KR20070089507A

KR20070089507A - 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20070089507A
Application number: KR1020060019643A
Authority: KR
Inventors: 장지영; 송찬호; 현승엽
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-08-31
Also published as: KR100802623B1

Abstract

본 발명은 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 공조시스템의 운전영역을 세분화하여 상기 세분화된 운전영역의 구별된 목표과열도에 따라 전자팽창장치의 개도를 조절함으로써, 목표과열도 제어에 신뢰성을 높인 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명에 따른 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치는 실외온도 및 압축기 토출온도를 검출하는 온도 검출부와; 상기 검출된 압축기 토출온도의 기울기를 구하는 기울기 계산부와; 상기 압축기 토출온도, 압축기 토출온도의 기울기 및 실외온도를 이용하여 공조시스템의 운전상태를 판정하는 운전상태 판정부와; 상기 판정된 공조시스템의 운전상태에 따라, 상기 공조시스템의 운전영역을 판단하는 운전영역 판단부와; 상기 판단된 운전영역에 따라, 기설정된 목표과열도 값에 대응되는 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 출력하는 개도 조절부를 포함하여 구성됨으로써, 공조시스템 운전시 안정성 여부의 판단 및 EEV 개도 제어의 신뢰성을 확보하는 효과가 있다.

Description

공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING ELECTRONIC EXPANSION APPARATUS OF AIR CONDITIONING SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 전자팽창장치를 채용한 공기조화시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 전자팽창장치 제어 장치를 나타낸 구성도이다.

도 3는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 전자팽창장치 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

21 : 토출온도 검출부 22 : 실내온도 검출부

23 : 토출온도 기울기 계산부 24 : 운전상태 판정부

25 : 운전영역 판단부 25 : 개도 조절부

본 발명은 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 공조시스템의 운전영역을 세분화하여 상기 세분화된 운전영역에 따른 별개의 목표과열도로 전자팽창장치의 개도를 조절함으로써, 목표과열도 제어에 신뢰성을 높인 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 공조시스템은 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매의 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방하는 장치이다. 근래에 들어 공조시스템의 냉매량을 조절하기 위하여 전자팽창밸브(EEV)를 많이 이용하고 있으며, 또한, 상기 EEV의 개도를 효율적으로 제어하기 위하여 공조시스템의 과열도를 이용한다.

종래 기술에 따른 전자팽창밸브(EEV)의 제어 장치를 채용한 공조시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 변화시키는 압축기(11,12)와, 주변으로 열을 방출하면서 고온 고압의 기체 냉매를 액냉매로 응축시키는 응축수단(냉방시 실외 열교환기(13), 난방시 실내 열교환기(16))과, 상기 응축수단에 의해 응축된 액냉매를기체와 액체가 혼합된 저온 저압의 냉매로 팽창시키는 팽창기구(미도시)와, 주변의 열을 흡수하여 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발수단(냉방시 실내 열교환기(16), 난방시 실외 열교환기(13))과, 상기 증발수단에서 미처 증발되지 못한 액상 냉매가 압축기(11, 12)로 유입될 경우 상기 압축기(11,12) 고장의 원인이 될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 액 냉매가 저장되는 공용 어큐뮬에이터(10)와, 냉방시 상기 압축기(11,12)에서 나온 고온 고압의 기체 냉매를 실외 열교환기(13)로 보냄과 아울러 상기 실내 열교환기(16)에서 증발된 냉매를 상기 어큐물레이터(10)로 보내고, 난방시 상기 압축기(11,12)에서 나온 고온 고압의 기체 냉매를 실내 열교환기(16)로 보냄과 아울러 상기 실외 열교환기(13)에서 증발된 냉매를 상기 어큐물레이터(10)로 보내는 유로 절환 밸브(미도시)와, 냉 매의 유량을 조절하는 전자팽창밸브(EEV)(14)와, 배관온도를 검출하기 위한 배관온도센서(15,17)를 포함하여 구성된다.

종래 공조시스템의 과열도를 구하는 방법은 증발기 입출구에 배관온도센서를 장착한 경우에는, 그 배관온도센서로 증발기 입구온도와 증발기 출구온도를 검출하여 그 증발기 입구온도에서 증발기 출구온도를 뺀 값으로 과열도를 구하며, 또한, 증발기 중간 및 압축기 흡입단에 배관온도센서를 장착하는 경우에는, 그 배관온도센서로 상기 증발기 중간온도 및 압축기 흡입단의 온도를 검출하여 그 압축기 흡입단의 온도에서 증발기 중간 온도를 뺀 값으로 과열도를 구한다.

여기서, 상기 증발기 중간은 증발기와 압축기 연결배관의 일지점이며, 상기 증발기 중간온도는 상기 일지점에서 검출된 온도이다.

