(57)【要約】冷媒蒸気圧縮システムは、閉ループ冷媒回路において直列の冷媒連通関係でそれぞれ配設された、冷媒圧縮装置、冷媒放熱用熱交換器、膨張装置および冷媒吸熱用熱交換器を備える。冷媒貯蔵装置は、少なくとも１つの冷媒ラインにより閉ループ冷媒回路と流体連通して接続され、この冷媒ラインに冷媒流制御装置が配される。冷媒は冷媒回路の高圧側から選択的に取り除かれ、該高圧側へと選択的に戻される。または、冷媒は冷媒回路の低圧側から選択的に取り除かれ、該低圧側へと選択的に戻される。あるいは、冷媒は冷媒回路の高圧側から選択的に取り除かれ、該低圧側へと選択的に戻される。冷媒は、作動中またはオフサイクル時に冷媒回路から選択的に取り除かれ、該回路に選択的に戻される。
2011521194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉ループ冷媒回路において直列の冷媒連通関係をなしてそれぞれ配設された、冷媒圧縮装置と、圧縮装置からの冷媒を冷却媒体と熱交換関係をなして高圧で通過させる冷媒放熱用熱交換器と、冷却される媒体と熱交換関係をなして低圧で冷媒を通過させる冷媒吸熱用熱交換器と、
冷媒放熱用熱交換器の下流でかつ冷媒吸熱用熱交換器の上流で閉ループ冷媒回路に配設された膨張装置と、
少なくとも１つの冷媒ラインによって閉ループ冷媒回路と流体連通して接続されるとともに、貯蔵容積を画定する冷媒貯蔵装置と、
少なくとも１つの冷媒ラインに配された冷媒流制御装置と、
を備え、
冷媒流制御装置は、冷媒が少なくとも１つの冷媒ラインを通流する開位置と、少なくとも１つの冷媒ラインを通る冷媒の流れを遮断する閉位置と、を有することを特徴とする冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項２】
冷媒流制御装置と関連して作動し、冷媒流制御装置を開位置および閉位置に選択的に配置するコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３】
冷媒貯蔵装置の貯蔵容積を流体連通関係で閉ループ冷媒回路と接続する少なくとも１つの冷媒ラインは、冷媒蒸気圧縮システムの高圧側の位置において閉ループ冷媒回路と流体連通する単一の冷媒ラインからなることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項４】
冷媒貯蔵装置の貯蔵容積を流体連通関係で閉ループ冷媒回路と接続する少なくとも１つの冷媒ラインは、冷媒蒸気圧縮システムの低圧側の位置において閉ループ冷媒回路と流体連通する単一の冷媒ラインからなることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項５】
冷媒貯蔵装置の貯蔵容積を流体連通関係で閉ループ冷媒回路と接続する少なくとも１つの冷媒ラインは、
冷媒貯蔵装置の貯蔵容積の上方部分を流体連通関係で冷媒蒸気圧縮システムの高圧側の位置において閉ループ冷媒回路と接続する第１の冷媒ラインと、
冷媒貯蔵装置の貯蔵容積の下方部分を流体連通関係で冷媒蒸気圧縮システムの低圧側の位置において閉ループ冷媒回路と接続する第２の冷媒ラインと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項６】
少なくとも１つの冷媒ラインに配された冷媒流制御装置は、
第１の冷媒ラインに配された第１の冷媒流制御装置と、
第２の冷媒ラインに配された第２の冷媒流制御装置と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項７】
冷媒蒸気圧縮システムは、少なくとも一定の時間の間、遷臨界サイクルで作動することを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項８】
冷媒蒸気圧縮システムを循環する冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項９】
閉ループ冷媒回路において直列の冷媒連通関係をなしてそれぞれ配設された、冷媒吐出口および冷媒吸入口を有する冷媒圧縮装置と、圧縮装置からの冷媒を冷却媒体と熱交換関係をなして高圧で通過させる冷媒放熱用熱交換器と、冷却される媒体と熱交換関係をなして低圧で冷媒を通過させる冷媒吸熱用熱交換器と、
