KR102265011B1 - 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 형태는 실내 열교환부를 가지며, 실외 열교환부를 제어하는 신호인 실내기 제어 신호를 생성하여 자동 제어 유닛을 거쳐서 실외기로 전송하는 실내기; 실외 열교환부를 가지는 실외기; 상기 실내기와 실외기 사이에 위치하는 유닛으로서, 실내기 제어 모드로 동작시에는 상기 실내기 제어 신호를 실외기로 전달하며, 자동 제어 모드로 동작시에는 실외 열교환부를 제어하는 별도의 신호인 자동 제어 신호를 생성하여 상기 실내기 제어 신호 대신에 상기 자동 제어 신호를 실외기로 전달하는 자동 제어 유닛;을 포함할 수 있다.

Description

냉난방기 온도조절 자동제어 시스템{Auto system for controlling temperature in air conditioning and heating equipment}

본 발명은 자동제어 시스템으로서, 냉난방기 온도를 조절하는 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방장치는 압축기와 응축기의 역할을 교대로 수행하는 2개의 열교환기에 의해 냉방과 난방을 선택적으로 실현하는 장치를 일컫는 것으로, 구비되는 제1열교환기와 제2열교환기가 각각 응축기와 증발기의 역할을 교대로 수행하고, 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 갖는 냉난방 사이클을 따라 냉매가 순환 또는 역순환 되면서 냉방 및 난방을 실현하게 된다.

기존의 냉난방기가 난방 모드로 동작할 경우, 미리 정해져 고정된 기준 온도(예컨대, 18℃) 이하로 떨어지면, 난방 동작을 수행한다.

그런데 이러한 기존의 인버터 냉난방기의 일괄적인 자동 동작 기능은, 세팅된 온도범위 내 작동하는 문제로 동절기 시 불필요한 에너지를 공급해야 하는 경우가 있고 따라서 에너지 손실이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

예를 들어, 의약품 및 의료기기가 보관되는 의료 용품 창고의 경우, 겨울에 의료 창고 내부가 2℃ 이상만 유지되면 되는데, 의료 용품 창고 내의 냉난방기의 경우, 창고 내부가 18℃ 이하로 떨어지기만 하면 무조건 난방 동작을 하기 때문에 불필요한 에너지 손실이 발생하는 문제가 있다.

한국공개특허 10-2010-0077289

본 발명의 기술적 과제는 냉난방기의 열효율을 개선시킬 수 있는 자동 제어 수단을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 실내 열교환부를 가지며, 실외 열교환부를 제어하는 신호인 실내기 제어 신호를 생성하여 자동 제어 유닛을 거쳐서 실외기로 전송하는 실내기; 실외 열교환부를 가지는 실외기; 상기 실내기와 실외기 사이에 위치하는 유닛으로서, 실내기 제어 모드로 동작시에는 상기 실내기 제어 신호를 실외기로 전달하며, 자동 제어 모드로 동작시에는 실외 열교환부를 제어하는 별도의 신호인 자동 제어 신호를 생성하여 상기 실내기 제어 신호 대신에 상기 자동 제어 신호를 실외기로 전달하는 자동 제어 유닛;을 포함할 수 있다.

상기 자동 제어 유닛은, 상기 실내기 제어 모드 또는 자동 제어 모드를 사용자로부터 선택받는 제어 모드 선택 버튼;을 포함하며, 사용자에 의해 선택되는 제어 모드에 따라서 실내기 제어 신호 또는 자동 제어 신호를 실외기로 전달할 수 있다.

상기 자동 제어 유닛은, 자동 제어 모드로 동작하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 임계 온도에 도달할 때까지 실외기를 구동시키는 제어 신호를 실외기로 전달하지 않으며, 실내 온도가 상기 임계 온도에 도달하면 실외기를 구동 온시키는 제어 신호를 실외기로 전달할 수 있다.

