KR20140135225A

KR20140135225A - 제어장치

Info

Publication number: KR20140135225A
Application number: KR1020147027500A
Authority: KR
Inventors: 커티스 크리스티안 크레인
Original assignee: 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-11-25
Also published as: TWI557384B; WO2013165841A1; CN104220822B; US10458690B2; US20150056059A1; EP2844931A1; JP5865549B2; TW201400774A; JP2015522737A; EP2844931B1; KR101630178B1; CN104220822A

Abstract

제어장치는 압축기에서의 서지 상태를 회피하기 위해서 압축기의 출력 용량을 제어한다. 제어장치는 압축기에 대한 용량 제어 출력을 결정하고, 압축기에 대한 작동의 최소 주파수를 유지하기 위해서 장치 작동 매개변수들에 의해서 결정되는 바와 같이 출력 제한기들이나 오버라이드들의 관점에서 상기 용량 제어 출력을 수정한다.

Description

제어장치{CONTROL SYSTEM}

관련출원의 상호참조

본 출원은 CONTROL SYSTEM이라는 발명의 명칭으로 2012년 4월 30일에 출원한 미국 임시출원 제 61/640,308 호(이 출원은 그 전체가 본원에 참고로 인용됨)의 우선권을 주장한다.

본 출원은 일반적으로 압축기용 제어장치에 관한 것이다. 본 출원은 특히 원심 압축기의 용량 제어장치에 관한 것이다.

원심 압축기에서 용량을 조절하기 위한 한가지 방법은, 압축기 내로 향하는 냉매나 다른 유체의 유동을 조절하기 위해서 원심 압축기의 유입구에 위치한 유입구 가이드 베인 또는 전-회전 베인(PRVs)의 위치를 조정하는 것이다.

압축기로 도입되는 냉매나 유체의 양을 증가시켜서 장치의 용량을 증가시키도록 PRVs를 개방하기 위해서 액튜에이터가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 액튜에이터는 압축기로 도입되는 냉매나 유체의 양을 증가시켜서 장치의 용량을 증가시키도록 PRVs를 개방하기 위해서 사용될 수 있다. 원심 압축기의 용량을 조절하기 위해서 사용될 수 있는 다른 방법들은 가변 속도 드라이브를 이용하여 압축기의 속도를 조정하거나, 압축된 냉매나 유체의 일부를 압축기의 흡입구로 다시 향하게 하도록 고온 가스 바이패스 밸브를 개방시키는 것을 포함한다. 이러한 용량 조절 방법들 각각은 장점과 한계를 제공한다.

원심 압축기는 작동과정 동안에 서지(surge)나 스톨(stall)과 같은 불안정한 상태와 맞닥뜨리게 된다. 서지 또는 서어징(surging)은 압력과 유동에서 진동을 갖는 일시적인 현상으로서, 압축기를 통한 완벽한 역류를 야기할 수 있다. 서어징은, 만일 조절되지 않으면, 압축기의 회전 및 고정 부품들에서 과도한 진동을 야기하여 결국에는 영구적인 압축기 손상을 가져올 수 있다. 서지 상태를 바로잡기 위한 한가지 기술은 압축기 유입구에서의 유동을 증가시키기 위해서 압축기의 배출가스중 일부를 압축기 유입구로 복귀시키도록 고온 가스 바이패스 밸브를 개방시키는 것이다. 그에 반해서, 스톨이나 회전 스톨은 압축기의 하나 또는 그 이상의 부품들에서 발생하는 국부적인 유동 분리이고, 압축기의 임펠러의 회전주파수보다 작은 기본 주파수하의 토출압력 교란을 가질 수 있다. 고정속도 원심 압축기에서의 회전 스톨은 압축기의 디퓨저에서 주로 존재하고, 가변 형상 압축기(VGD)를 사용하여 재조정할 수 있다. 압축기에서 회전 스톨의 존재는 임박한 서지상태의 전조가 될 수 있다.

원심 압축기의 디퓨저 영역에서 회전스톨을 탐지하고 제어하기 위한 한가지 방법은, 널리 퍼져있는 사운드나 음향 압력을 측정하기 위해서 압축기 배출 통로 또는 디퓨저에 위치한 압력 변환기를 사용하는 단계를 포함한다. 압력 변환기로부터 나오는 신호는 회전 스톨의 존재나 가능성을 결정하기 위해서 아날로그나 디지털 기술들을 통해서 필터링되고 처리된다. 회전 스톨은 측정된 배출압력 펄스 또는 맥동으로부터 계산된 에너지 양과 회전 스톨의 존재에 대응하는 소정의 임계값을 비교함으로써 탐지된다.

그러나, 원심 압축기의 작동범위의 일부에 대하여, 특히 압축기가 저속으로 작동하는 경우에 압축기는 종래 스톨상태의 발생없이 서지상태가 될 수 있다. 압축기가 서지상태로 바로 들어가는 경우에, 압축기용 제어장치는 전조 스톨상태에 대하여 감지할 기회를 갖지 못한다. 결과적으로, 압축기의 제어장치는 서지상태의 시작을 가능한한 회피하기 위한 스톨상태에 대한 시정조치를 개시할 수 없다. 압축기에서 서지상태를 처리하기 위한 제어장치의 다른 양태들은 제어장치가 서지상태들을 확인하여 소정의 절차로 반응하는 것이 필요하다. 제어장치가 서지상태를 확인하도록 하기 위하여, 제어장치가 시정조치를 취할 수 있기 전까지 소정의 시간동안에 하나 또는 그 이상의 서지 사이클이 발생되어야만 한다.

많은 제어장치들에 있어서, 용량 제어기능과 서지/스톨 제어기능 또는 다른 제어기능들은 서로 충돌하게될 것이다. 예를 들면, 용량 제어기능은 서지 또는 스톨 상태가 발생하게 할 수 있는 압축기 작동조건들을 처방하게 될 것이다. 마찬가지로, 서지/스톨 제어기능은 용량 제어기능에 의해서 요구되는 원하는 출력 용량을 제공하지는 못할 것이다. 또한, 다른 안전 또는 작동상의 매개변수들은 용량 제어기능과 또한 충돌할 수 있다.

그러므로, 압축기에 대한 안정적인 작동조건들을 유지하면서 원심 압축기의 용량을 제어하기 위한 장치 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 압축기에서 용량을 제어하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 제어 프로그램을 사용하여 출력 용량 매개변수를 계산하는 단계; 적어도 하나의 작동 매개변수를 측정하는 단계; 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수가 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수에 대응하는 제한 영역이나 대체 영역 내에 존재하는지의 여부를 결정하기 위해서, 상기 장치 작동 매개변수에 대한 대응하는 소정의 임계값들에 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수를 비교하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은, 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수가 상기 제한 영역이나 상기 대체 영역 내에 존재한다는 결정에 반응하여 상기 출력 용량 매개변수를 조정하는 단계; 서지상태를 회피하기 위해서 상기 압축기에 대한 최소 가변 속도 드라이브 주파수를 계산하는 단계; 그리고 상기 계산된 최소 가변 속도 드라이브 주파수를 상기 출력 용량 매개변수에 기초한 가변 속도 드라이브 주파수와 비교하는 단계;를 또한 포함한다. 상기 방법은, 상기 최소 가변 속도 드라이브 주파수가 상기 출력 용량 매개변수에 기초한 상기 가변 속도 드라이브 주파수보다 큰 것에 반응하여 상기 출력 용량 매개변수를 수정하는 단계; 및 상기 압축기의 출력 용량을 조정하기 위하여 상기 출력 용량 매개변수를 상기 압축기에 적용하는 단계;를 더 포함한다.

