JP2018523085A - 少なくとも２つの蒸発器群を有する蒸気圧縮システム - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）であって、各蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）と、少なくとも１つの蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）と、少なくとも１つの蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）への冷媒の流量を制御する流量制御装置（８ａ、８ｂ、８ｃ）とを含む、少なくとも２つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）を含む蒸気圧縮システム（１）。各蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）について、蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）の出口は、対応するエジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の二次入口（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）に接続される。蒸気圧縮システム（１）は、エネルギー効率が良く且つ安定した方法で制御され得る。蒸気圧縮システム（１）を制御するための方法も開示される。

Description

本発明は、少なくとも２つの蒸発器群を含む蒸気圧縮システムに関する。各蒸発器群は、エジェクタユニットを含み、及びエジェクタユニットは、排熱式熱交換器の出口とレシーバの入口との間で並列に配置される。本発明は、かかる蒸気圧縮システムを制御するための方法に更に関する。

冷凍システムは、通常、圧縮機、例えば、凝縮器又はガス冷却器の形態の排熱式熱交換器、例えば、膨張弁の形態の膨張装置、及び冷媒経路内に配置される蒸発器を含む。冷媒経路を流れる冷媒は、交互に、圧縮機によって圧縮され、膨張装置によって膨張される。熱交換は、排熱式熱交換器及び蒸発器において、熱が排熱式熱交換器を通って流れる冷媒から排出され、熱が蒸発器を通って流れる冷媒によって吸収されるような方法で行われる。それにより、冷凍システムは、加熱又は冷却のいずれか一方を提供するために用いられてもよい。

幾つかの蒸気圧縮システムにおいて、エジェクタは、冷媒経路内で排熱式熱交換器に対して下流の位置に配置される。それにより、排熱式熱交換器を出た冷媒がエジェクタの一次入口に供給される。蒸気圧縮システムの蒸発器を出た冷媒は、エジェクタの二次入口に供給される。

エジェクタは、エジェクタの駆動入口（又は一次入口）に供給される駆動流体によってエジェクタの吸込入口（又は二次入口）において、流体の圧力エネルギーを増加させるためにベンチュリ効果を用いるポンプの一種である。それにより、説明したような冷媒経路にエジェクタを配置することで冷媒に仕事を行わせ、それによりエジェクタが何も設けられていない状態と比べて蒸気圧縮システムの電力消費を低減させる。

幾つかの蒸気圧縮システムにおいて、２つ以上の別々の蒸発器群が同じ圧縮機群及び同じ排熱式熱交換器に接続される。この場合、各蒸発器群は、排熱式熱交換器と圧縮機群との間に別々の冷媒ループを形成し、種々の蒸発器群の蒸発器は、同じ施設内で異なる目的のために用いられてもよい。例えば、１つの蒸発器群は、スーパーマーケット内の１つ以上の冷却体又は陳列ケースに対して冷却を提供するために用いられてもよい一方、別の蒸発器群は、スーパーマーケット内、例えば、冷却体又は陳列ケースが位置決めされている室内及び／又は隣接する室内の空調目的のために用いられてもよい。それにより、冷却体又は陳列ケースのための冷却及び部屋の空調は、別々の室外ユニットを有する別々の蒸気圧縮システムを用いるのではなく、１つの蒸気圧縮システムのみを用いて対処される。

欧州特許第２５０４６４０Ｂ１号明細書は、圧縮機、排熱式熱交換器、第１及び第２のエジェクタ、第１及び第２の熱吸収式熱交換器、並びにセパレータを含むエジェクタ冷凍システムを開示している。エジェクタは、エジェクタの１つの二次入口が他のエジェクタの出口に接続されるという意味で直列に配置されている。

先行技術の蒸気圧縮システムと比較して、蒸気圧縮システムの動作中のエネルギー効率が改善される少なくとも２つの蒸発器群を含む蒸気圧縮システムを提供することが本発明の実施形態の目的である。

少なくとも２つの蒸発器群を含み、極めて安定した方法で動作することが可能な蒸気圧縮システムを提供することが本発明の実施形態の更なる目的である。

少なくとも２つの蒸発器群を含む蒸気圧縮システムをエネルギー効率の良い方法で制御するための方法を提供することが本発明の実施形態のまた更なる目的である。

少なくとも２つの蒸発器群を含む蒸気圧縮システムを安定した方法で制御するための方法を提供することが本発明の実施形態のまた更なる目的である。

第１の態様によれば、本発明は、蒸気圧縮システムであって、
− １つ以上の圧縮機を含む圧縮機群と、
− 排熱式熱交換器と、
− レシーバと、
− 少なくとも２つの蒸発器群であって、各蒸発器群は、エジェクタユニットと、少なくとも１つの蒸発器と、少なくとも１つの蒸発器への冷媒の流量を制御する流量制御装置とを含む、少なくとも２つの蒸発器群と
を含み、
排熱式熱交換器の出口は、蒸発器群のそれぞれのエジェクタユニットの一次入口に接続され、各エジェクタユニットの出口は、レシーバの入口に接続され、及び各蒸発器群の少なくとも１つの蒸発器の出口は、対応する蒸発器群のエジェクタユニットの二次入口に接続される、蒸気圧縮システムを提供する。

第１の態様によれば、本発明は蒸気圧縮システムに関する。これに関連して、用語「蒸気圧縮システム」は、冷媒等の流体媒体の流れが循環し、交互に圧縮及び膨張され、それにより容積の冷凍又は加熱のいずれか一方を提供する任意のシステムを意味するように解釈すべきである。従って、蒸気圧縮システムは、冷凍システム、空調システム、ヒートポンプ等であってもよい。

