KR102121784B1 - 냉매 조절 밸브를 능동적으로 개폐하는 냉장고 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 토출 밸브(D-Valve)가 열리는 시점에 냉매 조절 밸브를 개방할 수 있는 냉장고에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고는 리니어 모터의 구동을 통해 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압하여 팽창시키는 팽창 기구, 상기 팽창 기구에서 팽창된 냉매를 증발시켜 냉기를 생성하는 증발기, 상기 응축기로부터 상기 증발기를 향해 형성되는 냉기 유로 상에 흐르는 냉매를 조절하는 냉매 조절 밸브 및 상기 리니어 모터에 의해 상기 압축기 내에서 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크와 상기 리니어 모터에 인가되는 모터 전류의 위상차를 산출하고, 상기 위상차의 변화량에 기초하여 상기 냉매 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉매 조절 밸브를 능동적으로 개폐하는 냉장고{REFRIGERATOR FOR ACTIVELY OPENING AND CLOSING REFRIGERANT CONTROL VALVE}
본 발명은 리니어 압축기의 토출 밸브(D-Valve)가 열리는 시점에 냉매 조절 밸브를 개방할 수 있는 냉장고에 관한 것이다.
냉장고 내에서 냉매는 냉동 사이클에 따라 압축기, 응축기 및 증발기를 순차적으로 순환한다. 냉매 조절 밸브는 압축기, 응축기 및 증발기를 연결하는 냉기 유로 상에 위치하여 냉매의 흐름을 허용 및 차단하거나 냉매의 양을 조절하는 역할을 수행한다.
한편, 최근의 냉장고에는 피스톤의 직선 왕복 운동을 통해 냉매를 압축하는 리니어 압축기가 적용되고 있다.
리니어 압축기에는 피스톤에 의해 압축된 냉매를 응축기로 공급하는 토출 밸브(D-Valve)가 구비된다. 토출 밸브는 피스톤에 의해 냉매가 일정 압력 이상으로 압축되어야 개방되므로 압축기의 구동 시점과 토출 밸브의 개방 시점에는 시간차(이하, D-Valve 지연 시간)가 발생한다.
토출 밸브와 냉매 조절 밸브 중 어느 하나만 개방되는 경우에는 냉매가 제대로 순환하지 않으므로 종래 냉장고는 효율적인 냉매 순환을 위해 압축기의 구동 시점으로부터 D-Valve 지연 시간 이후에 냉매 조절 밸브를 개방한다.
이러한, D-Valve 지연 시간은 압축기의 운전 조건, 외기 온도 등에 따라 달라지게 된다. 예컨대, 외기 온도가 높을수록 토출 밸브의 외부에서 압축기 내부로 인가되는 압력이 증가하므로 D-Valve 지연 시간은 증가하게 되며, 외기 온도가 낮을수록 토출 밸브의 외부에서 압축기 내부로 인가되는 압력이 감소하므로 D-Valve 지연 시간이 감소하게 된다.
그러나, 종래 냉장고는 외부 요인에 따라 변화되는 D-Valve 지연 시간을 고려하지 않고, 고정된 D-Valve 지연 시간에 따라 냉매 조절 밸브를 개방하므로 냉매 순환의 효율이 낮은 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2002-0060854호
본 발명은 토출 밸브가 열리는 시점을 정확히 파악하여 토출 밸브가 열리는 시점에 냉매 조절 밸브를 개방할 수 있는 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 토출 밸브가 열리는 시점을 파악함에 있어서 전기적 외란 및 측정 오차를 제거할 수 있는 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 피스톤의 스트로크와 모터 전류의 위상차를 산출하고, 위상차의 변곡 시점을 식별함으로써 토출 밸브가 열리는 시점을 정확히 파악할 수 있고, 위상차의 변곡 시점에 냉매 조절 밸브를 개방함으로써 토출 밸브가 열리는 시점에 냉매 조절 밸브를 개방할 수 있다.
또한, 본 발명은 압축기의 구동 시작 시점으로부터 일정 시간이 지난 이후 위상차의 변화량을 산출하고, 위상차의 변화량의 산출 기초가 되는 제1 위상차 및 제2 위상차의 산출 시점 사이에 일정 간격을 둠으로써 토출 밸브가 열리는 시점을 파악함에 있어서 전기적 외란 및 측정 오차를 제거할 수 있다.
