KR100996630B1 - 압축기 진단 시스템 - Google Patents

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에머슨 클리메이트 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
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Abstract

냉동/공기조화 시스템은 특정 상태를 벗어나는 것을 감지했을 때 압축기 모터를 정지시키는 모터 프로텍터를 구비한 압축기를 포함한다. 냉동/공기조화 시스템의 진단 시스템은 모터 프로텍터 상태를 모니터한다. 진단 시스템은 트립된 모터 프로텍터의 시간 및 상태와 관련된 모터 운전 시간 및 상태에 기초하여 상기 압축기 또는 상기 시스템이 갖는 압축기 또는 시스템 문제점의 유형을 진단하는 로직 회로를 포함한다. 또한 상기 진단 시스템은 배출 압력 센서 또는 응축기 온도 센서 중 어느 하나와, 대기 공기 센서 및 전압 센서를 포함한다. 상기 센서들은 시스템의 고장이 어디에서 발생했는지를 측정할 수 있는 진단 시스템에 정보를 제공한다.
압축기, 진단 시스템, 모터, 모터 프로텍터, 로직 회로, 압축기 어셈블리

Description

압축기 진단 시스템{COMPRESSOR DIAGNOSTIC SYSTEM}
본 발명은 냉동 또는 공기조화 시스템용 진단 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 냉동 또는 공기조화 시스템과 관련된 문제점을 진단하도록 압축기 "트립(trip)" 정보 및 여러 작동 특성을 사용하여 냉동 또는 공기조화 시스템용 진단 시스템에 관한 것이다.
여러 유형의 유체를 이동시키는데 사용되는 스크롤기와 같은 여러 기계가 기술상 공지되었다. 이들 스크롤기는 팽창기, 디스플레이스먼트 엔진(displacement engine), 펌프, 압축기 등으로 구성될 수 있고, 본 발명의 특징은 이들 기계 중 어느 것에도 적용할 수 있다. 그러나, 설명의 편의를 위해, 개시되는 실시예는 냉동 또는 공기조화 시스템에서 사용되는 밀봉식 냉동 스크롤 압축기의 형태를 가지고 있다.
스크롤 압축기는 우선적으로 가장 효율적인 작동을 위한 능력에 따라 공기조화 뿐만 아니라 냉동에 사용되는 압축기로서 점점 더 많이 사용되고 있다. 일반적으로, 이들 기기는 한 쌍의 맞물리는 스파이럴 랩과 합치되고, 이들 중 하나가 다른 하나에 대하여 선회하게 되어 그들이 외부 흡입구로부터 중앙 배출구쪽으로 이 동함에 따라 점진적으로 크기가 감소하는 하나 이상의 가동 챔버를 형성한다. 전기 모터가 제공되어, 모터 로터에 부착된 적당한 구동 샤프트를 통하여 오비팅 스크롤 부재를 구동시키도록 작동시킨다. 밀봉식 압축기에 있어서, 밀봉 셸의 바닥부는 통상적으로 윤활 및 냉각을 위하여 기름통(oil sump)을 포함한다. 본 발명의 진단 시스템이 스크롤 압축기와 관련하여 기재되었을지라도, 본 발명의 진단 시스템은 또한 다른 타입의 압축기에 사용될 수 있음을 알 수 있다.
종래에, 공기조화 또는 냉동 시스템이 설계된 바와 같이 작동하지 않을 경우, 문제점을 신속히 해결하기 위해 기술자가 불려진다. 이 기술자는 시스템관련 문제점을 해결하는데 도움이 되는 일련의 체크를 이행한다. 시스템 문제점의 원인 중 한가지가 시스템에서 사용된 압축기일 수 있다. 압축기의 고장 사실을 감지하는데 사용될 수 있는 여러 작동 패턴을 고장난 압축기가 나타낸다. 불행하게도, 시스템 문제에 대한 많은 다른 원인이 시스템의 다른 구성요소에 의한 것일 수 있고 또한 이들 다른 원인이 압축기의 성능 및 작동 패턴에 영향을 미칠 수 있다. 압축기에 대한 문제점이 없고 다른 곳에 문제점이 있는 경우에 압축기의 고장을 판정하고 시스템의 문제점 및 작동 패턴을 분석하는 것이 가능하다. 이러한 원인의 혼동은 통상적으로 양호한 압축기를 교환하게 한다. 진단 에러는 압축기가 전반적으로 시스템에서 가장 고가의 구성요소이기 때문에 비용이 든다. 문제를 더욱 악화시키는 것은 시스템의 문제에 대한 근본적인 원인이 해결되지 않고 상기 문제가 조만간 반복되는 것이다. 상기 설명한 바와 같이 시스템의 문제점의 오진단을 피하는데 도움이 되는 임의의 공구가 유용하고 저렴하다는 것이 증명되었다. 본 발명은 공기조화 또는 냉동 시스템에 대한 문제점의 진단의 정확성을 높이는 장치를 나타내고 있다.
공기조화 및 냉동 시스템에서 사용되는 압축기의 대부분은 소위 "내부 라인 브레이크 프로텍터(Internal Line Break Protectors)"라 불리는 내장 보호 장치를 구비하고 있다. 이들 프로텍터는 모터와 전기 직렬로 와이어된 열에 민감한 장치이다. 이들 프로텍터는 모터에 의한 선전류에 열적으로 반응하고, 배출 가스 온도, 흡입 가스 온도 또는 압축기에서의 특정 구성요소의 온도에 제한을 두지 않는 압축기 내의 다른 온도에 열적으로 반응한다. 이들 온도 중 하나가 설계 한계치를 초과하는 경우, 프로텍터는 모터와의 전기 연결을 개방한다. 이것은 압축기를 작동시키는 모터를 정지시키고 그 결과 압축기를 정지시키고 압축기의 고장을 일으키는 작동을 방지한다. 일정 시간 후에, 온도가 안전한 레벨로 떨어질 때, 프로텍터는 스스로 자동 리셋되고 압축기는 다시 작동한다. 프로텍터가 반응하는 온도는 압축기 및 전체 냉동 또는 공기조화 시스템이 작동한 결과이다. 압축기가 작동하거나 또는 전체 시스템이 작동하면 이들 프로텍터에 의해 감지된 온도에 영향을 미칠 수 있다. 프로텍션 시스템의 중요한 측면은 어떤 카테고리의 고장은 매우 짧은 압축기 ON 시간으로 프로텍터를 반복적으로 트립하고 다른 카테고리의 고장은 보다 적게 프로텍터를 트립시켜 압축기 ON 시간이 비교적 더 길어진다는 것이다. 예를 들면, 베어링이 멈춘 압축기는 대략 20초이거나 또는 ON 시간 이내 프로텍터를 트립한다. 다른 한편으로, 냉동 충전이 매우 낮은 시스템은 전형적으로 90분의 ON 시간 후에 프로텍터를 트립할 것이다. 트립 주파수의 분석, 트립 리셋 시간 및 압축기 ON 시간은 시스템의 문제의 원인을 식별하는데 여러 실마리를 제공할 것이다.
본 발명은 이러한 원리에 기초한 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 장치는 시간의 함수로서 프로텍터의 (개방 또는 폐쇄된) 상태를 계속해서 기록하고 고 장 상태를 판정하도록 이러한 상태 정보를 분석한다. 이 장치는 나아가서 압축기 또는 시스템의 나머지를 고장과 분리한다. 일단 고장과 분리될 때, 상기 장치는 시각적 인디케이터(발광부)를 작동시키고 전기 신호를, 상기 상태를 해결할 수 있는 임의의 인텔리전트 장치(제어기, 컴퓨터 등)로 송출한다. 이러한 상황에서, 기술자는 문제점이 압축기에 있거나 압축기 이외의 시스템 구성요소에 있다는 명확한 표시를 갖는다. 이 기술자는 상기 식별된 영역에서 심화된 고장탐구에 집중할 수 있다. 따라서 상기 장치는 상기 설명된 혼동된 진단 상태와 양호한 압축기를 실수로 교체할 가능성을 피할 수 있다.
프로텍터 상태 이외에도, 부가 정보가 공급 전압과 외부 대기 온도와 같은 냉동 시스템의 다른 작동 특성을 모니터하는 센서에 의해 수집될 수 있다. 상기 부가 정보는 냉동 또는 공기조화 시스템과 관련된 문제점을 더욱 진단하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 추가적인 적용 범위는 아래 기재된 상세한 설명으로부터 명확해 진다. 본 발명의 구성, 상세한 설명 및 특정 실시예는 본 발명의 범주를 한정하려는 것이 아닌 단지 설명을 위한 것임을 알 수 있을 것이다.
