KR100548302B1 - 공조기의 팽창 밸브 제어 방법 - Google Patents

공조기의 팽창 밸브 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공조기의 팽창 밸브 제어 방법에 관한 것으로, 종래에는 이전 과열도, 현재 과열도로 과열도 오차 변화를 계산할 경우 과열도가 줄어드는 경우에도 과열도가 증가하는 것으로 계산하므로 LEV 개도 값을 감소해야 하는 구간에서 LEV 개도 값을 증가시키는 일이 발생한다. 이로 인해 과열도가 목표 과열도보다 낮아지므로 시스템 안정화 속도가 느려지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 공조기의 과열도를 검출하여 제1,2이전 과열도, 현재 과열도를 측정하는 단계와; 시간 흐름에 따른 상기 제1,2이전 과열도, 현재 과열도의 변화 곡선을 계산하여 미래 과열도를 예측하는 단계와; 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 계산하고, 현재 과열도에서 미래 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 계산하는 단계와; 상기 계산한 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 과열도 제어 테이블에서 읽어들이고 LEV 개도를 업데이트하여 과열도 제어하는 단계로 이루어져 과열도를 목표 과열도에 가능한 빨리 수렴시켜 과열도 안정화 속도를 증가시키고, 과열도 제어의 신뢰도를 높이는 효과가 있다.

Description

공조기의 팽창 밸브 제어 방법{EXPANSION VALVE CONTROL METHOD FOR AIR-CONDITIONER}
도 1은 종래 공조기의 팽창 밸브 제어 방법에서 LEV 개도를 증감하여 과열도 제어에 사용되는 과열도 제어 테이블을 보인 예시도.
도 2는 종래 공조기의 팽창 밸브 제어 방법의 동작 흐름도.
도 3은 도 2의 제어에 따른 과열도 제어 곡선을 보인 예시도.
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 공조기 및 제어 장치의 개략도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공조기의 팽창 밸브 제어 방법의 동작 흐름도.
도 6는 도 5의 제어에 따른 과열도 제어 곡선을 보인 예시도.
본 발명은 공조기의 팽창 밸브 제어 방법에 관한 것으로, 특히 과열도 변화를 예측하여 얻은 미래 과열도에 상응하게 LEV 개도를 증감하여 과열도를 제어할 수 있게 한 공조기의 팽창 밸브 제어 방법에 관한 것이다.
종래 공조기는 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 공조기의 팽창 밸브 제어 방법에서 LEV 개도를 증감하여 과열도 제어에 사용되는 과열도 제어 테이블을 보인 예시도이다.
공조기는 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.
공조기는 실외온도와 운전 주파수에 따라 각각 다른 목표 과열도를 정하고 현재 과열도가 목표 과열도에 수렴하게 LEV 개도를 증감 제어한다. 냉매가 공조기를 구성하는 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기를 순환하면서 열교환이 행해질 때 목표 과열도는 최적의 열교환이 행해질 때의 과열도이다. 공조기는 현재 과열도를 목표 과열도에 가능한 빠르고 안정하게 수렴하도록 LEV 개도를 증감 제어한다.
도 2는 종래 공조기의 팽창 밸브 제어 방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 이전에 측정한 과열도와 현재 측정한 과열도를 사용하여 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 계산하고, 이전 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 계산하는 단계와; 과열도 제어 테이블에서 상기 과열도 오차와 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 읽어들여 LEV 개도에 더해 업데이트하는 단계와; 상기 LEV 개도에 대응하게 팽창 밸브를 열고 닫아 과열도를 제어하는 단계로 이루어진다.
공조기는 압축기의 토출 과열도 또는 흡입 과열도를 검출하여 이전 과열도, 현재 과열도를 측정한다. 공조기는 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 계산하고, 이전 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 계산한다.
공조기는 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응한 LEV 개도 증감 값을 과열도 제어 테이블에서 읽어들여 LEV 개도에 더해 업데이트한다. LEV 개도가 증가 또는 감소하면 과열도는 감소 또는 증가한다. 공조기는 매 제어 주기마다 LEV 개도를 증감 제어하여 과열도를 목표 과열도에 수렴하게 한다.
