KR20080094072A - 개선된 압축기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 압축기 요소(6)를 위한 최대 설정 회전수(Nmax)를 갖는 제어 박스(8)를 구비한 가변 속도 모터(7)에 의해 구동되는 압축기 요소(6)를 수용하는 케이스(2)와, 유입구(11)를 통해 주위 환경으로부터 공기를 흡입하고, 그 공기를 케이스(2)를 거쳐 다시 주위 환경으로 배출구(12)를 통해 불어내는 공랭 장치(10)와, 압축기 요소(6)에 의해 압축된 기체를 냉각시키기 위한 냉각 회로(13)로 주로 이루어지는 개선된 압축기 장치에 있어서, 제어 박스(8)에는 최대 허용 설정 회전수(Nmax)를, 측정되는 주위 온도(T20)가 최대 설정 레벨(Tmax)보다 높게 상승하자마자 소정 레벨로 감소시키는 한편, 측정되는 주위 온도(T20)가 최대 설정 레벨(Tmax) 아래로 떨어지자마자 다시 상승시키는 알고리즘(24)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기 장치에 관한 것이다.
압축기, 공랭, 가변 속도 모터, 제어 박스, 알고리즘, 압축 기체

Description

개선된 압축기 장치{IMPROVED COMPRESSOR DEVICE}
본 발명은 압축기 장치에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은, 압축기 요소를 위한 정해진 최대 설정 회전수를 갖는 가변 속도 모터에 의해 구동되는 압축기 요소를 내부에 갖고 있는 케이스와, 유입구를 통해 주위 환경으로부터 공기를 흡입하여, 그 공기를 케이스를 거쳐 배출구를 통해 주위 환경으로 다시 불어내는 공랭 장치와, 압축기에 의해 압축된 기체의 냉각 또는 압축된 공기의 냉각을 위한 냉각 매체를 갖는 별도의 냉각 회로로 기본적으로 이루어진 가변 속도 형태의 압축기 장치에 관한 것이다.
통상의 압축기 장치는 정격 작동 조건으로서 불리는 최대 주위 온도에 대한 특정 조건에서 작동할 수 있도록 일반적으로 설계된다.
정격 주위 환경 조건의 한계를 초과하는 경우에, 압축기 장치의 양호한 작동을 더 이상 보장할 수 없고 예상치 못한 압축기 장치의 정지를 초래할 것이다.
그러한 경우, 종래에는 크기를 크게 하여 동일한 조건에서 더 작은 압축기 장치보다 열을 덜 발생시키는 압축기 장치나, 예를 들면 정격 조건에서보다 작은 변속비를 갖는 변속 장치를 적용하여, 압축기의 정해진 최대 설정 허용 회전수를 제한함으로써 최대 용량으로 작동하는 압축기 장치를 이용하도록 결정되고 있다. 따라서, 보다 높은 주위 온도를 상쇄시키도록 사용될 수 있는 여분의 열적 여력(thermal reserve)이 생성된다.
이는, 압축기 장치를 위해 보다 큰 투자가 필요한 한편, 정격 조건에서의 성능 손실이 있기 때문에 압축기 장치가 모든 정격 조건에서 최적으로 이용되지 않는다는 단점을 갖고 있다.
