(57)【要約】閉ループ系内で相互に接続された蒸発器１６と、コンプレッサ１２と、コンデンサ１４とを有するベーパ圧縮システム１０である。１つの実施の形態において、多機能弁１８はコンデンサ１４から液化した熱伝導流体を受け取り且つコンプレッサ１２から高温のベーパを受け取る形態とされている。飽和ベーパ管２８が蒸発器１６の出口に接続し且つ多機能弁１８から出る熱伝導流体を蒸発器１６に供給する前に、飽和ベーパに実質的に変換し得るような寸法とされている。多機能弁１８は蒸発器１６の出口をコンプレッサ１２の入口に接続する飽和管３０を通じてコンプレッサ１２に戻る熱伝導流体の温度を監視することにより熱伝導流体の流れを調節する。１つの好ましい実施の形態において、分岐液体管がコンデンサ１４の出口を多機能弁の第一の入口及び計量装置の入口に接続する。
2004500533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベーパ圧縮システムにおいて、
熱伝導流体の圧力及び温度を上昇させるコンプレッサと、
熱伝導流体を液化するコンデンサと、
入口を有して、周囲環境からの熱を熱伝導流体に伝導する蒸発器と、
第一の入口及び出口を有するＸＤＸ弁と、
入口及び出口を有する計量装置（ｍｅｔｅｒｉｎｇ　ｕｎｉｔ）と、
ＸＤＸ弁の出口を蒸発器の入口に接続する飽和ベーパ管と、
計量装置の出口を蒸発器の入口に接続する冷媒管と、
コンデンサをＸＤＸ弁の第一の入口及び計量装置の入口に接続する分岐液体管と、
コンプレッサをコンデンサの入口に接続する排出管と、
蒸発器をコンプレッサに接続する吸引管と、
吸引管に取り付けられ且つＸＤＸ弁及び計量装置に作用可能に接続された温度センサとを備え、
コンデンサから蒸発器への熱伝導流体の流れがＸＤＸ弁及び計量装置の一方を通って流れるように方向設定される、ベーパ圧縮システム。
【請求項２】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
前記ＸＤＸ弁が、
第一の入口に接続されて、第一のソレノイド弁により仕切られる第一の通路と、
該第一の通路内に配置され且つ温度センサにより励起される機械式の計量弁とを備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項３】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
周囲環境の状態を監視するセンサを更に備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項４】
請求項３のベーパ圧縮システムにおいて、
ＸＤＸ弁の第一の入口が第一の仕切弁により仕切られ、
計量装置の入口が第二の仕切弁により仕切られ、
第一の仕切弁及び第二の仕切弁にセンサが作用可能に接続される、ベーパ圧縮システム。
【請求項５】
請求項４のベーパ圧縮システムにおいて、
前記第一の仕切弁が、センサから信号を受け取ったとき、ＸＤＸ弁を通る熱伝導流体の流れを停止させ、
前記第二の仕切弁が、センサから信号を受けとったとき、計量装置を通る熱伝導流体の流れを停止させる、ベーパ圧縮システム。
【請求項６】
請求項１のベーパ圧縮システムにおいて、
複数の蒸発器と、
複数のＸＤＸ弁と、
複数の飽和ベーパ管であって、各々が前記複数のＸＤＸ弁の１つを前記複数の蒸発器の１つに接続する前記複数の飽和ベーパ管と、
各々が前記複数の蒸発器の１つをコンプレッサに接続する複数の吸引管とを更に備え、
前記複数の吸引管の各々が、信号を前記複数のＸＤＸ弁の選ばれた１つに伝送し得るように取り付けられた温度センサを有する、ベーパ圧縮システム。
【請求項７】
ベーパ圧縮システムの運転方法において、
液体状態の熱伝導流体を受け入れる第一の入口と、該第一の入口を共通のチャンバに接続する第一の通路であって、内部に配置され且つ第一の弁により仕切られた計量弁を有する前記第一の通路と、第二の入口を共通のチャンバに接続する第二の通路とを有するＸＤＸ弁を提供することと、
液体状態の熱伝導流体を受け入れる第一の入口を有する計量装置を提供することと、
熱伝導流体を比較的高い温度及び圧力まで圧縮し且つ熱伝導流体を第一の排出管を通じてコンデンサまで流動させることと、
熱伝導流体を分岐液体管を通じてコンデンサからＸＤＸ弁の第一の入口及び計量装置の第一の入口まで流動させることと、
ＸＤＸ弁の第一の入口及び計量装置の第一の入口の一方を開くことと、
熱伝導流体をＸＤＸ弁及び計量装置の一方を通じて蒸発器まで流動させることとを備える、方法。
【請求項８】
請求項７の方法において、
ＸＤＸ弁がガス状態の熱伝導流体を受け入れる第二の入口を更に備える方法。
【請求項９】
請求項７の方法において、
ＸＤＸ弁から出る熱伝導流体が、該熱伝導流体が蒸発器に入る前に、高品質の液体とベーパの混合体を形成する、方法。
【請求項１０】
請求項７の方法において、
ＸＤＸ弁から出る熱伝導流体が、該熱伝導流体が蒸発器に入る前に、乱流状態にある、方法。
【請求項１１】
請求項９の方法において、
飽和ベーパが蒸発器を実質的に充填し、熱が周囲環境から飽和ベーパに伝導される、方法。
【請求項１２】
請求項７の方法において、
飽和ベーパを吸引管を通じてコンプレッサに戻すことを更に備える方法。
【請求項１３】
液体とベーパの混合体中に存在する液体を合体させる（ｃｏａｌｅｓｃｉｎｇ）装置において、
入口と、
出口と、
該入口及び該出口に接続された共通のチャンバであって、入口及び出口の幅よりも広い幅を有する前記共通のチャンバとを備え、
液体とベーパの混合体が、該共通のチャンバを通って入口から出口まで流動方向に流れ、
前記共通のチャンバが、
液体とベーパの混合体が入口から共通のチャンバに入ったとき流動する第一の部分であって、入口及び出口と接続された前記第一の部分と、
該第一の部分に隣接し且つ流動方向から離れた第二の部分とを有し、
液体とベーパの混合体中の液体の一部分が第二の部分内で合体する、装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置において、
入口に隣接して配置された計量装置を更に備え、
該計量装置が、液化した熱伝導流体の共通のチャンバ内への流れを調節する弁組立体を有する、装置。
【請求項１５】
請求項１３の装置において、
共通のチャンバに接続された第二の入口を更に備え、
該第二の入口が、高圧のベーパを受け入れ且つ該高圧のベーパを共通のチャンバに伝導する形態とされた、装置。
【請求項１６】
請求項１３の装置において、
液体とベーパの混合体が入口に入るとき、乱流状態にあり、液体とベーパの混合体中のベーパの一部分が第二の部分内に取り込まれる、装置。
【請求項１７】
請求項１３の装置において、
合体装置の出口を蒸発器の入口に接続する飽和ベーパ管と、
コンデンサの出口を合体装置の入口に接続する液体管とを更に備える、装置。
【請求項１８】
請求項１３の装置において、
共通のチャンバ内に旋回流（ｖｏｒｔｅｘ）が形成される、装置。
【請求項１９】
周囲環境の状態を制御すべくベーパ圧縮システムを運転する方法において、
熱伝導流体を比較的高い温度及び圧力まで圧縮し且つ熱伝導流体を排出管を通じてコンデンサまで流動させるコンプレッサを提供することと、
熱伝導流体を分岐液体管を通じて計量装置の入口及びＸＤＸ弁の入口まで流動させることと、
熱伝導流体を、計量装置及びＸＤＸ弁の一方の入口を通って流れるように方向設定することと、
熱伝導流体を計量装置及びＸＤＸ弁の一方の出口から蒸発器の入口まで流動させることと、
熱伝導流体を蒸発器の入口にて受け入れることと、
熱伝導流体を吸引管を通じてコンプレッサに戻すこととを備える、方法。
【請求項２０】
請求項１９の方法において、
蒸発器により受け取られる熱伝導流体が飽和ベーパである、方法。
【請求項２１】
請求項１９の方法において、
周囲環境内の状態を検出し得るように周囲環境内にセンサを配置することと、　周囲環境の状態に基づいて熱伝導流体がＸＤＸ弁及び計量装置の一方を通って流れるように方向設定することとを更に備える、方法。
【請求項２２】
請求項２１の方法において、
前記センサが周囲環境内の湿度を検出する、方法。
【請求項２３】
周囲環境の状態を制御すべくベーパ圧縮システムを運転する方法において、
周囲環境の状態を測定し得るように周囲環境内にセンサを提供することと、
熱伝導流体を比較的高い温度及び圧力まで圧縮し且つ熱伝導流体を排出管を通じてコンデンサまで流動させるコンプレッサを提供することと、
熱伝導流体を分岐液体管を通じて計量装置の入口及びＸＤＸ弁の入口まで流動させることと、
センサからの信号に応答して、熱伝導流体が計量装置及びＸＤＸ弁の一方の入口を通って流れるように方向設定することと、
熱伝導流体を計量装置及びＸＤＸ弁の一方の出口から蒸発器の入口まで流動させることと、
熱伝導流体を蒸発器の入口にて受け入れることと、
熱伝導流体を吸引管を通じてコンプレッサに戻すこととを備える、方法。
【請求項２４】
熱伝導流体を流動させることにより熱を周囲環境から伝導するベーパ圧縮システムにおいて、
コンプレッサと、
コンデンサと、
コンプレッサをコンデンサに接続する排出管と、
蒸発器と、
蒸発器をコンプレッサに接続する吸引管と、
計量装置と、
ＸＤＸ弁と、
コンデンサを計量装置及びＸＤＸ弁に接続する分岐液体管と、
計量装置を蒸発器に接続する冷媒管と、
ＸＤＸ弁を蒸発器に接続する飽和ベーパ管とを備え、
飽和ベーパ管内の熱伝導流体が、蒸発器に供給される前に、飽和ベーパに変換される、ベーパ圧縮システム。
【請求項２５】
請求項２４のベーパ圧縮システムにおいて、
ＸＤＸ弁が、入口と、出口と、該入口及び該出口に接続された共通のチャンバとを備え、
熱伝導流体が、液体とベーパの混合体から実質的な液体量が実質的なベーパ量から分離し且つ分かれた混合体に変換される、ベーパ圧縮システム。
【請求項２６】
液体の合体装置において、
熱伝導流体が共通のチャンバに流体として且つベーパ中に懸濁された液体を含む状態で共通のチャンバに入ることを可能にする入口と、
熱伝導流体が共通のチャンバから流体として出ることを可能にする出口と、
熱伝導流体が入口から出口に流体として進入することを可能にする、共通のチャンバ内にあり且つ入口に隣接した第一の部分と、
熱伝導流体の一部分が蓄積することを可能にし、実質的な液体量が凝縮し且つ実質的なベーパ量に対して合体し且つ分離するのを許容する、共通のチャンバ内にある第二の部分とを備える、装置。
【請求項２７】
請求項２６の装置において、
入口に接続された計量装置であって、熱伝導流体を共通のチャンバ内に体積的に膨張させる前記計量装置を更に備える、装置。
【請求項２８】
請求項２６の装置において、
入口から出口への全体的な経路が流動方向を画定し、
第二の部分が流動方向から離れた位置に配置され、液体が第二の部分内で合体し得るようにした、装置。
【請求項２９】
請求項２６の装置において、
第二の部分内のリザーバを更に備え、
該リザーバが、共通のチャンバ内に熱伝導流体の一部分を取り込み、液体が合体するのを許容する、装置。
【請求項３０】
請求項２６の装置において、
出口に隣接する切欠きを更に備え、
該切欠きが、出口を通って共通のチャンバから出ることのできる熱伝導流体の量を減少させる、装置。
【請求項３１】
請求項２６の装置において、
高温のガスが共通のチャンバに流体として進入することを可能にする第二の入口を更に備える、装置。
【請求項３２】
請求項２６の装置において、
熱伝導流体が入口に入るとき乱流状態にある、装置。
【請求項３３】
請求項２６の装置において、
第二の部分内に渦流（ｅｄｄｙ）が形成される、装置。
【請求項３４】
請求項２６の装置において、
第二の部分内に旋回流（ｖｏｒｔｅｘ）が形成される、装置。
【請求項３５】
実質的な液体量が実質的なベーパ量から分離し且つ分かれている熱伝導流体を発生させる多機能弁において、
第一の部分及び第二の部分を有する共通のチャンバを備え、
該第一の部分が、入口及び出口を含み、該入口が熱伝導流体が共通のチャンバに流体として進入することを可能にし、
熱伝導流体がベーパと混合された液体を含み、出口が熱伝導流体が共通のチャンバから流体として出ることを可能にし、第二の部分が熱伝導流体が蓄積するための領域（ａｒｅａ）を提供し、実質的な液体量が実質的なベーパ量から分離することが許容される、多機能弁。
【請求項３６】
ベーパ圧縮システムにおいて、
熱伝導流体の圧力及び温度を上昇させるコンプレッサと、
熱伝導流体を液化するコンデンサと、
入口を有して、周囲環境から熱伝導流体に熱を伝導する蒸発器と、
入口、出口、該出口に接続された仕切弁を有する急速動作毛細管であって、仕切弁が該急速動作毛細管を通る熱伝導流体の流れを停止させることのできる、前記急速動作毛細管と、
急速動作毛細管の仕切弁を蒸発器の入口に接続する飽和ベーパ管と、
コンデンサを急速動作毛細管の入口に接続する液体管と、
コンプレッサをコンデンサの入口に接続する排出管と、
蒸発器をコンプレッサに接続する吸引管とを備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項３７】
ベーパ圧縮システムの運転方法において、
