(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍回路の流量制御装置であって、
前記冷凍回路は、閉回路（２０）に流体的に接続する、密封式可変容量圧縮機（１０）を具備しており、
前記密封式可変容量圧縮機（１０）は、前記圧縮機（１０）を制御するための電子システムを有しており、
前記閉回路（２０）は、凝縮器（１１）と、蒸発器（１２）と、熱交換器（１８）と、吸引ライン（２５）と、流体膨張弁（１７）とを具備しており、
流量制御弁（１５）は、前記凝縮器（１１）の出口と前記流体膨張弁（１７）の入口の前との間に配置されており、
前記凝縮器（１１）は、前記密封式可変容量圧縮機（１０）の出口から、前記膨張弁（１７）、前記熱交換器（１８）及び前記蒸発器（１２）と直列に接続しており、前記吸引ライン（２５）は、前記熱交換器（１８）を通過して前記密封式可変容量圧縮機（１０）の入口に達するように、前記蒸発器（１２）の出口に接続しており、
前記流体膨張弁（１７）は、公称膨張容量を有し、前記蒸発器（１２）と前記凝縮器（１１）との間に配置されており、
前記密封式可変容量圧縮機（１０）は、前記閉回路（２０）内の流体流れを促進しており、前記閉回路（２０）は、回路公称流量容量を有しており、
前記密封式可変容量圧縮機（１０）の前記電子システムは、前記流量制御弁（１５）を制御して、前記流体膨張弁（１７）の前記公称膨張容量と同じ程度で、流体が前記流体膨張弁（１７）を通過することを常に維持するように形成されており、
前記密封式可変容量圧縮機（１０）の速度に比例するように前記流量制御弁（１５）の開閉を繰り返して、前記流体が前記凝縮器（１１）に貯められて、流体量が前記公称膨張容量に実質的に等しい量に達したときに、前記流体は開放される、
ことを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記膨張弁（１７）は、キャピラリチューブであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流量制御弁（１５）は、電磁弁であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
冷凍システムを制御するための制御方法であって、
前記冷凍システムは、閉回路（２０）に流体的に接続する、密封式可変容量圧縮機（１０）を具備しており、
前記閉回路（２０）は、凝縮器（１１）と、蒸発器（１２）と、流体膨張弁（１７）と、を具備しており、
前記流体膨張弁（１７）は、公称膨張容量を有し、前記蒸発器（１２）と前記凝縮器（１１）との間に配置されており、
流量制御弁（１５）が、前記凝縮器（１１）の出口と前記流体膨張弁（１７）の入口の前との間に配置されており、
前記密封式可変容量圧縮機（１０）は、前記閉回路（２０）内の可変な流体流れを促進しており、前記閉回路（２０）は、回路公称流量容量を有する、制御方法において、
該制御方法は、
前記密封式可変容量圧縮機（１０）又は前記システムの容量に比例して前記流量制御弁（１５）を電子的に調節する手順と、
流体量を前記公称膨張容量より少なくしながら、前記流量制御弁（１５）の閉鎖状態を保持する手順と、
流体量が前記公称膨張容量以上である場合には、前記流体量が前記公称膨張容量より少ない量に到達するまで、前記流量制御弁（１５）の開閉を間欠的に繰り返して前記流体を開放する振動手順と、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍回路の流量制御装置を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍回路における流量制御装置、冷凍システム（装置）の制御方法及び冷凍システム（装置）に係り、より正確には、該冷凍システム（装置）は、例えば、家庭用冷蔵庫から空調システム（装置）まで具備しても良い。特には本発明は、該冷凍システムの負荷が変動すると、キャピラリチューブ（毛細管）がその公称容量より下（小さな容量）で作動させることになるので、低効率で作動することになるという、キャピラリチューブにおける（又は、より大規模な冷凍システムの膨張弁における）効率の損失に対する解決案を目的とする。
