KR20200104355A - 난방, 환기 및 공조 시스템, 및 증기 압축 시스템을 작동시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템(10)은 증기 압축 시스템(14)의 응축기(34)와 증발기(38) 사이에 배치된 팽창 장치(36), 및 팽창 장치(36)에 통신 가능하게 연결된 제어 패널(40)을 포함한다. 제어 패널(40)은, 증기 압축 시스템(14)의 파라미터에 기초하여, 응축기(34)의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하고; 응축기(34)에서의 현재 액체 냉매 레벨(82)이 응축기(34)의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 초과라는 결정에 응답하여, 팽창 장치(36)의 개방을 증가시키기 위한 제1 제어 신호를 제공하며; 응축기(34)에서의 현재 액체 냉매 레벨(82)이 응축기(34)의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 미만이라는 결정에 응답하여, 팽창 장치(36)의 개방을 감소시키기 위한 제2 제어 신호를 제공하도록 구성된다.

Description

난방, 환기 및 공조 시스템, 및 증기 압축 시스템을 작동시키는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "증기 압축 시스템의 증발기와 응축기 사이의 냉매 재분배"라는 명칭으로 2017년 12월 29일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제62/611,769호의 우선권 및 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 모든 목적을 위해 본원에 참조로 포함된다.
본 출원은 일반적으로 냉각기 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 효율성 및 신뢰성을 개선하기 위해 증기 압축 시스템에서 냉매 충전을 재분배하는 것에 관한 것이다.
냉각기 시스템 및 다른 유형의 증기 압축 시스템은, 증기 압축 시스템의 작동과 관련된 상이한 온도 및 압력에 노출되는 것에 응답하여, 증기, 액체, 및 이들의 조합물 간에 상(phase)을 변화시키는, 전형적으로 냉매로 지칭되는 작동 유체를 사용한다. 수냉식 냉각기 시스템 내에서, 냉매는 증발기를 통하여 연장되는 비교적 온수 통과 도관(예를 들어, 비등관(boiling tube))에 의해 기화되며, 냉매는 응축기를 통하여 연장되는 냉각수 통과 도관(예를 들어, 응축관(condensing tube))에 의해 응축된다. 전통적인 냉각기 설계에서, 응축기에서의 액체 냉매 레벨은 고정 값으로 제어되는 반면에, 증기 압축 시스템의 나머지 부분(예를 들어, 증발기)에서의 액체 냉매 레벨은 대체로 응축기에서의 이러한 고정된 액체 냉매 레벨에 기초하여 변동된다.
본 개시물의 일 실시형태에서, 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템은 HVAC 시스템의 증기 압축 시스템을 형성하도록 함께 유체 결합되는 응축기, 증발기, 및 압축기를 포함한다. HVAC 시스템은 증기 압축 시스템에서 응축기와 증발기 사이에 배치된 팽창 장치, 및 팽창 장치에 통신 가능하게 연결된 제어 패널을 포함한다. 제어 패널은, 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨을 포함하는 증기 압축 시스템의 파라미터에 기초하여, 응축기의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하고; 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨이 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 초과라는 결정에 응답하여, 팽창 장치의 개방을 증가시키기 위한 제1 제어 신호를 제공하며; 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨이 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 미만이라는 결정에 응답하여, 팽창 장치의 개방을 감소시키기 위한 제2 제어 신호를 제공하도록 구성된다.
본 개시물의 다른 실시형태에서, 증기 압축 시스템을 작동시키는 방법은, 증기 압축 시스템의 파라미터에 기초하여, 증기 압축 시스템의 응축기의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계를 포함하며, 파라미터는 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨을 포함한다. 방법은 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨이 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 초과라는 결정에 응답하여, 팽창 장치의 개방을 증가시키기 위한 제1 제어 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨이 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 미만이라는 결정에 응답하여, 팽창 장치의 개방을 감소시키기 위한 제2 제어 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
본 개시물의 다른 실시형태에서, HVAC 시스템은 HVAC 시스템의 증기 압축 시스템을 형성하도록 함께 유체 결합되는 응축기, 증발기, 및 압축기를 포함한다. HVAC 시스템은 증기 압축 시스템에서 응축기와 증발기 사이에 배치된 팽창 장치, 및 팽창 장치에 통신 가능하게 연결된 제어 패널을 포함한다. 제어 패널은, 증발기에서의 현재 액체 냉매 레벨을 포함하는 증기 압축 시스템의 파라미터에 기초하여, 증발기의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하고; 증발기에서의 현재 액체 냉매 레벨이 증발기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 미만이라는 결정에 응답하여, 팽창 장치의 개방을 증가시키기 위한 제1 제어 신호를 제공하며; 증발기에서의 현재 액체 냉매 레벨이 증발기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 초과라는 결정에 응답하여, 팽창 장치의 개방을 감소시키기 위한 제2 제어 신호를 제공하도록 구성된다.
도 1은 본 개시물의 일 양태에 따라, 상업적 환경에서 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템을 사용할 수 있는 빌딩의 일 실시형태의 사시도이다;
도 2는 본 개시물의 일 양태에 따라, HVAC 시스템의 일 실시형태의 사시도이다;
도 3은 본 개시물의 일 양태에 따라, 도 2의 HVAC 시스템의 일 실시형태의 개략도이다;
도 4는 본 개시물의 일 양태에 따라, 도 2의 HVAC 시스템의 일 실시형태의 개략도이다;
도 5는 본 개시물의 일 양태에 따라, 증기 압축 시스템의 작동 파라미터에 기초하여, HVAC 시스템의 응축기의 액체 냉매 레벨을 동적으로 제어하기 위한 방법의 일 실시형태의 흐름도이다; 그리고
도 6은 본 개시물의 일 양태에 따라, 증기 압축 시스템의 작동 파라미터에 기초하여, HVAC 시스템의 증발기의 액체 냉매 레벨을 동적으로 제어하기 위한 방법의 일 실시형태의 흐름도이다.
