KR100672314B1 - 공조기의 팽창밸브 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실외 온도 조건에 따라 LEV의 제어 주기 변동 및 개도 변화량 변동을 적용하여 LEV의 개도를 조절함으로써, 과열도 안정화 속도를 향상시킬 수 있도록 한 공조기의 팽창밸브 제어방법을 제공하고자 한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 실외 온도를 판단하는 단계; 판단된 실외 온도에 따라 변동 LEV의 제어주기를 계산하는 단계; 변동 LEV의 제어주기에 따라 LEV의 개도 증감을 설정하여 수정하는 단계; 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하는지를 판단하는 단계; 그리고, 상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하면, LEV의 개도를 유지하는 단계:를 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법을 제공한다.

공조기, 전자팽창밸브, LEV 제어주기, 과열도, 시정수값

Description

공조기의 팽창밸브 제어방법{Expansion valve control method for air-conditioner}

도 1은 종래 공조기의 팽창밸브 제어방법에서 LEV 개도를 증감하여 과열도 제어에 사용되는 과열도 테이블을 보인 예시도

도 2는 종래 공조기의 팽창밸브 제어방법의 동작 흐름도

도 3은 종래의 실외 온도 조건에서 과열도 특성을 나타낸 그래프

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공조기 및 제어 장치를 개략적으로 나타낸 구성도

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공조기의 팽창밸브 제어방법의 동작 흐름도

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실외 온도 조건에서 과열도 특성을 나타낸 그래프

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공조기의 팽창밸브 제어방법의 동작 흐름도.

본 발명은 공조기의 팽창밸브 제어방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 실외온도 조건에 따라 변동 LEV의 제어 주기 및 변동 LEV의 게인을 다르게 적용하여 과열도 안정화 속도를 향상시킬 수 있도록 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법에 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 각인자의 레벨 변화에 대한 LEV 개도의 증감 값을 테이블로 구성한다.

도 1은 종래 공조기의 팽창밸브 제어방법에서 LEV개도를 증감하여 과열도 제어에 사용되는 과열도 제어 테이블을 보인 예시도이다.

여기서, 상기 공조기는 운전 초기에는 LEV 개도를 증가시켰다가 압축기의 흡입 과열도 또는 토출 과열도에 따라 LEV 개도를 증감시킨다.

이때, 상기 LEV 개도가 증가하면 과열도가 낮아지고, LEV 개도가 감소하면 과열도가 증가한다.

또한, 상기 압축기의 흡입 과열도는 압축기의 흡입 온도에서 증발 온도를 뺀 값이고, 토출 과열도는 압축기의 토출 온도에서 응축기의 응축 온도를 뺀 값을 나타낸다.

상기 공조기는 실외 온도와 운전 주파수에 따라 각각 다른 목표 과열도를 정하고 현재 과열도가 목표 과열도에 수렴하게 LEV개도를 증감 제어한다.

이때, 냉매가 공조기를 구성하는 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기를 순환하 면서 열교환이 행해질 때 목표 과열도는 최적의 열교환이 행해질 때의 과열도이다.

상기 공조기는 현재 과열도를 목표 과열도에 가능한 빠르고 안정하게 수렴하도록 LEV 개도를 증감 제어한다.

도 2는 종래 공조기의 팽창밸브 제어방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 과열도를 측정하여 과열도 오차, 과열도 오차 변화를 계산하고, 과열도 제어 테이블에서 상기 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 읽어들이는 단계와, 상기 LEV 개도 증감 값으로 LEV 개도를 수정하여 업데이트하는 단계로 이루어진다.

상기 공조기는 압축기의 흡입 과열도 또는 토출 과열도를 측정하여 과열도 오차, 과열도 오차 변화를 계산하고, 과열도 제어테이블에서 상기 과열도 오차, 과열도 오차 변화에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 읽어들인다. 공조기는 LEV 개도 증감 값으로 LEV 개도를 수정하여 업데이트하고 과열도 제어한다.

