(57)【要約】  本願は、熱交換器の動作を動的制御するシステムに関し、当該システムは、熱交換器（１）、複数の噴射装置（２５ａ，２５ｂ）、ローカルセンサ装置（２９）、およびコントローラ（５７）を備え、ローカルセンサ装置（２９）は、温度値を測定するよう構成された複数のローカル温度センサ（３１ａ，３１ｂ）を備え、コントローラ（５７）は、温度測定値の差を決定するよう構成されるとともに、決定された差を均一にするよう少なくとも１つの噴射装置（２５ａ，２５ｂ）から供給される第１流体のローカル量を調整するために、複数の噴射装置（２５ａ，２５ｂ）の弁（２２ａ，２２ｂ）と通信するようさらに構成されている。  本願は、またこのようなシステムにおける熱交換器の動作を動的制御する方法に関連する。
2017502238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器の動作を動的制御するためのシステムであって、当該システムは、熱交換器（１）、複数の噴射装置（２５ａ，２５ｂ）、ローカルセンサ装置（２９）、およびコントローラ（５７）を備え、
前記熱交換器（１）は、第１グローバル出口（１３）および第１の複数の流路（３）を備え、第１流体の蒸発中に前記第１の複数の流路（３）を介して前記第１グローバル出口（１３）に第１流体を供給するために、各流路は、ローカル入口（４１）およびローカル出口（４２）を備え、
前記熱交換器（１）は、第２グローバル出口および第２の複数の流路（４）をさらに備え、前記第２の複数の流路（４）を介して前記第２グローバル出口に第２流体を供給するために、各流路は、ローカル入口およびローカル出口を備え、
前記第１の複数の流路（３）における前記第１流体および前記第２の複数の流路（４）における前記第２流体の間の熱交換を可能にするために、第１流路（３）および第２流路（４）は、互いに離間するとともに並んで配置され、
各噴射装置（２５ａ，２５ｂ）は、少なくとも１つの弁（２２ａ，２２ｂ）を備え、かつ各噴射装置（２５ａ，２５ｂ）は、少なくとも１つの前記第１の複数の流路（３）の前記ローカル入口（４１）に前記第１流体の流れを供給するよう構成され、
前記ローカルセンサ装置（２９）は、前記第１の複数の流路（３）の前記ローカル出口の近くを流れる蒸発した第１流体のローカル温度に対応する温度値を測定するよう構成された複数のローカル温度センサ（３１ａ，３１ｂ）を備え、
前記コントローラ（５７）は、前記ローカルセンサ装置（２９）から受信した温度測定値の差を決定するよう構成され、かつ前記複数の噴射装置（２５ａ，２５ｂ）の前記弁（２２ａ，２２ｂ）と通信するようさらに構成され、前記決定された差を均一にするために、少なくとも１つの前記噴射装置（２５ａ，２５ｂ）によって供給される第１流体のローカル量を調整する、システム。
【請求項２】
前記ローカルセンサ装置（２９）における前記複数のローカル温度センサ（３１ａ，３１ｂ）が前記第１の複数の流路（３）の前記ローカル出口の近くに配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ローカルセンサ装置における前記複数のローカル温度センサ（３１ａ，３１ｂ）が、前記第２の複数の流路（４）の前記ローカル出口の近くに配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラ（５７）は、前記第１の複数の第１通路（３）における第１流体のグローバル量が同じままとなるように、前記少なくとも１つの前記噴射装置（２５ａ，２５ｂ）以外から供給される第１流体のローカル量の補償ローカル調節量を決定するようさらに構成され、かつ前記少なくとも１つの前記噴射装置（２５ａ，２５ｂ）以外の噴射装置へ前記決定された補償ローカル調節量を伝達するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラ（５７）は、前記温度測定値に対する標準偏差を少なくとも決定することによって前記差を決定するよう構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１流体が冷媒であり、かつ前記第２流体が水を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラ（５７）がＰＩ調整器、またはＰＩＤ調整器である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが前記第１グローバル出口の下流の前記蒸発した第１流体のグローバル温度およびグローバル圧力、または任意の液体量の存在を測定するよう構成されたグローバルセンサ装置（２８）をさらに備え、
前記コントローラが前記複数の噴射装置（２５ａ，２５ｂ）の前記弁、またはグローバル弁と通信するよう構成され、前記熱交換器（１）が設定過熱値に向かって動作するように、前記グローバルセンサ装置（２８）から受信した情報に基づいて、前記第１の複数の流路（３）に供給される前記第１流体のグローバル量を制御する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記グローバルセンサ装置（２８）がグローバル圧力センサ（３０ａ）およびグローバル温度センサ（３０ｂ）を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステムの使用。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステムにおける熱交換器の動作を動的制御する方法であって、
ａ）前記複数の噴射装置によって、第１流体を前記第１の複数の流路の前記ローカル入口に供給するステップ、および第２流体を前記第２の複数の流路の前記ローカル入口に供給するステップ（１００１）と、
ｂ）前記ローカルセンサ装置によって、前記第１の複数の流路の前記ローカル出口の近くを流れる前記蒸発した流体の前記ローカル温度に対応する温度値を測定（１００２）するステップと、
ｃ）前記温度測定値を前記コントローラに送信するステップ（１００３）と、
ｄ）前記コントローラによって前記温度測定値の差を決定するステップ（１００４）と、
ｅ）前記決定された差を均一にするために、前記決定された差に基づいて前記複数の噴射装置の少なくとも１つによって供給される流体の前記ローカル量のローカル調節量を前記コントローラによって決定する（１００５）ステップと、
ｆ）前記決定されたローカル調節量によって前記複数の噴射装置の少なくとも１つによって供給される第１流体の前記ローカル量を調整するために、前記コントローラによって前記複数の噴射装置の前記弁と通信するステップ（１００６）と、
を備える方法。 
【請求項１２】
ローカル調節によって影響を受けない前記複数の第１通路における第１流体のグローバル量を維持するために、前記少なくとも１つの前記噴射装置以外から供給される第１流体のローカル量の補償ローカル調節量を決定するステップ、および
前記決定した補償ローカル調節によって、前記少なくとも１つの前記複数の噴射装置以外から供給される第１流体の前記ローカル量を調整するために、前記コントローラによって前記複数の噴射装置の前記弁と通信するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記差を決定するステップが前記温度測定値に対する標準偏差を決定するステップを備える、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記システムがグローバル温度センサおよびグローバル圧力センサを備えるグローバルセンサ装置をさらに備え、前記方法が、
ｇ）前記グローバルセンサ装置によって、前記第１グローバル出口の下流の前記蒸発した第１流体のグローバル温度値およびグローバル圧力値を測定するステップ（１１０１）と、
ｈ）グローバル温度測定値およびグローバル圧力測定値を前記コントローラに送信するステップ（１１０２）と、
ｉ）前記グローバル温度測定値および前記グローバル圧力測定値に基づいて過熱値を前記コントローラによって決定するステップ（１１０３）と、
ｊ）前記決定された過熱値および設定過熱値の差、または前記蒸発した第１流体における任意の液体量の存在を前記コントローラによって決定するステップ（１１０３）と、
ｋ）前記設定過熱値に到達するために要求される、前記複数の噴射装置によって供給される第１流体量のグローバル調節量を前記コントローラによって決定するステップ（１１０４）と、
