KR102349221B1

KR102349221B1 - 냉각기 전기 인클로저를 위한 시스템

Info

Publication number: KR102349221B1
Application number: KR1020207013085A
Authority: KR
Inventors: 스콧 빅터 슬롯호워; 아지트 와산트 케인; 세스 케빈 글래드펠터; 젭 윌리엄 슈레이버
Original assignee: 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2022-01-10
Also published as: TWI789440B; CN111133260A; US20210190386A1; TW201932770A; JP2020537108A; JP2022084646A; WO2019075088A1; EP3695172A1; KR20200062310A; US11280524B2

Abstract

본 개시내용의 실시형태에서, 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템은 가변속 드라이브(VSD) 인클로저를 포함한다. VSD 인클로저는 전력을 모터에 공급하도록 구성된 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD), 및 전력을 펌프에 공급하도록 구성된 오일 펌프 가변속 드라이브(VSD)를 포함한다. 펌프는 오일을 HVAC＆R 시스템의 하나 이상의 가동부에 공급하도록 구성된다. 오일 펌프 VSD에 부가적으로 또는 대안적으로, VSD 인클로저는 자기 베어링 제어기 및/또는 자기 베어링 제어기 전원 장치를 포함한다. 자기 베어링 제어기는 HVAC＆R 시스템의 자기 베어링을 제어하도록 구성된다.

Description

냉각기 전기 인클로저를 위한 시스템

본 출원은 일반적으로 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동 시스템, 더 구체적으로, 냉각기 시스템의 컴포넌트를 위한 전기 인클로저에 관한 것이다.

냉각기 시스템 또는 증기 압축 시스템은 증기 압축 시스템의 작동과 연관된 상이한 온도 및 압력을 겪는 것에 응답하여 증기, 액체와 이들의 조합 간에서 상을 변경하는, 보통 냉매로서 지칭되는, 작동 유체를 활용한다. 일부 냉각기 시스템에서, 다수의 인클로저에는 다수의 각각의 컴포넌트(예를 들어, 전력원, 제어 시스템, 가변속 드라이브 등)가 제공될 수 있다. 이러한 냉각기 시스템에서, 다수의 인클로저는 냉각기 시스템 내에서 이들의 기능을 적절하게 행하도록 별개의 냉각 시스템 및 복잡한 배선/결합부를 활용할 수 있다. 실제로, 냉각기 시스템은 다수의 인클로저를 수용하도록 확대된 공간을 가질 수 있다.

본 개시내용의 실시형태에서, 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration: HVAC＆R) 시스템은 냉매 루프 및 냉매 루프를 따라 배치된 압축기를 포함한다. 압축기는 냉매를 냉매 루프를 통해 순환시키도록 구성된다. HVAC＆R 시스템은 또한 제어 패널 및 제어 패널에 통신 가능하게 연결된 가변속 드라이브(variable speed drive: VSD) 인클로저를 포함한다. VSD 인클로저는 입력을 제어 패널으로부터 수신하고 전력을 압축기의 모터에 공급하도록 구성된 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD), 및 전력을 오일 펌프에 공급하도록 구성된 오일 펌프 가변속 드라이브(VSD)를 포함한다. 오일 펌프는 윤활유를 압축기에 공급하도록 구성된다.

본 개시내용의 또 다른 실시형태에서, 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템은 냉매 루프 및 냉매 루프를 따라 배치된 압축기를 포함한다. 압축기는 냉매를 냉매 루프를 통해 순환시키도록 구성된다. HVAC＆R 시스템은 또한 제어 패널 및 제어 패널에 통신 가능하게 연결된 가변속 드라이브(VSD) 인클로저를 포함한다. VSD 인클로저는 입력을 제어 패널으로부터 수신하고 전력을 압축기의 모터에 공급하도록 구성된 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD), 및 압축기의 자기 베어링을 제어하도록 구성된 자기 베어링 제어기를 포함한다.

본 개시내용의 또 다른 실시형태에서, 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템은 가변속 드라이브(VSD) 인클로저를 포함한다. VSD 인클로저는 전력을 모터에 공급하도록 구성된 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD) 및 전력을 펌프에 공급하도록 구성된 오일 펌프 가변속 드라이브(VSD)를 포함한다. 펌프는 오일을 HVAC＆R 시스템의 하나 이상의 가동부에 공급하도록 구성된다. VSD 인클로저는 또한 HVAC＆R 시스템의 자기 베어링을 제어하도록 구성된 자기 베어링 제어기를 포함한다.

도 1은 본 개시내용의 양상에 따른, 상업 환경에서 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템을 활용할 수 있는 건물의 실시형태의 사시도이다;
도 2는 본 개시내용의 양상에 따른, HVAC＆R 시스템의 실시형태의 사시도이다;
도 3은 본 개시내용의 양상에 따른, 도 2의 HVAC＆R 시스템의 실시형태의 개략도이다;
도 4는 본 개시내용의 실시형태에 따른, 도 2의 HVAC＆R 시스템의 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD) 인클로저의 블록도이다;
도 5는 본 개시내용의 실시형태에 따른, 도 2의 HVAC＆R 시스템의 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD) 인클로저의 블록도이다; 그리고
도 6은 본 개시내용의 실시형태에 따른, 도 2의 HVAC＆R 시스템의 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD) 인클로저의 블록도이다.

