KR20070110881A - 간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로에서의 고압을제어하는 방법 - Google Patents

간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로에서의 고압을제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

압축기(4), 열-방출 열 교환기(10), 제어 밸브(12) 및 제어부(16)를 포함하는 간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로를 제어하는 방법이 개시되고, 상기 방법은 (a) 아임계 모드에서, 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)에서의 액체 냉매의 사전설정된 서브-냉각을 보증하는 사전설정된 "아임계 압력"이 유지되도록 제어 밸브(12)를 제어하는 단계; (b) 초임계 모드에서, 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)에서의 초임계 냉매의, 최적 효율을 위해 최적화되는 사전설정된 "초임계 압력"이 유지되도록 제어 밸브(12)를 제어하는 단계; 및 (c) 임계점 옆의 경계 구역에서의 경계 모드에서, 단계들 (a) 및 (b)의 사전설정된 "아임계 압력" 및 사전설정된 "초임계 압력"을 기초로 하여 결정되는 "연속 압력"에 따라 제어 밸브(12)를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로에서의 고압을 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING HIGH-PRESSURE IN AN INTERMITTENTLY SUPERCRITICALLY OPERATING REFRIGERATION CIRCUIT}
본 발명은, 사용시 사전설정된(predetermined) 흐름 방향으로 냉매(refrigerant)를 순환시키고, 흐름 방향으로 압축기(compressor), 열-방출 열 교환기(heat-rejecting heat exchanger), 열-방출 열 교환기의 유출구와 연계된 제어 밸브(control valve) 및 제어 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로(intermittently supercritically operating refrigeration circuit)에서의 냉매의 고압(high-pressure)을 제어하는 방법에 관한 것이다.
아임계(subcritical)의 작동 조건뿐만 아니라, 초임계 작동 조건에서, 열-방출 열 교환기에 후속한 냉매, 즉 가스 냉각기(gas cooler) 및/또는 콘덴서(condenser) 내의 고압을 제어하는 다양한 방법들이 알려져 있다. 예를 들어, 플로우트 조절 밸브(float regulation valve)는 아임계 작동하는 냉동 회로에서의 고압 조절에 대해 잘 알려진 디바이스이다. 플로우트 조절 밸브에서의 액체 레벨에 따라, 플로우트는 냉동 회로 내로, 그리고 전형적으로 냉매가 수집되고 냉동 컨슈머(들)(refrigeration consumer(s))로 전달하기 이전에 저장되는 리시버(receiver) 에 액체 냉매를 따르기(tap) 위한 유출구 개구부(opening)를 열거나 닫는다. 반면, 가스 상태의 냉매는 유출구 개구부가 닫힌 상태로 유지되도록 플로우트를 들어올리지 않을 것이다. 따라서, 플로우트 조절 밸브에 대해 액체 냉매의 전달을 보장하는 열-방출 열 교환기 내의 액화 압력(liquifying pressure)이 야기될 것이다.
초임계 작동 모드에서는, 열-방출 열 교환기에 후속한 액체 냉매가 존재하지 않을 것이며, 플로우트 조절 밸브가 고압 조절을 일으키지 않을 수 있다. 하지만, 초임계 모드에서는 가스 냉각기 유출구 온도와 COP(coefficient of performance)가 최대인 냉매의 고압 간의 상관 관계(correlation)가 존재한다. 초임계 모드에서 이러한 최적 고압을 계산하는 각각의 공식이 당업자에게 알려져 있으며, 열-방출 열 교환기 및 가스 냉각기의 유출구에 각각 연계된 제어 밸브에 의해, 이 공식에 기초하여 냉매 압력이 제어될 수 있다.
예를 들어, 냉매로서 CO2를 갖는 간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로들은, 가스 냉각기를 나가는 냉매가 가스 상태로 있는 초임계 작동 모드에서 간헐적으로 작동한다. 또한, 그것들은 콘덴서를 나가는 냉매가 유체 상태로 있는 아임계 또는 "정상" 모드에서 간헐적으로 작동한다. 냉동 회로가 초임계 모드에서 작동하는지, 아임계 모드에서 작동하는지는 열-방출 열 교환기에서 냉매가 각각 냉각되고 액화되는 매질의 온도에 의존한다. 이러한 매질은 전형적으로 주위 공기(ambient air)이기 때문에, 아임계 작동 모드는 "겨울 모드(winter mode)"라고도 칭하는 한편, 초임계 작동 모드는 "여름 모드(summer mode)"라고도 칭한다. 대안적인 매질은 물 또는 염수(brine)일 수 있다.
