(57)【要約】  本発明は、第１および第２のプレート空間（１）が形成されるような方法で、互いと接合され、並んで配置される多くの第１および第２の熱交換プレート（Ａ、Ｂ）を含むプレートパッケージ（Ｐ）を含むプレート式熱交換器に関する。少なくとも２つの噴射器が設けられ、各々の噴射器は、第１の流体を、少なくとも１つのプレートパッケージ（Ｐ）の第１のプレート空間（１）のうちの１つに供給するように配置され、少なくとも１つの弁は、第１の流体の少なくとも２つの噴射器への供給を制御するように配置される。
2015520355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器の運転の動的制御のためのシステムであって、蒸発器（５４）と、複数の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）と、センサ装置（２８）と、制御装置（５７）とを備え、
前記蒸発器（５４）は、出口（１３）と、複数の流体通路（３）と、流体を前記複数の流体通路（３）を介して前記出口（１３）へと前記流体の蒸発の間に供給するための少なくとも１つの入口（２６ａ、２６ｂ）と、を備え、
各々の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）は、少なくとも１つの噴射器（２３ａ、２３ｂ）と、少なくとも１つの弁（２２ａ、２２ｂ）とを備え、各々の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）は、前記流体の流れを前記流体通路（３）のうちの少なくとも１つへと、前記蒸発器（５４）の前記少なくとも１つの入口（２６ａ、２６ｂ）を介して供給するように配置され、
前記センサ装置（２８）は、前記蒸発された流体の温度（Ｔｍ）および圧力（Ｐｍ）、または、前記蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を測定するために配置され、
前記蒸発器（５４）が設定点過熱値（ＴｓｈＴ）に向かって運転するために、前記弁（２２ａ、２２ｂ）が、前記センサ装置（２８）から受信される情報に基づいて、各々の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）によって前記蒸発器（５４）の各々の流体通路（３）へと供給される流体の量を制御するように、前記制御装置（５７）は、前記噴射装置（２５ａ、２５ｂ）の前記弁（２２ａ、２２ｂ）と通信するように配置されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
噴射装置（２５ａ、２５ｂ）の各々の噴射器（２３ａ、２３ｂ）が１つの弁（２２ａ、２２ｂ）と通信するように配置され、または、噴射装置（２５ａ、２５ｂ）の複数の噴射器（２３ａ、２３ｂ）が１つの弁（２２ａ、２２ｂ）と通信するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
各々の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）が１つの流体通路（３）と連通するように配置されるか、または、各々の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）が少なくとも２つの流体通路（３）と連通するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記センサ装置（２８）は、前記蒸発器の前記出口（１３）を圧縮機（１４）の入口に接続する管システム（１５）に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御装置（５７）は、ＰＩ調節器またはＰＩＤ調節器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記蒸発器（５４）は、プレート式熱交換器（１）であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサ装置（２８）は、少なくとも１つの温度センサ（３０）と少なくとも１つの圧力センサ（２９）とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を測定するために配置された前記センサ装置（２８）は、少なくとも１つの温度センサ（３０）であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
蒸発器（５４）の運転の動的制御のための方法であって、前記蒸発器は、少なくとも１つの入口（２６ａ、２６ｂ）と、複数の流体通路（３）と、出口（１３）とを備え、前記蒸発器（５４）は、センサ装置（２８）と、制御装置（５７）と、複数の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）とをさらに備えるシステムに含まれ、各々の噴射装置は、少なくとも１つの噴射器（２３ａ、２３ｂ）と、少なくとも１つの弁（２２ａ、２２ｂ）と、を備え、それによって前記方法は、
ａ）前記蒸発器（５４）の入口（２６ａ、２６ｂ）を介して、所定の量の流体を、前記蒸発器の前記出口（１３）への前記流体の通過の間の前記流体の蒸発のために、第１の噴射装置（２５ａ）によって、第１の流体通路（３）へと供給するステップと、
ｂ）前記蒸発された流体の温度および圧力（Ｔｍ、Ｐｍ）、または、前記蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を前記センサ装置（２８）によって測定するステップと、
ｃ）設定点過熱値（ＴｓｈＴ）と、前記蒸発された流体の前記温度（Ｔｍ）および前記圧力（Ｐｍ）の測定値との間の差ΔＴ、または、前記所定の量の供給された流体から生じる前記蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を前記制御装置（５７）によって決定するステップと、
ｄ）前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）によって、前記設定点過熱値（ＴｓｈＴ）に到達するのに必要とされる前記第１の流体通路（３）へと供給される流体の調節される量を、前記制御装置によって決定するステップと、
ｅ）前記蒸発器が前記設定点過熱値（ＴｓｈＴ）に向かって運転するために、前記蒸発器（５４）の運転の連続制御を提供する目的のために、ステップａ）〜ｄ）を各々の連続する噴射装置（２５ｂ）と前記蒸発器（５４）の各々の流体通路（３）とに連続して繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記システムは、ステップａ）を開始する前、所定の運転負荷における時間の期間の間に運転されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記制御装置（５７）によって、前記測定された圧力（Ｐｍ）を飽和温度（Ｔｓ）へと変換するステップと、
温度および圧力が測定された特定の時点において支配的な実過熱温度差（ＴｓｈＡ）を、前記測定された温度（Ｔｍ）を前記飽和温度（Ｔｓ）と比較することで決定するステップと、
設定点過熱温度（ＴｓｈＴ）である設定点過熱値と実過熱温度差（ＴｓｈＡ）との間の温度差（ΔＴ）を決定し、前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）によって前記第１の流体通路（３）へと供給される流体の量のあらゆる調節に対する必要性を、前記温度差（ΔＴ）に基づいて決定するステップと、
それにより前記第１の噴射装置（２５ａ）によって前記第１の流体通路（３）へと供給される流体の量を調節するために、前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）に命令するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサ装置（２８）は湿度センサ（２８；３０）であり、それによって前記方法は、