ｌ）前記決定されたグローバル調節量によって、前記複数の噴射装置によって供給される第１流体のグローバル量を調整するために、前記コントローラによって前記複数の噴射装置の前記弁、またはグローバル弁と通信するステップ（１１０５）と、
をさらに備える、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップｂ）〜ｆ）および前記ステップｇ）〜ｌ）が並行して実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップｂ）〜ｆ）および前記ステップｇ）〜ｌ）が前記コントローラにおいて並行ループとして連続的に実行される、請求項１４または１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して熱交換器の動作の動的制御のためのシステムに関する。さらに、本発明は、熱交換器の動作の動的制御のための方法に関する。
【０００２】
本発明は、概して熱交換器、特にプレート式熱交換器の形の熱交換器を備えるシステムに関する。異なるタイプの熱交換器は、異なる技術に基づく。１つのタイプの熱交換器は、空気調和、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に、冷却剤などの流体の蒸発を利用するものである。したがって、熱交換器は、液体状、および蒸発した状態の流体を取り扱う二相システムにおいて用いられる。
【０００３】
蒸発器がプレート式熱交換器の場合は、多数の第１および第２熱交換器プレートを備えるプレートパッケージを含むことができる。プレートは、互いに持続的に結合され、第１流路を形成する第１プレート空間が隣接する第１熱交換器プレートおよび第２熱交換器プレートの各ペアの間に形成され、第２流路を形成する第２プレート空間が隣接する第２熱交換器プレートおよび第１熱交換器プレートの各ペアの間に形成されるように、並んで配置される。第１プレート空間および第２プレート空間は、互いに分離され、かつプレートパッケージ内で交互に並んで設けられる。実質的に各熱交換器プレートは、少なくとも第１ポート孔および第２ポート孔を有し、第１ポート孔は、第１プレート空間への第１入口チャネルを形成し、かつ第２ポート孔は、第１プレート空間からの第１出口チャネルを形成する。プレートパッケージは、前記第１プレート空間それぞれに対して分離空間を含み、その空間は、第２プレート空間に対して閉じている。
【０００４】
この周知従来技術において、２相システムにおいて用いられるプレート式熱交換器において、冷却剤などの第１流体は、液体状で弁に導入されるが、弁を通ると第１入口チャネルの一端部、すなわち第１入口チャネルに沿ったさらなる分配のための第１ポート孔において圧力低下により部分的に蒸発した流体へ膨張し、さらに蒸発した状態へ蒸発する間に個々の第１プレート空間それぞれへ導入される。常に、供給される流体のエネルギー容量が高すぎて、それによって入口ポートを介して入口チャネルに供給される流れの一部が入口チャネルの後端部に当たり、逆方向に反射する、という危険がある。それにより、入口チャネルにおける流れは、非常に無秩序となり、予測および制御が困難となっている。
【０００５】
さらに、入口から第１入口チャネルへの距離に伴い冷却剤の圧力低下が増加することがあり、それによって、個々のプレート空間への第１流体の分配に影響をおよぼす。
【０００６】
第１入口チャネルから個々のプレート空間に入る場合に第１流体の液滴が受ける角度流変化が非均一な分配に寄与することがまた知られている。
【０００７】
さらに別の影響のあるパラメータは、個々の第１プレート空間の間の寸法差であり、各第１プレート空間が独自の効率を有する結果となる。
【０００８】
個々の第１プレート空間の動作および性能がプレートパッケージにおける位置に依存することがまた知られている。プレートパッケージの各側の最外の第１プレート空間は、プレートパッケージの中間のものとは異なる動作をする傾向にある。
【０００９】
この結果、蒸発器の出口を出る前、および特に蒸発器出口の下流に配置される圧縮機の入口に到達する前に、熱交換器の蒸発器に供給される全ての流体を完全に蒸発することを確実にし、かつまた異なる作動条件においても高い効率および能力を有する熱交換器の機能を確実にするよう熱交換器全体の動作および効率を最適化することは、不可能ではないが、非常に困難である。実際、蒸発器全体としての不十分な蒸発が発生するためには、１つの機能不良な第１プレート空間があれば十分である。例えば、一つの第１プレート空間が浸水した場合、すなわち供給される流体の全量を蒸発させることができない場合、蒸発器の出口の下流で液滴が発生する。一般的に、完全に蒸発させるとは、蒸発した流体が過熱状態に達していなければならず、それによって蒸発した流体は、乾燥した蒸発流体のみを含んでいる、すなわち蒸発流体は、支配的な圧力において飽和温度以上の温度を有していなければならないということを意味する。
【００１０】
当技術分野で周知の物理的なパラメータである過熱は、現在の温度と支配的な圧力における、すなわち流体に残っている液体量がない場合の飽和温度との温度差として定義される。過熱は、所定の流体および所定の温度および圧力に対して一意である。飽和温度は、従来のグラフまたは表から知ることができる。
【００１１】
動作負荷に関わらず熱交換器の蒸発器を設定過熱点にできるだけ近い状態で動作させるという目的は、できるだけ高い利用率を得るために重要である。したがって、これは経済的にも重要である。さらに、圧縮機は、液体量に通常敏感であるため、圧縮機などの蒸発器と協同する他の構成要素への影響及ぼす。圧縮機の入口に達した場合蒸発した流体に残る液滴は、圧縮機に損傷を与える場合がある。また、一旦流体が過熱状態に達すると、流体は、完全に乾燥し、さらに温度を上昇させる実質的な利益がないため、可能な限り低い過熱で蒸発器を運転することへの経済的な関心がある。
【００１２】
上記の設定過熱点は、圧縮機が液体を受ける危険性に対して特定の所望の安全マージンを組み込むために、システム製造業者によって決定される、上述の課題は、蒸発器の負荷が変化した場合により顕著に表れる。例えば、これは、空気調和システムの運転デューティが１つの温度から別の温度に変化した場合、つまり蒸発器へ供給される流体の量が変化した場合にあてはまる。
【００１３】
特許文献１および特許文献２は、空気加熱蒸発器の冷却能力を最大限に利用するように、少なくとも２つの蒸発器での冷媒分配を制御する方法を開示している。これは、蒸発器の共通の出口において冷媒の過熱を監視することによって達成される。さらに、これは、蒸発器全体を通る冷媒の全体の質量流を実質的に一定に保ちながら選択された蒸発器を通る冷媒の質量流を変化させることによって達成される。流れは、膨張弁である１つの単一弁によって制御される。したがって、２つの特許文献は、各蒸発器が完全なユニットとして評価され、同じ回路に配置された追加的な蒸発器を考慮して各ユニットが制御されるという方法で、複数の空気加熱蒸発器の運転を制御する解決策を提供する。
【００１４】
一般的に、部分負荷における熱交換器、特にプレート式熱交換器の効率の問題が提起される。１つの運転デューティのみで計測される代わりに、異なる運転デューティで熱交換器の蒸発器がどのように動作するかによりフォーカスされる。例えば、実験室レベルのテストは、所定のロウ付けプレート式熱交換器での部分負荷における向上した蒸発機能によって空気調和システムがそのエネルギー消費を４〜１０％節約できることを示している。さらに、ほとんどの熱交換器がフル稼働に対して設計および調整されているが、熱交換器システムは、典型的には時間の３％のみフル稼働で運転するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【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号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、上述の課題を改善する改良された熱交換器システムを提供することである。特に、流路間における冷却剤などの第１流体の供給のより良好な制御が可能となり、それにより動作条件に関わらずプレート式熱交換器の効率が向上する熱交換器システムおよび方法を目的としている。
【００１７】
