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KR0136075B1 - 과냉각 조립체 및 냉각 및 열교환 시스템 - Google Patents

과냉각 조립체 및 냉각 및 열교환 시스템

Info

Publication number
KR0136075B1
KR0136075B1 KR1019930027460A KR930027460A KR0136075B1 KR 0136075 B1 KR0136075 B1 KR 0136075B1 KR 1019930027460 A KR1019930027460 A KR 1019930027460A KR 930027460 A KR930027460 A KR 930027460A KR 0136075 B1 KR0136075 B1 KR 0136075B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
fluid
temperature
condensate
cooling
Prior art date
Application number
KR1019930027460A
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English (en)
Other versions
KR940015450A (ko
Inventor
에이. 아론 대이비드
Original Assignee
에드워드 제이. 브로시우스
벌티모어 에어코일 캄파니
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 에드워드 제이. 브로시우스, 벌티모어 에어코일 캄파니 filed Critical 에드워드 제이. 브로시우스
Publication of KR940015450A publication Critical patent/KR940015450A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0136075B1 publication Critical patent/KR0136075B1/ko

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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D16/00—Devices using a combination of a cooling mode associated with refrigerating machinery with a cooling mode not associated with refrigerating machinery
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Abstract

본 발명은 보조냉각기와 함께 보조냉각 냉매응축물을 사용함으로써 일용량 및열효율을 증대시키기 위하여 새롭고 재조정 가능한 냉매 회로장치와 함께 열저장 및 기 타 저온저장고를 편입하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 냉각물을 냉각함과 동시에 열저장시스템을 재충전 할 수 있으며,나아가 증발기 용량을 비례적으로 제어하기 위해 비례 보조냉각을 이용할 수 있다.

Description

과냉각 조립체 및 냉각 및 열교환 시스템
제1도 : 냉동회로에 연결된 열저장 시스템 및 과냉각기의 개략도
제1A도 : 제어밸브가 제거된, 제1도의 열저장 시스템 및 과냉각기배열의 개략도
제2도 : 과냉각기를 구비한 다수개의 냉매회로에 연결된 열저장 시스템의 개략도
제3도 : 열저장 시스템을 충진하고 매체를 냉각하여 과냉각과 동시에 열저장 시스템을 충진하기 위한 장치의 개략도
제4도 : 저장 유체를 다른 결합과 냉각기에 제공하는 능력과 함께 그 내부에 적어도 하나의 과냉각기 코일이 내장되어 있는 열저장용기의 개략도
제5도 : 몇몇 대표적인 냉매들에 대한 증발기 온도 변화의 함수로서 증발용량의 퍼센트 증가를 나타내는 그래프
제6도 : 일정한 응축 및 과 냉각조건에서 증발기 온도 감소로서 압력 작용의 이론적 증가를 나타내는 압력-엔탈피 다이아그램
제7도 : 본 발명을 이용한 증발기 온도의 함수로서 몇몇 다른 냉매에 대한 냉각용량의 톤당 입력에너지 감소를 나타내는 그래프
제8도 : 과냉각 유무와 함께 특정, 압축기에 대한 설계증발기 온도 감소로서 요구되는 입력에너지의 증가를 나타내는 그래프
제9도 : 다양한 냉매에 대한 액체라인 온도와 증발기 용량 사이의 선형 비례성을 나타내는 그래프
제10도 : 열저장 시스템에 제공되는 과냉각장치를 구비한 본발명의 다른 구현을 나타내는 개략도
제11도 : 유체냉각기 또는 다른 저온저장조장치, 및 유체를 과냉각장치에 제공하기 위한 열저장시스템의 개략도
제12도 : 열저장이 냉각매체에 의해 충진되는 제3도의 다른 구현장치의 개략도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
12 : 냉매회로14 : 열저장 시스템
22 : 압축기26 : 응축기
32 : 팽창장치36 : 과냉각기
40 : 펌프50 : 센서
53 : 냉매유니트100 : 냉매회로
106 : 압축기 뱅크(C0mpress0r Bank)
126 : 3 방향밸브134 : 복귀도관
152 : 증발기156 : 저장코일
172 : 과냉각기178 : 응축기
194 : 밸브장치200 : 신호발생원
310 : 루프
본발명은 공조(Air-conditioning) 및 냉동장치와 함께 작동가능한 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 얼음 저장 장치 또는 저온저장조 등과 같은 열저장 시스템을 기존의 냉각장치에 결합하여 성능 및 효율을 향상시키고 ;
같은 작동용량에서 입력에너지를 저감시키거나 또는 같은 입력에너지에서 작동냉각능을 향상시키고 ;
그리고 특히 전력발생자에 의해 표시되는 전력최대부하기간에 전력손실을 저감시키도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
상기 시스템은 또한 새로운 장치의 설계용량에 대한 유사한 이점을 위하여 새로운 장치에도 적용될 수 있다.
기존의 냉각장치의 범위확대를 위한 필요성의 예시 및 설명이 전력연구소(E1ectric P0wer Research Institue)에서 발행된 슈퍼마켓 공조 및 제습 이라는 소책자에 제시되어 있다.
비록 현대의 식품점 및 슈퍼 마켓에는 사용상의 편리함으로 인하여 공조 작동되는(Air c0nditi0ned)통로와 유리로 덮혀진 또는 전면개방형냉동기 및 전시케이스를 갖추고, 그 냉동저장로커 등이 소비자에 의해 받아들여지고 있다.
그러나, 이들 몇개, 보통은 큰 냉각 및 냉동장치를 설치, 작동 및 유지하는 비용이중요하게 된다.
슈퍼마켓 냉각 요구조건을 위한 몇몇 다른 시스템들이 상기 책자에 제시되어 있는데, 이 책자에서는 시스템들의 상대적이점 및 단점 뿐만 아니라 초기 비용 및 작동비용에 대해서도 언급하고 있다.
이 책자에서는 얼음-저장 또는 냉각저장 지스템에 있어 잠재적 이점의 인식에 대해서만 간략하게 언급되어 있을 뿐 작동가능한 시스템에 대한 상세한 설명 및 도시는 찾아볼 수 없다.
통상의 냉각장치는 공조기와 같은 단독 거취식 장치, 및 독립 조립체들로 이루어지는데, 이들 각각은 냉각 회로, 전력 연결장치 및 공기순환용 덕트장치(duct w0rk)를 구비하고 있다.
얼음 저장 장치 또는 주위환경온도 저장조에 관한 저온 저장조를 기존냉각 유니트에 연결하면, 동일 냉각 능력을 얻기 위한 그 작동주기를 감소시킬 수 있으므로, 예를들면, 최대전력 소비 기간중의 에너지 손실을 감소시킬 수 있으며 ; 또는, 냉각 장치의 작동 범위가 확장됨으로써, 기존 장치의 대체없이 보다 큰 냉각능이 얻어진다.
더우기, 얼음-저장 장치의 사용은 동일 또는 증가된 출력 냉각능에서 입력에너지를 감소시킬 수 있다.
또한, 다수의 냉각장치가 동시에 작동하도록 상기 열 저장 시스템 또는 저온 저장조에 연결될 수 있다. 다수의 냉각 또는 냉매 사용장치를 구비한 관련 설비로서 상기 슈퍼마켓 또는 식품점을 들 수 있는데, 이들 상업적 설비들은 주로 공조장치, 아이스크림과 같은 식품들을 위한 문을 갖는 냉동기 및 냉각기, 우유제품 및 냉각 쥬스용 개방냉각기 및 기타 식료품 저장용 서브-제로 냉각기(a sub-zer0 c00ler) 등을 구비하고 있다.
새로운 설비에 있어서, 얼음 저장 시스템, 저온 저장조 또는 다른 열저장장치에결합된 과냉각 타입 장치의 전부 또는 일부의 크기및 구조는 냉각/냉동시스템과 관련된 요구냉각능을 달성하기 위하여 크기 또는 정격용량에 있어 감소될 수 있으며 ,이들 냉각/냉동 시스템은 일반적으로 열저장시스템없이 결합 압축기, 응축기, 냉각탑 및 기타장치들을 포함할 수 있다.
