KR101452726B1 - 압축기 제어 시스템 - Google Patents

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KR101452726B1
KR101452726B1 KR1020130144679A KR20130144679A KR101452726B1 KR 101452726 B1 KR101452726 B1 KR 101452726B1 KR 1020130144679 A KR1020130144679 A KR 1020130144679A KR 20130144679 A KR20130144679 A KR 20130144679A KR 101452726 B1 KR101452726 B1 KR 101452726B1
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심규문
박준선
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경원기계공업(주)
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Abstract

본 발명은 압축기 후단의 압력을 감지하여 전자식으로 압축기의 압력을 일정하게 제어할 수 있도록 하는 압축기 제어 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 내부에 피스톤이 내재된 실린더; 상기 피스톤을 전진시킬 유체를 상기 피스톤의 상측 영역으로 공급하는 제어 밸브; 상기 피스톤 상측 영역의 유체를 외부로 배출하여 상기 피스톤 상측 영역의 압력을 조절하는 압력 제어 밸브; 압축기 후단의 유체 상태(압력 또는 유량)를 감지한 후, 감지된 유체 상태 값을 전기 신호로 변환하여 출력하는 유체 상태 송신부; 및 상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값에 의거하여 상기 압축기의 압력(또는 유량)이 일정하게 유지되도록 비례 제어 방식에 따라 상기 압력 제어 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 압축기의 압력을 정확하게 제어함과 더불어 일정하게 유지할 수 있게 되고, 압력 상승 기울기에 따라 부하-무부하 운전 모드 또는 비례 제어 모드로 동작시켜 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.

Description

압축기 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING COMPRESSOR}
본 발명은 압축기 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 압축기 후단의 압력을 감지하여 전자식으로 압축기의 압력을 일정하게 제어할 수 있도록 하는 압축기 제어 시스템에 관한 것이다.
압축기는 전기모터나 내연기관 또는 터빈 등의 동력장치로부터 동력을 전달받아 오일 또는 공기를 압축시켜 압력을 높여주는 기계로, 고압의 오일 또는 공기로 인한 안전 사고를 예방하기 위해, 고압의 오일 또는 공기가 저장되는 탱크 내 압력을 제어하는 수단이 요구된다.
종래 압축기의 탱크 내 압력을 제어하는 방법으로는 부하-무부하 운전 방식, 인버터 제어 방식, 기계식 비례 제어 방식 등이 있다.
도 1은 부하-무부하 운전 방식에 따른 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면으로, 부하-무부하 운전 방식은, 부하(Loading) 운전을 시작하여 압축기의 탱크 내 압력이 설정압력(목표 압력)에 도달하면 압축기를 무부하(Unloading) 운전시키고, 오일 또는 공기의 압력이 차압설정범위까지 떨어지면 다시 부하 운전시켜 공기를 압축하는 운전 방식이다.
이러한, 부하-무부하 운전 방식은 부하율이 낮을 경우 빈번하게 이루어지는 제어로 인하여 압축기의 베어링, 로터, 기어, 흡입 조절 밸브 등의 수명이 단축되고, 에너지 손실이 많아지는 문제점이 있다. 또한, 일정하게 압력을 공급해야 할 경우에는 별도의 레귤레이터를 설치해야 하는 문제점이 있다.
한편, 인버터 제어 방식은 부하율이 낮을 경우(40~80%)에 에너지 절감 효과를 기대하여 사용하고 있으나, 인버터의 자체 효율, 투자 비용 등을 고려할 때, 부하율이 90% 이상일 경우에 에너지 절감 효과를 볼 수 없다. 또한, 인버터 제어 방식은 유지보수에 많은 비용이 소모되는 문제점이 있다. 즉, 인버터에 고장이 발생하면 유지보수 비용으로 절약한 에너지 비용이 소모되고, 압축기의 용량이 클수록 유지보수 비용이 더 많아진다.
도 2는 기계식 비례 제어 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 기계식 비례 제어 방식에 따른 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면이다.
