プルダウン時における容量の増加
遷臨界冷凍システムが、主コンプレッサと、プルダウン条件のときにのみ、主コンプレッサと同時に動作するように構成された昇圧コンプレッサとを備えている。単一の二段コンプレッサが弁を有しており、該弁は、通常の動作時には直列に動作する２つの段を提供し、プルダウン条件では、並列に動作するように制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、輸送冷凍システムに関し、特に、プルダウン動作条件においてコンプレッサの容量を増加させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、冷媒として二酸化炭素を用いた遷臨界冷凍システムでは、使用する流体の熱力学特性のために、蒸発温度が高いときには、容量が、亜臨界において用いられるより一般的な冷媒と比べて制限される。プルダウン、即ち、高温の蒸発温度においてシステムを起動し、冷却すべき領域から熱を引き出すプロセスは、臨界の状態であり、大容量を必要とし、適当な時間に完了する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の１つの特徴によると、プルダウンモードにおける遷臨界冷凍システムの動作期間では、２次コンプレッサが、システムの容量を一時的に増加させるように１次コンプレッサと同時に動作する。
【０００４】
本発明の他の特徴によると、二段コンプレッサ構成が、複数の弁を備えており、該弁は、２つの段が直列ではなく並列に動作してシステムの容量を増加させるように動作する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の遷臨界冷凍システムを概略的に示した図である。
【図２】本発明の遷臨界冷凍システムの１つの実施例を概略的に示した図である。
【図３】本発明の遷臨界冷凍システムの他の実施例を概略的に示した図である。
【図４】本発明の遷臨界冷凍システムの別の実施例を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１には、二酸化炭素冷媒蒸気圧縮システムが示されており、該二酸化炭素冷媒蒸気圧縮システムは、当該圧縮装置と関連して動作するモータ１２によって駆動される１次圧縮装置１１と、冷媒放熱用熱交換器１３と、本明細書ではエバポレータとも呼ばれる冷媒吸熱用熱交換器１４とを備えており、これらの構成要素全ては、閉ループ冷媒回路において冷媒が直列に流れる構成で、種々の冷媒ライン１６，１７，１８によって接続されている。さらに、冷媒蒸気圧縮システム１０は、冷媒回路の冷媒ライン１７において冷媒の流れとして冷媒放熱用熱交換器１３の下流側でかつエバポレータ１４の上流側に配置されたフィルタ乾燥器１９およびフラッシュタンクレシーバ２１と、冷媒ライン１７において冷媒の流れとしてフラッシュタンクレシーバ２１の下流側でかつエバポレータ１４の上流側に配置され、エバポレータ１４と関連して動作するエバポレータ用膨張装置２２とを備えている。
【０００７】
１次圧縮装置１１は、二酸化炭素冷媒を圧縮し、冷媒回路を通してこの圧縮冷媒を循環させるように機能する。１次圧縮装置１１は、単一のコンプレッサまたは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や往復動型コンプレッサとすることができる。多段コンプレッサの場合には、圧縮段の双方が、コンプレッサ１１の圧縮機構と関連して動作する単一のモータ１２によって駆動され得る。
【０００８】
二酸化炭素冷媒蒸気圧縮システムは、亜臨界サイクルにおいて動作するように設計されている。したがって、冷媒放熱用熱交換器１３は、冷媒凝縮熱交換器として動作するように設計されており、冷媒凝縮熱交換器を通して、圧縮装置１１から吐出された高温高圧の冷媒蒸気が冷却媒体と熱交換し、冷媒凝縮熱交換器を通過する冷媒が、冷媒蒸気から液体冷媒へと凝縮される。また、本明細書においてガスクーラまたはコンデンサと呼ばれることもある冷媒放熱用熱交換器１３は、フィン・チューブ型熱交換器、例えば、フィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルまたはフィン・フラットミニチャネルチューブ型熱交換器とすることができる。輸送冷凍システムの用途においては、一般の冷却媒体は周囲空気であり、この周囲空気は、冷媒と熱交換するように、冷媒放熱用熱交換器１３と関連して動作するファン３１によってコンデンサ１３を横切って通流する。
【０００９】
