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비선형회귀모델을 이용한 히트펌프시스템의 열교환기 고장에 대한 고장감지 및 진단에 대한 연구
Fault Detection and Diagnosis (FDD) Using Nonlinear Regression Models for Heat Exchanger Faults in Heat Pump System 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.35 no.11 = no.314, 2011년, pp.1111 - 1117  

김학수 (서울대학교 기계항공공학부) ,  김민수 (서울대학교 기계항공공학부)

초록
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본 연구에서는 비선형회귀모델을 이용한 히트펌프시스템에서의 고장감지 및 진단 알고리즘을 개발하였다. 히트펌프시스템에 발생할 수 있는 다양한 고장요소 중, 열교환기 고장에 대한 연구를 수행하였다. 해석 식을 바탕으로 제작한 모델을 이용하여 총 4가지 작동 모드(무고장, 증발기 고장, 응축기 고장, 응축기와 증발기 고장)에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 고장감지 및 진단 알고리즘을 개발하기 위해 무고장모드에서의 데이터를 바탕으로 각 열교환기의 과열도 또는 과냉도를 예측할 수 있는 비선형회귀모델을 제시하였다. 고장감지 및 진단 알고리즘은 이 비선형회귀모델을 바탕으로 예측한 열교환기에서의 과열도 또는 과냉도 값과 시뮬레이션 값을 비교하여 그 차이의 정도에 따라 각 열교환기의 고장을 감지 및 진단하도록 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposed a fault detection and diagnosis (FDD) algorithm using nonlinear regression models, focusing especially on heat exchanger faults. This research concerned four working modes: those with no fault, evaporator fault, condenser fault, and evaporator and condenser faults. This research ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 히트펌프시스템을 대상으로 시뮬레이션을 통해 FDD 알고리즘을 개발하였다. 발생할 수 있는 여러 고장인자 중, 많은 연구가 필요한 시스템의 증발기와 응축기 고장에 대한 연구를 수행하였다. 특히 이전에는 다뤄지지 않았던 열교환기의 다중고장에 대한 연구도 수행하였다.
  • 본 연구에서는 비선형회귀모델을 이용하여 히트펌프시스템에 대한 고장진단에 관한 연구를 수행하였다. 히트펌프시스템을 구성하는 각 요소에 대해 개별적인 접근이 가능한 비선형회귀모델을 통해 냉매 측과 공기 측의 다양한 입구 조건에 따른 열교환기의 출구조건인 과열도 및 과냉도를 예측한 결과 상당히 정확한 예측이 가능함을 보았다.
  • 본 연구에서는 히트펌프시스템을 대상으로 시뮬레이션을 통해 FDD 알고리즘을 개발하였다. 발생할 수 있는 여러 고장인자 중, 많은 연구가 필요한 시스템의 증발기와 응축기 고장에 대한 연구를 수행하였다.
  • Kim 등(2)은 이동창기법을 바탕으로 가정용 에어컨의 정상상태 검출기에 대한 연구를 수행하였다. 즉, 이 연구에서는 분류기에서 사용될 데이터를 수집할 시점인 정상상태를 구분 짓는 알고리즘을 제시하였다. 전처리기와는 다르게 분류기에 대한 연구는 상당히 많이 진행되고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
히트펌프시스템에서의 FDD 연구는 무엇으로 나누어 지나? 히트펌프시스템에서의 FDD 연구는 비정상상태에서의 FDD 연구와 정상상태에서의 FDD 연구로 나눌 수 있다. 대다수의 히트펌프시스템에서의 FDD 연구가 정상상태에서의 FDD 연구이다.
히트펌프시스템은 어떻게 구성되어있나? 시뮬레이션을 수행하기 위해 몇 가지 식을 사용하여 히트펌프시스템을 모사하였다. 히트펌프시스템은 크게 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성되어 있다. 압축기와 팽창밸브의 경우 실험값을 바탕으로 한 상관식을 사용하여 모사하였다.
히트펌프시스템 상태를 정확하게 모니터링하고 분석하기 위해 필요한 것은? 점차 복잡해지는 히트펌프시스템을 효과적으로 운영 및 유지관리하기 위해 시스템의 상태를 정확하게 모니터링하고 분석하는 것에 대한 관심이 증가하고 있다. 이를 위해서는 센서와 분석시스템이 필요하다. 아무리 고가의 센서를 설치하였더라도 분석하는 알고리즘 정립에 어려움이 많기 때문에 관리자 개개인이 시스템 전반에 대한 고급지식을 갖고 있지 않고서는 고장에 적절히 대처하기 힘들다.
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참고문헌 (9)

  1. Luis, P. L., Ortiz, J. and Christine, P., 2008, "A Review on Buildings Energy Consumption Information," Energy and Buildings, Vol. 40, No. 3, pp. 394-398. 

  2. Kim, M,, Yoon, S. H., Domanski, P. A. and Payne, W. V., 2008, "Design of a Steady-State Detector for Fault Detection and Diagnosis of a Residential Air Conditioner," International Journal of Refrigeration, Vol. 31, No. 5, pp. 790-799. 

  3. Zhang, Y. and Jiang, J., 2008, "Bibliographical Review on Reconfigurable Fault-Tolerant Control Systems," Annual Reviews in Control, Vol. 32, No. 2, pp. 229-252. 

  4. Tassou, S. A. and Grace, I. N., 2005, "Fault Diagnosis and Refrigerant Leak Detection in Vapour Compression Refrigeration Systems," International Journal of Refrigeration, Vol. 28, No. 5, pp. 680-668. 

  5. Lee, H., Chang, Y. S. and Kang, B. H., 2008, "An Experimental Study on Fault Detection and Diagnosis Method for a Water Chiller Using Bayes Classifier," Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 20, No. 5, pp. 508-516. 

  6. Yoon, J. S. and Jeong, S. K., 2006, "On-line FDD for a Variable Speed Refrigeration System Based on Current Information Analysis of a Compressor," Proceedings of the SAREK Winter Annual Conference, pp. 434-439. 

  7. Du, Z. and Jin, X., 2008, "Multiple Faults Diagnosis for Sensors in Air Handling Unit Using Fisher Discriminant Analysis," Energy Conversion and Management, Vol. 49, No. 12, pp. 3654-3665. 

  8. Wang, C. C., Chi, K. Y. and Chang, C. J., 2000, "Heat Transfer and Friction Characteristics of Plain Fin-and-Tube Heat Exchangers, Part I: New Experimental Data," International Journal of Heat and Mass transfer, Vol. 43, No. 15, pp. 2681-2691. 

  9. Wang, C. C., Chi, K. Y. and Chang, C. J., 2000, "Heat Transfer and Friction Characteristic of Plain Fin-and-Tube Heat Exchangers, Part II: Correlation," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, No. 15, pp. 2693-2700. 

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