KR20080066968A

KR20080066968A - 선형 컴프레서, 선형 컴프레서 제어 시스템 및 선형컴프레서 제어 방법

Info

Publication number: KR20080066968A
Application number: KR1020087012705A
Authority: KR
Inventors: 마르시오 로베르토 티에쎈; 파울로 세르지오 다이네즈
Original assignee: 월풀 에쎄.아.
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-07-17
Also published as: KR101353210B1; BRPI0505060B1; JP4791550B2; WO2007053922A1; CN101356365B; EP1945950B1; US20080314056A1; CN101356365A; ES2748680T3; BRPI0505060A; EP1945950A1; JP2009515080A; US8127563B2

Abstract

본 발명은 선형 컴프레서 제어 시스템, 각각의 제어 방법, 및 본 발명의 상기 제어 시스템에 통합된 선형 컴프레서 그 자체에 관한 것이다. 종래 기술의 가르침에 따라, 통상의 컴프레서 용량의 제어는, 이 종류의 장치 고유의 특성들로 인해 문제점들을 나타낸다. 알려진 바와 같이, 균등화된 상기 냉각 시스템의 압력 없이 컴프레서를 시동시킬 수 없다. 통상적인 용량 가변형 컴프레서의 기능들 중 하나는 엄밀히, 상기 장치를 멈추고 균등화된 상기 냉각 유체의 압력을 기다릴 필요를 막기 위해, 상기 시스템의 압력들이 비균등화되는 것을 막는 것이다. 종래 기술의 문제점들을 극복하기 위해, 전기 모터(7)를 통해 상기 선형 컴프레서(10)를 제어하는 전자 회로(50), 실린더(4)를 포함한 상기 선형 컴프레서(10) 및 피스톤(5)을 포함한 선형 컴프레서 제어 시스템을 예견하되, 상기 피스톤(5)은 실린더(4) 내부에 배치되고, 상기 전기 모터(7)에 의해 구동되며, 상부 데드 엔드 (TDE) 및 하부 데드 엔드 (BDE) 사이의 피스톤 스트로크 동안 상기 실린더(4) 내에서 축 방향으로 움직이고, 압축 챔버 (C)는 상기 TDE 가까이에 배치되고, 상기 피스톤(5)은 상기 압축 챔버 (C)내의 유체를 포함하고, 상기 전자 회로(50)는, 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 내내, 온-타임 (t_L)과 오프-타임 (t_D)을 통해 단속적으로 상기 전기 모터(7)를 제어하고, 상기 전자 회로(50)가 상기 온-타임 (XC) 동안 작동을 위해 상기 전기 모터(7)를 제어하는 동안, 상기 전자 회로(5)는 상기 전기 모터(7)를 작동시키고 일정한 압축 용량을 야기하는 일정한 피스톤 스트로크를 유지시키며, 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 시간 내내 실질적으로 일정한 압축 용량을 유지하기 위해 상기 전자 회로(50)가 상기 온-타임 (t_L)과 오프-타임 (t_D)을 제어하도록, 상기 시스템은 설정된다.

Description

선형 컴프레서, 선형 컴프레서 제어 시스템 및 선형 컴프레서 제어 방법{A LINEAR-COMPRESSOR CONTROL SYSTEM, A METHOD OF CONTROLLING A LINEAR COMPRESSOR AND A LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 선형 컴프레서 제어 시스템, 각각의 제어 방법 및 본 발명의 상기 제어 시스템을 통합한 선형 제어에 관한 것이다.

냉각 시스템의 기본적인 목적은, 구획(들)의 내부로부터 외부 환경까지 열을 전달하는 장치를 이용하고, 열 전달을 책임질 상기 장치를 제어하기 위해 이(이들) 환경(들) 내의 온도 측정을 이용하고, 본 상기 종류의 냉각 시스템에서 미리 설정된 한계 내에서 상기 온도를 유지하여, 하나 (또는 그 이상의) 구획(들) (또는 공기 조절 시스템의 경우에 있어, 심지어 밀폐된 환경) 내에 낮은 온도를 유지하는 것이다.