冷媒放熱用熱交換器の下流でかつ冷媒吸熱用熱交換器の上流で閉ループ冷媒回路に配設された膨張装置と、
上方領域および下方領域を有するチャンバを画定する冷媒貯蔵装置と、
を備え、
第１の冷媒ラインによって、上方領域は冷媒流に関して膨張装置の上流位置において流体連通関係で閉ループ冷媒回路の高圧側に接続され、
第２の冷媒ラインによって、下方領域は、冷媒流に関して膨張装置の下流位置において流体連通関係で閉ループ冷媒回路の低圧側に接続されることを特徴とする冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１０】
第１の冷媒ラインに配された第１の冷媒流制御装置と、
第２の冷媒ラインに配された第２の冷媒流制御装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１１】
第１および第２の冷媒流制御装置は、開位置および閉位置をそれぞれ有することを特徴とする請求項１０に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１２】
第１および第２の冷媒流制御装置は、開位置および閉位置を有するソレノイドバルブをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１３】
第１および第２の冷媒流制御装置と関連して作動するコントローラをさらに備え、該コントローラは、第１および第２の冷媒流制御装置の一方を選択的に開位置に配置し、同時に他方の冷媒流制御装置を選択的に閉位置に配置することを特徴とする請求項１０に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１４】
冷媒蒸気圧縮システムは、少なくとも一定の時間の間、遷臨界サイクルで作動することを特徴とする請求項９に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１５】
冷媒蒸気圧縮システムを循環する冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項９に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１６】
少なくとも一定の時間の間、遷臨界サイクルで作動する冷媒蒸気圧縮システムにおいて冷媒の充填を管理する方法であって、
冷媒蒸気圧縮システムは、閉ループ冷媒回路において直列の冷媒連通関係でそれぞれ配設された冷媒圧縮装置、冷媒放熱用熱交換器および冷媒吸熱用熱交換器を備えるとともに、冷媒放熱用熱交換器の下流でかつ冷媒吸熱用熱交換器の上流で閉ループ冷媒回路に配設された膨張装置を備え、
閉ループ冷媒回路から冷媒を選択的に取り除くステップと、
取り除かれた冷媒を冷媒貯蔵装置に貯蔵するステップと、
取り除かれた冷媒を冷媒貯蔵装置から閉ループ冷媒回路に戻すステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
閉ループ冷媒回路から冷媒を選択的に取り除くステップは、冷媒蒸気圧縮システムの作動サイクル中に行われ、
取り除かれた冷媒を冷媒貯蔵装置から閉ループ冷媒回路に戻すステップは、冷媒蒸気圧縮システムの作動サイクル中に行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
閉ループ冷媒回路から冷媒を選択的に取り除くステップは、冷媒蒸気圧縮システムの作動サイクル中に実行され、
取り除かれた冷媒を冷媒貯蔵装置から閉ループ冷媒回路に戻すステップは、冷媒蒸気圧縮システムのオフサイクル中に実行されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
閉ループ冷媒回路から冷媒を選択的に取り除くステップは、冷媒蒸気圧縮システムのオフサイクル中に実行され、
