KR100946799B1 - 냉각 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과열, 또는 제어 카드(5)를 거쳐 실시된 제어 방법에 의해 높은 주위 온도 또는 도어의 빈번한 개폐 등의 가혹한 작동 부하로부터 발생되는 열역학적 부하에 반응할 수 없는 이유로 인해, 냉동 사이클을 수행하는 가변 속도 압축기(2)의 모터가 예기치 않게 정지하는 것을 방지하는 냉각 장치(1) 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 작동 부하가 큰 상태에서 효율적으로 기능하는 압축기를 포함하는 냉각 장치에 관한 것이다.
냉각 장치에 있어서, 냉각 시스템 내의 압축기를 선택하는 것은 기후대(cliamtic zones)에 따라 제한 작동 조건을 고려하고, 그 결과 가능한 최대 작동 부하가 고려되기 때문에 압축기의 용량은 필요 이상일 수 있다. 필요 이상의 압축기 용량은 정지 시동 횟수를 증가시키고 사이클의 손실을 증가시킬 수 있다. 이러한 조건을 극복하기 위해, 압축기는 압축기의 기대 수명에 대한 보다 큰 부분에 이르는 실제 작동 조건에 따라 선택되고, 압축기 속도, 즉 압축기 모터의 회전 속도(rpm)는 냉각 장치가 제한 조건 내에서 작동해야 하는 경우에 변경된다. 각종 제어 알고리즘은 압축기가 정상 속도에서 기능하는 경우 및 보다 높은 속도에서 기능하는 경우에 결정하는 가변 속도 압축기 모터를 이용하는 냉각 장치 내에서 안출되고 있다. 압축기 속도는, 냉각 장치가 높은 주위 온도 또는 빈번한 도어의 개폐 등의 가혹한 작동 조건 하에서 작동하는 경우 전자 카드의 조력으로 가속된다. 이 러한 경우에, 압축기는 네트워크 전원 대신에 전자 카드를 통해 공급된다. 때때로, 전자 카드를 통해 공급된 압축기 내에서 예기치 않은 정지(stalls)를 초래하는 가혹한 작동 조건 하에서 열역학적 부하에 반응할 수 없으므로 과열 또는 정지될 수 있다. 정지 후에 압축기가 작동을 시작하는 경우, 차단 조건(cut-out condition)은 알고리즘 요구조건으로 인해 연속적으로 반복되고, 압축기의 빈번한 차단은 효율 저감을 초래한다.
미국 특허 제 US 6231306 호에 있어서, 가스 터빈 엔진은 압축기 스톨을 감지하고, 센서로부터 수신된 신호를 평가하며 이 감지된 신호를 양호한 압축기를 나타내는 소정의 임계값과 비교하고, 임박한 정지 조건을 나타내는 처리 신호를 제공하는 수단을 구비한다.
미국 특허 제 6532433 호에 있어서, 압축기를 모니터링 및 제어하기 위한 방법에서, 적어도 하나의 압축기 작동 변수는 시계열 데이터(time-series data)를 얻도록 모니터링되고, 이 시계열 데이터는 칼만(Kalman) 필터를 이용하여 필터링된다. 큰 부하 하에서의 압축기의 스톨 프리커서(stall precursor)는 이러한 모니터링 방법의 결과로서 압축기 정지 전에 검출된다.
영국 특허 제 GB 2292847 호에 있어서, 압축기 내에 이용되는 단상 유도 모터에 있어서, 검류 장치(current detector)는 높은 부하 하에서의 모터 정지를 검출하고, 릴레이는 커패시터의 전원을 차단한다.
영국 특허 제 GB 1109346 호에 있어서, 냉매 압축기에서, 시동 장치는 모터의 시동 후에 보조 권선의 여자를 유지하는 작용을 하여, 압축기의 작동 토크가 모 터의 정상 정지 토크보다 낮은 값으로 떨어지는 것을 보정하도록 장시간 동안 압축기의 극도의 시동 토크를 극복한다.
본 발명의 목적은 압축기의 예기치 않은 연속적인 정지를 방지하는 냉각 장치 및 제어 방법을 구현하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 구현된 냉각 장치 및 제어 방법에서는, 모터 전자 카드는 자동 온도 조절 장치의 지시에 의해 압축기 모터를 시동 및 정지 주기 시의 높은 부하 및 속도 하에서 작동시킨다.
