用於商店的致冷機系統的製作方法
2023-10-10 19:50:09 2
專利名稱：用於商店的致冷機系統的製作方法
技術領域：
本發明是1996年3月29日提交的申請號為96102801.7，發明名稱為「用於商店的致冷機系統」的發明專利申請的分案申請。
許多先有技術致冷機系統都使用一個變換器和一個伴有往復運動的往復式壓縮機，但都有下述問題。
(1).因為壓縮機的轉矩固有地經常波動，故當它以低頻運行時，它有時喪失慣性力而導致停住。而當它以高頻運行時，則它有時使壓縮機排出氣體的溫度異常地上升，或使過大的應力作用於壓縮機內的排出閥和吸入閥上。因此，它不能夠在寬廣的容量範圍內以高的精確度充分地和精密地運行；(2).儘管從壓縮機排出的高壓排出氣體波動大，但在用變換器改變壓縮機轉速時有時仍進一步放大了該波動。因此，在布置致冷劑管道時存在許多限制，以防在致冷劑管道內產生致冷劑氣體流動的聲響，和管道本身的振動；和(3).儘管壓縮機本身的振動與噪聲大，但在用變換器改變其轉速時進一步放大了該振動與噪聲。因此，在機械室的、在市區住宅區的安裝、在夜間的運行等方面，存在許多限制。
為了達到上述目的，一個用於商店的致冷機系統，包括至少3個或更多個冷藏櫃，它們裝於所述商店內，並且其櫃內溫度保持在2℃左右；一個人進得去的冰櫃，它裝於所述商店的後院，並且其櫃內溫度保持在5℃左右；一個螺旋壓縮機和一個用於在變換器控制之下驅動它的驅動器；一個熱交換器，裝於所述商店的外面；一個用於構成一個致冷循環的管道，其構成方法是順序地連接所述冷藏櫃、所述人進得去的冰櫃、所述螺旋壓縮機、和所述室外熱交換器；一個接收器，裝於所述致冷循環的所述室外熱交換器的下遊；一個液體注射管，用於把所述接收器的裡面或下遊和一個所述螺旋壓縮機的壓縮室連接起來；一個流量控制閥，裝在所述液體注射管上，用於控制液體注射量；一個控制器，用於與所述螺旋壓縮機的排出氣體溫度和壓力相應地控制所述控制閥使所述壓縮機致冷劑下遊的過熱程度變成恆定；以及一個開關閥，裝於每個管道上，用於把致冷劑引入每個冷藏櫃。
液體注入管的一端最好是敞開的，便在一個來自螺旋壓縮機排出口的圓形包(wrap)內的某一部位，與壓縮室連通。
更可取地，冷藏櫃的寬度是3英尺(1碼)，並且5個或多個冷藏櫃連接於一個致冷循環部分。
更可取地，用於在變換器控制之下驅動壓縮機的驅動器有確定變換器故障並且通過把電源自動地轉接到一個商用電源上而得以繼續運行的裝置。
此外，螺旋壓縮機的驅動器最好有這樣一種裝置，它根據吸入壓力去控制轉速，並且通過調整該轉速去操作該螺旋壓縮機。
致冷機系統最好有某種裝置，它用於數字顯示致冷系統的運行狀況(每個部分的壓力和溫度、過熱程度和轉速)、停止的原因和異常停止的原因。
根據本發明如上所述，提供下述操作(1)由於把螺旋壓縮機用於致冷機系統而使轉矩波動不大，故即使以低頻操作，也不會停住螺旋壓縮機，並且即使以高頻操作，也不會有問題。因此，它可以在寬廣的範圍內穩定地控制其容量。此外，它能夠對波動範圍大的容量以高的精確度精密地運行，方法是通過檢測運行吸入壓力和改變變換器頻率，去控制螺旋壓縮機的轉速。此外，因為在專用的機械室內裝有其轉矩本來波動不大的壓縮機，並且用變換器改變轉速，故可以減少整個致冷機系統的振動和噪聲。還有，因為從壓縮機排出的高壓氣體的脈動小，故在致冷劑管道內產生的致冷劑氣體的流動聲音和管道本身的振動就能夠減少，從而減少致冷劑管道布置時的限制。