KR102009062B1 - 원심 냉매 증기 압축기 - Google Patents

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Abstract

냉각 사이클에서 냉매 증기를 압축하기 위한 원심 압축기. 압축기는 압축기 하우징 내에서의 회전을 위해 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링(43)에 의하여 지지되는 임펠러 구동 샤프트(38) 및 상기 임펠러 구동 샤프트와 회전하도록 상기 임펠러 구동 샤프트 상에 장착된 적어도 하나의 원심 임펠러 휠을 포함하는 임펠러 어셈블리를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링은 베어링 유체가 냉매 증기인 유체동압 유체 베어링이다. 상기 압축기는 상기 임펠러 어셈블리로부터 상기 제 1 및 제 2 유체 베어링으로 냉매 증기의 일부를 공급하기 위한 도관(36)을 더 포함한다.

Description

원심 냉매 증기 압축기{Centrifugal refrigerant vapour compressors}
본 발명은 원심 증기 압축기(centrifugal vapour compressor)에 관한 것으로서, 특히, 이에 제한되는 것은 아니지만, 전기 구동(예를 들면, 전기적 모터 구동) 원심 증기 압축기에 관한 것이며, 본 발명의 실시예에 따른 압축기는, 냉장고(예를 들면, 상용 냉장고) 및 산업용 프로세스 냉각을 위한 것뿐 아니라, 공기조화, 직접팽창(Direct expansion, DX) 냉수 및 다른 냉각 시스템에서와 같은 냉각 순환부 및 시스템에 특히 적합하다.
상업용 건물 내의 공기조화를 위해서는 냉수 및 DX 시스템이 일반적으로 사용된다. 이는 또한 프로세스 냉각 및 다른 다양한 응용을 위해 사용된다. 이는 일반적으로 하나 이상의, 단말 유닛 내에서 재순환되는 공기를 냉각하기 위한 열교환기 또는 건물 내의 공기조화 배관 내에서 사용되는 냉각된 물 또는 공기를 제공하는, 냉각 순환부를 포함한다.
이러한 응용을 위한 전형적인 냉각 순환부는 순환 냉매 유체를 사용하며 증기-압축 냉각 사이클로 동작한다. 냉매는 과열된 증기 상태에서 압축기로 들어가고 더 높은 압력으로 압축되며, 동시에 냉매 증기의 포화온도를 증가시킨다. 압축기 배출구로부터의 과열 증기는 응축기(condenser)로 전달되어 냉각되고, 과열 저감되며(de-superheat), 증기는 포화 액체로 응축되고 이어서 과냉각 액체로 된다. 건물 내의 공기조화 시스템 내에서, 액체 상태로 응축됨에 따라 냉매로부터 방출된 열은 일반적으로 외기로 방출된다. 응축기로부터의 과냉각된 액체 냉매 출력은 다음으로 팽창 장치를 통과하며, 여기에서 급격한 압력 강하를 겪어, 액체 냉매 일부의 단열 순간 증발을 가져온다. 이는 잔여 액체 냉매의 포화 온도를 급격히 낮추어 액체와 증기의 혼합물이 되게 한다. 냉매 혼합물은 이제 증발기로 전달되어 이를 통해 냉각될 물 또는 공기가 흐른다. 차가운 액체/증기 냉매 혼합물의 액체 부분은 증발하고, 이 동안 순환하는 물 또는 공기로부터 열을 제거하여 냉각한다. 증발기 출구로부터의 과열 냉매 증기는 압축기 입구로 되돌아가 사이클이 다시 시작된다.
로터리, 스크류, 스크롤, 왕복 및 원심 압축기를 포함하는 다양한 유형의 압축기가 냉각 순환부에 사용되어 왔다.
사용가능한 압축기 유형 중에서, 상대적으로 적은 가동부로 단순하고 연속적인 회전 운동으로 구동되기 때문에, 원심 압축기가 오랫동안 많이 사용되었으며, 신뢰성이 있고 유지관리를 별로 요구하지 않는 것으로 증명되었다. 공지의 원심 압축기에서 얻어지는 압축비(일반적으로 약 3:1 내지 4:1)는 다른 압축기에 의해 얻어지는 것만큼 높지 않은 반면, 압력 증가 및 결과적인 온도 증가는 압축기가 사용되는 일반적인 응용에 적합하게 획득된다.
다른 압축기 유형뿐 아니라, 가장 잘 알려진 원심 압축기에서, 압축기 베어링(또는 다른 가동부)을 윤활하기 위해 재순환 냉매에 오일을 첨가한다. 오일은 냉매와 반대로 작용하지 않도록 세심하게 선택되어야 하며 냉매와 함께 자유롭게 순환되어야 한다; 냉매 유형의 변화는 일반적으로 오일의 변화를 필요로 한다.
냉각 시스템은 또한, 속도 비말동반(entrainment), 중력 및/또는 배관의 적절한 라우팅/사이징(routing/sizing)에 의해 전체 시스템을 따라 흐르고 귀환하는 것에 의하거나, 오일이 오일 세퍼레이터로부터 압축기로 돌아오도록 제공된 별도의 귀환 경로 및 압축기 출구에 오일 세퍼레이터가 배치되는 것에 의해, 냉매와 함께 순환하는 오일이 압축기로 돌아오는 것을 보장하도록 섬세하게 설계되어야 한다.
더 최근에는, 오일 윤활과 관련된 복잡함을 피하기 위하여, 오일프리 원심 압축기가 제안되었다.
오일프리 압축기의 한 예는 Danfoss Turbocor™ 압축기로서, 자기 베어링을 사용하는 2단 원심 압축기이다. 이 자기 베어링은 정확하게 동작하고 전력 손실이 있을 때의 장애시 안전 동작을 보장하기 위하여 복잡한 제어시스템을 요구한다.
US 2004179947은 오일프리 원심 압축기의 다른 예를 개시하고 있는데, 이 경우에는 박막 증기 저널 베어링(foil vapour journal bearings)(때로는 "동적" 또는 "유체동압(hydrodynamic)" 가스 베어링으로 지칭된다)을 사용하여 압축기의 회전 샤프트를 지지하여, 베어링 자체 내의 샤프트의 회전 동작이 샤프트를 지지하는 데 필수적인 압력을 생성하도록 한다. WO 00/55506 및 WO 94/295597은 레이디얼 동적 가스 베어링을 사용하는 원심 냉매 압축기의 다른 예들을 기재하고 있으며, 여기에서는 냉매 자체가 베어링 유체로 사용된다.
JP 2004044954은 유체정압(hydrostatic)인 레이디얼 베어링(radial bearing), 즉 베어링 유체가 냉매 자체인 외부적으로 가압된 베어링을 채용한 1단 냉매 압축기를 기재하고 있다. 일반적인 동작 속도에서, 압축기 증기 출구로부터의 냉매 증기 일부는 베어링에 공급되어 베어링을 띄우기 위해 필수적인 가압된 유동을 제공한다. 낮은 압축기 속도에서는, 베어링은 축압기(accumulator)로부터의 냉매 증기를 대신 공급받아 가압된다. US 2009/311089는 유체정압 레이디얼 베어링을 포함하는 압축기의 다른 예를 기재하고 있다.
최근에는, DX 시스템 및 냉각수의 냉각 사이클로부터 방출된 열을, 예를 들면, 온수를 제공하는 것과 같은 유용한 작업을 위해 사용하고자 하는 요구가 증가하고 있다. 상용/산업용 보일러로부터의 일반적인 온수 온도는 82℃이다. 한편, 상술한 유형의 오일프리 원심 압축기를 포함하는 통상적인 냉각 시스템은 방출되는 열 에너지로부터 약 50 ∼ 55℃를 넘지 않는 온수를 생산할 수 있다. 이는 충분히 높은 압축비를 얻지 못하는 것에 기인한다. 따라서, 온수 온도를 원하는 82℃로 높이기 위하여 보조 열 에너지원(오일 또는 가스 보일러)을 사용하는 것이 필수적이다.
본 발명은 일반적으로 증진된 원심 냉매 압축기를 제공하는 것이며, 이는 하나 또는 그보다 많은 공지된 압축기와 관련된 문제점을 개선할 수 있다.
본 발명의 소정의 실시예의 일반적인 목적은 냉각수 시스템에서 사용될 수 있어서 5℃ 또는 그 미만의 냉각수와 보조 가열 에너지 공급 없이 82℃ 또는 그 초과의 온수를 제공할 수 있는 원심 압축기를 제공하는 것이다.
일 양상에서, 본 발명은 냉각 사이클에서 냉매 증기를 압축하기 위한 원심 압축기로서, 상기 압축기는:
압축기 하우징 내에서의 회전을 위해 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링에 의하여 지지되는 임펠러 구동 샤프트; 및
상기 임펠러 구동 샤프트와 회전하도록 상기 임펠러 구동 샤프트 상에 장착된 적어도 하나의 원심 임펠러 휠을 포함하는 임펠러 어셈블리를 포함하며;
상기 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링은 베어링 유체가 냉매 증기인 유체동압 유체 베어링이며, 상기 압축기는 상기 임펠러 어셈블리로부터 상기 제 1 및 제 2 유체 베어링으로 냉매 증기의 일부를 공급하기 위한 도관을 더 포함한다.
유체 베어링은, 임펠러 구동 샤프트에 결속된 내측 베어링 부분과 샤프트로부터 그리고 이를 둘러싸며 이격되며 예를 들어 압축기 하우징인 지지 구조체에 결속된 외측 베어링 부분의 대향하는 베어링 표면들 사이에서 베어링 갭 내의 얇은 유체층(즉, 액체 또는 증기/가스)에서만 수반되는 로드를 지지하는 베어링이다. 이 경우, 유체는 증기, 즉 냉매 증기 그 자체이다.
본 발명의 이러한 양상의 유체동압 유체 베어링은 자체-지지되고 일반 작동 속도에서 베어링을 부유(float)하게 하는 어떠한 외부 가압도 필요로 하지 않는다. 그러나 임펠러 어셈블리로부터 베어링으로 증기 일부를 공급하는 도관을 준비하는 것은, 베어링이 자체-지지되는 일반 작동 속도에서도 베어링을 통한 증기의 유동을 유지하는데 사용될 수 있다. 이는, 오염물의 진입을 방지하는데 도움을 주며 필요하거나 또는 바람직한 경우 베어링의 냉각에도 도움을 줄 수 있기 때문에 바람직하다. 임펠러 어셈블리(또는 외부 공급원)로부터 증기의 일부를 공급하는 이러한 타입의 유체동압 베어링은 아래의 설명에서는 "혼성(hybrid)" 베어링으로 지칭된다.
또한, 압축기는 전형적으로 구동 샤프트를 둘러싸는 하우징을 포함할 것이다. 압축기는 임펠러 구동 샤프트의 회전을 구동시키기 위한 모터를 더 포함한다. 모터는 압축기 하우징 내에 장착될 수 있다.
소정의 실시예에서, 증기의 일부가 임펠러 어셈블리로부터 베어링으로 공급되는 도관은 압축기 하우징 내에 형성된 경로일 것이다. 경로는 베어링의 외측 부분에 인접한 각각의 베어링에서 종결될 것이며, 증기는 베어링의 외측 일부를 통하여 연장된 하나 또는 그보다 많은 구멍을 통하여 두 개의 베어링 표면 사이의 갭 내측으로 공급될 것이다. 경로는 예를 들어 외측 베어링 일부의 외측 표면 둘레를 따르는 환형 채널 내에서 종결될 것이며, 이 경우 채널 둘레로 이격된 다수의 구멍이 존재하는 것이 바람직하며, 각각의 구멍은 이러한 채널로부터 각각의 갭으로 외측 베어링 부분을 통하여 연장된다. 구멍은 바람직하게는 균등하게 이격된다. 네 개 또는 그보다 많은 구멍이 바람직하다.
대안적으로 또는 부가적으로, 임펠러 어셈블리로부터 하나 또는 그보다 많은 베어링으로 증기의 부분적 공급이 임펠러 구동 샤프트 내의 도관을 통하여 공급될 수 있으며 내측 베어링 부분 내의 구멍을 통하여 베어링 갭 내측으로 주입될 것이다.
본 발명의 실시예들에 따라, 유체 혼성 베어링을 사용함으로써 윤활유를 사용할 필요가 없으며 윤활유와 냉매 사이의 호환성 문제가 회피된다. 이는 과거 전형적으로 사용되지 않았던 냉매의 사용 기회를 잠재적으로 열어준다. 베어링을 부유시키기 위한 냉매 자체, 증기 또는 액체의 사용은 디자인을 간단하게 하고 베어링 유체의 구분된 공급의 필요성을 회피한다.
