(57)【要約】  本開示の実施形態は、蒸気圧縮システムであって、冷媒ループと、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷媒ループを通して循環させるように構成された圧縮器と、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷却液と熱交換関係に置くように構成された熱交換器とを含む蒸気圧縮システムに関連する。熱交換器は、第１長さを有する水室部分と、第２長さを有するシェルと、シェルに配置されるとともに冷却液を流すように構成された複数のチューブと、第３長さを有する冷却液部分とを含み、水室部分および冷却液部分は、第１長さと、第２長さと、第３長さとが、標的長さに実質的に等しい熱交換器の組み合わされた長さを形成するようにシェルへ結合される。
2019500572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮システムであって、
冷媒ループと、
前記冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を前記冷媒ループを通して循環させるように構成された圧縮器と、
前記冷媒ループに沿って配置されるとともに前記冷媒を冷却液と熱交換関係に置くように構成された熱交換器であって、前記熱交換器が、第１長さを有する水室部分と、第２長さを有するシェルと、前記シェルに配置されるとともに前記冷却液を流すように構成された複数のチューブと、第３長さを有する冷却液部分とを含み、前記水室部分および前記冷却液部分が、前記第１長さと、前記第２長さと、前記第３長さとが、標的長さに実質的に等しい前記熱交換器の組み合わされた長さを形成するように、前記シェルへ結合される熱交換器と
を含む蒸気圧縮システム。
【請求項２】
前記熱交換器が、第４長さを有する追加的な水室部分を含み、前記追加的な水室部分が、前記第１長さと、前記第２長さと、前記第３長さと、前記第４長さとが、前記標的長さに実質的に等しい前記熱交換器の前記組み合わされた長さを形成するように、前記冷却液部分に結合される、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項３】
前記冷却液部分が前記熱交換器のエコノマイザーであるように、前記冷却液部分が、前記シェルがコンデンサとして作動するときに前記シェルからの前記冷媒を受けるように、および、前記シェルが蒸発器として作動するときに前記冷媒を前記シェルに方向付けるように構成される、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項４】
前記冷却液部分が追加的な複数のチューブを含み、前記追加的な複数のチューブの数が前記複数のチューブの数と同じであり、前記追加的な複数のチューブが前記複数のチューブと実質的に整列させられる、請求項３に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項５】
前記熱交換器の前記エコノマイザーが、前記冷媒を膨張させるとともに、前記冷媒を気体部分と液体部分とに分離するように構成される、請求項３に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項６】
前記エコノマイザーが、前記気体部分を前記圧縮器に方向付けるように構成される、請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項７】
前記熱交換器がデュアルパス熱交換器として作動するように構成されるとともに、前記水室部分に位置付けられた仕切りプレートを含む、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項８】
前記仕切りプレートが、前記複数のチューブを第１パスチューブと第２パスチューブとに分離するように構成され、前記冷却液が、前記第１パスチューブ、次いで前記第２パスチューブを通るように方向付けられる、請求項７に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項９】
前記冷媒が前記圧縮器に入る前に前記冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器を含む、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１０】
前記熱交換器が、前記圧縮器を出る前記冷媒を凝結させるように構成されたコンデンサであり、前記標的長さが前記蒸発器の第３長さに実質的に等しい、請求項９に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１１】
蒸気圧縮システムであって、
冷媒ループと、
前記冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を前記冷媒ループを通して循環させるように構成された圧縮器と、
前記冷媒ループに沿って配置されるとともに前記冷媒が前記圧縮器に方向付けられる前に前記冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器であって、第１長さを含む、蒸発器と、
前記圧縮器の下流に前記冷媒ループに沿って配置されるとともに前記冷媒を冷却液と熱交換関係に置くように構成されたコンデンサであって、前記コンデンサが、第２長さを有する水室部分と、第３長さを有するシェルと、前記シェルにおいて配置された複数のチューブと、第４長さを有する冷却液部分とを含み、前記水室部分および前記冷却液部分が各々前記シェルに、前記第２長さと、前記第３長さと、前記第４長さとが、前記第１長さに実質的に等しい前記コンデンサの組み合わされた長さを形成するように、結合される、コンデンサと
