多级制冷系统技术方案

本发明专利技术提供的多级制冷系统，通过连结多台普通的制冷机而构成多级制冷循环，并且能够以简便的控制进行稳定的运转，将开发、设计的工时减小到极限，由此能够廉价地实现节能化。若将多个制冷机(1、2、3)整体的被冷却液的目标出口温度设为Tout、将运转中的多个制冷机中的从最下游的制冷机开始数第N台制冷机的被冷却液的入口温度的测定值设为Tin(N)，则第N台制冷机的控制部构成为：用算式T(N)＝Tin(N)－(Tin(N)－Tout)/N，来计算第N台制冷机的被冷却液的目标出口温度T(N)。的目标出口温度T(N)。的目标出口温度T(N)。

【技术实现步骤摘要】
多级制冷系统


[0001]本专利技术涉及具有供制冷剂循环的多个制冷循环的多级制冷系统。

技术介绍

[0002]作为实现制冷机节能的方法，存在使用双重制冷循环的方法。如图6所示，双重制冷循环是指为了得到所希望的温度的被冷却液，而将通常的结构的单一制冷循环(虚线的循环)在被冷却液、冷却液各自的中温下分割为两个制冷循环的方法。这样，在低温侧循环中冷却液出口温度下降并且冷凝压力变小，在高温侧循环中被冷却液出口温度上升并且蒸发压力变大，结果所需的动力变小，从而能够实现节能化。各制冷循环是使用所谓的逆兰金循环的压缩式制冷循环、吸收式制冷循环。一般来说，由于压缩式制冷循环中的改善显著，因此双重制冷循环在压缩式的制冷机中经常使用。
[0003]另外，分割循环数量也可以为3以上，理论上分割循环数量越多节能效果越大。在本说明书中将两个以上的分割循环称为“多级制冷循环”。
[0004]虽然使用多级制冷循环的压缩式的制冷机至今已产品化，但需要将制冷循环分割为两个以上，即压缩机相当于两台以上的台数。例如，若为二级压缩循环，则使用两台二级压缩型的制冷机、或设置具有两个回路的二级压缩型压缩机的一台压缩机，因此无论如何成本都高，目前销售台数极少。因此，存在开发、设计所需的工时也相对变大，难以普及的实际情况。
[0005]虽然通过串联地连接两台以上普通的制冷机，也能够得到与多级制冷循环同等的效果，但作为该情况下的制冷机的控制，使上游机与下游机联动、使被冷却液出口温度等稳定在目标温度是很困难的。例如，如果想要将两台制冷机作为一台制冷机进行运转，只要使两台制冷机的调量阀开度相等、或者若为可变速型的压缩式电动制冷机，则使电动机的旋转速度(运转频率)相等，就能够使上游和下游的制冷机以大致相同的制冷负荷运转。然而，为此需要专门设计制冷机的控制装置等大规模的变更，若包含验证等，则开发、设计的负荷极大。
[0006]另外，虽然也能够对单个制冷机赋予目标温度进行运转，但如后述那样，在该情况下，除非制冷负荷大致恒定、或者使用变流量控制使被冷却液温度不变化，否则会给运转带来妨碍。
[0007]图7是表示在一台制冷机搭载有两台压缩机的情况下双重制冷循环的制冷机的以往例的示意图。本例的制冷机是在制冷机内具有两组蒸发器501、502、冷凝器503、504、压缩机505、506、膨胀阀507、508、温度传感器511、512的双重制冷循环。双重制冷循环的控制由一台控制部514进行。控制部514控制压缩机505、506的旋转速度、调量阀(吸入叶片等)，使制冷机的输出增减。一般来说，控制部514监视作为制冷机整体的被冷却液出口温度T1，若T1低于目标温度，则使制冷机的输出降低，若高于目标温度，则使制冷机的输出增加，从而将被冷却液出口温度T1保持为目标温度。
[0008]在该情况下，控制部514针对两个制冷循环，不单独地控制压缩机505、506的旋转
速度、调量阀，一般是对两个制冷循环赋予相同的指令值(旋转速度、调量阀开度)进行运转。这是因为在双重制冷循环中，在两个制冷循环的负荷大致相等时成为最节能的运转，但由于两个制冷循环在数度的温度差的条件下运转，因此即使想单独地进行最佳控制，其效果也小。另外，为了单独控制还需要取得被冷却液的中间温度(T2
’
)。然而，因制冷机的构造，取得中间温度本身也困难较多，因此成本也不合理，因此进行这样的控制的必要性也较小。结果如上述那样，在考虑总成本的情况下，对两个制冷循环赋予相同的指令值进行运转是最恰当的。
[0009]另一方面，如上述的那样，由于双重制冷循环专用的制冷机销售数量少，因此难以回收开发所需的费用。特别是由于在控制系统的开发中验证花费大量的成本(特别是试验时的能源成本)，因此存在难以回收其费用，即使知道双重制冷循环的效果也难以进行开发的状况。