蒸気圧縮システムは、１つ以上の圧縮機を含む圧縮機群を含む。例として、圧縮機群は単一の圧縮機を含み得、この場合、この圧縮機は、有利には、可変容量圧縮機であってもよい。代替として、圧縮機群は、並列に配置される２つ以上の圧縮機を含み得る。それにより、圧縮機群の容量は、圧縮機をオン又はオフに切り換えることにより、及び／又は圧縮機の少なくとも１つが可変容量圧縮機である場合には圧縮機の１つ以上の容量を変化させることにより変化され得る。圧縮機の全てが蒸気圧縮システムの冷媒経路の同じ部分に接続される入口を有し得るか、又は圧縮機が冷媒経路の様々な部分に接続されてもよい。これを以下で更に詳細に説明する。

蒸気圧縮システムは、圧縮された冷媒を圧縮機群から受け取るように配置される排熱式熱交換器を更に含む。排熱式熱交換器において、熱交換は、熱が排熱式熱交換器を通って流れる冷媒から二次流体流れの流体へ排出されるような方法で、排熱式熱交換器を通って流れる冷媒と二次流体流れとの間で行われる。二次流体流れは、排熱式熱交換器にわたって流れる周囲空気若しくは海水等の別の種類の排熱流体、又は別の排熱式熱交換器を介して周囲と熱を交換するように配置される流体であってもよく、或いはそれは冷媒から熱を回収するように配置される熱回収流体流れであってもよい。排熱式熱交換器は凝縮器の形態であってもよく、その場合、排熱式熱交換器を通過する冷媒は少なくとも部分的に凝縮される。代替として、排熱式熱交換器はガス冷却器の形態であってもよく、その場合、排熱式熱交換器を通過する冷媒は冷却されるが、気相のままであり、すなわち相変化は行われない。

レシーバにおいて、冷媒は液体部分と気体部分とに分離される。

蒸気圧縮システムは、少なくとも２つの蒸発器群を更に含む。これに関連して、用語「蒸発器群」は、１つ以上の蒸発器を含み、１つの蒸発器群内に広がる圧力が別の蒸発器群内に広がる圧力と本質的に無関係であるという意味で、蒸発器群が互いから独立するような方法で配置される蒸気圧縮システムの一部を意味するように解釈されるべきである。蒸気圧縮システムの蒸発器群は、従って、異なる目的のために用いられてもよい。例として、１つの蒸発器群は、スーパーマーケット内の多くの冷凍体又は陳列ケースに対して冷却を提供するための専用であり得る一方、別の蒸発器群は、スーパーマーケットを収容する建物の一部に対する空調を提供するための専用であり得る。更に、２つ以上の蒸発器群が建物の様々な部分に対する空調を提供するために用いられてもよい。しかし、蒸発器群の全ては、様々な目的のための別々の蒸気圧縮システムを設ける代わりに、同じ圧縮機群及び同じ排熱式熱交換器に接続される。

各蒸発器群は、エジェクタユニットと、少なくとも１つの蒸発器と、少なくとも１つの蒸発器への冷媒の流量を制御する流量制御装置とを含む。エジェクタユニットは１つ以上のエジェクタを含む。蒸発器群がエジェクタユニットを含むため、蒸気圧縮システムのエネルギー消費は、上で説明したように最小化することができる。

蒸発器において、熱交換は、冷媒が少なくとも部分的に蒸発する間に熱が蒸発器を通って流れる冷媒によって吸収されるような方法で、冷媒と周囲との間で行われる。各蒸発器群は単一の蒸発器を含み得る。代替として、蒸発器群の少なくとも１つは、例えば、流動的に並列に配置される２つ以上の蒸発器を含み得る。例として、上で説明したように、蒸発器群の１つは、スーパーマーケットの多くの冷却体又は陳列ケースに対して冷却を提供するために用いられてもよい。この場合、各冷却体又は陳列ケースは別々の蒸発器を含み得、各蒸発器は、冷媒が各蒸発器に流れて独立して制御されることを可能にするために、別々の流量制御装置を有利に含み得る。

蒸気圧縮システムがエジェクタユニットを含まない、１つ以上の更なる蒸発器群を含むことは除外されない。

排熱式熱交換器の出口は、蒸発器群のそれぞれのエジェクタユニットの一次入口に接続される。従って、排熱式熱交換器を出る冷媒は、エジェクタユニットの一次入口を経由して蒸発器群間で分配される。

各蒸発器群のエジェクタユニットの出口は、レシーバの入口に接続される。従って、各エジェクタユニットを通って流れる冷媒はレシーバ内に集められ、ここで、それは上で説明したように液体部分と気体部分とに分離される。

最終的に、各蒸発器群の蒸発器の出口は、対応する蒸発器群のエジェクタユニットの二次入口に接続される。従って、所定の蒸発器群のエジェクタユニットは、蒸発器群の蒸発器から冷媒を吸い込むが、他の蒸発器群のいずれかの蒸発器からは吸い込まない。これにより、蒸発器群のそれぞれが、他の蒸発器群の制御とは実質的に独立して、エネルギー効率の良い方法で制御されることが可能となるため、これは有利である。例として、各蒸発器群は、エジェクタユニットの潜在能力が可能な限り最大の範囲まで利用されることを可能にする方法で制御することができる。更に、これにより、蒸気圧縮システムが極めて安定した方法で動作することが可能となる。

