JPH06510111A - 超臨界蒸気圧縮回路における高サイド圧力調節方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 超臨界蒸気圧縮回路における高サイド圧力調節方法発明の技術分野 この発明は、超臨界条件で操作される冷凍、空調およびヒートポンプのような蒸 気圧縮回路に関し、より詳しくは、エネルギ消費に関して最適の操作を維持する 高サイド圧力調節方法に関するものである。

発明の背景技術 出願中であるＰＣＴ出願の刊行物Ｗ０　９０１０７６８３号には、超臨界蒸気圧 縮回路と超臨界高サイド圧力の調整に基づいてその回路の冷凍能力を調節する方 法が開示されている。この回路は、コンプレッサと、気体クーラ（凝縮器）と、 内部熱交換器と、蒸発器と、そしてレシーバ（受液器）とからなっている。能力 管理は、蒸発器とコンプレッサの中間に置かれた低圧冷媒レシーバの液体残量を 変化させることによって達成され、ここでは内部熱交換器の高圧出口と蒸発器入 口との間の絞り弁が操作手段として使用されている。

超蒸気圧縮回路の生産用原型で最近行われている多くのテストから、この発明の 特殊な適用、例えば、変動する荷重と条件で働く乗用車の空調ユニットにおいて は、所定の能力要求において最小のエネルギ消費とするために、全能力より少な い能力で、高サイド圧力はユニットの実際の操作条件（荷重）に従って調節され ねばならないことが判明している。実際の操作条件は、冷却温度や圧力、外部温 度あるいは必要な冷凍能力によって決定される。如何なる利用可能な技術状態の 能力管理装置、例えば、オン／オフ式、可変容量コンプレッサあるいは可変速度 制御などが、別々にあるいは独立に、冷却能力や加熱能力の調節のために開示さ れている回路の絞り弁の操作に使用することができる。したがって、既に開示さ れている蒸気圧縮回路のエネルギ消費に関する最適の操作を得るためには、新し い絞り弁制御方法を開発することが必要であった。

発明の目的 したがって、この発明の目的は、超臨界蒸気圧縮回路において、システムの最適 操作とエネルギ消費を最小とするするために高サイド圧力を調節する新しい簡単 な方法と装置とを提供することである。

発明の要約 この発明の上述の目的およびその他の目的は、超臨界蒸気圧縮回路において、検 出される実際の回路の操作条件と対応する最適の高サイド圧力の予定数値の適用 に基づく、絞り弁の操作方法を提供することによって達成される。この発明の好 適な実施例において、操作状態の検出は気体クーラ（凝縮器）の出口またはその 近（における温度の測定によってなされ、絞り弁の開度は予定された設定圧力に 対して調整される。

図面の簡単な説明 この発明は、好適な実施例と図面を参照してより詳細に説明される。

図１は、一定の蒸発温度と気体クーラ（凝縮器）出口の冷媒温度において、超臨 界蒸気圧縮回路の高サイド圧力を変化させる際の、冷却能力（Ｑｏ）と、コンプ レッサの出力（Ｐ）と、そしてそれらの比（ＣＯＰ）との間の論理的な関係を示 すグラフである。

図２は、冷却能力とコンプレッサの出力との間の最大割合を提供する最適高サイ ド圧力と、３つの異なる蒸発温度における気体クーラ（凝縮器）の出口の冷媒温 度との間の論理的な関係を示すグラフである。

図３は、この発明の好適な実施例に従って構成された超臨界蒸気圧縮回路を概略 的に表したものである。

発明の詳細な説明 超臨界回路（高サイドで臨界圧力にまで圧縮された冷媒で操作される。）のよく 知られた特性は、冷凍能力と使用されるコンプレッサの出力との比として定義さ れる性能係数ＣＯＰを、気体クーラ（凝縮器）出口の冷媒温度が大体一定に保た れる時に、高サイド圧力コを増加させることによって上昇させられることである 。

しかしながら、ＣＯＰは、ある水準にまでだけ高サイド圧力の増加に対して上昇 させられるが、特別の冷凍効果が特別の圧縮作用をもはや充分に補償しなくなる と、衰退し始めるものである。

かくして、例えば、蒸発温度や気体クーラ（凝縮器）の出口における冷媒温度よ って特定される実際の操作状管のそれぞれのセットに対し、高サイド圧力の関数 としての冷却能力（ＱＯ）　、コンプレッサ出力（Ｐ）およびそれらの比（Ｃ０ Ｐ）を示すグラフを提供することができる。図１には、論理的な回路計算に基づ く、一定の蒸発温度および気体クーラ（凝縮器）の出口温度において、ＣＯ２冷 媒に生じるような線図が示されている。図１のｐ゛に相当するある高サイド圧力 において、比（ＣＯＰ）は示されるように最大に達する。

このような結果を組み合わせることによって、すなわち、操作状態が変化する際 に、最大のＣＯＰ　（ｐ”）を提供する、気体クーラ（凝縮器）出口の冷媒温度 、蒸発温度および高サイド圧力の新しいデータのセットが、図２に示されるよう に提供され、これらは絞り弁の操作方法に適用されることができる。この線図に したがって高サイド圧力を調節することによって、冷凍能力とコンプレッサ出力 との間の最大比が常に維持されるであろう。

最大の荷重状態の下で、必要とされるコンプレッサ容積を制限し、それによって 資本コスト全体のエネルギ消費を制限するために、ある短い時間最大ＣＯＰに相 当するレベル以上の排出圧力でシステムを操作することが便宜的に行われる。

しかしながら、低い荷重状態においては、所定の最適水準に対する高サイド圧力 の減少と分離制御システムによって行われる能力調整は最小のエネルギ消費を提 供するだろう。

