(57)【要約】  蒸気圧縮システム（１）を制御する方法が開示され、蒸気圧縮システム（１）は、少なくとも１つの膨張器（８）および少なくとも１つの蒸発器（９）を含む。各膨張器（８）について、膨張器（８）の開度が得られ、および代表開度ＯＤrepが、膨張器（８）の得られた開度に基づいて同定される。代表開度は、得られた開度の中で最大である最大開度ＯＤmaxであり得る。代表開度ＯＤrepは、既定の目標開度ＯＤtargetと比較され、およびレシーバ（７）の内部に広がる圧力に対する最小設定値ＳＰrecは、比較に基づいて計算または調整される。蒸気圧縮システム（１）は、計算または調整された最小設定値ＳＰrecに等しいかまたはそれより高いレシーバ（７）の内部の圧力を得るように制御される。
2018531359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮システム（１）を制御する方法であって、前記蒸気圧縮システム（１）は、１つまたは複数の圧縮機（３、４、１６）を含む圧縮機ユニット（２）、廃熱熱交換器（５）、レシーバ（７）、少なくとも１つの膨張器（８）、および冷媒経路内に配置された少なくとも１つの蒸発器（９）を含み、各膨張器（８）は、蒸発器（９）への冷媒の供給を制御するように配置され、前記方法は、
−  各膨張器（８）について、前記膨張器（８）の開度を得るステップと、
−  前記膨張器（８）の前記得られた開度に基づいて代表開度ＯＤrepを同定するステップと、
−  前記代表開度ＯＤrepを既定の目標開度ＯＤtargetと比較するステップと、
−  前記比較に基づいて、前記レシーバ（７）の内部に広がる圧力に対する最小設定値ＳＰrecを計算または調整するステップと、
−  前記計算または調整された最小設定値ＳＰrecに等しいかまたはそれより高い前記レシーバ（７）の内部の圧力を得るように前記蒸気圧縮システム（１）を制御するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
代表開度ＯＤrepを同定する前記ステップは、前記膨張器（８）の前記得られた開度の中の最大開度として最大開度ＯＤmaxを同定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
最小設定値ＳＰrecを計算または調整する前記ステップは、前記代表開度ＯＤrepが前記目標開度ＯＤtargetより小さい場合に前記最小設定値ＳＰrecを低減させることを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
最小設定値ＳＰrecを計算または調整する前記ステップは、前記代表開度ＯＤrepが前記目標開度ＯＤtargetより大きい場合に前記最小設定値ＳＰrecを増加させることを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記レシーバ（７）の気体出口（１０）は、バイパス弁（１４）を介して前記圧縮機ユニット（２）の入口に連結され、前記蒸気圧縮システム（１）を制御する前記ステップは、前記バイパス弁（１４）を動作させることにより、前記レシーバ（７）の内部に広がる前記圧力を制御することを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記圧縮機ユニット（２）は、前記蒸発器（９）の出口と前記廃熱熱交換器（５）の入口との間に連結された１つまたは複数の主圧縮機（３、１６）、および前記レシーバ（７）の気体出口（１０）と前記廃熱熱交換器（５）の入口との間に連結された１つまたは複数のレシーバ圧縮機（４、１６）を含み、前記蒸気圧縮システム（１）を制御する前記ステップは、前記レシーバ圧縮機（４、１６）への冷媒供給を制御することにより、前記レシーバ（７）の内部に広がる前記圧力を制御することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記蒸気圧縮システム（１）は、エジェクタ（６）、前記エジェクタ（６）の一次入口（１１）に連結される前記廃熱熱交換器（５）の出口、前記レシーバ（７）に連結される前記エジェクタ（６）の出口、および前記圧縮機ユニット（２）の入口と、前記エジェクタ（６）の二次入口（１３）とに連結される前記蒸発器（９）の出口をさらに含む、請求項１〜６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、冷却システム、空調システム、ヒートポンプなどの蒸気圧縮システムを制御する方法に関する。本発明による方法は、蒸気圧縮システムの安全性を損なうことなく、蒸気圧縮システムがエネルギー効率の良い方式で動作されることを可能にする。