を含む、蒸気圧縮システム。
【請求項１２】
前記冷却液部分が前記熱交換器のエコノマイザーまたは過冷却器であるように、前記冷却液部分が前記シェルからの前記冷媒を受けるように構成される、請求項１１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１３】
前記熱交換器がデュアルパス熱交換器として作動するように、前記水室部分が第１仕切りプレートを含み、前記冷却液部分が第２の仕切りプレートを含む、請求項１１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１４】
前記熱交換器が、第５長さを有するとともに、前記第２長さと、前記第３長さと、前記第４長さと、前記第５長さとが、前記第１長さに実質的に等しい前記コンデンサの前記組み合わされた長さを形成するように、前記冷却液部分に結合された追加的な水室部分を含む、請求項１１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１５】
蒸気圧縮システムであって、
冷媒ループと、
前記冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を前記冷媒ループを通して循環させるように構成された圧縮器と、
前記冷媒ループに沿って配置されるとともに前記冷媒を冷却液と熱交換関係に置くように構成された熱交換器であって、前記熱交換器が、第１長さを有する第１水室部分と、第２長さを有するシェルと、前記シェルに配置されるとともに前記冷却液を流すように構成された複数のチューブと、第３長さを有する冷却液部分と、第４長さを有する第２水室部分とを含み、前記第１長さと、前記第２長さと、前記第３長さと、前記第４長さとが、標的長さに実質的に等しい前記熱交換器の組み合わされた長さを形成するように、前記第１水室部分が前記シェルの第１端へ結合され、前記冷却液部分が前記第１端の反対側の前記シェルの第２端に結合され、前記第２水室部分が前記冷却液部分に結合される、熱交換器と
を含む蒸気圧縮システム。
【請求項１６】
コンデンサであって、第５長さを有するとともに、前記冷媒を凝結するために、前記圧縮器からの前記冷媒を受けるように構成されたコンデンサを含む、請求項１５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１７】
前記熱交換器が、前記圧縮器に入る前記冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器であり、前記標的長さが前記第５長さである、請求項１６に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１８】
前記冷却液部分が前記熱交換器のエコノマイザーであるように、前記冷却液部分が、前記シェルがコンデンサとして作動するときに前記シェルからの前記冷媒を受けるように、および、前記シェルが蒸発器として作動するときに前記冷媒を前記シェルに方向付けるように構成される、請求項１５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１９】
前記熱交換器が二重パス熱交換器として作動するように、前記第１水室部分が第１仕切りプレートを含み、前記第２水室部分が第２の仕切りプレートを含む、請求項１５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項２０】
前記冷媒が、最大でカ氏６６度の標準沸点を有する、請求項１５に記載の蒸気圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「ＶＡＰＯＲ  ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」と題された、２０１５年１２月２１日に出願された、米国仮特許出願第６２／２７０，１６４号明細書の優先権および利益を主張し、その開示は、全ての目的のために、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本願は概して、空調および冷凍装置において組み込まれた蒸気圧縮システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
蒸気圧縮システムは、作動液であって、蒸気圧縮システムの作動と関連した異なる温度および圧力を受けることに応じて、蒸気、液体、およびこれらの組合せの間の相を変化させる、冷媒と典型的には呼ばれる作動液を用いる。環境に優しいが、従来の冷媒と同等の成績係数（ＣＯＰ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を有する冷媒が望ましい。ＣＯＰは、消費された電気エネルギーに対して提供された加熱または冷却の比率であり、より高いＣＯＰはより低い作動コストと等しい。残念ながら、環境に優しい冷媒に適合する蒸気圧縮システムコンポーネント、より具体的には、そのような冷媒を使用して効率を最大化するように作動する蒸気圧縮システムコンポーネントを設計することに関連する課題がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の実施形態において、蒸気圧縮システムは、冷媒ループと、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷媒ループを通して循環させるように構成された圧縮器と、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷却液と熱交換関係に置くように構成された熱交換器とを含む。熱交換器は、第１長さを有する水室部分と、第２長さを有するシェルと、シェルに配置されるとともに冷却液を流すように構成された複数のチューブと、第３長さを有する冷却液部分とを含み、水室部分および冷却液部分は、第１長さと、第２長さと、第３長さとが、標的長さに実質的に等しい熱交換器の組み合わされた長さを形成するようにシェルへ結合される。
