KR101760168B1 - 공기 조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 하나 이상의 실내기; 상기 실내기에 연결되며, 냉매를 압축하는 압축기가 포함되는 실외기; 연소가스를 이용하여 동력을 발생시켜 상기 압축기를 구동하는 엔진; 상기 엔진에서 발생된 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기; 상기 발전기에서 생산된 전력 중 적어도 일부를 공급받을 수 있는 복수의 충전부; 상기 복수의 충전부에 저장된 전기를 상기 실외기로 공급하는 제 1 공급라인; 및 상기 복수의 충전부에 저장된 전기를 상기 실내기로 공급하는 제 2 공급라인이 포함되며, 상기 복수의 충전부는, 상기 실내기와 실외기의 운전능력에 따라, 상기 발전기로부터 충전되거나, 상기 실내기 또는 실외기로 방전하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기 조화기 및 그 제어방법 {Air conditioner and a method controlling the same}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내환경을 조성하기 위해 실내를 냉/난방시키거나 공기를 정화시키는 장치를 말한다.
이러한 공기조화기는 실내기와 실외기를 각각 분리한 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기를 하나의 장치로 결합된 일체형 공기조화기로 구분할 수 있다. 또한, 공기조화기의 용량에 따라 하나의 실내기를 구동시킬 수 있는 용량으로 좁은 장소에서 이용하도록 구성된 싱글형 공기조화기, 회사 또는 음식점에서 사용할 수 있도록 매우 큰 용량으로 구성된 중대형 공기조화기 및 다수개의 실내기를 충분히 구동시킬 수 있는 용량으로 구성된 멀티 공기조화기 등으로 구분할 수도 있다.
여기서, 분리형 공기 조화기는 실내에 설치되어 공조공간 내부로 온풍 또는 냉풍을 공급하는 실내기와 실내기에서 충분한 열교환 동작이 이루어질 수 있도록 냉매를 압축, 팽창 등을 수행하는 실외기로 구성된다.
한편, 압축기를 구동하는 동력원에 따라 EHP 방식 공기조화기와 GHP 방식 공기조화기로 분류할 수 있다. EHP 방식은 압축기의 동력원으로 전기를 사용하는 방식이며, GHP 방식은 압축기의 동력원으로 LNG나 LPG 등의 연료를 이용하는 방식이다. GHP 방식은 연료 연소를 통해 엔진을 작동시켜 압축기 모터의 출력을 제공한다.
GHP와 관련한 선행기술문헌 : 출원번호 10-2012-0016202
종래의 EHP 방식 공기조화기는 공급 전류를 조절함으로써 압축기 제어가 용이하여 부분 부하 대응 적합하고, 에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 다만 EHP 방식은 저온 난방시 실외 열교환기에 서리가 착상되는 문제점이 있다.
반면, 종래의 GHP 방식 공기조화기는 엔진의 폐열을 이용함으로써 제상 성능이 우수한 장점이 있으나, 열 손실 등에 의해 엔진의 효율이 낮은 문제점이 있다.
한편, GHP 방식 공기조화기에는 발전기가 구비될 수 있고, 상기 발전기는 엔진의 동력을 이용하여 발전을 수행하게 된다. 그리고, 발전된 전기는 공기조화기의 운전에 사용될 수 있다.
다만, 종래의 GHP 방식의 공기조화기는 그 운전되는 능력에 따라 발전된 전기량이 부족하거나 남게 되는 현상이 나타나게 되고, 이에 따라 운전 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 충전부의 충전 또는 방전이 이루어지는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 하나 이상의 실내기; 상기 실내기에 연결되며, 냉매를 압축하는 압축기가 포함되는 실외기; 연소가스를 이용하여 동력을 발생시켜 상기 압축기를 구동하는 엔진; 상기 엔진에서 발생된 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기; 상기 발전기에서 생산된 전력 중 적어도 일부를 공급받을 수 있는 복수의 충전부; 상기 복수의 충전부에 저장된 전기를 상기 실외기로 공급하는 제 1 공급라인; 및 상기 복수의 충전부에 저장된 전기를 상기 실내기로 공급하는 제 2 공급라인이 포함되며, 상기 복수의 충전부는, 상기 실내기와 실외기의 운전능력에 따라, 상기 발전기로부터 충전되거나, 상기 실내기 또는 실외기로 방전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 충전부에는, 서로 병렬 연결되는 제 1 충전부 및 제 2 충전부가 포함된다.
또한, 상기 제 1 충전부에는, 슈퍼 캐패시터(super capacitor)가 포함된다.
또한, 상기 제 2 충전부에는, 납축 전지가 포함된다.
