KR102328142B1 - 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템 - Google Patents

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조선대학교산학협력단
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Abstract

엘이디 조명 시스템은 엘이디 조명 기구들, 증발 설비, 압축 설비, 축열 설비, 팽창 설비, 온도 센서 및 메인 컨트롤러를 포함한다. 엘이디 조명 기구들은 건물의 내부 공간에 설치되고, 엘이디 발광 장치 및 엘이디 발광 장치가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열을 배출시키는 방열 장치를 각각 포함한다. 증발 설비는 엘이디 조명 기구들의 방열 장치들이 내부 통로에 설치된 흡열 배관을 통해 냉매를 순환시켜 냉매를 증발시킨다. 압축 설비는 증발 설비에서 배출되는 냉매를 압축시킨다. 축열 설비는 압축 설비에서 배출되는 냉매를 응축시켜 축열한다. 팽창 설비는 축열 설비에서 배출되는 냉매를 팽창시켜 증발 설비로 배출한다. 온도 센서는 증발 설비와 압축 설비를 연결하는 연결 배관에 설치되고, 증발 설비에서 배출되는 냉매의 온도를 센싱한다. 메인 컨트롤러는 냉매의 온도 및 냉매의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도를 조절한다.

Description

히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템{LED LIGHTING SYSTEM USING A HEAT PUMP EQUIPMENT}
본 발명은 엘이디 조명 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 건물의 내부 공간에 설치되는 엘이디 조명 기구들의 발열을 제거 가능한 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템에 관한 것이다.
최근, 엘이디(light emitting diode; LED) 조명 기구는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 효율이 상대적으로 낮은(예를 들어, 대략 5% 정도) 조명 기구(예를 들어, 백열등, 형광등 등)를 대체하고 있다. 하지만, 엘이디 조명 기구도 소비 전력의 일부(예를 들어, 대략 15% 내지 25%)만을 빛 에너지(즉, 가시광선)으로 변환할 뿐이고, 소비 전력의 대부분(예를 들어, 대략 75% 내지 85%)을 열 에너지로 소모하고 있다. 즉, 엘이디 조명 기구는 발광 상태에 있을 때 많은 열을 발생시키기 때문에, 상기 열을 외부로 배출시키기 위해 엘이디 발광 장치 및 엘이디 발광 장치가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열을 배출시키는 방열 장치(예를 들어, 방열 장치는 엘이디 발광 장치에 물리적으로 연결되는 열 파이프(heat pipe) 및 열 파이프에 물리적으로 연결되는 열 싱크(heat sink)를 포함)를 포함한다. 이 때, 엘이디 발광 장치에서 발생한 열은 방열 장치의 열 파이프로 전도된 후 방열 장치의 열 싱크를 통해 외부로 배출되는데, 종래에는 엘이디 조명 기구의 수명이 급격하게 저하되는 것을 방지하는 데에만(즉, 엘이디 조명 기구에 포함된 방열 장치의 방열 효율을 높이는 데에만) 포커스를 맞췄기 때문에, 엘이디 조명 기구의 소비 전력의 대부분을 차지하는 열 에너지를 활용하지 못한다는 한계가 있었다.
