(57)【要約】  冷凍機システム１０は冷媒ループ９０を含み、この冷媒ループ９０はさらに第１の閉冷媒ループ９０に接続される圧縮機６０、空冷凝縮器装置７０および蒸発器装置８０を含む。電動機４０が圧縮機６０を駆動するために圧縮機６０に連結され、駆動部３０がモータ４０に電力供給するように電動機４０に接続され、パワー／制御盤５０が冷媒ループ９０を制御する。パワー／制御盤５０および凝縮器装置７０は、第２の閉冷却剤ループ１００に接続される。この第２の閉冷却剤ループ１００はエンクロージャー１２０、および／またはエンクロージャー１２０の内側で冷却板１１０上に配設される構成部品１１５の冷却を行う。エンクロージャー１２０が湿度制御装置を欠いているにも拘わらず、凝縮がエンクロージャー１２０の内側で形成されるのが実質的に防止される。
2007530906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒回路が、電動機によって駆動される圧縮機、少なくとも１つのコイルを有する空冷凝縮器装置、および第１の閉冷媒ループに接続される蒸発器装置を備える冷媒ループと、
前記冷媒ループの動作を制御し、パワー／制御盤の構成部品を冷却するための冷却システムを備えた前記パワー／制御盤と、を備え、
前記冷却システムは前記空冷凝縮器装置の少なくとも１つのコイルと流体連通している、
冷凍機システム。
【請求項２】
前記パワー／制御盤が実質的に密閉されたエンクロージャーを画成する、請求項１に記載の冷凍機システム。
【請求項３】
前記冷却システムが少なくとも１つの流路を有する冷却板を有する、請求項１に記載の冷却機システム。
【請求項４】
前記パワー／制御盤の少なくとも１つの構成部品が前記冷却板上に配設される、請求項３に記載の冷却機システム。
【請求項５】
前記パワー／制御盤が前記エンクロージャー内の空気を循環させるために前記エンクロージャー内に配設されるファンを含む、請求項２に記載の冷却機システム。
【請求項６】
前記冷却システムの一部分が前記エンクロージャーの内側に延び、ファン循環空気と熱交換関係で配設される、請求項５に記載の冷凍機システム。
【請求項７】
前記パワー／制御盤の少なくとも１つの構成部品が前記エンクロージャーの内側で前記冷却システムの前記部分によって冷却される、請求項６に記載の冷凍機システム。
【請求項８】
前記第１の閉冷媒ループおよび前記冷却システムが別のかつ独立の回路である、請求項１に記載の冷凍機システム。
【請求項９】
前記冷却システムの少なくとも１つのコイルは前記空冷凝縮器装置の下側部分に配設される、請求項８に記載の冷凍機システム。
【請求項１０】
前記冷却システムの少なくとも１つのコイルは前記凝縮器装置の最下部部分に配設される、請求項８に記載の冷凍機システム。
【請求項１１】
前記冷却システムがエチレン−グリコールと水混合物を備える、請求項１に記載の冷凍機システム。
【請求項１２】
前記冷却システムはプロピレン−グリコールと水混合物を備える、請求項１に記載の冷凍機システム。
【請求項１３】
前記冷却システムは２相冷媒を備える、請求項１に記載の冷凍機システム。
【請求項１４】
前記２相冷媒がＲ２２である、請求項１３に記載の冷凍機システム。
【請求項１５】
前記２相冷媒がＲ１３４ａである、請求項１３に記載の冷凍機システム。
【請求項１６】
冷媒ループを有する冷凍機システムの動作を制御するためのパワー／制御盤であって、
前記冷媒ループは、電動機によって駆動される圧縮機、少なくとも１つのコイルを有する空冷凝縮器装置、および第１の閉冷媒ループに接続される蒸発器装置を備え、
パワー／制御盤は、複数の構成部品をその中に有する実質的に密閉されたエンクロージャーを備え、
前記エンクロージャーは前記空冷凝縮器装置の少なくとも１つのコイルと流体連通する、