エバポレータ１４は、冷媒蒸発熱交換器として機能し、１つの形態では、該冷媒蒸発熱交換器は、一般のフィン・チューブ型熱交換器、例えば、フィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルまたはフィン・フラットミニチャネルチューブ型熱交換器とすることができる。膨張装置２２を通過して膨張した冷媒は、冷媒蒸発熱交換器を通して、加熱流体と熱交換し、これにより、冷媒は、気化し、一般に過熱状態となる。エバポレータ１４内の冷媒と熱交換する加熱流体は、エバポレータ１４と関連して動作するファン２４によってエバポレータ１４を横切って通流する空気とすることができる。この空気は、冷却され、一般に除湿もされ、そして、輸送冷凍システムと関連した貯蔵領域内に配置された生鮮食品貨物、例えば、冷蔵食品や冷凍食品を含むことができる温度制御環境へと供給される。
【００１０】
膨張装置２２は、通常は電子膨張弁であり、圧縮装置１１の吸込側に配置されたセンサ（図示せず）によって検出された冷媒吸込側の温度および圧力に応答して、冷媒ライン２６を通してエバポレータ１４へと向かう冷媒流を制御するように動作する。冷凍システムがより多くの質量流量を必要としているときに膨張装置２２を通して冷媒流を補充するように、バイパス弁２７が設けられている。通常の動作時には、１次圧縮装置１１は、システムの容量の要求を満たすのに十分である。
【００１１】
図２には、動作を表すための制御論理図が示されている。
【００１２】
ブロック３３として示される通常の動作時には、コントローラ２８によって、モータ１２が１次圧縮装置１１のみを駆動する。プルダウンモードにおいて動作することが望ましいときには、コントローラ２８は、ブロック３６において、１次圧縮装置１１と同時に、および１次圧縮装置１１に加えて、昇圧コンプレッサ３１を駆動するようにモータ２９を動作する。プルダウンモードでの動作が完了したときには、コントローラ２８は、通常動作のためのブロック３３へと移行する。
【００１３】
２つの個別のコンプレッサを備えた本発明の１つの実施例について説明したが、図３および図４には、本発明の他の実施例が示されており、単一の二段コンプレッサが、同時に動作する一対のコンプレッサとして機能するように動作する。
【００１４】
二段コンプレッサは、全体として符号３８によって示されており、第１の段３９および第２の段４１を備えている。弁４２が、第１の段３９と第２の段４１との間に配置されている。通常の動作時には、弁４２は開いており、二段コンプレッサ３８は、通常の二段コンプレッサとして動作する。また、弁４３，４４が、第１の段３９および第２の段４１の各々と並列に配置されるように設けられている。例えば、プルダウン動作条件において、大容量が必要とされる動作要求がある場合には、弁４２は閉じており、弁４３，４４は開いている。図４に示したように、２つの段３９，４１を並列に配置すると、システムの容量を一時的に増加させる効果がある。
【００１５】
図１または図３の実施例において、上記の方法で動作するときには、より小型の主コンプレッサを通常の動作条件に使用することができ、これは電力消費全体の点で望ましい。
【００１６】
各段を並列に配置して動作すると、システムの質量流量が増加し、これにより、システムの容量が改善される。プルダウンが完了またはほぼ完了するとき、もしくは吸込圧力と吐出圧力との差が非常に大きく、吐出ガスの過熱が生じるときには、多段コンプレッサを通常のコンプレッサと交換することができる。
【００１７】
特に、図示した望ましい形態について本発明を説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって画定される本発明の真意および範囲を逸脱することなく、多くの変更が細部にわたってなされ得ることを理解するであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、輸送冷凍システムに関し、特に、プルダウン動作条件においてコンプレッサの容量を増加させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、冷媒として二酸化炭素を用いた遷臨界冷凍システムでは、使用する流体の熱力学特性のために、蒸発温度が高いときには、容量が、亜臨界において用いられるより一般的な冷媒と比べて制限される。プルダウン、即ち、高温の蒸発温度においてシステムを起動し、冷却すべき領域から熱を引き出すプロセスは、臨界の状態であり、大容量を必要とし、適当な時間に完了する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の１つの特徴によると、プルダウンモードにおける遷臨界冷凍システムの動作期間では、２次コンプレッサが、システムの容量を一時的に増加させるように１次コンプレッサと同時に動作する。
【０００４】
