(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-08
(45)【発行日】2024-04-16
(54)【発明の名称】暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システム
(51)【国際特許分類】
F25B 1/00 20060101AFI20240409BHJP
F25B 1/053 20060101ALI20240409BHJP
F25B 43/02 20060101ALI20240409BHJP
【FI】
F25B1/00 387D
F25B1/053 C
F25B1/053 K
F25B1/053 L
F25B1/00 304H
F25B1/00 387A
F25B43/02 G
F25B43/02 A
F25B43/02 N
(21)【出願番号】P 2021575912
(86)(22)【出願日】2020-06-11
(86)【国際出願番号】 US2020037291
(87)【国際公開番号】W WO2020257056
(87)【国際公開日】2020-12-24
【審査請求日】2022-01-13
(32)【優先日】2019-06-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521301840
【氏名又は名称】ジョンソン・コントロールズ・タイコ・アイピー・ホールディングス・エルエルピー
(73)【特許権者】
【識別番号】521552109
【氏名又は名称】ジョンソン・コントロールズ・アンデュストリー・ソシエテ・パール・アクシオンス・サンプリフィエ
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100119426
【氏名又は名称】小見山 泰明
(72)【発明者】
【氏名】アルノー,ダミアン・ジャン・ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】クルネ,フランソワ・シャルル・アンドレ
(72)【発明者】
【氏名】ル ソセ,ポール・エリック
(72)【発明者】
【氏名】ティボー,ローラン・クロード・エリック
(72)【発明者】
【氏名】ブリノン,ニコラ・ジャン・アラン
【審査官】関口 勇
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-257684(JP,A)
【文献】国際公開第2017/085887(WO,A1)
【文献】特開2018-059663(JP,A)
【文献】特開2014-190579(JP,A)
【文献】特開2001-124421(JP,A)
【文献】特開2015-038407(JP,A)
【文献】特開2007-211716(JP,A)
【文献】特開2006-275440(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F25B 1/00
F25B 1/053
F25B 43/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムであって、
内部を通して冷媒を流すように構成された冷媒回路
であって、圧縮機と凝縮器と膨張装置と蒸発器とを含む冷媒回路と、
前記冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機に潤滑剤を誘導するように構成された
オイルサンプと、
前記潤滑剤を
前記凝縮器及び前記蒸発器から前記
オイルサンプに誘導するように構成されたエジェクタと、
前記冷媒回路に沿って位置付けられ、前記冷媒回路の少なくとも一部を通して誘導される前記冷媒の圧力を低減するように構成された膨張装置と、
第1のモードと、第2のモードとの間で前記HVAC&Rシステムの動作を調整するように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記エジェクタが、前記第1のモードにおいて第1の目標流量で、前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記
オイルサンプに誘導することを可能にするために、前記膨張装置に第1の位置に合わせるように指示するように構成され、前記コントローラは、前記エジェクタが、前記第2のモードにおいて第2の目標流量で、前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記
オイルサンプに誘導することを可能にするために、前記膨張装置に第2の位置に合わせるように指示するように構成されている、HVAC&Rシステム。
【請求項2】
前記第2の目標流量が、前記第1の目標流量よりも大きい、請求項1に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項3】
前記冷媒回路に沿って位置付けられ
た前記蒸発器は、前記膨張装置から前記冷媒を受容するように構成さ
れ、前記蒸発器内の前記冷媒の蒸発温度が、前記第1のモードにおいて第1の蒸発温度であり、前記蒸発器内の前記冷媒の前記蒸発温度が、前記第2のモードにおいて第2の蒸発温度であり、前記第2の蒸発温度が、前記第1の蒸発温度未満である、請求項2に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項4】
前記エジェクタが、前記第1のモードにおいて、前記HVAC&Rシステムの
前記凝縮器から第1の流体流を受容し、前記第2のモードにおいて、前記HVAC&Rシステムの前記圧縮機から第2の流体流を受容するように構成されている、請求項1に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項5】
前記コントローラが、前記HVAC&Rシステムの動作パラメータを示すフィードバックに基づいて、前記第1のモードで動作することと、前記第2のモードで動作することとの間で前記HVAC&Rシステムを遷移させるように構成されている、請求項1に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項6】
前記
オイルサンプが、前記
オイルサンプ内の液体の量を示すフィードバックを前記コントローラに提供するように構成された液位インジケータを備え、前記コントローラが、前記
オイルサンプ内の前記液体の量が閾値量未満であることを示すフィードバックに応答して、前記第2のモードで動作するように前記HVAC&Rシステムを調整するように構成されている、請求項
5に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項7】
暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムであって、
冷媒回路と、
バルブを備える潤滑剤回路と、
前記潤滑剤回路に沿って位置付けられている
オイルサンプであって、潤滑剤を前記冷媒回路に誘導するように構成されている、
オイルサンプと、
前記潤滑剤回路に沿って位置付けられているエジェクタと、を備え、前記エジェクタが、前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記
オイルサンプに誘導するように構成され、前記エジェクタが、前記HVAC&Rシステムの第1の動作モードにおいて、前記エジェクタの入口を介して、前記冷媒回路に沿って位置付けられている凝縮器から第1の流体流を受容するように構成され、前記エジェクタが、前記HVAC&Rシステムの第2の動作モードにおいて、前記エジェクタの前記入口を介して、前記冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機から第2の流体流を受容するように構成さ
れ、前記バルブが、前記第2の動作モードにおいて、前記凝縮器からの前記第1の流体流を遮断するように構成されている、HVAC&Rシステム。
【請求項8】
前記バルブは第1のバルブであり、前記潤滑剤回路
が第2のバル
ブを備え、前記第1のバルブが、前記凝縮器から前記エジェクタの前記入口への前記第1の流体流の第1の流量を調整するように構成され、前記第2のバルブが、前記圧縮機から前記エジェクタの前記入口への前記第2の流体流の第2の流量を調整するように構成されている、請求項
7に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項9】
前記第1のバルブおよび前記第2のバルブに通信可能に結合されたコントローラを備え、前記コントローラが、前記第1のバルブの第1の位置を開位置に調整して、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタの前記入口に流れることを可能にし、前記第2のバルブの第2の位置を閉位置に調整して、前記第2の流体流が、前記第1の動作モードにおいて、前記圧縮機から前記エジェクタの前記入口に流れることを遮断するように構成されている、請求項
8に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項10】
前記コントローラが、前記第1のバルブの前記第1の位置を追加の閉位置に調整して、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタの前記入口に流れることを遮断し、前記第2のバルブの前記第2の位置を追加の開位置に調整して、前記第2の流体流が、前記第2の動作モードにおいて、前記圧縮機から前記エジェクタの前記入口に流れることを可能にするように構成されている、請求項
9に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項11】
前記HVAC&Rシステムの動作パラメータを示すフィードバックに基づいて、前記HVAC&Rシステムを前記第1の動作モードと、前記第2の動作モードとの間で遷移させるように構成されたコントローラを備える、請求項
7に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項12】
