KR20090021213A - Bio-renewable thermal energy heating and cooling system and method - Google Patents

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KR20090021213A
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케빈 이. 플라망
칼 제이. 세거만
진 벨트캠
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워터스 핫, 인코포레이티드
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Abstract

The present invention is directed towards a bio-renewable thermal energy heating and cooling system which is capable of rejection, reclamation and cogeneration. The refrigeration system of the present invention utilizes one or more evaporators and one or more condensers to transform thermal energy in the form of waste heat in one environment for use in another environment. The hot and cold sides of the refrigeration process may be split for multiple applications for increased utilization of the system energy. The environmental variables are balanced so as to optimize the properties of the refrigerant and the capabilities of the system compressor.

Description

바이오-재생가능한 열에너지 가열 및 냉각 시스템 및 방법 {BIO-RENEWABLE THERMAL ENERGY HEATING AND COOLING SYSTEM AND METHOD}Bio-renewable thermal energy heating and cooling system and method {BIO-RENEWABLE THERMAL ENERGY HEATING AND COOLING SYSTEM AND METHOD}

관련된 출원에 대한 상호 참조Cross Reference to Related Application

본 출원은 2006년 6월 6일자로 출원된 가출원번호 60/804,148호의 35 U.S.C. § 119에 따른 우선권을 청구하며, 이는 전문이 본원에 참고문헌으로 포함된다.This application claims 35 U.S.C. Provisional Application No. 60 / 804,148, filed June 6, 2006. Claims priority under § 119, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

미국특허 7,040,108호('108)에서는 여러 환경으로부터 열에너지를 회수하고, 이를 공정에서 사용하거나 후속 사용을 위해 저장하는 방법이 기재되어 있다. 상기 '108 특허에서의 기본적인 구성은 압축기, 팽창 디바이스, 배기실, 순환 펌프 및 가열 저장 탱크와 함께 단일 증발기 및 수냉각 응축기를 이용하였다. 상기 특허는 냉동 공정의 가열 능력을 강조하였으며, 냉동 기술의 사용을 제공된 적용내에서의 이의 가열 작용을 위한 냉동 사이클의 최대 활용쪽으로 확장시켰다. 냉동 사이클은 압축기, 열교환기 (응축기), 팽창 디바이스, 및 증발기를 수반한 공정으로서 규정되었다. 열에너지는 증발기에서 공기로부터 또는 액체 또는 슬러리로부터 수집되며, 일반적으로 공간 또는 공정을 가열시키기 위해 사용될 수 있는 액체 스트림 또는 저장 디바이스에 배치된다. '108 시스템은 단일 모드, 즉 재생(reclamation)에서 작동된다.U.S. Patent 7,040,108 ('108) describes a method for recovering thermal energy from various environments and storing it for use in a process or for subsequent use. The basic construction in the '108 patent used a single evaporator and a water cooled condenser with a compressor, expansion device, exhaust chamber, circulation pump and heated storage tank. The patent emphasized the heating capacity of the refrigeration process and extended the use of refrigeration technology to the maximum utilization of the refrigeration cycle for its heating action in the provided applications. Refrigeration cycles have been defined as processes involving compressors, heat exchangers (condensers), expansion devices, and evaporators. Thermal energy is collected from air or from liquids or slurries in an evaporator and is generally placed in a liquid stream or storage device that can be used to heat a space or process. The '108 system operates in single mode, namely reclamation.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명은 하나의 환경/매질에서 이용가능한 열에너지를 또다른 환경/매질로의 변환시키기 위한 냉동의 활용 및 조절을 추가로 강화시키거나 최적화하기 위해 냉동 공정의 적용을 위한 방식 또는 방법을 포함하여, 미국특허 7,040,108호의 교시를 확장시킨다. 이는 하나의 위치에서 다른 위치로의 열에너지의 단순한 전달이 아닌, 하나의 조건으로부터의 열에너지를 제공된 적용에 대해 요망되는 하나 이상의 조건으로의 에너지의 효과적인 변환이다. 이는 냉매의 성질 및 압축기의 성능과, 환경적 변수의 균형화를 통해 수행된다.The present invention includes a scheme or method for the application of a refrigeration process to further enhance or optimize the utilization and control of refrigeration to convert thermal energy available in one environment / medium to another environment / medium. Extends the teaching of US Pat. No. 7,040,108. This is not a simple transfer of thermal energy from one location to another, but an effective conversion of energy from one condition to one or more conditions desired for a given application. This is done by balancing the nature of the refrigerant, the performance of the compressor and the environmental parameters.

예를 들어, 육류 가공 설비에서, 냉각장치는 육류의 안전한 가공을 위해 적합한 작업장 온도를 유지하기 위해 사용되며, 보일러는 멸균 공정수 및 세척수를 가열시키기 위해 사용된다. 본 발명의 시스템은 냉각을 제공하면서, 또한 고정된 온도의 액체 냉매를 팽창 디바이스에 제공하고, 멸균 공정 및 세척(wash down)을 위한 가열된 물을 형성시킬 것이다. 고정된 액체 냉매 온도는 압축기의 성능을 최적화하는데 도움이 되며, 여기서 대부분의 냉각장치 응축기는 압축기 성능을 최적 조건을 벗어나게 변경되게 하는 주변 공기 온도의 가변성에 노출되는 압축기의 성능을 최적화하는데 도움이 된다.For example, in meat processing plants, chillers are used to maintain suitable workplace temperatures for safe processing of meat, and boilers are used to heat sterile process water and wash water. The system of the present invention will provide cooling, while also providing a fixed temperature liquid refrigerant to the expansion device, and forming heated water for sterilization processes and wash down. The fixed liquid refrigerant temperature helps to optimize the performance of the compressor, where most chiller condensers help to optimize the performance of the compressor, which is exposed to variability in ambient air temperature that causes the compressor performance to change out of optimum conditions. .

압축기 구성, 냉매, 응축기 구성, 팽창 디바이스/구성, 및 증발기 구성의 조합은 선택된 냉매의 특성 및 적용에 대한 요구사항에 의해 조정된다. 시스템 구성의 하나의 목적은 압축기에서 냉매와 윤활제 조건의 가장 바람직한 균형을 달성하면서 적용에서 이용가능한 열에너지 싱크(sink) 및 열에너지원을 최적으로 사용하기 위한 것이다.The combination of compressor configuration, refrigerant, condenser configuration, expansion device / configuration, and evaporator configuration is adjusted by the characteristics of the chosen refrigerant and the requirements for its application. One purpose of the system configuration is to optimally use the heat energy sinks and heat energy sources available in the application while achieving the most desirable balance of refrigerant and lubricant conditions in the compressor.

이러한 교시 및 방법과 관련하여, 가열 및 냉각을 위한 냉동의 사용은 새로운 범위로 확장되며, 이에 의해 새로운 냉매 및 냉동 시스템 구성과 관련하여, 본 출원인은 전세계의 연소기초 로(combustion based furnace) 또는 보일러 용량의 상당한 부분을 대체하는 능력을 가지면서, 동일한 적용에 냉동 또는 냉각을 제공할 것이다. 이러한 기술은 또한 외부 연료 소스에 대한 의존성을 감소시키거나 제거하는데 도움을 주기 위해 상보적인 에너지-집약적 적용의 동일-위치(co-location)를 초래한다.In connection with these teachings and methods, the use of refrigeration for heating and cooling extends to a new range, whereby in connection with the construction of new refrigerants and refrigeration systems, the Applicant has established a worldwide combustion based furnace or boiler. Having the ability to replace a substantial portion of the capacity will provide refrigeration or cooling for the same application. This technique also results in the co-location of complementary energy-intensive applications to help reduce or eliminate dependence on external fuel sources.

본 발명의 일 양태는 폐열의 활용을 증가시키기 위해 단일 압축기에 연결된 다중 응축기 및 다중 증발기의 활용이다.One aspect of the present invention is the use of multiple condensers and multiple evaporators connected to a single compressor to increase the utilization of waste heat.

본 발명의 다른 양태에서, 냉매 열은 다중 사용을 위해 분리된다. 예를 들어, 열은 냉매의 응축 온도 보다 뜨거운 물, 액체 또는 스팀을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 스팀의 생산은 냉동 공정의 환경적 측면에서 상변화를 형성시키기 위한 가열 경로(hot path)의 사용을 나타낸다. In another aspect of the invention, the refrigerant heat is separated for multiple use. For example, heat can be used to generate water, liquid or steam that is hotter than the condensation temperature of the refrigerant. The production of steam represents the use of a hot path to form a phase change in the environmental aspects of the refrigeration process.

본 발명의 다른 양태에서, 물탱크, 펌프 및 응축기/열교환기를 구비한 순환 루프는, 보다 높은 온도의 유체의 조절 및 저장을 제공하고, 증발기 열수집 용량의 개선을 위한 과냉각 온도를 조절하고, 압축기 효율을 상당히 개선시키기 위해, 해드 압력(head pressure)에 대한 조절을 제공한다. 과냉각이 종래 기술 분야에서 사용되는 한, 이의 사용은 증발기에서 열수집 용량을 개선시키는데 도움을 주기 위해 팽창 디바이스로의 도입 전에 시스템 냉매의 일부를 빼내어 잔류하는 액체 냉매를 냉각시키므로써 제공된다. 비교해 보면, 본 발명은 이러한 과냉각을 수행하기 위해, 냉매 보다 물 또는 공정 스트림을 사용한다. 이는 냉매의 과냉각을 통해 공정 스트림에서의 추가적으로 유용한 열을 수집할 뿐만 아니라, 증발기의 열수집 효율을 향상시키므로써 성능을 개선시킨다. 순환 루프는 보다 높은 압축기 효율을 유지시키기 위한 과냉각 조건의 조절의 기초를 제공한다.In another aspect of the invention, a circulation loop with a water tank, a pump and a condenser / heat exchanger provides for the control and storage of higher temperature fluids, adjusts the supercooling temperature to improve evaporator heat collection capacity, and To significantly improve the efficiency, it provides control over head pressure. As long as subcooling is used in the prior art, its use is provided by drawing off a portion of the system refrigerant and cooling the remaining liquid refrigerant prior to introduction into the expansion device to help improve heat collection capacity in the evaporator. In comparison, the present invention uses water or process streams rather than refrigerants to accomplish this subcooling. This not only collects additional useful heat in the process stream through subcooling of the refrigerant, but also improves performance by improving the heat collection efficiency of the evaporator. The circulation loop provides the basis for the regulation of subcooling conditions to maintain higher compressor efficiency.

본 발명의 다른 양태는 종래 기술에 공지되어 있는 과열억제(desuperheating)와 관련이 있으나, 물을 가열시키기 위해 고온 냉매 증기에서의 과열(superheat)로부터 입수가능한 열을 추출하기 위한 목적이며, 여기서 나머지 열은 방출된다. 본 발명은 방출(rejection)을 허용하고 제 2 선행(priority)으로부터 가열 적용으로의 스위칭하기 전에 액체를 가열하기 위해 전체 열경로를 사용하며, 이는 독특하고, 상세하게는 공정 조절을 위해 사용되는 순환 및 저장 루프와 관련된 것이 아니다. 본 발명은 선행으로서 전체 열경로를 사용하고, 방출 또는 보다 낮은 선행 사용을 허용하기 전에 냉매의 응축 온도를 초과하는 온도에서 물 또는 유체를 형성시키고/거나 저장하기 위해 과열억제 조각을 사용한다. 다양한 용도 또는 조절을 위한 냉매 고온부(hot side)의 분리는 종래 기술에 비해 에너지 사용을 현저하게 발전시키며, 이는 냉동 열(refrigeration heat)의 방출에 촛점을 맞춘 것이다.Another aspect of the present invention relates to the desuperheating known in the art, but for the purpose of extracting the heat available from the superheat in the hot refrigerant vapor to heat the water, wherein the remaining heat Is released. The present invention uses the entire heat path to allow the ejection and to heat the liquid before switching from the second priority to the heating application, which is unique and specifically the circulation used for process control. And not with the storage loop. The present invention uses the entire heat path as a prior art and uses superheated inhibitory pieces to form and / or store water or fluid at temperatures above the condensation temperature of the refrigerant before allowing release or lower prior use. Separation of the refrigerant hot side for various applications or controls significantly improves energy use compared to the prior art, which focuses on the release of refrigeration heat.

본 발명의 또다른 양태는 고온부의 분리와 관련하여, 냉동 공정의 저온부(cold side)의 분리이다. 직렬 또는 병렬의 증발기는 특정 요구(challenges), 예를 들어 두개의 병렬 증발기가 상이한 온도 및 압력에서 작동할 때 흡입 라인에서의 압력 조절을 제공한다. 직렬의 증발기는 둘 모두의 환경에 대해 적합한 온도에서 냉각을 공급하기 위한 요구가 존재하는데, 이는 배출구 온도가 모든 증발기에서 냉매의 온도의 조절을 조정하기 때문이다.Another aspect of the invention is the separation of the cold side of the refrigeration process with regard to the separation of the hot parts. Evaporators in series or in parallel provide specific control, for example, pressure regulation in the suction line when two parallel evaporators operate at different temperatures and pressures. There is a need to supply cooling at a suitable temperature for both environments, because the series evaporators adjust the regulation of the temperature of the refrigerant in all evaporators.

재생(reclamation) 및 열병합(cogeneration) 모드에서 작동하는 본 발명의 시스템과 관련하여, 현저한 열배출 감소가 제공되는데, 이는 이전에 폐기되는 열에너지가 바이오-재생가능한 공정으로 다시 재활용되기 때문이다. 환경적 균형을 조절하기 위해 개발된 방식은 냉매 및 환경적 관점 모두로부터의 본 발명의 시스템의 에너지의 균형을 맞추기 위하여, 열역학 제 1 및 제 2 법칙을 전제로 하며, 이에 의해 통상적인 냉동 공정 이상의 공정 결과 및 공정 조절을 달성한다.In connection with the system of the present invention operating in the reclamation and cogeneration modes, a significant reduction in heat emissions is provided, since previously discarded thermal energy is recycled back to the bio-renewable process. The scheme developed to adjust the environmental balance presupposes the first and second laws of thermodynamics, in order to balance the energy of the system of the present invention from both refrigerant and environmental perspectives, whereby Process results and process control are achieved.

시스템은 음용수를 가열하고, 내부 공간 영역을 냉각시키고, 내부 공간 영역을 가열시키기 위해 온수를 사용하고, 제 2 영역을 가열하면서 제 1 영역을 냉각시키므로써 열에너지를 재순환시키고, 이러한 임무를 완수하면서 상당한 양의 에너지를 절약할 수 있는 능력을 갖는다. The system heats drinking water, cools the inner space region, uses hot water to heat the inner space region, recycles thermal energy by cooling the first region while heating the second region, and accomplishes this task significantly. Has the ability to save a large amount of energy.

3-방향 회수 밸브(reclaim valve)는 수냉각 응축기 및 외부 응축기 사이에서 스위칭하기 위해 사용된다. 체크 밸브와 함께 이러한 밸브는 냉매를 외부 응축기로부터 시스템으로 다시 흐르게 하고, 외부 응축기에서의 풀링(pooling)으로부터 냉매를 유지시킨다. 이는 시스템이 가열, 냉각 및 물 가열을 제공하도록 하게 한다.A three-way reclaim valve is used to switch between the water cooled condenser and the external condenser. Together with the check valve this valve allows the refrigerant to flow back from the external condenser to the system and keeps the refrigerant from pooling in the external condenser. This allows the system to provide heating, cooling and water heating.

순환 시스템에 의해 물 탱크의 온도에서 응축 온도를 조절하는 능력은 독특한 특징이다. 또한 유용한 가열을 위해 열을 사용하는 동안 조절을 위한 물의 사용은 독특하다. 탱크 중의 물의 온도는 압축기의 해드 압력을 셋팅한다(즉, 냉매의 응축 온도에 상응한다).The ability to adjust the condensation temperature at the temperature of the water tank by the circulation system is a unique feature. The use of water for conditioning is also unique while using heat for useful heating. The temperature of the water in the tank sets the head pressure of the compressor (ie, corresponds to the condensation temperature of the refrigerant).

단일 응축기의 한계는 자체 탱크 및 순환 시스템을 각각 구비한 직렬의 두개의 응축기를 사용한 시스템으로 극복된다. 이는 제 2 교환기가 에너지를 흡수하기 시작하기 전에 제 1 응축기가 모든 에너지를 흡수하도록 하게 한다. 제 1 열교환기 시스템이 최대 응축 온도에 도달할 때, 대부분의 열은 제 2 열교환기에 의해 획득된다. 시스템이 연속적으로 작동할 때, 제 1 순환 루프 중의 물은 응축 온도 보다 더욱 뜨겁게 되며, 제 2 열교환기로 진입하는 냉매는 일부 과열된 증기 냉매를 수용한다. 제 1 루프의 온도는 냉매의 응축 온도 보다 높다. 이는 시스템이 배치 모드 작동에서 물을 20℃ 넘게 가열시키게 할 수 있다.The limitation of a single condenser is overcome by a system using two condenser in series, each with its own tank and circulation system. This allows the first condenser to absorb all the energy before the second exchanger begins to absorb the energy. When the first heat exchanger system reaches the maximum condensation temperature, most of the heat is obtained by the second heat exchanger. When the system is operated continuously, the water in the first circulation loop becomes hotter than the condensation temperature, and the refrigerant entering the second heat exchanger receives some superheated steam refrigerant. The temperature of the first loop is higher than the condensation temperature of the refrigerant. This may allow the system to heat water above 20 ° C. in batch mode operation.

연속 모드 작동에 대해, 냉수는, 시스템이 탱크 중의 온수 및 시스템으로 진입하는 냉수의 혼합물 온도에 기여할 수 있는 응축 온도에서 작동할 수 있도록 제 2 순환 루프의 순환 펌프의 유입구에 도입된다. 이는 시스템이 보다 높은 온도를 발생시키는 동안 보다 낮은 해드 압력에서 작동하게 할 수 있게 한다. R22에서 작동하는 왕복 압축기는 허용가능한 해드 압력을 초과하지 않으면서 130F 정도의 온도에서 연속 흐름 모드로 작동할 수 있다. 이는 시스템이 하나 또는 두개의 응축기를 갖는지의 결과일 것이다. 출원인은 현상 템퍼링(tempering)이라 칭한다.For continuous mode operation, cold water is introduced at the inlet of the circulation pump of the second circulation loop such that the system can operate at a condensation temperature that can contribute to the temperature of the mixture of hot water in the tank and the cold water entering the system. This allows the system to operate at lower head pressures while generating higher temperatures. Reciprocating compressors operating at R22 can operate in continuous flow mode at temperatures as high as 130F without exceeding acceptable head pressure. This will be the result of whether the system has one or two condensers. Applicant refers to development tempering.

동일한 흐름 전략은 또한 제 1 순환 루프로 진입하는 온수에 적용된다. 온수가 순환 펌프의 흡입시에 도입되는 경우, 제 1 응축기는 탱크 온도 보다 낮은 혼합물 온도를 나타낸다. 따라서, 이러한 시스템은 보다 큰 온도 차이로 인해 제 1 응축기에서의 제공된 조건에서 더욱 많은 열을 흡수할 수 있다. 제 1 순환 루프는 압축기의 해드 압력을 조절하고, 이에 따라 압축기 효율을 증가시킨다.The same flow strategy also applies to hot water entering the first circulation loop. When hot water is introduced at the suction of the circulation pump, the first condenser exhibits a mixture temperature lower than the tank temperature. Thus, such a system can absorb more heat at the provided conditions in the first condenser due to the larger temperature difference. The first circulation loop regulates the head pressure of the compressor, thereby increasing the compressor efficiency.

이러한 시스템은, 제 1 응축기 순환 루프가 시스템에서 냉매의 최대 응축 온도 이하, 즉 제공된 시스템에 대해 대략 125F일 때, 및 제 2 순환 루프가 비교적 차가울 때 보다 양호하게 수행한다. 제 2 루프는 추가 열을 제거하고 액체 냉매를 과냉각시킨다. 제 2 순환 루프는 냉매 과냉각을 조절하는데, 이는 또한 압축기의 효율을 개선시킨다. Such a system performs better when the first condenser circulation loop is below the maximum condensation temperature of the refrigerant in the system, ie approximately 125 F for the provided system, and when the second circulation loop is relatively cold. The second loop removes additional heat and supercools the liquid refrigerant. The second circulation loop regulates the refrigerant subcooling, which also improves the efficiency of the compressor.

과냉각은 하기와 같이 두가지 잇점을 제공한다:Subcooling offers two advantages:

1. 이러한 시스템은 물의 유용한 가열을 위해 광냉각의 열을 얻는다.1. This system obtains the heat of photocooling for useful heating of the water.

2. 냉매가 TX 밸브에서 확장될 때, 플래시 가스(flash gas)를 보다 적게 손실시킨다(즉, 증발기 내부의 혼합물 중에서 더욱 많은 액체 냉매를 비등시키며 증발기로의 열전달은 증가될 수 있다).2. When the refrigerant expands in the TX valve, it loses less flash gas (ie, boils more liquid refrigerant in the mixture inside the evaporator and heat transfer to the evaporator can be increased).

제 3 순환 루프는 과열억제를 조절하기 위해 제공될 수 있다.A third circulation loop can be provided to control overheating suppression.

따라서, 이중(dual) 응축기 모드 작동을 위한 제 2 용도는 시스템의 용량을 증가시키기 위해 과냉각을 제공하기 위한 것이다. 이후 제 3 응축기가 액체를 보다 높은 온도로 가열시키고 동일한 시스템을 위한 냉매를 과냉각시키는 능력 모두를 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 개선된 시스템 성능을 얻을 수 있다.Thus, a second use for dual condenser mode operation is to provide subcooling to increase the capacity of the system. A third condenser can then be used to provide both the ability to heat the liquid to a higher temperature and to supercool the refrigerant for the same system, which can result in improved system performance.

가열 및/또는 냉각의 임의의 조합을 제공하기 위한 병렬 서킷(parallel circuit)의 다중 증발기 및 다중 응축기의 사용 및 서킷내에서 다중 응축기 및 순환 루프의 직렬로의 사용은 어느 정도의 용량이 필요한지에 따라 구성의 용도에 대해 확장될 수 있다. 임의의 수의 서킷이 적용될 수 있거나, 임의의 적용의 요구사항을 충족시킬 뿐만 아니라 냉동 시스템의 활용을 최대화하고 제공된 적용에 대해 시스템 설비의 비용 잇점을 최대화하기 위하여 임의의 수의 응축기 또는 증발기가 작용될 수 있다.The use of multiple evaporators and multiple condensers in a parallel circuit to provide any combination of heating and / or cooling, and the use of multiple condensers and circulation loops in series within the circuit, depends on how much capacity is required. It can be extended to the use of the configuration. Any number of circuits can be applied, or any number of condensers or evaporators can be applied to meet the requirements of any application, as well as to maximize the utilization of the refrigeration system and to maximize the cost benefits of the system installation for the given application. Can be.

따라서, 이의 물리학적 및 경제적 변수 모두의 측면에서 시스템의 특정을 기술하는 방식이 개발되었다. 냉동 시스템이 이러한 방식으로 적용된 적이 없기 때문에, 이러한 방식은 독특하며, 광범위한 적용에 대해 시스템의 특성을 기술한다. 이러한 방식 파라미터는 시스템이 전세계의 열에너지 인프라구조에서 실용적인 대체물로서 평가되게 할 수 있다.Thus, a way of describing the specificity of the system in terms of both its physical and economic variables has been developed. Since refrigeration systems have never been applied in this way, this approach is unique and characterizes the system for a wide range of applications. This modality parameter allows the system to be evaluated as a viable substitute for thermal energy infrastructure around the world.

열동력학적 방식은, 먼저 적용에 에너지를 적용하고 냉동제 및 압축기의 용량을 모두 새로운 수준에서 균형을 이루게 하기 위하여 나머지 에너지를 방출하므로써 냉동제 및 압축기의 용량에 대해 균형을 이룬 재활용된 에너지 및 주변 공기 형태의 바이오 에너지를 제공한다.The thermodynamic approach balances the recycled energy and the ambient capacity of the refrigerant and compressor by first applying energy to the application and releasing the remaining energy to balance the refrigerant and compressor capacity at a new level. Provides bioenergy in the form of air.

본 출원에서 사용되는 "환경적 열에너지"는 입수가능하고 천연적으로 존재하거나, 발열 공정에 의해 환경으로 방출되는 열에너지로서 규정된다.As used herein, "environmental heat energy" is defined as heat energy available and naturally present or released to the environment by an exothermic process.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

도 1은 '108 특허에 따른 기본적인 종래 기술의 가열, 냉각, 및 온수 구성의 개략적 도면이다.1 is a schematic diagram of a basic prior art heating, cooling, and hot water configuration according to the '108 patent.

도 2는 '108 특허에 따른 종래 기술의 기본적인 가열, 냉각 및 온수 구성의 다른 구체예의 개략적 도면이다.2 is a schematic diagram of another embodiment of a basic heating, cooling and hot water configuration of the prior art according to the '108 patent.

도 3은 본 발명에 따른 기본적인 가열, 냉각 및 온수 구성의 일 구체예의 개략적 도면이다.3 is a schematic diagram of one embodiment of a basic heating, cooling and hot water configuration according to the present invention.

도 4는 다중 열 싱크(multiple heat sink)를 이용하는 가열, 냉각 및 온수를 나타낸 본 발명의 일 구체예의 개략도이다.4 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention showing heating, cooling, and hot water using multiple heat sinks.

도 5A 및 5B는 본 발명에 따른 온수 열 싱크를 갖는 가열, 냉각 및 온수 시스템의 다른 구체예를 나타낸 개략적인 도면이다.5A and 5B are schematic diagrams illustrating another embodiment of a heating, cooling and hot water system having a hot water heat sink according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 열적 루프 및 열적 저장소를 갖는 가열, 냉각 및 온수 시스템의 다른 구체예의 개략적인 도면이다.6 is a schematic diagram of another embodiment of a heating, cooling and hot water system having a thermal loop and a thermal reservoir according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 혼합된 과열 열병합 및 방출을 갖는 가열, 냉각 및 온수 시스템의 또다른 구체예의 개략적 도면이다.7 is a schematic diagram of another embodiment of a heating, cooling and hot water system with mixed superheat cogeneration and discharge according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 과열된 액체를 이용하는 가열, 냉각 및 온수 시스템의 또다른 구체예의 개략적 도면이다.8 is a schematic diagram of another embodiment of a heating, cooling and hot water system using superheated liquid according to the present invention.

도 9 및 10은 본 발명에 따른 과냉각된 액체를 갖는 가열, 냉각 및 온수 시스템의 다른 구체예의 개략적인 도면이다.9 and 10 are schematic diagrams of another embodiment of a heating, cooling and hot water system with a subcooled liquid according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 과열된 가열 액체 및 과냉각을 갖는 가열, 냉각 및 온수 시스템의 다른 구체에의 개략적인 도면이다.11 is a schematic view of another embodiment of a heating, cooling and hot water system with superheated heating liquid and subcooling according to the present invention.

바람직한 구체예의 상세한 설명Detailed Description of the Preferred Embodiments

냉동 사이클과 환경적 균형을 조절하기 위한 방식Refrigeration cycles and ways to adjust environmental balance

본 출원인은 냉동 공정에 의해 영향을 미치거나 조절될 수 있는 두개(또는 그 이상의) 환경 제약을 갖는 냉동 사이클내에서 열(heat) 및 냉기(cold)의 열병합의 균형을 이루기 위해 필수적인 보편적 방식을 개발하였다. Applicant has developed a universal approach that is essential for balancing the cogeneration of heat and cold within a refrigeration cycle with two (or more) environmental constraints that can be influenced or controlled by the refrigeration process. It was.

