KR101650036B1

KR101650036B1 - 에어컨 관리 장치

Info

Publication number: KR101650036B1
Application number: KR1020140014121A
Authority: KR
Inventors: 김영수; 박범석
Original assignee: 김영수; 박범석
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2016-08-22
Also published as: KR20150093396A

Abstract

본 발명의 에어컨 관리 장치는 에어컨을 구성하는 실외기, 상기 실외기로 전력을 제공하는 전원부 및 상기 실외기 및 상기 전원부와 통신하고, 상기 실외기 및 상기 전원부를 관리하는 관리부를 포함할 수 있다.

Description

에어컨 관리 장치{APPARATUS FOR MANAGING AIR CONDITIONER}

본 발명은 에어컨을 관리하는 장치에 관한 것이다.

근래, 건물 등의 냉난방 조절을 위해 시스템 에어컨이 이용되고 있다.

그런데, 시스템 에어컨의 경우 기존의 중앙 공조 방식 대비 많은 전력이 소모되므로 전력 절감 정책과 충돌하는 문제가 있다.

한국등록특허공보 제10-1191998호에는 초기 설치오류를 점검하기 위한 통신 방식에서 초기 통신 시간을 단축시키는 기술이 개시되고 있으나, 시스템 에어컨의 전력 절감과 관련된 기술은 나타나지 않고 있다.

한국등록특허공보 제10-1191998호

본 발명은 에어컨의 사용 전력을 절감할 수 있는 에어컨 관리 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 에어컨 관리 장치는 실외기뿐만 아니라 실외기로 전력을 공급하는 전원부를 관리하는 관리부를 포함함으로써, 에어컨의 사용 전력을 절감시킬 수 있다.

특히, 전원부의 관리를 위해 마련된 관리부와 전원부 간의 통신망 중 일부가 관리부와 실외기 간의 통신망을 그대로 이용함으로써, 관리부와 전원부 간의 통신망 형성에 필요한 자원을 최소화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 에어컨 관리 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 에어컨 관리 장치를 구성하는 전원부를 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 에어컨 관리 장치를 구성하는 실외기를 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 에어컨 관리 장치에서 관리부와 실외기 간의 통신 프로토콜을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 에어컨 관리 장치를 구성하는 관리부를 나타낸 블럭도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 에어컨 관리 장치를 나타낸 블럭도이다.

도 1에 도시된 에어컨 관리 장치는 실외기(110), 전원부(150), 관리부(170)를 포함할 수 있다.

에어컨은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함할 수 있다.

기체 상태의 냉각제는 압축기에서 고온, 고압의 상태가 된다.

압축기를 나오는 고온, 고압의 기체는 응축기에서 외부로부터 흡입된 공기와 만나 식으면서 고압의 액체가 된다. 이때 열을 방출하므로 응축기에서는 더운 공기가 토출된다.

좁은 곳을 통과할 때 유체의 속도가 커지고 압력이 낮아지는 현상을 이용해 팽창밸브에 마련된 모세관을 통과시켜 고압 상태인 액체의 압력을 낮춘다. 압력이 낮아진 액체는 증발기에서 잘 증발될 수 있다.

팽창밸브를 나온 액체 상태의 냉각제는 온도와 압력이 낮다. 이러한 액체는 주위의 더운 공기에서 열을 흡수해 기체 상태로 증발한다. 증발기에서 이루어지는 과정으로 증발기 주위의 공기는 차가워지고 팬이 돌면서 이 공기를 토출한다. 증발된 기체는 다시 압축기로 들어가 냉각 시스템의 순환이 계속된다.

에어컨은 외형적으로 공기 공조의 대상이 되는 실내에 마련되는 실내기(130)와 실내와 구분된 실외에 마련되는 실외기(110)를 포함할 수 있다.

실내기(130)에는 증발기가 마련되고, 실외기(110)에는 압축기, 응축기가 마련될 수 있다. 팽창밸브는 실내기(130) 또는 실외기(110)에 마련될 수 있다. 위에서 살펴본 냉각 시스템의 경로로 냉각제를 순환시키면 실내로 차가운 공기가 토출되고, 실외로 따뜻한 공기가 토출된다. 만약 위 냉각 시스템의 경로와 반대 경로로 냉각제를 순환시키면 실내로 따뜻한 공기가 토출되고, 실외로 차가운 공기가 토출된다. 즉, 냉각제가 흐르는 방향에 따라 응축기와 증발기는 역할이 뒤바뀔 수 있다.