前記圧縮機を備え、前記圧縮機が、前記圧縮機の拡散通路内に配設されたディフューザリングを備え、前記エジェクタが、前記拡散通路から前記第2の流体流を受容するように構成され、前記コントローラが、前記第2の動作モードにおいて前記ディフューザリングの位置を調整して、前記圧縮機の前記拡散通路の断面積を低減するように構成されている、請求項
11に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項13】
前記圧縮機を備え、前記圧縮機が、インペラを備え、前記コントローラが、前記第1の動作モードにおいて前記インペラを第1の回転速度で回転させ、前記第2の動作モードにおいて前記インペラを第2の回転速度で回転させるように構成され、前記第2の回転速度が、前記第1の回転速度よりも大きい、請求項
11に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項14】
暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムであって、
冷媒回路と、
前記冷媒回路に沿って位置付けられている膨張装置であって、前記膨張装置が、前記冷媒回路の少なくとも一部を通して誘導される冷媒の圧力を低減するように構成されている、膨張装置と、
潤滑剤を前記冷媒回路に誘導するように構成された
オイルサンプと、
前記冷媒回路から前記潤滑剤を引き出すように構成されたエジェクタであって、
前記エジェクタが、前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記オイルサンプに誘導するように構成され、前記エジェクタが、前記HVAC&Rシステムの第1の動作モードにおいて、前記冷媒回路に沿って位置付けられている凝縮器から第1の流体流を受容し、前記HVAC&Rシステムの第2の動作モードにおいて、前記冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機から第2の流体流を受容するように構成されている、エジェクタと、
前記第1の動作モードと、前記第2の動作モードとの間で前記HVAC&Rシステムを遷移させるように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記第1の動作モードにおいて、前記膨張装置の位置を調整して、前記冷媒の前記圧力を第1の圧力レベルに調整し、前記第2の動作モードにおいて、前記冷媒の前記圧力を第2の圧力レベルに調整するように構成され、前記第2の圧力レベルが、前記第1の圧力レベル未満である、HVAC&Rシステム。
【請求項15】
前記
オイルサンプが、前記潤滑剤を前記圧縮機に誘導するように構成されたポンプを備える、請求項
14に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項16】
前記エジェクタが、前記冷媒回路に沿って位置付けられている蒸発器から
前記潤滑剤を引き出
すように構成されている、請求項
14に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項17】
第1のバルブと、第2のバルブと、を備え、前記コントローラが、前記第1のバルブを、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタに流れることを可能にするように構成されている第1の開位置と、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタに流れることを遮断するように構成されている第1の閉位置との間で調整するように構成され、前記コントローラが、前記第2のバルブを、前記第2の流体流が前記圧縮機から前記エジェクタに流れることを可能にするように構成されている第2の開位置と、前記第2の流体流が前記圧縮機から前記エジェクタに流れることを遮断するように構成されている第2の閉位置との間で調整するように構成されている、請求項
14に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項18】
前記コントローラが、前記第1の動作モードにおいて、前記第1のバルブを前記第1の開位置に向かって調整し、前記第2のバルブを前記第2の閉位置に向かって調整するように構成され、前記コントローラが、前記第2の動作モードにおいて、前記第1のバルブを前記第1の閉位置に向かって調整し、前記第2のバルブを前記第2の開位置に向かって調整するように構成されている、請求項
17に記載のHVAC&Rシステム。
【請求項19】
前記コントローラが、前記
オイルサンプ内の液位、前記冷媒回路内の前記冷媒の温度および/または圧力、冷凍回路内の前記潤滑剤の濃度、前記凝縮器内の圧力、ユーザー入力、前記圧縮機の動作に関連付けられた動作パラメータ、時間間隔、またはそれらの任意の組み合わせを示すフィードバックに基づいて、前記HVAC&Rシステムの動作を前記第1の動作モードと、前記第2の動作モードとの間で遷移させるように構成されている、請求項
14に記載のHVAC&Rシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、2019年6月17日に出願された、「LUBRICATION SYSTEM FOR A COMPRESSOR」と題する米国仮出願第62/862,536号からの優先権および利益を主張する。
【背景技術】
【0002】
本セクションは、以下に記載される本開示の様々な態様に関連し得る、当該技術の様々な態様を読者に紹介することを意図する。この考察は、本開示の様々な態様のより良い理解を容易にするために、読者に背景情報を提供するのに役立つと考えられる。したがって、これらの記載は、この観点から読むべきものであって、先行技術を承認するものとして読むべきものではないと、理解すべきである。
【0003】
チラーシステム、すなわち蒸気圧縮システムは、チラーシステムの構成要素内の異なる温度および圧力への曝露に応答して、蒸気、液体、およびそれらの組み合わせの間で相を変化させる作動流体(例えば、冷媒)を利用する。チラーシステムは、作動流体を調整流体との熱交換関係に配置し得、調整流体をチラーシステムの調整機器および/または調整された環境に送達し得る。チラーシステムはまた、チラーシステムの特定の構成要素、例えば、圧縮機に潤滑剤(例えば、油)を誘導するための潤滑剤回路を含み得る。しかしながら、場合によっては、潤滑剤がそのような構成要素に誘導される速度が、容易に制御されない場合があり、このことが、チラーシステムの性能に影響を及ぼし得る。
【発明の概要】
【0004】
本明細書に開示される特定の実施形態の要約が、以下に記載されている。これらの態様は、読者に、これらの特定の実施形態の簡潔な要約を提供するためにのみ提示されるものであり、これらの態様は、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。実際、本開示は、以下に記載されない可能性のある様々な態様を包含し得る。
【0005】
一実施形態では、暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムは、内部を通して冷媒を流すように構成された冷媒回路と、冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機に潤滑剤を誘導するように構成されたサンプと、冷媒回路からサンプに潤滑剤を誘導するように構成されたエジェクタと、冷媒回路に沿って位置付けられ、冷媒回路の少なくとも一部を通して誘導される冷媒の圧力を低減するように構成された膨張装置と、を含む。HVAC&Rシステムは、第1のモードと、第2のモードとの間でHVAC&Rシステムの動作を調整するように構成されたコントローラをさらに含み、コントローラは、エジェクタが、第1のモードにおいて第1の目標流量で、潤滑剤を冷媒回路からサンプに誘導することを可能にするために、膨張装置に第1の位置に合わせるよう指示するように構成され、コントローラは、エジェクタが、第2のモードにおいて第2の目標流量で、潤滑剤を冷媒回路からサンプに誘導することを可能にするために、膨張装置に第2の位置に合わせるように指示するように構成されている。
【0006】
別の実施形態では、暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムは、冷媒回路と、潤滑剤回路と、潤滑剤回路に沿って位置付けられているサンプと、を含み、サンプは、潤滑剤を冷媒回路に誘導するように構成されている。HVAC&Rシステムは、潤滑剤回路に沿って位置付けられているエジェクタをさらに含み、エジェクタは、潤滑剤を冷媒回路からサンプに誘導するように構成され、エジェクタは、HVAC&Rシステムの第1の動作、エジェクタの入口を介して、冷媒回路に沿って位置付けられている凝縮器から第1の流体流を受容するように構成され、エジェクタは、HVAC&Rシステムの第2の動作モードで、モードにおいてエジェクタの入口を介して、冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機から第2の流体流を受容するように構成されている。
【0007】
別の実施形態では、暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムは、冷媒回路と、冷媒回路に沿って位置付けられている膨張装置と、潤滑剤を冷媒回路に誘導するように構成されたサンプと、冷媒回路から潤滑剤を引き出すように構成されたエジェクタと、を含む。膨張装置は、冷媒回路の少なくとも一部を通して誘導される冷媒の圧力を低減するように構成され、エジェクタは、HVAC&Rシステムの第1の動作モードにおいて、冷媒回路に沿って位置付けられている凝縮器から第1の流体流を受容し、HVAC&Rシステムの第2の動作モードにおいて、冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機から第2の流体流を受容するように構成されている。HVAC&Rシステムは、第1の動作モードと、第2の動作モードとの間でHVAC&Rシステムを遷移させるように構成されたコントローラをさらに含み、コントローラは、第1の動作モードにおいて、膨張装置の位置を調整して、冷媒の圧力を第1の圧力レベルに調整し、第2の動作モードにおいて、冷媒の圧力を第2の圧力レベルに調整するように構成されており、第2の圧力レベルは、第1の圧力レベル未満である。
