KR0129101B1 - 차량용 공기조화기의 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉, 난방운전에 따라 일정한 과열도를 유지시키는 공기조화기의 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로써, 난방 또는 냉방운전의 선택에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸는 방향전환밸브(100)와, 전기신호에 따라 작동되어 냉매의 흐름양을 조절하는 전자팽창밸브(110)와, 상기 방향전환밸브(100)를 통해 흐르는 냉매온도(Rt)를 감지하는 냉매온도감지수단(60)과, 상기 방향전환밸브(100)를 통해 흐르는 냉매압력(Rp)을 감지하는 냉매압력감지수단(70)과, 상기 냉매온도감지수단(60)과 냉매압력감지수단(70)에 의해 감지된 감지신호에 따라 상기 전자팽창밸브(110)를 제어하는 제어수단(80)으로 이루어지는 제어장치와 냉매온도(Rt) 및 냉매압력(Rp)을 감지하여 상기 팽창밸브의 개도값을 결정하고, 상기 개도값에 따라 제어모터를 구동하여 상기 전자팽창밸브의 개도를 조정하는 제어방법으로 이루어져, 냉방운전 또는 난방운전상태에 따라 전자팽창밸브의 개도를 정확히 조정하여 일정한 과열도를 유지시킴에 의해 공기조화기를 최적운전상태로 유지시킨다.

Description

차량용 공기조화기의 제어장치 및 그 방법

제1도는 종래 차량용 공기조화기의 개략구성도.

제2도는 본 발명의 일실시예에 의한 제어장치가 적용된 차량용 공기조화기의 개략구성도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 차량용 공기조화기의 제어장치 및 그 제어블록도.

제4도는 본 발명의 일실시예에 의한 차량용 공기조화기의 제어방법을 나타내는 플로우차트.

제5도는 제4도의 스텝S5를 나타내는 플로우차트.

제6도는 제5도의 스텝S5-3의 차이값(Dt)에 따른 보정값(Ct)을 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

60 : 냉매압력감지수단 70 : 냉매온도감지수단

95 : 제어모터구동수단 100 : 방향전환밸브

110 : 전자팽창밸브 111 : 냉매유로

113 : 냉매조절판 114 : 제어모터

본 발명은 차량용 공기조화기의 냉, 난방작동에 따라 적정한 과열도를 설정할 수 있는 차량용 공기조화기의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 종래, 차량용 공기조화기는 제1도에 도시한 바와 같이, 냉매 및 공기의 순환에 의해 차량내부를 냉방한다. 즉, 압축기(1)로부터 토출된 고온 고압의 냉매가스가 응축기(3)에서 팬(5)등에 의해 강제냉각되어 액화되고, 액화된 냉매는 리시버 탱크(6)을 거쳐 드라이어(7)에서 수분과 이물질이 제거된 후 팽창밸브(9)내에 유입된다.

상기 팽창밸브(9)내에 유입된 고압의 냉매액은 상기 팽창밸브(9)의 단열팽창효과에 의해 저압의 안개상태의 냉매로 변환되어 증발기(11)내에 유입되고, 상기 증발기(11)내에 유입된 안개상태의 냉매는 블로아(13)에 의해 유동하는 주위의 공기와 서로 열교환되면서 냉매가스로 변환되며, 상기 열교환된 냉매가스는 상기 압축기(1)에서 고온고압의 냉매가스로 변환되어 위에서 설명한 사이클을 반복한다.

이때, 차실내의 온도를 감온통(15)으로 감지하여 모세관(17)을 통해 팽창밸브(9)를 조절하므로써, 상기 팽창밸브(9)의 개폐정도를 증감하게 된다. 그리고, 상기 블로아(13)에 의해 유동력이 증가된 차실내의 공기는 상기 증발기(11)를 지나면서 냉각되어 차실내를 순환한다. 그리고 냉매순환량은 냉동사이클의 상태에 따라 변동하므로 그 순환량의 변동에 즉시 대응하여 냉동사이클이 원활히 작동되도록 상기 응축기(3)와 상기 드라이어(7)사이에는 상기 리시버탱크(6)가 배설되어 있는 것이다.

