JP2010523933A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

多チャンネル熱交換器に流体連通する冷媒貯蔵容器を有する凝縮器を含む冷却装置が開示される。冷却装置は更にコンプレッサ、蒸発器及び冷媒回路内で接続された膨張装置を有する。冷媒貯蔵容器はポンプダウン作動のためのシステム容積を提供する。

Description

関連出願に対するクロス・リファレンス

[0001]この出願は、全体を参照として本出願に組み込む、２００７年４月５日に出願された仮特許出願第６０／９１０，３４４号について優先権を主張する。

[0002]本発明は、一般的に加熱、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システムにおける多チャンネル熱交換器の応用に関する。この応用は、特に凝縮器の多チャンネル熱交換器コイルのための冷媒貯蔵容器形状に関する。

[0003]この出願での説明は、熱伝達チューブがチューブに対して流れを分配したり流れを収集したりするような構成を参照するために、「多チャンネル」チューブ又は「多チャンネル熱交換器」という用語を利用することに留意すべきである。同様の構成のために多数の他の用語をこの分野で使用することができる。このような代わりの用語は「マイクロチャンネル」（時にはマイクロメートル及びそれ以下の単位の流体通路を有することを含むことを意図する）及び「マイクロポート」を含むことができる。当業界でときどき使用される他の用語は「平行流れ」及び「ろう付けアルミニウム」を含む。しかし、すべてのこのような構成及び構造は用語「多チャンネル」の範囲内に含まれることを意図する。一般に、このような「多チャンネル」チューブはほぼ平坦で平たいチューブの幅に沿って又はその面内に位置する流れ経路を含むが、これまた、本発明は特許請求の範囲で特定しない限り、任意の特殊な幾何学形状に限定されることを意図するものではない。

[0004]典型的な多チャンネル熱交換器又は多チャンネル熱交換器コイルにおいては、一連のチューブ区分は、熱交換器を通る空気流が空気流と水のような循環流体又は多チャンネル熱交換器を通して循環される冷媒との間で熱を伝達するのを許容するように形状づけられたフィンにより物理的及び熱的に接続される。多チャンネル熱交換器のチューブ区分は水平方向又は垂直方向のいずれかに延びるように方位決めされ、各チューブ区分は流体を循環させる数個のチューブ又はチャンネルを有する。チューブ区分の外部は、典型的には卵形又はほぼ矩形形状を有する連続的な表面とすることができる。

[0005]多チャンネルコイルは空冷凝縮器において使用した場合従来の丸チューブ凝縮器コイルに比べてかなりのコスト及び性能上の利点を与えることができる。しかし、多チャンネル凝縮器コイルは従来のコイルで利用できるものよりも一層小さな内部容積を有する。ＡＳＨＲＡＥ１５−２００４．９．１１．４は「使用した場合の液体受液器又はポンプダウン中に冷媒チャージを受け入れるように設計されたシステムの一部はポンプダウンチャージを受け入れるのに十分な容量を有するべきである。冷媒の温度が９０°Ｆ即ち３２℃の場合、液体は容積の９０％以上を占めるべきではない。」ことを述べている。特に、多チャンネルコイル内の一層小さな内部容積はしばしば、ポンプダウンのための冷媒チャージ又はこの要求を満たすためのサービスを保持するために、受液器又は冷媒貯蔵容器として参照できる冷媒貯蔵容器を組み込んだ凝縮器を必要とする。受液器に関連する従来技術の例については上記ＡＳＨＲＡＥハンドブックを参照されたい。

ＡＳＨＲＡＥ１５−２００４．９．１１．４

[0006]必要なものは、１又はそれ以上のこのような要求を満たすか又は他の有利な特徴を提供するシステム及び（又は）方法である。他の特徴及び利点はこの明細書から明らかとなろう。開示される教示は、１又はそれ以上の上述の要求を達成すると否とに拘わらず、特許請求の範囲内に入るそのような実施の形態へ拡張される。

[0007]１つの実施の形態は、加熱、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システムについての応用を有する冷却回路に関する。１つの実施の形態においては、ＨＶＡＣシステムにおいて使用するようにされたチラー即ち冷却装置が開示される。冷却装置はコンプレッサ、少なくとも１つの多チャンネル熱交換器コイルを備えた凝縮器ユニット、膨張装置及び蒸発器を含む。ＨＶＡＣシステムは更に多チャンネル熱交換器コイルから冷媒を受け取るように形状づけられた冷媒貯蔵容器を含む。
[0008]別の実施の形態はコンプレッサ、少なくとも１つの多チャンネル熱交換器コイルを備えた凝縮器ユニット、膨張装置、蒸発器及び空気処理装置を含むＨＶＡＣシステムに関する。ＨＶＡＣシステムは更に多チャンネル熱交換器コイルの帰還ヘッダに流体連通する冷媒貯蔵容器を含む。

