KR950014471B1

KR950014471B1 - 냉매 재생 및 정화 방법 및 장치

Info

Publication number: KR950014471B1
Application number: KR1019910020086A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 페이지 로웰; 데이빗 리프카 체스터
Original assignee: 캐리어 코포레이션; 프란세스 케이. 레파드
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1995-11-28
Also published as: DE69101964T2; CA2053929A1; EP0485873A1; ES2053261T3; CA2053929C; AU8778691A; KR920010231A; AU650919B2; JPH04268178A; EP0485873B1; DE69101964D1

Abstract

내용 없음.

Description

냉매 재생 및 정화 방법 및 장치

제1도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 냉매 재생 및 정화시스템의 개략도.

제2도는 증기 재생 사이클에서 본 발명의 요소를 제어하기 위한 실시프로그램의 흐름도.

제3도는 재생작동 사이클에서 본 발명의 요소를 제어하기 위한 실시프로그램의 흐름도.

제4a도는 제어 변수로서 액체 재생률을 이용한 액체 재생 작동 모드에서 시스템을 제어하기 위한 프로그램의 흐름도.

제4b도는 증기 재생 작동 모드에서 시스템을 제어하기 위한 프로그램을 도시한 제4a도의 흐름도의 연속적인 흐름도.

제5도는 액체 재생 작동 모드시의 재생된 냉매량 대 시간을 도시한 그래프.

제6a도는 회수될 냉매 상태의 변화와 관련한 제어 변수를 이용하여 액체 작동 모드에서 시스템을 제어하기 위한 프로그램의 흐름도.

제6b도는 증기 재생 작동 모드에서 시스템을 제어하기 위한 프로그램을 도시한 제6a도의 흐름도에 계속하는 흐름도.

제7도는 액체 재생 작동 모드시의 저장 실린더 온도 대 시간을 도시한 그래프.

제8도는 액체 재생 작동 모드시의 압축기를 나가는 냉매의 압력 대 시간을 도시한 그래프.

제9도는 액체 재생 작동 모드시의 압축기로 유입되는 냉매의 압력 대 시간을 도시한 그래프.

제10도는 여러 작동 모드 동안 시스템의 여러 부품의 작동을 도시한 도표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 재생 및 정화 시스템 21 : 냉각 시스템

13 : 여과 건조기 32 : 어큐뮬레이터/오일 트랩

38 : 여과 건조기 44 : 압축기

46 : 흡입 라인 어큐뮬레이터 52 : 오일 분리기

60 : 응축기 코일 74 : 팽창 장치

76 : 여과기 86 : 냉매 저장 용기

10, 20, 30, 40, 70, 72 : 도관

SV1, SV2, SV3, SV4, SV5, SV6, SV7 : 솔레노이드 밸브

통상적으로 많은 분야에서 많은 종류의 기계적인 냉각 시스템을 사용하여 왔다. 이러한 분야는 가정용 냉각 및 상업용 냉각, 공기조화, 습기제거, 식품 냉동, 냉각 및 제조공정 등 여러분야를 포함한다. 대부분의 기계적인 냉각 시스템은 냉매가 유동하는 폐쇄루프 유동회로를 사용하는 공지의 유사한 원리에 따라 작동된다. 많은 포화 플루오로카본(saturated fluorocabon) 화합물 및 공비 혼합물(azeotropes)를 통상 냉각 시스템의 냉매로 사용하였다.이러한 냉매중 대표적인 것은 R-12, R-22, R-500 및 R-502이다.

기계적인 냉각 시스템에 익숙한 사람들은 이러한 시스템이 주기적으로 서비스가 필요함을 인식하고 있다. 이러한 서비스는 시스템 부품의 제거 및 교체 그리고 수선을 포함한다. 또한 정상적인 시스템 작동중에, 냉매는 냉매 회로안의 외부물질 또는 시스템의 과잉 수분에 의해 오염될 수 있다. 과잉 수분은 팽창밸브 및 모세관에 성애 형성 및 금속의 부식, 밀봉 압축기 안의 절연체에 대한 구리 도금 손상 및 화학적 손상을 일으킨다. 냉매의 과열을 일으키는 모터 과열에 의해 산이 존재할 수 있다. 이러한 과열은 냉매를 과열시키는 국부적인 고온부를 발생시키는 마찰 발생 칩의 경우에서와 같이 일시적이거나 국부적이다. 이러한 주요 산은 HC1이지만 오일 및 절연체, 니스, 가스켓 또는 접착제의 재혼합물과 같은 다른 산 및 오염물질이 발생될 수도 있다. 이러한 오염물질은 부품의 손상을 일으키거나 시스템의 작동 효율을 향상시키기 위해 냉매를 교환해야할 필요성을 발생시킨다.

냉각 시스템을 보수할때, 장치를 보수하고 수선하기 전에 냉매를 대기로 배출시키게 된다.그 연후에 회로를 진공 펌프로 배기시키고 새로운 냉매를 충전시키게 되며, 이때 대기로 냉매를 또다시 배출시키게 된다. 이러한 방법은 환경적인 이유로, 특히 이러한 플루오로카본의 방출이 대기중의 오존 농도를 감소시킨다고 믿기때문에 부적합하게 되었다. 이러한 오존층의 감소는 환경 및 인간의 건강에 심각한 영향을 준다고 믿고 있다. 또한, 냉매의 가격은 서비스경비에 대한 중요인자가 되고 있고, 재생 및 정화 그리고 재사용할 수 있는 냉매의 낭비는 이제는 부적합한 것이다.

대기로 플루오로카본의 방출을 피하기 위하여 냉각 시스템으로부터 냉매를 재생하기 위한 장치가 마련되어 있다. 이러한 장치는 냉매를 재사용할 수 있도록 재생하도록 냉매를 처리하기 위한 수단을 포함한다. 이러한 장치의 대표적인 예는 로우어(Lower) 등의 미합중국 특허 제4,441,330호의 "냉매 재생 및 재충전 시스템"과, 고다드(Goddard)의 미합중국 특허 제4,476,688호의 "냉매 재생 및 정화 시스템", 스쿠더리(Scuderi)의 미합중국 특허 제4,766,733호의 "냉매 재생 및 충전 유니트", 맨즈(Manz) 등의 미합중국 특허 제4,809,520호의 "냉매 재생 및 정화 시스템", 루니스(Lounis)의 미합중국 특허 제4,862,699호의 "윤활유로부터 냉매를 재생 및 정화 그리고 분리하기 위한 방법 및 장치", 메리트(Merritt)의 미합중국 특허 제4,903,499호의 "냉매 재생 시스템" 그리고 한코크(Hancock) 등의 미합중국 특허 제4,942,741호의 "냉매 재생 장치" 등이다.

이러한 대부분의 시스템이 작동될때, 서비스될 유니트로부터 냉매를 제거하기 위해 재생 압축기를 사용한다. 서비스 유니트 안의 압력이 떨어질때 압축기의 흡입측의 압력은 점진적으로 낮아지지만 압축기의 배출측의 압력은 일정하게 유지되므로 재생 압축기 양단의 압력차는 증가한다. 높은 압축기 압력차는 이와 관련된 부적합하게 높은 내부 압축기 온도와 압축기 베어링 표면상의 증가된 응력 때문에 압축기 내부 부품을 손상시킬 수 있다. 따라서, 회수 압축기의 압력차 또는 압력비의 제한이 필요하고, 이러한 제한치는 효과적으로 서비스될 유니트안에 내장된 냉매의 전체 충전량중 재생될 양을 제한하게 된다.

보다 큰 냉각 시스템을 서비스하는데 이러한 재생 시스템을 사용할때, 시스템으로부터 액체형태로 냉매를 제거하고 이를 저장 실린더로 직접 이송시키는 것이 특히 양호하다. 액체형태의 냉매 재생은 보다 큰 밀도때문에 증기상태로 재생하는 것보다 훨씬 빠르다.

이러한 재생 시스템에서 필요한 고려될 다른 형태는 재생 시스템 자체와 관련한 냉매특성 검사 시스템을 구비하는 것이다.

본 발명에 의한 재생 압축기의 보호는 냉매 시스템으로부터 압축성 냉매를 재생하고 재생된 냉매를 냉매저장 수단에 송출시키는 장치 및 방법을 마련함으로써 이루어진다. 재생방법은 서비스될 냉매 시스템으로부터 냉매를 회수하는 단계와, 회수된 냉매를 고압가스 냉매로 형성되도록 압축기로 가압시키는 단계를 포함한다. 고압 가스냉매는 액체 냉매로 응축되는 응축기로 이송된다. 응축기로부터 액체 냉매는 냉매 저장 수단으로 이송된다. 재생 압축기의 압축기를 결정하고 결정된 압축비를 모니터하는 수단이 마련되어 있다. 모니터된 압축비가 압축기가 시스템에 악영향을 주는 설정치보다 높으면, 서비스될 냉각 시스템으로부터 냉매의 제거를 중지하도록 한다.