그러나, 열저장 시스템에 연결된 시스템의 동일 냉각능을 달성하기 위하여 요구되는 표준 냉각/냉동 시스템의 정격용량(rated capacity) 은 보다 커지게 될 것이고, 그리고, 그 결과로서, 냉각시스템에 대한 초기비용이 커지게 될 것이 예상된다.
열저장 시스템의 초기비용은 보다 작은 열교환 시스템과 관련된 어떤한 초기비용절감을 상쇄시키게 되지만, 열저장/열 교환시스템을 작동하는 비용은 실증할 수 있게 보다 낮아진다.
또한, 보다 작은 입력에너지는 동일 또는 보다 큰 정격 또는 설계 용량을 얻도록 이용될 수 있다. 상술한 작동비용 절감은 미리 요구되는 냉각능에서 냉각/냉동시스템을 작동하기 위한 보다 낮은 입력에너지 요구량을 반영하게 된다.
이러한 보다 낮은 작동조건 및 비용에 대한 필요성은 어떤 전력 사용작동에 대하여 끊임없이 증가되는 생각이고, 소비인자, 보통은 전기적 에너지의 비용은 계속적으로 증가되는 반면에, 상대적 유용성은 감소시되고 있다.
일례로서, 미국의 어떤 지역에서의 브라운-아우트(br0wn-0uts) 횟수의 증가는 특히 더운 여름의 오후중반 동안 증가된 소비자 요구를 유지하기 위한 이용가능한 전력의 부족을 입증하고 있다.
게다가 ,얼음 저장 시스템의 사용을 몇개의 기생장치(parasitic apparatus)로 확장 또는 연결하기 위한 능력, 전력사용의 오프-피크-사용(0ff-peak-usage) 기간중의 열저장 잠재력에 대한 능력은 동일한 냉각요구레벨에서 냉각능을 제공하기 위한 전력비용의 감소를 가져오게 되고 ; 그리고, 다른 냉각 장치에 비하여 열저장 장치의상대적인 명목상의 초기비용(capita1 c0st)은 열저장장치를 냉각 시스템에 결합하는 것의 고려를 위하여 평가되어야 하는 모든 인자들이다.
본발명은 액체 응축 온도를 감소시키기 위하여 냉매회로와 과냉각장치를 연결하는조립체를 제공하여, 예비-과냉각 요구수준에서 입력에너지, 피크-요구기간중의 시스템에너지 요구량을 유지하면서 냉매회로 열용량을 확대하게 된다.
이하의 예에서, 냉매회로는 보통, 냉동기, 냉각기 및 공조기 와 같은 장치에 결합되거나 또는 이들 장치와 작동가능하게 된다. 이후자의 용어는 널리 일반적으로 사용되는 용어가 공기 포집고체(예를들면, 먼지 및 화분(p011en))의 제거를 위한 회로와 같은 냉매회로에 반드시 연결되지 않는 환경정화용 공기 처리장치도 포함한다는 사실을 반영할 수 있지만, 본발명은 냉매회로를 포함하는 이들 장치에 관한 것이다.
본발명의 바람직한 구현에 있어서, 과냉각기는 냉각 또는 냉동장치와 열저장 시스템의 냉매회로 사이에 연결되고, 함께 작동가능하게 된다.
이 구조는 열저장 시스템의 냉매를 냉매 회로 유체와 열교환을 위한 과냉각기로 이송하기 위한 장치를 포함하며, 냉매회로는 또한 열교환을 위한 과냉각기에 연결된다.
사실, 이 장치는 몇몇 다른 냉매회로장치를 단독 또는 결합하여 열저장 시스템과 결합시키도록 확장될 수 있다.
상기 슈퍼마켓예에 있어서, 이들 결합 장치가 포함될 수 있지만, 공조(제습)장치, 서브-제로 냉동기, 냉각기, 이들의 결합장치 및 다른 조립체 또는 다수의 몇몇 이들 장치에 한정되지 않는다.
본발명의 또다른 구현에 있어서, 냉각기로 부터 배출되는 액체응축온도 또는 시스템 과냉각 량의 비례제어(pr0p0rti0na1 c0ntr01)를 위한 제어조립체가 상기 회로에 제공되며, 이 비례제어는 열저장 시스템에 연결된 각조립체의 과냉각 장치사이의 유체흐름 속도를 조절하므로써 제공된다. 이들 제어장치는 유체흐름 제어를 제공하도록 분리하여 작동가능하므로, 과냉각능을 제어하고, 따라서 결합된 냉각/냉동장치의 각각의 냉각능을 제어하게 된다.
상기와 같은 비례제어에 의한 이점은 다음과 같다.
즉,
(1)증발기 용량을 중발기 부하에 맞춤 ;
(2)최적 시스템 성능 달성 ;
(3)지역적인 전기율 구조(e1ectrica1 rate structure)에 기초한 사용에너지량 감소 ;
(4)원하지 않는 압축기 사이클링의 감소 또는 제거 ;
(5)일정한 습기제거허용 ;
(6)보다 낮은 개시전력 달성 ;
(7)압축기 수명증가 ;
(8)정지 사이클 동안의 냉매이동 저감 및 제거 ; 및
(9)압축기의 단기간 사이클링 및 냉매 이동으로 부터의 냉매장치 보수유지 감소등이다.
본발명의 과냉각장치는 현재 이용가능한 냉각유체로 작동가능하고, 회로내의 냉매타입에 따라 열적성능이 증가하고, 이러한 개선의 결과적 사실은 냉매의 과냉각 및 장치의 활용에 기여하고, 그리고 본 발명의 방법은 명확하고 주장할만한 것임이 예상되고 입증될 수 있다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. 냉매회로(12)의 액체 응축물을 과냉각시키기 위한 조립체(10)는 열저장시스템(14)을 갖추고, 이는 냉각매체가 그 내부에 담겨지는 공간(18)을 갖는 하우징(16)으로 도시되어 있으며, 매체는 예를들면 물 또는 물/글리콜 용액이다.
냉매회로(12)는 압축기(22)에 도관(24)을 통해서 연결된 증발기(20)를 갖추어 기체상의 저압의 냉매를 압축기(22)에 제공한다. 응축기(26)는 압축기(22)의 후류측에서 회로(12)에 결합되고, 일반적으로 도관(28)을 통해서 고압 또는 매우 높은 압력의 냉매기체를 받아서 냉매를 응축시킨다.
응축기(26)로부터 후류측으로 흐르는 냉매유체는 포집된 기체를 포함하고 있지만, 실제로는 이러한 기체는 무시할만하고, 본 발명의 작동과 관련해서는 아무런 양향이 없는 것이다. 제2도의 실시예는 종래 기술에서와 같이 응축기(120)의 후류측에 저장조(124)를 갖추고 있지만, 본발명은 제1도에 도시된 바와같이 냉매회로내에서 상기 저장조와 함께 또는 무관하게 작동될 수 있는 것이다. 상기 냉매는 도관(30)을 통해 증발기(20)로 공급되고, 상기 도관은 팽창장치(32)를 갖출 수 있으며 이는 증발기(20)의 전방에 위치되는 열팽창밸브(TXV)와 같은 것이다.
제1도의 구성에서는, 과냉각장치(36)가 응축기(26)와 팽창장치(32) 사이에서 도관(30)에 연결되어 냉매 응축액의 온도를 낮추고, 증발기(20)로 제공되는 냉매의 팽창을 위해서 팽창장치(32)를 향해 응축액을 배출시킨다. 상기 언급된 증발기(20)와 응축기(26)는 공냉식, 증발냉각식 및 수냉식 구조중의 하나로 선택 가능하고, 이는 설계적인 사항이며 본 발명의 제한사항은 아니다.
열저장시스템(14)의 하우징(16)내에 위치된 펌프(40)는 설명목적을 위해 도시된 것이지만, 실제적으로는 펌프(40)가 하우징(16)의 배출구(상기 1도에서는 미도시)에 연결되어 응축기(26)에 관련된 대기온도 보다 낮은 온도에서 유체매체를 공급시키는 것이다. 상기 열저장 시스템(14)은 예를들면, 얼음 저장 용기를 갖출 수 있다.
