(57)【要約】冷媒蒸気圧縮システムが、分離チャンバを画定するフラッシュタンクエコノマイザを備えている。フラッシュタンクエコノマイザは、冷媒回路において冷媒放熱用熱交換器と冷媒吸熱用熱交換器との間に配置されている。１次膨張弁が、冷媒回路において冷媒吸熱用熱交換器の上流側に配置されており、該熱交換器と関連して動作する。２次膨張弁が、冷媒回路においてフラッシュタンクエコノマイザの上流側に配置されており、該エコノマイザと関連して動作する。冷媒蒸気噴射ラインが、分離チャンバの上部と、システムの圧縮装置の中間圧力段および冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている。液体冷媒噴射ラインが、分離チャンバの下部と、圧縮装置の中間圧力段および冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている。
2010525292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒圧縮装置と、該圧縮装置の下流側に配置された冷媒放熱用熱交換器と、該冷媒放熱用熱交換器の下流側に配置された冷媒吸熱用熱交換器と、前記冷媒放熱用熱交換器の下流側でかつ前記冷媒吸熱用熱交換器の上流側に配置された１次膨張装置と、を備えた主冷媒回路と、
前記主冷媒回路において前記冷媒放熱用熱交換器の下流側でかつ前記１次膨張装置の上流側に配置され、分離チャンバを画定するフラッシュタンクであって、該分離チャンバにおいて、液体状態の冷媒が、前記分離チャンバの下部に集まり、蒸気状態の冷媒が、前記分離チャンバ内の前記液体状態の冷媒よりも上方の部分に集まる、フラッシュタンクと、
前記主冷媒回路の前記フラッシュタンクの上流側に設けられ、該フラッシュタンクと関連して動作する２次膨張装置と、
前記分離チャンバの上部と、前記圧縮装置の中間圧力段および前記主冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている冷媒蒸気噴射ラインと、
前記分離チャンバの下部と、前記圧縮装置の中間圧力段および前記主冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている液体冷媒噴射ラインと、
を備えた冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項２】
制御システムをさらに備え、該制御システムは、前記主冷媒回路の前記圧縮プロセスの中間圧力段または前記主冷媒回路の吸入圧力部へ噴射するために、前記フラッシュタンクから前記冷媒蒸気噴射ラインを通して冷媒蒸気を選択的に導き、前記主冷媒回路の前記圧縮プロセスの中間圧力段または前記主冷媒回路の吸入圧力部へ噴射するために、前記フラッシュタンクから前記液体冷媒噴射ラインを通して液体冷媒を選択的に導く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】
前記制御システムは、前記冷媒蒸気噴射ラインおよび／または前記液体冷媒噴射ラインと関連して動作するコントローラおよび複数の流れ制御弁を備え、該コントローラは、前記複数の流れ制御弁の各々の開位置と閉位置との間で、該複数の流れ制御弁の各々の位置を選択的に制御することを特徴とする請求項２に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項４】
前記複数の流れ制御弁は、
前記冷媒蒸気噴射ラインの上流部に配置された第１の流れ制御弁と、
前記液体冷媒噴射ラインの上流部に配置された第２の流れ制御弁と、
前記圧縮装置の中間圧力段の冷媒流に対し上流側でかつ前記第１の流れ制御弁および前記第２の流れ制御弁の両方の冷媒流に対し下流側となるように配置された第３の流れ制御弁と、
前記主冷媒回路の吸入圧力部の冷媒流に対し上流側でかつ前記第１の流れ制御弁および前記第２の流れ制御弁の両方の冷媒流に対し下流側に配置された第４の流れ制御弁と、
からなることを特徴とする請求項３に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項５】
前記第１の流れ制御弁、前記第２の流れ制御弁、前記第３の流れ制御弁および前記第４の流れ制御弁の各々は、第１の開位置および第２の閉位置を備えたソレノイド弁からなることを特徴とする請求項４に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項６】
前記圧縮装置の中間圧力段と前記冷媒回路の吸入圧力部とを連通させているコンプレッサアンローダバイパスライン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７】
前記コンプレッサアンローダバイパスラインは、前記冷媒蒸気噴射ラインの下流側の延長部と、前記液体冷媒噴射ラインの下流側の延長部とを形成することを特徴とする請求項６に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項８】
前記冷媒蒸気噴射ラインの上流部に配置された第１の流れ制御弁と、
前記液体冷媒噴射ラインの上流部に配置された第２の流れ制御弁と、
前記コンプレッサアンローダバイパスラインにおいて前記圧縮装置の中間圧力段の冷媒流に対し上流側に配置された第３の流れ制御弁と、
前記コンプレッサアンローダバイパスラインにおいて前記主冷媒回路の吸入圧力部の冷媒流に対し上流側に配置された第４の流れ制御弁と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項９】
前記第１の流れ制御弁、前記第２の流れ制御弁、前記第３の流れ制御弁および前記第４の流れ制御弁の各々は、第１の開位置および第２の閉位置を備えたソレノイド弁からなることを特徴とする請求項８に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１０】
吸入調節弁をさらに備え、該吸入調節弁は、前記コントローラによって動作的に制御され、前記主冷媒回路において前記冷媒加熱用熱交換器の下流側でかつ前記圧縮装置の上流側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１１】
前記システムは、遷臨界サイクルで動作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１２】
前記冷媒は、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１３】
