KR101520482B1 - 공조장치 및 공조장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

공조장치의 토출측을 유동하는 공기의 유동저항이 달라지더라도, 토출구를 통하여 토출되는 공기의 합은 변하지 않도록 하여, 공조장치의 운전효율을 최대로 할 수 있도록 하기 위하여, 공기를 송풍하는 팬; 상기 팬에서 송풍되어 열교환 된 공기가 토출되는 적어도 한 개 이상의 토출구; 및 상기 적어도 한 개 이상의 토출구에 각각 설치되어, 상기 토출구를 통하여 토출되는 공기의 유동방향을 조절하는 적어도 한 개 이상의 베인이 포함되고, 상기 팬은 상기 베인의 각도에 따라서 발생되는 유동저항에 따라서 회전수가 변경되는 공조장치가 개시된다.

공조장치, 베인, 각도

Description

공조장치 및 공조장치의 제어방법{Air conditioning apparatus and controlling method for the apparatus}

본 발명은 공조장치에 관한 것이다. 그리고, 적어도 두개 이상인 복수개의 토출구를 가지는 공조장치에서 상기 토출구를 통하여 토출되는 공기를 제어하는 공조장치 및 제어방법에 관한 것이다.

공조장치는 제어공간 내의 공기의 온도 및 습도를 조절하는 장치로서, 좁은 의미에서는 실내공기의 온도를 사용자가 원하는 상태로 조성하는 기기를 말한다.

상기 공조장치 중에서 근래에는 실내공간 중에서도 천정에 설치되어 사용되는 천정형 공조장치가 늘고 있다. 상기 천정형 공조장치는 실내공간을 좁히지 않으면서도 방안의 전체공간에 대하여 공조가 가능하기 때문에 그 사용이 더욱 늘고 있다.

상기 천정형 공조장치는 실내공간이 전체적으로 공조되도록 하기 위하여 일반적인 경우로서, 다수 개의 토출구를 가지고 있다. 그리고, 상기 다수 개의 토출구를 통하여 토출되는 공기는, 상기 토출구의 내부에 놓이는 베인 각도의 제어에 의해서 토출각도 및 도달거리가 달라지게 있다. 그와 같이 함으로써 사용자가 더욱 편리하게 공조장치의 기류를 맞을 수 있도록 한다.

일 예로서, 오토모드의 경우에는 공조장치에서 베인이 자동으로 상하로 움직이도록 하여, 사용자가 놓이는 위치로 간헐적으로 공조된 공기가 도달하도록 하고 있다. 그러나 이와 같이 동작되면, 사용자에게 미치는 공기의 기류는 간헐적으로 되기 때문에, 사용자의 편리함은 증진될 수 있으나, 공조장치의 구동의 측면에서는 바람직하지 않다.

상세하게 설명하면, 오토모드의 경우에는, 각 토출구에 놓인 베인의 설정각도가 모두가 다수개의 토출구에 대하여 동일하게 맞추어지도록 한다. 이와 같은 경우에는, 토출구를 통과하는 공기에 가하여지는 유동저항이 달라지게 된다. 그러면, 열교환기를 통과하는 공기의 유량이 변화하게 되고, 열교환기를 통과하는 유량의 변화는 열교환기의 열교환 용량의 변화를 이끌어낸다.

그와 같은 동작은 결국 열교환 효율 저하를 자아낼 뿐 아니라, 실내공간에 대한 공조작용에 대한 효율도 저하하는 문제를 발생시킨다.

더 상세하게 설명하면, 열교환기에는 항상 동일한 냉력을 가지는 냉매가 유동하는데도 불구하고, 상기 오토모드의 경우에는 상기 열교환기를 통과하는 공기의 양이 변하기 때문에, 열교환기의 냉력에 적합한 정도의 열교환이 일어나지 못하는 문제점이 있다. 또한, 그에 의한 비가역성의 증가로 인하여 공조장치의 시스템 효율도 저하된다. 이 뿐만 아니라, 공조장치의 성능도 저하되기 때문에, 실내공간의 냉방 또는 난방효율도 저하되는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기되는 문제를 개선하기 위한 것으로서, 열교환기의 효율이 항상 일정하게 맞추어짐으로써 공조장치의 운전효율을 향상시키고, 실내공간에 대한 효율적인 공조가 구현되고, 사용자가 더 쾌적하게 느끼도록 하는 공조장치, 및 공조장치의 제어방법을 제안한다.