초임계 작동 모드가 아임계 작동 모드로, 그리고 그 역으로 바뀌는 임계점 옆의 경계 구역(border region)에서의 냉매의 고압 제어는 이러한 냉동 회로들을 이용하는 문제점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 임계점 옆의 경계 구역에서 간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이 목적은 다음 단계들에 의해 해결된다:
(a) 아임계 모드에서, 열-방출 열 교환기의 유출구에서의 액체 냉매의 사전설정된 서브-냉각(sub-cooling)을 보증하는 사전설정된 "아임계 압력"이 유지되도록 제어 밸브를 제어하는 단계;
(b) 초임계 모드에서, 열-방출 열 교환기의 유출구에서의 초임계 냉매의, 최적 효율을 위해 최적화되는 사전설정된 "초임계 압력"이 유지되도록 제어 밸브를 제어하는 단계; 및
(c) 임계점 옆의 경계 구역에서의 경계 모드에서, 단계들 (a) 및 (b)의 사전설정된 "아임계 압력" 및 사전설정된 "초임계 압력"을 기초로 하여 결정되는 "연속 압력(continuity pressure)"에 따라 제어 밸브를 제어하는 단계.
본 발명에 따르면, 제어 밸브는 아임계 모드, 초임계 모드 뿐만 아니라, 경계 모드에 대한 고압을 제어한다. 초임계 모드에서, 상기 제어는 실질적으로 종래 기술을 이용하는 바와 같이, 즉 가능하게는 특정 형태의 열-방출 열 교환기를 고려한 계수에 의해 조정되는 최적 효율에 대한 알려진 상관 관계를 기초로 제어 밸브를 제어하여; 냉동 회로에 대한 최적 효율 또는 거의 최적 효율이 달성된다. 아임계 모드에서, 상기 제어는 플로우트 조절 밸브와 유사한 제어 밸브를 제어하여, 단지 액체 냉매가 제어 밸브를 통해서만 허락될 것이다. 열-방출 열 교환기의 유출구에서의 액체 냉매의 사전설정된 서브-냉각은, 액체 냉매가 제어 밸브를 통해 허가될 것을 보증하기 위해 제공된다.
초임계 모드 및 아임계 모드에서의 제어는 비교적 종래적인 한편, 문제점들은 주로 임계점 주위의 경계 구역, 즉 아임계 작동과 초임계 작동 사이의 전이(transition)에서 존재한다. 임계점에 대한 아임계 압력 및 초임계 압력의 각 계산들은 실질적으로 변할 수 있다. 본질적으로, 파라미터들 예를 들어 냉매의 온도 등의 약간의 시프트는 제어 밸브의 제어시 불규칙(irregularity) 및 불연속을 유도하는 실질적인 압력 단차(pressure step)를 발생시킬 수 있다. 이를 설명하기 위해, 임계점 주위 또는 옆의 경계 구역이 제어를 위해 정의되며, 사전설정된 "아임계 압력" 및 사전설정된 "초임계 압력"을 기초로 하여 "연속 압력"이 계산되고 및/또는 정의된다. 따라서, 이에 따라 사전설정된 "연속 압력"이 아임계 압력을 초임계 압력과 연속적으로 연결시킬 수 있다. 따라서, 제어 밸브 및 냉매 압력의 연속적인 제어가 각각 임계점의 부근에서도 유도될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연속적인 압력은 단계 (a) 및 (b)에 따른 특정 작동 조건에 대한 "아임계 압력" 및 "초임계 압력"을 결정하고, "아임계 압력" 및 "초임계 압력" 중 더 높은 압력을 선택함으로써 단계 (c)에서 결정된다. 이 특정 해결책은 초임계 구역 및 아임계 구역에서 각각 임계점을 넘어 "아임계 압력" 및/또는 "초임계 압력"의 계산을 수반한다. 각각의 계산들은 물리적 측면들 아래에서 이치에 맞지 않지만, 그럼에도 불구하고 각각의 값들은 제어 밸브를 제어하여 열-방출 열 교환기 유출구에서의 고압을 제어하는데 사용될 수 있다. 각각의 값들은 어느 쪽이든 "실시간"으로 계산될 수 있지만, 초기(earlier) 계산들에 기초하고, 예를 들어 메모리 내의 검색 테이블(look-up table)들로서 저장될 수도 있다. 