前記圧縮装置は、低圧用の第１圧縮段と、高圧用の第２圧縮段と、を少なくとも備えた単一のコンプレッサ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１４】
前記圧縮装置は、第１のコンプレッサおよび第２のコンプレッサからなり、前記第１のコンプレッサの吐出口と前記第２のコンプレッサの吸入口とが前記主冷媒回路において冷媒の流れとして直列の関係に配置され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１５】
前記圧縮装置は、スクロールコンプレッサ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１６】
第１の冷媒流路が第２の冷媒流路と熱交換するように設けられた冷媒対冷媒熱交換器をさらに備え、前記第１の冷媒流路は、前記主冷媒回路において前記冷媒放熱用熱交換器と前記２次膨張装置との間に配置され、前記第２の冷媒流路は、前記主冷媒回路において前記冷媒吸熱用熱交換器と前記圧縮装置との間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１７】
前記圧縮装置は、スクリューコンプレッサ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１８】
前記圧縮装置は、往復動型コンプレッサ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１９】
前記１次膨張装置は、電子膨張弁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２０】
前記１次膨張装置は、感温式膨張弁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２１】
前記２次膨張装置は、電子膨張弁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２２】
前記２次膨張装置は、固定オリフィス膨張装置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２３】
２段圧縮プロセスで冷媒を超臨界状態に圧縮するステップと、
冷却媒体と熱交換するように前記超臨界状態に圧縮された冷媒を通流させるステップと、
冷媒蒸気および液体冷媒を含む第１の膨張冷媒を形成するように、第１の膨張段階で、前記超臨界状態の冷媒を亜臨界圧力へと膨張させるステップと、
前記第１の膨張冷媒を冷媒蒸気部分と液体冷媒部分とに分離するステップと、
液体冷媒を含む第２の膨張冷媒を形成するように、第２の膨張段階で、前記液体冷媒部分の少なくとも一部をより低い圧力へと膨張させるステップと、
前記第２の膨張冷媒を気化させるステップと、
前記圧縮プロセスの中間段または前記冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ前記冷媒蒸気部分の一部を選択的に導くステップと、
前記圧縮プロセスの中間段または前記冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ前記液体冷媒部分の一部を選択的に導くステップと、
を含む遷臨界サイクルにおける冷媒蒸気圧縮システムの動作方法。
【請求項２４】
前記第１の膨張段階で膨張する前記超臨界圧力の冷媒の流量を選択的に制御することによって、冷却媒体と熱交換する前記超臨界状態に圧縮された冷媒の圧力を望ましい圧力へと制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の遷臨界サイクルにおける冷媒蒸気圧縮システムの動作方法。
【請求項２５】
第１の動作モードにおいて、
前記圧縮プロセスの中間圧力段へ前記冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させるステップと、
前記圧縮プロセスの中間圧力段または前記冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ前記液体冷媒部分を選択的に通流させないステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の遷臨界サイクルにおける冷媒蒸気圧縮システムの動作方法。
【請求項２６】
第２の動作モードにおいて、
前記圧縮プロセスの中間圧力段へ前記冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させるステップと、
前記圧縮プロセスの中間圧力段へ前記液体冷媒部分の一部を同時に選択的に通流させるステップと、
さらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の遷臨界サイクルにおける冷媒蒸気圧縮システムの動作方法。
【請求項２７】
第３の動作モードにおいて、
前記冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ前記冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させるステップと、
前記冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ前記液体冷媒部分の一部を同時に選択的に通流させるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の遷臨界サイクルにおける冷媒蒸気圧縮システムの動作方法。
【請求項２８】
第４の動作モードにおいて、前記冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ前記冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させることによって、前記フラッシュタンク内の前記亜臨界圧力を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の遷臨界サイクルにおける冷媒蒸気圧縮システムの動作方法。
【請求項２９】
冷媒圧縮装置と、該圧縮装置の下流側に配置された冷媒放熱用熱交換器と、該冷媒放熱用熱交換器の下流側に配置された冷媒吸熱用熱交換器と、前記冷媒放熱用熱交換器の下流側でかつ前記冷媒吸熱用熱交換器の上流側に配置された１次膨張装置と、を備えた主冷媒回路と、
前記主冷媒回路において、前記冷媒放熱用熱交換器の下流側でかつ前記１次膨張装置の上流側に配置され、分離チャンバを画定するフラッシュタンクであって、該分離チャンバにおいて、液体状態の冷媒が、前記分離チャンバの下部に集まり、蒸気状態の冷媒が、前記分離チャンバ内の前記液体状態の冷媒よりも上方の部分に集まる、フラッシュタンクと、
