(57)【要約】冷媒システム熱交換器は、パルス幅変調モードまたは可変速モードで動作するファンの少なくとも１つを使用することによって、空気流分配を改善することを特徴とする。改善された空気流分配を用いて、冷媒不均衡分配の影響を軽減し、熱交換器性能を強化し、圧縮機におけるフラッディングを防止し、かつ、空調空間の快適性を向上させることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流を入口マニホルドに導く入口開口と、流体流を前記入口マニホルドから導く複数の出口開口と、を有する入口マニホルドを備えた熱交換器と、
前記入口マニホルドから流体流を導くように、前記複数の出口開口に流体的に接続された複数の流路と、
前記複数の流路から流体流を受けるように、前記複数の流路に流体的に接続された出口マニホルドと、
熱交換器システムに組み込まれた前記熱交換器に空気を移動させる少なくとも１つの空気移動装置と、
を備え、
前記空気移動装置は、パルス幅変調モードで運転されて、前記熱交換器全体に最適な空気流分配を促進することを特徴とする熱交換器システム。
【請求項２】
前記入口マニホルドは、長手方向に延在することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項３】
前記複数の開口は、前記入口マニホルドから横方向に流体流を導くことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項４】
前記空気移動装置は、ファンであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項５】
前記熱交換器の前記複数の流路は、円形断面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項６】
前記熱交換器の前記複数の流路は、扁平断面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項７】
前記熱交換器は、蒸発器であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項８】
前記熱交換器は、凝縮器であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項９】
前記熱交換器は、前記複数の流路が実質的に互いに平行に配列されている並流熱交換器であり、前記複数の流路は、流体流を前記入口マニホルドから前記出口マニホルドに導くように、前記複数の出口開口に流体的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１０】
パルス幅変調を用いて前記少なくとも１つの空気移動装置を駆動することによって、冷媒の不均衡分配の影響を低減することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１１】
パルス幅変調を用いて前記少なくとも１つの空気移動装置を駆動することによって、前記熱交換器全体への均一な空気流分配を促進することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１２】
パルス幅変調を用いて前記少なくとも１つの空気移動装置を駆動することによって、システム性能特性を調整することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１３】
前記性能特性は、処理能力、効率、凝縮物除去率、空調空間の快適性、圧縮機の安全運転、およびコイルの着霜からなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器システム。
【請求項１４】
パルス幅変調制御ロジックは、前記熱交換器システムを最初に起動する前に、予め決定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１５】
パルス幅変調制御ロジックは、前記熱交換器システムの運転中に、調整されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１６】
適応パルス幅変調制御ロジックは、少なくとも１つのセンサからのフィードバックに基づいて使用されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのセンサは、温度変換器および圧力変換器からなる群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の熱交換器システム。
【請求項１８】
前記空気移動装置は、２速式空気移動装置であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１９】
前記空気移動装置は、少なくとも２つの速度設定において迅速に切り替えられることを特徴とする請求項１８に記載の熱交換器システム。
【請求項２０】
前記速度設定は、高速設定、低速設定、およびゼロ速度設定、からなる群から選択されることを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項２１】
