KR20110112533A - 산업용 냉각기의 온도제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계, 정밀가공기계 등과 같이 각종 산업의 생산 공정에 사용되는 산업기계의 가공부위에 발생하는 열 부하를 오일을 이용하여 냉각시키기 위해 사용되는 산업용 냉각기의 냉각유 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 압축기를 포함하는 냉각기의 온도제어 시스템에 있어서, 상기 압축기의 출구와 증발기의 입구 사이에는 토출가스 바이패스 밸브가 연결 설치되고, 상기 토출가스 바이패스 밸브가 설치된 냉각기에는 냉각유체의 온도를 제어하기 위한 온도제어부가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

산업용 냉각기의 온도제어 시스템{Temparature control system for the industrial cooler}
본 발명은 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계, 정밀가공기계 등과 같이 각종 산업의 생산 공정에 사용되는 산업기계의 가공부위에 발생하는 열 부하를 오일을 이용하여 냉각시키기 위해 사용되는 산업용 냉각기의 냉각유 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 최첨단 산업기계의 제품생산 공정이 점차 고속화, 자동화, 정밀화가 되어감에 따라 모든 산업기계에서 절전기능, 생산성, 고품질과 더불어 친환경 장비에 이르기까지 다양한 기술개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 산업기계의 초고속화 및 초정밀화로 인해 구동장치계, 열교환장비, 금형, 제품냉각 등에 필수적으로 열변형방지를 위한 정밀냉각기의 필요성이 요구되고 있다.
현대식 생산시스템에서는 과거와는 달리 높은 절연삭 속도와 이송속도가 가공장비 내에서 빈번히 발생되어 공작물과 가공위치에서 상당한 발열이 야기되며, 또한 고속이송에 따른 안내면에서의 마찰로 인해 발생되는 열이 구조물에 전달되어 구조물은 심하게 변형을 일으키게 된다.
이러한 공작기계의 고속화 기술로 인해 구동장치 계에 열을 발생시키고, 이렇게 발생한 열은 공작기계 구조물에 퍼지면서 불균일한 온도 분포를 생성시키고 공작기계 부품의 열변형을 초래하여 그 결과로 가공정밀도 및 기계 신뢰성에 큰 저해요인이 되고 있다.
이와 같은 공작기계 내에서의 불규칙한 발열을 억제하기 위한 방법으로 공작기계의 고속운동 부위인 주축과, 볼스크류 및 가이드 웨이(Guide way) 등에는 오일냉각기나 수냉각기와 같은 냉각기가 사용된다.
이 중에서도 오일냉각기는 공작기계의 구동부의 유압작동유나 절삭유를 일정한 온도로 유지시켜주는 것으로 열변형을 최소화하여 가공정밀도를 향상시키고 고속가공을 가능하게 하는 장점이 있다.
일반적으로 오일냉각기를 이용한 공작기계의 냉각은 주축에서 발열량의 변화에 관계없이 오일탱크의 일정한 저온오일을 주축에 공급함으로써 주축의 온도를 어느 범위 내에서 유지하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 이와 같은 냉각방법은 주축의 온도를 일정하게 유지하는데 한계가 있어 주축의 부하조건에 따라서 온도가 상승 또는 하강하여 구조물이 열변형이 발생하는 문제점이 있다.
공작기계의 주축은 운전조건에 따라 발열로 인해 온도가 급격하게 변화되기 때문에 이에 따른 냉각오일의 온도를 최적상태로 조절하여 주축을 통과하는 냉각오일이 발열상황에 따라 능동적으로 냉각될 수 있는 온도제어가 매우 중요한 요소라고 할 수 있다.
기존의 공작기계 냉각기에 적용되었던 제어방식은 원하는 온도를 얻기 위하여 압축기를 온-오프(on-off)시키는 온-오프 제어방식이 대부분이다.
