KR20030041984A - 가역 증기 압축 시스템 - Google Patents

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Abstract

가역 증기 압축 시스템은, 일체형 주회로를 형성하도록 작동 가능한 관계로 도관에 의해 연결되는, 압축기(1), 내부 열교환기(2), 팽창 장치(6), 그리고 외부 열교환기(3)를 포함한다. 시스템을 가열 모드로부터 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 역전시킬 수 있도록, 제1 수단은 주회로에서 압축기와 내부 열교환기 사이에 마련되며, 제2 수단은 내부 열교환기와 외부 열교환기 사이에서 주회로의 양측에 마련된다. 시스템을 역전시키는 제1 및 제2 수단은 제1 및 제2 부회로(각각 A, B)를 포함하며, 이들은 흐름 역전 장치(각각 4, 5)를 통해 주회로에 연결된다. 본 발명의 시스템에는 냉매, 특히 이산화탄소용 가역 열교환기가 포함된다. 이는 다수의 상호 연결된 섹션을 포함하며, 이들 섹션은 공기 흐름이 그 섹션을 순차적으로 통과하도록 배치된다. 첫째 섹션과 마지막 섹션이 상호 연결되어, 연교환기에서의 냉매 유체의 흐름이 각 섹션 사이에 마련된 흐름 변환 장치에 의해 가열 모드에서 냉각 모드로 변환될 수 있다.

Description

가역 증기 압축 시스템{REVERSIBLE VAPOR COMPRESSION SYSTEM}
비가역 증기 압축 시스템은 기본 형태로서 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 압축기(1), 열 리젝터(heat rejecter)(2), 열 흡수기(3), 그리고 팽창 장치(6)가 마련된 하나의 주회로로 구성된다. 상기 시스템은 가열 또는 냉각 모드 중 어느 것으로든지 기능할 수 있다. 이 시스템을 가역적으로 만들기 위해, 다시 말하면 열 펌프 및 냉동 시스템 모두로 작동할 수 있게 하기 위해, 공지의 종래 기술에서는 그러한 목표를 달성하도록 다양한 시스템 설계의 변경 및 상기 회로에 대한 새로운 구성 요소를 추가한다. 그러한 공지의 종래 기술 및 그 단점들이 이하에 기재되어 있다.
가장 통상적으로 사용되는 시스템은 도 2에 도시한 바와 같이 압축기, 흐름 역전 밸브, 내부 열교환기, 내부 열교환기, 2개의 스로틀 밸브, 2개의 체크 밸브, 외부 열교환기, 저압 리시버/어큐뮬레이터를 포함한다. 시스템의 역전은 흐름 역전 밸브, 2개의 체크 밸브, 2개의 스로틀 밸브를 사용하여 실행된다. 이러한 해법의 단점은 2개의 스로틀 밸브를 사용하며, 내부 열교환기가 가열 또는 냉각 방식 중 어느 방식에서든지 바람직하지 못한 평행 유동 상태에 있을 것이라는 점이다. 게다가, 그러한 해법은 유연성이 거의 없어, 중간 압력 리시버를 사용하는 시스템과는 함께 효율적으로 사용될 수 없다.
EP 0604417 B1 및 WO90/07683에는 초임계 증기 압축 사이클 장치와, 초임계의 높은 압력을 조절하는 방법이 개시되어 있다. 개시된 시스템은 압축기, 기체 냉각기(응축기), 역류 내부 열교환기, 증발기, 그리고 리시버/어큐뮬레이터를 포함한다. 고압 제어는 리시버/어큐뮬레이터의 냉매 저장량(inventory)을 변화시킴으로써 달성된다. 역류 내부 열교환기의 고압 출구와 증발기의 유입구 사이에 스로틀 장치가 조종 수단으로서 사용된다. 이러한 해법은 열 펌프 또는 냉동 모드에서 사용될 수 있다.
추가로, DE19806654에는 내연 기관에 의해 동력이 공급되며 엔진 냉각 시스템을 열원으로 사용하는 차량용 가역 열 펌프 시스템이 기재되어 있다. 개시된 시스템은 열 펌프 작동 모드에서 고압 냉매를 바닥 공급식으로 방류하는 중간 압력 리시버를 사용하며, 이는 이상적이지는 않다.
또한, DE1981374C1에는 엔진으로부터의 배기 가스가 열원으로 사용되는 차량 공조용 가역 열 펌프 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템의 단점은 배기 가스의 온도가 비교적 높기 때문에 배기 가스의 열을 회수하는 열교환기(사용중이지 않는 때)에서 기름 변질의 가능성이 있다.
또한, US5890397에는 하나의 역전 장치와, 양쪽의 흐름 방향으로 작동할 수 있는 특별히 제작된 스로틀 밸브를 사용하는 단일 단의 가역 초임계 증기 압축 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템의 주요 단점은 특별히 제작된 스로틀 벨브에 의해 요구되는 복잡한 제어 방법이다. 게다가, 현 상태에서 상기 시스템은 단일 단의 시스템에만 적용할 수 있다.
또 다른 특허, US5473906에는 가열 모드에서 냉각 모드로의 시스템의 작동을 역전시키기 위해 2개 이상의 역전 장치를 사용하는 차량용 공조 시스템이 개시되어 있다. 게다가, 상기 특허된 시스템은 2개의 내부 열교환기를 구비한다. 본 발명과 비교하면, 상기 특허에서 제시된 하나의 실시예에서는 내부 열교환기가 스로틀 밸브와 제2 역전 장치 사이에 배치되도록 구성되어 있다. 이러한 구성의 주요 단점은 내부 열교환기의 출구로부터의 저압 증기가 제2 역전 장치를 통과하여야만 하며, 그 결과 냉각 모드에서 저압 냉매(흡입 가스)에 대한 추가의 압력 강하를 초래한다는 점이다. 가열 모드에서, 상기 시스템은 또한 배출 가스가 냉각되기 전에 2개의 역전 장치를 통과하여야 하기 때문에, 상기 시스템의 열 리젝션(rejection)측에서 보다 큰 압력 강하를 경험한다. 상기 특허의 다른 실시예에서, 동일한 내부 열교환기가 제1 역전 장치와 압축기 사이에 배치된다. 이 실시예 또한 가열 모드로 작동시에 열 리젝션측에서의 보다 큰 압력 강하를 초래한다. 또 다른 실시예에서는 압축기가 2개의 4방향 밸브와 직접 연통한다. 이 실시예는 또한, 상기 흡입 기체가 압축기로 들어가기 전에 상기 2개의 4방향 밸브를 통과해야만 하기 때문에, 냉각 모드에서 저압 냉매(흡입 기체)에 대한 추가의 압력 강하를 초래한다. 가열모드에서는 또한 보다 큰 압력 강하를 경험한다. 게다가, 제시된 실시예에서 응축기 뒤에 리시버를 배치하는 것은 응축기 및 증발기 열교환기를 구비한 종래의 시스템에서만 사용할 수 있으며, 고안된 시스템이 초임계 작동에서의 어떤 기능도 갖고 있지 않기 때문에 초임계 작동에서는 적합하지 않게 된다. 상기 시스템의 다른 일반적인 단점은, 상기 특허가 단지 차량의 공조만을 목적으로 하기 때문에, 본 발명에서와 같이 물의 가열 및 냉각이 조합된 2단 압축의 간단한 단일의 시스템 등의 다른 용례를 위한 실시예를 제공하지 못한다는 점이다.
