KR101277212B1 - 배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법 - Google Patents

배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법 Download PDF

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Abstract

배관 통신 장치와, 이를 구비한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법이 개시된다. 본 발명은 냉매 배관을 전송선로로 이용하여 실내외기간 통신을 수행하고, 고주파 대역의 통신 신호와 주파수 특성에 적합한 신호 결합 구조를 이용하여 배관 통신을 수행함으로써 별도의 통신선 없이 실내외기간에 통신을 수행하며, 냉매 배관에 유전체를 구비하여 통신 시에 발생하는 신호의 세기가 감쇄되지 않도록 하고, 신호가 방사되지 아니하도록 한다.

Description

배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법{COMMUNICATING APPARATUS, AIR CONDITIONING SYSTEM INCLUDING THE SAME AND COMMUNICATING METHOD USING REFRIGERANT PIPES OF THE AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매 배관을 통해 고주파 통신 신호를 이용하여 실내기 또는 실외기의 데이터를 통신하는 공기 조화기 및 이의 배관 통신 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 실내기와 실외기를 구비하여 사용자의 요구에 따라 냉방 및 난방 사이클을 구동한다. 이때, 상기 실내기와 실외기는 냉매배관을 통해 연결된다.
최근에는 냉매의 배분 및 순환을 제어하는 실외기 및 상기 실외기와 공유되어 각 실에 공기를 토출하는 실내기로 구성되는 다수의 멀티에어컨과 다수의 멀티에어컨을 연결하여 제어하는 제어 장치를 포함하여 멀티 공기조화기를 구성하기도 한다. 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 공기 조화기는 하나의 실외기(200)에 복수의 실내기(100A 내지 100D)가 냉매 배관(300)을 통해 연결된다.
한편, 공기조화기는 작동 유체인 냉매를 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기의 순서로 순환시키거나, 또는 그 역으로 순환시킴으로써 실내에 냉방 또는 난방을 수행한다. 이러한 냉매는 공기 조화기의 설치 시에 공기 조화기의 용량에 맞게 적정량을 충전한다. 그러나, 시간이 흐름에 따라, 즉 공기조화기를 계속 사용하게 됨에 따라 냉매가 소모되고, 부족하게 되는 현상이 발생하게 된다. 냉매가 부족하게 되면 공기조화기의 효율이 떨어지므로 냉매를 보충하여 적정한 수준을 유지하여야 한다. 이에 따라 부족하게 되는 냉매를 적정하게 유지하기 위하여 공기조화기의 용량에 따라 냉매를 주입하여 일정하게 유지하는 기술이 개발되어 왔다.
한편, 실외기와 실내기를 연결하는 냉매 배관은 건물의 내부에 미리 설치되어 있고, 실외기와 실내기의 수가 증가하거나 실외기와 실내기 사이의 거리가 멀어질수록 냉매 배관의 길이가 길어지고, 분지의 개수가 증가한다.
따라서, 종래 기술에 따른 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 장거리의 배관이거나, 다수의 분지가 구비된 배관의 경우에 실외기와 실내기 사이의 거리가 멀어지게 됨으로써 통신 신호의 세기가 감쇄되어 배관 통신의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 냉매 배관을 통해 통신을 수행함에 있어서 신호의 주파수 대역을 고려하지 아니함으로써 노이즈 간섭이 발생하고, 신호의 세기가 감쇄되며, 신호가 방사되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고주파 통신 신호를 이용하여 실내외기간에 통신을 수행하는 배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법을 제공함에 일 목적이 있다.