이러한 열저장시스템에서는, 얼음이 냉매회로에 연결되고 공간(18)내에 위치된 코일상에 형성가능하며, 얼음 또는 냉각매체는 냉동기 또는 공조 유니트와 같이 이에 결합된 열사용 장치들에게 전달될 때까지 보존되어 그 저장용량을 구성하게 된다. 열저장장치의 활용 예로서는 일반적으로 사무용 빌딩 및 창고 등과 같은 상업용 시설에 갖춰진 공조 유니트에 연결되는 얼음 저장 조립체이다.
제1도에는, 펌프(40)가 과냉각장치(36)와 함께 작동가능하고, 도관(42)을 통해 과냉각장치(36)에 연결되어 냉각매개 유체, 즉, 고체와 액체 매개유체를 모두 갖춘슬러리(S1urry)또는 부유물(Suspensi0n)로 이루어지는 유체를 과냉각장치(36)로 공급한다. 상기 구성에서는, 유체가 과냉각장치(36)를 통해서 유입구(46)로 전달되어 하우징(16)으로 복귀된다. 제1도의 과냉각장치(36)에서는 도관(30)내의 냉매유체의 대향류가 도관(42)내의 매개유체와 열을 교환한다. 냉매회로의 경우, 유체의 상호 작용과 열교환은 팽창장치(32)와 증발기(20)로 전달되는 응축된 냉매액체의 온도를 강하시킨다.
제1도의 펌프(40)는 도관(52)에 의해서 작동장치(48), 즉 스위치에 연결되고, 이는펌프(40)를 수동 또는 자동으로 작동가능한 것이다. 자동모드에서는, 센서(50)가 작동조건올 검지하도록 작동되어 펌프(40)를 동작시키도록 상기 장치에 검지된 신호를 전달한다. 이러한 센서는 타이머 또는 열전대와 같은 장치를 포함한다.
상기 검지 및 작동장치는 단지 설명을 위한 것이고 본 발명의 제한사항은 아니다. 또한, 상기 장치(48)는 펌프(40)의 유속을 제어하여 과냉각의 정도를 조절할 수 있고, 따라서 증발기(20)의 냉각용량을 제어한다.
다르게는, 유량제어밸브(51)가 도관(42)(44)내에 제공되어 과냉각회로의 유체흐름을 제어할 수 있다. 제1도 및 2도에는, 재충전 또는 재생성회로(59)가 열저장시스템(14)의 공간(18)내에서 코일(55)과 함께 도시되어 있다. 상기 회로(59)는 공지된 냉매유니트(53)를 갖추어 코일(55)에 연결되고, 열저장시스템(14)에 연결되며, 열저장매체를 재생성시킨다. 이는 단속 거치 유니트로서 도시되었지만, 공지된 구조이기 때문에 어떤 형식의 열저장 유니트가 사용되는 지와는 별 관련이 없는 것이다.
제2 및 일체형 열저장 재생성 시스템이 제3도와 12도에 도시되어 있고, 후술예정이지만, 상기 시스템에서는 현존의 냉매회로에 연결되는 것이다.
기본적인 실시 구조에서,공간(18)내의 저장매체는 물일수 있고, 이는 낮은 전력비용 또는 전력부하가 낮은 시간대에 적어도 부분적으로 결빙될 수 있으며, 최내전럭 수요시간대가 아닌 경우는 밤시간대를 들 수 있다. 얼음 또는, 결빙수는 열저장 매체로서 간주되고, 일반적으로 얼음 열저장시스템의 코일을 감싸는 액상의 물과 얼음의 혼합체를 포함한다.
최대 전력수요시간대가 아닌 기간중의 얼음생성과 동시에, 냉매장치의 냉매요구 사항은 외부 환경의 온도가 밤중에 일반적으로 낮아지기 때문에 감소가능하다. 상기 언급된 수퍼마켓의 구성예에서는, 전력요구량이 일반적으로 보다 낮아지는 바, 이는 대부분의 상업시설의 활동이 밤시간대에는 감소하고, 동시에 외부 환경 온도도 낮아지며,소비자에 의해서 냉각장치의 사용이 감소되기 때문이다. 이러한 일련의 조건에 따라서 표준 냉각장치는 통상적으로 열저장시스템(14)으로 부터의 아주 적은 또는 전혀 도움없이 정상냉매회로(12)의 구성품 작동 이상으로 필요한 증발기의 온도를 유지할 수 있는 것이다. 그러나, 이러한 시간대에는, 전력비용 즉 킬로와트-시간(Ki10watt-h0urs)으로 측정된 전력에너지가 가장 낮은 수준이다. 이러한 낮은 비용의 에너지 시간대에는, 전력회사로부터 전원공급이 가장 쉽게 이루어진다. 따라서, 냉매 또는 냉각장치를 상업적으로 사용하는 경우는 제1도에 도시된 바와같은 얼음-열 저장장치를 이용하여 열에너지 저장 을 수행함이 유익하다.
상가 언급된 액체 냉매 과냉각장치(36)는 액체대 액체 열교환으로서 작동가능한 공지된 열교환장치로 이루어질 수 있으며, 이는 본 발명의 제한 사항은 아닌 것이다.
또한, 증발기 용량의 개량에 관한 절대적 가치는 서로 다른 냉매 유체를 사용하는 경우 변화가 가능하며 이는 제5도 및 9도에 도시된 그래프에서와 같이 일반적으로그 개량효과는 현저하고 긍정적인 것이다.
제5도에는 설계 증발기 온도의 함수로서 즉, 증발기내의 냉매온도의 함수로서 증발기 용량의 증가 퍼센트가 몇가지 상업적으로 유용한 냉매에 대하여 도시되어 있다.증발기 용량의 개량 퍼센트는 분명히 명백한 것이며 결과적으로는 제1도에 도시된 냉매회로(12)와 같은 냉각 시스템의 작동에 있어서의 유익한 점이 명백하여진다.
제6도는 P-H(압력-엔탈피(Pressure-Entha1py))다이어그램으로서, 증발기의 온도가 상대적으로 상수인 응축온도(a re1ative1y c0nstant c0ndensing temperature)에 따라서 감소하는 경우, 압축기에 의한 작업량의 이론적 증가를 도시하고 있다. 일정상수의 웅축 온도에서, 거리 X 로 표시된 바와같이, 상부의 과냉각이 가해지면, 증발기의 온도가 감소함에 따라 압축기의 작업량이 증가하고, 이는 모든 냉매에 대하여 공통적인 특성을 나타낸다. 다르게는, 상수응축온도에서 동일한 과냉각량에 대해서는 설계 증발기의 온도가 감소하면 냉매회로(12)내의 과냉각장치의 사용에 의해서 저장된 에너지가 증가한다. 냉매회로(12)내에서 열저장시스템(14)에 결합되는과냉각장치(36)의 활용으로 소모되는 에너지 감소는 제7도에서 보다 양호하게 예시되어 있으며, 여기서는 전력최대 수용기간대가 아닌 기간의 에너지 비용에서 열저장장치에 의해서 제공된 에너지 유입량의 이동이 증발기(냉매)온도의 감소에 따라서 증가하도록 도시되어 있다. 즉, 감소된 입력에너지 또는 전력수요최대 시간대중에 동일입력에너지에서의 증가된 용량은 냉매회로(12)가 열저장시스템(14)에 결합된 때, 상기 냉매회로(12)의 사용자에 의해서 최대전력수요시간대가 아닌 기간 중에 얻어지는 에너지에 의해서 조절된다. 제7도는 3가지 다른 냉매에 대한 개선사항올그래프적으로 도시하고 있다.