【0008】
本開示の様々な態様は、以下の詳細な説明を読み、図面を参照することによってよりよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】本開示の一態様による、商業的環境における暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムの一実施形態を利用し得る建物の斜視図である。
【
図2】本開示の一態様による、蒸気圧縮システムの一実施形態の斜視図である。
【
図3】本開示の一態様による、
図2の蒸気圧縮システムの一実施形態の概略図である。
【
図4】本開示の一態様による、
図2の蒸気圧縮システムの別の実施形態の概略図である。
【
図5】本開示の一態様による、潤滑剤をHVAC&Rシステムの圧縮機に誘導するように構成されたサンプを有するHVAC&Rシステムのための潤滑剤戻りシステムの一実施形態の概略図である。
【
図6】本開示の一態様による、潤滑剤戻り動作モードと、通常動作モードとの間で遷移するように、
図5の潤滑剤戻りシステムを動作させるための方法の一実施形態のブロック図である。
【
図7】本開示の一態様による、潤滑剤をHVAC&Rシステムの圧縮機に誘導するためのサンプと、バルブアセンブリとを有するHVAC&Rシステムの潤滑剤戻りシステムの一実施形態の概略図である。
【
図8】本開示の一態様による、潤滑剤戻りシステムのエジェクタに蒸気を誘導するように構成されている、HVAC&Rシステムの圧縮機の一実施形態の部分断面図である。
【
図9】本開示の一態様による、潤滑剤戻り動作モードと、通常動作モードとの間で遷移するように、
図7の潤滑剤戻りシステムを動作させるための方法の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
1つ以上の具体的な実施形態が、以下に記載される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装例のすべての特徴が、本明細書に記載されているわけではない。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるように、任意のそのような実際の実装例の開発では、実装例ごとに異なり得るシステム関連およびビジネス関連の制約への準拠など、開発者の特定の目標を達成するために、多くの実装例固有の決定がなされなければならないことを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、複雑かつ時間がかかるものであり得るが、それにもかかわらず、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、および製造の決まりきった仕事であろうことを理解されたい。
【0011】
本開示の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「a」、「an」、および「the」は、要素のうちの1つ以上が存在することを意味することが意図される。「含む(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」という用語は、包括的であることが意図され、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。さらに、本開示の「一実施形態(one embodiment)」または「一実施形態(an embodiment)」への言及は、列挙された特徴を同様に内蔵する追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではないことを理解されたい。
【0012】
本開示の実施形態は、冷媒回路と、潤滑剤を冷媒回路の構成要素(例えば、圧縮機)に誘導するように構成された潤滑剤回路と、を有するHVAC&Rシステムに関する。例えば、冷媒回路は、冷媒回路を通して誘導される冷媒を調整するように動作する様々な構成要素を含み得、冷媒回路は、調整流体を加熱および/または冷却するために、冷媒を調整流体との熱交換関係に置くことができる。潤滑剤回路は、冷媒を調整する冷媒回路の効率および/または構造長寿命などの性能を改善するために、構成要素の移動を改善することによって、および/または構成要素の移動特徴間の摩擦を低減することによってなどで、構成要素の動作を容易にする、および/または改善するように、潤滑剤を冷媒回路の構成要素に誘導し得る。
【0013】
いくつかの実施形態では、潤滑剤回路は、HVAC&Rシステムの冷媒回路に沿って位置付けられている構成要素に潤滑剤を誘導するように構成されたサンプを含む。潤滑剤回路は、冷媒回路から潤滑剤の流れを引き出して潤滑剤をサンプに戻し、それにより、サンプが、潤滑剤を別の構成要素に再供給し、冷媒回路の動作をさらに容易にするように構成されたエジェクタも含み得る。不幸にも、いくつかの状況では、潤滑剤は、冷媒回路の様々な構成要素内に蓄積して、いくつかの動作条件下では、十分な流量の潤滑剤が、サンプに戻るように誘導されない場合がある。したがって、サンプが、所望の速度で冷媒回路の構成要素に供給するのに十分な量の潤滑剤を含まず、それにより、HVAC&Rシステムの性能に影響を与える場合がある。
【0014】
したがって、潤滑剤がサンプに戻る速度を増加させることによって、HVAC&Rシステムの性能を向上させ得ることが認識される。したがって、本開示の実施形態は、HVAC&Rシステムの様々な構成要素の動作を調整して、冷媒回路から、例えば、潤滑剤の蓄積が望ましくない冷媒回路のセクションからサンプに潤滑剤が流れる速度を増加させることに関する。そうすると、サンプは、潤滑剤の流れが望ましい冷媒回路の別のセクションに、潤滑剤を容易に供給することができる。特定の実施形態では、HVAC&Rシステムは、異なる速度で潤滑剤を冷媒回路からサンプに誘導するために、HVAC&Rシステムの動作パラメータを示すフィードバックに基づいて、第1の動作モード(例えば、通常動作モード)での動作と、第2の動作モード(例えば、潤滑剤戻りモード)との間で遷移するように構成され得る。一例として、コントローラは、サンプ内の潤滑剤の量(例えば、流体体積、レベル)が閾値量未満であることを示すフィードバックを受信すると、潤滑剤戻りモードで動作するようにHVAC&Rシステムに指示し得る。潤滑剤戻りモードでは、HVAC&Rシステムの圧縮機の速度、ディフューザリングの位置、および/または膨張装置の位置が、潤滑剤が冷媒回路からサンプに誘導される速度を増加させるように調整され得る。本開示は主にチラーシステムを参照して説明されるが、本明細書に記載される技術は、直接膨張システム、ヒートポンプなどの任意の適切なHVAC&Rシステムを用いて実装され得る。
【0015】
ここで図面に目を向けると、
図1は、典型的な商業的環境のための建物12内の暖房、換気、および空調(HVAC&R)システム10の環境の一実施形態の斜視図である。HVAC&Rシステム10は、建物12を冷却するために使用され得る、冷却された液体を供給する蒸気圧縮システム14を含み得る。HVAC&Rシステム10はまた、建物12を暖房するために暖かい液体を供給するためのボイラ16と、建物12を通して空気を循環させる空気分配システムと、を含み得る。空気分配システムはまた、空気戻りダクト18、空気供給ダクト20、および/または空気ハンドラ22を含み得る。いくつかの実施形態では、空気ハンドラ22は、導管24によってボイラ16および蒸気圧縮システム14に接続されている熱交換器を含み得る。空気ハンドラ22内の熱交換器は、HVAC&Rシステム10の動作モードに応じて、ボイラ16からの加熱された液体、または蒸気圧縮システム14からの冷却された液体のいずれかを受容し得る。HVAC&Rシステム10は、建物12の各フロアに別個の空気ハンドラを有して示されているが、他の実施形態では、HVAC&Rシステム10は、フロア間で共有され得る空気ハンドラ22および/または他の構成要素を含み得る。
【0016】
図2および3は、HVAC&Rシステム10内で使用され得る蒸気圧縮システム14の実施形態である。蒸気圧縮システム14は、圧縮機32から始まる回路を通して冷媒を循環させ得る。この回路はまた、凝縮器34と、膨張弁(複数可)または膨張装置(複数可)36と、液体チラーまたは蒸発器38と、を含み得る。蒸気圧縮システム14は、アナログ-デジタル(A/D)変換器42、マイクロプロセッサ44、不揮発性メモリ46、および/またはインターフェースボード48を有する制御パネル40(例えば、コントローラ)をさらに含み得る。
【0017】
蒸気圧縮システム14内で冷媒として使用され得る流体のいくつかの例が、ハイドロフルオロカーボン(HFC)系冷媒、例えば、R-410A、R-407、R-134a、ハイドロフルオロオレフィン(HFO)、アンモニア(NH3)のような「天然」冷媒、R-717、二酸化炭素(CO2)、R-744、または炭化水素系冷媒、水蒸気、低い地球温暖化係数(GWP)を有する冷媒、または任意の他の好適な冷媒である。いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システム14は、R-134aなどの中圧冷媒と比較して、低圧冷媒とも呼ばれる1大気圧で摂氏約19度(華氏66度以下)の標準沸点を有する冷媒を効率的に利用するように構成され得る。本明細書で使用される場合、「標準沸点」は、1大気圧で測定される沸点温度を指し得る。
【0018】
いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システム14は、可変速度駆動(VSD)52、モータ50、圧縮機32、凝縮器34、膨張弁または膨張装置36、および/または蒸発器38のうちの1つ以上を使用し得る。モータ50は、圧縮機32を駆動し得、可変速駆動(VSD)52によって電力を供給され得る。VSD52は、交流(AC)電源からの特定の固定線間電圧および固定線間周波数を有するAC電力を受電し、可変電圧および周波数を有する電力をモータ50に提供する。他の実施形態では、モータ50は、AC電源または直流(DC)電源から直接電力供給され得る。モータ50は、VSDによって、またはACもしくはDC電源から直接電力供給され得る任意のタイプの電気モータ、例えば、スイッチトリラクタンスモータ、誘導モータ、電子整流永久磁石モータ、または別の適切なモータを含み得る。