본 발명은 토출 밸브가 열리는 시점을 정확히 파악하여 토출 밸브가 열리는 시점에 냉매 조절 밸브를 개방함으로써, 최적의 시점에 냉매 조절 밸브를 개방할 수 있고 이에 따라 냉매 순환의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 토출 밸브가 열리는 시점을 파악함에 있어서 전기적 외란 및 측정 오차를 제거함으로써 냉매 조절 밸브의 개방 시점을 정확히 결정할 수 있는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 제어 흐름을 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 압축기와 제어부 간의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 압축기의 예시적인 구성을 도시한 단면도.
도 5는 압축기의 구동 시점으로부터 시간에 따라 변화하는 스트로크 및 위상차를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 위상차의 산출 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 조절 밸브 제어 방법을 도시한 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 리니어 압축기의 토출 밸브(D-Valve)가 열리는 시점에 냉매 조절 밸브를 개방할 수 있는 냉장고에 관한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고와, 냉매 조절 밸브의 제어 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 제어 흐름을 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 도 2에 도시된 압축기와 제어부 간의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 압축기의 예시적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 5는 압축기의 구동 시점으로부터 시간에 따라 변화하는 스트로크 및 위상차를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 위상차의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 조절 밸브 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(1)는 냉동 사이클에 따라 냉매를 순환시키기 위한 복수의 구성요소를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(1)는 압축기(10), 응축기(20), 팽창 기구(30), 증발기(40), 냉매 조절 밸브(50), 건조기(70) 및 방열팬(80)과, 전술한 구성요소들을 제어하기 위한 제어부(60)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 냉장고(1)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 냉동 사이클을 형성하기 위한 수단으로서 당해 기술분야에서 알려진 임의의 구성요소를 더 포함할 수 있다.
냉동 사이클에 따라 압축기(10)는 냉매를 압축할 수 있고, 응축기(20)는 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시킬 수 있으며, 건조기(70)는 응축기(20)에서 응축된 냉매 중 수분, 이물, 유분 등을 제거할 수 있다. 또한, 팽창 기구(30)는 건조기(70)를 통과한 냉매를 감압하여 팽창시킬 수 있고, 증발기(40)는 팽창 기구(30)에서 팽창된 냉매를 증발시켜 냉기를 생성할 수 있다.
이와 같은 냉동 사이클이 반복됨에 따라 냉장고(1)의 고내에는 냉기가 공급될 수 있다.
냉매 조절 밸브(50)는 냉동 사이클에 따라 순환하는 냉매를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 냉매 조절 밸브(50)는 냉매가 흐르는 냉기 유로(L) 상의 임의의 위치에 구비되어 냉매의 흐름을 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 냉매 조절 밸브(50)는 제어부(60)의 제어에 따라 응축기(20)로부터 증발기(40)를 향해 형성되는 냉기 유로(L) 상에 흐르는 냉매의 흐름을 차단 및 허용하거나, 냉매의 양을 조절할 수 있다.
방열팬(80)은 응축기(20)에 인접 설치되어 응축기(20)에 공기를 유입시켜 응축기(20)에 대한 방열 동작을 수행할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나 본 발명의 냉장고(1)는 증발팬을 더 포함할 수 있고, 증발팬은 증발기(40)에 공기를 유입시켜 증발기(40) 표면에서 발생하는 수분을 제거할 수 있다.
본 발명에서 압축기(10)는 선형 왕복 운동을 통해 냉매를 압축하는 리니어 압축기(linear compressor)일 수 있다.
이에 따라, 압축기(10)는 냉매의 압축 공간(P)을 형성하는 실린더(120)와, 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(130)과, 피스톤(130)에 구동력을 제공하는 리니어 모터(13)와, 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 배출하는 토출 밸브(160)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 예에서 압축기(10)는 원통 형상의 쉘(101), 쉘(101)의 내부에 제공되는 실린더(120)와 및 실린더(120)의 내부에서 축 방향으로 왕복 진석 운동하는 피스톤(130) 및 피스톤(130)에 구동력을 제공하는 리니어 모터(13)를 포함할 수 있다.
이와 같은 압축기(10)에는 냉매가 유입되는 흡입부(104) 및 실린더(120)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(105)가 구비될 수 있고, 흡입부(104)와 토출부(105)는 각각 쉘(101)에 결합될 수 있다. 흡입부(104)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입 머플러(150)를 거쳐 피스톤(130)의 내부로 유동할 수 있다.
