KR20070046789A - 향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각시스템 - Google Patents

향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

열교환기의 개선된 배열을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템에 의해 제공될 수 있는 냉각을 증가시키기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 이러한 부하 증가는 열에너지 저장 매체로서 사용되는 얼음 덩어리를 둘러싸는 냉수를, 부하로부터 복귀한 냉매 증기를 응축시키는 2차 열교환기(162)를 통해, 순환시킴으로써 달성된다. 냉매는 그 다음 얼음 덩어리 내의 1차 열교환기(160)를 통해 순환되어, 더욱 냉각되고 응축된다. 이러한 시스템은 내부/외부 용해 시스템으로 공지되어 있고, 이는 얼음의 형태로 저장된 열에너지가 1차 열교환기에 의해 내부에서 그리고 얼음의 주위로부터의 냉수를 2차 열교환기를 통해 순환시킴으로써 외부에서 용해되기 때문이다.
내부/외부 용해 시스템, 응축 유닛, 냉매 관리 유닛, 열교환기, 냉매, 얼음

Description

향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템 {REFRIGERANT-BASED THERMAL ENERGY STORAGE AND COOLING SYSTEM WITH ENHANCED HEAT EXCHANGE CAPABILITY}
<관련출원에 대한 상호참조>
본 출원은 2004년 5월 25일자 출원된 발명의 명칭이 "향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 에너지 저장 및 냉각 시스템"인 미국 가출원 제60/574,449호의 이익에 근거하고 이를 청구하며, 이 가출원의 전체 기재 내용은 개시하고 교시하는 모든 것에 대해 참조로 본 명세서에 구체적으로 포함되어 있다.
<발명의 분야>
본 발명은 얼음의 형태로 저장된 열에너지를 제공하는 시스템에 관한 것이고, 특히 얼음 저장 냉각 및 냉동 시스템에 관한 것이다.
피크 수요 전력 소비에 대한 증가하는 요구에 따라, 얼음 저장이 공조 전력 부하를 비피크(off-peak) 시간 및 요금으로 전환하는 데 이용되었다. 피크로부터 비피크 주기로의 부하 전환뿐만 아니라 공조 유닛 용량 및 효율의 증가에 대한 필요성이 존재한다. 에너지 저장 시스템을 갖는 현재의 공조 유닛은 대형 상업용 건물에서만 실용적이며 고효율을 달성하는 데 어려움을 갖는 수냉각기에 대한 의존성 을 포함한 여러 결함으로 인해 제한된 성공을 거뒀다. 대형 및 소형 상업용 건물에서의 열에너지 저장의 장점을 상용화하기 위해, 열에너지 저장 시스템은 최소의 제조 비용을 갖고, 다양한 작동 조건 하에서 최대의 효율을 유지하고, 냉매 관리 설계에서 단순함을 끌어내고, 복수의 냉동 또는 공조 용도에서 유연성을 유지해야 한다.
열 저장 에너지를 제공하기 위한 시스템은 해리 피셔에게 허여된 미국 특허 제4,735,064호 및 제4,916,916호, 피셔 등에게 허여된 미국 특허 제5,647,225호, 및 2004년 10월 15일자로 나라야나머씨에 의해 출원된 미국 특허 출원 제10/967,114호에서 이미 고려되었다. 이들 특허 모두는 경제적인 정당화를 제공하기 위해 공조 부하를 피크로부터 비피크 전기 요금으로 전환하기 위해 얼음 저장을 이용하고, 모든 개시 내용은 본원에서 전체적으로 참조되었다.
본 발명의 일 실시예는 압축기 및 응축기를 포함하는 응축 유닛과, 냉매를 조절하고, 축적하고, 펌핑하는, 응축 유닛에 연결된 냉매 관리 유닛과, 냉매의 엔탈피를 증가시킴으로써 냉각 부하에 대해 냉각을 제공하는, 냉매 관리 유닛에 연결된 부하 열교환기와, 액체와 고체 사이에서 상변화가 가능한 유체로 충전되고 내부에 1차 열교환기를 포함하는 탱크와, 부하 열교환기에 연결된 2차 열교환기를 포함하고, 1차 열교환기는 유체를 냉각시키고 탱크 내의 유체의 적어도 일부를 결빙시키기 위해 냉매 관리 유닛으로부터의 냉매를 사용하는 냉매 관리 유닛에 연결되고, 2차 열교환기는 냉각 유체와 냉매 사이의 열접촉을 용이하게 하여 냉매의 엔탈피를 감소시키고, 가온된 유체를 탱크로 복귀시키는, 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 또한 제1 응축 냉매를 생성하기 위해 응축 유닛에 의해 제1 팽창 냉매를 응축하는 단계와, 액체와 고체 사이에서 상변화가 가능한 유체로 충전된 탱크 내에 구속된 증발 유닛으로 제1 응축 냉매를 공급하는 단계와, 제1 주기 중에 탱크 내의 유체의 일부를 결빙시켜서 냉각 유체, 결빙 유체, 및 제2 팽창 냉매를 생성하기 위해 제1 주기 중에 증발 유닛 내에서 제1 응축 냉매를 팽창시키는 단계와, 제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시켜서 저엔탈피 냉매를 생성하기 위해, 제2 주기에서 냉각 유체의 적어도 일부를 2차 열교환기를 통해 순환시키는 단계와, 저엔탈피 냉매를 응축하여 제2 응축 냉매를 생성하기 위해, 결빙 유체 내의 증발 유닛을 통해 상기 저엔탈피 냉매를 순환시키는 단계와, 부하 냉각을 제공하기 위해 제2 응축 냉매를 팽창시키는 단계를 포함하는, 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템에 의해 부하 냉각을 제공하는 방법을 포함한다.
도면에서,
도1은 향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도2는 향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도3은 복수의 향상된 열교환기를 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템 의 일 실시예를 도시한다.
도4는 공통 유체 저장소를 이용하는 향상된 열교환기 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도5는 공통 유체 저장소를 이용하는 향상된 열교환기 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다.
본 발명은 많은 상이한 형태의 실시예에 관련되지만, 본 명세서가 본 발명의 원리의 예시로서 고려되고 설명되는 구체적인 실시예로 제한되지 않는다는 이해에서, 본 발명의 상세하고 구체적인 실시예가 도면에 도시되고 본원에서 설명될 것이다.
도1에 도시된 바와 같이, 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템의 일 실시예가 시스템을 한정하는 5가지 주요 구성요소를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 공조기 유닛(102)은 고압 액체 공급 라인(112)을 통해 냉매 관리 유닛(104)으로 송출되는 고압 액체 냉매를 제공하기 위해 압축기(110) 및 응축기(111)를 이용한다. 냉매 관리 유닛(104)은 유체(즉, 물)로 충전된 단열 탱크(140) 및 얼음 제조 코일(142)을 포함하는 열에너지 저장 유닛(106)에 연결된다. 공조기 유닛(102), 냉매 관리 유닛(104), 및 열에너지 저장 유닛(106)은 부하 열교환기(108; 실내 냉각 코일 조립체)를 포함하는 부하 유닛(108)에 효율적인 다중 모드 냉각을 제공하여 시스템 작동의 주요 모드의 기능을 수행하도록 협동하여 작용한다. 2차 열교환기(162)에 대한 순환 루프는 단열 탱크(140) 내의 유체(152)를 순환시키며 탈성층 화하고, 부하 열교환기(123)를 떠나는 냉매로부터 열을 흡인하도록 작용한다.
아울러, 도1에 도시된 바와 같이, 1회 주기(얼음 형성) 중에, 공조기 유닛(102)은 고압 액체 공급 라인(112)을 통해 냉매 관리 유닛(104)으로 송출되는 고압 액체 냉매를 생성한다. 고압 액체 공급 라인(112)은 오일 증류/서지 용기(116)를 통과하며 그 안에서 열교환기를 형성한다. 오일 증류/서지 용기(116)는 3가지 목적으로 사용된다. 이는 오일 복귀 모세관(148) 및 건식 흡입 복귀부(114)를 통해 압축기(110)로 복귀되는 저압 냉매 내의 오일을 농축하도록 사용된다. 이는 제2 주기(냉각 모드) 중에 액체 냉매를 저장하도록 사용된다. 이는 얼음 결빙/해빙 코일(142) 및 범용 냉매 관리 용기(146) 내에서의 냉매의 신속한 팽창으로 인한 압축기(110) 시동 직후의 압축기(110)로의 액체 범람을 방지하도록 사용된다. 오일 증류/서지 용기(116)가 없으면, 오일은 시스템 내에 잔류하고 압축기(110)로 복귀하지 않아서, 궁극적으로 압축기(110)가 오일의 부족으로 인해 정지되게 하고, 열교환기 또한 오염(fouling)으로 인해 덜 효과적이 된다. 오일 증류/서지 용기(116)가 없으면, 부하 열교환기(123)로부터 복귀하는 냉매 증기를 응축하기 위한 얼음 결빙/해빙 코일(142) 내부의 거의 전체 열전달 표면을 이용하기 위해 제2 주기(냉각 모드) 중에 얼음 결빙/해빙 코일로부터 액체 냉매를 적절하게 배수하는 것이 가능하지 않을 수 있다.
