KR101060048B1 - 압력용기의 기체압력 조절 장치의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력용기에 외부에서 공급되는 기체를 충진 및 배출하여 압력용기의 압력을 조절하는 장치와 그 장치의 제어 방법으로서, 기존의 방법 중, 충진 및 배출되는 압력을 원하는 압력으로 유지하여 조절하는 방법은 복잡하고 고가의 장치가 필요하며, 그 조절 시간이 많이 소요되었고, 또 다른 기존의 방법인 충진 및 배출시의 시간을 계산하여 조절하는 방법은, 압력용기 및 장치에 대한 많은 경험정보가 필요하였으며, 안정된 환경이 필요하였다. 또한, 압력용기로 흐르는 유량을 예측하여 계산하는 방식은 복잡한 계산으로 인해, 고가의 마이크로프로세서가 필요하였다.

본 발명은 버튼과 램프를 포함한 사용자 입력장치와, 마이크로프로세서, A/D컨버터, 설정 저장 장치, 밸브 전동 스위치, 전원장치의 결합체인 조작장치와, 2개의 2포트 2위치 솔레노이드밸브, 전자 압력계의 결합체인 압력조절기 조립체로 구성되는 압력조절 장치를 이용하여, 압력용기의 압력을 예측하고, 과도하게 압력을 충진 및 배출하여 압력용기의 압력을 조절하는 방법이다.

상기와 같이 간단한 장치를 이용하여, 공급되는 압축기체 및 주변의 압력이 불안정한 상황에서도, 빠르게 압력을 조절할 수 있다.

압축 기체, 조절, 예측, 과도, 충진, 배출, 압력 용기, 타이어

Description

압력용기의 기체압력 조절 장치의 제어 방법 { Gas Pressure Control Method In Pressure Chamber With Control System }

본 발명은 압력용기에 외부에서 공급되는 기체를 충진 및 배출하여 압력용기의 압력을 조절하는 장치와 그 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 충진과 배출을 위해 각각 1개의 2포트 2위치 솔레노이드 밸브와 전자 압력계의 조립체인 압력조절기 조립체와, 마이컴 기반의 조작장치로 구성된 압력용기의 기체압력 조절 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

압력용기의 기체압력 조절 장치는 일반적으로 압축공기, 질소, 산소, 이산화탄소 등을 충진하고 그 압력을 조절하는데 사용한다. 만일 압력용기의 사용 목적이 압축된 기체의 공급원일 경우에는 용기의 허용 압력 내의 압력을 충진하면 되나, 압력 완충장치(Accumulator), 공기압을 이용한 지지 장치(Air Suspension), 자동차 타이어 등에서는 일정한 압력으로 조절을 할 필요가 있다. 특히 공기압을 이용한 지지 장치나 자동차의 타이어는 사용 환경에 맞는 압력으로 최대한 빠르게 조절할 필요가 있다.

기존의 일반적인 압력용기의 압력을 조절하는 방법은 크게 3가지로 나뉠 수 있다.

첫 번째 방법은 압력용기에 원하는 압력과 동일한 압력의 압축기체 공급원을 연결하는 것이다. 일정한 압력의 압축기체 공급원과 연결된 압력용기는 시간이 지남에 따라 공급원과 동일한 압력으로 조절될 것이다.

두 번째 방법은 압력용기에 압축기체 공급원으로부터 압축기체를 공급하거나 외부로 배출하여 압력용기의 압력을 원하는 압력으로 조절하는 것이다. 압력용기의 압력을 측정하거나 예측을 하여 원하는 압력보다 고압인 공급측의 밸브 또는, 저압인 배출측의 밸브를 열거나 닫아 압력을 조절한다. 이 경우 유량계를 사용하여 유입/ 배출되는 기체의 질량을 파악할 수 도 있다.

세 번째 방법은 두 번째 방법과 유사하나, 장치와 압력용기의 특성을 파악하여 유량을 예측하고, 유량을 계산하여 압력용기의 압력을 예측하고, 예측된 압력으로 압력을 조절하는 방식이다.

