フラッシュタンクエコノマイザサイクルの制御
フラッシュタンクエコノマイザが、フラッシュタンクの圧力を示す条件を検出するためのセンサを備えており、検出された圧力が、使用される特定の冷媒の臨界圧力以上であるときに、コントローラが、エコノマイザを停止するようにエコノマイザ蒸気ラインの弁を応答によって閉じる。また、センサが、コンプレッサの中間段の圧力を検出するように設けられており、検出された圧力がフラッシュタンクの圧力を超過しているときに、コントローラは、コンプレッサの中間段からフラッシュタンクへ冷媒を通流させないように、流れ制御装置を機能する。さらに、フラッシュタンクの圧力を超臨界状態から亜臨界状態へ低下させるようにフラッシュタンクからの冷媒を選択的にドレインするための対応がなされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、エコノマイザ蒸気圧縮システムに関し、特に、フラッシュタンクエコノマイザ蒸気ライン内の流れを制御する方法および装置に関する。
【０００２】
なお、本発明は、２００８年９月２９日に米国で出願された「フラッシュタンクエコノマイザサイクルの制御（Ｆｌａｓｈ Ｔａｎｋ Ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｒ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）」という題名の仮特許出願（出願番号６１／１００，９４１）の優先権を有する。
【背景技術】
【０００３】
蒸気圧縮システムは、コンプレッサ、冷媒放熱用熱交換器またはガスクーラ、膨張装置およびエバポレータから構成されている。また、エコノマイザサイクルが、システムの効率および／または容量を増加させるように用いられることもある。エコノマイザサイクルは、冷媒放熱用熱交換器を出た冷媒を中間圧力へと膨張し、冷媒流を２つの流れに分離することにより動作する。一方の流れは、吸熱用熱交換器へ輸送され、他方の流れは、２つの圧縮段の間の流れを冷却するように輸送される。エコノマイザサイクルの１つの形態では、フラッシュタンクが、分離を行うように用いられる。フラッシュタンクを有したエコノマイザサイクルでは、ガスクーラから吐出した冷媒は、第１の膨張装置を通過し、これにより、冷媒の圧力が低下する。冷媒は、液体部分および蒸気部分としてフラッシュタンク内に集まる。蒸気冷媒は、冷媒排出物が第１の圧縮装置を出たときに、該冷媒排出物を冷却するように用いられ、液体冷媒は、第２の膨張装置によってさらに膨張され、エバポレータへと流入する。上記のフラッシュタンクエコノマイザは、遷臨界条件で動作する場合、例えば、二酸化炭素冷媒が作動流体として用いられるときに特に有効であり、本発明の出願人に譲渡された特許文献１において説明されている。非エコノマイザモードでは、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを接続する蒸気ラインは閉じており、フラッシュタンクへと流入する冷媒の質量流量の全てが第２の膨張装置へと向かう。
【０００４】
システムがエコノマイザモードで動作する場合には、エコノマイザ蒸気ラインの流れ方向の逆転、例えば、コンプレッサからフラッシュタンクへの流れを防止することが望ましい。即ち、コンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高いときに、エコノマイザ蒸気ラインの流れ方向が逆転し、コンプレッサからエコノマイザ蒸気ラインを通してフラッシュタンクへと向かう流れが生じる。エコノマイザ蒸気ラインの逆流によって、システムの冷却容量およびエネルギ効率が低下する。一般に、逆流は、コンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力を超過しているときに生じ、ヒートシンクおよび熱源の温度や、システム設計の仕様、例えば、熱交換器の大きさおよびコンプレッサの大きさによって示される一定の動作条件で生じ得る。
【０００５】
本発明の出願人の以前の子会社であるスクロール・テクノロジーズ（Ｓｃｒｏｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）によって出願された特許文献２には、コンプレッサからエコノマイザへの冷媒の逆流を防止するようにコンプレッサ内に配置された逆止弁を備えてなるエコノマイザ冷媒回路が開示されている。しかし、逆止弁は、この目的のためのみに用いられており、個別のエコノマイザ弁が、エコノマイザをオン・オフするように用いられている。さらに、エコノマイザは、フラッシュタンク形式とされておらず、エコノマイザの動作方法は、本発明のフラッシュタンクエコノマイザの動作方法とは異なる。
【０００６】
二酸化炭素の熱物理特性のために、冷凍システムは、亜臨界モードおよび遷臨界モードの双方で動作し得る。亜臨界モードは、通常の冷媒を有したシステムの動作に似ている。遷臨界モードでは、放熱用熱交換器、および可能であれば、フラッシュタンクの冷媒圧力が臨界圧力よりも高いが、エバポレータは、亜臨界モードとして動作している。フラッシュタンクの圧力が臨界圧力よりも高いときには、超臨界の流体が液体と蒸気とからなる明確な相を形成しないので、冷媒が、液体および蒸気へと望ましいように分離することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，３８５，９８０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０２，４３８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの特徴は、フラッシュタンクエコノマイザが、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力よりも高い期間の間に、エコノマイザの動作を停止させるためのコントローラを備えていることである。
【０００９】
本発明の他の特徴は、コントローラが、コンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高い期間の間にエコノマイザを停止させるように、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段との間の圧力差にも応答することである。
【００１０】
本発明の別の特徴は、フラッシュタンクの圧力が超臨界状態にあるときに、フラッシュタンクの圧力を機能的に低下させるための対応がなされていることである。
【００１１】
本発明の別の特徴は、コンプレッサの中間段の圧力またはフラッシュタンクの圧力を直接的または間接的に測定するための対応がなされていることである。
【００１２】
本発明の別の特徴は、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムが、冷媒が直列に流れる関係でもって、放熱用熱交換器と膨張装置との間に配置されたフラッシュタンクエコノマイザを備えていることである。フラッシュタンクエコノマイザは、フラッシュタンクと、放熱用熱交換器とフラッシュタンクとの間に配置された第１の流れ制御装置と、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを連通させるエコノマイザ蒸気ラインと、エコノマイザ蒸気ラインに配置された第２の流れ制御装置と、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるときに、エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように、第２の流れ制御装置を制御するためのコントローラと、を備えている。
【００１３】
