KR100509061B1 - 리니어압축기의 운전제어방법 - Google Patents

리니어압축기의 운전제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리니어압축기의 운전제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기의 구동을 제어하여 운전효율을 향상시키기 위한 리니어압축기의 운전제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 리니어압축기 내부에 구성된 피스톤이 왕복운동을 함에 있어서, 피스톤의 운전범위 및 속도를 조절하여 리니어압축기의 운전효율을 향상시킨다. 이때 피스톤의 운전범위 및 속도는 미리 세팅된 제어알고리즘을 통해서 제어되고, 이에 따라 토출구로 냉매가 적정하게 토출됨과 동시에 리니어압축기에 무리를 주지 않게 된다.

Description

리니어압축기의 운전제어방법{A driving control method of linear compressor}
본 발명은 리니어압축기의 운전제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤의 왕복운동 시간 및 스트로크의 범위를 세팅하여 제어하는 리니어압축기의 운전제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 리니어압축기의 구동은 프리피스톤(Free Piston) 방식으로서, 피스톤의 운동을 구속하는 커넥팅로드가 없으며 피스톤의 운동은 압축실 내부의 압력, 공진스프링의 강성, 피스톤의 질량, 구동모터의 가진력에 의하여 결정된다. 그리고 리니어압축기의 압축실 내부의 압력은 비선형성을 가진다.
본 발명의 목적은 피스톤의 왕복운동범위를 제어하여 안정적으로 구동하는 리니어압축기의 운전제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리니어압축기의 운전제어방법은, 전원이 인가되면 피스톤의 왕복운동이 최대 왕복운동구간인 풀 스트로크 구간보다 작은 드웰링 스트로크 구간에 도달하기까지 제 1 소정시간 내에 구동제어되는 제 1 단계와; 제 1 단계가 진행된 후, 상기 풀 스트로크 구간의 소정범위에 도달하기까지 피스톤의 왕복운동이 구동제어하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계가 경과된 후, 피스톤이 토출관에 제 2 소정시간 내에 도달하도록 제어하는 제 3 단계를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리니어압축기 운전제어방법은, 전원이 인가되면 피스톤의 왕복운동이 풀 스트로크 구간으로 제 3 소정시간 내에 도달하도록 제어하는 제 1 단계와; 제 1 단계에서, 피스톤의 왕복운동이 풀 스트로크의 구간의 소정범위에 도달하기까지 구동제어하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계 경과 후, 피스톤이 토출관에 제 2 소정시간 내에 도달하도록 제어하는 제 3 단계를 포함하여 구성된다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리니어압축기 운전제어방법은, 전원이 인가되면 피스톤의 왕복운동을 시작하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계가 진행된 후, 피스톤이 토출관에 제 2 소정시간 내에 도달하도록 제어하는 제 2 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 제 1 소정시간은 1초 내지 10초 이내의 범위로 세팅되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에서 상기 제 3 소정시간은 1초 내지 3분 이내의 범위로 세팅되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 상기 소정범위는 풀 스트로크 구간의 25% 내지 100% 범위로 세팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제 2 소정시간은 1초 내지 10분 이내의 범위로 세팅되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 리니어압축기의 운전제어방법에 대해 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 리니어압축기의 동작상태도이다.
리니어압축기는 외부전원이 인가되고, 냉매가 입출되는 원통체의 챔버(도시하지 않음)와, 상기 챔버 내에 설치된 실린더(20)와, 상기 실린더를 따라 왕복운동되고 내부가 중공된 피스톤(10)이 구성된다. 이외에 상기 피스톤에 고정된 마그네트 패들(도시하지 않음)과, 상기 피스톤(10)과 마그네트 패들을 왕복운동시키기 위한 동력을 발생시키는 모터부(도시하지 않음)를 포함하여 구성된다. 여기서 챔버는 냉매를 흡입하기 위한 흡입관과 냉매를 토출하기 위한 토출관이 각각 설치되어 있다.
