KR100301847B1 - 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내외의 온도 및 증발기 입구측 냉매의 시간대별 온도차 등을 고려하여, 운전조건에 따라 냉동사이클을 순환하는 냉매의 유량이 달라지도록 하므로써, 냉동사이클을 안정화시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 냉매관로(1) 상에 압축기(2)와 응축기(3), 팽창밸브(4) 및 증발기(5)가 구비되는 공기조화기의 냉동사이클에 있어서, 상기 증발기(5) 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기(1a)와, 상기 증발기(5) 출구측에 설치되어 실내의 온도를 검출하는 온도감지기(6a)와, 상기 압축기(2) 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기(1b)와, 상기 압축기(2) 출구측에 설치되어 실외의 온도를 검출하는 온도감지기(6b)와, 상기 증발기(5)와 응축기(3)를 연결하는 냉매관로(1) 상에 설치되어 개도량을 가변시키므로써 냉동사이클의 관로를 순환하는 냉매의 유량을 제어하는 전자팽창밸브(7)와, 상기 각 온도감지기(1a)(1b)(6a)(6b)에서 검출된 온도값의 시간별 변화 및 개도량의 시간별 변화에 따라 상기 전자팽창밸브(7)의 개도량를 일정시간 간격마다 정시(定時)제어하는 컨트롤러(8)가 구비됨을 특징으로 하는 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치가 제공된다.

Description

공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치 및 그 제어방법{device for controlling flow rate of refrigerant in air conditioner and method for controlling the same}
본 발명은 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치 및 그 운전 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기조화기의 운전조건에 따라 사이클을 순환하는 냉매의 유량(flow rate)이 가변되도록하여 공기조화기의 사이클이 최적의상태에서 운전되도록 한 것이다.
일반적으로, 종래의 공기조화기의 냉동사이클은 도 1에 나타낸 바와 같이, 저온·저압의 기체 냉매를 고온·고압의 기체 냉매로 압축시키는 작용을 하는 압축기(2)와, 상기 고온·고압의 기체 냉매를 고온·고압의 액체 냉매로 응축시키는 작용을 하는 응축기(3)와, 상기 고온·고압의 액체 냉매를 저온·저압의 액체 냉매로 팽창시키는 작용을 하는 팽창밸브(4)와, 상기 저온·저압의 액체 냉매를 저온·저압의 기체 냉매로 증발시키는 작용을 하는 증발기(5)로 구성되어, 실내의 온도를 사용자가 원하는 설정 온도값이 되도록 작용하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 공기조화기 냉동사이클의 팽창기구는 냉매 관내로 항상 일정한 양의 냉매가 흐르도록 되어 있다.
따라서, 운전조건이 변해도 사이클을 따라 순환하는 냉매의 양을 조절할 수가 없어 설정된 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도를 추종함에 있어, 냉동사이클의 운전상태를 최적화할 수 없는 단점이 있었다.
즉, 종래의 공기조화기는 실내와 실외와의 온도차가 변화하더라도 냉동사이클을 순환하는 냉매의 유량이 일정하므로 실외의 온도를 가장 직접적으로 좌·우하게 되는 증발기 입구측 냉매의 온도를 최적의 상태로 유지할 수가 없었다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실내온도와 실외온도와의 조합에 의해 최적의 증발기 입구 목표온도를 설정하고, 그 목표온도를 추종함에 있어 운전조건을 고려하여 냉동사이클이 최적의 상태를 이루도록 냉매의 유량이 증감되도록 하므로써 냉동사이클을 안정화시킬 수 있도록 한 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 공기조화기 냉동사이클을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기 냉동사이클을 나타낸 구성도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1:냉매관로 1a,1b:온도감지기
2:압축기 3:응축기
4:팽창밸브 5:증발기
6a,6b:온도감지기 7:전자팽창밸브
8:컨트롤러