前記センサ（２８；３０）が、前記制御装置（５７）によって受信されると共に前記蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を指示する信号を生成する場合、前記第１の流体通路（３）へと供給される流体の量を減少するために前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）に命令するステップ、または、
前記センサ（２８；３０）が、前記制御装置（５７）によって受信されると共に前記蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の非存在を指示する信号を生成する場合、前記第１の流体通路（３）へと供給される流体の量を増加するために前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）に命令するステップ、
をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサ装置（２８）は少なくとも２つの湿度センサ（２８；３０）を備え、それによって前記方法は、
前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）に、前記第１の流体通路（３）へと供給される流体の量を増加、減少、または維持するように命令するかどうかを決定するために、前記少なくとも２つのセンサ（２８；３０）から前記制御装置（５７）によって受信されると共に前記蒸発された流体における液体内容物の存在または非存在を指示する信号同士を比較するステップと、
それにより前記第１の噴射装置（２５ａ）によって前記第１の流体通路（３）へと供給される流体の量を調節するために、前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）に命令するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
ステップｅ）へと続く前に、前記決定された流体の調節される量を前記第１の噴射装置（２５ａ）の前記弁（２２ａ）へと伝え、調節された量の流体を供給するために前記弁（２２ａ）を調節するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記決定された流体の調節される量を各々の噴射装置（２５ａ、２５ｂ）の前記弁（２２ａ、２２ｂ）へと伝え、調節された量の流体を前記蒸発器（５４）のすべての流体通路（３）へと供給するために前記弁（２２ａ、２２ｂ）を調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記蒸発器（５４）の運転が前記設定点過熱値（ＴｓｈＴ）に合致する運転負荷へと運転されたとき、前記蒸発器が調節された設定点過熱値（ＴｓｈＴ）に向かって運転するために、前記蒸発器（５４）の運転の連続制御を提供する目的のために、前記設定点過熱値（ＴｓｈＴ）を調節してから請求項９の前記方法を繰り返すステップをさらに含むことを特徴とする請求項９から１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、蒸発器の運転の動的制御のためのシステムに言及する。さらに、本発明は、蒸発器の運転の動的制御のための方法に言及する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、概して、蒸発器を備えるシステム、具体的には、プレート式熱交換器の形態の蒸発器に言及する。概して、蒸発器は、空調、冷却システム、ヒートポンプシステムなどの様々な用途のための、冷却剤などの流体の蒸発のために設計されている。したがって、蒸発器は、流体を液体の形態と共に気体状または蒸発された形態で取り扱う二相システムで用いられ得る。
【０００３】
プレート式熱交換器である蒸発器の場合、これは、例として、多くの第１の熱交換プレートと第２の熱交換プレートとを具備するプレートパッケージを備え得る。それらプレートは、第１の流体通路を形成する第１のプレート空間が、隣り合う第１の熱交換プレートおよび第２の熱交換プレートの各々の対の間に形成され、また、第２の流体通路を形成する第２のプレート空間が、隣り合う第２の熱交換プレートおよび第１の熱交換プレートの各々の対の間に形成されるような方法で、永久的に互いと接合され、並んで配置される。第１のプレート空間および第２のプレート空間は、互いから分離され、プレートパッケージにおいて交互の順番で並んで設けられる。実質的に、各々の熱交換プレートは、少なくとも第１のポート穴と第２のポート穴とを有し、そこで、第１のポート穴は第１のプレート空間への第１の入口通路を形成し、第２のポート穴は第１のプレート空間からの第１の出口通路を形成し、また、プレートパッケージは、第１のプレート空間の各々に対して別々の空間を含み、その空間は第２のプレート空間に対して閉じられている。
【０００４】
二相システムで用いられるこの一般的な先行技術のプレート式熱交換器において、冷却剤などの第１の流体は、第１の入口通路に沿ってのさらなる分配のために、液体の形態で弁に導入されるが、圧力低下によって弁を通過するときに膨張して、第１の入口通路の一端、つまり、第１のポート穴において一部蒸発された流体になり、蒸発された形態への蒸発の間に、個々の第１のプレート空間の各々へとさらに導入される。供給される流体のエネルギー含量が大き過ぎるという危険性が常にあり、それによって、入口通路にその入口ポートを介して供給される流れの一部は、入口通路の後端に接触し、それによって反対方向に反射されることになる。それによって、入口通路の流れは非常に混沌としており、予測および制御するのが難しい。
【０００５】
さらに、冷却剤の圧力低下は、入口から第１の入口通路までの距離と共に増加する可能性があり、それによって、個々のプレート空間同士の間での第１の流体の分配が影響されることになる。第１の流体の液滴が第１の入口通路から個々のプレート空間に入るとき、第１の流体の液滴が受けるはずである角度流れ変化が、不均一な分配に寄与することが知られている。さらに別の影響を与えるパラメータは、個々の第１のプレート空間同士の間の寸法上の差異であり、結果的に、各々の第１のプレート空間が特有の効率を持つことになってしまう。また、個々の第１のプレート空間の作用および性能は、プレートパッケージにおけるその位置に依存することも知られている。プレートパッケージの各側方における最も外側の第１のプレート空間は、プレートパッケージの中間にある第１のプレート空間と異なる作用をする傾向がある。
【０００６】
この結果、全体として蒸発器の運転および効率を最適化し、蒸発器に供給されるすべての流体が、蒸発器の出口を出て行く前に、特には、蒸発器の出口の下流に配置される圧縮機の入口に到達する前に、完全に蒸発されることを確保することは、非常に難しいか、または、不可能ですらある。実際、全体としての蒸発器の不十分な蒸発に対して、１つの機能不全の第１のプレート空間が生じれば十分である。例として、単一の第１のプレート空間が満液とされる場合、つまり、そこに供給される流体の全部の量を蒸発できない場合、液滴が蒸発器の出口の下流に発生することになる。概して、蒸発された流体が過熱温度差に到達したに違いない完全に蒸発された手段によって、蒸発された流体は、乾燥する蒸発された流体のみを含む。つまり、蒸発された流体は、支配的な圧力における飽和温度よりも高い温度を有していなければならない。
【０００７】
