KR102613267B1 - 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템 - Google Patents

에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 관한 것으로, 발명에 의하면, 피시험물이 놓여지는 챔버(10s)가 형성되어 있는 항온기(10)와, 상기 항온기(10)의 챔버(10s)로 냉기를 공급하는 냉동기(20)와, 상기 냉동기(20)를 출력 및 냉매량을 제어하여 챔버(10s)의 온도를 제어하기 위한 컨트롤러(30)를 포함하여 구성되고, 상기 냉동기(20)는, 압축기(211)와 응축기(212)와 EEV(213)와 증발기(214)와 인버터(210)를 포함하여 구성되고, 상기 항온기(10)의 챔버(10s)의 현재온도(Tc)를 기초로, 상기 EEV(213)의 밸브개도를 제어하기 위한 개도율 제어신호를 생성하고, 상기 압축기(211)의 출력(Hz)을 제어하기 위한 인버터 제어신호를 생성하는 컨트롤러(30)를 포함하여 구성되고, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 EEV(213)로 개도율 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 인버터(210)로 인버터 제어신호를 출력함으로써, 항온기(10)의 챔버(10s)로 공급되는 냉매량과 냉동기의 출력(Hz)을 동시에 제어하여서 챔버(10s)의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템{Energy-saving thermostat temperature control system}
본 발명은 항온기에 관한 것으로, 특히 냉동기에서 제공되는 냉매량과 냉동기의 출력을 동시에 제어함으로써 에너지를 절감할 수 있도록 하기에 적당하도록 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 항온기는 예컨대 시료를 챔버 내부에 재치한 상태에서 챔버 내부에 있는 시료에 대하여 각종 테스트를 수행하기 위하여 필요한 장비로서, 항온기의 챔버는 항상 일정한 온도를 유지하여야 한다.
항온기의 챔버를 일정한 온도로 유지하기 위하여 열을 제공하여 챔버 내부를 히팅시키는 히터와, 챔버 내부에 냉기를 공급하여 쿨링(cooling)하는 냉동기를 구비하여서 냉동기와 히터의 적절한 운전을 통해서 수행한다.
문헌1: 등록특허공보 제10-1671604호(공고일: 2016.11.01) 문헌2: 등록특허공보 제10-0708555호(공고일: 2007.04.18)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템의 목적은,
첫째, 하나의 제어변수인 온도만에 의해서 항온기를 제어할 수 있도록 하여서 항온기의 제어를 간단하게 수행할 수 있도록 하며,
둘째, 냉동기의 EEV(Electric Expension Valve)의 개도 제어에 의한 냉매량 제어와 인버터에 의한 냉동기의 출력을 동시에 제어함으로써 최적의 항온기 온도 제어에 의해서 항온기 운전시의 에너지를 절약할 수 있도록 하며,
셋째, 항온기에 구비된 냉동기(20)의 출력을 제어하고 동시에 팽창밸브 개도율을 제어하여 냉동기(20)의 소비 전력 및 과도한 히터 사용에 따른 전력소모를 줄여서 항온기의 전력에너지를 절약할 수 있도록 하며,
넷째, 냉매량 조절은 챔버 현재온도와 저압 냉매관의 검출 온도 및 압력만에 의해서 제어하고, 인버터 제어는 챔버 현재온도와 챔버목표온도로 분리하여 제어함로써 정밀하며 신뢰성 있는 항온 제어를 수행할 수 있도록 하며,
다섯째, 챔버의 현재온도에 따른 과열도를 설정하고, 이 과열도에 따라서 저압 냉매관의 포화온도를 산출하며, 이 산출한 포화온도에서의 압력값을 기반으로 하여 냉매량을 조절함으로써, 정확하고 신뢰성 있는 항온 제어가 가능하도록 하며,
여섯째, 어떤 설정된 온도(모드구분 온도)를 기준으로 그 설정된 온도(모드구분 온도)의 이하에서는 과열도를 기반으로 챔버 온도의 제어를 수행하고, 그 기준온도보다 큰 온도에서는 설정된 압력을 기반으로 온도 제어를 수행함으로써, 특정 온도보다 큰 온도에서 과열도 편차가 지나치게 커서 과열도에 의한 제어에 신뢰성이 담보될 수 없어서 항온기의 항온 제어에 어려움이 있고, 또한 특정 온도인 모드구분 온도보다 큰 온도에서의 압력 고정식 제어에 의해서 편리하게 항온 제어를 수행할 수 있도록 하며,
일곱째, 인버터 및 EEV 제어에 의해서 구간별 최적의 전력량으로 제어를 함으로써 냉동기 전력량 및 히터 전력량을 최적으로 사용할 수 있어서 확실한 에너지 세이빙을 구현할 수 있도록 하며,
여덟째, 과열도 기반으로 압력 제어를 수행하되, 온도구간 별로 과열도값을 서로 달리하여 설정함으로써, 압축기의 효율적 구동에 의한 압축기를 안정적으로 보호할 수 있도록 하고(즉, 압축기에서의 상당한 고온의 열발생 방지 및 액 유입을 방지하여 압축기의 고장을 예방할 수 있도록 하고), 또한 압축기의 최고의 성능을 발휘할 수 있도록 하여 에너지 세이빙을 구현할 수 있는 효과를 구현할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템은, 피시험물이 놓여지는 챔버가 형성되어 있는 항온기와, 상기 항온기의 챔버로 냉기를 공급하는 냉동기와, 상기 냉동기를 출력 및 냉매량을 제어하여 챔버의 온도를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하여 구성되고, 상기 냉동기는, 압축기와 응축기와 EEV와 증발기와 인버터를 포함하여 구성되고, 상기 컨트롤러는, 상기 항온기의 챔버의 현재온도를 