본 발명은 또한 폐쇄 냉각회로에 연결된 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 갖는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 압축기에 동력을 제공하기 위해서 상기 압축기에 연결된 모터, 및 상기 모터에 동력을 제공하기 위해서 상기 모터에 연결된 가변 속도 드라이브를 또한 구비한다. 상기 가변 속도 드라이브는 상기 모터에 가변 전압을 제공하고 상기 모터에 가변 주파수를 제공하도록 작동할 수 있다. 상기 장치는 상기 가변 속도 드라이브와 상기 장치의 하나 또는 그 이상의 부품의 작동을 제어하기 위한 제어패널을 갖는다. 상기 제어패널은 마이크로프로세서와 메모리장치를 포함한다. 상기 장치는 상기 장치의 작동 매개변수를 측정하기 위한 센서를 갖는다. 상기 센서는 상기 측정된 작동 매개변수를 제공하기 위해서 상기 제어 패널과 연통된다. 상기 제어 패널은 상기 압축기에 대한 출력 용량 조정을 결정하고 적용하기 위해서 제어 알고리즘을 실행하도록 작동될 수 있다. 상기 출력 용량 조정은 서지 상태들을 회피하기 위해서 최소 가변 속도 드라이브 주파수를 유지하도록 상기 장치의 상기 측정된 작동 매개변수로부터 결정된 출력 제한 또는 오버라이드(override)에 의해서 수정된 용량 제어 프로그램으로부터 얻어진 출력 용량 매개변수이다.

본 출원의 한 바람직한 실시 예에 있어서, 원심 압축기는 임펠러, 상기 임펠러의 출력과 유체 연결되는 가변 형상 디퓨저, 및 샤프트에 의해서 상기 임펠러에 연결된 모터를 포함한다. 상기 원심 압축기는 센서 및 상기 모터와 상기 가변 형상 디퓨저의 작동을 제어하기 위한 제어 패널을 또한 포함한다. 상기 제어 패널은 측정된 작동 매개변수에 대응하는 센서로부터 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 압축기를 위한 요청된 출력 용량을 계산하도록 구성된다.

본 출원의 다른 특징들과 장점들은 본 발명의 원리들을 예로서 설명하는 첨부도면들을 참조한 다음의 바람직한 실시 예(들)의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 압축기에 대한 안정적인 작동조건들을 유지하면서 원심 압축기의 용량을 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

도 1은 가열, 통기 및 공기조화 시스템의 바람직한 실시 예를 나타낸 도면.
도 2는 바람직한 증기압축장치의 등각도.
도 3은 가열, 통기 및 공기조화 시스템의 바람직한 실시 예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 증기압축장치의 바람직한 실시 예를 나타낸 도면.
도 5는 가변 속도 드라이브의 바람직한 실시 예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 압축기에 있는 가변 형상 디퓨저의 바람직한 실시 예의 부분 단면도.
도 7은 용량 제어 프로세스의 바람직한 실시 예를 나타낸 도면.
도 8 내지 도 10은 부하 제한과 부하 감소를 위한 영역들을 나타내는 그래프들의 바람직한 실시 예들을 나타낸 도면.
가능하다면, 동일하거나 유사한 부분들을 언급하기 위하여 동일한 참조부호들이 도면을 통해 사용될 것이다.

도 1은 통상적인 상업적 셋팅을 위해서 건물(12)에 설치하는 가열, 통기 및 공기조화(HVAC) 시스템(10)의 바람직한 환경을 나타낸다. 시스템(10)은 건물(12)을 냉방시키도록 사용되는 냉각 액체를 공급할 수 있는 증기 압축 장치(14)를 포함할 수 있다. 장치(10)는 가열된 액체를 공급하기 위한 보일러(16), 및 건물(12)을 통해서 공기를 순환시키는 공기 분배 장치를 포함할 수 있다. 공기 분배 장치는 공기 복귀 덕트(18), 공기 공급 덕트(20) 및 에어 핸들러(22)를 포함할 수 있다. 에어 핸들러(22)는 도관들(24)에 의해서 보일러(16)와 증기 압축 장치(14)에 연결된 열교환기를 포함할 수 있다. 에어 핸들러(22)에 있는 열교환기는 시스템(10)의 작동모드에 따라서 보일러(16)로부터 가열된 액체를 수용하거나 증기 압축 장치(14)로부터 냉각된 액체를 수용하게 될 것이다. 시스템(10)은 건물(12)의 각 층에 별도의 에어 핸들러를 구비하고 있는 것으로 도시되어 있으나, 해당 부품들은 층들 사이에서 공유될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 2 내지 도 4는 HVAC 시스템(10)에서 사용될 수 있는 바람직한 증기 압축 장치(14)를 나타낸다. 증기 압축 장치(14)는 압축기(32)에서 시작하고 응축기(34), 팽창밸브(들) 또는 장치(들)(36), 및 증발기나 액체 냉각기(38)를 포함하는 회로를 통해서 냉매를 순환시킬 수 있다. 증기 압축 장치(14)는 제어 패널(40)을 또한 포함할 수 있고, 제어 패널은 아날로그 디지털(A/D) 변환기(42), 마이크로프로세서(44), 비-휘발성 메모리(46) 및 인터페이스 보드(48)를 포함할 수 있다. 증기 압축 장치(14)에서 냉매로서 사용될 유체들의 몇몇 예들은 예를 들어 R-410A, R-407, R-134a와 같은 하이드로플루오로카본(HFC) 기지 냉매들, 하이드로 플루오로 올레핀(HFO), 암모니아(N¾)와 같은 "천연" 냉매들, R-717, 이산화탄소(C02), R-744, 또는 탄화수소 기지 냉매들, 수증기 또는 다른 적당한 형식의 냉매이다.

압축기(32)와 함께 사용되는 모터(50)는 가변 속도 드라이브(VSD)(52)에 의해서 구동되거나 또는 교류(AC) 또는 직류(DC) 전원으로부터 직접적으로 구동될 수 있다. 모터(50)는 VSD에 의해서 구동되거나 AC 또는 DC 전원으로부터 구동될 수 있는 어느 형식의 전동기를 포함할 수 있다. 모터(50)는 임의의 적당한 유형의 모터, 예를 들면 스위치드 릴럭턴스 모터, 유도 전동기, 또는 전자 정류 영구자석 모터가 될 수 있다.

도 5는 VSD의 바람직한 실시 예를 나타낸다. VSD(52)는 특정 고정 라인 전압을 갖는 AC 전원 및 상기 AC 전원으로부터 인가되는 고정 라인 주파수를 수용하고, 특정한 요구조건을 충족시키도록 변경될 수 있는 원하는 전압과 원하는 주파수로 AC 전력을 모터(50)에 제공한다. VSD(52)는 3개의 부품들: 정류기/컨버터(222), DC 링크(224) 및 인버터(226)를 가질 수 있다. 정류기/컨버터(222)는 고정 주파수를 변환하고, AC 전원으로부터 인가되는 고정 크기의 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다. DC 링크(224)는 컨버터(222)로부터 출력되는 DC 전력을 필터링하고, 캐패시터들 및/또는 인덕터들과 같은 에너지 저장 부품들을 제공한다. 끝으로, 인버터(226)는 DC 링크(224)로부터 전달되는 DC 전압을 모터(50)를 위한 가변 주파수, 가변 크기의 AC 전압으로 변환한다.