압축기가 연속적인 정지 및 시동 주기로 작동을 계속함에 따라, 시동 시마다 시간 주기 동안에 네트워크를 통해 공급되고, 압축기 모터는 일정 속도로 기능한다. 이에 따라, 모터 속도를 제어하는 전자 회로는 시동 시에 유인된 높은 전류에 대해 보호한다.
압축기의 작동 동안에, 모터 온도를 검출하는 열 보호 장치는 자동 온도 조절 장치가 정지 지시를 주기 전의 과열로 인해 압축기를 정지하도록 공급 전류를 차단할 수 있다.
열 보호 장치가 전류를 차단함에 따라 압축기가 정지한 것을 전자 카드에서 검출하면, 높은 부하 조건으로 인해 예기치 않은 정지의 경우가 된다.
압축기가 다시 작동을 개시하려 하면, 정지를 반복하지 않도록 시동 전에 소정의 대기 시간이 경과하고, 시간 주기 동안 압축기의 압축부와 흡입부 사이에서의 압력 불균형이 감소되기 때문에, 압축기는 이러한 정지 주기 후에 보다 빨리 시동을 할 수 있다.
소정 시간 주기 동안 대기한 후에 압축기의 작동을 개시하면, 자동 온도 조절 장치의 신호로 작동을 개시하는 경우 시간 주기보다 긴 일정 속도로 작동 시간 주기를 발생시키는 네트워크 전원을 통해 공급된다.
예기치 않은 정지 주기 후에 압축기가 작동되면, 열 보호 장치의 개방 여부가 바로 검출되어야 하고, 이에 따라 열 보호 장치의 온도를 검출하는 개별적인 열 센서를 이용하는 것이 열 보호 장치를 전자 카드로 송신하는데 유익하다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 실현된 냉각 장치 및 제어 방법은 첨부된 도면에 도시된다.
도 1은 냉각 장치의 개략도,
도 2는 제어 방법의 플로우 차트,
도 3은 냉각 장치의 압축기 작동에 대한 속도-시간 및 온도-시간의 그래프.
도면에 도시한 요소에 대한 참조부호는 하기와 같다.
1 : 냉각 장치 2 : 압축기
3 : 열 보호 장치 4 : 자동 온도 조절 장치
5 : 전자 카드 6 : 열 보호 장치의 열 센서
냉각 장치(1)는 냉동 사이클을 수행하도록 제공된 가변 속도 압축기(2); 이 압축기(2)의 온도를 검출하는 것으로 사전 설정된 온도보다 높은 값으로 개방하고 압축기(2)의 작동을 정지하도록 전류(I)를 차단하며 압축기(2)의 재시동을 제공하도록 사전 설정된 온도보다 낮은 값으로 폐쇄하는 열 보호 장치(3); 압축기(2)에 컷인(cut-in) 및 컷아웃(cut-out) 지시를 제공하는 자동 온도 조절 장치(4); 및 압축기(2)의 작동 속도 및 시동-정지 지속 시간을 제어하는 알고리즘을 실행시키는 전자 카드(5);를 포함한다.
압축기가 자동 온도 조절 장치(4)의 컷인 및 컷아웃 지시에 의해 유발되는 연속적인 시동-정지 주기(T-on, T-off)에서 정상적인 작동을 수행하는 동안, 고전류(I)가 압축기(2)의 시동마다 유인될 것이기 때문에, 모터를 위해 필요한 전류(I)는 전자 카드(5)를 보호하도록 소정의 시간 주기(T1) 동안 네트워크 전원으로부터 직접 유인되고, 시간 주기(T1) 동안에, 압축기(2)는 일정 속도(Vo)에서 작동한다. 시간 주기(T1)가 종료되면, 압축기(2)는 요구된 냉각을 제공하도록 가변 속도, 즉 일정 속도(Vo)와 다른 속도[예컨대, 보다 높은 속도(V1)]로 전자 카드(5)를 통해 공급됨으로써 작동을 개시한다(도 3).
압축기(2)가 작동함에 따라, 압축기(2) 모터에 도달하는 열 보호 장치(3)에 전류(I)가 통과한다. 열 보호 장치(3)는 압축기(2) 셀 상의 전기 접촉 박스 상에 배치되고, 주위 온도의 변화에 따라 개폐한다. 열 보호 장치(3)는 네트워크 전원으로부터 압축기(2) 모터로의 전류(I)를 차단하는 사전 설정된 값보다 높은 온도에 서 개방하고, 온도가 사전 설정된 값 아래로 떨어지면 네트워크 전원으로부터의 전류가 압축기(2) 모터에 도달하도록 폐쇄한다. 압축기(2) 모터가 과열되면, 열 보호 장치(3)는 압축기(2)를 정지하도록 제공되며 전자 카드(5)를 보호하는 전류(I)를 차단한다.