하지만, 온-오프 제어방식은 시간에 따라 연속적으로 변하는 부하에 적절히 대응하지 못해 정밀한 온도제어가 불가능하고, 가동 및 정지를 반복함으로써 소비젼력의 증가와 압축기 수명을 단축시킬 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 온-오프 제어방식은 오일의 온도특성으로 응답성이 늦고, 오버슛으로 인해 안정화 시간이 오래 걸린다는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압축기의 가동 및 정지시 발생되는 기동 토오크에 의한 소비전력 증가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 외부 열부하 변동에 시시각각으로 대응함으로써 정밀 온도 제어가 가능한 산업용 냉각기의 온도제어 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 냉각유 오일온도를 제어하기 위해 토출가스 바이패스 방식을 이용하여 압축기로부터 배출되는 냉각유체의 출구온도 편차를 감소시키고 설정온도에 대한 응답성을 단축시킬 수 있는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
응축기, 팽창밸브, 증발기 및 압축기를 포함하는 냉각기의 온도제어 시스템에 있어서, 상기 압축기의 출구와 증발기의 입구 사이에는 토출가스 바이패스 밸브가 연결 설치되고, 상기 토출가스 바이패스 밸브가 설치된 냉각기에는 냉각유체의 온도를 제어하기 위한 온도제어부가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 토출가스 바이패스 밸브는 스테핑 모터가 구비된 전자팽창밸브인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도제어부는 전원공급을 위한 파워컨트롤부와, 냉각유체의 온도를 감지하여 토출가스 바이패스 밸브의 개도를 조절하는 온도조절부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 온도제어부는 냉각유체의 현재온도와 설정온도를 표시하고, 토출가스 바이패스 밸브의 개도를 수동으로 조절할 수 있도록 하는 디스플레이 및 조작부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 온도조절부는 전자팽창밸브에 구비된 스테핑 모터를 구동시키는 스테핑 모터 구동부와, 압축기 출구의 냉매 온도 측정을 위한 온도측정부와, 상기 온도측정부로부터 측정된 압축기 출구의 냉매 온도에 따라 스테핑 모터 구동부를 제어하는 피엘씨(PLC) 및 교류전압을 직류전압으로 전환시키는 파워서플라이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도측정부는 압축기의 출구에 설치되는 열전대와, 상기 열전대에 의해 측정된 저항값을 온도로 변환시키는 온도변환기로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피엘씨는 비례 제어기, 비례적분 제어기 및 비례적분 제어기와 퍼지제어를 결합한 제어기 중 어느 하나에 의해 스테핑 모터 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 냉각기를 구성하는 압축기의 출구와 증발기의 입구 사이에는 토출가스 바이패스 밸브를 설치함으로써 압축기로부터 배출되는 냉각유체의 출구온도 편차를 감소시키고 설정온도에 대한 응답성을 단축시킬 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 증발기의 부하에 관계없이 압축기를 연속적으로 운전할 수 있도록 하여 압축기의 가동 및 정지시 발생되는 기동 토오크에 의한 소비전력 증가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 외부 열부하 변동에 시시각각으로 대응함으로써 정밀 온도 제어가 가능한 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 사용되는 냉각기의 구성요소를 개념적으로 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템을 개념적으로 나타낸 개념도.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 중 디스플레이 및 조작부의 실시예를 나타낸 평면도.
도 4는 도 2에 나타낸 본 발명 중 온도조절부를 세부적으로 나타낸 구성도.
도 5는 도 2에 나타낸 본 발명 중 토출가스 바이패스 밸브의 일실시예인 전자팽창밸브의 구성을 나타낸 구성도.