この目的は、熱交換器の動作を動的制御するためのシステムによって達成され、当該システムは、熱交換器、複数の噴射装置、ローカルセンサ装置、およびコントローラを備え、熱交換器は、第１グローバル出口および第１の複数の流路を備え、第１流体の蒸発中に第１流体を第１の複数の流路を介して第１グローバル出口へ供給するために、各流路がローカル入口およびローカル出口を備え、熱交換器は、第２グローバル出口および第２の複数の流路をさらに備え、第２流体を第２の複数の流路を介して第２グローバル出口へ供給するために、各流路がローカル入口およびローカル出口を備え、第１の複数の流路における第１流体、および第２の複数の流路における第２流体の間の熱交換を可能にするために、第１流路および第２流路は、互いに離間するとともに並んで配置され、各噴射装置は、少なくとも１つの弁を備え、かつ各噴射装置は、第１流体の流れを少なくとも１つの第１の複数の流路のローカル入口に供給するよう構成され、ローカルセンサ装置は、第１の複数の流路のローカル出口の近くを流れる蒸発した第１流体のローカル温度に対応する温度値を測定するよう構成された複数のローカル温度センサを備え、コントローラは、ローカルセンサ装置から受信した温度測定値の差を決定するよう構成されるとともに、複数の噴射装置の弁と通信するようさらに構成され、決定された差を均一にするために少なくとも１つの噴射装置によって供給される第１流体のローカル量を調整する。
【００１８】
ローカル出口の近くを流れる第１流体に照らして任意の温度差を均一にするためにローカル調節が行われる。したがって、ローカル調節による全体的な狙いは、全ての第１流路が蒸発器の全体動作に等しく貢献すべきとする狙いとしてみることができる。これは、各流路または一部の流路の動作が監視され、それによって各個々の流路から熱交換器の全体的な効率への貢献を調整することができるという発明的なシステムによって達成される。
【００１９】
例えば、既知の熱交換器においては、グローバル出口またはグローバル出口の下流で液体量が検出された場合に、グローバル流量が調整される。しかし、グローバル流における液体量の存在は、単一の流路または流路の一部におけるローカルオーバーフローによって生じる場合がある。ローカル温度を測定し、ローカル出口近くを流れる第１流体の温度の差を均一にすることによって、液体量が生じる特定の１または複数の流路のローカル流のみが調整される。
【００２０】
発明的なシステムおよび方法によって、第１の複数の流路を従来の技術と比較してより効果的に利用することができる。さらに、複数の第１流路における流れを最適化することによって、グローバル出口より下流のグローバル流においてより高い圧力を達成することができる。いくつかのシステムにおいては、高い圧力で供給される場合に圧縮機の効率が上がる。したがって、システム全体の効率が引き上げられる。
【００２１】
ローカルセンサ装置において複数のローカル温度センサを第１の複数の流路のローカル出口の近くに配置することができる。
【００２２】
あるいは、ローカルセンサ装置において複数のローカル温度センサを第２の複数の流路のローカル出口の近くに配置することができる。
【００２３】
「近く」という用語は、ローカル出口の周囲を意味する、すなわち第１流体から見てローカル出口の上流および下流の両方が可能である。ローカル温度センサは、流れが蒸発した後、かつグローバル流を形成するよう互いに流れが混ざる前に、第１流体の流れにおいて測定するように構成される。
【００２４】
ローカル温度センサは、熱交換器のプレートパッケージの外部から内部への伸長部を有する貫通孔に配置することができる。あるいは、ローカル温度センサは、プレートパッケージの内部のみ、または外部のみに配置することができる。
【００２５】
ローカル温度センサは、１または複数の流路に関する温度を測定するように配置することができる。あるいは、ローカル温度センサは、平均温度値を測定するように構成され得る。
【００２６】
蒸発した流体のローカル温度に対応する温度値を測定することは、ローカル出口近くを流れる第１流体に直接、または直接接続して測定を行う必要がないということを意味することが理解されるべきである。
【００２７】
コントローラは、複数の第１通路における第１流体のグローバル量が同じままとなるように、少なくとも１つの噴射装置以外から供給される第１流体のローカル量の補償ローカル調節量を決定するようさらに構成されることができる。コントローラは、決定された補償ローカル調節量を少なくとも１つの噴射装置以外のものに伝達するようさらに構成されることができる。
【００２８】
補償ローカル調節量は、ローカル調節によって影響を受けない複数の第１通路の第１流体のグローバル量を維持するために決定される。グローバル量は、グローバルセンサ装置によって測定された値に基づいて制御され得る。
【００２９】
コントローラは、温度測定値に対する標準偏差を少なくとも決定することによって差を決定するよう構成することができる。ローカル調節量を決定するために標準偏差を用いることによって、迅速かつ厳しいローカル調節が低減され、調節手順がより滑らかで均一になる。
【００３０】
多くの方法で、正確な温度測定値に基づいて、または平均値または調整などの１または複数の温度測定値の修正に基づいて差を決定することができることが理解されるべきである。さらに、１または複数の差は、１回分の温度測定値に基づいて決定することができる。
【００３１】
第１流体は、冷媒とすることができる。第２流体は、水を含むことができる。第２流体は、食塩水であってもよく、または水のみから成るものであってもよい。
【００３２】
システムは、異なるタイプの第１流体がシステムを通り供給されるように適合され得る。例えば、システムは、異なる第１流体の供給のための異なる区画の流路を備えることができる。
【００３３】
コントローラは、Ｐ調整器、ＰＩ調整器、またはＰＩＤ調整器とすることができる。これらの調整器のタイプは、自動制御工学分野において公知である。ＰＩＤ調整器は、比較的高速のプロセスに使用することができ、システムの自己振動を引き起こすことなく温度測定値および／または圧力値等の値に反応することができる。
【００３４】
他のタイプの従来のコントローラも同様に使用することができることが理解されるだろう。
【００３５】
システムは、第１グローバル出口の下流の蒸発した第１流体のグローバル温度およびグローバル圧力、または任意の液体量の存在を測定するよう構成されたグローバルセンサ装置をさらに備えることができる。さらに、コントローラは、複数の噴射装置の弁、またはグローバル弁と通信するよう構成され、熱交換器が設定過熱点値に向かって動作するように、グローバルセンサ装置から受信した情報に基づいて第１の複数の流路へ供給される第１流体のグローバル量を制御することができる。
【００３６】
「液体量」との用語は、本明細書においては、液相または液相／気相の混合である流体として定義される。それは、例えば液滴の形をとり得る。
【００３７】
グローバルセンサ装置の目的は、蒸発した第１流体における液体量の存在を判定すること、または、いわゆる蒸発した第１流体の過熱を判定することである。測定値は、コントローラに送信され、コントローラは、第１の複数の流路における第１流体の流れのグローバル調節量を決定する。
【００３８】
したがって、第１の複数の流路の一部におけるローカル流は、ローカルセンサ装置によってローカル温度値を測定することによって制御され得るとともに、第１の複数の流路におけるグローバル流は、グローバルセンサ装置によってグローバル温度および／または圧力値を測定することによって制御され得る。
【００３９】
グローバル調節は、設定過熱点に向かって、または液体量が存在しないように動作するための調節と説明できるのに対し、ローカル調節は、熱交換器内の温度差を均一にするための調節と説明できる。両方の調節は、熱交換器の効率を最適化するために行われる。調節は、互いに補足しあうが、またそれ自体で機能し得る。例えば、システムは、ローカルセンサ装置を備えることができ、グローバルセンサ装置およびグローバル調節を用いることなく第１の複数の流路のローカル調節を行うことができる。さらに、グローバル調節は、グローバルセンサ装置以外の装置によって実行されてもよい。
【００４０】
ローカル調節およびグローバル調節の２つのプロセスは、システムの動作中に好ましくは連続的に実行される。したがって、ローカル流およびグローバル流は、連続的に調整され、それによって熱交換器は、現在の運転条件および運転デューティに関して連続的に最適化される。したがって熱交換器は、より適応性を有するものとなり、異なる運転条件に適合するものとなる。熱交換器は、運転条件に関わらず最適化された方法で運転される。