본 개시내용의 실시형태는 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템의 생산 비용 및 성능 비용을 감소시킬 수 있는 시스템을 포함한다. 특정한 HVAC＆R 시스템에서, 냉각기 외관 또는 하우징은 HVAC＆R 시스템의 다수의 서브-시스템 또는 컴포넌트를 위한 다수의 전기 인클로저를 포함할 수 있다. 특히, HVAC＆R 시스템은 냉각기 제어 패널을 위한 전기 인클로저, 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD) 패널을 위한 전기 인클로저, 오일 펌프 VSD를 위한 전기 인클로저, 자기 베어링 제어기(magnetic bearing cotroller: MBC) 및/또는 MBC 전력 공급 패널을 위한 전기 인클로저, 및 다른 인클로저를 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 서브-시스템을 위한 전기 인클로저의 각각은 별개의 냉각 시스템을 필요로 할 수 있다. 상이한 서브-시스템을 위한 다수의 전기 인클로저가 냉각기의 외관에 장착될 수 있어서, 장착 목적을 위해 냉각기 외관의 큰 공간을 필요로 한다. 서브-시스템의 별개의 냉각 시스템 및 전력원은 또한 작동을 위해 과도한 양의 전력을 도출할 수 있다. 따라서, 현재 개시된 실시형태는 통합된 냉각 시스템과 함께, 전기 패널과 같은 수개의 서브-시스템을 수용하도록 단일의 전기 인클로저를 활용할 수 있다. 실제로, 현재 개시된 실시형태는 서브-시스템 전기 인클로저의 공간을 감소시킬 수 있고, 전기 인클로저를 냉각시키도록 도출되는 전력을 감소시킬 수 있고, HVAC＆R 시스템의 생산 비용 및 작동 비용을 감소시킬 수 있다.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 전형적인 상업 환경을 위한 건물(12) 내 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템(10)을 위한 환경의 실시형태의 사시도이다. HVAC＆R 시스템(10)은 건물(12)을 냉각시키도록 사용될 수 있는, 냉각된 액체를 공급하는 증기 압축 시스템(14)을 포함할 수 있다. HVAC＆R 시스템(10)은 또한 따뜻한 액체를 공급하여 건물(12)을 가열하기 위한 보일러(16) 및 공기를 건물(12)을 통해 순환시키는 공기 분배 시스템을 포함할 수 있다. 공기 분배 시스템은 또한 공기 복귀 배관(18), 공기 공급 배관(20) 및/또는 공기 핸들러(22)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 공기 핸들러(22)는 도관(24)에 의해 보일러(16) 및 증기 압축 시스템(14)에 연결되는 열 교환기를 포함할 수 있다. 공기 핸들러(22) 내 열 교환기는 HVAC＆R 시스템(10)의 작동 모드에 따라, 보일러(16)로부터 가열된 액체 또는 증기 압축 시스템(14)으로부터 냉각된 액체를 수용할 수 있다. HVAC＆R 시스템(10)이 건물(12)의 각각의 층에 개별적인 공기 핸들러를 갖는 것으로 도시되지만, 다른 실시형태에서, HVAC＆R 시스템(10)은 층 사이에 또는 층 간에 공유될 수 있는 공기 핸들러(22) 및/또는 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3은 HVAC＆R 시스템(10)에서 사용될 수 있는 증기 압축 시스템(14)의 실시형태이다. 증기 압축 시스템(14)은 냉매를 압축기(32)로 시작되는 회로를 통해 순환시킬 수 있다. 회로는 또한 응축기(34), 팽창 밸브(들) 또는 디바이스(들)(36), 및 액체 냉각기 또는 증발기(38)를 포함할 수 있다. 증기 압축 시스템(14)은 아날로그 대 디지털(analog to digital: A/D) 변환기(42), 마이크로프로세서(44), 비휘발성 메모리(46) 및/또는 인터페이스 보드(48)를 가진 제어 패널(40)(예를 들어, 제어기)을 더 포함할 수 있다.

증기 압축 시스템(14)에서 냉매로서 사용될 수 있는 유체의 일부 예는 수소화불화탄소(HFC) 기반 냉매, 예를 들어, R-410A, R-407, R-134a, 하이드로플루오로 올레핀(HFO), 암모니아(NH₃) 같은 "천연" 냉매, R-717, 이산화탄소(CO₂), R-744 또는 탄화수소 기반 냉매, 수증기 또는 임의의 다른 적합한 냉매이다. 일부 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 중간 압력 냉매, 예컨대, R-134a에 비해서, 저압 냉매로서 또한 지칭되는, 1 대기압에서 섭씨 약 19도(화씨 66도 이하)의 기준 끓는점을 가진 냉매를 효율적으로 활용하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "기준 끓는점"은 1 대기압에서 측정되는 끓는점 온도를 나타낼 수 있다.

일부 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 가변속 드라이브(VSD)(52), 모터(50), 압축기(32), 응축기(34), 팽창 밸브 또는 디바이스(36) 및/또는 증발기(38) 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 모터(50)는 압축기(32)를 구동시킬 수 있고 메인 드라이브 라인 가변속 드라이브(VSD)(52)에 의해 전력 공급받을 수 있다. 메인 드라이브 라인 VSD(52)는 교류(alternating current: AC) 전력원으로부터 특정한 고정된 라인 전압 및 고정된 라인 주파수를 가진 AC 전력을 수용하고, 가변 전압 및 주파수를 가진 전력을 모터(50)에 제공한다. 일부 실시형태에서, 메인 드라이브 라인 VSD(52)는 VSD 인클로저(53)(예를 들어, 전기 인클로저) 내에 수용될 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, VSD 인클로저(53)는 다양한 컴포넌트를 수용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 모터(50)는 AC 또는 직류(direct current: DC) 전력원으로부터 직접적으로 전력 공급받을 수 있다. 모터(50)는 VSD에 의해 또는 직접적으로 AC 또는 DC 전력원으로부터 전력 공급받을 수 있는 임의의 유형의 전기 모터, 예컨대, 전환형 자기 저항 모터, 유도 모터, 전자적으로 정류된 영구 자석 모터 또는 또 다른 적합한 모터를 포함할 수 있다.

