KR20080095635A - Air conditioner utilizing carbon dioxide refrigerant - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치를 도시한 도면.1 is a view showing an air conditioner according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 가스쿨러로 유입되는 외기온도 및 가스쿨러 출구측 냉매 온도에 따른 시스템 목표 냉매 순환 유량간의 관계를 나타낸 그래프.2 is a graph showing the relationship between the system target refrigerant circulation flow rate according to the outside air temperature flowing into the gas cooler and the gas cooler outlet side refrigerant temperature according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 제어 흐름도.3 is a control flowchart according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11 : 압축기11: compressor
13 : 가스쿨러13: gas cooler
15 : 증발기15: evaporator
16 : 교축수단16: throttling means
18 : 내부 열교환기18: internal heat exchanger
22 : 제어수단22: control means
24 : 냉매온도 감지수단24: refrigerant temperature detection means
25 : 외기온도 감지수단25: outside temperature sensing means
26 : 냉매유량 감지수단26: refrigerant flow rate detection means
본 발명은 이산화탄소 냉매를 이용한 공기조화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스쿨러의 출구측 냉매 온도와 외기 온도에 따라 목표 냉매 순환 유량값을 산출하여 현재의 냉매 순환 유량값이 목표 냉매 순환 유량값에 도달하도록 압축기의 토출 용량 또는 교축수단인 팽창밸브의 개도를 제어함으로써, 냉방 성능 및 냉방 효율을 향상시킬 수 있도록 한 이산화탄소 냉매를 이용한 공기조화장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air conditioner using a carbon dioxide refrigerant, and more specifically, a target refrigerant circulation flow rate value is calculated according to the outlet temperature and the outside temperature of the gas cooler so that the current refrigerant circulation flow rate value is the target refrigerant circulation flow rate value. The air conditioner using the carbon dioxide refrigerant to improve the cooling performance and the cooling efficiency by controlling the discharge capacity of the compressor or the opening degree of the expansion valve which is the throttling means to reach.
R134a와 같은 종래 사용되던 일반적인 냉매가 오존층파괴 및 지구온난화라는 환경파괴의 주범으로 알려짐에 따라 환경을 보호하기 위하여 대체냉매의 개발에 대한 관심이 커지고 있고, 이러한 대체냉매의 하나로서 이산화탄소를 사용하는 초임계 냉동 사이클이 주목받고 있다.As conventional refrigerants such as R134a are known to be the main culprit of environmental destruction such as ozone layer destruction and global warming, there is a growing interest in the development of alternative refrigerants to protect the environment. Critical refrigeration cycles are drawing attention.
냉매로서의 이산화탄소는 두 가지의 큰 장점이 있는데, 작동압축비가 낮아 압축효율이 우수한 점과, 우수한 열전달특성 때문에 온도 어프로치(temperature approach)(2차유체인 공기의 입구온도-냉매의 출구온도)가 기존의 냉매에 비해 훨씬 작다는 점을 들 수 있다. 이는 열전달 특성이 우수하여 냉매와 공기와의 온도차이가 작아도 열을 쉽게 전달한다는 의미이므로, 겨울철 차가운 외기에서 열을 흡수해야 하는 히트펌프의 작동냉매로서도 이산화탄소가 크게 주목받는 이유가 여기에 있다. 이외에도 이산화탄소는 기존 냉매인 R134a에 비해 많은 장점을 가지고 있는데, 기존 냉매인 R134a에 비해 임계온도가 낮고 증발압력이 높다. 따라서 이산화탄 소를 냉매로 이용하는 초임계 냉동 사이클은 임계압력을 넘나드는 사이클임을 예측할 수 있다. 또한 이산화탄소는 우수한 열역학적 물성치를 가지고 있어서 이산화탄소의 체적냉방률(capacity volume ratio=증발잠열 × 기체밀도)이 R134a에 비해 7∼8배에 달하며, 이에 따라 초임계 냉동 사이클을 구성하는 압축기의 배제 체적율을 크게 줄일 수있다. 또한 이산화탄소는 그 표면장력이 작아 비등열전달이 우수하며, 비열이 크고 액체점도가 낮아 압력강하면에서도 R134a에 비해 유리한 이점이 있다.Carbon dioxide as a refrigerant has two major advantages, which have a low compression ratio and excellent compression efficiency, and because of its excellent heat transfer characteristics, a temperature approach (inlet temperature of the secondary fluid, the outlet temperature of the refrigerant) is known. It is much smaller than the refrigerant. This means that the heat is easily transferred even though the temperature difference between the refrigerant and the air is excellent because of its excellent heat transfer characteristics, which is why carbon dioxide is attracting much attention as an operating refrigerant of a heat pump that needs to absorb heat from cold outside air in winter. In addition, carbon dioxide has many advantages over conventional refrigerant R134a, which has a lower critical temperature and higher evaporation pressure than conventional refrigerant R134a. Therefore, it can be predicted that the supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant is a cycle over a critical pressure. In addition, since carbon dioxide has excellent thermodynamic properties, the volumetric cooling rate of carbon dioxide (capacity volume ratio = evaporation latent heat × gas density) is 7 to 8 times higher than that of R134a. Can be greatly reduced. In addition, carbon dioxide has an excellent boiling heat transfer due to its small surface tension, and has a favorable advantage over R134a even under pressure drop due to its high specific heat and low liquid viscosity.