이러한 변수는 시스템의 제공된 적용의 요구사항에 대비하여 균형을 이루어야 한다. 제 1 고려사항은 입수가능한 압축기 및 압축기 오일의 압축비 및 작동 온도 한계 내에서 적용의 요구를 충족하는 온도에서 증발 및 응축을 허용하는 물리적 성질을 갖는 냉매의 선택이다. 냉매 특징을 갖는 수많은 물질 및 물질들의 혼합물이 존재한다. 적용 조건의 보다 넓은 배치를 고려할 때, 새로운 냉매는 냉동 사이클의 효율을 이용하기 위해 선택되거나 생산될 것이다. 적합한 냉매가 선택되면, 이러한 방식은 냉동 사이클의 균형을 적절하게 이루고 적용의 엄격한 적용을 견디어 내는 냉동 시스템 구성요소를 선택하거나 디자인하기 위해 적절한 공학 원리와 함께 적용될 수 있다.These variables should be balanced against the requirements of the provided application of the system. The first consideration is the selection of refrigerants with physical properties that allow evaporation and condensation at temperatures that meet the requirements of the application within the compression ratios and operating temperature limits of the available compressors and compressor oils. There are numerous materials and mixtures of materials that have refrigerant characteristics. Given the wider batch of application conditions, new refrigerants will be selected or produced to take advantage of the efficiency of the refrigeration cycle. Once a suitable refrigerant has been selected, this approach can be applied with appropriate engineering principles to select or design refrigeration system components that balance the refrigeration cycle properly and withstand the strict application of the application.

기본적 방식은 여러 포맷으로 기재될 수 있다. 적용 환경 및 전기 사용의 측면에서 직접 확장을 이용한 냉동 공정에 대해: The basic scheme may be described in several formats. For refrigeration processes with direct expansion in terms of application environment and electricity use:

(1) 증발기의 위치에서 환경적 조건에서의 요망되는 변화 - 증발기 측면 파이핑 손실 및 열 획득 + 소비된 전기 - 압축기 및 모터 손실 = 응축기의 위치에서 환경적 조건에서의 요망되는 변화 - 응축기 측면 파이핑 및 열 손실.(1) desired change in environmental conditions at the location of the evaporator-evaporator side piping loss and heat gain + electricity consumed-compressor and motor losses = desired change in environmental conditions at the location of the condenser-condenser side piping and Heat loss.

이러한 관계식은 또한 냉동 사이클 자체의 측면에서 나타낼 수 있다. 예를 들어, 방정식 (1)은 하기와 같이 기술될 수 있다:This relationship can also be expressed in terms of the refrigeration cycle itself. For example, equation (1) can be described as follows:

(2) 수집된 증발기 에너지 - 증발기 측면 파이핑 손실 및 열 획득 + 압축기 일 = 방출된 응축기 에너지 - 응축기 측면 파이핑 및 열 손실.(2) Evaporator Energy Collected-Evaporator Side Piping Loss and Heat Gain + Compressor Work = Condenser Energy Released-Condenser Side Piping and Heat Loss.

이러한 관계식들은 하기 서브-관계식으로 나누어진다:These relationships are divided into the following sub-relationships:

(3) 수집딘 증발 에너지 = 증발기의 위치에서 환경적 조건에서의 요망되는 변화.(3) Collected evaporation energy = desired change in environmental conditions at the location of the evaporator.

(4) 방출된 응축 에너지 = 응축기의 위치에서 환경적 조건에서의 요망되는 변화.(4) Condensed energy released = desired change in environmental conditions at the location of the condenser.

(5) 압축기 일 = 소비된 전기 - 압축기 및 모터 손실.(5) Compressor work = electricity consumed-compressor and motor losses.

상기 방정식에서 사용된 일반적인 용어는 특정 적용 또는 냉동 사이클의 용어에서 유도될 것이며, 상당한 손실을 고려하여 질량 및 에너지의 보전 법칙에 따를 것이다. 이러한 방정식들은 냉동 사이클이 작동하는 동안 가열 및 냉각 자원 모두의 활용을 최대화하고, 이에 따라 설치된 시스템의 전체 장점을 최대화하는 냉동 시스템의 실제 스케일 및 구성을 결정하기 위해 사용된다.The generic term used in the above equations will be derived from the term of the particular application or refrigeration cycle and will conform to the law of conservation of mass and energy, taking into account significant losses. These equations are used to determine the actual scale and configuration of the refrigeration system that maximizes the utilization of both heating and cooling resources during the refrigeration cycle operation, thus maximizing the overall benefits of the installed system.

이러한 방식은 냉동 시스템 요구사항과 환경적 요구사항을 매칭시키고 냉동 사이클의 가열 및 냉각 측면 모두에서 동시에 활용하기 위한 작동 효율을 최적화하도록 시스템을 디자인하기 위한 기초를 제공한다. 비교하면, 종래 기술 시스템의 목적은 일반적으로 가열 측면 또는 냉각 측면을 충족시키면서 성능을 최대화하기 위한 것이었다.This approach provides the basis for designing the system to match refrigeration system requirements and environmental requirements and to optimize operating efficiency for simultaneous use in both the heating and cooling aspects of the refrigeration cycle. In comparison, the purpose of prior art systems was to maximize performance while generally meeting the heating or cooling side.

냉동 적용의 부류Bracket of Refrigeration Applications

냉동 공정의 활용 및 효율을 기초로 하여, 세가지 부류의 냉동 적용이 존재한다: 방출, 재생, 및 열병합.Based on the utilization and efficiency of the refrigeration process, there are three classes of refrigeration applications: release, regeneration, and cogeneration.

A. 방출(Rejection)A. Rejection

이제까지, 대부분의 냉동 적용은 방출 부류에 속한다. 방출 시에, 냉동 공정의 한 측면은 항상 폐기된다. 예를 들어, 에어 컨디셔너는 열을 빌딩의 내부에서 외부로 전달한다. 요망되는 잇점은 공간의 냉각이며, 열(기계를 구동시키기 위해 사용된 전기 포함)은 환경으로 옮겨지거나 방출된다. 유사하게는, 대부분의 냉동기, 냉각장치, 및 냉동실은 열을 간단하게 방출시키고, 이러한 열은 응축기가 임의의 유용한 목적을 위하여 열 활용의 고려사항 없이 위치된 환경에서 수집된다. 공기 대 공기(air to air) 열 펌프는 여름에 열을 방출시키면서 공간을 냉각시키고, 겨울에 냉기를 방출시키면서 공간을 가열시키는 것에서 유사하다. 방출 냉동 시스템은 이들이 가열 또는 냉각시키기 위해 에너지를 사용하기 때문에 적어도 효과적인 시스템이지만, 이는 가열 및 냉각 둘모두를 위한 것은 아니다. 방출 시스템은 자체의 자리를 갖는데, 이는 이들이 제품 보호 또는 생산을 통해 자체적으로 지출하는 공정에 대한 값을 제공하기 때문이다. 그러나, 수많은 적용에서, 방출 시스템, 예를 들어 냉각장치 및 냉동실은 연소를 기초로 하여 공간 및 공정 가열을 제공하는 보일러 또는 로(furnace)의 측면을 따라 존재한다. 이러한 적용은 재생 또는 열병합 냉동으로의 전환을 위한 후보이다.So far, most refrigeration applications belong to the release class. Upon release, one aspect of the refrigeration process is always discarded. For example, air conditioners transfer heat from the interior of the building to the exterior. The desired benefit is the cooling of the space, and heat (including electricity used to drive the machine) is transferred or released to the environment. Similarly, most freezers, chillers, and freezers simply dissipate heat, and this heat is collected in an environment where the condenser is positioned without any consideration of heat utilization for any useful purpose. An air to air heat pump is similar in that it cools the space while releasing heat in summer and heats the space while releasing cold air in winter. Emission refrigeration systems are at least effective systems because they use energy to heat or cool, but this is not for both heating and cooling. Emission systems have their place because they provide value for the processes they spend on their own either through product protection or production. However, in many applications, discharge systems such as chillers and freezers exist along the sides of boilers or furnaces that provide space and process heating based on combustion. This application is a candidate for conversion to regenerative or cogeneration refrigeration.

B. 재생(Reclamation)B. Reclamation

에너지 가격의 불안정성, 및 에너지 공급 및 에너지 수요 간의 균형과 관련한 불확정성과 관련하여, 더더욱 많은 냉동 시스템이 일부 재생 형태를 사용한다. 재생에서, 이제까지 방출될 수 있는 가열 또는 냉각의 일부분은 일부 유용한 목적을 위하여 획득되고 재사용된다. 적용의 폐기물로부터의 열 수집 및 적용에서 물, 공간 또는 일부 다른 공정 스트림을 가열시키기 위한 이의 사용은 미국특허번호 7,040,108호에 기술된 바와 같이, 재생이다. 동물 우리(animal confinement)를 가열하기 위해 동물 우리의 배기가스로부터의 열의 수집 또는 폐수를 가열하기 위해 세탁물의 폐수 또는 건조기 배출 배기가스로부터의 열의 수집은 특정 예이다. 재생 시에, 냉동 시스템은 종종 냉동 사이클의 한쪽 측면의 사용을 위해 디자인되거나 최적화되며, 다른 한쪽면은 가능한 한 많이 사용되지만, 가능한한 모든 시간 또는 전체 범위에서 필요한 것은 아니다. With regard to the instability of energy prices and the uncertainty regarding the balance between energy supply and energy demand, more and more refrigeration systems use some form of regeneration. In regeneration, some of the heating or cooling that can ever be released is obtained and reused for some useful purpose. Heat collection from the waste of the application and its use to heat water, space or some other process stream in the application is regeneration, as described in US Pat. No. 7,040,108. The collection of heat from the animal cage exhaust to heat the animal cages or the collection of heat from the wastewater or dryer exhaust of the laundry to heat the wastewater is a specific example. In regeneration, refrigeration systems are often designed or optimized for the use of one side of the refrigeration cycle, while the other side is used as much as possible, but not necessarily at all times or in the full range possible.

많은 공정의 시간 의존적 특성 및 계절의 변화는 본 발명에 의해 수용되며, 여기서 냉동 공정은 이들을 더욱 효과적으로 활용되고 적용의 우선권 및 시간 의존적 요구사항을 충족시키기 위해 다중 증발기 및 다중 응축기의 필요를 포함한 제공된 적용내에서 보다 넓은 범위로 사용될 수 있도록 추가의 유연성으로 디자인된다. 재생 적용은 우선권이 방출을 요구하고 때때로 열병합 모드(하기에서 논의됨)에서 작동할 수 있는 작동의 기간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가정에 설치된 본 발명의 시스템은 쾌적 냉각(comfort cooling)을 제공하면서 음용수를 가열할 때 열병합 모드에서 작동할 것이다. 그러나, 동일한 시스템은 음용수가 이의 한계치로 가열되고 보다 쾌적한 냉각이 요구될 때 방출 모드로 전환시킬 것이다. 동일한 가정 적용에서, 외부 증발기가 건조기 배기가스 및 욕실 및 오븐 배기가스 팬의 장점을 얻을 수 있도록 위치되는 경우, 이러한 시스템은 난방 시즌 동안 또는 쾌적 냉각이 요구되지 않을 때 냉방 시즌 동안 물을 가열하면서 재생 모드에서 작동할 것이다. 이러한 시스템이 이러한 여러 모드에서 작동할 수 있기 때문에, 이는 수많은 통상적인 냉동 기초 가열 또는 냉각 시스템의 성능을 초과하는 연간 성능의 가능성을 갖는다. 여러 재생 구성의 예는 도면을 참조로 하여 하기에 기술된다. 이러한 시스템들 각각의 독특한 특징은 재생 모드에서 작동할 때, 냉동 사이클의 가열 면의 100%를 사용한다는 것이다. 대부분의 재생 시스템은 단지 가열 용량의 일부를 사용한다. 가정 가열 및 냉각 시스템은 재생 범주에 속하는데, 이는 때때로 방출, 재생 또는 열병합을 사용할 수 있기 때문이며, 이는 순수한 방출보다 양호하지만 순수한 열병합 보다는 양호하지 않다.Many of the time dependent characteristics and seasonal variations of the process are accommodated by the present invention, where the refrigeration process provides for a given application, including the need for multiple evaporators and multiple condensers to utilize them more effectively and to meet the priority and time dependent requirements of the application. It is designed with additional flexibility to be used within a wider range. Regeneration applications may include a period of operation in which priority requires release and may sometimes operate in cogeneration mode (discussed below). For example, the system of the present invention installed at home will operate in cogeneration mode when heating drinking water while providing comfort cooling. However, the same system will switch to the release mode when drinking water is heated to its limit and more comfortable cooling is required. In the same home application, if the external evaporator is positioned to take advantage of the dryer exhaust and bathroom and oven exhaust fans, this system is regenerated while heating water during the heating season or during the cooling season when comfort cooling is not required. Will work in mode. Since these systems can operate in these different modes, they have the potential for annual performance that exceeds the performance of many conventional refrigeration basal heating or cooling systems. Examples of various reproduction configurations are described below with reference to the drawings. A unique feature of each of these systems is that when operating in regeneration mode, it uses 100% of the heating side of the refrigeration cycle. Most regeneration systems use only part of the heating capacity. Home heating and cooling systems fall into the regeneration category because sometimes release, regeneration or cogeneration can be used, which is better than pure release but not better than pure cogeneration.

열병합(Cogeneration)Cogeneration

냉동 사이클의 냉각 및 가열 면 둘모두가 전부 공정내에서 사용될 때, 본 출원은 열병합이라 칭한다. 상기 재생 섹션에서 언급되는 바와 같이, 열병합의 예는 음용수를 가열하는 동안 쾌적 냉각을 제공하기 위해 냉동 시스템이 사용되는 경우이다. 자원의 이러한 효과적인 사용은 동일한 시스템이 수영장 및/또는 온수 욕조를 가열시키기 위해 사용될 수 있는 경우 하우징 또는 호텔 적용으로 확장될 수 있다. 그러나, 외부 대기 조건에서 매일 및 계절별 가변성으로 인하여, 하우징 적용은 드문 순수한 열병합 적용이다. 순수한 열병합 적용은 제품을 생산하기 위해 냉각 및 가열 둘모두가 사용되는 농업적, 상업적 및 산업적 적용에서 대부분 발견될 것이다. 예를 들어, 에탄올 플랜트에서, 발효에 대해 처리된 매시(cooked mash)로부터 또는 발효 공정 자체로부터 방출된 열은 처리수(cook water)를 가열시키거나 보일러를 위한 응축 재생물을 가열하기 위해 수집되고 사용될 수 있다. 앞으로, 냉매 및 냉동 장치에서의 장점은 냉동 시스템이 보일러를 대체할 수 있는 온도에서 냉동 시스템을 작동시킬 수 있다. 전력 플랜트, 바이오-디젤 플랜트, 화학물질 및 원유 정제소, 상업적 세탁소/드라이 클리너, 및 산업 지향적 다수의 다른 에너지 집약적 공정은 냉동 시스템을 구비한 열병합에 대한 기회를 제공한다.When both the cooling and heating sides of the refrigeration cycle are used in-process, this application refers to cogeneration. As mentioned in the regeneration section above, an example of cogeneration is when a refrigeration system is used to provide comfortable cooling while heating drinking water. This effective use of resources can be extended to housing or hotel applications where the same system can be used to heat swimming pools and / or hot tubs. However, due to daily and seasonal variability in external atmospheric conditions, housing applications are rare pure cogeneration applications. Pure cogeneration applications will be found mostly in agricultural, commercial and industrial applications where both cooling and heating are used to produce the product. For example, in an ethanol plant, the heat released from the cooked mash for fermentation or from the fermentation process itself is collected to heat cook water or to heat the condensate regeneration for the boiler. Can be used. In the future, an advantage in refrigerants and refrigeration units may be to operate the refrigeration system at a temperature where the refrigeration system can replace the boiler. Power plants, bio-diesel plants, chemical and crude refineries, commercial laundries / dry cleaners, and many other industry-oriented energy-intensive processes provide opportunities for cogeneration with refrigeration systems.

도면에 도시된 구성은 상기 기술된 방식이 적용에서 재생 및 열병합 기회를 최대화하기 위해 사용되는 냉동 시스템의 예이다.The configuration shown in the figures is an example of a refrigeration system in which the above described scheme is used to maximize regeneration and cogeneration opportunities in the application.

본 목적은 에너지 소비를 최소화하고 적용에 대한 효율 및 가치를 최대화하는 구성에서의 균형잡힌 냉동 사이클의 사용을 최대화하기 위한 것이다. 본 시스템은 적용에 의해 부여되는 요구사항 및 제한사항에 의해 조정되는 바와 같이 방출, 재생 및 열병합의 최적의 조합을 사용할 수 있다. 본 시스템은 동일한 설비내에서 모두 세가지 부류의 작동을 이용할 수 있다.The aim is to maximize the use of balanced refrigeration cycles in configurations that minimize energy consumption and maximize efficiency and value for application. The system can use the optimal combination of release, regeneration and cogeneration as adjusted by the requirements and restrictions imposed by the application. The system can utilize all three classes of operation in the same facility.

시스템의 바이오-재생가능한 역 열에너지 특성Bio-renewable reverse thermal energy characteristics of the system

이제까지, 냉동 공정은 압축기를 작동시키기 위해 전기를 사용하여 한 위치에서 다른 위치로의 간단한 에너지 전달로서 교시되었다. 본 발명은 열에너지를 단순하게 전달하는 것이 아니라 조절 및 시스템 디자이인을 통하여 냉매, 압축기 오일 및 장치의 제약 및 용량을 제공한 특정 적용에서 이의 가장 요망되는 조건에 대해 열에너지를 변형시키기 위해 시도한 것이다. 이는 예를 들어, 열병합의 예로서 종래 기술된 에탄올 공정에서 증명된다. 발효 공정은 고정된 95℉를 요구하며, 처리된 매시는 180℉에서 유지된다. 박테리아가 당을 알코올로 물질대사 전환시킴에 따라 발효는 열을 방출시킨다. 매시는 시스템에 의해 유지되고(과량의 열은 수집됨), 냉동 공정의 디자인에 따라 130℉ 내지 180℉ 물로 변환시킨다.So far, refrigeration processes have been taught as simple energy transfer from one location to another using electricity to operate a compressor. The present invention attempts to modify the thermal energy to its most desired conditions in certain applications that provide constraints and capacities for refrigerants, compressor oils and devices, rather than simply transferring thermal energy, through regulation and system design. This is demonstrated, for example, in the ethanol process previously described as an example of cogeneration. The fermentation process requires a fixed 95 ° F. and the treated mash is maintained at 180 ° F. Fermentation releases heat as bacteria metabolize sugar to alcohol. The mash is maintained by the system (excess heat is collected) and converted to 130 ° F. To 180 ° F. Water depending on the design of the refrigeration process.

본 발명은 이제까지 환경으로 폐기된 열에너지의 재사용을 통해, 및 통상적인 연소 기초 가열 시스템과 결합된 독성 방출물의 감소를 통해 임의의 공급원으로부터의 전기를 열적 "바이오-에너지"로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 통상적인 에탄올 플랜트에서, 처리수는 천연가스, 석탄, 또는 바이오매스 발화 보일러를 사용하여 가열된다. 처리된 매시에서의 과도한 열은 발효 공정을 위해 준비되기 전에 제거되어야 한다. 이는 이제까지 공정의 다른 부분에 열을 제공하기 위해 열교환기의 사용을 포함하였으나, 또한 냉각 공정을 종결하기 위하여 냉각장치 또는 냉각 타워로부터의 추가 냉각을 요구하였는데, 이는 매시가 에탄올 생산 공정의 대부분의 다른 단계 보다 더욱 냉각되어야 하기 때문이다. 이는 또한 95℉에서 발효 공정을 유지시키는 것으로 나타난다. 따라서, 연료는 연소되어 공정 스트림을 가열시키고, 열은 이후 환경으로 방출되거나, 생물학적 공정이 환경으로 방출되는 과량의 열을 형성시킨다. 이러한 작동 모드는 오늘날 대부분의 산업에서 널리 퍼져 있는데, 이는 종래 에너지 가격 및 에너지 공급이 이를 허용하고 현재까지 저등급의 "폐"열을 사용하기 위한 경제적인 방법이 존재하지 않았기 때문이다. 그러나, 출원인의 시스템과 관련하여, 폐기되는 에너지는 요망되는 냉각 및 가열 효과를 동시에 제공하기 위해 재생될 수 있다. 또한, 기술과 냉매 개발로서, 냉동 사이클의 양면 상에 요망되는 작동 조건을 더욱 정밀하게 매칭시킬 수 있을 것이다.The present invention is capable of transforming electricity from any source into thermal “bio-energy” through the reuse of thermal energy so far discarded into the environment, and through the reduction of toxic emissions associated with conventional combustion based heating systems. For example, in a conventional ethanol plant, the treated water is heated using natural gas, coal, or biomass ignition boilers. Excess heat in the treated mash must be removed before it is ready for the fermentation process. This has so far included the use of heat exchangers to provide heat to other parts of the process, but also required additional cooling from the chiller or cooling tower to terminate the cooling process, which caused the mash to be the most different in the ethanol production process. This is because it must be cooled more than a step. It also appears to maintain the fermentation process at 95 ° F. Thus, the fuel is burned to heat the process stream, and heat is then released to the environment, or excess heat is generated from which biological processes are released to the environment. This mode of operation is widespread in most industries today, as conventional energy prices and energy supplies allow this and there has been no economical way to use low grade "waste" heat. However, with respect to Applicant's system, the waste energy can be regenerated to provide the desired cooling and heating effects simultaneously. In addition, technology and refrigerant development will allow more precise matching of the desired operating conditions on both sides of the refrigeration cycle.

이러한 시스템은 열의 직접 발화된 소스 및 이들의 관련된 방출물을 바꾼다. 폐기된 에너지 및 고체 및 기체 방출물이 달리 환경으로 방출되기 때문에, 신규하고 진보한 시스템에 의해 재생된 열에너지는 바이오-에너지이다. 바이오-에너지 시스템은 또한 재생되는 에너지가 살아있는 유기체(예를 들어, 동물 축사, 알코올 생성 박테리아 또는 인큐베이션 계란)로부터 유도될 때 존재한다. 이러한 시스템은 모든 탄소계열 연소 공정으로부터 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 및 질소 산화물(NOx) 방출물을 본질적으로 치환시킬 것이며, 이는 오일, 석탄, 고체 폐기물 또는 바이오매스 연소로부터 이산화황, 수은 및 애시 방출물을 치환할 것이다. CO2, SO2, 및 다른 방출물의 시스템 치환 또는 감소를 제공하는 것과 관련하여, 앞으로 미국 총량거래 배출물 감소 규제(U.S. cap and trade emissions reduction strategy)에서 시장성 높은 수치를 갖는 배출권(현재, SO2, NOx, Hg, 및 CO2)의 형성을 위한 계획을 정량화할 수 있을 것이다. 배출물의 치환 범위 및 생태학적 영향은 특정 위치에서의 적용내에서 시스템의 재생가능한 에너지 특성과 비교하여 측정된다.Such systems change the direct ignited source of heat and their associated emissions. Since waste energy and solid and gaseous emissions are released to the environment otherwise, the thermal energy recovered by the new and advanced systems is bio-energy. Bio-energy systems also exist when renewable energy is derived from living organisms (eg, animal houses, alcohol producing bacteria or incubated eggs). Such a system would essentially replace carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NO x ) emissions from all carbon-based combustion processes, which would result in sulfur dioxide, oil, coal, solid waste or biomass combustion. Mercury and ash emissions will be substituted. Regarding providing a system replacement or reduction of CO 2 , SO 2 , and other emissions, emissions caps with marketable figures in the US cap and trade emissions reduction strategy in the future (currently, SO 2 , Plans for the formation of NO x , Hg, and CO 2 ) may be quantified. The substitution range and ecological impact of the emissions are measured in comparison to the renewable energy characteristics of the system in the application at the particular location.

이러한 바이오-에너지의 재생가능한 특징은 적용 사이트를 위한 전기를 발생시키는 열적 전력 플랜트의 효율과 시스템의 효율을 비교하므로써 유도될 수 있다. 열 플랜트는 화석연료 발화 플랜트, 핵 플랜트, 바이오매스 발화 플랜트, 태양열 플랜트 및 지열 플랜트를 포함한다. 이러한 모든 타입의 발생은 상당한 양의 폐열을 환경으로 배출시키며, 연소기초 시스템은 공기 및 물 오염에 기여하는 상당한 양의 연소 산물을 형성시킨다. 열발생 플랜트의 효율은 전기 산출량 1 kWh 당 연료(또는 열에너지)의 Btu 투입량으로서 규정되는 열량으로 특징된다. 재생 또는 방출 모드에서의 시스템 작동은 유사하게는 전기 투입량 1 kWh 당 열 배출량의 Btu로서 유사하게 특징될 수 있다(리버스(reverse) 열 특징). 시스템 성능(Btu 배출량/kWh 투입량)은 열적 전기 발생 시스템의 평균 열량(Btu 배출량/kWh 투입량) 보다 큰 경우, 두개의 비는 시스템 작동의 재생 기여를 나타낸다.This renewable characteristic of bio-energy can be derived by comparing the efficiency of the system with the efficiency of the thermal power plant generating electricity for the application site. Thermal plants include fossil fuel ignition plants, nuclear plants, biomass ignition plants, solar plants and geothermal plants. All these types of generations release significant amounts of waste heat into the environment, and combustion-based systems produce significant amounts of combustion products that contribute to air and water pollution. The efficiency of a heat generating plant is characterized by the amount of heat defined as the Btu input of fuel (or thermal energy) per 1 kWh of electricity output. System operation in regenerative or discharge mode can similarly be characterized as Btu of heat emissions per 1 kWh of electricity input (reverse heat feature). If the system performance (Btu emissions / kWh input) is greater than the average heat output (Btu emissions / kWh input) of the thermal electricity generating system, the two ratios represent the regeneration contribution of the system operation.

예를 들어, 열적 발생 시스템이 9,000 Btu/kWh에서 전기를 생산하는 동안 본 발명의 시스템이 kWh 전기 당 12,000 Btu 열 배출량으로 작동하는 경우, 본 발명의 시스템은 (12,000/9,000 -1)*100 = 33% 재생가능한 열에너지에 기여한다(즉, 1 유닛의 에너지는 요망되는 목적을 위하여 1.33 유닛의 에너지를 제공한다). 발생 시스템의 평균 지역적 Btu/kWh 열량은 상이한 발생 유닛으로서 변경할 것이며, 상이한 효율은 하중을 충족시키기 위하여 사용된다. 따라서, 재생가능한 에너지 기여는 발생 시스템의 열량이 변경함에 따라 시간에 따라 변경될 것이다. 그러나, 시스템은 열 발생 시스템 열량을 보다 낮은 수치로 유도하는 쪽으로 작업하기 위한 새로운 자극인 것으로 보일 수 있다. For example, if the system of the present invention is operating at 12,000 Btu heat emissions per kWh electricity while the heat generating system is producing electricity at 9,000 Btu / kWh, the system of the present invention is (12,000 / 9,000 -1) * 100 = Contributes to 33% renewable thermal energy (ie 1 unit of energy provides 1.33 units of energy for the desired purpose). The average regional Btu / kWh calories of the generating system will change as different generating units, and different efficiencies are used to meet the load. Thus, the renewable energy contribution will change over time as the calorific value of the generating system changes. However, the system may appear to be a new stimulus to work towards inducing heat generation system calories to lower values.