此外，因為注入壓縮機的壓縮室的液體數量受控於對排出氣體的溫度與壓力的檢測，並且注射致冷液的位置是在與螺旋壓縮機排出口連通的壓縮室處，故可以在維持致冷容量的同時，得到穩定的排出氣體溫度，而不減少來自壓縮機吸入側的致冷劑氣體的吸入量，並且直至更高的頻率也不過熱；(2)因為致冷機系統裝有用於測定變換器故障的裝置，和用於繼續運行的裝置，其方法是當用測定裝置確定變換器已發生故障時，把螺旋壓縮機電源連接於商用電源，並且當變換器發生故障時，把電源自動地連接於商用電源，故雖然不能連續地控制溫度，但能夠維持所需的最小致冷操作，從而可以避免對貯存於陳列櫃中的產品產生不良的影響；(3)因為在螺旋壓縮機的驅動器中提供一種其頻率是固定的運行模式，故同其運行頻率是隨正常吸入壓力而變的運行模式相比，就能容易地進行一些維修，例如在試運行期間調節膨脹閥，和裝入致冷劑等。
(4)因為運行狀況被顯示，故通過預先定期檢查致冷機系統，可以防止故障。此外，因為異常停止或類似停止的原因被顯示，故容易進行致冷機系統的維護，例如證實運行範圍是否相宜等。
從下面的描述和附圖會清楚地看到本發明的特性，以及其他目的、應用及其優點。
圖1是一個根據一個為商店應用而發明的致冷機系統的實施例來說明整個配置的頂視圖；圖2是一個根據本發明一個實施例來說明整個配置的側視圖；圖3是一個根據本發明一個實施例來說明致冷循環部分結構的方塊圖；圖4是一個根據本發明一個實施例來說明用於控制致冷循環部分的吸入壓力的操作概要的流程圖；圖5是一個根據本發明一個實施例來說明當變換器發生故障時繼續進行操作的方法的方塊圖；圖6是一個根據本發明一個實施例來說明螺旋壓縮機外圍設備的側視圖；圖7是一個根據本發明一個實施例來說明顯示器面板細節的前視圖；圖8是一個斷面圖，說明螺旋壓縮機內螺旋包層的接合狀態，和在用於注射液態製冷劑的螺旋包層與孔隙的位置之間的關係。
(1)採用一種沒有往復運動的螺旋壓縮機。其驅動方法是通過檢測運行吸入壓力和改變變換器頻率來控制其轉速。它裝於一個專設的機械室內。
(2)與螺旋壓縮機排出氣體溫度與壓力值相應地控制液體注射量。把液體致冷劑注入一個排出口附近的壓縮室中，在螺旋壓縮機的旋轉螺旋包層的一次旋轉運動期間，互相連通一次。
(3)有創造性的該致冷劑系統可鑑別故障，例如變換器溫度的異常升高，並且當這樣一種故障發生時可把螺旋壓縮機的電源接到一個商用電源上。
(4)提供一種在固定轉速時，操作壓縮機的模式；以及(5)至少每個部分的壓力與溫度和螺旋壓縮機的轉速是作為運行狀況而採用數字顯示的，並且除此之外，也顯示操作為什麼停止的原因和異常停止的原因。
下面根據附圖具體說明本發明的一個優選實施例。
圖1是一個用於商店的本發明致冷機系統的整個配置的頂視圖，圖2是它的側視圖，以及圖3是從控制關係說明致冷循環部分結構的方塊圖。
商品存於6個冷藏櫃2中，這些櫃裝於商店1內，有約1米的寬度。櫃內溫度維持在2℃左右。