前記空気移動装置は、単一速度の装置で、前記ファンを迅速にオン・オフにすることによって運転されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項２２】
前記空気移動装置は、多段速度装置であって、多段速度において切り替えを行うことによって運転されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項２３】
前記空気移動装置のサイクル速度は、少なくとも１つの要件に基づいて選択され、前記少なくとも１つの要件は、性能要件、不均衡分配、および信頼性要件からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項２４】
前記空気移動装置のサイクル速度は、５秒から１分の間であることを特徴とする請求項２３に記載の熱交換器システム。
【請求項２５】
前記空気移動装置の「オン」時間は、少なくとも１つの要件に基づいて選択され、前記少なくとも１つの要件は、性能要件、不均衡分配、および信頼性要件からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項２６】
少なくとも２つの空気移動装置を含み、前記空気移動装置の少なくとも１つは、パルス幅変調制御されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項２７】
流体流を入口マニホルドに導く入口開口と、流体流を入口マニホルドから導く複数の出口開口と、を有する入口マニホルドを備えた熱交換器と、
前記入口マニホルドから流体流を導く前記複数の出口開口に流体的に接続するように配列された複数の流路と、
前記複数の流路からの流体流を受けるように流体的に接続されている出口マニホルドと、
熱交換器システムに組み込まれた少なくとも１つの空気移動装置と、
を備え、
前記空気移動装置は、可変速で運転されて、最適な空気流分配を促進することによって空気の不均衡分配および冷媒の不均衡分配による影響の少なくとも１つを抑えることを特徴とする熱交換器システム。
【請求項２８】
前記入口マニホルドは、長手方向に延在することを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項２９】
前記複数の開口は、前記入口マニホルドから横方向に流体流を導くことを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３０】
前記空気移動装置が、ファンであることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３１】
前記熱交換器は、蒸発器であることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３２】
前記熱交換器は、凝縮器であることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３３】
前記熱交換器は、複数の流路が実質的に互いに平行に配列されている並流熱交換器であり、複数の流路は、流体流を前記入口マニホルドから前記出口マニホルドに導くように前記複数の開口に流体的に接続されていることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３４】
少なくとも１つの可変速式空気移動装置を用いて、冷媒の不均衡分配の影響を低減することを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３５】
少なくとも１つの可変速式空気移動装置を用いて、前記熱交換器全体への均一な空気流分配を促進することを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３６】
少なくとも１つの可変速式空気移動装置を用いて、システム性能特性を調整することを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３７】
前記性能特性は、処理能力、効率、凝縮物除去率、空調空間の快適性、圧縮機の安全運転、およびコイルの着霜、からなる群から選択されることを特徴とする請求項３６に記載の熱交換器システム。
【請求項３８】
可変速制御ロジックは、前記熱交換器システムを最初に起動する前に、予め決定されていることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３９】
可変速制御ロジックは、前記熱交換器システムの運転中に、調整されることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項４０】
適応可変速制御ロジックは、少なくとも１つのセンサのフィードバックに基づいて用いられることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのセンサは、温度変換器および圧力変換器からなる群から選択されることを特徴とする請求項４０に記載の熱交換器システム。
【請求項４２】
