KR20040101764A

KR20040101764A - 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040101764A
Application number: KR1020030033480A
Authority: KR
Inventors: 이철웅; 유재유; 성지원; 이혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-03
Also published as: CN1573105B; KR100517932B1; CN1573105A; DE102004004943B4; DE102004004943A1; JP2004353664A

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 스트로크 제어시, 교류전압을 압축기에 인가하다가, 현재 부하가 특정부하 조건에 해당되면 교류전압과 직류전압을 인가하여 스트로크 행정을 증가시킴으로써, 압축기의 최대 압축 체적을 확보할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 압축기의 피스톤 행정거리를 스트로크로 검출하는 스트로크 검출부와; 상기 스트로크검출부에서 출력되는 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기와; 상기 압축기의 흡입구 및 토출구 온도를 부하로 검출하여 그 부하가 특정부하조건에 해당하면 직류전압지령치를 발생하는 직류전압지령치발생부와; 상기 비교기에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기에 인가되는 교류전압을 가변하여 스트로크를 제어하다가, 상기 직류전압지령치발생부에서 직류전압지령치가 인가되면, 직류전압과 부하에 따라 가변되는 교류전압을 압축기에 인가하여 스트로크 행정을 증가시키는 제어기를 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법{DRIVING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 스트로크 제어시, 교류전압을 압축기에 인가하다가, 현재 부하가 특정부하 조건에 해당되면 교류전압과 직류전압을 인가하여 스트로크 행정을 증가시킴으로써, 압축기의 최대 압축 체적을 확보할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)는 피스톤이 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 것으로, 보다 구체적으로는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분할 수 있다.

레시프로(Recipro) 방식은 회전모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 방식인데 반하여, 리니어(Linear) 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.

본 발명은 리니어(Linear) 방식을 적용한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

이러한 리니어(Linear) 방식의 왕복동식 압축기는 전술한 바와 같이 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 크랭크 샤프트(Crankshaft)가 없어 마찰 손실이 적으므로, 압축 효율면에서 일반 압축기 보다 압축 효율이 높다.

상기 왕복동식 압축기가 냉장고나 에어컨에 사용될 경우에, 상기 왕복동식 압축기에 입력되는 전압(Voltage)을 가변 시킴에 따라 상기 왕복동식 압축기의 압축 비(compression ratio)를 가변 할 수 있어 냉력(Freezing Capacity)을 제어할 수 있다.

도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 모터에 인가되는 모터전류를 검출하는 전류검출부(4)와; 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부(3)와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기(5)와; 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 차이신호에 따라, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제어기(2)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 전류검출부(4)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부 (3)는 모터에 인가되는 모터전압을 검출한다.

이때, 스트로크 추정기(5)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터를 하기의 수학식에 적용하여 스트로크추정치를 연산한후, 그 스트로크 추정치를 비교기(1)에 인가한다.

[수학식]

여기서, R:레지스턴스

L:인덕턴스

α:역기전력

이에 따라, 상기 비교기(1)는 상기 스토로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 제어기(2)에 인가하고, 이에 의해 상기 제어기(2)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.

즉, 상기 제어기(2)는, 도2에서 보는 바와같이, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.

이때, 상술한 왕복동식 압축기는, 특정부하조건, 즉 최대 압축 체적이 필요하지만 가스 스프링상수가 작은 경우에, 피스톤의 밀림량이 작아서 피스톤의 충돌없이 원하는 최대 스트로크로 운전을 수행하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스트로크 제어시, 교류전압을 압축기에 인가하다가, 현재 부하가 특정부하 조건에 해당되면 교류전압과 직류전압을 인가하여 스트로크 행정을 증가시킴으로써, 압축기의 최대 압축 체적을 확보할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 운전제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작 흐름도.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에대한 동작흐름도.

도5는 도3에 있어서, 압축기의 특정부하 조건을 보인도.