또한, 상기 실내기외 실외기의 운전능력이 설정능력(C1) 보다 작으면, 상기 제 1,2 충전부는 상기 발전기에서 생산된 전력에 의하여 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1,2 충전부가 상기 발전기에서 생산된 전력에 의하여 충전될 때, 상기 제 1 충전부의 충전 후, 상기 제 2 충전부의 충전이 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실내기외 실외기의 운전능력이 설정능력(C1) 보다 크면, 상기 제 1,2 충전부에 저장된 전력은 상기 실내기 또는 실외기의 운전을 위하여 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1,2 충전부에 저장된 전력이 사용될 때, 상기 제 1 충전부의 사용 후, 상기 제 2 충전부의 사용이 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1,2 충전부에 저장된 전력이 사용될 때, 상기 제 1 충전부의 사용 후, 상기 제 2 충전부의 사용이 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 충전부의 사용 과정에서, 상기 제 1 충전부에 저장된 저장용량이 상기 실외기 또는 실내기에서 필요로 하는 전기량을 충당하기에 충분한지 여부에 따라서, 상기 제 2 충전부의 사용이 결정되는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에 따른 공기 조화기의 제어방법에는, 엔진이 구동하여, 공기 조화기에 구비되는 압축기가 기동하고 발전기가 가동하는 단계; 및 상기 공기 조화기의 운전능력이 설정능력 이상인지 여부에 따라, 복수의 충전부의 충전 또는 방전여부가 결정되는 단계가 포함되며, 상기 공기 조화기의 운전능력이 설정능력 이하이면, 상기 발전기에서 생산된 전력은 상기 복수의 충전부로 충전되고, 상기 공기 조화기의 운전능력이 설정능력 이상이면, 상기 복수의 충전부에 저장된 전기는 상기 공기 조화기로 방전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 충전부에는, 슈퍼 캐패시터(super capacitor) 및 납축 전지(lead storage batter)가 포함된다.
또한, 상기 발전기에서 생산된 전력이 상기 복수의 충전부로 충전될 때, 상기 슈퍼 캐패시터에 충전한 후, 남은 전력이 상기 납축 전지에 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 충전부에 저장된 전기가 상기 공기 조화기로 방전될 때, 상기 슈퍼 캐패시터의 전기가 방전된 후, 상기 납축 전지의 전기가 방전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 충전부에 저장된 전기가 상기 공기 조화기로 방전되는 단계에는, 상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 충분한지 여부가 판단되는 단계; 상기 슈퍼 캐패시터에 저장된 전기가 방전되는 단계; 및 상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 공기 조화기의 필요 전기량 이하이면, 상기 납축 전지에 저장된 전기가 방전되는 단계가 포함된다.
또한, 상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 충분한지 여부가 판단되는 단계에는, 상기 공기 조화기의 운전시간이 상기 슈퍼 캐패시터의 전력사용 유지시간보다 큰지 여부가 인식되는 단계가 포함되고, 상기 공기 조화기의 운전시간이 상기 슈퍼 캐패시터의 전력사용 유지시간보다 크면, 상기 납축 전지에 저장된 전기가 방전되는것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 충분한지 여부가 판단되는 단계에는, 상기 슈퍼 캐패시터의 전압이 기준전압 이하인지 여부가 인식되는 단계가 포함되고, 상기 슈퍼 캐패시터의 전압이 기준전압 이하이면, 상기 납축 전지에 저장된 전기가 방전되는것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 실외기에 구비되는 엔진을 구동하여 압축기 및 발전기를 구동시키고, 상기 발전기에 의하여 생산되는 전력은 실외기의 부품 및 실내기에 공급되어 사용될 수 있고, 사용되고 남는 전력은 충전부에 저장될 수 있으므로 전력 사용효율이 개선될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 충전부에는 제 1,2 충전부가 포함되어, 공기 조화기의 운전능력에 따른 필요 전기량의 변화와, 각 충전부의 특성에 따라 상기 제 1,2 충전부를 선택적으로 사용 또는 충전할 수 있다.
특히, 제 1 충전부가 슈퍼 캐패시터로 구성되고, 제 2 충전부가 납축전지로 구성됨으로써, 가용한 충방전 횟수가 큰 제 1 충전부를 먼저 충전 또는 사용하고, 필요 전기량이 설정 전기량 이상인 경우 또는 발전량이 설정 발전량 이상인 경우 상기 제 2 충전부를 충전 또는 사용함으로써 전력 사용효율이 개선될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 공기 조화기의 운전능력에 따라 발전량과 필요 전기량을 비교하고, 발전량이 상대적으로 클 때에는 제 1,2 충전부의 충전을 수행하고 필요 전기량이 상대적으로 클 때에는 제 1,2 충전부에 충전된 전기를 사용할 수 있으므로, 공기 조화기의 운전 효율이 개선될 수 있다.
또한, 공기 조화기가 운전되는 과정에서 필요 전기량이 발전량보다 클 경우, 엔진 출력을 증가하여 발전량 및 충전부의 충전량을 증가시킬 수 있으므로, 충전부에 충전된 전기를 사용하더라도 충전부의 충전량이 급속히 소모되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 개략적인 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기가 운전되는 과정에서, 공기 조화기의 운전능력에 따라 충전부의 충방전이 수행되는 일반적인 과정을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 운전 능력에 따라, 발전량 및 필요 전기량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기가 운전되는 과정에서, 제 1,2 충전부의 충방전이 수행되는 구체적인 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기가 운전되는 과정에서, 발전량과 필요전기량의 변화에 따라 제 1,2 충전부가 사용되는 모습을 보여주는 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기(100)에는, 실외에 배치되는 실외기(110) 및 상기 실외기(110)에 연결되어 실내에 배치되며 실내 열교환기를 구비하는 하나 이상의 실내기(160)가 포함된다.
