JP2686060B2 - 単流体圧縮/膨張冷凍装置 - Google Patents

単流体圧縮/膨張冷凍装置

Info

Publication number
JP2686060B2
JP2686060B2 JP8011565A JP1156596A JP2686060B2 JP 2686060 B2 JP2686060 B2 JP 2686060B2 JP 8011565 A JP8011565 A JP 8011565A JP 1156596 A JP1156596 A JP 1156596A JP 2686060 B2 JP2686060 B2 JP 2686060B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluid
coolant
liquid
compressor
vapor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP8011565A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH08261584A (ja
Inventor
イー.メロリング スチーブン
エム.スィシトラ ヴィシヌ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carrier Corp
Original Assignee
Carrier Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carrier Corp filed Critical Carrier Corp
Publication of JPH08261584A publication Critical patent/JPH08261584A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2686060B2 publication Critical patent/JP2686060B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
    • F25B11/02Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/02Subcoolers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00Working fluid
    • F05B2210/10Kind or type
    • F05B2210/13Kind or type mixed, e.g. two-phase fluid

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮/膨張冷却に
係り、特にタービン膨張サイクル冷却器、空調、ヒート
ポンプ、またはターボ膨脹機が凝縮した冷却剤を減少し
た圧力まで膨脹させるとともに圧縮された流体の運動エ
ネルギーの一部を回復させるのに用いられる冷凍システ
ムに関する。
【0002】
【従来の技術】単流体2層流システムは代表的に膨張
弁、フロート弁、または流体を膨張させるための即ち高
圧から低圧までの冷却剤の流れを絞るための凝縮機熱交
換機と蒸発器熱交換機間の機械的な圧力調節器を内蔵し
ている。
【0003】冷凍サイクルにおけるタービンまたはター
ボ膨張機を使用することは冷凍効率を改良する目的で既
に提案されている。2相流タービンでは、絞り膨張弁の
イセンサルッピク膨張処理を断熱処理に置き換えること
が必要である。タービンは、膨張する冷却剤のエネルギ
ーを吸収し、それを回転エネルギーに変換する。同時
に、蒸発器に入る冷却剤の液体成分が増加する。理想的
には、膨張している冷却剤のエネルギーは回収され、か
つシステムコンプレッサを駆動するために必要なモータ
エネルギーの量を減少させることが出来る。
【0004】米国特許第4,336,693号には、膨
張機段階として、リアクッションタービンを用いた冷凍
システムについて述べられている。この研究において
は、遠心反作用タービンは、膨張機能を行うとともに、
パワーを取り出す前に液体から蒸気を分離する。これは
従来のターボ膨張機よりも向上した効果を生じる。この
従来の特許においては、タービンによって発生されたエ
ネルギーは、例えば発電機などの負荷を駆動する。しか
しながら、この役割に置かれたタービンは、多くの理由
により特別に効率的ではなかった。冷却剤が飽和した液
相から低質の2相液体/蒸気状態までもたらされる大抵
の冷凍処理において、コンプレッサにおいて必要とされ
る作業入力に比べて、膨張処理は比較的少量の作業で済
むことになる。また、一般的に使用されているタービン
は、コンプレッサよりも容量が小さいばかりでなく、2
相流と膨張流体の速度による低効率状態のもとに操作す
る。適正な効率を得るために、2相流タービンコンプレ
ッサとは完全に異なる速度を必要とする。結局、一般的
な技術基準は少量のエネルギー節約と効率ゲインが絞り
弁の初期と保守コストの減少によってより価値があるた
めに、タービン膨張機には適用されない。単流体2層流
タービン膨張機は、冷凍システムのリッセトに対するタ
ービンの臨界の関係が認められる場合のみ実用的でかつ
効率的である。タービンロータがそれを許す設計速度を
