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KR20200067160A - 조합형 캐스케이드 냉각 장치 - Google Patents

조합형 캐스케이드 냉각 장치 Download PDF

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Publication number
KR20200067160A
KR20200067160A KR1020207012058A KR20207012058A KR20200067160A KR 20200067160 A KR20200067160 A KR 20200067160A KR 1020207012058 A KR1020207012058 A KR 1020207012058A KR 20207012058 A KR20207012058 A KR 20207012058A KR 20200067160 A KR20200067160 A KR 20200067160A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigeration
sorption
cascade
circuit
evaporator
Prior art date
Application number
KR1020207012058A
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English (en)
Inventor
안드레이 돕킨
Original Assignee
엔. 에이. 엠. 테크놀로지 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 엔. 에이. 엠. 테크놀로지 리미티드 filed Critical 엔. 에이. 엠. 테크놀로지 리미티드
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Abstract

냉동 회로를 갖는 압축 냉동 장치 및 증발기를 갖는 수착 냉동 장치를 포함하는 조합형 캐스케이드 냉동 장치가 개시된다. 냉동 회로는 냉동 회로의 효율을 증가시키기 위해 증발기와 결합된다.

Description

조합형 캐스케이드 냉동 장치
개시된 주제는 냉동 장치 및 프로세스에 관한 것으로; 특히, 냉동 장치의 최적의 냉동 성능을 위한 저급(low-grade) 열의 사용에 관한 것이다. 개시된 주제는 소매, 공공 케이트링(catering), 음식 및 다이어리 생산 분야에서, 예를 들어, 해상 또는 강 선박에 장착된 이동식 냉동고를 포함하는 냉동 장비 내에서 또는 냉동 장비의 필수 부분으로 사용되도록 의도된다.
캐스케이드 냉동 장치의 다양한 디자인 및 구성에 대한 지식이 있다. 자주 사용되는 캐스케이드 장치는 2 개의 단일 회로 냉동 장치로 구성되며, 각각의 장치는 압축기(compressor), 증발기(evaporator), 응축기(condenser), 팽창 밸브 및 열 교환기를 포함한다. 또한, 캐스케이드 장치의 지식이 있으며, 상부 캐스케이드는 2 회로 냉동 장치를 나타낸다. 거기에서, 각각의 캐스케이드에 상이한 냉매가 공급된다. 다양한 냉매를 사용하는 캐스케이드 사이클에서 기능할 수 있는 열 펌프가 존재한다. 일 예로서, US 특허 4,149,389 [Hayes et al.]는 캐스케이드 냉동 장치로서 작동할 수 있는 열 펌프를 개시하고 있다.
US 특허 5,729,993는 [Boiarski et al.] 은 공기가 열 캐리어로 사용되는 공기 예냉식(air-precooling-type) 장치의 실시예를 개시하고 있다. 주 회로는 주 압축기, 응축기, 증발기 및 3 중 스트림 열 교환기를 포함한다. 보조 회로는 3 중 스트림 열 교환기에 연결된 보조 압축기, 응축기 및 증발기를 사용한다. 이에 의해, 2 개의 회로와 3 중 스트림 열 교환기를 공통 모듈로서 사용하여, 개시된 장치는 캐스케이드 냉동 장치로서 분류될 수 있다.
기존의 캐스케이드 냉동 장치 내에서 2 개 이상의 전기 구동 압축기를 사용하는 것이 일반적이다. 저온 캐스케이드 냉동 장치는 출력 냉동 장치보다 30-40% 높은 입력 전력으로 작동한다. 캐스케이드 장치에서 전력 소비를 줄이는 가장 간단한 방법은, 예를 들어, 상부 캐스케이드(top-cascade)를 배치된 저급 열에 의해 구동되는 흡수형 냉동 장치로서 디자인하는 것이다. 따라서 마이너스(minus) 35 ℃이하의 출력 온도에서는 전력 소비를 50 % 줄일 수 있다.