[0009]別の実施の形態はコンプレッサ、多チャンネル熱交換器コイルを備えた凝縮器ユニット、膨張装置及び蒸発器を含む冷却回路を作動させる方法に関する。この方法は更に多チャンネル熱交換器コイルに流体連通する冷媒貯蔵容器を提供する工程と、通常の作動状態の下で冷却回路を作動させる工程とを有する。冷媒貯蔵容器は通常の冷却回路作動状態中に実質上すべての冷媒蒸気を収容するように形状づけられる。

[0010]ここで説明する実施の形態のある利点は膨張弁の信頼ある性能を保証する改善された液体サブクーリング、冷媒チャージの加減による良好な冷却装置制御、ＡＳＨＲＡＥ９０．１を満たす改善された効率及び減少したチャージ要求によるコスト減少である。[0011]代わりの例示的な実施の形態は特許請求の範囲にほぼ列挙されたような他の特徴及び特徴の組合せに関する。

この開示に係る例示的なＨＶＡＣシステムを使用する例示的な環境を示す図である。 例示的な冷却ユニットの概略図である。 凝縮器の例示的な実施の形態の斜視図である。 方向Ｂから見た図３の凝縮器の端面図である。 方向Ｃから見た図３の凝縮器の端面図である。 例示的な２パス熱交換器コイルを示す図である。 例示的な熱交換器コイルの区分の部分図である。 コイル６を除いた状態での方向Ｄから見た図３に示す凝縮器の区分の頂部斜視図である。

[0012]この出願は、同様の要素を同様の符号で示す添付図面を参照しての以下の詳細な説明から一層完全に理解できよう。[0021]可能な場合、図面全体を通じて、同じ符号は同一又は同様の部品を示すために使用される。[0022]例示的な実施の形態を詳細に示す図面に向かう前に、この出願は以下の説明で示すか又は図面に示す詳細又は方法論に限定されないことを理解すべきである。また、ここで使用する語法及び用語は説明のみを目的とするものであり、限定とみなすべきではないことを理解すべきである。

[0023]図１を参照すると、この開示に係るＨＶＡＣシステム１０を使用する例示的な環境を示す。図１に示すように、ＨＶＡＣシステム１０は商業ビル１２における冷却を提供する。代わりの実施の形態においては、ＨＶＡＣシステム１０は商業的、軽産業的、産業的及びビル、建造物等のような領域の冷却を提供するための任意の他の適当な応用において使用することができる。ＨＶＡＣシステム１０は空冷式パッケージ型冷却装置（冷却装置）１４と、少なくとも１つの空気処理ユニット２２とを有する。ＨＶＡＣシステム１０は更に冷却装置１４と少なくとも１つの空気処理ユニット２２との間で流体連通した関連する供給及び帰還ライン２４を有する。

冷却装置１４は、ビル１２に対する冷却を提供するために、当業界で既知の普通の熱交換方法により、大半の場合はビル内の空気である更に別の流体に冷却を提供する少なくとも１つの空気処理ユニット２２に例えば水である冷却した流体を提供する。代わりの実施の形態においては、冷却された流体は空気処理ユニット２２との熱交換を提供できる任意の流体（例えば冷媒）とすることができる。当業者なら、冷却装置１４はビル１２の屋上に配置されることに限定されず、任意の位置でビル１２の外部に位置することができることを認識すべきである。代わりの実施の形態においては、冷却装置１４のある要素はビル１２の内部に位置することができる。ＨＶＡＣシステム１０は接続パイプや電気的特徴のような図１に示さず及び（又は）図１について説明しない多くの他の特徴を含む。これらの特徴は図示を容易にするため図面を簡略化するように意図的に図示省略してある。

[0024]図２は例示的な冷却回路２００を示す。冷却回路２００はコンプレッサ２０２と、凝縮器２０４と、膨張装置２０６と、蒸発器２０８とを有する。冷却回路２００を通って循環するものは冷媒であり、その例は後述し、これは冷却回路２００を通る冷却サイクルを完成させる。

[0025]コンプレッサ２０２は、蒸気冷媒を圧縮し、コンプレッサ排出ライン２０３を通して蒸気冷媒を凝縮器２０４へ送給する。コンプレッサ２０２は任意の適当な形式のコンプレッサとすることができる。例えば、コンプレッサ２０２はスクリューコンプレッサ、往復コンプレッサ、遠心コンプレッサ、回転コンプレッサ、揺動リンクコンプレッサ、スクロールコンプレッサ、タービンコンプレッサ又は当業界で既知のような任意の他の適当なコンプレッサとすることができる。冷媒は当業界で既知のような任意の適当な冷媒とすることができる。例えば、冷媒はＲ−４１０Ａ、Ｒ−４０７又はＲ−１３４ａのようなハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）基礎の冷媒とすることができる。更に、冷媒は（Ｒ−７４４としても知られる）二酸化炭素、ＣＯ_２、（Ｒ−７１７としても知られる）アンモニア、ＮＨ_３、ＨＦＯ１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ_３）又は蒸気圧縮冷却サイクルにおける作業流体として使用するのに適した他の同様又は等価のコンパウンド又はコンパウンド混合物とすることができる。