따라서, 종래 공조시스템은 실내외 온도 등에 따라 현재 과열도가 목표과열도에 수렴하도록 전자팽창밸브(EEV) 개도의 증감을 제어한다. 목표과열도는 냉매가 공조시스템을 구성하는 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기를 순환하면서 열교환이 행해질 때, 최적의 열교환이 일어나는 순간의 과열도이다.

종래 공조시스템은 현재 과열도를 목표과열도에 가능한 빠르고 안정하게 수렴하도록 EEV의 개도를 증감하여 제어하며, 상기 실내외 온도 등에 따른 목표과열도는 공조시스템의 제어장치의 내장 메모리 또는 외부 메모리 등에 데이터 테이블의 형태로 기 설정된다.

그러나, 배관온도센서를 사용하여 목표과열도를 제어할 때, 냉매량 제어수단으로 사용된 EEV의 개도 값에 의해서 목표과열도가 조절되는 경우, 종래 공조시스 템은 목표과열도 만으로 공조시스템을 운전하게 되므로, 이때 압축기 토울온도 상승에 따른 시스템의 신뢰성을 목표과열도 제어에 반영하지 못하고 현재 과열도가 목표과열도에 도달할 때까지 EEV의 개도를 증감하므로 공조시스템의 신뢰성을 보장할 수가 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 검출된 배관온도의 차를 기초로 판정된 공조시스템의 운전상태에 대응되는 기 설정된 공조시스템의 운전영역에 따라, 상기 각각의 운전영역에 상응되는 목표과열도를 달리하여 EEV의 개도를 조절함으로써, 냉동 사이클의 안정성 여부 판단 및 EEV 개도 제어의 신뢰성 확보를 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치는 실외온도 및 압축기 토출온도를 검출하는 온도 검출부와; 상기 검출된 압축기 토출온도의 기울기를 구하는 기울기 계산부와; 상기 압축기 토출온도, 압축기 토출온도의 기울기 및 실외온도를 이용하여 공조시스템의 운전상태를 판정하는 운전상태 판정부와; 상기 판정된 공조시스템의 운전상태에 따라, 상기 공조시스템의 운전영역을 판단하는 운전영역 판단부와; 상기 판단된 운전영역에 따라, 기설정된 목표과열도 값에 대응되는 전자 팽창밸브(EEV)의 개도 값을 출력하는 개도 조절부를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공조시스템의 전자팽창장 치 제어 방법은 실외온도 및 압축기 토출온도를 검출하는 온도검출 과정과; 상기 검출된 압축기 토출온도의 기울기를 구하는 과정과; 상기 압축기 토출온도, 압축기 토출온도의 기울기 및 실외온도를 이용하여 압축기 운전상태를 판정하는 과정과; 상기 판정된 공조시스템의 운전상태에 따라, 상기 공조시스템의 운전영역을 판단하는 과정과; 상기 판단된 운전영역에 따라, 기설정된 목표과열도 값에 대응되는 전자 팽창밸브(EEV)의 개도 값을 출력하는 과정을 수행한다.

본 발명에 따른 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 실외온도를 검출하는 실외온도 검출부(21)와 압축기 토출온도를 검출하는 토출온도 검출부(22)로 구성된 온도 검출부(20)와; 상기 검출된 압축기 토출온도를 입력받아 압축기 토출온도의 기울기를 구하는 토출온도 기울기 계산부(23)와; 상기 검출된 압축기 토출온도, 상기 검출된 압축기 토출온도를 근거로 계산된 압축기 토출온도의 기울기 및 상기 검출된 실외온도를 이용하여 공조시스템의 운전상태를 판정하는 운전상태 판정부(24)와; 상기 판정된 공조시스템의 운전상태에 따라, 상기 공조시스템의 운전영역을 판단하는 운전영역 판단부와; 상기 판단된 운전영역에 따라, 기설정된 목표과열도 값에 대응되는 전자 팽창밸브(EEV)의 개도 값을 출력하는 개도 조절부(26)를 포함하여 구성된다.

상기 토출온도 기울기 계산부(23)는 현재 압축기 토출온도에서 이전 압축기 토출온도를 뺀 값으로 상기 압축기 토출온도의 기울기를 계산한다.

상기 운전영역 판단부(25)는 상기 판정된 운전상태에 따라, 상기 X 값이 X2보다 크고 X3보다 작으면, 정상영역으로, X3보다 크고 X4보다 작거나, X1보다 크고 X2보다 작으면, 히스테리시스 영역으로, X4이거나, X1이하 이면, 비상영역으로 특정하여 상기 공조시스템의 운전영역을 구분한다.

