KR20070045266A - 동적 제어 압축기 - Google Patents

Abstract

적어도 두 개의 압축기를 포함하는 시스템에서, 본 발명은 다중 압축기의 흡입라인 또는 방출 라인 중 어느 하나 또는 둘 다에 적절하게 크기 조절된 관 또는 탱크를 제공하며, 상기 시스템은 만약 제1 압축기의 상태가 변화하면 다른 압축기에 즉각적인 영향을 미치지 않고, 상기 관이 변화를 완충시키는 수단으로 작동하는 방식으로 구성된다.

다중 압축기, 흡인라인, 방출라인

Description

동적 제어 압축기{Dynamically controlled compressors}

본 발명은 압축기와 관련된 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 동적 제어 압축기 시스템 및 방식에 관한 것이다.

종래 기술에서 공지된 것처럼, 원심 압축기는 초크(choke)로 불리는 조건과 서지(surge)라 불리는 조건에 의해 제한받는, 압축기 지도로 언급되는 작동 엔벨롭(operating envelope)을 갖는다.

현재의 원심 압축기는 서지와 초크 지점 안에서 작동할 때 가스를 펌프한다. 만일 원심 압축기가 얼마간의 서지 상태에 놓이게 되면, 인펠러(impellors)가 과열돼 기계 전체에 손상을 줄 수 있다. 압축기 제조사들은 서지가 발견됐을 때, 손상을 막기 위해 기계를 정지시키는 다양한 서지 탐지기를 이용해, 이러한 손상 상태에서 압축기가 작동하는 것을 방지하려고 노력한다.

에너지 절약을 위해, 일부 최근 원심 압축기에는 작동 범위를 늘리기 위한 속도 조절기가 장착되고 있으며, 이로 인해, 압축기 제어 시스템이 동적으로 변하고 있다. 이 상황에서 압축기가 켜져있든 꺼져있든지 간에, 압축기는 더 지능적으로 되며, 이 동적 제어로 인해 압축기는 상태 변화에 반응하게 된다. 현재 시장에서 이용가능한 본 제품의 가장 최신 버전인 본 출원인의 원심 압축기는 전체적으로 동적 제어장치를 장착하며, 효율성을 극대화하기 위해 압축기 속도와 인렛 가이드 베인(inlet guide vane: IGV)의 위치를 계속해서 최대한으로 활용하고 있다. 오늘날까지 대부분의 원심 압축기들은 주로 단 하나의 압축기 시스템이었지만, 가장 최근에는 두 개의 압축기가 한 기계에 장착되면서 병렬 구조로 작동되며 기계의 로딩(loading)과 언로딩(unloading)이 인렛 가이드 베인(IGV)의 단독 사용을 통해 일어난다. 이로 인해 두 개의 압축기가 하나의 제어기에 의해 통제받으면서 동시에 같은 속도로 로딩되고 언로딩된다.

현재 압축기는 속도를 조절하고, 필요시 그의 성능을 최대로 만들기 위하여 인렛 가이드 베인을 작동시키도록 하나의 제어기로 프로그램화된 압축기 지도를 갖는다. 이러한 동적 제어 시스템으로 인해 시스템 조건의 변화와 로딩의 다양성에 따라 압축기가 작동 파라미터를 바꿀 수 있게 된다.

하나의 압축기로 이루어진 시스템의 경우, 이 동적 제어 원심 압축기는, 다양한 작동 상태 및 용량 조건(capacity requirements: CPR)에서 그의 성능을 최적화하기 위해 설치된 인렛 가이드 베인과 속도를 활발히 변화시킬 수 있도록, 압축 기 자체 제어 논리에 따라 조종된다.

반면, 적어도 두 개의 압축기들을 포함하는 시스템의 경우, 하나의 저압부(흡인 라인: suction line)와 고압부(방출 라인: discharge line) 사이에 병렬 구조로 놓인 제1 압축기(comp 1)와 제2 압축기(comp 2)를 나타내는 제1도에서 보여지듯이, 제1 압축기의 작동 조건은 제2 압축기의 변화하는 펌프 용량(pumping capacity)에 의해 직접적으로 영향받을 것이다. 이러한 상황은 하나의 응축기(condenser)나 증발기(evaporator)인, 압축기들의 크기가 적절히 조절되지 못하고 압축기 사이의 파이프 작업이 독립된 형태로 연결되지 않거나, 다중 압축기들이 병렬 구조로 연결되고; 압축기들 사이의 상호 연결 지점이 공통지점 또는 공통 파이프가 되고; 연결 지점의 용량이 제1 압축기의 변화를 상쇄(compensate)하기에 부족해 제2 압축기에 즉각적인 영향을 미칠 때 일어날 수도 있다.

그러므로 이러한 자체적으로 지능화되는 압축기들과 더불어, 광범위한 작업 영역에 걸쳐 그의 성능을 동적 제어할 수 있게 하는 원심 압축기 시스템 및 방법을 위한 기술이 현재 요구되는 실정이다.