본 발명의 일 목적은 건물의 내부 공간에 설치되는 엘이디 조명 기구들에 포함된 방열 장치들의 방열 효율을 높여 상기 엘이디 조명 기구들의 발열을 제거함과 동시에 상기 엘이디 조명 기구들의 소비 전력의 대부분을 차지하는 열 에너지까지 활용할 수 있는 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템에 관한 것이다. 다만, 본 발명의 목적은 상술한 목적으로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 엘이디 조명 시스템은 건물의 내부 공간에 설치되고, 엘이디 발광 장치 및 상기 엘이디 발광 장치가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열을 배출시키는 방열 장치를 각각 포함하는 복수의 엘이디 조명 기구들, 상기 엘이디 조명 기구들의 상기 방열 장치들이 내부 통로에 설치된 흡열 배관을 통해 냉매를 순환시켜 상기 냉매를 증발시키는 증발 설비, 상기 증발 설비에서 배출되는 상기 냉매를 압축시키는 압축 설비, 상기 압축 설비에서 배출되는 상기 냉매를 응축시켜 축열하는 축열 설비, 상기 축열 설비에서 배출되는 상기 냉매를 팽창시켜 상기 증발 설비로 배출하는 팽창 설비, 상기 증발 설비와 상기 압축 설비를 연결하는 연결 배관에 설치되고, 상기 증발 설비에서 배출되는 상기 냉매의 온도를 센싱하는 온도 센서, 및 상기 온도 및 상기 온도의 실시간 증가율에 따라 상기 압축 설비의 압축 동작 속도를 조절하는 메인 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 축열 설비는 상기 건물의 난방 설비 또는 상기 건물의 온수 설비일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 방열 장치는 상기 엘이디 발광 장치에 물리적으로 연결되는 열 파이프 및 상기 열 파이프에 물리적으로 연결되는 열 싱크를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 메인 컨트롤러는 상기 온도가 높아지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 증가시키고, 상기 온도가 낮아지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 메인 컨트롤러는 상기 온도에 대응되는 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도가 저장되어 있는 맵핑 테이블을 이용하여 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율이 양의 값을 가지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 기 설정된 증가분만큼 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율의 절대값이 클수록 상기 증가분을 크게 설정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율의 절대값이 기준값 이상이면 상기 엘이디 조명 기구들의 휘도들 각각을 기준 휘도로 제한할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율이 음의 값을 가지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 기 설정된 감소분만큼 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율의 절대값이 클수록 상기 감소분을 크게 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템은 건물의 내부 공간에 설치되고, 엘이디 발광 장치 및 엘이디 발광 장치가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열을 배출시키는 방열 장치를 각각 포함하는 엘이디 조명 기구들, 엘이디 조명 기구들의 방열 장치들이 내부 통로에 설치된 흡열 배관을 통해 냉매를 순환시켜 냉매를 증발시키는 증발 설비, 증발 설비에서 배출되는 냉매를 압축시키는 압축 설비, 압축 설비에서 배출되는 냉매를 응축시켜 축열하는 축열 설비, 축열 설비에서 배출되는 냉매를 팽창시켜 증발 설비로 배출하는 팽창 설비, 증발 설비와 압축 설비를 연결하는 연결 배관에 설치되고, 증발 설비에서 배출되는 냉매의 온도를 센싱하는 온도 센서, 및 냉매의 온도 및 냉매의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도를 조절하는 메인 컨트롤러를 포함함으로써, 건물의 내부 공간에 설치되는 엘이디 조명 기구들에 포함된 방열 장치들에서 배출되는 열을 흡열 배관을 흐르는 냉매를 통해 빠르게 흡수하여 상기 방열 장치들의 방열 효율을 높이고(즉, 상기 엘이디 조명 기구들의 발열을 효율적으로 제거하고), 상기 엘이디 조명 기구들의 소비 전력의 대부분을 차지하는 열 에너지가 건물의 난방 설비 및/또는 온수 설비에 이용(즉, 상기 엘이디 조명 기구들에서 배출되는 열을 축열하여 건물의 난방을 하거나 및/또는 온수를 만드는데 이용)되도록 할 수 있다. 또한, 상기 엘이디 조명 시스템은 냉매의 온도 및 냉매의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도를 조절함으로써, 압축 설비의 압축 동작 속도가 건물의 내부 공간에 설치되는 엘이디 조명 기구들의 발광 상태에 적합하게 설정되도록 하고, 그에 따라, 상기 엘이디 조명 기구들이 냉각됨에 있어 불필요한 전력 소비가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 엘이디 조명 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 엘이디 조명 시스템에 포함된 엘이디 조명 기구의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 엘이디 조명 시스템에 포함된 증발 설비의 흡열 배관의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 엘이디 조명 시스템에서 냉매의 온도 및 냉매의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도가 결정되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 1의 엘이디 조명 시스템에서 냉매의 온도 및 냉매의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도가 결정되는 일 예를 나타내는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 엘이디 조명 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1의 엘이디 조명 시스템에 포함된 엘이디 조명 기구의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 엘이디 조명 시스템에 포함된 증발 설비의 흡열 배관의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 엘이디 조명 시스템(100)은 엘이디 조명 기구(120)들, 증발 설비(130), 압축 설비(140), 축열 설비(150), 팽창 설비(160), 온도 센서(170) 및 메인 컨트롤러(180)를 포함할 수 있다. 한편, 도 2에서는 설명의 편의를 위해 흡열 배관(135)이 간략하게 도시되어 있으나, 흡열 배관(135)은 건물의 내부 공간(ID)을 다양한 형태로 경유할 수 있다.