그러나, 이산화탄소를 냉매로 하는 초임계 냉동 사이클은 증발압력 뿐만 아니라 개스쿨링압력(기존의 응축압력)이 R134a를 냉매로 하는 일반적인 냉동 사이클에 비해 매우 높다. 즉, 초임계 냉동 사이클에 있어서 증발압력은 일반 냉동사이클에 비해 대략 10배, 개스쿨링압력은 대락 7배(약 120bar) 높다. 이 때문에 고압으로부터 각 부품(압축기, 개스쿨러 등)을 보호하기 위한 장치 및 시스템에 대한 연구가 진행되어 오고 있고, 전체적인 냉방효율을 고려한 시스템 제어기술에 대한 연구도 진행되어 오고 있다.However, the supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant has a much higher evaporation pressure as well as the gas cooling pressure (conventional condensation pressure) compared to a general refrigeration cycle using R134a as a refrigerant. That is, in the supercritical refrigeration cycle, the evaporation pressure is approximately 10 times higher than that of the normal refrigeration cycle, and the gas cooling pressure is about 7 times higher (about 120 bar). For this reason, researches have been conducted on devices and systems for protecting each component (compressor, gas cooler, etc.) from high pressure, and research on system control technology considering overall cooling efficiency has been conducted.
이와 같이 초임계 냉동 사이클에서는 고압의 작동조건과 이산화탄소의 여러 가지 특성상 최적의 시스템 제어가 반드시 필요하다. 이는 특히 압축비가 작지만 흡입압력이 높기 때문에 전체적인 압축과정에 필요한 일이 R134a에 비해 높을 수 있으므로 냉방 성능이 우수하다 하더라도 효율이 감소할 여지가 많기 때문이다.As such, in the supercritical refrigeration cycle, optimal system control is essential due to the high pressure operating conditions and various characteristics of carbon dioxide. This is because the compression ratio is small, but the suction pressure is high, so the work required for the overall compression process may be higher than that of R134a. Therefore, even if the cooling performance is excellent, there is much room for efficiency reduction.
또한, 초임계 냉동 사이클는 최적효율제어를 위한 센서들(개스쿨러 입구온도센서, 개스쿨러 출구온도센서, 개스쿨러 출구압력센서, 증발기 출구압력센서 등)로 부터 전달되는 각종 신호에 의해 압축기 토출냉매량과 팽창밸브 개도를 조절하도록 이루어져 있으나, 이러한 센서들이 너무 많아 초임계 냉동 사이클의 구성비용이 상승할 뿐만 아니라, 시스템의 제어로직이 복잡하여 정밀한 시스템 제어가 어렵고, 압축기의 이론 성적 계수 및 압축기 효율, 압축기의 구동 토오크를 산출하여 적용하기 매우 어려우며, 외기온도에 의해 제어하는 실시예의 경우에는 방열기에 유입되는 풍량에 따른 열교환 효율을 고려하지 않았기 때문에 최적의 제어방법이 아니라는 문제점이 있다.In addition, the supercritical refrigeration cycle is characterized by the amount of refrigerant discharged from the compressor by various signals transmitted from sensors for optimum efficiency control (gas cooler inlet temperature sensor, gas cooler outlet temperature sensor, gas cooler outlet pressure sensor, evaporator outlet pressure sensor, etc.). Although it is designed to adjust the expansion valve opening, there are so many such sensors that not only increases the construction cost of the supercritical refrigeration cycle, but also the complicated control logic of the system makes it difficult to precisely control the system. It is very difficult to calculate and apply the driving torque of the, and in the case of the embodiment controlled by the outside temperature, there is a problem that it is not an optimal control method because the heat exchange efficiency according to the amount of air flowing into the radiator is not considered.