기계식 비례 제어 방식은 압력 스프링 혹은 다이아프램 방식의 압력차에 의거하여 기계식 비례 제어 밸브를 기계식으로 비례 제어하는 것으로, 초기 투자 비용은 저렴하나 도 3에 도시하는 바와 같이 응답 속도가 늦어 정확한 압력 제어가 불가능한 문제점이 있다. 특히, 부하 변동이 심할 경우에는 응답 속도가 늦어 정확한 압력 제어가 불가능하고, 압축 스프링과 압축 공기의 압력 차이에 의해 움직이는 방식은 습동면에 윤활 상태, 스프링의 노후 등 제어용 압축 공기의 다양한 압력 변화 조건에서 정확한 제어가 불가능하다.
한국공개특허공보 제10-2009-18436호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 압축기 후단의 압력(또는 유량)을 감지하여 제어 밸브를 전자식으로 비례 제어하여 압축기의 압력(또는 유량)을 일정하게 제어할 수 있도록 하는 압축기 제어 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 압력(또는 유량) 상승의 기울기를 분석하여 기울기의 값이 기설정된 값보다 크면 부하-무부하 운전 모드로 동작시키고, 기울기의 값이 기설정된 값보다 작으면 비례 제어 모드로 동작시켜 에너지 효율을 높일 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 내부에 피스톤이 내재된 실린더; 상기 피스톤을 전진시킬 유체를 상기 피스톤의 상측 영역으로 공급하는 제어 밸브; 상기 피스톤 상측 영역의 유체를 외부로 배출하여 상기 피스톤 상측 영역의 압력을 조절하는 압력 제어 밸브; 압축기 후단의 유체 상태(압력 또는 유량)를 감지한 후, 감지된 유체 상태 값을 전기 신호로 변환하여 출력하는 유체 상태 송신부; 및 상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값에 의거하여 상기 압축기의 압력(또는 유량)이 일정하게 유지되도록 비례 제어 방식에 따라 상기 압력 제어 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 제어부는, 상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값을 분석하여 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 크면 압축기를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시키고, 기울기의 값이 기설정된 값보다 작으면 상기 압력 제어 밸브의 개폐를 비례 제어 방식에 따라 제어하여 상기 압축기를 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 내부에 피스톤이 내재된 실린더; 상기 피스톤을 전진시킬 유체를 상기 피스톤의 상측 영역으로 공급하는 제1 제어 밸브; 상기 피스톤을 후진시킬 유체를 상기 피스톤의 하측 영역으로 공급하는 제2 제어 밸브; 압축기 후단의 유체 상태(압력 또는 유량)를 감지한 후, 감지된 유체 상태 값을 전기 신호로 변환하여 출력하는 유체 상태 송신부; 및 상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값에 의거하여 상기 압축기의 압력(또는 유량)이 일정하게 유지되도록 비례 제어 방식에 따라 상기 제2 제어 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 압축기 제어 시스템에 따르면, 압축기의 압력을 전자식으로 비례 제어할 수 있게 됨에 따라, 압축기의 압력(또는 유량)을 정확하게 제어함과 더불어 일정하게 유지할 수 있게 되고, 압력(또는 유량) 상승 기울기에 따라 부하-무부하 운전 모드 또는 비례 제어 모드로 동작시켜 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
도 1은 부하-무부하 운전 방식에 따른 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면.
도 2는 기계식 비례 제어 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3은 기계식 비례 제어 방식에 따른 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따라 압축기를 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 경우의 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따라 압축기를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)와 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 경우의 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 제어 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기 제어 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
제어용 실린더(110)는 내부에 피스톤(111)이 내재되어 있으며, 피스톤(111)의 하부에는 스프링(112)이 삽입 설치되어 있다. 여기서, 피스톤(111)은 제어 밸브(140)를 통해 압력 제어 영역인 피스톤(111)의 상측(P1 영역)에 공급되는 압축된 유체(오일 또는 공기)에 의해 아래로 전진하여 압축기 흡입 밸브(120)를 개방시키고, 압력 제어 밸브(150)를 통해 피스톤(111) 상측(P1 영역)의 압축된 유체(오일 또는 공기)가 외부로 배출되면 스프링(112)의 복원력에 의해 위로 후진하여 압축기 흡입 밸브(120)를 폐쇄시킨다.