本発明の別の特徴は、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法が、エコノマイザ蒸気ラインを用いて、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを連通させるステップと、エコノマイザ蒸気ラインに流れ制御装置を設けるステップと、フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるとき、またはコンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高いときに、エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、を含むことである。
【００１４】
本発明の別の特徴は、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有した蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法が、エコノマイザ蒸気ラインを用いて、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを連通させるステップと、エコノマイザ蒸気ラインに第２の流れ制御装置を設けるステップと、フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるとき、またはコンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高いときに、エコノマイザ蒸気ラインの第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、を含むことである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の蒸気圧縮システムを概略的に示した図である。
【図２】本発明の動作を示したフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例を概略的に示した図である。
【図４】種々のコンプレッサ吸込圧力に対するコンプレッサ吐出圧力の関数として、例示的なコンプレッサの中間段の圧力を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１には、蒸気圧縮システムが示されており、該蒸気圧縮システムは、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ１２、冷媒放熱用熱交換器１３、膨張装置１４および吸熱用熱交換器１６を備えている。
【００１７】
コンプレッサ１２は、冷媒を圧縮し、冷媒回路を通して圧縮冷媒を循環させるように機能する。コンプレッサ１２は、図示した低圧圧縮段１７および高圧圧縮段１８を有した１つの多段コンプレッサとすることができ、例えば、スクロールコンプレッサ、あるいは段状の圧縮ポケットを有したスクリューコンプレッサ、あるいは少なくとも第１のシリンダ列および第２のシリンダ列を有した往復動型コンプレッサ、あるいは多段コンプレッサとすることができる。また、コンプレッサ１２は、冷媒が直列に流れる関係でもって接続された一対の単段コンプレッサとすることもできる。１つの実施例では、コンプレッサ１２は、スクロールコンプレッサまたは多速度コンプレッサ（例えば、二速コンプレッサ）とすることができる。
【００１８】
蒸気圧縮システム１１が遷臨界サイクルで動作する場合、例えば、二酸化炭素冷媒が充填されていてコンプレッサの吐出側の圧力が二酸化炭素の臨界圧力を超過した状態で動作するときには、冷媒放熱用熱交換器１３は、超臨界圧力で動作し、冷媒蒸気クーラとして機能し、したがって、冷媒蒸気を冷却するのみであり、冷媒蒸気を液体へと凝縮することはない。凝縮の熱プロセスについては、後述される。
【００１９】
膨張装置１４は、電子膨張弁、感温式膨張弁または固定オリフィス装置、例えば、キャピラリチューブとすることができ、これらの全ては、冷媒が吸熱用熱交換器１６へ流入するときに、膨張装置１４へ通流する液体冷媒を液体と蒸気とからなる混合物へと膨張するように動作する。
【００２０】
吸熱用熱交換器１６は、一般に、エバポレータと呼ばれており、亜臨界圧力で動作し、冷媒が加熱されて蒸発するときに、熱交換器を通過する気体や液体を冷却するように機能する。そして、加熱された蒸気は、コンプレッサ１２の入口へと通流する。
【００２１】
流れ制御装置１９およびフラッシュタンク２１が、流体が直列に流れる関係でもって、冷媒放熱用熱交換器１３と膨張装置１４との間に配置されている。流れ制御装置１９およびフラッシュタンク２１は、フラッシュタンクエコノマイザ２３を備えるとともに、エコノマイザ蒸気ライン２２と組み合わせることによってフラッシュタンク２１とコンプレッサ１２の中間段とを互いに連通させている。
【００２２】
動作時には、冷媒放熱用熱交換器１３を出た冷媒は、流れ制御装置１９へと通流し、流れ制御装置１９において、冷媒は膨張し、該冷媒の圧力が低下する。そして、これにより生じた液体と蒸気とからなる混合物は、フラッシュタンク２１へ流入し、液体２４は、フラッシュタンク２１の底部に溜まり、蒸気２６は、フラッシュタンク２１の上部へ溜まる。液体冷媒２４は、膨張装置１４へ通流し、該膨張装置１４において、液体冷媒は、上述したように膨張する。
【００２３】
エコノマイザ動作として知られているプロセスでは、低圧圧縮段１７を出た冷媒を冷却し、これにより、システムの冷却容量を増加させるように、蒸気２６が、エコノマイザ蒸気ライン２２に沿ってコンプレッサ１２の中間段点２７へと通流する。上記のフラッシュタンクエコノマイザの動作は、本発明の出願人に譲渡され、本願の参照となる特許文献１において、より詳細に説明されている。
【００２４】
上記のフラッシュタンクエコノマイザを使用することについては、様々な問題が生じる。第１に、コンプレッサの中間段点２７の圧力がフラッシュタンク２１の圧力よりも高い場合には、冷媒は、コンプレッサ１２からフラッシュタンク２１へと通流することになり、これにより、システムの効率が実質的に低下する。第２に、フラッシュタンク２１の圧力が冷媒の臨界圧力（例えば、二酸化炭素の臨界圧力は、１０７０ｐｓｉつまり７．３８ＭＰａである）を超過している場合には、上述したようなフラッシュタンク２１内の液体と蒸気との分離は生じることはなく、エコノマイザは、適切に機能しなくなる。図示したように、エコノマイザライン２２上に流れ制御装置２８を配置することにより、上記の問題の双方に取り組むことができる。
【００２５】
流れ制御装置２８は、１つの形態では、電子制御型流れ制御装置、例えば、ソレノイド弁であり、フラッシュタンク２１およびコンプレッサ１２の検出条件に応答してコントローラ２９によって制御される。例えば、センサＳ1は、フラッシュタンク２１の動作条件を検出し、センサＳ2は、コンプレッサ１２の中間段点２７の動作条件を検出する。そして、検出条件によって、エコノマイザを動作させるように流れ制御装置２８を開くか、もしくはエコノマイザを動作させないように流れ制御装置２８を閉じる。
【００２６】
１つの実施例では、センサＳ1は、フラッシュタンク２１の圧力を検出し、ライン３１に沿ってコントローラ２９へ信号を送信する。そして、コントローラ２９は、この検出された圧力と使用される冷媒の臨界圧力とを比較し、検出圧力が臨界圧力よりも高いときに、流れ制御装置２８を閉じるように機能する。
【００２７】
他の実施例では、センサＳ1は、フラッシュタンク２１の冷媒温度を検出し、温度信号が、ライン３１に沿ってコントローラ２９へと送信される。コントローラ２９が、冷媒温度が特定の冷媒の臨界温度（例えば、二酸化炭素の臨界温度は、３１．１℃つまり８８°Ｆである）よりも低いと判断した場合には、対応した冷媒蒸気圧力（これは、フラッシュタンクの冷媒が二相状態であると仮定しており、この仮定は実際の目的のために適当な仮定である）から、フラッシュタンクの圧力を推定することができ、流れ制御装置２８は、上述したように、開位置または閉位置へと移動する。