【００４１】
２つの方法をコントローラにおける並列ループとして実行することができる。
【００４２】
グローバルセンサ装置は、グローバル温度センサおよびグローバル圧力センサを備えることができる。にグローバル温度測定値およびグローバル圧力測定値に基づいて、コントローラによって過熱を決定することができる。２つのグローバルセンサは、システム内の同じ位置にあってはならない。しかし、グローバルセンサ装置は、グローバルセンサが蒸発した第１流体の同じ部分を測定するように基本的に同じ位置に配置されることが好ましい場合がある。
【００４３】
設けられたグローバルセンサ装置は、グローバル温度およびグローバル圧力を測定するように配置され、設定過熱値は、例えばシステムにおいて第１流体として使用される特定の流体の過熱値とすることができる。
【００４４】
あるいは、過熱値は、既定の安全マージンを有して調整される、システムにおいて使用される特定の流体の計算された過熱値とすることができる。グローバルセンサ装置が蒸発器における任意の液体量の存在を測定するよう構成されている場合、設定過熱値は、「デジタル」式に処理されることができ、任意の液体量の存在は、評価される流路に供給される流体の量が完全に蒸発させるには多すぎることを示し、あるいは、液体量がないことは、流路に供給される流体の量が不十分であることを示しており、増加させることができる。
【００４５】
あるいは、グローバルセンサ装置が蒸発した流体における液体量の存在を測定するよう構成されている場合、グローバルセンサ装置は、少なくとも１つのグローバル温度センサとすることができる。グローバル温度センサは、測定期間にわたってグローバル温度が下降する傾向を決定するために使用することができるか、または測定期間にわたって不安定なグローバル温度であることを決定するために使用することができる。グローバル温度が下降する傾向、およびグローバル温度が不安定となる傾向は、蒸発した流体内の液体量の存在を確立するためのコントローラへの入力として使用される。なぜなら、液体量、すなわち液相または液相／気相の混合の流体の流れは、グローバル温度センサにおいて、完全に蒸発した、乾燥気体の流体の流れと比較して低い温度を示すからである。この原理は、ローカル温度センサにも適用できる。すなわち、第１の複数の流路における１つまたは一部の流路に液体量が存在することを検出するために、ローカル温度センサを利用することができる。したがって、いくつかの実施形態では、ローカルセンサ装置は、グローバルセンサ装置なしでそれ自体で機能する。
【００４６】
別の態様によると、本発明は、システムの上記に開示される実施形態によるシステムの使用に関連する。
【００４７】
別の態様によると、本発明は、上記に開示される実施形態によるシステムにおける熱交換器の動作を動的制御する方法に関連し、当該方法は、
ａ）複数の噴射装置によって第１流体を第１の複数の流路のローカル入口に供給するとともに、第２流体を第２の複数の流路のローカル入口に供給するステップと、
ｂ）第１の複数の流路のローカル出口の近くを流れる蒸発した流体のローカル温度に対応する温度値をローカルセンサ装置によって測定するステップと、
ｃ）温度測定値をコントローラに送信するステップと、
ｄ）コントローラによって温度測定値の差を決定するステップと、
ｅ）決定された差を均一にするために、決定された差に基づいて複数の噴射装置の少なくとも１つによって供給される流体のローカル量のローカル調節量をコントローラによって決定するステップと、
ｆ）決定されたローカル調節量によって複数の噴射装置の少なくとも１つによって供給される第１流体のローカル量を調整するために、コントローラによって複数の噴射装置の弁と通信するステップと、
を備える。
【００４８】
方法は、ローカル調節によって影響を受けない複数の第１通路の第１流体のグローバル量を維持するために、少なくとも１つの噴射装置以外から供給される第１流体のローカル量の補償ローカル調節量を決定するステップをさらに備えることができる。決定された補償ローカル調節により、複数の噴射装置の少なくとも１つ以外から供給される第１流体のローカル量を調整するために、方法は、コントローラによって複数の噴射装置の弁と通信するステップをさらに備えることができる。
【００４９】
差を決定するステップは、温度測定値の標準偏差を決定するステップを備えることができる。
【００５０】
方法は、グローバル温度センサおよびグローバル圧力センサを備えるグローバルセンサ装置をさらに備えるシステムにおいて実行することができ、当該方法は、
ｇ）グローバルセンサ装置によって、第１グローバル出口の下流の蒸発した第１流体のグローバル温度値およびグローバル圧力値を測定するステップと、
ｈ）グローバル温度測定値およびグローバル圧力測定値をコントローラに送信するステップと、
ｉ）グローバル温度測定値およびグローバル圧力測定値に基づいて過熱値をコントローラによって決定するステップと、
ｊ）測定された過熱値および設定過熱値の差、または蒸発した第１流体における液体量の存在をコントローラによって決定するステップと、
ｋ）設定過熱値に到達するために要求される、複数の噴射装置によって供給される第１流体の量のグローバル調節量をコントローラによって決定するステップと、
ｌ）決定されたグローバル調節量によって、複数の噴射装置によって供給される第１流体のグローバル量を調整するためにコントローラによって、複数の噴射装置の弁、またはグローバル弁と通信するステップと、
さらに備える。
【００５１】
ステップｂ）−ｆ）およびステップｇ）−ｌ）を並行して実行することができる。
【００５２】
ステップｂ）−ｆ）およびステップｇ）−ｌ）を連続的に実行することができる。ステップｂ）−ｆ）およびステップｇ）−ｌ）をコントローラ内の並行ループとして実行することができる。
【００５３】
システムに関連して開示された特徴および利点は、方法に関するこの態様にも関連するものである。過度の重複を避けるために、システムに関する上記の態様を参照するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
本発明の実施形態は、例えば添付の概略図面を参照して説明される。
【図１】機械的な蒸気圧縮システムである従来技術の冷却回路を図式的に示す。
【図２】典型的なプレート式熱交換器の側面図を図式的に示す。
【図３】図２のプレート式熱交換器の正面図を図式的に示す。
【図４】従来技術のプレート式熱交換器の端に沿った断面を図式的に示す。
【図５】発明的なシステムに関する冷却回路を示す。
【図６】第１の複数の流路へ流体提供する噴射装置を示す。
【図７】本発明の異なる実施形態における局所的なセンサ装置の位置決めを示す。
【図８】本発明の異なる実施形態における局所的なセンサ装置の位置決めを示す。
【図９】本発明の異なる実施形態における局所的なセンサ装置の位置決めを示す。
【図１０】本発明の一実施形態による熱交換器における局所的な流れを制御する方法を示す。
【図１１】熱交換器における全体の流れを制御する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
熱交換器１は、通常は冷却回路の蒸発器として組み込まれる。図１参照の従来技術の冷却装置は、機械的な蒸気圧縮システムであり、典型的には圧縮機５１、凝縮器５２、膨張弁５３および蒸発器５４を備える。回路は、蒸発器出口および圧縮機入口の間に配置された圧力センサ５５および温度センサ５６をさらに備えることができる。このようなシステムの冷却サークルは、冷却剤が低圧および低温の蒸発した形で圧縮機５１に入るところから始まる。冷却剤は、凝縮器５２に入る前に圧縮機５１によって高圧高温の蒸発した状態に圧縮される。凝縮器５２は、水または空気などの温度の低い媒体に熱を移すことによって、高圧高温の気体を高温高圧の液体へ凝結させる。そして高温の液体は、膨張弁５３に入り、膨張弁は、冷却剤が蒸発器５４に入れるようにする。
【００５６】
膨張弁５３は、高圧力から低圧力へ冷却剤を膨張させる機能を有し、流れを良好に調整する。高い温度を冷却するために、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、かつ蒸発した状態へ戻る蒸発を許容する。膨張弁５３は、圧力センサ５５および温度センサ５６から受信した信号に基づいてコントローラ５７によって動作され得る。蒸発器５４の全体動作を示すために蒸発器５４を出た後の流体に残る液体量を示すいわゆる過熱に基づく情報を使用することができる。