熱伝導流体を比較的高い温度及び圧力に圧縮し且つ熱伝導流体を排出管を通じてコンデンサまで流動させるコンプレッサを提供することと、
熱伝導流体をコンデンサから液体管を通じて急速動作毛細管の入口まで流動させることと、
ベーパ圧縮システムが運転しているとき、熱伝導流体が急速動作毛細管の出口を通って流れるように方向設定することと、
熱伝導流体を急速動作毛細管の出口から蒸発器の入口まで流動させることと、　熱伝導流体を蒸発器の入口にて受け入れることと、
熱伝導流体を吸引管を通じてコンプレッサに戻すこととを備える、方法。
【請求項３８】
請求項３７の方法において、
急速動作毛細管の出口に仕切弁を提供することと、
ベーパ圧縮システムが運転を停止したとき、熱伝導流体が急速動作毛細管を充填するのを許容し得るように仕切弁を閉じることとを更に備える、方法。
【請求項３９】
熱伝導流体を計量する急速動作毛細管において、
熱伝導流体が膨張管に流体として且つ液体として膨張管に入ることを可能にする入口と、
熱伝導流体が膨張管から流体として且つ液体とベーパの混合体として膨張管から出ることを可能にする出口と、
急速動作毛細管を通る熱伝導流体の流れを制御し得るように出口に接続された仕切弁とを備える、急速動作毛細管。
【請求項４０】
請求項３９の急速動作毛細管において、
前記仕切弁がソレノイド弁である、急速動作毛細管。
【請求項４１】
請求項３９の急速動作毛細管において、
前記仕切弁が蒸発器の入口に接続される、急速動作毛細管。
【請求項４２】
ベーパ圧縮システムにおいて、
熱伝導流体の圧力及び温度を上昇させるコンプレッサと、
熱伝導流体を液化するコンデンサと、
入口を有して、周囲環境から熱伝導流体に熱を伝導する蒸発器と、
入口及び出口を有する計量装置と、
該計量装置の出口を蒸発器の入口に接続する飽和ベーパ管であって、その一部分が乱流管の内面にディンプルを有する乱流管である前記飽和ベーパ管と、
前記コンデンサを計量装置の入口に接続する液体管と、
前記コンプレッサをコンデンサの入口に接続する排出管と、
前記蒸発器をコンプレッサに接続する吸引管とを備える、ベーパ圧縮システム。
【請求項４３】
請求項４２のベーパ圧縮システムにおいて、
熱伝導流体が乱流として蒸発器に入る、ベーパ圧縮システム。
【請求項４４】
請求項４２のベーパ圧縮システムにおいて、
前記乱流管が、熱伝導流体が乱流状態にて蒸発器に入るのに十分な長さ及び直径であり、また、十分な量のディンプルを有する、ベーパ圧縮システム。
【請求項４５】
ベーパ圧縮システムの運転方法において、
熱伝導流体を比較的高い温度及び圧力に圧縮し且つ熱伝導流体を排出管を通じてコンデンサまで流動させるコンプレッサを提供することと、
熱伝導流体をコンデンサから液体管を通じて計量装置の入口まで流動させることと、
熱伝導流体の流れを乱流に変換するのに十分な一連のディンプルを有する乱流管を通じて熱伝導流体を計量装置の出口から蒸発器の入口まで流動させることと、
熱伝導流体を蒸発器の入口にて受け入れることと、
熱伝導流体を吸引管を通じてコンプレッサに戻すこととを備える、方法。
【請求項４６】
熱伝導流体の流れを乱流に変換する乱流管であって、
熱伝導流体が乱流管に流体として且つ層流として乱流管に入ることを可能にする入口と、
熱伝導流体が乱流管から流体として且つ乱流として乱流管から出ることを可能にする出口と、
入口を出口に接続する通路と、
該通路の内面に配置された少なくとも１つのディンプルであって、少なくともその１つが熱伝導流体の流れを乱流に変換するのに十分である前記少なくとも１つのディンプルとを備える、乱流管。
【請求項４７】
請求項４６の乱流管において、
前記出口が蒸発器の入口に接続される、乱流管。
【請求項４８】
請求項４６の乱流管において、
少なくとも１つのディンプルが熱伝導流体の流れに向けて内方に突き出す隆起部（ｒｉｄｇｅ）である、乱流管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の相互参照】
関連する主題事項は、１９９９年１月１２日付けで出願された、「ベーパ圧縮システム及び方法（ＶＡＰＯＲ　ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ　ＳＹＳＴＥＭ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ）」という名称の出願０９／２２８，６９６号、１９９９年１１月２日付けで出願された、「ベーパ圧縮システム及び方法（ＶＡＰＯＲ　ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ　ＳＹＳＴＥＭ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ）」という名称の出願０９／４３１，８３０号及び１９９９年１１月１８日付けで出願された、「ベーパ圧縮システム及び方法（ＶＡＰＯＲ　ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ　ＳＹＳＴＥＭ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ）」という名称の出願０９／４４３，０７１号の同一人が所有する出願係属中の特許出願に開示されている。本出願は、２０００年１月１１日付けで出願された、「ベーパ圧縮システム及び方法（ＶＡＰＯＲ　ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ　ＳＹＳＴＥＭ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ）」という名称の同一人が所有する出願係属中の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／００６６３号の一部継続出願である。
【０００２】
【背景】
閉ループベーパ圧縮サイクル中、熱伝導流体は、コンデンサ内にてベーパから液体に状態を変化させ、熱を放出し、また、蒸発器内で液体からベーパへ状態を変化させ、蒸発中、熱を吸収する。典型的なベーパ圧縮システムは、フレオンのような熱伝導流体をコンデンサに圧送するコンプレッサを備えており、この場合、ベーパが凝縮して液体になるとき、熱が放出される。液体は液体管を通って恒温型膨張弁まで流れ、この膨張弁にて、熱伝導流体は、体積膨張する。恒温型膨張弁から出る熱伝導流体は低質の液体とベーパの混合体である。本明細書にて使用するように、「低質の液体とベーパの混合体」という語は、熱伝導流体が略冷却状態を保つとき、残る熱伝導流体を冷却する僅かな量のフラッシュガスを有する液体状態にある低圧の熱伝導流体を意味するものとする。次に、膨張した熱伝導流体は蒸発器内に流れ、そこで、液体冷媒は、液体からベーパに状態を変化する間、低圧にて蒸発され、熱を吸収する。このとき、ベーパ状態にある熱伝導流体は、吸引管を通ってコンプレッサまで流れて戻る。場合により、熱伝導流体は、ベーパ状態ではなくて、過熱されたベーパの状態にて蒸発器から出る。
【０００３】
１つの面において、ベーパ圧縮サイクルの効率は、ベーパ圧縮システムが熱伝導流体をコンデンサから出るとき、高圧の液体として保ち得る能力に依存する。冷却した高圧の液体は、コンデンサと恒温型膨張弁との間を伸びる長い冷媒管に亙って液体状態のままでなければならない。恒温型膨張弁が適正に作動するかどうかは、ある量の液体熱伝導流体が弁を通って流れるかどうかに依存する。高圧の液体が恒温型膨張弁のオリフィスを通って流れるとき、流体が弁を通じて膨張するため、流体の圧力降下が生じる。より低圧力のとき、流体は、少量のフラッシュガスの形態として追加的な量を冷却し且つ液体の形態にある大量の熱伝導流体を冷却する。本明細書で使用するように、「フラッシュガス」という語は、弁を通る流体の一部が急速にガスに変化し、液体の形態にある残りの熱伝導流体を相応する温度まで冷却するとき、恒温型膨張弁のような、膨張装置内の圧力降下を説明するために使用される。
【０００４】
この低質の液体とベーパの混合体は、蒸発器内の冷却コイルの最初の部分内に流れる。流体がコイルを通って進むとき、この流体は、最初に、加温する間に、少量の熱を吸収し、高品質の液体とベーパの混合体となる温度に近づく。本明細書で使用するように、「高品質の液体とベーパの混合体」という語は、釣合ったエンタルピーにて液体状態及びベーパ状態の双方にあり、熱伝導流体の圧力及び温度が互いに相関することを示す、熱伝導流体を意味するものとする。高品質の液体とベーパの混合体は、状態が変化する状態にあるため、極めて効率的に熱を吸収することができる。次に、熱伝導流体は、周囲環境から熱を吸収し且つ沸騰し始める。蒸発器コイル内での沸騰過程は、コイル内にて飽和したベーパを発生させ、このベーパは、周囲環境から熱の吸収を続ける。一度び流体が完全に沸騰したならば、この流体は、冷却コイルの最終段から冷ベーパとして出る。一度び流体が冷ベーパに完全に変換されたならば、この流体は殆ど熱を吸収しない。冷却コイルの最終段にある間に、熱伝導流体は過熱されたベーパ状態となり、過熱ベーパとなる。本明細書にて使用するように、熱伝導流体は、ベーパ状態にある間に、最小量の熱が熱伝導流体に加えられるとき、「過熱ベーパ」となり、これにより、依然として同様の圧力を保ちつつ、熱伝導流体の温度をベーパ状態に入ったときの温度よりも高く上昇させる。次に、過熱されたベーパは、吸引管を通ってコンデンサに戻り、このコンデンサにて、ベーパ−圧縮サイクルが続行する。
【０００５】
高効率の運転のためには、熱伝導流体は、蒸発器内の冷却コイルの大部分にて液体からベーパへと状態を変化させなければならない。熱伝導流体が液体からベーパに状態を変化させると、該流体は、分子が液体からガスまで状態を変化させるとき、多量のエネルギを吸収し、蒸発潜熱を吸収する。これに反して、流体が液体状態にある間、又は流体がベーパ状態にある間に、吸収される熱は相対的に殆どない。このため、最適な冷却効率は、恒温型膨張弁により熱伝導流体を正確に制御し、可能な限り長い冷却コイル内にて流体が状態が変化することを確実にし得るかどうかに依存する。熱伝導流体が冷却した液体状態にて蒸発器に入り且つベーパ状態又は過熱ベーパ状態にて蒸発器から出るとき、蒸発器の相当に大きい部分が熱を殆ど吸収しない状態にある流体を保持するため、蒸発器の冷却効率は低下する。最適な冷却効率となるためには、蒸発器の相当に広い部分、又はその全体部分は、液体状態及びベーパ状態の双方にある流体を保持しなければならない。最適な冷却効率を確保するためには、蒸発器に入り且つ蒸発器から出る熱伝導流体は、高品質の液体とベーパの混合体でなければならない。
【０００６】
恒温型膨張弁は、重要な役割を果たし且つ閉ループシステムを通る熱伝導流体の流れを調節する。蒸発器内にて何らかの冷却効果を発生させる前に、熱伝導流体は、コンデンサから出る高温度の液体から圧力降下によって適当な蒸発温度の範囲まで冷却しなければならない。蒸発器への低圧流体の流れは、蒸発器内にて最大の冷却効率を保つべく恒温型膨張弁によって計量される。典型的に、一度び運転が安定したならば、機械式の恒温型膨張弁は、蒸発器の出口付近にて吸引管内の熱伝導流体の温度を監視することにより、熱伝導流体の流れを調節する。熱伝導流体は、恒温型膨張弁から出るとき、少量のフラッシュガスを有する低圧力の液体の形態をしている。このフラッシュガスが存在することは、その液体状態にある熱伝導流体の釣合い状態に冷却効果を与え、これにより、低質の液体とベーパの混合体を形成する。熱伝導流体が蒸発器から出るとき、熱伝導流体が受ける過熱量を測定するため、温度センサが吸引管に取り付けられる。過熱とは、熱伝導流体が完全に沸騰し、液体が最早吸引管内に残っていなくなった後、ベーパに加えられる熱の量である。過熱されたベーパにより吸引される熱は殆どないため、恒温型膨張弁は、蒸発器内で形成された過熱したベーパの量を最小にし得るように熱伝導流体の流れを計量する。従って、恒温型膨張弁は、蒸発器から出るベーパの過熱程度を監視することにより、蒸発器内に流れる低圧の液体の量を決定する。
【０００７】
閉ループを通る熱伝導流体の流れを調節することの必要性に加えて、ベーパ圧縮システムの最適な運転効率は、蒸発器が定期的に霜取りを行うかどうかに依存する。運転中に蒸発器コイル上に形成される着氷を除去するため定期的な霜取りが必要である。氷又は霜が蒸発器上に形成されるとき、この氷又は霜は、空気が蒸発器上を通るのを妨げ、その結果、熱伝導効率を低下させる。冷蔵ディスプレイキャビネットのような商業的システムにおいて、霜の蓄積は、ディスプレイキャビネット内にエアカーテンを形成することができない程に、空気の流量を減少させる可能性がある。食品冷凍器等のような商業的システムにおいて、数時間毎に、蒸発器の霜取りを行うことが必要となることがしばしばである。冷蔵サイクルを停止させ、蒸発器を周囲温度の空気にて霜取りするオフサイクル方法のような、色々な霜取り方法が存在する。更に、蒸発器の周りに電気加熱エレメントを提供し、加熱コイルを通して電流を流し、霜を溶かす、電気的霜取りオフサイクル方法が使用される。
【０００８】
