KR20230048531A

KR20230048531A - 다단 작동 압축기 시스템 및 다단 압축 방법

Info

Publication number: KR20230048531A
Application number: KR1020237007903A
Authority: KR
Inventors: 카슈미라 파텔; 찰스 이. 그린; 존 에프. 브로커
Original assignee: 에머슨 클리메이트 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2023-04-11
Also published as: WO2022032098A1; US20220042731A1; EP4193064A1; US11585581B2; CN116324169A; US11131491B1

Abstract

압축기의 용량을 제어하기 위한 시스템은 보조 권선에 연결 지점에 연결된 주요 권선을 포함한 압축기의 모터 및 상기 모터의 속도를 제어하도록 구성된 구동기를 포함한다. 상기 시스템은 상기 주요 권선을 제1 라인 전압 또는 상기 구동기의 제1 출력에 선택적으로 연결하도록 구성된 제1 스위치, 상기 연결 지점을 제2 라인 전압 또는 상기 구동기의 제2 출력에 선택적으로 연결하도록 구성된 제2 스위치, 그리고, 상기 보조 권선을 커패시터 또는 상기 구동기의 제3 출력에 선택적으로 연결하도록 구성된 제3 스위치를 포함한다. 상기 시스템은 제1 용량 또는 제2 용량으로 선택적으로 작동하도록 구성된 솔레노이드 밸브를 포함한다. 상기 시스템은 상기 구동기, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 제어하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다.

Description

다단 작동 압축기 시스템 및 다단 압축 방법

본 개시 내용은 환경 제어 시스템에 대한 것으로서, 더 구체적으로는 현재 요구에 기초하여 압축기 작동을 자동으로 제어하는 시스템 및 방법에 대한 것이다.

<관련 출원의 상호 참조>

본 출원은 2020년 8월 7일 출원된 미국 특허 출원 번호 16/987,574호를 우선권 주장한다. 이 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 섹션에 제공된 배경기술 설명은 본 발명 개시 내용의 맥락을 일반적으로 제시하기 위한 것이다. 현재 거명된 발명자들의 작업은 이 배경기술 섹션에 기술된 범위 내에서 뿐만 아니라 출원 당시 선행 기술로 달리 자격이 없을 수 있는 설명의 측면은 명시적으로나 묵시적으로나 본 발명 개시 내용의 선행 기술로 인정되지 않는다.

주거용 또는 가벼운 상업용 HVAC (난방, 환기 및/또는 공조) 시스템은 건물의 온도 및 습도를 제어한다. 온도 상한 및 하한은 건물에서 일하는 직원 또는 주택 소유자와 같이 건물의 주거자 또는 소유자가 지정할 수 있다.

HVAC 시스템의 압축기는 2단 또는 가변 용량 압축기 일 수 있다. 가변 용량 압축기는 높은 계절 에너지 효율비(SEER: seasonal energy efficiency ratio) 등급 및 에너지 효율비(EUR: Energy Efficiency Ratio) 등급을 제공 할 수 있지만 가변 용량 압축기는 원래 소유자에게 더 많은 비용이 들 수 있다. 2단 압축기의 비용은 낮지만 2개의 가동 용량으로 제한되어 있으며, 이는 SEER 및 EER 등급 뿐만 아니라 전반적인 효율을 저하시킬 수 있다.

일 특징에서, 압축기의 용량을 제어하기 위한 시스템이 설명된다. 상기 시스템은 연결 지점에서 보조 권선에 연결된 주요 권선을 포함하는 압축기의 모터 및 상기 모터의 속도를 제어하는 구동기를 포함한다. 상기 시스템은 상기 주요 권선을 (a) 제1 라인 전압 또는 (b) 상기 구동기의 제1 출력에 선택적으로 연결하는 제1 스위치, 상기 연결 지점을 (a) 제2 라인 전압 또는 (b) 상기 구동기의 제2 출력에 선적으로 연결되는 제2 스위치, 상기 보조 권선을 (a) 커패시터 또는 (b) 상기 구동기의 제3 출력에 선택적으로 연결하는 제3 스위치를 포함한다. 상기 시스템은 (a) 제1 용량 또는 (b) 제2 용량에서 선택적으로 작동하는 솔레노이드 밸브를 포함한다.

상기 시스템은: 제1 상태의 요구를 수신하는 것에 응답하여, 상기 주요 권선을 상기 구동기의 상기 제1 출력에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 연결 지점을 상기 구동기의 상기 제2 출력에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 보조 권선을 상기 구동기의 상기 제3 출력에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환함으로써, 상기 구동기, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 제어하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다. 상기 제어 모듈은, 제2 상태의 요구를 수신하는 것에 응답하여, 상기 주요 권선을 상기 제1 라인 전압에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 연결 지점을 상기 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 보조 권선을 상기 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고, 상기 솔레노이드 밸브를 상기 제1 용량으로 전환함으로써, 제어한다.

상기 제어 모듈은 제3 상태의 요구를 수신하는 것에 대해 응답하여, 상기 주요 권선을 상기 제1 라인 전압에 연결하기 위해 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 연결 지점을 상기 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 보조 권선을 상기 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고, 상기 솔레노이드 밸브를 상기 제2 용량으로 전환하는 함으로써, 제어한다.

추가 특징들에서, 상기 제어 모듈, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 제어 보드에 통합된다. 추가 특징들에서, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제1 용량에 있을 때, 상기 솔레노이드 밸브는 가압된 가스의 유동을 허용하도록 구성되고, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제2 용량 일 때 상기 솔레노이드 밸브는 상기 가압된 가스의 유동을 선택적으로 제한하도록 구성된다. 추가 특징들에서, 상기 압축기는 2단 압축기이다.

추가 특징들에서, 상기 주요 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하고, 상기 보조 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하며, 상기 연결 지점은 상기 주요 권선의 제2 측과 상기 보조 권선의 제1 측을 연결한다.

추가 특징들에서, 상기 요구는 제1 가동시간 임계를 초과하는 상기 제1 상태의 제1 가동시간에 응답하여 상기 제2 상태로 설정되고, 제2 가동시간을 초과하는 상기 제2 상태의 제2 가동시간에 응답하여 상기 제3 상태로 설정된다.

추가 특징들에서, 상기 시스템은 써모스탯 및 외부 공기 온도 센서를 포함한다. 추가 특징들에서, 상기 써모스탯은 (i) 내부 공기 온도 및 (ii) 외부 공기 온도 중 하나 이상에 기초하여 상기 요구를 설정하고 상기 요구를 상기 제어 모듈로 전송하도록 구성된다. 상기 내부 공기 온도는 써모스탯에 의해 결정되고 상기 외부 공기 온도는 상기 외부 공기 온도 센서로부터 수신된다.

추가 특징들에서, 냉각 중에 상기 요구는 상기 내부 공기 온도가 제1 임계 이상이고 제2 임계 아래일 때 상기 제1 상태로 설정되고, 상기 내부 공기 온도가 상기 제2 임계 이상이고 제3 임계 아래일 때 상기 제2 상태로 설정되고, 상기 내부 공기 온도가 상기 제3 임계 이상일 때, 상기 제3 상태로 설정된다. 추가 특징들에서, 가열 중에 상기 요구는 상기 내부 공기 온도가 상기 제1 임계 미만이고 상기 제4 임계 이상일 때 상기 제1 상태로 설정되고, 상기 내부 공기 온도가 상기 제4 임계 미만이고 제5 임계 이상일 때 상기 제2 상태로 설정되고, 상기 내부 공기 온도가 상기 제5 임계 미만일 때 상기 제3 상태로 설정된다.

추가 특징들에서, 냉각 중에, 상기 요구는 상기 외부 공기 온도가 제1 임계 이상이고 제2 임계 미만일 때 제1 상태로 설정되고, 상기 외부 공기 온도가 상기 제2 임계 이상이고 제3 임계 미만일 때 상기 제2 상태로 설정되고, 상기 외부 공기 온도가 상기 제3 임계 이상일 때, 상기 제3 상태로 설정된다. 추가 특징들에서, 가열 중에, 상기 요구는 상기 외부 공기 온도가 상기 제1 임계 미만이고 상기 제4 임계 이상일 때 상기 제1 상태로 설정되고, 상기 외부 공기 온도가 상기 제4 임계 미만이고 제5 임계 이상일 때 상기 제2 상태로 설정되고, 상기 외부 공기 온도가 상기 제5 임계 미만일 때 상기 제3 상태로 설정된다.

추가 특징들에서 상기 시스템은 상대 습도 센서를 포함한다. 추가 특징들에서, 상기 써모스탯은 상기 상대 습도 센서로부터 상대 습도를 수신하고 상대 습도에 기초하여 상기 요구를 설정하고 상기 제어 모듈로 상기 요구를 전송하도록 구성된다.

추가 특징들에서, 상기 제1 라인 전압 및 상기 제2 라인 전압은 인입 AC 전력 라인에서 온다. 추가 특징들에서, 상기 구동기는 펄스 폭 변조 제어를 사용하여 상기 모터의 속도를 선택적으로 조정하도록 구성된다. 추가 특징들에서 상기 커패시터는 제1 측과 제2 측을 포함한다. 추가 특징들에서 상기 커패시터의 제1 측은 상기 제3 스위치에 연결된다. 추가 특징들에서, 상기 커패시터의 제2 측은 상기 제1 라인 전압에 연결된다.

추가 특징에서 가열, 환기 및/또는 공조(HVAC) 시스템은 상기 압축기의 용량을 제어하는 상기 시스템을 포함한다.

추가 특징에서, 압축기의 용량을 제어하는 방법이 설명되어있다. 상기 방법은 제1 상태를 나타내는 요구에 응답하여: 제어 모듈에 의해 주요 권선을 구동기의 제1 출력에 연결하도록 제1 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 연결 지점을 상기 구동기의 제2 출력에 연결하도록 제2 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 보조 권선을 상기 구동기의 제3 출력에 연결하도록 제3 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 솔레노이드 밸브를 제1 용량으로 전환함을 포함한다. 추가 특징에서, 상기 압축기의 모터는 상기 연결 지점에서 연결된 상기 주요 권선 및 상기 보조 권선을 포함한다. 상기 구동기는 상기 모터의 속도를 제어하도록 구성된다.