【０００５】
本開示の別の実施形態において、蒸気圧縮システムは、冷媒ループと、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷媒ループを通して循環させるように構成された圧縮器と、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒が圧縮器に方向付けられる前に冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器であって、第１長さを有する蒸発器と、コンデンサであって、圧縮器の下流に冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷却液と熱交換関係に置くように構成されたコンデンサとを含む。コンデンサは、第２長さを有する水室部分と、第３長さを有するシェルと、シェルにおいて配置された複数のチューブと、第４長さを有する冷却液部分とを含み、水室部分および冷却液部分は各々シェルに、第２長さと、第３長さと、第４長さとが、第１長さに実質的に等しいコンデンサの組み合わされた長さを形成するように、結合される。
【０００６】
本開示の別の実施形態において、蒸気圧縮システムは、冷媒ループと、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷媒ループを通して循環させるように構成された圧縮器と、冷媒ループに沿って配置されるとともに冷媒を冷却液と熱交換関係に置くように構成された熱交換器とを含む。熱交換器は、第１長さを有する第１水室部分と、第２長さを有するシェルと、シェルに配置されるとともに冷却液を流すように構成された複数のチューブと、第３長さを有する冷却液部分と、第４長さを有する第２水室部分とを含む。第１水室部分はシェルの第１端へ結合され、冷却液部分は第１端の反対側のシェルの第２端に結合され、第２水室部分は冷却液部分に、第１長さと、第２長さと、第３長さと、第４長さが、標的長さに実質的に等しい熱交換器の組み合わされた長さを形成するように結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の態様による、商業的環境において加熱、通気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ：ｈｅａｔｉｎｇ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ａｉｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｎｄ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システムを使用し得る建物の実施形態の斜視図である。
【図２】本開示の態様による蒸気圧縮システムの斜視図である。
【図３】本開示の態様による、図２の蒸気圧縮システムの実施形態の概略図である。
【図４】本開示の態様による、図２の蒸気圧縮システムの実施形態の概略図である。
【図５】本開示の態様による、第１水室部分と、第２水室部分と、冷却液部分とを有する、図２の蒸気圧縮システムにおいて用いられ得る熱交換器の実施形態の断面図である。
【図６】本開示の態様による、熱交換器がデュアルパス熱交換器として作動するように１つまたは複数の仕切りプレートを有する、図２の蒸気圧縮システムにおいて用いられ得る熱交換器の実施形態の断面図である。
【図７】本開示の態様による、冷却液部分がエコノマイザーを含む、図２の蒸気圧縮システムにおいて用いられ得る熱交換器の実施形態の断面図である。
【図８】本開示の態様による、冷却液部分がエコノマイザーの実施形態を含む、図２の蒸気圧縮システムにおいて用いられ得る熱交換器の実施形態の断面図である。
【図９】本開示の態様による、冷却液部分が過冷却器を含む、図２の蒸気圧縮システムにおいて用いられ得る熱交換器の実施形態の断面図である。
【図１０】本開示の態様による、冷却液部分の無い、図２の蒸気圧縮システムにおいて用いられ得る熱交換器の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の実施形態は、熱交換器であって、蒸気圧縮システムにおいて用いられ得るとともに、熱交換器の長さを標的長さに延ばすために１つまたは複数の水室部分および／または冷却液部分を含む熱交換器を対象とする。例えば、熱交換器は、冷却液を流すように構成された複数のチューブを含む熱交換器のシェルに結合され得る１つまたは複数の水室部分を含み得る。１つまたは複数の水室部分はチューブを含まなくてもよく、むしろ、冷却液を、チューブの独立した容積と比べると比較的大きい容積を含む室を通るように方向付けられてもよい。追加的に、いくつかの実施形態において、冷却液部分はまた、複数のチューブからの冷却液を受ける比較的大きい容積の室を含むことができる。他の実施形態において、冷却液部分は、蒸気圧縮システムのコンデンサと蒸発器との間でエコノマイザーとして機能し得る。本明細書で使用される際、エコノマイザーは、二相冷媒としてのコンデンサからの冷媒を受け得る（例えば冷媒は、コンデンサから第１膨張デバイスを通るように方向付けられる）。二相冷媒は液体と気体とに分離されてもよく、液体は蒸発器（例えば、および第２膨張デバイス）に方向付けられ、気体は圧縮器（例えば、圧縮器の中間圧力ポート）に方向付けられる。