따라서, 이산화탄소를 냉매로 하는 초임계 냉동 사이클에 있어서 시스템 분석을 통해 간단하면서도 정밀한 제어를 할 수 있는 새로운 시스템 설계와 제어로직이 절실히 요청된다.Therefore, a new system design and control logic are urgently required for simple and precise control through system analysis in a supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 가스쿨러의 출구측 냉매 온도와 외기 온도에 따라 목표 냉매 순환 유량값을 산출하여 현재의 냉매 순환 유량값이 목표 냉매 순환 유량값에 도달하도록 압축기의 토출 용량 또는 교축수단인 팽창밸브의 개도를 제어함으로써, 냉방 성능 및 냉방 효율을 향상시킬 수 있도록 하고, 시스템 전구간에 걸쳐 효과적으로 제어할 수 있으며, 이산화탄소를 냉매로 하는 초임계 냉동 사이클에 있어서 시스템 분석을 통해 간단하면서도 정밀한 제어를 할 수 있는 새로운 시스템 설계와 제어로직을 구현할 수 있도록 한 이산화탄소 냉매를 이용한 공기조화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, the target refrigerant circulation flow rate value is calculated according to the refrigerant temperature and the outside temperature of the outlet side of the gas cooler so that the current refrigerant circulation flow rate value reaches the target refrigerant circulation flow rate value By controlling the discharge capacity of the compressor or the opening degree of the expansion valve as the throttling means, it is possible to improve the cooling performance and the cooling efficiency, and can effectively control the whole system, and the system in the supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant The aim is to provide an air conditioner using carbon dioxide refrigerant that enables the implementation of a new system design and control logic that enables simple and precise control through analysis.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이산화탄소 냉매를 이용한 공기조화장치는, 냉매인 이산화탄소를 흡입하여 압축하는 압축기와; 상기 압축기의 토출구로부터 토출되는 냉매를 냉각시키는 가스쿨러와; 상기 가스쿨러로부터 배출되는 냉매를 팽창시켜 감압하면서 냉매 유량을 조절하는 교축수단과; 상기 교축수단을 거친 냉매를 송풍 공기와의 열교환에 의해 증발시키는 증발기와; 상기 가스쿨러의 출구측 냉매 온도를 감지하는 냉매온도 감지수단과; 차량의 외기 온도를 감지하는 외기온도 감지수단과; 상기 냉매가 유동되는 현재의 유량을 감지하는 냉매유량 감지수단과; 최대 냉방 효율을 만족하도록 상기 가스쿨러(13)의 출구측 냉매 온도와 외기 온도로 목표 냉매 순환 유량값을 산출하고, 현재 냉매 순환 유량값이 상기 산출된 목표 냉매 순환 유량값에 도달하도록 상기 압축기(11) 또는 상기 교축수단(16)을 제어하는 제어수단(22)을 포함하는 것을 특징으로 한다.An air conditioner using a carbon dioxide refrigerant according to the present invention for achieving the above object comprises a compressor for sucking and compressing carbon dioxide which is a refrigerant; A gas cooler for cooling the refrigerant discharged from the discharge port of the compressor; Throttling means for expanding the refrigerant discharged from the gas cooler to adjust the refrigerant flow rate while reducing pressure; An evaporator for evaporating the refrigerant passing through the condensation means by heat exchange with blowing air; Refrigerant temperature sensing means for sensing an outlet refrigerant temperature of the gas cooler; Outside temperature sensing means for sensing an outside temperature of the vehicle; Refrigerant flow rate sensing means for sensing a current flow rate through which the refrigerant flows; The target refrigerant circulation flow rate value is calculated based on the refrigerant temperature at the outlet side of the