オフサイクル霜取りシステムに加えて、コンプレッサから出る熱伝導流体の比較的高温度を利用して蒸発器の霜取りを行うベーパ圧縮システムが開発されている。これらの技術において、高温度のベーパは、コンプレッサから蒸発器に直接供給される。１つの技術において、高温度ベーパの流れは、吸引管内に排出され、ベーパ蒸発システムは基本的に逆方向に作動する。その他の技術において、高温度ベーパを輸送して蒸発器を定期的に霜取りするという唯一の目的のため、コンプレッサから蒸発器に直接伸びる専用の管内に高温度のベーパが圧送される。更に、バイパス弁、バイパス管、熱交換器等のようなベーパ圧縮システム内に存在する多数の装置を利用する、その他の複雑な方法が開発されている。
【０００９】
従来のベーパ−圧縮システムからより優れた運転効率を得ようとして、冷蔵業界は益々複雑なシステムを開発しつつある。蒸発器を通る熱伝導流体を一層良く制御しようとして精緻なコンピュータ制御式の恒温型膨張弁が開発されている。更に、高い熱伝導率を保ち得るように蒸発器をより迅速に霜取りすべく複雑な弁及び配管システムが開発されている。これらのシステムは成功度の度合いが相違するものの、ベーパ圧縮システムの複雑さが増すため、ベーパ圧縮システムのコストが大幅に増大する。従って、低コストにて設置可能で且つ高効率にて運転できる効率的なベーパ圧縮システムの必要性が存在する。
【００１０】
【発明の概要】
本発明の第一の面によれば、蒸発器の入口に飽和ベーパを供給することにより高い運転効率を保つベーパ圧縮システムが提供される。本明細書で使用するように、「飽和ベーパ」という語は、エンタルピーが釣合った状態にて液体状態及びベーパ状態の双方にあり、熱伝導流体の圧力及び温度が互いに相関することを示す熱伝導流体を意味する。飽和ベーパは、高品質の液体とベーパの混合体である。飽和ベーパを蒸発器に供給することにより、液体及びベーパ状態の双方の熱伝導流体が蒸発器コイルに入る。このように、熱伝導流体は、最大の熱を流体により吸収することができる物理的状態にて蒸発器に供給される。蒸発器の高効率の運転に加えて、本発明の１つの好ましい実施の形態において、ベーパ圧縮システムは、蒸発器の簡単な霜取り手段を提供する。共通のチャンバに供給する別個の通路を保持する多機能弁が採用される。運転時、多機能弁は、冷却するための飽和ベーパ又は霜取りのための高温度のベーパの何れかを蒸発器に伝導することができる。
【００１１】
１つの形態において、ベーパ圧縮システムは、熱伝導流体を蒸発させる蒸発器と、熱伝導流体を比較的高温度及び圧力に圧縮するコンプレッサと、熱伝導流体を凝縮させるコンデンサとを備えている。飽和ベーパ管は膨張弁から蒸発器に接続されている。本発明の１つの面において、飽和ベーパ管の直径及び長さは、流体を蒸発器に供給する前に、熱伝導流体を飽和ベーパに実質的に変換することを保証するのに十分である。本発明の１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体が蒸発器に入る前に、熱伝導流体の一部分を蒸発させるのに十分な熱源が飽和ベーパ管内の熱伝導流体に付与される。本発明の１つの面において、熱伝導流体が膨張弁を通った後で且つ熱伝導流体が蒸発器に入る前に、熱源が熱伝導流体に付与される。熱源は、熱伝導流体を低質の液体とベーパの混合体から高品質の液体とベーパの混合体に又は飽和ベーパに変換する。典型的に、熱伝導流体の少なくとも約５％は蒸発器に入る前に蒸発される。
【００１２】
本発明の１つの実施の形態において、膨張弁は、液体状態の熱伝導流体を受け入れる第一の入口と、ベーパ状態の熱伝導流体を受け入れる第二の入口とを有する多機能弁内に位置している。該機能弁は、第一及び第二の入口を共通のチャンバに接続する通路を更に有している。通路内に配置されたゲート弁は、各通路内にて熱伝導流体の流れを独立的に中断することを可能にする。ベーパ圧縮システムを通る飽和ベーパ及び高温度ベーパの流れを独立的に制御する能力は、蒸発器における熱伝導率の増大及び蒸発器の迅速な霜取りの双方により高運転効率を生じさせる。この運転効率の増大は、ベーパ圧縮システムを比較的少量の熱伝導流体にて充填することを可能にするが、ベーパ圧縮システムは、依然として比較的大きい熱負荷を取り扱うことができる。
【００１３】
更に別の実施の形態において、熱伝導流体は液体とベーパの混合体として多機能弁に入り、全体として、流動方向に流れる。熱伝導流体の流量及び共通のチャンバの形状を制御することにより、液体とベーパの混合体の実質的な量を液体及びベーパに分離し、熱伝導流体が液体及びベーパとして出口を通って共通のチャンバから出て、実質的な液体量が実質的なベーパ量から分離し且つ分かれるようにすることが可能である。
【００１４】
１つの好ましい実施の形態において、ベーパ圧縮システムは、コンプレッサと、コンデンサと、蒸発器と、ＸＤＸ弁と、膨張弁とを有している。この実施の形態によれば、コンデンサから蒸発器への熱伝導流体の流れは、ＸＤＸ弁又は膨張弁の何れかを通って流れるように切り換えることができる。好ましくは、ベーパ圧縮システムは、周囲環境、すなわち、ベーパ圧縮システムにより温度及び湿度のような状態が制御され又は変更される領域又はスペースの状態を測定するセンサを有するようにする。周囲環境の状態を決定したならば、その後、センサは熱伝導流体の流れをＸＤＸ弁又は膨張弁の何れかに方向設定すべきかを決定する。
【００１５】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
本発明の１つの実施の形態に従って配置されたペーパ−圧縮システム１０の１つの実施の形態が図１に図示されている。ベーパ圧縮システム１０は、コンプレッサ１２と、コンデンサ１４と、蒸発器１６と、多機能弁１８とを有している。コンプレッサ１２は、排出管２０によりコンデンサ１４に接続されている。多機能弁１８は、多機能弁１８の第一の入口２４に接続された液体管によりコンデンサ１４に接続されている。更に、多機能弁１８は第二の入口２６にて排出管２０に接続されている。飽和ベーパ管２８は多機能弁１８を蒸発器１６に接続し、吸引管３０は蒸発器１６の出口をコンプレッサ１２の入口に接続する。温度センサ３２が吸引管３０に取り付けられ且つ多機能弁１８と作用可能に接続されている。本発明によれば、コンプレッサ１２、コンデンサ１４、多機能弁１８及び温度センサ３２は制御装置３４内に配置されている。これに相応して、蒸発器１６が冷蔵ケース３６内に配置されている。本発明の１つの好ましい実施の形態において、コンプレッサ１２、コンデンサ１４、多機能弁１８、温度センサ３２及び蒸発器１６の全ては冷蔵ケース３６内に配置されている。本発明の別の好ましい実施の形態において、ベーパ圧縮システムは、制御装置３４と、冷蔵ケース３６とを備えており、コンプレッサ１２及びコンデンサ１４は制御装置３４内に配置されており、蒸発器１６、多機能弁１８及び温度センサ３２は冷蔵ケース３６内に配置されている。
【００１６】
本発明のベーパ圧縮システムは、例えば、ジクロロジフルオロメタンであるＲ−１２、モノクロロジフルオロメタンであるＲ−２２、Ｒ−１２及びＲ−１５２ａから成る共沸混合物的冷媒であるＲ−５００、Ｒ−２３及びＲ−１３から成る共沸混合物的冷媒であるＲ−５０３、Ｒ−２２及びＲ−１１５から成る共沸混合物的冷媒であるＲ−５０２ようなクロロ過フッ化炭化水素のような冷媒を含む、実質的に任意の商業的に入手可能な熱伝導流体を利用することできる。本発明のベーパ圧縮システムはまた、非限定的に、Ｒ−１３、Ｒ−１１３、１４１ｂ、１２３ａ、１２３、Ｒ−１１４、Ｒ−１１のような冷媒を利用することもできる。更に、本発明のベーパ圧縮システムは、例えば、１４１ｂ、１２３ａ、１２３及び１２４のようなヒドロクロロ過フッ化炭化水素、Ｒ−１３４ａ、１３４、１５２、１４３ａ、１２５、３２、２３のようなヒドロ過フッ化炭化水素、及びＡＺ−２０、ＡＺ−５０（これは一般にＲ−５０７として既知）のような共沸混合物的ＨＦＣｓのような冷媒を利用することができる。また、本発明のベーパ圧縮システム内でＭＰ−３９、ＨＰ−８０、ＦＣ−１４、Ｒ−７１７及びＨＰ−６２（一般にＲ−４０４ａとして既知）のような混合冷媒を冷媒として使用することもできる。従って、本発明は、同一の冷媒を利用する従来から既知の任意のベーパ圧縮システムにより実現可能であるよりも実質的に全ての冷媒にてより高システム効率にて運転するものと考えられるから、本発明にて利用される特定の冷媒又は冷媒の組み合わせは、本発明の作動にとって重要ではないと考えられることが理解されよう。
【００１７】
運転時、コンプレッサ１２は、熱伝導流体を比較的高圧及び高温度まで圧縮する。熱伝導流体がコンプレッサ１２により圧縮される温度及び圧力はベーパ圧縮システム１０の特別な寸法及びベーパ圧縮システムの冷却負荷条件に依存する。コンプレッサ１２は、熱伝導流体を排出管２０及びコンデンサ１４内に圧送する。以下に更に詳細に説明するように、冷却運転中、第二の入口２６を閉じて、コンプレッサ１２の出力の全体はコンデンサ１４を通じて圧送される。
【００１８】
コンデンサ１４において、空気、水又は二次的冷媒のような媒体は、コンデンサ１４内のコイルを経て吹き飛ばされ、加圧された熱伝導流体を液体状態に変化させる。熱伝導流体の温度は、流体内の潜熱が凝縮過程中、排出されるとき、特定の熱伝導流体、すなわち、グリコール等に依存して、約１０乃至４０°Ｆ（約５．６乃至２２．２℃）に降下する。コンデンサ１４は液化した熱伝導流体を液体管２２に排出する。図１に図示するように、液体管２２は、直ちに多機能弁１８内に排出する。液体管２２は比較的短いため、液体管２２により運ばれた加圧液体は、コンデンサ１４から多機能弁１８に進むとき、温度が実質的に上昇しない。ベーパ圧縮システム１０を短い液体管２２を有する形態とすることにより、ベーパ圧縮システム１０は、低温度及び高圧力にて実質的な量の熱伝導流体を多機能弁１８に好ましいように供給する。熱伝導流体が一度び高圧液体に変換されたならば、長い距離に亙って流れないため、多機能弁１８に入る前に液体が誤って加熱され又は液体圧力の損失により熱吸収能力が失われることは殆どない。本発明の上記の実施の形態において、ベーパ圧縮システムは比較的短い液体管２２を使用する一方、以下に説明するように、比較的長い液体管２２を使用して本発明の有利な点をベーパ圧縮システム内で具体化することが可能である。コンデンサ１４により排出された熱伝導流体は第一の入口２４から多機能弁１８に入り、温度センサ３２にて吸引管３０の温度により決定された率にて体積膨張する。多機能弁１８は熱伝導流体を飽和ベーパとして飽和ベーパ管２８内に排出する。温度センサ３２は、温度情報を制御線３３を通じて多機能弁１８に伝達する。
【００１９】
当該技術分野の当業者には、ベーパ圧縮システム１０が腐敗し易い食料品が貯蔵される冷蔵ケースのような囲い物内の温度を制御する多岐に亙る用途にて使用可能であることが理解されよう。例えば、冷却負荷が約１２０００Ｂｔｕ／時（８４ｇカロリー／秒）の冷蔵ケースの温度を制御するため、ベーパ圧縮システム１０が採用される場合、コンプレッサ１２は、約１１０°Ｆ（約４３．３℃）乃至約１２０°Ｆ（約４８．９℃）の温度及び約１５０ｌｂｓ／平方インチ（１．０３Ｅ５Ｎ／ｍ２）乃至約１８０ｌｂｓ／平方インチ（約１．２５Ｅ５Ｎ／ｍ２）の範囲の圧力にて約３乃至５ｌｂｓ／分（約１．３６乃至２．２７ｋｇ／分）のＲ−１２を排出する。
【００２０】
本発明の１つの好ましい実施の形態に従って、飽和ベーパ管２８内に排出された低圧の流体が飽和ベーパ管２８を通って流れるとき、飽和ベーパに実質的に変換されるような飽和ベーパ管２８の寸法とされている。１つの実施の形態において、飽和ベーパ管２８は、Ｒ−１２等のような熱伝導流体の約２５００フィート／分（７６ｍ／分）乃至３７００フィート／分（１１２８ｍ／分）を取り扱い得るような寸法とされ、また、直径が約０．５乃至１．０インチ（１．２７乃至２．５４ｃｍ）、及び長さが約９０乃至１００フィート（２７乃至３０．５ｍ）である。以下により詳細に説明するように、多機能弁１８は出口の直前に共通のチャンバを有している。熱伝導流体は該共通のチャンバに入るとき、更なる体積膨張が行われる。多機能弁１８の共通のチャンバ内の熱伝導流体の更なる体積膨張は、飽和ベーパ管２８の管寸法が約２２５％だけ増大した効果に相当する。
【００２１】
当該技術分野の当業者は、熱伝導流体を体積膨張させる弁をコンデンサに近接して配置し、また、体積膨張点と蒸発器との間における流体管の長さを相対的に長くすることは、従来技術のシステムと顕著に相違することが更に認識されよう。典型的な従来技術のシステムにおいて、膨張弁は蒸発器の入口に極く隣接して配置され、また、温度検出装置が使用されるならば、装置は蒸発器の出口に近接して取り付けられる。上述したように、蒸発器の実質的な量が飽和ベーパではなくて液体を保持するため、かかるシステムは、効率が不良であるという欠点がある。高温側の圧力、液体温度、熱負荷又はその他の状態が変動することは蒸発器の効率に悪影響を与える可能性がある。
【００２２】