상기 방법은 제2 상태를 나타내는 상기 요구에 응답하여, 상기 제어 모듈에 의해 상기 주요 권선을 제1 라인 전압에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 상기 연결 지점을 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 상기 보조 권선을 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 상기 솔레노이드 밸브를 상기 제1 용량으로 유지함을 포함한다. 상기 방법은 제3 상태를 나타내는 요구에 응답하여, 상기 제어 모듈에 의해 상기 주요 권선을 상기 제1 라인 전압에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 상기 연결 지점을 상기 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 상기 보조 권선을 상기 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고, 상기 제어 모듈에 의해 상기 솔레노이드를 제2 용량으로 전환함을 포함한다.

추가 특질들에서, 상기 제어 모듈, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 제어 보드에 통합된다. 추가 특징들에서, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제1 용량에 있을 때, 상기 솔레노이드 밸브는 가압된 가스의 유동을 허용하도록 구성되고, 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제2 용량 일 때 상기 솔레노이드 밸브는 상기 가압된 가스의 유동을 선택적으로 제한하도록 구성된다. 추가 특징들에서 상기 압축기는 2단 압축기이다.

추가 특징들에서 상기 주요 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하고, 상기 보조 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하며, 상기 연결 지점은 상기 주요 권선의 제2 측과 상기 보조 권선의 제1 측을 연결한다.

추가 특징들에서, 상기 방법은 써모스탯에 의해 내부 공기 온도 및 외부 공기 온도에 기초하여 상기 요구를 설정하고, 상기 써모스탯에 의해 상기 요구를 상기 제어 모듈에 전송함을 포함한다. 상기 써모스탯은 상기 내부 공기 온도를 결정하고 상기 써모스탯은 외부 온도 센서로부터 상기 외부 공기 온도를 수신한다.

본 발명의 적용 가능성의 추가 영역은 상세한 설명, 특허청구범위 및 도면으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 구체적인 예는 단지 설명을 위한 것이며 본 개시 내용의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

본 개시 내용은 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 가열, 환기 및 공조(HVAC) 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2는 예시적인 HVAC 시스템의 예시적인 응축 유닛의 블록 다이어그램이다.
도 3은 HVAC 시스템의 예시적인 압축기의 예시적인 모터 제어 회로의 블록 다이어그램이다.
도 4는 여러 단 및 이에 대응하는 써모스탯의 요구 입력들을 포함하는 테이블이다.
도 5는 써모스탯의 메소드 및 제어 알고리즘을 나타내는 상태 다이어그램이고, 이산 입력에 따른 예시적인 제어기이다.
도 6은 써모스탯 및 예시적인 제어기를 사용하여 여러 단에서 예시적인 압축기의 예시적인 작동을 묘사하는 흐름도이다.
도면에서 참조 번호는 유사한 및/또는 동일한 요소를 식별하기 위해 재사용될 수 있다.

본 개시 내용에 따르면, 제어 모듈은 단지 2개가 아닌 3개 커패시터 또는 3 단계(stage)에서 가열, 환기 및 공조(HVAC: heating, ventilation and air conditioning) 시스템의 2단 압축기(two-stage compressor)를 제어하도록 구성된다. 제어 모듈은, 높은 용량(high capacity) 모드 및 중간 용량 모드에서 작동 할 때, 압축기의 모터를 라인 전압(line voltage)에 연결하기 위해 스위치(switch)들 또는 릴레이(relay)들 세트를 제어한다. 높은 용량 모드 또는 높은 단(high stage)을 중간 용량 모드 또는 중간 단(mid stage)과 구별화해 다른 용량에서 작동하기 위해, 제어 모듈은 높은 단 동안 턴온(TURN ON)하고 중간 단 동안 턴오프(TRUN OFF)하도록 솔레노이드 밸브를 작동한다. 솔레노이드 밸브는 2단 압축기의 기계적 조절을 위해 체결(engagement)(온) 또는 탈체결(disengagement)(오프) 된다. 낮은 용량 모드 또는 낮은 단에서 작동하기 위해, 제어 모듈은 압축기의 모터를 스위치들 세트를 통해 구동기에 연결한다. 구동기는 압축기의 모터를 작동하여 모터 속도 제어 방법을 구현하도록 구성된다. 구동기는 펄스 폭 변조(PW: Pulse Width Modulation)를 통해서와 같이 모터 속도 제어 기술을 사용하여 모터를 작동시키기 위해, 동일한 라인 전압으로부터 전력(power)을 수신한다.

2단 압축기의 높은 단 및 중간 단 작동을 실현하기 위해, 압축기의 모터를 교류(AC) 라인 전압에 연결하고 압축기의 솔레노이드 밸브를 제어한다. 예를 들어, 부분 시스템 부하 (예를 들어 대략 65%)의 중간 단에서 작동하기 위해, 흡인(suction)으로의 가압된 가스(pressurized gas)의 유동(flow)을 허용하도록 솔레노이드 밸브가 (제1 용량에서) 탈체결 또는 오프된다. 높은 전체 시스템 부하 (예를 들어 100%)의 높은 단에서 작동하기 위해, 흡인으로의 가압된 가스의 유동을 제한하도록 솔레노이드 밸브가 (제2 용량에서) 체결되거나 온된다. 지적한 바와 같이, 2단은 다른 용량, 제1 용량 및 제2 용량을 제공하며, 서로 다른 용량에서 예를 들어 실내 설정점(indoor setpoint), 내부 공기 온도(inside air temperature), 외부 공기 온도(OAT: outer air temperature), 상대 습도, 지역 또는 위치, 시간 또는 연도 등에 기초하여 압축기를 가동한다. 예를 들어, 높은 냉각을 초래하는 높은 단 작동은, 여름의 늦은 오후와 같이 피크 열 및 습도에서 동안 또는 지구의 특정 지역들에서 중간 단보다 더 효율적일 수 있다.

2단 압축기를 사용하여 낮은 단 작동을 실현하기 위해, 제어 모듈은 모터에서 AC 라인 전압을 탈체결(분리)하고 대신에 모터를 모터의 가변 속도 제어를 작동하도록 구성된 구동기 또는 구동기 회로에 연결한다. 구동기는 작동을 위해 AC 라인 전압에 영구적으로 연결될 수 있다. 구동기는 필터, 전력 계수 보정 회로 및 인버터를 포함할 수 있다. 중간 단 및 높은 단에서와 마찬가지로, 낮은 OTA 및 낮은 습도 기간 동안에 낮은 단 또는 낮은 용량에서 작동하는 것이 더 효율적 일 수 있다.

제어 모듈은 써모스탯(thermotat)으로부터 압축기 또는 HVAC 시스템을 구현하기 위한 3단 작동 중 어느 단 작동인지를 나타내는 요구 신호(demand signal) (Y1, Y2 및 솔레노이드 신호 S)를 포함한 요구 신호를 수신한다. 추가로 또는 대안 적으로, 요구 신호는 솔레노이드 신호 S를 배제할 수 있고 대신 단지 두 요구 신호 Y1과 Y2만 사용하여 3단 중 하나의 단을 작동함을 나타낸다. 써모스탯은 실내에 위치할 수 있으며 온도 센서를 포함한다. 써모스탯은 또한 상대 습도 센서를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 통신 메시지는 HVAC 시스템에 포함된 별도의 제어 모듈에 의해 결정되고 생성될 수 있으며, 요구된 작동 단을 나타내며 제어 모듈로 전송될 수 있다. 예를 들어, 써모스탯은 자신의 설정점 온도와 실내 온도 간의 차이에 기초하여 압축기를 시작할 시기를 결정할 수 있다. 써모스탯 또는 기타 제어 모듈은 다양한 매개 변수 (예를 들어 내부 공기 온도, OTA, 습도 등)에 기초하여 압축기(또는 전체 HVAC 시스템)를 작동하는 단을 결정합니다. 다양한 구현에서 조회 테이블(lookup table)은, 설정점 온도에 도달하기 위해서, 실내 공기 온도, OTA, 상대적 습기 등과 관련하여 특정 단에서 또는 일련의 단들에서 압축기를 작동시키는 시간을 정의할 수 있다. 추가로 또는 대안 적으로, 써모스탯으로부터 압축기가 꺼지도록 지시하는 신호에 의해 지시된 바와 같이, 설정점 온도에 도달할 때까지 결정된 단에서 작동하도록 압축기가 제어 될 수 있다.

예를 들어, 각 단은 해당 단이 체결되는 연관된 임계를 가질 수 있다. 다시 말해, OTA 센서에 의해 감지된 바와 같은 OTA와 설정점 온도 사이의 단 차이 값(stage difference value)은 높은 값(high value)을 초과할 수 있으며, 이는 압축기가 더 높은 단 작동으로 체결되도록 보증한다. 다양한 구현에서, 높은 값을 초과하는 단 차이 값 뿐만 아니라 임계 값(threshold value)을 초과하는 상대 습도는 써모스탯으로 하여금 높은 단 요구를 생성하여 제어 모듈에 전송하게 할 수 있다.

단 차이 값이 높은 값보다 낮지 만 중간 값보다 높으면 중간 단이 활성화된다. 단 차이 값이 중간 값(mid value)과 낮은 값(low value) 사이에 떨어지면 낮은 단이 활성화된다. 언급한 바와 같이, 단 차이 값과 함께 습도는 압축기의 3단 중 어느 단이 작동할 수 있는지 결정할 수 있다. 압축기의 다른 가동 용량의 결정을 설명하는 추가 정보는 미국 특허 번호 9,709,311에 설명되어 있으며, 상기 특허의 공개 내용은 전체적으로 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.