기존의 첫 번째 방법은 일정한 압력을 유지하기 위해 공기압 서보 밸브 등의 복잡한 장치를 필요로 하며, 압력의 조절시간이 많이 걸리게 된다. 즉 공급원과 압력용기의 압력차가 크면 클수록 압력용기와의 유량이 증대하여 빠른 속도로 압력이 변하게 되나, 공급원과 압력용기의 압력차가 작을수록 유량은 작아져, 압력용기의 압력의 변경속도가 작아지게 된다. 따라서 압력용기의 압력이 원하는 압력에 가까울수록 조절시간은 증가하게 된다.

기존의 두 번째 방법은 간단하게는 압력계와 수동으로 조작하는 두 개의 밸브만으로도 조절할 수 있는 방법이고, 공급측과 배기측의 압력을 그대로 이용하므로 조절속도 또한 빠르게 할 수 있다. 예를 들면 압력용기의 원하는 현재 압력이 1bar이고, 원하는 압력이 5bar이며, 공급압력이 10bar이면, 원하는 압력인 5bar까지 10bar의 압력으로 충진을 할 수 있다.

이 방법은 공급/ 배출측의 압력이 항상 원하는 압력과 불일치하므로, 압력계가 압력용기에 직접 설치되어 있지 않은 이상 압력계 값은 압력용기의 압력에 비해 항상 오버슈트(Overshoot : 조절되는 값이 목표방향으로 목표값을 초과하게 되는 것)하게 되며, 압력계와 압력용기와의 거리가 멀면 멀수록 이 경향은 증가하게 된다.

따라서 원하는 압력으로 압력을 맞추기 위해서는 원하는 압력보다 더 높은/ 낮은 압력을 압력계가 일정시간 지시하도록 압축 기체를 충진 또는, 배출하거나, 일정한 시간 동안 충진 또는, 배출후 압력계로 압력을 확인하는 방법을 사용하게 된다.

이러한 상기 압력과 일정한 시간은 압력용기와 배관을 포함한 조절장치에 대한 시스템의 정밀한 측정 정보와 경험에 의해 산출되며, 압력용기의 압력을 확인하기 위해 압력을 측정시, 모든 밸브를 닫은 후 충분한 시간을 대기한 후 압력계로 측정을 하게 된다.

만일 공급측, 배기측의 압력이 변동된다면, 이 경우까지 고려하면 매우 많은 측정 정보와 경험이 필요하게 되며, 압력용기의 크기, 수량이 변경된다면 추가적인 측정정보와 경험이 필요하게 되며, 따라서 대부분은, 기존의 장치는 공급압을 일정하게 유지하기 위한 압력 조절기를 설치하게 되고, 압력 조절기를 거친 압력은 항상 공급되는 압력보다 낮게 되므로, 충진 시간이 증가하게 되고, 압력조절기가 추가로 필요하게 된다.

또한, 일정한 시간 간격으로 밸브를 여닫고, 그 사이 압력을 측정하는 경우는, 압력측정 횟수가 증가하게 됨으로 이를 위한 시간이 추가로 필요하게 된다.

특히, 대한민국 특허 공개 공보 특0138922 (아시아자동차공업주식회사) 1998.4. 30. 과 같은, 차량용 공기압 조절장치의 경우는, 공급측 압력이 일정치 않고, 본 발명에서 압력용기에 해당되는 타이어가, 조절장치에서 상대적으로 먼 거리에 위치하여, 압력의 조절을 위해서는 매우 많은 측정 정보와 경험이 필요하며, 또한, 압력 조절에 많은 시간이 소요되게 되므로, 빠른 압력 조절이 필요한 장치의 요구 특성을 만족시키기 힘들다.

기존의 세 번째 방법은 상기 두 번째 방법과 유사하나, 충진 및 배출시의 압력과 시간의 정보를 이용하여, 임의 압력에서 충진 및 배출되는 압축기체의 유량을 예측하고, 압력용기내의 유체 질량과 압력을 예측하여 압력을 조절하는 방법이다.

이 방법은 충진 및 배출시의 압력과 시간으로 장치와 압력용기의 유량계수를 구하고 이를 기반으로 압력용기내의 유체 질량과 압력에 대한 테이블과, 장치와 압력용기의 단위시간당 유량에 대한 테이블을 작성하고, 테이블 값을 계산하여 기반으로 충진과 배출시의 압력용기압력을 예측하여 압력을 조절하게 된다.