【００２８】
他の実施例では、フラッシュタンク２１の動作条件（例えば、圧力）および／またはコンプレッサ１２の中間段点２７の動作条件（例えば、圧力）を、蒸気圧縮システムの他の動作条件から間接的に検出するか、または計算することができる。したがって、（例えば、センサによって検出される）直接的な測定値、または（例えば、構成要素の特性やセンサの示数（ｒｅａｄｉｎｇ））等の関連したパラメータによって計算される間接的な測定値により、フラッシュタンク２１の圧力を決定することができる。
【００２９】
また、上述した第２の問題を考慮して、コントローラは、エコノマイザ蒸気ライン２２の冷媒の逆流を防止するように使用される。つまり、センサＳ2は、コンプレッサの中間段点２７の圧力を検出し、ライン３２に沿ってコントローラ２９へ圧力信号を送信する。そして、コントローラ２９は、フラッシュタンク２１の圧力とコンプレッサの中間段点２７の圧力とを比較する。コンプレッサの中間段点２７の圧力がフラッシュタンク２１の圧力よりも高いと判断された場合には、流れ制御装置２８は、逆流を生じさせないか、もしくは実質的に低減するように、動作するかまたは閉じる。
【００３０】
例示として、コンプレッサの中間段の圧力を間接的に決定することについて説明する。図４には、種々のコンプレッサ吸込圧力に対するコンプレッサ吐出圧力の関数として、コンプレッサの中間段の圧力が示されている。図４に示したように、コンプレッサ１２の吸込圧力および吐出圧力により、コンプレッサの中間段の圧力を決定することができる。同じ情報を、以下の例示的な二次元ルックアップテーブルの形態として示すことができる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
吸込圧力、吐出圧力および中間段圧力が、コンプレッサの設計条件および動作条件について一定のものであることを理解されたい。所定の機械の動作条件が変化した場合、例えば、吸込側の過熱が変化した場合には、吸込圧力および吐出圧力の特定の組み合わせに対する中間段圧力の値が変化し得る。これは、例えば、異なるモータによって２つの段を駆動することにより、コンプレッサの設計によって２つの圧縮段の速度を互いに独立して制御し、各速度を調整することができる場合に、より顕著になる。この場合、グラフまたはルックアップテーブルに付加的な次元を加えることができる。例えば、付加的に変動する一定値の各々に対して付加的なグラフまたはテーブルを設けることにより、付加的な次元を達成することができる。
【００３３】
図２には、コントローラ２９によって実施されるプロセスが、フローチャートの形態で示されている。ブロック３３において、フラッシュタンクの圧力が決定され（例えば、検出または計算され）、ブロック３４において、この圧力が、関連した特定の冷媒の臨界圧力と比較される。フラッシュタンクの圧力が臨界圧力よりも低い場合には、コントローラ２９は、ブロック３６へと移行し、フラッシュタンクの圧力が臨界圧力以上である場合には、コントローラ２９は、ブロック３７へと移行する。
【００３４】
ブロック３６において、フラッシュタンクの圧力が、ブロック３５におけるコンプレッサの中間段の圧力と比較され、フラッシュタンクの圧力がコンプレッサの中間段の圧力よりも高い場合には、コントローラはブロック３８へと移行し、エコノマイザ蒸気ライン２２は開く。コンプレッサの中間段の圧力を直接的または間接的に再び決定することができる（ブロック３５）。フラッシュタンクの圧力がコンプレッサの中間段の圧力よりも高くない場合には、コントローラ２９はブロック３７へと移行する。ブロック３７において、ブロック３４またはブロック３６からの「いいえ」の信号を受けた場合には、ブロック３９において、エコノマイザ蒸気ライン２２は閉じる。
【００３５】
流れ制御装置２８を種々の形式とすることができることを理解されたい。例えば、上述の例示的な機能を実施するために、フラッシュタンクの絶対圧力と、フラッシュタンクの圧力とコンプレッサ中間段の圧力との間の圧力差との双方に応答して制御される電気制御型流れ制御装置として、流れ制御装置２８を構成することができる。代替的に、フラッシュタンクの絶対圧力のみに応答する電気制御型流れ制御装置や、フラッシュタンクの圧力とコンプレッサ中間段の圧力との間の圧力差に応答し、逆流を制御または防止する個別の流れ制御装置、例えば、逆止弁として、流れ制御装置２８を構成することができる。また、フラッシュタンク圧力と、フラッシュタンクの圧力とコンプレッサ中間段の圧力との間の圧力差の双方に応答して制御される、電気制御と一方向制御とを組み合わせた流れ制御装置（つまり、ソレノイド弁と逆止弁とを組み合わせた弁）として、流れ制御装置２８を構成することもできる。
【００３６】
図３には、フラッシュタンク圧力が機能的に制御される、本発明の他の実施例が示されている。即ち、フラッシュタンク圧力が超臨界状態にある期間の間、例えば、システムが高い周囲温度で起動するときに、フラッシュタンクから（蒸気および／または液体の形態とされ得る）冷媒質量の一部をドレインすることによって、フラッシュタンク圧力を亜臨界状態へと低下させることができる。これは、ライン４２および流れ制御装置４３を用いて、エコノマイザ蒸気ライン２２と低圧圧縮段１７の入口４１とを選択的に連通させることによって達成される。したがって、超臨界状態のフラッシュタンク２１の圧力を低下させることが望ましいときには、流れ制御装置２８および流れ制御装置４３が、フラッシュタンク２１からの冷媒の一部を入口４１へとドレインするように開かれる。このドレインモードでは、流れ制御装置４４は、超臨界の冷媒がコンプレッサの中間段点２７へと流入しないように閉じられる。フラッシュタンク２１の圧力が亜臨界状態へと低下した後には、上述の動作のために、流れ制御装置４３を閉じ、流れ制御装置４４を開くことができる。
【００３７】
上記のドレイン手順によって液体冷媒の一部をコンプレッサの入口へ流入させることができることを理解されたい。これは、一般に望ましいことではないが、コンプレッサに著しい損傷を与えることなく、短い期間の間、実施され得る。
【００３８】
数個の特定の実施例について本発明を説明してきたが、本発明の明細書によって支持することができる特許請求の範囲についてのみ、本発明の真意および範囲を決定すべきであることを理解するであろう。さらに、本明細書の多くの場合において、システム、装置および方法が、一定の数の構成要素を備えるものとして説明されているが、上述した一定の数の構成要素よりも少なくして上記のシステム、装置および方法を実施することができる。また、数個の特定の実施例を説明したが、特定の実施例の各々について説明した特徴が、残余の特定の実施例についても用いることができることを理解できるであろう。例えば、図１または図２の特徴を、図３の実施例に適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、エコノマイザ蒸気圧縮システムに関し、特に、フラッシュタンクエコノマイザ蒸気ライン内の流れを制御する方法および装置に関する。
【０００２】
なお、本発明は、２００８年９月２９日に米国で出願された「フラッシュタンクエコノマイザサイクルの制御（Ｆｌａｓｈ Ｔａｎｋ Ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｒ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）」という題名の仮特許出願（出願番号６１／１００，９４１）の優先権を有する。
【背景技術】
【０００３】
