KR20070106765A - 콘덴서-팬 배열 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
응축기 온도와 응축기 압력의 제어를 위한 응축기 배열이 개시된다. 응축기 배열은 응축기 코일 및 상기 응축기 코일에 인접하게 배치된 다수의 팬들을 포함한다. 다수의 팬들은 상기 응축기 코일을 통해서 공기를 순환하도록 배열되고 배치된다. 상기 다수의 팬들 중 인접한 팬들 사이에 적어도 하나의 배플이 위치하고, 상기 응축기 코일의 표면으로부터 연장하는 다수의 채널들을 포함한다. 채널들은 상기 다수의 팬들의 다수의 인접한 팬들을 갖는 가변 유동 채널을 포함한다. 응축기 배열은 상기 다수의 팬들의 작동을 제어하기 위한 제어장치를 또한 포함한다. 제어장치는 감지된 조건에 반응하여 상기 다수의 팬들의 각각의 팬을 독립적으로 제어하도록 구성된다.
응축기 배열, 팬, 응축기 코일, 배플, 채널, 가변 유동, 제어장치
Description
본 발명은 가열, 통기 및 공기조화(HVAC)장치를 위한 응축기 배열에 관한 것이다.
HVAC장치는 적어도 하나의 증발기, 적어도 하나의 응축기 및 적어도 하나의 압축기를 구비한 폐 루프 냉각장치를 포함한다. 냉각제가 증발기를 통해서 유동함에 따라서, 냉각될 열전달 유체로부터 열을 흡수하여 액체를 증기 상으로 변화시킨다. 냉각제는 증발기로부터 배출된 후에 압축기, 응축기 및 팽창밸브의 순서로 유동한 후 다시 증발기로 들어가고, 따라서 이러한 냉각사이클이 반복된다. 냉각될 유체는 별도의 유체채널에서 증발기를 통과하고, 냉각제의 증발에 의해서 냉각된다. 냉각된 유체는 공기조화 공간을 냉각하기 위한 분배장치로 보내질 수 있거나 다른 냉각 목적을 위해서 사용될 수 있다.
고용량의 HVAC 장치는 냉각 루프로 연결된 다중 냉각회로 혹은 다중 압축기들을 포함한다. 직렬(평행)로 배열된 다중 압축기들을 이용하는 공랭식 냉각장치는 통상적으로 단일 응축기 코일을 이용하는데, 이 응축기 코일은 동시에 작동하는 모든 압축기들의 부하를 취급하도록 그 크기가 결정된다. 그 결과, 장치에서 모든 압축기들보다는 적은 수의 압축기들이 작동하는 경우에, 응축기가 과도한 열 변화 용량을 갖는 결과를 초래하며, 장치 작동을 위해서 응축기 코일을 특대로 만드는 것이 필요하다. 이러한 문제를 더욱 어렵게 하는 것은, 현대 냉각장치의 항상 증가하는 효율 조건들을 만족시키기 위해서, 장치의 전체 부하조건들에 대하여 이에 대응하는 증가된 공기 유동을 갖는 대형으로 응축기 코일들이 제조된다. 이러한 장치들에 존재하는 응축기들은 통상적으로 외부 및/또는 외부 주위 조건들, 특히 온도에 노출되는 위치들에 놓인다. 외부 주위온도가 떨어지는 경우, 응축기에서 냉각제로부터 제거되는 열의 양이 증가한다. 응축기에서 열 제거의 증가는 압축기를 향한 흡입 라인에서 냉각제 압력의 감소를 야기할 수 있다. 압축기를 향한 흡입 압력의 감소는 증발기에서 냉각제 온도의 하강을 야기한다. 그런데, 증발기에서 냉각제의 온도가 너무 낮아지는 경우, 장치 성능이 저하된다. 만일 흡입 압력이 너무 낮아지면, 장치는 증발기 결빙, 압축기에서의 액체 슬러깅(slugging) 및/또는 장치 불안정성과 같은 많은 문제점들을 경험하게 될 것이다.
대형 응축기 코일의 문제점에 추가하여, 적절한 장치 작동을 유지하기 위해서는 응축기 "용량"을 감소시키는 것이 필요하다. 한가지 해결방안으로는 양호한 장치 제어를 제공하고 대형 코일로부터 야기되는 과도한 냉각을 상쇄하기 위한 것인데, 이는 응축기 코일을 통한 공기 유동을 제어하고 사용된 변속 응축기 팬을 포함한다. 응축기 코일을 통해 유동하는 공기의 양이 감소함에 따라서, 응축기 코일 에서 일어나는 열 전달의 양이 감소한다. 그러므로, 응축기에서 냉각제의 온도와 장치의 압력은 장치 성능 문제점 없이 증발기로 하여금 열전달 유체를 냉각시킬 수 있도록 증가한다. 변속 응축기 팬의 사용은 비용이 비싸고 복잡한 배선 및 제어를 요구하는 결점을 갖는다. 응축기 공기 유동 제어를 위해 사용된 다른 방법은 필요에 따라서 온/오프하도록 순환되는 다중의 소형 응축기 팬을 이용하는 것이다. 그런데, 다중의 작은 응축기들로부터 발생하는 유동은 단계적으로 이루어지며, 활성화된 다수의 팬들을 기초한 응축기에서 소정 수준의 냉각 용량을 제공한다. 매우 큰 수의 팬들의 적당한 제어를 제공하기 위해서, 각각의 팬에 대한 독립적인 제어가 요구되는데, 이는 비용이 많이 들고 복잡한 와이어링 및/또는 제어를 필요로 한다.