이 방법은 공급압력의 변동에 영향을 받지 않으며, 빠른 속도로 충진과 배출을 할 수 있고, 간단하게 장치와 압력용기의 특성 정보를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 테이블을 저장하기 위한 큰 메모리와, 많은 계산을 수행하기 위한 고속의 마이크로프로세서가 필요한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간단한 구조의 장치를 이용하여, 빠르고 정확하게 압력용기의 기체압력 조절 장치의 제어 방법을 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적에 따라 압력용기의 기체 압력을 제어하는 방법은,

공급측의 압축 기체를 압력용기에 충진하기 위하여 2포트 2위치 솔레노이드 밸브인 가압밸브를 공급측과 압력용기 연결도관 조립체 사이에 위치시키고, 압력용기의 압축기체를 외부로 배출하기 위하여 2포트 2위치 솔레노이드 밸브인 감압밸브를 외부와 압력용기 연결도관 조립체 사이에 위치시키고, 조절장치 내의 압력을 측정하기 위한 전자 압력계를 가압밸브와 압력용기 연결도관 조립체 사이에 위치시킨 것을 포함하는 압력조절기 조립체와,

A/D컨버터와 밸브 전동스위치와 마이크로프로세서와 사용자 입력장치와, 작동 표시기와 전원장치와 설정 저장장치가 포함되어 구비된 압력조절기 조립체를 제어하는 컨트롤러에서,

처음 충진 및 배출되는 압축기체의 압력을 압력계로 지속적으로 읽어, 실제 압력용기의 압력과의 압력 차이를 반영하여 압력용기의 압력을 조절하는 방법과, 공급되는 압력이 압력용기에서 공급될 때, 충진 초기의 압력값 도약을 무시하는 시간을 구하는 방법을 포함한다.

본 발명은 간단한 장치 및 간단한 마이크로프로세서를 이용하여, 공급되는 압축기체의 압력이 불안정한 상황에서도, 단수, 또는 복수의 상이한 크기의 압력용기에 대한 적은 경험정보만으로, 빠르게 압력을 조절할 수 있어, 제작 및 유지, 보수, 운용이 용이하고, 빠른 속도로 압력을 조절할 수 있다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1에서와 같이 압력조절기 조립체(10)는 압축기체 공급기(1)로부터 압축 기체를 공급받고, 배기측 도관(21)으로 압축기체를 배출하여 압력조절기 조립체(10)에 연결된 압력용기(51)의 압축기체 압력을 조절하는 장치이다.

압력조절기 조립체(10)는 가압밸브(14)와 감압밸브(17)와 전자 압력계(19)가 포함되어 있고, 도 2의 마이크로프로세서(101) 기반의 조작장치(100)에 의해 제어된다.

도 2와 도 3에서와 같이 조작장치(100)는 사용자 입력 장치(103)와 작동 표시기(105)와 마이크로프로세서(101)와 A/D컨버터(102)와 밸브 전동 스위치(106)와 설정 저장 장치(104)를 포함하며, 사용자의 입력을 받고, 압력조절기 조립체를 제어한다.

도 4에서와 같이 1차 감압조정은 도 1의 감압밸브(17)를 개방, 폐쇄하여 도 1의 압력계(19)의 압력값에 의해 압력용기(51)의 압력을 조정한다.

도 5에서와 같이 2차 감압조정은 도 1의 감압밸브(17)를 개방, 폐쇄하여 도 1의 압력계(19)의 압력값과, 압력차(202)에 의해 계산된 압력(203)에 의해 도 1의 압력용기(51)의 압력을 조정한다.

도 6에서와 같이 감압조정은 도 1의 감압밸브(17)를 개방, 폐쇄하여 도 1의 압력계(19)의 압력값과, 도 4와 도 5의 방법을 이용하여 압력용기(51)의 압력을 조정한다.

도 7에서와 같이 가압조정은 도 1의 가압밸브(14)를 개방, 폐쇄하여 도 1의 압력 계(19)의 압력값과, 도 4와 도 5의 방법을 이용하여 도 1의 압력용기(51)의 압력을 조정한다.

도 8에서와 같이 조정중의 오류는 도 7의 오차(206)를 줄이기 위해 도 7의 압력차(202)를 도 7의 이전의 압력차(202)보다 항상 작게 반영하여 계산된 압력(203)을 구한다.