공기조화 또는 냉동 시스템이 설계된 바와 같이 작동하지 않을 경우, 문제점을 신속히 해결하기 위해 기술자가 불려진다. 이 기술자는 시스템관련 문제점을 해결하는데 도움이 되는 일련의 체크를 이행한다. 시스템 문제점의 원인 중 한가지가 시스템에서 사용된 압축기일 수 있다. 압축기의 고장 사실을 감지하는데 사 용될 수 있는 여러 작동 패턴을 고장난 압축기가 나타낸다. 불행하게도, 시스템 문제에 대한 많은 다른 원인이 시스템의 다른 구성요소에 의한 것일 수 있고 또한 이들 다른 원인이 압축기의 성능 및 작동 패턴에 영향을 미칠 수 있다. 압축기에 대한 문제점이 없고 다른 곳에 문제점이 있는 경우에 압축기의 고장을 판정하고 시스템의 문제점 및 작동 패턴을 분석하는 것이 가능하다. 이러한 원인의 혼동은 통상적으로 양호한 압축기를 교환하게 한다. 진단 에러는 압축기가 전반적으로 시스템에서 가장 고가의 구성요소이기 때문에 비용이 든다. 문제를 더욱 악화시키는 것은 시스템의 문제에 대한 근본적인 원인이 해결되지 않고 상기 문제가 조만간 반복되는 것이다. 상기 설명한 바와 같이 시스템의 문제점의 오진단을 피하는데 도움이 되는 임의의 공구가 유용하고 저렴하다는 것이 증명되었다. 본 발명은 공기조화 또는 냉동 시스템에 대한 문제점의 진단의 정확성을 높이는 장치를 나타내고 있다.
도면을 살펴보면 동일 부재번호는 여러 도면에서 동일한 부품을 지시하며, 도 1에 있어서, 스크롤 압축기는 전반적으로 부재번호 10으로 지시되고 본 발명에 따른 특유의 압축기 진단 시스템을 포함하고 있다. 압축기(10)가 냉동 또는 공기조화 시스템과 관련된 스크롤 압축기로서 설명되는 한편, 필요하다면 냉동 또는 공기조화 시스템에서 다른 타입의 압축기를 사용하는 것은 물론 다른 형태의 시스템에 결합된 어떤 형태의 압축기 설계일지라도 본 발명의 범주내에 있다.
스크롤 압축기(10)는 대체로 원통형인 밀봉 셸(12)을 포함하며, 이 상단부에 서 캡(14)이 용접되고 이 하단부에서 베이스(16)가 복수의 장착 다리부(도시 생략)가 함께 일체로 형성된 용접된다. 캡(14)에는 통상적인 배출 밸브를 구비한 냉동 배출 피팅(fitting, 18)이 구비된다. 용접되어 대략 셸(12)에 고정된, 가로질러 뻗어있는 파티션(20)은 캡(14)이 셸(12)에 용접되는 동일 지점 주변에 있다. 압축기를 장착하는 프레임(22)은 셸(12)내로 가압 끼워맞춰지고 베이스(16)의 단부에 의해 지지된다. 베이스(16)는 도 1에 도시한 바와 같이 베이스(16)가 셸(12)내에 수용되고 그 주변에 대해 용접되도록 셸(12)의 직경보다 약간 작다.
프레임(22)에 고정된 압축기(10)의 메인 부재는 2부품의 메인 베어링 하우징 어셈블리(24), 하부 베어링 하우징(26) 및 모터 고정자(28)를 포함한다. 상단부에서 편심 크랭크 핀(32)을 구비한 구동 샤프트, 즉 크랭크 샤프트(30)는 메인 베어링 하우징 어셈블리(24) 내에 결합된 베어링(34)과 회전가능하게 저어널되고 하부 베어링 하우징(26)내에 결합된 제 2 베어링(36)과 회전가능하게 저어널된다. 크랭크 샤프트(30)는 상향으로 크랭크 샤프트(30)의 정상부까지 뻗어있는 반경방향 외측으로 위치된 소직경 보어(40)와 연통하는 비교적 대직경의 중심 보어(38)를 그 하단부에서 구비하고 있다. 셸(12) 내부의 하부 부분은 로터의 하단부보다 약간 위의 레벨에서 윤활유로 채워지는 기름통(44)을 형성하고, 보어(38)가 펌프로 작동되어 윤활유를 크랭크 샤프트(30)로, 보어(40)내로 그리고 최종적으로 윤활이 필요한 압축기(10)의 모든 여러 부분에 펌프한다.
크랭크 샤프트(30)는 고정자(28), 고정자를 통과하는 권선(46) 및 크랭크 샤프트(30)에 가압 끼워맞춰진 로터(rotor, 48)를 포함한 전기 모터에 의하여 회전가 능하게 구동된다. 상부 평형추(50)는 크랭크 샤프트(30)와 결합되고 하부 평형추(52)는 로터(48)와 결합된다. 모터 권선(46)에 매우 근접하여 통상적인 형태의 온도 프로텍터(54)가 제공된다. 온도 프로텍터(54)가 정상 온도 범위를 초과하면 온도 프로텍터(54)는 모터를 비-여기시킬 것이다. 온도 프로텍터(54)는 모터 권선(46), 흡입 챔버(56)내의 흡입 가스, 및/또는 흡입 챔버(56)내로 배출되는 배출 챔버(58)내의 배출 가스에 의하여 가열될 수 있다. 흡입 챔버(56) 및 배출 챔버(58) 양자는 도 1에 도시한 바와 같이 셸(12), 캡(14), 베이스(16) 및 파티션(22)에 의하여 형성된다.
2부품의 메인 베어링 하우징 어셈블리(24)의 상부면에는 경판(64)으로부터 위쪽으로 뻗어있는 통상적인 스파이럴 베인, 즉 랩(62)을 구비한 오비팅 스크롤 부재(60)에 배치된 평평한 스러스트 베어링면이 제공된다. 저어널 베어링을 구비한 원통형 허브(66)가 오비팅 스크롤 부재(60)의 경판(64)의 하부면으로부터 아래로 돌출하고, 거기에 크랭크 핀(32)이 구동되게 배치된 내부 보어를 구비한 구동 부싱(68)이 회전가능하게 배치된다. 크랭크 핀(32)은 본 명세서에서 참조한 미국특허 공보 제4,877,382호에 개시된 바와 같이, 구동 부싱(68)의 내부 보어 한 부분에 형성된 평평한 면을 구동되게 결합하는 한 면에 평평한 부를 구비하여 반경방향 컴플라이언트 구동 장치를 제공한다. 또한 올덤 커플링(70)은 오비팅 스크롤 부재(60)와 2부품의 베어링 하우징 어셈블리(24) 사이에 위치되어 제공된다. 올덤 커플링(70)은 오비팅 스크롤 부재(60)와 비-오비팅 스크롤 부재(72)에 키이되어 오비팅 스크롤 부재(60)의 회전운동을 방지한다.
또한, 비-오비팅 스크롤 부재(72)에는 오비팅 스크롤 부재(60)의 랩(62)과 짝으로 결합되어 위치된 경판(76)으로부터 아래로 뻗어있는 랩(74)이 제공된다. 비-오비팅 스크롤 부재(72)는 상향 개방 리세스(80)와 연통하여 그 결과 배출 챔버(58)와 연통하는, 중앙에 배치된 배출통로(78)를 구비하고 있다. 또한 환형 리세스(82)가 비-오비팅 스크롤 부재(72)에 형성되고 플로팅 시일 어셈블리(84)가 그 내부에 배치된다.
리세스(80, 82) 및 플로팅 시일 어셈블리(84)는 비-오비팅 스크롤 부재(72)에 축선방향 가압력을 가하기 위하여 랩(62, 74)에 의해 압축된 가압 유체를 수용하는 축선방향 압력 가압 챔버를 형성하도록 상호작용하여 각각의 랩(62, 74)의 팁을 경판(76, 64)의 대향한 끝면과 각각 실링 결합하도록 가압한다. 플로팅 시일 어셈블리는 본 명세서에서 참조한 미국특허 공보 제5,156,639호에 보다 상세하게 설명된 타입인 것이 바람직하다. 비-오비팅 스크롤 부재(72)는 본 명세서에서 참조한 미국특허 공보 제4,877,382호, 제5,102,316호에 기재한 바와 같이 2부품의 메인 베어링 하우징 어셈블리(24)에 대하여 적합한 방식으로 축선방향 이동이 제한되고 장착되도록 설계된다.
