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KR0133024B1 - 냉매냉각장치 결합용 보충냉각 시스템 - Google Patents

냉매냉각장치 결합용 보충냉각 시스템

Info

Publication number
KR0133024B1
KR0133024B1 KR1019930027310A KR930027310A KR0133024B1 KR 0133024 B1 KR0133024 B1 KR 0133024B1 KR 1019930027310 A KR1019930027310 A KR 1019930027310A KR 930027310 A KR930027310 A KR 930027310A KR 0133024 B1 KR0133024 B1 KR 0133024B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
temperature
circuit
cooling
fluid
Prior art date
Application number
KR1019930027310A
Other languages
English (en)
Other versions
KR940015432A (ko
Inventor
디. 맥클로스키 윌리엄
더블유. 브래디 토마스
Original Assignee
에드워드 제이. 브로시우스
벌티모어 에어코일 캄파니
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 에드워드 제이. 브로시우스, 벌티모어 에어코일 캄파니 filed Critical 에드워드 제이. 브로시우스
Publication of KR940015432A publication Critical patent/KR940015432A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0133024B1 publication Critical patent/KR0133024B1/ko

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    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
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Abstract

본 발명은 냉매회로를 갖춘 적어도 하나의 냉매냉각장치에 연결가능하여 냉매회로내의 냉매온도를 강하시키는 보충냉각시스템에 관한 것이다. 본 발명의 냉각시스템은 냉매회로와 보충냉각시스템을 연결시키기 위한 열저장 시스템과 보조응축장치를 갖추고 있다.

Description

냉매냉각장치 결합용 보충냉각 시스템
제1도는 본발명에 따라서 얼음저장 유체회로에 결합되는 단일 냉매 장치를 갖는 실시예의 구성도.
제2도는 슈퍼마켓(Supermarket)에 적용되는 실시예를 도시한 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 보충냉각회로 14 : 냉동장치
18 : 압추기 26 : 응축기
32 : 배출통로 38 : 얼음저장장치
40 : 펌프 48 : 검지 및 신호장치
70 : 압축기래크 76 : 응축기
80 : 코일 82 : 탱크
88 : 챔버 90 : 배출구
96 : 액체개방구 100 : 액체저장조
120 : 냉각장치 124 : 증발식 응축기
128 : 응축액체배관 130 : 액체저장조
136 : 액제과냉각기 149 : 분지점
170 : 순환펌프
본 발명은 공조설비(Air-conditioning) 및 냉각설비에 사용되는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 얼음저장시스템을 기존의 냉각 및 냉동장치에 연결시켜 그 성능과 효율을 향상시키고, 최대 부하기간중에 요구되는 전력소비량을 감소시킴으로서 전체 소비전력 또는 비용을 감소시키면서 동일한 작동결과를 얻을 수 있는 방법과 장치에 관한 것이다. 기존 냉각장치의 범위를 확대시키고, 작동경비를 절감시키며, 이러한 두가지 조건을 필요로하는 예시와 설명이 Electric Power Research Institute에서 발간된 Supermaket Air Conditioning and Dehumidification이란 홍보책자에 기재되어있다. 비록 현대의 야채가게 또는 슈퍼마켓에는 사용상의 편리함으로 인하여 공조작동되는 (Air conditioned) 통로와, 유리로 덮혀진 또는 전면개방형 냉동실 및 전시 케이스를 갖추고, 그 냉동저장실등이 소비자에 의해서 받아들여지고 있지만, 이를 설치하고, 대형의 냉각장치를 가동시키거나 보수 유지하는 측면에 대하여는 고려되고 있지 않다. 슈퍼마켓의 냉각설비에 대한 몇가지 시스템들이 상기 언급된 홍보책자내에 도시되고, 거론되어 있으며, 상기 시스템들의 상대적인 유리함과 불리함에 대한 논의와 함께 설치비용과 작동비용에 대해서도 언급하고 잇다. 상기 책자에서는 1990년도에 발행된 것으로 추정되며, 얼음저장 또는 냉매저장 시스템의 활용에 대하여 간략하게 논의되어 있으나, 작동시스템에 대한 예시 또는 상세한 설명에 대해서는 언급이 없으며, 단지 이러한 시스템으로부터 얻을 수 있는 잠재적인 이익에 대한 인식만이 기재되어있다.
일반적으로, 종래의 냉각장치는 공조장치(air-conditioners) 및 각각의 냉동장치와 같은 단독거치장치로 이루어지고, 각각 공기 이송과, 냉매회로 및 전원연결을 위한 덕트 부분(duct work)을 갖는 것이다. 기존의 냉각유니트에 얼음저장장치를 결합시키면 동일 냉각 능력을 얻기 위한 그 작동주기를 감소시킬수 있고, 따라서 최대 전력소비 기간중에 에너지 소비를 감소시킬수 있으며; 또는, 상기 유니트의 작동 범위가 증대되어 별도의 교체없이도 보다 큰 냉각능력을 갖는 유니트를 얻을 수 있는 것으로 알려졌다. 또한, 여러개의 냉각장치들이 이러한 얼음저장 시스템에 동시작동을 위해서 연결될수도 있는 것이다. 다수개의 냉각장치를 갖는 설비의 예로서는 야채가게와 슈퍼마켓을 들 수 있으며, 이러한 사업적인 설비들은 아이스크림과 같은 상품들을 위해서 문을 갖는 냉동기 또는 냉각장치와, 일일 생산품 또는 냉동 쥬스들을 위한 개방식 냉각장치 및 그밖의 음식물들을 저장하기 위한 보조 냉각장치(a sub-zero cooler) 등을 갖추고 있다. 새로운 설치시에는, 상기 얼음 저장시스템에 결합되는 보조장치의 일부 또는 전부의 크기와 형상이 동일 냉각능력을 발휘하면서도 크기 또는 정격능력이 감소될 수 있으며, 이는 초기 비용절감을 유도할 수 있는 것이다.
또 다른 유익한점은 그밖의 여러장치에 얼음저장시스템의 사용범위를 확대시키고; 전력 소비의 최대 사용시간이 아닌 일반적인 밤시간에 얼음을 제조하며; 냉각작동에 요구되는 전력비용을 낮추며; 그리고, 단지 최소한의 명목자본 경비만이 이러한 공지된 기본 기술에 관련하여 발생되는 것이다.
별도의 정교한 제어밸브, 센서 및 그밖의 제어 구성품들을 사용하지 않고 기존의 냉각 및 냉동장치에 얼음-저장시스템을 결합시키는 시스템은 어떠한 공조시스템, 냉동 또는 가습(humidification)/제습(dehumidirication) 장치와도 함께 사용된다. 그 기본적인 형태로는, 상기 얼음-저장 장치가 압축기 : 공냉식, 수냉식 또는 증발식 응축기: 냉각코일을 내부에 갖는 얼음-저장 탱크 : 및 순환펌프, 도관 및 팽창밸브 등을 갖추고 얼음저장 시스템에 일반적으로 연결되는 유체 순환회로 : 등을 갖추고 있다. 상기 압축기 또는 다수개의 압축기들은 저온 저압 냉매가스를 받아서 고온의 고압 가스로 압축시키고 : 이를 응축기로 공급하여 상기 기체를 액체로 응축시키며, 열을 대기중으로 방산시키도록 작동된다. 상기 고압의 액체는 얼음-저장-탱크에 연결되고, 상기 얼음-저장 탱크내에는 물 또는 물/글리콜 혼합체(a water/glycol mixture)와 같은 결빙용 유체가 충진된다. 상기 소비된 냉매는 상기 회로를 재순환하도록 압축기로 복귀된다.
