KR20000053280A - 냉동기, 팽창 밸브 및 냉동기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동기 제어 방법, 냉동기 및 냉동기용 팽창 밸브에 관한 것이다. 전자 제어기가 센서 시스템을 작동시키도록 사용되고, 이 센서 시스템은 증발기를 떠나는 냉매의 감지된 과열에 따라 열동력을 센서 시스템에 직접 공급하기 위한 장치를 갖는다. 감지 시스템을 증발기 상류의 액체 냉매와 연통하도록 위치시키는 것에 의해, 액체 냉매로의 열전달이 과열에 열전달하기 보다는 센서 시스템의 작동을 위해 사용되어, 더욱 안정적이고 효율적인 냉매 제어를 가능하게 한다.

Description

냉동기, 팽창 밸브 및 냉동기의 제어 방법{PROCESS FOR THE CONTROL OF A REFRIGERATION SYSTEM, AS WELL AS A REFRIGERATION SYSTEM AND EXPANSION VALVE}

종래 기술의 예로는 독일 특허 공개공보 DE 40 05 728 A1호가 있다. 여기에서 냉동기는 증발기 출구에서의 과열 함수로서 제어된다. 이러한 목적을 위하여, 팽창 밸브는 증발기 출구에서의 냉동 압력에 의해 하나의 측면에, 그리고 증발기 출구에서의 냉동 온도에 상응하는 압력에 의해 또 다른 하나의 측면에 접촉된 다이어프램으로 구성된 작동기를 갖는다. 이러한 제어로 인해 압축기를 안내하는 흡입 라인 또는 모세관으로 이루어진 측정 부위가, 예컨대 팽창 밸브에 연결된다. 이에 따라, 냉동기의 구성에는 여러 측면에서 제약이 있다. 또한, 상당히 원할하지 못하고, 매우 변동적으로 과열되는 제어가 빈번하게 발생한다.

공지된 경우에 있어서, 압축기와 응축기 사이의 라인의 온도로부터 유도되는 추가적 영향이 이러한 과열 제어에 배가된다. 이러한 목적을 위하여, 사이폰 다이어프램의 두 개의 압력 캐비티 중의 하나에는 증발기의 출구에서 과열된 냉매에 의해 다이어프램을 통해 열교환하고, 또한 PTC 레지스터와 같은 가열 수단에 의해 추가적으로 가열되는 제어 매체로 채워진다.

미국 특허 4,467,613호는 종래기술의 또 다른 예이다. 이러한 인용예는 증발기의 하류에 위치되어 과열로 연통된 센서를 갖는다. 이것은 또한 원할하지 않고, 폭넓게 변동적으로 과열될 수 있는 제어를 유발한다.

본 발명은 냉동기의 제어 방법, 냉동기, 및 이러한 형태의 냉동기용 팽창 밸브를 포함한다.

도 1 은 횡방향 증발기를 갖는 본 발명에 따른 냉동기의 개략적 다이어그램.

도 2 는 부분 단면으로 도시된 본 발명에 따른 팽창 밸브의 개략도.

도 3 은 도 2 의 선 A-A를 따라 취한 단면도.

도 4 는 부분 단면으로 도시된 개조된 팽창 밸브의 개략도.

도 5 는 플러드식 증발기를 갖는 본 발명에 따른 개조된 냉동기의 개략도.

도 6 은 개조된 센서를 나타낸 도면.

도 7 은 부분 단면으로 도시된 본 발명에 따른 또 다른 개조된 팽창 밸브의 개략도.

도 8 은 증발기의 하나의 형태에 대해 도시될 때 밸브 팽창에 대한 전형적인 특성을 나타낸 곡선.

도 9 는 도 8 과 유사하지만, 밸브 특성과 상충하는 불안정한 영역의 특성을 갖는 상이한 증발기에 대한 도면.

도 10 은 도 9 와 유사하지만, 밸브 작동 특성이 불안정한 영역을 피하기 위하여 증가된 안정적 과열을 갖는 도면.

도 11 은 도 10 과 유사하지만, 증발기의 것과 유사한 작동 특성을 갖도록 본 발명에 따라 작동되는 밸브에 대한 밸브 특성을 나타낸 도면.

도 12 는 부분 단면으로 도시된, 본 발명에 따른 개조된 팽창 밸브의 개략적 다이어그램.

도 13 은 부분 단면으로 도시된, 본 발명에 따른 또 다른 개조된 팽창 밸브의 개략도.

본 발명의 목적은 단순하면서 비용절감적인 방법을 사용하는 냉동기의 제어를 개선시키는 것이다. 본 발명에 따라, 압력 챔버를 센서 챔버로부터 분리하기 위한 이동가능한 벽에 연결된 폐쇄 부재로 이루어진 팽창 밸브에는 온도에의존하는 압력 (temperature-dpendent pressure) 을 발생시키기 위한 충전물 (charge) 을 보유한 센서 시스템의 적어도 일부분으로 이루어진 센서 챔버가 제공되어 있다. 벽이 압력 챔버내로 이동하면 폐쇄 부재는 팽창 밸브의 입구와 출구 사이의 통로를 개방하도록 되어 있다. 히터는 센서 시스템과 열접촉하도록 제공되며, 열전달 경로가 센서 시스템으로부터 표면까지 형성되어 있으며, 이 표면은 통로의 하류로 위치된 팽창된 액체 냉매와 열적으로 연통되어 있다.