取り除かれた冷媒を冷媒貯蔵装置から閉ループ冷媒回路に戻すステップは、冷媒蒸気圧縮システムの作動サイクル中に実行されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷媒蒸気圧縮システムに関し、特に、二酸化炭素冷媒を使用し、遷臨界（トランスクリティカル）サイクルで作動する輸送冷凍用冷媒蒸気圧縮システムを含む冷媒蒸気圧縮システムの効果的な冷媒の充填管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒蒸気圧縮システムは、当技術分野においては周知であり、冷凍製品や生鮮製品を輸送するために、輸送冷凍システムにおいて、トラック、トレーラ、コンテナ等の温度制御された貨物スペースに供給する空気の冷却に広く用いられている。また、冷媒蒸気圧縮システムは、生鮮食品を貯蔵する低温室や冷却展示用陳列棚に冷却空気を供給する、スーパーマーケット、コンビニエンスストア、レストラン、あるいは他の商業施設に関連した商業用冷凍システムにおいても一般に用いられている。さらに、冷媒蒸気圧縮システムは、住宅、オフィスビル、病院、学校、レストラン、あるいは他の施設における温度調整される快適領域に供給する空気の調和のために広く用いられている。一般に、上記のような冷媒蒸気圧縮システムは、圧縮機と、亜臨界運転ではコンデンサとして機能し、遷臨界運転ではガス冷却器として機能する空冷または水冷式の冷媒放熱用熱交換器と、エバポレータとして機能する冷媒吸熱用熱交換器と、一般には感温式膨張弁または電子膨張弁であり、冷媒流に関して冷媒吸熱用熱交換器の上流側でかつ冷媒放熱用熱交換器の下流側に配置される膨張装置と、を備える。これらの基本的な冷媒システムの構成要素は、閉ループの冷媒回路として、冷媒ラインによって互いに接続されるとともに、周知の冷媒蒸気圧縮サイクルに応じて配置されている。
【０００３】
伝統的に、この冷媒蒸気圧縮システムの殆どは、亜臨界（サブクリティカル）冷媒圧力で作動する。亜臨界範囲で作動する冷媒蒸気圧縮システムには、一般に、通常のフロン冷媒、例えば、Ｒ２２などのヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、さらに一般的にはＲ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどのヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が充填されるが、これらに限定されるものではない。現在の市場では、空調装置や輸送冷凍システムに使用するため、ＨＦＣ冷媒に代えて二酸化炭素などの「自然」冷媒に注目が集まっている。しかし、冷媒として二酸化炭素が充填された冷媒蒸気圧縮システムの多くは、二酸化炭素の臨界温度が低いため、遷臨界圧力方式で作動するように設計されている。例えば、輸送用冷媒蒸気圧縮システムは、周囲空気の温度が二酸化炭素の臨界温度である３１．１℃（８８°Ｆ）を超過する環境で作動する空冷式の冷媒放熱用熱交換器を備えており、この冷媒蒸気圧縮システムは、圧縮機の吐出圧が二酸化炭素の臨界圧力である７．３８ＭＰａ（１０７０ｐｓｉ）を超過する環境でも作動することが必要とされ、遷臨界サイクルで作動する。遷臨界サイクルで作動する冷媒蒸気圧縮システムでは、エバポレータは亜臨界範囲の冷媒温度および圧力で作動する一方、冷媒放熱用熱交換器は、冷媒の臨界点温度および圧力を超える冷媒温度および圧力下で、コンデンサとしてではなくガス冷却器として作動する。
【０００４】
エバポレータ膨張装置の出口と冷媒吸入口との間に位置する冷媒蒸気圧縮システムの低圧側において、冷媒圧力および冷媒温度は関連付けられている。しかし、遷臨界運転では、圧縮装置の冷媒吐出口とエバポレータ膨張装置の入口との間に位置する冷媒蒸気圧縮システムの高圧側において、冷媒圧力および冷媒温度は互いに独立している。したがって、冷媒圧力は単一の設計作動点に対して最適化され得る。そのため、設計条件外では、冷媒充填が最適な冷媒充填より高いか低くなるため、冷媒蒸気圧縮システムは最適状態に及ばない場合がある。
【０００５】