従来技術と相違して、本明細書に記載した本発明のベーパ圧縮システムは、飽和ベーパ管を体積膨張点と蒸発器の入口との間に配置し、熱伝導流体の一部分は熱伝導流体が蒸発器に入る前に飽和ベーパに変換されるようにする。蒸発器１６を飽和ベーパにて充填することにより、冷却効率は大幅に向上する。蒸発器１６のような蒸発器の冷却効率を増大させることにより、ベーパ圧縮システムによって多数の有利な点が実現される。例えば、冷蔵ケース３６の空気温度を所望のレベルに制御するために必要な熱伝導流体は少なくて済む。更に、コンプレッサ１２を作動させるのに必要な電力が少なくて済み、その結果、運転コストがより低額で済む。更に、コンプレッサ１２は同様の冷却負荷を取り扱うように運転する従来技術のシステムより小さい寸法とすることができる。更に、本発明の１つの好ましい実施の形態において、ベーパ圧縮システムは多数の構成要素を蒸発器に近接して配置することを回避する。冷蔵ケース３６内に配置される構成要素を最小数に制限することにより、冷蔵ケース３６の熱負荷が最小となる。
【００２３】
本発明の上記の実施の形態において、多機能弁１８はコンデンサ１４に近接して配置され、これにより比較的短い液体管２２及び比較的長い飽和ベーパ管２８を形成するが、多機能弁１８は蒸発器１６の入口に直ぐ隣接する位置に配置され、これにより、比較的長い液体管２２及び比較的短い飽和ベーパ管２８を形成する場合、本発明の有利な点を具体化することが可能である。例えば、本発明の１つの好ましい実施の形態において、多機能弁１８は蒸発器１６の入口に極く隣接する位置に配置され、これにより、図７に図示するように、比較的長い液体管２２及び比較的短い飽和ベーパ管２８を形成する。蒸発器１６に入る熱伝導流体が飽和ベーパであることを確実にするため、図７及び図８に図示するように、熱源２５が飽和ベーパ管２８に付与される。温度センサ３２が吸引管３０に取り付けられ且つ多機能弁１８に作用可能に接続され、この場合、熱源２５は、熱伝導流体が蒸発器１６に入る前に、熱伝導流体の一部分を蒸発させるのに十分な強さである。蒸発器１６に入る熱伝導流体は飽和ベーパに変換され、この場合、図８に図示するように、熱伝導流体の一部分は液体状態２９にて存在し、熱伝導流体の別の部分はベーパ状態３１にて存在する。
【００２４】
好ましくは、熱伝導流体の一部分を蒸発させるために使用される熱源２５は、コンデンサ１４から周囲環境に伝導された熱を備えるようにするが、熱源２５は、例えば、排出管２０から周囲環境に伝導された熱、コンプレッサから周囲環境に伝導された熱、コンプレッサにより発生された熱、電気熱源により発生された熱、可燃性材料を使用して発生された熱、太陽エネルギ又は任意のその他の熱源を使用して発生された熱のような、当該技術分野の当業者に既知の任意の外部又は内部の熱源を備えることができる。また、熱源２５は、活性な熱源、すなわち、飽和ベーパ管２８のようなベーパ圧縮システム１０の一部分に意図的に付与される任意の熱源を備えることもできる。活性な熱源は非限定的に、電気熱源から発生された熱、可燃性材料を使用して発生された熱、太陽エネルギ又はベーパ圧縮システム１０の任意の部分に意図的に且つ能動的に付与された任意のその他の熱源を使用して発生された熱を含む。ベーパ圧縮システム１０の任意の部分へ事故により漏洩する熱又は不良な絶縁又はその他の理由によって、ベーパ圧縮システム１０の任意の部分へ意図せずに又は知らずに吸収される熱を備える熱源は活性な熱源ではない。
【００２５】
本発明の１つの好ましい実施の形態において、図８に図示するように、蒸発器１６から出るとき、熱伝導流体の一部分は液体状態２９にあることを確実にするため、温度センサ３２は蒸発器１６から出る熱伝導流体を監視する。本発明の１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体の少なくとも約５％は、熱伝導流体が蒸発器に入る前に蒸発され、熱伝導流体の少なくとも約１％が蒸発器から出るとき液体状態にある。熱伝導流体の一部分が蒸発器に入るとき、液体状態２９にあり、蒸発器から出るときベーパ状態３１にあることを確実にすることにより、本発明のベーパ圧縮システムは蒸発器１６が最大の効率にて運転することを許容する。本発明の１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体が蒸発器１６から出るとき、少なくとも約１％の過熱状態にある。本発明の１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は、蒸発器１６から出るとき、約１％の液体状態と約１％の過熱ベーパ状態との間にある。
【００２６】
上記の実施の形態は、熱伝導流体が飽和ベーパとして蒸発器１６に入ることを確実にし得るように熱源２５を利用し又は飽和ベーパ管２８の寸法及び長さを利用するが、蒸発器１６に入るとき、熱伝導流体を飽和ベーパに変換することのできる、当該技術分野の当業者に既知の任意の手段を使用することができる。更に、上記の実施の形態は、蒸発器から出る熱伝導流体の状態を監視するため、温度センサ３２を使用するが、圧力センサや流体の密度を測定するセンサのような、蒸発器から出るときの熱伝導流体の状態を決定することのできる、当該技術分野の当業者に既知の任意の計量装置を使用することができる。更に、上記の実施の形態において、該計量装置は、蒸発器１６から出る熱伝導流体の状態を監視する一方、計量装置は蒸発器１６内の又はその周りの任意の箇所にて熱伝導流体の状態を監視するため、蒸発器１６内に又はその周りの任意の箇所に配置することもできる。
【００２７】
多機能弁１８の１つの実施の形態の部分断面図とした側面図が図２に図示されている。熱伝導流体は、第一の入口２４に入り且つ第一の通路３８を横断して共通のチャンバ４０に入る。膨張弁４２が第一の入口２４に近接して第一の通路３８内に配置されている。膨張弁４２は、上方弁ハウジング４４内に収容されたダイヤフラム（図示せず）によって第一の通路３８を通る熱伝導流体の流れを計量する。膨張弁４２は、恒温型膨張弁、毛細管又は圧力制御装置のような、熱伝導流体の流れの計量するために使用することができる、当該技術分野の当業者に既知の任意の計量装置とすることができる。１つの好ましい実施の形態において、膨張弁４２は、図２１に図示するように、急速動作毛細管５００である。急速動作毛細管５００は、入口５０５と、出口５１０と、膨張管５１５と、仕切弁５２０とを有している。熱伝導流体は入口５０５から急速動作毛細管５００に入り且つ膨張管５１５を通って進む。膨張管５１５は、熱伝導流体が膨張管５１５内で膨張するのを許容し得るような長さ及び直径の寸法とされている。１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は液体として膨張管５１５に入り、膨張管５１５は熱伝導流体が液体状態から低質の液体とベーパの混合体に膨張するような寸法とされている。好ましくは、熱伝導流体は膨張管５１５内で液体から高品質の液体とベーパの混合体に膨張するようにする。膨張管５１５を通って進むとき、熱伝導流体は出口５１０にて急速動作毛細管５００から出る。仕切弁５２０は出口５１０に接続されており且つ急速動作毛細管５００を通る熱伝導流体の流れを制御する。好ましくは、仕切弁５２０は、電気信号に応答して膨張管５１５のような通路を通る熱伝導流体の流れを停止させることができるソレノイド弁であるようにする。しかし、仕切弁５２０は、機械的に作動する弁のような、当業者に既知の通路を通る熱伝導流体の流れを停止させることのできる任意の弁とすることができる。
【００２８】
ベーパ圧縮システム１０のようなベーパ圧縮システムが運転しているとき、熱伝導流体は急速動作毛細管５００を通じて入口５０５から出口５１０に圧送され、仕切弁５２０は開いて熱伝導流体が急速動作毛細管５００から出るのを許容する。ベーパ圧縮システムが運転を停止し又はサイクルオフとされたならば、仕切弁５２０は閉じられて熱伝導流体が急速動作毛細管５００を充填することを許容する。急速動作毛細管５００を熱伝導流体にて充填することを許容することにより、急速動作毛細管５００は、蒸発器のような装置に対し液体状態の熱伝導流体を急激に直ちに供給することができる。蒸発器のような装置に対し液体状態の熱伝導流体を急激に供給することが可能なことにより、急速動作毛細管５００は、ベーパ圧縮システムを迅速にサイクルオンとし、すなわち、運転を開始することを許容する。
【００２９】
制御線３３は、上方弁ハウジング４４上に配置された入口６２に接続されている。制御線３３を通じて伝達された信号は上方弁ハウジング４４内のダイヤフラムを作動させる。該ダイヤフラムは、弁組立体５４（図４に図示）を励起させ、第一の入口２４から膨張チャンバ５２（図４に図示）に入る熱伝導流体の量を制御する。仕切弁４６は共通のチャンバ４０付近にて第一の通路３８内に配置されている。本発明の１つの好ましい実施の形態において、仕切弁４６は、電気信号に応答して第一の通路３８を通る熱伝導流体の流れを停止させることのできるソレノイド弁である。
【００３０】
多機能弁１８の第二の側部の部分断面図とした側面図が図３に図示されている。第二の通路４８は第二の入口２６を共通のチャンバ４０に接続する。仕切弁５０は共通のチャンバ４０付近にて第二の通路４８内に配置されている。本発明の１つの好ましい実施の形態において、仕切弁５０は、電気信号を受け取ったとき、第二の通路４８を通る熱伝導流体の流れを停止させることのできるソレノイド弁である。共通のチャンバ４０は熱伝導流体を多機能弁１８から出口４１を通じて排出する。
【００３１】
多機能弁１８の分解斜視図が図４に図示されている。膨張弁４２は、第一の入口２４に隣接する膨張チャンバ５２と、弁組立体５４と、上方弁ハウジング４４とを有することが分かる。弁組立体５４は上方弁ハウジング４４内に保持されたダイヤフラム（図示せず）により励起される。第一及び第二の管５６、５８は膨張チャンバ５２及び弁体６０に近接する位置に配置されている。仕切弁４６、５０が弁体６０に取り付けられている。本発明によれば、ベーパ圧縮システム１０は、仕切弁４６を閉じ且つ仕切弁５０を開けることにより霜取りモードにて運転することができる。霜取りモードにおいて、高温の熱伝導流体は第二の入口２６に入り且つ第二の通路４８を横断して共通のチャンバ４０に入る。高温のベーパは出口４１を通じて排出され且つ飽和ベーパ管２８を横断して蒸発器１６に入る。高温のベーパは蒸発器１６の温度を約５０乃至１２０°Ｆ（約２７．８乃至６６．７℃）だけ上昇させるのに十分な温度を有している。この温度上昇は、蒸発器１６から霜を除去し且つ熱伝導率を望ましい運転レベルに回復するのに十分である。
【００３２】
上記の実施の形態は、蒸発器１６に入る前に熱伝導流体を膨張させるため、多機能弁１８を使用するが、膨張弁４２又は回収弁１９さえのような任意の恒温型膨張弁又は絞り弁を使用して蒸発器１６に入る前に、熱伝導流体を膨張させることができる。
【００３３】
本発明の１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体が膨張弁４２を通って流れた後で且つ熱伝導流体が蒸発器１６の入口に入る前に、熱源２５が熱伝導流体に付与されて、熱伝導流体を低質の液体とベーパの混合体から高品質の液体とベーパの混合体に又は飽和ベーパに交換する。本発明の１つの好ましい実施の形態において、熱源２５は多機能弁１８に付与される。本発明の別の好ましい実施の形態において、熱源２５は、図９に図示するように、回収弁１９内に付与される。回収弁１９は、液体管２２に接続された第一の入口１２４と、飽和ベーパ管２８に接続された第一の出口１５９とを備えている。熱伝導流体は回収弁１９の第一の入口１２４から共通のチャンバ１４０に入る。膨張弁１４２は第一の入口１２４付近に配置され、第一の入口１２４に入る熱伝導流体を液体状態から低質の液体とベーパの混合体に膨張させる。第二の入口１２７は排出管２０に接続され、コンプレッサ１２から出る高温の熱伝導流体を受け取る。コンプレッサ１２から出る高温の熱伝導流体は第二の入口１２７に入り且つ第二の通路１２３を横断する。第二の通路１２３は第二の入口１２７及び第二の出口１３０に接続されている。第二の通路１２３の一部分は、共通のチャンバ１４０に隣接して配置されている。
【００３４】
高温の熱伝導流体が共通のチャンバ１４０に近づくと、高温の熱伝導流体からの熱は、熱源１２５の形態にて第二の通路１２３から共通のチャンバ１４０に伝導される。熱源１２５からの熱を共通のチャンバ１４０内で熱伝導流体に付与することにより、熱伝導流体は共通のチャンバ１４０を通って流れるため、共通のチャンバ１４０内の熱伝導流体は低質の液体とベーパの混合体から高品質の液体とベーパの混合体又は飽和ベーパに変換される。更に、高温の熱伝導流体が共通のチャンバ１４０付近を流れると、第二の通路１２３内の高温の熱伝導流体が冷却される。第二の通路１２３を横断するとき、冷却した高温の熱伝導流体は第二の出口１３０から出て且つコンデンサ１４に入る。共通のチャンバ１４０内の熱伝導流体は第一の出口１５９にて回収弁１９から出て、高品質の液体とベーパの混合体又は飽和ベーパとして飽和ベーパ２８に入る。
【００３５】
上記の好ましい実施の形態において、熱源１２５は、コンプレッサから周囲環境に伝導された熱を備えるが、熱源１２５は、例えば、電気熱源から発生された熱、可燃性材料を使用して発生された熱、太陽エネルギ又はその他の任意の熱源を使用して発生された熱のような当該技術分野の当業者に既知の任意の外部又は内部の熱源を備えることができる。熱源１２５はまた、上述したように、任意の熱源２５及び任意の活性な熱源を備えることができる。