본 발명의 하나의 형태에 따라, 센서 시스템에서 팽창된 액체 냉매까지의 열전달 표면은 팽창 밸브의 출구의 일부분으로 이루어진다. 본 발명의 이러한 형태에서, 센서 시스템은 팽창 밸브의 출구에 위치된 센서를 포함하며, 히터는 센서와 열접촉한다. 본 발명의 또 다른 형태에서, 표면은 밸브의 이동가능한 벽의 적어도 일부분을 포함한다. 본 발명의 이러한 형태에서, 센서 챔버는 센서 시스템을 포함하며, 히터는 센서 챔버상에 장착된다.

본 발명의 여러 형태에서, 증발기를 떠나는 증발된 냉매의 과열이 감지되고, 또한 과열 감지 수단과 히터에 연결된 조절기가 과열에 따라 센서 시스템에 공급되는 열동력을 제어하도록 사용된다. 따라서, 매우 단순하지만 효과적인 제어 장치가 제공된다.

근본적으로, 밸브 개방 정도는 히터를 사용하는 열 공급에 의해 결정된다. 이것은 감지 시스템내의 증기압이 가열에 의해 상승하기 때문이다. 히터에 공급되는 열의 양이 많으면 많을 수록, 밸브의 개방 정도도 더욱 더 커진다. 아래의 관계로 인해 실제적인 비율이 제시된다:

E = K ×A ×(T_f- T_g)

E = 히터에 공급되는 열

K = 열전달 계수

A = 센서와 냉매 사이의 열전달 표면

T_f= 센서 온도

T_g= 밸브 출구에서의 냉매의 포화 온도

이러한 관계는, 냉매의 포화 압력과 포화 온도가 밸브 출구에서 정확하게 얼마나 높은지에 관계없이 적용한다. 따라서 밸브 개방 정도는 증발기 바로 아래의 압력과는 무관한데, 그 이유는 증발기 압력이 밸브 개방을 제어하는데 사용되지 않기 때문이다.

열공급이 조절기에 의해 제어되므로, 제어를 향상시키기 위하여 모든 가능한 조절 방법이 PI제어기를 사용하여 적용될 수 있다. 또한, 압축기 회전 속도, 및 응축된 냉매의 동결 또는 과열에 대한 의존과 같은 추가적 보상 기능이 고려될 수 있다. 이에 따라 매우 정확한 제어가 가능하다. 가열 수단이 고장나는 경우에는 팽창 밸브가 닫힌다는 점이 또 다른 장점이다.

팽창 밸브와 증발기의 출구 사이에는 센서 라인의 연결이 필요치 않다. 측정 위치와 조절기 사이의 연결을 위해서는 단순한 신호 라인으로 충분하며, 조절기와 가열 수단 사이의 연결을 위해서는 단순한 전기 라인으로 충분하다. 이에 따라, 단순하면서 경제적인 구성이 가능하다. 임의의 사용 목적에 대해 냉동기를 사용할 때, 컨덕터 경로가 앞서 가능했던 것 보다 많은 자유도를 갖도록 선택될 수 있다. 제어 원리는 과열이 측정되는 건식 증발기용으로 뿐만 아니라, 증발기내의 액체의 레벨이 측정되는 침수 또는 플러드식 증발기용으로도 적절하다. 이 모든 것들에는 매우 자유로운 응용이 가능하다.

역전 밸브, 분배기, 또는 다른 설치 요소가 존재하더라도, “팽창 밸브의 출구”라는 표현에는 팽창 밸브의 팽창 통로와 증발기의 실제적 입구 사이의 모든 위치가 포함되어 있다. 따라서, 센서의 위치와 특성에 있어서 상당한 가요성이 있다.

구조적 요소가 팽창 밸브에 대해 근접 위치되는 것이 바람직한데, 그 이유는 짧은 연결로를 사용하여 작동이 실행될 수 있기 때문이다. 만약 보상 채널이 밸브의 근방에 이어져 있다면, 냉매 라인을 압력 챔버에 연결하기 위해서는 오직 짧은 튜브만이 필요하다. 만약 보상 채널이 밸브의 내부에 위치된다면, 더욱 경제적인 해법이 가능하다. 하지만, 센서와 센서 챔버 사이에서 신장하는 모세관이 센서와 압력 챔버내의 온도차를 발생시킨다.

본 발명의 또 다른 형태를 위해서, 가열 수단이 센서의 내부에 배치되어 있다. 이에 따라, 더욱 우수한 열전달이 가능하고, 설치가 용이하다.

모든 형태에서, 가열 수단은 센서 또는 센서내의 유체 아래쪽에 위치되어, 가열 수단과 센서의 충전물 사이에서 적절한 열전달을 허용한다.