도 6의 (a),(b)는 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 의한 제어온도 변화특성을 종래의 방식과 비교하여 나타낸 그래프.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에서 비례적분 제어기와 퍼지제어를 결합한 제어방법에 의해 온도제어를 수행한 결과를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 사용되는 냉각기의 구성요소를 개념적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템을 개념적으로 나타낸 개념도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 중 디스플레이 및 조작부의 실시예를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 2에 나타낸 본 발명 중 온도조절부를 세부적으로 나타낸 구성도이며, 도 5는 도 2에 나타낸 본 발명 중 토출가스 바이패스 밸브의 일실시예인 전자팽창밸브의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 6의 (a),(b)는 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 의한 제어온도 변화특성을 종래의 방식과 비교하여 나타낸 그래프이며, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에서 비례적분 제어기와 퍼지제어를 결합한 제어방법에 의해 온도제어를 수행한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 공작기계, 정밀가공기계 등과 같이 각종 산업의 생산 공정에 사용되는 산업기계의 가공부위에 발생하는 열 부하를 오일을 이용하여 냉각시키기 위해 사용되는 산업용 냉각기(100)의 냉각유 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 관한 것으로, 그 구성은 크게 냉각기(100)와 냉각기(100)의 내측에 설치되는 토출가스 바이패스 밸브(hot-gas bypass valve)(200) 및 온도제어부(300)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 먼저 상기 냉각기(100)는 공작기계, 정밀가공기계 등과 같이 각종 산업의 생산 공정에 사용되는 산업기계의 가공부위에 발생하는 열 부하를 오일을 이용하여 냉각시키기 위해 사용되는 것으로, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 응축기(110), 수액기(120), 팽창밸브(130), 증발기(140) 및 압축기(150)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 구성들을 통해 냉매를 순환시킴으로써 산업기계의 가공부위에 발생되는 열 부하를 냉각시킬 수 있게 되는데, 상기 구성들은 현재 일반적으로 사용되고 있는 냉각기(100)의 구성요소들과 동일하므로 각각의 세부적인 구성 및 작용효과 등에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하겠다.
다음, 상기 토출가스 바이패스 밸브(200)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 압축기(150)의 출구와 증발기(140)의 입구 사이에 연결 설치되어 압축기(150)에서 압축된 고온·고압의 냉매(토출가스)를 증발기(140)의 입구로 바이패스 시킴으로써 저온·저압의 냉매와 혼합시키는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기와 같이 토출가스 바이패스 밸브(200)에 의해 고온·고압의 냉매를 바이패스시킴으로써 증발기(140)의 온도는 상승하게 되고, 냉각능력은 감소하게 되므로 토출가스 바이패스 밸브(200)의 개도를 제어하여 증발기(140)의 냉각능력을 조절함으로써 냉각기(100)의 온-오프작업 없이도 냉각오일의 온도를 제어할 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 토출가스 바이패스 밸브(200)로는 스테핑 모터(210)에 의해 구동되는 전자팽창밸브(EEV; Electronic Expansion Valve)(200)를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 전자팽창밸브(200)가 스테핑 모터(210)에 의해 구동되므로 제어가 용이하고, 수동 및 자동으로의 전환이 용이할 뿐만 아니라 정밀한 구동이 가능하여 신뢰성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
본 발명에 사용되는 전자팽창밸브(200)는 도 5에 나타낸 바와 같이 구성되는데, 그 구성에 대해 간략히 설명하면 스테핑 모터(210)의 구동에 의해 고정자(202)가 회전자(204)를 시계 방향이나 반시계 방향으로 회전시키면 마찰이 작은 나사산을 갖는 니들(206)이 상,하로 이동하면서 전자팽창밸브(200)의 개도량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 토출가스 바이패스 밸브(200)가 설치된 냉각기(100)에는 냉각유체의 온도를 제어할 수 있도록 하는 온도제어부(300)가 연결 설치되는데, 상기 온도제어부(300)는 크게 파워컨트롤부(310)와 온도조절부(320)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 파워컨트롤부(310)는 외부로부터 전원을 공급받아 냉각기(100) 및 온도제어부(300)의 각 구성요소에 전원을 공급해주는 역할을 하는 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 냉각기(100)의 응축기(110)에 구비되는 팬(112)과, 토출가스 바이패스 밸브(200), 압축기(150) 및 냉각유체를 순환시키기 위한 순환펌프(미도시)에 전원을 공급하게 되고, 후술할 온도조절부(320)에도 전원을 공급하게 된다.
이때, 상기 파워컨트롤부(310)는 응축기(110)에 구비되는 팬(112)의 회전속도를 제어할 수 있도록 구성할 수도 있는데, 이는 응축기(112)의 입/출구에 각각 압력센서(미도시)를 설치하고, 상기 압력센서에서 측정되는 압력 중 고압측 압력을 감지하여 팬(112)의 회전속도 즉, 회전수를 제어하게 되는 것이다.
따라서, 상기와 같은 팬(112)의 회전속도 제어에 의해 응축압력을 안정화시키고 팽창밸브(130) 입구에서 냉매의 과냉각도를 유지시킬 수 있어 냉각시스템을 안정화시킬 뿐만 아니라, 보다 정밀한 온도제어가 가능하게 된다.
