JP2002195670A - 超臨界蒸気圧縮システムおよび超臨界蒸気圧縮システムを循環する冷媒の高圧成分の圧力を調整する吸入ライン熱交換器 - Google Patents
超臨界蒸気圧縮システムおよび超臨界蒸気圧縮システムを循環する冷媒の高圧成分の圧力を調整する吸入ライン熱交換器Info
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Abstract
調整する。 【解決手段】 圧縮機12、気体冷却器14、膨張装置
16、および蒸発器18から構成された蒸気圧縮システ
ム10において、冷媒を、システム10から除去するか
もしくはシステムへと移送するとともに吸入ライン熱交
換器20の貯留タンク22に貯留することによって、シ
ステム10の高圧成分の圧力を調整する。吸入ライン熱
交換器20において、気体冷却器14からの高温高圧冷
媒と、蒸発器18からの低温低圧冷媒と、の間で熱が交
換される。気体冷却器14の圧力が高すぎる場合は、第
1バルブにより気体冷却器から排出された過剰な冷媒が
貯留タンク22へと流され、気体冷却器14の圧力が低
すぎる場合は、第2バルブにより冷媒が貯留タンク22
から蒸気圧縮システム10へと戻される。
Description
圧縮システムの高圧成分を調整する手段に関する。
生させる可能性があることから、世の中の大部分の分野
から徐々に除外されている。ハイドロフルオロカーボン
(HFC)が代わりの冷媒として利用されてきている
が、このような冷媒によっても、地球温暖化の問題が生
じる可能性は高い。従って、二酸化炭素やプロパンとい
った「天然」冷媒を代わりの冷媒として利用すること
が、提案されている。しかし、残念ながら、このような
冷媒の多くは、利用の際に問題が生じる。二酸化炭素の
臨界点は低いため、二酸化炭素を利用した空調システム
の大部分は、殆どの状態で超臨界領域で運転される。
臨界領域で運転する場合、蒸気圧縮システムの高圧成分
の圧力を調整することが効果的である。蒸気圧縮システ
ムの高圧成分の圧力を調整することによって、蒸気圧縮
システムの容量および/または効率を制御して、最適化
することができる。蒸気圧縮システムの高圧成分(気体
冷却器の圧力)を増大させることによって、蒸発器の吸
入口における冷媒の比エンタルピが減少し、容量が増大
する。しかし、圧縮機の仕事量を増大させることが必要
となるためにより多くのエネルギを要する。蒸気圧縮シ
ステムの高圧成分の最適圧力(運転状態の変化とともに
変化する)を見つけることが望ましい。蒸気圧縮システ
ム10の高圧成分を調整することによって、高圧成分の
圧力を最適化することができる。
分を調整する手段が、当該技術分野で必要とされてい
る。
縮システムの高圧成分を調整する手段に関する。
交換器、膨張装置、および熱吸収型熱交換器から構成さ
れている。吸入ライン熱交換器(SLXH)は、蒸気圧
縮システムの効率および/または容量を増大させるとと
もに圧縮機への液状冷媒の流入を防ぐために用いられる
ものである。本発明の好適な実施例では、二酸化炭素が
冷媒として用いられる。本発明では、このようなタイプ
の熱交換器が、高圧成分の圧力を調整するために利用さ
れる。
かもしくはシステムへと移送するとともに、冷媒を吸入
ライン熱交換器の貯留タンクに貯留することによって、
蒸気圧縮サイクルの高圧成分(気体冷却器内部の圧力)
を調整する。吸入ライン熱交換器の内部で、気体冷却器
(熱放出型熱交換器)から放出された高温高圧冷媒と、
蒸発器(熱吸収型熱交換器)から放出された低温低圧冷
媒と、の間で熱が交換される。このような熱交換器は、
本発明により冷媒を貯留するための容積を有する。
交換器内部のバルブを調整することにより制御される。
気体冷却器の圧力が高すぎる場合、第1バルブによっ
て、気体冷却器から排出された過剰な冷媒が貯留タンク
