KR20100057894A - 가변 속도 압축기를 가진 냉동 시스템에 대한 파라미터를 계산하는 시스템 및 방법 - Google Patents

가변 속도 압축기를 가진 냉동 시스템에 대한 파라미터를 계산하는 시스템 및 방법 Download PDF

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스테판 엠. 시벨
헝 엠. 팜
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에머슨 클리메이트 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
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Abstract

가변 속도 압축기를 가진 냉동고 시스템에 대한 파라미터를 계산하는 시스템 및 방법이 제공된다. 압축기는 응축기 및 증발기에 연결된다. 증발기 센서는 증발기 압력 및 증발기 온도 중 적어도 하나에 대응하는 증발기 신호를 출력한다. 인버터 드라이브는 압축기의 속도를 변조하기 위해 압축기로 전달되는 전력을 변조한다. 제어 모듈은 인버터 드라이브에 연결되고, 증발기 신호를 수신하고, 상기 인버터 드라이브로부터 전력 데이터 및 압축기 속도 데이터를 모니터하고, 응축기 온도, 전력 데이터, 및 압축기 속도 데이터를 기초로 응축기 온도 및 응축기 압력 중 적어도 하나를 계산한다.

Description

가변 속도 압축기를 가진 냉동 시스템에 대한 파라미터를 계산하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING PARAMETERS FOR A REFRIGERATION SYSTEM WITH A VARIABLE SPEED COMPRESSOR}
본 발명은 압축기에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 가변 속도 압축기를 가진 냉동 시스템의 파라미터를 계산하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 섹션의 설명은 단지 본 발명에 관련된 배경 기술을 제공할 뿐, 종래 기술을 구성하는 것은 아니다.
압축기는 원하는 가열 또는 냉동 효과를 제공하기 위해 냉동, 가열 펌프, HVAC, 또는 칠러(chiller) 시스템(일반적으로 "냉동 시스템") 내의 냉매를 순환시키는 산업용 및 가정용 애플리케이션에서 광범위하게 사용될 수 있다. 임의의 상기 서술한 애플리케이션에서, 압축기는 특정 애플리케이션(즉 냉동, 가열 펌프, HVAC, 또는 칠러 시스템)이 적합하게 기능함을 보장하기 위해 일정하고 효율적인 동작을 제공한다. 가변 속도 압축기는 냉동 시스템 부하에 따라 압축기 용량을 가변시키기 위해 사용될 수 있다. 압축기의 동작 파라미터 및 냉동 시스템의 동작 파라미터는 압축기 및 냉동 시스템 컴포넌트의 최적의 동작을 보장하기 위해 보호, 제어, 및 진단 시스템에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 증발기 온도 및/또는 응축기 온도는 압축기 및 다른 냉동 시스템 컴포넌트를 진단하고, 보호하고, 제어하기 위해 사용될 수 있다.
응축기 및 증발기에 연결된 압축기, 증발기 압력 및 증발기 온도 중 적어도 하나에 대응하는 증발기 신호를 출력하는 증발기 센서, 압축기의 속도를 변조하기 위해 압축기로 전달되는 전력을 변조하는 인버터 드라이브, 및 인버터 드라이브에 연결된 제어 모듈을 포함하는 시스템이 제공된다. 이 제어 모듈은 증발기 신호를 수신하고, 인버터 드라이브로부터의 전력 데이터 및 압축기 속도 데이터를 모니터하고, 증발기 신호, 전력 데이터, 및 압축기 속도 데이터를 기초로 응축기 온도 및 응축기 압력 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.
다른 특징으로서, 전력 데이터는 압축기에 대한 압축기 전류 데이터를 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 토출 온도(discharge temperature) 센서는 압축기를 빠져나가는 냉매의 온도에 대응하는 토출 온도 신호를 출력할 수 있고, 제어 모듈은 토출 온도 신호와 계산된 응축기 온도 및 유도된 응축기 압력 중 적어도 하나를 기초로 하여 압축기의 토출 과열도(superheat temperature)를 계산할 수 있다.
다른 특징으로서, 토출 온도 센서는 압축기로부터 뻗어 있는 토출 튜브 상에 압축기 외부에 위치된 열전쌍을 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 토출 온도 센서는 압축기의 비궤도 스크롤(non-orbiting scroll) 상의 압축기 내에 설치된 서미스터를 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 제어 모듈은 계산된 토출 과열도를 기초로 과열 상태, 및 압축기의 플러드 백(flood back) 상태 중 적어도 하나를 모니터할 수 있다.
