KR20190024969A - 증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동을 위한 상변환 물질 기반의 증진법 - Google Patents

증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동을 위한 상변환 물질 기반의 증진법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190024969A
KR20190024969A KR1020197002086A KR20197002086A KR20190024969A KR 20190024969 A KR20190024969 A KR 20190024969A KR 1020197002086 A KR1020197002086 A KR 1020197002086A KR 20197002086 A KR20197002086 A KR 20197002086A KR 20190024969 A KR20190024969 A KR 20190024969A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
energy storage
storage unit
heat transfer
thermal energy
Prior art date
Application number
KR1020197002086A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102471584B1 (ko
Inventor
앤드류 존 비쎌
마우리지오 자그리로
Original Assignee
썬앰프 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 썬앰프 리미티드 filed Critical 썬앰프 리미티드
Publication of KR20190024969A publication Critical patent/KR20190024969A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102471584B1 publication Critical patent/KR102471584B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/04—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F25B41/04—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F25B47/022—Defrosting cycles hot gas defrosting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F25B47/022—Defrosting cycles hot gas defrosting
    • F25B47/025—Defrosting cycles hot gas defrosting by reversing the cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/028—Control arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F24D2200/123—Compression type heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/10—Heat storage materials, e.g. phase change materials or static water enclosed in a space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/24—Storage receiver heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y02E60/145—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Defrosting Systems (AREA)

Abstract

하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하며, 하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하는 시스템(열전달 시스템)에 사용하는데 적합한 열에너지 저장시스템을 제공한다. 또한, 열펌프나, 증기압축냉동시스템, 해동 사이클 이전에 응축기에 전달된 에너지에 영향을 주지 않고 증발기를 해동하는 방법, 및 열펌프 또는 증기압축냉동 시스템에서 증발기를 해동하는 시스템 아키텍처에 사용하는 열에너지 저장시스템도 제공한다.