要約すれば、蒸気圧縮システム内に流れる冷媒は、熱交換が排熱式熱交換器及び蒸発器ユニットの蒸発器において行われる間に交互に圧縮機ユニットの圧縮機によって圧縮され、エジェクタユニットのエジェクタによって膨張される。

圧縮機群の入口はレシーバの気体出口に接続されてもよく、各蒸発器群の流量制御装置はレシーバの液体出口に接続されてもよい。それにより、レシーバ内の冷媒の気体部分が圧縮機に直接供給される一方、レシーバ内の冷媒の液体部分が流量制御装置を経由して蒸発器群の蒸発器に供給され、すなわち、冷媒の液体部分は蒸発器によって蒸発される。流量制御装置の少なくとも１つが膨張装置である場合、それにより、レシーバ内の冷媒の気体部分が膨張装置において膨張を受けることが回避され、従って、それはより高い圧力レベルで圧縮機群に供給される。それにより、冷媒を圧縮するために圧縮機によって必要とされるエネルギーが低減され、蒸気圧縮システムのエネルギー消費がそれに応じて低減される。

この場合、圧縮機群は１つ以上の主圧縮機及び１つ以上のレシーバ圧縮機を含み得、主圧縮機は少なくとも１つの蒸発器群の蒸発器の出口に接続され、レシーバ圧縮機はレシーバの気体出口に接続される。この実施形態によれば、圧縮機群は、１つ以上の蒸発器の出口から受け取る冷媒を圧縮するための専用の１つ以上の圧縮機、すなわち主圧縮機と、レシーバの気体出口から受け取る冷媒を圧縮するための専用の１つ以上の圧縮機、すなわちレシーバ圧縮機とを含む。主圧縮機及びレシーバ圧縮機は互いから独立して動作する。圧縮機を適切に制御することにより、圧縮機群によって圧縮される冷媒のどの程度の部分がレシーバの気体出口から発生するか、及びどの程度の部分が蒸発器の出口から発生するかを決定することができる。

代替として、圧縮機群の圧縮機の全てがレシーバの気体出口及び１つ以上の蒸発器の出口に接続されてもよく、すなわち、圧縮機群の圧縮機の全ては、「主圧縮機」又は「レシーバ圧縮機」として機能してもよい。これは、現在の要件に従って、圧縮機群の利用可能な圧縮機総容量が「主圧縮機容量」と「レシーバ圧縮機容量」との間で切り替えられることを可能にする。これは、例えば、各圧縮機の入口に適切な方法で配置される３方向弁等の弁を制御することによって得ることができる。

上で説明した実施形態によれば、蒸発器群の少なくとも１つの蒸発器の出口は、圧縮機群の入口及び対応するエジェクタユニットの二次入口に接続される。これらの蒸発器群が、蒸発器を出る冷媒のどの程度の部分が圧縮機群に供給されるか、及びどの程度の部分が対応するエジェクタユニットの二次入口に供給されるかを制御することが可能である。可能な限り多くの部分をエジェクタユニットの二次入口に供給することが通常望ましく、なぜなら、それにより、蒸発器群が可能な限りエネルギー効率良く動作されるからである。

蒸発器群の少なくとも１つの蒸発器の出口が圧縮機群の入口に接続されないことを除外しないことに留意されたい。従って、これらの蒸発器群の場合、蒸発器を出る冷媒の全てが、対応するエジェクタユニットの二次入口に供給される。

少なくとも１つの蒸発器群のエジェクタユニットは、並列に配置される２つ以上のエジェクタを含み得る。それにより、エジェクタユニットの容量は、個々のエジェクタを起動又は停止することによって調整することができる。

代替として又は追加として、少なくとも１つの蒸発器群のエジェクタユニットは、少なくとも１つの可変容量エジェクタを含み得る。それにより、エジェクタユニットの容量は、エジェクタの１つ以上の容量を調整することによって調整することができる。

蒸発器群の少なくとも１つの流量制御装置は、例えば、膨張弁の形態の膨張装置であるか、又はそれを含み得る。この場合、流量制御装置を通過する冷媒は、蒸発器に供給される前に膨張を受ける。

代替として、流量制御装の少なくとも１つは、オン／オフ弁等の別の種類であってもよい。これは、例えば、蒸発器が液液式熱交換器等のプレート式熱交換器の形態である場合に適切であり得る。この場合、蒸発器群は、圧縮機群及び排熱式熱交換器に対して遠隔に配置される建物の一部に対して空調を提供するために用いられてもよい。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様による蒸気圧縮システムを制御するための方法を提供し、方法は、
− 排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力を取得するステップと、
− 少なくとも１つの蒸発器群について、その蒸発器群に関する動作パラメータのための値を取得するステップと、
− 排熱式熱交換器を出る冷媒の取得された圧力に従って、及び／又は取得された動作パラメータに従ってエジェクタユニットを制御するステップと
を含む。

本発明の第１の態様と組み合わせて説明したいずれの特徴も本発明の第２の態様と組み合わせることができ、その逆も可能であることを当業者は容易に認識するであろうことに留意されたい。

本発明の第２の態様による方法によって制御される蒸気圧縮システムは、本発明の第１の態様による蒸気圧縮システムである。上で述べた見解は、従って、ここでは等しく適用できる。

