KR20120004442A - 폐열 공조 시스템 - Google Patents

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유발 베르손
아미어 히르스펠드
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리눔 시스템즈, 엘티디.
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Abstract

본 발명은 폐열 공급원으로부터 공조 기능을 제공하는 방법 및 장치를 제공한다. 기상 팽창기는 기계적 일을 생성하도록 제공되며, 압축 유닛은 기상 팽창기의 기계적 일 아웃풋에 대해 응답하도록 적어도 부분적으로 작동된다. 또 다른 실시예에서, 기계적 일을 생성하는 제 2 액상 팽창기는 액상 팽창기의 기계적 일에 추가로 응답하도록 작동된다. 개시된 장치는 폐열 공급원이 불충분할 때 추가 파워 공급원으로부터 보조 가열과 냉각 기능을 추가로 제공할 수 있다.

Description

폐열 공조 시스템{WASTE HEAT AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 출원은, 본 명세서 내에 전체 내용이 참고로 인용된, 2009년 4월 1일에 출원된 미국 가특허출원 제 61/165,533호를 우선권 주장한다.
본 명세서는 일반적으로 공조 분야에 관한 것으로, 구체적으로 바람직하게는 기상 팽창기와 액상 팽창기의 조합을 이용하여 폐열로부터 공조 기능을 제공하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다양한 산업 공정은 전형적으로 유용한 작업을 수행하기 위해 이용되도록 상당히 낮은 저온(전형적으로 150 °C 미만)의 폐열을 생성한다. 흡수식 냉동법과 같은 특정 열역학적 사이클은 저급 열 공급원으로부터의 주변 냉각 기능을 제공한다. 유사하게, 집광형 유형 또는 진공 튜브 유형과 같은 태양광 수집기 내에 수용된 태양열 에너지는 정형적으로 폐열의 형태이며, 주변 냉각 기능을 제공하기 위해 흡수 칠러(absorption chiller) 내에서 사용된다. 불행하게도, 전형적으로 사용되는 흡수 냉각 사이클은 비효율적으로 인해 바람직하지 못하고, 전형적으로 액 0.7 초과의 열적 성능 계수(COP)를 구현하기 위해 사용될 수 없으며, 여기서 용어 COP는 ΔQcold/ΔQin으로 정의되고 ΔQcold 는 부하 열의 변화로서 정의되며, ΔQin은 냉각 시스템에 의해 소모된 열로서 정의된다. 증기 압축 공조의 경우, COP는 ΔQcold/ΔW로서 정의되며, 이는 전형적으로 3-3.5이고, ΔQcold는 상기와 같이 정의되며, ΔW는 냉각 시스템에 의해 소모된 전기적 일로서 정의된다. 게다가, 흡수 냉각 사이클을 이용하는 흡수 칠러와 같이, 종래의 폐열 구동식 A/C 시스템의 전류 상태는 충분한 폐열 없이 작동시킬 수 없으며, 이에 따라 예비용의 완벽한 추가 시스템이 필요하다.
전체 내용이 본 명세서에 참고로 인용된, 벤슨(Benson)의 2003년 6월 24일에 공고된 미국 특허 제6,581,384호는 룸 또는 빌딩과 같은 환경적으로 제어된 공간을 선택적으로 냉각 또는 가열하기 위해 사용될 수 있는 재구성가능한 열역학적 사이클을 구동시키기 위해 폐열을 사용하는 공정 및 장치를 개시한다. 불리하게도, 벤슨의 시스템은 특히 비용과 복잡성이 더해지는 5-웨이 밸브를 필요로 한다. 게다가, 벤슨의 시스템은 낮은 전체적인 COP를 나타내고, 잔여 파워에 폐열이 없을 경우 작동되지 않고 약 200 °C, (400 °F)의 온도에서 작동되어 비용이 증가된다.
폐열 공급원이 사용될 수 없을 때, 바람직하게는 예비 가열 및 냉각 기능을 추가로 제공할 수 있는 능력을 가지며, 향상된 전체 성능 계수를 나타내는 폐열로부터 공조 기능을 제공하는 방법 및 시스템이 요구된다.
전술된 기술 내용과 그 외의 다른 고려사항에 관해, 본 발명은 폐열로부터 공조 기능을 제공하는 종래 및 본 방법의 일부 또는 모든 단점을 극복하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 방법과 장치의 그 외의 다른 신규한 및 유용한 장점은 또한 본 명세서에 기술되고, 종래 기술의 당업자에게 자명할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 기상 팽창기는 기계적 일을 생성하기 위해 제공되며, 기상 팽창기의 기계적 일 아웃풋에 응답하여 적어도 부분적으로 작동되는 압축 유닛이 제공된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 기계적 일을 생성하는 제 2 액상 팽창기가 추가로 제공되며, 압축 유닛은 액상 팽창기의 기계적 일에 추가로 응답하도록 작동된다.
예시적인 실시예에서, 장치는 공조 기능을 제공하도록 작동되고, 이 장치는 제어 요소, 제 1 열 교환기, 제 1 열 교환기의 아웃풋에 결합되고 과열된 증기 상태의 냉매에 대해 응답하여 기계적 일을 생성하도록 배열된 제 1 팽창기, 상기 제 1 팽창기의 생성된 기계적 일에 대해 적어도 부분적으로 응답하여 구동되는 압축기 유닛, 콘덴서, 증발기를 포함하고, 폐열 냉각 모드에서 상기 제어 요소는 상기 제 1 팽창기의 아웃풋을 상기 콘덴서에 공급하고, 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 1 부분을 상기 제 1 열 교환기에 공급하며, 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 2 팽창된 부분을 상기 증발기에 공급하고, 상기 증발기의 아웃풋을 상기 압축기 유닛에 공급하며, 상기 압축기 유닛의 아웃풋을 상기 콘덴서의 인풋에 공급하도록 배열된다.
일 추가 실시예에서, 상기 압축기 유닛은 추가 파워 구동식 압축기와 상기 제 1 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하는 압축기를 포함하고, 추가 파워 공급원 지지식 폐열 냉각 모드(additional power source supported waste heat cooling mode)에서 상기 제어 요소는 상기 증발기의 아웃풋의 제 1 부분을 상기 제 1 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하는 상기 압축기에 공급하고 상기 증발기의 아웃풋의 제 2 부분을 상기 추가 파워 구동식 압축기에 공급하도록 배열되며, 일 추가적인 실시예에서, 상기 장치는 관통하여 흐르는 냉매를 가열하도록 배열된 제 2 열 교환기, 액체 상태의 냉매에 응답하는 기계적 일을 생성하도록 배열된 제 2 팽창기를 추가로 포함하고, 압축기 유닛은 상기 제 2 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하여 적어도 부분적으로 추가로 구동되고, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 제어 요소는 상기 콘덴서의 아웃풋을 상기 제 2 열 교환기에 공급하며, 상기 제 2 열 교환기의 아웃풋으로부터의 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 1 부분을 상기 제 1 열 교환기에 공급하며, 액체 상태의 제 2 열 교환기의 아웃풋으로부터의 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 2 부분을 상기 제 2 팽창기에 공급하며, 제 2 팽창기의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하여 상기 팽창된 부분을 상기 증발기에 공급하도록 배열된다.
일 추가 실시예에서, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 상기 제 1 팽창기의 아웃풋의 압력은 상기 압축기 유닛의 아웃풋의 압력과 동일하다. 또 다른 추가 실시예에서, 상기 제 1 열 교환기와 상기 제 2 열 교환기는 단일 폐열 공급원으로부터 열을 전달하도록 배열된다. 또 다른 추가 실시예에서, 상기 폐열 공급원은 태양광 수집기(solar collector)이다.
일 추가 실시예에서, 상기 장치는 상기 제어 요소에 응답하는 펌프를 추가로 포함하고, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 상기 제어 요소는 상기 펌프에 의해 상기 제 2 열 교환기 내로 냉매를 이동시키도록 배열된다. 또 다른 추가 실시예에서, 장치는 상기 제어 요소에 응답하는 펌프를 추가로 포함하고, 폐열 구동식 가열 모드에서 상기 제어 요소는 상기 펌프에 의해 냉매를 상기 제 2 열 교환기 내로 이동시키고, 상기 제 2 열 교환기에서 빠져나오는 냉매를 상기 제 1 열 교환기에 공급하며 상기 증발기의 아웃풋을 상기 펌프의 인풋에 공급하도록 배열된다.
일 추가 실시예에서, 장치는 관통하여 흐르는 냉매를 냉각하도록 배열된 제 2 열 교환기, 액체 상태의 냉매에 응답하는 기계적 일을 생성하도록 배열된 제 2 팽창기를 추가로 포함하고, 압축기 유닛은 상기 제 2 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하여 적어도 부분적으로 추가로 구동되고, 상기 제 2 팽창기는 상기 제 2 열 교환기의 아웃풋에 결합되고, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 제어 요소는 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 2 부분을 상기 제 2 열 교환기에 공급하며, 상기 제 2 팽창기의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하여 제 2 팽창된 부분을 상기 증발기에 공급하도록 배열된다.
일 추가 실시예에서, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 상기 제 1 팽창기의 아웃풋의 압력은 상기 압축기 유닛의 아웃풋의 압력과 동일하다. 또 다른 추가 실시예에서, 장치는 상기 제어 요소에 응답하는 펌프를 추가로 포함하고, 폐열 구동식 가열 모드에서 상기 제어 요소는 상기 펌프에 의해 상기 증발기의 아웃풋을 상기 제 1 열 교환기에 공급하고 상기 제 1 팽창기의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하도록 배열된다.
일 추가 실시예에서, 장치는 팽창 밸브를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 냉각 모드에서 상기 제어 요소는 상기 증발기의 아웃풋을 상기 압축기 유닛의 인풋에 공급하며, 상기 압축기 유닛의 아웃풋을 상기 콘덴서의 인풋에 공급하며, 상기 콘덴서의 아웃풋을 상기 팽창 밸브에 의해 상기 증발기에 공급하도록 배열된다. 또 다른 추가 실시에에서, 장치는 팽창 밸브를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 가열 모드에서 상기 제어 요소는 상기 콘덴서의 아웃풋을 상기 압축기 유닛의 인풋에 공급하며, 상기 압축기 유닛의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하며, 상기 증발기의 아웃풋을 상기 팽창 밸브에 의해 상기 콘덴서의 인풋에 공급하도록 배열된다.
독립적으로 실시예는 폐열 냉각 모드를 포함하는 공조 기능(air conditioning)을 제공하기 위한 방법을 추가로 제공하며, 증기 상태 폐열 냉각 모드는 냉매를 제공하는 단계, 상기 제공된 냉매의 제 1 부분을 증기 상태로 가열하는 단계, 제 1 기계적 일을 생성하기 위해 상기 제공된 냉매의 상기 증기 상태의 가열된 제 1 부분을 팽창시키는 단계, 냉각 기능을 제공하기 위하여 상기 제공된 냉매의 제 2 부분을 증발시키는 단계, 상기 생성된 제 1 기계적 일에 응답하여 적어도 부분적으로 상기 제공된 냉매의 상기 증발된 제 2 부분을 압축시키는 단계, 상기 압축된 제 2 부분과 상기 팽창된 제 1 부분을 액체 상태로 응축시키는 단계를 포함한다.