US 특허 3,824,804 [Sandmark]는 조합형 사이클의 예를 제안한다. 그 핵심은, 두 개의 폐쇄 회로로 구성된 캐스케이드 냉동 장치이다. 하나의 회로는 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기로 구성된다. 다른 하나는 발전기, 응축기, 증발기 및 흡수기를 통합한다. 이와 함께, 3중 모드 밸브는 공통 모듈이다. 압축 회로의 증발기와 흡수 회로의 증발기 사이에 장착된다. 또한 더욱, Sandmark는 발전기 내의 모르타르(mortar)가 결국 제 1 냉동 회로의 압축기에 의해 발생되는 고온 증기에 의해 가열되는 것을 개시하고 있다. 이 장치의 주요 단점은 냉매 증기에서 모르타르 열을 얻는 것이 불가능하다는 것이다. 압축 회로의 응축기에서 응축이 일어나도록 과열된 냉매 가스의 온도를 낮추는 것만이 가능하다. 이 결과를 위해 발전기는 가능한 가장 큰 열 교환 표면 또는 흡수 회로에서 매우 낮은 모르타르 소비량을 가져야 한다.
US 특허 4,869,069은 [Scherer]는 압축 및 흡수 회로를 모두 포함하는 냉동 장치가 개시 되어 있다. 흡수 회로는 엔진 또는 원동기(prime mover)/전기 발전기 조합을 포함한다. 그 드라이버는 흡수 회로의 발전기에 열 에너지를 공급하고, 냉동 회로의 전기 구동에 전기 에너지를 공급한다. 냉동 압축기와 흡수 회로의 이러한 결합 방식은 상기 냉동 장치를 캐스케이드 장치로 분류하는 것을 허용하지 않는다. 한편, 하이브리드 장치로서 분류될 수 있으며, 압축기는 냉매 증기를 응축기 또는 매체 열 교환기에 공급한다. 이 특허 개시에는 심각한 오류가 포함되어 있어 장치가 오작동 할 수 있다.
마지막으로, 아래 특허 목록에 개시된 캐스케이드 냉동 장치 및 열 펌프의 다른 디자인에 대한 지식이 있다.
US 특허 2,204,394 Bailey;
US 특허 2,717,765 Lawer et al.;
US 특허 3,392,541 Nussbaum et al.;
US 특허 3,824,804 Sandmark;
US 특허 3,852,974 Brown;
US 특허 4,031, 712 Costello et al.;
US 특허 4,149,389 Hayes et al.;
US 특허 4,391,104 Wendschlag;
US 특허 4,484,449 Muench;
US 특허 4,869,069 Scherer;
US 특허 5,729,993 Boiarski et al.;
US 특허 6,609,390 Ueno et al.;
US 특허 6,986,262 Takasugi et al.;
US 특허 8.631,660 Pemmi et al.;
US 특허 8,844,308 Martin et al.;
KR 특허 20030071607 Won et al.;
CN 특허 201666687 Zhou et al.;
CN 특허 202393074 Mei et al.;
CN 특허 203364496 Cuizhen et al.;
RU 특허 2047058 Bukachevich et al..
비 특허 문헌:
Piotr Cyklis, Ryszard Kantor, 생태 하이브리드 압축 - 수착 냉동 시스템의 개념. 기술적 거래, Politechniki Krakowskiej; 1 - M/2012, issue-5, Year - 109, pp. 31 - 40.
냉동 장치들, А.Baronenko, N. Bukharin, V. Pekarev, I. Sakun, L. Timopheevski: Edited by L. Timopheevski - Saint-Petersburg, Politechnika, 1997-992p.-pp.84-90, fig.3.5
언급된 장치들 중 어느 것도 그것들의 실시예들에서 증발기-응축기의 사용으로 인한 에너지 변환 측면에서 충분히 효율적이지 않다. 증발기-응축기가 효율적으로 기능하기 위해서는, 제 1 캐스케이드 회로의 전력이 상당히 높게 유지될 필요가 있으며, 또한 냉매의 온도 범위가 제한된다.
또한, 직렬 연결된 작동 모듈의 상기 캐스케이드 냉동 장치는 불안정한 기능을 특징으로 한다. 실시예의 임의의 컴포넌트의 결함은 냉동 장치의 심각한 오작동을 초래한다. 수착형(Sorption-type) 장치는 특히 현장에서 조정하기가 어렵다. 고체 흡수제(solid sorbent) (흡착제(adsorbent))에 의해 구동되는 수착형 장치는 넓은 온도 범위를 특징으로 한다. 그러나, 수신기와 같은 임의의 특수 디바이스를 사용하여 가능한 온도 변화를 안정화하는 것은 매우 복잡하다. 이 기술적 특징은 전체 캐스케이드의 작동에 영향을 미치며 온도 범위에 대한 엄격한 요구 사항을 부과하지 않는 섹터 내에서 의 실시예를 제한한다.
