KR20080022547A - A cooling device and the control method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 작동 부하가 큰 상태에서 효율적으로 기능하는 압축기를 포함하는 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device including a compressor that functions efficiently under a large operating load.
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.In a cooling arrangement, the selection of the compressor in the cooling system takes into account limited operating conditions depending on the climatic zones, and as a result the capacity of the compressor can be more than necessary because the maximum possible operating load is taken into account. More compressor capacity than necessary can increase the number of stop start-ups and increase the loss of cycles. To overcome this condition, the compressor is selected according to the actual operating conditions leading up to a larger part of the life expectancy of the compressor, and the compressor speed, ie the rotational speed (rpm) of the compressor motor, requires that the cooling unit operate within the limit conditions. If it is changed. Various control algorithms have been devised in a cooling system using a variable speed compressor motor that determines when the compressor functions at normal speed and when functioning at higher speed. The compressor speed is accelerated by the assistance of the electronic card when the cooling device is operated under severe operating conditions such as high ambient temperature or frequent opening and closing of the door. In this case, the compressor is supplied via an electronic card instead of network power. Occasionally, the compressor may be overheated or stopped because it cannot react to thermodynamic loads under severe operating conditions resulting in unexpected stalls in the compressor supplied through the electronic card. If the compressor starts to operate after a stop, the cut-out condition is repeated repeatedly due to algorithmic requirements, and frequent shutoffs of the compressor result in reduced efficiency.
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.In US Pat. No. 6,231,306, the gas turbine engine detects a compressor stall, evaluates the signal received from the sensor, compares the detected signal with a predetermined threshold indicative of a good compressor, and indicates an impending stop condition. Means for providing a signal.
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.In US Pat. No. 6532433, in a method for monitoring and controlling a compressor, at least one compressor operating variable is monitored to obtain time-series data, the time series data using a Kalman filter. Is filtered. The stall precursor of the compressor under heavy load is detected before the compressor stops as a result of this monitoring method.
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.In GB 2292847, in a single-phase induction motor used in a compressor, a current detector detects a motor stop under high load, and a relay shuts off the capacitor.
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.In British Patent GB 1109346, in a refrigerant compressor, the starting device acts to hold the excitation of the auxiliary winding after the motor is started, so as to compensate that the operating torque of the compressor falls below a normal stop torque of the motor. Overcomes the extreme starting torque of the compressor for a long time.
본 발명의 목적은 압축기의 예기치 않은 연속적인 정지를 방지하는 냉각 장치 및 제어 방법을 구현하는 것이다.It is an object of the present invention to implement a cooling device and a control method which prevent the unexpected continuous stop of the compressor.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 구현된 냉각 장치 및 제어 방법에서는, 모터 전지 카드는 자동 온도 조절 장치의 지시에 의해 압축기 모터를 시동 및 정지 주기 시의 높은 부하 및 속도 하에서 작동시킨다.In the cooling device and control method implemented to achieve the object of the present invention, the motor battery card operates the compressor motor under high load and speed during start and stop cycles by the instruction of the thermostat.
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.As the compressor continues to operate in successive stop and start cycles, it is supplied through the network for a time period at each startup, and the compressor motor functions at a constant speed. Thus, the electronic circuit that controls the motor speed protects against high currents attracted at start-up.
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.During operation of the compressor, the thermal protection device for detecting the motor temperature may cut off the supply current so that the thermostat stops the compressor due to overheating before giving a stop indication.
열 보호 장치가 전류를 차단함에 따라 압축기가 정지한 것을 전자 카드에서 검출하면, 높은 부하 조건으로 인해 예기치 않은 정지의 경우가 된다.If the electronic card detects that the compressor has stopped as the thermal protection device cuts off the current, it is an unexpected stop due to the high load condition.
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.When the compressor is about to start operation again, the compressor waits after such a stop cycle, because a predetermined waiting time has elapsed before starting so that the pressure imbalance between the compression and suction portions of the compressor is reduced for a period of time. You can start faster.
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.When the compressor starts operation after waiting for a predetermined time period, it is supplied through a network power source that generates an operation time period at a constant speed longer than the time period when the operation is started by a signal of the thermostat.