더욱이, 오일 펌프, 오일 세퍼레이터, 오일 여과, 오일 수준 제어, 압축기 크랭크케이스 가열기, 및 오일 세퍼레이터 가열기와 같은 복잡하고 값비싼 구성요소들이 모두 제거되며, 오일 시스템 오작동의 경우 오류 또는 시스템 셧다운의 위험성도 제거된다. 최근 습기(습증기), 냉매와 결합된 고흡습 오일의 존재는 산성 형성을 이끌 수 있는데, 이는 구동 모터 와인딩을 공격하는 경향이 있어서 고온 부분에서 구리 플레이팅을 야기한다. 따라서, 냉각 시스템 내의 윤활유의 완벽한 제거는 압축기/시스템 오류를 종종 야기하는 이러한 문제를 제거한다. 또한, 윤활유의 부재는 윤활유와 새로운 냉매 사이의 호환성을 고려할 필요가 없기에 새로운 냉매의 새로운 장착을 보다 용이하게 한다.
이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서 레이디얼 베어링은 유체동압 베어링이며, 일반 작동 속도에서 베어링 자체 내의 샤프트의 회전 운동은 샤프트를 지지하는데 필요한 증기의 존재를 생성한다. 회전하는 샤프트를 마주하는 베어링 표면은 전형적으로 홈이 존재하여 (그리고 이 경우 일반적으로 베어링 유체가 증기여서) 베어링의 안정성 및 신뢰성을 증진시키며 고속에서 적절한 로드 용량 및 강성을 보장한다. 홈은 회전 방향으로 굽어지며 전형적으로 나선홈이다.
본 발명의 이러한 양상에 따라, 전술한 종래기술과 달리, 본 발명의 실시예의 유체동압(즉, 자체-지지) 유체 베어링은 (본 발명의 다른 양상의 소정의 실시예들이 임펠러 휠로부터 증기 공급을 갖지 않을 수 있지만) 적어도 하나의 원심 임펠러 휠로부터 가압된 냉매 증기를 공급받는다.
임펠러 휠로부터 베어링으로 가압된 증기 공급을 제공함으로써, 회전 속도에 의하여 생성된 압력이 샤프트의 중력 로드를 지지하는데 충분한 속도에 아직 도달하지 않았기에 베어링이 부유하지 않는 동안 압축기의 시동 시간을 최소화할 수 있다. 특히, 증기 공급이 임펠러 휠의 고압 영역으로부터인 경우, 임펠러가 회전하기 시작하면 냉매 증기의 가압된 공급을 베어링에 제공할 수 있어서 유체동압 베어링 자체의 회전에 의하여 생성되는 압력을 증가시킨다.
임펠러 어셈블리의 적어도 하나의 임펠러 휠은 일반적으로 다수의 블레이드와 임펠러 휠 둘레의 임펠러 케이싱을 가질 것이며, 임펠러 블레이드와 임펠러 케이싱은 임펠러 어셈블리를 통한 냉매 증기의 유동 경로를 규정한다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 압축기의 샤프트를 스위칭-온하고 회전시키기 위한 방법을 제공하며, 이는: 베어링 표면들 사이에서 상승력을 생성하도록 베어링을 통하여 바람직하게 주어진 압력으로 증기 체적 유동률을 유입시킴으로써 유체동압 베어링을 사용하여 압축기 샤프트를 정적(휴지) 위치로부터 상승(작동) 위치로 변위시키는 단계를 포함한다.
증기는 고압 하에서 과열 증기일 수 있으며, 유체동압 베어링 및/또는 샤프트의 구성과 신속하게 접하도록 팽창되는 포화 증기 또는 과열 증기 상태로 끓여진 포화 액체일 수 있어서, 원심 압축기 베어링 표면의 내측 표면으로부터 멀리 샤프트를 상승시키는데 충분한 힘을 생성한다.
샤프트가 작동 속도에 이르면, 자체-지지 동적 균형이 성립되며, 이는 후술한다.
또한, 본 발명은 압축기를 스위칭-오프하는 방법을 제공하는 것으로 이해되어야 하며, 이는: 출구를 통하여 가스 유동을 제어함으로써 압축기 샤프트를 하강시켜, 가스에 의하여 제공된 어떠한 상승 효과도 제거하고 이에 따라 베어링의 표면에 샤프트를 접촉하게 하는 단계를 포함한다.
압축기의 회전 속도가 유체동압 베어링을 자체-지지하게 하기에 충분한 경우, 임펠러 휠로부터의 냉매 증기의 공급은 더 이상 필요하지 않고 (그리고 소정의 실시예에서) 스위칭-오프될 것이다. 그러나 본 발명의 바람직한 실시예에서 임펠러 휠로부터의 냉매 증기의 공급은 유지될 수 있다. 이는 베어링을 통한 냉매 증기의 유동을 유지하는 장점을 가지며, 오염물의 유입을 방지하도록 (또는 베어링으로부터 오염물을 씻어내도록) 도우며, 필요시 베어링의 냉각도 도울 수 있다. 증기 유동은 압축기의 작동 동안 연속적일 수 있다. 대안적으로, 이는 간헐적으로 (밸브 작동에 의하여) 스위칭-온오프될 수 있어서, 예를 들어 미리 결정된 문턱값을 초과하여 베어링 온도가 증가한 것이 탐지된 경우 베어링을 냉각시키도록 증기 유동을 제공한다.
압축기가 속도에 이른 경우 베어링을 통한 증기의 안정적 유동을 유지하는데 필요한 임펠러로부터의 공급 압력은, 시동 및 저속에서 베어링을 부유시키는데 필요한 (또는 적어도 바람직한) 압력만큼 높지 않다. 따라서, 소정의 실시예에서 냉매 증기 공급은 둘 (또는 그보다 많은) 상이한 영역의 임펠러 어셈블리의 휠 또는 휠들로부터 취하여지며, 상대적으로 저압 영역 및 상대적으로 고압 영역을 포함하며, 압축기는 레이디얼 베어링으로 냉매 증기를 공급하는 도관으로 임펠러 휠(들)의 고압 영역 또는 저압 영역 중 어느 하나를 선택적으로 연결하기 위한 밸브 배열체를 더 포함한다(그리고 소정의 실시예에서 스러스트 베어링(thrust bearing)도 포함한다). 이러한 방식으로 냉매 증기는 저속 구동 동안, 예를 들어 시동 및 셧다운시, 임펠러의 고압 영역으로부터 공급될 수 있으며, 압축기가 속도데 이르고 유체동압 베어링이 자체-지지되면 공급은 스위칭되어 임펠러 휠(들)의 저압 영역으로부터 냉매 증기를 공급하여 오염물 유입을 방지하고 냉각시키기 위하여 베어링을 통하여 증기 유동을 유지한다.
임펠러 휠(들)의 상이한 압력 영역에서 예를 들어 셋 또는 넷 또는 그보다 많은 다수 증기 태핑(tapping)을 레이디얼 베어링에 한 번에 하나씩 태핑으로부터의 선택적 증기 공급을 위한 적절한 밸브 배열체와 함께 사용함으로써, 냉매 증기 공급 압력이 샤프트의 회전 속도에 기초하여 선택될 수 있다(저속에서 고압 및 고속에서 저압). 이러한 배열체의 적절한 제어를 통하여, 베어링 자체의 저항은 냉매 증기의 유동을 조절하는데 적합할 수 있으며, 구분된 유동 조절 오리피스의 어떠한 필요도 회피한다.
베어링의 가압이 임펠러 배열체로부터의 냉매 증기를 사용하여 이루어지거나 유체동압 베어링 내에서 베어링 자체 내에서 이루어지거나 또는 이 둘이 조합되는 경우, 필연적으로 시동 시기가 될 것이며, 이 경우 압축기는 제로 속도로부터 시동되고, 셧다운 시 압축기가 정지하도록 감속되며, 샤프트와 샤프트를 면하는 베어링 표면 사이에 접촉이 이루어진다. 이러한 접촉 시기로부터 야기되는 마모가 최소화될 것이지만, 소정의 경우 이러한 짧은 접촉 시기조차도 회피하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 소정의 경우, 샤프트의 회전 속도가 베어링 내에서 자체-지지되는 적절한 속도를 생성하는데 충분하기 이전에, 가압된 냉매 증기의 외부 공급은 압축기의 작동과 무관하게 제공되며, 베어링을 부유시키는 저속으로 베어링에 가압된 냉매 증기를 공급하도록 베어링에 연결될 수 있으며, 및/또는 압축기의 임펠러 배열체가 베어링 내에 샤프트를 지지하도록 적절한 압력에서 냉매 증기의 공급을 제공할 수 있다. 본 발명의 소정의 양상에 따른 압축기의 베어링은 전술한 임펠러 휠로부터 증기 공급 장소 내에서 외부 공급으로부터 증기 공급을 갖는다. 소정의 실시예에서, 예를 들어 증기 유동을 제공하도록, 외부 공급이 압축기의 일반적 작동 동안(즉, 시동과 셧다운 시기 사이에서) 연속될 수 있어서, 필요시 베어링으로의 오염을 방지하고 및/또는 베어링을 냉각하는 것을 돕는다. 이러한 유동은 간헐적일 수 있어서, 예를 들어 미리 결정된 문턱값을 넘는 베어링 온도의 증가가 탐지된 경우에만 베어링을 냉각시키는 증기 유동을 제공하도록 (예를 들어, 적절한 밸브의 작동에 의하여) 스위칭-온된다.
압축기가 일반 작동 속도로 구동중인 경우, 가압된 증기의 외부 공급이 압축기/냉각 시스템으로부터 가압된 냉매 증기를 캡쳐하고 저장할 수 있는 냉매 압축 베슬(pressurisation vessel)을 포함한다. 이러한 베슬 내에 저장된 가압된 냉매 증기는 다음 셧다운 및 시동시 압축기의 저속 작동 동안 베어링을 가압하도록 사용될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 가압된 증기의 외부 공급은 필요시 (예를 들어, 시동시 및/또는 셧다운시) 증발기를 사용하여 제공될 수 있다. 증발기는 액체 냉매를 가열하여 바람직하게는 필요시에만 포화 또는 보다 바람직하게 과열 냉매 증기를 생성하여 베어링에 공급할 수 있다. 액체 냉매는 압축기기 그 일부인 냉각 순환부로부터 취해질 수 있으며, 또는 구분된 공급으로부터 올 수 있다. 시동 및 셧다운 작동에서 사용되기 위한 구분된 증발기 베슬이 존재할 수 있으며, 또는 동일 베슬(들)이 모두의 작동을 위하여 사용될 수 있다.
소정의 경우, 가압된 냉매 증기의 외부 공급이 사용되던 여부와 무관하게, 냉매 증기가 주입되기 이전에 베어링 내에서 소정의 열을 생성하도록 "건식 구동(dry running)"(즉, 샤프트와 베어링 표면 사이의 접촉이 있는 회전) 시기가 시동에 바람직할 수 있다. 이는, 압축기가 정지한 시기에 냉매 증기의 응축이 베어링 내에서 이루어질 수 있기 때문이다. 액체 냉매가 존재하는 경우 이러한 형식의 베어링으로 압축기 구동 샤프트를 작동시키는 것이 바람직하지 않을 것이다. 최초의 시기의 건식 구동에 의하여, 순수 냉매 증기가 도입된 이후 생성된 마찰열이 베어링 내의 어떠한 액체도 증발시킬 것이다.
건식 구동에 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 또는 그보다 많은 베어링이 관련된 가열기 부재를 가질 수 있다. 이러한 가열기 부재는 냉매 증기의 주입 이전에 시동시 베어링 구성의 온도를 상승시키도록 또는 셧다운시 증기 주입 동안 베어링 온도를 유지하도록 사용된다. 냉매의 포화 온도 너머 베어링 온도를 상승시키거나 유지시킴으로써, 응축이 방지된다.
부재를 가열하는지 또는 건식 구동 시기에 시동 또는 셧다운시 베어링 온도를 상승시키도록 사용되는지 여부와 무관하게, 하나 또는 그보다 많은 온도 센서가 베어링 온도를 감지하도록 제공되는 것이 바람직하다. 제어 시스템은 온도 센서로부터의 결과값을 사용할 수 있어서 베어링 온도가 냉매의 포화 온도인 때 또는 그보다 높은 때를 결정하여 결과적으로 증발기 또는 압축 베슬로부터의 냉매 증기의 공급을 작동시키는지를 결정한다. 유사하게, 셧다운시 온도 센서로부터의 결과값은 필요시 베어링 온도를 응축과 액체 형성을 회피하는데 충분한 온도로 유지하도록 가열 부재의 작동을 제어하는데 사용될 수 있다.