이때에, 시스템은 저장 수단으로부터 저장된 냉매를 제거하기 시작한다. 그 연후에 저장 수단으로부터 회수된 냉매는 냉각 시스템으로부터 회수된 냉매를 압축하는데 사용했던 압축기와 동일한 압축기로 압축된다. 이 냉매는 액체 냉매로 형성되도록 응축되고 적절한 팽창 장치를 통과하고 저장 수단으로 재이송되어 저장수단과 그 안에 내장된 냉매를 냉각시킨다. 이러한 냉각 사이클은 저장 수단의 온도가 설정치까지 떨어질때까지 일정 시간 주기로 수행된다. 이때, 시스템은 서비스될 냉각 시스템으로부터 냉매의 회수를 다시 수행한다. 재생 시스템 압축기의 흡입 압력이 설정치아래로 떨어질때 회수 동작은 종료된다.

본 발명의 또다른 형태에 의하면, 냉매 재생 시스템은, 먼저 적절한 도관을 통해 서비스될 시스템으로부터 액체 냉매를 흡입하고 냉매 저장 수단으로 회수된 냉매를 이송시킴으로써 냉각 시스템으로부터 압축성 냉매를 회수하도록 작동된다. 냉매 저장 수단안에서 이렇게 회수되는 냉매의 적어도 일부가 가스형태로 배기된다. 이 가스 냉매의 일부는 저장 수단으로부터 회수되어서 고압 가스 냉매로 형성되도록 압축된다. 그 연후에 이 고압 가스 냉매는 고압 액체 냉매를 형성하도록 압축된다. 그 연후에 이 고압 가스 냉매는 고압액체 냉매를 형성하도록 응축된다. 고압 가스 냉매는 팽창 밸브를 통과하고, 이에서 냉매는 압력 강하되어 적어도 부분적으로 증기로 기화된다. 그 연후에 액체 증기 혼합물은 저장 수단으로 이송되어, 그곳에서 증발되고 저장 수단안의 냉매로부터 열을 흡수하여, 저장 수단을 냉각시키고 그 안의 압력을 떨어뜨려, 도관을 통한 냉각 시스템으로부터의 액체 냉매의 회수를 증가시킨다.

한 제어 시스템에 의하여, 저장 수단안의 액체 높이 변화율을 모니터한다. 그 변화율이 액체를 더 이상 회수할 수 없음을 표시하는 값에 도달했을때 시스템은 증기재생 작동 모드로 자동적으로 변환된다.

다른 제어 시스템에 의하면, 냉각 시스템으로부터 회수될 냉매의 상태를 액체로부터 증기로 변화시키는 시간과 관련하여 일정시간에 발생될 감지가능한 변화값을 갖는 시스템 제어 변수를 감지하기 위한 수단을 마련하고 있다. 감지 가능한 변화가 발생되었음을 나타대는 신호는 시스템을 액체 재생 모드로부터 증기 재생 모드로 변환시킨다.

재생된 냉매의 순도는 냉각 시스템을 통해 유동하는 냉매의 순도를 샘플링하기 위한 방법 및 장치를 사용하여 결정될 수 있다. 냉각 시스템은 압축기와 연결된 동시에 냉각 시스템의 저압측을 부분적으로 한정하는 입구 도관을 구비한 입구 포트를 구비한 압축기를 포함한다. 압축기는 또한 압축기와 연결된 동시에 냉각 시스템의 고압측을 부분적으로 한정하는 출구도관을 구비한 출구포트를 구비하고 있다. 냉매 샘플링 챔버는 압축기와 병렬로 유체 유동이 소통되도록 작동가능하게 연결된다. 그러면, 압축기는 시스템을 통한 냉매의 유동이 이루어지도록 작동하고, 시스템의 고압측으로부터 일정량의 냉매가 회수된다. 회수된 양의 냉매는 샘플링 챔버를 통과하고, 그 연후에 시스템의 저압측으로 귀환된다.

냉각 시스템에 내장된 냉매를 재생하고 순화하기 위한 장치는 제1도에서 일반적으로 도면 부호(10)으로 도시된다. 비워지는 상기 냉각 시스템은 일반적으로 도면 부호(12)로 도시되뗘 사실상 어떠한 기계적 냉각 시스템이라도 될 수 있다.

재생 및 정화 시스템(10)과 시스템(12)사이의 경계면 또는 텝은 표준 계기 및 공급 매니폴드(14)이다. 상기 매니폴드(14)는 표준 방식으로 제공되는 냉각 시스템에 상기 시스템(12)의 저압측에 연결된 제1라인(16)과 상기 시스템의 고압측에 연결된 제2라인(18)으로 연결된다. 고압 냉매 라인(20)은 공급 매니폴드의 공급 연결부(20)과 상기 라인(20)을 재생 시스템(10)에 연결시키기 위한 T형 연결부(11)에서 상호 연결된다.

상호 연결부 라인(20)에는 재생 시스템의 외측에 장착된 여과 건조기(13)이 위치한다. 도시된 바와 같이 이 장치는 상기 시스템이 액체 재생 작동 모드에서 먼저 작동할 때에만 라인(20)에 일반적으로 설치된다.

재생 시스템(10)은 제1도에 도시된 바와 같이 점선(24)로 개략적으로 나타낸(도시되지 않은) 자체 수용 콤팩트 하우징내에 수용된 재생 시스템의 구성 부재 및 제어기의 두 부분을 포함한다. 시스템의 냉매 저장부는 점선(26)의 경계내에 수용된다. 상기 각 부분의 상세한 것 및 이것들의 상호 연결 및 서로간의 상호 작용은 다음에 상세하게 기재한다.

시스템의 작동에 대한 설명을 계속하면 알 수 있는 바와 같이 상호 연결 라인(20)의 단부에 있는 T형 연결부(11)로부터 연장된 두개의 냉매 통로가 있다. 상기 제1통로 즉, 액체 통로는 T형 연결부(11)을 거쳐서 전기 작동식 솔레노이드 밸브(SV7)로 연장된다. 상기 밸브는 선택적으로, 개방 위치로 작동될때는 냉매가 이 밸브를 통과하고 폐쇄 위치로 전기 작동될때는 냉매가 이 밸브를 통하여 유동하는 것을 방지한다. 상기 시스템내에 내장된 부가적인 전기 작동식 솔레노이드 밸브는 종래의 방식과 동일하게 작동한다. SV7로부터 액체 냉매 라인(15)는 시스템의 냉매 저장부(26)으로 연장되는데, 여기서 상기 라인은 밸브(90)을 통하여 냉매 저장 실린더(86)과 소통된다. 상기 시스템의 액체 재생 작동 모드에서 액체 냉매는 라인(15)를 통하여 냉각 시스템(12)로부터 저장 실린더(86)으로 바로 통과한다.

상기 시스템이 증기 재생 모드에서 작동될때 상호 연결 라인(20)을 통하여 유동하는 기체 냉매는 T형 연결부(11)을 거쳐서 오른쪽으로 전기 작동식 솔레노이드 밸브(SV3)으로 유동한다. SV3으로부터 냉매는 도관(28)을 통하여 체크 밸브(98)을 통과하여 전기 작동식 제2솔레노이드 밸브(SV2)를 통과한다. SV2로부터 적절한 도관(30)은 냉매를 드레인 밸브(34)가 구비된 조합형 어큐뮬레이터/오일 트랩(32)의 입구로 안내한다. 그 다음 냉매 가스는 오일 트랩으로부터 도관(36)을 통하여 정화 여과 건조기(38)로 흡입되는데, 여기서 산, 습기, 외기 입자 등과 같은 불순물은 상기 기체가 도관(40)을 통하여 압축기(44)의 흡입포트(42)을 거치기 전에 제거된다. 흡입 라인 어큐뮬레이터(46)은 상기 도관(42)에 배치되어서 액체 냉매가 상기 압축기의 흡입포트(42)를 전혀 통과하지 못하게 한다. 상기 압축기(44)는 바람직하기로는 많은 압축기 제조회사로부터 시중에서 용이하게 구입가능한 회전형이지만 왕복형, 스크롤 또는 스크류형 중 어느 것이라도 된다.

압축기 배출포트(48)로부터 기체 냉매는 도관(50)을 통하여 통상의 부유 작동방식 오일 분리기(52)로 보내어지는데, 여기서 재생 시스템 압축기(44)로부터의 오일은 기체 냉매와 분리되어서 부유 제어방식 복귀라인(54)를 거쳐서 압축기의 흡입포트와 소통하는 도관(40)으로 보내어진다. 상기 오일 분리기(52)의 출구로부터 나온 기체 냉매는 도관(56)을 거쳐서 열교환기/응축기 코일(60)의 입구를 통과한다. 전기 작동식 응축기 팬(62)는 상기 코일(60)과 결합되어서 외기의 유동을 시스템의 작동과 관련하여 기술하는 바와 같이 상기 코일을 통하여 보낸다.