【００５７】
プレート式熱交換器１の形の蒸発器が示されている図２〜図４に移る。理解されるべきである。熱交換器１は、プレート式熱交換器、パイプ−シェル式熱交換器、スパイラル式熱交換器などの任意のタイプとすることができる。しかし、これに限定されるものではないが、本発明は、プレート式熱交換器１に適用されるものとして以下で説明される。
【００５８】
本明細書を通して、ローカル（ｌｏｃａｌ）およびグローバル（ｇｌｏｂａｌ）という用語が使用される。ローカル流量、ローカル温度、ローカル入口、およびローカル出口において使用される「ローカル」という用語は、システム全体の一部を指す。例えば、第１の複数の流路におけるローカル流量は、第１の複数の流路における１つの流路などの第１の複数の流路の一部における流量を指す。他の例は、各流路がローカル入口およびローカル出口を有するということである。さらに別の例は、第１流体のローカル温度が、第１の複数の流路における１つの流路に流れる第１流体の温度などの第１流体における特定の位置での温度を指すということである。
【００５９】
反対に、「グローバル」という用語は、システム全体を指す。例えば、第１の複数の流路における第１流体のグローバル流量は、蒸発器における第１流体の全流量を指す。したがって、等しい量に流れを増加または減少させることでグローバル流量を調整することによって、全ての噴射装置が調整される。別の例は、熱交換器がグローバル出口を有するということであり、この出口は、第１の複数の流路の一部からのローカル流が単一の流れに共に合流する場所であることを意味する。さらに別の例では、第１流体のグローバル温度は、第１流体が単一の流れとして流れる位置での温度を指す。
【００６０】
図４に示すように、プレート式熱交換器１は、並んで設けられた多数の熱交換プレートＡ，Ｂによって形成されたプレートパッケージＰを含む。開示された実施形態においては、熱交換プレートは、以下では第１熱交換プレートＡおよび第２熱交換プレートＢと呼ぶ２つの異なるプレートを含む。
【００６１】
熱交換プレートＡ，Ｂは、第１流路３が隣接する第１熱交換プレートＡおよび第２熱交換プレートＢの各ペアの間に形成され、第２流路４が隣接する第２熱交換プレートＢおよび第１熱交換プレートＡの各ペアの間に形成されるように並んで設けられる。したがって、熱交換器は、第１の複数の流路３および第２の複数の流路４を備える。
【００６２】
各流路は、ローカル入口４１およびローカル出口４２を有する。各ローカル入口およびローカル出口は、流路を形成している一対の隣接する熱交換プレートの間の空間への複数の入口または出口を備える。したがって、流路へのローカル入口は、流路への１または複数の入口を意味し、および流路からのローカル出口は、流路からの１または複数の出口を意味する。
【００６３】
さらにプレートパッケージＰは、プレートパッケージＰのそれぞれ側に設けられた上端プレート６および下端プレート７を含む。
【００６４】
特に図３および図４から明らかなように、実質的に各熱交換プレートＡ，Ｂは、４つのポート孔８を有する。
【００６５】
第１ポート孔８は、第１流路３を含む第１の複数の流路への第１入口チャネル９を形成し、実質的にプレートパッケージＰ全体、すなわち全てのプレートＡ，Ｂおよび上端プレート６を通り延在する。第２ポート孔８は、第１の複数の流路からの第１出口チャネル１０を形成し、また実質的にプレートパッケージＰ全体、すなわち全てのプレートＡ，Ｂおよび上端プレート６を通り延在する。
【００６６】
第３ポート孔８は、第２流路４を含む第２の複数の流路への第２入口チャネル１１を形成する。第４ポート孔８は、第２の複数の流路からの第２出口チャネル１２を形成する。またこれら２つのチャネル１１および１２は、実質的にプレートパッケージＰ全体、すなわち全てのプレートＡ，Ｂおよび上端プレート６を通り延在する。
【００６７】
図５に移り、発明的なシステムの第１実施形態を説明する。システムは、プレート式熱交換器の形の蒸発器５４を備える。蒸発器５４は、図２〜図４に関連して上記に開示されたように構成された熱交換プレートＡ，Ｂを備える。したがって、蒸発器５４は、第１の複数の流路３および第２の複数の流路４を備える。
【００６８】
図５において、第１の複数の流路は、第１流路３ａおよび３ｂと表される。各第１流路３ａ，３ｂは、ローカル入口およびローカル出口を有する。蒸発器５４は、グローバル入口およびグローバル出口１３を有する。第１流体が、流路３ａ，３ｂを介してグローバル入口からグローバル出口１３へ蒸発器５４を通り供給されるように、流路３ａ，３ｂが構成されている。
【００６９】
蒸発器５４のグローバル出口１３は、チューブシステム１５を介して圧縮機５１の入口１４に接続される。圧縮機５１の出口１６は、別のチューブシステム１７を介して凝縮器５２の入口１８に接続される。凝縮器５２の出口１９は、複数の噴射装置２５ａ，２５ｂに接続される。開示の実施形態においては、各噴射装置２５ａ，２５ｂは、弁２２ａ，２２ｂおよびノズル２７ａ，２７ｂを備える。
【００７０】
その最も簡単な形において、噴射装置は、流体分配を提供する弁によって構成され得ることが理解されるべきである。噴射装置２５ａ，２５ｂは、蒸発器５４の第１の複数の流路における第１流路３ａ，３ｂの１または複数のローカル入口に接続される。このようにして、閉じた循環システムが設けられる。
【００７１】
図６に示すように複数の噴射装置における各噴射装置２５ａ，２５ｂは、そのグローバル出口１３を介してから蒸発器５４出る前に第１流体を蒸発させるために、第１流路３ａ，３ｂのローカル入口への第１流体の流れを供給するように構成されている。あるいは、１または複数の噴射装置は、第１の複数の流路における２つ以上の第１流路のローカル入口への第１流体の流れを供給するように構成され得る。
【００７２】
どのように噴射装置２５ａ，２５ｂが構成されていても、流れが、第１の複数の流路３を通る流れ方向に平行な方向に基本的に向いていることが好ましい。それにより、流体の流れの過度の方向転換が回避される。熱交換器がプレート式熱交換器の場合、これは、第１および第２熱交換プレートの基本平面と平行であることを意味する。
【００７３】
開示の実施形態において、噴射装置２５ａ，２５ｂの弁２２ａ，２２ｂは、蒸発器５４およびこれを構成するプレートパッケージＰの外部に配置されるのに対して、噴射装置２５ａ，２５ｂのノズル２７ａ，２７ｂは、プレートパッケージの壁部分における蒸発器入口２６ａ，２６ｂを介して蒸発器５４の内部に延在するように構成されている。
【００７４】
蒸発器入口２６ａ，２６ｂは、貫通孔の形であり、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の、より正確には、第１の複数の流路のローカル入口への伸長部を有する。貫通孔は、プラスチック再成形、切削または穿孔によって形成することができる。「プラスチック再形成」と言う用語は、熱穿孔などの非切削プラスチック再成形を指す。切削、または穿孔は、切削工具によって行うことができる。またレーザーまたはプラズマ切断によっても行うことができる。
【００７５】
上述の代替の実施形態のように、各噴射装置２５ａ，２５ｂは、流れの制御およびノズルとして機能の両方を行う弁のみを備えることができる。したがって、最も単純な形において、ノズル２７ａ，２７ｂは、省略することができ、それによって流体の流れは、貫通孔（非開示）またはパイプ（非開示）から提供され得る。
【００７６】
発明的なシステムにおいて使用することができる蒸発器の入口領域の断面が図６に開示される。図４の実施形態の入口チャネル９は、噴射装置２５ａ，２５ｂを受容する第１の複数の流路３における各第１流路によって置換される。
【００７７】
各噴射装置２５ａ，２５ｂが複数のノズルを備えることができ、複数のノズルには、１つの弁から流体が提供されることが理解されるべきである。また、各噴射装置２５ａ，２５ｂが複数の弁を備えることができることが理解されるべきである。
【００７８】
噴射装置２５ａ，２５ｂの数は、第１流路３の数より少なくすることができることが理解されるべきである。それにより、各噴射装置は、第１流体の流れを第１流路３の２つ以上のローカル入口に供給するよう構成することができる。これは、２つ以上の第１流路を横切って延在する直径を有する貫通孔に各噴射装置２５ａ，２５ｂが構成され、それによって同じ噴射装置２５ａ，２５ｂが第１の複数の流路３における２つ以上の流路に流体を供給することができることによって可能となる。