본 발명의 제2 양태와 관련하여, US-Re030433에서는 열교환기의 응축기 및 증발기로의 작동을 언급하는 한편, 본 특허 출원은 증발기 및 기체 냉각기로의 작동과 관련이 있다. 본 특허 출원의 경우 냉매는 단일 상의 유체이며, 응축기 유출은 발생하지 않는다. 기체 냉각기에 있어서, 그 목적은 종종 공기 흐름을 소정 범위의 온도에 걸쳐 가열하는 것이며, 이는 열교환기의 섹션들이 공기측과 같은 방향으로 작동한다면 이루어지지 않는다. 따라서, 기체 냉각기에서 회로의 구조는 응축기로서의 기능을 필요로 하는 열교환기의 구조와는 상이할 것이다. 본 특허 출원에서, 공기는 항상 열교환기의 섹션들을 통과해 연속적으로 유동하는 한편, US-Re030433에서는 공기는 평행 상태로 모든 "열 전달 영역"을 통과해 유동한다.
다른 특허, US-Re030745에는 작동이 응축기 모드와 증발기 모드로 한정되어 있다는 점을 비롯하여, 전술한 특허(US-Re030433)와 유사한 점이 많은 가역 열교환기가 개시되어 있다. 또한, 이 경우에는 공기가 모든 섹션을 걸쳐 평행 상태로 유동한다. 다른 중요 차이점은 증발기로의 작동 중에 모든 섹션이 냉매측에 평행하게 연결되는 열교환기가 상기 특허에 개시되어 있다는 점이다. 본 특허 출원에 있어서, 냉매는 증발기 모드에서도 열교환기를 통해 순차적으로 유동한다는 점이다.
본질적으로, 본 특허 출원은, 하나의 모드에서 임계 압력 이상으로 압축된 냉매를 냉각시키고 공기를 가열하여 가열기로서 기능을 하는 한편, 다른 모드에서는 증발기로 작동하는 가역 열교환기가 기재되어 있으며, 두 경우에 모두 냉매와 공기는 상기 섹션들을 통해 순차적으로 유동한다. 유일한 차이점은 기체 냉각기로의 작동시에는 냉매가 공기에 대해 반대 방향 흐름으로 모든 섹션을 통과해 순차적으로 유동하는 한편, 증발기로 작동시에는 2개의 섹션 위에 또 2개의 섹션들이 같은 방향으로 연결된다.
이러한 양태는 상기한 두 특허에 포함되지 않으며, 전술한 특허 어느 것도 기체 냉각기로 작동시에는 원하는 목적을 수행하지 못할 것이다.
본 발명은, 임의의 냉매, 특히 이산화탄소를 사용하여 초임계 또는 아임계 상태에서 작동하는 냉동 시스템, 공조 시스템, 열 펌프 시스템 및/또는 이들의 조합과 같은 증기 압축 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가역 냉동/열 펌프 시스템으로서 작동하는 장치에 관한 것으로, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 비가역 증기 압축 시스템의 개략도이다.
도 2는 가역 열 펌프 시스템을 실현하는 가장 통상적인 시스템 회로의 개략도이다.
도 3은 가열 모드로 작동 시의 제1 실시예의 개략도이다.
도 4는 냉각 모드로 작동 시의 제1 실시예의 개략도이다.
도 5는 가열 모드로 작동 시의 제2 실시예의 개략도이다.
도 6은 냉각 모드로 작동 시의 제2 실시예의 개략도이다.
도 7은 가열 모드로 작동 시의 제3 실시예의 개략도이다.
도 8은 냉각 모드로 작동 시의 제3 실시예의 개략도이다
도 9는 열 펌프 모드로 작동 시의 제4 실시예의 개략도이다
도 10은 냉각 모드로 작동 시의 제4 실시예의 개략도이다.
도 11은 열 펌프 모드로 작동 시의 제5 실시예의 개략도이다
도 12는 냉각 모드로 작동 시의 제5 실시예의 개략도이다.
도 13은 열 펌프 모드로 작동 시의 제6 실시예의 개략도이다
도 14는 냉각 모드로 작동 시의 제6 실시예의 개략도이다.
도 15는 열 펌프 모드로 작동 시의 제7 실시예의 개략도이다
도 16은 냉각 모드로 작동 시의 제7 실시예의 개략도이다.
도 17은 열 펌프 모드로 작동 시의 제8 실시예의 개략도이다
도 18은 냉각 모드로 작동 시의 제8 실시예의 개략도이다.
도 19는 열 펌프 모드로 작동 시의 제9 실시예의 개략도이다
도 20은 냉각 모드로 작동 시의 제9 실시예의 개략도이다.
도 21은 열 펌프 모드로 작동 시의 제10 실시예의 개략도이다
도 22는 냉각 모드로 작동 시의 제10 실시예의 개략도이다.
도 23은 열 펌프 모드로 작동 시의 제11 실시예의 개략도이다
도 24는 냉각 모드로 작동 시의 제11 실시예의 개략도이다.
도 25는 열 펌프 모드로 작동 시의 제12 실시예의 개략도이다
도 26은 냉각 모드로 작동 시의 제12 실시예의 개략도이다.