상기 실외기(110)는 GHP(Gas Heat Pump) 방식으로 구동되는 실외기로서, 케이스(112) 내부에 다수의 부품, 즉 압축기 및 실외 열교환기를 포함한다. 상기 실외기에는 외부로부터 별도의 전원이 공급되지 않으며, 상기 공기 조화기(100)에 필요한 전력은 엔진에 의하여 발전기를 가동하여 공급받을 수 있다.
상세히, 상기 실외기(110)에는, 연소가스에 의하여 동력을 발생시키는 엔진(120) 및 상기 엔진(120)에서 발생된 동력에 의하여 구동되는 압축기(130) 및 발전기(140)가 포함된다. 상기 압축기(130)는 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 압축하는 장치이며, 상기 발전기(140)는 상기 공기 조화기(100)의 운전에 필요한 전기를 생산하는 장치로서 이해된다.
상기 압축기(130)에서 압축된 냉매는 응축, 팽창 및 증발되는 과정을 거치면서 냉동 사이클을 순환한다.
상기 발전기(140)에서 생성된 전력은 상기 실외기(110)의 전력부품, 일례로 공기 유동을 발생시키는 실외기 팬(115) 또는 상기 엔진(120)을 냉각시키기 위한 냉각수를 유동시키는 냉각수 펌프(미도시)에 공급될 수 있다. 그리고, 상기 발전기(140)에서 생성된 전력은 상기 실내기(160)의 전력부품, 일례로 실내기 팬(미도시)에 공급될 수 있다.
상기 실외기(110)에는, 상기 엔진(120)에서 발생된 동력을 상기 발전기(140)에 전달하는 동력 전달부(125)가 포함된다. 일례로, 상기 동력 전달부(125)에는, 상기 엔진(120)에 구비되는 엔진 풀리(pulley)와, 상기 발전기(140)에 구비되며 상기 엔진 풀리로부터 이격되는 발전기 풀리(pulley) 및 상기 엔진 풀리와 발전기 풀리를 연결하는 벨트(belt)가 포함된다.
상기 엔진(120)이 구동되면, 상기 엔진(120)의 동력은 상기 압축기(130)에 전달되어 냉매를 압축시키고, 상기 동력 전달부(125)를 통하여 상기 발전기(140)에 전달되어 전력을 생산한다.
상기 실외기(110)에는, 상기 발전기(140)에서 생산된 전력을 저장할 수 있는 복수의 충전부(151,152) 및 상기 발전기(140)로부터 상기 복수의 충전부(151,152)로 연장되어 상기 발전기(140)의 전력을 상기 복수의 충전부(151,152)로 공급하는 연결라인(145)이 더 포함된다.
상기 복수의 충전부(151,152)는 설정된 조건에 따라 상기 공기 조화기(100)에 필요한 전력을 저장 및 사용할 수 있다. 그리고, 상기 복수의 충전부(151,152)는 상기 연결라인(145)에 의하여 병렬로 연결될 수 있다. 상기 발전기(140)에서 생산된 전력은 상기 복수의 충전부(151,152) 중 적어도 하나의 충전부에 선택적으로 저장될 수 있다.
상기 복수의 충전부(151,152)에는, 제 1 충전부(151) 및 제 2 충전부(152)가 포함된다. 일례로, 상기 제 1 충전부(151)에는 슈퍼 캐패시터(super capacitor)가 포함된다. 상기 슈퍼 캐패시터는, 컨덴서의 성능 중 특히 전기 용량의 성능을 강화한 것으로서, 전지의 목적으로 사용하도록 한 부품으로서 이해될 수 있다. 그리고, 상기 슈퍼 캐패시터는 저장 가능한 전력량이 그리 크지는 않으나, 충전 또는 방전의 가용한 횟수가 많은 것을 장점으로 한다.
상기 제 2 충전부(152)에는, 납축 전지(lead storage batter)가 포함된다. 상기 납축 전지는 충전 또는 방전의 가용한 횟수가 많지는 않으나, 저장 가능한 전력량이 상대적으로 큰 것을 장점으로 한다.
상기 제 1 충전부(151)가 슈퍼 캐패시터로 구성되고, 상기 제 2 충전부(152)가 납축 전지로 구성되는 경우, 충전 관점에서 상기 발전기(140)에서 전력이 생산되면 상기 제 1 충전부(151)가 먼저 충전되고 상기 제 1 충전부(151)의 충전이 완료되면 상기 제 2 충전부(152)의 충전이 수행될 수 있다.
그리고, 방전(사용) 관점에서, 상기 제 1 충전부(151)의 저장된 전력만으로 필요 전력에 대응할 수 있다면 상기 제 1 충전부(151)의 전력을 사용하며, 상기 필요 전력이 상기 제 1 충전부(151)의 저장된 전력 이상이라면, 상기 제 1 충전부(151)의 사용후 상기 제 2 충전부(152)의 사용으로 변경할 수 있다.
상기 공기 조화기(100)에는, 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전된 전력을 상기 실외기(110)의 전력부품, 일례로 실외기 팬(115)에 공급하는 제 1 공급라인(153) 및 상기 실내기(160)의 전력부품, 일례로 실내기 팬에 공급하는 제 2 공급라인(154)이 더 포함된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 개략적인 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다. 도 2를 참조하여, 상기 공기 조화기(100)의 운전 방법에 대하여 간단히 설명한다.
