KR20000005401A - 원심압축기에서 발생하는 서지를 감지하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

원심압축기에서 발생하는 서지를 감지하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 서지감지시스템은 전동모터(20)에 의하여 구동되는 압축기와, 이 윈심압축기(12)에 의하여 구동되는 부하를 갖는 유체시스템용 서지감지시스템이다.
상기 서지감지시스템은 압축기를 지나면서 발생되는 차동압력을 감지하는 수단(38,40)과, 모터(20)에 대한 동력의 입력을 나타내는 전류를 감지하는 수단(42)을 포함한다.
또한, 상기 서지감지시스템은 서지가 상기 압축기(12)에서 발생한 시기를 지시하기 위하여 상기 압축기를 통과하며 발생되는 차동압력에 반응하도록 한 제 1 계산수단과, 서지가 상기 압축기(12)에서 발생한 시기를 지시하기 위하여 상기 감지된 변속작동 전류에 반응하도록 한 제 2 계산수단을 포함한다.

Description

원심압축기에서 발생하는 서지를 감지하기 위한 방법 및 장치
일반적으로, 서지(surge) 또는 서징(surging)은 불안정한 상태로서, 고압비와 저부하비에서 작동되는 원심압축기와 같은 압축기에서 발생될 수 있다.
상기 서지의 특징은 압력과 흐름이 고주파수 진폭으로 발생되는 현상으로서, 이 경우에 압축기를 통과하는 흐름이 역으로 흐르게 되는 현상이 발생되어진다.
상기 서징 현상이 제어되지 않으면, 압축기의 회전 및 정지 구성요소에 심한 진동이 발생되어, 압축기에 손상을 초래하게 된다.
특히, 상기 서지 상태에서, 압축기를 통과하는 흐름은 순간적으로 감소하고, 동시에 압력은 압축기를 통과하면서 증대되어진다.
또한, 상기 흐름의 감소는 압축기의 구동축의 기계적 동력과 정미토크의 감소에 기인된다.
압축기의 구동수단이 전동 모터일 때, 상기 토크와 동력의 발진은 모터 전류가 발진되는 원인이 되어 과도한 동력을 소비하게 된다.
이에, 다수의 서지 감지 장치와 시스템이 사용되어 왔지만, 향상된 서지 감지 장치의 필요성이 대두되어왔다.
특히, 제한되지 않지만 전동 모터에 의하여 구동되는 원심압축기를 갖는 냉동시스템에 사용할 수 있는 향상된 성능의 서지 감지 장치가 요구된다.
본 발명은 냉동시스템과 같은 압축기 구동시스템의 압축기에서 발생하는 서지를 감지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 전압원 변속작동에 의하여 출력되는 전동모터와, 이 전동모터에 의하여 원심압축기가 구동되는 냉동시스템에 사용할 수 있도록 한 본 발명의 서지 감지장치의 블록 다이어그램이다.
도 2는 적응용량 제어보드와 도 1의 압력 입력부를 도시하고 있는 블록 다이어그램이다.
도 3은 적응용량 제어보드와, 전압원 변속작동과, 도 1의 변속작동 전류 입력부를 도시하고 있는 블록 다이어그램이다.
도 4와 도 5는 도 1 내지 도 3에서 본 발명의 주요 작동상태를 설명하는 도면이다.
도 6(a) 내지 도 6(d)는 도 2의 압력 입력부와 도 3의 전류 입력부의 적응용량 제어보드의 마이크로프로세서에 의하여 실행되는 작동상태를 나타내는 플로우 차트이다.
따라서, 본 발명은 압축기의 흡입부 압력과 배출부 압력을 감지하거나 밸브에서 나타나는 압력등을 감지하는 방법 및 장치를 제안한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 감지된 매개변수의 본래값을 마이크로프로세서로 입력하는 동시에 압축기를 통과하여 증대된 압력의 크기를 주기적으로 비교함으로써, 압축기 구동 시스템의 압축기에서 발생하는 서지를 감지할 수 있도록 한 개선된 방법 및 장치를 제공하고자 한 것이다.
또한, 본 발명은 전동모터를 구동시키는 변속 모터 구동에 적용되는 전류값의 크기나 모터에 대한 동력의 입력을 나타내는 매개변수를 검출하여 서지를 감지하는 방법 및 장치를 제안한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 감지된 전류값, 바람직하게는 직류 전류값을 마이크로프로세서에 입력하는 동시에 감지된 상기 매개변수를 주기적으로 비교함으로써, 압축기 구동 시스템의 압축기에서 발생하는 서지를 감지할 수 있도록 한 개선된 방법 및 장치를 제공하고자 한 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 감지된 매개변수는 임계값과 주기적으로 비교되어지고, 마이크로프로세서는 서지가 발생하였을 때 미리 설정된 루틴 단계를 진행시키게 된다.
상기 미리 설정된 루틴은 본 발명의 압축기 시스템용으로 설계되어진 것으로서, 본 발명에 주된 기술 사항으로 서술될 것이다.
본 발명의 가장 바람직한 구현예로서, 서지 감지를 위하여 후술되는 압력감지와 전류감지 기술을 사용하게 된다.
냉동시스템에서 서지가 감지되면, 냉동시스템은 서지의 역출현을 최소화하거나 제거하기 위하여 압축기 모터에 대해 공급되는 구동주파수를 변화시키게 된다.
상기와 같이 냉동시스템은 관련된 기술의 단점과 제한점에 대하여 실제적으로 하나 이상의 문제점을 미연에 방지할 수 있도록 되어 있다.
이하, 본 발명의 추가적인 특징과 장점을 상세하게 설명하는 바, 실시예에 의하여 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 장점과 목적은 상세한 설명과, 청구범위, 도면에 설명한 방법 및 장치에 의하여 명백하게 이해될 것이다.