持っておれば、高効率の膨張機として役立つのでコンプ
レッサーを駆動するタービンシャフトの直結が可能であ
る。タービンは、例えば蒸気速度と2層流速度および冷
凍システムの容量(すなわち、冷凍機、冷却器または空
調)タービン膨張機の適性質量流計を満たすように適合
する。しかしながら、これらの基準を認めた従来のシス
テムは無く、所望の効率の向上は達成されなっかた。例
えば、R134AとR22のような中間から高圧力冷却
剤に対して、例えばリッツ(Ritzi)の米国特許第
4,298,311号、ハイズ(Hays)の米国特許
第4,438,638号において述べられているような
2層流タービン膨張機を使用することが出来る。これら
の特許は、殆どの流体の容量が90%である2相動作流
体によって駆動されるタービンに関するとともに、1つ
またはそれ以上のノズルロータでの凝縮された冷却剤に
向けられており、蒸気と流体の混合物はロータを衝撃す
る。これらのタービンは反作用タービンとして設計され
ており、膨張する蒸気の運動エネルギーは、むしろ熱に
変換されるよりも運動シャフト出力エネルギーに変換さ
れる。このことは、理論的には、膨張後の動作流体の総
計質量の液体成分を最大にする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の適用においても、適正な膨張を与えるタービンが大き
ければ、適正な出力シャフトパワーが得られない。所定
の容量流に対するタービンの膨張容量は、コンプレッサ
駆動に直接結合できるようにするために必要なシャフト
の速度に適合しなければならない。
【0006】タービン膨張サイクル冷凍システムは正常
な定常状態流比と圧力ヘッド条件であると仮定する。正
常条件のもとで、凝縮器ドレイン質量流は2層流タービ
ン膨張機を通して通過し、膨張エネルギーはコンプレッ
サ駆動ドレインに伝達される。これはコンプレッサに必
要なシャフト馬力を減少させる。
【0007】ターボ膨張機が固定幾何装置として設計さ
れていると、ターボ膨張機は質量流と圧力ヘッドの所定
の範囲にわたって効率的に動作する。これらのターボ膨
張機は、所定比の液流とノズルに達する圧力で動作する
ように設計されている。冷凍システムがオフーデザイン
条件で操作されると、問題が起こる。
【0008】オフーデザイン条件で、圧力ヘッドが小さ
すぎるか、流れの比がタービンノズルを介して凝縮され
た冷却剤を通過するのに大きくなり過ぎ、蒸発器を空に
する。システムヘッドが降下し、質量流が設計流比であ
るか又は高ければ、流量に対する圧力は、必要な液体流
量をタービンノズルを通して通過させるためには非常に
低くなる。それから、液体冷却剤は凝縮機の水だめ領域
に積み重ね、蒸発器を空にする。この条件により、低い
冷却器のために締め出される。
【0009】従って、設計圧力外でターボ膨張機の動作
と干渉することなく、システムが動作するときでも、維
持されるべき冷却剤のレベルを安定化させるためにに、
他の手段を内蔵させることが必要である。
【0010】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
のでその目的は、設計範囲外で操作可能にするためにバ
イパス手段を内蔵した2層流タービン膨張機を備えた冷
凍システムを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の単流体圧縮/膨張冷凍装置は、液体と蒸気
として存在する流体冷却剤と、入力シャフトと、減圧さ
れた圧力で流体を受け入れる入口、および上昇した圧力
で流体が供給される出口を有し、蒸気を圧縮し、冷却剤
に圧縮エネルギーを加えるコンプレッサと、前記入力シ
ャフトに連結された駆動シャフトを有する駆動モータ
と、液体を溜めるための水だめを含み、凝縮した冷却剤
からの熱を吐出し、圧縮された蒸気を液体に変換する凝
縮機手段と、冷却剤流体を前記減少した圧力まで膨張さ
せるための液体と蒸気の組み合わせとして前記上昇した
圧力下で、前記凝縮機手段の前記水だめによって前記流
体が供給される入口を有し、前記回転コンプレッサ入力
シャフトに連結され、冷却剤流体が膨張するにつれて当
該冷却剤のエネルギーの少なくとも一部を回収するため
の出力シャフトと、前記減少した圧力のもとで前記冷却
剤流体を供給する出口を含むとともに、前記タービン膨
張機の出口と前記コンプレッサの入口の間の回路に位置
し、前記減少した圧力のもとで前記冷却剤流体が供給さ
れ該冷却剤流体を蒸気に蒸発させるとともに熱を吸収
し、かつ蒸気を前記コンプレッサ入口に戻すためのター
ビン膨張機、および前記凝縮機手段と前記蒸発器手段と
の間に接続され、前記凝縮機手段から前記蒸発器手段ま
で前記流体を選択的に流す弁手段と、前記凝縮機手段に
おける前記流体の溜まりを検出して前記弁手段を動作さ
せるためのセンサ手段を含むバイパス導管、によって構
成することを特徴とする。
【0012】また、本発明の単流体圧縮/膨張冷凍装置
は、液体と蒸気として存在する流体冷却剤と、入力シャ
フトと、減圧された圧力で流体を受け入れる入口、およ
び上昇した圧力で流体が供給される出口を有し、蒸気を
圧縮し、冷却剤に圧縮エネルギーを加えるコンプレッサ
と、前記入力シャフトに連結された駆動シャフトを有す
る駆動モータと、液体を溜めるための水だめを含み、凝
縮した冷却剤からの熱を吐出し、圧縮された蒸気を液体