【背景技術】
【０００２】
一部の冷却システムでは、高圧弁および／またはエジェクタが、廃熱熱交換器に対して下流の位置で冷媒経路内に配置される。それにより、廃熱熱交換器から出る冷媒は、高圧弁またはエジェクタを通過し、冷媒の圧力はそれによって低減される。さらに、高圧弁またはエジェクタから出る冷媒は、高圧弁またはエジェクタ内で行われる膨張に起因して、一般に液体および気体の冷媒の混合の形態になる。これは、例えば、その中にＣＯ2などの遷移冷媒が加えられる蒸気圧縮システムに関係し、このシステムでは、廃熱熱交換器から出る冷媒の圧力は比較的高いと予期される。
【０００３】
このような蒸気圧縮システム内で、レシーバは、場合により高圧弁またはエジェクタと、冷媒を蒸発器に供給するために配置された膨張器との間に配置される。レシーバ内で液体冷媒は気体冷媒から分離される。液体冷媒は膨張器を介して蒸発器に供給され、気体冷媒は圧縮機ユニットに供給されることがある。それにより、冷媒の気体部分は、膨張器によって導かれた圧力降下を受けず、したがって冷媒を圧縮するために必要な作業を低減することができる。
【０００４】
レシーバの内部の圧力が高い場合、レシーバから受け取った気体冷媒を圧縮するために圧縮機に必要とされる機能は、それに対応して低い。一方、レシーバの内部の高い圧力は、レシーバ内の冷媒の液体／気体比に対し、気体が少なく液体が多い冷媒が存在するという影響を与える。それにより、レシーバ内の利用可能な気体冷媒量は、レシーバから気体冷媒を受け取る圧縮機ユニットの圧縮機を動作させ続けるために十分でないことがある。さらに、低い大気温度では、蒸気圧縮システムの効率は、廃熱熱交換器の内部の圧力が比較的低いときに一般に向上される。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１２／０１６７６０１号明細書は、エジェクタサイクルを開示している。廃熱熱交換器は、圧縮された冷媒を受け取るために圧縮機に結合される。エジェクタは、廃熱熱交換器に結合された一次入口、二次入口および出口を有する。分離器は、エジェクタの出口に結合された入口、気体出口および液体出口を有する。システムは、第１のモードと第２のモードとの間で切り替えることができる。第１のモードでは、熱吸収熱交換器から出る冷媒はエジェクタの二次入口に供給される。第２のモードでは、熱吸収熱交換器から出る冷媒は圧縮機に供給される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、低い大気温度でもエネルギー効率の良い方式で蒸気圧縮システムを制御する方法を提供することである。
【０００７】
本発明の実施形態のさらなる目的は、１つまたは複数のレシーバ圧縮機が先行技術の方法より低い大気温度で動作することを可能にする、蒸気圧縮システムを制御する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、蒸気圧縮システムを制御する方法を提供し、蒸気圧縮システムは、１つまたは複数の圧縮機を含む圧縮機ユニット、廃熱熱交換器、レシーバ、少なくとも１つの膨張器、および冷媒経路内に配置された少なくとも１つの蒸発器を含み、各膨張器は、蒸発器への冷媒の供給を制御するように配置され、方法は、
−  各膨張器について、膨張器の開度を得るステップと、
−  膨張器の得られた開度に基づいて代表開度ＯＤrepを同定するステップと、
−  代表開度ＯＤrepを既定の目標開度ＯＤtargetと比較するステップと、
−  比較に基づいて、レシーバの内部に広がる圧力に対する最小設定値ＳＰｒｅｃを計算または調整するステップと、
−  計算または調整された最小設定値ＳＰrecに等しいかまたはそれより高いレシーバの内部の圧力を得るように蒸気圧縮システムを制御するステップと
を含む。
【０００９】
本発明による方法は、蒸気圧縮システムを制御するためのものである。これに関連して、用語「蒸気圧縮システム」は、その中で冷媒などの流体媒体の流れが循環し、交互に圧縮および膨張され、それによって容積の冷却または加熱のいずれかを提供する、あらゆるシステムを意味すると解釈されるべきである。したがって、蒸気圧縮システムは、冷却システム、空調システム、ヒートポンプなどであってもよい。
【００１０】
蒸気圧縮システムは、１つまたは複数の圧縮機を含む圧縮機ユニット、廃熱熱交換器、レシーバ、少なくとも１つの膨張器、および冷媒経路内に配置された少なくとも１つの蒸発器を含む。各膨張器は、蒸発器への冷媒の供給を制御するように配置される。廃熱熱交換器は、その中で冷媒が少なくとも部分的に凝縮される、例えばコンデンサの形態であるか、またはその中で冷媒が冷却されるが、気体もしくは超臨界状態のままである気体冷却器の形態であり得る。膨張器は、例えば膨張弁の形態であり得る。