도6은 도3에 있어서, 압축기에 인가되는 직류전압과 교류전압에 따른 피스톤의 압축 체적을 보인도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100:직류전압지령치발생부 200:스트로크 검출부

300:비교기 400:제어기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기의 피스톤 행정거리를 스트로크로 검출하는 스트로크 검출부와; 상기 스트로크검출부에서 출력되는 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기와; 상기 압축기의 흡입구 및 토출구 온도를 부하로 검출하여 그 부하가 특정부하조건에 해당하면 직류전압지령치를 발생하는 직류전압지령치발생부와; 상기 비교기에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기에 인가되는 교류전압을 가변하여 스트로크를 제어하다가, 상기 직류전압지령치발생부에서 직류전압지령치가 인가되면, 직류전압과부하에 따라 가변되는 교류전압을 압축기에 인가하여 스트로크 행정을 증가시키는 제어기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,압축기의 스트로크를 검출함과 아울러 상기 압축기의 흡입구 및 토출구 온도로 현재 부하를 검출하는 과정과; 현재 부하를 특정부하 조건과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 직류전압을 압축기에 인가하거나 차단하는 과정과; 상기 검출 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여, 그 비교결과에 근거하여 교류전압을 증가 또는 감소시켜 압축기에 인가하는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 실시예의 구성을 보인 블록도이다.

도3에 도시한 바와같이, 본 발명은 압축기(L.comp)의 피스톤 행정거리를 스트로크로 검출하는 스트로크 검출부(200)와; 상기 스트로크검출부(200)에서 출력되는 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기 (300)와; 상기 압축기(L.comp)의 흡입구 및 토출구 온도를 부하로 검출하여 그 부하가 특정부하조건에 해당하면 직류전압지령치를 발생하는 직류전압지령치발생부 (100)와; 상기 비교기(300)에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기(L.comp)에 인가되는 교류전압을 가변하여 스트로크를 제어하다가, 상기 직류전압지령치발생부 (100)에서 직류전압지령치가 인가되면, 직류전압과 부하에 따라 가변되는 교류전압을 압축기(L.comp)에 인가하여 스트로크 행정을 증가시키는 제어기(400)로 구성한다.

도4는 본 발명 왕복동식 압축기의 운전제어방법에 대한 동작흐름도이다.

도4에 도시한 바와같이, 압축기(L.comp)의 스트로크를 검출함과 아울러 상기 압축기(L.comp)의 흡입구 및 토출구 온도로 현재 부하를 검출하는 과정(SP1,SP2)과; 현재 부하를 특정부하 조건과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 직류전압을 압축기(L.comp)에 인가하거나 차단하는 과정(SP3,SP4)과; 상기 검출 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여, 그 비교결과에 근거하여 교류전압을 증가 또는 감소시켜 압축기(L.comp)에 인가하는 과정(SP5~SP7)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 스트로크 검출부(200)는, 압축기(L.comp)의 피스톤 행정거리를 스트로크로 검출하여 비교기(300)에 인가하고, 이에 의해 상기 비교기(300)는 상기 스트로크 검출부(200)에서 출력되는 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따른 차이신호를 제어기(400)에 인가한다.

이에 따라, 상기 제어기(400)는, 상기 비교기(300)에서 출력되는 차이신호에 해당되는 교류전압을 압축기(L.comp)에 인가하여 스트로크를 제어한다.

한편, 직류전압지령치발생부(100)는, 상기 압축기(L.comp)의 흡입구 및 토출구 온도를 부하로 검출하여 그 부하가 특정 부하 조건에 해당하면 직류전압지령치를 발생한다.

여기서, 상기 직류전압지령치발생부(100)는, 압축기(L.comp)에 인가되는 전류와 스트로크의 위상차에 대한 절대치를 이용하여 부하를 검출하거나, 또는 압축기(L.comp)의 외기온도를 이용하여 부하를 검출하거나, 실내온도를 이용하여 부하를 검출하거나, 또는 냉동싸이클내의 응축기 및 증발기의 온도를 이용하여 부하를 검출한다.

그리고, 상기 특정부하영역은, 도5에서 보는 바와같이, 실험에 의해, 최대 압축체적이 필요하지만, 작은 가스 스프링 상수에 의해 피스톤의 밀림량이 작은 부하영역으로 설정한다.

이에 따라, 상기 제어기(400)는, 상기 비교기(300)에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기(L.comp)에 인가되는 교류전압을 가변하여 스트로크를 제어하다가, 상기 직류전압지령치발생부(100)에서 직류전압지령치가 인가되면, 직류전압과 부하에 따라 가변되는 교류전압을 압축기(L.comp)에 인가하여 스트로크 행정을 증가시킨다.

이에 따라, 상기 직류전압과 교류전압에 의해, 도6과 같이 압축기(L.comp)의 피스톤 밀림량이 증가되고, 이에 의해 압축기(L.comp)가 최대 압축체적을 확보하여 최대 스트로크 운전을 수행한다.