前記主冷媒回路の前記フラッシュタンクの上流側に設けられ、該フラッシュタンクと関連して動作する２次膨張装置と、
前記分離チャンバの上部と、前記圧縮装置の中間圧力段および前記主冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている冷媒蒸気噴射ラインと、
前記分離チャンバの下部と、前記圧縮装置の中間圧力段および前記主冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている液体冷媒噴射ラインと、
を備えた輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３０】
制御システムをさらに備え、該制御システムは、前記主冷媒回路の前記圧縮プロセスの中間圧力段または前記主冷媒回路の吸入圧力部へ噴射するために、前記フラッシュタンクから前記冷媒蒸気噴射ラインを通して冷媒蒸気を選択的に導き、前記主冷媒回路の前記圧縮プロセスの中間圧力段または前記主冷媒回路の吸入圧力部へ噴射するために、前記フラッシュタンクから前記液体冷媒噴射ラインを通して液体冷媒を選択的に導くことを特徴とする請求項２９に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３１】
前記制御システムは、前記冷媒蒸気噴射ラインおよび／または前記液体冷媒噴射ラインと関連して動作するコントローラおよび複数の流れ制御弁を備え、該コントローラは、前記複数の流れ制御弁の各々の開位置と閉位置との間で、該複数の流れ制御弁の各々の位置を選択的に制御することを特徴とする請求項３０に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３２】
前記圧縮装置の中間圧力段と前記冷媒回路の吸入圧力部とを連通させているコンプレッサアンローダバイパスラインをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３３】
前記コンプレッサアンローダバイパスラインは、前記冷媒蒸気噴射ラインの下流側の延長部と、前記液体冷媒噴射ラインの下流側の延長部とを形成することを特徴とする請求項３２に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３４】
前記冷媒蒸気噴射ラインの上流部に配置された第１の流れ制御弁と、
前記液体冷媒噴射ラインの上流部に配置された第２の流れ制御弁と、
前記コンプレッサアンローダバイパスラインにおいて前記圧縮装置の中間圧力段の冷媒流に対し上流側に配置された第３の流れ制御弁と、
前記コンプレッサアンローダバイパスラインにおいて前記主冷媒回路の吸入圧力部の冷媒流に対し上流側に配置された第４の流れ制御弁と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３５】
前記第１の流れ制御弁、前記第２の流れ制御弁、前記第３の流れ制御弁および前記第４の流れ制御弁の各々は、第１の開位置および第２の閉位置を備えたソレノイド弁からなることを特徴とする請求項３４に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３６】
吸入調節弁をさらに備え、該吸入調節弁は、前記コントローラによって動作的に制御され、前記主冷媒回路において前記冷媒加熱用熱交換器の下流側でかつ前記圧縮装置の上流側に配置されることを特徴とする請求項３４に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３７】
前記システムは、遷臨界サイクルで動作することを特徴とする請求項３０に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３８】
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項３７に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３９】
前記圧縮装置は、スクロールコンプレッサであることを特徴とする請求項３０に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項４０】
第１の冷媒流路が第２の冷媒流路と熱交換するように設けられた冷媒対冷媒熱交換器をさらに備え、前記第１の冷媒流路は、前記主冷媒回路において前記冷媒放熱用熱交換器と前記２次膨張装置との間に配置され、前記第２の冷媒流路は、前記主冷媒回路において前記冷媒吸熱用熱交換器と前記圧縮装置との間に配置されることを特徴とする請求項３０に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項４１】
前記圧縮装置は、スクリューコンプレッサからなることを特徴とする請求項３０に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項４２】
前記圧縮装置は、往復動型コンプレッサからなることを特徴とする請求項３０に記載の輸送冷凍システムと組み合わせて使用される冷媒蒸気圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷媒蒸気圧縮システムに関し、特に、遷臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムの効率および容量の双方を同時に改善し、冷媒蒸気圧縮システムの冷媒充填管理を向上させることに関する。
【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、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へ供給する空気の調和のために一般に用いられている。また、冷媒蒸気圧縮システムは、商業施設における、ショーケース、陳列棚、冷凍キャビネット、低温室、あるいは他の生鮮／冷凍製品貯蔵エリアに冷却空気を供給するためにも広く用いられている。
【０００３】
冷媒蒸気圧縮システムは、さらに、輸送冷凍システムにおいても、トラック、鉄道、船、あるいは複合輸送により生鮮／冷凍製品を輸送するために、トラック、トレーラ、コンテナ等の温度制御貨物スペースへ供給する空気の冷却に広く用いられている。輸送冷凍システムと組み合わせて用いられる冷媒蒸気圧縮システムでは、広範囲な動作負荷条件や広範囲な外部周囲条件に亘って貨物スペース内の製品を所望の温度に維持するように冷媒蒸気圧縮システムが動作しなければならないことから、一般に、その運転条件はより過酷なものとなる。貨物を制御することが必要な所望の温度は、保存する貨物の性質に応じて、広範囲に亘って異なるものとなる。冷媒蒸気圧縮システムは、外気温の下で貨物スペースに入れられた製品の温度を素早く引き下げるだけの十分な容量を有するだけでなく、輸送中に安定した製品温度を維持する際に、低い負荷で効率よく運転できなければならない。さらに、輸送用冷媒蒸気圧縮システムは、固定式の冷媒蒸気圧縮システムでは経験することがない振動や動きに晒される。