상기 압축기(들)과 응축기의 작동중에, 얼음이 얼음-저장 탱크내에서 형성되지만, 모든 유체가 결빙되는 것은 아니고, 상기 얼음이 형성될 때 까지만 상기 압축기의 냉동싸이클은 단속(not continuous)적으로 가동된다. 기생(a parasitic)또는 결합된 냉각장치가 저장탱크내의 유체에 연결되고, 상기 유체는 상기 결합된 장치의 냉매온도를 강하시키도록 또한, 냉각요구가 최대인 기간, 즉 무덥고 습한 계절의 대낮시기 등과 같은 기간중에 상기 결합장치의 작동효율을 향상시키도록 활용된다. 상기 순환펌프는 상기 물 또는 냉매 혼합체의 결빙온도로 대략 유지되는 얼음-저장 탱크로부터 상기 기생 냉각장치의 결합부품으로 상기 유체를 순환시키게되며, 상기 결합부품은 결합장치내의 냉매로 열을 전달시키게 되는 것이다. 전형적인 설비예에서는, 상기 결합장치가 얼음-저장 냉동회로와 유사한 독립적인 냉동회로를 갖는 저온응축장치이고, 보조응축기가 상기 압축기의 배출회로와 얼음-저장 유체 회로 모두에 연결되도록 제공된다.
상기 결합장치의 냉매와 저온 냉각유체 사이의 열전달은 상기 보조 응축기 내에서 이루어지고, 상기 보조응축기는 상기 결합장치의 압축기-응축기 회로로부터 아주 적은 전력소비 또는 전혀 전력을 소비시키지 않으면서 보다 저온의 냉매 유체를 이동시키기 위하여 상기 공냉식 또는 증발식 응축기로부터 제공된 액체 냉매의 온도보다 현저히 낮은 온도에서 액체 냉매를 제공하게 된다. 보다 온도가 낮은 액체 냉매가 상기 증발기로 유입되면, 압축기로 부터의 일량이 보다 적어지게 되며, 공냉식 응축기로서도 동일한 또는 보다 적은 일량이 요구되고, 상기 적용장치의 작동압력과, 상기 압축기로부터의 전력 소모를 낮출수 있으며, 장치의 가동시간을 보다 적게 유지시킬수 있는 것이다. 상기 얼음-저장 유체는 응축기로부터 얼음-저장 탱크로 복귀된다. 그러나, 상기 저온의 냉매는 상기 적용장치내에서 필요한 온도강하를 제공하게 되고, 슈퍼마켓에서는 상기 적용장치가 냉동전시 케이스 또는 저온(즉, -10℉ 내지 -40℉)저장 냉동기등일 수 있는 것이다. 또한 다르게는, 상기 유체회로가 보조냉각장치용 결합 장치에 연결될수도 있으며, 여기서 상기 결합장치는 공냉식 또는 증발식 응축기로부터 제공된 유체가 액체냉매 보조 냉각기로 연결되어 보조 냉각 장치로 이동될 수 있도록 하여 준다. 보조냉각 장치의 증발온도는 예를들면 0℉내지 25℉범위내일수 있지만, 이에 제한되는 사항은 아니면, 상기 얼음-저장 유체회로로 부터의 유체 필요량은 상기 언급된 저온 응축장치내에서 만큼 클 필요는 없는 것이다. 그러나, 기본적인 개념은 최대 전력 소비기간이 아닌 시간대에 생성되는 저온 유체를 활용하고, 이를 사용함으로서 상기 결합장치의 냉매회로 상에서 필요한 요구사항을 감소시키며, 따라서 가능하지 않았던 작동효율을 제공하는 것이다. 이러한 첫 번째 2개의 적용에 각각은 기존의 슈퍼마켓내에서 클로로 플르오르 카본(a chloro fluoro carbon)(CFC) 냉매가 비 클로로 플르오로카본 냉매로 대체 될 때, 압축기의 용량 손실을 상쇄시켜 주도록 사용가능하다. 다른 전형적인 경우에는, 얼음-저장 유체회로로 부터의 냉각 유체가 공기냉각장치로 전환 유도되어 일정량의 직접적인 열전달을 제공하며, 기존 장치에서 필요한 요구사항을 최소화하며, 이때 적용되는 장치는 제습조건(dehumidification condition)을 수용하여야 하는 전시영역의 공기 조절 유니트가 해당된다. 그러나, 제습작동은 저온의 공기조화 장치에 의해서 수용가능하며, 이는 냉각코일의 결빙과 냉각 장치의 효율저하를 종종 초래한다. 따라서, 압축기 결합코일의 동결(icing)없이 공기 냉각시키는 것은 그 정격작동효율을 유지하고, 따라서 과도한 부가적인 비용 없이 유니트의 전체적인 작동 효율을 증가시키게 된다. 이는 특히 공기 냉각장치가 부가적인 냉각장치이고, 얼음-저장 탱크의 유체를 활용하는 주장치가 아닌 유니트의 경우에는 특히 적합하게 된다. 상기 언급된 슈퍼마켓의 구성에서는, 실내의 상대습도가 보다 양호한 냉각코일온도의 제어작동을 통해서 보다 쉽게 얻어진다. 이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 독립적인 냉각시스템은 일반적인 냉각장치에 적용하여 낮은 온도의 냉각성능을 제공하고, 다수의 여러 유니트를 연결하여 그들의 냉매의 온도를 낮춤으로서 그 작동효율을 향상시키며, 작동범위를 확대시키고, 또는 조작비용을 절감시키도록 작동가능하다.
