KR100847265B1 - 디지털 스크롤 응축 유닛 제어기 - Google Patents

디지털 스크롤 응축 유닛 제어기 Download PDF

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Abstract

냉각 시스템 제어기는 냉각되고 있는 하우징의 온도, 압축기의 흡입 압력 또는 이 두 가지에 기초하여 가변 용량 압축기의 용량을 제어한다. 이 냉각 시스템 제어기는 단일 증발기 또는 복수 증발기 냉동 시스템을 제어할 수 있다. 이 복수의 증발기 시스템은 유사한 온도 또는 혼합된 온도의 증발기를 가질 수 있다. 또한 제어기는 시스템의 냉각 용량을 제어하기 위해 리드/래그 방식으로 작동되는 하나 이상의 응축기 팬을 사용할 수 있게 한다.
냉각 시스템, 응축 유닛, 증발기, 배출 온도, 흡입 압력, 압축기, 펄스 진폭 변조, 설정값, PID제어

Description

디지털 스크롤 응축 유닛 제어기{DIGITAL SCROLL CONDENSING UNIT CONTROLLER}
도 1은 종래 냉동 시스템 구조의 시스템 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 냉각 시스템 또는 응축 유닛의 시스템 블록도,
도 3은 로딩 상태로 도시된 펄스폭 변조된 압축기의 실시예의 단면도,
도 4는 언로딩 상태로 도시된 도 3의 압축기의 단면도,
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 피스톤 조립체의 수직 단면도,
도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 논-오비팅(non-orbiting) 스크롤의 평단면도,
도 7은 본 발명에 따른 응축 유닛 또는 냉각 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 도면,
도 8은 도 7에 도시된 제어기를 도시하는 개략도,
도 9는 본 발명의 제어 시스템의 흐름도,
도 10은 도 7에 도시된 제어기에 대한 제어의 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 케이스 제어기 및 시스템 제어기를 도시하는 개략도; 및
도 12는 본 발명의 대안 실시예에 따른 응축 유닛 또는 냉각 시스템의 시스 템 블록도.
본 발명은 일반적으로 냉동 시스템 또는 다른 냉각 시스템용 응축 유닛의 제어기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 하나 이상의 시스템 센서로부터 유도된 가변의 듀티 사이클 신호를 사용하여 펄스폭 변조에 의해 제어되는 가변 용량 압축기를 사용하는 응축 유닛에 관한 것이다. 이 응축 유닛 제어기는 유사하거나 혼합된 온도의 복수의 증발기 또는 단일 증발기를 제어할 수 있다.
본 발명은 냉동 시스템에 관하여 설명하고 있다. 본 발명의 응축 유닛은 필요하다면 임의의 다른 냉각 시스템에 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
종래에, 냉동 케이스용 냉동 시스템은 압축기의 래크에 의해 공급되는 기냉식 또는 수냉식 응축기를 사용했다. 이 압축기는 병렬로 연결되어 시스템 냉각 용량을 부하의 요구에 맞추기 위해 스테이지에서 스위치 온 및 스위치 오프될 수 있다. 보통, 압축기 및 응축기는 빌딩의 외측 옥상에 또는 냉동 케이스가 위치된 영역에 가까운 기계실에 위치되어 있다.
각각의 냉동 케이스내에는 팽창된 냉매가 이 케이스를 냉각시키기 위해 순환되는 응축기로부터 냉매 라인에 의해 공급되는 증발기가 있다. 보통, 폐루프형 제어 시스템은 필요한 케이스 온도를 유지하기 위해 증발기를 흐르는 냉매의 흐름을 조정한다. 비례-적분-미분(PID) 폐루프형 제어 시스템이 이러한 목적을 위해 널리 사용되는데, 이것은 감지된 조건 입력을 제공하는 온도 및/또는 압력 센서를 구비한다.
소매 아웃렛점에서는 상이한 개별적인 냉각 온도 범위, 즉, 저온(냉동 식품, 아이스크림을 위한 공칭 -25F); 중간온도(육류, 유제품을 위한 공칭 +20F); 및 고온(꽃, 농산물을 위한 공칭 +35F 내지 +40F)을 공급하기 위해 개별적인 시스템을 사용하는 것이 일반적이다. 개별적인 저온, 중온, 고온 시스템은 각각 그 각각의 온도 범위로 최적화된다. 보통, 각각은 자체의 압축기의 래크 및, 압축기, 응축기 및 증발기로 및 그들로부터의 자체 냉매 도관의 세트를 사용한다.
상술된 종래 배열은 구성하고 유지하는데 매우 많은 비용이 든다. 비용의 대부분은 긴 냉매 도관과 관련되어 있다. 하드웨어 및 설치 비용 측면에서 긴 도관이 비쌀 뿐만 아니라 도관을 채우기 위해 필요한 냉매의 양 또한 중요한 비용 요인이다. 도관이 길수록 더 많은 냉매가 필요하다. 이러한 추가된 비용외에 환경적인 요인이 있다. 결국 피팅이 새게 되고, 그래서 냉매가 공기중으로 빠져나가게 할 수 있다. 긴 도관은 잠재적으로 샐 수 있는 더 많은 도관 조인트를 반드시 포함한다. 누설이 발생할 때, 도관이 더 길수록 더 많은 냉매가 손실되게 된다.
상술된 문제점에 대한 한 가지 해결방안이 양수인의 미국 특허 제 6,047,557호에 개시되어 있고, 그 특허가 여기에 참고문헌으로 제출되었다. 상기 특허에서 제시된 해결방안은 응축기가 냉동 케이스상에 배치되어 있고, 이 케이스내에 배치될 수 있는 특별 펄스폭 변조된 압축기의 도움을 받는 분배식 냉동 시스템이다. 필 요하다면, 이 응축기 및 압축기는 각각 자체 증발기를 갖는 근접한 냉동 케이스의 그룹의 역할을 하도록 연결될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 펄스폭 변조된 압축기를 갖는 복수의 압축기는 큰 증발기 부하 라인업을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 응축기는 자체 포함된 패키지를 제공하기 위해 증발기를 갖는 하우징내에 배치될 수 있거나 분할 시스템에서와 같이 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 이 펄스폭 변조된 압축기는 측정된 시스템 부하에 기초하여 가변 듀티 사이클 제어 신호를 공급하는 제어 시스템에 의해 구동된다.
상술된 펄스폭 변조된 압축기 및 냉동 시스템이 만족스럽게 실행되었지만, 이러한 시스템의 계속되는 개발의 목적은 응축 유닛내의 압축기, 응축기 및 다른 구성요소의 용량을 제어하는 것이다.
본 발명의 다른 장점 및 목적은 이어지는 상세한 설명, 청부된 청구항 및 도면으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
이제 동일한 부재 번호가 다수의 도면에서 동일하거나 상응하는 부품을 나타내는 도면에서, 일반적으로 부재 번호 10으로 표시되는 종래 냉동 시스템이 도 1에 도시되었다. 냉동 시스템(10)은 복수의 냉동 케이스(16)로부터 이격 위치된 복수의 압축기(12) 및 응축기(14)를 포함한다. 이러한 도면에서, 압축기(12)는 기계실내 또는 빌딩의 옥상(18)에 위치된 병렬 뱅크로 구성된다. 압축기(12)는 기냉되거나 수냉될 수 있는 응축기(14)에 냉매를 공급한다. 응축기(14)는 리시버(20)에 액체 냉매를 공급한다. 리시버(20)는 교대로 도시된 바와 같이 병렬로 연결된 개별적인 냉동 케이스(16)에 냉매를 공급한다. 대부분의 실시에서, 액체 라인 솔레노이드 밸브(22)는 관련된 증발기(24)로의 냉매의 흐름을 통제하도록 사용된다. 이 냉매는 팽창 밸브(26)와 같은 적당한 팽창 디바이스를 통해 증발기(24)에 공급된다. 팽창 밸브(26)는 증발기(24)의 입구측으로 유입되는 작은 물방울로 액체 냉매가 나누어지게 하는 제한된 오리피스를 제공한다. 냉매 케이스(16)내에 위치된 증발기(24)는 작은 물방울을 기체로 증발시킴으로써 케이스(16) 및 그 내용물로부터 열을 흡수한다. 압축기(12)는 흡입함으로써 이러한 기체를 끌어내 압축한다. 고온 압축된 기체는 그후에 응축기(14)에 의해 액체 상태로 다시 냉각되고 리시버(20)로 돌아가고, 그래서 이 사이클은 계속된다.
부하에 냉각 용량을 맞추기 위해, 압축기(12)는 필요한대로 개별적으로 또는 그룹으로 스위칭 온 또는 오프될 수 있다. 전형적인 소매 아웃렛점에 설치에 있어서, 상이한 작동 온도 범위를 다루기 위해 각각 도 1에 도시된 다수의 독립적인 시스템이 있을 수 있다. 냉동 케이스(16)로부터 기계실 또는 지붕(18)까지의 거리를 있기 위해 각각 매우 긴 (예를 들어, 150피트까지의) 액체 라인(28) 및 흡입 라인(30)이 필요할 수 있다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 구성된 응축 유닛 또는 냉각 시스템(40)을 도시한다. 냉각 시스템(40)은 냉동 케이스(42), 압축기(44), 응축기(46), 제1 팽창 밸브(48), 이코노마이저(50), 제2 팽창 밸브(52) 및 증발기(54)를 포함한다. 냉각 시스템(40)이 냉동 케이스(42)와 함께 도시되고 있지만, 필요하다면, 다른 냉각 디바이스와 함께 냉각 시스템(40)을 사용하는 것은 본 발명의 범위내에 있다.
응축기(46) 및 압축기(44)는 모두 케이스(42)내에 배치되거나 케이스(42)에 부착된다. 증발기(54) 및 그와 관련된 팽창 밸브(48, 52) 역시 마찬가지로 케이스(42)내에 배치된다. 응축기(46)는 열이 대기로 전달되는 열 제거 메커니즘(56)을 포함한다. 열 제거 메커니즘(56)은 빌딩 옥상 또는 그 밖에 빌딩 옥외에 위치된 수냉각탑에 폐열을 전달하는 적당한 플러밍(plumbing)에 연결된 물 재킷일 수 있다. 따라서, 열 제거 메커니즘(56)은 강제공기냉각 시스템 또는 패시브 대류 공기 냉각 시스템일 수 있다. 또한 냉각 시스템(40)은 냉매의 증발기(54)로의 흐름을 제어하는 액체 라인 차단 밸브(58)을 사용한다. 밸브(58)는 필요한 냉매를 증발기(54)에 공급하기 위해 제어 센서와 연통한다.
도 12는 본 발명의 원리에 따라 구성된 응축 유닛 또는 냉각 시스템(240)의 대안적인 실시예를 도시한다. 냉각 시스템(240)은 압축기(244a, 244b, 244c, 244d)의 그룹은 물론 일련의 냉동 케이스(242a, 242b, 242c)를 포함한다. 이 압축기(244a, 244b, 244c, 244d)의 그룹은 적어도 하나의 펄스폭 변조된 압축기(244d)를 포함한다. 냉각 시스템(240)은 압축기(244a-d)가 빌딩의 옥상 위에 또는 기계실(18)내에 있고, 냉동 케이스(242a-c)가 빌딩의 매장에 배치된 분할 시스템이다. 압축기(244a-d)와 함께 기계실(18)내에 응축기(246), 제1 팽창 밸브, 및 이코노마이저(250)이 있다. 냉동 케이스(242a-c)와 함께, 냉각 시스템(240)은 제2 팽창 밸브(252) 및 증발기(254)를 포함한다. 냉각 시스템(240)이 냉동 케이스(242a-c)와 관련하여 도 12에 도시되었지만, 필요하다면 다른 냉각 디바이스와 함께 냉각 시스템(240)을 사용하는 것은 본 발명의 범위내에 있다.
