KR0162454B1 - 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치는, 압축기의 운전률을 계산하기 위한 운전률 계산부와, 압축기의 피스톤의 행정거리를 통해 냉동능력을 산출하기 위한 냉동능력 계산부와, 상기 냉동능력에 따라 피스톤 행정거리를 제어함으로써 항상 일정한 운전률을 유지하도록 하기 위한 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 냉동능력 계산부를 몇 개의 온도센서 또는 압력센서와, 전류검출회로 및 피스톤 위치센서등을 부착, 연결하는 등의 간단한 연결로 구성함으로써 방법으로 냉장고가 운전되는 상태를 파악하고, 이를 통해 압축기의 냉동능력을 제어하여 항상 냉장고가 최적운전상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치

제1도는 냉장고의 구성도.

제2도는 제1도 냉장고의 압축기 주변 등가회로도.

제3도는 일반적인 선형 압축기의 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치의 제1실시예의 구성도.

제5도는 본 발명에 의한 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치의 트라이악을 이용한 위상 제어시 전류 파형도.

제6도는 본 발명에 의한 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치의 제2실시예의 구성도.

제7도는 본 발명에 의한 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치의 제3실시예의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 응축기 32 : 증발기

33 : 모세관 34 : 압축기

35 : 피스톤 위치센서 36 : 트라이악

37 : 전류검출로 회로부 38 : 제1 계산부

39 : 제어기 40 : 온도조절기

41 : 제2 계산부 42 : 냉동능력 조절부

43 : 온도센서

본 발명은 선형 압축기를 이용한 냉장고에 관한 것으로, 특히 냉장고의 운전시 사용조건의 변화와 관계없이 항상 최적의 구동효율을 얻도록 하기 위한 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는, 제1도에 도시한 바와 같이 냉동 또는 냉장을 위해 압축기(4)를 냉매 가스와 함께 밀폐시키고, 상기 압축기(4)를 통해 상기 냉매 가스를 고온고압으로 압축하여 응축액화시킨 후 모세관을 통해 압력이 강화하여 증발기(7)에 들어가고 여기서 주위의 열을 빼앗아 증발되도록 하며, 이 증발된 가스를 다시 냉매 가스로써 압축기에 흡입하여 사용하도록 하고 있다.

그리고 운전시에는, 제2도에 도시한 바와 같은 등가회로를 통해 냉동실(2)의 온도가 설정된 온도보다 높으면 냉동실 내부에 위치한 온도조절기(11)의 스위치가 온(on)되도록 하여 압축기(4)와 팬모터(8)에 전원이 공급되어 냉각작용을 하고, 냉동실(2)에 냉각이 충분히 되어 냉동실(2)의 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우에는 온도조절기(11)의 스위치가 오프되어 압축기(4)와 팬 모터(8)이 정지하도록 되어 있다.

상기 냉장고(1)의 주위온도는 30℃ 정도이고, 냉동실(2)과 냉장실(3)에 식품이 전혀 없을때는 압축기를 20분정도 연속운전하고, 25분 정도 정지시키는 동작을 반복함으로써 냉동실(2)의 온도도를 약 -18℃ 정도로 유지시킨다.

여기서 상기 압축기가 운전되는 시간비율을 운전율이라 하며, 이경우(20/(20+25)×100=44.4% 이다.

상기와 같은 종래의 기술에 의한 냉장고는, 주위온도의 변화에 따라 단열벽을 통해 고내로 침투하는 열량과, 응축기에서의 열교환량이 변하기 때문에 냉장고의 효율 또한 일정하지 않다.

즉, 단열재를 통한 열침투량(열부하) Q가 Q = Q_F+ Q_R= h_FA_FΔT_F+ h_RA_RΔT_R(단, Q_F는 냉동실 단열재를 통한 냉동실로의 열침투량이고, Q_R은 냉장실 단열재를 통한 냉장실로의 열침투량이며, h는 열전달계수이며, A는 열전달 면적이며, ΔT는 온도차이며,_F는 냉도실의 경우를_R은 냉장실의 경우를 나타냄)일 때, 만약 h_RA_R= 2h_FA_F라 두고, h값을 온도에 상관없는 일정한 값이라고 가정하면 Q = h_FA_F(ΔT_F+ 2ΔT_R)이 된다.

