(57)【要約】  ＨＶＡＣシステムが、主要回路（１００）および副冷却器回路（２１０）を有する。主要回路は、閉冷媒ループ内に結合された、主要回路の蒸発器（１４０）、主要回路の膨張デバイス（１２６）、主要回路の凝縮器（１１８、１２０）、および主要回路の圧縮機（１１０、１１２）を備える。過冷却器回路（２１０）は、閉冷媒ループ内に結合された、過冷却器の蒸発器（２２２）、過冷却器の膨張デバイス（２５６）、過冷却器の凝縮器（２６０）、および過冷却器の圧縮機（２５０）を備える。過冷却器の蒸発器は、主要回路の蒸発器に入る前に主要回路内の液体溶媒を冷却するように、主要回路の液体冷媒と過冷却器回路の冷媒との間で熱交換するように配列および配置される。過冷却器回路の動作は、所定の設計効率を有するＨＶＡＣシステムの主要回路の凝縮器および過冷却器の凝縮器を通る冷却流体の質量流量の単位当りの冷却容量の増加をもたらす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉冷媒ループに結合された、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を備える主要回路と、
閉冷媒ループに結合された、過冷却器の蒸発器、過冷却器の膨張デバイス、過冷却器の凝縮器、および過冷却器の圧縮機を備える過冷却回路とを備え、
前記過冷却器の蒸発器は、前記主要回路の液体冷媒を前記冷却器の蒸発器に入る前に冷却するように、前記主要回路における前記液体冷媒と前記過冷却回路における前記冷媒との間で熱交換するように配列および配置され、
前記過冷却器回路の動作は、所定の設計効率を備える前記ＨＶＡＣシステムの前記主要回路の凝縮器および過冷却器の凝縮器を介して冷却流体の質量流量の単位当りの冷却容量の増加をもたらす、
ＨＶＡＣシステム。
【請求項２】
前記主要回路の膨張デバイスのうちの一方または両方、あるいは前記過冷却器の膨張デバイスは、２相の冷媒を出力する、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項３】
前記冷却流体を前記過冷却器の凝縮器および前記主要回路の凝縮器を通して移動させる流体移動デバイスをさらに備える、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項４】
主要回路の凝縮器における前記冷却流体の少なくとも一部分は、前記過冷却器のための前記凝縮器も通って流れる、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項５】
前記システムは制御装置をさらに備える、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項６】
前記制御装置は、周囲空気の温度または冷媒温度のうちの１つに応答して１つまたは複数の凝縮器ファンを動作または停止する、請求項５に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項７】
前記制御装置は、周囲空気温度、前記主要回路での圧縮機の動作、冷媒温度からなる群から選択されたパラメータに応答して前記過冷却回路を作動または不作動にする、請求項５に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの追加の過冷却器回路をさらに備え、各追加の過冷却器回路は、閉冷媒ループに結合された、追加の過冷却器の蒸発器、追加の過冷却器の膨張デバイス、追加の過冷却器の凝縮器、および追加の過冷却器の圧縮機を備える、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項９】
前記過冷却器の蒸発器は蒸発タンクである、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項１０】
前記過冷却器の圧縮機は高圧冷媒を圧縮するように構成され、前記過冷却器回路がより低い動作圧力を有する冷媒を利用する、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項１１】
前記高圧冷媒は、二酸化炭素、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２２、およびＲ−４０７Ｃからなる群から選択された冷媒である、請求項１０に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項１２】
より低い動作圧力を伴う前記冷媒は、Ｒ−１３４ａ、プロパン、ジメチルエーテル、およびアンモニアからなる群から選択された冷媒である、請求項１０に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項１３】
閉冷媒ループに結合された、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を備える主要回路と、
閉冷媒ループに結合された、第１の過冷却器の蒸発器、第１の過冷却器の膨張デバイス、第１の過冷却器の凝縮器、および第１の過冷却器の圧縮機を備える第１の過冷却器回路と、
閉冷媒ループに結合された、第２の過冷却器の蒸発器、第２の過冷却器の膨張デバイス、第２の過冷却器の凝縮器、および第２の過冷却器の圧縮機を備える第２の過冷却器回路とを備え、
前記第１の過冷却器の蒸発器および第２の過冷却器の蒸発器は、前記主要回路の蒸発器に入る前に前記主要回路の液体溶媒を冷却するように、前記主要回路の前記液体冷媒と前記対応する過冷却器回路の前記冷媒との間で熱交換するようにそれぞれ配列および配置される、
冷蔵システム。
【請求項１４】
前記第１および第２の過冷却器は連続した流れ構成で配列され、前記連続した流れの構成が、前記第１の過冷却器の蒸発温度を上昇させるために、前記第１の過冷却器の蒸発器を通り、次いで前記第２の過冷却器の蒸発器を通る前記主要回路における冷媒の流れを含む、請求項１３に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項１５】
前記冷却流体を前記過冷却器の凝縮器および前記主要回路の凝縮器を通して移動させる流体移動デバイスをさらに備える、請求項１３に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項１６】
主要回路における前記冷却流体の少なくとも一部分は、前記過冷却器のための前記凝縮器も通って流れる、請求項１３に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項１７】
前記第１の過冷却器の蒸発器または第２の過冷却器の蒸発器のうちの１つまたは複数は蒸発タンクである、請求項１３に記載の冷却器システム。
【請求項１８】
前記第１の過冷却器の膨張デバイスおよび第２の過冷却器の膨張デバイスは異なるデバイスである、請求項１３に記載の冷却器システム。
【請求項１９】
前記第１の過冷却器の膨張デバイスは固定オリフィスであり、第２の過冷却器の膨張デバイスが膨張弁である、請求項１８に記載の冷却器システム。
【請求項２０】
前記第１の過冷却器の圧縮機と第２の過冷却器の圧縮機は異なる圧縮容量を有する、請求項１３に記載の冷却器システム。
【請求項２１】
前記第１の過冷却器回路の冷媒は前記第２の過冷却器回路の前記冷媒と異なる、請求項１３に記載の冷却器システム。
【請求項２２】
閉冷媒ループに結合され、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を備え、約８０℃より下の臨界温度で冷媒を循環させる主要回路と、
閉冷媒ループに結合された、過冷却器の蒸発器、過冷却器の膨張デバイス、過冷却器の凝縮器、および過冷却器の圧縮機を備える過冷却器回路とを備え、
前記過冷却器の蒸発器は、前記主要回路の蒸発器に入る前に前記主要回路における前記液体溶媒を冷却するように、前記主要回路の液体冷媒と前記過冷却器回路の前記冷媒との間で熱交換するように配列および配置され、