본 발명은 고주파 대역의 통신 신호와 주파수 특성에 적합한 신호 결합 구조를 구비하여 실내외기간에 통신을 수행하는 배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명은 고주파 통신 신호를 이용하여 실내외기간에 통신을 수행하고, 냉매 배관에 유전체를 구비하여 통신 시에 발생하는 신호의 감쇄, 신호 방사 등의 문제점을 해결하는 배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배관 통신 장치는, 실외기 또는 실내기에서 데이터를 입력받고, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 상기 데이터를 출력하는 데이터 통신 유닛과, 상기 데이터를 고주파 통신 신호로 변환하거나, 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 신호 변환 유닛과, 상기 고주파 통신 신호를 냉매 배관에 결합하는 신호 결합 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 배관 통신 장치에 있어서, 상기 신호 결합 유닛은, 상기 냉매 배관에 체결되어 상기 고주파 통신 신호를 송수신하는 안테나와, 상기 안테나에 상기 고주파 통신 신호를 인가하는 여진기와, 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 전달하는 신호선을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 배관 통신 장치는, 상기 냉매 배관의 표면에 형성되어 상기 고주파 통신 신호가 외부로 방사되는 것을 방지하는 유전체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배관 통신 장치는, 상기 신호 변환 유닛과 상기 신호 결합 유닛의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 필터링하는 신호 커플링 유닛;을 더 포함하여 구성된다. 또한, 상기 배관 통신 장치는, 상기 신호 변환 유닛과 상기 신호 커플링 유닛의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 신호 증폭 유닛을 더 포함하여 구성된다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기 조화기는, 하나 이상의 실외기와, 냉매 배관을 통해 상기 실외기에 연결되고, 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기와, 상기 냉매 배관과 결합하고, 상기 실외기 또는 상기 실내기의 데이터를 고주파 통신 신호를 이용하여 상기 실외기 또는 상기 실내기에 전달하는 배관 통신 장치를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 공기 조화기에 있어서, 상기 배관 통신 장치는, 상기 실외기 또는 상기 실내기로부터 상기 데이터를 입력받고, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 상기 데이터를 출력하는 데이터 통신 유닛과, 상기 데이터를 상기 고주파 통신 신호로 변환하거나, 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 신호 변환 유닛과, 상기 고주파 통신 신호를 필터링하여 상기 냉매 배관과 커플링하는 신호 커플링 유닛과, 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 결합하는 신호 결합 유닛을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 신호 결합 유닛은, 상기 냉매 배관에 체결되어 상기 고주파 통신 신호를 송수신하는 안테나와, 상기 안테나에 상기 고주파 통신 신호를 인가하는 여진기와, 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 전달하는 신호선을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 공기 조화기에 있어서, 상기 배관 통신 장치는, 상기 냉매 배관의 표면에 형성되어 상기 고주파 통신 신호가 외부로 방사되는 것을 방지하는 유전체를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 공기 조화기에 있어서, 상기 배관 통신 장치는, 상기 신호 변환 유닛과 상기 신호 커플링 유닛의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 신호 증폭 유닛을 더 포함하여 구성된다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 하나 이상의 실외기와, 냉매 배관을 통해 상기 실외기에 연결되어 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기와, 상기 냉매 배관에 결합되어 상기 실외기와 상기 실내기의 데이터를 송수신하는 배관 통신 장치를 포함하는 공기 조화기의 배관 통신 방법에 있어서, 상기 실외기 또는 상기 실내기가 상기 데이터를 상기 배관 통신 장치에 송신하는 단계와, 상기 배관 통신 장치가 상기 데이터를 고주파 반송파를 이용하여 고주파 통신 신호로 변환하는 단계와, 상기 배관 통신 장치가 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관으로 전송하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 상기 배관 통신 장치가 상기 냉매 배관으로부터 상기 고주파 통신 신호를 수신하는 단계와, 상기 배관 통신 장치가 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 단계와, 상기 배관 통신 장치가 상기 데이터를 상기 실외기 또는 상기 실내기에 송신하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 상기 고주파 통신 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법에 있어서, 상기 고주파 통신 신호는 표면 깊이가 1μm 이상인 주파수 대역의 반송파 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배관 통신 장치와, 이를 구비한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법은 냉매 배관을 전송선로로 이용하여 실내외기간 통신을 수행할 수 있고, 고주파 대역의 신호를 이용하여 배관 통신을 수행함으로써 별도의 통신선을 사용하지 아니하고 실내외기간에 통신을 수행할 수 있고, 시스템 안정성을 제고하며, 통신 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 고주파 대역의 통신 신호와 주파수 특성에 적합한 신호 결합 구조를 이용하고, 신호 커플링 유닛을 사용하여 배관 통신을 수행함으로써 노이즈 간섭 및 서지의 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명은 고주파 대역의 통신 신호와 주파수 특성에 적합한 신호 결합 구조를 이용하여 배관 통신을 수행하고, 신호 증폭 유닛을 구비하여 신호를 증폭하여 송수신함으로써 신호의 세기가 감쇄되지 않도록 한다.
