KR20140129403A - 에너지 절감 히트펌프 공조장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

설정온도와 감지된 실내온도의 차이에 따라 공조기의 용량을 가변시켜 동작시킴으로써 설정온도와 감지된 실내온도의 온도차가 적을 때 공조기의 일부만을 동작시키도록 하여 에너지를 절감할 수 있는 에너지 절감 히트펌프 제습 공조장치에 관한 것으로, 실내기(20)는 내부에 형성된 코일이 실외기의 숫자만큼 설치되거나 또는 일정한 비율로 다수의 실내기 밸브에 연결되고, 공조기 제어부(70)는 다수의 실내기 밸브가 열리거나 닫히도록 제어하여 실내기(20)의 냉난방 용량을 가변시키 운전할 수 있다. 또한, 재열실내기(30)는 내부에 형성된 코일이 실외기의 숫자만큼 설치되거나 또는 일정한 비율로 다수의 재열실내기밸브에 연결되고, 상기 공조기 제어부(70)가 다수의 재열실내기밸브가 열리거나 닫히도록 제어하여 재열실내기(30)의 재열 용량을 가변하여 실내기에서 냉방되어 배출되는 공기를 재열실내기로 가열하여 상대습도를 낮추어 냉방시에 실내공기의 온도가 떨어짐에 따라 상대습도가 높아지지 않도록 하여 쾌적한 상대습도를 얻을 수 있도록 한다.

Description

에너지 절감 히트펌프 공조장치 및 그 제어방법{air conditioning apparatus saving energy and method thereof}

본 발명은 에너지 절감 히트펌프 공조장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 설정온도와 감지된 실내온도의 차이에 따라 공조기의 용량을 가변시켜 동작시킴으로써 설정온도와 감지된 실내온도의 온도차가 적을 때 공조기의 일부만을 동작시키도록 하여 에너지를 절감할 수 있고, 실내온도가 내려가면서 실내공기의 포화수증기압이 내려감에 따라 상대습도가 높아지지 않도록 재열 실내기로 실내공기를 가열하여 상대습도를 낮출 수 있는 에너지 절감 히트펌프 공조장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 공기조화기는 1대의 실내기와 1대의 실외기로 이루어지고, 실내기에는 실내공기의 열교환을 위한 실내열교환기와, 냉각된 실내공기를 실내기 외부로 토출하기 위한 토출구가 마련된다. 또한, 실외기에는 냉매를 압축하는 압축기와, 실외공기와 열교환을 하기 위한 실외열교환기와, 냉매를 팽창시키는 전자팽창밸브가 마련된다.

이러한 종래의 공기조화기에서 사용자에 의해 운전명령이 입력되면 마이컴은 각종 센서들에서 입력된 데이터를 기초로 하여 압축기의 회전수를 제어하거나(로터리압축기의 경우임), 전동변의 개도 및 송풍팬의 회전수 등을 제어하여 실내온도가 설정온도에 도달하도록 하였다.

즉, 사용자에 의해 토출풍량이 많은 고단운전이 설정된 경우 마이컴은 압축기의 회전수 및 송풍팬의 회전수를 크게 하여 냉난방능력을 증가시키고, 저단운전이 설정된 경우 압축기의 회전수 및 송풍팬의 회전수를 작게 하여 냉난방능력이 감소되도록 하였다.

그러나 이와 같은 종래의 공기조화기는 압축기의 회전수 또는 송풍팬의 회전수 변경을 통한 냉난방능력의 변화 정도가 작아 냉난방 부하의 변경에 따른 적절한 냉난방을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

예를 들어 3개의 방과 1개의 거실로 이루어진 실내공간에서 거실만의 냉난방이 정격부하인 공기조화기를 설치하여 사용하다가 2개 방의 출입문을 모두 개방하여 사용하는 경우 공기조화기의 냉난방능력을 최대로 하여 운전하더라도 실내온도의 변화폭이 작아 쾌적한 공조상태를 얻을 수 없게 된다.