へと流される。気体冷却器の圧力が低すぎる場合は、第
2バルブが開かれ、これによって、冷媒が貯留タンクか
ら蒸気圧縮システムへと戻される。バルブの動作を制御
することによって、蒸気圧縮システムの高圧成分を調整
し、これによって、効率および/または容量を最適化す
ることができる。
ムの高圧成分を調整するための方法およびシステムを提
供するものである。
以下の詳細な説明および図面によって、より明確となる
だろう。
および発明の詳細な説明に記載されているが、他の形態
の実施例で実施することも可能である。従って、本発明
に開示された実施例は、例示的なものにすぎず、本発明
を制限するものではない。
0が示されている。一般的な蒸気圧縮システム10は、
圧縮機12、熱放出型熱交換器(蒸気圧縮サイクルにお
ける気体冷却器)14、膨張装置16、および熱吸収型
熱交換器(蒸発器)18からなる。
本発明の好適な実施例では、二酸化炭素を冷媒として用
いる。二酸化炭素が例として記載されるが、他の冷媒を
利用することも可能である。二酸化炭素の臨界点は低い
ため、二酸化炭素を冷媒として用いる蒸気圧縮システム
10は、超臨界領域(transcritical)で運転する必要
がある。
する場合には、蒸気圧縮システム10の高圧成分を調整
することが効果的である。蒸気圧縮システム10の高圧
成分の圧力を調整することによって、蒸気圧縮システム
10の容量および/または効率を制御して、最適化する
ことができる。気体冷却器14の圧力を増大させること
によって、蒸発器18に流入する冷媒のエンタルピが減
少して容量が増大するが、圧縮機16の仕事量を増大さ
せる必要があるため、より多くのエネルギが必要とな
る。蒸気圧縮システム10の高圧成分の圧力を調整する
ことによって、蒸気圧縮システム10の圧力を最適圧力
(運転状態の変化とともに変化する)にすることができ
る。
X)20を備えた蒸気圧縮システム10が示されてい
る。吸入ライン熱交換器20は、蒸気圧縮システム10
の効率および/または容量を増大させ、かつ圧縮機12
への液状冷媒の流入(これは、蒸気圧縮システム10に
悪影響を及ぼす可能性がある)を防ぐものである。
ム10に追加するかもしくは蒸気圧縮システム10から
除去するとともに、これを吸入ライン熱交換器20の貯
留タンク22に貯留することにより、蒸気圧縮システム
10の高圧成分の圧力を好適な圧力に調整する。膨張前
に気体冷却器14内部の高圧力を調整することによっ
て、蒸発器18の吸入口における冷媒のエンタルピが調
整され、蒸気圧縮システム10の容量が調節される。
システム10のサイクルにおいては、冷媒が、図3の点
Aにより示される高圧力高エンタルピー状態で圧縮機1
2から放出される。冷媒は、高圧力状態で気体冷却器1
4を流れて熱およびエンタルピを失い、点Bで示される
高圧力低エンタルピー状態で気体冷却器14から流出さ
れる。高温の冷媒は、膨張装置16に流入する前に吸入
ライン熱交換器20を通過する。冷媒は、気体冷却器1
4の吐出口と膨張装置16の吸入口とを連通させる第1
導管24に沿って貯留タンク20を通過する。冷媒は、
膨張装置16を通過し、これによって、その圧力が点C
に示されるように低下する。冷媒は、膨張した後で、蒸
発器18に流入し、点Dにより示される低圧力高エンタ
ルピー状態で蒸発器18から流出する。低温のガス状冷
媒は、続いて、貯留タンク22に再び流入し、蒸発器1
8の吐出口と圧縮機12の吸入口とを連通させる第2導
管26に沿って流れる。冷媒は、圧縮機12を通過した
後、再び高圧力高エンタルピー状態になり、サイクルが
完了する。
却器14から放出された高圧高温の冷媒と、蒸発器18
から放出された低圧低温の冷媒と、の間で熱が交換され
る。貯留タンク22内部の圧力は、蒸気圧縮システム1
0の高圧成分および低圧成分の中間である。