[0026]コンプレッサ２０２は、モータ（図示せず）により駆動され、モータはコンプレッサと一体とすることができる。モータは、当業者なら認識できるように、可変速度駆動子（ＶＳＤ）（図示せず）により駆動することができるか、または、交流又は直流電源（図示せず）から直接駆動することができる。例えば、モータはスイッチ磁気抵抗（ＳＲ）モータ、誘導モータ、電気整流永久磁石（ＥＣＭ）モータ又は任意の他の適当なモータ形式とすることができる。使用した場合、ＶＳＤは交流電源から特定の固定ライン電圧及び固定ライン周波数を有する交流電力を受け取り、可変の電圧及び周波数を有するモータへ電力を供給する。代わりの実施の形態においては、コンプレッサ２０２を駆動するために蒸気又はガスタービン又はエンジンのような他の駆動機構を使用することができる。

[0027]凝縮器２０４において、蒸気冷媒は例えば空気のような流体と熱交換関係となり、流体との熱交換関係の結果、液体冷媒へと位相変化する。凝縮器２０４からの冷媒は次いで冷媒液体ライン２０５により膨張装置２０６へ提供され、この装置は、蒸発器冷媒入口ライン２０７を介して蒸発器２０８に提供される前に、冷媒の圧力を低下させる。

[0028]蒸発器２０８において、冷媒は凝縮器２０４のために使用される流体と同じ形式であってもなくてもよい別の流体と熱交換関係となり、流体との熱交換関係の結果、蒸気冷媒へと位相変化する。例えば、蒸発器２０８において、冷媒は水と熱交換できる。冷媒は冷却サイクルを完成させるためにコンプレッサ吸引ライン２０９により蒸発器２０６からコンプレッサ２０２へ提供される。

[0029]ここで述べる冷媒システム及び回路に照らして認識できるように、例えば凝縮器２０４の位置のような回路の外部での補助の流体との効率的な熱交換は冷却回路の全体の効率及び上述した冷却システムの全体の効率にとって重要である。更に、液相又は気相における冷媒は回路を連続的に占めることを認識できよう。それ故、回路から冷媒を除去されていないコンプレッサ２０２、冷媒液体ライン２０５又は蒸発器２０８から冷媒を除去又はポンプダウンできるようにするため、ポンプダウン冷媒を一時的に収容する装置を回路に付加しなければならない。これらの要素の容易な働きを許容することに加えて、蒸発器２０８が始動時に液体冷媒を殆ど又は全く収容しないことを保証するために、ポンプダウンを使用することができ、これは、始動状態中のコンプレッサ２０２に対する液体損傷の問題の可能性を減少させる。

[0030]制御システム（図示せず）は、コンプレッサ２０２の作動を制御するために設けることができる。制御システムはアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、マイクロプロセッサ、不揮発性メモリー及びインターフェイスボードを有することができる。好ましくは、制御システムはコンプレッサ２０２の作動を制御するためにアルゴリズム（単数又は複数）を実行することができる。更に、制御システムは、当業者なら認識できるように、他の制御作動及び監視システムを冷却回路２００に提供することができる。制御アルゴリズムはコンピュータポログラム（単数又は複数）に組み込むことができ、マイクロプロセッサにより実行することができるが、制御アルゴリズムは当業者によりデジタル及び（又は）アナログハードウエアを使用して履行、実行できることを理解すべきである。制御アルゴリズムを実行するためにハードウエアを使用した場合、必要な要素を組み込み、不要になるいかなる要素をも取り去るために、制御システムの対応する形状を変更することができる。

[0031]コンプレッサ２０２、凝縮器２０４、膨張装置２０５及び蒸発器２０８は冷却装置１４（図１）の冷却回路の主要な要素を構成する。冷却装置１４は１又はそれ以上の冷却回路を含むことができ、各回路は主要な要素を含む１又はそれ以上の要素を共有することができる。

[0032]図３−５はこの開示に係る冷却装置１４の例示的な実施の形態を示す。冷却装置１２は少なくとも１つのコンプレッサ３０２と、凝縮器３０４と、少なくとも１つの膨張装置３０５と、少なくとも１つの蒸発器３０８と、制御子３１２とを有する。少なくとも１つのコンプレッサ３０２は図示のように連続番号１−４を付してある。コンプレッサ１ａ、２ａとして示す２つのコンプレッサは第１の冷却回路の一部として接続され、２つの他のコンプレッサ４ａ、５ａは第１の冷却回路の一部として接続される。

スクロールコンプレッサを備えたシステムに対しては、容量制御を提供し、単一のコンプレッサで利用できるような一層大きなシステム容量を達成するために、２つ又は３つのコンプレッサが各回路内で通常使用される。２つ又は３つの冷却回路が空冷冷却装置と一緒に使用され、１つの冷却回路内の要素の故障の場合に冷却の継続を許容する。複数の冷却回路はまた単一の回路における３つより多いスクロールコンプレッサでの冷却装置能力を可能にする。単一の回路内での２つ又は４つよりも多いスクロールコンプレッサの使用は、単一のコンプレッサにより作動された場合に、吸引ライン内で低い蒸気速度をもたらすことができる。低速度は蒸発器からのオイルの帰還を乏しくする可能性があり、そのため、単一の回路内で３つ又は４つを越えるコンプレッサの数を増大させる代わりに、多数の冷媒回路を使用するのが好ましい。

