JP2006527836A - 蒸気圧縮システムの超臨界圧力調整 - Google Patents
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Abstract
超臨界システムの高圧要素の超臨界圧力を直接に制御するため、蒸気圧縮システムの膨張装置流量が調整される。膨張装置(27)は、膨張した流れの気相を再圧縮する再圧縮器(22)に直接連結されている。第1弁(36)で再圧縮器(32)の流量を制御することにより、膨張装置(27)を通る質量流量ひいてはシステムの高圧を制御するように膨張装置(27)の流量を制御できる。
Description
本発明は概ね、膨張装置または膨張器によって流量を制御することにより超臨界蒸気圧縮システムの高圧要素を調整するためのシステムに関連する。
塩素含有冷媒は、オゾン破壊の可能性があるとして世界の大部分で廃止されつつある。代替冷媒としてハイドロフルオロカーボン(HFCs)が使用されているが、これらの冷媒もやはり、高い地球温暖化係数を持っている。炭酸ガスやプロパンなどの「自然」冷媒が代替流体として提案されている。残念なことに、これらの流体の多くの使用にもやはり問題が見られる。炭酸ガスは臨界点が低いため、炭酸ガスを利用する空調システムの多くは、部分的に臨界点以上で作動し、たいていの条件下では超臨界状態で作動する。臨界亜流体の圧力は、(液体と蒸気の両方が存在する)飽和状態において温度の関数である。しかし、流体の温度が臨界温度より高い(超臨界)時には、圧力は流体の密度の関数になる。
蒸気圧縮システムが超臨界状態で作動する時には、システムの高圧要素を調整すると好都合である。システムの高圧を調整することにより、システムの容量および/または効率の制御および最適化が可能である。
従来技術では、ガス冷却器の出口に設けられた弁を調節することにより蒸気圧縮システムの高圧要素が調整されて、システムの容量および効率の制御が可能であった。システムの容量と効率を向上させるために、吸入ライン熱交換器と収容タンクも採用されてきた。
超臨界蒸気圧縮システムは、圧縮器とガス冷却器と膨張装置と蒸発器とを含む。冷媒は、閉回路サイクルを循環する。炭酸ガスが冷媒として使用されることが望ましい。炭酸ガスは臨界点が低いので、炭酸ガスを冷媒として利用するシステムは通常、蒸気圧縮システムを超臨界状態で作動させる必要がある。システムが超臨界状態で作動する時には、システムの容量および/または効率を制御および最適化するように蒸気圧縮システムの高圧要素を調整すると好都合である。
膨張装置は、膨張プロセスからエネルギーを抽出する仕事量回収装置である。膨張装置は、より等エントロピーな膨張プロセスを提供することにより、システムの効率を上昇させる。膨張装置を通る流量が増大すると、システムの高圧部を出る質量が増加し、システムの高圧部における瞬間冷媒質量を低下させ、システムの高圧を低下させる。膨張装置を通る流量を減少させると、システムの高圧部から排出される質量が減少し、システムの高圧部における瞬間冷媒質量が増大し、システムの高圧が上昇する。
一例では、膨張後に冷媒の流れは分離器タンクへ入る。膨張した流れの気相は再圧縮器で再圧縮され、システムの高圧部へ噴射される。冷媒はガス冷却器の流入部へ噴射されることが望ましい。再圧縮器は膨張装置へ直接連結されている。再圧縮器を通る流量を制御することにより、膨張装置を通る流量、ひいてはシステムの高圧要素が制御される。膨張した流れと再圧縮器との間に配置された第1弁は、再圧縮器へ送られる流れの量と再圧縮器を通る流量とを調整する。ガス冷却器の高圧は制御装置により監視される。ガス冷却器の圧力が変化すると、最適システム圧力を達成するように制御装置が第1弁を調節する。
第1弁が閉じると、再圧縮器へ送られる流れの量が減少し、再圧縮器が膨張装置へ印加する負荷が減少し、膨張装置を通る流量が増大してシステムの超臨界圧力を低下させる。第1弁が開くと、再圧縮器へ送られる流れの量が増加し、再圧縮器が膨張装置へ印加する負荷が増大し、膨張装置を通る流量が減少してシステムの超臨界圧力が上昇する。
システムはさらに、節約型サイクルとして機能するように、膨張した流れと蒸発器との間に配置された第2弁を含むことが可能である。第2弁は、蒸発器を通る質量流量を変化させるように、圧縮器の吸入部における過熱を制御する。低温の蒸気流は蒸発器を迂回して蒸気バイパスラインを通り、圧縮器の吸入部を冷却する。
別の例では、圧縮器の吸入部からの冷媒が圧縮器で再圧縮される。あるいは、ガス冷却器からの冷媒が、再圧縮器からの冷媒と熱交換器において熱を交換する。次にこの熱交換器からの冷媒が再圧縮される。これらの代替例はそれぞれ、システムの容量および/または効率を制御および最適化するように膨張装置を通る流量を制御するための手段を含む。
本発明の以上および他の特徴は、以下の明細書および図面から最もよく理解されるだろう。
現時点で好適な実施例についての以下の詳細な説明から、本発明の様々な特徴と長所が当業者に明らかとなるだろう。詳細な説明に付随する図面について、以下、簡単に説明する。