공기 조화기(100)의 운전이 시작되면, GHP 방식의 실외기(110)에 구비되는 엔진(120)이 구동될 수 있다. 상세히, 상기 엔진(120)에 LNG나 LPG 등의 연료가스가 공급되어, 엔진의 운전이 수행될 수 있다(S11,S12).
상기 엔진(120)의 구동에 의하여 동력이 발생하며, 발생된 동력은 상기 압축기(130) 및 발전기(140)에 전달될 수 있다. 상기 압축기(130)에 전달된 동력은 상기 압축기(130)에 흡입된 냉매를 압축하는 데 사용되고, 상기 발전기(140)에 전달된 동력은 전력을 생산하는 데 사용될 수 있다.
상기 발전기(140)에서 생산된 전력은 상기 공기 조화기(100)의 전력부품, 즉 상기 실외기(110) 또는 실내기(160)의 전력부품에 공급되어 공기 조화기(100)의 운전이 지속될 수 있도록 한다(S13).
한편, 설정조건에 따라, 상기 제 1,2 충전부(151,152)에는 충전이 수행되거나, 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전된 전기가 사용될 수 있다.
일례로, 공기 조화기(100)가 운전되는 과정에서, 상기 발전기(140)에서 생산된 전력 중 상기 공기 조화기(100)의 전력부품에 공급되고 남은 전력은 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 저장될 수 있다. 그리고, 상기 발전기(140)에서 발전된 전력보다 공기 조화기(100)의 전기 소모량이 클 경우에는 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 저장된 전기가 사용될 수 있다.
특히, 상기 공기 조화기(100)의 운전능력(또는 운전부하라고도 함)이 설정능력보다 클 경우, 상기 전기 소모량이 커질 수 있다. 여기서, 상기 공기 조화기(100)의 운전능력은 상기 실외기(110) 및 실내기(160)의 운전능력으로서 가변될 수 있으며, 요구되는 실내부하가 커질수록 상기 운전능력은 증가될 수 있다.
일례로, 상기 설정능력은 공기 조화기(100)의 정격 능력 100%에 대응하는 값으로서 결정될 수 있다. 상기 정격 능력 100%라 함은, 실외기 능력과 운전되는 실내기의 능력 합이 동일한 상태이며, 실외팬 모터 및 실내팬 모터의 회전수가 최대 회전수로 운전되는 상태를 의미한다. 즉, 출력 가능한 실외기 능력의 100%를 사용하여 실내기를 최대 출력으로 운전시키는 것으로서 이해될 수 있다.
한편, 일반적으로 접속 가능한 실내기의 용량 합은 실외기 능력의 120~130%으로 설계될 수 있다. 달리 말하면, 상기 정격 능력은 상기 공기 조화기(100)의 최대능력의 약 80~90% 수준에서 형성될 수 있다.
다른 예로서, 공기 조화기(100)의 운전이 정지된 상태에서, 상기 공기 조화기(100)에는 제어회로 또는 디스플레이의 구동을 위하여 소정의 전력(이하, 대기전력)이 요구된다. 상기 대기전력에 필요한 전기는 상기 제 1,2 충전부(151,152)로부터 공급될 수 있다.
그리고, 상기 제 1,2 충전부(151,152)로부터 공급되는 전기량이 커질수록, 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전량은 낮아지게 되고 소정 시점에서 엔진이 구동하여 발전기(140)에서의 발전 및 제 1,2 충전부(151,152)에서의 충전을 수행하게 된다(S13,S14).
이하에서는, 공기 조화기의 운전시에 제 1,2 충전에서의 충전 및 방전이 이루어지는 일반적인 제어방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기가 운전되는 과정에서, 공기 조화기의 운전능력에 따라 충전부의 충방전이 수행되는 일반적인 과정을 보여주는 플로우 챠트이다.
공기 조화기(100)의 운전중 제 1,2 충전부(151,152)에서의 충전 또는 방전이 이루어지는 "충전모드"가 시작되면, 엔진(120)의 구동력을 이용하여 상기 압축기(130) 및 발전기(140)를 가동하게 된다(S21,S22).
그리고, 공기 조화기(100)의 운전 능력이 계산된다. 일례로, 냉동 사이클을 순환하는 냉매량이 많아지는 경우, 즉 압축기의 운전 주파수가 커지는 경우, 또는 운전되는 실내기의 수가 많아지는 경우, 또는 실외기 팬의 회전수가 커지는 경우, 상기 공기 조화기(100)의 운전 능력은 증가할 수 있다(S23).
상기 공기 조화기(100)의 운전능력(운전부하 또는 요구되는 부하)이 설정능력 이상인지 여부가 인식될 수 있다. 일례로, 상기 설정능력은 공기 조화기(100)의 정격능력 100%에 해당하는 능력값으로서 결정될 수 있다.
상기 운전능력이 상기 설정능력(C1, 도 4 참조)보다 작게 되면, 상기 공기 조화기(100)에서 필요로 하는 전기량은 상기 발전기(140)에서의 발전량보다 작은 것으로 인식될 수 있다. 따라서, 상기 발전기(140)에서 발전된 전력 중 일부는 공기 조화기(100)의 전력부품을 구동하는 데 사용되고, 나머지 전력은 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전될 수 있다(S24,S25,S26).