パワー／制御盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電子構成部品冷却システムに関する。より詳しくは、本発明は空冷冷凍機システムの電子、電力および／または制御構成部品用の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機システムの電子的電力供給に関連する電気構成部品は、動作で多量の熱を発生させる。これらの構成要素は通常、風雨に曝されることに備えて実質的に密閉されたコンパクトなエンクロージャー内に格納されているので、パワーエレクトロニクス構成部品によってエンクロージャー内で発生する熱は構成部品を損傷するのを避けるために発散させなければならない。動作中特に大量の熱を発生するエンクロージャー内のパワーエレクトロニクス半導体構成部品は通常、冷却板を使用して冷却される。冷却板は高熱伝導率を有する材料から構成され、電気構成部品を冷却するための作動流体または冷媒流体を循環させる熱伝達流体ループの一部分を構成する内部流路を含む。この熱伝達流体ループを通り流れる作動流体は、冷却板から熱エネルギを取り除くため冷却板流路と熱交換の関係に配置される。この熱伝達流体ループは、冷却板から熱エネルギを発散させるためのエンクロージャー用の別の冷却システムの一部となり得る。この熱伝達流体ループは、冷却ループの一部として、または凝縮器流体ループの一部として冷却システム内に組み込むこともできる。電気構成部品は、冷却板の外側の上に取付けられ、冷却板は熱伝導によって電気構成部品から熱エネルギを引き出す。冷却板に伝達される熱エネルギは次いで対流によって流体ループの流路内を流れる作動流体に伝達される。
【０００３】
エンクロージャー内に格納される他の電気構成部品は動作で低減された量の熱エネルギしか発生しないので冷却板は必要でない。これらの構成部品用に、上記で説明したのと同様な追加の熱伝達流体ループが、熱発散を達成するためにエンクロージャー内側の空気を循環させるようにエンクロージャー内側で動作するファンと組み合わせて、エンクロージャーの実質的に密閉された空間内に延びる。しかしながら、熱伝達流体ループの作動流体の温度がキャビネット内側の露点温度より低いとき、エンクロージャーの内側で凝縮が形成される可能性がある。凝縮は電気構成部品を損傷する可能性があるので望ましくない。凝縮の形成を防止するために、エンクロージャーの内側温度が露点温度より低いレベルに達するのを防止する別の温度監視および制御システムが次いで必要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、別の温度監視および制御システムを必要とすることなくエンクロージャー内の凝縮の形成を実質的に防止することができる、冷凍機システムの電気的エンクロージャー内に配置される電気構成部品用の冷却システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は冷媒ループを含む冷凍機システムに対するものであり、この冷媒ループは第１の閉冷媒ループに接続される、電動機によって駆動される圧縮機、少なくとも１つのコイルを有する空冷凝縮器装置および蒸発器装置を含む。電気的／電子的電力制御盤が電力を供給し、かつ／または冷媒ループの動作を制御する。このパワー／制御盤は、電気／電子、電力／制御構成部品を格納し、構成部品を冷却するための冷却システムを含み、この冷却システムは、空冷凝縮器装置の少なくとも１つのコイルと流体連通している。
【０００６】
本発明は冷媒ループを含む冷却機システムの動作を制御するためのパワー／制御盤に対するものであり、この冷媒ループは、第１の閉冷媒ループに接続される電動機によって駆動される圧縮機、少なくとも１つのコイルを有する空冷凝縮器装置および蒸発器装置を含む。このパワー／制御盤は、複数の構成部品をその中に有する実質的に密閉されたエンクロージャーを含む。このエンクロージャーは、空冷凝縮器装置の少なくとも１つのコイルと流体連通している。
【０００７】
本発明の１つの利点は、パワー／制御盤用の冷却システムが冷凍機システムに組み込まれているので、構成部品の数の低減にある。
本発明の別の利点は、それがパワー／制御盤内の凝縮の形成を実質的に防止することにある。
【０００８】
本発明のさらに別の利点は、別の温度監視および制御システムを必要としないことである。