도 27은 열 펌프 모드로 작동 시의 제13 실시예의 개략도이다
도 28은 냉각 모드로 작동 시의 제13 실시예의 개략도이다.
도 29는 가열 모드로 작동 시의 제14 실시예의 개략도이다
도 30은 냉각 모드로 작동 시의 제14 실시예의 개략도이다.
도 31은 가열 모드로 작동 시의 제15 실시예의 개략도이다
도 32는 냉각 모드로 작동 시의 제15 실시예의 개략도이다.
도 33은 가열 모드로 작동 시의 제16 실시예의 개략도이다
도 34는 냉각 모드로 작동 시의 제16 실시예의 개략도이다.
도 35는 가열 모드로 작동 시의 제17 실시예의 개략도이다
도 36은 냉각 모드로 작동 시의 제17 실시예의 개략도이다.
도 37은 가열 모드로 작동 시의 제18 실시예의 개략도이다
도 38은 냉각 모드로 작동 시의 제18 실시예의 개략도이다.
도 39 내지 도 46은 본 발명의 제2 양태의 개략도이다
본 발명은, 가역 증기 압축 시스템에 그 시스템의 효율을 손상시키지 않으면서 새롭고 개선되었으며, 간단하고 효과적인 역전 수단을 제공함으로써 전술한 시스템들의 단점을 해결한다. 본 발명은 첨부된 독립 청구항 제1항에서 한정하는 바와 같이, 내부 및 외부 열교환기를 포함하는 주회로가 제1 및 제2 흐름 역전 장치를 통해 압축기를 포함한 제1 부회로와, 팽창 장치를 포함한 제2 부회로와 연통한다는 점을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태는 열교환기의 성능을 손상시키지 않으면서 열 펌프 시스템과 함께 사용할 수 있는 가역 열교환기에 관한 것이다. 이는 열교환기에서의 냉매 유체의 흐름이 열교환기 섹션들 사이에 마련된 흐름 변환 장치에 의해 가열 모드에서 냉각 모드로 변환될 수 있다는 점을 특징으로 한다.
본 발명의 추가의 실시예는, 예를 들어 공기를 열원으로 사용하여 열 펌프에서 열교환기의 서리 제거를 위한 공지의 방법을 채택한 증기 압축 서리 제거 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 역전 프로세스가 첨부된 독립 청구항 제1항에서 한정하는 바와 같이 2개의 역전 장치를 사용하여 실행된다는 점을 특징으로 한다.
종속 청구항 제2항 내지 제27항 및 제29항 내지 제31항은 본 발명의 바람직한 실시예를 한정한다.
본 발명의 응용 분야는 정지식 또는 이동식 공조/열 펌프 유닛 및 냉동기/냉장고일 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 특히, 상기 장치는 실내의 공조 및 열 펌프 시스템과, 그리고 내연기관 및 전기 또는 하이브리드형 자동차의 차량용 공조/열 펌프 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 통해 보다 상세하게 설명된다.
본 발명의 제1 양태
도 1에는 압축기(1), 열교환기(2, 3), 그리고 팽창 장치(6)를 포함하는 비가역 증기 압축 시스템의 개략도가 도시되어 있다.
도 2에는 전술한 바와 같이, 가역 열 펌프 시스템을 위해 가장 통상적인 증기 압축 시스템의 개략도가 도시되어 있다. 그러한 공지의 시스템에 포함된 구성 요소들이 도면에 표시되어 있다. 모드의 변환은 바이패스에 체크 밸브가 있는 2개의 상이한 팽창 밸브와 4방향 밸브를 사용함으로써 이루어진다.
본 발명의 제1 실시예
단일 단의 가역 증기 압축 사이클을 위한 본 발명의 제1의 (기본적) 실시예가 도 3에서는 가열 모드로, 도 4에서는 냉각 모드로 작동하는 것에 대해 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 시스템은 공지의 시스템과 마찬가지로 압축기(1), 내부 열교환기(2), 팽창 장치(6)(예를 들면, 스로틀 밸브), 그리고 외부 열교환기(3)를 포함한다. 완전한 시스템은 냉매가 내부에서 순환하는 폐쇄된 주유동 회로를 형성하도록 연결 배관을 포함한다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서의 발명적 특징은, 예를 들면 4방향 밸브일 수 있는 제1 흐름 역전 장치(4) 및 제2 흐름 역전 장치(5)를 통해 주유동 회로에 각각 연결되는 제1 회로(A) 및 제2 회로(B)로 이루어진 2개의 부회로를 사용한다는 것이다. 상기 압축기(1)와 팽창 장치(6)는 각각 제1 부회로(A)와 제2 부회로(B)에 마련되는 한편, 내부 열교환기(2)와 외부 열교환기(3)는 제1 및 제2 흐름 역전 장치를 통해 상기 부회로들과 연통하는 주회로에 마련된다. 이러한 기본적인 실시예(본 발명에서의 파생된 다른 실시예의 토대를 형성)는 가열 및 냉각 모드 시에 압력 강하를 최소화하면서, 그리고 시스템의 효율을 손상시키지 않으면서 작동한다. 게다가, 전술한 바와 같이 넓은 범위에 걸친 가역 냉동 및 열 펌프 시스템의 용례를 포함하도록 그 응용성을 확장시킨 새로운 실시예를 제공하기 위해 새로운 구성 요소를 쉽게 채용할 수 있다.
저압 리시버/어큐뮬레이터를 구비하지 않은 상기 실시예 및 그로부터 이끌어 낸 실시예들은 추가적인 기름 회수 관리의 필요성을 제거하는 이점을 갖는다. 냉각 모드로의 작동에서부터 가열 모드로의 작동으로 프로세스를 역전시키는 것은 주회로를 부회로(A)와 부회로(B)에 각각 연결시키는 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)에 의해 간단하면서도 효율적으로 실행된다. 그 작동 원리는 다음과 같다.