피스톤(130)은 리니어 모터(13)에서 제공되는 구동력에 따라 실린더(120) 내부에서 왕복 운동할 수 있다.
실린더(120)의 내부에는 피스톤(130)에 의해 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성될 수 있다. 또한, 피스톤(130)의 전방부에는 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(133)이 형성될 수 있으며, 흡입공(133)의 전방에는 흡입공(133)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(135)가 제공될 수 있다.
압축 공간(P)의 전방에는 압축 공간(P)의 압력이 미리 설정된 압력(이하, 토출 압력) 이상이면 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 토출하는 토출 밸브(160)가 구비될 수 있다. 또한 압축 공간(P)의 전방에는 토출 밸브(160)에 축 방향의 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(161)과, 밸브 스프링(161)의 변형량을 제한하는 스토퍼(162)가 구비될 수 있다.
이에 따라, 압축 공간(P)은 흡입 밸브(135)와 토출 밸브(160)의 사이에 형성되는 공간으로 정의될 수 있다. 다시 말해, 흡입 밸브(135)는 압축 공간(P)의 일측에 구비될 수 있고, 토출 밸브(160)는 압축 공간(P)의 타측에 구비될 수 있다.
토출 밸브(160)는 밸브 스프링(161)에 결합될 수 있고, 토출 밸브(160)의 후면은 실린더(120)의 전면에 지지될 수 있다.
피스톤(130)이 실린더(120) 내부에서 왕복 운동할 때, 압축 공간(P)의 압력이 토출 압력 및 흡입 압력보다 낮으면 흡입 밸브(135)가 개방되어 냉매가 압축 공간(P)으로 흡입될 수 있다. 이어서, 압축 공간(P)의 압력이 흡입 압력 이상이면 흡입 밸브(135)가 닫힌 상태에서 압축공간의 냉매가 압축될 수 있다.
압축 공간(P)의 압력이 토출 압력 이상이 되면, 밸브 스프링(161)이 변형되어 토출 밸브(160)가 개방되고, 냉매는 압축 공간(P)으로부터 토출될 수 있다. 토출된 냉매는 루프 파이프(165)를 통과하여 토출부(105)로 토출될 수 있다.
한편, 압축기(10)는 프레임(110)을 더 포함할 수 있다. 프레임(110)은 전술한 실린더(120)를 고정시키는 구성으로서, 별도의 체결부재를 통해 실린더(120)에 체결될 수 있다. 프레임(110)은 실린더(120)를 둘러싸도록 배치될 수 있고, 이에 따라 실린더(120)는 프레임(110)의 내측에 수용될 수 있다.
리니어 모터(13)는 프레임(110)에 고정되어 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(141, 143, 145)와, 아우터 스테이터(141, 143, 145)의 내측으로 이격 배치되는 이너 스테이터(148) 및 아우터 스테이터(141, 143, 145)와 이너 스테이터(148) 사이 공간에 위치하는 영구자석(146)을 포함할 수 있다.
영구자석(146)은 아우터 스테이터(141, 143, 145)와 이너 스테이터(148) 사이에 형성되는 전자기력에 의해 직선 왕복 운동할 수 있다. 여기서, 영구자석(146)은 단일의 극을 갖는 자석으로 구성될 수도 있고, 세 개의 극을 갖는 복수의 자석으로 구성될 수도 있다.
영구자석(146)은 연결부재(138)를 통해 피스톤(130)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 전술한 영구자석(146)의 왕복 운동에 따라 피스톤(130)은 영구자석(146)과 함께 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
이상에서는 도 4에 도시된 구조를 예로 들어 압축기(10)를 설명하였다. 다만, 본 발명의 압축기(10)는 도 4에 도시된 구조 외에도 직선 왕복 운동하는 피스톤(130)에 의하여 일정 압력(예컨대, 상기 토출 압력) 이상으로 압축된 냉매를 토출 밸브(160)를 통해 토출하는 임의의 구조로 이루어질 수 있다.
제어부(60)는 리니어 모터(13)에 의해 압축기(10) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(130)의 스트로크와 리니어 모터(13)에 인가되는 모터 전류의 위상차를 산출하고, 위상차의 변화량에 기초하여 냉매 조절 밸브(50)를 제어할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 전술한 압축기(10)는 전원부(11), 구동부(12), 리니어 모터(13), 전류 검출부(14) 및 전압 검출부(15)를 포함할 수 있다.