열 발생 시스템에 대한 열량을 감소시키는 영향을 기술하기 위하여, 예를 들어, 7000 Btu/kWh 열 발생 열량을 적용하자. 이는 보다 신규한 조합된 사이클 천연 가스 발화 전력 플랜트의 범위에 존재하는 것이다. 본 발명의 시스템의 재생가능한 에너지 기여는 (12000/7000 -1) * 100 = 71.4%가 된다(즉, 1 Btu의 에너지는 1.714 Btu의 열에너지를 제공함). 이는 주택, 상업지 및 산업적 적용에서 직접 연소로부터 천연 가스 및 프로판 사용을 이동시켜 조합된 사이클 전력 발생 시스템에서 사용함과 동시에 본 발명의 시스템 기술을 적용하므로써, 본 출원인은 폐 열에너지의 양 및 환경으로 배출되는 연소 산물의 양을 현저하게 감소시킬 수 있음을 포함한다. 추가로 이러한 점을 유도하기 위하여, 예를 들어, 본 발명의 시스템에 대체인 재생가능한 에너지 기여 방식이 100% 효율로 작동할 것이라고 가정하자(즉, 비에서 1.0을 뺌). 실제적으로, 직접 연소 시스템은 대개 사용되는 열에너지의 추가 7% 내지 20%(및 이의 관련된 배출물)가 시스템의 사용과 비교하여 환경으로 손실됨을 의미하는 80% 내지 93%의 범위로 전환 효율을 가질 것이다. 여기서 말하는 다른 방법은 1 Btu의 천연 가스 또는 프로판이 0.8 내지 0.93 Btu의 유용한 열을 제공한다는 것이다. 그러므로, 대체예와 비교하기 위하여, 본 출원인은 경쟁 대체예에 대해 조절된 재생가능한 에너지 기여를 결정하기 위하여 본 출원인의 연소/조합된 사이클 발생 시스템의 효율에서 직접 연소 시스템의 효율을 뺀다(즉, 대체예가 93% 효율의 보일러인 경우, 재생가능한 기여는 (12000/7000 -0.93) * 100 = 78.4%임). 이는 시스템이 유용한 열의 Btu 당 1.784 Btu의 유용한 열을 생산할 것임을 포함하며, 이는 93% 효율의 직접 발화 보일러에 의해 제공된다.To describe the effect of reducing heat on a heat generating system, for example, apply 7000 Btu / kWh heat generating heat. This is in the range of newer combined cycle natural gas fired power plants. The renewable energy contribution of the system of the present invention is (12000/7000 -1) * 100 = 71.4% (ie, 1 Btu of energy provides 1.714 Btu of thermal energy). By moving the use of natural gas and propane from direct combustion in residential, commercial and industrial applications, and using it in a combined cycle power generation system, as well as by applying the system technology of the present invention, the applicant is directed to the amount of waste heat energy and to the environment. It is possible to significantly reduce the amount of combustion products. To further derive this, suppose, for example, that a renewable energy contribution alternative to the system of the present invention will operate at 100% efficiency (ie, subtract 1.0 from the ratio). In practice, direct combustion systems will usually have conversion efficiencies in the range of 80% to 93%, meaning that an additional 7% to 20% of the thermal energy used (and their associated emissions) are lost to the environment compared to the use of the system. . Another way of saying here is that 1 Btu of natural gas or propane provides useful heat of 0.8 to 0.93 Btu. Therefore, to compare with the alternative, we subtract the efficiency of the direct combustion system from the efficiency of the applicant's combustion / combined cycle generation system to determine the adjusted renewable energy contribution to the competitive alternative. If the alternative is a 93% efficient boiler, the renewable contribution is (12000/7000 -0.93) * 100 = 78.4%). This includes that the system will produce 1.784 Btu of useful heat per Btu of useful heat, which is provided by a 93% efficient direct ignition boiler.

재생 또는 열병합 시나리오에서의 본 발명의 시스템은 통상적으로 11260 Btu/kWh 내지 13650Btu/kWh의 범위에서 작동할 것이며, 새로운 개발은 상한치를 증가시킬 것으로 예상된다. 리버스 열량이 증가함에 따라, 전체 바이오-재생가능한 시스템의 효과는 비례적으로 증가할 것이다. 93% 효율의 가스 발화 보일러를 치환하는 가스 발화 조합된 사이클로부터의 전기에 대해 구동하는 13650 Btu/kWh에서 구동하는 시스템은 (13650/7000 - 0.93) * 100 = 102%의 재상가능한 기여를 생산할 것이다(즉, 2.02 Btu의 유용한 열은 조합된 사이클 플랜트에서 발화된 가스의 Btu로부터 발생될 것이고, 동일한 Btu가 93% 효율의 보일러에서 직접 발화되는 경우 0.93 Btu의 유용한 열과 비교하여 시스템에 의해 증폭될 것이다).The system of the present invention in a regeneration or cogeneration scenario will typically operate in the range of 11260 Btu / kWh to 13650 Btu / kWh, and new developments are expected to increase the upper limit. As the reverse calorific value increases, the effect of the entire bio-renewable system will increase proportionally. A system running at 13650 Btu / kWh driving on electricity from a gas firing combined cycle replacing a 93% efficient gas firing boiler will produce a (13650/7000-0.93) * 100 = 102% recyclable contribution (I.e. useful heat of 2.02 Btu will be generated from Btu of gas fired in the combined cycle plant, and will be amplified by the system compared to useful heat of 0.93 Btu if the same Btu is fired directly in a 93% efficient boiler. ).

모든 전기 발생이 열원으로부터 유리하지 않기 때문에, 일부 보정은 비열적(non-thermal) 전기 공급원의 효과에 대해 이루어질 것이다. 비열적 재생가능한 에너지 공급원은, 임의의 공기계열 또는 열적 배출물이 바람, 파도, 수소 및 태양광-기전 전력과 같은 기술을 포함하는 경우, 매우 적다. 본 발명의 시스템 재생가능한 기여에 대한 비열적 재생가능한 발생의 효과는 비열적 공급원으로부터 생성된 발생의 전체 혼합의 비율에 비례할 것이다. 그러나, 비열적 전기 공급원에 대한 본 출원인의 역 열적 공정 및 시스템의 기여는 본 발명의 시스템에 의해 사용되는 전기 Btu 당 성능계수(COP) 또는 열배출량의 Btu를 기초로 하여 보다 양호하게 기술된다. 재생 및 열병합 모드에서 작동하는 유닛은 일반적으로 3.3 이상의 COP에서 작동할 수 있다. 그러나, 이러한 COP의 수준은 또한 방출 모드에서 가능하지만, 시스템이 방출 모드에서 구동할 때 난방 시즌 동안 매우 추운 겨울날 외부 공기와 같은 열 공급원의 온도는 COP를 1.0 정도로 낮은 수준으로 떨어뜨릴 수 있다. 예를 들어, 시스템이 재생 모드에서 3.3 내지 4.0의 COP로 작동하는 것으로 가정하자. 3.3의 COP는 11262 Btu/kWh의 리버스 열량에 해당하며, 4.0의 COP는 13650 Btu/kWh의 리버스 열량에 해당한다(즉, 11262/3413 = 3.3 및 13652/3413 = 4.0, 여기서 3413은 Btu 내지 kWh 사이의 전환 상수임(즉, 1 kWh의 전기는 전기저항 히터로부터 3413 Btu의 열적 가열을 제공할 것임)). 4.0의 COP에서, 재생 모드에서의 유닛은 소비된 전기 1 Btu에 대해 4 Btu의 공정을 위한 열에너지를 발생시킬 것이다. 따라서, 본 발명의 시스템은 비열적 공급원으로부터 발생된 전기의 열 용량을 COP에 대해 균등한 비로 곱한다.Since not all electricity generation is beneficial from the heat source, some corrections will be made to the effect of the non-thermal electricity source. Non-thermal renewable energy sources are very small if any airborne or thermal emissions include technologies such as wind, waves, hydrogen and solar-electric power. The effect of non-thermal renewable generation on the system renewable contribution of the present invention will be proportional to the proportion of the total mix of generations generated from non-thermal sources. However, the contribution of Applicant's reverse thermal process and system to the non-thermal electricity source is better described based on the coefficient of performance (COP) or heat release Btu per Btu used by the system of the present invention. Units operating in regenerative and cogeneration modes can generally operate at 3.3 or higher COPs. However, while this level of COP is also possible in the emission mode, the temperature of a heat source, such as outside air, on a very cold winter day during the heating season can drop the COP to a level as low as 1.0 when the system is operating in the emission mode. For example, suppose the system is operating at a COP of 3.3 to 4.0 in regeneration mode. A COP of 3.3 corresponds to reverse calories at 11262 Btu / kWh, and a COP of 4.0 corresponds to reverse calories at 13650 Btu / kWh (ie, 11262/3413 = 3.3 and 13652/3413 = 4.0, where 3413 is Btu to kWh). Switching constant between (ie 1 kWh of electricity will provide 3413 Btu of thermal heating from the resistive heater). At a COP of 4.0, the unit in the regeneration mode will generate thermal energy for the process of 4 Btu for 1 Btu of electricity consumed. Thus, the system of the present invention multiplies the heat capacity of electricity generated from a nonthermal source by an even ratio to COP.

비열적 발생을 포함하는 발생 혼합에서의 본 발명의 시스템의 전체 재생가능한 기여는 하기 예로 나타낸다. 93% 효율의 직접 발화 보일러와 필적하는 10%의 비열적 재생가능한 에너지 기여 및 7000 Btu/kWh 열량으로 작동하는 천연 가스 발화 조합된 사이클 전력 플랜트인, 13562 Btu/kWh RASERS를 사용하자. 이러한 시스템의 재생가능한 에너지 기여는 (13562/(0.9*7000 +0.1*3413) - 0.93) * 100 = 112.56%가 된다. 열적 발생 열량이 감소되며 비열적 기여가 증가됨에 따라 이러한 방식은 시스템의 COP를 감소시킬 것이다. 열에너지 시스템의 최소 가능한 열량은 3413 Btu/kWh인데, 이는 100%의 전환 효율에서 이들이 작동함을 의미하기 때문이다(즉, 1 kWh = 3413 Btu).The total renewable contribution of the system of the present invention in developmental mixing, including nonthermal generation, is shown by way of example below. Use 13562 Btu / kWh RASERS, a combined cycle power plant that operates at 7000 Btu / kWh calories and 10% nonthermal renewable energy contribution comparable to a 93% efficient direct ignition boiler. The renewable energy contribution of this system is (13562 / (0.9 * 7000 + 0.1 * 3413)-0.93) * 100 = 112.56%. This approach will reduce the COP of the system as the amount of heat generated is reduced and the nonthermal contribution is increased. The minimum possible heat capacity of a thermal energy system is 3413 Btu / kWh, which means that they operate at 100% conversion efficiency (ie 1 kWh = 3413 Btu).

본 발명의 시스템이 열병합 모드에서 작동할 때, 재생가능한 기여는 거의 틀림없이 COP와 동일하게 되는데, 냉각 효과는 열적 가열 효과가 사용되거나 사용되지 않는지의 여부에 관계없이 요구되기 때문이다. 다시 말해서, 시스템의 냉각 효과를 위해 에너지를 생산하고 이를 사용하는 경우, 가열 효과는 전부 사용되는 경우 자동적으로 얻게 된다.When the system of the present invention operates in a cogeneration mode, the renewable contributions will almost certainly be the same as COP, since a cooling effect is required regardless of whether the thermal heating effect is used or not. In other words, when energy is produced and used for the cooling effect of the system, the heating effect is automatically obtained when fully used.

상기 논의는 전기 발생 시스템의 전환 효율(열량)이 본 발명의 시스템의 전환 효율(리버스 열량)과 조합될 때, 본 발명의 시스템이 바이오-재생가능한 열에너지를 생성시키기 위한 열에너지 기초 전기 발생 시스템을 허용함을 나타낸다. 또한, 이는 본 발명의 시스템이 출원인의 시스템의 COP에 의한 비열적 재생가능한 전기 공급원의 재생가능한 기여를 효과적으로 배가시킴을 나타내었다. 또한, 열병합 모드에서 작동되는 본 발명의 시스템은 시스템의 COP와 동일한 바이오-재생가능한 열에너지를 갖는다.The above discussion allows the thermal energy based electricity generation system to generate bio-renewable thermal energy when the conversion efficiency (calories) of the electricity generation system is combined with the conversion efficiency (reverse calories) of the system of the present invention. To indicate. It has also been shown that the system of the present invention effectively doubles the renewable contribution of the nonthermal renewable renewable electricity source by the COP of the applicant's system. In addition, the system of the present invention operating in cogeneration mode has the same bio-renewable thermal energy as the COP of the system.

열량 및 효율과 관련되어 이루어지는 가정은 현재 작동하는 열적 시스템에 대한 공칭 성능의 범위내에 있다. 재생가능한 기여는 조합된 시스템의 효율이 100%를 초과함을 추축할 수 있다. 그러나, 본 발명의 시스템은 에너지를 발생시키지 않으며, 대개 유용한 열에너지로 환경으로 폐기되거나 배기되는 열에너지를 전환시킨다. 냉매의 적절한 사용 및 상변화 성질의 조절을 통해 냉동 사이클은 적은 투입량의 에너지(전기)를 여러 적용에서 사용하기에 이용가능한 보다 큰 양의 열에너지로 증폭시킨다.Assumptions made in terms of calories and efficiency are within the range of nominal performance for the thermal system in operation. Renewable contributions can estimate that the efficiency of the combined system exceeds 100%. However, the system of the present invention does not generate energy and usually converts thermal energy that is discarded or exhausted into the environment into useful thermal energy. Through proper use of refrigerants and control of phase change properties, the refrigeration cycle amplifies small amounts of energy (electricity) into larger amounts of thermal energy available for use in many applications.

열에너지 및 연소 생성물의 배출 감소 이외에 본 발명의 시스템과 함께 직접 발화 열적 가열 시스템을 대체하는 추가적인 생태학적 잇점이 존재할 것이다. 일 예는 보일러 및 냉각 타워 또는 증발 냉각기에 대한 보충수(makeup water)의 사용의 감소이다. 다른 예는 보일러 및 냉각 타워에 대한 스케일 및 생물학적 수처리 화학물질 사용의 감소이다. 이러한 모든 것을 고려하여, 화석 연료 사용의 환경적 및 경제적 범위는 본 발명의 시스템의 수행을 통해 현저하게 감소될 수 있다. 현장의 산업적, 상업적, 농업적, 및 주택 적용의 직접 열적 가열을 위해 사용되는 천연 가스 및 프로판이 본 발명의 시스템 기술로 대체됨에 따라, 추가의 천연 가스 및 프로판이 보다 깨끗하고 더욱 효율적인 조합된 사이클 가스 발화 전기 발생을 위해 이용가능할 것이다. 본 발명의 시스템 기술이 바이오-재생가능한 열에너지를 발생시키기 때문에, 재생가능한 에너지 장려 프로그램 및 재생가능한 에너지 권리 시장에서 적어도 하기 잇점을 지니게 하기 위해 이의 바이오-재생가능한 특성에 따라 분류될 수 있다:In addition to reducing the emission of thermal energy and combustion products, there will be additional ecological benefits of replacing direct fired thermal heating systems with the system of the present invention. One example is the reduction of the use of makeup water for boilers and cooling towers or evaporative coolers. Another example is the reduction of scale and biological water treatment chemical usage for boilers and cooling towers. In view of all this, the environmental and economic scope of fossil fuel use can be significantly reduced through the implementation of the system of the present invention. As natural gas and propane used for direct thermal heating of industrial, commercial, agricultural, and residential applications in the field are replaced by the system technology of the present invention, additional natural gas and propane are combined for cleaner and more efficient combined cycles. It will be available for gas fired electricity generation. Since the system technology of the present invention generates bio-renewable thermal energy, it can be classified according to its bio-renewable properties in order to have at least the following advantages in the renewable energy promotion program and renewable energy rights market:

(1) 재생가능한 에너지 기여로서 규정된 속도로 열적 가열 공정을 위해 사용되는 연료로부터 얻어진 연소 생성물 및 폐 열에너지의 배출을 감소시킬 수 있다. 재생가능한 에너지 기여는 하기 식에 따라 유도된다:(1) It is possible to reduce emissions of combustion products and waste heat energy obtained from fuels used for thermal heating processes at a defined rate as renewable energy contributions. Renewable energy contributions are derived according to the following formula:

재생가능한 에너지 기여율 % = (RTHR / ( REFTH * THPHR - REFNTH * 3413) - CompEff) * 100Renewable Energy Contribution% = (RTHR / (REFTH * THPHR-REFNTH * 3413)-CompEff) * 100

여기서, RTHR은 시스템의 역 열적 영량, Btu 열 산출량 / kWh 전기 투입량Where RTHR is the system's reverse thermal load, Btu heat output / kWh electricity input

THPHR은 열적 재생 플랜트의 열량, Btu 열 투입량 / kWh 전기 산출량THPHR is the heat output of thermal regeneration plant, Btu heat input / kWh electricity output

REFTH는 열적 플랜트에 의해 제공된 발생 혼합 분율REFTH is the fraction of occurrence of mixing provided by the thermal plant

REFNTH는 비열적 발생 시스템에 의해 제겅된 발생 혼합 분율REFNTH is the generation mix fraction created by the nonthermal generation system

3413은 100% 효율이 열적 발생 플랜트의 THPHR 또는 kW에 대한 Btu의 전환The 3413 is 100% efficient in converting Btu to THPHR or kW in thermally generated plants

CompEff는 시스템이 Btu 열 산출량 / Btu의 발화된 연료와 필적하는 열에너지 시스템의 전환 효율CompEff shows the system's conversion efficiency for thermal energy systems comparable to Btu heat output / Btu's fired fuel.

(2) 시스템 재생의 효율이 열적 발생 플랜트의 효율과 조합하여 고려될 때 100%를 넘는 효율의 열에너지.(2) Thermal energy of greater than 100% when the efficiency of system regeneration is considered in combination with the efficiency of the thermal generation plant.

(3) 시스템의 성능 계수로서 규정된 최대 효율에서 열에너지를 발생시킬 수 있다. 이는 비열적 공급원으로부터 유도되는 전기가 사용될 때, 열적 발생 공급원의 효율이 100%에 도달할 때, 및 시스템이 열병합 모드에서 작동할 때 일어난다. 성능 계수는 전기 투입량 Btu로 나누어진 에너지의 산출량의 Btu로서 규정된다.(3) Generate thermal energy at the maximum efficiency specified as the coefficient of performance of the system. This occurs when electricity derived from a nonthermal source is used, when the efficiency of the thermally generated source reaches 100%, and when the system is operating in cogeneration mode. The coefficient of performance is defined as Btu of the yield of energy divided by the electrical input Btu.

(4) 열병합 모드에서의 작동은 공정의 가열 측면을 관리하기 위해 요구되는 냉동 시스템의 작동 비용과 임의의 추가적 팬, 펌프 또는 조절 비용의 합에서 가열 및 냉각 모두를 형성한다.(4) Operation in cogeneration mode forms both heating and cooling at the sum of the operating costs of the refrigeration system and any additional fan, pump or conditioning costs required to manage the heating side of the process.

시스템의 세가지 상업적 적용Three commercial applications of the system

본 발명의 시스템이 이의 바이오-재생가능한 특징 및 세 부류의 냉동 적용내에서 효율적으로 작동시키기 위한 이의 유연성의 장점을 갖도록 적용될 수 있는 광범위한 적용 정렬이 존재한다. 상업화의 전망으로부터, 본 시스템으로부터 유리한 세가지의 광범위하게 규정된 시장이 존재한다. 수개의 특정 시장 단편은 각각에 대해 식별된다(리스트는 모두 규명된 것으로 의도되지 않음).There is a wide range of application arrangements in which the system of the present invention can be applied to take advantage of its bio-renewable features and its flexibility to operate efficiently in three classes of refrigeration applications. From the prospect of commercialization, there are three broadly defined markets that benefit from this system. Several specific market fragments are identified for each (the list is not intended to be all identified).

a. 하우징 및 상업적 가열 및 냉각a. Housing and commercial heating and cooling

● 단일 패밀리● single family

● 다중 패밀리● multiple families

● 응접실 및 기숙사● living room and dormitory

● 사무실● office

● 소매상● Retailer

● 창고/저장소● Warehouse / Storage

● 비공정 설비(제조, 어셈블리, 연구실 등)● Non-processing equipment (manufacturing, assembly, laboratory, etc.)

● 동물 축사● animal stall

● 온실 및 플랜트 탁아소● Greenhouse and Plant Nursery

b. 산업적 가열 및 냉각b. Industrial heating and cooling

● 페인팅 작업에 대한 코팅 및 베이킹된 분말● Coated and baked powder for painting operations

● 식품 가공 설비(육류, 유제품, 베이킹, 냉동 식품 등)● Food processing equipment (meat, dairy, baking, frozen food, etc.)

● 주물● casting

c. 인라인 공정c. Inline process

● 에탄올 및 바이오디젤 공정● Ethanol and Biodiesel Process

● 전력 플랜트● power plant

● 보일러 및 냉각장치 또는 냉각 타워 모두를 갖는 적용Applications with both boilers and chillers or cooling towers

● 다양한 화학물질, 원유, 약물, 및 농업 부산물 정제 공정● A wide variety of chemical, crude oil, drug and agricultural byproduct purification processes

● 부화장/인큐베이터 기후 조절 시스템● Hatchery / Incubator Climate Control System

● 두발, 섬유, 또는 제품 건조 공정● Hair, fiber, or product drying process

이러한 시장에서 시스템 기술의 신규하고 독특한 특징은 각 적용에서 재생 및 열병합 기회의 장점을 갖기 위한 이의 유연성이다. 연소기초 기술을 대신하여 본 발명의 시스템의 사용은 또한 특정 적용에서 나머지 잇점을 제공하는 것으로 나타난다. 예를 들어, 습도는 질환에 대한 가능성을 감소시키는데 도움을 주기 위해 더욱 양호하게 조절될 수 있으며, 유해물 또는 다양한 공정 구성성분은 인큐베이터를 냉각시키기 위한 새로운 물의 사용으로서 현저하게 감소될 수 있다. 시스템은 또한 다른 에너지 효율 해법과 관련하여, 재생가능한 에너지 시스템 또는 에너지 저장 시스템을 조합하여 추가적이거나 증가적인 효과를 제공할 것이다. 예를 들어, 호텔, 병원, 또는 다른 상업적 설비에서 두개의 파이프 가열 및 냉각 시스템은 냉각장치의 방출 모드 작동 및 보일러의 연소를 현저하게 감소시키기 위해 보일러와 냉각장치 사이에서 작동하는 각 유닛 및 본 발명의 시스템에서 물 공급원 열 펌프를 포함하기 위한 새로 설치된 장치일 수 있다. 본 발명의 시스템은 루프에서 과도한 열을 얻고 이를 음용수 또는 수영장 및 온수 욕조를 가열하는데 적용하기 위해 열병합을 사용할 것이다. 루프가 추가적인 열을 필요로 하는 경우, 시스템은 필요한 가열을 제공하기 위해 설비에서의 연속적인 배기 시스템, 폐수 및 다른 열원으로부터 폐열을 얻기 위해 재생을 사용할 것이다. 본 발명의 시스템은 광범위한 적용의 독특한 시장 가능성을 갖으며, 이들 일부는 하기 섹션에 기술된다.A new and unique feature of system technology in this market is its flexibility to take advantage of regeneration and cogeneration opportunities in each application. The use of the system of the present invention in place of combustion based techniques also appears to provide the remaining benefits in certain applications. For example, humidity can be better adjusted to help reduce the likelihood of disease, and pests or various process components can be significantly reduced with the use of fresh water to cool the incubator. The system will also provide additional or incremental effects in combination with renewable energy systems or energy storage systems with respect to other energy efficiency solutions. For example, in a hotel, hospital, or other commercial facility, two pipe heating and cooling systems operate with each unit operating between the boiler and the chiller to significantly reduce the discharge mode operation of the chiller and the combustion of the boiler. It may be a newly installed device for including a water source heat pump in the system of. The system of the present invention will use cogeneration to obtain excess heat in the loop and apply it to heating drinking water or swimming pools and hot tubs. If the loop requires additional heat, the system will use regeneration to obtain waste heat from the continuous exhaust system, wastewater and other heat sources in the installation to provide the required heating. The system of the present invention has the unique market potential of a wide range of applications, some of which are described in the sections below.

따라서, 본 발명의 시스템은 광범위한 적용 배열을 위해 에너지 절약 및 배출물 감소를 최대화하기 위한 최적의 방식으로 방출, 재생 및 열병합을 이용하기 위한 유연성을 제공한다. 특정 적용을 위한 청구항은 본 발명의 설명의 마지막에 기술되어 잇다. 본 발명의 시스템은 에너지 절약 및 배출물 감소 잇점과 같이 가치가 있는 일부 적용에서 습도의 감소 또는 물 사용의 감소와 같은 나머지 잇점을 제공할 수 있다.Thus, the system of the present invention provides the flexibility to use emissions, regeneration and cogeneration in an optimal manner to maximize energy savings and emission reductions for a wide range of application arrangements. Claims for specific applications are described at the end of the description of the invention. The system of the present invention may provide other benefits, such as reduced humidity or reduced water use, in some valuable applications, such as energy saving and emission reduction benefits.

세 부류의 냉동 적용 및 시스템의 바이오-재생가능한 에너지 특징을 나탄는 특정 적용 및 구성Specific applications and configurations that account for the three classes of refrigeration applications and the bio-renewable energy characteristics of the system

다중-열원/다중-열 싱크 구성Multi-heat source / multi-heat sink configuration

본 발명의 시스템이 재생 및 열병합 기회의 장점을 갖도록 하기 위하여, 제공된 냉동 사이클을 위한 하나 이상의 증발기 및 하나 이상의 응축기를 사용하기 위한 미국특허 7,040,108호에 기술된 시스템의 정의를 확장하는 것이 필수적이다. 대부분의 기본 구성에서, 이는 본 발명의 시스템을 임의의 설비에서 공간 가열, 쾌적 냉각 및 음용수 가열을 제공하게 할 수 있다. 증발기 및 응축기의 구성은 적용에 따라 조정될 수 있다. 일부 적용은 단지 하나의 증발기 및 하나의 응축기를 요구할 수 있다. 일부 적용은 두개 또는 세개의 증발기 및 하나 또는 두개의 응축기를 요구할 수 있다. 증발기의 수 및 타입은 과도한, 폐기물 또는 주변 열 자원의 이용가능성 및 타입 및 적용을 위해 가열 또는 냉각에 대한 요구에 의해 결정된다. 응축기의 수 및 타입은 적용의 요구되는 가열 및 냉각 수요의 수 및 타입에 의해 결정된다. 제공된 유닛과 결합된 증발기 및 응축기의 수는 또한 설비의 경제성 및 이용가능한 열원의 타이밍(timing) 및 가열 및 냉각 요구의 타이밍에 의해 유도된다. 열 자원 및 가열 및 냉각 요구가 동시에 일어나지 않을 때, 종종 후속 사용을 위해 열 또는 냉기를 유지하는 방법으로서 열적 저장을 고려하는 것이 필수적이다. 일부 예에서, 냉각 요구는 가열 요구를 일관되게 초과하며, 이러한 경우에 열에 대한 저장 용량은 보다 높은 저장 온도를 사용하므로써 감소될 수 있다. 이러한 개념은 도 1 내지 6과 관련한 하기 설명에서 보다 상세히 기술된다.In order for the system of the present invention to take advantage of regeneration and cogeneration opportunities, it is essential to extend the definition of the system described in US Pat. No. 7,040,108 for using one or more evaporators and one or more condensers for a given refrigeration cycle. In most basic configurations, this may allow the system of the present invention to provide space heating, comfort cooling and drinking water heating in any installation. The configuration of the evaporator and condenser can be adjusted according to the application. Some applications may require only one evaporator and one condenser. Some applications may require two or three evaporators and one or two condensers. The number and type of evaporators is determined by the availability and type of excess, waste or ambient heat resources and the need for heating or cooling for the application. The number and type of condensers is determined by the number and type of heating and cooling demands required of the application. The number of evaporators and condensers combined with the provided units is also driven by the economics of the installation and the timing of the available heat sources and the timing of the heating and cooling requirements. When heat resources and heating and cooling demands do not occur at the same time, it is often necessary to consider thermal storage as a way to maintain heat or cold for subsequent use. In some instances, the cooling demand consistently exceeds the heating demand, in which case the storage capacity for heat can be reduced by using higher storage temperatures. This concept is described in more detail in the following description with respect to FIGS.