米国特許出願公開第２００５／０１３２７２９Ａ１号明細書には、冷媒貯蔵容器を有する遷臨界冷媒蒸気圧縮システムが開示されており、この冷媒貯蔵容器は可変の冷媒質量を受容し、これによりシステムの容量が制御される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記明細書の開示では、冷媒貯蔵容器は、流体に対して蒸発膨張装置の上流でかつ冷媒放熱用熱交換器の下流の位置において、単一の冷媒ラインを介して閉ループ冷媒回路と常に開放状態で流体連通している。冷媒貯蔵容器内の冷媒質量は、容器の温度の調節または容器内の貯蔵容積の調節によって制御される。このため、永続的または一時的に冷媒システムに付与される付加的な測定可能な出力が要求されることとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様では、冷媒蒸気圧縮システムは、閉ループ冷媒回路において直列の冷媒連通関係でそれぞれ配設された冷媒圧縮装置、冷媒放熱用熱交換器、膨張装置および冷媒吸熱用熱交換器と、少なくとも１つの冷媒ラインにより閉ループ冷媒回路と流体連通関係で接続されるとともに貯蔵容積を画定する冷媒貯蔵装置と、少なくとも１つの冷媒ラインに配される冷媒流制御装置と、を備える。冷媒流制御装置は、少なくとも１つの冷媒ラインを通る冷媒の流れを許容する開位置、および少なくとも１つの冷媒ラインを通る冷媒の流れを遮断する閉位置を有する。一実施例では、コントローラは、冷媒流制御装置と関連して作動し、冷媒流制御装置を開位置および閉位置に選択的に配置する。
【０００８】
一実施例では、冷媒貯蔵装置の貯蔵容積は、閉ループ冷媒回路と流体連通する単一の冷媒ラインによって、冷媒流との関係において膨張装置の上流で冷媒蒸気圧縮システムの高圧側の位置に接続され、膨張装置は、冷媒放熱用熱交換器の下流でかつ冷媒吸熱用熱交換器の上流で閉ループ冷媒回路に配設される。一実施例では、冷媒貯蔵装置の貯蔵容積は、閉ループ冷媒回路と流体連通する単一の冷媒ラインによって、冷媒流に関して膨張装置の下流で冷媒蒸気圧縮システムの低圧側の位置に接続される。
【０００９】
本発明の一態様では、冷媒蒸気圧縮システムは、閉ループ冷媒回路において直列の冷媒連通関係でそれぞれ配設された冷媒圧縮装置、冷媒放熱用熱交換器、膨張装置および冷媒吸熱用熱交換器と、上方領域および下方領域を有する貯蔵容積を画定する冷媒貯蔵装置と、を備え、上方領域は、閉ループ冷媒回路と流体連通する第１の冷媒ラインにより、冷媒流との関係において膨張装置の上流の冷媒蒸気圧縮システムの高温側の位置に接続され、下方領域は、閉ループ冷媒回路と流体連通する第２の冷媒ラインにより、冷媒流に関して膨張装置の下流の冷媒蒸気圧縮システムの低圧側の位置に接続される。第１の冷媒流制御装置は第１の冷媒ラインに配され、第２の冷媒流制御装置は第２の冷媒ラインに配される。各冷媒流制御装置は、開位置および閉位置を有する。一実施例では、各冷媒流制御装置は、開位置および閉位置を有するソレノイドバルブを含む。冷媒蒸気圧縮システムは、第１および第２の冷媒流制御装置と関連して作動するコントローラをさらに備え、該コントローラは、第１および第２の冷媒流制御装置の一方を選択的に開位置に配置し、同時に他方の冷媒流制御装置を選択的に閉位置に配置する。
【００１０】
本発明の一態様では、遷臨界サイクルで作動する冷媒蒸気圧縮システムにおいて冷媒の充填を管理する方法を提供する。冷媒蒸気圧縮システムは、閉ループ冷媒回路において直列の冷媒連通関係でそれぞれ配設された冷媒圧縮装置、冷媒放熱用熱交換器および冷媒吸熱用熱交換器と、冷媒放熱用熱交換器の下流でかつ冷媒吸熱用熱交換器上流で閉ループ冷媒回路に配設された膨張装置と、を備える。前記方法は、冷媒蒸気圧縮システムの閉ループ冷媒回路から冷媒を選択的に取り除くステップと、取り除いた冷媒を冷媒貯蔵装置に貯蔵するステップと、冷媒貯蔵装置から冷媒蒸気圧縮システムの閉ループ冷媒回路へと冷媒を戻すステップと、を含む。
【００１１】
冷媒貯蔵装置が高圧側の位置で閉ループ冷媒回路に接続されている場合、冷媒は、通常、冷媒蒸気圧縮システムの作動サイクル中に閉ループ冷媒回路から取り除かれ、冷媒蒸気圧縮システムのオフサイクル中に閉ループ冷媒回路に戻される。本実施例の方法では、冷媒は、膨張装置の上流に位置する高圧側の位置で閉ループ冷媒回路から取り除かれ、取り除かれた冷媒は、膨張装置の上流の位置で閉ループ冷媒回路に戻される。
【００１２】
冷媒貯蔵装置が低圧側の位置で閉ループ冷媒回路に接続されている場合、冷媒は、通常、冷媒蒸気圧縮システムのオフサイクル中に閉ループ冷媒回路から取り除かれ、冷媒蒸気圧縮システムの作動中に閉ループ冷媒回路に戻される。本実施例の方法では、冷媒は、膨張装置の下流に位置する低圧側の位置で閉ループ冷媒回路から取り除かれ、取り除かれた冷媒は、膨張装置の下流の位置で閉ループ冷媒回路に戻される。
