KR100892193B1 - 냉각될 실내의 냉각제어시스템과 냉각시스템을 제어하는방법 및 냉각기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내를 냉각시키는 냉각시스템과 냉각기 및 냉각제어시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로, 냉각제어시스템은 가변용량을 가진 압축기와 제어기를 갖추되, 이 제어기는 압축기의 부하를 측정하고 냉각된 실내의 온도조건을 확인하며 압축기의 냉각작동을 기동시킨다. 냉각제어시스템을 제어하는 방법은 냉가싸이클에 걸쳐 압축기의 부하(Ln)와 실내의 온도조건을 측정하는 단계와, 냉각된 실내의 온도조건 및 부하(Ln)의 값에 따라 압축기의 냉각용량을 변경시키는 단계로 이루어진다.

Description

냉각될 실내의 냉각제어시스템과 냉각시스템을 제어하는 방법 및 냉각기 {A cooling control system for an ambient to be cooled, a method of controlling a cooling system, and a cooler}

본 발명은 냉각될 실내의 냉각제어시스템과 냉각시스템을 제어하는 방법은 물론, 특히 전체적으로 냉각시스템에 적용될 가변용량을 가진 압축기를 사용하는 냉각기에 관한 것으로, 이 시스템과 방법은 냉각될 실내 또는 구획이 갖는 온도의 최대 및 최소한계에 따라 접촉의 전도조건을 변경시키는 종래의 서모스탯(thermostat)을 이용하여 상기 압축기의 특성 또는 회전을 조절할 수 있어서, 냉각시스템의 성능을 극대화시키게 된다.

냉각시스템의 기본목적은 냉각될 실내 또는 하나 이상의 구획 내부의 온도를 낮게 유지하는 것으로, 그 바깥의 외부대기로 열을 전달하는 장치를 이용하고, 이 열전달장치를 제어하도록 상기 실내 또는 구획 내부의 온도를 측정하여, 당해 냉각시스템의 유형에 대해 미리 설정된 한계내에서 온도를 유지하도록 되어 있다.

냉각시스템 및 적용형태의 복잡함에 따라, 유지될 온도의 한계가 더욱 한정되거나 한정되지 않는다.

냉각시스템 바깥의 외부대기로 열을 전달하는 통상의 방식은 냉각폐쇄회로(또는 냉각회로)에 연결된 밀폐된 압축기를 이용하는데, 이를 통해 냉각유체나 가스 는 순환되고, 이 압축기는 냉각가스가 냉각폐쇄회로를 흐르게 하는 기능을 갖고 있으며, 냉각가스의 증발과 응축이 일어나는 지점들 사이에 결정된 압력차가 생기게 할 수 있어, 열전달과 저온생성과정이 일어날 수 있게 한다.

압축기는 정상작동 조건에서 요구되는 것보다 높은 냉각용량을 제공하는 크기로 되어 있고, 임계조건이 예측된다. 다음으로, 허용한계내에서 구획내부의 온도를 유지하기 위해서는 압축기의 냉각용량의 일부가 조절될 필요가 있다.

압축기의 냉각용량을 조절하는 가장 통상적인 방식은 냉각될 실내의 온도가 변화함에 따라 시동을 켜고 끄는 것이다. 이 경우, 냉각될 실내의 온도가 미리 설정된 한계를 초과하면 압축기를 켜고, 냉각될 실내의 온도가 미리 설정된 하한에 도달하면 압축기를 끄는 서모스탯을 이용한다.

냉각시스템을 제어하는 이 제어장치에 대한 공지의 해결방법은, 온도에 의해 팽창되는 유체를 수용하고서 냉각될 실내의 온도에 노출되도록 설치되어 있으며, 그 내부에 있는 유체의 팽창과 수축에 민감한 전자기계 스위치에 기계적으로 연결된 벌브(bulb)와 결합되어 있는데, 이는 그 용도에 따라 미리 정해진 온도에서 상기 스위치를 켜고 끌 수 있다. 이 스위치는 압축기에 공급되는 전류를 가로막아 그 작동을 제어하며 미리 설정된 온도한계내에서 냉각시스템의 내부공기를 유지하게 한다.

또한, 간단하기 때문에 서모스탯이 가장 광범위하게 사용되지만, 이는 가변용량을 가진 압축기의 속도조절을 허용하지 않는 단점을 갖는데, 이는 압축기에 공 급된 동력을 차단하게 하는 접촉점을 개폐시키는 명령을 발생시키기 때문이다.

냉각시스템을 제어하는 다른 해결방법으로는, 예컨대 피티씨(Positive Temperature Coefficient:양의 온도계수) 타입 전자온도센서나 다른 것에 의해 냉각된 실내의 온도값을 읽을 수 있는 전자회로를 이용하는 것으로, 미리 결정된 기준점과 읽은 온도값을 비교하여, 압축기에 공급된 에너지를 처리하는 회로에 명령신호를 발생시켜, 냉각용량을 정확히 조절하여서, 압축기를 켜거나 끔으로써 또는 압축기가 가변용량형인 경우에는 공급된 냉각용량을 변화시킴으로써 냉각된 실내를 바람직한 온도로 유지하게 된다. 이러한 유형의 서모스텟의 단점은, 압축기의 정확한 작동속도를 제한하고 압축기의 제어와는 별개로 서모스탯회로에서 이행되는 제어알고리듬과 논리처리능력에 의해, 압축기 속도의 조정을 증진시키고 이 기능을 위해 바람직한 개선에 필요한 추가 비용을 수반한다는 점이다.

