制冷机以及制冷机的预冷时的运转方法技术

具备：低级压缩机(C1)及高级压缩机(C3)即至少两个压缩机、膨胀机(T)、利用在膨胀机(T)中膨胀的制冷剂(R1)使冷却对象(R2)冷却的冷却部(2)、使制冷剂循环的制冷剂循环管路(8)、与制冷剂循环管路(8)的高压管路和低压管路连接的旁通管路(31)、旁通阀(32)、检测膨胀机(T)的入口侧的制冷剂(R1)的温度的第一温度传感器(33)或者检测膨胀机(T)的出口侧的制冷剂(R1)的温度的第二温度传感器(34)、以及控制器(40)，控制器(40)基于第一温度传感器(33)或第二温度传感器(34)的检测结果，来控制旁通阀(32)的开度、以及制冷机(1)的转速。以及制冷机(1)的转速。以及制冷机(1)的转速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制冷机以及制冷机的预冷时的运转方法


[0001]本公开涉及一种制冷机以及制冷机的预冷时的运转方法。

技术介绍

[0002]通过将布雷敦循环用于制冷循环而能够实现极低温，例如作为在超导设备的冷却、各种气体的液化、液氮的代替等场合能够使用的制冷机在医疗、食品等各种
得到实用化，并受到较大关注。
[0003]作为这种制冷机的一例，有一种构成为具备：冷却部、低级压缩机、膨胀机一体型压缩机、高级压缩机、以及制冷剂循环管路，其中，所述冷却部使冷却对象通过与制冷剂的热交换而冷却，所述低级压缩机用于压缩制冷剂，所述膨胀机一体型压缩机一体化了用于压缩制冷剂的中级压缩机和用于使制冷剂膨胀的膨胀机，所述高级压缩机用于进一步压缩制冷剂，所述制冷剂循环管路向上述多个压缩机、膨胀机、冷却部等输送制冷剂并使其循环(例如，参照专利文献1)。此外也有如下构成的情况：膨胀机一体型压缩机不是一体化中级压缩机和膨胀机，而是一体化了高级压缩机和膨胀机。
[0004]在如上述那样构成的制冷机中，例如，在利用电动机进行旋转驱动的低级压缩机中进行了一级压缩的制冷剂在热交换器中冷却后，被送至中级压缩机，并在利用电动机进行旋转驱动的中级压缩机中进一步压缩。在中级压缩机中进行了二级压缩的制冷剂在热交换器中冷却后，在利用电动机进行旋转驱动的高级压缩机中进一步压缩。在高级压缩机中进行了三级压缩的制冷剂在热交换器中冷却后，在冷热回收热交换器中进一步冷却并被送至膨胀机，利用膨胀机使制冷剂自身进行绝热膨胀而成为低压低温。
[0005]成为低压低温的制冷剂被送至冷却部(热交换器)并使冷却对象冷却。之后，制冷剂被送至冷热回收热交换器，在此使向膨胀机输送的制冷剂冷却，之后返回低级压缩机。
[0006]另外，在这种制冷机中有的构成为是具备缓冲管路部，该缓冲管路部由由如下各部构成，即：缓冲管路，其与制冷剂循环管路的到高级压缩机和膨胀机为止的高压管路、从膨胀机到低级压缩机的低压管路连接；在缓冲管路上设置的缓冲箱；以及阀门(开闭阀)，其在缓冲箱的高压管路侧和低压管路侧(入口侧和出口侧)分别设置(例如，参照专利文献1)。
[0007]对于这些制冷机而言，当利用热负荷检测单元检出冷却对象的热负荷变动时，通过对缓冲箱的前后阀门进行开度控制来控制制冷剂管路中的制冷剂流量，从而调整制冷能力。现有技术文献专利文献
[0008]专利文献1：再公表WO2016/178272号公报