本発明の他の特徴および利点は、例示の目的で本発明の原理を図示する添付の図面を参照して行われる、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００９】
可能な場合には、同じ参照番号が同じまたは同様な部品を参照するために図面を通じて使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明のシステム構成を全体的に示す。冷凍機システム１０は、パワー／制御盤５０内に配置される制御器によって制御される、圧縮機６０を駆動する電動機４０に動力供給する組合せ可変速度駆動装置（ＶＳＤ）３０およびパワー／制御盤５０に給電するＡＣ電源２０を含む。本発明の一実施形態では、ＶＳＤ３０の全ての構成部品はパワー／制御盤５０内に格納される。このＡＣ電源２０は、現場に存在するＡＣ電力送電線網または配電システムから単相または多相（例えば、３相）の、固定電圧の、かつ固定周波数のＡＣ電力をＶＳＤ３０に供給する。圧縮機６０、凝縮器７０および蒸発器８０は、第１の閉冷媒ループ９０を画成する。圧縮機６０は、冷媒蒸気を圧縮し、この蒸気を吐出管を介して凝縮器７０に送る。圧縮機６０は、任意の適切な型式の圧縮機、例えば、遠心圧縮機、往復動圧縮機、スクリュー圧縮機、渦巻圧縮機などであり得る。圧縮機６０によって凝縮器７０に送られた冷媒蒸気は、凝縮器７０を取り囲む空気と熱交換関係に入り、凝縮器７０を通り循環され、取り囲む周囲空気との熱交換関係の結果として相変化を起こし冷媒液体になる。凝縮器７０からの凝縮した液体冷媒は膨張装置（図示せず）を通り蒸発器８０へ流れる。第１の閉冷媒ループ９０で蒸発器８０と熱交換関係で循環した液体は、次いで内部空間に冷却をもたらすことができる。同様に、凝縮器７０の一部分および動力／制御盤５０は、動力／制御盤５０内に格納される構成部品に冷却をもたらす第２の閉冷却剤ループ１００を画成する。
【００１１】
本発明の冷凍機システム１０は、複数のＶＳＤ３０、複数の電動機４０、複数の圧縮機６０、複数の凝縮器７０および複数の蒸発器８０の複数の任意の組合せを使用することができることに注目されたい。
【００１２】
パワー／制御盤５０は、冷凍機または冷凍システム１０の動作を制御するための、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、マイクロプロセッサ、非揮発性メモリー、およびインターフェース盤などの様々な異なる構成部品を含むことができる。パワー／制御盤５０をＶＳＤ３０、電動機４０および圧縮機６０の動作を制御するために使用することもできる。冷凍システム１０は、図１に示されていない多くの他の機構を含む。これらの機構は説明を容易にするために、図面を簡略化するように故意に省略されている。
【００１３】
ＶＳＤ３０は、ＡＣ電源２０から特定の固定線間電圧および固定線間周波数を有するＡＣ電力を受電し、電動機４０に所望の電圧および所望の周波数でＡＣ電力を供給し、これらの両方を特定の要求を満足させるように変化させることができる。ＶＳＤ３０は、電動機４０の定格電圧および周波数より高い電圧および周波数、およびより低い電圧および周波数を有するＡＣ電力を電動機４０に供給できることが好ましい。図２は、ＶＳＤ３０の一実施形態でのいくつかの構成部品を概略的に示す。ＶＳＤ３０は、変換器段階３２、ＤＣリンク段階３４および逆変換器段階３６の、３つの段階を有することができる。変換器３２は、ＡＣ電源２０からの固定線間周波数、固定線間電圧のＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。ＤＣリンク３４は、変換器３２からのＤＣ電力を濾波し、キャパシタおよび／またはインダクタなどのエネルギ貯蔵構成部品を提供する。最後に、逆変換器３６は、ＤＣリンク３４からのＤＣ電力を電動機４０用の可変周波数、可変電圧ＡＣ電力に変換する。
【００１４】