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 가스쿨러로 유입되는 외기온도 및 가스쿨러 출구측 냉매 온도에 따른 시스템 목표 냉매 순환 유량간의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명에 의한 제어 흐름도이다.1 is a view showing an air conditioner according to the present invention, Figure 2 is a graph showing the relationship between the system target refrigerant circulation flow rate according to the outside air temperature flowing into the gas cooler and the gas cooler outlet side refrigerant temperature according to the present invention 3 is a control flowchart according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 이산화탄소 냉매를 이용한 공기조화장치는, 냉매인 이산화탄소를 흡입하여 압축하는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)의 토출구로부터 토출되는 냉매를 냉각시키는 가스쿨러(13)와, 상기 가스쿨러(13) 로부터 배출되는 냉매를 팽창시켜 감압하면서 냉매 유량을 조절하는 교축수단(16)과, 상기 교축수단(16)을 거친 냉매를 송풍 공기와의 열교환에 의해 증발시키는 증발기(15)와, 상기 증발기(15)로부터 압축기(11)로 유동하는 냉매와 상기 가스쿨러(13)로부터 교축수단(16)으로 유동하는 냉매를 열교환시키는 내부 열교환기(18)와, 상기 가스쿨러(13)의 출구측 냉매 온도를 감지하는 냉매온도 감지수단(24)과, 차량의 외기 온도를 감지하는 외기온도 감지수단(25)과, 상기 냉매가 유동되는 현재의 순환 유량을 감지하는 냉매유량 감지수단(26)과, 제어수단(22)을 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the air conditioner using the carbon dioxide refrigerant according to the present invention includes a
여기서, 상기 압축기(11)로는 토출 용량이 가변되는 가변용량 타입의 압축기를 사용함이 바람직하다.Here, it is preferable to use a variable displacement type compressor having a variable discharge capacity as the
그리고, 상기 외기온도 감지수단(25)에 의해 감지되는 외기는 차량 외부의 공기 또는 차량 외부의 공기가 가스쿨러(13)를 통과할때의 공기이다.The outside air detected by the outside air temperature detecting means 25 is air when the outside air of the vehicle or the outside air passes through the
상기 제어수단(22)은 최대 냉방 효율(COP)을 만족하도록 상기 가스쿨러(13)의 출구측 냉매 온도와 외기 온도로 목표 냉매 순환 유량값을 산출하고, 현재 냉매 순환 유량값이 상기 산출된 목표 냉매 순환 유량값에 도달하도록 상기 압축기(11) 또는 상기 교축수단(16)을 제어하게 된다.The control means 22 calculates a target refrigerant circulation flow rate value at the outlet side refrigerant temperature and the outside air temperature of the
상기 목표 냉매 순환 유량값은, 다음식, M=a×Tgc+b×Tamb+C, (여기서, M=목표 냉매 순환 유량값[kg/h], Tgc=가스쿨러 출구측 냉매 온도[℃], Tamb=외기온도[℃], a,b,c=상수)에 의해 산출된다.The target refrigerant circulation flow rate value is represented by the following equation, M = a x T gc + b x T amb + C, where M = target refrigerant circulation flow rate value [kg / h], T gc = gas cooler outlet refrigerant temperature. [° C], T amb = outside temperature [° C], a, b, c = constant).
여기서, 상기 상수 a는 (20.5±1), 상기 상수 b는 -(16.9±1), 상기 상수 c는 -(115±10)로 하는 것이 바람직하다.Herein, it is preferable that the constant a is (20.5 ± 1), the constant b is − (16.9 ± 1), and the constant c is − (115 ± 10).