[0033]この例示的な実施の形態においては、蒸発器３０６は第１及び第２の冷媒回路のための別個の熱交換区域（符号で示さず）を提供するように仕切られる。しかし、代わりの実施の形態においては、１又はそれ以上の蒸発器３０６を使用することができ、当業者なら認識できるように、冷媒と少なくとも１つの空気処理ユニット２２（図１）に提供される冷却流体との間の熱交換を提供するために必要に応じて形状づけることができる。ポンプ３１６は蒸発器３０８と少なくとも１つの空気処理ユニット２２との間で冷却流体の流れを提供する冷却装置１４を具備することができる。代わりの実施の形態においては、ポンプ３１６は冷却装置１４から分離させることができる。

[0034]凝縮器３０４は、少なくとも１つの多チャンネル熱交換器コイル（単数又は複数）３１４と、少なくとも１つの冷媒貯蔵容器３１５と、少なくとも１つのブロワユニット３１７とを有する。冷媒貯蔵容器３１５は受液器としても参照する。コイル３１４はコイル３１４内を流れる冷媒とコイル３１４の上方及び（又は）コイルを通して流れる流体との間で熱を交換するように形状づけられた熱交換器である。例えば、コイル３１４は当業界で既知のような多チャンネル熱交換器コイル又は他の同様の熱交換器コイルとすることができる。

[0035]この例示的な実施の形態においては、凝縮器３０４は図示のように連続番号１−６を付した６つのコイル３１４を有する。更に、この例示的な実施の形態においては、コイル１、２、３として示すような３つのコイルは第１の冷媒回路の一部として接続され、コイル３、４、５として示すような３つの他のコイルは第２の冷媒回路の一部として接続される。代わりの実施の形態においては、凝縮器３０４は１又はそれ以上の冷媒回路内で形状づけられた１又はそれ以上のコイル３１４を有することができ、コイル３１４の数及び形状は冷却装置１２の冷却要求に依存する。

[0036]少なくとも１つのブロワユニット３１７は、空気を凝縮器３０４内へ引き込み、凝縮器３０４から矢印Ａの方向に空気を排出する。この例示的な実施の形態においては、冷却装置１４は６つのブロワユニット３１７を有する。しかし、代わりの実施の形態においては、冷却装置１４の冷却要求により決定されるような変化する寸法及び形状の６つよりも多いか６つよりも少ないブロワユニット３１７を使用することができる。凝縮器３０４はコイル３１４を通してブロワユニット３１７により凝縮器３０４内へ吸引される実質上すべての冷却空気のチャンネリングの補助を行うために端パネル３２０及び底パネル３２２（図８参照）を有する。

[0037]２パス流れデザインコイル（デザインコイル）６１４の概略図を図６に示す。ヘッダ送りライン６１６はデザインコイル６１４の上方区分６２０を横切って跨ぐ列をなすチューブ（図示せず）への分配のために冷媒蒸気をヘッダ６１８へ提供する。過熱低減区分としても参照できる上方区分６２０は冷媒横断デザインコイル６１４の第１パスを提供するように形状づけられる。この第１パス中、蒸気冷媒は空気のような冷却流体と熱交換を行い、冷却される。冷媒はまた上方区分６２０内で凝縮できる。冷媒が第１パスを完了した後、冷媒は帰還ヘッダ６２２内へ集められ、このヘッダは上方区分６２０から冷媒を収集し、デザインコイル６１４の下方区分６３０内の列をなすチューブ（図示せず）へ冷媒を分配するように形状づけられる。

サブクーリング区分即ち部分冷却区分としても参照できる下方区分６３０は冷却流体との更なる熱交換のために他の列をなすチューブ（図示せず）のための第２パスを提供するように形状づけられる。ヘッダ６１８は第２パスを形成する列をなすチューブ（図示せず）から冷媒を収集し、冷媒液体ライン６３４へ冷媒を提供する。ヘッダ６１８及び帰還ヘッダ６２２は好ましくは冷媒液体の退出する流れから冷媒蒸気の入来する流れを分離する内部仕切りを備えた単一のチューブで形成される。代わりに、ヘッダ６１８及び帰還ヘッダ６２２は冷媒の分配及び収集を提供する物理的に分離するチューブから形成することができる。当業者なら、それぞれ上方及び下方区分６２０、６３０及び冷媒の第１パス及び帰還パスを形成する対応するチューブ（図示せず）は応用に基づき変えることができることを認識すべきである。更に、この例示的な実施の形態のデザインコイル６１４は２パス流れを提供するように形状づけられるが、単一のパス又は３つ以上のパスの形状を凝縮器６１４内で使用できる。