제1도에 도시된 냉각장치(10)는 하나의 냉각 또는 냉동 장치 또는 회로(14)로부터 독립적으로 작동가능하지만, 보조 응축기(an auxiliary condeuser)(16)으로 도시된 결합기구를 통해서 상기 회로에 연결되어 작동가능한 보충냉각회로(12)를 제공한다. 상기 예시적인 구성에서는, 냉동장치(14)가 슈퍼마켓에 설치된 전시 또는 저장 냉각기와 같은 저온의 증발식 장치이다. 이러한 예시구조는 저온 설비이며, 이는 대략 -10 내지 -40℉ 의 온도범위에서 작동가능하다. 이와 동일한 맥락에서 중간온도의 적용장치는 대략 0 내지 25℉의 온도범위를 갖추며, 고온 적용장치는 대략 32℉이상을 유지한다. 상기와 같은 온도범위에는 몇가지 명확한 온도 간격이 있으며, 그러나 이러한 범위는 단지 예시적인 것일뿐이며, 제한적인 사항은 아니다. 냉동장치(14)는 압축수단으로서 적어도 하나의 압축기(18)를 갖추고, 제1도에 도시된 바와같이, 저압가스를 압축시킬수 있도록 병렬연결로 배열되는 다수개의 압축기(18)등을 갖출수도 있다. 저압의 냉매기체는 도관(20)을 통해서 각각의 압축기(18)의 유입구(22)로 이송되어 가온된 고압기체로 압축된다. 상기 용어중 고(high) 와 저(low)압은 상기 작동장치 , 즉 압축기등과 같은 장치를 통과하여 형성되는 압력의 편차를 의미하는 것이고, 유체 또는 기체의 절대압력을 나타내는 것은 아니다. 상기 가온된 고압의 냉매기체는 압축기(18)와 배출구(30)로부터 연결된 도관(28)을 통해서 공냉 또는 증발식 응축기(26)의 유입통로(24)에 연결된다. 상기 가온된 냉매기체는 응축기(26)내에서 냉각되고 응축되어 배출통로(32)상에서 냉매액을 형성하며, 이는 도관(36)을 통해서 저온냉각 장치인 전시 또는 저장영역(34)으로 제공되며, 상기 영역(34)을 필요한 온도까지 냉각시킨다. 응축기(26)는 표준작동방식으로 운전가능하여 기체를 액체로 응축시키고, 그중에 포함된 열을 대기중으로 배출시킨다. 냉동장치(14)는 특별한 적용을 위해서 냉각장치 또는 냉각회로의 종래 구조로서 도시되어 있다.
제1도에 도시된 보충냉각회로(12)는 얼음저장 조립체(an ice-storage assem bly)이 특히(12)는 열저장 수단으로서의 얼음저장장치(38)을 갖추며, 이는 Osborne에게 부여된 미국특허 제4,964,279호에 기재된 것과 유사하며, 압축기, 응축기 및, 냉각유체를 탱크내에서 결빙(freeze)시키기 위한 냉각코일을 갖춘 얼음저장설비등을 활용한다. 결빙된 매체는 고체상과 액체상태를 모두 포함할 수 있고, 부수적인 냉각회로에 결합되어 냉각작용을 보조하여 주는 저온 물질을 제공한다. 제1도에 도시된 회로(12)는 얼음저장장치(38)와 보조응축기(16) 사이에 결합된 냉매펌프(40)를 갖추어 저온의 유체, 예를들면 얼음-물등을 상기 장치(38)에서 보조 응축기(16)로 급송한다. 응축기(16)는 냉동장치(14)와 보충냉각회로(12) 사이에 위치된 전형적인 연결장치이다. 상기 응축기(16)와 장치(38) 사이의 유체복귀도관(42)은 응축기(16)로부터 장치(38)로 소비된 냉각유체를 전달하여 그 내부에서 재순환시킨다. 제1도에서, 보조응축기(16)는, 대향류 튜브형 열교환장치(a counterflow tube heat exchange device)또는 그밖의 공지된 장치로 이루어지고, 배관(47)에 의하여 그 유입구(44)가 고압의 기체를 응축기(16)에 이송하기 위한 도관(28)과 연결된다. 응축기(16)내에서 대기온도로부터의 온도 강하는, 검지 및 신호장치(48)로부터 전달되는 외부신호에 반응하여 작동되는 펌프(40)에 의해 상기 얼음저장장치(38)로부터 응축기(16)로 급송되는 냉각유체에 의해서 유도된다.
이러한 검지 및 신호장치(48)는 배선(50)을 통해서 펌프(40)에 연결되고, 종래의 알려진 검지 및 신호장치중의 어느 하나로 이루어지며, 예를들면, 습도조절기(a humidstat), 열전대(a thermostat)또는 타이머(a timer)등이 상기 펌프(40)를 가동시켜 저온유체를 상기 장치(38)로부터 응축기(16)에 이송시킬 수 있는 것이다. 상기 응축기(16)의 배출구(52)는 액체냉각도관(36)에 배관(54)을 통해서 연결되어 냉매유체를 보조응축기(16)로부터 도관(36)으로 연결하며, 상기 보조응축기(16)로부터 제공된 냉매는 얼음저장유체에 의해서 기존의 응축기(26)로부터 배출된 액체냉매의 온도보다 낮은 온도까지 냉각된다. 상기 영역(34)의 냉매내에서 이러한 증가된 온도강하는 기존의 냉각회로(14)의 작동범위를 증대시킨다. 이러한 낮은 냉매온도는 상기 영역(34)에서 필요한 온도강하를 얻기 위하여 증가된 압축기의 부하를 더하거나 또는 응축기(26)의 부가된 용량을 필요로 하지 않으면서 영역(34)내에서 보다 증가된 온도강하를 유도시키게 되는 것이다. 또한, 보조응축기(16)에 결합된 결합네트워크(Coupling network)인 상기 결합장치는 다수개의 제어밸브 및 센서들을 필요로 하지 않는 바, 이는 상기 배관(46)과 (54)을 통하는 유체 흐름이 펌프(40)로부터 제공된 유체흐름의 온도편차에 의해서 이루어지기 때문이다. 상기 강하-공저(drop-leg)은 당업계에서 알려진 것이고, 냉각장치(10)내에서 활용되어 불필요한 제어밸브의 사용을 생략하는 것이다. 응축기(26)는 보조응축기(16)가 작동되는 경우 정지되지 않아도 되는바, 이는 보조응축기(16)의 작동과, 강하-공정 효과가 유효하게 응축기(26)로 향한 냉매의 흐름을 찾단시키기 때문이다. 그러나, 통상적으로 응축기(26)에 장착된 팬(Fan)들은 에너지 절약 측면에서 작동 중지된다.
상기 설명된 슈퍼마켓 적용예에서는, 증대된 작동온도 범위가 향상된 냉각용량을 제공하고, 기존의 냉각회로(14)에 압축기(18)의 용량이나 숫자를 증가시키지 않고 작동소비전력을 감소시키는 것이다. 이러한 후자의 유익한 점은 열악한 온도 및 습도조건, 즉 무덥고 습한 하절기의 뜨거운 환경하에서도 상기 회로(14)에 대하여 필요한 작동능력을 제공하는 것이다. 제1도에는, 보충냉각회로(12)가 단일 냉각회로(14)에 연결되었지만, 이는 다수개의 보조 냉각회로에 연결가능하며, 이러한 여러개의 다른 유니트에 증가된 냉각용량을 동시에 부여할 수도 있는 것이다. 제2도에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에서는, 보충 냉각회로912)가 압축기 래크(a compressor rack)(70)또는 조립체를 갖추어 압축수단으로서의 다수개의 압축기(18)를 갖추고, 상기 압축기들은 병렬로 평행하게 배열되며, 냉매기체를 상대적으로 낮은 압력으로 받아서 고압으로 압축시키고, 제2 및 보다 높은 압력에서 배출구(30)를 통하여 연결수단인 도관(72)으로 유출시키도록 작동된다. 상기 도관(72)은 배출구(30) 또는 배출구들과 응축기(76)의 유입통로(74) 사이를 연결하고, 응축수단으로서의 응축기(76)는 고압의 기체를 액체로 응축시켜서 배출통로(78)와 얼음저장탱크(82)내의 코일(80)을 통하여 이송하도록 작동된다. 코일(80)은 도관(84)에 의해서 압축기 래크(70)에 연결되어, 가온된 저압의 기체인 소비된 냉매유체를 래크(70)의 압축기(18) 유입구(86)로 복귀시킨다. 열저장수단인 탱크(82)의 챔버(88)는 물 또는 물/글리콜 혼합체(a water/glycol mixt ure)등과 같은 유체를 갖추고, 이는 코일(80)내에서 완전하게 또는 부분적으로 결빙 가능한 것이다. 일반적으로, 탱크(82)내에서 부분적으로 결빙된 유체는 대략적으로 그 결빙온도에 유지되지만, 펌핑용 유체, 즉 적어도 그 일부가 상변화(a change of state)를 겪지 않은 유체는 액체로서 펌핑가능하다.
