KR100246406B1 - 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로에 관한 것으로, 종래에는 콤프레서의 탑 클리어런스 및 스트로크를 정확히 알고자 변위센서를 실린더 내부에 취부하게 되는데, 이 경우 실린더 내부의 고온, 고압 조건 때문에 센서의 신뢰성을 보장할 수 없게 되어 현실적으로 적용이 불가능한 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 운전중 콤프레서의 실린더의 가속도를 검출하는 센서(20)와, 상기 센서를 통해 검출한 가속도를 필터링하여 운전주파수에 해당하는 가속도를 구하는 필터부(30)와, 상기 필터부(30)에서 출력되는 가속도를 적분하여 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상태위치를 구하는 적분기(40)와, 상기 적분기(40)에서 출력되는 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치를 바당으로 구동하고자 하는 전압의 크기를 구하고 그 크기만큼의 전압을 출력하도록 하는 구동신호를 출력하는 구동부(50)와, 상기 구동부(50)에서 출력되는 구동신호에 따른 전압의 크기를 조절하여 콤프레서(10)로 출력하는 전압 제어부(60)를 구성하여, 콤프레서의 실린더의 가속도를 검출하여 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치를 알아내고, 이 알아낸 상대위치를 바탕으로 콤프레서를 구동하기 위한 전압의 크기를 조절하는 원하는 냉력을 제어함으로써, 항상 효율이 높은 운전을 행할 수 있고, 신뢰성 있는 제어를 행할 수 있으며, 또한 콤프레서의 외부 부하의 변화에 따른 냉력의 편차를 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

리니어 콤프레서의 냉력 제어회로
본 발명은 리니어 콤프레서의 냉력을 제어하기 위한 것으로, 특히 콤프레서 내부의 피스톤과 실린더의 상대위치를 간접적으로 측정하고, 이 측정한 피스톤과 실린더의 상대위치를 바탕으로 콤프레서를 구동하는 전압의 크기를 조절하여 원하는 냉력으로 제어하도록 한 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로에 관한 것이다.
종래 리니어 콤프레서의 냉력을 제어하기 위하여 콤프레서에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 제어 방식이 있다.
상기에서와 같은 제어 방식을 수행하기 위해서는 현재 콤프레서 피스톤의 탑 클리어런스(Top Clearance)와 스트로크를 알아야 한다.
따라서 콤프레서를 구성하는 실린더 내부에 변위센서를 취부한다.
이렇게 취부된 변위센서를 통해 감지한 값을 이용하여 피스톤의 탑 클리어런스와 스트로크를 구한다.
이렇게 구한 피스톤의 탑 클리어런스와 스트로크를 이용하여 콤프레서에 인가되는 전압의 크기를 조절한다.
결국 피스톤의 탑 클리어런스와 스트로크를 정확히 알아내면 콤프레서의 냉력을 원하는 대로 제어할 수 있다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 콤프레서의 탑 클리어런스 및 스트로크를 정확히 알고자 변위센서를 실린더 내부에 취부하게 되는데, 이 경우 실린더 내부의 고온, 고압 조건 때문에 센서의 신뢰성을 보장할 수 없게 되어 현실적으로 적용이 불가능한 문제점이 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 콤프레서의 실린더에 가속도를 검출할 수 있는 센서를 취부하여 운전중 실린더의 가속도를 검출하고, 이 검출한 가속도로 부터 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치를 알아내고, 이 상대위치를 바탕으로 전압의 크기를 조절하여 원하는 냉력을 제어하도록 한 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치에 따라 냉력을 제어함으로써 신뢰성있게 제어할 수 있고, 항상 효율이 높은 운전을 행할 수 있도록 한 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 콤프레서의 외부 부하의 변화에 따른 냉력의 편차를 줄일 수 있도록 한 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 리니어 콤프레서의 개략도.
도 2는 본 발명 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 콤프레서 11 : 헤드
12 : 실린더 13 : 피스톤
14 : 챔버 20 : 센서
30 : 필터부 40 : 적분기
50 : 구동부 60 : 전압 제어부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 운전중 콤프레서의 실린더의 가속도를 검출하는 센서와, 상기 센서를 통해 검출한 가속도를 필터부링하여 운전주파수에 해당하는 가속도를 구하는 필터부와, 상기 필터부에서 출력되는 가속도를 적분하여 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상태위치를 구하는 적분기와, 상기 적분기에서 출력되는 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치를 바당으로 구동하고자 하는 전압의 크기를 구하고 그 크기만큼의 전압을 출력하도록 하는 구동신호를 출력하는 구동부와, 상기 구동부에서 출력되는 구동신호에 따른 전압의 크기를 조절하여 콤프레서로 출력하는 전압 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 운전중 콤프레서의 실린더의 가속도를 검출하는 센서(20)와, 상기 센서를 통해 검출한 가속도를 필터링하여 운전주파수에 해당하는 가속도를 구하는 필터부(30)와, 상기 필터부(30)에서 출력되는 가속도를 적분하여 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상태위치를 구하는 적분기(40)와, 상기 적분기(40)에서 출력되는 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치를 바당으로 구동하고자 하는 전압의 크기를 구하고 그 크기만큼의 전압을 출력하도록 하는 구동신호를 출력하는 구동부(50)와, 상기 구동부(50)에서 출력되는 구동신호에 따른 전압의 크기를 조절하여 콤프레서(10)로 출력하는 전압 제어부(60)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에서, 콤프레서(10)의 실린더 외부에 가속도를 검출할 수 있는 센서(20)를 취부한다.