[0038]図７は、コイル（図示せず）を横切って冷媒を運ぶためのヘッダ７１８及びチューブ７２０の例示的な形状の部分断面図を示す。ヘッダ７１８は送りヘッダ、帰還ヘッダ又は排出ヘッダとすることができる。チューブ７２０はチューブ７２０を通して冷媒を運ぶ通路７２２を含み、そこで、冷媒はチューブ７２０上を通過する空気又は別の冷却流体と熱交換を行う。代わりの実施の形態においては、冷媒をチューブ７２０へ分配するために他の適当な流体分配システム又は構造を使用することができる。

[0039]チューブ７２０は、矩形、平行四辺形、台形、楕円形、卵形又は他の同様の幾何学形状の形をした横断面形状を有することができる。チューブ７２０内の通路７２２は矩形、正方形、円形、卵形、楕円形、三角形、台形、平行四辺形又は他の適当な幾何学形状の形をした横断面形状を有することができる。１つの実施の形態においては、チューブ７２２内の通路７３０は約半（０．５）ｍｍないし約３ｍｍの間の寸法例えば幅又は直径を有することができる。別の実施の形態においては、チューブ７２２内の通路７３０は約１ｍｍの寸法例えば幅又は直径を有することができる。

[0040]２又はそれ以上のフィン又はフィン区分（図示せず）は、チューブ７２０間を接続することができる。１つの実施の形態においては、フィンはチューブ区分内の冷媒の流れに対して実質上垂直に延びるように配列することができる。しかし、別の実施の形態においては、フィンはチューブ区分内の冷媒の流れに対して実質上平行に延びるように配列することができる。フィンはルーバ付きフィン、波形フィン又は任意の他の適当な形式のフィンとすることができる。

[0041]チューブ７２０は、これらには限定されないが、ほぼ矩形、正方形、円形、卵形、三角形又は他の適当な幾何学形状を含む任意の適当な寸法及び形状のものとすることができる。フィン、プレート又は他の同様の熱交換表面（図示せず）は当業界で知られるようにチューブ７２０から周囲の環境への熱伝達効率を増大させるためにチューブ間に配置するか又はチューブに関連して使用することができる。

[0042]図４を参照すると、凝縮器３０４は更に蒸気送りライン４１６を介して入口ヘッダ４１８へ冷媒蒸気を供給するコンプレッサ排出ライン４１０を有する。コンプレッサ排出ライン４１０は少なくとも１つのコンプレッサ３０２から冷媒蒸気を受け取るように流体連通し、蒸気送りライン４１６へ冷媒を送給するように流体連通する。蒸気送りライン４１６はコイル３１４の入口ヘッダ４１８へ冷媒蒸気を分配する。入口ヘッダ４１８はコイル３１４の第１パススルーチューブ（図示せず）のためのコイル３１４の上方部分（図示せず）へ冷媒蒸気を提供するように形状づけられる。冷媒が第１パスを作った後、冷媒は入口ヘッダ４１８からはコイル３１４の反対側に位置する帰還ヘッダ５２２（図５参照）により収集される。

帰還ヘッダ５２２はコイル３１４の他のチューブ（図示せず）を横切る第２パスのためのコイル３１４の下方部分（図示せず）に冷媒を分配する。冷媒が第２パスを完成させた後、冷媒は少なくとも１つの膨張装置３０５（図３）に冷媒を提供するように形状づけられた液体ライン４２２へ冷媒を提供する液体ヘッダ４２０により収集される。

[0043]図１、図５に示すように、凝縮器３０４は、更に冷媒ライン５３０を介してコイル３１４の帰還ヘッダ５２２に流体連通する冷媒貯蔵容器３１５を有する。冷媒貯蔵容器３１５はまた高温ガスライン５３２を介してコンプレッサ排出ライン２０３（図２）に流体連通する。コンプレッサ排出ライン２０３（図２）は冷媒貯蔵容器３１５に蒸気冷媒を提供する。代わりの実施の形態においては、高温ガスライン５３２は蒸気冷媒を収容する他の冷媒ラインに流体連通することができる。冷媒貯蔵容器３１５は冷却回路の他の要素からポンプダウン冷媒容積を提供するために付加的な冷媒回路容積を提供する。

[0044]高温ガスライン５３２から冷媒貯蔵容器３１５への冷媒蒸気の導入は、通常の作動状態中に冷媒貯蔵容器３１５内に存在するいかなる液体冷媒をも蒸発させるが、冷媒回路からの液体冷媒がポンプダウン作動中に冷媒貯蔵容器３１５内へ流れるのを許容する。

[0045]高温ガスライン５３２の幾何学形状は、冷媒貯蔵容器３１５内の冷媒の適正な制御にとって重要である。例えば、高温ガスライン５３２は数フィート（１フィート＝約３０ｃｍ）の長さの銅ラインのためにおよそ１／４ないし３／８インチ（約６．３５ｍｍないし約９．５３ｍｍ）の最適な公称直径を有することができる。十分に大きな直径の高温ガスライン５３２は過剰な量の暖かい冷媒蒸気を冷媒貯蔵容器３１５へ導入することがあり、これは冷媒ライン５３０を通してコイル３１４へ過剰な量の冷媒蒸気を導入することにより凝縮器３０４の性能に悪影響を及ぼすことがある。大きな直径を有する高温ガスライン５３２はまた、冷媒貯蔵容器３１５の壁の温度を、ポンプダウン中の冷媒貯蔵容器３１５内への液体冷媒の流れと干渉する高温へと上昇させることがある。小さな直径を有する高温ガスライン５３２は、特に低い周囲温度において、始動状態又は作動状態中に過剰な量の冷媒液体が冷媒貯蔵容器３１５内に残るのを許容することができる。