과냉각기 및 열저장시스템과 함께 작동되는 냉매회로의 개선된 효율을 나타내는 또다른 인자(Fact0r)는 상업적으로 유용한 압축기, 즉 a C0pe1and Discus C0mpress0r로 부터 제8도에 도시된 바와같이 상수의 응축온도에서 얻어지는 데이터에 의해서 증명된다. 이러한 몇가지 그래프와 점으로 표시된 데이터는 분명하고 도식적으로 에너지 이동을 표시하는 바, 이는 본 시스템의 사용자에게 경제적인, 즉 금전적인 절감효과를제공하는 것이다. 이러한 관점에서, 사용자는 개선책을 얻게 되고, 즉 큰 자본투자를 하지 않고서도 비례적으로 큰 냉각용량을 얻을 수 있는 보다 큰 냉각시스템을 얻는다 할 수 있으며, 또한, 사용자는 전럭비수기에 에너지 사용의 이득을 지속적으로 얻을 수 있고, 동일 냉각용량에 대하여 보다 적은 에너지 유입량을 필요로 하는 것이다.이러한 절약적인 개념도, 제8도에 도시되어 있고, 용량대 동작전력의 비율이 설계 증발기 온도의 함수로서 과냉각없이, 또한 과냉각과 그와 관련된 비용 개선과 함께 냉매회로의 작동에 대하여 표시되어 있다.
증발기의 온도가 감소됨으로서, 상기 언급된 용량비율이 양조건에 대하여, 즉 과냉각과 함께 또는 과냉각없는 조건에 대한 상기 언급한 비율이 증가된다. 감소된 설계증발기의 온도와 관련된 개선사항 또는 절감량은 증발기의 온도가 감소할수록 증가된다.
본 발명에 따른 비례 과냉각작동을 활용하는 기본적인 유익한 점이 제9도에 도시되어 있으며, 이는 증발기 용량에서의 퍼센트 증가가 액체 냉매 온도내의 감소함수로서 반비례함수이기 때문이다.
간략히 설명하면, 증발기(20)로 제공되는 액체 냉매의 온도가 5가지 언급된 냉매중의 어느 것에 대하여 감소하면,증발기 용량내의 퍼센트 증가가 선형적으로 형성된다. 상기 각각의 개별냉매에 대한 선형적인 변화의 정확한 경사도(S10pe)는 서로 다르지만, 결과적인 효과는 일반적으로 동일하다.
제2도에는, 열저장시스템(14)이 저온장치(60), 중간 또는 온화온도장치(70),고온장치(80)및 공기 조화장치(90)로 도시된 여러개의 냉매활용시스템에 연결되어 있다. 상기 구성예에서는, 각각의 장치가 적어도 하나의 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창장치와 상기 냉매회로에 연결된 열교환기 또는 과냉각기 각각은 과냉각장치(36)로서 명명되고, 비록 특별한 설계구조,모델 또는 형식을 갖출 수 있어도 이는 본 발명 또는 그 작동에 제한을 주는 것은 아니다. 예컨데, 평형류와 대향류는 본 기술분야에서 공지된 열교환 및 과냉각방법이다.
각각의 장치 60, 70, 80 및 90의 구조와 작동은 그 지정 온도 기술올 제외하고는 서로 유사하다. 따라서, 단지 장치(60)에 대해서만 이하에서 상세히 설명하지만, 이는 모두 장치(70)(80)및 (90)에도 적용되는 것으로 간주한다.
제2도의 장치(60)는 적어도 제1 증발기(102)를 갖춘 냉매회로(100)를 갖추고, 평행으로 연결된 제2 증발기가 도시되어 있지만, 이는 상기 회로가 상기 냉매회로(100) 내에서 상기와 유사하게 평행으로, 연결되는 다수개의 증발기를 갖출 수도 있는 것이다. 압축기 뱅크(Bank)(106)는 적어도 하나의 압축기를 갖추고, 다수개의 평행으로 연결되는 압축기(108)(110)(112) 및 (114)를 갖춘 상태로 도시되어 있다.
그리고 상기 압축기 뱅크(106)는 하나의 공통도관, 헤더 또는 매니폴드(116)에 의해서 평행으로 연결된 증발기의 후류측에 연속적으로 결합되어 통상적으로 저압의 기체인 냉매유체를 상기 뱅크(106)내의 하나 또는 다수개의 압축기에 전달시킨다.압축기(108),(110),(112)및 (114)는 냉매기체를 고압으로 압축하여 압축된 유체인기체를 제2 매니폴드 또는 도관(118)으로 배출시켜 도관(122)을 통해서 응축기(120)로 전달한다. 제2도에는, 냉매회로(100)가 저장조(124)를 갖추고, 이는 응축기(120)의 후류측에서 연결되어 과냉각장치(36) 전방의 응축된 액체 냉매를 받는다. 상기 실시예에서는, 선택적인 3방향 밸브(126)가 과냉각장치(36)에 장착되어 선택적으로 상기 팽창장치들, 예를들면 열팽창장치(TXV)(32), 과냉각장치(36) 등과 같은 장치로 냉매흐름을 제어한다
제2도에 도시된 바와같이, 과냉각장치(36)는 팽창장치(32)의 상류측도관(128)에 연결되어 팽창장치(32)와 증발기(102)(104)로 냉매흐름올 공급시킨다. 상기 유체제어벨브(126)를 통한 냉매의 유량은 과냉각정도를 제어하는데 사용된다. 또한, 과냉각장치(36)는 배출구(41)에서 펌프(40)를 갖춘 열저장시스템(14)에 도관(130)을 통해서 연결되고, 상기 펌프는 매개유체를 급송하며, 상기 매개유체는 액체와 고체의 매체가 혼합된 슬러쉬(S1ush-1ike)같은 물질이며, 과냉각장치(36)를 관통하여 연장하는 도관(42)으로 공급되어 상기 도시된 과냉각 구조물내의 냉매유체 흐름에 대한 대향류를 형성한다. 상기 저온 장치내의 과냉각 량(am0unt)은 상기 3방향 밸브(126)에 의해서 상기 과냉각장치(36)로 전달되는 액체냉매량에 비례하여조 절가능하다. 이러한 방식으로, 과냉각장치(36)로 공급되고 관통하는 과냉각된 냉매의 량은 직접도관(128)으로 전달되어 팽창장치(32)및 증발기(102)(104)로 이동되는 냉매의 일부이거나 또는 이것과 혼합될 수 있다.
따라서 사전에 설정된 또는 계산된 온도에서 냉매유체의 비례제어는 냉매회로(100)에 전달되는 것이다. 다른 실시예에서는, 선택적인 제어밸브(132)가 과냉각장치(36)의 후류측과 복귀유입구(46)의 상류측 매체 복귀도관(134)에 도시되어 있고, 이는 과냉각장치(36)로 향하도록 개방되거나, 또는 매개유체의 흐름을 개방시킬 수 있고, 과냉각장치(36)를 통과하는 매개유체의 유속을 제어할 수 있다.
이러한 후자의 조건은 과냉각장치(36)에 의한 냉매유체의 과냉각 작동을 제어할 수있는 것이다.
밸브(132)는 매체흐름 회로내의 여러위치에 위치가능하며 유체흐름을 조절한다. 또한, 펌프(40)는 속도조절이 가능하거나, 다단 속도의 펌프로 이루어짐으로서 과냉각장치(36)를 통한 물의 유속을 제어한다.
제2도에는 상기와 유사한 구조물이 중간온도의 냉각장치(70)와 고온냉각장치(80)(90)에 적용되어 있고, 각각의 장치(70)(80)및 (90)의 냉매회로는 개별적으로 작동가능하지만 이와 관련된 과냉각장치(36)는 상기 장치(60)의 과냉각장치(36)에 평행하도록 열저장 시스템에 결합 가능하여, 단독적인 장치(60)(70)(80)및 (90)의 과냉각기 각각에 대한 개별적이고 비례적인 냉매유체온도의 제어작동을 실행할 수 있다 .
그러나, 공기조화장치(90)는 증발기(152)의 상류측과 응축기(154)의 하류측에 연결된 과냉각장치(36)를 갖춘 냉매회로(150)를 갖춘다.