반대로, 1실의 냉난방을 위해 공기조화기를 설치하여 사용하다가 1실을 2실로 구획하여 구획된 2실 중 1실의 냉난방만을 위해 사용하는 경우 공기조화기는 요구되는 압축용량보다 큰 압축용량을 가지는 압축기 및 요구되는 열교환능력 보다 큰 열교환능력을 가지는 열교환기가 되어 적정한 용량을 갖는 공기조화기를 사용하지 못함으로써 불필요한 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 한국등록특허 제10-1073501호에 다양한 냉난방 능력으로 운전할 수 있는 "다단 운전 공기조화기"를 도 1에 도시된 바와 같이 개시하고 있다.

도 1 에 종래기술에 따른 다단운전 공기조화기의 구성을 나타내는 볼록도가 도시된다 .

도 1을 참조하면, 실내기(1)는 실내공기가 흡입된 후 열교환이 수행되는 제1열교환기(1a) 및 제2열교환기(1b)와, 실내기(1)의 외부에서 실내공기가 흡입되어 제1열교환기(1a) 및 제2열교환기(1b)를 거친 후 다시 실내기(1)의 외부로 토출되도록 하는 실내팬(1c)과, 실내팬(1c)을 회전시키는 실내팬 모터(1d)를 포함한다.

또한, 실내기(1)는 제1열교환기(1a)로 흐르는 냉매의 흐름을 조절하는 제1열교환기밸브(1e) 및 제2열교환기(1b)로 흐르는 냉매의 흐름을 조절하는 제2열교환기밸브(1f)와, 제1열교환기(1a)의 배관에 설치되어 제1열교환기(1a)에 흐르는 냉매의 온도를 측정하는 제1열교환기 온도센서(1g) 및 제2열교환기(1b)의 배관에 설치되어 제2열교환기(1b)에 흐르는 냉매의 온도를 측정하는 제2열교환기 온도센서(1h)를 포함한다. 또한, 제1열교환기(1a) 및 제2열교환기(1b)의 흡입측에는 모세관(1i)이 연결된다.

제2열교환기(1b)는 제1열교환기(1a)에 비해 넓은 면적의 냉매배관을 가지고, 그에 따라 제2열교환기(1b)의 열교환능력은 제1열교환기(1a)의 열교환능력 보다 크다.

한편, 실외기(2)는 냉매를 압축하는 제1 및 제2압축기(2a, 2b)와, 제1 및 제2압축기(2a, 2b)에 연결되어 각 압축기(2a, 2b)에서 압축된 냉매를 전달받아 외부공기와 열교환하는 제3열교환기(2c)와, 제3열교환기(2c)로 강제송풍하는 실외팬(2d)과, 실외팬(2d)을 회전시키는 실외팬 모터(2e)를 포함한다.

또한, 실외기(2)는 제3열교환기(2c)에서 전달된 냉매를 팽창시킴과 아울러 제3열교환기(2c)에서 토출되는 냉매의 흐름을 조절하는 전자팽창밸브(2f)와, 제1압축기 또는 제2압축기(2a, 2b)에서 토출되는 냉매의 일부를 제1압축기 또는 제2압축기(2a, 2b)의 흡입측으로 우회시키는 바이패스관(2g)과, 바이패스관(2g)에 설치된 바이패스밸브(2h)와, 제1 및 제2열교환기(1a, 1b)에서 토출된 냉매를 가스상태로 각 압축기(2a, 2b)에 전달하기 위한 어큐므레이터(2i)와, 각 열교환기(1a, 1b)에서 제1및 제2압축기(2a, 2b)로 전송되는 냉매의 온도를 측정하는 토출온도센서(3)를 포함한다.