Description

증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동을 위한 상변환 물질 기반의 증진법
본 발명은 열펌프 및 증기압축냉동시스템에서 증발기를 해동하는 것을 목적으로 하는 해동 방법 및 아키텍처에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하며, 하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하는 시스템(열전달 시스템)에 사용하는데 적합한 열에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 해동사이클 이전에 응축기에 전달된 에너지에 영향을 미치지 않으면서 증발기를 해동하도록, 열펌프 및 증기압축냉동 시스템에 사용하는 열저장 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 열펌프 또는 증기압축냉동 시스템, 해동사이클 이전에 응축기에 전달된 에너지에 영향을 미치지 않으면서 증발기를 해동하는 방법, 및 증기압축냉동 시스템 또는 열펌프에서 증발기를 해동시키기 위한 시스템 아키텍처에서 사용하기 위한 열에너지 저장시스템에 관한 것이다.
열펌프와 증기압축냉동 시스템은, 외부의 파워, 예를 들어 전력을 이용하여 열이 자발적으로 흐르는 방향의 반대쪽으로 열을 이동시켜서, 하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달시킨다.
이러한 것은 열원으로부터 열에너지를 업그레이드시킴으로써 열싱크의 온도를 증가시키는데 적용되거나, 열원으로부터 열에너지를 다운그레이드시킴으로써 열싱크의 온도를 감소시키는데 적용된다.
증기압축 사이클은 널리 알려져 있으며 여러가지 애플리케이션에 대하여 일반적으로 사용되고 있는데, 더 차가운 주변으로부터 더 따뜻한 주변으로 열을 이동시키는데 사용되며, 예를 들어 내부의 환경을 가열하고, 자동차 내부를 냉각하고, 냉각공간에서 공기를 냉각시킬 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 작동 유체, 일반적으로 냉매는, 압축기(1)로 압축되어 고온 고압의 증기 상태가 된다; 고온의 압축된 증기는 응축기(2)에서 냉각되어, 열을 방출하고 응축되어 따뜻한 온도의 고압 액체 또는 액체/증기 혼합물이 된다; 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 감압장치(3)에 들어가서 낮은온도의 액체 또는 증기/액체 혼합물이 된다; 마지막 단계로서, 액체 또는 혼합물은 증발기(4)로 들어가서, 압축기로 되돌아가기 전에 가열되어 다시 증발된다.
이 기술이 갖는 널리 알려져 있는 문제점은, 증발기를 둘러싸는 주변 온도가 결빙 상태에 도달하면, 얼음이 코일에 형성되어 냉매와 주변 공기 사이에서의 열전달율을 감소시키게 된다는 것이다. 이렇게 되면, 증발기의 효율에 손실이 생기고, 나아가 아무런 조치를 취하지 않으면 열펌프 또는 증기압축냉동 사이클이 정지되는 결과가 발생한다.
결빙 상태에 도달하여 얼음이 증발기에 형성되기 시작할 때, 해동시키기 위한 여러가지 방법이 기술분야에 널리 알려져 있다. 오늘날, 리버스-사이클 해동의 방법이 널리 사용되고 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 이 방법은 4방향 리버스 밸브(5)의 위치를 스위칭하여 일시적으로 냉매의 유동방향을 반대로 하여, 압축기(1)가 뜨거운 고압의 증기를 응축기 역할을 하고 있는 증발기(4)로 보내고, 증기는 얼음을 녹이면서 냉각하는 것으로 이루어져 있다.
고압의 따뜻한 온도의 액체는, 다시 가열되도록 증발기의 역할을 하고 있는 응축기(2)로 들어가기 전에, 감압장치(3)를 통과하면서 연속적으로 팽창된다. 저압의 고온 증기가 압축기로 들어가서, 증발기에 있는 모든 얼음이 녹을 때까지 사이클이 다시 시작된다. 열펌프 또는 증기압축냉동시스템이 정상 작동되도록 사용되어, 응축기(2)에 연결된 타겟 열싱크를 가열하는 경우, 예를 들어 온수를 공급하기 위한 물탱크 또는 집을 가열하기 위한 라디에이터의 회로를 가열하는 경우, 리버스 사이클 해동의 갖는 명확한 문제점은, 열싱크에 공급되었던 에너지가 증발기의 얼음을 녹이는데 사용되어 고온탱크를 냉각시키게 되고, 아니면 라디에이터의 온도가 낮아져서 내부 환경의 안락함이 줄어들게 되는 것이다.
따라서, 개선된 해동 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
이에, 온수탱크, 라디에이터 등등의 관련된 보조시스템에 영향을 주지 않으면서 냉동문제를 해결하는, 개선된 해동 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
출원인은 개선된 해동 시스템을 포함하면서 종래의 시스템이 갖는 문제점을 극복할 수 있는 새로운 열에너지 저장시스템을 개발하였다.
제1 특징에 따르면, 본 발명은, 하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하는 시스템(열전달 시스템)에서 사용하는 열에너지 저장시스템으로서, 상기 열에너지 저장시스템은 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열저장부를 포함하고, 상기 열저장부는 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하고, 상기 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여 있고, 상기 열에너지 저장유닛은 상호연결수단 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 연결시키는 수단을 포함하는 열에너지 저장시스템을 제공한다.
본 발명은 또한, 제1 특징 또는 다른 특징에 따른 열에너지 저장시스템을 제공하는데, 이러한 시스템은 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 코일을 갖는 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하며, 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여 있고, 하나 이상의 추가 열에너지 저장유닛은 열저장부를 포함하고, 열저장부는 두 개 이상의 코일을 포함하는 열교환기를 포함하고, 각각의 열에너지 저장유닛은 열에너지 저장용 바이패스 수단을 선택적으로 독립적으로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 제1 특징 또는 본 명세서에서 설명하는 열에너지 저장시스템의 다른 특징에 따른 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하는 열전달 시스템을 제공하는데, 이러한 열전달 시스템은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 및 하나 이상의 응축기를 더 포함하고, 이러한 요소들은 서로 연결 및/또는 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 연결되어 있다.
하나 이상의 열에너지 저장유닛은 하나 이상의 코일과 함께 설치된 내부 금속핀을 더 포함할 수 있다.
열에너지 저장시스템은 또한, 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함할 수 있다.
각각의 열에너지 저장유닛은, 하나 이상의 왁스; 파라핀; 하나 이상의 지방산 또는 그 염수화물; 하나 이상의 유기-유기 공융 혼합물, 하나 이상의 유기-무기 공융 혼합물, 하나 이상의 무기-무기 공융 혼합물; 하나 이상의 흡습성 물질; 또는 이들을 조합 중 어느 하나 또는 그 조합을 포함하는 제형으로부터 독립적으로 선택된 상변환 물질을 포함할 수 있다
열에너지 저장시스템은 또한 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 각각의 열에너지 저장유닛은 열에너지 유닛용 바이패스 수단을 선택적으로 독립적으로 포함할 수 있다.
열에너지 저장시스템은 또한, 각각의 열에너지 저장유닛에 대한 상기 바이패스 수단을 포함할 수 있고, 바이패스 수단은 하나 이상의 전환밸브, 하나 이상의 시스템 밸브, 또는 하나 이상의 솔레노이드 밸브에서 독립적으로 선택될 수 있다.
열에너지 저장시스템은 또한, 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함할 수 있고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열저장부를 포함하고, 상기 열저장부는 코일을 갖는 열교환기를 포함하고, 상기 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여 있고, 하나 이상의 추가 열에너지 저장유닛은 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하고, 상기 열교환기는 두 개 이상의 코일을 포함하고, 상기 열에너지 저장유닛은 각각, 열에너지 저장부용 바이패스 수단을 선택적으로 독립적으로 포함할 수 있다.
열에너지 저장시스템은, 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함할 수 있고, 열에너지 저장유닛은 열에너지 저장부용 바이패스 수단을 포함하고, 상기 바이패스 수단은 하나 이상의 전환밸브, 하나 이상의 시스템 밸브, 또는 하나 이상의 솔레노이드 밸브 중에서 독립적으로 선택될 수 있다.
열에너지 저장시스템은, 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함할 수 있고, 상기 열에너지 저장유닛은 상변환 물질로 둘러싸여 있는 코일을 갖는 열교환기를 포함하고, 두 개 이상의 상기 열에너지 저장유닛은 각각 동일하거나 상이한 상변환 물질을 포함하고, 상기 상변환 물질은, 하나 이상의 왁스; 파라핀; 하나 이상의 지방산 또는 그 염수화물; 하나 이상의 유기-유기 공융 혼합물, 하나 이상의 유기-무기 공융 혼합물, 하나 이상의 무기-무기 공융 혼합물; 하나 이상의 흡습성 물질; 또는 이들을 조합을 포함하는 제형으로부터 독립적으로 선택될 수 있다.
열에너지 저장시스템은 또한 하나 이상의 추가 열에너지 저장유닛 내의 코일을 포함할 수 있고, 제1 코일은 냉매 유체에 대해 전용으로 사용하도록 되어 있고, 열전달 시스템에서 사용하도록 응축기와 감압장치에 대해 서로 연결되도록 적절히 구성될 수 있다.
열에너지 저장시스템은 또한 하나 이상의 추가 열에너지 저장유닛 내의 하나 이상의 코일을 포함할 수 있고, 제2 코일은 열전달 유체에 대해 전용으로 사용하도록 되어 있고, 상기 제2 코일은 각각의 열저장유닛 내의 상변환 물질과 열을 교환하도록 구성되어 있을 수 있다.
제2 코일 또는 제2 코일들은 열전달 시스템 내에서 추가적인 해동 또는 열저장 서비스에 연결하는데 적합할 수 있다.
열전달 유체는 물, 물-글리콜 혼합물 및/또는 냉매일 수 있다.
상변환 물질 및 열저장부의 아키텍처, 열에너지 저장유닛의 구조가 실질적으로 도 6에 도시되고 도 6과 관련하여 설명하는 것으로 이루어질 수 있다.
상변환 물질 및 열저장부의 아키텍처, 열에너지 저장유닛의 구조가 실질적으로 도 7에 도시되고 도 7과 관련하여 설명하는 것으로 이루어질 수 있다.
열전달 시스템은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 더 포함하고, 상기 요소들은 상호 연결 및/또는 상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 서로 연결될 수 있다.
하나 이상의 열에너지 저장유닛이 상기 열전달 시스템 내에 위치할 수 있다.
하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열전달 시스템의 외부에 위치하고 적절한 연결수단에 의해 열전달 시스템에 연결될 수 있다.
연결수단은 예를 들어 하나 이상의 파이프와 같은 적절한 냉매연결부일 수 있다.
감압수단은 팽창 밸브일 수 있다.
하나 이상의 열에너지 저장유닛은 하나 이상의 응축기와 하나 이상의 감압장치 사이에서 열전달 시스템 내의 요소들에 연결되고, 상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 대하여 상기 감압수단 및 상기 응축기와 연결시키는 적절한 연결수단이 제공될 수 있다.
시스템은, 증기압축 시스템; 리버스-사이클 해동 증기압축시스템; 증기압축냉동시스템; 리버스-사이클 해동 증기압축냉동시스템; 또는 열펌프 시스템; 중에서 독립적으로 선택될 수 있다
시스템은 리버스-사이클 증기압축냉동 시스템이고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛이 외부에 배치되어 적절한 냉매 연결을 통해서 내부 유닛과 연결되고, 상기 내부 유닛은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 포함하고, 열전달 시스템은 하나 이상의 압축기용 바이패스 수단을 더 포함할 수 있다.
시스템은 리버스-사이클 증기압축냉동 시스템이고, 하나 이상의 열저장 유닛 및 하나 이상의 압축기가 외부에 배치되어 적절한 냉매 연결을 통해서 내부 유닛과 연결되고, 상기 내부 유닛은 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 포함하고, 열전달 시스템은 하나 이상의 압축기용 바이패스 수단을 더 포함할 수 있다.
바이패스 수단은 전환밸브, 솔레노이드 밸브의 시스템, 또는 전환밸브와 솔레노이브 밸브의 시스템을 조합한 것을 포함할 수 있다.
열에너지 저장시스템은 결빙 상태를 감지하고 관리하는 수단을 제공할 수 있다.
감지 수단은 시스템 내의 지점에서 온도, 압력 및 파워를 측정하는 복수의 센서를 구비할 수 있다.