본 발명은 고주파 대역의 통신 신호와 주파수 특성에 적합한 신호 결합 구조를 이용하여 배관 통신을 수행하고, 냉매 배관에 유전체를 구비하여 통신 시에 발생하는 신호의 세기가 감쇄되지 않도록 하고, 신호가 방사되지 아니하도록 하여 시스템의 운용 효율을 증대한다.
도 1은 일반적인 공기 조화기의 구성을 개략적으로 보인 도;
도 2는 본 발명에 따른 공기 조화기의 구성을 개략적으로 보인 도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 통신 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 5는 본 발명에 따른 배관 통신 장치에서의 신호 결합 유닛의 일 예를 보인 도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 7은 본 발명에 따른 배관 통신 장치에서의 신호 결합 유닛의 다른 예를 보인 도;
도 8은 본 발명에서의 다른 실시예에 따른 배관 통신 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 9는 본 발명에서 사용하는 통신 신호의 주파수 대역에 따른 특성을 설명하기 위한 도;
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 배관 통신 장치, 이를 포함한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법을 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 통신 장치(400)는, 실외기 또는 실내기에서 데이터를 입력받고, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 상기 데이터를 출력하는 데이터 통신 유닛(410)과, 상기 데이터를 고주파 통신 신호로 변환하거나, 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 신호 변환 유닛(420)과, 상기 고주파 통신 신호를 냉매 배관에 결합하는 신호 결합 유닛(440)을 포함하여 구성된다.
본 발명에서 사용되는 고주파 통신 신호의 반송파 (Carrier) 주파수는 전송 매체로 이용하는 상기 냉매 배관(300)의 특성을 고려하여 선정된다. 상기 고주파 통신 신호는 주파수가 높아질수록 배관 표면으로 신호가 전송되는 표면 효과(Skin effect)가 발생하므로 표면 깊이(Skin depth)를 고려하여 선정해야 한다. 도 9를 참조하면, 저주파에서 고주파로 갈수록 표면 깊이가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 표면 깊이(δ)와 주파수의 관계(f)는 하기 수식과 같다.
Figure 112010020007240-pat00001
여기서,
Figure 112010020007240-pat00002
은 비도전율을 나타낸다.
도 9에 도시한 바와 같이, 표면 깊이가 1μm 이상이면 상기 냉매 배관에 결합 가능하다. 본 발명에 따라 배관 통신을 위한 고주파 통신 신호의 반송파 주파수는, 전송매체인 배관으로의 신호결합이 가능하고, 모든 국가의 주파수 규약을 만족하는 2.4 GHz 대역을 사용한다. 특히, 멀티 채널 방식을 적용하면 각종 외부 노이즈로부터의 간섭을 피할 수 있으므로 통신 신뢰성을 높일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 신호 결합 유닛(440)은, 상기 냉매 배관에 체결되어 상기 고주파 통신 신호를 송수신하는 안테나(441)와, 상기 안테나에 상기 고주파 통신 신호를 인가하는 여진기(exciter, 443)와, 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 전달하는 신호선(445)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 신호선(445)은 동축 케이블일 수 있다.