도 9에서와 같이 도 1의 공급기체 압력용기(3)에 의해 공급된 압축기체에 의해 도 1의 압력용기(51)를 충진 할 경우 압력값 도약(207)에 의한 효과를 방지하기 위하여 일정시간(204)만큼 도 1의 압력계(19)값을 무시한 후 도 4와 도 5의 방법을 이용하여 도 1의 압력용기(51)의 압력을 조정한다.

도 10에서와 같이 도 9의 압력값 도약(207)의 효과를 방지하기 위하여 일정시간(204)은 미리 계산된다.

더욱 상세한 구성으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 압력용기의 기체압력 조절 장치의 간략한 구성을 나타내는 공기압 회로도로써, 압축기체 공급기(1)와 압력조절기 조립체(10)와 압력용기 연결도관 조립체(52)와 압력용기(51)를 포함하고 있다.

압축기체 공급기는 통상 미 도시된 압축기나 미 도시된 압축 기체가 공급되는 도관으로 구성되며 추가로 공급기체 압력용기(3)가 구성되며, 필요시는 미 도시된 기체 청정기를 포함한다.

압축기체 공급기(1)에서 압력조절기 조립체(10)로는 도관(4)으로 연결되며, 상기 조립체(10)로 유입되는 공급압력은 필요압력(압력용기의 조절을 원하는 압력)보다 높아야 하므로, 통상적으로 공급압 측정장치(6)를 공급기체 압력용기(3)에 연결하여 사용하게 된다.

압축기체 공급기(1)와 도관(4)으로 연결된 압력조절기 조립체(10)는 상기 도관(4)과 기체 공급 도관(11)으로 연결되며 이 도관(11)은 가압밸브 입구측(13)을 통해 가압밸브(14)에 연결된다. 통상 기체 공급 도관(11)과 가압밸브 입구측(13)에는 역류방지 밸브(12)가 위치하여 압축기체 공급기의 고장이 나면, 압축 기체의 역류를 방지한다.

가압밸브(14)는 2포트 2위치의 통상 닫힘 솔레노이드 밸브로써 가장 간단하고 고 신뢰성을 가지는 종류의 솔레노이드 밸브이다. 상기 밸브(14)의 출구측(15)은 압력 조절 연결 도관(20)을 통해 압력용기 연결도관 조립체(52)에 연결된다.

또한, 감압밸브는 2포트 2위치의 통상 닫힘 솔레노이드 밸브로써 감압밸브 입구측(16)은 가압밸브 출구측(15)에 연결되고, 감압밸브 출구측은 배기측 도관(21)으로 연결된다.

전자 압력계(19)는 가압밸브 출구측(15)과 압력 조절 연결 도관(20) 사이에 위치하게 되며, 압력용기 연결도관 조립체(52)는 압력을 조절하고자 하는 압력용기(51)와 연결된다. 압력용기 연결도관 조립체(52)는 미 도시된 여러 개의 압력용기와 연결될 수 도 있고, 차량용 공기압 조절장치의 경우에는 상기 조립체(52)가 미 도시된 로터리 씨일을 포함하는 장치의 조립체일 수 도 있다.

압력조절기 조립체(10)는 미작동시 가압밸브(14)와 감압밸브(17)가 닫혀있고, 압력 조절 연결 도관(20)과, 압력용기 연결도관 조립체(52)와 압력용기(51)는 연결되어 있어, 상기 세 가지 요소 내의 압축기체의 압력은 시간이 지남에 따라 점차 일치하게 되고, 압력 조절 연결 도관(20)과 압력용기 연결도관 조립체(52)와, 압력용기(51)에서 기체의 유동이 없어지게 되면, 전자 압력계(19)의 압력을 읽어 압력용기(51)의 압력을 측정하게 된다.

압력용기(51)에 압축기체가 충진되는 경우에는 가압밸브(14)를 열고, 감압밸브(17)를 닫으면, 압축기체 공급기(1)로부터 기체 공급 도관(11)과 가압밸브(14)를 거처 압력 조절 연결 도관(20)으로 압축기체가 흐르고, 압력 조절 연결 도관(20)에 연결된 압력용기 연결도관 조립체(52)는 압력용기(51)에 연결되어 있으므로 압축기체는 압력용기(51) 내부로 흐르게 되어 압력용기(51)의 압력이 상승하게 되며, 이때 전자 압력계(19)의 값을 읽어 압력조절기 조립체(10)의 압력을 알 수 있다.