に変換する凝縮機手段と、前記水だめにおける所定の液
体レベルを保持するとともに導管を介して前記冷却剤流
体の流れを調節する主フロート弁と、冷却剤流体を前記
減少した圧力まで膨張させるための液体と蒸気の組み合
わせとして前記上昇した圧力下で、前記凝縮機手段の前
記水だめによって前記流体が供給される入口を有し、前
記回転コンプレッサ入力シャフトに連結され、冷却剤流
体が膨張するにつれて当該冷却剤のエネルギーの少なく
とも一部を回収するための出力シャフトと、前記減少し
た圧力のもとで前記冷却剤流体を供給する出口を含むと
ともに、前記タービン膨張機の出口と前記コンプレッサ
の入口の間の回路に位置し、前記減少した圧力のもとで
前記冷却剤流体が供給され該冷却剤流体を蒸気に蒸発さ
せるとともに熱を吸収し、かつ蒸気を前記コンプレッサ
入口に戻すためのタービン膨張機と、前記凝縮機手段と
前記蒸発器手段との間に接続されたバイパス導管と、前
記凝縮機手段から前記蒸発器手段まで前記流体を選択的
に流すバイパス弁手段、および前記凝縮機手段における
前記流体の溜まりを検出して前記弁手段を動作させるた
めのセンサ手段によって構成することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
1〜図5を参照しながら説明する。
【0014】図1を参照すると、ヒートポンプ,冷凍
機,冷却器又は空調機用のコンプレッサ11が示されて
いる。コンプレッサ11は電動機12又は他の原動機に
よって駆動される。コンプレッサ11は、システム内に
液体又は蒸気相状態で存在する動作流体を、圧縮する。
コンプレッサは、高圧かつ高温の圧縮された蒸気を圧縮
機/サブクーラアッセンブリ13内に放出する。アッセ
ンブリ13は、動作流体からの熱を吐出するとともに、
高圧蒸気を高圧液体内に凝縮する。凝縮器は凝縮する蒸
気からの熱を除去するための主熱交換機14と凝縮した
液体からの熱を除去するためのサブクーラ15を有す
る。
【0015】液体冷却剤は弁室28に留まり、この弁室
28では、パイロット室16が、流れの比を制御する主
フロート弁17が含まれている。高圧液体は、高圧ポー
トに流れ、膨張する動作流体の運動エネルギーによって
タービンロータを駆動する。コンプレッサ11によって
動作流体に分け与えられたエネルギーの一部は膨張機1
9において再生される。ここから、低圧の動作流体が他
の導管20を通して蒸発器21に運ばれる。蒸発器21
は環境領域からの熱を吸収し、吸収された熱は動作流体
を液体から蒸気に変換する。蒸発器21からの蒸気は取
り入れ口(低圧)側のコンプレッサ11に再入する。こ
の概略図においては、タービン膨張機19からコンプレ
ッサ11までの連結22は、これらの2つの要素のシャ
フトを機械的に連結し、タービン膨張機19はコンプレ
ッサ11を駆動する場合に実際にモータ12を助けてい
る。タービン膨張機19はモータについてのコンプレッ
サ負荷のある部分を解放し、冷凍サイクルは、例えば絞
り膨張弁のような他のタイプのものよりもより効率的
に、運転される。
【0016】サブクーラ15の入口の液体レベルはフロ
ート弁操作レベル制御システム29によって制御され
る。液体流の大部分はサブクーラドレイン27を通して
サブクーラ15から解放される。サブクーラ15におけ
る液体動作流体のレベルは越流せき25によって維持さ
れ、この越流せき25は凝縮した液体の小部分をパイロ
ットチャンバー16に流す。パイロットチャンバーにお
いては、主フロート弁17が液体レベルにつれて上,下
し、主流を主タービン導管又はパイプ18を介して弁室
に導く。ドレインオリフィス26を備えたドレインライ
ン23はパイロットチャンバー16から液体をシステム
の低圧側に流す。サブクーラ15のレベルが越流せき2
5の入り口より低ければ、パイロットチャンバー16に
は液体が流入しない。パイロットチャンバードレインオ
リフィス26は液体をパイロットチャンバーの外部に放
出し、主フロート弁17が閉じる。これにより、主流が
導管27を通してサブクーラから放出されるのが制限さ
れ、サブクーラ15の入口のレベルを上げる。凝縮機1
3における液体レベルが制御越流せきより上に上がる
と、多くの流れがパイロットチャンバー16に入る。こ
の場合、パイロットチャンバーオリフィス26は液体を
充分に速く流すことは出来ない。弁17が開になり、サ
ブクーラドレイン導管27と主タービン導管18と通し
てより多く流れる。これによりサブクーラ15の入口で
の液体レベルが降下する。定常状態動作に対して、越流
せきを越える冷却剤流とパイロットチャンバー26を通
る流れが等しくなり、フロート弁14は安定した位置を
保持する。これにより、サブクーラ15に入る液体レベ
ルが定常状態レベルに保たれる。
【0017】液体冷却剤の大部分はレベル制御システム
29から主導管18を介してタービン膨張機19に流れ
る。シャフト又は結合22を介してコンプレッサモータ
12に結合されたタービン膨張機19は、動作流体の運
動エネルギーの一部を吸収するとともに、モータ12の
コンプレッサ負荷を減らすためにそのエネルギーをモー
タに伝達する。結局、冷凍サイクルは、タービン膨張機
によって、例えば絞り膨張弁のような異なるタイプによ
る場合よりも、より効率的に操作される。タービン膨張
機19の低圧吐出流は導管20を通して蒸発器またはク
