KR20210082468A

KR20210082468A - 냉동 장치 및 그 작동 방법

Info

Publication number: KR20210082468A
Application number: KR1020217014155A
Authority: KR
Inventors: 마우리지오 아스카니
Original assignee: 터보알고르 에스.알.엘.
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2021-07-05
Also published as: CN113227674A; US20210396431A1; WO2020084545A1; US11906206B2; EP3870909A1; CN113227674B; JP2022509452A

Abstract

본 발명은 냉각제의 유량(P)이 순환하는 폐쇄 회로(C)를 갖는 냉동 장치(1)에 관한 것으로, 상기 폐쇄 회로는 적어도 하나의 메인 브랜치(M)를 포함하고, 적어도 하나의 메인 브랜치(M)에는 적어도 하나의 메인 압축기(2), 상기 냉각제를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 냉각 장치(3), 상기 냉각제를 팽창시키기 위한 팽창 수단(4) 및 적어도 하나의 증발기(5)가 제공되고, 상기 폐쇄 회로는 상기 냉각제의 유량의 적어도 하나의 일부(X1)를 위한 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)를 더 포함하고, 적어도 하나의 제1 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 입구 섹션(100a)은 상기 냉각 장치(3)와 상기 팽창 수단(4) 사이에 포함된 상기 폐쇄 회로(C)의 길이부(101)에 배열되고 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)은 상기 메인 압축기(2)의 흡입부 근처에 배열되되, 상기 냉동 장치(1)는 상기 메인 브랜치(M)가 상기 증발기와 상기 메인 압축기 사이에 배열되고 적어도 하나의 실린더(7), 적어도 하나의 로드(8) 및 적어도 하나의 피스톤(9)이 제공되는 적어도 하나의 왕복 압축기(6)를 더 포함하고, 적어도 하나의 피스톤(9)은 상기 적어도 하나의 로드(8)에 일체로 구속되고 상기 실린더의 내부에서 병진가능하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치는 상기 적어도 하나의 로드의 작동을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 장치(50)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어 장치(50)는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로부터 나오는 냉각제의 일부(X1)의 적어도 하나의 부분(X2)을 전환하도록 구성되어, 상기 적어도 하나의 피스톤(9)의 변위를 구동하고 상기 증발기로부터 나오고 상기 실린더에 포함된 냉각제를 압축하며, 그리고 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)을 통한 상기 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분(X2)의 유출을 위해, 상기 증발기로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 단계에서 상기 적어도 하나의 피스톤(9)의 변위 동안 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분(X2)을 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로 재도입하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션은 상기 왕복 압축기(6)의 하류에 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

냉동 장치 및 그 작동 방법

본 발명은 냉동 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 냉동 장치는 이산화탄소를 냉각제로 사용하는 냉동 장치에 유리하게 사용된다.

공지된 바와 같이, 상기 언급된 유형의 냉각제를 위한 냉동 장치는 냉각제가 흐르는 폐쇄 회로를 포함하고, 폐쇄 회로를 따라 압축기, 냉각제를 냉각시키기 위한 냉각기, 팽창 밸브 및 증발기가 배열된다.

냉동 장치 내에서 수행되는 전체 열역학적 공정에 걸쳐 냉각제가 항상 기체 상태로 유지될 것이므로, 이산화탄소 또는 유사한 특성을 갖는 다른 유체의 경우 응축기가 아니라 유체 냉각기가 참조된다는 점에 유의해야 한다.

이산화탄소를 냉각제로 사용하는 냉동 장치의 효율을 높이기 위해, 폐쇄 회로 내에서 순환하는 냉각제에 대해 하나 이상의 이차적인 이코노마이저 브랜치를 사용하는 것도 공지되어 있다. 공지된 기술에 따르면, 이차적인 이코노마이저 브랜치는 일측에서 냉각 장치 또는 쿨러와 팽창 밸브 사이에 포함된 폐쇄 회로의 메인 브랜치의 섹션에 그리고 타측에서 메인 압축기에 유체적으로 연결되어 있음을 유의해야 한다. 이러한 이차적인 이코노마이저 브랜치는 메인 회로와 열을 교환하기 위한 팽창 밸브 및 열교환기를 포함하고, 한편 이차적인 이코노마이저 브랜치로부터 나오는 유량은 냉동 장치 내에서 순환하는 최대 압력과 최소 압력 사이, 즉 냉각 장치에서의 유체의 압력과 증발기에서의 유체의 압력 사이의 중간 압력을 갖는다.

어쨌든, 하나 이상의 이차적인 이코노마이저 브랜치를 사용하는 경우에도, 이산화탄소를 냉각제로 사용하는 냉동 장치는 에너지 측면에서 편리하지 않다. 실제로, 효율성이 여전히 상당히 낮다.

따라서, 본 발명의 목적은 공지된 기술에 비해 효율을 증가시키면서 예를 들어 이산화탄소(CO2) 유형의 냉동 가스를 사용할 수 있는 냉동 장치를 달성하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구조적으로 복잡하지 않은 증가된 효율의 냉동 장치를 달성하는 것이다.

이러한 목적과 다른 목적들은 냉각제의 유량이 순환하는 폐쇄 회로를 갖는 냉동 장치에 의해 달성되는 것으로, 상기 폐쇄 회로는 적어도 하나의 메인 브랜치를 포함하고, 적어도 하나의 메인 브랜치에는 적어도 하나의 메인 압축기, 상기 냉각제를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 냉각 장치, 상기 냉각제를 팽창시키기 위한 팽창 수단 및 적어도 하나의 증발기가 제공되고, 상기 폐쇄 회로는 상기 냉각제의 유량의 적어도 하나의 일부를 위한 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치를 더 포함하고, 적어도 하나의 제1 이차적인 이코노마이저 브랜치의 입구 섹션은 상기 냉각 장치와 상기 팽창 수단 사이에 포함된 상기 폐쇄 회로의 섹션에 배열되고 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션은 상기 메인 압축기의 흡입부 근처에 배열되되, 상기 냉동 장치는 상기 메인 브랜치가 상기 증발기와 상기 메인 압축기 사이에 배열되고 적어도 하나의 실린더, 적어도 하나의 로드 및 적어도 하나의 피스톤이 제공되는 적어도 하나의 왕복 압축기를 더 포함하고, 적어도 하나의 피스톤은 상기 적어도 하나의 로드에 일체로 구속되고 상기 실린더의 내부에서 병진가능하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치는 상기 적어도 하나의 로드의 작동을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어 장치는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치로부터 나오는 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분을 전환하도록 구성되어, 상기 적어도 하나의 피스톤의 변위를 구동하고 상기 증발기로부터 나오고 상기 실린더에 포함된 냉각제를 압축하며, 그리고 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션을 통한 상기 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분의 유출을 위해, 상기 증발기로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 단계에서 상기 적어도 하나의 피스톤의 변위 동안 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분을 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치로 재도입하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션은 상기 왕복 압축기의 하류에 배열되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 실질적으로, 이코노마이저 브랜치로부터 나오고 증발기에서의 냉각제의 압력보다 큰 압력이 제공되는 냉각제의 부분은 메인 브랜치를 따라 배열된 왕복 압축기의 피스톤의 추진력을 제공하고 이에 따라 증발기로부터 나오는 냉각제를 압축하는 데에 사용된다. 왕복 압축기의 흡입 단계에서, 이차적인 이코노마이저 브랜치로부터 나오고 왕복 압축기의 이전의 압축 단계에서 사용된 냉각제의 동일한 부분은 메인 압축기와 왕복 압축기 사이에 구성된 길이부에서 메인 브랜치로 복귀된다. 따라서, 이차적인 이코노마이저 브랜치로부터 나오는 냉각제의 부분은 왕복 압축기 내부에서 압축되고 증발기로부터 나오는 냉각제와 절대 혼합되지 않되, 왕복 압축기의 흡입 단계에서, 왕복 압축기의 피스톤에 추진력을 가한 후에 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션의 방향으로 전송된다(readdress). 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션에서, 냉각제의 부분은 왕복 압축기에서 나오는 냉각제와 혼합된다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 왕복 압축기의 실린더에는 상기 증발기로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 제1 포트 및 상기 메인 압축기에 도달하도록 상기 제1 챔버에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 제2 포트를 포함하는 제1 챔버가 제공되고, 상기 실린더는 상기 피스톤에 의해 상기 제1 챔버로부터 유체적으로 분리된 제2 챔버를 더 포함하고, 상기 제2 챔버에는 상기 피스톤을 변위시키고 상기 제1 챔버에 포함된 상기 냉각제를 압축하도록 상기 냉각제의 적어도 하나의 일부의 부분의 유입을 위한 그리고 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션, 즉 메인 압축기의 흡입부에 도달하기 위하여 상기 제1 챔버에 포함된 냉각제의 압축의 끝에서 상기 냉각제의 일부의 부분의 유출을 위한 적어도 하나의 제3 포트가 제공된다.