【0019】
圧縮機32は、冷媒蒸気を圧縮し、蒸気を吐出通路を通して凝縮器34に送達する。いくつかの実施形態では、圧縮機32は、遠心式圧縮機であり得る。圧縮機32によって凝縮器34に送達される冷媒蒸気は、凝縮器34内の冷却流体(例えば、水または空気)に熱を伝達し得る。冷媒蒸気は、冷却流体との熱伝達の結果として、凝縮器34内の冷媒液に凝縮し得る。凝縮器34からの冷媒液は、膨張装置36を通して蒸発器38に流れ得る。
図3の例示的な実施形態では、凝縮器34は、水冷式であり、冷却流体を凝縮器に供給する冷却塔56に接続された管束54を含む。
【0020】
蒸発器38に送達された冷媒液は、凝縮器34内で使用されるのと同じ冷却流体であってもよく、またはそうでなくてもよい別の冷却流体から熱を吸収し得る。蒸発器38内の冷媒液は、冷媒液から冷媒蒸気への相変化を受け得る。
図3の例示的な実施形態に示されるように、蒸発器38は、冷却負荷62に接続された供給ライン60Sおよび戻りライン60Rを有する管束58を含み得る。蒸発器38の冷却流体(例えば、水、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン、塩化ナトリウムブライン、または任意の他の好適な流体)は、戻りライン60Rを介して蒸発器38に入り、供給ライン60Sを介して蒸発器38を出る。蒸発器38は、冷媒との熱伝達を介して、管束58内の冷却流体の温度を低下させ得る。蒸発器38内の管束58は、複数のチューブおよび/または複数の管束を含み得る。いずれにしても、冷媒蒸気は、蒸発器38を出て、吸込みラインによって圧縮機32に戻り、サイクルを完了する。
【0021】
図4は、凝縮器34と、膨張装置36との間に組み込まれた中間回路64を有する蒸気圧縮システム14の概略図である。中間回路64は、凝縮器34に直接流体接続された入口ライン68を有し得る。他の実施形態では、入口ライン68は、凝縮器34に間接的に流体連結され得る。
図4の例示的な実施形態に示されるように、入口ライン68は、中間容器70の上流に位置付けられている第1の膨張装置66を含む。いくつかの実施形態では、中間容器70は、フラッシュタンク(例えば、フラッシュインタークーラ)であり得る。他の実施形態では、中間容器70は、熱交換器または「サーフェスエコノマイザ」として構成され得る。
図4の例示的な実施形態では、中間容器70は、フラッシュタンクとして使用され、第1の膨張装置66は、凝縮器34から受容された冷媒液の圧力を下げる(例えば、膨張させる)ように構成される。膨張プロセスの間、液体の一部が気化し得、したがって、中間容器70を使用して、第1の膨張装置66から受容された液体から蒸気を分離することができる。さらに、中間容器70は、中間容器70に入るときに冷媒液が経験する圧力低下のために(例えば、中間容器70に入るときに経験する体積の急激な増加のために)、冷媒液のさらなる膨張を提供し得る。中間容器70内の蒸気は、圧縮機32の吸込みライン74を通して、圧縮機32によって引き出され得る。他の実施形態では、中間容器内の蒸気は、(例えば、吸込みステージではなく)圧縮機32の中間ステージに引き込まれ得る。中間容器70に集まる液体は、膨張装置66および/または中間容器70内での膨張のために、凝縮器34を出る冷媒液よりも低いエンタルピーであり得る。次いで、中間容器70からの液体が、ライン72内を、第2の膨張装置36を通して蒸発器38に流れ得る。
【0022】
HVAC&Rシステムは、潤滑剤をHVAC&Rシステムの冷媒回路の特定の構成要素に誘導するように構成された潤滑剤回路を含み得る。潤滑剤は、例えば、構成要素の移動特徴間の摩擦を低減することによって、構成要素の性能を向上させ得る。潤滑剤回路は、潤滑剤を冷媒回路から受容し、潤滑剤を冷媒回路に供給するように構成されたサンプを含み得る。潤滑剤回路はまた、冷媒回路から潤滑剤を引き出し、冷媒回路に沿った位置と、サンプの内部との間の圧力差を確立することによって、サンプ内に冷媒を誘導するように構成されたエジェクタを含み得る。場合によっては、サンプ内の潤滑剤の量は、閾値量を下回って低下し得る。例えば、エジェクタによって確立された圧力差が、(例えば、潤滑剤がサンプから出るように誘導される流量に対する)目標流量で潤滑剤をサンプに戻すのに十分ではない場合がある。そのため、HVAC&Rシステムは、エジェクタによって生成される圧力差を増加させ、したがって、サンプに戻る潤滑剤の流量を増加させるように、HVAC&Rシステムの特定の構成要素の動作が調整される、潤滑剤戻りモードで動作するように構成され得る。
【0023】
図5は、潤滑剤(例えば、油)をHVAC&Rシステム100の構成要素に受容し、HVAC&Rシステム100の構成要素から供給するように構成されたサンプ102を含む潤滑剤回路101を有するHVAC&Rシステム100の一実施形態の概略図である。例えば、HVAC&Rシステム100は、中を通って冷媒または他の作動流体(例えば、水)が誘導される冷媒回路104を含み得る。冷媒回路104は、冷媒を加圧し、加圧冷媒を冷媒回路104の凝縮器108に誘導するように構成された圧縮機106を含み得、凝縮器108は、加圧冷媒を冷却するように構成されている。冷却された冷媒は、冷媒の圧力を低下させ、それにより冷媒をさらに冷却し得るように構成された、膨張装置36などの膨張装置110に誘導され得る。次いで、膨張装置110が、冷媒を調整流体との熱交換関係に置き、調整流体から熱エネルギー(例えば、熱)を吸収するように構成された蒸発器112に、冷媒を誘導する。次いで、冷媒が、蒸発器112から圧縮機106に向かって引き戻される。図示された圧縮機106は、サンプ102に流体連結され、サンプ102から潤滑剤を受容するように構成されている。一例として、サンプ102のポンプ111は、潤滑剤をサンプ102から潤滑剤供給ライン113を通して圧縮機106に強制または誘導し得、潤滑剤は、圧縮機106の構成要素(例えば、ベアリング、歯車)を潤滑して、圧縮機106が、構造長寿命、耐用年数、および/または冷媒を十分かつ効率的に加圧する特定の性能を維持することを可能にし得る。
【0024】
場合によっては、潤滑剤は、圧縮機106内の冷媒と混合し、冷媒回路104を通して、例えば、凝縮器108へ、および/または蒸発器112へ誘導される。潤滑剤をサンプ102に戻すために、潤滑剤回路101は、エジェクタ116を含む。例えば、潤滑剤回路101は、凝縮器108をエジェクタ116の第1の入力または入口120に流体連結する凝縮器ライン118を含み得る。潤滑剤回路101はまた、蒸発器112をエジェクタ116の第2の入力または入口124に流体連結する蒸発器ライン122を含み得る。潤滑剤回路101は、エジェクタ116の出口128をサンプ102に連結する戻りライン126をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、凝縮器108と、エジェクタ116の内部との間の圧力差が、凝縮器108内で凝縮されていない潤滑剤蒸気および/または冷媒蒸気などの高圧蒸気またはガスを、凝縮器108から凝縮器ライン118を通してエジェクタ116の第1の入力120に流れさせ得る。
【0025】
高圧蒸気のエジェクタ116内への移動はまた、冷媒液および/または潤滑剤液体などの液体を蒸発器112からエジェクタ116の第2の入力124内に引き込む吸引圧力を蒸発器ライン122内に生じさせ得る。例えば、凝縮器108からの高圧蒸気は、エジェクタ116内で膨張し、低圧(例えば、真空)を生成し得、この低圧が、蒸発器112内から液体を追い出し、または引き出して、蒸発器ライン122を介して第2の入力124に向かって流す。凝縮器108からの高圧蒸気および蒸発器112からの液体が、エジェクタ116内で組み合い、および/または混合し、エジェクタ116の出口128を通って、戻りライン126を介してサンプ102内に流れ得る。特定の実施形態では、潤滑剤回路101は、冷媒から潤滑剤を分離するように構成されたセパレータ(例えば、フラッシュ容器)をさらに含み得る。例えば、セパレータは、潤滑剤と、冷媒との混合物の圧力を急速に低下させる容器を含み得る。したがって、セパレータは、冷媒蒸気を圧縮機106に、および/または冷媒回路104に沿った別の適切な位置に誘導し得、セパレータは、潤滑剤をサンプ102内に誘導し得る。したがって、サンプ102は、冷媒ではなく、主に潤滑剤を含有し得る。
【0026】
一般に、圧縮機106を介して冷媒の加圧を増加させることは、凝縮器108内の冷媒の圧力を増加させ、それによって、冷媒および/または潤滑剤が、凝縮器108からエジェクタ116に向かって誘導される流量を増加させ得る。増加した流量は、蒸発器112と、エジェクタ116との間の圧力差を増加させ、冷媒および/または潤滑剤が蒸発器112からエジェクタ116内に引き込まれる速度を増加させ得る。したがって、圧縮機106から吐出される冷媒の圧力を増加させることは、冷凍回路104からエジェクタ116へ、および/またはサンプ102へ誘導される潤滑剤の流量を増加させ得る。したがって、増加した量の潤滑剤が、サンプ102内に蓄積されて、HVAC&Rシステム100の構成要素の十分な潤滑を可能にし、HVAC&Rシステム100の性能を改善し得る。
【0027】
いくつかの動作条件下では、潤滑剤は、圧縮機106の十分な潤滑を可能にする速度でサンプ102に戻されない場合がある。例えば、凝縮器108と、蒸発器112との間の低い圧力差が、冷媒回路104からエジェクタ116内への潤滑剤(および/または冷媒と潤滑剤との混合物)の低流量を引き起こし得、その結果、サンプ102内の潤滑剤の液位が低下する。したがって、サンプ102(例えば、ポンプ111)が、十分な量(例えば、質量流量)の潤滑剤を圧縮機106に供給することができない場合がある。サンプ102内の潤滑剤の液位を増加させるために、HVAC&Rシステム100は、通常動作モード(例えば、HVAC&Rシステム100の負荷需要を効果的に満たすための動作モード)から潤滑剤戻り動作モード(例えば、サンプ102への潤滑剤流を効果的に増加させるための動作モード)に遷移し得る。
