KR101202291B1 - 대공간용 히트펌프 공조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스케줄제어(에너지절감효과) 및 적산전력외 기능을 갖는 원격제어용 대공간용 히트펌프공조기 및 공조시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 컴퓨터와 히트펌프(실외기, 공조기) 사이에 신호를 주고받을 수 있는 중계기를 설치하여 실외기는 물론 공조기의 적산전력 및 스케줄제어를 할 수 있는 대공간용 히트펌프 공조기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 대공간용 히트펌프 공조시스템은 전기나 가스에 의해 가동되는 히트펌프에 의해 냉매를 순환시키는 실외기; 상기 실외기로부터 공급되는 냉매를 사용하여 열교환하는 열교환기를 포함하는 공조기; 및 상기 실외기 및 공조기의 스케줄 제어 및 적산전력 기능을 수행하는 중계기를 포함하고, 상기 중계기는 상기 실외기 및 공조기와 원격지의 통신단말간 데이터통신을 위한 통신모듈을 구성하여, 상기 통신단말로부터 전송된 제어명령에 따라 실외기 및 공조기의 스케줄을 제어하고, 실외기 및 공조기의 사용전력을 적산하여 통신단말로 전송시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중계기를 포함하는 히트펌프 공조시스템을 통해, 관리자가 통신단말(예: 관리실 컴퓨터 등)에서 스케줄 제어 및 적산전력량, 가스량 외 제어를 할 수 있어, 대공간 공조 시스템 관리에 효율성을 도모할 수 있다.
또한, 실외기를 감시하기 위한 별도의 추가 감시, 작동자가 필요없게 되므로 건물 내의 관리인력을 최소화할 수 있는 효과도 있다.

Description

대공간용 히트펌프 공조시스템{Heat pump air conditioner system for large space}

본 발명은 대공간용 히트펌프(Heat Pump) 공조시스템에 관한 것으로, 특히 통신단말 호환용 중계기를 통해 관리실 안에서 공조기는 물론 실외기의 제어상태(적산전력, 스케줄 제어 등)를 파악하고 제어할 수 있는 대공간용 히트펌프 공조시스템에 관한 것이다.

히트펌프(Heat Pump) 시스템이란 공조기(실내기)와 실외기 사이의 냉매 순환 방향을 바꾸어 여름에는 냉방기로, 겨울에서는 난방기로 이용하는 시스템을 말한다. 이 때 냉매는 압축기에 의해 순환되는데 전기모터에 의해 압축기를 구동시키는 것을 전기 구동식 히트펌프(EHP : Electric Heat Pump)라 하고, 가스 엔진에 의해 구동하는 것을 가스엔진 구동식 히트펌프, 또는 약칭하여 가스 히트펌프(GHP : Gas Heat Pump)라 한다.

최근에는 복수의 실외기와 복수의 열교환기를 사용하는 멀티형 히트 펌프가 개발되었는바, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같다. 도 1은 멀티형 히트펌프 공기 조화 시스템의 설치상태 예시도이고, 도 2는 공조기의 예시도이고, 도 3은 실외기와 공조기의 열교환기가 멀티형으로 설치된 상태를 보인 예시도이다.

히트펌프 공기조화시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 실외기(2)와 공조기(4) 및 실내(30)에 설치되는 실내공기토출구(20)로 형성된다. 실외기(2)는 복수개의 실외기(2-1 ~ 2-n)를 병렬로 설치하였는데, 각 실외기는 내부에 설치된 히트펌프(3)에 의해 냉매를 순환시키면서 공조기의 멀티열교환기(10)의 열교환기(10-1 ~ 10-n)와 연결시켰다.

공조기(4)는 실내(30)의 공기를 흡입시키는 환기팬(5)과 냉/온풍을 실내(30)로 공급시켜 주는 급기팬(7) 및 에어홀딩파트(6)로 형성된다. 상기 에어홀딩파트(6)는 하우징에 실내공기를 배출시키는 배출댐퍼와 외기를 도입하는 도입댐퍼를 구비하였고, 내부에는 통상의 필터 및 가습장치로 구성된 필터링부(8)와 가습기부(9)를 설치하였으며, 열교환기(10-1 ~ 10-n)가 실외기(2)와 연결되는 멀티열교환기(10)를 구비하였다.

