(57)【要約】【解決手段】  エコノマイザのためのフラッシュタンク構造は、中間圧力冷媒の液体相と気体相を分離し、各相を冷却システム（１００）内の他の構成要素に送るために、フラッシュタンク（１１０）内に作られ配置されている上側バッフル（５０）と、下側バッフル（６０）を含んでいる。フラッシュタンク（１１０）は、概ね円筒形であり、冷媒を所望の圧力に膨張させ、発生した冷媒気体と冷媒液体の相を分離させ、液体相を凝縮器（１０６）と蒸発器（１０８）の間の主冷媒配管（１０７）に送り、気体相を圧縮器（１０２）に戻すまで、両冷媒相を、一時的に保管するのに適切な内容積を提供できるような寸法に作られている。【選択図】          図１
2007532853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコノマイザ回路内で使用するためのフラッシュタンクにおいて、
閉じた端部を有し、実質的に円筒形の側壁を備えた実質的に円筒形のハウジングであって、
実質的に円筒形の側壁と、閉じた端部とを有している上側外殻区画と、
前記上側外殻区画に隣接して配置され、実質的に円筒形の側壁を有している中間外殻区画と、
前記中間区画に隣接して配置され、実質的に円筒形の側壁と、閉じた端部とを有している下側外殻区画と、を備えており、前記各外殻区画は、隣接する外殻区画に接続するための開口部を有している、ハウジングと、
前記上側外殻区画の前記側壁に配置されている冷媒入口と、
前記上側外殻区画内に少なくとも部分的には配置されており、前記上側区画の前記側壁と実質的に平行である側壁を有して実質的に円筒形のバッフルであって、前記バッフルの側壁は、前記ハウジングに導入される高圧の冷媒の流れを、前記冷媒入口を通して向かわせるように作られている、円筒形のバッフルと、
前記上側外殻区画の閉じた端部に配置されている気体出口と、
前記中間区画の前記側壁の内側に配置されている第２バッフルと、
液体冷媒を前記ハウジングから冷却システム内の他の構成要素に送るために、前記下側外殻区画の前記側壁に配置されている液体冷媒出口と、を備えているフラッシュタンク。
【請求項２】
前記円筒形のバッフルは、前記上側外殻区画の前記閉じた端部の内側表面に接続されている第１端部と、前記気体出口を前記中間外殻区画に連通可能に接続するための開口部を有する、前記第１端部とは反対側の第２端部と、を有している、請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項３】
前記円筒形のバッフルは、前記上側外殻区画の前記側壁と実質的に同心に配置されている、請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項４】
前記円筒形のバッフルの前記側壁の長さは、前記円筒形のバッフルの水平断面内径の少なくとも２０％、但し１００％未満である、請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項５】
前記冷媒入口は、前記円筒形のバッフルの前記側壁に実質的に垂直な長手方向軸を有する実質的に円筒形の穴を含んでいる、請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項６】
前記冷媒入口と前記液体冷媒出口は、前記ハウジングの前記側壁上で実質的に円周方向に整列している、請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項７】
前記第２バッフルは、非多孔性材料の実質的に平坦な部片で構成されている、請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項８】
前記第２バッフルは、第１端部と、反対側の第２端部とを含んでおり、前記第１端部は、前記ハウジングの前記側壁の内側表面上の、事前選択された最高液体水位より上の位置に取り付けられている、請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項９】
前記第２バッフルの前記第１端部は、前記ハウジングの前記側壁の内側表面と連続的に接触するような形に作られている、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１０】
前記第２バッフルの前記第１端部は、前記側壁の内側表面の円周回りに約５０度から約１５０度の間に亘るほどの幅を有している、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１１】
前記第２バッフルは、前記第２バッフルの前記第１端部と前記第２端部の中間点を結ぶ中心軸に沿って実質的に対称である、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１２】
前記中心軸は、前記ハウジングの前記側壁上で前記冷媒入口及び前記液体冷媒出口と実質的に円周方向に整列している、請求項１１に記載のフラッシュタンク。
【請求項１３】
前記第２バッフルの前記反対側の第２端部は、前記側壁から、前記ハウジングの内側空洞の中に実質的に垂直に突き出ている、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１４】
前記第２バッフルの前記中心軸に沿う長さは、前記第２バッフルの前記第１端部が取り付けられている前記ハウジング側壁の最大水平断面直径の２０％から５０％の間にある、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１５】
