JP2020535377A - Hvac&rシステムのためのエミッションキャニスタシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年9月27日に出願された、「EMISSION CANISTER SYSTEM FOR A HVAC&R SYSTEM」と題する、米国仮特許出願第62/564,085号からの優先権及びその利益を主張する。同出願はその全体が全ての目的のために本明細書において参照により組み込まれる。
図5は、コンデンサ34と蒸発器38との間に組み込まれたパージシステム100を有する蒸気圧縮システム14の概略図である。実施形態によっては、蒸気圧縮システム14の一部分(例えば、蒸発器38)内の冷媒は、周囲圧力よりも低い圧力(例えば、14.7psi未満)で動作し得る。それゆえ、蒸気圧縮システム14内の冷媒と周囲環境との間の圧力差が生み出され得る。実施形態によっては、周囲環境からの非凝結性気体138(例えば、空気、窒素)が蒸気圧縮システム14の部分(例えば、冷凍回路又は他のコンポーネントとの間の接続部)を貫通し、冷媒と混合し得る。非凝結性気体138は、蒸気圧縮システム14の動作温度(例えば、研究室環境では達成されない蒸気圧縮システムの通常動作温度)において凝結可能でない任意の気体(例えば、空気、窒素)を含み得る。非凝結性気体138は圧縮器32を経由して蒸気圧縮システム14を通して循環させられ、コンデンサ34内に蓄積し得、これは、究極的には、蒸気圧縮システム14、圧縮器32、コンデンサ34、又はこれらの任意の組み合わせの効率を低減し得る。他の実施形態では、蒸気圧縮システム14は、追加の、又は図5に示される実施形態よりも少数のコンポーネントを含み得ることを認識されたい。
実施形態によっては、再生サイクルをいつ経験するべきであるのかを決定することが有用になり得る。例えば、エミッションキャニスタ164内の吸着剤166(例えば、シリカゲル)がいつ吸着質(例えば、冷媒)で飽和したのかを決定することが望ましくなり得る。エミッションキャニスタを有する典型的なシステムは、時間を、吸着質の残りの吸着容量を決定する際のインジケータとして用い得る。例えば、設定時間量が第1の再生サイクルから経過した後に第2の再生サイクルが開始されてもよい。残念ながら、時間は飽和の正確な指示になり得ず、このため、温度などの異なるインジケータを、吸着剤166がいつ飽和点に達したのかを決定するために用いることが、エミッションキャニスタ164の効率を増大させ得る。
図8は、図6の方法170に加えて、又はその代わりに、エミッションキャニスタ164内に配置された吸着剤166の飽和点を決定するために同様に用いられ得る重量計システム190の一実施形態の断面である。実施形態によっては、吸着質(例えば、冷媒)の流れは、(図5に示されるように)排出導管160を通ってエミッションキャニスタ164に入り得る。以上において説明されたように、吸着剤166は蒸気圧縮システム14のパージングの間に吸着質を吸着し、より多くの吸着質が吸着されるのに従い、重量が増大し得る。実施形態によっては、吸着剤166は、1つ以上のロードセル194に結合された基台192上に配置され得る。特定の諸実施形態では、ロードセル194はエミッションキャニスタ164の中心軸の周りに均等に(例えば、対称的に)配置されている。ロードセル194は吸着剤166の重量を監視し、重量に関するデータを制御システム196へ送信し得る。本明細書においてさらに詳細に説明されるように、制御システム196は、ロードセル194及び/又は他の好適なセンサ(例えば、熱電対)から受信されたフィードバックに基づいて再生サイクルを開始し、及び/又は終結させ得る。
図9は、以上において説明されたパージシステム100のエミッションキャニスタ164に加えて、又はその代わりに用いられ得る二重エミッションキャニスタシステム210の一実施形態の斜視図である。実施形態によっては、エミッションキャニスタ164が再生サイクルを経験している間に、蒸気圧縮システム14をパージすること(例えば、非凝結性気体138を冷媒から除去し、及び/又は分離すること)が望ましくなり得る。パージシステム100は、エミッションキャニスタ164が再生サイクルを経験している間には、エミッションキャニスタ164を迂回し得、それゆえ、非凝結性気体138及び冷媒の分離を低減する。換言すれば、パージシステム100の有効性が低下し得る。