【００１３】
冷媒貯蔵装置が２つの位置（つまり、一方が高圧側、他方が低圧側）において閉ループ冷媒回路に接続されている場合、冷媒は、通常、冷媒蒸気圧縮システムの作動サイクル中に閉ループ冷媒回路から取り除かれ、冷媒蒸気圧縮システムの作動サイクル中に閉ループ冷媒回路に戻される。本実施例の方法では、冷媒は、膨張装置の上流に位置する高圧側の位置で閉ループ冷媒回路から取り除かれ、取り除かれた冷媒は、膨張装置の下流に位置する低圧側の位置で閉ループ冷媒回路に戻される。
【００１４】
本発明をさらに理解するために、以下に記載した発明を実施するための形態を参照されたい。これに付随する図面について以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による冷媒蒸気圧縮システムの第１の例示的な実施例を示す概略図。
【図２】本発明による冷媒蒸気圧縮システムの第２の例示的な実施例を示す概略図。
【図３】本発明による冷媒蒸気圧縮システムの第３の例示的な実施例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜３を参照すると、冷媒蒸気圧縮システム１０は、圧縮装置２０と、冷媒放熱用熱交換器４０と、冷媒吸熱用熱交換器５０（エバポレータとも呼ぶ）と、を備えており、これらの構成要素は、冷媒閉回路において種々の冷媒ライン２，４，６により直列の冷媒流関係で接続されている。さらに、エバポレータ５０と関連して作動する膨張装置５５が、冷媒ライン４において、冷媒流との関係で冷媒放熱用熱交換器４０の下流側でかつ冷媒吸熱用熱交換器５０の上流側に配置されている。図１〜３に示した冷媒蒸気圧縮システム１０の実施例では、膨張装置５５は電子膨張弁である。しかし、膨張装置は、感温式膨張弁、もしくはキャピラリチューブなどの固定オリフィス装置であってもよいことを理解されたい。
【００１７】
冷媒蒸気圧縮システム１０が遷臨界（トランスクリティカル）サイクルで作動する場合、例えば、二酸化炭素冷媒が充填されていてコンプレッサの吐出圧が二酸化炭素の臨界圧力を超過した状態で作動するときには、冷媒放熱用熱交換器４０は、超臨界（スーパークリティカル）圧力で作動し、冷媒ガスクーラとして機能するが、二酸化炭素冷媒蒸気を凝縮するように作動しない。冷媒放熱用熱交換器４０のチューブ列４２には、例えば、従来のラウンドチューブ・プレートフィン型熱交換器のチューブ列などのプレートフィン・ラウンドチューブ列やミニチャネルまたはマイクロチャネル熱交換器の波形のフィン・マルチチャネルフラットチューブ列が含まれる。冷媒が冷媒放熱用熱交換器４０を通過するときに、冷媒は、チューブ列４２の熱交換チューブを通流し、通常は周囲空気（一般的に外気）である第２の流体と熱交換し、この第２の流体は、冷媒放熱用熱交換器４０のチューブ列４２と関連して作動する空気移動装置４４（例えば、１つまたは複数のファン）によってチューブ列４２を通して引き込まれる。
【００１８】
冷媒蒸気圧縮システム１０が亜臨界（サブクリティカル）サイクルまたは遷臨界サイクルで作動する場合でも、冷媒回路において冷媒流に関して膨張装置５５の下流側に配置された冷媒吸熱用熱交換器５０は、常に、亜臨界圧力で作動し、エバポレータとして機能する。冷媒が冷媒吸熱用熱交換器５０を通過するときには、冷媒は、チューブ列５２の熱交換チューブを通流し、調和される空気、一般に温度制御環境から引き込まれ該環境に戻される空気と熱交換し、この空気は、冷媒吸熱用熱交換器５０のチューブ列５２と関連して作動する空気移動装置５４（例えば、１つまたは複数のファン）によってチューブ列５２を通して引き込まれる。これにより、空気は冷却され、冷媒は過熱されて気化する。冷媒吸熱用熱交換器５０のチューブ列５２には、例えば、従来のラウンドチューブ・プレートフィン型熱交換器のチューブ列のプレートフィン・ラウンドチューブ列などのフィン付きチューブ型熱交換やミニチャネルまたはマイクロチャネル熱交換器の波形のフィン・マルチチャネルフラットチューブ列が含まれる。
【００１９】