바람직한 실시 예에 있어서, 정류기/컨버터(222)는 VSD(52)에 대한 입력전압보다 큰 최대의 RMS 출력 전압을 VSD(52)로부터 얻기 위해서 DC 링크(224)로 승압된 DC 전압을 제공하도록 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터들을 갖는 3상 펄스 폭 변조 부스트 정류기일 수 있다. 이와는 달리, 컨버터(222)는 승압 능력이 없는 수동 다이오드 또는 사이리스터 정류기일 수 있다.

VSD(52)는 특정 부하 조건들에 반응하여 모터(50)의 효과적인 작동을 가능하게 하기 위해서 가변 크기의 출력 전압과 가변 주파수를 모터(50)로 제공할 수 있다. 제어 패널(40)은 제어 패널(40)에 의해서 수용되는 특정 센서 판독값에 대한 적절한 작동 설정하에서 VSD(52)와 모터(50)를 작동시키도록 VSD(52)에 제어신호를 제공할 수 있다. 예를 들면, 제어 패널(40)은 증기 압축 장치(14)에서의 조건들을 변화시키는 것에 반응하여 VSD(52)에 의해서 제공된 출력 전압과 출력 주파수를 조정하도록 VSD(52)에 제어 신호들을 제공할 수 있다. 즉, 제어 패널(40)은 압축기(52)에서의 부하 조건들을 증가 또는 감소시키는 것에 반응하여 VSD(52)에 의해서 제공되는 출력 전압과 출력 주파수를 증가 또는 감소시키도록 명령을 제공할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 압축기(32)는 냉매 증기를 압축하고, 배출 통로(33)를 통해서 증기를 응축기(34)로 전달한다. 하나의 바람직한 실시 예에 있어서, 압축기(32)는 하나 또는 그 이상의 압축 단계들을 갖는 원심 압축기가 될 수 있다. 압축기(32)에 의해서 응축기(34)로 운반된 냉매 증기는 열을 유체, 예를 들어 물이나 공기로 변환시킨다. 냉매 증기는 유체와의 열교환의 결과로서 응축기(34)에서 냉매 액체로 응축된다. 응축기(34)로부터 배출된 액체 냉매는 팽창장치(36)를 통해서 증발기(38)로 유동한다. 고온 가스 바이패스 밸브(HGBV)(134)는 압축기 배출구로부터 압축기 흡입구로 연장되는 별도 라인에 연결될 것이다. 도 3에 도시된 바람직한 실시 예에 있어서, 응축기(34)는 수냉되고, 냉각탑(56)에 연결된 튜브 번들(54)을 포함한다.

증발기(38)로 운반된 액체 냉매는 응축기(34)를 위해서 사용된 같은 형식의 유체이거나 그렇지 않은 다른 유체로부터 열을 흡수하고, 냉매 증기로의 상변화를 겪는다. 도 3에 도시된 바람직한 실시 예에 있어서, 증발기(38)는 공급라인(60S) 및 냉각 부하(62)에 연결된 복귀라인(60R)을 갖는 튜브 번들(60)을 포함한다. 예를 들어 물, 에틸렌 글리콜, 염화칼슘 염수, 염화나트륨 염수, 또는 다른 적당한 액체와 같은 처리 유체가 복귀라인(60R)을 거쳐서 증발기(38)로 들어가고 공급라인(60S)을 통해서 증발기(38)를 빠져나간다. 증발기(38)는 튜브들에서 처리 유체의 온도를 낮춘다. 증발기(38)에 있는 튜브 번들(60)은 다수의 튜브들 및 다수의 튜브 번들을 포함할 수 있다. 증기 냉매는 증발기(38)를 빠져나가서 회로 또는 사이클을 완결시키기 위해 흡입라인(37)에 의해서 압축기(32)로 복귀하게 된다. 도 4에 도시된 바람직한 실시 예에 있어서, 압축기(32)는 전-회전 베인들(39)을 포함할 것이다. 전-회전 베인들(39)은 소정 위치 내로 고정되거나 또는 조정가능한 위치를 가질 것이다. 바람직한 실시 예에 있어서, 증기 압축 장치(14)는 하나 또는 그 이상의 냉각 회로에 있어서 가변 속도 드라이브(VSD)(52), 모터(50), 압축기(32), 응축기(34), 팽창밸브(36) 및/또는 증발기(38) 각각의 하나 또는 그 이상을 사용할 것이다.

도 6은 압축기(32)의 바람직한 실시 예의 부분 단면도이다. 압축기(32)는 냉매 증기를 압축하기 위한 임펠러(201)를 포함한다. 임펠러(201)로부터 배출되는 압축된 증기는 가변 형상 디퓨저(VGD)(119)를 통과하게 된다. VGD(119)는 냉매 증기의 통로를 위해 디퓨저판(206)과 노즐 기저판(208) 사이에 형성된 디퓨저 공간 또는 갭(202)을 갖는다. 노즐 기저판(208)은 디퓨저 링(210)과 함께 사용하도록 구성된다. 디퓨저 링(210)은 디퓨저 공간 또는 갭(202)을 통과하는 냉매 증기의 속도를 제어하도록 사용된다. 디퓨저 링(210)은 디퓨저 갭(220)을 통과하는 증기의 속도를 증가시키기 위해서 디퓨저 갭(202) 내로 연장될 수 있고, 디퓨저 갭(220)을 통과하는 증기의 속도를 감소시키기 위해서 디퓨저 갭(202) 내로 수축될 수 있다. 디퓨저 링(210)은 액튜에이터에 의해서 구동되는 조정기구(212)를 사용하여 디퓨저 갭(202) 내로 연장되거나 그로부터 수축될 수 있다.

VGD(119)는 개방 및 폐쇄위치 사이의 소정 위치로 위치할 수 있고, 냉매 유동은 디퓨저 갭(202)과 폐쇄 또는 연장 위치에서 대체로 방해받지 않으며, 여기에서 디퓨저 갭(202)에서 냉매 유동은 제한된다. 하나의 바람직한 실시 예에 있어서, VGD(119)는 폐쇄위치에 있을 때, 디퓨저 갭(202)에서 냉매의 유동을 완전하게 중단시키지는 못할 것이다. 조정 기구(212)는 디퓨저 갭(202)을 개방 및 폐쇄시키기 위해서 연속적으로 또는 분리된 단계별로 점진적으로 디퓨저 갭(202)을 이동시킬 수 있다. VGD의 한가지 타입의 작동 및 부품들에 대한 보다 상세한 설명은 "Variable Geometry Diffuser Mechanism"라는 발명의 명칭으로 2005년 3월 29일에 허여된 미국특허 제 6,872,050 호(이 특허는 그 전체가 본원에 참고로 인용됨)에 제공되어 있다.

하나의 바람직한 실시 예에 있어서, 만일 압축기(32)가 하나 이상의 압축 단계를 가지면, VGD(119)는 하나 또는 그 이상의 압축 단계들의 배출통로에 통합될 것이다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 임펠러(201)로부터 나오는 냉매의 유동을 제어하기 위해서 하나 이상의 VGD(119)가 디퓨저 갭(202)에 위치할 것이며, 이에 의해서 압축기(32)의 용량을 제어하게 된다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 디퓨저 링(210)의 위치선정은 압축기(32)에서 서지 상태 및 스톨 상태를 감소시키거나 제거할 수 있게 한다.