ーラ21に流れる。クーラ21では、動作流体が環境領
域からの熱を吸収するとともに、吸収された熱が液体か
らの動作流体を蒸気状態に変換する。蒸気はコンプレッ
サの取り入れ口に再入し、サイクルが繰り返される。
【0018】タービン膨張機を効率的に使用することに
よって、より高い冷却効率を得ることが可能である。R
12,R22およびR134Aのような高圧力冷却剤に
よって標準の膨張弁を通しての絞りロスを20%も高く
でき、R123又はR245caのような低圧冷却剤に
対しては絞りロスを12%にすることが出来る。しかし
ながら、絞りタイプの膨張機を50%の効率を有するタ
ービン膨張機に置き換えることができれば、この絞りロ
スのかなりの量を回収することが出来る。かくして、コ
ンプレッサのシャフトに直接(すなわち機械的に)連結
されているタービン膨張機はかなりの冷凍効率を改良で
きる。代表的に、タービン膨張機は、一定の寸法のノズ
ルと穴の大きさを持っており、それはシステムの定常操
作状態の設計によるものである。タービン膨張機の一例
として、同出願人により1994年4月5日に出願され
た米国特許出願番号第08/222,966号のものに
示されている。その出願に開示されていることはここに
参考として包含されている。
【0019】この実施例のレベル制御システムとフロー
ト弁機構の詳細が図3,4および5に示されている。こ
こで、液体冷却剤は越流せき25を通して凝縮機14か
らパイロットチャンバー16に流れ、液体は加熱/冷却
負荷と他の要素に依存するレベルまで上昇する。第1ま
たは主フロート弁17はこの図の左側に示されており、
バイパスフロート弁24は右側に示されている。バルブ
チャンバー28はレベル制御システム29の中央部に配
置されており、タービンに出る主導管またはパイプ18
と導管20に接続するためのバルブチャンバーに出るバ
イパス管23を備えている。この実施例においては、バ
イパス弁機構24は比例である。すなわち、バイパス管
23を通して弁で調節される液体の量は、初期の高いレ
ベル以上に、バルブチャンバーにおける液体のレベルに
比例する。
【0020】タービン膨張機は、固定幾何装置であると
ともに特定の定常状態条件の大きさであり、ある温度又
はオフ設計条件にもとづいて冷却剤流を操作するには容
量があまりにも小さすぎるものである。主フロート弁1
7が完全に開位置にあっても、サブクーラ15の入口の
レベルは主凝縮器14において締められる。この条件
は、蒸発器の水/塩水の凍結を防ぐためのシステムの安
全性のために採用される。システムの閉塞を防ぐため
に、第2またはバイパスフロート弁24は動作に入る。
バイパスフロート弁24は、その動作が最高値に設定さ
れており、主フロート弁17が完全に開くまで閉じたま
まである。システムの始動にあたって、過渡状態または
定常状態低水頭または高重量状態の間、バイパスフロー
ト弁24は、バイパス導管23を通るバイパス流の必要
な量だけシステム20又は21の低圧側に流すために、
必要な応じて開かれる。オフデザインの間、バイパス導
管23は凝縮器13の導管27および低圧導管20と蒸
発器21間で連通する。導管23はタービン19の周り
に液体冷却剤を供給する。正常状態では、弁24は閉じ
ており、液体冷却剤は主導管18とタービン膨張機19
を通して通流する。
【0021】この発明の第2実施例は図2に示されてい
る。この実施例においては、最も重要なもの以外は、図
1のものと共通の部材には、同一の符号が付されてい
る。ここでは、主たる特徴の説明は繰り返す必要がな
い。この実施例においては、むしろフロート弁24より
も、パイロットチャンバー16’の液体レベルが所定の
高レベルに達した時、フロートスイッチ30が作動され
る。フロートスイッチは、バイパス導管23’における
ラインに接続されているバイパスソレノイド31を動作
させる。これにより、オフデザインが導管18’とター
ビン19’を通して充分な質量流を行うことが出来ない
時、バイパス導管23’を開かれる。
【0022】オフデザイン状態の間液体冷却剤をタービ
ン19又は19’の周りにバイパスさせるために、他の
多くの可能な実施例を使用することが出来る。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、わずかに補助冷却され
た入口条件を備えた単流体2相流タービン膨張機は、凝
縮した冷却剤を断熱的に膨張させるとともに冷却剤の圧
縮エネルギーのかなりの量を回収するために、ドライブ
トレインに直接にすなわち機械的に連結されている。そ
して、単流体2相流タービン膨張機はコンプレッサを回
転させるのに用いられる。
【0024】例えば、R22又はR134Aと、2極イ
ンダクションモータによって駆動される遠心又はスクリ
ューコンプレッサを用いる高圧力冷却剤を使用する10
0トンから1,000トンの容量の冷凍システムに対し
て、タービン効率は60%である。操作条件によって
は、タービンは、絞り膨張弁によるシステムに比べて6
〜15%減少する。例えば、R123又はR245ca
のような低圧力冷却剤を用いる同様なシステムは、ター
ビンロータ径を増すとともにロータ速度を低くする必要
性から、より小さい回転率になる。理想的には、2〜6
%の回収が可能である。
【0025】スクリューコンプレッサ又は他のタイプの
回転コンプレッサを有する100トンの容量以下の冷凍