차가운 액체 냉매가 오일 증류/서지 용기(116)의 내부에 있는 내부 열교환기와 접촉하게 되고, 고압 (따뜻한) 액체가 내부 열교환기 내부에 존재한다. 정지/서지 용기(116)의 상부로 상승하여 통기 모세관(128) (또는 오리피스) 외부로 통과 하여 습식 흡입 복귀부(124) 내로 재도입되는 증기가 형성된다. 통기 모세관(128)의 길이 및 내경은 얼음 형성 주기 중에 오일 증류/서지 용기(116) 내의 압력 및 오일 증류/서지 용기(116) 내부의 냉매의 질량을 제한한다.
제2 주기 중에 활성화되면, 액체 냉매 펌프(120)는 펌핑 액체 공급 라인(122)에 냉매 액체를 공급하고, 이는 그 다음 열에너지 저장 및 냉각 시스템의 부하 유닛(108) 내의 부하 열교환기(123)의 증발기 코일로 이동한다. 저압 냉매는 부하 열교환기(123)의 증발기 코일로부터 습식 흡입 복귀부(124)를 거쳐 어큐뮬레이터 또는 범용 냉매 관리 용기(146; URMV)로 복귀한다. 동시에, 부분적으로 증류된 오일 농후 냉매는 오일 증류/서지 용기(116)의 바닥으로부터 오일 복귀 모세관(148)을 통해 유동하여, 건식 흡입 복귀부(114) 내로 재도입되고, 저압 증기는 범용 냉매 관리 용기(146)를 빠져나와서 공조기 유닛(102)으로 복귀한다. 오일 복귀 모세관(148)은 오일 농후 냉매가 오일 증류/서지 용기(116)를 빠져나오는 속도를 제어한다. 고압 액체 공급 라인(112) 내부의 따뜻한 고압 액체 냉매에 의해 가열되는 오일 복귀 모세관은 압축기(110) 내부의 오일 펌프로의 오일의 복귀를 허용한다.
추가적으로, 습식 흡입 복귀부(124)는 저압 냉매를 혼합상 조절기(132)로부터 시스템으로 공급하기 위해 이분기(130)와 연결된 상부 헤더 조립체(154)와 연결된다. 혼합상 조절기(132)는 응축기(111) 내에 충분한 양의 액체가 있을 때에만, 액상 냉매를 방출하도록 개방 맥동되는 밸브(오리피스)를 통합함으로써 시스템 내의 냉매의 유동을 계량한다. 이러한 혼합상 조절기(132)는 압축기(110)로부터 범 용 냉매 관리 용기(146)로 (포화 고압 액체의 압력이 감소할 때 형성되는 플래시 가스가 아닌) 과잉 증기 공급을 감소시키고, 아울러 요구되는 압력을 응축기 압력으로부터 증발기 포화 압력으로 강하시킨다. 이는 중력 재순환 또는 액체 과공급 시스템의 냉매 관리 부분(104)을 단순화하면서 시스템의 더 큰 전체 효율을 생성한다. 그러므로, 냉매의 온도 및 증기 함량과 독립적으로 유동을 제어함으로써, 압력 출력을 조절하거나 냉매의 유동을 계량할 수 있는 조절식 유동 제어기를 갖는 것이 유익하다. 이러한 압력 또는 유동 제어는 종래의 열 팽창 밸브에서 수행되는 바와 같은, 시스템의 다른 부분으로부터의 분리된 피드백이 없이 수행된다.
단열 탱크(140)는 액체 냉매의 중력 재순환 및 배수를 위해 배열되고, 상부에서 상부 헤더 조립체(154)에 하부에서 하부 헤더 조립체(156)에 연결된 이중 목적의 얼음 결빙/해빙 코일(142)을 포함한다. 상부 헤더 조립체(154) 및 하부 헤더 조립체(156)는 단열 탱크(140)를 통해 외부로 냉매 관리 유닛(104)으로 연장된다. 냉매가 얼음 결빙/해빙 코일(142) 및 헤더 조립체(154, 156)를 통해 유동할 때, 코일은 증발기로서 작용하고, 유체/얼음(152; 상변화 재료)은 1회 주기 중에 단열 탱크(140) 내에 고화된다. 얼음 결빙/해빙 코일(142) 및 헤더 조립체(154, 156)는 냉매 회로의 저압측에 연결되고, 액체 냉매의 중력 또는 펌핑 재순환 및 배수를 위해 배열된다. 제2 주기 중에, 따뜻한 증기상 냉매가 얼음 결빙/해빙 코일(142) 및 헤더 조립체(154, 156)를 통해 순환하고, 얼음을 용해시키면서 냉매를 응축한다.
열이 얼음 결빙/해빙 코일(142)로부터 주위 얼음으로 전달될 때, 수층이 개별 코일(142)의 고리 둘레에 형성된다. 이러한 수층이 코일 둘레에 충분한 외피를 형성하면, 이는 얼음 결빙/해빙 코일(142)과 얼음 덩어리 사이에서 단열체로서 작용하기 시작한다. 이러한 상태는 물의 고리가 이러한 국소화된 열 성층화를 극복하기 위한 상당한 물 순환을 위해 충분히 커지는 시점까지 지속될 것이다. 시스템이 높은 수준의 순간 냉각 부하를 생성할 수 없음을 보상하기 위해, 얼음 덩어리의 외측 표면이 추가로 이용된다.
단열 탱크(140) 내에서, 물 전체가 얼음 형성 사이클 중에 결빙되지는 않고, 그러므로 일정량의 물이 얼음 덩어리를 연속적으로 둘러싼다. 탱크의 바닥에서, 이러한 물은 어는점(대략 33 - 34℉)에 매우 가깝고, 물 펌프(164)에 의해 냉수 입구 라인(166) 내로 흡인되어 2차 열교환기(162)로 공급된다. 부하 열교환기(122; 보통 냉각 덕트 내의 증발기 코일)로부터 복귀한 냉매는 습식 흡입 복귀부(124)의 그의 정상 경로로부터 벗어나서 2차 냉각 라인(170)을 거쳐 2차 열교환기(162)로 공급된다. 여기서, 따뜻한 냉매는 냉수 입구 라인(166)으로부터 들어오는 물에 의해 냉각되고 응축되어, 2차 냉각 출구 라인(172)을 통해 1차 열교환기(160)로 공급되는 냉매 내에서 액체의 부분을 증가시킨다. 헤더 구성은 액체의 대부분을 범용 냉매 관리 용기(146)로 그리고 증기를 1차 열교환기(160)로 보낸다. 이러한 잔류 냉매 증기는 그 다음 단열 탱크(140) 내의 1차 열교환기(160) 내에서 응축된다. 2차 열교환기(162) 내의 냉매로 열을 전달한 후에, 가온된 물은 온수 복귀 라인(168)을 거쳐 단열 탱크(140)의 임의의 부분(도시된 상부)으로 복귀된다.
냉매 관리 유닛(104)은 어큐뮬레이터로서 기능하는 범용 냉매 관리 용기(146)를 포함한다. 범용 냉매 관리 용기(146)는 냉매 회로의 저압측 상에 위치 되어 여러 기능을 수행한다. 범용 냉매 관리 용기(146)는 냉매 에너지 저장 주기 중에 그리고 다시 냉각 주기 중에 증기상 냉매로부터 액상을 분리한다. 범용 냉매 관리 용기(146)는 또한 단열 탱크(140) 내부의 얼음 결빙/해빙 코일(142)을 통한 중력 순환을 지속시키는 냉매 에너지 저장 주기 중의 액체 냉매의 정적 칼럼을 제공한다. 건식 흡입 복귀부(114)는 범용 냉매 관리 용기(146)의 상부의 출구로부터, 제1 열에너지 저장 주기 중에, 공조기 유닛(102) 내의 압축기(110)에 저압 증기상 냉매를 제공한다. 습식 흡입 복귀부(124)는 냉매 에너지 저장 시스템이 냉각을 제공하는 제2 주기 중에 증발기(부하 열교환기(123))로의 연결을 위한 상부 헤더 조립체(154)의 상부 내의 입구를 통해 제공된다.
제1 주기는 감지될 수 있는 열 및 잠열이 물로부터 제거되어 물을 결빙시키는 냉매 에너지 저장 주기이다. 압축기(110)의 출력은 고압 액체로부터 응축된 고압 냉매 증기이다. (펌핑 액체 공급 라인(122) 내의) 액체 냉매 펌프(120)의 출구 상의 (도시되지 않은) 밸브는 예를 들어 액체 냉매 펌프가 정지될 때 연결을 폐쇄하여, 부하 유닛(108)으로의 연결을 제어한다.
제1 주기 중에, 열은 차가운 액체를 비등시키는 오일 증류/서지 용기(116) 내부에서 고압의 따뜻한 액체로부터 저압의 차가운 액체로 흐른다. 오일 증류/서지 용기(116) 내부에서 액체 비등 중에 형성되는 증기로부터 생성된 압력 상승은 차가운 액체가 오일 증류/서지 용기(116)를 빠져나오게 하고, 이를 얼음 결빙/해빙 코일(142)로 이동시키고, 이는 제1 주기 중에 적절한 시스템 작동을 위해 필요하다. 제2 주기 중에, 따뜻한 고압 액체는 더 이상 고압 액체 공급 라인(112)을 통 해 유동하지 않고, 이는 공조기 유닛(102) 내부의 압축기(110)가 꺼지기 때문이다. 그러므로, 전술한 따뜻한 액체로부터 차가운 액체로의 열 흐름이 중지된다. 이러한 중지는 범용 냉매 관리 용기(146) 및 얼음 결빙/해빙 코일로부터의 액체가 다시 오일 증류/서지 용기(116) 내로 유동하게 하고, 이는 제1 주기 중의 높은 내부 용기 기체 압력이 더 이상 존재하지 않기 때문이다.