기초로, 상기 EEV의 밸브개도를 제어하기 위한 개도율 제어신호를 생성하고 상기 압축기의 출력(Hz)을 제어하기 위한 인버터 제어신호를 생성하며, 상기 컨트롤러는, 상기 EEV로 개도율 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 인버터로 인버터 제어신호를 출력함으로써, 항온기의 챔버로 공급되는 냉매량과 냉동기의 출력을 동시에 제어하여서 챔버의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 하나의 제어변수인 온도만에 의해서 항온기를 제어할 수 있도록 하여서 항온기의 제어를 간단하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 냉동기의 EEV의 개도 제어에 의한 냉매량 제어와 인버터에 의한 냉동기의 출력을 동시에 제어함으로써 최적의 항온기 온도 제어에 의해서 항온기 운전시의 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 항온기에 구비된 냉동기의 출력을 제어하고 동시에 팽창밸브 개도율을 제어하여 냉동기의 소비 전력 및 과도한 히터 사용에 따른 전력소모를 줄여서 항온기의 전력에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 냉매량 조절은 챔버 현재온도와 저압 냉매관의 검출 온도/압력만에 의해서 제어하고, 인버터 제어는 챔버 현재온도와 챔버목표온도로 분리하여 제어함로써 정밀하며 신뢰성 있는 항온 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 챔버의 현재온도에 따른 과열도를 설정하고, 이 과열도에 따라서 저압 냉매관의 포화온도를 산출하며, 이 산출한 포화온도에서의 압력값을 기반으로 하여 냉매량을 조절함으로써, 정확하고 신뢰성 있는 항온 제어가 가능할 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 어떤 설정된 온도(모드구분 온도)를 기준으로 그 설정된 온도(모드구분 온도)의 이하에서는 과열도를 기반으로 챔버 온도의 제어를 수행하고, 그 설정된 온도보다 큰 온도에서는 설정된 압력을 기반으로 온도 제어를 수행함으로써, 그 설정된 온도보다 큰 온도에서는 과열도 편차가 지나치게 커서 과열도에 의한 제어에 신뢰성이 담보될 수 없어서 항온기의 항온 제어에 어려움이 있고, 또한 그 설정된 온도보다 큰 온도에서의 압력 고정식 제어에 의해서 편리하게 항온 제어를 수행는 효과가 있다.
일곱째, 인버터 및 EEV 제어를 하면 구간별 최적의 전력량으로 제어를 함으로써 냉동기 전력량 및 히터 전력량을 최적으로 사용할 수 있어서 확실한 에너지 세이빙을 구현할 수 있는 효과가 있다.
여덟째, 과열도 기반으로 압력 제어를 수행하되, 온도구간 별로 과열도값을 서로 달리하여 설정함으로써, 압축기의 효율적 구동에 의한 압축기를 안정적으로 보호할 수 있는 효과가 있고(즉, 압축기에서의 상당한 고온의 열발생 방지 및 액 유입을 방지하여 압축기의 고장을 예방할 수 있는 효과가 있고), 또한 압축기의 최고의 성능을 발휘할 수 있도록 하여 에너지 세이빙을 구현할 수 있는 효과를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에서의 컨트롤러(30)의 주요부 상세 블록 구성도이다.
도 3은 과열도 제어 온도영역(S1)과 압력 제어 온도영역(S2)의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
다음은 본 발명인 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템은, 피시험물(미도시)이 놓여지는 챔버(10s)가 형성되어 있는 항온기(10)와, 상기 항온기(10)의 챔버(10s)로 냉기를 공급하는 냉동기(20)와, 상기 냉동기(20)를 출력 및 냉매량을 제어하여 챔버(10s)의 온도를 제어하기 위한 컨트롤러(30)를 포함하여 구성되고, 상기 냉동기(20)는, 냉매가스를 고온 고압으로 압축하는 압축기(211)와, 압축기(211)를 통과한 냉매가스를 외기와의 열교환에 의해서 냉매액으로 상변화에 의해서 응축하는 응축기(212)와, 응축기를 통과한 응축된 냉매액을 저온 저압의 액으로 팽창시키는 EEV(Electric Expension Valve)(213)와, EEV(213)를 통과한 냉매액을 실내공기와 열교환하여 냉매가스로 상변화하면서 냉기를 생성하여 챔버로 하는 공급하는 증발기(214)와, 상기 압축기(211)로 인버터 제어신호를 출력하여 압축기의 출력(Hz)을 제어(주파수 제어에 의한 출력을 제어)하는 인버터(210)를 포함하여 구성되고, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 항온기(10)의 챔버(10s)의 현재온도(Tc)를 기초로 상기 EEV(213)의 밸브개도를 제어하기 위한 개도율 제어신호를 생성하고, 상기 압축기(211)의 출력(Hz)[따라서 냉동기(20)의 출력]을 제어하기 위한 인버터 제어신호를 생성하며, 또한 상기 컨트롤러(30)는, 상기 EEV(213)로 개도율 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 인버터(210)로 인버터 제어신호를 출력함으로써, 항온기(10)의 챔버(10s)로 공급되는 냉매량과 압축기(211)의 출력(Hz)을 동시에 제어하여서 챔버(10s)의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 하나의 제어변수인 온도만에 의해서 항온기를 제어할 수 있어서 항온기의 제어를 간단하게 수행할 수 있다.