에어컨에서 대부분의 전력은 실외기(110)에 마련된 압축기의 구동에 사용된다. 따라서, 실외기(110)의 관리를 통해 에어컨의 사용 전력을 효율적으로 관리할 수 있다. 실외기(110)는 관리부(170)에 의해 관리될 수 있다.

여기서 '관리'는 관리 대상물의 상태 정보를 모니터링하고, 관리 대상물을 제어하는 것일 수 있다. 이를 위해서 관리부(170)는 관리 대상물로부터 상태 정보를 수신하고, 관리 대상물로 제어 신호를 송신할 수 있어야 한다. 따라서, 관리부(170)는 관리 대상물인 실외기(110)와 통신할 수 있어야 한다. 관리부(170)와 실외기(110)의 통신을 위해 관리부(170)와 실외기(110)의 사이에는 제1 통신망이 형성될 수 있다. 이때, 제1 통신망은 유선망이거나 무선망일 수 있다.

참고로, 상태 정보는 관리 대상물에서 생성되는 것으로, 일예로 실외기(110)에 마련된 압축기의 동작 여부, 현재의 동작 강도 등을 포함할 수 있다. 제어 신호는 압축기의 온(on) 또는 오프(off)시키거나, 동작 강도를 조절하는 신호일 수 있다. 상태 정보와 제어 신호에 의하면 관리부(170)에서는 자신의 지령대로 관리 대상물이 동작하는지 파악할 수 있다.

그런데, 실외기(110)의 관리만으로는 신뢰성 있는 사용 전력의 관리가 어려울 수 있다. 일예로 관리부(170)에 의하면 실외기(110)가 1단계로 구동되도록 지시하고, 실외기(110)가 지시대로 1단계로 구동되는지 감시할 수 있으나, 실외기(110)와의 통신만으로는 1단계 상태에서 실외기(110)가 사용하는 실 사용 전력을 신뢰성 있게 파악할 수 없다. 따라서, 정부에서 특정 시간대에 특정값 이하의 전력을 사용하도록 요구하는 경우 순전히 관리부(170)를 담당하는 관리자의 경험에 의존하여 실외기(110)를 1단계 또는 2단계로 조절할 수밖에 없다.

실외기(110)의 실 사용 전력을 신뢰성있게 파악하기 위해 관리부(170)는 전원부(150)를 관리할 수 있다.

전원부(150)는 실외기(110)로 전력(도 1에서 점선으로 표시)을 제공하는 요소로, 상용 전원 또는 배터리(157)를 포함할 수 있다.

관리부(170)는 실외기(110)와 마찬가지로 전원부(150)도 관리 대상물로 관리할 수 있다. 실외기(110)의 사용 전력은 전원부(150)로부터 공급된 전력과 일치하므로, 전원부(150)로부터 실외기(110)로 제공되는 전력을 파악함으로써 실외기(110)에서 소모되는 사용 전력을 신뢰성 있게 파악할 수 있다. 또한, 실외기(110)의 훼손 등 긴급 상황 발생시 전원부(150)에 의한 전력 공급을 실외기(110) 레벨이 아닌 전원부(150) 레벨에서 차단시킴으로써 추가 손해가 발생하지 않도록 할 수 있다.

전원부(150)의 관리를 위해 관리부(170)는 전원부(150)와 통신해야 하며, 이를 위해 관리부(170)와 전원부(150) 사이에는 제3 통신망이 형성될 수 있다. 제3 통신망은 유선망 또는 무선망일 수 있다.

도 2는 본 발명의 에어컨 관리 장치를 구성하는 전원부(150)를 나타낸 블럭도이다. 도 2에서 실선은 데이터의 흐름을 나타내고, 점선은 전력의 흐름을 나타낸다.

전원부(150)에는 실외기(110)로 제공되는 전력의 양을 감지하는 센서(151), 센서(151)의 감지 결과를 상태 정보로 하여 관리부(170)로 전송하고, 관리부(170)로부터 제어 신호를 전달받는 통신 모듈(153), 상태 정보를 생성하고 제어 신호에 따라 실외기(110)로 전력을 제공하거나 차단하는 제어 모듈(155)이 마련될 수 있다.

관리부(170)는 전원부(150)와 통신함으로써 실외기(110)로 제공되는 전력량을 정확하게 파악할 수 있다. 따라서, 관리부(170)의 정책상 해당 실외기(110)에 제1 전력량이 할당된 경우 현재 실외기(110)에서 사용하는 전력량이 제1 전력량을 넘는지 신뢰성 있게 파악할 수 있다.