【００７９】
図５に戻ると、発明的なシステムは、ローカル温度センサを備えるローカルセンサ装置２９をさらに備える。この図において、ローカル温度センサは、ローカル温度センサ３１ａおよび３１ｂで表される。
【００８０】
ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、第１の複数の流路３のローカル出口の近くを流れる蒸発した第１流体のローカル温度に対応する温度の値を測定するよう構成されている。「近く」という用語は、ローカル出口の周囲を意味する、すなわち第１流体から見てローカル出口の上流または下流のいずれも可能である。ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、流れが蒸発した後、かつグローバル流を形成するよう互いに流れが混ざる前に、第１流体の流れにおいて測定するように構成される。
【００８１】
ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、プレートパッケージＰの外部からプレートの内部への伸長部を有する貫通孔に配置することができる。あるいは、ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、プレートの内部のみ、または外部のみに配置することができる。ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、互いに離間して配置することができるか、または例えば第１の複数の流路３のローカル出口に共通する出口チャネルに沿って延在するフルート形状デバイスに取り付けることによって互いに連結して配置することができる。
【００８２】
蒸発した流体のローカル温度に対応する温度値を測定することは、ローカル出口近くを流れる第１流体に直接、または直接接続して測定を行う必要がないということを意味することが理解されるべきである。温度の測定方法が異なる実施形態は、以下に説明される図７〜図９に関連して開示される。
【００８３】
ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、１または複数の流路３ａ，３ｂに関する温度を測定するように配置することができる。あるいは、ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、平均温度値を測定するように構成され得る。
【００８４】
ローカルセンサ装置２９は、第１の複数の流路３における全ての第１流体のローカル温度に対応する温度を測定するように構成される必要はない。例えば、ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、第１の複数の流路３における各１０対の流路のローカル出口近くを流れる第１流体のローカル温度に対応する温度を測定するように構成することができる。
【００８５】
ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、コントローラ５７に接続される。コントローラ５７は、ローカルセンサ装置２９および噴射装置２５ａ，２５ｂの個々の弁２２ａ，２２ｂと通信するように構成されている。コントローラ５７は、例えばＰ調整器、ＰＩ調整器またはＰＩＤ調整器とすることができる。
【００８６】
ローカルセンサ装置２９によって、熱交換器内のローカル位置における温度を測定することができる。ローカルセンサ装置２９の目的は、第１の複数の流路３における第１流体の流れのローカル調節の決定および実行を可能にするために、１または複数の第１流路３ａ，３ｂのローカル出口の、または出口近くのローカル温度を決定することである。
【００８７】
コントローラ５７は、ローカル温度測定値をローカルセンサ装置２９から受信するように構成される。コントローラ５７は、温度測定値の差を決定する。１または複数の差は、１回分の温度測定値に基づいて決定することができる。
【００８８】
決定された差に基づいて、コントローラ５７は、少なくとも１つの噴射装置２５ａ，２５ｂによって供給される第１流体のローカル流量のローカル調節量を決定する。コントローラ５７は、ローカルセンサ装置２９から受信された１回分の温度測定値に基づいて１または複数のローカル調節量を決定することができる。異なる噴射装置２５ａ，２５ｂは、異なる度合いで調整され得る。
【００８９】
ローカルセンサ装置２９から受信した温度測定値の標準偏差を決定することによって、差を決定することができる。ローカル調節量を決定するために標準偏差を用いることによって、迅速かつ厳しいローカル調節が低減され、調節手順がより滑らかで均一になる。
【００９０】
コントローラ５７は、受信した測定温度値の全てに基づく調節の必要がないことが理解されるべきである。例えば、コントローラ５７は、隣接する噴射装置に対応する選択された数の温度測定値、またはいくつかの温度測定値の平均値に基づいて特定の噴射装置に関する流れの調節を決定することができる。
【００９１】
ローカル調節は、ローカル出口近くを流れる第１流体に関する温度差を均一にするために行われる。したがってローカル調節の全体的な狙いは、全ての第１流路３が蒸発器の全体動作に等しく貢献するということである。
【００９２】
例えば、既知の熱交換器においては、グローバル出口またはグローバル出口１３の下流で液体量が検出された場合に、グローバル流量が調整される。しかし、グローバル流における液体量の存在は、単一の流路または流路の一部におけるローカルオーバーフローによって生じる場合がある。ローカル温度を測定し、ローカル出口近くを流れる第１流体の温度の差を均一にすることによって、液体量が生じる特定の１または複数の流路のローカル流のみが調整される。
【００９３】
第１の複数の流路３のローカル出口近くの第１流体を直接測定するようにローカルセンサ３１ａ，３１ｂが構成されている場合、ローカルセンサ装置２９によって液体量がローカル流に存在することを検出することができる。ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂ近くに液体量が存在する場合、液体物質がセンサに触れ、および蒸発する。蒸発により影響を受けたローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、完全に蒸発した第１流体を測定するローカル温度センサの温度値よりも低い温度値を測定するだろう。
【００９４】
発明的なシステムおよび方法により、ローカル温度測定値が低い１または複数の第１流路の第１流体の量は、そこに供給される全ての流体が蒸発するように、それにより温度測定値が第１流路のローカル温度測定値に上昇するように調整される。
【００９５】
したがって、発明的なシステムおよび方法により、第１の複数の流路３は、既知の技術と比較してより効果的に利用される。さらに、複数の第１流路３における流れを最適化することにより、グローバル出口の下流のグローバル流においてより高い圧力が達成され得る。図５に示すようなシステムにおいて、より高い圧力で供給される場合に圧縮機５１の効率は上がる。したがって、システム全体の効率も引き上げられる。
【００９６】
システムは、グローバルセンサ装置２８をさらに備える。開示の実施形態において、グローバルセンサ装置２８は、グローバル圧力センサ３０ａおよびグローバル温度センサ３０ｂを備える。グローバルセンサ装置２８は、蒸発器５４のグローバル出口１３を圧縮機５１の入口１４を接続するチューブシステム１５に、より正確には、蒸発器のグローバル出口１３、または出口の下流ではあるが圧縮機５１の入口１４の前に配置することができる。
【００９７】
２つのグローバルセンサ３０ａ，３０ｂは、システム内の同じ位置にあってはならない。しかし、グローバルセンサ装置２８は、グローバルセンサ３０ａ，３０ｂが蒸発した第１流体の同じ部分を測定するように基本的に同じ位置に配置されることが好ましい。
【００９８】
グローバルセンサ装置２８またはその一部を蒸発器５４の出口チャネル（非開示）に配置することがまた可能である。
【００９９】
グローバル圧力センサ３０ａは、蒸発器５４のグローバル出口１３より後の蒸発器５４を圧縮機５１に接続するチューブシステム１５の多かれ少なかれまっすぐな部分に好ましく配置される。チューブシステム１５の形状に応じて、大体、好ましくは、グローバル圧力センサ３０ａは、チューブ屈曲部後チューブの内径の少なくとも１０倍に対応する距離、およびチューブ屈曲部前のチューブの内径の５倍以上に対応する距離に配置される。いくつかの実施形態では、グローバルセンサ装置２８が圧縮機５１の入口１４近くに配置されることが好ましい。