압축기(32)는 냉매 증기를 압축하고 증기를 배출 통로를 통해 응축기(34)로 전달한다. 일부 실시형태에서, 압축기(32)는 원심 압축기일 수 있다. 게다가, 일부 실시형태에서, 배출 통로는 확산기, 예컨대, 가변 기하학적 확산기(33)를 포함할 수 있다. 가변 기하학적 확산기(33)는 압축기(32)를 통해 유체 흐름율을 조정하도록 이의 형상을 변경할 수 있다. 압축기(32)에 의해 응축기(34)로 전달된 냉매 증기는 열을 응축기(34) 내 냉각 유체(예를 들어, 물 또는 공기)로 전달할 수 있다. 냉매 증기는 냉각 유체와의 열 전달의 결과로서 응축기(34)에서 냉매 액체로 응결될 수 있다. 응축기(34)로부터의 냉매 액체는 팽창 디바이스(36)를 통해 증발기(38)로 흐를 수 있다. 도 3의 예시된 실시형태에서, 응축기(34)는 물 냉각되고 냉각 유체를 응축기로 공급하는, 냉각탑(56)에 연결된 관 다발(54)을 포함한다.

증발기(38)로 전달된 냉매 액체는 응축기(34)에서 사용되는 동일한 냉각 유체일 수 있거나 아닐 수 있는, 또 다른 냉각 유체로부터 열을 흡수할 수 있다. 증발기(38) 내 냉매 액체는 냉매 액체로부터 냉매 증기로의 상변화를 겪을 수 있다. 도 3의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 증발기(38)는 냉각 부하(62)에 연결된 공급 라인(60S) 및 복귀 라인(60R)을 가진 관 다발(58)을 포함할 수 있다. 증발기(38)의 냉각 유체(예를 들어, 물, 에틸렌 글리콜, 염화칼슘 브라인, 염화나트륨 브라인 또는 임의의 다른 적합한 유체)는 복귀 라인(60R)을 통해 증발기(38)에 진입하고 공급 라인(60S)을 통해 증발기(38)를 나간다. 증발기(38)는 냉매와의 열 전달을 통해 관 다발(58) 내 냉각 유체의 온도를 감소시킬 수 있다. 증발기(38) 내 관 다발(58)은 복수의 관 및/또는 복수의 관 다발을 포함할 수 있다. 임의의 경우에, 냉매 증기가 증발기(38)를 나가고 흡입 라인에 의해 압축기(32)로 복귀되어 사이클을 완료한다.

아래에 상세히 논의되는 바와 같이, VSD 인클로저(53)는 증기 압축 시스템(14)의 다양한 기능을 수행하도록 구성된 다양한 전기 컴포넌트 또는 패널을 포함할 수 있다. 예를 들어, VSD 인클로저(53)는 VSD 인클로저(53) 내 온도를 조절할 수 있는 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 실제로, VSD 인클로저(53) 내 전력원, 제어기 등은 이의 의도된 기능을 효율적으로 작동시키고 수행하도록 적합한 온도를 필요로 할 수 있다.

이것을 염두에 둔다면, 도 4는 증기 압축 시스템(14)의 다양한 컴포넌트를 포함하는 VSD 인클로저(53)의 개략도이다. 예를 들어, 예시된 실시형태에서, VSD 인클로저(53)는 메인 드라이브 라인 VSD(52), 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply: UPS)(70), 전원 장치(71), 배터리(72), 오일 펌프 VSD(74), 및 VGD 제어기 및/또는 VGD 전원 장치를 포함할 수 있는 가변 기하학적 확산기(VGD) 시스템(76)을 포함한다. 실제로, VGD 전원 장치는 전력을 일부 실시형태에서, 또한 VSD 인클로저(53) 내에 배치될 수 있는, VGD(33)(도 3) 및/또는 VGD 제어기에 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 메인 드라이브 라인 VSD(52), UPS(70), 배터리(72), 전원 장치(71), 오일 펌프 VSD(74), 및 VGD 시스템(76)의 각각은 상이한 전기 패널 또는 회로판과 연관될 수 있거나 또는 연결될 수 있다. 현재의 실시형태에서, VSD 인클로저(53) 내에서, 오일 펌프 VSD(74)는 제1 전기 패널과 연관될 수 있고, UPS(70)와 VGD 시스템(76)은 제2 전기 패널과 연관될 수 있고, 메인 드라이브 라인 VSD(52)은 제3 전기 패널과 연관될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 배터리(72)는 제1 전기 패널, 제2 전기 패널, 제3 전기 패널, 또는 이들의 임의의 조합에 연결될 수 있고, 전원 장치(71)는 제1 전기 패널, 제2 전기 패널, 제3 전기 패널, 또는 이들의 임의의 조합에 연결될 수 있다.

