(57)【要約】【課題】アキュムレータの中に余分な容積を提供することによってシステムの漏れを収容する冷却システムと比較して、更に小さいシステムのサイズ、及び重量を可能にする。【解決手段】本発明の直膨式冷却システムは、システムに加圧された冷媒を提供するためのコンプレッサと、加圧された冷媒をそこから受け取り、冷却され加圧された冷媒をシステムに供給するためにコンプレッサの下流に接続された気体冷却器と、冷却され加圧された冷媒をそこから受け取り、減圧した２相冷媒をシステムに供給するために気体冷却器の下流に接続された膨張装置と、減圧した２相冷媒をそこから受け取るために膨張装置の下流に接続され、過熱して減圧した冷媒をそこに供給するためにコンプレッサの上流に接続される蒸発器と、及びシステムを通じた循環のために追加の冷媒を自動的に供給するために、蒸発器の下流でありコンプレッサの上流である冷却システムに接続された自動冷媒再充填システムを含む。【選択図】図１
2007309640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直膨式冷却システムであって、
前記システムに加圧された冷媒を提供するためのコンプレッサと、
加圧された冷媒をそこから受け取り、冷却され加圧された冷媒を前記システムに供給するために前記コンプレッサの下流に接続された気体冷却器と、
冷却され加圧された冷媒をそこから受け取り、減圧した２相冷媒を前記システムに供給するために前記気体冷却器の下流に接続された膨張装置と、
減圧した２相冷媒をそこから受け取るために前記膨張装置の下流に接続され、過熱して減圧した冷媒をそこに供給するために前記コンプレッサの上流に接続される蒸発器と、及び
前記システムを通じた循環のために追加の冷媒を自動的に供給するために、前記蒸発器の下流であり前記コンプレッサの上流である冷却システムに接続された自動冷媒再充填システムを含み、前記冷媒再充填システムは、
前記蒸発器を出る冷媒の圧力より大きい圧力の冷媒の１回投入量を貯蔵するための冷媒容器と、及び
冷却システムの中の循環のために前記冷媒容器からの冷媒の放出を制御するための、前記容器と前記システムの他の部分の間に接続された制御弁を含むことを特徴とする、直膨式冷却システム。
【請求項２】
過熱された冷媒をそこから受け取るために前記蒸発器の下流に接続され、気相の冷媒をそこに供給するために前記コンプレッサの上流に接続されるアキュムレータを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記冷媒再充填システムは前記アキュムレータによって支持される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
冷媒を前記蒸発器から前記コンプレッサに移すために、前記蒸発器と前記コンプレッサの間に接続された低圧管を更に含み、前記冷媒容器は、前記低圧管の外面に沿って伸長する円筒管である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御弁は、前記冷却システムからの予想された冷媒漏れに基づいて、前記冷却システムへの予め選択されたブリード速度を有するブリード弁を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御弁は、一時的に開いて、個々の量の冷媒を前記冷却システムに供給するために、前記冷却システムからの信号に応答する通常はオフの弁を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムのパラメータをモニタするための複数のセンサ、及びセンサからの情報に応答して前記制御弁に信号を提供するために、前記センサと前記制御弁に接続された制御装置を更に含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コンプレッサは可変容量型コンプレッサである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
冷媒を漏らした直膨式冷却システムを自動的に再充填するための方法であって、前記冷却システムは、コンプレッサ、気体冷却器、膨張装置、蒸発器、及びアキュムレータ容積を含み、全ては冷媒ループの中で直列に接続される方法であり、