圧縮装置２０は、後述するように冷媒を圧縮し、かつ冷媒回路に冷媒を循環させるように機能する。圧縮装置２０は、図示したように、１つの段からなる単一のコンプレッサとすることができ、該コンプレッサは、例えば、スクロールコンプレッサ、往復コンプレッサ、ロータリコンプレッサ、スクリューコンプレッサおよび遠心コンプレッサである。しかし、圧縮装置２０は、少なくとも低圧圧縮段および高圧圧縮段を有し、冷媒流が低圧圧縮段から高圧圧縮段へと通流する多段圧縮装置としてもよいことを理解されたい。上記の実施例では、複数の段からなる圧縮装置は、複数の段からなる単一のコンプレッサ、例えば、スクロールコンプレッサ、あるいは段状の圧縮ポケットを有したスクリューコンプレッサ、あるいは少なくとも第１のシリンダ列および第２のシリンダ列を有した往復コンプレッサ、あるいは冷媒流との関係においてコンプレッサの上流側の吐出口とコンプレッサの下流側の吸入口とを直列に接続する一対の段からなるコンプレッサとすることができる。圧縮装置２０は、並列または直列で作動する２つまたは複数の圧縮機を含んでいてもよい。
【００２０】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、変動する冷媒が貯蔵される容積を画定する冷媒貯蔵装置（レシーバ）６０を含む。レシーバ６０は、少なくとも１つの冷媒ラインを介して冷媒蒸気圧縮システム１０の閉ループ冷媒回路と流体連通する。冷媒蒸気圧縮システム１０は、冷媒蒸気圧縮システム１０の閉ループ冷媒回路と流体連通するレシーバ６０を接続する少なくとも１つの冷媒ラインに配された冷媒流制御装置と関連して作動するコントローラ１００をさらに備える。少なくとも１つの冷媒ラインを通流する冷媒流は、冷媒流制御装置を選択的に開閉することによって制御される。
【００２１】
図１に示す実施例において、レシーバ６０は、液体冷媒が受容される下方領域６３と、冷媒蒸気が存在する下方領域６７と、を有する容積を画定する。特定の環境および作動状態では、レシーバ６０の全内部容積は冷媒蒸気で満たされる場合があることを理解されたい。上方領域６７は、冷媒流との関係において冷媒膨張装置５５の上流側でかつ冷媒放熱用熱交換器４０の下流側の位置において、冷媒蒸気圧縮システム１０の高圧側に配された冷媒ライン４と冷媒ライン１２を介して流体連通する。下方領域６３は、冷媒流に関して冷媒膨張装置５５の下流側でかつ冷媒吸熱用熱交換器５０の上流側の位置において、冷媒蒸気圧縮システム１０の低圧側に配された冷媒ライン４と冷媒ライン１４を介して流体連通する。さらに、開位置および閉位置を有する冷媒流制御装置６５が冷媒ライン１２に配され、開位置および閉位置を有する冷媒流制御装置７５が冷媒ライン１４に配される。レシーバ６０と冷媒流連通関係をなすように冷媒蒸気圧縮システム１０の高圧側および低圧側における他の位置を選択してもよいことを理解されたい。
【００２２】
本実施例では、コントローラ１００は、冷媒ライン１２，１４に配された各冷媒流制御装置６５，７５と作動可能に関連し、各冷媒流制御装置を開位置または閉位置へと選択的に配置する。コントローラ１００は、所定の作動点に対する圧縮装置２０からの所望の冷媒吐出圧を維持するため、冷媒ライン２，４，６によって画定される閉ループ冷媒回路を循環する冷媒の充填量を調節する。この調節は、冷媒流制御装置を開位置または閉位置を選択的に配置することにより、冷媒を閉ループ冷媒回路からレシーバ６０を通して閉ループ冷媒回路を循環する冷媒の充填量を減少させるか、あるいは冷媒をレシーバ６０から閉ループ冷媒回路へと通して閉ループ冷媒回路を循環する冷媒の充填量を増加させることによって行われる。したがって、閉ループ冷媒回路への冷媒の追加は、冷媒蒸気圧縮システム１０の低圧側においてなされ、冷媒の閉ループ冷媒回路からの除去は、冷媒蒸気圧縮システム１０の高圧側においてなされる。
【００２３】
冷媒蒸気圧縮システム１０の閉ループ冷媒回路から冷媒を取り除くため、コントローラ１００は、通常、作動中に冷媒流制御装置６５を開位置に配置し、冷媒流制御装置７５を閉位置に配置する。このように冷媒流制御装置６５，７５を配置することにより、高圧の冷媒蒸気は冷媒ライン４から冷媒ライン１２を通ってレシーバ６０の貯蔵チャンバに流入する。しかし、該冷媒蒸気は、冷媒流制御装置７５が閉位置にあるため冷媒ライン１４を通ってレシーバ６０から流出しない。
【００２４】