또한, 본 발명과 관련되어 또 다른 실시예로서, 원심압축기에 의하여 발생된 부하를 갖는 유체시스템에 사용되도록 한 서지 감지 시스템으로 구성될 수 있는 바, 이 원심압축기는 전압 변속작동에 의하여 구동되는 모터에 의하여 구동되는 원심 압축기이다.
일구현예로서, 상기 서지감지시스템은 압축기를 통과하여 증대된 만큼의 차동압력을 감지하는 수단을 포함한다.
다른 구현예로서, 상기 시스템은 변속작동의 동력의 입력을 나타내는 전류를 감지하기 위한 수단을 포함한다.
또한, 상기 감지된 전류와 차동압력에 반응하는 계산수단을 포함하는 바, 이 계산수단은 상기 감지된 매개변수를 주기적으로 통계하여, 서지가 발생한 시기를 검출하기 위하여 미리 설정된 하나이상의 기준값과 상기 감지값을 서로 비교하게 된다.
본 발명의 일면으로서, 상기 서지감지 시스템은 증발기 압력을 감지하는 수단과 응축기 압력을 감지하는 수단을 포함하고, 이 감지되는 압력은 압축기의 흡입 및 배출압력에 직접적으로 관련된 압력이다.
또한, 상기 계산수단은 상기 응축기와 증발기 압력에 반응하는 바, 이 압력을 주기적으로 비교하여 적용 가능한 루틴을 수행시키고, 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하여 준다.
본 발명의 다른 면으로서, 본 발명은 전압원 변속작동에 의하여 모터가 출력구동되는 동시에 이 모터의 구동으로 구동되는 원심 압축기를 포함하는 냉동시스템에서 서지가 발생되는 바, 이 서지를 감지하는 방법과, 제어되지 않은 압축기 서지에 의하여 발생되는 역흐름등을 최소화하거나 제거하기 위하여 시스템을 조절하는 방법을 포함한다.
상기 방법은 응축기 압력을 감지하는 단계와, 증발기 압력을 감지하는 단계와, 변속작동의 출력을 나타내는 전류의 흐름을 감지하는 단계와, 압축기에서 서지가 발생하는 시기를 검출하기 위하여 상기 감지된 값들을 주기적으로 비교하는 단계와, 서지가 발생할 때 상기 변속작동에 대하여 정확한 제어신호를 적용하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 방법은 압력 또는 전류의 감지값을 기초로 하여 서지를 검출할 수 있도록 실행될 수 있고, 또는 상기 감지된 압력과 감지된 전류값이 서지가 발생중임을 지시할 때, 이 서지를 검출할 수 있도록 설정될 수 있다.
전술한 내용과 상세하게 후술될 내용은 본 발명의 제한되지 않는 청구범위로서, 바람직하게 해석될 것이다.
첨부도면은 본 발명의 이해를 제공하고, 각 구성부를 설명하기 위하여 첨부된 것으로서, 명세서의 내용과 함께 본 발명의 구현예를 도시하고 있다.
본 발명의 바람직한 구현예를 첨부도면을 참조로하여 이하 상세하게 설명한다.
각 도면에서 동일한 도면부호는 같은 구성요소를 지시한다.
냉동시스템과 이 냉동시스템의 제어가 발전되고 있는 사실은 문미에서 설명한 바와 같다.
그러나, 냉동시스템을 포함하는 본 발명의 관련된 것에도 본 발명은 바람직하게 적용 가능하고, 본 발명의 개시내용은 본 발명의 범위와 이해를 기반으로 제한적으로 제공되는 것은 아니다.
본 발명은 압축기 구동 시스템의 압축기에서 발생되는 서지를 감지하는 방법 및 장치가 관련되어지는 다른 분야와 장치에도 적용할 수 있다.
전동모터에 의하여 구동되는 원심압축기를 포함하는 냉동 및 냉각시스템에 사용할 수 있도록 한 본 발명에 따른 서지감지장치의 바람직한 구현예가 도 1에 도시되어 있고, 도면부호 10으로 표시되어 있다.
냉동시스템의 각 구성요소와 자가-최적활용(self-optimizing) 제어시스템은 미국 특허출원번호 4,608,833(이하, '833 특허' 라함)에 공표되어 있는 것과 동일하고, 이 발명은 본 발명의 대리인에게 위임되어 있는 상태이다.
상기 833특허는 서지감지장치를 사용하기 위하여 채택될 수 있는 냉동시스템을 설명하고 있다.
상기 833특허에서, 자가-최적활용 제어시스템은 워터 냉동계를 기반으로 하는 인버터-구동 원심압축기를 보여주고 있는 바, 조절 가능한 흡입 가이드 날개와 압축기의 속도가 냉동계의 에너지 소비를 최소화하기 위하여 연속적으로 갱신되어 "인식된" 냉동계의 서지 발생면에 대응하여 자동으로 조절된다.
상기 "인식된" 서지 발생면을 얻기 위하여, 상기 제어시스템은 "인식" 모드를 초기화로 하는 마이크로프로세서를 포함하는 바, 압축기 모터 속도는 계속 점차적으로 감소되고 회전하는 가이드 날개는 압축기에 서징이 발생된 부위를 찾을때까지 열림 위치로 이동을 하게 된다
본 발명의 설명을 용이하게 설명하고자, 평이한 형태의 냉동시스템과 연관시켜 서지감지장치(10)를 도 1에 도시하고 있다.
상기 냉동시스템은 원심압축기(12)와, 응축기(14)와, 팽창장치(16)와, 증발기(18)를 포함하는 바, 밀폐냉동계를 이루며 서로 연결되어진다.
냉동가스가 압축기(12)에서 압축되고, 이 압축된 가스는 냉각탑의 냉각수와 같은 냉각매개체가 있는 응축기(14)로 이동되며, 상기 액체 냉각제에 의하여 상기 압축된 가스가 응축되어진다.