공랭식 응축기들은 자주 대형으로 제작되는데, 이 경우 응축기의 주위 온도가 감소함에 따라서 장치 성능이 저하되는 결과를 낳게 된다. 이러한 타입의 장치들이 효과적이고 신뢰성 있게 작동하도록 하기 위하여, 응축기에서 발행하는 냉각의 양은 주위 온도가 감소함에 따라서 감소하여야 한다. 상기한 바와 같이, 낮은 주위 온도에서 응축기 성능을 변화시키는 통상의 방법은 작동하는 팬들의 수를 감소시키는 방식으로 제어되는 다중의 응축기 팬들을 사용하는 것이다. 작동하는 팬들의 수가 감소함에 따라서, 응축기 코일을 통해서 유입되는 공기의 부피 또한 감소하게 된다. 불행하게도, 충분한 제어, 특히 낮은 주위 온도 조건하에서 충분한 제어를 제공하기 위해서는, 많은 개수의 팬들이 사용되어야 하고 과도한 팬 사이클링이 진행되어야 한다. 과도한 팬 사이클링은 응축기를 작동시키는데 필요한 에너 지의 양을 증가시키며, 보수 비용의 증가를 초래하는 팬의 마모를 증가시킨다. 이러한 과도한 팬 사이클링은 팬이 활성화하는 경우 대 동일한 팬이 비활성화되는 경우의 작동 주위 온도 범위가 충분한 간격을 가질 수 있는가의 사실에 기인한다. 예를 들면, 활성화되는 단일 팬을 갖는 하나의 장치에 대한 작동 주위 온도범위는 20℉~35℉이다. 그러나, 동일한 장치는 활성화된 2개의 팬에 대하여 45℉~60℉의 작동 주위온도 범위를 갖는다. 만일 주위 온도가 약 35℉ 내지 45℉ 범위인 경우, 이러한 응축기 장치에 대하여 작동 상의 문제점이 발생한다. 이러한 온도 범위에서, 제 2의 응축기 팬이 비교적 작은 온도변화를 보이면서 반복적으로 순환될 것이다.
그러므로, 높은 주위온도 성능과 전체적인 장치 효율을 저해함이 없이, 낮은 주위 온도 작동을 개선하고 고효율의 응축기에서 신뢰성을 개선하기 위한 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 응축기 온도와 응축기 압력의 제어를 위한 응축기 배열 및 상기 응축기 배열을 채용하는 공기조화(HVAC)장치 포함한다. 응축기 배열은 응축기 코일 및 상기 응축기 코일에 인접하게 배치된 다수의 팬들을 포함한다. 다수의 팬들은 상기 응축기 코일을 통해서 공기를 순환하도록 배열하고 배치된다. 상기 응축기 코일의 표면으로부터 연장하는 적어도 하나의 배플이 상기 다수의 팬들의 인접한 팬들 사이에 배치되고, 다수의 채널들을 형성한다. 다수의 채널들은 상기 채널을 통한 공기 유동을 제어하도록 상기 다수의 팬들 중 다수의 인접한 팬들을 갖는 다수의 가변 유동 채널들을 포함한다. 상기 응축기 배열은 또한 상기 다수의 팬들의 작동을 제어하기 위한 제어장치를 포함한다. 상기 제어장치는 감지된 조건에 반응하여 상기 다수의 팬들 중 각각의 팬을 독립적으로 제어하도록 구성된다.
본 발명은 응축기 압력의 제어방법을 또한 포함한다. 이 방법은, 응축기 코일, 상기 응축기 코일에 인접하게 배치된 다수의 팬들, 및 상기 응축기 코일의 표면을 통해서 연장되는 다수의 채널들을 구비하는 응축기 배열을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 다수의 채널들은 가변 유동 채널을 구비하는데, 이 가변 유동 채널은 상기 가변 유동 채널을 통한 공기 유동을 제어하도록 상기 다수의 팬들 중 다수의 인접한 팬들을 갖는다. 상기 다수의 팬들 중 하나 또는 그 이상의 팬을 활성화시킴으로써, 상기 응축기 코일을 통해서 공기가 순환된다. 상기 응축기 코일 내에 있는 냉각제의 조전 혹은 상기 응축기 코일에 대한 유입구 공기의 조건이 감지된다. 상기 응축기 코일을 통한 공기 유동을 낮추도록 상기 감지된 조건에 반응하여 상기 가변 유동 채널의 다수의 팬들 중 적어도 하나의 팬을 비활성화된다. 상기 다수의 팬들 중 적어도 하나의 활성 팬이 상기 응축기 코일을 통한 공기 유동을 더욱 낮추기 위해서 상기 적어도 하나의 비활성화된 팬에 인접한 영역으로부터 바이패스 공기를 도입한다.