제어 모듈은 2단 압축기가 3단으로 작동할 수 있는 방식으로 2단 압축기의 모터를 제어하며, 2단은 AC 라인 전압에 직접 연결된 모터로 작동하고 3단은 예를 들어 PWM 제어와 같은 구동 구현에 연결된 모터로 작동한다. 각 작동 단은 압축기의 다른 용량을 구현하여 효율성 규정을 준수할 뿐만 아니라 작동 비용이 줄어든 에너지 효율 이점을 제공한다. 2단 압축기를 구현하는 것은 가변 용량 압축기보다 비용 효율이 높지만, 2단 압축기의 표준 (단지 2단) 작동보다 효율성과 효능이 더 높다. 제어 모듈은 3개의 개별 작동 단을 제공하는 방식으로 2단 압축기를 작동하여, 더 높은 효율과 저렴한 비용 사이의 균형을 제공한다.

블록 다이어그램

도 1은 예시적인 가열, 환기 및 공조(HVAC) 시스템의 블록 다이어그램이다. 가스 퍼니스(gas furnace)가 있는 강제 공기 시스템(forced air system)이 특정 예로서 도시되어 있다. 환기(return air)는 순환 송풍기(circulator blower)(108)에 의해 건물로부터 필터(104)를 통해 흡인(pull) 된다. 팬이라고도 하는 순환 송풍기(108)는 제어 모듈(112)에 의해 제어된다. 제어 모듈(112)은 써모스탯(116)으로부터 신호를 수신한다. 예를 들어, 써모스탯(116)은 사용자가 지정한 하나 이상의 설정점 온도를 포함할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 써모스탯(116)은 온도 센서 및 습도 센서를 포함 할 수 있다.

써모스탯(116)은 항상 또는 가열 요청(heat request) 또는 냉각 요청(cool request)이 존재하는 경우에만 순환 송풍기(108)가 항상 켜져 있음을 지시할 수 있다(자동 팬 모드). 다양한 구현에서, 순환 송풍기(108)는 하나 이상의 개별 속도 또는 미리 정해진 범위 내의 임의의 속도로 작동할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(112)은 하나 이상의 스위치 릴레이(switch relay)(표시되지 않음)를 전환하여(switch) 순환 송풍기(108)를 제어하고 및/또는 순환 송풍기(108)의 속도를 선택할 수 있다.

써모스탯(116)은 제어 모듈(112)에 가열 및/또는 냉각 요청을 제공한다. 가열 요청이 이루어지면 제어 모듈(112)은 버너(burner)(120)가 점화되게 한다. 연소로부터의 열은 열교환기(124)에서 순환 송풍기(108)가 제공하는 환기에 도입된다. 가열 된 공기는 건물에 공급되며 급기(supply air) 라고한다.

버너(120)는 시범 불씨(pilot light)를 포함할 수 있으며, 이는 버너(120)에서 1차 불꽃을 점화하기 위한 작은 일정한 불꽃이다. 대안적으로, 버너(120)에서 1차 불꽃을 점화하기 전에 작은 불꽃이 먼저 켜지는 간헐적 파일럿이 사용될 수 있다. 점화기(sparker)는 간헐적 파일럿 구현 또는 직접 버너 점화에 사용될 수 있다. 또 다른 점화 옵션에는 뜨거운 표면 점화기가 포함되며, 이는 가스가 도입될 때 가열된 표면이 가스의 연소를 개시하는 충분한 온도로 표면을 가열한다. 천연 가스와 같은 연소를 위한 연료는 가스 밸브(128)에 의해 제공 될 수 있다.

연소 생성물은 건물 외부로 배출되고, 버너(120)의 점화 전에 유도 송풍기(inducer blower)(132)가 켜질 수 있다. 고효율 퍼니스에서는 전도를 통해 배기되기에는 연소 생성물이 충분히 뜨겁지 않을 수 있다. 따라서, 유도 송풍기(132)는 연소 생성물을 배출하기 위해 통풍(draft)을 생성한다. 버너(120)가 작동하는 동안 유도 송풍기(132)는 계속 작동 할 수 있다. 또한, 유도 송풍기(132)는 버너(120)가 꺼진 후 정해진 기간 동안 계속 가동될 수 있다.

공기 처리 유닛(air handler unit)(136)으로 지칭될 단일 인클로저(single enclosure)는 필터(104), 순환 송풍기(108), 제어 모듈(112), 버너(120), 열교환기(124), 유도 송풍기(132), 팽창 밸브(140), 증발기(144) 및 응축 팬(condensate pan)(146)을 포함할 수 있다. 다양한 구현에서 공기 처리 유닛(136)은 버너(120) 대신 또는 버너(120)에 더해 전기 가열 장치(표시되지 않음)를 포함한다. 버너(120)에 더해 사용될 때, 전기 가열 장치는 버너(120)에 백업 또는 2차(추가) 열을 제공할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, HVAC 시스템은 분할 공조 시스템을 포함한다. 냉매는 압축기(148), 응축기(152), 팽창 밸브(140) 및 증발기(144)를 통해 순환된다. 증발기(144)는 급기와 직렬로 배치되어 냉각이 필요할 때 증발기(144)가 급기에서 열을 제거하게 되고 이에 따라 급기를 냉각한다. 냉각하는 동안, 증발기(144)는 차갑게 되고(예를 들어 건물 내 공기의 이슬점 아래), 이는 수증기가 응축되도록 한다. 이 수증기는 응축 팬(146)에서 수집되며, 이는 배수(drain) 되거나 펌핑 아웃(pumping out) 된다.

제어 모듈(156)은 제어 모듈(112)로부터 냉각 요청을 수신하고 그에 따라 압축기(148)를 제어한다. 도 2 및 3에 더 자세히 설명된 바와 같이, 제어 모듈(156)은 압축기(148)의 모터 및 솔레노이드 밸브를 제어하여 3단 중 하나의 단에서 작동하도록 한다. 제어 모듈(156)은 또한 응축기 팬(condenser fan)(160)을 제어할 수 있으며, 이는 응축기(152)와 외부 공기 사이의 열 교환을 증가시킬 수 있다. 이러한 분할 시스템에서, 압축기(148), 응축기(152), 제어 모듈(156) 및 응축기 팬(160)은 일반적으로 건물 외부에 위치하며, 종종 단일 응축 유닛(single condensing unit)(164)에 위치한다. 이전에 언급한 바와 같이, 압축기(148)는 2단 기계적으로 변조된 스크롤 압축기(scroll compressor)이다. 다양한 구현에서, 3단계 각 단은 응축기 팬(160)의 해당 작동 단 속도를 포함한다.

응축 유닛(164)에 제공된 전기 라인에는 240V 주 전력 라인(main power line)과 24V 스위치 제어 라인(switched control line)이 포함될 수 있다. 24볼트 제어 라인은 제어 모듈(156) 및 솔레노이드 밸브(도 2 및 도 3에 도시)의 작동을 제어한다. 제어 라인이 압축기(148)가 켜져 있어야 한다는 것을 나타내는 경우, 압축기(148)를 작동시키기 위해 제어 모듈(156)은 240볼트 전력 공급 장치(power supply)를 압축기(148)의 모터에 연결하거나 압축기(148)의 모터를 구동기에 연결하도록 스위치들 세트를 작동한다. 또한, 제어 모듈(156)은 240볼트 전력 공급 장치를 응축기 팬(160)에 연결할 수 있다.

다양한 구현에서, 응축 유닛(164)이 지열 시스템의 일부로서 지면에 위치할 때와 같이, 응축기 팬(160)은 생략될 수 있다. 240볼트 주 전력 공급 장치는 미국에서 흔히 볼 수 있듯이 두 레그(leg)에 도달하며, 두 레그는 압축기(148)의 모터에 연결된다. 다양한 구현에서 제어 모듈(156)은 응축기 팬(160)의 모터를 다양한 속도로 선택적으로 제어하도록 구성 될 수 있다.

난방 (가열) 모드에서 써모스탯(116)은 온도 센서에 의해 측정된 온도가 온도 하한 보다 낮을 때 가열 요청을 생성한다. 냉방 (냉각) 모드에서 써모스탯(116)은 온도 센서에 의해 측정된 온도가 온도 상한보다 클 때 냉각 요청을 생성한다. 온도 상한 및 하한은 각각 설정점 온도 + 및 - 임계 량(예를 들어 화씨 1, 2, 3, 4, 5도)으로 설정 될 수 있다. 설정점 온도는 디폴트로 온도로 설정될 수 있으며 사용자 입력을 수신하여 조정할 수 있다. 임계 양은 디폴트로 설정될 수 있으며 사용자 입력을 수신하여 조정할 수 있다.

다양한 구현에서, 제어 모듈(156) 또는 써모스탯(116)은 OAT 센서(168)로부터 신호를 받을 수 있다. 모터 및 솔레노이드 밸브의 작동 단에 의해 표시되는 바와 같이, 압축기(148)가 작동하는 단(높은 단, 중간 단 또는 낮은 단)을 결정하기 위해서, 실내 온도와 써모스탯(116)의 설정점 온도가 비교되어 단 차이 값을 결정한다. 예를 들어, 단 차이는 실내 온도와 설정점 온도의 차이에 기초하여 또는 차이와 동일하게 설정될 수 있다. 다양한 구현에서, OTA, 상대 습도, 지역/위치 및/또는 일/연도의 시간과 함께, 단 차이 값이 임계 세트(단들에 대응하는 낮은 값, 중간 값 및 높은 값) 내의 어디에 있는지에 기초하여 써모스탯(116)은 압축기(148)를 3단 중 어느 단에서 작동시킬지를 결정할 수 있다. 다양한 구현에서, 제어 모듈(112)은 다양한 파라미터를 수신하여 압축기(148)의 단을 결정하고 냉각 요청으로 낮은 단, 중간 단 또는 높은 단 요구를 포함할 수 있다.

다양한 구현에서, 써모스탯(116)이 단을 결정하는 경우, 써모스탯(116)은 선택적으로(예를 들어, 이산) 요구 신호들 Y1, Y2 및 S(솔레노이드 밸브 위치를 나타냄)를 제어 모듈(156)로 전송할 수 있다. 요구 신호들 Y1, Y2 및 S의 조합은 3단 중 하나에 대응한다. 요구 신호들 Y1, Y2 및 S에 기초하여, 제어 모듈(156)은 압축기(148)의 작동을 제어한다. 써모스탯(116)은 네트워크 기능을 갖는 WiFi 써모스탯 일 수 있다.