前記第１端部の幅の前記第２端部の幅に対する比率は、約２：１から約４：１の間にある、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１６】
前記第２端部の幅は、前記第１端部の幅より小さく、前記両端部は、実質的に直線状の側縁部によって接続されている、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１７】
前記第２端部は、実質的に直線状であり、前記中心軸に対して実質的に垂直方向に整列している、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１８】
前記第２バッフルの、前記第２端部の幅の、前記中心軸に沿う長さに対する比率は、０．５：１から３：１の間にある、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項１９】
前記側壁を貫通して取り付けられている前記液体水位制御装置は、実質的に均一な内径を有する実質的に円筒形の内側を有している、請求項８に記載のフラッシュタンク。
【請求項２０】
前記液体水位制御装置の前記内径は、少なくとも０．５インチである、請求項１９に記載のフラッシュタンク。
【請求項２１】
エコノマイザ冷却システム内で液体冷媒を冷媒気体から分離する方法において、
エコノマイザ回路を装備した冷却システムを提供する段階であって、前記エコノマイザ回路は、冷媒入口、冷媒気体出口、液体冷媒出口、円筒形のバッフル、及び第２バッフルを備えたハウジングを有するフラッシュタンクを含んでいる、冷却システムを提供する段階と、
液体冷媒を、前記冷却システムの凝縮器に回収する段階と、
前記液体冷媒を前記凝縮器から、前記エコノマイザ回路の液体冷媒配管へ送る段階であって、前記冷媒配管は、中に膨張装置を有しており、フラッシュタンクの前記冷媒入口に連通可能に接続されている、前記液体冷媒を送る段階と、
前記液体配管から前記冷媒入口に入ってくる膨張している冷媒を受け取る段階と、
受け取った冷媒の流れを、前記フラッシュタンクの前記円筒形のバッフルに向かわせる段階であって、前記円筒形のバッフルは前記冷媒入口に実質的に隣接して配置されている、冷媒の流れを前記円筒形のバッフルに向かわせる段階と、
前記液体冷媒の気体相を前記冷媒の液体相から分離する段階と、
前記ハウジングの前記側壁上の、事前選択された最高液体水位より上の位置に第２バッフルを設けることによって、冷媒気体が再び飛沫を同伴するのを防ぐ段階と、から成る方法。
【請求項２２】
前記冷媒気体を、前記円筒形のバッフルの内側を通して前記気体出口に送り、冷媒液体を、前記液体冷媒出口を通して主冷媒配管に送り込むことによって、前記フラッシュタンク内の冷媒液の水位を一定に維持する段階を更に含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
閉じた冷却回路を形成するために相互接続されている圧縮器、凝縮器及び蒸発器を備えている冷却システムにおいて、前記閉じた冷却回路は、フラッシュタンクを含むエコノマイザ回路を更に含んでおり、前記フラッシュタンクは、
閉じた端部を有し、実質的に円筒形の側壁を備えた実質的に円筒形のハウジングであって、
実質的に円筒形の側壁と、閉じた端部とを有している上側外殻区画と、
前記上側外殻区画に隣接して配置され、実質的に円筒形の側壁を有している中間外殻区画と、
前記中間区画に隣接して配置され、実質的に円筒形の側壁と、閉じた端部とを有している下側外殻区画と、を備えており、前記各外殻区画は、隣接する外殻区画に接続するための開口部を有している、ハウジングと、
前記上側外殻区画の前記側壁に配置されている冷媒入口と、
前記上側外殻区画内に少なくとも部分的には配置されており、前記上側区画の前記側壁と実質的に平行である側壁を有して実質的に円筒形のバッフルであって、前記バッフルの側壁は、前記ハウジングに導入される高圧の冷媒の流れを、前記冷媒入口を通して向かわせるように作られている、円筒形のバッフルと、
前記上側外殻区画の閉じた端部に配置されている気体出口と、
前記中間区画の前記側壁の内側に配置されている第２バッフルと、
液体冷媒を前記ハウジングから冷却システム内の他の構成要素に送るために、前記下側外殻区画の前記側壁に配置されている液体冷媒出口と、を備えている冷却システム。
【請求項２４】
前記冷媒入口と前記液体冷媒出口は、前記ハウジングの前記側壁上で実質的に円周方向に整列している、請求項２５に記載の冷却システム。
【請求項２５】
前記第２バッフルは、非多孔性材料の実質的に平坦な部片で構成されている、請求項２５に記載の冷却システム。
【請求項２６】
前記第２バッフルは、第１端部と、反対側の第２端部とを含んでおり、前記第１端部は、前記ハウジングの前記側壁の内側表面上の、事前選択された最高液体水位より上の位置に取り付けられている、請求項２５に記載の冷却システム。
【請求項２７】
前記第２バッフルの前記第１端部は、前記側壁の内側表面の円周回りに約５０度から約１５０度の間に亘るほどの幅を有している、請求項２６に記載のフラッシュタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システムの容量と効率の制御に関しており、特に、冷却システムの性能を強化するためのフラッシュタンクエコノマイザに関する。以下に説明するように、本発明は、内部バッフルのシステムを使用して、冷却水を膨張させ、発生した冷却気体を残りの冷却液体から分離し、冷却気体と冷却液体の両方を、冷却システムの別の構成要素に送るまで、一時的に保管するフラッシュタンクエコノマイザ構成に関わっている。