냉각된 실내의 온도를 제어하는 또 다른 해결방법이 미국 특허 제4,850,198호에 설명되어 있는 바, 이는 압축기의 활성화를 제어하는 것에 덧붙여, 압축기와, 응축기, 팽창밸브 및, 증발기를 구비하는 냉각시스템을 기술하고 있다. 이 제어방법은 미리 결정된 최대온도한계와 최소온도한계를 기초로 하여 압축기의 활성화 또는 비활성화를 결정하는 서모스탯으로부터의 온도 출력값에 따라서 마이크로프로세서에 의해 이루어진다. 이 시스템에 따르면, 냉각된 실내에서 측정된 온도에 따라 압축기의 작동시간을 제어하는 것이 예측된다.

또, 국제공개 WO 98/15790호에 나타나 있는 당해분야의 해결방법을 알 수 있는 바, 압축기의 회전축 속도와 냉각용량이 간단한 서모스탯의 접촉을 개폐할 때의 정보에 따라 제어기에 의해 조정되고, 2개의 온도한계에 따라 스위치의 서모스탯의 개폐를 촉진시킨다. 이 기술은 각 작동싸이클에 대해 압축기 속도를 조정하여 예정된 단계에서 각 싸이클의 압축기 속도를 줄이게 된다.

이 해결방법의 단점은 압축기의 가장 적합한 작동조건이 각 싸이클에서 차츰 요구된다는 것으로, 이는 시스템을 더욱 느리게 하고 그 이득을 제한하게 된다. 또한, 냉각용량의 실질적인 증대가 냉각싸이클을 따라 요구될 때 반응시간의 제한을 갖게 되어서, 온도를 안정화시키는 성능을 제한하고 냉각기에 열적 부하의 부가에 대한 반응을 제한하게 된다.

당해분야에서 알려진 다른 해결방법이 미국 특허 제5,410,230호에 설명되어 있는 바, 이는 압축기의 작동속도가 냉각시스템의 결정된 지점과 온도에 반응하여 조절되고, 온도측정회로를 필요로 하여서, 그 결과 비용이 비싸게 되는 제어방법을 제안하고 있다.

본 발명의 목적은 냉각될 구획 내부의 온도의 최대 및 최소한계에 따라 접촉을 개폐하는 종래의 서모스탯을 이용하여, 냉각시스템내의 온도를 제어하는 수단을 제공하고 가변용량을 가진 압축기의 작동속도를 결정하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉각시스템을 제어하는 방법을 제공하여, 가변용량을 가진 압축기의 작동속도를 결정할 수 있으며, 논리처리성능을 가진 전자 서모스탯이 필요 없게 되어, 더욱 경제적인 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각시스템을 제어하는 방법을 제공하여, 가변용 량을 가진 압축기의 작동속도를 결정할 수 있으며, 압축기의 작동을 위한 가장 적합한 속도를 결정할 수 있어, 에너지소모를 최소화시키는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉각시스템을 제어하는 방법을 제공하여, 가변용량을 가진 압축기의 작동속도를 결정할 수 있어, 이 냉각시스템에 부과되는 열적 부하의 변화에 대한 반응시간을 최소화시키는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각시스템을 제어하는 방법을 제공하여, 가변용량을 가진 압축기의 작동속도를 결정할 수 있어, 진행중인 작동싸이클에 따라 압축기의 작동성능을 정정하는 데에 있다.

본 발명의 목적들은 냉각될 실내를 제어하는 제어시스템에 의해 성취될 수 있는 바, 여기서 온도의 2개의 최대 및 최소한계에 반응하여 작동하는 서모스탯은 이들 2개의 한계에 대해 온도조건을 표시할 수 있으며, 전기적으로 공급되고 제어되며 가변용량을 가진 압축기는 예컨대 전력과 피스톤의 힘이나 토오크 또는 회전과 같이 압축기의 모터로 부과된 부하에 연관된 변수를 측정할 수 있고, 압축기를 기동하는 상기 전자회로는 마이크로제어기를 구비하며, 시간변수값이 이 마이크로제어기 내에 저장된다. 실내의 냉각을 제어하는 냉각시스템은 가변용량을 가진 압축기와 제어기로 이루어지는데, 이 제어기는 압축기의 부하를 측정하고 냉각된 실내의 온도조건을 확인하며 압축기의 냉각용량을 기동시킨다. 냉각될 실내를 냉각시키는 제어시스템은 전류로 공급받는 전기모터로 구동되면서 가변용량을 가진 압축기를 구비하고, 이 시스템은 전류를 측정함으로써 압축기의 부하를 측정하고 냉각된 실내의 온도조건을 확인하며 압축기의 냉각용량을 기동시키는 제어기를 추가로 구비하는데, 이 제어기는 순환싸이클로 작동되는 압축기를 제어하고, 상기 냉각용량은 냉각된 실내의 온도조건 전개와 조합하여 냉각싸이클을 따라 압축기 부하 전개의 함수로 변경된다.