다양한 구현에서, 공기 처리 유닛(136)은 제어 모듈(112) 및 써모스탯(116)에 AC 전력을 제공하기 위해 인입 AC 전력 라인(incoming AC power line)에 연결된 변압기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 변압기는 10 대 1 변압기 일 수 있고 따라서 변압기는 공기 처리 유닛(136)이 공칭 120볼트 또는 공칭 240볼트 전력에서 작동하는지 여부에 따라 12V 또는 24V AC 공급을 제공한다. 추가로 또는 대안 적으로, 변압기는, 공기 처리기 유닛이 공칭 120볼트에서 작동할 경우, 24V AC 공급을 제공하는 5 대 1 변압기 일 수 있다.

제어 모듈(112)은 제어 라인들을 통해 수신 한 써모스탯(116)으로부터의 신호들에 응답하여 작동을 제어한다. 제어 라인들은 냉각에 대한 요청(냉각 요청), 가열에 대한 요청(가열 요청) 및, 팬에 대한 요청(팬 요청)을 포함할 수 있다. 냉각 및 가열 요청은 응축 유닛(164)으로 전송되며 압축기 작동을 위한 3단 중 하나를 식별하는 단 요청(stage request)을 포함한다. 제어 라인들은 열 펌프 시스템(heat pump system)에서 절환 밸브(reversing valve)의 상태에 해당하는 라인을 포함할 수 있다.

제어 라인들은 1차 가열 또는 1차 냉각이 불충분할 때 활성화될 수 있는 2차 가열 및/또는 2차 냉각에 대한 요청을 추가로 운반할 수 있다. 전기 또는 천연 가스에서 작동하는 시스템과 같은 이중 연료 시스템에서 연료 선택과 관련된 제어 신호들이 모니터링 될 수 있다. 또한, 제상 상태 신호(defrost status signal)와 같은 추가 상태 및 오류 신호를 모니터링 할 수 있으며, 이는 압축기가 꺼지고 제상 히터(defrost heater)가 증발기에서 서리를 녹일 때, 요청될 수 있다.

다양한 구현에서, OTA 센서(168)는 인클로저 내에 위치하거나 직사광선으로부터 차폐되고 및/또는 햇빛에 의해 직접 가열되지 않는 공기 공동(air cavity)에 노출될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 건물의 지리학적 위치를 기초로 한 온라인 (써모스탯(116)을 통한 인터넷 기반 포함) 기상 데이터는 태양 부하(sun load), OTA, 상대 습도, 미립자(particulate), VOC, 이산화탄소 등을 결정하는 데 사용될 수 있다.

도 2는 예시적인 HVAC 시스템의 예시적인 응축 유닛(204)의 기능적 블록 다이어그램이다. 응축 유닛(204)은 도 1의 응축 유닛(164)과 유사하게 구성될 수 있다. 응축 유닛(204)이라고 명명했지만, 열 펌프의 모드는 응축 유닛(204)의 응축기(152)가 실제로 응축기 또는 증발기로 작동하는지 여부를 결정한다. 절환 밸브(208)는 제어 모듈(156)에 의해 제어되고, 압축기(148)가 압축된 냉매를 응축기(152)로 배출하는지(냉각 모드) 또는 응축기(152)로부터 멀리로 배출하는지(가열 모드)를 결정한다. 제어 모듈(156)은 제어 신호들에 기초하여 절환 밸브(208) 및 압축기(148)를 제어한다. 제어 모듈(156)은 예를 들어 공기 처리 유닛(136)의 변압기(표시되지 않음)로 부터 또는 인입 AC 전원 라인을 통해 전력을 수신할 수 있다.

압축기(148)는 모터 제어 회로(212), 모터(216) 및 솔레노이드 밸브(220)를 포함한다. 모터 제어 회로(212)는 스위치 또는 릴레이 세트 및 구동기와 같은 요소를 포함한다(도 3 참조). 모터(216)는 예를 들어 약 40개의 헤르츠(Hz)에서 낮은 단으로, 약 50~60Hz에서 중간 및 높은 단으로 작동할 수 있다. 제어 모듈(156)은 예를 들어, 써모스탯(116) 또는 공기 처리 유닛(136)의 제어 모듈(112)로부터 제어 신호들을 수신한다. 제어 신호는 압축기(148)의 작동 단을 나타내는 요구 신호를 포함한다. 제어 신호는 써모스탯(116)으로부터의 요구 신호 Y1, Y2 및 S를 포함할 수 있다. 제어 모듈(156)은 제어 신호에 따라 모터 제어 회로(212)의 요소들을 제어한다. 예를 들어, 제어 신호가 압축기(148)가 낮은 단에서 작동해야 함을 나타내는 경우, 제어 모듈(156)은 모터 제어 회로(216)의 스위치들을 제어하여 모터(216)를 구동기(332)에 연결하여 모터 속도를 제어하여 모터(216)를 작동한다. 분리된 것으로 도시되었지만, 단 제어 모듈(304) 및 구동기 제어 모듈(drive control module)(308)을 포함한 제어 모듈(156)은 모터 회로(212)와 구동기(332)를 포함한 단일 제어기(single controller)에 통합된다.

제어 신호가 압축기(148)가 중간 단 또는 높은 단에서 작동해야 한다는 것을 나타내는 경우, 스위치들 세트를 사용하여 모터(216)를 구동기(332)에 연결하여 제어 모듈(156)은 먼저 모터(216)를 낮은 단에서 작동시키고, 스위치들 세트를 통해 모터(216)를 인입 AC 전력 또는 AC 라인 전압에 직접 연결한다. 다양한 구현에서, 압축기(148)는 중간 단 또는 높은 단에서 직접 작동하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 신호가 압축기(148)가 중간 단에서 작동 해야한다는 것을 나타내는 경우, 제어 모듈(156)은 솔레노이드 밸브(220)를 분리(탈체결)하여 압축기(148)는 부분적 또는 65% 용량으로 작동한다. 솔레노이드 밸브(220)가 꺼지고(OFF) 전력이 차단(de-energized)될 때, 솔레노이드 밸브(220)는 분리(탈체결)된다. 예시적인 구현에서, 솔레노이드 밸브(220)가 꺼져있을 때, 가압 된 가스가 솔레노이드 밸브(220)를 통과하여 가압된 가스가 압축기(148)의 흡입(suction)으로 돌아갈 수 있도록 허용한다; 그러나 모든 2단 압축기가 본 개시의 모터 제어 시스템 및 방법을 구현할 수 있다. 다양한 구현에서, 제어 모듈(156)은 제어 신호에 기초하여 모터(216)를 인입 AC 전력에 직접 연결할 수 있다.

제어 신호가 압축기(148)가 높은 단에서 작동해야 한다는 것을 나타내는 경우, 제어 모듈(156)은 솔레노이드 밸브(220)를 체결하여 압축기(148)는 대략적으로 전체 또는 100% 용량으로 작동한다. 솔레노이드 밸브(220)가 켜져 있고(ON) 전력이 공급될 때(energized) 솔레노이드 밸브(220)는 체결된다. 솔레노이드 밸브(220)가 켜져 있을 때, 가압된 가스가 제한되고 솔레노이드 밸브(220)는 가스가 통과하는 것을 방지하여, 가스가 다시 흡입되는 것(흡입으로 되돌아가는 것)을 방지한다. 예를 들어, 가압 된 가스가 높은 단에 갇히기 때문에, 압축기(148)의 변조 링(modulation ring)은 고정 스크롤(scroll)로 이동하여 우회 포트(bypass port)를 차단함으로써 압축기(148)를 최대 용량 작동으로 체결한다.

다양한 구현에서, 솔레노이드 밸브(220)는 다른 또는 반전된 논리를 사용하여 작동할 수 있다. 예를 들어, 솔레노이드 밸브(220)는, 솔레노이드 밸브(220)가 켜져 있거나 체결되었을 때, 켜져 있음(ON)은 부분 용량으로 작동함을 나타내도록, 설계될 수 있다. 따라서, 솔레노이드 밸브(220)는 부분적 또는 낮은 용량으로 작동하는, 낮은 단 및 중간 단에서 켜져있을 수 있다.

도 3은 HVAC 시스템의 예시적인 압축기(148)의 모터 제어 회로(212)의 기능 블록 다이어그램이다. 제어 모듈(156)은 단 제어 모듈(304) 및 구동기 제어 모듈(308)을 포함한다. 다양한 구현에서, 단 제어 모듈(304) 및 구동기 제어 모듈(308)은 신호 제어 모듈(제어 모듈(156))에 통합 될 수 있다.

단 제어 모듈(304)은 공기 처리 장치의 제어 모듈 또는 써모스탯으로부터 제어 신호들 또는 요구 신호들을 수신한다. 제어 신호들은 압축기(148)가 어떤 단에서 작동하는지 그리고 모터(216)를 작동시키는 방법을 나타낸다. 앞서 논의한 바와 같이, 제어 신호는 도 4에 도시된 바와 같이 이산 형태(discrete form) 일 수 있으며, 도 4에서는 요구 신호들(Y1, Y2 및 S)이 써모스탯으로부터 수신되며 압축기(148)를 작동하는 방법을 나타낸다. 다양한 구현에서는 공기 처리 장치의 제어 모듈 또는 써모스탯은, 써모스탯의 설정점 온도, 현재 실내 온도, OTA, 상대 습도, 위치/지역, 일/년의 때 또는 이들의 조합에 기초하여, 압축기(148)를 가동할 단을 결정할 수 있다.

공기 처리 장치의 제어 모듈 및 제어 모듈(156)은 예를 들어 RS485 MODBU 또는 컨트롤러 영역 네트워크(CAN) 버스 또는 아날로그 신호 (예를 들어, 0-10 V 신호)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다른 적절한 유형의 통신을 사용하여, 통신할 수 있다. 제어 신호들이 이산 요구 신호 Y1 및 Y2 형태인 경우, 신호들은 5V 교류(VAC)/직류(DC) 내지 30 VAC/DC 일 수 있다.