본 발명에 따른 고주파 통신 신호의 통신 신뢰성을 높이기 위해 상기 안테나(441)의 구조와 크기는 상기 냉매 배관(300)의 특성을 고려하여 선정한다. 즉, 상기 안테나(441)의 직경과 길이는 상기 냉매 배관의 직경과, 액관과 기관 사이의 간격, 체결되는 위치를 고려해야 한다. 일반적으로 액관의 배관 직경은 실내기의 경우 9.52mm이하이고, 실외기의 경우 19.05mm이하이다. 또한, 액관과 기관 사이의 간격은 실내기의 경우 3 내지 4cm, 실외기의 경우 5 내지 6cm이다. 도 5를 참조하면, 상기 안테나(441)는 배관 체결이 가능한 구조의 원추형 안테나이다. 예를 들어 2.4 GHz의 고주파 통신 신호를 사용하는 경우에, 그 파장(λ)은 12.5cm가 되는데, 통신 신호선 접촉 부분부터 접지부분까지의 거리가 λ/4일 때, 통신 신호의 송수신 성능이 좋으므로 간격은 3.125cm가 된다. 여기서, 냉매 배관의 직경을 d라고 하면, 상기 안테나의 직경(R)은 3 내지 6d, 즉 상기 냉매 배관의 직경의 3 내지 6배이다. 또한, 상기 안테나의 열린 각도(φ)는 냉매 배관으로부터 30 내지 45도인 것이 좋다.
미설명 부호 447은 접지선이고, 449는 단열재이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 통신 장치(400)는, 실외기 또는 실내기에서 데이터를 입력받고, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 상기 데이터를 출력하는 데이터 통신 유닛(410)과, 상기 데이터를 고주파 통신 신호로 변환하거나, 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 신호 변환 유닛(420)과, 상기 고주파 통신 신호를 냉매 배관에 결합하는 신호 결합 유닛(440), 상기 냉매 배관의 표면에 형성되어 상기 고주파 통신 신호가 외부로 방사되는 것을 방지하는 유전체(500)를 포함하여 구성된다. 상기 냉매 배관(300)은 배관의 보호를 위해 단열재(449)를 포함하는 데, 상기 유전체(500)는 상기 냉매 배관(300)과 상기 단열재(449)의 사이, 즉 상기 냉매 배관의 표면에 형성된다.
본 발명의 실시예들에 따른 배관 통신 장치(400)는, 상기 신호 변환 유닛(420)과 상기 신호 결합 유닛(440)의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 필터링하는 신호 커플링 유닛(430)을 더 포함하여 구성된다. 상기 신호 커플링 유닛(430)은, Non-Isolated 방식으로 인덕터(L1)과 커패시터(C1)으로 구성되어 신호를 필터링할 수 있고, 또는 Transformer-Isolated 방식으로 트랜스포머(Transformer, T1)를 구비하여 외부 노이즈와 서지를 차단할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 배관 통신 장치(400)는, 상기 신호 변환 유닛과 상기 신호 커플링 유닛의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 신호 증폭 유닛(450)을 더 포함하여 구성된다. 상기 고주파 통신 신호의 세기를 높이기 위한 신호 증폭 유닛(450)은 일반적으로 상기 냉매 배관의 길이가 길어짐에 따라 상기 냉매 배관으로부터 수신되는 신호에 감쇄가 발생하는 경우를 대비하여 포함된다. 상기 신호 증폭 유닛(450)은 신호 보상용 증폭 회로를 구비하고, 기준 신호의 크기를 미리 설정하고, 수신 신호를 상기 기준 신호와 비교함으로써 신호를 증폭한다. 물론 상기 신호 증폭 유닛(450)은, 상기 냉매 배관으로 송신하는 신호를 증폭하는 데에 사용될 수도 있다. 상기 신호 증폭 유닛(450)은, 상기 신호를 그대로 전달하거나, 또는 상기 신호를 증폭하도록 선택하는 스위치(451)와, 상기 신호를 증폭하는 증폭부(AMP, 452)로 구성된 신호 보상용 증폭 회로를 구비한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공기 조화기는, 하나 이상의 실외기(200)와, 냉매 배관(300)을 통해 상기 실외기(200)에 연결되고, 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기(100A 내지 100D, 이하 100)와, 상기 냉매 배관과 결합하고, 상기 실외기 또는 상기 실내기의 데이터를 고주파 통신 신호를 이용하여 상기 실외기 또는 상기 실내기에 전달하는 배관 통신 장치(400)를 포함하여 구성된다. 상기 본 발명의 실시예들에 따른 배관 통신 장치에 대한 설명과 중복되는 부분은 그에 갈음하고, 이하 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 공기 조화기에 있어서, 상기 배관 통신 장치는, 상기 실외기 또는 상기 실내기로부터 상기 데이터를 입력받고, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 상기 데이터를 출력하는 데이터 통신 유닛(410)과, 상기 데이터를 상기 고주파 통신 신호로 변환하거나, 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 신호 변환 유닛(420)과, 상기 고주파 통신 신호를 필터링하여 상기 냉매 배관과 커플링하는 신호 커플링 유닛(430)과, 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 결합하는 신호 결합 유닛(440)을 포함하여 구성된다.