소정의 실시예에서, 임펠러 구동 샤프트가 회전 구동하기 이전에 유체동압 유체 베어링이 부유하였던 것(즉, 증기 필름이 대향하는 베어링 표면 사이에서 형성되었던 것)을 보장하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 하나 또는 모두의 베어링 표면 상에서 홈을 포함하는 유체동압 베어링의 경우, 외부 공급으로부터의 가압된 증기의 공급은 정적 베어링 상에서 작동할 수 있어서 임펠러 구동 샤프트의 회전을 야기하는 외측 베어링 부분에 비하여 상대적으로 내측 베어링 부분에 회전력을 가한다. 이러한 회전은 압축기의 일반적 작동에 비교하여 역방향이다. 이러한 회전은 베어링이 부유하였던 경우에만 이루어질 것이다. 따라서, 샤프트의 역방향 회전을 감지하는 센서를 사용함으로써, 제어 시스템은 이러한 회전 여부에 기초하여, 베어링이 부유하였었는지, 그리고 신호가 임펠러 구동 샤프트를 위한 구동기(예를 들어, 전기적 모터)를 시동할 것을 전송할 수 있는지를 결정할 수 있다. 다음, 베어링으로의 가압된 증기 유동이 종결되거나 감소될 수 있다.
예를 들어 내측 및 외측 베어링 부분 사이의 공간을 감지하는 근접 센서와 같이, 베어링이 부유하였던 경우를 감지하기 위한 대안적인 수단이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다.
일반적으로, 샤프트와 레이디얼 베어링 사이에서 축방향 정렬이 사용시 열적 팽창을 허용하는 압축기의 작동 동안 유지되는 것이 중요할 것이다. 베어링 정렬을 도울 수 있도록, 탄성 지지체에 의하여 압축기 하우징 내에서 장착될 수 있다. 적절한 탄성 지지체는 탄성 판막 또는 'O'링이다. 특히, 'O'링이 사용되는 경우, 탄성 지지체는 회전자를 댐핑하는 추가 진동을 제공할 수 있어 유용하다.
냉매 압축기에서 유체동압 베어링을 위한 탄성 지지체의 사용은 독특한 것으로 여겨지며, 베어링 유체가 냉매 증기 그 자체가 아닌 경우에서도 유익한 것으로 발견된다.
따라서, 다른 양상에서, 본 발명은 냉각 사이클에서 냉매 증기를 압축하기 위한 원심 압축기로서, 상기 압축기는:
압축기 하우징 내에서의 회전을 위해 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링에 의하여 지지되는 임펠러 구동 샤프트; 및
상기 임펠러 구동 샤프트와 회전하도록 상기 임펠러 구동 샤프트 상에 장착된 적어도 하나의 원심 임펠러 휠을 포함하는 임펠러 어셈블리를 포함하며;
상기 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링은 유체동압 유체 베어링이며, 탄성 지지체에 의하여 압축기 하우징 상에 장착된다.
제 1 양상에서 전술한 바와 같이 베어링 유체는 냉매 증기 자체일 수 있으나, 반드시 이러할 필요는 없다. 전술한 바와 같이, 탄성 지지체는 탄성 판막 또는 'O'링일 수 있다.
본 발명에서 고려하는 이러한 형식의 원심 압축기에서, 레이디얼 베어링에 추가하여 스러스트 베어링을 사용하는 것이 일반적이어서, 임펠러의 입구에서 흡입 압력을 생성함에 따라 하나 또는 그보다 많은 임펠러의 반작용에 의하여 야기되는 축방향으로 임펠러 구동 샤프트의 횡 이동에 저항한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양상 중 어느 하나에서, 압축기는 스러스트 베어링을 더 포함한다. 스러스트 베어링은 유체 베어링일 수도 있으며, 바람직한 실시예에서 유체는 레이디얼 베어링과 같이 냉매 증기 그 자체이다. 바람직한 실시예에서 레이디얼 베어링과 유사하게 스러스트 베어링은 유체정압, 유체동압 또는 그 둘의 혼성 베어링일 수 있어서, 압축기의 임펠러 어셈블리로부터 가압된 냉매 증기 공급을 취한다. 가압된 냉매의 공급은 레이디얼 베어링을 위한 것과 같이 임펠러 어셈블리의 동일한 영역으로부터 취하여질 수 있으며, 또는 주어진 어떠한 설치에서도 특정 공급 압력 필요치에 따라 상이한 영역에서 취하여질 수 있다.
본 발명의 다양한 양상의 소정의 실시예들에서, 압축기는 멀티-스테이지 압축기이며, 냉매 증기가 직렬로 유동하는 다수의 임펠러를 포함한다. 제 1 스테이지는 중간 압력으로 증기 압력을 상승시키고, 다음 제 2 스테이지에서 이러한 중간 압력으로 증기를 취하며 더 높은 압력으로 상승시킨다. 이러한 방식으로 더 높은 총 압력이 임펠러 출구에서 수용 가능한 증기 속도를 넘지 않으면서 또는 작동 효율 감소를 야기하기 않으면서 단일 압축기 내에서 가능하다. 일반적으로, 2-스테이지 압축기는 대부분의 적용에서 적절하지만, 본 발명의 실시예들은 의도된 적용 필요치에 따라 셋 또는 넷 또는 그보다 많은 스테이지를 가질 수 있다.
둘 또는 그보다 많은 임펠러가 사용되는 경우, 적어도 두 개의 임펠러는 바람직하게는 축방향에서 상이하게 지향되며, 블레이드 측면이 서로 면하거나 또는 후면이 서로 면한다. 임펠러 입구가 블레이드 측면의 중심에 위치함에 따라, 등을 맞대고 나란한 배열체가 바람직하며(즉, 후면이 서로를 면함), 증기 입구 접근이 입구를 방해하지 않는다. 이러한 방식으로 임펠러를 배열함에 따라, 하나의 임펠러에서 제공되는 횡방향 추력이 다른 것을 방해하지 않고 추력 상에서 총 횡방향 힘을 감소시킨다. 그러나 보다 높은 압력의 제 2 스테이지에서 임펠러에 의하여 제공되며 추력이 제 1 스테이지 임펠러에 의하여 제공되는 것보다 전형적으로 클 것이기에, 전체적으로 여전히 불균형하다.
보다 일반적으로, 가능한 전체적으로 또는 부분적으로 반작용력이 자체-소거되도록 임펠러를 배열하는 것이 바람직하다. 부분 추력 소거가 고려된 경우, 스러스트 베어링은 잔여 축방향 추력을 지지하도록 디자인될 수 있다. 이러한 접근에서, 스러스트 베어링 로드는 모두 동일한 방향을 지향하도록 직렬로 배열된 둘 (또는 그보다 많은) 임펠러의 경우보다 낮을 것이다. 예를 들어 3-스테이지 (즉, 세 개의 임펠러) 배열체에서, 가장 고압의 임펠러 스테이지를 일 방향으로 지향시키고 다른 두 개의 저압 스테이지를 다른 방향으로 지향시킴으로써 축방향 힘을 균형에 근하하게 하는 것이 가능할 수 있다.
멀티-스테이지 압축기에서 임펠러들이 임펠러 구동 샤프트의 일 단부에 모두 배열되는 것이 가능한 반면, 다른 단부에 배열시키는 것이 바람직하다. 따라서, 2-스테이지 압축기에서, 하나의 임펠러를 샤프트의 어느 하나의 단부에서 갖는 것이 바람직하다. 4-스테이지 압축기에서, 두 개의 임펠러가 샤프트의 일 단부에서 갖고 다른 두 개는 다른 단부에서 갖는 것이 바람직하다. 이는 보다 균형잡힌 배열체를 제공한다. 또한, 두 개의 (또는 그보다 많은) 스테이지를 이격시킴으로써, 하나의 스테이지와 다음 스테이지 사이의 파이프워크 연결은 절약기(economiser) 순환부가 존재하는 경우 이로부터 추가의 냉매 증기의 도입을 위한 용이한 위치를 제공한다. 또한, 파이프워크 연결은 두 스테이지 사이에서 인터쿨러(intercooler)를 위치시키기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 인터쿨링은 자연스러운 열 폐기를 통해 또는 임펠러 스테이지들 사이에서의 액체 냉매 주입을 통해 이루어진다. 또한, 이러한 파이프워크는 본 발명의 경우와 같이 전체적인 압축기 효율을 증진시키도록 디퓨저 배열에 수용될 수 있다.
본 발명의 압축기의 소정의 실시예들은 실질적으로 수평으로 지향된 임펠러 구동 샤프트로 사용되도록 구성될 수 있으며, 다른 실시예들은 실질적으로 수직으로 지향된 임펠러 구동 샤프트로 사용되도록 구성될 수 있다. 수직 지향은 레이디얼 베어링이 축방향 로드를 덜 수용하고 스러스트 베어링의 보다 큰 표면 영역이 감소된 응력을 야기한다는 장점을 갖는다.
바람직하게, 압축기 하우징은 액체 냉매가 그 방향과 무관하게 압축기에 진입하는 것을 방지하도록 디자인된다. 또한, 베어링 구성은, 특정 설치의 필요치에 따라 수직 또는 수평 지향 중 어느 하나에서 구성될 수 있는 범용 디자인을 제공하도록 선택될 수 있다.
수직 지향 구성에서, 임펠러 휠(들)은 바람직하게 샤프트 상에 배열되어 임펠러 휠(들)을 가로지르는 차압으로부터 야기된 알짜힘이 임펠러 어셈블리를 상방으로 상승시키도록 작용하여, 스러스트 베어링(또는 스러스트 베이렁들) 상에서의 중력과 샤프트, 모터 및 임펠러 어셈블리의 전체 무게를 지지하는 스러스트 베어링 상에서의 결과적인 로드를 릴리싱한다(즉, 부분적 또는 전체적으로 무효화한다).
제 3 양상에서, 본 발명은 추가 가열 입력의 필요 없이 10℃ 미만의 냉각수와 80℃ 초과의 온수를 제공할 수 있는 냉각-가열 시스템에 사용되는 냉매 압축기를 제공하며, 압축기는 적어도 18:1(보다 바람직하게는 적어도 19:1 또는 적어도 20:1)의 압축비와 적어도 80K(보다 바람직하게는 적어도 90K)의 압축기를 가로지르는 온도 상승을 제공하도록 구성되고, 냉매는 25bar, 보다 바람직하게는 15bar를 초과하는 압축기 출구에서의 압력 없이 바람직한 온도를 제공하도록 특정적으로 선택된다.
압축기는 스크류 압축기 또는 스크롤 압축기일 수 있다. 그러나 보다 바람직하게는 원심 압축기이며 특히 바람직한 실시예에서 2-스테이지 원심 압축기이며, 가장 바람직하게 오일프리 디자인이다.
압축기는 오일프리 디자인으로 전술한 제 1 및 제 2 양상 중 어느 하나 또는 모두에 따른 원심 압축기일 수 있다.
전술한 본 발명의 다양한 양상에서, 모터는 영구 자석 전기적 모터일 수 있다. 이는 회토류 영구 자석 모터일 수 있다. 모터는 바람직한 작동 파라미터에 따라 2극 또는 4극 디자인일 수 있다. 대안적으로, 모터는 유도 모터일 수 있으며, 예를 들어 2극 또는 4극 디자인의 유도 모터일 수 있다.
바람직하게, 모터는 적어도 10,000rpm, 보다 바람직하게 20,000rpm(그리고 소정의 경우 이보다 빠르게, 예를 들어 200,000rpm 또는 400,000rpm 또는 그보다 높음)에서 압축기 임펠러(들)을 구동할 수 있다. 전력은 인버터를 통해 모터에 공급되며, 이는 모터 속도 및 전력을 제어하도록 사용된다. 모터 속도의 변화는 소정의 실시예에서 매우 중요한 기능을 제공하여, 압축기를 통한 냉매 질량 유동률을 변화시키며, 이에 따라 냉각 용량(kW), 가열 용량(kW) 및 압축비를 변화시켜 이들이 작용하는 냉각 시스템의 열적 요구에 특히 적합하게 한다.