또한 EEV(213)의 개도 제어에 의한 냉매량 제어와 인버터에 의한 압축기(211)의 출력을 동시에 제어함으로써 최적의 항온기 온도 제어에 의해서 항온기 운전시의 에너지를 절약할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 항온기(10)에 구비되어서 챔버(10s)의 현재온도(Tc)를 검출하는 챔버 온도센서(120)가 더 포함되어서 구성되고, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 챔버 온도센서(120)로부터 챔버의 현재온도(Tc)(챔버 온도센서의 입력값)를 수신하여 저장부(330)에 저장하고, 또한 내부의 저장부(330)에 항온기 챔버의 목표온도(Tsp)를 저장하고 있으며, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 챔버 온도센서(120)로부터 수신한 현재온도(Tc)와 내부에 기 저장된 챔버의 목표온도(Tsp)가 일치하지 않는 경우에는 챔버(10s)의 현재온도(Tc)와 목표온도(Tsp)의 차이를 기초로 하여 압축기(20)의 출력을 제어하는 인버터 제어신호를 생성하여 상기 인버터(210)로 출력하며, 상기 인버터(210)는 상기 컨트롤러(30)로부터 수신한 인버터 제어신호에 따라서 압축기 출력제어신호를 생성하여 압축기(211)로 출력하며, 상기 압축기(211)는 상기 인버터(210)로부터 수신한 압축기 출력제어신호에 따라서 출력을 증감하여서 냉동기(20)를 운전하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)는, 챔버의 현재온도(Tc)에 따른 과열도(Super Heat)(SH)를 내부의 저장부(330)에 저장하고 있으며, 상기 컨트롤러(30)는, 챔버 온도센서(120)로부터 수신한 챔버(10s)의 현재온도(Tc)에 따른 과열도(SH)를 기초로 냉동기(20)에서 챔버(10s)로 공급되는 냉매량(공급 냉매량)을 조절하기 위한 개도율 제어신호를 생성하여 EEV(213)로 출력하며, 상기 EEV(213)는, 상기 컨트롤러(30)로부터 수신한 개도율 제어신호에 따라서 냉매량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 항온기에 구비된 압축기(211)의 출력을 제어하고 동시에 팽창밸브 개도율을 제어하여 압축기(211)의 소비 전력 및 과도한 히터 사용에 따른 전력소모를 줄여서 항온기의 전력에너지를 절약할 수 있는 이점이 있다.
또한, 압축기(211)를 효율적으로 구동하여 안정적이면도 높은 성능을 낼 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 냉동기(20)에는, 상기 EEV(213)와 증발기(214)와 압축기(211)는 저압의 냉매가 통과하는 저압 냉매관(221)으로 연결되어 있고, 상기 증발기(214)와 후단에서 증발기(214)에서 열교환된 후의 저압 냉매관(221)의 냉매의 온도(T2)를 검출하는 저압 온도센서(231)가 더 포함되어서 구성되고, 이때 상기 컨트롤러(30)는, 상기 냉동기(20)의 저압 온도센서(231)가 측정한 증발기(214) 후단의 저압 냉매관(221)의 냉매 온도(T2)와, 내부의 저장부(330)에 저장되어 있는 과열도(SH)를 기초로 저압 냉매관(221)의 냉매(이하, 저압 냉매)의 포화온도값(T1)를 산출하고, 상기 산출된 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 내부의 저장부(330)에 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 산출된 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 기초로 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)을 획득하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 냉동기(20)에는 상기 저압 냉매관(221)의 현재압력(Ppv)을 검출하는 저압 압력센서(232)가 더 포함되어서 구성되고, 이때, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 저압 압력센서(232)가 검출한 저압 냉매관(221)의 현재압력값(Ppv)과 상기 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)의 차이를 기초로, 상기 EEV(213)의 개도율을 결정하는 개도율 제어신호(Pmv)를 생성하고, 상기 생성된 개도율 제어신호(Pmv)를 상기 EEV(213)로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 챔버의 현재온도에 따른 과열도를 설정하고, 이 과열도에 따라서 저압 냉매관의 포화온도를 산출하며, 이 산출한 포화온도에서의 압력값을 기반으로 하여 냉매량을 조절함으로써, 압축기를 효율적으로 운영하여 안정적이면서도 최고의 성능을 낼 수 있어 에너지 세이빙을 구현할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 저장부(330)에 저장된 과열도값(SH)과 상기 저압 온도센서(231)에 의해서 측정한 증발기 후단의 저압 냉매관의 냉매온도(T2)에 의해서 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 압축기를 효율적으로 운영하여 안정적이면서 최고의 성능을 낼 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 저압 냉매의 포화온도값(T1)과 해당 포화온도에서의 압력값인 제어목표 압력값(LP)이 일대일로 매칭되어서 저장되어 있는 포화 온도 압력 저장부(340)가 더 포함되어서 구성되고, 상기 제어목표 압력값(LP)은, 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)에서의 