전자 카드(electronic card)(5)는 사전 설정된 시간 주기(T2) 동안 상기 압축기(2)에 전류(I)를 공급할 때, 상기 자동 온도 조절 장치(4)에 의해 제공되는 컷인 지시를 가질 수 있다. 전자 카드(5)는, 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단하는 경우, 냉매 시스템 내의 압력이 균형 잡힐 수 있으며 압축기(2)가 작동하는 동안 전류 차단 작동을 수행하도록 상기 자동 온도 조절 장치(4)로부터의 지시를 수신하지 않고서 상기 압축기(2)를 정지시킨다. T2 주기 말기에, 자동 온도 조절 장치(4)로부터 독립적으로 공급되는 전류(I)로 상기 압축기(2)를 시동한다. 압축기(2)의 시동 후에 각각의 압축기 시동을 위한 사전 설정된 시간 주기(T1)보다 긴 시간 주기(T3) 동안 제 1 시동시에 인가되는 네트워크 전원으로부터의 전류(I)에 의해 공급되는 일정한 속도(Vo)로 작동한 다음, 전류(I)는 전자 카드(5)를 통해 공급되고 V1의 속도로 작동한다. 압축기(2)가 Vo 또는 V1의 속도로 작동하는 동안 자동 온도 조절 장치(4)로부터 컷아웃 지시가 수신되면, 이 지시에 대해 T-off 주기를 개시한다.
압축기(2)의 예기치 않은 반복 정치를 방지하는 냉각 장치(2)의 제어 방법은 하기의 단계로 이루어진다.
- 압축기(2)는 자동 온도 조절 장치(4)의 컷인 지시로 작동을 개시하는 단계(100)
- 압축기(2)는 시동 시 및 시간 주기(T1) 동안에 일정 속도(Vo)로 작동되는 단계(101)
- T1 시간 주기가 완료된 후에, 전류(I)가 전자 카드(5)를 통해 공급되고 압축기(2)는 속도(V1)로 작동되는 단계(102)
- 열 보호 장치(3)는 전류(I)가 차단되었는지의 여부를 제어하는 단계(103)
- 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단하지 않았다면, 컷아웃 지시를 제공하였는지의 여부에 대해 자동 온도 조절 장치(4)를 제어하는 단계(106)로 가는 단계
- 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단하였다면, 압축기(2)에 전류(I)를 공급하지 않고 시간 주기(T2) 동안 정지하는 단계(104)
- 압축기(2)는 네트워크 전원에 의해 공급되는 전류(I)로 시간 주기(T1)보다 간 시간 주기(T3) 동안 일정 속도(Vo)로 작동되는 단계(105)
- 자동 온도 조절 장치(4)는 컷아웃 지시를 제공하는지의 여부에 대해 제어되는 단계(106)
- 자동 온도 조절 장치(4)가 컷아웃 지시를 제공하지 않으면, 상기 압축기(2)가 속도(V1)로 작동되는 단계(102)로 다시 돌아가는 단계;
- 자동 온도 조절 장치(4)가 컷아웃 지시를 제공하였다면, 압축기(2)는 정지 주기(Toff)를 개시하는 단계(107)
본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각 장치(1)는 열 보호 장치(3)의 온도를 검출하는 열 보호 장치의 열 센서를 포함한다. 열 보호 장치의 열 센서(6)는 열 보호 장치(3)가 폐쇄하는 사전 설정된 값 아래에 도달하는 열 보호 장치(3)의 온도를 검출하고, 그 다음 열 보호 장치(3)는 전류(I)를 흘려 보낸다. 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단함으로써 압축기(2)를 정지시키는 경우, 정지 주기(T2)의 말기에 정상적인 값으로 온도가 다시 떨어지면, 열 보호 장치(3)는 전류(I)가 흐르도록 폐쇄하고, 열 보호 장치의 열 센서(6)로부터 수신된 데이터에 의해 열 보호 장치(3)의 폐쇄시 또는 열 보호 장치(3)를 폐쇄한 후 단시간 내에 전자 카드(5)가 압축기(3)를 작동시킨다.