前記過冷却器回路の動作は、所定の設計効率を有する前記ＨＶＡＣシステムの前記主要回路の凝縮器および過冷却器の凝縮器を通る冷却流体の質量流量の当りの冷却容量の増加をもたらす、
ＨＶＡＣシステム。
【請求項２３】
前記主要回路を循環する前記冷媒は、Ｒ−１２５およびＲ３２の混合物を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記主要回路を循環する前記冷媒は、Ｒ−４１０Ａを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記主要回路を循環する前記冷媒は、二酸化炭素を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記主要回路を循環する前記冷媒は、約２０℃より高い凝縮温度を有する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
閉冷媒ループに結合された、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を備える主要回路と、閉冷媒ループに結合された、過冷却器の蒸発器、過冷却器の膨張デバイス、過冷却器の凝縮器、および過冷却器の圧縮機を備える過冷却回路とを備える主要回路を提供するステップと、
所定の設計効率を備える前記冷却器システムに関する空気流の単位当りの冷却容量の増加をもたらすために、前記主要回路における前記冷媒が前記冷却器の蒸発器に入る前に、前記主要回路の冷媒を前記過冷却器の蒸発器によって過冷却するステップと、
周囲空気温度または冷媒温度のうちの１つを感知するステップと、
感知された状態に応答して、前記主要回路および前記過冷却器回路のうちの少なくとも１つの中の圧縮機を作動または不作動にするステップと、
感知された状態に応答して主要回路の凝縮器および過冷却器の凝縮器に流体の流れをもたらす１つまたは複数の移動デバイスを作動または不作動にするステップと、
を含む、
ＨＶＡＣシステムを過冷却する方法。
【請求項２８】
前記過冷却回路内の冷媒の少なくとも一部分を前記主要回路の凝縮器に入りまたは出る空気によって凝縮するステップをさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
高圧冷媒を圧縮し、低圧冷媒を前記過冷却器回路内に循環させるように前記過冷却器の圧縮機を構成するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＨＶＡＣシステムを対象とする。詳細には、本発明は、電力供給された過冷却器を備える冷却器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
民生用の空調装置の設計を最適にするために、何十年にも及ぶ広範な開発研究が行われてきた。
民生用の空調装置を最適化する１つの試みには、エコノマイザの装備が含まれる。エコノマイザは、一般にスクリュー冷却器に使用されてきた。一般的なエコノマイザは、蒸発器と凝縮器の圧力間の圧力でインタークーラーから圧縮機に冷媒フラッシュガスを導く。中位の圧力の冷媒ガスが導かれることにより、圧縮機の効率が制限されているにもかかわらず熱力学サイクルの効率が改善される。民生用の空調装置を最適化する別の試みでは、圧縮機に戻される、凝縮器を去る冷媒液を中間の圧力で沸騰する冷媒を使用して冷却するために、熱交換器が使用される。両方のタイプのシステムが一般的に使用され、一般の空気冷却式冷却器の状態に関して（約１０％から約１５％の）容量での比較的わずかな改善がもたらされる。別の制約としては、これらの手法が中間の圧力のガスを導くことができるようにするために圧縮機への特別なポートを必要とする。このポートに関連する圧縮機の付加的な損失があると、一般にエコノマイザサイクルの理論的な利益が最大限に可能にならない。
【０００３】
電力供給された過冷却器は、スーパーマーケットの冷蔵庫および／または冷凍庫などの低温冷蔵システムに用途が限定されてきた。それらは、冷蔵に必要な蒸発器でより低い温度を得るために、主要な冷蔵システム内の冷媒液を冷却するための別々の冷媒回路を使用する。それらは、空調システムではわずかしか役に立たず、または全く役に立たなかった。これらのシステムは、一般に約３２°Ｆから５０°Ｆ（０℃から１０℃）に液体冷媒を冷却し、それによって空調システムに実質的な性能の損失がもたらされることになる。さらに、従来技術によって主要回路および過冷却器回路に対して別々の凝縮器を使用することが教示され、それによりシステムに関して必要な空間が増加する。
【０００４】
ＨＣＦＣ−２２（クロロジフルオロメタン）の段階的廃止に伴い、業界は、より高い圧力の冷媒の使用に向かって急速に進んでいる。新しい冷媒は、ＨＣＦＣ−２２の圧力よりも高い圧力を有し、最も期待が持てる候補は、ＡＳＨＲＡＥによりＲ−４１０Ａと称される、ジフルオロメタン（Ｒ３２、ＣＨ2Ｆ2）とペンタフルオロメタン（Ｒ−１２５、ＣＨＦ2ＣＦ3）の混合物である。この冷媒は、ＨＶＡＣ冷却器に用途が見出された。その他のより高い圧力の冷媒には、二酸化炭素、Ｒ３２、およびＲ１２５が含まれる。室外の周囲温度が非常に高い、（すなわち、約９５°Ｆ（３５℃）より高い）場合、凝縮器での冷媒の温度がその臨界温度に到達し始める。たとえば、Ｒ−４１０Ａは、約１６０°Ｆ（７１℃）の臨界温度を有する。９０°Ｆ（３２．２℃）の臨界温度を有する二酸化炭素に関しては、臨界温度付近またはその上の動作に伴う問題は、より大きなものである。冷媒がその臨界温度に達しまたはそれを超えると、凝縮器は、冷媒を凝縮するための能力を失い、それにより、室外の高い周囲温度にある時間の間、効率および容量の損失および／またはシステムの故障を招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の欠点がない、改善された冷却容量および効率を有するＨＶＡＣ冷却器システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、主要回路および過冷却器回路を有するＨＶＡＣシステムを備える。主要回路は、閉冷媒ループに結合された、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を備える。過冷却器回路は、閉冷媒ループ内に結合された、過冷却器の蒸発器、過冷却器の膨張デバイス、過冷却器の凝縮器、および過冷却器の圧縮機を備える。過冷却器の蒸発器は、主要回路の液体溶媒を主要回路の蒸発器に入る前に冷却するように、主要回路の液体冷媒と過冷却器回路の冷媒との間で熱交換するように配列および配置される。過冷却器回路の動作は、所定の設計効率を有するＨＶＡＣシステムの主要回路の凝縮器および過冷却器の凝縮器を通る冷却流体の質量流量の単位当りの冷却容量の増加をもたらす。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、主要回路、第１の過冷却器回路、および第２の過冷却器回路を有する冷蔵システムを備える。主要回路は、閉冷媒ループに結合された、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を備える。第１の過冷却器回路は、閉冷媒ループに結合された、第１の過冷却器蒸発器、第１の過冷却器膨張デバイス、第１の過冷却器凝縮器、および第１の過冷却器圧縮機を備える。第２の過冷却器回路は、閉冷媒ループ内に結合された、第２の過冷却器の蒸発器、第２の過冷却器の膨張デバイス、第２の過冷却器の凝縮器、および第２の過冷却器の圧縮機を備える。第１の過冷却器の蒸発器および第２の過冷却器の蒸発器は、それぞれ主要回路内の液体溶媒を主要回路の蒸発器に入る前に冷却するように、主要回路における液体冷媒と対応する過冷却器回路における冷媒との間で熱交換するように配列および配置される。