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.If the compressor is operated after an unexpected stop cycle, whether or not the thermal protection device is open should be detected immediately, and thus using a separate thermal sensor to detect the temperature of the thermal protection device is beneficial for transmitting the thermal protection device to the electronic card.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 실현된 냉각 장치 및 제어 방법은 첨부된 도면에 도시된다.The cooling apparatus and control method realized for achieving the object of the present invention are shown in the accompanying drawings.
도 1은 냉각 장치의 개략도,1 is a schematic view of a cooling device,
도 2는 제어 방법의 플로우 차트,2 is a flow chart of a control method,
도 3은 냉각 장치의 압축기 작동에 대한 속도-시간 및 온도-시간의 그래프.3 is a graph of speed-time and temperature-time for compressor operation of a cooling device.
도면에 도시한 요소에 대한 참조부호는 하기와 같다.Reference numerals for the elements shown in the drawings are as follows.
1 : 냉각 장치 2 : 압축기1: cooling device 2: compressor
3 : 열 보호 장치 4 : 자동 온도 조절 장치3: thermal protection device 4: thermostat
5 : 전자 카드 6 : 열 보호 장치의 열 센서5: electronic card 6: thermal sensor of thermal protection device
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.The cooling device 1 comprises a
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).While the compressor performs normal operation in successive start-stop cycles (T-on, T-off) caused by the cut-in and cut-out instructions of the thermostat 4, the high current I is applied to the
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.As the
열 보호 장치(3)가 컷아웃을 위한 자동 온도 조절 장치(4)로부터의 지시를 수신하지 않고 압축기(2)를 정지시키는 전류(I)를 차단하는 경우에, 냉매 시스템 내의 압력이 균형 잡힐 수 있으며 시간 주기 동안에 자동 온도 조절 장치(4)에 의해 제공될 수 있는 컷인 지시를 주의하지 않도록 사전 설정된 정지 시간 주기(T2) 동안 압축기(2)에 전류(I)가 공급되지 않는다. T2 주기가 종료되면, 압축기(2)는 자동 온도 조절 장치(4)로부터 독립적으로 공급되는 전류(I)로 시동된다. 시동 후에, 압축기(2)는 시간 주기(T1)보다 긴 시간 주기(T3) 동안 제 1 시동 동안 인가되는 네트워크 전원으로부터의 전류(I)에 의해 공급되는 일정한 속도(Vo)에서 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.When the
압축기(2)의 예기치 않은 반복 정치를 방지하는 냉각 장치(2)의 제어 방법은 하기의 단계로 이루어진다.The control method of the
- 압축기(2)는 자동 온도 조절 장치(4)의 컷인 지시로 작동을 개시하는 단계(100)The
- 압축기(2)는 시동 시 및 시간 주기(T1) 동안에 일정 속도(Vo)로 작동되는 단계(101)The
- T1 시간 주기가 완료된 후에, 전류(I)가 전자 카드(5)를 통해 공급되고 압축기(2)는 속도(V1)로 작동되는 단계(102)After the T1 time period is completed,
- 열 보호 장치(3)는 전류(I)가 차단되었는지의 여부를 제어하는 단계(103)The
- 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 단계If the
- 열 보호 장치(3)가 전류(I)를 차단하였다면, 압축기(2)에 전류(I)를 공급하지 않고 시간 주기(T2) 동안 정지하는 단계(104)If the
- 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)The
- 자동 온도 조절 장치(4)는 컷아웃 지시를 제공하는지의 여부에 대해 제어되는 단계(106)The thermostat 4 is controlled 106 whether or not it provides a cutout indication
- 자동 온도 조절 장치(4)가 컷아웃 지시를 제공하지 않으면, 상기 압축기(2)가 속도(V1)로 작동되는 단계(102)로 다시 돌아가는 단계; If the thermostat 4 does not provide a cutout instruction, the
- 자동 온도 조절 장치(4)가 컷아웃 지시를 제공하였다면, 압축기(2)는 정지 주기(Toff)를 개시하는 단계(107)If the thermostat 4 has provided a cutout indication, the
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 데이터로 열 보호 장치(3)가 폐쇄된 후에 바로 또는 그 조금 후에 전자 카드(5)가 압축기(3)를 작동시킨다.In one embodiment of the invention, the cooling device 1 comprises a thermal sensor of a thermal protection device for detecting the temperature of the
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.In the control method of the cooling device 1 implemented by the
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.In the embodiment of the present invention, unexpected stop of the
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