상기 데이터 통신 유닛(410)은, 상기 실외기(200) 또는 상기 실내기(100)의 통신부 또는 제어부와 연결되고, 상기 실외기(200) 또는 상기 실내기(100)로부터 운전 데이터, 상태 정보 등의 데이터를 수신하거나, 또는 상기 실외기(200) 또는 상기 실내기(100)에 상기 데이터들을 송신한다. 여기서, 상기 데이터 통신 유닛(410)은 범용의 유무선 통신 방식, 예를 들어 RS-232c, RS-485, LAN 등을 통해 상기 실외기(200) 또는 상기 실내기(100)와 연결될 수 있다.
상기 신호 변환 유닛(420)은, 상기 데이터 통신 유닛(410)이 수신한 데이터를 고주파 반송파를 이용하여 고주파 통신 신호로 변환, 즉 부호화하여 상기 냉매 배관 측으로 보내는 신호 송신부(421)와, 상기 냉매 배관으로부터 수신한 고주파 통신 신호를 데이터 포맷으로 다시 변환, 즉 복호화하여 상기 실내기(100) 또는 상기 실외기(200) 측으로 보내는 신호 수신부(422)를 포함한다.
상기 신호 커플링 유닛(430)은, Non-Isolated 방식으로 인덕터(L1)과 커패시터(C1)으로 구성되어 신호를 필터링할 수 있고, 또는 Transformer-Isolated 방식으로 트랜스포머(Transformer, T1)를 구비하여 외부 노이즈와 서지를 차단할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 신호 결합 유닛(440)은, 상기 냉매 배관에 체결되어 상기 고주파 통신 신호를 송수신하는 안테나(441)와, 상기 안테나에 상기 고주파 통신 신호를 인가하는 여진기(443)와, 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 전달하는 신호선(445)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 신호선(445)은 동축 케이블일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 안테나(441)는 배관 체결이 가능한 구조의 원추형 안테나이다. 예를 들어 2.4 GHz의 고주파 통신 신호를 사용하는 경우에, 그 파장(λ)은 12.5cm가 되는데, 통신 신호선 접촉 부분부터 접지부분까지의 거리가 λ/4일 때, 통신 신호의 송수신 성능이 좋으므로 간격은 3.125cm가 된다. 여기서, 냉매 배관의 직경을 d라고 하면, 상기 안테나의 직경(R)은 3 내지 6d, 즉 상기 냉매 배관의 직경의 3 내지 6배이다. 또한, 상기 안테나의 열린 각도(φ)는 냉매 배관으로부터 30 내지 45도인 것이 좋다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 공기 조화기에 있어서, 상기 배관 통신 장치는, 상기 냉매 배관의 표면에 형성되어 상기 고주파 통신 신호가 외부로 방사되는 것을 방지하는 유전체(500)를 더 포함하여 구성된다. 상기 냉매 배관(300)은 배관의 보호를 위해 단열재(449)를 포함하는 데, 상기 유전체(500)는 상기 냉매 배관(300)과 상기 단열재(449)의 사이, 즉 상기 냉매 배관의 표면에 코팅된다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 공기 조화기에 있어서, 상기 배관 통신 장치는, 상기 신호 변환 유닛(420)과 상기 신호 커플링 유닛(430)의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 신호 증폭 유닛(450)을 더 포함하여 구성된다. 상기 신호 증폭 유닛(450)은 신호 보상용 증폭 회로를 구비하고, 기준 신호의 크기를 미리 설정하고, 수신 신호를 상기 기준 신호와 비교함으로써 신호를 증폭한다. 물론 상기 신호 증폭 유닛(450)은, 상기 냉매 배관으로 송신하는 신호를 증폭하는 데에 사용될 수도 있다. 