상기 자동 제어 유닛은, 자동 제어 모드에서 난방 기능을 수행하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 난방 임계 온도보다 낮을 경우에 한하여 실외기를 구동 온시켜 난방 기능을 수행할 수 있다.

상기 자동 제어 유닛은, 자동 제어 모드에서 냉방 기능을 수행하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 냉방 임계 온도보다 높을 경우에 한하여 실외기를 구동 온시켜 냉방 기능을 수행할 수 있다.

상기 자동 제어 유닛은, 실내 온도가 상기 임계 온도에 도달하여 실외기 구동이 있은 후, 실내 온도가 미리 설정된 오프 임계 온도에 도달하면 실외기를 구동 오프시키는 제어 신호를 실외기로 전달할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 의약품, 의료 용품 창고 내의 냉난방기의 경우, 창고 내부가 18℃ 이하로 떨어지기만 하면 무조건 난방 동작을 하는 기존의 문제를 개선하여 불필요한 에너지 손실을 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 실내 온도가 임계 온도에 도달하여 실외기 구동이 있은 후, 실내 온도가 미리 설정된 오프 임계 온도에 도달하면 실외기를 구동 오프시키는 제어 신호를 실외기로 전달함으로서, 불필요한 에너지 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 냉난방기의 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템에 구현되는 자동 제어 유닛의 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 실내기 제어 모드의 예시 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 제어 모드의 예시 그림.

이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 냉난방기의 구성 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템에 구현되는 자동 제어 유닛의 회로도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 실내기 제어 모드의 예시 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 제어 모드의 예시 그림이다.

이하 설명에서 냉난방기라 함은, 냉방 또는 난방을 수행할 수 있는 인버터형 냉난방기를 포함하는 개념으로 사용된다.

냉난방기는 실내에 위치하는 실내 열교환부에 응축기의 역할을 하는 열교환기와 증발기의 역할을 하는 열교환기를 각각 배치하여 습기의 제거에 중심을 둔 것으로서, 이는 도 1 에 도시한 바와 같이, 냉매가 압축되는 압축부(10)와, 냉매와 실외 공기와의 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환기(21)와 팬(22)이 구비되어 있는 실외 열교환부를 가지는 실외기(20)와, 제1열교환기(31)와, 제2열교환기(32)와, 제1 및 제2열교환기(31)(32)의 사이에 위치하는 실내 팽창부(33)(34)가 구비되어 있는 실내 열교환부를 가지는 실내기(30)와, 실외기(20) 및 실내기(30) 사이에 위치하는 팽창부(40)로 이루어져 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 압축부(10)는 상기 실외기(20) 또는 실내기(30)에서 출력된 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 변환시키는 압축기(11)와, 압축기(11)의 토출 방향을 결정짓는 4방향 밸브(12)를 구비하고 있는데 상기 4방향 밸브(12)는 압축기(11)의 흡입 및 토출 배관을 스위칭하여 실내를 냉각시키고자 할 경우에는 상기 실내기(30)에 구비된 실내 열교환부를 증발기로서 동작되도록 하며, 실내를 난방시키고자 할 경우에는 실내기(30)의 실내 열교환부를 응축기로서 동작되도록 한다. 물론 이에 대응하여 실외기(20)의 실외 열교환부는 각각 응축기, 증발기로서 동작됨은 물론이다. 다만, 제습기의 용도로 사용하고자 하는 경우가 본 설명의 주된 사항이므로, 이하 실외기(20)의 실외 열교환부는 응축기로서, 상기 실내기(30)의 실내 열교환부는 증발기로서 동작된다고 가정한다.

상기 실외기(20)의 실외 열교환부는 압축부(10)에서 생성된 고온 고압의 기체 냉매가 중온 고압의 액체 냉매로 변환되는 수단으로서, 이를 위하여 응축기(21)와 팬(22)이 구비되어 있다.