이 방법은, 특히 임계 압력 범위 부근에서, 즉 이 특정 적용예에 대해 정의된 경계 구역 내에서 초임계 압력에 대한 압력 곡선과 아임계 압력에 대한 압력 곡선 간의 교차가 존재하는 경우에 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 연속 압력은 정의된 경계 구역의 하한(lower limit)에서의 "아임계 압력"과 경계 구역의 상한(upper limit)에서의 "초임계 압력" 사이의 경계 구역 내에서의 압력 값들에 대한 보간(interpolation)을 기초로 하여 단계 (c)에서 결정된다. 보간은 적용가능하다면 이 구역 내에서 각각 초임계 압력 및 입력 이하 압력의 곡선들과 가능한 한 가깝게 일치하게 시도하여 최적 유형(best fit type)으로 구성될 수 있다. 또한, 직선에 의해 경계 구역의 하한에서의 "아임계 압력" 및 경계 구역의 상한에서의 "초임계 압력"을 간단히 연결할 수 있다. 경계 구역은 임계점 주위에서 반드시 대칭적이어야 하는 것은 아니다. 또한, 경계 구역은 완전히 임계점의 일 측면 상에 있을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계 (a)는 냉매의 특성 및 온도에 기초하여, 그리고 포화 압력(saturation pressure)과 비교되는 냉매의 서브-냉각을 고려함으로써 "아임계 압력"을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 포화 압력에 비해 냉매의 서브-냉각은 10 캘빈(Kelvin)까지이며, 바람직하게는 2 켈빈 내지 6 캘빈의 서브-냉각이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, "초임계 압력"은 냉동 회로의 성능 계수(coefficient of performance)가 실질적으로 최적에 있도록 냉매의 온도에 기초하여 단계 (b)에서 결정된다. 앞서 언급된 바와 같이, 열-방출 열 교환기의 유출구에서의 각각의 온도에 대해, 최적 COP를 유도할 특정 압력이 결정될 수 있다. 특정 필드에서 각각의 공식이 알려져 있으며, 이러한 공식에 기초하여 초임계 구역에서 고압을 계산하는 것이 바람직하다. 열-방출 열 교환기의 유출구에서의 온도는 잘 알려진 디바이스들, 예를 들어 열전대(thermocouple)들 및 다른 온도 센서들로 측정될 수 있다. 그것은 정밀한 온도를 측정할 필요가 없고, 온도를 나타내고 각각의 압력을 계산하거나 결정하는 경우에 올바른 온도에 대한 이러한 값의 관계를 고려하는 여하한의 값을 측정하기에 충분하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 밸브는 압력 조절 밸브이며, 작동 모드에 따라 "아임계 압력", "연속 압력" 및 "초임계 압력" 중 각각의 하나가 압력 조절 밸브의 작동을 제어한다.
또한, 본 발명은 사전설정된 흐름 방향으로 냉매를 순환시키고, 흐름 방향으로 압축기, 열-방출 열 교환기, 열-방출 열 교환기의 유출구와 연계된 제어 밸브 및
(a) 아임계 모드에서, 열-방출 열 교환기의 유출구에서의 액체 냉매의 사전설정된 서브-냉각을 보증하는 사전설정된 "아임계 압력"이 유지되고;
(b) 초임계 모드에서, 열-방출 열 교환기의 유출구에서의 초임계 냉매의, 최적 효율을 위해 최적화되는 사전설정된 "초임계 압력"이 유지되도록; 그리고
(c) 임계점 옆의 경계 구역에서의 경계 모드에서, 단계들 (a) 및 (b)의 사전설정된 "아임계 압력" 및 사전설정된 "초임계 압력"을 기초로 하여 결정되는 "연속 압력"에 따라 제어 밸브를 제어하도록 순응되는 제어부를 포함하는 냉동 회로에 관한 것이다.