압력값으로써, 상기 포화 온도 압력 저장부(340)에 저장된 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)에 일대일로 매칭되어 있는 제어목표 압력값(LP)을 리드하여 추출하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 포화 온도 및 압력 간의 계산된 테이블값을 이용하여 제어목표 압력값(LP)을 추출하므로, 항온기의 챔버로 가장 적확한 냉매량을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)에는, 검출되는 챔버온도(Tc)를 복수의 온도구간(예컨대, - 50.0 ~ - 35.0의 제1 구간, - 35.0 ~ - 30.0의 제2 구간, - 30.0 ~ - 25.0의 제3 구간, - 25.0 ~ - 20.0의 제4 구간, - 20.0 ~ - 10.0의 제5 구간, - 10.0 ~ + 12.0의 제6 구간, + 12.0 ~ + 60.0의 제7 구간)으로 설정할 수 있도록 챔버온도를 입력하는 냉매량제어 온도구간 입력부(311)와, 상기 복수의 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 설정된 복수의 온도구간에 대응되어서 과열도값을 설정하기 위한 과열도 설정부(312)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 과열도 설정부(312)에 의해서 설정된 과열도값을 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에서 입력된 온도구간과 매칭하여서 저장부(330)에 저장한다.
또한 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 챔버 온도센서(120)가 검출한 챔버의 현재온도(Tc)를 읽어 들이고, 상기 읽어 들인 챔버의 현재온도(Tc)가 상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 입력 설정된 복수의 온도구간 중에서 어느 온도구간에 속하는지를 판단하고, 복수의 온도구간 중에서 속하는 온도구간에 매칭되는 과열도값을 추출하며, 상기 추출한 과열도값과 증발기 후단의 저압 냉매관의 냉매온도(T2)의 차를 기초로 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
이는 컨트롤러(30)의 내부의 저압 냉매 포화온도 산출부(미도시)에서 실행될 수 있으며, 이는 프로그램에 의해서 수행된다.
상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 입력된 온도구간이 - 50.0 ~ - 35.0의 제1 온도구간, - 35.0 ~ - 30.0의 제2 온도구간, - 30.0 ~ - 25.0의 제3 온도구간, - 25.0 ~ - 20.0의 제4 온도구간, - 20.0 ~ - 10.0의 제5 온도구간, - 10.0 ~ + 12.0의 제6 온도구간, + 12.0 ~ + 60.0의 제7 온도구간인 경우, 예컨대, 제1 온도구간에서의 과열도값인 제1 과열도값은 2.0, 제2 온도구간에서의 과열도값인 제2 과열도값은 5.0, 제3 온도구간에서의 과열도값인 제3 과열도값은 8.0, 제4 온도구간에서의 과열도값인 제4 과열도값은 10.0이라고 설정할 수 있다.
상기와 같이 센싱대상인 챔버온도(Tc)를 복수의 온도구간으로 분할하고, 상기 분할된 복수의 온도구간 단위로 복수로 과열도값을 설정하고, 이 온도구간 단위로 설정된 복수의 과열도값을 기초로 포화온도값을 산출하여 온도구간 단위의 제어목표값인 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)을 생성함으로써, 압축기의 효율적 구동에 의한 압축기를 안정적으로 보호할 수 있는 효과가 있고, 즉 압축기에서의 상당한 고온의 열발생 방지 및 액 유입을 방지하여 압축기의 고장을 예방할 수 있는 효과가 있고, 또한 압축기의 최고의 성능을 발휘할 수 있어서 에너지 세이빙을 구현할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)는, 순차적으로 온도가 증가하도록 복수로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 설정된 복수의 온도구간은, 기준 온도인 모드구분 온도(Td)를 기준으로, 모드구분 온도(Td) 이하의 온도영역인 과열도 제어 온도영역(S1)과, 모드구분 온도(Td)보다 큰 온도영역인 압력 제어 온도영역(S2)로 구분되고, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 과열도 설정부(312)에 의해서 입력되는 과열도값은 상기 과열도 제어 온도영역(S1)의 복수의 온도구간과 일대일로 매칭하여서 저장부(330)에 저장하며, 또한 상기 컨트롤러(30)는, 상기 챔버 온도센서(120)가 검출한 챔버의 현재온도(Tc)를 읽어 들이고, 상기 읽어 들인 챔버의 현재온도(Tc)가 상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 입력 설정된 복수의 온도구간 중에서 어느 온도구간에 속하는지를 판단하고, 상기 검출된 챔버 현재온도(Tc)가 과열도 제어 온도영역에 속하는 온도인 경우에는, 해당 온도구간에 매칭되는 과열도값을 저장부(330)를 탐색하여서 추출하며, 상기 추출한 과열도값과 증발기 후단의 저압 냉매관의 냉매온도(T2)의 차를 기초로 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 산출하고, 상기 포화 온도 압력 저장부(340)를 탐색하여 상기 산출한 저압 냉매의 포화온도값(T1)에 일대일로 매칭된 제어목표 압력값(LP)을 리드하여 추출하며, 상기 추출한 제어목표 압력값(LP)과 현재 압력값의 차를 기초로 개도율 제어신호를 생성하여 상기 EEV(213)로 출력하는 것을 특징으로 한다.