응축기는 열이 대기로 전달되는 열 제거 메커니즘(256)을 포함한다. 열 제거 메커니즘(256)은 빌딩의 옥상에 또는 그 외에 빌딩의 옥외에 위치된 수냉각 탑에 폐열을 전달하는 적당한 플러밍에 연결된 물 재킷일 수 있다. 대안적으로, 열 제거 메커니즘(256)은 강제공기냉각 시스템 또는 패시브 대류 공기 냉각 시스템일 수 있다. 또한 냉각 시스템(240)은 각 증발기(254)에 냉매의 흐름을 제어하는 액체 라인 차단 밸브(258)를 사용한다. 밸브(258)는 요구되는 증발기(254)에 냉매를 공급하기 위해 제어 센서와 연통한다.
냉각 시스템(40)과 같이 냉각 시스템(240)은 압축기(244d)에 대한 용량 솔레노이드 밸브(64)로 용량 신호 라인(62)상의 펄스폭 변조된 제어 신호를 공급하도록 압축기 제어기(60)를 사용한다. 또한, 제어기(60)는 아래에 설명된 알고리즘을 사용하여 밸브(64)에 대한 제어 신호의 펄스폭을 조정한다. 오직 하나의 펄스폭 변조된 압축기(244d)가 도 12에 도시되었지만, 더 많은 압축기가 제어기(60)에 의한 펄스폭 변조를 위한 용량 솔레노이드 밸브(64)를 포함할 수 있다. 또한, 도 12에 도시되지 않았지만, 제어기(60)는 임의의 압축기(244a-d)에 대한 분사 솔레노이드 밸브에 분사 신호 라인상의 펄스폭 변조된 증기 분사 신호를 공급할 수 있다. 제어기(60)는 아래에 설명된 알고리즘을 사용하여 분사 솔레노이드 밸브에 대한 제어 신호의 펄스폭을 조정한다.
냉각 시스템(40)은 압축기(44)에 대한 용량 솔레노이드 밸브(64)로 용량 신호 라인(62)상의 펄스폭 변조된 제어 신호를 공급하는 시스템 제어기(60) 또는 응축 유닛을 사용한다. 제어기(60)는 아래에 설명된 알고리즘을 사용하여 밸브(64)에 대한 제어 신호의 펄스폭을 조정한다. 또한 제어기(60)는 압축기(44)에 대한 분사 솔레노이드 밸브(68)로 분사 신호 라인(66)상의 펄스폭 변조된 증기 분사 신호를 공급한다. 제어기(60)는 아래에 설명된 알고리즘을 사용하여 밸브(68)에 대한 제어 신호의 펄스폭을 조정한다.
도 3 및 도 4는 압축기(44)를 상세하게 도시한다. 스크롤 압축기(44)는 고정자(72) 및 회전자(74)를 포함하는 구동 모터, 회전자(74)가 고정된 크랭크축(76), 크랭크축(76)을 회전가능하게 지지하는 하부 베어링 하우징(80)과 상부 베어링 하우징(78) 및 압축기 조립체(82)가 배치된 외부 셀(70)을 포함한다.
압축기 조립체(82)는 크랭크핀(86) 및 드라이브 부싱(88)을 통해 크랭크축(76)에 구동되도록 연결되고 상부 베어링 하우징(78)상에 지지된 오비팅 스크롤 부재(84)를 포함한다. 논-오비팅 스크롤 부재(90)는 복수의 볼트(도시되지 않음) 및 관련된 슬리브 부재(도시되지 않음)에 의해 상부 베어링 하우징(78)에 축방향으로 이동가능하게 고정되고 오비팅 스크롤 부재(84)와 톱니바퀴가 맞물리도록 위치되어 있다. 올덤 커플링(92)은 스크롤 부재(84, 90)와 연동하여 그 사이의 상대적인 회전을 방지한다. 칸막이 막(94)은 셀(70)의 상단부에 가까이에 제공되어 셀(70)의 내부를 셀(70)의 상단부에서 배출 챔버(96) 및 셀(70)의 하단부에서 흡입 챔버(8)로 나누는 역할을 한다.
운전중일 때, 오비팅 스크롤 부재(84)가 스크롤 부재(90)에 대하여 오비팅함에 따라, 흡입 가스는 흡입 피팅(100)을 통해 셀(70)의 흡입 챔버(98)로 유입된다. 흡입 챔버(98)로부터, 흡입 가스는 논-오비팅 스크롤 부재(90)내에 제공된 입구(102)를 통해 압축기(82)로 흡입된다. 스크롤 부재(84, 90)상에 제공된 인터메싱 스크롤 랩은 스크롤 부재(84)의 오비팅 모션의 결과로서 방사내측방향으로 이동함에 따라 크기가 점진적으로 감소하는 가스의 포켓의 이동을 한정하고, 그래서 입구(102)를 통해 들어가는 흡입 가스를 압축한다. 그후에 압축된 가스는 칸막이판(94)내에 형성된 통로(106) 및 논-오비팅 스크롤 부재(90)내에 제공된 배출 포트(104)를 통해 배출 챔버(96)로 배출된다. 압력 응답 배출 밸브(108)는 배출 포트(104)내에 위치되는 것이 바람직하다.
또한 논-오비팅 스크롤 부재(90)에는 상부표면내에 형성된 환상 홈(110)이 제공된다. 플로팅 실(112)은 홈(110)내에 배치되고 칸막이판(94)에 대향하여 중간 압축된 가스에 의해 가압되어 배출 챔버(96)으로부터 흡입 챔버(98)를 밀봉한다. 통로(114)는 논-오비팅 스크롤 부재(90)를 통해 뻗어 중간 압축된 가스를 홈(110)에 공급한다.
용량 제어 시스템(120)은 압축기(44)와 관련하여 도시되어 있다. 제어 시스템(120)은 배출 피팅(122), 피스톤(124), 셀 피팅(126) 및 솔레노이드 밸브(64)를 포함한다. 배출 피팅(122)은 나사식으로 수용되거나 그렇지 않으면 배출 포트(104)내에 고정된다. 배출 피팅(122)은 내부 공동(130) 및 복수의 배출 통로(132)를 형성한다. 배출 밸브(108)는 피팅(122) 및 공동(130) 아래에 배치된다. 따라서, 압축된 가스는 배출 밸브(108)의 가압 부하를 극복하여 배출 밸브(108)를 개방하여 이 압축된 가스는 통로(132)를 통해 공동(130)으로 그리고 배출 챔버(96)로 흐를 수 있게 된다.
도 3 내지 도 5에서, 배출 피팅(122) 및 피스톤(124)의 조립체가 상세하게 도시되어 있다. 배출 피팅(122)은 환형 플랜지(134)를 형성한다. 립 실(136) 및 플로팅 리테이너(138)가 플랜지(134)에 대향하여 착좌되어 있다. 피스톤(124)은 배출 피팅(122)에 억지끼워맞춤되거나 그렇지 않으면 고정되고 피스톤(124)은 플랜지(140) 및 플랜지(134) 사이의 실(136) 및 리테이너(138)를 샌드위칭하는 환상 플랜지(140)를 형성한다. 배출 피팅(122)은 배출 피팅(122), 피스톤(124), 실(136), 리테이너(138) 및 셀(70)에 의해 형성된 압력 챔버(146)와 배출 챔버(86)를 유체적으로 연결하기 위해 배출 피팅(122)을 통해 뻗는 오리피스(144) 및 통로(142)를 형성한다. 셀 피팅(126)은 셀(70)에 의해 형성된 보어내에 고정되고 배출 피팅(122), 피스톤(124), 실(136) 및 리테이너(138)의 조립체를 미끄럼식으로 수용한다. 압력 챔버(146)는 튜브(148)에 의해 솔레노이드(64)에 그리고 흡입 피팅(100)에 유체적으로 연결되고, 그래서 튜브(150)를 통해 흡입 챔버(98)에 연결된다. 피스톤(124), 실(136) 및 플로팅 리테이너(138)의 조합은 셀 피팅(126)의 내부 보어에 정확하게 정렬시키기 위해 자체 중심맞춤 밀봉 시스템을 제공한다. 실(136) 및 플로팅 리테이너(138)는 배출 피팅(122)가 고정되어 있는 배출 포트(104)의 내부 보어 및 피팅(126)의 내부 보어 사이의 오정렬이 실(136) 및 플로팅 리테이너(138)에 의해 허용되도록 충분한 방사상 컴플라이언스를 포함한다.
정상적인 완전 로딩(loading, 부하) 작동에 대한 오비팅 스크롤 부재(84)와 밀봉결합되도록 논-오비팅 부재(90)를 가압하기 위해, 솔레노이드 밸브(64)는 튜브(148) 및 튜브(150) 사이의 유체 흐름을 차단하기 위해 제어기(60)에 의해 비작동된다(또는 작동된다). 이러한 위치에서, 챔버(146)는 통로(142) 및 오리피스(144)를 통해 배출 챔버(96)와 연통한다. 챔버(96, 146)내의 배출압력에서의 압축 유체는 피스톤(124)의 양측에 대항하여 작동하고, 그래서 오비팅 스크롤 부재(84)로의 논-오비팅 스크롤 부재(90)의 정상 가압이 각각의 스크롤 부재의 축선 방향 단부가 반대편 스크롤 부재의 각각의 단부 플레이트와 밀봉결합될 수 있도록 한다. 2개의 스크롤 부배(84, 90)의 축선 방향 밀봉은 압축기(44)가 100% 용량으로 작동하게 한다.
압축기(44)를 언로딩(unloading)하기 위해, 솔레노이드 밸브(64)는 도 4에 도시된 위치로 제어기(60)에 의해 작동된다(비작동된다). 이러한 위치에서, 흡입 챔버(98)는 흡입 피팅(100), 튜브(150), 솔레노이드 밸브(64) 및 튜브(148)를 통해서 챔버(146)와 직접 연통한다. 챔버(146)로부터 흡입되기 위해 배출 압력 압축된 유체가 방출되면서, 피스톤(124)의 양측 상의 압력차는 논-오비팅 스크롤 부재(90)를 상방향으로 이동시켜 각각의 단부 플레이트와 함께 각 스트롤 부재의 팁의 축선 단부를 분리하고 더 압축된 포켓은 덜 압축된 포켓으로 그리고 결국에는 흡입 챔버(98)로 흘러든다. 오리피스(144)는 배출 챔버(96) 및 챔버(146) 사이의 배출 가스의 흐름을 제어하기 위해 통합되어 있다. 따라서, 챔버(146)가 압축기의 흡입측에 연결될 때, 피스톤(124)의 압력차가 생성된다. 웨이브 스프링(152)은 논-오비팅 스크롤 부재(90)의 변조 동안 칸막이판(94) 및 플로팅 실(112)사이의 밀봉 관계를 유지하기 위해 통합된다. 갭(154)이 스크롤(84, 92) 사이에 생성될 때, 흡입 가스의 계속되는 압축은 제거된다. 이러한 언로딩이 일어날 때, 배출밸브(108)는 그 폐쇄된 위치로 이동하고, 그래서 다운스트림 냉동 시스템상의 배출 챔버(96)로부터 고압축된 유체의 역류를 방지한다. 흡입 가스의 압축이 다시 개시될 때, 경로(142) 및 오리피스(144)를 통해 배출 챔버(96)에 의해 챔버(146)가 압축될 수 있게 하는 튜브(148, 150) 사이의 유체 흐름을 다시 차단하기 위해 비작동된다(또는 작동된다).
