[實用新型]多級制冷系統

有效

• 申請號: 202222597988.7
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN218600030U
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 內村知行;上總雅裕;磯邊剛司;中村知亮
• 申請（專利權）人: 荏原冷熱系統株式會社
• 主分類號: F25B1/10
• 分類號: F25B1/10;F25B5/04;F25B6/04;F25B49/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張青

本實用新型提供的多級制冷系統，通過連結多臺普通的制冷機而構成多級制冷循環，并且能夠以簡便的控制進行穩定的運轉，將開發、設計的工時減小到極限，由此能夠廉價地實現節能化。若將多個制冷機(1、2、3)整體的被冷卻液的目標出口溫度設為Tout、將運轉中的多個制冷機中的從最下游的制冷機開始數第N臺制冷機的被冷卻液的入口溫度的測定值設為Tin(N)，則第N臺制冷機的控制部構成為：用算式T(N)＝Tin(N)－(Tin(N)－Tout)/N，來計算第N臺制冷機的被冷卻液的目標出口溫度T(N)。

技術領域

本實用新型涉及具有供制冷劑循環的多個制冷循環的多級制冷系統。

背景技術

作為實現制冷機節能的方法，存在使用雙重制冷循環的方法。如圖6所示，雙重制冷循環是指為了得到所希望的溫度的被冷卻液，而將通常的結構的單一制冷循環(虛線的循環)在被冷卻液、冷卻液各自的中溫下分割為兩個制冷循環的方法。這樣，在低溫側循環中冷卻液出口溫度下降并且冷凝壓力變小，在高溫側循環中被冷卻液出口溫度上升并且蒸發壓力變大，結果所需的動力變小，從而能夠實現節能化。各制冷循環是使用所謂的逆蘭金循環的壓縮式制冷循環、吸收式制冷循環。一般來說，由于壓縮式制冷循環中的改善顯著，因此雙重制冷循環在壓縮式的制冷機中經常使用。

另外，分割循環數量也可以為3以上，理論上分割循環數量越多節能效果越大。在本說明書中將兩個以上的分割循環稱為“多級制冷循環”。

雖然使用多級制冷循環的壓縮式的制冷機至今已產品化，但需要將制冷循環分割為兩個以上，即壓縮機相當于兩臺以上的臺數。例如，若為二級壓縮循環，則使用兩臺二級壓縮型的制冷機、或設置具有兩個回路的二級壓縮型壓縮機的一臺壓縮機，因此無論如何成本都高，目前銷售臺數極少。因此，存在開發、設計所需的工時也相對變大，難以普及的實際情況。

雖然通過串聯地連接兩臺以上普通的制冷機，也能夠得到與多級制冷循環同等的效果，但作為該情況下的制冷機的控制，使上游機與下游機聯動、使被冷卻液出口溫度等穩定在目標溫度是很困難的。例如，如果想要將兩臺制冷機作為一臺制冷機進行運轉，只要使兩臺制冷機的調量閥開度相等、或者若為可變速型的壓縮式電動制冷機，則使電動機的旋轉速度(運轉頻率)相等，就能夠使上游和下游的制冷機以大致相同的制冷負荷運轉。然而，為此需要專門設計制冷機的控制裝置等大規模的變更，若包含驗證等，則開發、設計的負荷極大。

另外，雖然也能夠對單個制冷機賦予目標溫度進行運轉，但如后述那樣，在該情況下，除非制冷負荷大致恒定、或者使用變流量控制使被冷卻液溫度不變化，否則會給運轉帶來妨礙。

圖7是表示在一臺制冷機搭載有兩臺壓縮機的情況下雙重制冷循環的制冷機的以往例的示意圖。本例的制冷機是在制冷機內具有兩組蒸發器501、502、冷凝器503、504、壓縮機505、506、膨脹閥507、508、溫度傳感器511、512的雙重制冷循環。雙重制冷循環的控制由一臺控制部514進行。控制部514控制壓縮機505、506的旋轉速度、調量閥(吸入葉片等)，使制冷機的輸出增減。一般來說，控制部514監視作為制冷機整體的被冷卻液出口溫度T1，若T1低于目標溫度，則使制冷機的輸出降低，若高于目標溫度，則使制冷機的輸出增加，從而將被冷卻液出口溫度T1保持為目標溫度。

在該情況下，控制部514針對兩個制冷循環，不單獨地控制壓縮機505、506的旋轉速度、調量閥，一般是對兩個制冷循環賦予相同的指令值(旋轉速度、調量閥開度)進行運轉。這是因為在雙重制冷循環中，在兩個制冷循環的負荷大致相等時成為最節能的運轉，但由于兩個制冷循環在數度的溫度差的條件下運轉，因此即使想單獨地進行最佳控制，其效果也小。另外，為了單獨控制還需要取得被冷卻液的中間溫度(T2’)。然而，因制冷機的構造，取得中間溫度本身也困難較多，因此成本也不合理，因此進行這樣的控制的必要性也較小。結果如上述那樣，在考慮總成本的情況下，對兩個制冷循環賦予相同的指令值進行運轉是最恰當的。