압력용기(51)로부터 압축기체가 배출되는 경우에는 가압밸브(14)를 닫고, 감압밸브(17)를 열면, 압력용기(51)로부터 압력용기 연결도관 조립체(52)와 압력 조절 연결 도관(20)을 거쳐 감압밸브 입구측(16)으로 압축기체가 흐르고, 압축기체는 감압 밸브(17)를 거쳐 배기측 도관(21)을 통해 배출되게 되며, 이때의 전자 압력계(19)의 값을 읽어 압력조절기 조립체(10)의 압력을 알 수 있다.

도 2는 압력조절기 조립체(10)로부터 계측정보를 받아 정보를 판별하고, 가압밸브(14)와 감압밸브(17)를 작동시키는 조작장치(100)의 기능 구성도로써, 조작장치(100)와 도 1의 압력조절기 조립체(10)에 전원을 공급하는 전원장치(107)와, 도 1의 가압밸브(14)와 도 1의 감압밸브(17)를 작동시키는 밸브 전동 스위치(106)와, 도 1의 전자 압력계(19)와, 도 1의 전자 온도계(25)의 값을 판별하는 A/D컨버터(102)와, 사용자가 조작할 수 있는 사용자 입력 장치(103)와, 사용자에게 작동정보를 표시하는 작동 표시기(105)와, 중앙연산을 담당하는 마이크로프로세서(101)와, 제어 설정치가 기록되어 있는 설정 저장 장치(104)를 포함한다.

조작장치(100)의 A/D컨버터(102)는 도 1의 전자 압력계(19)와 도 1의 전자 온도계(25)와 도 1의 공급압 측정장치(6) 등의 아날로그 기기의 값을 읽어 디지털 신호로 변경하며, 상기 디지털 신호는 마이크로프로세서(101)로 보내져서 수치로써 판별하게 된다. 상기 판별된 압력계 값과, 사용자 입력 장치(103)와, 설정 저장 장치(104)의 설정값을 마이크로프로세서(101)가 판별하고, 밸브 전동 스위치(106)를 작동하여 도 1의 가압밸브(14)와 도 1의 감압밸브(17)를 열거나 닫아, 도 1의 압력용기(51)의 압축기체를 충진 또는 배출하게 된다.

또한, 작동 표시기(105)는 사용자가 입력한 내용과, 현재의 조작장치(100) 및 압력 조절기 조립체(10)의 작동상태를 표시하게 된다.

도 3은 조작장치(100)에 포함되어, 도 2의 마이크로프로세서(101)에 사용자의 조작을 입력하는 사용자 입력 장치(103) 및 사용자가 입력한 내용과 현재의 조작장치(100) 및 압력조절기 조립체(10)의 작동상태를 표시하는 작동 표시기(105)의 구성도로써, 조작장치(100)와 압력조절기 조립체(10)의 전원을 조작하는 전원 스위치(151), 도 1의 공급압 측정장치(6)의 압력이 압력을 조절하기에 충분하지 않을 경우에 사용자에게 경고하는 공급압 경고등(160), 사용자가 조절하기 원하는 압력(이하 목표압)을 표시하는 목표압력 표시기(152), 목표압력을 변경할 수 있는 상승, 하강 조작 스위치(153, 154), 압력조절을 하도록 조작하는 실행 조작 스위치(155), 미리 설정된 압력으로 목표압력을 설정하는 조작 스위치(156, 157, 158, 159)를 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 1차 배출조정곡선을 나타낸 도표로서, 조절 전 압력(205)에서 원하는 압력(201)으로 조절하기 위해 1차로 도 1의 감압밸브(17)를 개방하였을 때의 1차 배출 조정 곡선으로, 도 1의 감압밸브(17)를 개방 후, 도 1의 압력계(19)의 값을 지속적으로 읽으면서, 원하는 압력(201)이 되면, 도 1의 감압밸브(17)를 폐쇄하고, 도 1의 압력용기(51)와 도 1의 압력계(19)의 값이 일치하기에 충분한 시간을 대기후, 도 1의 압력계(19)의 압력값을 읽으면, 압력차(202)를 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 1, 2차 배출조정곡선을 나타낸 도표로서, 1차 조정 후의 압력차(202)를 원하는 압력값(201)에 더하여 계산된 압력(203)을 구하고, 다시 도 1의 감압밸브(17)를 개방하여, 도 1의 압력계(19)의 값을 지속적으로 읽으면서 계산된 압력(203)이 되면 도 1의 감압밸브(17)를 폐쇄하고, 도 1의 압력용기(51)와 도 1의 압력계(19)의 값이 일치하기에 충분한 시간을 대기한다.