반면에, 상기 운전능력이 상기 설정능력(C1)보다 크게 되면, 상기 공기 조화기(100)에서 필요로 하는 전기량은 상기 발전기(140)에서의 발전량보다 큰 것으로 인식될 수 있다. 따라서, 상기 발전기(140)에서 발전된 전력만으로는 공기 조화기(100)의 전력부품을 구동하는 데 제한되는 바, 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전된 전기가 사용될 수 있다.
이 때, 상기 제 1,2 충전부(151,152) 중 어느 충전부를 먼저 사용하는지 여부에 관한 구체적인 사용 판단방법에 대하여는, 도 5,6을 참조하여 후술한다(S27,S28).
그리고, 엔진(120)의 출력을 증가하여, 상기 발전기(140)에서 발전되는 발전량을 증가시킬 수 있다. 상기 발전기(140)에서의 발전량이 증가되면, 상기 공기 조화기(100)의 전력부품에 공급되는 전력량 또는 상기 제 1,2 충전부(151,152)에서의 충전량이 증가될 수 있다.
즉, 상기 발전기(140)의 발전량을 증가하여 제 1,2 충전부(151,152)에서의 충전량을 증가시킴으로써, 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전된 전기를 사용하더라도, 상기 제 1,2 충전부(151,152)가 급속도로 방전되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 발전기(140)의 발전량이 증가되면 상기 설정 능력(C1)이 증가될 수 있고(도 4 참조), S24 단계로 돌아가서 상기 운전능력이 상기 설정능력보다 작은지 여부가 다시 판단될 수 있다(S29).
이와 같이, 상기 공기 조화기(100)의 운전능력에 따라 제 1,2 충전부(151,152)에서의 충전 또는 방전을 수행할 수 있으며, 이 과정에서 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전량은 계속적으로 감지될 수 있다. 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전량 또는 충전 정도는 상기 제 1,2 충전부(151,152)로부터 감지되는 전압으로부터 판단될 수 있다(S30).
상기 제 1,2 충전부(151,152)가 완전 충전된 상태일 경우에는, 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전은 정지될 수 있다. 그리고, 상기 발전기(140)에서 발전되는 전기는 상기 공기 조화기(100)로 모두 공급될 수 있으며, 상기 엔진(120)의 출력은 상기 발전기(140)에서 요구되는 전기량에 대응하여 감소할 수 있다(S31,S32)
반면에, 상기 제 1,2 충전부(151,152)가 완전 충전된 상태가 아니라면, 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전은 계속적으로 수행될 수 있다(S33).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 운전 능력에 따라, 발전량 및 필요 전기량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 공기 조화기(100)의 운전능력, 즉 운전부하가 증가함에 따라, 공기 조화기(100)에서 필요로 하는 전기량은 증가하게 된다.
그리고, 엔진(120)이 구동되는 과정에서 상기 발전기(140)에서 발전되는 전기량은, 상기 공기 조화기(100)의 운전능력이 증가함에 따라 거의 일정한 수준을 유지하거나, 또는 완만히 감소하게 된다. 여기서, 상기 공기 조화기(100)의 운전능력이 증가함에 따라, 상기 공기 조화기(100)를 구동하는 데 필요한 전기량 및 압축기(130)의 부하가 커질 수 있으므로, 상기 발전기(140)의 발전량은 완만히 감소할 수 있다.
상기 공기 조화기(100)의 운전능력이 C1일 때, 상기 공기 조화기(100)의 필요 전기량을 나타내는 라인과, 상기 발전량을 나타내는 라인은 만나게 된다. 상기 운전능력(C1)은, 발전량과 필요 전기량이 동일해지는 능력으로서 "균형능력"이라 이름할 수 있다.
상기 운전능력(C1)은 상기 공기 조화기(100)의 정격능력의 90~130%의 범위에서 형성될 수 있다. 일례로, 상기 운전능력(C1)은 상기 공기 조화기(100)의 정격능력의 100%의 범위에서 형성될 수 있다.
상기 공기 조화기(100)의 운전능력이 C1보다 작을 때에는, 상기 발전량이 상기 공기 조화기(100)의 필요 전기량보다 많으므로, 남은 전기량을 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전할 수 있다(A). 상기 공기 조화기(100)의 운전능력이 작아질수록, 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전되는 전기량은 많아질 수 있다.
반면에, 상기 공기 조화기(100)의 운전능력이 C1보다 클 때에는, 상기 발전량이 상기 공기 조화기(100)의 필요 전기량보다 적으므로, 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전은 제한되며, 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전된 전기량을 사용(방전)하게 된다(B).
이와 같이, 본 실시예에 따른 공기 조화기에는 복수의 충전부가 구비되고, 공기 조화기의 운전능력에 따라 복수의 충전부의 충전 또는 방전이 선택적으로 이루어질 수 있으므로, 전기사용 효율이 개선되고 공기 조화기의 운전이 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기가 운전되는 과정에서, 제 1,2 충전부의 충방전이 수행되는 구체적인 방법을 보여주는 플로우 챠트이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기가 운전되는 과정에서, 발전량과 필요전기량의 변화에 따라 제 1,2 충전부가 사용되는 모습을 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 공기 조화기(100)가 운전되는 과정에서, 제 1,2 충전부(151,152)의 충전 또는 방전이 수행되는 구체적인 방법이 도시된다. 도 5는, 도 3의 일반적인 충방전 과정을 구체적으로 설명한 도면으로서 이해할 수 있다. 도 3과 중복되는 부분에 대하여는, 도 3의 설명을 원용한다.