열 펌프로의 작동:
도 3을 참조하면, 외부 열교환기(3)는 증발기로 작용하며 내부 열교환기(2)는 기체 냉각기(응축기)로 작용하도록 흐름 역전 장치(4, 5)가 가열 모드 위치에 있다. 순환하는 냉매는 외부 열교환기(3)에서 열원으로부터 열을 흡수함으로써 증발된다. 증기는 압축기(1)에 의해 인출되기 전에 흐름 역전 장치(4)를 통과한다. 증기의 압력과 온도는 그 증기가 흐름 역전 장치(4)를 통과하여 내부 열교환기(2)로 들어가기 전에, 압축기(1)에 의해 상승한다. 그 압력에 의존하여, 냉매 증기는 히트 싱크(공기 시스템의 경우에는 내부 공기)로 열을 발산함으로써 (아임계 압력에서) 응축 또는 (초임계 압력에서) 냉각된다. 이어서, 고압의 냉매는 그 압력이 팽창 장치(6)에 의해 증발 압력으로 감소하기 전에 흐름 역전 장치(5)를 통과한다. 냉매는 외부 열교환기(3)로 들어가 사이클을 완성하기 전에 흐름 역전 장치(5)를 통과한다.
냉각 모드로의 작동:
도 4를 참조하면, 내부 열교환기(2)가 증발기로 작용하고 외부 열교환기(3)가 기체 냉각기(응축기)로 작용하도록 흐름 역전 장치(4, 5)가 냉각 모드 위치에 있다. 순환하는 냉매는 내부 열교환기(2)에서 내부 냉각제로부터 열을 흡수함으로써 증발한다. 증기는 압축기(1)에 의해 흡입되기 전에 흐름 역전 장치(4)를 통과한다. 증기의 압력과 온도는 그 증기가 흐름 역전 장치(4)를 통과하여 외부 열교환기(3)로 들어가기 전에, 압축기(1)에 의해 상승한다. 그 압력에 의존하여, 냉매 증기는 히트 싱크로 열을 발산함으로써 (아임계 압력에서) 응축 또는 (초임계 압력에서) 냉각된다. 이어서, 고압 냉매는 그 압력이 팽창 장치(6)에 의해 증발 압력으로 감소하기 전에 흐름 역전 장치(5)를 통과한다. 저압의 냉매는 내부 열교환기(2)로 들어가 사이클을 완료하기 전에 흐름 역전 장치(5)를 통과한다.
상기 실시예의 주요 이점은 최소의 수의 구성 요소와, 간단한 작동 및 제어 원리를 요구한다는 것이다. 다른 한편으로, 임의의 리시버/어큐뮬레이터가 없어서, 에너지 효율 및 전체 시스템 성능이 냉각/가열 부하의 변동에 민감하게 되며, 소정 결과로 냉매 누출이 있게 된다.
제2 실시예
도 5 및 도 6은 가열 및 냉각 모드로 작동 시의 제2 실시예의 개략도를 각각 나타낸다. 제1 실시예와 비교하면, 제2 실시예는 습기 제거 열교환기(25), 팽창 장치(23), 그리고 밸브(24)를 포함하는 추가의 도관 루프(C)를 구비한다. 열교환기(25)는 가열 모드로 작동시에 습기를 제거하는 기능을 하는 한편, 냉각 모드에서는 통상의 증발기로 작용한다. 가열 모드 중에, 역전 장치(5)를 지난 고압 냉매의 일부는 팽창 장치(23)를 통해 방출되어, 그 냉매의 압력이 상기 열교환기에서의 증발 압력으로 감소된다. 상기 냉매는 이어서 밸브(24)를 통과하기 전에 열교환기(25)에서 열을 흡수함으로써 증발된다. 이런 식으로, 내부 공기가 내부 열교환기(2)에 의해 재가열되기 전에 습기 제거 열교환기(25)를 통과하여, 차량의 공조 시스템에서는 차량의 앞 유리등의 서리 제거를 목적으로 내부 공간으로 건조 공기를 제공한다. 냉각 모드에서, 열교환기(25)는 내부 공기의 냉각을 위한 추가의 열전달 영역을 제공한다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변환시킴으로써 이루어진다.
제3 실시예
도 7 및 도 8은 가열 모드와 냉각 모드로 작동 시의 제3 실시예의 개략도를 각각 나타낸다. 제2 실시예와 비교하면, 주회로에 대한 도관 루프(C)의 배치는 추가의 흐름 변환 장치(26, 26')(예를 들면, 체크 밸브)를 제공함으로써 습기 제거 열교환기(25)와 내부 열교환기(2)가 냉각 모드로 작동 시에 직렬로 연결되도록 되어 있기 때문에, 상기 열교환기들이 작동 모드에 관계없이 병렬로 연결되는 제2 실시예와 반대이다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변환시킴으로써 이루어진다.
본 발명의 제4 실시예
이 실시예는 제1 실시예의 개량형으로서, 도 9에는 가열 모드가 도 10에는 냉각 모드가 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명에 따른 장치는, 압축기(1), 흐름역전 장치(4)를 구비한 부회로, 내부 열교환기(2), 외부 열교환기(3)를 포함한다. 전술한 실시예와의 차이점은 흐름 역전 장치(5)를 구비한 부회로(B)가 3개의 상호 접속된 병렬 도관 지류(B1, B2, B3)를 포함하는 부회로로 교체되었으며, 이 부회로는 흐름 전환 팽창 장치(16', 17')를 통해 주회로에 연결된다는 것이다. 냉각 모드로의 작동에서부터 가열 모드로의 작동으로 프로세스의 역전은 흐름 역전 장치(4)와, 2개의 흐름 전환 팽창 장치(16', 17')에 의해 간단하면서도 효율적으로 행해진다. 그 작동 원리는 다음과 같다.
열 펌프로 작동:
도 9를 참조하면, 외부 열교환기(3)는 증발기로 작용하며 내부 열교환기(2)는 기체 냉각기(응축기)로 작용하도록 흐름 역전 장치(4) 및 흐름 전환 팽창 장치(16', 17')가 가열 모드 위치에 있다. 순환하는 냉매는 외부 열교환기(3)에서 열원으로부터 열을 흡수함으로써 증발한다. 그 증기는 압축기(1)에 의해 흡입되기 전에 흐름 역전 장치(4)를 통과한다. 증기의 온도 및 압력은 흐름 역전 장치(4)를 통과하여 내부 열교환기(2)로 들어가기 전에, 압축기(1)에 의해 상승한다. 그 압력에 의존하여, 냉매 증기는 히트 싱크(공기 시스템의 경우에는 내부 공기)로 열을 방출함으로써 (아임계 압력에서) 응축 및 (초임계 압력에서) 냉각된다. 이어서, 고압의 냉매는 제1 흐름 전환 팽창 장치(16')를 통과한 후, 그 압력이 제2 흐름 전환 팽창 장치(17')에 의해 내부 열교환기(3)에서의 증발 압력으로 감소하여, 사이클을 완료한다.