상기 신호 증폭 유닛(450)은, 상기 신호를 그대로 전달하거나, 또는 상기 신호를 증폭하도록 선택하는 스위치(451)와, 상기 신호를 증폭하는 증폭부(AMP, 452)로 구성된 신호 보상용 증폭 회로를 구비한다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 하나 이상의 실외기와, 냉매 배관을 통해 상기 실외기에 연결되어 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기와, 상기 냉매 배관에 결합되어 상기 실외기와 상기 실내기의 데이터를 송수신하는 배관 통신 장치를 포함하는 공기 조화기의 배관 통신 방법에 있어서, 상기 실외기 또는 상기 실내기가 상기 데이터를 상기 배관 통신 장치에 송신하는 단계(S110)와, 상기 배관 통신 장치가 상기 데이터를 고주파 반송파를 이용하여 고주파 통신 신호로 변환하는 단계(S120, S130)와, 상기 배관 통신 장치가 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관으로 전송하는 단계(S140)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 2 내지 도 8을 참조한다.
상기 실외기 또는 상기 실내기가 상기 냉매 배관을 통해 데이터를 송수신하기 위해, 먼저 상기 실외기 또는 상기 실내기는 상기 배관 통신 장치에 데이터를 전송한다(S110). 상기 배관 통신 장치는 상기 데이터 통신 유닛(410)을 통해 상기 데이터를 수신한다. 상기 배관 통신 장치는 상기 신호 변환 유닛(420)을 통해 상기 수신한 데이터를 고주파수 대역의 반송파를 이용하여 고주파 통신 신호로 변환하고(S120, S130), 상기 변환된 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 전송한다(S140). 이때, 상기 배관 통신 장치는 상기 신호 커플링 유닛을 통해 고주파 통신 신호를 필터링하고, 상기 안테나를 구비한 신호 결합 유닛을 통해 상기 냉매 배관에 고주파 통신 신호를 전달한다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 상기 배관 통신 장치가 상기 냉매 배관으로부터 상기 고주파 통신 신호를 수신하는 단계(S210)와, 상기 배관 통신 장치가 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 단계(S240)와, 상기 배관 통신 장치가 상기 데이터를 상기 실외기 또는 상기 실내기에 송신하는 단계(S250)를 더 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 상기 고주파 통신 신호를 필터링하는 단계(S220)를 더 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 단계(S221, S230)를 더 포함할 수 있다.
상기 배관 통신 장치는 상기 신호 결합 유닛(440)을 통해 상기 냉매 배관으로부터 고주파 통신 신호를 수신하고(S210), 상기 신호 커플링 유닛(430)을 통해 상기 수신된 고주파 통신 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 서지를 차단한 다음(S220), 상기 신호 변환 유닛(420)의 신호 수신부(422)를 통해 상기 실외기 또는 상기 실내기에서 사용하는 데이터 포맷으로 변환한다(S240). 상기 배관 통신 장치는 상기 변환 전에 상기 신호 증폭 유닛(450)을 통해 상기 수신한 고주파 통신 신호를 증폭한다. 상기 신호 증폭 유닛(450)은 신호 보상용 증폭 회로를 구비하여 기준 신호의 크기를 미리 설정하고, 수신 신호를 상기 기준 신호와 비교한 다음, 비교 결과 기준 신호보다 작으면 신호를 증폭한다(S221, S230). 상기 배관 통신 장치는 상기 변환된 데이터를 상기 데이터 통신 유닛(410)을 통해 상기 실외기 또는 상기 실내기에 전송한다(S250).
