KR20110024428A - 서리 착상 감지 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

서리 착상 감지 장치가 제공된다. 서리의 착상이 발생하는 코일 일측의 색변화를 감지할 수 있도록 코일의 타측 혹은 상기 코일로부터 이격된 소정의 지지부에 설치되며 물체의 색을 판별할 수 있는 감지 센서; 상기 감지 센서를 상기 코일의 타측 혹은 코일로부터 이격된 소정의 지지부에 고정시킬 수 있도록 하는 지지 브래킷; 상기 감지 센서에 의하여 감지된 색변화에 따른 전기적 신호를 전달하는 신호 전달부 및 상기 신호 전달부로부터 전달된 신호에 따라 상기 서리를 제거하기 위한 제상 회로를 구동하도록 상기 제상 회로로 신호를 송출하는 제어부를 포함하는, 서리 착상 감지 장치는, 감지 센서를 사용하여 완벽하게 착상 유무를 판별할 수 있어, 시간 제상법이나 온도 또는 압력 측정을 통한 제상법보다 정확하고 신속하게 제상 사이클을 수행할 수 있다.

제상, 적외선, 명암, 색깔 판별, 실외기

Description

서리 착상 감지 장치 및 방법{Frost sticking sensing device and mothod}

본 발명은 서리 착상 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 코일에 발생하는 서리의 착상을 용이하게 감지할 수 있는 서리 착상 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.

히트펌프를 하절기 냉방목적으로 가동하는 경우에는 실내기가 증발기로 사용되어 실내 공간에 차가운 공기를 공급하여 냉방을 하며, 동절기 난방목적으로 가동하는 경우에는 실내기가 응축기가 되어 실내 공간에 더운 공기를 공급하여 난방을 한다. 그러나 히트펌프의 최대 단점의 하나인 동절기 난방 운전 시 실외기 표면에 서리가 착상되면 실외기가 더 이상 증발기의 역할을 수행할 수 없어 히트펌프의 난방 능력을 상실된다는 것이다. 그러므로 실외기 표면에 서리가 착상된 경우에는 제상 사이클을 가동시켜 서리를 제거하였다. 일반적인 히트펌프 제상 방법은 사이클 역방향으로, 즉 냉방 사이클로 가동시켜 고온의 냉매를 실외기로 보내 서리를 녹이는 제상 방법, 압축기를 나온 고온, 고압의 냉매 일부를 실외기로 보내 제상하는 방법 등이 있는데 어떤 경우라도 난방 성능의 저하를 가져오기 때문에 가급적 제상 사이클 운전 횟수는 적을수록 좋다. 따라서 착상을 신속, 정확하게 오작동 없이 감지하여야만 불필요한 난방 능력의 손실을 방지할 수 있다.

착상 여부를 감지하는 종래 기술의 예를 보면, 대한민국 실용신안 공개번호 제1997-0044457호, 미국특허 제4563877호, 미국특허 제5156010호에서 언급된 착상감지 방법은 온도센서를 이용해 실외기 코일 핀의 온도 변화를 측정하여 서리 착상 여부를 감지하는 방법이다. 보편적으로 사용되는 또 다른 방법으로는 실외기 표면에 서리가 착상되면 실외기를 통과하는 공기의 유량이 감소하기 때문에 공기 압력 변화가 발생하므로 실외기 전후의 압력강하량 변화를 측정하여 서리의 착상 여부를 판단하는 방법이다.

그러나 상기와 같은 온도 또는 압력을 측정하는 종래 기술은 서리의 착상으로 인한 주변 환경의 변화를 측정하는 수단에 관한 것이기 때문에 직접적인 방법이 아니며 특히 온도를 측정하여 착상여부를 판단하는 경우 다수의 온도를 측정하여 비교, 분석이 요구되며, 착상 여부를 판단하는 설정 값들이 시스템 사양 및 운전 조건에 따라 변하기 때문에 착상을 정확하게 판단하기 위해서는 제조업체 고유의 축적된 기술력이 요구된다.

또한, 종래기술로 공지된 적상 감지 장치(특허출원 제 10-1996-0037514호)가 도 1에 도시되어 있다. 상기 적상 감지 장치는 빛을 발광하는 발광부와 빛을 감지하는 수광부를 열교환기를 사이에 두고 서로 대향되게 설치하여 서리의 착상에 따라 열교환기를 통과하는 광신호량이 줄어드는 원리를 이용하여 착상여부를 판단하 는 기술이다.