공기 조화기(100)의 운전중 제 1,2 충전부(151,152)에서의 충전 또는 방전이 이루어지는 "충전모드"가 시작되면, 엔진(120)의 구동력을 이용하여 상기 압축기(130) 및 발전기(140)를 가동하게 된다(S51,S52).
공기 조화기(100)의 운전 능력이 계산된다(S53). 그리고, 상기 공기 조화기(100)의 운전능력이 설정능력 이상인지 여부가 인식될 수 있다. 상기 운전능력이 상기 설정능력보다 작게 되면, 상기 공기 조화기(100)에서 필요로 하는 전기량은 상기 발전기(140)에서의 발전량보다 작은 것으로 인식될 수 있다.
따라서, 상기 발전기(140)에서 발전된 전력 중 일부는 공기 조화기(100)의 전력부품을 구동하는 데 사용되고, 나머지 전력은 상기 제 1,2 충전부(151,152)에 충전될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 충전부(151)의 충전이 먼저 수행되고, 상기 제 1 충전부(151)의 충전이 완료되면 상기 제 2 충전부(152)의 충전이 수행될 수 있다. 이는, 상기 제 1 충전부(151)의 특성상, 충방전이 가능한 횟수에 여유가 있고 충전될 수 있는 전기량은 적은 것에 기인한다(S54,S58).
반면에, 상기 운전능력이 상기 설정능력보다 크게 되면, 상기 공기 조화기(100)에서 필요로 하는 전기량은 상기 발전기(140)에서의 발전량보다 큰 것으로 인식될 수 있다(S55).
따라서, 엔진(120)의 출력을 증가하여, 상기 발전기(140)에서 발전되는 발전량을 증가시킬 수 있다. 상기 발전기(140)에서의 발전량이 증가되면, 상기 공기 조화기(100)의 전력부품에 공급되는 전력량이 증가될 수 있다. 이 때, 전력량은 상기 발전기(140)에서 생산할 수 있는 최대 발전량까지 증가될 수 있다. 이 과정에서, 발전량이 필요 전기량 이상의 값으로 증가될 수도 있고, 여전히 상기 필요 전기량보다 모자를 수도 있다(S56).
상기 발전량이 상기 필요 전기량 이상이 되었는지 여부가 인식될 수 있다. 상기 발전량이 증가하여 상기 필요 전기량 이상이 되었으면, 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 충전이 이루어질 수 있다. 이 때, 상기한 바와 같이, 상기 제 1 충전부(151)의 충전 후 상기 제 2 충전부(152)의 충전이 수행될 수 있다(S57,S58).
반면에, 상기 발전량이 여전히 필요 전기량보다 적은 경우, 즉 필요 전기량이 최대 발전량보다 큰 경우, 상기 제 1 충전부(151)의 사용 후 상기 제 2 충전부(152)의 사용이 이루어지도록 제어될 수 있다. 상세히, 상기 제 1,2 충전부(151,152)의 사용을 위하여 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량을 판단할 수 있다(S59,S60).
상기 제 1 충전부(151)의 저장용량이 충분한지 여부가 인식될 수 있다. 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량에 따른 판단은 하기의 2가지 방법에 의하여 수행될 수 있다.
[제 1 방법]
상기 제 1 충전부(151)의 저장용량이 충분한지 여부는, 공기 조화기(100)의 운전시간에 대한 상대 시간값을 이용하여 결정할 수 있다.
상세히, 공기 조화기(100)의 운전시간이 상기 제 1 충전부(151)의 전력사용 유지시간과 비교될 수 있다. 상기 제 1 충전부(151)의 전력사용 유지시간은, 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량에 대응되는 시간값으로서 미리 결정될 수 있다.
상기 제 1 충전부의 전력사용 유지시간(t0)은 아래의 식에 의하여 결정될 수 있다.
t0 = {1/2*CV2}/(필요전력-발전량)
C : 제 1 충전부의 정전용량
V : 제 1 충전부의 전압
상기 제 1 충전부(151)의 저장용량(C)은 상기 제 1 충전부(151)를 구성하기 위한 컨덴서의 조합에 따라 결정될 수 있고, 상기 제 1 충전부의 전압(V)은 충전시 증가하고 방전시 감소될 수 있다.
상기 필요전력은 일례로, 압축기 및 실외기 팬모터의 회전수에 따라 소비전력을 측정한 데이터와, 실내기 팬모터의 회전수에 따라 소비전력을 측정한 데이터를 측정하고 이를 합산하여 결정할 수 있다.
그리고, 발전량은 발전효율(η), 모터토크(Tmot) 및 각속도(ω)에 기초하여 결정될 수 있다. 발전량을 결정하는 공식은 아래와 같다.
발전량(W) = η * Tmot * π * ω
상기 공기 조화기(100)의 운전시간이 카운트 될 수 있다. 카운트 된 공기 조화기(100)의 운전시간이 상기 유지시간(t1) 이하이면, 상기 제 1 충전부(151)의 사용만으로 필요 전기량을 충당할 수 있다(S62).