열에너지 저장 주기 중에, 고압 액체 냉매는 공조기 유닛(102)으로부터, 오일 증류/서지 용기(116)로부터의 저압 액체 냉매의 소량을 제외한 전부를 유지하는 내부 열교환기로 유동한다. 용기 내부에 있는 냉매는 2개의 모세관 튜브(파이프)에 의해 결정된 속도로 비등한다. 하나의 모세관은 오일 증류/서지 용기(116) 내의 냉매의 수준을 제어하는 통기 모세관(128)이다. 제2의 오일 복귀 모세관(148)은 오일 농후 냉매를 결정된 속도로 공조기 유닛(102) 내의 압축기(110)로 복귀시킨다. 범용 냉매 관리 용기(146) 내의 액체 냉매의 칼럼은 중력에 의해 그리고 오일 증류/서지 용기(116)를 범용 냉매 관리 용기(116)의 바닥 근방에 위치시킴으로써 작용을 받고, 칼럼은 오일 증류/서지 용기(116)로의 그리고 열에너지 저장 유닛(106) 내로의 공급 액체 냉매의 정상 유동을 유지한다. 서지 기능은 냉각 주기 중에 과도한 냉매가 단열 탱크(140) 내에 있는 얼음 결빙/해빙 코일(142)로부터 배수되게 하여, 제2 주기 중에 냉매를 응축하기 위해 최대화된 표면적을 유지한다.
잔여 시스템에 관한 오일 증류/서지 용기(116)의 물리적 위치는 오일 증류 및 서지 용기로서의 성능 인자이다. 이러한 오일 증류/서지 용기(116)는 압축기(110)로 복귀해야 하는 냉매와 함께 이동하는 오일의 복귀를 위한 경로를 추가로 제공한다. 오일 증류/서지 용기(116)를 빠져나온 (냉매의 증기-액상 온도보다 낮은) 약간 과냉각된 고압 액체 냉매는 혼합상 조절기(132)를 통해 유동하고, 이 동안에 압력 강하가 발생한다.
전술한 바와 같이, 냉매 관리 유닛(104)은 공조기 유닛(102)으로부터 고압 액체 공급 라인(112)을 거쳐 고압 액체 냉매를 받는다. 고압 액체 냉매는 오일 증류/서지 용기(116) 내의 열교환기를 통해 유동하여, 약간 과냉각되고, 그 다음 혼합상 조절기(132)로 유동하여, 냉매 압력 강하가 발생한다. 혼합상 조절기(132)의 사용은 액체 냉매 압력 강하 이외에 많은 유리한 기능을 제공한다. 혼합상 조절기(132)를 통과하는 냉매의 질량은 열에너지 저장 주기 중에 얼음 제조 코일(142) 내부의 냉매 비등 속도와 맞춰져서, 냉매 수준 제어에 대한 필요성을 제거한다.
혼합상 조절기(132)는 액체 냉매를 통과시키지만, 증기를 감지하면 폐쇄된다. 조절기의 저압측 상의 증기의 존재는 피스톤 상에 작용하는 다른 힘들과 조합된 밸브를 폐쇄하기 위한 압력을 생성하여, 원하는 증기 함량에 대응하는 소정의 개시점에서 피스톤을 폐쇄한다. 이러한 개시점은 조절기 설계에 의해 (즉, 조절기 구성요소의 기하학적 특성 및 재료를 변화시킴으로써) 미리 결정될 수 있다. 개시점은 또한 조절기 기하학적 특성에 대한 자동 또는 수동 조정 (즉, 피스톤 변위 한계에 대한 나사식 조정)에 의해 조정될 수 있다.
혼합상 조절기(132)의 개방 및 폐쇄의 결과로서 혼합상 조절기(132)를 빠져나오는 냉매 내에서 생성되는 맥동 작용은 범용 냉매 관리 용기(146) 내의 폐쇄 칼럼 내에서 압력파를 생성하는 액체 냉매에 대한 맥동 효과를 생성한다. 이는 열에 너지 저장 제1 주기 중에 얼음 제조 코일(142) 및 응축기(111) 내에서 액체 냉매를 교반하고, 열전달을 향상시키고 아울러 액체 및 증기상 냉매를 분리하는 것을 보조한다. 혼합상 조절기(132)는 또한 범용 냉매 관리 용기(146)와 함께, 제1 주기 중에 공조기 유닛(102)에서 액체 냉매를 배수시켜서, 그의 응축 표면적을 액체 응축물이 없이 응축을 위해 이용 가능하게 유지한다. 혼합상 조절기(132)는 공랭식 공조기 유닛(102)의 헤드 압력이 주위 온도에서 부동하도록 허용한다. 시스템은 직접 팽창 냉동 장치에 연결된 대부분의 응축 유닛에서 필요한 과열 회로를 요구하지 않는다.
혼합상 조절기(132)를 떠나는 저압 혼합상 냉매는 이분기(130)를 통해 범용 냉매 관리 용기(146)로의 입구와 얼음 제조 코일(142)의 상부 헤더 조립체(154) 사이에 위치된 배출기 (또는 주입기 노즐)로 통과하여, 중력 냉매 순환을 보조한다. 냉매 열에너지 저장 주기 중에, 배출기는 냉매가 이분기(130)를 떠날 때, 배출기로부터 바로 상류의, 열에너지 저장 유닛(105)의 상부 헤더 조립체(154) 내에서 압력 강하를 생성하고, 이에 의해 얼음 제조 코일(142) 내에서의 냉매 순환의 속도를 증가시키며 동시에 시스템 성능을 개선한다.
혼합상 조절기(132)는 또한 그의 출구 포트를 가로지른 압력차가 증가 또는 감소하는 외부 주위 공기 온도에 따라 변할 때, 압축기(110)로부터의 냉매 질량 유동의 변화에 반응한다. 이는 응축 압력이 주위 공기 온도에서 부동하도록 허용한다. 주위 공기 온도가 감소함에 따라, 압축기(110)의 헤드 압력은 감소하고, 이는 에너지 소비를 감소시키고 압축기(110) 용량을 증가시킨다. 혼합상 조절기(132)는 액체 냉매가 통과하도록 허용하며, 증기를 감지하면 피스톤을 폐쇄한다. 그러므로, 혼합상 조절기(132)는 증기상 혼합물을 "트랩" 내에 일시적으로 유지한다. 고압 액체를 감지하면, 피스톤은 그의 시트로부터 상승하여, 액체가 통과하도록 허용한다.
그러므로, 혼합상 조절기(132)는 증기 압력이 고압 액체 냉매를 저압 액체 냉매로 변환하고 증기를 순간 증발시키도록 허용한다. 혼합상 조절기(132)에 의해 유지되는 증기는 응축기(111)로의 라인 압력을 증가시키고, 액체로 더욱 응축된다. 혼합상 조절기(132)는 자동 조절식이고, 기생 손실을 갖지 않는다. 추가적으로, 혼합상 조절기(132)는 액체로부터 증기를 제거하고 시스템의 저압 및 고압측 상에서 맥동 작용을 생성함으로써 열교환기의 코일 내의 열전달의 효율을 개선한다. 전술한 바와 같이, 혼합상 조절기는 저압 액체를 통과시키도록 개방되고, 그 다음 고압측 상에 증기를 포착하도록 폐쇄되고, 조절기의 저압측 상에서 맥동 작용을 생성한다. 이러한 맥동 작용은 비등 및 응축 수준에서 열교환기의 더 많은 내부 벽을 습윤하고, 이는 열전달을 보조한다.
저압 혼합상 냉매는 범용 냉매 관리 용기(146)로 들어가고, 액체 및 증기 성분들은 중력에 의해 분리되어, 액체는 바닥으로 떨어지고 증기는 상부로 올라간다. 액체 성분은 시스템 내의 냉매의 질량 변화에 의해 결정된 수준으로 범용 냉매 관리 용기(146)를 충전하고, 증기 성분은 공조기 유닛(102)의 압축기로 복귀된다. 보통의 직접 팽창 냉각 시스템에서, 증기 성분은 시스템 전체에 걸쳐 순환하여, 효율을 감소시킨다. 도1에 도시된 실시예에서, 증기 성분은 증발기를 통과할 필요가 없이 직접 압축기(110)로 복귀된다. 범용 냉매 관리 용기(146) 내의 액체 냉매의 칼럼은 중력에 의해 작용 받고, 열에너지 저장 주기 중에 2개의 경로를 갖는다. 하나의 경로는 오일 증류/서지 용기(116)로 이어지고, 여기서 속도는 모세관 튜브(128, 148)에 의해 계량된다.
액체 냉매의 칼럼에 대한 제2 경로는 얼음 결빙/해빙 코일(142) 및 상부 헤더 조립체(154)를 통해 하부 헤더 조립체(156)로 그리고 다시 범용 냉매 관리 용기(146)를 통해 압축기(110)로 이어진다. 이러한 중력 보조식 순환은 탱크가 물과 같은 상변화 유체로 충전될 때 얼음의 형태로 열용량을 저장한다. 범용 냉매 관리 용기(146) 내의 액체 정수두는 얼음 결빙/해빙 코일(142) 내에서 유동을 생성하기 위한 펌프로서 작용한다. 냉매가 증기가 됨에 따라, 코일 내의 액체의 수준은 범용 냉매 관리 용기(146) 내의 액체의 수준보다 낮아지고, 그러므로 얼음 결빙/해빙 코일(142)을 통한 범용 냉매 관리 용기(146) 사이의 연속적인 유동을 촉진한다. 범용 냉매 관리 용기(146)와 얼음 결빙/해빙 코일(142) 사이의 이러한 압력차는 중력 순환을 유지한다. 초기에 증기만이 그리고 이후에 (저장 사이클에서) 냉매 액체 및 증기가 상부 헤더 조립체(154)로부터 범용 냉매 관리 용기(146)로 복귀된다.