일 추가 실시예에서, 상기 압축 단계는 추가 파워 공급원에 추가로 응답한다. 또 다른 추가 실시예에서, 상기 제공된 냉매의 상기 증기 상태의 가열된 제 1 부분을 팽창시키는 상기 단계는 상기 압축되고 증발된 제 2 부분의 압력과 동일한 압력에서 수행된다.
일 추가 실시예에서, 상기 방법은 상기 응축된 액체 상태의 냉매를 가압하는 단계를 추가로 포함한다. 일 추가 실시예에서, 상기 폐열 냉각 모드는 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드로 구성되고, 조합 상 듀얼 열 냉각 모드는 상기 제공된 냉매를 액체 상태로 유지시키면서 상기 제공된 냉매의 상기 제 2 부분을 가열시키는 단계와 제 2 기계적 일을 생성하기 위해 상기 가열된 제 2 부분을 액체 상태에서 팽창시키는 단계를 포함하고, 상기 압축시키는 단계는 상기 생성된 제 2 기계적 일에 추가로 응답하고, 상기 증발 단계는 상기 팽창되고 가열된 제 2 부분으로 수행된다.
일 추가 실시예에서, 상기 제 1 부분의 상기 가열 단계와 상기 제 2 부분의 상기 가열 단계는 단일의 폐열 공급원에 응답한다. 추가 실시예에서, 상기 폐열 공급원은 태양광 수집기이다.
일 추가 실시예에서, 상기 폐열 냉각 모드는 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드로 구성되고, 조합 상 듀얼 열 냉각 모드는 상기 제공된 냉매의 상기 제 2 부분을 냉각시키는 단계와 제 2 기계적 일을 생성하기 위해 상기 냉각된 제 2 부분을 팽창시키는 단계를 포함하고, 상기 압축시키는 단계는 상기 생성된 제 2 기계적 일에 추가로 응답하고, 상기 증발 단계는 상기 팽창되고 냉각된 제 2 부분으로 수행된다. 또 다른 추가 실시예에서, 상기 방법은 폐열 구동식 가열 모드를 추가로 포함하고, 폐열 구동식 가열 모드는 상기 제공된 냉매를 증기 상태로 가열하는 단계, 상기 증기 상태의 냉매를 팽창시키는 단계 및 상기 팽창된 증기 상태의 냉매를 응축시켜 가열 기능을 제공하는 단계를 포함한다.
일 추가 실시예에서, 상기 방법은 추가 파워 구동식 냉각 모드를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 냉각 모드는 추가 파워 공급원에 응답하도록 제공된 냉매를 증기 상태로 압축하는 단계, 상기 압축된 증기 상태의 냉매를 액체 상태로 응축시키는 단계, 상기 액체 상태의 냉매를 팽창시키는 단계 및 상기 팽창된 냉매를 증기 상태로 증발시켜 냉각 기능을 제공하는 단계를 포함하고, 또 다른 추가 실시예에서, 상기 방법은 추가 파워 구동식 가열 모드를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 가열 모드는 추가 파워 공급원에 응답하도록 제공된 냉매를 증기 상태로 압축하는 단계, 상기 압축된 증기 상태의 냉매를 액체 상태로 응축시켜 가열 기능을 제공하는 단계, 상기 액체 상태의 냉매를 팽창시키는 단계 및 상기 팽창된 액체 상태의 냉매를 증기 상태로 증발시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 특징과 장점은 하기 도면과 기술내용으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 더 나은 이해와 본 발명이 수행되는 방식을 예시하기 위해, 유사한 도면부호는 대응되는 요소 또는 전체 부분을 나타내는 첨부된 도면에 따라 단지 예시로서 참고될 것이다.
특히 도면을 자세히 참조하면, 예시된 세부사항은 단지 본 발명의 선호되는 실시예를 예시적으로 언급하기 위한 목적이고 예시로서 제공되며, 본 발명의 원리 및 사상적 양태의 기술 내용을 가장 유용하고 용이하게 이해되는 것으로 여겨지도록 제공된다. 이에 관해, 본 발명의 기본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세히 본 발명의 구조적 세부사항을 예시하는 시도가 이루어지지 않으며, 본 발명의 몇몇 형태가 실제로 구성되는 방식은 종래 기술의 당업자가 도면에 따른 기술 내용으로부터 일 수 있다. 첨부된 도면에서,
도 1A는 액상 팽창기와 기상 팽창기를 포함하는 조합 상 듀얼 폐열 구동식 냉각 사이클을 제공하도록 배열된 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 1B는 도 1A의 폐열 구동식 냉각 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프에서 열역학적 공정을 도시한다.
도 2A는 기상 팽창기, 액상 팽창기 및 과냉각 열 교환기를 포함하는 조합 상태 폐열 구동식 냉각 사이클을 제공하도록 배열된 장치의 제 2 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 2B는 도 2A의 폐열 구동식 냉각 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프의 열역학적 그래프를 도시한다.
도 3A는 가정용 고온수 가열 기능을 추가로 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 3B는 가정용 고온수 가열 기능을 추가로 제공하도록 배열된 도 2A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 4A는 폐열 구동식 가열 사이클을 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 4B는 도 4A의 폐열 구동식 가열 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프의 열역학적 공정을 도시한다.
도 5는 폐열 구동식 가열 사이클을 제공하도록 배열된 도 2A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 6은 추가 파워 구동식 냉각 사이클을 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 7은 추가 파워 구동식 가열 사이클을 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 8A는 단지 기상 팽창기만을 사용하는, 도 2A의 장치의 작동의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다.
도 8B는 도 8A의 폐열 구동식 냉각 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프의 열역학적 공정을 도시한다.
적어도 일 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 도면에 도시되거나 또는 하기 기술 내용에 기초한 부품들의 배열과 구조의 상세 사항에 적용하는 데 있어서 비제한적인 것으로 이해된다. 본 발명은 다양한 방식으로 수행되거나 또는 실시되는 그 외의 다른 실시예에 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 표현과 용어는 설명의 목적이며, 제한하기 위함은 아니다. 특히, 본 명세서에서 사용된 용어 "연결된"은 직접 연결로 한정되는 것을 의미하지 않으며, 제한 없이 중간 장치 또는 부품에 대해 허용된다. 3-웨이, 4-웨이 및 5-웨이 밸브는 단순함을 위해 단일의 요소로서 도시되지만 범위를 초과하지 않고 복수의 협력 밸브로 구성될 수 있다.
도 1A는 조합상 듀얼 폐열 구동식 공조 사이클(combined state dual waste heat driven air conditioning cycle)을 제공하도록 배열된 장치의 제 1 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시하고, 이 장치는 제어 요소(100), 태양광 수집기로서 비제한적으로 예시된 폐열 공급원(110), 제 1 펌프(120), 제 2 펌프(125), 제 1 열 교환기(130), 제 2 열 교환기(140), 제 1, 제 2 및 제 3의 3-웨이 밸브(150), 제 1 팽창기(160), 제 2 팽창기(170), 구동 부재(180), 팽창 밸브(190), 증발기(200), 제 1 및 제 2의 4-웨이 밸브(210), 제 1 압축기(220), 제 2 압축기(230), 추가 파워 공급원(240) 및 콘덴서(260)를 포함한다. 제 1 압축기(220)와 제 2 압축기(230) 모두는 압축기 유닛(235)을 형성한다. 제 1 펌프(120)는 일 비-제한적인 실시예에서 물과 에틸렌 글리콜 혼합물로 구성되는 작동 열 전달 유체를 폐쇄 루프로 연결되는 각각의 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 열 공급원 도관과 폐열 공급원(110)을 통해 이동시키도록 배열된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 열 공급원 도관은 순차적으로 연결되지만 순차적인 연결은 직접적일 필요가 없으며, 추가 바이패스 파이프와 밸브가 범위를 초과하지 않고 제공될 수 있다.
제어 요소(100)의 각각의 아웃풋은 각각의 제 1, 제 2 및 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제어 인풋(control input), 각각의 제 1 및 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제어 인풋, 제 1 펌프(120)의 제어 인풋 및 제 2 펌프(125)의 제어 인풋에 연결된다. 추가로, 제어 요소(100)는 종래 기술의 당업자에게 공지된 바와 같이 다양한 온도 및 압력 센서(도시되지 않음)로부터의 인풋을 수신하도록 배열된다. 제 2 펌프(125)의 아웃풋은 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관의 제 1 단부에 연결되고, 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관의 제 2 단부는 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결된다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 1 단부에 연결되고, 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 2 단부는 제 1 팽창기(160)의 인풋에 연결된다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 제 2 팽창기(170)의 인풋에 연결되고, 제 2 팽창기(170)의 아웃풋은 증발기(200)의 인풋에 연결된다. 제 1 팽창기(160)의 아웃풋은 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결되고, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 1 탭에 연결되며, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 증발기(200)의 인풋에 연결되며, 증발기(200)의 인풋에 대한 연결이 점선으로 도시된 것은, 이는 도 1A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다.
제 1 팽창기(160)와 제 2 팽창기(170)는 구동 부재(180)와 제 1 압축기(220)를 분할하는 것처럼 도시되지만 이는 임의의 방식으로 제한하는 것을 의미하지 않으며, 또 다른 실시예에서 도 2A에 대해 추가로 기술된 바와 같이 각각의 제 1 팽창기(160)와 제 2 팽창기(170)는 압축 유닛(235)의 특정 압축기, 각각의 팽창기에 의해 기계적 일 아웃풋(mechanical work output)에 응답하도록(responsive) 작동되는 특정 압축기와 연계된다. 증발기(200)의 아웃풋은 제 1의 4-웨이 밸브(210)에 연결되고, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭은 제 1 압축기(220)의 인풋에 연결되며, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭은 제 2 압축기(230)의 인풋에 연결되고, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭은 제 2 펌프(125)의 인풋에 연결되며, 제 2 펌프(125)의 인풋에 대한 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 1A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 추가 파워 공급원(240)의 아웃풋은 제 2 압축기(230)의 파워 인풋에 연결된다. 제 2 압축기(230)의 아웃풋은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭에 연결되며, 제 1 압축기(220)의 아웃풋은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭에 연결되며, 콘덴서(250)의 인풋은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭에 연결된다. 콘덴서(250)의 아웃풋은 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결되고, 제 2 펌프(125)의 인풋은 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭에 연결되며, 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 팽창 밸브(190)의 인풋에 연결되고, 팽창 밸브(190)의 인풋에 대한 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 1A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 팽창 밸브(190)의 아웃풋은 증발기(200)의 인풋에 연결되고, 증발기(200)의 인풋에 대한 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 1A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2의 4-웨이 밸브(210)는 각각의 제어 매니폴드에 의해 사용된다.
도 1B는 도 1A의 폐열 구동식 냉각 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프를 도시하며, 여기서 x-축은 엔탈피를 나타내고, y-축은 압력을 나타낸다. 영역(900)은 냉매용 습증기 영역(wet vapor region)을 나타낸다.