既存のシステムでは、エミッションキャニスタ164は、エミッションキャニスタ164の中心内に(例えば、エミッションキャニスタ164の中心軸に沿って)配置された加熱要素を含み得る。加熱要素はエミッションキャニスタ164内の吸着剤166を貫いて延び、エネルギー(例えば、熱)を吸着剤166に供給し得る。供給されたエネルギーは、再生サイクルの間に吸着剤166の細孔内に埋まった吸着質を遊離させるために用いられ得る。一実施形態では、吸着剤166は天然絶縁材料であり、熱の伝導性伝達に抵抗し得る。それゆえ、加熱要素から最も遠くに配置された吸着質の部分を十分に加熱するには、相当量の熱が加熱要素によって供給されなければならない。この熱は、加熱要素に最も近い吸着剤166を過熱させ得、その一方で、加熱要素から最も遠くの吸着剤166の部分は、適切に再生するために十分な温度の増大を経験し得ない。これは、非効率的な再生サイクル、及び/又は吸着剤166の早期の劣化を招き得る。
図13は、曝露時間、及び/又は吸着質が、吸着剤166と相互作用する間に接触し得る表面積を増大させるように構成され得るエミッションキャニスタ164の一実施形態の斜視図である。例えば、エミッションキャニスタ164は、半径方向寸法250(例えば、直径)及び鉛直方向寸法252(例えば、高さ若しくは長さ)を含み得る。エミッションキャニスタ164の高さ(例えば、鉛直方向寸法252)と直径(例えば、半径方向寸法250)との比を増大させることは、吸着剤166が吸着質を吸着する能力を改善し得る。例えば、実施形態によっては、エミッションキャニスタ164の高さと直径との比は3:1〜4:1であり得る。他の実施形態では、高さと直径との比は、吸着質の十分な吸着を可能にする任意の好適な比であり得る。
典型的なエミッションキャニスタは、多くの場合、エミッションキャニスタのハウジングに(例えば、接着剤、ろう着、溶接、及び/又は圧着接続を介して)固定して取り付けられたエンドプレート(例えば、キャッププレート)を含む。したがって、エミッションキャニスタ内に配置されたコンポーネントへのアクセスを得るために従来のエミッションキャニスタのエンドプレートを取り外すには、相当な期間が必要となり得る。
図17は、エミッションキャニスタ164内の吸着剤166及び/又は吸着質を熱的に調節するために用いられ得る冷却システム320の一実施形態を示す。実施形態によっては、吸着剤166は、吸着剤166及び/又は吸着質が、低下した温度にある時に、吸着質をより効果的に吸着し得る。再生サイクルの間に、エミッションキャニスタ164の内部温度は大幅に上昇し得(例えば、カ氏200度以上)、このような温度は、吸着剤166が吸着質(例えば、再生サイクルの完了後に蒸気圧縮システム14からエミッションキャニスタ164に入ってくる新たな吸着質)を吸着する能力を低下させ得る。通例、エミッションキャニスタ164は、再生サイクルが完了した後、及び吸着剤166が吸着質の吸着を開始する前に、冷却相を経験し得る。エミッションキャニスタ164は絶縁されていてもよく、したがって、エミッションキャニスタ164を吸着のために十分な動作温度まで冷却するまでには相当量の時間が経過し得る。それゆえ、冷却システム320をエミッションキャニスタ164に結合することが望ましくなり得、これは、再生後のエミッションキャニスタ164の冷却時間を減少させ得る。
従来のパージシステムは、概して、パージシステムの動作を駆動するように構成された1つ以上の真空ポンプを含む。例えば、従来のパージシステムは、蒸気圧縮システム14の冷媒からの非凝結性気体138の除去及び/又は分離を可能にするために熱交換器142を通して冷媒及び非凝結性気体138の混合物を吸うように構成された第1の真空ポンプを備え得る。第2の真空ポンプが、エミッションキャニスタ164が冷媒(例えば、吸着質)で飽和したときにエミッションキャニスタ164の再生を促進するように構成され得る。例えば、エミッションキャニスタ164が飽和すると、典型的なパージシステムは第2の真空ポンプを活動化してエミッションキャニスタ164内の圧力を大幅に低減し、吸着質を吸着剤166から除去し、吸着質を最終的に蒸気圧縮システム14内へ誘導して戻す。残念ながら、複数の真空ポンプをパージシステム100内に含むことは、パージシステム100の組み立てコスト、運転コスト、及び/又は保守コストを増大させ得る。