運転負荷に拘わらずできるだけ過熱設定点温度に近づけるように蒸発器を運転する目的は、できるだけ高い利用率を得るという重要性のためである。したがって、経済的な重要性のためである。さらに、圧縮機など、蒸発器と協働する他の構成要素への影響があり、それは、圧縮機が液体内容物に対して通常は敏感であるためである。圧縮機の入口に到達するときに蒸発された流体に残っているあらゆる液滴が、圧縮機に損害を与える可能性がある。また、流体が過熱温度差に到達するとすぐに流体は完全に乾燥し、温度を追加的に増加することに実質的な利益はないため、蒸発器をできるだけ過熱温度差に近づけるように運転することの経済的な関心がある。上記の過熱温度設定点は、圧縮機へと液体を受け入れさせてしまう危険性に対して、ある望ましい安全マージンを取り入れるために、システム製造者によって決定される。上記で検討された問題は、蒸発器の負荷が変化されるときにより顕著となる。これは、例として、空調システムの運転負荷を、蒸発器に供給される流体の量が変化されることを意味する、ある温度から別の温度へと変更するときの場合であり得る。
【０００８】
特許文献１および特許文献２は、少なくとも２つの蒸発器の間での冷媒の分配を、空気加熱される蒸発器の冷凍能力ができるだけ最大限まで利用されるような方法で制御するための方法を提供している。これは、蒸発器の共通の出口で冷媒の過熱度を監視することによって行われる。さらに、これは、選択された蒸発器を通る冷媒の質量流量を変更する一方、すべての蒸発器を通る冷媒の全質量流量を実質的に一定に保つことによって行われる。流量は、膨張弁である単一の弁によって制御される。したがって、２つの文献は、複数の空気加熱される蒸発器の運転を制御することに解決策を提供しており、その方法では、各々の蒸発器は完全なユニットとして評価され、各々のユニットは同じ回路に配置された追加の蒸発器を考慮して制御される。
【０００９】
複数の蒸発器および／または複数の熱交換器を備えるシステムを開示する文献の他の例として、特許文献３および特許文献４がある。特許文献３号では、複数の蒸発器が多構成（ｍｕｌｔｉ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）コンピュータシステムを冷却するために利用される。特許文献４では、複数の室内熱交換器が開示されている。また、これらの２つの文献は、システムの複数の熱交換器および／または蒸発器の運転を制御することに解決策を提供しており、そこでは、各々の熱交換器／蒸発器は完全なユニットして評価される。
【００１０】
概して、部分負荷における蒸発器の効率、特にはプレート式熱交換器の効率は、高まっている問題である。蒸発器が、唯一の運転負荷で測定されている代わりに、異なる運転負荷でどのように機能するかに、より焦点が当てられている。例として、実験室規模の試験は、空調システムが、所与のロウ付けされたプレート式熱交換器について、改善された蒸発器の機能だけによって、部分負荷においてそのエネルギー消費の４〜１０％を節約できることを示している。さらに、蒸発器システムは、典型的には、３％の時間しか最大能力で運転しておらず、一方で、ほとんどの蒸発器は最大能力の運転に対して設計および調整されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第２１５６１１２号明細書
【特許文献２】国際公開第２００８／１５１６３９号
【特許文献３】米国特許第６４１５５１９号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第０７５０１６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、前述された問題を改善する改良された蒸発器システムを提供することである。特には、冷却剤などの第１の流体の供給の流体通路同士の間でのより良い制御と分配とを可能にし、それによって、運転条件に拘わらずプレート式熱交換器の効率を向上する蒸発器および方法が目的とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、蒸発器の運転の動的制御のためのシステムであって、蒸発器と、複数の噴射装置と、センサ装置と、制御装置とを備え、蒸発器は、出口と、複数の流体通路と、流体を複数の流体通路を介して出口へと流体の蒸発の間に供給するための少なくとも１つの入口とを備え、各々の噴射装置は、少なくとも１つの噴射器と、少なくとも１つの弁とを備え、流体の流れを流体通路のうちの少なくとも１つへと、蒸発器の少なくとも１つの入口を介して供給するように配置され、センサ装置は、蒸発された流体の温度および圧力、または、蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を測定するために配置され、蒸発器が設定点過熱値に向かって運転するために、弁が、センサ装置から受信される情報に基づいて、各々の噴射装置によって蒸発器の各々の流体通路へと供給される流体の量を制御するように、制御装置は、噴射装置の弁と通信するように配置されるシステムによって達成される。
【００１４】
この構成を有するシステムによって、各々の流体通路の運転またはより小さい量の流体通路が監視されてもよく、それによって、各々の個々の流体通路から蒸発器の全体的な性能への寄与は、蒸発器が設定点過熱値に向かって運転するために、調節されてもよい。
【００１５】
用語「液体内容物」によって、以下において、液相、または、混合された液体／蒸発された相である流体として定義されている。これは、例として、液滴の形態にあることであり得る。
【００１６】
センサ装置が温度と圧力とを測定するために配置される場合、設定点過熱値は、例として、圧縮機に入る液体を有する危険性に対して保護するために、システムの製造者によって決定されてもよい。代わりに、センサ装置が、蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を測定するために配置される場合、設定点過熱値は、「デジタル」の手法で取り扱われてもよく、その場合、あらゆる液体内容物の存在は、評価された流体通路に供給される流体の量が完全な蒸発に対して多過ぎることの指標であり、あるいは代替で、あらゆる液体内容物の非存在は、流体通路に供給される流体の量が不十分であり、増加されてもよいことの指標である。
【００１７】
各々の流体通路に対して次々と発明のシステムを連続して運転することで、蒸発器の運転は、所望の運転負荷を考慮して繰り返し最適化される。これは、蒸発器の大きさ／寸法を最適化させることができる。また、少なくともではなく、蒸発器を１つの構成要素として備えるシステムを運転するために必要とされるエネルギー消費は、低減され得る。また、蒸発器の下流に配置されるより小さな圧縮機を用いる可能性も許容する。
【００１８】
噴射装置の各々の噴射器が１つの弁と通信するように配置されてもよく、あるいは代替で、噴射装置の複数の噴射器が１つの弁と通信するように配置されてもよい。したがって、１つの同一の弁が、制御装置から受信される命令に基づいて、各々の流体通路へと供給される流体の量を制御できる。
【００１９】
各々の噴射装置が１つの流体通路と連通するように配置されてもよく、あるいは代替で、各々の噴射装置が少なくとも２つの流体通路と連通するように配置されてもよい。これは、各々の流体通路またはより少ない数の流体通路の運転が制御されることを可能にし、それによって、各々の個々の流体通路から蒸発器の全体的な性能への寄与は、調節および最適化されてもよい。
【００２０】
センサ装置は、蒸発器の出口を圧縮機の入口に接続する管システムに配置されてもよい。それによって、管システムの本来の温度が、蒸発器の出口の後で、流体のあらゆる残存する液体内容物の蒸発にさらに寄与するために用いられ得る。
【００２１】
制御装置は、Ｐ調節器、ＰＩ調節器、またはＰＩＤ調節器であり得る。これらの調節器の種類は、自動制御工学の分野でよく知られている。ＰＩＤ調節器は、システムの自励振動をまったく引き起こすことなく設定点を比較的素早く見つけ出すために用いられ得る。他の種類の調節器も適切であり得る。
【００２２】
蒸発器はプレート式熱交換器であってもよい。プレート式熱交換器は、例として、第１および第２の流体通路と、２つの流体の流れを可能にする４つのポート穴とを有するプレート式熱交換器であり得る。本発明は、流体通路の数、ポート穴の数、および取り扱われる流体の数に関して、異なる構成を有するプレート式熱交換器に等しく適用可能であることは、理解すべきである。