작동 중, 도 1A 및 도 1B 모두를 참조하면, 폐열 공급원(110)으로부터 가열된 유체는 제 1 펌프(120)에 의해 각각의 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 열 공급원 도관을 통해 가압된다. 일 비-제한적인 실시예에서 R-134a인, 가압된 액체 냉매는 3 내지 4 MPa로 가압되고, 제 2 펌프(125)에 의해 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관 내로 보내지며, 공정(1000)에서 도시된 바와 같이 가열된다. 제 2 펌프(125)의 작동 매개변수는 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관에 있는 가압된 액체 냉매가 과냉각된 액체 상태(subcooled liquid state)로 유지되도록 제어 요소(100)에 의해 제어된다. 일 비-제한적인 실시예에서, 가압된 액체 냉매는 50 내지 75 °C의 온도로 가열되고, 동시에 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관을 통과한다. 특히, 제어 요소(100)는 제 1 열 교환기(130)의 열 공급원 측의 온도가 소정의 범위 내에 있도록 제 1 펌프(120)를 제어하기 위해 작동되며, 이에 따라 제 1 열교환기(130)의 열 수용 도관에 있는 가압된 액체 냉매의 온도가 형성된다.
제어 요소(100)는 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관에서 배출되는 과냉각된 액체 냉매의 일부를 제 2 팽창기(170)의 인풋으로 보내기 위해 제 1의 3-웨이 밸브(150)를 제어하도록 추가로 작동되며, 과냉각된 액체 냉매의 밸런스는 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관으로 전달된다.
싱글 또는 듀얼 나사 팽창기, 스크롤, 회전식 베인 또는 왕복운동 머신과 같이 사용될 수 있는 제 2 팽창기(170)는 과냉각된 액체 냉매를 팽창시키며 회전력을 구동 부재(180)에 제공하도록 작동되어 공정(1010)에 도시된 바와 같이 냉매의 압력과 온도가 감소된다. 일 실시예에서, 제 2 팽창기(170)는 과냉각된 액체 냉매의 일부를 증기 상태로 변환시키도록 작동된다. 제 2 팽창기(170)의 아웃풋은, 주변 공간에 대해 냉각 기능을 제공하는 공정(1020)에 도시된 바와 같이 완벽히 증발되는, 증발기(200)로 공급된다. 따라서, 제 2 팽창기(170)는 기계적 일 아웃풋으로서 구동 부재(180)에 회전력을 제공하도록 배열된 액상 팽창기(liquid phase expander)와 같이 작동된다.
증발기(200)의 아웃풋은 제 1의 4-웨이 밸브(210)에 의해 분할되고, 증발기(200)의 아웃풋의 제 1 부분은 제 1 압축기(220)의 인풋에 공급되며, 증발기(200)의 아웃풋의 제 2 부분은 제 2 압축기(230)의 인풋에 공급된다. 제 2 압축기(230)에 공급된 제 2 부분에 대한 제 1 압축기(220)에 공급된 제 1 부분의 비율은 구동 부재(180)로부터 입수가능한 파워에 응답하는 제어 요소(100)에 의해 결정된다. 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)는 공정(1030, 1030A)에 예시된 바와 같이 증발기(200)로부터 수용된 팽창된 증기 냉매를 다소 과열된 증기 상태로 압축하도록 작동된다. 일 비-제한적인 실시예에서, 다소 과열된 증기 상태의 온도는 40 내지 55 °C이다.
제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관에 전달된 과냉각된 액체 냉매의 일부는 공정(1040)에 도시된 바와 같이 제 2 열 교환기(140) 내에서 과열된 증기 상태로 추가로 가열된다. 일 실시예에서, 냉매는 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관 내에서 85 내지 115 °C의 온도로 가열된다. 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관에서 빠져나간 과열된 증기 상태의 냉매는 제한 없이 가스 터빈 또는 스크롤 또는 나사 팽창기와 같이 사용되는 제 1 팽창기(160)에 공급되고, 냉매를 팽창시키도록 작동되어 공정(1050)에서 도시된 바와 같이 냉매의 온도와 압력이 감소되고, 동시에 전술된 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)의 아웃풋과 일치된 압력으로 냉매의 압력이 감소되고 냉매는 다소 과열된 상태로 보유된다. 제 1 팽창기(160)는 특히, 회전력을 구동 부재(180)에 제공하기 위한 기계적 일을 생성하도록 추가로 작동된다. 따라서, 제 1 팽창기(160)는 증기 인풋, 바람직하게는 과열된 증기 인풋에 응답하는 일 아웃풋과 같이 회전력을 구동 부재(180)에 제공하도록 배열된 기상 팽창기(vapor phase expander)와 같이 작동된다. 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)의 작동은 제어 요소(100)에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 제어 요소(100)는 각각의 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)의 회전 속도를 나타내는 인풋을 수신한다. 일 실시예에서, 통합된 제어 밸브는 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)의 인풋에 제공되고, 통합된 제어 밸브는 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170) 내로 유입되는 냉매의 흐름을 조절하기 위하여 제어 요소(100)에 응답하도록 작동된다. 또 다른 실시예에서, 제어 요소(100)는 다소 과열된 상태로 냉매를 보유하고 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)의 아웃풋과 일치되는 압력으로 냉매의 압력을 감소시키기 위하여 하나 이상의 제 1 및 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 세팅(setting)을 조절함으로써 제 1 팽창기(160)를 제어한다.
제 2의 4-웨이 밸브(210)는, 전술된 바와 같이 일치되는 압력에 있으며 공정(1060)에 예시된 바와 같이 고유 온도와 압력을 나타내는 조합된 증기로 흐름들을 혼합시키며 콘덴서(250)의 인풋에 대해 증기 형태의 조합된 냉매를 공급하는, 제 2의 3-웨이 밸브(150)에 의해 제 1 팽창기(160)의 아웃풋과 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)의 아웃풋을 수용하도록 작동된다. 바람직하게는, 주변 공기 또는 그 외의 다른 냉각 공급원과 협력하는 콘덴서(250)는 공정(1070)에 도시된 바와 같이 수용된 조합된 냉매를 액체 상태로 응축하도록 작동된다. 콘덴서(250)에서 빠져나가는 액체 상태의 냉매는 제 3의 3-웨이 밸브(150)를 통해 제 2 펌프(125)에 전달되고, 공정(1080)에 예시된 바와 같이 증가된 압력으로 펌핑되어 사이클이 완료된다. 전술된 바와 같이, 일 비-제한적인 실시예에서 제 2 펌프(125)는 3 내지 4 MPa의 압력으로 액체 냉매의 압력을 증가시키도록 작동된다.
따라서, 바람직하게는, 제 1 팽창기(160)는 증기 상태에 도달되는 냉매에 대해 작동되고, 제 2 팽창기(170)는 액체 상태에 도달되는 냉매에 대해 작동된다. 화합물의 열적 COP는 0.7을 초과하도록 계산되며, COP는 다음과 같이 계산된다:
COP = Q증발기/(Q열_공급원) EQ. 1
도 2A는 조합상 듀얼 폐열 구동식 공조 사이클을 제공하도록 배열된 장치의 제 2 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시하고, 이 장치는 제어 요소(100), 태양광 수집기로서 비제한적으로 예시된 폐열 공급원(110), 제 1 펌프(120), 제 2 펌프(125), 교환기(140), 제 1, 제 2 및 제 3의 3-웨이 밸브(150), 제 1 팽창기(160), 제 2 팽창기(170), 제 1 구동 부재(180A), 제 2 구동 부재(180B), 팽창 밸브(190), 증발기(200), 제 1 및 제 2의 5-웨이 밸브(215), 제 1 팽창기 구동식 압축기(220A), 제 2 팽창기 구동식 압축기(220B), 추가 파워 공급원(240), 콘덴서(250) 및 과냉각 열 교환기(subcooling heat exchanger, 280)를 포함한다. 제 1 팽창기 구동식 압축기(220A), 제 2 팽창기 구동식 압축기(220B) 및 압축기(230) 모두는 압축기 유닛(235)을 형성한다. 제 1 펌프(120)는 일 비-제한적인 실시예에서 물과 에틸렌 글리콜 혼합물로 구성되는 작동 열 전달 유체를 폐열 공급원(110)과 열 교환기(140)의 열 공급원 도관을 통해 이동시키도록 배열된다.
제어 요소(100)의 각각의 아웃풋은 각각의 제 1, 제 2 및 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제어 인풋, 각각의 제 1 및 제 2의 5-웨이 밸브(215)의 제어 인풋, 추가 파워 공급원(240)의 제어 인풋, 제 1 펌프(120)의 제어 인풋 및 제 2 펌프(125)의 제어 인풋에 연결된다. 추가로, 제어 요소(100)는 종래 기술의 당업자에게 공지된 바와 같이 다양한 온도 및 압력 센서(도시되지 않음)로부터의 인풋을 수신하도록 배열된다. 제 2 펌프(125)의 아웃풋은 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결된다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 1 단부에 연결되고, 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 2 단부는 제 1 팽창기(160)의 인풋에 연결된다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 과냉각 열 교환기(280)의 인풋에 연결된다. 과냉각 열 교환기(280)의 아웃풋은 제 2 팽창기(170)의 인풋에 연결되고, 제 2 팽창기(170)의 아웃풋은 증발기(200)의 인풋에 연결된다. 제 1 팽창기(160)의 아웃풋은 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결되고, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 제 2의 5-웨이 밸브(215)의 제 1 탭에 연결되며, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 증발기(200)의 인풋에 연결되며, 증발기(200)의 인풋에 대한 연결이 점선으로 도시된 것은, 이는 도 2A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다.
증발기(200)의 아웃풋은 제 1의 5-웨이 밸브(215)의 제 1 탭에 연결되고, 제 1의 5-웨이 밸브(215)의 제 2 탭은 제 1 팽창기 구동식 압축기(220A)의 인풋에 연결되며, 제 1의 5-웨이 밸브(215)의 제 3 탭은 제 2 팽창기 구동식 압축기(220B)의 인풋에 연결되고, 제 1의 5-웨이 밸브(215)의 제 4 탭은 압축기(230)의 인풋에 연결되며, 제 1의 5-웨이 밸브(215)의 제 5 탭은 제 2 펌프(125)의 인풋에 연결되고, 제 2 펌프(125)의 인풋에 대한 연결이 점선으로 도시된 것은, 이는 도 2A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 추가 파워 공급원(240)의 아웃풋은 제 2 압축기(230)의 파워 인풋에 연결된다. 압축기(230)의 아웃풋은 제 2의 5-웨이 밸브(215)의 제 2 탭에 연결되며, 제 1 팽창기 구동식 압축기(220A)의 아웃풋은 제 2의 5-웨이 밸브(215)의 제 3 탭에 연결되며, 제 2 팽창기 구동식 압축기(220B)의 아웃풋은 제 2의 5-웨이 밸브(215)의 제 5 탭에 연결되고, 콘덴서(250)의 인풋은 제 2의 5-웨이 밸브(215)의 제 4 탭에 연결된다.