따라서 챔버의 현재온도(Tc)가 모드구분 온도(Td) 이하의 온도인 경우에는 과열도 기반의 냉매량 조절 동작모드가 수행되고, 챔버의 현재온도(Tc)가 모드구분 온도(Td)보다 큰 온도인 경우에는 설정된 목표압력값을 기반으로 하는 냉매량 조절 동작모드가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이, 설정된 온도[모드구분 온도(Td)]를 기준으로 그 온도(모드구분 온도)의 이하에서는 과열도를 기반으로 챔버 온도의 제어를 수행하고, 그 온도의 이상에서는 설정된 압력을 기반으로 온도 제어를 수행하게 되는데, 이와 같이 모드구분 온도(Td)를 기준으로 2 개의 동작모드로 나누어서 제어하게 되면, 특정 온도보다 큰 온도에서는 과열도 편차가 지나치게 커서 과열도에 의한 제어에 신뢰성이 담보될 수 없어서 항온기의 항온 제어에 어려움이 있고, 또한 특정 온도보다 큰 온도에서의 압력 고정식 제어에 의해서 편리하게 항온 제어를 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)에는, 챔버의 현재온도(Tc)가 압력 제어 온도영역(S2)에 있는 경우, 과열도를 기반으로 제어목표 압력값(LP)을 산출하지 않고, 압력 제어 온도영역(S2)의 온도구간에 일대일로 대응되어서 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)을 직접 입력하여 설정하기 위한 목표압력값 설정부(313)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 목표압력값 설정부(313)에 의해서 입력되는 제어목표 압력값(LP)을 상기 압력 제어 온도영역(S2)의 복수의 온도구간과 일대일로 매칭하여서 저장부(330)에 저장하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)는, 상기 읽어들인 챔버 현재온도(Tc)가 압력 제어 온도영역(S2)에 속하는 온도인 경우에는, 상기 저장부(330)를 탐색하고, 읽어들인 챔버의 현재온도(Tc)가 속하는 온도구간에 일대일로 매칭된 제어목표 압력값(LP)을 추출하며, 상기 추출한 제어목표 압력값(LP)과 현재 압력값(Ppv) 간의 차를 기초로 개도율 제어신호를 생성하여서 EEV(213)로 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)에는, 과열도 기반의 제어 냉동모드와, 압력고정식 기반의 제어 냉동모드를 나누기 위한 모드구분 온도를 설정하기 위한 모드 구분 온도 설정부(314)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)는, 항온기(10)의 챔버(10s) 내의 온도인 챔버온도(Tc)[챔버의 현재온도(Tc)와 동일한 개념이다]를 복수의 구간으로 분할하고, 상기 분할된 복수의 온도구간 별로 인버터제어신호를 달리하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 온도구간 별로, 최고출력(OH)과 최저출력(OL) 및 유지출력(Soak output)을 달리하여 출력되도록 설정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 유지시간(soak time)은 온도 구간별로 적용하지 않고 하나의 값만으로 설정한다.