팽창부(40)는 실외기(20)의 실외 열교환부에서 출력되는 중온 고압의 액체 냉매가 저온 저압의 액체 냉매로 변환되는 수단으로서, 모세관(41)으로 이루어져 있으며, 이와 병렬로 제1밸브(42)를 설치하여 제1밸브(42)에 의하여 상기 모세관(41)의 통과 여부가 결정되도록 되어 있다. 이처럼 상기 모세관(41)의 통과 여부를 제어하는 것은 제습기로서 사용될 경우 팽창부(40)에서 팽창 공정이 이루어지면 안되므로, 이 경우에는 제1밸브(42)를 개통시켜 냉매가 제1밸브(42)를 통과하도록 하여 팽창 공정이 이루어지지 않게 한다.

이처럼 팽창 공정을 거치지 않아 중온 고압 상태인 냉매가 그대로 상기 실내 열교환부(30)로 유입되는데, 실내 열교환부는 제1열교환기(31)와, 제2열교환기(32) 및 그 사이에 실내 팽창부(33)(34)로 이루어져 있어, 제1열교환기(31)에서 응축 작용이 한번 더 일어나며, 실내 팽창부의 실내 팽창기(33)에서 팽창 공정이 이루어진다. 이러한 팽창 공정에 의하여 상기 중온 고압의 액체 냉매는 저온 저압의 액체 냉매로 변환되며, 상기 제2열교환기(32)에서 주변의 열을 흡수 증발하여 저온 저압의 기체 냉매로 변환된 후 다시 상기 압축부(10)로 유입된다.

만약 제습기가 아닌 냉방기로서 동작한다면, 팽창부(40)에서 팽창 공정이 이루어지며, 제1열교환기(31)도 제2열교환기(32)와 마찬가지로 증발기로서 동작하게 된다. 물론 이때는 상기 실내 팽창부의 제2밸브(34)가 개통되어 상기 실내 팽창기(33)가 동작하지 않도록 해야 한다.

따라서 이러한 냉난방 겸용 냉난방기는 냉방의 경우 압축기에서 고온 고압으로 압축한 냉매가 먼저 실외 열교환기로 이동하여 방열을 하고 팽창장치에 의해 팽창되어 차갑게 냉각된 냉매가 실내 열교환기를 통과하며 실내 공기와 열교환이 이루어지도록 하므로 실내 냉방을 실시하고, 실내 열교환기를 통과한 냉매는 다시 압축기로 순환하게 된다.

또한, 난방의 경우는 압축기에서 고온 고압으로 압축된 열매가 밸브를 통해 실내기의 실내 열교환기로 먼저 이동하여 방열을 실내에서 하도록 하므로 실내 난방을 실시하도록 하고, 실내 열교환기를 통과한 열매가 팽장장치와 실외 열교환기를 거쳐 열교환이 이루어진 후 밸브를 통해 다시 압축기로 순환하게 된다.

한편, 본 발명은 냉난방기의 에너지 낭비를 절감시킬 수 있도록 실내기와 실외기 사이에 자동 제어 수단을 구비하여 냉난방기가 설치된 공간에 따라서 각각 다른 온도 제어가 이루어지도록 할 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템은, 도 2에 도시한 바와 같이 실내 열교환부를 가지며 실외 열교환부를 제어하는 신호인 실내기 제어 신호를 생성하여 자동 제어 유닛(300)을 거쳐서 실외기(200)로 전송하는 실내기(100)와, 실외 열교환부를 가지는 실외기(200)와, 실내기(100)와 실외기(200) 사이에 위치하는 유닛으로서, 실내기 제어 모드로 동작시에는 상기 실내기 제어 신호를 실외기(200)로 전달하며, 자동 제어 모드로 동작시에는 실외 열교환부를 제어하는 별도의 신호인 자동 제어 신호를 생성하여 실내기 제어 신호 대신에 상기 자동 제어 신호를 실외기(200)로 전달하는 자동 제어 유닛(300)을 포함한다. 이하 상술하기로 한다.

