JP2008519232A - 冷却装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

冷却装置（１）、及びこの冷却装置の制御方法を提供する。冷媒流体を圧縮する圧縮器（２）と、圧縮器（２）を出る過熱蒸気を第１液体−蒸気相に変化した後、全体を液相にできる凝縮器（３）と、冷却キャビネット（７）とは別に位置決めされた、圧縮器（２）及び凝縮器（３）が内部に位置決めされた圧縮器キャビネット（８）と、一つ又はそれ以上の気化器（４）と、圧縮器キャビネット（８）と気化器（４）との間に配置された一つ又はそれ以上の毛管（５）とを含む冷却装置（１）に関する。本発明は、更に、冷却装置の制御方法に関する。

Description

本発明は、冷却装置、及びこの冷却装置の冷却サイクルを改良する制御方法に関する。

冷却サイクルの冷媒は、圧縮器を出るときに過熱蒸気相であり、圧縮器から蒸気相で排出された冷媒は、先ず最初に凝縮器で液体−蒸気相に変化し、次いで毛管入口の領域の近くで液相になる。冷媒は、毛管に沿って、圧力減少により液体−蒸気相への変化を開始し、低乾燥度留分(low dryness fraction)の液体−蒸気相で気化器に到達する。周囲の熱を吸収することにより気化器の出口で蒸気相に変化する冷媒が圧縮器に再び到達する。

「分け置き(split) 」型冷却装置は、圧縮器、凝縮器及びファンを含む圧縮器チャンバを備えており、気化器が圧縮器チャンバに連結され、冷却室がこれらの気化器によって冷却され、圧縮器チャンバ及び気化器が別々に位置決めされる。圧縮器チャンバが露呈される周囲温度は、気化器及び圧縮器チャンバと気化器との間に配置されたチューブの周囲の温度と異なっていてもよい。圧縮器チャンバ及びかくして凝縮器の周囲温度は、気化器の周囲温度と比較して所定値だけ低く、凝縮器内の冷媒は急速に液相に変化する。冷媒が気化器の媒体に進入したとき、冷媒は再び蒸気に変化する。これは、周囲温度が上昇するためである。蒸気相の冷媒が毛管を塞いだとき、「蒸気閉塞(vapor block) 」と呼ばれる現象が毛管の入口で生じ、気化器への冷媒の進入を阻止し、冷却サイクルを中断し、次いで冷却プロセスを停止する。

更に、圧縮器内には所定量のオイルがある。このオイルは、可動構成要素を高温から保護し、ガスが圧縮器の吸引部及び圧送キャビティから漏れないようにするため、冷却サイクルに参加する。圧縮器が冷媒をシステム内に圧送するとき、幾らかのオイルが冷媒と混合し、冷却サイクル内に漏れる。冷却サイクルに漏れたオイルの幾分かは、凝縮器及び気化器の内面に付着するが、その幾分かは、特に、気化器の出口部分及び／又は最終区分に付着する。この区分では、オイルの粘度が非常に高い。オイルの動きに作用する最も大きな要因は、粘度の変化である。オイルは、粘度が高ければ高い程硬くなり、オイルを凝縮器に戻すのが困難になる。粘度に悪影響を及ぼす主要な要因は、温度及び溶解性である。溶解性の影響は、特に低温において、温度の影響よりも大きい。冷却サイクルで再循環するオイルの最も硬い部分は、気化器の最終コイル及び吸引ラインである。従って、オイルによって最も塞がれ易い場所、特に気化器の出口で溶解性の効果の利点を得るため、冷媒の二相流を可能化し、粘度を低下することにより、オイルを圧縮器へ戻さなければならない。冷却サイクルに漏れるオイルの量が増大すると、圧縮器からオイルがなくなり、その結果、圧縮器の性能が低下する。冷却室の負荷が低い場合でも、圧縮器が低回転速度で作動しているため、必要な掃引速度に達することができず、オイルが、特に気化器の循環ラインを塞ぐ。

冷却サイクルに内に漏れたオイルを圧縮器に再循環するため、及び「蒸気閉塞」が起こらないようにするための両方で、様々な実施例が改良されてきた。
当該技術分野の現状では、冷媒の温度に応じて速度を変化するモータを備えた冷却装置が、欧州特許第ＥＰ１１１９７３２号明細書に記載されている。

当該技術分野の現状では、液体に不溶性であるがオイルに溶解性の材料を冷媒に加えることが、欧州特許第ＥＰ０４９８３１７号明細書に記載されている。
当該技術分野の現状では、低温室及び高温室を持つ冷蔵庫の冷却サイクルで「蒸気閉塞」が発生し、及びかくして二つの室の各々が独立して制御される実施例が、英国特許第ＧＢ８４４２７２号明細書に記載されている。
欧州特許第ＥＰ１１１９７３２号明細書 欧州特許出願第ＥＰ０４９８３１７号明細書 英国特許第ＧＢ８４４２７２号明細書