図1は、モータ30を有する圧縮器22と排熱用(heat rejecting)熱交換器(超臨界サイクルではガス冷却器)24と膨張弁26と吸熱用(heat accepting)熱交換器(蒸発器)28とを含む、従来技術による蒸気圧縮システム20を示す。
冷媒は、閉回路サイクル20を循環する。冷媒として炭酸ガスが使用されることが望ましい。炭酸ガスを例として挙げたが、他の冷媒を使用してもよい。炭酸ガスは臨界点が低いため、冷媒として炭酸ガスを利用するシステムは通常、蒸気圧縮システム20を超臨界状態で作動させる必要がある。システム20が超臨界状態で作動している時には、蒸気圧縮システム20の高圧要素を調整すると好都合である。システム20の高圧を調整することにより、システム20の容量および/または効率の制御および最適化が可能である。
図2に点Aで示されているように、冷媒は高圧・高エンタルピーで圧縮器22から出る。冷媒は、高圧でガス冷却器24を通って流れる際に熱とエンタルピーとを失い、点Bに示されているように低エンタルピー・高圧でガス冷却器24から出る。冷媒が膨張弁26を通過する際には、点Cに示されているように圧力は等エンタルピー状態で低下する。膨張後、冷媒は蒸発器28を通過して、点Dで表されているように高エンタルピー・低圧で出る。冷媒は圧縮器22を通過した後、再び高圧・高エンタルピーとなってサイクルを終える。
システム20の高圧要素の超臨界圧力は、温度および密度の関数である。密度は、質量と容積の両方の関数である。システム21の高圧要素の内部の容積は一般的に一定であり、システム20の効率を最大化するため、システム20の高圧部の温度は概して制御されない。そのため、超臨界システム20の超臨界圧力は、システム20の高圧要素内部の冷媒の質量を制御することによって制御される。システム20の高圧要素における質量は、圧縮器22から出る質量流量および膨張弁26へ入る質量流量の関数である。そのため、膨張弁26を通る流量を制御すると、超臨界システム20の高圧要素における超臨界圧力を直接に制御することができる。
図3Aは、本発明のシステム21の第一の例を概略的に示す。システム21は、膨張装置27を含む。膨張装置27は、膨張プロセスからエネルギーを抽出する仕事量回収装置である。膨張装置27で抽出できるエネルギーの量は、膨張装置27を通る流量と、膨張装置27の流入圧力および流出圧力の間の等エンタルピー(定エンタルピー)膨張と等エントロピー(定エントロピー)膨張の間のエンタルピーの差と、膨張効率との積である。この積は概して、高圧と低圧との間の圧力差および膨張装置27を通る質量流量の関数である。
膨張装置27は、従来技術による膨張弁26またはオリフィスの使用によって得られる等エンタルピー(定エンタルピー)膨張プロセスとは対照的に、より等エントロピー(定エントロピー)の膨張プロセスを提供することにより、システム21の効率を上昇させる。より等エントロピーのこの膨張プロセスは、蒸発器28に入る冷媒のエンタルピーを低下させ、より多くの熱を蒸発器28に吸収させることでシステム21の冷却能力を上昇させる。そのうえ膨張装置27は、膨張のエネルギーを獲得し、このエネルギーを用いて通常のシステムエネルギー要件を補うことにより、システム21の効率を上昇させる。
膨張装置27を通る流量を調整することにより、システム21の高圧を制御できる。膨張装置27を通る冷媒の流量が増加すると、システム21の高圧部から出る質量が増加し、システム21の高圧部の瞬間冷媒質量とシステム21の高圧とが低下する。膨張装置27を通る流量が減少すると、システム21の高圧部から出る質量が減少し、システム21の高圧部の瞬間冷媒質量とシステム21の高圧とが上昇する。
膨張装置27を通る冷媒の流量は、膨張装置27の速度と、システム21の高圧部と低圧部との間の圧力差と、膨張装置27がピストン、ロータリー、スクロール、スクリュタイプの膨張装置などの容積型膨張装置27である場合には膨張装置27の行程容積の関数である。上述の関数のいずれかを調整することにより、システム21の高圧部を調整できる。例えば、膨張装置27の速度を上昇させると、膨張装置27を通過する冷媒の流れが多くなり、システム21の高圧部の瞬間冷媒質量とシステム21の高圧部の圧力とが低下する。膨張装置27の速度を低下させると、膨張装置27を通過する冷媒が少なくなり、システムの高圧部の冷媒質量を増大させるとともに、システム21の高圧部の圧力を上昇させる。膨張装置27の運転回数(operating frequency)も、膨張装置27の流量を制御できる。
別の例では、膨張装置27の行程容積を増大させると、膨張装置27を通過する冷媒の流れが多くなり、システム21の高圧部における瞬間冷媒質量が減少するとともに、システム21の高圧部の圧力が低下する。膨張装置27の行程容積を減少させると、膨張装置27を通過する冷媒が少なくなり、システム21の高圧部における瞬間冷媒質量が増大するとともにシステム21の高圧部の圧力が上昇する。
冷媒の流れは、膨張装置27で膨張した後、冷媒を蒸気と液体に分離する分離器タンク30へ入る。蒸気冷媒は、蒸気冷媒を再圧縮する再圧縮器32に入る。再圧縮された蒸気冷媒は、経路35に沿ってシステム21の高圧要素に噴射される。再圧縮器32はライン34によって膨張装置27に直接連結されている。一例では、再圧縮された流れはガス冷却器24の流入部に噴射される。