냉매가 범용 냉매 관리 용기(146)로 복귀됨에 따라, 열속은 증가하는 얼음 두께(증가하는 열 저항)로 인해 점진적으로 감소한다. 액체는 냉매 관리 유닛(104) 내의 범용 냉매 관리 용기(146)로 복귀하고, 증기는 공조기 유닛(102) 내의 압축기(110)로 복귀한다. 중력 순환은 얼음의 균일한 형성을 보장한다. 얼음 결빙/해빙 코일(142) 중 하나가 더 많은 얼음을 형성하면, 그의 열속 속도는 감소 된다. 그에 이웃한 코일은 이제 모든 코일이 거의 동일한 열속 속도를 가질 때까지 더 많은 냉매를 받는다.
얼음 결빙/해빙 코일(142)의 설계는 얼음 형성 저장 (제1) 주기 중에 높은 압축기 흡입 압력 (및 증가된 흡입 기체 밀도)를 유지하는 얼음 형성 패턴을 생성한다. 열에너지 저장 (제1) 주기의 마지막 단계 중에, 각각의 얼음 결빙/해빙 코일(142) 사이의 모든 잔여 공간은 얼음으로 채워지고, 그러므로 잔여 물-얼음 표면적이 감소하고, 흡입 압력은 극적으로 강하된다. 흡입 압력에 대한 이러한 강하는 조정 가능한 냉매 압력 스위치에 의해 응축 유닛을 자동으로 차단하는 완전 충전 표시로서 사용될 수 있다.
공조기 유닛(102)이 열에너지 저장 제1 주기 중에 켜지면, 저압 액체 냉매는 중력에 의해 액체 냉매 펌프(120)를 통과하는 것과, 펌핑 액체 공급 라인(122) 내의 (도시되지 않은) 포핏 밸브에 의해 부하 열교환기(123)로 들어가는 것이 방지된다. 열에너지 저장 시스템이 완전히 충전되고, 공조 유닛(102)이 차단되면, 혼합상 조절기(132)는 냉매 시스템 압력이 빠르게 평형화되도록 허용한다. 이러한 신속한 압력 평형화는 압축기(110) 내에서 효율이 높고 시작 토크가 낮은 모터의 사용을 허용한다. 부하 열교환기(123)는 냉매가 (혼합상 액체 및 기체로서) 부하 열교환기(123)로부터 또는 (단지 포화된 증기로서) 습식 흡입 복귀부(124)를 통해 상부 헤더 조립체(154)로 유동할 수 있도록 열에너지 저장 유닛(106) 위 또는 아래에 위치된다. 상부 헤더 조립체(154)를 통과한 후에, 냉매는 그 다음 다시 액체로 얼음 결빙/해빙 코일 내로 통과하여 응축된다.
도1에 도시된 바와 같이, 고효율 냉매 에너지 저장 및 냉각 시스템의 일 실시예가 시스템을 한정하는 5개의 주요 구성요소를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 공조기 유닛(102)은 고압 액체 공급 라인(112)을 통해 냉매 관리 유닛(104)으로 송출되는 고압 액체 냉매를 생성하기 위해 압축기(110) 및 응축기(111)를 이용하는 종래의 응축 유닛이다. 냉매 관리 유닛(104)은 물로 충전된 단열 탱크(140) 및 얼음 제조 코일(142)을 포함하는 열에너지 저장 유닛(106)에 연결된다. 마지막으로, 2차 열교환기 유닛(162)은 외부 용해 능력을 도입하여, 시스템에 추가의 순간 냉각 부하를 제공한다. 공조기 유닛(102), 냉매 관리 유닛(104), 및 열에너지 저장 유닛(106)은 부하 열교환기(108; 실내 냉각 코일 조립체)에 효율적인 다중 모드 냉각을 제공하도록 협동하여 작용하고, 이에 의해 시스템의 주된 작동 모드의 기능을 수행한다. 2차 열교환기(162)에 의해 생성된 순환 루프는 부하 열교환기(123)를 떠나는 냉매와 단열 탱크(140) 내의 유체 사이에서 열을 전달한다. 이러한 루프는 단열 탱크(140) 내에서 유체(152)를 순환시키며 성층화하고, 부하 열교환기(123)를 떠나는 냉매로부터 열을 흡인하도록 작용한다. 이러한 2차 열교환기 루프는 순간 냉각 부하가 필요할 때, 필요하다면 밸브(188)에 의해 시스템 내로 그리고 그의 외부로 절환될 수 있다. 도시된 시스템은 내부/외부 용해 시스템으로서 공지되어 있고, 이는 얼음의 형태로 저장된 열에너지가 결빙/해빙 코일(142)에 의해 덩어리 내부에서 그리고 덩어리의 주연부로부터 2차 열교환기(162)를 통해 냉수를 순환시킴으로써 외부에서 용해되기 때문이다. 이러한 2차 열교환기 루프는 순간 냉각 부하가 필요할 때, 필요하다면 밸브(188)에 의해 시스템 내로 그리고 그의 외부로 절환 될 수 있다.
도2는 향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다. 종래의 응축 유닛(202; 공조기)을 갖는 열에너지 저장 및 냉각 시스템은 고압 액체 공급 라인(212)을 통해, 범용 냉매 관리 용기(246) 및 액체 냉매 펌프(220)를 포함할 수 있는 냉매 관리 및 분배 시스템(204)으로 송출되는 고압 액체 냉매를 생성하기 위해 압축기 및 응축기를 이용한다. 범용 냉매 관리 용기(246)는 고압 액체 공급 라인(212)으로부터 압력이 강하된 저압 혼합상(262) 액체 냉매를 받는다. 냉매는 증기상 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 범용 냉매 관리 용기(246) 내에 축적된다. (도시되지 않은) 혼합상 조절기는 응축기로부터의 냉매 압력차를 증발기 포화 압력으로 감소시키면서, 압축기로부터 범용 냉매 관리 용기(246)로 공급되는 증기를 최소화하도록 사용될 수 있다.
열에너지 저장 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(246)는 액체 공급 라인(266)을 통해 얼음 또는 얼음 덩어리(242)의 형태로 냉각(열에너지)을 저장하는 1차 열교환기(260)로 액체 냉매를 공급한다. 1차 열교환기(260)로 냉각을 전달할 때, 혼합상 냉매는 습식 흡입 복귀 라인(224)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(246)로 복귀된다. 건식 흡입 복귀 라인(218)은 응축 유닛(202) 내에서 압축되어 응축되도록 증기상 냉매를 복귀시켜서, 열에너지 저장 사이클을 완성한다.
냉각 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(246)는 액체 냉매를 펌프 입구 라인(264)을 통해 액체 냉매 펌프(220)로 공급하고, 이는 그 다음 냉매를 펌프 출구 라인(260)을 거쳐 증발기 코일(222)로 펌핑한다. 증발기 코일(222)로 냉각을 전달 할 때, 혼합상 또는 포화 냉매는 저압 증기 라인(268)을 거쳐 1차 열교환기(260)로 복귀되고, 열에너지 저장 모드 중에 제조된 얼음 덩어리(242)를 이용하여 응축되고 냉각된다. 증기상 냉매는 그 다음 액체 공급 라인(266)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(246)로 복귀된다. 2차 열교환기 유닛(270)이 시스템에 외부 용해를 도입하여, 시스템에 추가의 순간 냉각 부하를 제공한다. 시스템에 내부/외부 용해 능력을 제공함으로써, 얼음 덩어리(242)의 형태로 저장된 열에너지는 1차 열교환기(260) 내의 결빙/해빙 코일에 의해 내부에서 그리고 덩어리의 주연부로부터 2차 열교환기(270)를 통해 냉수를 순환시킴으로써 외부에서 용해된다. 이는 시스템이 순간 냉각 용량의 4배 증가를 실현하도록 허용한다.
이러한 제2 주기(냉각 모드) 중에, 따뜻한 증기상 냉매는 1차 열교환기(260) 내의 얼음 결빙/해빙 코일을 통해 순환하고, 얼음 덩어리(242)를 내부로부터 외부로 용해시켜서, 냉매 응축 기능을 제공한다. 열이 이러한 얼음 결빙/해빙 코일로부터 주위의 얼음 덩어리(242)로 전달됨에 따라, 수층이 개별 코일의 고리 둘레에 형성된다. 전술한 바와 같이, 이러한 수층이 코일 둘레에 충분한 외피를 형성하면, 이는 얼음 결빙/해빙 코일과 얼음 덩어리(242) 사이의 단열체로서 작용하기 시작한다. 이러한 상태는 물 고리가 이러한 국소화된 열 성층화를 극복하기 위한 상당한 물 순환을 위해 충분히 커지는 시점까지 지속될 것이다. 시스템이 높은 수준의 순간 냉각 부하를 생성할 수 없음을 보상하기 위해, 얼음 덩어리의 외측 표면이 추가로 이용된다.
