KR200367758Y1 - 압축기 - Google Patents

Abstract

압축기 본체의 배출 압력에 따라 압축기 본체를 구동하는 전동기의 회전 속도를 제어함으로써 압축기 용량을 가변적으로 제어할 수 있는 용량 제어 기능을 갖는 압축기가 제공된다. 압축기 본체는 냉매 가스를 흡입 및 토출한다. 전동기는 압축기 본체를 구동한다. 제어기는 압축기 용량을 제어하기 위하여 압축기 본체의 배출 압력에 따라 전동기의 회전 속도를 제어한다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 고안은 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동기의 회전 속도를 제어함으로써 냉동기의 용량을 제어 가능한 압축기 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.

냉각 시스템에서는 크게 세 가지 분야로 분류할 수 있다. 즉, 증발된 냉매 가스를 압축하는 압축기 부분, 압축된 고압가스를 액화시키는 응축기 부분, 그리고 상기 액화된 고온 고압의 냉매를 필요에 따라 외부의 열을 회수하는 증발기 부분으로 나눌 수 있다. 먼저, 압축기 부분으로 냉각 시스템에서 대형 전동기를 이용한다. 대형 전동기의 기동 시, 기동 전류를 제한하고 압축기가 부하 변동에 따라 용량을 조절할 때, 전동기에서 발생하는 무효 전력을 유효 전력화 또는 소비 전력을 줄일 수 있는 장치가 필요하다. 이는 기존에 사용하고 있는 기동기(리액터, 콘도르파 방식)의 대체품으로 기존 공장에는 기동기 교체 및 제어 회로를 보완하면 기술적인 문제는 해결되나 기동기 교체에 따른 경비가 필요하다, 특히 부하 변동이 심한 냉동 부하에 사용되는 냉동기는 이를 설치하면, 전기 에너지 절약 및 냉동 효율 향상으로 전기 요금 절약에 의한 투자비를 보상 받을 수 있다.

도 1은 종래의 압축기를 나타낸 블록도이다. 압축기 본체(102)는 압축기 본체(102)의 흡입 측 및 토출 측의 압력에 의하여 제어 신호를 발생하여 자동 제어기(104)에 출력한다. 상기 자동 제어기(104)는 상기 압축기 본체(102)로부터의 상기 제어 신호를 PID(Proportional Integral Derivative) 연산 처리하여 압축기 본체(102)의 운전 및 정지 신호를 전동기 기동기(106)를 출력한다. 상기 전동기 기동기(106)는 압축기(102)의 전동기에 운전 동작 신호를 출력한다. 상기 압축기 본체(102)는 상기 전동기 기동기(106)는 상기 전동기 기동기(106)로부터의 상기 운전 동작 신호에 따라 운전된 상태에서 용량 제어 신호를 발생하여 상기 자동 제어기(104)에 출력한다. [표 1]에는 종래의 압축기의 용량 변화에 따른 소비 전력비율이 나타내 있다.

[표 1]

압축기용량(%)	소요 부하(%)
100	100
90	94
80	86
70	78
60	71
50	64
40	59
30	54
20	41
10	48

[표 1]에 도시된 바와 같이, 종래의 압축기에 의하면, 용량 변화에 따라 고정된 소비 전력 비율을 가져 동력을 불필요하게 과도하게 소모한다. 종래의 전동기 기동기는 단순한 전동기 기동용으로만 이용되었다. 따라서 대용량의 전동기를 기동하므로, 기동 전류가 크게 되고, 기동 시 수전 설비에 큰 충격을 준다. 또한 압축기가 100 %의 부하 운전이 아닐 경우, 압축기의 체적 효율이 떨어진다. 압축기가 용량 조절 운전을 하면, 부하 조정은 되지만 압축기의 체적 효율이 떨어지고 소비 전력은 크게 줄어들지 않는다. 종래의 전동기 기동방법에서는 전동기가 정지된 상태에서 기동을 하여 정격 속도까지의 가속 시간은 약 5초 정도이므로 급속한 회전수 증가로 인한 압축기 부품의 수명이 단축된다.