膨張プロセスにより回収されたエネルギーは、膨張した流れの気相を再圧縮器32で再圧縮するのに使用される。膨張装置27により回収されたエネルギーはまた、システム21のエネルギー要件を低下させ、システム21の効率を上昇させるのに使用される。再圧縮器32の出力要件は、再圧縮器32を通る冷媒の流れの量、再圧縮器32の行程容積、再圧縮器32の流入部と流出部との間の圧力差、再圧縮器32の効率の関数である。
再圧縮器32へ送られる冷媒の流れの量を制御することにより、膨張装置27を通る冷媒の質量流量を制御できる。再圧縮器32を通る冷媒の流れは、再圧縮器32の流入部における冷媒密度、再圧縮器32の行程容積、再圧縮器32の速度の関数である。これらの関数のいずれかを調整することにより、再圧縮器32を通る冷媒流量と、膨張装置27への負荷と、膨張装置27の速度と、ひいては膨張装置27を通る流量とを調整できる。
オリフィスを有するとともに、膨張した流れと再圧縮器32の流入部との間に配置された第1弁36は、再圧縮器32へ送られる流れの量を調整するように制御される。第1弁36は、制御装置38により制御され、オリフィスの直径を増減することにより作動する。制御装置38はガス冷却器24の高圧を監視して、最適圧力を達成するように第1弁36の動作を調節する。制御装置38は、サイクル21の主制御装置であってもよい。所望の圧力が判断されると、制御装置38は、高圧を調整するように第1弁36を調節する。最適圧力を判断するのに使用される因子は、当該技術に従事する者の技量の範囲内にある。ガス冷却器24の高圧を調整することにより、蒸発器28の流入部における冷媒のエンタルピーを修正してシステム20の容量および/または効率を制御できる。
ガス冷却器24の圧力が最適圧力を下回っている場合には、システム21の効率を上昇させることができる。制御装置38は、第1弁36を開く、つまりそのオリフィスのサイズを大きくし、再圧縮器32へ送られる流れの量と膨張装置27への負荷を増大させる。膨張装置27を通る冷媒の流れの量が減少すると、システム21の超臨界部の瞬間質量と超臨界圧力とが上昇する。
ガス冷却器24の圧力が最適圧力を上回っている場合には、冷媒を圧縮するのに過剰な量のエネルギーが使用される。制御装置38は第1弁36を閉じる、つまりそのオリフィスのサイズを小さくし、再圧縮器32へ送られる流れの量と膨張装置27への負荷を減少させる。膨張装置27を通る流れの量が増加すると、システム21の超臨界部の瞬間質量と超臨界圧力とが低下する。
システム21は、膨張した流れと蒸発器28との間に配置された第2弁40を含み、節約型サイクルとして作動することも可能である。第2弁40は圧縮器22の吸入部における過熱を制御して、蒸発器28を通る質量流量を変化させる。第2弁40を閉じることにより、分離器タンク30の蒸気の流れは蒸発器28を迂回して、蒸気バイパスライン42を通って圧縮器22の吸入部へ流れる。
図3Bに見られるように、再圧縮器32へ動力を提供するモータ33を採用してこれを調整することによって、再圧縮器32を通る冷媒の流れの量を調整できる。モータ33の速度は制御装置38により制御される。制御装置38はガス冷却器24の高圧を監視し、最適圧力を達成するようにモータ33の速度を調整する。膨張装置27を通る流量を調整するのにモータ33が採用される場合には、第1弁36は必要ない。
ガス冷却器24の圧力が最適圧力を下回っていることを制御装置38が検出した場合には、制御装置38がモータ33の速度を低下させ、再圧縮器32と膨張装置27における速度および流量を低下させる。膨張装置27の流量が減少すると、システム21の超臨界部の瞬間質量が増大し、システム21の超臨界圧力が上昇する。ガス冷却器24の圧力が最適圧力を上回っていることを制御装置が検出した場合には、制御装置38がモータ33の速度を上昇させ、再圧縮器32と膨張装置27における速度および流量を増大させる。膨張装置27の流量が増大すると、システム21の超臨界部の瞬間質量が減少し、システム21の超臨界圧力が低下する。
図4Aは、システム19の第二の例を概略的に示す。システム19は、主圧縮装置22と並列の第2圧縮装置39を含む。第2圧縮装置39への冷媒の流れは、吸入アキュムレータ29の前後で圧縮器22の吸入部から経路37を通って引き出される。膨張装置27の流量、ゆえにシステム19の超臨界部分の圧力は、第2圧縮装置39への流れを調整することにより調整できる。第2圧縮装置39への流れは、膨張装置27の速度を制御する調整弁36を作動させることにより調整される。
あるいは図4Bに見られるように、第2圧縮装置39の流れは、システム21について述べたようにモータ33の速度を制御することにより調整される。システム19がモータ33を含む場合には、調整弁36は必要ない。システム19内の余剰冷媒を保管する収容タンクまたはアキュムレータ29をシステム19が含むことも可能である。