오일 펌프 VSD(74)는 AC 전력원으로부터 특정한 고정된 선로 전압 및 고정된 선로 주파수를 가진 교류(AC) 전력을 수용할 수 있고, 가변 전압 및 주파수를 가진 전력을 오일 펌프(78)에 제공할 수 있다. 결국, 오일 펌프(78)는 윤활유, 예컨대, 오일을 압축기(32)의 베어링 및/또는 다른 가동부에 제공할 수 있다. 게다가, 오일 펌프(78)는 임의의 적합한 펌프, 예컨대, 트윈 기어 펌프, 회전자 펌프 또는 프론트 커버 오일 펌프일 수 있다.

VGD 시스템(76), 더 구체적으로, VGD 시스템(76)의 VGD 제어기는 하나 이상의 센서를 통해 압축기(32)의 가변 기하학적 확산기의 위치를 모니터링할 수 있고 압축기(32)의 작동 상태에 응답하여 확산기를 완전히 개방된 상태와 완전히 폐쇄된 상태 간에서 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 압축기(32)는 압축기(32)의 유형에 따라, 유체를 하나 이상의 압축 기구, 예컨대, 피스톤, 회전자, 스크롤, 로브, 임펠러 등을 통해 지나가게 함으로써 작동될 수 있다. 압축 기구가 유체 상에 작용하여 유체의 압력을 증가시킨다. 그러나, 압축 기구의 작동은 유체 흐름에서 역압력 구배를 생성할 수 있다. 실제로, 압축기(32)의 압축 시스템의 유형에 상관없이, VGD 시스템(76)은 압축기(32)의 유체 흐름을 안정화시키도록 VGD(33)를 작동시킬 수 있다.

배터리(72)는 전력을 오일 펌프 VSD(74), 메인 드라이브 라인 VSD(52), VGD 시스템(76), 제어 패널(40), 또는 이들의 임의의 조합에 공급할 수 있는 임의의 적합한 배터리일 수 있다. 실제로, 배터리(72)는 1차 배터리 유형, 2차 배터리 유형 또는 임의의 다른 적합한 배터리 유형일 수 있다.

일부 실시형태에서, 전원 장치(71)는 임의의 적합한 전력원, 예컨대, 전력 그리드, 배터리, 태양 전지판, 발전기, 가스 엔진, 증기 압축 시스템(14), 또는 이들의 임의의 조합을 활용할 수 있다. 특히, 전원 장치(71)는 전력을 메인 드라이브 라인 VSD(52), 오일 펌프 VSD(74), VGD 시스템(76), 또는 이들의 임의의 조합에 공급할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 전원 장치(71)는 전력을 배터리(72) 및/또는 UPS(70)에 제공할 수 있거나 또는 이들을 충전할 수 있다.

UPS(70)는 부하로의 주 전력원이 전력의 공급을 중단할 때 예비 전력을 부하에 제공할 수 있는 전기 장치이다. 특히, UPS(70)는 주 전력원이 전력의 공급을 중단할 때 실질적으로 즉시 전력을 부하에 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, UPS(70)는 배터리, 슈퍼 커패시터, 플라이휠 또는 이들의 임의의 조합에 저장되는 전력을 활용할 수 있거나 또는 공급할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전원 장치(73) 및/또는 배터리(72)가 오일 펌프 VSD(74) 및/또는 VGD 시스템(76)으로의 전력의 공급을 중단한다면 UPS(70)는 전력을 오일 펌프 VSD(74) 및/또는 VGD 시스템(76)에 공급할 수 있다.

게다가, 일부 실시형태에서, VSD 인클로저(53), 더 구체적으로, VSD 인클로저(53) 내 컴포넌트는 제어 패널(40)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 제어 패널(40)은 의도된 방식으로 작동하도록 명령어를 인터페이스 보드(48) 및/또는 마이크로프로세서(44)를 통해 메인 드라이브 라인 VSD(52), VGD 시스템(76), 및/또는 오일 펌프 VSD(74)로 제공할 수 있다. 실제로, 일부 실시형태에서, 제어 패널(40)으로부터 제공된 명령어는 (예를 들어, 인터페이스 보드(48)를 통한) 조작자 입력에 기초할 수 있고/있거나 증기 압축 시스템(14)의 하나 이상의 센서로부터 수집된 데이터에 기초할 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, VSD 인클로저(53)의 컴포넌트(예를 들어, 메인 드라이브 라인 VSD(52), UPS(70), 배터리(72), 전원 장치(70), 오일 펌프 VSD(74), 및/또는 VGD 시스템(76))는 VSD 인클로저(53) 내에서 열 또는 열 에너지를 방출할 수 있다. 따라서, VSD 인클로저(53)는 VSD 인클로저(53)의 내부 온도를 조절하도록 냉각 시스템(80)을 포함할 수 있다. 냉각 시스템(80)은 공기 대 물 열 교환기일 수 있는 열 교환기(82)를 포함할 수 있고 액체 냉각 시스템을 활용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 열 교환기(82)는 물을 응축기(34)로부터 수용할 수 있다. 특히, 열 교환기(82)는 물을 응축기(34)의 유출구로부터 그리고/또는 응축기(34) 내 중간 스테이지로부터 수용할 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 열 교환기(82)는 물을 증발기(38)로부터 수용할 수 있다. 특히, 열 교환기(82)는 물을 증발기(38)의 유출구로부터 그리고/또는 증발기(38) 내 중간 스테이지로부터 수용할 수 있다.