【０００９】
いずれの場合も、１つまたは複数の水室部分および／または冷却液部分は、熱交換器の長さを標的長さに延ばすような大きさにされ得る。熱交換器チューブがより効率的になると、熱交換器チューブを通って流れる冷却液の圧力低下は増加し得る。したがって、熱交換器チューブの長さは、冷却液圧力低下を減らすために短くされ得る。しかしながら、熱交換器の外面は、蒸気圧縮システムの追加的なコンポーネントを据え付けるために用いられ得る。したがって、熱交換器全体の長さを減らすことは、据付空間を取り除くことができ、このことは、最終的に蒸気圧縮システムの設置面積を増加させ得る（例えば、コンポーネントを互いの上に重ねるための据付空間がより少なくなる）。したがって、熱交換器の長さは、熱交換器の長さが、梱包を円滑にし得る、および／または追加的なコンポーネントのための十分な据付空間を提供し得る標的長さに到達するように、１つまたは複数の水室部分および／または冷却液部分を使用して拡張され得る。
【００１０】
ここで図面に目を向けると、図１は、典型的な商業的環境のための建物１２における、加熱、通気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム１０のための環境の実施形態の斜視図である。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、建物１２を冷却するために使用され得る、冷却された液体を供給する蒸気圧縮システム１４を含み得る。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０はまた、建物１２を加熱するために温かい液体を供給するためのボイラー１６と、空気を建物１２を通して循環させる空気分配システムとを含み得る。空気分配システムはまた、空気還流ダクト１８、空気供給ダクト２０、および／または空気ハンドラー２２を含み得る。いくつかの実施形態において、空気ハンドラー２２は、ボイラー１６および蒸気圧縮システム１４へ導管２４により接続された熱交換器を含み得る。空気ハンドラー２２における熱交換器は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０の作動モードに依存して、加熱された液体をボイラー１６から受けることができるか、冷却された液体を蒸気圧縮システム１４から受けることができるかのいずれかである。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、個別の空気ハンドラーが建物１２の各フロアにある状態で示されているが、他の実施形態において、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、フロア間で共有され得る空気ハンドラー２２および／または他のコンポーネントを含み得る。
【００１１】
図２および３は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０において用いることができる蒸気圧縮システム１４の実施形態である。蒸気圧縮システム１４は、圧縮器３２で開始する回路を通って冷媒を循環させ得る。回路はまた、コンデンサ３４と、膨張バルブまたはデバイス３６と、液体チラーまたは蒸発器３８とを含んでもよい。蒸気圧縮システム１４は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２、マイクロプロセッサ４４、不揮発性メモリ４６、および／またはインターフェイスボード４８を有する制御パネル４０をさらに含み得る。
【００１２】
蒸気圧縮システム１４において冷媒として使用され得る流体のいくつかの例は、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒、例えば、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０７、Ｒ−１３４ａ、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、アンモニア（ＮＨ３）、Ｒ−７１７、二酸化炭素（ＣＯ２）、Ｒ−７４４、または炭化水素系冷媒などの「天然」冷媒、水蒸気、または他の任意の好適な冷媒である。いくつかの実施形態において、蒸気圧縮システム１４は、Ｒ−１３４ａなど、中圧冷媒に対して低圧冷媒とも呼ばれる、１気圧でセ氏約１９度（カ氏６６度）の標準沸点を有する冷媒を効率的に用いるように構成されてもよい。本明細書で使用される際、「標準沸点」は、１気圧で計測された沸点温度と呼ばれ得る。
【００１３】
いくつかの実施形態において、蒸気圧縮システム１４は、可変速駆動装置（ＶＳＤ：ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｐｅｅｄ  ｄｒｉｖｅ）５２、モータ５０、圧縮器３２、コンデンサ３４、膨張バルブまたはデバイス３６、および／または蒸発器３８のうちの１つまたは複数を使用し得る。モータ５０は、圧縮器３２を駆動することができ、可変速駆動装置（ＶＳＤ）５２により動力供給されてもよい。ＶＳＤ５２は、ＡＣ電源からの特定の固定された線間電圧および固定された線間周波数を有する交流（ＡＣ）電力を受け、可変電圧および周波数を有する電力をモータ５０に供給する。他の実施形態において、モータ５０は、ＡＣまたは直流（ＤＣ）電源から直接的に動力供給されてもよい。モータ５０は、ＶＳＤにより、またはＡＣもしくはＤＣ電源、例えばスイッチ式リラクタンスモータ、誘導モータ、電子整流式永久磁石モータ、または別の好適なモータから直接的に動力供給され得る任意のタイプの電気モータを含み得る。