상기 구성에서는, 열저장시스템(14)이 선택적으로 전체 또는 부분적인 저장코일(156)에 펌프(160)와 밸브(162)를 갖출 도관(158)에 의해서 연결되어 코일(156)로 매개유체를 전달한다. 상기 구성에서는 펌프(160)가 상기 언급한 냉매회로장치 각각에 갖춰진 펌프(40)와 유사하다. 공조장치(90)의 과냉각장치(36)는 저장코일(156)의 전방과 열저장시스템(14)에 연결된 복귀도관(164)의 후류측 유입도관(158)에 결합되어 저장코일(156)로부터 저장시스템(14)으로 매개유체를 복귀시킨다. 저장코일(156)은 장치(90)내의 선택적인 구성품이고, 이는 매개유체를 직접 냉각코일(156)로 흐르게 한다.
또다른 실시예가 제3도에는 과냉각코일 또는 열저장 시스템(14)의 하우징(16)내 과냉각기(172)와 결합된 냉매회로(170)를 갖추고 있다. 냉매회로(170)는 증발기(174), 압축기(176) 및 응축기(178)를 갖추고, 이는 도관(180)(182)(184)을 통하여 연속적으로 각각 연결된다. 증발기(174), 압축기(176), 응축기(178) 및 열저장 시스템(14) 각각은 이러한 구성품들로부터 유체를 받고 배출시키기 위한 유입구와 배출구들을 갖추며, 이는 당업계에서 공지된 기술이기 때문에 특별한 설명이나 도시를 생략한다. 응축기(178)의 후류측에 위치된 저장조(179)가 도시되어 있고, 이는 여러 적용장치내에서 활용될수 있는 선택적인 구성품이며, 본 발명의 필수구성요소는 아니다. 과냉각기(172)는 열저장하우징(16)내에 위치되고, 유입도관(188)에 의해서 도관(184) 내의 응축기(178)와 복귀도관(190)사이의 도관(184)에 연결되어 회로(170)의 냉매유체를 선택적으로 방향전환하거나 과냉각시킨다. 응축기(178)와 증발기(174)상류측의 팽창장치(192)사이의 도관(184)내에 갖춰진 밸브 장치(194)는 냉매흐름을 전부 또는 부분적으로 과냉각기(172)로 방향전환시켜 하우징(16)내의 냉매유체가 열교환하여 온도강하가 이루어지도록 작동한다.
밸브장치(194)는 단지 밸브(196)와 (214)를 갖추고 이는 선(198)(205)에 의해서 연결된 솔레노이드 밸브이며 신호발생원(200)에 연결되어 선(205)을 통하여 신호를 제공함으로서 솔레노이드 밸브(206)를 개방시키거나 밀폐시카고, 도관(188)을 통하여 과냉각기(172)로 향하는 흐름을 비례제어한다. 신호 발생원(200)은 선(204)을 통해서 센서(202)에 연결되고, 센서(202)로부터의 신호에 반응하여 솔레노이드 밸브(196)(214)를 작동시킨다.
다르게는, 솔레노이드 밸브(196)(214)가 하나의 3방향 밸브로서 작동될 수 있다. 상기 검지된 신호는 여러 변수, 예를들면, 시간, 온도 또는 배관압력, 선택변수, 또는 매개변수 등이며 이는 설계적 선택사항이다. 선택적인 구성품으로서 그리고 과냉각장치에 보다 유용성(F1exibHity)을 제공하기 때문에, 제2 솔레노이드 밸브(206)는 도관(184)내에 표시되어 있고, 선(205)에 의해서 신호발생원(200)에 연결되어 센서(202)에서 제공되는 검지신호에 반응하여 신호를 받아 도관(184)내를 흐르는 유체흐름을 제어한다. 이러한 후자의 구성에서는, 밸브(206)가 유량제어밸브이어서 비례보충냉각작용을 제공하거나 또는, 도관(184)을 폐쇄하여 모든 냉매 응축액을 도관(188)과 하우징(16)내의 과냉각기(172)를 통하여 방향전환시킴으로서 밸브(206)의 후류측도관(184)으로 복귀시킨다. 또한, 밸브(206)는 정상적으로 개방되어 도관(184)만으로 냉매가 흐르도록 하여 과냉각기(172)를 피할 수도 있다. 실제로, 과냉각기(172)내의 냉매응축액을 과냉각시키거나 또는 과냉각시키지 않고서도 동시에 증발기(210)(174)를 작동시킴이 가능하다. 상기 흐름구조의 조합구성(combinations)은 단지 작업자에 의해서 요구되는 조건에 의해서만 제한되고, 적어도 상기 밸브중의 하나는 도관내의 흐름을 조절할 수 있도록 작동가능한 것이다.
제3도에는, 하우징(16)내의 열저장코일 또는 증발기(210)가 도관(184)(180)사이에서 도관(183)(185)에 각각 증발기(174)에 평행하도록 연결된다. 팽창장치(212)는 솔레노이드밸브(214)의 하류측과 증발기(210)의 상류측에 연속적으로 배열된다. 이러한 구성에서는, 솔레노이드 밸브(214)가 밸브(214)의 작동을 위하여 선(203)에 의해서 신호 발생원(200)에 연결되어 증발기(210)와 하우징(16)을 통하여 흐르는냉매유체를 방향전환시키고, 하우징(16)내에서 열저장매체를 결빙시키거나 냉각시키지만, 증발기(174)의 최소 또는 미사용기간에 제한되지는 않는다. 실제로, 밸브(196)는 증발기(210)로 향한 유체냉매의 방향전환 기간동안 증발기(174)로 흐르도록 하여주고, 그러나 밸브(196)는 열저장 싸이클 또는 작동중에 닫혀짐으로서 증발기(210)로 흐르도록 방향전환할 수 있는 것이다.
본 발명의 여러 실시예에서는, 제어밸브가 솔레노이드밸브, 활주밸브(S1ide Va1ve), 유량제어밸브 또는 그밖의 밸브들로 이루어질 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 유사하게 신호 발생원(200)은 공지된 신호발생원중의 하나일 수 있고, 타이머 등을 갖추거나, 컴퓨터 등을 갖추어 상기 검지 신호에 따라서 검지신호를 받고, 작동신호를 전달하는 방식일 수 있으며, 컴퓨터 장치 등은 가정용 열전대 및 자동차제어회로와 같은 제어회로내에 사용될 수 있다. 이러한 장치 등은 공지의 것이며 제1도와 제3도에 도시되어 있으며, 밸브, 펌프 및 신호장치(48)(200)사이의 특정 연결장치는 제2,4,10 및 11도상에서는 언급하지 않는다. 상기 유사장치들은 센서(50)(202)와 같은 센서로부터 신호를 받아 작동가동하고, 이는 시간조건, 연속조건 또는 그밖의 검지된 작동변수 또는 설계선택사항들인 것이다.
제3도에 도시된 여러밸브의 동작형태는 밸브(206)(214)(196)가 개방, 폐쇄 및 조절됨으로서 얻을 수 있는 이하의 여러가지 모드(modes)로 작동가능하다. 각각의 모드별 벨브의 위치와 배열에 대한 설명을 이하의 차트(chart)에 기재하고있다.
다른 실시예에서는, 제2도의 다수개의 장치 구성이 제10도상에서 열저장 하우징(16)내에 제공된 각 장치(60)(70)(80)과 (90)의 과냉각코일을 갖추고서 도시되어 있으며, 과냉각기 또는 과냉각장치(36)로 매개유체를 전달하기 위한 펌프(40) 및 연결 구성품들이 생략되어 있다. 이러한 몇몇의 장치에서는, 냉매응축액이 각각의 냉매회로(60)(70)(80)및 (90)으로 부터 흘러서 3방향 밸브(126)에 의해 하우징(16)내의 과냉각기 코일로 방향전환된다. 제10도의 장치에서는, 선택적인 제어밸브(132)와 펌프(40) 및, 그에 연결된 도관과 신호 발생원 연결선 등이 제2도에서와 같이는 요구되지 않는다.
밸브(126)의 작동은 신호 발생원, 즉 발생원(48) 또는 (200)으로 별도의 선에 의해 연결됨으로서 밸브들을 작동시키고 하우징(16)내의 과냉각장치(36)로 향한 냉매흐름을 방향 전환하거나 조절하여 각각의 개별장치(60)(70)(80)및 (90)등이 보충냉각제어와 장치용량의 제어 등을 실행할 수 있는 것이다.