変化する蒸発温度は気体クーラ（凝縮器）の出口の冷媒温度においてのみ顕著な 影響を有するので、この影響は実行上では無視することができる。かくして、気 体クーラ（凝縮器）の出口で検出される冷媒温度や、ある他の温度やこれに相当 するパラメータ（例えば、冷却用水入口温度、周囲の空気温度、冷却用または加 熱用荷重）は、絞り弁の入力としてのたった一つの顕著な操作パラメータである 。

絞り弁としての背圧制御器の使用は、冷媒質量流れや密度の変化に対する内部補 償においである利益を与えるだろう。背圧制御を有する絞り弁は、冷媒質量の流 れや入口冷媒温度にかかわらず、入口圧力、すなわち設定点における高サイド圧 力に保たれるだろう。背圧制御器の設定点は、上記に示した所定の制御計画に従 ってアクチュエータの操作によって調節される。

例１ 図３は超臨界冷凍回路の好適な実施例を示しており、気体クーラ（凝縮器）１１ に直列に接続されているコンプレッサ１０と、内部向流熱交換器１２および絞り 弁１３からなっている。蒸発器１４および低圧液体レシーバ１６は絞り弁とコン プレッサの中間に接続されている。気体クーラ（凝縮器）の出口の温度センサ５ は、回路の操作状態に関する情報を制御システム７すなわちマイクロプロセッサ にに提供する。絞り弁１３はアクチュエータ９に備えられ、その弁の位置は制御 システムによって特徴とされる所定の設定点圧力に従って自動的に調節される。

例２ 図３を参照するに、回路には、例１に示されるような絞り弁に対するマイククロ プロセッサや電子的制御機器の使用を排除した、簡単な機械的背圧力制御器によ る絞り弁１３が設けられている。調節器には、気体クーラの冷媒出口またはその 近くの位置に温度センサ５としてのバルブが備えられている。

薄膜の装置を通して、温度センサであるバルブからのもたらされる圧力は、気体 クーラ（凝縮器）出口の冷媒温度に従って背圧制御器の設定点を機械的に調節す る。スプリング力と温度センサ５の出力を調整することによって、実際の調節範 囲における温度と圧力の間の適切な関係を得ることができる。

例３ 回路は例１または例２に記載された絞り弁制御の概念の一つに基づくが、温度セ ンサや温度センサ用バルブを気体クーラ（凝縮器）の冷媒出口に配置する代わり に、センサや温度センサ用バルブは熱が排除されている冷却剤の入口温度を測定 するものである。向流熱交換器によって気体クーラ（凝縮器）の冷媒出口温度と 冷却剤の入口温度との間には関係があり、冷媒出口の温度は冷却剤入口温度に密 接に従っている。

この発明は、図面による例示や説明そして好適な実施例の条件での前述の説明で なされてきたが、交換や変更は添付の請求の範囲に記載されるような発明の精神 あるいは範囲を離れることなくその中でなし得ることが明らかである。かくして 、例えば、例１および２で説明された概念において、温度センサあるいはバルブ はシステムの所望の冷却容量や加熱容量の信号表示によって置き換えられること ができる。周囲の温度と荷重との間の対応によって、この信号は調節用絞り弁の 設定圧力のための基礎として役立てることができる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　６年　３月１６日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．回路を構成するように直列に接続された、コンプレッサ（１０）と、ガスク ーラ（１１）と、内部熱交換器（１２）と、絞り弁（１３）と、蒸発器（１４） および低圧冷媒レシーバ（１６）とからなる超臨界蒸気圧縮回路における高サイ ド圧力調節方法において、回路の実際の操作条件の少なくとも一つを検出し、所 定の能力要求において装置のエネルギ消費を最小とするために、高い圧力値の予 定の設定値に従って絞り弁の調整をする段階とからなる高サイド圧力調節方法。
2. ２．前記操作条件の検出を、ガスクーラの出口の近く冷媒温度の測定によって行 われることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．冷媒として二酸化炭素が使用されることを特徴とする請求項１または２のい ずれかに記載の方法。
4. ４．回路を構成するように直列に接続された、コンプレッサ（１０）と、ガスク ーラ（１１）と、内部熱交換器（１２）と、絞り弁（１３）と、蒸発器（１４） および低圧冷媒レシーバ（１６）とからなる、高サイドにおいて超臨界圧力で操 作される蒸気圧縮回路において、さらに、回路の少なくとも一つの操作条件を検 出する検出手段（５）と、所定の能力要求において最小のエネルギ消費となるよ うに、高圧力値の予定の設定値に従って、検出操作条件の関数として絞り弁の開 度を制御するために、前記検出手段と絞り弁とに接続された制御手段（９）とか らなることを特徴とする蒸気圧縮回路。
5. ５．前記検出手段（５）がガスクーラの出口近くの冷媒温度を表すパラメータを 測定する測定手段からなることを特徴とする請求項４記載の蒸気圧縮回路。
6. ６．前記絞り弁（１３）が、マイクロプロセッサ（７）によって電気的に制御さ れた可変設定値を有する背圧制御装置であるところの請求項４または５のいずれ かに記載の蒸気圧縮回路。
7. ７．前記絞り弁（１３）が、ガスクーラの冷媒出口またはその近くに置かれるか 、または、回路の操作状態を表す温度を有する別の場所に置かれた温度検出用バ ルブと、その温度検出用バルブの温度に対して所望の関係にある背圧制御装置の 設定値を調節する薄膜装置とからなる可変設定値を有する背圧制御装置であると ころの請求項５記載の蒸気圧縮回路。