전원부(11)는 구동부(12)에 전원을 제공할 수 있고, 구동부(12)는 피스톤(130)의 스트로크에 대한 지령치(이하, 스트로크 지령치)에 따른 모터 전압을 리니어 모터(13)에 제공할 수 있다.
예컨대, 전원부(11)는 일정한 크기의 직류 전압을 공급하는 직류 전압원일 수 있다. 또한, 구동부(12)는 스트로크 지령치에 따른 스위칭 동작을 통해 전원부(11)로부터 제공된 직류 전압을 일정 크기의 교류 전압으로 변환하여 리니어 모터(13)에 제공하는 인버터일 수 있다.
전류 검출부(14)는 리니어 모터(13)에 인가되는 모터 전류를 검출할 수 있고, 전압 검출부(15)는 리니어 모터(13)에 인가되는 모터 전압을 검출할 수 있다.
전술한 구동부(12), 전류 검출부(14) 및 전압 검출부(15)는 하나의 제어 모듈의 형태로 단일 칩 상에 형성될 수 있다.
제어부(60)는 압축기(10)의 구동 조건이 만족되면 구동부(12)에 구동 신호를 인가할 수 있고, 이에 따라 압축기(10)가 구동될 수 있다.
압축기(10)는 냉장고(1)의 고내에 구비될 수 있다. 제어부(60)는 냉장고(1)의 고내 온도를 실시간으로 측정하고, 측정된 고내 온도가 냉장(또는 냉동) 요구 온도를 초과하면 압축기(10)의 구동 조건이 만족된 것으로 판단할 수 있다.
압축기(10)의 구동 조건이 만족되면 제어부(60)는 구동부(12)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 예컨대, 구동부(12)가 복수의 전력 스위칭 소자를 포함하는 인버터인 경우 제어부(60)는 전력 스위칭 소자에 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호를 인가할 수 있다.
구동부(12)는 제어부(60)에서 제공된 구동 신호에 따라 직류 전압을 일정 크기의 교류 전압으로 변환하여 리니어 모터(13)에 인가함으로써 압축기(10)가 구동될 수 있다.
압축기(10)의 구동 이후 제어부(60)는 전류 검출부(14) 및 전압 검출부(15)로부터 검출된 모터 전류 및 모터 전압에 기초하여 피스톤(130)의 스트로크를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(60)는 하기 [수학식 1]을 이용하여 피스톤(130)의 스트로크를 산출할 수 있다.
Figure 112018097555880-pat00001
여기서, x는 스트로크, α는 모터 상수 또는 역기전력 상수, Vm은 모터 전압, im은 모터 전류, R은 저항, L은 인덕턴스를 의미한다.
전술한 [수학식 1]을 이용하여 스트로크를 산출하는 방법은 당해 기술분야에서 널리 알려져 있는 바, 여기서는 더 이상의 자세한 설명을 생략하도록 한다.
이어서, 제어부(60)는 산출된 스트로크와 전류 검출부(14)에서 검출된 모터 전류의 위상차를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(60)는 산출된 스트로크의 위상값과 모터 전류의 위상값을 비교하여 위상차를 산출할 수 있다.
피스톤(130)은 리니어 모터(13)에 정현파 형태로 인가되는 교류 전류(모터 전류)에 따라 왕복 운동할 수 있다. 이에 따라, 피스톤(130)의 스트로크 또한 시간에 따라 양의 값과 음의 값이 반복되는 정현파 형태로 산출될 수 있다.
제어부(60)는 일정 시점에서 산출된 스트로크의 위상값과 해당 시점에서 검출된 모터 전류의 위상값의 차이를 위상차로 결정할 수 있다.
스트로크는 모터 전류에 의해 발생하므로 스트로크의 위상은 모터 전류의 위상보다 늦을 수 있다. 이에 따라, 제어부(60)는 모터 전류의 위상값으로부터 스트로크위 위상값을 감산하여 위상차를 산출할 수 있다.
제어부(60)는 일정 주기에 따라 위상차의 변화량을 산출하고, 위상차의 변화량에 기초하여 냉매 조절 밸브(50)를 개폐할 수 있다. 여기서 위상차의 변화량은 스트로크와 모터 전류 간의 위상차의 시간에 따른 변화량일 수 있다.