엘이디 조명 기구(120)들은 건물의 내부 공간(ID)에 설치되어 건물의 내부 공간(ID)에 광(light)을 제공할 수 있다. 이를 위해, 엘이디 조명 기구(120)들 각각은 엘이디 발광 장치(122) 및 엘이디 발광 장치(122)가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열을 배출시키는 방열 장치(124)를 포함할 수 있다. 이 때, 엘이디 조명 기구(120)들 각각의 엘이디 발광 장치(122)는 건물의 내부 공간(ID)에 노출되고, 엘이디 조명 기구(120)들 각각의 방열 장치(124)는 흡열 배관(135)의 내부 통로에 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 엘이디 조명 기구(120)들 각각은 엘이디 발광 장치(122)가 열 파이프(126)를 매개로 방열 장치(124)에 물리적으로 연결된 구조를 가질 수 있다. 즉, 방열 장치(124)는 엘이디 발광 장치(122)에 물리적으로 연결되는 열 파이프(heat pipe)(126) 및 열 파이프(126)에 물리적으로 연결되는 열 싱크(heat sink)(128)를 포함할 수 있다. 따라서, 엘이디 발광 장치(122)가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열은 열 파이프(126)를 통해 열 싱크(128)로 전도되고, 열 싱크(128)로 전도된 열은 흡열 배관(135)의 내부 통로로 흐르는 냉매(RFG)로 배출될 수 있다.
증발 설비(130)는 엘이디 조명 기구(120)들의 방열 장치(124)들이 설치된 내부 통로를 포함하는 흡열 배관(135)을 포함할 수 있다. 이에, 증발 설비(130)는 흡열 배관(135)을 통해 냉매(RFG)를 순환시켜 증발시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 흡열 배관(135)의 내부 통로에는 엘이디 조명 기구(120)들의 방열 장치(124)들이 설치되고, 흡열 배관(135)의 내부 통로로 냉매(RFG)가 흐를 수 있다. 이 때, 엘이디 발광 장치(122)가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열은 열 파이프(126)를 통해 열 싱크(128)로 전도되고, 열 싱크(128)로 전도된 열은 흡열 배관(135)의 내부 통로로 흐르는 냉매(RFG)로 배출되며, 상기 열을 흡수한 냉매(RFG)는 증발되어 압축 설비(140)로 배출될 수 있다. 한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 흡열 배관(135)은 엘이디 조명 기구(120)들을 따라 건물의 내부 공간(ID)을 경유할 수 있다. 다만, 도 2에서는 설명의 편의를 위해 흡열 배관(135)이 간략하게 도시되어 있지만, 흡열 배관(135)은 건물 내에서 엘이디 조명 기구(120)들을 따라 다양한 형태로 경유할 수 있다. 실시예에 따라, 엘이디 조명 시스템(100)이 지열 히트 펌프 시스템과 연결되는 경우, 흡열 배관(135)은 건물의 외부 공간(OD)의 지중에 설치된 흡열 배관과 연결될 수도 있다.
압축 설비(140)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)를 압축시킬 수 있다. 즉, 압축 설비(140)는 냉매(RFG)를 축열 설비(150)에 의해 열을 빼앗기기 쉬운 상태로 만드는 것이다. 이 때, 압축 설비(140)가 냉매(RFG)를 압축하는 속도 즉, 압축 설비(140)의 압축 동작 속도에 따라 냉매(RFG)의 순환 속도(또는 순환량)가 결정될 수 있다. 구체적으로, 압축 설비(140)의 압축 동작 속도가 빨라지면(예를 들어, 압축 설비(140)가 팬을 이용하여 압축 동작을 수행하는 경우, 압축 설비(140)에 포함된 팬의 회전 속도가 빨라지면) 냉매(RFG)의 순환 속도가 빨라지고(즉, 냉매(RFG)의 순환량이 많아짐), 압축 설비(140)의 압축 동작 속도가 느려지면(예를 들어, 압축 설비(140)가 팬을 이용하여 압축 동작을 수행하는 경우, 압축 설비(140)에 포함된 팬의 회전 속도가 느려지면) 냉매(RFG)의 순환 속도가 느려질(즉, 냉매(RFG)의 순환량이 적어짐) 수 있다. 이 때, 냉매(RFG)의 순환 속도가 빠를수록 흡열 배관(135)의 내부 통로가 빠르게 냉각되고, 그에 따라, 엘이디 조명 기구(120)들의 방열 장치(124)들이 빠르게 냉각될 수 있다. 반면에, 냉매(RFG)의 순환 속도가 느릴수록 흡열 배관(135)의 내부 통로가 느리게 냉각되고, 그에 따라, 엘이디 조명 기구(120)들의 방열 장치(124)들이 느리게 냉각될 수 있다.