다양한 구현에서, 제어 모듈(156)은 압축기(148)의 단에 해당하는 다양한 단에서 응축기 팬(160)을 작동한다. 유사하게, 공기 처리 유닛(136)의 제어 모듈(112)은 압축기(148)의 단에 기초하여 공기 처리 유닛(136)의 다양한 요소를 제어할 수 있다. 단 제어 모듈(304)은 수신된 제어 신호들에 기초하여 솔레노이드 밸브(도 2에 도시)를 작동(actuate)시킨다. 예를 들어, 단 제어 모듈(304)은 수신된 제어 신호가 높은 단 작동을 요청하는 경우 솔레노이드 밸브(220)를 켠다(TURN ON). 그렇지 않으면, 단 제어 모듈(304)은 솔레노이드 밸브(220)를 끈다(TURN OFF). 보다 구체적으로, 중간 단 또는 높은 단 작동을 나타내는 제어 신호를 수신한 것에 응답하여 단 제어 모듈(304)은 낮은 단에서 모터(216)를 시작할 것이다. 모터(216)가 이미 낮은 단에 있고 제어 신호가 중간 단 또는 높은 단 작동을 나타내는 경우, 단 제어 모듈(304)은 먼저 구동기 제어 모듈(308)에 모터(216)를 (아래에서 설명할 스위치들 세트를 통해) 인입 AC 전력에 직접 연결하도록 지시한다. 인입 AC 전력에 연결되면 솔레노이드 밸브(220)는 켜진다.

구동기 제어 모듈(308)은 단 제어 모듈(304)을 통해 제어 신호들을 수신한다. 다양한 구현에서, 구동기 제어 모듈(308)은 제어 신호들을 독립적으로 수신할 수 있다. 구동기 제어 모듈(308)은 모터 제어 회로(212)에 포함된 스위치 또는 릴레이 세트의 스위칭을 제어한다. 스위치 세트는 제1 스위치(312), 제2 스위치(316) 및 제3 스위치(320)를 포함한다. 제1 스위치(312)는 모터(216)의 주요 권선(main winding)(328)의 제1 말단(first end)을, 인입 AC 전력의 제1 라인 전압(L1) 또는 구동기(332)의 제1 출력(U)에 선택적으로 연결한다.

주요 권선(328)의 제2 말단은 연결 지점(connection point)(340)에서 모터(216)의 보조 권선(auxiliary winding)(336)의 제1 말단 및 제2 스위치(316)에 연결된다. 제2 스위치(316)는 연결 지점(340)을 인입 AC 전력의 제2 라인 전압(L2) 또는 구동기(332)의 제2 출력(V)에 선택적으로 연결한다. 제3 스위치(320)는 보조 권선(336)의 제2 말단을 시작 커패시터(start capacitor)(344) 또는 구동기의 제3 출력(W)에 선택적으로 연결한다. 구동기 제어 모듈(308)은 낮은 단, 중간 단 또는 높은 단 작동을 나타내는 수신 된 제어 신호들에 기초하여 제1 스위치(312), 제2 스위치(316) 및 제3 스위치(320)를 제어한다. 구동기(332)는 항상 인입 AC 전력 라인 L1 및 L2에 연결될 수 있다.

구동기 제어 모듈(308)은 써모스탯으로부터 제어 신호들에 의해 지시된 단에 기초하여 스위치 세트를 제어한다. 써모스탯이 저 단 요구 신호를 단 제어 모듈(304)로 전송하는 경우, 단 제어 모듈(304)은 솔레노이드 밸브(220)를 끄고/분리(탈체결)한다. 구동기 제어 모듈(308)은 구동기 스위치(324)를 작동(actuate)시켜 인입 AC를 구동기(332)에 연결한다. 구동기 제어 모듈(308)은 제1 스위치(312)를 작동(actuate)시켜 모터(216)의 주요 권선(328)의 제1 말단을 구동기(332)의 제1 출력(U)에 연결한다. 구동기 제어 모듈(308)은 또한 제2 스위치(316)를 작동(actuate)시켜 연결 지점(340)을 구동기(332)의 제2 출력(V)에 연결한다. 구동기 제어 모듈(308)은 또한 제3 스위치(320)를 작동(actuate) 시켜 보조 권선(336)의 제2 말단을 구동기(332)의 제3 출력(W)에 연결한다. 다양한 구현에서, 구동기 제어 모듈(308)은 각 스위치가 작동(actuate) 하는 미리 정해진 시간에 기초하여 제1 스위치(312), 제2 스위치(316), 제3 스위치(320)를 작동(actuate)시킨다. 또한, 제1 스위치(312), 제2 스위치(316) 및 제3 스위치(320)는 단극쌍투(SPDT: single pole double throw) 릴레이로 도시되어 있지만, 각 두 개의 개별 단극단투(SPST:single pole single throw) 릴레이로 구현 될 수 있다.

이 구성에서, 낮은 단 동안, 모터 제어 회로(212)는 모터 속도 제어기로 작동한다. 구동기(332)는 구동 제어 모듈(308)의 신호에 기초하여 모터(332)에 대한 인입 AC 전력의 인가를 제어한다. 예를 들어, 구동기(332)는 구동 제어 모듈(308)로부터의 압축기 속도 지령(compressor speed command)에 기초하여 모터(216)에 인가하는 인입 AC 전력을 제어할 수 있다. 속도 지령에 기초하여, 구동기(332)는 인입 AC 전력으로부터의 3 상 출력들에 대한 AC 전력을 생성하고 3 상 출력들을 모터(216)에 적용 할 수 있다.

구동기(332)는 주파수, 전압 및/또는 전류와 같은 압축기 속도 지령에 기초하여 3 상 AC 전력의 하나 이상의 특성을 설정할 수 있다. 예를 들어, 구동기(332)는 가변 주파수 구동기(VFD: variable frequency drive) 일 수 있다. 구동기 제어 모듈(308)은 해당 특성을 갖는 AC 전력을 생성하기 위해 구동기(332)의 스위치들(미도시)에 적용할 PWM 듀티 사이클을 결정할 수 있다. 다양한 구현에서, 하나 이상의 전자기 간섭(EMI) 필터가 구동기 내부에 구현될 수 있다. 구동기 제어 모듈(308)은, 압축기(148) 및 모터(216)의 가변 속도 낮은 단 작동을 위해 복수의 다양한 가능한 속도로 압축기 속도 지령을 설정할 수 있다.

중간 단의 경우, 단 제어 모듈(304)은 솔레노이드 밸브(220)를 작동(actuate)시켜 끄거나 끈 상태로 유지할 수 있다. 예를 들어, 단 제어 모듈(304)이 중간 단 작동을 나타내는 제어 신호를 수신하고 압축기의 모터(216)가 꺼진 경우, 단 제어 모듈(304)은 낮은 단에서 모터 작동을 시작하고 중간 단으로 전환하여 솔레노이드 밸브(220)를 꺼진 상태로 유지한다. 그러나, 단 제어 모듈(304)이 높은 단에서 중간 단으로 변경되는 경우, 단 제어 모듈(304)은 솔레노이드 밸브(220)를 끈다. 구동기 제어 모듈(308)은 제1 스위치(312)를 작동시켜 모터(216)의 주요 권선(328)의 제1 말단을 제1 라인 전압(L1)에 연결한다. 구동기 제어 모듈(308)은 제2 스위치(316)를 작동시켜 연결 지점(340)을 제2 라인 전압(L2)에 연결한다. 구동기 제어 모듈(308)은 제3 스위치(320)를 작동시켜 보조 권선(336)의 제2 말단을 시작 커패시터(344)에 연결한다. 이러한 방식으로, 모터(216)는 인입 AC 전력으로 직접 작동하도록 구성된다.

높은 단의 경우, 모터(216)는 중간 단에 대해 설명된 대로 연결되어 인입 AC 전력으로 직접 작동한다. 그러나, 높은 단 요구를 받은 것에 대한 응답으로, 단 제어 모듈(304)은 솔레노이드 밸브(220)를 켜고 체결하여 압축기(148)가 최대 용량으로 작동하도록 가압된 가스의 흐름을 제한한다. 모터(216)는 주요 권선(328) 및 보조 권선(336)을 갖는 것으로 도시되어 있으며 단일 상, 세 개의 와이어, 영구 분할 커패시터(PSC: permanent split capacitor)이다.

다양한 구현에서, 제어 모듈(156)은 구동기 제어 모듈(308) 또는 단 제어 모듈(304)로부터의 신호에 기초하여 모터 제어 회로(212)와 유사한 모터 제어 회로에 의해 구동되는, 2 속도 PSC 응축 팬 모터 또는 전체 가변 속도 BLDC 또는 PSC 응축 팬 모터를 제어할 수 있다. 즉, 현재 개시된 모터 제어 구현은 압축기(148)와 응축 팬 모터 둘 모두를 작동시킬 수 있으며, HVAC 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 응축기 팬(160)은, 2단 응축 팬 모터의 경우, 낮은 단을 위해서는 낮은 속도로, 중간 단을 위해서는 낮은 또는 높은 속도로, 높은 단을 위해서는 높은 속도로 작동할 것이다. 가변 속도 BLDC 또는 PSC 응축 팬 모터의 경우, 응축기 팬(160)은, HVAC 시스템의 최상의 전반적인 성능, 특히 최고 효율성을 실현하기 위해 요구 단에 기초하여 다양한 속도로 작동할 수 있다.

도 4는 여러 단 및 이에 대응하는 써모스탯의 요구 입력을 포함한 테이블이다. 도 4의 테이블은 단 옵션을 요약한다. 다양한 구현에서 콘덴서 팬에 대한 요구로 동일한 단 옵션이 구현될 수 있다. 제1 행은 요구 신호가 압축기(148)가 낮은 단으로 작동하고, 모터(216)를 구동기(332)에 연결하도록 지시하는 경우이다. 낮은 단의 경우 Y1 요구 신호가 켜져 있고 Y2 요구 신호는 꺼지고 솔레노이드 밸브 신호 S는 꺼져 있다.