본 발명의 목적들은 전자회로로 제어되고 전기적으로 공급되는 압축기를 위한 제어방법에 의해 성취될 수 있는 바, 제어용 전자회로는 압축기에 부과된 부하와 관련된 변수의 측정을 수행하고, 마이크로제어기는 이 마이크로제어기에 이전에 저장된 최대기준값과 압축기에 부과된 부하와 관계된 상기 변수의 변화율을 비교하여, 압축기에 부과된 부하의 변화율이 마이크로제어기에 저장된 기준값보다 높으면 이 부화 변화율에 비례하여 압축기의 냉각용량을 증가시킨다. 상기 마이크로제어기는 2개의 미리 정해진 한계에 대해 냉각된 실내의 온도조건에 대한 정보를 받아들여서, 온도가 냉각된 실내의 온도에 대해 정해진 최소한계보다 낮으면 압축기의 작동을 중지시키고, 상기 온도가 냉각된 실내의 온도에 대해 정해진 최대한계보다 높으면 압축기의 새로운 작동싸이클을 시작하게 한다. 이 마이크로제어기는 그 제1작동 또는 냉각싸이클이나 동력의 차단 후에 예정된 높은 용량으로 냉각시스템의 작동을 시작하여, 제1싸이클에 높은 냉각용량을 제공한다. 상기 마이크로제어기는 냉각된 실내의 온도가 최소한계에 도달할 때 압축기에 부과된 부하값을 기록하고, 다음 싸이클에서 작동이 시작된 후 압축기에 요구되는 부하값과 상기 부하값을 비교한다. 이 싸이클은 시스템의 가장 효과적인 조건과 관련되고서 예정된 낮은 냉각용량으로 시작한다. 부하들 사이의 관계(L₂/L₁)가 미리 정한 한계(R)보다 크면, 상기 마이크로제어기는 이전 사이클의 끝에서 요구된 부하(L₁)와 새로운 싸이클의 작동하기 시작한 직후(t₁ + t₂)의 부하(L₂) 사이에서 K*(L₂/L₁)의 비율로 압축기의 용량을 증대시킨다. 이 마이크로제어기는 주기적으로 제1냉각싸이클 다음의 두 냉각싸이클을 따라 미리 정해진 시간(t₂)의 주기로 부하(L₂)를 측정한다. 부하들 사이의 관계(L₂/L₁)가 미리 정한 한계(R)보다 크면, 상기 마이크로제어기는 이전 사이클의 끝에서 측정되거나 압축기의 용량(S)이 최종적으로 변경된 직후에 측정된 부하(L₁)와 미리 정해진 시간(t₂) 직후의 부하(L₂) 사이에서 K*(L₂/L₁)의 비율로 압축기의 냉각용량을 증대시킨다.

상기 냉각시스템의 제어방법은 하나의 냉각싸이클을 따라 압축기의 부하를 측정하는 단계를 포함하는 바, 냉각된 실내의 온도조건이 최대허용값보다 높다는 것을 가리킬 때 상기 싸이클은 시작하고, 현재의 냉각싸이클의 부하에 상응한 제2변수인 부하(L₂)의 저장된 값과 압축기의 용량을 최종변경시키기 전의 부하에 상응한 제1변수인 부하(L₁)의 저장된 값 사이의 관계를 계산하며,

로서 냉각용량의 값을 변경시키며 제1변수에 제2변수의 값을 저장하되, 여기서 기준값과 상수값은 미리 설정되거나,

로서 현재의 냉각용량을 유지하며 제1변수의 값을 유지하는 단계로 이어진다.

또한, 본 발명의 목적들은 가변용량을 가진 압축기와, 전류를 공급받는 전기모터로 구동되는 이 압축기의 용량을 제어하는 제어기 및, 압축기와 연결되고 적어도 하나의 냉각된 실내에 위치된 증발기를 구비하는 냉각기에 의해 성취되는 바, 상기 제어기는 냉각싸이클에서 압축기를 기동시켜 미리 설정된 온도조건의 최대 및 최소한계내에서 냉각된 실내의 온도조건을 유지하며, 상기 제어기는 압축기의 부하를 측정하며, 냉각된 실내의 온도조건과 조합하여 압축기 부하의 함수로 압축기의 냉각용량을 기동시키되, 압축기의 부하측정은 전류의 측정으로 이루어진다.

이제 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 하여 더욱 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각된 실내의 냉각제어시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각시스템을 위한 제어방법의 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 시스템에 사용된 서모스탯의 특성선도이다.

도 4는 본 발명에 따른 압축기의 제어회로의 개략도이다.

도 5a는 압축기의 증발온도와 형성된 기계부하 사이의 관계를 나타낸 도면이다.

도 5b는 압축기의 기계부하와 모터의 전류 사이의 관계를 나타낸 도면이다.

도 5c는 상이한 회전들에서 압축기에 의해 받아들여진 동력과 압축기의 기계부하 사이의 관계를 나타낸 도면이다.

도 6은 시스템이 작용하는 초기에, 압축기에 대해 조절된 냉각용량에 관계되고 냉각된 실내의 내부온도와 관계되는, 압축기의 기계부하와 동력의 곡선들을 도시한 도면이다.

도 7은 열적 부하가 냉각시스템에 가해질 때 일정한 시기에, 압축기에 대해 조절된 냉각용량에 관계되고 냉각된 실내의 내부온도와 관계되는, 압축기의 기계부하와 동력의 곡선들을 도시한 도면이다.

도 1에 따르면, 이 시스템은 기본적으로 응축기(8)와, 냉각될 실내(11)에 위치된 증발기(10), 모세관형상의 제어부재(9) 및, 압축기(7)로 이루어지며, 서모스탯(4)과 순환싸이클로 작동되는 압축기(7)의 용량(S)을 제어하는 전자제어기(2)를 구비할 수 있다. 상기 압축기(7)는 냉각회로(12) 내의 가스흐름을 촉진시키는데, 냉각될 실내(11)로부터 열을 제거하게 한다. 서모스탯(4)과 결합된 온도센서(6)는 온도를 확인하며, 냉각될 실내(11)의 온도조건에 대한 정보(5)를 제어회로(2)에 공급하기 위해서 예정된 한계온도(T₁,T₂)와 상기 확인된 결과를 비교한다. 상기 압축기(7)의 용량을 제어하는 제어회로(2)는 공급네트웍으로부터 동력값(1)을 받아들이고, 압축기(7)의 모터(M)에 전류(3)를 공급한다.