콘덴서(250)의 아웃풋은 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결되고, 제 2 펌프(125)의 인풋은 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭에 연결되며, 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 팽창 밸브(190)의 인풋에 연결되고, 팽창 밸브(190)의 인풋에 대한 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 2A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 팽창 밸브(190)의 아웃풋은 증발기(200)의 인풋에 연결되고, 증발기(200)의 인풋에 대한 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 2A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2의 5-웨이 밸브(215)는 각각의 제어 매니폴드에 의해 사용된다. 일 실시예에서, 콘덴서(250)와 과냉각 열 교환기(280), 바람직하게는 콘덴서는 단일의 유닛으로 사용되며, 양 요소에 대해 단지 하나의 팬만을 필요로 한다.
도 2B는 도 2A의 폐열 구동식 냉각 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프를 도시하며, 여기서 x-축은 엔탈피를 나타내고, y-축은 압력을 나타낸다. 영역(900)은 냉매용 습증기 영역을 나타낸다.
작동 중, 도 2A 및 도 2B 모두를 참조하면, 폐열 공급원(110)으로부터 가열된 유체는 제 1 펌프(120)에 의해 열 교환기(140)의 열 공급원 도관을 통해 가압된다. 일 비-제한적인 실시예에서 R-134a인, 가압된 액체 냉매는 3 내지 4 MPa로 가압되고, 제 2 펌프(125)에 의해 제 1의 3-웨이 밸브(150) 내로 가압된다. 제어 요소(100)는 공정(1090)에 도시된 바와 같이 냉각되는 과냉각 열 교환기(280) 내로 가압된 액체 냉매의 일부를 보내기 위해 제 1의 3-웨이 밸브(150)를 제어하며, 가압된 액체 냉매의 밸런스는 열 교환기(140)의 열 수용 도관으로 전달된다. 과냉각 열 교환기(280)를 빠져나가는 가압된 액체 냉매는 과냉각된 액체 상태이며, 제 2 팽창기(170)에 유입된다. 전술된 바와 같이, 과냉각 열 교환기(280)는 바람직하게는 단일의 팬을 공유하도록 콘덴서(250)와 일체구성된다. 과냉각 열 교환기(280)에 유입되는 냉매는 바람직하게는 40 내지 55 °C의 온도를 나타내며, 과냉각 열 교환기(280)는 바람직하게는 주변 온도보다 높은 2 내지 5 °C 내에서 이를 통해 흐르는 냉매의 일부의 온도를 감소시키도록 배열된다.
싱글 또는 듀얼 나사 팽창기, 스크롤, 회전식 베인 또는 왕복운동 머신과 같이 사용될 수 있는 제 2 팽창기(170)는 과냉각된 액체 냉매를 팽창시키며 회전력을 제 2 구동 부재(180B)에 제공하도록 작동되어 공정(1010)에 도시된 바와 같이 냉매의 압력과 온도가 감소된다. 일 실시예에서, 제 2 팽창기(170)는 과냉각된 액체 냉매의 일부를 증기 상태로 변환시키도록 작동된다. 제 2 팽창기(170)의 아웃풋은, 주변 공간에 대해 냉각 기능을 제공하는 공정(1020)에 도시된 바와 같이 완벽히 증발되는, 증발기(200)로 공급된다. 따라서, 제 2 팽창기(170)는, 제 2 팽창기 구동식 압축기(220B)를 구동시키는, 기계적 일 아웃풋으로서 제 2 구동 부재(180B)에 회전력을 제공하도록 배열된 액상 팽창기와 같이 작동된다.
증발기(200)의 아웃풋은 제 1의 5-웨이 밸브(215)에 의해 분할되고, 증발기(200)의 아웃풋의 제 1 부분은 제 1 팽창기 구동식 압축기(220A)의 인풋에 공급되며, 증발기(200)의 아웃풋의 제 2 부분은 제 2 팽창기 구동식 압축기(220B)의 인풋에 공급되며, 증발기(200)의 아웃풋의 제 3 부분은 압축기(230)의 인풋에 공급된다. 다양한 부분들의 비율은 각각의 제 1 구동 부재(180A)와 제 2 구동 부재(180B)로부터 입수가능한 파워에 응답하는 제어 요소(100)에 의해 결정된다. 제 1 및 제 2 팽창기 구동식 압축기(220A, 230B)와 압축기(230)는 공정(1030, 1030A)에 예시된 바와 같이 증발기(200)로부터 수용된 팽창된 증기 냉매를 다소 과열된 증기 상태로 압축하도록 작동된다. 일 비-제한적인 실시예에서, 다소 과열된 증기 상태의 온도는 40 - 55 °C이다. 바람직하게는, 부분은 각각의 제 1 및 제 2 팽창기 구동식 압축기(220A, 230B)와 압축기(230)에서 빠져나가는 증기 상태 냉매의 압력이 일정하도록 추가로 제어된다.
열 교환기(140)의 열 수용 도관에 전달된 액체 냉매의 일부는 공정(1040)에 도시된 바와 같이 열 교환기(140) 내에서 과열된 증기 상태로 추가로 가열된다. 일 실시예에서, 가압된 액체 냉매는 열 교환기(140)의 열 수용 도관을 통과하면서 85 - 115 °C의 온도로 가열된다. 열 교환기(140)의 열 수용 도관에서 빠져나가는 과열된 증기 상태의 냉매는 제한 없이 가스 터빈 또는 스크롤 또는 나사 팽창기와 같이 사용되는 제 1 팽창기(160)에 공급되고, 냉매를 팽창시키도록 작동되어 공정(1050)에서 도시된 바와 같이 냉매의 온도와 압력이 감소되고, 동시에 전술된 제 1 및 제 2 팽창기 구동식 압축기(220A, 230B)의 아웃풋과 일치된 압력으로 냉매의 압력이 감소되고 냉매는 다소 과열된 상태로 보유된다. 제 1 팽창기(160)는 특히, 회전력을 제 1 구동 부재(180A)에 제공하기 위한 기계적 일을 생성하도록 추가로 작동된다. 따라서, 제 1 팽창기(160)는 일 아웃풋과 같이 회전력을 제 1 구동 부재(180A)에 제공하도록 배열된 기상 팽창기와 같이 작동된다. 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)의 작동은 제어 요소(100)에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 제어 요소(100)는 각각의 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)의 회전 속도를 나타내는 인풋을 수신한다. 일 실시예에서, 통합된 제어 밸브는 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)의 인풋에 제공되고, 통합된 제어 밸브는 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170) 내로 유입되는 냉매의 흐름을 조절하기 위하여 제어 요소(100)에 응답하도록 작동된다. 또 다른 실시예에서, 제어 요소(100)는 다소 과열된 상태로 냉매를 보유하고 제 1 및 제 2 팽창기 구동식 압축기(220A, 230B)와 압축기(230)의 각각의 아웃풋과 일치되는 압력으로 냉매의 압력을 감소시키기 위하여 하나 이상의 제 1 및 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 세팅을 조절함으로써 제 1 팽창기(160)를 제어한다.
제 2의 5-웨이 밸브(215)는, 전술된 바와 같이 일치되는 압력에 있으며 공정(1060)에 예시된 바와 같이 고유 온도와 압력을 나타내는 조합된 증기로 흐름들을 혼합시키며 콘덴서(250)의 인풋에 대해 증기 형태의 조합된 냉매를 공급하는, 제 2의 3-웨이 밸브(150)에 의해 제 1 팽창기(160)의 아웃풋과 제 1 및 제 2 팽창기 구동식 압축기(220B, 230)의 아웃풋을 제 2의 3-웨이 밸브(150)에 의해 수용하도록 작동된다. 바람직하게는, 주변 공기 또는 그 외의 다른 냉각 공급원과 협력하는 콘덴서(250)는 공정(1070)에 도시된 바와 같이 수용된 조합된 냉매를 액체 상태로 응축하도록 작동된다. 콘덴서(250)에서 빠져나가는 액체 상태의 냉매는 제 3의 3-웨이 밸브(150)를 통해 제 2 펌프(125)에 전달되고, 공정(1080)에 예시된 바와 같이 증가된 압력으로 펌핑되어 사이클이 완료된다. 전술된 바와 같이, 일 비-제한적인 실시예에서 제 2 펌프(125)는 3 내지 4 MPa의 압력으로 액체 냉매의 압력을 증가시키도록 작동된다.
따라서, 바람직하게는, 제 1 팽창기(160)는 증기 상태에 도달되는 냉매에 대해 작동되고, 제 2 팽창기(170)는 액체 상태에 도달되는 냉매에 대해 작동된다. 화합물의 열적 COP는 0.72을 초과하도록 계산되며, COP는 EQ. 1과 같이 계산된다. 전기적 COP는 10보다 크도록 계산되고, COP는 EQ. 2에 관해 전술된 바와 같이 계산된다.
도 3A는 가정용 고온수 가열을 추가로 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시하며, 이 장치는 제 4의 3-웨이 밸브(150), 열 교환기(320)를 포함하는 고온수 탱크(310) 및 가정용 고온수 시스템(330)을 포함한다. 제 4의 3-웨이 밸브(150)는 제 1 펌프(120), 폐열 공급원(110) 및 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 열 공급원 측의 폐쇄된 루프 내에 삽입된다. 특히, 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭은 제 2 열 교환기(140)의 열 공급원 도관의 인풋에 연결되고, 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 폐열 공급원(110)의 아웃풋에 연결된다. 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 고온수 탱크(310) 내에 위치된 열 교환기(320)의 열 공급원 도관의 인풋에 연결되고, 열 교환기(320)의 열 공급원 도관의 아웃풋은 제 1 펌프(120)의 인풋에 연결된다. 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제어 인풋은 제어 요소(100)의 아웃풋에 연결된다. 고온수 탱크(310) 내의 물은 열 교환기(320)의 열 공급원 도관을 통해 흐르는 가열된 유체에 의해 가열되고, 이에 따라 가정용 고온수 시스템(330)으로 사용할 수 있다.
제어 요소(100)의 각각의 아웃풋은, 바람직하게는 고온수 탱크(310) 내에 온도 센서가 제공되는, 제 4의 3-웨이 밸브(150), 고온수 탱크(310) 및 폐열 공급원(110)과 통신한다. 온도 정보, 및 그 외의 시스템 매개변수에 대한 응답에 있어서, 제어 요소(100)는 고온수 탱크(310)를 통해 제 1 펌프(120)에 의해 펌핑된 가열된 유체의 적어도 일부분을 흐르도록 하기 위해 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 세팅을 조절한다.