언급된 바와 같이, 많은 전통적인 냉각기 설계에서, 응축기에서의 냉매 레벨은 미리 결정된 고정 값으로 제어된다. 그러나, 냉각기의 효율은 증발기의 성능에 실질적으로 좌우되고, 증발기의 성능은 증발기에 존재하는 액체 냉매의 양에 실질적으로 좌우되는 것으로 현재 인식된다. 즉, 증발기의 작동 조건(예를 들어, 냉매의 온도, 압력, 양)은 냉각기 작동 동안 증발기의 하부 부분 또는 만액식(flooded) 부분에 존재하는 액체 냉매 레벨을 결정한다. 결과적으로, 증발기에서의 액체 냉매 레벨은 원하는 열전달이 이루어질 수 있게 하기 위해, 증발기의 비등관이 액체 냉매로 얼마나 효과적으로 커버되는지를 결정한다. 예를 들어, 증발기에서의 액체 냉매 레벨이 너무 낮은 경우, 증발기의 만액식 부분에 배치된 비등관의 일부분은 액체 냉매에 의해 효과적으로 커버(예를 들어, 실질적으로 침지)되지 않을 수 있으므로, 증발기 및 냉각기의 최적이 아닌 성능을 초래한다. 추가적으로, 냉각기 증발기에서의 액체 냉매 레벨이 너무 높은 경우, 충분히 기화되지 않은 액체 냉매가 증발기의 증기 냉매 배출구로부터 "캐리 오버(carry over)"되기 시작할 수 있으므로, 냉각기에 대한 작동 문제 및 신뢰성 문제를 초래할 수 있다.
추가적으로, 냉매 레벨이 응축기에서 고정 값으로 제어되는 경우, 증발기에서의 액체 냉매 레벨은 응축기에서의 액체 냉매 레벨에 따라 좌우된다. 즉, 일반적으로, 응축기에서의 액체 냉매 레벨이 감소함에 따라, 증발기에서의 액체 냉매 레벨은 증가한다. 따라서, 응축기에서의 액체 냉매 레벨이 너무 높은 경우, 증발기의 만액식 부분에서 비등관을 효과적으로 커버하기에 충분한 액체 냉매가 증발기에 존재하지 않을 수 있으므로, 증발기 및 냉각기 성능의 저하를 초래할 수 있다. 추가적으로, 응축기에서의 액체 냉매 레벨이 너무 높은 경우, 압축기는 부하를 냉각시키기 위한 최소 필요 전력 이상을 소비할 수 있는 것으로 인식된다. 그러나, 응축기에서의 액체 냉매 레벨이 너무 낮은 경우, 증발기에 전달되는 액체 냉매와 냉매 증기가 혼입될 수 있으므로, 증발기 및 냉각기 모두에 대한 실질적인 효율 손실을 초래할 수 있다. 또한, 증발기에 전달되는 액체 냉매와 냉매 증기의 혼입으로 인해, 냉각기의 하나 이상의 구성 요소가 정상 또는 정격 작동 파라미터 범위를 벗어나서 작동될 수 있다.
전술한 내용을 고려하여, 본 실시형태는 작동 동안 냉각기 효율성 및 신뢰성을 개선하기 위해, 냉각기 시스템의 증발기와 응축기 간에 냉매 충전을 연속적으로 재분배하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 실시형태는 증발기의 증기 냉매 배출구로부터의 실질적인 액체 캐리 오버를 초래함이 없이, 또는 응축기의 액체 냉매 배출구에서의 실질적인 가스 혼입을 초래함이 없이, 냉각기의 응축기와 증발기 간에 액체 냉매의 연속적인 재분배를 가능하게 한다. 보다 구체적으로는, 응축기 또는 증발기에서의 고정된 액체 냉매 레벨을 제공하도록 냉각기를 제어하는 대신에, 본 실시형태는 냉각기 시스템의 작동 파라미터에 기초하여 변경되는 응축기 또는 증발기에서의 가변 또는 동적 액체 냉매 레벨을 제공하도록 냉각기 시스템을 제어하는 것에 관한 것이다. 응축기에서의 액체 냉매의 양을 동적으로 가변시킴으로써, 증발기에서의 액체 냉매의 양도 간접적으로 동적으로 가변되어, 냉각기의 효율을 실질적으로 개선한다.
언급된 바와 같이, 응축기 또는 증발기의 액체 냉매 레벨 설정값은, 작동 동안 냉각기 시스템의 하나 이상의 파라미터에 기초하여 냉각기의 제어 회로에 의해 결정되는 동적 값을 갖는다. 예를 들어, 모니터링되는 파라미터는, 압축기 전력, 증발기 접근 온도, 액체 과냉각, 배출 과열(discharge superheat), 냉각기의 직접 측정된 파라미터에 기초하여 계산되거나 측정되는 다른 적합한 냉각기 파라미터(예를 들어, 온도, 압력, 유량, 전력), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 냉각기 시스템의 제어 회로는 신뢰성 감소 없이 개선된 냉각기 효율을 가능하게 하기 위해, 응축기 또는 증발기의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하여 동적으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 액체 캐리 오버 또는 가스 혼입 문제의 결과로 인한 신뢰성 감소 없이, 냉각기의 효율을 증가시키도록(예를 들어, 압축기 전력 소비를 감소시키도록), 응축기에서의 액체 냉매 레벨 설정값이 조정될 수 있다. 특정 실시형태에서, 액체 냉매 레벨 설정값은 수학적 모델에 기초하여 제어 회로에 의해 결정될 수 있거나, 다양한 조건 테스트에 기초하여 선험적일 수 있거나, 또는 수학적 모델링 및 테스트의 조합에 기초할 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 전형적인 상업적 환경을 위한 빌딩(12)에서의 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템(10)을 위한 환경의 일 실시형태의 사시도이다. HVAC 시스템(10)은 빌딩(12)을 냉방하기 위해 사용될 수 있는 냉각된 액체를 공급하는 증기 압축 시스템(14)을 포함할 수 있다. 또한, HVAC 시스템(10)은 빌딩(12)을 난방하기 위해 따뜻한 액체를 공급하기 위한 보일러(16), 및 빌딩(12)을 통하여 공기를 순환시키는 공기 분배 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 공기 분배 시스템은 환기관(18), 급기관(20), 및/또는 공기 처리기(22)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 공기 처리기(22)는, 도관(24)에 의해 보일러(16) 및 증기 압축 시스템(14)에 연결되는 열교환기를 포함할 수 있다. 공기 처리기(22)의 열교환기는 HVAC 시스템(10)의 작동 모드에 따라, 보일러(16)로부터 가열된 액체를 수용할 수 있거나, 증기 압축 시스템(14)으로부터 냉각된 액체를 수용할 수 있다. HVAC 시스템(10)은 빌딩(12)의 각각의 층에 별개의 공기 처리기가 있는 것으로 도시되지만, 다른 실시형태에서, HVAC 시스템(10)은 층 사이에 또는 층 간에 공유될 수 있는 공기 처리기(22) 및/또는 다른 구성 요소를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 HVAC 시스템(10)에 사용될 수 있는 증기 압축 시스템(14)의 실시형태이다. 증기 압축 시스템(14)은 압축기(32)로 시작되는 순환로를 통하여 냉매를 순환시킬 수 있다. 또한, 순환로는 응축기(34), 팽창 밸브(들) 또는 장치(들)(36), 및 액체 냉각기 또는 증발기(38)를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 증발기(38)는 본 개시물에 따라, 강하막(falling film) 유형 증발기(예를 들어, 하이브리드 강하막 유형 증발기) 또는 만액식 증발기일 수 있다. 증기 압축 시스템(14)은, 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기(42), 마이크로프로세서(44), 비휘발성 메모리(46), 및/또는 인터페이스 보드(48)를 갖는 제어 패널(40)(예를 들어, 제어기)을 더 포함할 수 있다.