압축기(10)는 성형된(molded) 전기 플러그(90)를 통하여 셸(12)내의 전기 모터에 제공되는 전기에 의해 동력공급된다.
도 1 내지 도 3을 살펴보면, 본 발명은 특유의 압축기 진단 시스템(100)으로 지시되고 있다. 진단 시스템(100)은 하나 이상의 전류 감지 장치(102)와 관련 로직 회로(104)를 포함한다. 전류 감지 장치(102)는 셸(12) 외부에 장착된 하우징(106)에 장착된다. 로직 회로(104)는 도 2에서 점선으로 도시된 압축기(10)에 대하여 편리한 위치에 위치되거나 또는 하우징(106)에 장착될 수 있다. 부가적으로, 감지 장치와 회로는 일부 압축기 설계를 위해 사용되는 바와 같이 특수한 컨택터나 특수한 권선 고정장치나 몰드(mold)된 플러그에 통합될 수 있다. 예컨대 이들 전류 감지 장치 및 회로는 전기 플러그(90)의 내부에 설치될 수 있는 것이다.
전류 감지 장치(102)는 전력 공급 와이어가 동력을 공급하는 압축기(10)에서의 전류를 감지한다. 도 2는 단상 모터와 접속한 두개의 전류 감지 장치(102)를 도시하고 있다. 전류 감지 장치(102) 중 하나가 압축기 모터용 메인 권선과 연결되고 다른 하나의 전류 감지 장치(102)가 압축기 모터용 보조 권선과 연결된다. 또한 도 3은 3상 모터와 접속한 두개의 전류 감지 장치(102)를 도시하고 있다. 각각의 전류 감지 장치(102)는 3상 전력 공급중에서 하나의 상과 연결된다. 도 3에는 2개의 전류 감지 장치가 3상 전력 공급중 2개의 상에서 전류를 감지하는 것을 도시하는 한편, 도 3에서 점선으로 도시된 3상 전력 공급중 3번째 상의 전류를 감지하기 위한 제 3 전류 센서(102)를 포함하는 것도 필요하다면 본 발명의 범주에 포함된다. 이들 전류 신호는 (개방 또는 폐쇄된) 프로텍터(54)의 상태 표시를 나타낸다. 전류 감지 장치(102)가 전력 공급 와이어에서의 전류를 사용하여 프로텍터(54)의 상태를 감지하는 경우, 프로텍터(54)의 모터쪽에서 전압의 유무를 감지함으로써 프로텍터(54)의 상태를 또한 감지할 수 있다. 본 발명의 발명자는 이것이 다소 바람직하지 않으나 셸(12)을 통해 뻗어있는 추가 밀봉 이송-통과 핀을 상기 경우에 필요로 하기 때문에 어떤 경우에서는 효과적인 접근법이라고 생각한다. 전류 감지 장치(102)로부터 수신된 신호는 압축기용(10) 디맨드 신호와 로직 회 로(104)에서 결합된다. 압축기(10)용 디맨드 신호는 공급전압의 존재를 감지함으로써, 또는 디맨드를 나타내는 이산신호를 제공하는 시스템 제어기(도시 생략)를 구비함으로써 얻어진다. 디맨드 신호 및 로직 회로(104)에 의해 수신된 신호는 로직 회로(104)에 의해 처리되어 프로텍터(54)의 트립 주파수에 대한 정보와 압축기(10)의 평균 ON 및 OFF 시간에 대한 정보를 유도한다. 로직 회로(104)는 전류 신호, 디맨드 신호 및 유도된 프로텍터 트립 주파수의 결합을 분석하여 고장 상태의 유무를 판정한다. 또한 로직 회로는 여러 고장에 기초한 특정 원인을 식별하는 특유의 능력을 갖는다. 녹색 LED 발광부(110) 및 노란색 LED 발광부(112)를 사용하는 이러한 정보가 수리공에게 제공된다. 녹색 LED 발광부(110)는 현재 고장 상태가 아니고 시스템이 정상 작동중임을 나타내도록 사용된다.
노란색 LED 발광부(112)는 고장 상태임을 나타내는데 사용된다. 노란색 LED 발광부(112)가 ON 될 때, 녹색 LED 발광부(110)는 OFF 된다. 따라서, 노란색 LED 발광부(112)는 고장뿐만 아니라 현재의 고장 유형을 표시하여 시각적으로 전달하는데 사용된다. 이러한 통신은 고장이 있고 무슨 고장인지를 식별하기 위해 표시하기 위하여 특정 기간 및 시퀀스에 대해 노란색 LED 발광부(112)를 ON 또는 OFF함으로써 이루어진다. 예를 들면, 1초 동안에 발광부(112)를 ON하고, 19초 동안에 발광부를 OFF하고, 이러한 시퀀스를 매 20초마다 반복하여 매 20초마다 한번 0N 깜박이는 깜박거림 발광부의 효과를 만들어 낸다. 이러한 시퀀스는 유형 1의 고장으로 코드되는 고장 유형에 대응된다. 발광부(112)가 20초의 시간대 동안에 1초에 2번 ON 깜박거리면, 유형 2로서 코드된 고장이 있음을 표시한다. 이러한 시퀀스는 발 광부(112)의 깜박거림의 횟수에 의하여 표시되는 고장의 유형으로 유형 3, 유형 4 등을 계속 표시한다. 발광부(112)가 특정 횟수만큼 깜빡거리는 방식은 로직 회로(104)에 의하여 탐지된 여러 고장의 형태를 기술자에게 시각적으로 전달하는데 사용된다. 본 발명이 깜박거리는 발광부(112)를 사용하여 고장코드를 전달하는 한편, 필요하다면 대단히 많은 수의 고장 코드를 전달하는 효과를 증대시키기 위해 복수의 발광부를 사용하는 것은 본 발명의 범주내에 있다. 게다가, 다른 전기 장치와 인터페이스될 수 있는 코드화된 전압 아웃풋을 제공하는 단계를 포함하는, 디폴트 코드를 제공하는 다른 방법이 또한 사용될 수 있다.
발광부(112)를 사용하는 특정 고장 코드를 시각적으로 통신하는 것 이외에, 로직 회로(104)는 전기 펄스의 코드 시퀀스를 시스템에 있을 수 있는 다른 인텔리전트 제어기에 아웃풋한다. 이들 코드화된 펄스는 진단 시스템(100)에 의해 탐지되는 고장의 유형을 나타낸다. 로직 회로(104)에 의해 탐지될 수 있는 고장의 유형은 다음과 같은 사항을 포함하나, 이에 한정되지 않는다:
1. 프로텍터 "트립됨".
2. 단상 모터의 보조 권선에 전력이 차단되거나, 개방되거나, 또는 펄티 런 축전기(faulty run capacitor)를 갖는다.
3. 단상 모터의 메인 권선에 전력이 차단되거나 또는 권선이 개방된다.
4. 메인 회로 차단기는 용접되어 닫혀진 접촉부를 갖는다.
5. 3상 회로에서의 하나의 상이 빠져있다.
6. 3상 시스템에서 상 시퀀스가 역전된다.
7. 공급 전압이 매우 낮다.
8. 압축기 내부의 로터가 멈춰진다.
9. 프로텍터가 시스템 고압측 냉동 회로의 문제점에 따라 트립되고 있다.
10. 프로텍터가 시스템 저압측 냉동 회로의 문제점에 따라 트립되고 있다.
11. 모터 권선이 개방되거나 내부 라인 브레이크 프로텍터가 고장이다.
12. 압축기로의 공급 전압이 낮다.
상기한 바와 같은 변화 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, 진단 시스템(100)은 프로텍터(54)의 상태를 인텔리전트 장치(116)에만 보낼 수 있다. 이러한 옵션에 있어서, 트립 주파수, ON 시간 및 OFF 시간과 같은 파라미터가 진단 정보와 함께 인텔리전트 장치(116)에서 생성될 수 있다. 인텔리전트 장치(116)는 압축기(10)와 연결된 압축기 제어기, 복수의 압축기(10)를 모니터하는 시스템 제어기, 원격 장치, 또는 하나 이상의 압축기의 진단 시스템(100)을 모니터하도록 선택된 다른 장치일 수 있다.