제어 패널(40)은 A/D 컨버터(42)에 추가하여 디지털 아날로그(D/A) 변환기를 포함할 수 있다. 또한, 제어 패널(40)은 오퍼레이터로 하여금 제어 패널(40)과 상호작용할 수 있게 하는 사용자 인터페이스(194)에 연결되거나 통합할 수 있다. 오퍼레이터는 사용자 인터페이스(194)를 통해서 제어 패널(40)에 대한 명령을 선택하고 입력할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스(194)는 증기 압축 장치(14)의 작동상태와 관련하여 제어 패널(40)로부터 전달된 메시지와 정보를 디스플레이 할 수 있다. 사용자 인터페이스(194)는 증기 압축 장치(14)나 제어 패널(40)상에 장착되는 것과 같이 제어 패널(40)에 국부적으로 위치할 수 있고, 이와는 달리, 사용자 인터페이스(194)는 증기 압축 장치(14)로 떨어진 별도의 제어실에 위치하는 것과 같이 제어 패널(40)로부터 떨어져서 위치할 수 있다.

제어 패널(40)에 있어서, A/D 컨버터(42) 및/또는 인터페이스 보드(48)는 장치 센서 및 부품으로부터 전달되는 입력신호를 수신하는데, 이 입력신호는 증기 압축 장치(14)에 대한 작동 매개변수들을 제공한다. 예를 들면, 제어 패널(40)에 의해서 수신된 입력 신호들은 튜브 번들(60)로부터 남은 냉각 액체 온도의 온도, 증발기(38)와 응축기(34)에서의 냉매 압력, VSD에 대한 입력전류, VSD로부터의 출력 전류, 압축기 배출온도, 압축기 오일 온도, 압축기 오일 공급압력, VGD 위치, HGBV 위치, 압축기 배출통로에서의 음향이나 사운드 압력을 포함할 수 있다. 제어 패널(40)은 증기 압축 장치(14)의 작동을 제어하고 증기 압축 장치(14)의 제어장치들 및 여러 센서들과 통신하기 위해서 증기 압축 장치(14)의 부품들로 신호들을 전달하도록 인터페이스 보드(48)를 이용할 수 있다.

제어 패널(40)은 압축기(32), VSD(52), VGD(119), HGBV(134), 응축기(34) 및 증기 압축 장치(14)의 다른 부품들을 포함하는 증기 압축 장치(14)의 작동을 제어하기 위해서 단일 또는 중앙 제어 알고리즘이나 제어장치를 실행하거나 사용할 것이다. 일 실시 예에 있어서, 제어 알고리즘(들)은 마이크로프로세서(44)에 의해서 실행가능한 일련의 명령들을 갖는 비휘발성 메모리(46)에 저장된 컴퓨터 프로그램이나 소프트웨어일 수 있다. 제어 알고리즘은 컴퓨터 프로그램(들)에 내장되어 마이크로프로세서(44)에 의해서 실행되는데, 해당 기술분야의 숙련된 당업자들은 제어 알고리즘이 디지털 및/또는 아날로그 하드웨어를 사용하여 이행 및 실행될 것임을 이해할 수 있을 것이다. 만약 하드웨어가 제어 알고리즘을 실행하기 위해서 사용되면, 제어 패널(40)의 대응하는 구성은 필수 부품들을 통합하고 더이상 필요없는 부품들을 제거하도록 수정될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 제어 패널(40)은 다중의 컨트롤러들을 통합하게 되는데, 각각은 개별기능을 수행하고 중앙 컨트롤러는 제어 패널(40)의 출력을 결정한다.

제어 패널(40)에 있는 마이크로프로세서(44)에 의해서 실행되는 중앙 제어 알고리즘은 냉각 부하를 만족시키도록 압축기(32)의 용량을 제어하기 위한 용량 제어 프로그램 또는 알고리즘을 포함할 수 있다. 용량 제어 프로그램은 압축기의 로딩 또는 언로딩이 소정의 설정값하에서 남은 냉각 액체 온도(LCHLT)를 유지하는데 필요한지 여부에 따라서 VGD(119)의 위치, VSD(52)의 속도(및 이에 의해서 모터(50)의 속도), 및 HGBV(134)(만약 구비한다면)의 위치를 특정순서로 조정함으로써, 압축기(32)의 용량을 조정하도록 제어신호들을 전송 또는 전달할 수 있다. VSD 및 모터 속도는 현존 압축기 속도, VGD 위치와 응축기 대 증발기 압력차의 함수로서 서지를 방지하기 위해서 필요한 최소 압축기 리프트를 유지하도록 필요에 따라서 추가적으로 동시에 조정될 수 있다. 용량 제어 프로그램은 압축기에 대한 유입구에서 고정된, 즉 움직일 수 없는 전-회전 베인들을 갖는 압축기와 함께 사용될 수 있다.

또한, 용량 제어 프로그램은 장치의 작동상태를 유지하기 위해서, 예를 들면 장치 고장을 회피하기 위해서 가능한 불안정한 조건들을 완화시키도록 높은 응축기 압력, 낮은 증발기 압력, 높은 모터 전류 및 높은 입력 전류에 대한 한계와 오버라이드 임계값들을 포함할 수 있다. 한계와 오버라이드는 상기 조건을 완화시키고 장치 작동을 유지하기 위해서 적절한 장치(HGBV, VGD, 또는 VSD)에 대한 출력을 제한하거나 줄일 수 있다. 제한과 오버라이드 임계값의 어느 것에 접근함에 따라서, 용량 제어 프로그램은 허용된 용량 증가의 양을 적절하게 제한할 수 있고, 만일 초과하게 되면 언로딩 명령을 인가할 수 있다.

도 7은 용량 제어 프로세스의 바람직한 실시 예를 나타낸다. 상기 프로세스는 용량 제어 출력(CC 출력) 매개변수를 결정하기 위해서 용량 제어 알고리즘을 개시 또는 적용시킴으로써 시작된다(단계 302). 하나의 바람직한 실시 예에 있어서, 용량 제어 알고리즘은 작동상태에 돌입하는, 즉 압축기가 작동개시하는 때에 남은 냉각 액체 온도(LCHLT) 비례, 적분, 미분(PID) 컨트롤러 또는 제어 알고리즘을 즉시 적용 또는 개시할 수 있다. 각각의 제어 사이클 동안에, 용량 제어 알고리즘은 장치 용량, 즉, LCHLT 능동 설정값에 비교하여 LCHLT에 기초한 CC 출력의 원하는 백분율 변화를 결정하기 위해서 PID 로직을 사용한다. 원하는 백분율 변화는 로딩에 대해서는 포지티브 또는 언로딩에 대해서는 네가티브가 될 수 있다.

LCHLT 능동 설정값은 선택된 컨트롤 소오스, 예를 들면 로컬 사용자 인터페이스, 원격 사용자 인터페이스 또는 빌딩 자동화 시스템(BAS) 또는 INS 제어에 따라서 LCHLT 프로그램된 설정값에 대한 목표값이다. 장치가 작동하지 않는 경우, LCHLT 능동 설정값은 LCHLT 프로그램된 설정값의 최소값으로 진입 냉각 액체 온도 -10°F로 설정된다. VSD가 작동개시하는 경우, LCHLT 능동 설정값은 프로그래밍 가능한 LCHLT 설정값 램프업 속도(ramp rate)하에서 LCHLT 프로그램된 설정값으로 램프업된다. 용량 제어 프로그램이 작동하는 경우에, 프로그램된 LCHLT 설정값에 대한 어느 변화는 기존의 능동 설정값으로부터 프로그램된 LCHLT 설정 램프업 속도하에서 새로운 LCHLT 설정값으로 램프업되는 결과를 초래한다.