실내기(100)는, 실내 열교환부를 가지며, 실외 열교환부를 제어하는 신호인 실내기 제어 신호를 생성하여 자동 제어 유닛(300)을 거쳐서 실외기(200)로 전송한다. 따라서 사용자가 설정한 사용자 설정 온도에 도달하도록 실내기 제어 신호를 생성하여 자동 제어 유닛(300)을 거쳐서 실외기(200)로 전송한다. 참고로, 실내기(100)에는 NTC 온도 센서와 같은 실내 온도 센서가 구비되어 실내에서 측정되는 실내 온도를 자동 제어 유닛(300)으로 제공해줄 수 있다.

실외기(200)는, 실외 열교환부와 팬을 가진다.

자동 제어 유닛(300)은, 실내기(100)와 실외기(200) 사이에 위치하는 유닛으로서, 도 3과 같은 회로 부품이 실장된 PCB기판이 탑재되어 있다. 또한 자동 제어 유닛(300)은, 실내기 제어 모드 또는 자동 제어 모드를 사용자로부터 선택받는 제어 모드 선택 버튼을 구비한다.

따라서 사용자에 의해 선택되는 제어 모드에 따라서 실내기 제어 신호 또는 자동 제어 신호를 실외기(200)로 전달한다.

상술하면, 자동 제어 유닛(300)은, 실내기 제어 모드(수동 모드)로 동작시에는 도 4에 도시한 바와 같이 실내기 제어 신호를 실외기(200)로 그대로 전달한다. 따라서 실내에서 사용자가 설정한 온도에 따라서 실외기(200) 구동 제어가 이루어질 수 있다.

반면에, 도 5에 도시한 바와 같이 자동 제어 모드로 동작시에는 실외 열교환부를 제어하는 별도의 신호인 자동 제어 신호를 생성하여 실내기 제어 신호 대신에 상기 자동 제어 신호를 실외기(200)로 전달하도록 한다. 따라서 실내에서 사용자가 설정한 온도가 있더라도, 이를 무시하고 자동 제어 유닛(300)에서 직접 제어하게 된다.

이를 위해 자동 제어 유닛(300)은, 자동 제어 모드로 동작하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 임계 온도에 도달할 때까지 실외기(200)를 구동시키는 제어 신호를 실외기(200)로 전달하지 않으며, 실내 온도가 임계 온도에 도달하면 실외기(200)를 구동 온(ON)시키는 제어 신호를 실외기(200)로 전달하게 된다.

상기에 대하여 자동 제어 모드에서 난방 기능을 수행하는 경우를 설명한다. 자동 제어 모드에서 난방 기능을 수행하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 난방 임계 온도보다 낮을 경우에 한하여 실외기(200)를 구동 온(ON) 시켜 난방 기능을 수행한다.

예를 들어, 의약품 및 의료기기가 보관되는 의료 용품 창고의 경우, 겨울에 의료 창고 내부가 2℃ 이상만 유지되면 되기 때문에 난방 임계 온도가 2℃로 설정될 수 있다. 난방 임계 온도가 2℃로 설정된 상태에서 자동 제어 모드로 동작하는 경우, 창고 실내가 설정된 18℃ 이하로 떨어져서 실외기(200)를 구동시키라는 실내 제어 신호가 발생되더라도 실외기(200)를 구동시키지 않으며, 실내 온도가 2℃ 이하로 떨어진 경우에 한하여 실외기(200)를 구동 온(ON) 시켜 난방 기능을 수행한다. 따라서 의료 용품 창고 내의 냉난방기의 경우, 창고 내부가 18℃ 이하로 떨어지기만 하면 무조건 난방 동작을 하는 기존의 문제를 개선하여 불필요한 에너지 손실의 발생을 방지할 수 있다.