[0046]冷媒貯蔵容器３１５は、好ましくはコイル３１４を去る空気スチームの中に位置する。この位置は凝縮器３０４内の冷媒飽和温度に近い温度に冷媒貯蔵容器３１５を保つ補助を行う。他の位置も可能であり、システムの許容可能な作動を妨げない。

[0047]冷媒ライン５３０は、好ましくは冷媒貯蔵容器３１５の底部と帰還ヘッダ５２２の下方部分との間で接続される。例えば、ほぼ３／８インチ（約９．５３ｍｍ）のライン公称直径は冷媒貯蔵容器３１５とコイル３１４との間での冷媒の十分な流れを許容するのに十分である。代わりの実施の形態においては、各冷媒貯蔵容器３１５に対して複数の冷媒ライン５３０を使用することができる。一般に、冷媒貯蔵容器３１５の底部は蒸気送りライン４１６と液体ライン４２２との間の中間の位置でコイル３１４に接続すべきである。

[0048]これらの実施の形態は、２つの冷媒パスを有するコイル３１４を示すが、他のコイルパス形状も可能である。例えば、２つよりも多い冷媒パスを使用することができる。コイルの幾何学形状及びデザイン条件の詳細に応じて、３又はそれ以上のパスが好ましいことがある。この場合、コイル３１４への冷媒ライン５３０のための好ましい接続位置は第２の又は一層高位のパスへの入口におけるヘッダでの位置である。

[0049]入口ヘッダ４１８への接続は、２つの重要な因子のため好ましくない。第１は、コイルが液体でほぼ満たされるまで、冷媒がこの位置に存在しないからであり、これはポンプダウンの完了前に高排出圧力による少なくとも１つのコンプレッサ３０２の停止を生じさせることがある。第２の因子は、この位置では冷媒蒸気の流れを冷媒貯蔵容器３１５へ駆動するための冷媒圧力降下が殆どないことであり、これは冷却装置の通常の作動中に冷媒貯蔵容器に蓄積される液体冷媒を生じさせることがある。

[0050]更に、コイル３１４の出口での冷媒ライン５３０の接続も好ましくない。問題は、冷媒貯蔵容器３１５を去るいかなる冷媒蒸気もが液体ライン５３０内へ直接進むことである。この形状はサブクーリングを減少させ及び少なくとも１つの膨張装置３０５へ入る蒸気さえも減少させる結果を招くことがあり、これは、システムの性能を不利にすることがあり、また、冷媒貯蔵容器３１５から出る冷媒蒸気の過剰な流れを阻止するために弁又は他の能動的な制御装置を高温ガスライン５３２内に設けない限り、信頼性の問題を生じさせることさえある。

[0051]この例示的な実施の形態においては、凝縮器３０４は、図５に示すように、第１の冷媒貯蔵容器３１５ａ及び第２の冷媒貯蔵容器３１５ｂとして示す２つの冷媒貯蔵容器３１５を有する。冷媒ライン５３０は、帰還ヘッダ５２２が通常の凝縮器の作動中に実質上液体の冷媒を収容するような位置において帰還ヘッダ５２２がコイル３１４の下方区分（図示せず）に冷媒を提供するような箇所の近傍で、帰還ヘッダ５２２と流体連通する。冷媒ライン５３０はまた冷媒貯蔵容器３１５ａ、３１５ｂ内に存在するいかなる液体冷媒とも流体連通するように冷媒貯蔵容器３１５ａ、３１５ｂの底部と連通する。

[0052]第１の冷媒貯蔵容器３１５ａは、第１の冷媒回路のためのポンプダウン容積を提供するようにコイル１と流体連通し、第２の冷媒貯蔵容器３１５ｂは第２の冷媒回路のためのポンプダウン冷媒容積を提供するようにコイル６と流体連通する。たった１つの帰還ヘッダの位置でのそれぞれコイル１、６への冷媒貯蔵容器３１５ａ、３１５ｂの接続は、異なる帰還ヘッダ５２２（図５）間の圧力差のため、冷媒貯蔵容器３１５ａ、３１５ｂ内への液体の引き込みの可能性を排除する。この例示的な実施の形態においては、冷媒ライン５３０はコイル１、６に接続される。その理由は、コイル１、６が、コイル２、３、４、５に比べて、ブロワユニット３１７の流れにより吸引される冷却空気への改善されたアクセスを有するからである。改善された空気流アクセスはコイル１、６に対する改善された冷却及びサブクーリングをもたらし、これは、コイル１、６の帰還ヘッダ５２２内の冷媒が一層液体になり易くなる結果をもたらす。代わりの実施の形態においては、冷媒貯蔵容器３１５は任意のコイル１−６に接続することができ、１個又は３個以上の冷媒貯蔵容器３１５を使用することができる。