【００２３】
センサ装置は、少なくとも１つの温度センサと少なくとも１つの圧力センサとを備えてもよい。２つのセンサは、同じ位置にあってはいけない。
【００２４】
代替で、センサ装置が蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を測定するために配置される場合、センサ装置は、少なくとも１つの温度センサであってもよい。温度センサは、測定する期間にわたって見られるような低下していく温度の傾向を決定するために用いられてもよいし、または、測定する期間にわたって見られるような不安定な温度を決定するために用いられてもよい。低下していく温度の傾向と不安定な温度との両方は、蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を定めるために、制御装置への入力として用いられてもよいが、それは、液体内容物、つまり、液相である、または、混合された液体／蒸発された相である流体の流れが、完全に蒸発された乾燥する蒸発された流体の流れよりも、温度センサにおいて低い温度を指示することになるためである。
【００２５】
別の態様によれば、本発明は、蒸発器の運転の動的制御のための方法であって、蒸発器は、少なくとも１つの入口と、複数の流体通路と、出口とを備え、蒸発器は、センサ装置と、制御装置と、複数の噴射装置とをさらに備えるシステムに含まれ、各々の噴射装置は、少なくとも１つの噴射器と、少なくとも１つの弁とを備え、それによってこの方法は、
ａ）蒸発器の出口への流体の通過の間の流体の蒸発のために、蒸発器の入口を介して、所定の量の流体を、第１の噴射装置によって、第１の流体通路へと供給するステップと、
ｂ）蒸発された流体の温度および圧力、または、蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在をセンサ装置によって測定するステップと、
ｃ）設定点過熱値と、蒸発された流体の温度および圧力の測定値との間の差、または、所定の量の供給された流体から生じる蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を制御装置によって決定するステップと、
ｄ）第１の噴射装置の弁によって、設定点過熱値に到達するのに必要とされる第１の流体通路へと供給される流体の調節される量を、制御装置によって決定するステップと、
ｅ）蒸発器が設定点過熱値に向かって運転するために、蒸発器の運転の連続制御を提供する目的のために、ステップａ）〜ｄ）を各々の連続する噴射装置と蒸発器の各々の流体通路とに連続して繰り返すステップと
を含む方法に関する。
【００２６】
この方法によって、各々の流体通路の運転またはより少ない数の流体通路が監視されてもよく、それによって、各々の個々の流体通路から蒸発器の全体的な性能への寄与は、蒸発器が、各々の流体通路を通る最適化された流れで、設定点過熱値に向かって運転するために、連続して調節されてもよい。最適化は、供給された流体の量の最大化であってもよい。
【００２７】
センサ装置が温度と圧力とを測定するために配置される場合、設定点過熱値は、例として、システムで用いられる特定の流体についての過熱温度であってもよい。
【００２８】
代替で、過熱値は、所定の安全マージンを取って調節されるような、システムで用いられる特定の流体についての計算された過熱温度であってもよい。代わりに、センサ装置が、蒸発器におけるあらゆる液体内容物の存在を測定するために配置される場合、設定点過熱値は、「デジタル」の手法で取り扱われてもよく、その場合、あらゆる液体内容物の存在は、評価された流体通路に供給される流体の量が完全な蒸発に対して多過ぎることの指標であり、あるいは代替で、あらゆる液体内容物の非存在は、流体通路に供給される流体の量が不十分であり、増加されてもよいことの指標である。
【００２９】
さらに、個々の流体通路または流体通路の集まりの運転を連続的に監視および調節する方法によって、蒸発器の運転は、所望の運転負荷を考慮して繰り返し最適化される。より正確には、各々の連続する噴射装置と、各々の流体通路とに対する方法のステップを繰り返すことによって、蒸発器において全体として、複数の流体通路同士の間でのあらゆる不均衡が対処され得る。これは、蒸発器の大きさ／寸法を小さくさせることができ、さらにはコスト削減を可能にする。少なくともではなく、蒸発器を１つの構成要素として備えるシステムを運転するために必要とされるエネルギー消費は、低減され得る。
【００３０】
システムは、ステップａ）を開始する前、所定の運転負荷における時間の期間の間に運転されてもよい。空調システムの一部を形成する蒸発器５４の場合、これは、例として、２０℃など、通常の労働時間の間のオフィスに対応する運転負荷であり得る。それによって、システムのすべての構成要素は、最適化の過程を開始する前に調整される機会を有することになる。
【００３１】
センサ装置が蒸発された流体の温度および圧力を測定するために配置される場合では、方法は、
制御装置によって、測定された圧力Ｐｍを飽和温度Ｔｓへと変換するステップと、
温度および圧力が測定された特定の時点において支配的な実過熱温度差ＴｓｈＡを、測定された温度Ｔｍを飽和温度Ｔｓと比較することで決定するステップと、
設定点過熱温度ＴｓｈＴである設定点過熱値と実過熱温度差ＴｓｈＡとの間の温度差ΔＴを決定し、第１の噴射装置の弁によって第１の流体通路へと供給される流体の量のあらゆる調節に対する必要性を、温度差に基づいて決定するステップと、
それにより第１の噴射装置によって第１の流体通路へと供給される流体の量を調節するために、第１の噴射装置の弁に命令するステップと
をさらに含んでもよい。
【００３２】
測定された圧力の飽和温度への変換は、蒸発器で用いられる流体について固有のあらかじめプログラムされた情報を用いる制御装置によって行われてもよい。このような情報は、特定の流体について、温度に対して蒸発圧力を描画しているグラフまたは表で容易に利用可能である。
【００３３】
センサ装置が湿度センサである場合、方法は、センサが、制御装置によって受信されると共に蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を指示する信号を生成する場合、第１の流体通路へと供給される流体の量を減少するために第１の噴射装置の弁に命令するステップ、または、センサが、制御装置によって受信されると共に蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の非存在を指示する信号を生成する場合、第１の流体通路へと供給される流体の量を増加するために第１の噴射装置の弁に命令するステップをさらに含んでもよい。
【００３４】
これは、測定する期間にわたって見られるような低下していく温度の傾向を決定するか、または、測定する期間にわたって見られるような不安定な温度を決定する温度センサである湿度センサによって行われてもよい。低下していく温度の傾向と不安定な温度との両方は、蒸発された流体におけるあらゆる液体内容物の存在を定めるために、制御装置への入力として用いられてもよいが、それは、液相、または、混合された液体／蒸発された相の流体が、完全に蒸発された乾燥する蒸発された流体の流れよりも低い温度を有するためである。
【００３５】
センサ装置が少なくとも２つの湿度センサを備える場合、方法は、第１の噴射装置の弁に、第１の流体通路へと供給される流体の量を増加、減少、または維持するように命令するかどうかを決定するために、少なくとも２つのセンサから制御装置によって受信されると共に蒸発された流体における液体内容物の存在または非存在を指示する信号同士を比較するステップと、それにより第１の噴射装置によって第１の流体通路へと供給される流体の量を調節するために、第１の噴射装置の弁に命令するステップとをさらに含んでもよい。