응축기 코일(60)의 출구(64)로부터 나온 적절한 도관(66)이 냉매를 T형 연결부(68)로 안내한다. 상기 T형 연결부(68)로부터 나온 한 도관(70)은 또다른 전기 작동식 솔레노이드 밸브(SV4)를 통과하고, 상기 T형 연결부의 다른 분기선(72)는 적합한 냉매 팽창 장치(74)를 통과한다. 실시예에서 상기 팽창 장치(74)는 모세관 튜브이고 여과기(76)은 상기 모세관 튜브로부터 상류측 냉매 라인(72)에 배치되어서 모세관을 막을 우려가 있는 입자를 제거한다. 상기 팽창 장치는 시중에서 널리 구입가능한 다른 여러가지 공지의 냉매 팽창 장치중 어떤 것이라도 포함할 수 있다는 것은 주지이다. 팽창 장치(74)를 포함하는 도관(72)와 밸브(SV4)를 포함하는 도관(70)은 상기 두 장치의 하류측 제2T형 연결부(78)에서 재결합된다. 상기 솔레노이드 밸브(SV4)와 팽창 장치(74)는 평행류 유동 관계임이 주지이다. 결과적으로, 솔레노이드 밸브(SV4)가 개방된 때 냉매 유동은 상기 팽창 장치의 높은 저항력 때문에 실질적으로 제한되지 않는 방식으로 솔레노이드 밸브를 통과한다. 반면에, 상기 밸브(SV4)가 폐쇄된 때 냉매의 유동은 팽창 밸브에 의하여 제공된 저항력이 높은 통로를 통과한다. 전기 작동식 팽창 밸브와 같은 조합형 장치는 공지되어 있는데, 이것은 밸브(SV4) 및 모세관 튜브(74)의 기능과 결합되지만 상기에 형성되고 언급된 바와 같이 소정의 기능은 최소의 비용으로 얻어진다.

상기 제2T형 연결부(78)로부터 나온 도관(80)은 가요성 냉매 라인(82)를 거쳐서 라인(24)의 경계에 의하여 한정된 시스템 연결용의(도시되지 않은) 적절한 커플링을 통과하고 앞에서 재충전식 냉매 저장 용기(86)이라고 한 액체 입구포트(84)를 지난다. 상기 용기(86)은 종래의 구조이며 증기를 배출시키는 제2포트(88)을 포함한다. 상기 저장 실린더(86)은 액체 높이 지시기(92)를 더 포함한다. 상기 액체 높이 지시기는 일예로 이모 드라발 인크., 젬스 센서스 디비젼(Imo Delaval Inc., Gems Sensors Division)으로부터 구입 가능한 종류의 소형 액체 높이 연속 감지기를 포함한다. 상기 지시기는 상기 저장 실린더(86)내에 수용된 냉매의 높이를 나타대는 전기 신호의 제공을 가능하게 한다.

냉매 라인(94)는 상기 실린더(86)의 증기 배출부(88)을 솔레노이드 밸브(SV3)과 솔레노이드 밸브(SV2) 사이에 연장된 도관(28)에 있는 T형 연결부(96)과 상호 연결시킨다. 추가적인 전기 작동식 솔레노이드 밸브(SV1)이 상기 라인(94)에 위치한다. 체크 밸브(98)도 또한 SV3으로부터 SV2로의 방향으로 유동하도록하고 SV2로부터 SV3으로의 방향으로 유동하는 것을 방지하는 T형 연결부(96)의 하류측 위치에 있는 도관(28)에 위치한다.

계속해서 제1도를 참고하면, 냉매 가스 오염 검출 회로(100)은 압축기(44)와의 평행류 유동 배열로 시스템 내에 포함된다. 오염 검출 회로(100)은 오일 분리기(52)로부터 응축기 입구(58)로 연장된 도관(56)과 유동이 소용하는 입구 도관(102)를 포함한다. 상기 입구 도관(102)는 도관을 따라서 배치된 전기 작동식 솔레노이드 밸브(SV6)을 구비하고 있으며 상기 입구도관은 솔레노이드 밸브로부터 샘플링 튜브 유지부(104)의 입구를 통과한다. 상기 샘플링 튜브 유지부의 출구는 도관(106)을 거쳐서 압축기의 흡입포트(42)와 소통하는 도관(40)과 상호 연결된다. 전기 제어 방식 솔레노이드 밸브(SV5)는 도관(106)에 배치된다.

솔레노이드 밸브(SV, 5SV6)은 폐쇄되었을때 상기 샘플링 튜브 유지부(104)를 시스템으로부터 고립시켜서 유지부 안에 수용된 샘플링 튜브의 교체를 용이하게 한다. 상기 샘플링 튜브 유지부는 미합중국 특허 제4,389,372호의 가스 검출 튜브용 이동식 유지부 어셈블리에 개시된 형태가 될 수 있다. 더욱이 냉매 오염 시험 시스템은 바람직하기로는 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제4,923,806호의 밀폐 시스템에서 냉매 시험 방법 및 장치에 개시된 형태이다. 상기의 특허 각각은 여기에서는 오로지 참고로서 포함된다.

냉매 재생 시스템(10)의 전체 구성 부재의 자동 제어는 전자식 제어기(108)에 의하여 수행되는데, 상기 제어기는 메모리 저장 능력이 있는 마이크로 프로세서로 구성되며 솔레노이드 밸브(SV1 내지 SV7) 전부와 압축기 모타 및 응축기 팬 모타로 제어하도록 마이크로 프로그램가능하다. 상기 제어기(108)로의 입력은 측정되고 감지된 다수의 시스템 제어 변수들을 포함한다. 실시예에서 개시된 이들 제어 변수들에는 저장 실린더(86)내의 냉매의 온도를 지시하는 신호를 정확하게 제공 가능한 온도 변환기를 포함하는 저장 실린더의 온도(Tstor)을 포함한다. 외기 온도는 응축기 코일 또는 응축기 팬(62)의 입구에 위치한 온도 변환기로 측정되는데, Tamb로 나타낸다. 압축기 방출 라인(50)을 통하여 유동하는 냉매의 온도는 압축기 방출 라인(50)상에 위치한 온도 변환기(110)으로 감지된다.

시스템의 제어 체계에서 가장 중요한 것은 P2로 나타낸 압축기 흡입 압력과 P3로 나타낸 압축기 배출 압력이다. 제1도에 나타낸 바와 같이 압력 변환기(P2)는 흡입 라인(40)으로 압축기와 유체 유동이 소통되고 제2압력 변환기(P3)는 응축기를 통과하는 고압 냉매 라인(56)과 유체 유동이 소통된다. 압축기(44)를 가로지르는 압력비는 P3/P2비로 한정된다. 액체 높이 지시기(92)로부터의 신호가 상기 제어기(108)로 추가 입력된다.

제10도를 참고하면, 시스템의 작동 모드들이 분간되며 시스템의 전기 작동식 구성 부재의 조건이 상이한 모드들에 도시되었음을 알 수 있다. 준비 모드에서 시스템은 켜지고 모든 전기 작동식 기계 장치는 동력이 차단되어서 작동 준비된다. 서비스 모드에서 전기 작동식 솔레노이드 밸브(SV1 내지 SV4)는 모두가 개방되어서 냉매가 고압에 이르는 위험이 없이 공급되도록 시스템내의 압력을 평형화시킨다.

재생 및 순화 시스템(10)은 액체 재생 모드와 증기 재생 모드에서 공히 작동 가능하다. 증기 재생 사이클은 다음의 두가지 다른 상황 즉, (1) 시스템이 2.27kg(5파운드) 이상의 냉매를 수용하는 경우 증기 재생 사이클은 이미 수행된 액체 재생 사이클에 후속하는 상황, (2) 시스템이 2.27kg(5파운드) 미만의 냉매를 수용하는 경우 증기 재생 사이클은 재생 시이퀀스 개시에 상당하는 상황하에서 개시된다는 것이 주지이다.

더욱이 액체 재생으로부터 증기 재생으로의 변경은 여러가지 다른 제어 체계에 의하여 개시된다는 것이 주지이다.

여러 작동 모드에서 시스템을 완전히 이해하는 것을 용이하게 하기 위하여, 제1도, 제2도,제3도 및 제10도와 관련하여 우선 증기 재생 모드 및 실린더 냉각 모드에서 시스템을 기술한다. 아래에 액체 높이 제어와 함께 조합형 액체-증기 사이클을 제1도, 제4a도, 제4b도, 제5도 및 제10도와 관련하여 기술한다. 마지막으로 회수되는 냉매의 상태 변환에 상호 관련되는 변수에 의한 제어와 함께 조합형 액체-증기 사이클을 제1도, 제6a도, 제6b도 및 제7도 내지 제10도와 관련하여 기술한다.