응축기(34) 및/또는 증발기(38)로부터 수용된 물은 열 교환기(82)의 배관(예를 들어, 관, 코일 등)을 통해 전송될 수 있다. 게다가, 냉각 시스템(80)은 또한 배관을 통해 공기(예를 들어, 내부 공기, 주위 공기, 주변 공기 등)를 밀어낼 수 있거나 끌어당길 수 있는, 하나 이상의 팬(84)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 팬(84)은 VSD 인클로저(53) 외부의 공급원으로부터의 공기를 예컨대, 환기구를 통해 끌어당길 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 하나 이상의 팬(84)은 VSD 인클로저(53) 내에서 공기를 순환시킬 수 있고 재순환시킬 수 있거나 또는 재조화시킬 수 있다. 게다가, 일부 실시형태에서, 배터리(72) 및/또는 전원 장치(71)는 하나 이상의 팬(84)에 전력 공급하도록 활용될 수 있다.

게다가, 응축기(34) 및/또는 증발기(38)로부터 열 교환기(82)에 의해 수용된 물은 냉수(예를 들어, 적합하게 저온에서의 물)일 수 있다. 이 방식으로, 하나 이상의 팬(84)이 관을 통해 밀어내거나 또는 끌어당기는 공기는 물의 온도를 증가시키고 공기의 온도를 감소시키도록 관을 통해 흐르는 물과 열을 교환할 수 있다. 특히, 열 교환기(82)는 조화 공기를 생성하도록 관을 통해 밀어지거나 또는 끌어당겨지는 공기로부터 열 및/또는 수분을 제거할 수 있다. 즉, 냉각 시스템(80)은 VSD 인클로저(53) 내에서 냉각 시스템(80)으로부터 컴포넌트(예를 들어, 메인 드라이브 라인 VSD(52), UPS(70), 배터리(72), 전원 장치(70), 오일 펌프 VSD(74), 및 VGD 시스템(76))로 공급되는 공기가 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 적합하게 저온으로 있을 수 있도록 공기를 조화시킬 수 있다.

일단 물이 열 교환기(82)의 관을 통해 이동되고 관에 걸쳐 밀어지거나 또는 끌어당겨지는 공기와 열을 교환한다면, 물은 증기 압축 시스템(14)의 회로 내 적합한 위치로 전송될 수 있다. 예를 들어, 공기와 열을 교환한 후, 물은 상변화, 예컨대, 액체로부터 증기로의 상변화, 온도의 증가, 및/또는 압력의 증가 및/또는 감소를 겪을 수 있다. 따라서, 열 교환기(80)를 나갈 때, 물은 열 교환기(82)를 나가는 물의 압력 및 온도와 실질적으로 일치하는 물을 포함하는 증기 압축 시스템(14)의 회로의 부분으로 전송될 수 있다.

일부 실시형태에서, 냉각 시스템(80)은 또한 제어 디바이스(86)를 포함할 수 있고, 제어 디바이스의 하나의 유형은 냉각 시스템(80)으로부터 출력된 조화 공기의 온도를 정하도록 사용될 수 있는 서모스탯일 수 있다. 특히, 제어 디바이스(86)는 하나 이상의 팬(84)의 속도를 제어함으로써 열 교환기(82)를 통한 공기의 흐름을 제어하도록 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 다른 디바이스는 냉각 시스템(80), 예컨대, 공급 공기, 복귀 공기 등의 온도 및 압력을 감지하는, 압력 및/또는 온도 변환기 또는 스위치에 포함될 수 있다. 게다가, 제어 디바이스(16)는 다른 제어 또는 모니터링 시스템과 통합되거나 또는 분리되는 컴퓨터 시스템, 그리고 심지어 건물(12)과 먼 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어 디바이스(86)는 예컨대, 조작자로부터 설정값 온도에 관한 입력을 수신할 수 있다. 제어 디바이스(86)는 또한 예컨대, 온도 센서로부터 VSD 인클로저(53) 내 온도를 나타내는 데이터를 수신할 수 있다. 제어 디바이스(86)는 VSD 인클로저(53) 내 온도를 나타내는 데이터를 분석할 수 있고 VSD 인클로저 내 온도와 설정값 온도를 비교할 수 있다. 비교에 기초하여, 이어서 제어 디바이스(86)가 하나 이상의 팬(84)의 속도를 증가시킬 수 있거나 또는 감소시킬 수 있어서 VSD 인클로저(53)의 내부 온도를 변경하여 설정값 온도와 실질적으로 일치시킨다. 부가적으로, 일부 실시형태에서, 냉각 시스템(80)이 열 싱크를 활용할 수 있어서 VSD 인클로저(53)의 온도를 조절하는 것을 돕는다.

일부 실시형태에서, 냉각 시스템(80)은 VSD 인클로저(53)의 내부 온도가 섭씨 50도 미만이도록 VSD 인클로저(53)의 온도를 조절할 수 있다. 일부 실시형태에서, 냉각 시스템(80)은 온도가 섭씨 40도 미만이도록 VSD 인클로저(53)의 온도를 조절할 수 있다.