4内部の圧力は、吸入ライン熱交換器20内部の第1バ
ルブ28および第2バルブ30を調節することにより制
御される。第1バルブ28は、第1導管24に沿って貯
留タンク22内部に配置されており、第2バルブ30
は、第2導管26に沿って貯留タンク22内部に配置さ
れている。
部の圧力が検知され、第1バルブ28および第2バルブ
30が制御される。制御装置50として、蒸気圧縮サイ
クル10のメインコントローラを利用することが可能で
ある。制御装置50は、サイクル10の状態を評価し
て、気体冷却器14内部の好適な圧力を決定するものと
してプログラムされている。好適な圧力が決定される
と、第1バルブ28および第2バルブ30が制御される
ことにより圧力が調整される。好適な圧力を決定する上
で考慮すべき要素は、当業者であればわかるだろう。
りも高い場合は、蒸気圧縮システムを運転するのに過剰
なエネルギを要する。気体冷却器14内部の圧力が好適
な圧力よりも高いことが制御装置50により検出される
と、第1バルブ28が開かれ、これによって、気体冷却
器14から流出した冷媒が貯留タンク22に流入する。
これによって、気体冷却器14内部の圧力がAから
A’’に低下し(図3参照)、蒸気圧縮システムを運転
するのに必要なエネルギが減少する。冷媒は、続いて、
図3の点C’’により示される高エンタルピー状態で蒸
発器18に流入する。
圧力よりも低い場合は、蒸気圧縮システム10が最大容
量で運転されていない。気体冷却器14内部の圧力が好
適な圧力よりも低いことが制御装置50により検出され
ると、第2バルブ30が開かれる。これによって、冷媒
が貯留タンク22から蒸気圧縮システム10に戻り、容
量が増大する。気体冷却器14の圧力は、AからA’に
増大し、冷媒は、図3の点C’により示される低エンタ
ルピー状態で蒸発器18に再び流入する。蒸気圧縮シス
テム10の高圧成分の圧力を好適な圧力に調整すること
により、エンタルピを制御して容量を最適化することが
できる。
ロセッサ主体の制御装置もしくは他の周知の制御装置
(例えば、冷凍サイクルの分野で周知の制御装置)であ
る。第1バルブ28および第2バルブ30は、制御装置
により能動的に作動させることが可能であるが、例えば
圧力調整弁を第1バルブ28および第2バルブ30とし
て用いることにより受動的に作動させることも可能であ
る。第1バルブ28および第2バルブ30の動作を制御
することにより、気体冷却器14内部の高圧力が最適化
および制御され、これによって、蒸気圧縮システム10
の冷却容量が増大する。
さが大きく直径が小さいものとする。貯留タンク22の
壁厚は直径と相関があるため、貯留タンク22の直径3
6を小さくして重量を抑えることが必要である。
型の吸入ライン熱交換器20内部に貯留することによっ
て、幾つかの利点が得られる。気体冷却器14から放出
された冷媒および蒸発器18から放出された冷媒が、1
つの貯留タンク22内部に導かれるため、部材の数が少
なくなり、これによって、製造コストを抑え、かつ信頼
性を向上させることができる。
システム10の高圧成分の圧力を制御する手段を構成す
る吸入ライン熱交換器20が得られる。
のである。以上の教示に照らして、多くの変更を本発明
に加えることも可能である。本発明の好適な実施例が開
示されたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱す
ることなくある変更を加えることが可能なことは、理解
できるだろう。従って、請求項の範囲内で、本発明を記
載された形態以外の形態で実行することも可能である。
このような理由により、請求項は、本発明の真の範囲お
よび主旨を決定するものである。
ステムの概略図。
図
ン熱交換器の貯留タンクの概略図。
Claims (10)
- 【請求項1】 超臨界蒸気圧縮システムを循環する冷媒