또한, 상기 압축기(1)의 작동에 따라 상기 응축기(3)를 통과하면서 액화된 액체냉매중에는 기포상태의 냉매가스가 있을 수 있으며, 냉매중에는 수분 및 이물질이 함유되어 있을 수 있는데, 기포, 수분 및 이물질을 함유한 액체냉매가 상기 팽창밸브(9)에 들어가면, 팽창효과가 떨어지므로 냉방성능이 현저하게 떨어지게 된다. 따라서, 상기 리시버탱크(6)를 통과한 액체냉매에 함유된 기포를 상기 액체냉매로부터 분리함과 동시에 상기 액체냉매에 함유된 수분 및 이물질을 제거하도록 상기 리시버 탱크(6)와 팽창밸브(9)사이에는 상기 드라이어(7)가 배설되어 있는 것이다. 그리고, 상기 팽창밸브(9)는 다이어프램과 스프링이 내장된 기계식 팽창밸브로 되어 있다.

한편, 압축기의 압축효율을 높이고 압축기의 손상을 방지하도록 압축기에는 완전히 기체화한 냉매를 유입시키는 것이 바람직하다. 또한, 냉매는 액체상태에서 외부공기와의 열교환이 용이하게 이루어지므로 증발기의 열교환효율을 높이도록 압축기의 냉매유입구에서 냉매의 기화가 완료되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 팽창밸브(9)의 개도를 조정함에 의해 상기 증발기(11)에 유입하는 냉매의 유입량을 조정함에 의해 냉매의 기화완료시점을 조절하게 된다. 즉, 상기 드라이어(7)에서 팽창밸브에 유입하는 냉매의 압력 및 스프링의 탄성력과, 증발기(11)의 냉매출구측에 설치된 감온통(15)에서 감지된 온도에 따른 모세관(17)내부의 압력에 의해 다이어프램이 변형되고, 상기 다이어프램의 변형량에 따라 밸브의 개도가 조정되는 것이다.

그러나, 압축기의 냉매입구에서 냉매의 기화가 완료되면, 냉매관로에 흐르는 냉매순환량은 일정범위에서 변화하므로 압축기의 내부에 액체상태의 냉매가 유입하여, 압축기의 압축효율이 저하하고 압축기가 손상될 수 있다. 따라서, 냉매가 압축기의 냉매유입구에 들어가기 전에 냉매의 기화가 완료하여, 압축기의 냉매유입구에서는 일정한 온도로 과열된 냉매기체가 되어 압축기의 내부에 유입하는 것이 바람직하다.

이때, 압축기의 냉매유입구에서의 냉매기체의 과열상태를 과열도로 나타내는 데, 상기 과열도는 팽창밸브에서 증발기에 유입하는 냉매량에 따라 결정된다.