흡수형(absorption-type) (액체-흡수제-유형) 장치는 흡착형(adsorption-type) (고체-흡수제) 장치 보다 우수한 기술적 기능을 자랑한다. 동시에, 정교한 제어 시스템, 작업 물질 순환을 위한 추가 펌프, 정류 유닛의 장착 등이 필요하므로 낮은 열 계수에 의해 특징지어진다. 후자는 캐스케이드 장치의 제 1 회로로서 구현될 때 흡수형 장치의 효율이 감소된 이유인데, 이는 더 높은 전력 소비를 특징으로 한다.
전력 사이클의 보다 높은 효율의 이유로 압축기가 수착형 장치의 회로에 포함되는 하이브리드 냉동 장치의 주요 단점은 전력 소비의 증가 및 복잡한 실시예이다. 이러한 단점은 저급 (배기) 열 인가의 실행 가능성을 심각하게 감소시킨다. 하이브리드 장치는 다양한 유형의 냉매로 작동하는 캐스케이드 냉매와 비교하여 단일 유형의 대체할 수 없는 냉매에 의해 구동된다. 이 기능은 전력 효율을 더욱 낮추고 전력 소비 제어 시스템을 지나치게 복잡하게 만든다.
따라서, 일부 예시적인 실시예에 따르면, 조합형 캐스케이드 냉동 장치가 제공되고, 상기 냉동 장치는,
냉동 회로를 갖는 압축 냉동 장치; 및
증발기를 갖는 수착 냉동 장치(sorption refrigerating apparatus); 상기 냉동 회로는 증발기와 결합된다.
본 주제의 다른 실시예에 따르면, 고체 흡수제 (흡착제)가 수착 냉동 장치에 사용된다.
본 주제의 다른 실시예에 따르면, 액체 흡수제(liquid sorbent) (흡수체(absorber))가 수착 냉동 장치에 사용된다.
본 주제의 다른 실시예에 따르면, 물과 같은 냉매는 양의 온도로 선택되고, 메탄올, 에틸렌 글리콜 또는 암모니아는 음의 온도로 선택된다.
본 주제의 다른 실시예에 따르면, 증발기는 서브 쿨러로서 사용된다.
본 주제의 다른 실시예에 따르면, 캐스케이드 냉동 장치는 증발기와 냉동 회로 사이에 연결된 매체 열 캐리어(medium heat-carrier)가 추가로 제공 된다.
본 주제의 다른 실시예에 따르면, 냉동 회로는 안정적인 온도를 보장하기 위해 수신기를 통해 매체 열 캐리어에 연결된다.
본 주제의 다른 실시예에 따르면, 수착 냉동 장치는 개방 회로를 통해 저급 열이 공급된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수착 냉동 장치는 매체 고온 열 캐리어를 구비한 폐쇄 회로를 통해 저급 열이 공급된다.
본 주제의 다른 실시 예에 따르면, 수신기는 입력 온도를 안정화시키는 데 사용된다.
실시예들이 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다. 이제 도면을 구체적으로 참조하면, 도시된 세부 사항들은 예시적인 것이며 바람직한 실시예들에 대한 예시적인 논의를 목적으로 하며, 실시예들의 원리 및 개념적인 측면에 대한 가장 유용하고 쉽게 이해되는 것으로 여겨지는 것을 제공하는 대의로 제시된다는 것에 강조한다. 이와 관련하여, 기본적인 이해에 필요한 것보다 더 상세하게 구조적 세부 사항을 보여 주려는 시도는 없으며, 도면과 함께 기술된 설명은 실제로 여러 형태가 구현될 수 있는 방법을 당업자에게 명백하게 한다.
도 1은 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른 수착 장치의 증발기와 직접 캐스케이드 결합된 압축 장치의 냉동 회로를 도시한다.
도 2는 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른 매체 열 캐리어에 의해 수착 장치의 증발기와 캐스케이드 결합된 압축 장치의 냉동 회로를 도시한다.
도 3은 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른 온도 안정화를 위해 사용되는 수신기를 통한 매체 열 캐리어에 의해 수착 장치의 증발기와 캐스케이드 결합된 압축 장치의 냉동 회로를 도시한다.
도 4는 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른 개방 회로에 의해 고온 열 캐리어(hot heat-carrier)와 결합된 수착형 장치를 도시한다.