【００１１】
したがって、冷媒経路内を流れる冷媒は、圧縮機ユニットの圧縮機によって圧縮される。圧縮された冷媒は廃熱熱交換器に供給され、廃熱熱交換器では、廃熱熱交換器を通って流れる冷媒から熱が排出されるような方式で大気または廃熱熱交換器を横切る二次流体流れと熱交換が行われる。廃熱熱交換器がコンデンサの形態である場合、冷媒は、廃熱熱交換器を通過するときに少なくとも一部が凝縮される。廃熱熱交換器が気体冷却器の形態である場合、廃熱熱交換器を通って流れる冷媒は冷却されるが、冷媒は気体または超臨界状態のままである。
【００１２】
廃熱熱交換器からの冷媒は、高圧弁またはエジェクタを通過してもよい。それにより、冷媒の圧力は低減され、高圧弁またはエジェクタから出る冷媒は、高圧弁またはエジェクタにおいて行われる膨張に起因して、通常、液体および気体の冷媒の混合の形態になる。
【００１３】
冷媒は、次いでレシーバに供給され、そこで冷媒は液体部分と気体部分とに分離される。冷媒の液体部分は膨張器に供給され、そこで、冷媒が蒸発器に供給される前に膨張が行われ、冷媒の圧力が低減される。各膨張器は冷媒を特定の蒸発器に供給し、したがって各蒸発器への冷媒供給を、対応する膨張器を制御することにより個々に制御することができる。それにより、蒸発器に供給される冷媒は、気体および液体の混合された状態である。蒸発器内では、熱が蒸発器を通って流れる冷媒によって吸収されるような方式で大気または蒸発器を横切る二次流体流れと熱交換が行われる間、冷媒の液体部分は少なくとも部分的に蒸発される。最後に、冷媒は圧縮機に供給される。
【００１４】
レシーバ内の冷媒の気体部分は圧縮機ユニットに供給されてもよい。それにより、冷媒の気体部分は、膨張器によって導かれた圧力降下を受けず、上に記載されたようにエネルギーが節約される。
【００１５】
したがって、冷媒経路内を流れる冷媒の少なくとも一部は、熱交換が廃熱熱交換器および蒸発器で行われる間、交互に圧縮機によって圧縮され、かつ膨張器によって膨張される。それにより、１つまたは複数の容積の加熱または冷却が得られる。
【００１６】
本発明の方法によれば、各膨張器の開度が得られる。この情報は、膨張器の開度を制御する制御装置内で容易に利用可能であり得る。別法として、開度を測定するか、または見積ることができる。蒸気圧縮システムが２つ以上の蒸発器および２つ以上の膨張器を含む場合、すべての膨張器の開度は、実質的に同時にまたは以下に記載されるように代表開度が同定される前に、少なくともすべての開度が決定されるような手法で得られてもよい。
【００１７】
次に、代表開度ＯＤrepは、膨張器の得られた開度に基づいて同定される。代表開度ＯＤrepは、最大開度、最小開度、平均開度、開度の分配などであってもよい。いずれにしても、代表開度ＯＤrepは、蒸気圧縮システムの膨張器の開度または開度の分配を表す。蒸気圧縮システムが１つの膨張器および１つの蒸発器のみを含む場合、代表開度ＯＤrepはこの膨張器の開度に過ぎない。
【００１８】
代表開度ＯＤrepは、次いで既定の目標開度ＯＤtargetと比較される。目標開度ＯＤtargetは、例えば、代表開度ＯＤrepのために得ることが望ましい開度値であり得る。別法として、目標開度ＯＤtargetは、代表開度ＯＤrepのための上側閾値または下側閾値であり得る。
【００１９】
比較に基づいて、レシーバの内部に広がる圧力に対する最小設定値ＳＰrecが計算または調整される。したがって、最小設定値ＳＰrecの絶対値が計算されてもよい。別法として、比較は、最小設定値ＳＰrecをより高い値またはより低い値に調整しなければならないかどうかを明らかにすることに過ぎないことがある。
【００２０】
最後に、蒸気圧縮システムは、計算または調整された最小設定値ＳＰrecに等しいかまたはそれより高いレシーバの内部の圧力を得るように制御される。
【００２１】
したがって、最小設定値ＳＰrecは、レシーバの内部の許容される圧力に対する下限を構成する。しかし、最小設定値ＳＰrecは上に記載されたように計算または調整されるため、最小設定値ＳＰrecは固定値ではなく、代わりに優勢な動作条件および他のシステムパラメータに従って変化する。例えば、最小設定値ＳＰrecを下げることができ、それによって優勢な動作条件がこれを許容する場合にレシーバの内部の圧力をより低いレベルに制御することができる。上に記載されたように、これは、レシーバ内の気体冷媒の利用可能な量を、動作を続けるために圧縮機がレシーバから気体冷媒を受け取ることを保つのに十分なレベルまで増加させる。これにより、上に記載された省エネルギーを全動作時間の大半の間、例えばより低い大気温度での期間中に得ることができる。
