KR100207089B1

KR100207089B1 - 냉장고의 오일 급유 제어방법

Info

Publication number: KR100207089B1
Application number: KR1019970028770A
Authority: KR
Inventors: 강성철
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-06-28
Filing date: 1997-06-28
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19990004643A

Abstract

본 발명은 회전수 가변이 용이한 모터가 설치된 압축기의 오일 급유를 위한 냉장고의 오일 급유 제어방법에 관한 것이다.

그 구성은 냉매를 압축하기 위한 압축기, 상기 압축기내에 마련되며 회전수를 가변할 수 있는 모터, 상기 모터의 회전력을 이용하여 마찰부에 오일을 공급하기 위한 오일 공급장치를 포함한 냉장고에 있어서, 냉장고의 부하상태에 따라 모터의 회전수를 가변하는 가변단계, 가변단계에 의하여 모터의 회전수가 미리 설정된 회전수(N2)를 밑돌 경우 모터의 운전시간을 적산하는 적산단계, 적산단계에서 적산된 시간이 미리 설정된 적산시간을 경과할 경우 소정시간동안 모터의 회전수를 미리 설정된 회전수(N2) 이상으로 상승시켜 마찰부에 공급되는 오일량을 증대시키는 단계로 이루어진다.

전술한 구성에 따른 본 발명의 효과는, 압축기의 회전조건에 따라서 마찰부에 공급되는 오일량을 적절히 공급할 수 있어, 장기적인 구동에 의한 신뢰성 향상에 뛰어난 효과를 제공한다.

Description

냉장고의 오일 급유 제어방법

본 발명은 냉장고의 오일 급유 제어방법에 관한 것으로, 특히 회전수 가변이 용이한 모터가 설치된 압축기의 오일 급유를 위한 능력가변 냉장고의 오일 급유 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 액체상태의 냉매가 기체상태로 상변화하면서 주위로부터 열을 빼앗는 증발 잠열(기화열)의 원리를 이용한 것으로, 이는 증발기상에서 일어난다. 이 후, 증발된 기체냉매는 압축기로 흡입, 압축되어 냉동사이클상으로 재 송출된다.

이러한 냉동사이클을 이루기 위해 냉장고에는 압축기가 마련되어 있으며, 압축기용 모터로 단상 유도 모터를 사용하였다. 현재는 단상유도모터의 단점인 정속회전을 극복하기 위해 회전수 제어가 용이한 브러시리스 직류 모터(BRUSHLESS DC MORTOR)가 장착되고 있다. 즉, 부하의 가변에 따라 브러시리스 직류 모터의 회전수 제어를 통하여 냉매의 압축정도를 조절할 수 있어 냉동사이클의 효율을 증대시킨 것이다. 그러나 경부하에 의한 운전조건이 계속될 경우 브러시리스 직류 모터는 저속회전에 의한 압축작용을 수행하게 되며, 이에 따라 브러시리스 직류모터의 베어링부 및 피스톤의 마찰부에 공급되는 오일량이 줄게 된다. 이는 브러시리스 직류 모터의 일축에 마련된 오일 픽업(oil pick-up)을 통해 오일이 공급되도록 되어 있는 바, 브러시리스 직류 모터의 회전수가 저감되면 원심력이 저감으로 흡입능력이 저하되어 오일 공급량이 자연 줄게 된다. 따라서, 이러한 현상으로 인해 압축기의 습동부에 발생하는 마찰력 및 발열을 적절히 해소할 수 없게되며, 장기적인 구동에 의한 신뢰성 저하의 문제가 발생하였다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 회전수 가변이 용이한 압축기용 모터의 원활한 오일급유를 위한 것으로, 냉장고의 저부하조건에 의해 일정시간이상 저속회전시 고속회전을 통해 오일급유를 원활히 할 수 있도록 한 능력가변 냉장고의 제어방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 냉장고의 측단면도,

도 2는 본 발명이 적용된 냉장고의 압축기 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 냉장고의 오일급유 제어블럭도,

도 4는 본 발명이 적용된 압축용 모터의 회전수에 따른 냉매 압축비, 오일 급유량, 냉동사이클의 효율을 도시한 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 냉장고의 오일급유 제어흐름도.