그러나 이러한 방법은 발광부와 수광부를 서로 대향되게 일직선상에 배치시켜야 하는데 정확하게 위치를 배열(위치편차 1mm이내)시키는 것이 용이하지 않으며, 고효율 열교환기 일수록 핀피치(핀사이의 간격)가 조밀하여 이물질이 핀 사이에 낄 확률이 높아지는데 이러한 경우 착상이 일어나지 않았음에도 불구하고 착상이라는 판단하는 오류를 일으킬 가능성이 높다. 또한 열교환기의 공기 유동 방향으로의 길이가 클수록 광신호의 투과가 잘되지 않기 때문에 신호가 미약하여, 이러한 경우 또한 서리가 착상되었다고 판단할 수 있는 가능성이 높다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 서리의 착상 여부를 신속하고, 정확하게 판별할 수 있는 히트 펌프용 서리 착상 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 매우 저가에 제조가 가능한 히트펌프용 착상감지 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 서리 착상 감지 장치는 서리의 착상이 발생하는 코일 일측의 색변화를 감지할 수 있도록 코일의 타측 혹은 상기 코일로부터 이격된 소정의 지지부에 설치되며 물체의 색을 판별할 수 있는 감지 센서; 상기 감지 센서를 상기 코일의 타측 혹은 코일로부터 이격된 소정의 지지부에 고정시킬 수 있도록 하는 지지 브래킷; 상기 감지 센서에 의하여 감지된 색변화에 따른 전기적 신호를 전달하는 신호 전달부 및 상기 신호 전달부로부터 전달된 신호에 따라 상기 서리를 제거하기 위한 제상 회로를 구동하도록 상기 제상 회로로 신호를 송출하는 제어부를 포함한다.

이 때, 상기 코일은 히트펌프의 실외기 코일일 수 있다.

이 때, 상기 서리의 착상이 발생하는 코일의 일측은 서리 착상시 명암 대비가 명확하도록 검정색으로 도색되어 있는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 감지 센서는 적외선 센서일 수 있다.

이 때, 상기 코일의 일측은 상기 코일 주변환경의 온도가 낮아지는 경우 가장 최초로 착상이 일어나는 부분인 것이 바람직하다.

이 때, 상기 감지 센서는 발광부 및 수광부를 포함하고, 상기 발광부에서 광을 상기 코일의 일측으로 조사하면 상기 코일의 일측에서 반사된 광이 상기 수광부로 돌아오도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 서리의 착상이 발생하는 코일 일측의 색변화를 감지할 수 있도록 코일의 타측 혹은 실외기로부터 이격된 소정의 지지부에 물체의 색을 판별할 수 있는 감지 센서를 제공하는 단계; 상기 코일 일측에 서리가 착상된 경우 상기 감지 센서가 상기 코일 일측의 색변화를 감지하는 단계: 상기 감지 센서에서 감지된 상기 색변화에 따른 전기적 신호를 제상 회로로 전달하는 단계를 포함하는 서리 착상 감지 방법이 제공된다.

이 때, 상기 감지 센서를 제공하는 단계 이후에 상기 코일 일측을 검은색으로 도색하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 감지 센서는 적외선 센서인 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 착상 감지 장치는 쉽게 제작하거나 구입할 수 있는 감지 센서를 사용하여 완벽하게 서리의 착상 유무를 판별할 수 있어, 시간 제상법이나 온도 또는 압력 측정을 통한 제상법보다 정확하고 신속하게 제상 사이클을 수행할 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 착상 감지 장치를 히트 펌프의 실외기 코일에 장착할 경우, 착상이 빈번하게 일어나는 동절기 히트펌프 운전 시 불필요한 제상 사이클 작동을 완벽하게 배제할 수 있으므로 궁극적으로 히트펌프의 전체적인 난방 성적계수(HSPF, heating seasonal performance factor)를 개선할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 착상 감지 장치는 착상을 판단하기 위한 복잡한 회로나 경험적 데이터 없이도 손쉽게 최적의 제상 사이클 시점을 알아낼 수 있다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프용 서리 착상 감지 방법 및 장치를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 착상 감지 장치의 구성도이며, 도 3은 실외기 코일에 착상이 일어난 상태를 도시한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 서리 착상 감지 장치(10)는 감지 센서(140), 지지 브래킷(130), 신호 전달부(190) 및 제어부(200)를 포함한다.

감지 센서(140)는 서리의 착상이 발생하는 코일(100) 일측의 색변화를 감지하기 위한 구성요소이다. 이를 위하여 감지 센서(140)는 코일의 타측 혹은 실외기로부터 이격된 소정의 지지부에 설치된다. 이 때 소정의 지지부란 코일을 포함하는 구성요소가 아닌 다른 구성요소, 예를 들어, 실외기 코일이 설치되는 위치에 인접 한 벽 혹은 지지대일 수 있다. 이 때, 상기 감지 센서(140)는 예를 들어, 적외선 센서로서, 센서가 감지하고자 하는 대상 위치의 색깔을 구별할 수 있는 센서로 구성될 수 있다.

