实施方式的制冷装置1，在制冷剂流路34中的制冷剂流路34b中设置有第三膨胀阀（低级膨胀阀）43，其中，所述制冷剂流路34用于将闪蒸罐13内的制冷剂液向蒸发器16供给，所述制冷剂流路34b将热交换器17与蒸发器16连接。关于一实施方式的制冷装置1，在闪蒸气体流路36中设置有第四膨胀阀44。
[0043] 关于一实施方式的制冷装置1，在制冷剂流路32a中设置油分离器21，其中，所述制冷剂流路32a将高级压缩机12的出口与冷凝器15连接，所述油分离器21用于将制冷剂气体与制冷机油分离。在一实施方式的制冷装置1中构成为，被油分离器21分离的制冷机油经由未图示的油箱，回到低级压缩机11和高级压缩机12。
[0044] 一实施方式的制冷装置1具备控制装置50，该控制装置50用于控制制冷装置1的各部分。控制装置50具备处理器51和存储器53，处理器51执行各种运算处理，存储器53将通过处理器51进行处理的各种数据，非暂时性地存储，或者暂时性地存储。处理器51由CPU、GPU、MPU、DSP、上述这些以外的其他各种运算装置、或者前述这些的组合等实现。存储器53由ROM、RAM、闪存或者它们的组合等实现。
[0045] 在以下的说明中，关于控制装置50的控制内容，主要针对第一膨胀阀41的开度调节进行说明。另外，对于控制装置50的控制内容，将在后面进行详述。
[0046] 一实施方式的制冷装置1具备：用于对制冷装置1的各部分进行控制的各种传感器。用于对制冷装置1的各部分进行控制的各种传感器例如包含：吸入温度传感器55，其用于检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入温度Ti；吸入压力传感器57，其用于检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入压力Pi。
[0047] 在这样构成的一实施方式的制冷装置1中，通过低级压缩机11和高级压缩机12进行了压缩的制冷剂在冷凝器15进行冷却。在冷凝器15进行了冷却的制冷剂通过第二膨胀阀42进行减压，之后被送至闪蒸罐13，分离为气相和液相。
[0048] 形成闪蒸罐13内的液相部的制冷剂液从闪蒸罐13流出，在热交换器17中与从蒸发器16返回的制冷剂进行热交换而使该制冷剂加热。从闪蒸罐13输送至热交换器17的制冷剂液从热交换器17流出，经过第三膨胀阀43进行减压，经由蒸发器16及热交换器17而气化，并供给至低级压缩机11。
[0049] 在一实施方式的制冷装置1中，如上所述，具备注液流路35，该注液流路35用于将闪蒸罐13内的制冷剂液，向被低级压缩机11压缩并从低级压缩机11排出后的制冷剂供给。
[0050] 为了提升高级压缩机12的效率，需要抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的过热度。因此考虑使用：用于使被吸入高级压缩机12的制冷剂冷却的热交换器。但是，当设置有这样的热交换器时会产生如下问题，即需要确保设置场所、成本增加等。
[0051] 发明人经过深入研究发现：通过将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩并从低级压缩机11排出后的制冷剂供给，能够高效地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的过热度。
[0052] 根据一实施方式的制冷装置1，在设置用于使被吸入高级压缩机12的制冷剂冷却的热交换器的方面不存在设置场所的困难，也不会因设置该热交换器而导致成本上升，能够不受外部气温条件影响，并能够高效地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的过热度。因此能够低成本地提升高级压缩机12的效率。
[0053] 在一实施方式的制冷装置1中，可以设置为，注液流路35将闪蒸罐13的液相部与制冷剂流路31连通，该制冷剂流路31作为供被低级压缩机11压缩后的制冷剂流通的流路，将低级压缩机11的出口与高级压缩机12的入口连接。注液流路35的下游端35d可以与上述制冷剂流路31连接。
[0054] 因此能够通过简单的结构将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给。
[0055] 此外，注液流路35的上游端35u可以如图1所示那样与制冷剂流路34中的制冷剂流路34a连接，也可以与闪蒸罐13直接连接，其中，制冷剂流路34用于将闪蒸罐13内的制冷剂液供给至蒸发器16，制冷剂流路34a连接闪蒸罐13和热交换器17。
[0056] 在一实施方式的制冷装置1中，可以具备第一膨胀阀41，第一膨胀阀41设置于注液流路35。
[0057] 因此能够控制性良好地，将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给。
[0058] 在一实施方式的制冷装置1中，可以具备第二膨胀阀42，第二膨胀阀42设置于制冷剂流路32b，制冷剂流路32b是将冷凝器15与闪蒸罐13连接的流路。