축열 설비(또는 응축 설비로 명명)(150)는 압축 설비(140)에서 배출되는 냉매(RFG)를 응축시켜 축열할 수 있다. 즉, 축열 설비(150)는 냉매(RFG)를 냉각시킴으로써 냉매(RFG)로부터 열 에너지를 얻을 수 있다. 일 실시예에서, 축열 설비(150)는 건물의 난방 설비일 수 있다. 이 경우, 냉매(RFG)로부터 얻어진 열 에너지는 건물의 난방을 하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 축열 설비(150)는 건물의 온수 설비일 수 있다. 이 경우, 냉매(RFG)로부터 얻어진 열 에너지는 온수를 만드는데 데 이용될 수 있다. 이와 같이, 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130)로 하여금 건물의 내부 공간(ID)에 설치되는 엘이디 조명 기구(120)들에 포함된 방열 장치(124)들에서 배출되는 열을 냉매(RFG)로 전달하게 하고, 축열 설비(150)로 하여금 상기 열을 냉매(RFG)로부터 전달받도록 함으로써, 엘이디 조명 기구(120)들의 소비 전력의 대부분(예를 들어, 대략 75% 내지 85%)을 차지하는 열 에너지를 건물의 난방을 하거나 및/또는 온수를 만드는데 이용할 수 있다. 이에, 엘이디 조명 시스템(100)은 엘이디 조명 기구(120)들의 엘이디 발광 장치(122)들이 발광 상태에 있을 때 발생하는 열에 기인한 에너지 낭비를 방지할 수 있다.
팽창 설비(160)는 축열 설비(150)에서 배출되는 냉매(RFG)를 팽창시켜 증발 설비(130)로 배출할 수 있다. 즉, 팽창 설비(160)는 냉매(RFG)를 증발 설비(130)로부터 열을 빼앗기 쉬운 상태로 만드는 것이다. 이와 같이, 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130), 압축 설비(140), 축열 설비(또는 응축 설비로 명명)(150) 및 팽창 설비(160)로 구성되는 히트 펌프를 포함할 수 있다. 따라서, 엘이디 조명 시스템(100)은 순환 매체 즉, 냉매(RFG)의 증발-압축-축열(또는 응축)-팽창으로 이루어진 하나의 사이클을 계속적으로 반복시킴으로써, 건물의 내부 공간(ID)에 설치되는 엘이디 조명 기구(120)들의 발열을 제거함과 동시에 상기 엘이디 조명 기구(120)들에서 배출되는 열을 축열하여 건물의 난방을 하거나 및/또는 온수를 만드는데 이용할 수 있다. 다시 말하면, 엘이디 조명 시스템(100)은 엘이디 조명 기구(120)들의 소비 전력의 일부(예를 들어, 대략 15% 내지 25%)에 해당하는 빛 에너지를 건물의 내부 공간을 위한 조명을 위해 이용하고, 엘이디 조명 기구(120)들의 소비 전력의 대부분(예를 들어, 대략 75% 내지 85%)을 차지하는 열 에너지를 건물의 난방을 하거나 및/또는 온수를 만드는데 이용하며, 그에 따라, 엘이디 조명 기구(120)들에 의해 에너지 낭비가 발생하지 않게 할 수 있다.
온도 센서(170)는 증발 설비(130)와 압축 설비(140)를 연결하는 연결 배관에 설치되고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도를 센싱할 수 있다. 일 실시예에서, 온도 센서(170)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도를 기 설정된 시간마다 반복적으로 측정할 수 있다. 이 경우, 제1 시간에서의 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도와 제1 시간으로부터 소정의 시간이 경과한 제2 시간에서의 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 측정되기 때문에 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 변하는 것이 실시간으로 측정될 수 있다. 즉, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도 및 상기 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 기 설정된 시간마다 도출될 수 있다. 예를 들어, 제1 시간에서의 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도보다 제1 시간으로부터 소정의 시간이 경과한 제2 시간에서의 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 높으면, 상기 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율은 양(positive)의 값을 가질 수 있다(즉, 상기 냉매(RFG)의 온도가 점점 상승하고 있음). 반면에, 제1 시간에서의 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도보다 제1 시간으로부터 소정의 시간이 경과한 제2 시간에서의 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 낮으면, 상기 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율은 음(negative)의 값을 가질 수 있다(즉, 상기 냉매(RFG)의 온도가 점점 하강하고 있음).