제어 밸브(140)는 압력 제어 영역인 피스톤(111)의 상측(P1 영역)에 설치되며, 제어부(170)의 제어하에 개폐되어 피스톤(111)의 상측(P1 영역)에 압축된 유체(오일 또는 공기)를 공급하거나 공급을 차단하여 피스톤(111)을 아래로 전진시키거나 위로 후진시킨다.
전술한, 제어 밸브(140)는 전원이 인가되지 않는 노말 상태에서 닫혀 있고 전원이 인가된 상태에서는 열리는 NC(Normal Close) 타입의 솔레노이드 밸브로 구현될 수 있다.
압력 제어 밸브(150)는 압력 제어 영역인 피스톤(111)의 상측(P1 영역)에 설치되며, 제어부(170)의 제어하에 개폐되어 피스톤(111) 상측(P1 영역)의 유체(오일 또는 공기)를 외부로 배출함으로써, 피스톤(111)의 상측(P1 영역)의 유체 압력을 조절한다.
이러한, 압력 제어 밸브(150)는 유량 조절 밸브로 구현될 수 있다.
유체 상태 송신부(160)는 압축기(130) 후단의 유체 상태(즉, 유체의 압력 또는 유량)를 감지한 후, 감지된 유체 상태 값을 전기 신호로 변환하여 제어부(170)로 인가한다.
제어부(170)는 유체 상태 송신부(160)로부터 수신한 전기 신호 형태의 유체 상태(압력 또는 유량) 값에 의거하여 압축기(130)의 압력 또는 유량이 일정하게 유지되도록 비례 제어 방식에 따라 압력 제어 밸브(150)의 개폐를 제어하여 압축기(130)가 비례 제어 운전 모드로 동작되도록 한다.
이때, 제어부(170)는 PID(Proportional-Integrate-Derivative) 제어 방식에 따라 압력 제어 밸브(150)의 개폐를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 압축기를 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 경우의 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면으로, 제어부(170)가 유체 상태 송신부(160)로부터 수신한 유체 상태 값(압력 값, 유량 값)에 의거하여 비례 제어 방식에 따라 제어 밸브(140)와 압력 제어 밸브(150)의 개폐를 제어함에 따라, 압축기(130)의 압력 또는 유량을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
그러나, 에너지 절감 효과를 보기 위해서는 도 5의 소요 동력선도에서 면적 A가 면적 B보다 커야 하는 데, 비례 제어 방식에 따른 비례 제어 운전 모드로만 압축기(130)를 운전하는 경우에는 에너지 절감 효과를 보기 힘들다.
이에 따라, 제어부(170)는 에너지 절감 효과를 보기 위해 유체 상태 송신부(160)로부터 수신한 전기 신호 형태의 유체 상태 값을 분석하여 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값을 파악하고, 파악된 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 크면 압축기(130)를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시키고, 기울기의 값이 기설정된 값보다 작으면 압축기(130)를 비례 제어 운전 모드로 동작시킨다.
도 6은 본 발명에 따라 압축기를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)와 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 경우의 압력선도와 소요 동력선도를 예시적으로 보인 도면으로, 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 큰 구간에서는 압축기(130)를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시키고, 기울기의 값이 기설정된 값보다 작은 구간에서는 압축기(130)를 비례 제어 운전 모드로 동작시킴으로써, 에너지 절감 효과를 볼 수 있게 된다.
이와 같이, 압축기(130)의 운전 모드를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)와 비례 제어 운전 모드 중에서 어느 운전 모드를 선택하여 동작시킬 것인 지의 판단 기준이 되는 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값은 사용자에 의해 조절 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 제어부(170)는 사용자의 조작에 따라 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값과 상관없이 압축기(130)를 항상 비례 제어 운전 모드로 동작시킬 수도 있고, 압축기(130)를 항상 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시킬 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템의 동작에 대해서 설명한다.
압축기(130)가 부하 운전을 시작하게 되면, 제어부(170)는 제어 밸브(140)를 개방시켜 피스톤(111)의 상측(P1 영역)에 압축된 유체(오일 또는 공기)를 공급하여 피스톤(111)을 아래로 전진시키고, 피스톤(111)의 전진에 따라 압축기 흡입 밸브(120)가 개방되어 압축을 시작하게 된다.