【背景技術】
【０００２】
典型的な圧縮冷却システムは、冷却対象媒体と冷媒の間で熱交換するための蒸発器と、蒸発器内で生成される低圧の気体冷媒を取り出し、その気体を適した高さの圧力に圧縮する圧縮器と、高圧の冷媒と別の流体（周囲の大気又は水）の間の熱交換をやり易くして、高圧の気体を高圧の液体に変換させる凝縮器と、凝縮器から高圧の液体を受け取り、その液体を膨張させて低圧の液体と幾らかの低圧の冷媒気体を作るための膨張装置と、膨張装置を蒸発器に接続する二相配管と、で構成されている。
【０００３】
冷却システムは、上に述べた基本的な構成要素に加えて、システムの熱力学的効率又は性能を改良するための他の構成要素を含んでいてもよい。多段階圧縮システムの場合、及びねじ圧縮器が備えられている場合も、システムの効率を改良し容量を制御するために、「エコノマイザ」回路が含まれている。エコノマイザ回路は、冷却又は加熱容量を増すために、圧縮冷却システム内に用いられる。その様なエコノマイザ回路を使用することは、当技術では良く知られている。
【０００４】
或る型式のエコノマイザ回路は、冷媒気体を圧縮サイクルの中間圧力段階から抜き出して、次の圧縮段階で圧縮される気体の量を減らし、而して次の圧縮段階の間のモーターの効率を上げることに関わっている。媒体圧力気体は、通常は、吸込み口又は中間圧縮段階に戻され、そこで、圧縮器へ流れる吸気の圧力を僅かに上げ、圧縮器に要求される圧縮の量を更に少なくする。
【０００５】
別の型式のエコノマイザ回路は、凝縮器から幾らかの高圧の冷媒を抜き出し、抜き出した冷媒を膨張装置に通して冷媒の圧力と温度を下げ、その結果生じた中間圧力の冷媒を、冷却回路内の様々な点に戻すことによって、システムの容量と効率を上げる。この第２の型式のエコノマイザ回路は、慣例的に、高圧の流れの配管の、凝縮器の直ぐ下流に組み込まれている。凝縮器を出る冷媒の一部は、主流れ配管から出され、エコノマイザ膨張装置を通して送られる。フラッシュタンクの様なエコノマイザ熱交換器は、エコノマイザ膨張装置を出た冷媒を受け取る。フラッシュタンク内では、冷媒の一部が膨張して中間圧力の気体を形成し、冷媒の残りは中間圧力の液体相に変換される。中間圧力の気体相は、圧縮器に、望ましくは多段圧縮器の中間圧縮段階に戻され、そこでは、事前選択された圧力に達するのに圧縮が少なくて済み、従って、圧縮器の効率が上がる。中間圧力の液体相は、フラッシュタンクから、主流れ配管の、主流れが蒸発器に続く第１膨張装置に入る前の点に戻される。主流れ配管に入ると、エコノマイザ回路膨張装置からの中間圧力の液体冷媒は、主流れの冷媒を冷却する。第１膨張装置に達した冷媒は事前冷却されているので、蒸発器の冷却容量は、より大なものとなる。
【０００６】
エコノマイザ回路で使用される既知のフラッシュタンクは、比較的複雑な構造である。例えば、既知のフラッシュタンクは、内部バッフル、フロート、相分離スクリーン、及び他の構成要素が複雑に配置されている。例えば、米国特許第５，６９２，３８９号及び第４，２３２，５３３号に図示し説明されているフラッシュタンクでは、チャンバ、フロート、ワイヤースクリーン、バッフル、スリーブ、及びデミスターフィルターが複雑に配置されている。その様な複雑な配置は、製造、保守、修理するのに経費と時間が掛かる。
【特許文献１】米国特許第５，６９２，３８９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２３２，５３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、内部構造及び構成要素の配置が比較的単純で、優れた冷媒膨張と相分離を提供することのできるフラッシュタンクが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
エコノマイザ回路内で使用するための、実質的に真っ直ぐな側壁を備えた実質的に円筒形のハウジングを含んでいるフラッシュタンクが提供されている。ハウジングは、上側外殻区画、中間外殻区画、及び下側外殻区画を含んでおり、各区画は、実質的に円筒形の側壁を有しており、各側壁は、他の区画の開口部に接続するための少なくとも１つの開口部を形成している。各外殻区画は、実質的に円形の水平方向断面形状を有する開口部を含んでいる。上側外殻区画は、側壁に配置されている冷却入口と、上側区画の側壁と実質的に平行に配置されている側壁を有する実質的に円筒形のバッフルを含んでいる。バッフルの側壁は、冷却入口を通してハウジングに導入される高圧の冷媒の流れを受け取り、方向決めするために、冷却入口の反対側に配置されている。上側外殻区画は、更に、閉じた端部に位置し、上側区画の開口部の反対側に配置された気体出口を含んでいる。中間外殻区画には、側壁の内側に第２バッフルが配置されており、更に、液体水位制御装置が側壁を通して取り付けられている。下側外殻区画には、側壁に、液体冷媒をハウジングから冷却システム内の別の構成要素に送るための液体冷媒出口が配置されている。
【０００９】