본 발명에 따른 공조장치는, 공기를 송풍하는 팬; 상기 팬에서 송풍되어 열교환 된 공기가 토출되는 적어도 한 개 이상의 토출구; 및 상기 적어도 한 개 이상의 토출구에 각각 설치되어, 상기 토출구를 통하여 토출되는 공기의 유동방향을 조절하는 적어도 한 개 이상의 베인이 포함되고, 상기 팬은 상기 베인의 각도에 따라서 발생되는 유동저항에 따라서 회전수가 변경되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공조장치는, 토출구를 통하여 토출되는 공조된 공기의 토출각도를 조절하는 베인; 상기 토출구 측으로 공기를 송풍하는 팬 및 모터; 및 상기 베인의 회전각도를 판단하고, 상기 회전각도에 상응하여 상기 팬 및 모터의 회전수가 변동되도록 상기 팬 및 모터를 제어하는 제어부가 포함된다.

본 발명에 따른 공조장치는, 공조된 공기가 토출되는 토출구에 설치되는 정압측정기; 상기 토출구 측으로 공기를 송풍하는 팬 및 모터; 및 상기 정압측정기에서 감지되는 정압에 따라서 상기 팬 및 모터의 회전수가 달라지도록 제어하는 제어부가 포함된다.

본 발명에 따른 공조장치의 제어방법은, 토출구를 통하여 토출되는 공기의 유동저항이 높을수록, 상기 토출구로 공조된 공기를 송풍시키는 팬의 회전수가 높아지도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해서, 공조기의 운전효율이 향상되고, 실내공간이 효율적으로 공조되고, 사용자가 더 쾌적하게 느낄 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 첨부되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공조장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 1에서는 이해의 편의를 위하여 공조장치의 설치상태를 뒤집어서 표시한 도면임을 참조해야 한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 공조장치에는 케이스(1)와, 상기 케이스(1)의 내부에 수용되는 팬(2)과, 상기 케이스(1) 상측의 개구된 부분에 놓이는 드레인 팬(3)과, 상기 드레인 팬(3)의 안쪽 부분에 마련되는 흡입 가이드(4)와, 상기 흡입 가이드(4)의 내측 개구된 부분에 제공되어 공기의 원활하게 유입되도록 하는 오리피스(5)와, 공조장치의 전방 표면을 이루며 내부와 외부를 구분짖는 프론트 패 널(6)과, 상기 프론트 패널(6)의 내부 공간을 덮어서 바깥으로부터 유입되는 공기를 필터링하는 흡입그릴(7)이 포함된다.

상기 흡입그릴(7)은 외부공기가 흡입되는 흡입단부를 이룬다. 그러므로, 공조장치의 내부로 유입되는 모든 공기는 상기 흡입그릴(7)을 통과한다.

상기 프론트 패널(6)은 사용자에게 관찰되는 공조장치의 전면외관을 이루는 부분으로서, 상기 흡입그릴(7)을 안정적으로 설치하는 장치를 이루고, 나아가서, 토출되는 공기의 토출을 안내하는 장치이다. 상기 프론트 패널(6)의 네 모서리 부분에는 토출구가 제공되는데, 상기 토출구에는 베인(8)이 제공되어, 상기 베인(8)의 각도가 구동모터(81)에 의해서 제어됨으로써, 상기 토출구를 통하여 토출되는 공기가 도달되는 위치가 달라지게 된다.