蒸気圧縮システムは、コンプレッサ、冷媒放熱用熱交換器またはガスクーラ、膨張装置およびエバポレータから構成されている。また、エコノマイザサイクルが、システムの効率および／または容量を増加させるように用いられることもある。エコノマイザサイクルは、冷媒放熱用熱交換器を出た冷媒を中間圧力へと膨張し、冷媒流を２つの流れに分離することにより動作する。一方の流れは、吸熱用熱交換器へ輸送され、他方の流れは、２つの圧縮段の間の流れを冷却するように輸送される。エコノマイザサイクルの１つの形態では、フラッシュタンクが、分離を行うように用いられる。フラッシュタンクを有したエコノマイザサイクルでは、ガスクーラから吐出した冷媒は、第１の膨張装置を通過し、これにより、冷媒の圧力が低下する。冷媒は、液体部分および蒸気部分としてフラッシュタンク内に集まる。蒸気冷媒は、冷媒排出物が第１の圧縮装置を出たときに、該冷媒排出物を冷却するように用いられ、液体冷媒は、第２の膨張装置によってさらに膨張され、エバポレータへと流入する。上記のフラッシュタンクエコノマイザは、遷臨界条件で動作する場合、例えば、二酸化炭素冷媒が作動流体として用いられるときに特に有効であり、本発明の出願人に譲渡された特許文献１において説明されている。非エコノマイザモードでは、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを接続する蒸気ラインは閉じており、フラッシュタンクへと流入する冷媒の質量流量の全てが第２の膨張装置へと向かう。
【０００４】
システムがエコノマイザモードで動作する場合には、エコノマイザ蒸気ラインの流れ方向の逆転、例えば、コンプレッサからフラッシュタンクへの流れを防止することが望ましい。即ち、コンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高いときに、エコノマイザ蒸気ラインの流れ方向が逆転し、コンプレッサからエコノマイザ蒸気ラインを通してフラッシュタンクへと向かう流れが生じる。エコノマイザ蒸気ラインの逆流によって、システムの冷却容量およびエネルギ効率が低下する。一般に、逆流は、コンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力を超過しているときに生じ、ヒートシンクおよび熱源の温度や、システム設計の仕様、例えば、熱交換器の大きさおよびコンプレッサの大きさによって示される一定の動作条件で生じ得る。
【０００５】
本発明の出願人の以前の子会社であるスクロール・テクノロジーズ（Ｓｃｒｏｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）によって出願された特許文献２には、コンプレッサからエコノマイザへの冷媒の逆流を防止するようにコンプレッサ内に配置された逆止弁を備えてなるエコノマイザ冷媒回路が開示されている。しかし、逆止弁は、この目的のためのみに用いられており、個別のエコノマイザ弁が、エコノマイザをオン・オフするように用いられている。さらに、エコノマイザは、フラッシュタンク形式とされておらず、エコノマイザの動作方法は、本発明のフラッシュタンクエコノマイザの動作方法とは異なる。
【０００６】
二酸化炭素の熱物理特性のために、冷凍システムは、亜臨界モードおよび遷臨界モードの双方で動作し得る。亜臨界モードは、通常の冷媒を有したシステムの動作に似ている。遷臨界モードでは、放熱用熱交換器、および可能であれば、フラッシュタンクの冷媒圧力が臨界圧力よりも高いが、エバポレータは、亜臨界モードとして動作している。フラッシュタンクの圧力が臨界圧力よりも高いときには、超臨界の流体が液体と蒸気とからなる明確な相を形成しないので、冷媒が、液体および蒸気へと望ましいように分離することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，３８５，９８０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０２，４３８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの特徴は、フラッシュタンクエコノマイザが、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力よりも高い期間の間に、エコノマイザの動作を停止させるためのコントローラを備えていることである。
【０００９】
本発明の他の特徴は、コントローラが、コンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高い期間の間にエコノマイザを停止させるように、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段との間の圧力差にも応答することである。
【００１０】
本発明の別の特徴は、フラッシュタンクの圧力が超臨界状態にあるときに、フラッシュタンクの圧力を機能的に低下させるための対応がなされていることである。
【００１１】
本発明の別の特徴は、コンプレッサの中間段の圧力またはフラッシュタンクの圧力を直接的または間接的に測定するための対応がなされていることである。
【００１２】
本発明の別の特徴は、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムが、冷媒が直列に流れる関係でもって、放熱用熱交換器と膨張装置との間に配置されたフラッシュタンクエコノマイザを備えていることである。フラッシュタンクエコノマイザは、フラッシュタンクと、放熱用熱交換器とフラッシュタンクとの間に配置された第１の流れ制御装置と、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを連通させるエコノマイザ蒸気ラインと、エコノマイザ蒸気ラインに配置された第２の流れ制御装置と、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるときに、エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように、第２の流れ制御装置を制御するためのコントローラと、を備えている。
【００１３】
本発明の別の特徴は、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法が、エコノマイザ蒸気ラインを用いて、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを連通させるステップと、エコノマイザ蒸気ラインに流れ制御装置を設けるステップと、フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるとき、またはコンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高いときに、エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、を含むことである。
【００１４】
本発明の別の特徴は、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有した蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法が、エコノマイザ蒸気ラインを用いて、フラッシュタンクとコンプレッサの中間段とを連通させるステップと、エコノマイザ蒸気ラインに第２の流れ制御装置を設けるステップと、フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるとき、またはコンプレッサの中間段の圧力がフラッシュタンクの圧力よりも高いときに、エコノマイザ蒸気ラインの第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、を含むことである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の蒸気圧縮システムを概略的に示した図である。
