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표제지
목차
Nomenclatures 12
Subscripts 13
Greek letters 14
국문요약 15
제1장 서론 17
제2장 CO₂ 자동차 에어컨 20
2.1. 압축기 21
2.2. 전자팽창밸브 22
2.3. 열교환기 23
2.3.1. 가스쿨러 23
2.3.2. 증발기 24
2.3.3. 내부열교환기 25
2.4. 기타부품 26
2.4.1. 어큐뮬레이터 26
2.4.2. 오일 분리기 27
2.4.3. 배관 28
제3장 계측 및 제어시스템 29
3.1. 계측시스템 29
3.2. 제어시스템 31
3.3. 그래픽 프로그램 33
3.3.1. 계측화면 33
3.3.2. 제어화면 34
3.3.3. 시뮬레이션화면 36
제4장 수학적 모델 37
4.1. 정적모델 37
4.1.1. 압축기 37
4.1.2. 전자팽창밸브 38
4.1.3. 가스쿨러 40
4.1.4. 증발기 41
4.1.5. 내부열교환기 42
4.2. 동적모델 43
4.2.1. 에어컨 43
4.2.2. 시스템 45
4.3. 성능 데이터 46
4.3.1. 시스템고압 변화에 따른 성능 46
4.3.2. 실외풍속 변화에 따른 성능 48
4.3.3. 실외온도 변화에 따른 성능 50
4.3.4. 압축기회전수 변화에 따른 성능 52
4.3.5. 실내온도 변화에 따른 성능 54
4.3.6. 실내풍량 변화에 따른 성능 56
제5장 지능형실용알고리즘 58
5.1. 시스템고압 알고리즘 58
5.1.1. 고압설정 알고리즘 59
5.1.2. 고압재설정 알고리즘 63
5.1.3. 전자팽창밸브 제어알고리즘 65
5.1.4. 실외팬 제어알고리즘 67
5.2. 실내온도 알고리즘 68
5.2.1. 압축기 제어알고리즘 68
5.2.2. 실내팬 제어알고리즘 69
제6장 성능시험 계획 70
6.1. 정상상태 시험 70
6.1.1. 압축기회전수 변경 시험 71
6.1.2. 실외온도 변경 시험 71
6.1.3. 실내온도 변경 시험 71
6.2. 초기운전 시험 71
6.3. 설정온도 계단변화 시험 71
6.4. 외란 시험 72
제7장 성능시험 결과 73
7.1. 정상상태 성능 73
7.1.1. 압축기회전수에 따른 성능 73
7.1.2. 실외온도에 따른 성능 76
7.1.3. 실내온도에 따른 성능 79
7.2. 초기운전 성능 82
7.3. 설정온도 계단변화 성능 85
7.4. 외란 성능 87
제8장 결론 91
Reference 94
Abstract 97
Table 1-1. Properties of refrigerant 19
Table 4-1. Experimental conditions for the system high-side pressure test 46
Table 4-2. Experimental conditions for the outdoor air velocity test 48
Table 4-3. Experimental conditions for the outdoor temperature test 50
Table 4-4. Experimental conditions for the compressor speed test 52
Table 4-5. Experimental conditions for the indoor temperature test 54
Table 4-6. Experimental conditions for the indoor air flow rate test 56
Table 5-1. Simulation conditions used for high-side pressure setpoint algorithm development 59
Table 5-2. Coefficients obtained from least square method 62
Table 5-3. Rule base for high-side pressure reset algorithm 64
Table 5-4. Rule base for EEV control algorithm 66
Table 6-1. Test conditions for the steady state performance test 70
Table 6-2. Types of disturbances 72
Fig. 2-1. CO₂ automotive air conditioner 20
Fig. 3-1. Location of measuring sensors 30
Fig. 3-2. CO₂ automative air conditioner control system 31
Fig. 4-1. Heat transfer rates from the system high-side pressure test 47
Fig. 4-2. Heat transfer rates from the outdoor air velocity test 48
Fig. 4-3. Heat transfer rates from the outdoor temperature test 50
Fig. 4-4. Heat transfer rates from the compressor speed test 52
Fig. 4-5. Heat transfer rates from the indoor temperature test 54
Fig. 4-6. Heat transfer rates from the indoor air flow rate test 56
Fig. 5-1. Block diagram for system high-side pressure algorithm 58
Fig. 5-2. Max COP pressure by indoor temperature change 60
Fig. 5-3. Max COP pressure by outdoor temperature change 60
Fig. 5-4. Max COP pressure by compressor speed change 61
Fig. 5-5. Membership for input Pset(이미지참조) 63
Fig. 5-6. Membership for input Te(이미지참조) 64
Fig. 5-7. Membership for output Preset(이미지참조) 64
Fig. 5-8. EEV control system 65
Fig. 5-9. Membership for input Pd(이미지참조) 65
Fig. 5-10. Membership for input ΔPd(이미지참조) 66
Fig. 5-11. Membership for input ΔStepeev(이미지참조) 66
Fig. 5-12. Outdoor fan control system 67
Fig. 5-13. Outdoor fan stage control 67
Fig. 5-14. Compressor control system 68
Fig. 5-15. Compressor stage control 68
Fig. 5-16. Indoor fan control system 69
Fig. 5-17. Indoor fan stage control 69
Fig. 6-1. Setpoint step change test 72
Fig. 7-1. High-side pressure and EEV control steps(Test 1) 74
Fig. 7-2. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 1) 74