【００３６】
ここでも、これは、測定する期間にわたって見られるような低下していく温度の傾向を決定するか、または、測定する期間にわたって見られるような不安定な温度を決定する温度センサの形態での湿度センサを用いて行われてもよい。少なくとも２つのセンサから制御装置によって受信される信号同士を比較することで、制御装置によって、蒸発器の出口を圧縮機の入口と接続する管システムからの蒸発へのあらゆる寄与を決定することができる。管システムは典型的には熱くなっており、それによって、蒸発器の出口の下流における蒸発された流体のあらゆる残存する液体内容物との間のあらゆる接触は、このような液体内容物が管システムの下流の圧縮機への経路において管システムと接触するとき、蒸発を引き起こすことができる。
【００３７】
方法は、ステップｅ）へと続く前に、決定された流体の調節される量を第１の噴射装置の弁へと伝え、調節された量の流体を供給するために弁を調節するステップをさらに含んでもよい。
【００３８】
したがって、実施形態によれば、第１の流体通路の運転が評価され、その流体供給は、後に続く流体通路の運転を評価および調節し続ける前に調節される。
【００３９】
代替で、方法は、決定された流体の調節される量を各々の噴射装置の弁へと伝え、調節された量の流体を蒸発器のすべての流体通路へと供給するために弁を調節するステップをさらに含んでもよい。したがって、この実施形態によれば、各々の流体通路の運転はすべての弁の前で評価され、それら弁の流体の供給が調節される。
【００４０】
蒸発器の運転が設定点過熱値に合致する運転負荷へと運転されているとき、方法は、蒸発器が調節された設定点過熱値に向かって運転するために、蒸発器の運転の連続制御をあらためて提供する目的のために、方法のステップを繰り返す前に、設定点過熱値を調節するステップをさらに含んでもよい。この実施形態によれば、蒸発器およびその個々の第１の流体通路の運転を連続して改善することが可能とされる。
【００４１】
ここで、本発明の実施形態が、例によって、添付の概略的な図面を参照しつつ説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】機械的蒸気圧縮システムである先行技術の冷凍回路の概略図である。
【図２】典型的なプレート式熱交換器の概略的な側面図である。
【図３】図１のプレート式熱交換器の概略的な正面図である。
【図４】先行技術のプレート式熱交換器の縁に沿っての概略的な断面図である。
【図５】本発明のシステムに関する冷凍回路の図である。
【図６】本発明のシステムを適用するプレート式熱交換器の縁に沿っての概略的な断面図である。
【図７】温度および圧力を検出するためのセンサを用いる本発明の方法のステップである。
【図８】あらゆる液体内容物を検出するためのセンサを用いる本発明の方法のステップである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
熱交換器１は、典型的には、冷凍回路の蒸発器として含まれ得る。図１を見ると、機械的蒸気圧縮システムである先行技術の冷凍システムは、典型的には、圧縮機５１と、凝縮器５２と、膨張弁５３と、蒸発器５４とを備えている。回路は、蒸発器の出口と圧縮機の入口との間に配置された圧力センサ５５と温度センサ５６とをさらに備えてもよい。このようなシステムの冷凍回路は、冷却剤が圧縮機５１に、蒸発された形態において、低い圧力および低い温度で入るとき、開始する。冷却剤は、凝縮器５２に入る前に、圧縮機５１によって、蒸発された状態で高い圧力および高い温度へと圧縮される。凝縮器５２は、高い圧力および高い温度の気体を、水または空気などのより低い温度の媒体へと熱を伝達することで、高い温度の液体へと凝結させる。そして、高い温度の液体は膨張弁５３に入り、そこで、膨張弁は冷却剤を蒸発器５４に入らせることができる。膨張弁５３は、冷却剤を高い圧力側から低い圧力側へと膨張させる機能と、流れを細かく調整する機能とを有する。より高い温度が冷却するために、蒸発器への流れは、圧力を低く保つように制限されなければならず、また、蒸発された形態へと戻る膨張を可能としなければならない。膨張弁５３は、圧力センサ５５および温度センサ５６から受信される信号に基づいて、制御装置５７によって運転され得る。情報は、蒸発器５４を出て行った後の流体に残存しているあらゆる液体内容物の指標となるいわゆる過熱温度に基づいて、蒸発器５４の全体的な運転を指示するために用いられてもよい。
【００４４】
ここで図２〜図４を見ると、プレート式熱交換器１の形態の典型的な蒸発器が示されている。熱交換器１は、プレート式熱交換器、パイプアンドシェル式熱交換器、スパイラル式熱交換器など、任意の種類のものであってもよいことは、理解すべきである。しかしながら、本発明は、限定されることはないが、以下において、プレート式熱交換器１に適用されるとして詳述される。
【００４５】
プレート式熱交換器１は、並んで設けられた多くの熱交換プレートＡ、Ｂによって形成されているプレートパッケージＰを含んでいる。熱交換プレートは、開示された実施形態では２つの異なるプレートを含んでおり、それらのプレートは、以下において、第１の熱交換プレートＡおよび第２の熱交換プレートＢと呼ばれる。熱交換プレートＡ、Ｂは、第１の流体通路３が隣り合う第１の熱交換プレートＡおよび第２の熱交換プレートＢの各々の対の間に形成され、第２の流体通路４が隣り合う第２の熱交換プレートＢおよび第１の熱交換プレートＡの各々の対の間に形成されるような手法で、並んで設けられている。プレートパッケージＰは、さらに、プレートパッケージＰのそれぞれの側面に設けられた上方端プレート６と下方端プレート７とを備えている。
【００４６】
特には図３および図４から明らかなように、実質的に各々の熱交換プレートＡ、Ｂは、４つのポート穴８を有している。第１のポート穴８は、第１の流体通路３への第１の入口通路９を形成しており、その第１の入口通路９は、実質的にプレートパッケージＰ全体を通じて、つまり、すべてのプレートＡ、Ｂおよび上方端プレート６を通じて延びている。第２のポート穴８は、第１の流体通路３からの第１の出口通路１０を形成しており、その第１の出口通路１０も、実質的にプレートパッケージＰ全体を通じて、つまり、すべてのプレートＡ、Ｂおよび上方端プレート６を通じて延びている。第３のポート穴８は、第２の流体通路４への第２の入口通路１１を形成し、第４のポート穴８は、第２の流体通路４からの第２の出口通路１２を形成する。また、これらの２つの通路１１および通路１２は、実質的にプレートパッケージＰ全体を通じて、つまり、すべてのプレートＡ、Ｂおよび上方端プレート６を通じて延びている。
【００４７】
ここで図５を見ると、本発明のシステムの第１の実施形態が詳述されることになる。システムは、プレート式熱交換器の形態の蒸発器５４を備えている。蒸発器５４の出口１３は、管システム１５を介して圧縮機５１の入口１４へと接続されている。さらに、圧縮機５１の出口１６は、別の管システム１７を介して、凝縮器５２の入口１８へと接続されている。さらに、凝縮器５２の出口１９は、弁２２ａ、２２ｂと噴射器２３ａ、２３ｂとを各々が備える複数の噴射装置２５ａ、２５ｂに接続されており、それら噴射装置２５ａ、２５ｂは、蒸発器５４の各々の第１の流体通路３ａ、３ｂの入口へと接続されている。したがって、閉じられた循環システムが提供されている。
【００４８】
図６を見ると、複数の噴射装置２５ａ、２５ｂは、第１の流体が蒸発器５４をその出口１３を介して出て行く前に蒸発するために、第１の流体の流れを、入口２６ａ、２６ｂを介して第１の流体通路３ａ、３ｂへと供給するように配置されている。各々の噴射装置２５ａ；２５ｂは、１つの噴射器２３ａ；２３ｂと１つの弁２２ａ；２２ｂとを備えている。弁２２ａ；２２ｂは、好ましくは、蒸発器５４の外部に位置付けられ、もしあれば、ノズル２７ａ、２７ｂを備えた噴射器２３ａ；２３ｂが入口２６ａ；２６ｂを介して蒸発器５４の内部へと延びるように位置付けられる。