따라서, 위에서 언급된 바와 같이, 이차적인 이코노마이저 브랜치로부터 나오는 냉각제의 부분은 제1 챔버 내에서 유입되는 냉각제와 절대 혼합되지 않되, 압축되고 그리고 나서 메인 압축기에 도달하기 위해 왕복 압축기 밖으로 나온다. 압축 단계 동안 피스톤을 누르는 데에 사용되는 냉각제의 동일한 부분은 왕복 압축기의 실린더의 제2 챔버에서 나와 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션에 도달하고 메인 압축기에 들어가기 전에 왕복 압축기에 의해 압축된 냉각제와 혼합된다.

더욱이, 상기 로드의 작동를 제어하기 위한 제어 장치는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치와 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유입 섹션, 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션과 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유출 섹션 및 상기 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부의 부분이 상기 제2 챔버로 유입되도록 허용되는 제1 구성과 상기 유출 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부의 부분이 상기 제2 챔버로부터 유출되도록 허용되고 상기 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결이 허용되지 않는 제2 구성 사이에서 전환하는 차단 수단을 포함한다.

특히, 작동 제어 장치는 실린더 본체를 포함한다. 더욱이, 차단 수단은 상기 제1 구성에서의 제1 위치와 상기 제2 구성에서의 제2 위치 사이에서 상기 실린더의 내부에서 병진가능한 적어도 하나의 샤프트를 포함한다. 병진가능한 샤프트에는 제1 차단부 및 제2 차단부가 제공되고; 상기 제1 차단부 및 상기 제2 차단부는 상기 적어도 하나의 병진가능한 샤프트를 따라 서로 이격되어 배치되어, 상기 제1 위치에서 상기 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결은 상기 냉각제의 일부의 부분이 상기 제2 챔버로 유입되도록 허용되고, 상기 제2 위치에서 상기 유출 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결은 상기 제2 챔버로부터 상기 냉각제의 일부의 부분이 유출되도록 허용되고, 상기 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결은 허용되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 왕복 압축기는 상기 적어도 하나의 로드에 일체로 구속되고 상기 실린더 내에서 병진가능한 적어도 하나의 추가 피스톤을 포함하고, 상기 실린더에는 상기 메인 압축기에 도달하기 위해 상기 증발기로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 추가 제1 포트 및 추가 제1 챔버에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 추가 제2 포트를 포함하는 추가 제1 챔버가 제공된다. 또한, 상기 실린더는 상기 추가 피스톤에 의해 상기 추가 제1 챔버로부터 유체적으로 분리된 추가 제2 챔버를 더 포함하고, 상기 추가 제2 챔버에는 상기 추가 피스톤을 변위시키고 상기 추가 제1 챔버에 포함된 냉각제를 압축하며 상기 증발기로부터 상기 제1 챔버로의 냉각제의 동시 흡입을 허용하도록 하는 상기 냉각제의 일부의 추가 부분의 유입 및 상기 추가 제1 챔버에 포함된 냉각제의 압축 및 상기 피스톤에 의해 상기 제1 챔버에 포함된 냉각제의 동시 압축 이후 상기 냉각제의 일부의 추가 부분의 유출을 위한 추가 제3 포트가 제공된다.

실제로, 왕복 압축기는 복동식 타입으로 형성되고, 이에 따라 피스톤이 흡입 단계에 있을 때, 추가 피스톤이 압축 단계에 있고, 그리고 그 반대의 경우도 있다. 따라서, 이것은 폐쇄 회로의 내부에서 순환될 수 있는 냉각제의 유량을 상당히 증가시키는 것을 가능케 한다.

본 발명의 특정 측면에 따르면, 상기 로드의 작동을 제어하기 위한 제어 장치는 상기 메인 압축기와 상기 왕복 압축기 사이에 포함된 상기 메인 브랜치의 길이부와 유체적으로 연결된 적어도 하나의 추가 유출 섹션을 더 포함한다. 상기 차단 수단은, 적어도 상기 제1 위치에 있을 때, 상기 추가 제2 챔버로부터의 냉각제의 일부의 추가 부분의 유출을 위해, 상기 추가 유출 섹션과 상기 추가 제3 포트 사이의 유체 연결을 허용하고, 그리고 적어도 상기 제2 위치에 있을 때, 상기 추가 제2 챔버로의 냉각제의 일부의 추가 부분의 유입을 위해, 상기 유입 섹션과 상기 추가 제3 포트 사이의 유체 연결을 허용한다.

상기 차단 수단은 병진가능한 샤프트에 구속된 적어도 하나의 제3 차단부를 포함한다. 이러한 제3 차단부는 상기 병진가능한 샤프트를 따라 상기 제1 차단부 및 상기 제2 차단부로부터 이격되어, 적어도 상기 적어도 하나의 병진가능한 샤프트가 상기 제1 위치에 있을 때, 상기 추가 유출 섹션과 상기 추가 제3 포트 사이의 유체 연결이 상기 추가 제2 챔버로부터 냉각제의 일부의 추가 부분의 유출을 위해 허용되고, 적어도 상기 제2 위치에 있을 때, 상기 유입 섹션과 상기 추가 제3 포트 사이의 유체 연결이 상기 추가 제2 챔버로의 냉각제의 일부의 추가 부분의 유입을 위해 허용된다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면, 상기 실린더에는 상기 증발기로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 제1 포트 및 상기 메인 압축기에 도달하도록 제1 챔버에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 제2 포트를 포함하는 제1 챔버가 제공되고, 상기 실린더는 상기 피스톤에 의해 상기 제1 챔버로부터 유체적으로 분리된 제2 챔버를 더 포함하고, 상기 제2 챔버에는 상기 피스톤을 변위시키고 상기 제1 챔버에 포함된 상기 냉각제를 압축하도록 상기 냉각제의 일부의 부분의 유입을 위한 적어도 하나의 제3 포트 및 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치의 상기 출구 섹션, 즉 상기 압축기의 흡입부에 도달하도록 상기 제1 챔버에 포함된 냉각제의 압축의 끝에서 상기 냉각제의 일부의 부분의 유출을 위한 적어도 하나의 제4 포트가 제공된다.

항상 이러한 실시예에 따르면, 상기 로드의 작동를 제어하기 위한 제어 장치는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치와 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유입 섹션, 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션과 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유출 섹션 및 상기 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부의 부분이 상기 제2 챔버로 유입되도록 허용되는 제1 구성과 상기 유출 섹션과 상기 적어도 하나의 제4 포트 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부의 부분이 상기 제2 챔버로부터 유출되도록 허용되고 상기 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트 사이의 유체 연결이 허용되지 않는 제2 구성 사이에서 전환하는 차단 수단을 포함한다.

제3 실시예의 특징들 중 일부를 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 상기 유입 섹션 및 상기 유출 섹션은 상기 왕복 압축기의 상기 실린더에서 얻어진다. 상기 차단 수단은 적어도 하나의 제1 소형 피스톤 및 적어도 하나의 제2 소형 피스톤을 포함하고, 상기 제1 소형 피스톤 및 상기 제2 소형 피스톤은 상기 실린더의 내부에 배열되고, 상기 제1 구성을 취하기 위한 개개의 제1 위치와 상기 제2 구성을 취하기 위한 개개의 제2 위치 사이에서 상기 실린더에서 획득된 개개의 실린더 하우징의 내부에서 병진가능하다. 상기 제1 소형 피스톤에는 제1 차단부가 제공되고 상기 제2 소형 피스톤에는 제2 차단부가 제공되며, 상기 제1 차단부는, 적어도 상기 제1 소형 피스톤이 상기 제1 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 제3 포트를 언커버하고, 적어도 상기 제1 소형 피스톤이 상기 제2 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 제3 포트를 커버하도록 구성된다. 상기 제2 차단부는, 적어도 상기 제2 소형 피스톤이 상기 제1 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 제4 포트를 커버하고, 적어도 상기 제2 소형 피스톤이 상기 제2 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 제4 포트를 언커버하도록 구성된다.

이러한 제4 실시예의 보다 효율적인 변형에서, 상기 적어도 하나의 왕복 압축기는 상기 적어도 하나의 로드에 일체로 구속되고 상기 실린더 내에서 병진가능한 적어도 하나의 추가 피스톤을 포함하고, 상기 실린더에는 상기 메인 압축기에 도달하기 위해 상기 증발기로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 추가 제1 포트 및 추가 제1 챔버에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 추가 제2 포트를 포함하는 추가 제1 챔버가 제공되고, 상기 실린더는 상기 추가 피스톤에 의해 상기 추가 제1 챔버로부터 유체적으로 분리된 추가 제2 챔버를 더 포함하고, 상기 추가 제2 챔버에는 상기 추가 피스톤을 변위시키고 상기 추가 제1 챔버에 포함된 냉각제를 압축하며 상기 증발기로부터 상기 제1 챔버로의 냉각제의 동시 흡입을 허용하도록 하는 상기 냉각제의 적어도 하나의 일부의 추가 부분의 유입을 위한 추가 제3 포트 및 상기 추가 제1 챔버에 포함된 냉각제의 압축 및 상기 피스톤에 의해 상기 제1 챔버에 포함된 냉각제의 동시 압축의 끝에서 상기 냉각제의 일부의 추가 부분의 유출을 위한 추가 제4 포트가 제공된다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면, 바람직한 실시예에서, 상기 로드의 작동을 제어하기 위한 제어 장치는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치와 유체적으로 연결되는 상기 실린더에서 얻어진 적어도 하나의 추가 유입 섹션을 더 포함한다. 상기 차단 수단은, 적어도 상기 제1 구성에 있을 때, 상기 추가 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트 사이의 유체 연결을 방지하고, 상기 추가 제2 챔버로부터 상기 냉각제의 일부의 추가 부분의 유출을 위해, 상기 유출 섹션과 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트 사이의 유체 연결을 허용하고, 적어도 상기 제2 구성에 있을 때, 상기 추가 제2 챔버로의 상기 냉각제의 일부의 추가 부분의 유입을 위해, 상기 추가 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트 사이의 유체 연결을 허용하고, 그리고 상기 유출 섹션과 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트 사이의 유체 연결은 허용되지 않는다.