제2 행은 요구 신호가 압축기(148)가 중간 단에서 작동하고 모터(216)를 인입 AC 라인 전력에 연결하도록 지시하는 경우이다. 중간 단의 경우 Y1 요구 신호가 켜져 있고 Y2 요구 신호가 켜져 있고 솔레노이드 밸브 신호 S는 꺼져 있다.

제3 행은 요구 신호가 압축기(148)가 높은 단에서 작동하고 모터(216)를 인입 AC 라인 전력에 연결하도록 지시하는 경우이다. 높은 단의 경우 Y1 요구 신호가 켜져 있고 Y2 요구 신호가 켜져 있고 솔레노이드 밸브 신호 S가 켜져 있다.

제4 행 및 제5 행은 요구 신호가 압축기(148)를 끄거나 큰 상태를 유지하는 것을 지시하는 경우이다. 오프(꺼진) 상태에서, 모터(216)는 AC 전력 라인에 연결되지만 구동기(332)는 모터(216)를 오프 상태로 유지한다. 오프일 때 Y1 요구 신호가 항상 꺼져 있고 Y2 요구 신호는 켜지거나 꺼질 수 있고 솔레노이드 밸브 신호 S는 상관없다. 앞에서 언급한 바와 같이, SPDT 릴레이들을 사용하여 모터(216)의 제어가 제1 스위치(312), 제2 스위치(316) 및 제3 스위치(320)를 사용하여 설명되었지만, SPST 릴레이들의 쌍이 또한 구현될 수 있다.

상태 다이어그램(STATE DIAGRAM)

도 5는 이산 입력에 따른 예시적인 제어기(controller) 및 써모스탯의 메소드(method) 및 제어 알고리즘을 나타내는 상태 다이어그램이다. 제어기는 다양한 특징들을 통합하여 다양한 다른 제어기들의 조합을 불필요하게 하며, 상기 다양한 특징들은 온도, 습도 등의 독출(reading temperature); 요구 (낮은 단, 중간 단 또는 높은 단 인지)를 결정; 그리고 스위치들(제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치)의 작동(actuation) 제어를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 또한 단일 제어기로 구현함으로써 여러 접점(contact) 및 고전류 라인의 연결을 피하는 메인 제어 보드에서 3 단 작동이 가능하다.

도 5에 도시된 제어 알고리즘은 써모스탯(116)과 제어 모듈(156)의 조합에 의해 실행될 수 있다. 다양한 구현에서, 공기 처리 유닛(136)의 제어 모듈(112)은 써모스탯(116)의 기능을 수행할 수 있다. 알고리즘은 도 1 내지 도 4에서 설명된 압축기(148)의 작동을 나타내며, 요구에 따라 낮은 단, 중간 단 및 높은 단 사이에서 압축기(148)를 전환한다.

초기 상태(initial state) 404에서, 압축기(148)가 꺼져있을 수 있다. 써모스탯은, 예를 들어 HVAC 시스템에 의해 가열이 되거나 냉각이 될 공간의 공기 온도가 선택된 설정점 온도 아래로 떨어지거나 (냉각 모드에서) 위로 올라가면(가열 모드에서) 요구(demand)를 결정한 것에 응답하여, 압축기(148)가 꺼지도록 Y1, Y2 및 S 신호를 포함하는 요구 신호를 제어 모듈(156)로 전송할 수 있다. 즉, 실내 온도가 설정점 온도를 초과하거나 (또는 미만으로 떨어지면), 써모스탯(116)은 상태 406에서 설정점 온도에 도달하는 데 필요한 요구를 결정한다. 이전에 논의된 바와 같이, 요구 (어느 단인지)는 OTA, 습도 및 다양한 추가 매개 변수에 기초하여 결정될 수 있다.

저 단 작동에서 작동하는 결정에 응답하여, 써모스탯(116)은 요구 신호를 Y1 온(ON) 및 Y2 오프(OFF)로 하여 제어 모듈(156)로 전송한다. 다양한 구현에서, 모터가 오프에서 낮은 단 또는 중간 단으로 전환하는 경우, 비록 솔레노이드가 OFF 위치에 있더라도 써모스탯은 S OFF 신호를 보낼 수도 있다. 이 Y1, Y2 및 S 신호의 조합은 낮은 단 작동을 요구할 수 있다. 낮은 단 요구를 수신한 것에 응답하여, 제어 모듈(156)은 상태 408에서 낮은 단으로 압축기(148)의 작동을 시작할 수 있다. 낮은 단 작동 동안, 솔레노이드는 OFF 위치를 유지한다. 모터(216)가 PWM 제어 신호들을 사용하여 낮은 단 작동에서 작동되기 때문에, 압축기(148)를 최대 용량으로 작동시키기 위해 압축된 가스의 제한이 구현되어 압축된 가스를 제한하기 위해 솔레노이드 제어는 필요하지 않거나 바람직하지 않다.

상태 408에서의 낮은 단 작동에서, 제어 모듈(156)은 스위치들(도 3에서 논의 된)을 작동시켜(actuate) 모터(216)를 구동기(332)에 연결한다. 구동기(332)는, 예를 들어 PWM 제어를 사용하여, 모터(216)의 모터 속도 제어를 구현함으로써 모터(216)를 작동시킨다. 낮은 단 작동에서, 제어 모듈(156)은, S 신호에 따라 또는 단순히 낮은 계에 있기 때문에, 솔레노이드 밸브(220)를 오프 상태로 하거나 오프 상태로 유지한다. 다양한 구현에서, 요구 신호를 수신하게 되면, 제어 모듈(156)은 각 단에서 압축기(148)의 가동시간(기간)을 얻을 수 있다.

예를 들어, 미국 특허 번호 9,709,311에 설명 된 바와 같이, OTA가 임계 온도 (화씨 95도)을 초과하고, 이전의 중간 단 또는 높은 단 용량 가동시간이 임계 (5분)보다 큰 경우, 압축기는 시작 임계 (5초) 동안 낮은 단에서 작동한 다음 중간 단 또는 높은 단으로 전환할 수 있다. 그렇지 않으면, 압축기(148)는 요구가 더 이상 수신되지 않을 때까지, 요구된 단에서 사전 설정 시간 (40분) 동안 작동할 수 있다(즉, 요구가 도달한 사전 설정 시간에 의해 이미 충족되었고 압축기(148)는 꺼질 것임).

상태 408에서 낮은 단 작동에서, Y1이 ON이고 Y2가 OFF인 것을 포함한 요구 신호가 수신되는 한, 압축기(148)는 낮은 단 작동 상태로 유지된다. 수신된 요구 신호가 변경되면, 제어는 요구를 결정하기 위해 단계 406으로 돌아간다. 예를 들어, 낮은 단 작동에서 상태 408에 있는 후에, 설정점 온도에 도달하면, 써모스탯(116)은 제어 모듈(156)로의 신호 전송을 끝낸다. 따라서, 제어 모듈(154)로의 요구 신호는 중단되고 작동은 요구를 결정하기 위해 상태 408에서 상태 406으로 전환된다. 수신된 요구 신호에 Y1이 OFF인 경우, 써모스탯(116)은 압축기(148)를 끄도록 제어 모듈(156)에 지지하고, 작동은 압축기(148)가 꺼진 상태인 초기 상태(404)로 복귀한다. 초기 상태 404에서, 제어 모듈(156)은, 구동기(332)가 모터(216)를 오프 상태로 유지한 채로, 도 3에서 서술한 스위치들 세트를 L1 및 L2와 연결을 끊고 구동기(332)와 연결한다.

상태 406에서, 써모스탯(116)이 요구가 중간 단 작동인 것으로 결정하면, 써모스탯(116)은 Y1이 ON Y2가 ON, S가 OFF인 요구 신호를 전송한다. 중간 단 작동 요구를 수신한 것에 응답하여 제어 모듈(156)은 408에서 저 단 작동으로 전환하고 이후에 상태 412에서 표시된 중간 단 작동으로 전환한다. 중간 단 작동에서 제어 모듈(156)은, 모터(216)가 직접적으로 인입 AC 라인 전압에 연결되도록 스위치들을 작동시키고(actuate) 솔레노이드 밸브(220)를 오프시킨다. 중간 단 작동은, 요구 신호가 더 이상 Y1이 ON, Y2가 ON 및 S가 OFF를 포함하지 않을 때까지 상태 412에서 계속된다. Y1, Y2 및 S의 조합이 예시적으로 제공되었지만, Y1, Y2 및 S의 다른 조합은 다른 요구를 나타내는 데 사용될 수 있다.

상태 406에서 써모스탯(116)이 요구가 높은 단 작동인 것으로 결정하면, 써모스탯(116)은 Y1이 ON, Y2가 ON 및 S가 ON인 요구 신호를 전달한다. 높은 단 작동 요구를 수신한 것에 응답하여 제어 모듈(156)은 저 단 작동 408로 전환하고, 이후 412에서 중간 단 작동으로 전환 한 다음, 상태 416에 표시된 높은 단 작동으로 전환한다. 높은 단 작동에서 제어 모듈(156)은 모터(216)가 직접적으로 인입 AC 라인 전압에 연결되도록 스위치들을 작동시키고(actuate)(412에서 중간 단 작동으로 전환될 때 수행됨), 중간 단 작동 412에서 높은 단 작동 416으로 전환할 때 솔레노이브 밸브(220)를 ON으로 작동시킨다(actuate).

흐름도(FLOWCHART)

도 6은 써모스탯 및 예시적인 제어기를 사용하여 여러 단에서 예시적인 압축기(148)의 예시적인 작동을 묘사하는 흐름도이다. 제어는 604에서 시작하여 실내 차이(indoor difference) (실내 온도와 설정점 온도의 차이)가 임계(threshold)를 초과하는지 결정한다. 가열 동안, 604는 실내 온도가 설정점 온도보다 적어도 임계값 만큼 작은지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 냉각 동안, 604는 실내 온도가 설정점 온도보다 적어도 임계값 만큼 더 큰지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 사용자 입력에 응답하여 임계값을 조정할 수 있다. 아니오(N) 인 경우, 제어는 606으로 계속되어 제어 신호를 전송하여 압축기(148)를 끈다(OFF). 이러한 방식으로, 예를 들어, 써모스탯은, 압축기(148)가 실내 온도를 조정하는 데 사용되지 않기 때문에, 압축기(148)를 항상 끈 상태로 유지하기 위한 제어 신호를 전송한다.

