Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권2호
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pp.282-288
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2010
본 연구는 전자팽창밸브의 개도변화에 따른 가변속 수냉각기의 용량제어 특성에 관한 논문이다. 인버터에 의한 가변속 압축기를 사용한 냉각기를 최적으로 제어하기 위한 선행 연구이며 압축기 회전수별로 제어대상인 전자팽창밸브를 조절하여 증발기 출구의 과열도를 일정한 값으로 제어함으로써 최적의 냉각능력을 얻을 수 있는 과열도 값을 찾는 것을 목표로 하였다. 본 실험의 결과 압축기 회전속도가 일정할 때 팽창 밸브의 개도변화에 따라서 냉각능력이 최대가 되는 지점의 개도량을 실험을 통해서 파악할 수 있었다.
For the precise superheat temperature control of an air conditioner, an electronic expansion valve may be used instead of a thermal expansion valve. In this paper, technical and economical aspects of expansion valves were studied in order to find out the possibility to use an electronic expansion valve to replace a thermal expansion valve.
공조시스템을 구성하는 핵심 부품들의 설계 방향은 효율 향상 및 고생산성 측면을 둘 다 고려하는 것이다. 이러한 핵심부품 중의 하나인 팽창장치는 증발 부하, 압축 용량 및 응축 능력에 따라 냉매의 유량을 조절한다. 본 연구에서는 자동차용 공조시스템을 대상으로 하여 현 냉매인 R134a와 더불어 향후 대체냉매의 하나인 고압 $CO_2$의 사용이 가능한 겸용 전자팽창밸브가 개발되었다. 이 전자팽창밸브는 저 비용 및 고 생산성을 위해 기존 방식과는 달리 편심형 캠구동 방식이 채택되었다. 고안된 설계안을 바탕으로 수치해석을 이용하여 고압 조건에서의 내압성능과 밸브 개도에 따른 유량성능을 각각 평가하였다. 최대작동 압력 조건에서 98MPa의 최대응력을 보이며 탄성영역 이내의 변형을 나타내었다. 파괴압력 조건에서는 233 MPa의 최대응력을 보여 소성변형이 일어나지만 파괴가 일어나지 않는 것으로 예측되었다. 밸브 개도에 따라 유량이 증가하며, $CO_2$ 냉매와 R134a 냉매 적용시 각각 550 kg/h, 386 kg/h의 최대 유량을 나타내었다. 또한 R134a에 대한 내압 및 유량성능실험은 해석결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.
An experimental study was performed to investigate characteristics of an inverter driven water-to-water refrigeration system with a variation of compressor frequencies and expansion devices. The frequency of a compressor varied from 30Hz to 75Hz, and performance of the systems applying three different expansion devices such as capillary tube, thermostatic expansion valve(TXV), and electronic expansion valve(EEV) were measured. The load conditions were altered by varying the temperature of the secondary fluid entering condenser and evaporator with a constant flow rate. When the test conditions were deviated from the standard value(rated value), TXV and EEV showed better performance than capillary tube due to optimum control of mass flow rate and superheat. In the present study, it was observed that the variable area expansion device had better performance than constant area expansion device in an inverter refrigeration system due to active control of flow area with a change of compressor frequency and load conditions.
Performance characteristics of a refrigeration systems with various expansion valves and superheat changes were investigated experimentally. Experimental data have been taken utilizing three different devices; a thermostatic expansion valve, a linear type electronic expansion valve and a solenoid type electronic expansion valve. The data taken from tile three types of expansion valves were discussed with the temperature distribution of each zone in the evaporator and the superheat changes of the evaporator outlet In each zone temperature distribution fluctuated larger with the thermostatic expansion valve than with the electronic expansion valves. The optimum superheat ranged from $5^{\circ}C\;to\;15^{\circ}C$, and the superheat with the thermostatic expansion valve showed hunting phenomenon, which affected the evaporating and condensing temperature.
An experimental study was performed to investigate the characteristics of refrigerant flow rate control and superheat in an evaporator with an electronic expansion valve(EEV). The EEV used in this study was devised using a needle valve coupled with a stepping motor controlled by a personal computer. A Pill control equation was used to control the superheat of the evaporator and to set the superheat to $5^{\circ}C$. In order to determine an optimum running condition for the system, Pill parameters were varied for the wide range of values. The running condition of an air conditioning system with a PI control was reasonably stable compared with that of the Pill control. Experimental results for the PI control using parameter values, $K_p=1.5$, $T_i=400(sec)$ and $T_s=6(sec)$ show that the superheat reached its target value. When external disturbances were introduced to the system, the superheat target value was reached within about 3 minutes. When the EEV was applied to the air conditioning system driven by an inverter, room temperature control was excellent.
In order to control multi-zone temperatures, a multi-type air-conditioning system may be used. In this study, control algorithms for the compressor and the electronic expansion valve of a multi-type air-conditioning system were developed by using fuzzy logics. The compressor control algorithm was composed of a compressor pressure setpoint algorithm, a compressor pressure setpoint reset algorithm, and a compressor frequency setpoint algorithm. The electronic expansion valve control algorithm was composed of an indoor temperature control algorithm, and a superheat control algorithm. These algorithms were applied to a multi-type air-conditioning system. Test showed good results for the control of a multi-type air-conditioning system.
The electronic expansion valve (EEV) may be used to control the refrigerant flow rate for the multi-type heat pump. Stepping motor driven EEV may precisely control the refrigerant flow rate to meet each internal load requirement. To control the EEV, PI algorithm may be used. But the hysteresis of EEV deteriorates the performance of superheat control. To reduce the performance degradation, the PI algorithm along with the dither signal may be used. The dither signal, with about 10 times higher frequency than the system crossover frequency and about 10 times larger magnitude than the deadband of hysteresis, was selected for the superheat control of EEV. Experimental results showed the improvement of EEV control by adding the dither signal to the PI algorithm.
Capacities of a tandom-type air-conditioner may be modulated by turning on/off multiple compressors and adjusting positions of a electronic expansion valve. In this study. control algorithms for compressors and a electronic expansion valve were developed by using fuzzy’ logics. There algorithms were implemented in a test lab and proved to be effective for the control of indoor air temperature and superheat temperature.
Refrigerant flow rates of the multi-type air-conditioning system can be regulated by electronic expansion valves (EEV). The performance of the multi-type air-conditioning system may be improved by lowering the superheat at the compressor suction side. In this study, a superheat temperature setpoint reset algorithm was developed by using fuzzy logics, and a PI algorithm was applied to control the superheat temperature near setpoints. Experimental results showed energy savings and stable operations at a multi-type air-conditioning system. Therefore, the developed setpoint reset algorithm may be effectively used for the EEV superheat temperature control of the multi-type air-conditioning system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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