단열 탱크(240) 내에서, 물 전체가 얼음 형성 사이클 중에 결빙되지는 않고, 그러므로 일정량의 물이 얼음 덩어리를 연속적으로 둘러싼다. 탱크(240)의 바닥에서, 이러한 물은 어는점(대략 33 - 34℉)에 매우 가깝고, 물 펌프(272)에 의해 냉수 라인(274) 내로 흡인되어 2차 열교환기(270)로 공급된다. 증발기 코일(222)로부터 복귀한 냉매는 습식 흡입 복귀부(224)의 그의 정상 경로로부터 벗어나서 2차 냉각 입구 라인(278)을 거쳐 2차 열교환기(270)로 공급될 수 있다. 여기서, 따뜻한 냉매는 냉수 라인(274)으로부터 들어오는 물에 의해 냉각되고 응축되어, 2차 냉각 출구 라인(280)을 통해 1차 열교환기(260)로 공급되는 냉매 내에서 액체의 부분을 증가시키고, 헤더 구성은 액체의 대부분을 범용 냉매 관리 용기(246)로 그리고 증기를 1차 열교환기(260)로 보낸다. 이러한 잔류 냉매 증기는 그 다음 단열 탱크(240) 내의 1차 열교환기(260) 내에서 응축된다. 2차 열교환기(270) 내의 냉매로 열을 전달한 후에, 가온된 물은 온수 복귀 라인(276)을 거쳐 단열 탱크(240)의 상부로 복귀된다. 이러한 2차 열교환기 루프는 순간 냉각 부하가 필요할 때, 필요하다면 밸브(288)에 의해 시스템 내로 그리고 그의 외부로 절환될 수 있다. 추가적으로, 외부 냉수 라인 등과 같은 (도시되지 않은) 2차 냉각원은 1차 열교환기(260) 또는 URMV(246)로 들어가는 냉매의 예비 냉각을 추가로 증대시키기 위해 2차 열교환기 내의 냉매와 열접촉하도록 위치될 수 있다.
도3은 다중의 향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다. 유사하게, 이전의 도면에서 전술한 바와 같이, 종래의 응축 유닛(302; 공조기)을 갖는 열에너지 저장 및 냉각 시스템은 고압 액체 공급 라인을 통해, 범용 냉매 관리 용기(346) 및 액체 냉매 펌프(320)를 포함할 수 있는 냉매 관리 및 분배 시스템(304)으로 송출되는 고압 액체 냉매를 생성하기 위해 압축기 및 응축기를 이용한다. (도시되지 않은) 혼합상 유동 조절기는 고압 액체 공급 라인으로부터 고압 액체 냉매를 받고 압축기로부터 열 부하로 공급되는 냉매의 유동을 조절하도록 사용될 수 있다. 저압 혼합상 냉매는 증기상 냉매로부터 액상을 분리하는 범용 냉매 관리 용기(346) 내에 축적된다.
열에너지 저장 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(346)는 액체 라인 공급부를 통해 얼음 또는 얼음 덩어리(342)의 형태로 냉각을 저장하는 1차 열교환기(360)로 액체 냉매를 공급한다. 1차 열교환기(360)로 냉각을 전달할 때, 혼합상 냉매는 습식 흡입 복귀 라인(324)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(346)로 복귀된다. 건식 흡입 복귀 라인은 응축 유닛(302) 내에서 압축되어 응축되도록 증기상 냉매를 복귀시켜서, 열에너지 저장 사이클을 완성한다.
냉각 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(346)는 액체 냉매를 액체 냉매 펌프(320)로 공급하고, 이는 그 다음 냉매를 증발기 코일(322)로 펌핑한다. 증발기 코일(322)로 냉각을 전달할 때, 혼합상 냉매는 1차 열교환기(360)로 복귀되고, 열에너지 저장 모드 중에 제조된 얼음 덩어리(342)를 이용하여 냉각된다. 증기상 냉매는 얼음 냉각에 의해 액체로 응축되고, 액체 공급 라인(366)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(346)로 복귀된다. 2차 열교환기 유닛(370) 및 3차 열교환기 유닛(390)이 시스템에 외부 용해를 도입하여, 시스템에 추가의 순간 냉각 부하를 제공한다.
시스템에 내부/외부 용해 능력을 제공함으로써, 얼음 덩어리(342)의 형태로 저장된 열에너지는 1차 열교환기(360) 내의 결빙/해빙 코일에 의해 내부에서 그리 고 덩어리의 주연부로부터 2차 및 3차 열교환기(370, 390)를 통해 냉수를 순환시킴으로써 외부에서 용해된다. 이는 시스템이 매우 큰 순간 냉각 요구에 반응하도록 허용한다. 추가의 열교환 유닛이 매우 다양한 냉각 부하 요구를 조절하기 위해 3차 열교환기(390)의 방식으로 시스템에 추가될 수 있다. 이러한 제2 주기(냉각 모드) 중에, 따뜻한 증기상 냉매는 1차 열교환기(360) 내의 얼음 결빙/해빙 코일을 통해 순환하고, 얼음 덩어리(342)를 내부로부터 외부로 용해시켜서, 냉매 응축 기능을 제공한다.
단열 탱크(340) 바닥의 물은 물 펌프(372)에 의해 냉수 라인(374) 내로 흡인되고, 2차 및 3차 열교환기(370, 390)로 공급된다. 증발기 코일(322)로부터 복귀한 냉매는 습식 흡입 복귀부(324)의 그의 정상 경로로부터 벗어나서 2차 냉각 입구 라인(378)을 거쳐 2차 및 3차 열교환기(270, 290)로 공급될 수 있다. 여기서, 따뜻한 냉매는 냉수 라인(374)으로부터 들어오는 물에 의해 냉각되고 응축되어, 2차 냉각 출구 라인(380)을 통해 1차 열교환기(360)로 공급되는 냉매 내에서 액체의 부분을 증가시키고, 헤더 구성은 액체의 대부분을 범용 냉매 관리 용기(346)로 그리고 증기를 1차 열교환기(360)로 보낸다. 이러한 잔류 냉매 증기는 그 다음 단열 탱크(340) 내의 1차 열교환기(360) 내에서 응축된다. 2차 및 3차 열교환기(370, 390) 내의 냉매로 열을 전달한 후에, 가온된 물은 온수 복귀 라인(376)을 거쳐 단열 탱크(340)의 상부로 복귀된다. 이러한 2차 및 3차 열교환기 루프는 순간 냉각 부하가 필요할 때, 필요하다면 밸브(388)에 의해 시스템 내로 그리고 그의 외부로 절환될 수 있다. 복수의 추가의 열교환기가 필요하다면 냉매의 추가의 엔탈피 감 소를 달성하기 위해 직렬 또는 병렬로 3차 열교환기와 유사한 방식으로 시스템에 추가될 수 있다.
도4는 공통 유체 저장소를 이용하는 향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에너지 저장 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다. 종래의 응축 유닛(402; 공조기)을 갖는 열에너지 저장 및 냉각 시스템은 고압 액체 공급 라인(412)을 통해, 범용 냉매 관리 용기(446) 및 액체 냉매 펌프(420)를 포함할 수 있는 냉매 관리 및 분배 시스템(404)으로 송출되는 고압 액체 냉매를 생성하기 위해 압축기 및 응축기를 이용한다. 범용 냉매 관리 용기(446)는 고압 액체 공급 라인(412)으로부터 압력이 강하된 저압 혼합상(462) 액체 냉매를 받는다. 냉매는 증기상 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 범용 냉매 관리 용기(446) 내에 축적된다. 저압 혼합상 냉매(462)는 증기상 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 범용 냉매 관리 용기(446) 내에 축적된다. (도시되지 않은) 혼합상 조절기는 냉매 압력차를 응축기로부터 증발기 포화 압력으로 감소시키면서, 압축기로부터 범용 냉매 관리 용기(446)로 공급되는 증기를 최소화하도록 사용될 수 있다.
열에너지 저장 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(446)는 액체 공급 라인(466)을 통해 얼음 또는 얼음 덩어리(442)의 형태로 냉각을 저장하는 1차 열교환기(460)로 액체 냉매를 공급한다. 1차 열교환기(460)로 냉각을 전달할 때, 혼합상 냉매는 습식 흡입 복귀 라인(424)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(446)로 복귀된다. 건식 흡입 복귀 라인(418)은 응축 유닛(402) 내에서 압축되어 응축되도록 증기상 냉매를 복귀시켜서, 열에너지 저장 사이클을 완성한다.
냉각 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(446)는 액체 냉매를 펌프 입구 라인(464)을 통해 액체 냉매 펌프(420)로 공급하고, 이는 그 다음 냉매를 펌프 출구 라인(460)을 거쳐 증발기 코일(422)로 펌핑한다. 증발기 코일(422)로 냉각을 전달할 때, 혼합상 또는 포화 냉매는 저압 증기 라인(468)을 거쳐 1차 열교환기(460)로 복귀되고, 열에너지 저장 모드 중에 제조된 얼음 덩어리(442)를 이용하여 응축되고 냉각된다. 증기상 냉매는 그 다음 액체 공급 라인(466)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(446)로 복귀된다. 단열 탱크(440)의 내부에서 얼음 덩어리(442)의 외부에 포함된 유체(443) 내에 위치된 2차 열교환기 유닛(470)이 외부 용해를 도입하여 직렬 구성의 시스템에 추가의 순간 냉각 부하를 제공하도록 사용될 수 있다. 시스템에 내부/외부 용해 능력을 제공함으로써, 얼음 덩어리(442)의 형태로 저장된 열에너지는 1차 열교환기(460) 내의 결빙/해빙 코일에 의해 내부에서 그리고 덩어리의 주연부로부터 유체를 순환시키고 그리고/또는 2차 열교환기(470)와 접촉시킴으로써 외부에서 용해된다. 이는 시스템이 간단한 자납형 방식으로 증가된 순간 냉각 용량을 실현하도록 허용한다. 추가의 순환 펌프 또는 공기 펌프가 챔버 내에서 유체를 성층화하고 혼합하도록 이용될 수 있다.