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、主要回路および過冷却器回路を有するＨＶＡＣシステムを備える。主要回路は、閉冷媒ループ内に結合された、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を備える。主要回路は、約８０℃より低い臨界温度を有する冷媒を循環させる。過冷却器回路は、閉冷媒ループ内に結合された、過冷却器の蒸発器、過冷却器の膨張デバイス、過冷却器の凝縮器、および過冷却器の圧縮機を備える。過冷却器の蒸発器は、主要回路内の液体溶媒を冷却器の蒸発器に入る前に冷却するように、主要回路における液体冷媒と過冷却器回路における冷媒との間で熱交換するように配列および配置される。過冷却器回路の動作は、所定の設計効率を有するＨＶＡＣシステムの主要回路の凝縮器および過冷却器の凝縮器を通る冷却流体の質量流量当りのより多くの冷却容量をもたらす。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、主要回路の蒸発器、主要回路の膨張デバイス、主要回路の凝縮器、および主要回路の圧縮機を冷媒ループに備える主要回路と、過冷却器の蒸発器、過冷却器の膨張デバイス、過冷却器の凝縮器、および過冷却器の圧縮機を冷媒ループに備える過冷却器回路とを提供するステップを含むＨＶＡＣシステムを過冷却するための方法を含む。方法は、所定の設計効率を有するＨＶＡＣシステム用の凝縮器を通る空気流の単位当りの冷却容量の増加をもたらすために、主要回路内の冷媒を主要回路の蒸発器に入る前に、過冷却器の蒸発器によって過冷却するステップをさらに含む。周囲空気温度または冷媒温度が感知される。各主要回路および過冷却器回路内の圧縮機は、感知された状態に応答して作動または停止される。方法は、感知された状態に応答して主要回路の圧縮機および過冷却器の凝縮器に流体の流れをもたらす１つまたは複数の移動デバイスを作動または不作動にするステップをさらに含む。
【００１０】
本発明の利点は、システムが従来のエコノマイザサイクルによって可能なよりも大きい容量を有し、従来のエコノマイザサイクルに対して上昇した効率で動作することである。
本発明のさらなる利点は、複雑な装備または配線なしに、さらなる効率および容量がもたらされ、それによってシステムが比較的低いコストで製造できることである。電力供給された過冷却器回路は、直ちに利用可能であり、容易に製造できる装備を有する設計を備える。さらに、本発明のシステムの冷却容量が増加することにより、追加の装備のコストの少なくとも一部分が相殺される。
【００１１】
本発明の別の利点は、本発明による電力供給された過冷却システムを追加することにより、冷却容量の増加をもたらしながら、より小さな凝縮器コイルを使用することができるようになることである。
【００１２】
本システムの別の利点は、システムが９５°Ｆ（３５℃）を超える温度を含む高い周囲温度で動作できることである。
本発明の別の利点は、システムが、従来の冷却器システムと比較して、同じ容量でファン騒音を低下させて動作することである。必要な凝縮器の寸法およびファン数／ファン容量がより少なく、したがって凝縮器によって発生するファン騒音が低下するので、ファン騒音が低下することになる。
【００１３】
本発明の別の利点は、周囲条件が変化したとき、システムが過冷却器の容量のさらなる段階的な制御を行うことができることである。各過冷却器回路は、所定量の過冷却をもたらす。したがって、過冷却の必要に応答して個々の過冷却回路を作動および停止することによって、システムがより少ないエネルギーコストで動作できるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、本発明の原理を例によって示す添付図面と共に読めば、以下の本発明のより詳細な説明から明らかになろう。
可能なときは必ず、図面全体を通して同じ参照番号が同じまたは同様の番号を示すために使用される。
【００１５】
図１は従来技術の冷却器システムを示す。この構成は、第１の圧縮機１１０、第２の圧縮機１１２、膨張デバイス１２６、蒸発器１４０、および凝縮器１９０を有する主要回路１００を備える。主要回路１００は、一般にＡＳＨＲＡＥ名称Ｒ−２２と呼ばれるクロロジフルオロメタン（ＣＨＣｌＦ2）、または一般にＡＳＨＲＡＥ名称Ｒ−４１０Ａと呼ばれるジフルオロメタン（ＣＨ2Ｆ2）とペンタフルオロメタン（ＣＨＦ2ＣＦ3）の混合物などのより圧力の高い冷媒を好ましくは使用する。第１の圧縮機１１０および第２の圧縮機１１２は、スクロール圧縮機であることが好ましい。スクロール圧縮機が好ましいが、任意の適切なタイプの圧縮機が使用できる。適切な圧縮機には、たとえば、スクリュー圧縮機、往復圧縮機、回転圧縮機、または遠心圧縮機がある。１つのみが動作している場合に、動作していない圧縮機を通って冷媒蒸気が逆流するのを防止するために、第１の逆止め弁１１４および第２の逆止め弁１１６が圧縮機と凝縮器の間に配置される。図１は２つの圧縮機を示すが、任意の数の圧縮機が使用することができる。吐出ライン１３２が、加圧された冷媒蒸気を凝縮器コイル１１８および１２０に供給する。液体ライン１３４は、凝縮された冷媒を凝縮器コイル１１８および１２０から膨張デバイス１２６に送る。膨張デバイスは、それには限定されないが膨張弁および毛管配列を含む、任意の適切な膨張デバイスであることができる。液体および蒸気の混合物が膨張デバイス１２６から蒸発器入口１３８および蒸発器１４０を通って流れる。過熱された冷媒蒸気は、蒸発器を出ていき、吸入ライン１３０を通って流れ、第１および第２の圧縮機１１０および１１２に戻る。暖流体１４２は、一般に冷却器と呼ばれる蒸発器１４０に入り、冷却流体１４４を生成するために熱エネルギーを冷媒流体に移動させる。蒸発器１４０を通過する暖流体１４２および冷却流体１４４は、水、エチレングリコール、または塩水などの液体であることが好ましい。冷却流体１４４は、室内空間を冷却するのに使用されることが好ましい。暖流体１４２および冷却流体１４４は液体であることが好ましいが、暖流体１４２および冷却流体１４４は、空気またはその他のガスであることもできる。凝縮器１９０は、凝縮器コイル１１８および１２０を通して周囲空気１８２を引き込み、加熱された空気１８４を環境に排出するファン１８０を備える。図１に示されるシステムは、高い周囲温度での冷却効率を維持しない。
【００１６】
図２は、電力供給された過冷却器を備える本発明の好ましい実施形態による冷却器システムを示す。図２は、図１に対して上記に説明されたように実質的に配列された、第１の圧縮機１１０、第１の逆止め弁１１４、第２の圧縮機１１２、第２の逆止め弁１１６、入口流体ストリーム１４２および出口流体ストリーム１４４を含む蒸発器１４０、ファン１８０、周囲空気１８２、および加熱された空気１８４を有する、図１に示すような主要回路１００を備える。しかし、図２に示された本発明の実施形態は、第１の過冷却器回路２１０および第２の過冷却器回路２１５をさらに備える。第１の過冷却器回路２１０は、圧縮機２５０、第２の凝縮器コイル２６０、膨張デバイス２５６、および第１の過冷却器２２２を備える。第２の過冷却器回路２１５は、圧縮機２７０、凝縮器コイル２７２、膨張デバイス２７４、および第２の過冷却器２２４を備える。主要回路１００においてと同様に、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５での膨張デバイスは、それには限定されないが膨張弁および毛管配列を含む、任意の適切な膨張デバイスであることができる。第１および第２の過冷却器２２２および２２４はそれぞれ、主要回路１００と第１の過冷却器回路２１０、および主要回路１００と第２の過冷却器回路２１５の間で熱を移動させる熱交換器を備える。第１および第２の過冷却器２２２および２２４の熱交換器は、プレート熱交換器であることが好ましいが、任意の適切な熱交換器であることができる。液体ライン２３９は、凝縮された冷媒を凝縮器コイル１１８および１２０から第２の過冷却器２２４に送る。液体の冷媒は、第２の過冷却器２２４の出口を出ていき、次いで第１の過冷却器２２２に流入する。冷却された冷媒液は、液体ライン２３６を通って第１の過冷却器２２２を出ていき、膨張デバイス１２６を通って蒸発器１４０に流れる。主要回路１００の残りの部分は、上記に図１に対して示され、記載されたように動作する。