다음으로, 용량 제어 알고리즘은 출력 제한 및/또는 오버라이드들을 결정하기 위해서 측정된 장치 매개변수들을 소정의 임계값에 비교할 수 있다(단계 304). 출력 제한과 오버라이드를 갖는 장치 매개변수들은 높은 응축기 압력 제한과 오버라이드, 낮은 증발기 압력 제한과 오버라이드, 모터 전류 제한과 오버라이드, VSD 제한과 오버라이드에 대한 입력 전류를 포함할 수 있다. 도 8 및 도 9는 응축기 압력, 증발기 압력, 모터 전류 및 VSD 입력전류에 대한 대응하는 용량 변화에 따른 대응하는 제한 및 오버라이드 영역들의 그래프이다.

응축기 압력, 모터 전류 및 VSD 입력전류에 대하여, 도 8에 도시된 그래프는 증가하는 장치 매개변수, 제 1 임계값과 제 2 임계값 사이의 부하 제한영역, 그리고 제 2 임계값과 제 3 임계값 사이의 오버라이드 영역을 나타낸다. 증발기 압력에 대하여, 도 9에 도시된 그래프는 감소하는 증발기 압력, 제 1 임계값과 제 2 임계값 사이의 부하 제한영역, 그리고 제 2 임계값과 제 3 임계값 사이의 오버라이드 영역을 나타낸다. 일 실시 예에 있어서, 제 1 임계값, 제 2 임계값 및 제 3 임계값은 대응하는 장치 매개변수에 기초한 소정의 값들이 될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 제 2 임계값은 대응하는 장치 매개변수에 기초한 소정의 값이 될 수 있고, 제 1 및 제 3 임계값들은 제 2 임계값으로부터 파생될 수 있다. 즉, 제 1 임계값은 제 2 임계값에 소정의 값을 더하거나 뺀 값이 될 수 있고, 제 3 임계값은 제 2 임계값에 소정의 값을 더하거나 뺀 값이 될 수 있다. 또한, 남은 냉각 액체 온도(LCHLT)는 저온 오버라이드 제어를 가질 수 있다. 도 10에 도시된 그래프는 감소하는 LCHLT, 제 2 임계값과 제 3 임계값 사이의 오버라이드 영역을 나타낸다.

하나의 바람직한 실시 예에 있어서, 응축기 압력에 대한 제 2 임계값은 44.9 PSIG 내지 162.5 PSIG 범위가 될 수 있고 162.5 PSIG가 될 수 있다. 물이 처리유체가 되는 경우에 증발기 압력에 대한 제 2 임계값은 27 PSIG가 될 수 있고, 제 2 임계값은 처리유체가 염수인 경우에 오퍼레이터에 의해서 프로그램될 수 있다. 모터 전류에 대한 제 2 임계값은 모터와 VSD로부터 결정되는 바와 같이 3상 모터 전류나 최대 모터 전류의 최고값으로부터 선택됨에 따라서 100% 전 부하 암페어(FLA)가 될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 100% FLA는 505 A가 될 수 있다. VSD 입력 전류에 대한 제 2 임계값은 능동 입력전류 제한이 될 수 있으며, 이것은 3상 모터 전류전류의 최고값으로부터 선택됨에 따라서 로컬 입력 전류 제한, 원격 입력 전류 저한, 및 풀다운 전류 제한의 최소값에 대응한다. LCHLT에 대한 제 2 임계값은 LCHLT 셧다운(shutdown) 온도 +2°F가 될 수 있다. 제 2 임계값에 대한 최대값은 LCHLT 설정값 이하 1°F 가 될 수 있다.

만약 측정된 장치 매개변수가 부하 제한 영역에 있으며, 용량 제어 프로그램은 장치의 용량을 여전히 증가시킬 수 있으나, 증가의 양이나 백분율은 장치 매개변수에 대해 설정된 소정의 값(들) 또는 양(들)로 제한된다. 예를 들면, 부하 제한 영역에 대하여 하나의 소정 값이 존재할 수 있거나, 부하 제한 영역에 대하여 하나의 소정 값들의 범위가 존재할 수 있고, 이때 상기 소정의 값은 장치 매개변수에 대한 측정값을 기초하여 결정된다. 하나의 바람직한 실시 예에 있어서, 용량증가의 소정의 양이나 백분율은 0.01 내지 5.0의 범위가 될 수 있고, 0.50이 될 수 있다. 만약 측정된 장치 매개변수가 오버라이드 영역에 있으면, 용량 제어 프로그램은 용량 제어 프로그램이 용량에서의 증가를 필요로 하더라도 장치의 용량을 감소시키도록 강제된다. 감소의 양이나 백분율은 장치 매개변수들에 대하여 설정된 소정의 값(들) 또는 양(들)로 제한된다. 예를 들면, 오버라이드 영역에 대하여 하나의 소정 값이 존재할 수 있거나, 오버라이드 제한 영역에 대하여 하나의 소정 값들의 범위가 존재할 수 있고, 이때 상기 소정의 값은 장치 매개변수에 대한 측정값을 기초하여 결정된다. 하나의 바람직한 실시 예에 있어서, 용량 감소의 소정의 양이나 백분율은 -5.0 내지 -0.01의 범위가 될 수 있고, -0.10이 될 수 있다. 장치 용량 증가 또는 감소의 백분율이나 양에 관하여, 양의 수들은 용량을 증가시키기 위한 요청을 반영하고, 음의 수들은 용량을 감소시키기 위한 요청을 반영한다.

일단 측정된 매개변수들이 부하 제한 영역과 오버라이드 영역에 대한 임계값들과 비교하면, 측정된 매개변수들중 어느 것이 부하제한 영역이나 오버라이드 영역 내에 있는지 여부에 따라서 결정이 이루어진다(단계 306). 만약 하나 또는 그 이상의 측정된 매개변수들이 부하 제한 영역이나 오버라이드 영역 내에 있으면, 결정된 출력 제한 및/또는 오버라이드에 기초하여 CC 출력에 대한 조정이 이루어진다(단계 308). 일 실시 예에 있어서, CC 출력은 LCHLT PID 및 결정된 부하 제한 및 오버라이드 값들중 각각으로부터의 계산된 용량 변화의 최소의 증가로 조정될 수 있다. 마찬가지로, CC 출력은 LCHLT PID 및 결정된 부하 제한 및 오버라이드 값들중 각각으로부터의 계산된 용량 변화의 최대의 감소로 조정될 수 있다.

CC 출력이 소정의 출력 제한 및/또는 오버라이드를 기초하여 조정되거나 또는 출력 제한 및/또는 오버라이드가 존재하지 않는 것으로 결정된 후, 최소 VSD 주파수가 결정될 수 있다(단계 310). 최소 VSD 주파수는 최소 작동 장치 속도 또는 안티-서지 최소 주파수의 최하값이 될 수 있다. VSD 주파수에 대한 최소 한계는 작동과정 동안에 응축기 압력을 극복하고 서지를 방지하기 위해서 충분한 압축기 리프트(압력 상승) 또는 압력 수두를 유지하는데 사용될 수 있다. 안티-서지 최소 주파수는 용량 제어 알고리즘이나 하기 방정식 1을 사용하는 루틴의 각 사이클에 대하여 계산될 수 있다.