또한, 상기 적어도 하나의 제1 소형 피스톤에는 추가 제1 차단부가 제공되고, 상기 제2 소형 피스톤에는 추가 제2 차단부가 제공된다. 상기 추가 제1 차단부는, 적어도 상기 제1 소형 피스톤이 상기 제1 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트를 커버하고, 적어도 상기 제1 소형 피스톤이 상기 제2 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트를 언커버하도록 구성된다. 더욱이, 상기 추가 제2 차단부는, 적어도 상기 제2 소형 피스톤이 상기 제1 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트를 언커버하고, 적어도 상기 제2 소형 피스톤이 상기 제2 위치에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트를 커버하도록 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 냉각제는 이산화탄소, 또는 유사한 화학적 및/또는 물리적 특성을 갖는 다른 가스 또는 가스 혼합물을 포함한다.

목적들은 또한 적어도 제1항에 따른 냉동 장치를 작동하기 위한 방법에 의해 달성되는 것으로, 상기 방법은:

a) 상기 폐쇄 회로의 상기 메인 브랜치를 따라 상기 냉각제를 순환시키는 단계;

b) 상기 폐쇄 회로의 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치를 따라 상기 냉각제의 유량의 상기 적어도 하나의 일부를 순환시키는 단계;

c) 상기 왕복 압축기의 작동을 구동하는 단계;를 포함하되,

상기 단계 c)는 c1) 상기 왕복 압축기의 상기 적어도 하나의 피스톤의 변위를 구동하고 상기 실린더에 포함된 상기 증발기로부터 나오는 냉각제를 압축하기 위해 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치로부터 나오는 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분을 전환하는 단계 및 c2) 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션을 통한 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분의 유출을 위해, 상기 증발기로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 단계에서 상기 적어도 하나의 피스톤의 변위 동안 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치로 냉각 액체의 일부의 적어도 하나의 부분을 재도입하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치의 출구 섹션은 상기 왕복 압축기의 하류에 배열되는 것을 특징으로 한다.

이제, 본 발명의 몇몇 특정 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 제한없이 단지 예로서 설명될 것으로:
- 도 1은 본 발명에 따른 냉동 장치의 개략도이고;
- 도 1a-1b는 각각 냉각제를 압축하고 흡입하는 단계들 동안, 본 발명에 따른 냉동 장치의 제1 실시예에서 왕복 압축기의 개략적인 종단면도이며;
- 도 2A-2B는 각각 냉각제를 압축하고 흡입하는 단계들 동안, 본 발명에 따른 냉동 장치의 제1 실시예의 변형의 왕복 압축기의 개략적인 종단면도이고;
- 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 왕복 압축기의 축측 종단면도이며;
- 도 3a 내지 3d는 압축기 내에서 냉각제를 압축하고 흡입하는 여러 단계들 동안, 도 3의 실시예에서 왕복 압축기의 개략적인 종단면도이고;
- 도 4a는 압축하는 단계 동안, 본 발명의 제3 실시예에 따른 압축기의 종단면도이며;
- 도 4b는 흡입하는 단계에서 도 4a의 압축기의 종단면도이고;
- 도 5a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압축기의 축측 종단면도이며;
- 도 5b는 도 5a의 압축기의 종방향 단면의 특정 도면이고;
- 도 6a 내지 6d는 왕복 압축기 내에서 냉각제를 압축하고 흡입하는 여러 단계들 동안, 도 5a의 실시예에서 왕복 압축기의 개략적인 종단면도이다.

이러한 도면들을 특히 참조하면, 1은 보통 본 발명에 따른 일반적인 냉동 장치(refrigeration apparatus)를 나타낸다.

도 1에서 매우 단순화된 방식으로 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동 장치(1)는 냉각제(coolant)의 유량(flow rate)(P)이 순환하는 폐쇄 회로(C)를 갖는다. 본 명세서에 설명된 해결책의 경우, 이러한 냉각제는 이산화탄소이지만, 냉각제는 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들에서 다를 수도 있되 유사한 화학적/물리적 특성을 가질 수 있다. 실제로, 상기 냉각제는 이산화탄소, 또는 유사한 화학적 및/또는 물리적 특성을 갖는 다른 가스 또는 가스 혼합물을 포함한다.

폐쇄 회로(C)는 왕복하는 타입의 메인 압축기(2), 냉각제를 위한 적어도 하나의 냉각 장치(3), 냉각제를 팽창시키는 팽창 수단(4) 및 하나의 증발기(5)가 제공된 메인 브랜치(main branch)(M)를 포함한다. 이러한 특정 경우에, 냉각 장치(3)는 응축기(condenser)와 동일한 기능을 수행하는 즉, 사용된 냉각제가 이산화탄소이기 때문에 기상(gaseous phase)을 액체로 변화시키지 않고서 냉각제를 냉각시키는 점에 유의해야 한다. 냉각제가 이산화탄소와 상이한 다른 실시예들에서, 냉각 장치는 고전적인 응축기와 동일한 방식으로 작동할 것으로, 즉 냉각제의 응집 상태(aggregation state)를 기체에서 액체로 변환할 것이다.

냉각제가 이산화탄소가 아니거나 이러한 가스와 유사한 특성을 갖는다면, 메인 압축기(2)는 또한 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서도 왕복 압축기와 다른 유형, 예를 들어 원심(centrifugal) 또는 다른 유형일 수 있다.

더욱이, 이러한 특별한 경우에, 팽창 수단(4)은 자동 온도 조절(thermostatic) 유형의 팽창 밸브를 포함하고, 다른 실시예들에서는 여전히 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 모세관 라인(capillary line) 또는 다른 메커니즘을 포함할 수 있다.

폐쇄 회로(C)는 냉각제의 유량의 일부(X1)에 대한 이차적인 이코노마이저 브랜치(secondary economizer branch)(100)를 더 포함한다. 제1 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 입구 섹션(100a)은 냉각 장치(3)와 팽창 수단(4) 사이에 포함된 폐쇄 회로(C)의 길이부(101)에 배열되고 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)은 메인 압축기(2)의 흡입부 근처에 배열된다. 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)는 공지된 방식으로 메인 브랜치와 열을 교환하기 위해 추가 팽창 밸브(105) 및 열교환기(106)를 포함한다는 점에 유의해야 한다. 팽창 단계 후 냉각 장치(3)에서 나오는 냉각제의 압력과 증발기(5)에서 나오는 냉각제의 압력 사이의 중간 압력을 갖는 냉각제가 이코노마이저 브랜치(100)를 따라 흐른다.

본 발명에 따르면, 메인 브랜치(M)는 증발기(5)와 메인 압축기(2) 사이에 배치된 왕복 압축기(6)를 더 포함하고 실린더(7), 로드(8) 및 피스톤(9)이 구비되고, 후자(피스톤)는 로드(8)에 일체로 구속되고 실린더(7) 내부에서 변위가능하다. 더욱이, 열교환기(106)의 하류에 있는 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)는 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)를 포함하고, 이러한 제어 장치(50)는 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로부터 나오는 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)을 전환하도록 구성되어, 피스톤(9)의 변위를 구동하고 그리고 이에 따라 증발기(5)로부터 나오고 왕복 압축기(6)의 실린더(7)에 포함된 냉각제를 압축하며, 그리고 냉각제의 일부의 부분(X2)이 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)을 통해 유출되게 하기 위해, 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 단계에서 피스톤(9)의 변위 동안 냉각제의 일부의 부분(X2)을 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로 재도입한다. 따라서, 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)은 왕복 압축기(6)의 하류에 배치된다.

따라서, 실제로, 이차적인 이코노마이저 브랜치를 통과하는 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)은 압력이 증발기(5)의 출구에서 냉각제의 압력보다 항상 크다는 사실 덕분에 피스톤(9)을 왕복 압축기(6)의 실린더(7)로 푸쉬하는데 사용된다. 그러므로, 메인 압축기(2)는 증발기(4)로부터 나오는 냉각제의 압력보다 큰 압력을 갖는 유체를 받되, 예를 들어 전기 모터와 같은 외부 일(external work)을 사용하지 않고서 받아, 왕복 압축기(6)에 공급한다. 수치적인 예를 사용하면, 증발기(5)의 출구에서의 냉각제의 압력은 약 20bar이고, 메인 압축기(2)의 흡입부에서의 냉각제의 압력은 약 24bar이며, 한편 이코노마이저 브랜치(100)를 따라 흐르고 피스톤(9)을 변위시키는데 이용되는 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 압력은 약 45bar이다.