【０１００】
グローバル圧力センサ３０ａは、測定グローバル圧力として以下に特定される蒸発した第１流体のグローバル圧力値を測定するよう構成される。
【０１０１】
グローバル圧力センサ３０ａは、例えば０〜２５バールの範囲の４−２０ｍＡ圧力センサとすることができる。
【０１０２】
グローバル温度センサ３０ｂは、好ましくはチューブ屈曲部より後のチューブシステム１５に配置される。蒸発器５４のグローバル出口１３よりも圧縮機５１の入口１４近くに温度センサ３０ｂが配置されることが好ましい。温度センサ３０ｂをチューブ屈曲部の後に配置することにより、チューブ屈曲部の壁にぶつかり、それにより流れの方向が変化させられることにより、蒸発した第１流体に残る液体量をより蒸発させることができる。また残りの液体量が周囲の過熱流体の流れから熱を吸収することにより蒸発が起こる。
【０１０３】
グローバル温度センサ３０ｂは、測定温度として特定される流れの温度を測定する基準温度センサとすることができる。
【０１０４】
グローバル圧力およびグローバル温度に関する測定値は、測定された過熱に基づいてくグローバル水準にシステムを調整するよう構成されたコントローラ５７に伝えられる。あるいは、または追加的に、コントローラ５７は、グローバルセンサ装置２８内に含まれる少なくとも１つの温度センサによって行われる液体量の存在の検出に基づいて調整する。
【０１０５】
周知の物理的なパラメータである過熱は、現在の温度および支配的な圧力、すなわち流体に残っている液体量がない場合の飽和温度の温度差として定義される。過熱は、所定の流体および所定の温度および圧力に対して一意である。過熱は、従来のグラフまたは表から知ることができる。
【０１０６】
一般的に、測定温度が飽和温度に近づくほど、より効率的なシステムになる。つまり、熱交換器に供給される流体の量は、完全に蒸発し、不必要に加熱されることはない。
【０１０７】
しかし、測定温度が飽和温度に近づくほど、非蒸発流体でシステムがあふれることになる、すなわち蒸発器が流体の供給量を蒸発させられなくなる。単なる説明のために、液体量が全くない完全な蒸発、または蒸発器の下流の蒸発した流れに液体量が含まれる非完全な蒸発というように、過熱をデジタル的にみなすことができる。
【０１０８】
蒸発器の動作を最適化するために、可能な限り低い過熱を有することが望まれる。しかし、圧縮機が液体量に対して敏感であり、それにより損傷を受ける場合があるため、蒸発システムの設計においていくらかの安全マージンを使用することが一般的な習慣である。典型的には、従来技術の蒸発器における常用安全マージンは、５°Ｋ、すなわち過熱は、少なくとも５°Ｋである。しかし、他の値の安全マージンを選択することができることが理解されるべきである。
【０１０９】
最も単純な形において、安全マージンは、蒸発器の意図した使用によって決定される定数と見なされる。しかし、可能な限り飽和温度近くで蒸発器を運転するという経済的な関心により、可能な限り低い安全マージンを使用する要求があることが理解されるべきである。システムの動作中、この定数は、蒸発器５４の動作が動的に制御されるための設定過熱点、すなわち目標値として使用される。
【０１１０】
したがって、設定過熱点に到達するために、または液体量の存在を除去するために、第１の複数の流路３における第１流体のグローバル量が調整される。グローバル調節は、ローカルセンサ装置２８によって測定された値に基づいて制御される熱交換器内のローカル流のローカル調節を選択的に補足するものとして作用する。
【０１１１】
したがって、グローバルセンサ装置２８の目的は、蒸発した第１流体における液体量の存在を判定すること、または、いわゆる蒸発した第１流体の過熱を判定することである。測定値は、コントローラ５７に送信され、コントローラは、第１の複数の流路３における第１流体の流れのグローバル調節量を決定する。
【０１１２】
したがって、一実施形態において、第１の複数の流路３の一部におけるローカル流は、ローカルセンサ装置２９によってローカル温度値を測定することによって制御されるとともに、第１の複数の流路３におけるグローバル流は、グローバルセンサ装置２８によってグローバル温度および／または圧力値を測定することによって制御される。
【０１１３】
グローバル調節は、設定過熱点に向かって、または液体量が存在しないように動作するための調節と説明できるのに対し、ローカル調節は、熱交換器内の温度差を均一にするための調節と説明できる。両方の調節は、熱交換器の効率を最適化するために行われる。調節は、互いに補足しあうが、またそれ自体で機能し得る。例えば、システムは、ローカルセンサ装置２９を備えることができ、グローバルセンサ装置およびグローバル調節を用いることなく第１の複数の流路３のローカル調節を行うことができる。
【０１１４】
ローカル調節および任意のグローバル調節は、システムの動作中に好ましくは連続的に実行される。したがって、ローカル流および任意に、グローバル流は、連続的に調整され、それによって熱交換器は、現在の運転条件および運転デューティに関して連続的に最適化される。したがって熱交換器は、より適応性を有するものとなり、異なる運転条件に適合するものとなる。熱交換器は、運転条件に関わらず最適化された方法で運転される。
【０１１５】
２つの方法をコントローラ５７における並列ループとして実行することができる。
【０１１６】
ローカルセンサ装置の配置は、図７〜図９を参照して開示される。これらの図において、第１の複数の流路および第２の複数の流路の両方は、図式的に説明されている。
【０１１７】
上述のように、ローカルセンサ装置は、第１の複数の流路のローカル出口の近くを流れる蒸発した第１流体のローカル温度に対応する温度値を測定するように配置される。したがって、ローカルセンサ装置２９のセンサ３１ａ，３１ｂは、ローカル出口の近くを流れる蒸発した第１流体を直接または間接的に測定することができる。
【０１１８】
概して図７〜図９を参照すると、第１流体は、噴射装置２５ａ，２５ｂによって第１の複数の流路に供給される。第１の複数の流路を通る第１流体の流れは、符号７４によって示される。第２流体は、第２の複数の流路に供給される。第２の複数の流路を通る第２流体の流れは、符号７５によって示される。第２流体は、グローバル入口７１を介して熱交換器に入り、およびグローバル出口７２を介して熱交換器から出る。それぞれの流路を通り流れる場合、第１流体および第２流体の間で熱が伝達される。
【０１１９】
ローカルセンサ３１ａ，３１ｂの配置が異なる実施形態が以下に開示される。
【０１２０】
図７における第１例では、ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂが第１の複数の流路のローカル出口の近くに配置され、かつローカル温度センサ３１ａ，３１ｂが熱交換器のハウジング内に配置されている。この実施形態において、第１の複数の流路のローカル出口は、熱交換器からグローバル出口７６で終わる共通の出口チャネルに出る。グローバル出口７６は、図３の第１出口チャネル１０に対応する。ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、この実施形態において、共通の出口チャネルに沿って延在するフルート状デバイス７３に取り付けられている。
【０１２１】
図８における第２例では、ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂが第１の複数の流路のローカル出口の近くに配置されるが、プレートパッケージＰの外部、および熱交換器のハウジングの外部に配置されている。ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、ハウジングおよび共通の出口の間に位置するいわゆるポート８０ａ，８０ｂに配置される。
【０１２２】
図９における第３例では、ローカル温度センサ３１ａ，３１ｂは、第２の複数の流路のローカル出口の近くに配置される。したがって、この実施形態においては、ローカルセンサは、第１流体とは直接または間接的でさえも接続するようには配置されない。しかし、第２の複数の流路のローカル出口の近くを流れる第２流体のローカル温度および第１の複数の流路のローカル出口の近くを流れる第１流体のローカル温度の間に関係があるということが発明者によって認識されている。より正確には、第２の複数の流路のローカル温度は、第１流体のローカル温度を反映するものである。したがってこの実施形態においては、温度測定値の差を均一にするローカル調節を決定するために、第２の複数の流路における温度測定値をコントローラにおいて利用することができる。
