KR20070047305A - 냉동 시스템 - Google Patents

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시어도어 데이비드 윌리엄스
피터 케네스 코트니
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이알에이(인바이런멘틀 리프리저레이션 올터너티브스) 피티와이 엘티디
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Abstract

본 발명은 냉동 시스템에 관한 것으로서, 냉동 시스템은 외부 전력원이 반드시 이용되지 않는 동안 온도 제어를 지속시키는 머천다이저, 약품 캐비넷 및 유사한 밀폐부(10)를 위한 것이며, 냉동 시스템은 전형적으로 공급 전력(16)에 의해 전력이 공급된 컴프레서/콘덴서 서브시스템(11) 및 절연 공정 탱크를 포함하는 제 2 냉각 서브시스템(12)을 갖고, 컴프레서/ 콘덴서 서브시스템(11)은 이용 가능할 때, 외부 전력을 사용하여 탱크(12)를 냉각시키며 탱크(12)는 외부 전력 공급 없이 밀폐부(10)를 냉각시키며, 제 2 냉각 서브시스템(12)과 밀폐부(10) 사이의 냉매 루프(14)는 대류 및/또는 중력 및 단순 컨트롤러(15)에 의해 작동하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉동 시스템{REFRIGERATION SYSTEM}
본 발명은 밀폐 공간용 냉동 시스템, 특히 외부 전력이 반드시 이용되지 않는 동안 밀폐 공간의 온도 제어를 지속시키는 공정 시스템에 관한 것이다.
다수의 냉동 시스템은 전력을 반드시 지속적으로 공급하지 않고 냉각을 제공하도록 요구된다. 어떤 경우에 전력은 원거리 영역의 낮 대부분 또는 모바일 시스템에서 이용되지 않는다. 다시 말해서, 냉동 시스템은 피크 기간동안 전력 소비를 회피하도록 요구된다. 종래의 공정 시스템은 이러한 상황하에서 작동하도록 개발되어지지만, 다양한 목적을 위해 적절한 온도 제어를 제공하지 않는다. 축전지를 갖는 태양열 시스템이 개발되어지지만 비교적 비용이 많이 들며 전력의 이용가능성을 보장할 수 없다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 유효 시간동안 외부 전력 없이 작동가능하거나 또는 적어도 현존하는 시스템의 대안을 제공하도록 온도가 제어되는 공정 서브시스템을 이용하여 냉동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 관점에서 밀폐부용 냉동 시스템은, 외부 전력원에 의해 전력이 공급되는 제 1 냉각 서브시스템, 외부 전력원에 의해 반드시 전력이 공급되지 않는 제 2 냉각 서브시스템, 전력이 공급될 때 제 1 냉각 서브시스템에 의해 제 2 냉각 서브시스템을 냉각시키는 제 1 열경로, 제 2 냉각 서브시스템에 의해 밀폐부를 냉각시키는 제 2 열경로 및 설정된 온도에서 밀폐부를 유지시키도록 작동하는 제 2 열경로내의 컨트롤러를 포함한다.
바람직하게, 제 2 열경로는 대류에 의해 밀폐부로부터 제 2 냉각 서브시스템으로 열을 이송시키는 냉매 루프이다. 루프 내의 냉매는 밀폐부내에서 비교적 낮은 위치로부터 비교적 높은 위치로 증발, 응축 및 중력하의 하강에 의해 제 2 냉각 서브시스템내로 순환한다. 바람직하게 컨트롤러는 외부 전력원으로부터의 전력공급 없이 루프의 냉매의 유동을 조절하는 밸브를 포함한다.
바람직하게, 제 1 냉각 서브시스템은 공급 전력에 의해 전력이 공급되는 컴프레서/콘덴서 배치를 포함하고 제 2 냉각 서브시스템은 절연 공정 탱크를 포함한다. 일실시예에서 제 1 열경로는 제 1 냉각 서브시스템과 제 2 냉각 서브시스템 사이의 냉매 루프를 포함하고, 제 2 열경로로부터 분리된다. 다른 실시예에서 제 1 열경로 및 제 2 열경로는 전력이 공급될 때 제 1 냉각 서브시스템이 제 2 냉각 서브시스템과 밀폐부를 냉각시키도록 결합된다.
본 발명의 다른 관점에서 밀폐부 냉각 방법은, 무동력 냉각 시스템으로부터 열을 추출하도록 전력이 공급된 냉각 시스템을 작동시키는 단계 및 밀폐부로부터 무동력 냉각 시스템으로의 열의 대류 전달에 의해 밀폐부를 냉각시키는 단계를 포함한다.