제2압축기(2b)는 제1압축기(2a)에 비해 큰 압축용량을 가지도록 하고, 제1 및 제2압축기(2a, 2b)의 토출측에는 제1 및 제2체크밸브(3a, 3b)를 설치한다. 제1및 제2체크밸브(3a, 3b)는 두 개의 압축기(2a, 2b) 중 하나만 구동되다가 나머지 하나를 구동하려고 할 때 기구동되고 있는 압축기의 토출압력에 의해 뒤에 구동하려는 압축기의 기동불량이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.

토출온도센서(3)는 제1 및 제2열교환기 온도센서(1g, 1h)와 함께 과열도 제어에 이용된다. 과열도는 열교환기의 배관온도와 열교환기 토출측의 온도와의 차이를 나타낸다.

과열도가 너무 낮으면 열교환기에 액냉매의 유입가능성이 높아지고, 과열도가 너무 높으면 압축기의 과열 및 효율저하를 초래하므로 과열도를 적절한 수준으로 유지하는 것이 시스템의 효율측면에서 중요하다. 따라서 제1 및 제2열교환기 온도센서(1g, 1h)와 토출온도센서(3)와의 온도차이가 설정값(예를 들면 5℃)과 같지 않으면 과열도가 적절하지 않으므로 전자팽창밸브(2f)의 개도를 수정하여 과열도를 조절하는 것이 바람직하다.

실내기(1)와 실외기(2)를 연결하는 배관에는 실외기(2)에 인접한 지점에 연결용 밸브(3c)가 마련되어 실내기(1)와 실외기(2)의 배관을 연결하기 쉽도록 한다.

이 종래의 기술에 의한 다단운전 공기조화기는 다양한 냉난방 능력으로 운전할 수 있지만 냉방시에 실내공기의 온도가 떨어짐에 따라 상대습도가 높아져서 실내의 거주자들은 쾌적함을 느끼지 못하고, 쾌적함을 느끼지 못하는 실내 거주자들은 냉방온도를 더 낮추지만 온도만 내려갈 뿐 상대습도는 높은 상태를 유지하여 계속 쾌적감을 느끼지 못하고 상대습도가 낮아지도록 설정하지만 습도를 떨어뜨리기 위해 계속 냉방온도를 낮춤에 따라 실내온도만 떨어질 뿐 상대습도는 높은 상태를 유지하여 실내거주자들은 쾌적함을 느끼지 못하게 되어 냉방 에너지가 더 소비되는 문제점이 있었다.