재생 및 실린더 냉각 모드는 제2도의 플로우 차트와 관련하여 상세하게 기술한다. 재생 모드는 이 모드로부터 냉매를 제거하기 위하여 장치(10)이 에어 컨디셔닝 시스템(12)에 결합된 모드이다. 제2도를 참고하면, 재생 사이클이 선택된때 제어기(108)에 의하여 수행된 제1단계는 압축기 흡입 압력(P2)에 대한 압축기 배출 압력(P3)의 비교임이 주지이다. 압력차(P3-P2)가 2.lkg/cm²(30psi)를 초과하면 제어기(108)은 시스템내의 압력을 평형화하기 위하여 밸브(SV1 내지 SV4)를 개방한다. P3와 P2사이의 압력차가 0.7kg/cm²(10Psi) 미만이면 시스템은 재생 작동 모드로 들어간다. P3와 P2의 초기 비교가 2.lkg/cm²(30psi) 이하의 차이면 시스템은 재생 모드로 곧바로 들어간다. 이렇게 비교하는 이유는 압력차가 2.lkg/cm²(30psi) 이하이면 압축기는 용이하게 시동되고 압력차가 2.lkg/cm²(30psi)를 초과하면 압축기의 시동이 곤란해서 압축기를 가로지르는 압력차의 감소를 검출하기 때문이다.

재생 모드의 개시기에 제어기(108)은 밸브(SV2, SV3, SV4)를 개방시키고, 밸브(SV1)은 폐쇄된 채로 유지된다. 제4도에 도시된 바와 같이 밸브(SV5, SV6)은 마이크로프로세서(제어기)로부터의 단일 출력으로 함께 작동하며 이들 밸브가 개방되는 유일한 시간은 오염물질시험 공정이 수행될 때이다. 이들 밸브는 시스템의 다른 작동 모드와 관련하여서는 더 이상 논의하지 않는다. 압축기(44) 및 응축기 팬(64)도 또한 재생모드가 개시될때 작동한다.

제1도를 참고하면서 재생 모드에서 밸브(SV3)의 개방과 함께 시스템의 작동을 살펴보면, 상기 시스템(12)로부터 냉매는 상기 시스템내의 냉매의 압력과 압축기(44)의 작동에 의하여 발생된 흡인력에 의하여 도관(20)을 통과해서, 밸브(SV3), 체크 밸브(98), 밸브(SV2), 도관(30)을 통과해서 어큐뮬레이터/오일 트랩(32)에 이르게 된다. 상기 어큐뮬레이터/오일 트랩내에서 서비스되는 시스템으로부터 제거되는 냉매에 함유된 오일은 상기 시스템으로부터 회수된 액체 냉매와 함께 트랩의 하부에 적하된다. 기체 냉매는 어큐뮬레이터/오일 트랩(32)로부터 습기, 산 및 어떠한 미립체도 제거되는 여과 건조기(38)을 통과하고, 상기 여과 건조기로부터 도관(40)을 거쳐 흡입 어큐뮬레이터(46)을 통하여 압축기(44)로 흡입된다.

압축기(44)는 압축기로 흡입되는 저압의 기체 냉매를 고압의 기체 냉매로 압축해서 이것을 도관(50)을 통하여 오일 분리기(52)로 보낸다. 오일 분리기(52)에서 고압의 기체 냉매로부터 분리된 오일은 재생 압축기로부터 나온 오일이고 또한 이 오일은 압축기의 윤활을 확보하기 위하여 도관(54)를 거쳐서 압축기의 흡입라인(40)으로 되돌려진다. 상기 고압의 기체 냉매는 오일 분리기(52)로부터 도관(56)을 거쳐서 고온 압축가스가 액체로 응축되는 응축기 코일(60)을 통과한다. 액화된 냉매는 도관(66)을 거쳐서 응축기 코일(60)을 떠나서 T형 연결부(68)을 통과해서 개방 솔레노이드 밸브(SV4)를 통과하고, 액체 라인(80, 82)를 거쳐서 액체 흡입포트(84)를 통하여 냉매 저장 실린더(86)으로 들어간다.

냉매 재생이 계속되는 동안 제어기(108)은 압력 변환기(P3, P2)로부터 신호를 받아서 P3/P2 압력비를 계산해서 소정의 값에 대하여 상기 산정비를 비교한다.

압축기 흡입 압력(P2)는 단독으로 검사되는 것이며 소정의 재생 종료 흡입 압력과 비교되는 것이다. 제2도에 도시된 바와 같이 소정의 재생 종료 흡입 압력은 0.28kg/cm²(4psia)이고, P2가 상기 값 이하로 떨어지면 재생 모드는 종료되고 제어기(108)은 토탈테스트(Totaltest)라고도 하는 냉매 질 시험 사이클을 개시한다. 이 사이클은 다른 작동 모드의 완전한 기술에 후속하여 아래에 기술한다. 토탈테스트는 "냉매내의 오염물질용 시험기"에 대한 캐리어 코포레이션의 등록상표이다.

소정의 0.28kg/cm²(4psia) 재생 종료 흡입 압력의 선택은 재생 시스템 작동으로부터 얻어지는데, 여기서 0.28kg/cm²(4psia) 이하의 압축기 흡입 압력(P2)는 서비스되는 시스템으로부터 98 내지 99%가 재생된다는 것을 보여준다. 제1재생 모드 사이클중에 상기 압력의 휙득은 통상적이지는 않지만 획득가능하다. 일예로, P2는 낮은 외기 온도(대기가 냉각된) 조건에서 0.28kg/cm²(4psia)까지 끌어내릴 수 있는데 응축기 코일 온도는 압력비 한계에 이르기 전에 P2가 0.28kg/cm²(4psia)에 이르기에 충분히 낮을 정도로 P3가 유지되게 할 정도로 낮다.

압축기 압력비에 관하여 제2도에 도시한 바와 같이 실시예에서 압력비가 16이상이면 제어기의 마이크로 프로세서는 소위 재생 사이클 시험을 행한다. 막 수행된 재생 사이클이 수행된 제1재생 사이클이고 압축기 흡입 압력(P2)가 0.7kg/cm²(10psia) 이상이면 시스템은 소위 실린더 냉각 작동 모드로 전환된다. 막 수행된 재생 사이클이 제2 또는 후속하는 재생 사이클이고 압축기 흡입 압력(P2)가 0.7kg/cm²(10psia) 미만이면 제어기는 상기 재생 사이클이 완결되어서 냉매 오염물 시험 사이클(토탈테스트)를 개시하는 것으로 간주한다.

후자의 조건 즉, 제2 또는 후속하는 재생 사이클과 0.7kg/cm²(10psia) 미만의 P2는 높은 외기 온도에서 존재하는 것으로 밝혀진 조건들이다. 일예로, 상기 조건들은 에어 컨디셔닝 시스템으로부터 냉매 R-22가 40.6℃(105^oF) 이상에서 재생될때 존재한다. 상기 조건하에서 압축기 흡입 압력(P2)를 0.7kg/cm²(10psia) 미만의 값으로 감소시키려는 시도는 흡입 압력의 아주 작은 추가적인 강하를 얻기 위해 실질적인 작동 시간의 길이가 필요한 것에 역효과라는 것이 밝혀졌다. 더욱이 이 조건하에서 다음에 기술한 실린더 냉각 모드로의 전환은 시스템으로부터 궁극적으로 회수되는 냉매의 양을 실질적으로 증가시키지 않고 이에 따라 재생모드의 종료 및 냉매 오염물 시험 사이클의 개시가 지시된다는 것이 밝혀졌다.

재생 사이클이 다음의 사항들을 지시했다고 가정한다. 제1재생 사이클이고 또는 압축기 흡입 압력(P2)는 0.7kg/cm²(10psia) 이상이고, 제어기(108)이 실린더 냉각 작동 모드를 개시한다.

상기 실린더 냉각 모드에 있어서, 제10도에 도시한 바와 같이 솔레노이드 밸브(SV1, SV2)는 동력이 제공되어서 개방상태이다. 솔레노이드 밸브(SV3, SV4)는 폐쇄되고 압축기 모타와 응축기 팬 모타는 계속해서 동력이 제공된다. 실린더 냉각 작동 모드는 실질적으로 시스템을 폐쇄 사이클 냉각 시스템으로 변환시키는데, 여기서 냉매 저장 실린더(86)은 충만된 증발기로 기능한다. 솔레노이드 밸브(SV3)을 폐쇄함으로써 냉매 재생 및 순환 시스템(10)은 제공된 냉각 시스템(12)로부터 고립된다. 솔레노이드 밸브(SV1)을 개방하는 것은 저장 실린더(86)의 증기 배출구(88)과 압축기(44)의 저압측과 소통하는 도관(28) 사이의 유체 통로를 제공한다. 솔레노이드 밸브(SV4)를 폐쇄하는 것은 응축기(60)으로부터 나온 냉매가 냉매 팽창 장치(74)를 통과하는 통로를 정한다.

상기 언급한 솔레노이드 제어와 함께 실린더 냉각 작동 모드에서 압축기(44)는 압축기로 들어오는 저압 기체 냉매를 압축해서 고압 기체 냉매를 도관(50)을 거쳐서 오일 분리기(52)로 보낸다. 오일 분리기(52)로부터 고압 기체 냉매는 도관(56)를 거쳐서 고온 압축 가스를 액체로 응축시키는 응축기 코일(60)을 통과한다. 액화된 냉매는 도관(66)을 거쳐서 응축기 코일(60)을 떠나서 T형 연결부(68)을 통과하여 여과기(76)을 통과하고 도관(72)를 거쳐서 냉매 팽창 장치(74)를 통과한다.