이러한 관점에서, 수노한수단으로서의 순환펌프(40)가 탱크(82)의 배출구(90)에 연결되고, 후류측 도관(92)을 갖추어 상기 챔버(88)로부터 냉각유체를 이송한다. 복귀도관(94)은 복귀 액체 개방구(96)로부터 연장하며, 모든 소비된 또는 가온된 액체가 탱크챔버(88)로 복귀될 수 있도록 폐쇄 루프구조를 형성하여 결합된다. 회로(14)에 관련된 저온 증발구조, 특히 보조 응추기(16)는 도관(98)에 의해서 후류측 도관(92)에 결합되어 신호장치(48)에 의한 펌프(40)의 작동단계에서 냉각유체 롤 챔버(88)로부터 제공받는다. 또한 냉각회로(14)는 액체 저장조(100)를 갖추고, 이는 액체냉각도관(102)과 병렬(in parallel)로 유지되며, 도관(54)(36)에 연결되어 액체냉매를 냉매장치즉, 증발장치인 영역(34)으로 공급한다. 액체저장조(100)는 단지 액체냉매용 저장장치로서 제공된다. 상기 구조에서 설명된 바와같이, 도관은 복귀도관(94)에 연결되어 소비된 냉각유체를 응축기(16)로부터 재순환시킨다.
상기와는 다른 하나의 조립체인 냉각회로(120), 즉 상기 설명된 슈퍼마켓 환경하에서 중간 또는 온화한 온도의 냉각 장치에 사용되는 보조 냉각장치는, 다시금 압축기 래크(122) 또는 조립체를 사용하는바, 다수개의 압축기(18)와, 공냉식 또는 증발식 응축기(124), 압축기체 배관(126), 응축액체배관(128), 상기 배관(128)에 병렬로 연결된 액체 저장조(130) 및 , 증발기 또는 다수개의 증발기들로서 이루어지는 기구 또는 냉매냉각장치(132)를 갖추고 있다. 상기 장치(132)로부터의 냉매 복귀배관(134)은 압축기 래크(122)에 결합되어 상기 장치(132)로부터 가온된 저압 냉매기체를 재순환시키게 된다. 액체 과냉각기(136)는 냉각회로(120)내의 결합장치이고, 장치(132)와 응축기(124) 사이의 배관(128)내에 연결되어 그를 통하여 액체 냉매를 제공한다. 또한 과냉각기(136)는 냉각회로(14)에 병렬로 후류측 도관(92)에 연결되고, 챔버(88)로부터 저온의 유체를 받아 냉매롤 응축기(124)로부터 배출되는 액체온도 이하로 냉각시킨다. 도관(140)은 후류측 도관(92)을 보조냉각기의 유입구(142)에 연결하고, 보조냉각기의 배출구(144)는 복귀 도관(42)의 분지점(Junction)(149)에 연결되어 회로(151)를 구성한다. 그리고, 연결 또는 결합장치인 과냉각기(136)는 보조응축기(16)와 유사하게 작동 가능함으로서 과냉각기(136)를 통해서 장치(132)로 흐르는 냉매의 온도를 낮춘다.
상기 탱크(82)의 챔버(88)로부터의 냉각유체는 단지 펌프(40)의 작동에 의해서 과냉각기(136)에 제공되지만, 상기 과냉각기(136)를 통한 액체의 유속은 특정적 용예에 의해서 요구되는 경우 도관(140)의 크기, 오리피스밸브 또는, 그밖의 제어변수(Control parameter)의 함수인 것이다.
공기 냉각 적용구조 또는 공기조화장치(160), 즉 전시영역에 사용되는 공기 조절유니트는 후류측 도관(92)에 연결되어 탱크의 챔버(88)로부터 상기 장치(160)에 냉각 유체가 제공되도록 도시되어 있다. 제어밸브(162)는 제1입구(164)가 후류측 도관(92) 사이에 연결되고 제2 입구(166)에서 복귀도관(94)에 연결된다. 기준작동모드에서는 도관(92)으로부터의 유체가 밸브(162)를 통과하여 복귀도관(94)에 연결된다. 순환펌프(170)는 제1 입구(164)의 상류측 유입통로(172)에서 도관(92) 사이에 연결되고, 배출통로(178)에서 도관(176)을 통해서 장치(160)내의 열교환장치(174)의 유입구(173)에 연결된다. 도관(180)은 배출구(175)를 밸브(162)의 제3 입구(168)에 연결한다. 신호 및/또는 검지장치(182)는 배관(184)에 의해서 펌프(170)에 연결되고, 상기 장치(160)로의 흐름을 개시하기 위하여 펌프(170)를 작동시키게 된다. 실제작동에서, 제1 펌프(40)의 작동도중에 도관(92)과 밸브(162)를 통해서 도관(94)으로 흐르는 냉각유체는 제2 펌프(170)의 작동에 의해서 상기 장치(160)에 선택적으로 연결될 수 있다. 냉각유체는 열교환기(174)와 복귀도관(94)으로의 이송을 위한 제3 입구(168)을 통해서 상기 장치(160)로 방향전환된다. 이러한 변경모드에서는, 제1 입구(164)가 폐쇄되어 펌프(170)를 통한 유체흐름이 변환되고, 밸브(162)는 작동영역에서 필요한 온도와 상대습도를 유지하도록 제어가능하다.
상기 냉각회로(12)의 활용과 그에 관련된 유익한 점은 제2도의 구성에 의해서 구현된다. 얼음-저장 시스템을 종래의 공기조화 및 냉동장치에 연결시키는 것과 관련하여 잠재적으로 유익한 점은 상기 EPRI 홍보책자에 기재되어 있지만, 그 구성품의 특정구조와 구성은 결합장치와 그 상호 작동과 관련하여 다수의 제어밸브들을 사용하지 않는 기술은 제시되지 않은 것이며, 상기와 같은 제어밸브등은 Grose에게 부여된 미국특허 제4,637,219호내에 제시된 것들이다. 또한, 단일의 얼음-저장 조립체에 다수의 냉각 및 냉동장치를 결합시켜서 그 냉각매체를 상대적으로 간단한 배관 네트워크를 통해서 작동시키는 구조는 예전에 개시된 바 없으며, 특히 슈퍼마켓용 적용설비에는 알려진 바 없는 것이다.