안티-서지 최소 주파수 = 서지 주파수 * 최소 주파수

승수 * 최소 주파수 승수 2 + 최소 주파수 오프셋 (1)

여기에서:

서지 주파수는 작동과정 동안에 오메가 및 VGD 위치로부터 결정된다.

오메가 = 등엔트로피 헤드/(사운드의 속도)

사운드의 속도는 시스템에서 사용된 냉매, 예를 들면 R134a에 기초하여 증발기 압력으로부터 결정된다.

등엔트로피 헤드는 시스템에서 사용된 냉매, 예를 들면 R134a에 기초하여 증발기 압력과 응축기 압력으로부터 결정된다.

최소 주파수 승수, 최소 주파수 승수 2 및 최소 주파수 오프셋은 장비 및 시스템 변화를 고려하여 계산된 안티-서지 최소 주파수에 대한 적절한 차이를 보장하도록 사용되는 값들이다.

다른 바람직한 실시 예에 있어서, 용량 제어 알고리즘은 최소 VSD 주파수를 결정하기 위해서 시스템에서 사용된 특정 압축기 크기에 기초하여 빌트-인 맵(built-in map)을 사용할 수 있다. 상기 맵은 2개의 축-VGD 위치와 압축기 헤드(매개변수 오메가로서 계산됨)를 갖는다. VGD 위치는 전기적으로 측정될 수 있고, 압축기 헤드는 응축기 압력과 증발기 압력을 사용하여 측정될 수 있다. 오메가의 결정에서 요구되는 사운드의 속도는 압축기 흡입 온도(또는 증발기 압력에 기초한 증발기 포화온도)로부터 계산된다. 맵은 주어진 VGD 위치와 오메가에 대하여 최소 VSD 속도가 압축기의 안정적이고 효율적인 작동(즉, 서지를 회피하는 것)을 보장하여야 하는 것을 나타낸다. 다른 실시 예에 있어서, 맵은 조정될 수 있고 최소 VSD 속도는 스톨의 회피를 보장하고 서지를 회피하는데 필요한 것보다 크게 압축기 최소 속도를 설정하는 더욱 보수적인 접근을 보장한다.

다른 바람직한 실시 예에 있어서, 적응할 수 있는 용량 제어가 빌트-인 맵을 대신해서 사용될 수 있다. 적응할 수 있는 용량 제어는, 예를 들어 스톨을 나타내기 위해 배출압력 센서로부터 전달된 신호에서 특정 주파수 대역에서 서지나 "노이즈"를 나타내도록 증발기와 응축기 사이의 압력차에서의 감소를 사용하여 스톨이나 서지가 일어나는 경우를 탐지하는 것이 요구된다. 제어는 주어진 압축기 작동 조건(헤드 또는 오메가)에 대하여 VSD 속도와 VGD 위치에 대한 작동 한계를 발견하고 기록하도록 탐색 방식으로 VGD 위치를 변화시키게 할 수 있고, 이에 의해서 상기한 맵을 발생시키게 되고, 따라서 사전에 프로그램할 필요가 없다.

[0048] 추가적으로, 바람직한 실시 예에 있어서, 용량 제어 알고리즘은 시스템 헤드 동안에 안티-서지 최소 주파수에 대한 추가적인 증가가 일시적인 사건, 예를 들면 풀다운 작동(주위 조건으로부터 LCHCT를 LCHLT 설정값으로 낮춤)을 증가시키는 것을 계산한다. 오메가의 변화율은 모니터링되고, 용량 제어 알고리즘은 오메가가 급격히 변하는 경우에 비례적인 일시 오프셋을 적용시킨다. 비례적인 일시 오프셋의 적용은 드라이브라인 속도 증가가 감지 및 처리시간으로 인하여 요구되는 속도를 지체시키는 것을 방지한다.

일 실시 예에 있어서, 안티-서지 최소 주파수는 필요에 따라서 즉시 증가될 수 있다. 압축기 속도는 용량 증가 또는 감소가 필요한지 여부에 관계없이 안티-서지 최소 주파수 이하로 작동하는 것을 방지하기 위하여 필요에 따라서 연속적으로 증가된다. 안티-서지 최소 주파수에서의 작동은 추가적인 용량을 야기할 수 있는데, 용량 제어 알고리즘 로직은 LCHLT 및 오버라이드 제어에 반응할 수 있고, 설정값을 유지하고 제한을 따르기 위해서 필요에 따라 다른 제어장치들을 작동시킬 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 안티-서지 최소 주파수는 새로운 낮은 계산된 안티-서지 최소 주파수로 감소되거나 램프업될 수 있다. 2개의 별도 프로그래밍 가능한 램프업 속도(ramp rate)는 HGBV가(만약 존재한다면) 완전히 폐쇄되는지 혹은 아닌지의 여부에 따라서 적용된다. 안티-서지 최소 주파수가 감소되는 경우, 속도를 감소시키기 위한 추가적인 기회들이 존재한다. 안티-서지 최소 주파수가 감소되는 경우, VSD 속도는: 1) 만약 용량 제어 로직이 언로딩을 명령하면 추가적인 작동 대역 내로 감소되고; 2) 만약 LCHLT 설정값이 부합하거나 만족되면 또는 만약 부하가 요청되고 HGBV를 폐쇄하거나 VGD를 개방함으로써 부하 요구조건이 부합될 수 있거나 만족될 수 있으면 일정하게 고정되고; 또는 3) 만약 부하가 요구되고 다른 제어장치들이 그들의 한계로 위치되면, 필요에 따라서 증가된다.

일단 안티-서지 최소 주파수가 계산되면, 계산된 안티-서지 최소 주파수가 용량 제어 프로그램에 의해서 결정된 작동 주파수보다 큰지 여부에 따라 결정이 이루어진다(단계 312). 만약 안티-서지 최소 주파수가 용량 제어 프로그램에 의해서 결정된 작동 주파수보다 크면, 안티-서지 최소 주파수를 기초하여 CC 출력에 대한 조정이 이루어진다(단계 314). 계산된 안티-서지 최소 주파수에 기초하여 CC 출력이 조정된 후 또는 만약 안티-서지 최소 주파수가 용량 제어 프로그램에 의해서 결정된 작동 주파수보다 작으면, 조정된 CC 출력이 압축기에 인가된다(단계 316). CC 출력이 압축기에 인가된 후에, 프로세스는 다음의 제어 사이클에 따라 재개된다.

하나의 바람직한 실시 예에 있어서, 결과적인 CC 출력 매개변수는 로딩(용량 증가) 및 언로딩(용량 감소)에 대한 적절한 오더에서 완전한 원하는 변화를 적용하기에 필요한 많은 제어장치들(VSD, VGD, or HGBV)에 관한 것이다. 용량증가가 필요한 CC 출력 매개변수에 반응하여 제어장치들에 대한 작동순서는: 1) HGBV(만약 존재한다면)를 폐쇄위치로 이동시키거나 조정시키는 것; 2) HGBV가 완전히 폐쇄되는 경우, VGD를 개방위치로 향하도록 이동시키거나 조정시키는 것; 그리고 3) VGD가 완전히 개방되는 경우에, VSD 속도를 증가시키는 것이 될 수 있다.