증기 압축 시스템(14)에서 냉매로서 사용될 수 있는 유체의 몇몇 실시예는, 히드로플루오로카본(HFC)계 냉매, 예를 들어, R-410A, R-407, R-134a, 히드로플루오로-올레핀(HFO), 암모니아(NH3), R-717, 이산화탄소(CO2), R-744, 또는 탄화수소계 냉매, 수증기와 같은 "천연" 냉매, 낮은 지구 온난화 지수(GWP)를 갖는 냉매, 또는 임의의 다른 적합한 냉매이다. 일부 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 R-134a와 같은 중압 냉매에 비해, 저압 냉매로도 지칭되는, 1기압에서 약 19℃(화씨 66도 이하)의 기준 비등점을 갖는 냉매를 효율적으로 사용하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 "기준 비등점"은 1기압에서 측정된 비등점 온도를 지칭할 수 있다.
일부 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 가변 속도 구동 장치(VSD)(52), 모터(50), 압축기(32), 응축기(34), 팽창 밸브 또는 장치(36), 및/또는 증발기(38) 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 모터(50)는 압축기(32)를 구동시킬 수 있고, 가변 속도 구동 장치(VSD)(52)에 의해 전력 공급될 수 있다. VSD(52)는 특정 고정 라인 전압 및 고정 라인 주파수를 갖는 교류(AC) 전력을 AC 전원으로부터 수신하며, 가변 전압 및 주파수를 갖는 전력을 모터(50)에 제공한다. 다른 실시형태에서, 모터(50)는 AC 또는 직류(DC) 전원으로부터 직접 전력 공급될 수 있다. 모터(50)는, 전환형 릴럭턴스(switched reluctance) 모터, 유도 모터, 전자적 정류형 영구 자석 모터, 또는 다른 적합한 모터와 같이, VSD에 의해 전력 공급될 수 있거나 AC 또는 DC 전원으로부터 직접 전력 공급될 수 있는 임의의 유형의 전기 모터를 포함할 수 있다.
압축기(32)는 냉매 증기를 압축하고, 배출 통로를 통하여 응축기(34)에 증기를 전달한다. 일부 실시형태에서, 압축기(32)는 원심 압축기일 수 있다. 압축기(32)에 의해 응축기(34)로 펌핑된 냉매 증기는 응축기(34)의 냉각 유체(예를 들어, 물 또는 공기)에 열을 전달할 수 있다. 냉매 증기는 냉각 유체와의 열의 열전달의 결과로서 응축기(34)에서 냉매 액체로 응축될 수 있다. 응축기(34)로부터의 냉매 액체는 냉매 액체의 온도 및 압력을 감소시키기 위한 목적으로, 팽창 장치(36)를 통하여 증발기(38)로 유동할 수 있다. 도 3의 도시된 실시형태에서, 응축기(34)는 수냉식이며, 냉각 유체를 응축기에 공급하는 냉각탑(56)에 연결된 관다발(54)을 포함한다.
증발기(38)에 전달된 냉매 액체는 응축기(34)에서 사용된 동일한 냉각 유체일 수 있거나 동일한 냉각 유체가 아닐 수도 있는, 다른 냉각 유체로부터 열을 흡수할 수 있다. 증발기(38)의 냉매 액체는 냉매 액체로부터 냉매 증기로의 상 변화를 겪을 수 있다. 도 3의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 증발기(38)는, 냉각 부하(62)에 연결된 공급 라인(60S) 및 복귀 라인(60R)을 갖는 관다발(58)을 포함할 수 있다. 증발기(38)의 냉각 유체(예를 들어, 물, 에틸렌 글리콜, 염화칼슘 염수, 염화나트륨 염수, 또는 임의의 다른 적합한 유체)는 복귀 라인(60R)을 통해 증발기(38)에 유입되고, 공급 라인(60S)을 통해 증발기(38)로부터 배출된다. 증발기(38)는 냉매와의 열의 열전달을 통해 관다발(58)의 냉각 유체의 온도를 감소시킬 수 있다. 증발기(38)의 관다발(58)은 복수의 관 및/또는 복수의 관다발을 포함할 수 있다. 어떤 경우이든, 냉매 증기가 증발기(38)로부터 배출되어 흡인 라인에 의해 압축기(32)로 복귀함으로써 사이클을 완료한다.
도 4는 응축기(34)와 팽창 장치(36) 사이에 포함되는 중간 순환로(64)를 갖는 증기 압축 시스템(14)의 개략도이다. 중간 순환로(64)는 응축기(34)에 직접 유체 연결되는 흡입구 라인(68)을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 흡입구 라인(68)은 응축기(34)에 간접적으로 유체 결합될 수 있다. 도 4의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 흡입구 라인(68)은 중간 용기(70)의 상류에 위치된 제1 팽창 장치(66)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 중간 용기(70)는 플래시 탱크(예를 들어, 플래시 인터쿨러(flash intercooler))일 수 있다. 다른 실시형태에서, 중간 용기(70)는 열교환기 또는 "표면 이코노마이저(economizer)"로 구성될 수 있다. 도 4의 도시된 실시형태에서, 중간 용기(70)는 플래시 탱크로서 사용되며, 제1 팽창 장치(66)는 응축기(34)로부터 수용되는 냉매 액체의 압력을 감소(예를 들어, 팽창)시키도록 구성된다. 팽창 과정 동안, 액체의 일부분이 기화될 수 있으므로, 중간 용기(70)는 증기를 제1 팽창 장치(66)로부터 수용되는 액체와 분리시키기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 중간 용기(70)는, (예를 들어, 중간 용기(70)에 유입될 때 겪는 체적의 급격한 증가로 인해) 중간 용기(70)에 유입될 때 냉매 액체가 겪는 압력 강하 때문에, 냉매 액체의 추가적인 팽창을 제공할 수 있다. 중간 용기(70)의 증기는 원심 압축기를 통하여, 또는 압축기(32)의 흡인 라인(74)을 통하여 압축기(32)에 의해 흡인될 수 있다. 다른 실시형태에서, 중간 용기의 증기는 압축기(32)의 (예를 들어, 흡인 스테이지가 아닌) 중간 스테이지로 흡인될 수 있다. 중간 용기(70)에 포집되는 액체는 중간 용기(70) 및/또는 팽창 장치(66)에서의 팽창으로 인해, 응축기(34)로부터 배출되는 냉매 액체보다 더 낮은 엔탈피(enthalpy)로 있을 수 있다. 그 다음, 중간 용기(70)로부터의 액체는 라인(72)에서 제2 팽창 장치(36)를 통하여 증발기(38)로 유동할 수 있다.