システムでタービン膨張機を使用すると、速度と容量と
の間の臨界を考慮して、効率的なエネルギー回収が可能
である。例えば、高圧力冷却剤を使用するシステムにお
いて、タービン膨張機は、12,000γpmで運転す
る40トン−ギヤスクリューコンプレッサ又は40,0
00γpmで運転するインバータ駆動5トン−スクロー
ルコンプレッサの高速シャフトに直接に結合可能であ
る。
【0026】これらの二つの例に加えて、コンプレッサ
とタービンとの他の多くの組み合わせを用いることが出
来る。各結合はコンデンサステージと蒸発器ステージ内
の特殊な定常状態の冷却剤質量流比と圧力レベルに基づ
いている。タービンは円周状の羽根を有するロータディ
スクと、ノズルブロックを有する真直で簡単な設計であ
り、かつ羽根に向けられている固定ノズルを有する。ノ
ズルを通しての冷却剤の質量流は、システムが設計動作
条件下で操作されている限り、蒸発器にとって充分に満
足するものである。しかしながら、圧力ヘッドが降下す
るか又は質量流が高くなったり、システムがオフデザイ
ンのもとで動作すれば、タービンノズルを通して流れる
冷却剤質量流は蒸発器にとって満足させるにはあまりに
も小さ過ぎる。これによって、蒸発器圧力が小さくな
り、システムが停止することになる。
【0027】本発明による前述の実施例において、オフ
条件のもとで蒸発器に満足させるために、バイパス管が
コンデンサ水だめを蒸発器に連結する。コンデンサ水だ
めにおけるフロート弁又は等価なセンサ手段が、液体レ
ベルが正常な限界を越えていることを、検出する。セン
サはバルブを開きかつバイパス導管を通して液体を流さ
せる。正常な条件のもとに、コンデンサのサブクーラ部
分における液体レベルは設計限界内に維持され、かつバ
イパス導管は閉じたままである。従って、正常な条件の
もとすなわち定常動作中は、全ての液体冷却剤はタービ
ン膨張機を通して循環され、エネルギーの回収が行われ
るとともにコンプレッサモータトルクが減少される。し
かしながら、動作条件に変化があると、バイパス導管が
割り込み、コンデンサ水だめから蒸発器まで液体冷却剤
が直接に流れるようになる。
【0028】本発明の、上述および他の目的、特徴およ
び利点は、上記実施例の説明と添付図面から明らかにな
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるバイパス導管を示
す、ターボ膨張機を有するタインプの単流体圧縮/膨張
冷凍システムの概略図。
【図2】本発明の第2実施例によるバイパス導管を示
す、ターボ膨張機を有するタイプの単流体圧縮/膨張シ
ステムの概略図。
【図3】図1の実施例におけるコンデンサステージの水
だめ用フロートチャンバーの頂部切断図。
【図4】図1の実施例におけるコンデンサステージの水
だめ用フロートチャンバーの正面切断図。
【図5】図1の実施例におけるコンデンサステージの水
だめ用フロートチャンバーの側面切断図。
【符号の説明】
10…冷凍システム 11…コンプレッサ 12…モータ 13…圧縮機/サブクーラアセンブリ 14…主熱交換器 15…サブクーラ 16…パイロットチャンバー 17…主フロート弁 18…主タービン導管 19…タービン膨張機 20…導管 21…蒸発器 22…リンケージ 23…バイパス導管 24…バイパスフロート弁 25…越流せき 26…オリフィス 27…サブクーラドレイン 28…バルブチャンバー 29…レベル制御システム 30…フロートスイッチ 31…バイパスソレノイド

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体と蒸気として存在する流体冷却剤
    と、 入力シャフトと、減圧された圧力で流体を受け入れる入
    口、および上昇した圧力で流体が供給される出口を有
    し、蒸気を圧縮し、冷却剤に圧縮エネルギーを加えるコ
    ンプレッサと、 前記入力シャフトに連結された駆動シャフトを有する駆
    動モータと、 液体を溜めるための水だめを含み、凝縮した冷却剤から
    の熱を吐出し、圧縮された蒸気を液体に変換する凝縮機
    手段と、 冷却剤流体を前記減少した圧力まで膨張させるための液
    体と蒸気の組み合わせとして前記上昇した圧力下で、前
    記凝縮機手段の前記水だめによって前記流体が供給され
    る入口を有し、前記回転コンプレッサ入力シャフトに連
    結され、冷却剤流体が膨張するにつれて当該冷却剤のエ
    ネルギーの少なくとも一部を回収するための出力シャフ
    トと、前記減少した圧力のもとで前記冷却剤流体を供給
    する出口を含むとともに、前記タービン膨張機の出口と
    前記コンプレッサの入口の間の回路に位置し、前記減少
    した圧力のもとで前記冷却剤流体が供給され該冷却剤流
    体を蒸気に蒸発させるとともに熱を吸収し、かつ蒸気を
    前記コンプレッサ入口に戻すためのタービン膨張機、お
    よび前記凝縮機手段と前記蒸発器手段との間に接続さ
    れ、前記凝縮機手段から前記蒸発器手段まで前記流体を
    選択的に流す弁手段と、前記凝縮機手段における前記流
    体の溜まりを検出して前記弁手段を動作させるためのセ
    ンサ手段を含むバイパス導管、 によって構成することを特徴とする、単流体圧縮/膨張
    冷凍装置。
  2. 【請求項2】 前記弁手段が前記水だめ内に位置するバ