상기 흡입가이드(4) 및 상기 오리피스(5)는, 팬(2)을 향하여 외부 공기가 저소음 상태에서 안정적으로 유입되도록 하기 위한 물품으로서, 양자는 도시되는 바와 같이 분리되는 물품으로 제공될 수도 있으나, 양자가 일체화 된 물품으로 제공될 수도 있다.

상기 드레인 팬(3)은 열교환기에서 발생되는 응축수를 받아 저장하고 이를 외부로 배출하는 역할을 수행하고, 드레인 팬(3)의 네 모서리에는 상기 팬(2)에서 토출되는 공기가 통과하는 토출구가 마련되어 있다.

상기 팬(2)에는 모터가 연결되어 팬을 회전시키는 것은 당연하게 이해될 것이다. 그리고, 상기 케이스(1)의 내부에서 네 측면에는 열교환기가 놓여서 공기와 냉매관에 열교환이 수행되는 것은 당연하다.

상기 공조장치의 작용을 간단히 설명한다.

상기 팬(2)이 회전되면, 상기 케이스(1)의 내부 공간에는 음압분위기가 조성된다. 그러면, 외부공기는 케이스(1) 내부의 음압에 의해서 상기 흡입그릴(7), 오리피스(5), 흡입가이드(4), 팬(2)을 통하여 흡입된다. 그리고, 열교환기를 거치면서 열교환 된 공기는 드레인 팬(3), 프론트 패널(6)의 토출구를 통하여 외부로 토출된다.

도 2는 본 실시예에 따른 공조장치의 평면도로서, 공조장치의 프론트 패널이 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 프론트 패널(6)의 네 모서리 부분에는 토출구(82)가 형성된다. 그리고, 토출구(82)의 개구된 부분에는 토출구(82)를 통하여 토출되는 공기의 유동방향으로 조절하는 베인(vane)(8)이 설치되어 있다. 상기 베인의 설정각도는 상기 베인(8)의 일측에 설치되는 구동모터(81)에 의해서 조절된다.

여기서, 상기 프론트 패널(6)은 사각형으로 마련되고, 사각형 모서리의 각 부분에는 상기되는 토출구(82), 베인(8), 및 구동모터(81)가 개별적으로 설치되어 있다.

도 3은 본 실시예에 따른 프론트 패널의 토출구 측의 단면도로서, 도 3에 의해서 상기 베인의 작용은 용이하게 이해될 것이다.

도 3을 참조하면, 프론트 패널(6)에 형성되는 토출구(82)의 토출단부에는 베인(8)이 제공되고, 상기 베인은 일정각도의 범위 내에서 회전될 수 있다. 상기되는 베인의 설정각도에 따른 공조환경의 변화에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 베인(8)이 30도로 설정되는 경우에는, 상기 토출구(82)를 통하여 토출되는 공기의 유동방향이 다량으로 꺾이게 된다. 그러면, 상기 베인(8)을 통과하는 중에, 공기는 많은 유동저항을 받게 되고, 그와 같은 유동저항에 의해서 토출구(82)를 통과하는 공기의 유량도 감소하게 된다. 또한, 토출구(82)를 통하여 토출되는 공기는 주로 천정의 벽면을 따라서 안내되다가, 일정거리를 간 다음에 유속이 저하된 다음에 실내공간의 하방으로 서서히 이동한다. 그렇기 때문에, 사용자가 직접 느끼는 풍량감은 줄어들지만, 안락한 환경에서 공조가 수행되는 효과를 얻을 수 있다.

반대로, 상기 베인(8)이 70도로 설정되는 경우에는, 상기 토출구(82)를 통하여 토출되는 공기의 유동방향이 거의 꺾이지 않고 토출된다. 그러면, 상기 베인(8)을 통과하는 중에 공기가 받게 되는 공기의 유동저항은 거의 없고, 유량의 감소도 거의 없게 된다. 또한, 강한 풍속에 의한 영향으로 실내공간에 있는 사용자는 직접적으로 바람을 느낄 수 있게 된다. 그러면, 사용자는 신속하게 자신이 원하는 바람을 느낄 수 있는 효과가 있다.