증기 압축 시스템(14)은 설치 시에 시스템 내로 유입되는 냉매 충전물을 포함하며, 이러한 냉매 충전물은 작동 동안 냉매 액체, 냉매 증기, 및 이들의 혼합물로서 증기 압축 시스템(14) 전반에 걸쳐서 분배된다. 도 3을 다시 참조하면, 도시된 증기 압축 시스템(14)에서 상당 부분의 액체 냉매는 작동 동안 응축기(34) 또는 증발기(38)에 배치된다. 따라서, 이러한 실시형태에서, (응축기(34)의 액체 냉매 레벨(82)로 표시된 바와 같이) 응축기(34)에 존재하는 액체 냉매(80)의 양을 감소시킴으로써, (증발기(38)의 액체 냉매 레벨(84)로 표시된 바와 같이) 증발기(38)에 존재하는 액체 냉매(81)의 양이 대체로 증가하며, 그 반대로도 마찬가지임을 이해할 수 있다. 추가적인 실시예로서, 도 4를 참조하면, 상당 부분의 액체 냉매가 응축기(34), 중간 용기(70), 또는 증발기(38)에 배치된다. 이러한 실시형태에서, 중간 용기(70)에서의 액체 냉매의 양은 고정된 액체 냉매 레벨로 제어될 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서, 도 4의 증기 압축 시스템(14)에서, 액체 냉매 레벨(82)을 감소시킴으로써, 증발기(38)의 액체 냉매 레벨(84)이 또한 대체로 증가하며, 그 반대로도 마찬가지이다. 도 3의 증기 압축 시스템(14)은 아래에 설명되는 바와 같이, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)을 측정하도록 구성된 센서(83)(예를 들어, 액면(liquid level) 센서)를 포함한다. 언급된 바와 같이, 다른 실시형태에서, 증발기(38)는 유사한 액체 냉매 레벨 센서를 더 포함할 수 있다.
언급된 바와 같이, 많은 전통적인 냉각기 설계에서, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)은 미리 결정된 고정 값으로 제어된다. 그러나, 증기 압축 시스템(14)의 성능은 응축기(34)와 증발기(38) 간의 액체 냉매의 분배에 따라 실질적으로 좌우된다. 특히, (액체 냉매 레벨(84)로 표시된 바와 같은) 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨이 너무 낮은 경우, (예를 들어, 증발기(38)의 만액식 구역에 배치되는) 관다발(58)의 비등관은 액체 냉매에 의해 효과적으로 커버되지 않을 수 있으므로, 부하(62)로부터 전달될 수 있는 열의 양을 제한할 수 있다. 추가적으로, 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨(84)이 너무 높은 경우, 충분히 기화되지 않은 액체 냉매가 증발기의 증기 냉매 배출구(86)로부터 압축기(32)의 증기 흡입구(88)로 캐리 오버될 수 있으므로, 증기 압축 시스템(14)의 효율을 감소시키고, 잠재적으로 압축기(32)를 손상시킬 수 있다. 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)이 너무 낮은 경우, 증발기(38)의 흡입구(90)에 전달되는 액체 냉매에 냉매 증기가 바람직하지 않게 혼입될 수 있으므로, 증발기(38) 및 증기 압축 시스템(14)의 효율을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)이 너무 높은 경우, 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨(84)은 증발기(38)의 만액식 부분(92)에 배치된 관다발(58)의 비등관을 효과적으로 커버하기에 충분하지 않을 수 있다.
전술한 내용을 고려하여, 본 실시형태는 작동 동안 냉각기 효율을 개선하고, 전술한 액체 캐리 오버 및 가스 혼입 문제를 제한(예를 들어, 차단, 방지)하기 위해, 냉각기 시스템의 응축기와 증발기 간에 액체 냉매의 양을 연속적으로 재분배하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 제어 패널(40)은 증기 압축 시스템(14)의 파라미터 및 조건을 모니터링할 수 있으며, 시스템(14)의 파라미터 및 조건에 기초하여, 증발기(38) 또는 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)을 증가 또는 감소시키기 위한 적합한 제어 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 제어 패널(40)은 시스템(14)의 모니터링된 파라미터 및 조건에 기초하여, 증발기(38) 또는 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정할 수 있고, 결정된 액체 냉매 레벨 설정값에 도달하도록 액체 냉매 레벨(82)을 증가 또는 감소시키기 위한 적합한 제어 신호를 (예를 들어, 팽창 장치(36 및 66)에, 압축기(32)에) 제공할 수 있다. 언급된 바와 같이, 증발기(38) 또는 응축기(34)의 액체 냉매 레벨 설정값은 작동 동안, 증기 압축 시스템(14) 및/또는 HVAC 시스템(10)의 다른 부분의 하나 이상의 파라미터에 기초하여, 제어 패널(40)에 의해 결정되는 동적 값을 갖는다. 예를 들어, 이러한 파라미터는 증기 압축 시스템(14)의 측정된 파라미터(예를 들어, 온도, 압력, 유량, 전력), 및/또는 HVAC 시스템(10)의 측정된 파라미터에 기초하여 계산된 파라미터, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
특히, 특정 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)의 파라미터는, 증발기(38)의 관다발(58)로부터 배출되는 액체수의 온도와 증발기(38)에서의 액체 냉매(81)의 온도 사이의 차로 정의되는 증발기 접근 온도를 포함할 수 있다. 도시된 증기 압축 시스템(14)은, 증발기에서의 액체 냉매(81)의 온도를 측정하도록 구성되는, 증발기(38)에 배치된 제1 센서(94)(예를 들어, 온도 센서)를 포함하고, 관다발(58)로부터 배출되는 액체수의 온도를 측정하도록 구성된 제2 센서(96)(예를 들어, 온도 센서)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 증발기(38)는 추가적으로 또는 대안적으로 액면 센서를 포함할 수 있으며, 증기 압축 시스템(14)의 파라미터는 아래에 설명되는 바와 같이, 증발기(38)의 액면을 포함할 수 있음을 유의할 수 있다. 센서(94 및 96) 뿐만 아니라, 아래에 설명되는 센서는 제어 패널(40)에 통신 가능하게 연결되어, 증기 압축 시스템(14)의 측정된 파라미터를 제어 패널(40)의 마이크로프로세서(44)에 제공함으로써, 제어 패널(40)은 이러한 측정된 파라미터에 기초하여, 응축기(34) 또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 변경할 수 있다. 일반적으로, 증발기 접근 온도는 에너지 소비를 줄이고 냉각기 효율을 개선하기 위해 가급적 작은 것이 바람직하다. 증발기 접근 온도가 미리 결정된 증발기 접근 온도 임계치(예를 들어, 2 °F, 3 °F, 5 °F)를 초과하는 경우(이는 부하(62)에 의한 냉각 수요량의 증가를 나타낼 수 있음), 제어 패널(40)은 증발기(38)에 전달되는 액체 냉매의 양을 증가시키기 위해, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시킬 수 있다(또는 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시킬 수 있다).