모터는 바람직하게 압축기 하우징 내에 장착된다. 모터 고정자는 압축기 하우징 내에 장착될 수 있으며, 임펠러 구동 샤프트 둘레에 장착된 모터의 회전자는 압축기 하우징 내에 장착된다. 2-스테이지 압축기에서, 임펠러 구동 샤프트의 어느 한 단부에 구비된 임펠러로서, 모터는 바람직하게 두 임펠러들 사이에서 압축기 하우징 내에 위치한다.
인버터는 압축기 하우징 상에 또는 내측에 장착될 수 있다. 대안적으로, 압축기 어셈블리로부터 물리적으로 구분될 수 있다. 압축기 하우징 상에 또는 내측에 장착된 인버터는 일체화된 배열체를 제공한다는 면에서 장점을 갖는 한편, 인버터를 냉각하는 것이 중요하고 보다 어렵다는 단점을 갖는다. 인버터를 압축기로부터 물리적으로 구분하여 장착시킴으로써, 인버터를 이상과열로부터 보호하는데 필요한 냉각 로드가 없으며, 대신 자연스럽게 주변 공기에 의한 냉각이 이루어진다.
편리하게, 모터(및/또는 압축기 하우징 내에 장착된 경우의 인버터)는 압축기가 작동하는 냉매에 의하여 냉각될 수 있다. 예를 들어, 모터(특히, 모터 회전자 및 모터 고정자의 내측 표면)는 임펠러 어셈블리로부터 취하여진 냉매 가스 또는 증기의 유동에 의하여 냉각된다. 이 경우, 바람직하게 모터는 임펠러 어셈블리로부터 취하여진 냉매 액체 또는 증기 일부만(즉, 종래 기술에서 알려진 압축기 이전의 완전한 체적/질량의 유동이 아님)으로 냉각된다. 편리하게, 모터는 베어링에 공급되기도 하는 냉매 증기의 유동에 위하여 냉각될 수 있다. 인버터는 가용한 경우 액체 또는 증기 냉매 또는 물에 의하여 유사한 방법으로 냉각될 수 있다.
대안적으로, 모터는, 예를 들어 고정자 둘레의 채널(예를 들어, 나선 채널)을 통해 액체 냉매를 유동시킴으로써, 고정자의 외측 표면의 '순간 냉각(flash cooling)'을 포함할 수 있다. 이러한 채널에서 액체 냉매는 순간적으로 증기가 되며, 따라서 고정자 어셈블리로부터 탐지 가능한 열 에너지를 제거하는 한편 잠열 냉각을 제공한다. 모터 냉각에 대한 이러한 접근은, 특히 유체 냉각에 비교할 경우 특별한 장점을 가지며, 예를 들어 주어진 물을 사용하는데, 불균등하게 분배되며 고정자 외측 표면에서 상이한 온도인 고정자로부터의 폐 열에너지가 요구에 따라 속도를 다양하게 하는 이러한 접근에 의하여 냉각된다(액체 냉매는 가장 많은 냉각이 요구되는 위치에서 순간적으로 증기가 됨). 또한, 고정자의 냉각 액체 유동률을 조절하는 것이 가능하여, 압축기 작동 파라미터 및 전력 입력으로의 고정자 변화에 의하여 폐기되는 열에너지의 총량에 따라 회전자 냉각 필요치에 맞추어진다.
모터의 냉각 액체는 냉각 시스템 응축기 출구로부터의 액체 공급 태핑에 의하여 제공될 수 있다. 이러한 공급은 액체 유동을 조절하는 팽창 장치를 통하여 제공되며, 예를 들어 고정자 냉각 재킷을 벗어나는 증기의 미리 설정된 냉매 과열값에 따른다. 액체는 모터 고정자 냉각 재킷에 진입하며, 순간 냉각을 제공하며, 고정자 표면에서의 상이한 지점에서 열 방출을 다양하게 함에 따라 분배된다. 소정의 실시예에서, 결과적인 과열 증기는 회전자/고정자 환형부를 통하여 통과할 수 있어서 회전자/고정자 갭을 냉각시키고, 이러한 증기 유동은 제 1 임펠러 입구 (가장 저압) 스테이지와 같이 연속적으로 압축기에서의 저압 지점으로 이끌린다.
냉각 시스템 용량 제어 정도는 모터 및 임펠러 속도를 제어함으로써 본 발명의 다양한 양상의 실시예에서 제공된다. 그러나 이러한 접근은 제한된다. 따라서 압축기를 위한 보다 큰 용량 제어가 필요한 본 발명의 실시예를 위하여, 가변 입구 안내 베인(variable inlet guide vane)이 임펠러 입구에 채택될 수 있다. 본 발명의 멀티-스테이지 압축기 실시예를 위하여, 가변 입구 안내 베인이 하나 또는 그보다 많은 임펠러 압축 스테이지에 사용될 수 있다. 예를 들어, 2-스테이지 압축기에서, 소정의 실시예들은 가변 입구 안내 베인을 오직 제 1 스테이지에서만 사용할 수 있으며, 다른 실시예들은 두 스테이지 모두에서 가변 입구 안내 베인을 사용할 수 있다. 편리하게, 2-스테이지 임펠러가 임펠러 구동 샤프트의 대향 단부에서 정렬되는 실시예에서, 임펠러 모두의 입구 측면에 용이하게 접근되어, 가변 입구 안내 베인 모듈의 설치 및 서비스를 용이하게 한다.
전술한 하나 또는 그보다 많은 양상에 따른 압축기는 바람직하게 제어 시스템과 연결되어 사용된다. 제어 시스템은 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. PLC(Programmable Logic Controller)로 구현되거나 예를 들어 축소된 PC로 구현될 수 있다. 바람직하게, 제어기는 냉각 순환부 및/또는 물 냉각기 또는 그 일부인 DX 시스템의 열적 요구에 따라 압축기를 제어하도록 작동한다. 제어 시스템은 바람직하게 특정 작동에 대항하여 압축기를 보호하도록 작동하여, 예를 들어 압축기 요구에 따라 잠재적 손상이 이루어지는 시스템 어디에서든 오류가 발생하는 것으로부터 압축기를 보호한다.
오류 탐지, 진단 및 일반 성능 모니터링을 돕도록, 제어 시스템은 이벤트 히스토리를 유지할 수 있어서, 즉 지연 시간 또는 실시간으로 질의에 답할 수 있는 시스템 성능 파라미터 및 작동 상태의 주기적 기록을 유지할 수 있다. 소정의 실시예에서, 예를 들어 빌딩 관리 시스템과 압축기 제어 시스템을 일체화함에 따라 원격 모니터링이 작동할 수 있다. 또한, 원격 모니터링은 원격 모니터링 장치에 성능 데이터를 예를 들어 무선으로 전송함으로써 제공될 수 있다. 또한, 바람직하게 제어 시스템은 압축기 및 선택적으로 일부인 냉각 시스템의 냉각 순환부 내의 센서의 상태 및 조건을 모니터링할 수 있다. 또한, 바람직하게 제어 시스템은 자체 강건성 정도를 모니터링하고 이에 따라 보고할 수 있다.
또한, 바람직하게, 압축기 베어링의 강건성을 모니터링할 수 있다. 선택적으로, 제어 시스템이 할 수 있다. 베어링의 강건성은 예를 들어 인버터에서 읽히는 흡수된 전력을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 예를 들어 특정 샤프트 속도에서 주어진 작동 조건에서 예상되는 것에 비교하여 읽히는 전력이 증가한 것은 베어링 마모 또는 유사한 문제를 지칭한다. 추가적으로 또는 선택적으로 베어링 조건은 베어링 온도 및/또는 진동을 측정함으로써 모니터링될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 난방 환기 및 공기-조절(HVAC) 시스템을 위한 모니터링 및 제어 시스템이 제공되며, 시스템은: 시스템 변수를 탐지하기 위한 수단, 원심 압축기와 같은 압축기의 회전자 속도를 결정하기 위한 수단, 상기 압축기를 구동시키는 모터, 상기 압축기를 통한 냉각수의 질량 유동을 측정하기 위한 수단, 효율 최적화를 위하여 상기 압축기와 연관된 하나 또는 그보다 많은 파라미터를 수정하도록 배열된 소프트웨어의 제어 하에 작동되는 마이크로-프로세서를 포함한다.
시스템 변수는, 이에 제한되지 않으나, 다음을 포함한다: 주변 온도, 국부적 온도, 냉각 특성, 바람직한 (타겟) 온도, 실재 또는 희망하는 (타겟) 수온, 기상 조건 및 빌딩의 열적 특성.
압축기와 관련된 파라미터는, 이에 제한되지 않으나, 다음을 포함한다: 회전자 속도(각속도), 냉매 질량 유동, 입구 안내 베인 각도, 압축비, 소비 전력, 및 압축기의 수평면에 대한 회전 축의 기울기.
다른 센서 입력은 다중 버스 데이터 입력/출력 시스템에 의하여 제공되고 모니터링될 수 있다.
이상적으로, 트랜스시버(transceiver)가 모니터링 및 제어 시스템으로부터 원격 위치로 신호를 릴레이하도록 이루어지며, 이는 마이크로프로세서 및/또는 시스템 변수를 감지하기 위한 수단과 통신한다.
트랜스시버는 바람직하게 전용망 또는 인터넷 및/또는 예를 들어 무선 로컬 영역 네트워크(LAN), Wi-Fi 또는 블루투스™ 연결인 라디오 연결 링크와 같은 하드웨어 연결을 포함한다.
모니터링 및 제어 시스템의 장점은, 기술자, 시스템 관리자, 또는 빌딩 관리자(경비원)가 시스템의 성능/출력을 모니터링하고 제어하는 것을 가능하게 하는 것이다. 모니터링 및 제어 시스템은 또한 하나 또는 그보다 많은 시스템 변수 및/또는 압축기 파라미터의 실시간 분석을 제공한다.
시스템은, 적절한 소프트웨어의 제어 하에 하나 또는 그보다 많은 수신자에게 이상적으로 경고, 경보 및 관리 정보의 전송을 개시하도록 구성된다.
경고, 경보 및 관리 정보는 전용 서버 및/또는 수신 장치 및/또는 페이저에 전송되는 형태로 모니터링 및 제어 시스템에 의하여 제공될 수 있다.
바람직하게, 모니터링 및 제어 시스템은 단문 매시지 서비스(SMS) 또는 경고 문자 및/또는 경보 및/또는 관리 정보를 하나 또는 그보다 많은 승인된 사용자에게 전송하도록 이루어져서, 예를 들어 모바일 통신 장치(모바일 전화기)를 구성하는 사용자는 전술한 경고 및/또는 경보 및/또는 관리 정보를 수신하도록 수정될 수 있다.
적절한 적용 특정 소프트웨어는 랩탑 컴퓨터, 팜 컴퓨터, 모바일 통신 장치, 또는 전용 통신 장치와 같은 휴대용 전기 장치 상에서 디스플레이를 제공할 수 있다. 이러한 디스플레이는, 예를 들어 이상적인 터치 감응식과 같이 상호작용되어, 사용자에게 시스템 호스트 또는 다른 사용자와의 간단하고 직접적인 통신의 기회를 제공한다.
이상적으로, 모니터링 및 제어 시스템은 원심 압축기에서 사용되도록 이루어지고, 각속도, 질량 유동률, 베인 각도, 압축비, 및 순간 에너지 소비와 같은 압축기의 특정 변수를 감지하도록 구성된다.
하나 또는 그보다 많은 적절한 승인된 사용자는 원격 체크 및 시스템 감시를 수행할 수 있고, 통상적인 진단 체크를 수행할 수 있고, 다른 유용한 시스템 파라미터를 지칭하는 데이터를 획득할 수 있다.
사용자는 적절한 패스워드/승인 코드에 의하여 선택적으로 호스트 컴퓨터 또는 시스템 마이크로프로세서에 액세스하여, 국부적 조건을 변경하거나 모니터링한다. 예를 들어 원격 사용자는 원격 모니터링 및 제어 시스템을 이용하여 특정 방 또는 빌딩의 온도와 같은 국부적 조건을 변경(증가 또는 감소)하며, 및/또는 방 또는 빌딩의 서브-시스템을 제어하거나 고립시키며, 및/또는 특정 냉각기, 가열기, 공기조화기를 스위칭-온/오프시킨다.