이러한 제2 주기(냉각 모드) 중에, 따뜻한 증기상 냉매는 1차 열교환기(460) 내의 얼음 결빙/해빙 코일을 통해 순환하고, 얼음 덩어리(442)를 내부로부터 외부로 용해시켜서, 냉매 응축 기능을 제공한다. 열이 이러한 얼음 결빙/해빙 코일로부터 주위의 얼음 덩어리(442)로 전달됨에 따라, 수층이 개별 코일의 고리 둘레에 형성된다. 전술한 바와 같이, 이러한 수층이 코일 둘레에 충분한 외피를 형성하 면, 이는 얼음 결빙/해빙 코일과 얼음 덩어리(442) 사이의 단열체로서 작용하기 시작한다. 이러한 상태는 물 고리가 이러한 국소화된 열 성층화를 극복하기 위한 상당한 물 순환을 위해 충분히 커지는 시점까지 지속될 것이다. 시스템이 높은 수준의 순간 냉각 부하를 생성할 수 없음을 보상하기 위해, 얼음 덩어리의 외측 표면이 추가로 이용된다.
단열 탱크(440) 내에서, 물 전체가 얼음 형성 사이클 중에 결빙되지는 않고, 그러므로 일정량의 물이 얼음 덩어리를 연속적으로 둘러싼다. 단열 탱크(440)의 바닥에서, 이러한 물은 어는점(대략 33 - 34℉)에 매우 가깝고, 유체(443) 내에 위치된 2차 열교환기(470)와 접촉하도록 사용된다. 증발기 코일(422)로부터 복귀한 냉매는 습식 흡입 복귀부(424)의 그의 정상 경로로부터 벗어나서 2차 냉각 입구 라인(480)을 거쳐 2차 열교환기(470)로 공급될 수 있다. 여기서, 따뜻한 냉매는 얼음 덩어리(442)를 둘러싼 물에 의해 냉각되고 응축되어, 2차 냉각 출구 라인(480)을 통해 1차 열교환기(460)로 공급되는 냉매 내에서 액체의 부분을 증가시키고, 헤더 구성은 액체의 대부분을 범용 냉매 관리 용기(446)로 그리고 증기를 1차 열교환기(460)로 보낸다. 이러한 잔류 냉매 증기는 그 다음 단열 탱크(440) 내의 1차 열교환기(460) 내에서 응축된다. 2차 열교환기(470) 내의 냉매로 열을 전달한 후에, 가온된 물은 단열 탱크(440) 내에서 순환되고 혼합된다. 이러한 2차 열교환기 루프는 순간 냉각 부하가 필요할 때, 밸브(488)에 의해 시스템 내로 그리고 그의 외부로 절환될 수 있다.
도5는 공통 유체 저장소를 이용하는 향상된 열교환 용량을 갖는 냉매계 열에 너지 저장 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다. 종래의 응축 유닛(502; 공조기)을 갖는 열에너지 저장 및 냉각 시스템은 고압 액체 공급 라인(512)을 통해, 범용 냉매 관리 용기(546) 및 액체 냉매 펌프(520)를 포함할 수 있는 냉매 관리 및 분배 시스템(504)으로 송출되는 고압 액체 냉매를 생성하기 위해 압축기 및 응축기를 이용한다. 범용 냉매 관리 용기(546)는 고압 액체 공급 라인(512)으로부터 압력이 강하된 저압 혼합상(562) 액체 냉매를 받는다. 냉매는 증기상 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 범용 냉매 관리 용기(546) 내에 축적된다. 저압 혼합상 냉매(562)는 증기상 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 범용 냉매 관리 용기(546) 내에 축적된다. (도시되지 않은) 혼합상 조절기는 냉매 압력차를 응축기로부터 증발기 포화 압력으로 감소시키면서, 압축기로부터 범용 냉매 관리 용기(546)로 공급되는 증기를 최소화하도록 사용될 수 있다.
열에너지 저장 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(546)는 액체 공급 라인(566)을 통해 얼음 또는 얼음 덩어리(542)의 형태로 냉각(열에너지)을 저장하는 1차 열교환기(560)로 액체 냉매를 공급한다. 1차 열교환기(560)로 냉각을 전달할 때, 혼합상 냉매는 습식 흡입 복귀 라인(524)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(546)로 복귀된다. 건식 흡입 복귀 라인(518)은 응축 유닛(502) 내에서 압축되어 응축되도록 증기상 냉매를 복귀시켜서, 열에너지 저장 사이클을 완성한다.
냉각 모드에서, 범용 냉매 관리 용기(546)는 액체 냉매를 펌프 입구 라인(564)을 통해 액체 냉매 펌프(520)로 공급하고, 이는 그 다음 냉매를 펌프 출구 라인(560)을 거쳐 증발기 코일(522)로 펌핑한다. 증발기 코일(522)로 냉각을 전달 할 때, 혼합상 또는 포화 냉매는 저압 증기 라인(568)을 거쳐 1차 열교환기(560)로 복귀되고, 열에너지 저장 모드 중에 제조된 얼음 덩어리(542)를 이용하여 응축되고 냉각된다. 증기상 냉매는 그 다음 액체 공급 라인(566)을 거쳐 범용 냉매 관리 용기(546)로 복귀된다. 단열 탱크(540)의 내부에서 얼음 덩어리(542)의 외부에 포함된 유체(543) 내에 위치된 2차 열교환기 유닛(570)이 외부 용해를 도입하여 병렬 구성의 시스템에 추가의 순간 냉각 부하를 제공하도록 사용될 수 있다. 시스템에 순간 내부 및 외부 용해 능력을 제공함으로써, 얼음 덩어리(542)의 형태로 저장된 열에너지는 1차 열교환기(560) 내의 결빙/해빙 코일에 의해 내부에서 그리고 덩어리의 주연부로부터 유체를 순환시키고 그리고/또는 2차 열교환기(570)와 접촉시킴으로써 외부에서 용해된다. 이는 시스템이 간단한 자납형 방식으로 증가된 순간 냉각 용량을 실현하도록 허용한다. 추가의 순환 펌프 또는 공기 펌프가 챔버 내에서 유체를 성층화하고 혼합하도록 이용될 수 있다.
이러한 제2 주기(냉각 모드) 중에, 따뜻한 증기상 냉매는 1차 열교환기(560) 내의 얼음 결빙/해빙 코일을 통해 순환하고, 얼음 덩어리(542)를 내부로부터 외부로 용해시켜서, 냉매 응축 기능을 제공한다. 열이 이러한 얼음 결빙/해빙 코일로부터 주위의 얼음 덩어리(542)로 전달됨에 따라, 수층이 개별 코일의 고리 둘레에 형성된다. 전술한 바와 같이, 이러한 수층이 코일 둘레에 충분한 외피를 형성하면, 이는 얼음 결빙/해빙 코일과 얼음 덩어리(542) 사이의 단열체로서 작용하기 시작한다. 이러한 상태는 물 고리가 이러한 국소화된 열 성층화를 극복하기 위한 상당한 물 순환을 위해 충분히 커지는 시점까지 지속될 것이다. 시스템이 높은 수준 의 순간 냉각 부하를 생성할 수 없음을 보상하기 위해, 얼음 덩어리의 외측 표면이 추가로 이용된다.
단열 탱크(540) 내에서, 물 전체가 얼음 형성 사이클 중에 결빙되지는 않고, 그러므로 일정량의 물이 얼음 덩어리를 연속적으로 둘러싼다. 단열 탱크(540)의 바닥에서, 이러한 물은 어는점에 매우 가깝고, 유체(543) 내에 위치된 2차 열교환기(570)와 접촉하도록 사용된다. 증발기 코일(522)로부터 복귀한 냉매는 습식 흡입 복귀부(524)의 그의 정상 경로로부터 벗어나서 2차 냉각 입구 라인(580)을 거쳐 2차 열교환기(570) 및 1차 열교환기(560)로 동시에 공급될 수 있다. 여기서, 따뜻한 냉매는 2차 열교환기(570) 및 1차 열교환기(560)에 의해, 얼음 덩어리(542)를 둘러싼 물에 의해 냉각되고 응축된다. 헤더 구성은 액체의 대부분을 범용 냉매 관리 용기(546)로 그리고 증기를 1차 열교환기(560) 및 2차 열교환기(570)로 보낸다. 잔류 냉매 증기는 결국 단열 탱크(540) 내의 1차 열교환기(560) 내에서 응축된다. 2차 열교환기(570) 내의 냉매로 열을 전달한 후에, 가온된 물은 단열 탱크(540) 내에서 순환되고 혼합된다. 이러한 2차 열교환기 루프는 순간 냉각 부하가 필요할 때, 필요하다면 밸브(590)에 의해 시스템 내로 그리고 그의 외부로 절환될 수 있다.