상기 액체 냉매제는 증발기(18)로 향하기 위하여 팽창장치(16)를 통과할 때 팽창되어진다.
상기 액체 냉매제가 상기 증발기(18)로 흐르게 되면, 빌딩으로부터 순환되어 나온 물이 냉매제와 관계된 열교환 상태에 처해지게 되는데, 이는 압축기의 흡입부로 물이 전달되며 기화 상태로 되기 위함이다.
상기와 같은 방법으로, 상기 물은 빌딩을 냉각시키기 위하여 증발기(18)에서 냉각되어진다.
냉각조건의 변화에 대응하여 빌딩에 대해 분배되는 냉각량을 변경하기 위하여, 압축기(12)의 용량이 냉동시스템을 통과하는 냉매의 흐름율을 조절함으로써, 조절되어진다.
본 발명의 냉동시스템은 메인 마이크로프로세서 보드(36)를 갖는 냉각 제어 패널(34)을 포함하고, 전기유도모터(20)는 원심압축기(12)를 출력 구동시킨다.
바람직하게는, 상기 전기유도모터(20)는 전압원 변속작동(22)에 의하여 구동된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전압원 변속모터(22)는 교류를 직류로 변환시키는 변환부(24)와, 직류 리플(ripple)을 제거하는 저통과(low pass) 직류필터부(26)와, 직류를 교류로 변환시키는 변환부(28)와, 마이크로프로세서(32)와 교류/직류 변환기(33)를 포함하는 변환 로직 보드(30)로 이루어져 있다.
일반적으로, 서지가 압축기에서 긴시간을 통하여 빈번히 발생하게 되면, 압축기에 영구 손상을 입힐 수 있는 원인이 된다.
따라서, 상기 압축기에서 서지가 발생되는 시기를 알아야 하는 것이 중요하다.
이하, 본 발명의 서지감지장치(10)를 도 1에 도시한 냉동시스템을 참조로 하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
일반적으로, 상기 서지감지시스템(10)은 냉동시스템의 냉각제어 패널(34)이 장착된 적응용량 제어보드(44)를 포함한다.
특히, 상기 서지감지시스템(10)은 응축기(14)의 압력이 절대압 또는 게이지압인지를 판단하는 신호를 산출하기 위하여 응축기(14)에 위치되는 제 1 압력 변환기(38)를 포함한다.
또한 제 2 압력 변환기(40)가 증발기(18)의 압력이 절대압 또는 게이지압인지를 판단하는 신호를 산출하기 위하여 증발기(18)에 설치되어진다.
한편, 상기 압력변환기(38,40)는 압축기(12)의 흡입 및 배출라인에 위치될 수 있는 바, 이 변환기는 압축기(12)의 흡입 및 배출압을 감지하게 된다.
이미 알려진 사실로서, 압축기에서 서지가 발생하게 되면, 배출압력(응축기에서의 압력)은 감소하는 동시에 흡입압력(증발기에서의 압력)은 증가하는 경향이 나타나게 된다.
본 발명은 상기 두 개의 변환기에 의하여 감지된 실제압력을 마이크로프로세서에 적용하게 되는데, 상기 감지된 압력은 서지가 발생하게 된 시기를 검출하기 위하여 지연값과 주기적으로 비교되는 차동압력을 측정하기 위하여 사용되어진다.
바람직한 구현예로서, 상기 지연값은 상기 감지된 압력과 다음에 나타나는 지연값간의 차이를 비교함으로써, 주기적으로 변화되어진다.
시험과 분석 과정을 거쳐, 바람직한 루틴이 광범위한 사실을 바탕으로 서지를 감지하기 위하여 발전되어 왔다.
상기 바람직한 루틴이 후술되는 도 1의 시스템과 같고, 본 발명는 단지 상기 특정 루틴에 제한되는 것은 아니다.
바람직한 구현예로서, 상기 적응용량 제어보드(44)는 냉각 제어 패널(34)에 위치되어, 이 냉각 제어 패널(34)의 메인 마이크로프로세서 보드(36)와 제 1 및 제 2 압력 변환기(38)와 연결되어진다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 적응용량 제어보드(44)는 멀티플렉서(46)를 포함하는 바, 이 멀티플렉서(46)는 아날로그 형태의 응축기 압력과 증발기 압력 신호를 수신하고, 각 압력 신호가 분리되어 출력되도록 한다.
다음으로, 상기 각 압력신호는 마이크로프로세서(50)에 최종적으로 출력되는 신호가 디지틀 신호가 되도록 상기 선정된 압력신호를 디지틀 신호로 변환시켜 주는 A/D 변환기(48)로 출력된다.
상기 마이크로프로세서(50)는 디지틀 압력신호를 수신하는 동시에, 차동압력값을 산출하기 위하여 응축기 압력신호와 증발기 압력신호의 차이를 주기적으로 검출하게 된다.
상기 마이크로프로세서(50)는 주기적으로 상기 차동압력값과 예측제어값을 비교하는 동시에 서지를 감지하기 위해 설정된 루틴을 적용하게 되는 바, 상기 감지된 압력과, 특정 압축기 및 이 압축기가 부착된 시스템에 대한 시험과 분석 과정을 거쳐 산출된 임계값을 바탕으로 적용하게 된다.
상기 마이크로프로세서(50)의 바람직한 작동상태와 루틴은 첨부한 도 6에 도시한 바와 같고, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
바람직한 구현예로서, 본 발명의 작동상태의 용이성을 제공하기 위하여, 도 4를 참조한다.
도 4(a)에서, 압축기에 나타나는 차동압력 신호(dp)의 전형적인 측정상태를 나타내는 바, 이 신호는 파도 모양으로 보여지고 있고, 이는 서지현상이 발생되고 있다는 것을 보여준다.