특정 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)의 파라미터는, 응축기(34)로부터 배출되는 냉매의 측정된 온도와 계산된 포화 온도 사이의 차로 정의되는, 증기 압축 시스템(14)에서의 액체 과냉각량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 응축기(34)의 액체 냉매 배출구(100) 근처에 위치된 온도 및 압력 센서(98)를 포함하며, 제어 패널(40)은 응축기(34)의 액체 냉매 배출구(100) 근처의 액체 냉매의 측정된 압력에 기초하여 냉매의 포화 온도를 결정할 수 있고, 그 다음, 이러한 포화 온도를 응축기(34)의 액체 냉매 배출구(100)에서의 액체 냉매의 측정된 온도와 비교하여 과냉각량을 결정할 수 있다. 일반적으로, 과냉각량은 증기 압축 시스템(14)의 작동 동안 실질적으로 일정한 것이 바람직하다. 따라서, 증기 압축 시스템(14)에서의 과냉각량이 미리 결정된 최소 과냉각 임계치 미만으로 감소한다고 제어 패널(40)이 결정하는 경우, 최소 과냉각 임계치 이상으로 과냉각량을 복구하기 위해, 응축기(34)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킬 수 있다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킬 수 있다). 과냉각량이 미리 결정된 최대 과냉각 임계치 초과로 증가한 것으로 제어 패널(40)이 결정하는 경우, 미리 결정된 최대 과냉각 임계치 이하로 과냉각량을 감소시킴으로써, 에너지 소비를 줄이고 증기 압축 시스템(14)의 효율을 개선하기 위해, 응축기(34)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킬 수 있다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킬 수 있다).
특정 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)의 모니터링되는 파라미터는, 압축기(32)로부터 배출되는 냉매의 측정된 온도와 계산된 포화 온도 사이의 차로 정의되는, 증기 압축 시스템(14)에서의 배출 과열량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)은 압축기(32)의 냉매 배출구(104) 근처에 위치된 센서(102)(예를 들어, 온도 및 압력 센서)를 포함하며, 제어 패널(40)은 압축기(32)의 냉매 배출구(104) 근처의 냉매의 측정된 압력에 기초하여, 냉매의 포화 온도를 결정할 수 있다. 그 다음, 제어 패널(40)은 계산된 포화 온도를 센서(102)에 의해 또한 수집되는 측정된 냉매 온도와 비교한다. 일반적으로, 배출 과열량은 증기 압축 시스템(14)의 작동 동안 실질적으로 일정한 것이 바람직하다. 또한, 냉매 액체가 바람직하지 않게 증발기(38)로부터 압축기(32)로 캐리 오버되기 시작함에 따라, 배출 과열이 크게 강하되는 것으로 현재 인식된다. 따라서, 배출 과열량이 미리 결정된 배출 과열 임계치 미만(예를 들어, 더 낮은 배출 과열 임계치)으로 감소한 것으로 제어 패널(40)이 결정하는 경우, 제어 패널(40)은 증발기(38)에서의 액체 냉매의 양을 감소시킴으로써, 압축기(32)로의 냉매 액체 캐리 오버를 감소(예를 들어, 차단, 방지)시키기 위해, 응축기(34)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킬 수 있다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킬 수 있다). 유사하게, 배출 과열량이 미리 결정된 배출 과열 임계치(예를 들어, 배출 과열 상한 임계치) 초과로 증가한 것으로 제어 패널(40)이 결정하는 경우, 제어 패널(40)은 예를 들어, 미리 결정된 최소 배출 과열 임계치와 미리 결정된 최대 배출 과열 임계치 사이에서 배출 과열을 유지하기 위해, 응축기(34)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킬 수 있다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킬 수 있다). 다른 실시형태에서, 센서(106)(예를 들어, 액체 냉매 센서, 액체 캐리 오버 센서)가 추가적으로 또는 대안적으로, 증발기(38)의 증기 냉매 배출구(86) 근처에 위치될 수 있으며, 액체 냉매 캐리 오버의 표시로서 액체 냉매의 존재를 검출하도록 구성될 수 있다.
특정 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)의 모니터링되는 파라미터는 증기 압축 시스템(14)의 압축기(32)에 의해 소비되는 전력량을 포함할 수 있다. 압축기(32)의 작동은 증기 압축 시스템(14)에 의해 소비되는 총 전력의 상당 부분에 해당하기 때문에, 일반적으로, 시스템(14)의 효율을 최대화하기 위해 압축기(32)의 전력 소비가 최소화되는 것이 바람직하다. 따라서, 특정 실시형태에서, 증기 압축 시스템(14)의 작동 효율의 척도는 증기 압축 시스템(14)의 작동 동안 압축기(32)에 의한 전력 소비에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은, 증발기(38)에 전달되는 냉매에서의 냉매 증기 혼입, 및/또는 압축기(32)로의 냉매 액체 캐리 오버를 또한 감소(예를 들어, 차단, 방지)시키면서, 압축기(32)에 의해 소비되는 전력을 최소화하는 방식으로, 응축기(34) 또는 증발기(38)의 액체 냉매 레벨 설정값을 제어할 수 있다.
특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 본원에서 설명된 증기 압축 시스템(14)의 적어도 하나의 파라미터, 또는 이들의 조합에 기초하여, 응축기(34) 또는 증발기(38)의 액체 냉매 레벨 설정값을 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태의 증기 압축 시스템(14)은 응축기(34) 또는 증발기(38)의 내부 냉매 체적의 2% 초과, 5% 초과, 8% 초과, 또는 10% 이상으로, 응축기(34) 또는 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨(82)을 가변시킬 수 있다. 구체적인 실시예로서, 증기 압축 시스템(14)의 활성화 시에, 응축기(34)의 내부 냉매 체적의 약 50%가 액체 냉매로 초기에 충전된 경우, 작동 동안 증기 압축 시스템(14)의 파라미터 및 조건에 따라, 응축기(34)의 내부 냉매 체적의 약 40% 내지 약 60%가 상이한 시간에 액체 냉매로 충전될 수 있다.