在商店的後院裝有一個人進得去的冰櫃3，人能夠走入其中，商品也能夠存於其中，且櫃內溫度維持在℃左右。應當指出，從效率方面看來，需要連接至少3個或3個以上冷藏櫃2，還需要有一天中2/3以上的時間裡操作致冷機系統，以便在這段時間(例如，7A.M至23P.M)中進行銷售活動。在商店鄰近的機械室4中安裝了一臺裝有一個螺旋壓縮機10的螺旋致冷機100，和一臺用於在變換器控制之下驅動壓縮機的驅動器200。在商店的外面裝有一個空氣冷卻式冷凝器20。企圖通過在機械室4內安裝一臺其轉矩本來就波動不大的螺旋壓縮機10，來減少射向外面的噪聲並有利於維護。致冷循環部分包括冷藏櫃2，人進得去的冰櫃3，一個累積器60，螺旋壓縮機10，空氣冷卻式冷凝器20，和一個在空氣冷卻式冷凝器20的下遊安裝的接收器30，它們被順序地互相連接起來。通過一個液體注射器85把接收器30的裡面或下遊連接於螺旋壓縮機10的一個壓縮室(未示出)。在液體注射管85上裝有一個用來控制射入螺旋壓縮機10的液體數量的流體控制閥80，和一個電磁操作閥70，當螺旋壓縮機10停機或當電源被切斷時，閥70被關閉。
在按如上所述布置的致冷機系統與致冷循環部分，在冷藏櫃2和人進得去的冰櫃3中蒸發的低溫壓致冷劑氣體，流過裝於機械室4內的累積器60，並且被螺旋壓縮機10壓縮成高壓致冷劑氣體。因為從螺旋壓縮機10排出的高壓氣體在這時脈動小，故可以減小管道內產生的致冷劑氣體的流動聲音，和管道本身的振動。其後，用裝在商店外面的空氣冷卻式冷凝器20把致冷劑氣體冷凝成致冷劑液體，並且把它暫時存在接收器30中。然後，通過致冷劑液體管道33和流過電磁開關閥35的膨脹閥36，把致冷劑液體供給作為蒸發器的冷藏櫃2和人進得去的冰櫃3，從而形成一個循環系統，並且產生冷氣。
下面參照圖4所示流程圖，說明用來控制圖3中致冷循環部分的吸入壓力的操作概要。當壓縮機的容量恆定和當蒸發器所需的負載變大時，即，當冷藏櫃2和人進得去的冰櫃3的溫度上升時，則在壓縮機運行期間的吸入壓力增加。而當它們被過度冷卻，並且負載變小時，則吸入壓力變低。因此，有可能進行一種容量受控操作，通過該操作，可與負載相應地改變致冷機的冷卻能力，方法是通過檢測吸入壓力而改變壓縮機的轉速。
在步驟401，把由一個吸入壓力探測器91探測到的運行吸入壓力輸入一個控制器201中。在此，把它與一個事先設置的預置壓力值(Psb)進行比較，而在步驟403，它有一個可以允許的預置壓力差(ΔPs)的範圍。當它大於它們時，即，當它處於該範圍的(A)區時，就把一個運行頻率的指令輸出到變換器202中，以便在步驟405提高該運行頻率。應當指出，在步驟404和406，把頻率的上限設置成80Hz。然後，變換器202產生一個有著由控制器201指示的頻率的電源，並且把它供給螺旋壓縮機10，以控制它，從而達到提高轉速之目的。
而當它小於預置的壓力值(Psb)時，即，當它處於(C)區時，與此相反，就在步驟409降低運行頻率。應當指出，在步驟408和406中把頻率下限置於20Hz。當運行吸入壓力處於可以允許的範圍內時，即，在(B)區時，就在步驟406維持這時的頻率。預先設置的預置壓力值(Psb)和預置壓力差(ΔPs)是自動地改變的，方法是檢測裝有冷藏櫃2和人進得去的冰櫃3的商店內的溫度，和裝有空氣冷卻式冷凝器20的商店外面的溫度，以便在環境變化的全年都實現穩定而高效的運行。
下面說明圖3中致冷循環部分的排出氣體溫度的控制。因為具有螺旋壓縮機10的致冷機在排出側包含油，故必須把它過熱到一定的程度，以維持油的粘度。如果排出壓力恆定，則只需要控制排出氣體的溫度。然而，因為排出壓力隨著運行吸入壓力、運行頻率和室外空氣溫度而變化，故必須把該溫度控制到儘量低，而不要過熱太多。然後，控制器201計算致冷劑的過熱程度，這取決於一種在由排出氣體半導體溫度計(溫度探測器)所探測的排出氣體溫度與由高壓探測器92所探測的壓力之間的關係。與過熱程度相應地改變流體控制閥80的打開角度，以控制注入螺旋壓縮機10的液體致冷劑數量(液體注入量)。當致冷劑被過熱太多時，排出氣體的溫度就通過增加液體注入量而被降低，並且被控制到一個適宜的溫度，而不降低其致冷能力。除了特定的氯氟烴以外，它還可以使用氯氟烴22，而不必使用特殊的氯氟烴。