이에 본 고안은 이와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축기 본체의 흡입 압력에 따라 압축기 본체를 구동하는 전동기의 회전 속도를 제어함으로써 압축기 용량을 가변 할 수 있는 용량 제어 기능을 갖는 압축기 및 그의 구동 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 냉매가스를 흡입 및 토출하는 압축기 본체; 압축기 본체를 구동하는 전동기; 및 압축기 용량을 제어하기 위하여 상기 압축기 본체의 흡입가스 압력에 따라 전동기의 회전 속도를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 용량제어 시스템을 제공한다.

상기 제어기는 압축기 본체의 흡입 압력을 검출하는 압력 검출부; 상기 압력 검출부에 의해 검출된 상기 압축기 본체의 흡입 압력에 따라 상기 전동기의 회전 속도를 제어하는 제어 신호를 발생하는 제어 신호 발생부; 및 상기 제어 신호 발생부로부터의 상기 제어 신호에 따라 상기 전동기의 회전 속도를 제어하는 인버터를 포함하는 것이 바람직하다.

본 고안은 또한 (i) 압축기 본체의 흡입 압력을 검출하는 단계; (ii) 단계 (i)에서 검출된 상기 압축기 본체의 흡입 압력에 따라 인버터 제어 신호를 발생하는 단계; 및 (iii) 압축기 용량을 제어하기 위하여 단계 (ii)에서 발생된 상기 인버터 제어 신호에 따라 상기 전동기의 회전 속도를 제어하는 압축기의 구동 방법을 제공한다.

도 1은 종래의 압축기를 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 고안의 실시 예에 따른 용량 제어 기능을 갖는 압축기의 구성을 나타낸 블록도 이다.

도 3은 도 2에 도시된 제어기의 일예를 나타낸 블록도이다.

도 4는 본 고안의 압축기와 종래의 압축기에 의한 부하 변동에 따른 소비 동력을 나타낸 그래프이다.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

202: 압축기 본체 204: 전동기

206: 제어기 302: 압력 검출부

304: 제어 신호 발생부 306: 인버터

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안의 실시 예에 따른 용량 제어 기능을 갖는 압축기의 구성을 나타낸 블록도 이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 용량 제어 기능을 갖는 압축기는 압축기 본체(202), 전동기(204), 및 제어기(206)를 포함한다.

압축기 본체(202)는 냉매 가스를 흡입 및 토출한다. 전동기(204)는 상기 압축기 본체(202)를 구동한다. 제어기(206)는 압축기 용량을 제어하기 위하여 상기 압축기 본체(202)의 흡입 압력에 따라 상기 전동기(202)의 회전 속도를 제어한다.

도 3은 도 2에 도시된 제어기(206)의 일예를 나타낸 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어기(206)는 압력 검출부(302), 제어 신호 발생부(304), 및 인버터(206)를 포함한다.

압력 검출부(302)는 상기 압축기 본체(202)의 흡입 압력을 검출한다. 제어 신호 발생부(304)는 상기 인버터(306)의 운전 지시 신호 및 정지 지시 신호를 발생한다. 제어 신호 발생부(304)는 상기 압력 검출부(302)에 의해 검출된 상기 압축기 본체(202)의 흡입 압력에 따라 상기 전동기(202)의 회전 속도를 제어하는 PID 제어 신호를 발생한다. 상기 인버터(306)는 상기 제어 신호 발생부(304)에 의해 발생된 상기 인버터(306)의 운전 지시 신호 및 정지 지시 신호에 따라 운전하거나 정지된다. 인버터(306)가 운전을 개시한 후, 상기 제어 신호 발생부(304)로부터의 상기 제어 신호, 예를 들면 직류 4??20 mA의 신호에 따라 주파수 제어되어 상기 전동기(202)의 회전 속도를 제어한다. 이때, 운전하고자 하는 주파수 범위는 상한치와 하한치 범위 내에서 조정되며, 상기 제어 신호가 4 mA의 전류를 갖는 경우 하한치, 20 mA의 전류를 갖는 경우 상한치로 인식되어 무단계 속도 조절을 하며 운전을 한다.

이하, 본 고안의 실시 예에 따른 압축기의 구동 방법을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

제어기(206)의 압력 검출기(302)는 압축기 본체의 흡입 압력을 검출한다. 상기 검출된 압축기 본체의 흡입 압력은 제어 신호 발생부(304)에 제공된다.