기본적인 가열, 냉각 및 온수 구성Basic heating, cooling and hot water composition

도 1 및 2는 '108 특허의 기본적 구성을 도시한 것이다. 도 2는 도 1과 유사한 것으로서, 공간을 가열하거나 제 2 스트림을 가열할 목적을 위해 저장 탱크로부터 열을 제거하기 위해 열교환기 및 순환 펌프를 사용한 개념을 부가한 것이다. 도 1 및 2는 단일 주변 공급원 또는 스트림으로부터 수집된 열을 기초로 한 가열을 위해 필요한 적용을 위한 실제적 구성이다. 그러나 이러한 구성은 예를 들어 가정에서 일년 내내 가열 및 냉각을 제공하는데 부적절한데, 이는 열원이 쾌적 냉방 시즌 동안에 가정의 내부에서 난방 시즌 동안에 외부로 변경되기 때문이다. 또한, 쾌적 냉각 적용에서의 냉각 로드(cooling load)는 음용수 가열 요구사항을 초과하며, 이에 따라 쾌적 냉각 공정에 의해 발생되는 여분의 열을 방출시키는 방법이 필요하다.1 and 2 show the basic configuration of the '108 patent. FIG. 2 is similar to FIG. 1, adding the concept of using a heat exchanger and a circulation pump to remove heat from the storage tank for the purpose of heating the space or heating the second stream. 1 and 2 are practical configurations for the applications required for heating based on heat collected from a single ambient source or stream. However, such a configuration is inadequate, for example, to provide heating and cooling throughout the year at home, since the heat source is changed from the inside of the home to the outside during the heating season during the comfort cooling season. In addition, the cooling load in comfort cooling applications exceeds drinking water heating requirements, and thus there is a need for a method of releasing excess heat generated by the comfort cooling process.

도 3은 수냉각 응축기와 공냉 응축기 사이에 스위칭하기 위해 3방향 회수 밸브 및 회수 체크 밸브의 사용을 도시한 것이다. 또한, "A-코일 증발기" 및 "증발기"로 라벨링된 두개의 증발기에 액체 냉매를 공급하기 위해 사용되는 2개의 2-방향 솔레노이드 밸브의 추가를 기술한 것이다. 다중 2-방향 밸브 또는 3-방향 밸브는 적용에서 요구되는 경우 다중 응축기 경로들 간을 스위칭하기 위해 또는 다중 증발기 경로들 간을 스위칭하기 위해 교대로 사용될 수 있다. 이러한 경로가 다른 경로들을 사용하는 동안 유닛을 고갈시키기 위해 충분한 부피의 액체 냉매를 유지시키는 경우, 사용되지 않은 제공된 경로에서 냉매를 재생하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 이는 특히 응축기 경로에 대한 문제이다. 이러한 조절없이, 응축기 둘레의 주변 온도가 떨어질때, 냉매는 응축기(응축기의 응축 내부)로 이동하려는 경향이 있고, 냉매의 유닛을 고갈시킨다. 재생은 증발기 경로에 대해 중요하지 않는데, 이는 모든 증발기가 압축기의 흡입으로 직접 결합되기 때문이다. 3-방향 회수 밸브는 밸브 상의 재생 포트로부터 압축기의 흡입을 위해 냉매를 재생하는 편리한 방법을 제공한다. 일반적으로 개방된 2-방향 솔레노이드 밸브의 사용(사용되는 경우)은 또한 닫힌 상태의 밸브 고장을 방지하고 압축기에 대한 회송 상황을 야기시키는데 중요하다. 3-방향 밸브의 사용은 또한 우수한데, 이는 항상 하나의 포트 개방을 가질 것이고, 단지 하나의 포트에 대해 개방되지 못하게 할 것이다.3 shows the use of a three-way return valve and a return check valve to switch between a water cooled condenser and an air cooled condenser. It also describes the addition of two two-way solenoid valves used to supply liquid refrigerant to two evaporators labeled "A-coil evaporator" and "evaporator." Multiple two-way valves or three-way valves may alternatively be used to switch between multiple condenser paths or to switch between multiple evaporator paths as required in the application. If such a path maintains a sufficient volume of liquid refrigerant to deplete the unit while using other paths, it may provide a means for regenerating the refrigerant in a given path that is not used. This is especially a problem for the condenser path. Without this adjustment, when the ambient temperature around the condenser drops, the refrigerant tends to move to the condenser (inside the condenser of the condenser), depleting the unit of refrigerant. Regeneration is not critical for the evaporator path because all evaporators are directly coupled to the suction of the compressor. The three-way return valve provides a convenient way to regenerate the refrigerant for suction of the compressor from the regeneration port on the valve. In general, the use of an open two-way solenoid valve (if used) is also important to prevent valve failure in the closed state and to cause a return situation to the compressor. The use of a three-way valve is also excellent, which will always have one port open and will not open for only one port.

이러한 구성은 음용수를 가열하면서 임의의 설비(집, 사무실, 창고, 공장 등)에 대한 가열 및 쾌적 냉각을 제공하는데 필수적인 기본적 구성을 제공한다. 쾌적 냉각을 제공하면서 음용수의 가열에 의한 열병합 능력은 상당한 장점을 제공한다. 외부 증발기가 설비와 떨어져서 가열된 스트림으로부터의 재생을 사용할 수 있게 위치될 수 있는 경우, 시스템의 전체 성능은 난방 시즌 동안 및 냉각 요구가 존재하지 않을 때 물을 가열시키는 동안 추가로 개선될 수 있다.This configuration provides the basic configuration necessary to provide heating and comfort cooling for any facility (home, office, warehouse, factory, etc.) while heating drinking water. The cogeneration capability by heating of drinking water provides significant advantages while providing comfortable cooling. If the external evaporator can be positioned to enable regeneration from the heated stream away from the installation, the overall performance of the system can be further improved during the heating season and during the heating of the water when there is no cooling demand.

또한 제 2 응축기(또는 제 3 또는 제 4 등) 및 두개의 증발기(또는 제 3 또는 제 4 등)가 특정 열원의 장점을 갖고 공간 또는 공정들에 유용한 열을 제공하기 위해 위치들에 배치될 수 있는 단순한 공간 컨디셔닝 및 음용수 가열 이상의 많은 적용을 갖는다. 이러한 방식에서 다중 증발기 및 다중 응축기의 적용은 이러한 시스템이 임의의 적용에서 재생 및 열병합 기회의 최대 장점을 얻기 위해 구성되도록 한다. 성능을 최대화하기 위한 구동은 특정 적용에서 특정 구성이 경제성 및 나머지 비용/이익과 관련하여 조절되어야 한다.In addition, a second condenser (or third or fourth, etc.) and two evaporators (or third or fourth, etc.) may be placed in locations to provide the heat of the process or processes with the advantage of a particular heat source. It has many applications beyond simple spatial conditioning and drinking water heating. The application of multiple evaporators and multiple condensers in this manner allows these systems to be configured to obtain the maximum benefits of regeneration and cogeneration opportunities in any application. Driving to maximize performance requires that certain configurations be adjusted in terms of economy and remaining cost / benefit.

다중 열 싱크로의 가열, 냉각 및 온수Heating, cooling and hot water in multiple heat sinks

일부 예에서, 적용은 공간의 가열과 같은 여러 위치 또는 공정 및 수영장 또는 공정 스트림과 같은 큰 열 싱크의 가열의 유용한 가열을 제공하기 위한 기회를 나타낸다. 미국특허 7,040,108호에서는 공간의 가열을 위한 하나의 루프 사용을 기술하고 있지만, 다중-서킷(multi-circuit) 가능성을 기술하고 있지 않다. 도 4는 온수 탱크의 조절된 온도 이하에서 시스템이 다중 요구에 대한 가열을 제공하도록 하기 위한 온수 탱크에 결합된 하나 초과의 가열 서킷의 사용을 도시한 것이다. 열 싱크의 요망되는 온도는 본 발명의 시스템의 작동 온도 이하이어야 하며, 제공된 냉매 상에서의 작동은 열 싱크로 열을 이동시킬 수 있다. 수영장을 포함한 하우징 또는 응접실 적용에서, 이러한 구성은 제거되지 않는 경우 시스템이 쾌적 냉각 작동 또는 연속 공정 냉각 작동 동안에 열병합을 최대화하고 방출 모드 작동을 감소시킬 수 있다. 제 2 가열 서킷은 열 요구가 시스템의 통상적인 냉매 응축 온도(가열 탱크 세트 포인트) 보다 상당히 낮은 온도에 있을 때 제 2 수냉각 응축기 대신에 사용된다. 이는 본 발명의 시스템이 냉동 시스템 작동을 조절하고, 일부 예에서 증발기(들) 및 흡입 파이핑 상에서 과도한 서리 형성을 방지하게 할 것이다. 각 가열 루프는 적용 요구 및 우선권을 기초로 한 루프를 통해 물의 흐름을 제어하기 위한 솔레노이드 밸브를 가질 것이다. 흐름 조절 밸브는 또한 각 루프에서 탱크 밖으로의 열 전달이 수냉각 응축기로부터 탱크로 들어오는 열로 제한되도록 할 수 있다. 각 루프는 도 4에 도시된 바와 같이 순환 펌프를 가질 수 있거나, 단일 펌프는 모든 루프에 대한 순환을 공급하기 위해 사용될 수 있다.In some instances, the application represents an opportunity to provide useful heating of multiple locations or processes, such as heating of spaces, and heating of large heat sinks, such as swimming pools or process streams. US Pat. No. 7,040,108 describes the use of one loop for heating the space, but does not describe the possibility of multi-circuit. 4 illustrates the use of more than one heating circuit coupled to a hot water tank to allow the system to provide heating for multiple needs below the regulated temperature of the hot water tank. The desired temperature of the heat sink should be below the operating temperature of the system of the present invention, and operation on the provided coolant may transfer heat to the heat sink. In housing or parlor applications, including swimming pools, such a configuration can, if not eliminated, allow the system to maximize cogeneration and reduce release mode operation during either a comfortable cooling operation or a continuous process cooling operation. The second heating circuit is used in place of the second water cooling condenser when the heat demand is at a significantly lower temperature than the system's typical refrigerant condensation temperature (heat tank set point). This will allow the system of the present invention to control refrigeration system operation and, in some instances, to prevent excessive frost formation on the evaporator (s) and suction piping. Each heating loop will have a solenoid valve to control the flow of water through the loop based on application requirements and priorities. The flow control valve may also allow heat transfer out of the tank in each loop to be limited to heat entering the tank from the water cooling condenser. Each loop may have a circulation pump as shown in FIG. 4, or a single pump may be used to supply circulation for all loops.

온수 열 싱크로의 가열, 냉각 및 온수Heating, cooling and hot water in hot water heat sinks

도 4에서 발전된 다중 열 싱크 개념의 약간의 변형은 도 5에 도시되어 있다. 이러한 구성에서, 온수는 음료, 얼음 제조 및 식품 제조 목적을 위해 사용되는 물을 제외한 설비내내 고정물을 설치하는 냉각 공급물에 공급된다. 이러한 계획은 공기 냉각 응축기아 함께 방출 모드 작동의 필요를 방지하는데 도움을 주기 위해 냉방 시즌 동안 추가적인 난방 로드(heating load)를 제공하기 위한 것이다. 이러한 시스템은, 적용내의 일부 공정에 값을 제공하지 않는 경우 난방 시즌 동안 사용되지 않을 것이다. 냉수 공급물이 가열된다는 사실은 온수에 대한 요구를 감소시킬 것이며, 이는 사용 포인트에서의 혼합이 사용자에 대한 동일한 수준의 안락함에 도달하기 위하여 평상시 보다 차가운 쪽으로 더욱 기울어질 것이다. 또한 상업적 적용, 예를 들어, 세탁소 작동, 유제품 우유 공급 및 인큐베이터를 위한 가습 시스템이 존재하며, 여기서 70℃ 내지 90℃의 물이 통상적인 지하수 온도로 바람직하다. 응축 및 한증(sweating)을 제한하기 위해 화장실 및 냉수 파이핑에서의 70℃ 내지 80℃ 물의 사용은 벽 및 천장에서 몰드 형성을 감소시키는데 도움이 되고 공공 화장실에서의 젖은 바닥 상에 사람들의 미끄러짐에 대한 경향을 감소시킬 수 있다. 음식점은 쾌적 냉방 시즌 동안 공기 냉각 응축기의 방출 모드 작동을 방지하기 위해 온수 공급을 사용할 수 있을 것이다.Some variations of the multiple heat sink concept developed in FIG. 4 are shown in FIG. 5. In such a configuration, the hot water is supplied to a cooling feed that installs the fixture throughout the facility except for the water used for beverage, ice making and food making purposes. This scheme is intended to provide additional heating loads during the cooling season to help avoid the need for emission mode operation with air cooled condensers. Such a system will not be used during the heating season if it does not provide value for some processes in the application. The fact that the cold water feed is heated will reduce the need for hot water, which will be more inclined towards colder than usual to achieve the same level of comfort for the user. There is also a humidification system for commercial applications such as laundry operation, dairy milk supply and incubators, where water of 70 ° C. to 90 ° C. is preferred at conventional groundwater temperatures. The use of 70 ° C. to 80 ° C. water in toilets and cold water piping to limit condensation and sweating helps to reduce mold formation in walls and ceilings and tends to people's slipping on wet floors in public restrooms Can be reduced. The restaurant may use a hot water supply to prevent release mode operation of the air cooling condenser during the comfort cooling season.

도 5에는 혼합 밸브를 구비한 냉수 공급기 및 독립 탱크를 구비한 냉수 공급기의 두개의 구성을 나타낸다. 둘모두의 선택은 냉각 공정 동안에 방출 모드 작동의 필요를 감소시키므로써 에너지 소비를 감소시키고, 온수가 요망되는 특정 적용에서 사용될 수 있다. 온수 조절 밸브(Hot Control valve)는 개방되고 냉수 조절 밸브(Cool Control valve)는 온수 탱크가 만족스럽게 될 때에만 개방되고, 시스템은 냉각을 수행한다. 온수 탱크가 가열을 수행하자 마자, 밸브는 이의 에너지차단된(de-energize) 위치로 되돌아갈 것이다(온수 조절 밸브는 닫히고, 냉수 조절 밸브는 개방될 것이다).5 shows two configurations, a cold water supply with a mixing valve and a cold water supply with an independent tank. Both choices reduce energy consumption by reducing the need for release mode operation during the cooling process and can be used in certain applications where hot water is desired. The hot control valve is opened and the cold control valve is opened only when the hot water tank is satisfied, and the system performs cooling. As soon as the hot water tank performs heating, the valve will return to its de-energize position (the hot water control valve will close and the cold water control valve will open).

혼합 밸브 구성은 온수 저장 탱크에서 박테이라 성장에 대한 관련을 감소시키는데 도움을 주는 요구시에 온수가 발생되도록 한다. 이러한 방법은 냉수에 대한 연속적인 요구가 존재할 때 가장 잘 사용되는데, 이는 쾌적 냉각 요구의 연속된 지지를 제공하기 위해 냉수에 대해 요구되어야 한다. 독립 탱크 선택은 보다 큰 가열된 물의 공급기가 저장되고 사용을 위해 이용가능하도록 하고, 쾌적 냉각이 냉수가 요구되지 않는 기간 동안 또는 물 사용 이후의 보다 긴 시간 동안 연장되도록 한다. 혼합 밸브와 관련된 탱크의 추가 잇점은 온수 및 냉수 조절 밸브가 작동할 때 사용자에 대한 물 공급 온도가 차가운 것에서 시원한 것으로, 또는 시원한 것에서 차가운 것으로 갑자기 변하지 않는다는 것이다. 냉수 탱크의 온도가 이러한 세트 포인트에 도달하는 경우, 시스템은 냉각 공정을 정지시키거나 시스템이 온수 또는 냉수를 연속적으로 발생시키도록 물이 사용될 때까지 이용가능한 경우 열 방출 모드로 스위칭될 것이다. 혼합 밸브가 탱크 구성에 부가되는 경우, 탱크는 보다 높은 온도로 가열되면서, 수도꼭지에서의 냉수 온도를 조절할 수 있다.The mixing valve configuration allows hot water to be generated on demand to help reduce the relationship to bacterium growth in the hot water storage tank. This method is best used when there is a continuous demand for cold water, which must be required for cold water to provide a continuous support of the comfort cooling demand. Independent tank selection allows a larger supply of heated water to be stored and made available for use, and to ensure that the cooling is extended for periods when no cold water is required or for longer periods after water use. An additional advantage of the tank associated with the mixing valve is that when the hot and cold water regulating valves operate the water supply temperature to the user does not suddenly change from cold to cool, or from cool to cold. When the temperature of the cold water tank reaches this set point, the system will switch to the heat release mode if available until the cooling process is stopped or until the water is used to continuously generate hot or cold water. When a mixing valve is added to the tank configuration, the tank can be heated to a higher temperature while controlling the cold water temperature at the faucet.

독립 탱크 선택에서의 냉수 우회 밸브는 냉수 탱크가 난방 시즌 동안 온수를 저장하기 위해 사용될 수 있도록 하기 위하여 사용된다. 시스템이 냉각을 수행할 때 우회 밸브(1)은 닫혀지고, 우회 밸브(2)는 개방된다. 시스템이 난방을 수행할 때 우회 밸브(1)는 개방되고, 우회 밸브(2)는 닫혀진다. 이러한 밸브들은 수동으로 작동되는 밸브일 수 있거나 시스템 자동온도조절 장치에 반응하여 자동화될 수 있다. 난방 시즌 동안에, 우회 밸브가 우회 모드에 대해 적절하게 셋팅되는 경우, 냉각 탱크의 자동온도조절 장치는 온수 온도에 도달하도록 하기 위해 셋팅될 수 있다. 쾌적 냉방 시즌 동안에, 냉각 탱크의 자동온도조절 장치는 냉수 공급을 위한 가장 온난한 허용가능한 온도로 온도를 유지시키기 위해 셋팅될 수 있다.Cold water bypass valves in independent tank selection are used to allow cold water tanks to be used to store hot water during the heating season. Bypass valve 1 is closed and bypass valve 2 is open when the system performs cooling. Bypass valve 1 is opened and bypass valve 2 is closed when the system performs heating. Such valves may be manually operated valves or may be automated in response to a system thermostat. During the heating season, if the bypass valve is set appropriately for the bypass mode, the thermostat of the cooling tank can be set to reach the hot water temperature. During the comfort cooling season, the thermostat of the cooling tank can be set to maintain the temperature at the warmest acceptable temperature for cold water supply.

열 루프 및 열 저장기로의 가열, 냉각 및 온수Heating, cooling and hot water to the thermal loop and heat reservoir

유연한 구성을 갖는 본 발명의 시스템은 열유체 루프 및 열에너지 저장기를 포함하는 가열 및 냉각 작동을 지지하기 위한 독특한 능력을 제공한다. 열루프 또는 저장 시스템은 요구시에 냉각 또는 가열을 제공하기 위해 작동시킬 수 있다. 도 6은 유체 루프 및 열 저장기 둘모두를 구비한 기본적인 열 시스템을 도시한 것이다. 유체 및 저장기 매질은 물, 글리콜과 물의 혼합물, 또는 시장에서 입수가능한 다수의 열 유체 중 하나 일 수 있다. 저장 시스템은 또한 저장 디바이스에서의 에너지 밀도를 증가시키기 위해 상변화 또는 상변화 물질을 사용할 수 있다.The system of the present invention having a flexible configuration provides a unique capability to support heating and cooling operations including a thermofluid loop and a thermal energy reservoir. The heat loop or storage system can be operated to provide cooling or heating on demand. 6 shows a basic thermal system with both a fluid loop and a heat reservoir. The fluid and reservoir medium can be water, a mixture of glycol and water, or one of a number of thermal fluids available on the market. The storage system can also use phase change or phase change material to increase the energy density in the storage device.

본 발명의 시스템 냉동 사이클 구성은, 이러한 구성이 명확하게 이의 증발기 중 하나로서 냉각장치를 사용하는 것을 제외하고 도 4 및 5에 도시된 임의의 다중-열원/다중-열 싱크 구성과 동일하다. 단지 하나의 응축기가 도시되어 있으나, 특정 적용이 추가 응축기를 요구할 수 있다. 예를 들어, 제 2 응축기는 설비의 가열 요구가 만족스럽고 쾌적 냉각을 필요로 할 때 냉각 타워 또는 공기 냉각 응축기로 열을 방출하기 위해 사용될 수 있다. 시스템이 단지 냉각을 위해 사용되는 경우, 파이핑 및 유체 조절 밸브와 결합된 가열 열교환기는 구성으로부터 생략될 수 있다. 시스템이 단지 가열을 위해 사용되는 경우, 온수 탱크가 시스템의 저장 용량을 증가시키기 위해 상변화 메카니즘을 포함하는 것을 제외하고 도 4에 도시된 시스템의 구성을 가질 것이다.The system refrigeration cycle configuration of the present invention is identical to any multi-heat source / multi-heat sink configuration shown in FIGS. 4 and 5 except that this configuration clearly uses a chiller as one of its evaporators. Although only one condenser is shown, certain applications may require additional condensers. For example, a second condenser can be used to dissipate heat to a cooling tower or an air cooling condenser when the heating needs of the plant are satisfactory and require good cooling. If the system is only used for cooling, the heat exchanger combined with the piping and fluid control valve can be omitted from the configuration. If the system is only used for heating, it will have the configuration of the system shown in FIG. 4 except that the hot water tank includes a phase change mechanism to increase the storage capacity of the system.

수냉각 응축기와 온수 탱크 사이의 순환 루프는 분리 순환 루프를 사용하는 것 보다 루프에 열교환기를 부가한다. 이는 열루프/저장 시스템으로의 열 교환을 위한 가장 높은 온도를 제공하는 장점을 제공하며, 추가 펌프의 작동을 방지한다. 그러나, 순환 펌프는 열 시스템 또는 물 저장 탱크로부터 열을 요구하는 지의 여부에 따라 작동시키기 위해 연결됨을 의미한다. 또한 시스템이 작동할 때 냉각 작동 동안 루프의 가열을 방지하기 위하여 열 시스템의 구성이 냉각 장치 유체 조절 및 가열 유체 조절 밸브를 가짐을 강조한다. 대체안은 도 4에 도시된 바와 같이 온수 탱크와 열 시스템 루프 사이에 독립 열 순환 루프를 제공하는 것이다. 이는 냉각장치 유체 조절 및 가열 유체 조절 밸브의 필요성을 제거하고, 동일한 루프 상에 냉각장치 및 가열 열교환기를 배치시키지만, 추가 펌프의 작동 비용을 부가한다. 두가지 방법 모두는 작동할 것이고, 주로 시스템 에너지 효율에 대한 효과 대 비용을 기초로 하여 선택될 것이다. 펌프의 수 및 열루프 시스템의 구성은 적용에 따라 변경될 것이다. 열 시스템 루프는 적용의 요구사항에 따라 열 저장 디바이스(가열/냉각 유체 탱크)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이는 일부 예에서 열 시스템에서의 탱크, 및 펌프 중 하나가 존재하지 않음을 포함한다. 백업 가열 및 냉각은 열루프에 연결된 임의의 경제적으로 가치있는 소스로부터 유래할 수 있다. 이아 같은 오늘날이 대부분의 열루프 시스템에서, 백업 가열 및 냉각은 보일러 및 냉각장치 또는 냉각 타워에 의해 제공될 것이다.The circulation loop between the water cooled condenser and the hot water tank adds a heat exchanger to the loop rather than using a separate circulation loop. This offers the advantage of providing the highest temperature for heat exchange to the heat loop / storage system and prevents the operation of additional pumps. However, it is meant that the circulation pump is connected for operation depending on whether it requires heat from the thermal system or the water storage tank. It is also emphasized that the configuration of the thermal system has cooling device fluid control and heating fluid control valves to prevent heating of the loop during the cooling operation when the system is operating. An alternative is to provide an independent thermal circulation loop between the hot water tank and the thermal system loop as shown in FIG. 4. This eliminates the need for chiller fluid control and heating fluid control valves and places the chiller and heating heat exchanger on the same loop, but adds to the operating cost of an additional pump. Both methods will work and will be chosen primarily based on cost versus effect on system energy efficiency. The number of pumps and the configuration of the heat loop system will vary depending on the application. The thermal system loop may or may not include a heat storage device (heating / cooling fluid tank) depending on the requirements of the application. This includes, in some instances, no one of the tank, and the pump, in the thermal system. Backup heating and cooling can be from any economically valuable source connected to the heat loop. In today's most thermal loop systems like this, backup heating and cooling will be provided by boilers and chillers or cooling towers.

이러한 본 발명의 시스템 구성은 수많은 설비에서 존재하는 열루프 시스템의 효율을 현저하게 개선시키기 위해 재생 및/또는 열병합을 사용하기 위한 유일한 기화를 제공하며 열에너지(가열 또는 냉각)가 후속 사용을 위해 효과적으로 저장될 수 있는 새로운 다수의 적용에 대한 기회를 제공한다. 예를 들어, 호텔에서 본 발명의 시스템의 상업적 적용과 관련된 상기 논의된 두개의 파이프 가열 및 냉각 시스템 예를 고려하자. 두개의 파이프 시스템은 탱크를 구비하거나 구비하지 않은 열루프 시스템으로 나타낸다. 탱크는 종종 이러한 적용에서 사용될 것인데, 이는 루프에 대한 완충 영향을 제공하여 루프 온도에서의 가변성을 감소시키는데 도움을 주기 때문이다. 냉각장치는 샤워기 및 세탁소용 휴대용 물을 가열시키거나 수영장을 가열시키면서 열루프 시스템에 냉각을 제공하기 위해 열병합 모드 작동에서 사용된다. 열루프 시스템에 가열을 제공하기 위해 재생 모드에서 작동되는 증발기(이들 중 하나 이상)는 다양한 배기 스트림, 예를 들어 연속적 구성 공기 시스템 배기가스, 음식점 식당 배기가스, 세탁소 건조기 배기가스, 또는 샤워기 및 세탁소로부터의 폐수에 위치될 수 있다. 본 발명의 시스템은 입수가능한 열원 및 열 싱크의 제약내에서 설비에 대한 통상적인 베이스 부하 가열 및 냉각을 매칭시키기 위한 크기를 갖는다. 백업 가열 및 냉각 시스템은 이후 최대 작동 조건과 통상적인 작동 조건 간의 차이를 구성하기 위한 크기를 가질 수 있다. 다른 크기화 방법은 봄 및 가을 동안에 대개 경험되는 요구를 만족시키기 위해 시스템의 크기를 맞추고, 극심한 겨울 및 여름 동안 보일러 및 냉각장치의 크기를 맞추기 위한 것이다. 루프는 각 호텔 방에서 가난한 팬 코일을 통해 가열 및 냉각을 제공하기 위해 가열 및 냉각 모드에서 작동될 수 있거나, 루프는 각 호텔 방 또는 루프에 의해 제공된 온도 조절된 공간에서 물 소스 열 펌프에 의해 가열 및 냉각을 제공하기 위해 55℉와 같은 제공된 온도에서 작동될 수 있다. 또한 충분한 바닥 연결 용량이 적용 사이트에서 경제적으로 허용되는 방식으로 경제적으로 얻어질 수 있는 경우 보일러 및 냉각장치와는 반대로 바닥 연결된 열펌프 시스템으로부터 백업 가열 및 냉각을 제공할 수 있을 것이다. 본 발명의 시스템과 관련하여, 바닥 연결된 시스템의 스케일은 전체 수행 비용을 낮게 유지시키는데 도움을 주기 위해 줄일 수 있다.This system configuration of the present invention provides only vaporization for using regeneration and / or cogeneration to significantly improve the efficiency of thermal loop systems present in a number of installations and thermal energy (heating or cooling) is effectively stored for subsequent use. It provides an opportunity for a number of new applications that can be made. For example, consider the two pipe heating and cooling system examples discussed above relating to the commercial application of the system of the present invention in a hotel. The two pipe system is represented by a thermal loop system with or without a tank. Tanks will often be used in such applications because they provide a buffering effect on the loop to help reduce variability in the loop temperature. The chiller is used in cogeneration mode operation to provide cooling to the heat loop system while heating portable water for showers and laundries or heating the pool. Evaporators (one or more of these) operated in regenerative mode to provide heating to the heat loop system may be equipped with various exhaust streams, for example, continuous component air system exhaust, restaurant restaurant exhaust, laundry dryer exhaust, or shower and laundry. May be located in the wastewater from. The system of the present invention is sized to match conventional base load heating and cooling for a facility within the constraints of available heat sources and heat sinks. The backup heating and cooling system can then be sized to make up the difference between the maximum and normal operating conditions. Other sizing methods are to size the system to meet the needs that are usually experienced during spring and fall, and to size the boiler and chiller during extreme winters and summers. The loop can be operated in heating and cooling mode to provide heating and cooling through poor fan coils in each hotel room, or the loop is heated by a water source heat pump in a temperature controlled space provided by each hotel room or loop. And at a provided temperature, such as 55 ° F., to provide cooling. It would also be possible to provide backup heating and cooling from a floor connected heat pump system as opposed to boilers and chillers if sufficient floor connection capacity can be obtained economically in an economically acceptable manner at the application site. In the context of the system of the present invention, the scale of the floor-connected system can be reduced to help keep the overall running cost low.