냉매계 내부 용해 얼음 코일 시스템을 이용하는 종래의 열에너지 저장 유닛은 얼음 용해의 열전달 계수에 의해 제한되는 냉각 부하 용량에 의해 구속된다. 그러한 시스템에서, 응축 유닛은 얼음(얼음 형성)의 형태로 1회 주기 중에 냉매 에너지를 저장하고, 제2 주기(얼음 용해) 중에 저장된 얼음 에너지로부터 냉각을 제 공하도록 사용된다. 이러한 용해 과정은 전형적으로 따뜻한 냉매가 유동하는, 얼음 덩어리 내에 매립된 열교환기의 열전달 튜브의 외부 상에서 시작한다. 열이 열교환기를 통해 얼음으로 전달됨에 따라, 물 고리가 튜브와 얼음 사이에 형성되고, 순환의 부재 시에, 추가의 열전달에 대한 단열체로서 작용한다. 따라서, 열교환기의 용량은 크고 충분한 물 고리가 얼음 덩어리의 영역 내에서의 물의 혼합을 허용하는 시점 이전의 용해의 초기 단계에서 제한된다. 얼음에 의해 둘러싸인 열전달 튜브 사이의 열전달을 개선하기 위한 이전의 시도는 물 재킷 내에서 공기 방울을 생성함으로써 난류를 생성하는 것을 포함했다. 이러한 방법은 열악한 효율, 신뢰성, 및 고비용(에너지 및 자본)에 의해 제한된다.
본 발명은 열교환기의 개선된 배열을 갖는 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템에 의해 제공될 수 있는 냉각 부하를 증가시키기 위한 방법 및 장치를 제공함으로써 종래 기술의 단점 및 한계를 극복한다. 이는 열에너지 저장 매체로서 사용되는 얼음 덩어리를 둘러싸는 냉수를, 부하로부터 복귀한 냉매 증기를 응축시키는 2차 열교환기를 통해, 순환시킴으로써 달성된다. 냉매는 그 다음 얼음 덩어리 내의 1차 열교환기를 통해 순환되어, 더욱 냉각되고 응축된다. 이러한 시스템은 내부/외부 용해 시스템으로 공지되어 있고, 이는 얼음의 형태로 저장된 열에너지가 1차 열교환기에 의해 내부에서 그리고 덩어리의 주연부로부터 2차 열교환기를 통해 냉수를 순환시킴으로써 외부에서 용해되기 때문이다.
전형적인 얼음 저장 유닛에서, 얼음의 주연부를 둘러싸는 탱크 내의 물은 고체로 결빙되지 않는다. 이러한 물은 용해 주기의 거의 전체에서 탱크의 바닥에서 대략 32℉로 유지된다. 이러한 물을 소형 순환 펌프에 의해 2차 열교환기를 통해 그 다음 다시 탱크 내로 순환시킴으로써, 더 큰 열교환 효율이 실현될 수 있다. 2차 열교환기는 동축 응축기 또는 경납땜 플레이트 열교환기 등과 같은 고효율 교환기이며, 잉크 탱크 내의 주 열교환기로 들어가기 전의 냉매의 엔탈피를 낮추도록 (온도를 낮추고 그리고/또는 응축하도록) 사용된다. 결과적으로, 시스템의 총 냉각 용량은 이제 2개의 열교환기에 의해 제공되는 용량의 합이다. 필요한 만큼 많은 2차 열교환기를 사용함으로써, 시스템은 얼음 저장 시스템을 냉각 부하에 맞추는 유연성을 제공할 수 있다.
전술한 상세한 실시예는 추가의 구성요소를 최소화하고, 열에너지를 저장하기 위해 응축 유닛에 의해 사용되는 에너지를 넘어서는 매우 작은 에너지를 사용한다. 냉매 에너지 저장 설계는 다양한 용도에 대해 실시될 수 있도록 유연성을 제공하도록 설계되었다. 실시예는 대형 상업용 용도에 대해 냉각수를 제공하거나 다중 증발기에 직접 냉매 공조를 제공하기 위해 저장된 에너지를 이용할 수 있다. 설계는 다중 작동 모드, 선택적인 구성요소를 추가하는 능력, 및 에너지가 최대 효율로 저장되도록 보장하는 지능형 제어의 통합을 포함한다. 응축 유닛에 연결되었을 때, 시스템은 제1 주기에서 냉매 에너지를 저장하고, 제2 주기 중에 냉각을 제공하도록 저장된 에너지를 이용한다. 또한, 응축 유닛 및 냉매 에너지 저장 시스템은 제3 주기 중에 냉각을 제공하도록 동시에 작동할 수 있다.
많은 장점이 고효율 열에너지 저장 및 냉각 시스템에서 냉각제를 관리하기 위해 추가의 열교환기 루프를 이용하는 데 있어서 실현된다. 설명된 실시예는 요 구되는 냉각 부하와 맞춰지도록 시스템의 냉각 용량을 400% 증가시킬 수 있다. 시스템은 큰 신뢰성의 우려를 갖는 복잡하고 고가인 공기 분배 시스템을 제거하고, 시스템은 냉수 분배에 의해 냉각되는 빌딩에 쉽게 적응될 수 있다. 이러한 실시예는 공조를 위한 용도를 넘어 확장된, 모든 냉각 시스템에서의 광범위한 용도를 갖는다. 예를 들어, 이러한 방법은 얼음 저장을 사용하여 임의의 유체 매체를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 얼음을 제조하는 효율적인 방법과 조합하여, 이러한 실시예는 유제품 제조 및 석유 산업에서 광범위한 용도를 가질 수 있다.
본 발명의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 배타적이거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하려는 의도는 아니며, 다른 변형 및 변경이 상기 개시 내용에 비추어 가능할 수 있다. 실시예는 본 발명의 원리 및 그의 실질적인 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되어 설명되었고, 이에 의해 당업자가 본 발명을 고려되는 특정 용도에 대해 적합한 다양한 실시예 및 다양한 변형에서 가장 잘 이용할 수 있게 한다. 첨부된 청구의 범위는 종래 기술에 의해 제한되는 바를 제외하고는 본 발명의 다른 대안적인 실시예를 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (45)

  1. 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템이며,
    압축기 및 응축기를 포함하는 응축 유닛과,
    냉매를 조절하고, 축적하고, 펌핑하는, 상기 응축 유닛에 연결된 냉매 관리 유닛과,
    상기 냉매의 엔탈피를 증가시킴으로써 냉각 부하에 대해 냉각을 제공하는, 상기 냉매 관리 유닛에 연결된 부하 열교환기와,
    액체와 고체 사이에서 상변화가 가능한 유체로 충전되고, 1차 열교환기를 내부에 포함하는 탱크와,
    상기 부하 열교환기에 연결된 2차 열교환기를 포함하고,
    상기 1차 열교환기는 상기 유체를 냉각시키고 상기 탱크 내의 상기 유체의 적어도 일부를 결빙시키기 위해 상기 냉매 관리 유닛으로부터의 상기 냉매를 사용하는 상기 냉매 관리 유닛에 연결되고,
    상기 2차 열교환기는 냉각된 상기 유체와 상기 냉매 사이의 열접촉을 용이하게 하여 상기 냉매의 엔탈피를 감소시키고, 가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2차 열교환기는 상기 부하 열교환기로부터 고엔탈피 냉매를 받고, 저엔탈피 냉매를 상기 1차 열교환기로 전달하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 열교환기는 상기 부하 열교환기로부터 고엔탈피 냉매를 받고, 저엔탈피 냉매를 상기 2차 열교환기로 전달하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2차 열교환기는 상기 냉매 관리 유닛에 연결되고, 상기 2차 열교환기는 상기 냉매 관리 유닛으로부터 상기 냉매를 받고, 상기 냉매의 엔탈피를 낮추고, 저엔탈피 냉매를 상기 부하 열교환기로 전달하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기는 상기 부하 열교환기로부터 고엔탈피 냉매를 받고, 저엔탈피 냉매를 상기 냉매 관리 유닛으로 전달하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 냉매 관리 유닛은 냉매 어큐뮬레이터 및 액체 냉매 펌프를 더 포함하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 냉매 관리 유닛은 혼합상 조절기를 더 포함하는 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 냉매 관리 유닛은 오일 증류/서지 용기를 더 포함하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유체는 물인 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열에너지 저장 및 냉각 시스템은 공조 시스템의 용량을 증대시키도록 사용되는 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 열에너지 저장 및 냉각 시스템은 공조 시스템의 전력 소비 주기의 적어도 일부를 전환하도록 사용되는 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 2차 열교환기가 상기 부하 열교환기에 대한 상기 연결로부터 배제되도록 허용하는 적어도 하나의 밸브를 더 포함하는 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 2차 열교환기는 상기 냉매의 엔탈피를 감소시키기 위해 상기 냉매와 열접촉하도록 위치된 2차 냉각원을 이용하는 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 2차 열교환기는 상기 탱크 내의 상기 유체와 열전달식으로 위치되는 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 2차 열교환기로부터 상기 유체를 받고, 상기 냉매와의 추가의 열접촉을 용이하게 하여 상기 냉매의 일부의 엔탈피를 더욱 감소시키고, 가 온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 3차 열교환기를 더 포함하는 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 냉각된 상기 유체와 상기 냉매 사이의 열접촉을 추가로 용이하게 하여 상기 냉매의 엔탈피를 감소시키고, 가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는, 상기 2차 열교환기와 병렬로 연결된 3차 열교환기를 더 포함하는 시스템.