【０００４】
伝統的に、一般的な冷媒蒸気圧縮システムは、通常では、亜臨界冷媒圧力で動作し、一般に、コンプレッサと、コンデンサと、エバポレータと、冷媒の流れとして上記エバポレータの上流でかつコンデンサの下流に配置された膨張装置（通常は膨張弁）と、を含んでいる。これらの基本的な冷媒システム構成要素は、冷媒閉回路となるように冷媒ラインで接続されるとともに、公知の冷媒蒸気圧縮サイクルに沿って配置され、かつ特定の冷媒を用いて亜臨界圧力範囲で運転される。亜臨界範囲で動作する冷媒蒸気圧縮システムには、一般に、フロン冷媒、例えば、これに限定するものではないが、Ｒ２２のようなヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）が充填され、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃのようなヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）がさらに一般的である。
【０００５】
現在の市場では、ＨＦＣ冷媒に代えて空調装置や輸送冷凍システムに使用するために、二酸化炭素のような「自然」冷媒に注目が集まっている。しかしながら、二酸化炭素は臨界温度が低いので、冷媒として二酸化炭素を充填した冷媒蒸気圧縮システムの多くは、遷臨界圧力方式で動作するように設計されている。亜臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムにおいては、コンデンサおよびエバポレータとなる熱交換器の双方は、冷媒の臨界点未満の冷媒温度および圧力で動作する。しかしながら、遷臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムにおいては、エバポレータは、亜臨界範囲の冷媒温度および圧力で動作するが、放熱用熱交換器（これはコンデンサではなく、むしろガスクーラとなる）は、冷媒の臨界点を超える冷媒温度および圧力で動作する。従って、遷臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムにおいては、ガスクーラ内の冷媒圧力とエバポレータ内の冷媒圧力との圧力差が、亜臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムにおけるコンデンサ内の冷媒圧力とエバポレータ内の冷媒圧力との圧力差に比べて、かなり大きいことが特徴的である。
【０００６】
また、冷媒蒸気圧縮システムの容量の増加のために、エコノマイザを冷媒回路に組み込むことも広く実施されている。例えば、あるシステムにおいては、冷媒対冷媒の熱交換器がエコノマイザとして冷媒回路に組み込まれる。特許文献１は、エコノマイザとして冷媒対冷媒の熱交換器を冷媒回路に組み込んでなる輸送冷凍ユニット用の亜臨界冷媒蒸気圧縮システムを開示している。また、この開示されたシステムは、コンプレッサの吸入口へと流れる冷媒流を絞るための吸入調節弁（ＳＭＶ）と、コンプレッサの容量を制御するための中間圧力−吸入圧力アンローダ回路と、を備えている。特許文献２は、一般的なエコノマイザ／液体−吸入熱交換器が、冷媒が直列に流れる関係でもって、冷媒回路においてコンデンサの下流側でかつエバポレータの上流側に配置された冷媒蒸気圧縮システムを開示している。この一般的な熱交換器は、種々のバイパスラインを介して、該バイパスラインに対応した種々の開／閉ソレノイド弁を操作することによって、エコノマイザ熱交換器または液体−吸入熱交換器として動作することができる。
【０００７】
特許文献３は、第１の冷媒対冷媒熱交換器エコノマイザと、第２の冷媒対冷媒熱交換器エコノマイザとが、冷媒回路のコンデンサとエバポレータとの間に直列に配置された亜臨界冷凍システムを開示している。コンデンサからエバポレータへと主冷媒回路を流れる冷媒は、第１の冷媒対冷媒熱交換器の第１の流路と第２の冷媒対冷媒熱交換器の第１の流路とを直列に流れてから、主冷媒回路における単一のエバポレータ膨張弁を横切り、その後、エバポレータへ流入する。コンデンサから流れる冷媒の第２の部分は、主冷媒回路から分岐し、補助膨張弁を通り、かつ第１の冷媒対冷媒熱交換器の第２の流路を通った後に、圧縮プロセスの高圧段に噴射される。コンデンサから流れる冷媒の第３の部分は、主冷媒回路から分岐し、別の補助膨張弁を通り、かつ第２の冷媒対冷媒熱交換器の第２の流路を通った後に、圧縮プロセスの低圧段に噴射される。
【０００８】
あるシステムにおいては、フラッシュタンクエコノマイザが、冷媒回路のコンデンサとエバポレータとの間に組み込まれている。このような場合、コンデンサを出た冷媒が、感温式膨張弁あるいは電子膨張弁などからなる膨張装置を通して膨張した後に、フラッシュタンクに流入し、ここで、上記の膨張した冷媒が、液体冷媒成分と蒸気冷媒成分とに分離する。そして、冷媒の蒸気成分は、フラッシュタンクから圧縮プロセスの中間圧力段へと導かれる。冷媒の液体成分は、フラッシュタンクからシステムの主膨張弁を通してエバポレータへと導かれる。特許文献４は、フラッシュタンクエコノマイザを冷媒回路のコンデンサとエバポレータとの間に組み込んでなる亜臨界蒸気圧縮システムを開示している。特許文献５は、フラッシュタンクエコノマイザを冷媒回路のガスクーラとエバポレータとの間に組み込んでなる遷臨界冷媒蒸気圧縮システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６０５８７２９号明細書
【特許文献２】米国特許第７１１４３４９号明細書
【特許文献３】米国特許第６６９４７５０号明細書
【特許文献４】米国特許第５１７４１２３号明細書