바람직하게 밀폐부 냉각 방법은 전력이 이용되지 않는 동안 전력이 공급된 냉각 시스템의 작동을 중단시키는 단계 및 밀폐부로부터 무동력 냉각 시스템으로의 열의 대류 전달 기간동안 밀폐부 냉각을 지속시키는 단계를 포함한다. 밀폐부로부터 무동력 냉각 시스템으로의 열 전달은 설정된 온도에서 밀폐부를 유지시키도록 제어된다.
밀폐부는 예를 들어, 머천다이저, 냉장실, 의료물품용 캐비넷, 이송가능한 콘테이너 또는 냉 난방실일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부하는 도면에 대해 기술되어질 것이다.
도 1A 및 도 1B는 냉동 시스템을 도시하는 개략도,
도 2A 및 도 2B는 냉동 시스템을 더욱 상세히 도시하는 개략도,
도 3은 양 시스템에서 밸브로서 이용될 수 있는 솔레노이드 장치를 도시하는 도면,
도 4는 양 시스템에서 이용될 수 있는 열 교환기를 도시하는 도면 및
도 5A~5C는 냉동 시스템을 구비한 머천다이저를 도시하는 도면이다.
바람직한 실시예의 설명
도면을 참조하면 본 발명은 다양한 범위의 목적에 대해 다양한 범위의 방식으로 실시될 수 있는 것이 숙지되어질 것이다. 본 명세서에 기술된 냉동 시스템은 단지 예로서 제시된다. 또한 이러한 시스템의 다수 구성성분은 종래의 특징을 갖고 상세히 기술되어질 필요가 없는 것이 숙지되어질 것이다.
도 1A 및 도 1B는 밀폐부(10)를 냉각시키도록 각각 배치된 냉동 시스템을 도 시한다. 각각의 시스템은 전형적으로 공급 전력과 같은 외부 전력원(16)으로부터 전기적으로 전력이 공급되는 컴프레서/콘덴서 장치인 제 1 냉각 서브시스템(11) 및 전형적으로 외부 전력 공급이 없는 공정 장치인 제 2 냉각 서브시스템(12)을 포함한다. 제 1 열경로(13)는 전형적으로 제 1 냉각 서브시스템과 제 2 냉각 서브시스템을 연결하는 냉매 루프이고, 또한 제 2 열경로(14)는 전형적으로 제 2 냉각 서브시스템과 밀폐부를 연결하는 냉매 루프이다. 제 2 냉각 서브시스템내의 온도 검출기(17)는 제 1 냉각 서브시스템의 작동이 요구될 때를 결정하며, 밀폐부내의 온도 검출기(18)는 제 2 냉각 서브시스템의 작동이 요구될 때를 결정한다.
도 1A에서 열경로는 개별적이고 제 1 냉각 서브시스템(11)은 밀폐부를 차례로 냉각시키는 제 2 냉각 서브시스템(12)을 냉각시키도록 작용한다. 도 1B에서 열경로는 제 1 냉각 서브시스템이 제 2 냉각 서브시스템과 밀폐부 모두를 냉각시키도록 부분적으로 결합된다. 두 가지 경우에, 제 1 열경로를 따르는 냉매의 이동은 일반적으로 제 1 냉각 서브시스템에 공급된 전력에 의해 구동되고, 제 2 열경로를 따르는 냉매의 이동은 일반적으로 외부 전력 공급 없이 중력 및/또는 대류에 의해 구동된다. 솔레노이드(solenoid) 밸브와 같은 컨트롤러(15)는 온도 검출기(18)에 대응하는 냉매의 이동을 제어하도록 제 2 열경로내에 설치되고, 이에 의해 밀페부의 온도가 제어된다. 이러한 냉각 서브시스템 및 열경로의 다양한 대안적인 배치가 가능하다.
도 2A는 도 1A의 냉동 시스템을 더욱 상세히 도시한다. 제 1 냉각 서브시스템(11)은 컴프레서(20), 콘덴서(21), 플로트(float)(22), 열교환기(23) 및 캐필러 리 브레이크(24)를 포함한다. 제 2 냉각 서브시스템(12)은 공정 용액 또는 염수(brine) 또는 에틸렌글리콜과 같은 다른 재료를 함유하는 절연 탱크(28)를 포함한다. 본 실시예에서 밀폐부(10)는 냉동 캐비넷이다. 어큐뮬레이터(25)를 포함하는 냉매 루프는 양 냉각 서브시스템 사이에서 제 1 열경로(13)를 형성하고 제 1 냉각 서브시스템의 일부로서 고려될 수 있다. 냉매 루프는 제 2 냉각 서브시스템과 밀폐부 사이에서 제 2 열경로(14)를 형성하고, 밀폐부내에 하나 이상의 증발기(26,27)를 포함한다. 제 2 냉매 루프는 제 2 냉각 서브시스템의 일부로서 고려될 수 있다.