도 1a 및 1b에 도시된 장치(1)의 제1 실시예에 따르면, 왕복 압축기(6)의 실린더(7)에는 왕복 압축기(6)의 흡입 동안 증발기(5)로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 제1 포트(11) 및 메인 압축기(2)에 도달하도록 압축 단계의 마지막에서 제1 챔버(10)에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 제2 포트(12)를 포함하는 제1 챔버(10)가 제공된다. 실린더(7)는 피스톤(9)에 의해 제1 챔버(10)로부터 유체적으로 분리된 제2 챔버(20)를 더 포함하고, 제2 챔버(20)에는 피스톤(9)을, 따라서 또한 로드(8)를 변위시키고 이에 따라 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제를 압축하는 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유입 및 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)을 통해 메인 압축기(2)의 입구에 도달하도록 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 압축이 끝날 때 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유출을 위한 제3 포트(21)가 제공된다.

증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 약 20bar의 압력으로 압축하고 냉각제가 제1 챔버(10)에 포함된 초기 단계가 도 1a에 도시되어 있다. 약 45bar의 압력에서 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)은 포트(21)를 통해 제2 챔버(20)로 들어가서 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제를 압축하는 방향으로 피스톤(9)을 푸쉬한다. 압축 단계 후, 즉 제1 챔버(10)가 완전히 비워지고 압축된 냉각제가 제2 포트(12)를 통해 실린더(7)에 의해 배출되는 때에, 피스톤(9)은 제1 포트(11)를 통해 제1 챔버(10)로 들어가기 시작하는 유체의 압력을 받고, 한편 냉각제의 부분(X2)은 제3 포트(21)를 통해 제2 챔버(20)로부터 나온다. 냉각제의 일부의 부분(X2)의 유출은 아래에 보고 된 설명에서 나중에 더 명확하게 되는 바와 같이 왕복 압축기(6)의 흡입 동안 제2 챔버(20)의 측면에서 피스톤(9)에 작용하는 유일한 압력이 기압이라는 사실에 의해 보장된다.

특히, 로드(8)를 제어하기 위한 제어 장치(50)는 입구 섹션(100a)의 측면에서 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)와 유체적으로 연결된 유입 섹션(51), 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)과 유체적으로 연결된 유출 섹션 (52) 및 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 제2 챔버(20)로 유입되도록 허용되는 제1 구성(C1)(도 1a 참조)과 유출 섹션(52)과 전술한 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 제2 챔버(20)로부터 유출되도록 허용되고 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 동시에 허용되지 않는 제2 구성(C2)(도 1b 참조)으로부터 전환하는 차단 수단(cut-off means)(30)을 포함한다. 유출 섹션(52)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 또한 제1 구성(C1)에서 동시에 허용되지 않는다.

유입 섹션(51)에서 냉각제의 열역학적 조건은 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)를 따라 존재하는 추가 팽창 밸브(105) 및 열교환기(106)의 하류에서 획득된 것임을 명시해야 한다. 따라서, 유입 섹션(51)이 입구 섹션(100a)의 측면에서 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)와 유동적으로 연결되어 있다고 상기와 같이 그리고 아래에서도 수행되는 바와 같이 기록할 때, 우리는 냉각제가 유입 섹션(51)을 통해 들어가는 것이 이차적인 브랜치를 따라 존재하는 추가 팽창 밸브(105) 및 열교환기(106)를 가로지른 유체의 열역학적 조건에 있다는 사실을 단지 언급한다.

도 1a 및 1b에 설명된 실시예에서, 구동 장치(50)는 일측에서 입구 섹션(100a) 측의 이코노마이저 브랜치(100) 및 이코노마이저 브랜치(100b)의 출구 섹션에 그리고 타측에서 제3 포트(21)에 각각 유체적으로 연결된 2개의 밸브(30a, 30b)를 포함하는 차단 수단(30)을 포함한다. 이러한 밸브(30a, 30b)는 제1 구성(C1)과 제2 구성(C2) 사이에서 구동 장치(50)의 구성을 교대로 전환하기 위해 그리고 반대로 전환하기 위해 적절하게 동기화된 방식으로 개폐된다.

위에서 설명되고 도 2a 및 2b에 도시된 실시예의 변형에 따르면, 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 실린더 본체(55)를 포함하고, 차단 수단(30)은 차단 수단(30)이 제1 구성(C1)을 취할 때의 제1 위치(P1)과 차단 수단(30)이 제2 구성(C2)을 취할 때의 제2 위치(P2) 사이에서 실린더(55)의 내부에서 이동하는 병진가능한 샤프트(31)를 포함한다. 병진가능한 샤프트(31)에는 제1 차단부(32) 및 제2 차단부(33)가 제공된다. 제1 차단부(32) 및 제2 차단부(33)는 병진가능한 샤프트(31)를 따라 서로 이격되어 배치되어, 샤프트(31)의 제1 위치(P1)에서 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 제2 챔버(20)로 유입되어 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제를 압축하도록 허용된다. 이러한 단계 동안, 제3 포트(21)와 유출 섹션(52) 사이의 유체 연결은 동시에 허용되지 않는다. 유출 섹션(52)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 병진가능한 샤프트(31)의 제2 위치(P2)에서 제2 챔버(20)로부터 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 유출되도록 허용되고, 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 동시에 허용되지 않는다. 이러한 단계에서 증발기(5)로부터 제1 챔버(10)로 들어가는 냉각제의 흡입이 일어난다. 실제로, 샤프트(31)의 제1 위치(P1)에서, 제1 차단부(32)는 유출 섹션(52)을 커버하고, 한편 제2 차단부(33)는 유입 섹션(51)을 언커버하며(uncover); 샤프트(31)의 제2 위치에서, 제1 차단부(32)는 유출 섹션(52)을 언커버하고, 한편 제2 차단부(33)는 유입 섹션(51)을 커버한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 왕복 압축기(6)의 축측 종단면도가 도 3에 도시되어 있다. 항상 본 발명의 제2 실시예에 따른 왕복 압축기(6)의 상이한 작동 단계들이 도 3a 내지 3d에 도시되어 있다.

특히, 전술한 도면에 도시된 바와 같이, 왕복 압축기(6)는 위에서 설명된 제1 실시예에 존재하는 요소들에 더하여 로드(8)에 일체로 구속되고(constrain) 실린더(7) 내에서 병진가능한 추가 피스톤(9')을 포함한다. 이러한 추가 피스톤(9')은 로드(8)를 따라 피스톤(9)의 반대 위치에 있다. 이러한 실시예에서, 왕복 압축기(6)의 실린더(7)에는 메인 압축기(1)에 도달하기 위해 증발기(5)로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 추가 제1 포트(11') 및 추가 제1 챔버(10')에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 추가 제2 포트(12')를 포함하는 추가 제1 챔버(10')가 제공된다. 실제로, 이러한 왕복 압축기(6)는 복동식(double-acting) 타입이다. 왕복 압축기(6)의 실린더(7)는 추가 피스톤(9')에 의해 추가 제1 챔버(10')로부터 유체적으로 분리된 추가 제2 챔버(20')를 더 포함하고, 추가 제2 챔버(20')에는 이코노마이저 브랜치(100)로부터 나오는 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위한 추가 제3 포트(21')가 제공되어, 추가 피스톤(9')을 변위시키고, 이에 따라 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제를 압축하며, 추가로 이번에는 제1 챔버(10)의 내부에서 증발기(5)로부터 냉각제의 부분(X2)을 동시에 흡입할 수 있게 한다. 이러한 추가 제3 포트(21')는 또한 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제의 압축 및 피스톤(9)에 의해 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제의 동시 압축 이후 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 허용하도록 구성된다. 제2 챔버(20) 및 추가 제2 챔버(20')는 서로 유체적으로 연결되지 않는다는 점에 유의해야 한다.

이러한 실시예에서, 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 이차적인 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)과, 따라서 메인 압축기(2)와 왕복 압축기(6) 사이에 포함된 메인 브랜치(M)의 길이부와 유체적으로 연결된 적어도 하나의 추가 유출 섹션(52')을 더 포함한다. 더욱이, 차단 수단(30)은, 적어도 제1 위치(P1)(도 3a 및 3b 참조)에 있을 때, 추가 제2 챔버(20')로부터의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 위해, 추가 유출 섹션(52')과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하고, 그리고 적어도 제2 위치(P2)에 있을 때, 추가 제2 챔버(20')로의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위해, 유입 섹션(51)과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용한다.

따라서, 위에서 설명된 것에 따라, 차단 수단(30)이 제1 위치(P1)에 있을 때, 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 제2 챔버(20)로의 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유입을 위해 허용되어, 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제를 압축하고, 동시에 추가 유출 섹션(52')과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결이 추가 제2 챔버(20')로부터의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 위해 허용된다(도 3a 및 3b 참조). 따라서, 차단 수단(30)은 제1 위치(P1)에 있을 때 유출 섹션(52)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결 또는 유입 섹션(51)과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하지 않는다. 차단 수단(30)이 대신 제2 위치(P2)에 있을 때, 유출 섹션(52)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 제2 챔버(20)로부터 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유출을 위해 허용되고, 동시에 유입 섹션(51)과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결이 추가 제2 챔버(20')로의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위해 허용된다. 따라서, 차단 수단(30)은 제2 위치(P2)에 있을 때 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결 또는 추가 유출 섹션(52')과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하지 않는다.