도 2에 따르면, 본 발명의 제어방법에 의해 제어되는 제어시스템은 냉각시스템의 제1냉각싸이클에서 높은 냉각용량(S₁)을 가진 예정된 냉각용량(S)을 설정하여, 압축기(7)가 높은 수준으로 작동되어 냉각된 실내의 온도(T)가 급속히 감소되게 한다. 이 높은 냉각용량(S₁)은 압축기(7)의 작동속도를 상승시킴으로써 성취될 수 있다. 본 발명에 따르면, 압축기(7)의 부하(Ln)가 압축기가 작동할 때 제1냉각싸이클을 따라 측정되고, 압축기는 냉각된 실내(11)가 원하는 최소의 한계온도(T₁)에 도달할 때까지 작동하게 된다. 그 후에, 상기 압축기(7)는 꺼지고, 꺼지기 바로 전에 제1냉각싸이클의 끝에서 압축기(7)에 의해 요구된 평균 부하(L₁)가 저장된다.

이 상태에서, 냉각된 실내(11)의 단열을 통한 열의 누출과 실내에 더해져 온도(T)를 상승시키는 열적 부하로 인해, 압축기(7)가 꺼지면서 냉각되었던 실내(11)는 따뜻하게 된다. 이 온도의 상승은 냉각된 실내(11)가 한계온도(T₂)에 도달되게 한다. 다음으로, 서모스탯(4)은 이 온도조건의 검출을 알려주는 신호(5)를 제어기(2)로 보내어, 압축기(7)를 작동시키는 명령을 내린다. 냉각시스템을 제어하는 본 발명의 제어방법에 따르면, 압축기(7)는 예정된 냉각용량(S=S₂)으로 다시 켜지게 되는데, 이는 에너지의 최소허용값을 가정하여 시스템의 작동을 증진시키도록 선택되어진다. 높은 효율의 이 냉각용량(S₂)은 일반적으로 압축기(7)의 최하용량에 상응하게 되는데, 가변용량을 가진 회전운동식 압축기인 경우에 최하작동속도에 상응하게 된다. 켜진 후 압축기(7)에 부과된 부하(Ln)의 측정은 예정된 전환시기의 시간간격(t₁)이 지난 후, 기본적으로 제어될 냉각시스템의 구조특성에 따라 이루어진다. 이 시기에, 작용압력이 설정되고, 압축기(7)에 부과된 부하값(Ln)은 여전히 냉각용 압축기의 열적 부하조건을 적절히 나타내지 못한다. 시간간격(t₁)이 지난 후, 압축기(7)에 부과된 평균 부하(L₂)는 미리 정해진 시간(t₂)의 간격으로 주기적으로 측정된다. 다음에, 이전 냉각싸이클에서의 압축기(7)의 부하(L₁)와 최종 작동시기의 평균 부하(L₂) 사이의 관계(L₂/L₁)를 계산하는데, 이 관계는 미리 정한 상수(R)와 비교된다. 이 관계가 미리 정한 상수(R)보다 높으면, 압축기(7)의 냉각용량(S)은 부하들 사이의 이 관계(L₂/L₁)의 비율(K)로 정정될 것이다. 이 상태에서, 부하(L₁)는 현재 냉각싸이클에서 측정된 최종 부하(L₂)로 갱신된다. 이 시스템의 냉각용량(S)은 부하들 사이의 관계(L₂/L₁)가 상수(R)보다 낮으면 유지될 것이다.

상수(R)는 제어될 냉각시스템에 요구되는 열적 부하의 변화에 민감도 함수로 미리 정해지며, 상수(K)는 미리 설정된 계수로서, 열적 부하의 변화가 일어나는 경우에 냉각시스템에 요구되는 온도의 전개속도에 따라 결정된다. 전형적으로, 이러한 값들은 다음과 같이 될 수 있는데, 즉 R = 1.05이고, K = 1,20이다.

그 후에, 냉각중인 실내(11)의 온도(T)조건을 확인하고, 최소의 한계온도(T₁)에 도달하지 않았다면 압축기(7)를 계속 작동시키며, 미리 정해진 시간(t₂)의 예정된 주기에 압축기(7)의 부하(Ln)의 측정을 되풀이하고, 최종작동시기의 부하(L₂)를 갱신하며, 이전 작동싸이클의 부하(L₁)와 최종작동싸이클의 부하(L₂) 사이의 관계를 비교하는 싸이클을 되풀이하여, 전술한 바와 같이 상수(R)와 이 관계를 비교하고 냉각용량(S)을 정정한다.

이 싸이클은 냉각된 실내(11)의 온도(T)가 최소의 한계온도(T₁)에 도달하여 압축기(7)가 꺼질 때까지 되풀이된다. 이어서, 최종작동시기의 압축기(7)의 부하(L₂)는 이전 싸이클의 부하(L₁)를 유지하는 변수로 바뀌고, 압축기는 냉각된 실내(11)의 온도가 상승되어 한계온도(T₂)에 도달할 때까지 꺼진 채로 있게 된다. 그 후에, 압축기(7)는 다시 새로운 냉각싸이클로 작동하도록 명령을 받는데, 다시 냉각용량(S)은 에너지의 낮은 소비조건에 상응한 예정된 값(S₂)과 같으며, 전체 싸이클을 되풀이한다.

