(57)【要約】蒸気圧縮システムを作動する方法は、入口ポート（１４、５４）と出口ポート（１６、５６）を有する圧縮機（１２、５２）と、上述の圧縮機を組込む回路と、凝縮器（２２，６０）と、蒸発器（２６、６６）と、除湿冷却された空気流を生成するように空気流を冷却する冷却冷媒および再加熱された除湿空気流を生成するために上述の除湿冷却された空気流を再加熱する再加熱冷媒（２０、６４）を順次に発生する膨張装置（２４、６５）とを備える圧縮機回路を有する蒸気圧縮システムを設けるステップと、上述の圧縮機出口からの吐出圧力を増加するように上述の圧縮機出口からの吐出圧力を制御するステップと、を含む。さらに、潜熱容量の増加、好ましくない顕熱容量の減少、潜熱効率の向上、および供給空気温度の所望のレベルまでの回復の点で、システムの除湿性能が向上する。
2007527308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポートと出口ポートを有する圧縮機と、前記圧縮機を組込む回路と、凝縮器と、蒸発器と、除湿冷却された空気流を生成するように空気流を冷却する冷却冷媒および再加熱された除湿空気流を生成するために前記除湿冷却された空気流を再加熱する再加熱冷媒を順次に発生する膨張装置と、を備える圧縮機回路を有する蒸気圧縮システムを設けるステップと、
前記圧縮機出口からの吐出圧力を増加するように前記圧縮機出口からの吐出圧力を制御するステップと、を含む蒸気圧縮システムを作動する方法。
【請求項２】
前記制御ステップは、約０°Ｆと約７５°Ｆとの間の周囲温度を含む周囲条件で実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御ステップは、前記システムへの外気の流量を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記制御ステップは、前記凝縮器を通る前記システム内の冷媒流量を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記凝縮器は凝縮器コイルを有し、かつ、前記制御ステップは、前記凝縮器コイルの一部分を前記回路における流れでもって迂回させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記制御ステップは、前記吐出圧力を制御するように、前記圧縮機の前記出口ポートからの吐出ラインにおける流れを抑制するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記制御ステップは、前記膨張装置に向かう冷媒が二相流となるのを防止するように実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記制御ステップは、前記凝縮器の凝縮器コイルの凍結を防止するように実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記制御ステップは、システム効率を向上するように実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
入口ポートと出口ポートを有する圧縮機、前記圧縮機を組込む回路、凝縮器、蒸発器、ならびに除湿冷却された空気流を生成するように空気流を冷却する冷却冷媒および再加熱された除湿空気流を生成するために前記除湿冷却された空気流を再加熱する再加熱冷媒を順次に発生する膨張装置、を備える圧縮機回路と、
前記圧縮機出口からの吐出圧力を増加するように前記圧縮機出口からの吐出圧力を制御する手段と、を備える蒸気圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化された除湿能力を有する蒸気圧縮システムに関し、特に、低温周囲条件で除湿する蒸気圧縮システムの作動やそのような作動の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
最小の顕熱冷却と共に屋内空間の除湿機能を実施する蒸気圧縮システムの作動が、時には必要である。この機能は、３つの主な設計手法を利用して実現するものであり、その手法のそれぞれが、除湿されかつ過冷却された空気流を再加熱するために、主冷媒流またはその一部を使用する。
【０００３】
第１の手法は、システムの再加熱コイルへ別経路で送られる圧縮機吐出ガスを使用するものであり、その再加熱コイルは、蒸発器背後の屋内領域に載置され、かつ主凝縮器へ連続して接続される。これにより、屋内空気流が所望の除湿を達成するまで冷却された後に、屋内空間流を再加熱して顕熱容量を減少できる。
【０００４】
第２の手法も、再加熱コイルが主凝縮器と並列で配置され、かつ主凝縮器が除湿作動モードにおいて回路から取り除かれていることを除けば、同様な方法で圧縮機吐出ガスを使用する。
【０００５】
第３の手法も同様に、主凝縮器コイルの回りに迂回させられ、かつこの凝縮器コイルに送られた主流と混合される圧縮機吐出ガスの一部分を使用する。ついで、この混合された流れは、屋内空間流を再加熱するために、蒸発器コイルの背後に位置決めされる再加熱コイルを通して送られる。
【０００６】
低温周囲条件において、上述の方法は、システムの膨張装置の入口における好ましくない二相流、および蒸発器の凍結を生じる恐れがある。さらに、低圧縮比で作動するときに、システム除湿効率は、潜熱容量の損失、顕熱容量の増加、供給空気温度の低下、およびシステム潜熱効率の低下に関して不利をまねく恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
