JP2020508428A - 冷媒回路内へ組み込むための膨張ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (53)
- 冷媒回路(10)内へ組み込むための膨張ユニット(32)であって、膨張システム(30)を有し、前記膨張システムが、
膨張ユニット(32)へ供給される冷媒の質量流を過冷却するための過冷却ユニット(102)を有し、
膨張器段(86)と圧縮器段(88)とを備えた膨張圧縮ユニット(84)を有し、
分岐部(116)を有し、前記分岐部が膨張ユニット(32)へ供給された全質量流(G)から過冷却質量流(U)を分岐し、かつ供給導管(126)と接続されており、前記供給導管が過冷却質量流を過冷却ユニット(102)の入口(112)へ案内し、
供給導管(126)内に設けられた膨張機構(122、124)を有し、前記膨張機構が過冷却質量流(U)を過冷却圧力(PU)へ膨張させ、
接続導管(128)を有し、前記接続導管が過冷却ユニット(102)から流出する過冷却質量流(U)を圧縮段(88)へ供給し、前記圧縮段が過冷却質量流(U)を還流高圧(PR)へ圧縮し、前記還流高圧が圧縮質量流(V)の少なくとも1つの高圧(PH1)に相当し、前記圧縮質量流に過冷却質量流(U)が供給され、
かつ、電気的に作動する制御装置(132)を有し、前記制御装置が、周囲温度、及び/又は、膨張ユニット(32)及び/又は膨張段(86)へ供給される冷媒の質量流の温度を検出して、この温度に応じて膨張ユニット(32)又は膨張圧縮ユニット(84)の入口圧力を、制御装置(132)によって電気的に駆動される膨張機構(122)を用いて過冷却質量流(U)を制御することにより調節する、
膨張ユニット。 - 分岐部(116)が過冷却ユニット(102)と膨張圧縮ユニット(84)の間に配置されており、かつ過冷却ユニット(102)の下流で全質量流(G)から過冷却質量流(U)を分岐させる、ことを特徴とする請求項1に記載の膨張ユニット。
- 過冷却ユニット(102)が熱交換器ユニットとして形成されており、かつ膨張器段(86)へ流れる冷媒の質量流を、これを通して向流で案内される過冷却質量流Uによって冷却する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の膨張ユニット。
- 過冷却ユニット(102')が収集容器(262)として形成されており、その中に過冷却質量流(U)の液状の冷媒からなる液槽(264)が形成され、前記液槽が膨張器段(86)へ流れる冷媒の質量流を液槽(264)を通して案内される部材(268)によって冷却し、その場合に液槽(264)の上方にガス体積(266)が形成され、前記ガス体積からガス状の過冷却質量流(U)が除去される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の膨張ユニット。
- 制御装置(132)が、周囲温度、及び/又は、過冷却ユニット(102)の入口(104)の上流の、かつ/又は膨張器入口(92)の上流の冷媒の質量流の温度をセンサ(134)によって測定する、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 制御装置(132)が、プロセッサを有する電子的な制御装置であって、前記制御装置が制御プログラムを用いて膨張機構(122)を電気的に駆動する、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 膨張圧縮ユニット(84)の膨張器段(86)と圧縮器段(88)が機械的機能的に結合されている、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 膨張器段(86)と圧縮器段(88)がフリーピストン機械によって形成されており、前記フリーピストン機械内で少なくとも1つのフリーピストン(152、154)がピストンチャンバ(144、146)内で自由に移動可能である、ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 膨張圧縮ユニット(84)が2つのピストンチャンバ(144、146)を有し、前記ピストンチャンバ内でそれぞれフリーピストン(152、154)が移動可能である、ことを特徴とする請求項8に記載の膨張ユニット。
- フリーピストン(152、154)が互いに結合されて移動可能である、ことを特徴とする請求項8又は9に記載の膨張ユニット。