[0059] 因此能够调节高级压缩机12的排出压力。
[0060] 另外，在一实施方式的制冷装置1中，可以具备第四膨胀阀44，第四膨胀阀44设置于闪蒸气体流路36，闪蒸气体流路36将闪蒸罐13的气相部与制冷剂流路31a连接，制冷剂流路31a将低级压缩机11的出口与储液器14连接。
[0061] 由于能够通过第四膨胀阀44调节闪蒸罐13内的压力，因此能够稳定地将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给。因此能够稳定地抑制向高级压缩机12供给的制冷剂的过热度。
[0062] 在一实施方式的制冷装置1中，可以具有作为气液分离器的储液器14，该储液器14设置于制冷剂流路31，制冷剂流路31是供被低级压缩机11压缩后的制冷剂流通的流路。注液流路35可以设置为，将闪蒸罐13的液相部与上述制冷剂流路31连通。注液流路35的下游端35d可以与上述制冷剂流路31中的制冷剂流路31a连接，制冷剂流路31a位于低级压缩机11与储液器14之间。
[0063] 因此能够防止将闪蒸罐内的制冷剂液以液体的状态供给到高级压缩机。
[0064] 在一实施方式的制冷装置1中，可以具备闪蒸气体流路36，闪蒸气体流路36用于将闪蒸罐13内的气相部的制冷剂气体，向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给。
[0065] 因此能够使在闪蒸罐13内产生的制冷剂气体回到高级压缩机12。
[0066] 在一实施方式的制冷装置1中，闪蒸气体流路36可以设置为，将闪蒸罐13的气相部与上述制冷剂流路31连通。闪蒸气体流路36的下游端36d可以与上述制冷剂流路31中的制冷剂流路31a连接，制冷剂流路31a位于低级压缩机11与储液器14之间。
[0067] 因此，即使在闪蒸气体流路36中流动的制冷剂含有制冷剂液，也能够防止将制冷剂液以液体的状态供给到高级压缩机12。
[0068] 在一实施方式的制冷装置1中，制冷剂可以是CO2制冷剂。以下对其理由进行说明。
[0069] 图2是使用CO2制冷剂的一实施方式的制冷装置1的莫里尔图的一例。
[0070] 关于CO2制冷剂，在图2所示的莫里尔图中，在一恒定的压力下，比焓越大，在图2中用多个细实线表示的等熵线Ei的斜率就越小。因此，即使在被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入压力相同、从高级压缩机12排出的制冷剂的排出压力相同的情况下，被吸入高级压缩机12的制冷剂的比焓与从高级压缩机12排出的制冷剂的比焓之差也会随着被吸入高级压缩机12的制冷剂的比焓减小而减小。
[0071] 通过将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给，从而使被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入量增加，但是如上所述，被吸入高级压缩机12的制冷剂的比焓与从高级压缩机12排出的制冷剂的比焓之差减小。
[0072] 发明人经过深入研究发现：在将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给的情况下、和不进行该供给的情况下，高级压缩机12的动力消耗几乎没有差异。
[0073] 因此能够抑制高级压缩机12的动力消耗的增加，并且能够高效地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的过热度。
[0074] 另外，在图2中，n点是CO2的临界点，n点左侧的线X是饱和液线，n点右侧的线Y是饱和蒸气线。a点是低级压缩机11的入口的制冷剂的状态量，b点是低级压缩机11的出口的制冷剂的状态量。c点是高级压缩机12的入口的制冷剂的状态量，d点是高级压缩机12的出口的制冷剂的状态量。e点是作为气体冷却器的冷凝器15的出口的制冷剂的状态量，f点是第二膨胀阀42出口的气液混合状态的制冷剂的状态量。g点是闪蒸罐13的液相部的状态量，h点是在闪蒸罐13中进行气液分离后的气相部的状态量。i点是从闪蒸罐13流出并通过热交换器17后的制冷剂的状态量，j点是第三膨胀阀43出口的制冷剂的状态量，k点是蒸发器16出口的制冷剂的状态量。l点是第四膨胀阀44出口的制冷剂的状态量，m点是第一膨胀阀41出口的制冷剂的状态量。
[0075] 在一实施方式的制冷装置1中，在b点，也就是在低级压缩机11与储液器14之间的制冷剂流路31a中，注液流路35与闪蒸气体流路36合流，因此，c点、即高级压缩机12的入口的制冷剂的比焓h低于b点。
[0076] 另外，为了便于理解，对于图1中的相同部位也标注了符号a～m。
[0077] （关于第一膨胀阀41的开度调节）
[0078] 如上所述，一实施方式的控制装置50是用于对制冷装置1的各部分进行控制的控制装置，并且也对第一膨胀阀41进行开度调节。控制装置50构成为，基于由吸入温度传感器55检出的吸入温度、和由吸入压力传感器57检出的吸入压力，计算被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度，并调节第一膨胀阀41的开度，以使算出的吸入过热度成为预先设定的目标值。