冷媒蒸気圧縮システム１０の閉ループ冷媒回路に冷媒を追加するため（作動中またはオフサイクル時になされる）、コントローラ１００は、冷媒流制御装置６５を閉位置に配置し、冷媒流制御装置７５を開位置に配置する。このように冷媒流制御装置６５，７５を配置することにより、冷媒はレシーバ６０の貯蔵チャンバの下方領域６３から冷媒ライン１４を通って冷媒ライン４へと流れる。しかし、冷媒流制御装置６５が閉位置にあり、冷媒ライン１２を通る高圧の冷媒蒸気の流れが遮断されるため、高圧の冷媒蒸気はレシーバ６０に流入しない。特定の環境状態におけるオフサイクルの間に、冷媒は冷媒流制御装置６５，７５を通して冷媒蒸気圧縮システム１０の閉ループ冷媒回路に追加または該回路から除去されてもよいことを理解されたい。
【００２５】
レシーバ６０の貯蔵チャンバは、貯蔵される冷媒量ともに変化する平衡圧を有する。この平衡圧は、冷媒蒸気圧縮システム１０の作動中、常に、膨張装置５５の上流に位置する冷媒ライン４における高圧側の冷媒圧力より低く、膨張装置５５の下流に位置する冷媒ライン４における低圧側の冷媒圧力より高い。冷媒蒸気圧縮システム１０の作動中、所定の時間の間、冷媒流制御装置６５を単に開にすることによって冷媒が閉ループ冷媒回路からレシーバ６０へと取り除かれる。冷媒ライン１２が膨張装置５５の上流の冷媒ライン４に接する位置における冷媒圧力と、レシーバ６０の貯蔵チャンバ内の平衡圧との圧力差により冷媒蒸気が冷媒ライン１２を通って流れる。冷媒蒸気圧縮システム１０の作動中、冷媒流制御装置７５を単に開にすることによってレシーバ６０から閉ループ冷媒回路に冷媒が追加される。レシーバ６０の貯蔵チャンバ内の平衡圧と、冷媒ライン１４が膨張装置５５の下流の冷媒ライン４に接する位置における冷媒圧力との圧力差により冷媒蒸気が冷媒ライン１４を通って流れる。
【００２６】
冷媒の温度および圧力は互いに独立しており、最適な高圧側の圧力は環境状態によって異なるため、上記のような冷媒充填管理は、冷媒蒸気圧縮システム１０の遷臨界での作動では特に重要であることを理解されたい。
【００２７】
冷媒蒸気圧縮システム１０の例示的な実施例を示す図２を参照すると、レシーバ６０は、冷媒蒸気圧縮システム１０の高圧側および低圧側の双方に接続されるのではなく、単一の冷媒ライン１６を介して高圧側において閉ループ冷媒回路と冷媒流連通関係をなして接続される。冷媒ライン１６は冷媒放熱用熱交換器４０の下流でかつ膨張装置５５の上流で冷媒ライン４に接する。開位置および閉位置を有する冷媒流制御装置８５は、冷媒ライン１６に配される。コントローラ１００は、冷媒流制御装置８５と作動可能に関連して、冷媒流制御装置８５を選択的に開位置または閉位置に配置する。
【００２８】
本実施例において、コントローラ１００は、所定の作動点に対する圧縮装置２０からの所望の冷媒吐出圧を維持するため、冷媒ライン２，４，６によって画定される閉ループ冷媒回路を循環する冷媒の充填量を調節する。この調節は、冷媒を閉ループ冷媒回路からレシーバ６０へと通すか、または冷媒をレシーバ６０から閉ループ冷媒回路へと通すように冷媒流制御装置８５を開位置に選択的に配置することによって、あるいは冷媒ライン１６を通る冷媒を遮断するように冷媒流制御装置８５を閉位置に選択的に配置することによって行われる。システム１０の作動中、コントローラ１００が現時点の作動状態において冷媒充填量が過度であると判断した場合、コントローラ１００は、冷媒流制御装置８５を開にして、冷媒蒸気をレシーバ６０へと流す。冷媒充填量が所望のように減少されると、コントローラ１００は冷媒流制御装置８５を閉にし、レシーバ６０内に高圧の冷媒蒸気を閉じこめる。システム１０がオフサイクルの場合、コントローラ１００は、冷媒流制御装置８５を開にすることにより、高圧の冷媒蒸気をレシーバ６０から冷媒ライン１６を通して冷媒ライン４へと流出させ、冷媒蒸気を閉ループ冷媒回路に戻してシステムの冷媒充填量を増加させる。コントローラ１００がシステムの冷媒充填量が十分であると判断した場合、コントローラ１００は、冷媒流制御装置８５を再び閉にし、これにより、冷媒蒸気圧縮システム１０が作動状態に戻ったときに冷媒蒸気がレシーバ６０に流入しないようにする。前述のように、冷媒ライン１６の接続位置は、冷媒蒸気圧縮システム１０の高圧側の任意の位置とすることができる。