圖8是一個關於在螺旋壓縮機10內注射液體致冷劑用的螺旋包層孔的位置圖，圖中有一個用於注射液體致冷劑的孔141a被裝於一個鏡面115上，其安裝位置是有從固定螺旋包層110繞組起始端算起的第一圈之內(用漸升線角度術語來說是在2π之內)，固定螺旋包層110的一個外周邊附近。另一個用於注射液體致冷劑的孔141b也裝於該鏡面上，其位置是在固定螺旋包層110的一個內周邊附近，即從孔141a推進2π。通過提供上述位置的孔，把液體致冷劑注入121a腔與121b膛中，諸膛在螺旋形軌道部件111的一次圓周運動期間，與一個排出孔102連通一次。它可以避免致冷劑的過度液體壓縮，從而避免致冷容量的降低。
此外，已有可能防止溼氣壓縮或產生報警，方法是，按照一種在由吸入氣體半導體溫度計93檢測的吸入氣體溫度與由相同方式檢測的運行吸入之間的關係，對由此關係確定的吸入氣體過熱程度進行計算。
雖然當致冷劑的類型被確定時，可根據如上所述由壓力與溫度來確定排出側與吸入側的過熱程度，然而如果致冷劑的類型不同，則甚至在相同的溫度與壓力下，其過熱程度也不同。由於這個緣故，就把幾種致冷劑的固有值預先輸入控制器201中，以便能夠用一個象外部開關之類的設定裝置來選擇該值，從而甚至當致冷劑類型不同時，也能夠計算正確的過熱程度。因此，甚至當致冷劑類型不同時，也可以準確地控制過熱程度。
下面參照圖5，說明一種即使當變換器有故障時也能繼續操作的方法。
當變換器202正常時，電磁接觸器203與204被接通，並且電力供給一個用於螺旋壓縮機10的馬達，從而控制它。可知，當變換器202本身向控制器201發出一個異常信號時，例如當變換器202的溫度異常升高時，或者當雖然控制器201向變換器202發出一個運行指令，但裝於轉換器202副側的一個電流檢測器檢測不出電流時，變換器202便發生一個故障。隨後，電磁接觸器203與204被斷開，並且電磁接觸器205被接通，以便把商用電源直接供給螺旋壓縮機10的馬達。結果，雖然不能控制操作，但至少可維持操作。
圖6說明壓縮機系統100中螺旋壓縮機10的外圍設備，它在一個電氣設備箱(驅動器)200上裝有一個數字顯示面板207，在箱中裝有控制器201，變換器202，電磁接觸器203、204和205，和電流檢測器206。
圖7示出數字顯示面板207的細節，其中提供代碼208和數據209，用作數字顯示項；還裝有選擇鍵210，用於選擇顯示項。通過操縱選擇鍵210由數據209來數字顯示運行狀況(預置壓力、排出壓力和吸入壓力的各個壓力值，排出氣體溫度、吸入氣體溫度、店內溫度和室外溫度的各個溫度值，排出氣體致冷劑和吸入氣體致冷劑的各個過熱程度值，運行頻率值，和運行電流值等)。當發生某一異常狀況時，異常燈211變亮。顯示器可顯示一個說明停止原因的代碼，並且當它被異常地停止時，具有保持運行狀況的功能，以便允許確定當運行狀況在保護裝置的操作下被停止時，是哪一個保護裝置已被操作。