【００３６】
本発明の１つの好ましい実施の形態において、回収弁１９は、第三の通路１４８と、第三の入口１２６とを備えている。第三の入口１２６は排出管２０に接続され且つコンプレッサ１２から出る高温の熱伝導流体を受け取る。共通のチャンバ１４０を通る熱伝導流体の流れを停止させることのできる第一の仕切弁（図示せず）が共通のチャンバ１４０の第一の入口１２４付近に配置されている。第三の通路１４８は第三の入口１２６を共通のチャンバ１４０に接続する。第二の仕切弁（図示せず）は共通のチャンバ１４０付近にて第三の通路１４８内に配置される。本発明の１つの好ましい実施の形態において、第二の仕切弁は電気信号を受け取ったとき、第三の通路１４８を通る熱伝導流体の流れを停止させることのできるソレノイド弁である。
【００３７】
本発明によれば、ベーパ圧縮システム１０は、共通のチャンバ１４０の第一の入口１２４付近に配置された第一の仕切弁を閉じ且つ共通のチャンバ１４０付近にて第三の通路１４８内に配置された第二の仕切弁を開けることにより、霜取りモードにて運転することができる。霜取りモードにて、コンプレッサ１２からの高温の熱伝導流体は第三の入口１２６に入り且つ第三の通路１４８を横断して共通のチャンバ１４０に入る。高温の熱伝導流体は回収弁１９の第一の出口１５９を通じて排出され且つ飽和ベーパ管２８を横断して蒸発器１６に達する。高温の熱伝導流体は蒸発器１６の温度を約５０乃至１２０°Ｆ（約２７．８乃至６６．７℃）だけ上昇させるのに十分な温度を有する。この温度上昇は、蒸発器１６から霜を除去し且つ熱伝導率を所望の運転レベルに回復するのに十分である。
【００３８】
霜取りサイクルの間、ベーパ圧縮システム内に取り込まれた全ての油ポケットは加温され且つ熱伝導流体と同一の流動方向に運ばれる。ベーパ圧縮システムを通じて高温のガスを前方の流動方向に強制することにより、取り込まれた油は最終的にコンプレッサに戻される。この高温のガスは、比較的高速度にてベーパ圧縮システムを通って流れ、ガスの冷却時間を短くし、これにより霜取り効率を向上させる。本発明の前方流れ霜取り方法は、逆流霜取り方法に比して多数の有利な点をもたらす。例えば、逆流霜取りシステムは蒸発器の入口付近に小径の逆止弁を採用する。この逆止弁は、逆方向への高温のガスの流れを制限し、その速度を遅くし、従って、その霜取り効率を低下させる。更に、本発明の前方流れ霜取り方法は、霜取り方法の間、ベーパ圧縮システム内に圧力が蓄積するのを回避する。更に、逆流法は、ベーパ圧縮システム内に取り込まれた油を膨張弁内に押し出して戻し勝ちである。膨張弁内の余剰な油は膨張弁の作動を制限する固着を生じる可能性があるためこのことは望ましくない。また、前方霜取り法は、霜取り回路に加えて作動する任意の追加的な冷蔵回路内で液体管の圧力が降下することはない。
【００３９】
本発明に従って配置されたベーパ圧縮システムは、従来技術の同等の寸法のシステムよりも少ない熱伝導流体にて運転可能であることが当該技術分野の当業者に明らかであろう。多機能弁を蒸発器付近ではなくて、コンデンサ付近に配置することにより、飽和ベーパ管には、比較的高密度の液体ではなくて、比較的低密度のベーパが充填される。これと代替的に、熱源を飽和ベーパ管に付与することにより、飽和ベーパ管もまた、比較的高密度の液体ではなくて、比較的低密度のベーパにて充填される。更に、従来技術のシステムは、膨張弁における適正な水頭圧力を上昇させ得るように蒸発器を溢れさせることにより、低温度の周囲状態（例えば、冬季）を補償する。本発明の１つの好ましい実施の形態において、多機能弁がコンデンサに近接して配置されているから、ベーパ圧縮システムの熱圧力は、低温の天候時、より容易に維持される。
【００４０】
本発明の前方流れ霜取り能力は、また、霜取り効率の向上の結果として多数の運転上の利点をもたらす。例えば、取り込まれた油をコンプレッサ内に強制的に戻すことにより、液体の溜流が回避され、このことは、装置の有効寿命を引延ばす効果がある。更に、ベーパ圧縮システムの霜取りに必要な時間が短くなるため、運転コストの低減が実現される。高温のガスの流れを迅速に停止させることができるため、ベーパ圧縮システムは、通常の運転状態に迅速に戻すことができる。蒸発器１６から霜が除去されたとき、温度センサ３２は、吸引管３０内の熱伝導流体の温度上昇を検出する。温度が所定の設定点まで上昇すると、仕切弁５０及び多機能弁１８は閉じられる。一度び第一の通路３８を通る熱伝導流体の流れが再開したならば、低温の飽和ベーパは、蒸発器１６に迅速に戻り、冷蔵運転を再開する。
【００４１】
本発明のベーパ圧縮システムが多岐に亙る適用例に対応することを可能にするため、多数の改変を為すことが可能であることが当該技術分野の当業者に理解されよう。例えば、小売の食品販売店にて運転するベーパ圧縮システムは、典型的に、共通の圧縮システムにて支えることのできる多数の冷蔵ケースを有している。また、大きい熱負荷の冷蔵運転を必要とする適用例において、ベーパ圧縮システムの冷却能力を向上させるため、多数のコンプレッサを使用することができる。
【００４２】
多数の蒸発器及び多数のコンプレッサを有する、本発明の別の実施の形態によるベーパ圧縮システム６４が図５に図示されている。本発明の運転効率及び低コストの利点と適合するように、多数のコンプレッサ、コンデンサ及び多数の多機能弁が制御装置６６内に保持されている。飽和ベーパ管６８、７０は、飽和ベーパと制御装置６６から蒸発器７２、７４にそれぞれ供給する。蒸発器７２は、第一の冷蔵ケース７６内に配置され、また、蒸発器７４は第二の冷蔵ケース７８内に配置されている。第一及び第二の冷蔵ケース７６、７８は、互いに隣接するように配置され、または、これと代替的に、互いに相対的に大きく離れた距離に配置されている。正確な位置は、特定の適用例に依存する。例えば、小売の食品販売店において、冷蔵ケースは、典型的に、通路に沿って互いに隣接するように配置される。重要なことは、本発明のベーパ圧縮システムは、多岐に亙る運転環境内に適応可能であることである。この有利な点は、一部分、各冷蔵ケース内の構成要素の数が最小であることから得られる。本発明の１つの好ましい実施の形態において、多数のシステムの構成要素を蒸発器に近接する位置に配置する必要性を回避することにより、このベーパ圧縮システムは、スペースが最小である場所にて使用することができる。このことは、床スペースが制限されることがしばしばである、小売店の営業にとって特に有益なことである。
【００４３】
運転中、多数のコンプレッサ８０は、排出管８４に接続された出口マニホルド８２内に熱伝導流体を供給する。排出管８４は、コンデンサ８６に供給し、また、第一の多機能弁９０に供給する第一の支管８８と、第二の多機能弁９４に供給する第二の支管９２とを有している。分岐液体管９６は熱伝導流体をコンデンサ８６から第一及び第二の多機能弁９０、９４に供給する。飽和ベーパ管６８は、第一の多機能弁９０を蒸発器７２に接続し、飽和ベーパ管７０は、第二の多機能弁９４を蒸発器７４に接続する。分岐吸引管９８は、蒸発器７２、７４を多数のコンプレッサ８０に供給するコレクタマニホルド１００に接続する。温度センサ１０２は、分岐吸引管９８の第一のセグメント１０４上に配置されており且つ信号を第一の多機能弁９０に伝達する。温度センサ１０６が分岐吸引管９８の第二のセグメント１０８上に配置され且つ信号を第二の多機能弁９４に伝達する。本発明の１つの好ましい実施の形態において、熱源２５のような熱源を飽和ベーパ管６８、７０に付与して、熱伝導流体が飽和ベーパとして蒸発器７２、７４に入ることを確実にする。
【００４４】
当該技術分野の当業者は、異なる冷蔵適用例に対応し得るようにベーパ圧縮システム６４の多数の改変例及び変形例が具体化可能であることが理解されよう。例えば、図５に図示した全体的な方法に従って、２つ以上の蒸発器をベーパ圧縮システムに追加することができる。更に、冷却能力を更に向上させるため、ベーパ圧縮システム内により多くのコンデンサ及びより多くのコンプレッサを含めることができる。
【００４５】
本発明の別の実施の形態に従って配置された多機能弁１１０が図６に図示されている。以前の実施の形態の多機能弁の場合と同様に、液体状態にてコンデンサから出る熱伝導流体は、第一の入口１２２に入り且つ膨張チャンバ１５２内で膨張する。熱伝導流体の流れは、弁組立体１５４により計量される。当該実施の形態において、ソレノイド弁１１２は、共通の座部領域１１６内に伸びるアーマチャ１１４を有している。冷蔵モードにおいて、アーマチャ１１４は、共通の座部領域１１６の底部まで伸びており、また、冷温の冷媒が通路１１８を通って共通のチャンバ１４０まで流れ、その後、出口１２０まで流れる。霜取りモードにおいて、高温のベーパは、第二の入口１２６に入り且つ共通の座部領域１１６を通って共通のチャンバ１４０まで流れ、次に、出口１２０まで流れる。単一の仕切弁が多機能弁１１０を通る高温のベーパ及び冷温のベーパの流れを制御することを許容するような設計とされているから、多機能弁１１０は少数の構成要素を有する。
【００４６】
本発明の更に別の実施の形態において、多機能弁を通る液体管からの液化した熱伝導流体の流れは、第一の通路内に配置された逆止弁により制御して、飽和ベーパ管内への液化した熱伝導流体の流れを仕切ることができる。ベーパ圧縮システムを通る熱伝導流体の流れは、コンプレッサの入口に近接して吸引管内に配置された圧力弁により制御される。従って、本発明の多機能弁の色々な機能は、ベーパ圧縮システム内の異なる位置に配置された別個の構成要素により行うことができる。かかる変更例及び改変例の全ては、本発明から考えられるものである。
【００４７】
当該技術分野の当業者は、本明細書に記載したベーパ圧縮システム及び方法は、多岐に亙る形態にて具体化することができることが認識されよう。例えば、コンプレッサ、コンデンサ、多機能弁及び蒸発器は、全て単一のユニットとして収容し且つウォークイン冷却器内に配置することができる。この適用例において、コンデンサは、ウォークイン冷却器の壁を貫通して伸び、また、冷却器の外部の周囲空気を使用して熱伝導流体を凝縮させる。
【００４８】
別の適用例において、本発明のベーパ圧縮システム及び方法は、家又は事務所を空調する形態とすることができる。この適用例において、蒸発器の着氷は通常問題とならないため、霜取りサイクルは不要である。
更に別の適用例において、本発明のベーパ圧縮システム及び方法は、水を冷却するために使用することができる。この適用例において、蒸発器は冷却すべき水中に入れる。これと代替的に、水は蒸発器コイルとかみ合った管を通じて圧送してもよい。
【００４９】
更なる適用例において、本発明のベーパ圧縮システム及び方法は、極めて低い冷蔵温度を実現し得るように別のシステムと共にカスケード状に組み合わせることができる。例えば、異なる熱伝導流体を使用する２つのシステムを接続し、第一のシステムの蒸発器が低温の風域を提供するようにすることができる。第二のシステムのコンデンサは低温の風域内に配置し且つ第二のシステム内で熱伝導流体を凝縮させるために使用される。
【００５０】
多機能弁２２５の別の実施の形態が図１１乃至図１４に図示されており、また、全体として、参照番号２２５で示してある。この実施の形態は、全体として参照番号１８で示した図２乃至図４及び図６に図示したものと同様に機能する。図示するように、この実施の形態は、一対の仕切弁及びカラー組立体を受け入れる一対のねじ付きボス２２７、２２８を有する単一の一体の構造体として構成されることが好ましい主要本体すなわちハウジング２２６を有しており、該一対の仕切弁及びカラー組立体の一方は、図１３に図示され且つ参照番号２２９で示してある。この組立体は、ねじ付きカラー２３０と、ガスケット２３１と、中央ボア２３３を有するソレノイド作動式の仕切弁受け入れ部材２３２とを備えており、該中央ボアは、ばね２３５とニードル弁要素２３６とを有する往復運動可能に可動の弁ピン２３４を受け入れ、該ニードル弁要素は、弁座部材２３８のボア２３７に受け入れられ、該弁座部材は、ハウジング２２６のウェル２４０内に着座可能に受け入れ得る寸法とされた弾性シール２３９を有している。弁座部材２４１は、弁座部材２３８のリセス部２４２内に緊密に受け入れられる。弁座部材２４１は、ニードル弁要素２３６と協働し、貫通する流体伝導流体の流れを調節するボア２４３を有している。
【００５１】
第一の入口２４４（上述した実施の形態の第一の入口２４に相応する）は、膨張弁４２から液体供給熱伝導流体を受け取り、第二の入口２４５（上述した実施の形態の第二の入口２６に相応する）は、霜取りサイクルの間、コンプレッサ１２から高温ガスを受け取る。１つの好ましい実施の形態において、多機能弁２２５は、図Ｆに図示するように、第一の入口２４４と、出口２４８と、共通のチャンバ２４６と、膨張弁４２とを備えている。１つの好ましい実施の形態において、膨張弁４２は第一の入口２４４と接続されている。弁体２６６は、共通のチャンバ２４６（上述した実施の形態の共通のチャンバ４０に相応する）を有している。膨張弁４２は、コンデンサ１４から熱伝導流体を受け取り、その後、該熱伝導流体は、入口２４４を通って半円形のウェル２４７内に流れ、該半円形のウェルは、仕切弁２２９が開いているとき、共通のチャンバ２４６内に流れ且つ出口２４８（上述した実施の形態の出口４１に相応する）を通って多機能弁２２５から出る。