특히, 본 명세서에 설명된 실시예에서, 차단 수단(30)은 병진가능한 샤프트(31)에 구속된 제3 차단부(34)를 포함한다. 이러한 제3 차단부(34)는 샤프트(31)를 따라 제1 차단부(32) 및 제2 차단부(33)로부터 이격되어, 적어도 병진가능한 샤프트(31)가 제1 위치(P1)에 있을 때, 추가 유출 섹션(52')과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결이 추가 제2 챔버(20')로부터 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 위해 허용되고, 제2 위치(P2)에 있을 때, 유입 섹션(51)과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결이 추가 제2 챔버(20')로의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위해 허용된다.

실제로, 샤프트(31)의 제1 위치(P1)에서, 제1 차단부(32)는 유출 섹션(52)을 커버하고, 한편 제3 차단부(34)는 추가 유출 섹션(52')을 언커버한다. 샤프트(31)의 제2 위치(P2)에서, 제1 차단부(32)는 유출 섹션(52)을 언커버하고, 한편 제3 차단부(34)는 추가 유출 섹션(52')을 커버한다. 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 모두에서, 제2 차단부(33)는 항상 유입 섹션(51)을 언커버된 상태로 유지하되, 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2) 또는 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')을 제3 포트(21) 또는 추가 제3 포트(21')의 방향으로 전환하도록 하는 위치를 취한다.

본 명세서에 설명된 특정 실시예에 따르면, 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 실린더(7) 내의 로드(8)의 위치에 따라 제1 구성(C1)과 제2 구성(C2) 사이에서 그리고 반대로 차단 수단(30)의 스위칭을 구동하기 위한 구동 수단(80)을 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예에서, 차단 수단(30)의 구성의 스위칭을 구동하기 위한 이러한 구동 수단(80)은 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동시킴으로써 병진가능한 샤프트(31)에 작용한다. 이러한 구동 수단(80)은 또한 도 2a 및 2b에 설명된 실시예에서 마찬가지로 사용될 수 있다.

특히, 도 3a 내지 3d에 설명된 실시예에서, 구동 수단(80)은 제1 챔버(10) 내에 배열된 전환 버튼(81) 및 추가 제1 챔버(20') 내에 배열된 제2 전환 버튼(82)을 포함한다. 제1 전환 버튼(81)은, 제1 구성(C1)으로부터 제2 구성(C1)으로의 차단 수단(30)의 전환을 구동하기 위해(도 3b 및 3c 참조), 즉 병진가능한 샤프트(31)를 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 변위시키기 위해, 제1 챔버(20)에 포함된 냉각제를 압축하는 단계의 마지막에 피스톤(9)에 의해 활성화된다. 제2 전환 버튼(82)은 제2 구성(C2)으로부터 제1 구성(C1)으로의 차단 수단(30)의 전환을 구동하기 위해, 즉, 제2 구성(C2)으로부터 제1 구성(C1)으로의 병진가능한 샤프트(31)의 변위를 구동하기 위해(도 3d 및 3a 참조), 추가 제1 챔버(20')에 포함된 냉각제를 압축하는 단계의 마지막에 추가 피스톤(9')에 의해 활성화된다.

다음, 병진가능한 샤프트(31)의 변위는 병진가능한 샤프트(31)의 단부(31a 및 31b)에 냉각제에 의해 가해지는 압력으로 인해 얻어진다. 이러한 경우에, 냉각제는 실제로 별도의 압력이 있는 폐쇄 회로(C)의 2개의 개별 지점으로부터 배출되어, 제1 전환 버튼(81) 및 제2 전환 버튼(82)의 명령에 따라, 병진가능한 샤프트(31)의 단부(31a, 31b)는 단지 병진가능한 샤프트(31) 자체의 위치를 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 그리고 그 반대로 수정하도록 특별히 조정된 상이한 압력들을 받는다.

구체적으로, 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)의 실린더 본체(55)는 메인 압축기(2)와 왕복 압축기(6) 사이에 포함된 메인 브랜치(M)의 길이부와 유체적으로 연결된 제1 터미널 볼륨(V1) 및 메인 압축기(2)와 왕복 압축기(6) 사이에 포함된 메인 브랜치(M)의 길이부와 제어되고 왕복하는 방식으로 유체적으로 연결된 제2 터미널 볼륨(V2)을 포함하여, 제1 전환 버튼(81)이 피스톤(9)에 의해 활성화될 때, 병진가능한 샤프트(31)를 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동시키고, 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)를 사용하여, 적어도 제2 전환 버튼(82)이 추가 피스톤(9')에 의해 활성화될 때, 병진가능한 샤프트(31)를 제2 위치(P2)로부터 제1 위치(P1)로 이동시킨다. 메인 압축기(2)와 왕복 압축기(6) 사이에 포함된 메인 브랜치(M)의 길이부에서, 냉각제의 압력은 항상 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)에서의 냉각제의 압력보다 낮을 것이라는 점에 유의해야 한다. 따라서, 이러한 유체 연결들은 외부 메커니즘을 사용하지 않고, 냉각제가 상이한 압력들에 있는 폐쇄 회로(C)의 지점들에서 구동 장치(50)의 간단한 유체 연결들만을 사용함으로써, 병진가능한 샤프트(31)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 그리고 그 반대로 자신을 변위시키도록 직접 가압하게 할 수 있다. 더욱이, 제1 볼륨(V1)은 차단 수단(30), 특히 제1 단부(31a)에 있는 병진가능한 샤프트(31)가 제2 구성(C2)으로 유지되도록 강제하는 탄성 요소(88)를 포함한다. 이러한 탄성 요소(88)는 제1 볼륨(V1) 및 제2 볼륨(V2)에서의 압력이 동일 할 때 필수적이고, 이것은 이 경우에 병진가능한 샤프트(31)의 제1 단부(31a)에서 탄성 요소(88)에 의해 가해지는 탄성력으로 인해, 후자(병진가능한 샤프트)는 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 변위될 것이고, 한편 제2 볼륨(V2)이 이코노마이저 브랜치(100)와 유체 연결될 때에는, 병진가능한 샤프트(31)의 제2 단부(31b)에 냉각제에 의해 가해지는 힘이 제2 위치(P2)로부터 제1 위치(P1)로의 병진가능한 샤프트(31) 자체의 변위를 포함할 것이고, 따라서 제1 볼륨(V1)에서 작용하는 압력 및 제1 단부(31a)의 탄성 요소(88)에서 생성된 힘을 모두 극복하기 때문이다.

도 2a 및 2b에 도시된 실시 예에서, 차단 수단(30)의 활성화를 구동하기 위한 구동 수단(80)은 위에서 설명된 것과 유사하지만, 이 경우 제2 전환 버튼(82)(도 2a 및 2b에 미도시)은 제2 챔버(20) 내에 배치되고, 실린더(8)의 제2 챔버(20)와 접촉하는 측면에서 왕복 압축기(6)의 흡입 동안 복귀 행정에서 추가 피스톤(9')에 의해서가 아니라 피스톤(9)에 의해 눌려진다. 구동 장치(50)의 단부 볼륨들(V1 및 V2) 사이의 유체 연결들은 도 3a 및 3d에 설명된 실시예의 것과 동일하다.

본 발명의 제3 실시예는 도 4a 및 4b에 도시되어 있다. 전술한 제1 실시예와 동일하게, 또한 본 해결책에서, 왕복 압축기(6)의 실린더(7)에는 메인 압축기(2)에 도달하기 위해 증발기(5)로부터 들어오는 냉각제의 유입을 위한 제1 포트(11) 및 제1 챔버(10)에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 제2 포트(12)를 포함하는 제1 챔버(10)가 제공된다. 실린더(7)는, 피스톤(9)에 의해 제1 챔버(10)로부터 유체적으로 분리되고, 피스톤(9)을 변위시키고 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제를 압축하기 위해 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유입을 위한 제3 포트(21)가 제공되는 제2 챔버(20)를 더 포함한다. 제1 실시예와 달리, 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)에 도달하기 위해, 제2 챔버(20)에는 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 압축이 끝날 때 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유출을 위한 제4 포트(22)가 더 구비된다. 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는, 입구 섹션(100a)의 측면에서 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)와 유체적으로 연결된 유입 섹션(51), 및 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)과 유체적으로 연결된 유출 섹션(52), 및 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 제2 챔버(20)로의 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유입을 위해 허용되는 제1 구성(C1) 및 유출 섹션(52)과 제4 포트(22) 사이의 유체 연결이 제2 챔버(20)로부터의 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유출을 위해 허용되고 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 허용되지 않는 제2 구성(C2)으로부터 스위칭하는 차단 수단(30)을 포함한다. 유출 섹션(52)과 제4 포트(22) 사이의 유체 연결은 또한 제1 구성(C1)에서는 허용되지 않는다.

따라서, 궁극적으로, 도 1a 및 1b에 도시된 실시예와 달리, 왕복 압축기(6)의 실린더(7)는 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로부터 나오는 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유출을 허용할 수 있는 제4 포트(22)를 갖는다.