도 3은 냉각된 실내(11)의 온도(T)조건과, 센서(6)에 의해 온도를 검출하고 신호(5)를 발생시키는 서모스탯(4)에 의해 전달된 명령신호(5) 사이의 관계를 도시하는 바, 이는 그래프에 도시된 바와 같이 온도(T)가 이력현상을 가진 한계온도(T₂) 또는 한계온도(T₁)에 도달했는지를 표시하게 된다.

상기 압축기(7)의 전자제어기(2)를 상세히 나타낸 도 4에서, 모터(M)에 공급된 전류(Im)는 전환브릿지(Sn)의 키이와, 전압(Vs)의 강하가 일어나는 저항(Rs)을 통해 순환하는데, 전압은 전원(F)에 의해 가해진 모터(M)를 통해 순환하는 전류(Im)에 비례하게 된다. 모터(M)에 가해진 공급전압(V)의 정보와, 전류를 감지하는 저항(Rs)에서의 전압(Vs)의 정보 및, 기준전압(Vo)이 정보처리회로(21)에 공급되는데, 이는 마이크로컨트롤러 또는 디지털 신호처리기로 이루어진다. 압축기(7)의 모터(M)의 부하 또는 기계적인 토오크(Ln)는 이 모터(M)의 권선을 통해 순환하는 전류(Im)에 정비례한다. 브러쉬가 없는 영구자석을 갖춘 모터인 경우에, 이 관계는 사실상 선형이다. 압축기(7)의 부하(Ln)는 전류를 저지하는 저항(Rs)을 통해 순환하는 전류값(Im)을 관찰함으로써 아주 정확히 계산될 수 있는데, 전류는 정보처리회로(21)에 의해 저항(Rs)의 전압(Vs)으로 알 수 있다. 압축기(7)의 부하(Ln)는 대략 전류를 감지하는 저항(Rs)의 전압과 수정상수(K_토오크) 사이의 선형관계를 따르게 된다.

모터(M)의 전압의 펄스폭조절이 있는 경우에, 모터(M)에서의 평균전류값(Im)은 전류를 감지하는 저항(Rs)에서 관찰된 전류값의 평균에 상응하게 되는데, 이 평균은 모터(M)의 권선을 통해 순환하는 전류(Im)가 키이(Sn)가 개방되어 있는 동안 상기 저항(Rs)을 통해 순환할 수 없기 때문에 전환브릿지의 키이(Sn)가 폐쇄되어 있는 동안 계산된다.

상기 압축기(7)의 부하(Ln)를 계산하는 다른 방식으로는, 모터의 회전속도로모터(M)에 전달된 동력(P)의 값을 나누는 것이 있는데, 이 동력(P)은 모터(M)의 전류(Im)와 전압(V)을 곱함으로써 계산된다. 이렇게 하여, 압축기(7)의 부하값은 다음과 같이 계산될 수 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 모터(M)의 토오크 또는 압축기(7)의 부하(Ln)는 증발온도(E)와 비례를 유지하는데, 냉각시스템의 열적 부하와 큰 상관관계를 갖고 있다. 이렇게 하여, 냉각된 실내가 예컨대 냉각될 시스템의 최초 작동시간 동안 온도(T)가 높아질 때 또는 열적 부하가 냉각된 실내(11)에 더해질 때, 증발기(10)의 증발온도(E)는 더욱 높아지고, 압축기(7)에 의한 더 많은 일을 필요로 하는데, 이는 압축기(7)에 보다 큰 토오크 또는 부하(Ln)를 일으키고, 결국 도 5b의 그래프에 도시된 바와 같이 모터(M)에서의 전류가 더욱 세지게 한다. 모터(M)에 의해 받아들여진 동력(P)의 값은 도 5c의 그래프에 도시된 바와 같이 회전속도와 토오크에 직접 관계되는데, 압축기(7)의 상이한 용량들(Sa,Sb,Sc)을 볼 수 있으며, Sc가 가장 큰 용량이다. 이 큰 용량은 회전기구를 갖춘 압축기인 경우에는 높은 속도에 대응하게 된다.

회전운동식 압축기인 경우에 가스펌핑기구의 회전축과 모터의 회전축의 토오크로 특징지워지거나, 선형운동식 압축기인 경우에 피스톤(도시되지 않음)의 부하 또는 힘에 의해 특징지워지는 부하(Ln)의 값은 상당히 가스증발온도를 따르게 되는 데, 이는 냉각시스템에 의해 부과된다. 이 증발온도는 가스압력에 직접 대응되는 것으로, 이 압력은 펌핑기구의 피스톤에 힘을 발생시키고, 이 기구의 회전축에 토오크를 일으키게 된다. 냉각된 실내와 증발기(10) 사이의 우수한 열적 결합으로 인해 가스증발온도와 냉각된 실내의 온도 사이에는 밀접한 상관관계가 있다. 증발온도가 일정하다고 가정하면, 상기 부하(Ln)는 반드시 압축기의 회전 또는 피스톤 진동의 진폭에 대해 일정해야 하며, 따라서 냉각된 실내(11)의 상황과 상태를 아주 잘 나타내는 변수이다. 상이한 회전속도나 상이한 피스톤 경로에 의해 특징지워지는 압축기가 다른 냉각용량(S)으로 작동되도록 명령을 받게 되면, 냉각시스템이 반응하여 가스압력을 변화시키게 되고, 응축 및 증발의 온도를 바꾸는데, 이는 압축기의 부하(Ln)를 변경시키게 된다.

선형 압축기(7)를 사용한 경우에, 모터(M)에 공급되는 동력(P)은 압축기(7)에 있는 피스톤의 이동속도에 의한 각 피스톤의 부하(Ln)의 생성에 비례하며, 제어기(2)는 피스톤의 이동속도를 제어하게 된다.