[0053]例えば、この例示的な実施の形態においては、この例示的な実施の形態で示すような冷媒貯蔵容器３１５ａ、３１５ｂの形状は、かなりの量の液体冷媒を冷媒貯蔵容器３１５ａ、３１５ｂ内に存在させることなく、凝縮器３１４内で約１５°Ｆないし約２０°Ｆの冷媒サブクーリングを許容することができる。換言すれば、冷却システムの通常の作動状態中は、冷媒貯蔵容器３１５ａ、３１５ｂは実質上すべての蒸気冷媒を収容する。

[0054]図８は、内部の詳細を示すために除去したコイル６を有する凝縮器３０４の区分の側斜視図を示す。図８において分かるように、冷媒貯蔵容器３１５はほぼ円筒状の幾何学形状を有する。冷媒貯蔵容器３１５は、好ましくは圧力容器のためのＡＳＭＥコードから免除されるように６インチ（約１５２．４ｍｍ）よりも小さな内径を備えた、中空シリンダである。冷媒貯蔵容器３１５は外側絶縁層８０５を具備することができるが、好ましい実施の形態においては、冷媒貯蔵容器は外側絶縁層８０５を有しない。冷媒貯蔵容器３１５は図８に示すように端壁３２０及びその間に位置する内壁８１２により支持される。しかし、代わりの実施の形態においては、冷媒貯蔵容器３１５は任意の同様の形状の壁及び支持体により支持することができる。

[0055]少なくとも１つの冷媒貯蔵容器３１５は、冷却回路の要素がポンプダウンされるときに、その冷却回路からの液体冷媒を保持するように形状づけられる。ポンプダウンは通常冷媒回路の少なくとも１つのコンプレッサ３０２の停止直前に開始される。ポンプダウンは通常凝縮器３０４と少なくとも１つの膨張装置３０５との間の冷媒回路内に位置する液体ラインソレノイド弁（図示せず）を閉じる制御子３１２により開始する。液体ラインソレノイド弁を閉じると、凝縮器３０４から出る冷媒液体の流れが停止し、これは、凝縮器３０４内への液体冷媒の逆流を生じさせる。少なくとも１つのコンプレッサ３０２は作動し続け、少なくとも１つの蒸発器３０８から凝縮器３０４へ冷媒蒸気をポンピングする。液体冷媒が凝縮器３０４内で蓄積を開始すると、冷媒を凝縮するために利用できる熱伝達表面領域は減少し、これは凝縮器内の冷媒圧力を急激に上昇させる。圧力の急激な上昇により、液体冷媒は少なくとも１つの冷媒貯蔵容器３１５に接続された冷媒ライン５３０を通して凝縮器３０４の帰還ヘッダ５２２から流れ、液体冷媒が少なくとも１つの冷媒貯蔵容器３１５内に蓄積するのを許容する。

コンプレッサ排出ライン２０３（図２）の圧力トランスデューサ（図示せず）は、制御子３１２と組み合わさって、過剰に高い排出圧力を阻止するためにポンプダウン中コンプレッサの容量を減少させることができる。吸引圧力トランスデューサ（図示せず）は、制御子３１２と組み合わさって、コンプレッサの吸引圧力が少なくとも１つの蒸発器３０８内に液体冷媒が少ししかないか又は全く無い状態に対応する所定の最初値以下に下がったときに、ポンプダウン工程を終了させる。凝縮器３０４内の少なくとも１つの冷媒貯蔵容器３１５の形状は、別個の冷媒貯蔵容器無しに冷媒液体を保持するのに十分な内部容積を有する従来の丸チューブ式凝縮器コイルのためのものと極めて類似するような方法で制御子３１２が作動するのを許容する。

[0056]実働又は搬送のための冷媒の貯蔵に対しては、ポンプダウンは冷媒液体ライン２０５上に位置するサービス弁（図示せず）を手動で閉じることにより開始することができる。サービス弁は通常凝縮器３０４と液体ラインソレノイド弁（図示せず）との間で冷媒液体ライン２０５上に位置する。サービス弁を閉じると、液体冷媒は、液体ラインソレノイド弁が工程中に開いた状態を維持する点を除いて、上述のものと同様の工程で凝縮器３０４及び少なくとも１つの冷媒貯蔵容器３１５内へ移動させられる。制御子３１２は通常、吸引圧力が少なくとも１つのコンプレッサ３０２の停止に対応する所定の最小値以下に低下した後にのみ、液体ラインソレノイド弁を閉じる。

[0057]図面に示しここで説明した例示的な実施の形態は、現時点で好ましいものであるが、これらの実施の形態は単なる例として提示したものであることを理解すべきである。したがって、本出願は特定の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲の要旨内に入る種々の修正にまで拡張される。任意の工程又は方法の工程の順序即ち順番は代わりの実施の形態に従って変更又は順序変えできる。