本発明の目的は、オイルの蓄積を減少し、且つ蒸気閉塞が毛管の入口で起こらないようにする冷却装置を設計することである。

本発明の目的を満たすように設計された冷却装置を添付図面に示す。
冷却装置（１）は、冷却されるべき物品を収容する一つ又はそれ以上の冷却キャビネット（７）と、冷媒を圧縮できる圧縮器（２）と、圧縮器（２）を出る過熱蒸気を凝縮により第１液体−蒸気相に変化した後、全体を液相にできる凝縮器（３）と、冷却キャビネット（７）から離して位置決めされた、圧縮器（２）及び凝縮器（３）が配置される圧縮器キャビネット（８）と、凝縮した液体が送出され、媒体の熱を吸収し、媒体の冷却を可能にし、冷媒が熱を吸収して冷却キャビネット（７）を冷却する一つ又はそれ以上の気化器（４）と、圧縮器キャビネット（８）と気化器（４）との間に配置された、冷媒を加圧して全体を液相に変化できる一つ又はそれ以上の毛管（５）と、圧縮器キャビネット（８）及び／又は冷却キャビネット（７）内の温度を検出する少なくとも二つの温度センサ（１０、１１）と、温度センサ（１０、１１）が検出した温度の値の差に従って賦勢されたり消勢されたりする、凝縮器（３）及び／又は圧縮器（２）に空気流を提供するファン（９）と、凝縮器（３）内及び／又は圧縮器キャビネット（８）内に位置決めされた、温度センサ（１０、１１）が検出した温度の値の差に従って賦勢されたり消勢されたりするヒータ（６）と、を備えている（図１及び図２参照）。

一方の温度センサ（１０）は、圧縮器キャビネット（８）内及び／又は凝縮器（３）内に位置決めされ、圧縮器キャビネット（８）内及び／又は凝縮器（３）内の温度を検出する。他方の温度センサ（１１）は、冷却キャビネット（７）内に位置決めされ、冷却キャビネット（７）の温度を検出する。温度センサ（１０、１１）としてサーモスタットを使用してもよい。本発明の変形例では、温度センサ（１１）は、圧送ライン端部の毛管（５）の入口に位置決めされていてもよい。

冷却装置（１）は、毛管（５）を出る流体を、気化器（４）に、従って冷却キャビネット（７）に、機械的又は電気的に開閉する機構によって差し向ける一つ又はそれ以上のバルブ（１２）、詳細にはソレノイドバルブ（１２）を備えている。

本発明による冷却装置（１）では、圧縮器（２）は、冷媒を圧縮してこれを過熱蒸気として凝縮器（３）に送出する。冷媒の熱は、ファン（９）が発生した強制空気流によって凝縮器（３）で放出され、冷媒は徐々に液体−蒸気相に変化し、次いで全体が液相になる。圧縮器キャビネット（８）を出る冷媒流体は、周囲温度の値が圧縮器キャビネット（８）の温度と異なる導体である毛管（５）及び気化器（４）に入る。温度センサ（１０、１１）が圧縮器キャビネット（８）及び冷却キャビネット（７）で検出した温度の値の差が所定値以上である場合には、圧縮器キャビネット（８）内のファン（９）が消勢され、冷媒流は所定の凝縮温度及び圧力値に達する。所定期間後、温度センサ（１０、１１）が圧縮器キャビネット（８）及び冷却キャビネット（７）で検出した温度の値を制御し、二つの媒体間の差が所定値以上である場合には、圧縮器キャビネット（８）内のヒータ（６）を賦勢する。このようにして、冷媒を液相に保持しながら冷媒の凝縮温度及び従って圧力を所望の値にし、毛管（５）の入口で冷媒全体が蒸気相に完全に変化することによる「蒸気閉塞」が起こらないようにする。毛管（５）を低い温度及び圧力で通過する冷媒は気化器（４）に容易に進入し、冷媒は冷却キャビネット（７）の熱を吸収し、冷却キャビネット（７）を冷却し、冷媒が気化器（４）の出口又は最終コイルを通過するとき、吸収した熱により冷媒が急速に蒸気相に変化する。気化器（４）を出る冷媒は圧縮器（２）に蒸気相で到達し、一つの冷却サイクルを完了する。

本発明の別の実施例では、気化器（４）の入口及び／又は出口だけに位置決めされた温度センサ（１１）が検出した温度の値を評価する。気化器（４）の入口での温度の値と出口での温度の値との間の差が所定値以上である場合には、冷媒は気化器（４）の出口で過熱蒸気相にある。気化器（４）の出口のところで二相流(double phase flow) を開始するため、先ず最初に圧縮器（２）の回転速度を上昇し、かくして、循環ライン内の、特に気化器（４）内のオイル掃引(oil sweeping)速度を圧縮器（２）で上昇し、このプロセスの終了時に二相流が達成されなかった場合には、ファン（９）を消勢し、次いで圧縮器キャビネット（８）内及び／又は凝縮器（３）内のヒータ（６）を賦勢し、かくして冷媒流体の二相流を気化器（４）の出口のところで開始する。このようにして、圧縮器（２）のオイル掃引速度及び気化器（４）の出口での温度の両方が、圧力の均衡により上昇し、オイル内に溶解する流体の量が増大するため、粘度が低下し、この低粘度のオイルが圧縮器（２）に比較的短時間で再循環される。