상기와 같이 피스톤이 왕복운동을 하는 과정에서, 상기 피스톤이 드웰링 스트로크(Dwelling stroke) 구간으로 왕복운동을 진행하는지, 풀 스트로크(Full stroke) 구간으로 왕복운전을 진행하는지 여부를 판단하기 위해서, 본 발명에서는 압축기로 공급되는 전류치와 피스톤의 왕복운동에 의한 스트로크 값을 판단하여 피스톤의 왕복구간을 파악한다.
도 2a는 본 발명에 따른 리니어압축기에 인가되는 전류치를 측정하기 위한 파형도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 리니어압축기에 인가되는 전압치를 측정하기 위한 파형도이다.
리니어압축기가 구동되어 피스톤이 왕복운동을 시작하면, 피스톤의 왕복운동 구간을 판단하기 위해서, 도 2a에 도시된 바와 같은 전류파형으로부터 전류치를 측정한다. 즉, 각 운전조건(주위온도, 증발기 압력, 응축기 압력별)에서의 운전 중 리니어압축기에 인가되는 전류피크값과 스트로크의 상관관계를 측정하여 발생되는 값으로 피스톤의 왕복운동에 따른 스트로크 구간을 예측한다.
예를 들어, 측정된 전류치가 0.5A이면, 피스톤의 왕복운동에 따른 스트로크 구간이 5mm라고 판단하고, 측정된 전류치가 1.0A이면, 피스톤의 왕복운동에 따른 스트로크 구간이 20mm라고 판단한다.
한편, 리니어압축기가 구동되어 피스톤이 왕복운동을 시작하면, 피스톤의 왕복운동 구간을 판단하기 위해서, 도 2b에 도시된 바와 같은 전압파형으로부터 전압값을 측정한다. 즉, 각 운전조건(주위온도, 증발기 압력, 응축기 압력)에서의 운전 중 리니어압축기에 인가되는 전압값과 스트로크의 상관관계를 측정하여 발생되는 값으로 피스톤의 왕복운동에 따른 스트로크 구간을 예측한다.
피스톤이 왕복운동을 시작하고, 피스톤의 최대 왕복운동하는 구간을 풀 스트로크 구간으로 정의하고, 풀 스트로크 구간 내의 소정범위(25%~100%) 내에서 피스톤이 왕복운동하는 구간을 드웰링 스트로크 구간이라고 정의한다. 그러므로 상기 드웰링 스트로크 구간은, 풀 스크로크 구간보다 피스톤의 왕복구간이 작다.
도 3a는 본 발명에 따른 리니어압축기의 구동제어알고리즘의 제 1 실시예이다.
우선, 리니어압축기의 구동이 시작된다. 이에 따라 리니어압축기 내부에 구성된 피스톤(10)이 왕복운동을 시작한다. 본 발명에서는 드웰링 스트로크 구간과, 풀 스트로크 구간의 경과시간 및 피스톤(10)의 왕복운동 범위값을 미리 세팅하고, 세팅된 범위 내에서 상기 피스톤(10)이 왕복운동을 수행하도록 구동제어된다.
즉, 전원이 인가되고 상기 피스톤(10)의 왕복운동이 진행된 후(제 100 단계), 피스톤(10)의 왕복운동으로 드웰링 스트로크 구간에 도달한 시간이 소정시간(1초 < t < 10초)이면(제 110 단계), 상기 피스톤(10)의 왕복운동이 풀 스트로크 세팅범위의 25%~100% 범위 내에서 계속 진행된다.
이때 상기 풀 스트로크 세팅범위 내에서 상기 피스톤(10)이 구동하는지 여부를 판단하기 위해서, 상기 드웰링 스트로크 구간에서 피스톤이 왕복운동을 하는 동안, 압축기로 인가되는 전류치를 감지한다. 그 결과 현재 진행 중인 피스톤(10)의 왕복운동 구간을 확인한다.
따라서 상기 피스톤(10)이 풀 스트로크 세팅범위(25%~100%) 내에서 구동된다고 판단되면(제 120 단계), 피스톤(10)이 토출관에 도달하였는지 압축기에 인가되는 구동전류치 등을 감지하여 판단한다. 즉, 피스톤이 토출관에 도달하였다고 판단하기 위한 기준 구동전류치가 설정되어 있고, 이를 현재 측정된 구동전류치와 비교판단하게 된다.