도 6은 본 발명에 따른 배출조정곡선을 나타낸 도표로서, 상기 도 5의 압력조정을 반복함으로써, 원하는 압력으로 감압 조정할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 충진조정곡선을 나타낸 도표로서, 배출과 동일한 방식으로 1차로 조절전 압력(205)에서 도 1의 가압밸브(14)를 개방하고 도 1의 압력계(19)의 값이 원하는 압력(201)이 되면 도 1의 가압밸브(14)를 폐쇄하고, 압력용기(51)와 압력계(19)의 값이 일치하기에 충분한 시간을 대기후, 도 1의 압력계(19) 값을 읽으면 압력차(202)를 알 수 있다. 상기 압력차(202)를 원하는 압력값(201)에 더하여 계산된 압력(203)을 구하고, 다시 2차로 도 1의 가압밸브(14)를 개방하여, 도 1의 압력계(19)의 값을 지속적으로 읽으면서, 계산된 압력(203)이 되면, 도 1의 감압밸브(17)를 폐쇄하고, 도 1의 압력용기(51)와 도 1의 압력계(19)의 값이 일치하기에 충분한 시간을 대기한다. 만일 1차로 충진 할 때의 도 1의 압축기체 공급기(1)의 압력보다 2차로 충진 할 때의 도 1의 압축기체 공급기(1)의 압력이 높다면 오차(206)가 발생하게 되고, 이 경우, 도 6과 같이 감압을 하여 원하는 압력(201)으 로 도 1의 압력용기(51)의 압력을 조절할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 압력조정 오류곡선을 나타낸 도표로서, 상기 도 6, 도 7과
같이 압력을 조절할 때, 도 7의 오차(206)가 줄어들지 않을 경우, 발생할 수 있는
경우로서, 원하는 압력(201)으로 도 1의 압력용기(51)의 압력이 조정되지 않는 경
우이다. 이 경우 충진과 배출을 반복하게 되므로 도 7의 오차(206)를 줄이기 위해
도 7의 압력차(202)의 값에 도 2의 설정 저장 장치(104)에 미리 저장된 비율 값을
곱하여 도 7의 이 전의 압력차(202)보다 항상 작게 함으로서 압력이 조정되지 않는
경우를 방지할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 공급기체 압력용기에 의한 충진곡선을 나타낸 도표로서, 도
1의 압축기체 공급기(1)에 도 1의 공급기체 압력용기(3)를 연결하여 사용하는 경
우, 도 1의 공급기체 압력용기(3)에 충진된 고압기체에 의해, 도 1의 가압밸브(14)
의 개방시, 도 1의 압력계(19)의 값이 압력값 도약(207)이 이루어질 때, 일정시
간(204)구간 내의 압력은 원하는 압력(201) 또는 계산된 압력(203)이상이 되므로,
도 2의 설정 저장 장치(104)에 저장된 값인 일정시간(204) 동안 압력계(19)의 값을
무시함으로써, 도 6, 도 7과 같이 압력을 조절할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 공급기체 압력용기에 의한 충진시, 일정시간을 대기하는 곡선을 나타낸 도표로서, 도 9의 경우와 같이 도 1의 압력계(19)의 값이 압력값 도약(207)이 이루어질 때, 압력값 도약(207) 동안 원하는 압력(201)에 압력용기(51) 의 압력이 도달하는 경우로서, 일정시간(204) 동안 압력계(19)의 값을 무시한 후 계산된 압력(203)에 도 1의 압력계(19) 값이 도달하였는지 판별하나, 일정시간(204) 동안 압력값 도약(207)의 상태이므로 도 1의 압력용기(51)의 압력을 예측하여 일정시간(204)을 정하게 된다.

상기 일정시간(204)은 도 1의 공급기체 압력용기(3)에서 도 1의 도관(4)과 가압밸브(14)를 거쳐 도 1의 압력조절 연결도관(20)과 도 1의 압력용기 연결도관 조립체(52)를 통해 도 1의 압력용기(51)로 흐르는 유량을 간단하게 예측하여 결정된다.