다른 특징으로서, 제어 모듈은 응축기 온도와 응축기 압력 중 적어도 하나, 및 증발기 온도를 기초로 압축기 용량, 압축기 파워, 에너지 효율비, 압축기 부하, 및 전력 소비량(Kwh/Day) 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.
다른 특징으로서, 응축기 및 증발기에 연결된 압축기, 응축기 압력 및 응축기 온도 중 적어도 하나에 대응하는 응축기 신호를 출력하는 응축기 센서, 응축기를 빠져나가는 냉매의 온도에 대응하는 토출 온도 신호를 출력하는 토출 온도 센서, 압축기의 속도를 변조하기 위해 압축기로 전달되는 전력을 변조하는 인버터 드라이브, 및 인버터 드라이브에 연결된 제어 모듈을 포함하는 시스템이 제공된다. 제어 모듈은 응축기 신호 및 토출 온도 신호를 수신하고, 인버터 드라이브로부터의 응축기 신호 및 토출 온도 신호를 모니터하고, 응축기 신호, 토출 온도 신호, 전력 데이터, 및 압축기 속도 데이터를 기초로, 증발기 온도 및 증발기 압력 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.
다른 특징으로서, 토출 온도 센서는 압축기로부터 뻗어 있는 토출 튜브 상의 압축기 외부에 위치한 열전쌍을 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 토출 온도 센서는 압축기의 비궤적 스크롤 상의 압축기 내에 설치된 서미스터를 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 전력 데이터는 압축기에 대한 압축기 전류 데이터를 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 흡입 온도 센서는 압축기로 들어가는 냉매의 온도에 대응하는 흡입 온도 신호를 출력할 수 있고, 제어 모듈은 계산된 증발기 온도와 유도된 증발기 압력 중 적어도 하나, 및 흡입 온도를 기초로 압축기의 흡입 과열도를 계산할 수 있다.
다른 특징으로서, 제어 모듈은 계산된 흡입 과열도를 기초로 압축기의 과열 상태, 및 플러드 백 상태 중 적어도 하나를 모니터할 수 있다.
다른 특징으로서, 제어 모듈은 증발기 온도와 증발기 압력 중 하나, 및 응축기 온도를 기초로 압축기 용량, 압축기 파워, 에너지 효율비, 압축기 부하, 및 전력 소비량(Kwh/Day) 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.
다른 특징으로서, 압축기 및 증발기에 연결된 응축기의 응축 압력 및 응축 온도 중 적어도 하나에 대응하는 응축기 신호를 수신하는 단계, 압축기로 전달되는 전력을 변조하도록 구성된 인버터 드라이브로 압축기의 속도를 변조하는 단계, 인버터 드라이브로부터 전력 데이터 및 압축기 속도 데이터를 수신하는 단계, 압축기를 빠져나가는 냉매의 온도에 대응하는 토출 온도 신호를 토출 온도 센서로부터 수신하는 단계, 및 응축기 신호, 전력 데이터, 및 압축기 속도 데이터를 기초로 응축기 온도 및 응축기 압력 중 적어도 하나를 계산하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
다른 특징으로서, 전력 데이터를 수신하는 단계는 압축기에 대한 압축기 전류 데이터를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 본 방법은 흡입 온도 센서로부터 흡입 온도 신호를 수신하는 단계, 및 계산된 증발기 온도와 유도된 증발기 압력 중 적어도 하나, 및 흡입 온도 신호를 기초로 압축기의 흡입 과열도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 흡입 온도 신호는 압축기로 들어오는 냉매의 온도에 대응한다.
다른 특징으로서, 본 방법은 계산된 흡입 과열도를 기초로 압축기의 과열 상태 및 플러드 백 상태 중 적어도 하나를 모니터하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 특징으로서, 본 방법은 증발기 온도와 증발기 압력 중 적어도 하나, 및 응축기 온도를 기초로 압축기 용량, 압축기 파워, 에너지 효율비, 압축기 부하, 및 전력 소비량(Kwh/Day) 중 적어도 하나를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
추가로 적용가능한 분야는 본 명세서에 기재된 설명으로부터 명백해질 것이다. 기재된 설명과 특정 예시들은 단지 설명을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하고자 한 것이 아님을 이해해야 한다.
여기에 서술된 도면은 단지 설명을 위한 것이며, 임의의 방법으로 본 발명의 범위를 제한하고자 한 것은 아니다.