本発明の第２の態様の方法によれば、排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力が最初に取得される。これは、例えば、直接圧力を測定することを含み得、又は１つ以上の他の測定パラメータから圧力を導き出すことを含み得る。排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力は、屋外温度及び排熱式熱交換器にわたって流れる二次流体流れの温度等の周囲条件に依存する。かかる周囲条件は、蒸気圧縮システムがエネルギー効率の良い方法で動作するために制御されなければならない方法に影響を及ぼし、この圧力を所定の状況下で適切なレベルに維持することが望ましい。更に、蒸発器群のそれぞれのエジェクタユニットの一次入口が排熱式熱交換器の出口に接続されているため、排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力は、また、エジェクタユニットの一次入口に供給される冷媒の圧力でもある。

更に、少なくとも１つの蒸発器群について、その蒸発器群に関する動作パラメータのための値が取得される。上記のように、蒸発器群は互いから独立して制御され得、従って、１つの蒸発器群に関する動作パラメータが他の蒸発器群の動作に影響を及ぼしてもよい。

最終的に、エジェクタユニットは、排熱式熱交換器を出る冷媒の取得された圧力に従って、及び／又は取得された動作パラメータに従って制御される。それにより、各蒸発器群がエネルギー効率の良い安定した方法で制御されることを確実にできる一方、蒸発器群全体がエネルギー効率の良い安定した方法で制御されることを確実にする。

エジェクタユニットの１つを制御することは、例えば、エジェクタユニットの１つ以上の変数パラメータを調整することを含む。例として、エジェクタユニットの一次入口の開度及びそれによるエジェクタユニットの駆動流れを調整することができる。エジェクタユニットが流動的に並列に配置される２つ以上のエジェクタを含む場合、これは、エジェクタユニットの個々のエジェクタの一次入口を開閉することによって得ることができる。代替として、一次入口の開度は、弁座に対して弁要素、例えば、円錐弁要素を移動させることによって調整されてもよい。

代替として又は追加として、エジェクタユニットの二次入口の開度及びそれによるエジェクタユニットの二次流れは、例えば、一次入口に関して上で説明したものと類似する方法で調節することができる。

代替として又は追加として、エジェクタユニットによって画定される混合領域の寸法及び／又は寸法形状を調整することができ、及び／又はエジェクタユニットのディフューザの長さを調整することができる。

上で説明した様々な調整は、全て結果としてエジェクタユニットの動作範囲の調整をもたらす。

エジェクタユニットを制御するステップは、
− 排熱式熱交換器を出る冷媒の取得された圧力に従ってエジェクタユニットの少なくとも１つを制御することと、
− 対応する蒸発器群に関する取得された動作パラメータに従ってエジェクタユニットの少なくとも１つを制御することと
を含み得る。

この実施形態によれば、蒸発器群は互いから完全に独立して制御される。例として、蒸気圧縮システムが厳密に２つの蒸発器群を含む場合、蒸発器群の一方は、単に排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力に基づいて制御されてもよく、他方の蒸発器群は、単にその蒸発器群に関する動作パラメータに基づいて制御されてもよい。従って、第１の蒸発器群は、適切な圧力が排熱式熱交換器の出口で維持されるような方法で制御され、それにより、蒸気圧縮システムがそのようにエネルギー効率の良い安定した方法で動作することを確実にする。同時に、第２の蒸発器群は、この蒸発器群がエネルギー効率の良い安定した方法で動作するような方法で制御される。

方法は、排熱式熱交換器を出る冷媒の温度及び／又は排熱式熱交換器にわたって流れる二次流体の温度を取得するステップを更に含み、排熱式熱交換器を出る冷媒の取得された圧力に従ってエジェクタユニットの少なくとも１つを制御するステップは、
− 取得された温度に基づいて基準圧力値を計算するステップと、
− 計算された基準圧力値を取得された圧力と比較するステップと、
− 比較に基づいてエジェクタユニットを動作させるステップと
を含み得る。

計算された基準圧力値は、所定の動作条件下で適切である、排熱式熱交換器を出る冷媒及び／又は周囲温度の現在の温度をとりわけ与える排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力レベルに対応する。基準圧力は、次いで、排熱式熱交換器を出る冷媒の取得された圧力、すなわち、排熱式熱交換器を出る冷媒内に実際に広がる圧力と比較され、エジェクタユニットは比較に基づいて動作する。基準圧力値は所定の状況下の最適圧力を表すため、実際の圧力は基準圧力に等しいことが望ましい。従って、計算された基準圧力値と取得された圧力との間に不一致が存在することを比較が明らかにする場合、排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力が、計算された基準圧力値に近付くことを確実にする方法でエジェクタユニットは動作される。

代替の実施形態によれば、エジェクタユニットを制御するステップは、
− 排熱式熱交換器を出る冷媒の取得された圧力に基づいて、エジェクタユニットの総容量が増加、減少、又は維持される必要があるかどうかを判断するステップと、
− エジェクタユニットの総容量が増加又は減少される必要がある場合、取得された動作パラメータに基づいて、少なくとも１つの蒸発器群を選択するステップと、
− 選択された蒸発器群のエジェクタユニットの容量を増加又は減少させるステップと
を含み得る。

この実施形態によれば、エジェクタユニットの総容量は、排熱式熱交換器を出る冷媒の圧力に基づいて制御され、すなわち、エジェクタユニットの総容量は、排熱式熱交換器を出る冷媒の適切な圧力が維持されるような方法で選択される。しかし、どのようにこの容量がエジェクタユニット間に分配されるかは、個々の蒸発器群に関する動作パラメータに基づいて制御される。