本発明の冷却装置（１）では、毛管（５）の入口で「蒸気閉塞」が意図に反して発生することが阻止され、特に「分け置き」型冷却装置では、気化器（４）と、圧縮器（２）、凝縮器（３）、及びファン（９）を含む圧縮器キャビネット（８）とを温度の値が異なる位置に配置することによって、圧縮器キャビネット（８）は、取り外して冷却キャビネット（７）とは異なる外部位置に置かれるようになっている。更に、圧縮器（２）から循環ラインに漏出したオイルを圧縮器（２）に戻すことができる。

図１は、冷却装置の概略図である。 図２は、冷却装置が置かれる台所の概略図である。

符号の説明

１ 冷却装置 ２ 圧縮器
３ 凝縮器 ４ 気化器
５ 毛管 ６ ヒータ
７ 冷却キャビネット ８ 圧縮器キャビネット
９ ファン １０、１１ 温度センサ
１２ バルブ

Claims (8)

1. 冷却装置（１）であって、
   冷却されるべき物品を収容する一つ又はそれ以上の冷却キャビネット（７）と、
   冷媒を圧縮する圧縮器（２）と、
   前記圧縮器（２）を出る過熱蒸気を凝縮により第１液体−蒸気相に変化した後、全体を液相にできる凝縮器（３）と、
   前記圧縮器（２）及び前記凝縮器（３）が前記冷却キャビネット（７）から離して位置決めされる圧縮器キャビネット（８）と、
   凝縮した液体が送出され、媒体の熱を吸収し、媒体を冷却でき、媒体の熱を吸収する冷媒によって、前記冷却キャビネット（７）を冷却できる一つ又はそれ以上の気化器（４）とを含む冷却装置（１）において、
   前記圧縮器キャビネット（８）及び／又は前記冷却キャビネット（７）内の温度を検出する少なくとも二つの温度センサ（１０、１１）と、
   前記凝縮器（３）上及び／又は前記圧縮器キャビネット（８）内に位置決めされ、前記温度センサ（１０、１１）が検出した温度の値の間の差に従って賦勢されたり消勢されたりするヒータ（６）とを含む、ことを特徴とする冷却装置（１）。
2. 請求項１に記載の冷却装置（１）において、
   前記凝縮器（３）及び／又は前記圧縮器（２）に空気流を提供する、前記温度センサ（１０、１１）が検出した温度の値の間の差に従って賦勢されたり消勢されたりする、ファン（９）を含むことを特徴とする冷却装置（１）。
3. 請求項１に記載の冷却装置（１）において、
   前記温度センサ（１０）は前記凝縮器（３）に位置決めされており、前記凝縮器（３）の温度を検出する、ことを特徴とする冷却装置（１）。
4. 請求項１に記載の冷却装置（１）において、
   前記温度センサ（１０）は前記圧縮器（２）に位置決めされており、前記圧縮器（２）の温度を検出する、ことを特徴とする冷却装置（１）。
5. 請求項１に記載の冷却装置（１）において、
   前記温度センサ（１１）は前記気化器（４）の入口及び出口に位置決めされており、前記気化器（４）の入口及び出口の温度を検出する、ことを特徴とする冷却装置（１）。
6. 請求項１に記載の冷却装置（１）において、
   前記温度センサ（１１）は圧送ラインの端部の毛管（５）の前記入口に位置決めされている、ことを特徴とする冷却装置（１）。
7. 請求項１に記載の冷却装置（１）を制御するための方法において、
   温度センサ（１０、１１）が検出した温度の値の差が所定値よりも大きい場合、ファン（９）を消勢し、ヒータ（６）を賦勢し、冷媒の凝縮温度及び従って圧力を所望の値にし、冷媒が液相にとどまることができるようにし、冷媒全体が蒸気相に変化して毛管（５）の入口のところで「蒸気閉塞」を生じることがないようにする工程を含む、方法。
8. 請求項１に記載の冷却装置（１）を制御するための方法において、
   圧縮器（２）の回転速度を上昇する工程と、
   このプロセスの終了時に、二相流を達成できなかった場合、気化器（４）の入口温度の値と出口温度の値との間の差が所定値よりも大きい場合、ファン（９）を消勢し、ヒータ（６）を賦勢する工程と、
   冷媒の前記二相流を可能にすることによって、オイルに溶解可能な冷媒の量を増大することによって粘度を低下する工程と、
   この低粘度のオイルを提供し、前記圧縮器（２）に比較的短時間で再循環する工程とを含む、方法。

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