다시 말하자면, 상기 부하(Ln)는 회전 또는 진동에 사실상 영향을 받지 않으며, 단지 냉각회로(12)를 통해 순환하는 가스증발온도에 따르게 된다. 회전 또는 진동이 변동되면 부하값(Ln)에 부차적인 요인들이 영향을 끼치나 정도가 작아 가스증발온도의 영향을 생각하면 무시될 수 있다. 가장 중요한 부차적인 영향 중에는 재료의 마찰과 가스의 점성마찰로 인한 손실이 있다.

상이한 회전속도나 상이한 피스톤 경로에 의해 특징지워지는 압축기가 다른 냉각속도(S)로 작동되도록 명령을 받게 되면, 냉각시스템이 반응하여 가스압력을 변화시키게 되고, 응축 및 증발의 온도를 바꾸는데, 이는 압축기의 부하(Ln)를 변경시키게 된다.

도 6에는, 순환싸이클로 작동하는 압축기(7)에 의해 받아들여진 동력(P)과, 압축기(7)의 부하(Ln) 또는 모터의 토오크, 냉각된 실내(11)의 온도(T) 및, 압축기(7)의 냉각용량(S)과 같은 변수들의 전개과정을 도시하고 있다.

최초 작동시간 동안 온도(T)가 최소의 한계온도(T₁)보다 훨씬 높을 때, 본 발명에 따른 방법에서는 높은 냉각용량(S=S₁)으로 설정하는데, 이는 회전운동식 압축기인 경우에 높은 회전으로 이루어진다. 이러한 높은 냉각용량(S)의 조건은 냉각된 시스템(11)의 온도가 최소시간내에 감소되어 이 점에 대해서는 냉각시스템에 높은 이행성능을 전달함을 보장한다. 작동시간 내내 서모스탯(4)은 냉각된 실내(11)의 온도를 관찰하고 제어회로(2)는 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하며, 부하값의 평균이 가장 최근의 시간에 대해 계산되는데, 이 시간은 몇 초 또는 몇 분으로 되어 부하(L₁)에 결과를 저장한다. 냉각된 실내(11)의 온도(T)가 최소의 한계온도(T₁)에 도달할 때, 서모스탯은 전자제어기(2)로 압축기의 정지를 지시하는 명령을 보낸다.

정지되기 전 최종작동시간에 압축기(7)에 의해 받아들여진 동력(P₁)의 값이나, 이 최종작동시간에서 압축기(7)의 부하(L₁)가 저장된다.

냉각된 실내(11)의 온도(T) 또는 온도조건이 상승하여 허용 한계온도(T₂)에 도달하자마자, 서모스탯(4)은 이 상황의 제어(2)를 알리는 명령(5)을 발생시켜 압축기(7)가 그 작동을 다시 시작하게 한다. 상기 압축기(7)는 S₂로 미리 정해진 냉각용량(S)에 대해 조절된 작동을 다시 시작하는데, 이는 에너지의 최소소비를 도모한다. 냉각용량(S₂)의 이러한 값은 시스템을 설계하는 동안 결정되며, 통상 압축기(7)의 최소냉각용량에, 즉 회전이동식 압축기인 경우에 최소회전에 상응하게 된다.

압축기(7)의 작동을 다시 시작한 직후에 받아들여진 동력(P)의 값이 최고점을 나타내는데, 이는 냉각시스템의 압력의 변동 때문이며, 시간간격(t₁) 후에는 더욱 안정된 조건에 도달하여서, 제어될 시스템의 열적 조건에 상응하기 시작한다. 이 일시적인 시기는 5분까지 계속될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 알맞은 적용을 위해, 이 시간간격(t₁)이 지난 후 압축기(7)의 부하(Ln)가 측정되기 시작한다. 시작시기의 조정을 위해 기다리는 시간간격(t₁) 후에 미리 정해진 시간(t₂) 동안 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하기 시작하는데, 이 간격은 열적 부하의 추가에 의해 제어될 시스템의 반응을 위한 바람직한 속도에 의해 결정되면서 냉각시스템의 상수로 한정되고, 예컨대 이 시스템과 방법이 냉각기에 적용된다면, 뜨거운 음식이 들어오거나 오래 도어를 열고 있는 것과 같이 임의의 열적 방해물이 시스템에 가해질 때 증발압력의 변동상황동안 얼마간 지연된다. 이 미리 정해진 시간(t₂)은 통상 몇 초에서 몇 분까지 될 수 있다. 압축기(7)의 부하(L₂)는 이 시간(t₂)의 최종시기에서 계산되며, 공급네트웍에 있는 방해물과 측정과정에 본래 있는 소음으로 인하여 정상진동을 제거할 목적으로 순간적인 값(Ln)의 최종출력평균을 산출한다.

이때, 최종시기의 평균 부하(L₂)의 값이 계산되면 도 2에 도시된 바와 같은 과정이 진행된다.

도 7에는, 압축기(7)의 작동이 시작된 직후에 시스템의 가장 효과적인 이행성능의 용량과 같은 냉각용량(S)에서 T₂에서 보다 높은 T₃로 온도를 상승시키는 열적 방해물이 냉각된 실내에 있는데, 이는 압축기(7)의 부하(L)에 동요를 일으킨다. 미리 정해진 시간(t₂) 후 최종시기에 측정된 부하(L₂)는 압축기(7)가 꺼진 바로 직후에 이전 시기에 측정된 부하(L₁)보다 아주 높게 된다. 이렇게 하여, 이전 시기와 최종측정시기의 부하값 사이의 관계(L₂/L₁)는 이 예에 따르면 미리 결정된 상수(R)보다 높은 값으로 되어서, 압축기(7)의 용량이 수정될 조건과 일치하게 된다. 압축기(7)의 용량(S)은 다음 관계를 따라 수정된다.