도 3B는 가정용 고온수 가열을 추가로 제공하도록 배열된 도 2A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시하며, 이 장치는 제 4의 3-웨이 밸브(150), 열 교환기(320)를 포함하는 고온수 탱크(310) 및 가정용 고온수 시스템(330)을 추가로 포함한다. 제 4의 3-웨이 밸브(150)는 제 1 펌프(120), 폐열 공급원(110) 및 열 교환기(140)의 열 공급원 측의 폐쇄된 루프 내에 삽입된다. 특히, 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭은 열 교환기(140)의 열 공급원 도관의 인풋에 연결되고, 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 폐열 공급원(110)의 아웃풋에 연결된다. 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 고온수 탱크(310) 내에 위치된 열 교환기(320)의 열 공급원 도관의 인풋에 연결되고, 열 교환기(320)의 열 공급원 도관의 아웃풋은 제 1 펌프(120)의 인풋에 연결된다. 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 제어 인풋은 제어 요소(100)의 아웃풋에 연결된다. 고온수 탱크(310) 내의 물은 열 교환기(320)의 열 공급원 도관을 통해 흐르는 가열된 유체에 의해 가열되고, 이에 따라 가정용 고온수 시스템(330)으로 사용할 수 있다. 간략함을 위해, 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)는 압축기(220)를 구동시키는 구동 부재(180)를 공유하는 것처럼 도시되지만, 도 1A에 대해 전술된 바와 같이 이는 임의의 제한을 의미하는 것은 아니다. 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170) 각각은 범위를 벗어나지 않고 각각의 압축기와 각각 연계된 각각의 구동 부재를 구동시킨다.
제어 요소(100)의 각각의 아웃풋은, 바람직하게는 고온수 탱크(310) 내에 온도 센서가 제공되는, 제 4의 3-웨이 밸브(150), 고온수 탱크(310) 및 폐열 공급원(110) 중 하나 이상과 통신한다. 온도 정보, 및 그 외의 시스템 매개변수에 대한 응답에 있어서, 제어 요소(100)는 고온수 탱크(310)를 통해 제 1 펌프(120)에 의해 펌핑된 가열된 유체의 적어도 일부분을 흐르도록 하기 위해 제 4의 3-웨이 밸브(150)의 세팅을 조절한다.
도 4A는 폐열 구동식 가열 사이클을 추가로 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 제 2 팽창기(170)의 인풋 사이, 제 2 팽창기(170)의 아웃풋과 증발기(200)의 인풋 사이, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 1 탭 사이, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭과 제 1 압축기(220)의 인풋 사이, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭과 제 2 압축기(230)의 인풋 사이, 제 2 압축기(230)의 아웃풋과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭 사이, 제 1 압축기(220)의 아웃풋과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭 사이, 응축기(250)의 인풋과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭 사이, 응축기(250)의 아웃풋과 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭 사이, 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 팽창 밸브(190)의 인풋 사이, 팽창 밸브(190)의 아웃풋과 증발기(200)의 인풋 사이의 각각의 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 4A의 폐열 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다.
도 4B는 도 4A의 폐열 구동식 냉각 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프를 도시하며, 여기서 x-축은 엔탈피를 나타내고, y-축은 압력을 나타낸다. 영역(900)은 냉매용 습증기 영역을 나타낸다.
작동 중, 도 4A 및 도 4B 모두를 참조하면, 폐열 공급원(110)으로부터 가열된 유체는 제 1 펌프(120)에 의해 각각의 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 열 공급원 도관을 통해 가압된다. 일 비-제한적인 실시예에서 R-134a인, 가압된 액체 냉매는 1.5 내지 2.5 MPa로 가압되고, 제 2 펌프(125)에 의해 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관 내로 가압된다. 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관에 유입되는 액체 냉매의 압력은 도 1A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서의 압력과 동일해질 필요가 없으며, 예시적인 실시예에서 더 낮다.
제 1의 3-웨이 밸브(150)는 바람직하게는, 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관을 빠져나가는 가압된 액체 냉매 모두를 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 인풋 내로 보내기 위해 제어 요소(100)에 대해 응답하도록 설정된다. 따라서, 가압된 액체 냉매는 공정(2000)에 예시된 바와 같이 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 작용에 의해 과열된 증기 상태로 가열된다. 일 비-제한적인 실시예에서, 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관을 빠져나가는 가압된 액체 냉매의 온도는 50 - 70 °C를 나타내고, 이는 과냉각된 액체 상태를 나타낸다. 그 뒤 과냉각된 냉매는 제 2 열 교환기(140)에 의해 가열되고, 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관을 빠져나가는 가압된 액체 냉매의 온도는 전술된 과열된 증기 상태를 나타내는 압력에 의존하여 70 - 85 °C이다. 제 1 및 제 2 펌프(120, 125)의 작동 매개변수는 제 2 열 교환기(140)를 빠져나가는 가압된 액체 냉매가 요구된 과열된 증기 상태로 유지되도록 제어 요소(100)에 의해 제어된다.
제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관에서 빠져나간 과열된 증기 상태의 냉매는 제한 없이 가스 터빈 또는 스크롤 또는 나사 팽창기와 같이 사용되는 제 1 팽창기(160)에 공급되고, 냉매를 팽창시키도록 작동되어 공정(2050)에서 도시된 바와 같이 냉매의 온도와 압력이 감소되고, 동시에 증발기(200)와 함께 사용하기에 적절한 온도에서 냉매는 다소 과열된 증기 상태로 보유된다. 과열된 증기 상태의 냉매는 구동 부재(180)를 회전시키는 기계적 일을 추가로 수행하지만 기계적 일은 이 시스템에서는 사용되지 않고 바람직하게는 기계적 클러치(도시되지 않음)에 의해 차단된다. 제어 요소(100)는 요구된 아웃풋 압력과 온도를 구현하기 위해 제 1 팽창기(160)의 작동을 제어한다. 일 비-제한적인 실시예에서, 폐열 구동식 가열 사이클에서 제 1 팽창기(160)의 요구된 아웃풋 온도는 약 30 내지 45 °C이다.
제 1 팽창기(160)의 아웃풋은 제 2의 3-웨이 밸브(150)에 의해 증발기(200)에 공급되고, 증발기(200)는 폐열 구동식 가열 사이클 내의 콘덴서로서 제공된다. 특히, 증발기(200)에 유입되는 다소 과열된 증기 상태의 냉매는 열을 증발기(200)를 둘러싸는 공기로 보내며, 이에 따라 냉매는 공정(2020)에 예시된 바와 같이 상을 액체 상태로 변화시키도록 냉각되며, 동시에 제공된 공간을 가열시킨다. 증발기(200)를 빠져나간 액체 냉매는 제 1의 4-웨이 밸브(210)를 통해 제 2 펌프(125)에 전달되고 공정(2030)에 예시된 바와 같이 증가된 압력으로 펌핑되어 사이클이 완료된다. 전술된 바와 같이, 일 비-제한적인 실시예에서 제 2 펌프(125)는 액체 냉매의 압력을 1.5 내지 2.5 MPa의 압력을 증가시킨다.
폐열 구동식 가열 사이클의 COP는 2.5보다 크도록 계산되고, COP는 EQ. 1에 대해 전술된 바와 같이 계산된다.
도 5는 폐열 구동식 가열 사이클을 추가로 제공하도록 배열된 도 2A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 과냉각 열 교환기(280)의 인풋 사이, 과냉각 열 교환기(280)의 아웃풋과 제 2 팽창기(170)의 인풋 사이, 제 2 팽창기(170)의 아웃풋과 증발기(200)의 인풋 사이, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 1 탭 사이, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭과 제 1 압축기(220)의 인풋 사이, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭과 제 2 압축기(230)의 인풋 사이, 제 2 압축기(230)의 아웃풋과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭 사이, 제 1 압축기(220)의 아웃풋과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭 사이, 콘덴서(250)의 인풋과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭 사이, 콘덴서(250)의 아웃풋과 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭 사이, 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 팽창 밸브(190)의 인풋 사이, 팽창 밸브(190)의 아웃풋과 증발기(200)의 인풋 사이의 각각의 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 5의 폐열 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 간략함을 위해, 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)는 압축기(220)를 구동시키는 구동 부재(180)를 공유하는 것처럼 도시되지만, 도 1A에 대해 전술된 바와 같이 이는 임의의 제한을 의미하는 것은 아니다. 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170) 각각은 범위를 벗어나지 않고 각각의 압축기와 각각 연계된 각각의 구동 부재를 구동시킨다.
도 5의 장치의 작동은, 냉매가 단지 하나의 열 교환기, 즉 열 교환기(140)를 통해 가열되는 점을 제외하고 도 4B에 따라 전술된 도 4A의 장치의 작동과 모든 관점에서 유사하며, 명확함을 위해 추가로 기술되지 않을 것이다.
도 6는 추가 파워 구동식 냉각 사이클을 추가로 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다. 일 비-제한적인 실시예에서, 추가 파워는 파워 공급원(240)에 연결된 것으로 도시된 바와 같이 전력이다. 제 1 펌프(120)와 폐열 공급원(110) 사이, 제 1 열 교환기(130)와 제 2 열 교환기(140) 사이, 제 2 펌프(125)의 아웃풋과 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관의 제 1 단부 사이, 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관의 제 2 단부와 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭 사이, 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭과 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 1 단부 사이, 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 2 단부와 제 1 팽창기(160)의 인풋 사이, 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 제 2 팽창기(170)의 인풋 사이, 제 2 팽창기(170)의 아웃풋과 증발기(200)의 인풋 사이, 제 1 팽창기(160)의 아웃풋과 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭 사이, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 1 탭 사이, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 증발기(200)의 인풋 사이, 제 1의 40웨이 밸브(210)의 제 2 탭과 제 1 압축기(220)의 인풋 사이, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭과 제 2 펌프(125)의 인풋 사이, 제 1 압축기(220)의 아웃풋과 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭 사이, 제 2 펌프(125)의 인풋과 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭 사이의 연결은 점선으로 도시되는데, 이는 도 6의 추가 파워 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다.
추가 파워 공급원(240)은 제한 없이 전기 주 기반 파워, 또는 배터리 작동식 파워를 나타낼 수 있다. 도 6의 추가 파워 구동식 냉각 사이클의 작동은 공통 공조 냉각 사이클과 모든 관점에서 유사하며, 이는 간략함을 위해 추가로 기술되지 않는다.
도 7은 추가 파워 구동식 가열 사이클을 추가로 제공하도록 배열된 도 1A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다. 일 비-제한적인 실시예에서, 추가 파워는 전력이다. 도 1A의 장치에 존재하지 않는 특정 요소가 추가되지만 이들 요소는 도 1A의 장치의 작동에 영향을 주지 않는 적합한 밸브를 포함한 도 1A의 장치에 추가될 수 있다.
도 7의 장치는 제어 요소(100), 태양광 수집기로서 비제한적으로 예시된 폐열 공급원(110), 제 1 펌프(120), 제 2 펌프(125), 제 1 열 교환기(130), 제 2 열 교환기(140), 제 1, 제 2 및 제 3의 3-웨이 밸브(150), 제 1 팽창기(160), 제 2 팽창기(170), 구동 부재(180), 팽창 밸브(190), 증발기(200), 제 1 및 제 2의 4-웨이 밸브(210), 제 1 압축기(220), 제 2 압축기(230), 추가 파워 공급원(240), 콘덴서(250) 및 2-웨이 밸브(270)를 포함한다. 제 1 압축기(220)와 제 2 압축기(230) 모두는 압축기 유닛(235)을 형성한다. 제 1 펌프(120)는 일 비-제한적인 실시예에서 물과 에틸렌 글리콜 혼합물로 구성되는 작동 열 전달 유체를 폐쇄 루프로 연결되는 각각의 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 열 공급원 도관과 폐열 공급원(110)을 통해 이동시키도록 배열되고, 이 연결은 점선으로 도시되며 이는 도 6의 추가 파워 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 열 교환기(130, 140)의 열 공급원 도관은 순차적으로 연결되지만 순차적인 연결은 직접적일 필요가 없으며, 추가 바이패스 파이프와 밸브가 범위를 초과하지 않고 제공될 수 있다.