도 6은 본 발명에 따른 냉장고의 압축기의 출력 파형을 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11 : 냉동실 온도센서 12 : 증발기

21 : 냉동실 온도센서 31 : 외기 온도센서

41 : 브러시리스 직류 모터 43 : 회전축

48 : 오일픽업 50 : 오일

51 : 오일홈

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 냉매를 압축하기 위한 압축기, 상기 압축기내에 마련되며 회전수를 가변할 수 있는 모터, 상기 모터의 회전력을 이용하여 마찰부에 오일을 공급하기 위한 오일 공급장치를 포함한 냉장고에 있어서, 상기 냉장고의 부하상태에 따라 상기 모터의 회전수를 가변하는 가변단계, 상기 가변단계에 의하여 상기 모터의 회전수가 미리 설정된 회전수(N2)를 밑돌 경우 상기 모터의 운전시간을 적산하는 적산단계, 상기 적산단계에서 적산된 시간이 미리 설정된 적산시간을 경과할 경우 소정시간동안 상기 모터의 회전수를 미리 설정된 회전수(N2) 이상으로 상승시켜 상기 마찰부에 공급되는 오일량을 증대시키는 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명이 적용된 냉장고의 종단면도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

이 냉장고는 상호 구획된 냉동실(10)과 냉장실(20)을 포함한다. 그리고 각각의 실에는 고내온도를 검출하기 위한 온도센서(11,21) 및 냉기를 공급하기 위한 증발기(12,22), 그리고 냉기를 고내로 토출하기 위한 송풍팬(13,23)이 증발기(12,22)의 상측에 설치된다. 또한 각 실은 증발기(12,22)에서 생성된 냉기가 고내로 토출되도록 안내하는 유로(14,24) 및 고내의 공기가 증발기로 유입되도록 안내하는 유로(140g,240h)를 포함한다. 그리고 외기의 온도를 측정하기 위한 외기온도센서(31), 각 실의 냉동사이클을 구동하기 위한 압축기(30)가 냉장고의 저면 일측에 마련된다.

상기 압축기(30)는 외기온도센서(31) 및 냉동실 온도센서(11), 그리고 냉장실 온도센서(21) 등으로부터 읽어들인 데이터에 의해 판단된 냉장고의 부하량에 따라 압축능력을 가변할 수 있는 것으로, 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

압축기(40)는 크게 압축기용 모터(41)와 이 모터(41)로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축하기 위한 압축장치(45)로 마련된다. 압축기용 모터(41)는 브러시리스 직류 모터로 구성되며, 이는 위치검출소자로부터 회전자(42)의 위치를 검출받아 이 정보를 기초로 인버터부의 스위칭동작에 의해 3상전원을 인가 받음으로써 구동된다. 또한, 주파수의 가변에 따라 인버터부의 스위칭동작을 제어할 수 있어 회전수를 용이하게 가변할 수 있다.

이러한 압축기용 모터(이하 브러시리스 직류 모터라 한다)(41)의 회전력은 모터의 축(43)에 직결된 크랭크(44)에 의해 직선왕복운동으로 변환되어 피스톤(46)에 전달되며, 피스톤(46)의 직선왕복운동으로 기체냉매는 실린더(47) 내로 흡입, 압축되어 냉동사이클상으로 강제 토출되므로써 냉동사이클을 이루게 된다. 또한, 모터의 회전축(43)에는 관형상이 오일픽업(48)이 설치되어 회전축(43)이 회전함에 따라 셀(49)의 저면에 담수된 오일(50)은 원심력에 의해 오일픽업(48)으로 흡입되어 상승작용을 하게 된다. 이어 오일(50)은 회전축(43)에 마련된 오일공(51)과 오일홈(52)을 통해 압축실(54)과 회전축(43) 및 베어링(55)으로 공급되어 윤활 및 냉각작용을 하게 된다. 이때 흡입되는 오일급유량은 압축기용 모터(41)의 회전수에 비례하게 된다.