이러한 구성이 열저장을 위해 사용되는 시스템의 양호한 예는 온실이다. 온실은 심지어 외부 온도가 차가울 때에도 맑은 날에 상당한 태양광 제공을 수행한다. 이는 낮 동안 과량의 열을 수집할 기회를 제공하고, 이를 밤 동안 공간을 가열시키는데 사용한다. 이상적으로는, 상변화 물질은 저장 탱크의 에너지 밀도를 증가시키기 위해 저장 탱크에 사용될 것이며, 상변화 물질은 본 발명의 시스템의 정상 응축 온도(온수 탱크 세트 포인트)에서 저장을 허용하게 하도록 선택될 것이다. (플랜트에 대한 자명한 잇점 이상으로) 온실로부터의 과도한 열을 제거하는 잇점은 수집될 수 있는 열의 전체 양이 증가할 것인데, 이는 설비에서의 보다 낮은 온도가 외부로의 손실을 감소시킬 것이며, 보다 많은 양의 태양 에너지가 가열된 공간에서 보다 냉각된 공간에서 얻어질 것이기 때문이다. 이는 본 발명의 시스템과 결합될 때 임의의 태양열 수집 시스템에서 이루일 것이다. 수집기가 냉각될 때, 보다 많은 열을 수집할 것이다. 수집된 열은 가열된 저장 유체를 순환시키므로써 직접 사용될 수 있으며, 저장 시스템 온도가 유용한 가열 온도 미만으로 떨어지는 경우, 적당한 효율적인 작동을 금지하는 온도에 도달할 때까지 시스템은 저장 탱크로부터 추가 열을 추출하기 위해 사용될 수 있다.A good example of a system in which this configuration is used for heat storage is a greenhouse. Greenhouses provide significant solar power on sunny days even when the outside temperature is cold. This provides an opportunity to collect excess heat during the day and uses it to heat the space during the night. Ideally, the phase change material will be used in the storage tank to increase the energy density of the storage tank, and the phase change material will be selected to allow storage at the normal condensation temperature (hot water tank set point) of the system of the present invention. . The benefit of removing excess heat from the greenhouse (beyond the obvious benefits to the plant) will increase the total amount of heat that can be collected, which means that lower temperatures in the plant will reduce losses to the outside, This is because a large amount of solar energy will be obtained in the cooled space in the heated space. This may be achieved in any solar collection system when combined with the system of the present invention. As the collector cools down, it will collect more heat. The collected heat can be used directly by circulating the heated storage fluid, and if the storage system temperature drops below a useful heating temperature, the system extracts additional heat from the storage tank until it reaches a temperature that prevents proper efficient operation. Can be used to

병렬 유닛으로의 가열, 냉각 및 온수Heating, cooling and hot water to parallel units

일부 적용에서, 다양한 구성요소를 구비한 하나 초과의 에너지 재생 유닛은 가열 및/또는 냉각 요구사항을 만족시키기 위해 요구된다. 이러한 적용에서, 특히 상업적 및 산업적 셋팅에서, 하나 초과의 유닛에 대한 통상적인 온수 탱크 및/도는 하나의 순환 펌프를 사용하는 것이 더욱 경제적일 것이다. 물 순환 면에서 더욱 용이하게 조절된 다중-유닛 구성은, 각 유닛이 수냉각 응축기에서 동일한 작동 조건 또는 물 온도를 나타내도록 병렬 구성이다. 직렬 구성의 사용은 수냉각 응축기에서 다운스트림 유닛을 보다 높은 온도로 나타내게 할 것이며, 결론적으로 보다 높은 압축기 해드 압력 및 냉매 온도를 초래할 것이다. 이러한 온도 차이가 유닛의 작동 및 정지 수단으로서 사용될 수 있는 한, 가열 탱크 자동온도조절 장치로의 조절을 동시에 일어나게 하기는 어려울 수 있다. 각 유닛은 자체 열원을 가질 것이고, 이러한 소스에 대해 독립적으로 조절될 것이다. 냉매 면에서 비교적 유사한 작동 조건에서 유닛을 작동시키기 위해 적절하게 유사한 열원을 갖는 유닛을 그룹화하는 시도가 있을 수 있다. 예를 들어, 하나의 유닛은 40℉에서 냉각수 루프를 제공할 수 있으며, 다른 유닛은 125℉에서 폐수 탱크로부터 열을 재생한다. 두개 압축기의 압축비는 온수 탱크의 온도에 의해 조절되는 응축 온도와 비교하여 상당히 상이할 수 있다. 보다 차가운 환경에서 작동하는 유닛은 온수 탱크 자동온도조절 장치가 충족되기 전에 압축기에 대한 권장사항을 초과하는 압축비 조건에 도달할 수 있으며, 이러한 유닛은 고장의 위험 또는 감소된 작동 수명에 놓일 것이다. In some applications, more than one energy regeneration unit with various components is required to meet heating and / or cooling requirements. In such applications, especially in commercial and industrial settings, it would be more economical to use a conventional hot water tank and / or one circulation pump for more than one unit. A more easily controlled multi-unit configuration in terms of water circulation is a parallel configuration such that each unit exhibits the same operating conditions or water temperature in the water cooled condenser. The use of a tandem configuration will result in the downstream units being represented at higher temperatures in the water cooled condenser and consequently will result in higher compressor head pressure and refrigerant temperature. As long as this temperature difference can be used as a means of starting and stopping the unit, it may be difficult to simultaneously cause adjustments to the heating tank thermostat. Each unit will have its own heat source and will be adjusted independently for this source. Attempts may be made to group units with appropriately similar heat sources to operate the unit at relatively similar operating conditions in terms of refrigerant. For example, one unit may provide a coolant loop at 40 ° F. and another unit recovers heat from the waste water tank at 125 ° F. The compression ratio of the two compressors can be quite different compared to the condensation temperature controlled by the temperature of the hot water tank. Units operating in colder environments may reach compression ratio conditions that exceed the recommendations for the compressor before the hot water tank thermostat is met, and these units will be at risk of failure or reduced operating life.

병렬로 작동하는 유닛의 그룹을 위한 통상적인 펌프 및 통상적인 탱크 사용의 단점은 펌프, 탱크 또는 통상적인 해더가 고장난 경우, 모든 유닛이 작동되지 않을 것이라는 것이다. 각 유닛에 대한 순환 펌프 사용 또는 평행한 스페어 펌프 공급의 여분은 아마도 일부 적용에서 운전 정지와 관련된 위험 또는 비용을 최소화하기 위해 요구된다.A disadvantage of using conventional pumps and conventional tanks for groups of units operating in parallel is that if the pump, tank or conventional header fails, all units will not work. The use of a circulating pump or parallel spare pump supply for each unit is probably required in some applications to minimize the risk or cost associated with shutdown.

다중-열원/다중-열 싱크 구성에 대한 장점의 개요Overview of advantages for multi-heat source / multi-heat sink configurations

(1) 본 발명의 시스템은 제공된 적용 공정내에서 시간에 따라 이용가능한 열원 및 열 요구의 사용을 최적화하기 위해 독립적으로 하나 이상의 증발기 또는 하나 이상의 응축기를 사용할 수 있다. 이는 미국특허 7,040,108호에 기술된 바와 같이 하나의 증발기 및 하나의 응축기의 사용을 확장한 것이다.(1) The system of the present invention may independently use one or more evaporators or one or more condensers to optimize the use of available heat sources and heat demands over time within a given application process. This extends the use of one evaporator and one condenser as described in US Pat. No. 7,040,108.

(2) 본 발명의 시스템은 임의의 적용에 대해 가열, 냉각, 및 온수를 제공하기 위해 사용될 수 있다.(2) The system of the present invention can be used to provide heating, cooling, and hot water for any application.

(3) 본 발명의 시스템은 조절 시스템에서 규정된 적용의 우선권에 따라 증발기 간에 및 응축기 간에 스위칭하기 위하여 1개 이상의 3-방향 또는 2개 이상의 2-방향 밸브 및 조절기를 사용할 것이다.(3) The system of the present invention will use one or more three-way or two or more two-way valves and regulators to switch between evaporators and between condensers in accordance with the priority of application defined in the regulation system.

(4) 이러한 시스템은 순환수식 가열 루프에 의해 하나 이상의 열 싱크로 순환수식 열을 제공할 수 있다.(4) Such a system may provide circulating water to one or more heat sinks by means of a circulating water heating loop.

(5) 이러한 시스템은 순화수식 가열 및 냉각 시스템을 위한 냉각된 물 및 가열된 물 모두를 제공할 수 있다.(5) Such a system can provide both cooled water and heated water for purified water heating and cooling systems.

(6) 이러한 시스템은 쾌적 냉방 시즌 동안 공기 냉각 응축기의 사용을 피하기 위한 방식으로서 냉수 대신에 온도 조절된 물을 제공할 수 있다. 이는 팬 작동을 방지하므로써 에너지 소비를 감소시키고, 열저장 용량을 증가시키고, 파이프 및 고정물로부터의 수분을 감소시킨다.(6) Such a system can provide temperature controlled water instead of cold water as a way to avoid the use of an air cooling condenser during the comfort cooling season. This reduces energy consumption, increases heat storage capacity, and reduces moisture from pipes and fixtures by preventing fan operation.

(7) 유닛은 설치 비용을 감소시키면서 용량을 증가시키기 위한 통상적인 순환 펌프 및 저장 탱크를 사용하기 위해 평행하게 설치될 수 있다.(7) The units can be installed in parallel to use conventional circulation pumps and storage tanks to increase capacity while reducing installation costs.

(8) 이러한 시스템은 공정 또는 설비에서 후속 사요을 위해 열 및 냉기를 효과적으로 저장하기 위해 상변화 물질과 함께 사용될 수 있다.(8) These systems can be used with phase change materials to effectively store heat and cold air for subsequent use in a process or facility.

(9) 본 발명의 시스템은 열에너지 획득을 최대화하기 위해 태양열 수집 시스템 또는 온실과 함께 사용될 수 있는데, 이는 조절기가 연속적으로 냉각되어 수집될 수 있는 에너지의 양을 증가시키고, 주변으로의 손실을 감소시키기 때문이다.(9) The system of the present invention can be used in conjunction with a solar collection system or greenhouse to maximize thermal energy gain, which increases the amount of energy that can be collected by continuously cooling the regulator and reducing losses to the surroundings. Because.

다단계 방열 구성Multilevel heat dissipation configuration

냉매 사이클의 응축 경로 또는 방열면은 하나의 상태에서 요망되는 상태로 환경 또는 공정 스트림을 변환시킬 목적을 위하여 유용한 서브구성요소로 분리될 수 있다. 예를 들어, 공정 스트림을 가열시키기 위해 냉동 사이클의 열소소리 경로의 일부분을 사용할 수 있으며, 방열 경로의 다른 부분은 스팀을 생산한다. 냉매는 방열 동안 세가지 물리적 상(증기, 증기/액체 혼합물, 및 액체)으로 통과한다. 각 상과 관련된 냉동 공정은 과열억제 (증기), 응축 (증기/액체 혼합물), 및 과냉각 (액체)가 있다. 과열억제 및 과냉각은 온도 범위에 걸쳐 일어나며, 응축은 냉매가 냉매의 혼합물인 경우 작은 온도 범위에 걸쳐 또는 단일 온도에서 일어난다. 각 공정은 파이핑 및 시스템 구성요소에서의 압력 손실에 영향을 미치는 것을 제외하고, 대략 동일한 압력에서 일어난다. 일반적으로, 방열 경로의 각 단편은 특정 임무를 수행하기 위해 사용될 수 있으며, 각 단편은 추가로 적용 요구사항을 충족시키기 위해 분리될 수 있다. 냉매가 상변화를 진행하고 밀도의 상당한 변화를 일으키기 때문에, 처리되는 냉매의 특정 상을 가장 잘 수용하는 열교환기를 선택하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 열교환기 및 과열된 증기를 조작하는 관련된 파이핑은 과냉각된 액체를 처리하는 열교환기 및 파이핑과는 상이하게 크기를 가지고 디자인될 것이며, 이들 모두는 증기/액체 혼합물을 처리하는 열교환기 및 파이핑과는 상이할 수 있다. 적용 공간 또는 공정 스트림의 물리적 상태는 또한 예를 들어, 물이 장치 및 공정 디자인에 추가로 영향을 미치는 스팀을 생산하기 위해 가열되는 경우, 다양한 상을 통과하거나 이에 존재할 수 있다.The condensation path or heat dissipation surface of the refrigerant cycle may be separated into useful subcomponents for the purpose of converting the environment or process stream from one state to the desired state. For example, a portion of the heat cycle of the refrigeration cycle can be used to heat the process stream, while another portion of the heat dissipation path produces steam. The refrigerant passes through three physical phases (steam, vapor / liquid mixture, and liquid) during heat dissipation. Refrigeration processes associated with each phase include superheat suppression (vapor), condensation (vapor / liquid mixture), and supercooling (liquid). Superheat suppression and supercooling occur over a temperature range, and condensation occurs over a small temperature range or at a single temperature if the refrigerant is a mixture of refrigerants. Each process takes place at approximately the same pressure, except that it affects the pressure loss in the piping and system components. In general, each piece of the heat dissipation path can be used to perform a specific task, and each piece can be separated to further meet application requirements. Since the refrigerant undergoes a phase change and cause a significant change in density, it would be desirable to select a heat exchanger that best accommodates the particular phase of the refrigerant being treated. For example, the heat exchanger and associated piping to operate superheated steam will be designed and sized differently than the heat exchanger and piping to treat supercooled liquids, all of which are heat exchangers that process steam / liquid mixtures and It may be different from piping. The physical state of the application space or process stream may also pass through or be present in various phases, for example when water is heated to produce steam which further affects the device and process design.

종래 기술에서, 시스템의 수냉각 응축기 또는 외부 응축기는 과열억제 및 응축과 관련된 모든 에너지를 수용하거나 방출하는 것으로 가정된다. 다중 수냉각 응축기와 관련하여, 두개 이상의 가열된 조건은 요망되는 온도에서 조절될 수 있다. 종래 기술에서, 과냉각이 증발기 상에 서리 형성과 관련된 청구항에서 중요한 인자이고 일부 냉매에 대한 공정 효율에 대해 중요한 고려사항임에도 불구하고 과냉각의 에너지에 대해 거의 주의를 기울이지 않는다. 과냉각이 적용될 때, 제 2 또는 제 3 수냉각 응축기(기술적으로 과냉각기라 칭함)는 하기 섹션에서 기술되는 바와 같이 요구될 것이다. 냉동 부류의 보편적 식 및 원리가 적용에 대해 적용될 때, 열소 경로의 최고의 구성 및 분리는 냉동 공정 및 적용 요구사항이 균형을 맞추도록 결정될 것이다.In the prior art, it is assumed that the water cooled condenser or external condenser of the system receives or releases all the energy associated with superheat suppression and condensation. With regard to multiple water cooled condensers, two or more heated conditions can be adjusted at the desired temperature. In the prior art, little attention is paid to the energy of subcooling, although subcooling is an important factor in claims related to frost formation on evaporators and is an important consideration for process efficiency for some refrigerants. When subcooling is applied, a second or third water cooled condenser (technically referred to as subcooler) will be required as described in the sections below. When the universal formulas and principles of the refrigeration class are applied for the application, the best configuration and separation of the calcining path will be determined to balance the refrigeration process and application requirements.

도 7 내지 11과 함께 하기 섹션은 냉매의 방열 경로가 적용의 요구사항을 충족시키기 위해 분리될 수 있는 수개의 기본적인 구성 및 적용을 기술한 것이다. 본 발명의 시스템의 임의의 구체예와 관련하여, 다단계 가열 구성은 적용 요구사항에 따라, 연속 가열 공정, 배치 가열, 또는 둘 모두에 대해 디자인될 수 있다. 하기에 기술된 구성은 제공된 방열 경로에서 다중 열교환기를 포함하기 위해 상기 기술된 다중-열원/다중-열 싱크 방법을 확장한 것이고, 공정 액체를 보다 높은 온도로 가열하기 위해 작동을 조절하기 위한 능력을 확장한 것이다.The following sections along with FIGS. 7-11 describe several basic configurations and applications in which the heat dissipation path of the refrigerant can be separated to meet the requirements of the application. In connection with any embodiment of the system of the present invention, a multistage heating configuration can be designed for a continuous heating process, batch heating, or both, depending on the application requirements. The configuration described below extends the multi-heat source / multi-heat sink method described above to include multiple heat exchangers in the provided heat dissipation path and provides the ability to regulate operation to heat process liquids to higher temperatures. It is an extension.

혼합된 과열 열병합 및 방출로의 가열, 냉각 및 온수Heating, cooling, and hot water with mixed superheat cogeneration and discharge

특정 냉동 구성은 냉각 요구가 가열 요구를 초과하는 적용에 대해 개발된 것이지만, 이러한 적용은 정상 응축 온도(온수 탱크 세트 포인트 온도) 보다 높은 온도에서 저장된 열에너지로부터 유리할 것이다. 이러한 구성은 도 7에 도시되어 있다. 냉동면 상의 구성은 압축기의 응축기 면에 두개의 3-방향 밸브를 지니고 이러한 밸브들이 특정 방향으로 배열되고 조절됨을 제외하고 다른 다중-열원/다중-열 싱크 구성과 유사하다. 3-방향 밸브 C3V1은 압출된 냉매를 수냉각 응축기 또는 외부 응축기로 공급한다. 밸브 C3V1은 도시된 바와 같이, 3-방향 회수 밸브가 아니지만, 3-방향 회수 밸브일 수 있으며, 이는 체크 밸브(1)가 요구되기 때문이다. 밸브 C3V1은 시스템이 정상 물 가열 모드 또는 가열 방출 모드에서 작동하도록 할 수 있다(제 2 응축기가 일부 특정 가열 적용을 위해 사용되지 않는 경우). 제 2 3-방향 밸브 C3V2는 수냉각 응축기의 다운 스트림에 위치되고, 배기실 또는 외부 응축기로 배출시킨다. 밸브 C3V2는 3-방향 회수 밸브가어야 하는데, 이는 수냉각 응축기가 온수 탱크를 온수 탱크 세트 포인트 미만의 온도로 가열하기 위해 사용될 때 외부 응축기로부터 냉매를 배출시키기 위해 사용되기 때문이다(즉, 냉매가 수냉각 응축기에서 응축되기 때문이다). 두개의 밸브가 에너지를 공급받을 때 이러한 시스템은 추가 냉각을 수행할 때 계속 온수 탱크를 정상 온수 세트 포인트(정상 냉매 응축 온도) 초과로 가열시킬 것이다. 수냉각 응축기는 과열억제 모드에서 작동할 것이다(즉, 냉매는 수냉각 응축기에서 증기로 잔류하고, 응축을 완료하기 위하여 외부 응축기로 보내어진다). 따라서, 이러한 시스템은 쾌적 냉각 및 물 사열을 위해 사용될 때 혼합된 열병합 및 방출 모드 작동을 제공한다. 응축 온도 보다 높은 온도에서 수냉각 응축기에 잔류하는 냉매는 아직 증기이고, 외부 응축기로 이동되어 응축될 것이다. 수냉각 응축기와 외부 응축기 사이의 가열 냉매 라인이 응축기에 도달하기 전에 라인에서 응축으로부터 냉매를 유지시키는데 도움을 주기 위해 고립시키는 것이 중요하다. 바람직하게는, 외부 응축기는, 외부 응축기에 앞서 액체로 응축하는 임의의 냉매가 외부 응축기로 중력에 의해 수행되도록 냉각 응축기 아래에 물리적으로 위치된다. 임의의 냉매 사이클과 관련하여, 배기실은 냉매를 응축기에서 배기실로 중력에 의해 흐르도록 하기 위하여 모든 응축기 아래에 위치될 것이다.Certain refrigeration configurations have been developed for applications where the cooling demand exceeds the heating demand, but this application will benefit from thermal energy stored at temperatures above the normal condensation temperature (hot water tank set point temperature). This configuration is shown in FIG. The configuration on the freezing surface is similar to other multi-heat source / multi-heat sink configurations, except that they have two three-way valves on the condenser side of the compressor and these valves are arranged and regulated in a particular direction. The three-way valve C3V1 supplies the extruded refrigerant to a water cooled condenser or an external condenser. The valve C3V1 is not a three-way return valve, as shown, but may be a three-way return valve, because a check valve 1 is required. Valve C3V1 may allow the system to operate in normal water heating mode or in heat dissipation mode (if the second condenser is not used for some specific heating applications). The second three-way valve C3V2 is located downstream of the water cooled condenser and discharged to the exhaust chamber or external condenser. Valve C3V2 should be a three-way return valve because the water-cooled condenser is used to drain the refrigerant from the external condenser when it is used to heat the hot water tank to a temperature below the hot water tank set point (i.e., the refrigerant is Condensation in a water-cooled condenser). When the two valves are energized, this system will continue to heat the hot water tank above the normal hot water set point (normal refrigerant condensation temperature) when performing further cooling. The water-cooled condenser will operate in superheat suppression mode (ie the refrigerant will remain as vapor in the water-cooled condenser and sent to an external condenser to complete the condensation). Thus, such a system provides mixed cogeneration and release mode operation when used for comfortable cooling and water heating. The refrigerant remaining in the water cooled condenser at a temperature higher than the condensation temperature is still steam and will be transferred to an external condenser to condense. It is important to isolate the heated refrigerant line between the water cooled condenser and the external condenser to help keep the refrigerant from condensation in the line before it reaches the condenser. Preferably, the external condenser is physically located below the cooling condenser such that any refrigerant which condenses into liquid prior to the external condenser is carried out by gravity with the external condenser. In connection with any refrigerant cycle, the exhaust chamber will be located below all condensers to force the refrigerant to flow from the condenser to the exhaust chamber by gravity.

온수 탱크에서의 온도가 증가함에 따라, 외부 응축기로 이동하는 냉매 증기의 온도는 증가할 것이다. 이러한 온도가 증가함에 따라, 물에 획득된 에너지의 양은 감소할 것이다. 많은 냉매에 대해, 물에 획득된 에너지의 양은 냉매 응집 온도 이하에서 온수 탱크를 작동시키면서 획득되는 양의 10% 내지 20%일 것이다(즉, 10% 내지 20% 정상 열병합 용량의 및 80% 내지 90% 방출). 그러나, 온수 탱크에 저장된 열에너지의 양은, 온수 탱크가 냉매의 최대 응축 온도 또는 정상 세트 포인트에 도달할 때 시스템이 방출 모드로 간단하게 스위칭되는 경우 보다 더욱 많을 것이다. 탱크 온도가 냉매의 응축 온도 보다 높기 때문에, 시스템은, 탱크에서의 온도가 냉매의 응축 온도로 감소될 때까지 간단한 물 가열 모드로 되돌아갈 수 없다.As the temperature in the hot water tank increases, the temperature of the refrigerant vapor going to the external condenser will increase. As this temperature increases, the amount of energy obtained in the water will decrease. For many refrigerants, the amount of energy obtained in the water will be 10% to 20% of the amount obtained while operating the hot water tank below the refrigerant agglomeration temperature (ie, 10% to 20% of normal cogeneration capacity and 80% to 90%). % Release). However, the amount of thermal energy stored in the hot water tank will be more than if the system was simply switched to discharge mode when the hot water tank reached the refrigerant's maximum condensation temperature or normal set point. Since the tank temperature is higher than the condensation temperature of the refrigerant, the system cannot return to the simple water heating mode until the temperature in the tank is reduced to the condensation temperature of the refrigerant.

이러한 구성은 보다 높은 온도의 물의 제한된 양을 사용할 수 있는 높은 냉각 부하를 갖는 임의의 설비에 대해 이상적이다. 일 예로는 음식점과 함께 위치된 세차장이다. 음식점에서의 냉각 요구(특히 주방으로부터)는 식사시간과 일치할 것이며, 세차장에 대한 가열 요구는 주말 또는 주중 모든 날의 작업 시간 이후 대개 가장 큰 세차 사이클과 일치할 것이다. 주방으로부터 방출된 열은 설치된 장치에 대해 허용되는 가장 높은 온도에서 가열 탱크에 저장될 것이며, 가열 탱크로부터 세차장으로 이동하는 물은 혼합 밸브의 사용에 의해 세차장에서 사용하기 위한 허용가능한 조건으로 조절될 것이다. 세차장 요구가 가열 탱크 온도를 정상 세트 포인트 온도로 감소시키는 지점에서, 시스템은 외부 응축기의 방출 모드 작동을 제거하고 열 획득을 물에 최대화하기 위해 정상 물 가열 모드로 되돌아갈 것이다.This configuration is ideal for any installation with a high cooling load that can use a limited amount of higher temperature water. An example is a car wash located with a restaurant. The cooling demands at the restaurant (especially from the kitchen) will coincide with the meal time, and the heating demands at the car wash will usually coincide with the largest car wash cycles after working hours on weekends or on all days of the week. The heat released from the kitchen will be stored in the heating tank at the highest temperature allowed for the installed device, and the water traveling from the heating tank to the car wash will be adjusted to the acceptable conditions for use in the car wash by the use of a mixing valve. . At the point where the car wash demand reduces the heating tank temperature to the normal set point temperature, the system will return to normal water heating mode to eliminate the discharge mode operation of the external condenser and maximize heat gain to the water.

상기 예들은 외부 응축기가 열을 방출시키기 위해 작동함을 가정한 것이다. 이러한 응축기는 필수적으로 단지 방출을 위해 사용되는 것은 아니다. 예를 들어, 조합 드라이 클리너/작은 세탁물 부하를 갖는 세탁소는 건조 세척 공정을 위해 쾌적 냉각을 제공하기 위하여 이러한 구성을 사용할 수 있으며, 80℉, 125℉, 및 180℉에서 발생시킨다. 125℉ 물은 단지 수냉각 응축기를 사용하여 발생시킬 것이며, 80℉ 및 180℉ 물은 수냉각 응축기 및 외부 응축기 둘모두를 사용하여 발생될 것이며, 이는 이러한 경우에서 다른 수냉각 응축기일 것이다. 따라서, 외부 응축기는 유입 냉수를 80℉로 가열시키기 위해 사용되며, 이는 세탁 공정에 대한 가치를 부가하지만, 이는 대개 물을 연료로 가열할 때 제공하지 않는다. 열 방출은 유용한 선택적인 가열 공정을 진행한다.The examples assume that the external condenser operates to dissipate heat. Such condensers are not necessarily used only for discharge. For example, a laundry with a combination dry cleaner / small laundry load can use this configuration to provide comfort cooling for the dry cleaning process, which occurs at 80 ° F, 125 ° F, and 180 ° F. 125 ° F. water would only be generated using a water cooled condenser, and 80 ° F. and 180 ° F. water would be generated using both a water cooled condenser and an external condenser, which would be another water cooled condenser in this case. Thus, an external condenser is used to heat the incoming cold water to 80 ° F., which adds value to the washing process, but this is usually not provided when heating water with fuel. Heat release goes through a useful optional heating process.