전원부(150)가 배터리(157)를 포함하는 경우, 전원부(150)는 제1 시간 구간에 충전되고, 제2 시간 구간에 실외기(110)로 충전된 전력을 공급할 수 있다.

제1 시간 구간의 단위 시간당 전력 사용 요금(전기료)은 제2 시간 구간의 단위 시간당 전력 사용 요금보다 낮을 수 있다. 일예로, 여름의 경우 심야 전기료가 낮의 전기료보다 싸다. 이때 심야가 제1 시간 구간이고, 낮이 제2 시간 구간일 수 있다.

관리부(170)는 제1 시간 구간에 상용 전원 ⓢ로 전원부(150)가 충전되도록 전원부(150)를 제어하고, 제2 시간 구간에 전원부(150)의 충전 전력이 실외기(110)로 공급되도록 전원부(150)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.

전원부(150)에 마련된 제어 모듈(155)은 관리부(170)로부터 수신한 제어 신호에 따라 상용 전원 ⓢ를 배터리(157) 및 실외기(110)로 공급하는 제1 모드, 상용 전원 ⓢ를 실외기(110)로만 공급하는 제2 모드, 상용 전원 ⓢ를 차단하고 배터리(157)에 충전된 전력을 실외기(110)로 공급하는 제3 모드로 동작할 수 있다.

무더운 여름에 실내를 냉방시키는 경우를 가정한다. 이때, 하루 24시간을 시원한 시간 구간(제1 시간 구간), 더운 시간 구간(제2 시간 구간), 앞 두 구간 사이의 중간 구간(제3 시간 구간)으로 구분할 수 있다.

더운 시간 구간에는 전력 사용량이 급증하고, 시원한 시간 구간에는 전력 사용량이 급감한다. 전력 사용량의 급증에 따라 전력난이 예상되면 국가에서는 전력 사용을 자제할 것을 요구하고, 이에 대응하는 정책으로 더운 시간 구간의 전기료를 비싸게 책정할 수 있다. 대신 전력 사용량이 급감하는 시원한 시간 구간에는 전기료를 싸게 책정할 수 있다.

본 발명의 전원부(150)는 시원한 시간 구간에 제1 모드로 동작할 수 있다. 즉, 값싼 전기로 배터리(157)를 충전하는 동시에 실외기(110)를 구동시킬 수 있다.

그리고 전원부(150)는 더운 시간 구간에 제2 모드로 동작할 수 있다. 즉, 전기료가 비싼 더운 시간 구간에는 상용 전원을 이용하지 않고 배터리(157)에 충전된 전력으로 실외기(110)를 구동시킬 수 있다.

그리고, 전원부(150)는 중간 시간 구간에 제3 모드로 동작할 수 있다. 즉, 전기료가 보통인 시간 구간에는 상용 전원으로 실외기(110)를 구동시킬 수 있다. 이때, 배터리(157)로는 상용 전원이 공급되지 않고 또한 배터리(157)에 충전된 전력은 실외기(110)로 제공되지 않는다. 이에 따르면 전력을 싸게 이용할 수 있으며, 국가 차원에서는 생산 전력을 줄일 수 있게 된다.

다시 도 1로 돌아가서, 관리부(170)와 실외기(110)/전원부(150)와의 통신에 대해서 살펴보도록 한다.

관리부(170)는 제1 통신망 ①을 통해 실외기(110)와 통신하고, 제3 통신망 ③을 통해 전원부(150)와 통신할 수 있다. 이때, 제1 통신망 ①과 제3 통신망 ③이 별개로 형성되어도 무방하나 자원의 낭비가 예상된다.

에어컨 관리 장치에서 주 관리 대상물은 실외기(110)이다. 따라서, 관리부(170)와 실외기(110) 간의 제1 통신망 ①은 반드시 마련되어야 한다. 따라서, 자원을 절약할 수 있는 부분은 관리부(170)와 전원부(150) 간의 제3 통신망 ③으로 한정되는 것이 좋다.

제3 통신망 ③의 자원을 절약하기 위해 제3 통신망 ③은 제1 통신망 ①을 이용할 수 있다. 예를 들어 전원부(150)와 실외기(110)의 사이에 제2 통신망이 ②가 형성되면 제1 통신망 ①과 제2 통신망 ②로 제3 통신망 ③이 형성될 수 있다.