本発明の第三の例が、システム18として図5Aに概略的に図示されている。この例では、膨張装置27の排出部から引き出された流れが、膨張装置27へ送られる流れと熱交換器25において熱を交換して、ガス冷却器24を出る流れに冷却効果を与えながらこの流れの液体を蒸発させる。この流れは次に再圧縮器32へ送られる。膨張装置27の流量、ひいてはシステム18の超臨界部分の圧力は、再圧縮器32への流れを調整することにより調整される。再圧縮器32への流れは、熱交換器25の前後に設けることのできる調整弁36を作動させることにより調整される。
あるいは図5Bに見られるように、システム21について記載されたようなモータ33の速度を制御することにより再圧縮器32への流れが調整される。システム18がモータ33を含む場合には、調整弁36は必要ない。システム18内の余剰冷媒を保管する収容タンクまたはアキュムレータ29をシステム18が含むことも可能である。
本発明のいくつかの例が開示および図示されたが、膨張装置27の流量を他の方法で変化させられることを理解すべきである。当業者であれば、膨張装置27を通る流量をどのように調整するかが分かるだろう。
以上の説明は、本発明の原理を例示するものに過ぎない。上の教示に照らし合わせて、本発明の多くの変形および変更が可能である。しかし当業者であればある種の変形が本発明の範囲に包含されることを認識するように本発明の好適な実施例を開示した。そのため、添付された請求項の範囲内において、明記されたもの以外の形で本発明を実施してもよいことを理解すべきである。そのため、本発明の真の範囲および内容を判断するには、請求項を検討すべきである。
Claims (24)
- 冷媒を高圧まで圧縮する圧縮装置と、
前記冷媒を冷却するための排熱用熱交換器と、
前記冷媒を低圧まで減圧するとともにエネルギーを回収するための膨張装置であって、該冷媒が、該膨張装置を膨張装置流量で流れるとともに、該膨張装置流量の調節によってシステムの高圧が調整される、膨張装置と、
前記冷媒を蒸発させるための吸熱用熱交換器と、
を含む超臨界蒸気圧縮システム。 - さらに、前記膨張装置から出る前記冷媒の一部分を再圧縮するため該膨張装置に連結された再圧縮装置を含み、該膨張装置を通る該冷媒の流量を制御するように該再圧縮装置を通る該冷媒の流量が調整される、請求項1に記載のシステム。
- さらに、前記膨張装置と前記吸熱用熱交換器との間に配置された相分離器を含み、前記再圧縮装置により再圧縮された前記冷媒の前記部分が該相分離器から出る、請求項2に記載のシステム。
- 前記再圧縮装置により再圧縮された前記冷媒の前記部分が前記システムの高圧要素に噴射される、請求項3に記載のシステム。
- 前記システムの前記高圧要素が前記排熱用熱交換器の流入部である、請求項4に記載のシステム。
- さらに、前記膨張装置と前記再圧縮装置との間に配置された第1弁を含み、該第1弁が、該再圧縮装置への前記冷媒の前記部分の流量を制御する、請求項2に記載のシステム。
- 前記第1弁を開くと、前記再圧縮装置への前記冷媒の前記部分の流量が増加し、かつ前記膨張装置を通る流量が減少するとともに、前記高圧が上昇する、請求項6に記載のシステム。
- 前記第1弁を閉じると、前記再圧縮装置への前記冷媒の前記部分の流量が減少し、かつ前記膨張装置を通る流量が増加するとともに、前記高圧が低下する、請求項6に記載のシステム。
- さらに、前記第1弁を作動させる制御装置を含む、請求項6に記載のシステム。
- 前記制御装置が、前記高圧を監視するとともに、該高圧を所望の高圧と比較して該高圧と該所望の高圧との比較に応じて前記第1弁を制御する、請求項9に記載のシステム。
- さらに、前記相分離器と前記吸熱用熱交換器との間に配置された第2弁を含む、請求項3に記載のシステム。
- 前記冷媒が炭酸ガスである、請求項1に記載のシステム。
- 前記膨張装置の速度と該膨張装置の運転回数のうち一方が前記膨張装置流量を制御する、請求項1に記載のシステム。
- モータが前記再圧縮装置を介して前記流量を調整する、請求項2に記載のシステム。
- さらに、前記圧縮装置と並列に第2圧縮装置を含み、該圧縮装置が前記吸熱用熱交換器からの前記冷媒の第1部分を圧縮するとともに該第2圧縮装置が該吸熱用熱交換器からの該冷媒の第2部分を圧縮し、該第2圧縮装置が、該冷媒の該第2部分を圧縮するように前記膨張装置に連結され、該第2圧縮装置を通る該冷媒の流量が、該膨張装置を通る該冷媒の流量を制御するように調整される、請求項1に記載のシステム。
- さらに、前記吸熱用熱交換器と前記第2圧縮装置との間に配置された第1弁を含み、該第1弁が、該第2圧縮装置への前記冷媒の前記第2部分の流量を制御する、請求項15に記載のシステム。
- さらに、前記膨張装置に連結された再圧縮装置を含み、前記排熱用熱交換器からの前記冷媒が、該膨張装置からの該冷媒と熱交換器において熱を交換し、該再圧縮装置が該熱交換器からの該冷媒を再圧縮し、該再圧縮装置を通る該冷媒の流量が、該膨張装置を通る該冷媒の流量を制御するように調整される、請求項1に記載のシステム。
- 前記膨張装置の速度と該膨張装置の運転回数のうち一方を調整することにより該膨張装置流量が調整される、請求項1に記載のシステム。
- 前記膨張装置の行程容積を調整することにより前記膨張装置流量が調整される、請求項1に記載のシステム。
- 前記再圧縮装置の速度を調整することにより該再圧縮装置を通る前記冷媒の流量が調整される、請求項2に記載のシステム。