変換器３２、ＤＣリンク３４および逆変換器３６の具体的な構成は、ＶＳＤ３０が電動機４０に適切な出力電圧および周波数を供給できる限り本発明にとって重要ではない。例えば、変換器３２は、ＶＳＤ３０の入力電圧より高い出力電圧をＶＳＤ３０から得るためにＤＣリンク３４に昇圧されたＤＣ電圧を供給するように昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器に結合されるダイオードまたはサイリスタ整流器とすることができる。別の例では、変換器３２は、単巻変圧器およびインダクタによって供給されるダイオードまたはサイリスタ整流器とすることができる。別の例では、変換器３２は、ＶＳＤ３０からＶＳＤ３０の入力電圧より高い出力電圧を得るために昇圧ＤＣ電圧をＤＣリンク３４に供給するために、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴｓ）を有するパルス幅変調昇圧整流器とすることができる。本発明の好ましい実施形態では、ＶＳＤ３０は、電動機４０の定格電圧および周波数の少なくとも２倍の出力電圧および周波数を供給することができる。さらに、ＶＳＤ３０は、ＶＳＤ３０が電動機４０に適切な出力電圧および周波数を供給することができる限り、図２に示すものと異なる構成部品を組み込むことができることを理解すべきである。
【００１５】
ＶＳＤ３０は、電動機４０の起動中、大きな突入電流が電動機４０に到達するのを防止することができる。ＶＳＤ３０の変換器３２は、ＡＣ電源２０にほぼ１の力率を有する電力を供給することができる。最後に、電動機４０に対する出力電圧および出力周波数の両方を調整するＶＳＤ３０の能力は、電動機４０または圧縮機６０を異なる電源用に変更する必要なく、ＶＳＤ３０を様々な外国および国内の電力送電線網で動作可能にする。
【００１６】
電動機４０は、可変速度で動作させることが可能な誘導電動機であることが好ましい。この誘導電動機は、２極、４極または６極を含む任意の適切な極配列を有することができる。この誘導電動機は圧縮機６０を駆動するために使用される。この圧縮機６０は、圧縮機６０の回転子を駆動する電動機４０の出力速度によって変わる可変出力容量を有する。換言すれば、電動機４０の出力回転数は圧縮機６０の出力容量を制御することができる。例えば、電動機のより低い出力回転数は圧縮機のより低い出力容量に結果としてなり、一方電動機のより高い出力回転数は、圧縮機のより高い出力容量に結果としてなる。
【００１７】
図１に戻り参照すると、圧縮機６０は冷媒蒸気を吸い込み入口で受け取り、圧縮機６０内で冷媒蒸気を圧縮する。圧縮機６０は次いで、圧縮された蒸気を吐出管を介して吐き出す。上記で論じたように、圧縮機６０の出力容量は圧縮機６０の動作速度に基づき、その動作速度はＶＳＤ３０によって電力供給される電動機４０の出力速度によって決まる。第１の閉冷媒ループ９０では、圧縮機６０によって凝縮器７０に送られる冷媒蒸気は周囲空気、すなわち空冷凝縮器と熱交換関係に入り、空気との熱交換関係の結果として相変化を起こし冷媒液体になる。凝縮器７０からの凝縮した液体冷媒は膨張装置（図示せず）を介して蒸発器８０に流れる。
【００１８】
蒸発器８０内の液体冷媒は、第２の流体の温度を低下させるために第２の流体、例えば、空気または水と熱交換関係に入り、それが次いで通常内部空間用に冷却をもたらすために使用される。第１の閉冷媒ループ９０内の蒸発器内の冷媒液体は、第２の流体との熱交換関係の結果として相変化を起こし冷媒蒸気になる。蒸発器８０内の蒸気冷媒は蒸発器８０を出て、吸入管路によって圧縮機６０に戻り、第１の閉冷媒ループ９０用のサイクルを完了する。蒸発器８０内で適切な冷媒の相変化が得られるならば、蒸発器８０の任意の適切な構成を冷却機システムに使用できることを理解されたい。
【００１９】
第２の閉冷却剤ループ１００内を循環する作動流体の温度がパワー／制御盤５０を取り囲む周囲温度より低い温度に冷却されないことを保証するために、凝縮器７０の一部分がパワー／制御盤５０内で発生する熱を排除するために使用される。すなわち、凝縮器７０内の複数のコイル、またはチューブを通り流れる第２の閉冷却剤ループ１００からの作動流体は、作動流体の温度が周囲空気の温度より低くなることができないように、周囲空気、または凝縮器７０を取り囲む空気と実質的に同じ温度の通過空気によって冷却される。したがって、実際的な方法として、加熱された作動流体の温度は通過する周囲空気の温度より低い温度に低下させることはできなく、そしてそのようなものであるのでいかなる監視装置も必要としない。