이에 따르면 실외기(110)는 제1 통신망 ①을 이용하여 관리부(170)와 통신할 수 있다. 그리고, 전원부(150)는 제1 통신망 ① 및 제2 통신망 ②를 이용하여 관리부(170)와 통신할 수 있다. 이러한 상태는 실외기(110)가 전원부(150)와 관리부(170) 간의 통신을 중계하는 것과 유사하다. 이와 더불어 실외기(110)는 자신과 관련된 정보를 관리부(170)와 주고받을 수 있다.

다르게 표현해서 관리부(170)와 실외기(110)가 제1 경로로 통신하고, 관리부(170)와 전원부(150)가 제2 경로로 통신할 때, 제2 경로는 제1 경로를 포함할 수 있다.

특히, 이러한 환경은 관리부(170)와 전원부(150) 간의 거리보다 실외기(110)와 전원부(150) 간의 거리가 가까운 경우에 유용하다.

이러한 구성에 따르면 전원부(150)는 실외기(110)와 통신하도록 구성되기만 하면 실외기(110)를 통해 관리부(170)와 통신할 수 있다. 또한, 관리부(170)에는 제3 통신망 ③을 위한 통신 수단을 마련할 필요없이 제1 통신망 ①을 위한 통신 수단만 마련되면 된다.

이를 위해 실외기(110)에는 제1 통신부(111), 제2 통신부(113), 변환부(115)가 마련될 수 있다.

도 3은 본 발명의 에어컨 관리 장치를 구성하는 실외기(110)를 나타낸 블럭도이다.

제1 통신부(111)는 제1 프로토콜을 이용하여 관리부(170)와 통신할 수 있다.

제2 통신부(113)는 제2 프로토콜을 이용하여 전원부(150)와 통신할 수 있다.

제1 프로토콜과 제2 프로토콜이 서로 호환되지 않는 경우 전원부(150)로부터 수신된 전원부(150)의 상태 정보를 관리부(170)로 전송할 수 없다. 마찬가지로 관리부(170)로부터 수신된 전원부(150)의 제어 신호를 전원부(150)로 전송할 수 있다.

변환부(115)는 제1 통신부(111)와 제2 통신부(113)의 사이에서 제1 통신부(111)의 제1 통신 프로토콜과 제2 통신부(113)의 제2 통신 프로토콜을 상호 변환시킬 수 있다. 예를 들어 하나의 실외기(110)에 복수의 실내기(130)가 마련된 시스템 에어컨의 경우 실외기(110)와 관리부(170) 간의 제1 통신 프로토콜은 도 4와 같이 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 에어컨 관리 장치에서 관리부(170)와 실외기(110) 간의 통신 프로토콜을 나타낸 개략도이다.

살펴보면, 해당 프로토콜에는 실외기(110)의 정보 영역 a, 실내기(130)의 정보 영역 b₁~ b_n(여기서, n은 2이상의 자연수이다)이 할당될 수 있다.

만약, 실외기(110)에 최대 n-1개의 실외기(110)가 연결될 수 있다면, 해당 프로토콜에는 실내기(130)의 정보 영역이 n개 할당될 수 있다. 이에 따르면 해당 실외기(110)에 복수의 실내기(130)가 연결되고 각 실내기(130)의 정보 영역에 각 실내기(130)의 정보가 탑재되더라도 최소 1개의 실내기(130) 정보 영역이 여분으로 남게 된다. 이때의 여분의 실내기(130)의 정보 영역인 여분 영역에는 전원부(150)의 정보가 탑재될 수 있다.

이에 따르면 관리부(170)는 실외기(110)와 통신할 정보와 전원부(150)와 통신할 정보를 하나의 데이터 단위로 전송할 수 있다. 또한, 동일 시점에 실외기(110) 및 전원부(150)와 동시에 통신할 수 있다.

이러한 프로토콜에 따르면 관리부(170)는 전원부(150)의 제어 신호를 해당 프로토콜의 여분 영역에 탑재하여 실외기(110)로 송신할 수 있다. 변환부(115)는 관리부(170)로부터 수신된 신호를 분석하여 전원부(150)의 제어 신호를 추출하고, 제2 통신 프로토콜에서 전원부(150)의 정보가 할당된 영역에 탑재시켜 전원부(150)로 송신할 수 있다. 만약 관리부(170)로부터 수신된 신호에 실외기(110)의 제어 신호가 포함된 경우 변환부(115)는 수신된 신호를 분석하여 실외기(110)의 제어 신호를 추출하고 실외기(110)의 제어기로 전달할 수 있다.