상기 LEV 개도는 공조기에서 냉매 유량을 제어한다. LEV 개도가 증가하면 냉매 유량이 증가하여 과열도가 감소하고, LEV 개도가 감소하면 냉매 유량이 감소하여 과열도가 증가한다.

그러나, 상술한 바와 같은 LEV의 제어 방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

실외 온도 조건에 따라 냉매의 동적특성이 변동하게 되고, 이에 대해 LEV 제어의 시정수값이 변해야 되지만, 종래 LEV 제어의 경우 실외 온도 조건 즉, 0℃ 이하에서 냉매가 가지는 동적특성을 고려하지 않은 상태로 LEV 제어가 이루어지고 있는 실정이다.

즉, 도 3은 실외 온도 조건이 -5℃일 경우의 냉매의 동적특성을 고려하지 않은 채 기존 LEV 제어 주기에 따른 현재 과열도가 목표 과열도에 수렴하는 상태를 나타낸 것으로써, 실외 온도 조건에 따른 냉매의 동적특성을 고려하지 않고 기존의 LEV제어 주기에 따라 제어하게 되면, 목표 과열도(SH_Target)에 대해 현재 과열(SH_Current)도가 차이가(overshoot) 크게 나는 것을 알 수 있다.

이러한 특성을 고져하지 않고 제어가 이루어질 경우 공조기의 난방 운전 조건에서 주파수 변동에 의한 과열도 제어 안정화 속도를 느리게 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 제시된 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 실외 온도 조건에 따라 LEV의 제어 주기 변동 및 개도 변화량 변동을 적용하여 LEV의 개도를 조절함으로써, 과열도 안정화 속도를 향상시킬 수 있도록 한 공조기의 팽창밸브 제어방법을 제공하고자 한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실외 온도를 판단하는 단계; 판단된 실외 온도에 따라 변동 LEV의 제어주기를 계산하는 단계; 변동 LEV의 제어주기에 따라 LEV의 개도 증감을 설정하여 수정하는 단계; 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하는지를 판단하는 단계; 그리고, 상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하면, LEV의 개도를 유지하는 단계:를 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법을 제공한다.

상기 변동 LEV의 제어 주기는 기존의 제어 주기에 설정된 시정수값을 곱하여 기존의 제어 주기보다 제어 주기를 증가시킨 것이다.

이때, 상기 시정수값은 실외 온도 영역에 따라 다르게 설정되는 것이 바람직하고, 상기 실외 온도 영역은 0℃ 이하인 것이다.

한편, 상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하지 않는 경우, 수정된 LEV의 개도값을 기준으로 목표 과열도를 만족할 때까지 반복 수행되는 것이 바람직하다.

상기 LEV의 제어주기 변동 값을 계산한 후, 실온 제어에 의한 주파수 변화를 판단하는 단계를 더 포함하여 수행될 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 방법은 실외 온도를 판단하는 단계; 실외 온도에 따른 LEV의 개도 증감을 설정하는 단계; 변동 LEV의 게인을 적용하는 단계; LEV의 변동 게인 값을 가지고 상기 LEV의 개도를 수정하는 단계; 수정된 LEV의 개도 값이 목표 과열도에 만족하는지를 판단하는 단계; 그리고, 상기 LEV의 개도를 유지하는 단계를 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법을 제공한다.

상기 변동 LEV의 개도는 LEV의 개도 변화량에 설정된 시정수값을 곱하여 기존의 개도 변화량 보다 개도 변화량을 감소시킨 것이다.

이때, 상기 시정수값은 실외 온도 영역에 따라 다르게 설정되는 것이 바람직하며, 상기 실외 온도 영역은 0℃ 이하인 것이다.

한편, 상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하지 않는 경우, 수정된 LEV의 개도값을 기준으로 목표 과열도를 만족할 때까지 반복 수행되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 LEV의 제어주기 변동 값을 계산한 후, 실온 제어에 의한 주파수 변화를 판단하는 단계를 더 포함하여 수행된다.