【背景技術】
【０００２】
一般的なラインにおいて、冷凍システムの基本的な目的は、所定のデバイス（装置）を使用して、１つ（又は１以上）の区画内で低温を保持することであり、その場合に、所定のデバイスは、これらの環境の内部から外側の環境へ熱を伝達させて、これらの環境内の温度計測の使用により、熱伝達を実施するデバイスを制御して、問題の冷凍システムのタイプに対して前もって決められた制限の範囲内に温度を保持することを試みる。
【０００３】
冷凍システムの複雑性及び用途のタイプによって、保持されるべき温度制限は、多少なりとも抑制される。このことは、冷凍システムが設計される場合に、冷凍システムが可能な最低限の動力消費を得るために最適化されるので発生する。例として、膨張システム（装置）は、動力消費が計測される温度、例えば２５℃に対して最適化されても良い。しかし、膨張システム（キャピラリチューブ）の場合において、２５℃以上又は以下の温度が固定される時に、システムは、適正に作動しない。更に、キャピラリチューブがより最適化されると、その使用分野はより狭くなる。例えば、もしシステムが２５℃以下に対して最適化されると、システムが適正に作動する範囲は、１８から３２度までとなるが、しかしもしシステムが１０から４３℃までの範囲で稼働すると、キャピラリチューブの流量は、増大するはずであり、このことは、消費量に悪影響を与える。
【０００４】
冷凍システム内部から外部環境へ熱を伝達するための通常の方法は、閉回路に接続する密封式圧縮機を使用することによるものであり、該閉回路を介して、冷却流体は循環し、この圧縮機は、この冷凍システム内の冷却ガスの流れを促進する機能を有しており、冷却ガスの膨張の発生地点と凝縮の発生地点との間の圧力差を発生可能であり、熱伝達プロセスを発生可能とし、更に低温を生成可能とする。冷凍回路における圧力差を発生させるために、システムの寸法に依存して（家庭用冷蔵庫に関してはキャピラリチューブが使用され、大規模システムにおいては、膨張弁が使用される）、キャピラリチューブ又は膨張弁と呼ばれるデバイスが使用される。
【０００５】
従来技術において、キャピラリチューブは、圧縮機の固定容量で且つ単一の周囲温度におけるより良好な性能条件に合うように寸法決めされる。周囲温度の変動及び冷凍システムの内部負荷の変動により、この性能は悪化する。可変容量圧縮機に関して、キャピラリチューブは、圧縮機の最大容量に合う寸法であるので、この問題は増大し、圧縮機が低容量で作動する場合に、キャピラリチューブは、圧縮機により圧送されるものに比べて、より高い流量を有し、システム（装置)の効率を低下させる。この損失は、システム及び周囲温度に依存して、５から１５％の間で変化する可能性がある。
【０００６】
この問題を回避するために、冷凍回路内の流体の流れを制御するための弁の使用を開示する解決案が幾つかある。これらの解決案の内の１つは、米国特許第６０４７５５６号に開示されており、この特許は、冷凍回路内の冷却流体の流れを制御するように迅速に調節される、制御弁の使用を開示する。更に、このシステムは、マイクロプロセッサにより制御可能な電子膨張弁を使用する。回路内における流体量を調整するための制御弁の使用が予測されるが、しかし弁が、膨張弁（又はキャピラリチューブ）の作動を最適化して、弁が常に最適な条件で作動できるような方法で制御されることは予想されない。
【０００７】
別の従来文献は、特許文献WO 90/07683である。この文献の開示によれば、制御弁が、冷凍回路内の流体量を調節するために使用されるが、しかし制御弁が、その作動を最適化するように、膨張弁の入口の前に配置されることは予想されない。