전자 카드(5)에 의해 실시되는 냉각 장치(1)의 제어 방법에 있어서, 압축기(2)의 예기치 않은 정지 및 예기치 않은 정지 후의 시동이 성공적인 후에는 시동 시도에서 정지의 반복이 방지된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 압축기(2)의 예기치 않은 정지는 단순한 제어 방법을 실시함으로써 압축기(2)의 각종 변수를 측정 및 평가할 필요 없이 방지되고, 효율적인 성능이 성취되므로, 높은 주위 온도 또는 냉각 장치(1)의 도어를 빈번하게 개폐하는 등의 가혹한 작동 부하 하에서 냉각 장치(1) 내의 소정의 냉각값을 성취한다.
Claims (4)
- 냉각 장치(1)에 있어서,냉동 사이클을 수행하도록 제공된 가변 속도 압축기(2);상기 압축기(2)의 온도를 검출하는 열 보호 장치(3);T-on 및 T-off 주기에서 상기 압축기(2)에 컷인(cut-in) 및 컷아웃(cut-out) 지시를 제공하는 자동 온도 조절 장치(thermostat)(4); 및사전 설정된 시간 주기(T2) 동안 상기 압축기(2)에 전류(I)를 공급할 때, 상기 자동 온도 조절 장치(4)에 의해 제공되는 컷인 지시를 가질 수 있는 전자 카드(electronic card)(5);를 포함하며,상기 전자 카드(5)는, 상기 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단하는 경우, 상기 압축기(2)가 작동하는 동안 전류 차단 작동을 수행하도록 상기 자동 온도 조절 장치(4)로부터의 지시를 수신하지 않고서 상기 압축기(2)를 정지시키고; T2 주기 말기에, 상기 자동 온도 조절 장치(4)로부터 독립적으로 공급되는 전류(I)로 상기 압축기(2)를 시동하며; 그리고 상기 압축기의 시동 후에 각각의 압축기 시동을 위한 사전 설정된 시간 주기(T1)보다 긴 시간 주기(T3) 동안 일정 속도(Vo)로 상기 압축기(2)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
- 제1항에 있어서,상기 열 보호 장치(3)의 온도를 검출하는 열 보호 장치의 열 센서(6)를 더 포함하며,상기 열 보호 장치의 열 센서(6)는 상기 전자 카드(5)가 상기 열 보호 장치(3)의 폐쇄시 또는 상기 열 보호 장치(3)를 폐쇄한 후 단시간 내에 상기 압축기(2)를 시동하게 하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 냉각 장치(1)를 제어하는 방법에 있어서,상기 압축기(2)는 자동 온도 조절 장치(4)의 컷인 지시로 작동을 개시하는 단계(100); 상기 압축기(2)는 시동 시 및 시간 주기(T1) 동안에 일정 속도(Vo)로 작동되는 단계(101); T1 시간 주기가 완료된 후에, 전류(I)가 전자 카드(5)를 통해 공급되고 압축기(2)는 속도(V1)로 작동되는 단계(102); 상기 열 보호 장치(3)는 전류(I)가 차단되었는지의 여부를 제어하는 단계(103); 상기 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단하지 않았다면, 컷아웃 지시를 제공하였는지의 여부에 대해 상기 자동 온도 조절 장치(4)를 제어하는 단계(106)로 가는 단계; 상기 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단하였다면, 압축기(2)에 전류(I)를 공급하지 않고 시간 주기(T2) 동안 정지하는 단계(104); 상기 압축기(2)는 네트워크 전원에 의해 공급되는 전류(I)로 시간 주기(T1)보다 간 시간 주기(T3) 동안 일정 속도(Vo)로 작동되는 단계(105); 상기 자동 온도 조절 장치(4)는 컷아웃 지시를 제공하는지의 여부에 대해 제어되는 단계(106); 상기 자동 온도 조절 장치(4)가 컷아웃 지시를 제공하지 않으면, 상기 압축기(2)가 속도(V1)로 작동되는 단계(102)로 다시 돌아가는 단계; 및 상기 자동 온도 조절 장치(4)가 컷아웃 지시를 제공하였다면, 상기 압축기(2)는 정지 주기(Toff)를 개시하는 단계(107);를 포함하는 냉각 장치의 제어 방법.
- 제3항에 있어서,단계(104)에서 상기 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단한 후의 정지 주기(T2)는 냉각 시스템 내의 압력을 균형 잡기에 요구된 시간 주기만큼 긴 것을 특징으로 하는 냉각 장치의 제어 방법.
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