従って、排熱式熱交換器を出る冷媒の取得された圧力は、エジェクタユニットの総容量が増加若しくは減少される必要があるかどうか、又は現在のレベルで維持することができるかどうかを決定する。また、排熱式熱交換器を出る冷媒の適切な圧力レベルを取得するために、エジェクタユニットの総容量が増加又は減少される必要があると判断されると、取得された動作パラメータに基づいて、適切な蒸発器群が選択される。例として、エジェクタユニットの総容量が増加される必要がある場合、追加のエジェクタ容量を必要とする蒸発器群が選択されてもよい。同様に、エジェクタユニット総容量が減少される必要がある場合、最小のエジェクタ容量を必要とする蒸発器群が選択されてもよい。選択された蒸発器群のエジェクタユニットのエジェクタ容量は、次いで適切に調整される。

少なくとも１つの蒸発器群を選択するステップは、
− 取得された動作パラメータを対応する基準値と比較するステップと、
− エジェクタユニットの総容量が増加される必要がある場合、動作パラメータと基準値との間で最大偏差を有する蒸発器群を選択するステップと、
− エジェクタユニットの総容量が減少される必要がある場合、動作パラメータと基準値との間で最小偏差を有する蒸発器群を選択するステップと
を含み得る。

所定の蒸発器群の基準値は、この蒸発器群がエネルギー効率の良い安定した方法で動作していることを確実にする動作パラメータの値を表す。従って、取得された動作パラメータが基準値に近いことが望ましい。従って、取得された動作パラメータと基準値との間の偏差が大きければ、蒸発器群が最適な方法で動作していない可能性があり、蒸発器群のエジェクタユニットのエジェクタ容量の増加が、蒸発器群の動作を向上させるために必要とされ得る。従って、エジェクタ総容量の増加が必要とされる場合、かかる蒸発器群を選択することが適切である。

一方、取得された動作パラメータと基準値との間の偏差が小さければ、蒸発器群は最適な方法で動作している可能性がある。蒸発器群のエジェクタユニットのエジェクタ容量の減少は、従って、結果として蒸発器群がエネルギー効率の劣る方法で動作することになる。しかし、蒸発器群は最適近くで動作しているため、エジェクタ容量が減少されたとしても、依然として許容範囲内で動作している可能性がある。従って、エジェクタ総容量の減少が必要とされる場合、かかる蒸発器群を選択することが適切である。

方法は、取得された動作パラメータと基準値との間の偏差が１つ以上の蒸発器群のための所定の閾値を超える場合、レシーバの内部に広がる圧力を調整するステップを更に含み得る。

幾つかの蒸発器群が、対応する基準値から大きく逸脱した動作パラメータを有する場合、蒸気圧縮システムは、そのように適切な方法で動作していない恐れがある。従って、この場合、蒸気圧縮システムの動作がそのように向上されることを得るために、エジェクタユニットのエジェクタ容量以外のパラメータを調整することが望ましいことがあり得る。例として、この場合、レシーバの内部に広がる圧力が調整されてもよい。

方法は、第１の蒸発器群のための取得された動作パラメータと基準値との間の偏差が、第２の蒸発器群の取得された動作パラメータと基準値との間の偏差よりも有意に大きい場合、第１の蒸発器群のエジェクタユニットの容量を増加させ、且つ第２の蒸発器群のエジェクタユニットの容量を減少させるステップを更に含み得る。

この実施形態によれば、種々の蒸発器群のエジェクタユニット間のエジェクタ総容量の分配は、蒸発器群の幾つかが他よりも多くのエジェクタ容量を必要とすることが判明した場合に切り換えることができる。これは、エジェクタ総容量の増加又は減少が必要とされていない場合でさえ行われてもよい。更に、それにより、利用可能なエジェクタ総容量が最大限の程度まで利用されることを確実にすることができる。

少なくとも１つの蒸発器群のための動作パラメータは、蒸発器群の蒸発器の内部に広がる圧力であってもよい。

代替として又は追加として、少なくとも１つの蒸発器群のための動作パラメータは、蒸発器群の蒸発器にわたって流れる二次流体媒体の温度であってもよい。

代替として又は追加として、少なくとも１つの蒸発器群の動作パラメータは、蒸発器群の蒸発器を通って流れる冷媒の蒸発していない部分を反映するパラメータであってもよい。

上で述べた動作パラメータは、全て対応する蒸発器群がエネルギー効率の良い方法で動作しているか否かを示す。

本発明を、ここで、以下の添付図面を参照して更に詳細に説明する。

本発明の種々の実施形態による蒸気圧縮システムの概略図である。

図１は、本発明の第１の実施形態による蒸気圧縮システム１の概略図である。蒸気圧縮システム１は、多くの圧縮機３を含み、そのうちの２つを示す圧縮機群２と、排熱式熱交換器４とを含む。蒸気圧縮システム１は、２つの蒸発器群５ａ、５ｂを更に含む。第１の蒸発器群５ａは、多くの冷却体又は陳列ケースに対して冷却を提供するよう配置されており、第２の蒸発器群５ｂは、冷却体又は陳列ケースが位置決めされている施設において１つ以上の部屋に対して空調を提供するよう配置されている。蒸気圧縮システム１は、レシーバ６を更に含む。