실내(30)에는 천정(34)에 여러 개의 실내공기토출구(20)를 설치하고 공급덕트(15)를 통하거나 무덕트로 공조기(4)의 급기팬(7)과 연결하여 냉/온풍을 실내(30)로 공급할 수 있도록 하였고, 내벽(31) 장비 자체 또는 천정에는 실내흡입구(35)를 설치하여 외벽(32)과의 공간부(33)를 통과하는 리턴덕트(16) 또는 무덕트형일 경우 장비 자체 흡입구에 의해 공조기(4)의 환기팬(5)과 연결된다.

실외기(2)는 복수 개의 실외기(2-1 ~ 2-n)를 설치하고 멀티열교환기(10)도 실외기(2-1 ~ 2-n)와 동일한 개수의 열교환기(10-1 ~ 10-n) 또는 더욱 세분하여 설치하였고, 각 실외기(2-1 ~ 2-n)와 열교환기(10-1 ~ 10-n)는 팽창변(13)이 구비된 액관(11)과 별도의 가스관(12)으로 서로 연결된다.

이러한 히트펌프 공기조화시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

히트펌프 공기조화시스템(1)에서 냉방을 실시하고자 할 때에는 실외기(2)의 실외기(2-1 ~ 2-n)로부터 저온 저압의 냉매(액)를 통상의 팽창변(13)이 구비된 액관(11)을 통하여 공조기의 멀티열교환기(10)의 코일에 공급하여 열 교환시키고, 열 교환된 고온 고압의 냉매가스를 다시 실외기(2)의 실외기(2-1 ~ 2-n)로 공급(복귀)시켜주며, 실외기(2-1 ~ 2-n)에서 귀환된 냉매가스를 열 교환시켜 저온 저압의 냉매(액)로 변환시켜 주는 과정을 반복적으로 실시하게 된다.

한편 히트펌프 공기조화시스템(1)에서 난방을 실시하고자 할 때에는 냉방을 실시하는 것과는 반대방법으로 실시하여 줌으로써 난방을 실시할 수 있게 된다. 이와 같이 생성된 냉/난방은 급기팬(7)에 의해 송풍되어 공급덕트(15) 또는 무덕트형일 경우 토출구를 통해 각 실내(30)로 이동하고 실내공기토출구(20)를 통하여 실내(30)로 공급되어진다.

상기와 같이 냉/난방을 실시할 때에 외기를 도입하여 실내(30)로 공급시킬 수 있고, 실내(30)의 탁한 공기를 실외로 방출하여 공기를 교환할 수 있다.

외기를 실내(30)로 공급시키고자 할 때에는 에어홀딩파트(6)에 형성된 외기도입댐퍼를 개방시켜 주면 외기는 개방된 외기도입댐퍼로 흡입(도입)되어지고, 흡입된 외기는 필터링부(8)를 통과하면서 먼지 및 이물질 등이 필터링되어 깨끗하게 정화되어지고, 필터링된 외기는 가습기부(9)를 통과하게 되는데 가습기부(9)가 가동되고 있는 상태에서는 적량의 습기가 공급되어지며, 적량의 습기가 함유된 외기는 급기팬(7)에 의해 송풍되면서 공급덕트(15)와 실내공기토출구(20)를 통하여 실내(30)로 공급되어진다.

한편, 각 실내(30)의 오염된 공기는 실외로 방출시키고자 할 때에는, 환기팬(5)을 가동시키게 되면 실내공기흡입구(35)에 의해 실내(30)의 공기가 흡입되어지고, 실내공기흡입구(35)에 의해 흡입된 실내(30)의 공기는 리턴덕트(16)와 환기팬(5)을 거쳐 에어홀딩파트(6)의 배기댐퍼를 통하여 외부(실외)로 방출되어진다.