과냉각 또는 다수개의 장치(60)(70)(80)및 (90)내에서 냉매 유체의 과냉각정도를 다양하게 얻을 수 있는 바람직한 작동 방법은 과냉각장치(36)또는 장치를 제공하게 되며, 이는 하우징(16)내의 열저장 매체 내부에 잠겨진 것들이다. 다르게는, 하우징(16)이 펌프(234)를 갖춘 도관(232)에 의해서 공간(18)과 연결되는 전환공간(230)을 포함할 수 있다. 상기 실시예에서는, 과냉각장치(36)가 기준위치에서 공간((18)내 매체상부의 위치에서 용기공간(18)내에 위치된다.
챔버(230)내의 매개유체는 공간(18)으로 급송되어 공간(18)내부의 매체수준을 높이고, 장치(36)를 전체 또는 부분적으로 잠기게 하며, 따라서, 상기 코일을 통하는냉매유체의 과냉각 또는 과냉각정도를 다양하게 할 수 있다. 상기 실시예에서는, 냉매유체 흐름이 장치(36)를 통하여 제3도의 벨브(132)도움없이 또는 제10도의 밸브(126)없이도 연속적으로 이루어질 수 있다.
제10도에는 펌프(234)가 신호발생원(200)에 선(223)을 통하여 연결되고 작동가능하여 챔버(230)로부터 공간(18)으로 유체를 전달한다. 챔버(230)로의 매개유체의 복귀는 선(221)을 통해서 신호 발생원(200)에 연결된 솔레노이드 밸브(236)에 의해서 조절되어 챔버(23이로 매개유체가 복귀된다.
상기 실시예에서, 과냉각의 양(amount)은 공간(18)내의 과냉각장치(36)의 매개유체덮개의 침강깊이에 의해서 제어된다. 장치(90)는 열매체가 코일(136)로 전달되거나, 전달받는 완만한 또는 부분적인 저장시스템일 수도 있다.
제4도에 도시된 다른 실시예에서는, 과냉각 및 열저장 장치가 열저장 코일내에 직접 팽창장치를 수용할 수 없는 장치에 적용되어 있다. 상기 구성에서는, 상부 또는 기본 회로 장치(300)가 압축기 뱅크(106), 제1 및 제2 증발기(102)(104), 응축기(120), 팽창장치(32) 및 다수개의 회로(118)(122)(128) 등을 갖추고 있다. 공간(18)내에 과냉각장치(36)와 냉매코일(302)을 갖춘 열저장유니트(14)는 공간(18)내에서 매체를 냉각시키거나 결빙시키도록 하우징(16)내에 위치되어 있다.
상기 조립체(300)에서는 용기 및 튜브식 교환기등으로 이루어지는 열교환기(304)가 증발기(102)(104) 및 그 제어밸브/팽창장치(308)와 평행으로 냉매회로(300)에 결합되고 과냉각장치(36)또는 응축기(120)와 도관(128)으로부터 열교환기(304)로 냉매응축액을 전달하도록 개방된다. 제2 회로 루프(310)는 열교환기(304)와 냉매코일(302)사이에서 연결되어 글리콜 혼합체와 같은 제2 냉매유체를 갖추고, 이는 열교환기(304)내에서 팽창하는 제1 냉매에 의해서 냉각되며, 상기 제2 냉매가 냉매코일(302)을 통과하게 되면 공간(18)내의 매체를 냉각시킨다. 펌프(40)가 루프회로(310)내에 제공되어 루프(310)내의 제2 냉매를 급송한다. 선택적인 저장조(124)가 다시 기초 회로(300)에 제공되지만, 솔레노이드 또는 비례제어벨브(322) 등을 갖춘 우회로프(320)가 과냉각장치(36)내에 연결되고 응축유체를 도관(128)과 팽창장치(32) 및 (308)로 전달하도록 작동가능하다.
유체회로(322)는 회로(60)(70)및 (80)와 유사하고, 열저장유니트(14)에 연결되어 작동가능하며, 이러한 유체회로(322)는 회로(300)와 동시에 작동하거나 또는 독립적으로 작동가능하다.
상기 실시예에서는, 회로(300)로부터의 냉매유체가 공간(18)내에서 열축적 매개유체를 제공하도록 작동가능하다. 일반적으로, 상기 냉각된 또는 결빙매체는 전력비수기 시간내에 작동된다. 이러한 방식 또는 구성품의 배치는 개장시스템(retrofittab1e system)에 특히 적합함을 알 수 있다. 그러나, 펌프 및 솔레노이드 또는 비례 제어밸브 등은 상기 구조에서 신호발생원, 즉 제1도와 3도의 신호 발생원(48)(200)에 연결가능하여 상기 장치에 의해서 작동가능하다. 팽창장치는 냉매를 코일(302)내부로 직접 공급하여서 직접 팽창시키는 장치에도 적용가능한 것이다.
제11도에 도시된 또다른 실시예에서는, 유체냉각기, 냉각탑(250)이 제2도의 장치(60)(70)(80)및 (90)와 열저장 시스템(14)사이에서 연속적으로 배열가능하다.상기 구성에서는, 매개유체가 상기 냉매 및 공기조화장치 각각의 과냉각장치(36)로 열저장 시스템(14)으로부터 전달된다. 그러나 도관에 의해서, 열저장 시스템(14)으로 복귀되는 매개유체는 연속적으로배열된 유체냉각기 또는 냉각탑(250)을 통하여 흘러서 하우징(16)전방의 매체온도를 낮추고, 따라서 열저장용기의 요구크기를 적게 하며,또한 이에 필요한 자본과 가동비용을 절감시킨다. 유체냉각기(250)의 동작은 공지된 기술이지만, 하우징(252), 유체이송코일(254), 분사헤더(256) 및 펌프(258)가 함께 도시되어 있다.
이러한 구성에서는, 냉각기(250)내의 냉각수가 냉각코일(254)상으로 분사되고, 상기 냉각코일(254)내에는 하우징(16)로부터의 약간의 매개유체가 보충되어지는 과냉각장치(36)로 직접 복귀하거나 또는 시스템(14)의 공간으로 복귀되도록 하여주는 각각의 도관(130)으로 복귀되기 전의 매체가 통과하는 것이다.
3방향 밸브(260)가 복귀구(46), 도관(130) 및 코일(254)사이에 결합되어 시스템(14)과 유체냉각기(250)로부터 도관(130)으로 흐르는 유체 흐름을 조절하게 된다.
제12도에 도시된 또다른 실시예는, 열저장시스템(14)의 하우징(16)내에 갖춰진 과냉각코일 또는 과냉각기(172)에 결합된 냉매회로(170)를 갖추고 있다.
냉매회로(170)는 증발기(174),압축기(176)및 웅축기(178)를 갖추고,이들을 각각 도관(180)(182)및 (184)(191)에 연속적으로 연결된다.
팽창장치(192)가 증발기(174)의 상류측 도관(191)에 위치된다. 과냉각코일(172)이 열저장하우징(16)내에 위치되고, 유입도관(188)과 복귀관(190)에 의해서 응축기(178)와 회로(184)사이의 도관(184)에 연결되며, 회로(170)로부터의 냉매유체를 과냉각시킨다. 도관(184)와 (191)사이에는 밸브장치(206)가 위치되어 과냉각기(172)주위의 냉매일부, 모두를 방향전환시키거나 또는 전혀 아무것도 방향전환시키지 않음으로서 하우징(16)내의 냉매유체 열교환과 온도강하 작동을 수행한다.
밸브(206)가 선(205)에 의해서 신호발생원(200)에 연결되고, 상기 신호발생원은 밸브(206)을 각각 개방, 폐쇄 또는 조정위치로 작동시키는 신호를 제공한다.
냉각매체주위의 하우징(17)또는 공간(19)은 열저장시스템(14), 냉각매체(19), 증발기(174), 과냉각기의 코일(172), 열전달차단벽(238) 및 팬 또는 댐퍼(240) 등을 동일 냉각구조물내에 위치시킨다. 열전달차단벽(238)이 위치되어 팬 또는 댐퍼(240)가 작동되지 않는 한 열저장시스템(14)을 분리시켜 증발기 코일(174)로의 열이동을 차단하고 있다.