냉각 모드로 작동:
도 10을 참조하면, 내부 열교환기(2)가 증발기로 작용하며 외부 열교환기(3)가 기체 냉각기(응축기)로 작용하도록 흐름 역전 장치(4) 및 흐름 전환 팽창 장치(16', 17')가 냉각 모드 위치에 있다. 순환하는 냉매는 내부 열교환기(2)에서 내부 냉각제로부터 열을 흡수함으로써 증발한다. 냉매는 압축기(1)에 의해 인출되기 전에 흐름 역전 장치(4)를 통과한다. 증기의 온도 및 압력은 흐름 역전 장치(4)를 통과하여 외부 열교환기(3)로 들어가기 전에, 압축기(1)에 의해 상승한다. 그 압력에 의존하여, 냉매 증기는 히트 싱크(공기 시스템의 경우에는 내부 공기)로 열을 방출함으로써 (아임계 압력에서) 응축 및 (초임계 압력에서) 냉각된다. 이어서, 고압의 냉매는 제1 흐름 전환 팽창 장치(17')를 통과한 후, 그 압력이 제2 흐름 전환 팽창 장치(16')에 의해 외부 열교환기(2)에서의 증발 압력으로 감소하여, 사이클을 완료한다.
본 발명의 제5 실시예
도 11 및 도 12에는 제5 실시예의 가열 모드와 냉각 모드로 작동 시의 개략도가 각각 도시되어 있다. 이 실시예는 수돗물 가열 기능이 있는 가역 증기 압축 시스템을 나타낸다. 수돗물은 먼저 부회로(B)에 마련된 열교환기(24)에 의해 예열된 후, 부회로(A)의 제2 물 가열기 열교환기(23)에 의해 원하는 온도로 더 가열된다. 물 가열기 열교환기(23)에서의 열부하는 그 열교환기(23)에서의 물의 유량을 변화시키거나 상기 열교환기의 냉매측에 대한 우회 배치에 의해 조절될 수 있다.
본 발명의 제6 실시예
도 13 및 도 14는 본 발명의 제1 실시예의 개량형인 제6 실시예의 개략도를나타낸다. 제1 실시예와 비교하면, 이 실시예는 부회로(A)에 마련되어 도관 루프 이음(12)을 통해 부회로(B)의 냉매와 열교환하는 추가적인 역류 내부 열교환기(9)를 구비한다. 냉각 모드로 작동하는 증기 압축 유닛의 시제품에 대해 행해진 테스트는, 내부 열교환기의 추가가 에너지 소모를 보다 적게 하며, 높은 히트 싱크 온도(큰 냉각 부하)에서의 냉각 능력을 크게 한다는 것을 보여준다. 역전 프로세스는 제1 실시예에서와 같이 행해진다.
본 발명의 제7 실시예
본 발명의 제7 실시예는 도 15에서는 가열 모드로, 도 16에서는 냉각 모드로 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예와 제1 실시예의 주요 차이점은, 부회로(B)에 마련되어 고압 냉매의 2단 팽창을 유발하는 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)가 존재한다는 것이다. 이 실시예에 따르면, 가역 증기 압축 장치는 압축기(1), 흐름 역전 장치(4), 다른 흐름 역전 장치(5), 팽창 장치(6), 그리고 외부 열교환기를 포함한다. 역전 프로세스는 전술한 바와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)의 위치를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변환시킴으로써 행해진다. 이 실시예는 중간 압력 리시버/어규뮬레이터(7)를 도입함으로써 제1 실시예를 개량하여, COP(성적 계수) 또는 능력을 최대로 하기 위해 능동적인 고압측 압력 및 냉각/가열 능력 제어를 허용한다. 본 실시예의 시스템은 보다 완벽하게 되며, 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)에 소정 수준의 냉매 액체가 존재하는 한 궁극적인 누출에 영향을 받지 않는다.
본 발명의 제8 실시예
제8 실시예는 제4 실시예의 개량형으로서, 도 17에는 가열 모드가 도 18에는 냉각 모드가 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예와 제4 실시예의 주요 차이점은, 제2 부회로(B)의 중간 지류(B2)에 마련되어 흐름 전환 팽창 장치(16', 17') 각각을 통한 고압 냉매의 2단 팽창을 유발하는 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)가 존재한다는 것이다. 이 시스템은 보다 완벽하게 되며, 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)에 소정 수준의 냉매 액체가 존재하는 한 궁극적인 누출에 영향을 받지 않는다.
본 발명의 제9 실시예
본 발명의 제9 실시예는 도 19에서 가열 모드로, 도 20에서 냉각 모드로 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예는 장치(16', 17')의 흐름 전환 및 팽창 기능이 2개의 별도의 전환 장치(16, 17)와, 중간 지류(B2)에서 리시버/어규뮬레이터(7)의 아래 위로 각각 마련된 2개의 팽창 장치(6, 8)로 분리되어 있다는 점을 제외하면, 제8 실시예와 동일하다. 본 실시예에 따르면, 제8 실시예는 압축기(1), 흐름 역전 장치(4), 내부 열교환기(2), 흐름 전환 장치(16), 팽창 장치(6), 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7), 팽창 장치(8), 흐름 전환 장치(17), 그리고 외부 열교환기를 포함한다. 이 실시예에서, 시스템의 역전은 냉각 또는 가열 모드에 위치하는 하나의 흐름 역전 장치(4) 및 2개의 흐름 전환 장치(16, 17)를 사용하여 달성된다.
본 발명의 제10 실시예
제10 실시예는 도 21에서 가열 모드로, 도 22에서 냉각 모드로 도시되어 있다. 제7 실시예와 비교하면, 상기 실시예는, 부회로(A)에 마련되어 도관 루프(12)를 통해 열교환하는 역류 내부 열교환기(9)를 추가로 포함하며, 상기 도관 루프는 팽창 장치(6) 앞에서 부회로(B)에 연결된다. 냉각 모드로 작동하는 증기 압축 유닛의 시제품에 대해 행해진 테스트는, 내부 열교환기의 추가가 에너지 소모를 적게 하며 높은 히트 싱크 온도(큰 냉각 부하)에서의 냉각 능력을 더 크게 할 수 있다는 것을 보여준다. 작동 원리는 흐름 역전 장치(5)를 지난 따뜻한 고압 냉매가 흐름 역전 장치(4)를 지난 차가운 저압 냉매와 내부 열교환기(9)를 통해서 열교환한 후에, 팽창 장치(6)에 의해 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7) 안으로 팽창한다는 점을 제외하면, 제5 실시예와 동일하다. 역전 프로세스는 제1 실시예에서와 같이 실행된다.