이때, 제어부(170)는 압축기(130) 후단의 압력(또는 유량)을 실시간 감지하는 유체 상태 송신부(160)로부터 수신한 압력 값(또는 유량 값)에 의거하여 압축기(130)를 운전하되, 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 커 압축기(130)를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시켜야 하는 경우에는, 압력 제어 밸브(150)로 인가되는 전원을 차단하고 압축기(130)를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시킨다.
한편, 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 작아 압축기(130)를 비례 제어 운전 모드로 동작시켜야 하는 경우에는, 제어 밸브(140)를 폐쇄시켜 피스톤(111) 상측(P1 영역)으로의 유체 공급을 차단시키고, 압력 제어 밸브(150)를 개방시켜 피스톤(111) 상측(P1 영역)의 유체(오일 또는 공기)를 외부로 배출한다.
피스톤(111) 상측(P1 영역)의 유체(오일 또는 공기)가 외부로 배출되면서 스프링(112)의 복원력에 의해 피스톤(111)은 위로 후진하게 되고, 그로 인해 압축기 흡입 밸브(120)가 닫히기 시작한다.
이와 같이, 제어부(170)가 압력 제어 밸브(150)의 개폐를 제어하여 피스톤(111) 상측(P1 영역)의 유체 압력을 미세하게 조절할 수 있게 되고, 그에 따라 압축기 흡입 밸브(120)의 개폐를 미세하게 조정하여 압축기(130)로 공급되는 압축 공기의 량을 조절한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
제어용 실린더(210)는 내부에 피스톤(211)이 내재되어 있으며, 피스톤(211)의 하부에는 스프링(212)이 삽입 설치되어 있다. 여기서, 피스톤(211)은 피스톤(211)의 상측(P1 영역)에 공급되는 압축된 유체(오일 또는 공기)에 의해 아래로 전진하여 압축기 흡입 밸브(220)를 개방시키고, 피스톤(211)의 상측(P1 영역)에 공급되던 유체를 차단하고 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 압축된 유체(오일 또는 공기)가 공급되면 스프링(212)의 복원력에 의해 위로 후진하여 압축기 흡입 밸브(220)를 폐쇄시킨다.
제1 제어 밸브(240)는 피스톤(211)의 상측(P1 영역)에 설치되며, 제어부(290)의 제어하에 개폐되어 피스톤(211)의 상측(P1 영역)에 압축된 유체(오일 또는 공기)를 공급하거나 공급을 차단하여 피스톤(211)을 아래로 전진시키거나 위로 후진시킨다.
전술한, 제1 제어 밸브(240)는 전원이 인가되지 않는 노말 상태에서 닫혀 있고 전원이 인가된 상태에서는 열리는 NC 타입의 솔레노이드 밸브로 구현될 수 있다.
제2 제어 밸브(245)는 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 설치되며, 제어부(290)의 제어하에 개폐되어 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 압축된 유체를 공급하거나 공급을 차단하여 피스톤(211)을 위로 후진시킨다.
전술한, 제2 제어 밸브(245)는 제1 제어 밸브(240)와 마찬가지로 NC 타입의 솔레노이드 밸브로 구현될 수 있다.
오리피스(250)는 제2 제어 밸브(245)를 통해 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 공급되는 유체의 양을 조절한다. 제2 제어 밸브(245)를 통해 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 공급되는 유체의 양이 많으면, 실린더(210) 내의 유체 압력을 압력 제어 밸브(255)에서 제어하기가 어렵게 된다. 이에 따라, 오리피스(250)를 통해 실린더(210) 내로 필요한 만큼의 유체가 공급되도록 한다.
압력 제어 밸브(255)는 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 설치되며, 제어부(290)의 제어하에 개폐되어 실린더(210) 내의 유체(오일 또는 공기)를 외부 또는 압축기(230) 흡입구 측으로 배출함으로써, 피스톤(211) 하측(P2 영역)의 유체 압력을 조절한다.
이러한, 압력 제어 밸브(255)는 유량 조절 밸브로 구현될 수 있다.