상기식에 따라 되며, 예를들어, 주위온도의 변화에 상관없이 냉장실이 3℃로 유지되고, 냉동실은 -18℃로 유지되는 냉장고에 있어서, 주위온도가 15℃에서 30℃로 변화하는 경유를 살펴보면, 주위온도가 15℃인 경우의 열침투량은 〔Q = h_FA_F(15-(-18) + 2(15-3)〕= 57h_FA_F이고, 주위온도가 30℃인 경우는 102h_FA_F가 되므로, 주위온도가 30℃인 경우 침투열량이 약 1.8배 증가하기 때문에 압축기의 단위시간당 냉동능력도 냉장고의 주위온도가 변하는 대로 변화하여야 함을 알 수 있다.

또한 응축기의 열교환향도 같은 방법으로 표현하면, Q = hcAcΔTc에서 주위온도가 변화하면 ΔTc가 변함에 따라 열교환량도 변하므로, 이에따라 언제나 냉장고가 효율적으로 운전되기 위해서는 냉장고가 운전되는 주위 환경과 냉장고의 식품보관 상태등에 따라 압축기의 냉동능력이 변화하여야 하는데, 종래의 냉장고는 주로 왕복동식 압축기를 사용함으로써 모타의 회전수와 피스톤의 행정거리가 항상 일정하므로 냉장고를 효율적으로 운전할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 모터코일에 인가되는 전류를 변화시키는 간단한 방법으로 압축기에 주어진 흡입압과 토출압을 제어할 수 있는 선형 압축기를 사용함으로써, 냉장고의 사용조건에 따라 상기 압축기의 냉동능력을 변화시켜 냉장고가 항상 최적의 운전율을 유지할 수 있는 냉장고를 이용한 냉장고제어장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선형 압축기를 이용한 냉장고제어장치는, 압축기의 운전률을 계산하기 위한 운전률 계산부와, 압축기의 피스톤의 행정거리를 통해 냉동능력을 산출하기 위한 냉동능력 계산부와, 상기 냉동능력에 따라 피스톤 행정거리를 제어함으로써 항상 일정한 운전률을 유지하도록 하기 위한 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

제3도는 본 발명에서 사용하고자 하는 선형 압축기를 도시한 것으로, 상기한 바와 같이 피스톤(21) 행정은, 압축기에 주어진 흡입압(Ps)과 토출압(Pd)에 있어서, 모터코일(27)에 인가되는 전류를 변화시키면 제어가능하므로, 선형 압축기 내부에 피스톤 위치센서를 부착하여 냉장고의 운전중 피스톤 행정거리를 측정하고, 압축기에 흐르는 전류량을 검출하여 운전율을 계산하고, 이 운전율에 의해 냉장고가 운전되는 조건을 예측하고, 피스톤 행정거리로부터 현재 압축기가 운전되고 있는 상태의 냉동능력을 계산함으로써 그 결과에 따라 제5도에 도시한 바와 같이 냉장고의 운전율이 항상 30%∼50%가 되도록 트라이악에 의해 압축기에 공급되는 전류중 일정시간(T_R) 동안 전류공급을 중지시키는등의 위상제어를 통해 압축기의 전류량을 제어한다.

즉, 본 발명의 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치는, 제1실시예의 경우 제4도에 도시한 바와 같이 상기 압축기(34)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출 회로부(37)와, 상기 전류검출 회로부(37)의 검출결과에 따라 전류검출시간과 검출되지 않는 시간으로 운전율을 계산하는 제1계산부(38)로 이루어진 운전율 계산부(38')와; 상기 압축기(34) 내에 설치되어 피스톤의 위치를 감지하는 위치센서(35)와, 상기 감지된 피스톤 위치로부터 행정거리를 계산하여 냉동능력을 예측하는 제2계산부(41)로 이루어져 압축기의 피스톤의 행정거리를 통해 냉동능력을 산출하기 위한 냉동능력 계산부(41')와; 상기 압축기에 연결되어 압축기로 입력되는 전류파형을 위상제어하기 위한 트라이악(36)과, 상기 트라이악을 운전율과 냉동능력에 따라 구동시키기 위한 냉동능력 조절부(42) 및 이를 제어하기 위한 제어기(39)로 이루어져 상기 냉동능력에 따라 피스톤 행정거리를 제어함으로써 항상 일정한 운전률을 유지하도록 하기 위한 제어부(42')로 구성되며, 동작은 다음과 같다.

냉장고의 주위온도가 낮아 상기 냉장실 및 냉동실에 침투열량이 줄어들면, 냉장고는 압축기가 순간적으로 낼 수 있는 냉동능렬보다 열침투량이 작기 때문에 운전율이 감소하고, 이때는 압축기의 운전시간이 줄어들어 압축기 가동 후 얼마지나지 않아 정지 하는데, 이러한 경우 냉장고가 안전상태에 이르지 못한채 운전을 정지하는 것이므로 냉장고의 운전 효율이 감소한다.