도 2A에서 컴프레서 시스템(11)은 전력이 외부 전력원(16)으로부터 이용될 때 제 2 냉각 서브시스템(12)을 냉각시킬 수 있다. 루프(13)내의 냉매는 비교적 찬 저압 가스로서 컴프레서(20)에 도입되고, 비교적 따뜻한 고압 가스로서 콘덴서(21)로 전달된다. 콘덴서는 가스로부터 대기내로 열을 방산시키고 루프내에 따뜻한 액체를 생성한다. 특히 컴프레서 시스템이 가동되고 탱크가 비교적 따뜻해지면, 플로트(22) 및 브레이크(24)는 콘덴서로부터 공정 탱크(eutectic tank)로의 루프(13)를 따를 액체의 유동을 조절하는 제어 장치이다. 액체는 이들 장치를 통한 팽창에 의해 냉각된다. 탱크(28)에 있어서 루프(13)내의 액체 냉매가 증발하고 그 후 가스로서 열 교환기를 통해 컴프레서로 복귀되는 것에 의해 공정 재료로부터 열을 흡수한다. 어큐뮬레이터(25)는 어떤 비증발된 액체 냉매가 컴프레서에 도달하는 것을 방지시키는 트랩(trap)이다.
도 2A에서 공정 시스템(eutectic system)(12)은 외부 전력원으로부터의 전력을 반드시 이용하지 않거나 또는 밀폐부와 직접 접촉하지 않고 밀폐부(10)를 냉각 시킨다. 냉매 루프(14)는 냉매가 컨트롤러(15)에 의해 결정된 전체 유동 속도로 중력 및 대류 효과에 대응하여 순환하도록 배치된다. 냉매는 탱크(28)내를 냉각 및 하강시키고 탱크로부터 밀폐부내로 액체로서 통과한다. 밀폐부내에서 비교적 하부에 도입되고 밀폐부의 온도에 따라 좌우되는 냉매는, 루프(roof) 증발기(27)쪽으로 푸시업되거나 또는 베이스(base) 증발기(26)내에서 초기 증발된다. 이에 의해 액체는 밀폐부로부터 열을 흡수하고 밀폐부내에서 비교적 상부로부터 가스로서 탱크(28)로 복귀된다.
도 2B는 도 2A의 시스템에 대안적으로, 열경로가 결합된 냉동 시스템을 도시한다. 컴프레서 서브시스템(11)은 컨트롤러(15)의 상태에 따라, 공정 서브시스템(12)만을 냉각시키거나 또는 공정 서브시스템과 밀폐부 모두를 냉각시킨다. 도 2B의 시스템은 중부하(heavy load)하에서 밀폐부를 더욱 신속히 냉각시키지만, 결합된 경로는 보통의 냉매를 필요로 하고 누설(leak)의 경우에 더욱 수리하기 어렵다. 다른 한 편으로, 도 2B의 시스템은 특별한 루프의 성능을 위해 선택될 수 있는 다양한 냉매가 이용되도록 한다.
도 3은 솔레노이드 밸브(15)를 더욱 상세히 도시한다. 솔레노이드 밸브는 온도 검출기(17,18)를 감시하고 배터리(도시되지 않음)로부터 전력을 인출하는 마이크로프로세서(도시되지 않음)에 의해 작동된다. 마이크로프로세서에 의해 요구될 때 한 쌍의 코일(30)은 솔레노이드 밸브의 시트(31)를 개구 및 밀폐시키도록 펄스된다. 보통 솔레노이드 밸브는 스프링(32)에 의해 밀폐된 위치에서 유지될 수 있고 그 밀폐된 위치에서 전력을 필요로 하지 않는다. 유사하게 솔레노이드 밸브는 추가 전력 없이 자석(33)에 의해 개구 상태를 유지할 수 있다. 적합한 코일은 짧은 시간 동안 최소한의 전력을 필요로 하는 시트의 개구 또는 밀폐 상태를 변경시키도록 펄스된다. 또한 온도 차이로부터 작동하고 배터리 전원을 필요로 하지 않는 다른 밸브 시스템이 이용된다.
도 4는 도 2A 및 도 2B의 열교환기(23)를 더욱 상세히 도시한다. 콘덴서(21)로부터 상부측 플로트(22)를 통과하는 따뜻한 액체 냉매는 어떤 증기를 갖는 냉각 액체로서 열교환기에 도달한다. 또한 공정 탱크로부터의 비교적 찬 증기는 컴프레서(20)로 재이동될 때 열교환기를 통과한다. 공정 탱크로부터의 찬 증기는 캐필러리 브레이크(24)쪽으로 이동하는 증기 없는 냉각 액체를 형성하도록 플로트로부터의 액체 및 증기를 과냉각(sub-cool)시킨다. 유입 및 유출되는 액체와 증기사이의 열교환 레벨은 컴프레서의 효율을 향상시키도록 결정된다.