실제로, 밸브 하우징, 보상 채널, 및 센서 시스템이 사전에 조립된 구조적 단일체를 형성하는 경우에 바람직하다. 또한, 밸브 출구에 연결된 냉매 라인의 일부분이 구조적 단일체의 일부분을 형성할 수 있다.

본 발명은 도면에 나타낸 바람직한 실시예를 사용하여 하기의 상세한 설명에서 더욱 상세하게 기술될 것이다.

도 1 은 냉매용 압축기 (2), 응축기 (3), 팽창 밸브 (4), 및 건식 증발기 (5) 가 일렬로 배치된 냉동기 (1) 를 나타낸다. 건식 증발기에 의해 전체 냉매가 증발기를 한번 통과하는 중에 증발되는 것을 알 수 있다.

팽창 밸브 (4) 는 도 2 에 도시된 형태를 가질 수 있다. 밸브 하우징 (6) 은 입구 챔버 (7) 와 출구 챔버 (8) 를 갖고, 이들 챔버 사이에는 밸브 시트 (9) 가 위치된다. 스토퍼 (10) 는 다이어프램 사이폰 (13) 의 이동가능한 작동기 (12) 와 상호 작동하는 밸브 로드 (11) 에 의해 지지된다. 스토퍼 (10) 는 스프링 (14) 의 영향하에 있으며, 이 스프링의 스프링 플레이트 (15) 가 조절 장치 (16) 를 사용하여 조절될 수 있으며, 또한 이 스토퍼는 하부 압력 챔버 (17) 의 압력 (pK) 영향하에 그리고 대향 방향에서 상부 압력 챔버 (18) 의 압력 (pT) 의 영향하에 있다. 구리관 형태의 냉매 라인 (19) 이 출구 챔버 (8) 에 연결된다. 라인 (19) 은 파이프형으로 된 보상 채널 (20) 을 경유해서 하부 압력 챔버 (17) 로 안내하는 연결편 (21) 에 연결된다. 따라서, 압력 (pK) 은 팽창 밸브 (4) 의 출구에서의 냉매 압력에 해당한다.

상부 압력 챔버 (18) 는 모세관 (24) 을 경유해서 상부 압력실 (18) 에 연결된 센서 (23) 를 갖는 센서 시스템 (22) 의 일부분이다. 센서 (23) 는 제 1 벽 부위 (25) 를 따라서 냉매 라인 (19) 에 인접해 있다. 반대편 측의 제 2 벽 부위 (26) 는 전기적으로 가열된 가열 수단 (27) 에 인접해 있다. 센서 (23) 와 가열 수단 (27) 은 가열 수단 (27) 과 센서 (23) 의 유체 사이에서 적절한 열전달을 하도록 라인 (19) 의 아래쪽에 위치된다. 밴드 또는 클램프와 같은 텐션 장치 (28) 는 센서 (23) 와 가열 수단 (27) 을 냉매 라인 (19) 에 부착하도록 사용된다. 가열 수단 (27) 으로의 전기는 전기 라인 (29) 을 경유해서 공급된다. 센서 시스템 (22) 은 액체-기체 충전으로 이루어진 충전물을 포함하는데, 이는 압력 챔버 (18) 내의 압력 (pT) 이 각각의 센서 온도에서 충전 매체의 포화 압력과 동일하다는 것을 의미한다. 또 다른 충전물, 예컨대 분자 조리 (molecular sieve) 또는 제올리쓰 (zeolith) 와 같은 매트릭스에 매체가 가역적으로 흡수되는 흡수 충전물, 또는 온도 변화에 응하여 고체에서 기체로 직접 상변화를 하는 승화 충전물, 또는 단순한 가스 충전물이 사용될 수도 있다. 또한, 당업자에게 명백한 바와 같이 또 다른 감지 수단이 사용될 수도 있다.

또한 도 1 에 도시된 바와 같이, 오직 하나의 연결 요소, 즉 전기 라인 (29) 이 밸브를 작동시키기 위하여 팽창 밸브 (4) 의 영역에 위치되어야 한다. 가열 수단 (27) 에 의해 방출될 열출력이 조절기 (30) 에 의해 제어되고, 이 조절기에는 실제 냉매 온도와 포화 온도 사이의 차이인 순간적인 과열이 실제 값으로 공급된다. 이러한 목적을 위하여, 냉매 온도는 온도 센서 (31) 를 사용하여 종래와 같이 측정될 수 있으며, 이 온도 센서는 증발기의 출구 라인 (32) 상에 끼워맞춰진다. 포화 온도에 상응하는 냉매 압력이 출구 라인 (32) 의 압력을 감지하도록 연결된 압력 센서 (33) 를 사용하여 또한 종래 방법으로 측정될 수 있다. 측정 값은 조절기 (30) 에 대한 각각의 신호 라인 (34, 35) 에 대해 실행될 수 있다. 센서 (31, 33) 로는 신호 라인에 대해 전기 신호를 전달하는 전자 센서가 가능하다. 추가적 입구 (36) 를 통해서, 과열과는 다른 영향이 조절기 (30) 에 의해 또한 사용될 수 있다.