제어 요소(100)의 각각의 아웃풋은 각각의 제 1, 제 2 및 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제어 인풋, 각각의 제 1 및 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제어 인풋, 추가 파워 공급원(240)의 제어 인풋, 제 1 펌프(120)의 제어 인풋, 제 2 펌프(125)의 제어 인풋 및 2-웨이 밸브(270)의 제어 인풋에 연결된다. 추가로, 제어 요소(100)는 종래 기술의 당업자에게 공지된 바와 같이 다양한 온도 및 압력 센서(도시되지 않음)로부터의 인풋을 수신하도록 배열된다. 제 2 펌프(125)의 아웃풋은 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관의 제 1 단부에 연결되고, 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 제 1 열 교환기(130)의 열 수용 도관의 제 2 단부는 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결되고, 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 1 단부에 연결되고, 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 제 2 열 교환기(140)의 열 수용 도관의 제 2 단부는 제 1 팽창기(160)의 인풋에 연결되고, 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 제 2 팽창기(170)의 인풋에 연결되고, 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 제 2 팽창기(170)의 아웃풋은 증발기(200)의 인풋에 연결되고 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다.
제 1 팽창기(160)의 아웃풋은 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결되고 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 1 탭에 연결되며, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 증발기(200)의 인풋에 연결된다. 제 1 팽창기(160)와 제 2 팽창기(170)는 제 1 압축기(220)와 구동 부재(180)를 분할한다. 증발기(200)의 아웃풋은 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 1 탭에 연결되고 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭은 제 1 압축기(220)의 인풋에 연결되며 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭은 제 2 압축기(230)의 인풋에 연결된다. 추가 파워 공급원(240)의 아웃풋은 제 2 압축기(230)의 파워 인풋에 연결된다. 제 2 압축기(230)의 아웃풋은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 2 탭에 연결되며, 제 1 압축기(220)의 아웃풋은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 3 탭에 연결되며 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 콘덴서(250)의 인풋은 제 2의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭에 연결되며 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 콘덴서(250)의 아웃풋은 팽창 밸브(260)의 아웃풋에 추가로 연결된다. 콘덴서(250)의 아웃풋은 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 1 탭에 연결되고, 제 2 펌프(125)의 인풋은 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭에 연결되며 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이며, 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭은 팽창 밸브(190)의 인풋에 연결되고 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 제 3의 3-웨이 밸브(150)의 제 2 탭은 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭에 추가로 연결된다. 팽창 밸브(190)의 아웃풋은 증발기(200)의 인풋에 연결되며 이 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 7의 추가 파워 구동식 가열 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 팽창 밸브(260)의 제 2 단부는 2-웨이 밸브(270)의 제 1 탭에 연결되고, 2-웨이 밸브(270)의 제 2 탭은 증발기(200)의 아웃풋에 연결된다.
추가 파워 공급원(240)은 제한 없이 전기 주 기반 파워, 또는 배터리 작동식 파워를 나타낼 수 있다. 도 7의 추가 파워 구동식 냉각 사이클의 작동은 공통 공조 열 모드 사이클과 모든 관점에서 유사하며, 콘덴서(250)는 증발기와 같이 작동하고, 이는 간략함을 위해 추가로 기술되지 않는다.
도 8A는, 단지 단일의 팽창기만을 이용하는, 도 2A의 장치의 예시적인 실시예의 하이 레벨 블록도를 도시한다. 제 1의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 과냉각 열 교환기(280)의 인풋 사이, 과냉각 열 교환기(280)의 아웃풋과 제 2 팽창기(170)의 인풋 사이, 제 2 팽창기(170)의 아웃풋과 증발기(200)의 인풋 사이, 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 제 3 탭과 증기(200)의 인풋 사이 및 제 1의 4-웨이 밸브(210)의 제 4 탭과 제 2 펌프(125)의 인풋 사이의 각각의 연결은 점선으로 도시되는데 이는 도 8A의 폐열 구동식 냉각 사이클에서 사용되지 않기 때문이다. 제 2 팽창기(170)와 과냉각기(subcooler, 280)는 점선으로 추가로 도시되는데, 이는 도 8A의 실시예에서 사용되지 않기 때문이다. 간략함을 위해, 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)와 연계된 밸브는 도 1A에 대해 전술된 바와 같이 도시되지만 이는 임의의 방식으로 제한을 하기 위함은 아니다. 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 팽창기(160, 170)는 범위를 초과하지 않고 각각의 압축기와 각각 연계된 각각의 구동 부재를 각각 구동시킨다.
도 8B는 도 8A의 폐열 구동식 냉각 사이클에 대한 압력 엔탈피 그래프를 도시하며, 여기서 x-축은 엔탈피를 나타내고, y-축은 압력을 나타낸다. 영역(900)은 냉매용 습증기 영역을 나타낸다.
작동 중, 도 8A 및 도 8B 모두를 참조하면, 폐열 공급원(110)으로부터 가열된 유체는 제 1 펌프(120)에 의열 교환기(140)의 열 공급원 도관을 통해 가압된다. 일 비-제한적인 실시예에서 R-134a인, 가압된 액체 냉매는 3 내지 4 MPa로 가압되고, 제 2 펌프(125)에 의해 제 1의 3-웨이 밸브(150) 내로 가압된다. 제어 요소(100)는 공정(1040)에 도시된 바와 같이 과열된 증기 상태로 가열되는 열 교환기(140)의 열 수용 도관 내로 가압된 액체 냉매를 보내기 위해 제 1의 3-웨이 밸브(150)를 제어한다. 일 실시예에서, 냉매는 열 교환기(140)의 열 수용 도관 내에서 85 - 115 °C의 온도로 가열된다.
열 교환기(140)의 열 수용 도관에서 빠져나가는 과열된 증기 상태의 냉매는 제한 없이 가스 터빈 또는 스크롤 또는 나사 팽창기와 같이 사용될 수 있는, 제 1 팽창기(160)에 공급되고, 냉매를 팽창시키도록 작동되어 공정(1050)에서 도시된 바와 같이 냉매의 온도와 압력이 감소되고, 동시에 전술된 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)의 아웃풋과 일치된 압력으로 냉매의 압력이 감소되고 냉매는 다소 과열된 상태로 보유된다. 제 1 팽창기(160)는 특히, 회전력을 구동 부재(180)에 제공하기 위한 기계적 일을 생성하도록 추가로 작동된다. 제 1 팽창기(160)의 작동은 제어 요소(100)에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 제어 요소(100)는 각각의 제 1 팽창기(160)의 회전 속도를 나타내는 인풋을 수신한다. 일 실시예에서, 통합된 제어 밸브는 제 1 팽창기(160)의 인풋에 제공되고, 통합된 제어 밸브는 제 2 팽창기(170) 내로 유입되는 냉매의 흐름을 조절하기 위하여 제어 요소(100)에 응답하도록 작동된다. 또 다른 실시예에서, 제어 요소(100)는 다소 과열된 상태로 냉매를 보유하고 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)의 아웃풋과 일치되는 압력으로 냉매의 압력을 감소시키기 위하여 하나 이상의 제 1 및 제 2의 3-웨이 밸브(150)의 세팅을 조절함으로써 제 1 팽창기(160)를 제어한다.
제 1 팽창기(160)에서 빠져나가는 냉매는 콘덴서(250)에 보내지며, 공정(1070)에 도시된 바와 같이 액체 상태로 응축된다. 콘덴서(250)를 빠져나가는 액체 냉매의 일부는 제 2 펌프(125) 내로 전달되며, 공정(1080)에 예시된 바와 같이 증가된 압력으로 펌핑된다. 콘덴서(250)를 빠져나가는 액체 냉매의 밸런스는 공정(1100)에 예시된 바와 같이 팽창되는, 팽창 밸브(190) 내로 보내진다. 일 실시예에서, 팽창 밸브(190)는 액체 냉매의 일부분을 증기 상태로 변환시키도록 작동된다. 팽창 밸브(190)의 아웃풋은 주위 공간에 대해 냉각 기능을 제공하는 공정(1020)에 예시된 바와 같이 완전히 증발되는, 증발기(200)에 공급된다.
증발기(200)의 아웃풋은 제 1의 4-웨이 밸브(210)에 의해 분할되고, 증발기(200)의 아웃풋의 제 1 부분은 제 1 압축기(220)의 인풋에 공급되며, 증발기(200)의 아웃풋의 제 2 부분은 제 2 압축기(230)의 인풋에 공급된다. 제 2 압축기(230)에 공급된 제 2 부분에 대한 제 1 압축기(220)에 공급된 제 1 부분의 비율은 구동 부재(180)로부터 입수가능한 파워에 응답하는 제어 요소(100)에 의해 결정된다. 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)는 공정(1030, 1030A)에 예시된 바와 같이 증발기(200)로부터 수용된 팽창된 증기 냉매를 다소 과열된 증기 상태로 압축하도록 작동된다. 일 비-제한적인 실시예에서, 다소 과열된 증기 상태의 온도는 40 내지 55 °C이다.
제 2의 4-웨이 밸브(210)는, 전술된 바와 같이 일치되는 압력에 있으며 공정(1060)에 예시된 바와 같이 고유 온도와 압력을 나타내는 조합된 증기로 흐름들을 혼합시키며 콘덴서(250)의 인풋에 대해 증기 형태의 조합된 냉매를 공급하는, 제 2의 3-웨이 밸브(150)에 의해 제 1 팽창기(160)의 아웃풋과 제 1 및 제 2 압축기(220, 230)의 아웃풋을 수용하도록 작동된다. 바람직하게는, 주변 공기 또는 그 외의 다른 냉각 공급원과 협력하는 콘덴서(250)는 공정(1070)에 도시된 바와 같이 수용된 조합된 냉매를 액체 상태로 응축하도록 작동된다. 콘덴서(250)에서 빠져나가는 액체 상태의 냉매의 일부는 제 3의 3-웨이 밸브(150)를 통해 제 2 펌프(125)에 전달되고, 공정(1080)에 예시된 바와 같이 증가된 압력으로 펌핑되어 사이클이 완료된다. 전술된 바와 같이, 일 비-제한적인 실시예에서 제 2 펌프(125)는 3 내지 4 MPa의 압력으로 액체 냉매의 압력을 증가시키도록 작동된다. 콘덴서(250)를 빠져나가는 액체 상태의 냉매의 밸런스는 전술된 바와 같이 팽창 밸브(190)에 보내진다.
따라서, 팽창 밸브(190)는 추가 기계적 일을 제공하지 않고 도 2A의 조합 상 폐열 구동식 냉각 사이클과 도 1A의 조합 상 듀얼 폐열 구동식 냉각 사이클에서 전술된 제 2 팽창기(170)의 팽창 기능을 수행한다. 따라서, 효율은 감소되지만 제 2 팽창기(170)의 비용은 절감된다.