前記空気移動装置の前記可変速度は、少なくとも１つの要件に基づいて選択され、前記少なくとも１つの要件は、性能要件、不均衡分配、および信頼性要件からなる群から選択されることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項４３】
少なくとも２つの空気移動装置を含み、前記空気移動装置の少なくとも１つは、可変速度で運転されることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項４４】
前記熱交換器の前記流路は、円形断面を有することを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項４５】
前記熱交換器の前記流路は、扁平断面を有することを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調システム、ヒートポンプシステム、および冷蔵システムの熱交換器に関し、より詳細には、並流（ミニチャネルまたはマイクロチャネル）蒸発器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００５年２月２日に出願された米国仮出願第６０／６４９，４２７号「並流熱交換器用ファンのパルス幅変調」を引用し、同出願の優先権と利益を主張し、ここに引用することにより、全体を本明細書に組み込むものとする。いわゆる並流熱交換器の定義は、空調および冷蔵産業において現在、広く用いられており、この定義によると、概ね扁平断面または円形断面の複数の並流通路すなわち流路を有する熱交換器で、冷媒がそれらの通路すなわち流路に分配され、入口マニホルドと出口マニホルドとの冷媒流の方向にほぼ実質的に垂直な向きで流れる熱交換器を表す。この定義は、当技術分野内では周知であるので、本明細書全体を通して用いる。
【０００３】
冷媒システム熱交換器、特に蒸発器における冷媒の不均衡分配は、周知の課題である。蒸発器は、冷媒不均衡分配の影響を最も受けやすいので、本明細書を通して、主に蒸発器について述べるが、多くの場合は、例えば凝縮器にも関連している。冷媒の不均衡分配は、広い範囲の動作条件に亘って、蒸発器やシステム全体の性能を著しく低下させる。冷媒の不均衡分配が生じる原因は、蒸発器流路内の流れインピーダンスの相違、外部伝熱面への空気流の不均衡分配、不適切な熱交換器の配向、または、マニホルドや分配システムの設計の悪さが考えられる。並流蒸発器においては、冷媒の各冷媒回路への経路選択に関する特定の設計が原因で、不均衡分配は特に顕著である。この現象が並流蒸発器に与える影響を排除または低減しようとする試みは、ほとんど、または全く成功していない。このような試みが失敗に終わった主な理由は、通常、提案された技術の複雑さと非効率性、または、解決法の法外に高い費用に関連している。
【０００４】
近年、特に、並流熱交換器や、ろう付けアルミニウム熱交換器は、自動車分野だけでなく、暖房、換気、空調、冷蔵（ＨＶＡＣ＆Ｒ）産業においても、非常に注目と関心を集めている。並流技術を採用する主な理由は、その優れた性能、非常に小型であること、耐食性が強化されていることに関連する。並流熱交換器は、現在、多数の製品やシステムの設計、構成に、凝縮器用途および蒸発器用途の両方で利用されている。蒸発器用途の方が、より利益が期待できるが、より困難で、問題が多い。冷媒の不均衡分配は、蒸発器用途でこの技術を実施するにあたっての主な課題と障害の１つである。
【０００５】
公知のように、並流熱交換器において冷媒の不均衡分配が生じる原因は、流路内、入口マニホルド内、および出口マニホルド内で、の不均一な圧力低下である。マニホルドにおいては、冷媒経路の長さの相違、相の分離、および重力が、不均衡分配の主な要因である。熱交換器の流路内部では、熱伝達率のばらつき、空気流分配、製造上の公差、重力が、主要な要因である。さらに、熱交換器性能強化という最近の傾向は、熱交換器の流路の小型化（いわゆるミニチャネルやマイクロチャネル）を促進し、その結果、冷媒分配に悪影響を与えた。これら全ての要因を制御することは極めて困難なので、特に並流蒸発器において、冷媒分配を管理するというこれまでの試みの多くは失敗に終わった。
【０００６】
並流熱交換器を利用する冷媒システムにおいて、入口および出口のマニホルドすなわちヘッダは、通常、従来の円筒形である（マニホルドとヘッダという用語は、本明細書を通して、相互に置き換えて用いる）。二相流がヘッダに入ると、気相は、通常、液相から分離される。両方の相が独立して流れるので、冷媒の不均衡分配が生じることとなる。
【０００７】
二相流が、比較的高速で入口マニホルドに入る場合、液相（液滴）は、流れの勢いによって、マニホルド入口から遠く離れたヘッダの遠隔部分に運ばれる。従って、マニホルド入口に最も近い流路は、主に、気相を受け取り、マニホルド入口から離れた流路は、主に液相を受ける。他方、マニホルドに入る二相流の速度が低い場合、液相をヘッダに沿って運ぶ十分な勢いがない。結果として、液相は、入口に最も近い流路に入り、気相は、最も遠い流路に進む。また、入口マニホルド内の液相と気相は、重力によって分離される場合があり、同様の不均衡分配という結果を引き起こす。どちらの場合においても、不均衡分配現象は、すぐに表面化し、蒸発器やシステム全体の性能の低下という形で現れる。
