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LCD 콘솔용 냉각장치의 제어기 설계에 관한 연구
A Study on the Controller Design of Cooling System for LCD Panel Console 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.11 no.10, 2010년, pp.3666 - 3672  

최갑용 (아주자동차대학 자동차계열) ,  오태일 (아주자동차대학 자동차계열)

초록
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본 연구는 옥외 광고를 위한 LCD 패널용 콘솔(이하 콘솔'이라 한다.)"의 내부온도 제어를 위한 냉각장치의 제어기 설계에 관하여 다루고 있다. 콘솔은 본 연구진에 의하여 개발된 것으로 냉각장치는 열전소자를 이용하여 사용조건에 적합하도록 설계하였다. 아울러 본 연구는 콘솔이 우수한 성능을 발휘할 수 있도록 제어전략과 그 방안을 제안하고자 한다. 본 연구의 구성은 먼저 시스템의 구조와 설계조건에 대하여 정의하였다. 이어서 동적 특성을 결정하는 파라미터를 측정한 후 분석을 위하여 시스템을 수식 모델링하였다. 끝으로 제어전략을 수립한 후 수식모형을 이용하여 제어기의 성능 검사를 위한 시뮬레이션을 실시하고 기존의 제어기 성능과 비교분석하였다. 본 연구의 목적은 비교분석을 통하여 보다 개선된 제어방식을 제시하는 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study dealt with the controller design of the cooling system for controlling the inside temperature of the LCD panel console(the rest console') using as an outdoor billboard. The cooling performance of the LCD console that had been developed by the preceding research, was insufficient in the pe...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구의 목적은 선행연구에서 제기된 문제를 해결하기 위한 냉각장치의 성능을 효과적으로 개선할 수 있는 제어기 설계를 제안하는데 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 시스템 모델링과 분석을 통하여 기존의 방법보다 우수한 제어기를 제안하는 과정을 보이고자 한다.
  • 본 연구는 LCD 콘솔용 냉각장치의 제어성능 개선을 위하여 추진되었다. 연구의 대상이 되는 냉각장치는 LCD 콘솔에서 요구되는 하드웨어적인 장점뿐만 아니라 우수한 성능을 보장하기 위해서 제어시스템과 제어전략도 함께 고려되어야 한다는 것은 주지의 사실이다.
  • 본 연구의 제어전략은 제어값 T를 기준입력 TR과 같게 해서 안정된 정상상태 즉 에너지 균형을 지속적으로 유지함으로써 LCD 패널이 과열되지 않도록 하는데 있기 때문에 냉각실의 에너지 균형의 차원에서 접근하는 것이다.
  • 지금까지 냉각실의 전달함수를 구하고 블록다이어그램으로 나타내 보였다. 여기에서는 모델링이 정확히 이루어졌는지 실험을 통하여 확인하고자 한다. 그 이유는 모델링의 정확성을 확인할 수 있어야 이 후에 추진되는 연구의 결과에 대해서도 신뢰할 수 있기 때문이다.
  • 따라서 본 연구의 목적은 선행연구에서 제기된 문제를 해결하기 위한 냉각장치의 성능을 효과적으로 개선할 수 있는 제어기 설계를 제안하는데 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 시스템 모델링과 분석을 통하여 기존의 방법보다 우수한 제어기를 제안하는 과정을 보이고자 한다.
  • 따라서 비교결과 이론과 실제의 차이를 고려하더라도 개선의 여지가 많은 것으로 판단되기 때문에 본 연구가 제안하는 제어전략을 실현할 수 있는 제어장치로의 개선이 요구된다. 특히 제시되는 제어기 파라미터에 많은 의미를 두고자 한다.

가설 설정

  • 셋째, 냉각장치의 제어 대상은 냉각실의 온도만으로 한다. 넷째, 냉각된 유체는 단위시간당 w의 유동량으로 일정하다. 다섯째, 앞의 모든 조건 하에서 냉각실에 머무르고 있는 모든 유체는 동일하게 일정시간동안 유지됐다가 방출되는데 방출되는 공기의 온도는 냉각실의 공기온도와 같은 T인 것으로 가정한다.
  • 넷째, 냉각된 유체는 단위시간당 w의 유동량으로 일정하다. 다섯째, 앞의 모든 조건 하에서 냉각실에 머무르고 있는 모든 유체는 동일하게 일정시간동안 유지됐다가 방출되는데 방출되는 공기의 온도는 냉각실의 공기온도와 같은 T인 것으로 가정한다. 여섯째, 냉각실로 유·출입되는 공기의 입력량과 출력량은 같은 것으로 한다.
  • 첫째, LCD 패널에서 발생하여 냉각실로 유입하는 열을 Ti로 하고 유입량은 단위 시간당 질량 w로 일정한 유동량을 갖는 것으로 한다. 둘째, 냉각실의 온도는 충분한 교반이 이루어져서 냉각실 안의 모든 유체의 온도는 거의 동시에 동일한 온도 T가 된다는 것을 가정한다. 셋째, 냉각장치의 제어 대상은 냉각실의 온도만으로 한다.
  • 둘째, 냉각실의 온도는 충분한 교반이 이루어져서 냉각실 안의 모든 유체의 온도는 거의 동시에 동일한 온도 T가 된다는 것을 가정한다. 셋째, 냉각장치의 제어 대상은 냉각실의 온도만으로 한다. 넷째, 냉각된 유체는 단위시간당 w의 유동량으로 일정하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LCD 패널이 작동할 때 발생하는 열이 외부로 발산하지 못하고 콘솔의 내부에 쌓이는 문제점이 발생하는 이유는 무엇인가? 콘솔은 본 연구진이 개발한 것으로 개발목적은 소규모 경영단위나 기업의 경쟁력을 제고 할 수 있도록 하는데 있다. 46인치 규모의 LCD 패널을 탑재하고 있는 콘솔은 주로 옥외에 설치되기 때문에 보호와 안전을 위하여 패널의 화면을 제외한 모든 면을 강판으로 둘러싸서 밀폐되도록 제작하였다. 이 때문에 LCD 패널이 작동할 때 발생하는 열이 외부로 발산하지 못하고 콘솔의 내부에 쌓이는 문제점을 가지고 있다.
콘솔은 과열상태를 방지하기 위하여 어떻게 설계되어야 하는가? 실험 결과 내부온도는 거의 90℃정도로 과열되었다. 콘솔은 과열상태를 방지하기 위하여 냉각장치를 채용하여 권장온도 30℃정도로 유지하도록 설계되어야 한다. 콘솔의 냉각장치는 열전소자(TEM, Thermo Electronic Module)를 이용하여 개발하였다.
본 연구에서 콘솔의 냉각장치를 열전소자를 이용하여 개발한 이유는 무엇인가? 콘솔의 냉각장치는 열전소자(TEM, Thermo Electronic Module)를 이용하여 개발하였다. 그 이유는 기계식 냉각시스템은 중후장대(重厚長大)하고 소음과 잦은 보수 등의 문제점을 가지고 있기 때문이다. 본 냉각장치는 TEM, 쿨링팬(Cooling Fan),과 히트싱크('Heat sinks) 등으로 이루어져 있기 때문에 경박단소(輕薄短小)하면서도 유지보수에 유리한 장점을 가지고 선행연구에서 제안된 냉각장치의 제어기는 정밀성에 문제가 대두되었다.
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참고문헌 (7)

  1. 최갑용, "LCD 패널을 탑재한 옥외 광고용 콘솔 개발에 관한 연구", 한국산학기술학회 논문지, 제11권, 제1호, pp. 13-20, 1월, 2010. 

  2. 박종복, "디지털 전광판 LCD 판넬용 냉온시스템 개발", 중소기업청, 산학공동기술개발보고서, 7월, 2009. 

  3. 장근선 외, "핀-튜브 열교환기와 알루미늄 열교환기의 전열성능과 압력강화 특성비교", 산학기술학회 논문지, 제10권, 제2호, pp. 222-229, 2월, 2009. 

  4. R. Yun, "Evaluation of Performance of a Residental Air-Conditioning System Using Micro-Chanel and Fin-tube Heat Exchanger", Proceedings of the SAREK, pp. 28-35, 2007. 

  5. Donald R. Coughanowr,"Process Systems Analysys and Control", McGRAW-HILL, pp.249-281, 2002. 

  6. 박성현, "현대실험계획법", 대영출판사, pp.115-140, 3월, 2002년 

  7. Young Chul Kwon ;Jeong-tae Kwon ;Ji Hwan Jeong ;Sang Jae Lee ;Dae Hun Kim "Performance of a 2 room multi-heat pump with a constant speed compressor", Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea. vol.12 no.4 pp. 184-191, 12. 2004. 

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