【００２２】
最小設定値ＳＰrecは、代表開度ＯＤrepと目標開度ＯＤtargetとの間の比較に基づいて計算または調整されるのが好都合であり、なぜなら、この比較は、代表開度ＯＤrepと目標開度ＯＤtargetとの間の現在の偏差値に関する情報、すなわち代表開度ＯＤrepが目標開度ＯＤtargetから「どの程度離れているか」に関する情報を提供するからである。これに基づいて、最小設定値ＳＰrecを、蒸気圧縮システムの制御の他の側面を損なうことなく安全に調整できるかどうかを決定することができる。例えば、各蒸発器で必要とされる冷却需要を満たすために膨張器を適切に動作させ得ることが確保される。
【００２３】
代表開度ＯＤrepを同定するステップは、膨張器の得られた開度の中で最大開度として最大開度ＯＤmaxを同定することを含んでもよい。この実施形態によれば、代表開度ＯＤrepは、最大開度を有する膨張器の開度として選択されるに過ぎない。それにより、最小設定値ＳＰrecを安全に調整できるかどうか、例えばレシーバの内部に広がる圧力が現在許容されているより低い値に安全に達することができるかどうかを「決定」するのは、最大開度を有する膨張器である。
【００２４】
本明細書に記載された蒸気圧縮システムの１つの膨張器を通る質量流量は、以下の式によって決定される。
【数１】
2018531359.tif 000003
ここで、
【数２】
2018531359.tif 000004
は、膨張器を通る質量流量であり、Δｐは、膨張器を横断する圧力差、すなわちｐrec−ｐeであり、但し、ｐrecは、レシーバの内部に広がる圧力であり、ｐeは、蒸発器圧力または吸入圧力であり、ｋは、膨張器の特徴および冷媒の密度に関する定数であり、ＯＤは、膨張器の開度である。その結果、レシーバの内部に広がる圧力が低いとき、膨張器を横断する圧力差Δｐは小さい。したがって、膨張器を通る所与の質量流量
【数３】
2018531359.tif 000005
を得るために、膨張器の比較的大きい開度ＯＤを選択する必要があり得る。開度ＯＤがすでに膨張器の最大開度に近い場合、すなわち膨張器がほぼ全開である場合、開度を増加させることにより膨張器を通る質量流量を増加させることは不可能である。代わりに、レシーバの内部に広がる圧力ｐrecを増加させることにより、圧力差Δｐを増加させることができる。したがって、この状況が起きる場合、最小設定値ＳＰrecを適切に増加させ得る。
【００２５】
一方、膨張器の開度ＯＤが膨張器の最大開度より著しく低い場合、レシーバの内部に広がる圧力ｐrecおよびそれによって膨張器を横断する圧力差Δｐが低減されたとしても、膨張器を通る質量流量を増加させるために開度ＯＤを増加させることができる。したがって、この場合、最小設定値ＳＰrecを低減させることが安全であり、それによってレシーバの内部の圧力がより低いレベルに達することができる。
【００２６】
本発明のこの実施形態によれば、最大開度ＯＤmaxを有する膨張器は、最小設定値ＳＰrecを低減させることが安全であるかどうか、かつ／または最小設定値ＳＰrecを増加させる必要があるかどうかを「決定」することができる。それにより、膨張器の開度を増加させることにより、膨張器を通る質量流量を増加させることができない状況になる膨張器が最終的に確実になくなる。それにより、各蒸発器が必要とされる冷却需要を満たすために十分な冷媒供給を確実に受け取る間、レシーバの内部に広がる圧力を低いレベルに確実に保つことができる。
【００２７】
最小設定値ＳＰrecを計算または調整するステップは、代表開度ＯＤrepが目標開度ＯＤtargetより小さい場合に最小設定値ＳＰrecを低減することを含んでもよい。この実施形態によれば、目標開度ＯＤtargetは、例えば望ましい範囲の代表開度ＯＤrepに対する上限を表してもよい。
【００２８】
代表開度ＯＤrepが上に記載されたように最大開度ＯＤmaxである場合、目標開度ＯＤtargetは、膨張器の開度を増加させることにより、膨張器を通る質量流量を増加させることが難しくなる開度より上の開度を表してもよい。しかし、最大開度ＯＤmaxが目標開度ＯＤtargetより低い限り、最小設定値ＳＰrecを低減させることは依然として安全である。
【００２９】
同様に最小設定値ＳＰrecを計算または調整するステップは、代表開度ＯＤrepが目標開度ＯＤtargetより大きい場合に最小設定値ＳＰrecを増加させることを含んでもよい。
【００３０】