【０００８】
さらに、不均衡分配現象によって、一部の流路の出口で、二相状態（ゼロ過熱）が生じることがあり、圧縮機の吸込みでフラッディングが起こる可能性を助長して、すぐに圧縮機の損傷となる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、本明細書に記述する冷媒と空気流との不均衡分配の問題を克服する方法を提供することである。この目的は、空気流分配を改善するために可変速度またはパルス幅変調モードで動作されるファンを使用することによって、達成される。空気流分配の改善によって、空気と冷媒の不均衡分配を排除および／または低減、または、冷媒の不均衡分配の原因となる他の要因を相殺する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態によると、可変速ファンを利用することによって、熱交換器上の空気流分配が正確に制御される。可変速ファンの使用は、２つ以上のファンを利用して熱交換器を通る空気を移動させると、特に有利となる。この場合、例えば、１つのファンは、可変速型（可変速駆動によって制御される）であってよく、他方のファンは、固定速度設計である。可変速ファンの速度を制御することによって、熱交換器上の空気流分配は、熱交換器の全ての部分が十分で最適な空気流を受けるように、制御することができる。他のオプションも可能で、特定の熱交換器専用の２つ以上のファンを可変速設計としてもよい。この実施形態においては、可変速ファンの速度を、同時に、または、独立して、制御することによって、熱交換器表面上に所望の空気流分配を達成し、所望の熱伝達率を得ることができる。可変速ファンの動作アルゴリズムは、開発テスト中に選択することができる、または、ユニット組立後に、ユニット設計のバリエーションと、様々なオプションおよび特徴を考慮して、工場で調整することができる。熱交換器表面上の空気の不均衡分配が、用途または取付に左右されることが分かる場合、最終調整を現場で行うこともできる。この実施形態は、また、構成要素の標準化を可能にし、予備部品の数を減らすことができる。ファン速度制御ロジックを動作条件に従って調整し、幅広い範囲の用途および全ての動作限界をカバーすることができる。
【００１１】
本発明の第２実施形態によると、熱交換器の空気流分配の改善は、パルス幅変調モードで動作するファンを使用して達成される。これは、２速ファンの場合、ファンを高速から低速に迅速に切り替えることによって達成することができ、単一速度ファン設計の場合、ファンを単にオン・オフすることによって達成することができる。また、ファンが減速されて動作しているときは、ファンの消費電力が減り、ファンがオフのときは、ファンは電力を消費せず、従って、システム効率を改善することが可能である。 ファンが一方の速度で動作している時間と、ファンが他の速度で動作している（または停止している）時間と、の関係は、所望のシステム動作条件によって決まることが多い。例えば、システムにかかる負荷が軽く、冷却の必要が少ないとき、ファンを、より低い速度で、より長い時間、動作させることができる。逆に、システムにかかる負荷が高い場合、ファンを最高速度で連続的に動作させることができる。ファンが高速で動作している時間と、ファンが減速されて動作している（または停止している）時間と、の関係を調整して、（不均衡分配の影響を特に受けやすい並流蒸発器にとっては特に重要な）熱交換器表面上に最適な空気流分配を達成することができる。ファンを異なる速度で運転するさらなる利点は、蒸発器の熱交換面からの凝結物の除去率、ひいては、その潜在的な処理能力を制御することによって、得ることができる。ファンの速度を変えると、それに応じて凝結物の除去量にも影響を与えることができる。
【００１２】
ファンのパルス幅変調に関して幾つかの制御方法を採用することができる。例えば、２速ファンを用いる場合、全速モード、減速モード、および停止モードの３つの動作モードを選択することができる。ファンが「オン」モードから「オフ」モードへと周期的に変化する周波数は、ファンの信頼性とシステムの熱慣性によって決まる。例えば、効率および屋内の快適性を考慮すると、サイクルは、システムの熱慣性に対応する時定数より通常、速くするべきである。また、（ファンが停止すると、飽和吸込温度が下がるので）、ファンの「オフ」時間が望ましい閾値を超えないようにして、蒸発器の外部表面への氷形成を避けなければならない。他方、信頼性を考慮すると、ファンのサイクル速度は、可能な限り遅くしなければならない。これらのトレードオフの関係は、装置固有のものであり、冷媒システム設計者は大体、理解しており、制御ロジック開発段階で取り組む。多くの場合、パルス幅変調サイクルは、大体、５秒から１分の間である。さらに、ファンが多段速度能力を有する場合、多段速度間において切換を行うことができる。
【００１３】