급속 배기 밸브(260)는 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 설치되며, 제2 제어 밸브(245)에 오작동이 발생한 경우, 제어부(290)의 제어하에 개폐되어 피스톤(211) 하측(P2 영역)의 유체(오일 또는 공기)를 급속히 외부로 배출한다.
이러한, 급속 배기 밸브(260)는 전원이 인가되지 않은 노말 상태에서 열려 있고 전원이 인가된 상태에서는 닫히는 NO(Normal Open) 타입의 솔레노이드 밸브로 구현되어, 제2 제어 밸브(245)가 동작하지 않는 상태에서도 피스톤(211) 하측(P2 영역)의 유체(오일 또는 공기)를 급속히 외부로 배출하여 압축기(230)를 부하-무부하 운전 모드로 동작시킨다.
흡입 체크 밸브(265)는 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 설치되며, 제2 제어 밸브(245)에 오작동이 발생하거나, 급속 배기 밸브(260)에 오작동이 발생한 경우, 외부 공기를 피스톤(211) 하측(P2 영역)으로 유입하여 음압을 제거한다.
즉, 흡입 체크 밸브(265)는 제2 제어 밸브(245)에 오작동이 발생하거나, 급속 배기 밸브(260)에 오작동이 발생하는 경우에 압축기(230)의 운전 모드가 부하-무부하 운전 모드로 전환되면, 제1 제어 밸브(240)를 통해 피스톤(211)의 상측(P1 영역)에 공급되는 유체(오일 또는 공기)가 차단되어 피스톤(211)이 스프링(212)의 복원력에 의해 위로 빠르게 후진하여 무부하 운전이 되어야 한다. 그러나, 이때 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 음압이 발생되면 피스톤(211)이 완전히 후진하지 못해 압축기 흡입 밸브(220)가 완전히 닫히지 않아 압력 상승이 지속된다. 이런 위험한 상황을 방지하기 위해 피스톤(211) 하측(P2 영역)에 흡입 체크 밸브(265)를 설치하여 외부 공기를 피스톤(211)의 하측(P2 영역)으로 유입시켜 음압을 제거한다.
어큐뮬레이터(270)는 실린더(210)에 설치되어 유체의 순간적인 압력 변화를 완충한다.
유체 상태 송신부(280)는 압축기(230) 후단의 유체 상태(즉, 유체의 압력 또는 유량)을 감지한 후, 감지된 유체 상태 값을 전기 신호로 변환하여 제어부(290)로 인가한다.
제어부(290)는 유체 상태 송신부(280)로부터 수신한 전기 신호 형태의 유체 상태(압력 또는 유량) 값에 의거하여 압축기(230)의 압력 또는 유량이 일정하게 유지되도록 비례 제어 방식에 따라 제2 제어 밸브(245)의 개폐를 제어하여, 압축기(230)가 비례 제어 운전 모드로 동작되도록 한다.
이때, 제어부(290)는 PID 제어 방식에 따라 제2 제어 밸브(245)의 개폐를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(290)는 유체 상태 송신부(280)로부터 수신한 전기 신호 형태의 유체 상태(압력 또는 유량) 값에 의거하여 압축기(230)의 압력 또는 유량이 일정하게 유지되도록 제2 제어 밸브(245), 압력 제어 밸브(255), 급속 배기 밸브(260) 중에서 적어도 하나 이상의 밸브를 비례 제어 방식에 따라 제어하여, 압축기(230)가 비례 제어 운전 모드로 동작되도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 제어 시스템도 제어부(290)가 유체 상태 송신부(280)로부터 수신한 유체 상태 값(압력 값, 유량 값)에 의거하여 비례 제어 방식에 따라 제1 제어 밸브(240)와 제2 제어 밸브(245), 압력 제어 밸브(255), 급속 배기 밸브(260) 중에서 적어도 하나 이상의 밸브를 제어함에 따라, 도 5에 도시하는 바와 같이 압축기(230)의 압력 또는 유량을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은 도 6에 도시하는 바와 같이, 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 큰 구간에서는 압축기(230)를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시키고, 기울기의 값이 기설정된 값보다 작은 구간에서는 압축기(230)를 비례 제어 운전 모드로 동작시킴으로써, 에너지 절감 효과를 볼 수 있게 된다.