제어부는 실제로 어느 쪽이든 냉매 특성, 온도 등과 같은 냉매 값들에 기초하여 각각의 압력들을 계산할 수 있다. 대안적으로, 각각의 압력들은 검색 테이블들과 같은 이러한 제어부의 메모리에 저장된 값들에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 저장된 값들과 실제 계산을 조합하여 사용할 수도 있다.
제어부는 제어 밸브와 통합될 수 있다. 또한, 냉동 회로의 주 제어부에 제어 밸브의 제어부를 통합할 수도 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동 회로를 포함하고, 및/또는 본 발명의 일 실시예의 방법으로 작동하는 냉동 장치에 관한 것이다. 냉동 장치는 디스플레이 캐비넷(display cabinet) 등에 냉동을 제공하는 슈퍼마켓용 냉동 시스템 또는 산업용 냉동 시스템 등일 수 있다.
이하 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들이 더 상세하게 설명된다:
도 1은 본 발명의 일 실시예인 냉동 회로를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예를 상술한 p-T 다이어그램; 및
도 3은 도 2의 것과 유사한 p-T 다이어그램이다.
도 1은 사전설정된 흐름 방향으로 CO2와 같은 냉매를 순환시키는 냉동 회로(2)를 나타낸다. 이 냉동 회로(2)는 아임계 모드, 즉 "겨울 모드"뿐만 아니라, 초임계 모드, 즉 "여름 모드"로 작동될 수 있다. 냉동 회로는 흐름 방향으로 압축기(4), 즉 특정 실시예에서는 개별적인 압축기들(6, 8)의 세트, 열-방출 열 교환기(10), 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)와 연계되는 제어 밸브(12) 및 제어 밸브(12)를 제어하는 제어부(16), 및 가능하게는 전체 냉동 회로(2)를 포함한다.
또한, 냉동 회로(2)는 리시버(18) 및 컨슈머 확장 디바이스(consumer expansion device: 22)뿐만 아니라 컨슈머 증발기(consumer evaporator: 24)를 각각 포함한 하나 또는 복수의 냉동 컨슈머들(20)을 포함한다. 냉동 컨슈머들(20)은 소위 "매질 온도" 컨슈머들이고, 이는 슈퍼마켓 냉동 시스템 적용인 경우에 유제품, 고기, 채소, 과일 등을 위한 디스플레이 캐비넷들이며, 이는 빙점(freezing point) 이상 또는 그 정도의 냉각 온도를 필요로 한다. 대안적으로 또는 추가적으로, "저온" 냉동 회로(26)에는 저온 확장 디바이스(30) 및 저온 증발기(32)를 각각 포함한 저온 냉동 컨슈머(들)(28)가 제공될 수 있다. 저온 루프 압축기들의 세트(34)는 냉매의 압력을 다수 압축기 세트(4)의 흡입 압력(suction pressure)으로 상승시킨다. 흡입 라인(36)은 매질 온도 냉동 컨슈머들(20)을 컨슈머들의 세트(4)와 연결한다. 고압 라인(38)은 압축기들의 세트(4)의 출력부를 열-방출 열 교환기(10)의 입력부와 연결하고, 열 교환기 유출구 라인(40)은 열 교환기(10)의 유출구를 리시버(18)에 연결한다. 액체 라인(42)은 리시버(18)의 액체 부분을, 저온 냉동 컨슈머(28)와 연결한 액체 브랜치 라인(liquid branch line: 44)을 갖는 냉동 컨슈머들(20)과 연결한다. 리턴 라인(return line: 46)은 저온 압축기 세트(34)의 출력부를 흡입 라인(36)과 연결한다. 플래시 가스 라인(flash gas line: 48)은 플래시 가스 확장 디바이스(50)를 통해 리시버(18)의 가스 부분을 리턴 라인(46)에 연결하고, 및/또는 플래시 가스 리턴 라인(52)을 통해 압축기 세트(4) 내의 압축기(8)와 연결한다.