즉, 도6의 (a)와 같이 일반적인 조건(설계시 미리 설정한 부하)에서 교류전압을 압축기(L.comp)에 인가하면,피스톤의 밀림량이 많아 최대 압축체적을 확보하게 되고, 도6의 (b)와 같이 특정부하 조건에서 교류전압만을 압축기(L.comp)에 인가하면, 피스톤의 밀림량이 적어 최대 압축체적을 확보하지 못하며, 이에 따라 특정부하 조건에서 교류전압과 직류전압을 압축기(L.comp)에 인가하면, 도6의 (c)와같이, 피스톤의 밀림량이 많아 최대 압축체적을 확보하게 된다.

보다 상세하게, 도4를 참조하여 설명하면, 우선, 압축기(L.comp)의 스트로크를 검출하고(SP1), 상기 압축기(L.comp)의 흡입구 및 토출구 온도로 현재 부하를 검출한다(SP2).

그 다음, 상기 현재 부하를 특정부하 조건과 비교하고(SP3), 그 비교결과에 근거하여 직류전압을 압축기(L.comp)에 인가하거나 차단하는데, 즉 현재 부하가 특정 부하조건에 해당하면 직류전압지령치를 발생하여, 직류전압을 압축기(L.comp)에 인가하고, 현재 부하가 특정부하 조건에 해당되지 않으면 직류전압지령치의 발생을 정지시켜 압축기(L.comp)에 인가되는 직류전압을 차단한다.

그 다음, 상기 검출 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여, 그 비교결과에 근거하여 교류전압을 증가 또는 감소시켜 압축기(L.comp)에 인가한다(SP5~SP7).

다시 말해서,본 발명은, 압축기(L.comp)의 현재 부하를 검출하여, 그 현재 부하가 기설정된 특정 부하 조건에 해당되면, 직류전압과 교류전압을 압축기 (L.comp)에 인가하여 스트로크를 제어하고, 압축기(L.comp)의 현재 부하가 기설정된 특정부하조건에 해당되지 않으면, 직류전압은 차단하고 교류전압만을 압축기 (L.comp)에 인가하여 스트로크를 제어한다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 스트로크 제어시, 교류전압을 압축기에 인가하다가, 현재 부하가 특정부하 조건에 해당되면 교류전압과 직류전압을 인가하여 스트로크 행정을 증가시킴으로써, 압축기의 최대 압축 체적을 확보하여 압축기의 운전효율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

왕복동식 압축기에 있어서,

압축기의 피스톤 행정거리를 스트로크로 검출하는 스트로크 검출부와;

상기 스트로크검출부에서 출력되는 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기와;

상기 압축기의 흡입구 및 토출구 온도를 부하로 검출하여 그 부하가 특정부하조건에 해당하면 직류전압지령치를 발생하는 직류전압지령치발생부와;

상기 비교기에서 출력되는 차이신호에 따라, 압축기에 인가되는 교류전압을 가변하여 스트로크를 제어하다가,

상기 직류전압지령치발생부에서 직류전압지령치가 인가되면, 직류전압과 부하에 따라 가변되는 교류전압을 압축기에 인가하여 스트로크 행정을 증가시키는 제어기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 직류전압지령치발생부는,

압축기에 인가되는 전류와 스트로크의 위상차에 대한 절대치를 이용하여 부하를 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 직류전압지령치발생부는,

압축기의 외기온도를 이용하여 부하를 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 직류전압지령치발생부는,

실내온도를 이용하여 부하를 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 직류전압지령치발생부는,

냉동싸이클내의 응축기 및 증발기의 온도를 이용하여 부하를 검출하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 특정 부하조건은,

실험에 의해, 최대 압축체적이 필요하지만, 작은 가스 스프링 상수에 의해 피스톤의 밀림량이 작은 부하영역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
왕복동식 압축기에 있어서,

압축기의 스트로크를 검출함과 아울러 상기 압축기의 흡입구 및 토출구 온도로 현재 부하를 검출하는 과정과;

현재 부하를 특정부하 조건과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 직류전압을 압축기에 인가하거나 차단하는 과정과;

상기 검출 스트로크와 스트로크 지령치를 비교하여, 그 비교결과에 근거하여 교류전압을 압축기에 인가하는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.
제7 항에 있어서, 현재 부하를 특정부하 조건과 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 직류전압을 압축기에 인가하거나 차단하는 과정은,

현재 부하가 특정부하조건에 해당하면 직류전압지령치를 발생하여, 직류전압을 압축기에 인가하고, 현재 부하가 특정부하 조건에 해당되지 않으면 직류전압지령치의 발생을 정지시켜 압축기에 인가되는 직류전압을 차단하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어방법.