【特許文献５】米国特許第６３８５９８０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特徴は、冷媒圧縮装置と、該圧縮装置の下流側に配置された冷媒冷却用熱交換器と、冷媒冷却用熱交換器の下流側に配置された冷媒加熱用熱交換器と、冷媒回路において冷媒冷却用熱交換器の下流側でかつ冷媒加熱用熱交換器の上流側に配置された１次膨張装置と、を有した主冷媒回路と、該主冷媒回路において冷媒放熱用熱交換器の下流側でかつ１次膨張装置の上流側に配置されたフラッシュタンクと、を備えた冷媒蒸気圧縮システムが設けられていることである。フラッシュタンクは、分離チャンバを画定し、該分離チャンバにおいて、液体状態の冷媒が、分離チャンバの下部に集まり、蒸気状態の冷媒が、分離チャンバ内の液体状態の冷媒よりも上方の部分に集まる。２次膨張装置が、主冷媒回路のフラッシュタンクの上流側に設けられ、該フラッシュタンクと関連して動作する。冷媒蒸気噴射ラインが、分離チャンバの上部と、圧縮装置の中間圧力段および主冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている。液体冷媒噴射ラインが、分離チャンバの下部と、圧縮装置の中間圧力段および主冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている。バイパスラインが、圧縮装置の中間圧力段と主冷媒回路の吸入圧力部との間に設けられ得る。
【００１１】
冷媒蒸気圧縮システムは、制御システムを備えることができ、該制御システムは、主冷媒回路の圧縮装置の中間圧力段または主冷媒回路の吸入圧力部へ噴射するために、フラッシュタンクから冷媒蒸気噴射ラインを通して冷媒蒸気を選択的に導き、主冷媒回路の圧縮装置の中間圧力段または主冷媒回路の吸入圧力部へ噴射するために、フラッシュタンクから液体冷媒噴射ラインを通して液体冷媒を選択的に導く。また、制御システムは、圧縮装置の中間圧力段から主冷媒回路の吸入圧力部へ、選択的に、もしくは上述の動作とともに、冷媒を導くこともできる。１つの実施例では、圧縮装置は、低圧用の第１圧縮段と、高圧用の第２圧縮段と、を少なくとも備えた単一のコンプレッサとすることができる。１つの実施例では、圧縮装置は、第１のコンプレッサおよび第２のコンプレッサとすることができ、第１のコンプレッサの吐出口と第２のコンプレッサの吸入口とが、主冷媒回路において冷媒の流れとして直列の関係に配置される。１つのコンプレッサ配置または２つのコンプレッサ配置では、各コンプレッサは、スクロールコンプレッサ、往復動型コンプレッサまたはスクリューコンプレッサとすることができる。
【００１２】
１つの実施例では、制御システムは、冷媒蒸気噴射ラインおよび／または液体冷媒噴射ラインと関連して動作するコントローラおよび複数の流れ制御弁を備えており、該コントローラは、複数の流れ制御弁の各々の開位置と閉位置との間で、複数の流れ制御弁の各々の位置を選択的に制御する。上記複数の流れ制御弁は、冷媒蒸気噴射ラインの上流部に配置された第１の流れ制御弁と、液体冷媒噴射ラインの上流部に配置された第２の流れ制御弁と、圧縮装置の中間圧力段の冷媒流に対し上流側でかつ第１の流れ制御弁および第２の流れ制御弁の両方の冷媒流に対し下流側となるように配置された第３の流れ制御弁と、主冷媒回路の吸入圧力部の冷媒流に対し上流側でかつ第１の流れ制御弁および第２の流れ制御弁の両方の冷媒流に対し下流側に配置された第４の流れ制御弁と、を備えることができる。１つの実施例では、コンプレッサアンローダバイパスラインは、冷媒蒸気噴射ラインおよび液体冷媒噴射ラインの両方の下流側の延長部を形成し、第３の流れ制御弁および第４の流れ制御弁は、コンプレッサアンローダバイパスラインに配置されている。１つの実施例では、第１の流れ制御弁、第２の流れ制御弁、第３の流れ制御弁および第４の流れ制御弁の各々は、第１の開位置および第２の閉位置を備えたソレノイド弁からなる。コントローラによって動作的に制御される吸入調節弁を、主冷媒回路において冷媒加熱熱交換器の下流側でかつ圧縮装置の上流側に配置することができる。
【００１３】
本発明の他の特徴は、２段圧縮プロセスで冷媒を超臨界状態に圧縮するステップと、冷却媒体と熱交換するように、超臨界状態に圧縮された冷媒を通流させるステップと、冷媒蒸気および液体冷媒を含む第１の膨張冷媒を形成するように、第１の膨張段階で、超臨界状態の冷媒を超臨界圧力へと膨張させるステップと、第１の膨張冷媒を冷媒蒸気部分と液体冷媒部分とに分離するステップと、液体冷媒を含む第２の膨張冷媒を形成するように、第２の膨張段階で、液体冷媒部分の少なくとも一部をより低い圧力へと膨張させるステップと、第２の膨張冷媒を気化させるステップと、圧縮プロセスの中間段または冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ第１の膨張冷媒の蒸気部分の一部を選択的に導くステップと、圧縮プロセスの中間段または冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ液体冷媒部分の一部を選択的に導くステップと、を含む遷臨界サイクルにおける冷媒蒸気圧縮システムの動作方法が設けられていることである。１つの実施例では、この方法は、圧縮プロセスの中間段から冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ冷媒を選択的にバイパスさせるステップも含む。
【００１４】
第１の動作モードでは、この方法は、圧縮プロセスの中間圧力段へ冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させるステップと、圧縮プロセスの中間圧力段または冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ液体冷媒部分を選択的に通流させないステップと、を含む。第２の動作モードでは、この方法は、圧縮プロセスの中間圧力段へ冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させるステップと、圧縮プロセスの中間圧力段へ液体冷媒部分の一部を同時に選択的に通流させるステップと、を含む。第３の動作モードでは、この方法は、冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させるステップと、冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ液体冷媒部分の一部を同時に選択的に通流させるステップと、を含む。第４の動作モードでは、この方法は、冷媒蒸気圧縮システムの吸入圧力部へ冷媒蒸気部分の一部を選択的に通流させることによって、冷媒が冷媒蒸気と液体冷媒とに分離されているフラッシュタンク内の亜臨界圧力を制御するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の冷媒蒸気圧縮システムの第１の例示的な実施例を示した概略図である。