【００４９】
入口２６ａ；２６ｂは、プレートパッケージＰの外部からプレートパッケージの内部へと、より正確には、個々の第１の流体通路３ａ；３ｂの内へと延びている貫通孔の形態である。貫通孔は、塑性再成形によって、切断によって、または、削孔によって形成され得る。塑性再成形という用語は、熱削孔などの非切断の塑性再成形を言う。切断または削孔は、切断工具によって行われてもよい。レーザまたはプラズマ切断によって行われてもよい。本発明のシステムで用いられ得る蒸発器の入口領域の断面は、図６に示されている。図４の実施形態の入口通路９は、入口２６ａ、２６ｂを介して噴射装置２５ａ；２５ｂを受け入れる各々の第１の流体通路３によって置き換えられている。
【００５０】
各々の噴射装置２５ａ；２５ｂが、複数の噴射器が１つの弁と連通している複数の噴射器２３ａ；２３ｂを備え得ることは、理解すべきである。
【００５１】
その最も簡単な形態では、ノズル２７ａ；２７ｂは省略されてもよく、それによって、各々の噴射器２３ａ；２３ｂは、第１の流体の分配のための貫通孔（示されておらず）、または、パイプ（示されておらず）によって、形成されてもよい。代替で、少なくとも１つの噴射器２３ａ、２３ｂは、弁のオリフィスによって形成されてもよい。したがって、弁のオリフィスは、噴霧パターンを提供するノズルとして作用する。
【００５２】
噴射器２３ａ；２３ｂの数は第１の流体通路３の数より少なくてもよいことは理解すべきである。それによって、各々の噴射器２３ａ；２３ｂは、その第１の流体の流れを、第１の流体通路３のうちの１つより多くに供給するように配置されてもよい。これは、２つ以上の流体通路にわたって延びている直径を有する貫通孔に配置されている各々の噴射器によって可能とされ、それによって、１つの同じ噴射器は、１つを超える流体通路に流体を供給できる。
【００５３】
本発明のシステムは、センサ装置２８をさらに備えている。開示された実施形態では、センサ装置２８は、１つの圧力センサ２９と１つの温度センサ３０とを備えている。センサ装置２８は、蒸発器５４の出口１３を圧縮機５１の入口１４と接続する管システム１５に、より正確には、蒸発器の出口１３内または出口１３の後であるが、圧縮機５１の入口１４の前に配置され得る。２つのセンサ２９、３０は、システム内において同じ位置にあってはいけない。センサ装置またはその一部を、蒸発器５４の出口通路（示されていない）に配置することも可能である。
【００５４】
圧力センサ２９は、好ましくは、蒸発器５４の出口１３の後において、蒸発器５４を圧縮機５１と接続する管システム１５の事実上真っ直ぐな部分に配置される。管システム１５の構成に依存して、圧力センサ２９は、管の内径の少なくとも１０倍に相当する管の曲げの後の距離で、かつ、管の内径の５倍超に相当する管の曲げの前の距離で配置されることが、大まかに言って、好ましいとされ得る。
【００５５】
圧力センサ２９は、以下において測定された圧力Ｐｍとして特定される、蒸発された第１の流体の圧力を測定するために配置されている。
【００５６】
圧力センサ２９は、例として、０〜２５ｂａｒの範囲の４〜２０ｍＡの圧力センサであり得る。
【００５７】
温度センサ３０は、好ましくは、管の曲げの後において管システム１５に配置される。温度センサ３０は、蒸発器５４の出口１３よりも圧縮機５１の入口１４のより近くに配置されている。管の曲げの後に温度センサ３０を位置付けすることによって、蒸発された流体のあらゆる残存する液体内容物が蒸発されることがより起こりやすくなり、一方、管の曲げの壁に接触し、それによってその流れの方向を変化させられている。周囲の過熱された流体の流れから熱を吸収する残存する液体内容物によって発生する蒸発もある。
【００５８】
温度センサ３０は、以下において測定された温度Ｔｍとして特定される温度を測定する標準的な温度センサであり得る。
【００５９】
システムは、センサ装置２８と、噴射装置２５ａ；２５ｂの個々の弁２２ａ；２２ｂと通信するために配置された制御装置５７をさらに備えている。制御装置５７は、例として、ＰＩＤ調節器であり得る。
【００６０】
圧力Ｐｍおよび温度Ｔｍに関する測定値は、いわゆる過熱温度に基づいてシステムを調節するために配置されている制御装置５７へと伝えられる。
【００６１】
過熱温度は、当技術においてよく知られている物理的パラメータであり、現在の温度と、支配的な圧力における飽和温度、つまり、流体に残存する液体内容物がまったくない温度との間の温度差として定義されている。過熱温度差は、所与の流体について、ならびに、所与の温度および圧力について特有であり、過熱温度は、グラフまたは表で見出すことができる。
【００６２】
概して、測定された温度Ｔｍが飽和温度により近づくと、システムはより効率的になる。つまり、蒸発器に供給される流体の全量が完全に蒸発され、不必要に過熱されていない。
【００６３】
しかしながら、測定された温度Ｔｍが飽和温度により近づくと、システムを蒸発されていない流体で満液とさせることになる。つまり、蒸発器が供給される量の流体を蒸発できなくなる。単なる例示の目的のために、過熱温度は、デジタルであるとして、つまり、液体内容物のまったくない完全な蒸発があるか、または、液体内容物が蒸発器の下流の蒸発された流れに含まれた状態の不完全な蒸発があるかのいずれかとして、解釈されてもよい。
【００６４】
蒸発器の運転を最適化するために、できるだけ低い過熱温度を有することが望まれる。しかしながら、圧縮機が液体内容物に対して敏感であり、それによって損傷され得るため、蒸発システムを設計するときにある程度の安全マージンを用いることが、一般的な実践である。典型的には、先行技術の蒸発器についての通常の安全マージンは５°Ｋであり、すなわち、過熱温度差は５°Ｋである。しかしながら、他の値の安全マージンが選択されてもよいことは理解すべきである。その最も簡単な形態では、安全マージンは、蒸発器の意図された使用によって決定された定数として解釈されるものである。しかしながら、蒸発器をできるだけ飽和温度に近づけて運転するという経済的な関心があるため、できるだけ小さい安全マージンを用いたいという要求もあることは理解すべきである。本発明のシステムの運転中、この定数は、蒸発器５４の運転が動的に制御されることになることに向けて、設定点過熱温度ＴｓｈＴ、つまり、目標値として用いられることになる。これは、各々の第１の流体通路３ａ、３ｂから蒸発器５４の全体的な性能への寄与を最適化することで行われることになる。より正確には、根本的な発明の概念は、流体通路３ａ、３ｂあたり１つの弁２２ａ、２２ｂと１つの噴射器２３ａ、２３ｂとを用いることで、各々の流体通路３ａ、３ｂへと供給される流体の量を制御することであり、それによって、各々の流体通路の蒸発を最適化するため、および、流体通路に供給される流体の量を最大化するためである。これは、以下に説明される手法で、各々の流体通路３ａ、３ｂを個々に運転および評価することで行われ得る。
【００６５】
以下において、運転条件、つまり、過熱するかどうかを定めるための一般的な原則が、図７を参照しつつ説明されることになる。理解を容易にするために、以下の例は、１つの噴射器２３ａと１つの弁２２ａとを備える噴射装置２５ａを介して第１の流体が供給される１つの第１の流体通路３ａのみを有する蒸発器５４を備えるシステムに基づくことになる。さらに、例は、システムが所定の運転負荷での時間の期間の間に運転されているという仮定に、基づいている。空調システムの一部を形成する蒸発器５４の場合、これは、例として、２０℃など、通常の労働時間の間のオフィスに対応する運転負荷であり得る。
【００６６】
第１の流体通路には、既知の流量の第１の流体が供給される（１００）。この既知の流量は、第１の流体通路を出て行く前または出て行った直後に完全に蒸発される量に対応すると仮定されている。つまり、決定された設定点過熱温度ＴｓｈＴに合致するために必要とされる量に対応すると仮定されている。
【００６７】
蒸発器の出口の下流のセンサ装置は、支配的な温度Ｔｍと圧力Ｐｍとを測定する（２００）。これらの値は、制御装置５７によって受信される。
