(57)【要約】  本発明は、亜臨界状態の間、少なくとも２つの熱交換器（２）を初めに並列に配置することによって、亜臨界及び遷臨界状態の間、熱交換器（２）のアセンブリ（１）の動作させる方法、及び熱交換器のアセンブリに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜臨界状態の間、少なくとも２つの熱交換器（２）を初めに並列に配置することによって、亜臨界及び遷臨界状態の間、熱交換器（２）のアセンブリ（１）を動作させる方法において、
遷臨界状態で少なくとも１つの熱交換器（２）を残り全ての熱交換器と直列に配置して、前記アセンブリ（１）の対向端部に入口（Ａ）及び出口（Ｂ）を配置して、第１の熱交換器（２）の後ろで第２の熱交換器（２）ごとの間の、前記入口（Ａ）を各熱交換器（２）の第１のダクト（５）に接続している第１の導管（４）と、前記残り全ての熱交換器の間の、前記出口（Ｂ）を各熱交換器（２）の第２のダクト（７）に接続している第２の導管（６）とを閉じることによって、前記熱交換器（２）を並列な配置と直列な配置との間で切り替えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱交換器（２）に、冷媒及びブラインのような２つの必須の液状媒体の間の熱交換のための２つの回路を与え、
各回路を、並列な配置と直列な配置との間で切り替えることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
遷臨界状態で全ての熱交換器（２）を直列に配置することを特徴とする請求項１又は２の方法。
【請求項４】
アセンブリ（１）の対向端部の入口（Ａ）及び出口（Ｂ）と、
各熱交換器（２）の前記入口（Ａ）に、及び第１のダクト（５）に接続された第１の導管（４）と、各熱交換器（２）の前記出口（Ｂ）及び第２のダクト（７）に接続された第２の導管（６）とを具備する熱交換器（２）のアセンブリ（１）において、
弁（３）が、第１の熱交換器（２）の後で第２の熱交換器（２）ごとの間にある第１の導管（４）に、及び、残り全ての熱交換器（２）の間にある第２の導管（６）に位置され、
前記熱交換器（２）は、開位置で全ての弁（３）を有する並列な配置と、閉位置で全ての弁（３）を有する直列な配置とを有することを特徴とするアセンブリ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜臨界状態の間、少なくとも２つの熱交換器を初めに並列に配置することによって、亜臨界及び遷臨界状態の間、熱交換器のアセンブリを動作させる方法、及び熱交換器のアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の冷却システムでは、冷媒からの放熱は、冷媒の凝縮に基づいている。温度は、臨界点であり、凝縮の間、一定である。臨界点よりも低い温度で熱交換器のアセンブリを動作させることは、亜臨界モードとして定義される。このような亜臨界モードで熱交換器を並列に配置することが既に知られている。
【０００３】
しかし、冷媒としてＣＯ２を使用した熱ポンプ及び冷却アプリケーションでは、遷臨界モードで、即ち、臨界点よりも低い温度だけでなく臨界点よりも高い温度で動作する必要がある。冷媒としてＣＯ２を用いる遷臨界冷却システムは、従来技術で周知である。ＣＯ２の臨界温度は、３１．０℃であり、臨界圧力は、７３．８バールである。比較的高い温度及び圧力では、液体と気体との間に明確な線引きがなされることができず、ＣＯ２は、いわゆる超臨界流体領域にあると言われる。これら２つの動作モードに関する熱の状態は、劇的に異なっている。遷臨界モードの間、代表的にはブライン又は水である低温側の流量は、亜臨界モードの間よりもかなり低い。熱的には、冷媒の高温側におけるプロセスもまた、かなり異なっている。遷臨界モードでは、ピンチ点及び出口に近いところで大きな温度降下が必要とされる。一括して、これは、最適なやり方でシステムを動作させることができるように、２つの異なるデザインの熱交換器を与える。
【発明の概要】
【０００４】
熱交換器で必要とされる温度差、即ち、約１０℃を考慮すると、ＣＯ２の凝縮に基づく放熱の上限は、約２０℃の周囲温度である。この温度よりも低い温度では、ＣＯ２は、臨界点よりも下にとどまり、冷却システムは、亜臨界モードで動作する。スーパーマーケットで使用される冷却システムでは、周囲温度は、夏の間、世界中の大部分で２０℃を超える。これらの温度では、ＣＯ２の冷却は、単一相の冷却、即ち、ガス冷却である。ＣＯ２は、システムの高い圧力の側で臨界点よりも上にあり、冷却システムは、遷臨界モードで動作する。
【０００５】
冷却システムの効率及び冷却能力は、亜臨界動作でよりも遷臨界動作で低い。高性能が実際に望まれるとき、このようなシステムが約２０℃よりも高い上昇した周囲温度で低性能であることは、既知のＣＯ２冷却システムの重大な欠点である。本発明の目的は、遷臨界動作の間、遷臨界冷却システムに改良された性能を提供することである。
【０００６】
本発明の第１の態様に係れば、これらの目的は、遷臨界状態で少なくとも１つの熱交換器を残り全ての熱交換器と直列に配置して、前記アセンブリの対向端部に入口及び出口を配置して、第１の熱交換器の後ろで第２の熱交換器ごとの間の、前記入口を各熱交換器の第１のダクトに接続している第１の導管と、前記残り全ての熱交換器の間の、前記出口を各熱交換器の第２のダクトに接続している第２の導管とを閉じることによって、前記熱交換器を並列な配置と直列な配置との間で切り替えることによって達成される。
【０００７】
本方法は、凝縮の間、複数の熱交換器を並列に使用すること、そして、遷臨界動作の間、これら熱交換器を直列に、又は直列と並列とを組み合わせて使用するように変更することを含む。