상기 제어 신호 발생부(304)는 상기 압력 검출기(302)에 의해 검출된 상기 압축기 본체의 흡입 압력에 따라 인버터 제어 신호를 발생한다. 상기 인버터 제어 신호를 상기 인버터(306)에 제공된다. 상기 인버터(306)는 압축기 용량을 제어하기 위하여 상기 제어 신호 발생부(304)에 의해 발생된 상기 인버터 제어 신호에 따라 상기 전동기(204)의 회전 속도를 제어한다.

[표 2]에는 본 고안과 종래의 압축기에 의한 부하 변동에 따른 소요 동력 변화 비교 결과가 도시되어 있다. [표 2]에 도시된 바와 같이, 압축기를 구동하는데 소요되는 동력은 본 고안의 압축기 제어 장치가 종래의 압축기 제어 장치에 비해 적음을 알 수 있다.

예를 들면, 냉동기 용량이 90%인 경우, 종래의 압축기 제어 장치에 의한 소요 전력이 122 BKw인데 비하여, 본 고안의 압축기 제어 장치에 의한 소요 동력이 108 BKw이다.

도 4는 본 고안의 압축기 및 종래의 압축기에 의한 부하 변동에 따른 소비 동력을 나타낸 그래프이다.

[표 2]

냉동기용량(%)	종래 압축기의 소요 동력(BKw)	본 고안의 전동기의회전수(rpm)	본 고안의 압축기 소요동력(BKw)
100	130	3550	130
95	123.5	3445	119
90	122	3340	108
85	117	3235	98
80	112	3130	89
75	106.5	3025	80
70	101	2920	72
65	96.5	2815	65
60	92	2710	58
55	87.5	2605	51
50	83	2500	45
45	80	2395	40
40	77	2290	35
35	73.5	2185	30
30	70	2080	26
25	68	1975	22
20	66	1870	19
15	64	1765	16
10	62	1660	13

도 4에서 곡선 A는 종래의 용량 제어 방식의 소비 전력을 나타내고, 영역 B는 본 고안의 인버터에 의한 용량 제어 방식에서 절약된 소비 전력량을 나타낸다. 곡선 C는 본 고안의 인버터에 의한 용량 제어 방식의 소비 전력 곡선을 나타내고, 영역 D는 본 고안의 인버터에 의한 용량 제어 방식의 소비 전력 영역을 나타낸다.

이상에서는 본 고안을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

본 고안의 압축기에 의하여 용량 제어를 하면, 소비 전력은 종래의 전동기기동기 방식 보다 약 30 % 이상 전기 에너지를 절감할 수 있다. 본 고안은 또한 언로딩 장치가 100 % 고정으로 운전하므로, 언 로딩으로 인한 압축기 내부의 손실이 감소하여 압축기의 압축 효율인 체적 효율이 증가한다. 공기량의 변동에 따라 신속한 용량 제어 및 무 단계 용량 제어로 토출 공기 압력을 일정하게 함으로써, 공기 압축기의 효율을 증가시킨다. 더욱이, 본 고안은 유연 기동 및 유연 정지 등으로 압축기 및 전동기에 무리를 주지 않으므로, 압축기 및 전동기의 고장율을 감소시킨다. 게다가, 본 고안은 유연 기동으로 기동 전류는 전동기의 정격 전류 이상 흐르지 않으므로, 기동 시 충격 전류는 발생하지 않으므로 수전 설비에도 충격이 없다.

Claims (2)

1. 냉매 가스를 흡입 및 토출하는 압축기 본체;

   상기 압축기 본체를 구동하는 전동기; 및

   압축기 용량을 제어하기 위하여 상기 압축기 본체의 흡입 압력에 따라 상기 전동기의 회전 속도를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 압축기 본체의 흡입 압력을 검출하는 압력 검출부;

   상기 압력 검출부에 의해 검출된 상기 압축기 본체의 흡입 압력에 따라 용량 제어 신호를 발생하는 제어 신호 발생부; 및

   상기 용량 제어신호에 응답하여 전동기의 회전속도를 결정하고, 상기 회전속도에 대응하는 전기신호를 상기 전동기로 전송하기 위한 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기.