도 3은 도 2의 제어에 따른 과열도 제어 곡선을 보인 예시도이다. 과열도는 시간이 지남에 따라 목표 과열도에 접근한다. 공조기는 현재 과열도, 이전 과열도를 이용하여 과열도 증감을 판단하여 과열도가 목표 과열도에 수렴했는지를 판단한다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 이전 과열도, 현재 과열도로 과열도 오차 변화를 계산할 경우 과열도가 줄어드는 경우에도 과열도가 증가하는 것으로 계산하므로 LEV 개도 값을 감소해야 하는 구간에서 LEV 개도 값을 증가시키는 일이 발생한다. 이로 인해 과열도가 목표 과열도보다 낮아지므로 시스템 안정화 속 도가 느려지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 제1,2이전 과열도, 현재 과열도로 미래 과열도를 계산하여 과열도의 변화 방향을 예측하고 LEV 개도를 증감하여 과열도가 목표 과열도에 수렴할 수 있도록 한 공조기의 팽창 밸브 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공조기의 과열도를 검출하여 제1,2이전 과열도, 현재 과열도를 측정하는 단계와; 시간 흐름에 따른 상기 제1,2이전 과열도, 현재 과열도의 변화 곡선을 계산하여 미래 과열도를 예측하는 단계와; 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 계산하고, 현재 과열도에서 미래 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 계산하는 단계와; 상기 계산한 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 과열도 제어 테이블에서 읽어들이고 LEV 개도를 업데이트하여 과열도 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 공조기 및 제어 장치의 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이 냉방시 냉매를 증발하여 차가운 표면을 유지하는 증발기(44)와; 상기 증발기(44)를 거친 냉매를 압축하는 압축기(41)와; 냉방시 압축된 냉매를 응축하여 뜨거운 응축열을 배출하는 응축기(42)와; 냉매의 흐름 압력을 조절하는 팽 창 밸브(43)와; 압축기(41)의 흡입 온도와 증발기(44)의 증발 온도를 검출하여 제1,2이전 과열도, 현재 과열도를 측정하고 미래 과열도를 연산하여 과열도의 변화 방향을 예측하고 LEV 개도를 증감하여 과열도를 제어하는 과열도 제어기(45)로 구성된다.
증발기(44)는 냉방시 냉매를 증발하여 차가운 표면을 유지하고, 압축기(41)는 증발기(44)를 거친 냉매를 압축하고, 응축기(42)는 냉방시 압축된 냉매를 응축하여 뜨거운 응축열을 배출하고, 팽창 밸브(43)는 냉매의 흐름 압력을 조절한다. 증발기(44)의 온도 센서(46)는 냉매의 증발 온도를 검출하고, 압축기(41)의 온도 센서(47)는 압축기(41)에 흡입되는 냉매의 흡입 온도를 검출한다.
과열도 제어기(45)는 압축기(41)의 흡입 온도에서 증발기(44)의 증발 온도를 빼어 제1,2이전 과열도, 현재 과열도를 측정한다. 제1,2이전 과열도는 현재 과열도 측정 이전에 측정된 과열도이다. 과열도 제어기(45)는 제1,2이전 과열도, 현재 과열도로 미래 과열도를 연산하고 과열도의 변화 방향을 예측하고 LEV 개도를 증감하여 과열도를 제어한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공조기의 팽창 밸브 제어 방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 압축기의 토출 과열도 또는 흡입 과열도를 검출하여 제1,2이전 과열도, 현재 과열도를 측정하는 단계와; 시간 흐름에 따른 상기 제1,2이전 과열도, 현재 과열도의 변화 곡선을 계산하여 미래 과열도를 예측하는 단계와; 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 계산하고, 현재 과열도에서 미래 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 계산하는 단계와; 상기 계산한 과 열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 과열도 제어 테이블에서 읽어 LEV 개도에 더해 업데이트하는 단계와; 상기 LEV 개도에 대응하게 팽창 밸브를 열고 닫아 과열도를 제어하는 단계로 이루어진다.