용량감소가 필요한 CC 출력 매개변수에 반응하여 제어장치들에 대한 작동순서는: 1) VSD 속도를 감소시키는 것; 2) VSD 속도가 최소 한계에 있는 경우, VGD를 폐쇄위치로 이동시키거나 조정시키는 것; 2) HGBV가 완전히 폐쇄되는 경우, VGD를 개방위치로 향하도록 이동시키거나 조정시키는 것; 그리고 3) VGD가 최소 한계에 도달하거나 폐쇄위치에 있는 경우에, HGBV(만약 존재한다면)를 개방위치로 이동시키거나 조정하는 것이 될 수 있다.

다른 바람직한 실시 예에 있어서, 원하는 용량 변화는 계산된 출력변화(CC 출력)를 소정의 순서에 따라서 필요한 각 장치에 적용함으로써 실행될 수 있고 그래서 각 장치에 대한 변화의 합계는 원하는 전체변화와 같다. 만약 변화의 전체 크기가 한계로 인하여 특정장치에 적용될 수 없다면, 변화의 나머지는 순서대로 다른 장치들에 적용된다. 각 장치는 백분율 위치나 헤르쯔에서 장치의 반응에 대하여 용량에서의 원하는 백분율 변화와 관련된 연관된 작동 이득(그것의 출력 이득 설정값으로서 선택가능함)을 갖는다. 변화의 크기는 그들의 개별적 출력 이득에 따라서 장치들의 각각에 대해 결정될 수 있다. 또한, 용량 제어 알고리즘은 나머지 순수 출력이 제어장치들에 적용되는지를 결정하는 경우에 안티-서지 제어에 의해서 야기된 동시 속도 증가로 인한 용량 증가에 대해 설명할 수 있다. 예를 들면, 만일 원하는 용량 증가가 10%이고 속도가 안티-서지 제어로 인하여 6% 용량증가(VSD 이득으로부터 결정되는 바와 같이)와 같거나 대응하는 양으로 증가되면, VGD 및/또는 HGBV는, 존재하는 경우, 나머지 4% 용량증가를 실현하기에 충분하게 반응한다.

일 실시 예에 있어서, VGD는 액튜에이터에서 개방 또는 폐쇄 권선을 통해서 전류를 보내는 것에 의해서 조정될 수 있다. 액튜에이터는 피드백 신호가 공통 신호와 같을 때까지 일정한 명령을 따른다. 디더링(dithering)을 감소시키기 위해서, 일단 위치가 명령 위치에 도달하면, 개방 및 폐쇄신호는 중단(홀드)된다. 장치를 재위치시키기 위해서, 변화의 임계 크기는 제어에 의해서 요청되어야만 한다.

일 실시 예에 있어서, 2-단 원심 압축기들에 대하여, 단일 스테이지 기계장치와 동일하게, 저단 VGD는 그것의 1차 기능으로서 용량제어에 대해서 사용되고 그것의 2차 기능으로서 스톨/서지 제어에 사용될 것이다. 고단 VGD는 고단 임펠러에 대하여 단지 스톨/서지 제어를 위해서 독립적으로 사용될 수 있다.

본 출원은 다음의 상세한 설명에서 개시하고 도면들에 도시한 사항들 또는 방법론으로 제한되지 않음을 이해하게 될 것이다. 또한, 여기에서 채용된 어법 및 용어는 단지 설명을 위한 것으로서 제한적인 의미로서 사용되지는 않는다는 것을 이해하게 될 것이다.

본 출원은 방법, 장치 및 그것의 작동을 달성하기 위해서 기계판독 가능 매체에 제공된 프로그램 제품을 고려하였다. 본 출원의 실시 예들은 현존하는 컴퓨터 프로세서들을 사용하여 또는 적절한 장치를 위한 특별한 목적의 컴퓨터 프로세서나 하드웨어 시스템에 의해서 실행될 것이다.

본 출원의 영역 내에 있는 실시 예들은 기계로 실행가능한 명령들 또는 거기에 저장된 데이터 구조를 구비하거나 갖기 위한 기계판독 가능 매체를 포함하는 프로그램 제품들을 포함한다. 기계판독 가능 매체는 일반적인 목적으로 접근할 수 있고 특별한 목적의 컴퓨터나 프로세서를 갖는 다른 기계장치에 의해서 접근할 수 있는 유용한 비-휘발성 매체가 될 수 있다. 예를 들면, 기계판독 가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스트 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 자기 저장장치, 또는 원하는 프로그램 코드를 기계로 실행가능한 명령어 또는 데이터 구조로 구비하거나 저장하도록 사용될 수 있으며 일반적인 목적으로 접근할 수 있고 특별한 목적의 컴퓨터나 프로세서를 갖는 다른 기계장치에 의해서 접근할 수 있는다른 매체를 포함할 수 있다. 정보가 네트워크나 다른 통신연결(하드웨어, 무선 또는 하드웨어나 무선의 조합)을 통해서 기계장치로 전달되거나 제공되는 경우, 기계장치는 기계 판독가능 매체로서 상기 연결을 적정하게 본다. 상기의 조합들은 기계 판독가능 매체의 영역 내에 또한 포함된다. 기계로 실행가능한 명령들은, 예를 들어 일반적 목적의 컴퓨터, 특별한 목적의 컴퓨터나 특별한 목적의 처리장치들이 어떤 기능 또는 기능들의 그룹을 수행하게 하는 명령과 데이터를 포함한다.

비록 도면들은 방법 단계들의 특정한 순서를 나타내었지만, 단계들의 순서는 묘사된 것과는 다를 수 있다. 또한, 둘 또는 그 이상의 단계들이 동시에 수행되거나 부분적으로 수행될 수 있다. 단계 수행에 있어서의 변화는 선택된 소프트웨어와 하드웨어 시스템 그리고 설계자의 선택에 의존한다. 그러한 모든 변화들은 본 출원의 영역내에 있다. 마찬가지로, 소프트웨어 구현은 다양한 연결 단계, 처리단계, 비교단계 및 결정단계를 수행하기 위한 룰 기초 로직 및 다른 로직에 따른 표준 프로그래밍 기술들을 통해서 달성될 수 있다.

다양한 바람직한 실시 예들에서 나타난 본 출원의 구성 및 배열은 단지 설명만을 위한 것임을 주목해야 한다. 비록 본 명세서에서는 단지 몇몇 실시 예들만이 상세하게 설명되었지만, 본 명세서를 보는 당업자들은 본 출원서에 설명된 주제의 새로운 교훈과 장점들로부터 벗어남이 없이 많은 수정이 가능함(예를 들면, 크기, 치수, 구조, 형상 및 다양한 요소들의 비율, 매개변수들(예를 들어, 온도, 압력 등)의 값, 장칙 배열들, 재료들의 사용, 색채, 배향 등에서의 변화)을 쉽게 이해하게될 것이다. 예를 들면, 일체로서 형성되 것으로 도시된 요소들은 다중의 부품들이나 요소로 구성될 수 있고, 요소들의 위치는 뒤바뀌거나 다르게 변할 수 있고, 불연속적인 요소들이나 위치들의 본성이나 갯수는 변경되거나 수정될 수 있다. 따라서, 모든 그러한 변경들은 본 출원의 영역 내에 포함되도록 의도된 것이다. 프로세스나 방법 단계들의 순서나 절차는 대안적인 실시 예들에 따라서 변화하거나 다시 순서를 정할 수도 있다. 특허청구범위에 있어서, 수단-기능절은 인용된 기능을 수행하는 여기에서 설명한 구조들 및 구조적 등가물 뿐만아니라 등가 구조물을 포괄하도록 의도된 것이다. 본 발명의 영역을 벗어남이 없이 바람직한 실시 예들의 설계, 작동조건 및 배열에 있어서 다른 대체, 변경, 수정 및 생략이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 출원은 특정 실시 예로 제한되지 않으며, 그럼에도 불구하고 첨부된 특허청구범위의 영역 내에 있는 다양한 변형예들로 확장된다.