パルス幅変調技術および可変速ファン技術の両方を採用して、冷媒の不均衡分配を制御する場合、両技術を異なった２つの方法で適用することができる。第１の取り組みにおいては、並流冷媒回路に均一な熱伝達率を達成するために、熱交換器の様々な部分に亘って、複雑な設計と、異なる空気流インピーダンスと、を有するシステムに、均一な空気流分配を提供することができる。第２の方法では、個別に得られた不均一な空気流分配が、冷媒の分配現象に影響する他の影響を相殺、すなわち、埋め合わせることによって、冷媒の不均衡分配条件を取り除き、圧縮機におけるフラッディング（蒸発器の場合）の可能性を回避する。ファンの適応制御も実現可能で、システムに設置された様々な温度センサと圧力センサとから、システムコントローラによってフィードバックを得る。注目すべきなのは、本発明は、マイクロチャネル型の熱交換器に利益のほとんどを提供するが、空調システム、熱ポンプシステム、冷蔵システムで用いられる、従来型の熱交換器にも有益であることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、一例として示されている並流（マイクロチャネルまたはミニチャネル）熱交換器１０は、入口ヘッダすなわちマニホルド１２と、出口ヘッダすなわちマニホルド１４と、入口マニホルド１２と出口マニホルド１４とを流体的に相互接続する複数の平行に配置された流路１６と、を含む。通常、入口ヘッダ１２および出口ヘッダ１４は、円筒形で、流路１６は、扁平断面または円形断面の管（または押出部材）である。流路１６は、通常、フィン等の、複数の内部および外部の熱伝達強化要素を有する。例えば、外部フィン１８は、熱交換強化と構造的な剛性のために流路間に均一に配置され、通常、炉内ろう付けされる。流路１６は、内部にも熱伝達強化要素と構造要素を有する。
【００１５】
運転中、冷媒は、入口開口２０内に流れ、次に、入口ヘッダの１２の内部空間２２に流れる。内部空間２２から、冷媒は、液体、蒸気、または、液体と蒸気との混合物の形で、流路開口２４に入り、流路１６を通って、出口ヘッダ１４の内部空間２６に入る。そこから、冷媒は、出口開口２８を出て、圧縮機（図示せず）に流れる。流路１６の外部において、ファン（図示せず）等の空気移動装置によって、流路および対応するフィン１８の上に空気を循環させると、熱伝達の相互作用が、流路の外側を流れる空気と流路内を流れる冷媒との間に生じる。
【００１６】
図２に示される本発明の一実施形態によると、熱交換器１０に隣接して配置され、かつ少なくとも一方に可変速度制御が設けられた、ファン３０，３２等の２つの空気移動装置を用いることによって、最適な空気流分配が達成される。ファン３０，３２は、熱交換器の流路１６の冷媒の不均衡分配を克服するように、互いに連動して機能して所定の空気流分配制御をもたらす。冷媒の不均衡分配は、システム設計の複雑さや、熱交換器１０の様々な部分の異なる空気流インピーダンスが原因となっていることがある。このような場合、並流冷媒回路で均一な熱伝達率を達成するために、ファン速度を変えることによって実質的に均一な空気流を提供することができる。他方、冷媒の不均衡分配は、例えば、重力、マニホルドの設計、または冷媒相分離等の他の要因によって生じる場合もある。冷媒の不均衡分配に影響するこれらの有害な影響を相殺、すなわち埋め合わせるために、ファン速度を調整して、所望の不均一な空気流分配を個別に実現することができる。ファンを様々な速度で運転することによって、熱交換器１０の様々な部分の空気流分配を制御することができ、結果として、冷媒分配が改善される。
【００１７】
図３は、上記で概説した（空気流分配以外の）他の幾つかの要因によって生じる冷媒の連続的な不均衡分配環境下における、従来（先行技術）の場合および改善された（本発明の）場合に関して、空気流分配と冷媒分配とを、比較したグラフを示す。この例においては、入口マニホルド１２の入口近くに配置された流路１６が受ける冷媒流は多く、入口から遠い流路が受ける冷媒流は少なく、流路１６間に不均衡分配が見られる。ファン３２の速度を上げ、かつ、可能であればファン３０の速度を下げることによって、非常に不均等な空気流分配を使用して、元の冷媒の不均衡分配を相殺すなわち埋め合わせることができる。熱伝達および冷媒圧力低下率の調整の結果、流路１６への均一な冷媒分配が達成され、熱交換器性能が、大幅に改善される。熱交換器１０が蒸発器である場合、図４に示すように、空気流分配を改善した場合、流路１６の全てに関して、正の、基本的に等しい過熱値が得られ、圧縮機におけるフラッディング、損傷の可能性は防止される。ファン速度制御ロジックを利用して、所望の動作条件に適合する全体的な空気流を得ることができる。
【００１８】
可変速ファンの動作に関するアルゴリズムは、開発テスト中に選択することができ、あるいは、ユニット組立後に、ユニット設計のバリエーション、ならびに様々なオプションおよび特徴を考慮して工場で調整することができる。熱交換器の表面上の空気の不均衡分配が用途または取付に左右されることが分かる場合、最終調整は、現場でも行うことができる。この実施形態は、構成要素の標準化を可能にし、予備の部品の数を減らすこともできる。ファン速度制御ロジックを動作条件に従って調整して、幅広い用途および全ての動作限界をカバーすることもできる。当然、２つより多くのファンを利用して、任意の所望の数のファンが、独立して、または、同時に、可変速度制御を行ってもよい。
【００１９】