도 1은 냉동 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 냉동 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3은 증발기 온도 및 응축기 온도의 그래프이다.
도 4는 증발기 온도 및 응축기 온도의 그래프이다.
도 5는 증발기 온도 및 응축기 온도의 그래프이다.
도 6은 흡입 과열도 및 실외 온도와 연관된 토출 과열도를 보여주는 그래프이다.
도 7은 압축기 파워 및 압축기 속도와 연관된 응축기 온도를 보여주는 그래프이다.
도 8은 압축기의 단면도이다.
도 9는 냉동 시스템에 대하여 유도된 데이터를 보여주는 플로우 차트이다.
아래의 설명은 오직 예시일 뿐이며, 본 발명, 애플리케이션, 또는 사용을 제한하고자 한 것이 아니다. 도면에 걸쳐, 대응하는 참조 번호는 유사하거나 대응하는 부분 및 특징을 나타내는 것임을 이해해야 한다.
본 명세서에 사용된, 용어 모듈, 제어 모듈, 및 컨트롤러는 주문형 반도체(ASIC), 전자회로, (공유되거나, 전용이거나, 또는 그룹의) 프로세서, 및 하나 이상의 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램을 실행하는 메모리, 조합 논리 회로, 또는 서술된 기능을 제공하는 다른 적합한 컴포넌트 중 하나 이상을 의미한다. 본 명세서에 사용된, 컴퓨터 판독가능한 매체는 컴퓨터에 대하여 데이터를 저장할 수 있는 임의의 매체를 의미한다. 컴퓨터 판독가능한 메체는 메모리, RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM, 플로피 디스크, 자기 테이프, 다른 자성 매체, 광 매체, 또는 컴퓨터에 대하여 데이터를 저장할 수 있는 임의의 다른 디바이스 또는 매체를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 1을 참조하면, 예시적인 냉동 시스템(5)은 냉매 증기를 압축하는 압축기(10)를 포함한다. 특정한 냉동 시스템이 도 1에 도시되어 있으나, 본 교시는 히트 펌프, HVAC, 및 칠러 시스템을 포함한 임의의 냉동 시스템에 적용가능하다. 압축기(10)로부터의 냉매 증기는 냉매 증기를 고압으로 액화시켜, 외부 대기로부터 열을 추출하는 곳인 응축기(12)로 전달된다. 응축기(12)를 빠져나가는 액체 냉매는 팽창 밸브(14)를 통해 증발기(16)로 전달된다. 팽창 밸브(14)는 냉매의 과열도를 제어하기 위한 기계적 밸브 또는 전기적 밸브일 수 있다. 냉매는 압력 강하가 높은 압력의 액체 냉매를 낮은 압력의 액체 및 증기의 조합이 되게 하는 팽창 밸브(14)를 통과한다. 뜨거운 공기가 증발기(16)를 가로질러 이동할 때, 낮은 압력의 액체는 기화되어 증발기(16)로부터 열을 제거한다. 낮은 압력의 가스는 고압 가스로 압축되는 곳인 압축기(10)로 다시 전달되고, 냉동 사이클을 다시 시작하기 위해 응축기(12)로 전달된다.
압축기(10)는 인클로저(20) 내에 하우징된, 가변 주파수 드라이브(VFD)라고도 불리는, 인버터 드라이브(22)에 의해 구동될 수 있다. 인클로저(20)는 압축기(10) 부근에 배치될 수 있다. 인버터 드라이브(22)는 파워 서플라이(18)로부터 전력을 수신하고, 전력을 압축기(10)로 전달한다. 인버터 드라이브(22)는 압축기(10)의 전기 모터로 전달되는 전력의 주파수를 변조하고 제어하도록 동작가능한 프로세서 및 소프트웨어를 가진 제어 모듈(25)을 포함한다. 제어 모듈(25)은 압축기의 전기 모터로 전달되는 전력의 주파수를 변조하고 제어하기 위해 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어, 및 본 교시의 보호 및 제어 알고리즘을 실행하고 수행하기 위해 제어 모듈(25)에 필수적인 소프트웨어를 포함하는 데이터를 저장하기 위한 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함한다. 압축기(10)의 전기 모터로 전달되는 전력의 주파수를 변조함으로써, 제어 모듈(25)은 압축기(10)의 속도, 및 최종적으로 용량을 변조 및 제어할 수 있다.