도 5를 참조하면, 압축기(10)의 구동 시점(t1)으로부터 일정 시간 동안(t1 ~ t2)의 위상차는 구동 초기의 전기적 외란(disturbance)으로 인해 쓰레기 값(garbage value)로 산출될 수 있다.
이후, 피스톤(130)의 스트로크가 증가함에 따라 도 4를 참조하여 설명한 압축 공간(P)의 압력은 증가하며 스트로크와 모터 전류 간의 위상차는 점진적으로 감소할 수 있다.
압축 공간(P)의 압력이 증가하여 토출 압력과 동일해지는 시점(t4)에서 토출 밸브(160)는 개방(D-Valve Open)되고 스트로크와 모터 전류 간의 위상차는 일정 시점(t5)까지 증가하며 이후 위상차는 90o로 유지될 수 있다.
다시 도 6을 참조하여 설명하면, 전기적 외란이 제거된 도 5의 t3 시점에서 스트로크와 모터 전류 간의 위상차는 약 60o로 산출될 수 있다. 이후, 위상차는 점진적으로 감소할 수 있고 압축 공간(P)의 압력이 토출 압력과 동일해지는 t4 시점에서 위상차는 약 30o로 산출될 수 있다. 이후, 위상차는 점차 증가할 수 있고, 토출 밸브(160)가 개방된 시점으로부터 일정 시간이 흐른 t5 시점 이후의 위상차는 90o로 산출될 수 있다.
제어부(60)는 압축기(10)의 구동 초기에 발생하는 전기적 외란을 고려하기 위해, 압축기(10)의 구동 시작 시점으로부터 미리 설정된 시간 이후 위상차의 변화량을 산출할 수 있다.
도 5를 참조하여 설명하면, 제어부(60)는 압축기(10)의 구동 시작 시점(t1)으로부터 미리 설정된 시간(t2-t1) 이후의 시점(t2)에서부터 위상차의 변화량을 산출할 수 있다. 이에 따라, 위상차의 변화량은 t2 시점 이후에 산출되므로 압축기(10)의 구동 초기에 발생하는 전기적 외란이 냉매 조절 밸브(50)에 대한 제어 변수로 이용되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 미리 설정된 시간은 압축기(10)의 성능에 따라 달리 결정될 수 있고, 실험에 의해 미리 결정될 수도 있다.
또한, 제어부(60)는 위상차 측정의 오차를 고려하기 위해, 제1 시점에 산출된 제1 위상차와 제1 시점으로부터 기준 시간이 지난 제2 시점에 산출된 제2 위상차에 기초하여 시간에 따른 위상차의 변화량을 산출할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 압축기(10)의 구동 시작 시점(t1)에서 미리 설정된 시간이 지난 시점(t2)으로부터 토출 밸브(160)가 개방되는 시점(t4)까지 위상차는 전체적으로 증가할 수 있다. 다만, 측정의 오차로 인해 일부 구간에서 위상차는 감소할 수 있다.
제어부(60)는 일부 구간에서 발생하는 측정 오차를 고려하여 제1 시점(ta)에 산출된 위상차와 제1 시점(ta)으로부터 기준 시간(d)이 지난 제2 시점(tb)에 산출된 위상차에 기초하여 위상차의 변화량을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(60)는 하기 [수학식 2]에 따라 위상차의 변화량을 산출할 수 있다.
Figure 112018097555880-pat00002
여기서
Figure 112018097555880-pat00003
는 위상차의 변화량,
Figure 112018097555880-pat00004
는 제2 시점에 산출된 위상차,
Figure 112018097555880-pat00005
은 제1 시점에 산출된 위상차, d는 제2 시점과 제1 시점의 시간 차(기준 시간)를 의미한다. 여기서, 기준 시간(d)은 측정 오차를 방지할 수 있는 충분한 시간으로 미리 설정될 수 있으며, 실험에 의해 미리 결정될 수도 있다.
기준 시간의 간격을 두고 위상차의 변화량을 산출함으로써 위상차에 대한 측정 오차가 냉매 조절 밸브(50)에 대한 제어 변수로 이용되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 토출 밸브(160)가 열리는 시점을 파악함에 있어서 전기적 외란 및 측정 오차를 제거함으로써 후술하는 냉매 조절 밸브(50)의 개방 시점을 정확히 결정할 수 있다.