메인 컨트롤러(180)는 엘이디 조명 기구(120)들, 증발 설비(130), 압축 설비(140), 축열 설비(150), 팽창 설비(160) 및 온도 센서(170)를 제어할 수 있다. 이 때, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도 및 상기 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도에 대응되는 압축 설비(140)의 압축 동작 속도가 저장되어 있는 맵핑 테이블을 이용하여 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 결정할 수 있다. 구체적으로, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 높아지면(즉, 엘이디 조명 기구(120)들에 포함된 방열 장치(124)들에서 배출되는 열이 많아지면) 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 증가(예를 들어, 압축 설비(140)가 팬을 이용하여 압축 동작을 수행하는 경우, 압축 설비(140)에 포함된 팬의 회전 속도가 빨라지게 제어함)시키고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 낮아지면(즉, 엘이디 조명 기구(120)들에 포함된 방열 장치(124)들에서 배출되는 열이 적어지면) 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 감소(예를 들어, 압축 설비(140)가 팬을 이용하여 압축 동작을 수행하는 경우, 압축 설비(140)에 포함된 팬의 회전 속도가 느려지게 제어함)시킬 수 있다. 이에, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 높아지면(즉, 엘이디 조명 기구(120)들에 포함된 방열 장치(124)들에서 배출되는 열이 많아지면) 냉매(RFG)의 순환 속도가 빨라지고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 낮아지면(즉, 엘이디 조명 기구(120)들에 포함된 방열 장치(124)들에서 배출되는 열이 적어지면) 냉매(RFG)의 순환 속도가 느려질 수 있다.
일 실시예에서, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 추가적으로 조절할 수 있다. 이 때, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 선형적으로 조절하거나 또는 비선형적으로(예를 들어, 계단식으로) 조절할 수 있다. 구체적으로, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 가지면(즉, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 높아지면), 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 기 설정된 증가분만큼 증가시킬 수 있다. 다시 말하면, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 높아진다는 것은 엘이디 조명 기구(120)들의 발열이 증가하고 있다는 것이므로, 메인 컨트롤러(180)는 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 추가적으로 증가시켜 엘이디 조명 기구(120)들을 보다 빠르게 냉각시키는 것이다. 따라서, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖고, 상기 실시간 증가율의 절대값이 클수록 증가분을 크게 설정할 수 있다. 반면에, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 음의 값을 가지면(즉, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 낮아지면), 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 기 설정된 감소분만큼 감소시킬 수 있다. 다시 말하면, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 낮아진다는 것은 엘이디 조명 기구(120)들의 발열이 감소하고 있다는 것이므로, 메인 컨트롤러(180)는 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 추가적으로 감소시켜 엘이디 조명 기구(120)들을 냉각시킴에 있어 과도한 전력 소모가 발생하지 않도록 하는 것이다. 따라서, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 음의 값을 갖고, 상기 실시간 증가율의 절대값이 클수록 감소분을 크게 설정할 수 있다. 실시예에 따라, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 음의 값을 가지면, 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 디폴트(default) 값으로 변경할 수도 있다.
일 실시예에서, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖고, 상기 실시간 증가율의 절대값이 기준값 이상이면, 엘이디 조명 기구(120)들의 휘도들 각각을 기준 휘도로 제한할 수 있다. 이 때, 상기 기준값은 엘이디 조명 기구(120)들의 발광 특성에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 구체적으로, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율의 절대값이 기준값 이상이라는 것은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 급격하게 상승하고 있다는 것이고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 급격하게 상승하고 있다는 것은 엘이디 조명 기구(120)들의 발열이 급격하게 증가하고 있다는 것이므로, 메인 컨트롤러(180)가 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 증가시키는 것만으로는 엘이디 조명 기구(120)들을 빠르게 냉각시키기 어려울 수 있다. 따라서, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖고, 상기 실시간 증가율의 절대값이 기준값 이상이면(즉, 엘이디 조명 기구(120)들의 발열이 급격하게 증가하고 있으면), 메인 컨트롤러(180)는 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 증가(즉, 냉매(RFG)의 순환 속도(또는 순환량)를 증가)시킴과 동시에 엘이디 조명 기구(120)들의 휘도들 각각을 기준 휘도로 제한함으로써(즉, 엘이디 조명 기구(120)들의 휘도들을 강제로 감소시킴으로써), 엘이디 조명 기구(120)들을 보다 빠르게 냉각시킬 수 있다. 반면에, 메인 컨트롤러(180)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖더라도, 상기 실시간 증가율의 절대값이 기준값 미만이면, 엘이디 조명 기구(120)들의 휘도들 각각을 기준 휘도로 제한하지 않고 현재 수준으로 유지할 수 있다.