[0079] 因此，根据后述，能够稳定地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度。
[0080] 图3是表示为了调节第一膨胀阀41的开度而在控制装置50中实施的处理流程的流程图。用于执行图3的流程图所示的处理的程序由处理器51从存储器53读取并执行。
[0081] 一实施方式的制冷装置1的控制方法具备：吸入温度检测步骤S10、吸入压力检测步骤S20、吸入过热度计算步骤S30、以及开度调节步骤S40。
[0082] 吸入温度检测步骤S10是检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入温度Ti的步骤。在吸入温度检测步骤S10中，处理器51获得由吸入温度传感器55检出的制冷剂的吸入温度Ti。
[0083] 吸入压力检测步骤S20是检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入压力Pi的步骤。在吸入压力检测步骤S20中，处理器51获得由吸入压力传感器57检出的制冷剂的吸入压力Pi。
[0084] 吸入过热度计算步骤S30是根据检出的吸入温度Ti和检出的吸入压力Pi来计算被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度的步骤。在吸入过热度计算步骤S30中，处理器51根据在吸入温度检测步骤S10中得到的制冷剂的吸入温度Ti、和在吸入压力检测步骤S20中得到的制冷剂的吸入压力Pi，计算被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度。
[0085] 开度调节步骤S40是调节第一膨胀阀41的开度，以使算出的吸入过热度成为预先设定的目标值的步骤。在开度调节步骤S40中，处理器51以使得在吸入过热度计算步骤S30中算出的制冷剂的吸入过热度成为预先设定并存储于存储器53的吸入过热度的目标值的方式来计算第一膨胀阀41的开度，并输出用于使第一膨胀阀41的未图示的致动器驱动的控制信号，以使得第一膨胀阀41的开度成为算出的开度。
[0086] 关于第一膨胀阀41，通过接收该控制信号，未图示的致动器调节第一膨胀阀41的开度。从而，以使得被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度成为吸入过热度的目标值的方式来调节第一膨胀阀41的开度。
[0087] 根据一实施方式的制冷装置1的控制方法，能够稳定地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度。因此能够稳定地提升高级压缩机12的效率。
[0088] 本公开不限于上述的实施方式，也包含对上述的实施方式施加了变形的方式、将这些方式进行适当组合的方式。
[0089] 对于上述各实施方式记载的内容例如可进行如下理解。
[0090] （1）关于本公开的至少一实施方式的制冷装置1，其具备：低级压缩机11，其用于压缩制冷剂；高级压缩机12，其用于压缩被低级压缩机11压缩后的制冷剂；闪蒸罐13，其能够接收被高级压缩机12压缩后的制冷剂；以及注液流路35，其用于将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩并从低级压缩机11排出后的制冷剂供给。
[0091] 根据上述（1）的结构，在设置用于使被吸入高级压缩机12的制冷剂冷却的热交换器的方面不存在设置场所的困难，也不会因设置该热交换器而导致成本上升，能够高效地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的过热度。因此能够低成本地提升高级压缩机12的效率。
[0092] （2）在一些实施方式中，关于上述（1）的结构，可以设置为，注液流路35将闪蒸罐13的液相部、与供被低级压缩机11压缩后的制冷剂流通的流路（制冷剂流路31）连通。注液流路35的下游端35d可以与上述流路（制冷剂流路31）连接。
[0093] 根据上述（2）的结构，能够通过简单的结构将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给。
[0094] （3）在一些实施方式中，关于上述（1）或（2）的结构，可以具备第一膨胀阀41，第一膨胀阀41设置于注液流路35。
[0095] 根据上述（3）的结构，能够稳定地将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给。
[0096] （4）在一些实施方式中，关于上述（1）至（3）任一的结构，可以具备：冷凝器，其用于冷却被高级压缩机12压缩后的制冷剂；以及第二膨胀阀42，其设置于将冷凝器15与闪蒸罐13连接的流路（制冷剂流路32b）。