【００６８】
制御装置５７は、測定された圧力Ｐｍを飽和温度Ｔｓへと変換する（３００）。飽和温度Ｔｓは、所定の冷却剤、つまり、システムで用いられる第１の流体について固有である。例として、用いられる第１の流体がＲ４１０Ａとして知られる冷却剤であるとすると、飽和温度Ｔｓは、Ｒ４１０Ａについて固有の以下の式を用いて計算され得る。
Ｔｓ＝０．００５８Ｐｍ３−０．３１４１Ｐｍ２＋７．８９０８Ｐｍ−４６．００４９
【００６９】
上記で与えられた式は、飽和温度が圧力に対して描画された線図の曲線を反映している。飽和圧力が、例えば、異なる補間方法、異なる正確度などに依存して、多くの方法で計算され得ることは理解すべきである。さらに、曲線の限定された区間のみが評価され得ることも理解すべきである。飽和温度Ｔｓを計算する代わりに、制御装置は、対応する値を含む表を用いて、対応する値を得るように設定されてもよいことは、さらに理解すべきである。
【００７０】
制御装置５７は、測定された特定の時点において支配的な実過熱温度差ＴｓｈＡを、以下の式を用いて、測定された温度Ｔｍを計算された飽和温度Ｔｓと比較することで定める（４００）。
ＴｓｈＡ＝Ｔｍ−Ｔｓ
【００７１】
したがって、制御装置５７は、ここで、支配的な実過熱差ＴｓｈＡを定めており、設定点過熱温度ＴｓｈＴは分かっている。次のステップは、設定点過熱温度ＴｓｈＴと実過熱温度差ＴｓｈＡとの間の温度差ΔＴを、以下の式を用いて決定することである（５００）。
ΔＴ＝ＴｓｈＴ−ＴｓｈＡ
【００７２】
温度差ΔＴの値に基づいて、流体通路３ａの支配的な性能が評価される（６００）。ΔＴが負の場合、流体通路には不十分な量の流体が供給されており、それによって、制御装置は、流体通路に供給される流体の量を増加するように弁に命令する。一方、ΔＴが正の場合、流体通路には過剰な流体が供給されており、それによって、制御装置は、流体通路に供給される流体の量を減少するように弁に命令する。ΔＴ＝０の場合、流体通路の性能は最適化されており、供給される流量に変化のないことが要求される。
【００７３】
ΔＴと、供給される第１の流体の要求される量との間に相関がないことは、知っているべきである。パラメータに影響を与える非限定的な例には、流体通路３ａの設計、流体通路３ａの大きさ、および、流体通路３ａの内部の寸法の変化がある。大まかに言って、大きいΔＴは、大きな調節の可能性を指し示しており、小さいΔＴは、小さな調節の可能性を指し示している。制御装置は、例として、温度差の絶対値に依存して、異なるパーセント単位の補正を用いるようにプログラムされ得る。
【００７４】
決定された調節に基づいて、弁２２ａは、それに従って流れを調節するために作動される（７００）。
【００７５】
上記の過程は、１つの流体通路３ａのみを備える蒸発器５４に基づいて説明されている。しかしながら、通常は複数の第１の流体通路３ａ、３ｂを備える蒸発器５４について、上記のサイクルが、各々の続く第１の流体通路３ｂとその関連する噴射装置２５ｂとに同じ手順に従わせることによって繰り返され（８００）、それによって、全体としての蒸発器５４の性能を徐々に一歩ずつ最適化し、また、全体として蒸発器によって取り扱われる流体の量を最大化もすることは、理解すべきである。
【００７６】
１つの流体通路３ａを評価する一方で、残りの流体通路３ｂとその関連する噴射装置２５ｂとは、評価された流体通路の性能を評価することができるように、既知の手法で作動され得ることは理解すべきである。蒸発器５４全体を終了した後、過程は、第１の流体通路３ａで再び最初から開始されてもよい。
【００７７】
このような蒸発システムは、構成要素、すなわち、蒸発器５４、圧縮機５１、凝縮器５２、および、冷却される周囲の水／液体／空気が、システムの全体性能への各々自体の影響を有しているため、どちらかと言えば緩慢なシステムであることも、理解すべきである。したがって、実際に効果のある流量の任意の変化について、素早い変化が行われることはない。
【００７８】
上記で与えられた例では、評価された第１の流体通路３ａに供給される流れは、後に続く流体通路３ｂの評価へと続く前に調節される。ある代替の実施形態では、制御装置５７は、その記憶装置に、各々の評価された流れ通路３ａ、３ｂに対して要求される流れ調節の決定された値を保存するように構成される。すべての流れ通路３ａ、３ｂが同じ手法で評価されると、制御装置５７は、各々の個々の弁２２ａ、２２ｂに、要求される流れの調節を行うように命令してもよい。したがって、すべての流れの調節は同時に行われてもよい。
【００７９】
圧力センサ２９と温度センサ３０とを備えるセンサ装置２８の代替として、センサ装置２８は、あらゆる液体内容物の存在を検出するために配置された少なくとも１つのセンサを備えてもよい。液体内容物は、液体の形態で、または、混合された液体／蒸発された相であり得る。適切なセンサの一例は温度センサ３０である。
【００８０】
あらゆる液体内容物の存在は、蒸発が不十分であることと、第１の流体の流れが減少されるべきであることとを証明している。前述のように、過熱温度により近づくと、システムを蒸発されていない流体で満液により近づくことになる。過熱温度は、デジタルであるとして、つまり、乾燥した気体のみの完全な蒸発があるか、または、蒸発器の下流の流体に液体内容物が含まれた状態の不完全な蒸発があるかのいずれかとして、解釈されてもよい。
【００８１】
センサ装置２８が、蒸発された流体のあらゆる液体内容物の存在を検出するためのセンサを備える場合、そのようなセンサは、好ましくは、蒸発器の出口を圧縮機の入口と接続する管システムに配置されるべきである。したがって、位置は、図５に関連して上記で説明したシステムにおいてと同じであってもよい。唯一の違いは、圧力センサ２９が省略され得ることである。あらゆる液体内容物の存在を検出するように適合されたセンサについて、例えば、温度センサ３０は、蒸発器５４の出口１３よりも圧縮機５１の入口１４のより近くの位置に配置されることが好ましい。さらに、少なくとも一部の残存する液体内容物が、管システム１５の内壁との接触の間か、または、熱い包囲する蒸発された流体の流れと接触する間に蒸発できるようにするために、このような温度センサ３０が、少なくとも１つの管の曲げの後で管システム１５に位置付けられることが好ましい。したがって、蒸発器５４の出口１３の直後で測定する場合、少ない量の液体内容物が検出される可能性があり、一方、離れた下流で測定する場合、このような液体内容物は、管システムに沿って蒸発されている可能性があり、それによって、圧縮機に到達する蒸発された流れは乾燥している。したがって、あらゆる液体内容物の存在の検出に基づいたセンサ装置２８は、管システムに沿って異なる位置に配置された少なくとも２つのセンサ３０ａ、３０ｂを備えていることが好ましい。
【００８２】
以下において、あらゆる液体内容物の検出に基づいてセンサ装置を用いるシステムについて、運転条件、つまり、過熱を定めるための一般的な原則が、図８を参照しつつ説明されることになる。このような蒸発システムは、図６を参照して上記で説明されたのと同じ大まかな設計を有しており、それにより、図６が参照される。
【００８３】
理解を容易にするために、以下の例は、１つの噴射器２３ａと１つの弁２２ａとを備える噴射装置２５ａを介して第１の流体が供給される１つの流体通路３ａのみを有する蒸発器５４を備えるシステムに基づくことになる。さらに、例は、システムが所定の運転負荷での時間の期間の間に運転されているという仮定に、基づいている。
【００８４】
第１の流体通路３ａには、既知の流量の第１の流体が供給される（１０００）。この既知の流量は、第１の流体通路３ａを出て行く前または出て行った直後に完全に蒸発される量に対応すると仮定されている。つまり、決定された設定点過熱温度ＴｓｈＴに合致するために必要とされる量に対応すると仮定されている。
【００８５】