【図２】本発明の冷媒蒸気圧縮システムの第２の例示的な実施例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１および図２には、生鮮品や冷凍品を輸送するトラック、トレーラ、コンテナ等の温度制御される貨物スペース内の空気や他のガス雰囲気を冷却する輸送冷凍システムでの使用に適した冷媒蒸気圧縮システム１０の実施例が図示されている。この冷媒蒸気圧縮システム１０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へ供給する空気の調和のための利用にも適している。また、この冷媒蒸気圧縮システムは、商業施設における、ショーケース、陳列棚、冷凍キャビネット、低温室、あるいは他の生鮮／冷凍製品貯蔵エリアへ供給される空気の冷却にも用いることができる。
【００１７】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、臨界温度が低い冷媒、例えば、これに限定するものではないが、二酸化炭素を用いた遷臨界サイクルでの動作に特に適している。しかし、冷媒蒸気圧縮システム１０は、臨界温度がより高い冷媒、例えば、一般に、ヒドロクロロフルオロカーボン冷媒やヒドロフルオロカーボン冷媒を用いた亜臨界サイクルでも動作することができることを理解されたい。冷媒蒸気圧縮システム１０は、マルチステップ型圧縮装置２０と、冷媒放熱用熱交換器４０と、冷媒吸熱用熱交換器（ここではエバポレータとも呼ぶ）５０と、例えば電子膨張弁や感温式膨張弁などからなるエバポレータ５０に関連して動作する１次膨張弁５５と、これらの構成要素を主冷媒回路として接続する種々の冷媒ライン２，４，６と、を備えている。
【００１８】
遷臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムでは、冷媒放熱用熱交換器４０は、ガスクーラを構成し、該ガスクーラを通して、超臨界の冷媒が、冷却媒体、例えば、これに限定するものではないが、周囲空気や水と熱交換する。本明細書では、冷媒放熱用熱交換器４０を、ガスクーラとも呼ぶことがある。亜臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムでは、冷媒放熱用熱交換器４０は、冷媒凝縮熱交換器を構成し、該熱交換器を通して、高温高圧の冷媒が、冷却媒体と熱交換する。図示した実施例では、冷媒放熱用熱交換器４０は、例えば、フィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルやフィン・フラットミニチャンネルチューブ型熱交換器からなるフィン・チューブ型熱交換器４２を備えており、ここを通る冷媒が、ガスクーラ４０に付随したファン４４によってフィン・チューブ型熱交換器４２を通して引き込まれる周囲空気と熱交換する。
【００１９】
冷媒吸熱用熱交換器５０は、エバポレータとして機能し、該エバポレータにおいて、ここを通る液体冷媒が、冷却すべき流体、最も一般的には、空気と熱交換する。この空気は、例えば、輸送冷凍用のトラック、トレーラあるいはコンテナの貨物ボックス、または、商業施設におけるショーケース、陳列棚、冷凍キャビネット、低温室あるいは他の生鮮／冷凍製品貯蔵エリア、もしくは、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である、温度制御環境２００から引き込まれるとともに温度制御環境２００へ戻される。図示した実施例では、冷媒吸熱用熱交換器５０は、フィン・チューブ型熱交換器５２を備えており、この熱交換器５２を通して、冷媒が、エバポレータ５０に付随したエバポレータファン５４によって冷凍貨物ボックス２００から引き込まれるとともに冷凍貨物ボックス２００に戻される空気と熱交換する。フィン・チューブ型熱交換器５２は、例えば、フィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルあるいはフィン・フラットミニチャンネルチューブ型熱交換器からなる。
【００２０】
圧縮装置２０は、冷媒を圧縮し、かつ後述するように主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、主冷媒回路に配置された単一の多段冷媒コンプレッサ、例えば、スクロールコンプレッサ、スクリューコンプレッサあるいは往復動型コンプレッサからなり、第１圧縮段２０ａおよび第２圧縮段２０ｂを備えている。第１圧縮段２０ａおよび第２圧縮段２０ｂは、冷媒の流れとして直列の関係となっており、第１圧縮段２０ａを出た冷媒が、さらに圧縮すべく第２圧縮段２０ｂに直接に流れる。また、圧縮装置２０は、主冷媒回路において冷媒ラインにより冷媒の流れとして直列の関係に接続された一対の独立したコンプレッサ２０ａ，２０ｂから構成されてもよく、上記冷媒ラインは、第１のコンプレッサ２０ａの吐出ポートを第２のコンプレッサ２０ｂの吸入ポートに連通させている。独立したコンプレッサの実施例では、コンプレッサ２０ａ，２０ｂは、スクロールコンプレッサ、スクリューコンプレッサ、往復動型コンプレッサ、ロータリコンプレッサ、あるいは他の形式のコンプレッサとすることができ、あるいはこれらのコンプレッサの組み合わせとすることもできる。図２に示した例示的な実施例では、コンプレッサ２０は、スクロールコンプレッサであり、該スクロールコンプレッサは、吸入口２２と、吐出口２４と、コンプレッサの圧縮チャンバの中間圧力段と直接に連通しているポート２６と、を備える。
【００２１】
本発明の冷媒蒸気圧縮システム１０は、さらに、フラッシュタンクエコノマイザ７０を備えており、主冷媒回路の冷媒ライン４において、冷媒の流れとしてガスクーラ４０の下流側でかつエバポレータ５０の上流側に配置されている。２次膨張装置６５が、冷媒ライン４において、フラッシュタンクエコノマイザ７０の上流側に配置されており、該フラッシュタンクエコノマイザ７０と関連して動作する。２次膨張装置６５は、図１および図２に示したような電子膨張弁、もしくは固定オリフィス膨張装置から構成することができる。２次膨張装置６５を通過した冷媒は、膨張して低圧となり、蒸気状態の冷媒と液体状態の冷媒との混合物となる。フラッシュタンクエコノマイザ７０は、分離チャンバ７２を画定し、この分離チャンバ７２において、液体状態の冷媒は、分離チャンバの下部に集まり、蒸気状態の冷媒は、分離チャンバ７２内の液体冷媒よりも上方の部分に集まる。
【００２２】
フラッシュタンクエコノマイザ７０の下部に集まった液体冷媒は、ここから冷媒ライン４を通して流れてから、主冷媒回路膨張弁５５を通過する。ここで、この膨張弁５５は、冷媒ライン４において、冷媒の流れとしてエバポレータ５０の上流側に配置されている。この１次膨張弁５５を液体冷媒が通過することにより、エバポレータ５０へ流入する前に、冷媒は膨張して低温低圧となる。エバポレータ５０は、冷媒蒸発用熱交換器であり、内部を通して流れる膨張した冷媒が冷却すべき空気と熱交換することで、冷媒は気化し、一般に過熱状態となる。一般的なものと同じく、１次膨張弁５５は、エバポレータ５０から出る冷媒蒸気中に液体が残存しないことを確実にすべくエバポレータ５０から出る冷媒蒸気の過熱度を所望のレベルに維持するように、冷媒ライン４を通る冷媒流を計量する。エバポレータ５０を出た低圧の冷媒蒸気は、冷媒ライン６を通して、図１に示した実施例の第１圧縮段あるいは第１のコンプレッサ２０ａの吸入ポートへ戻るか、もしくは図２に示した実施例のスクロールコンプレッサ２０の吸入口２２へ戻る。