이 수식은 본 출원인이 다양한 조건에서의 실험을 바탕으로 얻을 수 있었다.This formula was obtained by the applicant based on experiments under various conditions.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 가스쿨러로 유입되는 외기 온도가 43℃인 경우에 검출된 가스쿨러 출구측 냉매온도가 대략 45℃인데, 이 냉매온도의 증감에 따라 목표 냉매 순환 유량값(◆ 모양)이 라인1처럼 선형적인 관계가 있음을 알 수 있었다.That is, as shown in FIG. 2, when the outside air temperature flowing into the gas cooler is 43 ° C., the detected gas cooler outlet refrigerant temperature is approximately 45 ° C., and the target refrigerant circulation flow rate value (◆ Shape) has a linear relationship like line 1.
그리고, 가스쿨러로 유입되는 외기 온도가 35℃인 경우에 가스쿨러 출구측 냉매온도가 대략 37℃인데, 이 냉매온도의 증감에 따라 목표 냉매 순환 유량값(■모양)이 라인2처럼 선형적인 관계가 있음을 알 수 있었다.When the outside air temperature flowing into the gas cooler is 35 ° C, the gas cooler outlet side refrigerant temperature is approximately 37 ° C. As the refrigerant temperature increases or decreases, the target refrigerant circulation flow rate value is linear as in line 2. It was found out.
즉, 목표 냉매 순환 유량값(M)은 가스쿨러 출구측 냉매온도와 가스쿨러로 유입되는 외기온도와 선형적인 관계가 있음을 알 수 있고, 아울러 냉매온도와 외기온도를 통해 전술한 목표 냉매 순환 유량값(M)을 구하기 위한 전술한 수식을 도출할 수 있게 된다.That is, it can be seen that the target refrigerant circulation flow rate value (M) has a linear relationship with the gas cooler outlet side refrigerant temperature and the outdoor air temperature flowing into the gas cooler, and the target refrigerant circulation flow rate value described above through the refrigerant temperature and the outside air temperature. The above-described equation for obtaining (M) can be derived.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.
압축기(11)는 냉매인 저온저압 상태의 이산화탄소를 흡입하고 이 흡입된 냉매를 임계 압력보다 높은 고압의 압력을 가지도록 초임계 상태로 압축하여 토출하게 된다.The
상기 압축기(11)로부터 토출되는 고온고압의 초임계 상태의 냉매는 가스쿨러(13)의 내부를 통과하면서 냉각팬(13a)에 의하여 가스쿨러(13)의 외부 표면을 거치도록 송풍되는 외부공기에 의해 냉각되어 저온으로 변화된다.The high temperature and high pressure supercritical refrigerant discharged from the
상기 내부열교환기(18)는 가스쿨러(13)로부터 배출되는 저온의 냉매를 증발기(15)의 내부를 거친후 배출되는 저온의 냉매와 열교환시킴으로써, 외부 공기보다 낮은 온도까지 낮추어 준다.The
여기서, 상기 내부 열교환기(18)는 가스쿨러(13)로부터 배출되는 냉매가 통과하여 교축수단(16)으로 공급되도록 하는 제1 열교환부와, 증발기(15)로부터 배출되는 냉매가 통과하여 압축기로 복귀되도록 하는 제2 열교환부로 이루어지며, 이 제1 열교환부와 제2 열교환부에서 냉매가 상호 열교환되는 것이다.Here, the
다음으로, 교축수단(16)은 가스쿨러(13)로부터 배출되어 내부 열교환기(18)를 거친 냉매를 팽창시켜 감압 및 감온함으로써 냉매가 임계 압력보다 낮은 저압의 상태로 변화되어 증발기(13)로 유입되도록 하는 한편 냉매 유량을 조절하는 기능을 하며, 여기에는 이러한 교축수단(16)으로서 가변식 팽창밸브가 사용되며, 이 가변식 팽창밸브로는 스텝핑 모터가 내장된 전자식 팽창밸브나 솔레노이드 방식의 전자 식 팽창밸브가 있다.Next, the throttling means 16 is discharged from the