第１の蒸発器群５ａは、第１のエジェクタユニット７ａ、第１の膨張弁８ａの形態の流量制御装置、及び第１の蒸発器９ａを含む。第１の蒸発器９ａは単一の蒸発器として示されていたとしても、実際には流動的に並列に配置される２つ以上の蒸発器であってもよく、各蒸発器は、特定の冷却体又は陳列ケースに対して冷却を提供するよう配置されていることに留意されたい。この場合、各蒸発器は、蒸発器に対する冷媒の流れを制御する、例えば、膨張弁の形態で別々の流量制御弁を含み得る。

同様に、第２の蒸発器群５ｂは、第２のエジェクタユニット７ｂ、第２の膨張弁８ｂの形態の流量制御装置、及び第２の蒸発器９ｂを含む。また、この場合、第２の蒸発器９ｂは２つ以上の蒸発器であってもよく、各蒸発器は別室に対する空調を提供するよう配置されている。

蒸気圧縮システム１内を流れる冷媒は、圧縮機群２の圧縮機３によって圧縮される。圧縮された冷媒は排熱式熱交換器４に供給され、ここで、熱が冷媒から周囲へ排出されるような方法で周囲と熱交換が行われる。排熱式熱交換器４が凝縮器の形態である場合、排熱式熱交換器４を通過する冷媒は、少なくとも部分的に凝縮される。排熱式熱交換器４がガス冷却器の形態である場合、排熱式熱交換器４を通過する冷媒は冷却されるが、相変化は行われない。

排熱式熱交換器４を出た冷媒は、第１のエジェクタユニット７ａの一次入口１０ａ及び第２のエジェクタユニット７ｂの一次入口１０ｂに供給される。エジェクタユニット７ａ、７ｂを出た冷媒はレシーバ６に供給され、ここで、冷媒は液体部分と気体部分とに分離される。冷媒の液体部分は、液体出口１１ａ、１１ｂを経由してレシーバ６を出て、第１の膨張弁８ａを経由して第１の蒸発器群５ａの蒸発器９ａに、且つ第２の膨張弁８ｂを経由して第２の蒸発器群５ｂの蒸発器９ｂに供給される。

第１の蒸発器９ａを出た冷媒は、圧縮機群２又は第１のエジェクタユニット７ａの二次入口１２ａのいずれか一方に供給される。圧縮機群２に供給される冷媒の一部は、第１の蒸発器９ａからの冷媒のみを受け取ることができる専用の主圧縮機３ａに供給される。第１の蒸発器９ａを出る冷媒の部分の可能な限り多くが第１のエジェクタユニット７ａの二次入口１２ａに供給されるのが望ましく、なぜなら、それにより、第１の蒸発器群５ａが可能な限りエネルギー効率が良く動作されるからである。実際、理想的な動作条件下で主圧縮機３ａは一切動作するべきではない。しかし、主圧縮機３ａは、第１のエジェクタ７ａが第１の蒸発器９ａを出る冷媒の全てを吸い込むことができないような動作条件である場合、オンに切り換わってもよい。

第２の蒸発器９ｂを出た冷媒の全ては、第２のエジェクタユニット７ｂの二次入口１２ｂに供給される。従って、第２の蒸発器９ｂの出口は圧縮機群２に接続されておらず、第２の蒸発器群５ｂ内の冷媒流量は、本質的に第２のエジェクタユニット７ｂのエジェクタ容量によって決定される。

従って、第１のエジェクタユニット７ａの二次入口１２ａは第１の蒸発器９ａからの冷媒のみを受け取り、第２のエジェクタユニット７ｂの二次入口１２ｂは第２の蒸発器９ｂからの冷媒のみを受け取る。従って、第１の蒸発器群５ａ及び第２の蒸発器群５ｂは、互いから独立しており、それぞれのエジェクタユニット７ａ、７ｂのエジェクタ容量を制御することによって互いから独立して制御することができる。

レシーバ６内の冷媒の気体部分は、レシーバ６の気体出口１３を経由して圧縮機群２に供給される。この冷媒は専用のレシーバ圧縮機３ｂに直接供給される。レシーバ６の気体出口１３から供給される冷媒は、第１の膨張弁８ａにおいて膨張を受けないため、レシーバ６の気体出口１３からレシーバ圧縮機３ｂに供給される冷媒は、第１の蒸発器９ａから主圧縮機３ａ供給される冷媒の圧力レベルよりも高い圧力レベルにある。従って、レシーバ６の気体出口１３から受け取られる冷媒を圧縮するために必要なエネルギーは、第１の蒸発器９ａから受け取られる冷媒を圧縮するために必要なエネルギーよりも低い。

一実施形態によれば、第１のエジェクタユニット７ａのエジェクタ容量は、排熱式熱交換器４を出る冷媒の圧力に基づいて、圧力が適切なレベルで維持されることを確実にするように制御されてもよい。この場合、第２のエジェクタ７ｂのエジェクタ容量は、第２の蒸発器群５ｂに関連する動作パラメータ、例えば、第２の蒸発器９ｂの内部に広がる圧力、第２の蒸発器９ｂにわたる二次流体流れの温度、又は第２の蒸発器群５ｂ内を循環する冷媒のどの程度の量が第２の蒸発器９ｂを通過する場合に実際に蒸発されるか若しくは蒸発されないかを反映するパラメータに基づいて制御されてもよい。