상기 냉각 시스템의 복잡성 및 응용의 종류에 따라, 설정된 상기 온도 한계는 더 많거나 적게 제한된다.

냉각 시스템의 내부로부터 외부 환경까지 열을 전달하는 보통의 형태는, 냉각 유체가 순환하는 증발기 및 응축기를 포함한, 폐회로에 연결된 밀폐된 컴프레서를 이용하는 것이고, 이 컴프레서는 이 냉각 시스템 내부에 상기 냉각된 기체 흐름 을 향상시키는 기능을 갖고, 상기 냉각 기체의 증발 및 응축이 일어나는 위치들 사이에 정해진 압력차를 부과할 수 있고, 열 전달 과정 및 낮은 온도의 생성을 가능하게 한다.

컴프레서는 보통의 작동 상황, 예견된 임계 요구 상황에 필요한 것보다 더 높은 냉각 용량을 가지기 위해 특정한 치수로 만들어지며, 이 컴프레서의 냉각 용량의 어떤 종류의 조절은 수용 가능한 한계 내에서 상기 캐비넷 내부의 온도를 유지하는 것이 필요하다.

통상적인 컴프레서의 냉각 용량을 조절하는 가장 일반적인 형태는, 냉각된 공간 내의 온도가 미리 설정된 한계를 초과하는 경우에 상기 컴프레서를 켜고, 이 환경 내부 온도가 균등하게 미리 설정된 하한에 도달하는 경우 컴프레서를 끄는 서모스탯(thermostat)을 이용하여, 냉각된 환경 내부의 온도에 따라 상기 컴프레서를 켜고 끄는 것이며, 이들 한계들은 상기 압력들이 균등화되는 방법으로 설정된다. 그러한 현상들은 도 1 및 2에서 관찰될 수 있다. 거기에 도시된 바와 같이, 평균 온도 T_M은 진동하고, 정해진 순간에 측정된 온도가 바람직한 수준을 초과하는 경우 상기 컴프레서는 켜지거나 꺼진다. 냉각 유체 압력의 변화가 도 2에서 관찰될 수 있고; 응축 압력 P_C가 현저하게 증가하고, 동시에 증발 압력 P_E가 상기 증발기 내의 기체의 열 손실 때문에 감소한다는 것을 알 수 있다. 컴프레서가 꺼지면, 응축 압력과 증발 압력이 균등화될 때까지, 즉 그것들이 같아질 때까지, 응축 압력 P_C는 감소하고, 증발 압력 P_E는 증가한다. 응축 압력 P_C 및 증발 압력 P_E의 균등화는, 이전 에 컴프레서 - 지금은 꺼진 - 에 의해 재촉된 냉각 유체가 상기 압력이 모든 위치에서 같아질 때까지 상기 관을 통해 확산되기 때문에 발생한다.

가변 용량을 갖는 컴프레서에 있어서, 상기 컴프레서의 회전을 바꿈으로써 상기 제어는 달성되고, 즉 냉각된 환경의 온도가 어떤 미리 설정된 한계를 초과하여 증가하는 경우, 상기 냉각 시스템 내에 설치된 서모스탯은 상기 컴프레서에 회전을 증가할 것을 명령하고, 결과적으로 상기 온도가 이전 상태로 돌아올 때까지, 상기 회전이 감소하는 순간까지, 상기 용량은 더 증가한다. 그러나, 구조적인 이유로 인해, 최소 회전에 있어서의 한계가 있고, 그 결과 최소 회전보다 더 낮은 값까지 상기 회전을 감소시킬 필요가 있다면, 상기 컴프레서를 끄는 것이 필요할 것이다.

가변 용량을 갖는 컴프레서의 가동이 도 3 및 4에서 관찰될 수 있고, 평균 온도 T_M의 함수로 응축 압력 P_C 및 증발 압력 P_E의 움직임의 변화는 통상적인 컴프레서의 그것과 유사하고, 즉 상기 컴프레서가 꺼지자 마자, 응축 압력 P_C 및 증발 압력 P_E는 균등화된다.

