KR100381175B1 - 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법 - Google Patents

퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법에 관한 것으로서, 특히 실내기의 용량 및 실내온도와 설정온도의 차이를 조건부변수로 선정하고 전자변의 개도를 결론부변수로 선정하는 제 1 과정과, 상기 조건부변수와 결론부변수 사이의 복수개의 추론규칙으로부터 추론된 정보를 퍼지집합으로 표현한 후 상기 추론규칙의 퍼지관계를 구하는 제 2 과정과, 상기 퍼지관계와 상기 조건부변수의 퍼지집합을 이용하여 추론결과의 퍼지집합을 구하는 제 3 과정과, 상기 추론결과의 퍼지집합을 비퍼지화하여 상기 전자변의 개도를 선정하는 제 4 과정을 포함하여 이루어지는 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법을 제공함으로써 전자변의 개도를 결정하는데 걸리는 계산시간이 대폭 단축되고, 상기한 전자변의 개도를 결정하는데 실내기의 용량 및 실내온도가 설정온도의 차이에 대한 중요도와 공기조화시스템의 가변성이 충분히 고려될 수 있도록 한 것이다.

Description

퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법 {Electromagnetic valve's Open Level Deciding Method using Fuzzy Theory in Multi inverter H/P Airconditioner}
본 발명은 복수개의 실내기와 한 개의 실외기를 연결배관을 통해 연결한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨에 관한 것으로서, 특히 각각의 실내기로 공급되는 냉매의 분배량을 결정하기 위하여 퍼지이론을 이용하여 상기 연결배관에 설치된 전자변(Electromagnetic valve; LEV)의 개도를 결정하는 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 멀티 인버터 히트펌프 에어컨의 시스템이 도시된 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 멀티 인버터 히트펌프 에어컨은 크게 실내에 설치되고 냉매를 증발 또는 응축시켜 실내의 냉방 또는 난방을 수행하는 실내유니트(10)와, 상기 실내기(11)들에 적정 상태의 냉매를 공급하기 위해 실외에 설치되고 냉매의 상태를 처리하는 실외유니트(20)와, 상기 실내유니트(10)와 실외유니트(20)를 연결하여 냉매를 상호 유동시키는 연결유니트(30)로 구분된다.
상기한 각 유니트에 대하여 더 상세하게 설명하면, 먼저 상기 실내유니트(10)는 냉매의 증발 또는 응축 작용을 수행하는 실내열교환기(13)를 각각 구비한 복수개의 실내기(11)들로 이루어져 상기한 냉매와 실내의 공기를 서로 열교환시킴으로써 실내의 냉방 또는 난방을 수행하도록 되어 있다.
또한, 상기 실외유니트(20)는 압축기(21), 어큐뮬레이터(23), 사방변(25), 실외열교환기(27), 오일분리기(29)를 구비하여 냉방시에는 저온고압의 액체 상태가 된 냉매를, 난방시에는 고온고압의 기체 상태가 된 냉매를 상기한 실내유니트(10)의 실내열교환기(13)를 향해 제공하도록 되어 있다.
또한, 상기 연결유니트(30)는 실외유니트(20)에서 처리된 냉매를 각각 실내유니트(10)의 실내기(11)들로 공급하는 공급관(31)과, 상기 공급관(31)에 각각 설치되어 실내기(11)의 실내열교환기(13)로 분배되는 냉매의 분배량을 결정하는 전자변(33)과, 상기 실내기(11)의 실내열교환기(13)를 통과한 냉매를 실외유니트(20)로 회수하는 회수관(35)을 구비하여 상기한 실외유니트(20)를 통해 적정 상태로 처리된 냉매가 실내유니트(10)를 구성하는 각각의 실내기(11)들로 알맞게 분배되도록 되어 있다.