제1 실시예에서와 같이, 구동 장치(50)는 입구 섹션(100a)의 측면에서 이코노마이저 브랜치(100)에 그리고 일측상에서 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b) 및 타측상에서 제3 포트(21)와 제4 포트(22)에 각각 유체적으로 연결된 2개의 밸브(30a, 30b)를 포함하는 차단 수단(30)을 포함한다. 이러한 밸브(30a, 30b)는 제1 구성(C1)과 제2 구성(C2) 사이에서 그리고 그 반대로 구동 장치(50)의 구성을 교대로 전환하기 위해 적절하게 동기화된 방식으로 개폐된다.

제4 실시예의 냉동 장치(1)가 도 5a, 5b 및 6a 내지 6d에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 실린더(7)는 피스톤(9)에 의해 제1 챔버(10)로부터 유체적으로 분리된 제2 챔버(20)를 포함하고, 제2 챔버(20)에는 피스톤(9)을 변위시키고 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제를 압축하도록 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유입을 위한 제3 포트(21) 및 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 압축이 끝날 때 냉각제의 일부(X1)의 상기 부분(X2)의 유출을 위한 제4 포트(22)가 제공되어, 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)에 도달하게 된다.

로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 입구 섹션(100a)의 측면에서 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)와 유체적으로 연결된 유입 섹션(51) 및 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)과 유체적으로 연결된 유출 섹션(52)을 포함한다. 그러나, 이러한 실시예에서, 왕복 압축기(6)의 유입 섹션(51) 및 유출 섹션(52)은 왕복 압축기(6) 자체의 실린더(7)에서 획득되어, 이하의 설명에서 명백한 바와 같이, 제3 포트(21) 및 제4 포트(22)가 왕복 압축기(6)의 실린더(7)의 제2 챔버(20) 내에 배치된다.

차단 수단(30)은 제1 소형 피스톤(36) 및 제2 소형 피스톤(37)을 포함하고, 제1 소형 피스톤(36) 및 제2 소형 피스톤(37)은 내부에서 슬라이딩되고 제1 구성(C1)을 취하기 위해 개개의 제1 위치(P1, P1')(도 6a 및 6b) 및 제2 구성(C2)을 취하기 위해 개개의 제2 위치(P2, P2')로부터 병진될 수 있는 적절한 개개의 원통형 하우징(36a, 37a) 내에서 실린더(7)에 배치된다. 특히, 제1 소형 피스톤(36)에는 제1 차단부(38)가 제공되고, 제2 소형 피스톤(37)에는 제2 차단부(39)가 제공된다. 제1 차단부(38)는, 제1 소형 피스톤(36)이 제1 위치(P1)에 있을 때 제2 챔버(20)로의 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 유입을 위해 제3 포트(21)를 언커버하고, 제1 소형 피스톤(36)이 제2 위치(P2)에 있을 때 제3 포트(21)를 언커버하도록 구성된다. 제2 차단부(39)는 제2 소형 피스톤(37)이 제1 위치(P1')에 있을 때 제4 포트(22)를 커버하고, 제2 소형 피스톤(37)이 제2 위치(P2')에 있을 때 제4 포트(22)를 언커버하도록 구성된다.

따라서, 제1 소형 피스톤(36)이 제1 위치(P1)에 있을 때, 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결(구성(C1))이 허용되고, 제2 소형 피스톤(37)이 제1 위치(P1')에 있으므로, 제4 포트(22)로부터의 냉각제의 일부의 부분(X2)의 유출이 허용되지 않는다. 제1 소형 피스톤(36)이 제2 위치(P2)에 있을 때, 유입 섹션(51)과 제3 포트(21) 사이의 유체 연결(구성 C2)이 허용되지 않으며, 제2 소형 피스톤(37)이 제2 위치(P2')에 있으므로, 제4 포트(22)를 통한 제2 챔버(20)로부터의 냉각제의 일부의 부분(X2)의 유출이 동시에 허용된다.

왕복 압축기(6)는 로드(8)에 일체로 구속되고 실린더(7) 내에서 병진가능한 추가 피스톤(9')을 더 포함한다. 실린더(7)에는 메인 압축기(1)에 도달하기 위해 증발기(5)로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 추가 제1 포트(11') 및 추가 제1 챔버(10')에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 추가 제2 포트(12')를 포함하는 추가 제1 챔버(10')가 제공된다. 실린더(7)는 추가 피스톤(9')에 의해 추가 제1 챔버(10')로부터 유체적으로 분리된 추가 제2 챔버(20')를 더 포함하고, 추가 제2 챔버(20')에는, 추가 피스톤(9')을 변위시키고 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제를 압축하고 제1 챔버(10) 내부에서 증발기(5)로부터 냉각제를 동시에 흡입하게 할 수 있도록, 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위한 추가 제3 포트(21')가 제공된다. 더욱이, 실린더(7)에는 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제의 압축 및 증발기(5)로부터 나오고 피스톤(9)에 의해 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)의 동시 압축의 끝에서 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 위한 추가 제4 포트(22')가 제공된다.

본 명세서에 설명된 실시예에 따르면, 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 유입 섹션(51) 외에 입구 섹션(100a)을 포함하는 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 측면과 유체적으로 연결되는 왕복 압축기(6)의 실린더(7)에서 얻어진 추가 유입 섹션(51')을 더 포함한다. 차단 수단(30)은, 적어도 제1 구성(C1)에 있을 때, 추가 유입 섹션(51')과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하지 않고, 추가 제2 챔버(20')로부터 냉각제의 일부의 추가 부분(X2')의 유출을 위해, 유출 섹션(52)과 추가 제4 포트(22') 사이의 유체 연결을 허용하고(도 6a 및 6b), 제2 구성(C2)에 있을 때, 추가 제2 챔버(20')로의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위해, 추가 유입 섹션(51')과 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하고, 유출 섹션(52)과 추가 제4 포트(22') 사이의 유체 연결을 허용하지 않는다(도 6c 및 6d).

더욱이, 제1 소형 피스톤(36)에는 추가 제1 차단부(38')가 제공되고, 제2 소형 피스톤(37)에는 추가 제2 차단부(39')가 구비된다. 추가 제1 차단부(38')는, 제1 소형 피스톤(36)이 제1 위치(P1)에 있을 때 추가 제3 포트(21')를 커버하고, 제1 소형 피스톤(36)이 제2 위치(P2)에 있을 때 추가 제3 포트(21')를 언커버하도록 구성된다. 추가 제2 차단부(39')는, 제2 소형 피스톤(37)이 제1 위치(P1')에 있을 때 추가 제4 포트(22')를 언커버하고, 제2 소형 피스톤(37)이 제2 위치(P2')에 있을 때 추가 제4 포트(22')를 커버하도록 구성된다.

본 발명의 특정 실시예에 따르면, 제1 소형 피스톤(36)에는 제1 소형 피스톤(36)이 각각 피스톤(9) 및 추가 피스톤(9')의 작용 하에서, 적어도 제1 챔버(10) 및 추가 제1 챔버(10')에서 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 개개의 단계의 끝에서, 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 그리고 그 반대로 변위될 수 있도록 모두 치수가 설정된 제1 돌출 단부(36b) 및 제2 돌출 단부(36c)가 제공된다.

더욱이, 제2 소형 피스톤(37)의 제2 차단부(39) 및 추가 제2 차단부(39')는 제2 소형 피스톤(37)이 추가 피스톤(9') 및 피스톤(9)의 작용 하에서, 적어도 추가 제1 챔버(10') 및 제1 챔버(10)에서 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 개개의 단계의 끝에서, 제1 위치(P1')로부터 제2 위치(P2')로 그리고 그 반대로 변위될 수 있도록 형태가 형성된다.

제1 돌출 단부(36b), 제2 돌출 단부(36c)의 존재와 제2 차단부(39) 및 추가 제2 차단부(39')의 특정 형태는, 제1 소형 피스톤(36) 및 제2 소형 피스톤(37)을 제1 위치(P1, P1')로부터 제2 위치(P2, P2')로 그리고 그 반대로, 외부 메커니즘의 개입이나 전력의 소비없이, 단순히 피스톤(9) 또는 추가 피스톤(9')의 스트로크를 이용함으로써, 변위시키는 것을 가능케 한다.

위에서 설명된 실시예들은 모두 다음 단계들을 포함하는 동일한 작동 방법을 공유하는 것으로, 단계들은:

c) 상기 왕복 압축기의 작동을 구동하는 단계;를 포함하고,

단계 c)는 c1) 왕복 압축기(6)의 피스톤(9)의 변위를 구동하고 이에 따라 실린더(7)에 포함된 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 압축하기 위해 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로부터 나오는 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)을 전환하는 단계 및 c2) 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)을 통한 냉각제의 일부의 부분(X2)의 유출을 위해, 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 단계에서 피스톤(9)의 변위 동안 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로 냉각제의 일부의 동일한 부분(X2)을 재도입하는 단계를 포함한다. 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션은 이차적인 이코노마이저 브랜치(100) 밖으로 나오는 냉각제의 전술한 부분(X2)이 메인 압축기(2)로 들어가기 전에 왕복 압축기(6) 밖으로 나오는 냉각제와 혼합되도록 왕복 압축기(6)의 하류에 배치된다.