本発明の第２の実施形態によると、熱交換器の空気流分配の改善は、パルス幅変調モードで動作する図２に示すファン３０，３２の少なくとも１つを用いて達成することもできる。これは、２速ファンの場合、高速から低速にファンを迅速に切り替えることによって、または、単一速度ファン設計の場合、単にファンをオン・オフにすることにより、達成することができる。ファンのパルス幅変調制御は、図５に概略的に示されている。さらに、図６に示すように、ファンが低減された速度で動作すると、ファンの消費電力は減り、ファンがオフにされると、ファンは電力を消費せず、その結果、システム効率を改善することが可能である。ファンが、１つの速度で動作する時間と、他の速度で動作する（またはオフとなる）時間と、の関係は、所望のシステム動作条件によって決まることが多い。例えば、システムにかかる負荷が軽く、ほとんど冷却を必要としないとき、ファンを、より長い時間、より低速で動作させることができる。逆に、システムにかかる負荷が高い場合、ファンを最高速で連続的に動作させることができる。ファンが高速で動作する時間と、減速されて動作する（またはオフにされる）時間と、の関係を調整して、可変速ファン実施形態と同様に、（不均衡分配の影響をより受けやすい並流蒸発器にとっては特に重要である）熱交換器表面上に最適な空気流分配を達成することもできる。
【００２０】
ファンのパルス幅変調に、幾つかの制御方法を採用することができる。例えば、２速ファンを用いる場合、全速モード、減速モード、停止モードの３つの動作モードを選択することができる。ファンが「オン」モードから「オフ」モードに周期的に変化する周波数は、ファンの信頼性とシステムの熱慣性によって決まる。例えば、効率および屋内の快適性を考慮すると、サイクルは、通常、システムの熱慣性の時定数よりも速くするべきである。また、（ファンが停止されると、飽和吸込温度が下がるので）、ファンの「オフ」時間が望ましい閾値を超えないようにして、蒸発器の外部表面への氷の形成を避けなければならない。他方、信頼性を考慮すると、ファンのサイクル速度は、可能な限り遅くしなければならない。これらトレードオフ関係は装置固有のものなので、冷媒システムの設計者は、概ね理解し、制御ロジック開発段階で取り組む。多くの場合、パルス幅変調サイクルは、概ね５秒から１分の間である。さらに、ファンが多段速度能力を有する場合、多段速度間において切換を行うことができる。
【００２１】
可変速制御またはパルス幅変調制御のいずれかによって様々な速度でファンを運転するさらなる利点は、蒸発器の熱交換面から凝縮物を除去する率、ひいては、その潜在的な処理能力を制御することによって、得ることができる。ファン速度を変更すると、それに応じて、凝縮物の除去量にも影響を与えることができる。ここでも、３つ以上のファンを利用して、任意の所望の数のファンが、独立して、または、同時に、可変速またはパルス幅変調制御を行ってもよい。
【００２２】
さらに、ファン速度を調整する両方法において、ファンの適応制御を利用することができ、システムに設置された様々な温度センサおよび圧力センサからシステムコントローラによってフィードバックが得られる。
【００２３】
図７は、入口マニホルド４２と出口マニホルド４４とを有する熱交換器４０の部分概略端面図である。パルス幅変調モードまたは可変速モードで動作される単一のファン５０は、熱交換器４０の隣に配置され、同様に機能して、熱交換器表面に所望の空気流分配を提供して、冷媒の不均衡分配を克服する。
【００２４】
特定の用途に関して、流路１６への冷媒の不均衡分配の原因となる様々な要因が、設計段階で大体、分かっているので、蒸発器とシステム全体の性能への有害な影響と、圧縮機におけるフラッディングと損傷の可能性と、を排除するために、これらの要因を相殺、すなわち埋め合わせる設計の特徴を導入することは実現可能であることが分かる。例えば、特定の用途に関して、いつ冷媒が高速または低速で入口マニホルドに流れるか、速度が不均衡分配現象にどのように影響するかは、概ね理解されている。 
【００２５】
本発明は、図に示した好ましい態様に関して、詳細に示し、記述したが、当業者には当然のことながら、請求項で画定される本発明の精神と範囲を逸脱することなく、細部にわたって様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】先行技術による並流熱交換器の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す並流熱交換器の概略図である。
【図３】熱交換器の流路に沿って空気分配と冷媒分配を示すグラフである。
【図４】熱交換器の流路を通る過熱流の例示的なグラフである。
【図５】パルス幅が変調されたファンの速度と時間のグラフである。
【図６】ファンの電力と速度のグラフである。
【図７】熱交換器と、対応するファンの概略端面図である。
【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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【国際調査報告】
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