- 前記再圧縮装置の行程容積を調整することにより該再圧縮装置を通る前記冷媒の流量が調整される、請求項2に記載のシステム。
- 前記再圧縮装置の吸入密度を調整することにより該再圧縮装置を通る前記冷媒の流量が調整される、請求項2に記載のシステム。
- 超臨界蒸気圧縮システムの高圧を調整する方法であって、
冷媒を前記高圧まで圧縮するステップと、
前記冷媒を冷却するステップと、
前記冷媒を低圧まで膨張するステップと、
前記冷媒を蒸発させるステップと、
前記冷媒の前記高圧を調整するように膨張ステップにおいて流量を制御するステップと、
を含む方法。 - さらに、膨張ステップから出る前記冷媒の一部分を再圧縮するステップを含み、膨張ステップの流量が、再圧縮ステップにおける流量に関連する、請求項23に記載の方法。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006242491A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍サイクル装置 |
WO2009101818A1 (ja) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Panasonic Corporation | 冷凍サイクル装置 |
WO2009104375A1 (ja) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | パナソニック株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
JP4837150B2 (ja) * | 2009-06-02 | 2011-12-14 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
JP2020508428A (ja) * | 2017-01-30 | 2020-03-19 | ビツァー キュエールマシーネンバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 冷媒回路内へ組み込むための膨張ユニット |
Families Citing this family (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005265278A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
JP4722493B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2011-07-13 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 流体機械 |
CN100404790C (zh) * | 2004-03-24 | 2008-07-23 | 株式会社日本自动车部品综合研究所 | 流体机械 |
JP4375171B2 (ja) * | 2004-08-31 | 2009-12-02 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
JP2006071174A (ja) * | 2004-09-01 | 2006-03-16 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
EP1924492B1 (en) * | 2005-09-12 | 2012-08-29 | Bell Helicopter Textron Inc. | Automatic velocity control system for aircraft |
JP4665736B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-04-06 | パナソニック株式会社 | 冷凍サイクル装置の制御方法およびそれを用いた冷凍サイクル装置 |
JP4797727B2 (ja) * | 2006-03-22 | 2011-10-19 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
US7822503B2 (en) * | 2006-09-27 | 2010-10-26 | The Coca-Cola Company | Systems, methods, and apparatuses for energy management in vending machines, appliances, and other store or dispense equipment |
CN101568776B (zh) * | 2006-10-27 | 2011-03-09 | 开利公司 | 具有膨胀器的节约制冷循环 |
US20080289350A1 (en) * | 2006-11-13 | 2008-11-27 | Hussmann Corporation | Two stage transcritical refrigeration system |