【００２３】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、さらに、冷媒蒸気噴射ライン１４および液体冷媒噴射ライン１８を備えている。冷媒蒸気噴射ライン１４は、フラッシュタンクエコノマイザ７０の分離チャンバ７２の上部と、圧縮プロセスの中間段および冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている。液体冷媒噴射ライン１８は、一般には、フラッシュタンク７０の下流でかつ１次膨張弁５５の上流において冷媒ライン４から分岐することにより、フラッシュタンク７０の分離チャンバ７２の下部と、圧縮プロセスの中間段および冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている。
【００２４】
図１に示した冷媒蒸気圧縮システム１０の例示的な実施例では、圧縮プロセスの中間圧力段への冷媒蒸気または液体冷媒の噴射は、冷媒蒸気または液体冷媒を、単一のコンプレッサの第１圧縮段２０ａから第２圧縮段２０ｂへと流れる冷媒に噴射するか、もしくは第１のコンプレッサ２０ａの吐出口から第２のコンプレッサ２０ｂの吸入口へと流れる冷媒に噴射することによって達成され得る。図２に示した冷媒蒸気圧縮システム１０の例示的な実施例では、圧縮プロセスの中間圧力段への冷媒蒸気または液体冷媒の噴射は、冷媒蒸気または液体冷媒を、中間圧力ポート２６を通してスクロールコンプレッサ２０の圧縮チャンバに噴射することによって達成され得る。
【００２５】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、さらに、コンプレッサアンローダバイパスライン１６を備えることができ、このバイパスライン１６は、圧縮装置２０の中間圧力段と冷媒回路の吸入圧力部とを連通させている。なお、上述したように、上記吸入圧力部は、エバポレータ５０の出口と圧縮装置２０の吸入口との間に延びる冷媒ライン６を構成している。図１および図２に示した例示的な実施例では、冷媒蒸気噴射ライン１４の上流部および液体冷媒噴射ライン１８の上流部の両方が、コンプレッサアンローダバイパスライン１６と連通しており、このバイパスライン１６が、冷媒蒸気噴射ライン１４および液体冷媒噴射ライン１８の両方の下流側の延長部を形成している。
【００２６】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、図１および図２に示したように、冷媒蒸気をフラッシュタンク７０から冷媒蒸気噴射ライン１４を通して、もしくは液体冷媒をフラッシュタンク７０から液体冷媒噴射ライン１８を通して、選択的に導くための冷媒蒸気圧縮システム１０と関連して動作する制御システムを備えることができる。これにより、冷媒蒸気または液体冷媒は、主冷媒回路の圧縮プロセスの中間圧力段、即ち第１圧縮段あるいは第１のコンプレッサ２０ａと、第２圧縮段あるいは第２のコンプレッサ２０ｂとの間に噴射されるか、もしくは主冷媒回路の吸入部を形成する冷媒ライン６に噴射される。冷媒蒸気圧縮システム１０の実施例では、制御システムは、冷媒蒸気噴射ライン１４および／または液体冷媒噴射ライン１８と関連して動作するコントローラ１００および複数の流れ制御装置を備えている。動作時には、コントローラ１００は、冷媒蒸気噴射ライン１４および液体冷媒噴射ライン１８を通して冷媒流を選択的に導くように、流れ制御装置の開位置と閉位置との間で、複数の流れ制御装置の各々の位置を選択的に制御する。
【００２７】
図１および図２に示した実施例では、制御システムは、冷媒蒸気噴射ライン１４の上流部に配置された第１の流れ制御装置７３と、該第１の流れ制御装置７３と圧縮プロセスの中間圧力段との間においてコンプレッサアンローダバイパスライン１６に配置された第２の流れ制御装置９３と、液体冷媒噴射ライン１８の上流部に配置された第３の流れ制御装置５３と、該第３の流れ制御装置５３と冷媒ライン６との間においてコンプレッサアンローダバイパスライン１６に配置された第４の流れ制御装置８３と、を備えている。上記の流れ制御装置５３，７３，８３，９３の各々は、流れ制御弁を配置した冷媒ラインを冷媒流が通流することができる開位置と、流れ制御弁を配置した冷媒ラインを冷媒流が通流しない閉位置との間で、選択的に位置決め可能な流れ制御弁から構成することができる。１つの実施例では、流れ制御弁の各々は、コントローラ１００によって制御することにより、第１の開位置と第２の閉位置との間で選択的に位置決め可能な２つの位置を備えたソレノイド弁から構成されている。
【００２８】
コントローラ１００は、冷媒蒸気噴射ライン１４および液体冷媒噴射ライン１８を通して冷媒流を選択的に導くように、種々の流れ制御弁５３，７３，８３，９３の動作を制御するだけでなく、電子膨張弁５５，６５、圧縮装置２０およびファン４４，５４の動作も制御することができる。一般的なものと同じく、コントローラ１００は、周囲条件を監視することに加えて、システムの選択された位置に配置され、かつコントローラ１００と関連して動作する種々のセンサによって、様々な動作パラメータも監視する。例えば、図１および図２に示した例示的な実施例では、圧力センサ１０２が、フラッシュタンク７０内の圧力を検知するために、フラッシュタンク７０と関連して動作するように配置されており、温度センサ１０３および圧力センサ１０４が、冷媒の吸入側の温度および吸入側の圧力をそれぞれ検知するために設けられており、温度センサ１０５および圧力センサ１０６が、冷媒の吐出側の温度および吐出側の圧力をそれぞれ検知するために設けられている。圧力センサ１０２，１０４，１０６は、一般的な圧力センサ、例えば、圧力変換器とすることができ、温度センサ１０３，１０５は、一般的な温度センサ、例えば、熱電対やサーミスタとすることができる。
【００２９】