ａ）前記アキュムレータ容積から液圧的に分離された再充填容積の中に、前記アキュムレータ容積の中の冷媒圧力より大きな圧力で冷媒を貯蔵し、前記冷却システムの通常動作の間は前記再充填容積が冷却システムの一部であり、及び
ｂ）前記冷却システムから漏れた冷媒に取って代わるために、前記システムの内部に再充填容積から冷媒を自動的に放出する諸ステップを含む方法。
【請求項１０】
ステップｂは、前記冷却システムの通常動作の間に、前記冷却システムの内部に前記再充填容積から冷媒を連続的に抜き取ることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記再充填容積から前記冷却システムの内部に冷媒が放出されるべきかを決定するために、前記冷却システムを自動的にモニタするステップを更に含み、ステップｂは、自動的にモニタするステップに応答して前記冷却システムの内部に冷媒を放出することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記モニタするステップは、前記冷却システムの吸込みライン圧力をモニタすること、周囲温度をモニタすること、及び前記コンプレッサの排気量をモニタすることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
冷媒がそこから枯渇した後に、前記再充填容積を周期的に取り替えるステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
冷媒を漏らした直膨式冷却システムを自動的に再充填するための方法であって、前記冷却システムは、コンプレッサ、気体冷却器、膨張装置、及び蒸発器を含み、全ては冷媒ループの中で直列に接続される方法であり、
ａ）前記再充填容積の中に、冷媒ループの吸い込み側の中の冷媒圧力より大きな圧力で冷媒を貯蔵し、前記冷却システムの通常動作の間は前記再充填容積が前記冷却システムの一部であり、及び
ｂ）前記システムから漏れた冷媒に取って代わるために、前記システムの内部に前記再充填容積から冷媒を自動的に放出する諸ステップを含む方法。
【請求項１５】
ステップｂは、前記冷却システムの通常動作の間に、前記冷却システムの内部に前記再充填容積から冷媒を連続的に抜き取ることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記再充填容積から前記冷却システムの内部に冷媒が放出されるべきかを決定するために、前記冷却システムを自動的にモニタするステップを更に含み、ステップｂは、自動的にモニタするステップに応答して前記冷却システムの内部に冷媒を放出することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記モニタするステップは、前記冷却システムの吸込みライン圧力をモニタすること、周囲温度をモニタすること、及び前記コンプレッサの排気量をモニタすることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
冷媒がそこから枯渇した後に、前記再充填容積を周期的に取り替えるステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空調システムに関し、更に詳細には、ＣＯ2のような冷媒を利用する直膨式空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気−圧縮型空調システムのような冷却システムでは、時間が経てば冷媒漏れは起こり得ることであり、それによってシステムの性能を減少させ、コンプレッサに対する損傷の機会を増加させる。冷媒漏れは任意の冷却システムで起こり得ることであり、性能の損失の原因となり得るが、可変容量型コンプレッサを利用する直膨式冷却システムでは、その種の漏れは特に厄介であり得る。その種のシステムでは、もし冷媒充填量が漏れのために一定のレベル以下に下がれば、システムは正常に機能することが出来ず、正常な動作限界より低い吸気圧力、蒸発器からの過熱、及び可変容量型コンプレッサでの減少した容積を経験するであろう。結果として、システムは非常に小さな冷却能力を有するであろう。この点について、アキュムレータを利用するシステムでは、冷媒がシステムから漏れるとき、アキュムレータの中に含まれる追加の冷媒がシステムの中を循環して、失った冷媒を補填するように、システムを満足に動作させるのに必要な冷媒より多い冷媒を収容するために、アキュムレータの中に余分な容積を提供することが知られている。