결빙 상태를 관리하는 수단은, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 위치한 4방향 리버스 밸브(5)와 응축기 전환수단(7)의 조합일 수 있고, 상기 리버스 밸브는 하나 이상의 압축기(1)로부터 하나 이상의 응축기(2)로의 유체/증기의 유동을 중지시키도록 되어 있고. 상기 전환수단은 시스템 내의 유체/증기의 유동으로부터 하나 이상의 응축기(2)를 우회시키고, 상기 사이클은 반대로 되어 증기를 하나 이상의 압축기(1)로부터 하나 이상의 증발기(4)에 제공하고, 이어서 하나 이상의 감압장치(3)에 제공하고, 이어서 하나 이상의 열에너지 저장유닛(6)에 제공하고, 리버스-사이클은 필요시 반복된다.
다른 특징에 따르면, 제1 특징과 본 명세서에서 설명하는 열에너지 저장시스템의 다른 특징에 따른 열에너지 저장시스템을 포함하는 열전달 시스템이 추가적으로 제공될 수 있고, 열전달 시스템의 아키텍처는 독립적으로 그리고 실질적으로 도 3 내지 도 8 중 어느 하나와 관련하여 설명하고 도시한 것이다.
또 다른 특징에 따라서, 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치 및 하나 이상의 응축기를 포함하는 열전달 시스템에서 냉동프로세스의 열에너지 저장유닛이 제공되는데, 상기 압축기, 상기 증발기, 상기 감압장치 및 상기 응축기는 서로 연결되어 있고, 및/또는 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 연결되고, 상기 냉동프로세스는:
(i) 열전달 시스템에 적절한 냉매유체 또는 작동유체를 제공하는 단계;
(ii) 하나 이상의 압축기에서 유체를 증발시키도록 적절한 압력과 온도 조건에서 유체를 압축하고 가열하는 단계;
(iii) 압축된 증기를 상승된 온도에서 적절한 수단을 통해 하나 이상의 응축기로 제공하는 단계;
(iv) 증기를 냉각시켜, 압축된 응축 액체 또는 압축된 액체/증기 혼합물을 감소된 온도에서 제공하는 단계;
(v) 액체 또는 액체/증기 혼합물을 하나 이상의 열저장 유닛으로 공급하는 단계;
(vi) 열저장유닛 내의 열에너지 교환수단을 통해 온도를 낮추고; 액체 또는 액체/증기 혼합물을 하나 이상의 감압장치로 공급하는 단계;
(vii) 온도와 압력이 감소된 액체 또는 액체/증기 혼합물을 하나 이상의 증발기로 공급하는 단계; 및
(viii) 증기를 제공하도록 액체 또는 액체/증기 혼합물을 다시 가열하고; 그 생성물을 다시 증발시켜 하나 이상의 압축기로 공급하는 단계;를 포함한다.
이제 본 발명의 실시예들에 대하여 도면을 참고하여 설명할 것인데, 이는 단지 예시적으로만 설명하는 것이다.
도 1은 종래기술에서 볼 수 있는 증기압축냉동 사이클을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 리버스 사이클 해동 사이클에 대한 일반적인 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 문서에서 정의하는 열에너지 저장유닛을 포함하여 본 발명의 열전달시스템에 대하여, 그리고 증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동 사이틀의 "정상 작동 상태" 에서 열전달시스템을 사용하는 것에 대하여, 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 문서에서 정의하는 열에너지 저장유닛을 포함하여 본 발명의 열전달시스템에 대하여, 그리고 증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동 사이클의 "결빙 상태"에서 전달시스템을 사용하는 것에 대하여, 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 문서에서 정의하는 열에너지 저장유닛을 포함하여 본 발명의 열전달시스템에 대하여, 그리고 열을 저장하는 것을 바이패스시키는 수단을 갖는 증기압축냉동 사이클에서 리버스-사이클 해동에 영향을 미치도록 열전달시스템을 사용하는 것에 대하여, 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 6은 바이패스 수단을 갖는 열저장부를 포함하고 본 발명의 열전달 시스템에서 사용하는데 적합한 상변환물질에 대한 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에서 제공된 것에 대하여, 열저장부를 포함하는 다른 상변환물질에 대한 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내는 도면이다. 도 7의 열저장부는 바이패스 수단을 포함하며 본 발명의 열전달 시스템에서 사용하기에 적합하다.
도 8은 본 명세서에서 정의된 열에너지 저장유닛을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전달시스템 및 이 열전달 시스템을 비-리버스(non-reverse) 사이클 증기압축냉동 시스템의 해동 사이클의 "정상 작동 상태"에 사용하는 것에 대한, 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내는 도면이다.
본 발명은 하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하도록 되어 있는 시스템(열전달 시스템)에서 사용하는데 적합한 열에너지 저장시스템에 관한 것이며, 이 시스템은 하나 이상의 에너지 저장유닛을 포함한다.
열에너지 저장시스템을 사용할 수 있는 열전달 시스템은 구체적으로 다음과 같다: 증기압축 시스템; 리버스-사이클 해동 증기압축 시스템; 증기압축냉동 시스템; 리버스-사이클 증기압축냉동 시스템; 리버스-사이클 해동 증기압축냉동 시스템; 및/또는 열펌프 시스템.
본 발명은 열펌프 또는 어떤 증기압축냉동 시스템을 설명하는데, 이들은 이러한 시스템에 항상 존재하는 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치 및 하나 이상의 응축기와 같은 공통적인 부품뿐만 아니라, 해동 사이클을 위한 하나 이상의 열저장 유닛을 포함하고 있다.
본 발명은 또한, 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치 및 하나 이상의 응축기와 같은 부품을 포함하는 열펌프 또는 증기압축냉동 시스템 뿐만 아니라, 해동 사이클에 전용으로 사용되는 하나 이상의 열저장 유닛을 포함하는 증기압축냉동 시스템 또는 열펌프에 사용하는데 적합한 열에너지저장 시스템에 관한 것이다.
의심을 피하기 위해, 본 명세서의 열에너지 저장 시스템에서 확인할 수 있는 구성요소들은: 열저장 유닛; 압축기; 증발기; 감압장치; 및 응축기이며, 이 구성요소들은 적절한 부가적인 요소를 통해서 서로 연결되는데 일반적으로 부가적인 요소들은 냉매가 유동할 수 있도록 열에너지 저장 시스템에 존재하며, 시스템 내의 지점들에서 필요할 수 있는 수치값(온도/압력 등등)을 측정할 수 있도록 열에너지 저장 시스템에 존재하는 부가적인 요소들을 더 포함한다. 명확하게 하기 위해서, 앞에서 언급한 요소들은: 밸브; 센서; 파이프; 액분리기 및/또는 필터와 같은 것이 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 이들은 명시적으로 아래에 설명되지 않지만, (필요할 때) 부가적인 요소들에 대한 요구사항과 위치는 해당 기술분야의 시스템 엔지니어가 일반적으로 알고 있는 범위에 속하는 것으로 간주된다. 시스템 아키텍처를 설명하면 이해할 수 있을 것이며 시스템에 대해 논의될 것이므로, 부가적인 요소들이 열거되지 않지만, 하나 이상의 중요한 요소들을 함께 결합할 필요가 있을 때, 또는 필요한 기능을 발휘해야할 필요가 있을 때, 그러한 요소들이 존재하는 것은 당연한 일이다. 이러한 부가적인 요소들을 선택하고 선정하는 것은 당해 기술분야의 시스템 엔지니어가 일반적으로 알고 있는 범위에 속하는 것으로 간주한다.
명확하게 하면, 실제 시스템에서 작동하도록 보통 사용되는 모든 다른 요소들은, 예를 들어 밸브, 센서, 파이프, 액분리기, 필터는 명확하게 언급하지는 않았지만 항상 존재하는 것으로 가정한다. 리버스-사이클 해동 애플리케이션을 지원하도록, 본 발명은 열저장부의 대해 가장 바람직한 위치로서, 응축기와 팽창밸브 사이를 지정하고 있는데, 도 3의 도면부호 6으로 표시된 요소를 표시하고 있다. 본 발명에서, 열저장부는 증기압축냉동 시스템의 전형적인 아키텍처에서 응축기를 포함하는 내부유닛의 일부가 아니고, 냉매연결부를 통해, 예를 들어 파이프를 통해 연결된다. 증기압축냉동 시스템의 내부유닛과 연결이 해제되면, 응축기(2)는 솔레노이드 밸브의 시스템을 통해서, 또는 전환밸브를 통해서, 또는 바이패스를 가능하게 하는 다른 유형의 시스템을 통해서, 완전히 바이패스될 수 있다. 이로써, 내부유닛으로 응축기를 통해 최종싱크에 미리 축적된 에너지에 영향을 미치지 않고, 열저장부(6)만으로부터 에너지를 취하는 해동작업을 실시할 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 출원인은 특히 리버스-사이클 해동 애플리케이션을 지원하는데 사용되는 새로운 열에너지 저장시스템을 개발해 왔다. 오해를 없애자면, 본 발명의 열에너지 저장시스템은 적어도 하나의 열원으로부터 적어도 하난의 열싱크로 열을 전달하는 모든 시스템(열전달 시스템)에서 사용하는데 적합하다.
하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하는 시스템(열전달 시스템)에 사용하는데 적합한 새로운 열에너지 저장시스템이 제공되며, 상기 열에너지 저장시스템이 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하는 상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열저장부를 포함하고, 상기 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여 있고, 상기 열에너지 저장유닛은 상호연결 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 대한 연결을 포함한다.
의심의 여지를 피하기 위해, 열에너지 저장부라고 부르기고 하고 본 명세서에서는 열저장부라고도 부르는 열에너지 저장유닛은, 열저장부로서 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하고, 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸이고, 열에너지 저장유닛은 상호연결수단 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 연결하는 수단을 포함한다.
출원인은 본 발명의 시스템이, 종래의 리버스-사이클 해동 시스템과 증기압축 사이클에서 결빙 상태와 관련된 문제들을 해결할 수 있다는 것을 발견하였다.
특히, 도 3에 도시된 것처럼, 출원인은 새로운 열전달 시스템을 개발하였는데, 이 시스템은 하나 이상의 열에너지 저장유닛(6)을 포함하며, 하나 이상의 열에너지 저장유닛(6)은 응축기(2)와 팽창밸브 사이에 놓여 있다.
중요한 것은, 증기압축냉동 시스템에서처럼 결빙 상태에 관한 애플리케이션에서 사용하기 위해, 본 발명의 열저장 시스템은 시스템 아키텍처 내의 압축기, 응축기, 감압수단, 증발기를 포함하는 내부 유닛의 일부를 포함하지 않는다. 종래의 시스템과 비교하여, 본 발명의 시스템에서는, 하나 이상의 열에너지 저장유닛이 냉동 시스템에 적절한 냉매 연결수단을 통해 연결되고, 이 연결수단은 예를 들어 파이프나 어떤 다른 적절한 연결장치이며, 이는 도 3에 도시되어 있으며 아래에서도 설명할 것이다.
따라서, 위에서 정의한 열에너지 저장유닛(6)을 하나 이상 포함하는 새로운 열전달 시스템이 제공되는데, 이 열전달 시스템은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 더 포함하며, 요소들은 서로 연결되고 및/또는 하나 이상의 열에어지 저장유닛에 연결되고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛(6)은 열전달 시스템의 팽창밸브와 응축기(2) 사이에 위치하고, 열에너지 저장 시스템은 시스템 아키텍처 내의 내부 유닛의 일부를 포함하지 않는다. 바람직하게, 앞서 정의한 본 발명의 열전달 시스템에서, 응축기(2)는 증기압축냉동 시스템의 내부와 분리되어 있고, 솔레노이드 밸브의 시스템, 전환밸브 또는 바이패스를 가능하게 하는 모든 종류의 시스템을 통해서 완전히 바이패스될 수 있다. 이러한 응축기-바이패스 셋업에 의해서, 효과적으로 열전달을 할 수 있고, 특히 (증기압축냉동 시스템의) 내부 유닛으로 응축기를 통해서 최종 열싱크로 전달되었던 축적된 열(에너지)에 영향을 미치지 않으면서, 열저장부(6)로부터 열(에너지)을 받기만 하면서 냉동공정을 운영할 수 있다는 것을 출원인은 발견하였다.
따라서, 본 발명은 추가적으로, 앞에서 정의한 열에너지 저장 유닛(6)을 하나 이상 포함하는 새로운 열전달 시스템을 제공한다.
열전달 시스템은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기,를 더 포함하고, 이러한 요소들은 서로 연결되고 및/또는 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 연결되고, 하나 이상의 열에너지 저장 유닛(6)은 열전달 시스템의 팽창밸브와 응축기(2) 사이에 위치하며, 열에너지 저장 시스템과 하나 이상의 응축기는 시스템 아키텍처 내에서 응축기를 포함하는 내부 유닛의 일부를 포함하지 않는다.
본 발명에 따른 그리고 앞에서 정의한 열전달 시스템에서, 시스템 내에서 응축기가 바이패스되든지 아니든지 상관없이, 정상적으로 작동하는 동안, 응축기(2)를 떠나는 액체 또는 액체와 기체의 혼합물은, 현열의 레벨 및/또는 잠열의 레벨을 보유하고 있다. 이러한 보유된 열 에너지는 현재 이용할 수 있는 열전달 시스템에서 보통 손실되거나 낭비된다.