【００２９】
次に冷媒蒸気圧縮システム１０の例示的な実施例を示す図３を参照すると、レシーバ６０は、冷媒蒸気圧縮システム１０の高圧側および低圧側の双方に接続されるのではなく、単一の冷媒ライン１８を介して低圧側において閉ループ冷媒回路と冷媒流連通関係をなして接続される。冷媒ライン１８は膨張装置５５の下流でかつ冷媒吸熱用熱交換器５０の上流で冷媒ライン４に接する。開位置および閉位置を有する冷媒流制御装置９５は、冷媒ライン１８に配される。コントローラ１００は、冷媒流制御装置９５と作動可能に関連して、冷媒流制御装置９５を選択的に開位置または閉位置に配置する。
【００３０】
本実施例において、コントローラ１００は、所定の作動点に対する圧縮装置２０からの所望の冷媒吐出圧を維持するため、冷媒ライン２，４，６によって画定される閉ループ冷媒回路を循環する冷媒の充填量を調節する。この調節は、液体冷媒を閉ループ冷媒回路からレシーバ６０へと通すか、または液体冷媒をレシーバ６０から閉ループ冷媒回路へと通すように冷媒流制御装置９５を開位置に選択的に配置することによって、および冷媒ライン１８を通る冷媒を遮断するように冷媒流制御装置９５を閉位置に選択的に配置することによって行われる。コントローラ１００が現時点の作動状態において冷媒充填量が過度であると判断した場合、コントローラ１００は、冷媒蒸気圧縮システム１０をシャットダウンし、冷媒蒸気圧縮システム１０がオフサイクルの間は冷媒流制御装置９５を開にして、冷媒ライン１８を通して冷媒をレシーバ６０へと流す。冷媒充填量が所望のように減少されると、コントローラ１００は冷媒流制御装置９５を閉にし、レシーバ６０内に冷媒蒸気を閉じこめ、冷媒蒸気圧縮システム１０の作動が再開される。冷媒蒸気圧縮システム１０の作動中、コントローラ１００は、冷媒流制御装置９５を開にすることにより、冷媒蒸気をレシーバ６０から冷媒ライン１８を通して冷媒ライン４へと流出させ、冷媒を閉ループ冷媒回路に戻してシステムの冷媒充填量を増加させる。コントローラ１００がシステムの冷媒充填量が十分であると判断した場合、コントローラ１００は、冷媒流制御装置９５を再び閉にし、これにより、レシーバ６０からの冷媒の流れが遮断される。前述のように、冷媒ライン１８の接続位置は、冷媒蒸気圧縮システム１０の低圧側の任意の位置としてもよい。
【００３１】
冷媒流制御装置６５，７５，８５，９５は、少なくとも第１の開位置および第２の閉位置に選択的に位置変更可能である流れ制御装置を含む。第１の開位置では冷媒流制御装置が配設される冷媒ラインを冷媒が通流し、第２の閉位置では冷媒流制御装置が配設される冷媒ラインを冷媒が通流しないように遮断される。例えば、各冷媒流制御装置６５，７５，８５，９５は、２位置ソレノイドバルブを含んでいてもよい。一実施例では、冷媒貯蔵装置（レシーバ）６０においてより正確に冷媒量を制御することができるように、冷媒ライン１２，１４の少なくとも一方は、例えば、付加的なオリフィスやキャピラリーチューブを備えていてもよい。オリフィスやキャピラリーチューブにより、冷媒貯蔵装置６０に対する又は該装置６０からの冷媒の移行プロセスが減速し、これにより、冷媒貯蔵装置においてより正確に冷媒量を制御することが可能となる。オリフィスは、バルブ機構の一部であってもよく、または独立した冷媒流制御装置としてもよい。
【００３２】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、圧縮機２０に蒸気の注入を行うエコノマイザーサイクルを有していてもよい。また、冷媒蒸気圧縮システム１０は、圧縮機２０内の圧縮プロセスを冷却する液体の注入を行うようにしてもよい。第２の流体移動装置４４，５４は、冷媒蒸気圧縮システム１０の閉ループ冷媒回路を循環する冷媒と熱交換関係にある水またはグリコール水溶液などの液体を循環させるポンプを含んでいてもよい。
【００３３】
図を参照しながら発明を実施するための形態について図示、説明したが、当業者であれば、本発明の精神および範囲を逸脱することなく種々の変更がなされることを理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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