[0010]图8是表示连结两台制冷机而构成双重制冷循环的以往例的示意图。在该例中，上游侧和下游侧的两个制冷机被机械式连结。下游侧的制冷机的控制部514监视被冷却液出口温度T1，并控制压缩机505的旋转速度、调量阀开度，以使该被冷却液出口温度T1维持为目标温度。上游侧的制冷机的控制部515对上游侧制冷机的压缩机506赋予与对控制部514的压缩机505的指令值(旋转速度、调量阀开度)相同的指令值，从而能够得到与之前的例子同等的效果。
[0011]但实际上，这样的控制并不简单。其理由之一是，若将下游侧的控制部514的指令值保持不变地赋予上游侧的压缩机506，则由于温度条件等略有不同，有时会产生所谓的喘振等问题。另外，在指令值的传送所使用的数字通信中容易产生时滞，在压缩机的控制等中也很有可能成为不良情况的原因。另外，由于压力条件等条件与压缩机的控制复杂相关，因此也花费开发成本。由于存在以上理由，因此难以实际应用这样的控制。
[0012]为了避免这样的问题，存在一种单独地确定上游侧制冷机的出口温度的目标值和下游侧制冷机的出口温度的目标值，并基于这些目标值来控制各制冷机的方法。根据该方法，各制冷机只要进行与以往的一般的单一制冷循环的控制完全相同的控制即可，因此制冷机的风险被最小化，开发成本也能够极小化。但在该方法中，如下所述由于制冷负荷集中于下游侧的制冷机，因此设备的老化程度等不均，导致原本应由上下游的制冷机均等地分担制冷负荷的双重制冷循环的效果降低。
[0013]图9是表示连结三台制冷机而构成三重制冷循环的以往例的示意图。三个制冷机611、612、613各自的结构与参照图8说明的制冷机相同，因此省略其详细情况。被冷却液按照制冷机613、制冷机612、制冷机611的顺序被输送，成为所希望的温度T1，并被送往客户的设备。但是入口的温度T2是从客户的设备返回来的被冷却液的温度，一般根据客户的负荷不同而变动较大。
[0014]制冷机611、612、613分别以规定的温度作为目标值进行运转。例如，假设在额定的负荷下目标温度T1＝7℃，被冷却液的入口温度T2＝19℃，则额定运转下的制冷机613、612间的中间温度T2
’
为15℃，额定运转下的制冷机612、611间的中间温度T2”为11℃。因此，温度T2
’
、T2”、T1分别被设定为制冷机613、612、611的目标温度。假设制冷机611、612、613的制冷负荷是恒定的、或者使用所谓的被冷却液变流用控制以T2成为恒定的方式使制冷机611、612、613运转，则可以进行这样的运转控制。但实际上，大多情况下被冷却液入口温度T2变
动较大。
[0015]例如，被冷却液入口温度T2降低到12℃。此时，由于被冷却液入口温度T2低于目标温度T2
’
＝15℃，因此制冷机613停止(轻负荷停止)。中间温度T2
’
保持为12℃。制冷机612由于其入口温度为12℃，因此为了冷却到作为目标温度的T2”＝11℃而进行运转，但成为以通常负荷的25％的运转。另一方面，制冷机611由于其入口温度为额定运转时的温度亦即11℃，因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级制冷系统，具有多个制冷机，其特征在于，所述多个制冷机分别具备：使液相的制冷剂蒸发而生成制冷剂气体的蒸发器、压缩制冷剂气体的压缩机、使压缩后的制冷剂气体冷凝而生成液相的制冷剂的冷凝器、对流入所述蒸发器的被冷却液的入口温度进行测定的入口温度传感器、对从所述蒸发器流出的所述被冷却液的出口温度进行测定的出口温度传感器、以及控制所述制冷剂的循环流量控制部，所述多个制冷机的蒸发器串联地连结，若将所述多个制冷机整体的所述被冷却液的目标出口温度设为Tout、将运转中的所述多个制冷机中的从最下游的制冷机开始数第N台制冷机的所述被冷却液的入口温度的测定值设为Tin(N)，则所述第N台制冷机的控制部构成为：用算式T(N)＝Tin(N)－(Tin(N)－Tout)/N，来计算所述第N台制冷机的所述被冷却液的目标出口温度T(N)。2.根据权利要求1所述的多级制冷系统，其特征在于，所述控制部构成为：以比用于消除所述被冷却液当前的出口温度与所述目标出口温度T(N)之差的输出控制运算的周期长的周期并用所述算式，来计算所述目标出口温度T(N)。3.根据权利要求1或2所述的多级制冷系...

【专利技术属性】
技术研发人员：内村知行，上总雅裕，矶边刚司，中村知亮，
申请(专利权)人：荏原冷热系统株式会社，
类型：发明
国别省市：