【図２】本発明の動作を示したフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例を概略的に示した図である。
【図４】種々のコンプレッサ吸込圧力に対するコンプレッサ吐出圧力の関数として、例示的なコンプレッサの中間段の圧力を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１には、蒸気圧縮システムが示されており、該蒸気圧縮システムは、冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ１２、冷媒放熱用熱交換器１３、膨張装置１４および吸熱用熱交換器１６を備えている。
【００１７】
コンプレッサ１２は、冷媒を圧縮し、冷媒回路を通して圧縮冷媒を循環させるように機能する。コンプレッサ１２は、図示した低圧圧縮段１７および高圧圧縮段１８を有した１つの多段コンプレッサとすることができ、例えば、スクロールコンプレッサ、あるいは段状の圧縮ポケットを有したスクリューコンプレッサ、あるいは少なくとも第１のシリンダ列および第２のシリンダ列を有した往復動型コンプレッサ、あるいは多段コンプレッサとすることができる。また、コンプレッサ１２は、冷媒が直列に流れる関係でもって接続された一対の単段コンプレッサとすることもできる。１つの実施例では、コンプレッサ１２は、スクロールコンプレッサまたは多速度コンプレッサ（例えば、二速コンプレッサ）とすることができる。
【００１８】
蒸気圧縮システム１１が遷臨界サイクルで動作する場合、例えば、二酸化炭素冷媒が充填されていてコンプレッサの吐出側の圧力が二酸化炭素の臨界圧力を超過した状態で動作するときには、冷媒放熱用熱交換器１３は、超臨界圧力で動作し、冷媒蒸気クーラとして機能し、したがって、冷媒蒸気を冷却するのみであり、冷媒蒸気を液体へと凝縮することはない。凝縮の熱プロセスについては、後述される。
【００１９】
膨張装置１４は、電子膨張弁、感温式膨張弁または固定オリフィス装置、例えば、キャピラリチューブとすることができ、これらの全ては、冷媒が吸熱用熱交換器１６へ流入するときに、膨張装置１４へ通流する液体冷媒を液体と蒸気とからなる混合物へと膨張するように動作する。
【００２０】
吸熱用熱交換器１６は、一般に、エバポレータと呼ばれており、亜臨界圧力で動作し、冷媒が加熱されて蒸発するときに、熱交換器を通過する気体や液体を冷却するように機能する。そして、加熱された蒸気は、コンプレッサ１２の入口へと通流する。
【００２１】
流れ制御装置１９およびフラッシュタンク２１が、流体が直列に流れる関係でもって、冷媒放熱用熱交換器１３と膨張装置１４との間に配置されている。流れ制御装置１９およびフラッシュタンク２１は、フラッシュタンクエコノマイザ２３を備えるとともに、エコノマイザ蒸気ライン２２と組み合わせることによってフラッシュタンク２１とコンプレッサ１２の中間段とを互いに連通させている。
【００２２】
動作時には、冷媒放熱用熱交換器１３を出た冷媒は、流れ制御装置１９へと通流し、流れ制御装置１９において、冷媒は膨張し、該冷媒の圧力が低下する。そして、これにより生じた液体と蒸気とからなる混合物は、フラッシュタンク２１へ流入し、液体２４は、フラッシュタンク２１の底部に溜まり、蒸気２６は、フラッシュタンク２１の上部へ溜まる。液体冷媒２４は、膨張装置１４へ通流し、該膨張装置１４において、液体冷媒は、上述したように膨張する。
【００２３】
エコノマイザ動作として知られているプロセスでは、低圧圧縮段１７を出た冷媒を冷却し、これにより、システムの冷却容量を増加させるように、蒸気２６が、エコノマイザ蒸気ライン２２に沿ってコンプレッサ１２の中間段点２７へと通流する。上記のフラッシュタンクエコノマイザの動作は、本発明の出願人に譲渡され、本願の参照となる特許文献１において、より詳細に説明されている。
【００２４】
上記のフラッシュタンクエコノマイザを使用することについては、様々な問題が生じる。第１に、コンプレッサの中間段点２７の圧力がフラッシュタンク２１の圧力よりも高い場合には、冷媒は、コンプレッサ１２からフラッシュタンク２１へと通流することになり、これにより、システムの効率が実質的に低下する。第２に、フラッシュタンク２１の圧力が冷媒の臨界圧力（例えば、二酸化炭素の臨界圧力は、１０７０ｐｓｉつまり７．３８ＭＰａである）を超過している場合には、上述したようなフラッシュタンク２１内の液体と蒸気との分離は生じることはなく、エコノマイザは、適切に機能しなくなる。図示したように、エコノマイザライン２２上に流れ制御装置２８を配置することにより、上記の問題の双方に取り組むことができる。
【００２５】
流れ制御装置２８は、１つの形態では、電子制御型流れ制御装置、例えば、ソレノイド弁であり、フラッシュタンク２１およびコンプレッサ１２の検出条件に応答してコントローラ２９によって制御される。例えば、センサＳ1は、フラッシュタンク２１の動作条件を検出し、センサＳ2は、コンプレッサ１２の中間段点２７の動作条件を検出する。そして、検出条件によって、エコノマイザを動作させるように流れ制御装置２８を開くか、もしくはエコノマイザを動作させないように流れ制御装置２８を閉じる。
【００２６】
１つの実施例では、センサＳ1は、フラッシュタンク２１の圧力を検出し、ライン３１に沿ってコントローラ２９へ信号を送信する。そして、コントローラ２９は、この検出された圧力と使用される冷媒の臨界圧力とを比較し、検出圧力が臨界圧力よりも高いときに、流れ制御装置２８を閉じるように機能する。
【００２７】
他の実施例では、センサＳ1は、フラッシュタンク２１の冷媒温度を検出し、温度信号が、ライン３１に沿ってコントローラ２９へと送信される。コントローラ２９が、冷媒温度が特定の冷媒の臨界温度（例えば、二酸化炭素の臨界温度は、３１．１℃つまり８８°Ｆである）よりも低いと判断した場合には、対応した冷媒蒸気圧力（これは、フラッシュタンクの冷媒が二相状態であると仮定しており、この仮定は実際の目的のために適当な仮定である）から、フラッシュタンクの圧力を推定することができ、流れ制御装置２８は、上述したように、開位置または閉位置へと移動する。
【００２８】
他の実施例では、フラッシュタンク２１の動作条件（例えば、圧力）および／またはコンプレッサ１２の中間段点２７の動作条件（例えば、圧力）を、蒸気圧縮システムの他の動作条件から間接的に検出するか、または計算することができる。したがって、（例えば、センサによって検出される）直接的な測定値、または（例えば、構成要素の特性やセンサの示数（ｒｅａｄｉｎｇ））等の関連したパラメータによって計算される間接的な測定値により、フラッシュタンク２１の圧力を決定することができる。
【００２９】
また、上述した第２の問題を考慮して、コントローラは、エコノマイザ蒸気ライン２２の冷媒の逆流を防止するように使用される。つまり、センサＳ2は、コンプレッサの中間段点２７の圧力を検出し、ライン３２に沿ってコントローラ２９へ圧力信号を送信する。そして、コントローラ２９は、フラッシュタンク２１の圧力とコンプレッサの中間段点２７の圧力とを比較する。コンプレッサの中間段点２７の圧力がフラッシュタンク２１の圧力よりも高いと判断された場合には、流れ制御装置２８は、逆流を生じさせないか、もしくは実質的に低減するように、動作するかまたは閉じる。
【００３０】
例示として、コンプレッサの中間段の圧力を間接的に決定することについて説明する。図４には、種々のコンプレッサ吸込圧力に対するコンプレッサ吐出圧力の関数として、コンプレッサの中間段の圧力が示されている。図４に示したように、コンプレッサ１２の吸込圧力および吐出圧力により、コンプレッサの中間段の圧力を決定することができる。同じ情報を、以下の例示的な二次元ルックアップテーブルの形態として示すことができる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