【００１７】
図２は、単一の冷媒回路を備える主要回路１００を示すが、本発明による主要回路１００は複数の冷媒回路を備えるシステムを備えることができる。たとえば、主要回路は、一般に２つの回路を備える約３０トンより大きな設計冷却容量を有するスクロール冷却器を備えることができる。本発明による大きなスクロールまたはスクリュー冷却器システムは、４つもの回路を有することができる。蒸発器１４０（すなわち冷却器）は、通常は、各冷却回路が熱交換器を通って流れる最大限の水の流れと接触するように構成される。
【００１８】
第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５は、第１および第２の過冷却器２２２および２２４内の熱交換することによって主要回路１００の凝縮器コイル１１８および１２０を去る液体冷媒を冷却する。熱の交換によって、液体冷媒に過冷却が行われ、システムがより高い効率、より高い容量、およびより高い周囲温度で動作できるようになる。過冷却器回路２１０および２１５内の冷媒は、一般にＡＳＨＲＡＥ名称Ｒ−１３４ａとして知られるテトラフルオロエタンなどのより低い圧力の冷媒であることが好ましい。Ｒ１３４ａが好ましいが、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ−１５２ａ、プロパン、ジメチルエーテル、アンモニア、またはその他の適切な冷媒を含む冷媒が第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５に使用できる。
【００１９】
第１の過冷却器回路２１０は、上記に論じたように、圧縮機２５０、凝縮器コイル２６０、膨張デバイス２５６、および第１の過冷却器２２２を備える。これらの構成要素は、閉じたループの冷媒回路を形成するために冷媒配管と結合される。圧縮機２５０は、吐出ライン２５２を介して凝縮器コイル２６０に加圧された冷媒蒸気を供給し、それによって冷媒が冷却されて、液体ライン２５９を介して膨張デバイス２５６に流れる冷媒液を形成する。液体冷媒は、膨張デバイス２５６を通過して第１の過冷却器２２２に達し、そこで冷媒が蒸発する。第１の過冷却器回路２１０内の蒸発する冷媒は、第１の過冷却器２２２内の主要回路１００の冷媒と熱交換する。熱の交換により、第１の過冷却器回路２１０内の冷媒が吸入ライン２５８を介して圧縮機２５０に戻る前に、主要回路１００の冷媒がより低い温度に冷却される。
【００２０】
第２の過冷却器回路２１５は、第１の過冷却器回路と同様である。圧縮機２７０は、吐出ライン２６２を介して凝縮器コイル２７２に結合されている。次いで、凝縮器コイル２７２からの液体冷媒は液体ライン２６９を通って膨張デバイス２７４に流れ、次いで第２の過冷却器２２４を通る。複数の過冷却器の利用によって、膨張デバイス２７４として単純な膨張デバイスが使用できるようになる。しかし、任意の適切な膨張デバイスが利用できる。本発明の１つの実施形態では、膨張デバイス２７４は固定オリフィスであり、第１の過冷却器回路内２１０の膨張デバイス２５６は膨張弁である。第１の過冷却器回路２１０と同様に、第２の過冷却器回路２１５内の冷媒は、蒸発し、第２の過冷却器２２４における主要回路１００の冷媒と熱交換する。熱の交換によって、主要回路１００における冷媒がより低い温度に冷却される。吸入ライン２６６によって冷媒蒸気が第２の過冷却器２２４から圧縮機２７０に戻り、回路を完了することができるようになる。
【００２１】
図２の凝縮器１９０は、主要回路１００における冷媒蒸気を凝縮し、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５の両方の冷媒を凝縮するように配列され構成されている。ファン１８０は、凝縮器コイル１１８、１２０、２６０、および２７２を通して周囲空気１８２を引き込み、加熱された空気１８４を環境に排出する。第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５の凝縮器コイル２６０および２７２は、主要回路１００の凝縮器コイル１１８および１２０の上を通る空気の下流側に配置されることが好ましい。この配列は、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５が主要回路１００における凝縮温度を実質的に上昇させずに、主要な凝縮器コイルを去る空気を利用することができるようにする。第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５の凝縮器コイル２６０および２７２は、主要回路１００の凝縮器コイル１１８および１２０とは別々のコイルであることができ、または同じコイルの一部分であることができる。好ましい実施形態では、圧縮機コイル２７２および２６０は、実質的に重力の方向に流れをもたらすために、凝縮器１９０の上部から凝縮器１９０の底部に冷媒の流れをもたらすように配列される。流れは、いずれの方向にも定めることができるが、この実施形態は、液体が凝縮器１９０からより容易に流れる配列を提供する。
【００２２】
第１および第２の過冷却器２２２および２２４の熱交換器は、プレート熱交換器であることが好ましい。プレート熱交換器は、比較的低いコストおよび小さい寸法で設けることができる。２つのプレート熱交換器は、背中合わせに組み立てられて単体のユニットにすることができ、それによってコストおよび空間が節約できる。プレート熱交換器が好ましいが任意の適切なタイプの熱交換器を使用することができる。適切な熱交換器には、チューブ・イン・チューブおよびシェル・アンド・チューブ熱交換器が含まれる。
【００２３】
第１および第２の過冷却器２２２および２２４は、第１および第２の過冷却器２２２および２２４の熱交換器の内部での冷媒の蒸気相への望ましくない蒸発の危険を低減またはなくすように、主要回路１００における第１および第２の過冷却器２２２および２２４を通過するとき、冷媒液の圧力低下を小さくするように配列されている。好ましい実施形態では、熱交換器は、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５が作動していないとき、圧力低下が十分に小さく、それによって、熱交換器の内部での冷媒の蒸気相への望ましくない蒸発を防止するように配列されている。
【００２４】
図３は、図２に示される、主要回路１００、第１の過冷却器回路２１０および第２の過冷却器回路２１５の同じ配列を示す。図３は、第１のバイパスバルブ３１０および第２のバイパスバルブ３２０をさらに備える。第１のバイパスバルブ３１０は、第１の過冷却器２２２の周りに冷媒液が流れることができるようにする。同様に、第２のバイパスバルブ３２０は、第２の過冷却器２２４の周りに冷媒液が流れることができるようにする。図３に示される実施形態では、過冷却器回路のうちの一方または両方が動作していない場合、熱交換器の周りに液体冷媒が自由に流れることができる。バイパスは、冷媒が第１および第２の過冷却器２２２および２２４のうちの一方または両方を通過するときに受ける圧力低下の低減を防止する。第１および第２のバイパスバルブ３１０および３２０は、低い周囲温度で生じるような、ある種の動作状態の間に望ましいものである。
【００２５】
図４は、図２に対して示され上記に述べられるような、主要回路１００および第１の過冷却器回路２１０を備える本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、凝縮器コイル１１８および１２０から流れる冷媒液に冷却をもたらすのに、第１の過冷却器回路２１０が単独で使用される。必要とする構成要素および配管をより少なくして主要回路１００の液体冷媒の冷却をもたらすために、単独の過冷却器回路が使用できる。
