KR20140107463A - 세미-커맨디드 밸브 시스템을 포함하는 교호형 컴프레서 및 컴프레서의 용량을 조절하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

세미-커맨디드 밸브 시스템는 교호형 컴프레서에 적용되되, 상기 컴프레서는 적어도 하나의 실린더(1), 적어도 하나의 피스톤(2), 적어도 하나의 압축 챔버(3), 및 각각의 오리피스(7; 8)에서 작용하는 적어도 하나의 밸브(71; 81)를 포함한다. 상기 적어도 하나의 밸브(71; 81)는 제 1 작동 상태에서 프리스트레싱되고 체크 밸브로서 작용할 수 있다. 더욱이, 상기 적어도 하나의 밸브(71; 81)는 적어도 하나의 철 함유부를 포함하고 자기장 발생 요소(72; 82)에 의해 선택적으로 구동될 수 있다. 이러한 세미-커맨디드 밸브 시스템을 구비한 컴프레서의 용량을 조절하는 방법.

Description

컴프레서에 적용된 세미-커맨디드 밸브 시스템 및 세미-커맨디드 밸브 시스템을 구비한 컴프레서의 용량을 조절하기 위한 방법{SEMI-COMMANDED VALVE SYSTEM APPLIED TO COMPRESSOR AND METHOD FOR MODULATING THE CAPACITY OF A COMPRESSOR PROVIDED WITH A SEMI-COMMANDED VALVE SYSTEM}
본 발명은 교호형 컴프레서에 적용된 세미-커맨디드 밸브 시스템(semi-commanded valve system), 및 세미-커맨디드 밸브 시스템을 구비한 컴프레서를 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적으로 말하자면, 본 발명은 교호형 컴프레서들의 흡입 밸브들 및/또는 방출 밸브들의 강제적인 개방 및 폐쇄를 조정하기 위한 수단을 제공한다. 이런 밸브들을 조정함으로써, 고정된 속도로 교호형 컴프레서의 용량을 제어하는 것이 또한 가능하다.
종래의 교호형 컴프레서 어셈블리에 대하여, 교호형 컴프레서들이 작동 유체를 펌핑할뿐 아니라 작동 유체의 압력을 변경할 수 있는 기계 및/또는 장치를 포함한다는 것은 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로부터 이미 알려진다. 이런 점에서, 더욱 구체적인 형태로, 교호형 컴프레서들은 이동식 피스톤 및 작동 유체를 수용할 수 있는 실린더형 챔버에 의해 보통 한정되는 압축 챔버의 체적을 제어가능하게 변경함으로써 작동 유체의 압력을 변경할 수 있다. 따라서, 압축 챔버 내부에서 발생하는 이동식 피스톤의 변위로 인해, 이의 체적이 교대로 (감소되고 증가된다)변경된다.
또한, 압축 챔버 내부에서 작동 유체의 주입(흡입) 단계 및 제거(배기) 단계는 교호형 컴프레서의 정확한 기능을 달성하도록 하는 임계적인 단계들로 이루어진다는 것이 또한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로부터 알려진다. 더욱이, 상기 단계들은 컴프레서 성능의 파라미터(parameter)에 직접적으로 영향을 주고, 이런 이유 때문에, 현재 최신 기술은 압축 챔버 내부에 작동 유체의 흡입 및 방출을 제어하도록 구성된 다수의 밸브 시스템들을 포함한다.
최신 기술 밸브 시스템의 종래의 기능에 따라, 종래의 흡입 밸브들은 정상적인 폐쇄 구성을 갖고, 피스톤이 상위 사점(dead point)에 존재하고 하측 사점으로 하강할 때 자동적인 언커맨디드(uncommanded) "개방"이 유일하게 배타적으로 발생하고, 즉, 실린더 내부에서 압력이 흡입 챔버 안에서의 압력보다 더 낮은 값으로 하락할 때 현재 흡입 밸브들은 "개방"만으로 유지될 수 있다는 것이 보여진다.