別の実施形態によれば、排熱式熱交換器４を出る冷媒の圧力は、エジェクタユニット７ａ、７ｂのエジェクタ総容量を増加させるべきか、減少させるべきか、又は現状レベルに維持するべきかどうかを判断するための基準として用いられてもよい。エジェクタ総容量を増加又は減少させるべきと判断された場合、第１の蒸発器群５ａ又は第２の蒸発器群５ｂのいずれか一方が、蒸発器群５ａ、５ｂのそれぞれに対して測定された動作パラメータ、例えば、上で説明した動作パラメータの１つに基づいて選択される。エジェクタ総容量を増加させるべきである場合、追加のエジェクタ容量を最も必要としている蒸発器群５ａ、５ｂが選択される。同様に、エジェクタ総容量を減少させるべきである場合、エジェクタ容量を最も必要としない蒸発器群５ａ、５ｂが選択される。最終的に、選択された蒸発器群５ａ、５ｂのエジェクタユニット７ａ、７ｂのエジェクタ容量が、エジェクタ総容量の必要とされる増加又は減少を提供するために調整される。

図２は、本発明の第２の実施形態による蒸気圧縮システム１の概略図である。図２の蒸気圧縮システム１は図１の蒸気圧縮システム１と類似しており、従ってここでは詳細に説明しない。図２の蒸気圧縮システム１において、圧縮機群２は多くの圧縮機３を含み、そのうちの３つを示す。圧縮機３のそれぞれは、圧縮機３のそれぞれが第１の蒸発器９ａの出口又はレシーバ６の気体出口１３のいずれか一方に接続されることを可能にする３方向弁１４を含む。従って、圧縮機３は専用の「主圧縮機」又は専用の「レシーバ圧縮機」ではないが、各圧縮機３は「主圧縮機」又はレシーバ圧縮機」として動作してもよい。これは、３方向弁１４を適切に制御することにより、現在の要件に従って、圧縮機群２の利用可能な圧縮機総容量が「主圧縮機容量」と「レシーバ圧縮機容量」との間で切り替えられることを可能にする。

図３は、本発明の第３の実施形態による蒸気圧縮システム１の概略図である。図３の蒸気圧縮システム１は図２の蒸気圧縮システム１と極めて類似しており、従ってここでは詳細に説明しない。図３の蒸気圧縮システム１は、排熱式熱交換器４の出口とレシーバ６とを相互に接続する冷媒経路の一部に配置される高圧弁１５を更に含む。従って、高圧弁１５はエジェクタユニット７ａ、７ｂと並列に流動的に配置される。図３の蒸気圧縮システム１において、従って、排熱式熱交換器４を出る冷媒がエジェクタユニット７ａ、７ｂの１つ又は高圧弁１５を通過すべきかどうかを選択することが可能である。

図４は、本発明の第４の実施形態による蒸気圧縮システム１の概略図である。図４の蒸気圧縮システム１は図１の蒸気圧縮システム１と極めて類似しており、従ってここでは詳細に説明しない。図４の蒸気圧縮システム１は、第３のエジェクタユニット７ｃ、第３の膨張弁８ｃ、及び第３の蒸発器９ｃを含む第３の蒸発器群５ｃを含む。

第３の蒸発器９ｃの出口は第３のエジェクタユニット７ｃの二次入口１２ｃのみに接続され、すなわち、第３の蒸発器９ｃを出る冷媒の全ては、図１及び第２の蒸発器群５ｂに関して上で説明した状態と類似して、第３のエジェクタユニット７ｃの二次入口１２ｃに供給される。

第３の蒸発器９ｃはプレート式熱交換器、例えば、液液式熱交換器の形態である。従って、第３の蒸発器群５ｃは、例えば、圧縮機群２及び排熱式熱交換器４に対して遠隔に配置される建物の一部に空調を提供するために用いられてもよい。

図５は、本発明の第５の実施形態による蒸気圧縮システム１の概略図である。図５の蒸気圧縮システム１は図４の蒸気圧縮システム１と極めて類似しており、従ってここでは詳細に説明しない。図５の蒸気圧縮システム１において、圧縮機群２の圧縮機３は、全てそれぞれの３方向弁１４を経由して第１の蒸発器９ａの出口及びレシーバ６の気体出口１３に接続されている。これは、既に図２に関して上で説明されている。

図６は、本発明の第６の実施形態による蒸気圧縮システム１の概略図である。図６の蒸気圧縮システム１は、蒸気圧縮システム１が３つの蒸発器群５ａ、５ｂ、５ｃを含むという意味で図４の蒸気圧縮システム１と極めて類似している。しかし、図６の蒸気圧縮システム１において、第２の蒸発器群５ｂ及び第３の蒸発器群５ｃのみがエジェクタユニット７ｂ、７ｃを含む。第１の蒸発器群５ａは、それに対してエジェクタユニットを含まない。従って、第１の蒸発器９ａを出る冷媒の全てが圧縮機群２の主圧縮機３ａに供給され、第２の蒸発器９ｂを出る冷媒の全てが第２のエジェクタユニット７ｂの二次入口１２ｂに供給され、及び第３の蒸発器９ｃを出る冷媒の全てが第３のエジェクタユニット７ｃの二次入口１２ｃに供給される。

図６の蒸気圧縮システム１は、例えば、エジェクタユニット７ｂ、７ｃによって提供される総膨張容量が、第２の蒸発器群５ｂ及び第３の蒸発器群５ｃによって容易に利用され得る状況に適している可能性がある。この場合、更なるエジェクタユニットを第１の蒸発器群５ａに追加することは、蒸気圧縮システム１のエネルギー効率を改善しない。代替として、図６の蒸気圧縮システム１は、例えば、第１の蒸発器９ａの蒸発温度が低すぎるため、第１の蒸発器群５ａに配置されるエジェクタユニットが第１の蒸発器９ａを出る冷媒の圧力を上げることができない状況に適している可能性がある。