상기 흡입 및 배출압간의 차이는 서지가 발생하지 않으면 일정하게 유지되어진다.
도 4(a)에서 dp-lag (differential pressure-lag:차동압 지연)값은 적응용량 제어보드(44)의 마이크로프로세서(50)에 의하여 변화되며 나타나고, 서지를 감지하기 위하여 사용되며, dp가 dp-lag를 초과하게 되면 자동적으로 dp-lag는 dp와 동일하게 설정되어진다.
만일 dp가 dp-lag보다 이하이면, dp-lag 가 미리 설정된 비율(1회 하강률은 0.1psi/second)에 맞게 상기 dp를 향하여 하강된다.
한편, 상기 비율은 다양하게 변화 가능하다.
도 4(a)에 도시한 바와 같이, 상기 변화하는 lag는 서지가 발생하지 않을 때 실제 dp값과 동일하지 않고, 근접되어 있음은 이미 알고 있는 사실이다.
도 4(b)는 서지 발생동안 전형적으로 측정되는 차동압력 신호를 보여주고, 뿐만아니라, 마이크로프로세서(50)가 변화하는 dp-lag를 조절하는 방법을 보여주고 있다.
도 4(b)에 도시한 바와 같이, 루틴의 바람직한 구현예로서 서지를 제어하기 위하여 차동압력의 변화에 대한 순서를 만들고자 4개의 상태가 필요하다.
임의적으로 설정된 소프트웨어 상태 0에서 상기 4개 상태중 2개가 발생하게 되면, 적어도 하나의 상태는 소프트웨어 상태 1에서 발생하게 되고, 다른 하나는 소프트웨어 상태 2에서 발생하게 된다.
상기 값(dp-lag, lag)이 음전이가 dp에서 발생되었음을 지시하는 미리 설정한 임계값(도 4(b)에서 임계값1)을 초과하게 되면, 상기 제 1 및 제 2 상태는 소프트웨어 상태 0에서 만나게 된다.
도 1의 냉동시스템에 적용되는 바람직한 구현예로서, 상기 값(dp-lag, lag)은 적어도 미리 설정된 시간(100밀리세컨)동안 제 2 상태로 부여되도록 계속 임계값 이하로 유지되어야 한다.
상기 두 개의 상태가 서로 접촉하게 되면, 5초 타이머(이 타이머는 2초에서 10초까지 변화되는 타이머이다.)가 작동되는 동시에 마이크로프로세서가 자동적으로 소프트웨어 상태 1의 작동상태로 들어간다.
상기 소프트웨어 상태 1에 제 1 및 제 2 상태가 직면된 후에는, 연속적으로 제 3 상태가 다음 dp 신호를 산출하게 된다.
상기 제 3 상태의 dp신호들은 값(dp-lag, dp)이 적어도 340밀리세컨 동안 두번째로 설정된 임계값(도 4(b)에서 임계값 2)을 초과하게 되면, 소프트웨어 상태 1에 직면하게 된다.
상기 임계값이 초과되어지는 시간주기는 응용범위내에서 다양하게 변화될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같은 시스템을 위하여, 상기 시간주기는 200에서 750밀리세컨 범위에서 변화시킬 수 있다
상기 제 3 상태의 dp 신호들이 접촉하게 되면, 상기 마이크로프로세서는 자동적으로 소프트웨어 상태 2를 진행시키게 되고, dp-lag는 dp와 동일하게 설정된다.
예를들면, 임계값 1은 저압 압축기상에 0.5psi, 고압압축기상에 3.4 psi가 바람직하다. 상기 임계값은 응용에 따라 변화 가능하다.
바람직한 구현예로서, 상기 임계값 2는 상기 임계값 1 보다 10에서 20퍼센트 정도 크다.
제 1에서 제 3 상태를 거친 후, 상기 제 4 상태는 보다 세밀한 dp 신호의 산출을 요구한다.
제 4 상태의 dp 신호는 적어도 두 개의 연속적인 양변이(도 4(b)에 도시한 Δdp-lag > 0)가 감지될 때, 소프트웨어 상태 2의 조건에 부합된다.
상기 제 3 과 제 4 상태가 설정된 시간주기(5초)내에 부합되지 않으면, 소프트웨어 상태 0이 자동적으로 재실행되어진다.
또한, 상기 제 3 상태에 직면했을 때, dp-lag 가 dp로 설정됨으로써, dp-lag는 자동적으로 다음 서지 발생을 위하여 재무장된다.
만일, 제 4 상태가 5초 안에 충족되면, 서지가 인식되어진다.
적응용량 제어보드(44)의 마이크로프로세서(50)와 같은 계산수단의 세부사항이 도 4의 작동에 관하여 기술된 기능을 수행시키기 위하여 필요하고, 이는 도 6에 도시한 바와 같다.
상기 마이크로프로세서(50)는 응축기와 증발기 압력신호를 입력 신호로서 수신한다.
상기 서지 인식 방법은 압력 변환기(38,40)로 부터 입력신호의 판독을 하게 되는 시작블럭(70)을 시작으로 한다.
로직 또는 결정 블록(72)는 20 밀리세컨의 시간주기가 마지막 값을 읽은 이래로 경과되었는지를 판단하게 된다.
만일 20밀리세컨이 지나지 않았다면, 루틴은 끝나게 된다.
반면에, 블록(74)는 응축기(14)에 부착된 압력변환기(40)로부터 제 1 입력값을 읽기 시작하고, 블록 (76)은 "값 1"로서 제 1 입력값을 연산하게 된다.
블록 78과 80에서, 상기 압력 변환기(40)로부터의 제 2 입력값이 읽어지는 동시에 "값 2"로 연산되어진다.