센서 시스템의 주입 매체가 냉매에 따라 선택되어, 가열이 없을 때는 작동기 상부의 센서 압력 (pT) 이 작동기 하부의 냉매 압력 (pK) 보다 다소 높다. 하지만 압력비는, 스프링 (14) 으로 인해 하부로부터 작용하는 힘이 상부로부터 작용하는 힘 보다 다소 크도록 결정된다. 따라서, 팽창 밸브는 가열이 없을 때 닫힌다. 하지만, 센서 (23) 에 대해 열의 소량의 열공급만으로도 밸브를 개방하기에 충분하다. 또한, 하기에 더욱 상세하게 기술된 바와 같이, 충전물과 스프링을 선택할 때 주의가 필요하므로 스프링 힘과 냉매 압력 (pK) 의 합계 곡선이 제어 범위에서 센서 압력 (pT) 의 곡선으로부터 대략 일정한 거리를 갖는다. 스프링 (14) 을 사용하여, 과열, 예컨대 4℃ 가 설정된다. 이 온도를 초과하자마자 팽창 밸브는 개방된다.

작동시, 조절기 (30), 바람직하게는 PI조절기에서 기준값이 설정되어 과열의 측정값과 비교된다. 열출력이 기준값으로부터의 측정값의 유도함수로서 제어되고, 이에 따라 약간의 변동을 가지면서 연속적인 작동이 야기된다. 이러한 공정에서 밸브 개방 정도는 공급된 열출력에 비례하고, 냉매 라인 (19) 의 증발기 압력의 레벨과 무관하게 발생한다.

도 2 에서, 팽창 밸브 자체가 표준 밸브 일 수 있으며, 여기서 두 개의 압력 챔버 (17, 18) 에 대한 연결이 새로운 방식으로 제공될 수 있다는 점을 알 수 있다. 모든 연결이 팽창 밸브의 뒤쪽에 근접하게 이루어질 수 있기 때문에, 밸브 하우징 (6), 보상 채널 (20), 센서 시스템 (22), 및 냉매 라인 (19) 이 미리 조립된 구조적 단일체로서 운반될 수 있다. 전기선 (29) 과 신호 라인 (34, 35) 이 냉매 시스템을 지지하는 장치에 어려움 없이 위치될 수 있으며, 이는 비용 절감에 추가적으로 기여한다.

도 4 에서, 100 정도 증가된 도면부호가 해당 부분을 위해서 사용될 수 있다. 다른 점이라면 보상 채널 (120) 이 하우징 (106) 의 통로로서 내부적으로 제공된다는 것이다. 또한, 밸브 하우징 (106) 의 중공형 챔버가 밸브 하우징 (106) 의 출구측 챔버 (108) 상에서 벽 부위 (125) 에 연결하는 센서 (123) 로서의 기능을 하며, 가열 수단 (127) 과 인접한 또 다른 측상에 벽 부위 (126) 를 갖는다. 센서 (123) 및 가열 수단 (127) 은 외부쪽으로의 방사상 손실을 방지하기 위하여 절연재 (137) 에 의해 덮힌다.

이러한 형태에서, 새로운 타입의 밸브가 제공되어 하우징 내부와 하우징상에서 모든 근본적인 특성을 갖고, 이 밸브는 냉매 라인 (119) 이 있든 없든 구조적 단일체로서 미리 조립될 수 있다.

도 5 의 냉매 시스템 (201) 에서, 도 1 에서 처럼 동일한 도면 부호가 동일한 부분들을 위해 사용되었고, 개조된 부분에 대해서는 200정도 증가된 도면부호가 사용되었다. 여기서, 상부 라인 (238) 과 하부 라인 (239) 을 경유해서 수집 챔버 (240) 에 연결된 플러드식 증발기 (205) 가 사용된다. 냉매는 상부 라인 (238) 에 걸쳐 액체와 증기의 혼합물로서 수집 챔버 (240) 내로 역유동하는 반면에, 계속해서 하부 라인 (239) 을 경유해서 액체 냉매가 증발기 (205) 내로 유동한다. 이러한 순환이 자동적으로 발생하지만, 또한 펌프 (도시되지 않음) 의 도움을 받을 수도 있다. 레벨 지시기 (231) 가 액체 레벨을 조절기 (30) 에 알려주고, 이 조절기는 원하는 액체 레벨이 유지될 수 있도록 팽창 밸브 (4) 의 개방 정도를 조절한다.

도 6 에 나타낸 센서 (323) 를 위해서는, 가열 수단 (327) 이 센서의 내부 캐버티에 배열되어 있다. 이러한 형태의 센서는 텐션 장치 (28) 와 유사한 텐션 장치를 사용하여 냉매 라인 (19) 에 부착될 수 있다.

도 7 에서, 도 1 내지 도 3 에 도시된 밸브에 해당하는 부분들에 대해서는 도면부호가 400정도 증가되어 있다. 도 7 에 도시된 밸브 (404) 가 본 발명의 종래 형태에 대해 전환될 수 있으며, 이러한 이유에 대해서는 아래에서 명확해질 것이다. 도 4 와 유사한 본 발명의 이러한 형태에서, 보상 채널 (420) 이 밸브 (404) 내부에 내부적으로 있으며, 이와는 달리 이러한 전환을 제외한 다른 모든 점에 있어서 밸브는 도 2 에 도시된 것과 근본적으로 동일하다.