제어부(60)는 위상차의 변화량에 기초하여 위상차의 변곡 시점을 식별하고, 식별된 변곡 시점에 냉매 조절 밸브(50)를 제어할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, t2 시점으로부터 산출되는 위상차는 토출 밸브(160)가 개방되는 t4 시점까지 감소하다가 t4 시점 이후로 다시 증가할 수 있다. 이에 따라, 위상차의 변화량의 부호는 t4 시점에서 반전될 수 있다.
다시 말해, t2 시점에서 t4 시점까지 위상차의 변화량은 음의 부호를 가질 수 있고, t4 시점 이후 위상차의 변화량은 양의 부호를 가질 수 있다. 이 때, 제어부(60)는 위상차의 변화량이 음에서 양으로 변화하는 시점을 변곡 시점으로 식별할 수 있고, 식별된 변곡 시점에서 냉매 조절 밸브(50)를 제어할 수 있다.
만일, 토출 밸브(160)가 개방되기 이전에 냉매 조절 밸브(50)가 개방되는 경우, 토출 밸브(160)가 개방될 때까지 냉기 유로(L) 상의 얍력 유지 효과가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 반면에, 토출 밸브(160)가 개방된 이후에 냉매 조절 밸브(50)가 개방되는 경우, 냉매 조절 밸브(50)가 개방될 때까지 냉기 유로(L) 상에서 냉매가 순환되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 방지하기 위해, 제어부(60)는 토출 밸브(160)가 개방되는 변곡 시점에서 냉매 조절 밸브(50)를 개방할 수 있다. 이에 따라, 토출 밸브(160)와 냉매 조절 밸브(50)는 동시에 개방될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 토출 밸브(160)가 열리는 시점을 정확히 파악하여 토출 밸브(160)가 열리는 시점에 냉매 조절 밸브(50)를 개방함으로써, 최적의 시점에 냉매 조절 밸브(50)를 개방할 수 있고 이에 따라 냉매 순환의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(60)는 냉매 조절 밸브(50)를 개방하면서 방열팬(80)을 구동할 수 있다. 냉매 조절 밸브(50)의 개방과 방열팬(80)의 구동은 동시에 이루어질 수 있고, 매우 짧은 시간 내에 이루어질 수 있다.
냉매 조절 밸브(50)의 개방에 따라 냉기 유로(L)를 순환하는 냉매는 응축기(20)에 의해 응축될 수 있고, 응축기(20)에서 발생하는 열은 방열팬(80)의 구동에 따라 감소할 수 있다.
또한, 제어부(60)는 압축기(10)의 구동 정지 조건이 만족되면 압축기(10)의 구동을 정지시키고 냉매 조절 밸브(50)를 폐쇄할 수 있다.
전술한 바와 같이 제어부(60)는 냉장고(1)의 고내 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 제어부(60)는 압축기(10)의 구동에 따라 고내 온도가 냉장(또는 냉동) 종료 온도 미만이면 압축기(10)의 구동 정지 조건이 만족된 것으로 판단할 수 있다.
압축기(10)의 구동 정지 조건이 만족되면 제어부(60)는 구동부(12)에 인가되는 구동 신호를 차단할 수 있다. 이에 따라, 구동부(12)는 리니어 모터(13)에 교류 전류를 인가하지 않을 수 있고, 압축기(10)의 구동이 정지될 수 있다.
이에 더하여, 제어부(60)는 압축기(10)의 구동 정지 조건이 만족되면 냉매 조절 밸브(50)를 폐쇄하여 냉기 유로(L) 상의 냉매 흐름을 차단할 수 있다.
뿐만 아니라, 제어부(60)는 냉매 조절 밸브(50)를 폐쇄하면서 방열팬(80)의 구동을 정지시킬 수 있다. 냉매 조절 밸브(50)의 폐쇄와 발열팬의 구동 정지는 동시에 이루어질 수 있고, 매우 짧은 시간 내에 이루어질 수 있다.
냉매 조절 밸브(50)의 폐쇄에 따라 냉기 유로(L) 상의 냉매 흐름은 차단될 수 있고, 응축기(20)의 구동이 정지될 수 있다. 이에 따라, 제어부(60)는 응축기(20)의 방열을 위한 방열팬(80)의 구동을 정지시킬 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여, 본 발명의 냉매 조절 밸브 제어 방법을 구체적으로 설명하도록 한다. 도 7에 도시된 냉매 조절 밸브 제어 방법은 전술한 제어부(60)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(60)는 냉장고의 고내 온도가 압축기 구동 조건을 만족하는지 여부를 지속적으로 판단할 수 있다(S11).