【0028】
いくつかの実施形態では、潤滑剤戻り動作モードでのHVAC&Rシステム100の動作は、蒸発器112内の潤滑剤液体の濃度を増加させ得る。言い換えると、潤滑剤戻り動作モードは、HVAC&Rシステム100の動作を調整して、調整流体と、冷媒との間の熱伝達を可能にして、HVAC&Rシステム100の通常動作モードにおけるものと比較して、蒸発器112内でより多くの量の冷媒(例えば、冷媒と潤滑剤との混合物)を気化させ得る。例えば、潤滑剤戻り動作モード中の蒸発器112内の冷媒の蒸発温度は、より多くの量の冷媒が、実質的に同じ量の熱伝達で、潤滑剤液体の蒸発を実質的に増加させることなく蒸発することを可能にするように、通常動作モード中の蒸発器112内の蒸発温度よりも実質的に低くあり得る。このようにして、より少ない冷媒液が、潤滑剤戻り動作モード中に蒸発器112内に蓄積し、それによって、蒸発器112内の潤滑剤液体の濃度を増加させる。したがって、潤滑剤戻り動作モード中に潤滑剤および/または冷媒混合物が蒸発器112からエジェクタ116に誘導される流量が、通常動作モード中の流量と実質的に同じである場合、蒸発器112内の潤滑剤の濃度の増加が、増加した量(増加した体積流量)の潤滑剤が、潤滑剤戻り動作モード中にサンプ102に戻ることを可能にし得る。
【0029】
この目的のために、蒸発器112内の圧力を低下させ、したがって、冷媒の蒸発温度も低下させるように、膨張装置110の位置が、調整され得る。一例として、膨張装置110の位置は、潤滑剤戻り動作モードでの冷媒の蒸発温度が、通常動作モードでの冷媒の蒸発温度よりも摂氏1度~摂氏5度低くなるように調整され得る。特定の実施形態では、膨張装置110の位置は、膨張装置110に通信可能に結合されたコントローラ130を介してなどで、自動的に(例えば、電子的に)調整され得る。コントローラ130は、メモリ132と、プロセッサ134と、を含み得る。メモリ132は、HVAC&Rシステム100の制御のための命令を含む大容量記憶装置、フラッシュメモリデバイス、リムーバブルメモリ、または任意の他の非一時的コンピュータ可読媒体であり得る。メモリ132はまた、揮発性メモリ、例えば、ランダムにアクセス可能なメモリ(RAM)、および/または不揮発性メモリ、例えば、ハードディスクメモリ、フラッシュメモリ、および/または他の適切なメモリフォーマットを含み得る。プロセッサ134は、膨張装置110の位置を調整する命令など、メモリ132に記憶された命令を実行し得る。
【0030】
場合によっては、HVAC&Rシステム100は、例えば、調整流体により効率的に望ましい量の冷却を提供するために、通常動作モードにおいて、潤滑剤戻り動作モードよりも効率的かつ/または望ましく動作し得ることに留意されたい。一例として、HVAC&Rシステム100は、冷媒回路104の構成要素が、適切な量または流量の潤滑剤を受容するときに、通常動作モードでより効率的に動作し得る。しかしながら、他の状況では、HVAC&Rシステム100は、潤滑剤戻り動作モードにおいて、通常動作モードよりも効率的かつ/または望ましく動作し得る。例えば、HVAC&Rシステム100は、冷媒回路104の構成要素が、別の状況で、十分な量の潤滑剤を受容していない場合、潤滑剤戻り動作モードでより効率的に動作し得る。したがって、コントローラ130は、HVAC&Rシステム100が効率的に動作することを可能にするために、動作パラメータに基づいて、特定の動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させ得る。
【0031】
例えば、動作パラメータは、サンプ102の液位インジケータ136によって検出される、サンプ102内の液体(例えば、潤滑剤液体)の量を含み得る。コントローラ130は、液位インジケータ136に通信可能に結合され得、液位インジケータ136によって示されるサンプ102内の液体の量に基づいて、HVAC&Rシステム100の動作を(例えば、通常動作モードと、潤滑剤戻り動作モードとの間で)調整するように構成され得る。一例として、液位インジケータ136が、サンプ102内の液体の量が閾値レベル未満であることを示すフィードバックを提供する場合、コントローラ130は、1つ以上の構成要素HVAC&Rシステム100(例えば、膨張装置110および/または圧縮機106)を調整して、潤滑剤戻り動作モードでの動作を開始するための信号を送信し得る。追加または代替の実施形態では、コントローラ130は、冷媒回路104内の冷媒の温度および/または圧力、冷媒回路104内(例えば、蒸発器112内)の潤滑剤の濃度、凝縮器108内の冷媒の圧力、圧縮機106の動作に関連付けられた動作パラメータ、時間間隔、別の適切な動作パラメータ、またはそれらの任意の組み合わせなどの別の動作パラメータを示すフィードバックに基づいて、HVAC&Rシステム100の1つ以上の構成要素の動作を調整するための信号を送信し得る。さらなる実施形態では、コントローラ130は、潤滑剤戻り動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させるようコントローラ130に指示するユーザーフィードバック(例えば、ユーザー入力)を受信し得る。すなわち、HVAC&Rシステム100のオペレータは、サンプ102内の潤滑剤の目標レベルを入力し得、コントローラ130は、オペレータによって入力された目標レベルに基づいて、潤滑剤戻り動作モードを開始するために、HVAC&Rシステム100の1つ以上の構成要素を調整するための信号を送信し得る。
【0032】
図6は、潤滑剤戻り動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させるために利用され得る方法またはプロセス160の一実施形態のブロック図である。
図6は、方法160の一実施形態を示すが、同様の方法またはプロセスが、(例えば、冷媒回路104の)異なる配置または構成を有するHVAC&Rシステム100の他の実施形態において、追加的または代替的に実行され得る。さらに、さらなる工程が、方法160に加えて実行され得、および/または示された方法160の特定の工程が、修正、除去、および/または
図6に示されるものとは異なる順序で実行され得る。いくつかの実施形態では、方法160は、コントローラ130などの1つ以上のコントローラによって実行され得る。
【0033】
ブロック162で、コントローラ130は、潤滑剤戻り動作モードでのHVAC&Rシステム100の動作を示すフィードバックを受信する。フィードバックは、サンプ102内の潤滑剤のレベルが閾値レベル未満であることを示し得、フィードバックは、液位インジケータ136からコントローラ130によって受信され得る。フィードバックは、追加的または代替的に、別の動作パラメータを示し得、例えば、HVAC&Rシステム100の別の適切なセンサーによって送信され得る。フィードバックはさらに、HVAC&Rシステム100が潤滑剤戻り動作モードに移行する(例えば、通常動作モードでの現在の動作をオーバーライドする)ように、HVAC&Rシステム100のオペレータによって送信され、サンプ102内の潤滑剤の目標レベルを示すユーザー入力を含み得る。
【0034】
HVAC&Rシステム100が潤滑剤戻り動作モードで動作すべきであると判定することに応答して、コントローラ130は、ブロック164に示されるように、膨張装置110の位置を調整して、蒸発器112内の冷媒の蒸発温度を低下させるための信号を送信し得る。例えば、コントローラ130は、膨張装置110の位置を調整して、蒸発器112に誘導される冷媒の圧力を、通常動作モード中の圧力よりも低い圧力に低減するための信号を送信し得る。しかしながら、潤滑剤戻り動作モードで蒸発器112を出る調整流体の温度は、通常動作モードでの温度と比較して、実質的に同じままであり得る。一例として、冷媒と熱交換した後に蒸発器112を出る調整流体の目標蒸発器出口温度は、潤滑剤戻り動作モードでは、通常動作モードでのものと実質的に同じままであり得る。例えば、潤滑剤戻り動作モードでの冷媒の蒸発温度は、摂氏4度、摂氏3度、摂氏2度、または別の適切な温度に低減され得る。さらに、調整流体の蒸発器出口温度は、通常動作モードでの状態流体の蒸発器出口温度に対して、摂氏6度、摂氏7度、摂氏8度、または別の適切な温度のままであり得る。このようにして、潤滑剤戻り動作モードの間、冷媒の蒸発温度と、調整流体の蒸発器出口温度との間の温度差(例えば、小さな温度差)が、増大し得る。そのような温度差を増大させることによって、増加した量の冷媒が、蒸発器112内で気化されて、より高い濃度の潤滑剤液体を蒸発器112内に蓄積し得る。結果として、エジェクタ116に引き込まれる液体の流れは、より多くの量の潤滑剤を含有し、それにより、サンプ102内の潤滑剤のレベルを増加させる。いくつかの実施形態では、潤滑剤戻り動作モードは、サンプ102への潤滑剤の第1の目標流量を含み、コントローラ130は、第1の目標流量に基づいて、膨張装置110に第1の位置に合わせるように指示するように構成される。
【0035】
ブロック166で、コントローラ130は、通常動作モードでのHVAC&Rシステム100の動作を示すフィードバックを受信する。例えば、フィードバックは、液位インジケータ136から受信され得、サンプ102内の潤滑剤のレベルが閾値レベル以上であることを示し得る。フィードバックは、追加的または代替的に、別の動作パラメータを示し得、および/またはHVAC&Rシステム100のオペレータによって送信される(例えば、潤滑剤戻り動作モードでの現在の動作をオーバーライドするための)ユーザー入力を含み得る。
【0036】