도 7 에 도시된 형태에서, 개별적 센서는 생략되어 있다. 그 대신, 가열 수단 (427) 은 센서 챔버 (418) 에서 밸브 (404) 의 하우징 (406) 에 직접 제공된다. 상술한 바와 같이, 전기 라인 (29) 이 조절기 (30) 를 유도한다.

본 발명의 이러한 형태에서, 열은 개별적 센서와 모세관의 도움 없이 가열 수단 (427) 에 의해 센서 챔버 (18) 에 직접 공급되어, 본 발명의 이전 형태의 것들 보다 단순한 밸브 (404) 가 되도록 한다. 하지만, 당업자에게 명백한 바와 같이, 밸브 (404) 는 센서 챔버 (418) 에 존재하는 매체의 적절하고 효율적인 가열을 위해서 도 7 에 도시된 바와 같이 전환되어야 한다.

지금부터, 본 발명의 작동이 더욱 상세하게 기술될 것이다. 개별적 센서 (23, 123, 223) 를 갖는 본 발명의 형태 또는 가열 수단 (427) 이 팽창 밸브 (404) 에 열을 직접 공급하는 본 발명의 형태 중 어느 하나에서, 밸브는 센서 챔버 (18) 의 압력이 압력 챔버 (17) 의 압력과 스프링 (14) 의 힘의 총합을 초과할 때 개방된다. 센서를 채택한 본 발명의 형태에서, 비록 소량의 일부분이 매체 둘레의 센서의 벽을 통과하더라도, 가열 수단 (27, 127 또는 327) 에 의해 공급되는 에너지의 대부분은 센서 내부의 매체내로 유동할 것이다. 가열 수단으로부터의 열은 유체 매체가 끓도록 하고, 증발된 냉매는 온도가 낮은 센서의 상부까지 위쪽으로 기포를 발생시킨다. 냉매 증기는 팽창 밸브의 출구에 맞댄 센서의 상부측에 대해 열을 운반함으로써 응축한다. 동시에, 압력은 센서 내부에서 증가되어, 압력이 센서 챔버 (18) 에 제공되고, 밸브를 개방한다.

마찬가지로, 도 7 에 도시된 본 발명의 형태에서, 가열 수단 (27) 에 의해 공급된 열이 센서 챔버 (418) 의 내부에 위치된 매체 쪽으로 직접 제공된다. 가열 수단으로부터의 열은 센서 챔버 (418) 내의 유동 매체가 끓도록 하고, 센서 챔버 (418) 내부의 압력을 증가시켜, 밸브 (404) 를 개방한다. 동시에, 냉매의 기포는 센서 챔버 (418) 에서 온도가 낮은 영역까지 위쪽으로 이어져 있다. 여기서, 증기는 열을 주변 액체쪽으로 운반함으로써 응축하고, 이때 열은 작동기 (412) 를 통해 압력 챔버 (417) 쪽으로 이동한다. 따라서, 센서 (23, 123, 323) 에서 증발기 밸브로부터 유도된 출구 튜브 (19) 까지 일정한 열전달이 있는 본 발명의 제 1 형태와 동일하게, 밸브 (404) 를 통과하는 냉매쪽으로의 열의 일정한 전달이 있다.

수직방향 축선이 냉각 동력을 나타내고, 수평방향 축선이 캘빈 온도로 표시된 과열 온도를 나타내는 전형적인 팽창 밸브의 특성이 나란한 곡선으로 도 8 에 도시되어 있다. 과열은 방정식 SH=T_f-T_g, (여기서 T_f와 T_g는 각각 상술한 바와 같음) 에 의해 결정된 상대적 수이다.

도 8 에서, 임의의 “정적”과열은 밸브 개방을 개시하는데 필요하다. 본 실시예에서, 정적 과열은 4°Ｋ이다. 도시된 실시예에서, 밸브는 통상적인 작동 특성 동안 1도의 히스테리시스 (hystereis) 를 갖는다.

또한, 증발기의 전형적인 최소 안정 과열 곡선이 도 8 에 도시되어 있다. 증발기에 관해 잘 알려진 바와 같이, 임의의 증발기는 안정적이기 위하여, 또는 다르게는 압축기 흡입 라인내의 액체 냉매 오버플로가 없도록 하기 위하여 임의의 양의 과열을 요구하며, 이에 따라 압축기가 손상될 수 있다. 증발기의 MSS (Minimum Stable Superheat) 곡선이 도 8 에 도시되어 있으며, 여기서는 팽창 밸브 (4, 104, 404) 또는 다른 주입 제어기가 증발기 작동의 불안정한 영역을 피하도록 요구된다. 그렇지 않다면, 유체가 갑자기 유동해서 온도 센서에 영향을 주기 때문에, 팽창 밸브 또는 또 다른 주입 장치가 헌팅 (hunting) 을 시작할 것이다. 본 실시예에서, 제어 시스템은 불안정할 것이다. 도 8 에서, 팽창 밸브의 작동 곡선은 증발기의 불안정한 영역의 외부에 있어서, 팽창 밸브는 그 전체 작동 범위에서 안정적으로 작동할 수 있다. 또한, 팽창 밸브와 증발기의 작동 곡선은 상호 매우 밀접하고, 증발기와 팽창 밸브가 최적 에너지 레벨에서 상호 매우 효율적으로 작동한다는 것을 나타내고 있다.