이러한 구성의 사용은 정상 응축 온도에서 보다 큰 저장소의 사용에 대해 평가되어야 하며, 개선된 효율은 보다 큰 저장 용량을 제공한 감소된 방출 모드 작동을 통해 제공된다. 하기 구성 중 하나는 또한 일부 적용에 대한 더욱 효과적인 해법을 제공할 수 있다.The use of this configuration should be evaluated for the use of larger reservoirs at normal condensation temperatures, and improved efficiency is provided through reduced release mode operation, which provides greater storage capacity. One of the following configurations may also provide a more effective solution for some applications.

과열 액체에 의한 가열, 냉각 및 온수Heating, cooling and hot water by superheated liquid

몇몇 적용에서, 이전의 섹션에서 기술된 드라이 클리너/세탁소 실시예에서와 같이 하나 이상의 목적을 달성하기 위해 일련의 두개 이상의 물 또는 액체 냉각된 응축기가 포함되는 것이 중요하다. 이러한 응축기는 액체를 요망되는 상태로 가열하거나, 안정하고 효과적으로 냉각 시스템을 작동시키면서, 냉매에 대한 과열억제(desuperheating), 응축 또는 과냉각(subcooling)을 제공할 수 있다. In some applications, it is important to include a series of two or more water or liquid cooled condensers to achieve one or more purposes as in the dry cleaner / laundry embodiment described in the previous section. Such condensers can provide desuperheating, condensation or subcooling of the refrigerant while heating the liquid to the desired state or operating the cooling system stably and effectively.

도 8에 도시된 두개의 수냉각 응축기 구성은 외부 응축기 EC 이외에 제 2 수냉각 응축기 WCC2 및 자체 순환 루프 및 저장 탱크를 포함하는 것을 제외하고 도 7과 유사하다. 이 시스템은 물 또는 액체의 두가지 온도, 이전의 섹션에서 기술된 바와 같은 혼합된 열병합/방출 모드 작동, 및 외부 응축기를 통한 열 방출을 나타낼 수 있다. 제 1 수냉각 응축기 WCC1은 물 또는 액체를 냉매의 정상 응축 온도보다 높은 온도로 생성하는 데 사용된다. 상기 응축기는 그 순환 루프에서의 물 온도가 냉매의 응축 온도를 초과할 때까지 응축 모드로 작동할 것이다. 이 시점에서, WCC1은 과열된 냉매 증기를 처리할 것이며, 그 순환 루프 및 저장 탱크에서 물을 WCC1에 유입되는 과열 증기의 온도와 비슷한 온도로 가열할 수 있다. 이러한 루프와 관련된 탱크, 펌프, 밸브, 파이핑(piping), 단열재 등은 모두 요망되거나 과열 작동으로 가능한 온도를 견디도록 선택되어야 한다. 5톤 왕복식 압출기에서 R22로의 시험에서는 배치 모드 작동에서 200℉ 인접의 물 온도가 나타났다. WCC1로 유입되는 냉매 증기의 온도 범위는 220 ℉ 내지 260℉ 범위일 수 있다. 이는, R22를 사용하여 대기압 및 낮은 압력 조건에서 스팀을 생성할 수 있음을 내포한다. 이는 WCC1에서 스팀 형성으로 인해 시스템이 몇번 증기 록킹(vapor-locking)됨으로써 시험에서 입증되었다. 상이한 열교환기 및 파이핑 배열은 스팀 생성 공정을 위해 스팀 및 물을 분리시키 위해 요구되었다. The two water cooled condenser configurations shown in FIG. 8 are similar to FIG. 7 except for including a second water cooled condenser WCC2 and its own circulation loop and storage tank in addition to the external condenser EC. This system can exhibit two temperatures of water or liquid, mixed cogeneration / release mode operation as described in the previous section, and heat release through an external condenser. The first water cooled condenser WCC1 is used to produce water or liquid at a temperature higher than the normal condensation temperature of the refrigerant. The condenser will operate in condensation mode until the water temperature in its circulation loop exceeds the condensation temperature of the refrigerant. At this point, the WCC1 will handle the superheated refrigerant vapor and can heat the water in its circulation loop and storage tank to a temperature similar to the temperature of the superheated steam entering the WCC1. Tanks, pumps, valves, piping, insulation, etc., associated with these loops should all be chosen to withstand the temperatures desired by the desired or overheating operation. Testing with R22 on a 5 ton reciprocating extruder showed water temperatures of around 200 ° F. in batch mode operation. The temperature range of the refrigerant vapor entering WCC1 may range from 220 ° F to 260 ° F. This implies that R22 can be used to produce steam at atmospheric and low pressure conditions. This was demonstrated in the test by vapor-locking the system several times due to steam formation in WCC1. Different heat exchangers and piping arrangements were required to separate steam and water for the steam generation process.

WCC2는 이의 순환 루프내 물 또는 액체를 WCC2의 온수 탱크내 자동온도조절기에 의해 제어되는 냉매의 최대 응축 온도 이하로 가열하는 데 사용된다. 이러한 물은 WCC1의 순환 루프 또는 적용을 위한 온수 공급 시스템에 공급될 수 있다. 이와 같은 시스템을 사용하는 경우, WCC2에 의해 부여된 응축 온도 및 WCC1에 의해 부여된 보다 높은 온도에서 고온 액체를 사용하는 것이 유리하다. WCC1이 R22 시스템에 대해 과열억제 모드로 존재하는 경우, 이용가능한 열의 80 내지 90%는 WCC2로부터 나오고, 10 내지 20%는 WCC1을 통해 나올 것이다. 이러한 비율은 시스템에 사용되는 냉매에 따라 달라질 것이다. WCC2 is used to heat water or liquid in its circulation loop below the maximum condensation temperature of the refrigerant controlled by the thermostat in the hot water tank of WCC2. Such water can be supplied to the circulation loop of WCC1 or to a hot water supply system for application. When using such a system, it is advantageous to use hot liquid at the condensation temperature imparted by WCC2 and at higher temperatures imparted by WCC1. If WCC1 is in superheat suppression mode for the R22 system, 80 to 90% of the available heat will come from WCC2 and 10 to 20% will come through WCC1. This ratio will depend on the refrigerant used in the system.

냉각수는 템퍼링(tempering)을 이용하기 위해 순환 펌프의 흡입측 상의 WCC2 루프에 도입된다. 시스템이 특정 온도에서 연속적인 흐름을 생성하도록 제어될 경우, 냉각수는 WCC2에 유입되는 온수와 혼합될 것이다. 이는 WCC2 루프내 탱크가 냉매의 일반적으로 허용되는 응축 온도보다 5℉ 내지 8℉ 높은 온도에서 작동하도록 할 수 있는 데, 그 이유는 압축기가 탱크내 물 온도보다는 혼합된 물 온도에 상응하는 상부 압력을 나타낼 것이기 때문이다. WCC2의 순환 루프내 유량은 핫(hot) 순환 흐름 제어 밸브를 사용하여 제어되며, 템퍼링되는 물 유량은 템퍼링 유량 제어 밸브에 의해 제어될 수 있다. 이러한 유량은 요망되는 온도 제어 수준을 얻도록 조절될 수 있다. 이러한 템퍼링 효과는 시스템을 통한 지속적인 물 흐름이 있는 경우에만 이용될 수 있음은 물론이다. 유사하게, WCC2 탱크에서 배출되는 온수는 WCC1의 순환 펌프의 흡입측으로 전달된다. 이는 과열억제 공정이 WCC1로의 물측 유입구에서 보다 낮은 온도가 나타나게 하며, 이것이 WCC1의 탱크내 소정 온도에 대해 얻어질 수 있는 열전달의 양을 증가시킨다. HT 공급 유량 제어 밸브는 시스템이 탱크에서 배출되는 설정점 온도를 유지하도록 물의 유량을 조절하는 데 사용된다. 핫공급 라인이 존재하지 않는 경우(즉, 시스템이 관류형에 근거하여 물을 가열함), HT 공급 유량 조절 밸브는 또한 WCC2 순환 루프에 대한 템퍼링 유량 제어 밸브와 동일한 효과를 제공할 수 있다. 유량 제어 밸브의 수, 스타일 및 위치는 적용 요건 또는 기회에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 핫공급 및 HT 공급이 대기압에 노출되는 경우, 상기 유량 제어 밸브는 핫공급 및 HT 공급 라인에 위치되는 것이 최상일 것이다. 또 다른 예는, 3방향 비례식 제어 밸브가 탱크와 템퍼링 공급 사이의 순환 라인에 배치될 수 있는 경우이다. 3방향 밸브는 탱크내 온도가 비교적 일정하게 유지되도록 하기에 충분한 양으로 물을 방출시킬 것이다. 유량 조절 밸브의 임의 조합에서 우선되는 것은 압축기 헤드 압력이 온도 적용 요건에 부합하면서 허용되는 한계치내에서 제어되도록 보장해야 하는 것이다. 보다 우수한 열 전달을 촉진시키기 위해 WCC1의 물 측면에 걸쳐 온도 차를 부여하는 것이 도움이 될 수 있기는 하지만, WCC1의 순환 루프에서 순환 유량을 제한할 필요는 없다. Cooling water is introduced into the WCC2 loop on the suction side of the circulation pump to take advantage of tempering. If the system is controlled to produce a continuous flow at a certain temperature, the coolant will mix with the hot water entering WCC2. This allows the tank in the WCC2 loop to operate at temperatures between 5 ° F. and 8 ° F. above the generally acceptable condensation temperature of the refrigerant, because the compressor has an upper pressure that corresponds to the mixed water temperature rather than the water temperature in the tank. For it will appear. The flow rate in the circulation loop of the WCC2 is controlled using a hot circulation flow control valve, and the tempered water flow rate can be controlled by the tempering flow control valve. This flow rate can be adjusted to obtain the desired temperature control level. This tempering effect can only be used if there is continuous water flow through the system. Similarly, hot water discharged from the WCC2 tank is delivered to the intake side of the circulation pump of WCC1. This causes the overheat suppression process to exhibit lower temperatures at the water side inlet to WCC1, which increases the amount of heat transfer that can be obtained for a given temperature in the tank of WCC1. The HT feed flow control valve is used to regulate the flow of water so that the system maintains the setpoint temperature discharged from the tank. If no hot feed line is present (ie, the system heats water based on the perfusion type), the HT feed flow control valve can also provide the same effect as a tempering flow control valve for the WCC2 circulation loop. The number, style and location of flow control valves will vary depending on the application requirements or opportunities. For example, if the hot feed and HT feed are exposed to atmospheric pressure, the flow control valve would be best positioned in the hot feed and HT feed lines. Another example is where a three-way proportional control valve can be arranged in the circulation line between the tank and the tempering feed. The three-way valve will release water in an amount sufficient to keep the temperature in the tank relatively constant. The priority in any combination of flow control valves is to ensure that the compressor head pressure is controlled within acceptable limits while meeting temperature application requirements. It may be helpful to impart a temperature difference across the water side of WCC1 to promote better heat transfer, but there is no need to limit the circulating flow rate in the circulation loop of WCC1.

이론적 분석에서는, 현존 냉매를 사용하면서 수직 증발기 조건 및 적합한 장치 선택이 이루어진 경우, 냉매 응축 온도(WCC2)가 150℉로 높게 유지될 수 있음을 보여준다. 이러한 구성의 사용에 대한 최대 제약은 과열된 냉매 증기의 온도이며, 또는 보다 중요하게는 WCC1에 유입되는 과열된 증기 중의 오일의 온도이다. 이러한 온도는 오일이 분해되기 시작하여 그 윤활 능력을 잃게 되는 온도보다 낮게 유지되어야 한다. 냉매의 선택 및 압축기의 효율은 이러한 온도에 크게 영향을 미칠 수 있다. 적당한 설비가 선택될 경우, 이러한 구성은 저압에서 포화된 스팀을 생성하는 데 사용될 수 있다. 적합한 설계의 추가의 열교환기가 과열 스팀을 생성하는데 요구될 수 있다. Theoretical analysis shows that the refrigerant condensation temperature (WCC2) can be kept as high as 150 ° F. when vertical evaporator conditions and suitable device selection have been made while using existing refrigerants. The maximum constraint on the use of this configuration is the temperature of the superheated refrigerant vapor, or more importantly the temperature of the oil in the superheated steam entering WCC1. This temperature should be kept below the temperature at which the oil will begin to degrade and lose its lubrication capacity. The choice of refrigerant and the efficiency of the compressor can greatly affect these temperatures. If a suitable plant is selected, this configuration can be used to produce saturated steam at low pressure. Additional heat exchangers of suitable design may be required to produce superheated steam.

순환수식 가열 루프가 어느 한 탱크에 적용될 수 있다. WCC1 탱크에서 기원하는 순환수식 루프로부터의 반송은 동일 탱크 또는 WCC2 탱크로 반송될 수 있다. 어느 탱크로 반송될 것인지를 결정하는 데 있어서 중요한 인자는 탱크의 온도와 관련된 반송 온도이다. 반송이 WCC2 탱크에서의 온도보다 고온인 경우, 반송은 WCC1 탱크로 반송되어야 하며, WCC2 루프로부터 기원하는 순환수식 가열 루프로부터의 반송은 WCC2 탱크로 반송되어야 한다. A circulating water heating loop can be applied to either tank. The return from the loop loop originating in the WCC1 tank can be returned to the same tank or to the WCC2 tank. An important factor in determining which tank to be returned to is the conveying temperature associated with the temperature of the tank. If the conveyance is hotter than the temperature in the WCC2 tank, the conveyance must be conveyed to the WCC1 tank and the conveyance from the circulating water heating loop originating from the WCC2 loop must be conveyed to the WCC2 tank.

공칭 냉매 응축 온도보다 높은 온도에서 액체 또는 증기를 생성하기 위해, 이러한 구성을 이용하는 것은 의류의 세척 또는 살균에 대해 필요한 임의의 적용, 및 세탁, 농업, 식품 가공, 및 의료 분야에서와 같은 설비에 유용할 것이다. 예를 들어, 부화장은 열로부터 알들을 지키기 위해 상당한 냉방 부하(cooling load)를 갖는다. 또한, 부화장은 알 및 병아리를 보유하기 위해 사용되는 설비를 일주일 수회씩 살균할 필요가 있다. 이러한 구성은 알들을 위한 냉방을 유지하면서 세척에 사용되는 온수를 생성하고 저장하는 데 사용될 수 있다. In order to produce liquids or vapors at temperatures above the nominal refrigerant condensation temperature, using such a configuration is useful for any application needed for washing or sterilization of clothing, and for equipment such as in the laundry, agricultural, food processing, and medical fields. something to do. For example, hatcheries have significant cooling loads to keep eggs from heat. Hatcheries also need to sterilize the facilities used to hold eggs and chicks several times a week. This configuration can be used to generate and store hot water used for cleaning while maintaining cooling for the eggs.

과냉 액체로의 가열, 냉각, 및 온수Heating, cooling, and hot water with subcooled liquid

도 9는 구성을 매우 다양하게 이용하는 점을 제외하고 도 8과 동일하다. 이러한 이용의 목적은 WCC1내 응축 온도에서 가열된 액체 및 WCC2에서의 과냉각으로부터의 가온된 물을 제공하는 것이다. WCC2에 대한 순환 루프는 과냉각을 위해 탱크내 평균 온도를 유지하는 데 사용된다. 이는 시스템을 통한 물 이용이 간헐적이거나, 순환수식 가열 루프로부터 반송된 물의 온도가 가변성인 경우에 유용하다. 탱크는 냉각 시스템의 작동을 보다 안정하게 유지하는 데 도움을 준다. WCC2에 유입되는 냉각 액체의 상태가 관류형 난방 시스템에 의한 경우에서와 같이 일정한 경우, 순환 루프 및 탱크는 도 10에 도시된 바와 같이 필요하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 가온된 물은 WCC1 순환 루프 펌프의 흡입측으로 직접 도입된다. 가온된 물 또는 액체가 유용할 수 있는 적용이 있을 수 있다. 9 is the same as FIG. 8 except that the configuration is very versatile. The purpose of this use is to provide liquid heated at the condensation temperature in WCC1 and warm water from subcooling in WCC2. The circulation loop for WCC2 is used to maintain the average temperature in the tank for subcooling. This is useful when water usage through the system is intermittent or when the temperature of the water returned from the circulating water heating loop is variable. The tank helps to keep the operation of the cooling system more stable. If the state of the cooling liquid entering the WCC2 is constant as in the case with the once-through heating system, the circulation loop and the tank may not be necessary as shown in FIG. 10. In this case, the warmed water is introduced directly to the suction side of the WCC1 circulation loop pump. There may be applications where heated water or liquid may be useful.

이러한 구성은 R410A 및 R422B와 같은 냉매를 사용하는 데 중요할 것이다. 부가되는 과냉각은 냉각 사이클로부터 최대 효율을 얻는 데 중요하다. 냉매가 TX 밸브를 통해 팽창되는 경우, 냉매의 소정 부분이 증기로 전환되고, 나머지는 액체로 남는다. 팽창 공정은 등엔탈피(isenthalpic)인 것으로 간주되거나, 일정한 엔탈피로 발생한다. 엔탈피는 Btu/lb로 냉매의 에너지량 단위이다. 응축기 WCC2에서 배출되는 액체 냉매의 엔탈피는, 소정 에너지가 물 또는 액체에 부여될 것이기 때문에 WCC2에서 배출되는 액체의 엔탈피보다 더 클 것이다. 이러한 과냉각은 TX 밸브 다음에 혼합물 중 증기 부분이 낮아지게 하고, 혼합물 중 액체 부분을 높아지게 할 것이다. 냉각 효과는 증발기내 액체/증기 혼합물 중 잔류하는 액체 부분의 비등에 의해 생성되기 때문에, 과냉각된 냉매로부터 생성된 혼합물은 증발기내 보다 많은 열을 포집할 수 있을 것이다. 증발기가 보다 많은 열을 포집하게 되면, 냉각 효과는 증가되고, 시스템의 COP가 증진된다. 최대 냉각 효과는, 액체 냉매가 흡입 압력 또는 증발기 유입구에서의 압력에서 포화된 액체에 상응하는 온도로 과냉각되는 경우에 발생한다. R410A 및 R410B와 같은 소정 냉매에 대해, 상기 시스템은 TX 밸브에서 팽창하는 동안 냉각 효율의 40% 내지 50%를 주위에 잃을 수 있다. 과냉각을 이용함으로써, 냉각 효과 및 시스템 효율이 크게 증가될 것이다.This configuration will be important for using refrigerants such as R410A and R422B. The added subcooling is important to get maximum efficiency from the cooling cycle. When the refrigerant is expanded through the TX valve, a portion of the refrigerant is converted to steam and the remainder remains liquid. The expansion process is considered to be isenthalpic or occurs with a constant enthalpy. Enthalpy is the unit of energy of a refrigerant in Btu / lb. The enthalpy of the liquid refrigerant exiting the condenser WCC2 will be greater than the enthalpy of the liquid exiting the WCC2 because some energy will be given to the water or liquid. This subcooling will lower the vapor portion of the mixture after the TX valve and raise the liquid portion of the mixture. Since the cooling effect is created by the boiling of the remaining liquid portion of the liquid / vapor mixture in the evaporator, the mixture resulting from the supercooled refrigerant will be able to capture more heat in the evaporator. As the evaporator captures more heat, the cooling effect is increased and the system's COP is enhanced. The maximum cooling effect occurs when the liquid refrigerant is supercooled to a temperature corresponding to the saturated liquid at the suction pressure or at the pressure at the evaporator inlet. For certain refrigerants such as R410A and R410B, the system may lose around 40% to 50% of the cooling efficiency while expanding in the TX valve. By using subcooling, the cooling effect and system efficiency will be greatly increased.

상기 구성의 이러한 이용은 시스템이 도 10에서와 같은 관류형 과냉각을 사용하거나 도 9에 도시된 바와 같은 탱크 및 순환 루프를 사용하는 것과 관련된 문제점을 고려하여 사용될 수 있는 어느 곳에서나 적용될 수 있다. 과냉각을 이용하기 위해, 시스템은 물 또는 액체의 일관된 흐름이 가열되어야 하는 상황에 또는 재가열하려는 순환수식 난방 시스템의 경우에 최상으로 적용된다. This use of the above configuration can be applied anywhere that the system can be used in view of the problems associated with using perfusion type supercooling as in FIG. 10 or using tanks and circulation loops as shown in FIG. To take advantage of supercooling, the system is best applied in situations where a constant flow of water or liquid has to be heated or in the case of a circulating water heating system which is intended to reheat.

과열 액체로의 가열, 냉각 및 온수, 및 과냉각Heating, cooling and hot water with superheated liquids, and supercooling

도 11은 WCC3를 통한 과냉각, WCC2를 통한 응축 및 WCC1을 통한 과열을 제공하도록 구성된 시스템을 도시한 것이다. 상기 구성은 기본적으로 과냉각의 사용을 통해 보다 높은 효율을 유지시키면서 보다 높은 액체 온도를 생성시키는 방식에 이르기 위해 이전의 2 섹션의 개념을 결합한 것이다. 과열 및 과냉의 개념이 동일하게 적용되나, 이들이 동일 시스템에 결합되는 점이 다르다. 시스템이 과열 스팀을 생성하기 위해 사용되어야 할 경우, 제 4 열교환기가 냉각 경로에서 WCC1 앞에 요구될 것이다. FIG. 11 illustrates a system configured to provide subcooling through WCC3, condensation through WCC2, and overheating through WCC1. The arrangement basically combines the concepts of the two previous sections to reach a way to produce higher liquid temperatures while maintaining higher efficiency through the use of subcooling. The concepts of overheating and subcooling apply equally, but differ in that they are combined in the same system. If the system had to be used to generate superheated steam, a fourth heat exchanger would be required before WCC1 in the cooling path.

다수의 열교환기가 연속해서 연결되는 경우, 설계자는 열교환기 또는 수냉 응축기의 양 측면에 대한 압력 강하를 제어하기 위한 설비를 사이징하는데 주의를 기울어야 한다. 냉매 측에 대한 압력 강하는 압축기 동력 조건을 제한하고, 용량을 최대화하도록 돕기 위해 최소로 유지되어야 한다. 물 또는 액체 측에 대한 압력 및 압력 강하는, 가열된 액체가 비등하기 쉽게 될 수 있는 저압 포인트(이는 바람직하지 않다)를 생성하는 것을 피하도록 제어되어야 한다. 비등이 발생할 경우, 시스템에 급수 펌프의 공동화 및 베이퍼 록(vapor lock)이 일어나기 쉬울 것이다. If multiple heat exchangers are connected in series, the designer should be careful to size the installation to control the pressure drop on both sides of the heat exchanger or water-cooled condenser. The pressure drop on the refrigerant side should be kept to a minimum to limit compressor power conditions and to help maximize capacity. The pressure and pressure drop on the water or liquid side should be controlled to avoid creating low pressure points (which are undesirable) where heated liquids can easily become boiling. If boiling occurs, cavitation and vapor lock of the feed pump will be likely to occur in the system.

다단계 방열의 이점에 대한 요약:Summary of the benefits of multi-level heat dissipation:

(1) 냉매 경로에 일련의 두개의 열교환기(수냉 응축기 WCC1 및 WCC2로서 언급됨)를 사용할 수 있음으로써 시스템의 상부 압력에서 냉매의 정상(normal) 최대 응축 온도보다 높은 온도로 물 또는 액체를 가열시킨다. WCC1은 냉매를 과열억제시키고, WCC2는 냉매를 응축시킨다. (1) A series of two heat exchangers (referred to as water-cooled condensers WCC1 and WCC2) can be used in the refrigerant path to heat water or liquid to a temperature above the normal maximum condensation temperature of the refrigerant at the system's upper pressure. Let's do it. WCC1 suppresses the refrigerant from overheating and WCC2 condenses the refrigerant.

(2) 냉매 방열 경로에서 일련의 두개의 열교환기를 사용할 수 있음으로써 냉매를 과냉각시켜서 시스템 냉각 및 가열 효과, 전반적인 시스템 용량 및 성능계수를 개선시킨다. WCC1은 냉매를 과열억제시키고, 응축시키고, WCC2는 냉매를 과냉각시킨다. (2) A series of two heat exchangers can be used in the refrigerant heat dissipation path to supercool the refrigerant to improve system cooling and heating effects, overall system capacity and coefficient of performance. WCC1 superheats the refrigerant and condenses it, and WCC2 supercools the refrigerant.

(3) 냉매 방열 경로에서 일련의 세개의 열교환기를 사용할 수 있음으로써 냉매를 과냉각시키고, 물 또는 액체를 냉매의 정상 최대 응축 온도보다 높은 온도로 가열시킨다. 이는 개선된 성능 뿐만 아니라 개선된 시스템 유연성 및 증가된 적용 기회를 제공한다. WCC1은 냉매를 과열억제시키고, WCC2는 냉매를 응축시키고, WCC3는 냉매를 과냉각시킨다. (3) A series of three heat exchangers can be used in the refrigerant heat dissipation path to supercool the refrigerant and heat the water or liquid to a temperature above the normal maximum condensation temperature of the refrigerant. This provides improved performance as well as improved system flexibility and increased application opportunities. WCC1 superheats the refrigerant, WCC2 condenses the refrigerant, and WCC3 supercools the refrigerant.

(4) 임의의 냉매를 본 섹션에 대한 클레임에 적용시킬 수 있음으로써, 본 명세서에 구체적으로서 기재되지 않았을 수도 있는 특이적 냉각 특성을 수용하는데 필요한 설비를 허용한다. 예를 들어, 냉매 R410A에 사용된 설비는 R410A를 사용하여 작동시키는 데 요구되는 보다 높은 압력을 취급할 수 있어야 한다. (4) Any refrigerant can be applied to claims for this section, thereby permitting equipment needed to accommodate specific cooling characteristics that may not be specifically described herein. For example, equipment used for refrigerant R410A should be able to handle the higher pressures required to operate using R410A.

(5) 냉매 방열 경로에 일련의 임의의 적합한 수의 열교환기를 사용할 수 있음으로써 하나 이상의 액체를 요망되는 상태로 가열하려는 목적을 달성한다. (5) The use of any suitable number of heat exchangers in the refrigerant heat dissipation path can be used to achieve the object of heating one or more liquids to a desired state.

(6) 냉매 방열 경로에 일련의 임의의 적합한 수의 적당한 열교환기를 사용할 수 있음으로써 가열하려는 물 또는 액체를 비등시킨다.(6) Boil water or liquid to be heated by using any suitable number of suitable heat exchangers in the refrigerant heat dissipation path.

(7) 일련의 각각의 열교환기와 함께 자동온도조절식으로 제어되는 탱크 및 순환 펌프를 사용할 수 있음으로써 가열된 액체 저장 및 일관되거나 제어된 공정 온도를 제공한다. (7) Thermostatically controlled tanks and circulation pumps can be used with each series of heat exchangers to provide heated liquid storage and consistent or controlled process temperatures.

(8) 가열된 물을 배치식으로 또는 연속식으로 생성할 수 있다. 연속 흐름을 위해, 임의의 상이한 물 흐름 제어방식을 적용시킬 수 있음으로써 압축기 상부 압력 제어 또는 과냉가 제어를 제공하면서 요망되는 온도로 가열된 요망되는 양의 물을 얻을 수 있다. 흐름 제어는 소정의 순환 루프 및 저장 시스템의 요망되는 온도를 유지시키도록 흐름을 다르게 하기 위해 작동되는 수동으로 작동되는 밸브 또는 임의의 여러 자동 밸브를 포함할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. (8) Heated water can be produced batchwise or continuously. For continuous flow, any different water flow control scheme can be applied to obtain the desired amount of water heated to the desired temperature while providing compressor top pressure control or subcooling control. Flow control may include, but is not limited to, manually operated valves or any number of automatic valves operated to vary the flow to maintain a desired circulation loop and desired temperature of the storage system.