    イパスフロート弁を含むことを特徴とする、請求項1に
    記載の単流体圧縮/膨張冷凍装置。
  3. 【請求項3】 前記弁手段が、前記水だめに位置するフ
    ロートスイッチと、前記バイパス導管におけるラインに
    配設され前記フロートスイッチに電気的に結合されたソ
    レノイド弁を含むことを特徴とする、請求項1に記載の
    単流体圧縮/膨張冷凍装置。
  4. 【請求項4】 液体と蒸気として存在する流体冷却剤
    と、 入力シャフトと、減圧された圧力で流体を受け入れる入
    口、および上昇した圧力で流体が供給される出口を有
    し、蒸気を圧縮し、冷却剤に圧縮エネルギーを加えるコ
    ンプレッサと、 前記入力シャフトに連結された駆動シャフトを有する駆
    動モータと、 液体を溜めるための水だめを含み、凝縮した冷却剤から
    の熱を吐出し、圧縮された蒸気を液体に変換する凝縮機
    手段と、 前記水だめにおける所定の液体レベルを保持するととも
    に導管を介して前記冷却剤流体の流れを調節する主フロ
    ート弁と、 冷却剤流体を前記減少した圧力まで膨張させるための液
    体と蒸気の組み合わせとして、前記上昇した圧力下で、
    前記凝縮機手段の前記水だめによって前記流体が供給さ
    れる入口を有し、前記回転コンプレッサ入力シャフトに
    連結され、冷却剤流体が膨張するにつれて当該冷却剤の
    エネルギーの少なくとも一部を回収するための出力シャ
    フトと、前記減少した圧力のもとで前記冷却剤流体を供
    給する出口を含むとともに、前記タービン膨張機の出口
    と前記コンプレッサの入口の間の回路に位置し、前記減
    少した圧力のもとで前記冷却剤流体が供給され該冷却剤
    流体を蒸気に蒸発させるとともに熱を吸収し、かつ蒸気
    を前記コンプレッサ入口に戻すためのタービン膨張機
    と、 前記凝縮機手段と前記蒸発器手段との間に接続されたバ
    イパス導管と、 前記凝縮機手段から前記蒸発機手段まで前記流体を選択
    的に流すバイパス弁手段、 および前記凝縮機手段における前記流体の溜まりを検出
    して前記弁手段を動作させるためのセンサ手段、 によって構成することを特徴とする単流体圧縮/膨張冷
    凍装置。
  5. 【請求項5】 前記バイパス弁手段がバイパスフロート
    弁を含むとともに、前記センサ手段が前記水だめ内に位
    置するフロートを含むことを特徴とする、請求項4に記
    載の単流体圧縮/膨張冷凍装置。
  6. 【請求項6】 前記バイパス弁手段が、前記バイパス導
    管におけるラインに配設されたソレノイド弁を含むとと
    もに、前記センサ手段が前記水だめに位置しかつ前記ソ
    レノイドバルブに電気的に結合されたフロートスイッチ
    を含むことを特徴とする、請求項4に記載の単流体圧縮
    /膨張冷凍装置。
JP8011565A 1995-01-30 1996-01-26 単流体圧縮/膨張冷凍装置 Expired - Fee Related JP2686060B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/380116 1995-01-30
US8/380116 1995-01-30
US08/380,116 US5515694A (en) 1995-01-30 1995-01-30 Subcooler level control for a turbine expansion refrigeration cycle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08261584A JPH08261584A (ja) 1996-10-11
JP2686060B2 true JP2686060B2 (ja) 1997-12-08

Family

ID=23499969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8011565A Expired - Fee Related JP2686060B2 (ja) 1995-01-30 1996-01-26 単流体圧縮/膨張冷凍装置

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5515694A (ja)
EP (1) EP0728996B1 (ja)
JP (1) JP2686060B2 (ja)
KR (1) KR0184654B1 (ja)
CN (1) CN1085825C (ja)
AU (1) AU694595B2 (ja)
BR (1) BR9600220A (ja)
DE (1) DE69612891T2 (ja)
HK (1) HK1004862A1 (ja)
MY (1) MY113897A (ja)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU766128B2 (en) * 1999-10-14 2003-10-09 Oxygen Enterprises, Ltd Apparatus for measuring an oxygen concentration gradient and method of use thereof