실제작동에서, 제2도의 시스템은 복잡한 네트워크의 형상을 제시하지만, 이는 하나의 조립체로서 저온 응축장치인 냉각회로(14), 액체보조냉각장치인 냉각회로(120) 및 공기조화장치(160)등은 그 결합구성품과 함께 슈퍼마켓 환경의 현존하는 구조물이고, 이는 여러 가지 설비에서 24시간 작동가능한 것이다. 얼음-저장 장치와 결합장치의 연결구조는 단지 적은 공간과, 최소 자본경비 및, 큰 잠재적인 전력소비절감을 요구하며, 사용가능한 자원의 실제배치에 의해서 가동경비를 명백하게 낮추는 것이다. 또한 가동비용의 절감은 얼음-저장 시스템인 냉각회로(12)를 기존의 냉각시스템에 적용하여 보다 크고, 값비싼 구조물로서 대체하기 보다는 개조시킴으로서 그 작동범위를 증대시켜서 동일 냉각 또는 냉동용량을 얻을 수 있는 것이다.
실제작동에서, 제2도에 도시된 시스템은 얼음-저장 조립체인 냉각회로(12)를 결합 또는 연결장치인 응축기 또는 액체 과냉각기(16)(136)에 결합시켜서 설계 조건에서의 정격 설비 용량을 넘어선 요구냉각 용량을 제공하고, 전력에 대해서는 최대소비 기간도중에 요구되는 전력량을 감소시키게 된다. 조립체인 냉각회로(12)는 다량의 냉동유체, 예를들면 물 또는, 물/글리콜 혼합체등을 저장탱크(88)내에 제공하도록 작동된다. 상기 조립체인 냉각회로(12)에서는 래크(70)의 압축기들이 도관(84)으로부터 제공된 저압의 기체 냉매를 탱크(72)와 응축기(76)로 배출되는 고압의 기체냉매로 압축하고, 고압의 기체는 액체로 응축되어 탱크의 챔버(88)내에 위치된 냉각코일(80)로 이송된다. 이러한 냉각회로는 열팽창 밸브들 또는, 그밖의 표준 구성품들을 포함할 수 있고, 이들은 비록 도시되지는 않았지만 당업계에서 알려진 부품들이다. 챔버(88)내의 냉동유체는 적어도 냉각유체의 일부를 냉각시키고 결빙시켜서 탱크(82)내에 액체-고체의 혼합유체를 형성시키며, 바람직하게는 전력경비가 최소인 시간대에 작동되고, 무덥고 습한 하절기에는 통상적으로 밤시간에 작동된다.
이러한 최대 전력 소비시간대가 아닌 기간의 활용은 결빙유체가 미래의 사용을 위해서 단열탱크(82)내에 저장되기 때문에 가동비용을 감소시키는 것이다. 상기 유체가 결빙된 후, 또는 작동주기후 또는 그밖의 작동싸이클 후에는, 래크(70)의 압축기들은 정지되고, 상기 시스템은 대기모드(a standby mode)에 유지된다. 최대 냉각요구 기간에는, 예를들면 고온 다습의 하절기 낮에는, 전력비용이 킬로와트-시(Kilowatt-hour)비율에서 최고이며, 기존의 장치는 설비의 요구수준을 충족시키기에 충분한 냉각작동을 실행할 수 없고, 또는, 기존의 장치는 정격 또는 최대용량으로 작동하도록 요구됨으로서 상기 장치에 부적절한 요구사항을 주문하게 되며 따라서 이와 관련된 유지경비를 증가시킬 수 있는 것이다. 보조 냉각작동시에 탱크(82)로부터의 냉각유체 사용은 압축기(18)에 가해지는 부하를 감소시켜서 적어도 가동 사이클중의 압축기 일부는 대기 모드에 있을 수 있으며, 나머지 압축기들은 낮은 배출압력으로서 작동할 수 있는 것이다.
제2도에는, 얼음-저장 탱크(82)내의 냉각된 유체가 증발영역(34)와 냉매냉각장치(132)의 결합기구인 응축기(16)와 액체과냉각기(136)에 각각 순환될 수 있고, 상기 장치의 냉매와 상호 작용하여 표준작동모드에서 얻어질 수 있는 온도이하로 그 작동 온도를 낮출 수 있다. 특히, 펌프(40)는 탱크(82)로부터 상기 결합기구인 응축기(16)와 액체과냉각기(136)로 냉각유체를 순환시켜 그 내부의 결빙물질온도에 일치하거나 근접시키도록 작동된다. 동시에, 상기 결합된 장치 내부의 냉매는 상기 결합장치를 통과하여 흐르고, 그 온도는 현저히 낮아져서 냉각되어야 할 장치 또는 영역에 보다 낮은 유체온도를 제공하게 된다. 상기 설명된 장치의 회로에서는 별도의 부가적인 제어밸브 없이도 얼음-저장 유체는 상기 결합기구인 응축기(16)와 액체과냉각기(136)에 연속적으로 순환된다. 저온 응축장치인 영역(34)의 경우에는, 응축기(16)로 제공되는 냉각유체가 냉매가스로 하여금 응축기(16)내에서 액체로 응축되도록 하고, 이러한 액체가 배관(54)을 충진시키게 된다. 배관(54)내에서의 액체 정적높이(Static height)는 현저한 압력을 생성하여 응축기(26)로부터 도관(36)를 통하여 유입되는 냉매를 효과적으로 차단시키고, 상기 응축기(16)로부터 도관(102)과 영역(34)으로 연결되는 냉매에 보다 낮은 온도를 유도시킨다. 낮은 온도의 냉매는 이러한 저온 응축설비의 온도 범위를 증대시키고, 기후가 불순한 무더운 날에 필요한 작동온도를 유지시킬 수 있으며, 또는 압축기-응축기 냉동회로에 과도한 부하를 발생시키지 않고서도 조절할 수 있고, 상기 회로의 전력소모를 감소시킨다. 보조 응축기(16)를 통하여 흐르는 냉매는 탱크(82)로부터의 불연속적인 냉매유체에 의해서 정지될 수 있다.
회로(14)에서는, 냉각유체가 보조응축기(16)를 통해서 순환되고, 복귀회로 또는 도관(42)(151) 및 (94)로 이송된다. 유체의 유속, 냉매흐름, 온도강하 및 그밖의 작동변수들은 여러 가지 구성품의 크기, 작동용량 및 환경조건에 따라서 종속적인 관계를 유지하고 있다. 펌프(40)는 탱크(82)와 냉각 유체흐름 회로 사이에서 연결되어 신호/검지장치(48)에 의해서 냉매가 외부변수, 즉 시간, 온도, 습도 및 그밖의 작동조건에 반응하여 여러 가지 냉각장치로의 흐름을 개시하도록 작동가능하다. 이러한 작동신호는 펌프(40)의 수동 개시 작동을 초래하고, 그 특정 작동수단은 본 발명의 제한 사항은 아닌 것이다. 장치(132)를 갖춘 액체 보조냉각장치에서는, 냉각유체가 펌프(40)의 작동도중에 과냉각기(136)로 연속적으로 제공된다.