이와 같이, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 건물의 내부 공간에 설치되고, 엘이디 발광 장치(122) 및 엘이디 발광 장치(122)가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열을 배출시키는 방열 장치(124)를 각각 포함하는 엘이디 조명 기구(120)들, 엘이디 조명 기구(120)들의 방열 장치(122)들이 내부 통로에 설치된 흡열 배관(135)을 통해 냉매(RFG)를 순환시켜 냉매(RFG)를 증발시키는 증발 설비(130), 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)를 압축시키는 압축 설비(140), 압축 설비(140)에서 배출되는 냉매(RFG)를 응축시켜 축열하는 축열 설비(150), 축열 설비(150)에서 배출되는 냉매(RFG)를 팽창시켜 증발 설비(130)로 배출하는 팽창 설비(160), 증발 설비(130)와 압축 설비(140)를 연결하는 연결 배관에 설치되고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도를 센싱하는 온도 센서(170), 및 냉매(RFG)의 온도 및 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 조절하는 메인 컨트롤러(180)를 포함함으로써, 건물의 내부 공간(ID)에 설치되는 엘이디 조명 기구(120)들에 포함된 방열 장치(124)들에서 배출되는 열을 흡열 배관(135)을 흐르는 냉매(RFG)를 통해 빠르게 흡수하여 상기 방열 장치(124)들의 방열 효율을 높이고(즉, 상기 엘이디 조명 기구(120)들의 발열을 효율적으로 제거하고), 상기 엘이디 조명 기구(120)들의 소비 전력의 대부분을 차지하는 열 에너지가 건물의 난방 설비 및/또는 온수 설비에 이용(즉, 상기 엘이디 조명 기구(120)들에서 배출되는 열을 축열하여 건물의 난방을 하거나 및/또는 온수를 만드는데 이용)되도록 할 수 있다. 또한, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 냉매(RFG)의 온도 및 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비(140)의 압축 동작 속도를 조절함으로써, 압축 설비(140)의 압축 동작 속도가 건물의 내부 공간(ID)에 설치되는 엘이디 조명 기구(120)들의 발광 상태에 적합하게 설정되도록 하고, 그에 따라, 상기 엘이디 조명 기구(120)들이 냉각됨에 있어 불필요한 전력 소비가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 도 1의 엘이디 조명 시스템에서 냉매의 온도 및 냉매의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도가 결정되는 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 1의 엘이디 조명 시스템에서 냉매의 온도 및 냉매의 온도의 실시간 증가율에 따라 압축 설비의 압축 동작 속도가 결정되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도 및 상기 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율을 도출(S110)하고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도에 따라 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 결정(S120)할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 압축 설비(140)가 동작 가능한 최대 압축 동작 속도(SPEED-MAX)와 최소 압축 동작 속도(SPEED-MIN) 사이에서 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도에 따라 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도에 대응되는 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)가 저장되어 있는 맵핑 테이블을 이용하여 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 결정할 수 있다. 다음, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖는지 여부를 확인(S130)할 수 있다. 이 때, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖는 경우, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 기 설정된 증가분만큼 증가(S140)(즉, INC로 표시)시킬 수 있다. 이에, 압축 설비(140)의 최종 압축 동작 속도(FSP1)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도에 따라 결정된 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)보다 기 설정된 증가분만큼 클 수 있다. 즉, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖는다는 것은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 높아진다는 것이고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 높아진다는 것은 엘이디 조명 기구(120)들의 발열이 증가하고 있다는 것이므로, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 추가적으로 증가시켜 엘이디 조명 기구(120)들을 보다 빠르게 냉각시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 가지면서 절대값이 클수록 상기 증가분을 크게 설정할 수 있다. 반면에, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값을 갖지 않는 경우, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 음의 값을 갖는지 여부를 확인(S150)할 수 있다. 