本発明の他の特徴によると、二段コンプレッサ構成が、複数の弁を備えており、該弁は、２つの段が直列ではなく並列に動作してシステムの容量を増加させるように動作する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の遷臨界冷凍システムを概略的に示した図である。
【図２】本発明の遷臨界冷凍システムの１つの実施例を概略的に示した図である。
【図３】本発明の遷臨界冷凍システムの他の実施例を概略的に示した図である。
【図４】本発明の遷臨界冷凍システムの別の実施例を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１には、二酸化炭素冷媒蒸気圧縮システムが示されており、該二酸化炭素冷媒蒸気圧縮システムは、当該圧縮装置と関連して動作するモータ１２によって駆動される１次圧縮装置１１と、冷媒放熱用熱交換器１３と、本明細書ではエバポレータとも呼ばれる冷媒吸熱用熱交換器１４とを備えており、これらの構成要素全ては、閉ループ冷媒回路において冷媒が直列に流れる構成で、種々の冷媒ライン１６，１７，１８によって接続されている。さらに、冷媒蒸気圧縮システム１０は、冷媒回路の冷媒ライン１７において冷媒の流れとして冷媒放熱用熱交換器１３の下流側でかつエバポレータ１４の上流側に配置されたフィルタ乾燥器１９およびフラッシュタンクレシーバ２１と、冷媒ライン１７において冷媒の流れとしてフラッシュタンクレシーバ２１の下流側でかつエバポレータ１４の上流側に配置され、エバポレータ１４と関連して動作するエバポレータ用膨張装置２２とを備えている。
【０００７】
１次圧縮装置１１は、二酸化炭素冷媒を圧縮し、冷媒回路を通してこの圧縮冷媒を循環させるように機能する。１次圧縮装置１１は、単一のコンプレッサまたは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や往復動型コンプレッサとすることができる。多段コンプレッサの場合には、圧縮段の双方が、コンプレッサ１１の圧縮機構と関連して動作する単一のモータ１２によって駆動され得る。
【０００８】
二酸化炭素冷媒蒸気圧縮システムは、亜臨界サイクルにおいて動作するように設計されている。したがって、冷媒放熱用熱交換器１３は、冷媒凝縮熱交換器として動作するように設計されており、冷媒凝縮熱交換器を通して、圧縮装置１１から吐出された高温高圧の冷媒蒸気が冷却媒体と熱交換し、冷媒凝縮熱交換器を通過する冷媒が、冷媒蒸気から液体冷媒へと凝縮される。また、本明細書においてガスクーラまたはコンデンサと呼ばれることもある冷媒放熱用熱交換器１３は、フィン・チューブ型熱交換器、例えば、フィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルまたはフィン・フラットミニチャネルチューブ型熱交換器とすることができる。輸送冷凍システムの用途においては、一般の冷却媒体は周囲空気であり、この周囲空気は、冷媒と熱交換するように、冷媒放熱用熱交換器１３と関連して動作するファン３１によってコンデンサ１３を横切って通流する。
【０００９】
エバポレータ１４は、冷媒蒸発熱交換器として機能し、１つの形態では、該冷媒蒸発熱交換器は、一般のフィン・チューブ型熱交換器、例えば、フィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルまたはフィン・フラットミニチャネルチューブ型熱交換器とすることができる。膨張装置２２を通過して膨張した冷媒は、冷媒蒸発熱交換器を通して、加熱流体と熱交換し、これにより、冷媒は、気化し、一般に過熱状態となる。エバポレータ１４内の冷媒と熱交換する加熱流体は、エバポレータ１４と関連して動作するファン２４によってエバポレータ１４を横切って通流する空気とすることができる。この空気は、冷却され、一般に除湿もされ、そして、輸送冷凍システムと関連した貯蔵領域内に配置された生鮮食品貨物、例えば、冷蔵食品や冷凍食品を含むことができる温度制御環境へと供給される。
【００１０】
膨張装置２２は、通常は電子膨張弁であり、圧縮装置１１の吸込側に配置されたセンサ（図示せず）によって検出された冷媒吸込側の温度および圧力に応答して、冷媒ライン２６を通してエバポレータ１４へと向かう冷媒流を制御するように動作する。冷凍システムがより多くの質量流量を必要としているときに膨張装置２２を通して冷媒流を補充するように、バイパス弁２７が設けられている。通常の動作時には、１次圧縮装置１１は、システムの容量の要求を満たすのに十分である。
【００１１】
図２には、動作を表すための制御論理図が示されている。
【００１２】