따라서, 압축기(7)는 보다 높은 냉각속도(S₃)로 작동하기 시작하고, 냉각된 실내(11)의 온도(T)가 미리 설정된 한계온도(T₂)과 한계온도(T₁) 사이에서 바람직한 간격으로 급속히 복귀되게 한다. 상기 압축기(7)의 용량(S)은 각 미리 정해진 시간(t₂)에서 이루어지고, 제어될 시스템에 더해진 열적 부하의 비율로 되어서, 시스템의 신속하고 적절한 반응을 보장한다.

압축기(7)의 냉각용량(S)의 정정은 압축기(7)가 작동하는 시기를 따라 여러 번 일어날 수 있다.

압축기(7)의 냉각용량(S)이 제어될 시스템에 의해 요구되는 조건과 대략 조화되는 특정한 경우에는, 시간이 미리 정해진 시간(t₂) 사이에서 검출될 아주 작은 비율로 시간이 지남에 따라 상기 온도(T)가 상승하게 된다. 이들 경우에, 도 3에 도시된 방법은 이전 시기의 최종부하를 나타내는 부하(L₁) 값이 압축기(7)의 작동시기에 걸쳐 기준으로 이용되는 것이 보장되고, 부하의 증가가 천천히 일어나는 경우에 압축기(7)의 용량(S)을 정정할 수 있다.

바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 범주는 다른 가능한 변형을 포함하되, 첨부된 청구범위의 내용으로 한정된다.

Claims (33)

1. 전류(Im)를 공급받는 전기모터(M)로 구동되고서 가변용량(5)을 가진 압축기(7)를 구비하여 냉각된 실내(11)를 냉각시키는 냉각제어시스템에 있어서,

   상기 전류(Im)를 측정함으로써 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하고, 냉각된 실내(11)의 온도조건을 확인하며, 압축기(7)의 냉각용량(S)을 제어하는 제어기(2)를 구비하되,

   이 제어기(2)는 압축기(7)가 순환싸이클로 작동되게 제어하고, 냉각용량(S)은 냉각된 실내(11)의 온도조건 전개와 조합하여 냉각싸이클을 따라 압축기(7)의 부하(Ln) 전개의 함수로 변경되는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 제어기(2)는 전류(Im)를 측정하는 정보처리회로(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 정보처리회로(21)와 연결된 저항(Rs)이 있으며, 전류(Im)는 저항(Rs)을 통해 순환하는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 압축기(7)의 회전에 의한 부하(Ln)의 생성에 비례하는 동력(P)이 모터(M)에 공급되고, 상기 제어기(2)는 압축기(7)의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
7. 제 6항에 있어서, 상기 압축기(7) 피스톤의 이동속도에 의한 피스톤의 부하(Ln)의 생성에 비례하는 동력(P)이 모터(M)에 공급되고, 상기 제어기(2)는 압축기(7) 피스톤의 이동속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 제어기(2)는 동력(P)을 측정하는 정보처리회로(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
9. 제 1항, 제4항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각회로(12)를 구비하되, 이 냉각회로(12)는, 압축기(7)와 연결되고 냉각된 실내(11)에 위치되는 증발기(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
10. 제 9항에 있어서, 냉각된 실내(11)의 온도조건을 확인하는 온도감지조립체(46)를 추가로 구비하되, 이 온도감지조립체(46)는 정보처리회로(21)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
11. 제 10항에 있어서, 상기 정보처리회로(21)는 미리 설정된 온도조건의 최대 한계온도(T₂) 및 한계온도(T₁)을 구비하되, 이들 온도는 각각 냉각된 실내(11)의 최대온도와 최소온도에 상응한 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
12. 냉각된 실내(11)에 가변적인 냉각용량(S)을 주기적으로 적용하고 부하(Ln)를 가진 압축기(7)를 구비한 냉각시스템을 제어하는 방법에 있어서,

    냉각된 실내의 온도조건(T)이 한계온도(T₁)보다 높다는 것을 가리킬 때 시작되는 냉각싸이클을 따라 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하는 단계와;

    현재의 냉각싸이클의 부하(Ln)에 상응한 제2변수인 부하(L₂)의 저장된 값과 압축기(7)의 용량을 최종변경시키기 전의 부하(Ln)에 상응한 제1변수인 부하(L₁)의 저장된 값 사이의 관계를 계산하는 단계;

    

    로 냉각용량의 값을 변경시키며 제1변수인 부하(L₁)에 제2변수인 부하(L₂)의 값을 저장하되, 여기서 R은 미리 설정된 기준값이고 K는 미리 설정된 상수값으로 되거나,

    