【００２６】
図５は、３つの過冷却器回路を有する本発明の別の実施形態を示す。図５は、図２に示され、述べられるような主要回路１００、第１の過冷却器回路２１０、および第２の過冷却器回路２１５の構成を示す。しかし、図５は、第３の過冷却器２８２を備える第３の過冷却器回路２８０も備える。第３の過冷却器回路２８０は、圧縮機２８４から凝縮器コイル２８６、次いで膨張デバイス２８８に達し、さらに第３の過冷却器２８２に入り、そして圧縮機２８４に戻りサイクルを完遂する流れを含む、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５と実質的に同様に動作する。第３の過冷却器回路２８０によって、過冷却器回路の蒸発温度および主要回路１００の冷媒液温度の向上した調整をもたらすことができる。第３の過冷却器回路によって、過冷却のより大きな部分を過冷却器回路のより高い蒸発温度によって行うことができるようなり、それによってシステムの効率および容量が向上する。さらなる過冷却回路は、過冷却器回路内の蒸発温度と主要回路１００内の液体冷媒温度との間のより良い適合をもたらし、それによってより向上したシステム効率が可能になる。図２は２つの過冷却器回路を含むように示されるが、図４は１つの過冷却器回路を示し、図５は３つの過冷却器回路を示し、任意の数の過冷却器回路が使用できる。２つ以上の回路を有するものを含む複数の過冷却器回路により、主要回路１００の液体温度と過冷却器の蒸発温度との間により優れた調整ができるようなり、それによって向上したサイクル効率がもたらされる。
【００２７】
図６は、実質的に図２に示され、述べられるような、主要回路１００、第１の過冷却器回路２１０、および第２の過冷却器回路２１５を備える本発明の別の実施形態を示す。しかし、図６は、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５に関する単一のコイルからの空気の上流側の主要回路１００用の３列のコイルを有する凝縮器１９０を備える。この配列では、空気は過冷却器コイル２６０および２７２を通って移動する前に主要回路１００のコイル１１８および１２０を通って流れる。この実施形態は、単純で安価な製造をもたらし、そこでは主要回路１００への従来の凝縮器の再構成が必要でない。図６は、主要回路１００に第１および第２の過冷却器回路２２２および２２４を加えることのみが必要である。この実施形態により、主要回路１００に配管の変更が少し必要なだけの既存のシステムに加えることができる、比較的安価な変更をもたらす。
【００２８】
図７は、フラッシュタンクおよび過冷却器の組合せを利用する本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、フラッシュタンク７１０は、主要回路１００において凝縮器１９０から下流側かつ膨張デバイス７２０を通過した後に配置される。フラッシュタンク７１０は、タンクの底部に沈降する冷媒液７１１から冷媒蒸気７１３を分離するように働く。第１の過冷却器回路２１０の冷媒は、膨張デバイス２５６を通過した後に蒸発する。第１の過冷却器回路２１０の蒸発する冷媒とフラッシュタンク７１０における主要回路１００の冷媒蒸気との間の熱交換により、主要回路１００の冷媒蒸気が凝縮して液体冷媒７１２に戻り、それはタンクの底部に降下し、冷媒液７１１になる。次いで、液体冷媒７１１は冷媒液ライン２３６を介して膨張デバイス１２６および蒸発器１４０に移動する。この実施形態は、熱伝達係数を向上させる利点があるが、温度差を低下させ、システムの複雑さを増加させる。
【００２９】
図８は、主要回路１００の蒸発器１４０が空調の用途に使用される、本発明の例を示す。この例では、水、エチレングリコール、または塩水などの低温の液体が冷却流体流れ１４４を介して蒸発器１４０を去る。次いで低温の液体は、建物８２０の熱交換デバイス８１０に移動する。熱交換デバイス８１０は、冷却をもたらすために室内に配置された１つまたは複数の熱交換器を備えることができる。低温の液体は、建物８２０における熱負荷と熱交換し、暖流体の流れ１４２を介して蒸発器１４０に戻る。次いで暖かい液体は、蒸発器１４０内で冷却され、サイクルが繰り返される。第１および第２の過冷却回路２１０および２１５を使用することにより、蒸発器がより多くの量の流体を冷却できるようにし、それによって、建物８２０から除去できる熱の量を増加させる。
【実施例】
【００３０】
下表１は、本発明の実施形態による空気冷却式冷却器に関する状態を含む。この実施形態では、システムは２つのステップを使用して、主要回路１００の冷媒液を約１０５°Ｆ（４１℃）から約６０°Ｆ（１６℃）に冷却する。２つのステップは、第１および第２の過冷却器２２２および２２４のそれぞれに行われる冷却に対応する。第２の過冷却器回路２１５内の冷媒は、第２の過冷却器２２４内で蒸発される。第２の過冷却器２２４内の蒸発する冷媒は、主要回路１００と熱交換する。熱交換によって、第２の過冷却器２２４を去る液体の冷媒の温度が約７８．５°Ｆ（２６℃）になる。第１の過冷却器２２２内の蒸発する冷媒は、主要回路１００と熱交換する。熱交換によって、第１の過冷却器２２２を去る液体冷媒の温度が約６０°Ｆ（１６℃）になる。次いで約１５．５６℃（６０°Ｆ）の温度を有する冷媒は、入口流体１４２を冷却するために膨張デバイス１２６および蒸発器１４０に移送される。第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５は、主要回路１００用の凝縮器の下流側の空気流に配置された凝縮器コイル２６０および２７２を備える。凝縮器コイル２６０および２７２の配置により、主要回路１００に関する凝縮温度の変化が、存在するとしてもほとんどない。この実施形態では、圧縮機の排除量は、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５の両方に関して同じである。
【００３１】
【表１】
2008530498.tif 000003
【００３２】
表２は、本発明によって提供されたシステムと比較した従来技術のシステムに関する性能を示す。性能データは、市販のスクロール圧縮機および熱交換器の性能の計算に関する圧縮機の性能曲線を比較するコンピュータモデルに基づいた性能効果から生じるデータである。電力供給された過冷却器を加えることにより、主要回路１００が周知の過冷却器システムと実質的に同じ蒸発および凝縮温度で動作できるようにしながら、３５℃（９５°Ｆ）の周囲温度での約２５％のさらなる冷却容量および５％より多い効率の改善がもたらされる。さらに、システムは、１１５°Ｆ（４６．１１℃）の周囲温度で３５％のさらなる冷却容量および１０％のさらなる効率の改善をもたらす。元の蒸発温度を保つように、より多くの蒸発器１４０が主要回路１００に関して選択された場合、システムはさらに優れた性能上の利点をもたらすことができる。同じ蒸発温度を維持するために、蒸発器１４０の熱交換器の表面積は、冷却容量の増加にほぼ比例して増加する。より大きな蒸発器１４０に加えて、主要回路１００に対してより大きな圧縮機が選択された場合、冷却器の物理的な寸法を増加させず、元のシステム効率を維持しながら約４０％の容量の増加が可能である。
【００３３】
空気冷却式の冷却器に関しては、熱交換器の寸法が変更されなかった場合、圧縮機の容量を２％増加させると冷却器の効率が約１％減少する。この近似式は、電力供給された過冷却器からの７％の効率の改善により、元の効率目標を満たしながら、より大きな圧縮機の使用によって冷却器の容量がおおよそ１４％追加できるようになることを意味する。４０パーセントの容量またはそれ以上の容量の増加（１．１４×１．２７＝１．４５）が、電力供給された過冷却器とより大きな圧縮機および蒸発器の使用を結びつけることによって、全ての凝縮器の空気流量を増加させずに可能である。凝縮器の寸法は、一般に全体のユニット寸法を決定するので、この容量においての増加は、同じ冷却器の効率を維持しながら、ユニットの物理的な寸法に影響を与えてはならない。所与の物理的寸法および所与のファン容量に関するシステム容量を増加させる能力は、冷却容量のユニット当りの全体のシステムコスト（＄／トン）を軽減する役割も果たす。