본 발명은, 압축기 장치가 지속적인 최적 냉각 작동에 의해 모든 주위 온도에서 최대 성능으로도 이용될 수 있도록 보장하는 자체 조절형 제어 장치가 마련되는 개선된 압축기 장치를 제공하여, 전술한 단점 및 기타 단점을 중 하나 이상에 대한 해결책을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은, 압축기를 위한 최대 설정 회전수를 갖는 제어 박스를 구비한 가변 속도 모터에 의해 구동되는 압축기 요소를 내부에 갖고 있는 케이스와, 유입구를 통해 주위 환경으로부터 공기를 흡입하고, 이 공기가 케이스를 통과한 후에 공기를 배출구를 통해 다시 주위 환경으로 불어내는 공랭 장치와, 압축기에 의해 압축된 기체를 냉각시키기 위한 냉각 회로로 주로 이루어지는 개선된 압축기 장치에 있어서, 제어 박스에는 상기한 최대 허용 설정 회전수를, 측정되는 주위 온도가 최대 설정 레벨보다 높게 상승하자마자 소정 레벨로 감소시키는 한편, 측정되는 주위 온도가 상기한 레벨 아래로 떨어지자마자 다시 상승시키는 알고리즘이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 그러한 장치의 이점은 주위 온도가 압축기 장치가 설계된 정격 레벨보다 높게 상승하는 경우, 최대 허용 회전수가 자동적으로 감소하며, 이에 따라 압축기 장치는 열을 덜 발생시키게 되어, 공랭 장치의 냉각 용량은 주위 온도가 높은 경우라도 압축기의 충분한 냉각을 유지하기에 충분하여 과열로 인한 원하지 않는 정지를 피하고 장치의 양호한 작동을 보장한다.
바람직하게는, 상기한 알고리즘은 또한 압축 기체의 냉각 회로의 온도가 불충분하거나, 냉각 매체의 온도가 설정 레벨보다 높게 상승한 경우에 최대 설정 회전수를 더 감소시키도록 되어 있다.
주위 공기 및/또는 냉각 회로의 온도를 연속적 또는 단속적으로 모니터링하고, 측정된 결과에 따라 최대 허용 회전수를 조절함으로써, 압축기 장치는 명목상으로 제공되는 것보다 높은 주위 온도에서도 정지 또는 손상의 위험 없이 최대 용량으로 지속적으로 작동할 수 있을 것이다.
일반적으로, 케이스는 전자 장치 구획을 포함하며, 이 전자 장치 구획에는 주위 공기를 유입구를 통해 흡입하여 이 공기를 배출구를 통해 주위 환경으로 다시 불어내는 공랭 장치가 마련되어 있어, 전자 장치 요소에 초래되는 어떠한 손상도 방지하기 위해, 이런 용도로 사용되는 냉각 공기의 온도에 대한 최대 레벨이 부여된다. 전자 장치 구획의 공랭은 통상 정격 조건에 대해 산출되며, 냉각 공기의 최대 온도를 초과하게 되면 압축기 장치의 원하지 않는 정지를 초래할 것이다.
본 발명의 추가적 양태에 따르면, 추가적인 냉각 회로가 전자 장치 구획의 냉각 매체로서 기능을 하는 공기를 냉각시키도록 마련될 수 있고, 이러한 냉각 회로는 주위 온도가 설정 레벨보다 높게 상승할 징후를 보이는 경우에만 작동한다. 이는 에너지 비용을 가능한 낮게 유지하기 위한 것이다.
이러한 추가적인 냉각 회로는 독립적으로 작동을 하거나, 압축기 장치의 최대 설정 회전수를 제어하는 알고리즘과 조합하여 이용될 수 있고, 이 냉각 회로는 바람직하게는 압축기 장치의 상기한 제어 박스에 의해 제어된다.
본 발명에 대해, 본 발명의 특징을 보다 명확히 설명하기 위해, 이하에서는 본 발명에 따른 압축기 장치의 바람직한 실시예를 어떠한 한정적인 의미 없이 예시로서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 개선된 압축기 장치를 개략적으로 도시하며,
도 2 및 도 3은 도 1의 장치에 적용되는 두 가지 제어 알고리즘을 나타낸다.
도 1의 압축기 장치(1)는 기본적으로 케이스(4)로 이루어지며, 이 케이스는 그 내부가 워드(wad)(3)를 통해 2개의 구획(4, 5)으로 분할되어, 구획(4) 내에는 최대 설정 회전수(Nmax)를 갖는 제어 박스(8)를 구비한 예를 들면 주파수 제어 모터와 같은 가변 속도 모터(7)에 의해 구동되는 압축기 요소(6)가 배치되는 한편, 구획(5)은 예를 들면 전술한 제어 박스(8) 등과 같은 전자 장치 요소(9)가 존재하는 전자 장치 구획이다.