CN101568770A (zh) * | 2006-12-26 | 2009-10-28 | 开利公司 | 具有串轴式压缩机、膨胀器和经济器的co2制冷剂*** |
WO2008079123A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-07-03 | Carrier Corporation | Injection of refrigerant in system with expander |
WO2008105868A2 (en) * | 2007-02-26 | 2008-09-04 | Carrier Corporation | Economized refrigerant system utilizing expander with intermediate pressure port |
WO2008115227A1 (en) * | 2007-03-16 | 2008-09-25 | Carrier Corporation | Refrigerant system with variable capacity expander |
US20080236180A1 (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-02 | The Coca-Cola Company | Systems and methods for flexible reversal of condenser fans in vending machines, appliances, and other store or dispense equipment |
CN101646909B (zh) * | 2007-04-10 | 2016-07-06 | 开利公司 | 带膨胀器速度控制的制冷剂*** |
US9989280B2 (en) * | 2008-05-02 | 2018-06-05 | Heatcraft Refrigeration Products Llc | Cascade cooling system with intercycle cooling or additional vapor condensation cycle |
WO2010084552A2 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-29 | Panasonic Corporation | Refrigeration cycle apparatus |
US8327651B2 (en) * | 2009-07-07 | 2012-12-11 | Hamilton Sundstrand Corporation | Transcritical fluid cooling for aerospace applications |
JP5478715B2 (ja) * | 2010-03-25 | 2014-04-23 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置及びその運転方法 |
JP5641004B2 (ja) * | 2012-03-16 | 2014-12-17 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
JP5575192B2 (ja) * | 2012-08-06 | 2014-08-20 | 三菱電機株式会社 | 二元冷凍装置 |
US10132529B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-11-20 | Rolls-Royce Corporation | Thermal management system controlling dynamic and steady state thermal loads |
US9676484B2 (en) | 2013-03-14 | 2017-06-13 | Rolls-Royce North American Technologies, Inc. | Adaptive trans-critical carbon dioxide cooling systems |
EP2994385B1 (en) | 2013-03-14 | 2019-07-03 | Rolls-Royce Corporation | Adaptive trans-critical co2 cooling systems for aerospace applications |
US10302342B2 (en) | 2013-03-14 | 2019-05-28 | Rolls-Royce Corporation | Charge control system for trans-critical vapor cycle systems |
US9718553B2 (en) | 2013-03-14 | 2017-08-01 | Rolls-Royce North America Technologies, Inc. | Adaptive trans-critical CO2 cooling systems for aerospace applications |