吸込圧力、吐出圧力および中間段圧力が、コンプレッサの設計条件および動作条件について一定のものであることを理解されたい。所定の機械の動作条件が変化した場合、例えば、吸込側の過熱が変化した場合には、吸込圧力および吐出圧力の特定の組み合わせに対する中間段圧力の値が変化し得る。これは、例えば、異なるモータによって２つの段を駆動することにより、コンプレッサの設計によって２つの圧縮段の速度を互いに独立して制御し、各速度を調整することができる場合に、より顕著になる。この場合、グラフまたはルックアップテーブルに付加的な次元を加えることができる。例えば、付加的に変動する一定値の各々に対して付加的なグラフまたはテーブルを設けることにより、付加的な次元を達成することができる。
【００３３】
図２には、コントローラ２９によって実施されるプロセスが、フローチャートの形態で示されている。ブロック３３において、フラッシュタンクの圧力が決定され（例えば、検出または計算され）、ブロック３４において、この圧力が、関連した特定の冷媒の臨界圧力と比較される。フラッシュタンクの圧力が臨界圧力よりも低い場合には、コントローラ２９は、ブロック３６へと移行し、フラッシュタンクの圧力が臨界圧力以上である場合には、コントローラ２９は、ブロック３７へと移行する。
【００３４】
ブロック３６において、フラッシュタンクの圧力が、ブロック３５におけるコンプレッサの中間段の圧力と比較され、フラッシュタンクの圧力がコンプレッサの中間段の圧力よりも高い場合には、コントローラはブロック３８へと移行し、エコノマイザ蒸気ライン２２は開く。コンプレッサの中間段の圧力を直接的または間接的に再び決定することができる（ブロック３５）。フラッシュタンクの圧力がコンプレッサの中間段の圧力よりも高くない場合には、コントローラ２９はブロック３７へと移行する。ブロック３７において、ブロック３４またはブロック３６からの「いいえ」の信号を受けた場合には、ブロック３９において、エコノマイザ蒸気ライン２２は閉じる。
【００３５】
流れ制御装置２８を種々の形式とすることができることを理解されたい。例えば、上述の例示的な機能を実施するために、フラッシュタンクの絶対圧力と、フラッシュタンクの圧力とコンプレッサ中間段の圧力との間の圧力差との双方に応答して制御される電気制御型流れ制御装置として、流れ制御装置２８を構成することができる。代替的に、フラッシュタンクの絶対圧力のみに応答する電気制御型流れ制御装置や、フラッシュタンクの圧力とコンプレッサ中間段の圧力との間の圧力差に応答し、逆流を制御または防止する個別の流れ制御装置、例えば、逆止弁として、流れ制御装置２８を構成することができる。また、フラッシュタンク圧力と、フラッシュタンクの圧力とコンプレッサ中間段の圧力との間の圧力差の双方に応答して制御される、電気制御と一方向制御とを組み合わせた流れ制御装置（つまり、ソレノイド弁と逆止弁とを組み合わせた弁）として、流れ制御装置２８を構成することもできる。
【００３６】
図３には、フラッシュタンク圧力が機能的に制御される、本発明の他の実施例が示されている。即ち、フラッシュタンク圧力が超臨界状態にある期間の間、例えば、システムが高い周囲温度で起動するときに、フラッシュタンクから（蒸気および／または液体の形態とされ得る）冷媒質量の一部をドレインすることによって、フラッシュタンク圧力を亜臨界状態へと低下させることができる。これは、ライン４２および流れ制御装置４３を用いて、エコノマイザ蒸気ライン２２と低圧圧縮段１７の入口４１とを選択的に連通させることによって達成される。したがって、超臨界状態のフラッシュタンク２１の圧力を低下させることが望ましいときには、流れ制御装置２８および流れ制御装置４３が、フラッシュタンク２１からの冷媒の一部を入口４１へとドレインするように開かれる。このドレインモードでは、流れ制御装置４４は、超臨界の冷媒がコンプレッサの中間段点２７へと流入しないように閉じられる。フラッシュタンク２１の圧力が亜臨界状態へと低下した後には、上述の動作のために、流れ制御装置４３を閉じ、流れ制御装置４４を開くことができる。
【００３７】
上記のドレイン手順によって液体冷媒の一部をコンプレッサの入口へ流入させることができることを理解されたい。これは、一般に望ましいことではないが、コンプレッサに著しい損傷を与えることなく、短い期間の間、実施され得る。
【００３８】
数個の特定の実施例について本発明を説明してきたが、本発明の明細書によって支持することができる特許請求の範囲についてのみ、本発明の真意および範囲を決定すべきであることを理解するであろう。さらに、本明細書の多くの場合において、システム、装置および方法が、一定の数の構成要素を備えるものとして説明されているが、上述した一定の数の構成要素よりも少なくして上記のシステム、装置および方法を実施することができる。また、数個の特定の実施例を説明したが、特定の実施例の各々について説明した特徴が、残余の特定の実施例についても用いることができることを理解できるであろう。例えば、図１または図２の特徴を、図３の実施例に適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムであって、
冷媒が直列に流れる関係でもって、前記放熱用熱交換器と前記膨張装置との間に配置されたフラッシュタンクエコノマイザを備え、
前記フラッシュタンクエコノマイザは、
フラッシュタンクと、
前記放熱用熱交換器と前記フラッシュタンクとの間に配置された第１の流れ制御装置と、
前記フラッシュタンクと前記コンプレッサの中間段とを連通させるエコノマイザ蒸気ラインと、
前記エコノマイザ蒸気ラインに配置された第２の流れ制御装置と、
前記フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるときに、前記エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように、前記第２の流れ制御装置を制御するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする蒸気圧縮システム。
【請求項２】
前記フラッシュタンクの圧力を示す条件を検出するためのセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項３】
前記センサは、圧力センサまたは温度センサであることを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項４】
前記フラッシュタンクの圧力は、周囲温度、供給空気温度および戻り空気温度を用いて間接的に決定または計算されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記コンプレッサの中間段の圧力を決定し、該コンプレッサの中間段の圧力と前記フラッシュタンクの圧力とを比較することを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いと判断されたときに、流れが前記エコノマイザ蒸気ラインに生じないように、前記第２の流れ制御装置を動作させることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項７】
前記コンプレッサの中間段の圧力を検出するための第２のセンサを備えることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項８】
前記コンプレッサの中間段の圧力を間接的に測定することを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項９】