공조기는 압축기의 토출 과열도 또는 흡입 과열도를 검출하여 제1,2이전 과열도, 현재 과열도를 측정한다. 압축기의 흡입 과열도는 압축기의 흡입 온도에서 증발 온도를 뺀 값이고, 토출 과열도는 압축기의 토출 온도에서 응축기의 응축 온도를 뺀 값이다. 제2이전 과열도, 제1이전 과열도, 현재 과열도 순서로 시간이 증가한다.
공조기는 시간 흐름에 따른 제1,2이전 과열도, 현재 과열도의 변화 곡선을 계산하여 미래 과열도를 예측한다. 과열도 변화 곡선은 이차 함수로 표현된다. 이차 함수는 Y=aX2+bX+C의 형태이고, Y는 과열도, X는 시간이다. 공조기는 제1,2이전 과열도, 현재 과열도 대 시간 값으로 이차 함수의 a, b, c 세 상수를 결정한다. 계산한 과열도 변화 곡선에서 소정 시간 뒤의 미래 과열도를 계산하여 얻을 수 있다.
공조기는 목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 계산하고, 현재 과열도에서 미래 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 계산한다. 공조기는 계산한 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 과열도 제어 테이블에서 읽어 LEV 개도에 더해 업데이트한다. 그리고, LEV 개도에 대응하게 팽창 밸브를 열고 닫아 과열도를 제어한다.
도 6는 도 5의 제어에 따른 과열도 제어 곡선을 보인 예시도이다.
현재 과열도, 제1이전 과열도, 제2이전 과열도 순서로 과열도 크기가 크다. 제2이전 과열도에서 제1이전 과열도로의 과열도 증가량은 제1이전 과열도에서 현재 과열도로의 과열도 증가량보다 크다. 과열도 증가량은 감소하는 방향이므로 현재 과열도는 미래에 감소하는 방향으로 변화한다.
시간에 대한 제2이전 과열도, 제1이전 과열도, 현재 과열도의 변화 곡선은 이차 곡선으로 표현 가능하다. 이차 곡선에서 세 점을 지나는 과열도 변화 곡선은 하나이다. 과열도 변화 곡선은 미래에 과열도가 증가할지 감소할지를 표현한다. 예시한 과열도 변화 곡선은 미래 과열도가 감소하는 것으로 예측한다.
현재 과열도에서 미래 과열도를 뺀 과열도 오차 변화는 양의 값을 가지므로 시간이 지남에 따라 과열도가 감소함을 말한다. 목표 과열도에서 현재 과열도를 뺀 과열도 오차는 음의 값을 가지므로 현재 과열도는 목표 과열도보다 크다. 과열도 오차는 음의 값, 과열도 오차 변화는 양의 값을 가지므로 과열도 제어 테이블에서 좌측 하단에 위치하는 영역의 LEV 개도 증감 값이 LEV 개도 제어에 사용된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 미래 과열도를 계산하여 과열도의 변화 방향을 예측하여 최적의 LEV 개도 제어를 수행함으로써 과열도를 목표 과열도에 가능한 빨리 수렴시켜 과열도 안정화 속도를 증가시키고, 과열도 제어의 신뢰도를 높이는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 공조기의 과열도를 검출하여 제1,2이전 과열도, 현재 과열도를 측정하는 단계와;
    시간 흐름에 따른 상기 제1,2이전 과열도, 현재 과열도의 변화 곡선을 계산하여 미래 과열도를 예측하는 단계와;
    목표 과열도에서 현재 과열도를 빼서 과열도 오차를 계산하고, 현재 과열도에서 미래 과열도를 빼서 과열도 오차 변화를 계산하는 단계와;
    상기 계산한 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 과열도 제어 테이블에서 읽어들이고 LEV 개도를 업데이트하여 과열도 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 공조기의 팽창 밸브 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미래 과열도 예측 단계는 시간 대 제1,2이전 과열도, 현재 과열도의 세 점을 지나는 과열도 변화 곡선을 계산하는 단계와;
    상기 과열도 변화 곡선에서 미래 시간의 과열도를 미래 과열도로 예측하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 공조기의 팽창 밸브 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 과열도 변화 곡선은 Y=aX2+bX+C의 형태의 이차 함수로 표현하게 이루어진 것을 특징으로 하는 공조기의 팽창 밸브 제어 방법.
    여기서, Y는 과열도, X는 시간이다.
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