潤滑剤戻り動作モードから通常動作モードに遷移するために、コントローラ130は、ブロック168に示されるように、膨張装置110の位置を調整して、蒸発器112に誘導される冷媒の圧力を増加させ、それにより、蒸発器112内の冷媒の蒸発温度を高めるための信号を送信し得る。すなわち、コントローラ130は、膨張装置110を調整して、蒸発器112内の圧力を増加させるための信号を送信し得る。特定の実装例では、通常動作モードは、サンプ102内への潤滑剤の第1の目標流量未満である、サンプ102内への潤滑剤の第2の目標流量を含み得る。コントローラ130は、蒸発器112内の圧力を増加させることによって、サンプ102内への潤滑剤の第2の目標流量を達成するために、膨張装置110に第2の位置に合わせるように指示するように構成され得る。場合によっては、蒸発器112内の圧力を増加させることは、サンプ102に誘導される潤滑剤液体の量を減少させ得るが、HVAC&Rシステム100は、潤滑剤戻り動作モードでの動作中よりも効率的に、調整流体を冷却し得る。
【0037】
図7は、潤滑剤を圧縮機106に誘導するように構成されたサンプ102を含む潤滑剤回路101を有するHVAC&Rシステム100の一実施形態の概略図である。
図7のHVAC&Rシステム100の例示的な実施形態はまた、サンプ102内の潤滑剤の量を増加させるために、潤滑剤戻り動作モードで動作するように構成され得る。例えば、HVAC&Rシステム100は、エジェクタ116の第1の入力120に入る流体の圧力を増加させて、潤滑剤戻り動作モードを開始するように構成され得る。
図7に示されるように、潤滑剤回路101は、高圧蒸気またはガスを圧縮機106からエジェクタ116の第1の入力120に誘導するように構成された圧縮機ライン200をさらに含む。いくつかの実施形態では、圧縮機ライン200を介してエジェクタ116に誘導される高圧蒸気またはガスは、凝縮器ライン118を介して(例えば、凝縮器108から)エジェクタ116に誘導される高圧蒸気またはガスよりも高い圧力を有し得る。より高い圧力を有する流体をエジェクタ116を通して誘導することは、蒸発器112から流体を引き出す吸引力を増加させ得る(例えば、第1の入力120に誘導される流体の圧力を増加させることは、エジェクタ116内の圧力を減少させ、流体を第2の入力124を介してエジェクタ116内に増大した流量で流入させるように、流体を引き出す)。したがって、第1の入力120に誘導される流体の圧力を増加させることは、エジェクタ116内およびサンプ102内に誘導される潤滑剤の流量を増加させ得る。
【0038】
潤滑剤戻り動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させるために、コントローラ130は、凝縮器ライン118を通して第1の入力120への流体流(例えば、第1の流体流)を遮断し、および/または圧縮機ライン200を通して第1の入力120への流体流(例えば、第2の流体流)を可能にし得る。いくつかの実施形態では、第1のバルブ202は、凝縮器ライン118に沿って位置付けられ得、第2のバルブ204は、圧縮機高圧ライン200に沿って位置付けられ得る。通常動作モードでは、コントローラ130は、第1のバルブ202を開いて、高圧蒸気が凝縮器108からエジェクタ116に流れることを可能にし得、第2のバルブ204を閉じて、高圧蒸気が圧縮機106からエジェクタ116に流れることを遮断し得る。潤滑剤戻り動作モードでは、コントローラ130は、第2のバルブ204を開いて、高圧蒸気が圧縮機106からエジェクタ116に流れることを可能にし得、第1のバルブ202を閉じて、高圧蒸気が凝縮器108からエジェクタ116に流れることを遮断し得る。追加または代替の潤滑剤戻り動作モードでは、コントローラ130は、そうする代わりに、一定量の高圧蒸気が、圧縮機ライン200および凝縮器ライン118の両方を同時に流れることを可能にするための信号を送信し得る。
【0039】
特定の実施形態では、第1のバルブ202および/または第2のバルブ204は各々、流体流を可能にするための全開位置と、それぞれのライン118、200を通る流体流を遮断するための全閉位置との間で遷移するように構成されたオンオフバルブを含み得る。したがって、第1のバルブ202および/または第2のバルブ204は、高圧蒸気が特定の速度で流れることを可能にするために、全開位置と、全閉位置との間の中間位置に遷移するようには構成され得ない。他の実施形態では、第1のバルブ202および/または第2のバルブ204は各々、それぞれのライン118、200を通してエジェクタ116に流れる高圧蒸気の流量を制御するために、全開位置と、全閉位置との間の位置に遷移するように構成され得る。第1のバルブ202および/または第2のバルブ204は各々、コントローラ130から電気信号(例えば、電圧信号)を受信することに基づいて、特定の位置に作動するように構成されたソレノイドバルブを含み得る。したがって、コントローラ130は、HVAC&Rシステム100の動作を通常動作モードと、潤滑剤戻り動作モードとの間で遷移させるための信号を第1のバルブ202および/または第2のバルブ204に送信するように構成され得る。例えば、第1のバルブ202および/または第2のバルブ204は各々、コントローラ130からそれぞれの信号を受信すると、閉位置に遷移するように構成され得る。
【0040】
したがって、コントローラ130は、潤滑剤戻り動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させるために、第1のバルブ202を閉じて、高圧蒸気が凝縮器ライン118を介してエジェクタ116の第1の入力120に流れることを遮断するための電気信号を第1のバルブ202に送信し得る。コントローラ130はまた、潤滑剤戻り動作モードにおいて電気信号が第2のバルブ204に送信されるのを中断または中止して、第2のバルブ204を開位置に位置付け、高圧蒸気が、圧縮機ライン200を介してエジェクタ116の第1の入力120に流れることを可能にし得る。さらに、コントローラ130は、HVAC&Rシステム100を通常動作モードで動作させるために、別の電気信号を第2のバルブ204に送信して、第2のバルブ204を閉じて、高圧蒸気が、圧縮機ライン200を介して第1の入力120に流れるのを遮断し得る。コントローラ130はまた、通常動作モードにおいて電気信号が第1のバルブ202に送信されることを中断または中止して、第1のバルブ202を開位置に位置付け、高圧蒸気が、凝縮器ライン118を介して第1の入力120に流れることを可能し得る。
【0041】
追加的または代替的に、コントローラ130は、圧縮機106に通信可能に結合され得、圧縮機106の様々な構成要素を調整して、圧縮機ライン200を介してエジェクタ116に誘導される高圧蒸気の圧力を制御するように構成され得る。例えば、
図8は、流体(例えば、冷媒と潤滑剤との混合物)を加圧して、エジェクタ116に誘導され得る高圧蒸気を形成するように構成された、HVAC&Rシステム100の圧縮機106の一実施形態の部分断面である。この例示的な実施形態では、圧縮機106は、ジャーナルベアリング234内に配設された、またはさもなければジャーナルベアリング234によって包囲されたシャフト232に連結されたインペラ230を含む。シャフト232は、回転して、インペラ230の回転を駆動するように構成され得る。インペラ230の回転は、蒸気(例えば、冷媒および/または潤滑剤の蒸気混合物)を圧縮機106の入口226内に、および流れ方向240に沿って圧縮機106の拡散通路238に向かって引き込む。次いで、蒸気は、蒸気の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、それにより、蒸気の圧力を増加させる拡散通路238を通って流れ得る。
【0042】
圧縮機106は、拡散通路238の幾何学形状(例えば、断面積)を調整するように構成されたディフューザリング242をさらに含み得る。一例として、ディフューザリング242は、第1の方向244に移動して拡散通路238の断面積を減少させるように構成され得、第2の方向246に移動して拡散通路238の断面積を増加させるように構成され得る。拡散通路238の断面積を減少させることは、流体の流れ方向240に関してディフューザリング242の上流の圧縮機106の領域248内の圧力を増加させ、それにより、拡散通路238を通して流れる流体の圧力を増加させる。
【0043】
圧縮機ライン200は、領域248に近接して拡散通路238に流体連結され得、拡散通路238を通して流れる流体(例えば、高圧冷媒および/または潤滑剤)の少なくとも一部が、(例えば、第2のバルブ204が開位置にあるとき)圧縮機ライン200を通して流れることを可能にする。すなわち、流体が拡散通路238を通して流れるとき、流体の第1の部分は、拡散通路238を通してディフューザリング242を越えて流れ得、流体の第2の部分は、圧縮機ライン200を通してエジェクタ116に向かって流れ得る。ディフューザリング242が、第1の方向244に移動して、拡散通路238の幾何学的形状を低減すると、流体の圧力が、領域248内で増加し得る。その結果、圧縮機ライン200を通して第1の入力120に誘導される流体は、増加した流量で蒸発器112から第2の入力124に流れるように潤滑剤を追い出すか、または引き込む、増加した圧力を有し得る。したがって、ディフューザリング242を第1の方向244に移動させることは、サンプ102内に誘導される潤滑剤の流量を増加させ得る。したがって、コントローラ130は、潤滑剤戻り動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させるために、ディフューザリング242の位置を第1の方向244に調整して、拡散通路238の断面積を減少させ、エジェクタ116に誘導される流体の圧力を増加させるための信号を送信するように構成され得る。
【0044】
追加または代替の実施形態では、コントローラ130は、潤滑剤戻り動作モードにおいてインペラ230の回転速度を調整するための信号を送信し得る。例えば、コントローラ130は、流体が、より高い速度で拡散通路238に流入して、領域248内の流体の流量および/または流体の圧力を増加させ得るように、インペラ230の回転速度を増加させるための信号を送信し得る。領域248の増加した圧力はまた、エジェクタ116の第1の入力120に誘導される流体の圧力を増加させ、より多くの量の潤滑剤が、蒸発器112からエジェクタ116を介して引き出されることを可能にし得る。
【0045】