- 各ピストンチャンバ(144)内の第1のフリーピストン(152)が、第1の膨張チャンバ(162)と第1の圧縮チャンバ(166)を互いに分離している、ことを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 各ピストンチャンバ(146)内の第2のフリーピストン(154)が、第2の膨張チャンバ(164)を第2の圧縮チャンバ(168)から分離している、ことを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 2つのフリーピストン(152、154)がピストンチャンバ(144、146)内で互いに対して同軸に配置され、かつ移動可能である、ことを特徴とする請求項8から12のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 第1のピストンチャンバ(144)が第2のピストンチャンバ((146)から分離ボディ(148)によって分離されている、ことを特徴とする請求項8から13のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 2つの膨張チャンバ(162、164)が、分離ボディ(148)に隣接してピストンチャンバ(144、146)内に配置されている、ことを特徴とする請求項8から14のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 2つの圧縮チャンバ(166、168)が、それぞれのフリーピストン(152、154)の膨張チャンバ(162、164)とは逆の側に配置されている、ことを特徴とする請求項8から15のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- フリーピストン(152、154)を連結するカップリング部材(172)が、分離ボディ(148)を通って延びて、かつその分離ボディに対して移動可能である、ことを特徴とする請求項8から16のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- カップリング部材(172)が、それぞれ膨張チャンバ(162、164)を通ってそれぞれのフリーピストン(152、154)まで延びている、ことを特徴とする請求項17に記載の膨張ユニット。
- 膨張チャンバ(162、164)への冷媒の供給流がスライダシステム(202)によって制御可能である、ことを特徴とする請求項8から18のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- スライダシステム(202)が、スライダ駆動装置(207)によって制御可能である、ことを特徴とする請求項19に記載の膨張ユニット。
- スライダ駆動装置(207)が電気的な制御装置(203)によって制御されており、前記制御装置がフリーピストン(152、154)の少なくとも1つの位置を、それらに対応づけられた少なくとも1つの位置センサ(204、206)を用いて検出する、ことを特徴とする請求項20に記載の膨張ユニット。
- スライダ駆動装置(207')が、膨張器入口(92)と膨脹器出口(94)の間の圧力差によって制御可能である、ことを特徴とする請求項8から20のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- スライダ駆動装置(207')がダブル作用する操作シリンダとして形成されており、その操作シリンダのピストン(205)に、一方で膨張器入口(92)における圧力が供給され、他方では膨張器出口(94)における圧力が供給される、ことを特徴とする請求項22に記載の膨張ユニット。
- スライダ駆動装置(207')が制御スライダ(209)によって制御可能であって、前記制御スライダがピストン(205)への膨張器入口(92)における圧力の供給と膨張器出口(94)における圧力の供給を制御する、ことを特徴とする請求項23に記載の膨張ユニット。
- 制御スライダ(209)が、フリーピストン(152、154)の位置を検出する、ことを特徴とする請求項24に記載の膨張ユニット。
- 制御スライダ(209)が、フリーピストン(152、154)によって移動可能である、ことを特徴とする請求項25に記載の膨張ユニット。
- 膨張ユニット(32)が装置ベース(82)を有し、前記装置ベースに過冷却ユニット(102)と膨張圧縮ユニット(84)が配置されている、ことを特徴とする請求項1から26のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 装置ベース(82)に制御ユニット(132)が配置されている、ことを特徴とする請求項27に記載の膨張ユニット。
- 装置ベース(82)に、高圧入口接続端(34)と膨張圧力出口接続端(36)が配置されている、ことを特徴とする請求項27又は28に記載の膨張ユニット。
- 装置ベースに、高圧出口接続端(38)が配置されている、ことを特徴とする請求項27から29のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 装置ベース(82)に、熱交換器接続ユニット(362、372、382)が設けられている、ことを特徴とする請求項27から30のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 熱交換器接続ユニット(362、372、382)の各々が、それぞれの熱交換器のためにそれぞれ三方弁(332、342、352)とそれぞれバイパス(334、344、345)を有している、ことを特徴とする請求項31に記載の膨張ユニット。
- 熱交換器接続ユニット(362、372、382)の少なくとも1つが、高圧側の、熱を周囲へ放出する熱交換器(22)と接続されている、ことを特徴とする請求項31又は32に記載の膨張ユニット。