【００３４】
【表２】
2008530498.tif 000004
【００３５】
比較例１は、第１の圧縮機１１０、第２の圧縮機１１２、膨張デバイス１２６、蒸発器１４０、および凝縮器１９０を有する主要回路１００を備える、図１に示されるような冷却器システムである。凝縮器１９０は、３列のコイルを備える。比較例１に関する動作条件には、約３９．７°Ｆ（４．２℃）の蒸発温度、および約１２０．３°Ｆ（４９．１℃）の凝縮温度が含まれる。
【００３６】
比較例２は、凝縮器１９０が比較例１の凝縮器１９０に追加したコイルを備える、図１に示されるような冷却システムである。比較例２は、約３９．７°Ｆ（４．２℃）の蒸発温度を有する動作条件を提供する。しかし、凝縮温度は、約１１８．７°Ｆ（４８．２℃）に低下される。第４列のコイルを追加することにより、比較例１よりも１．０％容量の増加がもたらされるだけである。同様にして、効率は、比較例１よりも２．６％増加するだけである。
【００３７】
比較例３は、図１に示されるような冷却器システムであり、凝縮器１９０の出口と蒸発器１４０の入口の間にエコノマイザが利用される。エコノマイザは、蒸発器１４０と凝縮器１９０の圧力の間の圧力でインタークーラーから圧縮機に冷媒フラッシュガスを導く。中間の圧力の冷媒ガスを導くことにより、圧縮機がより効率的に動作することができるようになる。しかし、エコノマイザにより、比較例１よりも１１．７％の容量の増加がもたらされるだけである。同様にして、効率は、比較例１を超えて５．５％増加するだけである。この性能は、周知のエコノマイザを備える冷却器および備えない冷却器に関するコンピュータレーティングに基づくものである。
【００３８】
実施例１は、図２に示されるような本発明の実施形態である。第１および第２の過冷却器２２２および２２４は、凝縮器１９０を去る主要回路１００の冷媒に過冷却をもたらす。実施例１は、比較例１の蒸発温度より低い約３８．７°Ｆ（３．７℃）の蒸発温度を有する動作条件を提供する。しかし、凝縮温度は、約１２０．３°Ｆ（４９．０℃）である。主要回路１００の凝縮器１９０を去る液体冷媒の過冷却により、２５．０％の冷却容量の増加および５５％の効率の上昇が可能になる。容量および効率の増加により、同じ冷却負荷に対して、より小さな蒸発器の製造および／またはより小さな凝縮器のユニットの製造が可能になる。
【００３９】
実施例２は、システムが実施例１よりも大きな蒸発器を利用する図２に示されるような本発明の実施形態である。主要回路に関する蒸発器の表面積は、冷却容量の増加におおよそ比例して増加され、それによってほぼ同じ蒸発温度を維持する。増加した寸法は、主要回路１００内の冷媒を過冷却することによって得られる増加した容量に対応する。実施例１は、約３９．７°Ｆ（４３℃）の蒸発温度を有する動作条件を提供する。しかし、凝縮温度は、約１２０．７°Ｆ（４９．３℃）である。より大きな冷却器を備える過冷却器により、２６．８％の冷却容量の増加および６．８％の効率の上昇が可能になる。
【００４０】
表２の容量および効率の計算は、標準的な条件（９５°Ｆ（３５℃）の周囲温度、４４°Ｆ（６．６６７℃）の出ていく水の温度）で動作する水冷器に基づく。
別の実施形態では、塩水を冷却器に利用できる。塩水を使用すると液体の温度がより低くなり、それによって電力供給された過冷却器システムの容量および効率の利益が増加する。さらに、より高い周囲温度により、冷却器システム内の電力供給された過冷却器からの容量および効率の利益がより高くなる。本発明のシステムにより、より高い周囲温度で効率および容量がより改善できる。さらに、システムは、低い臨界温度を有するＲ−４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２５、および二酸化炭素などの冷媒の使用を可能にする。
【００４１】
冷媒が二酸化炭素である実施形態では、凝縮器内の冷媒の圧力は、限界圧力を超えることができる。この場合、凝縮器は、位相を変えることなく冷媒から熱エネルギーを除去することができる。凝縮器を去る流体は、バルブを通って十分に低い圧力に膨張する二酸化炭素が２層の混合物になる点で、液体と同様の特性を有する。同様に、凝縮器に入る冷媒は、２層の混合物に蒸発しない点で蒸気と同様に作用する。この点で、凝縮器は、本質的にその他のより低い圧力の冷媒を利用する凝縮器と同じ機能を果たし、用語「液体」および「蒸気」は、限界を超える圧力で二酸化炭素の冷媒になお無理なく適用することができる。
【００４２】
本発明の実施形態による電力供給された過冷却器システムを有する冷却器システムは、比較的単純な制御を使用しながら冷媒液温度にわたる良好な制御をもたらす利点を有する。たとえば、周囲の空気温度がより低いと、凝縮器１９０を去る主要回路１００の冷媒液温度がより低くなる。同様に、第１の過冷却器２２２を出ていき蒸発器１４０に達する、主要回路１００内の液体温度もより低くなる。主要回路１００の冷媒の液体温度が蒸発温度に到達すると、第１および第２の過冷却器２２２および２２４内で行われる冷却の量は、全体のシステム効率に関して最適なものより大きくなる。本発明の１つの実施形態では、制御装置が低い周囲温度または第１の過冷却器２２２を出る主要回路１００内の低い冷媒温度を感知し、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５のうちの一方または両方を停止させ、それによってシステムが設計条件から外れたところで最適の効率で動作できるようになる。
【００４３】
システムにおける効率を維持することに加えて、過冷却器を停止することは、容量の制御のさらなるステップをもたらすこともでき、それは冷却器での流体温度の制御をより良くし、主要回路１００における圧縮機のサイクルを低減するために望ましい可能性がある。たとえば、制御装置は、負荷状態の低下が検出された場合、第１および第２の過冷却回路２１０および２１５のうちの一方または両方を停止することができる。
【００４４】
第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５にある圧縮機２５０および２７０は、主要回路１００に存在する液体冷媒の温度を所望の冷媒温度に低下させるために十分な冷却容量を第１および第２の過冷却器２２２および２２４にもたらすように寸法を決められる。圧縮機２５０および２７０は、圧縮機のモータに負荷をかけすぎることなく、高く飽和した吸入温度に対処するように構成されなければならない。本発明の１つの実施形態では、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５の圧縮機２５０および２７０は、それぞれ、高圧の冷媒を圧縮するように構成されている。しかし、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５は、より低い圧力の冷媒によって充填される。たとえば、圧縮機２５０および２７０は、Ｒ−２２またはＲ−４０７Ｃの冷媒を圧縮するように構成できるが、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５は、実際にはより低い圧力の冷媒であるＲ−１３４ａによって充填される。より高い圧力の冷媒に対して構成された圧縮機内でより低い圧力の冷媒を使用することにより、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５が第１および第２の過冷却器２２２および２２４内のより高い温度および圧力でより効率的に動作できるようにする。より低い圧力の冷媒を使用することにより、動作温度の上昇に対しておおよそ補償し、それによって最小限の設計変更で従来の空調圧縮機を使用することができるようになる。Ｒ−１３４ａに加えて、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５内にある冷媒は、Ｒ１５２ａ、プロパン、ジメチルエーテル、アンモニア、またはその他の適切な冷媒を含むことができる。適切な冷媒は、より低い圧力の動作および環境や安全の問題に基づいて選択できる。