가변 용량을 갖는 선형 컴프레서의 경우에 있어서, 상기 용량은 피스톤에 의해 치환된 부피를 바꿈으로써 제어된다. 이 제어는, 온도가 이전 상태로 돌아가고 다시 상기 치환된 공기가 감소할 때까지, 컴프레서에 용량(치환된 부피)을 증가시킬 것을 명령하는, 상기 냉각 시스템 내에 설치된 상기 서모스탯으로부터의 신호에 의해 행해진다.

종래기술의 단점

종래 기술의 가르침에 따라, 통상적인 컴프레서 용량의 제어는 이 종류의 장치 고유의 특성들로 인해 문제점을 드러낸다. 잘 알려진 바와 같이 실제로, 균등화된 냉각의 상기 압력들 없이, 통상적인 컴프레서를 기동할 수 없다는 것이다. 이는, 통상적인 컴프레서가 비균등화된 압력들로 기동되기 위해서는, 이 종류의 응용에 있어 그것을 실행할 수 없게 만드는 과도하게 높은 기동 전류를 갖는 상기 문제들 외에도 매우 비싼 고-토크 (high-torque) 기동 모터를 이용해야만 한다. 이 점에 있어서, 상기 용량 가변형의 컴프레서의 기능들 중 하나는 엄밀히, 상기 냉각 유체 압력들이 균등화된 상태로 유지되도록 하기 위해 상기 장치를 멈출 필요를 막기 위해, 상기 시스템의 상기 압력들이 비균등화되는 것을 막는 것임을 인정한다.

상기 컴프레서가 꺼지고, 다시 시동될 수 있는 동안, 동시에 상기 환경이 원하는 온도에 도달하고, 상기 냉각 유체 압력들이 균등화되는 것을 보증하기 위해, 이 특성의 결과는 상기 컴프레서가 장기간 동안 (수 분의 범위 내에서) 작동하고, 게다가 장기간 동안 (수 분의 범위 내에서) 작동을 멈춰야 될 것이다.

(용량 가변형 또는 보통형의) 컴프레서의 이용으로 야기되는 다른 문제는, 상기 장치가 꺼지는 경우, 상기 컴프레서에 의해 압축된 유체의 압력이 상기 냉각 회로의 나머지 압력으로 분산되거나 균등화될 것이기 때문에, 냉각 회로 내로의 유체 역류가 열 손실을 야기한다는 사실에 있다.

이 결점에 추가하여, 컴프레서는 여전히 시동시 소음을 야기하고, 나아가 전기의 더 많은 소모를 야기하는 고 시동전류를 요구하는 문제점을 갖는다.

통상적인 컴프레서는 동일한 특성을 갖기 때문에, 본 발명의 정보는 가정의 냉각 시스템 및 주로 공기 조절 시스템에의 응용되는 회전 컴프레서에 응용될 수 있다.

선형 컴프레서를 이용할 경우, 용량이 변경되어 그로 인해 컴프레서의 데드 볼륨(dead volume) (더 작은 치환)이 증가된다. 이 과정은 상기 용량이 감소되도록 하고, 결과적으로 데드 볼륨의 증가로 인해 야기된 컴프레서의 효율의 감소가 있다. 저주파수 (피드 네트워크 주파수)로 작동하는 시스템에서, 컴프레서가 기계적 공진 주파수의 변화를 겪는다는 사실로 인해 더 추가적인 손실이 있다. 고정된 주파수를 갖는 시스템에서 이 영향을 최소화하기 위해, 컴프레서는 정해진 증발 및 응축 (이 조건에 최적인)으로 최소 용량에서 작동하도록 맞춰진다. 주파수가 고정되고 컴프레서 용량이 최소값으로부터 최대값으로 바뀌기 때문에, 최적 작용점(functioning point)도 바뀌고 컴프레서는 효율을 약 11 내지 15% 잃는다.