その種のシステムは意図する目的のために満足に働くが、余分な冷媒を収容するアキュムレータのサイズの必要な増加のために、それらはシステムのサイズ、及び重量が増加する傾向がある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の１つの特徴によると、直膨式冷却システムが提供され、直膨式冷却システムは、システムに加圧された冷媒を提供するためのコンプレッサと、加圧された冷媒をそこから受け取り、冷却され加圧された冷媒をシステムに供給するためにコンプレッサの下流に接続された気体冷却器と、冷却され加圧された冷媒をそこから受け取り、減圧した２相冷媒をシステムに供給するために気体冷却器の下流に接続された膨張装置と、減圧した２相冷媒をそこから受け取るために膨張装置の下流に接続され、過熱して減圧した冷媒をそこに供給するためにコンプレッサの上流に接続される蒸発器と、及びシステムを通じた循環のために追加の冷媒を自動的に供給するために、蒸発器の下流でありコンプレッサの上流である冷却システムに接続された自動冷媒再充填システムを含む。冷媒再充填システムは、蒸発器を出る冷媒の圧力より大きい圧力の冷媒の１回投入量を貯蔵するための冷媒容器と、及び冷却システムの中の循環のために冷媒容器からの冷媒の放出を制御するための、容器とシステムの他の部分の間に接続された制御弁を含む。
【０００４】
１つの特徴では、冷却システムは、過熱された冷媒をそこから受け取るために蒸発器の下流に接続され、気相の冷媒をそこに供給するためにコンプレッサの上流に接続されるアキュムレータを更に含む。制御弁は、冷媒容器からそこに冷媒を供給するために、アキュムレータに接続される。他の特徴では、冷媒再充填システムはアキュムレータによって支持される。
【０００５】
１つの特徴として、冷却システムは、冷媒を蒸発器からコンプレッサに移すために、蒸発器とコンプレッサの間に接続された低圧管を更に含み、冷媒容器は、低圧管の外面に沿って伸長する円筒管として提供される。
【０００６】
１つの特徴によると、制御弁は、冷却システムからの予想された冷媒漏れに基づいて、冷却システムへの予め選択されたブリード速度を有するブリード弁を含む。
【０００７】
１つの特徴によると、制御弁は、一時的に開いて、個々の量の冷媒を冷却システムに供給するために、システムからの信号に応答する通常はオフの弁を含む。他の特徴として、冷却システムは、システムのパラメータをモニタするための複数のセンサ、及びセンサからの情報に応答して制御弁に信号を提供するために、センサと制御弁に接続された制御装置を更に含む。
【０００８】
１つの特徴として、コンプレッサは可変容量型コンプレッサである。
【０００９】
本発明の１つの特徴によると、冷媒を漏らした直膨式冷却システムを自動的に再充填するための方法が提供され、冷却システムは、コンプレッサ、気体冷却器、膨張装置、蒸発器、及びアキュムレータ容積を含み、全ては冷媒ループの中で直列に接続される。本発明の方法は、
ａ）アキュムレータ容積から液圧的に分離された再充填容積の中に、アキュムレータ容積の中の冷媒圧力より大きな圧力で冷媒を貯蔵し、冷却システムの通常動作の間は再充填容積が冷却システムの一部であり、及び
ｂ）冷却システムから漏れた冷媒に取って代わるために、再充填容積からシステムの内部に冷媒を自動的に放出する諸ステップを含む。
【００１０】
１つの特徴として、ステップｂは、冷却システムの通常動作の間に、冷却システムの内部に再充填容積から冷媒を連続的に抜き取ることを含む。
【００１１】
１つの特徴では、本発明の方法は、再充填容積から冷却システムの内部に冷媒が放出されるべきかを決定するために、冷却システムを自動的にモニタするステップを更に含み、ステップｂは、自動的にモニタするステップに応答して冷却システムの内部に冷媒を放出することを更に含む。他の特徴として、自動的にモニタするステップは、冷却システムの吸込みライン圧力をモニタすること、周囲温度をモニタすること、及びコンプレッサの排気量をモニタすることを含む。
【００１２】
１つの特徴によると、本発明の方法は、冷媒がそこから枯渇した後に、再充填容積を周期的に取り替えるステップを更に含む。
【００１３】
本発明の１つの特徴によると、冷媒を漏らした直膨式冷却システムを自動的に再充填するための方法が提供される。冷却システムは、コンプレッサ、気体冷却器、膨張装置、及び蒸発器を含み、全ては冷媒ループの中で直列に接続される。本発明の方法は、