US10543737B2 (en) | 2015-12-28 | 2020-01-28 | Thermo King Corporation | Cascade heat transfer system |
US10533778B2 (en) * | 2016-05-17 | 2020-01-14 | Daikin Applied Americas Inc. | Turbo economizer used in chiller system |
US20180031282A1 (en) * | 2016-07-26 | 2018-02-01 | Lg Electronics Inc. | Supercritical refrigeration cycle apparatus and method for controlling supercritical refrigeration cycle apparatus |
US11073169B2 (en) * | 2018-06-26 | 2021-07-27 | Energy Recovery, Inc. | Power generation system with rotary liquid piston compressor for transcritical and supercritical compression of fluids |
IT201900004733A1 (it) * | 2019-03-29 | 2020-09-29 | Saipem Spa | Ciclo transcritico re-compresso con post-espansione in applicazioni criogeniche o a basse temperature, e/o con fluidi refrigeranti |
CN109944653A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-06-28 | 天津商业大学 | 一种二氧化碳跨临界循环冷电联产*** |
CN110806035A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-02-18 | 上海复璐帝流体技术有限公司 | 一种跨临界二氧化碳制冷方法及其装置 |
US11397030B2 (en) | 2020-07-10 | 2022-07-26 | Energy Recovery, Inc. | Low energy consumption refrigeration system with a rotary pressure exchanger replacing the bulk flow compressor and the high pressure expansion valve |
US11421918B2 (en) | 2020-07-10 | 2022-08-23 | Energy Recovery, Inc. | Refrigeration system with high speed rotary pressure exchanger |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3321930A (en) * | 1965-09-10 | 1967-05-30 | Fleur Corp | Control system for closed cycle turbine |
US3934424A (en) * | 1973-12-07 | 1976-01-27 | Enserch Corporation | Refrigerant expander compressor |
FR2532471A1 (fr) * | 1982-09-01 | 1984-03-02 | Labo Electronique Physique | Procede de realisation d'ouverture de faible dimension, utilisation de ce procede pour la fabrication de transistors a effet de champ, a grille alignee submicronique, et transistors ainsi obtenus |
US5245836A (en) * | 1989-01-09 | 1993-09-21 | Sinvent As | Method and device for high side pressure regulation in transcritical vapor compression cycle |
US5191776A (en) * | 1991-11-04 | 1993-03-09 | General Electric Company | Household refrigerator with improved circuit |