既存のパージシステムは、通例、熱交換器142、及び/又は蒸気圧縮システム14の部分内の圧力にかかわらず、蒸気圧縮システム14をパージするために真空ポンプ162を活動化する。同様に、典型的なパージシステムは、概して、エミッションキャニスタ164、及び/又は蒸気圧縮システム14の部分内の圧力に関係なく、エミッションキャニスタ164の真空再生の間に追加の真空ポンプを動作させる。残念ながら、熱交換器142内の圧力、エミッションキャニスタ164内の圧力、及び/又は蒸気圧縮システム14の部分内の圧力にかかわらずパージシステム100の1つ以上の真空ポンプを動作させることは、パージシステム100の非効率的な動作をもたらし得る。
従来のエミッションキャニスタは、通例、エミッションキャニスタの再生サイクルの間に、排出された吸着質が放出されることを可能にするように構成された単一の出口導管を含む。例えば、伝統的なエミッションキャニスタは、エミッションキャニスタの上端部分の付近に配置された出口導管を含み得る。したがって、再生サイクルの間に、エミッションキャニスタの下端部分の付近で吸着剤166から遊離させられた吸着質は、出口導管を通って排出するまでに、エミッションキャニスタのほぼ全長(例えば、上端部分と下端部分との間の距離)に沿って横断する。残念ながら、この構成は、吸着質をエミッションキャニスタから排出するための所要時間を増大させ、これにより、パージシステム100の動作効率を低下させ得る。さらに、遊離させられた吸着質をエミッションキャニスタの単一の出口導管から排出することは、エミッションキャニスタからの流体排出が制限されるため、エミッションキャニスタの再生サイクルを促進するために用いられるポンプ又はヒータにかかる負担を増大させ得る。
上述されたように、エミッションキャニスタ164は、エミッションキャニスタ164の熱再生サイクル及び/又は複合再生サイクルの間に熱エネルギー(例えば、熱)を吸着剤166に供給するように構成された1つ以上の加熱要素(例えば、電気加熱要素)を含み得る。これらの加熱要素は、概して、蒸気圧縮システム14の電源及び/又はパージシステム100の電源から供給される電気エネルギーを用いて動作させられる。パージシステム100のシステムの電力消費は、蒸気圧縮システム14からの未利用の熱エネルギーを回収し、回収された熱エネルギーを利用してエミッションキャニスタ164の再生サイクルの間に吸着剤166を加熱することによって、低減され得る。
Claims (20)
- 蒸気圧縮システムのためのパージシステムであって、
気体流を受け入れるように構成されたエミッションキャニスタであって、前記気体流が、非凝結性気体、及び前記蒸気圧縮システムの冷媒の混合物を含む、エミッションキャニスタと、
前記エミッションキャニスタ内に配置された吸着剤材料であって、前記吸着剤材料が、前記冷媒を吸着し、前記非凝結性気体が前記エミッションキャニスタの排気口に向かって流れることを可能にするように構成されており、前記吸着剤材料がシリカゲルを含む、吸着剤材料と、
を備えるパージシステム。 - 前記シリカゲルが50ポンド/立方フィート〜80ポンド/立方フィートの材料密度を含む、請求項1に記載のパージシステム。
- 前記エミッションキャニスタが、前記エミッションキャニスタ内の前記気体流を前記エミッションキャニスタの中心軸と概ね平行な方向に誘導するように構成されており、前記中心軸に沿った前記エミッションキャニスタの第1の寸法が、前記中心軸に対して横方向の前記エミッションキャニスタの第2の寸法よりも大きい、請求項1に記載のパージシステム。
- 前記第1の寸法及び前記第2の寸法が比を規定し、前記第1の寸法と前記第2の寸法との前記比が3:1よりも大きいか、又は3:1に実質的に等しい、請求項3に記載のパージシステム。