エコノマイザ冷却システム内で液体冷媒を冷媒気体から分離するための方法が提供されている。本方法は、冷媒入口、冷媒気体出口、液体冷媒出口、円筒形のバッフル、及び第２バッフルを備えたハウジングを有するフラッシュタンクを含んでいるエコノマイザ回路を備えた冷却システムを提供する段階と、液体冷媒を冷却システムの凝縮器内で回収する段階と、液体冷媒を、凝縮器からエコノマイザ回路の液体冷媒配管へ送る段階であって、冷媒配管は、中に膨張装置を有しており、フラッシュタンクの冷媒入口に連通可能に接続されている、液体冷媒を液体冷媒配管へ送る段階段階と、液体配管から冷媒入口に入ってくる膨張している冷媒を受け取る段階と、受け取った冷媒の流れを、フラッシュタンクの、冷媒入口の実質的に反対側に配置されている円筒形のバッフルに向かわせる段階と、液体冷媒の気体相を冷媒の液体相から分離する段階と、ハウジングの側壁上に位置する第２バッフルを、事前選択された最高液体水位より上方に設けることによって、冷媒気体が再び飛沫同伴するのを回避する段階と、を含んでいる。
【００１０】
本発明の１つの利点は、圧縮冷却システムの改良された作動と性能である。
本発明の別の利点は、本発明が、冷却システム内で信頼性を保ち効率的に作動する単純な構造を有しており、しかも、エコノマイザ回路を有する圧縮冷却システム内に構築し設置するのに、経費を要せず、簡単なことである。
【００１１】
本発明の更に別の利点は、本発明が、圧縮冷却システムの凝縮器と蒸発器の間を移動する高圧の冷媒の効率的な膨張を提供できることである。
本発明の別の特徴及び利点は、好適な実施形態に関する以下の詳細な説明を、例を挙げて本発明の原理を示している添付図面と関連付けて読めば、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
同じか又は同様の部品については、各図を通して、できるだけ同じ参照番号を使用している。
考慮中の本発明の主題は、エコノマイザを使用している冷却システムの効率及び容量を改良するためのシステムとプロセスに着眼している。本システム及びプロセスは、どの様な型式の圧縮器と共にでも使用することができるが、特に、ねじ圧縮器はエコノマイザを容易に組み込めるので、ねじ圧縮器と共に使用するのに適している。
【００１３】
先ず図１は、本発明によるエコノマイザ回路を組み込んだ従来型の冷却システム１００を示している。図示のように、冷却システム１００は、圧縮器１０２、モーター１０４、凝縮器１０６、蒸発器１０８、及びエコノマイザフラッシュタンク１１０を含んでいる。従来型の冷却システム１００は、図１に示していない多くの他の機構を含んでいる。これらの機構は、図面を簡潔にして分かり易くするため、意図的に省略している。
【００１４】
圧縮器１０２は、冷媒の蒸気を圧縮し、放出配管を通して蒸気を凝縮器１０６に送る。圧縮器１０２は、ねじ圧縮器又は他の多段圧縮器であるのが望ましい。ねじ圧縮器は、本発明の小型冷却システムで使用するのに理想的に適しているが、本発明は、１つの型式の圧縮器に限定されず、遠心圧縮器の様な他の型式の圧縮器も、本発明の実施に際して同様に使用することができる。圧縮器１０２を駆動するために、システム１００は、圧縮器１０２用のモーター又は駆動機構１０４を含んでいる。「モーター」という用語は、圧縮器１０２用の駆動機構に対して用いているが、「モーター」という用語は、電動機に限定されるのではなく、可変速度駆動装置及びモータースターターの様なモーター１０４の駆動と連結して用いられるあらゆる構成要素を包含するものとする。モーター１０４は、誘導電動機又は高速同期永久磁石モーターであってもよい。圧縮器１０２を駆動するのに、スチーム又はガスタービン又はエンジンと付帯構成要素の様な、代わりの駆動機構も使用することができる。本発明の好適な実施形態では、モーター１０４は、電動機と付帯構成要素である。
【００１５】
圧縮器１０２により放出配管を通して凝縮器１０６に送られる冷媒蒸気は、流体、例えば空気又は水、との熱交換関係に入り、流体との熱交換関係の結果として冷媒液体への相変化を経験する。或る実施形態では、凝縮した冷媒液体の一部はエコノマイザ回路へ送られる。別の実施形態では、エコノマイザ回路は、凝縮器と蒸発器の間に唯一の接続を形成しており、凝縮した冷媒全てが、エコノマイザ回路を通して送られる。何れの実施形態でも、エコノマイザ回路は、凝縮器から冷媒を引き抜いて、それをフラッシュタンク１１０に接続されている膨張装置１１２に送る冷媒配管を含んでいる。凝縮した液体冷媒は、膨張装置１１２を通過してフラッシュタンクに流れ込み、そこで、冷媒の一部は、膨張して中間圧力の気体に変換され、残りの冷媒は、中間圧力で液体状態又は液体相のままに留まる。中間圧力の気体は、気体出口２８を通して圧縮器１０２の中間段階に引き込まれる。中間圧力の液体は、フラッシュタンク１１０から、凝縮器１０６を、蒸発器１０８へ至る膨張弁１１２に接続する主配管１０７に戻される。或る実施形態では、凝縮器１０６内の冷媒蒸気は、熱交換器コイル（図示せず）を通って流れる流体との熱交換関係に入る。何れにしても、凝縮器１０６内の冷媒の蒸気は、流体との熱交換関係の結果として、冷媒液への相変化を経験する。
【００１６】
蒸発器１０８は、どの様な既知の型式の蒸発器でもよい。例えば、蒸発器１０８は、供給配管と、冷却負荷に接続されている戻り配管とを有する熱交換器コイル（図示せず）を含んでいてもよい。熱交換器コイルは、蒸発器１０８内に複数の管束を含んでいる。二次液体は、水であるのが望ましいが、エチレン、塩化カルシウム塩性溶液、又は塩化ナトリウム塩性溶液の様な何れかの適した二次液体でもよく、この二次液体は、熱交換器コイル内を移動して、戻り配管を介して蒸発器１０８に入り、供給配管を介して蒸発器を出る。蒸発器１０８内の冷媒液は、熱交換器コイル内の二次液体との熱交換関係に入り、熱交換器コイル内の二次液体の温度を下げる。蒸発器１０８内の冷媒液は、熱交換器コイル内の二次液体との熱交換関係の結果として、冷媒蒸気への相変化を経験する。蒸発器１０８内の低圧の気体冷媒は、蒸発器１０８を出て、吸込みパイプ１１４によって圧縮器１０２に戻り、サイクルが完了する。