본 발명의 하나의 장점은 최하의 주위 온도에서 응축기 팬 사이클링이 상당히 감소하거나 혹은 제거되는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 응축기 팬 스테이지들 사이에서 응축기 성능의 중첩을 개선함으로써 장치 제어가 개선되는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 적은 수의 응축기 팬들이 매우 낮은 장치비용으로 사용될 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은 첨부된 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명을 통해서 보다 명백하게 밝혀질 것이다.
도 1은 HVAC 또는 냉각장치에서 사용된 본 발명의 실시 예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 응축기 배열의 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 작동을 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 응축기 배열의 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 작동을 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 응축기 배열의 예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 작동을 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 응축기 배열의 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 작동을 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 응축기 배열의 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 응축기 배열의 다른 예를 나타낸 도면이다.
가능한 한, 첨부도면 전체를 통해서 동일 또는 유사한 부품들에 대해서는 동일한 참조부호들이 사용될 것이다.
본 발명이 적용될 수 있는 일반적인 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, HVAC, 냉각 혹은 액체 냉각장치(100)는 대응하는 냉각 회로에 통합된 2개의 압축기를 구비한다. 그러나, 상기 장치(100)는 원하는 장치 부하를 제공하기 위해서 2개 이상의 압축기들을 구비할 수 있음을 이해할 것이다. 장치(100)는 직렬이나 병렬로 작동하는 제 1 압축기(102)와 제 2 압축기(103), 응축기(108), 팽창장치, 수 냉각기 또는 증발기(110) 및 제어 패널(112)을 포함한다. 제어 패널(112)은 아날로그 디지털(A/D) 변환기, 마이크로프로세서, 비휘발성 메모리, 및 장치(100)의 작동을 제어하기 위한 인터페이스 보드를 포함할 수 있다. 제어 패널(112)은 장치(100)로부터 입력 신호들, 즉 장치(100)의 성능을 나타내는 온도와 압력 측정치들을 수신하고, 주위 조건들, 즉 외부 공기온도 측정치들에 대응하는 입력 신호들을 또한 수신한다. 그리고 장치(100)의 작동을 제어하기 위해서 수신 신호들을 장치(100)의 부품들로 전달한다. 본 발명은 상기한 바와 같은 제어 패널들로 제한되지 않으며, 응축기 팬 제어를 제공할 수 있는 소정의 적당한 제어장치를 포함할 수 있다. 종래의 HVAC, 냉동 혹은 냉각장치(100)는 도 1에 도시하지 않은 많은 다른 특징들을 포함한다. 이 특징들은 설명의 편의를 위해 도면을 단순화할 목적으로 생략하였다. 장치(100)에 관한 다음의 설명은 HVAC장치에 관한 것이지만, 본 발명은 어느 냉장장치나 냉각장치에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
제 1 및 제 2 압축기들(102,103)은 냉각 증기를 함유하며, 단일 라인에 결합한 배출 라인을 통해서 냉각 증기를 응축기(108)로 전달한다. 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 냉각 증기를 응축기(108)로 전달하기 위해서 별도 배출 라인들이 사용되는데, 여기에서 냉각 증기가 결합한다. 제 1 및 제 2 압축기들(102,103)은 바람직하게는 스크루 압축기나 원심형 압축기로 이루어지지만, 왕복 압축기, 스크롤 압축기, 회전 압축기 혹은 다른 타입의 압축기를 포함하는 적당한 타입의 압축기가 될 수 있다. 응축기(108)로 운반된 냉매 증기는 유체, 바람직하게는 공기와 열교환하며, 유체와의 열교환의 결과로서 냉매로의 상 변화를 겪게 된다. 응축기(108)로부터 나오는 응축된 액체 냉각제는 대응하는 팽창장치를 통해서 증발기(110)로 유동한다.
증발기(110)로 운반된 냉매는 유체, 즉 공기, 물이나 2차 액체와 열교환에 들어가며, 유체와의 열교환의 결과로서 냉각 가스로의 상 변화를 겪게 된다. 증발기(110)는 유체의 공급라인과 복귀라인에 대한 연결부들을 포함할 수 있다. 유체는 복귀 라인을 경유하여 증발기(110)로 들어가고 공급라인을 경유하여 증발기(110)로부터 빠져나간다. 증발기(110)에 있는 액체 냉각제는 유체로부터 열을 제거하기 위해서 유체와 열 교환한다. 증발기(110)에 있는 증기 냉각제는 냉각 사이클을 완결하도록 제 1 및 제 2 압축기들(102,103)로 복귀한다. 증발기(110)에 있는 증기 냉각제는 증발기(110)를 빠져나가는 단일 라인에 결합할 수 있으며, 단일 라인은 냉각제 증기를 제 1 및 제 2 압축기(102,103)로 운반하도록 분할되거나 분기된다. 본 발명의 다른 예에 있어서, 증기 냉각제는 사이클을 완결하도록 별도의 흡입 라인에 의해서 제 1 및 제 2 압축기(102,103)로 복귀한다. 증발기(110)에서 냉각제의 적당한 상 변화가 얻어지는 적당한 구성의 증발기(110)가 장치(100)에서 사용될 수 있 음을 이해할 것이다.