【００１４】
圧縮器３２は冷媒蒸気を圧縮するとともに、蒸気を排出路を通じてコンデンサ３４へ送達する。いくつかの実施形態において、圧縮器３２は、遠心圧縮器であってもよい。圧縮器３２によりコンデンサ３４へ送達された冷媒蒸気は、熱をコンデンサ３４における冷却液（例えば水または空気）に伝達し得る。冷媒蒸気は、冷却液との熱伝熱の結果として、コンデンサ３４において冷媒液へと凝結し得る。コンデンサ３４からの液体冷媒は、膨張デバイス３６を通って蒸発器３８へ流れ得る。図３の図示の実施形態において、コンデンサ３４は、水で冷却されるとともに、冷却液をコンデンサへ供給する冷却タワー５６へ接続されたチューブ束５４を含む。
【００１５】
蒸発器３８に送達される液体冷媒は、コンデンサ３４において使用された冷却液と同じであっても無くてもよい別の冷却液からの熱を吸収することができる。蒸発器３８における液体冷媒は、液体冷媒から冷媒蒸気への相変化を受け得る。図３の図示された実施形態に示されるとおり、蒸発器３８は、冷却負荷６２に接続された供給ライン６０Ｓと還流ライン６０Ｒとを有するチューブ束５８を含み得る。蒸発器３８の冷却液（例えば水、エチルグリコール、塩化カルシウム塩水、塩化ナトリウム塩水、または他の任意の好適な流体）は、還流ライン６０Ｒを介して蒸発器３８へ入り、供給ライン６０Ｓを介して蒸発器３８を出る。蒸発器３８は、チューブ束５８における冷却液の温度を、冷媒との熱伝熱を介して低下させ得る。蒸発器３８におけるチューブ束５８は、複数のチューブおよび／または複数のチューブ束を含み得る。いずれの場合も、蒸気冷媒は蒸発器３８を出て、吸引ラインにより圧縮器３２へ戻り、サイクルを完了する。
【００１６】
図４は、中間回路６４がコンデンサ３４と膨張デバイス３６との間に組み込まれた蒸気圧縮システム１４の概略図である。中間回路６４は、コンデンサ３４へ直接的に流体接続された入口ライン６８を有し得る。他の実施形態において、入口ライン６８は、コンデンサ３４へ間接的に流体接続され得る。図４の図示された実施形態に示されるとおり、入口ライン６８は、中間容器７０の上流に位置付けられた第１膨張デバイス６６を含む。いくつかの実施形態において、中間容器７０は、フラッシュタンク（例えばフラッシュ中間冷却器）であってもよい。他の実施形態において、中間容器７０は、熱交換器または「サーフェスエコノマイザー（ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｒ）」として構成され得る。図４に示された実施形態において、中間容器７０は、フラッシュタンクとして使用され、第１膨張デバイス６６は、コンデンサ３４から受け取った液体冷媒の圧力を低める（膨張させる）ように構成される。膨張プロセス中に、液体の一部が蒸発してもよく、したがって、中間容器７０は、蒸気を、第１膨張デバイス６６から受け取った液体から分離するのに使用され得る。追加的に、中間容器７０は、中間容器７０に入るときに液体冷媒が受ける圧力低下を理由として、（例えば、中間容器７０に入るときに受ける、容積が急速に増大することを原因として）液体冷媒のさらなる膨張を提供し得る。中間容器７０における蒸気は、圧縮器３２の吸引ライン７４を通って圧縮器３２により引き込まれ得る。他の実施形態において、中間容器における蒸気は、圧縮器３２の中間ステージ（例えば吸引ステージではない）へ引き込まれ得る。中間容器７０において集まる液体は、膨張デバイス６６および／または中間容器７０における膨張を理由としてコンデンサ３４を出る液体冷媒より低いエンタルピーであり得る。中間容器７０からの液体は、次いで、ライン７２内を、第２膨張デバイス３６を通って、蒸発器３８へ流れ得る。
【００１７】
上で検討されたとおり、蒸気圧縮システム１４の熱交換器は、熱交換器の大きさが所定の（例えば標的）長さに到達することを可能にし得る１つまたは複数の追加的な部分を含み得る。例えば、図５は、蒸気圧縮システム１４に含まれ得る熱交換器１００（例えばコンデンサ３４または蒸発器３８）の断面図であり、第１水室部分１０２と第２水室部分１０４とを含む。例えば、熱交換器１００は、第１水室部分１０２および第２水室部分１０４に結合されたシェル１０６を含む。いくつかの実施形態において、冷却液部分１１２（例えば、空所部分またはチューブが無い部分）が、シェル１０６と第２水室部分１０４との間に位置付けられ得る。図５の図示された実施形態に示されるとおり、シェル１０６、第１水室部分１０２、第２水室部分１０４、および／または冷却液部分１１２は、フランジ１１４を介して互いに固定され得る。図５に示された実施形態は、シェル１０６、第１水室部分１０２、第２水室部分１０４、および／または冷却液部分１１２より大きい直径を有しているフランジ１１４を示すが、他の実施形態において、フランジ１１４は、部分１０６、１０２、１０４、および／または１１２の各々と同じ直径を含み得る。他の実施形態において、シェル１０６、第１水室部分１０２、第２水室部分１０４、および／または冷却液部分１１２は、別の好適な技術（例えば溶接）を使用して互いに結合され得る。追加的に、いくつかの実施形態において、シェル１０６、第１水室部分１０２、第２水室部分１０４、および／または冷却液部分１１２の各々は、そのようなコンポーネントを互いに結合および／または互いから除去することにより入れ替えられ得る個別のコンポーネントであり得る。
【００１８】
