JP2008518194A - マルチレベル冷却用タンデム型圧縮機を用いた冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

圧縮された冷媒を共通の吐出マニホルドに送り、それから共通の凝縮器に送るタンデム型圧縮機サイクルが利用される。冷媒は、共通の凝縮器から複数の蒸発器を通るとともに、それぞれの蒸発器は調和すべき環境に対応している。蒸発器のそれぞれは複数の圧縮機のうちのいずれか１つに接続される。共通する凝縮器と、複数の蒸発器を利用することにより、多数の付加的な構成要素をともなう専用回路を有することなく、独立して複数の環境を調和する能力が得られる。そのため、システム全体のコストを大幅に低減することができる。実施態様においては、１つまたは複数の圧縮機は、複数の圧縮機を有する圧縮機群を設けることができる。

Description

本発明は、共通の凝縮器とともに、別々の蒸発器を備えるタンデム型圧縮機を利用する冷凍サイクルに関する。

冷凍サイクルは、温度と湿度を変化させ、あるいは他の環境条件を調和させる用途に利用される。標準的な冷媒システムにおいては、圧縮機によって圧縮された冷媒が、凝縮器としての室外熱交換器に送られる。凝縮器から、冷媒が膨張器を通過して蒸発器としての室内熱交換器に送られる。蒸発器では、空気から水分が除去され、蒸発器のコイルにわたって吹き付けられた空気の温度が低下する。蒸発器から、冷媒が圧縮機に戻る。当然のことながら、基本的な冷凍サイクルはさまざまな形態バリエーションおよび任意選択の特徴部と組み合わせて使用される。しかしながら、これらに対しては基本的な概念に関する簡単な理解しか得られていない。

より最新の冷凍サイクルでは、タンデム型圧縮機と呼ばれる装置によって空調システムの性能を制御することができる。タンデム型圧縮機は、通常、共通の吸込マニホルドおよび共通の吐出マニホルドを介して相互に接続される。共通の一つの蒸発器からは、冷媒が吸込マニホルドを介して戻されてタンデム型圧縮機のそれぞれに分配される。個々の圧縮機からは、冷媒が共通の吐出マニホルド内へ送り込まれ、次いで、共通の単一の凝縮器内へ送られる。また、タンデム型圧縮機は個別に制御されるため、一方または両方の圧縮機を同時に運転できるよう、互いに独立して始動および停止させることができる。運転中の圧縮機のいずれかを制御することにより、組み込んだシステム性能を制御することが可能となる。２つの圧縮機は、システム性能をより良く制御するために異なる寸法を有するように選択される場合が多い。また、タンデム型圧縮機は、停止の際に、アクティブな冷媒回路からいくつかの圧縮機を隔離するための遮断弁を有する場合がある。さらに、圧縮機の潤滑性を向上させるために、均圧化およびオイル等化ライン（ｏｉｌ ｅｑａｌｉｚａｔｉｏｎ ｌｉｎｅ）を採用する場合が多い。

タンデム型圧縮機の利点の一つは、専用回路でそれぞれの圧縮機を運転することを必要とせずに、システム性能をより良く制御できることである。このため、システム全体のコストを低減することができる。

しかしながら、ある種の用途においては、異なる温度レベルでの冷却が要求される場合がある。例えば、１つの圧縮機に接続された蒸発器の１つによって冷凍ケースを低温（冷凍）冷却することができ、また、他の圧縮機に接続された他の蒸発器によって中間温度（生鮮食品）冷却が可能となる。他の例では、コンピュータ室および通常の部屋は、必要に応じて、提案されるマルチ温度システムによって供給され得る異なる温度レベルで与えられる冷却負荷を必要とする場合もある。しかしながら、異なるレベルでの冷却はそれぞれが冷却レベルの異なる蒸発器を必要とするため、従来のタンデム型圧縮機形態の適用では機能しない場合がある。そのため、独立した非タンデム型圧縮機を、それぞれの冷却レベルに対する専用の回路中で使用しなければならない。さらには、それぞれの回路に、専用の圧縮機、専用の蒸発器、専用の凝縮器、および専用の凝縮器ファンを設けなければならない。この各々の温度レベルに対する専用の回路設計を有する構成は非常に高価なものとなる。