인버터 드라이브(22)는 전력의 주파수를 변조하기 위한 솔리드 스테이트 전자기기를 포함한다. 일반적으로, 인버터 드라이브(22)는 입력된 전력을 AC에서 DC로 변환하고, 그 전력을 DC에서 원하는 주파수의 AC로 다시 변환한다. 예를 들어, 인버터 드라이브(22)는 정파 정류 브릿지로 전력을 직접적으로 정류할 수 있다. 그 다음, 인버터 드라이브(22)는 원하는 주파수를 달성하기 위해 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 또는 사이리스터(thyristor)를 사용하여 전력을 촙(chop)할 수 있다. 다른 적합한 전자기기 컴포넌트가 파워 서플라이(18)로부터의 전력의 주파수를 변조하기 위해 사용될 수도 있다.
압축기(10)의 전기 모터 속도는 인버터 드라이브(22)로부터 수신된 전력의 주파수에 의해 제어된다. 예를 들어, 압축기(10)가 60헤르츠의 전력으로 구동될 때, 압축기(10)는 최대(full) 용량으로 동작할 수 있다. 압축기(10)가 30헤르츠의 전력으로 구동될 때, 압축기(10)는 반(half) 용량으로 동작할 수 있다.
제어 모듈(25)은 압축기(10)의 전기 모터로 전달되는 전력을 변조하기 위해 실행되는 루틴동안 압축기 전류 및/또는 압축기 파워에 대응하는 데이터를 발생시킬 수 있다. 제어 모듈(25)은 다른 압축기 및 냉동 시스템 파라미터를 계산하고 유도하기 위해 압축기 전류 및/또는 압축기 파워에 대응하는 데이터를 사용할 수 있다.
"가변 속도 압축기 보호 시스템 및 방법"이란 제목의 미국 가특허 출원번호 제60/978,258호, 및 아래에 서술된 바와 같이, 흡입 과열도(SSH) 및 토출 과열도(DSH)가 압축기(10)의 플러드 백 상태 또는 과열 상태를 모니터하거나 예측하기 위해 사용될 수 있다. 또한, Tcond는 DSH를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 이와 마찬가지로, Tevap가 SSH를 유도하기 위해 사용될 수 있다.
압축기 플러드 백 또는 과열 상태는 바람직하지 않은 것이고, 압축기(10) 또는 다른 냉동 시스템 컴포넌트에 손상을 일으킬 수 있다. SSH 및/또는 DSH는 압축기(10)의 플러드 백 또는 과열 상태와 연관될 수 있고, 압축기(10)의 플러드 백 또는 과열 상태를 탐지 및/또는 예측하기 위해 모니터링될 수 있다. DSH는 압축기를 빠져나가는 냉매 증기의 온도간의 차이이며, 토출 라인 온도(DLT) 및 포화 응축기 온도(Tcond)라 불린다. SSH는 압축기로 들어가는 냉매 증기의 온도간의 차이이며, 흡입 라인 온도(SLT) 및 포화 증발기 온도(Tevap)라 불린다.
SSH 및 DSH는 도 6에 도시된 바와 같이 연관될 수 있다. DSH와 SSH 사이의 연관은 특히 스크롤 타입의 압축기에 대하여 정확할 수 있으며, 외부 온도는 단지 부수적인 효과일 뿐이다. 도 6에 도시된 바와 같이, DSH와 SSH 사이의 연관은 화씨 115도, 화씨 95도, 화씨 75도, 화씨 55도의 실외 온도(ODT)에 대하여 도시되어 있다. 도 6에 도시된 연관은 예시일 뿐이며, 특정한 압축기에 대한 특정한 연관은 압축기 타입, 모델, 용량 등에 따라 다양할 수 있다.
플러드 백 상태는 SSH가 0도에 도달한 때, 또는 DSH가 화씨 20 내지 40 도에 도달한 때 발생할 수 있다. 이러한 이유 때문에, DSH는 플러드 백 상태의 개시 및 그 심각도를 탐지하기 위해 사용될 수 있다. SSH가 0도일 때, SSH는 플러드 백 상태의 심각도를 나타내지 않는다. 플러드 상태가 더 심각해 질수록, SSH는 대략 0도로 남게 된다. 그러나, SSH가 0도일 때, DSH는 화씨 20 내지 40도 사이에 존재할 수 있고, 플러드 백 상태의 심각도를 정확하게 나타낼 수 있다. SSH가 화씨 30 내지 80도 범위 내에 있을 때, 압축기(10)는 정상 범위 내에서 동작할 수 있다. DSH가 화씨 30도 아래에 있을 때, 플러드 백 상태의 개시가 일어날 수 있다. DSH가 화씨 10도 아래에 있을 때, 심각한 플러드 백 상태가 발생할 수 있다.