물론, 상기 베인의 설정각은 설명되는 바와 같은 30도와 70도 뿐만이 아니라, 그 사이각으로서 다양한 설정각이 가능하다. 그와 같은 경우에는 각각의 운전상태의 장단점이 서로 섞인 상태로 운전될 수 있다.

본 실시예에서는 각각의 토출구(82)에 대응되어 각각의 베인(8)의 설정각이 변하는 것에 따라서, 상기 팬(2)의 회전수가 달라지는 것을 일 특징으로 하고 있다. 이는 베인(8)의 설정각에 따라서 베인을 통하여 토출되는 공기의 유동저항이 변하게 되고, 토출되는 공기의 양이 변하게 되는 것을 감안하여 제안되는 것이다.

더 상세하게 설명하면, 상기 베인(8)은 네 개가 설치되어 있고, 소정각도 범위 내에서 회전하는 운전을 하고 있다. 그러면, 각각의 베인(8)이 회전하는 중에, 현재의 베인각도에서 공기유동에 가하여지는 유동저항은 시간이 변하는 중에 변하게 되고, 송풍되는 공기의 양도 달라지게 된다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 전체로서 베인(8)이 설치되어 있는 전체 토출구를 통하여 토출되는 공기에 가하여지는 유동저항의 합은 동일하게 되고, 나아가서, 토출되는 공기의 양도 일정하게 맞추어 질 수 있다. 그러면, 열교환기의 냉력에 항상 적합한 공기의 유동량을 이끌어 낼 수 있어서, 공조장치의 효율이 향상되는 이점을 기대할 수 있다.

다시 말하면, 전체 토출구(82)를 통하여 토출되는 공기의 유동저항은 달라지지만, 전체 토출구(82)를 통하여 토출되는 공기의 양은 동일하도록, 상기 베인(8)의 각도가 변함에 따라서 상기 팬(2)의 회전수를 적응적으로 변하도록 한다. 다시 말하면, 베인(8)의 각도가 높아서 유동저항이 작은 경우에는 팬(2)의 회전수를 낮추고, 베인(8)의 각도가 낮아서 유동저항이 높은 경우에는 팬(2)의 회전수를 높여서 더 많은 양의 공기가 토출되도록 하는 것이다.

이와 같이 운전됨으로써, 공조장치의 열교환기를 통과하는 공기의 양은 전체적으로 동일하게 될 것이고, 시간이 변하더라도 열교환기에 의한 열교환량은 동일하게 될 수 있다. 그러면, 열교환기에서 열교환 효율을 최고효율로 설정될 수 있게 된다.

이와 같이 열교환기에서 최고효율이 구현되는 상태를 더 상세하게 설명한다. 예를 들어, 열교환기에서 열교환되는 열량이 시간에 따라서 변한다면, 이는 냉매의 상태가 시간에 의존적으로 변하는 것을 의미하게 되는데, 이와 같이 냉매의 상태가 공조 시스템의 각 지점에서 시간이 의존적으로 서로 다르면, 이는 결국 공조 시스템의 내부에서 비가역성의 증가로 이어지게 된다. 비가역성의 증가는 열교환 시스템의 효율저하로 연결되는 것은 당연하다.

이러한 비가역성에 의한 문제점을 감안하여 본 실시예에서는 비록 베인의 설정각도가 시간에 따라서 달라지게는 하지만, 팬의 회전수를 조정하는 것에 의해서 전체적으로 공기의 유동량은 일정하게 되는 것이다. 이와 같이 되면, 열교환기를 통과하는 공기의 양도 시간에 관계없이 일정하게 될 수 있고, 열교환기의 비가역성은 감소될 수 있게 되는 것이다.

다른 측면에서는 공조장치가 설치되는 공간의 내부에서도, 열교환기에서 열교환 가능한 최대의 열교환 효과를 받을 수 있다. 그러므로, 공조가 요구되는 환경에 대해서 공조환경이 보다 빨리 조성되는 장점을 얻을 수 있게 된다.