1 ... 냉동 장치 2 ... 메인 압축기
3 ... 냉각 장치 4 ... 팽창 수단
5 ... 증발기 6 ... 왕복 압축기
7 ... 실린더 8 ... 로드
9 ... 피스톤 50 ... 제어 장치
100 ... 이차적인 이코노마이저 브랜치
100a ... 입구 섹션 100b ... 출구 섹션

Claims

냉각제의 유량(P)이 순환하는 폐쇄 회로(C)를 갖는 냉동 장치(1)로서, 상기 폐쇄 회로는 적어도 하나의 메인 브랜치(M)를 포함하고, 적어도 하나의 메인 브랜치(M)에는 적어도 하나의 메인 압축기(2), 상기 냉각제를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 냉각 장치(3), 상기 냉각제를 팽창시키기 위한 팽창 수단(4) 및 적어도 하나의 증발기(5)가 제공되고, 상기 폐쇄 회로는 상기 냉각제의 유량의 적어도 하나의 일부(X1)를 위한 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)를 더 포함하고, 적어도 하나의 제1 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 입구 섹션(100a)은 상기 냉각 장치(3)와 상기 팽창 수단(4) 사이에 포함된 상기 폐쇄 회로(C)의 길이부(101)에 배열되고 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)은 상기 메인 압축기(2)의 흡입부 근처에 배열되는, 냉동 장치(1)에 있어서, 상기 냉동 장치(1)는 상기 메인 브랜치(M)가 상기 증발기와 상기 메인 압축기 사이에 배열되고 적어도 하나의 실린더(7), 적어도 하나의 로드(8) 및 적어도 하나의 피스톤(9)이 제공되는 적어도 하나의 왕복 압축기(6)를 더 포함하고, 적어도 하나의 피스톤(9)은 상기 적어도 하나의 로드(8)에 일체로 구속되고 상기 실린더의 내부에서 병진가능하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치는 상기 적어도 하나의 로드의 작동을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 장치(50)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어 장치(50)는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로부터 나오는 냉각제의 일부(X1)의 적어도 하나의 부분(X2)을 전환하도록 구성되어, 상기 적어도 하나의 피스톤(9)의 변위를 구동하고 상기 증발기로부터 나오고 상기 실린더에 포함된 냉각제를 압축하며, 그리고 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)을 통한 상기 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분(X2)의 유출을 위해, 상기 증발기로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 단계에서 상기 적어도 하나의 피스톤(9)의 변위 동안 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분(X2)을 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로 재도입하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션은 상기 왕복 압축기(6)의 하류에 배열되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제1항에 있어서, 상기 실린더(7)에는 상기 증발기(5)로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 제1 포트(11) 및 상기 메인 압축기(2)에 도달하도록 제1 챔버(10)에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 제2 포트(12)를 포함하는 제1 챔버(10)가 제공되고, 상기 실린더(7)는 상기 피스톤(9)에 의해 상기 제1 챔버로부터 유체적으로 분리된 제2 챔버(20)를 더 포함하고, 상기 제2 챔버(20)에는 상기 피스톤을 변위시키고 상기 제1 챔버(10)에 포함된 상기 냉각제를 압축하도록 상기 냉각제의 적어도 하나의 일부(X1)의 부분(X2)의 유입을 위한 적어도 하나의 제3 포트(21)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제3 포트(21)는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)에 도달하기 위하여 상기 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 압축의 끝에서 상기 냉각제의 일부의 부분(X2)의 유출에 더 적합한 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제3항에 있어서, 상기 로드의 작동를 제어하기 위한 제어 장치(50)는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)와 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유입 섹션(51), 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)과 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유출 섹션(52) 및 상기 유입 섹션(51)과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 상기 제2 챔버(20)로 유입되도록 허용되는 제1 구성(C1)과 상기 유출 섹션(52)과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 상기 제2 챔버(20)로부터 유출되도록 허용되고 상기 유입 섹션(51)과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 허용되지 않는 제2 구성(C2) 사이에서 전환하는 차단 수단(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제4항에 있어서, 작동을 제어하기 위한 상기 제어 장치(50)는 실린더 본체(55)를 포함하고, 상기 차단 수단(30)은 상기 제1 구성(C1)에서의 제1 위치(P1)와 상기 제2 구성(C2)에서의 제2 위치(P2) 사이에서 상기 실린더(55)의 내부에서 이동할 수 있는 적어도 하나의 병진가능한 샤프트(31)를 포함하고, 상기 병진가능한 샤프트(31)에는 제1 차단부(32) 및 제2 차단부(33)가 제공되고, 상기 제1 차단부(32) 및 상기 제2 차단부(33)는 상기 적어도 하나의 병진가능한 샤프트(31)를 따라 서로 이격되어 배치되어, 상기 제1 위치(P1)에서 상기 유입 섹션과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 상기 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 상기 제2 챔버(20)로 유입되도록 허용되고, 상기 제2 위치(P2)에서 상기 유출 섹션(52)과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 상기 제2 챔버(20)로부터 상기 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 유출되도록 허용되고, 상기 유입 섹션(51)과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결은 허용되지 않는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 왕복 압축기(6)는 상기 적어도 하나의 로드(8)에 일체로 구속되고 상기 실린더(7) 내에서 병진가능한 적어도 하나의 추가 피스톤(9')을 포함하고, 상기 실린더(7)에는 상기 메인 압축기(2)에 도달하기 위해 상기 증발기(5)로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 추가 제1 포트(11') 및 추가 제1 챔버(10')에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 추가 제2 포트(12')를 포함하는 추가 제1 챔버(10')가 제공되고, 상기 실린더(7)는 상기 추가 피스톤(9')에 의해 상기 추가 제1 챔버(10')로부터 유체적으로 분리된 추가 제2 챔버(20')를 더 포함하고, 상기 추가 제2 챔버(20')에는 상기 추가 피스톤(9')을 변위시키고 상기 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제를 압축하며 상기 증발기로부터 상기 제1 챔버(10)로의 냉각제의 동시 흡입을 허용하도록 하는 상기 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입 및 상기 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제의 압축 및 상기 피스톤(9)에 의해 상기 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 동시 압축 이후 상기 냉각제의 일부의 추가 부분(X2')의 유출을 위한 추가 제3 포트(21')가 제공되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제6항에 있어서, 상기 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 상기 이차적인 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)과 유체적으로 연결된 적어도 하나의 추가 유출 섹션(52')을 더 포함하고, 상기 차단 수단(30)은, 적어도 상기 제1 위치(P1)에 있을 때, 상기 추가 제2 챔버(20')로부터의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 위해, 상기 추가 유출 섹션(52')과 상기 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하고, 그리고 적어도 상기 제2 위치(P2)에 있을 때, 상기 추가 제2 챔버(20')로의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위해, 상기 유입 섹션(51)과 상기 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제7항에 있어서, 상기 차단 수단(30)은 병진할 수 있는 상기 샤프트(31)에 구속된 적어도 하나의 제3 차단부(34)를 포함하고, 상기 제3 차단부(34)는 상기 샤프트(31)를 따라 상기 제1 차단부(32) 및 상기 제2 차단부(33)로부터 이격되어, 적어도 상기 적어도 하나의 병진가능한 샤프트(31)가 상기 제1 위치(P1)에 있을 때, 상기 추가 유출 섹션(52')과 상기 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결이 상기 추가 제2 챔버(20')로부터 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 위해 허용되고, 적어도 상기 제2 위치(P2)에 있을 때, 상기 유입 섹션(51)과 상기 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결이 상기 추가 제2 챔버(20')로의 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위해 허용되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 상기 실린더(7) 내의 상기 로드(8)의 위치에 따라 상기 제1 구성(C1)과 상기 제2 구성(C2) 사이에서 그리고 반대로 상기 차단 수단(30)의 전환을 구동하기 위한 구동 수단(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제9항에 있어서, 상기 구동 수단(80)은 상기 제1 챔버(10) 내에 배열된 적어도 하나의 전환 버튼(81) 및 상기 추가 제1 챔버(10') 내에 배열된 적어도 하나의 제2 전환 버튼(82)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 전환 버튼(81)은, 상기 제1 구성(C1)으로부터 상기 제2 구성(C1)으로의 상기 차단 수단(30)의 전환을 구동하기 위해, 상기 