上に記載された状況と同様に、代表開度ＯＤrepが最大開度ＯＤmaxである場合、すべての膨張器が増加した冷却需要に確実に反応できるために、最大開度ＯＤmaxが目標開度ＯＤtargetより大きい場合に最小設定値ＳＰrecを増加させる必要があり得る。
【００３１】
レシーバの気体出口がバイパス弁を介して圧縮機ユニットの入口に連結されてもよく、および蒸気圧縮システムを制御するステップは、バイパス弁を動作させることにより、レシーバの内部に広がる圧力を制御することを含んでもよい。この実施形態によれば、レシーバからバイパス弁を用いて圧縮機ユニットに流れる気体冷媒を制御することにより、レシーバの内部に広がる圧力は制御される。
【００３２】
圧縮機ユニットは、蒸発器の出口と廃熱熱交換器の入口との間に連結された１つまたは複数の主圧縮機、およびレシーバの気体出口と廃熱熱交換器の入口との間に連結された１つまたは複数のレシーバ圧縮機を含んでもよく、および蒸気圧縮システムを制御するステップは、レシーバ圧縮機への冷媒供給を制御することにより、レシーバの内部に広がる圧力を制御することを含んでもよい。
【００３３】
この実施形態によれば、圧縮機ユニットの各圧縮機は、蒸発器の出口またはレシーバの気体出口のいずれかから冷媒を受け取る。各圧縮機は、蒸発器の出口またはレシーバの気体出口に永久に連結されてもよい。別法として、少なくとも一部の圧縮機は、圧縮機を蒸発器の出口またはレシーバの気体出口に選択的に連結させることができる弁配置を提供されてもよい。この場合、利用可能な圧縮機容量を、弁配置を適切に動作させることにより、「主圧縮機容量」と「レシーバ圧縮機容量」との間に適切な方式で分配することができる。
【００３４】
レシーバ圧縮機への冷媒の供給は、例えば蒸発器の出口に連結されることと、レシーバの気体出口に連結されることとの間で１つまたは複数の圧縮機を切り替えることによって調整され得る。代替手段として、１つまたは複数のレシーバ圧縮機の圧縮機速度を調整することができる。別の代替手段として、１つまたは複数のレシーバ圧縮機のスイッチをオンまたはオフに切り替えることができる。最後に、レシーバ圧縮機への冷媒の供給は、レシーバの気体出口とレシーバ圧縮機とを相互連結する冷媒経路内に配置された弁、および／またはレシーバの気体出口と主圧縮機とを相互連結する冷媒経路内に配置されたバイパス弁を制御することによって調整することができる。
【００３５】
蒸気圧縮システムは、エジェクタをさらに含んでもよく、廃熱熱交換器の出口はエジェクタの一次入口に連結され、エジェクタの出口はレシーバに連結され、蒸発器の出口は圧縮機ユニットの入口またエジェクタの二次入口に連結される。
【００３６】
この実施形態によれば、廃熱熱交換器から出る冷媒は、エジェクタの一次入口に供給され、および蒸気圧縮システムの蒸発器から出る冷媒の少なくとも一部は、エジェクタの二次入口に供給されてもよい。
【００３７】
エジェクタは、エジェクタの駆動入口（または一次入口）に供給された駆動流体を用いて、エジェクタの吸引入口（または二次入口）において流体の圧力エネルギーを増加させるためにベンチュリ効果を使用する型のポンプである。それにより、上に記載されたように冷媒経路内にエジェクタを配置することにより、冷媒が作業を実行し、それによって蒸気圧縮システムの電力消費は、エジェクタが提供されない状況に比べて低減される。
【００３８】
蒸発器から出る冷媒をできるだけ多くエジェクタの二次入口に供給するような方式で蒸気圧縮システムを動作させることが望ましく、圧縮機ユニットへの冷媒供給は主にレシーバの気体出口から提供され、なぜなら、これが蒸気圧縮システムを動作させる最も優れたエネルギー効率の方法だからである。
【００３９】
夏季期間中などの高い大気温度では、廃熱熱交換器から出る冷媒の圧力だけでなく温度も比較的高い。このような場合にエジェクタは良好に機能し、有利には、蒸発器から出る冷媒はすべてエジェクタの二次入口に供給され、レシーバのみから圧縮機ユニットに気体冷媒を供給する。蒸気圧縮システムがこの方式で動作される場合、それは「夏季モード」と呼ばれることがある。
【００４０】
一方、冬季期間中などの低い大気温度では、廃熱熱交換器から出る冷媒の圧力だけでなく温度も比較的低い。このような場合にエジェクタは良好に機能せず、したがって、蒸発器から出る冷媒は、エジェクタの二次入口の代わりに圧縮機ユニットに供給されることが多い。これは、廃熱熱交換器から出る冷媒が低い圧力であることにより、エジェクタを横断する圧力差が小さく、それによってエジェクタを通る一次流れがエジェクタを通る二次流れを駆動させる能力が低下するという事実に起因する。蒸気圧縮システムがこの方式で動作される場合、それは「冬季モード」と呼ばれることがある。上に記載されたように、これは、蒸気圧縮システムを動作させるエネルギー効率が低い方法であり、したがって蒸気圧縮システムを「夏季モード」において、すなわちエジェクタによりできる限り低い大気温度で動作させることが望ましい。