팬 또는 댐퍼(240)는 선(195)에 의해서 신호발생원(200)에 연결되고,상기 신호발생기는 팬 또는 댐퍼(240)를 오프(0ff), 온(0n)또는 조정조건으로 작동시키는 신호를 제공하여 열저장시스템(14)을올 재충전시키는 시간과 속도를 제어한다.
일단 압축기(176)가 정지되면, 냉각매체(19)는, 원하는 온도 이하 또는 다른 필요한 작동변수내에 있어야만 한다. 열저장시스템(14)은 팬과 댐퍼시스템(240)을 작동시킴으로서 열저장시스템(16)으로부터 냉각매체(19)로의 열전달을 수행함으로서 재충전될 것이다. 만일, 냉각매체(19)내에 감지할 수 있는 부하가 존재하지 않는다면,압축기(176)는 단지 열저장시스템(14)을 충전시키는데 필요한 부하가 상기 매체(19)의 그밖의 작동변수에 일치되도록 하기 위한 온도증가 또는 반응을 초래하는경우에만 싸이클의 온과 오프 동작을 하게 된다.
센서(202)로부터 신호 발생원(200)으로의 검지된 신호는, 여러 변수, 예를들면, 시간 또는 온도 또는 배관 압력등이며, 이러한 선택변수 또는 변수들은 설계적 선택사항이다.
제12도의 실시예는, 감소된 냉매충전, 증발기(210)과 도관(185)(183)의 제거, 팽창장치(212)의 제거, 솔레노이드밸브(214)(196)의 제거 및, 이와 유사한 제어계통을 제거할 수 있다. 상기 실시예는 냉장고 또는 냉동기에서 가장 적합한 적용예를 찾을 수 있고, 이는 조절공간내측에 과냉각코일과 열저장시스템을 갖출 수 있는 것들이다.
상기 언급된 실시예 모두는 열저장 시스템을 재충전하면서 냉각 회로내에서의 냉각작동올 동시에 수행하는 능력을 제공한다. 이는 제1,2 10 및 11도에 도시되어 있으며, 단독거치식 얼음 열저장시스템 또는 특정실시 구조에서는 저온 저장조 등을 활용하고 있다.
제 3,4 및 12도의 실시예는 이러한 목적을 달성하는 바,이는 냉매회로의 열저장 충전수단이 냉각증발기에 평행으로 연결되어 열저장 시스템내의 요구 조건을 제공하기 때문이다. 상기 실시예에서는, 냉각되어야할 증발기 부하가 총 냉각시스템 용량으로부터 재충전도중에 생성된 부하를 감한 용량에 일치하거나 그 이하인 경우는 동시 재충전 작동이 가능하다.또한,제3,4 및 12실시예는 냉각냉매회로의 작동에 영향을 주지 않고 열저장 재충전 작동올 중단하거나 그 속도를 감소시킬 수 있다.
상기 구성에서는, 다수개의 압축기가 기존의 압축기에 평행으로 부가되어 높은 압축기 용량을 허용함으로서 열저장시스템은 충전시키고, 고장난 또는 작동불능의 압축기에 대한 백-업 유니트(Back-up unit)로서 작동가능하다.
상기에서는 본 발명의 특정실시예에 대하여 설명하였고 여러 가지 변경구조나 수정구조가 제작될 수 있으나, 이러한 수정 및 변경구조들은 본 발명의 범주와 사상내에 포함되는 것이다.

Claims (24)

  1. 냉매회로의 열용량 및 효율을 증가시키기 위하여 냉매회로에서 냉매유체의 액체 응축물을 과냉각하고, 상기 냉매회로는 적어도 하나의 물질과 볼륨(v01ume)을 냉각하도록 조작가능한 적어도 하나의 기구를 갖춘 조립체에 있어서, 냉각유체 및, 냉각유체와 결빙물질의 흔합체중의 하나를 가지는 열 저장매체 ; 상기 저장매체는 하우징내에 위치하며, 상기 적어도 하나의 냉각 작동하는 기구는 상기 냉각유체를 응축물로 응축시키기 위한 수단을 가지고, 상기 응축물은 상기 응축수단 후류측에서 제 1온도를 가지며,하우징을 가짐으로서 상가 저장매체를 저장하도록 된 저장수단 ; 결합을 위한 수단 ; 상기 제 1온도보다 낮은 제 2온도에서 상기 냉매 회로로 되돌아가도록 하고, 상기 제 1온도에서 상기 후류측 응축물과 연결되도록 하는 결합수단에 의하여 상기냉매회로에 결합된 상기 각각의 기구에 대한 열교환 수단 ; 상기 결합수단에 의하여 열교환 수단에 결합된 열저장 수단 ; 상기 열저장 수단과 열교환 수단사이에 결합되고, 상기 냉각유체 및, 상기 냉각유체와 결빙물질의 하나를 상기 열교환 수단에 전달하여 열교환 수단에서 냉각응결물의 온도를 상기 제 2 및 보다 낮은 온도로 감소시키도록 작동되며, 상기 펌프의 후류측 냉각유체 및, 냉각유체와 결빙물질의 혼합체중의 하나와, 상기열교환 수단을 결합수단에 의하여 하우징에 연결하고, 상기 응축물 제 1온도보다 낮은 제 3온도에 있는 상기 열 저장매체의 냉각유체 및, 냉각유체와 결빙물질의 혼합체중의 하나를 펌핑하기 위한 수단 ; 및, 상기 매체온도를 상기 열교환기의 상류측 제 1응결물 온도보다 낮도록 감소시키도록 작동되며, 상기 열저장 수단을 재충전하기 위한 수단 ; 을 포함함을 특징으로 하는 과냉각 조립체.
  2. 1항에 있어서, 상기 열교환수단은 과냉각기(subc001er)임을 특징으로 하는 조립체.
  3. 2항에 있어서, 상기 과냉각기는 역류 열교환기임을 특징으로 하는 조립체.
  4. 2항에 있어서, 상기 과냉각기는 평행류 열교환기(para11e1 f1ow heatexchanger)임을 특징으로 하는 조립체.
  5. 2항에 있어서, 상기 과냉각기는 교차류(cross-f1ow)열교환기임을 특징으로 하는 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 냉매회로는 냉매유체로 작동가능한 복수의 기구를 더 포함하며, 상기 결합수단에 의하여 상기 각각의 장치에 냉매유체를 과냉각하도록 연결됨으로서 냉매회로에서 냉매유체를 액체 응결물로 과냉각하도록 된 조립체.
  7. 1항에 있어서, 상기 냉매회로는 냉각장치와 에어컨디셔닝 장치중 최소하나임을특징으로 하는 조립체.
  8. 6항에 있어서, 상기 복수의 장치는 냉각장치와 에어컨디셔닝 장치중 최소하나를 가짐을 특징으로 하는 조립체.
  9. 냉매유체를 갖는 적어도 하나의 냉각회로를 갖고, 상기 냉매회로는, 증발수단, 냉매유체를 압축하기 위한 수단, 냉매유체를 후류측 제 1온도에서 응축물로 응축시키기 위한 수단, 상기 냉매유체 응축물을 팽창시키기 위한 수단, 및 증발수단, 압축수단 및 응축수단을 상기 냉매회로에서 연결시키도록 상기 냉매유체를 안내하기 위한 수단을 가짐으로서 제 1유체유속 및 기준 증발기 용량으로 운전가능한 냉각 및 열교환 시스템에 있어서, 응축물 제 1온도보다 낮은 제 2온도에서 팽창수단으로 냉매유체 응축물을 제공하도록 상기 응축물을 제 1온도에서 과냉각하기 위한 수단을 가지며, 상기 과냉각수단은, 상기 응축수단의 후류측 냉매유체 응축물의 적어도 일부를 전달받고 상기 냉매유체를 팽창수단의 상류측 냉매회로에 전달하도록 상기 안내수단에 의하여 상기 응축수단의 후류측 냉매회로에 결합된 과냉각장치와, 상기 응축물제 1온도보다 낮은 제 2온도에서 열저장매체를 열저장하기 위한 수단을 포함하며, 상기 과냉각장치는 열저장유니트내에 위치하고, 상기 기준유체유속에서 증발기용량을 증가시키거나 압축기 크기를 줄인 시스템에서 시스템 기준 증발기 용량을 유지할 수 있도록 과냉각장치를 통하여 상기 팽창수단으로 전달되는 상기 응축물 제 1온도를 감소시키도록 작동가능하도록 하는 냉각 및 열교환시스템.