구획(4)은 유입구(11)를 통해 주위 공기를 흡입하고 케이스(2)의 구획(4)을 거쳐 배출구(12)를 통해 화살표 A로 나타낸 바와 같이 그 공기를 주위 환경으로 다시 배출하는 공랭 장치(10)에 의해 냉각된다. 또한, 압축기 장치(1)에는 압축기에 의해 압축되고, 배출 파이프(14, 160) 및 연결부(15)를 통해 배출 공기망(discharge air net)에 급송될 수 있는 기체를 냉각하기 위한 냉각 회로(13)가 오일, 물 등과 같은 냉각 매체의 유무에 관계없이 마련되어 있다.
전자 장치 구획(5)은 유입구(17)를 통해 주위 공기를 흡입하고 전자 장치 구획(5)을 거쳐 배출구(18)를 통해 화살표 B로 나타낸 바와 같이 그 공기를 주위 환경으로 다시 배출하는 공랭 장치(16)를 구비하고 있다.
도 1에서는 압축기 장치가 구획(4, 5)에 공랭 장치(10, 16)가 분리되어 있는 것으로 도시하고 있지만, 이는 공랭 장치(10, 16)가 공용이거나, 공용 부분을 포함하는 경우를 배제하지는 않는다.
추가로, 본 발명에 따르면, 냉각 회로(19)가 공랭 장치(16)를 통해 흡입되는 공기를 냉각하도록 마련된다.
또한, 압축기 장치(1)는 주위 공기의 온도(T20)를 측정하는 측정 수단(20), 압축기의 냉각 회로(13)의 온도(T21)를 예를 들면 냉각 회로(13)의 출구에서 측정하는 측정 수단(21), 및 전자 장치 요소(9)의 냉각을 위해 전자 장치 구획(5)을 통해 흐르는 냉각 공기의 온도(T22)를 측정하는 측정 수단(22)을 포함한다. 이러한 측정 수단(20, 21, 22)은 접속 라인(23)을 통해 상기한 제어 박스(8)에 전기적으로 연결된다.
압축기 장치는 제어 박스(8)에 설정된 최대 주위 온도(Tmax)에 의한 정격 조건으로 작동할 수 있도록 설계되어 있다.
본 발명에 따르면, 제어 박스(8)에는 압축기 요소(6)의 최대 회전수(Nmax)를 설정하기 위한 도 2에 계통적으로 나타낸 알고리즘(24)이 마련되는 데, 제1 단계(25)에서, 주위 온도(T20)가 주위 온도의 설정 레벨(Tmax)과 비교되며, 다음 단계(26)에서는 주위 온도(T20)가 최대 설정 레벨(Tmax)보다 높게 상승할 징후를 보이자마자 최대 허용 회전수(Nmax)를 정해진 레벨로 감소시키는 한편, 주위 온도(T20)가 상기한 레벨(Tmax) 아래로 내려오자마자 최대 허용 설정 회전수를 다시 상승시키게 된다.
바람직하게는, 최대 설정 회전수(Nmax)는 알고리즘에 의해 공랭 장치(10)의 냉각 용량이 모니터링된 주위 온도에 대해 항상 충분하게 되도록 조절되어, 압축기 요소(6)는 과열의 위험 없이 조절된 최대 설정 회전수(Nmax)로 작동할 수 있게 된다.
알고리즘(24)에서 그 다음 단계(27)에서는 냉각 회로(13)의 냉각 매체 및/또는 압축 공기의 온도(T21)가 최대 설정 레벨(T21max)과 비교되어, 단계(26)에서와 같이 상기한 냉각 매체의 온도(T21)가 설정 레벨(T21max)보다 높게 상승하는 경우에 최대 허용 설정 회전수(Nmax)를 감소시킨다.
이러한 알고리즘은 연속적으로 또는 규칙적으로 단속적으로 실행될 수 있고, 최대 설정 회전수가 감소 또는 조절되는 값은 측정 결과 및 이에 따른 측정 온도와 해당 최대 설정 레벨 간의 차와 상관 관계가 있을 수 있다는 점을 이해할 것이다.
압축기 장치(1)는 아래와 같이 간단하게 작동한다.
주위 온도(T20)가 최대 설정 레벨(Tmax)보다 높게 상승하는 경우, 최대 설정 회전수(Nmax)는 정해진 값으로 감소할 것이며, 이에 의해 압축기 요소(6)는 보다 낮은 회전수로 작동할 수 있을 것이며, 그 결과 압축기 요소(6)의 회전수 및 압축기 요소(6)의 출구에서의 압축 가스의 압축 압력에 일차적으로 좌우되는 열 발생이 감소된다.
게다가, 이러한 조정에 있어서, 냉각 회로(13)의 온도(T21)가 높게될 위험이 어, 최대 설정 회전수(Nmax)는 훨씬 더 낮은 수준으로 설정됨으로써, 구획(4) 내의 압축기 부품들의 과열에 대한 어떠한 위험성도 없게 될 것이다.
이러한 식으로, 압축기 장치(1)는 공랭 장치(10) 및 냉각 회로(13)의 이용 가능한 냉각 용량을 고려하여 최대 회전수로 지속적으로 작동할 수 있고 이에 따라 최대 용량으로 가스를 압축할 수 있게 보장한다. 따라서, 종래에 공지된 압축기 장치의 경우에 통상적인 바와 같은 과도하게 책정된 냉각을 제공할 필요는 없다.
이러한 조정은 모터 회전수의 정상적 제어 간에는 통상 발생하지 않고, 동적으로 제한된 회전수에 의해 작동된다.
제어 박스(8)에는 선택적으로 도 3에 계통적으로 나타낸 제2 알고리즘(28)이 전자 장치 구획(5) 내의 전자 장치 요소(9)의 보호를 보장하도록 마련되어 있어, 그러한 전자 장치 요소(9)는 높은 온도의 보호되지 않은 상태로 있지 않을 수 있으며, 이에 따라 전자 장치 구획(5)을 통해 흐르는 냉각 공기의 온도(T22)는 소정의 임계 최대 레벨보다 높게 상승하지 않을 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
알고리즘(28)은 제1 단계(29)에서 알고리즘(24)에 사용되는 것과 동일하거나 그렇지 않을 수 있는 최대 설정 레벨(Tmax)과 주위 온도(T20)를 비교하고, 제2 단계(30)에서는 구획(5) 내의 냉각 공기의 온도(T22)를 상기한 최대 설정 레 벨(T22max)과 비교한다.
주위 온도(T20)가 T20max보다 높게 상승하는 경우에 냉각 회로(19)가 작동되어 전자 장치 구획을 통과하는 냉각 공기는 추가적으로 냉각된다.
주위 온도(T20)와 냉각 공기의 온도(T22) 모두가 해당 최대 설정 레벨(Tmax, T22max)보다 높게 상승하게 되면, 단계(31)에서, 냉각 회로(19)의 냉각 용량(Q)이 냉각 공기(T22)의 온도를 전자 장치 구획(9)의 임계 온도 바로 아래로 감소시키도록 보다 높게 설정된다.
이러한 제2 알고리즘(28)은 다음과 같은 이점을 제공한다.
- 공랭 장치(16)는 통상의 주위 온도에 대응하도록 하기 위해 과도하게 크게 할 필요가 없다.
- 통상의 주위 온도의 경우에 있기 때문에, 공랭 장치(16)가 충분한 경우 여분의 냉각을 위한 에너지 손실이 없다.
- 전자 장치 요소(9)의 임계 온도 바로 아래로 냉각할 수 있도록 전자 장치 구획(5)의 냉각 공기를 추가적으로 냉각함으로써, 여분의 에너지는 최소 냉각 용량에 의해 절감된다. 이는 총 기계 효율을 가능한 한 높게 유지하게 된다.