"개방"할 수 있도록 양호한 압력 차이를 발생시키는 것이 필요하다는 것이 보여질 수 있기에, 이런 연유로, 피스톤을 이동시키는 전기 모터에 대한 더 높은 기동력 이외에, 유체를 펌핑하기 위한 더 에너지 손실이 요구되기 때문에, 비록 기능적이더라도, 현재 흡입 밸브들의 이러한 작동성은, 더 향상될 수 있다. 종래의 해결안은 (모터가 컴프레서를 "시동"하는 것을 허용하도록) 이런 모터의 대형화, 또는 또한 복잡하고 비싼 특정한 시동 시스템의 사용을 위하여 제공한다.
종래의 방출 밸브들에 대하여, 또한 이는 정상-폐쇄 구성을 갖고, 피스톤이 하측 사점으로부터 이동하고 상위 사점을 향함으로써, 실린더 내부에서 압력을 증가시킬 때, 즉, 실린더 내부에서 압력이 방출 챔버 안에서의 압력보다 높을 때 자동적인 언커맨디드(uncommanded) "개방"이 유일하게 배타적으로 발생한다.
비록 또한 기능적이더라도, 현재 충전 밸브들의 이러한 작동성은 모터 속도의 유지와 함께 일종의 컴프레서의 용량 조절을 방지한다.
현재 컴프레서들의 용량 조절의 대안에 관련하여, 광범위하게 펼쳐진 최신 기술 이해에 따라, 가변적인 속도를 갖는 컴프레서들만이 작동 속도를 변경할 수 있음으로써, 이의 용량을 조절할 수 있는 반면에 소위 온-오프(ON-OFF) 컴퓨터들이 이런 장점을 갖지 않는다는 것이 알려진다.
직류(VCC) 전기 모터를 기초하는, 가변적인 속도를 갖는 인용된 컴퓨터들의 경우에, 컴퓨터는 작동 속도를 감소시키기에, 어떠한 시스템(예컨대, 예를 들어, 냉각 시스템) 안으로 이동되는 기체 질량이 더 낮아지고, 이에 따라, 변하는 기체 질량을 요구하는 시스템에서 효율 증가의 상승된 게인(gain)이 획득될 수 있다는 것이 보여질 수 있다.
변하는 속도를 갖는 현재 컴프레서들은 영구 자석 모터와 관련하여 복합 전자장치를 이용하고, 일반적으로, 전자장치와 자석의 이런 관련성은 높은 비용을 갖는다. 이러한 컴프레서들의 다른 제한은 또한 이런 최소 회전값이 컴프레서 신뢰도와 직접적으로 관련되기 때문에 작동할 수 있는 최소 속도를 나타낸다.
또한, 컴프레서들의 용량 조절에 대한 임시방편적인 대안으로서, 현재 최신 기술은 밸브 플레이트의 흡입 및/또는 방출 오리피스들이 각각의 기능적인 단계 동안에 상대적으로 변경된(부분적으로 방해된) 직경을 가질 수 있는 특정한 해결안을 제공한다.
예를 들어, 미국 특허 3,844,686호, 및 미국 특허 출원 2010/004387호는 흡입 및/또는 방출 직경에 있어 감소/증가를 직접 또는 간접적으로 촉진할 수 있는 전자기 메커니즘을 개시하고; 그럼에도 불구하고, 흡입 또는 방출 밸브들이 사용 중에 "개방될" 때 이러한 메커니즘만이 적절한 작동성을 갖는다.
상기에 설명된 내용을 기초하여, 교호형 컴프레서들의 밸브 시스템들에 대한 현재 최신 기술은 본질적으로 유연하지 않고 요구에 따를 수 없는 등가 작동 원리에 의존한다는 것이 명백하게 주목될 수 있다.