본 발명의 제11 실시예
본 발명의 제11 실시예가 도 23에서는 가열 모드로, 도 24에서는 냉각 모드로 작동하는 것이 도시되어 있다. 이 실시예와 제10 실시예의 주요 차이점은 역류 내부 열교환기(9)의 고압측 위치이다. 제8 실시예에 있어서는 내부 열교환기(9)의 고압측이 부회로(B)에서 역전 장치(5)와 팽창 장치(8) 사이에 배치되는 반면에, 본 실시예에서는 내부 열교환기의 고압측은 역전 장치(5)와 외부 열교환기(3) 사이에 배치된다. 결과적으로, 본 실시예에 따르면, 내부 열교환기는 열교환을 위한 온도 구동력이 매우 제한되기 때문에, 가열 또는 냉각 모드 작동 중 어느 것에서도 "능동적"이지 않을 것이다.
본 발명의 제12 실시예
이 실시예는 도 25에서 가열 모드로, 도 26에서 냉각 모드로의 작동이 도시되어 있다. 이 실시예는 2단 가역 증기 압축 장치로서, 압축 프로세스가 부회로(B)의 리시버/어큐뮬레이터(7)로부터 도관(20)을 통해 중간 압력으로 증기를 인출함으로써 실행되며, 그 결과로 증기 압축 효율이 양호해진다. 게다가, 상기 실시예는 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)에서 얻어지는 중간 압력의 선택 범위에 대해 더 많은 제어를 허용한다. 압축기(1)는 중간 흡입 포트를 구비한 단일의 복합 유닛이거나, 제1 단과 제2 단으로 된 임의의 형태의 2개의 별도의 압축기일 수 있다. 압축기는 또한 "이중 효과 압축" 형태(G.T. Voorhees의 1905년 영국 특허 제4448호)일 수 있는 데, 이러한 형태에서 왕복 압축기의 실린더에는 피스톤의 하사점에 또는 그 근처에 덮이지 않은 포트가 마련되어, 증기를 중간 압력으로 유도하고, 이에 의해 시스템의 냉각 또는 가열 능력을 향상시킨다. 가변 행정[스윕 볼륨(swept volume)]의 "이중 효과" 압축기를 사용하는 경우, 시스템의 능력을 향상시키기 위해 상기 포트는 가열 또는 냉각의 수요가 큰 경우에만 덮이지 않는다.
본 실시예의 작동 원리는 압축 프로세서가 2단으로 실행되며, 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)에서 생성된 중간 압력의 방류 증기(flash vapor)가 팽창 장치(6) 뒤에서 배관(12)을 통해 제2 단 압축기에 의해 인출된다는 점을 제외하면 제1 실시예와 동일하다. 복합 유닛 또는 2개의 별도의 압축기가 사용되는 경우에, 차가운 방류 증기가 제1 단 압축으로부터의 방출 기체와 혼합하여, 제2 단 압축 프로세스의 시작 시에 기체 온도를 낮게 한다. 결과적으로, 상기 실시예에 있어서의 전체 압축 일은 단일 단의 가역 초임계 증기 압축 실시예보다 적어질 것이며, 그결과로 더 높은 에너지 효율을 일반적으로 가질 것이다.
본 발명의 제13 실시예
본 발명의 제13 실시예는 도 27 및 도 28에서 가열 모드 및 냉각 모드로 각각 개략적으로 도시되어 있다. 제12 실시예와 비교하면, 이 실시예는 중간 압력 및 온도에서의 추가의 냉동 능력을 제공하는 여분의 열교환기(10)를 구비한다. 이 열교환기(10)는 또한 중력 또는 펌프 주입식 열교환기/증발기일 수 있다. 상기 열교환기(10)는 중간 압력 리시버(7)와의 일체형 부분일 수 있다. 이 실시예는 두 가지 온도 수준으로의 냉각/냉동을 필요로 하는 시스템에 채용될 수 있기 때문에, 제12 실시예의 개량형이다. 예를 들면, 하이브리드형 또는 전기 구동 차량용 공조 시스템은 모터와 내부 객실을 냉각시켜야 한다. 본 발명은 증발 압력 및 온도에서 내부 공간을 위한 냉각을 제공하는 반면에, 모터의 냉각은 중간 압력 및 온도에서 제공된다. 상기 열교환기에 의해 흡수되는 열은 또한 가열 모드에서의 추가의 열원으로 사용될 수 있다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)의 위치를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변환함으로써 행해진다.
본 발명의 제14 실시예
제14 실시예는 도 29 및 도 30에서 가열 및 냉각 모드로 각각 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예는 부회로(D)에 마련된 열교환기(10)의 구성을 제외하면, 제13 실시예와 동일하다. 상기 부회로는 또한 추가의 팽창 장치(20)를 제공한다. 가열 또는 내각 모드 중 어느 쪽에서든지, 고압 냉매의 일부가 팽창 장치(20)에 의해 방출되어 냉매의 압력을 중간 압력 수준으로 감소시킨다. 이어서, 냉매는 중간 압력 리시버(7)로 들어가기 전에 열교환기 장치에서 열을 흡수하여 증발한다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)의 위치를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변경함으로써 행해진다.
본 발명의 제15 실시예
제15 실시예는 도 31 및 도 32에서 가열 및 냉각 모드로 각각 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예는 도관(12')을 통해 고온 기체를 제1 단 압축기(1')로부터 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)로 방출함으로써 달성되는 "인터 쿨링(inter cooling)"이 있는 2단 압축을 특징으로 한다. 그렇게 함으로써, 제2 단 압축기(1")의 흡입 기체 온도는 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)에서의 포화 압력에 대응하는 온도에서 포화될 것이다. 그 결과, 1단 압축을 하는 실시예와 비교하면, 전체 압축 일은 낮아지고 시스템 효율은 높아진다. 필요한 경우, 제1 단으로부터의 고온 방출 기체의 일부를 제2 단 압축의 흡입 라인으로 바로 보냄으로써, 다시 말해 중간 압력 리시버/어큐뮬레이터(7)를 우회함으로써 제2 단 압축을 위한 흡입 기체의 과열을 제어하는 것도 가능하다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)의 위치를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변환함으로써 행해진다.