이렇게 실린더 외부에 센서(20)를 취부하면 주변환경이 저온/저압 상태이므로 온도와 압력으로 인한 구애를 받지 않게 되고, 또한 센서의 크기에 크게 구애받지 않아도 되는 장점이 있다.
또한, 실린더 내부에 비해 실린더 외부 캐비티는 온도의 변화가 상대적으로 적기 때문(흡입 냉매의 온도 변화는 토출 냉매의 온도 변화에 비해 상대적으로 적다)에 센서의 민감도의 변화가 거의 없다.
상기에서 가속도를 검출하는 센서(20)로는 피에조센서와 같은 가속도계를 사용한다.
콤프레서(10)가 운전하게 되면, 즉 피스톤(13)는 실린더(12)내에서 왕복운동을 하여 흡입된 가스를 압축하여 헤드(11)를 통해 밖으로 토출하고, 이와동시에 상기 실린더(12)도 스프링에 의해 진동한다.
이때 챔버(14)는 피스톤(13)의 왕복운동을 할 때 발생하는 진동을 완화시켜 준다.
이렇게 피스톤(13)이 실린더(12) 내에서 왕복운동할 때 실린더 외부에 취부된 센서(20)가 실린더의 가속도를 검출하여 필터부(30)로 출력한다.
그러면 상기 필터부(30)는 로우패스필터링을 행하여 운전주파수에 해당하는 가속도를 얻는다.
이렇게 필터링하여 운전주파수에 해당하는 가속도를 적분기(40)로 출력하면, 상기 적분기(40)는 입력된 가속도를 적분하여 콤프레서(10)의 피스톤(13)과 실린더(12)의 상대위치를 검출해낸다.
여기서, 가속도로 부터 콤프레서(10)의 피스톤(13)과 실린더(12)의 상대위치를 검출하는 방식에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 다음과 같은 내용을 기본적으로 가정한다.
1. 마운팅 스프링(Mounting Spring) k2 의 강성이 메인 스프링 k1 의 강성에 비해 매우 작게 설계되어 있다. 실제로, 진동 전달을 줄이기 위해 두 스프링의 강성비는 20~50정도가 된다.
2. 리니어 모터에서 피스톤에 가하는 힘은 αi(t) 이다.
3. 실린더와 피스톤의 강성은 충분히 커서 탄성모드는 운전주파수의 수십배 높은 주파수에서 발생한다.
4. 피스톤의 변위 x1(t) , 실린더의 변위 x2(t) 이므로, 피스톤과 실린더의 상대변위는 x1(t)-x2(t) 이다.
상기에서와 같은 기본 가정하에서 도 1에서와 같은 구조를 가진 리니어 콤프레서의 동역학(dynamics)을 검토하면 아래에서와 같은 식을 토출할 수 있다.
리니어 콤프레서의 지배방정식은 다음과 같다.
Figure 1019970058672_B1_M0001
Figure 1019970058672_B1_M0002
상기의 두 식을 더하고,
Figure 1019970058672_B1_M0003
이라 가정하면,
Figure 1019970058672_B1_M0004
이 된다.
여기서 αi는 리니어 모터에 의해 발생하는 힘이다.
따라서 아래에서와 같은 식(1)(2)를 얻을 수 있다.
Figure 1019970058672_B1_M0005
Figure 1019970058672_B1_M0006
단, m1 은 피스톤의 질량이고, M2 는 피스톤의 질량을 제외한 챔버내에 설치되는 부품들의 질량이다.
상기 식(2)에 의해 실린더(12)의 진동인 x2(t) 의 가속도만 검출하면, 실린더(12)와 피스톤(13)의 상대위치, 즉 탑 클리어런스 및 스트로크를 정확히 파악할 수 있다.
따라서 상기 적분기(4)의 상대위치를 검출하여 구동부(50)로 출력하면, 상기 구동부(50)는 상대위치에 따라 콤프레서(10)의 공급한 전압의 크기를 알아내고, 그 알아낸 크기를 갖는 전압을 공급할 수 있는 구동신호를 전압 제어부(60)로 출력한다.
그러면 상기 전압 제어부(60)는 구동신호에 따른 소정의 크기를 갖는 전압을 콤프레서(10)로 공급하여 콤프레서의 냉력을 제어한다.
이상에서와 같은 동작을 반복하여 콤프레서의 냉력을 원하는데로 제어한다.
따라서, 본 발명은 콤프레서의 실린더의 가속도를 검출하여 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치를 알아내고, 이 알아낸 상대위치를 바탕으로 콤프레서를 구동하기 위한 전압의 크기를 조절하는 원하는 냉력을 제어함으로써, 항상 효율이 높은 운전을 행할 수 있고, 신뢰성 있는 제어를 행할 수 있으며, 또한 콤프레서의 외부 부하의 변화에 따른 냉력의 편차를 줄일 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 운전중 콤프레서의 실린더의 가속도를 검출하는 센서와, 상기 센서를 통해 검출한 가속도를 필터링하여 운전주파수에 해당하는 가속도를 구하는 필터부와, 상기 필터부에서 출력되는 가속도를 적분하여 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상태위치를 구하는 적분기와, 상기 적분기에서 출력되는 콤프레서의 피스톤과 실린더의 상대위치를 바당으로 구동하고자 하는 전압의 크기를 구하고 그 크기만큼의 전압을 출력하도록 하는 구동신호를 출력하는 구동부와, 상기 구동부에서 출력되는 구동신호에 따른 전압의 크기를 조절하여 콤프레서로 출력하는 전압 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로.
  2. 제1항에 있어서, 센서는 실린더 외부에 취부하도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로.
  3. 제1항에 있어서, 필터부는 로우패스필터인 것을 특징으로 하는 리니어 콤프레서의 냉력 제어회로.
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