다음, 상기 온도조절부(320)는 후술할 온도측정부(324)에 의해 측정되는 냉각유체의 온도를 감지하여 토출가스 바이패스 밸브(200), 즉 전자팽창밸브(200)의 개도량을 조절하는 역할을 하는 것으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 스테핑 모터 구동부(322), 온도측정부(324), 피엘씨(PLC; Programmable Logic Controller)(326) 및 파워서플라이(328)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 스테핑 모터 구동부(322)는 파워컨트롤부(310)로부터 전원을 공급받아 전자팽창밸브(200)에 구비된 스테핑 모터(210)를 구동시키는 역할을 하는 것으로, 피엘씨(326)의 제어에 의해 정방향 또는 역방향으로 0~500스텝까지 구동이 가능하여 전자팽창밸브(200)의 개도를 정밀하게 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 온도측정부(324)는 압축기(150) 출구로 토출되는 냉매(토출가스)의 온도를 측정함으로써 실제 냉매의 온도를 제어하고자 하는 설정온도와 비교할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 열전대(thermo couple)(324a)와 온도변환기(324b)로 구성된다.
즉, 상기 열전대(324a)는 압축기(150)의 출구에 설치되어 냉매 온도의 변화에 따라 저항값이 변하도록 하는 것이고, 상기 온도변환기(324b)는 열전대(324a)에 연결 설치되어 열전대(324a)에서 나타나는 저항값을 측정하여 온도로 변환시키는 역할을 하게 된다.
다음, 상기 피엘씨(326)는 기존에 사용하던 제어반(Control panel) 내의 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 IC, 트랜지스터 등의 반도체 소자로 대체시켜 기본적인 시퀀스 제어 기능에 연산 기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하도록 한 범용 제어장치를 뜻하는 것으로, 상기 온도측정부(324)로부터 측정된 압축기(150) 출구의 냉매 온도에 따라 스테핑 모터 구동부(322)를 제어함으로써 전자팽창밸브(200)의 개도량을 조절할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 피엘씨(326)는 비례 제어기(Proportional controller), 비례적분 제어기(Proportional-integral controller) 및 비례적분 제어기와 퍼지제어(Fussy control)를 결합한 제어기 중 어느 하나의 방법으로 스테핑 모터 구동부(322)를 제어하게 되는데, 상기 비례 제어기는 기준신호와 피드백신호 사이의 차인 오차신호에 적당한 비례상수 이득을 곱해서 제어신호를 만들어내는 것으로 제어시스템의 구현이 용이하다는 장점이 있고, 상기 비례적분 제어기는 오차신호를 적분하여 제어신호를 만들어내는 적분제어를 비례제어와 병렬로 연결하여 사용하는 것으로 제어이득조정이 비교적 쉬우면서도 제어성능이 우수하다는 장점이 있으며, 퍼지제어는 전문가의 제어 지식을 언어적인 형태로 기술한 제어 규칙을 토대로 하여 제어기가 작동하도록 하는 것으로 수학적인 모델링이 필요없고, 전문가의 지식으로 비선형 시스템이나 제어 변수가 많은 시스템에 대한 제어가 용이한 장점이 있다.
상기와 같은 제어기법들은 종래부터 사용되고 있는 것이고, 본 발명에서 그 세부적인 내용을 청구하고자 하는 것이 아니므로 상기 제어기법들에 대한 전달함수를 포함한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 상기 피엘씨(326)는 위와 같은 제어기법들을 통해 스테핑 모터 구동부(322)에 제어신호를 보내게 되는데, 이러한 제어기법들은 TRILOGI 프로그램을 통해 프로그램화되어 컴퓨터(327)를 이용하여 피엘씨(326)에 입력된다.
다음, 상기 파워서플라이(328)는 외부 또는 파워컨트롤부(310)로부터 들어오는 220V의 교류 전류를 피엘씨(326) 및 스테핑 모터 구동부(322)에서 안정적으로 사용할 수 있도록 24V의 직류로 변환하여 공급하는 역할을 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 온도조절부(320)의 작동과정을 간략히 소개하면 다음과 같다.