상기 냉매의 유속은 오리피스 밸브, 규격화된 파이프 또는 그밖의 제어장치들에 의해서 필요한 경우 조절 가능하다. 그러나, 냉각회로의 공냉식 또는 증발식 응축기(124)로부터 유출되는 냉매는 이같은 전형적인 냉각설비구조내의 모든 작동조건하에서 과냉각기(136)를 통해 연속적으로 이송된다. 상기 냉매의 보조냉각정도는 상기 냉매와 냉각유체의 유속, 대기온도, 상기 2개의 유체에 대한 상대온도 또는 그밖의 작동 및 환경변수에 따라서 제어가능하거나 또는 대응하는 것이다. 냉매온도의 정확한 강하는 상기 장치(132)용 냉각회로상의 기존의 제어장치에 의해서 조절가능하다. 소비된 냉각유체는 탱크(82)내에서 재순환되기 위하여 과냉각기(136)로부터 복귀회로(146)(149)(151) 및 (94)로 흐른다. 이러한 과정은 보다 많은 수의 또는 큰용량의 압축기에 별도의 투자를 하지 않고서도 기존의 압축기(18)의 작동용량을 효과적으로 증대시키는 것이다.
공기 조화장치(160)로 흐르는 냉매는 순환펌프(170)의 작동에 의해서 제어밸브(162) 전방의 도관(92)으로부터 냉매 유체를 변환시키도록 선택가능하다. 이러한 적용예에서, 냉각유체는 장치(160)를 통과하여 유도되어 열전달 부품의 온도를 강하시킨다. 펌프(170)가 작동되지 않는 기준모드에서는, 냉매유체는 도관(92)으로부터 밸브(162)를 통해서 도관(94)과 탱크(82)로 복귀되도록 직접 유도된다. 순환펌프(170)는 신호/검지장치(182)에 의해서 밸브(162) 전방의 장치(160)로 유체가 흐르도록 작동되고, 이러한 밸브(162)는 상기 장치(160)로의 유체흐름을 제한하는 밸브 또는 제어장치로서 작동가능하다. 제2도의 실시예에서는, 점선으로 표시된 배관(123)이 보조냉각회로(120)의 배관(126)과, 얼음저장시스템인 보충냉각회로(12)의 응축기(76)에 연결된 도관(72) 사이에서 연장하고 있다. 상기 실시예에서는, 압축기 래크(122)가 2중 모드 동작(a dual-mode operation)으로 작동가능하고, 즉, 정상적인 작동시간대에는 보조냉각회로(120)를 사용하여 통상적인 모드에서 작동하며, 최대 전력 소비시간대가 아닌 기간 또는 통상적으로 저-사용 기간대, 즉 밤시간과 같은 때에는 이러한 압축기 래크(122)는 탱크(82)내의 냉각유체를 결빙시키기 위하여 얼음-저장회로인 보충냉각회로(12)에 연결되어 활용 될 수 있다고 기대된다.
만일, 보조냉각의 조절 또는 제어정도가 요구되면, 2 방향제어밸브가 도관(146)에 제공되고, 보다 적은 보조냉각이 요구되는 만큼 폐쇄위치로 조정된다. 상기 구조에서는, 복귀배관(125)이 압축기 래크(122)로 향한 냉미의 재순환(recycling)통로를 제공하고 있다. 제어조립체(127), 즉 배관(125)내에 도시되어 있지만 배관(123)에도 위치가능하며, 이는 냉매의 흐름을 얼음-저장 조립체인 보충냉각회로(12)로 향하도록 방향 전환시킬 수 있다.
상기 2중모드 설비는 더욱더 비용절감을 유도할 수 있고, 필요공간을 축소할 수 있으며 장치 활용을 최대로 할 수 있다. 상기와 같이 다른 사용방법은 여러 가지가 있을 수 있으며, 비슷한 용량의 저온 응축장치인 냉각회로(14)에 연결된 압축기(18)를 사용하게 되고, 이러한 변경연결구조를 비상보조장치(an emergency back up apparatus )로서 활용하는 것이다.
상기 설명에서는 특정하고, 바람직한 본 발명의 실시예에 설비에 대하여 언급하였지만, 그 물리적인 크기는 설계 냉각용량 또는 물리적인 장치의 변수에 관련하여 각각의 장치에 따라서 변화될 수 있음을 알 수 있다. 슈퍼마켓 냉각요구 조건에 관련한 상기 구조에서는, 이러한 설계 고려사항이 상점의 가동시간, 설비의 상대적인 크기 및 그밖의 설계 인자(design factor)등을 포함한다. 각각의 인자들은 고려될 수 있지만 본 발명에 대한 제한적인 사항은 아니다. 상기에서는 본 발명의 특정실시예에 대하여 설명하였지만, 여러 가지 변경구조나 수정구조가 제작가능함은 분명한 것이고, 이러한 모든 변경구조나 수정구조는 본 발명의 범주와 사상내에 포함되는 것은 물론이다.

Claims (28)

  1. 제1냉매로 이루어지는 제1 냉매회로와 증발기를 가지는 냉매냉각장치를 갖춘 적어도 하나의 조립체에 결합가능하고, 상기 냉매냉각장치의 전방에서 제1온도로 상기 제1 냉매를 받으며 상기 냉매의 제1온도를 감소시키도록 작동하는 보충냉각시스템에 있어서, 상변화 물질을 냉각시키는 냉매를 제공하며, 상기 제1 냉매회로와 제2 냉매회로의 어느하나로 이루어지는 냉매제공수단: 배출구(90)와 복귀용 유입구(96)를 갖춘 하우징(88)을 포함하고, 상기 하우징(88)내에 상변화 물질이 담겨지는 열저장수단(82) : 상기 하우징(88)내에 배치되고, 상기 냉매제공수단에 연결되어 제2 온도에서 상기 상변화 물질의 적어도 일부를 결빙시키고, 상기 하우징(88)내에 있는 상변화 물질의 나머지 부분을 상기 제1 냉매회로내의 제1 온도보다 낮은 상기 결빙된 상변화물질의 온도인 제2온도에 대략 근접하도록 냉각시키는 상변화물질결빙수단 : 연결수단 : 내부에 제1유체통로와 제2유체통로를 갖추어 열교환을 위한 수단으로서 작동가능하고 상기 제1냉매회로와 열저장수단(82)에 병렬 및 직렬구조(a series arrangement)중의 어느 하나를 이루면서 상기 연결수단에 의하여 연결되고, 상기 제1유체통로 내에서 제2 온도보다 높은 제1온도로 제1냉매회로로부터 제1냉매를 받아서 통과시켜 상기 제1 냉매회로와 상기 냉매냉각장치의 증발기로 복귀하도록 작동하는 결합수단 : 상기 제2 유체통로와 상기 하우징(88)의 배출구(90) 사이에서 연결되어 상기 상변화물질을 하우징(88)으로부터 상기 결합수단내의 제2유체통로로 전달하도록 된 상 변화물질펌핑수단(40) : 을 포함하고, 상기 연결수단은 상기 제2유체통로와 하우징(88)의 유입구(96)를 연결시켜 상기 상변화물질을 상기 결합수단으로부터 하우징(88)으로 복귀시키며, 상기 결합수단의 제1 유체통로 내부에서 제2온도로 유지되는 상기 상변화물질은 상기 냉매냉각장치의 전방에 위치된 상기 제1냉매회로내의 냉매온도를 상기 제1온도보다 낮은 제3온도로 강하시키도록 나머지 하나인 제2유체통로의 냉매와 열교환시켜 상기 제1온도보다 낮은 온도로 냉매를 운전함에 의하여 상기 냉매냉각장치의 냉매회로의 작동범위를 증대시키도록 구성됨을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1냉매회로는 냉매기체를 제1 및 저압에서 제2 및 고압으로 압축시키는 압축수단; 상기 압축수단에 연결되어 제2압력으로 유지되는 