종래 기술의 상기 문제점들을 극복하기 위해, 냉각될 환경의 온도의 정확한 제어를 달성하기 위해, 또한 선형 컴프레서가 데드 볼륨을 증가시킴으로써 제어되는 해결 방안의 저효능의 상기 문제점을 극복하기 위해, 통상 및 용량 가변형 컴프레서를 이용할 때 발생하는 기능적 및 효능 문제를 동시에 극복할, 선형 컴프레서 제어 시스템, 각각의 제어 방법, 및 정확히 말해 선형 컴프레서를 제공하는 목적을 갖는다. 따라서, 이 장치가 상기 냉각 시스템에서 가능한 최대 효율로 작동하도록 하여 결과적으로, 종래 기술의 가르침에 따라 구성된 시스템에서 손실된 11-15% 효율을 회복하도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 이들 목적을 달성하기 위해, 증발 압력과 응축 압력이 균등화되거나 되지 않은 사실에 독립적으로, 선형 컴프레서를 시동시킬 수 있는, 선형 컴프레서의 상기 특성들 중 하나를 이용한다. 따라서 명심해야 할 것은, 통상적인 컴프레서와 달리 선형 컴프레서는 비균등화된 압력, 높은 시동 전류 및 시동 및 정지 소음을 갖는, 시동에 관하여 제약들을 갖지 않는다. 이 경우에 선형 컴프레서는 매우 짧은 정지 및 작동주기(수 초)로 켜지고 꺼질 수 있다. 선형 컴프레서의 이들 특성들을 이용함으로써, 본 발명에 따라 매우 짧은 온 타임 및 오프 타임을 갖는 온/오프형 컴프레서를 제공하여 그 결과 그것의 용량을 바꿀 수 있다. 이들 타임은 흡입 및 배출 압력이 두드러지게 바뀌지 않도록 설정되어야 하고, 그로 인해 통상적인 온/오프 컴프레서가 제공할 수 없는 온도 안정성을 달성한다. 이런 방법으로, 0부터 100%까지 컴프레서의 용량을 조정할 수 있다.

지금부터, 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명이 더 자세히 설명될 것이다.

도 1은 통상적인 컴프레서를 이용한 냉각 캐비넷의 내부 평균 온도의 그래프,

도 2는 통상적인 컴프레서의 증발 및 응축 압력의 그래프,

도 3은 용량 가변형 컴프레서를 이용한 냉각 캐비넷의 내부 온도의 그래프,

도 4는 용량 가변형 컴프레서의 증발 및 응축 압력의 그래프,

도 5는 본 발명의 가르침에 따라 단주기 선형 컴프레서를 이용한 냉각 캐비넷의 내부 온도의 그래프,

도 6은 본 발명의 가르침에 따라 단주기 선형 컴프레서를 이용한 컴프레서의 증발 및 응축 압력의 그래프,

도 7은 본 발명의 가르침에 따라 단주기 선형 컴프레서를 이용한 냉각 캐비넷의 내부 평균 온도의 확대 그래프,

도 8은 본 발명의 가르침에 따라 단주기 선형 컴프레서를 이용한 컴프레서의 증발 및 응축 압력의 확대 그래프,

도 9는 본 발명의 가르침이 적용 가능한 냉각 시스템의 개략도,

도 10은 선형 컴프레서의 개략 단면도이다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 선형 컴프레서 제어 시스템은, 전기 모터(7)를 통해 전자 회로(50)에 의해 제어된, 선형 컴프레서(10)를 포함한다.

구조적으로 상기 선형 컴프레서(10)는 기본적으로 실린더(4) 및 피스톤(5)을 포함한다. 상기 피스톤(5)은, 압축 챔버 C를 형성하기 위해 밸브판(6)에 의해 닫히는 상기 실린더(4) 내에 위치된다. 동력학적으로, 상기 피스톤(5)은 상기 실린더(4) 내부에 축 이동을 위해, 피스톤 스트로크(stroke)를 따라, 상기 상부 데드 센터(TDC; top dead center)와 하부 데드 센터(BDC; bottom dead center) 사이에서 상기 전기 모터(7)에 의해 구동되고, 냉각 유체는 상기 TDC에 가까운 상기 압축 챔버 C 내에서 압축된다. 상기 전기 모터(7)는 예컨대, 마이크로프로세서 또는 유사 한 장치일 수 있는 전자 제어 수단(52)을 통해 스위칭되는 트라이액(TRIAC, 51) 세트에 결합된다. 상기 선형 컴프레서(10)에 결합된, 상기 피스톤(10)의 위치, 속도 또는 심지어 자세와 같은 변수들을 제어할 수 있는, 변위 센서(12)를 제공할 수 있다.