Claims (16)

1. 蒸気圧縮システム（１）であって、
   − １つ以上の圧縮機（３、３ａ、３ｂ）を含む圧縮機群（２）と、
   − 排熱式熱交換器（４）と、
   − レシーバ（６）と、
   − 少なくとも２つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）であって、各蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）と、少なくとも１つの蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）と、前記少なくとも１つの蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）への冷媒の流量を制御する流量制御装置（８ａ、８ｂ、８ｃ）とを含む、少なくとも２つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）と
   を含み、
   前記排熱式熱交換器（４）の出口は、前記蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）のそれぞれの前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の一次入口（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）に接続され、各エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の出口は、前記レシーバ（６）の入口に接続され、及び各蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記少なくとも１つの蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）の出口は、前記対応する蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の二次入口（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）に接続される、蒸気圧縮システム（１）。
2. 前記圧縮機群（２）の入口は、前記レシーバ（６）の気体出口（１３）に接続され、各蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記流量制御装置（８ａ、８ｂ、８ｃ）は、前記レシーバ（６）の液体出口（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）に接続される、請求項１に記載の蒸気圧縮システム（１）。
3. 前記圧縮機群（２）は、１つ以上の主圧縮機（３ａ）及び１つ以上のレシーバ圧縮機（３ｂ）を含み、前記主圧縮機（３ａ）は、少なくとも１つの蒸発器群（５ａ）の前記蒸発器（８ａ）の前記出口に接続され、及び前記レシーバ圧縮機（３ｂ）は、前記レシーバ（６）の前記気体出口（１３）に接続される、請求項２に記載の蒸気圧縮システム（１）。
4. 少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）は、並列に配置される２つ以上のエジェクタを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸気圧縮システム（１）。
5. 少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）は、少なくとも１つの可変容量エジェクタを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蒸気圧縮システム（１）。
6. 前記蒸発器群の少なくとも１つの前記流量制御装置は、膨張装置（８ａ、８ｂ、８ｃ）であるか、又は膨張装置（８ａ、８ｂ、８ｃ）を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸気圧縮システム（１）。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸気圧縮システム（１）を制御するための方法であって、
   − 前記排熱式熱交換器（４）を出る冷媒の圧力を取得するステップと、
   − 少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）について、前記蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）に関する動作パラメータのための値を取得するステップと、
   − 前記排熱式熱交換器（４）を出る冷媒の前記取得された圧力に従って、及び／又は前記取得された動作パラメータに従って前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）を制御するステップと
   を含む、方法。
8. 前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）を制御する前記ステップは、
   − 前記排熱式熱交換器（４）を出る冷媒の前記取得された圧力に従って前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の少なくとも１つを制御することと、
   − 前記対応する蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）に関する取得された動作パラメータに従って前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の少なくとも１つを制御することと
   を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記排熱式熱交換器（４）を出る冷媒の温度及び／又は前記排熱式熱交換器（４）にわたって流れる二次流体の温度を取得するステップを更に含み、前記排熱式熱交換器（４）を出る冷媒の前記取得された圧力に従って前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の少なくとも１つを制御する前記ステップは、
   − 前記取得された温度に基づいて基準圧力値を計算するステップと、
   − 前記計算された基準圧力値を前記取得された圧力と比較するステップと、
   − 前記比較に基づいて前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）を動作させるステップと
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）を制御する前記ステップは、
    − 前記排熱式熱交換器（４）を出る冷媒の前記取得された圧力に基づいて、前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の総容量が増加、減少、又は維持される必要があるかどうかを判断するステップと、
    − 前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の前記総容量が増加又は減少される必要がある場合、前記取得された動作パラメータに基づいて、少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）を選択するステップと、
    − 前記選択された蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の前記容量を増加又は減少させるステップと
    を含む、請求項７に記載の方法。
11. 少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）を選択する前記ステップは、
    − 前記取得された動作パラメータを対応する基準値と比較するステップと、
    − 前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の前記総容量が増加される必要がある場合、前記動作パラメータと前記基準値との間で最大偏差を有する前記蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）を選択するステップと、
    − 前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の前記総容量が減少される必要がある場合、前記動作パラメータと前記基準値との間で最小偏差を有する前記蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）を選択するステップと
    を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記取得された動作パラメータと前記基準値との間の偏差が１つ以上の蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）のための所定の閾値を超える場合、前記レシーバ（６）の内部に広がる圧力を調整するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 第１の蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）のための前記取得された動作パラメータと前記基準値との間の前記偏差が、第２の蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記取得された動作パラメータと前記基準値との間の前記偏差よりも有意に大きい場合、前記第１の蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の前記容量を増加させ、且つ前記第２の蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記エジェクタユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ）の前記容量を減少させるステップを更に含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）のための前記動作パラメータは、前記蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）の内部に広がる圧力である、請求項７〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）のための前記動作パラメータは、前記蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）にわたって流れる二次流体媒体の温度である、請求項７〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 少なくとも１つの蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記動作パラメータは、前記蒸発器群（５ａ、５ｂ、５ｃ）の前記蒸発器（９ａ、９ｂ、９ｃ）を通って流れる冷媒の蒸発されていない部分を反映するパラメータである、請求項７〜１５のいずれか一項に記載の方法。

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