제어 패널(40)은 작동 동안 증기 압축 시스템(14)의 파라미터 및 조건의 조합에 기초하여, 응축기(34)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킨다). 예를 들어, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)이 미리 결정된 최소 응축기 액체 냉매 레벨 미만이라는 결정에 응답하여, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킨다). 특히, 미리 결정된 최소 응축기 액체 냉매 레벨은, 응축기(34)로부터 배출되는 액체 냉매(80)에 상당한 양의 냉매 증기가 혼입될 수 있게 하도록 충분히 낮게 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)이 강하되는 것을 방지하도록 선택될 수 있다. 또한, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 액체 냉매가 증발기(38)로부터 압축기(32)로 캐리 오버되기 시작한다는 결정에 응답하여, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킨다). 언급된 바와 같이, 제어 패널(40)은 압축기(32)의 배출구 근처에 배치된 센서(102)를 통해, 및/또는 증발기(38)와 압축기(32) 사이에 배치된 액체 냉매 센서(106)를 통해, 액체 캐리 오버의 발생을 결정할 수 있다. 또한, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 증기 압축 시스템(14)의 과냉각이 미리 결정된 최소 액체 과냉각 임계치 미만이라는 결정에 응답하여, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킨다).
또한, 제어 패널(40)은 작동 동안 증기 압축 시스템(14)의 파라미터 및 조건의 조합에 기초하여, 응축기(34)의 냉매 액면 설정값을 감소시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킨다). 예를 들어, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 응축기(34)의 냉매 액면 설정값을 상대적 최소값으로 감소시킴으로써(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 상대적 최대값으로 증가시킴으로써), 증기 압축 시스템(14)의 효율을 최대화할 수 있으며, 이러한 최소값/최대값은 전술한 액체 냉매에서의 가스 혼입 또는 액체 냉매 캐리 오버의 문제를 방지하기에 충분하다. 또한, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 증발기 접근 온도가 미리 결정된 최대 증발기 접근 온도 초과라는 결정에 응답하여, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킨다). 예를 들어, 증발기 접근 온도의 증가는 부하(62)에 의한 증가된 냉각 수요량을 나타낼 수 있으며, 응축기(34)에서의 냉매 액면 설정값을 감소시킴으로써(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킴으로써) 액체 캐리 오버 및 가스 혼입의 전술한 문제를 여전히 방지하면서, 이러한 증가된 수요량을 수용할 수 있다. 또한, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 증기 압축 시스템(14)의 과냉각이 미리 결정된 최대 액체 과냉각 임계치 초과라는 결정에 응답하여, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킨다). 또한, 특정 실시형태에서, 제어 패널(40)은 압축기(32)의 전력 소비를 감소시키기 위해, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시킨다(또는 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킨다). 예를 들어, 전술한 액체 캐리 오버 또는 가스 혼입 문제를 야기하지 않는 상대적 최소값으로 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시킴으로써(또는 상대적 최대값으로 증발기(38)에서의 냉매 액면 설정값을 증가시킴으로써), 제어 패널(40)은 압축기(32)에 의한 전력 소비를 감소시킬 수 있으므로, 증기 압축 시스템(14) 및 HVAC 장치(10)의 효율을 개선할 수 있다. 특히, 현재 개시된 제어 전략은 작동 비용의 상당한 절감에 해당하는 약 5% 내지 10%만큼 증기 압축 시스템의 작동 효율을 개선할 수 있는 것으로 여겨진다.
도 5는 작동 동안 증기 압축 시스템의 파라미터에 기초하여, 증기 압축 시스템(14)의 응축기(34)의 액체 냉매 레벨(82)을 동적으로 제어하기 위한 방법(120)의 일 실시형태를 도시하는 흐름도이다. 도시된 방법(120)은 컴퓨터 판독 가능 명령으로서 비휘발성 메모리(46)에 저장될 수 있으며, 제어 패널(40)의 마이크로프로세서(44), 또는 다른 적합한 처리 또는 제어 회로에 의해 실행될 수 있다. 다른 실시형태에서, 본 개시물에 따라, 방법(120)의 도시된 단계가 생략되거나, 반복되거나, 다른 순서로 수행될 수 있다.
도시된 방법(120)은 제어 패널(40)이 증기 압축 시스템(14)의 파라미터를 결정하는 단계(블록(122))로 시작된다. 설명된 바와 같이, 증기 압축 시스템(14)은 제어 패널(40)에 통신 가능하게 연결된 액면 센서, 온도 센서, 압력 센서 등을 포함하는 임의의 수의 적합한 센서를 포함할 수 있다. 특히, 제어 패널(40)은 응축기(34)에서의 현재 냉매 액면(82)을 표시하는, 응축기(34)의 액면 센서(83)로부터의 측정치를 수신한다. 추가적으로, 제어 패널(40)은 설명된 바와 같이, 증기 압축 시스템(14)의 다양한 센서로부터 수신된 측정치에 기초하여, 과냉각, 배출 과열, 및 증발기 접근 온도와 같은, 증기 압축 시스템(14)의 임의의 적합한 파라미터를 결정할 수 있다.
도시된 방법(120)은, 제어 패널(40)이 블록(122)에서 결정된 증기 압축 시스템(14)의 파라미터에 기초하여, 증기 압축 시스템(14)의 응축기(34)의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계(블록(124))로 계속된다. 즉, 응축기(34)에서의 현재 냉매 액면(82), 및 증기 압축 시스템(14)의 결정된 작동 파라미터에 기초하여, 제어 패널(40)은 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)이 증가 또는 감소되어야 한다고 결정할 수 있다. 언급된 바와 같이, 액체 캐리 오버 및 가스 혼입을 감소시키는 것과 더불어, 제어 패널(40)은 부하(62)의 냉각 수요량을 여전히 충족시키면서, 증기 압축 시스템(14)의 전력 소비를 상대적 최소값으로 최소화할 수 있다. 특히, 언급된 바와 같이, 제어 패널(40)은 액체 냉매 레벨(82)이 가스 혼입 문제를 방지하기 위한 미리 결정된 최소 냉매 레벨 임계치 미만으로 강하되지 않도록 보장한다.
도시된 방법(120)은, 제어 패널(40)이 블록(124)에서 결정된 액체 냉매 레벨 설정값, 및 블록(122)에서 결정된 측정된 액체 냉매 레벨(82)에 기초하여, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)을 증가 또는 감소시키도록 증기 압축 시스템(14)의 작동을 변경하기 위한 신호를 전송하는 단계(블록(126))로 계속된다. 특히, 제어 패널(40)은 압축기의 속도를 증가 또는 감소시키기 위한 제어 신호를 제공, 및/또는 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)을 변경하도록 팽창 장치(36 및 66)를 통하는 유량을 증가 또는 감소시키기 위한 제어 신호를 제공할 수 있다. 화살표(128)로 표시된 바와 같이, 제어 패널(40)은 증기 압축 시스템(14)의 변경되는 파라미터, 및 부하(62)의 변경되는 냉각 수요량에 기초하여, 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)을 연속적으로 모니터링 및 변경하기 위해, 블록(122, 124, 및 126)의 단계를 반복할 수 있다.