상기와 같이 작동되는 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화시스템(1)은 필요에 따라 냉방과 난방을 동시에 실시할 수 있는데, 실외기(2)의 실외기(2-1 ~ 2-n)와 공조기의 멀티열교환기(10)의 열교환기(10-1 ~ 10-n) 중에서 복수개의 실외기(2-1 ~ 2-x)와 열교환기(10-1 ~ 10-x)는 전술한 바와 같은 방법에 의해 냉방을 실시하도록 가동시키고, 다른 실외기(2-(x-1) ~ 2-(n-x))와 열교환기(10-(x-1) ~ 10-(n-x))는 전술한 바와 같은 방법에 의해 난방을 실시하도록 가동시킬 수 있다.

이러한 종래의 히트펌프를 제어하기 위한 중계기의 구성은 도 4와 같다. 도 4에서 보는 바와 같이 종래의 히트펌프에서는 중계기(100) 내에 공조기(4)를 제어하기 위한 공조기 제어패널을 구비하고 있다. 그러나 공조기(4)의 적산전력, 스케줄 제어 유무는 공조기 제어패널에서 표시되지 아니하므로, 대공간 건물 제어가 효율적이지 못하였다

또 실외기(2)의 상태를 감시하거나 제어하기 위한 패널는 실외기(2)에 부착되어 있으며, 실외기(2)는 공조기(4)의 동작에 따라 공조기 제어패널의 출력신호에 따라 단순히 연동하여 작동될 뿐, 그 상태나 이상 유무 등이 피드백되어 작업자가 알 수 있게끔 되어 있지 않았다. 따라서 실외기(2)의 작동 상태나 이상 유무를 감시하고 체크하기 위해서는 건물 외측의 원거리에 위치한 실외기(2)에 접근하여 상태를 확인하여야만 하였다.

따라서 종래의 히트펌프에서는 공조기와 실외기의 이상 여부, 가동 여부, 냉난방 여부 등을 파악하기 위하여 실외로 직접 작업자가 나가서 확인을 하거나, 공조기로 직접 접근하여 확인을 하여야 한다. 특히 대형 건물이나 공장, 체육관, 교회의 경우에는 실외기가 제어 패널부가 있는 실내로부터 원거리에 설치되어 있기 때문에, 제어 패널부의 운전자 이외에 실외기의 작업상태를 파악하기 위한 추가의 작업인원이 필요하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 그 목적은 통신단말 호환용 중계기를 통해 관리실 안에서 공조기는 물론 실외기의 제어상태(적산전력, 스케줄 제어 등)를 파악하고 제어할 수 있는 대공간용 히트펌프 공조시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 대공간용 히트펌프 공조시스템은 전기나 가스에 의해 가동되는 히트펌프에 의해 냉매를 순환시키는 실외기; 상기 실외기로부터 공급되는 냉매를 사용하여 열교환하는 열교환기를 포함하는 공조기; 및 상기 실외기 및 공조기의 스케줄 제어 및 적산전력 기능을 수행하는 중계기를 포함하고, 상기 중계기는 상기 실외기 및 공조기와 원격지의 통신단말간 데이터통신을 위한 통신모듈을 구성하여, 상기 통신단말로부터 전송된 제어명령에 따라 실외기 및 공조기의 스케줄을 제어하고, 실외기 및 공조기의 사용전력을 적산하여 통신단말로 전송시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 중계기는 상기 실외기의 상태를 통신단말에 전송하여, 그 실외기의 상태가 통신단말에 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중계기는 실외기의 가동/정지, 냉난방 전환, 실외기 에러, 적산전력 및 스케줄 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실외기는 복수로 구성되고, 상기 공조기는 복수의 열교환기를 포함하며, 상기 복수의 실외기와 상기 복수의 열교환기는 중계기를 통해 통신단말과 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각각의 실외기는 1개의 그룹으로 묶어 연결되고, 상기 중계기는 실외기의 상태를 표시하는 실외기 및 공조기 제어용 중계기인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중계기를 포함하는 히트펌프 공조시스템을 통해, 관리자가 통신단말(예: 관리실 컴퓨터 등)에서 스케줄 제어 및 적산전력량, 가스량 등을 제어할 수 있어, 대공간 공조 시스템 관리에 효율성을 도모할 수 있다.