선형 컴프레서는, 냉각된 환경의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 포함하고 전자 서모스탯(62)을 통해 전자 제어 수단(42)에 제공하는 공기 조절 시스템(60) 또는 냉각 시스템에 대체로 결합된다.

전자 회로(50) 및 선형 컴프레서(10)에 추가하여, 컴프레서 제어 시스템은 나아가 증발기 (도시되지 않음) 및 응축기 (역시 도시되지 않음)를 포함한 냉각 폐회로를 갖는다. 따라서, 상기 선형 컴프레서(10)가 작동을 개시할 때, 상기 피스톤(5)은 상기 압축 챔버 C 내로 유체/기체를 압축하고, 압축된 유체/기체를 상기 냉각 폐회로 내로 배출함으로써, 상기 증발기 내에 증발 압력 P_E 및 상기 응축기 내에 응축 압력 P_C를 발생시킨다. 종래 기술로부터 알려진 바와 같이, 이들 증발 압력 P_E 및 응축 압력 P_C는 상기 선형 컴프레서(10)의 상태에 따라 진동하고, 즉 상기 선형 컴프레서(10)가 작동할 때, 상기 응축 압력 P_C가 높은 값을 갖고, 상기 증발 압력 P_E가 떨어지지만, 상기 선형 컴프레서가 작동을 멈추는 순간에는, 이들 응축 압력 P_C 및 증발 압력 P_E는 서로 같아서, 이미 앞서 설명한 문제들을 발생시킨다.

상기 알려진 문제들이 발생하는 것을 막기 위해, 본 발명에 따른 컴프레서 제어 시스템, 또는 게다가 상기 시스템을 통합한 컴프레서, 및 본 발명에 따른 컴프레서 제어 방법은, 도 5 내지 8의 그래프에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 시간 내내 증발 압력 P_E 및 응축 압력 P_C가 실질적으로 일정하게 되도록 한다.

이 제어는 상기 선형 컴프레서의 작동 시간을 정확하게 조절하고, 짧은 주기의 시간에 상기 선형 컴프레서가 단속적으로 작동하도록 하며, 온-타임 t_L의 평균값을 통해, 상기 선형 컴프레서의 바람직한 용량값을 얻음으로써 달성된다. 이는 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 동안 상기 온-타임 t_L, 오프-타임 t_D를 통해, 단속적으로 상기 전기 모터(7)를 제어하는 상기 전자 회로(50)을 통해 행해진다.

온-타임 t_L 동안, 상기 전기 모터(7)는 일정한 주파수로 상기 전자 회로(50)에 의해 작동되고, 피스톤 스트로크는 일정하게 유지되어, 상기 온-타임 t_L 동안 전기 모터가 작동되도록 상기 전자 회로(50)가 상기 전기 모터(7)를 제어하는 기간 내내 일정한 압축 용량을 야기한다. 도 5 내지 8에서 관찰되고, 도 7 및 8에서 더 상세히 관찰되는 것과 같이, 상기 선형 컴프레서(10)의 이러한 작동 조건에서, 본 발명의 상기 시스템에 따라, 압축 용량이 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 시간 내내 실질적으로 일정할 수 있도록, 상기 전자 회로(50)는 상기 온-타임 t_L 및 상기 오프-타임 t_D를 제어 또는 조절해야만 한다.

상기 시스템 및 상기 각각의 방법이 바람직하게는 낮은 주파수에서 이용될 수 있지만, 가변주파수 시스템에서도 사용이 예견된다. 이 주파수 변화는 공진 주파수에서 상기 컴프레서를 작동시킬 목적을 갖고, 주파수 변화값은 현저한 용량 변화를 야기하지 않고 대체로 5%보다 낮다. 이 경우에, 상기 피스톤의 작동이 상기 공진 주파수의 변화를 수반하도록, 상기 시스템에 필요한 조작이 예견될 것이다. 주파수 조절 이용의 예들은 WO/2005/071265 및 WO/2004/063569 특허들에서 찾을 수 있고, 이들의 상세한 설명은 참고로서 본 명세서에 통합된다.