吸入調節弁（ＳＭＶ）２３が、冷媒ライン６においてエバポレータ５０の出口と圧縮装置２０の吸入口との間に配置され得る。図１および図２に示した例示的な実施例では、吸入調節弁２３は、冷媒ライン６において、エバポレータ５０の出口と、コンプレッサアンローダバイパスライン１６が冷媒ライン６と交わる点との間に位置決めされる。流れ制御弁５３，７３，８３，９３の場合と同様に、吸入調節弁２３の動作は、コントローラ１００によって制御される。冷媒システム１０の冷却容量を制御するために、冷媒ライン６を通して圧縮装置２０の吸入口へと流れる冷媒流を増減させることが必要な場合に、コントローラ１００は、吸入調節弁２３を調節する。１つの実施例では、吸入調節弁２３は、パルス幅変調ソレノイド弁からなる。
【００３０】
図２に示した実施例では、冷媒蒸気圧縮システム１０は、吐出圧力対吸入圧力熱交換器６０を備えている。熱交換器６０は、主冷媒回路の冷媒ライン４において、ガスクーラ４０と２次膨張装置６５との間に配置された第１の流路６２と、主冷媒回路の冷媒ライン６において、エバポレータ５０の下流に位置し、かつ第１の流路６２と熱交換するように配置された第２の流路６４と、を備えている。ガスクーラ４０を通過した高圧の冷媒蒸気が、第１の流路６２を通過して、エバポレータ５０を通過した吸入圧力の冷媒蒸気と熱交換する。これにより、冷媒ライン４を通過する高圧の冷媒蒸気は冷却され、冷媒ライン６を通過する低圧の冷媒蒸気は加熱される。このような付加的な冷却によって、２次膨張装置６５を通して膨張する前に、高圧冷媒のエンタルピが低下する。したがって、膨張後にフラッシュタンク７０に集まった液体冷媒に対する冷媒蒸気の比が減少し、噴射ポート２６を通してスクロールコンプレッサ２０の圧縮チャンバに噴射される冷媒蒸気がより少なくなる。このように、フラッシュタンク７０に集まった冷媒の質を制限することによって、スクロールコンプレッサの電力要求が下がる。また、低圧の冷媒蒸気をさらに加熱することによって、冷媒蒸気中に残っていた液体が気化し、冷媒蒸気が、圧縮装置２０の第１圧縮段あるいは第１のコンプレッサ２０ａの吸入口に流入する前に、過熱状態となることが確実になる。
【００３１】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、負荷要求および周囲条件に応じて選択された動作モードで動作され得る。コントローラ１００は、周囲条件および様々な検知システム制御に応じて望ましい動作モードを確定し、種々の流れ制御弁を位置決めする。標準的な非エコノマイザモードつまり標準サイクルで、冷媒蒸気圧縮システム１０を動作させるために、コントローラ１００は、流れ制御弁５３，７３，８３，９３の各々を閉じる。これにより、冷媒は、主冷媒回路のみを通して循環する。即ち、冷媒ライン２，４，６を通して、圧縮装置２０ａの吐出口から、ガスクーラ４０と、２次膨張装置６５と、この標準モードにおいてはレシーバとしてのみ機能するフラッシュタンク７０と、１次膨張弁５５と、エバポレータ５０と、吸入調節弁２３と、を順番に通過してから圧縮装置２０ａの吸入口へと戻る。
【００３２】
非エコノマイザモードでは、コントローラ１００は、センサ１０２が検知した圧力に応答して、流れ制御弁５３，９３を閉じた状態で、流れ制御弁７３，８３を選択的に開き、フラッシュタンク７０から冷媒蒸気噴射ライン１４およびコンプレッサアンローダバイパスライン１６の一部を通して冷媒ライン６へと冷媒蒸気を導くことによって、フラッシュタンク７０内の圧力を制御する。また、非エコノマイザモードでは、コントローラ１００は、温度センサ１０５が検知した吐出側の高い温度に応答して、上記の弁調整構成とともに、弁５３を断続的に開け、冷媒ライン１８およびコンプレッサアンローダバイパスライン１６の一部を通して少量の液体を導くことによって、吸入側の冷媒流の過熱状態を低減する。
【００３３】
コントローラ１００は、流れ制御弁５３，８３を閉じるとともに流れ制御弁７３，９３を開くことによって、エコノマイザモードで冷媒蒸気圧縮システム１０を動作させることができる。これにより、冷媒は、主冷媒回路だけでなく冷媒蒸気噴射ラインも通過して圧縮装置２０ａの中間圧力段へと循環する。主冷媒回路を通過する冷媒は、冷媒ライン２，４，６を通して、圧縮装置２０ａの吐出口から、ガスクーラ４０と、２次膨張装置６５と、このエコノマイザモードにおいてはエコノマイザおよびレシーバとして機能するフラッシュタンク７０と、１次膨張弁５５と、エバポレータ５０と、吸入調節弁２３と、を順番に通過してから圧縮装置２０ａの吸入口へと戻る。流れ制御弁７３，９３が開いているときには、冷媒蒸気は、フラッシュタンク７０から冷媒蒸気噴射ライン１４およびコンプレッサアンローダバイパスライン１６の一部を通して圧縮装置２０の中間圧力段へと流れることになり、標準的な動作サイクルにエコノマイザサイクルを付加したものとなる。
【００３４】
このエコノマイザサイクルでは、コントローラ１００は、温度センサ１０５が検知した吐出側の高い温度、もしくは圧力センサ１０６が検知した吐出側の高い圧力に応答して、流れ制御弁８３を閉じながら流れ制御弁５３，７３，９３を選択的に開くことによって、冷媒ライン１４に冷媒蒸気を通過させるとともに冷媒ライン１８に液体冷媒を通過させて、コンプレッサアンローダバイパスライン１６へ同時に冷媒蒸気および液体冷媒を流入させ、圧縮装置２０ａの中間圧力段へと導く。
【００３５】
さらに、コントローラ１００は、流れ制御弁５３，７３を閉じるとともにコンプレッサアンローダバイパスライン１６の流れ制御弁８３，９３の両方を開くことによって、あらゆる動作モードで圧縮装置２０の負荷を軽減することができる。流れ制御弁８３，９３の両方が開いているときには、冷媒は、圧縮プロセスの中間段からコンプレッサアンローダバイパスラインを通して冷媒ライン６へと流れ、圧縮装置の吸込側へ直接に戻る。したがって、冷媒は、第２圧縮段あるいは第２のコンプレッサ２０ａをバイパスし、圧縮装置２０の負荷は軽減される。コンプレッサアンローダバイパスライン１６を通したコンプレッサ２０のこのような負荷軽減は、コンプレッサの吐出側の高い冷媒温度に応答して実施されるか、もしくは容量の減少やコンプレッサの電力の減少のために実施され得る。さらに容量を減少させる必要がある場合には、コントローラ１００は、吸入調節弁２３を調節することもできる。
【００３６】
当業者は、本明細書で説明された特定の例示的な実施例に多くの変更がなされ得ることを理解するであろう。例えば、冷媒蒸気圧縮システムは、上述された遷臨界サイクルではなく亜臨界サイクルで動作することもできる。本発明では、図に示した例示的な実施例について特に図示して説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって画定された本発明の真意および範囲を逸脱することなく、詳細の様々な変更が実施され得ることを理解するであろう。
【図１】
2010525292.tif 000003
【図２】
2010525292.tif 000004
【国際調査報告】
2010525292.tif 000005