[0097] 根据上述（4）的结构，能够调节高级压缩机12的排出压力。
[0098] （5）在一些实施方式中，关于上述（1）至（4）任一的结构，可以具备气液分离器（储液器14），该气液分离器（储液器14）设置于供被低级压缩机11压缩后的制冷剂流通的流路（制冷剂流路31）。注液流路35可以设置为，将闪蒸罐13的液相部与上述流路（制冷剂流路31）连通。注液流路35的下游端35d可以与上述流路（制冷剂流路31）中的、在低级压缩机11和气液分离器（储液器14）之间的流路（制冷剂流路31a）连接。
[0099] 根据上述（5）的结构，能够防止闪蒸罐13内的制冷剂液以液体的状态供给到高级压缩机12。
[0100] （6）在一些实施方式中，关于上述（1）至（5）任一的结构，可以具备闪蒸气体流路36，闪蒸气体流路36用于将闪蒸罐13内的制冷剂气体向被低级压缩机11压缩后的制冷剂供给。
[0101] 根据上述（6）的结构，能够使在闪蒸罐13内产生的制冷剂气体回到高级压缩机12。另外，能够利用在闪蒸罐13内产生的制冷剂气体，抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的过热度。
[0102] （7）在一些实施方式中，关于上述（6）的结构，可以具备气液分离器（储液器14），该气液分离器（储液器14）设置于供被低级压缩机11压缩后的制冷剂流通的流路（制冷剂流路31）。闪蒸气体流路36可以设置为，将闪蒸罐13的气相部与上述流路（制冷剂流路31）连通。
闪蒸气体流路36的下游端36d可以与上述流路（制冷剂流路31）中的、在低级压缩机11和气液分离器（储液器14）之间的流路（制冷剂流路31a）连接。
[0103] 根据上述（7）的结构，即使在闪蒸气体流路36中流动的制冷剂含有制冷剂液，也能够防止制冷剂液以液体的状态供给到高级压缩机12。
[0104] （8）在一些实施方式中，关于上述（1）至（7）任一的结构，制冷剂可以为CO2制冷剂。
[0105] 根据上述（8）的结构，能够抑制高级压缩机12的动力消耗的增加，并且能够高效地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的过热度。
[0106] （9）在一些实施方式中，关于上述（1）至（8）任一的结构，可以具备：第一膨胀阀41，其设置于注液流路35；吸入温度传感器55，其用于检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入温度Ti；吸入压力传感器57，其用于检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入压力Pi；以及控制装置50，其用于调节第一膨胀阀41的开度。控制装置50可以构成为，基于由吸入温度传感器55检出的吸入温度Ti、和由吸入压力传感器57检出的吸入压力Pi，计算被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度，并调节第一膨胀阀41的开度，以使算出的吸入过热度成为预先设定的目标值。
[0107] 根据上述（9）的结构，能够稳定地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度。
[0108] （10）本公开的至少一实施方式的制冷装置1的控制方法是制冷装置1的控制方法。制冷装置1具备：低级压缩机11，其用于压缩制冷剂；高级压缩机12，其用于压缩被低级压缩机11压缩后的制冷剂；闪蒸罐13，其能够接收被高级压缩机12压缩后的制冷剂；注液流路
35，其用于将闪蒸罐13内的制冷剂液向被低级压缩机12压缩后的制冷剂供给；以及第一膨胀阀41，其设置于注液流路35。本公开的至少一实施方式的制冷装置1的控制方法具备：吸入温度检测步骤S10，检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入温度Ti；吸入压力检测步骤S20，检测被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入压力Pi；吸入过热度计算步骤S30，根据检出的吸入温度Ti和检出的吸入压力Pi，计算被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度；以及开度调节步骤S40，调节第一膨胀阀41的开度，以使算出的吸入过热度成为预先设定的目标值。
[0109] 根据上述（10）的方法，能够与外部气温无关地稳定地抑制被吸入高级压缩机12的制冷剂的吸入过热度，因此能够稳定地提升高级压缩机12的效率。
[0110] 附图标记说明
[0111] 1‑制冷装置；11‑低级压缩机；12‑高级压缩机；13‑闪蒸罐；14‑储液器；15‑冷凝器；16‑蒸发器；35‑注液流路；36‑闪蒸气体流路；41‑第一膨胀阀；42‑第二膨胀阀（高级膨胀阀）；43‑第三膨胀阀（低级膨胀阀）；44‑第四膨胀阀；50‑控制装置；55‑吸入温度传感器；57‑吸入温度传感器。