技术实现思路

(一)要解决的技术问题
[0009]在此，对于上述现有的具备压缩机一体型膨胀机的制冷机而言，在制冷机停止状
态下，由于制冷剂温度上升而在制冷剂循环管路的系统内使制冷剂压力升高，在该状态下，制冷剂循环管路的到高级压缩机和膨胀机为止的高压管路、和从膨胀机到低级压缩机为止的低压管路的制冷剂压力达到均衡(高低压为均压)。
[0010]因此，在均压状态下，当低压管路侧的压力比通常运转时高且在该制冷剂压力高的状态下使制冷机起动运转时，高压管路侧的压力容易过大程度地上升，特别是由于构成为具备电动机驱动的压缩机一体型膨胀机，因此会有如下情况：电动机负荷升高并根据电动机容量而需要限制运转转速。
[0011]另外，当在制冷剂压力高的状态下使制冷机起动运转时，对于循环路径而言，最小截面存在于在额定运转条件下密度最高的膨胀机的入口附近的流路中，因此在预冷时膨胀机的吸入温度容易升高(制冷剂密度容易降低)。这样有可能导致：在该部位的制冷剂流量变少的膨胀机的入口，由于阻扼现象而产生压缩机的波动。该起动运转时的波动也容易在具备电动机驱动的压缩机一体型膨胀机且高压管路侧的压力过大程度地上升的情况下产生。
[0012]因此，对于上述现有的制冷机而言，在如下方面具有改善的余地，即：在从起动时到预冷运转时的初始运转期间，抑制高压压力比稳定运转压力大幅地上升的情况，并抑制电动机的过大负荷、波动的发生而能够进行运转效率较好的预冷运转。
[0013]本公开针对上述情况做出，其目的在于，提供一种制冷机以及制冷机的预冷时的运转方法，在从起动时到预冷运转时的初始运转期间，能够抑制高压压力从稳定运转压力大幅地上升，并能够抑制电动机的过大负荷、波动的发生，并且能够提高运转效率(制冷剂、冷却对象的冷却效率)。(二)技术方案
[0014]本公开的制冷机的一个方式具备：膨胀机一体型压缩机，其包含压缩制冷剂的压缩机、以及膨胀机，该膨胀机与所述压缩机经由能够利用电动机驱动的旋转轴连结，并用于使经所述压缩机压缩的所述制冷剂膨胀；冷却部，其利用在所述膨胀机中膨胀的所述制冷剂使冷却对象冷却；制冷剂循环管路，其具备从所述膨胀机经由所述冷却部到达所述低级压缩机的低压管路、从所述低级压缩机到达所述高级压缩机的中压管路、以及从所述高级压缩机到达所述膨胀机的高压管路，用于使所述制冷剂循环；旁通管路，其一端与设置于所述高压管路的第一连接部连接，另一端与设置于所述低压管路的第二连接部连接；以及旁通阀，其设置于所述旁通管路，能够通过调整开度来调整在所述旁通管路中流动的所述制冷剂的流量。此外，还优选也具备对高压管路的制冷剂气体进行回收的缓冲箱。(三)有益效果
[0015]根据本公开的制冷机(以及该制冷机的预冷时的运转方法)，在从起动时到预冷运转时的初始运转期间，能够使用缓冲箱、旁通管路有效地抑制高压压力从稳定运转压力大幅地上升。并且，也能够取代制冷剂的流量检测而基于温度检测来控制旁通管路的开度以及转速。由此，在从起动时到预冷运转时的初始运转期间，能够抑制电动机的过大负荷、波动的发生，能够进行稳定的预冷运转，能够提高运转效率(制冷剂、冷却对象的冷却效率)。
附图说明
[0016]图1是表示本公开的一个实施方式的制冷机的一例的图。图2是在本公开的一个实施方式的制冷机的预冷时的运转方法中，表示从起动时到预冷运转时(到完成预冷运转为止)的初始运转期间的运转方法的一例的流程图。图3是在本公开的一个实施方式的制冷机的预冷时的运转方法中，表示从起动时到预冷运转时(完成预冷运转)为止的初始运转期间的缓冲管路部的控制动作的一例的流程图。图4是表示使用了本公开的一个实施方式的制冷机以及制冷机的预冷时的运转方法的情况下的运转时间与制冷剂温度的关系、运转时间与旁通阀的开度的关系的一例的图。图5是在本公开的一个实施方式的制冷机的预冷时的运转方法中，表示从起动时到预冷运转时的初始运转期间的旁通控制运转的图，是表示进行阶段性的(分步)控制的情况下的控制流程的一例的图。图6是在本公开的一个实施方式的制冷机的预冷时的运转方法中，表示利用阶段性的(分步)控制进行旁通控制运转的情况下的制冷剂温度与旁通阀的开度的关系的一例的图。