동시에 피스톤(10)은 풀 스트로크 구간에서 계속 왕복운동을 수행한다(제 130 단계). 그리고 상기 피스톤(10)이 토출관에 도달하였다고 판단되면(제 140 단계), 피스톤(10)이 토출관에 도달하는 시간이 소정시간(1초 < t < 10분) 이내인지 감지한다(제 150 단계).
그리고 상기 피스톤(10)이 소정시간(1초 < t < 10분) 이내에 토출관에 도달하였다면, 피스톤(10)의 왕복운동으로 냉매가 토출관을 통해서 정상적으로 배출되는 것으로 판단함과 동시에, 피스톤(10)에도 무리를 주지 않고, 최적상태로 기동하게 된다.
도 3b는 본 발명에 따른 리니어압축기의 구동제어알고리즘의 제 2 실시예이다. 이하 제 2 실시예에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 리니어압축기의 구동이 시작된다. 이에 따라 리니어압축기 내부에 구성된 피스톤(10)이 왕복운동을 시작한다. 본 발명에서는 드웰링 스트로크 구간과 풀 스트로크 구간의 경과시간 및 피스톤(10)의 왕복운동 범위값을 세팅하고, 세팅된 범위 내에서 상기 피스톤(10)이 왕복운동을 수행하도록 구동제어된다.
즉, 전원이 인가된 후 피스톤(10)이 왕복운동하고(제 200 단계), 소정시간이 경과하면 피스톤(10)의 왕복운동이 풀 스트로크 구간에 도달한다(제 210 단계).
상기 피스톤(10)이 왕복운동을 시작하여 풀 스트로크 구간에 도달하기까지 소정시간(1초< T < 3분)이상 경과한 경우(제 220 단계), 피스톤이 왕복운동하여 풀 스트로크 구간으로 도달된 시점을 판단한다.
이때 상기 풀 스트로크 세팅범위 내에서 상기 피스톤(10)이 구동하는지 여부를 판단하기 위해서, 상기 드웰링 스트로크 구간에서 피스톤이 왕복운동을 하는 동안, 압축기로 인가되는 전류치를 감지한다. 그 결과 현재 진행 중인 피스톤(10)의 왕복운동 구간을 확인한다.
따라서 피스톤(10)이 왕복운동을 수행하여 풀 스트로크 구간에 도달된 시점이, 풀 스트로크의 25%~100% 범위 내에서 이루어졌으면(제 230 단계), 피스톤(10)이 토출관에 도달하였는지 여부를 판단한다. 상기 피스톤(10)이 토출관에 도달하였는지 여부를 판단하기 위해서, 피스톤이 토출관에 도달하였다고 판단하기 위한 기준 구동전류치가 설정되어 있고, 이를 현재 측정되고 있는 전류치와 비교판단하게 된다.
이에 따라 상기 피스톤(10)이 토출관에 도달하였다고 판단되면, 상기 피스톤(10)이 토출관에 도달한 시점이 소정시간 범위(1초 < t < 10분)인지 여부를 감지하고(제 250 단계), 소정시간 범위(1초 < t < 10분) 내에서 이루어진 경우, 피스톤(10)의 왕복운동으로 냉매가 토출관을 통해서 정상적으로 배출되는 것으로 판단함과 동시에, 피스톤(10)에는 무리를 주지 않고, 최적 상태로 기동하게 된다.
도 3c는 본 발명에 따른 리니어압축기의 구동제어알고리즘의 제 3 실시예이다.
전원이 인가된 후 피스톤(10)이 왕복운전을 수행한다(제 300 단계). 이때 제어부(도시하지 않음)에는 피스톤(10)이 토출관에 도달하는 시점에서의 압축기에 인가되는 전류치 및 스트로크의 위상차가 기설정되어져 있다.
따라서 압축기에 인가되는 전류치 및 스트로크 위상차를 감지하여, 기설정된 기준 전류치 및 스트로크 위상차와 비교판단한다. 그리고 피스톤(10)이 토출관에 도달하였다고 판단되면(제 310 단계), 압축기에 전원이 인가된 후, 피스톤(10)이 왕복운전을 시작하여 토출관에 도달하기까지 경과된 시간을 감지한다.