게다가, 현재의 실시형태에서, VSD 인클로저(53)는 신호 및/또는 데이터를 전달하도록 하나 이상의 와이어(90) 또는 다른 적합한 매체를 통해 제어 패널(40)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 실제로, VSD 인클로저(53)의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어, 메인 드라이브 라인 VSD(52), UPS(70), 배터리(72), 전원 장치(71), 오일 펌프 VSD(74), 및/또는 VGD 시스템(76))는 제어 패널(40)으로부터 다양한 입력을 수신할 수 있다. 더 구체적으로, 조작자는 VSD 인클로저(53) 내 컴포넌트 중 하나 이상의 컴포넌트를 제어하도록 인터페이스 보드(48)를 통해 다양한 명령을 제공할 수 있다.

도 5는 본 개시내용의 실시형태에 따른, 증기 압축 시스템(14)의 다양한 컴포넌트를 포함하는 VSD 인클로저(53)의 개략도이다. 예시된 실시형태에서, VSD 인클로저(53)는 메인 드라이브 라인 VSD(52), 무정전 전원 장치(70), 전원 장치(71), 배터리(72), 및 가변 기하학적 확산기 (VGD) 시스템(76)을 포함한다. 게다가, VSD 인클로저(53)는 자기 베어링 제어기 및/또는 자기 베어링 제어기 전원 장치를 포함할 수 있는, 자기 베어링 제어(magnetic bearing control: MBC) 시스템(92)을 포함할 수 있다. 실제로, 자기 베어링 제어기 전원 장치는 전력을 일부 실시형태에서, 또한 VSD 인클로저(53) 내에 배치될 수 있는, 자기 베어링 제어기에 공급하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 일부 실시형태에서, 압축기(32)는 하나 이상의 가동부를 지지하도록 자기 베어링을 활용할 수 있다. 특히, 일부 실시형태에서, 압축기(32)는 하나 이상의 가동부의 정적 하중을 견디도록 영구 자석을 활용할 수 있고 하나 이상의 가동부가 최적의 위치로부터 벗어날 때 활성 자석을 활용할 수 있다. 따라서, MBC 시스템(92), 더 구체적으로, MBC 제어기는 압축기(32)의 자기 베어링에 대한 압축기(32)의 하나 이상의 가동부(예를 들어, 샤프트)의 위치를 모니터링할 수 있고 하나 이상의 신호를 전송하여 활성 자석을 제어해서 하중이 최적의 위치에 실질적으로 있게 할 수 있다.

일부 실시형태에서, MBC 시스템(92)은 전력을 배터리(72), UPS(70), 전원 장치(71), 또는 이들의 임의의 조합으로부터 수용할 수 있다. 예를 들어, 특정한 실시형태에서, 배터리(72) 및/또는 전원 장치(71)는 전력을 MBC 시스템(92)에 지속적으로 공급할 수 있고, UPS(70)는 전력의 예비 전력원으로서 전력을 MBC 시스템(92)에 공급할 수 있다. 게다가, 냉각 시스템(80)은 위에서 설명된 바와 같이 VSD 인클로저(53)의 내부 온도를 조절하고, 그리고 확장하여, MBC 시스템(92)을 포함하는, VSD 인클로저(53) 내 컴포넌트의 온도를 조절하도록 기능할 수 있다.

게다가, 예시된 실시형태에서, VSD 인클로저(53)는 신호 및/또는 데이터를 전달하도록 하나 이상의 와이어(90) 또는 다른 적합한 매체를 통해 제어 패널(40)에 통신 가능하게 연결된다. 실제로, VSD 인클로저(53)의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어, 메인 드라이브 라인 VSD(52), UPS(70), 배터리(72), 전원 장치(70), MBC 시스템(92), 및/또는 VGD 시스템(76))는 제어 패널(40)으로부터 다양한 입력을 수신할 수 있다. 더 구체적으로, 조작자는 VSD 인클로저(53) 내 컴포넌트 중 하나 이상의 컴포넌트를 제어하도록 인터페이스 보드(48)를 통해 다양한 명령을 제공할 수 있다.

게다가, 일부 실시형태에서, VSD 인클로저(53) 내에서, MBC 시스템(92), UPS(70), 및 VGD 시스템(76)은 제1 전기 패널과 연관될 수 있고, 메인 드라이브 라인 VSD(52)은 제2 전기 패널과 연관될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 배터리(72)는 제1 전기 패널, 제2 전기 패널 또는 둘 다와 연결될 수 있고, 전원 장치(71)는 제1 전기 패널, 제2 전기 패널 또는 둘 다와 연결될 수 있다.

도 6은 본 개시내용의 실시형태에 따른, 증기 압축 시스템(14)의 다양한 컴포넌트를 포함하는 VSD 인클로저(53)의 블록도이다. 예시된 실시형태에서, VSD 인클로저(53)는 메인 드라이브 라인 VSD(52), UPS(70), 전원 장치(71), 배터리(72), 및 VGD 시스템(76)을 포함한다. 게다가, VSD 인클로저(53)는 오일 펌프 VSD(74) 및 MBC 시스템(92)을 포함할 수 있다. 이와 같이, VSD 인클로저(53)는 자기 베어링 및/또는 기계 롤러 베어링을 활용하는 증기 압축 시스템(14)에 적용 가능할 수 있다.

오일 펌프 VSD(74)는 도 4에 대하여 위에서 설명된 바와 같이 기능할 수 있고, MBC 시스템(92)은 도 5에 대하여 위에서 설명된 바와 같이 기능할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 오일 펌프 VSD(74)는 적합한 전압 및 주파수에서 전력을 오일 펌프(78)에 공급할 수 있고, 오일 펌프는 결국 오일 또는 윤활유를 압축기(32) 내 가동부에 공급할 수 있다. 게다가, MBC 시스템(92)은 압축기(32)의 활성 자석 베어링을 제어하도록 하나 이상의 신호를 전송할 수 있다.