【００１７】
以上、システム１００を、圧縮器１０２、モーター１０４、凝縮器１０６、及び蒸発器１０８の好適な実施形態に関して説明してきたが、凝縮器１０６及び蒸発器１０８内で冷媒の適切な相変化を行えるのであれば、システム１００内では、どの様な適した形態のこれらの構成要素でも使用できるものと理解頂きたい。
【００１８】
図１の実施形態では、本発明のエコノマイザ回路は、凝縮器１０６と膨張装置１１２の間の高圧冷媒配管１０７に連通可能に接続されているフラッシュタンク１１０を備えている。本発明のフラッシュタンク１１０は、略円筒形を有しているのが望ましく、冷媒を所望の圧力に膨張させ、その結果生じた冷媒気体と冷媒液体の相を分離し、液体相を主冷媒配管１０７に送り、気体相を圧縮器１０２に送るまで、両冷媒相を一時的に保管するための適切な内容積を提供できるような寸法に作られている。タンクの高さ、幅、内容積の様な所望の寸法は、冷媒の種類、圧縮器の排気量、所望のシステム容量、冷媒配管の容量、及び他の冷却システム構成要素の様な因子、及び当業者には既知の他の要因で決まる。
【００１９】
図２は、本発明のフラッシュタンク１１０の或る実施形態を示している。この実施形態では、本発明のフラッシュタンク１１０は、上側外殻区画２０と下側外殻区画３０が、中間外殻区画４０で接続されて略円筒形のハウジングを形成している、３つの外殻区画で構成されたハウジングを含んでいる。各区画２０、３０、４０は、望ましくは約０．３７５から約０．５００インチの実質的に均一な厚さの低炭素鋼板から、板金加工で形成されるのが望ましい。しかしながら、区画２０、３０、４０は、どの様な適切な工程によって形成してもよく、どの様な適切な厚さを有していてもよいものと理解頂きたい。
【００２０】
図２−３に示しているように、上側外殻区画２０は、ドーム又はボウル型の閉じた端部２７と実質的に直線状の側壁２４を有している。或る代わりの実施形態では、上側外殻区画２０は、実質的に平坦で、板状の閉じた端部２７を有する実質的に均一な直径の円筒である。同様に、図２及び図８に示しているように、下側外殻区画３０は、基本的にドーム又はボウル型の閉じた端部３６と実質的に直線状の側壁３４を有しているのが望ましい。上側外殻区画２０と下側外殻区画３０の実質的に直線状の側壁２４、３４は、それぞれ、中間外殻区画４０との気密接続に適している開口部２２、３２で終結している。各区画２０、３０の実質的に円筒形の側壁２４、３４は、対応する開口部２２、３２から、対応する開口部２２、３２の反対側に位置している対応する端部２７、３６まで伸張している。各側壁２４、３４の最大外径は、約１０から約１８インチであるのが望ましい。各側壁２４、３４の外径は、１２から１６インチの間にあれば更に望ましい。各側壁２４、３４の直径は、１３から１５インチの間にあるのが最も望ましい。
【００２１】
図２、５、６に示しているように、中間外殻区画４０は、実質的に円筒形の側壁４２で形成された実質的に円筒の形を有している。側壁４２は、２つの相対する開口部、即ち、上側開口部４４と下側開口部４６を形成するように終結している。側壁４２の最大外径は、側壁２４、３４の最大外径と一致しており、約１０から約１８インチの間にある。側壁４２の外径は、約１２から１６インチの間にあれば更に望ましい。側壁４２の外径は、約１３から１５インチの間にあるのが最も望ましい。
【００２２】
中間外殻区画の上側開口部４４は、上側区画２０の開口部２２としっかり係合するようになっており、下側開口部４６は、下側区画３０の開口部３２としっかり係合するようになっている。或る好適な実施形態では、各開口部２２、３２は、中間外殻区画４０の対応する開口部４４、４６の中に入れ子又は嵌合するようになっている。外殻区画２０、３０、４０は、溶接などで永久的且つ気密的に接続されハウジングを形成するのが更に望ましいが、適していれば他の接続技法を使用することもできる。
【００２３】
図３−６と図８−９に示しているように、各外殻区画２０、３０、４０の開口部２２、３２、４４、４６は、概ね、円形の水平断面形状を有しており、隣接する外殻区画の開口部の形状と適合しているのが望ましい。このような用途では、円形、楕円形及び卵型は、全て「概ね円形」と考えられる。先に述べたように、各外殻区画２０、３０、４０の側壁２４、３４、４２は、軸方向に実質的に真っ直ぐ又は直線状であるのが望ましい。「実質的に真っ直ぐ」という用語は、この文脈では、湾曲が必要であれば、実質的に均一な半径で僅かに外向き又は内向きの湾曲を認めている。僅かに外向きの湾曲の起点は、外殻区画の側壁の回りの何れの周辺位置にあってもよく、側壁の曲率があるとすれば、それを定義するのに半径を使用する。半径の長さは「実質的に均一」であればよく、つまり、側壁に僅かな湾曲を付与するという概念から逸脱すること無く、側壁区画の異なる小区画の半径の長さを、空間要件の様な或る特定の目的のために変更できることを意味している。別の実施形態では、各外殻区画２０、３０、４０の側壁２４、３４、４２は、更に、開口部から、その反対側の端部に向かって、一回又は２回、内向き又は外向きに「段が付いて」おり、即ち、徐々に、或いは、段毎に、直径が小さく又は大きくなっている。例えば、図１０は、ｘ、ｙ、ｚの段を示している。この「段付き」外殻壁の概念は、タンク１１０を冷却システムの限られた空間領域内で嵌合できるようにするために、一般的なものである。代わりに、図１１に示しているように、外殻は、組み立てられたタンク１１０の滑らかな連続側壁構造を形成するため、例えば溶接によって接合してもよい。
【００２４】