【００５２】
図１１に最も良く図示するように、弁体２２６は、第一の入口２４４を共通のチャンバ２４６と連通させる第一の通路２４９（上述した実施の形態の第一の通路３８に相応する）を有している。同様の仕方にて、第二の通路２５０（上述した実施の形態の第二の通路４８に相応する）は第二の入口２４５を共通のチャンバ２４６と連通させる。
【００５３】
多機能弁２２５の作動に関する限り、該弁の構成要素は冷蔵サイクル及び霜取りサイクルの間、同一の仕方にて機能するため、上述した実施の形態を参照する。１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は、液体状態にてコンデンサ１４から出て、膨張弁４２を通る。熱伝導流体が膨張弁４２を通って流れるとき、熱伝導流体は液体から液体とベーパの混合体に変化し、この場合、熱伝導流体は液体状態及びベーパ状態の双方にある。熱伝導流体は、液体とベーパの混合体として第一の入口２４４に入り且つ共通のチャンバ２４６内で膨張する。
【００５４】
１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は熱伝導流体の全体的な流動方向から離れる方向に向けて膨張する。熱伝導流体が共通のチャンバ２４６内で膨張すると、液体は熱伝導流体中のベーパから分離する。次に、熱伝導流体は共通のチャンバ２４６から出る。好ましくは、熱伝導流体は、液体及びベーパとして共通のチャンバ２４６から出て、この場合、実質的な液体量が実質的なベーパ量から分離し且つ分かれる。次に、熱伝導流体は出口２４８を通り且つ飽和ベーパ管２８を通って蒸発器１６まで流れる。１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は出口２４８を通り且つ以下により詳細に説明するように、第一の蒸発管３２８にて蒸発器１６に入る。好ましくは、熱伝導流体は、液体及びベーパとして出口２４８から蒸発器１６の入口まで流れ、この場合、実質的な液体量が実質的なベーパ量から分離し且つ分かれる。
【００５５】
１つの好ましい実施の形態において、共通のチャンバ２４６内への熱伝導流体又は高温ベーパの流れを制御するため、一対の仕切弁２２９を使用することができる。冷蔵モードにおいて、第一の仕切弁２２９を開いて、熱伝導流体が第一の入口２４４を通って共通のチャンバ２４６に、次に、出口２４８に流れるのを許容する。霜取りモードにおいて、第二の仕切弁２２９が開いて、高温のベーパが第二の入口２４５を通って共通のチャンバ２４６内に、次に、出口２４８に流れるのを許容する。上記の実施の形態において、多機能弁２２５は多数の仕切弁２２９を有するものとして説明したが、多機能弁２２５は１つのみの仕切弁を備える設計とすることができる。更に、多機能弁２２５は霜取りモード中、高温のベーパが貫通して流れるのを許容する第二の入口２４５を有するものとして説明したが、多機能弁２２５は第一の入口２４４のみを有するものとして設計することができる。
【００５６】
１つの好ましい実施の形態において、多機能弁２２５は、図１５に図示するように、放出管２５１を備えている。放出管２５１は共通のチャンバ２４６に接続され且つ共通のチャンバ２４６内の熱伝導流体が飽和ベーパ管２８又は第一の蒸発管３２８まで流れるのを許容する。１つの好ましい実施の形態において、放出管２５１は、共通のチャンバ２４６に入る液体とベーパの混合体から分離した液体が飽和ベーパ管２８又は第一の蒸発管３２８まで流れるのを許容する。好ましくは、放出管２５１は共通のチャンバ２４６の底面２５２に接続され、この場合、底面２５２は、地面に最も近い位置に配置された共通のチャンバ２４６の表面である。
【００５７】
１つの好ましい実施の形態において、多機能弁２２５は、表Ａにて以下に記載し且つ図１１乃至図１４に図示するような寸法とされている。共通のチャンバ２４６の長さは出口２４８から後部壁２５３までの距離として画定されている。共通のチャンバ２４６の長さは、図１１に図示するように、文字Ｇにて表わしてある。共通のチャンバ２４６は、第二の部分に隣接する第一の部分を有しており、この場合、第一の部分は、図１１に図示するように、出口２４８にて開始し、第二の部分は、後部壁２５３にて終わる。第一の入口２４４及び出口２４８の双方は第一の部分と接続されている。熱伝導流体は第一の入口２４４を通り且つ共通のチャンバ２４６の第一の部分内にて共通のチャンバ２４６に入る。１つの好ましい実施の形態において、第一の部分は共通のチャンバ２４６の長さの約７５％以下に等しい長さを有している。より好ましくは、第一の部分は共通のチャンバ２４６の長さの約３５％以下に等しい長さを有するようにする。
【００５８】
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　１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は、低質の液体とベーパの混合体２７０として第一の入口２４４を通って共通のチャンバ２４６に入る。液体とベーパの混合体２７０は、液体状態及びベーパ状態の双方にあり、この場合、液体はベーパ内に懸濁している。本明細書にて使用するように、液体状態にある熱伝導流体は液体２８０として説明し、ベーパ状態にある熱伝導流体はベーパ２８５として説明する。熱伝導流体が共通のチャンバ２４６の入口２４４から共通のチャンバ２４６の出口２４８まで流れると、液体２８０の一部分が合体する。本明細書にて使用するように、「合体」という語は、共に一体化し又は融合することを意味する。このため、「液体２８０の一部分が合体する」という文章が使用されるとき、それは、液体２８０の一部分が液体２８０の別の部分と一体化し又は共に融合することを意味する。熱伝導流体が共通のチャンバ２４６に入ると、液体２８０は、ベーパ２８０内に懸濁した液滴として液体とベーパの混合体２７０に対して配置される。熱伝導流体が液体とベーパと混合体２７０として共通のチャンバ２４６に入った後、ゆっくりと移動する液体２８０は共通のチャンバ２４６の底面２５２にて合体し且つ沈澱し始める一方、より速く移動するベーパ２８５は、図１７乃至図１９に図示するように、出口２４８を通じて強制的に供給される。液体２８０が合体し且つベーパ２８５から分離するのを許容することにより、液体とベーパの混合体２７０から熱が解放されて、液体２８０が冷却するのを許容する。液体２８０の冷却は液体とベーパの混合体２７０のエンタルピーを減少させ、共通のチャンバ２４６内の熱伝導流体を低質の液体とベーパの混合体から高品質の液体とベーパの混合体又は飽和ベーパに変換する。
【００５９】
１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は共通のチャンバ２４６を通って流れると、液体とベーパの混合体２７０内の液体２８０の一部分がより大きい液滴に合体し、この液滴は、ベーパ２８５と共に出口２４８を通って出て行く。１つの好ましい実施の形態において、液体２８０のより大きい液滴が液体２８０の流れ中に合体し、この場合、液体２８０の流れは、図１７乃至図１９に図示するように、ベーパ２８５の流れと共に出口２４８を通って出て行く。好ましくは、液体２８０の少なくとも１０％は、液体２８０のより大きい液滴又は液体２８０の流れ中に合体するようにする。より好ましくは、液体２８０の少なくとも３５％は、液体２８０のより大きい液滴又は液体２８０の流れ中に合体するようにする。
【００６０】
共通のチャンバ２４６は第一の部分２９０と、第二の部分２９５とに分割されている。第一の部分２９０は第一の入口２４４と、出口２４８とを有している。第一の入口２４４及び出口２４８を含むことにより、第一の部分は、また熱伝導流体が共通のチャンバ２４６に入るとき、流れなければならない共通のチャンバ２４６の部分でもあり、従って、流動方向２６５が全体として位置する共通のチャンバ２４６の部分である。流動方向２６５は、熱伝導流体が、図１７乃至図１９に矢印で示すように、第一の入口２４４から第二の入口２４８に流れるとき、熱伝導流体が流動する全体的な方向である。第二の部分２９５は共通のチャンバ２４６内に配置され且つ熱伝導流体の一部分を合体することを許容する。好ましくは、第二の部分２９５は、図１７乃至図１９に図示するように、流動方向２６５から離れた位置に配置されている。第二の部分２９５を流動方向２６５から離れた位置に配置することにより、より遅く移動する液体２８０は第二の部分２９５内に蓄積し且つ合体することが許容され、また、より速く移動するベーパ２８５は、図１７乃至図１９に図示するように、液体２８０から分離することができる。好ましくは、熱伝導流体は、高品質の液体とベーパの混合体として出口２４８を通って共通のチャンバ２４６から出て、液体２８０は、図１７乃至図１９に図示するように、合体し、実質的にベーパ２８５が分離し且つ分かれるようにする。出口２４８にて共通のチャンバ２４６から出るとき、熱伝導流体は飽和ベーパ管２８を通って蒸発器１６に進む。
【００６１】
１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体の流れは、第一の入口２４４に入るとき、乱流状態にあり、このため、ベーパ２８５の一部分は、第二の部分２９５内に取り込まれ、共通のチャンバ２４６内に、より好ましくは、共通のチャンバ２４６の第二の部分２９５内に渦流２７５を形成する。渦流２７５は、図１７乃至図１９に図示するように、全体として円形の方向に流動する熱伝導流体の流れである。渦流２７５は液体２８０が合体するのを助ける。１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は乱流状態にて第一の入口２４４に入り且つ共通のチャンバ２４６内で、より好ましくは、共通のチャンバ２４６の第二の部分２９５内で少なくとも１つの旋回流２７６を形成する。本明細書に記載する旋回流２７６は、円の中心にキャビティ又は真空部を形成する旋回動作又は円形動作を有し、この動作によって、このキャビティ又は真空部に向けて吸引する熱伝導流体の塊体である。例えば、旋回流２７６が共通のチャンバ２４６内に形成されると、ベーパ２８５を液体とベーパの混合体２７０から離れる方向に吸引する傾向の旋回流２７６の中心にキャビティ又は真空部が形成される。このようにして、液体２８０は液体とベーパの混合体２７０内でベーパ２８５から分離することができる。
【００６２】
共通のチャンバ２４６は、液体２８０の一部分が共通のチャンバ２４６内で合体し且つ液体２８０から分離するのを許容する多岐に亙る幾何学的形態の任意の１つを備えることができる。１つの好ましい実施の形態において、第一の入口２４４は、出口２４８からの距離Ｎ１、及び後部壁２５３からの距離Ｎ２にあり、この場合、Ｎ１及びＮ２の合計値は、図１７に図示するように、共通のチャンバ２４６の長さに等しい。好ましくは、Ｎ１は、共通のチャンバ２４６の長さの約５％乃至約７５％の範囲にあるようにする。１つの好ましい実施の形態において、共通のチャンバ２４６は、図１７に図示するように、共通のチャンバ２４６の底面２５２に沿って配置されたリザーバ３０５を有している。リザーバ３０５は、共通のチャンバ２４６内に熱伝導流体の一部分を取り込み、このことは、液体２８０を合体させることになる。
【００６３】
１つの好ましい実施の形態において、入口２４４は、後部壁２５３に隣接しており、底面２５２は、図１８及び図１９に図示するように、出口２４８からの距離Ｎ３及び入口２４４からの距離Ｎ４の位置に配置されている。Ｎ３は、Ｎ４の長さの約２５％乃至約９５％の範囲にある。この形態において、第二の部分２９５は、熱伝導流体の一部分を共通のチャンバ２４６内に取り込むことができ、このことは液体２８０を合体させることになる。１つの好ましい実施の形態において、共通のチャンバ２４６は、図１９に図示するように、第一の入口２４４と出口２４８との間に切欠き３００を有している。切欠き３００は、出口２４８を通って共通のチャンバ２４６から出ることのできる熱伝導流体の量を減少させる。出口２４８を通って共通のチャンバ２４６から出ることのできる熱伝導流体の量を減少させることにより、切欠き３００は、より速く移動するベーパ２８５がより遅く移動する液体２８０から分離するのを促進し、このことは、液体２８０を合体させることになる。好ましくは、切欠き３００は、高さＮ５を有し、出口２４８は、直径Ｎ６を有するようにし、Ｎ５がＮ６の約１５％乃至約９５％の範囲にあるようにする。上述し且つ図１７乃至図１９に図示した共通のチャンバ２４６の実施の形態は、単に、本発明の一例であり、何らかの意味においても発明の範囲を限定することを意味するものではない。
【００６４】