먼저, 압축기(150) 출구에 설치된 열전대(324a)는 냉각유체의 온도변화에 따라 저항값에 변화가 일어나게 되고, 열전대(324a)에 연결 설치된 온도변환기(324b)에서는 이러한 저항값을 측정하여 온도로 변환시킨 후 변환된 온도값을 피엘씨(326)로 전송한다.
상기 피엘씨(326)는 컴퓨터(327)로부터 TRILOGI 프로그램을 통해 프로그램화된 비례 제어기, 비례적분 제어기 및 비례적분 제어기와 퍼지제어를 결합한 제어기 중 어느 하나의 방법을 입력받아 전송된 온도값에 따른 펄스값을 계산하여 스테핑 모터 구동부(322)로 펄스신호를 전송한다.
펄스신호를 받은 스테핑 모터 구동부(322)는 1펄스당 1스텝으로 스테핑 모터(210)를 구동시키게 되는데, 본 발명에서 토출가스 바이패스 밸브(200)로 사용되는 전자팽창밸브(200)는 0~500스텝으로 구동이 가능하므로 1스텝당 스테핑 모터(210)는 0.72도 만큼 회전하게 된다. 즉, 0스텝은 전자팽창밸브(200)가 완전히 닫힌 경우로, 압축기(150) 출구로 토출되는 토출가스가 바이패스 되지 않게 되고, 500스텝인 경우에는 전자팽창밸브(200)가 완전히 열리게 되어 토출가스가 응축기(140)로 이동하지 않고 전량 바이패스된다.
한편, 상기 온도제어부(300)는 디스플레이 및 조작부(330)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 디스플레이 및 조작부(330)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉각유체의 현재온도와 설정온도를 표시하는 역할을 함과 동시에, 설정버튼(332)을 통해 토출가스 바이패스 밸브(200)의 개도량을 수동 또는 자동으로 조절할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템을 이용한 냉각유체의 온도변화 특성을 종래의 압축기 on-off 방식에 의한 냉각유체의 온도변화 특성과 비교하여 도 6의 (a),(b)에 나타내었다.
도 6의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 압축기(150)로부터 토출되는 토출가스를 제어한 경우 종래의 on-off 방식에 비해 목표 온도에 정확히 수렴되어 보다 정밀한 온도제어가 가능함을 확인할 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 9에는 피엘씨(326)에 의한 온도제어방법 중 비례적분 제어기(PI제어)와 퍼지(fussy)제어를 결합한 제어방법을 적용하여 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템을 적용시킨 시험결과를 나타낸 것으로, 먼저 도 7은 외부부하 2kW에 외기온도 30℃를 적용하였을 때의 실험결과를 나타낸 것으로,
Figure pat00001
값과
Figure pat00002
값은 각각 PI제어에서의 비례상수와 적분계수를 나타낸다.
이때, 상기
Figure pat00003
값과
Figure pat00004
값은, 지글러-니콜스(Ziegler-Nichols)의 계단응답법과 임계진동법에 의해 구해진 값으로 계수를 조정하여 선정하였으며,
Figure pat00005
값이 417인 경우
Figure pat00006
값의 2배 차이에 따른 결과를 보여준다.
즉, 실험결과를 살펴보면, 제어결과 목표온도를 25℃ 하였을 때,
Figure pat00007
값이 4.17인 경우, 0.61℃의 오버슈트(overshoot)가 발생하였고, 0.1℃의 오차가 발생하였다. 또한,
Figure pat00008
값이 2.08인 경우 오버슈트가 발생하지 않았으며 0.2℃의 오차가 발생하였다.
또한, 도 8은 도 7과 동일한 제어조건에서 외부부하를 3kW로 하였을 때의 실험결과를 나타낸 것으로, 제어결과
Figure pat00009
값이 4.17인 경우 1.18℃의 오버슈트가 발생하였고,
Figure pat00010
값이 2.08인 경우 0.50℃의 오버슈트와 0.1℃의 오차가 발생하였다.
따라서,
Figure pat00011
값을 2.08로 하는 경우
Figure pat00012
값을 4.17로 하는 경우보다 오버슈트가 적게 발생하여 안정적인 제어가 가능하므로 2.08이 보다 좋은 제어변수임을 확인할 수 있다.