도 5는 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른 매체 열 캐리어를 통해 고열원(hot source)과 결합된 수착형 장치를 도시한다.
도 6은 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른 온도 안정화를 위해 사용되는 수신기를 통해 매체 열 캐리어에 의해 고 열원과 결합된 수착형 장치를 도시한다.
도 7은 비교 이유로, 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른 서브 쿨러가 있거나 없는 냉동 회로의 열역학적 다이어그램을 나타낸다.
설명의 편의를 위해 도 4, 5, 6은 순환 펌프를 도시하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 출원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 출원에 설명된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 테스팅에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 아래에 설명된다. 상충되는 경우, 정의를 포함한 특허 명세서가 우선한다. 또한, 재료, 방법 및 실시예는 단지 예시적인 것이며 한정하려는 것이 아니다.
적어도 하나의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 설명에서 또는 도면에 도시된 컴포넌트의 구성 및 배열의 세부 사항에 대한 애플리케이션에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하거나 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본 출원에 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 이하에서 설명되는 다양한 도면들에 대한 논의에서, 유사한 번호는 유사한 부분을 지칭한다. 도면은 일반적으로 축척에 맞지 않는다.
개시된 주제의 목적은 서브 쿨러의 용량으로 수착형 냉동 장치를 기존 회로에 추가함으로써 자주 사용되는 압축형 냉동 장치의 냉동 회로의 효율을 증가시키는 것이다.
이에 대한 기술적 가설은 주변 유틸리티의 저급 열을 냉기로 변환하는데 사용되는 수착형 장치를 나타내는 캐스케이드의 상부 회로가 압축 장치의 서브 쿨러에 연결될 경우 전체 캐스케이드 냉동 장치의 전력 효율이 증가될 수 있다는 것이다.
개시된 냉동 장치를 실시하기 위해, 증발기 응축기가 아닌 서브 쿨러는 조합형 캐스케이드 냉동 장치의 공통 모듈이다. 서브 쿨러는 상부 회로에 수착형 냉동 장치와 하부 회로에 증기 압축 냉동 장치를 포함한다. 이에 의해, 수착형 냉동 장치는 응축기보다는 증기 압축 냉동 장치의 서브 쿨러에 연결된다. 이 실시예는 기존의 실시예보다 많은 장점을 제공한다. 먼저, 수착형 장치의 냉동력은 증기 압축 장치 중 하나보다 훨씬 낮을 수 있다. 기존의 실시예의 상부 회로는 일반적으로 응축기에 연결되며, 상부 회로의 전력은 하부 회로의 전력을 능가하며, 이는 결국 낮은 열 계수로 인해 상당한 양의 열 에너지를 필요로 한다. 이 접근법은 가장 작은 저급 열 유틸리티를 이용하므로 개시된 주제의 애플리케이션 분야를 현저하게 확장시킨다. 또한, 개시된 실시예는 엄격한 온도 제어를 필요로 하지 않으므로 간략화된 자동화 시스템이 제공된다. 더욱이, 기존의 캐스케이드 냉동 장치의 필수 부분인 특수 유형의 증발기 응축기를 제조할 필요가 없다. 따라서, 수착형 장치는 기존의 냉동 시스템에 쉽게 통합될 수 있으며, 재정 비용이 절감되고 데드라인이 제한적이다. 수착형 장치의 결함이 더 이상 중요하지 않고 증기 압축 장치의 작동에 영향을 미치지 않기 때문에 전체 시스템의 신뢰성 이 상당히 높다.
개시된 주제의 다른 실시예에 따르면, 수착 장치는 고체 흡수제 (흡착제) 및 액체 흡수제 (흡수체) 둘 모두가 공급될 수 있다. 또한, 본 출원의 냉매는 일반적으로 음의 온도에서 사용되는 재료로 나타낼 수 있다. 이 접근법은 각각의 사용 환경에 대해 본 실시예의 최적화를 가능하게 하고 더 높은 전력 효율을 제공한다.
여기에는 두 가지 주요 대안 실시예가 있다는 것을 언급하는 것이 중요하다 :
수착형 장치의 증발기는 그 자체로 서브 쿨러 (증발기-서브 쿨러)로서 사용되거나 또는;
수착형 장치의 증발기는 예를 들어, 양의 온도에 물 및 음의 온도에 에틸렌 글리콜 모르타르에 의해 매체 열 캐리어에 의해 서브 쿨러에 연결된다.