그리고 도 3은 전술한 구성부로 이루어진 압축기의 오일급유를 제어하기 위한 제어블럭도로서, 이를 설명하고자 한다. 제어부(100)는 외기온도센서(31) 및 냉동실온도센서(11), 그리고 냉장실온도센서(21)로부터 온도를 읽어들여 냉장고의 부하상태를 판단하게 된다. 즉, 냉동/냉장 온도조절기(33)를 통해 설정된 고내온도와 현재의 고내온도와의 변화량, 즉 도어의 개폐에 따른 변화량 및 고내온도와 외기 온도와의 차 등에 의한 변화량 등을 통하여 부하상태를 판단한다. 일 예로 냉장고 주변의 온도가 35℃ 이상의 경우 외기 온도와 고내온도가 큰 차를 보이게 되면, 이러한 때는 고부하로 판단하고, 반대로 냉장고 주변의 온도가 수 ℃ 이하인 경우 외기 온도와 고내온도가 작은 차를 보이게 되면, 이러한 때는 저부하로 판단한다. 또한 제어부(100)는 부하량의 판단에 의거 인버터부(60)를 제어하여 압축기(40)의 압축능력을 가변 제어하며, 운전시간 적산부(70)를 두어 압축기의 운전시간을 적산시킨다. 즉, 고부하 조건인 경우 압축기(40)의 압축능력을 증대시켜 냉동사이클을 빠르게 순환시킴으로서 증발기(12,22)에서의 열교환 능력을 증대시켜 신속히 냉각기능을 수행하고, 저부하 조건인 경우 압축기(40)의 압축능력을 감소시켜 압축비 개선을 통한 고효율의 냉각운전을 수행한다.

이 때, 고부하 조건에서는 급유장치인 오일픽업(48)의 회전수가 일정속도 이상을 유지하게 되므로 오일(50)을 양호하게 급유할 수 있게 되며, 반대로 저부하 조건에서는 오일픽업(48)의 회전수가 일정속도 이하를 유지하게 되므로 장시간 구동시 오일 급유량이 줄어 문제가 발생하게 된다. 이를 도 4을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

X축은 브러시리스 직류 모터(41)의 회전수를, Y축은 냉매 압축비 및 오일 급유량, 그리고 냉동사이클의 효율을 나타낸다.

냉장고의 부하조건이 고부하이면, 제어부(100)는 브러시리스 직류 모터(41)의 회전수를 고속(N2:3500RPM)으로 가변하여 피스톤(46)의 왕복운동을 극대화하므로써, 냉매를 압축, 송출하게 된다. 이때, 냉매의 압축비를 보면 브러시리스 직류 모터(41)의 고속회전으로 압축비는 상승(P2)하고, 또한 오일 급유량도 상승(O1)하게 된다. 그러나 압축비의 상승으로 냉동사이클의 효율특성은 저하(η1)되어 에너지 손실을 가져오게 된다. 그리고 냉장고의 부하조건이 저부하이면, 제어부(100)는 브러시리스 직류 모터(41)의 회전수를 저속(N1:1800-2600RPM)으로 가변하여 피스톤(46)의 왕복운동을 약화시켜 냉매의 압축비를 개선함으로써, 냉동사이클의 효율을 증대(η2)시킨다. 그러나 브러시리스 직류 모터(41)의 회전수 저감으로 인해 오일 급유 장치의 성능이 현저히 저하(O1)되어 마찰부 및 베어링 등의 회전체에 기계적인 무리가 따르게 된다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 냉장고 제어흐름을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어부(100)는 냉동실온도센서(21) 및 외기온도센서(31)를 통하여 고내온도 및 외기온도를 측정한다(S101).

그리고 제어부(100)는 냉동실온도센서(21)로부터 측정된 고내온도(Ts)가 미리 설정된 고내설정온도(Tr)보다 더 크거나 같은가를 판단한다(S102).

그리고 판단단계 S102의 판단조건이 불만족되면 판단단계 S102를 반복수행하고, 만족되면 외기온도센서(31)로부터 측정된 외기온도(To)가 미리 설정된 외기온도(T)보다 더 작거나 같은가를 판단한다(S103).

그리고 판단단계 S103의 판단조건이 불만족되면 고내온도(Ts)가 고내설정온도(Tr)보다 높고, 또한 외기온도(To)와 고내온도(Ts)가 큰 차를 보이는 것이므로 제어부(100)는 냉장고의 부하상태를 고부하로 판단하여 압축기(40)를 고속(N2:3500RPM) 운전(S108)시켜 냉각능력을 향상 시킨다.

이 후, 초기단계(S101)로 리턴되어 계속적으로 고내온도 및 외기온도의 측정을 통하여 제어수순을 따른다.