과열에 관하여, DSH가 화씨 80도보다 클 때, 과열 상태의 개시가 일어날 수 있다. DSH가 화씨 100도보다 클 때, 심각한 과열 상태가 존재할 수 있다.
도 6에, 예시적인 냉매 충전(charge) 레벨에 대한 전형적인 SSH 온도가 도시되어 있다. 예를 들어, 냉매 시스템(5) 내의 냉매 충전 비율(percentage)이 감소할수록, SSH는 전형적으로 증가한다.
아래에 서술되고, "가변 속도 압축기 보호 시스템 및 방법"이란 제목의 미국 가특허 출원번호 제60/978,258호에 서술된 바와 같이, Tcond는 압축기 파워 및 압축기 속도의 함수일 수 있다. 제어 모듈(25)은 압축기 파워 또는 전류, 및 압축기 속도를 기초로 Tcond를 유도할 수 있다.
Tcond는 다른 시스템 파라미터로부터 유도될 수도 있다. 더욱 상세하게는, Tcond는 압축기 전류 및 전압(즉, 압축기 파워), 및 압축기(10)와 연관된 압축기 맵 데이터로부터 유도될 수 있다. 고정 속도 압축기에 대하여 전류, 전압, 및 압축기 맵 데이터를 기초로 Tcond를 유도하는 방법은 "압축기 진단 및 보호 시스템", 미국특허 출원번호 제11/059,646호, 공개번호 U.S. 2005/0235660에 대한 공동 양도된 출원에 서술되어 있다. 압축기 전류 및 전압과 Tcond를 연관시키는 고정 속도 압축기에 대한 압축기 맵 데이터는 압축기 특정일 수 있고, 특정한 압축기 타입, 모델, 및 용량에 대한 테스트 데이터를 기초로 할 수 있다.
가변 속도 압축기의 경우도 또한, Tcond는 압축기 속도, 및 압축기 파워의 함수일 수 있다.
압축기 파워(와트)와 압축기 속도 사이의 도시적 연관이 도 7에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, Tcond는 압축기 파워 및 압축기 속도의 함수이다. 이러한 방식으로, 압축기 파워, 압축기 속도, 및 Tcond를 연관시키는 데이터를 가진 3차원 압축기 맵이 테스트 데이터를 기초로 특정 압축기에 대하여 유도될 수 있다. 압축기 젼류는 압축기 파워를 대신하여 사용될 수 있다. 그러나, 압축기 파워는 임의의 라인 전압 변동의 충격을 줄이기 위해 압축기 전류보다 더 선호될 수 있다. 압축기 맵은 제어 모듈(25)에 액세스 가능한 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있다.
이러한 방식으로, 제어 모듈(25)은 압축기 파워 데이터 및 압축기 속도 데이터를 기초로 Tcond를 계산할 수 있다. 제어 모듈(25)은 파워 서플라이(18)로부터의 전력을 연하는 주파수의 전력으로 변환하기 위해 수행되는 계산동안 압축기 파워 데이터를 계산하거나, 모니터하거나, 또는 탐지할 수 있다. 이러한 방식으로, 압축기 파워 및 전류 데이터는 제어 모듈(25)에 대하여 용이하게 사용가능할 수 있다. 또한, 제어 모듈(25)은 압축기(10)의 전기 모터로 전달되는 전력의 주파수를 기초로 압축기 속도를 계산하거나, 모니터하거나, 또는 탐지할 수 있다. 이러한 방식으로, 압축기 속도 데이터는 제어 모듈(25)에 대하여 용이하게 사용가능할 수 있다. 압축기 파워 및 압축기 속도를 기초로, 제어 모듈(25)은 Tcond를 유도할 수 있다.
Tcond를 측정하거나 계산한 후, 제어 모듈(25)은 Tcond와 DLT 간의 차이인 DSH를 계산할 수 있다. DLT 데이터는 외부 DLT 센서(41)에 의해 수신될 수 있다. 대안으로서, 압축기(10) 내에 내장된 내부 DLT 센서(30)가 사용될 수도 있다.
제어 모듈(25)은 압축기 용량, 파워, 에너지 효율비, 부하, Kwh/Day 등을 포함한 다른 파라미터를 유도하기 위해 Tcond를 사용할 수 있다.