이 때, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 음의 값을 갖는 경우, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 기 설정된 감소분만큼 감소(S160)(즉, DEC로 표시)시킬 수 있다. 이에, 압축 설비(140)의 최종 압축 동작 속도(FSP2)는 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도에 따라 결정된 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)보다 기 설정된 감소분만큼 작을 수 있다. 즉, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 음의 값을 갖는다는 것은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 낮아진다는 것이고, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도가 점점 낮아진다는 것은 엘이디 조명 기구(120)들의 발열이 감소하고 있다는 것이므로, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 추가적으로 감소시켜 엘이디 조명 기구(120)들을 냉각시킴에 있어 과도한 전력 소모가 발생하지 않도록 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 음의 값을 가지면서 절대값이 클수록 상기 감소분을 크게 설정할 수 있다. 한편, 증발 설비(130)에서 배출되는 냉매(RFG)의 온도의 실시간 증가율이 양의 값도 갖지 않고 음의 값도 갖지 않는 경우, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 압축 설비(140)의 압축 동작 속도(DSP)를 추가적으로 조절하지 않을 수 있다. 이와 같이, 히트 펌프를 이용한 엘이디 조명 시스템(100)은 냉매(RFG)의 순환 속도(또는 순환량)를 엘이디 조명 기구(120)들의 발광 상태에 적합하게 유지함으로써, 엘이디 조명 기구(120)들을 낮은 전력을 소모하면서도 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명은 건물의 내부 공간에 설치되는 엘이디 조명 기구들로 구성된 엘이디 조명 시스템에 광범위하게 적용될 수 있다. 한편, 이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 엘이디 조명 시스템 120: 엘이디 조명 기구
122: 엘이디 발광 장치 124: 방열 장치
126: 열 파이프 128: 열 싱크
130: 증발 설비 135: 흡열 배관
140: 압축 설비 150: 축열 설비
160: 팽창 설비 170: 온도 센서
180: 메인 컨트롤러

Claims (10)

  1. 건물의 내부 공간에 설치되고, 엘이디 발광 장치 및 상기 엘이디 발광 장치가 발광 상태에 있을 때 발생하는 열을 배출시키는 방열 장치를 각각 포함하는 복수의 엘이디 조명 기구들;
    상기 엘이디 조명 기구들의 상기 방열 장치들이 내부 통로에 설치된 흡열 배관을 통해 냉매를 순환시켜 상기 냉매를 증발시키는 증발 설비;
    상기 증발 설비에서 배출되는 상기 냉매를 압축시키는 압축 설비;
    상기 압축 설비에서 배출되는 상기 냉매를 응축시켜 축열하는 축열 설비;
    상기 축열 설비에서 배출되는 상기 냉매를 팽창시켜 상기 증발 설비로 배출하는 팽창 설비;
    상기 증발 설비와 상기 압축 설비를 연결하는 연결 배관에 설치되고, 상기 증발 설비에서 배출되는 상기 냉매의 온도를 센싱하는 온도 센서; 및
    상기 온도 및 상기 온도의 실시간 증가율에 따라 상기 압축 설비의 압축 동작 속도를 조절하는 메인 컨트롤러를 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러는 상기 온도가 높아지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 증가시키고, 상기 온도가 낮아지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 감소시키며,
    상기 메인 컨트롤러는 상기 온도에 대응되는 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도가 저장되어 있는 맵핑 테이블을 이용하여 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 결정하고,
    상기 메인 컨트롤러는, 상기 실시간 증가율이 양의 값을 가지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 기 설정된 증가분만큼 추가적으로 증가시키고, 상기 실시간 증가율이 음의 값을 가지면 상기 압축 설비의 상기 압축 동작 속도를 기 설정된 감소분만큼 추가적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 축열 설비는 상기 건물의 난방 설비 또는 상기 건물의 온수 설비인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 장치는 상기 엘이디 발광 장치에 물리적으로 연결되는 열 파이프 및 상기 열 파이프에 물리적으로 연결되는 열 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율이 상기 양의 값을 가질 때 상기 실시간 증가율의 절대값이 클수록 상기 증가분을 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율의 절대값이 기준값 이상이면 상기 엘이디 조명 기구들의 휘도들 각각을 기준 휘도로 제한하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 컨트롤러는 상기 실시간 증가율이 상기 음의 값을 가질 때 상기 실시간 증가율의 절대값이 클수록 상기 감소분을 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 시스템.
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