도 3, 도 4 및 도 6에서, 압축기(44)용 유체 분사 시스템(158)이 상세하게 도시되어 있다. 압축기(44)는 흡입 챔버(98) 및 배출 챔버(96)의 중간 지점에서 중간 압축된 가동 챔버로 유체가 분사되게 할 수 있다. 유체 분사 피팅(160)은 셀(70)을 통해 뻗고 분사 튜브(162)로 유체적으로 연결되고 차례로 논-오비팅 스크롤 부재(90)에 고정된 분사 피팅(164)에 유체적으로 연결된다. 논-오비팅 스크롤 부재(90)는 한 쌍의 방사 통로(166)를 형성하고, 그 각각은 분사 피팅(164) 및 한 쌍의 축선 방향 통로(168) 사이에서 뻗는다. 축선 방향의 통로(168)는 제어기(60)에 의해 필요한 대로 이러한 가동 챔버로 유체를 분사하기 위해 압축기 조립체(82)의 논-오비팅 스크롤 부재(90)의 양측상의 가동 챔버로 개방된다.
도 2는 압축기(44)의 유체 분사 시스템을 위해 유체를 제공하는 증기 분사 시스템(158)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 응축기(46), 제1 팽창 밸브 또는 스로틀(48), 이코노마이저(50), 제2 팽창 밸브 또는 스로틀(52), 증발기(54) 및 구성요소를 상호 연결하는 일련의 배관을 포함하는 냉각 시스템내에 압축기(44)가 도시되어 있다. 압축기(44)는 모터에 의해 운전되어 냉매 가스를 압축한다. 압축된 가스는 그후에 응축기(46)에 의해 액화된다. 이 이코노마이조(50)는 플래시-탱크 또는 열-교환기 타입의 이코노마이저일 수 있다. 도시된 바와 같이, 액화된 냉매는 팽창 밸브(48)를 통과하여 플래시-탱크 타입의 이코노마이저(50)에 이르고, 여기에서 가스 및 액체로 분리된다. 가스 냉매는 추가 배관을 더 통과하여 압축기(44)로 피팅(160)을 통해 유입된다. 다른 한편으로, 남아 있는 액체 냉매는 팽창 밸브(52)에서 더 팽창하고, 그후에 증발기(54)에서 증발되어 다시 압축기(44)로 취해진다.
다시 도 2에서, 플래시-탱크 이코노마이저(50) 및 증기 분사 시스템의 잔여물의 혼합은 압축기(44)의 용량이 고정된 압축기(44)의 용량보다 더 크게 증가할 수 있게 한다. 보통, 표준 냉매 조건에서, 압축기(44)의 용량은 약 30%만큼 증가될 수 있어서 본 용량의 130%를 갖는 압축기를 제공한다. 압축기(44)의 용량을 제어할 수 있기 위하여, 솔레노이드 밸브(68)는 이코노마이저(50) 및 피팅(160) 사이에 위치된다. 압축기(44)의 증가된 용량은 펄스폭 분사 또는 연속적인 분사 모드에서 솔레노이드 밸브(68)를 작동시키는 제어기(60)에 의해 제어될 수 있다. 펄스폭 변조 모드에서 작동될 때, 압축기(44)의 용량 제어 시스템(120)과 연결된 솔레노이드 밸브(68)는 압축기(44)의 용량이 그 고정된 용량의 0% 및 130% 사이의 어디에나 위치될 수 있게 하여 더 빠른 부하 풀 다운을 허용한다.
도 7에서, 단일 압축기(44) 및 응축기(46)는 냉난방(HVAC) 시스템에서 다수의 분포된 냉각 유닛 또는 다수의 분포된 냉동 케이스의 역할을 한다. 도 7에서, 냉동 케이스 또는 냉동 시스템 하우징은 42a, 42b, 42c로 나태내어진 점선 박스로서 도시되어 있다. 종래, 압축기(44) 및 응축기(46)는 냉매 케이스 또는 하우징(42a)과 같은 냉동 케이스 또는 하우징중 하나 내에 배치되거나 그 하나에 부착될 수 있거나 도 12에 도시된 바와 같은 분할 시스템에서와 같이 멀리 떨어져 배치될 수 있는데, 여기에서 압축기(46) 및 응축기(44)는 빌딩 옥상(18)내에 또는 기계실내에 있게 된다. 각 냉동 케이스 또는 하우징은 각각의 액체 라인 차단 밸브(58a, 58b, 58c)를 제어하는 서모스탯(172a, 172b, 172c) 및 액체 라인 차단 밸브(58a, 58b, 58c)는 물론 54a, 54b, 54c 및 52a, 52b, 52c에서 자체 증발기 및 관련된 제2 밸브를 갖는다. 또한, 냉동 케이스 또는 하우징중 하나, 보통 최저온 케이스 또는 하우징은 냉동 케이스 또는 하우징(42a)에 대해 도시된 바와 같이 온도 센서(174)를 가질 수 있다. 온동 센서(174)가 포함될 때, 그것은 아래에 설명된 바와 같이 제어기(60)에 출력 정보를 공급한다. 마지막으로, 흡입 피팅(100)에 들어가는 냉매의 압력을 모니터링하는 압력 센서(176)가 포함될 수 있다. 압력 센서(176)는 아래에 설명된 바와 같이 제어기(60)에 이러한 정보를 공급한다.
대안으로, 각 증발기(54)는 도 2, 도 7 및 도 11에 도시된 바와 같이, 케이스 온도 및 케이스 출구 압력에 기초하여 제상, 팬 및 전자 팽창 밸브 제어를 실행하도록 자체 케이스 제어기(300)를 가질 수 있다. 구체적으로 도 11에서, 냉동 케이스(42a, 42b, 42c)의 그룹은 각각 케이스 제어기(300a, 300b, 300c)를 포함한다. 온도 센서(174a, 174b, 174c) 및 압력 센서(176a, 176b, 176c)는 각 케이스 제어기(300a, 300b, 300c)의 온도 및 케이스 출구 압력을 측정한다. 이 케이스 제어기(300a, 300b, 300c)는 디지털 2방향 통신 경로(310)를 통해 시스템 제어기(60)에 연결되고, 그래서 온도 및 압력 센서값 및 케이스 디맨드 로딩 상태(1 또는 0)가 케이스 제어기(300a, 300b, 300c)에 의해 시스템 제어기(60)에 제공될 수 있다. 더욱이, 각 케이스 제어기(300a, 300b, 300c)는 수신 온도 및 압력 센서 밸브에 기초하여 국부적으로 제상, 전자 팽창 빌브, 및 팬 제어를 실행한다.
도 7의 복수의 케이스 또는 복수의 냉각 유닛 실시예는 냉각에 대한 순간 디맨드를 공급하기 위해 제어기(60)에 의해 어떻게 단일 압축기(44)가 제어 및 증기 분사에 대하여 펄스폭 변조될 수 있는지를 보여준다. 온도 센서(174) 및/또는 압력 센서(176)는 시스템 상에 부하를 표시한다. 제어기(60)는 아래에 설명된 바와 같이 냉매에 대한 순간 디맨드를 충족시키기 위해 압축기의 고용량 및 저용량 상태 사이에서 압축기를 변조시키도록 용량 제어 시스템(120) 및 증기 분사 시스템 모두의 펄스폭 변조를 조정한다.
제어기(60)는 솔레노이드 밸브(64)의 펄스폭 변조를 사용하여 압축기(44)의 용량을 제어할 수 있다. 압축기(44)의 용량은 0% 내지 100%에서 제어될 수 있지만, 이러한 실시예에서는, 용량은 펄스폭 변조 동작에 의해 10% 내지 100%에서 변조된다. 또한, 압축기(44)의 용량은 본 발명의 증기 분사 시스템을 제어하는 솔레노이드 밸브(68)의 펄스폭 변조에 의해 100% 내지 약 130%에까지 증가될 수 있다. 또한 필요하다면, 제어기(60)가 온/오프 방식으로 솔레노이드 밸브(68)를 작동시키는 것이 가능하다. 제어기(60)에 통합된 작동 특성 및 알고리즘이 아래에 상세하게 설명되어 있다.
제어기(60)는 단일 증발기(도 2) 또는 복수 증발기(도 7) 냉동 시스템을 제어할 수 있다. 이 복수 증발기 시스템은 고온 증발기에서 전자 압력 조정기를 사용함으로써 유사한 온도 또는 혼합된 온도의 증발기를 가질 수 있다.
이제 도 7 및 도 8에서, 제어기(60)가 더 상세하게 도시된다. 제어기(60)는 임의의 경보 조건 동안 남아 있을 경보 출력(200)을 제어한다. 경보 출력(200)은 모든 경보 조건이 제거될 때 자체 리셋팅된다.
제어기(60)는 제1 응축기 팬(202) 및 제2 응축기 팬(204)의 작동을 제어한다. 냉각 시스템(40)은 응축기(46)용 팬 및 2개의 응축기 팬 모터를 포함한다. 제어기(60)는 206에서 도시된 바와 같이 압축기(44)용 모터의 작동을 제어하고, 208에서 도시된 바와 같이 증기 분사 솔레노이드 밸브(68)의 작동을 제어하고, 210에서 도시된 바와 같이 용량 제어 솔레노이드 밸브(64)의 작동을 제어한다.
다양한 입력이 제어기(60)에 제공된다. 이러한 입력은 212에서의 제어 파워, 214에서의 압력 센서(176)으로부터의 선택 흡입 압력 입력, 216에서의 온도 센서(174)로부터의 선택 부하 케이스 온도 입력, 220에서의 온도 센서(218)로부터의 응축기(46)의 코일 리턴 또는 미드 코일에서의 냉매의 온도 및 224에서의 온도 센서(222)로부터의 압축기(44)의 배출 가스의 온도를 포함한다. 다양한 입력을 사용하여, 제어기(60)는 아래에 설명되는 바와 같이, 케이스 에어 온도, 압축기 흡입 압력, 또는 2개 모두에 기초하여 압축기(44)의 용량을 제어할 수 있다. 제어기(60) 및 다양한 터미널 블록은 냉각 시스템(40)상에 설치하기에 적당한 엔클로져(도시되지 않음)내에 수용된다.