따라서 이때 피스톤 행정거리를 줄여 압축기의 냉동능력을 줄여주면 압축기가 내는 순간냉동능력이 감소하여 운전율이 30% 이하로 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 상기 냉장고의 주위온도가 높을때는, 냉장고의 침투열량이 증가하여 압축기의 냉동능력이 일정한 경우 운전율이 상승하여 50%를 넘게 되는데, 이때는 상기 압축기의 피스톤 행정거리를 증가시켜 운전율이 50% 이상이 되지 않도록 한다.

그리고 본 발명의 제2실시예서는, 제6도에 도시한 바와 같이 압축기(34) 내에 위치센서를 연결하는 것이 용이하지 않을경우에는, 냉장고 증발기 입구측에 제1온도센서(43b)를 설치하고, 흡입압 계산부(44)를 통해 상기 제1온도센서 감지한 온도로부터 압축기 흡입압을 계산하며, 상기 응축기 중앙에는 제2온도센서(43a)를 설치하고, 토출압 계산부(45)를 통해 제2온도센서에서 감지한 온도로부터 압축기 토출압을 계산하며, 제3계산부(50)에서 상기 흡입압, 토출압, 및 전류량으로부터 피스톤 행정거리를 계산하여 냉동능력을 예측하는데, 이때 상기 온도센서는 압력센서를 사용하여도 된다.

또한 제3실시예서는, 제7도에 도시한 바와 같이, 상기 압축기의 흡입관에 압축기로부터 10㎝∼15㎝ 되는 지점에 온도센서(51)를 부착하여 흡입관 온도를 측정하고, 냉장고케이스측에 다른 온도센서(49)를 부착하여 냉장고주위온도를 측정하여 제어기(39)로 전송함으로써, 상기 흡입관의 온도와 냉장고주위온도가 항상 동일하게 유지되도록 한다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 몇 개의 온도센서 또는 압력센서와, 전류검출회로 및 피스톤 위치센서등을 부착, 연결하는 간단한 방법으로 냉장고가 운전되는 상태를 파악하고, 이를 통해 압축기의 냉동능력을 제어함으로써 항상 냉장고가 최적운전상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 압축기의 운전률을 계산하기 위한 운전률 계산부와, 압축기의 피스톤의 행정거리를 통해 냉동능력을 산출하기 위한 냉동능력 계산부와, 상기 냉동능력에 따라 피스톤 행정거리를 제어함으로써 항상 일정한 운전률을 유지하도록 하기 위한 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 운전률 계산부는, 상기 압축기에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출 회로부와, 상기 전류검출 회로부의 검출 결과에 따라 전류검출시간과 검출되지 않는 시간으로 운전율을 계산하는 제1계산부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉동능력계산 부는, 상기 압축기내에 설치되어 피스톤의 위치를 감지하는 위치센서와, 상기 감지된 피스톤 위치로부터 행정거리를 계산하여 냉동능력을 예측하는 제2계산부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 압축기에 연결되어 압축기로 입력되는 전류파형을 위상제어하기 위한 트라이악과, 상기 트라이악을 운전율과 냉동능력에 따라 구동시키기 위한 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 냉동능력계산 부는, 냉장고 증발기 입구측에 설치된 제1온도센서와, 상기 제1온도센서 감지한 온도로부터 압축기 흡입압을 계산하기 위한 흡입압 계산부와, 상기 응축기 중앙에 설치된 제2온도센서와, 상기 제2온도센서에서 감지한 온도로부터 압축기 토출압을 계산하기 위한 토출압 계산부와, 상기 압축기의 흡입압, 토출압, 및 전류량으로부터 피스톤 행정거리를 계산하여 냉동능력을 예측하는 제3계산부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 냉동능력계산 부는, 상기 증발기 출구에 제3온도센서를 부착하여 제어부로 전송함으로써 증발기 입구와 출구 온도차가 발생하지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 제1온도센서와 제2온도센서 대신 압축기 전단과 후단에 각각 압력센서를 부착하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치는 압축기의 흡입관에 압축기로부터 10㎝∼15㎝ 되는 지점에 온도센서를 부착하여 흡입관 온도를 측정하고, 냉장고케이스측에 다른 온도센서를 부착하여 냉장고주위온도를 측정함으로써 상기 흡입관의 온도와 냉장고주위온도가 항상 동일하게 유지되도록 구성된 것을 특징으로 하는 선형 압축기를 이용한 냉장고 제어장치.