いくつかの実装例では、コントローラ130は、領域248内の圧力を目標圧力レベルまで増加させるように構成され得る。この目的のために、コントローラ130は、領域248内の現在の圧力レベルを決定するように構成されたセンサー250に通信可能に結合され得る。したがって、コントローラ130は、センサー250から現在の圧力レベルを示すセンサーデータを受信し、現在の圧力レベルを目標圧力レベルと比較し、それに応じてディフューザリング242の位置および/またはインペラ230の回転速度を調整して、目標圧力レベルを達成するための信号を送信し得る。
【0046】
図9は、潤滑剤戻り動作モードで
図7のHVAC&Rシステム100を動作させるための方法またはプロセス260の一実施形態のブロック図である。方法260は、異なる配置および/または構成を有するHVAC&Rシステムが、潤滑剤戻り動作モードで動作することを可能にするように修正され得る。さらに、方法260の工程は、方法160、260に関して説明される任意の工程が、サンプ102内の潤滑剤の量を増加させるために使用され得るように、方法160の工程と組み合わされ得る。
【0047】
ブロック262で、コントローラ130は、潤滑剤戻り動作モードでのHVAC&Rシステム100の動作を示すフィードバックを受信する。フィードバックは、サンプ102内の液位(例えば、液位インジケータ136から受信される)、冷媒回路104内の冷媒の温度および/または圧力、冷媒回路104内の潤滑剤の濃度、凝縮器108内の圧力、圧縮機106の動作に関連付けられた動作パラメータ、時間間隔、別の適切な動作パラメータ、またはそれらの任意の組み合わせなどの動作パラメータを含み得る。フィードバックはまた、HVAC&Rシステム100の現在の動作をオーバーライドするためのユーザー入力(例えば、HVAC&Rシステム100のユーザーインターフェースを介して受信される)を含み得る。
【0048】
ブロック264で、コントローラ130は、潤滑剤戻り動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させるために、フィードバックの受信に応答して、潤滑剤回路101の第1のバルブ202および/または第2のバルブ204の位置を調整するための信号を送信する。特定の実施形態では、コントローラ130は、圧縮機ライン200を通る流体流を可能にするために、第2のバルブ204に開くよう指示し得、凝縮器ライン118を通る流体流を遮断するために、第1のバルブ202に閉じるよう指示し得る。他の実施形態では、コントローラ130は、圧縮機ライン200を通る流体流に加えて、一部の流体流が、凝縮器ライン118を通ることを可能にし得る。
【0049】
ブロック266で、コントローラ130はまた、圧縮機106内の拡散通路238の領域248の圧力を増加させるための信号を送信し得る。上述のように、コントローラ130は、ディフューザリング242を第1の方向244に移動させて、拡散通路238の断面積を減少させるための信号を送信することによって、領域248の圧力を増加させ得、および/またはインペラ230の回転速度を増加させるための信号を送信し得る。特定の実施形態では、コントローラ130は、第1の方向244に目標位置まで移動するよう、ディフューザリング242に指示し得、および/または領域248内の冷媒の目標圧力を達成するために、目標速度で回転するよう、インペラ230に指示し得る。
【0050】
ブロック268で、コントローラ130は、通常動作モードでのHVAC&Rシステム100の動作を示すフィードバックを受信する。すなわち、コントローラ130は、通常動作モードでHVAC&Rシステム100を動作させるための動作パラメータ(例えば、サンプ102内の潤滑剤のレベル)および/またはユーザー入力を示すフィードバックを受信し得る。潤滑剤戻り動作モードから通常動作モードに遷移するために、コントローラ130は、ブロック270に示されるように、第1のバルブ202および第2のバルブ204の位置を調整するための信号を送信し得る。例えば、コントローラ130は、第2のバルブ204を閉位置に調整して、圧縮機ライン200を通る流体流を遮断するための、および/または第1のバルブ202を開位置に調整して、凝縮器ライン118を通る流体流を可能にするための信号を送信し得る。その結果、エジェクタ116の第1の入力120は、凝縮器108から高圧流体を受容し得る。
【0051】
追加的または代替的に、ブロック272に示されるように、コントローラ130は、領域248の圧力を減少させるための信号を送信し得る。一例として、コントローラ130は、拡散通路238の断面積を増加させるために、第2の方向246に移動するようにディフューザリング242を調整するための、および/または低減された回転速度で回転するよう、インペラ230に指示するための信号を送信し得る。通常動作モードにおけるディフューザリング242の位置、および/またはインペラ230の回転速度は、サンプ102内の潤滑剤の量などのフィードバックに基づき得る。領域248の圧力を減少させることは、潤滑剤が冷媒回路104からサンプ102に誘導される速度を低減し得るが、HVAC&Rシステム100が、例えば、より効率的に動作すること(例えば、調整流体を冷却すること)を可能にし得る。
【0052】
本開示の実施形態は、潤滑剤をHVAC&Rシステムの構成要素に循環させるための潤滑剤回路を含むHVAC&Rシステムに関する。潤滑剤回路は、潤滑剤をHVAC&Rシステムの冷媒回路(例えば、圧縮機)に誘導するように構成されたサンプを含み得る。潤滑剤回路は、潤滑剤を含有する液体を冷媒回路から(例えば、蒸発器から)サンプに引き出すように構成されたエジェクタをさらに含み得る。例えば、(例えば、凝縮器からの)高圧蒸気が、エジェクタに誘導されて、液体を(例えば、蒸発器から)サンプに向かって引き出す吸引力(例えば、真空または減圧)を生成し得る。いくつかの実施形態では、エジェクタが、潤滑剤をサンプ内に十分に引き込まない場合があり、その結果、サンプ内の潤滑剤レベルが減少する。したがって、HVAC&Rシステムは、動作モードを潤滑剤戻り動作モードに遷移させ得る。
【0053】
潤滑剤戻り動作モードでは、冷媒の蒸発温度が低減される、および/または蒸発器内の圧力が低減するように、HVAC&Rシステムの膨張装置の位置が、調整され得る。したがって、エジェクタによって引き出される潤滑剤の濃度が、増加し得、潤滑剤がサンプ内に誘導される流量が、増加し得る。追加または代替の実施形態では、潤滑剤戻り動作モードの間、エジェクタに入る高圧蒸気は、HVAC&Rシステムの圧縮機の入口から誘導され得る。さらに、圧縮機の動作は、エジェクタに向かって誘導される流体の圧力を増加させるように調整され得、これにより、液体が、エジェクタによって引き出され、サンプ内に誘導される流量が、増加し得る。本明細書における技術的効果および技術的問題は、例であり、限定するものではない。本明細書に記載の実施形態は、他の技術的効果を有し得、他の技術的問題を解決し得ることに留意されたい。
【0054】
本開示の特定の特徴および実施形態のみが例示および記載されているが、多くの修正および変更が、特許請求の範囲に記載された主題の新規の教示および利点から実質的に逸脱することなく、当業者には想到され得る(例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状、および比率における変形、パラメータの値(例えば、温度、圧力など)、取り付け方法、材料の使用、色、配向など)。任意のプロセスまたは方法ステップの順番またはシーケンスは、代替実施形態に従って、変更または再順序付けされ得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨に入るすべてのそのような修正および変更を包含することが意図されていることを理解すべきである。さらに、例示的な実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装例のすべての特徴が説明されていない場合がある(すなわち、本開示を実施するための熟考された現在の最良モードとは無関係のもの、または特許請求された開示を可能にすることとは無関係なもの)。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるように、任意のそのような実際の実装例の開発では、多くの実装例固有の決定がなされ得ることを理解されたい。そのような開発努力は、複雑かつ時間がかかるものであり得るが、それにもかかわらず、過度の実験をすることなく、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、および製造の決まりきった仕事である。
〔態様1〕
暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムであって、
内部を通して冷媒を流すように構成された冷媒回路と、
前記冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機に潤滑剤を誘導するように構成されたサンプと、
前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記サンプに誘導するように構成されたエジェクタと、
前記冷媒回路に沿って位置付けられ、前記冷媒回路の少なくとも一部を通して誘導される前記冷媒の圧力を低減するように構成された膨張装置と、
第1のモードと、第2のモードとの間で前記HVAC&Rシステムの動作を調整するように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記エジェクタが、前記第1のモードにおいて第1の目標流量で、前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記サンプに誘導することを可能にするために、前記膨張装置に第1の位置に合わせるように指示するように構成され、前記コントローラは、前記エジェクタが、前記第2のモードにおいて第2の目標流量で、前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記サンプに誘導することを可能にするために、前記膨張装置に第2の位置に合わせるように指示するように構成されている、HVAC&Rシステム。