  17. 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템에 의해 부하 냉각을 제공하는 방법이며,
    제1 응축 냉매를 생성하기 위해 제1 팽창 냉매를 응축하는 단계와,
    제1 주기 중에 상기 유체의 일부를 결빙시켜서 냉각 유체, 결빙 유체, 및 상기 제1 팽창 냉매를 생성하기 위해, 액체와 고체 사이에서 상변화가 가능한 유체로 충전된 탱크 내에 배치된 증발 유닛 내에서 상기 제1 응축 냉매를 팽창시키는 단계와,
    제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시켜서 저엔탈피 냉매를 생성하기 위해, 제2 주기에서 상기 냉각 유체의 적어도 일부의 열 냉각 용량을 이용하는 단계와,
    상기 저엔탈피 냉매를 응축하여 제2 응축 냉매를 생성하기 위해, 상기 결빙 유체 내의 상기 증발 유닛을 통해 상기 저엔탈피 냉매를 순환시키는 단계와,
    상기 부하 냉각을 제공하기 위해 상기 제2 응축 냉매를 팽창시키는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    냉매 관리 유닛 내에서 상기 제1 응축 냉매의 압력을 감소시키는 단계와,
    범용 냉매 관리 용기 내에 상기 제1 응축 냉매를 축적하는 단계와,
    상기 제1 응축 냉매를 액체 냉매 펌프에 의해 상기 범용 냉매 관리 용기로부터 펌핑하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 냉매 관리 유닛 내의 혼합상 조절기에 의해 상기 제1 응축 냉매의 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시켜서 2차 열교환기에 의해 저엔탈피 냉매를 생성하기 위해, 제2 주기에서 상기 냉각 냉매의 적어도 일부의 열 냉각 용량을 전달하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 2차 열교환기를 적어도 하나의 밸브에 의해 상기 부하 열교환기에 대한 상기 연결로부터 배제하는 단계를 더 포함하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시키기 위해 상기 냉매와 열접촉하도록 위치된 상기 2차 열교환기와 열적으로 연통하는 2차 냉각원을 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 2차 열교환기를 상기 탱크 내의 상기 유체와 열적으로 연통하도록 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제2 팽창 냉매의 일부의 엔탈피를 더욱 감소시키기 위해, 냉각된 상기 유체와 상기 제2 팽창 냉매 사이의 추가의 열접촉을 용이하게 하는 3차 열교환기에 의해 상기 2차 열교환기로부터 상기 유체를 받는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  25. 제20항에 있어서,
    냉각된 상기 유체와 상기 제2 팽창 냉매 사이의 열접촉을 추가로 용이하게 하는 상기 2차 열교환기와 병렬로 연결된 3차 열교환기에 의해 상기 제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시키는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 제2 팽창 냉매의 일부의 엔탈피를 더욱 감소시키기 위해, 냉각된 상기 유체와 상기 제2 팽창 냉매 사이의 추가의 열접촉을 용이하게 하는 복수의 열교환기에 의해 상기 2차 열교환기로부터 상기 유체를 받는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  27. 제20항에 있어서,
    냉각된 상기 유체와 상기 제2 팽창 냉매 사이의 열접촉을 추가로 용이하게 하는 상기 2차 열교환기와 병렬로 연결된 복수의 열교환기에 의해 상기 제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시키는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 증발 유닛을 물로 충전된 상기 탱크 내에 구속하는 단계를 더 포함하는 방법.
  29. 제17항에 있어서,
    공조 시스템의 상기 부하 냉각을 증대시키기 위해 상기 제2 응축 냉매를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  30. 제17항에 있어서,
    공조 시스템의 전력 소비 주기의 적어도 일부를 전환하기 위해 상기 제2 응축 냉매를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  31. 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템에 부하 냉각을 제공하는 방법이며,
    제1 응축 냉매를 생성하기 위해 제1 팽창 냉매를 응축하는 단계와,
    제1 주기 중에 상기 유체의 일부를 결빙시켜서 냉각 유체, 결빙 유체, 및 상기 제1 팽창 냉매를 생성하기 위해, 액체와 고체 사이에서 상변화가 가능한 유체로 충전된 탱크 내에 배치된 증발 유닛 내에서 상기 제1 응축 액체를 팽창시키는 단계와,
    상기 부하 냉각을 제공하고 제2 팽창 냉매를 생성하기 위해, 부하 열교환기 내에서 저엔탈피 냉매를 팽창시키는 단계와,
    상기 제2 팽창 냉매를 응축하여 제2 응축 냉매를 생성하기 위해, 상기 결빙 유체 내의 상기 증발 유닛을 통해 상기 제2 팽창 냉매를 순환시키는 단계와,
    상기 제2 응축 냉매의 엔탈피를 감소시켜서 추가의 상기 저엔탈피 냉매를 생성하기 위해, 제2 주기에서 상기 냉각 유체의 적어도 일부의 열 냉각 용량을 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    냉매 관리 유닛 내에서 상기 제1 응축 냉매의 압력을 감소시키는 단계와,
    범용 냉매 관리 용기 내에 상기 제1 응축 냉매를 축적하는 단계와,
    상기 제1 응축 냉매를 액체 냉매 펌프에 의해 상기 범용 냉매 관리 용기로부터 펌핑하는 단계를 더 포함하는 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 냉매 관리 유닛 내의 혼합상 조절기에 의해 상기 제1 응축 냉매의 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  34. 제31항에 있어서,
    제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시켜서 2차 열교환기에 의해 저엔탈피 냉매를 생성하기 위해, 제2 주기에서 상기 냉각 유체의 적어도 일부의 열 냉각 용량을 전달하는 단계를 더 포함하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 2차 열교환기를 적어도 하나의 밸브에 의해 상기 부하 열교환기에 대한 상기 연결로부터 배제하는 단계를 더 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제2 응축 냉매의 엔탈피를 감소시키기 위해, 상기 제2 응축 냉매와 열 접촉하도록 위치된 상기 2차 열교환기와 열적으로 연통하는 2차 냉각원을 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  37. 제20항에 있어서,
    상기 2차 열교환기를 상기 탱크 내의 상기 유체와 열적으로 연통하도록 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  38. 제20항에 있어서,
    상기 제2 응축 냉매의 일부의 엔탈피를 더욱 감소시키기 위해, 냉각된 상기 유체와 상기 제2 응축 냉매 사이의 추가의 열접촉을 용이하게 하는 3차 열교환기에 의해 상기 2차 열교환기로부터 상기 유체를 받는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  39. 제20항에 있어서,
    냉각된 상기 유체와 상기 제2 응축 냉매 사이의 열접촉을 추가로 용이하게 하는 상기 2차 열교환기와 병렬로 연결된 3차 열교환기에 의해 상기 제2 응축 냉매의 엔탈피를 감소시키는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  40. 제20항에 있어서,
    상기 제2 응축 냉매의 일부의 엔탈피를 더욱 감소시키기 위해, 냉각된 상기 유체와 상기 제2 응축 냉매 사이의 추가의 열접촉을 용이하게 하는 복수의 열교환기에 의해 상기 2차 열교환기로부터 상기 유체를 받는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  41. 제20항에 있어서,
    냉각된 상기 유체와 상기 제2 응축 냉매 사이의 열접촉을 추가로 용이하게 하는 상기 2차 열교환기와 병렬로 연결된 복수의 열교환기에 의해 상기 제2 응축 냉매의 엔탈피를 감소시키는 단계와,
    가온된 상기 유체를 상기 탱크로 복귀시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  42. 제31항에 있어서,
    상기 증발 유닛을 물로 충전된 상기 탱크 내에 구속하는 단계를 더 포함하는 방법.
  43. 제31항에 있어서,
    공조 시스템의 상기 부하 냉각을 증대시키기 위해 상기 저엔탈피 냉매를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  44. 제31항에 있어서,
    공조 시스템의 전력 소비 주기의 적어도 일부를 전환하기 위해 상기 저엔탈피 냉매를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  45. 냉매계 열에너지 저장 및 냉각 시스템이며,
    제1 응축 냉매를 생성하기 위해 응축 유닛에 의해 제1 팽창 냉매를 응축하기 위한 수단과,
    액체와 고체 사이에서 상변화가 가능한 유체로 충전된 탱크 내에 구속된 증발 유닛으로 상기 제1 응축 냉매를 공급하기 위한 수단과,
    상기 탱크 내의 상기 유체의 일부를 결빙시켜서 냉각 유체, 결빙 유체, 및 상기 제2 팽창 냉매를 생성하기 위해, 상기 증발 유닛 내에서 제1 주기 중에 상기 제1 응축 냉매를 팽창시키기 위한 수단과,
    상기 제2 팽창 냉매의 엔탈피를 감소시켜서 저엔탈피 냉매를 생성하기 위해, 제2 주기에서 2차 열교환기를 통해 상기 냉각 유체의 적어도 일부를 순환시키기 위한 수단과,
    상기 저엔탈피 냉매를 응축하여 제2 응축 냉매를 생성하기 위해, 상기 결빙 유체 내의 상기 증발 유닛을 통해 상기 저엔탈피 냉매를 순환시키기 위한 수단과,
    상기 부하 냉각을 제공하기 위해 상기 제2 응축 냉매를 팽창시키기 위한 수단을 포함하는 시스템.
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