이때, 상기한 실내유니트(10)의 실내열교환기(13)는 냉방시에는 증발 작용을, 난방시에는 응축 작용을 각각 수행하고, 상기한 실외유니트(20)의 실외열교환기(27)는 실내열교환기(13)와 상반되는 작용을 수행하게 된다. 즉, 상기한 실내열교환기(13)와 실외열교환기(27)는 에어컨이 냉방을 수행하는가, 또는 난방을 수행하는가에 따라서 증발기와 응축기의 역할을 교대로 맡게 된다.
상기와 같이 구성 및 작동되는 멀티 인버터 히트펌프 에어컨은 종래에는 압축기(21)의 주파수 또는 전자변(33)의 개도를 결정할 때 먼저 기준주파수 또는 기준전자변개도를 선정한 후 압축기(21)의 운전용량변경 또는 각 실내기(11)의 부하변동에 따라 상기 압축기(21)의 주파수 또는 전자변(33)의 개도를 조정하는 방식을채택하고 있었다.
즉, 실내기(11)의 용량 및 흡입온도, 실내온도와 설정온도의 차를 이용하여 압축기(21)의 주파수를 결정한 후 전자변(33)의 개도를 결정함으로써 실내기(11)의 실내열교환기(13)로 알맞은 양의 냉매가 공급되도록 되어 있었다.
이때, 압축기(21)의 주파수를 결정하는 작업에 관련하여 압축기(21)의 기준주파수, 압축기(21)의 운전용량변경시의 주파수, 각 실내기(11)의 부하변동시의 주파수에 대한 식은 각각 하기의 수학식 1, 2, 3으로 정리할 수 있다.
FB = aΣQj + b
Fn = Fn* + 4( ΣQj - ΣQj* )
Fn = Fn* + ΔF
ΔF = (ST1 - ST*) × a'
여기서, 상기한 수학식 1의 FB는 압축기(21)의 운전용량 및 대수에 따른 운전주파수를 나타내고, 상기의 ΣQj는 실내기(11)의 운전용량을 나타낸다. 또한, 상기한 수학식 2의 ()*는 각 변수의 이전값을 나타내고, Fn은 압축기(21)의 새로운 주파수 설정값을 나타낸다. 또한, 상기한 수학식 3의 ST1은 실내기(11) 흡기온도(Suction temperature)의 예측값을 나타내고, ST*는 실내기(11) 흡기온도의 목표값을 나타내며, a'는 단위주파수 변화에 대한 ST의 차이를 나타낸다.
한편, 전자변(33)의 개도를 결정하는 작업에 관련하여 전자변(33)의 기준개도, 압축기(21)의 운전주파수변경시의 개도, 각 실내기(11)의 부하변동시의 개도에 대한 식은 각각 하기의 수학식 4, 5, 6으로 정리할 수 있고, 마지막으로 상기 전자변(33)의 최종적인 개도는 하기의 수학식 7로 정리할 수 있다.
ΣSBj = cΣQj + d
ΣSj = ΣSj* + (Fn - Fn*)×f'
ΣSj = ΣSj* + ΔS1 + ΔS2
ΔS1 = (SC* - SCm')×d'
ΔS2 = (Fn - Fn)×f'
Sj = ΣSj × (Qj/ΣQj)
여기서, 상기한 수학식 4의 ΣSBj는 전자변(33)의 운전용량 및 대수에 따른 개도의 합을 나타내고, ΣQj는 실내기(11)의 운전용량을 나타낸다. 또한, 상기한 수학식 5의 ΣSj는 전자변(33)의 새로운 개도의 합을 나타내고, f'는 단위주파수 변화에 따른 서브쿨도(Subcool degree)의 차이를 나타낸다. 또한, 수학식 6의 SC는 응축기 출구 냉매의 서브쿨도를 나타내고, d'는 전자변(33)의 단위개도당 서브쿨도의 차이를 나타낸다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 따른 전자변(33)의 개도 제어방법은 각 전자변(33)의 개도를 결정하기 위하여 실내기(11)의 용량 및 흡입온도, 실내온도와 설정온도의 차 등을 일일이 계산해야 하기 때문에 계산작업이 복잡하여 시간이 많이 소요됨은 물론, 상기 전자변(33)의 개도가 실내기(11)의 용량이나 실내온도와 설정온도의 차에 비례하여 결정되기 때문에 가변성이 많은 공기조화시스템에는 적합하지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실내기의 실내열교환기로 공급되는 냉매가 각각의 실내열교환기로 적절히 분배되도록 상기한 냉매의 분배량을 결정하는 전자변의 개도를 퍼지이론을 이용하여 결정함으로써 상기한 전자변의 개도를 결정하는데 걸리는 계산시간이 대폭 단축되고, 상기한 전자변의 개도를 결정하는데 실내기의 용량 및 실내온도가 설정온도의 차이에 대한 중요도와 공기조화시스템의 가변성이 충분히 고려될 수 있도록 하는 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 멀티 인버터 히트펌프 에어컨의 시스템이 도시된 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법이 도시된 플로우챠트,
도 3은 본 발명에서 실내기의 용량을 나타내는 제 1조건부변수의 멤버쉽함수가 도시된 그래프,
도 4는 본 발명에서 실내온도와 설정온도의 차이를 나타내는 제 2조건부변수의 멤버쉽함수가 도시된 그래프,
도 5는 본 발명에서 전자변의 개도를 나타내는 결론부변수의 멤버쉽함수가 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실내유니트 11 : 실내기
13 : 실내열교환기 20 : 실외유니트
30 : 연결유니트 33 : 전자변
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 실내기의 용량 및 실내온도와 설정온도의 차이를 조건부변수로 선정하고 전자변의 개도를 결론부변수로 선정하는 제 1 과정과, 상기 조건부변수와 결론부변수 사이의 복수개의 추론규칙으로부터 추론된 정보를 퍼지집합으로 표현한 후 상기 추론규칙의 퍼지관계를 구하는 제 2 과정과, 상기 퍼지관계와 상기 조건부변수의 퍼지집합을 이용하여 추론결과의 퍼지집합을 구하는 제 3 과정과, 상기 추론결과의 퍼지집합을 비퍼지화하여 상기 전자변의 개도를 선정하는 제 4 과정을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 제 2 특징에 따르면, 상기 제 2 과정은 상기 추론정보를 조건부변수와 결론부변수의 멤버쉽함수로 정의된 퍼지집합으로 표현하는 제 1 단계와, 상기 각각의 멤버쉽함수를 이용하여 추론규칙 사이의 각각의 퍼지관계 Ri를 구하는 제 2 단계와, 상기한 제 2 단계에서 구해진 추론규칙 사이의 각각의 퍼지관계 Ri를 이용하여 최종적인 퍼지관계 R을 구하는 제 3 단계로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 퍼지추론을 이용하여 전자변의 개도를 제어하므로 상기 전자변의 개도를 결정하는데 걸리는 계산시간이 대폭 단축됨은 물론, 실내기의 용량 및 실내온도가 설정온도의 차이에 대한 중요도와 공기조화시스템의 가변성이 충분히 고려되어 상기 전자변의 개도가 결정되는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 멀티 인버터 히프펌프 에어컨의 시스템이 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법이 도시된 플로우챠트이고, 도 3과 도 4는 본 발명에서 실내기의 용량 및 실내온도와 설정온도의 차이를 나타내는 제 1조건부변수 및 제 2조건부변수의 멤버쉽함수가 도시된 그래프이고, 도 5는 본 발명에서 전자변의 개도를 나타내는 결론부변수의 멤버쉽함수가 도시된 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, S10에서 실내기(11)의 실내열교환기(13)에 냉매를 적절히 분배하기 위한 전자변(33)의 개도를 결정하는 데 중요한 영향을 끼치는 사항들을 조건부변수로 선정하는 동시에 상기 전자변(33)의 개도를 결론부변수로 선정한다.
이때, 상기 전자변(33)의 개도를 결정하는 데 영향을 미치는 사항들 중 가장기본적인 사항인 실내기(11)의 용량 및 실내온도와 설정온도의 차이가 제 1조건부변수 및 제 2조건부변수로 각각 선정된다.
이후, S20에서 상기 전자변(33)의 개도를 퍼지추론을 통해 결정하기 위하여 상기한 제 1조건부변수 및 제 2조건부변수와 결론부변수 사이의 추론규칙을 선정한다.
예를 들면, 상기한 추론규칙은 다음과 같은 형태로 선정할 수 있다.
추론규칙 1. 실내기(11)의 용량이 작고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 작으면 전자변(33)의 개도값을 아주 작게 한다
추론규칙 2. 실내기(11)의 용량이 작고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 중간이면 전자변(33)의 개도값을 작게 한다.
추론규칙 3. 실내기(11)의 용량이 작고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 크면 전자변(33)의 개도값을 중간으로 한다.
추론규칙 4. 실내기(11)의 용량이 중간이고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 작으면 전자변(33)의 개도값을 아주 작게 한다.
추론규칙 5. 실내기(11)의 용량이 중간이고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 중간이면 전자변(33)의 개도값을 중간으로 한다.
추론규칙 6. 실내기(11)의 용량이 중간이고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 크면 전자변(33)의 개도값을 크게 한다.
추론규칙 7. 실내기(11)의 용량이 크고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 작으면 전자변(33)의 개도값을 중간으로 한다.
추론규칙 8. 실내기(11)의 용량이 크고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 중간이면 전자변(33)의 개도값을 크게 한다.
추론규칙 9. 실내기(11)의 용량이 크고 실내온도와 설정온도 사이의 온도차이가 크면 전자변(33)의 개도값을 아주 크게 한다.
상기와 같은 추론규칙들을 알아보기 쉽도록 표로 정리하면 하기의 표 1과 같다.
XY S M B
S VS VS M
M S M B
B M B VB
여기서, 상기한 표 1의 X는 제 1조건부변수인 실내기(11)의 용량을, Y는 제 2조건부변수인 실내온도와 설정온도의 온도차이를, S는 작음을, M은 중간을, B는 큼을, VS는 아주 작음을, VB는 아주 큼을 나타낸다.
이와 같은 추론규칙은 제 1조건부변수 및 제 2조건부변수인 실내기(11)의 용량 및 실내온도와 설정온도의 차이의 중요도 및 공기조화시스템에 대한 적합도를 고려한 것이다.
이후, S30에서 상기한 추론규칙에서 얻을 수 있는 추론정보를 퍼지집합으로 표현한 후 추론규칙 사이의 퍼지관계를 구한다.
상기한 S30의 과정을 상세히 설명하면, S31에서 상기한 추론정보를 제 1조건부변수 및 제 2조건부변수와 결론부변수의 멤버쉽함수로 정의된 퍼지집합으로 표현한다.
이때, 상기한 제 1조건부변수의 멤버쉽함수는 도 3에 도시된 그래프, 상기한 제 2조건부변수의 멤버쉽함수는 도 4에 도시된 그래프, 마지막으로 상기한 결론부변수의 멤버쉽함수는 도 5에 도시된 그래프로 나타낼 수 있다.
이와 같이 제 1조건부변수 및 제 2조건부변수와 결론부변수의 멤버쉽함수가 결정되면 S33에서 상기한 각각의 멤버쉽함수를 이용하여 추론규칙 사이의 각각의 퍼지관계 Ri를 계산한다.
즉, 상기한 제 1조건부변수의 멤버쉽함수를 uA(x), 상기한 제 2조건부변수의 멤버쉽함수를 uB(y), 상기한 결론부변수의 멤버쉽함수를 uC(z)라고 하면 추론규칙 사이의 각각의 퍼지관계 Ri는 맨다니(Mamdani)의 변환공식에 의하여 하기의 수학식 8과 같이 구해진다.
μRi(x, y, z) = μAi(x)∧μBi(y)∧μCi(z)
여기서, 상기한 수학식 8의 i는 추론규칙의 수(i=1, 2, 3, …, 9)를 나타낸다.
상기한 S33에서 추론규칙 사이의 각각의 퍼지관계 Ri가 구해지면 이를 이용하여 S35에서 최종적인 퍼지관계 R을 계산하여 구한다. 이때, 최종적인 퍼지관계 R은 하기의 수학식 9와 같이 표현된다.
R = R1∪R2∪…∪R9
이후, S40에서 상기한 퍼지관계 R과 상기한 제 1조건부변수 및 제 2조건부변수의 확정치 퍼지집합 A' 및 B'를 가지고 추론의 합성규칙을 이용하여 추론결과의 퍼지집합 C'를 구한다. 이때의 추론결과는 하기의 수학식 10으로 표현된다.
C' = B'o(A'oR)
μC'(x, y) = maxy{μB'(y)∧maxx[μA'(x)∧μR(x, y, z)]}
이후, S50에서 상기한 추론결과의 퍼지집합을 비퍼지화함으로써 S60에서 상기 전자변(33)의 개도가 결정된다. 이때, 상기 전자변(33)의 개도값은 하기의 수학식 11과 같이 표현된다.
μC'(zj)zj / μC'(zj)
전술한 바와 같이, 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
예들 들면, 본 발명에서는 전자변(33)의 개도를 결정하는데 영향을 끼치는 사항들로서 실내기(11)의 용량과 실내온도와 설정온도의 차이를 조건부변수로 선정하여 상기 전자변(33)의 개도를 결정했으나, 이외에도 활동량 등의 다른 조건부변수를 첨가하여 퍼지추론을 한다면 소비자의 쾌적감 및 만족감을 더욱 더 증가시키는 알고리즘이 될 수 있을 것이다.
상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법은, 실내기(11)의 실내열교환기(13)로 공급되는 냉매가 각각의 실내열교환기(13)로 적절히 분배되도록 상기한 냉매의 분배량을 결정하는 전자변(33)의 개도를 퍼지추론을 이용하여 제어함으로써 상기한 전자변(33)의 개도를 결정하는데 걸리는 계산시간이 대폭 단축되고, 상기한 전자변(33)의 개도를 결정하는데 실내기의 용량 및 실내온도와 설정온도의 차이에 대한 중요도와 공기조화시스템의 가변성이 충분히 고려되는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 실내기의 용량 및 실내온도와 설정온도의 차이를 조건부변수로 선정하고 전자변의 개도를 결론부변수로 선정하는 제 1 과정과, 상기 조건부변수와 결론부변수 사이의 복수개의 추론규칙으로부터 추론된 정보를 퍼지집합으로 표현한 후 상기 추론규칙의 퍼지관계를 구하는 제 2 과정과, 상기 퍼지관계와 상기 조건부변수의 퍼지집합을 이용하여 추론결과의 퍼지집합을 구하는 제 3 과정과, 상기 추론결과의 퍼지집합을 비퍼지화하여 상기 전자변의 개도를 선정하는 제 4 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 과정은 상기 추론정보를 조건부변수와 결론부변수의 멤버쉽함수로 정의된 퍼지집합으로 표현하는 제 1 단계와, 상기 각각의 멤버쉽함수를 이용하여 추론규칙 사이의 각각의 퍼지관계 Ri를 구하는 제 2 단계와, 상기한 제 2 단계에서 구해진 추론규칙 사이의 각각의 퍼지관계 Ri를 이용하여 최종적인 퍼지관계 R을 구하는 제 3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법.
KR10-1999-0020693A 1999-06-04 1999-06-04 퍼지이론을 이용한 멀티 인버터 히트펌프 에어컨용 전자변의 개도 결정방법 KR100381175B1 (ko)

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