따라서, 본 발명은 0℃ 이하의 실외 온도 영역에 따라 LEV의 제어 주기값 및 LEV의 개도 변화량을 변화시킨 것에 의해 과열도 안정화 시간을 줄일 수 있고, 오버쇼트를 줄일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 공조기의 팽창밸브 개도 제어방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공조기 및 제어 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공조기의 팽창밸브 제어방법의 동작 흐름도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실외 온도 조건에서 과열도 동특성을 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공조기는 냉방시 냉매를 증발하여 차가운 표면을 유지하는 증발기(54)와, 상기 증발기(54)를 거친 냉매를 압축하는 압축기(51)와, 냉방시 압축된 냉매를 응축하여 뜨거운 응축열을 배출하는 응축기(52)와, 냉매의 흐름 압력을 조절하는 팽창밸브(53)와, 압축기(51)의 흡입 온도와 증발기(54)의 증발 온도를 검출하여 과열도를 연산하고 퍼지 룰을 적용하여 팽창밸브의 LEV 개도를 증감 제어하는 과열도 제어기(55)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 증발기(54)는 냉방시 냉매를 증발하여 차가운 표면을 유지하고, 압축기(51)는 증발기(54)를 거친 냉매를 압축하고, 응축기(52)는 냉방시 압축된 냉매를 응축하여 뜨거운 응축열을 배출하고, 팽창밸브(53)는 냉매의 흐름 압력을 조절한다.

그리고, 상기 증발기(54)의 온도 센서(56)는 냉매의 증발 온도를 검출하고, 압축기(51)의 온도 센서(57)는 압축기(51)에 흡입되는 냉매의 흡입 온도를 검출한다.

그리고, 과열도 제어기(55)는 압축기(51)의 흡입 온도에서 증발기(54)의 증발 온도를 빼어 과열도를 연산하고 퍼지 룰을 적용하여 팽창밸브의 LEV 개도를 증감 제어한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공조기의 팽창밸브 제어방법의 동작 흐름도이다.

이를 통해 알 수 있듯이 본 발명의 일실시예에 따른 공조기의 팽창밸브 제어방법은 실외 온도를 판단하는 단계(S110)와, 판단된 실외 온도에 따라 변동 LEV의 제어주기를 계산하는 단계(S120)와, 변동 LEV의 제어주기에 따라 LEV의 개도 증감을 설정하여 수정하는 단계(S130, S140))와, 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하는지를 판단하는 단계(S150) 그리고, 상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하면, LEV의 개도를 유지하는 단계(S160)를 포함하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공조기의 전자 팽창밸브를 제어하는 방법을 구체적으로 설명하면 이하와 같다.

먼저, 실외 온도를 판단한다.(S110)

다음, 상기 판단된 실외 온도가 0℃ 이하의 영역에 속할 경우, 실외 온도에 따른 변동된 LEV의 제어주기를 계산한다.(S120)

이때, 상기 변동 LEV의 제어 주기는 기존의 LEV의 제어 주기에 설정된 시정수값을 곱하여 나타낸 값이고, 상기 시정수값은 실외 온도 영역에 따라 다르게 설정되는 것이 바람직하다.

즉, 실외 온도가 0℃ 이하에서 동적성질이 달라지는 냉매에 대응하여 LEV의 제어 주기를 변동시킨 것으로써, 상기 기존의 LEV 제어 주기에 새롭게 설정된 시정수값을 곱하여 기존의 LEV 제어 주기보다 제어 주기를 증가시킬 수 있도록 한 것이다.

예를 들어, 실외 온도가 0℃ 이상일 경우, 즉 냉매의 동특성 변화가 없는 상태의 온도일 경우의 시정수값을 1로 설정한다면, 실외 온도가 -5℃에서 0℃ 사이인 경우에는, 시정수값을 1.5로 설정하고, 실외 온도가 -10℃ 에서 -5℃ 사이인 경우에는, 시정수값을 1.8로 설정한다. 즉, 실외 온도가 저온일수록 냉매의 반응이 느려지는 동적인 성질에 따라, 시정수값을 더 큰 값으로 설정하여 LEV의 제어 주기가 보다 증가될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 도시되지는 않았지만, 상기 LEV의 제어주기 변동 값을 계산한 후, 실내온도 제어에 의한 주파수 변화를 판단하는 단계를 더 포함하여 수행되는 것이 바람직하다.