도 6은 작동 동안 증기 압축 시스템(14)의 파라미터에 기초하여, 증기 압축 시스템(14)의 증발기(38)의 액체 냉매 레벨(84)을 동적으로 제어하기 위한 방법(130)의 일 실시형태를 도시하는 흐름도이다. 도시된 방법(130)은 컴퓨터 판독 가능 명령으로서 비휘발성 메모리(46)에 저장될 수 있으며, 제어 패널(40)의 마이크로프로세서(44), 또는 다른 적합한 처리 또는 제어 회로에 의해 실행될 수 있다. 다른 실시형태에서, 본 개시물에 따라, 방법(130)의 도시된 단계가 생략되거나, 반복되거나, 다른 순서로 수행될 수 있다.
도시된 방법(130)은 제어 패널(40)이 증기 압축 시스템(14)의 파라미터를 결정하는 단계(블록(132))로 시작된다. 설명된 바와 같이, 증기 압축 시스템(14)은 제어 패널(40)에 통신 가능하게 연결된 액면 센서, 온도 센서, 압력 센서 등을 포함하는 임의의 수의 적합한 센서를 포함할 수 있다. 특히, 제어 패널(40)은 증발기(38)에서의 현재 냉매 액면(84)을 표시하는, 증발기(38)의 액면 센서로부터의 측정치를 수신한다. 추가적으로, 제어 패널(40)은 설명된 바와 같이, 증기 압축 시스템(14)의 다양한 센서로부터 수신된 측정치에 기초하여, 과냉각, 배출 과열, 및 증발기 접근 온도와 같은, 증기 압축 시스템(14)의 임의의 적합한 파라미터를 결정할 수 있다.
도시된 방법(130)은, 제어 패널(40)이 블록(132)에서 결정된 증기 압축 시스템(14)의 파라미터에 기초하여, 증기 압축 시스템(14)의 증발기(38)의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계(블록(134))로 계속된다. 즉, 증발기(38)에서의 현재 냉매 액면(84), 및 증기 압축 시스템(14)의 결정된 작동 파라미터에 기초하여, 제어 패널(40)은 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨(84)이 증가 또는 감소되어야 한다고 결정할 수 있다. 언급된 바와 같이, 액체 캐리 오버 및 가스 혼입을 감소시키는 것과 더불어, 제어 패널(40)은 부하(62)의 냉각 수요량을 여전히 충족시키면서, 증기 압축 시스템(14)의 전력 소비를 상대적 최소값으로 최소화할 수 있다. 특히, 언급된 바와 같이, 제어 패널(40)은 응축기(34)에서의 액체 냉매 레벨(82)이 가스 혼입 문제를 완화, 감소, 또는 방지하기 위한 미리 결정된 최소 냉매 레벨 임계치 미만으로 강하되지 않도록 보장한다.
도시된 방법(130)은, 제어 패널(40)이 블록(134)에서 결정된 액체 냉매 레벨 설정값, 및 블록(132)에서 결정된 측정된 액체 냉매 레벨(84)에 기초하여, 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨(84)을 증가 또는 감소시키도록 증기 압축 시스템(14)의 작동을 변경하기 위한 신호를 전송하는 단계(블록(136))로 계속된다. 특히, 제어 패널(40)은 압축기(32)의 속도를 증가 또는 감소시키기 위한 제어 신호를 제공, 및/또는 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨(84)을 변경하도록 팽창 장치(36 및 66)를 통하는 유량을 증가 또는 감소시키기 위한 제어 신호를 제공할 수 있다. 화살표(138)로 표시된 바와 같이, 제어 패널(40)은 증기 압축 시스템(14)의 변경되는 파라미터, 및 부하(62)의 변경되는 냉각 수요량에 기초하여, 증발기(38)에서의 액체 냉매 레벨(84)을 연속적으로 모니터링 및 변경하기 위해, 블록(132, 134, 및 136)의 단계를 반복할 수 있다.
본 개시물의 기술적 효과는, 신뢰성 감소 없이 개선된 냉각기 효율을 가능하게 하기 위해, 응축기 또는 증발기에서의 액체 냉매 레벨 설정값을 동적으로 조정하도록 구성된 제어 회로를 갖는 증기 압축 시스템의 제조를 가능하게 하는 것을 포함한다. 예를 들어, 증발기로부터 압축기로의 액체 캐리 오버, 또는 응축기로부터 증발기로 전달되는 액체 냉매에서의 가스 혼입의 결과로 인한 신뢰성 감소 없이, 냉각기의 효율을 증가시키도록(예를 들어, 압축기 전력 소비를 감소시키도록) 액체 냉매 레벨 설정값이 조정될 수 있다. 본 개시물에 따라, 응축기 또는 증발기의 액체 냉매 레벨 설정값은 수학적 모델에 기초하여 제어 회로에 의해 결정될 수 있거나, 다양한 조건 테스트에 기초하여 선험적일 수 있거나, 또는 수학적 모델링 및 테스트의 조합에 기초할 수 있다.
특정한 특징 및 실시형태만이 도시되고 설명되었지만, 청구범위에 나열된 청구 대상의 새로운 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어남이 없이, 많은 변형 및 변경이 당업자에게 이루어질 수 있다(예를 들어, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 파라미터의 값(예를 들어, 온도, 압력 등), 장착 배열, 재료의 사용, 색상, 배향 등에서의 변동). 임의의 공정 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시형태에 따라 가변되거나 재배열될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상에 속하는 그러한 모든 변형 및 변경을 포함하도록 의도됨을 이해해야 한다. 또한, 예시적인 실시형태의 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로, 실제 구현의 모든 특징이 설명되지 않았을 수 있다(즉, 본 발명을 수행하는 현재 고려되는 최상의 모드와 관련되지 않은 것들, 또는 청구된 발명을 가능하게 하는 것과 관련되지 않은 것들). 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 임의의 그러한 실제 구현의 개발 시에, 다수의 구현 특정된 결정이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 과도한 실험 없이, 본 개시물의 이점을 얻는 당업자에게는 일상적인 설계, 제작, 및 제조 작업일 것이다.