シェル１０６は、チューブ束１１６であって、入口１２０を通ってシェル１０６に入り、最終的にチューブ束１１６を通り抜ける冷媒１１８を冷却するチューブ束１１６を含んでもよく、このチューブ束１１６は複数のチューブ１２４を含む。冷媒１１８は、シェル１０６の底部１２５に集まることができ、出口１２７を通ってシェル１０６から流出し得る。追加的に、冷却液１２６が、入口１２８を通って第１水室部分１０２に方向付けられ得る。第１水室部分１０２とシェル１０６との間のフランジ１１４は、チューブ束１１６の複数のチューブ１２４に対応する複数の開口を含み得る。いくつかの実施形態において、フランジ１１４における複数の開口は、複数のチューブ１２４のための支持を提供するために、複数のチューブ１２４の各々の第１端１２９を受けることができる。いずれの場合も、冷却液１２６は、第１水室部分１０２からシェル１０６に配置された複数のチューブ１２４内へ流入し得る。
【００１９】
いくつかの実施形態において、シェル１０６と冷却液部分１１２との間のフランジ１１４はまた、冷却液１２６を、複数のチューブ１２４を出て冷却液部分１１２に入るように方向付け得る複数のチューブ１２４に対応する開口を含み得る。追加的に、シェル１０６と冷却液部分１１２との間のフランジ１１４における複数の開口は、複数のチューブ１２４のための支持を提供するために、複数のチューブ１２４の各々の第２端１３０を受けることができる。いくつかの実施形態において、複数のチューブ１２４の第１端１２９および／または第２端１３０は、複数のチューブ１２４の直径１３２と比較すると拡大され得る。例えば、液密シールが、複数のチューブ１２４とフランジ１１４の対応する開口との間に形成され得るように、端１２９および／または１３０を拡大するために、マンドレルまたは別の好適な工具が用いられ得る。冷却液１２６が第２水室部分１０４に到達すると、冷却液１２６は、出口１３３を介して熱交換器１００から出るように方向付けられ得る。
【００２０】
図５にさらに示されるとおり、シェル１０６は第１長さ１３４を有し、第１水室部分１０２は第２長さ１３６を有し、第２水室部分１０４は第３長さ１３８を有し、冷却液部分１１２は第４長さ１４０を有する。したがって、熱交換器１００は、組み合わされた長さ１４２（例えば、第１長さ１３４、第２長さ１３６、第３長さ１３８、および第４長さ１４０の合計）を有する。いくつかの実施形態において、熱交換器１００の組み合わされた長さ１４２が所定の（例えば標的）長さとなるように、冷却液部分１１２の第４長さ１４０は可変であり得る。例えば、いくつかの実施形態において、コンデンサ３４が蒸発器３８と同じ長さおよび／または断面積を有することが望ましい場合がある（例えば梱包を円滑にするために）。しかしながら、コンデンサ３４のシェル１０６における複数のチューブ１２４の長さが、蒸発器３８のシェル１０６における複数のチューブ１２４の長さと異なるように、コンデンサ３４の冷却能力および蒸発器３８の冷却能力は異なり得る。シェル１０６を通って流れる冷却液１２６の圧力低下は、複数のチューブ１２４の冷却能力が増加するにつれて大きくなる。したがって、シェル１０６（したがって複数のチューブ１２４）の第１長さ１３４は、比較的高い冷却能力を維持しつつ圧力低下を最小化するために減少し得る。結果として、冷却液部分１１２の第４長さ１４０は、コンデンサ３４の組み合わされた長さ１４２が、蒸発器３８の組み合わされた長さ１４２と実質的に等しくなる（例えば５％以内、３％以内または１％以内となる）ような大きさにされ得る。非限定的な例として、熱交換器１００はコンデンサ３４であり得る。シェル１０６の第１長さ１３４が（例えばコンデンサ３４の標的冷却能力に基づき）算出されると、冷却液部分１１２の第４長さ１４０は、コンデンサ３４の組み合わされた長さ１４２が蒸発器３８の組み合わされた長さ１４２に等しくなるように、決められ得る。
【００２１】
追加的に、他の実施形態において、コンデンサ３４および蒸発器３８の長さが等しいことが望ましくないことがある。したがって、冷却液部分１１２の第４長さ１４０は、熱交換器１００の組み合わされた長さ１４２が、熱交換器１００の用途に好適である所定の（例えば標的）長さであるように、カスタマイズされ得る。例えば、いくつかの実施形態において、システム１４の設置面積を（例えば、コンポーネントを互いに積み重ねることにより）減少させるために、蒸気圧縮システム１４の追加的なコンポーネントを熱交換器１００の外面１４４へ据え付けることが有益であり得る。したがって、冷却液部分１１２の第４長さ１４０は、追加的なコンポーネントを据え付けるための十分な空間を提供するように調整され得る。
【００２２】
図６は、デュアルパス熱交換器として作動するように構成された熱交換器１００の実施形態の断面図である。例えば、図６に図示された実施形態において、第１水室部分１０２は、第１仕切りプレート１６０を含むことができ、冷却液部分１１２は、第２の仕切りプレート１６２を含み得る。そのような実施形態において、熱交換器１００は第２水室部分１０４を含まなくてもよく、または、冷却液１２６が冷却液部分１１２から第２水室部分１０４内へ流れることをブロックするように、冷却液部分１１２は第２水室部分１０４から絶縁（例えば密封）されてもよい。しかしながら、他の実施形態において、第２の仕切りプレート１６２は、冷却液部分１１２に加えて第２水室部分１０４に位置付けられ得る。そのような実施形態において、第２水室部分１０４は、冷却液１２６が第２水室部分１０４を通って熱交換器１００から流出し得ないように、出口１３３を含まなくてもよい。
【００２３】
いずれの場合も、冷却液１２６は、第１仕切りプレート１６０の下に位置付けられ得る入口１２８を通って第１水室部分１０２内へと方向付けられてもよい。しかしながら、他の実施形態において、入口１２８は、第１仕切りプレートの上に位置付けられてもよい。第１仕切りプレート１６０は、シェル１０６における複数のチューブ１２４を第１パスチューブ１６６および第２パスチューブ１６８へ分離し得る。したがって、第１水室部分１０２に入る冷却液１２６は、シェル１０６の第１パスチューブ１６６内へ方向付けられ得る。冷媒１１８は、第１パスチューブ１６６の上を流れる際に、第１パスチューブ１６６における冷却液１２６と熱交換関係にあるように配置され得る。