이런 방법으로 상기 시스템을 구성함으로써, 가변 피스톤 스트로크를 갖기 위해 작동되는 선형 컴프레서에 있어서 대체로 11 내지 15%의 효율 손실의 문제를 끝낼 뿐만 아니라, 냉각 폐회로 내의 냉각 유체의 역류 문제를 막는다. 냉각 유체의 역류가 없는 이 상황을 달성하기 위해, 적절한 방식으로 상기 선형 컴프레서(10)의 온-타임 t_L 및 오프-타임 t_D를 제어해야만 한다. 이 목적을 위해, 어떤 구조적인 특성들이 각각의 냉각 폐회로 특유의 것인지를 알아야하고, 증발 압력 P_E 및 응축 압력 P_C의 균등화 시간이 얼마인지를 결정하고, 발생하는 상술한 압력 균등화를 위해 필요한 시간보다 더 긴 시간 동안 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼지는 것을 막도록 컴프레서 제어 시스템을 디자인해야한다. 다시 말해서, 선형 컴프레서 제어 시스템은, 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에 증발 압력 P_E와 응축 압력 P_C가 같아지는데 필요한 시간보다 짧은 오프-타임 t_D를 갖도록 설정된 전자 회로(50)를 가져야만 한다.

전형적인 작동값 사이에서, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 통상적인 컴프레서 또는 심지어 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같은 용량 가변형 컴프레서의 경우의 반응에서, 온-타임 t_L과 오프-타임 t_D가 수 분 범위 내, 예컨대 통상적인 컴프레서의 경우에는 t_L = 10.5분×t_D = 11.5분; 용량 가변형 컴프레서의 경우에는 t_L = 22.5분×t_D = 11.5분;이라는 것을 알 수 있다(용량 가변형 컴프레서의 경우, 이들 시간은 컴프레서의 회전 속도에 따라 변한다는 것을 고려해야만 한다).

하기 표는 통상적인 컴프레서 및 용량 가변형 컴프레서에서의 보통의 온-타임 t_L 및 오프-타임 t_D의 값을 예시한다:

통상적인 컴프레서		용량 가변형 컴프레서
t_L (분)	t_D (분)	t_L (분)	t_D (분)
5	5	14	25
4	10	18	10
10	17	20	12
10	19	32	14
10	40	58	18
40	40	317	8
46	52
73	52
103	103

대체로 통상적인 컴프레서에서, 온-타임 t_L과 오프-타임 t_D는 보통의 작동 조건동안 약 50%이고, 용량 가변형 컴프레서의 온-타임 t_L과 오프-타임 t_D는 온-타임 t_L의 60% 내지 90% 사이이고, 용량 가변형 컴프레서의 이 시간은 전통적인 작동 모드에서 상기 선형 컴프레서의 온-타임과 유사하다.

따라서, 이 작동 로직과 달리, 본 발명의 가르침에 따라, 상기 선형 컴프레 서는 (수 분이 아니라) 수 초 범위 내에서 켜지고 꺼질 것이고, 대체로 10 내지 15초의 범위 내의 오프-타임 t_D와 온-타임 t_L로 작동한다.

견본으로, 상기 선형 컴프레서(10)의 오프-타임 t_D는 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에, 증발 압력 P_E와 응축 압력 P_C가 서로 같아지는데 필요한 시간의 실질적으로 20% 또는 10%로부터임을 고려할 수 있고, 실질적으로 오프-타임 t_D와 같은 선형 컴프레서(10)의 온-타임 t_L로 작동하는데도 적합할 수 있다.

일반적으로, 상기 오프-타임 t_D는 상기 시스템이 상기 압력들을 균등화시키는 데 걸리는 시간의 20%의 최대값 및 10%의 최소값으로 정의될 수 있고, 이는 20%보다 더 긴 시간은 대체로 압력의 매우 많은 손실을 야기하여, 상기 사이클의 효율을 감소시키며, 10%보다 더 짧은 시간도 상기 효율을 감할 수 있기 때문이다. 이런 방법으로, 이상적인 범위로서, 냉각 시스템에 따라, 실제로 최소값으로서 10초의 시간, 최대값으로서 60초까지 올라갈 수 있는 이들 두 가지 파라미터들 10% 와 20% 사이를 선택해야만 한다.