도 9 는 증발기 특성과 팽창 밸브의 특성을 나타내는 동일한 세트의 곡선을 나타내지만, 여기서 증발기는 팽창 밸브의 작동 영역을 오버랩하는 불안정한 영역을 갖는다. 따라서, 팽창 밸브는 액체 냉매가 증발기를 통해 하류 압축기로 통과하고, 압축기에 손상을 가할 위험성을 갖고 작동 시 진동할 것이다.

도 10 은 도 9 에 도시된 것과 동일한 상황을 나타내지만, 밸브의 안정적 과열이 4°Ｋ 에서 6°Ｋ 까지 증가된다. 따라서, 팽창 밸브는 전체 작동 범위내에서 안정적으로 작동할 것이다. 하지만, 도시된 바와 같이, 팽창 밸브 및 증발기의 작동 특성은 오직 매우 작은 범위에서만 상호 근접할 것이다. 특히, 고용량에서 증발기의 효율성이 매우 중요할 경우에, 밸브와 증발기의 작동 특성 간에는 큰 차이가 있다. 이것은 증발기가 냉매로 효율적으로 채워지지 않아서, 이 증발기가 최적 특성에서 작동되지 않을 것이라는 점을 의미한다.

도 11 은 증발기와 팽창 밸브의 작동을 최근접시킨 본 발명의 사용을 나타내고 있다. 가열 수단 (27, 127, 327, 427) 을 사용함으로써, 팽창 밸브에 대한 작동 곡선이 전체 작동 범위에 걸쳐 증발기에 대한 작동 곡선에 근접할 것이라는 사실을 알 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 방법으로 본 발명의 전자-제어 조절기 (30) 를 사용함으로써 최적 작동이 가능하고, 전체 작동 조건에 걸쳐서 증발기의 작동 특성에 부합되도록 원하는대로 밸브 작동 특성이 배치될 수 있다.

물론, 냉동기는 여러 개의 나란한 증발기를 사용하여 상술한 바와 같이 작동될 수도 있다. 이 경우에, 센서는 분배기 앞에 또는 분배기 뒤의 브랜치 라인 중의 어느 하나에 선택적으로 위치될 수 있다. 또한, 과열은 도 1 에 도시된 것과 다르게, 예컨대 증발기 전후의 각각의 온도 센서에 의해 지정된 바와 같이 측정될 수 있다. 도 1 의 파이프형 보상 채널이 도 5 에 따른 하우징에 할당된 센서와 결합될 수 있거나, 도 5 에 따른 내부 보상 채널이 도 1 내지 도 6 에 따른 냉매 라인상에 끼워맞춤하는 센서와 결합될 수 있다.

도 12 는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내고, 여기서 도면부호는 500정도 증가되어, 상술한 본 발명의 초기 형태에 상응하는 부분들을 위해 사용되었다. 본 발명의 이러한 형태에서, 팽창 밸브 (504) 를 우회하는 유체 회로가 도면부호 550으로 지정되어 있다. 유체 회로 (550) 는 입구 챔버 (507) 에서 출구 챔버 (508) 에 연결된 냉매 라인 (519) 까지 이어져 있다. 유체 회로 (550) 는 출구 냉매 라인 (519) 에 연결된 팽창 챔버 (556) 에 소형 오리피스 (554) 를 경유해서 연결된 소형 튜브 (552) 를 포함한다. 센서 (523) 는 팽창 챔버 (556) 에 열적으로 연통되어 있으며, 가열 수단 (527) 은 센서 (523) 아래쪽에 위치된다. 모세관 (524) 은 센서 (523) 를 다이어프램 사이폰 (513) 의 상부 압력 챔버 (518) 에 연결한다. 명확하게, 본 발명의 이러한 형태에서, 냉매의 일부분은 유체 회로 (550) 에 의해 팽창 밸브 (504) 를 우회한다. 하지만, 본 발명의 초기 형태에 대해 기술된 바와 동일한 작동이 도 12 에 도시된 구성으로부터 야기된다.

도 13 은 역시 본 발명의 또 다른 형태이며, 이번에는 해당 부분들에 대해 600정도 증가된 도면부호를 갖는다. 도 12 와 유사하게, 본 발명의 이러한 형태는 입구 챔버 (607) 에서 증발기 (605) 로부터의 출구 라인 (632) 까지 신장하는 유체 회로 (650) 를 포함한다. 유체 회로 (650) 는 오리피스 (654) 를 안내하는 튜브 (652) 를 포함하고, 이 소형 오리피스 (654) 는 팽창 챔버 (656) 를 안내한다. 센서 (623) 및 가열 수단 (627) 은 팽창 챔버 (656) 의 아래쪽에 위치된다. 도 12 에 도시된 본 발명의 형태와 유사하게, 모세관 (624) 은 센서 (623) 에서 다이어프램 사이폰 (613) 의 상부 압력 챔버 (618) 까지 이어져 있다. 또한, 하부 압력 챔버 (617) 는 증발기 (605) 를 가로지르는 압력 강하에 의해 영향받지 않도록 튜브 (658) 를 경유해서 증발기 (605) 의 출구 라인 (632) 에 연결되어 있다.