低温周囲条件において除湿を実現する蒸気圧縮システムを作動する方法の必要性が依然としてあることが明らかである。
【０００８】
したがって、本発明の主目的は、そのような方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、低温周囲条件においても、高いシステム効率でもって除湿が実現される蒸気圧縮システムを作動する方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的および利点は、以下において説明される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、上述の目的と利点は、容易に達成されている。
【００１２】
本発明によれば、蒸気圧縮システムを作動する方法が提供され、その方法は、入口ポートと出口ポートを有する圧縮機と、上述の圧縮機を組込む回路と、凝縮器と、蒸発器と、ならびに除湿冷却された空気流を生成するように空気流を冷却する冷却冷媒および再加熱された除湿空気流を生成するために上述の除湿冷却された空気流を再加熱する再加熱冷媒を順次に発生する膨張装置とを備える圧縮機回路を有する蒸気圧縮システムを設けるステップと、および上述の圧縮機出口ポートからの吐出圧力を制御するステップとを含み、それにより、吐出圧力が増加され、かつ上述の膨張装置への冷媒の二相流と蒸発器の凍結とを避けることができる。加えて、システムの除湿性能は、蒸発器の潜熱容量の増加、好ましくない顕熱容量の除去、供給空気温度の所望のレベルまでの回復、およびシステムの潜熱効率の向上を通して強化される。またこれにより、フラッディングなどによる機械的故障の防止を通してシステムの信頼性を向上できる。
【００１３】
圧縮機の吐出圧力を制御する種々の方法を利用でき、この制御の利点は、膨張装置への二相流と蒸発器コイルの凍結とが除去されること、システムの潜熱効率と装置の寿命コストが向上されること、除湿とシステムの潜熱容量とが向上されること、および好ましくない顕熱容量を容易に減少できることである。そのような方法は、吐出ラインの抑制、屋外ファンの循環、可変速装置の実現、および凝縮器コイルの一部の迂回などを含むが、それらに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施例の詳細な説明は、添付図面を参照して以下になされる。
【００１５】
本発明は、蒸気圧縮システムおよびそのシステムを作動する方法に関し、そこにおいて、膨張装置への二相流を防止し、蒸発器コイルの凍結を防止し、かつ全体のシステム除湿効率と信頼性を向上しながら、低温周囲条件において除湿が実現される。
【００１６】
図１には、本発明に従うシステム１０が示され、そのシステムは、入口ポート１４、出口ポート１６、および過冷却されかつ除湿された屋内空気を再加熱する再加熱コイル２０を含む複数の構成部材へ直列で導かれる冷媒ラインを有する圧縮機１２と、外気で冷媒を冷却する主凝縮器２２と、膨張装置２４と、屋内空気を冷却かつ除湿して圧縮機１２の入口ポート１４へ戻す蒸発器２６と、を備える。
【００１７】
システム１０が除湿モードで作動するときに、屋内空気２８は、蒸発器２６を通過し、冷却されて湿分が除去される。これにより、所望の温度を超えて冷却される空気、つまり過冷却された空気、を生じることが多いので、空気は、蒸発器２６からコイル２０へ送られ、そこにおいて、圧縮機１２からの高温ガスによって、その空気流は再加熱され、ついでその空気流がファン３０を通して空調された空間へ送られる。このようにして、その空間内の空気を、必要に応じて、ほぼゼロの顕熱容量で除湿できる。所望の除湿を得るために、空気流の一部分だけを処理するのが好ましいであろう。かくして、バイパス３２からの空気を好都合には、蒸発器２６からのダクト３４へ再導入して、図面に示される主空気流と混合することができる。
【００１８】
さらに本発明によれば、低温周囲条件でのシステム１０の作動は、作動中、特に除湿モードにおいて潜在的問題を生じることが判明している。その問題には、膨張装置２４への二相流供給の可能性、システム内の蒸発器コイルの凍結、およびシステムの除湿性能への悪影響が含まれる。さらに、低温周囲条件において、一部の圧縮機は、適切に作動できず、低圧縮比により作動不良になることがある。
【００１９】
本発明によれば、これらの潜在的問題は、頭部圧力制御つまり圧縮機１２のポート１６における吐出圧力の制御の実施を通して解決され、それにより好都合には、膨張装置２４への二相流が除去され、システム内の蒸発器コイル２６の凍結が防止され、システムの効率が向上され、およびそれにもかかわらず、好ましくない顕熱容量の減少および低温周囲条件における除湿中の供給空気温度の回復と共に、除湿能力とシステムの潜熱容量の向上が実現される。
【００２０】
図１のシステムは、外気３６を利用して凝縮器２２内の冷媒をさらに冷却し、および圧縮機１２からの吐出圧力を制御する１つの方法は、凝縮器２２内の冷媒を冷却するようにファン３８の速度を制御する。ついでこれにより、蒸発器コイル２６の潜熱容量と顕熱容量の制御が実現され、かくして、膨張装置２４に流入する冷媒の状態、ついで占有空間に流入する空気の状態の制御が実現されることにある。より精度の低い制御方法、たとえば屋外ファンのオン・オフを反復させることによっても、実施できることを理解すべきである。