１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体が第一の入口２４４から強制的に供給されるときの流量は増大して、液体とベーパの混合体２７０内にて液体２８０をベーパ２８５から分離させ易くし、このことは、液体２８０を合体させることになる。例えば、寸法Ｘのコンプレッサと、寸法Ｙのコンデンサと、寸法Ｚの蒸発器と、直径Ｄを有する第一の入口２４４とを備えるベーパ圧縮システムにおいて、流量がＡからＢへと増大するならば、液体２８０は、ベーパ２８５からより容易に分離し且つ合体する。好ましくは、熱伝導流体の流量は増大し、このため、共通のチャンバ２２６に入る熱伝導流体は乱流となるようにする。より好ましくは、熱伝導流体の流量は増大し、このため、共通のチャンバ２４６に入る熱伝導流体は、図１７乃至図１９に図示するように、共通のチャンバ２４６内にて過流２７５が形成されるようにする。１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体は、膨張弁４２を通って流れ、次に、図１６に図示するように、蒸発器１６の入口に入る。この実施の形態において、蒸発器１６は、第一の蒸発管３２８と、蒸発器コイル２１と、第二の蒸発管３３０とを備えている。第一の蒸発管３２８は、図１６に図示するように、出口２４８と、蒸発器コイル２１との間に配置されている。第二の蒸発管３３０は、蒸発器コイル２１と温度センサ３２とのの間に配置されている。第二の蒸発管３３０は、蒸発器コイル２１と温度センサ３２との間に配置されている。蒸発器コイル２１は、熱を吸収する任意の従来のコイルである。多機能弁２２５は、蒸発器１６と接続され且つ該蒸発器１６に隣接していることが好ましい。１つの好ましい実施の形態において、蒸発器１６は、図１６に図示するように、第一の入口２４４、第一の出口２４８及び共通のチャンバ２４６のような、多機能弁２２５の一部分を備えている。好ましくは、膨張弁４２は、蒸発器１６に隣接して配置されるようにする。熱伝導流体は、膨張弁４２から出て入口２４４から蒸発器１６に直接入る。熱伝導流体が膨張弁４２から出て且つ入口２４４から蒸発器１６に入るとき、熱伝導流体の温度は蒸発温度にある、すなわち、熱伝導流体は、膨張弁４２を通って流れるとき、熱を吸収し始める。
【００６５】
入口２４４、共通のチャンバ２４６、及び出口２４８を通って流れるとき、熱伝導流体は第一の蒸発管３２８に入る。好ましくは、第一の蒸発管３２８は絶縁されているものとする。熱伝導流体は、次に、第一の蒸発管３２８から出て且つ蒸発器コイル２１に入る。蒸発器コイル２１から出たとき、熱伝導流体は第二の蒸発管３３０に入る。熱伝導流体は、温度センサ３２がある第二の蒸発管３３０及び蒸発器１６から出る。
【００６６】
好ましくは、飽和ベーパ管２８、多機能弁２２５及び蒸発器コイル２１のような、蒸発器１６内の各要素が熱を吸収するようにする。１つの好ましい実施の形態において、熱伝導流体が膨張弁４２を通って流れるとき、熱伝導流体の温度は、蒸発器コイル２１内の熱伝導流体の温度から２０°Ｆ（−６．７℃）範囲にある。別の好ましい実施の形態において、飽和ベーパ管２８、多機能弁２２５及び蒸発器コイル２１のような、蒸発器１６内の任意の要素内の熱伝導流体の温度は、蒸発器１６内の任意の他の要素における熱伝導流体の温度から２０°Ｆ（−６．７℃）以内にある。多機能弁２２５に関して上記の実施の形態を説明したが、本明細書に記載した任意の多機能弁も同様に使用できる。
【００６７】
１つの好ましい実施の形態において、ベーパ圧縮システム４１０は、図２０に図示するように、コンプレッサ４１２と、コンデンサ４１４と、蒸発器４１６と、ＸＤＸ弁４１８と、計量装置４４９とを有している。ＸＤＸ弁４１８は、上記の実施の形態にて説明したように、蒸発器１６に入るとき、熱伝導流体を飽和ベーパに変換することのできる熱伝導流体の流れを計量すべく使用可能な当該技術分野の当業者に既知である任意の装置である。ＸＤＸ弁４１８の例は、多機能弁１８、９０、９４、１１０、２２５、回収弁１９、比較的短い液体管及び、本明細書に記載したように、熱伝導流体が蒸発器に入る前に、熱伝導流体の一部分を蒸発させるのに十分な長さ及び直径の比較的長い飽和ベーパ管に接続された任意の計量装置、また、本明細書に記載したように、熱伝導流体が蒸発器に入る前に、熱伝導流体の一部分を蒸発させるのに十分な飽和ベーパ管内の熱伝導流体に熱源が付与される任意の計量装置である。計量装置４４９は、恒温型膨張弁、毛細管、急速動作毛細管５００又は圧力制御装置のような熱伝導流体の流れを計量するために使用することのできる当該技術分野の当業者に既知の任意の装置とすることができる。
【００６８】
コンプレッサ４１２は、排出管４２０によりコンデンサ４１４に接続されている。ＸＤＸ弁４１８は、第一の入口４６１と、第二の入口４６２と、出口４６３とを有している。計量装置４４９は、入口４６４と、出口４６５とを有している。ＸＤＸ弁４１８の第一の入口４６１及び計量装置４４９の入口４６４は分岐液体管４２２によりコンデンサ４１４に接続されている。
【００６９】
飽和ベーパ管４２８はＸＤＸ弁４１８の出口４６３を蒸発器４１６の入口４５５に接続し、吸引管４３０は蒸発器４１６の出口をコンプレッサ４１２の入口に接続する。冷媒管４５６は、計量装置４４９の出口４６５を蒸発器４１６の入口４５５に接続する。温度センサ４３２が吸引管４３０に取り付けられ且つＸＤＸ弁４１８及び計量装置４４９に作用可能に接続されている。温度センサ４３２は、温度情報を制御線４３３を通じてＸＤＸ弁４１８に、また、第二の制御線４３４を通じて計量装置４４９に伝達する。
【００７０】
１つの好ましい実施の形態に従い、コンデンサ４１４から蒸発器４１６への熱伝導流体の流れがＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかを通じて流れるように方向設定することができる。好ましくは、コンデンサ４１４から蒸発器４１６への熱伝導流体の流れを、周囲環境４７０の状態に基づいてＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかを通って流れるように方向設定することができる。周囲環境４７０は、温度及び湿度のような状態がベーパ圧縮システム４１０により制御される又は変更される領域又は空間である。例えば、ベーパ圧縮システム４１０は空調装置であるならば、周囲環境４７０は空調装置により冷却される建物又は家内部の領域により画定されよう。更に、ベーパ圧縮システム４１０が例えば冷蔵装置であるならば、周囲環境４７０は冷蔵装置により冷却される冷凍機又は冷蔵庫の内部領域であろう。
【００７１】
１つの好ましい実施の形態において、センサ４６０は周囲環境４７０内に配置され且つ周囲環境４７０の状態を測定する。センサ４６０は、周囲環境４７０の状態を測定することのできる、当該技術分野の当業者に既知の任意の計測量測定装置であり、例えば、圧力センサ、温度センサ又は流体の密度を測定するセンサである。センサ４６０は、制御線４８１を通じて計量装置４４９に及び第二の制御線４８３を通じてＸＤＸ弁４１８に情報を伝達する。このようにして、センサ４６０は、周囲環境４７０の状態に基づいてＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかを通って流れるように熱伝導流体を方向設定することができる。
【００７２】
１つの好ましい実施の形態において、センサ４６０は周囲環境４７０内に配置され且つ周囲環境４７０の湿度を測定する。望ましい湿度レベルはセンサ４６０内にプログラム化されている。周囲環境４７０の湿度を決定したとき、次に、センサ４６０は、センサ４６０内にプログラム化された望ましい湿度レベルに基づいてＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかに熱伝導流体の流れを方向設定すべきかを決定する。望ましい湿度レベルが周囲環境４７０の実際の湿度以下であるならば、センサ４６０は、第一の入口４６１を閉じ且つ入口４６４を開くことにより、熱伝導流体の流れを計量装置４４９を通って流れるように方向設定する。熱伝導流体を、計量装置４４９を通って流れるように方向設定することにより、ベーパ圧縮システム４１０は、従来の冷蔵サイクルと称される状態で運転する。ベーパ圧縮システム４１０が従来の冷蔵サイクルにて運転するとき、周囲環境４７０内の湿度は減少する。望ましい湿度レベルが周囲環境４７０の実際の湿度よりも大きいならば、センサ４６０は、第一の入口４６１を開き且つ入口４６４を閉じることにより、ＸＤＸ弁４１８を通って流れるように熱伝導流体の流れを方向設定する。熱伝導流体をＸＤＸ弁４１８を通って流れるように方向設定することにより、ベーパ圧縮システム４１０はＸＤＸサイクルと称する状態で運転する。ベーパ圧縮システム４１０がＸＤＸサイクルにて運転するとき、周囲環境４７０内の湿度は増大する。
【００７３】
１つの好ましい実施の形態において、仕切弁４７１、４７４は、図２０に図示するように、第一の入口４６１及び入口４６４にそれぞれ配置されている。好ましくは、仕切弁４７１、４７４は、電気信号に応答して液体管４２２のような通路を通る熱伝導流体の流れを停止させることのできるソレノイド弁であるようにする。しかし、仕切弁は、機械的に励起される弁のような、通路を通って通る熱伝導流体の流れを停止させることのできる当業者に既知の任意の弁とすることができる。仕切弁４７１、４７４を使用して、機械的又は電気信号に応答して任意の時点にて第一の入口４６１及び入口４６４を開き又は閉じることができる。
【００７４】
１つの好ましい実施の形態において、センサ４６０は、周囲環境４７０の温度に基づいて熱伝導流体の流れをＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかに方向設定すべきかを決定する。周囲環境４７０に対する望ましい温度レベルを最初にセンサ４６０にプログラム化しなければならない。センサ４６０は、第一の入口４６１を閉じ且つ入口４６４を開くことにより、計量装置４４９を通って流れるように熱伝導流体の流れを方向設定する。熱伝導流体を、計量装置４４９を通って流れるように方向設定することにより、ベーパ圧縮システム４１０は、従来の冷蔵サイクルと称する状態で運転する。ベーパ圧縮システム４１０が従来の冷蔵サイクルにて運転するとき、ベーパ圧縮システム４１０の負荷容量は低下する。所定の時間間隔の後、望ましい温度レベルに達することができないならば、センサ４６０は、第一の入口４６１を開き且つ入口４６４を閉じることにより、ＸＤＸ弁４１８を通って流れるように熱伝導流体の流れを方向設定する。熱伝導流体をＸＤＸ弁４１８を通って流れるように方向設定することにより、ベーパ圧縮システム４１０は、ＸＤＸサイクルと称する状態で運転する。ベーパ圧縮システム４１０がＸＤＸサイクルにて運転するとき、ベーパ圧縮システム４１０の負荷容量は増大する。
【００７５】
ベーパ圧縮システム４１０の負荷容量を変化させることは、周囲環境４７０を冷却するためベーパ圧縮システム４１０をより正確に寸法決めすることを許容する。例えば、周囲環境４７０が℃の平均程度から℃の最大程度まで変化する範囲内で冷却する必要があるならば、ベーパ圧縮システム４１０は、周囲環境４７０を少なくとも最大℃だけ冷却し得るような寸法とし、周囲環境４７０の温度レベルと所望の温度レベルとの間の差が最大程度℃であるときでさえ、ベーパ圧縮システム４１０が所望の温度レベルを実現することができるようにしなければならない。しかし、このことは、ベーパ圧縮システム４１０は、周囲環境を平均程度℃だけ冷却すればよいことが殆どであるから、ベーパ圧縮システム４１０は、必要な程度よりも大きい寸法としなければならないことを意味する。しかし、上述したように、ベーパ圧縮システム４１０の負荷容量を変化することにより、ベーパ圧縮システム４１０は、ベーパ圧縮システム４１０を従来の冷蔵サイクルにて運転するとき、周囲環境を平均程度の℃だけ冷却し、また、ベーパ圧縮システム４１０をＸＤＸサイクルにて運転するとき、最大程度の℃だけ冷却するような寸法とすることができる。
【００７６】
上記のように、センサ４６０を使用して熱伝導流体をＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかに方向設定することについて、周囲環境の湿度レベル又は温度レベルに応答するものとして説明したが、センサ４６０は、任意の可変値又は状態に応答してＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかに熱伝導流体の流れを方向設定することができる。更に、ベーパ圧縮システム４１０の上記の使用は、センサ４６０が流体伝導流体をＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかに方向設定することを必要とするが、流れは、手動にてＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかに方向設定し、又は、多数の理由の何れか１つの理由のため、当該技術分野の当業者に既知の多数の方法の１つによりＸＤＸ弁４１８又は計量装置４４９の何れかに方向設定することができる。
【００７７】
１つの好ましい実施の形態において、排出管４２０は、蒸発器４１６の霜取りを容易にし得るようにＸＤＸ弁４１８の第二の入口４６２及びコンデンサ４１４の双方に接続されている。好ましくは、排出管４２０は、図２０に図示するように、排出管４２０をＸＤＸ弁４１８の第二の入口４６２及びコンデンサ４１４の双方に同時に接続することを許容し得るように分岐しているものとする。仕切弁４７２は、コンプレッサ４１２から第二の入口４６２まで熱伝導流体の流れを制御し得るように第二の入口４６２に配置されている。蒸発器４１６のコイルを霜取りするため、仕切弁４７２を開け且つ仕切弁４７１、４７４を閉じて、コンプレッサ４１２からの熱伝導流体が蒸発器４１６に入り且つ蒸発器４１６の霜取りを行うことを許容する。