마지막으로, 상기 증발기(15)는 상기 교축수단(16)인 전자식 팽창밸브로부터 공급되어 그 내부를 유동하는 냉매를 송풍기(15a)에 의하여 그 외부 표면을 거치도록 송풍되는 공기(실내 공기 또는 실외 공기)와 열교환시켜 냉매를 증발시킴과 동시에 송풍 공기의 온도를 떨어뜨려 냉기로 만드는 기능을 한다. 이 증발기(15)에 의하여 냉기로 바뀌는 송풍 공기는 공조모드에 따라 공조케이스(미도시)의 개방되는 벤트(미도시)를 통하여 자동차 실내로 공급됨으로써 자동차 실내를 냉방하게 된다.Finally, the
또한, 증발기(15)로부터 배출되는 냉매는 내부 열교환기(18)의 제2 열교환기를 거치면서 제1 열교환부를 거치는 냉매와 열교환되면서 제1 열교환부를 거치는 냉매의 온도를 낮추고 그 자신의 온도는 상승된 채 압축기(11)로 복귀된다.In addition, the refrigerant discharged from the
상기한 바와 같은 본 발명의 초임계 냉동 사이클을 구성하는 공기조화장치에 있어서, 상기 제어수단(22)은 최대 냉방 효율을 만족하도록 상기 가스쿨러(13)의 출구측 냉매 온도와 외기 온도로 목표 냉매 순환 유량값을 산출하고, 현재 냉매 순환 유량값이 상기 산출된 목표 냉매 순환 유량값에 도달하도록 상기 압축기(11) 또는 상기 교축수단(16)을 제어하게 된다.In the air conditioner constituting the supercritical refrigeration cycle of the present invention as described above, the control means 22 is a target refrigerant at the exit refrigerant temperature and the outside air temperature of the
좀더 상세하게 도 3의 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In more detail with reference to the flow chart of Figure 3 as follows.
도 3에 도시된 바와 같이, 냉매온도 감지수단(24)에 의해 감지된 가스쿨러 출구측 냉매온도에 대한 데이터가 상기 제어수단(22)으로 입력되는 냉매온도 입력 단계(S1)를 수행하게 된다.As shown in FIG. 3, the refrigerant temperature input step S1 is performed in which data on the gas cooler outlet side refrigerant temperature detected by the refrigerant temperature sensing means 24 is input to the control means 22.
상기 단계(S1)를 수행함과 동시에 외기온도 감지수단(25)에 의해 감지된 외기온도에 대한 데이터가 상기 제어수단(22)으로 입력되는 외기온도 입력단계(S2)를 수행하게 된다.At the same time as performing the step (S1) to perform the outside temperature temperature input step (S2) that the data on the outside temperature sensed by the outside air temperature sensing means 25 is input to the control means (22).
이후, 상기 단계(S1)(S2)가 수행되어 제어수단(22)에서는 최대 냉방 효율을 만족하도록 상기 가스쿨러(13)의 출구측 냉매 온도와 외기 온도로 목표 냉매 순환 유량값(M)을 전술한 수식에 근거하여 산출하는 단계(S3)를 진행한다.Subsequently, the step (S1) (S2) is carried out so that the control means 22 the target refrigerant circulation flow rate value (M) by the outlet temperature and the outside temperature of the
상기 단계(S3)를 진행한 다음, 냉매유량 감지수단(26)에 의해 감지된 현재의 냉매 유량값에 대한 데이터가 상기 제어수단(22)으로 입력되는 현재 냉매 순환 유량값 입력단계(S4)를 수행한다.After the step S3, the current refrigerant circulation flow rate value input step S4 in which data on the current refrigerant flow rate value sensed by the refrigerant flow rate detection means 26 is input to the control means 22 is performed. Perform.
상기 단계(S4)를 수행한 다음, 현재의 냉매 순환 유량값과 목표 냉매 순환 유량값의 대소(大小)를 판단하는 단계를 진행한다.(S5)After performing the step S4, the step of determining the magnitude of the current refrigerant circulation flow rate value and the target refrigerant circulation flow rate value is proceeded.