【００２０】
図３を参照すると、パワー／制御盤５０は、冷凍機システム１０の動作制御用のパワーエレクトロニクスおよび制御構成部品を固定するための実質的に密閉されたエンクロージャー１２０を画成する。このエンクロージャー１２０は、高熱伝導度を有する材料から構成され、第２の閉冷却剤ループ１００の一部分を構成する内部流路１１２を含む冷却板１１０を格納する。パワー半導体装置などの、非常に小さな領域でかなりの量の熱を発生する（高電力密度）パワー／制御盤５０内の構成部品１１５は、冷却板１１０上に配設される。そのような高電力密度構成部品の例には、限定ではないが、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ’ｓ）およびシリコン制御整流器（ＳＣＲ’ｓ）およびダイオード整流器が含まれる。構成部品１１５によって発生する熱エネルギは、冷却板１１０と構成部品１１５の間の伝導によって、冷却板１１０によって吸収される。冷却板１１０の流路１１２内を循環する熱伝達流体または冷媒流体などの作動流体は、冷却板１１０から熱エネルギを取り除くために冷却板流路１１２と熱交換関係に配置される。第２の閉冷却剤ループ１００内の加熱された作動流体は次いで、サイクルを完了させるために凝縮器７０に戻り、凝縮器７０を通る周囲空気と熱交換関係に置かれる。前に論じたように、この作動流体は周囲温度よりわずかに高い温度に冷却される。
【００２１】
冷却板１１２に加えて、パワー／制御盤５０のエンクロージャー１２０は、エンクロージャー１２０内に配設される構成部品１２５から熱エネルギを取り除く。この構成部品１２５は一般に能動パワー半導体装置より物理的にずっと大きな受動装置（より低い電力密度）であり、そのようなものであるので、冷却板１１２によって供給される高められた熱エネルギ低減能力は必ずしも必要ではない。そのようなより低い電力密度構成部品の例には、限定ではないが、インダクタ、抵抗、変圧器、および中央演算処理装置（ＣＰＵ）チップが含まれる。これらの低電力密度構成部品１２５から熱エネルギを取り除くのを助けるために、第２の閉冷却剤ループ１００の一部分がエンクロージャー１２０を通り延びる。周囲温度よりわずかに高い作動流体が通り流れる、第２の閉冷却剤ループ１００のこの部分は、エンクロージャー１２０内側の空気１７０と熱交換関係にある。エンクロージャー１２０内の空気１７０と第２の閉冷却剤ループ１００の間の熱交換を高めるために、１台のファンまたは複数のファン１３０がやはり、空気１７０をエンクロージャー１２０内側で循環させるためにエンクロージャー１２０内に配設される。
【００２２】
第２の閉冷却剤ループ１００を通り循環する周囲空気温度より実質的にわずかに暖かい作動流体を介して、内部エンクロージャー温度を取り囲む周囲空気温度より実質的に高く維持することによって、エンクロージャー１２０の内側での凝縮の形成が効果的に防止される。別の言い方をすれば、エンクロージャー１２０を取り囲む周囲温度が露点、すなわち蒸気（水）が凝縮し始める温度である場合であっても、パワーエレクトロニクス／制御構成部品がエンクロージャー１２０内の空気を加熱しているので、エンクロージャー１２０の内側の空気１７０の温度は周囲温度より常に高いであろう。したがって、本発明の冷却構造は、エンクロージャー１２０の内側の空気１７０の湿度レベルまたは温度を監視しまたは制御するどちらの制御装置も必要としない。
【００２３】
図３に示すように、第２の閉冷却剤ループ１００は、ループを完成させるために凝縮器７０の入口側に帰る前に、凝縮器７０の出口側と冷却板１１０およびパワー／制御盤５０内に配置されたエンクロージャー空気冷却コイル１６０との間に連続的な流体接続部を含む。換言すれば、第２の閉冷却剤ループ１００は、凝縮器７０の出口側からエンクロージャー１２０内に入り、冷却板１１０の流路１１２の入口側に延び、そして冷却板１１０の流路１１２の出口側をエンクロージャー空気冷却コイル１６０の入口側に接続し、コイル１６０を通り、凝縮器７０の戻り側に戻る。