도 4는 단상 압축기와 연결된 진단 시스템(100)용 플로우 다이아그램이다. 디맨드 신호가 감지 장치(102)로부터 전류 신호와 함께 장치 또는 컨택터(120)(도 2 및 도 3)로부터 로직 회로(104)에 제공된다. 시스템에 동력이 처음 공급될 때, 프로세스는 122에서 수행되고, 성공적이면 화살표(124)에 의하여 도시된 바와 같이 시스템은 126에 도시된 바와 같이 정상 OFF 상태로 진행한다. 정상 OFF 상태(126)인 경우, 디맨드 신호가 시스템에 제공되면, 시스템은 화살표 128로 도시된 바와 같이 130으로 지시된 정상 운전 상태로 이동한다. 일단 디맨드가 충족되면, 시스 템은 화살표 132로 도시된 바와 같이 정상 OFF 상태(126)로 복귀한다.
정상 OFF 상태(126)인 경우, 메인 권선에서의 전류 또는 보조 권선에서 전류가 탐지되고 디맨드 신호가 없으면, 시스템은 화살표 134로 도시한 바와 같이 쇼트된 컨택터 상태(136)로 이동한다. 쇼트된 컨택터 상태(136)를 나타내는 경우, 디맨드가 신호화되면, 시스템은 화살표 138로 도시한 바와 같이 정상 운전 상태(130)로 이동한다. 정상 운전 상태(130)는 시스템이 화살표 132로 도시된 바와 같이 정상 OFF 상태(126)로 돌아가는 곳에서 디맨드가 만족될 때까지 계속되고, 이 상태는 전류가 메인 또는 보조 권선에서 감지되는지의 여부에 따라 쇼트된 컨택터 상태(136)로 다시 이동할 수 있다.
정상 운전 상태(130)에서 작동하는 동안에, 정상 OFF 상태(126)로의 복귀 이외의 세 가지의 경로중 한 경로를 따를 수 있다. 첫째로, 시스템이 디맨드 및 메인 권선 전류를 감지하나 보조 권선 전류를 감지하지 않으면, 시스템은 화살표 140으로 도시한 바와 같이 개방 보조 회로 상태(142)로 이동한다. 여기서부터, 시스템은 메인 권선 전류 및 보조 권선 전류가 감지되지 않을 때 화살표 146에 의하여 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 이동한다. 둘째로, 시스템이 디맨드 및 보조 권선 전류를 감지하나 메인 권선 전류를 감지하지 않으면, 시스템은 화살표 148로 도시된 바와 같이 개방 메인 회로 상태(150)로 이동한다. 여기에서, 시스템은 메인 권선 전류 및 보조 권선 전류가 감지되지 않을 때 화살표 152에 의하여 도시된 프로텍터가 트립된 상태(144)로 이동한다. 셋째로, 시스템이 디맨드를 감지하고 보조 권선 전류 및 메인 권선 전류를 감지하지 않으면, 시스템은 화살 표 154로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 이동한다.
프로텍터가 트립된 상태(144)에서 작동하는 동안에, 4가지 경로중 한 경로가 수행된다. 첫째로, 메인 권선 전류 또는 보조 권선 전류가 감지되고 디맨드가 만족되면, 시스템은 화살표 160으로 도시된 바와 같이 정상 운전 상태(130)로 이동한다. 둘째로, 프로텍터가 트립되면, 시스템의 ON 시간의 이동 시간대 평균(moving window average)은 12초보다 작게 되고, 시스템은 화살표 162로 도시된 바와 같이 다중 쇼트 운전(multiple short run) 상태(164)로 이동한다. 다중 쇼트 운전 상태로부터, 시스템은 화살표 166으로 도시한 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아간다. 셋째로, 프로텍터가 트립되면, 시스템의 ON 시간의 이동 시간대 평균은 15분보다 더 크고, 시스템은 화살표 168로 도시된 바와 같이 다중 롱 운전(multiple long run) 상태(170)로 이동한다. 시스템은 화살표 172로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아 간다. 넷째로, 프로텍터가 트립된 상태에서, 트립된 시간이 4시간을 초과하면, 시스템은 화살표 174로 도시된 바와 같이 동력 손실 또는 프로텍터 결함 상태(176)로 이동한다. 만일 시스템이 동력 손실 상태이거나 또는 프로텍터 결함 상태(176)이고 그리고 메인 권선 전류 또는 보조 권선 전류가 감지되는 동안에, 시스템은 화살표 178로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 돌아간다.
시스템이 도 4에 도시된 여러 위치로 이동할 때, 발광부(112)의 깜박거림은 감지된 고장 상태에 따라 표시된다. 바람직한 실시예에 있어서, 디맨드는 있으나 전류가 없기 때문에 만일 프로텍터 트립 상태가 154에서 감지되면, 발광부(112)는 한번 깜박인다. 최종 5번 트립 동안의 평균 ON 시간이 12초보다 작기 때문에 화살표 162로서 표시된 것과 같이 만일 압축기(10)가 멈추거나 낮은 공급 전압의 문제점이 있으면, 발광부(112)는 두번 깜박거린다. 모터 권선이 개방되면, OFF 시간이 4시간 이상이기 때문에, 화살표 174로 표시된 바와 같이 프로텍터가 고장이거나 또는 컨택터가 고장이고, 발광부(112)는 3번 깜박인다. 화살표 140에 의해 지시된 바와 같이 보조 권선이 개방되거나 또는 펄티 런 축전기가 있으면, 발광부(112)는 네번 깜박인다. 메인 권선이 화살표 148로 지시된 바와 같이 개방되면, 발광부(112)는 다섯번 깜박인다. 전류는 감지되나 디맨드가 없기 때문에 컨택터가 화살표 134로 지시된 바와 같이 밀착되면, 발광부(112)는 여섯번 깜박인다. 결국, 마지막 다섯번 트립 동안에 평균 ON 시간이 15분보다 작기 때문에 화살표 168로 지시된 바와 같이 또다른 시스템 문제에 따른 프로텍터 트립이 반복되면, 발광부(112)는 일곱번 깜박인다.
도 5는 3상 압축기와 연결된 진단 시스템(100)용 플로우 다이아그램을 나타낸다. 디맨드 신호가 감지 장치(102)로부터의 전류 신호와 함께 컨택터(120)로부터 로직 회로(104)에 제공된다(도 2 및 도 3). 시스템에 처음 동력이 공급될 때, 처음 프로세스는 122에서 실행되고, 성공적이면 화살표 124로 도시된 바와 같이 시스템은 126으로 도시한 정상 OFF 상태로 진행된다. 정상 OFF 상태일 때(126), 디맨드 신호가 시스템에 제공되면, 시스템은 도면부호 130으로 도시된 정상 운전 상태(130)로 화살표 128로 도시된 바와 같이 이동한다. 일단 디맨드가 충족되면, 시스템은 화살표 132로 도시된 바와 같이 정상 OFF 상태(126)로 복귀한다.
정상 OFF 상태(126)일 경우, 3상 중 한 상에서 전류 또는 3상 중 두번째 상에서의 전류가 탐지되고 디맨드 신호가 없으면 시스템이 화살표 234로 도시된 바와 같이 쇼트된 컨택터 상태(136)로 이동한다. 쇼트된 컨택터 상태(136)를 나타내는 경우, 디맨드가 신호화되면, 시스템은 화살표 238로 도시된 바와 같이 정상 운전 상태(130)로 이동한다. 정상 운전 상태(130)는 전류가 메인 권선 또는 보조 권선에서 감지되는지의 여부에 따른 쇼트된 컨택터 상태(136)로 다시 이동할 수 있는 정상 OFF 상태(126)로 화살표 132로 도시된 바와 같이 시스템이 되돌아가는 곳에서 디맨드가 만족할 때까지 계속된다.