도 5A, 5B, 5C는 도 2A 또는 도 2B에 도시된 바와 같은 냉동 시스템을 편입하는 머천다이저의 단면도이다. 머천다이저는 음식 또는 음료와 같은 제품을 위한 프런트 도어(51), 선반(52)을 갖는 캐비넷(50)을 포함하고 휠(53)상에 장착될 수 있다. 도시한 것처럼, 캐비넷의 후방에 위치된 공정 탱크(12)로부터의 냉매는 베이스 증발기(26)를 통해 루프 증발기(27)로 상향 유동하고 그 후 공정 탱크로 복귀된다. 공정 탱크와 루프 증발기 사이의 밸브(15)는 냉매 유동을 제어한다. 도시한 것처럼, 캐비넷의 루프내의 선택적 팬(54)은 루프 증발기를 통해 베이스 증발기로 공기유동을 하향으로 구동되게 한다. 팬은 공급 전력에 의해 전력이 공급되며 전력이 이용되지 않을 때 일반적으로 작동되지 않는다.
도 5C에 도시한 것처럼, 본 실시예에서 컴프레서(20)는 캐비넷의 후방의 상부에 위치된다. 콘덴서(21)는 캐비넷의 후방 일측면상에 위치되고, 전력이 이용 가능할 때 열의 분산을 지원하기 위한 팬(55)을 갖을 수 있다. 프런트 도어의 개구 및 선반의 스토킹(stocking)과 같은, 캐비넷내의 순간 또는 중부하 영향이 공정 탱크내의 열 흡수에 의해 완충되므로 비교적 소형 컴프레서가 이용될 수 있다. 또한 컴프레서의 작동은 가동되는 경우의 수가 감소된 설정 시간을 위해 최적화될 수 있다.

Claims (11)

  1. 외부 전력원에 의해 전력이 공급되는 제 1 냉각 서브시스템,
    외부 전력원에 의해 반드시 전기적으로 전력이 공급되지 않는 제 2 냉각 서브시스템,
    전력이 공급될 때 상기 제 1 냉각 서브시스템에 의해 상기 제 2 냉각 서브시스템을 냉각시키는 제 1 열경로,
    외부 전력원으로부터의 전력 공급 없이 상기 제 2 냉각 서브시스템에 의해 밀폐부를 냉각시키는 제 2 열경로 및
    설정된 온도에서 상기 밀폐부를 유지시키도록 작동하는 상기 제 2 열경로내의 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐부용 냉동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 열경로는 대류에 의해 상기 밀폐부로부터 상기 제 2 냉각 서브시스템으로 열을 이송시키는 냉매 루프인 것을 특징으로 하는 밀폐부용 냉동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 루프내의 냉매는 상기 밀폐부내에서 비교적 낮은 위치로부터 비교적 높은 위치로 증발, 응축 및 중력하의 하강에 의해 상기 제 2 냉각 서브시스템내로 순환하는 것을 특징으로 하는 밀폐부용 냉동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 외부 전력원으로부터의 전력 공급 없이 상기 루프의 상기 냉매의 유동을 조절하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐부용 냉동 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각 서브시스템은 공급 전력에 의해 전력이 공급되는 컴프레서/콘덴서 배치를 포함하고,
    상기 제 2 냉각 서브시스템은 절연 공정 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐부용 냉동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열경로는 상기 제 1 냉각 서브시스템과 상기 제 2 냉각 서브시스템 사이의 냉매 루프를 포함하고, 상기 제 2 열경로로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 밀폐부용 냉동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 l 열경로 및 상기 제 2 열경로는 전력이 공급될 때 상기 제 1 냉각 서브시스템이 상기 제 2 냉각 서브시스템과 상기 밀폐부를 냉각시키도록 부분적으 로 결합되는 것을 특징으로 하는 밀폐부용 냉동 시스템.
  8. 무동력 냉각 시스템으로부터 열을 추출하도록 전력이 공급된 냉각 시스템을 작동시키는 단계 및
    밀폐부로부터 상기 무동력 냉각 시스템으로의 열의 대류 전달에 의해 상기 밀폐부를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐부 냉각 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    전력이 이용되지 않는 동안 상기 전력이 공급된 냉각 시스템의 작동을 중단시키는 단계 및
    상기 밀폐부로부터 상기 무동력 냉각 시스템으로의 열의 대류 전달 기간동안 상기 밀폐부 냉각을 지속시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐부 냉각 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 밀폐부로부터 상기 무동력 냉각 시스템으로의 열 전달은 설정 온도에서 상기 밀폐부를 유지시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 밀폐부 냉각 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 밀폐부는 머천다이저, 냉장실, 의료물품용 캐비넷, 이송가능한 콘테이 너 또는 냉난방실인 것을 특징으로 하는 밀폐부 냉각 방법.
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