따라서, 본 실시예에 따라 향상된 COP, 바람직하게는 기상 팽창기를 사용함으로써, 추가로 바람직하게는 추가 액상 팽창기와의 협력에 의해 폐열로부터 공조 기능을 제공할 수 있다. 유연성을 나타내는 장치에 따라 작동 중에 충분한 폐열이 없을 경우 추가 파워 공급원과 협력할 수 있다.
개별 실시예의 기술 내용에 명확함을 위해 기술된 본 발명의 특정의 특징들은 또한 단일의 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다. 역으로, 간략함을 위해 단일의 실시예의 기술 내용에 기술된 발명의 다양한 특징은 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위-조합에 따라 제공될 수 있다.
달리 정의되지 않는다면, 본 명세서에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속한 당업자가 통상적으로 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기술된 것과 유사하거나 또는 동일한 방법은 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있으며, 적합한 방법이 본 명세서에 기술된다.
모든 공보, 특허 출원, 특허, 및 본 명세서에 기술된 그 외의 다른 문헌은 그 전체가 참고로 인용된다. 모순되는 경우, 정의를 포함한 특허 명세서가 우선시된다. 추가로, 재료, 방법 및 예들은 단지 예시적인 것이며 제한을 하기 위한 의도는 아니다.
용어 "포함하다", "구성된다" 및 "갖는다"와 본원에서 사용된 이의 동일 어원은 "포함하지만 필수적으로 이에 한정되지 않는다"를 의미한다. 용어 "연결된"는 직접 연결에 한정되지 않고, 중간 장치에 의한 연결이 구체적으로 포함된다.
본 발명이 구체적으로 예시되고 전술된 것에 한정되지 않음은 종래 기술의 당업자에게 자명할 것이다. 게다가, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 정의되며, 전술된 다양한 특징의 조합 및 하위-조합뿐만 아니라 전술된 기술 내용을 읽을 때 종래 기술의 당업자에게 자명할 수 있는 수정 및 변경을 포함한다.

Claims (25)

  1. 공조 기능을 제공하기 위한 장치로서,
    -제어 요소,
    -제 1 열 교환기,
    -제 1 열 교환기의 아웃풋에 결합되고, 과열된 증기 상태의 냉매에 대해 응답하는 기계적 일을 생성하도록 배열된 제 1 팽창기,
    -상기 제 1 팽창기의 생성된 기계적 일에 대해 적어도 부분적으로 응답하여 구동되는 압축기 유닛,
    -콘덴서,
    -증발기를 포함하고, 폐열 냉각 모드에서 상기 제어 요소는 상기 제 1 팽창기의 아웃풋을 상기 콘덴서에 공급하고, 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 1 부분을 상기 제 1 열 교환기에 공급하며, 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 2 팽창된 부분을 상기 증발기에 공급하고, 상기 증발기의 아웃풋을 상기 압축기 유닛에 공급하며, 상기 압축기 유닛의 압축된 아웃풋을 상기 콘덴서의 인풋에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축기 유닛은 추가 파워 구동식 압축기와 상기 제 1 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하는 압축기를 포함하고, 추가 파워 공급원 지지식 폐열 냉각 모드에서 상기 제어 요소는 상기 증발기의 아웃풋의 제 1 부분을 상기 제 1 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하는 상기 압축기에 공급하고 상기 증발기의 아웃풋의 제 2 부분을 상기 추가 파워 구동식 압축기에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 관통하여 흐르는 냉매를 가열하도록 배열된 제 2 열 교환기, 액체 상태의 냉매에 응답하는 기계적 일을 생성하도록 배열된 제 2 팽창기를 추가로 포함하고, 압축기 유닛은 상기 제 2 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하여 적어도 부분적으로 추가로 구동되고, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 제어 요소는 상기 콘덴서의 아웃풋을 상기 제 2 열 교환기에 공급하며, 상기 제 2 열 교환기의 아웃풋으로부터의 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 1 부분을 상기 제 1 열 교환기에 공급하며, 액체 상태의 제 2 열 교환기의 아웃풋으로부터의 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 2 부분을 상기 제 2 팽창기에 공급하며, 제 2 팽창기의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하여 상기 팽창된 부분을 상기 증발기에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 상기 제 1 팽창기의 아웃풋의 압력은 상기 압축기 유닛의 아웃풋의 압력과 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제 1 열 교환기와 상기 제 2 열 교환기는 단일 폐열 공급원으로부터 열을 전달하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 폐열 공급원은 태양광 수집기인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제어 요소에 응답하는 펌프를 추가로 포함하고, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 상기 제어 요소는 상기 펌프에 의해 상기 제 2 열 교환기 내로 냉매를 이동시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 제어 요소에 응답하는 펌프를 추가로 포함하고, 폐열 구동식 가열 모드에서 상기 제어 요소는 상기 펌프에 의해 냉매를 상기 제 2 열 교환기 내로 이동시키고, 상기 제 2 열 교환기에서 빠져나오는 냉매를 상기 제 1 열 교환기에 공급하며 상기 증발기의 아웃풋을 상기 펌프의 인풋에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    관통하여 흐르는 냉매를 냉각하도록 배열된 제 2 열 교환기, 액체 상태의 냉매에 응답하는 기계적 일을 생성하도록 배열된 제 2 팽창기를 추가로 포함하고, 압축기 유닛은 상기 제 2 팽창기의 생성된 기계적 일에 응답하여 적어도 부분적으로 추가로 구동되고, 상기 제 2 팽창기는 상기 제 2 열 교환기의 아웃풋에 결합되고, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 제어 요소는 상기 콘덴서의 아웃풋의 제 2 부분을 상기 제 2 열 교환기에 공급하며, 상기 제 2 팽창기의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하여 제 2 팽창된 부분을 상기 증발기에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드에서 상기 제 1 팽창기의 아웃풋의 압력은 상기 압축기 유닛의 아웃풋의 압력과 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제 1 열 교환기는 태양광 수집기의 아웃풋의 압력과 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제어 요소에 응답하는 펌프를 추가로 포함하고, 폐열 구동식 가열 모드에서 상기 제어 요소는 상기 펌프에 의해 상기 증발기의 아웃풋을 상기 제 1 열 교환기에 공급하고 상기 제 1 팽창기의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 팽창 밸브를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 냉각 모드에서 상기 제어 요소는 상기 증발기의 아웃풋을 상기 압축기 유닛의 인풋에 공급하며, 상기 압축기 유닛의 아웃풋을 상기 콘덴서의 인풋에 공급하며, 상기 콘덴서의 아웃풋을 상기 팽창 밸브에 의해 상기 증발기에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 팽창 밸브를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 가열 모드에서 상기 제어 요소는 상기 콘덴서의 아웃풋을 상기 압축기 유닛의 인풋에 공급하며, 상기 압축기 유닛의 아웃풋을 상기 증발기의 인풋에 공급하며, 상기 증발기의 아웃풋을 상기 팽창 밸브에 의해 상기 콘덴서의 인풋에 공급하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 폐열 냉각 모드를 포함하는 공조 기능을 제공하기 위한 방법으로서, 폐열 냉각 모드는
    -냉매를 제공하는 단계,
    -상기 제공된 냉매의 제 1 부분을 증기 상태로 가열하는 단계,
    -제 1 기계적 일을 생성하기 위해 상기 제공된 냉매의 상기 증기 상태의 가열된 제 1 부분을 팽창시키는 단계,
    -냉각 기능을 제공하기 위하여 상기 제공된 냉매의 제 2 부분을 증발시키는 단계,
    -상기 생성된 제 1 기계적 일에 응답하여 적어도 부분적으로 상기 제공된 냉매의 상기 증발된 제 2 부분을 압축시키는 단계,
    -상기 압축된 제 2 부분과 상기 팽창된 제 1 부분을 액체 상태로 응축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 압축 단계는 추가 파워 공급원에 추가로 응답하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제공된 냉매의 상기 증기 상태의 가열된 제 1 부분을 팽창시키는 상기 단계는 상기 압축되고 증발된 제 2 부분의 압력과 동일한 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 응축된 액체 상태의 냉매를 가압하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐열 냉각 모드는 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드로 구성되고, 조합 상 듀얼 열 냉각 모드는 상기 제공된 냉매를 액체 상태로 유지시키면서 상기 제공된 냉매의 상기 제 2 부분을 가열시키는 단계와 제 2 기계적 일을 생성하기 위해 상기 가열된 제 2 부분을 액체 상태에서 팽창시키는 단계를 포함하고, 상기 압축시키는 단계는 상기 생성된 제 2 기계적 일에 추가로 응답하고, 상기 증발 단계는 상기 팽창되고 가열된 제 2 부분으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제 1 부분의 상기 가열 단계와 상기 제 2 부분의 상기 가열 단계는 단일의 폐열 공급원에 응답하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 폐열 공급원은 태양광 수집기인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐열 냉각 모드는 조합 상 듀얼 폐열 냉각 모드로 구성되고, 조합 상 듀얼 열 냉각 모드는 상기 제공된 냉매의 상기 제 2 부분을 냉각시키는 단계와 제 2 기계적 일을 생성하기 위해 상기 냉각된 제 2 부분을 팽창시키는 단계를 포함하고, 상기 압축시키는 단계는 상기 생성된 제 2 기계적 일에 추가로 응답하고, 상기 증발 단계는 상기 팽창되고 냉각된 제 2 부분으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 폐열 구동식 가열 모드를 추가로 포함하고, 폐열 구동식 가열 모드는 상기 제공된 냉매를 증기 상태로 가열하는 단계, 상기 증기 상태의 냉매를 팽창시키는 단계 및 상기 팽창된 증기 상태의 냉매를 응축시켜 가열 기능을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 파워 구동식 냉각 모드를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 냉각 모드는 추가 파워 공급원에 응답하도록 제공된 냉매를 증기 상태로 압축하는 단계, 상기 압축된 증기 상태의 냉매를 액체 상태로 응축시키는 단계, 상기 액체 상태의 냉매를 팽창시키는 단계 및 상기 팽창된 냉매를 증기 상태로 증발시켜 냉각 기능을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 파워 구동식 가열 모드를 추가로 포함하고, 추가 파워 구동식 가열 모드는 추가 파워 공급원에 응답하도록 제공된 냉매를 증기 상태로 압축하는 단계, 상기 압축된 증기 상태의 냉매를 액체 상태로 응축시켜 가열 기능을 제공하는 단계, 상기 액체 상태의 냉매를 팽창시키는 단계 및 상기 팽창된 액체 상태의 냉매를 증기 상태로 증발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014100330A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Martin J Scott Refrigeration system with absorption cooling

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9927157B2 (en) * 2010-06-02 2018-03-27 Dwayne M. Benson Integrated power, cooling, and heating device and method thereof
US20120023941A1 (en) * 2010-07-29 2012-02-02 Nemours Peter Holec Turbo boosted thermal flex blanket solar electric generator
US8448458B2 (en) * 2010-11-15 2013-05-28 James Peter Hammond Solar collector and solar air conditioning system having the same
DE102011006626A1 (de) * 2011-04-01 2012-10-04 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Energieverbrauchsreduzierung eines Kompressors in einem Kältekreislauf durch Abwärme- oder Solarwärmenutzung
CN103925661A (zh) * 2013-01-15 2014-07-16 张安然 多功能空调
EP2969613B1 (en) 2013-03-13 2018-08-08 Bergstrom, Inc. Air conditioning system utilizing heat recovery ventilation for fresh air supply and climate control
JP5782065B2 (ja) * 2013-05-02 2015-09-24 株式会社前川製作所 冷凍システム
US9145795B2 (en) * 2013-05-30 2015-09-29 General Electric Company System and method of waste heat recovery
US9587520B2 (en) 2013-05-30 2017-03-07 General Electric Company System and method of waste heat recovery
US9593597B2 (en) 2013-05-30 2017-03-14 General Electric Company System and method of waste heat recovery
WO2014208938A1 (ko) * 2013-06-24 2014-12-31 주식회사 엘지화학 열 회수 장치
CN103940134B (zh) * 2014-04-03 2016-06-01 天津大学 蒸汽压缩制冷循环膨胀功回收系统
US10302335B2 (en) * 2014-06-10 2019-05-28 Lg Chem, Ltd. Heat recovery apparatus
FR3033394B1 (fr) * 2015-03-04 2017-02-17 Valeo Systemes Thermiques Circuit de gestion thermique
US9783024B2 (en) 2015-03-09 2017-10-10 Bergstrom Inc. System and method for remotely managing climate control systems of a fleet of vehicles