ブロック３３として示される通常の動作時には、コントローラ２８によって、モータ１２が１次圧縮装置１１のみを駆動する。プルダウンモードにおいて動作することが望ましいときには、コントローラ２８は、ブロック３６において、１次圧縮装置１１と同時に、および１次圧縮装置１１に加えて、昇圧コンプレッサ３１を駆動するようにモータ２９を動作する。プルダウンモードでの動作が完了したときには、コントローラ２８は、通常動作のためのブロック３３へと移行する。
【００１３】
２つの個別のコンプレッサを備えた本発明の１つの実施例について説明したが、図３および図４には、本発明の他の実施例が示されており、単一の二段コンプレッサが、同時に動作する一対のコンプレッサとして機能するように動作する。
【００１４】
二段コンプレッサは、全体として符号３８によって示されており、第１の段３９および第２の段４１を備えている。弁４２が、第１の段３９と第２の段４１との間に配置されている。通常の動作時には、弁４２は開いており、二段コンプレッサ３８は、通常の二段コンプレッサとして動作する。また、弁４３，４４が、第１の段３９および第２の段４１の各々と並列に配置されるように設けられている。例えば、プルダウン動作条件において、大容量が必要とされる動作要求がある場合には、弁４２は閉じており、弁４３，４４は開いている。図４に示したように、２つの段３９，４１を並列に配置すると、システムの容量を一時的に増加させる効果がある。
【００１５】
図１または図３の実施例において、上記の方法で動作するときには、より小型の主コンプレッサを通常の動作条件に使用することができ、これは電力消費全体の点で望ましい。
【００１６】
各段を並列に配置して動作すると、システムの質量流量が増加し、これにより、システムの容量が改善される。プルダウンが完了またはほぼ完了するとき、もしくは吸込圧力と吐出圧力との差が非常に大きく、吐出ガスの過熱が生じるときには、多段コンプレッサを通常のコンプレッサと交換することができる。
【００１７】
特に、図示した望ましい形態について本発明を説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって画定される本発明の真意および範囲を逸脱することなく、多くの変更が細部にわたってなされ得ることを理解するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒として二酸化炭素を有する形式の輸送冷凍システムを動作する方法であって、
通常の動作時に、第１の圧縮ユニットのみの動作によって前記輸送冷凍システムの冷媒を圧縮するステップと、
プルダウン条件での動作時のみに、前記輸送冷凍システムの質量流量を増加させるとともに、前記輸送冷凍システムの容量全体を向上させるように、前記第１の圧縮ユニットと同時に第２の圧縮ユニットを動作するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の圧縮ユニットは、単段コンプレッサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の圧縮ユニットは、単段コンプレッサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の圧縮ユニットおよび前記第２の圧縮ユニットは、二段コンプレッサの第１の段および第２の段を備え、さらに、前記第１の段および前記第２の段を選択的に切り換えて直列の関係または並列の関係で動作するように弁が設けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記弁は、前記第１の段および前記第２の段との間の弁と、前記第１の段および前記第２の段の各々と並列に接続された弁とであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
通常の動作時には、前記第１の段と前記第２の段との間の弁は開き、前記第１の段および前記第２の段の各々と並列に接続された弁は閉じ、プルダウン動作時には、前記第１の段と前記第２の段との間の弁は閉じ、前記第１の段および前記第２の段の各々と並列に接続された弁は開いていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
冷媒が直列に流れる関係で接続された圧縮ユニット、コンデンサ、膨張装置およびエバポレータを有し、かつ冷媒として二酸化炭素を用いて動作するように適合された蒸気圧縮システムを備えた輸送冷凍システムであって、
前記圧縮ユニットは、二段コンプレッサであるとともに弁装置を備え、該弁装置は、通常の動作時には、冷媒が直列の関係で２つの段を通して通流し、より大きな容量が望ましい動作の期間には、当該輸送冷凍システムの容量を増加させるために、冷媒が並列の関係で前記２つの段を通して通流するように選択的に切り換えることができることを特徴とする輸送冷凍システム。