US6701168B1 (en) 1999-10-14 2004-03-02 Trustees Of The University Of Pennsylvania Apparatus for measuring an oxygen concentration gradient and method of use thereof
DE10220391A1 (de) * 2001-05-21 2002-11-28 Walter Dolzer Wärmepumpe oder Kältemaschine
US6588224B1 (en) * 2002-07-10 2003-07-08 Praxair Technology, Inc. Integrated absorption heat pump thermoacoustic engine refrigeration system
US6913076B1 (en) * 2002-07-17 2005-07-05 Energent Corporation High temperature heat pump
JP3897681B2 (ja) * 2002-10-31 2007-03-28 松下電器産業株式会社 冷凍サイクル装置の高圧冷媒圧力の決定方法
JP3952951B2 (ja) * 2003-01-08 2007-08-01 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
FR2858668B1 (fr) * 2003-08-04 2005-09-23 Inst Francais Du Petrole Utilisation d'une turbine diphasique dans un procede d'hydrotraitement
DE10337136A1 (de) * 2003-08-11 2005-03-24 Behr Gmbh & Co. Kg Klimaanlage und Verfahren zur Regelung der Heizleistung derselben
US7299649B2 (en) * 2003-12-09 2007-11-27 Emerson Climate Technologies, Inc. Vapor injection system
US7275385B2 (en) * 2005-08-22 2007-10-02 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor with vapor injection system
US8037710B2 (en) * 2005-08-22 2011-10-18 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor with vapor injection system
US8074471B2 (en) * 2006-10-25 2011-12-13 Panasonic Corporation Refrigeration cycle apparatus and fluid machine used for the same
US8196425B2 (en) * 2007-11-15 2012-06-12 Imi Cornelius Inc. Auxiliary sub-cooler for refrigerated dispenser
CN101630156B (zh) * 2009-05-15 2012-02-29 江苏长江环境科技工程有限公司 可编程音乐喷泉控制系统
US10941770B2 (en) * 2010-07-20 2021-03-09 Trane International Inc. Variable capacity screw compressor and method
JP5484604B2 (ja) * 2011-02-09 2014-05-07 三菱電機株式会社 冷凍空調装置
DE102011112911A1 (de) * 2011-09-08 2013-03-14 Linde Aktiengesellschaft Kälteanlage
US9353618B2 (en) * 2012-10-31 2016-05-31 Baker Hughes Incorporated Apparatus and methods for cooling downhole devices
US9915451B2 (en) 2013-02-19 2018-03-13 Carrier Corporation Level control in an evaporator
CN107036317B (zh) * 2016-02-04 2019-09-06 Lg电子株式会社 冷却系统
IT201600132467A1 (it) 2017-01-04 2018-07-04 H2Boat Turboespansore a strato limite e macchina a ciclo inverso provvista di tale turboespansore
FR3072160B1 (fr) * 2017-10-09 2019-10-04 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Dispositif et procede de refrigeration