Tcond 또는 Tevap는 다른 측정된 냉동 시스템 파라미터로부터 유도될 수도 있다. 더욱 상세하게는, Tcond는 Tevap, 압축기 전류, 및 압축기 속도로부터 유도될 수 있다. 이와 마찬가지로, Tevap는 Tcond, DLT, 압축기 전류, 및 압축기 속도로부터 유도될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 증발기(16)는 Tevap를 측정하고, Tevap를 제어 모듈(25)과 통신하는 증발기 온도 센서(40)를 포함한다. 대안으로서, 증발기 압력 센서가 사용될 수도 있다. 도 2를 참조하여 아래에 서술된 바와 같이, 응축기 온도 또는 압력 센서가 사용될 수 있다.
제어 모듈(25)은 Tevap를 수신할 수 있고, 상기 서술된 바와 같이, 인버터 드라이브(22)를 동작시키고, 압축기(10)로 전달된 파워의 주파수를 변조한 결과로서, 압축기 속도 및 압축기 전류 데이터를 수신할 수 있다.
제어 모듈(25)은 특정한 압축기 타입, 모델, 및 용량에 대하여 필드 테스트로부터 유도된 압축기 맵 데이터를 기초로 Tevap, 압축기 속도, 및 압축기 전류로부터 Tcond를 계산할 수 있다. 압축기 맵 데이터는 Tcond를 Tevap, 압축기 전류, 및 압축기 속도와 연관시킬 수 있다.
도 3, 4, 및 5에 도시된 바와 같이, Tcond는 다양한 압축기 속도에 대하여 Tevap 및 압축기 전류와 도식적으로 연관된다. 더욱 상세하게는, 도 3은 3600RPM의 압축기 속도에 대하여 Tevap 및 압축기 전류와 관련된 Tcond를 도시한다. 도 4은 4500RPM의 압축기 속도에 대하여 Tevap 및 압축기 전류와 관련된 Tcond를 도시한다. 도 5은 6000RPM의 압축기 속도에 대하여 Tevap 및 압축기 전류와 관련된 Tcond를 도시한다. 도 3, 4, 5는 예시이다. 압축기 속도 및 압축기 전류의 범위를 연장한, 추가적인 압축기 맵 데이터가 제어 모듈(25)에 의해 사용될 수도 있고, 제어 모듈(25)에 액세스 가능한 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있다.
도 3, 4, 및 5는 특정 압축기 속도에 대한 Tcond, Tevap, 및 다양한 압축기 전류와 도식적으로 관련된다. 예를 들어 도 4에서, 압축기 전류는 4.5 내지 30의 다양한 암페어 레벨에 대하여 도시되어 있다. 대응하는 Tcond vs. Tevap 곡선이 4500 RPM의 압축기 속도에서 각각의 압축기 전류에 대하여 도시되어 있다.
이러한 방식으로, 압축기 모듈은 증발기 온도 센서(40)에 의해 측정된 Tevap, 인버터 드라이브(22)를 동작시킴으로 인한 압축기 속도 및 압축기 전류 데이터로부터 Tcond를 유도할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 응축기(12)는 Tcond를 감지할 수 있고, Tcond를 제어 모듈(25)과 통신하는 응축기 온도 센서(42)를 포함할 수 있다. 대안으로서, 응축기 압력 센서가 사용될 수도 있다. 응축기 온도 센서(42)로부터 측정된 Tcond를 기초로, 제어 모듈(25)은 도 3, 4, 5에 도시되고, 상기 서술된 바와 같은 압축기 맵 데이터에 따라 Tcond, DLT, 압축기 전류, 및 압축기 속도로부터 Tevap를 계산할 수 있다.
이러한 방식으로, 제어 모듈(25)은 응축기 온도 센서(42)에 의해 측정된 Tcond, DLT 센서(41)에 의해 측정된 DLT, 및 인버터 드라이브(22)를 구동시킴에 의한 압축기 전류 및 압축기 속도로부터 Tevap를 유도할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제어 모듈(25)은 증발기 온도 센서(40)에 의해 측정된 Tevap, 및 인버터 드라이브(22)를 동작시킴으로 인한 압축기 전류 및 압축기 속도로부터 Tcond를 유도할 수 있다.