图7是在本公开的一个实施方式的制冷机的预冷时的运转方法中，表示从起动时到预冷运转时的初始运转期间的旁通控制运转的图，是表示进行连续的(比例)控制的情况下的控制流程的一例的图。图8是在本公开的一个实施方式的制冷机的预冷时的运转方法中，表示利用连续的(比例)控制进行旁通控制运转的情况下的制冷剂温度与旁通阀的开度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制冷机，其具备：膨胀机一体型压缩机，其包含压缩制冷剂的压缩机、以及膨胀机，该膨胀机与所述压缩机经由能够利用电动机驱动的旋转轴连结，并用于使经所述压缩机压缩的所述制冷剂膨胀；冷却部，其利用在所述膨胀机中膨胀的所述制冷剂使冷却对象冷却；制冷剂循环管路，其具备从所述膨胀机经由所述冷却部到达所述低级压缩机的低压管路、从所述低级压缩机到达所述高级压缩机的中压管路、以及从所述高级压缩机到达所述膨胀机的高压管路，用于使所述制冷剂循环；旁通管路，其一端与设置于所述高压管路的第一连接部连接，另一端与设置于所述低压管路的第二连接部连接；以及旁通阀，其设置于所述旁通管路，能够通过调整开度来调整在所述旁通管路中流动的所述制冷剂的流量。2.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，具备：温度传感器，其用于检测所述高压管路中的在所述第一连接部与所述膨胀机之间流动的所述制冷剂的温度；以及控制器，其基于所述温度传感器的检测结果，来控制所述旁通阀的开度、以及所述旋转轴的转速。3.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，具备：温度传感器，其用于检测所述低压管路中的所述冷却部与所述膨胀机之间的制冷剂的温度；以及控制器，其基于所述温度传感器的检测结果，来控制所述旁通阀的开度、以及所述旋转轴的转速。4.根据权利要求2或3所述的制冷机，其特征在于，所述控制器进行如下控制，即：在所述制冷机的从起动开始时到预冷运转完成时为止的初始运转期间，以在由所述温度传感器检出的所述制冷剂的温度达到预先设定的第一目标温度之前阶段性地减小开度的方式控制所述旁通阀，并且以使得由所述温度传感器检出的所述制冷剂的温度的降低速度保持恒定的方式控制所述转速。5.根据权利要求2或3所述的制冷机，其特征在于，所述控制器进行如下控制，即：在所述制冷机的从起动开始时到预冷运转完成时为止的初始运转期间，以在由所述温度传感器检出的所述制冷剂的温度达到预先设定的第一目标温度之前连续地减小开度的方式控制所述旁通阀，并且以使得由所述温度传感器检出的所述制冷剂的温度的降低速度保持恒定的方式控制所述转速。6.根据权利要求4或5所述的制冷机，其特征在于，所述控制器进行如下控制，即：在由所述温度传感器检出的所述制冷剂的温度达到所述第一目标温度的阶段以使得所述开度为0％的方式控制所述旁通阀，在由所述温度传感器检出的所述制冷剂的温度比所述第一目标温度低且达到设定为比所述第一目标温度低的第二目标温度之前将所述开度保持为0％，并且以使得由所述温度传感器检出的所述制
冷剂的温度的降低速度保持恒定的方式控制所述转速。7.根据权利要求6所述的制冷机，其特征在于，具备：热交换器，其用于使对所述冷却对象进行冷却的二次制冷剂和所述制冷剂进行热交换；以及二次制冷剂温度传感器，其用于检测所述二次制冷剂的温度，在由所述温度传感器检出的所述制冷剂的温度比所述第二目标温度低的情况下，所述控制器基于所述二次制冷剂温度传感器的检测结果来控制所述转速。8.根据权利要求1至7的任一项所述的制冷机，其特征在于，具备：冷热回收热交换器，其利用在所述冷却部中用于冷却所述冷却对象后的制冷剂对所述高压管路的制冷剂进行冷却；缓冲管路，其一端与在所述高压管路的所述冷热回收热交换器与所述膨胀机之间设置的第三连接部连接，另一端与在所述低压管路的所述膨胀机与所述冷却部之间设置的第四连接部连接；缓冲箱，其设置于所述缓冲管路，能够贮存从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：下田将大，植田翔太，町田明登，工藤瑞生，矢口广晴，
申请(专利权)人：株式会社前川制作所，
类型：发明
国别省市：