상기 입력값 "값 1"과 "값 2"는 디지틀 신호이다.
따라서, 상기와 같은 연산 과정에 있어서, 마이크로프로세서(50)는 상기 디지틀값 "값 1"과 "값 2"를 관련짓기 위하여 일치되는 10배의 압력값(예를들면, 룩업테이블에 저장된 압력값은 실제 압력값의 10X)으로 룩업 테이블(lookup table)을 검색하게 된다.
다음으로, 제 2 값 "값 2"는 로직 또는 결정 블록(82)에서 "X"("X"는 차동압력 dp를 나타낸다)를 얻기 위하여 제 1 값 "값 1"로부터 검출되어진다.
만일 "X-lag"로부터 검출된 "X"값이 양수이면, 결정블럭(84)는 카운터 블록(86)을 실행시키게 된다. 이때, "lag-count"는 50으로 설정되고, 블록(88)에서 변화하는 "X-lag"는 "X"와 동일하게 설정된다.
한 번 카운트는 20밀리세컨 동안이고, 따라서 50카운트는 1000 밀리세컨 또는 1초이다.
상기 변화하는 "X-lag"로부터 검출된 값 "X"가 음수이면, 결정블럭(84)는 결정 또는 로직 블록(90)을 실행시키게 되는 바, "lag-count"가 0인지 "서지상태"가 0인지를 결정하게 된다.
만일 결정블럭(90)의 양 조건이 맞다면, "X-lag"는 블록(92)에서 한개의 우니트가 감소되고, "lag-count"는 블록(94)에서 50 카운트(1000밀리세컨 또는 1초)로 재설정되며, 결정 또는 로직블럭(96)이 실행되어진다.
상기 응용에 있어서, 상술한 바와 같이 유니트는 0.1psi/second이다. 다시말해서 "X-lag"는 실제적으로 0.1 psi/second감소되어진다.
만일, 상기 결정블럭(90)의 양 조건이 충족되지 않으면, "lag-count"가 0보다 큰가를 검출하는 결정블럭(96)이 실행된다.
이때, "lag-count"가 0보다 크면, "lag-count"는 블록(98)에서 원카운트(20밀리세컨) 감소되고, 그렇지 않다면 결정 또는 로직 블록(100)이 실행된다.
상기 "서지 상태"가 결정블럭(100)에서 0으로 검출되면, 루틴은 서브루틴(A)로 분기되어지고, 그렇지 않으면 루틴은 결정 또는 로직 블록(104)으로 계속 실행된다.
상기 "서지 상태"가 결정블럭(104)에서 2로 검출되면, 루틴은 서브루틴(C)로 분기되고, 그렇지 않다면, 루틴은 블록(106)에서 "서지상태"를 0으로 설정하여 빠져나가게 된다.
상기 서브루틴(A)에서, 결정 또는 로직블럭(108)은 "X-lag" 밑의 "X"가 도 4(b)에 도시된 임계 1과 같은 "서지 임계"보다 큰가를 검출하게 된다.
만일, "서지 임계"가 초과되면, 서브루틴은 "neg-count"가 원카운트(20밀리세컨) 감소되어지는 블록(110)을 실행시킨다.
초과되지 않았다면, "neg-count"는 결정블럭(114)에서 0으로 설정된다.
블록(112)후에, 서브루틴은 "neg-count"가 5카운트(100밀리세컨)인지 아닌지를 검출하는 결정 또는 로직블럭(114)을 실행시킨다.
만일 "neg-count"가 5카운트가 아니면, 서브루틴은 빠져나가게 되고, 5카운트이면 "서지 카운트"가 블록(116)에서 0으로 설정되고, "서지상태"는 블록(118)에서 1로 설정되며, "neg-count"는 블록(120)에서 0으로 설정되고, "테스트 카운트"는 "250"(예를들면, 5초(250 x 20밀리세컨 = 5초))으로 설정된다
블록(122)후에 서브루틴은 빠져나가게 된다.
상기 서브루틴(B)에서, 결정블럭(124)는 "테스트 카운트"가 0보다 큰가를 검출하게 된다.
만일 "테스트 카운트"가 0보다 작다면, "서지 상태"는 블록(126)에서 0으로 설정되는 동시에 서브루틴은 빠져나가게 된다. 크다면, "테스트 카운트"는 블록(128)에서 원카운트(20밀리세컨) 감소되는 동시에 결정블럭 또는 로직블럭(130)이 실행되어진다.
결정블럭(130)에서, "X-lag" 밑의 "X"가 "서지 임계+n"(도 4(b)에서 임계 2로서, "서지임계"는 임계 1을 나타내며, n은 임계 1의 10에서 20%를 나타낸다)과 같거나 이하이면 서브루틴은 빠져나가게 되고, 이상이면 "서지 카운트"는 원카운트(20밀리세컨)감소되는 동시에 결정블럭(134)가 실행되어진다.
상기 결정블럭(134)에서, 상기 "서지 카운트"가 15카운트(300밀리세컨)와 같거나 이하이면, 서브루틴은 빠져나가게 되고, 이상이면 "X-prev"와 "X-lag"는 블록(136,138)에서 "X"와 같게 설정되고, "서지 상태"는 블록(140)에서 2로 설정되며, "pos-count"는 블록(142)에서 0으로 설정되어지는 동시에 서브루틴은 빠져나가게 된다.
서브루틴(C)에서, 결정 또는 로직블럭(144)은 "테스트 카운트"가 0보다 큰가를 결정하게 된다.
만일 "테스트 카운트"가 0보다 크지 않으면, "서지 상태"는 블록(146)에서 0으로 설정되고 서브루틴은 빠져나가게 되고, 크다면 "테스트 카운트"는 블록(148)에서 원카운트(20밀리세컨) 감소되고, 결정 또는 로직블럭(150)이 실행되어진다.