DLT 데이터는 외부 DLT 센서(41)에 의해 수신될 수 있다. DLT 센서(41)는 압축기(10)에서부터 뻗어 있는 토출 튜브 상에 위치된 열전쌍일 수 있다. DLT 센서(41)로부터의 DLT 데이터는 압축기 토출 가스 온도에 대응할 수 있다. 대안으로서, 압축기(10) 내에 내장된 내부 DLT 센서(41)가 사용될 수도 있다. 즉, DLT 센서(41)는 압축기(10) 내부에 통합될 수 있다. 스크롤 압축기의 경우에, DLT 센서(41)는 압축 메카니즘으로부터 토출하는 가스에 노출되고, 비궤적 스크롤 상에 설치된 서미스터일 수 있다. 서미스터는 정온도계수(PTC) 또는 부온도계수(NTC) 서미스터일 수 있다. 내부 DLT 센서(30)는 도 8에 도시되어 있고, 압축기(10)의 비궤적 스크롤 상에 설치되어 있다.
상기 서술되고, "가변 속도 압축기 보호 시스템 및 방법"이란 제목의 미국 가특허 출원번호 제60/978,258호에 서술된 바와 같이, 다양한 냉동 시스템 성능 특성 및 데이터는 Tcond 및 Tevap로부터 유도될 수 있다. 더욱 상세하게는, 토출 과열도, 흡입 과열도, 용량, 파워, 에너지 효율비, 부하, 및 Kwh/Day가 Tcond 및 Tevap로부터 유도될 수 있다.
Tevap가 유량(mass flow), Tcond, 및 압축기 속도로부터 계산될 수 있으므로, 제어 모듈(25)은 냉동판(15)으로 들어가는 흡입 가스의 온도(Ts)와 인버터 드라이브(22) 상에 또는 그 부근에 위치한 히트 싱크의 온도(Ti) 사이의 온도차로부터 유량을 유도할 수 있다. 제어 모듈(25)은 아래의 식에 따라 delta T를 계산할 수 있다.
Figure pct00001
제어 모듈(25)은 delta T를 기초로 하고, 인버터 드라이브(22)의 적용된 열을 판정함으로써 유량을 판정할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 유량은 인버터 드라이브(22)의 열손실, 및 delta T를 기초로 유도될 수 있다.
도 9를 참조하면, 입력은 압축기 속도(RPM)(120), 압축기 전류(122), 압축기 전압(124), 압축기 파워 팩터(126), Ti(128), 및 Ts(130)를 포함한다. 압축기 전류(122), 압축기 전압(124), 파워 팩터(126)로부터, 압축기 파워(132)가 유도된다. 온도 Ti(128) 및 Ts(130)로부터, delta T(134)가 유도된다. RPM(120) 및 파워로부터, Tcond(136)가 유도된다. 또한, RPM(120) 및 파워(132)로부터, 인버터 열손실(138)이 유도된다. 인버터 열손실 및 delta T(134)로부터, 유량(140)이 유도된다. Tevap(142) 및 Ts(130)로부터, SSH(144)가 유도된다. SSH(144) 및 주변 온도 센서(29)에 의해 감지된 주변 온도로부터, DSH(146)가 유도된다. DSH(146)가 유도된 후, 플러드 백 및 과열 상태로부터 압축기(10)를 보호하는 것을 포함하여 상기 서술된 알고리즘의 모든 이점을 얻을 수 있다.
점선(141)으로 도시된, Tcond 및 Tevap는 Tcond 및 Tevap를 더욱 정밀하게 유도하기 위해 반복적으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 최적의 수렴은 3회 반복으로 달성될 수 있다. 더 많거나 적은 반복이 사용될 수 있다. 또한 대안으로서, 도 9에서 서술된 임의의 계산된 또는 유도된 변수는 직접적으로 감지되거나 측정될 수 있다. 이러한 나머지 변수들은 감지되거나 측정된 데이터를 기초로 계산되거나 유도될 수 있다.