【００２４】
第２の仕切りプレート１６２が冷却液部分１１２内に配置される実施形態において、冷却液部分１２６は第２水室部分１０４から絶縁（例えば密封）され得るか、または第２水室部分１０４は含まれ得ないため、冷却液１２６は、第１パスチューブ１６６から冷却液部分１２６において第２パスチューブ１６８へ方向付けられてもよい。しかしながら、第２の仕切りプレートが第２水室部分１０４に配置される実施形態において、冷却液１２６が、第２水室部分１０４を通って熱交換器１００から流出することができないように、第２水室部分１０４は出口１３３を含まないため、冷却液１２６は、第１パスチューブ１６６から第２水室部分１０４において第２パスチューブ１６８へ方向付けられてもよい。いずれの場合も、冷却液１２６は、第１水室部分１０２に向かって第２パスチューブ１６８を通過することができる。第２パスチューブ１６８にある間、冷媒が第２パスチューブ１６８の上を流れる際に、冷却液１２６は冷媒１１８と再び熱交換関係にあってもよい。図６の図示された実施形態に示されるとおり、第２パスチューブ１６８を出る冷却液１２６が、出口１７０を通って熱交換器１００から出るように方向付けられ、入口１２８を通って熱交換器１００に入る冷却液１２６と混合されないように、第１水室部分１０２は、第１仕切りプレート１６０の上に配置された出口１７０を含む。しかしながら、他の実施形態において、出口１７０は、第１仕切りプレート１６０の下に配置されてもよい。いずれの場合も、入口１２８および出口１７０は、第１仕切りプレート１６０により分離され得る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、冷却液部分１１２は、複数のチューブであって、冷却液１２６を流すとともに冷却液１２６を冷媒１１８および／または別の作動液と熱交換関係に置くように構成された複数のチューブを含み得る。例えば、図７は、冷却液部分１１２がエコノマイザー１９０を含む熱交換器の断面である。図７の図示された実施形態に示されるとおり、冷却液部分１１２は、冷却液１２６をシェル１０６から第２水室部分１０４へ方向付け得る複数のチューブ１９２を含む。いくつかの実施形態において、シェル１０６における複数のチューブ１２４は、強化された内部表面処理を有してもよく、これは、シェル１０６における複数のチューブ１２４の加熱および／または冷却能力を高め得るとともに、シェル１０６を通る冷却液の圧力低下を増やす。結果として、冷却液部分１１２を通って流れる冷却液の圧力低下がさらに増加し得ないように、冷却液部分１１２における複数のチューブ１９２は強化された内部表面処理を含まないことがある。いくつかの実施形態において、複数のチューブ１９２は銅チューブ、アルミニウムチューブ、鋼チューブ、および／または、強化された内部表面処理を有しない別の好適な材料を有するチューブであってもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態において、冷却液部分１１２における複数のチューブ１９２の数は、シェル１０６における複数のチューブ１２４の数と同じであってもよい。そのような実施形態において、複数のチューブ１２４を出る冷却液１２６が複数のチューブ１９２の対応するチューブに入るように、複数のチューブ１２４の第２端１３０は、冷却液部分１１２の複数のチューブ１９２の端１９４と実質的に整列し得る。他の実施形態において、複数のチューブ１９２の数は複数のチューブ１２４の数と異なることがあり、および／または、複数のチューブ１９２は、複数のチューブ１２４をずらし得る（例えば整列していない）。
【００２７】
図７の図示された実施形態に示されるとおり、冷却液部分１１２は、冷媒１１８および／または別の作動液のための入口１９６および出口１９８を含み得る。いくつかの実施形態において、冷媒１１８は、図７に示されるとおり、シェル１０６内へ方向付けられた後で、エコノマイザー１９０（例えば冷却液部分１１２）を通るように方向付けられ得る（例えば熱交換器１００がコンデンサとして作動する場合）。他の実施形態において、図８に示されるとおり、冷媒１１８は、シェル１０６内へ方向付けられる前にエコノマイザー１９０を通るように方向付けられ得る（例えば熱交換器１００が蒸発器として作動する場合）。例えば、図７において、熱交換器１００（例えばシェル１０６）は、コンデンサ３４として作動する。したがって、膨張デバイス６６において、標的圧力（例えば、コンデンサ３４における冷媒１１８の第１圧力と蒸発器１３８における冷媒１１８の第２圧力との間の圧力）まで膨張させられた後で、冷媒１１８は、コンデンサ３４からエコノマイザー１９０内へ方向付けられ得る。いくつかの実施形態において、エコノマイザー１９０内へ流入する冷媒１１８の流量、温度、および／または圧力は、膨張デバイス６６により制御され得る。いずれの場合も、エコノマイザー１９０へ入る冷媒１１８はさらに膨張して冷媒１１８を液体部分と気体部分へ分離し得る。冷媒１１８の液体部分は、膨張デバイス３６および蒸発器３８に方向付けられ得る（例えば、熱交換器１００が蒸発器として作動する場合、熱交換器１００）。冷媒１１８の気体部分は最終的に、エコノマイザー１９０の第２出口２０２（例えば冷却液部分１１２）を介して圧縮器３２へ戻るように方向付けられ得る。
【００２８】