상기 결정블럭(150)에서, "X" 밑의 "X-prev"가 0이거나 그 이하이면 결정블럭(152)가 실행되고, 이상이면 블록(154)에서 "pos-count"는 원카운트(20밀리세컨) 감소되는 동시에 "X-lag"가 블록(156)에서 "X"와 동일하게 설정되어진다.
상기 "pos-count"가 결정블럭(152)에서 2카운트(40밀리세컨)가 아닌것으로 검출되어지면, 서브루틴은 빠져나가게 되고, 2카운트라면 서지가 블록(158)에서 확인되어지고, 블록(160)에서 서지LED (light emitting diode)가 발광하게 되며, "서지 양전이"가 블록(162)에서 "true"와 동일하게 설정되고, 블록(164)에서 "서지상태"가 0으로 재설정되는 동시에 서브루틴은 빠져나가게 된다.
상기 서지가 감지되었을 때, 적응용량 제어보드(44)의 마이크로프로세서(50)는 전압원 변속작동(22)에 의하여 공급되는 주파수를 증가시키기 위하여 도 1에 도시한 "링크(link) 1"을 경유하는 제어신호를 발생시키게 된다.
상기 전압원 변속작동(22)에서 주파수의 증가는 전동모터의 속도를 증가시키고, 차례로 압축기의 회전속도를 증가시키는 바, 따라서 압축기(12)에서 발생되는 다른 서지가 방지되어진다.
상기와 같은 제어기술은 상술한 바와 같은 '833 특허'에 기술되어있다.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 다른 구현예로서, 서지감지시스템(10)은 하나 또는 그 이상의 직류 변압기(42)를 포함하는 바, 이것은 직류필터부(26)의 직류링크흐름(iDC)을 직접 감지할 수 있도록, 전압원 변속작동(22)의 직류를 교류로 변환시키는 변환부(28)와 상기 직류필터부(26) 사이에 설치된다.
상기 직류링크흐름(iDC)의 평균값은 전압원 변속작동(22)의 변환부(28)에 의하여 공급되는 모터 전류 iA, iB, iC3개의 단계와 변환로직보드(30)에 의하여 변환부(28)의 스위치(S1-S6)로 공급되는 3개의 출력 스위치 명령신호 사용하여 재편되어진다.
또한, 상기 직류링크흐름(iDC)의 평균값은 직류 필터부(26)에 의하여 전달되는 출력을 나타내는데, 직류 필터부(26)에 의하여 발생되는 직류전압(VDC)이 일정하기 때문이다. 또한 직류 필터부(26)에 의하여 전달된 상기 출력은 직류전압(VDC)과 직류링크흐름(iDC)을 곱하여져 측정되어진다.
도 3에 도시한 바와 같이, 적응용량 제어보드(44)가 시리얼 "링크 2"를 경유하여 냉각제어패널(34)의 메인 마이크로프로세서(36)와연결되고, 시리얼 "링크 1"을 경유하여 전압원 변속작동(22)이 변환로직보드(30)와 연결되어진다.
상기 메인마이크로프로세서(36)는 냉각장치의 다른 단계를 위한 제어를 제공할 뿐만아니라, 냉각장치 작동조건의 판독을 디지틀로 배열시키게 된다.
상기 변속작동의 변환로직보드(30)는 상기 직류링크흐름(iDC)의 평균값을 디지틀 신호로 변환시키는 A/D(analog to digital) 변환기(33)와, 상기 직류링크흐름신호(iDC)의 평균값을 디지틀로 수신하는 마이크로프로세서(32)를 포함한다
상기 변속작동 변환로직보드(30)는 직류링크흐름(iDC)을 직접 연산하게 되고, 서지발생이 "링크 1"을 경유하는 동안 상기 적응용량 제어보드(44)에 서지 플래그(flag)를 송신한다.
또한, 상기 변환로직보드(30)는 "링크 1"을 경유하여 직류링크흐름(iDC)의 디지틀값을 송신하는 바, 상기 적응용량 제어보드(44)의 마이크로프로세서(50)가 서지를 검출할 수 있도록 직류링크흐름(iDC)을 연산하게 된다.
따라서, 본 발명의 다른 구현예에 있어, 상기 감지된 직류링크흐름(iDC)을 사용함으로써, 용이하게 서지 발생을 감지할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 대한 용이한 작동을 제공하기 위하여, 첨부한 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5(a)에서, 전압원 변속작동에서 나타나는 직류링크흐름(이하 link 라함.)의 전형적인 평균 측정값을 나타내고 있는 바, 이 측정값은 서지발생을 나타낼 수 있도록 파도형으로 나타난다.
또한 도 5(a)에 도시한 바와 같이, link-lag 값은 변속작동 변환로직보드(30) 또는 적응용량 제어보드(44)의 마이크로프로세서(50,32)에 의하여 변화하며 나타난다.
상기 변화하는 link-lag는 link가 link-lag를 초과하더라도 자동적으로 link와 동일하게 설정되어진다.
상기 link가 link-lag 이하로 떨어지면, 상기 link-lag는 10 LSBs(Least Significant Bits)/second의 비율에서 천천히 link를 향하여 하강하게 된다
상기 변환로직보드(30)의 A/D 변환기(33)는 12bits 또는 212(=4096)LSBs를 갖는다.
상기 link-lag 비율은 응용에 따라 변환 가능하다.
도 5(b)는 서지발생 동안, 전형적으로 측정된 직류링크흐름신호(link)을 도시하고 있고, 또한 마이크로프로세서(50,32)가 link-lag 변화를 조절하는 방법을 도시하고 있다.
상기 직류링크흐름(iDC) 서지감지방법과 관련하여, 차동압력 서지감지 방법을 위한 상기 조건들은 상기 직류링크흐름 서지감지방법을 충족시켜야만 한다.