정상 운전 상태(130)에서 작동하는 동안에, 정상 OFF 상태(126)로의 복귀 이외의 세 가지 경로 중 한 경로를 따를 수 있다. 첫째로, 시스템이 디맨드를 감지하고 11 밀리초가 제 3 상 전력공급의 제 1 과 제 2 상 사이의 영 교차 시간(zero crossing time) 차이보다 작거나 또는 이러한 시간의 차이가 14 밀리초보다 작으면, 시스템은 화살표 240으로 도시된 바와 같이 상 시퀀스 역전 상태(242)로 이동한다. 이로부터, 시스템은 제 1 상 전류 또는 제 2 상 전류 양자가 감지되지 않을 경우 화살표 246으로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 이동한다. 둘째로, 시스템이 디맨드를 감지하고 16 밀리초가 제 1 과 제 2 상 사이의 영 교차 시간 차이보다 작거나 또는 이러한 시간 차이가 21 밀리초보다 작으면, 시스템은 화살표 248로 도시된 바와 같이 상 손실 상태(phase missing condition, 250)로 이동한다. 이로부터, 시스템은 제 1 상 전류 및 제 2 상 전류 양자가 감지되지 않는 경우 화살표 252로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 이동한다. 세째로, 시스템이 디맨드를 감지하고 제 1 상 전류 및 제 2 상 전류를 감지하지 않으면, 시스템은 화살표 254로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 이동한다.
프로텍터가 트립된 상태(144)에서 작동하는 동안, 4개의 경로중 한 경로를 따를 수 있다. 첫째로, 제 1 상 전류 또는 제 2 상 전류가 감지되고 디맨드가 만족되면, 시스템은 화살표 260으로 도시된 바와 같이 정상 운전 상태(130)로 이동한다. 둘째로, 프로텍터가 트립되면, 그리고 시스템의 ON 시간의 이동 시간대 평균이 12초 보다 작으면, 시스템은 화살표 162로 도시된 바와 같이 다중 쇼트 운전 상태(164)로 이동한다. 다중 쇼트 운전 상태로부터, 시스템은 화살표 166으로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 돌아 간다. 셋째로, 프로텍터가 트립된 상태에서, 그리고 시스템의 ON 시간의 이동 시간대 평균이 15분 보다 더 크면, 시스템은 화살표 168로 도시된 바와 같이 다중 롱 운전 상태(170)로 이동한다. 시스템은 화살표 172로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아 간다. 넷째로, 프로텍터가 트립된 상태에서, 트립된 시간이 4시간을 초과하면, 시스템은 화살표 174로 도시된 바와 같이 동력 손실 또는 프로텍터 결함 상태(176)로 이동한다. 만일, 시스템이 동력 손실 또는 프로텍터 결함 상태(176)에 있는 경우 그리고 제 1 상 전류 또는 제 2 상 전류가 감지되면, 시스템은 화살표 278로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아 간다.
시스템이 도 5에 도시된 여러 위치로 이동할 때, 발광부(112)의 깜박거림은 감지된 고장 상태에 따라 표시된다. 바람직한 실시예에 있어서, 디맨드는 있으나 전류가 없기 때문에 프로텍터가 트립된 상태가 254에서 감지되면, 발광부(112)는 한번 깜박인다. 최종 다섯번 트립 동안에 평균 ON 시간이 12초보다 작기 때문에 화살표 162로 도시된 바와 같이 낮은 공급 전압 문제가 있거나 압축기(10)가 멈춰지면, 발광부(112)는 두번 깜박인다. 모터 권선이 개방이면, OFF 시간이 4시간보다 크기 때문에 화살표 174로 도시된 바와 같이 프로텍터가 고장이거나 또는 컨택터가 고장이면, 발광부(112)가 세번 깜박인다. 전류가 감지되나 디맨드가 없기 때문에 화살표 234로 도시된 바와 같이 컨택터가 용접되면, 발광부(112)는 네번 깜박인다. 마지막 다섯번의 트립 동안에 평균 ON 시간이 15분 보다 작기 때문에 화살표 168로 도시된 바와 같이 또 다른 시스템 문제에 따른 반복된 프로텍터 트립이 있으면, 발광부(112)는 다섯번 깜박인다. 영 교차 시간 차이가 11 밀리초와 14 밀리초 사이이기 때문에 화살표 240으로 도시된 바와 같이 전력 공급 상이 역전되면, 발광부(112)는 여섯번 깜박인다. 결국, 영 교차 시간 차이가 16 밀리초와 21 밀리초 사이이기 때문에 화살표 248로 도시된 바와 같이 3상 전력 공급에서 상 손실이 있으면, 발광부(112)는 일곱번 깜박인다.
상기 기술이 압축기(10)용 이동 시간대 평균을 모니터하여 설명된 한편, 로직 회로(104)가 압축기(10)용 실제 시간 또는 순간 상태를 사용하는 것은 본 발명의 범주내에 있다. 예를 들면, 화살표 162 또는 168에서 보는 바와 같이, 로직 회로(104)는 이동 시간대 평균을 주시하기 보다는, 압축기(10)에 대한 이전 운전 시간을 주시할 수 있다.
도 6은 시스템 문제를 진단할 때, 실행되는 플로우 다이아그램을 나타낸다. 300 단계에서, 기술자는 LED를 302 단계에서 체크함으로써 문제가 있는 지를 판정한다. 녹색 LED(110)가 켜지면, 압축기(10)가 정상적으로 작동하고 문제가 다른 구성요소에 있음을 304에서 표시한다. 노란색 LED 발광부(112)가 깜박거리면, 기술자는 306에서 깜박거림의 횟수를 카운트한다. 발광부(112)의 깜박거림의 횟수에 기초하여 고장 유형이 308에서 판정된다. 고장이 수정되고 시스템이 재순환되고 310에서 개시된다. 시스템은 압축기(10)에 임의의 고장이 있다는 단계(300)로 다시 복귀한다.
따라서, 진단 시스템(100)은 시스템에 문제가 있는 것과 같은 명확한 표시를 화면에 나타내 기술자에게 제공한다. 이때 기술자는 문제의 원인에 직접 대처할 수 있고 그리고 양호한 압축기를 교체한다는 가능성을 피할 수 있다.
도 7은 전형적인 냉동 시스템(320)을 도시하고 있다. 냉동 시스템(320)은 압축기(10), 증발기(326), 팽창 장치(324)와, 응축기(322)와 연결된 압축기(10)를 포함한다. 냉동 배관(328)은 도 7에 도시된 바와 같이 여러 구성요소를 연결한다.
도 8을 살펴보면, 전류 센서(102), 로직 회로(104), 녹색 LED 발광부(110) 및 노란색 발광부(112)의 형태로 되어 있는 진단 시스템(100)을 포함하는 컨택터(120)가 도시되어 있다. 컨택터(120)는 시스템 서모탯(350)(도 2 및 도 3), 일군의 시스템 안정장치(352)(도 2 및 도 3) 및/또는 시스템에 포함된 다른 센서들과 같은 여러 시스템 제어기로부터의 정보를 수신하도록 설계되고, 3개 인풋에 기초하여 압축기(10)에 동력을 공급한다.
컨택터(120)는 한 세트의 파워-인 커넥터(354), 한 세트의 파워-아웃 커넥 터(356), 한 세트의 컨택터 코일 커넥터(358), 및 발광부(110, 112)를 포함한다. 컨택터(120)에 대한 내부 개략도가 도 9에 도시되었다. 전력 공급부(360)가 커넥터(354)로부터 전력을 받고, 필요에 따라서 인풋 전력을 변환하여 필요한 전력을 입력 회로(362), 프로세스 회로(364) 및 출력 회로(366)에 공급하는데, 이들은 집합적으로 로직 회로(104)를 형성한다.
입력 회로(362)는 압축기(10)의 상태를 진단하기 위하여 디맨드 신호 및 전류 센서(102)로부터 인풋을 수신한다. 입력 회로(362)에 의해 수신된 정보는 제공된 정보를 분석하는 프로세스 회로(364)로 보내지며 압축기(10)를 작동시키고 및/또는 LED 발광부(110, 112)를 여기시키기 위해 출력 회로(366)에 정보를 제공한다. 컨택터(120)와 로직 회로(104)의 결합은 라인 전력 및 디맨드 신호 양자가 이미 컨택터(120)에 제공된다는 사실 때문에 시스템을 단순화시킨다. 컨택터(120)와 결합된 진단 시스템(100)의 기능 및 작동은 하우징(106)에 대해 상기 설명한 바와 같다.