상기 공조시스템은 정상영역에서는 최고 성능 위주의 운전을 하며, 상기 히스테리시스 영역이나 비상영역에서는 신뢰성 위주의 운전을 한다.

특히, 상기 히스테리시스 영역은 상기 정상영역과 비상영역 사이에 존재하여, 상기 정상영역의 목표과열도를 변경함으로써, 상기 공조시스템의 운전영역이 정상영역에서 비상영역으로 돌입하는 것을 방지한다.

또한, 상기 공조시스템은 상기 정상영역에서는 목표과열도 α로 운전되며, 상기 히스테리시스 영역에서는 변경된 목표과열도 α±β로 운전되며, 상기 비상영역에서는 EEV의 개도 값을 A1 또는 A2로 하여 운전된다.

구체적으로, 상기 공조시스템은 상기 히스테리시스 영역에서, 상기 X 값이 X3보다 크고 X4보다 작으며, 목표과열도를 α-β로 하고, X1보다 크고 X2보다 작으면, 목표과열도를 α+β하여 운전된다. 그리고, 상기 공조시스템은 상기 비상영역에서는 상기 X 값이 X4 이상이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A1으로 하고, X1 이하이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A2로 하여 운전된다.

여기서, X1,X2,X3,X4 및 A1,A2는 각각 실험에 의하여 특정된 공조시스템의 운전영역에 대응하는 운전상태 값과 개도 값으로써, 미도시된 공조시스템의 내장 또는 외장 메모리에 기설정된 값이다. 특히, A1은 개도가 열린(Open) 상태이며, A2는 개도가 닫힌(Close) 상태에 대응되는 개도 값이다.

본 발명에 따른 공조시스템의 전자팽창장치 제어 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 실외온도 및 압축기 토출온도를 검출하는 온도검출 과정(S310)과; 상기 온도검출 과정에서 검출된 압축기 토출온도의 기울기를 구하는 과정(S320)과; 상기 압축기 토출온도, 압축기 토출온도의 기울기 및 실외온도를 이용하여 압축기 운전상태를 판정하는 과정(S320)과; 상기 판정된 공조시스템의 운전상태에 따라, 상기 공조시스템의 운전영역을 판단하는 과정(S340,S350,S360)과; 상기 판단된 운전영역에 따라, 기설정된 목표과열도 값에 대응되는 전자 팽창밸브(EEV)의 개도 값을 출력(S341,S353,S354,S363,S364)하는 과정을 수행한다.

상기 토출온도의 기울기를 구하는 과정(S320)은 현재 압축기 토출온도에서 이전 압축기 토출온도를 뺀 값으로 상기 압축기 토출온도의 기울기를 구한다.

상기 운전상태를 판정하는 과정(S320)은 하기 식(1)에 의하여 상기 공조시스템의 운전상태를 판정하며, 하기 식(1)의 a,b,c는 가중치로써 실험에 의하여 특정되며, 이는 미도시된 공조시스템의 내장 또는 외장 메모리에 기설정된다.

X = { a x 현재 압축기 토출온도 + b x 압축기 토출온도 기울기 + c x 실외온도 } / 10 (1)

상기 운전영역을 판단하는 과정(S340,S350,S360)은, 상기 X값이 X2보다 크고 X3보다 작으면, 상기 운전영역을 정상영역으로 판단하는 단계(S340)와; 상기 X값이 X3보다 크고 X4보다 작거나, X1보다 크고 X2보다 작으면, 상기 운전영역을 히스테리시스 영역으로 판단하는 단계(S350)와; 상기 X값이 X4 이상이거나, X1 이하이면, 상기 운전영역을 비상영역으로 판단하는 단계(S360)를 수행한다.

상기 공조시스템은 정상영역에서는 최고 성능 위주의 운전을 하며, 상기 히 스테리시스 영역이나 비상영역에서는 신뢰성 위주의 운전을 한다.

특히, 상기 히스테리시스 영역은 상기 정상영역과 비상영역 사이에 존재하여, 상기 정상영역에서의 목표과열도를 변경함으로써, 상기 공조시스템의 운전영역이 정상영역에서 비상영역으로 돌입하는 것을 방지한다.

상기 개도 값을 출력하는 과정은, 상기 판단된 운전영역에 따라, 상기 정상영역에서는, 상기 공조시스템을 목표과열도 α로 운전하는 단계(S341)와; 상기 히스테리시스 영역에서는, 상기 X 값이 X3보다 크고 X4보다 작으면, 목표과열도 α-β로 운전하고(S353), X1보다 크고 X2보다 작으면, 목표과열도 α+β로 상기 공조시스템을 운전하는 단계(S354)와; 상기 비상영역에서는, 상기 X 값이 X4이하 이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A1으로 하고(S363), X1이상 이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A2로 하여(S364) 공조시스템을 운전하는 단계를 수행한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 공조시스템의 운전상태를 판정하여 그 판정된 운전상태에 따른 운전영역을 구분하며, 그 구분된 운전영역에 따른 목표과열도를 달리하여 전자팽창밸브(EEV)의 개도를 조절함으로써, 공조시스템 운전시, 정상영역 영역에서 비상영역으로 돌입하는 것을 방지하며 EEV 개도 제어의 신뢰성을 확보하는 효과가 있다.