일부 실시형태에서, MBC 시스템(92) 및/또는 오일 펌프 VSD(74)는 전력을 배터리(72), UPS(70), 전원 장치(71), 또는 이들의 임의의 조합으로부터 수용할 수 있다. 예를 들어, 특정한 실시형태에서, 배터리(72) 및/또는 전원 장치(71)는 전력을 MBC 시스템(92) 및/또는 오일 펌프 VSD(74)에 지속적으로 공급할 수 있고, UPS(70)는 예비 전력원으로서 전력을 MBC 시스템(92) 및/또는 오일 펌프 VSD(74)에 공급할 수 있다. 게다가, 냉각 시스템(80)은 위에서 설명된 바와 같이 VSD 인클로저(53)의 내부 온도를 조절하고, 그리고 확장하여, MBC 시스템(92) 및 오일 펌프 VSD(74)를 포함하는, VSD 인클로저(53) 내 컴포넌트의 온도를 조절하도록 기능할 수 있다.

게다가, 예시된 실시형태에서, VSD 인클로저(53)는 신호 및/또는 데이터를 전달하도록 하나 이상의 와이어(90) 또는 다른 적합한 매체를 통해 제어 패널(40)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 실제로, VSD 인클로저(53)의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어, 메인 드라이브 라인 VSD(52), UPS(70), 배터리(72), 전원 장치(70), MBC 시스템(92), 오일 펌프 VSD(74) 및/또는 VGD 시스템(76))는 제어 패널(40)으로부터 다양한 입력을 수신할 수 있다. 더 구체적으로, 조작자는 VSD 인클로저(53) 내 컴포넌트 중 하나 이상의 컴포넌트를 제어하도록 인터페이스 보드(48)를 통해 다양한 명령을 제공할 수 있다.

현재의 실시형태에서, VSD 인클로저(53) 내에서, 메인 드라이브 라인 VSD(52)은 제1 전기 패널과 연관될 수 있고, 오일 펌프 VSD(74)는 제2 전기 패널과 연관될 수 있고, MBC 시스템(92), UPS(70), 및 VGD 시스템(76)은 제3 전기 패널과 연관될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 배터리(72)는 제1 전기 패널, 제2 전기 패널, 제3 전기 패널, 또는 이들의 임의의 조합과 연결될 수 있고, 전원 장치(73)는 제1 전기 패널, 제2 전기 패널, 제3 전기 패널, 또는 이들의 임의의 조합과 연결될 수 있다.

따라서, 본 개시내용은 다양한 컴포넌트 및/또는 패널을 가진 가변속 드라이브(VSD) 인클로저(예를 들어, 전기 인클로저)를 포함하는 냉각기 시스템의 시스템을 제공하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, VSD 인클로저는 오일 펌프 VSD, 자기 베어링 제어기 및/또는 자기 베어링 제어기 전원 장치, 가변 기하학적 확산기 제어기 및/또는 가변 기하학적 확산기 전원 장치, 배터리, 전원 장치, 무정전 전원 장치, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 실제로, 이 컴포넌트는 VSD 인클로저 내 다양한 전기 패널 상에 포함될 수 있다. 게다가, VSD 인클로저는 VSD 인클로저 내 온도를 조절하도록, 일원화된 냉각 시스템, 예컨대, 공기 대 물 열 교환기를 활용할 수 있다. 실제로, VSD 인클로저 내 컴포넌트의 각각이 일원화된 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있어서, 다수의 컴포넌트를 위한 다수의 냉각 시스템을 활용하는 시스템에 비해 냉각 비용을 절약한다. 게다가, VSD 인클로저 내 컴포넌트의 통합에 기인하여, 컴포넌트에 의해 활용되는 공간이 또한 감소될 수 있다. 여전히 또한, VSD 인클로저 내 컴포넌트가 공통 전력원을 활용할 수 있어서, 생산 비용 및/또는 전력 비용을 절약한다.

오직 특정한 특징 및 실시형태가 예시 및 설명되었지만, 많은 변경 및 변화(예를 들어, 다양한 소자의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 매개변수(예를 들어, 온도, 압력 등)의 값, 장착 배열, 재료 용도, 컬러, 배향 등의 변경)가 청구범위에 언급된 주제의 새로운 교시내용 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나는 일 없이 당업자에게 떠오를 수 있다. 임의의 과정 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시형태에 따라 변경 또는 재배열될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위가 본 발명의 참된 정신 내에 속하는 것으로서 모든 이러한 변경 및 변화를 포함하는 것으로 의도된다는 것이 이해된다. 게다가, 예시적인 실시형태의 간결한 설명을 제공하기 위해서, 실제 구현예의 모든 특징(즉, 본 발명을 수행하는 현재 고려되는 최상의 모드와 관련되지 않은 것 또는 청구된 발명을 가능하게 하는 것과 관련되지 않은 것)이 설명되지 않을 수 있다. 임의의 이러한 실제 구현예의 개발에서, 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 수많은 구현 특정한 결정이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 개발 노력이 복잡할 수 있고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 과도한 실험 없이, 본 개시내용의 이득을 가진 당업자에게는 설계, 제조 및 제작의 일상적인 일일 것이다.