【０００８】
更に別の従来文献は、特許文献US 2004/0187504であり、この文献は、膨張弁の入口の前における弁の使用を開示しており、このシステムの調節は、キャピラリチューブの入口の前にある弁が、システムの運転中に流体の流れを制御するように調整される必要があることを予測することなしで、圧縮機のオン・オフと同調することであることを開示する。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、流れ制御弁を追加して、冷凍システムが常に最大可能効率で作動するように、それを全ての容量で作動させることにより、キャピラリチューブ（又は、膨張弁）の作動を最適化することを目的とする。
【００１０】
従来技術の問題を克服するために、即ち、膨張弁（キャピラリチューブ）又は一般的に指定される膨張デバイスの最適でない条件における頻繁な使用を克服するために、前記弁の内部で循環する流体が常に最適条件下で作動する必要があり、それがそれぞれの公称（又は、定格）の作動値に到達すると、流体流れが単に開放されて膨張デバイス（膨張弁）を通過するように制御される必要があること、及びそれにより、高効率で且つ柔軟性が高いシステムに到達すること、即ち言い換えれば、環境温度及び熱負荷の任意の条件下で、更に可変速度圧縮機により与えられる異なる冷凍容量において、作動可能であることを、本発明は開示する。
【００１１】
従って、一般的には、提示の案は、システムの最大容量（最大流量)、即ち公称（又は、定格）膨張容量又はそれ以上の値に対して当初設計されたキャピラリチューブを維持することであり、更に凝縮器の出口とキャピラリチューブの入口との間に弁(電磁式又は別の振動式弁)を追加することである。この弁は、圧縮機又はシステム自体により電子的に制御されても良く、例えば、可変容量圧縮機（ＶＣＣ）に場合において圧縮機の電子装置（システム）により、又は別の装置(システム)により指令されても良く、別の装置は、冷凍システム又は従来式固定容量圧縮機の電子始動装置（システム）の熱電対であっても良い。
【００１２】
この制御は、要求に従い、圧縮機の容量、システム内部の負荷及び環境温度に基づき弁の調整を決定する。従って、冷却媒体の流れの制御は、蒸発圧力及び凝縮圧力で作動する、弁を介して実施されるが、しかし冷却流体の膨張は、キャピラリチューブを介して発生し続ける。キャピラリチューブだけを使用するシステムに対するこのタイプの構成に利点は、全ての環境温度と熱負荷条件において、及び可変容量圧縮機により必要とされる、異なる冷凍容量において、最適に作動するためのシステムの柔軟性に存在する。膨張弁だけを使用するシステムに関して、主な利点は、熱交換キャピラリチューブ、つまりサクションライン、の利点を発揮し続けることが出来ること及び、冷却媒体の膨張がキャピラリチューブ内でのみ発生することであり、そして弁体上に氷を形成する結果となる、弁体の温度を低下させる問題を回避する。氷形成は、膨張弁が蒸発器に直接的に適用される場合に発生し、もし膨張弁が冷凍システム内にあると、高圧側はより高温であるので、弁は、システムに熱を伝達するが、一方、もし膨張弁が外側にあるならば、低圧側は冷たいので、氷形成を生じる。２つの場合において、これは、システムの効率に影響する。流れ制御弁により、同じものが凝縮器の出口とキャピラリチューブの入口との間において適用されて、この現象は発生しない。
【００１３】