반면에, 상기 카운트 된 공기 조화기(100)의 운전시간이 상기 유지시간(t1) 이상이 되면, 사용되는 충전부가 변경된다. 즉, 상기 유지시간(t1)까지는 상기 제 1 충전부(151)를 방전하여 사용하고, 상기 유지시간(t1) 이상이 되면 상기 제 1 충전부(151)에서 상기 제 2 충전부(152)로 변경하여 상기 제 2 충전부(152)에서 전력 공급이 이루어지도록 한다. 이 때, 상기 제 2 충전부(152)에서 공급 가능한 전력량이 상기 필요 전기량을 충당하고 남는 정도로 형성된다면, 남는 전력량은 상기 제 1 충전부(151)를 충전하는 데 사용될 수 있다(S63,S64).
[제 2 방법]
상기 제 1 충전부(151)의 저장용량이 충분한지 여부는, 상기 제 1 충전부(151)의 사용에 따른 전압 강하값을 이용하여 결정될 수 있다.
상기 제 1 충전부(151)의 사용이 먼저 이루어진다. 상기 제 1 충전부(151)가 사용되면, 상기 제 1 충전부(151)의 전압이 하강하게 된다. 상기 제 1 충전부(151)의 전압은 실시간으로 인식될 수 있다.
상기 제 1 충전부(151)의 사용과정에서 상기 제 1 충전부(151)의 전압이 기준전압 보다 높은 상태에서는 상기 제 1 충전부(151)의 사용이 계속된다(S62).
반면에, 상기 제 1 충전부(151)의 사용과정에서 상기 제 1 충전부(151)의 전압이 상기 기준전압 보다 낮아지게 되면 상기 제 2 충전부(152)로의 사용으로 변경된다. 그리고, 상기 제 2 충전부(152)가 사용될 때 남는 전력량이있다면, 상기 남는 전력량은 상기 제 1 충전부(151)를 사용하는 데 사용될 수 있다(S63,S64).
상기 기준전압은 특정값으로 미리 결정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 공기 조화기(100)가 운전되는 과정에서, 필요 전기량이 발전량보다 적을 때에는, 즉 시간 t1까지 상기 발전량 중 일부의 전력량은 필요 전기량에 충당하고 남는 전력량은 상기 제 1,2 충전부(151,152)를 충전한다.
상기 공기 조화기(100)의 운전부하가 커져서 상기 필요 전기량이 증가하고 싱기 필요 전기량이 상기 발전량 이상이 되면, 즉 시간이 t1 이상이 되면, 상기 제 1 충전부(151)에 저장된 전력량이 사용될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량이 순간 필요 전기량을 충당하기 충분한 정도로 형성되는 경우, 즉 상기 순간 필요 전기량이 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량 이하인 경우에는 상기 제 1 충전부(151)의 사용으로만 상기 필요 전기량을 충당한다(A 영역). 여기서, 전기량(W1)은 발전량과 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량의 합보다 작은 것으로 이해된다.
다만, 상기 공기 조화기(100)의 운전시간이 상기 제 1 충전부(151)의 전력사용 유지시간(t0) 이상이 되면, 즉 공기 조화기(100)의 운전시간이 t2 이상이 되면, 상기 제 1 충전부(151)에서 상기 제 2 충전부(152)로 사용되는 충전부의 변경이 이루어질 수 있다(B 영역).
한편, 순간 필요한 전기량(W2)이 발전량 및 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량의 합 이상이 되면, 상기 제 2 충전부(152)가 사용될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 충전부(151)가 선택적으로 함께 사용될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 충전부(152)의 저장용량은 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량보다 크게 형성될 수 있다(A+B). 여기서, 전기량(W2)는 발전량 및 제 1,2 충전부(151,152)의 저장용량의 합보다 작은 것으로 이해된다.
만약, 상기 제 2 충전부(152)만으로 필요 전기량을 충당할 수 있다면 상기 제 2 충전부(152)만을 사용하고 남는 전력량은 상기 제 1 충전부(151)를 충전하는 데 사용될 수도 있다.
반면에, 상기 필요 전기량이 상기 제 1,2 충전부(151,152)가 함께 사용해야 할 정도로 크다면, 상기 제 1 충전부(151)는 상기 제 2 충전부(152)와 함께 사용될 수 있다. 이러한 제 1,2 충전부(151,152)의 사용은, 상기 필요 전기량이 발전량보다 큰 시간 t3까지 이루어질 수 있다.
공기 조화기(100)의 사용 형태에 따라, 상기 공기 조화기(100)의 필요 전기량이 갑자기 상승하는 경우가 발생할 수 있다. 일례로, 갑작스러운 실내기의 작동대수가 증가하는 경우이다. 즉, 도 6에 도시되는 바와 같이, 필요 전기량이 발전량 이하로 유지되다가 갑자기 시간 t4~t5 구간에서 필요 전기량이 급상승 하는 경우이다. 이 때, 순간 필요 전기량은 상기 제 1 충전부(151)의 저장용량(W1) 이하인 경우로 상정한다.
이 경우, 상기 [제 1 방법]에서 설명된 바와 같이, 급상승 된 필요 전기량의 상태로 공기 조화기(100)의 운전시간이 상기 제 1 충전부(151)의 전력사용 유지시간(t0) 이상인지 여부가 판단될 수 있다. 그리고, 상기 공기 조화기(100)의 운전시간이 상기 제 1 충전부(151)의 전력사용 유지시간(t0) 이하이면 상기 제 1 충전부(151)만의 사용이 이루어질 수 있다. 물론, 상기 공기 조화기(100)의 운전시간이 상기 제 1 충전부(151)의 전력사용 유지시간(t0) 이상이면 상기 제 1 충전부(151)의 사용후 상기 제 2 충전부(152)의 사용이 이루어질 수 있다.