제 1 및 제 2 압축기들(102,103)을 구동하기 위해서, 장치(100)는 제 1 및 제 2 압축기들(102,103)을 위한 모터나 구동 기구를 포함한다. "모터"라는 용어는 제 1 및 제 2 압축기들(102,103)을 위한 구동 기구와 관련하여 사용되지만, 모터로 한정되지 않으며, 변속 드라이브 및 모터 스타터와 같은 모터의 구동과 연관시켜서 사용될 수 있는 모든 부품을 포괄함을 이해할 것이다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 모터 및 구동 기구는 전기 모터 및 이와 연관된 부품이다. 그러나, 증기나 가스 터빈 혹은 엔진들과 같은 다른 구동 기구들 및 이와 연관된 부품들이 제 1 및 제 2 압축기들(102,103)을 구동시키도록 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 응축기(108)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 응축기(108)는 하우징(204) 내에 배치된 응축기 코일(202)을 포함한다. 응축기 코일(202)로 운반된 냉각 증기는 코일 유입구 연결부(220)를 통해서 유입되고, 응축기 코일(202)을 통해서 빠져나가는 응축된 액체 냉각제는 코일 배출구 연결부(222)를 통해서 유동한다. 응축기 코일(202)은 상기 응축기 코일을 통과하는 순환 공기나 가스를 열전달에 제공하기 위해서 사용되는 적당한 타입의 코일이 될 수 있으며, 이는 제 1 및 제 2 압축기들(102,103)의 최대 출력 용량을 수용하도록 크기가 설정된다. 또한, 응축기(108)는 하우징(204) 내에 장착된 제 1 팬(231), 제 2 팬(233), 제 3 팬(235), 제 4 팬(237) 및 제 5 팬(239)을 포함한다. 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)은 응축기 코일(202)의 면(240)에 대하여 수직한 방향으로 공기를 도입하도록 응축기 코일(202)에 대하여 횡방향으로 위치한다. 공기의 유동 이 응축기 코일(202)에 대하여 실질적으로 수직하므로, 공기가 응축기 코일(202) 내의 냉각제와 열교환에 들어갈 수 있게 된다. 또한, 도 2에서는 5개의 팬들이 도시되어 있지만, 3개의 팬과 같이 적은 수의 팬들이 사용될 수 있고 10개 또는 그 이상의 팬들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 2에는 하우징(204) 내에 장착된 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)이 도시되어 있지만, 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)은 응축기 코일(202)의 면(240)에 대하여 실질적으로 수직한 방식으로 공기가 코일(202)을 통해서 유동하는 소정의 방식으로 장착된다.
응축기(108)는 제 4 및 제 5 팬들(237,239) 사이에 배치된 배플(206)을 포함한다. 여기에서 사용된 "배플"은 배플을 통한 공기의 유동을 실질적으로 방지하고 코일(202)로부터 일 방향으로 공기를 채널링(channeling)할 수 있도록 구성된 구조를 갖는 장벽을 포함한다. 배플(206)은 배플(206)과 하우징(204) 사이에서 공기 유동을 위한 일정하거나 고정된 유동 채널(210)을 형성하기 위해서 충분한 길이에 걸쳐서 코일(202)로부터 제 4 및 제 5 팬들(237,239) 쪽으로 연장된다. 여기에서 사용된 "일정 유동"은 제 5 팬(239)이 작동하는 경우에 채널(210)을 통한 공기의 유동이 실질적으로 일정한 것을 나타낸다. 즉, 채널(210)에서의 공기의 유동은 제 5 팬(239)의 작동을 기초하여 실질적으로 일정한 비율로 일어나거나 일어나지 않는다. 채널(210) 및 상기 채널(210)에 대응하는 응축기 코일(202)의 채널 부분(242)을 통한 공기 유동은, 응축기(108)의 나머지를 통과하는 공기 유동으로부터 배플(206)에 의해서(배플(206)이 있는 경우에) 고립된다. 또한, 채널(210)에 대하여, 응축기 코일(202)의 채널 부분(242)을 통한 공기의 유동은 채널(210)을 통한 공기 의 유동과 실질적으로 동등하다. 다시 말해서, 채널(210)에서의 공기의 유동은 단일 입구와 단일 출구에서 단일 방향으로 제한된다. 이 실시 예에 있어서 채널(210)의 배열은 응축기 코일의 표면적에 대하여 실질적으로 일정한 비율을 제공한다. 예를 들면, 도 2에 도시된 실시 예에 있어서, 제 5 팬(239)이 작동하는 경우에 도입된 공기 유동은 코일 표면적 응축기의 약 1/5을 통과한다. 비록, 도 2는 단일 채널(210)에 단일의 제 5 채널(239)이 배치된 것을 나타내고 있지만, 본 발명은 채널(210) 내에 다수의 팬들을 포함할 수 있으며, 이때 다수의 팬들은 함께 혹은 동시에 활성화 및 비활성화될 수 있다.