또한, 제2 알고리즘은 특정 빈도를 갖고 연속적 또는 단속적으로 적용될 수 있다.
이는 두 알고리즘(24, 28) 모두가 압축기 장치(1)에서 개별적으로, 별도로, 또는 함께 적용될 수 있다는 점은 명백하다. 또한, 두 알고리즘은 모두 동일한 제어 박스(8)에서 또는 별개의 제어 박스에서 적용될 수 있다는 점은 명백하다.
본 발명은 예로서 설명하고 도면에 도시한 실시예에 결코 한정되는 것이 아니라, 본 발명에 따른 개선된 압축기 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 모든 형태 및 치수로 실현될 수 있다.

Claims (9)

  1. 압축기 요소(6)를 위한 최대 설정 회전수(Nmax)를 갖는 제어 박스(8)를 구비한 가변 속도 모터(7)에 의해 구동되는 압축기 요소(6)를 수용하는 케이스(2)와, 유입구(11)를 통해 주위 공기를 흡입하고, 그 공기를 케이스(2)를 거쳐 다시 주위 환경으로 배출구(12)를 통해 불어내는 공랭 장치(10)와, 압축기 요소(6)에 의해 압축된 기체를 냉각시키기 위한 냉각 회로(13)로 주로 이루어지는 개선된 압축기 장치에 있어서,
    제어 박스(8)에는 최대 허용 설정 회전수(Nmax)를, 측정되는 주위 온도(T20)가 최대 설정 레벨(Tmax)보다 높게 상승하자마자 소정 레벨로 감소시키는 한편, 측정되는 주위 온도(T20)가 최대 설정 레벨(Tmax) 아래로 떨어지자마자 다시 상승시키는 알고리즘(24)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최대 설정 회전수(Nmax)는 측정된 주위 온도(T20)에서 공랭 장치(10)의 냉각 용량이 충분하도록 알고리즘(24)에 의해 조절되어, 과열이나 원하지 않는 정지의 위험 없이 조절된 최대 설정 회전수(Nmax)로 압축기 요소(6)가 작동할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알고리즘(24)은 상기 냉각 회로의 온도(T21)가 설정 레벨(Tmax)보다 높게 상승하는 경우에 최대 설정 회전수(Nmax)를 더 감소시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주위 온도(T20) 및/또는 냉각 회로 온도(T21)는 연속적으로 또는 단속적으로 측정되며, 이 측정 결과에 따라 최대 설정 회전수(Nmax)가 조절되는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스(2)는 전자 장치 구획(5)을 포함하며, 이 전자 장치 구획에는 주위 공기를 유입구(17)를 통해 흡입하여 이 공기를 배출구(18)를 통해 주위 환경으로 다시 불어내는 공랭 장치(16)가 마련되어 있으며, 압축기 장치(1)는 전자 장치 구획(5)의 공랭 장치(16)의 공기를 냉각시키기 위한 추가적인 냉각 회로(19)를 포함하며, 이 추가적인 냉각 회로(19)는 주위 온도가 설정 레벨(Tmax)보다 높게 상승할 징후를 보이는 경우에 작동되는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 주위 온도(T20)의 설정 레벨(Tmax)은 전자 장치 구획(5) 내의 전자 장치 요소의 최대 허용 냉각 공기 온도(T22)에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 추가적인 냉각 회로(19)에 의해 냉각되는 공기의 온도(T22)가 측정되고, 냉각되는 공기의 측정 온도(T22)가 설정 최대 임계 레벨(T22max)보다 높게 상승하는 경우에 추가적인 냉각 회로(19)의 냉각 용량(Q)이 증가되는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 추가적인 냉각 회로(19)의 냉각 용량(Q)은 전자 장치 구획(5)을 통과해 흐르는 냉각 공기(T22)의 온도가 상기 임계 레벨(T22max)바로 아래로 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가적인 냉각 회로(19)는 모터(7)의 상기 제어 박스(8)를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
KR1020087020243A 2006-01-31 2007-01-18 개선된 압축기 장치 KR101201586B1 (ko)

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