발명의 요약

더 구체적으로 말하자면, 하나의 저압부와 고압부 사이에 병렬 구조로 놓인 적어도 하나의 제1 및 제2 압축기들; 적어도 그 제1 및 제2 압축기들의 흡인 라인 과 방출 라인 중 적어도 하나에 연결된, 적어도 하나의 이너셔(inertia)관을 포함하는 다중 압축기 시스템을 제공하는 것이며, 여기서 상기 적어도 하나의 이너셔관은 적어도 하나의 제1 및 제2 압축기의 작동 조건을 완충적으로 변화시키는 수단으로 작용한다.

또한, 적어도 두 개의 압축기들의 방출 라인과 흡입 라인 중 적어도 하나에 적어도 하나의 이너셔관을 연결하는 단계를 포함하는, 하나의 저압부와 고압부 사이에 병렬 구조로 놓인 적어도 두 개의 압축기들을 포함하는 압축기 시스템 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적과 이점 및 특징들에 대해서는 뒤에 나오는 도면과 관련된 다음의 구체적 설명을 통해 더욱 명확해질 것이다.

첨부 도면:

제1도는 종래의 기술에서 알려진, 병렬 구조로 파이프 연결된 원심 다중 압축기의 파이프 구성을 나타낸 도면이며;

제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타낸 도면이며;

제3도는 본 발명의 또 다른 실시예의 시스템을 나타낸 도면이며;

제4도는 본 발명의 또 다른 실시예의 시스템을 나타낸 도면이며;

제5도는 제4도의 실시예의 변형예를 나타낸 도면이며;

제6도는 계속해서 본 발명의 또 다른 실시예의 시스템을 나타낸 도면이며;

제7도는 제6도의 실시예의 변형예를 나타낸 도면이며; 그리고

제8도는 이너셔 탱크를 필요치 않을 것으로 보이는 응축기 및 증발기인, 하나의 공통관 사이에 병렬 구조로 파이프 설치된 다중 압축기들을 포함하는 시스템을 나타낸 도면이다.

에어 컨디셔닝(air conditioning) 장치와 같은 냉동 시스템의 경우, 압축기의 로딩이 온도뿐만 아니라 시간의 함수로 변화하므로, 압력의 함수로도 변화한다. 이러한 변화들이 압축기와 압축기 작동에 영향을 미쳐, 이에 반응하여 그 속도와 인렛 가이드 베인을 조절한다.

이러한 동적 제어 시스템은 예를 들어 왕복(reciprocating), 스크롤(scroll), 스크루(screw)식 압축기와 같은 다른 종류의 용적식(positive displacement) 압축기를 사용하는 기존의 시스템에 적용될 수 있을 것이다. 공기 압축기의 경우, 하나의 제조 과정처럼 그 압축기가 적용되는 과정에서 로딩의 필요성이 변화할 때 반응할 것이다.

본 발명은 적어도 두 개의 압축기들을 포함하는 시스템 하에서, 만일 제1 압축기의 조건이 변하더라도 나머지 압축기들에 즉각적 영향을 끼치지 않는 방식으로, 다중 압축기들의 흡입 라인 또는/및 방출 라인에서 적절한 크기의 관과 탱크를 제공하며, 상기 관은 변화를 완화시키는 수단으로서 작용한다.

제2도는 작동시 제1 압축기의 변화가 제2 압축기에 미치는 영향을 줄이기 위한 헤더(header) 구성을 포함하는 병렬 파이프 시스템을 나타낸 도면이다: 즉, 공통 저압 탱크(12)는 흡입 라인과 연결되고, 공통 고압 탱크(14)는 두 개의 압축기, (Comp 1)과 (Comp 2)의 방출 라인과 연결된다.

제3도는 병렬 파이프 시스템에서 제1 압축기의 작동 변화로 인한 제2 압축기에 가해지는 영향을 줄이기 위해 두 개의 압축기(Comp 1)과(Comp 2) 각각의 흡입 라인(12a, 12b)와 방출 라인 (14a, 14b)에 장착된 확장 탱크(expansion tank)를 나타낸 도면이다.

제4도는 밀폐형 또는 반밀폐형 압축기 내에서와 같이 하나의 압축기 하우징(housing)이 제공되는 밀폐형 또는 반밀폐형 압축기들의 시스템을 나타낸 도면이며, 이는 이너셔 탱크로 작용하기 위해 적절히 크기가 맞춰져서 외부 이너셔 탱크가 필요 없다.

제5도는 이너셔 탱크로 작용하여 외부 이너셔 탱크가 필요 없도록 크기가 적절히 맞춰진 하나의 동일한 압축기 하우징을 공유하는 두 개의 압축기들을 포함하는 시스템을 나타낸 도면이다. 이러한 종류의 시스템은 하나나 그 이상의 입출 포트(entry and exit ports)를 가지고 있을 것이다(도5a 및 도5b 참조).

제6도는 예를 들어 저압 및 고압 이너셔 탱크가 제공된 변형 실시예를 나타낸 도면이며, 이들 이너셔 탱크들은 모듈라(modular)식으로 설계되며, 빅츄얼릭(Victualic)사에 의해 공급되는 관이나 플랜지(flanged) 형 관으로 연결되며, 입출구 파이프(inlet and outlet pipes)들이 어느 일 말단에서 연결된다.