따라서, 상기 직류링크흐름 서지감지방법은 차동압력 서지감지방법과 유사하다.
그러나, 상기 직류링크흐름의 감지된 값(차동압력(dp) 값이 아니다.)이 사용되어진다.
더욱 상세하게는, 상기 직류링크흐름 서지감지방법의 제 3 상태는 350밀리세컨 동안 임계값 2(도 5(b)에서 임계값 2)를 초과하는 값(link-lag, link)을 요구하게 된다.
상기 임계값 2가 초과되도록 한 시간 주기는 응용에 따라 200에서 750밀리세컨까지 변화 가능하다.
또한, 상기 직류링크흐름 서지감지방법의 제 4 상태는 서지를 감지하기 위하여 적어도 3개의 연속적인 양전이(도 5(b)에 도시한 바와 같이 Δlink-lag > 0)를 요구한다.
직류링크흐름 서지감지방법과 관련하여, 적응용량 제어보드(44)의 마이크로프로세서(50,32) 또는 변환로직보드(30)는 상기 차동압력 서지감지방법을 위하여 기술한 사항과 같은 도 6의 동일한 서지인식절차가 따르게 된다.
그러나, 직류링크흐름 서지감지방법에 있어서, "X"는 "link"로 대체되고, 10밀리세컨은 도 6(a)의 결정블럭(72)에 도시한 바와 같이 20 밀리세컨으로 대체 사용하게 된다.
직류링크흐름 서지감지방법에 있어 상기 원카운트는 20밀리세컨이라기 보다 10밀리세컨이다.
더욱 상세하게는, 직류링크흐름 서지감지방법에 있어서, 상기 마이크로프로세서(50,32)는 판독하지 못하고, 제 2 입력(도 6(a)에서 블럭 78과 80)을 변환시키는데, 그 이유는 마이크로프로세서(50,32)는 단지 제 1 입력(예를들어,직류링크흐름(iDC))만을 판독하기 때문이다
따라서, 마이크로프로세서(50,32)는 도 6(a)의 블록 82의 "값 1"에서 "값 2"를 공제할 수 없어, "X"와 "값 1"은 같게 된다.
또한, 직류링크흐름 서지감지 방법은 10LSBs/ second에서 "link"를 향하여 "link-lag"를 하강시킨다.
기술한 바와 같은 상기 구현예에 있어서, 상기 서지감지시스템의 다양한 조합은 수정 될 수 있다.
예를들어, 단지 압축기(12)를 통과하는 흐름 압력의 변화만을 감지하거나, 단지 전압원 변속작동(22)에서 직류링크흐름(iDC)만을 감지함으로써, 서지가 감지될 수 있고, 또는 압축기(12)를 통과하는 흐름 압력의 변화와 전압원 변속작동(22)에서 직류링크흐름(iDC)을 감지함으로써, 서지가 감지될 수 있다.
상기 압력과 전류는 서지를 감지하기 위하여 사용되고, 하나 또는 두 개의 루틴이 사용되더라도, 상기 서지는 인식될 수 있다.
본 발명에 따른 서지감지방법 및 장치는 본 발명의 정신과 범위에서 벗어남없이 당분야의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 그 밖의 다양한 변경과 변화를 주어 실시할 수 있다.
예를들면, 직류링크흐름 방법은 전압원 변속작동(22)의 변환로직보드(30)에 포함된 마이크로프로세서(32)에 의하여 실행될 수 있고, 따라서 적응용량 제어보드(10)를 배제할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 압축기(12)는 원심형에 한정되는 것은 아니고, 회전구동형 압축기과 같은 다른 형태에도 적용 가능하다.
이에, 본 발명의 다른 구현예가 본 발명의 실시와 내용을 수단으로 하여 당업자에게 있어서는 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 명세서에 기재한 바람직한 실시예는 단지 예시적인 것이고, 본 발명의 정신과 범위는 청구범위에 의해서 표현된다

Claims (23)

  1. 전동모터에 의하여 구동되는 압축기와, 이 윈심압축기에 의하여 구동되는 부하를 갖는 유체시스템용 서지감지시스템은:
    압축기를 지나면서 발생되는 차동압력을 감지하는 수단과;
    모터에 대한 동력의 입력을 나타내는 전류를 감지하는 수단과;
    서지가 상기 압축기에서 발생한 시기를 지시하기 위하여 상기 압축기를 통과하며 발생되는 차동압력의 크기에 반응하도록 한 제 1 계산수단과;
    서지가 상기 압축기에서 발생한 시기를 지시하기 위하여 상기 감지된 전류의 크기에 반응하도록 한 제 2 계산수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차동압력 감지수단은 제 1, 제 2 압력변환기로 구성된 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전류감지수단은 적어도 하나의 전류 변압기로 구성된 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 계산수단은 차동압력을 얻기 위하여 상기 제 1, 제 2 압력 변환기에 의하여 감지된 압력간의 차이를 계산하고, 제 1, 제 2 차동압 임계값에 대하여 상기 차동압력을 비교하여, 상기 제 1, 제 2 차동압 임계값이 제 1, 제 2 설정시간 주기를 초과하게 되면 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되고,
    상기 제 2 계산수단은 제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값에 대하여 상기 감지된 전류의 크기를 비교하여, 상기 제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값이 제 3, 제 4 설정시간 주기를 초과하게 되면, 서지가 발생중임을 지시하게 되는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 제 1, 제 2 계산수단이 서지가 발생중임을 지시할 때, 단지 압축기에서 발생된 서지상태를 지시하는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  6. 전압원 변속작동에 의하여 구동되는 전동모터와, 이 전동모터에 의하여 구동되는 원심압축기를 갖는 냉동시스템에 사용되는 서지감지 시스템은:
    압축기의 흡입 압력의 대표압을 감지하는 수단과;
    압축기의 배출 압력의 대표압을 감지하는 수단과;
    상기 모터에 대한 동력의 입력을 나타내는 전류와, 전압원 변속작동의 전류를 감지하는 수단과;
    상기 압축기에서 서지가 발생된 시기를 지시할 수 있도록 상기 감지된 압력의 크기에 대하여 반응하게 되는 제 1 계산수단과;
    상기 압축기에서 서지가 발생된 시기를 지시할 수 있도록 상기 감지된 전류의 크기에 대하여 반응하게 되는 제 2 계산수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 흡입압력 감지수단은 제 1 압력 변환기인 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 배출압력 감지수단은 제 2 압력 변환기인 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전류감지수단은 적어도 하나의 전류 변압기로 구성된 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 계산수단은 차동압력을 얻기 위하여 상기 배출압과 흡입압간의 차이를 계산하고, 제 1, 제 2 차동압 임계값에 대하여 상기 차동압력을 비교하여, 상기 제 1, 제 2 차동압 임계값이 제 1, 제 2 설정시간 주기를 초과하게 되면 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되고,