도 10을 살펴보면, 전류 센서(102), 로직 회로(104) 및 발광부(110, 112)의 형태로 된 진단 시스템(100)을 포함한 몰드된 플러그(90)가 도시되어 있다. 특정한 경우에, 몰드된 플러그(90)와 진단 시스템(100)의 결합은 여러 장점을 제공한다. 진단 시스템(100)이 몰드된 플러그(90)에 결합될 때, 전력은 인풋 전력으로부터 커넥터(354)를 통해 공급되며, 또한 반드시 진단 시스템에 공급되어야 하지만, 커넥터(370)를 통해 별도로 공급될 수 있다. 게다가, 디맨드 신호는 플러그(90)에 반드시 공급되어야 하며 이것은 커넥터(372)를 통해 이루어진다. 몰드된 플러 그(90)와 결합된 진단 시스템(100)의 기능 및 작동은 하우징(106)에 대해 상기 설명한 바와 같다. 플러그(90)와의 연결은 연결부(374)를 통해 이루어진다.
도 4 및 도 5는 진단 시스템(100)에 대한 플로우 다이아그램을 도시한다. 프로텍터가 트립된 상태(144)에서 작동되는 동안에, ON 시간의 이동 시간대 평균 또는 이전 사이클의 ON시간에 따라 상이한 경로가 추종된다. 이들 여러 경로는 현재의 고장의 타입이 무엇인지 판정하는 것을 돕는다.
이러한 개념은 과부하 트립들 사이에서의 압축기 ON 시간에 기초한 추가 가설에 의해 확장될 수 있다. 과부하 트립 이전의 압축기 ON 시간의 지속은, 고장이 냉동 또는 공기조화 시스템의 고압측(응축기)에 있는지 저압측(증발기)에 있는지를 진단하는데 유용해지도록 확장될 수 있다. 이러한 추가된 정보는 기술자가 고장을 신속하게 찾는데 도움을 준다. 도 11은 진단 시스템(100)에 대한 플로우 다이아그램을 도시하고 있다. 도 11이 단상 모터에 대한 진단 시스템을 도시하고는 있으나, 도 11에 도시되고 아래에 설명되는 진단 시스템은, 필요하다면 3상 모터와 함께 활용될 수 있다.
이러한 접근법을 사용하면, ON 시간 및/또는 OFF 시간에 기초하여 식별될 수 있는, 도 12에 도시된 것과 같은 4개의 주요 시스템 고장이 있다. 첫째로, "로터 잠김"(LR 트립) 상태는 전형적으로 압축기의 기계적인 잠김 또는 거친 시동(hard start) 문제로부터 발생된다. 이것은 20초 또는 그보다 작은 시간내에서 통상적으로 가장 짧은 트립 시간을 초래한다. 이것은 로터 잠김 상태(164)로 향하는 화살표 162'에 의해 도 11에 도시되고: 로터 잠김 상태(164)로부터; 시스템은 화살표 166'로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아 간다. 둘째로, "쇼트 사이클링(short cycling)" 상태는 고압측 또는 저압측 안전 압력 스위치 중 어느 하나의 컷인(cut-in) 및 컷아웃(cut-out) 때문이다. 쇼트 사이클링 동안의 ON 시간 및 OFF 시간은 전형적으로 2분 또는 그보다 작은 정도이다. 이것은 쇼트 사이클링 운전 상태(164")로 향하는 화살표 162"에 의해 도 11에 도시된다. 쇼트 사이클링 운전 상태(164")로부터, 시스템은 화살표 166"에 의해 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아 간다. 세째로, "정상 과부하 트립"(프로텍터 트립) 상태는 폐색된 또는 고장난 응축기 팬과 같은 시스템 고장에 따른 최대-하중 상태를 압축기에 부과함으로써 가장 흔히 발생되는 것이다. 트립 사이의 ON 시간은 고장 정도에 따라 대체로 4분 내지 90분이다. 이는 도 11에서 정상 과부하 트립 상태(170')로 향하는 화살표 168'로 도시되어 있다. 정상 과부하 트립 상태(170')로부터, 시스템은 화살표 172'로 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아 간다. 도 12에 도시된 바와 같이, 응축기(322) Tc가 알려지면 정상 과부하 트립은 두개의 분리된 온도 영역으로 분류될 수 있다. 넷째로, "과도 운전 시간" 고장 상태는 전형적으로 90분 보다 더 많은 매우 긴 운전 시간을 초래한다. 시간당 3 사이클의 비율에 기초한 표준 50퍼센트의 운전시간 서모스탯 사이클은 10분의 ON 시간을 만들어 낸다. 따라서, 90분보다 긴 운전은 전형적으로 고장이다. 이것은 충전 고장(176')의 손실로 향하는 화살표 174'에 의해 도 11에 도시되어 있다. 충전 고장(176')의 손실로부터, 시스템은 화살표 178'에 의해 도시된 바와 같이 프로텍터가 트립된 상태(144)로 되돌아 간다. 진단 시스템(100')은 도 4 및 도 5에 도시된 진단 시스템(100)을 대신하거나 또는 진단 시스템(101')은 이들 다른 두개의 진단 시스템으로 동시에 작동할 수 있다.
추가 센서를 사용하여 추가 정보가 얻어질 수 있다. 키 센서(key sensors)를 첨가하여, 상기 설명된 진단 시스템은, 어떠한 설정 또는 상태에서도 압축기 고장과 시스템 고장 차이를 분명히 구별할 수 있는 주요한 성능을 가지도록 확장될 수 있다.
본질적으로, 주어진 전압 및 전력 공급 타입에 대하여, 압축기(10)에 대한 작동 전류는 대체로, 전형적으로 공표된 성능 테이블 또는 방정식에 의해 나타난 것처럼 주로 압축기의 배출 압력과 흡입 압력에 의해 규정되는 함수이다. 전형적으로, 대부분의 스크롤 압축기에 대하여, 압축기 전류는 주로 배출 압력에 의해 변하고 흡입 압력에는 그다지 영향을 받지 않는다. 기계적인 고장이 스크롤 압축기 내부에서 발생할 때, 압축기의 전류 저하는 동일한 배출 압력에서 상당히 증가할 것이다. 따라서, 전류 감지 장치(102)로써 전류를 감지함으로써, 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 센서(330)를 사용하여 배출 압력을 감지함으로써, 압축기(10) 내부의 대부분의 고장이 탐지될 수 있다. 주어진 전력 공급기에 대하여, 전압 변화는 공급기의 전류에 영향을 미친다. 그러나, 고장이 대체로 영구적이고 복구될 수 없는 경우에, 이들 전압 변화는 통상 단속적이고 영구적이지 않다. 이러한 차이는 전류 감지 장치(102)로써 전류를 탐지함으로써 그리고 여러 번의 반복되는 사이클 동안 센서(330)로써 배출 압력을 감지함으로써 구별될 수 있다.
일반적으로, 배출 압력 센서(330)는 특히 주거 시스템 기구용의 아주 고가의 구성요소이다. 저가의 대안은 도 7에 도시된 바와 같이 튜브 머리핀이나 리턴 밴드 위의 응축기(322)의 중간점에 장착된 온도 센서 CR 서미스터(332)를 사용하는 것이다. 이러한 온도 감지는 주거용 열펌프의 디맨드 타입의 서리제거 제어에 사용되는 것으로 꽤 널리 알려져 있다. 도 13은 전형적으로 압축기 전류와 응축 온도 사이의 관계를 도시한다. 이러한 관계에 대한 일반 방정식 또는 테이블은 진단 시스템(100, 100')에 사전에 프로그램될 수 있다. 완전한 최초 설치 후 초기 24시간의 작동 시간 동안에 2개 또는 3개의 좌표점을 측정함으로써, 도 13과 같은 그래프가 도출될 수 있으며, 이 그래프는 무고장 기준으로써 사용될 수 있도록 시스템에 맞추어 교정될 수 있다.
전류 감지 장치(102) 이외에, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 압력 센서(330) 또는 온도 센서(332), 외부 대기 온도 센서(334)가 추가될 수 있다. 센서(334)의 추가는 주로 센서(102, 330, 332)로부터의 데이터를 센서(334)로 부터의 데이터로 레버리징(leveraging)함으로써 압축기 고장을 탐지하기 위한 것이다. 온도 센서(332)와 온도 센서(334) 양자는 주거용 열펌프에서 디맨드 타입의 서리제거 제어로 전형적으로 사용되기 때문에, 이러한 개념은 기술자가 이들 센서에 이미 친숙하고 추가 비용은 점진적일 뿐이라는 점에서 매우 매력적이다.