냉매기체의 적어도 일부분을 액체로 응축시키는 응축수단;을 포함하고, 상기 결합수단은 상기 응축수단을 상기 냉매냉각장치에 결합시켜 상기 제1냉매가 상기 냉매냉각장치로 공급되도록 하고, 상기 냉매회로내에 있는 냉매냉각장치는 후류측이 압축수단에 연결되어 상기 제1회로내에서 냉매를 재순환시키도록 구성됨을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하나의 조립체(14)는 냉매냉각장치로서 저온응축장치(34)를 갖추고, 상기 결합수단은 상기 압축수단과 응축수단(26)사이에서 상기 제1냉매회로에 병렬로 연결되는 보조응축기916)임을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 하나의 조립체(120)는 냉매냉각장치로서 액체보조냉각장치(132)를 갖추고, 상기 결합수단은 상기 응축수단(124)과 상기 액체보조냉각장치(132)사이에서 제1 및 제2 유체통로의 어느 하나가 제1냉매회로와 직렬로 연결된 액체냉매 과냉각기(136)임을 특징으로 하는 보충 냉각시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 압축수단은 제1 및 저압에서 기체를 받아 제2 및 고압으로 압축시키도록 동작하는 적어도 하나의 압축기(18)임을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 압축수단은 병렬회로로 배열된 다수개의 압축기(18)들을 갖추어 제1 및 저압에서 기체를 받고, 제2 및 고압으로 압축시킴을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 응축수단은 공냉식 응축기임을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  8. 제2항에 있어서, 상기 응축수단은 증발식 응축기임을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 응축수단과 상기 냉매냉각장치사이에서 병렬로 연결된 액체저장조를 추가로 포함함을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 냉매제공수단은 제2냉매를 갖춘 제2냉매회로이고, 상기 결빙수단은 하우징(88) 내의 냉각코일(80)이며, 상기 냉각코일(80)은 제2냉매회로에 연결되어 상기 제2냉매를 받음으로서 상기 하우징(88)내에 있는 상변화 물질의 적어도 일부를 냉각시키고, 결빙시킴을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2냉매회로는 상기 제2냉매를 압축하는 수단과, 상기 압축수단으로부터 압축된 제2냉매를 응축시키는 수단을 포함함을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2냉매회로의 압축수단은 압축기(18)임을 특징으로하는 보충냉각시스템
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2회로의 압축수단은 상기 냉각코일(80)로부터 후류측에서 병렬로 배열되는 다수개의 압축기(18)로 이루어짐으로서 상기 냉각코일(80)로부터 냉매를 받아 상기 제2냉매회로내에서 재순환시킴을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 하나의 조립체인 제1냉매회로는 제1압축수단을 갖추고, 상기 제2냉매회로의 응축수단과, 상기 제1냉매회로의 제1압축수단과의 사이에 결합하는 전환수단(127)을 추가 포함하며, 상기 전환수단(127)은 상기 제2냉매회로와 제1압축수단을 연결시켜 제2냉매회로의 압축수단으로서 동작하도록 구성됨을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 연결수단(92)내에 장착되고, 기준모드에서 상기 하우징(88)의 유입구(96)로 상기 상변화물질의 유체전달이 이루어지도록 작동가능한 제어밸브(162); 열교환장치; 상기 연결수단(92)과 열교환장치사이에 연결되는 제2순환펌프(170); 물리적인 인자를 감지하고 출력제어신호를 제공하도록 동작하며, 상기 제2순환펌프(170)에 연결되어 제2순환펌프(170)를 작동시키도록 된 신호 및 검지장치(182);를 추가로 포함하고, 상기 연결수단(180)은 상기 제2펌프(170)의 후류측에서 열교환장치와 제어밸브(162)를 연결하고, 상기 제2펌프(170)는 신호/검지장치(182)에 의해서 작동가능하여 냉각기온도로 유지되는 상변화물질을 상기 열교환장치로 보냄으로서 그 내부를 통과하는 공기의 온도를 강하시키며, 상기 제어밸브(162)는 상기 상변화물질을 펌프(170)로 유도하여 열교환장치로 연결시키고 상변화물질을 상기 열교환장치로부터 하우징(88)의 유입구(96)로 복귀시킴을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 열교환장치는 공기냉각장치(174)임을 특징으로 하는 보충냉각시스템.
  17. 작동냉매유체를 적어도 하나의 냉매냉각장치로 전달하여, 냉각장치의 작동냉매유체온도를 정상 작동온도 이하로 강하시키도록 작동가능한 냉각시스템에 있어서, 유입구(86)와 배출구(30)를 갖추고, 제증기압에서 제1작동유체를 받고 상기 제1증기압의 제1작동유체를 상기 배출구(30)에서 제2 및 보다 높은 기체압력으로 압출시킬 수 있는 압축수단; 응축기 유입구와 응축기 배출구를 갖추고 상기 제1작동유체를 응축시키며, 공냉식응축기 및 증발식 응축기중의 어느 하나로 이루어지는 응축수단(76); 상기 압축수단의 배축구(30)와 상기 응축수단사이에서 연결되어 상기 제2증기압의 제1작동유체를 상기 응축수단으로 연결시키는 연결수단; 배출구(90), 유입구(96) 및 그 내부에 제2의 작동유체를 갖추고, 상기 제2의 작동유체는 제1 및 기준온도에서 상변화물질이며, 열저장조건에서의 제2유체는 상기 기준온도보다 낮은 제2온도로 유지되도록 하는 열저장수단(82); 연결수단에 의해서 응축수단의 배출구와 연결되고, 선택적으로 상기 응축수단으로부터 제1작동유체를 순환시켜 적어도 제2작동유체의 일부분을 상기 기준 제1온도로부터 상기 제2 및 보다 낮은 온도로 냉각시키고 결빙시키는 상기 열저장수단(82)내의 제1유체회로; 유입구와 배출구를 갖는 제1내부유체회로와, 유입구와 배출구를 갖는 제2내부유체회로를 갖추며, 상기 제1내부유체회로가 응축수단과 압축수단 사이에서 병렬 및 직렬 결합중의 어느 하나로서 연결되고, 연결수단에 의해서 상기 열저장수단(82)의 유입구(96)와 제2내부유체회로의 배출구 및 상기 열저장수단(82)의 배출구(90)와 제2내부유체회로의 유입구가 연결되며, 상기 제2온도의 