따라서, 갑작스러운 필요 전기량의 상승이 짧은 시간동안만 이루어진다면, 상기 제 1 충전부(151)의 사용만으로 필요 전기량을 충당할 수 있다.
또한, 제 1,2 충전부가 포함되어, 공기 조화기의 운전능력에 따른 필요 전기량의 변화와, 각 충전부의 특성에 따라 상기 제 1,2 충전부를 선택적으로 사용 또는 충전할 수 있으므로, 공기 조화기의 신뢰성이 개선되고 운전효율이 향상될 수 있다.
100 : 공기 조화기 110 : 실외기
115 : 실외기 팬 120 : 엔진
130 : 압축기 140 : 발전기
145 : 연결라인 151 : 제 1 충전부
152 : 제 2 충전부 153 : 제 1 공급라인
154 : 제 2 공급라인 160 : 실내기

Claims (16)

  1. 하나 이상의 실내기;
    상기 실내기에 연결되며, 냉매를 압축하는 압축기와, 연소가스를 이용하여 동력을 발생시켜 상기 압축기를 구동하는 엔진 및 상기 엔진에서 발생된 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 실외기; 및
    상기 발전기에서 생산된 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 상기 실내기 또는 상기 실외기에 공급하기 위하여, 병렬 연결되는 제 1 충전부 및 제 2 충전부를 구비하는 복수의 충전부를 포함하고,
    상기 제 1 충전부는 상기 제 2 충전부보다 충전 또는 방전의 가용 횟수가 많으며, 상기 제 2 충전부는 상기 제 1 충전부보다 전력을 저장하기 위한 저장용량이 크고,
    상기 실내기 및 실외기의 운전능력이 설정능력(C1)보다 큰 경우,
    상기 제 1 충전부 및 상기 제 2 충전부는 저장된 전력을 상기 실내기 또는 상기 실외기에 공급하고,
    상기 엔진의 출력이 증가되어, 상기 제 1 충전부 및 상기 제 2 충전부를 충전시키기 위한 전력량이 증가되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충전부에는, 슈퍼 캐패시터(super capacitor)가 포함되는 공기 조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 충전부에는, 납축 전지가 포함되는 공기 조화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내기와 실외기의 운전능력이 설정능력(C1) 보다 작으면,
    상기 제 1,2 충전부는 상기 발전기에서 생산된 전력에 의하여 충전되며, 상기 제 1 충전부의 충전 후, 상기 제 2 충전부의 충전이 수행되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충전부의 사용 과정에서,
    상기 실외기 또는 실내기의 운전시간이 상기 제 1 충전부의 전력사용 유지시간보다 크면, 상기 제 2 충전부의 사용이 결정되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충전부의 사용 과정에서,
    상기 제 1 충전부의 전압이 기준전압 이하이면, 상기 제 2 충전부의 사용이 결정되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충전부의 사용 과정에서,
    상기 제 1 충전부에 저장된 저장용량이 상기 실외기 또는 실내기에서 필요로 하는 전기량 이하이면,
    상기 제 2 충전부의 사용이 결정되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  10. 엔진이 구동하여, 공기 조화기에 구비되는 압축기가 기동하고 발전기가 가동하는 단계;
    상기 공기 조화기의 운전능력이 설정능력 이상인지 여부에 따라, 슈퍼 캐패시터(Super capacitor) 및 납축전지(Lead storage battery)를 포함하는 충전부의 충전 또는 방전여부가 결정되는 단계;
    상기 공기 조화기의 운전능력이 설정능력 이상이면, 상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 충분한지 여부가 판단되는 단계;
    상기 슈퍼 캐패시터에 저장된 전기가 방전되는 단계;
    상기 엔진의 출력이 증가되어, 상기 슈퍼 캐패시터 및 상기 납축전지에 공급되는 전력량이 증가되는 단계; 및
    상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 공기 조화기의 필요 전기량 이하이면, 상기 납축 전지에 저장된 전기가 방전되는 단계가 포함되는 공기 조화기의 제어방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 공기 조화기의 운전능력이 설정능력 이하이면, 상기 슈퍼 캐패시터에 충전한 후, 남은 전력이 상기 납축 전지에 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 충분한지 여부가 판단되는 단계에는,
    상기 공기 조화기의 운전시간이 상기 슈퍼 캐패시터의 전력사용 유지시간보다 큰지 여부가 인식되는 단계가 포함되고,
    상기 공기 조화기의 운전시간이 상기 슈퍼 캐패시터의 전력사용 유지시간보다 크면, 상기 납축 전지에 저장된 전기가 방전되는것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 슈퍼 캐패시터의 저장용량이 충분한지 여부가 판단되는 단계에는,
    상기 슈퍼 캐패시터의 전압이 기준전압 이하인지 여부가 인식되는 단계가 포함되고,
    상기 슈퍼 캐패시터의 전압이 기준전압 이하이면, 상기 납축 전지에 저장된 전기가 방전되는것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
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