【００２４】
図４は、ループを完成させるために凝縮器７０の入口側に戻る前に、凝縮器７０の出口側とパワー／制御盤５０（冷却板１１０およびエンクロージャー空気冷却コイル１６０）の２つの部分との間に平行な接続部を有する第２の閉冷却剤ループ１００を示す。この第２の閉冷却剤ループ１００は、凝縮器７０の出口側から冷却板１１０およびエンクロージャー空気冷却コイル１６０の両方の入口側に接続する吸気連結管１４０に延び、エンクロージャー空気冷却コイル１６０および冷却板１１０の出口側を排気連結管１５０に接続し、そして排気連結管１５０を凝縮器７０の戻り側に接続する。
【００２５】
図３および４の第２の閉冷却剤ループ１００の考え得る配管系統配置に加えて、第２の閉冷却剤ループ１００の各部分が別の、閉下位ループを画成することも可能であることを理解されたい。すなわち、１つの下位ループが凝縮器７０とエンクロージャー空気冷却コイル１６０の入口および出口側を接続することができ、別の下位ループが凝縮器７０と冷却板１１０の入口および出口側を接続することができる。
【００２６】
図５は、凝縮器７０およびエンクロージャー空気冷却コイル１６０に使用可能な熱交換器コイルアセンブリ２００の一実施形態を示す。この熱交換器コイルアセンブリ２００は、コイルアセンブリ２００の長さに沿って延び、互いに近接して配置される複数のチューブ２１０を含む。複数のチューブ接続具２２０が複数のチューブ２１０の対の端部を接続する。おのおののチューブ接続具２２０は、実質的にＵ字形の形状を有し、コイルアセンブリ２００のチューブ２１０およびチューブ接続具２２０を通り流れる流体用の曲がりくねった流路を提供するようにチューブ２１０の隣接する対を接続する。複数のチューブ２１０の１つのチューブ２１０が流体入口２３０に接続され、複数のチューブ２１０の別のチューブ２１０が流体出口２４０に接続される。この流体入口２３０および流体出口２４０は、例えば、コイルアセンブリ２００の底部部分、コイルアセンブリ２０の側面部分、またはコイルアセンブリの任意の他の適切な位置に配置することができる。チューブ２１０の数、コイルアセンブリ２００内でのそれらの配列および位置は、特定の用途の要件に応じて変更することができる。一実施形態では、４８本までの実質的に平行なチューブの列をコイルアセンブリ２００に設けることができる。コイルアセンブリ２００が１２本までの実質的に平行なチューブの２つ以上の実質的に平行な列を有することがより好ましい。このチューブ２１０は、銅製であることが好ましいが、しかしながら、他の適切な材料も使用することができる。チューブ２１０は、円形または楕円形の断面が好ましい、事前に選択した断面形状を有する。
【００２７】
熱伝達プロセス中、第１の熱伝達流体が複数のチューブ２１０によって形成される曲がりくねった流路を通り流れ、第２の熱伝達流体がチューブ２１０の上を流れる。この複数のチューブ２１０が第１および第２の熱伝達流体間の熱の伝達用の界面をもたらす。チューブ２１０を通り流れる第１の熱伝達流体は、水またはアンモニア、塩化エチル(ethyl chloride)、フレオン(Freon)（登録商標）、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣｓ）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣｓ）および他の天然冷媒などの冷媒流体である。しかしながら、第１の熱伝達流体用に任意の適切な熱伝達流体を使用することができることを理解されたい。第２の熱伝達流体は、特定の用途に応じて熱伝達プロセス中暖められるか、または冷却されるかのいずれかである空気であることが好ましい。しかしながら、第２の熱伝達流体用に他の適切な熱伝達流体を使用することができることを理解されたい。この空気流は通常ファンによるなどの強制されたものであるが、静的なものでもあり得る。チューブ２１０に隣接して複数のフィン２５０が存在する。第１の熱伝達流体と第２の熱伝達流体間の熱の伝達は、第１の熱伝達流体が複数のチューブ２１０を通り流れながら、好ましくは空気である第２の熱伝達流体がコイルアセンブリ２００のチューブ２１０およびフィン２５０の上をまたは横切って流れるとき起きる。