그 결과 감지된 시간이 기설정된 소정시간범위(1초< t < 10분)이면(제 320 단계), 피스톤(10)이 왕복운동으로 냉매가 토출관을 통해서 정상적으로 배출되고 있다고 판단한다.
본 발명에서 피스톤이 왕복운동을 시작하여 드웰링 스트로크 구간인지 풀 스트로크 구간인지 여부를 판단하기 위해, 압축기에 인가되는 전류치를 감지하고, 기설정된 기준 전류치와 비교판단한다. 이를 위해서 현재 압축기에 인가되고 있는 전류치를 측정하기 위한 별도의 감지수단이 구비된다.
본 발명에서 피스톤(10)의 왕복운동을 위한 구동시간 및 구동범위는 실험치를 근거로 하여 세팅된 값이다.
본 발명에 따른 리니어압축기는 냉장고, 에어컨, 기타 냉동/공조 냉각사이클이 적용되는 모든 제품에 구성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 리니어압축기에 적용되는 냉매로는, R134a, R600a, R12 및 기타 혼합냉매 등이 사용될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 피스톤(10)이 왕복운동을 수행함에 있어서, 피스톤(10)의 왕복구간 및 시간 등의 값을 세팅하여, 리니어압축기가 안정적으로 구동하도록 제어하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
따라서 본 발명에 따른 리니어압축기의 운전제어방법으로 인해서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명으로 인해서 리니어압축기 구동시, 피스톤의 구동이 안정적으로 구동하여, 부품손상 등의 발생이 억제된다. 또한, 소음발생이 적어 최적의 상태로 리니어압축기의 구동이 구현되는 것이 가능하여, 소비전력이 절감되는 등의 효율성면에서도 기대된다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어압축기의 동작상태도.
도 2a는 본 발명에 따른 리니어압축기에 인가되는 전류치를 측정하기 위한 파형도.
도 2b는 본 발명에 따른 리니어압축기에 인가되는 전압치를 측정하기 위한 파형도.
도 3a는 본 발명에 따른 리니어압축기의 구동제어알고리즘의 제 1 실시예.
도 3b는 본 발명에 따른 리니어압축기의 구동제어알고리즘의 제 2 실시예.
도 3c는 본 발명에 따른 리니어압축기의 구동제어알고리즘의 제 3 실시예.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 피스톤 20 : 실린더

Claims (7)

  1. 전원이 인가되면 피스톤의 왕복운동이 최대 왕복운동구간인 풀 스트로크 구간보다 작은 드웰링 스트로크 구간에 도달하기까지 제 1 소정시간 내에 구동제어되는 제 1 단계와;
    제 1 단계가 진행된 후, 상기 풀 스트로크 구간의 소정범위에 도달하기까지 피스톤의 왕복운동이 구동제어하는 제 2 단계와;
    상기 제 2 단계가 경과된 후, 피스톤이 토출관에 제 2 소정시간 내에 도달하도록 제어하는 제 3 단계를 포함하여 구성되는 리니어압축기의 운전제어방법.
  2. 전원이 인가되면 피스톤의 왕복운동이 제 3 소정시간 내에 풀 스트로크 구간의 소정범위에 도달하도록 제어하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계 경과 후, 피스톤이 토출관에 제 2 소정시간 내에 도달하도록 제어하는 제 2 단계를 포함하여 구성되는 리니어압축기의 운전제어방법.
  3. 전원이 인가되면 피스톤의 왕복운동을 시작하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계가 진행된 후, 피스톤이 토출관에 제 2 소정시간 내에 도달하도록 제어하는 제 2 단계를 포함하여 구성되는 리니어압축기의 운전제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 제 1 소정시간은 1초 내지 10초 이내의 범위로 세팅되는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 소정시간은 1초 내지 3분 이내의 범위로 세팅되는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소정범위는 풀 스트로크 구간의 25% 내지 100% 범위로 세팅되는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 소정시간은 1초 내지 10분 이내의 범위로 세팅되는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법.
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