  10. 9항에 있어서, 나아가 상기 과냉각수단과 상기 안내수단 사이의 유체흐름을 조절하는 제어수단을 포함함을 특징으로 하는 냉각 및 열교환시스템.
  11. 10항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 안내수단내에 있는 적어도 하나의 밸브 ; 신호롤 제공하도록 작동되는 검출수단 ; 제 1라인 ; 상기 제 1라인에 의하여 상기 검출수단에 연결되고 상기 신호를 수신하도록 작동되는 신호소스 ; 제 2라인 ; 을 가지며, 상기 신호수단은 제 2라인에 의해 상기 적어도 하나의 밸브에 연결되고 상기 팽창수단에 대하여 상기 과냉각수단을 통하여 상기 냉매흐름을 조절하도록 상기 신호에 따라 작동가능함올 특징으로 하는 냉각 및 열교환시스템.
  12. 10항에 있어서, 상기 유체흐름제어수단은 상기 과냉각수단과 평행하게 상기 안내수단내에 있고, 상기 과냉각수단으로 흐름을 전환시키도록 작동하는 제 1밸브 ; 제 1라인 ; 검출신호를 제공하도록 작동되는 검출수단 ; 상기 검출신호를 받도록 상기 제 1라인에 의해 상기 검출수단에 연결된 신호소스 ; 상기 제 1밸브를 작동시키는 작동신호를 전달하기 위해 상기 제 1벨브에 상기 신호소스를 연결하는 제 2라인 ; 상기 제 1밸브와 냉각수단 하부의 상기 안내수단에 있는 제 2밸브 ; 및 상기신호소스와 상기 제 2밸브 사이에 연결된 제 3라인을 갖고, 상기 제 2밸브는 상기신호소스로부터의 신호에 부응하여 상기 과냉각수단을 통하는 상기 냉매흐름을 조절하여 상기 팽창수단에 대한 상기 응축물 온도를 제어함을 특징으로 하는 과냉각및 열교환시스템.
  13. 냉매유체를 함유한 적어도 하나의 냉매회로를 갖고 제 1유체 유속 및 기준증발기용량으로 작동가능한, 과냉각 및 열교환 시스템에 있어서, 상기 냉매회로는 증발수단, 냉매유체 압축수단, 상기 냉매유체를 압축물로 압축시키는 수단, 상기 냉매유체 압축물을 팽창시키는 수단 및, 상기 증발수단, 상기 압축수단 및 상기 응축수단을 연결하는 상기 냉매유체 안내수단 및 상기 팽창수단에 감소된 온도의 냉매를 제공하는 수단을 갖고, 상기 감소된 온도의 냉매를 제공하는 수단은, 상기 응축수단과 팽창수단 사이에서 냉매회로에 연결되고, 제 1온도로 응축수단으로부터 후류측으로 배출되는 상기 응축수단 후류측 냉매유체 응축물의 최소 일부를 받도록 작동하는 과냉각수단 ; 상기 제 2온도로 하우징내에서 열저장 하우징과 열저장매체를 갖고, 상기 응축물제 1온도보다 낮은, 저장매체의 냉각점에 있는 열저장 시스템 ; 상기 유체매체를 상기 열저장시스템에서 상기 과냉각수단으로 그리고 상기 유체매체를 상기 과냉각수단에서 상기 열저장수단으로 전달하기 위해 열저장시스템과 상기 과냉각수단 사이에 연결된 제 2안내수단 ; 을 포함하고, 냉매유체 응축물 제 1온도를 제 1온도보다 낮은 제 3온도로 감소시키도록 작동하기 위하여, 제 1냉매유속에서 증발기 용량을 증대시키거나 감소된 압축기 용량에서 기준 증발기수단 용량을 유지하도록 하는 냉매회로를 제공할 수 있도록 제 1온도보다 낮은 온도에서 상기 결합된 냉매회로의 팽창수단에 제 3온도로 상기 유체 응축물을전달함을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  14. 13에 있어서, 나아가 상기 제 2안내수단내에 펌프를 포함하며, 상기펌프는 상기 제 2안내수단을 통해 상기 유체매체를 이송시키게 되어 있음을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  15. 14항에 있어서, 나아가 복수의 냉매회로를 포함하고, 그 회로 각각은 과냉각수단 및 상기 열저장 수단에 연결된 상기 제 2안내수단내에 있는 펌프를 포함하고, 그 펌프는 상기 과냉각 및 제 2안내수단을 통해 유체매체를 이송하게 되어있음을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  16. 13항에 있어서, 상기 유체매체는 물임을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  17. 13항에 있어서, 상기 유체매체는 클리콜과 물의 혼합물임을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  18. 15항에 있어서, 상기 복수의 냉매회로 중 최소하나는 에어-컨디셔닝장치임을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  19. 15항에 있어서, 상기 냉매회로 각각은 상기 과냉각수단 및 안내수단을 통해 유체흐름을 조절하고 선택적으로 전환시키는 수단을 가짐을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  20. 19항에 있어서, 상기 냉매흐름을 조절하고 전환시키는 수단은 제어벨브임을 특정으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  21. 19항에 있어서, 상기 제어수단은 솔레노이드 작동밸브임을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  22. 19항에 있어서, 나아가 검출된 신호를 제공하도록 작동하는 검출수단, 연결수단, 및 작동 신호를 제공하는 최소 하나의 신호소스를 포함하고, 상기 검출수단은 상기 연결수단에 의해 상기 신호소스에 연결되어 상기 신호소스에 상기 검출된 신호를 제공하며, 상기 연결수단은 상기 신호소스를 상기 제어수단으로 연결하여 상기 제어수단을 작동시키는 상기 작동신호를 전달함을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  23. 22항에 있어서, 상기 각 회로내의 상기 제어수단은 상기 냉매회로내에서 상기 안내수단과 상기 과냉각수단을 통한 상기 냉매 응축물 흐름을 조절하도록 작동하는 제어밸브임을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
  24. 냉매유체를 갖는 적어도 하나의 냉매회로, 상기 냉매유체의 온도를 제 1온도에서 제 2온도로 감소시키도록 작동가능한 과냉각수단을 갖춘 냉각 및 열교환시스템에 있어서, 제 1유체유속과 기준 증발용량에서 작동가능하도록 된 상기 각 냉매회로는, 상기 냉매유체를 증발시키기 위한 수단, 상기 증발된 냉매유체를 압축하기 위한 수단, 상기 증발된 냉각유체를 제 1온도에서 응축물로 응축하기 위한 수단, 상기 응축물을 팽창시키기 위한 수단 및,상기 냉매회로에서의 작동올 위하여 상기 증발수단, 상기 압축수단, 상기 응축수단 및 팽창수단과 연결됨으로서 냉매유체를 안내하기 위한 수단을 갖고, 상기 과냉각수단은, 상기 응축물 제 1온도보다 낮은, 제 3온도에 있는 열저장매체 ; 상기 열저장 매체를 상기 응축물 제 1온도보다 낮은 온도에서 저장하기 위한 수단 ; 상기 매체를 열저장수단에서 제 3온도로 재충전하기 위한 수단 ; 상기 응축수단 후류측 제 1온도에서 응축유체의 적어도 일부를 받을 수 있도록 상기 안내수단에 의하여 연결되고,상기 팽창장치로 연결되는 상기 응축물의 제 1온도를 감소시키며, 상기 제 1기준유체유량에서 증발기 용량을 증가시키거나 상기 압축수단에 대하여 감소된 크기에서, 기준증발기 용량을 유지할 수 있도록 작동가능한 과냉각기 ; 를 포함함을 특징으로 하는 과냉각 및 열교환시스템.
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