【００４１】
本発明の方法により蒸気圧縮システムを動作させるとき、レシーバの内部に広がる圧力を、これが蒸気圧縮システムの制御の他の側面に悪影響を与えない限り、非常に低いレベルに低減させることができる。これはエジェクタを横断する圧力差を増加させ、それによってエジェクタを通る一次流れがエジェクタを通る二次流れを駆動させる能力を向上させる。さらに、蒸発器圧力または吸引圧力とレシーバの内部に広がる圧力との間の圧力差が低減される。これは、エジェクタを通る一次流れがエジェクタを通る二次流れを駆動させる能力をさらに向上させる。結果として、本発明の方法は、エジェクタをより低い大気温度で動作させることができ、それによって蒸気圧縮システムのエネルギー効率を向上させる。
【００４２】
次に、添付図面を参照して本発明についてさらに詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システムの概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システムの概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システムの概略図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システムの概略図である。
【図５】図４の蒸気圧縮システムの制御を示す。
【図６】本発明の一実施形態による方法を示すブロック図である。
【図７】本発明の代替実施形態による方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システム１の概略図である。蒸気圧縮システム１は、多数の圧縮機３、４（そのうちの３つが示されている）を含む圧縮機ユニット２、廃熱熱交換器５、エジェクタ６、レシーバ７、膨張器８、および冷媒経路内に配置された蒸発器９を含む。
【００４５】
２つの示された圧縮機３は蒸発器９の出口に連結されている。その結果、蒸発器９から出る冷媒をこれらの圧縮機３に供給することができる。第３の圧縮機４はレシーバ７の気体出口１０に連結されている。その結果、気体冷媒をレシーバ７からこの圧縮機４に直接供給することができる。
【００４６】
冷媒経路内を流れる冷媒は、圧縮機ユニット２の圧縮機３、４によって圧縮される。圧縮された冷媒は廃熱熱交換器５に供給され、そこで、熱が冷媒から排出されるような方式で熱交換が行われる。
【００４７】
廃熱熱交換器５から出る冷媒は、レシーバ７に供給される前にエジェクタ６の一次入口１１に供給される。エジェクタ６を通過するときに冷媒は膨張される。それにより、冷媒の圧力が低減され、冷媒は液体および気体の混合された状態でレシーバ７に供給される。
【００４８】
レシーバ７内で、冷媒は液体部分と気体部分とに分離される。冷媒の液体部分は、レシーバ７の液体出口１２および膨張器８を介して蒸発器９に供給される。蒸発器９内で、冷媒によって熱が吸収されるような方式で熱交換が行われる間、冷媒の液体部分は少なくとも部分的に蒸発される。
【００４９】
蒸発器９から出る冷媒は、圧縮機ユニット２の圧縮機３またはエジェクタ６の二次入口１３のいずれかに供給される。
【００５０】
図１の蒸気圧縮システム１は、蒸発器９から出るすべての冷媒がエジェクタ６の二次入口１３に供給され、圧縮機ユニット２がレシーバ７の気体出口１０から冷媒を受け取るのみであるときに最も良好なエネルギー効率で動作される。このような場合、圧縮機ユニット２の圧縮機４のみが動作している一方、圧縮機３はスイッチがオフになっている。したがって、蒸気圧縮システム１を全動作時間のできる限り多くの間にわたりこの方式で動作させることが望ましい。レシーバ７の内部に広がる圧力が低いとき、レシーバ７内の冷媒の大部分は気体の状態であり、したがって気体冷媒の大部分は圧縮機４に供給されるように利用可能である。したがって、レシーバ７の内部の圧力レベルが低いことが概して望ましい。蒸気圧縮システム１は、レシーバ７の内部に広がる圧力に対する設定値に従って、かつこの設定点が最小設定値と最大設定値との間の適切な範囲内に維持されるような方式で制御される。本発明による方法では、レシーバ７の内部の圧力をより低レベルまで低減させることが、蒸気圧縮システム１を制御する他の側面に関して不都合にならないとき、これを可能にするために最小設定値ＳＰrecが調整される。
【００５１】
膨張器８を通る質量流量は、以下の式によって決定される。