그런데, 종래의 기계식 팽창밸브(9)는 그 내장된 다이어프램의 변형도 및 스프링의 탄성계수를 상수로 하여, 공기조화기의 냉방운전과 난방운전중에서 하나의 운전상태에 대해 일정한 과열도를 유지시키도록 조정되므로, 운전상태가 바뀌면, 과열도가 바뀌므로 난방 및 냉방운전상태에 동시에 적용될 수 없다는 문제점이 있었다. 따라서, 공기조화기의 운전상태를 바꾸기 위해서는 다이어프램의 변형도 및 스프링의 탄성계수가 상이한 기계식 팽창밸브로 교체하거나, 기계식 팽창밸브의 초기 개도상태를 조정해야 하는 불편한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어 진 것으로서, 본 발명의 목적은 냉방운전 또는 난방운전상태에 따라 전자팽창밸브 및 방향전환밸브를 작동하여 일정한 과열도를 유지시키는 차량용 공기조화기의 제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본 발명에 의한 차량용 공기조화기의 제어장치는 냉 난방운전에 따라 일정한 과열도를 유지시키는 차량용 공기조화기에 있어서, 전기신호에 따라 작동되어 냉매의 흐름양을 조절하는 전자팽창밸브와, 난방 또는 냉방운전의 선택에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸는 방향전환밸브와, 상기 방향전환밸브를 통해 흐르는 냉매온도를 감지하는 냉매온도감지수단과, 상기 방향전환밸브를 통해 흐르는 냉매압력을 감지하는 냉매압력감지수단과, 상기 냉매온도감지수단과 냉매압력감지수단에 의해 감지된 감지신호에 따라 상기 전자팽창밸브를 제어하는 제어수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전자팽창밸브는 그 내부에 냉매유로가 형성된 몸체와, 상기 냉매유로에 흐르는 냉매량을 조절하도록 상기 냉매유로에 설치된 냉매조절판과, 상기 냉매조절판의 열림정도를 조절하도록 상기 냉매조절판을 구동하는 제어모터를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 의한 차량용 공기조화기의 제어방법은 냉, 난방운전에 따라 전자팽창밸브의 개도를 조정하여 일정한 과열도를 유지시키는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 냉매온도(Rt) 및 냉매압력(Rp)을 냉매온도감지수단 및 냉매압력감지수단에서 감지하는 감지스텝과, 상기 감지스텝에서 감지한 감지신호에 따라 상기 전자팽창밸브의 개도값을 결정하는 개도값결정스텝과, 상기 개도값결정스텝에 따라 결정된 전자팽창밸브의 개도값(Fn)에 따라 제어모터의 구동에 의해 상기 전자팽창밸브의 개도를 조정하는 개도조정스텝으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 개도값결정스텝은 냉매압력(Rp)을 온도값으로 변환하여 온도값 Rpt을 구한 후, 상기 온도값 Rpt에서 냉매온도(Rt)를 마이너스하여 차이값(Dt)을 구한 다음, 상기 차이값(Dt)에 따라 보정값(Ct)을 구한 후, Fn=F(n-1)+Dt(여기서, Fn은 현재의 전자팽창밸브 개도값이고, F(n-1)은 이전의 전자팽창밸브 개도값)에 따라 전자팽창밸브의 개도값(Fn)을 결정하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

제2도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 제어장치가 적용된 차량용 공기조화기는 난방 또는 냉방운전의 선택에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸는 방향전환밸브(100)와, 전기신호에 따라 작동되어 냉매의 흐름양을 조절하는 전자팽창밸브(110)를 갖추고 있으며, 난방운전시에는 실외열교환기는 증발기로 작용하고 실내열교환기는 응축기로 작용하며, 냉방운전시에는 실외열교환기는 응축기로 작용하고 실내열교환기는 증발기로 작용하여, 실내를 냉난방한다.

이때, 상기 방향전환밸브(100)는 4방향밸브로서, 도시하지 않은 솔레노이드(101)에 의해 냉매의 흐름방향이 변화된다. 그리고, 상기 전자팽창밸브(110)는 그 내부에 냉매유로(111)가 형성된 몸체(112)와, 상기 냉매유로(111)에 흐르는 냉매량을 조절하도록 상기 냉매유로(111)에 설치된 냉매조절판(113)과, 상기 냉매조절판(113)의 열림정도를 조절하도록 상기 냉매조절판(113)을 구동하는 제어모터(114)를 구비하고 있다. 이때, 상기 제어모터(114)는 스테핑모터로 되어 있다.

제2도의 공기조화기의 난방운전시에는 압축기(21)에서 토출된 냉매가 방향전환밸브(100), 제1실내열교환기(25), 제2실내열교환기(27), 전자팽창밸브(110), 실외열교환기(31), 방향전환밸브(100) 및 리시이버탱크(33)를 순차적으로 지나 상기 압축기(21)로 유입하는 사이클을 이룬다. 이때, 상기 방향전환밸브(100)는 상기 압축기(21)의 토출구와 상기 제1실내열교환기(25)의 유입구가 연통되고 실외열교환기(31)의 유출구와 상기 리시이버 탱크(33)의 유입구가 연통되도록(제2도에서 방향전환밸브내의 실선으로 표시) 절환되고, 냉매의 열은 팬(35)(37)에 의해 유동하는 공기를 매개물로 하여 제1실내열교환기(25) 및 제2실내열교환기(27)에서 차실내에 용이하게 전달된다. 따라서, 차실내에는 고온의 공기가 공급된다. 그리고, 실외열교환기(31)를 지나는 냉매는 팬(39)에 의해 유동하는 공기를 매개물로 하여 외부의 열을 흡수한다.

반면에, 그 냉방운전시에는 압축기(21)에서 토출된 냉매가 방향전환밸브(100), 실외열교환기(31), 전자팽창밸브(110), 제2실내열교환기(27), 제1실내열교환기(25), 방향전환밸브(100) 및 리시이버 탱크(33)를 순차적으로 지나 상기 압축기(21)로 유입하는 사이클을 이룬다.

이때, 상기 방향전환밸브(100)는 상기 압축기(21)의 토출구와 상기 실외열교환기(31)의 유입구가 연통되고 제1실내열교환기(25)의 유출구와 상기 리시이버 탱크(33)의 유입구가 연통되도록(제1도에서 방향전환밸브내의 점선으로 표시) 절환되고, 냉매의 열은 팬(39)에 의해 유동하는 공기를 매개물로 하여 실외열교환기(31)에서 외부에 전달되고, 제2실내열교환기(27) 및 제1실내열교환기(25)를 지나는 냉매는 팬(37)(35)에 의해 유동하는 공기를 매개물로 하여 차실내의 열을 흡수한다. 따라서, 차실내에 차가운 공기가 공급된다.

그리고, 제3도에 도시한 바와같이, 차량용 공기조화기의 제어장치에서, 전원수단(40)은 도시되지 않은 전원단으로부터 입력되는 전원의 전원전압을 상기 공기조화기의 구동에 필요한 소정의 직류전압으로 변환하여 출력한다.

운전조작수단(50)은 사용자가 원하는 냉, 난방운전, 과열도등의 운전조건을 입력하도록 다수의 기능키를 구비함은 물론, 상기 공기조화기의 동작을 온/오프하는 운전키를 구비하고 있다.

냉매온도감지수단(60)은 상기 압축기(21)의 출구와 방향전환밸브(100)사이의 일정한 지점에서 냉매온도(Rt)를 감지하는 온도센서이다.

냉매압력감지수단(70)은 상기 압축기(21)의 출구와 방향전환밸브(100)사이의 일정한 지점에서 냉매압력(Rp)을 감지하는 압력센서이다.

제어수단(80)은 상기 전원수단(40)으로부터 출력되는 직류전압을 인가받아 상기 공기조화기를 초기화시킴은 물론, 상기 운전조작수단(50)에 의해 입력된 운전조건에 따라 상기 공기조화기의 전체적인 동작을 제어하는 마이크로컴퓨터이다. 이때, 상기 제어수단(80)은 상기 냉매온도감지수단(60)에 의해 감지된 냉매온도(Rt)와, 상기 냉매압력감지수단(70)에 의해 감지된 냉매압력(Rp)과, 상기 운전조작수단(50)에 의해 입력된 과열도(Tsh)에 따라, 공기조화기의 상기 전자팽창밸브(110)의 개도를 결정하여 증발기로 작용하는 열교환기에 유입하는 냉매량을 제어한다.

또한, 솔레노이드구동수단(90)은 상기 제어수단(80)으로부터 출력되는 제어신호를 받아서 냉, 난방운전에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸도록 상기 방향전환밸브(100)의 솔레노이드(101)를 구동한다.

제어모터구동수단(95)은 상기 제어수단(80)으로부터 출력되는 제어신호를 받아서 상기 전자팽창밸브(110)의 냉매조절판(113)의 개도를 조정하도록 제어모터(114)를 구동한다. 또한 도면에 있어서, 표시수단(120)은 상기 운전조작수단(50)에 의해 사용자가 입력한 냉, 난방운전, 과열도등의 운전조건을 표시한다.

상기한 바와 구성된 공기조화기의 제어장치의 작용 및 제어방법에 대해 설명한다. 제4도에서 S는 스텝(Step)을 표시한다. 먼저, 공기조화기에 전원이 공급되면, 전원수단(40)에서는 도시되지 않은 전원단으로부터 입력되는 전원의 전원전압을 상기 공기조화기의 구동에 필요한 소정의 직류전압으로 변환하여 각 구동회로 및 제어수단(80)에 출력한다.

스텝S1에서는 상기 전원수단(40)으로부터 출력되는 직류전압을 제어수단(80)에서 입력받아 상기 공기조화기를 초기화시키고, 스텝S2에서는 운전조작수단(50)에 의해 사용자가 원하는 냉, 난방운전 및 목표과열도(Tsh)등의 운전조건을 입력한다.

스텝S3에서는 사용자에 의해 상기 운전조작수단(50)의 운전키가 온되었는가를 판별하여, 운전키가 온되지 않은 경우(NO일 경우)에는 운전키가 온될때까지 상기 공기조화기를 운전대기상태로 유지한다. 상기 스텝S3에서의 판별결과, 운전키가 온된 경우(YES일 경우)에는 스텝S4로 나아가서 현재 냉매온도(Rt) 및 냉매압력(Rp)을 냉매온도감지수단(60) 및 냉매압력감지수단(70)에서 감지하여 상기 제어수단(80)에 출력한다.

이어서, 스텝S5에서는 스텝S1에서의 초기값, 스텝S2에서의 운전조작수단(50)에서 입력된 냉, 난방운전 및 목표과열도(Tsh), 스텝S4에서의 냉매온도감지수단(60) 및 냉매압력감지수단(70)에서 입력된 냉매온도(Rt) 및 냉매압력(Rp)에 따라 방향전환밸브(100)의 동작 및 전자팽창밸브(110)의 개도를 결정한다.

상기 스텝S5에서의 전자팽창밸브(110)의 개도결정은 제5도에 도시한 바와 같은 플로우차트에 따라 결정한다.

즉, 스텝S5-1에서 냉매압력(Rp)을 온도값으로 변환하여 온도값 Rpt을 구한 후, 스텝S5-2에서 상기 온도값 Rpt에서 냉매온도(Rt)를 마이너스하여 차이값(Dt)을 구한 다음, 스텝S5-3에서 상기 차이값(Dt)에 따라 보정값(Ct)을 구한 후, 스텝S5-4에서 전자팽창밸브의 개도값(Fn)을 구한다.

이때, 스텝S5-3의 보정값(Ct)은 제6도에 도시한 바와 같은 그래프에 따라 X축의 차이값(Dt)에 대응하는 Y축의 값으로 구해지고, 스텝S5-4에서 전자팽창밸브의 개도값(Fn)은 Fn=F(n-1)+Ct로 구해진다. 여기서, Fn은 현재의 전자팽창밸브 개도값이고, F(n-1)은 이전의 전자팽창밸브 개도값으로서, 냉방가동 초기, 난방가동초기 및 비가동시에 각각 다른 일정한 수치의 값으로 세팅된다. 스탭S6에서는 스텝S5에서의 방향전환벨브(100)의 동작결정에 따라 제어수단(80)에서 솔레노이드구동수단(90)에 제어신호를 출력한다.

따라서, 상기 솔레노이드구동수단(90)에서는 제어수단(80)의 제어에 따라 솔레노이드(101)를 구동시켜, 방향전한밸브(100)를 절환하여 냉, 난방에 부합하는 냉매흐름을 유지시킨다.

스텝S7에서는 스텝S5에서의 전자팽창밸브의 개도값(Fn)에 따라 제어수단(80)에서 제어모터구동수단(95)에 제어신호를 출력한다.

따라서, 상기 제어모터구동수단(95)에서는 제어수단(80)의 제어에 따라 제어모터(114)를 구동시키고, 상기 제어모터(114)의 회전량에 따라 조정되는 냉매조절판(113)에 의해 전자팽창밸브(110)의 개도를 조정한다. 따라서, 상기 전자팽창밸브(110)을 통하여 증발기로 작용하는 열교환기에 유입하는 냉매량이 조정되어 냉, 난방운전에 적절한 과열도가 유지된다.

그리고, 스텝S8에서는 사용자에 의해 상기 운전조작수단(50)의 운전키가 오프(OFF)되었는가를 판별하여, 운전키가 오프되었을 경우에는 공기조화기가 정지하고, 운전키가 오프되지 않은 경우(NO일 경우)에는 상기 스텝S4로 복귀하여 계속해서 현재 냉매온도(Rt) 및 냉매압력(Rp)을 감지하면서 스텝S4이하의 동작을 반복수행한다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 차량용 공기조화기의 제어장치 및 그 방법에 의하면, 냉방운전 또는 난방운전상태에 따라 전자팽창밸브의 개도를 정확히 조정하여 일정한 과열도를 유지시킴에 의해 공기조화기를 최적운전상태로 유지시킨다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims (5)

1. 냉, 난방운전에 따라 일정한 과열도를 유지시키는 공기조화기에 있어서, 난방 또는 냉방운전의 선택에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸는 방향전환밸브(100)와, 전기신호에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸는 방향전환밸브(100)와, 전기신호에 따라 작동되어 냉매의 흐름양을 조절하는 전자팽창밸브(110)와, 상기 방향전환밸브(100)를 통해 흐르는 냉매온도(Rt)를 감지하는 냉매온도감지수단(60)과, 상기 방향전환밸브(100)를 통해 흐르는 냉매압력(Rp)을 감지하는 냉매압력감지수단(70)과, 상기 냉매온도감지수단(60)과 냉매압력감지수단(70)에 의해 감지된 감지신호에 따라 상기 전자팽창밸브(110)를 제어하는 제어수단(80)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 제어장치
2. 제1항에 있어서, 상기 전자팽창밸브(110)는 그 내부에 냉매유로(111)가 형성된 몸체(112)와, 상기 냉매유로(111)에 흐르는 냉매량을 조절하도록 상기 냉매유로(111)에 설치된 냉매조절판(113)과, 상기 냉매조절판(113)의 열림정도를 조절하도록 상기 냉매조절판(113)을 구동하는 제어모터(114)를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 제어장치
3. 냉, 난방운전에 따라 전자팽창밸브의 개도를 조정하여 일정한 과열도를 유지시키는 공기조화기의 제어장법에 있어서, 냉매온도(Rt) 및 냉매압력(Rp)을 냉매온도감지수단 및 냉매압력감지수단에서 감지하는 감지스텝과, 상기 감지스텝에서 감지한 감지신호에 따라 상기 전자팽창밸브의 개도값을 결정하는 개도값결정스텝과, 상기 개도값결정스텝에 따라 결정된 전자팽창밸브의 개도값(Fn)에 따라 제어모터의 구동에 의해 상기 전자팽창밸브의 개도를 조정하는 개도조정스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 제어방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 개도값결정스텝은 냉매압력(Rp)을 온도값으로 변환하여 온도값 Rpt을 구한 후, 상기 온도값 Rpt에서 냉매온도(Rt)를 마이너스하여 차이값(Dt)을 구한 다음, 상기 차이값(Dt)에 따라 보정값(Ct)을 구한 후, 다음 식(1)에 따라 전자팽창밸브의 개도값(Fn)을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 제어방법.Fn=F(n-1)+Ct 식(1)(여기서, Fn은 현재의 전자팽창밸브 개도값이고, F(n-1)은 이전의 전자팽창밸브 개도값이다.)
5. 제4항에 있어서, 상기 보정값(Ct)은 하기 그래프(1)에 따라 차이값(Dt)에 대응하는 값으로 되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 제어방법.