본 발명의 제16 실시예
도 33 및 도 34에는 냉각 및 가열 모드로 각각 작동하는 증기 압축 장치의 제16 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 제15 실시예와 마찬가지로 2단 가역증기 압축 장치를 나타내지만, 부회로(A)에 마련되어 도관 루프(18)를 통해 부회로(B)와 열교환하는 추가의 역류 내부 열교환기(9)를 구비한다. 이 역류 내부 열교환기(9)의 사용상 이점은 고압 냉매가 팽창 장치(6)를 지나가기 전에 그 냉매의 온도를 감소시켜, 그 결과로 냉동 능력을 높이며 에너지 효율을 보다 양호하게 한다는 것이다. 상기 실시예의 작동 원리는 흐름 역전 장치(5)를 지난 고압 냉매가 팽창 장치(6)를 통과하기 전에 내부 열교환기를 통해 유동한다는 점을 제외하면, 제15 실시예와 동일하다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)의 위치를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변환함으로써 행해진다.
본 발명의 제17 실시예
이 실시예는 도 35 및 도 36에 각각 가열 및 냉각 모드로 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예는 부회로(B)에 추가의 저압 리시버/어큐뮬레이터(15)를 구비한다는 점을 제외하면 제6 실시예와 동일하다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)의 위치를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변경함으로써 행해진다.
본 발명의 제18 실시예
제18 실시예가 도 37에서는 가열 모드로, 도 38에서는 냉각 모드로 작동하는 것이 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에 따른 시스템은, 압축 프로세스가 "인터 쿨링"이 있는 2단으로 실행되어, 그 결과로 증기 압축 효율 및 전체 시스템 성능을 보다 양호하게 하는 2단 가역 증기 압축 형태이다. 상기 실시예는 주회로에 있는 내부 열교환기(2)와, 흐름 역전 장치(4)를 통해 주회로에 연결된 부회로(A)와, 제2의 흐름 역전 장치(5)를 통해 주회로와 연결된 부회로(B)를 포함한다. 부회로(A)는 압축기(1), 저압 리시버/어큐뮬레이터(15), 그리고 역류 내부 열교환기(9)를 포함한다. 부회로(B)는 팽창 장치(6)를 포함한다. 열은 부회로(B)로부터 도관(12)을 통해 냉매를 보냄으로써 2개의 부회로 간에 내부 열교환기(9)를 통해 교환된다. 추가로 인터 쿨러 열교환기(14)가 마련된다. 이 열교환기를 통해 냉매의 일부가 안내되어 부회로(B)로 되돌아오는 한편, 다른 부분은 팽창 장치(13)를 통과해 다른 부도관(sub-conduit)(19)을 경유하여 인터 쿨러 열교환기(14)의 다른 유로로, 그리고 압축기(1)의 제2 단으로 안내된다. 제13 실시예와 비교하면, 인터 쿨러 열교환기(14)의 추가는 냉각 능력을 높이고 압축 일을 낮추는 결과를 가져온다.
압축기(1)는 중간 흡입 포트가 있는 (단일의) 복합 유닛, 또는 제1 단과 제2 단으로 된 임의의 형태의 2개의 별도의 압축기일 수 있다. 시스템의 역전은 제1 실시예에서와 같이 2개의 흐름 역전 장치(4, 5)의 위치를 가열 모드에서 냉각 모드로, 그리고 그 반대로 변환함으로써 행해진다.
본 발명의 제2 양태(가역 증기 압축 시스템용 열교환기)
증기 압축 시스템은 냉각 작동을 위해서는 공기 조화 모드로, 또는 가열 작동을 위해서는 가열 모드로 작동할 수 있다. 작동 모드는 회로를 통과하는 냉매의 흐름 방향을 역전시킴으로써 변환된다.
공기 조화 모드로 작동 시에, 내부 열교환기는 냉매의 증발에 의해 열을 흡수하는 한편, 열은 외부 열교환기를 통해 제거된다. 가열 모드로 작동 시에, 외부 열교환기가 증발기로 작용하는 한편, 열은 내부 열교환기를 통해 제거된다.
내부 및 외부 열교환기가 이중 목적으로 기능을 할 필요가 있기 때문에, 그 구조는 어떤 모드에서도 최적이지 않는 절충형이 된다. 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우, 열교환기는 최적의 구성을 위해 매우 상이한 요구 조건을 갖는 증발기 및 기체 냉각기 모두로 작동할 필요가 있다. 기체 냉각 작동 중에, 역류 열교환기 형태가 요구되며, 냉매의 비교적 큰 질량 플럭스를 요구한다. 증발기로 작동 시에는 감소된 질량 플러스를 요구하며, 교차 흐름(cross flow) 냉매 회로가 허용될 수 있다.
적절한 수단(체크 밸브 등)을 사용함으로써, 열교환기에서의 순환은 작동 모드가 역전되는 경우 변경될 수 있다. 상기 밸브는 냉매의 흐름 방향에 의존하여 상이한 순환을 열교환기에 부여할 것이다. 도 39 내지 도 46에는 가열 및 냉각 모드에서 각각 공기 흐름 방향으로 2개, 3개, 4개, 그리고 6개의 섹션을 갖는 다양한 열교환기가 도시되어 있다. 도 38, 도 40, 도 42, 및 도 44에서 알 수 있는 바와 같은 가열 모드로 작동 시에, 냉매는 교차 역류 방식으로 4개의 섹션 각각을 통해 순차적으로 유동한다. 다른 한편으로, 흐름을 역전시킴으로써, 냉매는 도 39, 도 41, 도 43, 및 도 45에 도시되어 있는 바와 같이, 공기 유입구측으로 들어가, 1개의 슬라브 위에 또 2개의 슬라브, 또는 2개의 슬라브 위에 또 2개의 슬라브를 통해 같은 방향으로 순환된다. 흐름 모드의 변경은 체크 밸브에 의해 이루어지는 것이 바람지하지만, 다른 형태의 밸브가 사용될 수 있다.