US9528731B2 (en) * 2015-04-23 2016-12-27 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Solar powered cooling system
US9874384B2 (en) 2016-01-13 2018-01-23 Bergstrom, Inc. Refrigeration system with superheating, sub-cooling and refrigerant charge level control
US10589598B2 (en) * 2016-03-09 2020-03-17 Bergstrom, Inc. Integrated condenser and compressor system
US10562372B2 (en) 2016-09-02 2020-02-18 Bergstrom, Inc. Systems and methods for starting-up a vehicular air-conditioning system
US10675948B2 (en) 2016-09-29 2020-06-09 Bergstrom, Inc. Systems and methods for controlling a vehicle HVAC system
US10724772B2 (en) 2016-09-30 2020-07-28 Bergstrom, Inc. Refrigerant liquid-gas separator having an integrated check valve
PH12017000200A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-28 Cruz Moises A Dela Combining heat and mechanical work to reduce energy cost for air conditioning system
US11448441B2 (en) 2017-07-27 2022-09-20 Bergstrom, Inc. Refrigerant system for cooling electronics
US11718148B2 (en) * 2018-01-23 2023-08-08 Ford Global Technologies Llc Electrified vehicle refrigerant system
US11420496B2 (en) 2018-04-02 2022-08-23 Bergstrom, Inc. Integrated vehicular system for conditioning air and heating water
WO2020025135A1 (de) * 2018-08-01 2020-02-06 Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh Kältemittelkreislauf
US10935290B2 (en) * 2019-02-27 2021-03-02 Rheem Manufacturing Company Pressure spike prevention in heat pump systems
WO2023049231A1 (en) * 2021-09-23 2023-03-30 Colorado State University Research Foundation Modular high-performance turbo-compression cooling

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6581384B1 (en) * 2001-12-10 2003-06-24 Dwayne M. Benson Cooling and heating apparatus and process utilizing waste heat and method of control
JP2007132622A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Daikin Ind Ltd ヒートポンプ給湯装置

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2418911A (en) 1944-04-28 1947-04-15 Elliott Co Gas turbine cycle
US3068659A (en) * 1960-08-25 1962-12-18 Conch Int Methane Ltd Heating cold fluids with production of energy
US3153422A (en) 1962-11-02 1964-10-20 Holley Carburetor Co Float controlled fuel bowl
JPS4923482B1 (ko) 1970-12-27 1974-06-17
US3952519A (en) 1973-07-02 1976-04-27 Kay Laboratories, Inc. Heat transfer system employing supercooled fluids
US3934424A (en) 1973-12-07 1976-01-27 Enserch Corporation Refrigerant expander compressor
US4191164A (en) 1976-10-20 1980-03-04 Kelly Donald A Dual conversion steam and electric solar power system
GB2045361A (en) 1978-10-20 1980-10-29 Greene C K Extracting energy from expansible fluids
US4276747A (en) 1978-11-30 1981-07-07 Fiat Societa Per Azioni Heat recovery system
US4336693A (en) 1980-05-01 1982-06-29 Research-Cottrell Technologies Inc. Refrigeration process using two-phase turbine
US4372124A (en) 1981-03-06 1983-02-08 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of power from the vaporization of natural gas
IL64582A (en) 1981-12-18 1989-03-31 Solmecs Corp Nv Method for converting thermal energy
JPS58110320A (ja) 1981-12-22 1983-06-30 Nissan Motor Co Ltd 車両改空気調和装置
GB8401908D0 (en) 1984-01-25 1984-02-29 Solmecs Corp Nv Utilisation of thermal energy
US5347823A (en) 1990-04-06 1994-09-20 Alsenz Richard H Refrigeration system utilizing an enthalpy expansion jet compressor
US5216899A (en) 1990-11-29 1993-06-08 Gracio Fabris Rotating single cycle two-phase thermally activated heat pump
GB2282852A (en) 1993-10-12 1995-04-19 Univ City Single screw expander for the recovery of power from flashing fluids.
US5467613A (en) 1994-04-05 1995-11-21 Carrier Corporation Two phase flow turbine
JP2611185B2 (ja) * 1994-09-20 1997-05-21 佐賀大学長 エネルギー変換装置
DK171830B1 (da) 1995-01-20 1997-06-23 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi
GB2309748B (en) 1996-01-31 1999-08-04 Univ City Deriving mechanical power by expanding a liquid to its vapour
US5822990A (en) 1996-02-09 1998-10-20 Exergy, Inc. Converting heat into useful energy using separate closed loops
JP2000046420A (ja) 1998-07-31 2000-02-18 Zexel Corp 冷凍サイクル
US6321564B1 (en) * 1999-03-15 2001-11-27 Denso Corporation Refrigerant cycle system with expansion energy recovery
US6185956B1 (en) 1999-07-09 2001-02-13 Carrier Corporation Single rotor expressor as two-phase flow throttle valve replacement
US6381973B1 (en) 1999-10-04 2002-05-07 Delphi Technologies, Inc. Vehicle air cycle air conditioning system
US6289692B1 (en) 1999-12-22 2001-09-18 Phillips Petroleum Company Efficiency improvement of open-cycle cascaded refrigeration process for LNG production
US6269644B1 (en) 2000-06-06 2001-08-07 Donald C. Erickson Absorption power cycle with two pumped absorbers
US20020148225A1 (en) 2001-04-11 2002-10-17 Larry Lewis Energy conversion system
GR1003860B (el) 2001-04-12 2002-04-08 Τριπλο υβριδικο ηλιακο συστημα συγκεντρωτικου τυπου για την ταυτοχρονη παραγωγη ηλεκτρικης, θερμικης και ψυκτικης ενεργειας
JP4570292B2 (ja) 2001-08-20 2010-10-27 社団法人エルピーガス協会 空気調和装置
US6962056B2 (en) 2002-11-13 2005-11-08 Carrier Corporation Combined rankine and vapor compression cycles
JP4489756B2 (ja) 2003-01-22 2010-06-23 ヴァスト・パワー・システムズ・インコーポレーテッド エネルギー変換システム、エネルギー伝達システム、および熱伝達を制御する方法
KR100528392B1 (ko) 2003-01-27 2005-11-15 가부시키가이샤 덴소 냉동 사이클 및 랭킨 사이클을 갖는 증기-압축 냉동사이클 시스템
JP3998249B2 (ja) 2003-04-28 2007-10-24 株式会社日立製作所 冷凍サイクル
SE525918C2 (sv) 2003-09-10 2005-05-24 Eta Entrans Ab System för värmeförädling
US7127914B2 (en) 2003-09-17 2006-10-31 Air Products And Chemicals, Inc. Hybrid gas liquefaction cycle with multiple expanders
WO2005041396A2 (en) 2003-10-22 2005-05-06 Scherzer Paul L Method and system for generating electricity utilizing naturally occurring gas
US7168235B2 (en) 2004-04-05 2007-01-30 Mechanology, Inc. Highly supercharged regenerative gas turbine
WO2007008225A2 (en) * 2004-08-14 2007-01-18 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Heat-activated heat-pump systems including integrated expander/compressor and regenerator
JP2006138288A (ja) 2004-11-15 2006-06-01 Sanden Corp 熱機関
JP4581795B2 (ja) 2005-03-31 2010-11-17 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
JP4733424B2 (ja) 2005-05-13 2011-07-27 ヤンマー株式会社 排熱回収装置
JP2007010220A (ja) 2005-06-30 2007-01-18 Sanyo Electric Co Ltd 冷凍装置及びその冷凍装置を備えた冷蔵庫
US7343913B2 (en) 2005-08-15 2008-03-18 William P. Niedermeyer Parabolic trough solar collector for fluid heating and photovoltaic cells
JP2007093046A (ja) 2005-09-27 2007-04-12 Sanden Corp 冷凍回路及び該冷凍回路を用いた車両用空調装置
EP1934435B1 (en) 2005-10-04 2015-06-10 AC-Sun ApS Cooling apparatus for air conditioning and heat pumps
US7437875B2 (en) 2005-10-14 2008-10-21 Patrick Zuili Thermally driven cooling systems
US20070199300A1 (en) 2006-02-21 2007-08-30 Scott Macadam Hybrid oxy-fuel combustion power process
WO2008060196A1 (en) 2006-11-16 2008-05-22 Gf Konsult Ab A cooling system and method including coolant accumulator and solar cells for electricity production
CN101000178B (zh) 2007-01-11 2012-02-08 清华大学 一种制冷系统
JP5008441B2 (ja) 2007-04-09 2012-08-22 サンデン株式会社 内燃機関の廃熱利用装置
AU2007353615B9 (en) * 2007-05-22 2012-04-19 Angelantoni Industrie Spa Refrigerating device and method for circulating a refrigerating fluid associated with it

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6581384B1 (en) * 2001-12-10 2003-06-24 Dwayne M. Benson Cooling and heating apparatus and process utilizing waste heat and method of control
JP2007132622A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Daikin Ind Ltd ヒートポンプ給湯装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014100330A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Martin J Scott Refrigeration system with absorption cooling
US9709302B2 (en) 2012-12-21 2017-07-18 Hill Phoenix, Inc. Refrigeration system with absorption cooling

Also Published As

Publication number Publication date
MX2011010342A (es) 2012-01-25
CN102365499B (zh) 2014-11-05
WO2010113158A1 (en) 2010-10-07
AU2010231526A1 (en) 2011-10-13
BRPI1006298A2 (pt) 2019-04-02
JP5628892B2 (ja) 2014-11-19
CN102365499A (zh) 2012-02-29
US20120023982A1 (en) 2012-02-02
KR101667075B1 (ko) 2016-10-17
EP2414739A1 (en) 2012-02-08
JP2012522959A (ja) 2012-09-27
US8726677B2 (en) 2014-05-20

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