응축 온도 및 응축기 델타 T(응축 온도에서 대기 온도를 뺌)를 조합하면 가열모드의 열 펌프를 포함하여 아래에 설명된 바와 같이 보다 강력한 시스템 고장의 진단 능력을 제공하는데, 이것은 델타 T는 증발 온도에서 대기 온도를 뺀 값이 되기 때문이다. 아래 차트 중, 냉각 모드에 있어서 델타 T는 응축기 델타 T를 나타 내고 가열 모드에 있어서 델타 T는 증발기 델타 T를 나타낸다.
냉각 모드 가열 모드
외부 팬 중단/고장
또는 과중(높은쪽)		 과부하 트립
높은 델타 T
높은 응축온도
고전류
낮은 델타 T
내부 송풍기 중단/고장
또는 충전 손실(낮은쪽)		 낮은 델타 T
낮은 델타 T
긴 운전시간		 과부하 트립
낮은 델타 T
긴 운전시간
서리제거 개시 --- 높은 델타 T
압축기 고장 전류 대 응축온도 ---
용량 손실 % 운전 시간 % 운전 시간
결국, 추가된 외부 대기 센서(334)가 도 14에 도시된 바와 같이 퍼센트 운전 시간을 사용하여 용량 손실을 진단할 수 있다. 전류, 전압 및 운전시간이 알려졌기 때문에 압축기의 에너지 사용을 예측하는 것이 또한 가능하다. 시간에 따른 에너지 사용이 모니터되고 기록될 수 있다.
전반적으로, 도 15에는 전기 진단 도구의 일례가 전류 감지 장치(102), 응축기 온도 센서(332) 및 외부 대기 온도 센서(334)로써 도시된다. 이들 센서는 단일 스위치가 아니며 시스템을 연속적으로 모니터링하기 때문에, 이러한 제어에 안전 보호 기능이 통합될 수 있고 고합 및 저압 안전 스위치가 필요 없을 수 있다.
추가 진단 능력은 전력 공급 와이어가 동력 공급하는 압축기(10)에서의 전압을 감지함으로써 이루어질 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전압 센서(402)가 이러한 목적으로 구체화되어 도시된다. 온도 센서(54)와 같은 내부 라인 차단을 갖춘 압축기는 압축기(10)에 대한 공급 전압이 특정값 이하로 떨어지면 "트립"될 것이다. 이 값은 전형적으로 공칭 전압의 10퍼센트 미만이다. 이 감소된 전압 상태하에서, 모터 전류는 "트립" 프로텍터(54)를 충분히 가열시키는 레벨 로 증가될 것이다. 그러므로, 프로텍터(54)가 트립될 때 전압을 알 수 있으면, 이러한 낮은 전압 상태는 특정 고장으로 플래그(flag)될 수 있다. 그러면 수리공은 저전압 상태의 원인을 찾는 데에 집중할 수 있다. 전압은 여러 방법에 의하여 감지될 수 있다. 센서(402)로써 도시된 압축 터미널에서 직접적으로 감지되거나 또는 압축기(10)에 동력을 공급하는 전기 회로의 다른 지점에서 감지될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 센서(404)를 사용하여 시스템의 제어 전압을 모니터함으로써 또한 간접적으로 감지될 수 있다. 제어 전압은 전형적으로 저전압 회로(24 VAC)이고 강압 변압기(도시 생략)를 사용하여 얻어진다. 이러한 제어 전압은 또한 라인 전압의 변화에 직접 비례하여 변화한다. 그러므로, 제어 전압을 모니터하면 라인 전압을 모니터할 수 있다.
본 발명의 설명은 단지 예시적인 것으로, 본 발명에 대한 여러 변경이 본 발명의 범주내에 있다는 것을 당업자라면 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 압축기 진단 시스템을 포함하는 밀봉 스크롤 압축기의 수직 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 압축기용 단상 모터에 대한 진단 시스템의 개략도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기용 3상 모터에 대한 진단 시스템의 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 압축기용 단상 모터에 대한 진단 시스템의 플로우 다이아그램,
도 5는 본 발명에 따라 압축기용 3상 모터에 대한 진단 시스템의 플로우 다이아그램,
도 6은 압축기 시스템을 진단하는 경우에 따른 플로우 다이아그램,
도 7은 본 발명에 따라 압축기 및 진단 시스템을 사용하는 전형적인 냉동 시스템의 개략도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진단 시스템의 회로를 포함한 컨택터의 사시도,
도 9는 도 8에 도시된 컨택터 회로를 개략적으로 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 진단 시스템의 회로를 도시하는 압축기 플러그를 개략적으로 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 압축기용 진단 시스템의 플로우 다이아그램,
도 12는 트립전 ON 시간에 기초한 있을 수 있는 시스템 고장을 표시하는 차트,
도 13은 응축기의 온도에 대한 전류를 도시하는 그래프,
도 14는 외부 대기 온도에 대한 운전 시간 퍼센트를 도시하는 그래프, 및
도 15는 본 발명에 따른 진단 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.

Claims (65)

  1. 압축기에 동력을 공급하여 온(ON) 상태가 되도록 작동가능한 모터를 포함하는 압축기와,
    모터 작동 파라미터에 응답하여 상기 모터에 대한 전력 공급을 제한하기 위해 트립된 상태에서 작동가능한 모터 프로텍터와,
    상기 모터 프로텍터가 상기 트립된 상태에 있을 때 상기 온 상태에서 작동하는 상기 압축기의 이동 시간대 평균에 기초하여 고장 상태를 진단하도록 작동가능한 진단 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진단 장치는,
    상기 압축기의 작동 시간과 비작동 시간(idle time)을 결정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진단 장치는,
    상기 모터가, 미리 설정된 작동 파라미터를 벗어나 있는 시간의 길이를 결정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    전기 플러그를 더 포함하고,
    상기 진단 장치는 상기 전기 플러그에 통합된 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    디맨드 신호를 제공하는 컨택터를 더 포함하고,
    상기 압축기는 상기 디맨드 신호에 응답하여 상기 온 상태에서 작동하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 진단 장치는,
    상기 컨택터에 통합된 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진단 장치와 통신하며 상기 고장 상태를 지시하도록 작동가능한 인텔리전트 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인텔리전트 장치는 상기 진단 장치로부터 진단 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 진단 장치와 통신하며 시스템의 작동 특성을 모니터하도록 작동가능한 센서를 더 포함하고,
    상기 진단 장치는 상기 센서로부터 상기 작동 특성을 수신하며 상기 작동 특성에 기초하여 상기 압축기를 작동중단시키도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 센서는,
    상기 압축기의 배출 압력을 모니터하도록 작동가능한 압력 센서와, 대기 온도를 모니터하도록 작동가능한 온도 센서와, 상기 모터에 공급되는 전기의 전압을 모니터하도록 작동가능한 전압 센서와, 상기 모터에 공급되는 전기의 전류를 모니터하도록 작동가능한 전류 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 진단 장치는,
    상기 작동 특성을 모니터하기 위해, 상기 센서와 함께 디맨드 신호를 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 모터에 공급되는 전기의 전류를 모니터하도록 작동가능한 전류 센서이고,
    상기 진단 장치는 상기 전류 센서로부터의 인풋 및 상기 디맨드 신호에 기초하여 상기 모터 프로텍터의 상기 상태 및 모터 프로텍터의 트립 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 고장 상태는 압축기 고장인 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 고장 상태는 시스템 고장인 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 시스템 고장은 로터 잠김 상태와, 쇼트 사이클링 상태와, 정상 과부하 상태와, 과도 운전 시간 상태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 디맨드 신호를 제공하는 컨택터와,
    온(ON) 상태에서 작동가능한 압축기와,
    상기 디맨드 신호에 응답하여 상기 압축기에 동력을 공급하여 상기 온 상태가 되도록 작동가능한 모터와,
    모터 작동 파라미터에 응답하는 모터 프로텍터와,
    상기 모터 프로텍터의 상태와 상기 온 상태에서 작동하는 상기 압축기의 이동 시간대 평균에 기초하여 시스템 작동 상태를 진단하도록 작동가능한 진단시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 진단 시스템과 통신하며 냉각 시스템의 작동 특성을 모니터하도록 작동가능한 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 센서는,
    상기 압축기의 배출 압력을 모니터하도록 작동가능한 압력 센서와, 상기 모터에 공급되는 전기의 전류를 모니터하도록 작동가능한 전류 센서와, 대기 온도를 모니터하도록 작동가능한 온도 센서와, 상기 모터에 공급되는 전기의 전압을 모니터하도록 작동가능한 전압 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 센서는 전류 센서이고,
    상기 진단 시스템은 상기 전류 센서로부터의 인풋 및 상기 디맨드 신호에 기초하여 상기 모터 프로텍터의 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 압축기는 흡입 압력측 및 배출 압력측 사이에서 작동하고,
    상기 냉각 시스템의 문제점은 상기 흡입 압력측에 연결된 상기 진단 시스템에 의해 진단되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 압축기는 흡입 압력측 및 배출 압력측 사이에서 작동하고,
    상기 냉각 시스템의 문제점은 상기 배출 압력측에 연결된 상기 진단 시스템에 의해 진단되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  22. 제16항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    상기 모터 프로텍터의 상태를 표시하도록 작동가능한 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 인디케이터는,
    냉각 시스템의 문제점을 식별하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  24. 제16항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    냉각 시스템의 문제점을 표시하도록 작동가능한 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  25. 제16항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    상기 압축기의 작동 시간과 비작동 시간(idle time)을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  26. 제16항에 있어서,