本発明の目的を実現するための方法の１つは、閉回路に流体的に接続する、密封式可変容量圧縮機を具備する、冷凍回路の流量制御装置（システム）により実施される。密封式可変容量圧縮機は、モータ圧縮機を制御するための電子システムを有する。閉回路は、凝縮器と、蒸発器と、熱交換器と、吸引ラインと、流体膨張弁（又は、流体膨脹デバイスとも言う）とを具備しており、流量制御弁は、凝縮器の出口と流体膨張弁の入口の前との間に配置されており、凝縮器は、密封式可変容量圧縮機の出口から、膨張弁、熱交換器及び蒸発器と直列に接続しており、吸引ラインは、熱交換器を通過して密封式可変容量圧縮機の入口に達するように、蒸発器の出口に接続しており、流体膨張弁は、公称（又は、定格）膨張容量を有し、蒸発器と凝縮器との間に配置される。密封式可変容量圧縮機は、閉回路内の流体流れを促進する。更に、該装置は、流量制御弁を制御するように構成される、密封式可変容量圧縮機の電子システムを具備して、流体が、流体膨張弁の公称膨張容量と同じレベルで流体膨張弁を通過するように常に保持する。密封式可変容量圧縮機の速度に比例するように流量制御弁を振動させて（又は、流量制御弁の開閉を繰り返して）、流体が凝縮器に貯められて、流体量が公称膨張容量に実質的に等しい量に達したときに、流体は開放される。
【００１４】
本発明の目的を実現するための別の方法を可能にする、冷凍回路の流量制御装置は、閉回路に流体的に接続する、密封式圧縮機を具備しており、閉回路は、凝縮器と、蒸発器と、熱交換器と、吸引ラインと、流体膨張デバイスと、を具備しており、凝縮器は、密封式圧縮機の出口から、膨張デバイスに直列に、熱交換器及び蒸発器と接続しており、吸引ラインは、蒸発器の出口に接続し、熱交換器を通過して、密封式圧縮機の入口に達しており、流体膨張デバイスは、公称膨張容量を有し、蒸発器と凝縮器との間に配置されており、密封式圧縮機は、閉回路内の流体流れを促進しており、閉回路は、回路公称流量容量を有する。該装置は、凝縮器の出口と流体膨張デバイスの入口の前との間にある、流れ制御弁を更に具備しており、流体膨張デバイスは、閉回路公称流量容量以上の公称膨張容量を有しており、流れ制御弁は、流体が凝縮器内に貯められて、それが公称膨張容量に実質的に等しい量に達した時に開放されるように振動させられる（pulsated）（又は、開閉を繰り返させられる）。言い換えれば、流体は、弁が閉じている時は常に、凝縮器内に貯められており、膨張デバイスは、冷凍システム（装置）の作動状態に必要な流量に比べて、等しいか又は少しより大きい流量を有する必要がある。
【００１５】
本発明の開示にやはり従い、冷凍システム（装置）を制御するための制御方法が提供されており、冷凍システムは、閉回路に流体的に接続する、密封式圧縮機を具備しており、閉回路は、凝縮器と、蒸発器と、流体膨張デバイスと、を具備しており、流体膨張デバイスは、公称膨張容量を有し、蒸発器と凝縮器との間に配置されており、密封式圧縮機は、閉回路内の流体流れを促進しており、閉回路は、回路公称流量容量を有しており、流れ制御弁が、凝縮器の出口と流体膨張デバイスの入口の前との間に配置される。該制御方法は、流れ制御弁の次にある凝縮器内に流体を貯留する手順と；流体量を公称膨張容量より少なくしながら、流れ制御弁の閉鎖状態を保持する手順と；流体の量が公称膨張容量以上である場合には、前記量が公称膨張容量より少ない量に到達するまで、流れ制御弁を振動させて（pulsating）（又は、流れ制御弁の開閉を繰り返して）流体を開放する振動手順と；を具備する。
【００１６】
本発明は以下で、閉回路の系統を示す、図１に示される実施の形態の例に基づいてより詳細に説明され、前記系統図は、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、流体膨張デバイスと、熱交換器とを示しており、閉回路は、流体で充填される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面に示された構成において、凝縮器１１は、膨張弁１７と熱交換器１８と蒸発器１２とに直列で、密封式可変容量圧縮機１０の出口に接続しており、吸引ライン２５は、蒸発器１２の出口に接続し、熱交換器１８を通過して、密封式可変容量圧縮機１０の入口に達する。
【００１８】