本発明は、マルチ温度レベルで冷媒システムを運転させるようにタンデム型圧縮機を使用することでこの問題を解決する。

本発明では、従来のタンデム型システムとは反対に、タンデム型圧縮機を相互に接続する吸込マニホルドが存在しない。いずれの圧縮機も共通の吐出マニホルドと単一の凝縮器に接続されるとともに、タンデム型圧縮機のそれぞれは、専用の蒸発器に接続される。したがって、このようなタンデム型圧縮機システムの形態により、各々の蒸発器に対応して、異なる温度レベルでの冷却が可能となる。それぞれの蒸発器を通って流れる冷媒の量は、圧縮機の吸込ポートに配置された流量制御器により、ならびに対応する膨張器の制御および蒸発器空気流などの他の制御手段により、調整することができる。

本発明に開示の実施態様では、異なる領域に対して個別の蒸発器を利用することにより、環境の様々なサブセクションを正確に制御することができるようになる。各々の蒸発器は、別々の圧縮機と連通しており、圧縮機が圧縮した冷媒を共通の吐出マニホルドを介して共通の凝縮器へ送る。この方法では、それぞれの冷却ゾーンにおいて別々に環境が制御され、しかも２つの独立した冷媒回路の構成要素（別の凝縮器と凝縮器ファンなど）の完全なセットを設ける必要性がない。

２つより多くのタンデム型圧縮機を相互に接続させる場合には、システムは追加の圧縮機に対応したさらなる温度レベルのそれぞれにおいて運転可能であることは理解すべきである。例えば、３つのタンデム型圧縮機を用いて、３つの圧縮機のそれぞれを専用の蒸発器に接続することにより、３つの温度レベルにおける操作を行うことが可能である。他の構成においては、３つの圧縮機のうち２つが、共通する吸込マニホルドと吐出マニホルドを備え、同じ蒸発器に接続され、３番目の圧縮機を別の蒸発器に接続させることができる。当然のことながら、このタンデム型の適用は、同様に、３つより多くの圧縮機へと拡張することができる。

本発明のこれらならびにその他の特徴は以下の説明および図面から最良に理解することができる。

図１では、従来技術のマルチレベル（この場合は二段階レベル）のシステム１０が、異なる温度レベルの環境のサブセクションを提供するために、２つの別々の回路を備えている。それぞれの基本的な回路１１は、専用の蒸発器１７、凝縮器１５、圧縮機１３、膨張器１６、蒸発器ファン１８、および対応する管を備える。周知のように、種々の手段によって各回路を所望の蒸発温度を維持するように制御して、環境をマルチレベルで冷却することができる。上述したように、そのような従来の取り組み方は面倒なだけでなく、システムを製造して運転するのに非常に高い費用が必要である。

図２に例示される冷凍サイクル２０は、概ねタンデム型圧縮機として作動する一対の圧縮機２２，２３を備える。圧縮機２２，２３のそれぞれに接続された吐出ラインの下流には任意選択の弁２６が配置されている。これらの弁は、圧縮機のうちの１つだけしか運転できない場合であっても、冷媒が圧縮機２２，２３のいずれかに逆流するのを防ぐように制御することができる。そのため、例えば圧縮機２２が運転可能で、圧縮機２３が停止されている場合、圧縮機２３に接続された弁２６が閉じて圧縮機２２から圧縮機２３へ冷媒流が戻るのを防ぐ。２つの圧縮機は共通の凝縮器２８に至る吐出マニホルド２９に通じている。

凝縮器２８から冷媒は下流へと流れ、２つの流れに分割され、それぞれの流れは膨張器３０を通過する。流れのうちの一方が、膨張器３０から、サブ環境Ｂを調整するために第１の蒸発器３２を通過する。蒸発器３２を通過する冷媒は、任意選択の吸込調整弁３４を通過して、圧縮機２２に戻される。第２の冷媒流はサブ環境Ａを調和する蒸発器３６を通過する。この冷媒はまた、任意選択の吸込調整弁３４を通過して、圧縮機２３に戻される。

冷凍サイクル２０の制御器４０は、圧縮機２２，２３、膨張弁３０、吸込調整弁３４、および弁２６に運転可能に接続される。これらの組み合わされた構成要素のそれぞれを適切に制御することにより、蒸発器３２，３６それぞれにおける状態を、サブ環境Ａ，Ｂの必要に応じて制御することができる。正確な制御の必要要件は従来技術において既知であるため、ここでは説明しない。しかしながら、共通の凝縮器２８を用いるタンデム型圧縮機２２，２３の使用により、サブ環境Ａ，Ｂを個別に制御するのに必要な構成要素の数を減らすことができるため、従来技術よりも改良される。