ａ）再充填容積の中に、冷媒ループの吸い込み側の中の冷媒圧力より大きな圧力で冷媒を貯蔵し、冷却システムの通常動作の間は再充填容積が冷却システムの一部であり、及び
ｂ）システムから漏れた冷媒に取って代わるために、システムの内部に再充填容積から冷媒を自動的に放出する諸ステップを含む。
【００１４】
本発明の他の目的、特徴、及び長所は、添付の特許請求の範囲、図面を含む明細書全体の検討から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照すると、直膨式冷却システム１０が示され、直膨式冷却システム１０は、冷媒流路、又は冷媒ループ１２と、流路１２に加圧された冷媒（一般に、二酸化炭素（ＣＯ2））を届けるための可変容量型コンプレッサ１４と、加圧された冷媒をそこから受け取るためにコンプレッサ１４に接続された気体冷却器１６と、冷却され加圧された冷媒をそこから受け取り、液相の冷媒を含む２相冷媒流の形態であることが多い減圧した液相の冷媒を流路１２に供給するために気体冷却器１６の下流に冷媒流路１２で接続された膨張装置１８と、減圧した液相の冷媒をそこから受け取り、過熱された冷媒をシステム１０に届けるために膨張装置１８に接続された蒸発器２０と、及びシステム１０からの冷媒の漏れによって必要なとき、システム１０の通常動作の間に、システム１０に冷媒を自動的に届けるために蒸発器２０とコンプレッサ１４の間の冷媒流路１２の低圧側に接続される自動補充システム、又は再充填システム２２を含む。無条件に必要とされない間は、過熱された冷媒をそこから受け取るために蒸発器２０の下流に接続され、気相の冷媒をそこに届けるためにコンプレッサ１４の上流に接続されるアキュムレータ２４をシステム１０が更に含むことは非常に好ましい。アキュムレータ２４は、冷媒を貯蔵し、コンプレッサ１４に気相の冷媒を供給するために液相の冷媒と気相の冷媒を分離するために、アキュムレータ容積２５を囲む。再度、無条件に必要とされない間は、冷媒流路１２の高圧側の冷媒から冷媒流路１２の低圧側の冷媒に熱を移すために、吸込みライン熱交換器２６をシステム１０が更に含むことは非常に好ましい。この点について、吸込みライン熱交換器２６は、図示されるようにアキュムレータ２４に組み込むことも、又は既知のように別の熱交換器であることもできる。
【００１６】
自動補充システム２２は、円筒ハウジング３２の形態であることが好ましい冷媒容器３０、及び容器３０からシステム１０の他の部分の内部への冷媒の流れを制御するために、容器３０の放出口３６と冷媒流路１２の低圧側の間に接続された制御弁３４を含むことが好ましい。容器３０は、システム１０を再充填するために多量の冷媒を貯蔵する再充填容積３８を囲み、何年もの動作にわたってシステム１０を再充填するために適切な量の冷媒を貯蔵することが好ましい。
【００１７】
再充填システム２２の最も単純な実施例の１つでは、制御弁３４は、予想されたシステムの漏れを自動的に補填するために、１年間に一定のグラム数の冷媒がシステムの内部に滲出することを可能にするように設定されたブリード速度を有するブリード弁の形態で提供される。例えば、システム１０の１実施例では、システムの漏れを自動的に補填するために、弁３４を通るブリード速度は、１年間に約２０グラムのＣＯ2冷媒であるべきであることが予想される。
【００１８】
再充填システム２２の他の実施例では、制御弁３４は、一時的に開いて、システム１０に個々の量の冷媒を供給するために、システム１０からの信号に応答する、電磁弁のように通常はオフの弁の形態で提供される。この点について、センサ４２，４４，４６が、システム１０の動作中に吸気圧力、コンプレッサ排気量、及び周囲温度をモニタし、制御装置４８に信号を送るために提供されることが好ましい。もし吸気圧力が、コンプレッサ１４が部分的に容量型である間に、適度から高い周囲温度条件（例えば、３０℃より上の周囲温度）において一定期間ｔp（例えば、システム１０の電源を入れた後の５分）だけ予め定められたレベルＰLより下になれば、１回の自動充填を完了するために、制御装置４８は制御弁３４に命令して非常に短期間（例えば、１／２秒）だけ開かせ、それによってシステム１０に個々の量の冷媒を供給する。この後、システム１０は期間ｔpだけモニタを継続し、もし吸気圧力がまだＰLより低ければ、システムはプロセスを繰り返す。さもなければ、再充填システム２２は、他の自動充填が必要かを決定するためにセンサ４２，４４，４６からのパラメータをシステム２２がモニタする待機モードになる。低い周囲温度条件では、システム２２は、弁３４が閉じた待機モードのままである。