別の実施の形態（図示されない）において、熱交換器１８の使用が削除され、蒸発器１２の出口は、本発明の方法及び装置（システム）の思想を変更せずに、密封式可変容量圧縮機１０に接続する。
【００１９】
冷凍回路における流れ制御装置（システム）の運転の面において、閉回路２０は、冷却流体で充填され、密封式可変容量圧縮機１０は、閉回路２０内の流体の流れを促進し、閉回路２０は、回路公称（又は、定格）流量容量を有する。
【００２０】
本発明の開示によれば、流体膨張デバイス（装置）１７は、公称（又は、定格）膨張容量を有し、蒸発器１２と凝縮器１１との間に位置し、更にシステムは、凝縮器１１の出口と流体膨張弁１７の入口との間に位置する、流量制御弁１５を具備する。
【００２１】
流体膨張デバイス１７の特徴に関して、流体膨張デバイス１７は、公称膨張容量が閉回路２０の公称流量容量以上であるように設計されなければならない。従って、流量制御弁１５を調整して、凝縮器１１内に流体を貯めさせ、公称膨張容量に等しい流量が到達された場合にのみ開放されることが可能であり、即ち、このようにして、膨張弁１７は、常に最適条件の下で作動し、結果として最大効率で作動する。
【００２２】
流量制御弁１５は、例えば、振動式（pulsating）弁、電磁弁又は別のタイプの弁であっても良く、別のタイプの弁とは、閉回路の適切な作動を常に維持するような適切な方法で、流体の流れを制御するように迅速に応答可能なものであるので、従って、流体膨張弁１７は、実質的に、環境温度に比例的に開及び閉の公称膨張容量で作動し続けても良い。
【００２３】
流量制御弁１５の指令の面において、流量制御弁１５は、それが、公称膨張容量に実質的に等しい量を有する場合に、間欠的に振動して、流体を徐々に開放するように制御されなければならない。ダミング（貯留又は堰き止め）時間は、冷凍システムの要求に従い可変である。
【００２４】
システムの制御は、全体として、圧縮機又はシステム内にある電子制御装置（図示されない）により実施されなければならない。流れの調節（又は、調整）は、短時間間隔における弁のオン／オフ制御（開及び閉）によるか、又はゼロ（全閉弁）に等しい最小値と、無限の中間段階を有する最大値（全開弁）との間の流れの変化により、実施されても良い。言い換えれば、制御弁は、開又は閉の、２つの位置を有しており、従って制御弁は、１００％開放可能か、又は０から１００％までの開と閉との間でのパルス変化により、振動可能である。例として、圧縮機に容量の５０％を実現するために、弁は、１０秒開で、１０秒閉に保持可能であり、これらの時間を変化させる。
【００２５】
本発明の目的である、冷凍回路内の流量制御装置（システム）を作動させるために、以下の手順が予測される。
−圧縮機／システムの容量に従い、比例的に流量制御弁１５を調節（又は、調整）する手順。
−流体量を公称（又は、定格）膨張容量より少なくしながら、流量制御弁１５の閉鎖状態を保持する手順。
−流れの量が公称膨張容量以上である場合には、流体量が公称膨張容量に到達するまで、流量制御弁１５を振動させて（pulsating）流体を開放する手順。この手順において、流量制御弁１５の振動は、間欠的に実施される。
【００２６】
本発明の開示は、家庭冷凍システムと工業冷凍システムと空調システム等を含んでも良い、任意の冷凍システムに適用可能である。
【００２７】
本発明の例が、その好適な実施の形態を参照して説明されたが、本発明の範囲は、別の可能な変形形態を包含し、特許請求の範囲によってのみ制限されており、更に可能な同等形態を含むことが理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、凝縮器１１、蒸発器１２、熱交換器１８、吸引ライン２５及び流体膨張デバイス１７を具備する、閉回路２０を示しており、流体膨張デバイス１７は前述のごとく、キャピラリチューブ又は膨張弁であっても良い。
【図１】
0005129237.tif 000002