"잠열"과 "현열"이라는 용어를 정의하면, 본질적으로 현열은 온도를 측정함으로써 검출할 수 있다. 고체물질을 녹일 때, 현열은 온도변화에 의해 배출되는 열 에너지이고, 잠열은 온도변화를 무시할 수 있는 상태에서 배출되는 열 에너지이다. 예를 들어, 얼음 조각을 녹이면서 -5℃ 에서 20℃ 가 될때, -5℃ 와 0℃ 사이에서 고체 조각으로부터 배출된 에너지와 액체 상태에서 0℃ 로부터 20℃ 까지 배출된 에너지는 현열이다. 녹는 상태가 진행되는 동안 0℃ 에서 배출되는 나머지 에너지는 잠열이다.
바람직하게, 본 발명의 열전달 시스템은, 필요한 해동을 이송하는 수단을 보다 효율적으로 제공하는 것뿐만 아니라, 감압장치(3)에서 팽창되고 추가로 냉각되기 전에, 즉, 응축기(2)를 떠나는 물질에서, 보유하고 있던 열 에너지를 하나 이상의 전용 열에너지 열저장 유닛(6)에서 회복하는 수단을 제공한다.
본 발명의 열전달 시스템이 도 3에 도시된 것처럼, 증기압축냉동 사이클에서 리버스-사이클 해동을 위해 사용되는 경우, 시스템이 정상 작동할 때, 작동유체, 즉 일반적으로 냉매는 압축기(1)에 의해 가압되어 증기상태가 된다. 고온 고압의 증기는 응축기(2)에서 냉각되어, 열을 배출하면서 응축되어 따뜻한 온도의 고압 액체 또는 액체/증기 혼합물이 된다. 이러한 액체 또는 액체/증기의 혼합물은 열 저장부(6)에 들어가고, 열 저장부와 열에너지를 교환하여, 온도가 더 낮아진다. 그 후, 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 감압장치(3)로 들어가서 저온 액체 또는 저온/저압 증기/액체 혼합물이 된다. 마지막 단계로서, 증발기(4)에 들어가서, 압축기로 복귀하기 전에 가열되고 증발된다.
본 발명이 제공하는 새로운 열전달 시스템과 관련하여, 본 명에서에서 사용되는 "정상 작동" 및 "결빙 상태에서 작동"이라는 용어는, 정상적인 가열 상태를 의미하며, 비정상적인 상태는 결빙-관련 트리거에 대한 응답으로, 원하는 내부-시스템 열저장부/열관련 출력부(뜨거운 물/라디에이터 열 레벨)를 보유하면서, 스위칭 및 바이패스 수단이 영향을 받아 해동을 전달하는 것이다.
본 명세서에서 언급하는 냉동-관련 트리거는, 증발기 코일 상의 얼음의 형성; 소정의 온도로서 그 온도 아래에서 냉동이 일어날 수 있는 온도를 어떤 적절한 감지 수단을 통해 검출하는 것을 포함한다.
의심쩍은 내용을 피하기 위해, 결빙 상태를 검출하는 것은, 열펌프에 의해 또는 열저장 시스템 내에서, 이루어질 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 열에너지 저장 시스템을 제공하며, 이 시스템은 결빙 상태를 검출하는 수단을 더 포함한다.
이러한 검출을 위한 적절한 수단을 사용할 수 있다. 결빙 상태를 검출하는 적절한 수단은, 증발기의 온도를 측정하는 수단, 보통 증발기의 외부표면의 온도를 측정하는 수단을 포함한다. 예를 들어, 증발기의 외부 표면의 온도를 측정하는 수단을 포함하는 본 발명에 따른 열에너지 저장 시스템에서, 측정온도가 0℃에 도달하면, 해동 사이클이 시작된다. 온도가 다시 10℃ 내지 15℃로 돌아가면, 해동 사이클이 중단되고, 정상적인 작동이 다시 시작된다.
본 발명의 열에너지 시스템에서 사용하는데 적합한 다른 방법에서, 증발기의 온도를 측정하는 수단에 의해, 공기유동, 냉매압력, 공기 또는 코일의 온도, 외부 코일에 쌓이는 결빙을 검출하도록 외부 코일 상에서의 압력차이에 대하여 측정을 수행할 수 있다. 이러한 다른 방법으로, 측정온도가 0℃에 도달하면, 해동 사이클이 시작된다. 이 온도가 다시 10℃ 내지 15℃로 돌아가면, 해동 사이클이 정지되고, 정상적인 작동이 다시 시작된다.
불명확한 사항이 없도록, 증발기 외부표면의 온도를 측정하데 적절한 모든 수단을 이용할 수 있고, 및/또는 공기유동, 냉매압력, 공기 또는 코일의 온도, 외부 코일 상에서의 압력 차이를 측정하는데 적절한 모든 수단을 열에너지 시스템에서 사용할 수 있다.
정상 작동시, 응축기(2)에서 나가는 액체 또는 액체/증기 혼합물은 보통 낭비되어 버리는 남은 현열 및/또는 잠열을 여전히 갖고 있다. 본 발명에서, 이는 감압장치(3)에서 팽창되고 더 냉각되기 전에 전용 저장부(6)에서 회수된다. 따라서, 시스템이 정상 작동을 할 때 본 발명은 다음과 같은 냉매 사이클을 포함한다: 작동유체, 보통 냉매가 압축기(1)에 의해 가압되어 증가상태가 된다; 고온 고압의 증기가 응축기(2)에서 냉각되어 열을 방출하고 응축되어 따뜻한 온도의 고압 액체 또는 액체/증기 혼합물이 된다; 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 열저장부(6)에 들어가서 열을 교환하여 온도가 더 낮아진다; 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 감압장치(3)에 들어가서 저온 저압의 액체 또는 액체/증기 혼합물이 된다; 마지막 단계로서, 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 증발기(4)에 들어가서 압축기로 돌아가기 전에 가열되어 다시 증발된다.
증기압축냉동 시스템이 결빙 상태를 감지하면, 압축기는 정지되고 4방향 리버스 밸브(5)의 위치를 스위칭함으로써 사이클이 반대로 되는데, 도 4를 참고하면 알 수 있다; 응축기는 솔레노이드 밸브의 시스템 또는 전환밸브(7)를 통해서 바이패스 된다; 압축기(1)가 작동한다; 고온 고압의 기체가 증발기(4)로 들어가서, 뜨거운 기체로부터 열을 방출되고, 응축되면서 코일 상의 얼음을 녹인다; 따뜻한 온도의 고압 기체 또는 기체/액체 혼합물은 감압장치(3)를 통해 팽창된다; 저온 액체는 다시 데워져서 열저장부(6)로 들어가고 온도가 올라간다; 열저장부를 통해서, 냉매는 부분적으로 또는 완전히 증발한다; 이 따뜻한 온도의 저온 기체 또는 기체/액체 혼합물은 압축기에서 더 가열되어 고온 고압의 기체가 된다; 이 기체는 증발기로 들어가서 얼음을 녹이고, 안전하고 효율적인 정상 작동상태가 보장될 때까지 사이클은 계속 된다.
특히, 본 발명은, 열저장부(6)가 상변환 물질을 포함하는, 본 명세서에서 설명하는 열전달 시스템에 관한 것이다.
따라서, 앞서 정의한 열에너지 저장유닛(6)을 하나 이상 포함하는 새로운 열전달 시스템이 제공되며, 열전달 시스템은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 더 포함하고, 이러한 요소들은 서로 및/또는 하나 이상의 열에너지 저장유닛게 연결되어 있고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛(6)은 응축기(2)와 열전달시스템(3)의 팽창밸브 사이에 위치하고, 열저장 시스템은 시스템 아키텍처에서 응축기를 포함하는 내부 유닛의 일부를 포함하지 않고, 하나 이상의 열저장 유닛(6)은 상변환 물질을 포함한다.
이 열전달 시스템에서, 열저장부는 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하고, 액체 상태 또는 기체 상태의 냉매는 코일을 통해 흐르며, 코일은 상변환 물질로 둘러싸여 있고, 상변환 물질과 냉매 사이에서의 열전달을 향상시킨다. 본 발명의 열전달 시스템에서, 출원인은 이렇게 향상된 열전달이, 열저장부의 열교환기 요소 내에 적절한 열교환 증가수단을 포함시킴으로써 더 증가될 수 있다는 것을 발견하였다. 사용할 수 있는 적절한 열교환 증가수단은 다음과 같은 것을 포함한다: 금속 핀(fin); 상변호나 물질(PCM) 내의 흑연의 분포; 핀(fin)이 형성된 파이프; 파이프를 마이크로 채널로 나누는 것.
출원인은 복수의 금속 핀을 열교환기 요소 내부에 포함시키면 열교환을 증가시키는데 매우 효과적이라는 것을 발견하였다. 따라서, 금속핀을 포함하고 핀이 형성된 파이프를 포함하는 열교환기를 사용할 수 있다. 쉽게 이해할 수 있듯이, 금속핀의 개수 또는 핀이 형성된 파이프의 핀의 개수는 특정 열저장부의 크기에 따라 달라질 것이다.
출원인은 또한, PCT 내의 흑연을 분산시키는 것이 열저장부로의 열전도성을 향상시키는 데 도움이 된다는 것을 발견하였다.
하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하는 시스템(열전달 시스템)으로 사용하는데 적합한 열에너지 저장시스템이 본 명세서에서 더 제공되고, 열에너지 저장시스템은 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하고, 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸이고, 열에너지 저장유닛은 상호 연결 수단 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 대한 연결 수단을 포함하고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열교환기의 하나 이상의 코일과 함께 설치된 내부 금속 핀을 다수 포함한다.
열에너지 저장시스템에서 사용하는데 적절한 상변환 물질 다음과 같다: 왁스, 파라핀, 지방산, 염수화물, 유기-유기 유기-무기 무기-무기 공융 혼합물, 흡습성 물질, 또는 이들을 조합한 물질을 포함하는 제형(formulation).
따라서, 하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하는 시스템(열전달 시스템)으로 사용하는데 적합한 열에너지 저장시스템이 더 제공되며, 열에너지 저장시스템은 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하고, 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸이고, 열에너지 저장유닛은 상호연결수단 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 연결하는 수단을 포함하고, 하나 이상의 열에너지 저장윤시은 열교환기의 하나 이상의 코일과 함께 설치된 다수의 내부 금속핀 및/또는 상변환 물질을 포함하고, 상변환 물질은 다음과 같은 물질을 포함하는 제형에서 독립적으로 선택된다: 하나 이상의 왁스; 파라핀; 하나 이상의 지방산 또는 그 염수화물; 하나 이상의 유기-유기 공융 혼합물, 하나 이상의 유기-무기 공융 혼합물, 하나 이상의 무기-무기 공융 혼합물; 하나 이상의 흡습성 물질; 또는 이들을 조합한 물질.
출원인은 상변환물질을 사용하는 것이, 다른 열저장 매체, 예를 들어 물 또는 바위를 사용하는 것에 비해서, 이점이 있다는 것을 발견하였다. 특히, 상변환물질을 사용하면, 더 오랫동안 소정의 온도 범위에서 열을 흡수하고 배출할 수 있다. 이러한 특징에 의해, 특정 상변환 물질을 사용하는 특정 애플리케이션에 대해 설치상 요구되는 사항과 요구되는 성능에 따라 제작된 열에너지 저장시스템을 제공할 수 있다.
또한, 응축기(2)를 포함하는 내부 유닛에 열저장부가 통합되지 않은 본 발명의 구조가 갖는 이점은, 열저장부가 예측되는 성능과 설치상의 요구사항에 따라 쉽게 변경될 수 있고, 증기압축냉동 사이클의 정상 작동을 방해하지 않고 쉽게 서비스를 받고, 교체하고, 업그레이드 할 수 있다는 것이다.
본 명세서에서 정의한 비-통합 열저장부를 사용하는 경우에 얻는 또 다른 이점은, 응축기(2)를 포함하는 내부 유닛과 감압장치(3) 사이의 어떤 적절한 지점에서, 열저장부를 열전달 시스템 내에 설치할 수 있다는 것이다.
특히, 본 발명은 열저장부(6)에서 상변환 물질을 사용하는 것에 관한 것으로서, 열저장부는 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기로 구성되어 있고, 냉매는 액체 또는 기체 상태로서 코일을 통해 흐르며, 코일은 상변환 물질로 둘러싸여 있고, 예를 들어 금속핀을 통해서 상변환 물질과 냉매 사이에서의 열전달을 향상시킨다. 이러한 상변환 물질은 다음과 같은 것을 포함하는 모든 제형일 수 있다: 왁스, 파라핀, 지방산, 염수화물, 유기-유기 공융 혼합물, 유기-무기 공융 혼합물, 무기-무기 공융 혼합물, 흡습성 물질; 또는 이들을 조합한 물질. 다른 열저장 매체, 예를 들어 물 또는 바위와 비교하여 상변환물질을 사용하는 것이 갖는 장점은 더 오랫동안 소정의 온도 범위에서 열을 흡수하고 배출할 수 있다는 것이다. 따라서, 상변환 물질을, 예상되는 성능 및 설치상의 요구사항에 따라 시스템에 맞출 수 있다.
예를 들어, 고온의 물을 제공하도록 열펌프 작업을 사용할 때, 34℃ 및/또는 28℃의 상변환 온도를 갖는 상변환 물질을 사용할 수 있는데, 다만 이 온도로 제한되는 것은 아니다; 언더플로어(underfloor) 공간 히팅용으로 열펌프 작업을 사용할 때, 28℃ 및/또는 12℃의 상변환 온도를 갖는 상변환 물질을 사용할 수 있는데, 다만 이 온도로 제한되는 것은 아니다. 또한, 응축기(2)를 포함하는 내부 유닛에 통합되지 않은 열저장부가 갖는 이점은, 예상하는 성능과 설치상의 요구사항에 따라 열저장부를 쉽게 변경할 수 있고, 증기압축냉동 사이클의 정상 작동에 어떤 영향을 주지 않으면서 쉽게 서비스를 받고 변경되거나 업그레이드될 수 있다는 것이다. 또 다른 이점은, 열저장부가 응축기(2)를 포함하는 내부 유닛과 감압장치(3) 사이의 모든 위치에 설치될 수 있다는 것이다. 본 발명은 예를 들어, 증발기(4)가 외부의 대기환경에 노출되거나, 증발기(4)가 냉장고, 냉동고, 냉동사이클, 인공기후실과 같은 밀폐된 환경에 있을 때, 증발기(4)에 얼음이나 결빙이 형성되는 시스템에 대한 것이다. 또한, 본 발명은 증발기 외에, 열펌프 시스템 내의 다른 요소에 관한 것으로서, 예를 들어 파이프와 같이 얼음이나 결빙이 형성되는 요소, 다른 유체가 상을 변환시키거나 성에가 끼는 상태 또는 어는 상태의 온도보다 낮은 온도에서 순환하고, 따라서 해동이 필요한, 추가적인 열교환기에 관한 것이다. 예를 들어, 이는 다른 열교환기로 이루어진 고정식 또는 이동식 냉동고/냉장고에 사용되는 시스템일 수 있고, 하나 이상의 액체 질소가 탱크에서 나와서 증발하며, 복수의 파이프를 갖는 다른 열교환기에서, 일부의 파이프에서 열펌프로부터 나오는 냉매가 증발하고, 그리고 나머지 다른 열교환기에서, 제1 열교환기에서 유동한 또 다른 열전달 유체가 흘러서 증발을 향상시킨다. 두 경우 모두, 결빙 또는 얼음이 형성되고, 따라서 여기에 본 발명이 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 도 5 및 도 6을 보면, 내부 유닛과 열저장부 사이의 연결부분은 또한, 하나 이상의 솔레노이드 밸브, 또는 전환밸브(8), 또는 전체 시스템의 작동 상태에 따라 열저장부를 바이패스시키는 유형은 시스템을 포함한다. 이는 종래의 아키텍처와 비교하여,