상기 적외선 센서와 같은 감지 센서(140)는 구성부품을 구입하여 손쉽게 제작할 수도 있으며, 동일한 기능을 갖춘 완제품도 시중에서 손쉽게 구입할 수 있다.

적외선 센서는 부품의 성능에 따라 제작비용이 다소 달라질 수 있으나, 실외기 코일의 착상 유무를 판별할 수 있을 정도의 정도를 갖는 부품으로 제작하는 경우 매우 적은 비용이 소요되므로 온도나 압력 측정을 통한 착상 감지 방법에 비해 비용대비 우수한 성능을 얻을 수 있다.

이 때, 본 실시예에서 감지 센서(140)가 감지하는 색깔은 흑백, 즉 서리가 착상된 경우의 흰색 및 코일의 외부 색깔인 검정색인 것이 바람직하다. 즉 본 실시예에 따르면, 색깔을 감지할 수 있는 감지 센서(140)가, 명암 대비가 명확한 흰색과 검정색을 감지하도록 함으로써 코일에서의 서리 착상 여부를 간단하면서도 명확하게 확인할 수 있다.

감지 센서의 작동원리는 이 분야의 기본적 지식을 갖춘 자이면 충분히 숙지할 수 있는 내용이므로 그에 대한 구체적인 작동원리에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서 생략하도록 한다. 본 발명의 사상은 위와 같은 색깔 감지 센서, 예를 들어, 감지 센서 사용을 통해 대상 물체 표면의 색깔을 분별할 함으로써, 아주 간편하게 실외기 코일의 착상을 감별할 수 있다는 것이며, 센서의 종류 및 회로 구성이 본 발명의 사상을 제한하는 것은 아니다.

한편, 상기 감지 센서(140)를 코일의 타측 혹은 코일로부터 이격된 소정의 지지부에 고정시킬 수 있도록 하기 위하여 지지 브래킷(130)이 코일의 타측 혹은 지지부에 설치된다. 본 실시예에서는 실외기 케이스(120)에 지지 브래킷(130)이 설치되도록 형성된다.

상기 지지 브래킷은 감지 센서가 흔들리지 않을 수 있도록 하는 구성이라면, 감지 센서를 설치하기 위한 어떠한 형태의 구성으로 이루어지는 것도 가능하다.

신호 전달부(190)는 상기 코일 일측에 서리가 착상된 경우 코일(100) 일측의 색변화를 감지하여 상기 색변화에 따른 전기적 신호를 전달한다. 본 실시예에서 상기 신호 전달부(190)는 감지 센서(140)로부터 후술하는 제상회로(220)로 연결된 신호선으로 구현된다.

제어부(200)는 상기 신호 전달부(190)에 의하여 감지 센서(140)로부터 서리를 제거하기 위한 제상 회로로 신호를 송출하도록 형성된다.

제상 회로(220)는 제어부(200) 의하여 신호 전달부(190)를 통하여 전달된 신호에 의거하여 코일(100)에 착상된 서리를 제거하도록 코일(100)에 연결된다. 이 때, 코일의 서리를 제거하기 위한 제상 회로는 코일의 표면을 가열하기 위한 열을 전달할 수 있도록 구성된 회로일 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면, 이와 같은 제상 회로에 대하여 명확하게 이해할 수 있을 것이므로, 상기 제상회로에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실외기 코일은 냉매가 흐르는 코일(100)과 열전달 촉진을 위한 확장표면의 역할을 하는 휜(110)으로 구성된다.

이 때, 실외기 코일의 일측을 감지하도록 실외기 코일의 타측에 설치되는 감지 센서의 위치는 실외기 코일의 설계에 따라 달라질 수 있기 때문에 실제적으로 저온 난방 실험을 수행하여 결정하는 것이 바람직하다.

이 때, 본 실시예에서 착상이 감지되도록 하기 위한 위치는 코일 주변의 온도가 낮아지는 경우 착상이 처음으로 발생되는 위치인 것이 바람직하다. 이와 같이 착상이 처음으로 발생되는 위치에서 착상 여부를 감지함으로써 타위치에서 착상이 감지되도록 하는 것보다 효율적으로 착상이 이루어졌는지 여부를 확인할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 서리 착상 감지 장치를 이용하여 착상을 감지하는 방법에 대하여 설명한다.

상기 감지 센서(140)에는 발광부(150)와 수광부(160)가 있어 발광부(150)에서 빛을 대상 물체(실외기 코일)에 조사하면 대상 물체에서 반사된 빛이 수광부(160)를 통해 감지 센서(140)로 돌아오도록 형성된다.