다양한 구현에서, 써모스탯은 압축기(148)를 한 번만 끄고 실내 차이가 임계를 초과하기를 기다리고 압축기(148)를 켤 수 있다. 그런 다음 제어는 604로 돌아와 실내 차이가 임계를 초과했는지 결정한다. 그렇지 않으면, 제어는 608로 계속해서 실내 차이, OTA, 습도 및 가동시간에 기초하여 요구를 결정한다. 전술한 바와 같이, 요구는 하나 이상의 추가 파라미터에 기초하여 결정될 수 있다. 다양한 구현에서 제어는 현재 가동시간에 기초하여 작동 단을 조정할 수 있다. 예를 들어, 낮은 단 작동이 임계 기간을 초과하고 설정점에 도달하지 못하면, 제어는 낮은 단 작동이 임계 기간 내에 효과적인 온도 조정을 제공하지 않기 때문에, 단을 중간 단 또는 높은 단 작동으로 조정할 수 있다.

제어는 612로 진행하여 요구가 낮은 단으로 설정되어 있는지 결정한다. 그렇다면(Y), 제어는 616으로 진행하여 제어 신호를 전송하여 솔레노이드 밸브(220)를 끄고(OFF) 스위치들을 제어하여 모터(216)를 구동기(332)에 연결한다. 그런 다음 제어는 618로 계속해서 설정점 온도에 도달했는지 결정한다. 그렇다면(Y) 제어는 604로 진행한다. 다양한 구현에서, 제어는 대신에 미리 설정된 시간 동안 결정된 단에서 압축기(148)를 작동시킬 수 있다. 618에서, 설정점 온도에 도달하지 않았으면, 제어는 608로 돌아가서 요구를 결정한다(예를 들어: 특정 단의 가동시간에 기초하여 요구를 조정).

612로 돌아가서, 요구가 낮은 단으로 설정되지 않았으면 제어는 620으로 진행되어 요구가 중간 단으로 설정되어 있는지 결정한다. 그렇다면(Y) 제어는 624로 계속해서 제어 신호를 전송하여 솔레노이드 밸브(220)를 끄고 스위치를 제어하여 모터(216)를 라인 전압(예를 들어 인입 AC 전력)에 연결한다. 그런 다음 제어는 618로 돌아와서 설정점 온도에 도달했는지 결정한다.

요구가 중간 단으로 설정되어 있지 않으면 제어는 628로 진행하여 요구가 높은 단으로 설정되어 있는지 결정한다. 그렇다면(Y), 제어는 632로 계속해서 제어 신호를 전송하여 스위치를 제어하여 모터(216)를 라인 전압에 연결하고 솔레노이드 밸브(220)를 켠다(ON). 그런 다음 제어는 618로 돌아가서 설정점 온도에 도달했는지 결정한다. 628로 돌아가서, 요구가 높은 단으로 설정되어 있지 않으면 제어는 636으로 진행하여 요구가 3단 중 어느 하나의 단인지 나타내지 않다면 디폴트(default) 단을 선택하고 618로 계속된다. 디폴트 단은 낮은 단, 중간 단 또는 높은 단 중 하나 일 수 있다. 대안적으로, 636에서, 제어는 요구가 표시되지 않거나 단과 양립하지 않았으므로 오류 또는 결함 메시지를 생성 및 전송하고 604로 돌아간다.

전술한 설명은 본질적으로 예시일 뿐이며 개시, 그 적용 또는 용도를 제한하려는 의도가 결코 아니다. 본 개시 내용의 광범위한 교시는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시 내용은 특정한 예를 포함하지만, 다른 수정이 도면, 명세서 및 다음 청구범위를 연구하면 명백해질 것이기 때문에 개시 내용의 진정한 범위는 특정한 예로 제한되지 않아야 한다. 방법 내의 하나 이상의 단계는 본 발명의 원리를 변경하지 않고 다른 순서로(또는 동시에) 실행될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 각각의 실시예가 특정 특징을 갖는 것으로 위에서 설명되었지만, 본 개시내용의 임의의 실시예에 대해 설명된 이러한 특징 중 임의의 하나 이상이 다른 실시예의 특징에서 구현 및/또는 다른 실시예의 특징과 조합(이러한 조합이 명시적으로 설명되지 않았더라도)될 수 있다. 즉, 기술된 실시예는 상호 배타적이지 않으며, 하나 이상의 실시예와 나머지 실시예의 순열(permutation)은 본 개시의 범위 내에 있다.

요소들 (예를 들어, 모듈들, 회로 요소들, 반도체 층들 등) 사이의 공간적 및 기능적 관계는 "연결된", "체결된", "결합된", "인접한", "다음", "상단에", "위에", "아래에" 및 "배치된"을 포함하여 다양한 용어를 사용하여 설명된다. "직접적"이라고 명시적으로 기술하지 않는 한, 상기 개시 내용에서 제1 요소와 제2 요소 사이의 관계가 기술될 때, 그 관계는 제1 요소와 제2 요소 사이에 다른 개재 소가 존재하지 않는 직접적인 관계일 수도 있지만, 제1 요소와 제2 요소 사이에 하나 이상의 중간 요소가 (공간적으로 또는 기능적으로) 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, A, B 및 C 중 적어도 하나라는 어구는 비배타적 논리 OR을 사용하여 논리(A OR B OR C)를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도면에서, 화살촉으로 표시된 화살표의 방향은 일반적으로 설명에 관심이 있는 정보(예: 데이터 또는 명령)의 흐름을 나타낸다. 예를 들어, 요소 A와 요소 B가 다양한 정보를 교환하지만 요소 A에서 요소 B로 전송되는 정보가 설명과 관련이 있는 경우 화살표는 요소 A에서 요소 B를 가리킬 수 있다. 이 단방향 화살표는 요소 B에서 요소 A로 전달되는 다른 정보가 없음을 의미하지 않는다. 또한, 요소 A에서 요소 B로 전송된 정보에 대해 요소 B는 요소 A에 정보에 대한 요청 또는 수신 승인을 보낼 수 있다.

본 출원에서 이하의 정의를 포함하여 "모듈" 또는 "제어 모듈"이라는 용어는 "회로"라는 이하의 정의를 포함하여 본 출원에서 "모듈" 또는 "제어기"라는 용어는 "회로"라는 용어로 대체될 수 있다. "모듈"이라는 용어는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit); 디지털, 아날로그 또는 혼합 아날로그/디지털 이산 회로; 디지털, 아날로그 또는 혼합 아날로그/디지털 집적 회로; 조합 논리 회로; FPGA(field programmable gate array); 코드를 실행하는 프로세서 회로(공유, 전용 또는 그룹); 프로세서 회로에 의해 실행되는 코드를 저장하는 메모리 회로(공유, 전용 또는 그룹); 설명된 기능을 제공하는 다른 적절한 하드웨어 구성 요소; 또는 시스템 온 칩과 같이 위의 일부 또는 전부의 조합;을 가리키거나 일부 이거나 또는 이들을 포함할 수 있다.

모듈은 하나 이상의 인터페이스 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 인터페이스 회로는 LAN(local area network), 인터넷, WAN(wide area network) 또는 이들의 조합에 연결된 유선 또는 무선 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 개시내용의 임의의 주어진 모듈의 기능은 인터페이스 회로를 통해 연결된 다수의 모듈 사이에 분배될 수 있다. 예를 들어 여러 모듈이 부하 분산(load balancing)을 허용할 수 있다. 다른 예에서, 서버(원격 또는 클라우드라고도 함) 모듈은 클라이언트 모듈을 대신하여 일부 기능을 수행할 수 있다.

위에서 사용된 코드라는 용어는 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 마이크로코드를 포함할 수 있으며 프로그램, 루틴, 기능, 클래스, 데이터 구조 및/또는 객체를 지칭할 수 있다. 공유 프로세서 회로라는 용어는 여러 모듈의 일부 또는 모든 코드를 실행하는 단일 프로세서 회로를 포함한다. 그룹 프로세서 회로라는 용어는 추가 프로세서 회로와 함께 하나 이상의 모듈의 일부 또는 모든 코드를 실행하는 프로세서 회로를 포함한다. 다중 프로세서 회로에 대한 언급은 개별 다이의 다중 프로세서 회로, 단일 다이의 다중 프로세서 회로, 단일 프로세서 회로의 다중 코어, 단일 프로세서 회로의 다중 스레드 또는 위의 조합을 포함한다. 공유 메모리 회로라는 용어는 여러 모듈의 일부 또는 모든 코드를 저장하는 단일 메모리 회로를 포함한다. 그룹 메모리 회로라는 용어는 추가 메모리와 함께 하나 이상의 모듈의 일부 또는 모든 코드를 저장하는 메모리 회로를 포함한다.

메모리 회로라는 용어는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어의 하위 집합이다. 본 명세서에서 사용되는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 (반송파와 같은) 매체를 통해 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호를 포함하지 않는다; 따라서 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 유형적이고 비일시적인 것으로 간주될 수 있다. 비일시적 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체의 비제한적 예는 비휘발성 메모리 회로(예: 플래시 메모리 회로, 소거 가능 프로그램 가능 읽기 전용 메모리 회로 또는 마스크 읽기 전용 메모리 회로), 휘발성 메모리 회로(예: 정적 랜덤 액세스 메모리 회로 또는 동적 랜덤 액세스 메모리 회로), 자기 저장 매체(예: 아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 구동기) 및 광 저장 매체(예: CD, DVD 또는 블루레이 디스크)가 있다.