열 교환은 제 1 대안 내에서 가장 효율적이다. 따라서, 본 실시예는 증발기가 독립형 유닛을 나타내는 임의의 수착형 장치로 가능하다. 수착형 장치가 직접 증발기 출구를 갖지 않으면 (예를 들어, 차례로 작동하는 2 개의 독립적인 모듈의 일부 흡착형 장치), 매체 열 캐리어가 사용될 수 있다.
옵션으로 그리고 대안적으로, 서브 쿨러에서보다 안정적인 온도를 달성하고 이에 따라 안정적인 온도 체제를 제공하기 위해, 매체 열 캐리어의 회로는 수신기를 통해 연결된다. 이 사실은 흡착형 장치가 실시예의 일부일 때 특히 중요하다. 개시된 실제 가치 주제의 다른 실시예는 다음을 포함한다 :
저급 열이 개방 회로를 통해 수착형 장치에 공급될 때; 또는
상기 열이 폐쇄 회로를 통해 공급되지만 매체 고온 열 캐리어를 이용하여.
상기 첫 번째 대안은 열 전송 관점에서, 특히 증기 또는 고온 저급 수(water)와 같은 비 공격적(non-aggressive) 저급 열원이 사용될 때 더욱 효과적이다. 두 번째 대안은 입력 온도 제어가 필수적인 경우 저급 열원의 고온에 권장된다. 제 2 실시예는 열원에 대한 요구 사항을 공격적으로 지수를 낮추는 것을 허용한다.
수신기는 수착형 장치의 입구에서 온도를 안정화하는데 사용될 수 있다. 이 디자인은 열 유틸리티의 소비 및 열역학적 지수가 모두 불안정할 때 중요하다.
수착형 냉동 장치는 최소한의 전력 소비로 저급 열을 냉기로 변환한다; 이로써 전체 장치의 효율을 증가시킨다.
상기 수착형 장치의 애플리케이션은 시스템 고장의 위험을 증가시키지 않는다. 압축기 냉동 장치의 작동 불량이 없다. 그것은 자주 사용되는 캐스케이드 장치에 비해 효율성은 떨어지지만 작동을 계속하고, 이 경우 정지된다. 애플리케이션 분야에 따라, 수착형 장치는 액체 흡수제 (흡수체) 및 고체 흡수제 (흡착제)를 갖는 두 가지 유형일 수 있으며, 여기서 냉매는 양의 온도를 수용하는 데 사용되는 물, 또는 음의 온도를 수용하는데 사용되는 스피릿(spirit) 예를 들어, 메탄올 또는 암모니아이다 (특허 PC/IL2017/050190 참조).
또한, 서브 쿨러로서 수착형 장치의 디자인은 압축형 장치 보다 더 낮은 냉동 파워의 장치를 적용할 수 있게 한다. 이 사실은 적은 양의 저급 열을 이용할 가능성을 설명하고, 따라서, 본 주제의 애플리케이션 영역을 넓힌다. 앞서 언급한 것은 높은 전력 용량의 수착형 장치의 사용을 배제하지 않는다.
수착형 장치의 또 다른 장점은 기존 냉동 시스템에 간단하게 통합할 수 있다는 것이다. 이것은 일 예로서, 본 실시예에 단일 열 교환기를 추가함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 기존 시스템을 쉽게 업데이트하고 전력 용량을 늘릴 수 있다.
개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른, 수착 장치의 증발기와 직접 캐스케이드 결합된 압축 장치의 냉동 회로를 도시한 도 1을 이제 참조한다. 개시된 주제에 따르면, 수착형 장치가 서브 쿨러로서 사용되는 조합형 캐스케이드 냉동 장치가 제공된다. 이 개시는 수착 냉동 장치(4)의 증발기(3)와 직접 캐스케이드로 결합되고, 당업계에 공지된 냉동 회로(2)를 갖는 압축 냉동 장치(1)를 포함하는 실시예를 도시한다. 이 실시예는 열 전송 관점에서 가장 효율적인 것으로 밝혀졌다. 모든 유형의 수착 장치 내에서 사용될 수 있으며, 증발기(3)는 독립형 유닛이다. 개시된 실시예는 양 및 음 온도 모두에서 사용될 수 있다.