- 前記エミッションキャニスタ内に配置され、前記エミッションキャニスタの中心軸に沿って延びるバッフル仕切りを備え、前記バッフル仕切りが、前記中心軸から前記エミッションキャニスタの内面に向かって半径方向に延びる複数のフィンを含み、前記複数のフィンが、前記エミッションキャニスタの前記内面に当接し、前記エミッションキャニスタの内部を複数のチャンバに仕切るように構成されている、請求項1に記載のパージシステム。
- 前記吸着剤材料が前記複数のチャンバの各チャンバ内に配置されており、前記複数のチャンバのうちの第1のチャンバが、前記エミッションキャニスタの入口を介して前記気体流を受け入れるように構成されており、前記第1のチャンバを規定する前記複数のフィンのうちのフィンがアパーチャを含み、前記気体流が、前記アパーチャを介して前記第1のチャンバから前記複数のチャンバのうちの第2のチャンバへ流れるように構成されている、請求項5に記載のパージシステム。
- 前記気体流が、前記複数のチャンバを通って、前記エミッションキャニスタの前記中心軸の周りにつづら折りパターンで流れるように構成されている、請求項6に記載のパージシステム。
- 前記吸着剤材料を包含するように構成された前記エミッションキャニスタのハウジングと、
前記ハウジングに取り外し可能に結合されたアクセスキャップであって、前記アクセスキャップが、前記吸着剤材料の交換を促進するように構成されている、アクセスキャップと、
をさらに備える、請求項1に記載のパージシステム。 - 前記ハウジングが、前記アクセスキャップの雌ねじ又は雄ねじとそれぞれ係合するように構成された雄ねじ又は雌ねじを含み、前記ハウジングと前記アクセスキャップとの間に配置されたガスケットが、前記アクセスキャップが前記ハウジングに結合されたときに、前記エミッションキャニスタを密閉するように構成されている、請求項8に記載のパージシステム。
- 前記エミッションキャニスタに結合された導管システムであって、前記導管システムが、前記導管システムの入口を介して前記蒸気圧縮システムからの前記気体流を受け入れ、前記気体流を前記エミッションキャニスタに向けて誘導するように構成されている、導管システムと、
前記導管システムに結合された追加のエミッションキャニスタと、
前記導管システムの複数の弁であって、前記複数の弁が、前記追加のエミッションキャニスタの再生サイクルの間には前記気体流を前記エミッションキャニスタへ選択的に誘導するように構成されており、前記複数の弁が、前記エミッションキャニスタの再生サイクルの間には前記気体流を前記追加のエミッションキャニスタへ選択的に誘導するように構成されている、複数の弁と、
をさらに備える、請求項1に記載のパージシステム。 - 蒸気圧縮システムのためのパージシステムであって、
二重エミッションキャニスタシステムを備え、前記二重エミッションキャニスタシステムが、
導管システムに結合された第1のエミッションキャニスタであって、前記導管システムが、前記蒸気圧縮システムからの冷媒及び非凝結性気体の混合物を含む気体流を受け入れるように構成された入口を含む、第1のエミッションキャニスタと、
前記導管システムに結合された第2のエミッションキャニスタと、
前記導管システムの複数の弁であって、前記複数の弁が、前記気体流を、前記第1のエミッションキャニスタ又は前記第2のエミッションキャニスタを通るよう選択的に誘導するように構成されており、前記複数の弁が、前記第2のエミッションキャニスタの再生サイクルの間には前記気体流を前記第1のエミッションキャニスタへ誘導するように構成されており、前記複数の弁が、前記第1のエミッションキャニスタの再生サイクルの間には前記気体流を前記第2のエミッションキャニスタへ誘導するように構成されている、複数の弁と、
を備えるパージシステム。 - 前記第1のエミッションキャニスタ、前記第2のエミッションキャニスタ、又はその両方がシリカゲル吸着剤材料を含む、請求項11に記載のパージシステム。
- 前記導管システムが、前記パージシステムの前記入口、出口、及びベントを含む、請求項11に記載のパージシステム。