또한, 실외기를 감시하기 위한 별도의 추가 감시, 작동자가 필요 없게 되므로 건물 내의 관리인력을 최소화할 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 인터넷을 기반으로 원격지에서 실외기 및 공조기를 실시간으로 감시 및 제어할 수 있는 상시 관리 체계가 가능하다. 이에 따라 초기 대응으로 장비의 이상범위 축소 및 이에 따른 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 일반적인 히트펌프 공조시스템의 구성을 나타내는 도면
도 2는 일반적인 히트펌프 공조기 구성을 나타내는 도면
도 3은 일반적인 히트펌프 공조시스템의 실외기와 공조기의 열교환기가 복수개 병렬 설치된 상태를 나타내는 도면
도 4는 종래의 제어 패널부 구성 및 연결관계를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 제어 구성 및 연결관계를 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 중계기를 나타내는 도면
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 제어 구성 및 연결관계를 나타내는 도면

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 5는 본 발명에 따른 히트펌프 공조시스템을 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 히트펌프 공조시스템은 실외기(2), 공조기(4) 및 중계기(100)를 포함하여 구성된다. 공조기(4) 내에는 열교환기 및 온도, 압력, 작동 여부 등을 감지하는 각종 센서가 구비되어 있다.

중계기(100)에는 공조기(4)와 실외기(2)의 적산전력 및 스케줄 제어를 위한 기능이 구현된다.

상기 스케줄 제어시 다양한 패턴의 스케줄 운전 및 예약기능(일간,주간)이 가능하다. 또한, 관리패턴에 따른 스케줄 제어가 가능하여 소비자 임의 지정이 가능하다.

실외기(2)의 운전상황 및 각 구동부품의 상태 등을 감시하기 위하여 실외기(2) 내에 설치된 실외기 센서로부터 송신된 작동 신호들이 중계기(100)의 실외기용 상태표시패널로 수신되도록 구성할 수도 있다.

따라서 종래의 히트펌프의 공조시스템과 달리 중계기(100)에 공조기(4) 및 실외기(2)의 상태표시패널 및 제어패널을 일체로 구비하여, 단순히 공조기(4)의 제어뿐만 아니라, 중계기(100)로부터 원거리에 위치한 실외기(2)를, 중계기(100)를 통해 제어할 수 있도록 하며, 실외기(2)를 통신단말(예: 관리실 컴퓨터 등)(200)에서 감시하고 제어할 수 있도록 하였다. 따라서 중계기함 내에 실외기/공조기 중계기(100)를 구비함으로써 실외기의 정상작동 내지는 이상 여부를 쉽게 파악할 수 있고, 적산전력, 스케줄 제어를 쉽게 수행할 수 있어 전체 히트펌프 운전의 편리성과 안전성을 도모할 수 있다.

상기 통신단말은 PC뿐만 아니라 휴대폰, PDA, 노트북 등을 말한다.

도 6은 실외기/공조기용 중계기의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 실외기/공조기 중계기(100)에는 기본적으로 실외기/공조기(4)의 적산전력 및 스케줄 제어, 그외 제어 기능을 일체로 구비하고 있으며, 필요에 따라 점검항목을 추가할 수 있다.

본 발명의 중계기(100)는 다수개의 실외기(2)와 다수개의 공조기(4)가 병렬로 연결되어 있는 히트펌프에도 적용할 수 있다. 히트펌프 공조시스템은 실외기(2)와 공조기(실내기)를 구비하는 형태로서, 실외기(2)와 공조기(4)의 열교환기를 복수로 설치하여 전자팽창변(13)이 구비된 액관과 별도의 가스관에 의해 서로 연결시켜 멀티형으로 형성하여 필요한 냉방과 난방의 용량에 따라 가동 세트의 수를 조절하면서 가동시키도록 하는 것이다.