결빙 상태가 불가능한 기간이나 작동 상태일 때, 저장부를 바이패스시켜 열을 로딩하는데 필요한 에너지와 사용되지 않은 열저장부에 의해 낭비될 수 있는 에너지를 세이브할 수 있다는 점에서 이점이 있다.
도 5에 도시되어 있고 아래에서 설명하는 본 발명의 추가 실시예에서, 내부유닛과 열저장부 사이의 연결부는, 하나 이상의 열저장부-특정 솔레노이드 밸브 또는 전환밸브(8) 또는 전체 시스템의 작동상황에 따라 열저장부를 바이패스시키는 다른 유형의 시스템을 더 포함할 수 있다. 이 열저장 바이패스는 본 발명의 열전달 시스템에 대해 내재된 에너지-절약/공정효율을 제공할 뿐만 아니라, 시스템 설계상의 유연성을 추가로 제공한다. 특히, 결빙 상태가 불가능한 기간 또는 작동 상태에서, 예를 들어 증발기 주위의 대기온도와 상대습도가 동결(freezing) 조건보다 위에 있을 때, 또는 증발기 온도가 주변 공기를 얼리는데 필요한 온도보다 높을 때, 열 저장부는 바이패스될 수 있다. 이러한 바이패스는 열을 열저장 시스템에 로딩하는데 필요한 에너지와 사용하지 않을 때 열저장부에 의해 낭비될 수 있는 에너지를 세이브한다.
따라서, 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하는 열저장부가 제공되며, 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸이고, 열에너지 저장유닛은 상호연결수단 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 연결되는 수단을 포함하고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열교환기의 하나 이상의 코일과 함께 설치된 내부 금속핀, 및/또는 아래의 물질을 포함하는 제형에서 독립적으로 선택된 상변환 물질을 포함한다: 하나 이상의 왁스; 파라핀; 하나 이상의 지방산 또는 그 염수화물; 하나 이상의 유기-유기 공융 혼합물, 하나 이상의 유기-무기 공융 혼합물, 하나 이상의 무기-무기 공융 혼합물; 하나 이상의 흡습성 물질; 또는 이들을 조합한 물질.
본 발명의 다른 실시예에서, 도 7을 보면, 열저장부(6)가 두 개 이상의 저장모듈(s1, s2,...,sn)로 구성되고, 각각의 저장모듈은 동일하거나 다른 상변환 물질을 포함하고, 아무것도 포함하지 않거나, 하나 이상의 전환밸브(d1, d2,...,dn) 또는 시스템 또는 솔레노이드 밸브 또는 저장모듈로 냉매의 유동을 전환시키거나 바이패스시키는 수단을 포함한다. 이러한 구조가 갖는 이점은, 예를 들어, 몇년에 걸쳐 높은 열적 편위(excursion)를 갖는 위치에서 증발기가 외부조건에 노출되는 거주환경에서, 열저장능력이 증발기(4)의 냉동에 영향을 미치는 다양한 대기조건에 맞춰질 수 있다는 것이다.
도 6에 도시된 성격의 바이패스 시스템을 포함하는 본 명세서에서 정의된 열저장부에서, 각각의 저장유닛은 기체나 액체가 통과하여 흐르는 코일을 포함한다. 각각의 코일은 독립적으로 일단부(입력부)에서 대응하는 전환밸브(d1, d2,...,dn)에 연결되고, 타단부에서 열저장 처리 채널에 연결된다. 전환밸브(d1, d2,...,dn)는 직렬로 연결되고, 사용하는 동안 기체 또는 액체는 각각의 저장부를 통해 흐르거나, 저장부를 통하지 않고 흐르거나, 저장부들을 통해 흐르거나 사용자의 요구사항에 따라 조합된 저장부들을 통하여 흐를 수 있다. 저장유닛의 개수와 사용하는 열저장부-특정 밸브 시스템의 유형은, 본 명세서에서 논의하는 바와 같이, 시스템의 요구사항에 따라 달라질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
복수의 저장유닛과 가변적인 저장유닛 바이패스의 구조가 갖는 장점은, 예를 들어 증발기가 수년에 걸쳐 높은 열편위를 갖는 위치에서 외부 조건에 노출되는 거주환경에서, 시스템의 열저장 능력이, 증발기(4)의 냉동에 영향을 미치는 다양한 외부조건에 맞추어 질 수 있다는 점이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서에서 정의된 열전달 시스템에서 사용하는데 적합한 열에너지 저장시스템을 더 제공하며, 열에너지 저장시스템은 복수의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 각각의 저장유닛은 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하고, 상기 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여 있고, 열에너지 저장유닛은 상호연결수단 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 연결하는 수단을 포함하고, 열에너지 저장유닛은 열교환기의 하나 이상의 코일과 함께 설치된 복수의 내부 금속핀을 포함하고, 저장시스템은 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 각각의 저장유닛 내의 상변환 물질은 같거나 다를 수 있다. 복수의 열에너지 저장유닛을 포함하는 열에너지 저장시스템(열저장부)가 더 제공되는데, 각각의 저장유닛은 앞서 설명한 열교환기, 상변환 물질, 연결수단 및 금속핀을 구비하고, 열저장부는 두 개 이상의 열에너지 저장유닛(저장유닛)을 포함하고, 각각의 저장유닛 내의 상변환 물질은 동일하거나 다르고, 열저장부는 열저장부 내 각각의 저장유닛에 대하여 바이패스 수단을 포함하고, 선택적으로 상기 바이패스 수단은 열저장유닛-특정 밸브 시스템을 포함한다.
특히, 열저장유닛 특정 밸브시스템은 복수의 전환밸브, 또는 복수의 시스템 또는 솔레노이드 밸브, 또는 냉매의 유동을 열저장부 내의 특정 저장유닛으로 전환시키거나 바이패스 시키는 적절한 수단을 포함한다.
특히, 본 명세서에서 정의된 어떤 특징이나 실시예에 따라 열에너지 저장시스템이 제공되며, 열에너지 저장시스템은 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 8을 보면, 열저장부(6)는 하나 이상의 열저장유닛(s1, s2,...,sn)으로 구성될 수 있고, 각각의 열저장유닛은 동일하거나 다른 상변환 물질을 포함하고, 아무것도 포함하지 않거나, 하나 이상의 전환밸브(d1, d2,...,dn) 또는 시스템, 솔레노이드 밸브, 또는 냉매의 유동을 저장모듈로 전환시키거나 바이패스시키는 수단을 포함하고, 하나 이상의 열저장유닛(s1, s2,...,sn)은 두 개 이상의 코일을 포함할 수 있다. 주요 코일은 냉매에 전용으로 사용되고, 내부유닛의 응축기(2)에 연결되고 감압장치(3)에 연결된다. 제2 코일 또는 제2 코일들은 열전달 유체, 예를 들어 물이나 물-그리콜 혼합물 또는 냉매를 포함한다. 또한, 하나 이상의 전환밸브(c1, c2,...,cn) 또는 시스템, 솔레노이드 밸브, 또는 냉매의 유동을 저장모듈로 전환시키거나 바이패스 시키는 수단이 제2 코일 또는 제2코일들에 연결될 수 있고, 아무것도 연결되지 않을 수도 있다. 제2 코일은 상변환 물질과 열을 교환하여 각각의 열저장유닛(s1, s2,...,sn)으로 들어갈 수 있다. 따라서, 제2 코일은, 상이한 서비스들에 대해서, 해동을 지원하거나 유닛(s1, s2,...,sn)에 저장된 열을 이용하도록 다양한 서비스에 연결될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 하나 이상의 열저장유닛(s1, s2,...,sn)은 두 개 이상의 코일을 포함할 수 있다. 두 개 이상의 코일을 포함하는 저장유닛에서, 하나의 코일, 소위 주요 코일은 냉매에 전용으로 사용된다. 일단부에서, 일렬의 열저장유닛에 대하여 주요 코일 또는 시스템, 또는 주요 코일들은 앞서 정의된 선택적인 열저장부-특정 전환밸브시스템을 통해, 본 명세서에서 정의한 발명에 따른 열전달 시스템의 내부 유닛의 응축기(2)와 연통되어 있다. 타단부에서, 일렬의 열저장유닛에 대하여 주요 코일 또는 시스템, 또는 주요 코일들은 앞서 정의된 선택적인 열저장부-특정 전환밸브시스템을 통해, 본 명세서에 따른 열전달 시스템의 내부 유닛의 감압장치(3)와 연통되어 있다. 하나 이상의 저장유닛을 사용하는 열전달 시스템이 정상 상태로 작동하고 있는지 아니면 리버스-사이클 상태로 작동하고 있는지에 따라, 저장유닛의 어느 한 단부는 입력부 또는 출력부로서 기능을 할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
두 개 이상의 코일을 포함하는 시스템에서, 소위 제2 코일 또는 제2 코일들이라 불리는 제2 코일은 각각 열전달 유체를 포함한다. 두 개 이상의 제2 코일이 존재하고 도 7에 도시된 배열구조와 같이 직렬로 함께 연결되어 있는 경우, 제2 코일들은 동일한 열전달 유체를 포함해야만 한다. 제2 코일 시스템에서 사용되는 적절한 열전달 유체는 물; 물-글리콜 혼합물; 또는 냉매를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
오해를 막기 위해, 제2 코일 중 아무것도 주요 코일 시스템을 통과한 냉매와 유체연통되어 있지 않다. 복수의 제2 코일을 사용하는 시스템에서, 각각의 제2 코일은 도 7에서 전환밸브(c1, c2,...,cn)로 표시된 것처럼 전용 제2 코일-특정 밸브시스템을 통해서 온 또는 오프로 스위칭될 수 있다. 제2 코일-특정 밸브 시스템은 하나 이상의 전환밸브, 시스템, 솔레노이드 밸브, 또는 저장유닛의 제2 코일을 통과하는 열전달 유체의 유동을 전환시키는 어떤 적절한 수단을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 정의된 유체연결은 액체, 증기, 또는 액체/증기 혼합물이 시스템 내의 한 요소로부터 인접한 다른 요소로 흐르도록 연결되는 것을 의미한다.
바람직하게, 이러한 제2 코일 시스템은 열저장부 내의 각각의 열저장유닛(s1, s1,..,sn)에 있는 상변환 물질과 열을 교환하는데 사용될 수 있다. 제2 코일 시스템은 상이한 서비스에 대해, 해동을 지원하거나 유닛(s1, s2,...,sn)에 저장된 열을 이용하도록 다양한 서비스에 연결될 수 있다.
따라서, 두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하는 열에너지 저장시스템이 더 제공되는데, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 코일을 갖는 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하고, 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여있고, 하나 이상의 추가적인 에너지 저장유닛은 두 개 이상의 코일을 포함하는 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하고, 각각의 열에너지 저장유닛은 열에너지 저장부의 바이패스 수단을 선택적으로 그리고 독립적으로 포함한다.
특히, 복수의 열에너지 저장유닛을 포함하는 열에너지 저장시스템(열저장부)이 있고, 각각의 열에너지 저장유닛은 앞서 설명한 열교환기, 상변환 물질, 연결수단, 금속핀을 구비하고, 열저장부는 두 개 이상의 열에너지 저장유닛(저장유닛)을 포함하고, 각각의 저장유닛 내의 상변환 물질은 서로 동일하거나 상이하고, 열저장부는 열저장부 내의 각각의 저장유닛에 대하여 바이패스 수단을 포함하고, 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 두 개의 코일을 포함하고, 주요 코일은 냉동시스템에 연결되고, 제2 코일은 열전달 물질을 포함하고, 선택적으로 그리고 독립적으로 주요 코일 시스템 및/또는 제2 코일 시스템에 대한 바이패스 수단을 포함한다.
다른 실시예에서, 열전달 시스템이 제공되는데, 본 발명에 따른 그리고 앞서 설명한 새로운 상변환 물질-기초 열저장 시스템은, 사이클을 반대로 하지 않고 그리고 응축기에 열을 전달하는 것을 중단하지 않고, 열전달 시스템에서 증발기를 해동하는데 사용된다. 이 실시예는 도 8에 도시되어 있다.
도 8에는 4방향 밸브가 없는데, 왜냐하면 사이클이 리버스되지 않기 때문이다. 비슷하게, 도 3 및 도 4에 도시된 응축기(2)의 바이패스 장치도 이 실시예에서는 필요가 없는데 왜냐하면 해동 사이클이 진행되는 동안 열을 응축기(2)에 공급하는 것이 방해받지 않기 때문이다. 증기압축사이클의 정상적인 작동 중에, 이 시스템은 앞서 설명한 것과 동일하게 작동하며, 작동 유체, 보통 냉매는 압축기(1)에 의해 압축되어 고온 고압의 증기 상태가 된다. 고온 고압의 증기는 응축기(2)에서 냉각되고, 열을 방출하며 응축되어 따뜻한 온도의 고압 액체 또는 액체/증기 혼합물이 된다. 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 열저장부(6)로 들어가서, 열저장부와 열에너지를 교환하여, 액체 또는 혼합물의 온도가 낮아지게 된다. 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 감압장치(3)로 들어가서 저온 저압의 액체 또는 액체/증기 혼합물이 된다. 마지막 단계로서, 증발기(4)로 들어가서, 압축기(1)로 되돌아가기 전에 가열되어 증발된다.