또한, 도 9는 도 7 및 도 8과 같은 제어조건에서
Figure pat00013
인 경우, 외부부하를 2kW에서 갑자기 3kW로 변화시키는 경우의 실험 결과를 나타낸 것으로, 부하 변동시 약간의 진동이 생기다가 시간이 지나면 다시 수렴하는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 상기와 같은 시험 결과 비례적분 제어기(PI제어)와 퍼지(fussy)제어를 결합한 제어방법을 본 발명에 적용한 경우, 목표온도에 상당히 근접한 제어결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 의하면 냉각기(100)를 구성하는 압축기(150)의 출구와 증발기(140)의 입구 사이에는 토출가스 바이패스 밸브(200)를 설치함으로써 압축기(150)로부터 배출되는 냉각유체의 출구온도 편차를 감소시키고 설정온도에 대한 응답성을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증발기(140)의 부하에 관계없이 압축기(150)를 연속적으로 운전할 수 있도록 하여 압축기(150)의 가동 및 정지시 발생되는 기동 토오크에 의한 소비전력 증가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 외부 열부하 변동에 시시각각으로 대응함으로써 정밀 온도 제어가 가능하게 되는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 토출가스 바이패스 밸브(200)의 설치위치를 변경하거나, 파워컨트롤부(310)와 파워서플라이(328)의 구성을 하나의 구성으로 통일하여 사용할 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계, 정밀가공기계 등과 같이 각종 산업의 생산 공정에 사용되는 산업기계의 가공부위에 발생하는 열 부하를 오일을 이용하여 냉각시키기 위해 사용되는 산업용 냉각기의 냉각유 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템에 관한 것이다.
100 : 냉각기 110 : 응축기
112 : 팬 120 : 수액기
130 : 팽창밸브 140 : 증발기
150 : 압축기
200 : 토출가스 바이패스 밸브(전자팽창밸브)
202 : 고정자 204 : 회전자
206 : 니들(needle) 210 : 스테핑 모터
300 : 온도제어부 310 : 파워컨트롤부
320 : 온도조절부 322 : 스테핑 모터 구동부
324 : 온도측정부 324a : 열전대
324b : 온도변환기 326 : 피엘씨(PLC)
327 : 컴퓨터 328 : 파워서플라이
330 : 디스플레이 및 조작부 332 : 설정버튼

Claims (7)

  1. 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 압축기를 포함하는 냉각기의 온도제어 시스템에 있어서,
    상기 압축기의 출구와 증발기의 입구 사이에는 토출가스 바이패스 밸브가 연결 설치되고,
    상기 토출가스 바이패스 밸브가 설치된 냉각기에는 냉각유체의 온도를 제어하기 위한 온도제어부가 연결 설치된 것을 특징으로 하는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 토출가스 바이패스 밸브는 스테핑 모터가 구비된 전자팽창밸브인 것을 특징으로 하는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 온도제어부는 전원공급을 위한 파워컨트롤부와, 냉각유체의 온도를 감지하여 토출가스 바이패스 밸브의 개도를 조절하는 온도조절부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 온도제어부는 냉각유체의 현재온도와 설정온도를 표시하고, 토출가스 바이패스 밸브의 개도를 수동으로 조절할 수 있도록 하는 디스플레이 및 조작부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 온도조절부는 전자팽창밸브에 구비된 스테핑 모터를 구동시키는 스테핑 모터 구동부와, 압축기 출구의 냉매 온도 측정을 위한 온도측정부와, 상기 온도측정부로부터 측정된 압축기 출구의 냉매 온도에 따라 스테핑 모터 구동부를 제어하는 피엘씨(PLC) 및 교류전압을 직류전압으로 전환시키는 파워서플라이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 온도측정부는 압축기의 출구에 설치되는 열전대와, 상기 열전대에 의해 측정된 저항값을 온도로 변환시키는 온도변환기로 구성된 것을 특징으로 하는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 피엘씨는 비례 제어기, 비례적분 제어기 및 비례적분 제어기와 퍼지제어를 결합한 제어기 중 어느 하나에 의해 스테핑 모터 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 산업용 냉각기의 온도제어 시스템.
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