상기와 같이 고압으로 냉매는 냉매가 압력 강하를 겪는 팽창 장치(74)를 통과하여 유동하고 적어도 부분적으로는 증기로 기화한다. 그 다음 액체와 증기 혼합물이 도관(78, 80)을 거쳐서, 실린더(86)내의 냉매로부터 열을 증발시키고 흡수해서 상기 냉매를 냉각시키는 냉매 저장 실린더(86)으로 유동하여 들어간다.

그 다음 저압 냉매 증기는 상기 저장 실린더(86)으로부터 증기 배출포트(88)을 거쳐서 도관(94)와 솔레노이드 밸브(SV1)을 통하여 T형 연결부(96)을 통과한다. 상기 연결부로부터 냉매는 체크 밸브(98), 솔레노이드 밸브(SV2), 오일 분리기/어큐뮬레이터(32), 여과 건조기(38) 및 도관(40)을 통하여 압축기(44)로 복귀되어서 그 순환은 종료된다.

실린더 냉각 작동 모드가 계속될때 온도 변환기로 측정된 실린더 온도(Tstor)은 상기 냉매가 폐쇄 냉각회로를 통하여 계속해서 순환할때 계속해서 하강한다. 이 때에도 역시 냉매는 냉매 정화 구성 부재 즉, 오일 분리기(32)와 여과 건조기(38)을 통과하는데, 이것을 여러 차례하면 냉매는 더 정화된다.

제2도를 다시 참고하면, 실린더 냉각 작동 모드는 (1) 실린더 온도(Tstor)이 외기 온도(Tamb) 이하 21.l℃(70。F) 수준으로 떨어질때, 또는 (2) 실린더 냉각 작동 모드가 15분 동안 지속될때, 또는 (3) 실린더 온도(Tstor)이 -17.8℃(0。F)로 떨어질때 발생하는 세가지 조건중 어느 하나일때 종료한다. 실린더 냉각 모드의 종료를 유발한 상기 조건들에 관계없이 결과는 실린더(86)에 저장된 냉매의 온도(Tstor)이 외기 온도보다 아주 낮은 경우와 실질적으로 동일하다. 그 결과 낮아진 온도에 대응하는 실린더 내의 압력은 시스템내의 어느 지점보다도 현저히 낮다.

실린더 냉각 모드 종료가 발생된 것 중 어느 하나 일 때 제어기(108)은 시스템을 제2작동 모드로 전환시킨다. 제 2 재생 모드에서 솔레노이드 밸브 및 압축기와 응축기 모타는 제 1재생 모드와 판련하여 상기에 언급한 바와같이 동력이 제공된다. 냉매 저장 실린더에서 생성된 낮은 온도(Tstor) 때문에 제공된 유니트로부터 냉매를 회수하는 시스템의 성능은 재생 압축기가 높은 압력차를 겪지 않게 하면서도 현저하게 증가한다.

이런 현상은 제1도를 참고하면 이해된다. 이 현상은 제공된 장치로부터 회수된 냉매가 압축기(44)로부터 방출되고 도관(56)을 거쳐서 응축기(60)을 통과하는 곳에서 재생 사이클을 재개함으로써 기술된다. 이곳에서 압축기 배출구(48)로부터 저장 실린더(86)으로 통과하여 연장되고 상기 저장 실린더를 포함하는 시스템내의 압력은 상기 저장 실린더(86)내의 온도 및 압력 조건에 의하여 강요된다. 그 결과 저장 실린더(86)은 응축기로써 효과적으로 제공되며 이와 동시에 재생된 냉매는 과열 증기로서 응축기 코일을 통하여 솔레노이드 밸브(SV4)와 도관(80, 82)를 통과하여 액체로 응축되는 저장 실린더(86)으로 간다.

제2 또는 후속으로 재생 모드(즉, 실린더 냉각 모드에 후속하는 재생 모드)중에 겪는 현저하게 낮은 압축기 배출 압력(P3)은 재생 압축기(44)가 서비스되는 시스템(12)를 상기 재생 압축기를 가로지르는 허용 압력비를 유지하면서 지금까지 얻을 수 있는 것보다 낮은 압력으로 끌어내린다.

제2재생 모드에서 압력비 P3/P2는 (일예로 16인) 소정의 값을 초과할 수 있으며 다른 시스템에 의존하는 조건들은 제2도의 플로우 챠트에 도시된 바와같이 실린더 냉각 작동 모드의 추가 또는 종료가 되게 한다.

제2도를 계속 참고하면, 상기 시스템은 제어기(108)이 냉매 오염물 시험(토탈테스트)작동 모드로 전환될때가지 기술된 바와같이 작동한다. 재생 사이클의 개시에 앞서 조작자는 샘플링 튜브가 샘플링 튜브 유지부(104)에 위치되었는지를 확인해야 한다. 토탈테스트 작동 모드가 개시된 때 솔레노이드 밸브(SV1, SV2, SV4, SV5/SV6)은 모두가 동력이 제공되어 개방 위치로 된다. 솔레노이드 밸브(SV3)은 동력이 제공되지 않고 폐쇄되어 있다. 상기 조건에서의 유동 제어 밸브와 함께 재생 시스템을 통과한 냉매의 유동은 솔레노이드 밸브(SV4)가 개방되어서 냉매가 팽창 장치(74)를 통과하지 않는 것을 제외하고는 실린더 냉각 모드와 관련하여 상기한 것과 유사하다. 냉매가 이러한 방식으로 회로를 통하여 유동하고 솔레노이드 밸브(SV5, SV6)이 개방되면서 시스템의 고압측과 저압측 사이에 존재하는 압력차는 냉매의 유동을 도관(102), 솔레노이드 밸브(SV6), 샘플링 튜브 유지부(104)(및 그 안에 수용된 튜브), 솔레노이드 밸브(SV5), 샘플링 투브 유지부(104)(및 그 안에 수용된 튜브), 솔레노이드 밸브(SV5) 및 도관(106)을 통하여 유도하고 이로써 시험된 냉매는 압축기(44)는 흡입측으로 복귀된다.

적당한 오리피스가 도관(102) 또는 샘플링 튜브 유지부(104)에 제공되어서 필요한 압력 강하를 제공하여서, 샘플링 튜브 유지부(104)에 유지된 시험 튜브를 통과한 냉매의 유동은 시험튜브를 통과한 냉매의 질에 대한 신뢰성 있는 시험을 보장하기 위해서 토탈테스트 중에 시험 튜브를 통과한 냉매의 적절한 유동을 시험튜브가 수용하는 것을 보장하는 비율이 되게 보장된다. 제2도를 참고하면, 냉매의 특성 시험의 실행시간은 X분으로 도시되었음을 알 수 있다. 시중에서 구입 가능한 토탈테스트 시스템에 있어서 일반적 실행 시간은 약 10분이며 제어기는 상기시간 동안 또는 다른 냉매에 대해서는 다른 시간 동안 상기 시험을 실행하도록 프로그램될 수 있다. 그러나 시험 냉매가 많은 양의 산을 수용하는 경우 상기 특성 시험은 곧 종결되며 시험 튜브 내의 지시기는 프로그램된 실행 기간 이전에 변색된다. 이 경우 냉매의 특성 시험은 종결되며 추가적인 냉매 정화 사이클이 개시된다.

추가적인 정화 사이클은 재순환 모드라고 하면 시스템 작동 논리를 나타내는 플로우 챠트는 제3도에 도시되었다. 제4도를 참고하면, 전기 작동식 구성 부재의 조건은 솔레노이드 밸브(SV4)가 개방되어서 냉매가 팽창장치(74)를 통하여 유동하지 않고 다만 개방된 솔레노이드 밸브(SV4)를 통하여 유동하는 것을 제외하고는 실린더 냉각 모드일 때의 재순환에서와 동일하다는 것은 주지이다. 이것은 상기 재순환 모드중에 시스템을 통과하는 냉매의 체적 유동을 증가시킨다. 상기 모드의 기능은 오일 여과기(32)와 여과 건조기(83)을 통과하는 다수의 통로에 의하여 냉매를 엄밀하게 더 정화시킨다.

제3도를 참고하면, 재순환 모드에서 시스템이 작동하는 시간의 길이는 작동자에 의하여 냉매의 종류 및 특성과 외기 온도의 함수로서 변화하는 X분으로 결정된다. 상기 냉매의 종류는 공지이며, 외기 온도는 측정되며, 상기 질은 냉매의 특성 시험 사이클에 이용된 시험 튜브의 평가시에 작동자에 의하여 결정된다. 계속해서 제3도를 참고하면, 선택된 재순환 시간이 끝나면, 작동자에 의하여 선택된 경우 시스템은 또 다른 냉매의 특성 시험을 실행하며, 상기 시험의 결과가 또 다른 재순환 시간을 지시한 경우 시스템은 상기에 언급한 과정에 따라 개시된다.