如上所述，甚至當多個小型冷藏陳列櫃被安裝時，和當一些所連接的陳列櫃和貯藏溫度，舉例來說，由於商店改建或更改所陳列的商品而變化很大時，本發明的致冷機系統也能夠與負載容量相應地運行。它還能夠達到節約能源的效果，因為其吸入壓力在致冷機運行期間總是全年保持恆定。此外，它能夠把陳述櫃內的溫度波動連續地控制到極小，因此陳述櫃內的貯藏溫度是穩定的，並且所貯藏的商品能保持新鮮。況且，它能夠實現降低噪聲並減小空間，因為在機械室內安裝其轉矩本來就波動不大的螺旋壓縮機。它還有利於試運行，進行維修，處理故障，和顯示運行狀況。
雖然描述了本發明的一個優選實施例，但本專業的技術人員可在下列權利要求書中所描述的本發明概念範圍內對它作一些變動。
權利要求
1.一種用於商店的致冷機系統，包括至少3個或更多個冷藏櫃，它們裝於所述商店內，並且其櫃內溫度保持在2℃左右；一個人進得去的冰櫃，它裝於所述商店的後院，並且其櫃內溫度保持在5℃左右；一個螺旋壓縮機和一個用於在變換器控制之下驅動它的驅動器；一個熱交換器，裝於所述商店的外面；一個用於構成一個致冷循環的管道，其構成方法是順序地連接所述冷藏櫃、所述人進得去的冰櫃、所述螺旋壓縮機、和所述室外熱交換器；一個接收器，裝於所述致冷循環的所述室外熱交換器的下遊；一個液體注射管，用於把所述接收器的裡面或下遊和一個所述螺旋壓縮機的壓縮室連接起來；一個流量控制閥，裝在所述液體注射管上，用於控制液體注射量；一個控制器，用於與所述螺旋壓縮機的排出氣體溫度和壓力相應地控制所述控制閥使所述壓縮機致冷劑下遊的過熱程度變成恆定；以及一個開關閥，裝於每個管道上，用於把致冷劑引入每個冷藏櫃。
2.根據權利要求1所述的用於商店的致冷機系統，其中所述液體注射管的一端是打開的，以便在一個包層的一圈內的某一位置，從所述螺旋壓縮機的一個排出孔與一個壓縮腔相連通。
3.根據權利要求1所述的用於商店的致冷機系統，其中所述冷藏櫃的寬度是3英尺(1碼)，並且有5個或更多個冷藏櫃連接於一個致冷循環部分。
4.根據權利要求1所述的用於商店的致冷機系統，其中用於在變換器控制之下驅動所述壓縮機的驅動器，有確定所述變換器故障的裝置，並且通過自動地轉接於一個商用電源而得以繼續運行。
5.根據權利要求1所述的用於商店的致冷機系統，其中所述螺旋壓縮機的所述驅動器具有與吸入壓力相應地控制其轉速的裝置，並且有通過調整轉速去操作所述螺旋壓縮機的裝置。
6.根據權利要求1所述的用於商店的致冷機系統，有用數字顯示所述致冷機系統運行狀況(每個壓力、溫度、過熱程度和轉速)、停止原因和異常停止原因的裝置。
7.根據權利要求1所述的用於商店的制冷機系統，其中所述制冷機系統還包括用於檢測所述螺旋壓縮機的操作吸入壓力的裝置；以及用於控制所述螺旋壓縮機的轉速的裝置，使得在檢測到的吸入壓力大於預置壓力和預置壓力差之和時增加所述轉速，而在檢測到的吸入壓力小於預置壓力時，減小所述轉速。
全文摘要
本發明涉及一種用於商店的致冷機系統，其能夠與負載容量相應地操作，並能夠精密地把橫內溫度波動控制到極小，能夠減小噪聲與空間，並有利於試運行、進行維修和處理故障。採用沒有往復運動的螺旋壓縮機。裝於機械室內，通過檢測運行吸入壓力和改變變換器頻率來控制該壓縮機的轉速。它可判斷故障，例如變換器溫度異常升高；當故障發生時，可轉接於商用電源。用數字顯示反映運行狀況的各部分壓力與溫度，也顯示異常停止原因。
文檔編號F25B1/00GK1445497SQ0214065
公開日2003年10月1日 申請日期1996年3月29日 優先權日1995年3月29日
發明者菊地昭治, 青柳正晃, 太田和昌, 宮友明 申請人:株式會社日立製作所