蒸発器の出口の下流のセンサ装置２８は、あらゆる液体内容物の存在を測定する（１１００）。センサ装置２８によって生成された信号は、制御装置５７によって受信される（１２００）。制御装置はＰＩＤ調節器であり得る。
【００８６】
制御装置は受信した信号を評価する（１３００）。その最も簡単な形態では、信号は、デジタル信号であってもよく、つまり、１−液体内容物検出なし；０−液体内容物検出ありであってもよい。より正確には、値１を有する信号は、蒸発された流体が過熱温度Ｔｓｈに対応するかまたは超える測定された温度Ｔｍを有することを指示する。同様に、値０を有する信号は、蒸発された流体が過熱温度未満である温度を有することを指示する。
【００８７】
センサ装置２８が、管システム１５の長手方向の延在に沿う異なる位置に配置された２つの温度センサ３０ａ、３０ｂを備える場合、２つのセンサ３０ａ、３０ｂは異なる値を指示し得る。両温度センサ３０ａ、３０ｂが０を指示する場合、これは、気体が液体内容物を有しており、蒸発が不十分であることを意味している。評価された流体通路３ａへと供給される第１の流体の量は、システムが満液とされてしまうため、制限されなければならない。
【００８８】
蒸発器に最も近い温度センサ３０ａが０を指示するが、その下流の第２のセンサ３０ｂが１を指示する場合、これは、供給されたすべての流体が完全に蒸発されているため、評価された流体通路３ａが良好に運転していることを意味している。これは、任意の流れ調節が行われるべきかどうかの優れた指標でもあり、供給される流れは、満液となるのを回避するために、増加されるよりもむしろ減少されるべきである。
【００８９】
両方のセンサ３０ａ、３０ｂが１を指示する場合、これは、評価された流体通路３ａへと供給されるすべての流体が蒸発されていることを意味する。これは、評価された流体通路３ａが最適に作動していないことと、評価された流体通路へと供給される第１の流体の量を増加することが可能であることとを意味する。
【００９０】
１つの温度センサ３０または２つの温度センサ３０ａ、３０ｂが上記のように説明されているが、同じ原理で作動する２つを超える温度センサが配置され得ることは、理解すべきである。
【００９１】
制御装置５７は、あらゆる液体内容物の存在または非存在を指示する信号を受信するとき、評価された流体通路３ａの性能を最適化するために、個々の噴射装置２５ａにおける弁２２ａによって提供されるその流体通路３ａへの第１の流体の流れの適切な調節を決定する（１４００）ように構成され得る。この決定された調節に基づいて、弁２２ａは、それに従って流れを調節するために作動され得る（１５００）。
【００９２】
制御装置５７は、過熱温度への近づきそうなことの決定された可能性に依存して、異なる範囲の調節を用いてもよい。
【００９３】
上記の過程は、１つの流体通路３ａのみを備える蒸発器５４に基づいて説明されている。しかしながら、通常は複数の第１の流体通路３ａを備える蒸発器５４について、上記のサイクルが、各々の続く流体通路３ｂ；３ｃとその関連する噴射装置２５ｂ、２５ｃとに同じ手順に従わせることによって繰り返され（１６００）、それによって、全体としての蒸発器の性能を徐々に一歩ずつ最適化することは、理解すべきである。
【００９４】
１つの流体通路３ａを評価する一方で、残りの流体通路３ｂ、３ｃとそれらの関連する噴射装置２５ｂ、２５ｃとは、評価された流体通路３ａの性能を評価することができるように、既知の手法で作動されるべきであることは、理解すべきである。蒸発器全体を終了した後、過程は、第１の流体通路で再び最初から開始されてもよい。
【００９５】
上記で与えられた例では、評価された第１の流体通路３ａに供給される流れは、後に続く流体通路３ｂを評価することへと続く前に調節される。ある代替の実施形態では、制御装置は、その記憶装置に、各々の評価された流れ通路３ａ、３ｂに対して要求される流れ調節の決定された値を保存するように構成される。すべての流れ通路３ａ、３ｂが同じ手法で評価されると、制御装置５７は、各々の個々の弁２２ａ、２２ｂに、要求される流れの調節を行うように命令してもよい。したがって、すべての流れの調節は同時に行われてもよい。
【００９６】
したがって、本発明によって、各々の第１の流体通路３ａ、３ｂは、プレートパッケージＰ内の位置、または、第１の流体通路３を区画する２つの熱交換プレートＡ、Ｂの間の寸法の差など、その本来の条件に基づいて、最適とされた手法で運転され得る。これは、全体として蒸発器５４の運転を最適化させることができる。また、蒸発器が一部を形成している完全なシステムの利用のより優れた度合いを可能にする。
【００９７】
制御装置５７は、流れの調節を決定するときに使用するために、受信した測定データすべてを記憶装置に保存できる。さらに、制御装置５７は、要求される流れの調節を決定するとき、このように保存された情報からの履歴を用いるように構成されてもよい。
【００９８】
噴射装置がどのように配置されるとしても、流れが蒸発器を通る流れ方向と平行の方向に必然的に向けられることが好ましい。それによって、流体の流れのあらゆる不適切な方向の変更が回避され得る。プレート式熱交換器である蒸発器の場合、これは、第１の熱交換プレートおよび第２の熱交換プレートの大まかな平面と平行であることを意味する。
【００９９】
本発明は、プレート式熱交換器である蒸発器に適用されるとして説明されてきた。しかしながら、本発明は、蒸発器の形態に関係なく適用可能であることは理解すべきである。
【０１００】
噴射装置の噴射器は、プレートパッケージの外部から個々の流体通路へと延びる貫通孔に配置されているとして開示されている。これは、単なる１つの可能な実施形態であることを理解すべきである。例として、噴射装置の噴射器は、蒸発器の設計に依存して、入口ポートなどへと延び入ってもよい。これは、例として、入口通路に沿っての挿入によって行われ得る。
【０１０１】
本発明は、概して、第１および第２のプレート空間と、２つの流体の流れを可能にする４つのポート穴とを有するプレート式熱交換器に基づいて説明されてきた。本発明は、プレート空間の数、ポート穴の数、および取り扱われる流体の数に関して、異なる構成を有するプレート式熱交換器にも適用可能であることは、理解すべきである。
【０１０２】
制御装置が、冷媒回路の制御など、他の目的のために使用されてもよいことは理解すべきである。
【０１０３】
本発明は、開示された実施形態に限定されず、部分的に上記で説明されている添付の特許請求の範囲内で変形および変更されてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１  熱交換器
３  第１の流体通路
３ａ  第１の流体通路
３ｂ  第１の流体通路
４  第２の流体通路
６  上方端プレート
７  下方端プレート
８  ポート穴
９  第１の入口通路
１０  第１の出口通路
１１  第２の入口通路
１２  第２の出口通路
１３  出口
１４  入口
１５  管システム
１６  出口
１７  管システム
１８  入口
１９  出口
２２ａ  弁
２２ｂ  弁
２３ａ  噴射器
２３ｂ  噴射器
２５ａ  噴射装置
２５ｂ  噴射装置
２６ａ  入口
２６ｂ  入口
２７ａ  ノズル
２７ｂ  ノズル
２８  センサ装置
２９  圧力センサ
３０  温度センサ
３０ａ  温度センサ
３０ｂ  温度センサ
５１  圧縮機
５２  凝縮器
５３  膨張弁
５４  蒸発器
５５  圧力センサ
５６  温度センサ
５７  制御装置
Ａ  第１の熱交換プレート
Ｂ  第２の熱交換プレート
Ｐ  プレートパッケージ
Ｐｍ  圧力
Ｔｍ  温度
Ｔｓ  飽和温度
ＴｓｈＡ  実過熱温度差
ＴｓｈＴ  設定点過熱温度
ΔＴ  温度差
【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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【国際調査報告】
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