    로서 현재의 냉각용량을 유지하며 제1변수인 부하(L₁)의 값을 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하는 단계는 냉각싸이클이 시작되고 나서 미리 설정된 시간간격(t₁)이 지난 후에 시작되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
14. 제 12항에 있어서, 상기 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정한 후에, 측정된 부하(Ln)의 값을 제2변수인 부하(L₂)에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
15. 제 12항에 있어서, 상기 냉각용량(S)의 값을 변경시키는 단계와 냉각용량(S)을 유지하는 단계 후에, 냉각된 실내(11)의 온도조건(T)을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
16. 제 12항 또는 제 14항에 있어서, 상기 냉각된 실내(11)의 온도조건(T)을 확인하는 단계 후에, 냉각된 실내의 온도조건(T)이 최소값에 도달하지 않았음을 나타내면 압축기의 부하(Ln)를 측정하는 단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
17. 제 15항에 있어서, 미리 정해진 시간(t₂)이 지난 후 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하는 단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
18. 제 12항 또는 제 14항에 있어서, 상기 냉각된 실내(11)의 온도조건(T)이 최소값에 도달하였음을 나타내면 현재의 냉각싸이클을 종료하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
19. 제 12항에 있어서, 상기 냉각싸이클의 시작은, 압축기(7)의 최대용량에 가까운 냉각용량(S₁)보다 낮은 냉각용량(S₂)으로 압축기(7)를 작동시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
20. 제 12항에 있어서, 상기 냉각싸이클을 시작하는 단계는, 상기 냉각싸이클에서 압축기(7)의 최대용량에 가까운 용량에 상응한 냉각용량(S₁)으로 압축기(7)를 작동시키는 단계와; 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하는 단계; 압축기(7)가 냉각싸이클에서 작동할 때 또는 그 작동이 정지된 후에 제1변수인 부하(L₁)에다 냉각싸이클을 따라 압축기(7)의 부하(Ln)의 평균값의 가장 최근값을 저장하는 단계; 온도조건(T)을 확인하는 단계; 조건이 주어진 T₁보다 낮으면 압축기(7)의 작동을 끝내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.
21. 가변용량(S)을 가진 압축기(7)와, 전류(Im)를 공급받는 전기모터(M)로 구동되는 압축기(7)의 용량(S)을 제어하는 제어기(2) 및, 압축기(7)와 연결되고 적어도 하나의 냉각된 실내(11)에 위치되는 증발기(10)를 구비하는 냉각기에 있어서,

    상기 제어기(2)는 냉각싸이클에서 압축기(7)를 기동시켜 미리 설정된 온도조건의 최소 및 최대의 한계온도(T₁,T₂)내에서 냉각된 실내(11)의 온도조건(T)을 유지하며,

    상기 제어기는 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하고, 냉각된 실내(11)의 온도조건과 조합하여 압축기 부하(Ln)의 함수로 압축기(7)의 냉각용량(S)을 기동시키되,

    압축기(7) 부하(Ln)의 측정은 전류(Im)의 측정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각기.
22. 제 21항에 있어서, 상기 압축기(7)의 냉각싸이클은 냉각된 실내(11)의 온도조건(T)이 최대의 한계온도(T₂)에 도달했음을 나타낼 때 시작되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
23. 제 21항에 있어서, 상기 압축기(7)의 냉각싸이클은 냉각된 실내(11)의 온도조건(T)이 최소의 한계온도(T₁)에 도달했음을 나타낼 때 중지되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
24. 제 21항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 증발온도(E)를 가진 냉각유체와, 냉각된 실내(11)의 온도에 대한 정보를 받아들이는 제어기(2)를 구비하는 냉 각회로(12)를 갖추는 것을 특징으로 하는 냉각기.
25. 제 24항에 있어서, 상기 압축기(7)와 연결된 모터(M)에 공급되는 전류(Im)가 부하(Ln)에 비례하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
26. 제 25항에 있어서, 추가로 구비되는 정보처리회로(21)에 연결되는 저항(Rs)을 구비하며, 전류(Im)는 저항(Rs)을 통해 순환하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
27. 제 24항에 있어서, 상기 압축기(7) 회전축의 회전에 의한 부하(Ln)의 생성에 비례하는 동력(P)이 모터(M)에 공급되고, 상기 제어기(2)는 압축기(7) 회전축의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
28. 제 24항에 있어서, 상기 압축기(7) 피스톤의 이동속도에 의한 피스톤의 부하(Ln)의 생성에 비례하는 동력(P)이 모터(M)에 공급되고, 상기 제어기(2)는 압축기(7) 피스톤의 이동속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
29. 제 27항에 있어서, 상기 제어기(2)는 동력(P)을 측정하는 정보처리회로(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
30. 제 21항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각회로(12)를 구비하되, 이 냉각회로(12)는, 압축기(7)와 연결되고 냉각된 실내(11)에 위치되는 증발기(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
31. 제 30항에 있어서, 추가로 구비되는 정보처리회로(21)와 연결되면서 냉각된 실내(11)의 온도를 측정하는 온도감지조립체(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
32. 제 11항에 있어서, 상기 제어기(2)는 압축기(7)의 최대용량에 가까운 냉각용량(S₁)으로 압축기(7)를 작동시키고, 냉각된 실내(11)의 온도를 한계온도(T₁)로 낮추며, 한계온도(T₁)에 도달할 때 압축기(7)를 끈 채로 유지하되,

    상기 제어기(2)는 한계온도(T₁)에 도달할 때 부하(Ln)의 제1변수인 부하(L₁)를 저장하며,

    상기 제어기(2)는 최대냉각용량(S₁)보다 낮은 냉각용량(S₂)에서 압축기(7)를 다시 작동시켜, 한계온도(T₁)에 도달할 때까지 낮은 냉각용량(S₂)을 적용하는 동안 부하(Ln)의 제2변수인 부하(L₂)를 저장하고,

    상기 제어기(2)는 제1변수인 부하(L₁)를 제2변수인 부하(L₂)로 갱신하는 것을 특징으로 하는 냉각제어시스템.
33. 제 12항에 있어서, 상기 압축기(7)는 전류(Im)를 공급받는 전기모터(M)로 구동되고, 냉각싸이클을 따라 압축기(7)의 부하(Ln)를 측정하는 단계에서 상기 측정은 전류(Im)를 측정함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각시스템을 제어하는 방법.

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