전원부(150)로부터 전원부(150)의 상태 정보가 수신되면 변환부(115)는 제2 프로토콜에 따라 전원부(150)의 상태 정보를 추출한 후 제1 통신 프로토콜의 여분 영역에 해당 정보를 탑재한다. 관리부(170)는 제1 통신 프로토콜을 해석할 수 있으므로, 여분 영역에서 전원부(150)의 상태 정보를 추출하고 분석함으로써 전원부(150)의 상태를 모니터링할 수 있다.

다시 도 3으로 돌아가서, 제1 통신부(111), 제2 통신부(113), 변환부(115)는 하나의 기판에 마련될 수 있으며, 실외기(110)에 착탈될 수 있다. 이에 따르면 제1 통신망 및 제2 통신망의 종류 변경시 이에 대응되는 기판으로 교체하는 것으로 적절한 제1 통신망 및 제2 통신망을 형성할 수 있다.

한편, 실외기(110)가 복수로 마련될 수 있다. 또한 전원부(150)도 복수로 마련될 수 있다.

이 경우 관리부(170)는 하나의 실외기(110)와 하나의 전원부(150)를 관리하는 하위 관리 모듈(171), 하위 관리 모듈(171)을 관리하는 상위 관리 모듈(173)을 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 에어컨 관리 장치를 구성하는 관리부(170)를 나타낸 블럭도이다.

하위 관리 모듈(171)은 실외기(110) 또는 전원부(150)의 개수대로 설비될 수 있으며 자신이 관할하는 실외기(110) 또는 전원부(150)만 관리할 수 있다.

상위 관리 모듈(173)은 복수의 하위 관리 모듈(171)을 관리함으로써 결과적으로 모든 실외기(110) 및 전원부(150)를 관리할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

110...실외기 111...제1 통신부
113...제2 통신부 115...변환부
130...실내기 150...전원부
151...센서 153...통신 모듈
155...제어 모듈 157...배터리
170...관리부 171...하위 관리 모듈
173...상위 관리 모듈

Claims

에어컨을 구성하는 실외기;
상기 실외기로 전력을 제공하는 전원부; 및
상기 실외기 및 상기 전원부와 통신하고, 상기 실외기 및 상기 전원부를 관리하는 관리부;를 포함하고,
상기 전원부는 상기 실외기와 통신하고,
상기 에어컨은 하나의 실외기에 복수의 실내기가 마련된 시스템 에어컨이며,
상기 실외기와 상기 관리부 간의 통신 프로토콜에는 상기 실외기의 정보 영역, 상기 각 실내기의 정보 영역 및 여분의 실내기의 정보 영역이 할당되고,
상기 여분의 실내기의 정보 영역인 여분 영역에는 상기 전원부의 정보가 탑재되는 에어컨 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 실외기는 상기 전원부와 상기 관리부 간의 통신을 중계하는 에어컨 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 관리부와 상기 실외기의 사이에는 제1 통신망이 형성되고,
상기 실외기와 상기 전원부의 사이에는 제2 통신망이 형성되며,
상기 실외기는 상기 제1 통신망을 이용하여 상기 관리부와 통신하고,
상기 전원부는 상기 제1 통신망 및 상기 제2 통신망을 이용하여 상기 관리부와 통신하는 에어컨 관리 장치.
제1항에 있어서,
상기 실외기에는 상기 관리부와 통신하는 제1 통신부, 상기 전원부와 통신하는 제2 통신부, 상기 제1 통신부와 상기 제2 통신부의 사이에서 상기 제1 통신부의 제1 통신 프로토콜과 상기 제2 통신부의 제2 통신 프로토콜을 상호 변환시키는 변환부가 마련되는 에어컨 관리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
전원부는 제1 시간 구간에 충전되고, 제2 시간 구간에 상기 실외기로 상기 충전된 전력을 공급하고,
상기 제1 시간 구간의 단위 시간당 전력 사용 요금은 상기 제2 시간 구간의 단위 시간당 전력 사용 요금보다 낮으며,
상기 관리부는 상기 제1 시간 구간에 상용 전원으로 상기 전원부가 충전되도록 상기 전원부를 제어하고, 상기 제2 시간 구간에 상기 전원부의 충전 전력이 상기 실외기로 공급되도록 상기 전원부를 제어하는 제어 신호를 생성하고,
상기 제어 신호는 상기 실외기를 거쳐 상기 전원부로 전달되는 에어컨 관리 장치.