Claims (31)

  1. 일체형 시스템을 형성하도록 작동 가능한 관계로 도관에 의해 연결되는, 압축기(1), 내부 열교환기(2), 팽창 장치(6), 그리고 외부 열교환기(3)를 포함하지만 이들에 한정하지 않는 가역 증기 압축 시스템에 있어서,
    내부 열교환기와 외부 열교환기는 주회로에 마련되는 한편, 압축기와 팽창 장치는 부회로(A, B)에 각각 마련되며, 상기 부회로(A, B)는 각각 흐름 역전 장치(4, 5)를 통해 주회로와 연통하여, 냉각 모드로부터 가열 모드로의 시스템의 전환을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흐름 역전 장치(4, 5)는 동일한 기능을 수행하는 하나의 유닛으로 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 습기 제거 열교환기(25), 팽창 장치(23), 그리고 밸브(24)가 마련된 추가의 도관 루프를 구비하며, 이 도관 루프는 유입구측에서는 역전 장치(5)와 팽창 장치(6) 사이에, 출구측에서는 역전 장치(4)와 압축기의 흡입측 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열교환기(25)는 복수 개의 흐름 변환 장치(26, 26')를 사용하여 가열 모드에서는 평행하게 연결되며, 냉각 모드에서는 직렬로 연결되는것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 부회로(B)는 상호 연결된 3개의 평행한 지류(B1, B2, B3)를 포함하며, 흐름 역전 장치는 부회로(B)의 외측의 평행한 지류(B1, B3)를 주회로와 연결하는 2개의 흐름 전환 팽창 장치(17', 16')의 형태인 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 부회로(A)에는 추가의 열교환기(23)가 압축기 뒤에 마련되며, 부회로(B)에는 추가의 열교환기(24)가 팽창 장치(6) 앞에 마련되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부회로들에는, 부회로(A)의경우 압축기 앞에, 그리고 부회로(B)의 경우 팽창 장치 앞에 각각 추가의 내부 열교환기(9)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부회로(B)에는 팽창 장치(6) 뒤이지만 추가의 팽창 장치(8)의 앞에 리시버/어큐뮬레이터(7)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 프로세스는 2단으로 발생하여, 리시버/어큐뮬레이터(7)로부터의 방류 증기(flash vapor)는 압축기(1)의 제2 단에 의해 도관 루프(12')를 통해 인출되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 열교환기(10)를 사용하여 중간 압력 및 온도에서의 추가의 냉각 능력을 제공하는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 열교환기(10)는 상기 리시버/어큐뮬레이터(7)에 연결된 중력 주입식 또는 펌프 주입식 증발기인 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 열교환기(10)는 다른 팽창 장치(20)를 사용하는 도관 루프(D)에 마련되며, 이 도관 루프의 유입구는 역전 장치(5)와 팽창 장치(6) 사이에 연결되고, 도관 루프의 출구는 상기 리시버/어큐뮬레이터(7)에 연결되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 압축은 2단의 복합 압축기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  14. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 프로세스는 이중 효과 형태인 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  15. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축기(1)는 가변 행정 형태인 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  16. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 프로세스는 제1 단과 제2 단으로 된 2개의 별도의 압축기(1', 1")에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  17. 제9항 및 제16항에 있어서, 제1 단 압축기(1')로부터의 방출 기체는 도관 루프(12')를 통해 리시버/어큐뮬레이터(7)로 안내된 후, 그 리시버/어큐뮬레이터(7)로부터 제2 단 압축기(1")에 의해 도관 루프(12")를 통해 인출되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 내부 열교환기(9, 도 32 내지 33 참조)가 부회로(A)에서 압축기(1)의 앞에 배치되며, 그 추가의 내부 열교환기는, 팽창 장치(6)의 앞에 배치된 연결 도관 루프(18)를 통한 상기 회로와 부회로(B) 사이의 열교환을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 추가의 리시버/어큐뮬레이터(15, 도 34 내지 도 35 참조)가 부회로(A)에서 추가의 열교환기(9) 앞에 마련되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 압축 프로세스는 2단으로, 또는 이중 효과 압축에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 추가의 인터 쿨링 열교환기(14, 도 36 내지 도 37 참조)가 도관 루프(12)에서 내부 열교환기(8) 뒤에 마련되며, 도관 루프(12)로부터의 냉매의 일부는 방출되어 인터 쿨링 열교환기(14)의 저압측을 통과하여, 그 후에 부도관 루프(19)를 통해 압축기(1)로 이르며, 반면에 냉매의 대부분은 부회로(B)로 복귀하는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  22. 제5항에 있어서, 어큐뮬레이터/리시버(7)가 중간 지류(B2)에 마련되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  23. 제5항에 있어서, 2개의 흐름 전환 팽창 장치(16', 17')를 2개의 흐름 전환 장치(16, 17, 도 18 및 도 19 참조)와, 중간 지류(B2)에 마련된 하나의 팽창 장치(6)로 교체하는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  24. 제5항 및 제23항에 있어서, 리시버/어큐뮬레이터(7)는 중간 지류(B2)에서 팽창 장치(6) 뒤에 마련되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 추가의 팽창 장치(8)가 리시버/어큐뮬레이터(7) 뒤에 마련되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 사이클은 초임계적인 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  28. 선행하는 항들 중 어느 한 항 있어서, 서리로 덮인 열교환기(증발기)의 서리 제거는 열 펌프에서부터 냉동 모드로 프로세스를 역전시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 가역 증기 압축 시스템.
  29. 증기 압축 시스템에서 냉매 유체, 특히 이산화탄소를 위한 가역 열교환기로, 다수의 상호 연결된 섹션(22)을 포함하며, 이들 섹션은 공기 흐름이 그 섹션을 순차적으로 통과하도록 배치되고, 냉매 회로는 상호 연결되는 첫째 및 마지막 섹션에연결되는, 가역 열교환기에 있어서,
    열교환기에서의 냉매 유체의 흐름은 각 섹션(20)들 사이에 마련된 흐름 변환 장치(20)에 의해 가열 모드에서 냉각 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 가역 열교환기.
  30. 제28항에 있어서, 상기 흐름 변환 장치는 체크 밸브(20) 형태인 것을 특징으로 하는 가역 열교환기.
  31. 제28항 및 제29항에 있어서, 상호 연결은 매니폴드(21) 형태인 것을 특징으로 하는 가역 열교환기.
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