도 4는 본 실시예에 따른 공조장치를 블록도로 표현한 도면이다. 다만, 도 4는 간략하게 도시되는 도면으로서, 표시되는 구성요소 외에도 다른 구성요소가 더 포함될 수 있으나, 본 실시예의 설명을 위하여 그 도시를 생략한다.

도 4를 참조하면, 공조장치를 제어하는 제어부(100)와, 베인모터(102)와, 상기 베인모터(102)를 제어하여 그 동작을 이끌어내는 베인각도조절부(101)와, 팬 및 모터(104)와, 상기 팬 및 모터(104)를 제어하여 그 동작을 이끌어내는 팬 모터 조절부(103)가 도시된다. 상기 팬 및 모터(104)에 사용되는 모터는 회전수의 조절이 자유로운 BLDC 모터가 이용되는 것이 바람직하다.

상기 베인각도 조절부(101)는 베인모터를 제어하여 베인의 구동시키는 동작을 수행하는 것과 함께, 베인의 현재 회전상태도 베인모터의 회전상태에 따라서 이를 인식할 수 있다. 상기 팬 모터 조절부(104)는 팬을 제어하여 팬 및 그 팬을 회전시키는 모터를 구동시키는 동작을 수행한다.

이와 같은 구조에서, 상기 제어부(100)는 상기 베인각도 조절부(101)로부터 전달되는 현재의 베인각도를 참조로 하여 상기 팬 및 모터(104)를 동작시키는 회전수를 결정하게 된다. 다시 말하면, 이미 설명된 바와 같이 현재의 베인각도에 적합한 팬의 회전수를 결정하고, 결정된 회전수로 팬이 회전되도록 하는 제어신호를 상기 팬 모터 조절부(104)로 송신하는 것이다.

상기 베인각도에 따라서 상기 팬 모터의 회전수가 달라지는 것을 예를 들어 설명한다. 도 5는 예로서 표시되는 베인각도와 팬의 회전수가 예시되어 있다.

도 5를 참조하면, 상기 베인의 설정각도가 30도인 상태에서는 토출구를 통한 공기의 유동에 저항이 많은 상태이므로, 공기의 유동량이 작다. 그러므로, 이 때에는 상기 팬 및 모터(104)의 회전수를 증가시켜서 920rpm으로 회전되도록 한다. 반대의 경우로서, 상기 베인의 설정각도가 70도인 상태에서는 토출구를 통한 공기의 유동에 저항이 작은 상태이므로, 공기의 유동량이 비교적 많다. 그러므로, 이 때에는 상기 팬 및 모터(104)의 회전수를 감소시켜서 650rpm으로 동작되도록 한다.

상기 도 5에서는 상기 베인의 설정각도와 상기 팬 및 모터의 회전수를 테이블 형식으로 서로 대응시키고 있다. 그러나, 이와 같은 테이블을 사용하는 경우에 는 정밀한 제어가 불가능하므로, 상기 베인의 설정각도를 하나의 인자로 하고 결과를 팬 및 모터의 회전수로 하는 함수관계를 이용할 수도 있다. 즉, rpm=f(θ)로 표현되는 함수관계를 이용하여, 상기 팬 및 모터의 회전수를 구해낼 수도 있을 것이다.

상기되는 실시예와 같이, 베인의 각도에 따라서 팬 및 모터의 회전수를 도 5의 테이블과 같이 변경한 경우의 유량선도(도 7)와, 베인의 각도와 무관하게 팬 및 모터의 회전수를 790rpm으로 일정하게 한 경우의 유량선도(도 6)를 비교하는 것에 의해서 유량의 차이 및 공조효율의 차이는 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

한편 상기되는 실시예는 베인의 회전수를 인자로 하고, 미리 정하여진 테이블이나 함수로 주어지는 상관관계를 이용하여 팬 및 모터의 회전수를 결정한다. 그러나 그와 같은 경우에는 공조장치에 따라서 실제로 필요한 팬 및 모터의 회전수를 정확하게 알수는 없는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 감안하여 도 3에 제시되는 정압측정기(201)를 사용하여 팬 및 모터의 회전수를 보다 더 정확하게 알아낼 수도 있을 것이다.