【００２８】
この熱交換器コイルアセンブリ２００は、熱交換機コイルアセンブリ２００の熱伝達能力を改善するために複数のフィン２５０を有する。おのおののフィン２５０は、銅またはアルミニウムなどの高熱伝導率材料製であることが好ましい薄い金属板であり、親水性の被覆を含むことができる。フィン２５０は、チューブ２１０のおのおのを受けるための複数の開口部２６０を含む。チューブ２１０は、フィン２５０に対し好ましくは直角にフィン２５０の開口部２６０を貫通することが好ましい。このチューブとフィン２５０は、２つの間の熱伝達が可能なように互いに密接に接触している。フィン２５０およびチューブは蝋付けまたは溶接によってなど、冶金的に接合することができるけれども、本発明の好ましい実施形態は、フィン２５０とチューブを圧延によってなど摩擦的にまたは機械的に接合する。このフィン２５０は、好ましくは空気である第２の熱伝達流体がフィン２５０の間を、かつチューブ２１０を横切って流れるように多数の流路を有する、実質的に平行な、近接して間隔を開けた関係で配置され配設されることが好ましい。コイルアセンブリ２００も、コイルアセンブリ２００に対し何らかの構造的支持をもたらし、かつフィン２５０を損傷から守るためにフィン２５０のいずれの側にも配置される端板２７０を有する。
【００２９】
単一の熱交換器コイルアセンブリ２００のフィン２５０の全てが同じ寸法を有することが好ましい。コイルアセンブリ２００のフィン２５０の寸法は、熱交換器コイルアセンブリ２００の意図する使用およびチューブ２１０の数に応じて、２５．４ｍｍ（１インチ）未満から幅で１０１６ｍｍ（４０インチ）まで、かつ高さで１８２９ｍｍ（７２インチ）まで及ぶことができる。フィンは、考え得る製造上の問題を避けるために、約０．０５０ｍｍ（０．００２インチ）の最小厚さを有することが好ましい。しかしながら、フィンは例えば、コイルアセンブリ全体がインチの寸法からフィートの寸法にスケールアップされる場合は、非常に大きな厚さを有することができる。好ましい実施形態では、フィンの厚さは約０．１５２ｍｍ（０．００６インチ）、０．２０３ｍｍ（０．００８インチ）および０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）である。フィンの間隔については、フィン間距離は０．８４６ｍｍ（１／３０インチ）より短くないことが好ましい。そうでない場合は製造上の問題があり得る。しかしながら、このフィンピッチは、上記で述べたようにコイルアセンブリ全体がスケールアップされる場合は非常に大きくすることができる。好ましい実施形態では、フィンピッチは、３．１７５ｍｍ（１／８インチ）から１．８１４ｍｍ（１／１４インチ）まで配列することができる。
【００３０】
図６は、本発明を使用する空冷冷凍機凝縮器コイルの一実施形態を示す。凝縮器コイル３００は、複数の冷媒蒸気入口３２０および冷媒液体出口３３０を備える。冷媒蒸気入口３２０は通常、図６に示されていない冷媒入口連結管によって接続される。同様に、冷媒蒸気出口３３０は通常、やはり図６に示されていない冷媒出口連結管によって接続される。図６に示されるコイルは、２つの冷媒入口３２０がおのおのの冷媒出口３３０に供給するように巡回しているが、冷媒は凝縮器コイルを数多くの他の巡回様式で通過することができることを理解されたい。空冷冷凍機の動作中、過熱された冷媒が冷媒蒸気入口３２０を通りコイルに入り、コイルフィン３５０を介して空冷冷凍機周囲空気に熱を伝達し、この熱伝達に起因して蒸気から液体へ相変化を行い、次いで冷媒液体出口３３０を通り過冷却された液体としてコイルを出る。
【００３１】