개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른, 매체 열 캐리어에 의해 수착 장치의 증발기와 캐스케이드 결합된 압축 장치의 냉동 회로를 도시한 도 2를 이제 참조한다. 압축 냉동 장치의 냉동 회로(2)는 순환 펌프(7)의 도움으로 열 교환기(5)를 통해 배출되는 매체 열 캐리어(6)에 의해 수착형 장치(4)의 증발기(3)와 캐스케이드 결합된다. 개시된 실시예는 즉각적인 증발기 출구가 없는 수착형 장치 (예를 들어, 차례로 작동하는 2 개의 모듈의 일부 흡착형 장치)에 사용될 수 있다. 본 출원에서, 물은 양의 온도 내에서 매체 열 교환기(6)로서, 그리고 음의 온도 내에서 에틸렌 글리콜 모르타르로 사용되는 것이 제안된다.
본 주제의 바람직한 실시예에 따른, 온도 안정화를 위해 사용되는 수신기를 통한 매체 열 캐리어에 의해 수착 장치의 증발기 와 캐스케이드 결합된 압축 장치의 냉동 회로를 도시한 도 3을 이제 참조한다. 압축 장치(1)의 냉각 회로(2)는 순환 펌프(7)의 도움으로 열 교환기(5)를 통해 배출되는 매체 열 캐리어(6)에 의해 수착형 장치(4)의 증발기(3)와 캐스케이드 결합된다. 안정적인 온도 체제를 보장하기 위해 매체 열 캐리어(6)의 회로에 수신기(8)가 포함된다. 이 디자인은 즉각적인 증발기 출구가 없는 수착 장치를 위해 의도되었다 (예를 들어, 차례로 작동하는 두 모듈의 일부 흡착형 장치처럼). 본 출원에서 물은 양의 온도 내에서 매체 열 교환기(6)로서 그리고 음의 온도 내에서 에틸렌 글리콜 모르타르로 사용되는 것이 제안된다.
개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른, 개방 회로에 의해 고온 열 캐리어와 결합된 수착형 장치를 도시한 도 4를 이제 참조한다. 수착형 장치(4)는 히터(9)를 통한 개방 회로에 의해 열(12)의 주변 유틸리티와 결합된다. 개시된 실시예는 열 전달 관점에서, 특히 증기 또는 고온 저급 수와 같은 비 공격적 저급 열 유틸리티가 적용될 때 가장 효율적이다.
개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른, 매체 열 캐리어에 의해 고온 열원과 결합된 수착형 장치를 도시한 도 5를 이제 참조한다. 수착형 장치(4)는 히터(9) 내로 배출되는 매체 열 캐리어(10)에 의해 폐쇄 회로에서 열(12)의 주변 유틸리티와 결합된다. 매체 열 캐리어(10) 내로의 열의 배출은 열 교환기(11)를 통해 수행되며, 이는 열(12)의 주변 유틸리티를 이용하여 가열된다. 이 실시예의 애플리케이션은 열(12)의 주변 유틸리티의 비 공격성에 대한 더 낮은 요구 조건을 허용한다.
개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른, 온도 안정화를 위해 사용되는 수신기를 통해 매체 열 캐리어에 의해 열원과 결합된 수착형 장치를 도시한 도 6을 이제 참조한다. 수착형 장치(4)는 온도 안정화를 위해 사용되는 수신기(13)를 통해 매체 열 캐리어(10)에 의해 열(12)의 주변 유틸리티와 결합된다. 주어진 실시예는 불안정한 온도 및 가열원의 불안정한 소비 조건 모두 에서 사용되도록 의도된다.
비교 이유로, 개시된 주제의 바람직한 실시예에 따른, 서브 쿨러를 포함하거나 포함하지 않는 냉동 회로의 열역학적 다이어그램을 나타내는 도 7을 이제 참조한다. 서브 쿨러의 유무에 관계없이 본 주제의 냉동 사이클의 열역학적 다이어그램이 제시된다. 부화 영역(hatched area)은 서브 쿨러가 사용되는 장치의 냉동 효율의 증가를 나타낸다.
조합형 캐스케이드 냉동 장치의 상부 모듈은 저급 열 유틸리티(12)의 에너지를 냉기로 변환하고 바닥 모듈의 냉동 회로(2)의 냉매를 냉각시키는 수착 장치(4)를 나타내고, 이는 결국 서브 쿨러 내부에 형성된 증기 압축기 유형 냉동 장치(1)를 나타낸다. 개시된 실시예는 증기 압축기 유형 냉동 장치의 더 높은 냉동력을 허용하고 전력 소비를 최소화한다.