승인된 사용자와 적절하게 사용된 전용 소프트웨어의 제어 하에서 작동하여 감독하는 컴퓨터/마이크로프로세서 사이의 이상적 통신은, 보안 통신을 보장하도록 암호화 기술을 사용한다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 방법에 의하여 기술될 것이며, 상기 도면은 다음과 같다:
도 1은 2-스테이지 압축기 및 절약기 순환부를 구비한 증기-압축 냉각 사이클을 위한 압축 엔탈피 차트이며;
도 2는 레이디얼 베어링에 가압된 냉매 증기 공급을 공급하기 위한 원심 임펠러 배열체 내의 압축 태핑이며;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 순환부의 개략적 시스템이며;
도 4 내지 7은 본 발명의 실시예들에 채택될 수 있는 대안적인 압축기 구성을 도시하며;
도 8은 도 3의 시스템의 압축기를 통한 개략적인 단면도이며;
도 9는 횡 및 스러스트 베어링에 냉매 증기 공급 태핑을 보다 상세하게 도시하는 도 8의 압축기의 단면도이며;
도 10은 제어 및 보호 시스템과 모터 속도 제어기(전력 인버터)를 포함하는 도 3의 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이며;
도 11은 본 발명의 소정의 실시예들의 압축기의 입구에 사용될 수 있는 별도 베슬의 개략적 단면도이며;
도 12는 압축기의 일 실시예에 사용되는 제어 및 모니터링 시스템의 예시의 전체적 도면이며;
도 13은 도 12의 시스템에 사용되는 유체 다이어그램의 예시이며;
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 예시적인 작동 사이클을 도시하며;
도 15 내지 17은 예를 들어 시동 및/또는 셧다운시, 본 발명의 실시예의 유체 베어링에 냉매 증기를 공급하도록 사용될 수 있는 증기 배열체를 위한 세 개의 가용한 구성을 개략적으로 도시하며; 그리고
도 18a, 18b 및 18c는 임펠러 휠로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 또는 베어링에 냉매 증기 공급을 위한 도관의 배열체를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 순환부를 도시하며, 이는 예를 들어 빌딩 공기조화 시스템을 위한 냉각수 생성에 사용될 수 있다. 바람직한 형태에서, 시스템의 작동 파라미터는 공기조화 시스템의 냉각수에 추가하여 빌딩을 위한 저압 온수 공급부를 가열하는데 충분한 가열 출력을 제공하도록 디자인될 수 있다.
냉각 유체는 냉각 시스템을 순환하며, 이는 증기-압축 냉각 사이클 상에서 작동한다(도 1). 냉매는 2-스테이지 원심 압축기(10)에 과열 증기 상태로 유입되고 두 단계(저압 스테이지(1) 및 고압 스테이지(2))에서 보다 고압 및 고온으로 압축된다. 제 2 스테이지 압축기 배출 출구로부터의 과열 냉매 증기는 응축기(12)로 통과하고, 여기에서 냉각되며, 응축에서의 과열 및 잠열은 제거되고, 증기는 액체로 응축되고, 다음 과냉 액체 상태로 더 냉각된다. 응축기로부터의 과냉 액체 냉매 출력은 다음의 팽창 장치(예를 들어, 팽창 밸브(14))를 통과하며, 여기에서 압력 상 갑작스러운 감소가 이루어지고 액체 냉매의 일부분의 단열 순간 증발이 야기된다. 이는 잔류한 액체 냉매의 포화 온도를 극적으로 낮추며, 액체 및 증기 혼합물을 야기한다. 다음, 냉매는 증발기(16)로 통과하고, 이를 통하여 냉각되는 2차 유체(전형적으로 물 또는 공기)가 유동한다. 차가운 액체/증기 냉매 혼합물의 액체 부분은 증발되고, 그동안 냉각을 위하여 순환되는 2차 유체로부터 열 에너지가 제거된다. 포화 냉매 증기는 열 에너지를 더 흡수하여 과열 냉매 증기가 된다. 다음, 증발기 출구로부터 과열 냉매 증기는 압축기 입구로 회귀하고 사이클이 시작된다.
이러한 예시에서, 절약기가 압축기 및 압축기가 사용되는 냉각 시스템의 효율을 증진시키기 위하여 사용된다. 응축기(12)에서 나온 총 액체 냉매 질량 유동의 중요 부분은 주요 팽창 장치 이전에 절약기 열교환기(18)의 주요 순환부에 진입한다. 잔류 냉각 액체는 제 2 팽창 장치(예를 들어, 팽창 밸브(20))에 진입하고 동일한 절약기 열교환기(18)의 2차 순환부를 통해 유동하며, 여기에서 주된 액체 냉각 유동의 온도와 비교하여 낮은 포화 온도에서 증발하며, 이에 따라 주된 팽창 장치(14)에 진입하기 전에 냉각 액체의 많은 부분을 과-냉각한다.
절약기 2차 출구 과열 증기 유동은 압축기(10)의 두 개의 임펠러 압축 스테이지 사이에서 주된 냉매 증기 유동으로 재-유입된다. 절약기에서의 증발 압력 및 온도는 제 1 스테이지 임펠러(22)의 입구 스테이지에서의 증발 압력과 제 2 스테이지 임펠러(24)의 출구에서의 배출 압력 사이의 중간 지점에 안착한다. 편리하게는, 제 1 스테이지(22)의 출구를 제 2 스테이지(24)의 입구에 연결하는 파이프워크(26)가 용이한 접근 가능 위치를 제공하여 절약기 냉매 증기 유동을 유도한다. 압축기 중간 스테이지로 회귀하는 절약기 유동은 냉매의 주된 유동의 중요한 역-과열을 수행하고, 가열/냉각 사이클의 전체적인 효율을 증진시킨다.
본 발명에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 그리고 후술될 바와 같이, 압축기 샤프트(28)를 지지하고 제지하는 레이디얼 베어링(32) 및 스러스트 베어링(34)이 유체동압 증기 베어링이며, 여기에서 베어링 유체는 순환하는 냉매 증기 그 자체이다. 여기에 도시된 예시에서, 냉매 증기는 제 2 스테이지 임펠러 케이싱의 태핑(34, 36)으로부터 취하여지며 압축기 하우징 내에서 기계가공된 도관(도 2에 점선으로 개략적으로 도시됨)을 통해 베어링(32, 34)을 향하여, 압력 하에서 베어링에 증기를 공급한다. 따라서 베어링(32, 34)은 유체정압 및 유체동압 베어링 타입 사이의 혼성이며, "혼성 베어링(hybrid bearings)"으로 편리하게 지칭될 수 있다. 다른 실시예에서, 베어링으로부터의 증기 공급은 제 1 스테이지 임펠러 케이싱, 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지 임펠러 케이싱 내의 태핑의 조합, 또는 외부 증기 공급원으로부터 취하여질 수 있다. 도 2에 도시된 예시에서, 스러스트 베어링(34)이 고압에서 냉매 증기로 공급될 수 있도록, 구분된 압력 태핑(34, 36)이 레이디얼 베어링(32) 및 스러스트 베어링(34)을 위하여 사용된다.
도 3의 예시적 시스템에 도시되고 후술되는 압축기는 2-스테이지 압축기이며, 2-스테이지를 위한 임펠러(22, 24)는 구동 샤프트(28)의 반대쪽 단부들에 장착되고, 두 개의 임펠러(22, 24)는 반대쪽 축방향(등을 대고 마주함)으로 지향되어 자체-소거를 통한 축방향 추력을 최소화한다. 그러나 본 발명의 개념은 도 4 내지 7에 도시된 예시와 같이 다른 압축기 구성에 적용될 수도 있다.
도 4는 단일-스테이지 구성을 도시한다. 도 5는 2-스테이지 구성을 도시하는데, 임펠러(51, 52) 모두 압축기 샤프트의 동일한 단부에 장착되어 축방향으로 동일한 방향을 지향한다. 도 6은 3-스테이지 구성을 도시하여, 제 1 및 제 2 스테이지 임펠러(61, 62, 63)는 압축기 샤프트의 일 단부에서 동일한 축방향을 대면하고 제 3 스테이지 임펠러는 다른 방향을 대면하는 샤프트의 다른 단부에 위치하여, 제 2 스테이지 임펠러에 등을 대고 마주한다. 도 7은 4-스테이지 구성을 도시하여, 샤프트의 일 단부에서의 제 1 및 제 2 스테이지 임펠러(71, 72)가 다른 단부에서의 제 3 및 제 4 스테이지 임펠러(73, 74)를 구비한다. 제 1 및 제 2 스테이지 임펠러(71, 72)는 제 3 및 제 4 스테이지 임펠러(73, 74)에 반대 방향을 대면한다. 당업자는 다른 수많은 압축기 구성이 본 발명의 범위 내에서 가능함을 이해할 것이다.
도 3의 시스템과 도 8에 도시된 시스템의 확대된 압축기 도면을 다시 참조하여, 시스템의 구성들과 소정의 가능한 시스템 변형들이 보다 상세히 기술될 것이다.
압축기
압축기는 전체적인 압력 비율이 예를 들어 약 19:1인 2-스테이지 원심 디자인이다. 디자인 점 회전 속도는 21000rpm에서 선택되는데, 이는 임펠러 지름을 최소화하면서도 상대적으로 취급 가능한 수준(1.3)에 이르도록 입구 팁을 제 1 스테이지에 유지하는 것 사이에서 최선의 지점을 제공한다. 압축기는 400kW의 냉각일 이루도록 그 크기가 결정되며 절약기 순환부를 채택한다. 그 결과, 제 2 스테이지 압축기는 제 1 스테이지에서보다 약 50％ 높은 냉매 질량 유동을 위하여 디자인된다. 전체적인 압축기의 샤프트 전력 소비는 최대 유동 조건에서 224kW이다. 이러한 예시에서 624kW의 폐기열이 대기로 폐기될 수 있어서, 2차 유체(물 또는 공기)를 가열하는데 유용하게 채택될 수 있다. 단일-스테이지 또는 멀티-스테이지 원심 디자인에서와 같은 압축기의 다른 변수는 19:1보다 낮은 압축비에서 작동할 것이다. 이러한 압축비는 소정의 실시예에서 3:1 ∼ 5:1의 차수이며 가장 높은 작동 효율을 제공하도록 다양한 냉매에 적용될 것이다. 다음 이러한 압축비를 규정하는 증발 포화 온도 및 응축 포화 온도의 범위는 예를 들어 다음과 같다:
증발 포화 온도: -5℃ 또는 미만
응축 포화 온도: 60℃ 또는 초과
따라서, 작동 포화 온도는 서브-제로 냉각 적용례, 냉각 프로세스, 데이터 센터의 냉각, 안락한 프로세스 공기조화, 및 다양한 다른 적용례들을 돕는 시스템에 사용되는데 적합한 압축기를 형성한다.
더욱이, 제안되는 응축 포화 온도의 범위는 이러한 압축기 디자인이 북유럽에서만 적용되는 것이 아니라, 압축기가 충분히 낮은 수준에서 필요한 증발 포화 온도를 유지하면서 충분히 높은 응축 포화 온도를 전개할 수 없는 경우 특정한 냉각 및 공기조화 시스템이 기능하지 못하는 미국 일부, 일본, 중앙아시아 및 그 동쪽 국가 및 호주와 같은 고온 지역에서도 적용되는 기술적 및 효율성 특징을 만족할 것이다.
압축기는 다음의 특징을 포함한다:
a) 직렬로 작동하는 트윈 원심 압축기 임펠러(22, 24)(종종 "휠"로 지칭됨). 소정의 적용례에서 단일 임펠러가 작당할 수 있다.
b) 샤프트(28)가 원심 압축기 휠(22, 24)을 수반하여 윤활유의 필요 없이 매우 높은 속도(약 60,000rpm 또는 100,000rpm에 이르거나 또는 심지어 200,000rpm 또는 그 초과)로 회전하도록 허용하는 "혼성" 베어링(32, 34)(레이디얼 및 스러스트). 전세계 공기조화 및 냉각 시스템의 99％는 압축기를 윤활하게 하기 위한 윤활유를 사용하며, 이러한 윤활유는 부적절하고 불필요하게 연속적인 기초 하에서 냉각 시스템 전체를 순환한다. 이는, 모든 압축기가 재순환 시스템 냉매를 따라 연속적으로 이러한 윤활유를 펌핑한다는 사실에 기인한다. 이러한 윤활유는 열교환기의 열전달 효율을 방해하며, 압축기의 전기적 입력 에너지 일부를 소비하고, 이에 따라 전체적 시스템 효율을 낮추고, 압축기로의 윤활유 회귀를 위한 적합한 속도를 보장하도록 냉각 파이프워크의 조심스러운 크기 결정을 필요로 하며, 그리고 종종 오일 냉각, 오일 세퍼레이터, 오일 펌프, 오일 가열기, 오일 수준 조절기 및 만족스러운 작동을 위한 다른 구성들을 필요로 한다. 따라서 본 발명의 오일프리 압축기 디자인은 효율, 이러한 시스템의 초기 비용 및 지속적 유지 비용 면에서 중요한 특징을 갖는다.