の高圧成分の圧力を調整する吸入ライン熱交換器であっ
て、 前記冷媒を貯留するための貯留タンクと、 前記貯留タンク内部に延びているとともに熱放出型熱交
換器と膨脹装置とを連通させており、かつ前記冷媒が高
圧力の状態で流れる第1導管と、 前記貯留タンク内部に延びているとともに熱吸収型熱交
換器と圧縮装置とを連通させており、かつ前記冷媒が低
圧力の状態で流れる第2導管と、 前記貯留タンクに流入する前記冷媒の流量を調整するた
めに前記第1導管上に配置され、かつ前記高圧力を監視
する制御装置により作動される第1バルブと、 前記貯留タンクから流出する前記冷媒の流量を調整する
ために前記第2導管上に配置され、かつ前記高圧力を監
視する制御装置により作動される第2バルブと、を備え
ていることを特徴とする吸入ライン熱交換器。 - 【請求項2】 前記第1バルブが作動されて前記蒸気圧
縮システムから前記貯留タンクへと流れる前記冷媒の流
量が調節されることにより、前記高圧力が低下すること
を特徴とする請求項1記載の吸入ライン熱交換器。 - 【請求項3】 前記第2バルブが作動されて前記貯留タ
ンクから前記蒸気圧縮システムへと流れる前記冷媒の流
量が調節されることにより、前記高圧力が上昇すること
を特徴とする請求項1記載の吸入ライン熱交換器。 - 【請求項4】 前記熱放出型熱交換器からのフィードバ
ック機構を備えた能動型制御装置によって、前記熱放出
型熱交換器における好適な圧力が決定され、前記の好適
な圧力が得られるように前記第1バルブおよび前記第2
バルブが制御されることを特徴とする請求項1記載の吸
入ライン熱交換器。 - 【請求項5】 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴
とする請求項1〜4のいずれかに記載の吸入ライン熱交
換器。 - 【請求項6】 超臨界蒸気圧縮システムであって、 冷媒を圧縮して高圧力の状態にする圧縮装置と、 前記冷媒を冷却するための熱放出型熱交換器と、 前記冷媒の圧力を低下させて低圧力の状態にする膨脹装
置と、 前記冷媒を蒸発させる熱吸収型熱交換器と、 前記冷媒の前記高圧力を調整する吸入ライン熱交換器
と、を備えており、前記吸入ライン熱交換器は、前記冷
媒を貯留する貯留タンクと、前記熱放出型熱交換器と前
記膨脹装置とを連通させる第1導管と、前記熱吸収型熱
交換器と前記圧縮装置とを連通させる第2導管と、前記
貯留タンクに流入する前記冷媒の流量を調節するために
前記第1導管に配置された第1バルブと、前記貯留タン
クから流出する前記冷媒の流量を調節するために前記第
2導管に配置された第2バルブと、を備えていることを
特徴とする超臨界蒸気圧縮システム。 - 【請求項7】 前記第1バルブが作動されて前記蒸気圧
縮システムから前記貯留タンクへと流れる前記冷媒の流
量が調節されることにより、前記高圧力が低下すること
を特徴とする請求項6記載の超臨界蒸気圧縮システム。 - 【請求項8】 前記第2バルブが作動されて前記貯留タ
ンクから前記蒸気圧縮システムへと流れる前記冷媒の流
量が調節されることにより、前記高圧力が上昇すること
を特徴とする請求項6記載の超臨界蒸気圧縮システム。 - 【請求項9】 前記熱放出型熱交換器からのフィードバ
ック機構を備えた能動型制御装置によって、前記熱放出
型熱交換器における好適な圧力が決定され、前記の好適
な圧力が得られるように前記第1バルブおよび前記第2
バルブが制御されることを特徴とする請求項6記載の超
臨界蒸気圧縮システム。 - 【請求項10】 前記冷媒が二酸化炭素であることを特
徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の超臨界蒸気圧
縮システム。
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