또한, 바람직한 실시 예들의 간단한 설명을 제공하기 위한 노력에 있어서, 실제적인 구현의 모든 특징들(즉, 본 발명을 수행하기 위한 현재 생각할 수 있는 최선의 모드와 관련없는 것들, 또는 본 발명을 구현하는데 관계없는 것들)이 설명되지는 않았다. 그러한 실제적인 구현의 발전에 있어서 엔지니어링 또는 설계 프로젝트, 수많은 실행상의 특별한 결정들이 이루어졌음을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 발전 노력은 복잡하고 시간 소모가 많지만, 그럼에도 불구하고, 과도한 실험없이 본 발명의 이점을 갖는 당업자를 위한 디자인, 제조, 및 생산의 일상적인 사업이 될 것이다.

Claims

압축기에서 용량을 제어하기 위한 방법으로서,
제어 프로그램을 사용하여 출력 용량 매개변수를 계산하는 단계;
적어도 하나의 작동 매개변수를 측정하는 단계;
상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수가 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수에 대응하는 제한 영역이나 대체 영역 내에 존재하는지의 여부를 결정하기 위해서, 상기 장치 작동 매개변수에 대응하는 소정의 임계값들에 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수를 비교하는 단계;
상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수가 상기 제한 영역이나 상기 대체 영역 내에 존재한다는 결정에 반응하여 상기 출력 용량 매개변수를 조정하는 단계;
서지상태를 회피하기 위해서 상기 압축기에 대한 최소 가변 속도 드라이브 주파수를 계산하는 단계;
상기 계산된 최소 가변 속도 드라이브 주파수를 상기 출력 용량 매개변수에 기초한 가변 속도 드라이브 주파수와 비교하는 단계;
상기 최소 가변 속도 드라이브 주파수가 상기 출력 용량 매개변수에 기초한 상기 가변 속도 드라이브 주파수보다 큰 것에 반응하여 상기 출력 용량 매개변수를 수정하는 단계; 그리고
상기 압축기의 출력 용량을 조정하기 위하여 상기 출력 용량 매개변수를 상기 압축기에 적용하는 단계;
를 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수가 상기 제한 영역이나 상기 대체 영역 내에 존재한다는 결정에 반응하여 상기 출력 용량 매개변수를 조정하는 단계는,
상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수가 상기 제한 영역에 존재하는 것에 반응하여 상기 출력 용량 매개변수를 소정 량의 증가로 제한하는 단계; 그리고
상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수가 상기 대체 영역에 존재하는 것에 반응하여 상기 출력 용량 매개변수를 소정 량의 감소로 설정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 소정 량의 증가는 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수에 기초한 가변적인 양이고, 상기 소정 량의 감소는 상기 상기 적어도 하나의 측정된 장치 작동 매개변수에 기초한 가변적인 양인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 최소 가변 속도 드라이브 주파수를 계산하는 단계는 소정의 최소 작동 장치 주파수 또는 안티-서지 최소 주파수의 낮은 것을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 안티-서지 최소 주파수는 상기 압축기에서 가변 속형상 디퓨저의 위치와 등엔트로피 헤드를 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 안티-서지 최소 주파수는 상기 압축기의 작동과정 동안에 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 압축기의 출력 용량을 조정하기 위하여 상기 출력 용량 매개변수를 상기 압축기에 적용하는 단계는, 가변 속도 드라이브, 가변 형상 디퓨저 또는 고온 가스 바이패스 밸브중 적어도 하나를 제어하기 위해서 상기 출력 용량 매개변수를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 작동 매개변수를 측정하는 단계는, 상기 가변 속도 드라이브에 대한 응축기 압력, 증발기 압력, 모터 전류 또는 입력 전류중 적어도 하나를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제한 영역은 소정의 제 1 임계값과 소정의 제 2 임계값에 의해서 한정되고, 상기 대체 영역은 상기 제 2 소정 임계값과 제 3 소정값에 의해서 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 출력 용량 매개변수를 계산하는 단계는, 출력 용량에 대한 퍼센트 변화를 결정하기 위해서 비례, 적분, 미분 제어 알고리즘을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 출력 용량에 대한 퍼센트 변화는 남은 냉각 액체 온도와 남은 냉각 액체 온도 설정값의 비교에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
장치에 있어서,
폐쇄 냉각회로에 연결된 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기;
상기 압축기에 동력을 제공하기 위해서 상기 압축기에 연결된 모터;
상기 모터에 동력을 제공하기 위해서 상기 모터에 연결된 가변 속도 드라이브 - 상기 가변 속도 드라이브는 상기 모터에 가변 전압을 제공하고 상기 모터에 가변 주파수를 제공하도록 작동할 수 있음 -;
상기 가변 속도 드라이브와 상기 장치의 하나 또는 그 이상의 부품의 작동을 제어하기 위한 제어패널 - 상기 제어패널은 마이크로프로세서와 메모리장치를 포함함 -; 및
상기 장치의 작동 매개변수를 측정하기 위한 센서 - 상기 센서는 상기 측정된 작동 매개변수를 제공하기 위해서 상기 제어 패널과 연통됨 -; 를 포함하며,
상기 제어 패널은 상기 압축기에 대한 출력 용량 조정을 결정하고 적용하기 위해서 제어 알고리즘을 실행하도록 작동될 수 있고, 상기 출력 용량 조정은 서지 상태들을 회피하기 위해서 최소 가변 속도 드라이브 주파수를 유지하도록 상기 장치의 상기 측정된 작동 매개변수로부터 결정된 출력 제한 또는 오버라이드(override)에 의해서 수정된 용량 제어 프로그램으로부터 얻어진 출력 용량 매개변수인 것을 특징으로 하는 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 압축기는 가변 형상 디퓨저와 고온 가스 바이패스 밸브를 갖는 원심 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 제어 패널은 상기 출력 용량 조정을 적용하기 위해서 상기 가변 속도 드라이브, 상기 가변 형상 디퓨저 또는 상기 고온 가스 바이패스 밸브중 하나 또는 그 이상을 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 최소 가변 속도 드라이브 주파수는 응축기 압력을 극복하고 서지를 방지하기 위해서 상기 압축기에서의 압력 상승량을 유지시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 최소 가변 속도 드라이브 주파수는 장치의 작동과정 동안에 증감하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 센서는 응축기 압력, 증발기 압력, 모터 전류 또는 상기 가변 속도 드라이브에 대한 입력 전류중 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 출력 제한기는
상기 측정된 작동 매개변수에 대한 제 1의 소정 임계값과 상기 측정된 작동 매개변수에 대한 제 2의 소정 임계값에 의해서 한정된 제한 영역으로부터 결정되고,
상기 오버라이드는 상기 측정된 작동 매개변수에 대한 상기 제 2의 소정 임계값과 제 3의 소정 값에 의해서 한정되는 오버라이드 영역으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 출력 제한기는 압축기 용량에서의 증가를 제한하고, 상기 오버라이드는 압축기 용량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 용량 제어 프로그램은 남은 냉각 액체 온도와 남은 냉각 액체 온도 설정값의 비교를 이용하는 비례, 적분, 미분 제어 알고리즘인 것을 특징으로 하는 장치.