여기서, 고주파 통신 신호는 표면 깊이가 1μm 이상인 주파수 대역의 반송파 신호를 포함한다. 본 발명에서 사용되는 고주파 통신 신호의 반송파 (Carrier) 주파수는 전송 매체로 이용하는 상기 냉매 배관(300)의 특성을 고려하여 선정된다. 상기 고주파 통신 신호는 주파수가 높아질수록 배관 표면으로 신호가 전송되는 표면 효과(Skin effect)가 발생하므로 표면 깊이(Skin depth)를 고려하여 선정해야 한다. 도 9를 참조하면, 저주파에서 고주파로 갈수록 표면 깊이가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 표면 깊이(δ)와 주파수의 관계(f)는 하기 수식과 같다.
Figure 112010020007240-pat00003
여기서,
Figure 112010020007240-pat00004
은 비도전율을 나타낸다.
도 9에 도시한 바와 같이, 표면 깊이가 1μm 이상이면 상기 냉매 배관에 결합 가능하다. 본 발명에 따라 배관 통신을 위한 고주파 통신 신호의 반송파 주파수는, 전송매체인 배관으로의 신호결합이 가능하고, 모든 국가의 주파수 규약을 만족하는 2.4 GHz 대역을 사용한다. 특히, 멀티 채널 방식을 적용하면 각종 외부 노이즈로부터의 간섭을 피할 수 있으므로 통신 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기 고주파 통신 신호를 송수신함에 있어서, 안테나를 사용하는 데, 상기 안테나의 구조와 크기는 상기 냉매 배관의 특성을 고려하여 선정한다. 즉, 상기 안테나의 직경과 길이는 상기 냉매 배관의 직경과, 액관과 기관 사이의 간격, 체결되는 위치를 고려해야 한다. 일반적으로 액관의 배관 직경은 실내기의 경우 9.52mm이하이고, 실외기의 경우 19.05mm이하이다. 또한, 액관과 기관 사이의 간격은 실내기의 경우 3 내지 4cm, 실외기의 경우 5 내지 6cm이다. 도 5를 참조하면, 상기 안테나(441)는 배관 체결이 가능한 구조의 원추형 안테나이다. 예를 들어 2.4 GHz의 고주파 통신 신호를 사용하는 경우에, 그 파장(λ)은 12.5cm가 되는데, 통신 신호선 접촉 부분부터 접지부분까지의 거리가 λ/4일 때, 통신 신호의 송수신 성능이 좋으므로 간격은 3.125cm가 된다. 여기서, 냉매 배관의 직경을 d라고 하면, 상기 안테나의 직경(R)은 3 내지 6d, 즉 상기 냉매 배관의 직경의 3 내지 6배이다. 또한, 상기 안테나의 열린 각도(φ)는 냉매 배관으로부터 30 내지 45도인 것이 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배관 통신 장치와, 이를 구비한 공기 조화기 및 공기 조화기의 배관 통신 방법은, 냉매 배관을 전송선로로 이용하여 실내외기간 통신을 수행하고, 고주파 대역의 통신 신호와 주파수 특성에 적합한 신호 결합 구조를 이용하여 배관 통신을 수행함으로써 별도의 통신선 없이 실내외기간에 통신을 수행하며, 냉매 배관에 유전체를 구비하여 통신 시에 발생하는 신호의 세기가 감쇄되지 않도록 하고, 신호가 방사되지 아니하도록 한다.
100: 실내기 200: 실외기
300: 냉매 배관 400: 배관 통신 장치
410: 데이터 통신 유닛 420: 신호 변환 유닛
430: 신호 커플링 유닛 440: 신호 결합 유닛
441: 안테나 443: 여진기
445: 신호선 447: 접지선
449: 단열재 450: 신호 증폭 유닛
500: 유전체

Claims (17)

  1. 실외기 또는 실내기에서 데이터를 입력받고, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 상기 데이터를 출력하는 데이터 통신 유닛;
    상기 데이터를 표면 깊이가 1μm 이상인 주파수 대역의 반송파 신호를 포함하는 고주파 통신 신호로 변환하거나, 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 신호 변환 유닛;
    상기 고주파 통신 신호를 냉매 배관에 결합하는 신호 결합 유닛; 및
    상기 냉매 배관의 표면에 형성되어 상기 고주파 통신 신호가 외부로 방사되는 것을 방지하는 유전체;를 포함하고,
    상기 신호 결합 유닛은,
    상기 냉매 배관에 체결되어 상기 고주파 통신 신호를 송수신하는 안테나;
    상기 안테나에 상기 고주파 통신 신호를 인가하는 여진기; 및
    상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 전달하는 신호선;을 포함하는 배관 통신 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 변환 유닛과 상기 신호 결합 유닛의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 필터링하는 신호 커플링 유닛;을 더 포함하는 배관 통신 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 신호 변환 유닛과 상기 신호 커플링 유닛의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 신호 증폭 유닛;을 더 포함하는 배관 통신 장치.