상기 단계(S5)의 판단 결과, 현재의 냉매 순환 유량값이 목표 냉매 순환 유량값보다 작은 경우에는 상기 압축기(11)의 토출 용량이 증대되도록 하거나 상기 교축수단(16)의 개도가 증대되도록 제어하는 단계(S6)를 진행한다.As a result of the determination in step S5, when the current refrigerant circulation flow rate value is smaller than the target refrigerant circulation flow rate value, the discharge capacity of the
반면에, 상기 단계(S5)의 판단 결과, 현재의 냉매 순환 유량값이 목표 냉매 순환 유량값보다 큰 경우에는 상기 압축기(11)의 토출 용량이 감소되도록 하거나 상기 교축수단(16)의 개도가 감소되도록 제어하는 단계(S7)를 진행하게 된다.On the other hand, as a result of the determination in step S5, when the current refrigerant circulation flow rate value is larger than the target refrigerant circulation flow rate value, the discharge capacity of the
따라서, 압축기의 토출 용량 또는 교축수단인 팽창밸브의 개도를 제어함으로써, 냉방 성능 및 냉방 효율을 향상시킬 수 있으며, 시스템 전구간에 걸쳐 효과적 으로 제어할 수 있게 된다.Therefore, by controlling the discharge capacity of the compressor or the opening degree of the expansion valve which is the throttling means, it is possible to improve the cooling performance and the cooling efficiency, and to effectively control the entire system.
이와 같은 본 발명은 이산화탄소를 냉매로 하는 초임계 냉동 사이클에 있어서, 가스쿨러의 출구측 냉매 온도와 외기 온도 및 현재의 냉매 유량을 감지할 수 있는 수단만으로 제어할 수 있기 때문에 감지수단의 개수를 최소화할 수 있으며, 시스템 분석을 통해 간단하면서도 정밀한 제어를 할 수 있는 새로운 시스템 설계와 제어로직을 구현할 수 있게 된다.As described above, the present invention minimizes the number of detection means in the supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide as a means of detecting the outlet temperature, the outside temperature, and the current refrigerant flow rate of the gas cooler. System analysis enables new system design and control logic to enable simple and precise control.
그리고, 최대 냉방 효율을 만족하도록 상기 가스쿨러의 출구측 냉매 온도와 외기 온도로 목표 냉매 순환 유량값을 산출하고, 현재 냉매 순환 유량값이 상기 산출된 목표 냉매 순환 유량값에 도달하도록 상기 압축기 또는 상기 교축수단을 제어함으로써, 시스템 전구간에 걸쳐 효과적으로 제어할 수 있게 된다.The target refrigerant circulation flow rate value is calculated by using the outlet side refrigerant temperature and the outside air temperature of the gas cooler so as to satisfy the maximum cooling efficiency, and the current refrigerant circulation flow rate value reaches the calculated target refrigerant circulation rate value. By controlling the throttling means, it is possible to effectively control over the entire system.
한편, 본 발명은 제어수단(22)이 압축기(11)를 제어하여 토출 용량을 제어하도록 하였지만, 교축수단(16)을 전자식 팽창밸브를 사용하는 경우에는 압축기(11)의 토출 용량을 제어하거나 또는 이와 동시에 교축수단(16)의 개도량을 가변 제어할 수도 있다.In the present invention, the control means 22 controls the
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가스쿨러의 출구측 냉매 온도와 외기 온도에 따라 목표 냉매 순환 유량값을 산출하여 현재의 냉매 순환 유량값이 목표 냉매 순환 유량값에 도달하도록 압축기의 토출 용량 또는 교축수단인 팽창밸브의 개도를 제어함으로써, 냉방 성능 및 냉방 효율을 향상시킬 수 있으며, 시스템 전구간에 걸쳐 효과적으로 제어할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the discharge capacity of the compressor or the discharge capacity of the compressor is calculated so that the target refrigerant circulation flow rate value reaches the target refrigerant circulation flow rate value by calculating the target refrigerant circulation flow rate value according to the outlet temperature of the gas cooler and the ambient air temperature. By controlling the opening degree of the expansion valve which is the throttling means, the cooling performance and the cooling efficiency can be improved, and it is possible to effectively control over the whole system.
그리고, 본 발명은, 이산화탄소를 냉매로 하는 초임계 냉동 사이클에 있어서 시스템 분석을 통해 간단하면서도 정밀한 제어를 할 수 있는 새로운 시스템 설계와 제어로직을 구현할 수 있게 된다.In addition, the present invention, it is possible to implement a new system design and control logic capable of simple and precise control through system analysis in a supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant.
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