Claims

가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration: HVAC＆R) 시스템으로서,
냉매 루프;
상기 냉매 루프를 따라 배치된 압축기로서, 냉매를 상기 냉매 루프를 통해 순환시키도록 구성되는, 상기 압축기;
제어 패널; 및
다수의 컴포넌트를 포함하는 가변속 드라이브(variable speed drive: VSD) 인클로저를 포함하되, 상기 다수의 컴포넌트는,
입력을 상기 제어 패널으로부터 수신하고 전력을 상기 압축기의 모터에 공급하도록 구성된 메인 드라이브 라인 VSD; 및
전력을 오일 펌프에 공급하도록 구성된 오일 펌프 VSD를 포함하고, 상기 오일 펌프는 윤활유를 상기 압축기에 공급하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제1항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 상기 압축기의 가변 기하학적 확산기에 통신 가능하게 연결된 가변 기하학적 확산기 제어기 또는 가변 기하학적 확산기 전원 장치를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제1항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 전력을 상기 VSD 인클로저 내에 위치하는 상기 다수의 컴포넌트 중 하나 이상에 공급하도록 구성된 무정전 전원 장치를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제1항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 배터리 및 전원 장치를 포함하고, 상기 배터리 및 상기 전원 장치 각각은 전력을 상기 VSD 인클로저 내에 위치하는 상기 다수의 컴포넌트 중 하나 이상에 공급하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제1항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 물을 상기 압축기로부터 냉각 시스템의 하나 이상의 관을 통해 수용하도록 구성된 냉각 시스템을 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제5항에 있어서,
상기 냉각 시스템은 공기를 상기 하나 이상의 관에 걸쳐서 밀어내고/내거나 끌어당겨서 상기 VSD 인클로저 내부에 조화 공기를 공급하도록 구성된 하나 이상의 팬을 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제5항에 있어서,
상기 냉각 시스템은 상기 물의 온도를 증가시키고 상기 물을 증발기로 전송하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제1항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 상기 압축기의 자기 베어링을 제어하도록 구성된 자기 베어링 제어기를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템으로서,
냉매 루프;
상기 냉매 루프를 따라 배치된 압축기로서, 냉매를 상기 냉매 루프를 통해 순환시키도록 구성되는, 상기 압축기;
제어 패널; 및
다수의 컴포넌트를 포함하는 VSD 인클로저를 포함하되, 상기 다수의 컴포넌트는,
입력을 상기 제어 패널으로부터 수신하고 전력을 상기 압축기의 모터에 공급하도록 구성된 메인 드라이브 라인 VSD; 및
자기 베어링 제어기 또는 자기 베어링 제어기 전원 장치를 포함하고, 상기 자기 베어링 제어기는 상기 압축기의 자기 베어링을 제어하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제9항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 상기 압축기의 가변 기하학적 확산기에 통신 가능하게 연결된 가변 기하학적 확산기 제어기 또는 가변 기하학적 확산기 전원 장치를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제9항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 전력을 상기 VSD 인클로저 내에 위치하는 다수의 컴포넌트 중 하나 이상에 공급하도록 구성된 무정전 전원 장치를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제9항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 냉각 시스템을 포함하되, 상기 냉각 시스템은 공기 대 물 열 교환기를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제12항에 있어서,
상기 냉각 시스템은 조화 공기를 상기 VSD 인클로저 내에 위치하는 다수의 컴포넌트 중 하나 이상에 공급하도록 구성된 하나 이상의 팬을 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제9항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 전력을 오일 펌프에 공급하도록 구성된 오일 펌프 VSD를 포함하고, 상기 오일 펌프는 윤활유를 상기 압축기에 공급하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC＆R) 시스템으로서,
VSD 인클로저를 포함하되, 상기 VSD 인클로저는 다수의 컴포넌트를 포함하고, 상기 다수의 컴포넌트는,
전력을 모터에 공급하도록 구성된 메인 드라이브 라인 VSD;
전력을 펌프에 공급하도록 구성된 오일 펌프 VSD로서, 상기 펌프는 오일을 상기 HVAC＆R 시스템의 하나 이상의 가동부에 공급하도록 구성되는, 상기 오일 펌프 VSD; 및
자기 베어링 제어기 또는 자기 베어링 제어기 전원 장치를 포함하고, 상기 자기 베어링 제어기는 상기 HVAC＆R 시스템의 자기 베어링을 제어하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제15항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 냉각 시스템을 포함하되, 상기 냉각 시스템은 공기 대 물 열 교환기를 포함하고, 상기 냉각 시스템은 조화 공기를 상기 VSD 인클로저 내에 위치하는 상기 다수의 컴포넌트 중 하나 이상에 공급하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제16항에 있어서,
상기 공기 대 물 열 교환기는 물을 응축기로부터 수용하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제15항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 HVAC＆R 시스템 압축기의 가변 기하학적 확산기에 통신 가능하게 연결된 가변 기하학적 확산기 제어기 또는 가변 기하학적 확산기 전원 장치를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제15항에 있어서,
상기 VSD 인클로저는 상기 VSD 인클로저 내에 위치된 무정전 전원 장치, 전원 장치, 및 배터리를 포함하는, HVAC＆R 시스템.
제19항에 있어서,
상기 무정전 전원 장치 및 상기 배터리는 전력을 상기 자기 베어링 제어기에 제공하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.
제19항에 있어서,
상기 전원 장치는 전력을 상기 자기 베어링 제어기 또는 가변 기하학적 확산기 제어기에 제공하도록 구성되는, HVAC＆R 시스템.