더욱이, 교호형 컴프레서들의 용량을 조절하기 위한 수단에 대한 현재 최신 기술은 전적으로 적용가능하지 않는 해결안, 또는 또한 보다 정상적인 적용에 적용되지 않는 비싼 해결안에 관한 것이다는 것이 또한 주목되어야 한다.
시나리오를 기초하여 발명의 본 특허가 개발되었다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 작동 압축 사이클 동안 어떤 시간에 세미-커맨디드(semi-commanded)될 수 있는 교호형 컴프레서를 위한 밸브 시스템을 위하여 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 다른 목적은 상기의 이제 개시되는 밸브 시스템이 흡입 밸브 및/또는 배기 밸브의 선택적인 조정을 감안하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 흡입 밸브 및/또는 배기 밸브를 선택적으로 전환함으로써 컴프레서의 용량을 조절하기 위한 방법을 위하여 제공하는 것이다. 이와 관련하여, 본 발명의 추가적인 목적은 작동 유체를 환류시킴으로써 용량을 조절하기 위한 방법을 위하여 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적들 중 하나는 용량을 조절하기 위한 방법을 제공하는 것이되, 또한 상기 방법은 컴프레서 모터를 시동하는 것을 도울 것이다.
결국, 본 발명의 다른 목적은 현재 최신 기술로부터 알려진 유사한 목적들을 위한 이런 해결안들보다 덜 비싸고 더 기능적인 해결안을 위하여 제공하는 것이다.
이런저런 목적들은 (적어도 하나의 실린더, 적어도 하나의 피스톤, 적어도 하나의 압축 챔버, 각각의 오리피스에서 작용하는 적어도 하나의 밸브를 포함하는 종류의) 교호형 컴프레서에 적용되는 세미-커맨디드 밸브 시스템(semi-commanded valve system)에 의해 완전히 달성된다. 시스템 자체는 (적어도 하나의 철 함유부를 포함하고, 제 1 작동 상태에서 프리스트레싱된 기계적 밸브(prestressed mechanical valve)를 포함하는) 적어도 하나의 밸브 및 적어도 하나의 선택적으로 구동되는 자기장 발생 요소를 포함한다. 본 발명에 따라, 상기 적어도 하나의 밸브의 작동 상태는 상기 적어도 하나의 자기장 발생 요소를 구동시킴으로써 선택적으로 전환된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 밸브의 작동 상태는 자기장 발생 요소의 자기 펄스에 의해 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 선택적으로 전환된다. 이런 점에서, 바람직한 형태로, 임의로 밸브의 제 1 작동 상태는 "개방" 상태로서 지정되고, 밸브의 제 2 작동 상태는 "폐쇄" 상태로서 지정된다.
본 발명에 따라, 밸브는 흡입 밸브, 또는 추가로 방출 밸브를 포함할 수 있다는 것이 여기서 언급할 가치가 있다. 자기장 발생 요소에 대하여, 동일한 것이 전기 코일 등을 포함한다. 추가적인 바람직한 모드에서, 적어도 하나의 밸브 및 이의 각각의 자기장 발생 요소는 적어도 하나의 밸브 플레이트 상에 위치되고 지금까지 개시된 개념에 따라 하나 이상의 세미-커맨디드 밸브의 경우에는, 밸브들 사이에 자기 절연부가 제공된다.
또한 상기에 언급된 목적들은 적어도 하나의 밸브의 비자발적인 전환(non-spontaneous switching)에 의해 흡입 및/또는 배기를 환류시키는 단계를 포함하는, 세미-커맨디드 밸브 시스템을 구비한 컴프레서의 용량을 조절하기 위한 방법의 기능으로 달성된다.
이런 점에서, 적어도 하나의 밸브의 자발적인 폐쇄는 지연될 수 있거나, 또는, 추가로 적어도 하나의 밸브의 자발적인 개방이 지연된다.
바람직하게는, 흡입 밸브의 자발적인 폐쇄에 있어 지연 및 방출 밸브의 자발적인 개방에 있어 지연이 존재한다.