빛을 잘 흡수하는 검정색 코팅(170) 표면의 경우 빛의 반사량이 적어 감지 센서의 출력 전압이 낮게 나타난다. 통상적으로 착상의 유무를 결정하는 출력 전압 크기는, 공지의 슈미트-트리거에 의해 조절될 수 있다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이 실외기 코일의 휜(110) 사이에 서리가 착상되지 않은 경우에는 검정색 코팅(170) 표면에 빛이 조사되므로 감지 센서(140)는 낮은 출력 전압을 신호선(190)을 통해 제어부(200)로 전달한다.

이러한 경우에는 착상이 형성되지 않았다고 판단하여 제어부(200)는 제상회 로(220)를 구동하는 신호를 보내지 않는다.

도 3는 실외기 코일의 휜(110) 사이에 서리가 착상된 경우이다. 이러한 경우에는 발광부(150)에서 발광된 빛이 서리(180)의 휜색 표면에 조사된다.

휜색 표면은 빛을 흡수하지 않고 반사하므로 수광부(160)에서 흡수하는 빛의 양이 많아 감지 센서(140)의 출력 전압은 큰 값을 갖는다.

따라서 출력 전압은 신호선(190)을 통해 제어부(200)로 전달되고 착상이 형성되었다고 판단하여 제어부(200)는 제상회로(220)를 구동하는 신호를 보내 제상회로(220)를 작동시켜 서리를 제거한다.

본 발명의 일 실시예에서는 히트 펌프의 실외기 코일에 착상되는 서리를 제거하기 위하여 실외기 코일의 케이스에 설치되는 적외선 센서를 예로 들었으나, 본 실시예에 따른 서리 착상 감지 장치는 이에 한정되어 사용되는 것은 아니며, 서리가 착상되는 것을 감지하기 위한 어떠한 구성에도 설치될 수 있으며, 이와 같은 감지 장치의 설치 위치가 본 발명의 사상을 제한하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 서리 착상 감지 장치의 서리 착상 방법을 도시한 개략도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 착상 감지 장치의 개략도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 착상 감지 장치를 이용하여 실외기 코일의 착상을 감지하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 관 110 : 휜

120 : 실외기 케이스 130 : 지지 브래킷

140 : 감지 센서 150 : 발광부

160 : 수광부 170 : 검정색 코팅

180 : 서리 190 : 신호 전달부

200 : 제어부 220: 제상 회로

Claims (9)

1. 서리의 착상이 발생하는 코일 일측의 색변화를 감지할 수 있도록 코일의 타측 혹은 상기 코일로부터 이격된 소정의 지지부에 설치되며 물체의 색을 판별할 수 있는 감지 센서;

   상기 감지 센서를 상기 코일의 타측 혹은 코일로부터 이격된 소정의 지지부에 고정시킬 수 있도록 하는 지지 브래킷;

   상기 감지 센서에 의하여 감지된 색변화에 따른 전기적 신호를 전달하는 신호 전달부 및

   상기 신호 전달부로부터 전달된 신호에 따라 상기 서리를 제거하기 위한 제상 회로를 구동하도록 상기 제상 회로로 신호를 송출하는 제어부를 포함하는, 서리 착상 감지 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 코일은 히트펌프의 실외기 코일인, 서리 착상 감지 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 서리의 착상이 발생하는 코일의 일측은 서리 착상시 명암 대비가 명확 하도록 검정색으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는, 서리 착상 감지 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 감지 센서는 적외선 센서인, 서리 착상 감지 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 코일의 일측은 상기 코일 주변환경의 온도가 낮아지는 경우 가장 최초로 착상이 일어나는 부분인, 서리 착상 감지 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 감지 센서는 발광부 및 수광부를 포함하고,

   상기 발광부에서 광을 상기 코일의 일측으로 조사하면 상기 코일의 일측에서 반사된 광이 상기 수광부로 돌아오도록 형성되는, 서리 착상 감지 장치.
7. 서리의 착상이 발생하는 코일 일측의 색변화를 감지할 수 있도록 코일의 타측 혹은 실외기로부터 이격된 소정의 지지부에 물체의 색을 판별할 수 있는 감지 센서를 제공하는 단계;

   상기 코일 일측에 서리가 착상된 경우 상기 감지 센서가 상기 코일 일측의 색변화를 감지하는 단계:

   상기 감지 센서에서 감지된 상기 색변화에 따른 전기적 신호를 제상 회로로 전달하는 단계를 포함하는 서리 착상 감지 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 감지 센서를 제공하는 단계 이후에 상기 코일 일측을 검은색으로 코팅하는 단계를 더 포함하는, 서리 착상 감지 방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 감지 센서는 적외선 센서인, 서리 착상 감지 방법.

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