- 前記ベントが前記複数の弁のうちの第1のベント弁及び前記複数の弁のうちの第2のベント弁と流体連通しており、前記第1のベント弁が、前記第1のエミッションキャニスタからの前記非凝結性気体の第1の流れを周囲環境へ誘導又は阻止するように構成されており、前記第2のベント弁が、前記第2のエミッションキャニスタからの前記非凝結性気体の第2の流れを前記周囲環境へ誘導又は阻止するように構成されている、請求項13に記載のパージシステム。
- 前記第1のエミッションキャニスタ及び前記第2のエミッションキャニスタが第1の入口弁及び第2の入口弁にそれぞれ流体結合されており、前記第1の入口弁及び前記第2の入口弁が、前記第2のエミッションキャニスタの前記再生サイクルの間には前記気体流を前記第1のエミッションキャニスタ内へのみ誘導するよう協働するように構成されている、請求項11に記載のパージシステム。
- 前記第1のエミッションキャニスタ及び前記第2のエミッションキャニスタが第1の出口弁及び第2の入口出口にそれぞれ流体結合されており、前記第1の出口弁及び前記第2の出口弁が、前記第2のエミッションキャニスタの前記再生サイクルの間には前記第2のエミッションキャニスタのみからの前記冷媒の流れを前記蒸気圧縮システムへ誘導するよう協働する構成されている、請求項15に記載のパージシステム。
- 前記第1のエミッションキャニスタ内に配置された第1の量の吸着剤材料及び前記第2のエミッションキャニスタ内に配置された第2の量の吸着剤材料であって、前記第1の量の吸着剤材料及び前記第2の量の吸着剤材料が、前記冷媒を吸着するように構成されている、第1の量の吸着剤材料及び第2の量の吸着剤材料と、
前記第1のエミッションキャニスタ内の前記第1の量の吸着剤材料及び前記冷媒の重量を指示するフィードバックに基づいて前記第1のエミッションキャニスタ内の前記第1の量の吸着剤材料の飽和点を決定するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のエミッションキャニスタ内の前記第1の量の前記吸着剤材料が前記飽和点に達するか、又はそれを超えると、前記複数の弁を、前記気体流を前記第2のエミッションキャニスタへ誘導するよう調整するように構成されている、コントローラと、
をさらに備える、請求項11に記載のパージシステム。 - 蒸気圧縮システムのためのパージシステムであって、
複数のエミッションキャニスタを有するエミッションキャニスタシステムと、
前記複数のエミッションキャニスタの各エミッションキャニスタを前記蒸気圧縮システムからの冷媒及び非凝結性気体の流れに流体結合する導管システムと、
前記導管システムに結合された複数の弁であって、前記複数の弁が、冷媒及び非凝結性気体の前記流れを、前記複数のエミッションキャニスタを通るよう選択的に誘導するように構成されており、前記複数の弁が、前記複数のエミッションキャニスタのうちの第2のエミッションキャニスタの再生サイクルの間には冷媒及び非凝結性気体の前記流れを前記複数のエミッションキャニスタのうちの第1のエミッションキャニスタへ誘導し、これにより、前記第1のエミッションキャニスタが飽和サイクルを経験するように構成されている、複数の弁と、
を備えるパージシステム。 - 前記複数の弁が、前記第1のエミッションキャニスタの前記飽和サイクルの間、及び前記第2のエミッションキャニスタの前記再生サイクルの間には、前記複数のエミッションキャニスタのうちの第3のエミッションキャニスタ及び前記複数のエミッションキャニスタのうちの第4のエミッションキャニスタへの冷媒及び非凝結性気体の前記流れを阻止し、前記第3のエミッションキャニスタの冷却サイクルを可能にし、前記第4のエミッションキャニスタの待機サイクルを可能にするように構成されている、請求項18に記載のパージシステム。
- 前記複数のエミッションキャニスタの各エミッションキャニスタが、その内部に配置された吸着剤材料を含み、前記吸着剤材料が、前記冷媒を前記非凝結性気体から分離するように構成されており、前記吸着剤材料がシリカゲルを含む、請求項18に記載のパージシステム。
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