【数４】
2018531359.tif 000006
ここで、
【数５】
2018531359.tif 000007
は、膨張器８を通る質量流量であり、Δｐは、膨張器８を横断する圧力差、すなわちｐrec−ｐeであり、但し、ｐrecは、レシーバ７の内部に広がる圧力であり、ｐeは、蒸発器圧力または吸入圧力であり、ｋは、膨張器８の特徴および冷媒の密度に関する定数であり、ＯＤは、膨張器８の開度である。その結果、レシーバ７の内部に広がる圧力が低いとき、膨張器８を横断する圧力差Δｐは小さい。したがって、膨張器８を通る所与の質量流量
【数６】
2018531359.tif 000008
を得るために、膨張器８の比較的大きい開度ＯＤを選択する必要があり得る。開度ＯＤがすでに膨張器８の最大開度に近い場合、すなわち膨張器８がほぼ全開である場合、開度を増加させることにより膨張器８を通る質量流量を増加させることは不可能である。代わりに、レシーバの内部に広がる圧力ｐrecを増加させることにより、圧力差Δｐを増加させることができる。したがって、この状況が起きる場合、最小設定値ＳＰrecを適切に増加させ得る。
【００５２】
一方、膨張器８の開度ＯＤが膨張器８の最大開度より著しく低い場合、レシーバ７の内部に広がる圧力ｐrecおよびそれによって膨張器８を横断する圧力差Δｐが低減されたとしても、膨張器８を通る質量流量を増加させるために開度ＯＤを増加させることができる。したがって、この場合、最小設定値ＳＰrecを低減させることが安全であり、それによってレシーバ７の内部の圧力がより低いレベルに達することができる。
【００５３】
したがって、図１の蒸気圧縮システム１を制御するとき、膨張器８の開度ＯＤが得られ、目標開度ＯＤtargetと比較される。目標開度ＯＤtargetは、好都合には比較的大きい開度であるが、膨張器８が膨張器８の開度ＯＤを増加させることにより、冷却の増加する需要に反応することができるように、膨張器８の最大開度より十分に低いことが可能である。
【００５４】
比較に基づいて、レシーバ７の内部に広がる圧力に対する最小設定値ＳＰrecが、例えば上に記載されたように計算または調整される。続いて、蒸気圧縮システム１は、計算または調整された最小設定値ＳＰrecと等しいかそれより高いレシーバ７の内部の圧力を得るように制御される。レシーバ７の内部に広がる圧力は、例えば圧縮機４の圧縮機容量を調整することによって調整されてもよい。
【００５５】
図２は、本発明の第２の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システム１の概略図である。図２の蒸気圧縮システム１は、図１の蒸気圧縮システム１に非常に類似しており、したがって、これについてここで詳細には記載しない。
【００５６】
図２の蒸気圧縮システム１では、レシーバ７の気体出口１０は、バイパス弁１４を介して圧縮機３にさらに連結されている。それにより、レシーバ７の内部の圧力は、バイパス弁１４を動作させ、それによってレシーバ７の気体出口１０から圧縮機３に流れる冷媒を制御することによってさらに調整されてもよい。
【００５７】
図３は、本発明の第３の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システム１の概略図である。図３の蒸気圧縮システム１は、図１および２の蒸気圧縮システム１に非常に類似しており、したがって、これについてここで詳細には記載しない。
【００５８】
図３の蒸気圧縮システム１では、エジェクタを高圧弁１５に入れ替えられている。したがって、廃熱熱交換器５から出る冷媒は、図１を参照して上に記載された状況と同様に、高圧弁１５を通過するときに依然として膨張される。しかし、蒸発器９から出るすべての冷媒が圧縮機ユニット２に供給される。
【００５９】
圧縮機ユニット２内において、１つの圧縮機３が蒸発器９の出口に連結されるように示されており、１つの圧縮機４がレシーバ７の気体出口１０に連結されるように示されている。第３の圧縮機１６は、三方弁１７を提供されるように示されており、三方弁１７は、圧縮機１６を蒸発器９の出口またはレシーバ７の気体出口１０に選択的に連結させることができる。それにより、圧縮機ユニット２の圧縮機容量の一部は、「主圧縮機容量」、すなわち圧縮機１６が蒸発器９の出口に連結されたときと、「レシーバ圧縮機容量」、すなわち圧縮機１６がレシーバ７の気体出口１０に連結されたときとの間で移行され得る。それにより、三方弁１７を動作させることにより、レシーバ７の内部に広がる圧力をさらに調整することができ、それによってレシーバ７の気体出口１０から受け取った冷媒を圧縮するために利用可能な圧縮機容量の量を増減させる。