【請求項８】
前記弁装置は、前記２つの段の間に配置された第１の弁と、該２つの段の各々と並列に接続された第２の弁および第３の弁とを備え、通常の動作時には、前記第１の弁は開き、前記第２の弁および前記第３の弁は閉じ、大容量が望ましい期間には、前記第１の弁は閉じ、前記第２の弁および前記第３の弁は開いていることを特徴とする請求項７に記載の輸送冷凍システム。
【請求項１】
冷媒として二酸化炭素を有する形式の輸送冷凍システムを動作する方法であって、
通常の動作時に、第１の圧縮ユニットのみの動作によって前記輸送冷凍システムの冷媒を圧縮するステップと、
プルダウン条件での動作時のみに、前記輸送冷凍システムの質量流量を増加させるとともに、前記輸送冷凍システムの容量全体を向上させるように、前記第１の圧縮ユニットと同時に第２の圧縮ユニットを動作するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の圧縮ユニットは、単段コンプレッサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の圧縮ユニットは、単段コンプレッサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の圧縮ユニットおよび前記第２の圧縮ユニットは、二段コンプレッサの第１の段および第２の段を備え、さらに、前記第１の段および前記第２の段を選択的に切り換えて直列の関係または並列の関係で動作するように弁が設けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記弁は、前記第１の段および前記第２の段との間の弁と、前記第１の段および前記第２の段の各々と並列に接続された弁とであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
通常の動作時には、前記第１の段と前記第２の段との間の弁は開き、前記第１の段および前記第２の段の各々と並列に接続された弁は閉じ、プルダウン動作時には、前記第１の段と前記第２の段との間の弁は閉じ、前記第１の段および前記第２の段の各々と並列に接続された弁は開いていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
冷媒が直列に流れる関係で接続された圧縮ユニット、コンデンサ、膨張装置およびエバポレータを有し、かつ冷媒として二酸化炭素を用いて動作するように適合された蒸気圧縮システムを備えた輸送冷凍システムであって、
前記圧縮ユニットは、二段コンプレッサであるとともに弁装置を備え、該弁装置は、通常の動作時には、冷媒が直列の関係で２つの段を通して通流し、より大きな容量が望ましい動作の期間には、当該輸送冷凍システムの容量を増加させるために、冷媒が並列の関係で前記２つの段を通して通流するように選択的に切り換えることができることを特徴とする輸送冷凍システム。
【請求項８】
前記弁装置は、前記２つの段の間に配置された第１の弁と、該２つの段の各々と並列に接続された第２の弁および第３の弁とを備え、通常の動作時には、前記第１の弁は開き、前記第２の弁および前記第３の弁は閉じ、大容量が望ましい期間には、前記第１の弁は閉じ、前記第２の弁および前記第３の弁は開いていることを特徴とする請求項７に記載の輸送冷凍システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５０４２２１（Ｐ２０１２−５０４２２１Ａ）
【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２０１１−５２９１１３（Ｐ２０１１−５２９１１３）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５７０６８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３６５４０
【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９月１６日（２００９．９．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５７０６８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３６５４０
【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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