본 실시예에서 나타낸 냉동 회로(2)에서, 제어 밸브(12)는 리시버(18) 내에서 냉각된 고압 냉매를 중간 압력 레벨(intermediate pressure level)로 확장하는 중간 확장 디바이스로서 작용한다. 전형적으로, 작동시 고압 라인들(38)에서의 유출된 냉매는 비교적 고압 및 고온으로 구성된다. 전형적인 CO2 냉동 회로 내의 고압 레벨은 120 바아(bar)까지일 수 있으며, 전형적으로 여름 모드에서 대략 40 내지 100 바아이고 75 바아 이상인 것이 바람직하며, 겨울 모드에서 40 내지 70 바아이고 대략 45 바아인 것이 바람직하다. 중간 압력 레벨은, 통상적으로 여름 및 겨울 모드에서 독립적이며, 대략 30 내지 40 바아이고 36 바아인 것이 바람직하다. 또한, 흡입 라인(36) 내의 압력은 통상적으로 여름 및 겨울 모드에 독립적이며, 전형 적으로 25 내지 35 바아이고 28 바아인 것이 바람직하다.
제어부(16)는 라인들(54 및/또는 56)을 통해 입력 정보를 수신한다. 예를 들어, 라인(54)은 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)에서의 냉매의 온도 정보를 제공할 수 있으며, 신호 라인(56)은 압력 정보를 제공할 수 있다. 또 다른 제어 라인(58)은 제어 밸브(12)로 제어 신호들을 제공한다. 제어 신호들은 압력 조절 밸브의 경우, 제어 밸브(12)에 의해 유지되기를 원하는 압력 레벨일 수 있다. 대안적으로, 제어 신호들은 제어 밸브(12)의 개방 조건(opening condition), 즉 x %가 0 %(밸브가 닫힘) 내지 100 %(밸브가 전부 열림)인 x % 개방 상태를 나타낸다. 제어부(16)는 냉매의 특성, 온도 등과 같은 각각의 정보를 기초로 하여 작동 모드에 따른 각각의 제어 압력을 계산하고, 각각의 정보를 제어 밸브(12)에 제공하여, 열 교환기 유출구 라인(40)에서 올바른 압력 레벨이 유지될 것이다.
도 2는 열-방출 열 교환기의 유출구(14) 및 제어 밸브(12)에서의 CO2 냉매에 대한 p-T 다이어그램을 각각 나타낸다. 도 2는 특히 가상 라인(phantom line: 60)으로 CO2 냉매의 73.8 바아에서의 임계 압력을 나타내고, 가상 라인(62)으로 CO2 냉매의 31.1 ℃의 임계 온도를 나타낸다. 가상 라인들(60 및 62)의 교차점은, 일반적으로 "임계점"이라고 칭한다. 곡선들(64, 66, 68, 70, 72, 74 및 76)은 온도에 따른 냉매의 원하는 압력을 나타낸다. 특히, 곡선(66)은 CO2 냉매의 포화 압력 라인(saturation pressure line)이며, 곡선들(68, 70, 72, 74 및 76)은 포화 압력 곡선(66)에 비교하여 2 켈빈(=곡선(68)), 4 켈빈(=곡선(70)), 6 켈빈(=곡선(72)), 8 켈빈(=곡선(74)) 및 10 켈빈(=곡선(76))의 서브-냉각을 갖는 대응 곡선들이다. 반면에, 곡선(64)은 냉매의 온도에 따라 최적 COP(성능 계수)에 대한 냉매의 초임계 상태에서의 이론적인 압력 값을 나타낸다.
초임계 압력에 대한 곡선(64)은 초임계 구역에서 왼쪽으로 아임계 구역으로 추정(extrapolate)되는 한편, 아임계 압력에 대한 곡선들(66 내지 76)은 초임계 구역을 향해 추정된다는 것을 유의할 수 있다. 특히, 아임계 압력 곡선들(66 내지 76)은 임계점을 넘어서, 그리고 특히 임계 압력 이상으로는 물리적 의미를 갖지 않는다. 아임계 구역으로의 초임계 압력 곡선(64)의 보외법(extrapolation)에 대해 상황이 유사하다.