前記第２の流れ制御装置は、電気制御型流れ制御装置を備え、該電気制御型流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの絶対圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるとき、または前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに閉じられることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１０】
前記第２の流れ制御装置は、電気制御型流れ制御装置および一方向流れ制御装置の双方を備え、前記電気制御型流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの絶対圧力のみに応答して制御され、前記一方向流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの圧力と前記コンプレッサの中間段の圧力との間の圧力差によって制御されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１１】
第３の流れ制御装置を備え、該第３の流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの圧力が前記冷媒の臨界圧力以上である期間の間に、前記第２の流れ制御装置および前記第３の流れ制御装置を開いて前記フラッシュタンクから冷媒をドレインし、前記フラッシュタンクの圧力を亜臨界状態へと低下させることができるように、前記エコノマイザ蒸気ラインと前記コンプレッサの入口とを連通させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１２】
第４の流れ制御装置を備え、該第４の流れ制御装置は、前記冷媒のドレインプロセスの間に、前記冷媒を前記コンプレッサの中間段へ流入させないように閉じることができるように、前記エコノマイザ蒸気ラインにおいて、前記コンプレッサの中間段と、前記第３の流れ制御装置が前記エコノマイザ蒸気ラインと連通している点との間の箇所に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１３】
冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法であって、
エコノマイザ蒸気ラインを用いて、前記フラッシュタンクと前記コンプレッサの中間段とを連通させるステップと、
前記エコノマイザ蒸気ラインに第２の流れ制御装置を設けるステップと、
前記フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、
前記フラッシュタンクの圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるときに、前記エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように前記第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記決定するステップは、前記フラッシュタンクの圧力を計算することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記決定するステップは、前記フラッシュタンクの冷媒温度を検出すること、または前記フラッシュタンクの圧力を検出することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記コンプレッサの中間段の圧力を決定し、該コンプレッサの中間段の圧力と前記フラッシュタンクの圧力とを比較するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記コンプレッサの中間段の圧力を検出すること、または前記コンプレッサの中間段の圧力を間接的に測定することを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに決定し、前記エコノマイザ蒸気ラインの流れを応答によって制御することを含み、前記コンプレッサの中間段の圧力は、前記コンプレッサの吸込圧力および吐出圧力によって決定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記フラッシュタンクの絶対圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるとき、または前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに、前記第２の流れ制御装置を閉じることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有した蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法であって、
エコノマイザ蒸気ラインを用いて、前記フラッシュタンクと前記コンプレッサの中間段とを連通させるステップと、
前記エコノマイザ蒸気ラインに第２の流れ制御装置を設けるステップと、
前記フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、
前記フラッシュタンクの圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるとき、または前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに、前記エコノマイザ蒸気ラインの前記第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、
を含む方法。
【請求項１】
冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムであって、
冷媒が直列に流れる関係でもって、前記放熱用熱交換器と前記膨張装置との間に配置されたフラッシュタンクエコノマイザを備え、
前記フラッシュタンクエコノマイザは、
フラッシュタンクと、
前記放熱用熱交換器と前記フラッシュタンクとの間に配置された第１の流れ制御装置と、
前記フラッシュタンクと前記コンプレッサの中間段とを連通させるエコノマイザ蒸気ラインと、
前記エコノマイザ蒸気ラインに配置された第２の流れ制御装置と、
前記フラッシュタンクの圧力が冷媒の臨界圧力以上であるときに、前記エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように、前記第２の流れ制御装置を制御するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする蒸気圧縮システム。
【請求項２】
前記フラッシュタンクの圧力を示す条件を検出するためのセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項３】
前記センサは、圧力センサまたは温度センサであることを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項４】
前記フラッシュタンクの圧力は、周囲温度、供給空気温度および戻り空気温度を用いて間接的に決定または計算されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記コンプレッサの中間段の圧力を決定し、該コンプレッサの中間段の圧力と前記フラッシュタンクの圧力とを比較することを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いと判断されたときに、流れが前記エコノマイザ蒸気ラインに生じないように、前記第２の流れ制御装置を動作させることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項７】
前記コンプレッサの中間段の圧力を検出するための第２のセンサを備えることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項８】