또한, 본 실시예는 기존 장치에 의해 활용될 수 없는 더 작은 열을 포함하는 모든 유형의 저급 열원의 에너지를 이용할 수 있게 한다.
개시된 실시예는 기존의 냉동 장치의 구성에서 최소의 변화를 요구하지만, 그 구성에 단일 열 교환기를 포함시키기 위해 필요하다. 이 사실은 기존 장치의 현대화에 예상되는 적당한 지출과 최소 데드라인(deadline)을 설명한다.
개시된 실시예의 단순성 및 신뢰성은 수착형 장치의 완전한 고장의 경우에도, 특히 장치가 예를 들어 전송 차량의 보드상의 이동 골재(mobile aggregates)의 일부로서 사용될 때, 장기간의 무결점 및 비상 셧다운 없는 동작을 보장한다.
개시된 주제의 중요한 특징은 친환경성이다. 수착형 장치의 냉매는 오존 친화적이다. 냉매를 사용하면 대기로의 열 방출이 줄어든다. 또한, 전체 시스템에 의한 전력 소비의 감소는 또한 전기 에너지 발생 과정에서 열 및 이산화탄소 배출을 모두 감소시킨다.
실제 애플리케이션
개시된 실시예는 10-20 %의 전력 효율 상승 (작동 온도가 낮을수록, 전력 용량이 더 높음)을 목적으로 모든 유형의 기존 및 초보 냉동 장치 내에서 서브 쿨러로서 수착형 냉동 장치를 사용할 수 있게 하고 저급 열 에너지의 잠재력을 활용하여 냉동 성능을 증가시킨다 (배기 실시예를 포함).
물은 양의 온도 내에서 작동될 때 수착형 장치의 냉매로 사용하기 위해 제안되는 반면, 스피릿 (메탄올), 암모니아 등과 같은 부동액 모르타르는 음의 온도 내에서 사용하기 위해 제안된다.
저 및 중 전력 용량의 압축 냉동 장치 내에 단일 수착형 장치가 사용되는 것이 제안되고; 다수의 수착형 장치의 모듈은 고 전력 용량의 냉동 장치에 사용된다.
명확성을 위해, 별도의 실시예들과 관련하여 설명된 주제의 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결하게, 단일 실시예와 관련하여 설명된 주제의 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 서브 조합으로 제공될 수 있다.
본 발명이 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위의 사상 및 넓은 범위 내에 속하는 모든 그러한 대안, 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims (11)

  1. 조합형 캐스케이드 냉동 장치(combined-type cascade refrigerating apparatus)에 있어서,
    냉동 회로를 갖는 압축 냉동 장치; 및
    증발기를 갖는 수착 냉동 장치(sorption refrigerating apparatus)로서; 상기 냉동 회로는 상기 증발기와 결합되는, 상기 수착 냉동 장치를 포함하는, 캐스케이드 냉동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 고체 흡수제solid sorbent)(흡착제(adsorber))가 상기 수착 냉동 장치에서 사용되는, 캐스케이드 냉동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 액체 흡수제(liquid sorbent) (흡수체(absorber))가 상기 수착 냉동 장치에서 사용되는, 캐스케이드 냉동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 물과 같은 냉매는 양의 온도로 선택되고, 메탄올, 에틸렌 글리콜 또는 암모니아는 음의 온도로 선택되는, 캐스케이드 냉동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기는 서브 쿨러(subcooler)로서 사용되는, 캐스케이드 냉동 장치.
  6. (없음).
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기와 상기 냉동 회로 사이에 연결된 매체 열 캐리어(medium heat-carrier)가 추가로 제공된, 캐스케이드 냉동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉동 회로는 안정적인 온도를 보장하기 위해 수신기를 통해 상기 매체 열 캐리어에 연결되는, 캐스케이드 냉동 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 수착 냉동 장치는 개방 회로를 통해 저급 열이 공급되는, 캐스케이드 냉동 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 수착 냉동 장치는 매체 고온 열 캐리어를 이용한 폐쇄 회로를 통해 저급 열이 공급되는, 캐스케이드 냉동 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 수신기는 입력 온도를 안정화시키기 위해 사용되는, 캐스케이드 냉동 장치.
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