【００４５】
Ｒ４１０Ａなどのより高い圧力の冷媒が第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５に使用できるが、圧縮機は、高圧の冷媒に関連した高い動作圧力に対処するように構成される必要があるのでより低い圧力の冷媒が好ましい。過冷却器回路内でより低圧の冷媒を使用する利点は、過冷却器回路で確認されるより高い蒸発温度およびより高い凝縮温度と共に一般に生じる圧力の上昇を相殺することである。したがって、動作圧力は、従来の空調使用責務に関する圧縮機で確認されるものと同様である。この特徴は、圧縮機の基本設計をほとんどまたは全く変更せずに、圧縮機のモータまたは軸受けあるいは圧縮機の外殻部の過負荷を防止する。
【００４６】
本発明の１つの実施形態では、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５は、同じ寸法の圧縮機２５０および２７０を備える。この実施形態では、上流側の回路（すなわち第２の過冷却器回路２１５）は、より高い蒸発温度を受けるので、両方の回路が動作している場合、より大きな容量を有する。同様に寸法を決められた圧縮機によって、実質的に等しいシステム性能を伴って第１および第２の過冷却器回路２１０または２１５のうちのいずれか１つと共に動作可能になる。
【００４７】
本発明の別の実施形態では、システムは第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５において等しくなく寸法を決められた圧縮機を使用することができる。上流側の過冷却器回路（たとえば、第２の過冷却器回路２１５）はより小さい圧縮機の容量を有することが好ましい。この実施形態は、実質的に等しい２つの過冷却器を介する液体温度の変更を可能にする。実質的に等しい液体冷媒の温度の変更に加えて、等しくない圧縮機の寸法を使用することは、容量の制御のステップをより多く形成する利点を有する。
【００４８】
最適なシステム効率に関する理想的な熱力学分析から、各過冷却器を去る液体に対する最適の温度変化は、ほぼ同じ値に等しい。
ΔＴopt＝（Ｔliq−ＥＴＰ）／（Ｎsub＋１）
ただし、ΔＴoptは過冷却器当りの最適な温度差に等しく、Ｔliqは主要凝縮器を去る冷媒液温度に等しく、ＥＴＰは主要回路の蒸発温度に等しく、Ｎsubハ直列に結合された過冷却器回路の数に等しい。
【００４９】
たとえば、１００°Ｆ（３７．８℃）の液体温度（Ｔliq）および４０°Ｆ（４．４℃）の蒸発温度（ＥＴＰ）に対しては、全部の温度変化は、６０°Ｆ（１５．６℃）である。２つの過冷却器に関しては、主要回路内の液体に関する最適の温度変化は、過冷却器当り約２０°Ｆ（−６．７℃）である必要がある。この計算は、適切な圧縮機の寸法をもたらす各過冷却器に関する温度差になる。圧縮機の寸法を最適にするには、利用可能な圧縮機、システム容量目標、システム費用、およびその他の要因を注意深く考慮する必要がある。
【００５０】
別の実施形態では、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５の一方または両方が複数の圧縮機または可変容量の圧縮機を含むことができる。複数の圧縮機および／または可変容量の圧縮機を使用することにより、さらなる容量の制御がもたらされる。
【００５１】
好ましい実施形態では、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５に関する凝縮器配列は、主要回路１００の凝縮器コイル１１８および１２０の下流側に配置された凝縮器コイル２６０および２７２を備える。この手法により、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５が主要回路１００の凝縮温度に実質的に悪影響を与えずに、凝縮器コイル１１８および１２０を去る加熱された空気１８４に熱を除去することができるようになる。冷媒温度と空気温度の間の差が最小限に抑えられ、それによって全体的なシステム効率が改善される。第１および第２の凝縮器コイル２６０および２７２の配置により、さらなる冷却容量の利点がもたらされる。第１および第２の凝縮器コイル２６０および２７２は、凝縮器コイル１１８および１２０からの空気に隣接してかつ下流側に配列および配置されることが好ましい。さらに、過冷却器回路の凝縮器コイル２６０および２７２、ならびに凝縮器コイル１１８および１２０は、図２に示されるように、凝縮器１９０を通る空気の流れに実質的に垂直に配置されることが好ましい。凝縮器コイル１１８および１２０に対する第１および第２の凝縮器コイル２６０および２７２の配列は、所与の凝縮温度に対する冷却システムに関する空気流の単位当りの冷却容量の増加をもたらす。空気流の単位当り冷却容量の増加により、蒸発器１４０での冷却がより少ないファンまたはより小さいファンを使用して行われるようになり、それによって、第１および第２の過冷却回路２１０および２１５の全くないシステムを超えて冷却容量を維持または上昇させながら、システムがより安価になる。
【００５２】
本発明の別の実施形態では、凝縮器１９０は、４列の凝縮器コイルを備える。この実施形態では、下流側の列（すなわち第４の列）が主要凝縮器コイル１１８および１２０において３列に対して実質的に変更を行わずに、第１および第２の過冷却回路２１０および２１５に専用に用いられる。この実施形態により、第１および第２の過冷却器回路２１０および２１５の凝縮器ヘッダが、凝縮器コイル２６０および２７２の両端に配置できるようになり、配管が単純になる。凝縮器コイル２６０および２７２を通る冷媒の流れは、配管を通るいずれの方向にもすることができ、配管の要件または効率の要件に基づいて選択できる。
【００５３】
図２〜７で凝縮器コイル２６０および２７２が主要回路の凝縮器コイル１１８および１２０からの空気の中の下流側に配列されるように示されるが、本発明は、その好ましい配列に限定されない。過冷却器の凝縮器コイル２６０および２７２は、主要回路の凝縮器コイル１１８および１２０から上流側に配置することもできる。主要回路１００の空気の中の上流側に凝縮器コイル２６０および２７２を配置すると、凝縮器コイル１１８および１２０により、過冷却器が冷却器の周囲の空気を受けることが可能になり、それによって、過冷却器回路の凝縮器コイル２６０および２７２が冷媒をより効率的に凝縮できるようになる。さらに、図２〜７は空気冷却された凝縮器として示されるが、水などのその他の流体が、本発明の凝縮器と共に利用できる。
【００５４】
図９は、加熱および冷却モードの両方のヒートポンプで使用するのに適した本発明の別の実施形態を示す。電力供給された過冷却器３４０がヒートポンプの室内部分に配置される。電力供給された過冷却器を除いて、ヒートポンプは全体的に従来の設計のものである。それは、冷媒回路内に共に結合された室外コイル３１２、室内コイル３２２、アキュムレータ３２６、および圧縮機３１０を備える。四方弁３２４の位置は、システムが加熱または冷却モードにあるか否か決定する。
【００５５】
冷却モードでは、冷媒蒸気が圧縮機の吐出から屋外コイル３１２に流れ、そこで冷媒蒸気は（図９に方向３０５として示される）液体に凝縮する。液体冷媒は、第１の膨張デバイス３１４の周りの第１の逆止め弁３１６、および液体ライン３４２を通って第２の膨張デバイス３１８に流れ、次いで室内コイル３２２に入り、そこで冷媒は相を変えて蒸気になる。蒸気は、四方弁３２４およびアキュムレータ３２６を通って圧縮機３１０に戻る。室外ファン３３２および室内ファン３０８は、空気をそれぞれ室外コイル３１２および室内コイル３２２に循環させる。