図８において、熱交換器１００（例えばシェル１０６）は、蒸発器３８として作動する。したがって、冷媒１１８は、コンデンサ３４および膨張デバイス６６から入口１９６を通ってエコノマイザー１９０に受け入れられ得る。上で検討されたとおり、エコノマイザー１９０における冷媒１１８は、さらに膨張し得るとともに液体部分と気体部分とへ分離し得る。冷媒１１８の液体部分は、膨張デバイス３６を通じて、（例えば蒸発器３８として作動する）シェル１０６の出口１２７（例えば、図８において示される構成における入口）へ方向付けられ得る。いくつかの実施形態において、膨張デバイス３６は、シェル１０６に入る冷媒１１８の流量、温度、および／または圧力を制御し得る。いずれの場合も、冷媒１１８の液体部分は、冷媒１１８がチューブ１２４と熱交換器関係に置かれるように、シェル１０６に入るとともにシェル１０６内に集まる。したがって、冷媒１１８の液体部分は、最終的に蒸発することができ、入口１２０（例えば、図８において示される構成における出口）を通ってシェル１０６から出ることができる。
【００２９】
他の実施形態において、冷却液部分１１２は、出口１２７を通ってシェル１０６を出る冷媒１１８をさらに冷却するように構成された過冷却器２０４であってもよい。例えば、図９は、コンデンサ３４として作動するシェル１０６および過冷却器２０４としての冷却液部分１１２を示す熱交換器１００の断面である。図９の図示された実施形態に示されるとおり、シェル１０６の出口１２７を出る冷媒１１８は、冷却液部分１１２（例えば過冷却器２０４）の入口１９６に方向付けられてもよく、冷却液部分１１２は、冷媒１１８を、冷却液部分１１２（例えば過冷却器２０４）に配置されたチューブ１９２を通って流れる冷却液１２６と熱交換関係に置き得る。冷媒１１８がチューブ１９２の上を流れると、冷媒１１８の温度が過冷却器２０４においてさらに低下するように、熱エネルギーは、冷媒１１８からチューブ１９２における冷却液１２６へ伝達され得る。冷媒１１８は、次いで、出口１９８を通って過冷却器２０４から出るように方向付けられ得る。いくつかの実施形態において、過冷却器２０４を出る冷媒１１８は、（例えば、中間容器７０および／またはエコノマイザー１９０がシステム１４に含まれるかどうかに依存して）膨張デバイス３６および／または膨張デバイス６６に方向付けられ得る。
【００３０】
図７〜９に示された実施形態は、シェル１０６と第２水室部分１０４との間に配置されたエコノマイザー１９０と過冷却器２０４とを示すが、他の実施形態において、エコノマイザー１９０または過冷却器２０４は、熱交換器の端２０６に配置され得る。そのような実施形態において、第２水室部分１０４は、シェル１０６とエコノマイザー１９０または過冷却器２０４との間に配置され得る。なおさらなる実施形態において、第２水室部分１０４は、熱交換器１００の残りのポイントと比べたときに、シェル１０６および第２水室部分１０４が重複するポイントで熱交換器１００の全直径が増加するように、熱交換器１００の組み合わされた長さ１４２に沿ってシェル１０６と整列され得る。換言すると、第２水室部分１０４からの冷却液出口は、シェル１０６（例えば海水室）に垂直であり得る。
【００３１】
なおさらなる実施形態において、冷却液部分１１２は、熱交換器１００から除去され得る。例えば、図１０は、冷却液部分１１２を含まない熱交換器の実施形態の断面図である。したがって、第２水室部分１０４は、シェル１０６に直接結合され得る。冷却液部分１１２を含まないいくつかの実施形態において、熱交換器１００の組み合わされた長さ１４２は、冷却液部分１１２を含む実施形態未満であり得る。しかしながら、冷却液部分１１２を含まない他の実施形態において、冷却液部分１１２が熱交換器１００に含まれる場合に、第２水室部分１０４は、第２水室部分１０４の第３長さ１３８（例えば図５参照）より大きくてもよい第５長さ２１０を含み得る。換言すると、第２水室部分１０４は、冷却液部分１１２が含まれるときに、熱交換器１００の組み合わされた長さ１４２が組み合わされた熱交換器１００と実質的に同じであるように、拡大され得る。したがって、熱交換器１００の組み合わされた長さ１４２は、所定の（例えば標的）長さに到達するように調整され得る。
【００３２】
特定の特徴および実施形態のみが図示され説明されたが、特許請求の範囲において列挙された主題の新規な教示および利点から実質的に逸脱すること無しに、当業者には多くの修正形態および変更形態が浮かび得る（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および割合、パラメータ（例えば温度、圧力など）の値、取付配置構成、材料、色、向きなどの使用におけるバリエーション）。任意のプロセスまたは方法ステップの順番または順序は、代替的実施形態により変えられ得るか、または並べ直され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は全てのそのような修正形態および変更形態を、本発明の真の趣旨内に該当するとして、カバーすることを意図されていることを理解されたい。さらに、例示的実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装形態の全ての特徴が説明されないこともある（すなわち、本発明を実施する現在想定される最良のモードに関連しないもの、または、特許請求された発明を可能にすることに関連しないもの）。任意のそのような実際の実装形態の開発においては、任意の工学的または設計プロジェクトと同様に、数多くの実装形態の特定の決定がなされ得ることが認められるべきである。このような開発努力は、複雑かつ時間がかかり得るが、それにも関わらず、この開示の利益を有する当業者にとっては、不要な実験をすることなく、設計、組立て、および製造の通常の作業であり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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