구체적으로 상세하게 설명되지는 않았지만, 냉각 시스템(40)은 또한 진공 보호를 위해 매우 낮은 흡입압력에서 압축기(44)를 정지시키기 위해 저압 절결 전자기계 스위치를 포함하고, 필요하다면, 매우 높은 배출 압력에서 압축기(44)를 정지 시키기 위해 높은 헤드 압력 절결 전자기계 스위치를 포함한다. 상세히 상술된 바와 같이, 각 증발기(54a, 54b, 54c)는 자체 액체 라인 솔레노이드 밸브(58a, 58b, 58c), 자체 온도 센서(172a, 172b, 172c) 및 자체 온도식 팽창 밸브(52a, 52b, 52c)와 연결되어 있다. 이러한 밸브 또는 센서는 어느 것도 제어기(60)와 연통하지 않는다. 제어기(60)와의 유일한 연통은 리드 케이스 온도 센서(174) 및/또는 흡입 압력 센서(176)를 통해서이다. 마직막으로, 제어기(60)는 아래에 설명된 바와 같이 R-404A, R-407C, R-22, R-134a 및 R-410A를 포함하지만, 그에 제한되지 않는 냉매사이에서 스위칭될 수 있다.
압축기 용량 제어 알고리즘(도 9)
제어기(60)는 솔레노이드 밸브(64) 및/또는 솔레노이드 밸브(68)의 펄스폭 변조 제어를 통해 압축기(44)의 용량을 조정한다. 2개의 상이한 비례-적분-미분 제어 루프가 존재한다. 제어기(60)는 센서(176)를 사용하는 흡입 압력 제어, 센서(174)를 사용하는 리드 케이스 온도 제어 또는 센서(174, 176)를 사용하는 흡입 제어 백업과 리드 케이스 온도 제어의 조합을 사용하도록 설정될 수 있다. 각각은 차례로 설명될 것이다.
흡입 압력 제어: 흡입 압력 제어 동안, 압축기(44)는 흡입 압력 설정값(230)에서 평균 흡입 압력을 유지하도록 조정된 로딩 타임으로 작동된다. 평균 흡입 압력의 결정은 압축기(44)의 각 로드/언로드 사이클 타임 동안 흡입 압력의 많은 샘플을 취한 후에 디지털 필터(232)를 사용하여 이러한 흡입 압력 데이터를 필터링함으로써 이루어진다. 이 디지털 필터는 압축기(44)의 로딩 및 언로딩에 의해 야기된 압력 변동의 거의 모두를 제거함으로써 제어 목적을 위한 유용한 평균 압력값을 생성한다. 디지털 필터의 샘플링 속도는 펄스폭 변조(PWM) 사이클 타임에 반비례하여 선택된 PWM 사이클에 관계없이 디지털 필터가 각 PWM 사이클 동안 20개의 샘플로 작동하는 것이 바람직하다. 이렇게 얻어진 필터링은 선택된 PWM 사이클 타임에 매칭하기 위해 적절한 타이밍을 가진다. 이 흡입 압력의 제어는 PID 알고리즘에 의해서이다. 이 흡입 압력 설정값은 아래에 설명되는 바와 같이 제어기(60)에서 설정가능하다. 흡입 압력 센서(176)으로부터의 신호는 먼저 디지털 필터를 통해 루팅되고, 그후에 흡입 압력 PID 알고리즘으로 루팅된다. 흡입 압력 제어가 선택되었다면, 리드 케이스 온도 PID 알고리즘은 무시된다.
리드 케이스 온도 제어: 리드 케이스 온도 제어 동안, 압축기(44)는 리드 케이스 온도 설정값(234)에서 선택된 리드 케이스내의 에어의 온도를 유지하기 위해 조정된 로딩 듀티 사이클 퍼센티지로 작동된다. 이러한 리드 케이스 온도의 제어는 PID 알고리즘에 의한다. 이 리드 케이스 온도 설정값은 아래에 설명되는 바와 같이 제어기(60)상에 설정가능하다. 온도 센서(174)로부터의 신호는 직접 리드 케이스 PID 알고리즘으로 간다. 리드 케이스 온도 제어가 선택되었다면, 흡입 압력 PID 알고리즘은 무시된다.
조합 제어: 조합 제어 동안, 압축기(44)는 흡입 압력 설정값(230) 및 리드 케이스 온도 설정값(234) 모두를 얻기 위해 작동된다. 압축기(44)의 용량은 이러한 설정값 모두가 만족될 때까지 증가된다. 이 조합 제어는 흡입 압력 PID 제어 및 리드 케이스 온도 PID 제어 모두가 동시에 기능할 수 있게 함으로써 이루어진다. 제 어기(60)는 최저 압축기 용량을 요구하는 어느 PID 제어에게나 우선권을 준다. 어느 것이 제어할지에 대한 결정은 압축기(44)에 대한 각 언리딩된 사이클 동안 재계산된다. 조합 제어는 대부분의 시간에 리드 케이스 온도가 우선 제어가 되도록 의도되는 것이 바람직하여, 더 높은 압축기 용량을 요청하여야 한다. 따라서, 리드 케이스 온도 설정값은 흡입 압력 설정값이 저절로 얻어지는 것보다 약간 더 높은 냉동 온도로 보통 설정된다. 2개의 PID 제어 함수의 출력은(하나는 흡입 압력에 대한 것이고 다른 하나는 리드 케이스 온도에 대한 것이다) 그 둘중 더 적은 것을 통과할 실렉터(236)내에 조합된다. 이 실렉터는 용량 변조 발생기(238)로 신호를 공급한다. 이 용량 변조 발생기는 솔레노이드 드라이버(240)에 제공되는 PWM 솔레노이드 밸브(64)의 타이밍을 발생시킨다. 리드 케이스 온도의 바람직한 우선에 대한 이유는 흡입 압력 설정값이 리드 케이스 온도 설정값보다 더 낮은 온도를 얻도록 설정되었다면, 흡입 압력 제어는 우위에 있게 되고 리드 케이스의 온도는 리드 케이스 온도 설정값보다 더 낮은 온도에서 유지될 것이기 때문이다. 그러한 설정은 리드 케이스 온도 측정의 유용성을 본질적으로 억제한다. 흡입 압력 제어는 흡입 압력이 제상 동안 리드 케이스 온도 보다 더 낮기 때문에 리드 케이스의 제상 동안 유용하다. 또한, 흡입 압력 센서(176)는 흡입 압력이 너무 낮게 될 때 압축기 모터의 짧은 사이클링에 대한 더 나은 보호 및 더 나은 응축기 제어를 가능하게 한다. 이 조합 제어 모드는 아무 내부 루프도 아무 외부 루프도 갖지 않는다. 2개의 PID 제어 경로는 모두 액티브하고 어느 것이 현재 제어 효과를 갖는지를 결정하는 실렉터(236)에 대해 동등하다.
펄스폭 변조로 변환시키기 위해, 실렉터(236)의 실렉터 알고리즘의 출력은 용량 변조 발생기(238)에 의해 반복 펄스의 듀티 사이클 값으로 변환된다. 용량 변조 발생기(238)의 출력은 압축기(44)의 솔레노이드 밸브(64)를 제어한다. 더 많은 용량이 압축기(44)의 용량을 증가시키기 위해 더 작은 비율의 사이클 타임 동안 솔레노이드 밸브(64)가 여기(energize)(또는 탈여기(de-energize))되게 한다. 이 출력 용량은 다음과 같이 계산된다:
Figure 112001032882615-pat00001
여기에서, e(t)는 감지된 값 및 설정값 사이의 에러 신호이고, K p 는 비례 상수이고, K d 는 미분 상수이고,
Figure 112001032882615-pat00002
는 적분 상수이다. 이 2개의 PID(비례-적분-미분) 알고리즘은 도함수가 없는 PI(비례-적분) 알고리즘으로 단순화될 수 있다. 상기 출력 방정식과 관련하여, 비례 및 적분 상수는 100으로 나누어져 여기에서 사용되는 바와 같이 P 및 I에 도달하게 된다. 흡입 압력 제어에 대한 PID(또는 PI)상수는 조정가능하고 디폴트 값을 가진다. 또한 최소 값 및 최대값이 있고, 이 값들을 벗어나는 상기 상수는 설정될 수 없게 되어 있다. 디폴트 값은 P=0.3, I=0.15이고, 조정 범위는 P=0.1 내지 0.6이고, I=0.05 내지 0.03인 것이 바람직하다. 이러한 리드 케이스 온도 제어에 대한 PI 상수는 조정가능하고 디폴트 값을 가진다. 또한 상기 상수가 벗어나도록 설정될 수 없는 최소값 및 최대값이 존재한다. 디폴트값은 P=0.3, I=0.3이고, 조정 범위는 P=0.1 내지 0.6이고, I=0.05 내지 0.03인 것 이 바람직하다.
PWM 최대 사이클 타임은 아래에 설명된 바와 같이 사용자 선택가능하다. 디폴트값은 20초이고, 최소값은 10초이고, 최대값은 60초인 것이 바람직하다.
낮은 압축기 용량 제한이 또한 제공되어 있다. 압축기(44)의 용량이 0%로 감소될 수 있을 지라도, 제어기(60)는 필요한 압축기 용량 값이 10% 아래로 떨어진다면 압축기(44)의 모터를 턴 오프한다. 모터의 재시동은 10% 이상에 이르는 용량 요구량 및 모터 시동 로직에 의해 조정된다.
짧은 PWM 사이클 타임을 갖는 저용량에 대한 제어가 또한 제공된다. 압축기(44)에 대한 로딩된 타임은 최소한 2초가 되도록 제어된다. 20초(디폴트값)이상의 PWM 최대 사이클 타임 설정에 대하여, 이러한 조건은 10%의 최대 로딩된 듀티 사이클에 의해 충족된다. 20초 미만(10 내지 20초)의 PWM 최대 사이클 타임 설정에 대하여, 용량이 낮은 값일 때 PWM 사이클 타임이 증가되어 2초의 최대 로딩된 타임 조건이 유지된다. PWM 최대 사이클 타임이 10초로 설정된다면, PWM 이 20%이상인 동안, 2초의 최소 로딩된 타임이 만족된다. 용량이 15%로 감소된다면, 2초의 최소 로딩된 타임을 유지하기 위해, PWM 사이클 타임은 자동적으로 13 ⅓초로 증가한다(13⅓초의 15%는 2초이다). 용량이 10%로 증가한다면, PWM 사이클 타임은 자동적으로 20초로 증가한다(20초의 10%는 2초이다). 계산된 용량이 (압축기 모터가 턴 오프되게 하는)10% 미만일 때, PWM 사이클 타임은 10%에서 PWM에 대한 타임값을 넘어 증가되지 않는다. 이것은 다른 제어 기능이 정상적으로 작동할 수 있도록 하여 펌핑을 재개하는 보정 시간이 과도한 지연 없이 제어 알고리즘에 의해 결정될 수 있게 된다.
증기 분사
제어기(60)는 분사 솔레노이드 밸브(68)를 작동시키도록 프로그램된다. 이것은 압축기(44)의 용량을 약 130%로 증가시킨다. 제어기(60)는 용량 솔레노이드 밸브(64)가 탈여기될 때 솔레노이드 밸브(68)를 작동시킬 뿐이다. 따라서, 제어기(60)에 의한 증기 분사가 전행되기 전에, 압축기(44)의 용량은 100%이어야 한다. 그후에, 제어기(60)는 제어기(60)에 의해 결정된 필요에 따라 100%로부터 약 130%까지 압축기(44)의 용량을 증가시키기 위해 펄스폭 변조를 사용하여 솔레노이드 밸브(68)를 작동시킨다.