대안적인 낮은 마찰 베어링(자석 베어링)에 대하여 혼성 베어링의 핵심적인 장점은 전력 오류의 이벤트 시에 자석 베어링의 경우에서와 같이 보조적이거나 일시적인 전력 공급의 제공의 필요 없이도 샤프트가 휴지 위치로 오는 것이 허용될 수 있다는 점이다. 보다 중요하게, 혼성 타입 베어링은 어떠한 전기적 에너지도 필요로 하지 않으며, 따라서 압축기 타입이 이러한 특정 측면에서 보다 효과적일 것이다.
c) 유체정압 베어링 증기 주입 - 마모를 감소시키고 유체정압 베어링의 수명을 연장시키도록, 샤프트 회전의 시작 및 정지시 발생하는 마모가 다루어져야 한다. 결과적으로, 예시적 시스템은 냉매 증기 투입 시스템을 채택하여 시동 전에 샤프트를 "부유(float)"시키도록 베어링 내에 증기를 통과시키며, 이는 스러스트 유체정압 베어링에 적용될 것이다. 냉매는 바람직하게 베어링에 주입되기 전에 시스템 입자/오염물로부터 이들을 보호하도록 섬세하게 여과될 것이다. 또한, 증기 주입 시스템이 가능한 한계 내에서 베어링 온도를 유지하도록 채택될 수 있으며, 최소의 마찰이 허용할 수 없는 온도 상승을 야기하지 않도록 생성되어야만 한다.
d) 고효율 모터 디자인 - 압축기 구동 모터의 중요한 부분은 약 80％ ∼ 90％의 효율에서 작동하며, 버려지는 열 에너지가 냉매 증기에 의하여 흡수되어 모터 와인딩을 너머 전 세계에서의 AC＆R 시스템 압축기의 중요한 부분에서 압축기 메커니즘을 통과한다. 본 발명의 실시예들에서 구체화되는 모터 효율은 바람직하게는 98.5％의 차수에 이를 것이며, 결과적으로 1.5％의 폐기열만이 모터 너머 구동하는 냉매 증기로 통과될 것이다. 이는 보다 작은 응축기에서, 보다 낮은 응축기 2차 유체 유동, 보다 작은 팬 모터 및 보다 낮은 전력 입력 및 성능 계수(COP; Coefficient of Performance)로 알려진 보다 높은 전체적 시스템 효율을 야기하는 물 펌프에서 야기된다.
f) 인버터 제어 - 맞춤형 전기적 인버터가, 필요한 속도에서 압축기 모터를 구동시키며, 냉각 용량 또는 가열 용량을 순간적 냉각 또는 가열 로드에 맞추도록 증발기 및 냉각 시스템을 통한 냉매 질량 유동을 조절하기 위하여 모터 속도를 변화시키도록 구체화된다. 이는 정확한 온도(또는 증발 압력) 제어를 야기하고 에너지 소비를 최소화시킨다. 더욱이, 최고의 속도/질량 유동/냉각-가열 용량보다 낮은 정도로 시스템이 작동 중인 경우, 증발기 및 응축기가 "과다크기결정(oversized)" 된다. 이는 낮은 압축비 요구의 결과로서 열교환 용량을 증가시키고 시스템 COP를 극적으로 증진시킨다. 결과적으로, 시스템 효율의 증가는 용량 수준의 감소의 잠재성능이다. 또한, 팽창 장치를 통한 압력 드랍은 이러한 조건들을 감소시키고, 따라서 압축기 효율 및 시스템 COP를 더욱 증진시킨다.
또한, 인버터는 아래에 대하여 압축기 모터 보호를 바람직하게 이룰 것이다:
● 과-전압
● 저-전압
● 과-전류
● 저-전류
● 위상-각
● 위상-오류
● 접지-오류
g) 전형적 압축비 - 종래의 냉각 및 공기조화 시스템에서 전형적 압축비는 3:1 ∼ 5:1의 차수이며, (적절한 무기물 또는 합성 윤활유와 결합되어) 다양한 냉매가 사용되어 2차 유체 온도(예를 들어, 주변 공기 또는 물)를 적절히 하도록 냉각/냉동을 위한 증발기와 응축기에서 필요한 작동 포화 온도를 만족시키며, 여기에서 냉각 시스템 열은 반드시 폐기되어야 한다. 냉매의 범위는 매우 넓으며, HFC들, HFO들, CO2, 공기, 탄화수소, 암모니아 등을 포함한다. 여기에 개시되는 예시적 압축기의 주된 적용례는 약 20.1:1의 압축비를 타겟으로 하며, 이는 실질적으로 종래 기술의 원심 압축기에서보다 높다.
h) 임펠러(22, 24)는 샤프트(28)의 어느 한 단부에 장착되어, 등을 대어 마주하는 배열이다. 이는 세 가지 중요한 장점을 갖는다:
● 제 1 스테이지 임펠러(22)로부터의 추력이 제 2 스테이지 임펠러(24)를 향하는 반대 방향으로 작용함에 따라, 축방향 추력이 부분적으로 균형잡힌다. 이는 스러스트 베어링(34) 상의 로드를 최소화한다;
● 가변 입구 안내 베인('VIGV'; variable inlet guide vane)이 두 스테이지 모두에서 용이하게 채택될 수 있어서, 휠이 샤프트의 동일한 단부면에 장착된다면 제 2 스테이지를 위한 VIGV를 위한 공간을 찾는 것을 가상으로도 불가능하게 한다; 그리고
● 절약기로부터의 증기의 혼합이 용이하게 달성될 수 있다 - 복잡한 포팅 배열체(porting arrangement)가 필요하지 않다.
적용 온도 범위
구체화되는 매우 고된 온도 범위를 취급하도록 도 3의 시스템이 디자인되었으며: 이는 다음과 같다:
a) 공기 또는 물(또는 다른 액체)과 같은 2차 매체를 약 5℃의 온도로 냉각, 이는 약 0℃의 등가 포화 압력 및 냉각 증발 온도를 필요로 함
b) 공기 또는 물(또는 다른 액체)과 같은 매체를 약 80℃의 온도로 가열, 이는 약 90℃의 등가 포화 압력 및 응축 온도를 필요로 함
따라서, 많은 다양한 적용이 시스템의 변형에 도움을 줄 수 있으며, 이는 전형적으로 -5℃(또는 미만) 내지 60℃(또는 초과) 증발/응축 온도 사이에서 작동한다.
더욱이, 이러한 압축기는 단일 압축기로서도 또는 다중 압축기 배열체로서도 적용될 수 있어서, 하나 또는 그보다 많은 압축기가 동일 냉각 시스템/순환부의 필요에 도움을 주며, 이에 따라 일정한 예비 용량, 준비 용량 및/또는 열적 로드 필요치에 맞추기 위한 다양한 용량 제어에 있어서 큰 유연성을 제공한다. 이러한 압축기는 단일로 또는 상호 관계로서 작용될 수 있으며, 바람직하게는 작동 속도와 입구 안내 베인 각도 조절을 조화롭게 작동하여, 두 압축기 모두 냉각 시스템 안정성을 획득하도록 동일한 압축비로 전개되는 것을 허용한다. 제어 및 보호 시스템은 단일 및 다중 압축기 적용례 모두에 적합하도록 디자인되었다.
작동 유체
공기조화 및 냉각 시스템 산업은 냉매로 알려진 넓은 범위의 유체에 의하여 도움을 받는다. 이들은 특히 적용 필요치에 적합하도록 선택되며, 다음 장치가 선택된 유체의 필요한 작동 파라미터에서 최적의 성능을 제공하도록 디자인된다. 본 발명의 실시예들은 넓은 범위의 적용 작동 파라미터 및 넓은 범위의 작동 유체에 적합하도록 이루어질 수 있다. 이러한 유체/냉매는 단일 유체(공비혼합물(Azeotrope)) 또는 2∼3 유체의 혼합물(비공비혼합물(Zeotrope)) 중 어느 하나 및 아래의 유체 리스트의 전부가 아닌 일부를 포함하며, 이는 본 발명의 실시예에서 다음의 기능적으로 이루어질 수 있다.
플루오르화탄소 (HFC)(및 그 혼합물)
HFC는 인간이 생성한 화학물로 불소를 포함하며 냉매 및 에어로졸 추진제로서 주로 사용된다. 이는 무색, 무취, 및 화학적으로 불활성 기체이다. 이들은 주로 오존에 영향을 주는 CFC 및 HCFC의 대체로 사용된다.
이는, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 다음을 포함한다:
● R134a
● R23
● R32
● R43
● R125
● R143a
● R152a
● R227ea
● R236fa
● R245fa
● R365mfc
● R407A
● R407C
● R410A
● R507
● R508B
● R437A
● R422D
탄화수소 (HC)(및 그 혼합물)
HC는 유기 복합체로서 전체적으로 수소 및 탄소를 포함하고, 주로 냉매 및 에어로졸 추진체로서 사용된다. 소정의 경우, 이들은 윤활유 내측으로 용이하게 흡수되며, 이에 따라 윤활 성능을 감소시키고, 잠재적으로 압축기 오류로 이끈다. 본 발명에 따른 압축기는 이러한 문제를 윤활유의 사용을 회피함으로써 해결한다.
이는, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 다음을 포함한다:
● 에탄
● 프로판
● 프로펜
● 부탄
● 부텐
● 이소부탄
● 펜탄
● 펜텐
● 상기의 것들 중에서 둘 또는 그보다 많은 혼합물
탄화불화올레핀 (HFO)
새로운 계열의 냉매로서 본 산업분야에 현재 도입되었다(2012/2013년)
다른 비-합성 냉매 (및 그 혼합물)
이에 제한되지 않으나 예를 들어 다음과 같다:
● R744 (CO2)
● R718 (물)
● R728 (질소)
● R729 (산소)
● R740 (아르곤)
적용
본 발명의 실시예들은 냉각, 공기조화 및 히트펌프 시스템을 포함하는 상이한 적용의 다양한 범위에 적합하다.
예시적인 적용례는, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 다음과 같다:
● 물 냉각기
● DX (직접팽창 시스템; Direct Expansion Systems)
● 안락한 냉각
● 프로세스 냉각 (고온 및 중간 온도)
● 컴퓨터 데이터실 및 데이터 센터
● 저온 냉각
● 초-저온 냉각
● 중간 온도 냉각
● 슈퍼마켓 냉각
● 냉각실
● 디스플레이 케이스
● 산업 자동화
● 유제품 냉각
● 공기조화 폐-제어
● 제약
본 발명의 개념은, 아래 구성요소들의 물리적 크기/형상/특성을 간단하게 변경함으로써 대안적인 유체로 작동되도록 적용될 수 있다.
● 원심 압축기 휠
● 입구 안내 베인
● 횡/저널 유체정압/혼성 베어링
● 스러스트 유체정압/혼성 베어링
● 모터 레이팅(kW) 및 속도(rpm)
● 휠 하우징 및 입구 안내 베인 하우징
● 인버터 전력(kW) 및 속도/주파수(Hz)
● 제어 및 보호 시스템
시스템 제어
도 10에 도시된 바와 같이, 전기적 인버터(1010)가 모터(82)(도 8)를 보호하고 속도를 제어하도록 사용된다. 그러나 추가하여 제어 및 보호 시스템(1020)은 압축기(10)에 제공된다. 또한, 이는 냉각 시스템(1030)을 전체로서 제어 및 보호한다.
제어 시스템은 전형적으로 시스템 압력, 온도 및 전력 입력의 입력부를 가질 것이다. 예를 들어, 이는 모터 속도, 입구 안내 베인 각도, 온도 조절 팽창 밸브(이는, 냉각 순환부의 절약기 및 증발기에 냉매를 허용), 및 응축기 팬 속도(여기에서, 응축기는 열을 대기로 폐기하고 팬은 이를 돕도록 사용됨) 중 하나 또는 둘 또는 그보다 많은 것을 제어하여 바람직한 작동 파라미터 범위로 압축기를 유지하고, 바람직하게는 시스템 효율 및 열적 성능을 최대화한다. 또한, 팽창 밸브는 액체 냉매의 진입으로부터 압축기를 보호하는 것을 돕도록 제어될 수도 있다.