이와 같이, 압축기(230)의 운전 모드를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)와 비례 제어 운전 모드 중에서 어느 운전 모드를 선택하여 동작시킬 것인 지의 판단 기준이 되는 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값은 사용자에 의해 조절 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 제어부(290)는 사용자의 조작에 따라 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값과 상관없이 압축기(230)를 항상 비례 제어 운전 모드로 동작시킬 수도 있고, 압축기(230)를 항상 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시킬 수도 있다.
또한, 제어부(290)는 사용자의 조작에 따라 압축기(230)를 부하-무부하 운전 모드로 동작시킬 수도 있으며, 이러한 경우 NC 타입의 제2 제어 밸브(245), NO 타입의 급속 배기 밸브(260), 압력 제어 밸브(255)의 전원을 차단한 후에 압축기(230)를 부하-무부하 운전 모드로 동작시킨다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 제어 시스템의 동작에 대해서 설명한다.
NO 타입의 급속 배기 밸브(260)가 열려 있는 상태에서 압축기(230)가 부하 운전을 시작하게 되면, 제어부(290)는 제1 제어 밸브(240)를 개방시켜 피스톤(211)의 상측(P1 영역)에 압축된 유체(오일 또는 공기)를 공급하여 피스톤(211)을 아래로 전진시키고, 피스톤(211)의 전진에 따라 압축기 흡입 밸브(220)가 개방되어 압축을 시작하게 된다.
이때, 제어부(290)는 압축기(230) 후단의 압력(또는 유량)을 실시간 감지하는 유체 상태 송신부(280)로부터 수신한 압력 값(또는 유량 값)에 의거하여 압축기(230)를 운전하되, 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 커 압축기(230)를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시켜야 하는 경우에는, 제2 제어 밸브(245), 급속 배기 밸브(260), 압력 제어 밸브(255)로 인가되는 전원을 차단하고 압축기(230)를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시킨다.
한편, 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 작아 압축기(230)를 비례 제어 운전 모드로 동작시켜야 하는 경우에는, 제2 제어 밸브(245)를 개방시켜 오리피스(250)를 통해 공급되는 압력을 가진 유체를 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 공급한다.
이와 같이, 피스톤(211)의 하측(P2 영역)에 압력을 가진 유체가 공급되면서 스프링의 복원력과 유체의 압력 합에 의해 피스톤(211)은 위로 후진하게 되고, 그로 인해 압축기 흡입 밸브(220)가 닫히기 시작한다. 이때, 제어부(290)는 유체 상태 송신부(280)로부터 수신한 압력 값(또는 유량 값)이 설정 값에 근접하게 되면, 압력 제어 밸브(255)를 제어하여 피스톤(211) 하측(P2 영역)의 유체 압력을 조절한다.
즉, 압력 제어 밸브(255)를 개방하여 피스톤(211) 하측(P2 영역)의 유체(오일 또는 공기)를 외부로 배출하여 피스톤(211) 하측(P2 영역)의 유체 압력을 조절함으로써, 압축기 흡입 밸브(220)의 개폐를 미세하게 조정하여 압축기(230)로 공급되는 압축 공기의 량을 조절한다.
이와 같이, 압축기(230)를 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 중에 제2 제어 밸브(245)에 오동작이 발생하게 되는 경우에는, 급속 배기 밸브(260)로 인가되는 전원을 차단하여 실린더(210) 내의 유체(오일 또는 공기)를 급속히 외부로 배출시킴으로써, 압축기(230)를 부하-무부하 운전 모드로 동작시킨다.
그리고, 제2 제어 밸브(245)에 오작동이 발생하거나, 급속 배기 밸브(260)도 오작동하는 경우에는, 흡입 체크 밸브(265)를 통해 외부 공기를 피스톤(211)의 하측(P2 영역)으로 유입시켜 음압을 제거함으로써, 압축기(230)가 안전하게 부하-무부하 운전 모드로 동작하도록 한다.