제7도는 입출구 파이프가 이너셔 탱크의 어느 부위에 연결될 수도 있는 것을 나타낸 도면이다. 모듈라 방식으로 조립되었을 경우, 입출구 연결은 가스의 고른 분포와 각각의 이너셔 탱크의 크기를 줄이기 위해 관 중간에 설치될 수도 있다. 냉동제가 입출 포트 중 적어도 하나로부터 나와 상기 시스템을 들어가고 나올 수도 있다는 것에 주목해야 한다.

제8도에 도시된 시스템에서는 적절히 크기 조절된 하나의 응축기와 증발기인, 두 개의 압축기들은 공통 증발기 관(30)에서 공통 응축기 관(32)로 병렬 구조로 연결되며, 일반적으로 반드시 필요하지는 않다.

당해 기술분야의 전문가들이 알 수 있듯이, 본 발명은 다중 동적 제어 압축기들이 하나의 대형 압축기를 대체하기 위해, 그리고 흡입 라인과 방출 라인이 하나의 입구와 출구 지점 중 하나 또는 둘 다를 통해 열 교환기에 연결돼야만 하는 장치에 사용될 것이다. 응축기로의 하나의 입구와 증발기로부터의 하나의 출구가 있는 냉각 장치가 그 예이다. 만일 그 압축기가 하나의 압축기만을 필요로 한다면, 문제될 게 없을 것이다. 하지만 두 개 이상의 압축기들이 적절 용량을 얻기 위해 필요하다면, 일반적인 기술에서 행해지는 대로 단지 압축기를 파이프로 연결해서는 비효율적이다. 파이프 작업의 연결 지점은 그 시스템에서 작동하는 다른 압축기들에 즉각적 영향을 끼치지 않을 정도의 크기로 조정될 필요가 있다.

본 발명은 두 개 이상의 압축기들을 포함하는 시스템에 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 제2-8도의 시스템들은, 그 시스템들이 먼저 장착되거나 나중에 필요시에 장착될 때 추가 압축기를 설치함으로써 확장될 것이다. 각각의 시스템은 또한 하나 또는 그 이상의 다중 흡입 및 방출 파이프와 함께 파이프 연결되어 필요한 용량을 가질 것이다.

비록 본 발명이 위에 예시된 방법으로 상술되었지만, 이 문서에서 기술된 대로 본 발명의 기술적 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정될 수 있다.

Claims (12)

1. 다중 압축기 시스템에 있어서,

   하나의 저압부와 고압부 사이에 병렬 구조로 놓인 적어도 하나의 제1 및 제2 압축기들;

   상기 적어도 제1 및 제2 압축기들의 흡인 라인과 방출 라인 중 하나에 연결된 적어도 하나의 이너셔관을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 이너셔관이 적어도 제1 및 제2 압축기들의 작동 조건을 완충적으로 변화시키는 수단으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 다중 압축기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이너셔관이 흡입 라인과 연결된 저압 탱크와 적어도 제1 및 제2 압축기의 방출 라인과 연결된 고압 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 압축기 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제1 및 제2 압축기들 각각이 하나의 저압 탱크와 고압 탱크에 연결된 것을 특징으로 하는 다중 압축기 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제1 및 제2 압축기들이 밀폐형 및 반밀폐형 압축기들 가운데 선택되며, 상기 적어도 하나의 이너셔관이 제1 압축기의 하우징과 제2 압축기의 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 압축기 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제1 및 제2 압축기가 하나의 공통 하우징에 수납되고, 상기 적어도 하나의 이너셔관이 상기 공통 하우징에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 다중 압축기 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이너셔관이 하나의 모듈라식 저압 탱크 및 모듈라식 고압 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 압축기 시스템.
7. 적어도 두 개의 압축기들 가운데 적어도 하나의 흡입 라인과 방출 라인 중 적어도 하나에 적어도 하나의 이너셔관을 연결하는 단계를 포함하는 하나의 저압부와 고압부 사이에 병렬 구조로 놓인 적어도 두 개의 압축기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템의 제어 방법.
8. 제7항에 있어서, 적어도 두 개의 압축기 흡입 라인에 연결된 공통 저압 탱크 및 적어도 두 개의 압축기 방출 라인에 연결된 공통 고압 탱크를 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템의 제어 방법.
9. 제7항에 있어서, 적어도 두 개의 압축기 중 각각 하나를 저압 탱크 및 고압 탱크에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템의 제어 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 압축기가 밀폐형 및 반밀폐형 압축기들 가운데서 선택되며, 상기 압축기 각각이 하우징을 갖고, 상기 방법이 각 하우징을 저압부 및 고압부에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템의 제어 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 압축기들이 공통 하우징에 수납되고, 상기 방법이 상기 공통 하우징을 저압부 및 고압부에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템의 제어 방법.
12. 제7항에 있어서, 하나의 모듈라식 저압 탱크와 저압부, 그리고 하나의 모듈라식 고압 탱크와 고압부를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템의 제어 방법.

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