[0058]本発明のある特徴及び実施の形態のみを図示し説明したが、当業者なら、特許請求の範囲において列挙された要旨の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正及び変更（例えば、種々の要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータ（例えば、温度、圧力等）の値、装着構成、材料の使用、色彩、方位等の変更）を行うことができる。任意の工程又は方法の工程の順序即ち順番は代わりの実施の形態に従って変更又は順序変えできる。それ故、特許請求の範囲は本発明の真の精神内に入るようなすべてのこのような修正及び変更をカバーすることを意図するものと理解すべきである。更に、例示的な実施の形態の簡潔な記述を提供する努力において、実際の履行（例えば、本発明を実行するための現時点で考えられる最良のモードに関連しないもの又は特許請求の範囲の発明を可能にすることに関連しないもの）のすべての特徴は説明しなかった。任意の工学又はデザイン企画においてのような任意のこのような実際の履行の発展において、多くの履行上の特定の決定を行うことができることを認識すべきである。このような発展の努力は複雑で時間を消費することがあるが、それにも拘わらず、過度の経験が無くてもこの開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作及び製造の日常の保証となろう。

Claims (20)

1. コンプレッサ、少なくとも１つの多チャンネル熱交換器コイルを備えた凝縮器ユニット、膨張装置及び蒸発器を有するＨＶＡＣシステムに使用するようにされた冷却装置であって、
   前記ＨＶＡＣシステムが更に、多チャンネル熱交換器コイルから冷媒を受け取るように形状づけられた冷媒貯蔵容器を有することを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷媒貯蔵容器が冷媒ラインを介して多チャンネル熱交換器コイルに流体連通することを特徴とする請求項１の冷却装置。
3. 前記冷媒貯蔵容器がコンプレッサ排出ラインに流体連通することを特徴とする請求項１の冷却装置。
4. 前記冷媒貯蔵容器のための冷媒ラインが冷媒貯蔵容器の底部に接続されることを特徴とする請求項２の冷却装置。
5. 前記多チャンネル熱交換器コイルが少なくとも２つの冷媒パスを有することを特徴とする請求項１の冷却装置。
6. 前記多チャンネル熱交換器コイルがマイクロチャンネル熱交換器コイルであることを特徴とする請求項１の冷却装置。
7. 前記多チャンネル熱交換器コイルが空冷されることを特徴とする請求項１の冷却装置。
8. コンプレッサ、少なくとも１つの多チャンネル熱交換器コイルを備えた凝縮器ユニット、膨張装置、蒸発器及び空気処理ユニットを有するＨＶＡＣシステムであって、
   前記ＨＶＡＣシステムが更に、多チャンネル熱交換器コイルの帰還ヘッダに流体連通する冷媒貯蔵容器を有することを特徴とするシステム。
9. 前記冷媒貯蔵容器が冷媒ラインを介して多チャンネル熱交換器コイルの帰還ヘッダに流体連通することを特徴とする請求項８のシステム。
10. 前記冷媒貯蔵容器が高温ガスラインを介して蒸発器の冷媒蒸気ラインに流体連通することを特徴とする請求項８のシステム。
11. 前記多チャンネル熱交換器コイルが２パス多チャンネル熱交換器コイルであることを特徴とする請求項８のシステム。
12. 前記多チャンネル熱交換器コイルがマイクロチャンネル熱交換器コイルであることを特徴とする請求項８のシステム。
13. コンプレッサ、多チャンネル熱交換器コイルを備えた凝縮器ユニット、膨張装置及び蒸発器を有する冷却回路を作動させる方法であって、
    前記方法が更に、多チャンネル熱交換器コイルに流体連通する冷媒貯蔵容器を提供する工程と、通常の作動状態の下で冷却回路を作動させる工程とを有し、
    前記冷媒貯蔵容器が通常の冷却回路作動状態中に実質上すべての冷媒蒸気を収容するように構成されることを特徴とする方法。
14. 前記冷媒貯蔵容器がまた通常の作動状態中に冷媒蒸気を収容する冷媒ラインに流体連通することを特徴とする請求項１３の方法。
15. 前記ポンプダウン作動中に冷媒回路を作動させる工程を更に有し、
    前記冷媒貯蔵容器がポンプダウン作動において多チャンネル熱交換器から受け取った冷媒液体を受け取り、収容することを特徴とする請求項１３の方法。
16. 前記冷媒貯蔵容器が冷媒ラインにより多チャンネル熱交換器コイルの帰還ヘッダに流体連通することを特徴とする請求項１３の方法。
17. 前記多チャンネル熱交換器コイルが２パス多チャンネル熱交換器コイルであることを特徴とする請求項１３の方法。
18. 前記多チャンネル熱交換器コイルがマイクロチャンネル熱交換器コイルであることを特徴とする請求項１３の方法。
19. 前記多チャンネル熱交換器コイルが空冷されることを特徴とする請求項１３の方法。
20. 前記多チャンネル熱交換器コイルがＨＶＡＣシステムの空気処理ユニットに提供される流体を冷却することを特徴とする請求項１３の方法。

Images