  6. 삭제
  7. 하나 이상의 실외기;
    냉매 배관을 통해 상기 실외기에 연결되고, 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기; 및
    상기 냉매 배관과 결합하고, 상기 실외기 또는 상기 실내기의 데이터를 표면 깊이가 1μm 이상인 주파수 대역의 반송파 신호를 포함하는 고주파 통신 신호를 이용하여 상기 실외기 또는 상기 실내기에 전달하는 배관 통신 장치;를 포함하고,
    상기 배관 통신 장치는,
    상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 결합하는 신호 결합 유닛; 및
    상기 냉매 배관의 표면에 형성되어 상기 고주파 통신 신호가 외부로 방사되는 것을 방지하는 유전체;를 포함하며,
    상기 신호 결합 유닛은, 상기 냉매 배관에 체결되어 상기 고주파 통신 신호를 송수신하는 안테나;
    상기 안테나에 상기 고주파 통신 신호를 인가하는 여진기; 및
    상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 전달하는 신호선;을 포함하는 공기 조화기.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 배관 통신 장치는,
    상기 실외기 또는 상기 실내기로부터 상기 데이터를 입력받고, 상기 실외기 또는 상기 실내기에 상기 데이터를 출력하는 데이터 통신 유닛;
    상기 데이터를 상기 고주파 통신 신호로 변환하거나, 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 신호 변환 유닛; 및
    상기 고주파 통신 신호를 필터링하여 상기 냉매 배관과 커플링하는 신호 커플링 유닛;을 더 포함하는 공기 조화기.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8 항에 있어서, 상기 배관 통신 장치는,
    상기 신호 변환 유닛과 상기 신호 커플링 유닛의 사이에 구비되고, 상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 신호 증폭 유닛;을 더 포함하는 공기 조화기.
  12. 삭제
  13. 하나 이상의 실외기와, 냉매 배관을 통해 상기 실외기에 연결되어 공기 조화를 수행하는 하나 이상의 실내기와, 상기 냉매 배관에 결합되어 상기 실외기와 상기 실내기의 데이터를 송수신하는 배관 통신 장치를 포함하는 공기 조화기의 배관 통신 방법에 있어서,
    상기 실외기 또는 상기 실내기가 상기 데이터를 상기 배관 통신 장치에 송신하는 단계;
    상기 배관 통신 장치가 상기 데이터를 표면 깊이가 1μm 이상인 주파수 대역의 고주파 반송파를 이용하여 고주파 통신 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 배관 통신 장치가 상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관으로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 고주파 통신 신호를 전송하는 단계는,
    상기 고주파 통신 신호를 상기 냉매 배관에 결합하고, 유전체를 상기 냉매 배관의 표면에 형성하여 상기 고주파 통신 신호가 외부로 방사되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 배관 통신 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 배관 통신 장치가 상기 냉매 배관으로부터 상기 고주파 통신 신호를 수신하는 단계;
    상기 배관 통신 장치가 상기 고주파 통신 신호를 상기 데이터로 변환하는 단계; 및
    상기 배관 통신 장치가 상기 데이터를 상기 실외기 또는 상기 실내기에 송신하는 단계;를 더 포함하는 공기 조화기의 배관 통신 방법.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 고주파 통신 신호를 필터링하는 단계;를 더 포함하는 공기 조화기의 배관 통신 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 고주파 통신 신호를 증폭하는 단계;를 더 포함하는 공기 조화기의 배관 통신 방법.
  17. 삭제
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