CN107940786A (zh) * 2017-12-20 2018-04-20 白皓天 一种制冷设备的节能系统及具有其的制冷设备
CN110701806B (zh) * 2019-10-24 2024-04-30 天津商业大学 带液位控制及旁通导气管的双流程微通道蒸发器制冷系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1440000A (en) * 1920-05-03 1922-12-26 Charles E Bonine Refrigeration
US2494120A (en) * 1947-09-23 1950-01-10 Phillips Petroleum Co Expansion refrigeration system and method
US3277658A (en) * 1965-07-19 1966-10-11 Carrier Corp Refrigeration apparatus
US5285653A (en) * 1992-12-30 1994-02-15 Carrier Corporation Refrigerant flow control device

Also Published As

Publication number Publication date
KR0184654B1 (ko) 1999-05-01
US5515694A (en) 1996-05-14
EP0728996A2 (en) 1996-08-28
EP0728996A3 (en) 1998-01-21
HK1004862A1 (en) 1998-12-11
MY113897A (en) 2002-06-29
EP0728996B1 (en) 2001-05-23
KR960029735A (ko) 1996-08-17
AU694595B2 (en) 1998-07-23
JPH08261584A (ja) 1996-10-11
CN1135036A (zh) 1996-11-06
AU4218096A (en) 1996-08-08
BR9600220A (pt) 1998-01-06
DE69612891T2 (de) 2001-09-27
CN1085825C (zh) 2002-05-29
DE69612891D1 (de) 2001-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2686060B2 (ja) 単流体圧縮/膨張冷凍装置
CA2144492C (en) Two phase flow turbine
KR101441765B1 (ko) 열기 및 냉기 관리용 제트 펌프 시스템, 장치, 배열체 및 사용방법
US4438638A (en) Refrigeration process using two-phase turbine
US4336693A (en) Refrigeration process using two-phase turbine
US7484374B2 (en) Flash tank design and control for heat pumps
US20120036854A1 (en) Transcritical thermally activated cooling, heating and refrigerating system
US4185465A (en) Multi-step regenerated organic fluid helical screw expander hermetic induction generator system
US4214170A (en) Power generation-refrigeration system
US6647742B1 (en) Expander driven motor for auxiliary machinery
JP4622193B2 (ja) 冷凍装置
JP4976426B2 (ja) 冷凍サイクル系統、天然ガス液化設備、及び冷凍サイクル系統の改造方法
CN112113364A (zh) 一种冷水机组及控制方法
JP2007183078A (ja) 冷凍機及び冷凍装置
CN210951938U (zh) 一种冷水机组
US4389858A (en) Heat engine
JPH09506162A (ja) 空調および/または冷却システムの効率を最大にするための装置
JP2887976B2 (ja) 冷却システム
JP2000074506A (ja) 電動機内蔵型圧縮式冷凍機
JP2004205192A (ja) 冷凍機用ポンプ
EP0144314A1 (en) Heat engine
JPH0214997B2 (ja)
OA20720A (en) Systems and methods for implementing ejector refrigeration cycles with cascaded evaporation stages.
JPH062958A (ja) 複数熱源ヒートポンプ

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19970729

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees