KR20080081002A - 플래시 탱크 냉각 제어 - Google Patents

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KR20080081002A KR1020087015772A KR20087015772A KR20080081002A KR 20080081002 A KR20080081002 A KR 20080081002A KR 1020087015772 A KR1020087015772 A KR 1020087015772A KR 20087015772 A KR20087015772 A KR 20087015772A KR 20080081002 A KR20080081002 A KR 20080081002A
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커티스 씨. 크레인
프랭크 에이치. 아이브이. 힐
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존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
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Abstract

제어 알고리즘은 냉각장치에서 이코노마이저 회로를 제어하기 위해 제공된다. 제어 알고리즘은 이코노마이저 회로의 플래시 탱크에 있는 액체 냉매의 수위를 유지하기 위해서 측정된 장치 작동 매개변수들에 반응하여 이코노마이저 회로에서 공급밸브의 위치를 조정한다. 측정된 장치 작동 매개변수들은 압축기에 가해진 부하 및 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 압력과 온도를 포함할 수 있다.
Figure P1020087015772
이코노마이저 회로, 플래시 탱크, 냉매, 작동 매개변수, 압축기, 증발기, 유입 라인, 배출 라인, 공급밸브

Description

플래시 탱크 냉각 제어{FLASH TANK REFRIGERANT CONTROL}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2005년 12월 30일자로 출원된 미합중국 임시 특허출원번호 제 60/755,222 호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 냉각장치에서 이코노마이저 회로를 제어하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이코노마이저 회로의 플래시 탱크에 있는 액체 냉매의 수위를 제어하는 것에 관한 것이다.
냉장 및 냉각장치에 있어서, 냉매 가스는 압축기에 의해서 압축되어 응축기로 운반된다. 응축기에 의해서 운반된 냉매 증기는 유체, 즉 공기나 물과 열 교환을 하게 되고, 그런 다음에는 냉매 액체로의 상 변화를 겪게 된다. 응축기로부터 배출되는 액체 냉매는 대응하는 팽창장치를 통해서 증발기로 유동한다. 응축기에 있는 액체 냉매는 다른 유체, 즉 공기, 물 혹은 다른 2차 액체와 열 교환을 하게 되고, 다음에는 냉매 증기로의 상 변화를 겪게 된다. 증발기를 통해서 유동하는 다른 유체는 액체 냉매와의 열 교환의 결과로서 냉각되고, 다음에는 에워싸인 공간을 냉각하도록 에워싸인 공간에 제공된다. 끝으로, 증발기에 있는 증기 냉매는 사이클을 완결하도록 압축기로 복귀한다.
냉장 혹은 냉각장치의 증가된 용량, 효율 및 성능을 제공하기 위해서, 이코노마이저 회로가 장치 내로 통합될 수 있다. 이코노마이저 회로는 통상적으로 이코노마이저 열 교환기나 플래시 탱크, 응축기에 연결되거나 혹은 응축기의 하류에 있는 냉매 회로에 연결되는 플래시 탱크에 이르는 유입 라인, 유입 라인에 통합된 이코노마이저 팽창장치, 압축기의 압축 챔버 내에 있는 포트나 압축기의 흡입 유입구에 연결되는 플래시 탱크로부터 나오는 배출 라인을 포함한다.
플래시 탱크 이코노마이저 회로들에 있어서, 응축기로부터 배출되는 액체 냉매는 유입 라인과 팽창장치를 통해서 플래시 탱크 내로 유동한다. 팽창장치를 통해서 유동함에 따라서, 액체 냉매는 압력 저하를 경험하게 되는데, 이때 냉매의 적어도 일부는 급속히 팽창하거나 혹은 "갑자기 증발(flashes)"하여 액체로부터 기체로 변환된다. 플래시 탱크에 있는 액체 냉매는 플래시 탱크의 바닥에 수집되어 증발기로 제공되도록 제 1 배출 라인을 통해서 냉각 회로로 복귀한다. 제 1 배출 라인은 냉각 회로에 복귀한 일정량의 액체 냉매를 제어하기 위해 하나이상의 밸브를 통합할 것이다. 플래시 탱크에 있는 기체 냉매는 플래시 탱크의 상부에 수집되어 중간 압력하에서 제 2 배출 라인을 통해서 흡입 유입구나 압축 챔버 내의 한 지점으로 압축기로 복귀한다. 제 2 배출 라인은 압축 챔버에 연결되는 경우에 압축기로 제공된 일정량의 기체 냉매를 제어하기 위해 하나이상의 밸브를 또한 통합할 것이다.
상기한 바와 같이, 냉장 혹은 냉각장치의 증가된 용량, 효율 및 성능을 제공하기 위해서, 이코노마이저 회로가 사용될 수 있다. 예를 들면, 이코노마이저 회로는 냉매 가스를 중간 압력으로 압축기에 제공함으로써 장치 효율을 개선시킬 수 있 고, 이에 의해서 압축기에 필요한 작업량을 줄일 수 있고 압축기 효율이 증가하게 된다. 이코노마이저 회로에 있는 여러 가지의 매개변수들은 냉장 혹은 냉각장치의 증가된 용량, 효율 및 성능을 제공하기 위해서 제어될 수 있다. 냉장 혹은 냉각장치의 원하는 용량, 효율 및 성능을 얻기 위해서, 탱크 내의 액체 냉매의 양 뿐만 아니라, 특히 플래시 탱크로 들어가서 나오는 냉매의 양과 압축기에 있는 포트의 위치 그리고 거기에 제공된 그와 연관된 중간압력이 조절되거나 선택될 수 있다. 또한, 이코노마이저 회로는 냉장 혹은 냉각장치의 작동을 더욱 향상시키기 위해서 소정의 매개변수들에 반응하여 결합되거나 분리될 수 있다.
플래시 탱크에 있는 액체의 양과 높이가 이코노마이저 회로를 제어하도록 사용되는 경우, 냉매의 액체 높이가 결정되어야 한다. 플래시 탱크 내에서의 냉매 액체 높이는 센서 혹은 플로트와 같은 기계적인 장치에 의해서 일반적으로 결정된다. 제어 공정은 플래시 탱크 내에서의 원하는 냉매 액체 높이를 유지하기 위해서 장치 매개변수들을 일반적으로 조정한다. 이러한 기술의 한가지 단점은 센서 혹은 기계적 장치가 실패할 수 있고 이에 의해 이코노마이저 회로와 장치의 효율적인 작동이 방지된다는 것이다.
그러므로, 냉장 혹은 냉각장치에 개선된 성능을 제공하기 위해서 이코노마이저 회로의 플래시 탱크에서 액체 냉매의 높이를 간단하고 쉽게 조절하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명의 일 실시 예는 냉각장치에서 이코노마이저 회로를 제어하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 플래시 탱크, 유입 라인 및 공급밸브를 갖는 냉각장치용 이코노마이저 회로를 제공하는 단계를 포함한다. 공급밸브는 유입 라인에 위치한다. 공급밸브는 플래시 탱크에 이르는 냉매의 유동을 제어하도록 구성된다. 상기 방법은 냉각장치에 대한 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계; 측정된 적어도 하나의 장치 작동 매개변수에 반응하여 공급밸브에 대한 밸브 위치를 계산하는 단계; 그리고 플래시 탱크에 있는 액체 냉매의 높이를 조절하도록 공급밸브를 계산된 밸브 위치로 조정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예는 냉각장치의 이코노마이저 회로에 대한 액체 높이 제어장치에 관한 것이다. 상기 장치는 플래시 탱크, 유입 라인 및 공급밸브를 포함한다. 공급밸브는 유입 라인에 위치하고, 플래시 탱크에 이르는 냉매의 유동을 제어하도록 구성된다. 액체 높이 제어장치는 공급밸브의 다수의 작동 위치들의 맵(map)을 포함한다. 다수의 작동 위치의 각각은 공급밸브의 소정 위치 및 플래시 탱크에 있는 냉매의 양과 연관된다. 공급밸브의 위치 및 플래시 탱크에 있는 냉매의 양은 소정의 공급밸브 위치의 유량에 대응한다. 상기 맵은 다수의 공급밸브 작동 위치들과 다수의 소정 장치 작동 매개변수들을 서로 연관시키도록 구성된다.
장치는 또한 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서는 플래시 탱크에 있는 액체 냉매의 높이를 조절하기 위해서 공급밸브의 위치를 제어하도록 구성된다. 마이크로프로세서는 공급밸브의 작동을 제어하도록 맵을 기초한 이코노마이저 회로의 조정 가능한 밸브 배열을 위치시키기 위한 제어신호를 발생시킨다.
본 발명의 다른 실시 예는 냉각장치에 관한 것이다. 냉각장치는 폐 냉각 루프로 연결된 압축기, 응축기 배열, 팽창 밸브 및 증발기 배열을 갖춘 냉매 회로를 포함한다. 이코노마이저 회로는 냉매 회로에 연결된다. 이코노마이저 회로는 플래시 탱크, 유입 라인 및 공급밸브를 포함한다. 공급밸브는 유입 라인에 배치되고, 플래시 탱크에 이르는 냉매의 유동을 제어하도록 구성된다. 또한, 냉각장치용 제어 패널은 공급밸브의 다수의 작동 위치들의 맵을 포함한다. 다수의 작동 위치들의 각각의 작동 위치는 공급밸브의 소정 위치 및 상기 소정 위치의 유량에 대응하여 플래시 탱크에 있는 냉매의 양과 연관된다. 상기 맵은 다수의 공급밸브 작동 위치들과 다수의 소정 장치 작동 매개변수들을 서로 관련시키도록 구성된다. 제어 패널에 있는 마이크로프로세서는 플래시 탱크에 있는 액체 냉매의 높이를 조절하기 위해서 공급밸브의 위치를 제어하도록 구성된다. 마이크로프로세서는 맵을 기초한 공급밸브를 위한 제어신호를 발생시킨다.
본 발명의 한가지 장점은 플로트 밸브들이나 전자 수위 센서들이 플래시 탱크 내에 불필요하여 장치의 신뢰성은 증가하는 반면에 장치의 가격과 복잡성은 저하된다는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 장치 조건들에 반응하여 공급밸브를 위치시킴으로써 플래시 탱크에서 원하는 수위를 얻기 위하여 이코노마이저 회로의 작동이 미세하게 조율될 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 원리를 설명하는 바람직한 실시 예의 상세한 설명을 통해서 보다 명백하게 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명에서 사용된 냉장 혹은 냉각장치의 실시 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 이코노마이저 공급밸브 제어공정의 실시 예를 나타낸 흐름도이다.
가능한한, 동일한 참조 부호들이 동일하거나 유사한 부분들을 언급하도록 도면 전체에 걸쳐서 사용될 것이다.
도 1은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 응용을 일반적으로 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, HVAC, 냉장 혹은 액체 냉각장치(100)는 압축기(102), 응축기 배열(104), 팽창장치(105), 액체 냉각기 혹은 증발기 배열(106) 및 제어 패널(108)을 포함한다. 압축기(102)는 변속드라이브(VSD)(122)에 의해서 동력을 전달받는 모터(124)에 의해서 구동될 수 있다. 또한, 냉각장치(100)는 이코노마이저 열 교환기 혹은 플래시 탱크(110), 유입 라인(112), 이코노마이저 공급밸브(114), 제 1 배출라인(116) 및 제 2 배출라인(118)을 갖는 이코노마이저 회로를 구비한다.
VSD(122)는 AC전력원으로부터 특정한 고정 라인전압과 고정 라인주파수를 갖는 AC전력을 수용하고, 그 AC전력을 특정한 요구조건을 만족시키도록 변할 수 있는 원하는 전압과 원하는 주파수로 모터(124)로 제공한다. 바람직하게는, VSD(122)는 모터(124)의 정격 전압과 정격 주파수보다 높은 전압과 주파수 혹은 낮은 전압과 주파수를 갖는 AC전력을 모터(124)로 제공할 수 있다. 바람직하게는, 모터(124)는 가변 속도로 작동할 수 있는 유도 전동기이다. 그러나, 가변 속도로 작동할 수 있 는 소정의 적당한 모터가 본 발명과 함께 사용될 수 있다.
모터(124)에 의해서 구동되는 압축기(102)는 냉매 증기를 압축하여 배출라인을 통해서 응축기(104)로 전달한다. 바람직하게는, 압축기(102)는 스크루 압축기이지만, 적당한 형식의 압축기, 예를 들어 원심형 압축기, 왕복 압축기 등이 될 수 있다. 압축기(102)에 의해서 응축기(104)로 운반된 냉매 증기는 유체, 즉 공기나 물과 열 교환을 하게 되고, 다음에는 유체와의 열 교환의 결과로서 냉매 액체로의 상 변화를 겪게 된다. 응축기(104)로부터 배출되는 응축된 액체 냉매는 대응하는 팽창장치(105)를 통해서 증발기(106)로 유동한다.
증발기(106)는 냉각 부하의 공급 라인과 복귀 라인에 대한 연결부들을 포함할 수 있다. 2차 액체, 예를 들어 물, 에틸렌, 염화칼슘 브라인 또는 염화나트륨 브라인은 복귀 라인을 거쳐서 증발기(106) 내로 이동하고 공급 라인을 거쳐서 증발기(106)를 빠져나간다. 증발기(106)에 있는 액체 냉매는 2차 액체의 온도를 낮추기 위해서 2차 액체와 열 교환을 하게 된다. 증발기(106)에 있는 냉매 액체는 2차 액체와의 열 교환의 결과로서 냉매 증기로의 상 변화를 겪게 된다. 증발기(106)에 있는 증기 냉매는 증발기(106)를 빠져 나가고, 사이클을 완결하도록 흡입 라인에 의해서 압축기(102)로 복귀한다. 응축기(104)와 증발기(106)에서 냉매의 적절한 상 변화가 얻어질 수 있도록 제공된 응축기(104)와 증발기(106)의 적당한 구성이 장치(100)에 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이코노마이저 회로는 응축기(104)와 팽창장치(105) 사이에 있는 주 냉각회로에 통합된다. 이코노마이저 회로는 응축기(104)와 직접적으로 혹은 유체 연결되는 유입 라인(112)을 구비한다. 유입 라인(112)은 플래시 탱크(110)의 상류에 있는 이코노마이저 공급밸브(114)를 구비한다. 이코노마이저 공급밸브(114)는 플래시 탱크로 들어가는 냉매의 양을 조절하도록 작동한다. 플래시 탱크(110)로 들어가는 냉매는 압축기(102)의 배출압력 이하 그리고 압축기(102)의 흡입압력 이상의 압력하에 있다. 바람직한 실시 예에 있어서, 공급밸브(114)는 이코노마이저 공급밸브(114)를 통해서 유동하는 응축기(104)로부터 나오는 액체 냉매의 압력을 낮추기 위해서 팽창 밸브로서 또한 작동할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 하나이상의 팽창 밸브들이 플래시 탱크(110) 전에 공급밸브(114)의 하류에서 이코노마이저 회로 내로 통합될 수 있다. 이코노마이저 공급밸브(114)의 하류에서, 액체 냉매와 기체 냉매가 플래시 탱크(110)로 들어간다. 플래시 탱크(110) 내부에서, 기체 냉매는 플래시 탱크(110)의 위 혹은 상부에서 바람직하게 수집되고, 액체 냉매는 플래시 탱크(110)의 바닥 혹은 하부에 바람직하게 위치한다. 플래시 탱크(110)는 하나이상의 상부 수위 스위치(140)와 하나이상의 하부 수위 스위치(142)를 포함할 수 있다. 수위 스위치들(140,142)은 플래시 탱크에 있는 액체의 높이가 대응하는 수위 스위치 위나 아래에 있는지를 결정할 수 있다. 수위 스위치들(140,142)은 플래시 탱크에 있는 액체의 높이가 대응하는 수위 스위치 위나 아래에 있는지를 나타내는 신호를 제어 패널(108)에 제공할 수 있다. 적당한 수위 스위치는 수위 스위치들(140,142)에 대하여 사용될 수 있지만, 간단하고 저가이며 신뢰할만한 수위 스위치들이 바람직하다.
플래시 탱크(110)에 있는 액체 냉매는 제 1 배출라인(116)을 통해서 팽창 밸 브(105)로 유동하거나 이동한다. 팽창 밸브(105)는 열팽창 밸브, 전자 팽창밸브, 오리피스 혹은 다른 적당한 계측장치나 밸브가 될 수 있다. 제 2 배출 라인(118)은 플래시 탱크(110)에 있는 기체상 냉매를 압축기(102)의 압축 챔버에 직접적으로 연결된 압축기(102)에 있는 이코노마이저 포트로 바람직하게 복귀시킨다. 이와는 달리, 제 2 배출 라인(118)은 플래시 탱크(110)에 있는 기체상 냉매를 압축기(102)의 흡입 라인으로 복귀시킬 수 있다. 제 2 배출 라인(118)은 압축기(102)로 제공되는 플래시 탱크(110)로부터 배출되는 기체상의 냉매 유동을 제어하기 위하여 하나이상의 이코노마이저 포트 밸브를 포함할 것이다.
종래의 HVAC, 이코노마이저 회로를 갖는 냉장 혹은 액체 냉각장치(100)는 도 1에는 도시되지 않은 많은 다른 특징들을 포함한다. 이러한 특징들은 설명의 편의를 위해 도면을 단순화하도록 의도적으로 생략하였다. 또한, 도 1은 단일 냉각 회로로 연결된 하나의 압축기를 갖는 HVAC, 냉장 혹은 액체 냉각장치(100)를 도시하였지만, 장치(100)는 하나이상의 냉각회로에 연결되는 다중 압축기들을 구비할 수 있음을 이해할 수 있다. 또한, 각각의 냉각회로는 상기한 바와 같이 자체의 이코노마이저 회로를 구비할 수 있다.
제어 패널(108)은 아날로그(A/D) 디지털 변환기, 마이크로프로세서, 비휘발성 메모리, 및 냉장장치(100)의 작동을 제어하기 위한 인터페이스 보드를 포함할 수 있다. 제어 패널(108)은 VSD(122), 모터(124) 및 압축기(102)의 작동을 제어하도록 사용될 수 있다. 제어 패널(108)은 장치(100)의 작동을 제어하고 플래시 탱크(110)에 있는 액체 냉매의 액체 수위를 조절하도록 이코노마이저 공급밸브(114) 에 대한 작동 구성 또는 위치를 결정하고 실행하기 위해서 제어 알고리즘 또는 소프트웨어를 실행한다. 일 실시 예에 있어서, 제어 알고리즘은 제어 패널(108)의 비휘발성 메모리에 저장된 컴퓨터 프로그램이나 소프트웨어가 될 수 있고, 제어 패널(108)의 마이크로프로세서에 의해서 실행 가능한 일련의 명령어들을 포함할 수 있다. 제어 알고리즘은 컴퓨터 프로그램에 내장되고 마이크로프로세서에 의해서 실행되는 것이 바람직하지만, 해당 기술분야의 당업자에 의해서 디지털 및/또는 아날로그 하드웨어를 사용하여 실행될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 만일 하드웨어가 제어 알고리즘을 실행하도록 사용되면, 제어 패널(108)의 대응하는 구성은 필요 부품들을 통합하고 더 이상 필요 없는 부품들은 제거하도록 변할 수 있다.
제어 패널(108)은 공급밸브(114)의 작동을 제어하도록 공급밸브 작동 위치들의 맵, 테이블 또는 데이터베이스를 사용한다. 공급밸브(114)에 대한 작동 위치는 밸브 개구부의 크기 및 밸브 개구부를 통해서 유동하는 냉매의 대응하는 양에 관련된다. 제어 패널(108)에 의해서 사용된 맵이나 테이블은 공급밸브 작동위치와 장치 작동 매개변수들을 서로 관련시킨다. 맵 혹은 테이블은 특정한 장치 작동 매개변수들 또는 조건들에 반응하여 밸브에 대한 작동 위치를 결정하는 테스트 데이터로부터 발생될 수 있다. 바람직하게는, 하나의 맵은 하나이상의 장치, 예를 들어 일군의 제품에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 이코노마이저 공급밸브 제어공정의 실시 예를 나타낸다. 공급밸브 제어공정은 용량 제어공정 또는 장치(100)에 대한 다른 제어 프로그램으로부터 발생하는 시작 명령에 반응하여 개시될 수 있다. 이코노마이저 공급밸브 제 어공정은 단독 공정이나 프로그램이 될 수 있거나, 또는 냉각장치에 대한 용량 제어 프로그램과 같은 큰 제어공정이나 프로그램 내로 통합될 수 있다.
공정은 단계(202)에서 장치 작동 매개변수들을 측정함으로써 시작된다. 비록 적은 혹은 다른 장치 작동 매개변수들이 측정될 수 있을 지라도, 측정된 장치 작동 매개변수들은 압축기(102) 상에 가해진 부하 및 플래시 탱크(110) 내에 있는 냉매의 압력과 온도이다. 압축기(102) 상에 가해지는 부하는 몇가지 방식으로 측정되거나 결정될 수 있는데, 이때 상기 방식은 증발기(106)로 들어가거나 떠나는 액체의 온도를 감지하거나 혹은 증발기(106)를 통과하는 액체의 유동을 감지함으로써 장치 용량을 측정하는 단계; 압축기(102)의 속도를 측정하는 단계; 변속드라이브(122)의 작동 주파수를 감지하는 단계; 그리고 압축기(102)에서 슬라이드 밸브의 위치를 감지하는 단계를 포함한다. 플래시 탱크(110)에 있는 냉매의 압력과 온도는 플래시 탱크(110) 내의 온도와 압력을 감지하고 압축기(102) 내의 흡입과 배출 압력 및/또는 온도를 감지함으로써 몇가지 방식으로 결정될 수 있다.
단계(204)에 있어서, 측정된 장치 작동 매개변수들은 공급밸브(114)에 대한 적절한 작동위치를 결정하기 위해서 맵에 있는 기재 사항과 비교된다. 맵에 있는 기재 사항들은 측정된 장치 작동 매개변수들(압축기(102)의 부하 및 플래시 탱크(110)에 있는 냉매의 온도와 압력)과 다른 정보를 공급밸브(114)에 대한 작동 위치와 서로 관계시킨다. 맵에 있는 다른 정보는 공급밸브(114)의 작동위치와 공급밸브(114)에 대한 대응하는 단면 유동영역, 모터, 바람직하게는 스테퍼 모터의 소정 작동 요구조건 및 공급밸브(114)의 작동 조건 및/또는 장치(100)가 작동될 조건들 을 나타내는 조건 범위에서 압축기의 측정되거나 계산된 매핑을 기초한 측정된 작동 매개변수들에서 압축기의 성능의 지식을 관계시키는 것에 관련될 수 있다.
맵은 측정된 장치 작동 매개변수들을 기초하여 공급밸브(114)에 대한 작동 위치를 갖는 룩업 테이블이 될 수 있다. 이와는 달리, 공급밸브 위치는 다중 가변 알고리즘 또는 하나이상의 변수들의 그래픽 곡선들을 기초하여 계산될 수 있고, 이때 상기 변수들은 측정된 장치 작동 매개변수들이 될 수 있다. 변수로서 사용될 수 있는 장치 작동 매개변수들의 몇몇 예들은 플래시 탱크(110) 내의 압력과 온도, 압축기(102) 내의 흡입과 배출 압력 및/또는 온도, 압축기(102)의 속도, 그리고 팽창 밸브(105) 혹은 드레인 밸브의 위치를 포함한다. 공급밸브(114)는 디지털 증분 위치 타입 혹은 아날로그 타입이 될 수 있다. 또한, 공급밸브(114)를 개폐하기 위한 신호는 사용된 밸브의 형식에 대응한다. 일 실시 예에 있어서, 공급밸브(114)의 개폐는 장치(100)의 부하를 기초하는데, 밸브는 가벼운 부하 조건 도중에는 미약하게 운동하고 무거운 부하 조건 도중에는 크게 운동한다. 바람직하게는, 공급밸브(114)는 플래시 탱크(10)의 내부에 있는 냉매의 소정 수위를 유지하도록 제어될 수 있다.
공급밸브(114)에 대한 작동 조건이 단계(204)에서 결정되거나 계산된 후에, 공정은 단계(206)으로 진행한다. 단계(206)에서, 공급밸브(114)의 위치는 원하는 혹은 계산된 위치로 조정된다. 공급밸브(114)가 위치된 후에, 제어가 단계(202)로 복귀하고 공정이 반복된다. 하기에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 공급밸브 위치에서의 변화율은 조절될 것이다. 그러면, 장치는 단계(202)로 복귀하고 공정을 반복 수행한다. 임의의 시간 지연(208)은 장치에서 헌팅이나 불안정성을 방지하도록 조성된다. 바람직한 실시 예에 있어서, 공급밸브(114)는 차고 넘치는 조건을 탐지하는 상부 수위 스위치(140)에 반응하는 것과 같이 소정의 조건하에 있는 경우를 제외하고는 단일 단계에서 완전 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동할 수 없다. 그러나, 정상적인 조건하에서, 장치는 단일 단계에서 공급밸브(114)가 강제로 완전히 개방되거나 폐쇄되는 것을 회피하기 위하여 공급밸브 위치가 변하는 비율을 조절한다.
바람직한 실시 예에 있어서, 수위 스위치들(140,142)은 플래시 탱크(110)에서 액체 냉매의 수위를 더욱 조절하기 위해서 도 2의 제어 공정과 연결하여 사용될 수 있다. 만일 플래시 탱크(110)에 있는 액체의 수위가 상부 수위 한계 이상인지 혹은 플래시 탱크(110)에 있는 액체의 수위가 하부 수위 한계의 이하인지를 수위 스위치(140,142)가 탐지하면, 제어 패널(108)이 액체 수위의 장치(100)의 작동자를 변경시킬 수 있거나 또는 제어 장치가 그 위치를 교정하도록 도 2의 제어 공정으로부터 별도로 작용할 수 있다. 수위 스위치들(140,142)은, 원하는 냉매 높이가 얻어질 때까지, 플래시 탱크(110)에 있는 낮은 냉매 수위에 반응하여 공급밸브(114)를 개방시키거나 또는 플래시 탱크(110)에 있는 높은 냉매 수위에 반응하여 공급밸브(114)를 폐쇄시키기 위해서 중간 제어장치 신호를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상부와 하부 수위 한계들 사이에서의 편위 혹은 편차의 주파수와 주기는 작동 맵을 조정하도록 사용될 수 있다. 퍼지 논리 이론 혹은 다른 적당한 기술들이 상부 한계와 하부 한계로부터의 편차를 회피할 목적 으로 작동 맵을 업데이트 시키도록 사용될 수 있다. 작동 맵이나 알고리즘에서 조정이나 오프셋은 다른 작동 특징들을 갖는 특정 냉각기 장치를 기초로 만들어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 장치는 다차원 룩업 테이블인 룩업 테이블을 실행한다. 또한, 맵이나 룩업 테이블은 상부 한계 스위치(140)와 하부 한계 스위치(142)로부터 나오는 피드백을 기초로 적합하게 조정된다. 상부 한계 스위치(140)와 하부 한계 스위치(142)는 공급밸브(114)의 원하는 위치를 오프셋하고 그에 따라서 맵 매개변수들을 조정하도록 사용될 것이다. 예를 들면, 만일 탱크에 있는 냉매 수위가 단지 높은 수위 표시로 탐지되면, 맵 매개변수들은 아래로 차감 계산되고 그래서 공급밸브(114)의 정상적인 위치는 덜 열리며, 만일 단지 낮은 수위만이 탐지되면 그에 따라서 맵 매개변수들이 차감 계산되고, 그래서 공급밸브(114)의 위치는 보다 열린 위치에 정상적으로 놓인다.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명되었지만, 해당 기술분야의 숙련된 당 업자들은 본 발명의 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 이루어질 수 있고 본 발명의 요소들을 등가물로 대체할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 기술에 따라 특정한 위치나 재료를 채택하도록 많은 변경들이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명을 수행하기 위한 최선의 모드로서 설명한 특정 실시 예로서 본 발명이 제한되지 않으며 본 발명은 첨부된 특허청구범위 내에 있는 모든 실시 예들을 포함할 것이다.

Claims (25)

  1. 냉각장치의 이코노마이저 회로를 제어하기 위한 방법으로서,
    플래시 탱크, 유입 라인, 및 상기 유입 라인에 배치되고 상기 플래시 탱크로의 냉매의 유동을 제어하도록 구성된 공급밸브를 구비한 냉각장치용 이코노마이저 회로를 제공하는 단계;
    상기 냉각장치에 대한 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계;
    측정된 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수에 반응하여 상기 공급밸브에 대한 밸브 위치를 계산하는 단계; 그리고
    상기 플래시 탱크에 있는 액체 냉매의 높이를 조절하도록 상기 공급밸브를 계산된 밸브 위치로 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수는 압축기의 부하, 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 압력, 또는 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 온도로부터 선택되는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 증발기에서 유입 유체 온도와 배출 유체 온도로부터 장치 용량을 결정함으로써 상기 압축기에 가해지는 부하를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 증발기를 통과하는 액체의 유동을 감지함으로써 상기 압축기에 가해지는 부하를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 압축기의 속도를 측정함으로써 상기 압축기에 가해지는 부하를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 변속 드라이브의 작동 주파수를 감지함으로써 상기 압축기에 가해지는 부하를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 압축기에서 슬라이드 밸브의 위치를 감지함으로써 상기 압축기에 가해지는 부하를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 플래시 탱크의 압력을 감지함으로써 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 압력을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 플래시 탱크의 온도를 감지함으로써 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 온도를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 압축기에서 흡입압력과 배출압력을 감지함으로써 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 압력을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장치 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 압축기 내에 있는 냉매의 흡입압력과 배출압력을 감지함으로써 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 온도를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 위치를 계산하는 단계는, 상기 공급밸브에 대한 위치를 결정하기 위해서 상기 측정된 적어도 하나의 장치작동 매개변수를 맵(map)에 있는 기재 사항과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 맵은 상기 측정된 적어도 하나의 장치 작동 매개변수와 상기 공급밸브에 대한 작동 위치들에 따른 적어도 하나의 추가적인 기준을 서로 관계시키는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가적인 기준은, 상기 공급밸브의 적어도 하나의 작동 위치에 대응하는 상기 공급밸브에 대한 적어도 하나의 단면 유동 영역, 상기 공급밸브의 작동 위치를 조정하기 위한 모터의 적어도 하나의 작동 요구조건, 그리고 장치 작동조건들의 범위를 기초한 다수의 측정된 작동 매개변수 하에서의 상기 압축기의 성능으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 장치 작동 매개변수들의 범위들은 상기 압축기의 측정되거나 계산된 매핑을 기초하는 방법.
  16. 유입 라인에 배치되고 플래시 탱크로 유동하는 냉매의 유동을 제어하도록 구성된 공급밸브를 갖춘 이코노마이저 회로용 액체 수위 제어장치로서,
    상기 공급밸브의 다수의 작동 위치들의 맵으로서, 상기 다수의 작동 위치들의 각각의 작동 위치는 상기 공급밸브의 소정 위치와 연관되고, 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 양은 상기 소정 위치의 유량에 대응하며, 상기 맵은 상기 다수의 공급밸브 작동 위치들을 다수의 소정 장치 작동 매개변수들에 서로 관계시키도록 구성된, 맵; 그리고
    상기 플래시 탱크 내에 있는 액체 냉매의 수위를 조절하기 위해서 상기 공급밸브의 위치를 제어하도록 구성된 마이크로프로세서;를 포함하며,
    상기 마이크로프로세서는 상기 공급밸브의 작동을 제어하기 위해서 상기 맵을 기초하여 냉각장치의 조정 가능한 밸브 배열을 위치시키도록 제어 신호를 발생 시키는 액체 수위 제어장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 맵은 특정한 장치 작동 매개변수들 또는 조건들에 반응하여 밸브에 대한 작동 위치를 결정하는 테스트 데이터로부터 발생되는 액체 수위 제어장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 맵은 특정한 장치 작동 매개변수들 또는 조건들에 반응하여 상기 밸브에 대한 작동 위치를 결정하는 계산된 데이터로부터 발생되는 액체 수위 제어장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 수위가 소정의 최대 냉매 수위 이상인지를 결정하기 위한 적어도 하나의 상부 수위 스위치, 소정의 최소 냉매 수위를 결정하기 위한 적어도 하나의 하부 수위 스위치를 또한 포함하며, 상기 상부와 하부 수위 스위치들은 상기 수위가 각각의 최대 냉매 수위 혹은 최소 냉매 수위를 초과하는 경우를 나타내도록 상기 마이크로프로세서로 신호를 발생하도록 구성된 액체 수위 제어장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 소정의 장치 작동 매개변수들은, 압축기의 부하, 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 압력, 또는 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 온도로부터 선택되는 액체 수위 제어장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 압축기에 가해지는 부하는, 상기 증발기에서 유입 액체 온도와 배출 액체 온도를 감지하여 장치 용량을 결정함으로써 결정되는 액체 수위 제어장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 압축기에 가해지는 부하는, 상기 증발기를 통한 액체의 유동을 감지하는 단계, 상기 압축기의 속도를 측정하는 단계, 상기 변속드라이브의 작동 주파수를 감지하는 단계, 또는 상기 압축기에서 슬라이드 밸브의 위치를 감지하는 단계들 중 적어도 하나에 의해서 결정되는 액체 수위 제어장치.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 압력은, 상기 플래시 탱크 내의 압력을 감지하거나 혹은 상기 압축기에서 흡입압력과 배출압력을 감지하는 것들 중 적어도 하나에 의해서 결정되는 액체 수위 제어장치.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 온도는, 상기 플래시 탱크 내의 온도를 감지하거나 혹은 상기 압축기에서 흡입온도와 배출온도를 감지하는 것들 중 적어도 하나에 의해서 결정되는 액체 수위 제어장치.
  25. 냉각 장치로서,
    (ⅰ) 폐 냉각회로로 연결된 압축기, 응축기 배열, 팽창 밸브 및 증발기 배열 을 구비한 냉각회로;
    (ⅱ) 상기 냉각회로에 연결된 이코노마이저회로로서, 플래시 탱크, 유입 라인 및 공급밸브를 포함하며, 상기 공급밸브는 상기 유입 라인에 배치되고 상기 플래시 탱크로 유동하는 냉매의 유동을 제어하도록 구성된, 이코노마이저 회로; 그리고
    (ⅲ) 제어 패널로서,
    상기 공급밸브의 다수의 작동 위치들의 맵으로서, 상기 다수의 작동 위치들의 각각의 작동 위치는 상기 공급밸브의 소정 위치와 연관되고, 상기 플래시 탱크 내에 있는 냉매의 양은 상기 소정 위치의 유량에 대응하며, 상기 맵은 상기 다수의 공급밸브 작동 위치들을 다수의 소정 장치 작동 매개변수들에 서로 관계시키도록 구성된, 맵; 그리고
    상기 플래시 탱크 내에 있는 액체 냉매의 수위를 조절하기 위해서 상기 공급밸브의 위치를 제어하도록 구성된 마이크로프로세서;를 포함하며,
    상기 마이크로프로세서는 상기 공급밸브의 작동을 제어하기 위해서 상기 맵을 기초하여 냉장장치의 조정 가능한 밸브 배열을 위치시키도록 제어 신호를 발생시키는 제어 패널;을 포함하는 냉각장치.
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