図３は、３つのサブ環境Ａ，Ｂ，Ｃを調和するための、より複雑な冷凍サイクル５０を示している。図示するように、単一の凝縮器５２は吐出マニホルド５１に連通している。第１の圧縮機５４もまた、吐出マニホルド５１に連通している。第２の圧縮機群５６は、同じ吐出マニホルド５１に連通しており、吸込マニホルド６５にそれぞれが通じている２つのタンデム型圧縮機を備える。

第３の圧縮機群５８は、これもまた吐出マニホルド５１に連通しており、全てがタンデム式に作動し、かつ吸込マニホルド６７に連通している３つの圧縮機を備える。圧縮機群５６，５８の制御は、タンデム型圧縮機の技術において周知のものを用いることができる。上述したように、圧縮機群５６，５８を利用することにより、サブ環境Ｂ，Ｃのそれぞれにおける温度にわたる制御が可能となる。

冷媒は、凝縮器５２から別の膨張器６０を通過して、別の蒸発器６２，６４，６６へと送られる。図示するように、蒸発器６２はサブ環境Ａ中に向かう空気を調和し、蒸発器６４はサブ環境Ｂ中に向かう空気を調和し、蒸発器６６は、サブ環境Ｃ中に向かう空気を調和する。圧縮機５４，５６，５８に戻るそれぞれの吸込ライン上に任意選択の吸込調整弁７０が配置される。また、サブ環境Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおける調和を達成するための構成要素をそれぞれ制御する制御器７２が設けられている。サブ環境のそれぞれに対して行われる独立した制御ステップは周知である。共通の凝縮器とタンデム型圧縮機を用いて組み合わされたマルチレベルシステムが本発明により提供される。

当然のことながら、種々のマルチ温度レベルにおけるその他の圧縮機と圧縮機群の配列も、本発明の範囲内において利用可能である。

本発明の好ましい実施態様を開示してきたが、一定の変更は本発明の範囲内で可能であることは当業者であれば認識するであろう。そのため、本発明の真の範囲ならびに内容を確認するために特許請求の範囲を検討すべきである。

従来技術を示す図。 第１の実施例を示す概略図。 第２の実施例を示す概略図。

Claims (11)

1. 複数の圧縮機のうちの少なくとも２つが、共通の凝縮器に至る吐出マニホルドに冷媒を送るとともに、この冷媒は、前記共通の凝縮器を通過した後、複数の蒸発器内で膨張し、前記複数の蒸発器は前記複数の圧縮機に接続され、かつ前記圧縮機のうちの少なくとも２つは別々の蒸発器に接続されることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記複数の圧縮機のうちの少なくとも１つが、それ自体が共通の蒸発器からの冷媒を受容する複数の圧縮機を有する圧縮機群であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 前記蒸発器のうちの少なくとも１つと、これに対応する少なくとも１つの圧縮機と、の間に吸込調整弁が配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
4. 前記圧縮機のうちの少なくとも１つの下流かつ前記吐出マニホルドの上流において、遮断弁が吐出ラインに配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
5. 前記蒸発器のうちの少なくとも１つに向かう冷媒を受容するように別の膨張器が配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
6. 前記複数の圧縮機が、少なくとも３つの圧縮機を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
7. 前記複数の圧縮機のうちの少なくとも１つが、それ自体が、共通の蒸発器より案内される共通の吸込マニホルドからの冷媒を受容する複数の圧縮機を備えた圧縮機群であることを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル。
8. １）複数の圧縮機の少なくとも２つが吐出マニホルドを介して冷媒を共通の凝縮器に送り、前記冷媒は前記共通の凝縮器から複数の蒸発器に送られ、これらの蒸発器の各々は前記複数の圧縮機のうちの少なくとも１つにその冷媒を送る、冷凍サイクルを設けるステップと、
   ２）前記蒸発器の各々によって調和すべき環境に対して所望の調和がなされるように、各々の前記蒸発器への冷媒の流れを独立的に制御することにより前記冷凍サイクルを操作するステップと、
   を含むことを特徴とする冷凍サイクルの操作方法。
9. 前記複数の圧縮機の少なくとも１つが、それ自体が複数の圧縮機を備える圧縮機群からなり、かつ上記圧縮機群は、対応する環境内において所望の調和が得られるように制御されることを特徴とする請求項８に記載の冷凍サイクルの操作方法。
10. 前記複数の蒸発器のうちのいくつかから前記複数の圧縮機のうちのいくつかへの冷媒流を制御するために吸込調整弁が設けられることを特徴とする請求項８に記載の冷凍サイクルの操作方法。
11. 前記複数の圧縮機のうちのいくつかへの冷媒の逆流を防ぐために吐出遮断弁が設けられることを特徴とする請求項８に記載の冷凍サイクルの操作方法。

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