Claims

실외온도 및 압축기 토출온도를 검출하는 온도 검출부와;

상기 검출된 압축기 토출온도의 기울기를 구하는 토출온도 기울기 계산부와;

상기 압축기 토출온도, 압축기 토출온도의 기울기 및 실외온도를 이용하여 공조시스템의 운전상태를 판정하는 운전상태 판정부와;

상기 판정된 공조시스템의 운전상태에 따라, 상기 공조시스템의 운전영역을 판단하는 운전영역 판단부와;

상기 판단된 운전영역에 따라, 기설정된 목표과열도 값에 대응되는 전자 팽창밸브(EEV)의 개도 값을 출력하는 개도 조절부를 포함하는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 운전상태 판정부는,

하기의 수학식에 의하여 공조시스템의 운전상태를 판정하는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치.

[수학식]

X = { a x 현재 압축기 토출온도 + b x 압축기 토출온도의 기울기 + c x 실외온도 } / 10

여기서, a,b,c는 가중치로써 실험에 의하여 특정된다.
제1항에 있어서, 상기 운전영역 판단부는,

상기 X 값이 X2보다 크고 X3보다 작으면, 정상영역으로,

상기 X 값이 X3보다 크고 X4보다 작거나, X1보다 크고 X2보다 작으면, 히스테리시스 영역으로,

상기 X 값이 X4 이상이거나, X1 이하이면, 비상영역으로 구분하여 공조시스템의 운전영역을 판단하는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 개도 조절부는,

상기 판단된 운전영역에 따라, 상기 정상영역에서는, 목표과열도를 α하고,

상기 히스테리시스 영역에서는, 상기 X 값이 X3보다 크고 X4보다 작으면, 목표과열도를 α-β로 하고, X1보다 크고 X2보다 작으면, 목표과열도를 α+β하며,

상기 비상영역에서는, 상기 X 값이 X4이하 이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A1으로 하고, X1이상 이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A2로 하여 공조시스템을 운전하는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 장치.
실외온도 및 압축기 토출온도를 검출하는 온도검출 과정과;

상기 검출된 압축기 토출온도의 기울기를 구하는 과정과;

상기 압축기 토출온도, 압축기 토출온도의 기울기 및 실외온도를 이용하여 압축기 운전상태를 판정하는 과정과;

상기 판정된 공조시스템의 운전상태에 따라, 상기 공조시스템의 운전영역을 판단하는 과정과;

상기 판단된 운전영역에 따라, 기설정된 목표과열도 값에 대응되는 전자 팽창밸브(EEV)의 개도 값을 출력하는 과정을 수행하는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 공조시스템의 운전상태는,

하기의 수학식에 의하여 판정되는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 방법.

[수학식]

X = { a x 현재 압축기 토출온도 + b x 압축기 토출온도의 기울기 + c x 실외온도 } / 10

여기서, a,b,c는 가중치로써 실험에 의하여 특정된다.
제5항에 있어서, 상기 운전영역을 판단하는 과정은,

상기 X값이 X2보다 크고 X3보다 작으면, 상기 운전영역을 정상영역으로 판단하는 단계와;

상기 X값이 X3보다 크고 X4보다 작거나, X1보다 크고 X2보다 작으면, 상기 운전영역을 히스테리시스 영역으로 판단하는 단계와;

상기 X값이 X4 이상이거나, X1 이하이면, 상기 운전영역을 비상영역으로 판단하는 단계를 수행하는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 개도 값을 출력하는 과정은,

상기 판단된 운전영역에 따라, 상기 정상영역에서는, 상기 공조시스템을 목표과열도 α로 운전하는 단계와;

상기 히스테리시스 영역에서는, 상기 X 값이 X3보다 크고 X4보다 작으면, 목표과열도 α-β로 운전하고, X1보다 크고 X2보다 작으면, 목표과열도 α+β로 상기 공조시스템을 운전하는 단계와;

상기 비상영역에서는, 상기 X 값이 X4이하 이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A1으로 하고, X1이상 이면 전자팽창밸브(EEV)의 개도 값을 A2로 하여 공조시스템을 운전하는 단계를 수행하는 공조시스템의 전자팽창장치 제어 방법.