채널(210)에 추가하여, 본 발명은 응축기 코일(202)의 혼합된 공기 유동부(244)로부터 공기를 도입하는 가변 유동채널(211)을 더 포함한다. 여기에서 사용된 "가변 유동"은 채널(211) 내에 배치된 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237) 중 하나 또는 그 이상의 팬들을 선택적으로 활성화 및/또는 비활성화함에 의해서 변하는 채널(211) 내의 유동을 나타낸다. 응축기 코일 표면적에 대하여 소정의 분율 혹은 실질적으로 일정한 공기 유동 비율을 제공하는 일정한 유동 채널(210)과는 달리, 가변 유동 채널(211)은 공기 유동의 분율이 가변 유동 채널(211) 내에서 활성화하거나 비활성화하는 팬들의 조합을 기초로 결정될 수 있게 한다. 채널(211)은 각각 독립적으로 제어되고 작동되는 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237)을 포함한다. 또한, 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237) 중 하나 또는 그 이상의 팬들은 비활성화되고, 이에 의해 채널(211)을 빠져나가는 혼합된 공기 유동을 제공하기 위해서 공기가 비활성화된 팬(들)의 영역으로부터 채널(211)로 들어갈 수 있게 된 다. 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237)은 팬 쌍들과 같은 각각 다수의 팬들을 각각 포함하며, 이들은 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237)에 의존하여 혹은 독립적으로 활성화되고 비활성화될 수 있다. 혼합된 공기 유동은 코일(202)로부터 도입된 공기와, 하나 또는 그 이상의 비활성화된 팬들(도 4 내지 도 6 참조)의 영역으로부터 채널(211) 내로 도입된 공기의 혼합물을 포함한다. 비록, 도 2에는 일정 유동 채널(210)과 가변 유동 채널(211)이 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 응축기(108)는 다수의 가변 유동 채널들(211)을 포함하며, 여기에서 응축기(108)는 일정한 유동 채널(210)을 포함하지 않는다. 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 응축기(108)는 다수의 가변유동 채널(211)을 포함하며, 이때 응축기(108)는 하나 또는 그 이상의 일정 유동 채널(210)을 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라서 작동하는 응축기(108)를 나타낸 도면이다. 도 3은 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)중 각각의 팬이 응축기 코일(202)을 통한 최대 공기 유동을 제공하기 위해서 활성화된 상태를 보여준다. 채널(210)을 통한 공기 유동은 제 5 팬(239)에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 채널(211)을 통한 공기 유동은 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237)의 조합에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 높은 주위 온도의 시간 및/또는 증발기에서 요구되는 고도의 냉각 시간 동안에 응축기 코일(202)을 통해서 최대 공기 유동을 제공하는 것이 바람직한 경우에, 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)중 각각의 팬이 활성화된다. 유입구 공기(301)는 응축기 코일(202)을 통해서 응축기(108) 및 채널(211,210) 내로 도입된다. 채널(210,211)에 존재하는 가열된 공기(303)는 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)에 의해서 도입되고, 배기 공기(305)로서 응축기(108)로부터 배출된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 작동하는 응축기(108)을 나타낸 도면이다. 도 4는 제 1 팬(231)과 제 5 팬(239)이 활성화되고 제 2 팬 내지 제 4 팬(233,235,237)이 비활성화된 상태를 나타낸 것이다. 채널(211) 내에서 공기의 혼합물을 위하여, 활성화된 팬들 및 비활성화된 팬들의 조합이 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 채널(210)을 통한 공기 유동은 제 5 팬(239)에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 그러나, 도 4에 있어서, 채널(211)을 통한 공기 유동은 단지 제 1 팬(231)에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 팬(231)으로부터 나오는 배출 공기(305)는 코일(202)을 통해서 도입된 가열된 공기(303)와, 비활성화된 제 2 내지 제 4 팬들(233,235,237)의 영역을 통해서 응축기(108)의 외부영역으로부터 도입된 바이패스 혹은 보충 공기(307)와의 혼합물을 포함한다. 도 4에 도시된 작동은 주위 온도가 낮거나 혹은 장치상의 열 부하가 감소하는 경우에 응축기 코일(202) 내에서 냉각 조건의 제어방법을 포함한다. 이러한 배열의 한가지 장점은, 제 1 팬(231)에 의해서 채널(211)로부터 배출된 실질적인 양의 공기가 응축기 코일(202)을 통해서 도입되고 장치(100)로부터 열을 제거하기 위해서 감소된 양의 공기가 사용되는 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라서 작동하는 응축기(108)를 타나낸 도면이다. 도 5는 제 1 팬(231), 제 2 팬(233) 및 제 5 팬(239)이 활성화되고 제 3 팬 내지 제 4 팬(235,237)이 비활성화된 상태를 나타낸 것이다. 채널(211) 내에서 공기의 혼합물을 위하여, 활성화된 팬들 및 비활성화된 팬들의 조합이 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 채널(210)을 통한 공기 유동은 제 5 팬(239)에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 그러나, 도 5에 있어서, 채널(211)을 통한 공기 유동은 단지 제 1 팬(231) 및 제 2 팬(233)에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 팬(231,233)으로부터 나오는 배출 공기(305)는 응축기 코일(202)을 통해서 도입된 가열된 공기(303)와, 비활성화된 제 3 및 제 4 팬들(235,237)의 영역을 통해서 응축기(108)의 외부영역으로부터 도입된 바이패스 공기(307)와의 혼합물을 포함한다. 도 5에 도시된 작동은 주위 온도가 낮거나 혹은 장치상의 열 부하가 감소하는 경우에 응축기 코일(202) 내에서 냉각 조건의 제어방법을 포함한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라서 작동하는 응축기(108)를 타나낸 도면이다. 도 6은 제 1 팬(231) 내지 제 3 팬(231,233,235) 및 제 5 팬(239)이 활성화되고 제 4 팬(237)이 비활성화된 상태를 나타낸 것이다. 채널(211) 내에서 공기의 혼합물을 위하여, 활성화된 팬들 및 비활성화된 팬들의 조합이 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 채널(210)을 통한 공기 유동은 제 5 팬(239)에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 그러나, 도 6에 있어서, 채널(211)을 통한 공기 유동은 제 1 팬(231) 내지 제 3 팬(231,233,235)에 의해서 제공된 공기 유동을 포함한다. 팬(231,233,235)으로부터 나오는 배출 공기(305)는 응축기 코일(202)을 통해서 도입된 가열된 공기(303)와, 비활성화된 제 3 및 제 4 팬들(235,237)의 영역을 통해서 응축기(108)의 외부영역으로부터 도입된 바이패스 공기(307)와의 혼합물을 포함 한다. 도 6에 도시된 작동은 주위 온도가 낮거나 혹은 장치상의 열 부하가 감소하는 경우에 응축기 코일(202) 내에서 냉각 조건의 제어방법을 포함한다.
도 7은 제 3 및 제 4 팬들(235,237) 사이에 배치된 배플(206)을 포함하는 본 발명의 다른 예를 나타낸 도면이다. 제 2 배플(208)은 제 1 배플(206), 제 2 배플(208)과 하우징(204) 사이에서 공기 유동을 위한 채널(212)을 형성하기 위해서 코일(202)로부터 제 3 및 제 4 팬들(235,237) 쪽으로 연장된다. 채널(212) 및 상기 채널(212)에 대응하는 응축기 코일(202)의 채널 부분을 통한 공기 유동은, 응축기(108)의 나머지를 통과하는 공기 유동으로부터 고립되고, 가능한 경우에 제 4 팬(237)의 작동에 의해서 제어된다. 채널(210)과 제 1 배플(206)의 배열과 마찬가지로, 제 2 배플(208)은 제 4 팬(237)이 비활성화되는 경우에 채널(212)을 통한 공기 유동을 실질적으로 방지하도록 구성된다. 또한, 상기한 채널(210)과 마찬가지로, 채널(212)은 다수의 팬들을 포함한다. 비록 도 2 내지 도 7은 제 1 또는 제 2 배플들(206 및/또는 208)을 구비한 실시 예들을 도시하였지만, 소정 개수의 패플들이 사용되고 배플들에 의해서 형성된 적어도 하나의 채널은 다수의 팬들을 포함한다. 또한, 비록, 도 5에 도시된 응축기(108)는 채널들(211,212,210)을 포함하지만, 채널(211)은, 응축기 코일(202), 본 발명에서 이용되는 채널(211)과 같은 가변 유동 채널들 및 채널들(210,212)과 같은 일정 유동 채널들의 조합을 통한 가변 공기 유동을 경험하는 채널이다. 또한, 팬들과 채널들의 배열은 도 2 내지 도 7에 도시된 기하학으로 제한되지는 않으며, 일정 유동 채널과 가변 유동 채널의 조합을 가지며 코일을 통한 공기 유동을 제공하는 팬들의 기하학과 배열을 포함한다.
제 1 배플 및/또는 제 2 배플(208)의 위치선정에 추가하여, 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)은 응축기가 낮은 주위 조건과 낮은 부하 조건에서 작동하는 경우에 원하는 응축기 온도 및/또는 응축기 압력을 발생시키도록 제어 패널(112)에 의해서 제어된다. 외부 주위 온도에서의 감소 및/또는 장치 부하에서의 감소는 제어 패널(112)에 의해서 활성화된 상태로 있는 제 1 내지 제 5 팬들(231,233,235,237,239)의 수를 감소시킨다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제어 패널(112)은 장치(100)의 작동을 제어하기 위해서, 그리고 응축기 온도 및/또는 응축기 압력을 제어하도록 응축기(108)의 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237) 및/또는 제 5 팬(239)에 대한 작동 구성을 결정하고 실행하기 위해서, 제어 알고리즘이나 소프트웨어를 바람직하게 사용하는 제어 장치를 작동시킨다. 제어 알고리즘은 제어 패널의 비휘발성 메모리에 저장된 컴퓨터 프로그램이나 소프트웨어를 포함하고, 제어 패널의 마이크로프로세서에 의해서 실행 가능한 일련의 명령들을 포함한다. 제어 알고리즘이 컴퓨터 프로그램에 구현되고 마이크로프로세서에 의해서 실행되는 것이 바람직하나, 제어 알고리즘은 해당기술분야의 숙련된 당업자에 의해서 디지털 및/또는 아날로그 하드웨어를 사용하여 실행될 수 있다. 만일 하드웨어가 제어 알고리즘을 실행하도록 사용되면, 제어 패널의 대응하는 구성은 필수 부품들을 통합하고 더 이상 필요없는 부품들은 제거하도록 변할 수 있다.