【００６０】
図４は、本発明の第４の実施形態による方法に従って制御される蒸気圧縮システム１の概略図である。図４の蒸気圧縮システム１は、図３の蒸気圧縮システム１に非常に類似しており、したがって、これについてここで詳細には記載しない。
【００６１】
図４の蒸気圧縮システム１は、冷媒経路内に平行に配置された３つの蒸発器９ａ、９ｂ、９ｃを含む。各蒸発器９ａ、９ｂ、９ｃは、その間に関連付けられた膨張器８ａ、８ｂ、８ｃを有し、各膨張器８ａ、８ｂ、８ｃは、それによって蒸発器９ａ、９ｂ、９ｃの１つへの冷媒の供給を制御する。各蒸発器９ａ、９ｂ、９ｃは、例えば個別の容量に対して冷却を提供するように、例えばスーパーマーケット内の個別の陳列ケースの形態で配置されてもよい。
【００６２】
図４の蒸気圧縮システム１を制御するとき、各膨張器８ａ、８ｂ、８ｃの開度が得られる。次いで、膨張器８ａ、８ｂ、８ｃの得られた開度に基づいて代表開度ＯＤrepが同定される。代表開度ＯＤrepは、例えば膨張器８ａ、８ｂ、８ｃの最大開度である最大開度ＯＤmaxであり得る。
【００６３】
代表開度ＯＤrepは、次いで目標開度ＯＤtargetと比較される。その後、蒸気圧縮システム１は、基本的に図１を参照して上に記載されたように制御される。
【００６４】
図５は、図４の蒸気圧縮システム１の制御を示す。開度は、各膨張器８ａ、８ｂ、８ｃから制御装置１８に通信されていることがわかる。それに応答して、制御装置１８は代表開度ＯＤrepを同定し、代表開度ＯＤrepを既定の目標開度ＯＤtargetと比較する。比較に基づいて、制御装置１８は、レシーバ７の内部に広がる圧力に対する最小設定値ＳＰrecを基本的に上に記載されたように計算または調整する。計算または調整された最小設定値ＳＰrecは、レシーバ７の内部に広がる圧力を制御するために使用される設定値に対する下限を構成する。
【００６５】
さらに、制御装置１８は、レシーバ７の内部の圧力に対する設定値を設定し、それに従って蒸気圧縮システム１を制御してもよい。この目的のため、制御装置１８は、レシーバ７の内部に広がる圧力を測定するために配置された圧力センサ１９から測定結果を受信する。レシーバ７の内部に広がる圧力の受信した測定結果に基づいて、制御装置１８は、圧縮機４に対する制御信号を発生し、圧縮機４はレシーバ７の気体出口１０および／またはバイパス弁１４に連結されている。それにより、制御装置１８は、レシーバ７の内部に広がる圧力が設定値に達するように制御されるようにする。
【００６６】
図６は、本発明の一実施形態による方法を示すブロック図である。５つの異なる膨張器の開度ＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３、ＯＤ４、ＯＤ５は、第１の比較ブロック２０に提供され、そこで開度ＯＤ１、ＯＤ２、ＯＤ３、ＯＤ４およびＯＤ５の中の最大である最大開度ＯＤmaxが同定される。最大開度ＯＤmaxは、第１の比較器２１で目標開度ＯＤtargetと比較される。誤差信号がこの比較に基づいて発生され、第１のＰＩ制御装置２２に供給される。第１のＰＩ制御装置２２の出力は、第２の比較ブロック２３に供給される。第２の比較ブロック２３は、レシーバの内部に広がる圧力に対する設定値を表す信号Ｐ＿ｒｅｃ＿ＳＰ、およびレシーバの内部の圧力に対する設定値の下限を構成する最小設定値を表す信号Ｐ＿ｒｅｃ＿ｍｉｎをさらに受信する。
【００６７】
第２の比較ブロック２３は、３つの受信された信号の最も大きい信号を選択し、この信号を第２の比較器２４に送信し、そこで、信号は、レシーバの内部に広がる圧力の測定された値Ｐ＿ｒｅｃと比較される。この比較の結果は第２のＰＩ制御装置２５に供給され、第２のＰＩ制御装置２５は、次いでレシーバの内部に広がる圧力を制御するために制御信号を出力する。
【００６８】
図７は、本発明の代替実施形態による方法を示すブロック図である。図７に示された方法は、図６に示された方法に非常に類似しており、したがって、これについてここで詳細には記載しない。
【００６９】
図７では、レシーバの内部に広がる圧力に対する設定点Ｐ＿ｒｅｃ＿ＳＰは、例えば大気温度などの主要な動作条件に基づいて変化し得ることが示されている。工程の最後の部分は、レシーバの内部に広がる圧力の標準ＰＩ制御であるに過ぎないことをさらに示す。
【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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【国際調査報告】
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