상기 언급한 시스템 및 제어 체계의 목적은 재생 시스템의 압축기가 역작동조건을 겪지 않는 것을 보장하는 시스템 제어 변수를 줄곧 모니터하는 동안 주어진 외기 조건 또는 시스템 조건하에서, 서비스되는 시스템으로부터 가능한 많은 냉매를 제거하는 것이다. 상기한 바와같이 상기 시스템 제어 변수는 재생 압축기(44)를 가로지르는 압력비 P3/P2이다. 상기에 제시된 실시예에서, P3/P2치 16은 그 이상에서는 압축기가 역작용을 할 수 있는 압력비로 사용되었다. 다른 압축기에 있어서 이 변수의 값은 다를 수 있다는 것을 알아야 한다.

이 시스템의 제어에 있어서 궁극적인 목적은 압축기의 작동을 소정의 범위로 제한해서 길고 신뢰성 있는 압축기 수명을 보장하는 것이다. 상기에 지적한 바와같이 본 발명의 배경에는 압축기 분야의 전문가에 의하여 압축기의 작동중에 압축기의 내부 손상을 방지하는 제어 변수는 압축기 내부 온도라는 것이 고려되었다. 본 발명에 개시된 실시예에서 압축비는 압축기 내부 온도와 관계되는 아주 신뢰성있고 효과적인 제어 변수임이 밝혀졌으며 이에 따라 상기 실시예에서 바람직한 제어 변수로 선택되었다. 압력차(즉, P3-P2)도 또한 상기 시스템을 제어하는데 효과적으로 이용된다.

그러나, 주지해야 할 것은 압축기 배출 라인(50)에서 온도 변환기(110)에 의하여 측정되는 압축기 배출온도와 같은 다른 시스템 제어 변수 또는 압축기 흡입압력(P2)도 또한 상기 시스템을 압축기가 역작용하지 않는 조건에서만 작동하게 상기 시스템을 제한하기 위한 시스템의 작동 제어에 이용된다는 것이다.

온도에 관하여, 윤활유가 분해되기 시작하는 압축기 내부 온도는 약 162.8℃(325^oF)라는 것이 일반적으로 인정된다. 상기 온도 이상에서는 압축기의 역작동 및 손상이 예상된다. 본 발명의 시스템에서 제어기(108)은 온도 변환기(110)에 의하여 모니터된 압축기 배출 온도가 압력비 조건에 불구하고 최대값 107.2℃(225。F)를 초과하면 상기 시스템은 꺼지도록 프로그램되었다.

또한 의도된 것은 변환기(110)에서 측정된 압축기 배출 온도가 기본적인 시스템 제어 변수로서 이용되는 경우, 93.3℃(200。F) 내외의 온도가 시스템의 작동중에 압축기가 역작용하지 않는 것을 보장하기 위하여 재생 시스템을 재생 모드에서 실린더 냉각 작동 모드로 전환시키는데 이용된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 언급한 바와같이 압축기의 보호를 위하여 감지될 시스템 제어 변수는 압축기 흡입 압력(P2)가 될 수 있다. 이 경우에 제어기(108)의 마이크로 프로세서는 압축기 역작용을 지시하는 것으로 간주되는 압축기 흡입 압력(P2)로 외기 온도 범위 및 시스템에 의하여 처리되는 다른 냉매를 위하여 프로그램된다. 일예로, 32.2(90。F)의 외기 온도에서 냉매 R-22를 처리할 때 시스템을 재생모드에서 실린더 냉각 작동 모드로 변경하기 위하여 0.9kg/cm²(13psia) 내지 1.lkg/cm²(15psia) 범위의 흡입 압력(P2)가 프로그램된다.

본 발명에 따르는 시스템의 현저한 냉매 재생 성능은 다음의 예에 반영된다. 재생 장치는 21.1℃(70^oF)의 외기 온도에서 2.04kg(4.5파운드)의 냉매 R-l2를 충전한 시스템을 갖추고 있는 냉각 시스템과 연결된다. 상기와 같은 시스템은 윤활유 에어콘디셔닝 시스템의 종류이다.

재생을 개시할 때 상기 시스템은 상기 시스템이 한계 압력비(P2/P3) 16에 도달하기 전 8. 67분 동안 제1재생 사이클을 수행한다. 제1재생 사이클에서 1.69kg(3.73파운드)가 시스템으로부터 재생되었다. 이것은 시스템 총 충전량의 82.9%를 나타낸다. 종래의 통상적인 시스템을 0.35kg(0.77파운드) 또는 시스템내 충전량의 17% 이상을 남기는 제1재생 사이클에서 정지된다.

제1재생 사이클에서 본 발명의 시스템은 실린더 냉각 작동 모드로 전환된다. 상기 실린더 냉각 사이클은 15분동안 실행되며 실린더 온도(Tstor)는 -12.2℃(10^oF)까지 이르게 된다. 실린더 냉각 사이클에서 제2재생 사이클이 시스템 제어기에 의하여 개시된다. 상기 제2재생 사이클은 3.8분 동안 실행되며 이때 흡입 압력(P2)가 0.28kg/cm²(4.0psia)로 떨어지면 재생은 종료된다.

제2재생 사이클에서, 시스템 총 실행시간은 27.5분이며 총 2.0lkg(4.42파운드)의 냉매가 시스템으로부터 재생되었다. 이것은 2.04kg(4.5파운드)의 총충전량 중 98.2%를 나타내는 것이며, 단지 0.04kg(0.08파운드)만이 시스템에 남는다.

재생 및 정화의 종료에 이어 저장 실린더(86)은 냉각 시스템에 복귀되는 청정 냉매를 수용한다. 제10도를 참고하면, 선택된 경우의 재충전 모드는 밸브(SV1, SV3)을 도시에 개방해서 저장 실린더(86)으로부터 냉각 시스템(12)로의 직통 냉매 통로를 만든다. 다른 모든 밸브와 압축기 및 응축기는 이 모드에서 동력이 차단된다. 시스템에 보내어진 냉매의 양은 작동자에 의하여 선택되며, 제어기(108)은 액체 높이 감지기(92)로부터의 입력으로 선정된 냉매의 양을 시스템에 정확하게 재충전하는 것을 보장한다.

액체 재생 모드를 제4a도의 플로우 챠트와 관련하여 상세하게 설명한다. 액체 재생 모드는 2.27kg(5파운드)를 상회하는 충전 냉매를 수용하고 있는 대형의 실시예 시스템에에 이용되도록 설계되었음을 알아야 한다. 2.27kg(5파운드) 미만의 냉매가 수용된 시스템에서 액체 재생 작동 모드는 생략되며, 작동자는 다음에서도 설명할 상기 언급한 중기 재생 모드로 곧바로 들어갈 수 있다.

액체 재생 모드에서 2.27kg(5파운드)를 상회하는 냉매를 수용하는 시스템이 제공되며 장치(10)이 시스템(12)로부터 냉매를 제거하기 위하여 상기 시스템(12)에 연결된 것을 가정한다. 제4a도 및 제10도를 참고하면, 액체 재생 모드가 개시될 때 제어기(108)은 밸브(SV1, SV2, SV7)을 개방시킨다는 것을 알 수 있다. 밸브(V3, SV4, SV5, SV6)은 폐쇄된 상태로 유지된다. 제10도에 도시된 바와같이 밸브(SV5, SV6)은 마이크로 프로세서(제어기(108))로부터의 단일 출력으로 함께 작동하며 상기 밸브가 개방된 시간은 오염물 시험 공정이 수행되는 때이다. 이들 밸브에 대해서 시스템의 다른 작동 모드와 관련해서는 더 이상 논의되지 않는다. 압축기(44) 및 응축기 팬(62)의 모타도 또한 액체 재생 모드가 개시할 때 동력이 제공된다.

제1도를 참고하여 액체 재생 모드에서 시스템의 작동을 살펴본다. 밸브(SV3)의 폐쇄와 밸브(SV7)의 개방으로 서비스되는 시스템(12)로부터 나온 냉매는 시스템 내의 냉매 압력에 의하여 도관(20), T형 연결부(1l), 밸브(SV7)을 통과하여 액체 냉매 라인(15)를 거쳐서 저장 실린더(86) 상의 밸브(90)을 통과해서 냉매저장 실린더에 이른다.

액체 냉매가 외기 조건에서 저장 실린더(86)으로 들어갈 때 일부 액체 냉매는 기체 형태로 존재한다. 이때 솔레노이드 밸브(SV1)은 개방되기 때문에 저장실린더(86)의 증기 배출기(86)과 도관(94) 사이에 유체통로가 곧바로 형성되어서 압축기(44)의 저압측과 소통하게 된다. 솔레노이드 밸브(SV4)가 폐쇄되면서 응축기(60)으로부터 통과한 냉매는 팽창 장치(74)를 통과한다.

상기 언급한 바와같이 솔레노이드를 제어함에 따라 액체 재생 중에 압축기(44)가 작동해서 저장 실린더(86)으로부터 저압 기체 냉매가 직접적으로 회수된다. 이 냉매는 도관(94) 및 T형 연결부(96)을 거쳐서 체크 밸브(98), 밸브(SV2) 및 도관(30)을 통하여 오일 분리기(32)로 들어간다. 오일 분리기로부터 나온 냉매는 도관(36)을 거쳐서 여과기 건조기(38)를 통과하고 그 후 고압 기체 냉매가 도관(50)을 거쳐서 오일 분리기(52)로 보내는 압축기(44)로 도관(40) 및 어큐뮬레이터(46)을 거쳐서 통과한다. 오일 분리기(52)로부터 나온 고압 기체 냉매는 도관(56)을 거쳐서 고온 압축 가스가 액체로 응축되는 응축기 코일(60)을 통과한다.