図２−３に示しているように、上側外殻区画２０は、更に、エコノマイザ回路の性能を促進し強化する機構を含んでいる。具体的には、上側外殻区画２０の端部２７は、冷媒気体を圧縮器１０２に送るための気体出口２８を含んでいる。上側外殻区画２０の外殻が、ドーム型として構成されていても、或いは、実質的に平坦な板状の閉じた端部２７を有する実質的に均一な直径の円筒として構成されていても、気体出口２８は、端部２７の水平及び垂直断面形状の中心に配置されているのが望ましい。端部２７は、端部２７の断面形状の中心がドームの頂点となるようにドーム型に膨らんでいれば更に望ましい。端部２７は、端部２７の断面形状の中心がドームの頂点となるようにドーム型に膨らんでおり、気体出口２８は、タンク１１０から発生する冷媒気体が端部２７の内側表面に沿って最短の移動距離で気体出口２８に入るように、端部２７の断面形状の中心に円形の穴として設けられるのが最も望ましい。気体出口２８は、端部２７の壁を貫通する単純で均一な穴として設けてもよいし、或いは、直径が徐々に小さくなっていてもよいし、図１０に示している段付き壁構造と同様に側面断面の形状が段付きになっていてもよい。そのような構造は、冷媒気体を、気体出口２８に連通可能に接続されている圧縮器戻り配管に送るのに適している。或いは、気体出口２８は、端部２７を貫通してタンク１１０の中に、望ましくは少なくとも約０．５００インチ、より望ましくは約０．７００インチ突き出ている実質的に円筒形のパイプとして設けられている。更に、気体出口２８は、吸込み弁の様な、出口２８を通る気体の流量を制御するための手段を含んでいてもよい。
【００２５】
更に図２−３に示しているように、上側外殻区画２０は、冷媒を、凝縮器１０６から、又は、凝縮器１０６から入口２６へ続く液体配管内の膨張装置１１２から受け入れるための冷媒入口２６を更に含んでいる。冷媒入口２６は、側壁２４内に、望ましくは側壁２４の実質的に直線状の垂直部分に配置されている。入口２６は、側壁２４に穴として設けられ、その穴は、実質的に直線状の垂直側壁２４に実質的に垂直な長手方向軸を有しているのが望ましい。穴は、実質的に円形又は実質的に円筒形で、膨張している冷媒の流れを円筒形のバッフル５０の側壁に垂直に向かわせるように向いているのが望ましい。気体入口２６の長手方向軸は、気体出口２８の長手方向軸に実質的に垂直であるのが望ましい。
【００２６】
膨張装置１１２は、凝縮器１０６からの液体冷媒配管内か、又は気体入口２６に隣接して、入口２００の上流に設けられている。膨張装置１１２は、作動器又はモーターの様な機械的手段によって入口の開閉が調整されている電子制御式膨張弁であるのが望ましい。膨張装置１１２の開口部の大きさは、システム内の複数の異なる位置からのデータを受信する制御装置からの信号に応答して制御される。データは、現在の作動状態に応じて冷却システム内の膨張装置１１２及び他の弁の最適な設定値を求めるために、コントローラーによって処理される。膨張装置１１２は、高圧の液体冷媒を、より低い中間圧力に、望ましくはコンテンサー圧力と蒸発器圧力のほぼ中間まで、迅速に膨張させるように働く。
【００２７】
図２−４に示し、先に概説したように、フラッシュタンク１１０は、更に、上側区画２０内に側壁２４と実質的に同心に配置されている円筒形のバッフル５０を含んでいる。バッフル５０は、部分的に中間区画４０の中に配置されていてもよい。バッフル５０は、実質的に円筒形であり、実質的に円筒形の側壁５２で構成されているのが望ましい。図４に示されているように、タンク１１０の水平断面形状の直径は直径Ａ−Ａで定義され、バッフル５０の水平断面形状の直径は直径Ｂ−Ｂで定義される。これらの軸に沿う各直径の比率は、寸法ＷAとＷBの比率である。比率ＷA／ＷBは、約１．２から約１．６であるのが望ましい。好適な実施形態では、タンク１１０とバッフル５０の側壁の形状は、実質的に同じであり、即ち、実質的に同心なので、バッフル５０の側壁５２は、バッフル５０の軸方向長さに沿いバッフル５０の全周に亘って、上側外殻区画２０の側壁２４からほぼ等距離にある。
【００２８】
バッフル５０の側壁５２は、２つの相対する開口部、即ち上側開口部５４と下側開口部５６を形成するように終結している。上側開口部５４は、上側外殻区画２０の端部２６の内側表面としっかり係合するようになっているのが望ましい。側壁５２には孔が開いておらず、その上側端部は上側外殻区画２０の端部２７の内側表面に対して封止されているので、全ての気体は、バッフル５０の下側開口部５６を通って気体出口２８に達することになる。例えば、上側開口部５４に隣接する側壁５２は、例えばスキップ溶接によって、端部２７の内側表面に溶接してもよい。これにより、入口２６に入る液体冷媒が気体出口２８に達するのが防止される。
【００２９】
バッフル５０の下側開口部５６は、冷媒気体を受け入れるようになっており、実質的に他のタンク１１０構成要素の邪魔になることはない。軸Ｃ−Ｃに沿う側壁５２の軸方向長さは、実質的に直線状の側壁２４の長さより長くなっていて、上側バッフル５０の下側開口部５６が、組み立てられたタンク１０の中間外殻区画４０によって形成されている空洞の中に伸張しているのが望ましい。側壁５２の軸方向長さは、実質的に円筒形の上側バッフル５０の最大水平断面の内径以下であるのが望ましい。側壁５２の軸の軸方向長さは、実質的に円筒形のバッフル５０の最大水平断面内径の少なくとも２０％、但し１００％未満であれば更に望ましい。
【００３０】