    전기 플러그를 더 포함하고,
    상기 진단 시스템은 상기 전기 플러그에 통합된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  27. 제16항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    상기 컨택터에 통합된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  28. 제16항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    로터 잠김 상태와, 쇼트 사이클링 상태와, 정상 과부하 상태와, 과도 운전 시간 상태 중 적어도 하나를 진단하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  29. 제16항에 있어서,
    응축기와,
    상기 응축기와 연결된 팽창 장치와,
    상기 팽창 장치와 연결된 증발기를 더 포함하고,
    상기 압축기는 상기 증발기 및 상기 응축기와 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 진단 시스템과 통신하며 냉각 시스템의 작동 특성을 모니터하도록 작동가능한 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 센서는,
    상기 압축기의 배출 압력을 모니터하도록 작동가능한 압력 센서와, 상기 모터에 공급되는 전기의 전류를 모니터하도록 작동가능한 전류 센서와, 대기 온도를 모니터하도록 작동가능한 온도 센서와, 상기 모터에 공급되는 전기의 전압을 모니터하도록 작동가능한 전압 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 센서는 전류 센서이고,
    상기 진단 시스템은 상기 전류 센서 및 상기 디맨드 신호에 기초하여 상기 모터 프로텍터의 상기 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 압축기는 흡입 압력측 및 배출 압력측 사이에서 작동하고,
    상기 냉각 시스템의 문제점은 상기 흡입 압력측에 연결된 상기 진단 시스템에 의해 진단되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  34. 제29항에 있어서,
    상기 압축기는 흡입 압력측 및 배출 압력측 사이에서 작동하고,
    상기 냉각 시스템의 문제점은 상기 배출 압력측에 연결된 상기 진단 시스템에 의해 진단되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  35. 제29항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    상기 모터 프로텍터의 상태를 표시하도록 작동가능한 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 상기 인디케이터는,
    냉각 시스템의 문제점을 표시하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  37. 제29항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    냉각 시스템의 문제점을 표시하도록 작동가능한 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  38. 제29항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    상기 압축기의 작동 시간과 비작동 시간(idle time)을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  39. 제29항에 있어서,
    전기 플러그를 더 포함하고,
    상기 진단 시스템은 상기 전기 플러그에 통합된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  40. 제29항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    상기 컨택터에 통합된 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  41. 제29항에 있어서, 상기 진단 시스템은,
    로터 잠김 상태와, 쇼트 사이클링 상태와, 정상 과부하 상태와, 과도 운전 시간 상태 중 적어도 하나를 진단하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  42. 압축기와, 상기 압축기를 구동하는 모터와, 상기 모터를 위한 모터 프로텍터를 포함하는 압축기 시스템용 진단 시스템에 있어서,
    상기 압축기의 작동 상태를 모니터하는 적어도 하나의 센서와,
    상기 적어도 하나의 센서 및 모터 프로텍터와 연결되고, 상기 모터 프로텍터의 트립 주파수를 결정하며 고장 원인을 식별하도록 작동가능한 로직 회로와,
    상기 로직 회로와 통신하며 상기 고장 원인을 표시하도록 작동가능한 인텔리전트 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 로직 회로는 상기 상태를 분석하고,
    상기 인텔리전트 장치는 고장 원인을 표시하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  44. 제42항에 있어서, 상기 로직 회로는,
    상기 모터 프로텍터의 트립 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  45. 제42항에 있어서, 상기 로직 회로는,
    상기 압축기의 평균 온(ON) 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  46. 제42항에 있어서, 상기 인텔리전트 장치는,
    상기 고장 원인을 시각적으로 통신하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  47. 제42항에 있어서, 상기 로직 회로는,
    상기 고장 원인을 식별하도록 전기적인 펄스의 코드화된 시퀀스를 상기 인텔리전트 장치로 아웃풋하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  48. 제42항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는,
    상기 로직 회로와 연결된 디맨드 신호 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  49. 제48항에 있어서, 상기 디맨드 신호 센서는,
    공급 전압을 모니터하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  50. 제48항에 있어서, 상기 디맨드 신호 센서는,
    디맨드를 표시하는 신호를 제공하는 시스템 컨트롤러와 통신하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  51. 제48항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는,
    상기 로직 회로와 연결된 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  52. 제51항에 있어서, 상기 로직 회로는,
    상기 전류 센서의 아웃풋과, 상기 디맨드 센서의 아웃풋을 수신하고, 상기 수신된 전류 및 디맨드 신호로부터 모터 프로텍터 트립 주파수를 도출하는 것을 특 징으로 하는 진단 시스템.
  53. 제51항에 있어서,
    상기 전류 센서는 메인 권선 전류 센서와 보조 권선 전류 센서를 포함하고,
    상기 로직 회로는 상기 디맨드 신호 센서와 메인 권선 전류 센서와 보조 권선 전류 센서로부터 수신한 인풋에 기초하여 상기 상태를 통신하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 로직 회로는 정상 운전 상태로 작동가능하고,
    상기 로직 회로는 상기 메인 권선 전류 센서 및 보조 권선 전류 센서로부터 신호가 없는 경우에 상기 프로텍터를 트립 상태로 이동시키는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  55. 제53항에 있어서,
    상기 로직 회로는 프로텍터 트립 상태로 작동가능하고,
    상기 로직 회로는 상기 메인 권선 전류 센서 및 보조 권선 전류 센서 중 적어도 하나로부터 아웃풋과 상기 디맨드 센서로부터의 아웃풋을 수신하는 것이 허용될 경우에 정상 운전 상태 신호를 아웃풋하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  56. 제53항에 있어서, 상기 로직 회로는,
    상기 메인 권선 전류 센서 및 보조 권선 전류 센서 중 적어도 하나와 상기 디맨드 신호 센서로부터 수신된 상기 인풋으로부터 모터 프로텍터의 트립 주파수를 도출하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  57. 제53항에 있어서, 상기 인텔리전트 장치는,
    상기 디맨드 신호 센서, 메인 권선 전류 센서 및 보조 권선 전류 센서 중 적어도 하나로부터 상기 로직 회로에 의해 수신된 인풋에 기초하여 고장을 표시하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  58. 제42항에 있어서, 상기 로직 회로는,
    로터 잠김 상태와, 쇼트 사이클링 상태와, 정상 과부하 상태와, 과도 운전 시간 상태 중 적어도 하나를 진단하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
  59. 모터에 의해 구동되는 압축기의 적어도 하나의 작동 상태를 감지하는 단계와,
    상기 작동 상태를 분석하는 단계와,
    상기 모터를 위한 모터 프로텍터의 트립 주파수를 결정하는 단계와,
    상기 작동 상태 및 상기 트립 주파수에 기초하여 압축기의 고장 원인을 식별하는 단계와,
    인텔리전트 장치로 상기 고장 원인을 통신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 제59항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 압축기의 평균 온(ON) 시간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제59항에 있어서, 상기 적어도 하나의 작동 상태를 감지하는 단계는,
    디맨드 신호와 전류를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 감지된 전류 및 디맨드 신호로부터 상기 모터 프로텍터의 트립 주파수를 도출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제59항에 있어서, 상기 압축기의 고장 원인을 식별하는 단계는,
    상기 감지된 작동 상태에 기초하여 고장 원인을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제59항에 있어서, 상기 통신하는 단계는,
    고장 원인을 식별하도록 전기적인 펄스의 코드화된 시퀀스를 아웃풋하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제59항에 있어서,
    상기 고장 원인을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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