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본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 실내기의 일부만을 운전함으로써 실내의 구조가 변경되거나 실내에 입장한 사람들의 수가 변하여 냉난방 용량이 변화하는 환경에 맞추어 다양한 냉난방 능력으로 운전할 수 있는 에너지 절감 히트펌프 공조장치 및 그 제어방법를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 냉방시에 실내온도가 설정온도로 내려가도 상대습도가 높은 상태를 유지하여 설정된 상대습도에 이르지 않으면 재열실내기로 실내기에서 냉방되어 배출되는 공기를 가열하여 상대습도를 낮추어 쾌적한 상대습도가 되도록 제어할 수 있는 에너지 절감 히트펌프 공조장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉방시에 다수의 실내기 코일 중 하나의 실내기 코일이 동작하는 냉방온도편차와 습도편차를 사용자가 입력장치를 통해 입력하도록 하여 실내온도와 설정온도의 차이에 따라 동작하는 실내기 코일의 수를 설정할 수 있고, 또한 냉방시에 설정온도가 내려가도 상대습도가 높은 상태를 유지하여 설정된 상대습도에 이르지 않으면 실내기에서 냉방되어 배출되는 공기를 가열하는 다수의 재열실내기 코일 중 하나의 재열실내기 코일을 동작시키는 재열온도편차를 입력장치를 통해 입력할 수 있는 에너지 절감 히트펌프 공조장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 에너지 절감 히트펌프 공조장치는 실외에 설치되어 실외공기와 열교환하는 다수의 실외기와; 상기 다수의 실외기와 연결되어 열교환하여 실내 공기를 냉난방하는 실내기와; 상기 실내기 코일 중 각각 일정비율에 해당하는 실내기 코일을 차단하거나 통하도록 하는 다수의 실내기 밸브와; 실외에 설치되어 냉매를 외부공기와 열교환하는 재열실외기와; 상기 재열실외기와 연결되어 열교환하여 실내 공기를 가열하는 재열실내기와; 상기 재열실내기 코일 중 각각 일정비율에 해당하는 재열실내기 코일의 냉매를 차단하거나 통하도록 하는 다수의 재열실내기 밸브와; 실내온도를 감지하는 온도센서와; 실내 습도를 감지하는 습도센서와; 상기 온도센서와 습도센서로부터 실내온도와 실내습도를 입력받아 사용자가 설정한 온도 및 습도가 되도록 다수의 실내기 밸브와 다수의 재열실내기 밸브를 제어하여 실내를 냉난방하고 재열하는 공조기 제어부와; 상기 다수의 실내기 밸브 중 하나의 실내기 밸브가 열리는 온도편차 및 습도편차를 입력하는 냉방온도편차 입력키 및 습도편차 입력키와 상기 다수의 재열실내기 밸브 중 하나의 재열실내기 밸브가 열리는 재열온도편차를 입력하는 재열온도편차 입력키를 구비하는 입력장치와; 실내공기를 흡입하는 환기 송풍팬과; 상기 실내기에서 냉방되는 공기를 실내로 배출하는 급기 송풍팬으로되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 의하면 냉매는 암모니아가스, 프레온 가스, 물을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 의하면 공조기 제어부는 입력장치의 냉난방온도편차 입력키 에서 입력된 냉난방 온도편차로 설정온도와 상기 온도센서에 감지된 실내온도의 차이를 나누어 그 나눈값에 의해 실내기의 실내기 코일이 실내기 밸브를 통해 실외기에 연결되는 숫자 또는 비율을 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 의하면 공조기 제어부는 입력장치의 습도편차 입력키 에서 입력된 습도편차로 설정습도와 상기 습도센서에 감지된 실내습도의 차이를 나누어 그 나눈값에 의해 실내기의 실내기 코일이 실내기 밸브를 통해 실외기에 연결되는 숫자 또는 비율을 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 의하면 공조기 제어부는 상기 입력장치의 재열온도편차 입력키 에서 입력된 재열온도편차로 설정온도와 상기 온도센서에서 감지된 실내온도의 차이를 나누어 그 나눈값에 의해 재열실내기에서 발생하는 열량을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 에너지 절감 히트펌프 공조장치의 제어방법은 (a)공조기 제어부가 입력장치에 의해 입력되는 설정온도와 설정습도로 냉방하는 단계와; (b) 습도센서에서 감지한 현재의 실내습도가 설정습도보다 작지 않은 경우, 상기 공조기 제어부는 입력장치에서 입력되어 설정된 습도편차로 상기 설정습도와 현재 습도센서에서 감지되는 실내습도의 차이를 나누어 그 나눈값에 해당하는 실내기 코일을 실내기 밸브에 연결하여 실내기의 용량을 가변시켜 제습 가동하는 단계와; (c) 공조기 제어부는 온도센서에서 감지된 실내공기의 온도가 설정온도보다 낮은지를 판단하고, 실내공기의 온도가 설정온도보다 낮으면 상기 입력장치의 재열온도편차 입력키에서 입력되어 설정된 재열온도편차로 상기 설정온도와 현재 온도센서에서 감지되는 실내온도의 차이를 나누어 그 나눈값에 해당하는 재열실내기 코일의 수에 대응하는 재열실내기 밸브를 개방하여 재열실외기와 연결하여 재열실내기의 용량을 가변시켜 가동하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 실내기의 일부만을 운전함으로써 실내의 구조가 변경되거나 실내에 입장한 사람들의 수가 변하여 냉난방 용량이 변화하는 환경에 맞추어 공조기의 용량을 변화시켜 운전할 수 있고, 실내기에서 냉방되어 배출되는 공기를 재열실내기로 가열하여 상대습도를 낮추어 냉방시에 실내공기의 온도가 떨어짐에 따라 상대습도가 높아지지 않도록 하여 쾌적한 상대습도를 얻을 수 있도록 한다.