증진된 제어 및 보호를 위한 다른 가능한 접근 방법은 상업적으로 입수 가능한 ClimaCheck™ 시스템을 사용하는 것이다. ClimaCheck™ 시스템은 존재하는 시스템 압력, 온도 및 전력 입력 센서를 사용하여(본 발명의 실시예에서 이러한 방식에서 시스템 제어의 일부로서 사용되는지와 무관) 시스템 성능을 분석하도록 편리하게 사용된다. ClimaCheck™ 기술은 공기조화 또는 냉각 시스템의 성능이 실재의 5 ∼ 7％의 정확도 내에서 분석되는 것을 가능하게 한다. 다음의 파라미터는 1s, 2s, 5s, 10s, 30s, 60s 및 5분 간격으로 동적 기초 하에 결정될 수 있으며, 작동자에게 순간적으로 가용하게 하거나, 향후 사용을 위하여 기록될 수 있다:
● 냉각 용량 (kW)
● 가열 용량 (kW)
● 전력 입력 (kW)
● 폐기열 (kW)
● 증발 온도
● 응축 온도
● 과-냉각
● 과열
● 성능 계수 (냉각 및 가열 모드에서 시스템 COP)
● 등 엔트로피의 압축기 효율
● 구동 비용
● CO2 방출 및 간접 글로벌 잠재 온난화
● 증발기에서의 2차 유동의 질량 유동률
● 응축기에서의 2차 유동의 질량 유동률
또한, ClimaCheck™는 냉매 손실, 불안정 시스템 작동 및 안전 시스템 한계 밖에서의 작동의 진화된 경고를 줄 수 있다. 이메일/문자 메시지가 이러한 상황 하에서 다양한 수신자에게 자동으로 송신될 수 있다. Business Edge Limited가 영국에서 ClimaCheck™의 판매자이다. 또한, ClimaCheck™ 내에 존재하는 코어 PLC(Programmable Logic Controller)는 제어 및 보호 장치가 되도록 프로그램될 수 있으며, ClimaCheck™와 동일한 네트워크 상에 존재할 수 있다. 결과적으로, 온도 및 압력 센서, 현재의 변압기 등으로부터의 수치들이 ClimaCheck™ 성능 분석 및 압축기 및 냉각 시스템의 "제어 및 보호"를 위하여 사용될 수 있다.
분리 베슬(seperation vessel)
소정의 실시예에서, 시스템 내의 분리 베슬이 압축기 입구 이전에 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 베슬의 예시로서 "흡입 축압기/여과 베슬(Suction Accumulator/Filter Vessel)"로 지칭되는데, 도 11에 도시된다.
이러한 베슬(1110)의 주된 목적은 압축기(10)의 상류에서 비상 저장조로서 작동함으로써 압축기(10)를 이끄는 흡입 라인에서 전개될 수 있는 어떠한 액체 "슬러그(slug)"를 트랩하는 것이다. 이는, 예를 들어, 액체 냉매의 증발기(16) 내측에서의 유동을 제어하는 팽창 밸브(14)의 오류가 발생하거나, 또는 이러한 밸브(14)가 너무 낮은 과열값으로 부정확하게 설정된 경우, 일어날 수 있다.
이러한 베슬(1110)의 다른 적용은, 압축기가 히트펌프 시스템에서 사용되는 경우이다 - 이러한 시스템이 사이클을 역행하는 경우, 과도한 액체는 종종 압축기(10)를 향할 수 있다. 여기에, 조합된 흡입 축압기/여과(1110)가 충분한 체적을 제공하여 액체 슬러그를 수용한다. 이러한 작업이 발생하면, 압축 프로세스 이전에 액체에서 증기 형태로 점차 증발하는 반면, 압축기의 원심 휠(22, 24)을 보호하도록 압축기(10)는 베슬(1110)로부터만 증기를 연속적으로 이끌어 낸다.
이러한 배열체에서, 압축기와 압축기가 포함된 시스템은, 시스템 내에서의 재-사용을 위하거나, 또는 압축기 기능에 직접 관련된 다른 목적을 위하여, 어디든 지칭되는 어떠한 액체 누적도 허용하도록 흡입 축압기의 베이스에서 바닥 연결부(1120)의 사용을 채택할 수 있다.
흡입 축압기/여과 베슬(1110)의 2차 기능은, 압축기(10)로의 입구에서 높은 수준의 여과를 제공하는 것이다. 냉각 시스템 내에는 어떠한 입자도 존재하거나 또는 구성 오작동의 결과로서 또는 불량한 시스템 유지나 설치의 결과로서 전개될 수 있는데, 이 경우 높은 수준의 여과가 순수 증기가 압축기의 제 1 스테이지 원심 휠(22)의 입구 내로만 유동하는 것을 보장하여, 휠(22, 24)과 저널/스러스트 플레이트 어셈블리(32, 34)를 보호한다.
흡입 축압기/여과 베슬의 다른 적용에서, 압축기로부터의 증기 유동은 압축기 혼성 베어링으로부터 유동하거나 및/또는 냉각 시스템의 다른 부분으로부터의 증기는 이러한 구성에 연결될 수 있어서, "증기 연결 지점"으로서 작동하여 제 1 스테이지 임펠러를 이러한 증기 내에 존재하는 어떠한 액체로부터 보호하고, 그리고 압축기로 진입할 수 있는 입자를 가두어서, 임펠러 및 베어링 손상 모두를 보호한다.
자석 흡입 축압기
철을 포함하는 어떠한 입자라도 우려된다면, 자석 캡쳐 장치가 파이프워크 내에 포함되거나 또는 본 발명의 압축기나 압축기의 실재 어떠한 타입에서도 그 상류에서 흡입 축압기/여과 베슬 내에 포함될 수 있다. 이러한 철-포함 입자의 존재는 냉각 순환부에서 매우 낮을 수 있으나; 시스템 내에서 구성의 시초에 존재할 수 있으며 철을 포함하는 어떠한 물질도 이러한 방식으로 캡쳐될 수 있다.
원격 모니터링 ＆ 제어 시스템
도 12 및 13을 참조하여, 전술한 압축기를 포함하는 HVAC 시스템(1100)을 감독하기 위한 원격 모니터링 및 제어 시스템의 전체적 다이어그램을 도시한다. 센서(1110 ∼ 1118)는 빌딩(1150) 둘레에 전형적으로 위치하며 국부적 방 온도 또는 외부 (주변) 온도를 측정할 수 있다. 각각의 센서(1110 ∼ 1118)는 제어 시스템(1160) 내에 입력값을 제공하며, 이는 ClimaCheck™ 브랜드 하에서 판매되는 것과 같으며, 상표가 등록된 소프트웨어(선택적으로 사용자에 의하여 수정됨) 및 맞춤 알고리즘의 제어 하에 작동되는 마이크로프로세서(1160)를 포함한다.
트랜스시버(1170)는 마이크로프로세서(1160)에 연결되고 'GPS' 시스템을 통하여 모바일 통신 장치(1180)와, 그리고 예를 들어 인터넷(클라우드)을 통하여 또는 종래의 텔레커뮤니케이션 네트워크를 통하여 종래 고정된 컴퓨터 단말기(1190)와 통신하도록 이루어진다.
도 13을 참고하면, 공기조화 유닛 또는 온도 신호가 센서(1110 ∼ 1118)로부터 자동으로 제공되는 물 가열기/냉각기(미도시)의 조건 상황 또는 업데이트를 확인하기 위하여, 유지 기술자에게 제공되는 전형적인 메뉴의 순서도를 도시한다. 요청에 응답하여 또는 체크를 수행하도록, 사용자는, 데이터 링크를 통하여 소정의 제어 가능 시스템 중 하나에 액세스를 획득할 수 있도록, 특정한 위치 특정 데이터, 패스워드 및 (사용자 ID 코드와 같은) 인증 데이터에 진입하여야 한다. 이러한 시스템은 빌딩(1150)의 방 또는 마루의 온도와 같은 국부적 스케일로부터 전체 물 처리 플랜트 또는 전체 빌딩이나 예를 들어 쇼핑몰 또는 오피스 블록인 빌딩 컴플렉스를 위한 HVAC 시스템의 시동과 같은 보다 큰 스케일로 범위를 갖는다.
일단 시스템 제어기에 액세스가 획득되고 안전성과 다른 자동안전장치 시스템이 부여되면, 사용자는 바람직한 업데이트를 입력하거나 새로운 온도 조건을 입력하며, 이들은 국부적 밸브 또는 압축기에 명령으로 전송된다. 명령의 인식 또는 새로운 설정이 제어 시스템에서 트랜스시버(1170)로부터 전송되고 지시의 수신 및 특정 조건/파라미터의 업데이트가 확인된다.
압축기 작동 사이클
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 시스템을 위한 예시적인 작동 사이클을 도시한다. 이러한 예시에서, 시스템은 시동 및 셧다운시 냉매 증기로 압축기의 혼성 베어링을 공급하여 임펠러 구동 샤프트의 회전 속도가 유체동압 베어링이 자체-지지되는데 충분히 빠르지 않은 경우를 위한 증발기 배열체를 포함한다. 후술할 바와 같이, 이러한 예시에서 증발기 배열체는 포화 증기를 생성하기 위한 증발기 챔버와, 베어링에 공급되기 이전 포화 증기를 과열하기 위한 과열 챔버를 갖는다.
사이클이 도면에 원문자인 숫자로 라벨링된 작동 지점을 참조하여 기술될 것이다.
1. 시스템 지시 "증발기 전원 연결"을 제어하도록 반응하는 "시동" 명령. 이 지점에서, 증발기 챔버는 포화 증기를 생성하고 있다.
2. 과열 전원 연결 - 증발기 챔버로부터의 포화 증기가 과열 챔버에서 과열된다.
3. 과열 증기를 저널/스러스트 베어링에 주입하여 이러한 베어링들을 부유시킴.
4. 베어링이 부유되면, 구동 모터가 시동되고 원심 증기 압축기 휠을 "미리-설정된 속도"로 가속하고, 여기에서 베어링은 자체-유지된다(혼성 베어링을 위한 자체-작동 스풀). 하나 또는 그보다 많은 임펠러 휠 상에서의 하나 또는 그보다 많은 태핑 지점으로부터의 압력은 작동 지점에서 가용되어, 저널/스러스트 베어링에 추가 지지를 제공한다.
5. 증발기/과열 증기 공급 셧다운
5-8. 다음 작동의 준비를 위하여 액체 냉매로 충전된 증발기
6. "작동 속도창"으로 구동 모터 가속
7-8. 냉각 용량을 순간적 열적 로드에 매칭함으로써, 냉각 시스템의 설정 타겟을 획득하도록, 압축기의 임펠러 휠에 의하여 전개된 냉매 질량 유동을 제어하는 범위 내에서 속도를 조절. VIGV 각도도 임펠러 휠 속도와 연관되어 하나 또는 그보다 많은 원심 휠 입구에서 조절되어, "서지(surge)" 또는 "초크(choke)" 조건을 회피하면서 미세 냉매 질량 유동을 획득하되 피크 작동 효율을 획득한다.
8. 제어 시스템 지시에 응답하여 "정지 명령"
9. 증발기 전원 연결
10. 과열기 전원 연결
11. 베어링이 자체-유지되는 속도 아래로 임펠러 속도를 드랍함에 따라 베어링을 지지하도록 저널/스러스트 베어링으로의 과열된 증기 주입
12. "미리-설정된 속도"로 구동 모터 감속(자체-지지)(임펠러로부터의 압력이 더 이상 베어링을 지지할 수 없음)
13. 구동 모터가 정지됨
14. 저널/스러스트 베어링으로의 과열된 증기 공급이 정지됨
증발기 구성
도 15 내지 17은 사용될 수 있는 증발기 배열체의 예시적으로 가능한 구성을 도시하며, 여기에서는 전술한 예시적 작동 사이클에서 레이디얼 및/또는 스러스트 베어링을 저속에서 부유시키도록, 예를 들어 시동 및 셧다운 동안, 특히 임펠러 구동 샤프트의 회전 속도가 베어링이 자체-지지되기에 불충분한 시간에, 냉매 증기 공급을 제공하도록 사용될 수 있다.
도 15에서, 증기 챔버("베슬 'A'") 내의 액체 냉매가 신속하게 가열기('HTR')에 의하여 챔버 내에서 가열되어 상승된 압력에서 포화 증기('SV')를 생성한다. 다음, 이러한 증기는 그 자체의 압력 하에서 증기 공급 채널을 통하여 압축기의 레이디얼 및 스러스트 베어링에 공급된다('SAT-VS/SHT-VS').