본 발명에 따라 하기 청구항의 의도와 범위에 관계 없이 다양한 변형이 가능하다.

Claims (31)

1. 팽창 밸브가 압력 챔버를 센서 챔버로부터 분리하기 위한 이동가능한 벽에 연결된 폐쇄 부재를 구비하고, 상기 센서 챔버는 온도에 의존하는 압력을 발생시키기 위한 충전물을 보유한 센서 시스템의 적어도 일부분을 구비하며, 상기 벽이 압력 챔버내로 이동하면 상기 폐쇄 부재는 상기 팽창 밸브의 입구와 출구 사이에 있는 통로를 개방하고, 상기 센서 시스템과 열접촉하는 히터 및 상기 센서 시스템으로부터 액체 팽창 냉매와 열적으로 연통된 표면까지의 열전달 경로를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 표면이 상기 팽창 밸브의 출구의 일부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 표면이 상기 이동가능한 벽의 적어도 일부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 표면이 상기 팽창 밸브를 우회하는 유체 회로의 일부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 시스템이 상기 팽창 밸브의 출구에 위치된 센서를 포함하고, 상기 히터가 상기 센서와 열접촉하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 히터가 상기 센서 시스템의 아래쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 챔버가 상기 센서 시스템을 구비하며, 상기 히터가 상기 센서 챔버상에 장착되는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
8. 팽창 밸브를 이용하여 증발기내로의 냉매 주입을 제어하는 방법으로서, 상기 밸브는 센서 챔버로부터 압력 챔버를 분리하는 이동가능한 벽에 연결된 폐쇄 부재로 이루어지고, 상기 센서 챔버는 센서 시스템의 적어도 일부분으로 이루어지고 온도에 의존하는 압력을 발생시키기 위한 충전물을 보유하며, 상기 벽이 압력 챔버내로 이동하면 상기 폐쇄 부재가 팽창 밸브의 입구와 출구 사이의 통로를 개방하는 방법에 있어서,

   a. 액체 냉매를 가압한 상태에서 입구에 공급하는 단계와,

   b. 상기 통로를 개방하기 위하여 압력 챔버와 센서 챔버내에서 압력차를 발생시키는 단계와,

   c. 팽창된 냉매를 증발시키기 위하여 출구로부터 증발기에 공급하는 단계와,

   d. 증발기를 떠나는 증발된 냉매의 과열에 의해 결정되는 비율로 센서 시스템에 열을 공급하는 단계와, 그리고

   e. 액체 팽창 냉매와 사실상 영구 열접촉으로 표면까지 이어져 있는 열전달 경로를 통해 센서 시스템으로부터 열을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 센서 챔버에 연결되어 있으면서 상기 팽창 밸브의 출구에 열적으로 결합된 센서가 상기 센서 시스템에 제공되며, 상기 방법의 단계 “d ”는 충전물의 압력을 제어하기 위하여 센서에 열을 공급하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 센서 챔버에 연결되어 있고 또한 상기 표면에서 팽창 밸브의 출구와 열적으로 결합된 센서가 상기 센서 시스템에 제공되며, 상기 방법의 단계 “e”는 상기 센서에서 상기 출구까지 열을 제거하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 센서 챔버에 연결되어 있고 또한 상기 표면에서 팽창 밸브를 우회하는 유체 회로의 일부분과 결합된 센서가 상기 센서 시스템에 제공되며, 상기 방법의 단계 “e”는 상기 센서로부터 상기 유체 회로까지 열을 제거하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 센서 챔버는 상기 센서 시스템을 구비하며, 상기 방법의 단계 “d”는 상기 센서 챔버에 열을 공급하는 것을 포함하고, 상기 방법의 단계 “e”는 상기 이동가능한 벽을 통과하는 열전달 경로를 통해 열을 제거하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
13. 팽창 밸브를 이용하여 증발기내로의 냉매 주입을 제어하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 밸브는 센서 챔버로부터 압력 챔버를 분리하는 이동가능한 벽에 연결된 폐쇄 부재로 이루어지고, 상기 센서 챔버는 센서 시스템의 적어도 일부분으로 이루어지며 또한 온도에 의존하는 압력을 발생시키기 위한 충전물을 보유하고, 상기 벽이 압력 챔버내로 이동하면 상기 폐쇄 부재는 팽창 밸브의 입구와 출구 사이의 통로를 개방하는, 제어 시스템에 있어서,