명확하게 하자면, 앞서 설명한 새로운 열에너지 저장시스템은 사이클이 반대로 되지 않고 응축기로 가는 열이 중단되지 않는 열전달 시스템의 실시예에서 사용하기에 적합하다. 따라서, 새로운 열전달 시스템이 제공되는데, 앞서 설명한 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 사이클을 반대로 하지 않고 응축기로 열이 전달되는 것을 중단시키지도 않고 열전달 시스템 내의 증발기를 해동시키는 데 사용하기에 적합하고, 열전달 시스템은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 포함하고, 이러한 요소들은 서로 연결되어 있고, 및/또는 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 연결되며, 복수의 밸브 시스템을 이용하여 냉매의 유동을 전환시켜 두 개의 다른 지점으로 그리고 시스템 내의 두 개의 다른 요소로 도달하게 한다.
결빙 상태가 증기압축냉동 시스템에 의해 감지되면, 두 개의 상이한 지점에서 그리고 시스템 내의 두 개의 상이한 요소쪽으로 냉매의 유동을 전환시키도록 복수의 밸브 시스템이 사용된다. 복수의 밸브 시스템(9, 10)을 사용하는 시스템이 예시적으로 도 9에 도시되어 있다. 밸브 시스템(9, 10)은 직렬로 연결된 전환밸브, 솔레노이드 밸브, 또는 냉매의 유동을 원하는대로 변환시키는 다른 적절한 수단이 될 수 있다. 사용하는 동안, 압축기(1)는 고온 고압의 기체를 응축기(2)로 보내고, 응축하는 동안 뜨거운 기체에 의해 열이 방출된다. 이렇게 생성된 따뜻한 온도의 고압 기체는 밸브 시스템(9)에 의해 전환되어 증발기(4)로 보내져서 증발기에 형성된 얼음을 녹이거나 그 얼을을 부분적으로 녹인다. 증발기에서 나가면, 이러한 저온 고압의 액체 또는 액체/증기의 혼합물은 감압장치(3)를 통해 팽창되어 저온 저압의 액체, 액체/기체 혼합물을 형성한다. 이 혼합물은 열저장부(6)로 보내져서, 열저장부를 통해 이송되는 동안 온도가 올라가게 되고, 이 단계가 진행되는 동안 냉매는 부분적으로 또는 완전히 증발한다. 열저장부(6)에서 나오면, 따뜻한 온도의 저온 기체 또는 기체/액체 혼합물은 밸브시스템(10)에 의해 전환되어 압축기(1)로 들어가서, 안전하고 효율적인 작동이 보장될 때까지 사이클을 다시 시작하게 된다.
도면의 설명
도 1은 종래의 증기압축냉동 사이클의 전형적인 시스템 아키텍처/플로우-다이어그램을 나타낸다. 도 1에는, 압축기(1), 응축기(2), 감압장치(3) 및 증발기(4)가 도시되어 있다. 사용시, 작동유체, 보통 냉매가 압축기(1)에 의해 압축되어 고온 고압의 증기상태가 되고; 화살표 방향으로 표시된 것처럼, 이어서 고온 고압의 증기는 응축기(2)에서 냉각되는데, 이때 증기는 열을 배출하면서 따뜻한(mild) 온도를 갖는 고압의 액체 또는 액체/증기 혼합물로 되며; 화살표 방향으로, 이 액체 또는 액체/증기 혼합물은 감압장치(3)에 들어가서 저온 액체(또는 증기와 액체의 혼합물)이 되고; 마지막 단계로서, 화살표 방향으로, 이 저온 액체(또는 증기/액체 혼합물)은 증발기(4)로 들어가서, 필요한 경우에 다시 사용하기 위해 압축기(1)로 돌아가기 전에 다시 가열되어 증발된다.
도 2는 종래의 리버스-사이클 해동 사이클에 대한 전형적인 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타낸다. 도 2에 압축기(1), 응축기(2), 감압장치(3), 증발기(4) 및 4방향 리버스 밸브(5)가 도시되어 있다.
사용시, 작동유체, 보통 냉매가 압축기(1)에 의해 압축되고; 화살표 방향으로 표시된 것처럼, 이어서 고온의 압축된 증기는 증발기(4)에서 냉각되는데, 이때 증발기는 형성되어 있는 얼음을 한번만 그리고 동시에 녹이고; 화살표 방향으로, 가압된 상태로 온도가 떨어진 액체가 감압장치(3)에 들어가서 응축기(2)에 들어가기 전에 연속적으로 팽창되는데, 응축기에서 액체는 고온의 증기가 되도록 가열되고, 화살표 방향으로, 다시 사용되도록 압축기(1)로 이송된다.
명확하게 하기 위해, 도 2에서, 리버스-사이클 해동으로 사용할 때, 증발기(4)는 응축기의 역할을 하고, 응축기(2)는 증발기의 역할을 한다.
도 3은 본 명세서에서 정의된 열에너지 저장 유닛을 포함하는, 본 발명의 열전달 시스템에 대한 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내며, 증기압축냉동 시스템에서 리버스-사이클 해동 사이클의 "정상 작동 상태"로 이 시스템을 사용하는 것을 나타낸다. 도 3에 압축기(1), 응축기(2), 감압장치(3), 증발기(4), 4방향 리버스 밸브(5), 및 감압장치(3)와 밸브시스템(7) 사이에 있는 열저장 유닛(6)이 도시되어 있다. 정상적으로 사용할 때, 작동유체, 즉 보통 적절한 냉매가 압축기(1)에서 압축되어 증기가 되고, 화살표 방향으로 표시된 것처럼 고온의 가압된 증기가 응축기(2)에서 냉각되고, 이때 증기는 열을 방출하고 응축되어 따뜻한 온도의 고압상태의 액체 또는 액체/기체 혼합물이 되고; 화살표방향으로 표시된 것처럼, 이 액체 또는 액체/기체 혼합물은 열저장 유닛(6)에 들어가서 열저장부와 열에너지를 교환하고, 화살표 방향으로, 온도가 낮아졌지만 여전히 따뜻한 액체 또는 액체/기체 혼합물은 감압장치(3)로 들어가서 저온 저압의 액체 또는 액체/기체 혼합물이 되도록 처리되고, 마지막 단계로서 화살표 방향으로, 저온 저압의 액체(또는 액체/기체 혼합물)은 증발기(4)로 들어가서, 필요시 다시 사용하기 위해 압축기(1)로 되돌아가기 전에 다시 가열되어 증발된다.
도 4는 본 명세서에서 정의된 열에너지 저장 유닛을 포함하는, 본 발명의 열전달 시스템에 대한 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내며, 증기압축냉동 시스템에서 리버스-사이클 해동 사이클의 "결빙 상태"로 이 시스템을 사용하는 것을 나타낸다. 도 4의 도면부호 (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7)로 표시된 요소들은 도 3에서 정의하였다. 결빙 상태에서, 또는 결빙 상태가 감지되는 경우, 두-단계의 공정이 사용된다: 첫번째로, 압축기(1)가 정지되고 4방향 리버스 밸스(5)의 위치를 스위칭함으로써 사이클이 반대로 되고, 응축기(2)는 밸브 시스템(7)에 의해 바이패스 되고; 바이패스 셋업이 작동하면, 압축기(1)가 다시 작동하여 고온 고압의 기체를 압축기로부터 증발기(4)로 보내고, 고온의 기체가 코일 상에서 응축되어 저온의 기체 또는 액체/기체 혼합물이 되고, 동시에 코일 상에서 얼음을 녹이고; 증발기에서 나온 이후에, 저온 고압의 기체 또는 액체/기체 혼합물이 감압장치(3)를 통해 팽창되고; 저온/감압된 액체 또는 액체/기체 혼합물이 열저장 유닛(6)으로 이송되어, 온도가 상승하고; 열저장부를 통해 냉매가 부분적으로 또는 완전히 증발하고; 따뜻하고 저온 기체 또는 액체/기체 혼합물이 압축기(2)에서 추가로 가열되어 고온 고압의 기체가 되고; 이 기체는 4방향 리버스 밸브를 통해 증발기로 보내지고, 증발기로 들어가서 계속해서 얼음을 녹이며, 이러한 리버스 사이클은 안전하고 효율적인 정상 작동 상태가 보장될 때까지 반복된다.
도 5는 본 명세서에서 정의된 열에너지 저장 유닛을 포함하는 본 발명의 열전달 시스템에 대한 시스템 아키텍처/플로우 다이어그램을 나타내고, 열저장부를 바이패싱하는 수단을 갖는 증기압축냉동 사이클에서 리버스-사이클 해동을 작동하도록 시스템을 사용하는 것을 나타낸다. 도 5의 도면부호 (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7)로 표시된 요소들은 도 3에서 정의하였다. 도 5에서, 응축기-특정 밸브 시스템(7)과 열저장부(6) 사이에 있는 추가 열저장부-특정 밸브 시스템(8)이 추가로 도시되었다. 정상 작동 상태에서, 또는 열전달 시스템이 사용되는 특정 애플리케이션에 따라 미리 정해진 소정의 시간 동안, 열저장부-특정 밸브 시스템(8)은 열전달하는 동안 열저장부(6)를 우회시키도록 체결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 열전달 시스템에서 사용하기에 적합하고 바이패스 수단을 갖는 열저장부를 포함하는, 상변환 물질에 대한 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내고 있다. 도 6에, S1, S2,..., Sn으로 표시한 다수의 저장 유닛이 있는 열저장부(6)가 도시되어 있다. 각각의 저장유닛은 상변환 물질(도시 안함)을 포함하며, 이 물질은 동일한 물질이거나 상이할 수 있다. 각각의 저장유닛은 코일을 포함하며, 코일을 통해 기체 또는 액체가 흐를 수 있고, 각각의 코일은 독립적으로 일단부(입력부)에서 대응하는 전환밸브(d1, d2,..., dn)에 연결되고, 타단부에서 열전달 처리 채널에 연결된다. 전환밸브(d1, d2,..., dn)는 직렬로 연결되어 사용하는 동안 기체 또는 액체가 각각의 저장부를 통해 흐를 수 있고, 저장부를 통과하지 않고 흐를 수도 있고, 사용자의 요구에 따라 조합된 방식으로 저장부를 통해 흐를 수도 있다. 의심가는 사항이 없도록, 도 3, 도 4 도 5에 도시되어 있듯이 본 명세서에서 설명하는 열전달 시스템에 저장부용 입력부 및 출력부가 연결되어 있다.
도 7은 도 6에 제공된 것에 대해 열저장부를 포함하는, 다른 상변환 물질용 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타낸다. 도 7의 열저장부는 바이패스 수단을 포함하고, 본 발명의 열전달 시스템에서 사용하기에 적합하게 되어 있다. 도 7에 S1, S2,..., Sn으로 표시된 다수의 저장유닛이 있는 열저장부(6)가 도시되어 있다. 각각의 저장 유닛은 상변환 물질(도시 안함)을 포함하고, 주요 코일을 포함하며 코일을 통해 기체 또는 액체가 흐르고, 각각의 주요 코일은 독립적으로 일단부(입력부)에서 대응하는 전환밸브(d1, d2,..., dn)에 연결되고, 타단부에서 채널을 통해 열저장부에 연결된다. 전환밸브(d1, d2,..., dn)는 직렬로 연결되고, 사용하는 동안 기체 또는 액체는 각각의 저장부를 통해 흐르거나, 저장부를 통하지 않고 흐르거나, 사용자의 요구에 따라 조합된 방식으로 저장부를 흐를 수 있다. 불명확한 것을 피하기 위해, 저장부의 주요 코일 시스템에 대한 시스템 입력부와 시스템 출력부는, 도 3, 도 4 또는 도 5에 도시된 것처럼 본 명세서에서 설명하고 있는 열전달 시스템에 연결된다. 각각의 저장유닛은 또한 제2 코일을 포함하고, 제2 코일을 통해 열전달유체가 흐르고, 각각의 제2 코일은 독립적으로 일단부(입력부)에서 대응하는 제2 코일-특정 전환밸브(c1, c2,..., Cn)에 연결되고, 타단부에서 제2 코일 처리 채널에 연결된다. 제2 코일-특정 전환밸브(c1, c2,..., Cn)는 직렬로 연결되고, 사용시 공통 열전달 유체가 각각의 제2 코일을 통해 흐르거나, 코일을 통하지 않고 흐르거나, 사용자의 요구에 따라 조합된 방식으로 코일을 통해 흐를 수 있다. 의심의 여지를 피하도록, 저장부의 제2 코일 시스템에 대한 시스템 입력부와 출력부는 특정 애플리케이션에 대해 요구되는 서비스에 연결되고, 주어진 열전달 시스템에서 저장 시스템은 특정 애플리케이션 내에서 사용된다.
도 8은 본 명세서에서 정의된 열에너지 저장 유닛을 포함하는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전달 시스템용 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내며, 비-리버스 사이클 증기압축냉동 시스템에 있어서 해동 사이클의 "정상 작동 상태"에서 시스템을 사용하는 것을 나타내고 있다. 도 8에서 (1), (2), (3), (4) 및 (6)으로 표시된 요소들은 도 3에 정의되어 있다. 정상 작동 중에, 도 3과 관련하여 논의한 것과 동일한 방식으로, 냉매는 시스템을 통해, 압축기로부터 응축기로, 그 다음에 열저장부로, 그리고 이어서 감압장치로, 그리고 압축기로 돌아가기 전에 증발기로 진행되면서 처리된다. 도 8에 결빙 상태가 검출될 때 사용되는 밸브 시스템(9, 10)이 도시되어 있고, 또한 이 밸브 시스템은 도 9와 관련하여 논의된다. 의심가는 사항을 피하도록, 도 8의 점선은, 정상 작동시에, 밸브 시스템(9, 10)으로부터 시작하는 점선 부분을 통해 냉매가 흐르지 않는다는 것을 명확하게 나타낸다.
도 9는 본 명세서에서 정의된 열에너지 저장유닛을 포함하는, 도 8에 설명된 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전달 시스템의 시스템 아키텍처/플로우다이어그램을 나타내고 있고, 증기압축냉동 시스템에서 비-리버스-사이클 해동 사이클의 "냉동 동작 상태"에서 시스템을 사용하는 것을 나타낸다. 도 9의 요소들 (1), (2), (3), (4) 및 (6)은 도 3에 정의되었다. 결빙 상태가 감지되면 화살표 방향으로 표시되어 있듯이, 압축기(1)는 고온/고압 기체를 응축기(2)로 보내고, 화살표 방향으로 표시되어 있듯이, 따뜻한 온도/고압 기체가 밸브 시스템(9)에 의해 증발기(4)로 보내져서 증발기에 형성된 얼음을 녹이고, 화살표 방향으로 표시된 것처럼, 저온/고압 액체(또는 액체/증기 혼합물)이 감압장치(3)에 의해 팽창되고, 화살표 방향으로 표시된 것처럼 저온/저압 액체(액체/증기 혼합물)이 열저장부(6)에서 데워지고, 화살표 방향으로 표시된 것처럼 따뜻한 온도/저온 기체(또는 기체/액체 혼합물)이 밸브 시스템(10)에 의해 압축기(1)로 전환되어 안전하고 효율적인 정상 작동이 보장될 때까지 사이클을 다시 시작시킨다.
도 10은 본 발명의 열전달 시스템 내에서 열전달을 향상시키는 두 가지 대체수단을 나타내고 있다. 도 10(a)에서, 열에너지 저장유닛은 열교환기의 코일과 함께 배치된 내부 금속 핀을 다수 포함한다. 열에너지 저장유닛은 흑연(graphite)을 포함하는 상변환 물질(도시 안함)을 더 포함할 수 있다. 도 10(b)에, 열교환기의 코일에 설치된 복수의 금속 핀을 갖는 열에너지 저장유닛이 도시되어 있다. 열에너지 저장유닛은 흑연을 포함하는 상변환 물질(도시 안함)을 더 포함할 수 있다.