Claims (19)

  1. 응축기 및 증발기에 연결된 압축기;
    증발기 압력 및 증발기 온도 중 적어도 하나에 대응하는 증발기 신호를 출력하는 증발기 센서;
    상기 압축기의 속도를 변조시키기 위해 상기 압축기로 전달되는 전력을 변조하는 인버터 드라이브;
    상기 증발기 신호를 수신하고, 상기 인버터 드라이브로부터의 전력 데이터 및 압축기 속도 데이터를 모니터하고, 그리고 상기 증발기 신호, 상기 전력 데이터, 및 상기 압축기 속도 데이터를 기초로 응축기 온도 및 응축기 압력 중 적어도 하나를 계산하고, 상기 인버터 드라이브에 연결되어 있는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 데이터는 상기 압축기에 대한 압축기 전류 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기를 빠져나가는 냉매의 온도에 대응하는 토출 온도 신호를 출력하는 토출 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 계산된 응축기 온도 및 상기 유도된 응축기 압력 중 하나와 상기 토출 온도 신호를 기초로 상기 압축기의 토출 과열도를 계산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 토출 온도 센서는 상기 압축기에서부터 뻗은 토출 튜브 상의 상기 압축기 외부에 위치된 열전쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 토출 온도 센서는 상기 압축기의 비궤적 스크롤 상의 상기 압축기 내에 설치된 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 계산된 토출 과열도를 기초로 상기 압축기의 과열 상태 및 플러드 백 상태 중 적어도 하나를 모니터하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 응축기 온도 및 상기 응축기 압력 중 적어도 하나와 상기 증발기 온도를 기초로 압축기 용량, 압축기 파워, 에너지 효율비, 압축기 부하, 및 파워 소비량(Kwh/Day)을 계산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 응축기 및 증발기에 연결된 압축기;
    응축기 압력 및 응축기 온도 중 적어도 하나에 대응하는 응축기 신호를 출력하는 응축기 센서;
    상기 압축기를 빠져나가는 냉매의 온도에 대응하는 토출 온도 신호를 출력하는 토출 온도 센서;
    상기 압축기의 속도를 변조시키기 위해 상기 압축기로 전달되는 전력을 변조하는 인버터 드라이브;
    상기 응축기 신호 및 상기 토출 온도 신호를 수신하고, 상기 인버터 드라이브로부터의 전력 데이터 및 압축기 속도 데이터를 모니터하고, 그리고 상기 응축기 신호, 상기 토출 온도 신호, 상기 전력 데이터, 및 상기 압축기 속도 데이터를 기초로 증발기 온도 및 증발기 압력 중 적어도 하나를 계산하고, 상기 인버터 드라이브에 연결되어 있는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 토출 온도 센서는 상기 압축기에서부터 뻗은 토출 튜브 상에 상기 압축기 외부에 위치된 열전쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 토출 온도 센서는 상기 압축기의 비궤적 스크롤 상의 상기 압축기 내에 설치된 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 전력 데이터는 상기 압축기에 대한 압축기 전류 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 압축기로 들어가는 냉매의 온도에 대응하는 흡입 온도 신호를 출력하는 흡입 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 계산된 증발기 온도 및 상기 유도된 증발기 압력 중 적어도 하나와 상기 흡입 온도 신호를 기초로 상기 압축기의 흡입 과열도를 계산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 계산된 흡입 과열도를 기초로 상기 압축기의 과열 상태 및 플러드 백 상태 중 적어도 하나를 모니터하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 증발기 온도 및 상기 증발기 압력 중 적어도 하나와 상기 응축기 온도를 기초로 압축기 용량, 압축기 파워, 에너지 효율비, 압축기 부하, 및 파워 소비량(Kwh/Day)을 계산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 압축기 및 증발기에 연결된 응축기의 응축기 압력 및 응축기 온도 중 적어도 하나에 대응하는 응축기 신호를 수신하는 단계;
    상기 압축기로 전달되는 전력을 변조하도록 구성된 인버터 드라이브로 상기 압축기의 속도를 변조하는 단계;
    상기 인버터 드라이브로부터 전력 데이터 및 압축기 속도 데이터를 수신하는 단계;
    토출 온도 센서로부터 토출 온도 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 응축기 신호, 상기 토출 온도 신호, 상기 전력 데이터, 및 상기 압축기 속도 데이터를 기초로 증발기 온도 및 증발기 압력 중 적어도 하나를 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 토출 온도 신호는 상기 압축기를 빠져나가는 냉매의 온도에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전력 데이터를 수신하는 단계는 상기 압축기에 대한 압축기 전류 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 흡입 온도 센서로부터, 상기 압축기로 들어가는 냉매의 온도에 대응하는 흡입 온도 신호를 수신하는 단계; 및 상기 계산된 증발기 온도 및 상기 유도된 증발기 압력 중 적어도 하나와 상기 흡입 온도 신호를 기초로 상기 압축기의 흡입 과열도를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 계산된 흡입 과열도를 기초로 상기 압축기의 과열 상태 및 플러드 백 상태 중 적어도 하나를 모니터하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 증발기 온도 및 상기 증발기 압력 중 적어도 하나와 상기 응축기 온도를 기초로 압축기 용량, 압축기 파워, 에너지 효율비, 압축기 부하, 및 파워 소비량(Kwh/Day)을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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