다음, 새롭게 설정된 시정수값에 의해 변동된 LEV 제어 주기 값에 따라 LEV 의 개도 증감을 설정하여 수정한다.(S130, S140)

이때, 과열도 테이블에서 변동 LEV 제어주기 값에 대응하는 LEV 개도 증감 값을 읽어들인다.

다음, 수정된 LEV 개도 값이 목표 과열 도에 만족하는지 확인하는 단계(S150)를 거친 후, 목표과열도에 만족하면 LEV의 개도를 유지시킨다.(S160)

한편, 상기된 바와 같은 방법으로 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하지 않는 경우, 수정된 LEV의 개도값을 기준으로 목표 과열도를 만족할 때까지 전술한 과정을 반복 수행된다.

한편, 실외 온도가 0℃ 이상인 경우에는 기존의 제어 주기를 이용하여 LEV의 개도 증감을 설정한 후, 개도를 수정한 다음, 목표 과열도를 만족시키도록 한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실외 온도 조건(-5℃)에 따른 과열도 특성을 나타낸 것이다. 이때, 종래의 도 3에 대비하여 종래 LEV의 제어시간을 1주기로 보았을 때, 본발명의 LEV의 제어시간의 2/3주기를 나타낸 것이다.

따라서, 실외 온도 조건에 따라 LEV의 제어주기에 새로 설정된 시정수값을 적용하여 실외 온도가 0℃ 이하로 내려갈수록 제어 주기를 길게 제어하고, 0℃ 이상에서는 기존 주기대로 제어함으로써, 현재 과열도가 목표 과열도에 빠르게 수렴되어 과열도 오버슈트(overshoot)도 일정 범위 이내로 줄일 수 있고, 결과적으로는 과열도 안정화 속도록 줄일 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공조기의 전자 팽창 제어 방법을 나타낸 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공조기의 전자 팽창 제어 방법은 실외 온도를 판단하는 단계(S310)와, 실외 온도에 따른 LEV의 개도 증감을 설정하는 단계(S320)와, LEV의 변동 게인을 적용하는 단계(S330)와, LEV의 변동 게인 값을 가지고 상기 LEV의 개도를 수정하는 단계(S340)와, 수정된 LEV의 개도 값이 목표 과열도에 만족하는지를 판단하는 단계(S350) 그리고, 상기 LEV의 개도를 유지하는 단계(S360)를 포함하여 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 본 발명의 일 실시예와 전자 팽창밸브의 제어 방법은 동일하나 다만 시정수값을 적용하는 단계가 본 발명의 일 실시예와 다르다.

본 발명의 실시예에 따른 공조기의 전자 팽창밸브를 제어하는 과정을 구체적으로 설명하면 이하와 같다.

먼저, 실외 온도를 판단한다.(S310)

한편, 도시되지는 않았지만, 상기 실외 온도를 판단한 후, 실내온도 제어에 의한 주파수 변화를 판단하는 단계를 더 포함하여 수행되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 판단된 실외 온도에 따라 LEV의 개도 증감을 설정한다.(S320)

다음, 판단된 상기 실외 온도가 0℃ 이하의 영역에 속할 경우, 실외 온도에 따라 LEV 변동 게인을 적용한다.(S330)

이때, 상기 변동 LEV 개도는 기존의 LEV의 개도 변화량에 설정된 시정수값을 곱하여 나타낼 수 있고, 상기 시정수값은 실외 온도 영역에 따라 다르게 설정되는 것이 바람직하다.

이는 상기 기존의 LEV의 개도 변화량에 설정된 시정수값을 곱하여 기존의 개 도 변화량보다 개도 변화량을 줄일 수 있도록 하기 위함이다.

예를 들어, 실외 온도가 -5℃에서 0℃ 사이일 경우, 시정수값을 0.8로 설정하고, 실외 온도가 -10℃ 에서 -5℃ 사이일 경우, 시정수값을 0.6으로 설정하여 실외 온도가 저온 영역일수록 시정수값을 작게 적용하여 LEV 개도 변화량이 기존 보다 줄어들도록 한다.