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제를 압축하는 단계의 마지막에 상기 피스톤(9)에 의해 활성화되고, 상기 적어도 하나의 제2 전환 버튼(82)은, 상기 제2 구성(C2)으로부터 상기 제1 구성(C1)으로의 상기 차단 수단(30)의 전환을 구동하기 위해, 상기 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제를 압축하는 단계의 마지막에 상기 추가 피스톤(9')에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제10항에 있어서, 작동을 제어하기 위한 상기 제어 장치(50)의 실린더 본체(55)는 상기 메인 압축기(2)와 상기 왕복 압축기(6) 사이에 포함된 상기 메인 브랜치의 길이부와 유체적으로 연결되고 상기 차단 수단(30)이 상기 제2 구성(C2)으로 유지되도록 강제하는 탄성 요소(88)를 포함하는 제1 터미널 볼륨(V1) 및 상기 메인 압축기(2)와 상기 왕복 압축기(6) 사이에 포함된 상기 메인 브랜치의 길이부와 제어되고 왕복하는 방식으로 유체적으로 연결된 제2 터미널 볼륨(V2)을 포함하여, 적어도 상기 적어도 하나의 제1 전환 버튼(81)이 상기 피스톤(9)에 의해 활성화될 때, 상기 제1 구성(C1)으로부터 상기 제2 구성(C1)으로의 상기 차단 수단(30)의 전환을 구동하고, 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)를 사용하여, 적어도 상기 적어도 하나의 제2 전환 버튼(82)이 상기 추가 피스톤(9')에 의해 활성화될 때, 상기 제2 구성(C2)으로부터 상기 제1 구성(C1)으로의 상기 차단 수단(30)의 전환을 구동하는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제2항에 있어서, 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 상기 출구 섹션(100b)에 도달하기 위해, 상기 제2 챔버(20)에는 상기 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 압축의 끝에서 상기 냉각제의 일부의 부분(X2)의 유출을 위한 적어도 하나의 제4 포트(22)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제12항에 있어서, 상기 로드(8)의 작동를 제어하기 위한 제어 장치(50)는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)와 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유입 섹션(51), 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)과 유체적으로 연결된 적어도 하나의 유출 섹션(52) 및 상기 유입 섹션(51)과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부(X1)의 부분(X2)이 상기 제2 챔버(20)로 유입되도록 허용되는 제1 구성(C1)으로부터 상기 유출 섹션(52)과 상기 적어도 하나의 제4 포트(22) 사이의 유체 연결이 상기 냉각제의 일부의 부분이 상기 제2 챔버(20)로부터 유출되도록 허용되고 상기 유입 섹션(51)과 상기 적어도 하나의 제3 포트(21) 사이의 유체 연결이 허용되지 않는 제2 구성(C2)으로 전환하는 차단 수단(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제13항에 있어서, 상기 유입 섹션(51) 및 상기 유출 섹션(52)은 상기 왕복 압축기(6)의 실린더(7)에서 획득되고, 상기 차단 수단(30)은 적어도 하나의 제1 소형 피스톤(36) 및 적어도 하나의 제2 소형 피스톤(37)을 포함하고, 상기 제1 소형 피스톤(36) 및 상기 제2 소형 피스톤(37)은 모두 상기 실린더의 내부에 배열되고, 상기 제1 구성(C1)을 취하기 위해 개개의 제1 위치(P1, P1')와 상기 제2 구성(C2)을 취하기 위해 개개의 제2 위치(P2, P2') 사이에서 상기 실린더(7)에서 획득된 개개의 제1 실린더 캐비티의 내부에서 병진가능하고, 상기 제1 소형 피스톤에는 제1 차단부(38)가 제공되고 상기 제2 소형 피스톤에는 제2 차단부(39)가 제공되며, 상기 제1 차단부(38)는, 적어도 상기 제1 소형 피스톤이 상기 제1 위치(P1)에 있을 때 상기 적어도 하나의 제3 포트(21)를 언커버하고, 적어도 상기 제1 소형 피스톤이 상기 제2 위치(P2)에 있을 때 상기 적어도 하나의 제3 포트(21)를 커버하도록 구성되고, 상기 제2 차단부(39)는, 적어도 상기 제2 소형 피스톤이 상기 제1 위치(P1')에 있을 때 상기 적어도 하나의 제4 포트(22)를 커버하고, 적어도 상기 제2 소형 피스톤이 상기 제2 위치(P2')에 있을 때 상기 적어도 하나의 제4 포트(22)를 언커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 왕복 압축기(6)는 상기 적어도 하나의 로드(8)에 일체로 구속되고 상기 실린더(7) 내에서 병진가능한 적어도 하나의 추가 피스톤(9')을 포함하고, 상기 실린더에는 상기 메인 압축기(2)에 도달하기 위해 상기 증발기(5)로부터 나오는 냉각제의 유입을 위한 추가 제1 포트(11') 및 추가 제1 챔버(10')에 포함된 압축된 냉각제의 유출을 위한 추가 제2 포트(12')를 포함하는 추가 제1 챔버(10')가 제공되고, 상기 실린더(7)는 상기 추가 피스톤(9')에 의해 상기 추가 제1 챔버(10')로부터 유체적으로 분리된 추가 제2 챔버(20')를 더 포함하고, 상기 추가 제2 챔버(20')에는 상기 추가 피스톤(9')을 변위시키고 상기 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제를 압축하며 상기 증발기(5)로부터 상기 제1 챔버(10)로의 냉각제의 동시 흡입을 허용하도록 하는 상기 냉각제의 적어도 하나의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위한 추가 제3 포트(21') 및 상기 추가 제1 챔버(10')에 포함된 냉각제의 압축 및 상기 피스톤(9)에 의해 상기 제1 챔버(10)에 포함된 냉각제의 동시 압축의 끝에서 상기 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유출을 위한 추가 제4 포트(22')가 제공되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제15항에 있어서, 상기 로드(8)의 작동을 제어하기 위한 제어 장치(50)는 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)와 유체적으로 연결되는 상기 실린더에서 얻어진 적어도 하나의 추가 유입 섹션(51')을 더 포함하고, 상기 차단 수단(30)은, 적어도 상기 제1 구성(C1)에 있을 때, 상기 추가 유입 섹션(51')과 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 방지하고, 상기 추가 제2 챔버(20)로부터 상기 냉각제의 일부의 추가 부분(X2')의 유출을 위해, 상기 유출 섹션(52)과 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트(22') 사이의 유체 연결을 허용하고, 적어도 상기 제2 구성(C2)에 있을 때, 상기 추가 제2 챔버(20')로의 상기 냉각제의 일부(X1)의 추가 부분(X2')의 유입을 위해, 상기 추가 유입 섹션(51')과 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트(21') 사이의 유체 연결을 허용하고, 그리고 상기 유출 섹션(52)과 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트(22') 사이의 유체 연결은 허용되지 않는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 소형 피스톤(36)에는 추가 제1 차단부(38')가 제공되고, 상기 제2 소형 피스톤에는 추가 제2 차단부(39')가 제공되며, 상기 추가 제1 차단부(38')는, 적어도 상기 제1 소형 피스톤(36)이 상기 제1 위치(P1)에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트(21')를 커버하고, 적어도 상기 제1 소형 피스톤(36)이 상기 제2 위치(P2)에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제3 포트(21')를 언커버하도록 구성되고, 상기 추가 제2 차단부(39')는, 적어도 상기 제2 소형 피스톤(37)이 상기 제1 위치(P1')에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트(22')를 언커버하고, 적어도 상기 제2 소형 피스톤(37)이 상기 제2 위치(P2')에 있을 때 상기 적어도 하나의 추가 제4 포트(22')를 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제17항에 있어서, 상기 제1 소형 피스톤(36)에는, 상기 제1 소형 피스톤(36)이 각각 상기 피스톤(9) 및 상기 추가 피스톤(9')의 작용 하에서, 적어도 상기 제1 챔버(10) 및 상기 추가 제1 챔버(10')에서 상기 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 개개의 단계의 끝에서, 상기 제1 위치(P1)로부터 상기 제2 위치(P2)로 그리고 그 반대로 변위될 수 있도록 모두 치수가 설정된 제1 돌출 단부(36b) 및 제2 돌출 단부(36c)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제2 소형 피스톤(37)의 상기 제2 차단부(39) 및 상기 추가 제2 차단부(39')는, 상기 제2 소형 피스톤(37)이 상기 추가 피스톤(9') 및 상기 피스톤(9)의 작용 하에서, 적어도 상기 추가 제1 챔버(10') 및 상기 제1 챔버(10)에서 상기 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 개개의 단계의 끝에서, 상기 제1 위치(P1')로부터 상기 제2 위치(P2')로 그리고 그 반대로 변위될 수 있도록 형태가 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각제는 이산화탄소, 또는 유사한 화학적 및/또는 물리적 특성을 갖는 다른 가스 또는 가스 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉동 장치(1).
적어도 제1항에 따른 냉동 장치를 작동하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
a) 상기 폐쇄 회로(C)의 상기 메인 브랜치(M)를 따라 상기 냉각제를 순환시키는 단계;
b) 상기 폐쇄 회로의 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)를 따라 상기 냉각제의 유량의 상기 적어도 하나의 일부(X1)를 순환시키는 단계;
c) 상기 왕복 압축기(6)의 작동을 구동하는 단계;를 포함하되,
상기 단계 c)는 c1) 상기 왕복 압축기(6)의 상기 적어도 하나의 피스톤(9)의 변위를 구동하고 상기 실린더(7)에 포함된 상기 증발기(5)로부터 나오는 냉각제를 압축하기 위해 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치로부터 나오는 냉각제의 일부(X1)의 적어도 하나의 부분(X2)을 전환하는 단계 및 c2) 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션(100b)을 통한 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분(X2)의 유출을 위해, 상기 증발기로부터 나오는 냉각제를 흡입하는 단계에서 상기 적어도 하나의 피스톤(9)의 변위 동안 상기 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)로 냉각제의 일부의 적어도 하나의 부분(X2)을 재도입하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 이차적인 이코노마이저 브랜치(100)의 출구 섹션은 상기 왕복 압축기(6)의 하류에 배열되는 것을 특징으로 하는 냉동 장치를 작동하기 위한 방법.