알 수 있는 바와 같이, 초임계 압력에 대한 곡선(64) 및 아임계 구역 내의 포화 압력에 대한 곡선(66)은 임계점에서, 또는 임계점 부근에서 교차하지 않는다. 따라서, 아임계 압력의 제어가 임계점 부근의 곡선(66)에 기초하여 수행되고, 초임계 압력의 제어가 임계점 부근의 초임계 구역 내의 곡선(64)에 기초하여 수행되는 경우, 거의 10 바아의 실질적인 압력 갭이 존재하여, 냉매의 온도가 31.1 ℃의 임계 온도 주위에서 변하는 경우에 압력이 실질적인 압력과 초임계 압력 사이에서 앞뒤로 점프하므로 제어의 불연속을 발생시킬 것이다. 다른 서브-냉각 온도에 대해, 예를 들어 2 켈빈 서브-냉각 또는 4 켈빈 서브-냉각에 대해, 아임계 압력 곡선들(70, 72)과 초임계 압력 곡선(64) 간의 교차점이 아임계 구역에서 초임계 구역으로 전이를 향해 이동하는 동안에도 이러한 불연속이 존재한다.
이 불연속 제어 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따라 아임계 구역과 초임계 구역 간의 전이 옆에 경계 구역이 정의될 것이다. 경계 구역은 특정 온도 값들 사이에서 정의될 수 있다. 또한, 특정 압력 값들 사이의 구역으로서 경계 구역을 정의할 수도 있다. 이러한 경계 구역의 폭은 특정 곡선들, 냉매, 서브-냉각의 양 등에 의존하고, 연속 압력, 즉 보간(interpolation), 더 높은 압력 값의 선택 등을 결정하는 특정 방법에 의존할 수도 있다. 경계 구역의 전형적인 폭은 2 내지 10 켈빈일 수 있다. 특히, 임계 압력 옆의 아임계 압력 곡선과 초임계 압력 곡선 간의 교차점의 경우, 실제로 경계 모드의 제한들을 정의할 필요가 없다. 이러한 경우, 교차점 아래의 온도 범위 내의 아임계 압력 곡선 및 온도가 교차점 위에 있는 초임계 압력 곡선을 사용할 수 있다.
예를 들어, 열-방출 열 교환기의 유출구(14)에서의 고압을 제어하기 위해 아임계 압력 곡선(72)(4 켈빈 서브-냉각) 및 임계 이상 압력 곡선(64)이 사용되는 경우, 그 곡선들 간의 교차점은 대략 30.7 ℃에서의 임계 온도 약간 아래일 것이고, 제어 밸브(12)의 제어는 아임계 압력 및 초임계 압력에 대해 더 높은 값에 기초하여, 즉 30.7 ℃ 이하의 온도에 대해서는 아임계 압력 곡선(72)에 기초하고 이러한 값 이상의 온도에 대해서는 초임계 압력 곡선(64)에 기초하여 수행될 것이다.
대안적인 예시로서, 압력 조절이 아임계 영역 내의 아임계 압력 곡선(76)(10 켈빈 서브-냉각) 및 초임계 영역 내의 초임계 압력 곡선(64) 상에서 수행되어야 하는 경우, 그것들이 도 2에 도시되는 한 이러한 곡선들 간의 교차점은 분명히 존재하지 않는다. 교차점은 실질적으로 임계 온도 이상일 수 있다. 이러한 경우, "더 높은 곡선 방법"을 기초로 하는 "연속 압력"의 정의는 기능적이지 않을 수 있다. 그 대신, 대안적인 보간 방법이 사용될 수 있다. 이러한 효과를 위해, 경계 구역이 예를 들어 28 내지 33 ℃에서 정의될 수 있으며, 경계 구역의 하한과의 곡선(76)의 교차 지점들(80 및 82)과 곡선(64)과 경계 구역의 상한 간의 교차 지점(82) 사이에서 연속 압력 곡선(78)이 확립될 수 있다(도 3). 도 3의 예시에서, 경계 구역 상한 및 하한은 임의로 선택된다는 것을 유의하여야 한다. 다른 경계 구역 제한들이 사용될 수도 있다. 도 3에 나타낸 예시에서, 연속 압력 곡선(78)은 교차 지점들(80 및 82) 사이의 직선이다.