【０１２３】
第２流体において測定することによって、測定手順を簡略化することができる。第一に、第２の複数の流路は、第２流体が水である場合に、センサに対してより扱いやすい環境を提供することができる。第二に、流体に影響を及ぼすことなく第２の複数の流路内に温度センサを配置することが容易になる。第三に、流出する第２流体温度に関する情報を使用者に提供するなどのさらなる目的のために、第２流体における温度測定値を利用することができる。
【０１２４】
第１流体における測定のために配置されたローカルセンサ３１ａ，３１ｂの配置（すなわち図７および図８）と同様に、第２流体における測定を熱交換器の内部、または熱交換器の外部で行うことができる。
【０１２５】
ローカルセンサ装置は、流体を直接測定するか、または流体が流れる熱導電性パイプの測定などにより間接的に測定するように配置することができることが理解されるべきである。
【０１２６】
ローカルセンサ装置の測定に基づく熱交換器のローカル調節を実行するための本発明の一実施形態による方法は、図１０を参照して開示される。このような熱交換器システムは、図５に関して説明されたものと同じ一般的な設計であるため、図５が参照される。
【０１２７】
第１ステップとして、第１流体および第２流体が供給される１００１。第１流体は、複数の噴射装置によって第１の複数の流路３に供給される。第２流体は、第２の複数の流路４に供給される。
【０１２８】
次のステップとして、第１の複数の流路３のローカル出口の近くを流れる蒸発した第１流体のローカル温度に対応する温度値が測定される１００２。
【０１２９】
次のステップとして、温度測定値は、コントローラ５７に送信される１００３。
【０１３０】
次のステップとして、温度測定値の差が決定される１００４。例えば、温度測定値の標準偏差を決定することによって、差が決定される。
【０１３１】
次のステップとして、ローカル調節量が決定される１００５。ローカル調節量は、決定された差を均一にするための、複数の噴射装置の少なくとも１つによって供給されるローカル流量の調節量である。１または複数のローカル調節量は、同じ１回分の温度測定値に基づいて決定することができる。例えば、第１噴射装置に適用される第１ローカル調節量は、第２噴射装置および第３噴射装置に適用される第２ローカル調節量と共に決定することができる。
【０１３２】
方法は、ローカル調節量が決定されていない他の噴射装置によって供給される第１流体のローカル量の補償ローカル調節量を決定するステップをさらに備えることができる。上記の例の続きとして、第４噴射装置に対する補償ローカル調節量を決定することができる。補償ローカル調節量は、ローカル調節によって影響されない複数の第１通路における第１流体のグローバル量を維持するために決定される。グローバル量は、グローバルセンサ装置によって測定された値に基づいて制御される。
【０１３３】
次のステップとして、ローカル調節量は、コントローラ５７から、影響を受ける噴射装置の弁へ伝えられる１００６。したがって、特定の噴射装置によって供給される第１流体のローカル量は、決定されたローカル調節量によって調整される。
【０１３４】
もしあれば、補償ローカル調節量がまた影響を受ける噴射装置の弁へ伝えられる。
【０１３５】
方法は、熱交換器において連続的に実行される。方法は、さらに、第１流体のグローバル流量のグローバル調節と並行して実行することができる。
【０１３６】
グローバル調節方法は、図１１を参照して以下に開示される。このようなシステムは、図５に関して説明されたものと同じ一般的な設計を有するため、図５が参照される。
【０１３７】
熱交換器のグローバル出口１３の下流のグローバルセンサ装置２８は、第１流体のグローバル流に存在する液体量を測定さするか、またはグローバル圧力Ｐｍおよびグローバル温度Ｔｍを測定する１１０１。グローバルセンサ装置２８によって生成された信号は、コントローラ５７によって受信される１１０２。コントローラは、Ｐ調整器、ＰＩ調整器、またはＰＩＤ調整器とすることができる。
【０１３８】
コントローラ５７は、受信した信号を評価する１１０３。
【０１３９】
液体量の存在を測定する場合、信号は、最も単純な形のデジタル信号とすることができる：１−液体量が検出されない；０−液体量が検出される。より正確には、値１を有する信号は、蒸発した流体が過熱に対応するか、またはそれ以上の温度測定値を有するということを示している。さらに、値０を有する信号は、蒸発した流体が過熱以下の温度を有することを示している。
【０１４０】
あるいは、第一にグローバル圧力測定値を飽和温度に変換し、第二にグローバル温度測定値を決定された飽和温度と比較することによって過熱を確定することによって、過熱を決定することができる。
【０１４１】
次のステップとして、コントローラ５７が、測定された液体量または決定された過熱に基づいて、複数の噴射装置によって供給される第１流体の適切なグローバル調節量を決定する１１０４。
【０１４２】
次のステップとして、コントローラ５７は、噴射装置の弁、またはグローバル弁と通信して、決定されたグローバル調節量にしたがってグローバル流を調節する。グローバル弁は、噴射装置の上流に配置された主弁とすることができ、弁は、全ての噴射装置への第１流体の供給全体を制御する。
【０１４３】
本発明は、プレート式熱交換器である熱交換器に適用されるように説明された。しかし、本発明は、蒸発器または熱交換器の形に関わらず適用できることを理解されるべきである。
【０１４４】
噴射装置は、プレートパッケージの外部から個々の流路へ延在する貫通孔に配置されるように開示される。これは、単なる１つの可能な実施形態であることが理解されるべきである。例えば、噴射装置は、蒸発器の設計に応じて任意の入口ポート等へ延在することができる。これは、例えば入口チャネルに沿って配置されたフルート状デバイスによって行われる。
【０１４５】
本発明は、概して２つの流体が流れることができる第１および第２プレート通路および４つのポート孔を有するプレート式熱交換器に基づいて説明されている。本発明は、プレート通路の数、ポート孔の数、および扱われる流体の数に関して異なる構成のプレート式熱交換器に適用できることが理解されるべきである。
【０１４６】
コントローラは、冷媒回路等の制御など、他の目的のために使用できることを理解されるべきである。
【０１４７】
本発明は、開示の実施形態に限定されるものではなく、部分的に上記に説明された、以下の特許請求の範囲内において変更および修正が可能なものである。
【符号の説明】
【０１４８】
１ 熱交換器
３ 第１流路
４ 第２流路
６ 上端プレート
７ 下端プレート
８ ポート孔
９ 第１入口チャネル
１０ 第１出口チャネル
１１ 第２入口チャネル
１２ 第２出口チャネル
１３ 第１グローバル出口
１４ 圧縮機の入口
１５，１７ チューブシステム
１６ 圧縮機の出口
１８ 凝縮器の入口
１９ 凝縮器の出口
２２ａ，２２ｂ  弁
２５ａ，２５ｂ 噴射装置
２６ａ，２６ｂ 蒸発器入口
２７ａ，２７ｂ ノズル
２８ グローバルセンサ装置
２９ ローカルセンサ装置
３０ａ グローバル圧力センサ
３０ｂ グローバル温度センサ
３１ａ，３１ｂ ローカル温度センサ
４１ ローカル入口
４２ ローカル出口
５１ 圧縮機
５２ 凝縮器
５３ 膨張弁
５４ 蒸発器
【図１】
2017502238.tif 000003
【図２】
2017502238.tif 000004
【図３】
2017502238.tif 000005
【図４】
2017502238.tif 000006
【図５】
2017502238.tif 000007
【図６】
2017502238.tif 000008
【図７】
2017502238.tif 000009
【図８】
2017502238.tif 000010
【図９】
2017502238.tif 000011
【図１０】
2017502238.tif 000012
【図１１】
2017502238.tif 000013
【国際調査報告】
2017502238.tif 000014
2017502238.tif 000015
2017502238.tif 000016