본 발명의 압축기 제어 시스템은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
110, 210. 제어용 실린더, 111, 211. 피스톤,
112, 212. 스프링, 120, 220. 압축기 흡입 밸브,
130, 230. 압축기, 140. 제어 밸브,
150, 255. 압력 제어 밸브, 160, 280. 유체 상태 송신부,
170, 290. 제어부, 240. 제1 제어 밸브,
245. 제2 제어 밸브, 250. 오리피스,
260. 급속 배기 밸브, 265. 흡입 체크 밸브,
270. 어큐뮬레이터

Claims (12)

  1. 내부에 피스톤이 내재된 실린더;
    상기 피스톤을 작동시킬 유체를 상기 피스톤의 제어 영역으로 공급하는 제어 밸브;
    상기 피스톤 제어 영역의 유체를 외부로 배출하여 상기 피스톤 제어 영역의 압력을 조절하는 압력 제어 밸브;
    압축기 후단의 유체 상태(압력 또는 유량)를 감지한 후, 감지된 유체 상태 값을 전기 신호로 변환하여 출력하는 유체 상태 송신부; 및
    상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값에 의거하여 상기 압축기의 압력(또는 유량)이 일정하게 유지되도록 비례 제어 방식에 따라 상기 압력 제어 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 압축기 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값을 분석하여 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 크면 압축기를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시키고, 기울기의 값이 기설정된 값보다 작으면 상기 압력 제어 밸브의 개폐를 비례 제어 방식에 따라 제어하여 상기 압축기를 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값과 상관없이 압축기를 항상 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 압축기 제어 시스템.
  4. 내부에 피스톤이 내재된 실린더;
    상기 피스톤을 전진시킬 유체를 상기 피스톤의 상측 영역으로 공급하는 제1 제어 밸브;
    상기 피스톤을 후진시킬 유체를 상기 피스톤의 하측 영역으로 공급하는 제2 제어 밸브;
    압축기 후단의 유체 상태(압력 또는 유량)를 감지한 후, 감지된 유체 상태 값을 전기 신호로 변환하여 출력하는 유체 상태 송신부; 및
    상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값에 의거하여 상기 압축기의 압력(또는 유량)이 일정하게 유지되도록 비례 제어 방식에 따라 상기 제2 제어 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 압축기 제어 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 유체 상태 송신부로부터 수신한 유체 상태 값을 분석하여 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값이 기설정된 값보다 크면 압축기를 부하-무부하 운전 모드(또는 운전-정지 모드)로 동작시키고, 기울기의 값이 기설정된 값보다 작으면 상기 제2 제어 밸브의 개폐를 비례 제어 방식에 따라 제어하여 상기 압축기를 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 압력(또는 유량) 상승의 기울기 값과 상관없이 압축기를 항상 비례 제어 운전 모드로 동작시키는 압축기 제어 시스템.
  7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 제어부의 제어하에 상기 피스톤 하측 영역의 유체를 외부로 배출하여 상기 피스톤 하측 영역의 압력을 조절하는 압력 제어 밸브를 더 포함하여 이루어지는 압축기 제어 시스템.
  8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 제어부의 제어하에 개폐되어 상기 피스톤 하측 영역의 유체를 외부로 배출하는 급속 배기 밸브를 더 포함하여 이루어지는 압축기 제어 시스템.
  9. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 외부 공기를 상기 피스톤 하측 영역으로 유입하여 음압을 제거하는 흡입 체크 밸브를 더 포함하여 이루어지는 압축기 제어 시스템.
  10. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 제2 제어 밸브는 오리피스를 포함하여 이루어지는 압축기 제어 시스템.
  11. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 피스톤 하측 영역에 설치되어 유체의 순간적인 압력 변화를 완충하는 어큐뮬레이터를 더 포함하여 이루어지는 압축기 제어 시스템.
  12. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 피스톤 하측 영역의 유체를 외부로 배출하여 상기 피스톤 하측 영역의 압력을 조절하는 압력 제어 밸브; 및
    상기 피스톤 하측 영역의 유체를 외부로 배출하는 급속 배기 밸브를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제2 제어 밸브, 압력 제어 밸브, 급속 배기 밸브 중에서 적어도 하나 이상의 밸브를 제어하여 압축기를 동작시키는 압축기 제어 시스템.
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