더 일반적으로, 상기 선형 컴프레서(10)의 온-타임 t_L 및 오프-타임 t_D의 비율은 시스템에 따라 조정되어야만 하고, 상기 오프-타임 t_D는 상기 냉각 시스템에 의해 요구되는 용량에 따라 변해야만 하고, 이는 최소값으로 켜지는 1%로부터 (매우 추운 날, 가열 시스템 없는 집 안, 차고 및 개방된 공간에서) 최대값으로 켜지는 100% (매우 높은 실내 온도, 음식 냉동 등)까지 상승할 수 있다.

본 발명의 선형 컴프레서 제어 시스템의 기능을 실행하기 위해, 상기 온-타임 (t_L) 동안 일정한 피스톤 스트로크 및 일정한 주파수로 바람직하게 작동되는 상기 선형 컴프레서(10)를 온-타임 (t_L)과 오프-타임 (t_D)을 교대하면서, 작동시키는 매개 단계들, 및 상기 증발 압력 P_E와 상기 응축 압력 P_C가 실질적으로 일정하게 유지되도록 상기 온-타임 t_L과 오프-타임 t_D를 조정하는 단계를 갖고, 상기 오프-타임 t_D가 상기 선형 컴프레서(10)를 끈 후에 상기 증발 압력 P_E 와 응축 압력 P_C가 서로 균등화되는데 필요한 시간보다 더 짧아야만 된다는 사실을 고려한 방법을 예견한다.

본 발명의 이점들 중에, 선형 컴프레서(10)가 일정한 주파수 및 스트로크로 동작될 수 있다는 사실을 지적한다. 이 목적을 위해, 선형 컴프레서 제어 시스템은 단속적으로 상기 선형 컴프레서(10)를 작동할 필요가 있고, 이는 상기 과정을 더 쉽게 만들고, 본 발명의 제조 비용 및 제어를 더 낮게 만든다.

게다가, 본 발명의 가르침에 따라, 냉각될 환경 내부의 평균 온도 T_M을 제어한 결과는 최소값을 갖고, 증발 압력 P_E와 응축 압력 P_C에 있어서 최소 변화가 발생한다. 상기 선형 컴프레서의 용량은, 현실적으로 알려진 시스템으로 불가능한, 본 발명의 가르침에 따라, 0 부터 100%까지 바꾸기 위해 조절될 수 있기 때문에, 평균 온도 T_M 값의 제어를 통해 또한 달성될 수 있다.

바람직한 실시예가 설명되었고, 본 발명의 범위는 다른 가능한 변화들을 포 함하며, 가능한 동등물을 포함한 첨부된 청구항의 요지에 의해서만 제한된다는 것이 이해될 것이다.

Claims

전기 모터(7)를 통해 실린더(4) 및 피스톤(5)을 포함한 선형 컴프레서(10)를 제어하는 전자 회로(50)를 포함하는 선형 컴프레서 제어 시스템으로서,

상기 피스톤은, 상기 실린더(4) 내부에 배치되고 상기 전기 모터(7)에 의해 구동되며 상부 데드 엔드(TDE; top dead end) 및 하부 데드 엔드(BDE; bottom dead end) 사이의 피스톤 스트로크에 따라 상기 실린더(4) 내에서 축 방향으로 이동하며, 상기 TDE 가까이에 배치된 압축 챔버 (C) 내부의 유체를 압축하며,

상기 전자 회로(50)는 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 내내, 온-타임 (t_L)과 오프-타임 (t_D)을 통해 단속적으로 상기 전기 모터(7)를 제어하고,

상기 전자 회로(50)는 상기 전기 모터(7)를 작동시키고, 일정한 피스톤 스트로크를 유지하여, 상기 전자 회로(50)가 상기 온-타임 (t_L) 동안 작동을 위해 상기 전기 모터(7)를 제어하는 동안, 일정한 압축 용량을 발생시키며,