【００１９】
冷却システム１０の通常動作の間に動作できるように、再充填システム２２は冷却システム１０の一部として組み込まれる。この点について、冷媒容器３０、及び再充填システム２２の弁３４は、アキュムレータ２４に取り付けられるか、又はアキュムレータ２４によって支持される。しかし、冷却システム１０に再充填システム２２を組み込むための多くの可能性が存在することは、高く評価されるべきである。例えば、図４を参照すると、システム１０の他の実施例が示され、容器３０は、蒸発器２０とコンプレッサ１４の間に接続された低圧管５２に沿って伸長する、小径（例えば、直径２０ミリメートル）であることが好ましい円筒管５０の形態で提供される。この点について、容器３０と管５２はアキュムレータ２４の上流に示されるが、アキュムレータ２４の下流に提供することもできる。
【００２０】
当業者によって決定できるように、システム１０の各構成要素に対して多くの適切な形態が存在し、選択された特定の形状は特定の各用途に対する要求に大いに依存するので、再充填システム２２の構成要素を含む、システム１０に対する上記構成要素の全てが一般的に記載されたことは高く評価されるべきである。制御弁３４を提供することによって、人間の介入を必要とせずに、漏れによる冷媒損失を補うために直膨式冷却システムが動作している間に、再充填システム２２が冷却システム１０に冷媒を自動的に提供できることは高く評価されるべきである。
【００２１】
図示されないが、冷却システム１０の数年間の動作の後に冷媒が枯渇したときに、容器３０を手動で交換することを可能にするために、容器３０と弁３４の間に素早い切断、又は他の適切な流体接続が提供できることが好ましい。
【００２２】
図３は、システム１０を囲む周囲温度、及び冷媒のための容器の耐圧強度に基づく充填貯蔵容量の差を示すプロットである。プロットは、５年間にわたる冷媒漏れを補填するために使用できる過剰冷媒の１２０グラムの充填を仮定する。プロット中の各ラインは、冷媒の１２０グラムの充填のために利用可能な異なる貯蔵容量を示す。冷媒容器の耐圧強度が大きくなると、冷媒充填のために必要な容量が小さくなることが図から分かる。例えば、もし冷媒容器が（アキュムレータに対してある程度一般的な）８０℃において１１０バールの圧力限界を有するなら、冷媒の１２０グラムの充填を収容するために４６０ｃｍ3の容積が必要であるが、もし貯蔵容量の圧力限界が２００バールまで増加したら、冷媒容器の容量は２００ｃｍ3まで減少させることができる。従って、冷媒の充填のために別の容器３０を提供することによって、システム２２はシステム１０の低圧側で収容するより高い圧力で冷媒を貯蔵でき、従って、アキュムレータ２４で許容される容積より非常に小さな容積で冷媒の必要な充填を貯蔵できる。これは、アキュムレータ２４の中に余分な容積を提供することによってシステムの漏れを収容しようとする冷却システムと比較して、更に小さいシステムのサイズ、及び重量を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例である自動再充填システムを含む自動空調システムを表すブロック図である。
【図２】自動補充システムの他の実施例を示す、図１に類似のブロック図である。
【図３】冷媒充填シリンダの内側の周囲温度−圧力のグラフであり、ＣＯ2冷媒の１２０グラムの過剰充填を収容するのに必要な異なる容積に対するプロットを示す。
【符号の説明】
【００２４】
１０    冷却システム
１２    冷媒流路（冷媒ループ）
１４    可変容量型コンプレッサ
１６    気体冷却器
１８    膨張装置
２０    蒸発器
２２    自動補充システム
２４    アキュムレータ
２５    アキュムレータ容積
２６    吸込みライン熱交換器
３０    冷媒容器
３２    円筒ハウジング
３４    制御弁
３６    放出口
３８    再充填容積
４２，４４，４６    センサ
４８    制御装置
５０    円筒管
５２    低圧管
【図１】
2007309640.tif 000003
【図２】
2007309640.tif 000004
【図３】
2007309640.tif 000005
【外国語明細書】
2007309640000001.pdf