【００５６】
加熱モードでは、四方弁は、圧縮機３１０からの吐出ガスが四方弁３２４を通ってから室内コイル３２２に流れるようにその位置を反対向きにし、そこで吐出ガスは（図９に方向３０７として示される）液体に凝縮する。第２の逆止め弁３２０は、液体が第２の膨張デバイス３１８を迂回して、液体ライン３４２を通って室外コイル３１２付近に配置された第１の膨張デバイス３１４に流れるようにすることができる。次いで２相の冷媒は、第１の膨張デバイス３１４から室外コイル３１２を通って流れ、そこで２相の冷媒は蒸発して蒸気になる。次いで蒸気は、四方弁３２４を通ってアキュムレータ３２６に流れ、圧縮機３１０に戻る。
【００５７】
電力供給された過冷却器は、圧縮機３００を備える独立の冷媒回路であり、圧縮機３００は、冷媒を凝縮器３０６に押出し、膨張デバイス３０４を通して蒸発器３０２に送り、圧縮機３００に戻す。凝縮器３０６は、ダクト３３０の室内コイル３２２の下流側に配置されている。凝縮器３０６は、室内コイル３２２の下流側に示されているが、凝縮器はコイルから上流側に配置することもできる。蒸発器３０２は主要回路の冷媒液を冷却し、液体ライン３４２に配置されている。
【００５８】
加熱モードでは、電力供給された過冷却器は、電力供給された過冷却器３４０を利用しない室内区画および室外区画よりも多くの加熱およびより高い効率をもたらす。効率の上昇は、室内コイル３２２を去る空気を加熱しながら室内コイル３２２からの冷媒液の冷却の結果である。
【００５９】
冷却モードでは、電力供給された過冷却器３４０は、改善された除湿をもたらす。電力供給された過冷却器３４０の動作によって、室内コイル３２２に入る液体の温度が低下し、それによってコイル温度が低下し、除湿が向上する。室内コイル３２２を通過した後に、熱が空気に加えられ、それによって再加熱がもたらされる。正味の効果は、供給空気の除湿の大幅な改善および相対湿度の低減である。恒湿器または同様の制御器が、高い湿度条件の間稼動し、潜在負荷の低い期間中は稼動せず、そうしてエネルギーの使用を最小限に抑えるように、電力供給された過冷却器３４０の動作を制御することができる。
【００６０】
図１０は、電力供給された過冷却器３４０で使用される蒸発器における向流を確実にする逆止め弁の構成を備える本発明の実施形態を示す。この構成は、過冷却器内の圧縮機３００に適切な過熱状態を維持しながら、蒸発器３０２の性能を改善する。この構成は、蒸発器３０２が加熱モードであるか冷却モードであるかにかかわらず、冷媒が蒸発器３０２を通って常に同じ方向に流れるのを確実にする。
【００６１】
図１１は、水冷式冷却器と共に使用するのに適した別の実施形態を示す。圧縮機４００、凝縮器４０２、膨張デバイス４０６、および蒸発器４０８は、主要な冷媒回路を形成し、閉じた冷媒ループ内に結合される。液体４１０は蒸発器４０８に入り、冷却された液体４１２として出る。過冷却器の圧縮機４３２、過冷却器の凝縮器４３０、過冷却器の膨張デバイス４３４、および過冷却器の蒸発器４０４は、別の冷媒回路を形成する。過冷却器の蒸発器４０４は、主要な冷媒回路の凝縮器４０２と膨張デバイス４０６の間の液体ラインに配置されている。凝縮器の水は、冷却タワー４２０からポンプ４２２またはその他の適切な流体移動デバイスによって、凝縮器４０２を通って流れる。凝縮器の水の一部分は、冷却器の凝縮器４３０を通って流れる。オプションのストレーナ４２４が過冷却器の凝縮器を詰まらせる可能性のあるごみおよび／または細片を捕捉する。過冷却器の凝縮器４３０は、ろう付けされたプレート熱交換器であることが好ましい。しかし、過冷却器の凝縮器４３０は、凝縮器として動作することが可能な熱交換器の任意の適切な構成であることができる。この構成は、追加の過冷却をもたらすことによって冷却器の効率および容量を改善することができる。この実施形態のより低い凝縮圧力により、主要回路内の冷媒と同じ冷媒を電力供給された過冷却器回路内で使用することができるようにし、それによって、単純化された冷媒の充填などのさらなる利点がもたらされた。
【００６２】
その他の水冷式の凝縮器の構成を使用することができ、また望ましいものであることができる。たとえば、過冷却器の凝縮器４３０はユニット型の凝縮器の外殻に一体化できる。多管凝縮器を備える管内凝縮の場合、過冷却器の凝縮器４３０は、主要な凝縮器４０２から分離できる。この分離は、たとえば、凝縮器の頭部における阻流板の使用によって達成できる。外殻側の凝縮の場合、別々の管シートを備える外殻が周知の２回路の凝縮器と同様な方式で電力供給された過冷却器に関して分離した凝縮器を作成する。別の代替が、電力供給された過冷却器内の冷媒を凝縮するために、主要回路内の凝縮器からの沸騰する冷媒液を含み、その後、それによって生じる冷媒蒸気を主要な凝縮器に再凝縮する。
【００６３】
本発明の多くのその他の変形が可能である。たとえば、実施形態は単一の主要な冷媒回路を示すが、複数の回路が可能であり、大型の冷却器向けに好ましいものである。主要回路は、従来技術の構成と同様の構成で共通のクーラーを共用する。さらに、冷却器に関するこれらのシステムは、水または塩水などの冷却液を使用するが、主要回路の蒸発器は空気またはその他の流体を冷却することができた。電力供給された過冷却器に関するこの同じ基本的な構成は、室内空気の直接的な冷却をもたらす主要な蒸発器内の冷媒を有する屋上空調装置、住居用空調装置に適用することもできる。このシステムは、加熱システムに適用することもでき、その場合、凝縮器は室内空気または温水を加熱し、蒸発器は室外空気、グラウンドループ、またはその他の熱源から熱エネルギーを引き込む。
【００６４】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、さまざまな変更を行うことができ、等価物をその要素の代わりに使用することができることを理解するであろう。さらに、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに特定の状況または材料を本発明の教示に適合するために、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明を実施するために企図された最良の形態として説明された特定の実施形態に本発明は限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】周知の冷却器システムを概略的に示す図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による冷却器システムを概略的に示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態による冷却器システムを概略的に示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態による冷却器システムを概略的に示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態による冷却器システムを概略的に示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態による冷却器システムを概略的に示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態による冷却器システムを概略的に示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態による空調システムを概略的に示す図である。
【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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