압축기 구동 조건이 만족되면 제어부(60)는 압축기를 구동할 수 있다(S12). 압축기를 구동하는 방법은 도 3을 참조하여 전술한 바 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
이어서, 제어부(60)는 압축기의 구동 초기에 발생하는 전기적 외란을 냉매 조절 밸브의 제어 변수에서 제외시키기 위해, 압축기가 구동된 시점으로부터 최소 지연 시간(도 5의 't2-t1' 참조) 경과 여부를 판단할 수 있다(S13).
최소 지연 시간이 경과된 이후 제어부(60)는 압축기 내 피스톤의 스트로크와 압축기 내 리니어 모터에 인가되는 전류의 위상차를 산출할 수 있다(S14).
이어서, 제어부(60)는 산출된 위상차의 변화량이 양의 부호를 갖는지 여부를 판단할 수 있다(S15). 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 압축기 구동 이후 최소 지연 시간(t2-t1)이 경과되면, 위상차는 토출 밸브가 개방될 때까지 감소하다가 토출 밸브가 개방되면 증가할 수 있다.
제어부(60)는 위상차의 변화량이 양의 부호를 갖는지 여부를 판단하여 위상차의 변화량의 부호가 음의 부호에서 양의 부호로 반전되는 변곡 시점을 식별할 수 있다.
와상차의 변화량이 양의 부호를 갖는 것으로 판단되면, 제어부(60)는 냉매 조절 밸브를 개방하고 방열팬을 구동할 수 있다(S16).
이어서, 제어부(60)는 고내 온도가 압축기 구동 정지 조건을 만족하는지 여부를 지속적으로 판단하고(S17), 압축기 구동 정지 조건이 만족되면 냉매 조절 밸브를 폐쇄하고 방열팬의 구동을 정지시킬 수 있다(S18).
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 리니어 모터의 구동을 통해 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압하여 팽창시키는 팽창 기구;
    상기 팽창 기구에서 팽창된 냉매를 증발시켜 냉기를 생성하는 증발기;
    상기 냉매가 흐르는 냉기 유로 상에 구비되어 상기 냉매의 흐름을 조절하는 냉매 조절 밸브; 및
    상기 리니어 모터에 의해 상기 압축기 내에서 왕복 운동하는 피스톤의 스트로크와 상기 리니어 모터에 인가되는 모터 전류의 위상차를 산출하고, 상기 위상차의 변곡 시점에 상기 냉매 조절 밸브를 개방하는 제어부를 포함하는
    냉장고.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는
    상기 냉매의 압축 공간을 형성하는 실린더와,
    상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 상기 피스톤과,
    상기 피스톤에 구동력을 제공하는 상기 리니어 모터와,
    상기 압축 공간에서 압축된 냉매를 토출하는 토출 밸브를 포함하는
    냉장고.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 토출 밸브는
    상기 압축 공간에 형성되는 압력이 미리 설정된 압력 이상이면 개방되는 냉장고.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 리니어 모터에 인가되는 모터 전압 및 모터 전류에 기초하여 상기 피스톤의 스트로크를 산출하는 냉장고.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 산출된 스트로크의 위상값과 상기 모터 전류의 위상값을 비교하여 상기 위상차를 산출하는 냉장고.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    제1 시점에 산출된 제1 위상차와 상기 제1 시점으로부터 기준 시간이 지난 제2 시점에 산출된 제2 위상차에 기초하여 위상차의 변화량을 산출하는 냉장고.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 압축기의 구동 시작 시점으로부터 미리 설정된 시간 이후 상기 위상차의 변화량을 산출하는 냉장고.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 위상차의 변화량이 음에서 양으로 변화되는 시점을 상기 변곡 시점으로 식별하는 냉장고.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 압축기의 구동 정지 조건이 만족되면 상기 냉매 조절 밸브를 폐쇄하는 냉장고.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 냉매 조절 밸브를 개방하면서 상기 응축기에 공기를 유입시키는 방열팬을 구동시키고, 상기 냉매 조절 밸브를 폐쇄하면서 상기 방열팬의 구동을 정지시키는 냉장고.
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