액화 냉매는 도관(60)을 거쳐서 응축기 코일(60)을 빠저나오고 T형 연결부(68)을 통하여 여과기(76)을 통과해서 도관(72)를 거쳐서 냉매 팽창 장치(74)를 통과한다. 상기 고압으로 응축된 냉매는 냉매가 압력 강하를 겪는 팽창 장치(74)를 통하여 유동하고 적어도 부분적으로는 증기로 기화한다. 그 후 액체와 증기 혼합물은 도관(78, 82)를 거쳐서 냉매 저장 실린더(86)으로 다시 되돌아 유동해가는데, 여기서 상기 혼합물을 상기 저장 실린더(86)내의 냉매로부터 열을 증발하여 흡수해서 상기 저장 실린더(86)내의 압력 및 온도를 낮춘다. 상기 저장 실린더(86)내의 하강된 온도 및 압력의 결과, 외기 온도에 있는 제공된 냉각 시스템(12)와 저장 실린더(86) 사이의 압력차는 실질적으로 증가하고 또한 그 결과 액체 냉매 라인(15)를 통하여 저장 실린더에 이르는 냉매의 유동은 실질적으로 증가한다.

상기 액체 재생 작동 모드중에 냉매는 상기 언급한 냉각 및 정화 회로를 통하여 계속해서 재순환한다는 것을 알게 된다.

제4a도를 참고하면, 액체 재생 모드는 실시예에 따라서 시스템이 실린더 냉각 사이클로 전환되는 2분 동안 실행되는 것을 알 수 있다. 제7도를 참고하면, 실린더 냉각 사이클에서 시스템의 작동과 액체 재생 사이클에서 시스템의 작동 사이의 유일한 차이점은 솔레노이드 밸브(SV7)이 폐쇄되어서, 서비스되는 시스템과 연관시키지 않고 언급한 바와같이 시스템은 폐쇄 회로에서 작동하는 것이다. 실린더 냉각 작동 모드가 실린더 온도를 계속해서 하강시킴에 따라 냉매는 계속해서 폐쇄 냉매 회로를 통하여 순환한다. 또한 냉매는 이 시간 중에도 냉매 정화 구성부재 즉, 오일 분리기(32) 및 여과기 건조기(38)을 수회 통과하여 이로써 냉매가 더 정화된다. 저장 실린더 내의 온도 및 압력이 실질적으로 외기 온도 보다 낮도록 감소되는 것을 보장하기 위하여 시스템은 실린더 냉각 사이클에서 5분동안 작동한다.

제4a도를 참고하면, 실린더 냉각 사이클에서 시스템은 액체 재생 작동으로 복귀한다. 제2액체 재생 사이클이 계속됨에 따라 제어기(108)은 저장 실린더(86)내의 액체 높이를 나타내는 액체 높이 감지기(92)에 의하여 생성된 신호를 계속해서 받는다. 그 후 마이크로프로세서는 액체 높이 증가 속도를 나타내는 신호를 생성한다. 상기 마이크로 프로세서는 액체 높이 증가 속도를 나타내는 신호를 관찰하게 더 프로그램되어서 상기 속도가 시스템으로부터 액체 냉매의 회수와 균형을 이루는지 결정한다.

제5도는 냉매 재생 속도에 있어서 감소를 나타내며 따라서 냉매의 재생이 액체로부터 증기 상태로 전환할 때 실린더(86) 내의 액체 높이의 증가 속도에 있어 감소가 일어난다. 상기 그래프의 직선부는 액체 상태에서 재생이 지속될 때 재생된 냉매의 양에 있어 선형적인 증가를 도시하는 것이다. 상기 그래프의 상부에서 기울기는 증기 상태에서 재생되는 냉매의 재생 속도를 현저하게 변화시킨다. 마이크로프로세서가 냉매의 재생 속도에 있어서 현저한 변화를 감지할 때 액체 재생 작동 모드는 자동적으로 종료된다.

액체 높이 감지기가 제공할 수 있는 정보의 정확성은 폭 넓게 변화한다. 상기한 바와같은 액체 재생 시스템의 작동은 덜 정확한 표시도수를 제공하는 높이 감지기를 이용하는 시스템이 성공적인 재생을 수행하도록 한다. 아주 정확한 높이 감지기를 이용한 시스템에서, 제4a도에 도시된 바와같은 상기 언급된 액체 재생 작동 모드는 제1실린더 냉각 사이클을 생략하고 액체 재생 사이클로의 복귀를 생략함으로써 수행될 수 있다.

제4a도을 참고하면, 이 시점에서 시스템은 증기 재생 사이클의 개시에 앞서 저장 실린더(86)의 온도와 압력을 감소시키기 위하여 실린더 냉각 사이클 작동으로 전환된다는 것을 알 수 있다. 계속해서 제4a도을 참고하면, 실린더 냉각 작동 모드는 (1) 실린더 온도(Tstor)이 외기 온도(Tamb) 이하의 21.l℃(70^oF) 높이로 떨어진 경우, 또는 (2) 실린더 냉각 작동 모드가 15분동안 지속되는 경우, 또는 (3) 실린더 온도(Tstor)이 -17.8℃(0。F)로 떨어진 경우에 발생하는 3조건중 어느 하나의 조건인 때 종료된다. 실린더 냉각 모드의 종료를 유발하는 조건에 관계없이 그 결과는 저장 실린더(86)에 저장된 냉매의 온도(Tstor)이 외기 온도보다 아주 낮은 경우와 실질적으로 동일하다. 이때 시스템은 증기 재생 작동 모드로 전환되어서서비스되는 시스템으로부터 냉매의 회수를 끝마친다.

증기 재생 및 실린더 냉각 작동 모드는 제4b도의 플로우 챠트에 도시되었다. 이때의 시스템의 작동은 상기 언급한 증기 재생 및 실린더 냉각 사이클과 동일하므로 반복 설명하지 않는다.

제6a도 및 제6b도는 액체 재생으로부터 증기 재생으로의 전환이 회수되는 냉매의 상태 변화에 상호 관련 있는 변수에 의하여 제어되는 액체 재생 모드에서의 시스템의 작동을 도시한다. 상기 시스템의 작동은 제어신호 제공원을 제외하고는 제4a도 및 제4b도와 관련하여 상기 언급한 바와 동일하다.

제2액체 재생 사이클이 계속될 때 제어기(108)은 시스템 내의 다수의 조건과 관련되는 신호를 계속 받는다. 상세하게는 온도 변환기(Tstor)은 저장 실린더(86)내의 냉매의 온도를 지시하는 신호를 제공한다. 압력 변환기(P2, P3)은 압축기(44)를 들어가고 나오는 각각의 압력에 관련된 정보를 제공한다. 이 3가지 변수들은 시스템 제어 변수로서 수집되어 인용된다.

제7도, 제8도 및 제9도는 각각이 액체 재생 사이클이 실행되는 시간 길이의 함수로서의 시스템 제어변수(Tstor, P3, P2)값을 도시한다. 상기 그래프도 각각에 대하여, 7분을 나타낼때 각각의 변수는 증가하고 그후 안정화되고 다시 하강하기 시작한다는 것을 알 수 있다. 각 변수가 증가하기 시작하는 것은 제2액체 재생 사이클의 개시를 나타내는 7분인 시점이다. 각 변수들이 하강하기 시작하는 시점은 냉각 시스템(12)로부터 회수되는 냉매의 상태가 액체 상태에서 증기 상태로 변화하는 시간과 상호 관련성 있다는 것이 밝혀졌다. 제어기(108)의 마이크로 프로세서는 선택된 시스템 제어 변수들 중 하나가 그것의 최대치 이하의 소정치로 떨어질 때 재생 작동 모드가 자동적으로 종료되도록 프로그램된다. 제6a도를 참고하면, Tstor은 양호하게 제어된 변수이며, 양호한 실시예에서 액체 재생의 종료는 Tstor이 이것의 최대치로부터 -15℃(5。F)하강한 때 일어난다. 제어 변수가 P2 또는 P3인 경우, 최대치로부터 0.35kg/cm²(5psi)의 하강은 적절한 시간에 액체 재생으로부터 증기 재생으로 전환을 일으킨다는 것이 밝혀졌다.