    상기 제 2 계산수단은 상기 제 1, 제 2 전압원 변속작동 전류 임계값에 대하여 상기 전압원 변속작동 전류를 비교하여, 상기 제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값이 제 3, 제 4 설정시간 주기를 초과하게 되면, 서지가 발생중임을 지시하게 되는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 제 1, 제 2 계산수단이 서지가 발생중임을 지시할 때, 단지 압축기에서 발생된 서지상태를 지시하는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  12. 전압원 변속작동에 의하여 구동되는 전동모터와, 이 전동모터에 의하여 구동되는 압축기를 갖는 냉동시스템에 사용되는 서지감지 시스템은:
    압축기를 지나면서 발생되는 차동압력을 감지하는 수단과, 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하기 위하여 상기 감지된 차동압력에 대하여 반응하는 계산수단으로 구성되되,
    상기 차동압력 감지수단은 압축기의 흡입 압력의 대표압을 감지하는 수단과,압축기의 배출 압력의 대표압을 감지하는 수단을 포함하고,
    상기 계산수단은 차동압력을 얻어내기 위하여 상기 흡입압과 배출압간의 차이를 계산하고, 제 1, 제 2 차동압력 임계값에 대하여 상기 차동압력을 비교하여, 상기 제 1, 제 2 차동압력 임계값이 설정시간 주기를 초과하게 되면 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 계산수단은 상기 감지된 차동압력을 주기적으로 산출하고, 서지가 발생중임을 검출하기 위하여 하나 이상의 설정 임계값과 상기 산출된 차동압력값을 비교하게 되는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 압축기는 증발기와 응축기와 연결되는 윈심압축기이고, 상기 차동압력을 감지하는 수단은 각각 상기 증발기와 응축기에 위치되어 감지 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  15. 전압원 변속작동에 의하여 구동되는 전동모터와, 이 전동모터에 의하여 구동되는 원심압축기를 갖는 냉동시스템에 사용되는 서지감지 시스템은:
    상기 전압원 변속작동을 위한 동력의 출력을 나타내는 전류를 감지하는 수단과, 압축기에서 서지가 발생중임을 지시할 수 있도록 상기 변속 작동에 대하여 반응하는 계산수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 계산수단은 상기 감지된 전류를 주기적으로 산출하고, 서지가 발생중임을 검출하기 위하여 적어도 하나 이상의 임계값과 상기 산출된 값을 비교하게 되는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전류감지수단은 직류 전류를 감지하는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 전류감지수단은 적어도 하나 이상의 전류 변압기로 구성된 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 계산수단은 제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값에 대하여 상기 변속작동 전류를 비교하여, 상기 제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값이 제 1, 제 2 설정시간 주기를 초과하게 되면 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되는 것을 특징으로 하는 서지감지 시스템.
  20. 압축기와 연결되는 응축기와 증발기와, 전압원 변속작동에 의하여 구동되는 전동모터와, 이 전동모터에 의하여 구동되는 원심압축기를 갖는 냉동시스템에서의 서지감지 방법은:
    응축기 압력을 감지하는 단계와;
    증발기 압력을 감지하는 단계와;
    모터에 대한 동력의 입력을 나타내는 전압원 변속작동의 동력 출력을 나타내는 전류를 감지하는 단계와;
    상기 전압원 변속작동 전류의 크기와 상기 응축기와 증발기 압력간의 차이의 크기중에 하나에 반응하여, 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 서지감지 방법
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 방법은 차동압력을 얻기 위하여 증발기 압력과 응축기 압력 간의 차이를 계산하는 단계와;
    상기 차동압력을 제 1, 제 2 차동압력 임계값에 대하여 비교하는 단계와;
    상기 제 1, 제 2 차동압력 임계값이 설정시간 주기를 초과하게 되면 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한는 서지감지 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 방법은 제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값에 대하여 상기 변속작동 전류를 비교하는 단계와, 제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값이 상기 제 1, 제 2 설정시간 주기를 초과하게 되면 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지감지 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 방법은 차동압력을 얻기 위하여 증발기 압력과 응축기 압력 간의 차이를 계산하는 단계와;
    제 1, 제 2 차동압력 임계값에 대하여 상기 차동압력을 비교하는 단계와;
    제 1, 제 2 변속작동 전류 임계값에 대하여 변속작동 전류를 비교하는 단계와;
    상기 제 1, 제 2 차동압력 임계값이 각각 제 1, 제 2 설정시간 주기를 초과하게 될 때와, 상기 제 1 제 2 변속작동 전류 임계값이 각각 제 3, 제 4 설정시간 주기를 초과하게 될 때, 압축기에서 서지가 발생중임을 지시하게 되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지감지 방법.
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