그리고 판단단계 S103의 판단조건이 만족되면 제어부(100)는 냉장고의 부하상태를 저부하 상태로 판단하여 압축기의 회전수를 저속(N:2600)으로 설정하여 운전함으로써, 압축비 개선에 따른 불필요한 에너지 낭비를 막고, 또한 운전시간 적산부(70)를 통하여 저속운전시간을 적산한다(S104).

이 후, 제어부(100)는 단계 S104의 적산시간(t)이 미리 설정된 적산시간(t1)보다 더 크거나 같은가를 판단(S105)하여 판단조건이 만족되면 인버터부(60)에 제어신호를 출력하여 압축기(40)의 회전수를 미리 설정된 고속회전수(N2:3500RPM)까지 상승시켜 소정시간(t2) 고속 운전을 수행한다(S106). 이는 도 4의 설명에서 전술한 바와 같이, 저속회전(N1:2800RPM)에 따른 오일공급량의 부족분을 보상하기 위한 것으로, 주기적으로 이루어진다.

그리고 제어부(100)는 소정시간(t2)이 경과되었는지를 판단(S107)하고, 판단조건이 만족되면 초기단계(S101)로 리턴되어 계속적으로 고내온도 및 외기온도의 측정을 통하여 제어수순을 따른다.

그리고 도 6은 본 발명에 따른 출력 파형을 도시한 그래프로서, 각 온도센서에 의해 검출된 온도값이 단계 S102, S103의 조건을 만족시킴으로 해서 브러시리스 직류 모터는 저속회전하게 된다. 이 때, 냉동실 팬과 냉장실 팬은 증발기로부터 발생된 냉기를 고내의 공기와 열교환시켜 고내를 냉각하기 위해 온 상태를 유지한다. 또한, 냉동실의 부하가 더 크게 설정되어 있으므로 냉장실 팬의 구동시간보다 더 길게 가져가며 이는 압축기(40)의 운전이 정지되면 같이 정지되도록 되어있다.

그리고 오일 급유를 위한 압축기(40)의 고속운전단계(S106)가 소정시간(t2) 동안 저속운전중에 이루어짐을 볼 수 있다.

이 후, 압축기의 온/오프는 미리 프로그램화된 운전제어에 의해 수행된다.

전술한 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 압축기의 회전수를 가변할 수 있는 냉동사이클이 구비된 제품에 양호하게 적용할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 회전수의 가변이 용이한 BLDC 모타로 이루어진 압축기가 장착된 냉장고의 오일급유 제어방법에 의하면, 저속회전에 의해 발생된 오일급유의 문제점을 양호하게 해결할 수 있어, 압축기의 기구부 및 습동부에 발생하는 마찰력을 적절히 해소하므로써, 장기적인 구동에 따른 신뢰성 향상의 뛰어난 효과를 제공한다.

Claims

냉매를 압축하기 위한 압축기, 상기 압축기내에 마련되며 회전수를 가변할 수 있는 모터, 상기 모터의 회전력을 이용하여 마찰부에 오일을 공급하기 위한 오일 공급장치를 포함한 냉장고에 있어서,

상기 냉장고의 부하상태에 따라 상기 모터의 회전수를 가변하는 가변단계,

상기 가변단계에 의하여 상기 모터의 회전수가 미리 설정된 회전수(N2)를 밑돌 경우 상기 모터의 운전시간을 적산하는 적산단계,

상기 적산단계에서 적산된 시간이 미리 설정된 적산시간을 경과할 경우 소정시간동안 상기 모터의 회전수를 미리 설정된 회전수(N2) 이상으로 상승시켜 상기 마찰부에 공급되는 오일량을 증대시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉장고의 오일 급유 제어방법.
제 1항에 있어서, 상기 가변단계는

상기 냉장고의 고내온도가 미리 설정된 고내온도보다 더 크거나 같은가를 판단하는 제1판단단계,

상기 냉장고의 외기온도가 미리 설정된 외기온도보다 더 작거나 같은가를 판단하는 제2판단단계,

상기 제1판단단계와 상기 제2판단단계가 모두 만족되면 상기 모터를 미리 설정된 회전수(N2) 이하로 가변시키는 것을 특징으로 하는 냉장고 오일 급유 제어방법.