(9) 소정 온도로 자동온도조절식으로 제어되는 탱크 및 순환 펌프의 사용을 통해 냉매 방열 경로에서 마지막 열교환기에서 배출되는 액체 냉매의 온도를 제어할 수 있음으로써 증발기 상의 얼음을 억제하는 것을 돕고, 압축기가 보다 효율적인 작동 포인트에서 작동하도록 하여 냉각 시스템의 성능을 개선시킨다.(9) help control the ice on the evaporator by controlling the temperature of the liquid refrigerant discharged from the last heat exchanger in the refrigerant heat dissipation path through the use of a thermostatically controlled tank and circulation pump at a predetermined temperature; It allows the compressor to operate at more efficient operating points, improving the performance of the cooling system.

(10) 적용에서 상이한 작동 기회를 이용하기 위한 3-방향 또는 2-방향 밸브를 사용하여 동일 압축기로부터 병렬로 된 일련의 열교환기의 다중 세트 또는 서킷을 적용할 수 있다. (10) It is possible to apply multiple sets or circuits of a series of heat exchangers in parallel from the same compressor using three-way or two-way valves to take advantage of different operating opportunities in the application.

(11) 냉매 방열 경로에서 일련의 열 교환기에 대해 병렬로 열을 방출하는 데 사용하기 위해 응축기를 적용할 수 있다. (11) Condensers may be applied for use in dissipating heat in parallel for a series of heat exchangers in a refrigerant heat dissipation path.

(12) 입수가능한 열의 일부분을 사용하여 정상 냉매 응축 온도보다 높은 온도로 액체를 가열하고, 열의 나머지 부분은 방출하거나 선택적인 가열 공정에 사용할 수 있다. (12) A portion of the available heat may be used to heat the liquid to a temperature above the normal refrigerant condensation temperature and the remainder of the heat may be released or used in an optional heating process.

(13) 적용의 다양한 상태 또는 작동 모드와 관련된 자동온도조절기에 따라 냉각 공정을 제어하기 위한 두개 이상의 3-방향 또는 2-방향 동력화 밸브를 사용하는 냉각 시스템을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 시스템의 제어가능한 구성성분(7)은 도면 상의 그린 테이블(green table)에서 시스템의 6개의 작동 모드로 표화된다. 작동 모드는 핫(hot) 탱크(WCC2) 또는 고온 탱크(WCC1)를 가열하기 위한 열을 모으기 위해 두개의 상이한 증발기를 사용하는 것을 포함한다. 또한, 혼합형의 고온 탱크에 대한 열병합과 외부 응축기(EC)를 통한 방출을 위한 모드 및 외부 응축기(EC)를 사용하는 순수한 열방출 작동을 위한 모드가 포함된다. (13) It is possible to form a cooling system using two or more three-way or two-way motorized valves to control the cooling process depending on the thermostat associated with the various states of operation or modes of operation. For example, the controllable component 7 of the system shown in FIG. 8 is labeled with the six modes of operation of the system in a green table on the drawing. The mode of operation involves the use of two different evaporators to collect heat to heat the hot tank WCC2 or the hot tank WCC1. Also included are modes for cogeneration and discharge through an external condenser (EC) for mixed hot tanks and modes for pure heat release operation using an external condenser (EC).

(14) 순환 및 탱크 시스템을 갖는 병렬 구성으로 냉매 방열 경로에 일련의 다중 열 교환기를 각각 갖는 다중 압축기를 적용할 수 있다. 즉, 순환 펌프, 탱크 및 관련 순환수식 난방 시스템은 각각이 자체 증발기 및 열원을 갖는 다중 RASERS 유닛에 대해 공유될 수 있다. (14) It is possible to apply multiple compressors each having a series of multiple heat exchangers in the refrigerant heat dissipation path in a parallel configuration with circulation and tank systems. That is, the circulation pump, tank and associated circulating water heating system can be shared for multiple RASERS units, each with its own evaporator and heat source.

(15) 직접적인 물(액체) 공급원, 또는 순환수식 난방 시스템으로부터의 반송을 통한 냉매 과냉각을 수행할 수 있어, 과냉각기로 유입되는 물(액체)의 혼합물이 양 및 온도에 있어서 비교적 일정할 것이다(도 10). (15) It is possible to carry out refrigerant subcooling through a direct water (liquid) source, or return from the circulating water heating system, so that the mixture of water (liquid) entering the subcooler will be relatively constant in quantity and temperature (Fig. 10).

(16) 탱크를 지닌 순환 시스템을 통한 냉매 과냉각을 수행할 수 있어, 공급수 및 반송수가 가변적일 경우(도면), 냉각 시스템의 작동을 안정화시키는 것을 돕는다. (16) Refrigerant subcooling through a circulating system with a tank can be performed, helping to stabilize the operation of the cooling system when the feed and return waters are variable (figure).

(17) 열교환기가 액체의 성질과 관련하여 선택될 경우, 액체 냉각된 열교환기 내 물, 글리콜, 오일, 에탄올 또는 임의의 액체를 가열시킬 수 있다. (17) When a heat exchanger is selected in relation to the nature of the liquid, it is possible to heat water, glycol, oil, ethanol or any liquid in the liquid cooled heat exchanger.

(18) 열교환기가 기체 또는 증기의 성질과 관련하여 선택될 경우, 열교환기 내 공기 또는 임의의 기체 또는 증기를 가열시킬 수 있다. (18) When the heat exchanger is selected in terms of the nature of the gas or vapor, it is possible to heat the air or any gas or vapor in the heat exchanger.

다단계 열수집 구성Multi-level heat collection configuration

본 출원인의 시스템은 냉각 사이클 요건을 만족시키면서 적용 요건을 제공하는 임의의 증발기 또는 증발기 구성을 이용할 수 있다. 본 출원은 단지 하나의 증발기 서킷이 한번에 사용된 상이한 위치로부터 열에너지가 수집되도록 하는 하나 이상의 증발기 서킷의 사용에 대해 이미 기술하였다. 본 섹션에서, 본 출원인은 적용의 요건 또는 기회에 의해 명시되는 바와 같이 서킷 중 하나 이상의 증발기를 동시에 사용하는 것을 포함하는 서킷의 정의를 확장한다. 몇몇 적용은 일련의 다수의 증발기를 필요로 할 수 있으며, 몇몇 적용은 소정의 작동 모드를 위해 병렬식으로 다수의 증발기를 필요로 할 수 있다. 일반적으로, 증발기 서킷은 적용이 적용의 열에너지 요건을 만족시키도록 선택된 출원인의 시스템의 정상 용량보다 더 작은 다중 열원을 제공하는 경우 하나 초과의 증발기로 분할될 수 있다. Applicant's system may use any evaporator or evaporator configuration that provides application requirements while satisfying cooling cycle requirements. The present application has already described the use of one or more evaporator circuits such that thermal energy is collected from different locations where only one evaporator circuit is used at a time. In this section, the Applicant extends the definition of a circuit that includes the simultaneous use of one or more evaporators of the circuit as specified by the requirements or opportunities of the application. Some applications may require a series of multiple evaporators, and some applications may require multiple evaporators in parallel for a given mode of operation. In general, the evaporator circuit may be divided into more than one evaporator if the application provides multiple heat sources that are smaller than the normal capacity of the applicant's system selected to meet the thermal energy requirements of the application.

기본적인 병렬 구성은 각각의 증발기에서 팽창 구성의 사용을 포함한다. 배기실에서 배출되는 고압 액체 냉매는 밸브(2-방향 또는 3-방향) 셋트를 통과하여 환경적 변수에 근거하여 요망되는 증발기 서킷을 선택할 수 있다. 밸브 다음에, 냉매는 티(tee) 또는 분배 장치를 사용함으로써 분할되어 서킷내 각각의 병렬된 증발기 경로를 제공한다. 분할 공정이 팽창 구성에 이르게 될 때까지 냉매의 팽창을 피하도록 설계되는 것이 중요하다. 분할 후, 액체 냉매를 증발기로 향하는 중에 팽창 구성(TX 밸브, 오리피스, 분배기 등)을 통과할 것이다. 증발기 다음에, 과열된 냉매는 다수의 냉매 스트림을 하나로 모으는 티 또는 그 밖의 수단을 사용하여 압축기에 제공되는 흡입 라인에 재결합될 것이다. 병렬 증발기의 경우, 증발기에서 배출되는 압력을 동일하게 보장하도록 증발기와 압축기 사이에 압력 제어 장치를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 병렬 증발기가 사용될 수 있는 예는 돼지 헛간에서이다. 두개 이상의 증발기는 분리된 배기 팬의 앞에 배치되어 유닛이 명목상 용량에서 작동하기에 충분한 열에너지를 포집할 수 있게 한다. The basic parallel configuration involves the use of an expansion configuration at each evaporator. The high pressure liquid refrigerant exiting the exhaust chamber is passed through a set of valves (2-way or 3-way) to select the desired evaporator circuit based on environmental variables. After the valve, the refrigerant is split by using a tee or distribution device to provide each parallel evaporator path in the circuit. It is important to be designed to avoid expansion of the refrigerant until the splitting process leads to an expansion configuration. After splitting, the liquid refrigerant will pass through expansion configurations (TX valves, orifices, distributors, etc.) while being directed to the evaporator. Following the evaporator, the superheated refrigerant will be recombined to the suction line provided to the compressor using a tee or other means of bringing together a plurality of refrigerant streams. In the case of a parallel evaporator, it may be necessary to use a pressure control device between the evaporator and the compressor to ensure the same pressure discharged from the evaporator. An example where a parallel evaporator can be used is in a pig barn. Two or more evaporators are placed in front of a separate exhaust fan to allow the unit to capture sufficient thermal energy to operate at nominal capacity.

기본적인 일련의 구성은 단지 하나의 팽창 구성을 사용하나, 증발기를 두개 이상의 부분으로 분할하여 두개 이상의 환경에 냉각 효과를 제공하면서 냉각 사이클의 과열 요건을 만족시킨다. 다중 증발기는 일반적으로 적절하게 서로 인접할 것이며, 증발기를 연결하는 파이프는 일반적으로 증발기 간에 냉각 효과를 잃지 않도록 잘 단열될 것이다. 냉매는 단일 파이프를 통해 증발기 사이를 통과하거나, 다중 파이프 또는 다중 포트 혼합 장치를 통과할 수 있다. 일련의 구성이 유용한 예는, 환경이 총 냉각 용량에 대해 작은 또는 제어된 양의 냉각을 요할 수 있는 경우이다. 증발기는 제어된 냉각 활성을 지지하도록 사이징될 것이고, 증발기에 의해 제공되는 환경에 의해 지배받는 임의의 물질로부터 제조될 수 있다. The basic set of configurations uses only one expansion configuration, but splits the evaporator into two or more parts to provide cooling effects in two or more environments while satisfying the overheating requirements of the cooling cycle. Multiple evaporators will generally be properly adjacent to each other and the pipes connecting the evaporators will generally be well insulated so as not to lose the cooling effect between the evaporators. The refrigerant can pass between the evaporators through a single pipe or through a multi-pipe or multi-port mixing device. An example of where a set of configurations is useful is when the environment may require a small or controlled amount of cooling for the total cooling capacity. The evaporator will be sized to support controlled cooling activity and can be made from any material controlled by the environment provided by the evaporator.

증발 동안 냉매(액체/증기 혼합물)의 온도는 일정하거나, 냉매 혼합물에 대해, 상기 온도는 냉매가 증발기내에서 비등하면서(즉, 표준 대기압에서 물이 212℉에서 비등하는 것과 같이) 약간씩 달라질 것이다. 모든 냉매가 비등한 후, 상기 온도는 보다 많은 열에너지가 증발기에 적용됨에 따라 상승하기 시작할 것이다(이것을 과열이라 함). 온도 상승(과열 정도)은 액체 냉매가 압축기로 도입되지 않도록 하는데 필요한 양으로만 제한된다. 또한, 온도가 증가함에 따라 과열된 증기의 밀도 감소로 인해 과열의 양이 증가함에 따라 압축기 용량이 감소하기 때문에 과열의 양을 제한하는 것이 유리하다. 열팽창(TX) 밸브는 일반적으로 과열 정도를 조절하기 위한 수단을 제공한다. 팽창 및 증발기 구성은 최상의 가능한 시스템 용량을 제공하면서 제공되는 환경의 냉각 요건을 만족시키도록 선택되어야 한다. The temperature of the refrigerant (liquid / vapor mixture) during evaporation is constant, or for the refrigerant mixture, the temperature will vary slightly as the refrigerant boils in the evaporator (ie, as water boils at 212 ° F. at standard atmospheric pressure). . After all the refrigerant has boiled, the temperature will begin to rise as more thermal energy is applied to the evaporator (this is called superheating). The temperature rise (degree of overheating) is limited only to the amount necessary to prevent liquid refrigerant from being introduced into the compressor. It is also advantageous to limit the amount of overheating because the compressor capacity decreases as the amount of superheat increases due to a decrease in the density of superheated steam as the temperature increases. Thermal expansion (TX) valves generally provide a means for controlling the degree of overheating. Expansion and evaporator configurations should be chosen to meet the cooling requirements of the environment provided while providing the best possible system capacity.

증발기는 환경 조건에서의 차이를 고려하여 선택되어야 한다. 예를 들어, 연속적으로 작동하는 두개의 증발기가 상이한 환경 온도와 접하게 되는 경우, 증발기는 각 증발기가 얼마나 많은 증발 공정을 처리할 것인지에 따라 동일 크기이거나 동일 크기가 아닐 수 있다. 대조적으로, 병렬로 작동하는 두개의 증발기는 다르게 사이징되어, 이들이 상이한 온도 환경에 노출될 경우에 각각의 증발기에서 배출되는 냉매의 온도 및 압력에 맞추도록 도울 것이다. 병렬 및 일련의 증발기 구성이 다수의 유사한 환경에 매우 용이하게 적용된다. 일련의 증발기 구성이 상이한 작동 조건을 갖는 다수의 환경 또는 유사한 작동 조건을 갖는 다수의 환경에 보다 용이하게 적용될 수 있다. The evaporator should be chosen taking into account differences in environmental conditions. For example, if two evaporators operating in succession encounter different environmental temperatures, the evaporators may or may not be the same size, depending on how many evaporation processes each evaporator will process. In contrast, two evaporators operating in parallel will be sized differently, helping to match the temperature and pressure of the refrigerant exiting each evaporator when they are exposed to different temperature environments. Parallel and series evaporator configurations are very easily applied in many similar environments. A series of evaporator configurations can be more easily applied to multiple environments with different operating conditions or to multiple environments with similar operating conditions.

다단계 열수집 클레임의 요약Summary of Multilevel Heat Collection Claims

1. 증발기 서킷내 하나 이상의 증발기를 사용할 수 있다. 1. More than one evaporator may be used in the evaporator circuit.

2. 단일 서킷 상에 일련의 또는 병렬의 다중 증발기를 연결시킬 수 있다. 2. You can connect multiple evaporators in series or in parallel on a single circuit.

3. 하나 이상의 증발기를 사용할 수 있음으로써 냉각시키려는 공기, 물, 글리콜 혼합물, 오일, 에탄올 또는 임의의 액체, 증기 또는 기체에 대한 다수의 제어된 냉각 활성을 제공한다. 3. One or more evaporators may be used to provide a number of controlled cooling activities for air, water, glycol mixtures, oils, ethanol or any liquid, vapor or gas to be cooled.

4. TX 밸브, 오리피스(orifice) 및 분배기와 같은 팽창 구성에서 다수의 엘리먼트를 사용할 수 있다. 4. Multiple elements may be used in expansion configurations such as TX valves, orifices and distributors.

5. 증발기에 의해 제공되는 환경에 영향받는 임의의 물질(구리, 스테인레스강, 알루미늄 등)으로부터 제조된 증발기를 사용할 수 있음으로써 부식, 침식, 열피로, 또는 그 밖의 현상으로 인한 고장으로부터 증발기를 보호한다. 5. The use of an evaporator made from any material affected by the environment provided by the evaporator (copper, stainless steel, aluminum, etc.) can be used to protect the evaporator from failure due to corrosion, erosion, thermal fatigue or other phenomena. do.

6. 요망되는 냉각 시스템 작동을 얻으면서 상이한 환경 조건에 맞춰 증발기를 사이징할 수 있다. 6. The evaporator can be sized for different environmental conditions while obtaining the desired cooling system operation.

시스템의 예시적 사용에 대한 요약Summary of Example Use of the System

빨래방 - 빨래방에서, 상기 시스템은 건조기 배기구로부터의 폐열을 회수하거나, 폐수로부터 폐열을 회수함으로써, 작업자/고객을 위해 쾌적한 냉방을 제공하면서 세척 사이클을 위해 신선한 물을 가열한다. Laundromat -In a launderette, the system recovers waste heat from the dryer exhaust, or recovers waste heat from the wastewater, thereby heating fresh water for the wash cycle while providing comfortable cooling for the operator / customer.

드라이 클리너/빨래방 컴비네이션 - 상기 시스템은 건조기 배기로부터 폐열을 회수하거나 폐수로부터 폐열을 회수하여 드라이 클리너 냉각 시스템으로부터 새로운 물 또는 템퍼링된 물을 가열하면서, 작업자/고객을 위해 쾌적한 냉방을 제공한다. Dry Cleaner / Laundry Combination -The system recovers waste heat from the dryer exhaust or recovers waste heat from the wastewater to provide fresh cooling for the operator / customer while heating the fresh or tempered water from the dry cleaner cooling system.

지역 난방 - 상기 시스템은 상업 또는 거주 지역에 위치한 빨래방, 드라이 클리너, 또는 그 밖의 다른 에너지 집약적 사업장으로부터의 과잉의 열에너지를 이용하여, 물을 가용하고, 이러한 물은 온수로서 직접 사용하고, 공간 또는 공정을 가열하는 데 사용하기 위해 이웃 사업장 또는 주민에게 배관되고 계량될 수 있다. District heating -The system utilizes excess thermal energy from launderettes, dry cleaners, or other energy-intensive workplaces located in commercial or residential areas to utilize water, which is used directly as hot water, space or process It can be plumbed and metered to neighboring businesses or residents for use in heating them.

육류 가공(도축 및 제품) - 육류 가공 공정은 일반적으로 세척 및 살균을 위해 상당량의 온수를 필요로 한다. 상기 시스템은 여러 공급원, 즉 단일 공정으로부터의 폐열, 살균 또는 요리 공정으로부터의 과잉의 주변 열(쾌적한 냉방), 짐승의 몸통 및 시설 정화 폐수, 및 커팅 전 또는 가공 후 짐승의 몸통을 급냉시키는 데 요구되는 냉각 공정으로부터 축출된 열로부터 물을 가열할 수 있다. 코일 제공된 환경을 갖는 강제식 드라프트 에어 핸들러(forced draft air handler)의 사용을 통해 쾌적한 냉방을 제공할 수 있음으로써 오염 가능성이 높지 않게 된다. 핀이없는(finless) 증발기가 사용되어 단일의 폐수로부터 폐열을 회수하여 오염을 최소화하고 용이하게 정화하게 하도록 할 수 있다. 또한, 증발기를 사용하여 응축기의 배기에서 냉각 공정에 의해 축출된 열을 회수할 수 있다. 상기 시스템은 직접적으로 냉각을 제공하고 동시에 물을 가열할 수 있다. 이는 두 활동이 동일한 kW의 동력을 사용하여 수행되기 때문에 가장 경제적인 열수집 모드이며, 이러한 동력은 물이 어떻게 가열되는 지와는 무관하게 냉각을 위해 사용되었다. Meat Processing (Slaughter and Product) -Meat processing processes generally require significant amounts of hot water for cleaning and sterilization. The system is required for quenching several sources, namely waste heat from a single process, excess ambient heat (comfortable cooling) from sterilization or cooking process, animal body and facility cleanup wastewater, and animal body before or after cutting. The water can be heated from the heat extracted from the cooling step. The use of a forced draft air handler with a coil-supplied environment can provide comfortable cooling, thereby reducing the likelihood of contamination. Finless evaporators can be used to recover waste heat from a single wastewater to minimize contamination and facilitate purification. In addition, the evaporator can be used to recover the heat extracted by the cooling process from the exhaust of the condenser. The system can provide cooling directly and simultaneously heat water. This is the most economical mode of heat collection because both activities are performed using the same kW of power, which is used for cooling regardless of how the water is heated.

세차 - 상기 시스템은 세차를 위해, 그리고, 사무실 난방을 위해 사용된 바닥 온수 루프에서 세척수를 가열하고, 세척 베이(bay)의 근접부에서의 얼음 형성을 제거한다. 여러 열원, 즉, 폐수, 사무실 또는 기계실의 과잉열, 인근 편의점 또는 레스토랑으로부터의 과잉열, 세척 베이로부터 배기된 온습 공기 또는 실외 주변 공기로부터 유래된다. Car Wash -The system heats the wash water in the bottom hot water loop used for car wash and for office heating and removes ice formation in the proximity of the wash bay. It is derived from various heat sources, ie excess heat from waste water, offices or machine rooms, excess heat from nearby convenience stores or restaurants, hot and humid air exhausted from the washing bay or outdoor ambient air.

레스토랑 - 레스토랑은 상기 시스템의 난방 및 냉방 효과 둘 모두에서 이롭다. 주방은 1년 내내 냉방되고, 물은 설겆이용 및 레스토랑 난방용으로 가열된다. 레스토랑은 점유율이 높은 동안 및 냉방의 계절 동안에 냉방될 수 있으면서 설겆이용으로 물을 가열할 수 있다. 냉방 부하는 일반적으로 온수 요건을 초과하기 때문에, 공기 냉각 응축기, 온수 공급, 또는 지역 온수 시스템이 여름 동안에 요구될 것이다. Restaurant -The restaurant benefits from both the heating and cooling effects of the system. The kitchen is cooled all year round, and the water is heated for washing dishes and restaurant heating. The restaurant can heat the water for washing while being able to be cooled during the high occupancy and during the cooling season. Since cooling loads generally exceed hot water requirements, an air cooling condenser, hot water supply, or local hot water system will be required during summer.

수영장 - 상기 시스템은 주변 공기로부터, 또는 사무실, 샤워장 또는 기계실에서의 과잉 열로부터 열을 사용하여 수영장 물을 가열할 수 있다(쾌적한 냉방). Swimming Pool -The system can heat the swimming pool water using ambient heat or from excess heat in an office, shower room or machine room (comfortable cooling).

야영지 샤워장 - 샤워장 물은 주변 공기로부터, 또는 샤워장 또는 기계실에서의 과잉 열 및 습기로부터의 열을 사용하여 상기 시스템에 의해 가열될 수 있다(쾌적한 냉방). 샤워장에서의 쾌적한 냉방은 일반적으로 샤워장내에서 볼 수 있는 높은 습도에 영향받는 설비 및 부품의 수명을 연장시키도록 도울 수 있다. Camp Shower Stalls-The shower stall water may be heated by the system using heat from ambient air or from excess heat and moisture in the shower stall or machine room (comfortable cooling). Pleasant cooling in the shower stall can help extend the life of equipment and components that are generally affected by the high humidity found in the shower stall.

동물 축사 - (돼지, 젖소, 육우, 닭, 칠면조 등을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아닌 동물 및 가금류). 상기 시스템은 환기 시스템을 통해 배기되거나, 사육실 또는 수퇘지 연구 지역과 같은 중요 지역의 쾌적한 냉방으로부터의 폐열을 사용하여 생활 공간을 가열할 수 있다. 난방은 실내 공기의 난방 형태이거나 분만책(farrowing crate)에서 새끼 돼지 또는 젖을 떼거나 부화된 후 처음 며칠 또는 몇주 동안의 작은 동물을 위한 편재된 난방의 형태일 수 있다. 일부 동물은 또한 배기구로부터의 폐열 또는 쾌적한 냉방으로부터 얻은 열을 사용하여 음용수를 가열하는 데 이로울 수 있다. 동물 축사의 몇몇 스테이지는 고온의 습한 여름 날 동안 쾌적한 냉방을 제공함으로써 특히 유리할 것이다(체중 증가, 생존, 수태율, 스트레스/질병에 대한 민감성 감소...). 쾌적한 냉방으로부터의 과잉 열은 일반적으로 세척수 또는 음용수를 가열하는 데 사용되거나 공기 냉각 응축기에서 축출된다. 동물 축사가 적절하게 공존되는 경우, 상기 기스템은 보다 작은 동물을 위한 공간을 난방하기 위해 보다 큰 동물에 의해 발생된 과잉의 열을 사용할 수 있다. 본 출원인의 순환수식 난방 시스템을 사용하는 난방 공간은 직화식 프로판 또는 가스 히터와 비교할 경우 공간내 습도 및 독성 가스 부하를 감소시킬 수 있다. 상기 시스템은 1년 내내 혐기성 소화조를 가열하기 위해 동물 축사로부터의 과잉 열(동물에 의해 생성된 열 및 습도)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 폐열 에너지를 주택, 가게/사무실을 난방하도록 변형시킬 수 있거나, 적합한 지역 난방 시스템을 통해 저장소 또는 건조 공정에서 저온 곡물 건조를 위해 소정의 열을 입력할 수 있다. 몇몇 전문화된 동물 연구 설비에서, 상기 시스템은 환기 배기로부터의 폐열, 폐수에서의 폐열, 및 살균 장비가 있는 실내에서의 과잉 열을 사용하여 살균 공정을 위한 물을 가열할 수 있다(작업자들을 위한 쾌적 난방). Animal stalls (animals and poultry, including but not limited to pigs, cows, beef cattle, chickens, turkeys, etc.). The system can heat the living space using exhaust heat from the ventilation of the ventilation system or from comfortable cooling in critical areas, such as a kennel or boar study area. The heating may be in the form of heating of indoor air or in the form of ubiquitous heating for small animals in the first few days or weeks after weaning or hatching or hatching in a farrowing crate. Some animals may also benefit from heating drinking water using waste heat from the exhaust or heat from comfortable cooling. Some stages of animal housing will be particularly advantageous by providing comfortable cooling during hot, humid summer days (weight gain, survival, conception rate, sensitivity to stress / disease ...). Excess heat from comfortable cooling is generally used to heat wash water or drinking water or is removed from an air cooled condenser. If the animal house is coexisting properly, the system can use the excess heat generated by the larger animal to heat the space for the smaller animal. Heating spaces using Applicant's circulating water heating system can reduce humidity and toxic gas loads in the space as compared to direct propane or gas heaters. The system can use excess heat (heat and humidity generated by the animal) from the animal house to heat the anaerobic digester all year round. The system may also transform waste heat energy to heat homes, shops / offices, or input certain heat for low temperature grain drying in storage or drying processes via a suitable district heating system. In some specialized animal research facilities, the system can heat water for sterilization processes using waste heat from vented exhaust, waste heat from waste water, and excess heat in rooms with sterilization equipment (comfortable for workers). heating).

착유소 - 낙농장은 특이적인 가능성을 제공한다. 상기 시스템은 우유를 냉장할 수 있으며, 사무실, 및 채유장을 냉방시키는 데 사용될 수 있다. 냉방된 채유장은 암소를 쾌적하게 할 수 있으며, 우유량을 증가시킬 수 있다. 얻어진 열은 CIP(Clean In Place) 물 및 음용수를 가열하는 데 사용될 수 있다. 가온된 음용수는 또한 우유 생산량 증가에 기여할 수 있는 암소 음용수의 양을 증가시키는 것을 도울 수 있다. 낙농 비료는 소화조로 매우 적합하기 때문에, 여러 가지 부가적 냉방 활동으로부터의 과잉 열은 또한 현장 소화조를 지지하는 데 사용될 수 있다. Milking stations -dairy farms offer specific possibilities. The system can refrigerate milk and can be used to cool offices, and greasehouses. Cooled whey can comfort cows and increase milk yield. The obtained heat can be used to heat clean in place (CIP) water and drinking water. Warm drinking water can also help increase the amount of cow drinking water that can contribute to increased milk yield. Since dairy fertilizers are very suitable as digesters, excess heat from various additional cooling activities can also be used to support the onsite digesters.