US5819554A (en) * | 1995-05-31 | 1998-10-13 | Refrigeration Development Company | Rotating vane compressor with energy recovery section, operating on a cycle approximating the ideal reversed Carnot cycle |
GB2309748B (en) | 1996-01-31 | 1999-08-04 | Univ City | Deriving mechanical power by expanding a liquid to its vapour |
JP2000234814A (ja) | 1999-02-17 | 2000-08-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 蒸気圧縮式冷凍装置 |
JP4207340B2 (ja) * | 1999-03-15 | 2009-01-14 | 株式会社デンソー | 冷凍サイクル |
US6321564B1 (en) * | 1999-03-15 | 2001-11-27 | Denso Corporation | Refrigerant cycle system with expansion energy recovery |
EP1046869B1 (en) | 1999-04-20 | 2005-02-02 | Sanden Corporation | Refrigeration/air conditioning system |
US6185956B1 (en) | 1999-07-09 | 2001-02-13 | Carrier Corporation | Single rotor expressor as two-phase flow throttle valve replacement |
US6698234B2 (en) * | 2002-03-20 | 2004-03-02 | Carrier Corporation | Method for increasing efficiency of a vapor compression system by evaporator heating |
US6694763B2 (en) * | 2002-05-30 | 2004-02-24 | Praxair Technology, Inc. | Method for operating a transcritical refrigeration system |
US6644045B1 (en) | 2002-06-25 | 2003-11-11 | Carrier Corporation | Oil free screw expander-compressor |
US6595024B1 (en) * | 2002-06-25 | 2003-07-22 | Carrier Corporation | Expressor capacity control |
US6644062B1 (en) * | 2002-10-15 | 2003-11-11 | Energent Corporation | Transcritical turbine and method of operation |
-
2003
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006242491A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍サイクル装置 |
WO2009101818A1 (ja) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Panasonic Corporation | 冷凍サイクル装置 |
WO2009104375A1 (ja) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | パナソニック株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
JP4837150B2 (ja) * | 2009-06-02 | 2011-12-14 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
JP2020508428A (ja) * | 2017-01-30 | 2020-03-19 | ビツァー キュエールマシーネンバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 冷媒回路内へ組み込むための膨張ユニット |
JP7175901B2 (ja) | 2017-01-30 | 2022-11-21 | ビツァー キュエールマシーネンバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 冷媒回路内へ組み込むための膨張ユニット |
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Publication number | Publication date |
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