일반적으로 도 1의 가압밸브 출구측(15)의 압력과 도 1의 압력용기(51)의 압력이 일정하다고 할 때, 음속이상의 속도로 기체가 흐를 경우의 유량의 계산 공식에서 유량이, 음속 이하의 속도로 기체가 흐를 경우의 유량의 계산공식에 의한 유량보다 작으므로, 상기 도 8의 설명과 같이 작은 유량을 택하는 것이 도 7의 오차(206)를 줄일 수 있으므로, 유량은 음속 이상의 속도로 기체가 흐를 경우의 유량의 계산공식을 사용하며, 이때 모든 식의 압력은 절대압이다.

유량의 계산공식은 간략하게 다음과 같이 표현할 수 있다.

음속 이상의 유량 = 상수 × 공급측 압력값

조절 전 압력(205)을P₂₀라 하고 원하는 압력(201)을 압력을 P₂₁이라 하면 도 1의 압력용기(51)의 압력이 P₂₀에서 P₂₁로 변경될 때의 소요되는 일정시간(204) t 는

t = C × P₂₀ × (P₂₀ - P₂₁)

만일 도 1의 가압밸브(14)를 개방시 도 1의 압력용기(51)의 압력이 단위 압력만큼 상승시 걸리는 시간을 t_unit라 하고 그때의 압력을 P라 하면,

C = t_unit / P

이고 상기 C는 장치의 고유 특성이 되며, 이값은 도 1의 가압밸브(14)를 수동으로 조작하여, 도 1의 압력용기(51)의 압력변화를 관찰함으로써 알 수 있다.

제1도는 본 발명에 따른 압력용기의 기체압력 조절 장치를 구성하는 공기압 회로도.

제2도는 본 발명에 따른 조작장치의 기능 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 조작장치의 사용자 입력장치 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 1차 배출조정곡선을 나타낸 도표.

제5도는 본 발명에 따른 1, 2차 배출조정곡선을 나타낸 도표.

제6도는 본 발명에 따른 배출조정곡선을 나타낸 도표.

제7도는 본 발명에 따른 충진조정곡선을 나타낸 도표.

제8도는 본 발명에 따른 압력조정 오류곡선을 나타낸 도표.

제9도는 본 발명에 따른 공급기체 압력용기에 의한 충진곡선을 나타낸 도표.

제10도는 본 발명에 따른 공급기체 압력용기에 의한 충진시, 일정시간을 대기하는 곡선을 나타낸 도표.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1 : 압축기체 공급기

2 : 도관

3 : 공급기체 압력용기

4 : 도관

5 : 도관

6 : 공급압 측정장치

7 : 공급압 측정장치 전원과 신호 도선

10 : 압력조절기 조립체

11 : 기체 공급 도관

12 : 역류방지 밸브

13 : 가압밸브 입구측

14 : 가압밸브

15 : 가압밸브 출구측

16 : 감압밸브 입구측

17 : 감압밸브

18 : 감압밸브 출구측

19 : 전자 압력계

20 : 압력 조절 연결 도관

21 : 배기측 도관

22 : 가압밸브 전원 도선

23 : 감압밸브 전원 도선

24 : 전자 압력계 전원과 신호 도선

25 : 전자 온도계

26 : 전자 온도계 전원과 신호 도선

51 : 압력용기

52 : 압력용기 연결도관 조립체

100 : 조작장치

101 : 마이크로프로세서

102 : A/D컨버터

103 : 사용자 입력 장치

104 : 설정 저장 장치

105 : 작동 표시기

106 : 밸브 전동 스위치

107 : 전원장치

108 : 계측기 전원과 신호 도선

109 : 주 전원 도선

110 : 가압용 2포트 2위치 솔레노이드 밸브 전원 도선

111 : 가압용 2포트 2위치 솔레노이드 밸브 전원 도선

151 : 전원 스위치

152 : 목표압력 표시기

153 ~ 159 : 조작 스위치

160 : 공급압 경고등

201 : 원하는 압력

202 : 압력차

203 : 계산된 압력

204 : 일정 시간

205 : 오차

206 : 압력값 도약

207 : 조절전 압력

Claims (4)