제2작동유체를 순환시켜서 상기 제2내부유체회로내에서 제1작동유체온도를 감소시키도록 된 보조응축기 : 상기 보조응축기와 응축수단을 상기 냉매냉각장치에 결합시키는 연결수단; 및 상기 냉매냉각장치의 상류측 연결수단에 병렬로 연결되고, 정상 작동온도에서 상기 응축수단으로부터 그리고, 상기 정상작동온도보다 낮은 제3 및 감소된 온도에서 보조응축기로부터 제1작동유체를 받고, 상기 감소된 온도의 작동유체가 상기 냉매냉각장치의 작동범위를 현존하는 냉각장치의 정격용량 이상으로 증대시키는 액체저장조;를 포함함을 특징으로 하는 냉각시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2작동유체는 물 또는 물과 글리콜 혼합체중의 어느 하나임을 특징으로 하는 냉각시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 증발식 및 공냉식 응축기의 배출구중의 하나가 연결수단에 의하여 결합되어 상기 제1유체회로와 상기 응축수단을 결합시키고, 열저장수단(82)내의 제2온도로 제2작동유체의 열전달 및 온도강하를 위하여 상기 제1작동유체를 상기 제2온도이하의 온도로 전달하기 위한 저온응축장치; 연결수단(92)(94)에 의해서 상기 열저장수단(82)의 배출구(90)와 유입구(96) 사이에서 결합되고, 상기 제1온도이하의 온도에서 제2작동유체를 순환시키는 순환수단(40)을 갖는 제2유체회로; 제3작동유체와 적어도 하나의 냉각 및 냉동장치를 갖추며 상기 제2유체회로에 연결수단에 의해서 결합되어 내부의 제3작동유체온도를 강하시켜 그 작동범위를 증대시키는 제3유체회로;를 추가 포함하고, 상기 제3유체회로는 제2보조응축기와 공냉식응축기 및 증발식 응축기중의 하나를 갖는 저온응축장치에 결합되며, 상기 하나의 응축기는 연결수단에 의해서 제1내부유체회로와, 유입구 및 배출구를 갖는 상기 제2보조응축기에 병렬로 연결되며 상기 열저장수단(82)으로부터 제2작동유체가 제2보조응축기로 제공되어 제3작동유체에 열전달을 이루어 상기 저온응축장치의 온도를 강하시킴을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 연결수단에 의하여 상기 저온응축장치에 병렬로 결합되는 액체저장조를 추가 포함함을 특징으로 하는 냉각시스템.
  21. 제17 항에 있어서, 상기 제3냉각회로는 액체보조냉각장치(132)를 갖추고, 상기 제3회로는 작동유체를 압축시키는 적어도 하나의 압축수단을 포함함을 특징으로 하는 냉각시스템.
  22. 적어도 하나의 냉매냉각장치에 연결가능하여 냉매의 온도를 감소시킴으로서 냉매냉각장치의 작동범위를 증대시키고 동일 냉매냉각장치의 냉각용량에서 전력소비를 감소시키도록 된 냉각시스템에 있어서, 유입구(86)와 배출구(30)를 갖추고, 제1 및 저압에서 냉매기체를 받아 제2 및 고압으로 압축시키도록 작동가능한 냉매 압축수단(18); 연결수단 : 유입통로와 배출통로를 갖추고, 상기 유입통로는 상기 연결수단(72)에 의해서 상기 압축수단(18)의 배출구(30)에 연결되어 고압으로 상기 압축된 냉매가 유입됨으로서 냉매를 응축하여 작업온도로 상기 냉매냉각장치에 전달하도록 된 제1냉매응축수단(76); 하우징(88),대기온도에 있는 상변화물질 및 상기 하우징(88) 내에 위치하여 냉매를 받는 냉매수납수단(80)을 갖추고, 상기 냉매수납수단(80)은 상기 제1냉매응축수단(76)의 배출구와 상기 압축수단의 유입구(86) 사이에 상기 연결수단(78)(84)에 의해서 결합되어 상기 냉매를 받아 상기 하우징(88)내의 상변화물질중 적어도 일부를 결빙시키고 대기온도보다 낮은 제2온도에서 상기 상변화물질의 온도를 감소시키도록 된 열저장수단(82); 상기 상변화물질을 펌핑하는 수단(40);을 포함하고, 상기 냉매냉각장치는 냉매회로를 갖추며; 열전달을 위한 제1유체회로와 제2유체회로를 갖는 결합수단을 갖추며, 상기 제1유체회로는 상기 연결수단에 의하여 상기 냉매회로에 연결되고 상기 냉매를 결합수단과 냉매냉각장치의 후류측 냉매회로 사이에서 순환시키며, 상기 제2유체회로는 연결수단에 의하여 상기 열저장수단(82)에 연결되고 상기 상변화물질을 상기 제2유체회로내에서 제2온도로 순환시키며, 상기 펌핑수단(40)은 상기 냉매냉각장치의 냉매회로 결합수단과 열저장수단(82)의 하우징(88) 사이에서 결합되어 제2온도에 있는 상기 상변화물질을 열교환을 위해 상기 결합수단으로 펌프하고 상기 냉매회로내의 냉매 온도인 작동온도이하로 감소시킴으로서 작동범위를 증대시킴을 특징으로 하는 냉각시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 결합수단은 보조응축기(16)임을 특징으로 하는 냉각시스템.
  24. 제22항에 있어서, 냉매회로와 제2결합수단을 갖는 제2냉매냉각장치를 추가 포함하고, 상기 제2결합수단은 냉매냉각장치의 결합수단과 병렬을 이루면서 상기 펌핑수단(40)과 하우징(88)에 연결됨을 특징으로 하는 냉각시스템.
  25. 제22항에 있어서, 저온응축장치(34)를 추가포함하고, 상기 냉매냉각장치(14)의 응축수단(26)은 결합수단(16)에 의하여 상기 저온응축장치(34)와 상기 압축수단(18)에 결합된 증발식 응축기이며, 상기 증발식 응축기는 상기 냉매를 응축시키고 고압의 액체냉매를 상기 저온응축장치(34)로 배출시킴으로서 냉각 및 상기 압축수단으로 복귀작동을 실행함을 특징으로 하는 냉각시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제2냉매냉각장치의 결합수단은 액체냉매과냉각기(136)임을 특징으로 하는 냉각시스템.
  27. 제26항에 있어서, 액체보조냉각장치(132)를 추가 포함하고, 상기 제2냉매냉각장치(120)는 증발식응축기(124)를 가지며, 상기 과냉각기(136)는 상기 제2냉매냉각장치(120)의 증발식 응축기(124)와 상기 액체보조냉각장치(132) 사이에서 연결되어 냉매의 냉각 및 상기 제2압축수단으로의 복귀작동을 실행함을 특징으로 하는 냉각시스템.
  28. 제24항에 있어서, 온도제어밸브(162)와 제2의 순환펌프(170)를 갖춘 냉매회로를 포함하는 공기냉각장치(160)를 추가 포함하고, 상기 공기냉각장치(160)는 상기 펌프(40)에 연결되어 제1모드에서는 상기 제2펌프(170)와 상기 공기냉각장치(160)로 흐르는 상기 상변화물질의 전환(diversion)흐름의 일부를 받아서 상기 하우징(88)으로 복귀시키고, 제2모드에서는 상기 하우징(88)으로 유체를 직접 유도시킴을 특징으로 하는 냉각시스템.
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