제어 알고리즘은 원하는 응축기 온도 및/또는 응축기 압력을 얻기 위하여 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237) 및/또는 제 5 패널(239)에 대한 적합한 제어 신호들을 발생시키도록 장치 매개변수들 및/또는 장치 조건들을 감지하게 된다. 감지된 조건들은, 다음의 예로서 한정되지는 않으나, 냉각 압력, 냉각 온도, 유입구 공기 온도, 배출구 공기 온도 혹은 이들의 조합을 포함하게 된다. 예를 들면, 소정 세트의 조건들은 제어 알고리즘으로 하여금 제 5 팬(239)은 작동하고 나머지 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237)은 작동하지 않는지를 결정하게 한다. 왜냐하면, 제 5 팬(239)의 작동으로부터 발생하여 소정 비율의 응축기 코일(202)을 통과하는 공기유동은 원하는 응축기 온도 및/또는 응축기 압력을 제공하기 때문이다. 그러나, 다른 세트의 입력들에 대하여, 제어 알고리즘은 제 1 팬(231)은 작동하고 나머지 제 2 내지 제 4 팬들(233,235,237)은 작동하지 않는지를 결정하게 한다. 왜냐하면, 제 1 배플(206)에 의해서 공기 유동으로부터 고립되지 않은 응축기 코일(202)의 채널(211)을 통과하는 공기유동은 원하는 응축기 온도 및/또는 응축기 압력을 제공하기 때문이다. 제어 알고리즘은 상기한 조합으로 제한되지 않으며, 원하는 응축기 온도 및/또는 응축기 압력을 얻기 위해서 제 1 내지 제 4 팬들(231,233,235,237) 및/또는 제 5 패널(239)의 조합을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 응축기(108)의 제어는, 주위 온도를 감지하는 단계, 및 감지된 주위 온도에 대응하는 팬들의 소정 조합을 포함하는 룩업 테이블(lookup table) 혹은 유사한 제어 계획을 이용하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 만일 주위 온도가 15℉ 내지 25℉의 범위이면, 제어 패널(112)은 제 5 팬(239)을 비활성화하고 제 1 팬(231)을 활성화한다. 또한, 15℉ 내지 35℉의 범위의 주위 온도에 대하여, 제어 패널(112)은 제 5 팬(239)을 활성화하고 제 1 팬(231)을 활성화 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 응축기의 제어는, 감압기와 같은 압력 감지장치를 사용하여 응축 압력을 감지하는 단계, 그리고 룩업 테이블(lookup table) 혹은 유사한 제어 계획을 위한 응축 압력에 대응하는 팬들의 소정 조합을 제공하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 만일 압력이 특정한 용량 단계 범위에서 최소 압력 아래로 떨어지면, 낮은 용량에 대응하는 팬들의 조합이 활성화된다. 마찬가지로, 만일 압력이 특정한 용량 단계 범위에서 최대 압력 위로 상승하면, 고 용량에 대응하는 팬들의 조합이 활성화된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 범위를 벗어남이 없이 본 발명에 따라 특별한 상황이나 재료에 적합하도록 많은 변형이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위한 최선의 모드로서 기재한 특정 실시 예로서 한정되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 변형 가능한 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
Claims (19)
- 응축기로서,응축기 코일;상기 응축기 코일에 인접하게 배치되고, 상기 응축기 코일을 통해서 공기를 순환하도록 배열하고 배치된 다수의 팬들;상기 다수의 팬들의 인접한 팬들 사이에 위치한 적어도 하나의 배플로, 상기 응축기 코일의 표면으로부터 연장되는 다수의 채널들을 형성하도록 구성되고 배치되며, 이때 상기 다수의 채널들은 적어도 하나의 가변 유동 채널을 통한 공기 유동을 제어하도록 다수의 팬들 중 둘 또는 그 이상의 팬들을 구비한 적어도 하나의 가변 유동 채널을 포함하는, 적어도 하나의 배플; 그리고상기 다수의 팬들의 작동을 제어하기 위한 제어장치;를 포함하며,상기 제어장치는 원하는 응축기 작동 조건을 얻기 위해서 감지된 조건에 반응하여 상기 다수의 팬들 중 각각의 팬을 독립적으로 제어하도록 구성된 응축기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배플은, 다수의 가변 유동 채널들을 통한 공기 유동을 제어하도록 상기 다수의 팬들 중 둘 또는 그 이상의 팬들을 갖는 다수의 가변 유동 채널들을 형성하는 것을 특징으로 하는 응축기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 응축기는 다수의 배플들을 포함하는 것을 특징으로 하는 응축기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 감지된 조건들은, 냉각 압력, 냉각 온도, 유입구 공기 온도, 배출구 공기 온도 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 응축기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 감지된 조건에 반응하여 상기 다수의 팬들의 소정 조합을 활성화 및 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 응축기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배플에 의해서 형성된 적어도 하나의 일정 유동 채널을 더 포함하며, 상기 일정 유동 채널은, 상기 일정 유동 채널을 통해서 공기를 순환하도록 배열된 팬이나 팬들이 작동하는 경우에, 실질적으로 단일 방향으로 일정한 공기 유동을 포함하는 것을 특징으로 하는 응축기.