도 8에는 정압측정기가 이용되는 경우의 공조장치의 블록도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 정압측정기(201)에 의해서 측정되는 정압은 공기의 유속이 빠른 경우에는 줄어들게 된다. 여기서 공기의 유속이 빠른 경우에는 공기의 유동저항이 많은 것을 의미하는 것이므로, 이 때에는 팬의 회전수를 증가시켜야 된다. 그리고, 정압이 낮은 경우에는 반대로 팬의 회전수를 감소시켜야 한다.

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다시 말하면, 상기 정압측정기(201)에 의해서 측정되는 정압이 높으면 높을수록 상기 팬 및 모터(204)의 회전수는 증가되고, 상기 정압측정기(201)에 의해서 측정되는 정압이 낮으면 낮을수록 상기 팬 및 모터(204)의 회전수는 감소된다.
상기 메모리(202)에는 소정의 테이블이 수록되어 있어서, 정압에 대응하는 팬 및 모터(204)의 회전수가 저장되어 있을 수도 있다.

또 다른 경우로서, 정압측정기를 이용하여 적절하다고 판단되는 팬 및 모터의 회전수와 베인의 설정각도를 이용하여 적절하다고 판단되는 다수의 팬 및 모터의 회전수 중에서 최적의 것이 다시 선택적으로 적용되어 팬 및 모터가 동작되도록 할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 복수개의 토출구가 제공되는 공조장치에서 토출구를 통하여 토출되는 공기의 합은 변하지 않게 되므로, 공조장치의 운전효율을 최대로 할 수 있다. 또한, 공조장치가 놓이는 제어범위 내에서도 신속하게 원하는 상태로 공조환경이 조성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공조장치의 분해 사시도.

도 2는 본 실시예에 따른 공조장치의 평면도.

도 3은 본 실시예에 따른 프론트 패널의 토출구 측의 단면도.

도 4는 본 실시예에 따른 공조장치를 블록도.

도 5는 상기 베인의 설정각도와 상기 팬 및 모터의 회전수에 대한 대응관계를 보이는 테이블.

도 6은 베인의 각도와 무관하게 팬 및 모터의 회전수를 790rpm으로 일정하게 한 경우의 유량선도이고, 도 7은 본 실시예에 따라서 베인의 각도에 대응하여 팬 및 모터의 회전수를 변경한 경우의 유량선도.

도 8은 정압측정기가 이용되는 경우의 실시예에 따른 공조장치의 블록도.

Claims (9)

1. 공조된 공기가 토출되는 토출구에 설치되는 정압측정기;

   상기 토출구 측으로 공기를 송풍하는 팬 및 모터;

   토출되는 공기의 정압에 대응하는 상기 팬 및 모터의 회전수에 대한 데이터가 저장된 메모리부; 및

   상기 정압측정기에서 감지되는 정압에 따라서 상기 메모리부에 저장된 데이터를 전달받아 상기 팬 및 모터의 회전수가 달라지도록 제어하는 제어부가 포함되며,

   상기 정압측정기에 의해서 감지되는 정압이 높으면 높을수록 상기 팬 및 모터의 회전수는 증가되는 것을 특징으로 하는 공조장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 토출구에 설치되어, 상기 토출구를 통하여 토출되는 공기의 유동방향을 조절하는 적어도 한 개 이상의 베인이 더 포함되고,

   상기 제어부는, 상기 베인의 각도에 따라서 발생되는 유동저항에 따라 상기 팬 및 모터의 회전수를 조절하는 것을 특징으로 하는 공조장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 베인의 각도가 높으면 상기 팬의 회전수가 감소되고,

   상기 베인의 각도가 낮으면 상기 팬의 회전수는 증가되는 공조장치.
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