〔態様2〕
前記第2の目標流量が、前記第1の目標流量よりも大きい、態様1に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様3〕
前記冷媒回路に沿って位置付けられ、前記膨張装置から前記冷媒を受容するように構成された蒸発器を備え、前記蒸発器内の前記冷媒の蒸発温度が、前記第1のモードにおいて第1の蒸発温度であり、前記蒸発器内の前記冷媒の前記蒸発温度が、前記第2のモードにおいて第2の蒸発温度であり、前記第2の蒸発温度が、前記第1の蒸発温度未満である、態様2に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様4〕
前記エジェクタが、前記冷媒回路に沿って位置付けられている蒸発器から液体を引き出し、前記液体を前記サンプに誘導するように構成されている、態様1に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様5〕
前記エジェクタが、前記第1のモードにおいて、前記HVAC&Rシステムの凝縮器から第1の流体流を受容し、前記第2のモードにおいて、前記HVAC&Rシステムの前記圧縮機から第2の流体流を受容するように構成されている、態様1に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様6〕
前記コントローラが、前記HVAC&Rシステムの動作パラメータを示すフィードバックに基づいて、前記第1のモードで動作することと、前記第2のモードで動作することとの間で前記HVAC&Rシステムを遷移させるように構成されている、態様1に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様7〕
前記サンプが、前記サンプ内の液体の量を示すフィードバックを前記コントローラに提供するように構成された液位インジケータを備え、前記コントローラが、前記サンプ内の前記液体の量が閾値量未満であることを示すフィードバックに応答して、前記第2のモードで動作するように前記HVAC&Rシステムを調整するように構成されている、態様6に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様8〕
暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムであって、
冷媒回路と、
潤滑剤回路と、
前記潤滑剤回路に沿って位置付けられているサンプであって、潤滑剤を前記冷媒回路に誘導するように構成されている、サンプと、
前記潤滑剤回路に沿って位置付けられているエジェクタと、を備え、前記エジェクタが、前記潤滑剤を前記冷媒回路から前記サンプに誘導するように構成され、前記エジェクタが、前記HVAC&Rシステムの第1の動作モードにおいて、前記エジェクタの入口を介して、前記冷媒回路に沿って位置付けられている凝縮器から第1の流体流を受容するように構成され、前記エジェクタが、前記HVAC&Rシステムの第2の動作モードにおいて、前記エジェクタの前記入口を介して、前記冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機から第2の流体流を受容するように構成されている、HVAC&Rシステム。
〔態様9〕
前記潤滑剤回路が、第1のバルブと、第2のバルブと、を備え、前記第1のバルブが、前記凝縮器から前記エジェクタの前記入口への前記第1の流体流の第1の流量を調整するように構成され、前記第2のバルブが、前記圧縮機から前記エジェクタの前記入口への前記第2の流体流の第2の流量を調整するように構成されている、態様8に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様10〕
前記第1のバルブおよび前記第2のバルブに通信可能に結合されたコントローラを備え、前記コントローラが、前記第1のバルブの第1の位置を開位置に調整して、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタの前記入口に流れることを可能にし、前記第2のバルブの第2の位置を閉位置に調整して、前記第2の流体流が、前記第1の動作モードにおいて、前記圧縮機から前記エジェクタの前記入口に流れることを遮断するように構成されている、態様9に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様11〕
前記コントローラが、前記第1のバルブの前記第1の位置を追加の閉位置に調整して、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタの前記入口に流れることを遮断し、前記第2のバルブの前記第2の位置を追加の開位置に調整して、前記第2の流体流が、前記第2の動作モードにおいて、前記圧縮機から前記エジェクタの前記入口に流れることを可能にするように構成されている、態様10に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様12〕
前記HVAC&Rシステムの動作パラメータを示すフィードバックに基づいて、前記HVAC&Rシステムを前記第1の動作モードと、前記第2の動作モードとの間で遷移させるように構成されたコントローラを備える、態様8に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様13〕
前記圧縮機を備え、前記圧縮機が、前記圧縮機の拡散通路内に配設されたディフューザリングを備え、前記エジェクタが、前記拡散通路から前記第2の流体流を受容するように構成され、前記コントローラが、前記第2の動作モードにおいて前記ディフューザリングの位置を調整して、前記圧縮機の前記拡散通路の断面積を低減するように構成されている、態様12に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様14〕
前記圧縮機を備え、前記圧縮機が、インペラを備え、前記コントローラが、前記第1の動作モードにおいて前記インペラを第1の回転速度で回転させ、前記第2の動作モードにおいて前記インペラを第2の回転速度で回転させるように構成され、前記第2の回転速度が、前記第1の回転速度よりも大きい、態様12に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様15〕
暖房、換気、空調、および/または冷凍(HVAC&R)システムであって、
冷媒回路と、
前記冷媒回路に沿って位置付けられている膨張装置であって、前記膨張装置が、前記冷媒回路の少なくとも一部を通して誘導される冷媒の圧力を低減するように構成されている、膨張装置と、
潤滑剤を前記冷媒回路に誘導するように構成されたサンプと、
前記冷媒回路から前記潤滑剤を引き出すように構成されたエジェクタであって、前記エジェクタが、前記HVAC&Rシステムの第1の動作モードにおいて、前記冷媒回路に沿って位置付けられている凝縮器から第1の流体流を受容し、前記HVAC&Rシステムの第2の動作モードにおいて、前記冷媒回路に沿って位置付けられている圧縮機から第2の流体流を受容するように構成されている、エジェクタと、
前記第1の動作モードと、前記第2の動作モードとの間で前記HVAC&Rシステムを遷移させるように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記第1の動作モードにおいて、前記膨張装置の位置を調整して、前記冷媒の前記圧力を第1の圧力レベルに調整し、前記第2の動作モードにおいて、前記冷媒の前記圧力を第2の圧力レベルに調整するように構成され、前記第2の圧力レベルが、前記第1の圧力レベル未満である、HVAC&Rシステム。
〔態様16〕
前記サンプが、前記潤滑剤を前記圧縮機に誘導するように構成されたポンプを備える、態様15に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様17〕
前記エジェクタが、前記冷媒回路に沿って位置付けられている蒸発器から潤滑剤を引き出し、前記潤滑剤を前記サンプに誘導するように構成されている、態様15に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様18〕
第1のバルブと、第2のバルブと、を備え、前記コントローラが、前記第1のバルブを、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタに流れることを可能にするように構成されている第1の開位置と、前記第1の流体流が前記凝縮器から前記エジェクタに流れることを遮断するように構成されている第1の閉位置との間で調整するように構成され、前記コントローラが、前記第2のバルブを、前記第2の流体流が前記圧縮機から前記エジェクタに流れることを可能にするように構成されている第2の開位置と、前記第2の流体流が前記圧縮機から前記エジェクタに流れることを遮断するように構成されている第2の閉位置との間で調整するように構成されている、態様15に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様19〕
前記コントローラが、前記第1の動作モードにおいて、前記第1のバルブを前記第1の開位置に向かって調整し、前記第2のバルブを前記第2の閉位置に向かって調整するように構成され、前記コントローラが、前記第2の動作モードにおいて、前記第1のバルブを前記第1の閉位置に向かって調整し、前記第2のバルブを前記第2の開位置に向かって調整するように構成されている、態様18に記載のHVAC&Rシステム。
〔態様20〕
前記コントローラが、前記サンプ内の液位、前記冷媒回路内の前記冷媒の温度および/または圧力、冷凍回路内の前記潤滑剤の濃度、前記凝縮器内の圧力、ユーザー入力、前記圧縮機の動作に関連付けられた動作パラメータ、時間間隔、またはそれらの任意の組み合わせを示すフィードバックに基づいて、前記HVAC&Rシステムの動作を前記第1の動作モードと、前記第2の動作モードとの間で遷移させるように構成されている、態様15に記載のHVAC&Rシステム。