모터 시동 로직
지연 - 제어기(60)는 적절한 시간 지연 이후까지 압축기 모터가 시동되는 것을 방지하는 모터 시동 로직을 포함한다. 이 시간 지연은 압축기 모터가 정지된 가장 최근의 순간에 시작된다. 압축기 모터는 2분의 시동 지연을 가지고 이러한 지연 시간은 조정가능하지 않은 것이 바람직하다. 이에 따라, 임의의 시간에 30개 이상의 모터 시동이 방지된다.
언로딩 시동 - 제어기(60)는, 솔레노이드 밸브(64)에 여기함으로써(또는 탈여기함으로써) 시동될 때 압축기(44)를 언로딩하는 추가의 모터 시동 로직을 포함한다. 모터의 언로딩 시동은 모터 유입 전류를 감소시키고 모터 컨택터(contactor)의 과도한 마모 없이 더 많은 모터 시동을 가능하게 한다. 솔레노이드 밸브(64)는, 압축기(44)를 언로딩 하기 위해 모터 컨택터에 여기하기 전 1초 동안에 여기되고(또는 탈여기되고) 모터가 압축기(44)를 언로딩 상태로 유지시키기 시작한 후 3초 동안 여기된(또는 탈여기된) 상태로 남아 있게 되는 것이 바람직하다. 이러한 언로딩 운전 후에, 솔레노이드 밸브(64)의 제어는 제어기(60)가 작동하고 있다면 정상 PID 제어 알고리즘으로 돌아간다. 제어기(60)가 고장나거나 전력공급이 되지 않는다면, 냉각 시스템(40)의 나머지로의 전력 인가로 인해 모든 모터 및 증기 분사가 지연 없이 운전될 것이다. PWM 출력은 오프되고 압축기(44)는 100% 용량에서 작동하고 증기 분사에 의해 용량이 약 130%로 증가된다.
펌프 다운
제어기(60)는 흡입 압력 센서(176)를 포함할 수 있다. 센서(176)가 포함될 때, 펌프 다운은 개별적인 케이스(42)가 제상될 때(냉매의 흐름을 정지시킬 때) 압력 제어 알고리즘이 압축기 용량을 감소시키어 흡입 압력을 설정 포인트(230)에서 유지시키기 때문에 일반적으로 일어나지 않는다. 그러나, 흡입 압력 센서(176)가 디지털 필터(232)의 전방에 위치되고, 따라서 압력 센서(176)는 과도하게 낮은 흡입 압력을 모니터링할 수 있다. 순간 흡입 압력이 5 PSIG 아래가 된다면, 압축기 모터는 즉시 정지되고 재시동 로직은 호출되는 것이 바람직하다. 전자기계 저압 절결 스위치는 제로 PSIG로 설정되어야 하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 상기 전자기계 저압 절결 스위치는 진공을 방지하지만, 또한 흡입 압력 센서(176)가 저압 조건을 방지할 수 있게 한다. 전자기계 스위치는 그후에 백업 제어가 된다. 흡입 압력 센서(176)가 제어기(60)와 함께 포함되지 않을 때, 제어기(60)는 펌프 다운을 방지할 수가 없다. 외부 전자기계 저압 절결 스위치는 그러한 조건하에서 압축기(44)를 제어하여야 한다. 제어기(60)내의 재시동 로직(지연)은 호출될 수 없다.
고온 배출 온도 압축기 보호
조건 검출- 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각 시스템(40)은 압축기(44)에 대한 배출 온도를 모니터링하는 온도 센서(222)를 포함한다. 제어기(60)는 압축기(44)의 배출 가스 온도에 대한 2개의 설정값을 포함한다. 극고온 배출 온도 조건(Very High Discharge Temperature Condition; VHDTC)은 280F(138℃) 위에서 참으로 그리고 270F(132℃) 아래에서는 거짓으로 설정되는 것이 바람직하다. 고온 배출 온도 조건(High Discharge Temperature Condition; HDTC)은 260F(127℃) 위에서 참으로 그리고 250F(121℃) 아래에서 거짓인 것이 바람직하다. 이러한 2개의 설정값은 조정가능하지 않다. VHDTC가 15초 보다 더 큰 시간 동안 참으로(280F 를 초과하는 것으로) 감지되면, 압축기 모터는 턴 오프된다.
고온 배출 온도 동안의 증기 분사 - 압축기 모터가 운전되고 HDTC가 참이지만 VHDTC가 거짓이라면, 압축기(44)에 대한 용량은 솔레노이드 밸브(64)에 대해 펄스폭 변조를 종료함으로써 강제로 100%가 되고 증기 분사 솔레노이드(68)는 전 증기 분사를 제공하기 위해 여기된다. 그다음에, 압축기 모터가 러닝하고 HDTC가 거짓으로 복귀하면(그리고 VHDTC가 거짓으로 남으면), 압축기 용량은 정상 제어로 복귀하고 증기 분사 솔레노이드(68)는 탈여기(또는 여기)되어 증기 분사를 종료한다. 증기 분사의 종료는 압축기 용량이 100% 미만인 것을 나타낸다.
자동 재시동 - 상술된 바와 같이, 자동 재시동은 모터가 정지된 후에 그리고 특정 지연 시간 후에 일어난다. 제어기(60)는 자동 재시동을 허용하지만 이러한 자동 재시동은 잠금될 수 있고, 그래서 아래에 설명되는 바와 같이 수동 리셋을 요구한다. 이 압축기 모터가 (상세히 상술된 바와 같이) 고온 배출 온도로 인해 턴 오프될 때, 제어기(60)는 이러한 고온 배출 온도 차단 이벤트(High Discharge Temperature Shutdown Events; HDTSE)의 카운트를 지속한다. HDTSE 카운터는 HDTSE가 일어날 때까지 제로이다. 이 카운터는 조건이 검출될 때 HDTSE가 일어날 때마다 하나씩 증가한다. 30 분 고온 배출 온도 재시동 지연 타이머는 HDTSE가 일어날 때마다 개시된다. VHDTC 및 HDTC 모두가 거짓이고(압축기(44)가 냉각되고) 온도 재시동 지연 타이머가 그 타이밍을 완료할 때 그리고 카운터가 4 보다 적으면, 모터 리스타크는 제어기(60)가 그 필요를 결정한다고 가정하여 일어나게 된다. 그 순수한 효과로서 3개의 자동 재시동만이 고온 배출 온도 이벤트후에 허용되고 이러한 자동 재시동은 압축기(44)가 센서(22)에 의해 표시된 바와 같이 냉각되고 모터가 30초 동안 운전되지 않은 후에야 비로소 허용되게 된다. 4개의 HDTSE가 발생하면, 모터는 카운터가 수동으로 제어기(60)에서 제로로 리셋될 때까지 자동적으로 재시동되지 않는다. HDTSE가 진행중인 동안, 에러 코드는 제어기(60)에 의해 디스플레이된다. E11은 제1 이벤트를 가리키고, E12는 제2 이벤트를 가리키고, E13은 제3 이벤트를 가리키고, E14는 제4 이벤트를 가리킨다. E11, E12,E13에 대하여, 자동 재시동이 일어난다. E14는 수동 재시동이 필요하다는 것을 나타낸다. 고온 배출 온도 이벤트에 대한 카운터는 정전 내내 유지된다. 고온 지연 타이머의 상태는 정전 동안 (최고 5분 까지) 유지된다. 또한 HDTC 및 VHDTC의 상태는 어느 하나가 참이라 면, 정전 동안 유지된다. 이러한 정보는 5분 인터벌로 불휘발성 메모리에 기억된다. 일단 양 조건이 거짓이고 30 분 타이머가 종료되었다면, 이러한 정보의 불휘발성 메모리로의 기록은 중지된다. 냉각 시스템(40)의 정상 운전 동안의 이러한 정보의 기록정지는 불휘발성 메모리의 "손상"을 방지한다.
수동 리셋 - 고온 배출 온도 이벤트에 대한 카운터는 그 카운트가 4 미만일지라도 임의의 시간에 제로로 리셋될 수 있다. 이 카운터의 수동 리셋은 30분 지연 타이머상에 남아 있는 임의의 시간 및 카운트 모두를 소거한다. 수동 리셋 후에, 모터는 배출 가스의 온도가 센서(222)에 의해 감지되는 대로 감소되기만 하면(또는 감소된 후에만) 재시동한다. 이러한 배열은 지연에 대한 부적당한 시간 손실 및 허용된 자동 재시동의 낭비 없이 고온 차단 특징의 공장 검사를 허용한다. 제어기(60)는 수동 리셋에 대한 개별적인 푸시 버튼(250; 도 10)을 포함하고 푸시 버튼(250)은 수동 재시동을 이루기 위해 2초 동안 눌려져 있어야 하는 것이 바람직하다. 푸시 버튼(250) 옆의 황색 LED(252)는 수동 재시동에 대한 필요를 가리킨다. LED(252)는 E14가 디스플레이될 때 턴 온하고 LED(252)는 수동 재시동 프로세스가 개시될 때 턴 오프한다.
배출 온도 센서가 고장난 상태에서의 작동 - 배출 온도 센서(222)가 제어기(60)에게 끊어지고 단락된 것으로 보이면, 이 제어기는 고장난 센서(222)의 검출을 구성하고 에러 코드(E04)가 제어기(60)에 의해 디스플레이된다. 센서(222) 고장이 검출되면, 제어기(60)는 압축기(44)의 용량이 75%로 제한되고 경보(200)가 턴 온되는 것을 제외하고 정상적으로 계속 작동한다. 그러한 조건하에서 센서(222) 에 의한 다른 어떤 압축기 보호는 없다. 그러나, 과도한 온도에 대한 압축기 내부 라인 브레이크 기능은 여전히 유효하다.
응축기 팬 제어
응축기 팬 제어 알고리즘 - 도 8에 도시된 바와 같이, 제어기(60)는 2개의 응축기 팬(202, 204)을 작동시킨다. 팬(202, 204)은 주로 응축기 온도에 기초하고 부분적으로 압추기(44)의 운전 용량에 기초하고 부분적으로 포화 흡입 온도(Saturated Suction Temperature; SST)에 기초한 제어로 리드 및 래그 방식으로 작동된다. 응축기 팬 제어 알고리즘은 다음의 6개의 테스트 제어 팬(202, 204)을 사용한다. 이러한 값은 매우 낮은 옥외 환경 및 응축기 온도에서도 양호한 성능을 보장하기 위해 압축기(44)에 걸친 적어도 75 PSI 압력차를 유지하는 것이 바람직하도록 선택된다. 이 응축기 제어 알고리즘은 냉매 타입을 제외한 다른 조정가능한 설정값을 가지고 있지 않다. 아래 테스트에서, SCT는 포화 응축기 온도이고, SST는 포화 흡입 온도이고 CapC는 응축기(46)에 대한 제한내의 응축기의 용량이다.