    a. 센서 챔버내의 압력을 변화시키기 위하여 열을 공급하는 히터와,

    b. 증발기를 떠나는 증발 냉매의 과열을 감지하기 위한 과열 감지 수단과,

    c. 과열 감지 수단과 히터에 연결되어 과열에 따라 센서 시스템에 공급되는 열동력을 제어하기 위한 조절기; 및

    d. 센서 시스템으로부터 열을 제거하기 위한 것으로 센서 시스템으로부터 액체 팽창 냉매와 사실상 영구 열접촉된 표면까지의 열전달 경로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 과열 감지 수단이 상기 증발기의 출구에 위치된 온도 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 센서 시스템이 팽창 밸브의 출구에 위치된 센서를 포함하며, 상기 히터가 이 센서와 열접촉되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 센서 시스템은 상기 팽창 밸브를 우회하는 유체 회로상에 위치되는 센서를 포함하며, 상기 히터는 이 센서와 열접촉되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 센서 챔버는 상기 센서 시스템을 구비하며, 상기 히터는 상기 센서 챔버상에 장착되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 표면은 상기 팽창 밸브의 출구의 일부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
19. 제 13 항에 있어서, 상기 표면은 팽창 밸브를 우회하는 유체 회로의 일부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
20. 제 13 항에 있어서, 상기 표면은 상기 이동가능한 벽의 적어도 일부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
21. 증발기로의 냉매 주입이 증발기를 떠나는 증발된 냉매의 과열을 감지하기 위한 감지구를 갖는 팽창 밸브에 의해 기계적으로 제어되는 냉동기를 , 냉매 주입이 전자적으로 제어되는 냉동기로 전환시키기 위한 방법에 있어서,

    a. 팽창 통로의 하류에 위치되어 사실상 액체 냉매로 채워진 수송관과 열접촉하도록 감지구를 재위치시키는 단계와,

    b. 상기 감지구와 열접촉하는 히터를 장착하는 단계와,

    c. 상기 증발기를 떠나는 증발된 냉매의 과열을 감지하기 위하여 냉동기상에 과열 감지 수단을 장착하는 단계와; 그리고

    d. 과열에 따라 감지구에 공급되는 열동력을 제어하기 위하여 전자 제어기를 과열 감지 수단 및 히터에 연결하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 일련의 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기로 이루어지며, 상기 밸브는 센서 챔버로부터 압력 챔버를 분리하는 이동가능한 벽에 연결된 폐쇄 부재로 이루어지고, 상기 센서 챔버는 온도에 의존하는 압력을 발생시키기 위한 충전물을 보유하는 센서 시스템의 적어도 일부분으로 이루어지며, 상기 벽이 압력 챔버내로 이동하면 상기 폐쇄 부재는 상기 팽창 밸브의 입구와 출구 사이의 통로를 개방하는 냉동기에 있어서,

    a. 열을 상기 센서 시스템에 공급하기 위한 히터와,

    b. 증발기를 떠나는 증발 냉매의 과열을 감지하기 위한 과열 감지 수단과,

    c. 과열 감지 수단과 히터에 연결되어 과열에 따라 센서 시스템에 공급되는 열동력을 제어하기 위한 조절기; 및

    d. 센서 시스템으로부터 열을 제거하기 위한 것으로, 이 센서 시스템으로부터 팽창된 액체 냉매와 사실상 영구 열접촉된 표면까지의 열전달 경로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동기.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 센서 시스템은 감지구를 포함하며 또한 모세관을 통해서 상기 이동가능한 벽에 인접한 공간과 연통하며, 상기 감지구는 팽창 밸브의 팽창 통로의 하류로 위치된 사실상 액체 냉매로 채워진 수송관과 열접촉하도록 장착되며, 상기 히터는 감지구와 열접촉하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 냉동기.
24. 제 22 항에 있어서, 상기 센서 시스템은 감지구를 포함하며 또한 모세관을 통해서 이동가능한 벽에 인접한 공간과 연통하고, 상기 감지구는 팽창 밸브를 우회하는 사실상 액체 냉매로 채워진 유체 회로와 열접촉하도록 장착되고, 상기 히터는 상기 감지구와 열접촉하여 장착되는 것을 특징으로 하는 냉동기.
25. 제 22 항에 있어서, 상기 과열 감지 수단이 증발기의 출구에 위치된 온도 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동기.
26. 제 22 항에 있어서, 상기 센서 시스템은 팽창 밸브의 출구에 위치된 센서를 포함하며, 상기 히터가 이 센서와 열접촉하는 것을 특징으로 하는 냉동기.
27. 제 22 항에 있어서, 상기 센서 시스템은 상기 팽창 밸브를 우회하는 유체 회로상에 위치된 센서를 포함하며, 상기 히터가 이 센서와 열접촉하는 것을 특징으로 하는 냉동기.
28. 제 22 항에 있어서, 상기 센서 챔버는 상기 센서 시스템을 포함하며, 상기 히터가 상기 센서 챔버상에 장착되는 것을 특징으로 하는 냉동기.
29. 제 22 항에 있어서, 상기 표면이 상기 팽창 밸브의 출구의 일부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동기.
30. 제 22 항에 있어서, 상기 표면이 상기 팽창 밸브를 우회하는 유체 회로의 일부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동기.
31. 제 22 항에 있어서, 상기 표면이 상기 이동가능한 벽의 적어도 일부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동기.