도 7은 실외기/공조기용 중계기를 포함하는 히트펌프 공조시스템의 구성을 간단히 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 다수의 실외기((2-1), (2-2), ... ,(2-n))는 각각 중계기(100)에 일체형으로 결합된 통신모듈과 연결되고, 실외기(2)에 구비된 각종 감지장치, 센서를 통해, 상태 및 동작을 전달받아 중계기(100)에 의해 통신단말(200)에서 적산전력 및 스케줄 등의 제어를 수행할 수 있다.

관리자는 중계기(100)에 연결된 통신단말(예: 관리실 컴퓨터)(200)에서 스케줄제어 및 적산전력량, 가스량 체크를 수행할 수 있다. 보다 추가된 기능으로 대공간 공조에 있어 효율적이라고 할 수 있다.

또한, 상기 각각의 실외기(2)는 1개의 그룹으로 묶어 연결되고, 상기 중계기는 실외기(2)의 상태를 표시하는 실외기 및 공조기 제어용 중계기일 수도 있다.

상기와 같이, 실외기(2)와 공조기(4)의 적산전력 및 스케줄 제어를 할 수 있는 중계기(100)를 포함하는 본 발명은 대공간용 히트펌프 공조시스템을 통해 운전자가 중계기(100)를 통해 컴퓨터에서 원격으로 제어(스케줄제어 및 적산전력 외)을 하여 운전의 편리성을 도모할 수 가 있으며, 또한 스케줄제어를 하여 불필요한 에너지를 낭비하지 않을 수 있고 적산전력을 하여 요금적산을 효율적으로 관리할 수 있다. 또한 관리인원을 최소화할 수 있는 효과도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2, 2-1~2-n: 실외기
4: 공조기
100: 중계기
200: 통신단말

Claims (5)

1. 실내로부터 원거리에 위치하고 건물 외측에 설치되어, 전기나 가스에 의해 가동되는 히트펌프에 의해 냉매를 순환시키는 실외기(2)와, 상기 실외기(2)로부터 공급되는 냉매를 사용하여 열교환하는 열교환기를 포함하는 공조기(4)와, 관리실 내에 설치되어, 상기 실외기(2) 및 공조기(4)의 스케줄 제어 및 적산전력 기능을 수행하는 중계기(100)를 포함하되,
   상기 중계기(100)는 상기 실외기(2) 및 공조기(4)와 원격지의 통신단말(200)간 데이터통신을 위한 통신모듈을 구성하여, 상기 통신단말(200)로부터 전송된 제어명령에 따라 실외기(2) 및 공조기(4)의 스케줄을 제어하고, 실외기(2) 및 공조기(4)의 사용전력을 적산하여 통신단말(200)로 전송시키는 기능을 수행하며, 상기 실외기(2)의 상태를 통신단말(200)에 전송하여, 그 실외기(2)의 상태가 통신단말(200)에 표시되고, 실외기(2)의 가동 또는 정지, 냉난방 전환, 실외기 에러, 적산전력 및 스케줄 제어를 수행하며,
   상기 실외기(2)는 복수로 구성되고, 상기 공조기(4)는 복수의 열교환기를 포함하며, 상기 복수의 실외기(2)와 상기 복수의 열교환기는 중계기(100)를 통해 통신단말(200)과 연결되고, 상기 각각의 실외기(2)는 1개의 그룹으로 묶어 연결되며, 상기 중계기(100)는 실외기의 상태를 표시하는 실외기 및 공조기 제어용 중계기이고,
   상기 공조기(4) 내에는 열교환기 및 온도, 압력, 작동 여부를 감지하는 센서가 구비되고, 상기 실외기(2)의 운전상황 및 각 구동부품의 상태를 감시하기 위하여 실외기(2) 내에 설치된 실외기 센서로부터 송신된 작동 신호들이 중계기(100)의 실외기용 상태표시패널로 수신되며, 상기 실외기(2)와 공조기(4)의 열교환기를 복수로 설치하여 전자팽창변이 구비된 액관과 가스관에 의해 서로 연결된 멀티형으로 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 대공간용 히트펌프 공조시스템.
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