前記コンプレッサの中間段の圧力を間接的に測定することを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項９】
前記第２の流れ制御装置は、電気制御型流れ制御装置を備え、該電気制御型流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの絶対圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるとき、または前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに閉じられることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１０】
前記第２の流れ制御装置は、電気制御型流れ制御装置および一方向流れ制御装置の双方を備え、前記電気制御型流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの絶対圧力のみに応答して制御され、前記一方向流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの圧力と前記コンプレッサの中間段の圧力との間の圧力差によって制御されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１１】
第３の流れ制御装置を備え、該第３の流れ制御装置は、前記フラッシュタンクの圧力が前記冷媒の臨界圧力以上である期間の間に、前記第２の流れ制御装置および前記第３の流れ制御装置を開いて前記フラッシュタンクから冷媒をドレインし、前記フラッシュタンクの圧力を亜臨界状態へと低下させることができるように、前記エコノマイザ蒸気ラインと前記コンプレッサの入口とを連通させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１２】
第４の流れ制御装置を備え、該第４の流れ制御装置は、前記冷媒のドレインプロセスの間に、前記冷媒を前記コンプレッサの中間段へ流入させないように閉じることができるように、前記エコノマイザ蒸気ラインにおいて、前記コンプレッサの中間段と、前記第３の流れ制御装置が前記エコノマイザ蒸気ラインと連通している点との間の箇所に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の蒸気圧縮システム。
【請求項１３】
冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有してなる蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法であって、
エコノマイザ蒸気ラインを用いて、前記フラッシュタンクと前記コンプレッサの中間段とを連通させるステップと、
前記エコノマイザ蒸気ラインに第２の流れ制御装置を設けるステップと、
前記フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、
前記フラッシュタンクの圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるときに、前記エコノマイザ蒸気ラインの流れを阻止するように前記第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記決定するステップは、前記フラッシュタンクの圧力を計算することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記決定するステップは、前記フラッシュタンクの冷媒温度を検出すること、または前記フラッシュタンクの圧力を検出することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記コンプレッサの中間段の圧力を決定し、該コンプレッサの中間段の圧力と前記フラッシュタンクの圧力とを比較するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記コンプレッサの中間段の圧力を検出すること、または前記コンプレッサの中間段の圧力を間接的に測定することを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに決定し、前記エコノマイザ蒸気ラインの流れを応答によって制御することを含み、前記コンプレッサの中間段の圧力は、前記コンプレッサの吸込圧力および吐出圧力によって決定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記フラッシュタンクの絶対圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるとき、または前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに、前記第２の流れ制御装置を閉じることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
冷媒が直列に流れる関係でもって、コンプレッサ、放熱用熱交換器、第１の膨張装置、フラッシュタンク、流れ制御装置、第２の膨張装置およびエバポレータを有した蒸気圧縮システムにおいて、冷媒流を制御するための方法であって、
エコノマイザ蒸気ラインを用いて、前記フラッシュタンクと前記コンプレッサの中間段とを連通させるステップと、
前記エコノマイザ蒸気ラインに第２の流れ制御装置を設けるステップと、
前記フラッシュタンクの圧力を決定するステップと、
前記フラッシュタンクの圧力が前記冷媒の臨界圧力以上であるとき、または前記コンプレッサの中間段の圧力が前記フラッシュタンクの圧力よりも高いときに、前記エコノマイザ蒸気ラインの前記第２の流れ制御装置を応答によって閉じるステップと、
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５０４２２０（Ｐ２０１２−５０４２２０Ａ）
【公表日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２９０６０（Ｐ２０１１−５２９０６０）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５５３５８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３６４８０
【国際公開日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（５９１００３４９３）キャリア コーポレイション (161)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＲＩＥＲ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【公表日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５５３５８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３６４８０
【国際公開日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（５９１００３４９３）キャリア コーポレイション (161)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＲＩＥＲ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
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