다음, 변동 LEV 게인을 적용하여 LEV의 개도를 수정한다.(S340)

이때, LEV의 개도 수정은 과열도 테이블로부터 읽어들여 수행된다.

다음, 수정된 LEV 개도 값이 목표 과열도에 만족하는지 확인 한 후, 목표 과열도에 만족하면 LEV의 개도를 유지시킨다.(S350, S360)

한편, 상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하지 않는 경우, 수정된 LEV의 개도값을 기준으로 목표 과열도를 만족할 때까지 전술한 과정을 반복 수행된다.

따라서, 본 발명은 실외 온도가 0℃ 이하일 경우, 기존 LEV의 제어 주기 및 개도 변화량에 설정된 시정수값을 곱하여 기존 LEV제어 주기보다 제어 주기를 길게 하거나 기존 LEV 개도 변화량보다 개도 변화량을 줄여 과열도를 제어함으로써, 과열도 응답 특성을 빠르게 하여 과열도 안정화 속도를 향상시키고, 오버슈트를 줄일 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 변형된 형태의 실시예를 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범 위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위에 있는 변형된 형태는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 진술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공조기의 전자 팽창밸브 제어 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명에 의하면, 기존 LEV의 제어 주기 및 개도 변화량에 설정된 시정수값을 곱하여 기존제어 주기보다 제어 주기를 길게 하거나 기존 개도 변화량보다 개도 변화량을 줄여 과열도를 제어함으로써, 오버슈트를 줄일 수 있고, 과열도 응답 특성을 빠르게 하여 과열도 안정화 속도를 향상킬 수 있는 효과를 가진다.

Claims (12)

1. 실외 온도를 판단하는 단계;

   판단된 실외 온도에 따라 변동 LEV의 제어주기를 계산하는 단계;

   변동 LEV의 제어주기에 따라 LEV의 개도 증감을 설정하여 수정하는 단계;

   수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하는지를 판단하는 단계; 그리고,

   상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하면, LEV의 개도를 유지하는 단계:를 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 변동 LEV의 제어 주기는 기존의 제어 주기에 설정된 시정수값을 곱하여 기존의 제어 주기보다 제어 주기를 증가시킨 것을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 시정수값은 실외 온도 영역에 따라 다르게 설정됨을 특징으로 하는 팽창밸브 제어방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 실외 온도 영역은 0℃ 이하인 것임을 특징으로 하는 전자 팽창밸브 제 어 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하지 않는 경우, 수정된 LEV의 개도값을 기준으로 목표 과열도를 만족할 때까지 반복 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 LEV의 제어주기 변동 값을 계산한 후, 실내온도 제어에 의한 주파수 변화를 판단하는 단계를 더 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.
7. 실외 온도를 판단하는 단계;

   실외 온도에 따른 LEV의 개도 증감을 설정하는 단계;

   변동 LEV의 게인(gain)을 적용하는 단계;

   LEV의 변동 게인 값을 가지고 상기 LEV의 개도를 수정하는 단계;

   수정된 LEV의 개도 값이 목표 과열도에 만족하는지를 판단하는 단계; 그리고,

   상기 LEV의 개도를 유지하는 단계:를 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 변동 LEV의 개도는 LEV의 개도 변화량에 설정된 시정수값을 곱하여 기존의 개도 변화량 보다 개도 변화량을 감소시킨 것을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 시정수값은 실외 온도 영역에 따라 다르게 설정됨을 특징으로 하는 팽창밸브 제어방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 실외 온도 영역은 0℃ 이하인 것임을 특징으로 하는 전자 팽창밸브 제어 방법.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 수정된 LEV의 개도가 목표 과열도에 만족하지 않는 경우, 수정된 LEV의 개도값을 기준으로 목표 과열도를 만족할 때까지 반복 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 실외온도를 판단한 후, 실내온도 제어에 의한 주파수 변화를 판단하는 단계를 더 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 공조기의 팽창밸브 제어방법.

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