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 냉매관로 상에 압축기와 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 구비되는 공기조화기의 냉동사이클에 있어서; 상기 증발기 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기와, 상기 증발기 출구측에 설치되어 실내의 온도를 검출하는 온도감지기와, 상기 압축기 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기와, 상기 압축기 출구측에 설치되어 실외의 온도를 검출하는 온도감지기와, 상기 증발기와 응축기를 연결하는 냉매관로 상에 설치되어 개도량(開度量)을 가변시키므로써 냉동사이클의 관로를 순환하는 냉매의 유량을 제어하는 전자팽창밸브와, 상기 각 온도감지기에서 검출된 온도값의 시간별 변화 및 개도량의 시간별 변화에 따라 상기 전자팽창밸브의 개도량를 일정시간 간격마다 정시제어하는 컨트롤러가 구비됨을 특징으로 하는 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치가 제공된다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태는 실내온도별 증발기 입구측 냉매의 목표온도와 실외온도별 상기 목표온도 가감치(加減値)와의 조합을 통해 증발기 입구측 냉매의 목표온도를 설정하는 제1단계와, 상기 증발기 입구측 냉매의 목표온도와 소정 시간전에 측정된 증발기 입구측 냉매의 온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단하는 제2단계와, 상기 소정시간 보다 일정시간전에 조작된 전자팽창밸브 개도량과 소정 시간 전에 조작된 전자팽창밸브 개도량중 어느쪽의 개도량이 더 큰가를 판단하는 제3단계와, 상기 증발기 입구측 냉매의 현재온도와 소정시간전의 증발기 입구측 냉매 온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단하는 제4단계와, 상기 증발기 입구측 냉매의 현재온도와 증발기 입구측 냉매의 목표온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단하는 제5단계와, 상기 각 단계에서의 결과값의 조합에 따라 냉동사이클의 관로를 따라 흐르는 냉매 유량이 가변되도록 전자팽창밸브의 개도량 증감여부를 결정하는 제6단계와, 상기 증발기 입구측 냉매의 현재온도와 증발기 입구측 냉매의 목표온도와의 차이값에 따라 그 차이값에 비례하여 전자팽창밸브가 닫히거나 열리도록 상기 전자팽창밸브의 개도량을 결정하는 제7단계가 소정 시간 간격을 두고 반복적으로 수행됨을 특징으로 하는 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 1 및 (표 1)을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 냉동사이클을 나타낸 구성도이고, (표 1)은 본 발명의 전자팽창밸브의 개도량 증감방향 결정 데이터를 예시한 표로서, 냉매관로(1) 상에 압축기(2)와 응축기(3), 팽창밸브(4) 및 증발기(5)가 구비되는 공기조화기에 있어서, 상기 증발기(5) 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기(1a)와, 상기 증발기(5) 출구측에 설치되어 실내의 온도를 검출하는 온도감지기(6a)와, 상기 압축기(2) 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기(1b)와, 상기 압축기(2) 출구측에 설치되어 실외의 온도를 검출하는 온도감지기(6b)가 구비되고, 상기 증발기(5)와 응축기(3)를 연결하는 냉매관로(1) 상에 설치되는 팽창밸브(4)로서는 개도량을 가변시키므로써 냉동사이클의 관로를 순환하는 냉매의 유량을 제어하는 전자팽창밸브(7)가 추가적으로 구비되어 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.
먼저, 증발기(5) 출구측에 설치된 온도감지기(6a)와 압축기(2) 출구측에 설치된 온도감지기(6b)를 통해 실내온도와 실외온도가 검출되어, 컨트롤러(8)에 전달되면 실내온도별 증발기 입구측 냉매의 목표온도와 실외온도별 상기 목표온도 가감치(加減値)와의 조합을 통해 컨트롤러(8)에서는 제어하고자 하는 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도를 설정한다.
예를 들어, 실내온도가 20℃이고 실외온도가 30℃이고, 실내온도가 20℃일 때의 증발기 입구측 냉매의 목표온도가 15℃이며 실외온도가 30℃일 때의 목표온도에 가산치가 +1℃일 경우, 실내온도 및 실외온도의 조합에 의해 설정되는 목표온도는 16℃가 된다.
한편, 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도 설정이 완료되면, 컨트롤러(8)에서는상기 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도와 소정 시간 전에 측정된 증발기(5) 입구측 냉매의 온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단한다.
이어서, 상기 컨트롤러(8)에서는 소정시간 보다 일정시간전에 조작된 전자팽창밸브(7) 개도량(開度量)과 소정 시간 전에 조작된 전자팽창밸브(7) 개도량중 어느쪽의 개도량이 더 큰가를 판단한다.
한편, 소정시간 보다 일정시간전에 조작된 전자팽창밸브(7) 개도량과 소정시간 전에 조작된 전자팽창밸브(7) 개도량중 어느쪽의 개도량이 큰가를 판단한 후에, 상기 컨트롤러(8)에서는 증발기(5) 입구측 냉매의 현재온도와 소정시간전의 증발기(5) 입구측 냉매 온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단하고, 이어 상기 증발기(5) 입구측 냉매의 현재온도와 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단한다.
그 다음, 상기 컨트롤러(8)에서는 각 단계에서의 판단값에 따라 전자팽창밸브(7)의 개도량 증감여부를 결정하게 되는데, 각 판단단계에서의 결과값의 조합에 의해 만들어진 전자팽창밸브(7)의 개도량 증감여부 데이터는 아래의(표 1)에 나타낸 바와 같다.
W X Y Z 전자밸브 개도량 증감여부
＋ － － ＋ 감
－ 증
＋ ＋ 증
0 ＋ 감
＋ － ＋ 증
－ 감
＋ ＋ 감
0 ＋ 증
0 － ＋ 감
－ 증
＋ ＋ 감
0 ＋ 감
－ － － － 증
＋ 증
＋ － 감
0 － 감
＋ － － 감
＋ 감
＋ － 증
0 － 증
0 － － 증
＋ 감
＋ － 증
0 － 증
(여기서,W,X,Y,Z는 개도량 방향 결정 인자로서, 그 부호 상태에 의해 개도량 증감여부가 결정된다.
이 때,W: 증발기 입구측 냉매의 목표온도-소정 시간 전에 측정된 증발기 입구측 냉매의 온도.
X: 소정시간 보다 일정시간전에 조작된 전자팽창밸브 개도량 - 소정 시간 전에 조작된 전자팽창밸브 개도량.
Y: 증발기 입구측 냉매의 현재온도 - 소정시간전의 증발기 입구측 냉매의 온도.
Z: 증발기 입구측 냉매의 현재온도 - 증발기 입구측 냉매의 목표온도.)
한편, 상기 (표 1)에서와 같이 개도량 증감방향이 결정됨과 더불어, 개도량이 결정되어야 하는데, 상기 전자팽창밸브(7)의 개도량은 증발기(5) 입구측 냉매의 현재온도와 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도와의 차이가 크면 그만큼 커지게 되고, 온도차가 작으면 개도량 또한 이에 비례하여 작아지게 된다.
이 때, 전자팽창밸브(7)의 개도량은 스텝모터에 가해지는 펄스신호에 비례하며, 1펄스당 3.75°씩 열리게 된다.
한편, 상기 개도량은 운전 실내기 기준개도량의 합의 120%에 해당하는 상한값과 운전 실내기 기준 개도량의 합의 70%에 해당하는 하한값 범위 내에서 제어된다.
이와 같이, 전자팽창밸브(7)의 개도량 증감 방향과 개도량이 결정되면, 일정한 시간 주기로 개도각을 조정하게 되는데, 조정하는 시간 주기가 너무 빠르면 개도각이 조정된 다음 사이클이 안정화되기도 전에 개도각을 다시 조정하는 것이 되므로 사이클이 불안정하게 될 우려가 있고, 개도각을 조정하는 시간이 너무 늦으면 사이클 응답시간이 길어져 이 역시 냉동사이클이 불안정하게 되므로 적당한 시간 주기로 개도각을 조정해 주어야 한다.
냉동사이클에 대한 바람직한 제어 주기는 시뮬레이션을 통해 얻을 수 있는데, 2분간격으로 정시(定時) 제어하는 것이 가장 바람직하다.
제어 주기가 2분일 경우, (표 1)의 첫 번째 데이터를 예를 들어 설명하면, 2분전 증발기(5) 입구측의 냉매 온도가 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도보다 높고, 4분전 조작된 전자팽창밸브(7)의 개도량보다 2분전 조작된 전자팽창밸브(7)의개도량이 크고, 현재 증발기(5) 입구측 냉매의 온도가 2분전 증발기(5) 입구측 냉매의 온도 보다 낮고, 현재 증발기(5) 입구측 냉매의 온도가 증발기(5) 입구측의 목표온도 보다 높으면, 전자팽창밸브(7)의 개도 방향은 개도량을 증가시키는 방향으로 결정된다.
한편, 목표 증발기(5) 입구 온도와 소정 시간 전에 측정된 증발기(5) 입구 온도가 동일하고, 상기 증발기(5) 입구의 현재온도와 목표 증발기(5) 입구 온도가 동일한 경우에는 정시 제어시에도 전자팽창밸브(7)의 개도량을 변화시키지 않고 이전 상태 그대로 두게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명은 공기조화기의 실내온도별 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도와 실외온도별 상기 목표온도 가감치와의 조합을 통해 증발기(5) 입구측 냉매의 목표온도를 설정하고, 증발기(5) 입구측 냉매의 시간별 온도값 및, 시간별 전자팽창밸브(7)의 개도량 등을 고려하여 사이클을 순환하는 냉매의 유량을 가변시키므로써 공기조화기 사이클의 운전이 최적의 상태에서 이루어질 수 있게 된다.
즉, 단순히 실내의 온도차만을 검출하여 사용자가 설정한 온도값이 될 때까지 냉동사이클이 운전되는 종래와는 달리, 실내외의 온도차·시간별 증발기 입구측의 온도·시간별 팽창밸브의 개도량등 여러 가지 요소를 고려하여 사이클을 순환하는 냉매의 유량을 제어하게 되므로 인해 냉동사이클의 안정성이 극대화 되는 효과를 가져오게 된다.

Claims (4)

  1. 냉매관로 상에 압축기와 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 구비되는 공기조화기의 냉동사이클에 있어서;
    상기 증발기 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기와,
    상기 증발기 출구측에 설치되어 실내의 온도를 검출하는 온도감지기와,
    상기 압축기 입구측 관로상에 설치되어 관로내의 냉매 온도를 검출하는 온도감지기와,
    상기 압축기 출구측에 설치되어 실외의 온도를 검출하는 온도감지기와,
    상기 증발기와 응축기를 연결하는 냉매관로 상에 설치되어 개도량을 가변시키므로써 냉동사이클의 관로를 순환하는 냉매의 유량을 제어하는 전자팽창밸브와,
    상기 각 온도감지기에서 검출된 온도값의 시간별 변화 및 개도량의 시간별 변화에 따라 상기 전자팽창밸브의 개도량을 일정시간 간격마다 정시제어하는 컨트롤러가 구비됨을 특징으로 하는 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치.
  2. 실내온도별 증발기 입구측 냉매의 목표온도와 실외온도별 상기 목표온도 가감치와의 조합을 통해 증발기 입구측 냉매의 목표온도를 설정하는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 설정된 증발기 입구측 냉매의 목표온도와 상기 목표온도 설정에 앞서 소정 시간 전에 측정된 증발기 입구측 냉매의 온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단하는 제2단계와,
    상기 증발기 입구측 냉매의 온도 측정 시점인 상기의 소정시간 전보다도 일정 시간간격만큼 앞서 조작된 전자팽창밸브 개도량과, 상기 증발기 입구측 냉매의 목표온도 설정에 앞서 상기의 소정 시간 전에 조작된 전자팽창밸브 개도량 중 어느 쪽의 개도량이 더 큰가를 판단하는 제3단계와,
    상기 증발기 입구측 냉매의 현재온도와 상기의 소정 시간 전의 증발기 입구측 냉매 온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단하는 제4단계와,
    상기 증발기 입구측 냉매의 현재온도와 증발기 입구측 냉매의 목표온도중 어느 쪽의 온도가 더 높은가를 판단하는 제5단계와,
    상기 각 단계에서의 결과값의 조합에 따라 냉동사이클의 관로를 따라 흐르는 냉매의 유량이 증가 또는 감소하도록 전자팽창밸브의 개도량 증감방향을 결정하는 제6단계와,
    상기 냉동사이클의 관로를 따라 흐르는 냉매의 유량이 결정되도록 상기 전자팽창밸브의 개도량이 설정되는 제7단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 제1단계 내지 제7단계가 일정 시간간격을 두고 반복 수행됨을 특징으로 하는 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자팽창밸브의 개도량이,
    증발기 입구측 냉매의 현재온도와 증발기 입구측 냉매의 목표온도와의 차이값에 비례하여 증감됨을 특징으로 하는 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    증발기 입구측 냉매의 목표온도와 상기 증발기 입구측 냉매의 목표온도 설정에 앞서 소정 시간 전에 측정된 증발기 입구측 냉매의 온도가 동일하고, 증발기 입구측 냉매의 현재온도와 증발기 입구측 냉매의 목표 온도가 동일한 경우,
    상기 전자팽창밸브의 개도량을 현상태로 유지하게 됨을 특징으로 하는 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어방법.
KR1019990003423A 1999-02-02 1999-02-02 공기조화기용 냉동사이클의 냉매 유량 제어장치 및 그 제어방법 KR100301847B1 (ko)

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