【００７８】
１つの好ましい実施の形態において、ベーパ圧縮システム１０は、図２２に図示するように、蒸発器１６の入口の前方に乱流管６００を有している。乱流管６００は、入口６３４と、出口６３５と、入口６３４を出口６３５に接続する通路６３０とを有している。また、乱流管６００は、乱流管６００の通路６３０の内面６１５に配置されたディンプル６０５を有している。ディンプル６０５は、熱伝導流体の流れを層流から乱流に変換する。熱伝導流体が蒸発器１６に入る前に、熱伝導流体を乱流に変換することにより、蒸発器１６の効率が増大する。ディンプル６０５は、熱伝導流体の流れ６２５に向けて内方に突き出す隆起部６１０とし、又は図２２に図示するように、熱伝導流体の流れ６２５から外方に且つ離れる方向に突き出す突出部６２０とすることができる。
【００７９】
好ましくは、乱流管６００は、多機能弁１８、９０、９４、１１０又は２２５、回収弁１９、ＸＤＸ弁４１８、又は蒸発器に入ったとき、熱伝導流体の流れを計量するために使用される任意の従来の計量装置のような計量装置の間に位置するようにする。乱流を形成するための隆起部６１０の配置、寸法及び間隔は、熱伝導流体の流量、使用される熱伝導流体の型式と共に、乱流管６００の直径及び長さに依存し、これらは全て、当該技術分野の当業者が決定することのできるファクタである。１つの好ましい実施の形態において、本明細書にて、飽和ベーパ管又は冷媒管の何れかと称する蒸発器１６の入口に計量装置を接続する管は、乱流管６００を有している。好ましくは、飽和ベーパ管又は冷媒管の一部分が乱流管６００を含むようにする。
【００８０】
当該技術分野の当業者により既知であるように、蒸発器１６、液体管２２、吸引管３０のような、上述したベーパ圧縮システム１０の各要素は、多岐に亙る負荷条件に適合するように調節し且つ寸法決めすることができる。更に、ベーパ圧縮システム１０内の熱伝導流体の冷媒充填量は、従来のシステムの冷媒充填量に等しくし又はそれ以上とすることができる。
【００８１】
更なる改良を加えることなく、当該技術分野の当業者は、上記の説明を使用して、本発明をその最大限まで利用することができると考えられる。以下の実施例は、本発明の単に一例にしか過ぎず、何らかの意味においても、発明の範囲を限定することを意味するものではない。
【００８２】
【実施例Ｉ】
５フィート（１．５２ｍ）のタイラーチェスト（Ｔｙｌｅｒ　Ｃｈｅｓｔ）冷凍機には、冷蔵回路内に多機能弁を設け、標準的な膨張弁をバイパス管内に配管し、冷媒回路が従来のベーパ圧縮システムとして且つ本発明に従って配置されたＸＤＸ冷蔵システムとして作動し得るようにした。上述した冷媒回路には、約０．３７５インチ（．９５３ｃｍ）の管外径と、約１０フィート（３．０４８ｍ）の有効管長さとを有する飽和ベーパ管を設けた。冷蔵回路は、約１／３トン（３３８ｋｇ）の冷蔵能力を有するコープランド（Ｃｏｐｅｌａｎｄ）密閉型コンプレッサにより作動させた。コンプレッサから約１８インチ（４５．７ｃｍ）の位置にて検出球を吸引管に取り付けた。回路には、デュポンカンパニー（ＤｕＰｏｎｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能な約２８オンス（７９２ｇ）のＲ−１２冷媒を充填した。冷蔵回路には、また、前方流れ霜取りのためコンプレッサの排出管から飽和ベーパ管まで伸びるバイパス管も設けた（図１参照）。床から約４インチ（１０ｃｍ）上方にて、冷蔵ケースの中心に配置されたＣＰＳ温度センサにより「ＣＰＳデータロガー（ＣＰＳ　Ｄａｔａ　Ｌｏｇｇｅｒ）」を使用して全ての冷蔵周囲空気の温度を測定した。
【００８３】
【ＸＤＸシステム−中程度温度運転】
蒸発器の公称運転温度は、２０°Ｆ（−６．７℃）とし、コンデンサの公称運転温度は１２０°Ｆ（４８．９℃）とした。蒸発器は、約３０００Ｂｔｕ／時（２１ｇカロリー／秒）の冷却負荷を取り扱うものとした。多機能弁は、約２０°Ｆ（−６．７℃）の温度にて冷媒を飽和ベーパ管内に計量した。検出球は、吸引管内を流れるベーパの約２５°Ｆ（１３．９℃）の過熱状態を維持し得るように設定した。コンプレッサは、約１２０°Ｆ（４８．９℃）の凝縮温度及び約１７２ｌｂｓ／平方インチ（１１８，５６０Ｎ／ｍ２）の圧力にて加圧された冷媒を排出管内に排出した。
【００８４】
【ＸＤＸシステム−低温運転】
蒸発器の公称運転温度は−５°Ｆ（−２０．５℃）とし、コンデンサの公称運転温度は１１５°Ｆ（４６．１℃）とした。蒸発器は約３０００Ｂｔｕ／時（２１ｇカロリー／秒）の冷却負荷を取り扱うものとした。多機能弁は２９７５フィート／分（９０７ｋｍ／分）の冷媒を約−５°Ｆ（−２０．５℃）の温度にて飽和ベーパ管内に計量した。検出球は、吸引管内を流れるベーパを過熱する約２０°Ｆ（１１．１℃）を維持するように設定した。コンプレッサは約２２９９フィート／分（７０１ｍ／分）の加圧した冷媒を約１１５°Ｆ（４６．１℃）の凝縮温度及び約１６１ｌｂｓ／平方インチ（１１０，９７７Ｎ／ｍ２）の圧力にて排出管内に排出した。霜取り後、タイラーチェスト冷凍機内のファンを４分間遅らせて、蒸発器コイルから熱を除去し且つコイルから水を排出し得るようにした点を除いて、ＸＤＸシステムは中程度温度運転状態と実質的に同一の低温運転状態で運転した。
【００８５】
ＸＤＸ冷蔵システムは、中程度温度運転状態で約２４時間及び低温運転状態で約１８時間運転した。タイラーチェスト冷凍機内の周囲空気の温度は、２３時間の試験期間の間、約１分毎に測定した。試験期間の間、空気温度は連続的に測定する一方、ベーパ圧縮システムは冷蔵モード及び霜取りモードの双方にて運転した。霜取りサイクルの間、検出球の温度は約５０°Ｆ（１０℃）に達する迄、冷蔵回路を霜取りモードにて作動させた。温度の測定統計値は以下の表Ｉに掲げてある。
【００８６】
【従来のシステム−電気霜取りを伴う中程度温度運転】
上述したタイラーチェスト冷凍機内には、霜取りのためコンプレッサの排出管と吸引管との間を伸びるバイパス管を設けた。バイパス管には管内の高温度冷媒の流れを仕切り得るようにソレノイド弁を設けた。この試験の間、ソレノイドに代えて電気熱エレメントを励起させた。蒸発器入口に極く隣接して標準的な膨張弁を取り付け、蒸発器の入口に極く隣接して温度検出球を吸引管に取り付けた。検出球は吸引管内を流れるベーパを過熱する約６°Ｆ（３．３３℃）を維持し得るように設定した。運転前、ベーパ圧縮システムには約４８オンス（１．３６ｋｇ）のＲ−１２冷媒を充填した。
【００８７】
従来のベーパ圧縮システムを中程度温度運転状態にて約２４時間運転した。タイラーチェスト冷凍機内の周囲空気の温度を２４時間の試験期間の間、約１分毎に測定した。試験期間の間、空気温度を連続的に測定する一方、ベーパ圧縮システムを冷蔵モード及び逆流霜取りモードの双方にて運転した。霜取りサイクルの間、検出球の温度が約５０°Ｆ（１０℃）に達する迄、冷蔵回路を霜取りモードにて作動させた。温度測定値の統計値は以下の表Ｉに掲げてある。
【００８８】
【従来のシステム−空気霜取りを伴う中程度温度運転】
上述したタイラーチェスト冷凍機には膨張弁に対し適正な液体供給部を提供し得るように受け部を設け、また、追加的な冷媒の貯蔵を許容し得るように液体管の乾燥機を設置した。膨張弁及び検出球を上述した逆流霜取りシステムの場合と同一の位置に配置した。検出球は吸引管内を流れるベーパを過熱する約８°Ｆ（４．４℃）を維持し得るように設定した。運転前、ベーパ圧縮システムは約３４オンス（０．９６６ｋｇ）のＲ−１２冷媒を充填した。
【００８９】
従来のベーパ圧縮システムを中程度温度運転状態で約２４．５時間の期間運転させた。タイラーチェスト冷凍機内の周囲空気の温度を２４．５時間の試験期間の間、約１分毎に測定した。空気温度は、試験期間の間、連続的に測定する一方、ベーパ圧縮システムは冷蔵モード及び空気霜取りモードの双方にて運転した。従来の方法に従い、各々が約３６乃至４０分間継続するように４回の霜取りサイクルをプログラム化した。温度測定値の統計値は以下の表Ｉに掲げてある。
【００９０】
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１）　２３時間の試験期間の間１回の霜取りサイクル
２）　２４時間の試験期間の間３回の霜取りサイクル
上記に示したように、本発明に従って配置されたＸＤＸ冷蔵システムは、従来のシステムよりも少ない温度変化状態にてチェスト冷凍機内部の温度を所望の値に保つ。試験期間中測定した温度測定値の標準偏差、差及び範囲は従来のシステムよりも著しく小さい。この結果は、中程度及び低温度の双方にてＸＤＸシステムの運転に妥当する。
【００９１】
霜取りサイクルの間、チェスト冷凍機内の温度上昇を監視し冷凍機内の最高温度を決定した。この温度は冷凍機内に貯蔵された食料製品の腐敗を防止し得るように、可能な限り冷蔵運転温度に近くなければならない。ＸＤＸシステム及び従来のシステムに対する最高霜取り温度が以下の表ＩＩに掲げてある。
【００９２】
表ＩＩ
最高霜取り温度（°Ｆ／℃）
ＸＤＸ　　　　　　　　　従来の　　　　　　　　　従来の
中程度温度　　　　　　　電気霜取り　　　　　　　空気霜取り
４４．４／６．９　　　　５５．０／１２．８　　　５４．８／１４．７
【００９３】
【実施例ＩＩ】
タイラーチェスト冷凍機は上述したような形態とし、電気霜取り回路を更に設けた。上述したように、低温度運転試験を行い、また、冷蔵装置が冷蔵運転温度に復帰するのに必要な時間を測定した。次に、蒸発器の霜取りを行うため、電気霜取り回路を使用して別個の試験を行った。ＸＤＸシステム及び電気霜取りシステムが霜取りを完了し、５°Ｆ（−１５℃）の設定運転に復帰するのに必要な時間が以下の表ＩＩＩに掲げてある。
【００９４】
表ＩＩＩ
５°Ｆ（−１５℃）の冷蔵温度に復帰するのに必要な時間
2004500533.tif 000005
　上記に示したように、多機能弁を通じて前方流れ霜取り方法を使用するＸＤＸシステムは、蒸発器を完全に霜取りするのに必要な時間が短く、また、冷蔵温度に復帰するまでの時間が著しく短い。
【００９５】
このように、本発明に従って上述した有利な点を完全に提供するベーパ圧縮システムが提供されることが明らかである。その特定の一例としての実施の形態に関して本発明を説明し且つ図示したが、これらの一例としての実施の形態に本発明を限定することを意図するものではない。当業者は、本発明の精神から逸脱せずに変更例及び改変例が具体化可能であることが理解されよう。例えば、非ハロゲン冷媒を使用することができ、また、アンモニア等のようなものを使用することもできる。このため、特許請求の範囲及びその等価物の範囲に属するかかる全ての変更例及び改変例を本発明の範囲に包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の１つの実施の形態に従って配置されたベーパ−圧縮システムの概略図である。
【図２】
本発明の１つの実施の形態による多機能弁の第一の側部の部分断面図とした側面図である。
【図３】
図２に図示した多機能弁の第二の側部の部分断面図とした側面図である。
【図４】
本発明の１つの実施の形態による多機能弁の分解図である。
【図５】
本発明の別の実施の形態によるベーパ−圧縮システムの概略図である。
【図６】
本発明の別の実施の形態による多機能弁の分解図である。
【図７】
本発明の更に別の実施の形態によるベーパ−圧縮システムの概略図である。
【図８】
図７に図示したベーパ圧縮システムの一部分の拡大断面図である。
【図９】
本発明の１つの実施の形態による回収弁の部分断面図とした概略図である。
【図１０】
本発明の更に別の実施の形態による回収弁の部分断面図とした概略図である。
【図１１】
本発明の更に別の実施の形態による多機能弁用の弁体の部分断面図とした平面図である。
【図１２】
図１１に図示した多機能弁用の弁体の側面図である。
【図１３】
図１１及び図１２に図示した多機能弁の部分断面図とした分解図である。
【図１４】
図１２に図示した多機能弁の一部分の拡大図である。
【図１５】
本発明の更に別の実施の形態による多機能弁用の弁体の部分断面図とした平面図である。
【図１６】
本発明の別の実施の形態に従って配置されたベーパ−圧縮システムの概略図である。
【図１７】
本発明の更に別の実施の形態による多機能弁用の弁体の断面図である。
【図１８】
本発明の更に別の実施の形態による多機能弁用の弁体の断面図である。
【図１９】
本発明の更に別の実施の形態による多機能弁用の弁体の断面図である。
【図２０】
本発明の別の実施の形態に従って配置されたベーパ−圧縮システムの概略図である。
【図２１】
本発明の更に別の実施の形態による迅速動作毛細管の側面図である。
【図２２】
本発明の別の実施の形態によるベーパ圧縮の一部分の拡大断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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