상기 선형 컴프레서(10)의 작동 시간 내내 실질적으로 일정한 압축 용량을 유지하기 위해, 상기 전자 회로(50)가 상기 온-타임 (t_L) 및 오프-타임(t_D)을 제어할 수 있도록 상기 시스템이 설정되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전자 회로(50)는 일정한 주파수로 상기 전기 모터(7)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)는 증발기 및 응축기를 포함한 냉각 폐회로에 결합되며, 상기 압축 챔버 (C) 내의 압축된 유체는 상기 냉각 폐회로 내로 배출되고, 상기 증발기 내부에 증발 압력 (P_E) 및 상기 응축기 내부에 응축 압력(P_C)를 발생시키며, 상기 증발 압력(P_E) 및 상기 응축 압력(P_C)은 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 시간 내내 컴프레서 용량의 온-타임 (t_L)의 평균값을 통해 상기 선형 컴프레서(10)의 작동 내내 일정한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에, 상기 증발 압력 (P_E)과 상기 응축 압력 (P_C)이 서로 균등화되는데 필요한 시간보다 상기 오프-타임(t_D)이 더 짧도록, 상기 전기 모터(7)가 상기 전자 회로(50)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제4항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)의 오프-타임 (t_D)은 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에 상기 증발 압력 (P_E)과 상기 응축 압력(P_C)이 서로 균등화되는데 필요한 시간의 실질적으로 20%인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제5항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)의 오프-타임 (t_D)은 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에 상기 증발 압력 (P_E)과 상기 응축 압력(P_C)이 서로 균등화되는데 필요한 시간의 실질적으로 10%인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제6항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)의 온-타임 (t_L)은 상기 오프-타임 (t_D)과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제7항에 있어서,

상기 오프-타임 (t_D) 및 상기 온-타임 (t_L)은 수 초의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
제8항에 있어서,

상기 오프-타임 (t_D) 및 상기 온-타임 (t_L)은 약 15초인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
실린더(4) 및 피스톤(5)을 포함하는 선형 컴프레서(10)를 제어하는 선형 컴프레서 제어 방법으로서,

상기 피스톤(5)은 압축 챔버(C) 내에 유체를 포함하고, 냉각 폐회로 내로 상기 유체를 배출시켜 증발기 내부에 증발 압력 (P_E) 및 응축기 내부에 응축 압력 (P_C)을 발생시키되,

상기 방법은,

온-타임 (t_L) 동안 일정한 피스톤 스트로크로 작동되는 상기 선형 컴프레서(10)를 온-타임 (t_L)과 오프-타임 (t_D)을 교대하면서, 단속적으로 작동시키는 단계,

상기 증발 압력 (P_E)과 상기 응축 압력 (P_C)이 실질적으로 일정하도록, 상기 온-타임 (t_L)과 상기 오프-타임 (t_D)을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제10항에 있어서,

상기 단속적으로 선형 컴프레서(10)를 작동시키는 단계에서, 상기 전기 모 터(7)는 일정한 주파수로 작동되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제11항에 있어서,

상기 오프-타임 (t_D)은, 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에, 상기 증발 압력 (P_E)과 상기 응축 압력 (P_C)이 서로 균등화하는데 필요한 시간보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제12항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)의 상기 오프-타임 (t_D)은, 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에, 상기 증발 압력 (P_E)과 상기 응축 압력 (P_C)이 서로 균등화하는데 필요한 시간의 실질적으로 20%인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제12항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)의 상기 오프-타임 (t_D)은, 상기 선형 컴프레서(10)가 꺼진 후에, 상기 증발 압력 (P_E)과 상기 응축 압력 (P_C)이 서로 균등화하는데 필요한 시간의 실질적으로 10%인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제14항에 있어서,

상기 선형 컴프레서(10)의 상기 온-타임 (t_L)은 상기 오프-타임 (t_D)과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제15항에 있어서,

상기 오프-타임 (t_D) 및 상기 온-타임 (t_L)은 수 초의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제16항에 있어서,

상기 오프-타임 (t_D) 및 상기 온-타임 (t_L)은 약 15초인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
제1항 내지 제9항에 정의된 것과 같은 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서(10).