Claims (29)

  1. 하나 이상의 열원으로부터 하나 이상의 열싱크로 열을 전달하는 시스템(열전달 시스템)에서 사용하는 열에너지 저장시스템으로서,
    상기 열에너지 저장시스템은 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고,
    상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열저장부를 포함하고, 상기 열저장부는 하나 이상의 코일을 갖는 열교환기를 포함하고,
    상기 하나 이상의 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여 있고,
    상기 열에너지 저장유닛은 상호연결수단 및/또는 열전달 시스템의 하나 이상의 요소에 연결시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 하나 이상의 코일과 함께 설치된 내부 금속핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열에너지 저장유닛은 각각, 아래를 포함하는 제형으로부터 독립적으로 선택된 상변환 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
    하나 이상의 왁스; 파라핀; 하나 이상의 지방산 또는 그 염수화물; 하나 이상의 유기-유기 공융 혼합물, 하나 이상의 유기-무기 공융 혼합물, 하나 이상의 무기-무기 공융 혼합물; 또는 하나 이상의 흡습성 물질; 또는 이들을 조합
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고, 각각의 열에너지 저장유닛은 열에너지 유닛용 바이패스 수단을 선택적으로 그리고 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 열에너지 저장유닛에 대한 상기 바이패스 수단은, 하나 이상의 전환밸브, 하나 이상의 시스템 밸브, 또는 하나 이상의 솔레노이드 밸브에서 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하고,
    하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열저장부를 포함하고, 상기 열저장부는 코일을 갖는 열교환기를 포함하고, 상기 코일은 적절한 상변환 물질로 둘러싸여 있고,
    하나 이상의 추가 열에너지 저장유닛은 열교환기를 포함하는 열저장부를 포함하고, 상기 열교환기는 두 개 이상의 코일을 포함하고, 상기 열에너지 저장유닛은 각각, 열에너지 저장부용 바이패스 수단을 선택적으로 그리고 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열에너지 저장유닛 중 하나 이상은 열에너지 저장부용 바이패스 수단을 포함하고,
    상기 바이패스 수단은 하나 이상의 전환밸브, 하나 이상의 시스템 밸브, 또는 하나 이상의 솔레노이드 밸브 중에서 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  9. 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    열에너지 저장유닛을 두 개 이상 구비하고, 상기 열에너지 저장유닛은 상변환 물질로 둘러싸여 있는 코일을 갖는 열교환기를 포함하고,
    두 개 이상의 상기 열에너지 저장유닛은 각각 동일하거나 상이한 상변환 물질을 포함하고,
    상기 상변환 물질은 아래를 포함하는 제형으로부터 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
    하나 이상의 왁스; 파라핀; 하나 이상의 지방산 또는 그 염수화물; 하나 이상의 유기-유기 공융 혼합물, 하나 이상의 유기-무기 공융 혼합물, 하나 이상의 무기-무기 공융 혼합물; 또는 하나 이상의 흡습성 물질; 또는 이들을 조합
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가 열에너지 저장유닛 내의 코일, 제1 코일은 냉매 유체에 대해 전용으로 사용하도록 되어 있고, 열전달 시스템에서 사용하도록 응축기와 감압장치에 대해 서로 연결되도록 적절히 구성된 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가 열에너지 저장유닛 내의 하나 이상의 코일, 제2 코일은 열전달 유체에 대해 전용으로 사용하도록 되어 있고, 상기 제2 코일은 각각의 열저장유닛 내의 상변환 물질과 열을 교환하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코일 또는 제2 코일들은 열전달 시스템 내에서 추가적인 해동 또는 열저장 서비스에 연결하는데 적합한 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  13. 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전달 유체는 물, 물-글리콜 혼합물 또는 냉매인 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  14. 상변환 물질 및 열저장부의 아키텍처, 열에너지 저장유닛의 구조가, 실질적으로 도 6에 도시되고 도 6과 관련하여 설명하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  15. 상변환 물질 및 열저장부의 아키텍처, 열에너지 저장유닛의 구조가, 실질적으로 도 7에 도시되고 도 7과 관련하여 설명하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열에너지 저장시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 열에너지 저장유닛을 포함하는 열전달 시스템으로서,
    상기 열전달 시스템은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 더 포함하고, 상기 요소들은 상호 연결 및/또는 상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 서로 연결된 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    하나 이상의 열에너지 저장유닛이 상기 열전달 시스템 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  18. 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 열전달 시스템의 외부에 위치하고 적절한 연결수단에 의해 열전달 시스템에 연결된 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 연결수단은 예를 들어 하나 이상의 파이프와 같은 적절한 냉매연결부인 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감압장치는 팽창 밸브인 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛은 하나 이상의 응축기와 하나 이상의 감압장치 사이에서 열전달 시스템 내의 요소들에 연결되고,
    상기 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 대하여 상기 감압수단 및 상기 응축기와 연결시키는 적절한 연결수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은, 증기압축 시스템; 리버스-사이클 해동 증기압축시스템; 증기압축냉동시스템; 리버스-사이클 해동 증기압축냉동시스템; 또는 열펌프 시스템; 중에서 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 리버스-사이클 증기압축냉동 시스템이고,
    하나 이상의 열에너지 저장유닛이 외부에 배치되어 적절한 냉매 연결을 통해서 내부 유닛과 연결되고, 상기 내부 유닛은 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 포함하고,
    열전달 시스템은 하나 이상의 압축기용 바이패스 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 리버스-사이클 증기압축냉동 시스템이고,
    하나 이상의 열저장 유닛 및 하나 이상의 압축기가 외부에 배치되어 적절한 냉매 연결을 통해서 내부 유닛과 연결되고, 상기 내부 유닛은 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치, 하나 이상의 응축기를 포함하고,
    열전달 시스템은 하나 이상의 압축기용 바이패스 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  25. 제23항 또는 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이패스 수단은 전환밸브, 솔레노이드 밸브의 시스템 및/또는 전환밸브와 솔레노이브 밸브의 시스템을 조합한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  26. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열에너지 저장시스템은 결빙 상태를 감지하고 관리하는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 감지 수단은 시스템 내의 지점에서 온도, 압력 및 파워를 측정하는 복수의 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  28. 제26항 또는 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    결빙 상태를 관리하는 수단은, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 위치한 4방향 리버스 밸브와 응축기 전환수단의 조합이고, 상기 리버스 밸브는 하나 이상의 압축기로부터 하나 이상의 응축기로의 유체/증기의 유동을 중지시키도록 되어 있고.
    상기 전환수단은 시스템 내의 유체/증기의 유동으로부터 하나 이상의 응축기를 우회시키고,
    상기 사이클은 반대로 되어 증기를 하나 이상의 압축기로부터 하나 이상의 증발기에 제공하고, 이어서 하나 이상의 감압장치에 제공하고, 이어서 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 제공하고,
    리버스-사이클은 필요시 반복되는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.
  29. 하나 이상의 압축기, 하나 이상의 증발기, 하나 이상의 감압장치 및 하나 이상의 응축기를 포함하는 열전달 시스템의 냉동프로세스에서, 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항의 열에너지 저장유닛을 사용하는 방법으로서,
    상기 압축기, 상기 증발기, 상기 감압장치 및 상기 응축기는 서로 연결되어 있고, 및/또는 하나 이상의 열에너지 저장유닛에 연결되고, 상기 냉동프로세스는:
    (i) 열전달 시스템에 적절한 냉매유체 또는 작동유체를 제공하는 단계;
    (ii) 하나 이상의 압축기에서 유체를 증발시키도록 적절한 압력과 온도 조건에서 유체를 압축하고 가열하는 단계;
    (iii) 압축된 증기를 상승된 온도에서 적절한 수단을 통해 하나 이상의 응축기로 제공하는 단계;
    (iv) 증기를 냉각시켜, 압축된 응축 액체 또는 압축된 액체/증기 혼합물을 감소된 온도에서 제공하는 단계;
    (v) 액체 또는 액체/증기 혼합물을 하나 이상의 열저장유닛으로 공급하는 단계;
    (vi) 열저장유닛 내의 열에너지 교환수단을 통해 온도를 낮추고; 액체 또는 액체/증기 혼합물을 하나 이상의 감압장치로 공급하는 단계;
    (vii) 온도와 압력이 감소된 액체 또는 액체/증기 혼합물을 하나 이상의 증발기로 공급하는 단계; 및
    (viii) 증기를 제공하도록 액체 또는 액체/증기 혼합물을 다시 가열하고; 다시 증발시켜 하나 이상의 압축기로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020197002086A 2016-06-23 2017-06-23 증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동을 위한 상변환 물질 기반의 증진법 KR102471584B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1610977.9A GB201610977D0 (en) 2016-06-23 2016-06-23 A thermal energy storage system
GB1610977.9 2016-06-23
PCT/GB2017/051845 WO2017221025A1 (en) 2016-06-23 2017-06-23 Phase change material-based enhancement for reversed-cycle defrosting in vapour compression refrigeration systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190024969A true KR20190024969A (ko) 2019-03-08
KR102471584B1 KR102471584B1 (ko) 2022-11-28