- HVAC장치로서,폐 냉각 루프로 연결된 압축기, 증발기 ,및 응축기 코일과 상기 응축기 코일에 인접하게 배치되고 상기 응축기 코일을 통해서 공기를 순환하도록 배열하고 배치된 다수의 팬들을 포함하는 응축기;상기 다수의 팬들의 인접한 팬들 사이에 위치한 적어도 하나의 배플로, 상기 응축기 코일의 표면으로부터 연장되는 다수의 채널들을 형성하도록 구성되고 배치 되며, 이때 상기 다수의 채널들은 적어도 하나의 가변 유동 채널을 통한 공기 유동을 제어하도록 다수의 팬들 중 둘 또는 그 이상의 팬들을 구비한 적어도 하나의 가변 유동 채널을 포함하는, 적어도 하나의 배플; 그리고상기 다수의 팬들의 작동을 제어하기 위한 제어장치;를 포함하며,상기 제어장치는 원하는 응축기 작동 조건을 얻기 위해서 감지된 조건에 반응하여 상기 다수의 팬들 중 각각의 팬을 독립적으로 제어하도록 구성된 HVAC장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배플은 상기 다수의 가변 유동 채널들을 통한 공기 유동을 제어하도록 상기 다수의 팬들 중 둘 또는 그이상의 팬들을 갖는 다수의 가변 유동 채널들을 형성하는 것을 특징으로 하는 응축기. 제 7 항에 있어서, 상기 응축기는 다수의 배플들을 포함하는 것을 특징으로 하는 HVAC장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 감지된 조건들은 냉각 압력, 냉각 온도, 유입구 공기 온도, 배출구 공기 온도 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 HVAC장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 감지된 조건에 반응하여 상기 다수의 팬들의 소정 조합을 활성화 및 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 HVAC장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 장치는 상기 폐 냉각루프에 연결된 다수의 압축기들 을 포함하는 것을 특징으로 하는 HVAC장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 장치는 다수의 폐 냉각 루프들을 포함하며, 상기 다수의 폐 냉각 루프들의 각각은 상기 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVAC장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배플에 의해서 형성된 적어도 하나의 일정 유동 채널을 더 포함하며, 상기 일정 유동 채널은 상기 일정 유동 채널을 통해서 공기를 순환하도록 배열된 팬이나 팬들이 작동하는 경우에 실질적으로 단일 방향으로 일정한 공기 유동을 포함하는 것을 특징으로 하는 HVAC장치.
- 응축기 작동조건의 제어방법으로서,응축기 코일, 상기 응축기 코일에 인접하게 배치되고 상기 응축기 코일에 인접하게 배치된 다수의 팬들, 및 상기 응축기 코일의 표면을 통해서 연장되는 다수의 채널들을 포함하며, 상기 채널들은 가변 유동 채널을 구비하고, 상기 가변 유동 채널은 상기 가변 유동 채널을 통한 공기 유동을 제어하도록 상기 다수의 팬들중 둘 또는 그 이상의 팬들을 구비한, 응축기를 제공하는 단계;상기 다수의 팬들 중 하나 또는 그 이상의 팬을 활성화시킴으로써 상기 응축기 코일을 통해서 공기를 순환시키는 단계;상기 응축기 코일 내에 있는 냉각제의 조건 혹은 상기 응축기 코일에 대한 유입구 공기의 조건을 감지하는 단계; 그리고,상기 응축기 코일을 통과한 공기를 함유하는 상기 가변 유동 채널로부터 배출되는 공기의 혼합물을 제공하고 비활성화된 팬에 인접한 영역으로부터 공기를 바이패스 하기 위하여, 감지된 조건에 반응하여 상기 가변 유동 채널의 둘 또는 그 이상의 팬들 중 적어도 하나의 팬을 비활성화시키는 단계;를 포함하는 응축기 작동조건의 제어방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 감지하는 단계는 냉각 압력, 냉각 온도, 유입구 공기 온도, 배출구 공기 온도 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 감지 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 응축기 작동조건의 제어방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 비활성화시키는 단계는 감지된 냉각 압력에 반응하는 것을 특징으로 하는 응축기 작동조건의 제어방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 비활성화시키는 단계는 감지된 냉각 온도에 반응하는 것을 특징으로 하는 응축기 작동조건의 제어방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 비활성화시키는 단계는, 상기 가변 유동 채널의 둘 또는 그 이상의 팬의 소정 조합의 비활성화를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축기 작동조건의 제어방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배플에 의해서 형성된 적어도 하나의 일정 유동 채널을 통해서 공기를 순환시키는 단계를 더 포함하며, 상기 일정 유동 채널은 실질적으로 단일 방향으로 실질적으로 일정한 공기 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 응축기 작동조건의 제어방법.
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