1. 기체 공급 도관(11)은 가압밸브 입구측(13)을 통해 가압밸브(14)와 연결되고, 가압밸브(14)와 연결된 가압밸브 출구측(15)은 압력계(19)와 연결되며, 가압밸브 출구측(15)은 감압밸브 입구측(16)을 통해 감압밸브(17)와 연결되고, 감압밸브(17)는 감압밸브 출구측(18)을 통해 외부로 연결된 배기측 도관(21)으로 연결되며, 가압밸브 출구측(15)과 연결된 압력계(19)와, 가압밸브 출구측(15)과 연결된 압력 조절 연결도관(20)이 구비된 압력조절기 조립체(10)와, 압력 조절 연결 도관(20)과 연결된 압력용기(51)로 구성된 압력 조절 장치와,

   전자 압력계 전원과 신호 도선(24)에 연결되는 A/D컨버터(102)와, 가압밸브 전원 도선(22)과 감압밸브 전원 도선(23)에 연결되는 밸브 전동 스위치(106)와, 마이크로프로세서(101)와, 사용자 입력 장치(103)와, 작동 표시기(105)와, 전원장치(107)가 구비되어 구성되고, 압력조절기 조립체를 제어하는 조작장치(100)를 이용하여 압력용기(51)의 압력을 조절하는 방법에 있어서;

   압력용기(51)의 압력을 원하는 압력(201)으로 조절할 때, 처음에는 압력계(19)의 값이 원하는 압력값에 도달할 때까지 가압밸브(14) 또는 감압밸브(17)를 개방하고, 원하는 압력(201)에 도달 후, 가압밸브(14) 또는 감압밸브(17)를 폐쇄하고, 압력용기(51)의 압력과 압력계(19)의 값이 일치할 때까지 대기한 후의 압력계(19) 값과, 원하는 압력(201)으로 압력차(202)를 구하고, 압력계(19)의 값이 원하는 압력값과 상기 압력차(202)에 의해 계산된 압력(203)에 도달할 때까지 가압밸브(14) 또는 감압밸브(17)를 개방하고, 압력계(19) 값이 상기 계산된 압력(203)에 도달 시 가압밸브(14) 또는 감압밸브(17)를 폐쇄하는 것을 반복하여, 압력용기(51)의 압력을 조절하는것을 특징으로 하는 압력용기의 기체압력 조절장치의 제어 방법.
2. 청구항 1의 방법에서,

   압력계(19) 값과 원하는 압력(201)의 압력차(202)를 반복적으로 구함에 있어서;

   이전에 구한 압력계(19) 값과 원하는 압력(201)으로 구한 압력차(202)보다, 새롭게

   구한 압력차(202)의 절대값을 설정 저장 장치(104)에 저장된 값의 비율만큼 작게 취하는 것을 특징으로 하는 압력용기의 기체압력 조절장치의 제어 방법.
3. 청구항 1의 방법에서,

   원하는 압력(201), 또는 계산된 압력(203)에 도달할 때까지 가압밸브(14)를 개방하고, 압력계(19) 값이 계산된 압력(203)에 도달 시 가압밸브(14)를 폐쇄하는 것을 반복하는데 있어서;

   가압밸브(14)를 개방 후, 설정 저장 장치(104)에 저장된 일정시간(204) 동안은, 압력계(19)의 값이 계산된 압력(203)에 도달해도 가압밸브(14)를 폐쇄하지 않는것을 을 특징으로 하는 압력용기의 기체압력 조절장치의 제어 방법.
4. 청구항 3의 방법에서,

   가압밸브(14)를 개방 후, 설정 저장 장치(104)에 저장된 일정시간(204)에 있어;

   설정 저장 장치(104)에 미리 설정된, 압력조절기 조립체(10)의 가압밸브(14)를 열

   었을때 압력용기(51)의 압력이 단위 압력만큼 상승시 걸리는 시간을 이때의 압력용

   기(51)의 압력으로 나눈 압력조절기 조립체(10) 특성치인 C;

   현재 압력용기(51)의 압력 P1;

   원하는 압력(201)을 P2라 하면,

   설정 저장 장치(104)에 저장될 일정시간(204)을 C × P1 × (P1 - P2)의 식으로 산

   출하여, 일정시간(204)를 갱신하는것을 특징으로 하는 압력용기의 기체압력 조절장치의 제어 방법.

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