Claims (20)

  1. 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템으로서,
    상기 HVAC 시스템의 증기 압축 시스템을 형성하도록 함께 유체 결합되는 응축기, 증발기, 및 압축기;
    상기 증기 압축 시스템에서 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치된 팽창 장치;
    상기 팽창 장치에 통신 가능하게 연결된 제어 패널을 포함하며,
    상기 제어 패널은,
    상기 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨을 포함하는 상기 증기 압축 시스템의 파라미터에 기초하여, 상기 응축기의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하고;
    상기 응축기에서의 상기 현재 액체 냉매 레벨이 상기 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 초과라는 결정에 응답하여, 상기 팽창 장치의 개방을 증가시키기 위한 제1 제어 신호를 제공하며;
    상기 응축기에서의 상기 현재 액체 냉매 레벨이 상기 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 미만이라는 결정에 응답하여, 상기 팽창 장치의 개방을 감소시키기 위한 제2 제어 신호를 제공하도록 구성되는,
    난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 증기 압축 시스템의 증발기 접근 온도를 결정하고;
    상기 증발기 접근 온도가 미리 결정된 최대 증발기 접근 온도 초과인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 증기 압축 시스템의 과냉각량을 결정하고;
    상기 과냉각량이 미리 결정된 최대 과냉각 임계치 초과인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 과냉각량이 미리 결정된 최소 과냉각 임계치 미만인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 증기 압축 시스템의 배출 과열을 결정하고;
    상기 배출 과열이 미리 결정된 최소 배출 과열 임계치 미만인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 배출 과열이 미리 결정된 최대 배출 과열 임계치 초과인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 증기 압축 시스템의 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치되고, 상기 증기 압축 시스템의 상기 제어 패널에 통신 가능하게 연결된 액체 캐리 오버 센서(liquid carry over sensor)를 포함하며,
    상기 제어 패널은,
    상기 액체 캐리 오버 센서가 상기 증기 압축 시스템의 상기 증발기와 상기 압축기 간의 액체 캐리 오버를 검출하는 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  8. 증기 압축 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    상기 증기 압축 시스템의 파라미터에 기초하여, 상기 증기 압축 시스템의 응축기의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계로서, 상기 파라미터는 상기 응축기에서의 현재 액체 냉매 레벨을 포함하는, 단계;
    상기 응축기에서의 상기 현재 액체 냉매 레벨이 상기 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 초과라는 결정에 응답하여, 상기 증기 압축 시스템의 팽창 장치의 개방을 증가시키기 위한 제1 제어 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 응축기에서의 상기 현재 액체 냉매 레벨이 상기 응축기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 미만이라는 결정에 응답하여, 상기 팽창 장치의 개방을 감소시키기 위한 제2 제어 신호를 제공하는 단계를 포함하는,
    증기 압축 시스템을 작동시키는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계는,
    상기 증기 압축 시스템의 증발기 접근 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 증발기 접근 온도가 미리 결정된 최대 증발기 접근 온도 초과인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계는,
    상기 응축기로부터 배출되는 액체 냉매의 온도 및 압력을 측정하는 단계;
    상기 응축기로부터 배출되는 상기 액체 냉매의 측정된 압력에 기초하여, 상기 액체 냉매의 계산된 포화 온도를 결정하는 단계; 및
    상기 응축기로부터 배출되는 상기 액체 냉매의 측정된 온도와 상기 액체 냉매의 상기 계산된 포화 온도 사이의 차에 기초하여, 상기 증기 압축 시스템의 과냉각량을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계는,
    상기 결정된 과냉각량이 미리 결정된 최대 과냉각 임계치 초과인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키는 단계; 및
    상기 결정된 과냉각량이 미리 결정된 최소 과냉각 임계치 미만인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계는,
    상기 증기 압축 시스템의 압축기로부터 배출되는 냉매의 온도 및 압력을 측정하는 단계;
    상기 압축기로부터 배출되는 상기 냉매의 측정된 압력에 기초하여, 상기 냉매의 계산된 포화 온도를 결정하는 단계; 및
    상기 압축기로부터 배출되는 상기 냉매의 측정된 온도와 상기 냉매의 상기 계산된 포화 온도 사이의 차에 기초하여, 상기 증기 압축 시스템의 배출 과열을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계는,
    상기 배출 과열이 미리 결정된 최소 배출 과열 임계치 미만인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키는 단계; 및
    상기 배출 과열이 미리 결정된 최대 배출 과열 임계치 초과인 것에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하는 단계는,
    상기 증기 압축 시스템의 증발기와 압축기 간의 액체 캐리 오버를 검출하는 단계에 응답하여, 상기 응축기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템으로서,
    상기 HVAC 시스템의 증기 압축 시스템을 형성하도록 함께 유체 결합되는 응축기, 증발기, 및 압축기;
    상기 증기 압축 시스템에서 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치된 팽창 장치;
    상기 팽창 장치에 통신 가능하게 연결된 제어 패널을 포함하며,
    상기 제어 패널은,
    상기 증발기에서의 현재 액체 냉매 레벨을 포함하는 상기 증기 압축 시스템의 파라미터에 기초하여, 상기 증발기의 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하고;
    상기 증발기에서의 상기 현재 액체 냉매 레벨이 상기 증발기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 미만이라는 결정에 응답하여, 상기 팽창 장치의 개방을 증가시키기 위한 제1 제어 신호를 제공하며;
    상기 증발기에서의 상기 현재 액체 냉매 레벨이 상기 증발기의 결정된 액체 냉매 레벨 설정값 초과라는 결정에 응답하여, 상기 팽창 장치의 개방을 감소시키기 위한 제2 제어 신호를 제공하도록 구성되는,
    난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 증기 압축 시스템의 증발기 접근 온도를 결정하고;
    상기 증발기 접근 온도가 미리 결정된 최대 증발기 접근 온도 초과인 것에 응답하여, 상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 증기 압축 시스템의 과냉각량을 결정하고;
    상기 과냉각량이 미리 결정된 최대 과냉각 임계치 초과인 것에 응답하여, 상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 과냉각량이 미리 결정된 최소 과냉각 임계치 미만인 것에 응답하여, 상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 결정하기 위해, 상기 제어 패널은,
    상기 증기 압축 시스템의 배출 과열을 결정하고;
    상기 배출 과열이 미리 결정된 최소 배출 과열 임계치 미만인 것에 응답하여, 상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키며;
    상기 배출 과열이 미리 결정된 최대 배출 과열 임계치 초과인 것에 응답하여, 상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 증가시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 증기 압축 시스템의 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치되고, 상기 증기 압축 시스템의 상기 제어 패널에 통신 가능하게 연결된 액체 캐리 오버 센서를 포함하며,
    상기 제어 패널은,
    상기 액체 캐리 오버 센서가 상기 증기 압축 시스템의 상기 증발기와 상기 압축기 간의 액체 캐리 오버를 검출하는 것에 응답하여, 상기 증발기의 상기 액체 냉매 레벨 설정값을 감소시키도록 구성되는, HVAC 시스템.
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