따라서, 본 명세서에서 제시된 본 발명의 실시예들에 따르면, 열-방출 열 교환기(10)의 유출구에서의 냉매의 고압의 연속적인 조절이 달성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 사전설정된(predetermined) 흐름 방향으로 냉매(refrigerant)를 순환시키는 간헐적으로 초임계 작동하는 냉동 회로(intermittently supercritically operating refrigeration circuit: 2)를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 냉동 회로는,
    흐름 방향으로 압축기(compressor: 4), 열-방출 열 교환기(heat-rejecting heat exchanger: 10), 상기 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)와 연계된 제어 밸브(control valve: 12) 및 상기 제어 밸브(12)를 제어하는 제어부(16)를 포함하고,
    상기 방법은,
    (a) 아임계 모드(subcritical mode)에서, 상기 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)에서의 액체 냉매의 사전설정된 서브-냉각(sub-cooling)을 보증하는 사전설정된 "아임계 압력"이 유지되도록 상기 제어 밸브(12)를 제어하는 단계;
    (b) 초임계 모드(supercritical mode)에서, 상기 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)에서의 초임계 냉매의, 최적 효율을 위해 최적화되는 사전설정된 "초임계 압력"이 유지되도록 상기 제어 밸브(12)를 제어하는 단계; 및
    (c) 임계점(critical point) 옆의 경계 구역(border region)에서의 경계 모드에서, 단계들 (a) 및 (b)의 상기 사전설정된 "아임계 압력" 및 상기 사전설정된 "초임계 압력"을 기초로 하여 결정되는 "연속 압력(continuity pressure)"에 따라 상기 제어 밸브(12)를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동 회로를 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속 압력은, 단계들 (a) 및 (b)에 따른 특정 작동 조건에 대한 상기 "아임계 압력" 및 상기 "초임계 압력"을 결정하고, 상기 "아임계 압력" 및 상기 "초임계 압력" 중 더 높은 압력을 선택함으로써 단계 (c)에서 결정되는 것을 특징으로 하는 냉동 회로를 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속 압력은, 상기 경계 구역의 하한(lower limit)에서의 "아임계 압력"과 상기 경계 구역의 상한(upper limit)에서의 "초임계 압력" 사이의 상기 경계 구역 내에서의 상기 압력 값들에 대한 보간(interpolation)을 기초로 하여 단계 (c)에서 결정되는 것을 특징으로 하는 냉동 회로를 제어하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 냉매의 특성들 및 온도에 기초하여, 그리고 포화 압력(saturation pressure)과 비교되는 상기 냉매의 서브-냉각을 고려함으로써 상기 "아임계 압력"을 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동 회로를 제어하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 포화 압력에 비교되는 상기 냉매의 서브-냉각은 10 K까지이며, 바람직하게는 2 K 내지 6 K의 서브-냉각인 것을 특징으로 하는 냉동 회로를 제어하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 냉동 회로(2)의 성능 계수(coefficient of performance)가 실질적으로 최적에 있도록 상기 냉매의 온도에 기초하여 상기 "초임계 압력"을 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동 회로를 제어하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 밸브(12)는 압력 조절 밸브(pressure regulating valve)이고, 상기 작동 모드에 따라 상기 "아임계 압력", 상기 "연속 압력" 및 상기 "초임계 압력" 중 각각의 하나는 상기 압력 조절 밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동 회로를 제어하는 방법.
  8. 사전설정된 흐름 방향으로 냉매를 순환시키는 냉동 회로(2)에 있어서,
    흐름 방향으로 압축기(4), 열-방출 열 교환기(10), 상기 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)와 연계된 제어 밸브(12) 및
    (a) 아임계 모드에서, 상기 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)에서의 액체 냉매의 사전설정된 서브-냉각을 보증하는 사전설정된 "아임계 압력"이 유지되도록 하고;
    (b) 초임계 모드에서, 상기 열-방출 열 교환기(10)의 유출구(14)에서의 초임계 냉매의, 최적 효율을 위해 최적화되는 사전설정된 "초임계 압력"이 유지되도록 하며; 그리고
    (c) 임계점 옆의 경계 구역에서의 경계 모드에서, 상기 (a) 및 (b)의 상기 사전설정된 "아임계 압력" 및 상기 사전설정된 "초임계 압력"을 기초로 하여 결정되는 "연속 압력"에 따라 상기 제어 밸브(12)를 제어하도록 순응되는 제어부(16)를 포함하여 이루어지는 냉동 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 밸브(12)는 압력 조절 밸브인 것을 특징으로 하는 냉동 회로.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부(16)는 상기 제어 밸브(12)와 통합되는 것을 특징으로 하는 냉동 회로.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 냉동 회로(2)를 포함하여 이루어지는 냉동 장치.
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