교호형 컴프레서에 적용되는 현재 개시된 세미-커맨디드 밸브 시스템의 개념적인 구체예는 하기에 언급된 도면을 기초하여 상세하게 서술될 것이다,
도 1은 현재 개시된 세미-커맨디드 밸브 시스템을 구비한 교호형 컴프레서의 기능적 메커니즘의 개략적인 모델을 도시한다.
본 발명에 따라 상기에 언급된 목적들을 달성하기 위하여, 교호형 컴프레서에 적용되는 신규한 세미-커맨디드 밸브 시스템(semi-commanded valve system)이 개시된다.
일반적으로, 상기 시스템은 적어도 하나의 철 함유부, 및 제 1 작동 상태에서의 적어도 하나의 프리스트레싱된 밸브(prestressed valve), 및 적어도 하나의 선택적으로 구동가능한 자기장 발생 요소를 포함한다. 이런 방법에 의해, 상기 적어도 하나의 밸브의 작동 상태는 적어도 하나의 자기장 발생 요소를 구동시킴으로써 선택적으로 전환될(switched) 수 있다.
도 1에 도시된 개념적인 구체예에 따라, 현재 개시된 시스템은 개방 상태에서의 프리스트레싱된 밸브들(71, 81) 및 전기 코일들(72, 82)을 갖는 장치들을 사용하는 것이 주목될 수 있다. 상기 밸브는 프리스트레스(prestress)로 인해 계속하여 개방되고, 상기 전기 밸브는 자기장을 발생시키는 기능을 가짐으로써 밸브의 개방을 돕는다.
이런 본질적인 개념에 따라, 상기 특징들은 흡입 밸브(71) 및/또는 방출 밸브(81)에 적용될 수 있다.
프리스트레싱된 밸브들은 각각의 전기 코일들과 일직선이 되도록 위치되어 활성화될 때 자기장을 발생하는 상태로 존재함으로써 오리피스들(7, 8)(각각, 흡입 오리피스 및 방출 오리피스)을 밀봉하는 것을 겨냥하는 밸브 플레이트(6)의 방향으로 프리스트레싱된 밸브를 유인한다.
따라서, (미도시된) 전기 모터의 작동 속도를 변경하는 것을 전혀 필요로 하지 않고 컴프레서의 용량을 조절하는 것이 가능하다. 그렇게 함으로써, 어떠한 시스템, 및, 더욱 상세하게는, 냉각 시스템의 효율을 증가시키도록 원하는 기능적 용량을 획득하기 위하여 상기 흡입 오리피스(7) 및 상기 방출 오리피스(8)를 통과하는 질량 총계를 제어하는 것이 가능하다.
작동할 때, 현재 청구된 시스템은 흡입 밸브(71) 및/또는 방출 밸브(81)가 (실린더(1) 내에서 번갈아 이어지는 변위를 갖는) 피스톤(2)의 사이클 동안에 어떤 시간에서 폐쇄하는 것을 야기할 수 있고, 이에 따라 압축 챔버(3)의 체적을 증가시키거나 감소시킨다. 또한 밸브들을 폐쇄하지 않는 선택이 존재한다. 따라서, 흡입 챔버(4)들 및/또는 방출 챔버(5)에서 결정된 환류를 발생시키도록 오로지 상기 밸브들을 폐쇄하는 시간에 있어 변경을 획득하는 것이 가능하고, 이에 따라, 용량 조절이 교호형 컴프레서를 이용하여 시스템(바람직하게는 냉각 시스템)으로 전달되는 작동 유체의 양이 변경되어 왔다는 사실로 인해 발생할 것이다.
본 발명에 따른 시스템은 동일한 것이 개방 프리스트레스를 갖기에, 흡입 밸브를 일찍이 개방하는 장점을 갖는다. 이러한 장점은 흡입 밸브를 개방하도록 하는 압력에 있어 감소를 나타내고, 결과적으로, 더 적은 에너지가 컴프레서에 의해 소비될 것이다. 더욱이, 흡입 밸브는 전기 코일이 구동되는 시간에 또는 프리스트레스로 밸브가 폐쇄에 양호한 압력 구배를 만족할 때 폐쇄할 것이다. 따라서, 흡입 밸브에서 환류를 조절함으로써 냉각 시스템에 전달될 냉각 기체 유동을 변경하는 것이 가능하다.