1. SCT>{[SST - (40F)} ×[0.5] + (+53F)}일 때 리드 응축기 팬을 턴 온
2. SCT>{[SST - (40F)} ×[0.5] - [CapC/100%] ×[(+112F) - (+32F)] + (+113F)}일 때 래그 응축기 팬을 턴 온
3. SCT<{[SST - (-40F)} ×[0.5] + [CapC/100%] ×[(+112F) - (+32F)] + (+93F)}일 때 래그 응축기 팬을 턴 오프
4. SCT<{[SST - (-40F)} ×[0.5] + (+33F)}일 때 리드 응축기 팬을 턴 오프
5. SCT>{(+105F)}일 때 리드 응축기 팬을 턴 온
6. SCT>{(+125F)}일 때 래그 응축기 팬을 턴 온
상기 방정식은 기록되어 모든 화씨 온도값이 섭씨 온도값으로 대체될 수 있고 여전히 동일한 제어 결과를 생성할 수 있다. 제어기(60)는 온도 센서(218)를 판독함으로써 SCT를 결정한다. SST는 디지털 필터(232)의 출력(흡입 압력)을 상응하는 냉매 증기/액체 포화 온도로 변환시킴으로써 결정되는 계산된 온도이다. 흡입 압력 센서(176)가 제어기(60)과 함께 포함되지 않는다면, 센서(174)로부터 판독되는 리드 케이스 온도가 사용된다. 감지된 온도에서 9F(5℃)를 뺀 값이 SST로서 사용된다. 응축기 팬 제어 알고리즘에 대한 CapC는 CapC가 최소 25% 및 최대 50%로 제한되는 것외에는 현재 용량 솔레노이드(64)를 구동하는 용량값과 동일하다. 상기 팬 제어 테스트 5 및 6은 과도한 배출 압력 및 온도를 방지하기 위해 다른 조건에 관계 없이 특정 SCT 최대값에서 팬(202, 204)이 턴 온하도록 한다. 이것은 흡입 압력 센서(176)가 존재하지 않고 리드 케이스 온도 센서(172)가 SST를 결정하기 위해 사용되고 있는 경우에 설치를 위해 필요한 백업 작동 모드이다. 이러한 설치에서 리드 케이스의 제상은 제어기(60)가 팬(202, 204)을 턴 오프하게 하여 응축기 온도가 상승할 수 있게 한다. 상기 테스트 5 및 6은 테스트 1 내지 4를 무효화한다.
응축기 팬 지연 - 각 응축기 팬(202, 204)는 시동한 후에 60초 동안 온 상태이고 정지한 후에 30초 동안 오프 상태이다. 이러한 타임 지연은 과도한 팬 사이클링을 방지한다.
응축기 팬 교호 - 상술된 설계에서 어느 응축기 팬이 리딩할 지 및 어느 응축기 팬이 래깅할 지가 팬 교호 타이머에 의해 교호된다. 리드/래그 팬은 20시간마 다 한 번씩 교호되는 것이 바람직하다. 교호를 위한 시간에 오직 하나의 팬만이 온이라면, 교호는 일어나지 않을 것이다. 팬 교호 타이머는 변화를 위해 팬 모두가 온 이거나 팬 모두가 오프인 다음번까지 기다린다. 그러나, 교호에 알맞은 조건(양족 모두 온 이거나 오프)이 장시간후에도 발생하지 않는다면, 리드 및 래그 팬의 교호는 강제로 일어나게 된다. 교호 정지 타이머는 강제로 변화시키기 전에 5 시간 동안 런한다. 타이머는 팬 교호 타이머의 타이밍 아웃에 의해 개시되고 리드 및 래그 팬의 성공적인 교호에 의해 리셋된다. 이러한 교호 방법은 각각의 팬에 대한 운전 시간을 고르게 함으로써 마모 응력을 감소시킨다.
센서가 고장난 상태에서의 작동 - 정상 응축기 팬 작동은 2개의 센서로부터의 신호에 의존한다. 응축기 제어에 의해 사용된 센서의 고장이 검출된다면 정상 응축기 팬 작동은 정지되고 백업 제어 알고리즘이 인계하게 된다. 응축기 제어에 영향을 미치는 센서 고장이 있을 때, 리드 팬은 압축기가 운전되는 동안 항상 온된다. 래그 팬은 압축기 용량이 35%를 초과할 동안 항상 턴 온되고 압축기 용량이 25% 미만일 때 턴 오프된다.
하나의 응축기 팬 - 오직 하나의 응축기 팬이 존재한다면, 제어기(60)의 2개의 응축기 팬 출력은 단일 팬이 항상 리드 팬이 되는 것을 보장하기 위해 평행으로 연결되어야 한다. 리드 및 래그 사이에 주기적 교호를 위해 제공되는 오버라이드는 존재하지 않는다.
파워 업에서의 출력 상태 - 초기 파워 업에서, 압축기 모터는 운전되고 용량 솔레노이드 밸브(64)는 100%의 압축기 용량을 제공하기 위해 탈여기(또는 여기)되 고 응축기 팬(202, 204) 모두 온된다. 초기에 제어기(60)는 파워 업 후 즉시 미기능 리셋 상태에 있게 된다. 제어기(60)가 기능을 개시한 후에, 온이 되지 말아야 하는 아이템은 오프로 남게 되고, 그렇지 않으면 온으로 남게 된다. 용량 솔레노이드 밸브(64)는 제어기(60)가 기능을 개시한 후에 작동을 개시한다. 또한, 경보(200)는 제어기(60)가 기능을 개시할 때까지 턴 온되고 기능 후에는 턴 오프된다.
흡입 압력 센서 고장 - 흡입 압력 설정값(230)이 99가 아니고 흡입 압력 센서(176)가 제어기(60)에 단절된 것으로 보인다면, 제어기는 고장난 센서(176)의 검출을 구성하고 에러 코드(E01)는 디스플레이되고 경보(200)는 턴 온된다. 압축기 용량은 100%로 설정되고 증기 분사 솔레노이드(68)는 여기(또는 탈여기)되도 용량을 100% 위로 증가시킨다. 압축기(44)는 고장된 센서 조건이 더 이상 검출되지 않을 때까지 이러한 상태로 남아 있게 된다. 흡입 압력 설정값(230)이 99로 설정되면, 이것은 신호 제어기(60)에 흡입 압력 제어가 사용되지 않는다는 신호를 보내고 경보(200)는 턴 온되지 않는다.
리드 케이스 온도 센서 고장 - 리드 케이스 온도 설정값(234)가 99가 아니고 리드 케이스 온도 센서(174)가 제어기(60)에 단절되었거나 단락된 것으로 보이면, 제어기(60)는 고장난 센서(174)의 검출을 구성하고 에러 코드(E02)는 디스플레이되고 경보(200)는 턴 온된다. 압축기 용량은 100%로 설정되고 증기 분사 솔레노이드(68)는 여기(또는 탈여기)되어 용량을 100% 위로 증가시키게 된다. 압축기(44)는 고장난 센서 조건이 더 이상 검출되지 않을 때까지 이러한 상태로 남아 있게 된다. 리드 케이스 온도 설정값(234)이 99로 설정되면, 이것은 제어기(60)에 리드 케이스 온도 제어가 사용되지 않는다는 신호를 보내고 경보(200)는 턴 온되지 않는다.
응축기 온도 센서 고장 - 응축기 온도 센서(218)가 제어기(60)에 단절되거나 쇼튼 아웃되는 것으로 나타나면, 제어기(60)는 고장난 센서(218)의 검출을 구성하고 에러 코드(E03)는 디스플레이되고 경보(200)는 턴 온된다.
디스플레이
제어기(60)의 단순성을 유지하기 위해, 디스플레이는 도 10에 도시된 바와 같이 3개의 세븐 세그먼트 디짓(254, 256, 258); 4개의 푸시 버튼(250, 260, 262, 264); 및 17개의 점광(point light; 252, 266-296), 즉 모든 발광 다이오드를 포함한다.
디짓 - 제어기(60)는 "7 세그먼트" 디짓(254, 256, 258)을 사용하여 상술된 다양한 설정값 및 에러 코드를 디스플레이한다. 디짓(254-258)의 켜진 부분은 높이가 0.3 인치인 것이 바람직하다. 상술된 다양한 에러 코드(E01 내지 E14)는 동작 값에 따라 간략하게 디스플레이 상에 표시된다. 에러 코드 및 값의 이러한 디스플레이는 경보(200)가 턴 온되어 있다면 계속 반복된다. 하나의 경보 조건이 있다면, 에러코드는 0.5초 동안 나타나고 선택된 작동값은 1.95초 동안 나타난다. 복수의 경보 조건이 있다면, 그것들은 각각 2초 동안 나타나는 선택된 작동값으로 각각 0.45초 동안 번호 순으로 나타난다. 각각의 경보 코드 디스플레이 타임은 0.5초 동안 블랭크 디스플레이에 의해 둘려싸인다. 이것은 경보에 주의하게 하는 플래시 효 과를 얻게 한다.
점광(LED) - 17개의 점광(LED)은 녹색, 적생 또는 황색이다. 각각의 출력은 그와 관련된 점광을 갖는다. 녹색 점광은 아이템이 디스플레이 전용임을 표시한다. 적색 점광은 아이템이 변화될 수 있는 설정값을 갖는다는 것을 표시한다. 황색등은 수동 모드 및 경보를 표시한다. LED(252)는 자동 재시동에 대한 카운터의 수동 리셋이 수동으로 설정되어야 함을 표시하는 황색 점광이다. LED(266)는 흡입 압력 제어 및 리드 케이스 온도 제어의 조합이 사용되고 있음을 나타내는 적색 점광이다. LED(268)은 리드 케이스 온도 제어가 사용되고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다. LED(270)는 흡입 압력 제어가 사용되고 있음을 나타내는 적색 점광이다(한 번에 LED(266-270)중 오직 하나 만이 켜진다). LED(272)는 디스플레이가 흡입 압력 센서(176)으로부터 직접 흡입 압력을 표시하고 있다는 것을 나타내는 녹색 점광이다. LED(274)는 디스플레이가 디지털 필터(232)로부터 평균 흡입 압력을 표시하고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다. LED(276)는 디스플레이가 냉매의 계산된 포화 온도(SST)를 표시하고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다. LED(278)는 디스플레이가 리드 케이스 온도를 표시하고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다. LED(280)은 디스플레이가 센서(222)에 기초하여 배출 온도를 표시하고 있다는 것을 나타내는 녹색 점광이다. LED(282)는 디스플레이가 수동 모드에서 현 압축기 용량을 표시하고 있다는 것을 나타내는 황색 점광이다. LED(284)는 디스플레이가 자동 모드에서 현 압축기 용량을 표시하고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다. LED(286)는 디스플레이가 솔레노이드 밸브(64)의 하나의 PWM 사이클에 대한 전체 시간을 표시하고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다. LED(288-294)는 각각 디스플레이가 "압축기 용량 제어 알고리즘"하에서 상기 상세히 설명된 4개의 상수를 표시하고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다. LED(296)는 디스플레이가 사용되고 있는 냉매의 타입을 표시하고 있다는 것을 나타내는 적색 점광이다.