본 출원에 기술된 장치 및 방법은 컴퓨터 프로그램에 구현된 하나 이상의 특정 기능을 실행하도록 범용 컴퓨터를 구성함으로써 생성된 특수 목적 컴퓨터에 의해 부분적으로 또는 완전히 구현될 수 있다. 위에서 설명한 기능 블록, 순서도 구성 요소 및 기타 요소는 숙련된 기술자 또는 프로그래머의 일상적인 작업에 의해 컴퓨터 프로그램으로 변환될 수 있는 소프트웨어 사양서 역할을 한다.

컴퓨터 프로그램은 적어도 하나의 비일시적, 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되는 프로세서 실행 가능 명령어를 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 또한 저장된 데이터를 포함하거나 이에 의존할 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 특수 목적 컴퓨터의 하드웨어와 상호 작용하는 기본 입/출력 시스템(BIOS), 특수 목적 컴퓨터의 특정 장치와 상호 작용하는 장치 드라이버, 하나 이상의 운영 체제, 사용자 애플리케이션, 배경 서비스, 배경 응용프로그팸을 포함할 수 있다.

컴퓨터 프로그램은 다음을 포함할 수 있다: (i) HTML(hypertext markup language), XML(extensible markup language) 또는 JSON(JavaScript Object Notation)과 같은 파싱될 설명 텍스트, (ii) 어셈블리 코드, (iii) 컴파일러에 의해 소스 코드로부터 생성된 목적 코드, (iv) 인터프리터에 의해 실행되는 소스 코드, (v) JIT 컴파일러에 의해 컴파일 및 실행되는 소스 코드 등. 단지 예시로서, 소스 코드는 C, C++, C#, Objective C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5(Hypertext Markup Language 5차 개정판), Ada, ASP(Active Server Pages), PHP(PHP: Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic^®, Lua, MATLAB, SIMULINK 및 Python^®를 포함하는 언어로부터 신택스를 사용하여 작성될 수 있다.

Claims

압축기의 용량을 제어하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
연결 지점에서 보조 권선에 연결된 주요 권선을 포함하는 압축기의 모터;
상기 모터의 속도를 제어하는 구동기;
상기 주요 권선을 (a) 제1 라인 전압 또는 (b) 상기 구동기의 제1 출력에 선택적으로 연결하는 제1 스위치;
상기 연결 지점을 (a) 제2 라인 전압 또는 (b) 상기 구동기의 제2 출력에 선적으로 연결는 제2 스위치;
상기 보조 권선을 (a) 커패시터 또는 (b) 상기 구동기의 제3 출력에 선택적으로 연결하는 제3 스위치;
(a) 제1 용량 또는 (b) 제2 용량으로 선택적으로 작동하는 솔레노이드 밸브; 그리고,
상기 구동기, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 제어하는 제어 모듈을 포함하며,
상기 제어 모듈은:
제1 상태의 요구를 수신하는 것에 응답하여, 상기 주요 권선을 상기 구동기의 상기 제1 출력에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 연결 지점을 상기 구동기의 상기 제2 출력에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 보조 권선을 상기 구동기의 상기 제3 출력에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고, 상기 솔레노이브 밸브를 상기 제1 용량으로 전환하고;
제2 상태의 요구를 수신하는 것에 응답하여, 상기 주요 권선을 상기 제1 라인 전압에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 연결 지점을 상기 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 보조 권선을 상기 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고, 상기 솔레노이드 밸브를 상기 제1 용량으로 유지하고; 그리고,
제3 상태의 요구를 수신하는 것에 대해 응답하여, 상기 주요 권선을 상기 제1 라인 전압에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고, 상기 연결 지점을 상기 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고, 상기 보조 권선을 상기 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고, 상기 솔레노이드 밸브를 상기 제2 용량으로 전환하는 함으로써;
상기 구동기, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 제어하도록 구성된,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 모듈, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 제어 보드에 통합되는,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 솔레노이드 밸브가 상기 제1 용량일 때, 상기 솔레노이드 밸브는 가압된 가스의 유동을 허용하도록 구성되고,
상기 솔레노이드 밸브가 상기 제2 용량 일 때, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 가압된 가스의 유동을 선택적으로 제한하도록 구성되는,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 압축기는 2단 압축기인,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 주요 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하고, 상기 보조 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하며, 상기 연결 지점은 상기 주요 권선의 제2 측과 상기 보조 권선의 제1 측을 연결하는,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 요구는:
제1 가동시간 임계를 초과하는 상기 제1 상태의 제1 가동시간에 응답하여 상기 제2 상태로 설정되고;
제2 가동시간을 초과하는 상기 제2 상태의 제2 가동시간에 응답하여 상기 제3 상태로 설정되는,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 써모스탯 및 외부 공기 온도 센서를 더 포함하고,
상기 써모스탯은 (i) 내부 공기 온도 및 (ii) 외부 공기 온도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 요구를 설정하고, 상기 요구를 상기 제어 모듈로 전송하도록 구성되며,
상기 내부 공기 온도는 상기 써모스탯에 의해 결정되고 상기 외부 공기 온도는 상기 외부 공기 온도 센서로부터 수신되는,
시스템.
제7항에 있어서,
상기 요구는:
냉각 중에, 상기 내부 공기 온도가 제1 임계 이상이고 제2 임계 아래일 때 상기 제1 상태로, 상기 내부 공기 온도가 상기 제2 임계 이상이고 제3 임계 아래일 때 상기 제2 상태로, 상기 내부 공기 온도가 상기 제3 임계 이상일 때 상기 제3 상태로 설정되고;
가열 중에 상기 내부 공기 온도가 상기 제1 임계 아래이고 제4 임계이상일 때 상기 제1 상태로, 상기 내부 공기 온도가 상기 제4 임계 아래이고 제5 임계 이상일 때 상기 제2 상태로, 상기 내부 공기 온도가 상기 제5 임계 아래일 때 상기 제3 상태로 설정되는;
시스템.
제7항에 있어서,
상기 요구는:
냉각 중에, 상기 외부 공기 온도가 제1 임계 이상이고 제2 임계 아래일 때 상기 제1 상태로, 상기 외부 공기 온도가 상기 제2 임계 이상이고 제3 임계 아래일 때 상기 제2 상태로, 상기 외부 공기 온도가 상기 제3 임계 이상일 때 상기 제3 상태로 설정되고;
가열 중에 상기 외부 공기 온도가 상기 제1 임계 아래이고 제4 임계이상일 때 상기 제1 상태로, 상기 외부 공기 온도가 상기 제4 임계 아래이고 제5 임계 이상일 때 상기 제2 상태로, 상기 외부 공기 온도가 상기 제5 임계 아래일 때 상기 제3 상태로 설정되는;
시스템.
제7항에 있어서,
상기 시스템은 상대 습도 센서를 더 포함하며,
상기 써모스탯은 상기 상대 습도 센서로부터 상대 습도를 수신하고, 상기 상대 습도에 기초하여 상기 요구를 설정하고, 상기 요구를 상기 제어 모듈로 전송하도록 구성된,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 라인 전압 및 상기 제2 라인 전압은 인입 AC 전력 라인에서 수신된,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 구동기는 펄스 폭 변조 제어를 사용하여 상기 모터의 속도를 선택적으로 조정하도록 구성되는,
시스템.
제1항에 있어서,
상기 커패시터는 제1 측과 제2 측을 포함하며,
상기 커패시터의 제1 측은 상기 제3 스위치에 연결되고, 상기 커패시터의 제2 측은 상기 제1 라인 전압에 연결되는,
시스템.
제1항의 압축기의 용량을 제어하는 시스템을 포함하는,
가열, 환기 및/또는 공조(HVAC) 시스템.
압축기의 모터가 연결 지점에서 서로 연결된 주요 권선 및 보조 권선을 포함하는, 압축기의 용량을 제어하는 방법으로서,
상기 방법은:
제1 상태를 나타내는 요구에 응답하여,
제어 모듈에 의해 주요 권선을 상기 모터의 속도를 제어하는 구동기의 제1 출력에 연결하도록 제1 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 연결 지점을 상기 구동기의 제2 출력에 연결하도록 제2 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 보조 권선을 상기 구동기의 제3 출력에 연결하도록 제3 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 솔레노이드 밸브를 제1 용량으로 전환하고;
제2 상태를 나타내는 요구에 응답하여,
상기 제어 모듈에 의해 상기 주요 권선을 제1 라인 전압에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 상기 연결 지점을 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 상기 보조 권선을 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 상기 솔레노이드 밸브를 상기 제1 용량으로 전환하고;
제3 상태를 나타내는 요구에 응답하여,
상기 제어 모듈에 의해 상기 주요 권선을 상기 제1 라인 전압에 연결하도록 상기 제1 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 상기 연결 지점을 상기 제2 라인 전압에 연결하도록 상기 제2 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 상기 보조 권선을 상기 커패시터에 연결하도록 상기 제3 스위치를 전환하고;
상기 제어 모듈에 의해 상기 솔레노이드 밸브를 제2 용량으로 전환함;을 포함하는,
방법.
제15항에 있어서,
상기 제어 모듈, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 제어 보드에 통합되는,
방법.
제15항에 있어서,
상기 솔레노이드 밸브가 상기 제1 용량일 때, 상기 솔레노이드 밸브는 가압된 가스의 유동을 허용하도록 구성되고,
상기 솔레노이드 밸브가 상기 제2 용량일 때 상기 솔레노이드 밸브는 상기 가압된 가스의 유동을 선택적으로 제한하도록 구성되는,
방법.
제15항에 있어서,
상기 압축기는 2단 압축기인,
방법.
제15항에 있어서,
상기 주요 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하고, 상기 보조 권선은 제1 측과 제2 측을 포함하며, 상기 연결 지점은 상기 주요 권선의 제2 측과 상기 보조 권선의 제1 측을 연결하는,
방법.
제15항에 있어서,
상기 방법은:
써모스탯에 의해 내부 공기 온도 및 외부 공기 온도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 요구를 설정하고;
상기 써모스탯에 의해 상기 요구를 상기 제어 모듈에 전송함을 더 포함하며,
상기 써모스탯은 상기 내부 공기 온도를 결정하고 상기 써모스탯은 외부 온도 센서로부터 상기 외부 공기 온도를 수신하는,
방법.