증기 챔버 내의 증기 출구의 개구부는 챔버의 베이스 앞에서 상승되어, 어떠한 액체 냉매도 증기 공급 채널 내에서 유동할 수 없다. 액체 냉매의 수준은 액체 수준 센서('LLS')로 모니터링되며, 액체 수준 센서 출력에 반응하여 전기적 작동 밸브('EOV')를 이용하여 챔버로의 액체 냉매 공급이 제어된다.
더욱이, 전기적 작동 밸브('EOV')는 챔버로부터 베어링으로의 증기 유동을 개방 및 폐쇄하도록 사용되고, 또한 하나 또는 그보다 많은 압축기의 임펠러로부터 베어링으로의 증기의 유동을 개방 및 폐쇄하도록 사용된다.
이러한 예시에서, 가열기는('HTR') 각각의 베어링과 연관되어 베어링의 온도를 냉매의 포화 온도 위로 상승시켜 베어링에서 형성되는 응축에의 잠재적 손상을 방지한다. 가열기는 이러한 예시에서 사이리스터 제어에 의하여 구동된다. 온도 센서('TS')는 베어링 온도를 감지하도록 사용되고, 이러한 센서에서의 신호는 주된 제어 시스템에 의하여 사용되어 베어링 히터를 제어하고 시동시 증발기로부터의 증기 공급의 스위칭을 제어한다.
도 15에 도시된 증발기 배열체에서, 시동 및 셧다운 동안 베어링은 증발기 챔버로부터의 포화 증기 공급으로 공급된다. 그러나 베어링에서의 증기 응축 등을 제거하도록 과열 증기를 베어링에 공급하는 것이 보다 바람직할 수 있다. 도 16은 이를 달성하는 증발기 배열체를 도시하는데, 여기에서 증발 챔버("베슬 'A'")로부터의 포화 증기가 과열 챔버("베슬 'B'")로 공급되고, 이러한 제 2 베슬에서 다른 가열기('HTR')에 의하여 과열된다. 과열 챔버 내의 온도 센서('TS')는 가열기를 제어하도록 사용되어 증기가 과열 상태에서 나아가는 경로를 위한 증기를 보장한다.
도 17은 증기 공급으로 베어링을 공급하기 위한 가능한 배열체의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 증기 챔버가 액체 냉매 공급을 갖는다기보다는, 그 대신 압축기의 작동 동안 냉각 순환부(예를 들어, 압축기 출구)의 고압 영역으로부터 냉매 증기를 공급받는다. 다음, 증기는 베어링이 부유하는 것이 필요한 동안, 예를 들어 셧다운 시에 챔버 내에 저장되며, 이 지점에서 가열기('HTR')에 의하여 챔버 내에서 더욱 과열되고 압력이 상승하며 베어링에 공급된다.
베어링 증기 공급
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 압축기를 위하여 압축기 하우징 내에 형성된 채널의 구성의 일 실시예를 도시하며, 이를 통하여 냉매 증기는 하나 또는 그보다 많은 압축기의 임펠러 휠로부터, 또는 증발기 배열체로부터, 압축기의 레이디얼 및 스러스트 베어링으로 공급된다. 도 18a는 압축기의 일 단부를 통한 종방향 단면도이다. 도 18b는 도 18a의 A-A 선을 따른 단면도이며, 도 18c는 도 18a의 B-B 선을 따른 단면도이다.
먼저, 레이디얼 베어링으로의 공급을 보면, 증기는 공급부(즉, 임펠러 또는 증발기)를 통하여 압축기 하우징 내의 방사상 보어를 통하여 레이디얼 베어링의 외측 베어링 쉘을 둘러싸는 환형 채널로 통과한다. 직렬의 방사상 드릴링이 외측 베어링 쉘을 통하여 연장되어, 이러한 환형 채널로부터 외측 베어링 쉘의 내측 베어링 표면으로 연장되며, 이로 인하여 증기는 압력 하에서 이러한 드릴링을 통한 환형 채널로부터 내측 및 외측 베어링 쉘의 베어링 표면들 사이의 갭으로 유동한다. 다음, 증기는 베어링 갭의 어느 하나의 단부에 배출된다. 도 18a 및 18c의 화살표는 베어링을 통한 증기 유동을 지칭한다.
방사상 보어로 브랜치되는 경로를 통하여 스러스트 베어링의 양 측면 모두로 동일한 방사상 공급 보어가 냉매 증기를 공급한다. 보다 특정적으로, 이러한 경로는, 임펠러 구동 샤프트의 일 단부에서 스러스트 베어링의 어느 하나의 측면 상에서 스러스트 플레이트 둘레로 원주상 이격되어 위치하는 드릴링에 증기를 공급한다. 도 18a 및 18b에 도시된 화살표는 베어링을 통한 증기 유동을 지칭한다.
본 발명이 예시적으로 전술한 실시예와 연관되어 기술되었으나, 다른 균등한 수정례 및 변형례는 본 명세서를 참조한 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 전술한 본 발명의 예시적인 실시예는 설명을 위해 고려된 것이지 이에 제한되지 않는다. 설명된 실시예들의 다양한 변화가 본 발명의 사상 및 개념을 벗어나지 않고 가능할 것이다.

Claims (42)

  1. 냉각 사이클에서 냉매 증기를 압축하기 위한 원심 압축기(centrifugal compressor)로서, 상기 압축기는:
    압축기 하우징 내에서의 회전을 위해 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링(radial bearing)에 의하여 지지되는 임펠러 구동 샤프트;
    상기 임펠러 구동 샤프트와 회전하도록 상기 임펠러 구동 샤프트 상에 장착된 적어도 하나의 원심 임펠러 휠을 포함하는 임펠러 어셈블리; 및
    상대적인 저압 영역과 상대적인 고압 영역을 포함하는, 상기 임펠러 어셈블리의 임펠러 휠 또는 임펠러 휠들의 둘 이상의 영역으로부터 취하여지는 냉매 증기 공급물을 포함하며;
    상기 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링은 베어링 유체가 냉매 증기인 유체동압 유체 베어링이며, 상기 압축기는 상기 임펠러 어셈블리로부터 상기 제 1 및 제 2 유체 베어링으로 냉매 증기의 일부를 공급하기 위한 도관을 더 포함하며,
    상기 압축기는 임펠러 휠(들)의 상기 고압 영역 또는 상기 저압 영역 중 어느 하나를, 냉매 증기를 상기 레이디얼 베어링들에 공급하는 상기 도관에 선택적으로 연결하기 위한 밸브 배열체를 더 포함하는,
    원심 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기의 작동과 독립적이며 상기 베어링들에 연결되도록 구성되어 상기 베어링들을 부유(float)시키는 저속으로 상기 베어링들에 가압된 냉매 증기를 공급하기 위한, 가압된 냉매 증기의 외부 공급부를 더 포함하는,
    원심 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가압된 증기의 상기 외부 공급부는 냉매 압축 베슬(pressurisation vessel)을 포함하며, 상기 냉매 압축 베슬은 상기 압축기가 일반 작동 속도로 구동 중인 경우 상기 압축기가 그 일부가 되는 냉각 시스템 또는 상기 압축기로부터 가압된 냉매 증기를 포획하여 저장하도록 구성되는,
    원심 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 베어링이 부유하는지 아닌지 여부를 탐지하는 센서를 더 포함하는,
    원심 압축기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 임펠러 구동 샤프트의 역방향 회전을 탐지하는 센서인,
    원심 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링은 탄성 지지체에 의하여 상기 압축기 하우징에 장착된,
    원심 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성 지지체는 탄성 판막 또는 'O'링인,
    원심 압축기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    스러스트 베어링(thrust bearing)을 더 포함하는,
    원심 압축기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스러스트 베어링은 유체가 냉매 증기 자체인 유체 베어링인,
    원심 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스러스트 베어링은: 유체정압(hydrostatic), 및 유체동압(hydrodynamic), 및 유체정압과 유체동압의 하이브리드 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되며, 상기 압축기의 상기 임펠러 어셈블리로부터 가압된 냉매 증기의 공급을 수용하도록 구성되는,
    원심 압축기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가압된 냉매의 공급은, 상기 레이디얼 베어링을 위한 영역과 동일한 상기 임펠러 어셈블리의 영역으로부터 취하여진,
    원심 압축기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 가압된 냉매의 공급은, 상기 레이디얼 베어링을 위한 영역과 상이한 상기 임펠러 어셈블리의 영역으로부터 취하여진,
    원심 압축기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는 멀티-스테이지 압축기이며, 냉매 증기가 연속하여(in series) 흐르는 다수의 임펠러를 포함하는,
    원심 압축기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 임펠러들 중 적어도 두 개는 축방향에서 서로 대향으로 배향되며, 그들의 블레이드 측면이 서로 마주하거나, 또는 그들의 후면이 서로 마주하는,
    원심 압축기.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 임펠러들은 상기 임펠러 구동 샤프트의 어느 하나의 단부에 배열되는,
    원심 압축기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    실질적으로 수직으로 배향된 상기 임펠러 구동 샤프트와 함께 작동하도록 구성된,
    원심 압축기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 임펠러 휠 또는 휠들은 상기 임펠러 구동 샤프트 상에 배열되어, 상기 임펠러 휠(들)을 가로지르는 압력 차이로 인해 야기되는 알짜힘이 상기 임펠러 및 샤프트/모터 어셈블리를 위쪽으로 상승시키도록 작동하는,
    원심 압축기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는 영구 자석 전기 모터에 의하여 구동되는,
    원심 압축기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는 유도 모터에 의하여 구동되는,
    원심 압축기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 모터는 압축기 하우징 내에 장착되는,
    원심 압축기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 압축기로부터 흐르는 냉매 증기의 일부에 의하여 냉각되는,
    원심 압축기.
  22. 제 20 항에 있어서,
    모터 고정자는 액체 냉각 공급물에 의하여 순간 냉각되는,
    원심 압축기.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 압축기 하우징 상에 장착된 인버터에 의하여 제어되는,
    원심 압축기.
  24. 제 1 항에 있어서,
    임펠러로의 입구에서 또는 멀티-스테이지 압축기에서의 임펠러 압축 스테이지 중 하나 이상의 입구에서, 가변 입구 안내 베인(variable inlet guide vane)을 포함하는,
    원심 압축기.
  25. 냉각 사이클에서 냉매 증기를 압축하기 위한 원심 압축기로서, 상기 압축기는:
    압축기 하우징 내에서의 회전을 위해 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링에 의하여 지지되는 임펠러 구동 샤프트로서, 상기 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링은 베어링 유체가 냉매 증기인 유체동압 유체 베어링인, 임펠러 구동 샤프트;
    상기 임펠러 구동 샤프트와 회전하도록 상기 임펠러 구동 샤프트 상에 장착된 적어도 하나의 원심 임펠러 휠을 포함하는 임펠러 어셈블리;
    상대적인 저압 영역과 상대적인 고압 영역을 포함하는, 상기 임펠러 어셈블리의 임펠러 휠 또는 임펠러 휠들의 둘 이상의 영역으로부터 취하여지는 냉매 증기 공급물;
    임펠러 휠(들)의 상기 고압 영역 또는 상기 저압 영역 중 어느 하나를, 냉매 증기를 상기 레이디얼 베어링들에 공급하는 도관에 선택적으로 연결하기 위한 밸브 배열체; 및
    상기 압축기의 작동과 독립적이며 상기 베어링들에 연결되도록 구성되어 상기 베어링들에 가압된 냉매 증기를 공급하는, 가압된 냉매 증기의 외부 공급부를 포함하는,
    원심 압축기.
  26. 제 25 항에 있어서,
    가압된 증기의 상기 외부 공급부는 냉매 압축 베슬을 포함하며, 상기 냉매 압축 베슬은 상기 압축기가 일반 작동 속도로 구동 중인 경우 상기 압축기가 그 일부가 되는 냉각 시스템 또는 상기 압축기로부터 가압된 냉매 증기를 포획하여 저장하도록 구성되는,
    원심 압축기.
  27. 제 1 항에 따른 압축기, 및
    상기 압축기를 모니터링하고 제어하고 보호하기 위한 제어 시스템을 포함하는,
    원심 압축기 시스템.
  28. 단일 냉각 순환을 수행하는 제 1 항에 따른 다수의 압축기, 및
    상기 압축기를 모니터링하고 제어하고 보호하기 위한 제어 시스템을 포함하는,
    원심 압축기 시스템.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 이벤트 히스토리를 유지하는,
    원심 압축기 시스템.
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