제6a도를 참고하면, 이 시점에서 시스템은 증기 재생 사이클의 개시에 앞서 저장 실린더(86)의 온도 및 압력을 감소시키기 위하여 실린더 냉각 작동 사이클로 전환되는 것을 알 수 있다. 계속해서 제6a도을 참고하면, 상기 실린더 냉각 작동 모드는 (1) 실린더 온도(Tstor)이 외기 온도(Tamb) 이하의 21.1℃(70^oF) 높이로 떨어진 경우, 또는 (2) 실린더 냉각 작동 모드가 15분 동안 지속되는 경우, 또는 (3) 실린더 온도(Tstor)이 -17.8℃(0^oF)로 떨어진 경우에 발생하는 3조건중 어느 하나의 조건인 때 종료된다. 실린더 냉각 모드의 종료를 유발하는 조건에 관계없이 그 결과는 저장 실린더(86)에 저장된 냉매의 온도(Tstor)이 외기 온도보다 아주 낮은 경우와 실질적으로 동일하다. 이때 시스템은 증기 재생 작동 모드로 전환되어서 서비스되는 시스템으로부터 냉매의 회수를 끝마친다.

Claims

냉매 재생 장치로 이송될 가스 냉매를 압축시키고 흡입 포트(42)와 배출 포트(48)을 구비한 압축기 수단(44)와, 상기 압축기 수단의 흡입 포트로 냉각 시스템을 연결시키는 제1도관 수단(20, 30, 36, 40)과, 입구(58)와 출구(64)를 구비한 냉매를 통과시키는 응축기 수단(60)과, 상기 응축기 수단의 입구와 압축기 수단의 배출 포트를 연결시키는 제2도관 수단(54, 56)과, 냉매 저장 수단(86)과, 냉매 저장수단과 상기 응축기 수단의 출구를 연결하는 제3도관 수단(66, 82)를 포함하는 냉각 시스템으로부터 압축성 냉매를 재생하기 위한 장치에 있어서, 제1도관 수단과 냉매 저장 수단을 연결하는 제4도관 수단(94)와, 상기 제4도관 수단과 제1도관 수단과의 연결부로부터 상류의 제1도관 수단안에 위치하고 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 작동 가능한 제1밸브 수단(SV3)과, 제3도관 수단안에 위치하고 개방 상태와 냉매 팽창 상태 사이에서 작동가능한 제2밸브 수단(SV4)와, 제4도관 수단안에 위치하고 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 작동 가능한 제3밸브 수단(SV1)과, 상기 압축기 보호와 관련한 시스템 제어 변수(110, P2, P3)을 감지하고 감지된 시스템 제어 변수를 나타내는 값을 갖는 신호를 제공하기 위한 감지 수단과, 상기 감지 수단에 의해 제공된 신호를 수신하고, 압축기가 역작용을 받지 않는 설정 범위의 값을 갖는 신호에 반응하여 제1밸브 수단(SV3)을 개방상태로 그리고 제2밸브 수단(SV4)를 개방상태로 또한 제3밸브 수단(SV1)을 밀폐 상태로 작동시키고, 압축기가 역 작용을 받는 설정 범위의 값을 갖는 신호에 반응하여 제1밸브 수단(SV3)을 폐쇄 상태로 그리고 제2밸브 수단(SV4)를 냉매 팽창 상태로 그리고 제3밸브 수단(SV1)을 개방 상태로 작동시키는 프로세서 수단(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 재생 장치.
제1항에 있어서, 시스템 제어 변수를 감지하는 수단이, 상기 압축기(44)로 유입되는 냉매의 압력을 감지하고, 이 압력을 나타내는 제1압력 신호를 제공하는 제 1압력 변환 수단(P2)와, 압축기로부터 떠나는 냉매의 압력을 감지하고 이 압력을 나타내는 제2압력 신호를 제공하는 제2압력 변환기 수단(P3)과, 압축기를 통한 압력비를 결정하고 압축기 압력비인 감지된 시스템 제어 변수를 나타내는 값을 갖는 신호를 제공하도록 제1압력 신호와 제2압력 신호를 처리하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 재생 장치.
제1항에 있어서, 각 시스템으로부터 압축기로 제 1도관 수단을 통과하는 냉매를 정화시키는 수단(32, 38)과, 한 단부가 일정량의 냉매를 제거하도록 제2도관 수단과 유체 연통된 제5도관 수단(102)와, 상기 정화 수단으로부터 하류에서 제1도관 수단과 한 단부가 유체 연통된 제6도관 수단(106)과, 제5도관 수단(102)와 제6도관 수단(106)사이의 상호 유체 유동 연결이 이루어지도록 제5 및 제6도관 수단의 타단부와 밀봉 유체 연통된 냉매 정화 샘플링 튜브를 작동되도록 지지하기 위한 수단(104)와, 제4도관 수단안에 위치하고 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 작동 가능한 제4밸브수단(SV6)과, 제6도관 수단안에 위치하고 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 작동 가능한 제5밸브 수단(SV5)와, 압축기에 동력을 제공하고 제1밸브 수단(SV3)을 개방 상태로 그리고 제4 및 제5, 제3밸브 수단(SV6, SV5, SV1)을 폐쇄 상태로 작동시켜서 시스템을 냉매 재생모드로 작동시키고, 압축기(44)에 동력을 제공하고 제1 및 제4, 제5밸브 수단(SV3, SV6, SV5)를 폐쇄 상태로 그리고 제3밸브 수단(SV1)을 개방 상태로 작동시켜서 냉매 정화 작동 모드를 한정하는 폐쇄 냉매 순환 통로를 한정시키고, 압축기(44)에 동력을 제공하고 제1밸브 수단(SV3)을 폐쇄 위치로 그리고 제3 및 제4, 제5밸브 수단(SV1, SV6, SV5)를 개방 상태로 작동시켜서 냉매 정화 샘플링 튜브를 통해 냉매가 통과하는 냉매특성 시험 작동 모드의 냉매 회로를 한정시키는 수단(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 재생 장치.
제1항에 있어서, 냉각 시스템(12)를 냉매 저장 수단(86)에 연결시키는 제7도관 수단(15)와, 제7도관 수단(15)안에 위치하고 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 작동 가능한 제6밸브 수단(SV7)을 포함하고, 제7도관 수단(15)가 냉각 시스템(l2)로부터 직접 냉매 저장 수단(86)으로의 냉매 통로를 한정하고, 제1밸브 수단(SV3)이 밀폐되고 제3밸브 수단(SV1)과 제6밸브 수단(SV7) 모두가 개방되었을 때, 냉매 저장 수단(86)으로부터 제4 및 제1도관 수단(94, 30, 40) 그리고 압축기 수단(44), 제2도관 수단(54, 56), 응축기 수단(60), 제3도관 수단(66, 82), 그리고 그안에 위치한 팽창 수단(72)를 통해 냉매 저장 수단(86)으로 귀환 유동하는 냉매가 냉매 저장 수단(86)안의 온도 및 압력을 감소시키는 냉각 회로를 형성하여 냉각 시스템(12)로부터 제1도관을 통해 냉매 저장 수단으로의 유동을 보조하고, 제1밸브 수단(SV3)과 제6밸브 수단(SV7)이 폐쇄되고 제3밸브 수단(SV1)이 개방되었을 때, 재생 장치가 냉각 시스템(12)으로부터 고립되고 상기 냉각 회로가 재생 장치안의 온도 및 압력을 강하시키도록 폐쇄 회로로 작동되는 것을 특징으로 하는 냉매 재생 장치.
제4항에 있어서, 냉매 저장 수단(86)안의 액체의 높이를 감지하고 냉매 저장 수단안의 액체 높이를 나타내는 신호를 발생시키는 수단(92)과, 액체 높이를 표시하는 연속적인 신호를 수신하고 냉매 저장 수단 안의 액체 높이 증가율을 결정하며 액체 높이 증가율을 나타내는 신호를 발생시키고, 액체 높이 증가율을 나타내는 신호를 수신하고 냉각 시스템(12)로부터의 액체 냉매의 재생을 나타내는 액체 높이 증가율의 소정의 값 이상의 액체 증가율에 반응하여 제6밸브 수단(SV 7)을 개방 상태로 그리고 제1밸브 수단(SV3)을 폐쇄 상태로 작동시키고, 냉각 시스템(12)로부터의 액체 냉매의 재생을 나타내는 액체 높이 증가율의 소정의 값 미만의 액체 높이 증가율을 나타내는 신호에 반응하여 제6밸브수단(SV7)을 폐쇄 상태로 그리고 제1밸브 수단(SV3)을 개방 상태로 작동시키는 프로세서 수단(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 재생 장치.
제4항에 있어서, 냉각 시스템(12)로부터 제거될 냉매의 상이 액체로부터 증기로 변화되는 시간과 관련한 시간에 발생되는 감지가능한 변화값을 갖는 시스템 제어 변수(P2, P3, Tstor)를 감지하고 감지가능한 변화가 발생되었음을 나타내는 신호를 제공하는 수단과, 제6밸브 수단(SV7)을 개방 상태로 그리고 제1밸브 수단(SV3)을 폐쇄 상태로 작동시켜서 냉각 시스템으로부터 제7도관을 통해 액체 냉매를 제거하도록 장치를 작동시키고, 감지가능한 변화가 발생되었음을 나타내는 상기 신호에 반응하여 냉각 시스템으로부터 제1도관을 통해 가스 냉매를 제거하도록 제6밸브 수단(SV7)을 폐쇄 위치로 제1밸브 수단(SV3)을 개방 위치로 작동시키는 수단(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 재생 장치.