인-라인 공정(In-Line Process)(일반적) - 인-라인 공정은 시스템을 냉방 및 난방 효과를 동시에 이용하는 공정으로 통합하는 것을 포함한다. 대부분의 인-라인 공정은 공정이 작동하는 경우에 연속식으로 열병합을 이용할 것이다. 시스템의 도입은 독립된 열원 및 냉방원을 전부 사용하지 않을 경우 일부를 차지할 것이다. 난방 및 냉방 둘 모두가 요구되는 임의의 제조 공정이 시스템을 적용할 기회를 제공한다. In-Line Process ( General ) -An in-line process involves integrating a system into a process that simultaneously uses cooling and heating effects. Most in-line processes will use cogeneration continuously if the process is running. The introduction of the system will take part if not all of the independent heat and cooling sources are used. Any manufacturing process that requires both heating and cooling provides an opportunity to apply the system.

부화장 - 상기 시스템은 또한 인큐베이터를 냉방하는 데 사용되는 냉각수로부터, 및 환기 배기로부터 열을 회수할 수 있다. 반환된 열은 공간 난방을 위해, 그리고 세척수 및 가습 분무용 물을 가열하는 데 사용될 수 있다. 냉각수를 재순환시킬 수 있음으로써 물 및 폐수 처리 비용을 상당히 절약할 수 있다. 상기 시스템을 인큐베이터에 통합시킬 수 있음으로써 핀(finned) 순환수식 시스템을 통해 박스내 가열 및 냉방 둘 모두를 제공할 것이다. Hatchery -The system can also recover heat from the cooling water used to cool the incubator and from the vented exhaust. The returned heat can be used for heating the space and for heating the wash water and the humidifying spray water. By recirculating the cooling water, the cost of water and wastewater treatment can be significantly reduced. Integrating the system into an incubator will provide both in-box heating and cooling through a finned circulating water system.

혐기성 소화조 - 혐기성 소화조는 세균 활성이 확실한 온도를 세밀하게 모니터링할 것을 요한다. 이러한 비료는 소화조에 도입됨에 따라 가열되어야 하고, 온도는 혐기성 전환 공정 전반을 통해 유지되어야 한다. 본 시스템은 소화조에서 배출되는 비료로부터 열을 회수할 수 있어, 이러한 열을 소화조에 도입되는 비료를 예열하는 데 사용한다. 또한, 흔히 소화조 관련된 가스 처리 시스템 및 에너지 전환 시스템은 과잉 열을 생성하며, 이러한 열은 포집되어, 비료를 예열하고, 소화조에서 비료의 온도를 유지하는 데 사용될 수 있다. 인근 동물 축사로부터의 폐열 뿐만 아니라 주위 공기로부터의 열 또한 포집되어 사용될 수 있다. Anaerobic Digesters -Anaerobic digesters require careful monitoring of temperatures at which bacterial activity is evident. These fertilizers must be heated as they are introduced into the digester and the temperature must be maintained throughout the anaerobic conversion process. The system can recover heat from the fertilizer discharged from the digester, and this heat is used to preheat the fertilizer introduced into the digester. In addition, digester-related gas treatment systems and energy conversion systems often generate excess heat, which can be collected to preheat fertilizers and maintain the temperature of the fertilizer in the digester. Waste heat from nearby animal houses as well as heat from ambient air can also be collected and used.

바이오-디젤 생산 - 바이오-디젤 생산은, 원유가 가열되고, 여러 공정 스트림이 경로를 따라 여러 지점에서 가열되고 냉각될 것을 요한다. 대부분의 공정은 원유를 가열하기 위한 보일러와, 공정 스트림을 냉각하는 것을 돕는 냉각탑을 사용한다. 또한, 많은 공정은 공정 중 소정 지점에서 급냉기(chiller)를 사용한다. 급냉기는 급냉 및 공정 가열 둘 모두를 제공하는 본 출원인의 스템(stem)으로 대체될 수 있다. 또한, 전환 후 바이오-디젤에 잔류하는 열은 공정에 사용하기 위해 축출될 수 있다. 냉각탑으로 진행되는 냉각수의 열은 또한 보일러를 위한 보충수 (makeup water) 또는 응축수를 가열하는 데 사용될 수 있다. 보일러/기계실에서의 과잉열(압축기에 의해 생성된 폐열을 포함함) 및 보일러 배기로부터의 폐열 또한 포집되어 공정에 도입될 수 있다. 바이오-디젤 공정 전에, 원유는 일반적으로 압출 공정에서 생성된다. 압출은 상당량의 열을 생성하며, 이러한 열은 또한 포집되어 적합한 지점에서 공정에 재도입될 수 있다. Bio-diesel production -Bio-diesel production requires crude oil to be heated and several process streams to be heated and cooled at various points along the path. Most processes use a boiler to heat crude oil and a cooling tower to help cool the process stream. Many processes also use chillers at certain points in the process. The quench may be replaced with Applicant's stem providing both quench and process heating. In addition, the heat remaining in the bio-diesel after conversion can be extracted for use in the process. The heat of cooling water going to the cooling tower can also be used to heat makeup water or condensate for the boiler. Excess heat in the boiler / machine room (including waste heat produced by the compressor) and waste heat from the boiler exhaust can also be collected and introduced into the process. Prior to the bio-diesel process, crude oil is generally produced in the extrusion process. Extrusion produces a significant amount of heat, which can also be collected and reintroduced into the process at suitable points.

에탄올 생산 - 에탄올 생산은 바이오-디젤 처리와 몇몇 유사점을 갖는다. 공정은 보일러 및 냉각탑을 포함하며, 급냉기를 포함할 수 있다. 공정 스트림은 공정의 여러 단계를 위해 가열되고 냉각된다. 일부 에탄올 공정은 상당량의 새로운 물을 이용하여 매시(mash)를 습윤화시키고, 쿠킹(cooking)하고, 보일러용 물을 보충한다. 이러한 물은 모두 가열되어야 한다. 본 발명은 쿠킹 과정을 위해 사용되는 물을 가열할 수 있으며, 보일러용 응축수 및 보충수를 예열할 수 있다. 열은 냉각 공정 전 또는 후에 냉각수 라인으로부터 회수될 수 있다. 개량 적용시, 시스템은 소형 냉각탑을 보완하는 것을 도울 수 있다. 또한, 보일러/기계실 및 보일러 배기로부터의 과잉 열이 가열에 이용될 수 있다. 또한, 증류기의 곡물 건조기로부터의 배기를 냉각시키도록 응축 시스템을 설계하는 것이 가능할 수 있다. 열을 재순환시키는 것 이외에도, 응축된 물이 처리되어 공정에 재사용될 수 있다. 공간 난방 또는 쾌적한 냉방과 같은 계절별 적용이 또한 플랜트로 통합될 수 있지만, 계절별 적용에 대한 환불(payback)이 공정을 지지하는 것으로부터의 환불보다 더 오래 걸린다. Ethanol Production -Ethanol production has some similarities with bio-diesel treatment. The process includes a boiler and a cooling tower, and may include a quencher. The process stream is heated and cooled for various stages of the process. Some ethanol processes use significant amounts of fresh water to wet, cook, and replenish water for boilers. All of this water must be heated. The present invention can heat the water used for the cooking process and preheat the condensate and make-up water for the boiler. Heat may be recovered from the cooling water line before or after the cooling process. In retrofit applications, the system can help to complement small cooling towers. In addition, excess heat from the boiler / machine room and boiler exhaust can be used for heating. It may also be possible to design a condensation system to cool the exhaust from the grain dryer of the still. In addition to recycling heat, the condensed water can be treated and reused in the process. Seasonal applications such as space heating or comfortable cooling can also be incorporated into the plant, but the payback for seasonal applications takes longer than a refund from supporting the process.

캔 또는 냉동 야채 또는 가공 식품 가공처리 - 캔 식품 공정은 일반적으로 조리 및 진공 밀봉 용기에 대한 높은 온도를 요한다. 공정으로부터의 과잉 열 및 폐열은 가열 공정으로 재순환되어 시스템을 사용하는 물을 세척할 수 있다. 냉동 식품 공정은 일반적으로 급냉을 요하며, 쿠킹 또는 표백을 포함할 수 있다. 이러한 공정으로부터 과잉열 또는 폐열은 공정 또는 세척수를 가열하는 데 사용될 수 있다. 본 시스템의 경우, 급냉 공정은 급냉 및 물 가열 둘 모두를 수행할 수 있다. 또한, 과잉 열은 설비의 다른 부분을 가열하거나, 또는 지역 난방 시스템을 위해 사용될 수 있다. Cans or Frozen Vegetables or Processed Food Processing —Canned food processes generally require high temperatures for cooking and vacuum sealing containers. Excess heat and waste heat from the process can be recycled to the heating process to wash the water using the system. Frozen food processes generally require quenching and may include cooking or bleaching. Excess heat or waste heat from this process can be used to heat the process or wash water. For the present system, the quench process can perform both quench and water heating. In addition, excess heat may be used to heat other parts of the installation, or for district heating systems.

도색 공정 - 분말 코트 및 베이킹 도료(baked paint) 공정은 도료를 경화하기 위한 오븐을 이용하여, 상당량의 과잉열 및 폐열을 생성한다. 상기 시스템은 이러한 과잉 열 에너지를 사용하여 세척수를 가열하거나, 제조 설비의 다른 부분을 가열하거나, 지역 난방 시스템을 위한 물을 가열할 수 있다. Paint process —Powder coat and baked paint processes use an oven to cure the paint, producing a significant amount of excess heat and waste heat. The system can use this excess heat energy to heat the wash water, to heat other parts of the manufacturing facility, or to heat the water for the district heating system.

압출 및 성형 공정 - 압출 공정은 상당량의 과잉 열을 생성하며, 이러한 열은 설비의 다른 부분을 가열하거나, 공정 및 세척수를 가열하는 데 사용될 수 있다. 포움 팰릿(foam pallet) 형성과 같은 몇몇 성형 공정은 상당량의 가열된 물/스팀을 이용하며, 설비내 다량의 현열 및 잠열을 생성한다. 본 시스템은 설비 및 냉각수를 냉각시킬 수 있으면서 보일러로 진행하게 되는 예열된 물을 생성한다. Extrusion and Molding Process —The extrusion process produces a significant amount of excess heat, which can be used to heat other parts of the plant or to heat the process and wash water. Some molding processes, such as forming foam pallets, use significant amounts of heated water / steam and produce large amounts of sensible and latent heat in the plant. The system produces preheated water that is allowed to cool down the plant and cooling water while going to the boiler.

보일러 및 기계실 - 보일러 및 기계실은 과잉열 또는 폐열을 회수하고, 물을 가열할 기회를 제공한다. 공기 및 냉각 압축기는 인지될 정도의 양의 열을 생성하며, 보일러는 주변 방사선 및 대류 손실 뿐만 아니라 배기를 갖는다. 다른 유형의 설비 또한 열을 생성한다. 본 시스템은 압축기 주변의 공기 및 환경을 냉각시킴으로써 압축기에 이롭다. 냉각기 공기는 공기의 밀도를 증가시켜, 압축기 용량을 향상시킬 것이며, 작동 조건은 과잉열로부터 초래되는 설비 및 윤활유가 닳게 되는 것을 감소시킬 것이다. 보일러에 있어서, 과잉 열 또는 폐열은 시스템에 의해 보충수 또는 응축 반환수를 예열하거나 연소 공기를 예열하기 위해 반환될 수 있다. 이러한 시스템의 규모는 수천 Btu/hr에서 보다 큰 설비 규모의 발전소에 이를 수 있다. 보일러 배기로부터의 열 축출은 특수한 증발기 구성을 요하며, 부식 가능성의 보일러 배기에 대해 적합한 스테인레스 강과 같은 물질을 사용할 것이다. Boilers and Machinery Rooms -Boilers and machinery rooms provide the opportunity to recover excess or waste heat and to heat water. Air and cooling compressors produce a noticeable amount of heat, and boilers have exhaust as well as ambient radiation and convective losses. Other types of equipment also generate heat. The system benefits the compressor by cooling the air and the environment around the compressor. The cooler air will increase the density of the air, thereby improving the compressor capacity, and the operating conditions will reduce the wear and tear of equipment and lubricants resulting from excess heat. In boilers, excess heat or waste heat may be returned by the system to preheat make-up or condensate return water or to preheat combustion air. The size of these systems can range from thousands of Btu / hr to larger plant-scale power plants. Heat extraction from boiler exhaust requires a special evaporator configuration and will use materials such as stainless steel that are suitable for corrosive boiler exhaust.

온실 - 온실은 낮 동안에 상당한 열원을 제공한다. 햇볕이 있는 추운 겨울 날에도, 온실내 온도는 상승하여 요망되는 것보다 따뜻한 온도를 생성할 수 있다. 여름 동안에, 온실내 온도는 숨막히게 된다. 이러한 열원은 많은 셋팅에 이용될 수 있다. 실제 기능적 온실에서, 낮 동안에 생성된 과잉 열은 시스템에 의해 포집되어 온수로 저장된 후, 밤에 시설에 분배될 수 있다. 여름 동안, 과잉의 열이 식물 배양을 억제할 경우, 과잉 열은 인근 공정을 위해 물을 가열하는 데 사용될 수 있다. 온실은 또한 상업용 사무소, 빌딩, 아파트, 호텔, 콘크리트 플랜트(concrete plant), 병원 또는 폐열원을 갖지 않는 열을 요하는 임의의 건물에 사용될 수 있다. 온실은 환기 배기 및 태양 열 흡수(식물을 성장시키는 데 필수적으로 필요한 것은 아님)를 회수하는 데 사용될 수 있다. 상기 시스템에 의한 온실로부터 포집된 열은 샤워실, 세탁소, 수영장, 추운날의 콘크리트 혼합 등을 위해 물을 가열시키는 데 사용될 수 있다. 공간을 냉각시킴으로써 포집될 수 있는 열 에너지의 양은 증가할 것이다. 온실에서 포집되는 빌딩 배기 중의 수분은 회수되어 비적정 용도로 재사용되거나 적정 용도로 처리될 수 있다. Greenhouses -Greenhouses provide a significant source of heat during the day. Even on cold winter days with sunny days, the temperature in the greenhouse can rise to produce a warmer temperature than desired. During the summer, temperatures in the greenhouse are choked. This heat source can be used for many settings. In a practical functional greenhouse, excess heat generated during the day can be captured by the system, stored as hot water, and then distributed to the facility at night. During summer, when excess heat inhibits plant culture, the excess heat can be used to heat water for nearby processes. Greenhouses may also be used in commercial offices, buildings, apartments, hotels, concrete plants, hospitals, or in any building that requires heat without a waste heat source. Greenhouses can be used to recover ventilation exhaust and solar heat absorption (not necessarily necessary for growing plants). Heat collected from the greenhouse by the system can be used to heat water for shower rooms, laundry, swimming pools, cold concrete mixing, and the like. The amount of thermal energy that can be collected by cooling the space will increase. Moisture in building exhaust that is collected in the greenhouse can be recovered and reused for unqualified use or treated for proper use.

고층 빌딩, 아파트, 호텔 - 상기 시스템은 대형 고층 빌딩을 위한 대형 난냉방 및 온수 시스템과 결합될 수 있다. 순환수식 루프 및 국부화된 온수 펌프/팬 유닛을 사용하여 난방 및 냉방은 빌딩의 햇볕이 드는 측으로부터의 과잉의 태양 흡수열을 모아서 이를 빌딩의 그늘진 측에 전달함으로써 동시에 빌딩의 상이한 부분에 달성될 수 있다. 본 발명의 시스템은 여름 동안에 루프를 급냉시키는 데 사용되며, 과잉 열은 샤워실/욕실, 세탁소, 수영장 등에 적정수를 가열하는 데 사용되고, 또한 순환수식 가열 루프로 열을 보충하기 위해 연속적인 환기 배기 및 폐수로부터 열을 보충하는 데, 그리고, 난방 계절 동안에 주자창, 보충 공기와 같은 그 밖의 공간을 가열하는 데 사용될 수 있다. Skyscrapers, apartments, hotels -The system can be combined with large refrigeration and hot water systems for large skyscrapers. Using a loop loop and a localized hot water pump / fan unit, heating and cooling can be achieved at different parts of the building at the same time by collecting excess solar heat from the sunny side of the building and transferring it to the shaded side of the building. Can be. The system of the present invention is used to quench the loop during the summer, and excess heat is used to heat the appropriate water in showers / bathrooms, laundries, swimming pools, etc., and also for continuous ventilation exhaust to supplement the heat with the circulating water heating loop. And to replenish heat from the wastewater, and to heat other spaces such as runner windows, replenishment air during the heating season.

곡물 및 건초 건조 - 건조 공정으로부터 배기된 가온된 습한 공기로부터의 열이 시스템에 의해 반환되어 유입되는 건조 공기를 예열하여 건조 공정의 효율을 향상시킬 수 있다. Grain and Hay Drying -Heat from the warm humid air exhausted from the drying process can be returned by the system to preheat incoming dry air to improve the efficiency of the drying process.

탄화수소의 오일 전환 시스템 - 최근 습식 탄화수소 물질을 고압 및 고온을 포함하는 공정(열수 탈중합)을 통해 미정제 오일로 전환시키기 위한 다수의 시스템이 개발되고 있다. 상기 시스템은 상기 공정에 통합되어 폐기된 오일로부터 회수된 열 및 공정으로부터의 열 소실에 근거하여 탄화수소-물 슬러리를 예열할 수 있다. Oil Conversion Systems of Hydrocarbons-A number of systems have recently been developed for the conversion of wet hydrocarbon materials to crude oil via processes involving high pressure and high temperature (hydrothermal depolymerization). The system may be integrated in the process to preheat the hydrocarbon-water slurry based on heat recovered from the waste oil and heat dissipation from the process.

Claims (48)

방출(rejection), 재생(reclamation) 및 열병합(cogeneration) 모드로 작동가능한 제 1 증발기, 압축기, 및 제 1 응축기를 구비한 냉동 시스템을 포함하는 바이오-재생가능한 열에너지 시스템.A bio-renewable thermal energy system comprising a refrigeration system having a first evaporator, a compressor, and a first condenser operable in a mode of rejection, recycling and cogeneration. 제 1항에 있어서, 제 1 증발기에 대해 독립적으로 작동하는 제 2 증발기를 추가로 포함하는 열에너지 시스템.The thermal energy system of claim 1, further comprising a second evaporator operating independently of the first evaporator. 제 2항에 있어서, 제 1 응축기에 대해 독립적으로 작동하는 제 2 응축기를 추가로 포함하는 열에너지 시스템.3. The thermal energy system of claim 2, further comprising a second condenser operating independently of the first condenser. 제 1항에 있어서, 냉동 시스템이 가열 및 냉각 둘모두에 대해 작동가능한 열에너지 시스템.The thermal energy system of claim 1, wherein the refrigeration system is operable for both heating and cooling. 제 1항에 있어서, 순환수식 가열 루프(hydronic heating loop)를 추가로 포함하는 열에너지 시스템.The thermal energy system of claim 1 further comprising a hydronic heating loop. 제 1항에 있어서, 냉동 시스템이 가열된 액체 또는 가스, 및 냉각된 액체 또는 가스 둘 모두를 제공할 수 있는 열에너지 시스템.The thermal energy system of claim 1, wherein the refrigeration system can provide both a heated liquid or gas and a cooled liquid or gas. 제 1항에 있어서, 냉동 시스템이 유체 또는 공기의 다른 바디(body)를 가열시키기 위해 어느 한 소스(source)로부터의 환경적 열에너지를 사용하는 열에너지 시스템.The thermal energy system of claim 1, wherein the refrigeration system uses environmental thermal energy from one source to heat another body of fluid or air. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 육류 가공 플랜트인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a meat processing plant. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 세차장인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a car wash. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 음식점인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a restaurant. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 에탄올 플랜트인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is an ethanol plant. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 빨래방(laundromat)인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a laundromat. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 드라이 클리너인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a dry cleaner. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 수영장인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a swimming pool. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 샤워장(shower house)인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a shower house. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 동물 축사 건물(animal confinement building)인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is an animal confinement building. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 착유소인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a milking station. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 인-라인(in-line) 공정인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is an in-line process. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 부화장(hatchery)인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is hatchery. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 혐기성 소화조(anaerobic digester)인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is an anaerobic digester. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 바이오-디젤 생산 설비인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a bio-diesel production facility. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 식품 가공 설비인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a food processing facility. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 페인트 코팅 설비인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a paint coating installation. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 압출 가공 설비인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is an extrusion processing facility. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 몰딩 공정인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a molding process. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 보일러인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a boiler. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 온실인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a greenhouse. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 인간 생활 설비(human living facility)인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein any one source is a human living facility. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 곡물 건조 설비인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a grain drying facility. 제 7항에 있어서, 어느 한 소스가 탄화수소-오일 처리기인 열에너지 시스템.8. The thermal energy system of claim 7, wherein either source is a hydrocarbon-oil processor. 고온부(hot side) 및 저온부(cold side)을 구비한 냉동 시스템을 갖는 개선된 열에너지 사용 방법으로서, 다중 가열 적용에 사용하기 위해 고온부으로부터 열을 분리시킴을 포함하는 방법.An improved method of using heat energy having a refrigeration system having a hot side and a cold side, the method comprising separating heat from the hot side for use in multiple heating applications. 제 31항에 있어서, 다중 냉각 적용에서 사용하기 위해 저온부를 분리함을 추가로 포함하는 개선된 방법.32. The improved method of claim 31 further comprising separating the cold portion for use in multiple cooling applications. 제 31항에 있어서, 응축 온도를 갖는 냉매를 사용하고, 가열 적용 중 하나가 액체를 상기 냉매의 응축 온도 보다 높은 온도로 가열시키는 개선된 방법.32. The improved method of claim 31 wherein a refrigerant having a condensation temperature is used and one of the heating applications heats the liquid to a temperature above the condensation temperature of the refrigerant. 제 31항에 있어서, 가열 적용 중 하나가 액체를 비등시키는 개선된 방법.32. The improved method of claim 31 wherein one of the heating applications boils the liquid. 제 31항에 있어서, 분리된 열이 다중 열교환기를 통해 진행되는 개선된 방법.32. The improved method of claim 31 wherein the separated heat proceeds through multiple heat exchangers. 제 31항에 있어서, 유체 또는 공기의 다른 바디를 가열하기 위해 어느 한 소스로부터의 환경적 열에너지를 사용함을 추가로 포함하는 개선된 방법.32. The improved method of claim 31 further comprising using environmental thermal energy from either source to heat another body of fluid or air. 제 36항에 있어서, 어느 한 소스가 육류 가공 플랜트, 세차장, 음식점, 에탄올 플랜트, 빨래방, 드라이 클리너, 수영장, 샤워장, 동물 축사 건물, 착유소, 인라인 공정, 부화장, 혐기성 소화조, 바이오-디젤 생산 설비, 식품 가공 설비, 페인트 코팅 설비, 압출 가공 설비, 몰딩 공정, 보일러, 온실, 인간 생활 설비, 곡물 건조 설비 및 탄화수소-오일 처리기로 이루어진 군으로부터 선택된 개선된 방법.37. The process of claim 36 wherein any source is a meat processing plant, car wash, restaurant, ethanol plant, launderette, dry cleaner, swimming pool, shower, animal barn building, milking station, inline process, hatchery, anaerobic digester, bio-diesel production Improved method selected from the group consisting of equipment, food processing equipment, paint coating equipment, extrusion processing equipment, molding process, boiler, greenhouse, human living equipment, grain drying equipment and hydrocarbon-oil processor. 압축기를 보호하고 허용가능한 압축기 효율을 유지시키기 위하여 제 1 순환 루프에서 유체를 사용하여 압축기의 해드 압력을 조절함을 포함하여, 물 탱크, 펌프, 열교환기, 및 압축기를 구비한 냉동 시스템을 이용하는 개선된 열에너지 사용 방법.Improvements using refrigeration systems with water tanks, pumps, heat exchangers, and compressors, including adjusting the head pressure of the compressors using fluids in the first circulation loop to protect the compressors and maintain acceptable compressor efficiency How to use heat energy. 제 38항에 있어서, 압축기 효율을 증가시키고, 냉각 및 가열 용량을 증가시키기 위하여 제 2 순환 루프에서 유체를 이용하여 냉매 과냉각을 조절함을 추가로 포함하는 개선된 방법.39. The improved method of claim 38 further comprising adjusting refrigerant subcooling with a fluid in a second circulation loop to increase compressor efficiency and increase cooling and heating capacity. 제 38항에 있어서, 임의의 열이 공정으로부터 방출되기 전에 액체를 가열시키기 위해 사용되는 열 경로를 추가로 포함하는 개선된 방법.39. The improved method of claim 38 further comprising a thermal path used to heat the liquid before any heat is released from the process. 제 38항에 있어서, 방법이 냉매의 응축 온도 보다 높은 온도로 유체를 가열시키기 위해 사용되는 과열억제 조각을 포함하는 개선된 방법.39. The improved method of claim 38 wherein the method comprises a superheat inhibiting piece used to heat the fluid to a temperature above the condensation temperature of the refrigerant. 제 41항에 있어서, 과열억제를 조절하기 위해 제 3 순환 루프를 사용함으 추가로 포함하는 개선된 방법.42. The improved method of claim 41 further comprising using a third circulation loop to control superheat suppression. 압축기 효율을 증가시키고 냉각 및 가열 용량을 증가시키기 위해 제 1 순환 루프에서 유체를 이용하여 냉매 과냉각을 조절함을 포함하여, 물 탱크, 펌프, 열교 환기, 및 압축기를 구비한 냉동 시스템을 이용한 개선된 열에너지 사용 방법.Improved use of refrigeration systems with water tanks, pumps, heat exchangers, and compressors, including adjusting refrigerant subcooling with fluids in the first circulation loop to increase compressor efficiency and increase cooling and heating capacity. How to use heat energy. 제 43항에 있어서, 압축기를 보호하고 허용가능한 압축기 효율을 유지시키기 위하여 제 2 순환 루프에서 유체를 이용하여 압축기의 해드 압력을 조절함을 추가로 포함하는 개선된 방법.44. The improved method of claim 43 further comprising adjusting the head pressure of the compressor using a fluid in a second circulation loop to protect the compressor and maintain acceptable compressor efficiency. 제 43항에 있어서, 임의의 열이 공정으로부터 방출되기 전에 액체를 가열시키기 위하여 사용되는 열 경로를 추가로 포함하는 개선된 방법.44. The improved method of claim 43 further comprising a thermal path used to heat the liquid before any heat is released from the process. 제 43항에 있어서, 방법이 냉매의 응축 온도 보다 높은 온도로 유체를 가열시키기 위해 사용되는 과열억제 조각을 포함하는 개선된 방법.44. The improved method of claim 43 wherein the method comprises a superheat inhibitor piece used to heat the fluid to a temperature above the condensation temperature of the refrigerant. 제 46항에 있어서, 과열억제를 조절하기 위해 제 3 순환 루프를 이용함을 추가로 포함하는 개선된 방법.47. The improved method of claim 46 further comprising using a third circulation loop to control superheat suppression. 특정 위치에서 열에너지 변경의 요망되는 수준을 결정하고; 냉동 시스템에서 사용하기 위한 냉매를 선택하고; 시스템에 얼마나 많은 증발기를 사용할 것인지를 결정하고; 시스템에 얼마나 많은 응축기를 사용할 것인지를 결정하고; 냉동 시스템에 대한 압축기를 선택하고; 증발기, 응축기 및 압축기로부터 에너지 손실을 계산하고; 냉동 시스템의 작동 동안에 가열 및 냉각 자원 모두의 이용율을 최대화함을 포함하는, 열에너지 재생 시스템의 균형화(balancing) 방법.Determine a desired level of thermal energy change at a particular location; Selecting a refrigerant for use in the refrigeration system; Determine how many evaporators will be used in the system; Determine how many condensers will be used in the system; Selecting a compressor for the refrigeration system; Calculate energy loss from evaporator, condenser and compressor; A method of balancing a thermal energy recovery system, comprising maximizing the utilization of both heating and cooling resources during operation of the refrigeration system.
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