이런 동일한 개념은 방출 밸브에 적용될 수 있되 피스톤이 하측 사점으로부터 기동하고 상위 사점을 향하여 이동할 때, 실린더 내에서 압력은 방출 챔버에서 압력보다 높아질 때까지 증가하고, 이때, 방출 밸브는 상기 밸브의 프리스트레스에 의해 용이하게 되는, 개방 운동을 시작할 것이다. 피스톤이 실린더 외부로 기체를 방출하고 하측 사점으로의 복귀의 공정이 시작할 때, 프리스트레스로 밸브는 방출 챔버의 기체가 실린더 안으로 복귀하는 것을 허용하도록 계속 개방될 것이다. 이런 환류는 전기 코일이 구동될 때 중단됨으로써, 상기 방출 밸브를 폐쇄한다. 상기 환류는 시스템으로 전달되지 않았고 용량 조절이 발생하는 것을 허용되지 않았던 기체를 나타낸다.
또한, 코일의 구동은 자기장을 발생시키고 밸브들을 폐쇄하도록 충분한 전류를 공급하는 간단한 전자 장치에 의해 야기될 수 있다는 것을 언급하는 것이 중요하다.
본 발명의 예시적인 구체예들이 서술되어 온 이후에, 이의 범위는 가능한 등가 수단을 포함하는, 첨부된 청구항들의 내용에 의해서만 한정되는 다른 가능한 변경을 포함한다는 것이 구성되어야 한다.

Claims (14)

  1. 교호형 컴프레서에 적용되는 세미-커맨디드 밸브 시스템 - 상기 컴프레서는 적어도 하나의 실린더(1), 적어도 하나의 피스톤(2), 적어도 하나의 압축 챔버(3), 및 각각의 오리피스(7, 8)에서 작용하는 적어도 하나의 밸브(71, 81)를 포함한다 - 에 있어서,
    적어도 하나의 철 함유부를 포함하는, 작동 상태에서의 적어도 하나의 프리스트레싱된 밸브(71, 81); 및
    적어도 하나의 선택적으로 구동되는 자기장 발생 요소(72, 82)를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 밸브(71, 81)의 작동 상태는 적어도 하나의 자기장 발생 요소(72, 82)를 구동시킴으로써 선택적으로 전환되는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 밸브(71, 81)의 작동 상태는 자기장 발생 요소(72, 82)의 적어도 하나의 자기 펄스에 의해 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 선택적으로 전환되는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브(71, 81)의 제 1 작동 상태는 "개방" 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브(71, 81)의 제 2 작동 상태는 "폐쇄" 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브(71)는 흡입 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브(71)는 방출 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 발생 요소(72, 82)는 전기 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 밸브(71, 81) 및 각각의 자기장 발생 요소(72, 82)는 적어도 하나의 밸브 플레이트(6) 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세미-커맨디드 밸브 시스템은 상기 밸브들(71, 81) 사이에 적어도 하나의 자기 절연부를 제공하는 것을 특징으로 하는 세미-커맨디드 밸브 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항에서 한정된 세미-커맨디드 밸브 시스템을 구비한 컴프레서의 용량을 조절하기 위한 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 밸브(71, 81)의 비자발적인 전환에 의해 흡입 및/또는 배기를 환류시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 적어도 하나의 밸브(71, 81)의 자발적인 폐쇄를 지연시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 적어도 흡입 밸브(71)의 자발적인 폐쇄를 지연시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 적어도 하나의 밸브(71, 81)의 자발적인 개방을 지연시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 방출 밸브(81)의 자발적인 개방을 지연시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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