마찬가지로, 자동 제어 모드에서 냉방 기능을 수행하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 냉방 임계 온도보다 높을 경우에 한하여 실외기(200)를 구동 온시켜 냉방 기능을 수행하도록 할 수 있다.

한편, 자동 제어 유닛(300)은, 실내 온도가 임계 온도에 도달하여 실외기(200) 구동이 있은 후, 실내 온도가 미리 설정된 오프 임계 온도에 도달하면 실외기(200)를 구동 오프시키는 제어 신호를 실외기(200)로 전달하도록 한다. 예를 들어, 의약품 및 의료기기가 보관되는 의료 용품 창고의 경우, 겨울에 의료 창고 내부가 2℃ 이상만 유지되면 되기 때문에 난방 임계 온도가 2℃로 설정되었다고 가정한다. 난방 임계 온도가 2℃로 설정된 상태에서 자동 제어 모드로 동작하는 경우, 실내 온도가 2℃ 이하로 떨어진 경우에 한하여 실외기(200)를 구동 온(ON) 시켜 난방 기능을 수행하는데, 난방 기능에 의하여 미리 설정된 오프 임계 온도인 10℃ 에 실내 온도가 도달하면, 구동 오프시키는 제어 신호를 실외기(200)로 전달하여 실외기(200)를 오프(OFF)시킨다. 따라서 불필요한 열에너지 낭비를 줄일 수 있게 된다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100:실내기
200:실외기
300;자동 제어 유닛

Claims (6)

1. 실내 열교환부를 가지며, 실외 열교환부를 제어하는 신호인 실내기(100) 제어 신호를 생성하여 자동 제어 유닛(300)을 거쳐서 실외기(200)로 전송하는 실내기(100);
   실외 열교환부를 가지는 실외기(200);
   상기 실내기(100)와 실외기(200) 사이에 위치하는 유닛으로서, 실내기(100) 제어 모드로 동작시에는 상기 실내기(100) 제어 신호를 실외기(200)로 전달하며, 자동 제어 모드로 동작시에는 실외 열교환부를 제어하는 별도의 신호인 자동 제어 신호를 생성하여 상기 실내기(100) 제어 신호 대신에 상기 자동 제어 신호를 실외기(200)로 전달하는 자동 제어 유닛(300);을 포함하고,
   상기 자동 제어 유닛(300)은,
   상기 실내기(100) 제어 모드 또는 자동 제어 모드를 사용자로부터 선택받는 제어 모드 선택 버튼;을 포함하며, 사용자에 의해 선택되는 제어 모드에 따라서 실내기(100) 제어 신호 또는 자동 제어 신호를 실외기(200)로 전달하고,
   상기 자동 제어 유닛(300)은,
   자동 제어 모드로 동작하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 임계 온도에 도달할 때까지 실외기(200)를 구동시키는 제어 신호를 실외기(200)로 전달하지 않으며, 실내 온도가 상기 임계 온도에 도달하면 실외기(200)를 구동 온시키는 제어 신호를 실외기(200)로 전달하며,
   상기 자동 제어 유닛(300)은,
   자동 제어 모드에서 난방 기능을 수행하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 난방 임계 온도보다 낮을 경우에 한하여 실외기(200)를 구동 온시켜 난방 기능을 수행하는 인버터 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 자동 제어 유닛(300)은,
   자동 제어 모드에서 냉방 기능을 수행하는 경우, 감지되는 실내 온도가 미리 설정된 냉방 임계 온도보다 높을 경우에 한하여 실외기(200)를 구동 온시켜 냉방 기능을 수행하는 인버터 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 자동 제어 유닛(300)은,
   실내 온도가 상기 임계 온도에 도달하여 실외기(200) 구동이 있은 후, 실내 온도가 미리 설정된 오프 임계 온도에 도달하면 실외기(200)를 구동 오프시키는 제어 신호를 실외기(200)로 전달하는 인버터 냉난방기 온도조절 자동제어 시스템.
   

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