Fig. 7-3. High-side pressure and EEV control steps(Test 2) 75
Fig. 7-4. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 2) 75
Fig. 7-5. High-side pressure and EEV control steps(Test 3) 76
Fig. 7-6. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 3) 77
Fig. 7-7. High-side pressure and EEV control steps(Test 4) 77
Fig. 7-8. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 4) 78
Fig. 7-9. High-side pressure and EEV control steps(Test 5) 79
Fig. 7-10. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 5) 80
Fig. 7-11. High-side pressure and EEV control steps(Test 6) 80
Fig. 7-12. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 6) 81
Fig. 7-13. High-side pressure and EEV control steps(Test 7) 82
Fig. 7-14. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 7) 83
Fig. 7-15. High-side pressure and EEV control steps(Test 8) 83
Fig. 7-16. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 8) 84
Fig. 7-17. High-side pressure and EEV control steps(Test 9) 86
Fig. 7-18. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 9) 86
Fig. 7-19. High-side pressure and EEV control steps(Test 10) 88
Fig. 7-20. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 10) 88
Fig. 7-21. High-side pressure and EEV control steps(Test 11) 89
Fig. 7-22. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 11) 89
Fig. 7-23. High-side pressure and EEV control steps(Test 12) 90
Fig. 7-24. Indoor temperature, indoor fan stages and compressor state(Test 12) 90
Photo. 2-1. Compressor 21
Photo. 2-2. Electronic expansion valve 22
Photo. 2-3. Gas cooler 23
Photo. 2-4. Evaporator 24
Photo. 2-5. Internal heat exchanger 25
Photo. 2-6. Accumulator 26
Photo. 2-7. Oil separator 27
Photo. 2-8. Hose assembly 28
Photo. 3-1. General control board 32
Photo. 3-2. Motion control board 32
Photo. 3-3. Measurement display 33
Photo. 3-4. Control display 35
Photo. 3-5. Simulation display 36
초록보기 더보기
현재 전 세계적으로 지구온난화 및 지구 오존층 보존의 환경문제가 대두되고 있는 가운데 산업공정에서의 연소와 자동차 배기가스에서 방출되는 CO₂는 지구온난화 및 기후변화의 주된 원인으로 알려져 있고 이는 환경에 심각한 재해를 가져오는 것으로 알려져 있다. 또한 자동차 에어컨에 사용되고 있는 HFC 및 CFC계열 냉매들은 지구 온난화를 유발시키는 온실가스의 하나로써 지구환경보호에 심각한 문제를 야기 시키고 있다. 전세계에는 현재 약 7억 5천만대의 자동차가 운행되고 있으며 국내에서만 약 1300만대의 자동차가 운행되고 있는 실정이다. 특히 국내 자동차의 경우 에어컨 장착율이 98% 에 이르러 온실가스의 사용량과 방출량을 증가시켜 환경문제에 큰 부담을 주고 있다.
자동차 에어컨에 사용되는 HFC 화합물은 고가의 비용이 소요되는 인공 합성 화합물로서 제조비용은 물론 공해 배출과 독성으로 인하여 지구환경파괴에 큰 역할을 하고 있으며, 이를 대체하기 위해 지구환경 파괴를 최소로 할 수 있는 천연물질 냉매의 사용이 절대적으로 필요한 실정이다.
그런 측면에서 자연냉매인 CO₂는 지구오존층을 파괴하지 않고 지구온난화지수가 매우 적으며 안전한 물질로 분류되어 있다. 또한 CO₂는 각종 화학 성분의 부산물로서 생성되기 때문에 생산가격이 저렴하여 경제적이며, 뛰어난 전열 특성으로 에어컨의 고효율화를 가능하게 할 수 있다. 특히, CO₂를 냉매로 사용하는 압축기는 흡입냉매의 높은 밀도와 큰 잠열로 인하여 동일한 냉방 능력을 가지는 R-134a용 압축기에 비해 약 1/8의 용량만 필요함으로 자동차 에어컨용 압축기의 소형화 및 저중량화를 이룰 수 있는 장점이 있다.
CO₂를 이용한 자동차용 에어컨은 기존의 R-134a 냉매를 이용한 에어컨과는 달리 작동 온도와 압력이 아임계 상태와 초임계 상태로 운전되어 아주 다른 특성을 가지고 있음으로 종전의 자동차 에어컨 설계와 다른 차원에서 설계가 이루어져야 하고 에어컨의 효율적인 운동을 위한 운전방법도 이를 염두에 두어 개발되어야 한다.
CO₂를 사용한 자동차 에어컨 시스템의 성능을 측정하기 위하여 계측시스템을 설계하였고 알고리즘에 의해 에어컨 시스템을 제어할 수 있는 제어시스템을 설계하였으며 알고리즘의 성능분석을 하기 위하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 알고리즘 개발을 위한 동적 시뮬레이션 프로그램 개발을 위하여 문헌 및 자료조사와 시제품 분석을 통한 수학적 및 동적모델을 개발하였으며 개발된 수학적 모델에서 요구되는 데이터를 얻기 위하여 정적성능시험을 수행하였다.
또한 CO₂ 냉매를 사용한 자동차 에어컨의 실제시스템에 적용하기 위한 지능형실용알고리즘을 개발하였으며 제어성능을 확인하기 위하여 정상상태 성능시험, 초기운전 성능시험, 설정온도 계단변화 성능시험, 외란 성능시험 등으로 구분하여 성능시험을 통해 시스템 제어의 적정성을 확인하였다.
따라서, 개발된 지능형실용알고리즘은 CO₂ 냉매를 사용한 자동차 에어컨 실제시스템 제어에 적절히 사용될 수 있으며 개발된 시뮬레이션 프로그램 또한 CO₂ 냉매를 사용한 자동차 에어컨 시스템 알고리즘의 성능예측 및 개선에 적절히 사용될 수 있다고 판단된다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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