図２、５、６に示しているように、タンク１１０は、冷媒液体を膨張させて気体にし、冷媒の気体と液体を効率的に分離し、冷媒気体と冷媒液体を冷却システム内の適切な目的地に確実に送るのを促進するために、円筒形のバッフル５０と協力して働く第２バッフル６０を更に含んでいる。冷媒が気体入口２６を通ってタンク１１０に入ると、冷媒は、円筒形のバッフル５０に当たり、タンク１１０の底部又は下側区画３０に向かって落下する。液体相は、タンクの底部３０に集まり、中間圧力で或る水位の冷媒液体を形成し、液体冷媒出口３８を通って蒸発器１０８に送られる。しかしながら、冷媒液体は、気体入口２６から落下する際に、気体冷媒内に再び飛沫同伴される傾向がある。第２の下側のバッフル６０は、下側区画３０に対して液体冷媒が気体冷媒へ過剰に再飛沫同伴されるのを防ぐ。図２に示しているように、バッフル６０は、側壁４２の内側表面の、事前選択された最高液体水位上方の事前選択された位置に設けられている。バッフル６０は、タンク１１０の中間区画４０の内側側壁上に配置されているのが望ましい。しかしながら、側壁４２上のバッフル６０の正確な位置は、所定の最高液体水位に基づいて決められるので、下側バッフル６０は、タンク内の液体冷媒内に決して水没しないのが望ましい。
【００３１】
図５−７に示しているように、下側バッフル６０は、鋼又はプラスチックの様な非多孔質材料の実質的に平坦な部片として、側壁４２からタンク１１０の内側空洞内へ実質的に垂直に突き出るように設けられているのが望ましい。下側バッフル６０は、側壁４２の内側表面と連続的に接触する形に作られている第１端部６２を有しているのが望ましい。例えば、第１端部６２は、側壁４２の半径とほぼ一致するように弧状になっているのが望ましい。下側バッフル６０は、タンク１１０の内側空洞内に突き出ている反対側の第２端部６４を有している。バッフル６０は、第１端部６２の中間点又は中心から第２端部６４の中間点又は中心まで引いた長手方向中心軸に対称であるのが望ましい。下側バッフル６０の中心軸は、冷媒入口２６、更に冷媒液出口３８とも、円周方向に整列しているのが望ましい。
【００３２】
下側バッフル６０の第１端部は、気体が、液体出口３８を出る液体の力によって液体内へ引き込まれるのを回避できるだけの幅を有していなければならない。Ｗ1で示している第１端部６２の幅は、側壁４２の内側表面に取り付けたときに、バッフル６０が、実質的に円形の側壁４２の内周回りに、少なくとも約１５度から約１５０度に亘っているのが望ましい。第１端部６２の幅Ｗ1は、側壁４２の内側表面に取り付けたときに、バッフルが、実質的に円形の側壁４２の内周回りに、約６０度から約１２０度に亘っていると更に望ましい。第１端部６２の幅Ｗ1は、側壁４２の内側表面に、バッフル６０の長手方向軸が冷媒入口２６及び液体出口３８と整列して取り付けられたときに、バッフルが、実質的に円形の側壁４２の内周回りに、約８０度から約１００度に亘っているのが最も望ましい。
【００３３】
同様に、下側バッフル６０の長手方向中心軸（Ｃ−Ｃ）は十分に長いので、第２端部６４は液体出口３８を覆って突き出しており、気体が再び飛沫を同伴し、又は液体出口３８を通って気体が抜け出るのを防いでいる。バッフル６０の長手方向中心水平中心軸（Ｃ−Ｃ）に沿う長さＬは、第１端部６２が固定されている側壁４２の実質的に円筒形の区画の最大水平断面内径の少なくとも２０％、但し１００％未満でなければならない。長手方向軸Ｃ−Ｃに沿う長さＬは、第１端部６２が固定されている側壁４２の実質的に円筒形の区画の最大水平断面内径の約２０％から５０％であれば更に望ましい。第２端部６４は、バッフル６０の長手方向軸Ｃ−Ｃに実質的に垂直に整列している実質的に直線状の縁部として設けられているのが望ましい。第２端部６４は、図７にＷ2として示されている幅を有しており、その幅は、長さＬに比例しており、約０．２５：１から約４：１の範囲にあるのが望ましい。比は、約１：１から約３：１であれば更に望ましい。更に、Ｗ1とＷ2の比は、約１：１から約４：１の間にあり、約２：１から約３：１の間にあるのが望ましい。第１端部６２と第２端部６４は、側縁部６６によって接合されている。側縁部６６は実質的に直線状で、第２縁部６４と角度αで交わっているのが望ましい。角度αは、約３０度から約５０度であれば更に望ましい。
【００３４】
タンク１１０の下側部分３０の液体の水位は、幾つかの機構によって管理されている。第１に、先に述べたように、冷媒液をタンク１１０から蒸発器へ送るために、液体出口３８が下側外殻区画３０に設けられている。図８−９に示しているように、液体出口３８は、実質的に円筒形であり、組み立てられたタンク１０の全高Ｈを使って測定したときに、タンクの底部２０％以内の点に配置されているのが望ましい。出口３８は、タンク１１０から蒸発器へ送られる液体冷媒の流量及び体積を調整できるように、弁の様な手段を含んでいてもよい。
【００３５】
更に、本発明は、液体の水位を調整する水位制御装置７０を提供する。水位制御装置７０は、タンク内の液体の水位を実質的に一定に維持して、気体が液体出口３８に進入するのを防ぎ、液体が気体出口２８に到達することのないようにして圧縮器が損傷しないようにするのが望ましい。図２に示しているように、或る実施形態では、水位制御装置７０は、最高液体水位より下のタンク１１０の底部領域を最高液体水位より上のタンク１１０の領域と連通可能に接続する、側壁４２を貫通して取り付けられた管状の構造で構成されている。水位制御装置７０は、中央経路７６によって接合されている２つの互いに反対側の端部７２、７４を有する実質的に円筒形の管状構造である。装置７０内の水位柱の熱的隔離を避け、タンク内の液体冷媒の水位の変化に対する柱内の迅速な応答を促すために、装置７０の管状区画の内径、並びに両端７２、７４の直径は、少なくとも０．５インチであるのが望ましい。各端部は、タンク１１０内部の２つの領域を連通可能に接続するための開口部７８を有している。装置は、側壁４２の、最高液体水位より下に設けられた第１液体水位開口部４８に接続させるための第１下側端部７２と、側壁４２に設けられた第２開口部４７に接続させるための反対側の第２上側端部７４を含んでいる。水位制御装置７０は、水位制御装置７０内の液体水位に関するデータを通信するために、制御マイクロプロセッサの様な冷却システム制御装置に接続できる水位検出器／センサー（図示せず）も含んでおり、マイクロプロセッサは、システム内の弁を作動させるか、或いは、システムの作動パラメーターを調整して、タンク１１０内の液体水位を調整し制御する。