- 膨張ユニット(32')が、膨張チャンバ(162、164)の体積に対する圧縮チャンバ(166、168)の体積の商によって定められる第1の体積比を備えた膨張システム(30)を有し、
第1の膨張システム(30a)に第2の膨張システム(30b)が並列接続されており、前記第2の膨張システムの体積比が第1の膨張システム(30a)の体積比よりも小さい、
ことを特徴とする請求項1から33のいずれか1項に記載の膨張ユニット。 - 膨張システム(30a、30b)が、膨張システムの一方(30a)がトランスクリティカル領域内で、膨張システムの他方(30b)がサブクリティカル領域内で作動するようにして、駆動される、ことを特徴とする請求項34に記載の膨張ユニット。
- より大きい体積比を有する膨張システム(30a)がトランスクリティカル領域内で、より小さい体積比を有する膨張システム(30b)がサブクリティカル領域内で作動する、ことを特徴とする請求項35に記載の膨張ユニット。
- 膨張システム(30a、30b)の制御装置(132a、132b)が、互いに結合されている、ことを特徴とする請求項34から36のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 膨張ユニット(32")が2つの膨張圧縮ユニット(84a、84b)を有し、そのうちの一方(84a)が、膨張チャンバ(162、164)の体積に対する圧縮チャンバ(166、168)の体積の商によって定められる第1の体積比を有し、かつ他方(84b)が、前記第1の体積比とは異なる第2の体積比を有している、ことを特徴とする請求項1から33のいずれか1項に記載の膨張ユニット。
- 第1の膨張圧縮ユニット(84a)の体積比が、第2の膨張圧縮ユニット(84b)の体積比よりも大きい、ことを特徴とする請求項38に記載の膨張ユニット。
- 第1の膨張圧縮ユニット(84a)がトランスクリティカル領域内で作動し、第2の膨張圧縮ユニット(84b)がサブクリティカル領域内で作動する、ことを特徴とする請求項39に記載の膨張ユニット。
- 前記制御装置が、それぞれの膨張圧縮ユニット(84a、84b)の使用を制御する、ことを特徴とする請求項39又は40に記載の膨張ユニット。
- 制御装置(32)が、それぞれの過冷却質量流を介して、膨張器段(86a、86b)へ流れる部分質量流内への膨張質量流の分割を制御する、ことを特徴とする請求項41に記載の膨張ユニット。
- 冷媒圧縮器ユニット(12)、該冷媒圧縮器ユニット(12)の圧力側で冷媒回路(10)内に配置された熱を放出する熱交換器(22)、膨張ユニット(32)及び少なくとも1つの熱を吸収する熱交換器(64)を備えた冷却段(62)を有する、冷媒回路(10)において、
膨張ユニット(32)が請求項1から42のいずれか1項に従って形成されている、ことを特徴とする冷媒回路。 - 冷却段(62)の下流に相分離器(72)が配置されており、前記相分離器のガス相が吸い込み圧力導管(74)によって冷媒圧縮器(12)へ供給される、ことを特徴とする請求項43に記載の冷媒回路。
- 冷却段(62)が、少なくとも1つの膨張機構(66)を有している、ことを特徴とする請求項43又は44に記載の冷媒回路。
- 膨張ユニット(32)と冷却段(62)の間に中間圧力収集器(44)が配置されており、その液槽(46)内に冷媒の液体相が集まり、かつ、液槽(46)の上方にあるガス体積(52)内へ冷媒のガス相が集まる、ことを特徴とする請求項43又は44に記載の冷媒回路。
- 中間圧力収集器(44)のガス体積(52)から付加質量流(Z)が除去される、ことを特徴とする請求項46に記載の冷媒回路。
- 付加質量流(Z)が膨張機構(54)を介して吸い込み圧力導管(74)へ供給される、ことを特徴とする請求項47に記載の冷媒回路。
- 膨張機構(54)によって膨張された付加質量流(Z)が、冷却段(62)へ案内されたメイン質量流(H)を熱交換器(58)内で冷却する、ことを特徴とする請求項48に記載の冷媒回路。
- 冷却段(62)に冷凍段(212)が並列接続されている、ことを特徴とする請求項43から49のいずれか1項に記載の冷媒回路。
- 冷凍段(212)へ供給された冷却質量流(T)が、冷凍段(212)に対応づけられた膨張機構(216)内で膨張する前に、熱交換器(226)を用いて冷凍段(212)内で膨張された質量流によって冷却される、ことを特徴とする請求項50に記載の冷媒回路。
- 熱を放出する熱交換器(22)によって冷却された全質量流(G)が、熱交換器(232)を用いて、膨張機構(54)によって膨張された付加質量流(Z)によって冷却される、ことを特徴とする請求項43から51のいずれか1項に記載の冷媒回路。
- 膨張ユニット(32)の下流に熱交換器(242)が配置されており、その中で冷却設備の熱交換媒体が膨張質量流(E)によって冷却される、ことを特徴とする請求項43から52のいずれか1項に記載の冷媒回路。
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