설정값
다양한 설정값이 푸시 버튼(260-264)를 작동시킴으로써 변경될 수 있다. 작동 밸브(262, 264)의 디스플레이를 선택하는 동일한 푸시 버튼은 또한 기초를 이루는 설정값을 선택한다. 이러한 버튼을 누름으로써 다양한 설정값이 선택되고 어느 설정값이 디스플레이되고 있는지 LED(272-296)에 의해 표시된다. 이 디스플레이된 값은 디짓(254-258)상에 나타난다. 특정 설정값이 디스플레이되고 있을 때, 푸시 버튼(260)을 누름 유지함으로써 푸시 버튼(262, 264)가 상기 설정값을 각각 감소시키고 증가시킬 수 있도록 한다. 디스플레이되고 있는 작동 밸브와 아무 관련이 없는 설정값이 있다면, 푸시 버튼(260)을 눌러도 버튼(262,264)에 아무 영향을 주지 못한다. 모든 설정값은 파워가 오프되는 동안에도 유지된다. 조정가능한 설정값으로는 흡입 압력(LED 274), SST(LED 274), 리드 케이스 온도(LED 278), 압축기 용량(LED 282, 284), PWM 사이클 타임(LED 286), 4개의 PID 상수(LED 288-294) 및 냉매 타입(LED 296)이 있다.
흡입 압력 - 이것은 압축기에 의해 얻어질 목표 평균 흡입 압력이다. 이것을 99로 설정하면 흡입 압력 제어 모드가 정지되고(LED 268이 켜진다) 제어기(60)는 압력 센서(176)가 연결되지 않았음을 나타낸다. 흡입 압력 및 SST는 하나가 또 다 른 하나를 나타내는 동일한 설정값을 나타낸다.
SST - 이것은 냉매의 계산된 포화 온도이다. 이것은 상술된 바와 같이, 흡입 압력에 연결되어 있다.
리드 케이스 온도 - 이것은 리드 케이스 온도에 대한 설정값이다. 이것을 99로 설정하면 리드 케이스 온도 제어 머드는 정지되고(LED 270가 켜진다) 제어기(60)는 온도 센서(174)가 연결되지 않았음을 나타낸다. 흡입 압력 및 리드 케이스 온도를 99보다 낮은 값으로 설정하면 조합 제어 모드가 사용되게 된다(LED 266이 켜진다).
압축기 용량 - 이것은 압축기(44)의 수동 모드가 설정될 수 있게 한다. 단순히 버튼(262 또는 264)으로 이러한 아이템(LED 284)를 선택함으로써 제어는 PID하에 자동적으로 남게 되고 디스플레이는 압축기 용량의 작동값을 표시한다. 이것이 선택되는 동안(LED 284) 푸시 버튼(260)을 누름 유지함으로써 PID 제어 루프에 의해 마지막으로 계산된 용량에 제어기(60)를 잠금하고 용량의 수동 제어가 개시된다(LED 282가 켜지고 LED 284가 턴 오프된다). 그다음, 수동 용량은 푸시 버튼(262 또는 264)를 사용하여 채워질 수 있다. 수동 용량을 변경한 후에 푸시 버튼(260)을 누름 해제한 후에 푸시 버튼(262, 264)를 사용하여 상이한 설정값을 선택하면 수동 PWM 모드에 있는 동안 작동 값을 관찰할 수 있다. 상이한 설정값을 선택하고 푸시버튼(260)을 누르면 제어기(60)는 자동 모드로 복귀된다.
PWM 사이클 타임 - 이것은 용량 솔레노이드 밸브(64)의 PWM 사이클에 대한 전체 시간의 설정을 가능하게 한다.
PID 팬 I - 이것은 "압축기 용량 제어 알고리즘"하에서 PID 상수에 대한 상술된 4개의 상수의 설정을 가능하게 한다.
냉매 - 이것은 시스템에서 사용되고 있는 냉매의 타입의 설정을 가능하게 한다. 이 경우 R-404A, R-407C, R-22, R-134a 및 R-140을 선택하는 것이 바람직하다. 이것은 각각 404, 407, 22, 134 및 410으로 디스플레이내에 표시된다. 이러한 설정은 압력 및 온도 사이의 적절한 변환을 가능하게 한다. 제어기(60)는 압축기(44)가 초기에 모든 5개의 냉매에 대해 적합하지 않을 지라도 모든 5개의 냉매 설정을 포함한다.
디스플레이 작동값
제어기(60)상의 디스플레이 디짓(254-258)은 다수의 작동 값중 임의의 값을 나타낼 수 있다. 푸시 버튼(262, 264)은 다양한 작동값을 스크롤링하기 위해 사용된다.
순간 흡입 압력(LED 272) - 이러한 LED는 흡입 압력 센서(176)에 의해 판독되고 있는 흡입 압력을 디스플레이가 표시하고 있다는 것을 나타낸다. 이것은 각각의 언로더 사이클 동안 흡입 압력의 업 및 다운 스윙을 나타낸다.
평균 흡입 압력(LED 274) - 이러한 LED는 디지털 필터(232)의 출력인 평균 흡입 압력을 디스플레이가 표시하고 있다는 것을 나타낸다. 이것은 언로더 사이클의 작동으로 인한 압력에서의 스윙을 나타내지는 않는다.
리드 케이스 온도(LED 278) - 이러한 LED는 리드 케이스 내의 현 에어 온도가 디스플레이되고 있음을 나타낸다. 이러한 판독은 온도 센서(174)로부터 직접 온 다.
배출 온도(LED 280) - 이러한 LED는 현 압축기 가스 배출 온도가 디스플레이되고 있음을 나타낸다. 이러한 판독은 온도 센서(222)로부터 직접 온다.
압축기 용량(LED 284) - 이러한 LED는 현 압축기 운전 용량이 디스플레이되고 있음을 나타낸다. 이러한 값은 제어기(60)에 의해 계산되고 용량 변조 발생기(238), 솔레노이드 드라이버(240) 및 솔레노이드(64)를 작동시키도록 사용된다.
PWM 사이클 타임(LED 286) - 이러한 LED는 PWM 사이클 타임 설정값에 대한 현재 값을 나타낸다.
작동 모드
상술된 바와 같이, 제어기(60)는 수동 작동 모드 및 자동 작동 모드를 갖는다. 자동 모드에서, 제어기(60)는 PID 제어 루프에 의해 제어되는 용량 솔레노이드 밸브(64)로 작동된다. 수동 모드에서, 압축기(44)는 일정하게 고정된 용량으로 운전된다. 용량은 위에서 상세히 설명된 바와 같이 제어기(60)에 설정된다. 응축기 팬 제어 및 압축기 보호 설계는 자동 모드에서와 동일하게 수동 모드에서 계속 작동된다. 수동 모드는 테스트 목적으로 의도되어 있다. 제어기(60)는 리셋 후에 자동 모드에서 작동 개시한다.
상술된 설명이 본 바렴의 바람직한 실시예를 설명하고 있지만, 첨부된 청구항의 범위 및 취지를 벗어남 없이 수정, 변형, 변경이 본 발명에 가능하다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명에 의하면 냉각 시스템 제어기는 냉각되고 있는 하우징의 온도, 압축기의 흡입 압력 또는 이 두 가지에 기초하여 가변 용량 압축기의 용량을 제어할 수 있고 단일 증발기 또는 복수 증발기 냉동 시스템을 제어할 수 있다. 이 복수의 증발기 시스템은 유사한 온도 또는 혼합된 온도의 증발기를 가질 수 있고, 또한 제어기는 시스템의 냉각 용량을 제어하기 위해 리드/래그 방식으로 작동되는 하나 이상의 응축기 팬을 사용할 수 있게 한다.

Claims (55)

  1. 로딩 상태 및 언로딩 상태를 포함하는 적어도 2개의 상태에서 여기되는 동안 선택적으로 작동가능하고, 흡입 압력 및 배출 압력 사이에서 가스를 압축하도록 작동가능한 압축기;
    상기 흡입 압력을 감지하는 압력 센서; 및
    모터 시동 로직을 포함하고 상기 흡입 압력의 함수인 가변 듀티 사이클 제어 신호를 생성하기 위해 상기 압력 센서에 연결된 제어기로서, 최초로 여기될 때 상기 압축기를 언로딩하기 위해 또한 상기 가변 듀티 사이클 제어 신호에 응답하여 상기 로딩 상태 및 언로딩 상태 사이에서 상기 압축기가 선택적으로 교호되도록 하기 위해 상기 압축기에 연결되어 상기 흡입 압력에 기초하여 상기 압축기의 용량을 조정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 제어 사이클 타임내의 특정 주기의 타임에서 평균 흡입 압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 흡입 압력 및 상기 배출 압력 사이의 중간 위치에서 상기 압축기로 증기를 분사시키는 증기 분사 시스템을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 가스의 분사를 제어하기 위해 상기 증기 분사 시스템에 연결된 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 상기 온도에 기초하여 상기 증기의 분사를 제어하기 위해 상기 온도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 압축기는 밀봉되어 분리되고 서로에 대해 이동가능하여 유체 압력을 일으키는 오비팅 스크롤 부재 및 논-오비팅 스크롤 부재를 갖고, 또한 상기 제어 신호에 응답하여 상기 밀봉을 선택적으로 떨어뜨림으로써 상기 스크롤 부재가 서로에 대해 실질적으로 일정한 상대 이동을 유지시킬 수 있게 하는 동안 발생된 상기 유체 압력을 변경하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 모터 시동 로직은 상기 압축기가 여기될 때 상기 압축기의 상기 언로딩 상태를 선택하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  9. 하우징;
    상기 하우징내에 배치된 증발기;
    상기 증발기와 유체 연통상태로 연결된 응축기;
    상기 증발기 및 상기 응축기와 유체 연통상태로 연결된, 펄스폭 변조된 가변 용량 압축기인 압축기;
    상기 하우징내에 배치되고 상기 하우징내의 온도를 판독하도록 작동가능한 온도 센서;
    상기 온도 센서에 응답하고, 모터 시동 로직을 포함하고, 상기 압축기에 가변 듀티 사이클 제어 신호를 제공하기 위해 또한 최초로 여기될 때 상기 압축기를 언로딩하기 위해 상기 압축기에 연결된 시스템 제어기로서, 상기 압축기가 운전 동안 제1 용량 상태 및 제2 용량 상태 사이에서 변조되어 상기 하우징 내의 특정 온도를 유지하기 위해 상기 하우징 내의 상기 온도에 기초하여 상기 압축기의 운전 용량을 조정하는 시스템 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 흡입 압력 및 배출 압력의 중간 위치에서 상기 압축기내로 증기를 분사시키는 증기 분사 시스템을 더 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 가스의 분사를 제어하기 위해 상기 증기 분사 시스템에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 배출 압력에서의 가스의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 상기 온도에 기초하여 상기 증기의 분사를 제어하기 위해 상기 온도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  13. 제 9 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 압축기는 밀봉되어 분리되고 서로에 대해 이동가능하여 유체 압력을 일으키는 오비팅 스크롤 부재 및 논-오비팅 스크롤 부재를 갖고, 또한 상기 제어 신호에 응답하여 상기 밀봉을 선택적으로 떨어뜨림으로써 상기 스크롤 부재가 서로에 대해 실질적으로 일정한 상대 이동을 유지시킬 수 있게 하는 동안 발생된 상기 유체 압력을 변경하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  14. 삭제
  15. 제 9 항에 있어서, 제1 및 제2 응축기 팬을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도, 퍼센트 듀티 사이클 및 계산된 최소 압력차에 기초하여 상기 팬을 제어하도록 상기 응축기 팬에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 압축기는 흡입 압력 및 배출 압력 사이에서 가스를 압축하고, 상기 냉각 시스템은 상기 흡입 압력을 감지하는 압력 센서를 더 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 하우징내의 상기 온도 및 상기 흡입 압력에 기초하여 상기 압축기의 상기 용량을 제어하기 위해 상기 압력 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 압축기는 밀봉되어 분리되고 서로에 대해 이동가능하여 유체 압력을 일으키는 오비팅 스크롤 부재 및 논-오비팅 스크롤 부재를 갖고, 또한 상기 제어 신호에 응답하여 상기 밀봉을 선택적으로 떨어뜨림으로써 상기 스크롤 부재가 서로에 대해 실질적으로 일정한 상대 이동을 유지시킬 수 있게 하는 동안 발생된 상기 유체 압력을 변경하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  19. 삭제