【００３６】
本発明の、完全に組み立てられたエコノマイザフラッシュタンクは、以下のように作動する。先ず、凝縮器１０６に集められた液体冷媒は、液体配管を通してフラッシュタンク１１０の冷媒入口２６へ送られる。液体冷媒は、入口２６を出る際に絞られ、即ちフラッシュタンク１１０内で所望の温度及び圧力まで膨張させられる。入口２６を通過してフラッシュタンク１１０に入ると、膨張した冷媒は、直ちに円筒形のバッフル５０に向けられ、その結果乱流となり、冷媒の温度及び圧力が下がる。乱流となった冷媒の流れは、タンク１１０の底部３０に向かって落下する。冷媒が落下すると、気体の冷媒は、重力と、円筒形のバッフル５０によって作られる乱流の力とによって、液体冷媒から分離される。液体冷媒は、タンク１１０の底部３０に集められ、気体又は蒸気相は、タンク１１０のドーム型の上側区画２０に集められる。上側区画２０に集められた気体は、ガス出口２８を通して送られ、戻し配管によって圧縮器に戻される。気体は、圧縮器１０２内に噴射される前に、随意的に、圧縮器モーター１０４を通して送られ、モーター１０４をついでに冷却する。気体は、圧縮チャンバ内に、チャンバ内の圧力がエコノマイザタンク１１０の内側に維持されている中間圧力とほぼ等しくなる圧縮器入口から下流の位置で、注入されるのが望ましい。
【００３７】
タンク１１０内の液体冷媒は、液体水位より上に配置されている下側バッフル６０上に落下し、その後、液体の水位に滴り落ちる。この様に、下側バッフル６０は、液体の水位と落下する液体冷媒の間の直接的な接触及び混合を防いで、気体冷媒の、液体水位への巻き込みを最小にする。液体水位に集められた液体冷媒は、液体出口３８から引き出され、蒸発器１０８に入る前に、例えば膨張弁によって第２の膨張を受け、その膨張によって、液体相の圧力と温度は、蒸発器１０８の圧力と温度にまで下がる。出口３８を通る液体の流れは、出口３８の開口部の大きさを変えて蒸発器１０８に繋がる主流れ配管１０７に入る冷媒の流れを測定する弁の様な弁手段によって、制御することができる。
【００３８】
エコノマイザ回路によって加えられる容量は、冷媒入口２６、液体出口３８、及び気体出口２８を調整することによって制御することができる。更に、タンク１１０内の液体の水位は、水位制御装置７０を使って感知し、感知したデータを処理し制御を指示して、気体入口２６及び冷媒出口３８、２８の弁を開閉させ、フラッシュタンク内に比較的一定な液体水位を維持することによって、調節することができる。
【００３９】
以上、好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、当業者には理解頂けるように、本発明の範囲から逸脱すること無く、様々な変更を行い、その要素を等価物と置き換えることができる。更に、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるのに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、多くの修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実行するために考えられた最良の方式として開示されている特定の実施形態に限定されるのではなく、本発明は、特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による冷却回路の構成要素を示すシステム図である。
【図２】本発明によるフラッシュタンクエコノマイザの垂直側面断面図である。
【図３】本発明によるフラッシュタンクエコノマイザの上側外殻区画の垂直側面断面図である。
【図４】図３の上側外殻区画の、４−４線に沿う水平上部断面図である。
【図５】本発明によるフラッシュタンクエコノマイザの中間外殻区画の垂直側面断面図である。
【図６】図５の中間外殻区画の、６−６線に沿う水平上部断面図である。
【図７】本発明による下側バッフルの上面図である。
【図８】本発明による下側外殻区画の垂直側面断面図である。
【図９】図８の下側外殻区画の、９−９線に沿う水平上部断面図である。
【図１０】本発明による２つの隣接する外殻区画のための或る接続型式の断面図である。
【図１１】本発明による隣接する外殻区画のための別の接続型式の断面図である。
【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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【図１１】
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【国際調査報告】
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