【０００８】
これにより、熱的長さ（thermal length）及び熱伝達が増加し、かくして、冷媒の出口の温度が下げられることができるので、遷臨界モードでシステム効率を実質的に改良する。
【０００９】
さらに、第１の熱交換器の後ろで第２の熱交換器ごとの間の、前記入口を各熱交換器の第１のダクトに接続している第１の導管と、前記残り全ての熱交換器の間の、前記出口を各熱交換器の第２のダクトに接続している第２の導管とを閉じることによって、前記熱交換器を並列な配置と直列な配置との間で切り替える。
【００１０】
冷媒及びブラインのような２つの必須の液状媒体の間の熱伝達のために２つの回路（dual-circuit）を前記熱交換器に提供することによって、各回路を並列な配置と直列な配置との間で切り替える効果がある。
【００１１】
これによって、適応性が増加され、亜臨界モードと遷臨界モードとの両方でシステムの性能を最適化することが可能である。
【００１２】
本発明の他の態様は、アセンブリの対向端部の入口及び出口と、各熱交換器の前記入口に、及び第１のダクトに接続された第１の導管と、各熱交換器の前記出口及び第２のダクトに接続された第２の導管とを具備する熱交換器のアセンブリにおいて、弁が、第１の熱交換器の後で第２の熱交換器ごとの間にある第１の導管に、及び、残り全ての熱交換器の間にある第２の導管に位置され、前記熱交換器は、開位置で全ての弁を有する並列な配置と、閉位置で全ての弁を有する直列な配置とを有する。
【００１３】
本発明のこの態様並びに他の態様が、本発明の好ましい実施の形態を示す添付図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１ａ】図１ａは、本発明に従う第１の並列に配置された動作状態に係る熱交換器のアセンブリを示す概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａに係る動作状態の温度／位置チャートを示している。
【図２ａ】図２ａは、本発明に従う第２の直列に配置された動作状態に係る熱交換器のアセンブリを示す概略図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに係る動作状態の温度／位置チャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１ａ並びに図２ａは、熱交換器２のアセンブリ１を示している。これら熱交換器２の各々は、冷媒及びブラインのような、２つの必須の液状媒体の間の熱伝達のための２つの回路を有する。しかし、本発明は、１つの液状媒体のみを含む熱交換器にも適用可能である。熱交換器２のアセンブリ１は、アセンブリ１の対向端部に、例えば、冷媒回路のコンプレッサ（図示されない）からの入口Ａと、例えば、膨張弁（図示されない）への出口Ｂとを有する。アセンブリ１は、アセンブリ１の対向端部に、ブライン回路用の対応する入口Ｃと出口Ｄとを有する。さらに、アセンブリ１は、前記入口Ａに、及び各熱交換器２の第１のダクト５に接続された第１の導管４と、前記出口Ｂに、及び各熱交換器２の第２のダクト７に接続された第２の導管６とを有する。さらに、弁３は、第１の熱交換器２の後で第２の熱交換器２ごとの間にある第１の導管４に、及び、残り全ての熱交換器２の間にある第２の導管６に位置されている。熱交換器２は、図１ａに示されるような、開位置で全ての弁３を有する並列な配置と、図２ａに示されるような、閉位置で全ての弁３を有する直列な配置とを有する。
【００１６】
図１ａでは、熱交換器２は、亜臨界状態の間、即ち、冷媒の凝縮状態よりも低い温度で、並列に配置されている。熱伝達が図１ｂに示され、上側の曲線が、冷媒の入口Ａから出口Ｂまでの温度降下に対応し、凝縮の間、おおよそ一定の温度を有する。また、下側の曲線が、ブラインの入口Ｃから出口Ｄまでの温度上昇に対応している。図２ａでは、熱交換器２は、遷臨界状態で、即ち、冷媒の凝縮状態よりも高い温度で、互いに直列に配置されている。熱伝達が図２ｂに示され、上側の曲線が、冷媒の入口Ａから出口Ｂまでの温度降下に対応し、また、下側の曲線が、ブラインの入口Ｃから出口Ｄまでの温度上昇に対応している。熱交換器２は、各第２の熱交換器の間の、各熱交換器２の第１のダクト５に接続された第１の導管４と、残り全ての熱交換器２の間の、各熱交換器２の第２のダクト７に接続された第２の導管６とに交互に配置された弁３を閉じることによって、並列な配置と直列な配置との間で切り替えられる。
【００１７】
ブライン回路（図示されない）は、それぞれ、入口Ｃ及び出口Ｄと連通している対応する導管８及び導管９と、弁１０とを有する。ブライン回路は、同様に、並列な配置と直列な配置との間で切り替えられることができる。弁１０は、入口Ｃを参照して第１の熱交換器２の後で第２の熱交換器２ごとの間にある導管８に、及び、残り全ての熱交換器２の間にある第２の導管９に位置されている。熱交換器２は、図１ａに示されるような、開位置で全ての弁１０を有する並列な配置と、図２ａに示されるような、閉位置で全ての弁１０を有する直列な配置とを有する。
【００１８】
当業者は、本発明が、上に説明された好ましい実施の形態に限定されないことを理解する。それどころか、多くの変更及び変形が、添付の特許請求の範囲内で可能である。例えば、２つの回路の熱交換器の１つの回路のみが、本発明に従って動作されることができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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