Family

ID=56891737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197002086A KR102471584B1 (ko) 2016-06-23 2017-06-23 증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동을 위한 상변환 물질 기반의 증진법

Country Status (14)

Country Link
US (1) US11193702B2 (ko)
EP (1) EP3475640B1 (ko)
JP (1) JP7019908B2 (ko)
KR (1) KR102471584B1 (ko)
CN (2) CN109690219A (ko)
AU (1) AU2017282098B2 (ko)
CA (1) CA3029118A1 (ko)
CL (1) CL2018003750A1 (ko)
DK (1) DK3475640T3 (ko)
ES (1) ES2954994T3 (ko)
FI (1) FI3475640T3 (ko)
GB (1) GB201610977D0 (ko)
RU (1) RU2738989C2 (ko)
WO (1) WO2017221025A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022015154A1 (en) * 2020-07-15 2022-01-20 Low Wai Koon System heating and cooling air

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3742087B1 (en) * 2018-01-15 2023-06-07 Daikin Industries, Ltd. Ice making system
GB201803841D0 (en) * 2018-03-09 2018-04-25 Sunamp Ltd Heat pumps
EP3546854B1 (en) * 2018-03-26 2022-08-31 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Defrosting a heat pump system with waste heat
US10906150B2 (en) 2018-04-11 2021-02-02 Rolls-Royce North American Technologies Inc Mechanically pumped system for direct control of two-phase isothermal evaporation
ES2737673A1 (es) * 2018-07-13 2020-01-15 Robert Art En Pedra S L Sistema para el control de la temperatura de al menos un módulo de almacenamiento energético y método asociado
GB201816380D0 (en) 2018-10-08 2018-11-28 Sunamp Ltd Group II metal nitrate based compositions for use as phase change materials
CN111511161B (zh) * 2019-01-31 2023-05-26 西门子(深圳)磁共振有限公司 磁共振设备的冷却系统及磁共振设备
US10921042B2 (en) 2019-04-10 2021-02-16 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Method for reducing condenser size and power on a heat rejection system
US11022360B2 (en) * 2019-04-10 2021-06-01 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Method for reducing condenser size and power on a heat rejection system
US11846454B2 (en) * 2019-06-13 2023-12-19 Will John Temple Heat pump utilizing thermal energy storage
CN111156695B (zh) * 2020-01-08 2021-05-14 北京建筑大学 一种太阳能即热热泵热水器
US11414847B2 (en) * 2020-06-29 2022-08-16 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Under sink water dispensing system
US11680754B2 (en) 2021-04-09 2023-06-20 Trane International Inc. Systems and methods for thermal storage solid phase formation removal
US20230148170A1 (en) * 2021-11-05 2023-05-11 Emerson Climate Technologies, Inc. Thermal Battery And Heat Exchanger Assembly Using Phase Change Material
US20230152013A1 (en) * 2021-11-18 2023-05-18 Goodman Manufacturing Company, L.P. Heat pump system with bi-flow expansion device
CN115183402B (zh) * 2022-07-04 2024-05-14 青岛海尔空调电子有限公司 用于空调除霜的控制方法、控制装置和空调器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02298771A (ja) * 1989-05-12 1990-12-11 Toshiba Corp ヒートポンプ式冷凍サイクル装置
JPH0743028A (ja) * 1993-07-28 1995-02-10 Kajima Corp ヒートポンプパッケージ
KR19980082835A (ko) * 1997-05-09 1998-12-05 구자홍 히트펌프용 냉동사이클장치
JP2009287903A (ja) * 2008-06-02 2009-12-10 Kansai Electric Power Co Inc:The 蓄熱式ヒートポンプ装置
US20140130532A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-15 Hui Jiunn Chen Refrigeration system utilizing natural circulation of heat to carry out defrosting thereof
US20140338389A1 (en) * 2013-05-14 2014-11-20 Carrier Corporation Vapor compression system with thermal energy storage

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2526032A (en) * 1948-10-11 1950-10-17 Francis L La Porte Defrosting method and apparatus for refrigeration systems
US2641908A (en) * 1950-09-02 1953-06-16 Francis L La Porte Refrigerator defrosting means
US2801524A (en) * 1954-07-22 1957-08-06 Gen Electric Heat pump including hot gas defrosting means
JPS5887070U (ja) 1981-12-10 1983-06-13 株式会社東芝 除湿機
DE3240353A1 (de) 1982-11-02 1984-05-03 Centra-Bürkle GmbH & Co, 7036 Schönaich Verfahren zum pumpen von waerme und waermepumpe
JPH0652142B2 (ja) 1986-05-16 1994-07-06 三洋電機株式会社 空気調和機
JPH0749913B2 (ja) * 1986-10-30 1995-05-31 株式会社東芝 潜熱蓄熱装置
JP2705033B2 (ja) 1989-08-25 1998-01-26 松下冷機株式会社 多室式空気調和機
DE69109532T2 (de) * 1990-03-30 1996-01-18 Mitsubishi Electric Corp Klimaanlage.
US5052191A (en) * 1990-09-13 1991-10-01 Carrier Corporation Method and apparatus for heat pump defrost
JP2797695B2 (ja) 1990-11-08 1998-09-17 三菱電機株式会社 空気調和装置
US5269151A (en) * 1992-04-24 1993-12-14 Heat Pipe Technology, Inc. Passive defrost system using waste heat
US5553662A (en) * 1993-12-10 1996-09-10 Store Heat & Producte Energy, Inc. Plumbed thermal energy storage system
JP3953377B2 (ja) * 2002-07-16 2007-08-08 トヨタ自動車株式会社 空調装置
CN1281704C (zh) * 2005-05-12 2006-10-25 哈尔滨工业大学 蓄能式空气源热泵除霜系统
DE102007028309A1 (de) 2007-06-20 2008-12-24 Clariant International Limited Licocene Performance Polymere als Phasenwechselmaterial (PCM) für den Gebrauch als Latentwärmespeicher
CN101413744A (zh) * 2008-11-25 2009-04-22 哈尔滨工业大学 具有过冷作用的空气源热泵相变蓄能除霜系统
CN101871706B (zh) 2010-06-02 2012-07-04 广东长菱空调冷气机制造有限公司 相变蓄能热泵热水器
WO2012008797A2 (ko) 2010-07-16 2012-01-19 에스케이이노베이션 주식회사 동식물유의 수소화처리 반응을 통한 유기 상변화 물질의 제조방법
GB2487975A (en) 2011-02-11 2012-08-15 Frigesco Ltd Flash defrost system
GB2488331A (en) * 2011-02-23 2012-08-29 Star Refrigeration Heat pump system with a thermal store comprising a phase change material
CN102410768A (zh) * 2011-10-25 2012-04-11 华南理工大学 一种用于热泵热水器除霜的相变蓄热器
CN102798214B (zh) * 2012-07-27 2015-04-08 太原理工大学 一种相变蓄热空气源热泵热水机组
FR3016206B1 (fr) * 2014-01-08 2016-02-05 Alstom Transport Sa Dispositif de climatisation d'un compartiment, notamment pour un vehicule ferroviaire
DE102014103108A1 (de) 2014-03-03 2015-09-03 Sven Kunkel Latentwärmespeicher
JP6328004B2 (ja) 2014-08-15 2018-05-23 株式会社大気社 圧縮機／ポンプ切換式の冷却装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02298771A (ja) * 1989-05-12 1990-12-11 Toshiba Corp ヒートポンプ式冷凍サイクル装置
JPH0743028A (ja) * 1993-07-28 1995-02-10 Kajima Corp ヒートポンプパッケージ
KR19980082835A (ko) * 1997-05-09 1998-12-05 구자홍 히트펌프용 냉동사이클장치
JP2009287903A (ja) * 2008-06-02 2009-12-10 Kansai Electric Power Co Inc:The 蓄熱式ヒートポンプ装置
US20140130532A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-15 Hui Jiunn Chen Refrigeration system utilizing natural circulation of heat to carry out defrosting thereof
US20140338389A1 (en) * 2013-05-14 2014-11-20 Carrier Corporation Vapor compression system with thermal energy storage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022015154A1 (en) * 2020-07-15 2022-01-20 Low Wai Koon System heating and cooling air

Also Published As

Publication number Publication date
EP3475640A1 (en) 2019-05-01
US11193702B2 (en) 2021-12-07
RU2738989C2 (ru) 2020-12-21
RU2019100576A3 (ko) 2020-07-23
GB201610977D0 (en) 2016-08-10
CA3029118A1 (en) 2017-12-28
US20190226735A1 (en) 2019-07-25
RU2019100576A (ru) 2020-07-23
ES2954994T3 (es) 2023-11-28
EP3475640B1 (en) 2023-06-07
JP7019908B2 (ja) 2022-02-16
FI3475640T3 (fi) 2023-09-05
AU2017282098A1 (en) 2019-01-17
KR102471584B1 (ko) 2022-11-28
DK3475640T3 (da) 2023-09-18
CN118031483A (zh) 2024-05-14
JP2019519748A (ja) 2019-07-11
AU2017282098B2 (en) 2022-06-16
CN109690219A (zh) 2019-04-26
WO2017221025A1 (en) 2017-12-28
CL2018003750A1 (es) 2019-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102471584B1 (ko) 증기압축냉동 시스템의 리버스-사이클 해동을 위한 상변환 물질 기반의 증진법
KR0132344B1 (ko) 폐열을 이용하는 수동 제상 시스템 및 수동 제상 방법과 열펌프
US20070209380A1 (en) Thermal superconductor refrigeration system
EP2420746A1 (en) Heat pump type heating device
WO2010137401A1 (ja) ヒートポンプ装置
US9677789B2 (en) Refrigeration appliance with two evaporators in different compartments
US6609390B1 (en) Two-refrigerant refrigerating device
JP5842310B2 (ja) 冷凍装置、および負荷冷却器のデフロスト方法
JP5904628B2 (ja) デフロスト運転用の冷媒管を備えた冷凍サイクル
US10578344B2 (en) Reversible liquid suction gas heat exchanger
CN104567153A (zh) 一种新型节能不间断供冷热气融霜控制系统
US9261297B2 (en) Cooling device
JP4062663B2 (ja) 過冷却水および温水の製造システム
EP2678612B1 (en) Air conditioning system with ice storage
EP3165852B1 (en) Anti-frost heat pump
JP2004361053A (ja) 氷蓄熱装置及び氷蓄熱方法
JP2006342994A (ja) 氷蓄熱空調装置
JP6119804B2 (ja) 負荷冷却器のデフロスト方法
JP2004205142A (ja) 冷凍空調装置およびその運転制御方法
JP5111663B2 (ja) ヒートポンプ装置
KR100848474B1 (ko) 히터펌프 장치
WO2015029243A1 (ja) 冷凍装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant