KR100548300B1 - 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법에 관한 것으로, 종래에는 과열도가 크게 변하지 않는 경우 LEV 개도를 1씩 20분 이상 감소시켜도 과열도가 증가되지 않는 구간이 발생할 수 있다. 이러한 현상이 발생하면 장시간 동안 압축기 내부로 액냉매가 유입될 수 있으므로 압축기에 과부하가 걸려 파손되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 과열도 오차와 과열도 오차 변화에 대해 퍼지 룰을 적용한 과열도 제어 테이블에서 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간의 LEV 개도 감소 값을 소정 크기만큼 작게 설정하는 단계와; 과열도 증가 제어에서 과열도 오차가 과열도 오차 변화에 비해 소정 크기만큼 크면 상기 과열도 제어 테이블의 소정 크기만큼 작게 설정된 LEV 개도 감소 값만큼 LEV 개도 값을 감소시켜 제어하는 단계와; 과열도 감소 제어에서 과열도 오차 변화의 절대값이 과열도 오차의 절대값에 비해 소정 크기만큼 크면 상기 과열도 제어 테이블의 소정 크기만큼 작게 설정된 LEV 개도 감소 값만큼 LEV 개도 값을 감소시켜 제어하는 단계로 이루어져 목표 과열도보다 현재 과열도가 낮은 경우 또는 이전 과열도보다 현재 과열도가 낮은 경우에 LEV 개도를 더 크게 감소시켜 적정 냉매 유량을 흐르게 함으로써 시스템의 냉방 효율을 증가시키고, 압축기 내부로 액냉매가 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

에어컨의 팽창 밸브 제어 방법{EXPANSION VALVE CONTROL METHOD FOR AIR-CONDITIONER}

도 1은 종래 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법에서 LEV 개도를 증감하여 과열도 제어에 사용되는 과열도 제어 테이블을 보인 예시도.

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 냉방 시스템 및 제어 장치의 개략도.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법의 동작 흐름도.

도 4는 에어컨을 구성하는 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기의 열교환에서 압력 대 엔탈피의 관계를 보인 P-H 선도.

도 5는 LEV 개도가 소정 시간 이상 감소해도 과열도가 증가되지 않는 제어 곡선을 보인 예시도.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 과열도 제어 테이블을 보인 예시도.

도 7은 현재 과열도가 목표 과열도에 접근해가는 제어 곡선을 보인 예시도.

본 발명은 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법에 관한 것으로, 특히 에어컨의 팽 창 밸브를 열거나 닫아 압축기 내부로 액냉매가 유입하지 않게 한 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법에 관한 것이다.

종래 에어컨은 과열도 오차, 과열도 오차 변화를 연산하여 이를 기초로 퍼지 룰을 적용하여 전자식 선형 밸브(LEV: Linear Expansion Valve) 개도를 열거나 닫는다. 퍼지 룰은 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 소정 레벨로 구분하고 각 인자의 레벨 변화에 대한 LEV 개도의 증감 값을 테이블로 구성한다. 도 1은 종래 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법에서 LEV 개도를 증감하여 과열도 제어에 사용되는 과열도 제어 테이블을 보인 예시도이다.

에어컨은 운전 초기에는 LEV 개도를 증가시켰다가 압축기의 흡입 과열도 또는 토출 과열도에 따라 LEV 개도를 증감시킨다. 압축기의 흡입 과열도는 압축기의 흡입 온도에서 증발 온도를 뺀 값이고, 토출 과열도는 압축기의 토출 온도에서 응축기의 응축 온도를 뺀 값이다. 에어컨은 토출 과열도 또는 응축 과열도를 이용하여 과열도를 제어한다. 이때, LEV 개도가 증가하면 과열도가 낮아지고, LEV 개도가 감소하면 과열도가 증가한다.

에어컨은 실외온도와 운전 주파수에 따라 각각 다른 목표 과열도를 정하고 현재 과열도가 목표 과열도에 수렴하게 LEV 개도를 증감 제어한다. 냉매가 에어컨을 구성하는 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기를 순환하면서 열교환이 행해질 때 목표 과열도는 최적의 열교환이 행해질 때의 과열도이다. 에어컨은 현재 과열도를 목표 과열도에 가능한 빠르고 안정하게 수렴하도록 LEV 개도를 증감 제어한다.

LEV 개도가 작아지면 팽창기의 압력 차이가 커지게 되고 냉매 유량은 적어진 다. 냉매 유량이 적어지면 증발기를 거쳐 압축기에 흡입되는 냉매의 양이 줄어들어 과열도가 증가한다. 이때, 증발기의 증발 온도는 외기 온도보다 작아 냉매가 기체 상태로 변화하지만 두 온도의 차가 점점 작아지면 기체 상태로 변화하는 냉매의 양이 줄어들게 되어 압축기의 흡입 과열도가 낮아지는 일이 발생한다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 과열도가 크게 변하지 않는 경우 LEV 개도를 1씩 20분 이상 감소시켜도 과열도가 증가되지 않는 구간이 발생할 수 있다. 이러한 현상이 발생하면 장시간 동안 압축기 내부로 액냉매가 유입될 수 있으므로 압축기에 과부하가 걸려 파손되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 과열도 변화가 작은 구간에서 LEV 개도를 더 크게 감소시켜 과열도 변화를 크게 증가시켜 압축기에 액냉매가 유입되지 않도록 한 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 과열도 오차와 과열도 오차 변화에 대해 퍼지 룰을 적용한 과열도 제어 테이블에서 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간의 LEV 개도 감소 값을 소정 크기만큼 작게 설정하는 단계와;

과열도 증가 제어에서 과열도 오차가 과열도 오차 변화에 비해 소정 크기만큼 크면 상기 과열도 제어 테이블의 소정 크기만큼 작게 설정된 LEV 개도 감소 값 만큼 LEV 개도 값을 감소시켜 제어하는 단계와;

과열도 감소 제어에서 과열도 오차 변화의 절대값이 과열도 오차의 절대값에 비해 소정 크기만큼 크면 상기 과열도 제어 테이블의 소정 크기만큼 작게 설정된 LEV 개도 감소 값만큼 LEV 개도 값을 감소시켜 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 냉방 시스템 및 제어 장치의 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이 냉방시 냉매를 증발하여 차가운 표면을 유지하는 증발기(24)와; 상기 증발기(24)를 거친 냉매를 압축하는 압축기(21)와; 냉방시 압축된 냉매를 응축하여 뜨거운 응축열을 배출하는 응축기(22)와; 냉매의 흐름 압력을 조절하는 팽창 밸브(23)와; 압축기(21)의 흡입 온도와 증발기(24)의 증발 온도를 검출하여 과열도를 연산하고 퍼지 룰을 적용하여 팽창 밸브의 LEV 개도를 증감 제어하는 과열도 제어기(25)로 구성된다.

증발기(24)는 냉방시 냉매를 증발하여 차가운 표면을 유지하고, 압축기(21)는 증발기(24)를 거친 냉매를 압축하고, 응축기(22)는 냉방시 압축된 냉매를 응축하여 뜨거운 응축열을 배출하고, 팽창 밸브(23)는 냉매의 흐름 압력을 조절한다. 증발기(24)의 온도 센서(26)는 냉매의 증발 온도를 검출하고, 압축기(21)의 온도 센서(27)는 압축기(21)에 흡입되는 냉매의 흡입 온도를 검출한다.

과열도 제어기(25)는 압축기(21)의 흡입 온도에서 증발기(24)의 증발 온도를 빼어 과열도를 연산하고 퍼지 룰을 적용하여 팽창 밸브의 LEV 개도를 증감 제어한다. 과열도 제어기(25)는 실외 온도와 운전 주파수에 대한 목표 과열도를 설정하고 흡입 과열도를 목표 과열도에 수렴하게 LEV 개도를 증감 제어한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 과열도를 측정하여 과열도 오차, 과열도 오차 변화를 계산하는 단계와; 상기 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응한 LEV 개도 증감값을 과열도 제어 테이블에서 검색하는 단계와; 과열도 오차 + 과열도 오차 변화가 작은 구간의 LEV 개도 감소 값을 소정 크기만큼 감소시켜 LEV 개도를 수정하는 단계로 이루어진다.

에어컨은 압축기의 흡입 온도에서 증발기의 증발 온도를 빼서 현재 과열도를 연산하고, 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 연산하고, 이전 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 연산한다.

에어컨은 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대한 LEV 개도 증감 값을 과열도 제어 테이블에서 읽어들이고, 팽창 밸브의 LEV 개도를 증감 제어한다. 과열도 제어 테이블에서 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간의 LEV 개도 감소 값을 더 작게 조절한다. 더 작게 조절된 LEV 개도 감소 값이 팽창 밸브의 열고 닫음 제어에 적용되면 현재 과열도는 목표 과열도를 초과하여 증가한다.

본 발명의 과열도 제어 테이블은 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간에서 종래 과열도 제어 테이블의 LEV 개도 감소 값보 다 소정 크기 작은 LEV 개도 감소 값을 갖는다. 상기 구간은 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 0인 구간의 바로 위쪽에 위치한다.

에어컨이 과열도 제어 테이블의 LEV 개도 감소 값보다 소정 크기 작은 LEV 개도 감소 값을 적용하여 팽창 밸브의 개도를 제어하는 동작을 설명한다.

도 4는 에어컨을 구성하는 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기의 열교환에서 압력 대 엔탈피의 관계를 보인 P-H 선도이다.

P-H 선도에서 압축기는 기체 상태의 냉매를 압축하여 엔탈피를 증가시키고, 응축기는 압축된 냉매를 응축하여 뜨거운 응축열을 외부로 배출하여 엔탈피를 감소시키고, 팽창 밸브는 냉매의 흐름 압력을 감소시키고, 증발기는 냉매를 증발하여 엔탈피를 증가시킨다.

P-H 선도에서 흡입 과열도는 압축기의 흡입 온도에서 증발기의 증발 온도를 뺀 값이고, 토출 과열도는 압축기의 토출 온도에서 응축기의 응축 온도를 뺀 값이고, 과냉도는 응축기의 응축 온도에서 팽창기의 흡입 온도를 뺀 값이다.

에어컨은 실외온도와 운전 주파수에 따라 각각 다른 목표 과열도를 정하고 현재 과열도가 목표 과열도에 수렴하게 LEV 개도를 증감 제어한다. 에어컨은 매 제어 주기마다 흡입 과열도를 연산하여 현재 과열도를 판단한다. 그리고, 에어컨은 목표 과열도, 현재 과열도, 이전 과열도를 이용하여 과열도 오차, 과열도 오차 변화를 연산하고 과열도 제어 테이블에서 LEV 개도 증감 값을 읽어들이고 LEV 개도 값을 업데이트하여 팽창 밸브의 개도를 제어한다.

팽창 밸브의 개도가 열리거나 닫히면 P-H 선도의 냉동 사이클이 변화한다. P-H 선도의 냉동 사이클에서 흡입 과열도는 목표 과열도에 접근하기 시작한다. 에어컨은 흡입 과열도가 목표 과열도에 수렴하도록 LEV 개도 값을 증감 제어한다. 그리고, 흡입 과열도가 목표 과열도에 수렴하면 에어컨은 LEV 개도 값을 일정하게 유지한다.

운전 초기에 에어컨은 LEV 개도를 증가시켰다가 과열도를 제어할 때 LEV 개도를 감소, 증가시켜 현재 과열도가 목표 과열도에 수렴하도록 한다. 그러나, 에어컨이 LEV 개도를 감소시키면서 과열도를 증가시킬 때 LEV 개도 값을 1씩 20분 이상 감소시켜도 과열도가 증가되지 않는 구간이 발생한다.

도 5는 LEV 개도가 소정 시간 이상 감소해도 과열도가 증가되지 않는 제어 곡선을 보인 예시도이다.

LEV 개도가 소정 시간 이상 감소해도 과열도가 목표 과열도에 접근하지 못하므로 과열도 오차와 과열도 오차 변화는 소정 시간 동안 미세하게 변화함을 알 수 있다. LEV 개도가 소정 시간 이상 감소해도 과열도가 증가하지 않으면 긴 시간 동안 압축기 내부로 액냉매가 유입되어 압축기에 과부하가 걸린다.

과열도 제어 테이블에서 LEV 개도 감소 값이 작은 구간은 현재 과열도가 목표 과열도에 근접했을 때 과열도를 미세하게 변화시켜 현재 과열도가 목표 과열도에 수렴하게 하는 역할을 한다. 그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 에어컨이 매 제어 주기마다 작은 LEV 개도 감소 값을 LEV 개도 제어에 사용하면 소정 시간 이상 LEV 개도 값이 감소해도 과열도가 목표 과열도에 접근하지 못하는 구간이 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명은 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간의 LEV 개도 감소 값을 종래 LEV 개도 감소 값보다 소정 크기만큼 작게 설정한다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 과열도 제어 테이블을 보인 예시도이다. 과열도 제어 테이블에서 가장 작은 LEV 개도 감소 값은 종래 과열도 제어 테이블의 LEV 개도 감소 값보다 소정 크기만큼 작게 설정된다.

도 7은 현재 과열도가 목표 과열도에 접근해가는 제어 곡선을 보인 예시도이다.

과열도는 시간이 흐름에 따라 작은 값에서 시작해서 목표 과열도에 접근하기 시작한다. 목표 과열도 접근 초기에는 목표 과열도, 현재 과열도, 이전 과열도 순으로 과열도 크기가 다르므로 과열도 제어 테이블에서 과열도 오차는 양의 값, 과열도 오차 변화는 음의 값을 갖는 영역의 LEV 개도 증감값이 사용된다.

과열도 오차와 과열도 오차 변화의 합이 0이면 에어컨은 LEV 개도 값을 증가시키지 않고 LEV 개도 값을 유지한다. 과열도 오차가 과열도 오차 변화에 비해 소정 작은 크기만큼 크면 LEV 개도 값을 종래보다 더 크게 감소시켜 현재 과열도가 목표 과열도를 초과하게 한다. 과열도 오차가 과열도 오차 변화보다 미세하게 클 때 종래 LEV 개도 감소 값보다 소정 크기만큼 크게 LEV 개도 값을 감소시키면 현재 과열도가 목표 과열도를 초과하여 목표 과열도에서 멀어진다. 그러나, 현재 과열도가 소정 시간 이상 목표 과열도에 접근하지 못하는 구간은 발생하지 않는다.

현재 과열도가 목표 과열도를 초과하면 이전 과열도, 현재 과열도, 목표 과열도 순으로 과열도 크기가 달라진다. 과열도 오차는 음의 값, 과열도 오차 변화는 양의 값을 가지므로 과열도 제어 테이블에서 과열도 오차는 음의 값, 과열도 오차 변화는 양의 값을 갖는 영역의 LEV 개도 증감값이 사용된다.

과열도 오차와 과열도 오차 변화의 합이 0이면 에어컨은 LEV 개도 값을 증가시키지 않고 LEV 개도 값을 유지한다. 과열도 오차 변화의 절대값이 과열도 오차의 절대값에 비해 소정 작은 크기만큼 크면 LEV 개도 값을 종래보다 더 크게 감소시켜 현재 과열도가 목표 과열도를 초과하게 한다. 과열도 오차 변화가 양의 값을 갖으면 과열도가 감소함을 나타내므로 LEV 개도 값을 감소시켜 과열도 감소 변화량을 줄여야 한다.

만약, 종래의 LEV 개도 감소 값을 적용하면 현재 과열도가 목표 과열도보다 작아질 수 있다. 이때, 에어컨이 다시 과열도 증가 제어를 실행하면 LEV 개도 값을 소정 시간 이상 감소시켜도 과열도가 증가되지 않는 구간이 발생한다. 따라서, 본 발명은 과열도 오차 변화의 절대값이 과열도 오차의 절대값에 비해 소정 작은 크기만큼 크면 LEV 개도 값을 종래보다 더 크게 감소시켜 현재 과열도가 목표 과열도를 초과하게 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 목표 과열도보다 현재 과열도가 낮은 경우 또는 이전 과열도보다 현재 과열도가 낮은 경우에 LEV 개도를 더 크게 감소시켜 적정 냉매 유량을 흐르게 함으로써 시스템의 냉방 효율을 증가시키고, 압축기 내부로 액냉매가 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 과열도 오차와 과열도 오차 변화에 대해 퍼지 룰을 적용한 과열도 제어 테이블에서 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간의 LEV 개도 감소 값을 소정 크기만큼 작게 설정하는 단계와;

   과열도 증가 제어에서 과열도 오차가 과열도 오차 변화에 비해 소정 크기만큼 크면 상기 과열도 제어 테이블의 소정 크기만큼 작게 설정된 LEV 개도 감소 값만큼 LEV 개도 값을 감소시켜 제어하는 단계와;

   과열도 감소 제어에서 과열도 오차 변화의 절대값이 과열도 오차의 절대값에 비해 소정 크기만큼 크면 상기 과열도 제어 테이블의 소정 크기만큼 작게 설정된 LEV 개도 감소 값만큼 LEV 개도 값을 감소시켜 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 과열도 오차는 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 연산한 값이고, 상기 과열도 오차 변화는 이전 과열도에서 현재 과열도를 빼서 연산한 값으로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 과열도 제어 테이블에서 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간은 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 0인 구간의 바로 위쪽에 위치하게 이루어진 것을 특징으로 하는 에어컨 의 팽창 밸브 제어 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 과열도 오차와 과열도 오차 변화를 더한 값이 작은 양의 값을 갖는 구간의 LEV 개도 감소 값은 LEV 개도 값을 감소시켜 현재 과열도를 목표 과열도보다 커지게 하는 값으로 설정되게 이루어진 것을 특징으로 하는 에어컨의 팽창 밸브 제어 방법.

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