【００２１】
圧縮機１２から出る圧力を制御して所望の結果を得ることができる別の方法には、圧縮機１２からの吐出ラインにおいて流れを制約または制御する装置を位置決めすることが含まれる。
【００２２】
さらに本発明によれば、凝縮器コイル２２の一部分を迂回させ、凝縮器伝熱面の一部を利用して冷媒の凝縮プロセスを制御できる。
【００２３】
図２を参照すると、別のシステム５０が図示され、そこにおいて、並列にそれぞれ配置された凝縮器６０と制御弁６２とへ順次至る冷媒ラインと共に、入口ポート５４と出口ポート５６を有する圧縮機５２が設けられる。そこから、冷媒ラインは、接続されて、再加熱コイル６４、膨張装置６５および蒸発器６６へ至り、その蒸発器６６から、圧縮機５２の入口ポート５４へ戻される。
【００２４】
システム５０においては、システム１０と同様に、屋内空気６８が、湿分を冷却し除去するために蒸発器６６を通過し、ついで所望の温度まで再加熱するために、再加熱コイル６４を通して送られる。その空気流は、ファン７２により引出され、必要に応じて空調された空間へ戻される。
【００２５】
図１の実施例と同様に、空気流の一部分を好ましくは、湿分を冷却し除去するために蒸発器６６を通過させることができ、かくして、バイパスライン７４を好都合には設けて、屋内空気流６８または屋外空気取出口からの空気の少なくとも一部分でもって、蒸発器６６を迂回させ、ついで蒸発器６６から流れるライン７６と組合せて、必要に応じてコイル６４を再加熱することができる。
【００２６】
本発明によれば、図２のシステムも同様に、二相流を膨張装置６５内で生じさせることなく、蒸発器コイル６６の凍結を生じさせることなく、かつ本発明に従って望ましいように、システムの除湿性能と効率とを向上させながら、低温周囲条件で除湿を実現できるように制御される。
【００２７】
除湿システム、特に、システム内を循環する主冷媒を利用しながら空気を再加熱する除湿システムは、従来設計のシステムとは非常に異なった挙動をする。それにもかかわらず、図１のシステムは、上述のように作動するとき、低温周囲温度において頭部圧力を増加しながら、その潜熱容量の一部分を徐々に回復し、かつその顕熱容量を減少することが判明している。これにより、供給空気温度を所望のレベルまで上昇できる。さらに、対応する潜熱効率の向上が観察され、および飽和吸入温度の低下が検出されるが、これは、許容レベルでの低下に過ぎない。
【００２８】
図２の実施例において、その作動は同様な傾向となり、およびシステムの顕熱容量を、ほぼ完全に除去できる一方、蒸発器の潜熱容量とシステムの潜熱ＥＥＲとは、安定状態にかつ高いレベルに維持される。
【００２９】
図３と４は、一方では、性能比と周囲温度との間の上述の関係を図示し、他方では、頭部圧力制御メカニズムとして、性能比と屋外空気流との間の関係を図示する。
【００３０】
図３は、再加熱コイルのサイズを一定にし、かつ種々の再加熱の手法について、種々の周囲温度における性能比較を示し、これにより除湿性能の顕著な低下を観察できる。
【００３１】
図４は、種々の再加熱の手法について、頭部圧力制御メカニズムとして、性能比と屋外空気流のパーセントとの間の関係を示し、好都合にはシステム除湿性能の大幅な向上のために、本発明のプロセスを使用できることを示す。
【００３２】
頭部圧力制御は、種々の作動と環境のパラメータに左右されるが、本発明のプロセスを７５°Ｆ未満の周囲温度で利用することが勧告される。これは、非常に低い温度の周囲条件で作動するときに、上述の問題を生じる従来のシステムの作動とは異なり、かつその作動に比べて有利である。
【００３３】
また、システム信頼性が向上し、また、膨張装置への二相冷媒混合流の流入と蒸発器コイルの凍結とが防止され、かくして圧縮機におけるフラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）条件が排除されることにより、その作動機能は向上されることに留意すべきである。
【００３４】
本発明は、ここで説明されかつ示された説明図に限定されるものではなく、それらの説明図は、本発明を実施する最善の態様の単なる説明を意図するものであるとみなされること、かつ構成部材の形態、サイズ、配置、および作動の詳細の変更が容易であることを理解すべきである。むしろ本発明は、特許請求の範囲により明示される趣旨と範囲に入る全てのそのような変更を包含しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に従って、空気を再加熱する高温の圧縮機ガスを利用する蒸気圧縮システムの図である。
【図２】屋内空気流の再加熱のために、蒸気と液体とでもって二相状態の冷媒を利用する蒸気圧縮システムの図である。
【図３】システムの種々の型式についての性能比対周囲温度のグラフである。
【図４】システムの種々の型式についての性能比対屋外空気流パーセントのグラフである。
【図１】
2007527308.tif 000003
【図２】
2007527308.tif 000004
【図３】
2007527308.tif 000005
【図４】
2007527308.tif 000006
【国際調査報告】
2007527308.tif 000007
2007527308.tif 000008