멀티형 공조냉동시스템의 증발기 과열도 제어 논문자료

 

멀티형 공조냉동시스템의 증발기 과열도 제어
Evaporator Superheat Control of a Multi-type 
Air-conditioning/Refrigeration System

본 논문에서는 다중형 공조냉동 시스템의 증발기 과열도 제어 문제, 즉 증발기 입구부 냉매 온도와 출구부 냉매 온도의 차이에 대해 연구한다. 먼저 압축기, 응축기, 증발기, 전자팽창밸브의 특성을 기술하는 수학식을 도출한다. 그리고 전자팽창밸브의 전류입력으로부터 2상 영역과 과열영역 각각의 증발관 벽온도에 대한 전달함수를 도출하였다. PI 컨트롤러를 갖춘 폐쇄 루프 시스템의 안정성과 성능은 Nyquist 안정성 기준으로 분석됩니다. 시뮬레이션 결과가 제공됩니다.

[연구 주제]

1. 문제 정의

본 논문은 멀티형 공조/냉동시스템(이후 멀티형시스템으로 약칭함)의 중발기 과열도 제어에 관한 연구이다.

다실(multiple rooms) 멀티 형 시스템의 운전조건에 따른 냉매유동특성 및 온도변화에 대한 실험데이타를 바탕으로 증발기의 수학적 모델을 제시하고, 냉매의 유량을 조절함으로써 증발기의 과열도를 제어하고자 한다.

실제 2실 멀티형시스템의 운전조건별로 증발기 관벽의 온도 측정을 통하여 냉매 유동과 과열도의 특성을 분석한다.

목적은 첫째로 관벽의 온도 측정을 통해 냉매의 유동특성과 과열시작점을 찾는 방법을 제시한다.

멀티형시스템의 증발기의 냉매 유동 특성 및 과열도 제어에 관한 연구를 수행하였다.

실제 멀티형시스템의 최적설계에 기여하고자 하였다.

2. 가설 설정

압축기 내부의 냉매는 단상과열증기 상태로써 이상기체이고, 압축기의 실린더 내에서 냉매가 폴리 트로프 변화(polytropic dkyange)하는 것으로 가정한다.

열교환시 실외와 실내공기의 온도 및 풍량의 변화는 없다고 가정한다.

공기측의 대류 열 전달률과 냉매 측 열전달률은 각 영역에서 일정하고 2상 영역의 건도분포와 단상의 냉매온도변화는 선형인 것으로 가정한다.

본 논문에서는 G”, =0.29/(14s+ 1) , G(p>a, r =1/(145 + 1) 을 가정한다.

본 논문에서는 증발기에서의 과열도가 일정하게 유지될 때 최적의 냉방효율을 얻을 수 있다는 가정아래, 증발기 및 전자식 팽창밸브를 플랜트(제어대상)로 한 과열도 제어를 시도한다.

[연구 방법]

1. 제안 방법

이를 바탕으로 증발기의 수학적 제어모델을 제시한다.

둘째로 증발기의 새로운 수학적 제어모델을 제시한다.

셋째로 PI제어기를 이용한 전자식 팽창밸브를 사용하여 증발기의 과열도 제어를 하고자 한다.

본 논문에 사용한 PI제어기는 증발기 입구 및 출구측의 관벽의 온도를 감지하는 온도센서로부터 과열도 신호를 되먹임하여 밸브의 변위를 전자식 팽창밸브에 전달한다.

에어컨 및 열 펌프에 대한 기준 시험조건(KS)으로서 표준 멀티(multi) 실에서 실험하였다.

냉매의 경로에 따라 증발 기관의 표면에 일정한 간격으로 열전대를 부착하여 측정하였다.

3절과 4절에서 구한 멀티형시스템의 각 부분 모델과 증발기의 수학적 제어모델을 이용하여 블록선도를 구하고, 증발기의 과열도 제어를 시뮬레이션으로 구현하였다.

본 논문의 시뮬레이션은 액상 역류에 의해 문제가 되는 단독 운전의 경우 수행한다.

액상과 기상이 공존하는 2상영역과 기상만이 존재하는 과열영역을 확인하였다.

또한 증발기의 과열시작점을 파악하는 방법을 제시하였다.

냉매유동특성을 파악하여 증발기 를 2상영역 과 과열영역 으로 나눈 새로운 증발기의 수학적 제어모델을 제시하였다.

수학적 제어모델에 근거한 증발기의 과열도를 PI제어 기를 이용하여 제어하였다.

2. 대상 데이터

본 논문에서 연구되는 멀티형시스템은 Fig. 1과같이 한 대의 실외기와 다수의 실내기로 이루어져 있다.

본 논문의 실험에는 실제 모세관을 이용한 2실 멀티형시스템을 사용하였다.

3. 이론/모형

본 논문에서는 Yasuda의 실험 결과를 이용하기로 한다.

[연구 결과]

1. 성능/효과

3.2.2절에서 유도된 2상영역(혹은 과열영역)의 관벽의 온도를 나타내는 (9)을 살펴보면, 관벽의 온도는 냉매의 온도 7办에 따라 변하며 대기 온도 乌即가 외란으로 작용하고 있음을 알 수 있다.

본 논문의 시뮬레이션 결과가 참고문헌 5의 단일공조/냉동시스템의 전자식 팽창밸브를 이용한 실제 실험결과와 동일한 경향을 나타내므로 본 논문의 시뮬레이션은 신뢰할 수 있다.

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=NPAP08082446

[논문]멀티형 공조/냉동시스템의 증발기 과열도 제어