図６に示す凝縮器コイル３００は、前に論じたように、第２の冷却剤入口連結管１４０および第２の冷却剤出口連結管１５０を介してパワー／制御盤５０の第２の閉冷却剤ループ１００の冷却剤も冷却することができる。この第２の冷却剤回路は、冷媒回路が通過しかつ熱交換関係にあるのと正に同じフィン３５０を通過し、かつ熱交換関係にある。しかしながら、このコイルは、第２の冷却剤入口連結管１４０および第２の冷却剤出口連結管１５０を通り流れる冷却剤が冷媒蒸気入口３２０または冷媒蒸気出口３３０のどちらも通り流れることができないように巡回される。換言すれば、このコイルの第２の冷却剤回路は、コイルの冷媒凝縮回路と流体分離されている。図５に示す第２の冷却剤回路はコイルの最下部に配置されているが、第２の冷却剤回路を凝縮器コイルの任意の場所に配置できることを理解されたい。
【００３２】
凝縮器７０は、凝縮器７０内に別の独立の回路を使用する第１の閉冷媒ループ９０および第２の閉冷却剤ループ１００を有し、空冷であることが好ましい。この第２の閉冷却剤ループ１００が最も下のまたは底部の回路、すなわち凝縮器７０の最低部のまたは最底部のコイル列を使用するのが好ましい。第１の閉冷媒ループ９０内の冷媒と第２の閉冷却剤ループ１００内の作動流体の間の熱相互作用はこの好ましい配置で最小限にされる。次に、この好ましい配置は、最低の空気量を受け第１の閉冷媒ループ９０の冷媒流体を過冷することができない可能性が最も高いこれらの凝縮器回路を第２の閉冷却剤ループ１００に対して再分配する。最後に、この構成は、第２の閉冷却剤ループ１００の任意の残りの部分より上にある充填レベルを選択することができるので、第２の閉冷却剤ループ１００の作動流体の量を監視するのが簡単になる。第１の閉冷媒ループ９０の冷媒は２相熱伝達サイクルを行うけれども、これは第２の閉冷却剤ループ１００に対して必ずしも事実ではない。第２の閉冷却剤ループ１００の作動流体は、単相熱伝達サイクルまたは２相熱伝達サイクルのどちらも使用することができる。
【００３３】
第２の閉冷却剤ループ１００は、パワー／制御盤構成部品１１５、１２５を冷却するためにプロピレングリコール〜水混合物の作動冷媒流体成分を使用することが好ましい。プロピレングリコール〜水混合物が好ましいけれども、エチレングリコール〜水混合物などの任意の適切なブラインまたは冷却液体、またはＲ２２またはＲ１３４ａなどの任意の適切な２相冷媒も第２の閉冷却剤ループ１００に使用することができることを理解されたい。作動流体用に望ましい特性には、優れた熱伝達特性、製造するのに低コスト、低毒性および低易燃性および非腐蝕性が含まれる。
【００３４】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、この分野の専門家は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、均等物をその要素に代替することができることを理解するであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して特定の状況または材料に適合させるように多くの改変を行うことができる。したがって、本発明はこの発明を実施するために企図された最良のモードとして開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に使用することができる冷却システムの一実施形態の概略図である。
【図２】本発明に使用可能なＶＳＤの一実施形態の概略図である。
【図３】本発明に使用されるパワー／制御盤構成の一実施形態の概略図である。
【図４】本発明に使用されるパワー／制御盤構成の別の一実施形態の概略図である。
【図５】本発明を使用する空冷冷凍機システムの主凝縮器コイルの一実施形態の概略図である。
【図６】本発明を使用する空冷冷凍機システムの主凝縮器コイルの一実施形態の概略図である。
【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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【国際調査報告】
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