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 시스템 제어기는 각각의 제어 사이클 타임내의 특정 주기의 타임에서의 평균 흡입 압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  21. 제 9 항에 있어서, 각각의 증발기가 각각 배치된 복수의 하우징을 더 포함하고, 상기 온도 센서는 적어도 하나의 상기 하우징내에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  22. 제 9 항에 있어서, 복수의 하우징 각각 내에 증발기, 증발기 제어기 및 온도 센서를 각각 갖는 상기 복수의 하우징을 더 포함하고, 각각의 상기 온도 센서는 상기 복수의 하우징의 상기 각각 내에서 상기 증발기 제어기에 연결되고, 상기 각각의 증발기 제어기는 상기 시스템 제어기에 온도 센서값 및 디맨드 로딩 상태 값을 전송하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  23. 하우징;
    상기 하우징내에 배치된 증발기;
    상기 증발기와 유체 연통상태로 연결된 응축기;
    상기 증발기 및 상기 응축기와 유체 연통상태로 연결되고, 흡입 압력 및 배출 압력 사이에서 가스를 압축하는 압축기;
    상기 흡입 압력을 감지하는 압력 센서; 및
    상기 흡입 압력 센서에 응답하고, 모터 시동 로직을 포함하고, 상기 압축기에 가변 듀티 사이클 제어 신호를 제공하기 위해 또한 최초로 여기될 때 상기 압축기를 언로딩하기 위해 상기 압축기에 연결된 제어기로서, 상기 압축기는 운전 동안 제1 용량 상태 및 제2 용량 상태 사이에서 변조되어 특정 흡입 압력을 유지하기 위해 상기 흡입 압력에 기초하여 상기 압축기의 운전 용량을 조정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서, 흡입 압력 및 배출 압력 중간 위치에서 상기 압축기내로 증기를 분사시키는 증기 분사 시스템을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 가스의 분사를 제어하기 위해 상기 증기 분사 시스템에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 배출 압력에서의 가스의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 상기 온도에 기초하여 상기 증기의 분사를 제어하기 위해 상기 온도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  26. 제 23 항에 있어서, 온도 센서와 제1 및 제2 응축기 팬을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도, 퍼센트 듀티 사이클, 및 계산된 최소 압력차에 기초하여 상기 팬을 제어하기 위해 상기 응축기 팬에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  28. 제 23 항 또는 제 27 항에 있어서, 상기 압축기는 밀봉되어 분리되고 서로에 대해 이동가능하여 유체 압력을 일으키는 오비팅 스크롤 부재 및 논-오비팅 스크롤 부재를 갖고, 또한 상기 제어 신호에 응답하여 상기 밀봉을 선택적으로 떨어뜨림으로써 상기 스크롤 부재가 서로에 대해 실질적으로 일정한 상대 이동을 유지시킬 수 있게 하는 동안 발생된 상기 유체 압력을 변경하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  29. 삭제
  30. 제 23 항에 있어서, 상기 제어기는 제어 사이클 타임내의 특정 주기의 타임에서의 평균 흡입 압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  31. 제 23 항에 있어서, 각각의 증발기가 각각 배치된 복수의 하우징을 더 포함하고, 온도 센서는 상기 복수의 하우징중 하나 내에 배치된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  32. 펄스폭 변조된 용량을 갖는 적어도 하나의 압축기를 갖는 복수의 압축기 래크용 압축기 제어 시스템에 있어서,
    가스의 흡입 압력을 감지하는 압력 센서; 및
    상기 흡입 압력 센서에 응답하고, 모터 시동 로직을 포함하고, 최초로 여기될 때 상기 압축기를 언로딩하기 위해 또한 상기 적어도 하나의 압축기에 가변 듀티 사이클 제어 신호를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 압축기에 연결된 시스템 제어기로서, 상기 적어도 하나의 압축기는 운전 동안 로딩 상태 및 언로딩 상태 사이에서 변조되어 특정 흡입 압력을 유지하기 위해 상기 흡입 압력에 기초하여 상기 적어도 하나의 압축기의 운전 용량을 조정하는 상기 시스템 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서, 흡입 압력 및 배출 압력 중간 위치에서 상기 적어도 하나의 압축기내로 증기를 분사시키는 증기 분사 시스템을 더 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 가스의 분사를 제어하기 위해 상기 증기 분사 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 상기 온도에 기초하여 상기 증기의 분사를 제어하기 위해 상기 온도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 시스템 제어기는 팬을 제어하기 위해 응축기 팬에 연결된 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 모터 시동 로직은 상기 적어도 하나의 압축기가 여기될 때 상기 적어도 하나의 압축기의 상기 언로딩 상태를 선택하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  37. 제 32 항에 있어서, 상기 증발기 제어기에 연결된 온도 센서 및 증발기를 제어하는 증발기 제어기를 더 포함하고, 상기 온도 센서는 상기 증발기 제어기에 온도 데이터를 전송하고, 상기 증발기 제어기는 상기 시스템 제어기에 상기 온도 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 증발기 제어기는 상기 시스템 제어기에 디맨드 로딩 상태 데이터를 더 전송하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어기 시스템.
  39. 제 32 항에 있어서, 상기 시스템 제어기는 제어 사이클 타임내의 특정 주기의 타임에서의 평균 흡입 압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  40. 로딩 상태 및 언로딩 상태를 포함하는 적어도 2개의 상태에서 여기되는 동안 선택적으로 작동가능하고, 흡입 압력 및 배출 압력 사이에서 가스를 압축하도록 작동가능한 적어도 하나의 압축기를 구비한 복수의 압축기 래크;
    상기 흡입 압력을 감지하는 압력 센서; 및
    모터 시동 로직을 포함하고 상기 흡입 압력의 함수인 가변 듀티 사이클 제어 신호를 생성하기 위해 상기 압력 센서에 연결된 제어기로서, 최초로 여기될 때 상기 압축기를 언로딩하기 위해 또한 상기 가변 듀티 사이클 제어 신호에 응답하여 상기 로딩 상태 및 언로딩 상태 사이에서 상기 압축기가 선택적으로 교호되도록 하기 위해 상기 압축기에 연결되어 상기 흡입 압력에 기초하여 상기 적어도 하나의 압축기의 용량을 조정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 제어기는 제어 사이클 타임내의 특정 주기의 타임에서의 평균 흡입 압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  42. 제 40 항에 있어서, 상기 흡입 압력 및 상기 배출 압력 중간 위치에서 상기 압축기내로 증기를 분사시키는 증기 분사 시스템을 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 가스의 분사를 제어하기 위해 상기 증기 분사 시스템에 연결된 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 배출 압력에서의 상기 가스의 상기 온 도에 기초하여 상기 증기의 분사를 제어하기 위해 상기 온도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  44. 제 40 항에 있어서, 상기 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  45. 제 40 항 또는 제 44 항에 있어서, 상기 압축기는 밀봉되어 분리되고 서로에 대해 이동가능하여 유체 압력을 일으키는 오비팅 스크롤 부재 및 논-오비팅 스크롤 부재를 갖고, 또한 상기 제어 신호에 응답하여 상기 밀봉을 선택적으로 떨어뜨림으로써 상기 스크롤 부재가 서로에 대해 실질적으로 일정한 상대 이동을 유지시킬 수 있게 하는 동안 발생된 상기 유체 압력을 변경하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  46. 삭제
  47. 제 40 항에 있어서, 상기 모터 시동 로직은 상기 압축기가 여기될 때 상기 압축기의 상기 언로딩 상태를 선택하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  48. 하우징;
    상기 하우징내에 배치된 증발기;
    상기 증발기와 유체 연통상태로 연결된 응축기;
    상기 증발기 및 상기 응축기와 유체 연통상태로 연결되고, 펄스폭 변조된 가변 용량을 갖고 2개의 상태 사이에서 작동가능한 적어도 하나의 압축기를 포함하는 압축기 래크;
    가스의 흡입 압력을 감지하는 압력 센서;
    상기 흡입 압력 센서에 응답하고, 모터 시동 로직을 포함하고, 최초로 여기될 때 상기 압축기를 언로딩하기 위해 또한 상기 적어도 하나의 압축기에 가변 듀티 사이클 제어 신호를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 압축기에 연결된 시스템 제어기로서, 상기 적어도 하나의 압축기는 운전 동안 제1 용량 상태 및 제2 용량 상태 사이에서 변조되어 특정 흡입 압력을 유지하기 위해 상기 흡입 압력에 기초하여 상기 적어도 하나의 압축기의 운전 용량을 조정하는 시스템 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 흡입 압력 및 배출 압력 사이에서 상기 가스를 압축하고, 상기 냉각 시스템은 상기 하우징내의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 하우징내의 상기 온도 및 상기 흡입 압력에 기초하여 상기 압축기의 상기 용량을 제어하기 위해 상기 온도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  50. 제 48 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특 징으로 하는 냉각 시스템.
  51. 제 48 항 또는 제 50 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 밀봉되어 분리되고 서로에 대해 이동가능하여 유체 압력을 일으키는 오비팅 스크롤 부재 및 논-오비팅 스크롤 부재를 갖고, 또한 상기 제어 신호에 응답하여 상기 밀봉을 선택적으로 떨어뜨림으로써 상기 스크롤 부재가 서로에 대해 실질적으로 일정한 상대 이동을 유지시킬 수 있게 하는 동안 발생된 상기 유체 압력을 변경하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  52. 삭제
  53. 제 48 항에 있어서, 상기 시스템 제어기는 제어 사이클 타임내의 특정 주기의 타임에서의 평균 흡입 압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  54. 제 48 항에 있어서, 각각의 증발기가 각각 배치된 복수의 하우징을 더 포함하고, 상기 온도 센서는 상기 하우징중 적어도 하나 내에 배치된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  55. 제 48 항에 있어서, 복수의 하우징 각각 내에 증발기, 증발기 제어기 및 온 도 센서를 각각 갖는 상기 복수의 하우징을 더 포함하고, 각각의 상기 온도 센서는 상기 복수의 하우징의 상기 각각 내에서 상기 증발기 제어기에 연결되고, 상기 각각의 증발기 제어기는 상기 시스템 제어기에 온도 센서값 및 디맨드 로딩 상태 값을 전송하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
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