그리고, 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 챔버온도(Tc)를 복수의 온도구간단위로 복수로 설정하기 위해서 복수의 온도구간을 입력하여 설정할 수 있는 인버터 제어 온도구간 입력부(321)와, 상기 복수의 인버터 제어 온도구간 입력부(321)에 일대일로 대응되어서 각 인버터 제어 온도구간 입력부(321)를 통해서 입력된 온도구간에 대응되는 항온기 챔버(10s)의 목표온도값(Tsp)을 설정하는 챔버 목표온도 설정부(322)와, 상기 챔버 목표온도 설정부(322)와 챔버의 현재온도(Tc) 간의 기준편차(Dev)를 설정하는 기준편차 설정부(323)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 컨트롤러(30)는, 상기 인버터 제어 온도구간 입력부(321)에서 입력된 온도구간과 이에 일대일로 대응되어서 입력된 챔버의 목표온도값(Tsp)을 일대일로 매칭하여서 저장부(330)에 저장하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 그리고, 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러(30)는, 항온기 챔버(10s)의 현재온도(Tc)와 목표온도값(Tsp)의 차가 기준편차(Dev)보다 큰 경우에는 최고출력값(OH)을 출력하도록 인버터(210)로 인버터 제어신호를 출력하고, 항온기 챔버(10s)의 현재온도(Tc)와 목표온도값(Tsp)의 차가 기준편차(Dev) 이내인 경우에는, 기준편차 온도의 기울기에 비례대응관계의 출력을 출력하도록 인버터(210)로 인버터 제어신호를 출력하며, 항온기 챔버(10s)의 현재온도(Tc)와 목표온도값(Tsp)의 차가 기준편차(Dev)와 동일한 경우에는 최소출력값(OL)을 출력하도록 인버터(210)로 인버터 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시에에 의한 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 챔버(10s)의 내부에 구비되고, 챔버(10s)의 현재 온도를 설정 온도로 제어하기 위해서 챔버(10s)의 내부의 온도를 상승시키기 위하여 열을 챔버(10s)로 공급하는 히팅부재(110)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 히팅부재는 예컨대 히터로 구성될 수 있을 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것은 해당 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 항온기 10s : 항온기의 챔버
110 : 히터 120 : 챔버 온도센서
20 : 냉동기 210 : 인버터
211 : 압축기 212 : 응축기
213 : EEV 214 : 증발기
221 : 저압 냉매관 231 : 저압 온도센서
232 : 저압 압력센서
30 : 컨트롤러
311 : 냉매량제어 온도구간 입력부 312 : 과열도 설정부
313 : 목표압력값 설정부 314 : 모드구분 온도 설정부
321 : 인버터 제어 온도구간 입력부 322 : 챔버 목표온도 설정부
323 : 기준편차 설정부 330 : 저장부
340 : 포화 온도 압력 저장부

Claims (8)

  1. 피시험물이 놓여지는 챔버(10s)가 형성되어 있는 항온기(10)와,
    상기 항온기(10)의 챔버(10s)로 냉기를 공급하는 냉동기(20)와,
    상기 냉동기(20)를 출력 및 냉매량을 제어하여 챔버(10s)의 온도를 제어하기 위한 컨트롤러(30)를 포함하여 구성되고,
    상기 냉동기(20)는,
    압축기(211)와 응축기(212)와 EEV(Electric Expension Valve)(213)와 증발기(214)와 인버터(210)를 포함하여 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 항온기(10)의 챔버(10s)의 현재온도(Tc)를 기초로, 상기 EEV(213)의 밸브개도를 제어하기 위한 개도율 제어신호를 생성하고, 상기 압축기(211)의 출력(Hz)을 제어하기 위한 인버터 제어신호를 생성하며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 EEV(213)로 개도율 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 인버터(210)로 인버터 제어신호를 출력함으로써, 항온기(10)의 챔버(10s)로 공급되는 냉매량과 냉동기의 출력(Hz)을 동시에 제어하여서 챔버(10s)의 온도를 조절하며,
    상기 항온기(10)에 구비되어서 챔버(10s)의 현재온도(Tc)를 검출하는 챔버 온도센서(120)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 챔버 온도센서(120)로부터 챔버의 현재온도(Tc)를 수신하여 저장하고,
    또한 내부의 저장부(330)에 항온기 챔버의 목표온도(Tsp)를 저장하고 있으며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 챔버 온도센서(120)로부터 수신한 현재온도(Tc)와 내부에 기 저장된 챔버의 목표온도(Tsp)가 일치하지 않는 경우에는 챔버(10s)의 현재온도(Tc)와 목표온도(Tsp)의 차이를 기초로 하여 냉동기(20)의 출력을 제어하는 인버터 제어신호를 생성하여 상기 인버터(210)로 출력하며,
    상기 인버터(210)는 상기 컨트롤러(30)로부터 수신한 인버터 제어신호에 따라서 압축기 출력제어신호를 생성하여 압축기(211)로 출력하며,
    상기 압축기(211)는 상기 인버터(210)로부터 수신한 압축기 출력제어신호에 따라서 출력을 증감하여서 냉동기를 운전하며,
    상기 컨트롤러(30)는, 챔버의 현재온도(Tc)에 따른 과열도(Super Heat)(SH)를 내부의 저장부(330)에 저장하고 있으며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    챔버 온도센서(120)로부터 수신한 현재온도(Tc)에 따른 과열도(SH)를 기초로 냉동기(20)에서 챔버(10s)로 공급되는 냉매량(공급 냉매량)을 조절하기 위한 개도율 제어신호를 생성하여 EEV(213)로 출력하며,
    상기 EEV(213)는, 상기 컨트롤러(30)로부터 수신한 개도율 제어신호에 따라서 냉매량을 조절하며,
    상기 EEV(213)와 증발기(214)와 압축기(211)는 저압의 냉매가 통과하는 저압 냉매관(221)으로 연결되어서 있고,
    상기 증발기(214)와 후단에서 증발기(214)에서 열교환된 후의 저압 냉매관(221)의 냉매의 온도(T2)를 검출하는 저압 온도센서(231)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 냉동기(20)의 저압 온도센서(231)가 측정한 증발기(214) 후단의 저압 냉매관(221)의 냉매 온도(T2)와, 내부의 저장부(330)에 저장되어 있는 과열도(SH)를 기초로 저압 냉매관(221)의 냉매(이하, 저압 냉매)의 포화온도값(T1)를 산출하고, 상기 산출된 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 내부의 저장부(330)에 저장하며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 산출된 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 기초로 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)을 획득하고,
    상기 저압 냉매관(221)의 현재압력(Ppv)을 검출하는 저압 압력센서(232)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 저압 압력센서(232)가 검출한 저압 냉매관(221)의 현재압력값(Ppv)과 상기 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)의 차이를 기초로, 상기 EEV(213)의 개도율을 결정하는 개도율 제어신호(Pmv)를 생성하고, 상기 생성된 개도율 제어신호(Pmv)를 상기 EEV(213)로 출력하며,
    상기 컨트롤러(30)에는,
    검출되는 챔버온도(Tc)를 복수의 온도구간으로 설정할 수 있도록 챔버온도를 입력하는 냉매량제어 온도구간 입력부(311)와,
    상기 복수의 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 설정된 복수의 온도구간에 대응되어서 과열도값을 설정하기 위한 과열도 설정부(312)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 과열도 설정부(312)에 의해서 설정된 과열도값을 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에서 입력된 온도구간과 매칭하여서 저장부(330)에 저장하며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 챔버 온도센서(120)가 검출한 챔버의 현재온도(Tc)를 읽어 들이고, 상기 읽어 들인 챔버의 현재온도(Tc)가 상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 입력 설정된 복수의 온도구간 중에서 어느 온도구간에 속하는지를 판단하고,
    복수의 온도구간 중에서 속하는 온도구간에 매칭되는 과열도값을 추출하며,
    상기 추출한 과열도값과 증발기 후단의 저압 냉매관의 냉매온도(T2)의 차를 기초로 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 저장부(330)에 저장된 과열도값(SH)과 상기 저압 온도센서(231)에 의해서 측정한 증발기 후단의 저압 냉매관의 냉매온도(T2)에 의해서 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 산출하며,
    저압 냉매의 포화온도값(T1)과 해당 포화온도에서의 압력값인 제어목표 압력값(LP)이 일대일로 매칭되어서 저장되어 있는 포화 온도 압력 저장부(340)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 제어목표 압력값(LP)은, 상기 포화 온도 압력 저장부(340)에 저장된 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)에 일대일로 매칭되어 있는 제어목표 압력값(LP)을 리드하여 추출하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템.
  3. 피시험물이 놓여지는 챔버(10s)가 형성되어 있는 항온기(10)와,
    상기 항온기(10)의 챔버(10s)로 냉기를 공급하는 냉동기(20)와,
    상기 냉동기(20)를 출력 및 냉매량을 제어하여 챔버(10s)의 온도를 제어하기 위한 컨트롤러(30)를 포함하여 구성되고,
    상기 냉동기(20)는,
    압축기(211)와 응축기(212)와 EEV(Electric Expension Valve)(213)와 증발기(214)와 인버터(210)를 포함하여 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 항온기(10)의 챔버(10s)의 현재온도(Tc)를 기초로, 상기 EEV(213)의 밸브개도를 제어하기 위한 개도율 제어신호를 생성하고, 상기 압축기(211)의 출력(Hz)을 제어하기 위한 인버터 제어신호를 생성하며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 EEV(213)로 개도율 제어신호를 출력하고, 동시에 상기 인버터(210)로 인버터 제어신호를 출력함으로써, 항온기(10)의 챔버(10s)로 공급되는 냉매량과 냉동기의 출력(Hz)을 동시에 제어하여서 챔버(10s)의 온도를 조절하며,
    상기 항온기(10)에 구비되어서 챔버(10s)의 현재온도(Tc)를 검출하는 챔버 온도센서(120)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 챔버 온도센서(120)로부터 챔버의 현재온도(Tc)를 수신하여 저장하고,
    또한 내부의 저장부(330)에 항온기 챔버의 목표온도(Tsp)를 저장하고 있으며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 챔버 온도센서(120)로부터 수신한 현재온도(Tc)와 내부에 기 저장된 챔버의 목표온도(Tsp)가 일치하지 않는 경우에는 챔버(10s)의 현재온도(Tc)와 목표온도(Tsp)의 차이를 기초로 하여 냉동기(20)의 출력을 제어하는 인버터 제어신호를 생성하여 상기 인버터(210)로 출력하며,
    상기 인버터(210)는 상기 컨트롤러(30)로부터 수신한 인버터 제어신호에 따라서 압축기 출력제어신호를 생성하여 압축기(211)로 출력하며,
    상기 압축기(211)는 상기 인버터(210)로부터 수신한 압축기 출력제어신호에 따라서 출력을 증감하여서 냉동기를 운전하며,
    상기 컨트롤러(30)는, 챔버의 현재온도(Tc)에 따른 과열도(Super Heat)(SH)를 내부의 저장부(330)에 저장하고 있으며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    챔버 온도센서(120)로부터 수신한 현재온도(Tc)에 따른 과열도(SH)를 기초로 냉동기(20)에서 챔버(10s)로 공급되는 냉매량(공급 냉매량)을 조절하기 위한 개도율 제어신호를 생성하여 EEV(213)로 출력하며,
    상기 EEV(213)는, 상기 컨트롤러(30)로부터 수신한 개도율 제어신호에 따라서 냉매량을 조절하며,
    상기 EEV(213)와 증발기(214)와 압축기(211)는 저압의 냉매가 통과하는 저압 냉매관(221)으로 연결되어서 있고,
    상기 증발기(214)와 후단에서 증발기(214)에서 열교환된 후의 저압 냉매관(221)의 냉매의 온도(T2)를 검출하는 저압 온도센서(231)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 냉동기(20)의 저압 온도센서(231)가 측정한 증발기(214) 후단의 저압 냉매관(221)의 냉매 온도(T2)와, 내부의 저장부(330)에 저장되어 있는 과열도(SH)를 기초로 저압 냉매관(221)의 냉매(이하, 저압 냉매)의 포화온도값(T1)를 산출하고, 상기 산출된 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 내부의 저장부(330)에 저장하며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 산출된 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 기초로 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)을 획득하고,
    상기 저압 냉매관(221)의 현재압력(Ppv)을 검출하는 저압 압력센서(232)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 저압 압력센서(232)가 검출한 저압 냉매관(221)의 현재압력값(Ppv)과 상기 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)의 차이를 기초로, 상기 EEV(213)의 개도율을 결정하는 개도율 제어신호(Pmv)를 생성하고, 상기 생성된 개도율 제어신호(Pmv)를 상기 EEV(213)로 출력하며,
    상기 컨트롤러(30)에는,
    저압 냉매의 포화온도값(T1)과 해당 포화온도에서의 압력값인 제어목표 압력값(LP)이 일대일로 매칭되어서 저장되어 있는 포화 온도 압력 저장부(340)와,
    검출되는 챔버온도(Tc)를 복수의 온도구간으로 설정할 수 있도록 챔버온도를 입력하는 냉매량제어 온도구간 입력부(311)와,
    상기 복수의 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 설정된 복수의 온도구간에 대응되어서 과열도값을 설정하기 위한 과열도 설정부(312)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 설정된 복수의 온도구간은,
    모드구분 온도(Td)를 기준으로, 모드구분 온도(Td) 이하의 온도영역인 과열도 제어 온도영역(S1)과, 모드구분 온도(Td)보다 큰 온도영역인 압력 제어 온도영역(S2)로 구분되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 과열도 설정부(312)에 의해서 입력되는 과열도값은 상기 과열도 제어 온도영역(S1)의 복수의 온도구간과 일대일로 매칭하여서 저장부(330)에 저장하며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 챔버 온도센서(120)가 검출한 챔버의 현재온도(Tc)를 읽어 들이고, 상기 읽어 들인 챔버의 현재온도(Tc)가 상기 냉매량제어 온도구간 입력부(311)에 의해서 입력 설정된 복수의 온도구간 중에서 어느 온도구간에 속하는지를 판단하고,
    상기 검출된 챔버 현재온도(Tc)가 과열도 제어 온도영역에 속하는 온도인 경우에는, 해당 온도구간에 매칭되는 과열도값을 저장부(330)를 탐색하여서 추출하며,
    상기 추출한 과열도값과 증발기 후단의 저압 냉매관의 냉매온도(T2)의 차를 기초로 상기 저압 냉매의 포화온도값(T1)을 산출하며,
    상기 포화 온도 압력 저장부(340)를 탐색하여 상기 산출한 저압 냉매의 포화온도값(T1)에 일대일로 매칭된 제어목표 압력값(LP)을 리드하여 추출하며,
    상기 추출한 제어목표 압력값(LP)과 현재 압력값의 차를 기초로 개도율 제어신호를 생성하여 상기 EEV(213)로 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨트롤러(30)에는,
    챔버의 현재온도(Tc)가 압력 제어 온도영역(S2)에 있는 경우, 과열도를 기반으로 제어목표 압력값(LP)을 산출하지 않고, 압력 제어 온도영역(S2)의 온도구간에 일대일로 대응되어서 저압 냉매관(221)의 제어목표 압력값(LP)을 직접 입력하여 설정하기 위한 목표압력값 설정부(313)가 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 목표압력값 설정부(313)에 의해서 입력되는 제어목표 압력값(LP)을 상기 압력 제어 온도영역(S2)의 복수의 온도구간과 일대일로 매칭하여서 저장부(330)에 저장하며,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 읽어들인 챔버 현재온도(Tc)가 압력 제어 온도영역(S2)에 속하는 온도인 경우에는, 상기 저장부(330)를 탐색하고, 읽어들인 챔버의 현재온도(Tc)가 속하는 온도구간에 일대일로 매칭된 제어목표 압력값(LP)을 추출하며, 상기 추출한 제어목표 압력값(LP)과 현재 압력값(Ppv) 간의 차를 기초로 개도율 제어신호를 생성하여서 EEV(213)로 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온기 온도 제어 시스템.
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