도 1은 종래기술에 따른 다단운전 공기조화기의 구성을 나타내는 볼록도,
도 2는 본 발명에 의한 공조장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 난방 및 냉방 모드 실내기의 일실시예,
도 3c는 본 발명에 의한 난방모드로 동작하는 재열실내기의 일실시예,
도 4는 본 발명에 의한 공조기 제어부가 메모리에 저장하는 포화증기압곡선의 일예,
도 5는 본 발명에 의한 공조장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 본 발명에 의한 공조장치의 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.

본 발명에 의한 공조장치는 실외에 설치되어 냉매에 포함된 열 에너지를 외부공기와 열교환하는 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)와; 상기 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)와 연결되어 냉매를 순환시키면서 실내 공기와 열교환하여 냉난방하는 실내기(20)와; 상기 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)와 상기 실내기(20) 사이에 설치되어 상기 실내기 코일 중 각각 일정비율(예를 들면, 33%)에 해당하는 실내기 코일의 냉매를 차단하거나 통하도록 하는 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)와; 실외에 설치되어 냉매에 포함된 열 에너지를 외부공기와 열교환하는 재열실외기(30)와; 상기 재열실외기(30)와 연결되어 냉매를 순환시키면서 실내 공기와 열교환하여 가열하는 재열실내기(40)와; 상기 재열실외기(30)와 상기 재열실내기(40) 사이에 설치되어 상기 재열실내기 코일 중 각각 일정비율(예를 들면, 33%)에 해당하는 재열실내기 코일의 냉매를 차단하거나 통하도록 하는 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3)와; 실내온도를 감지하는 온도센서(72)와; 실내 습도를 감지하는 습도센서(74)와; 상기 온도센서(72)와 습도센서(74)로부터 실내온도와 실내습도를 입력받아 사용자가 설정한 온도 및 습도가 되도록 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)와 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3)를 제어하여 실내를 냉난방하고 재열하는 공조기 제어부(70)와; 상기 실내기 코일 중 각각 일정비율에 해당하는 실내기 코일의 냉매를 차단하거나 통하도록 하는 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3) 중 하나의 실내기 밸브가 열리는 온도편차 및 습도편차를 입력하는 냉방온도편차 입력키 및 습도편차 입력키와 상기 재열실내기 코일 중 각각 일정비율에 해당하는 재열실내기 코일의 냉매를 차단하거나 통하도록 하는 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3) 중 하나의 재열실내기 밸브가 열리는 재열온도편차를 입력하는 재열온도편차 입력키를 구비하는 입력장치(75)와; 실내공기를 흡입하여 상기 실내기(20)에서 냉난방되도록 하는 환기 송풍팬(81)과; 상기 실내기(20)에서 냉방되어 배출되는 공기를 재열실내기(40)에 접촉시켜 재열되도록 하는 급기 송풍팬(82)으로 구성된다.

본 발명에 의한 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)는 실외에 설치되며, 냉방모드로 작동시에는 냉매(예, 암모니아가스, 프레온 가스, 물 등)에 포함된 열 에너지를 외부공기로 방출하여 열교환한다. 또한 난방모드로 작동시에는 외부공기에서 열 에너지를 빼앗어서 냉매에 흡수시켜 열교환한다.

여기서 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)는 설명의 복잡성을 피하기 위해 3개로 표현한 것이며, 3개에 한정되지 않고 더 정밀하고 세밀하게 온도와 습도를 제어하기 위해 1개 또는 더 많은 수로 구성될 수 있다.

실내기(20)는 상기 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)와 연결되어 냉매를 순환시키면서 냉방모드로 작동시에는 실내공기로부터 열에너지를 빼앗고 난방모드로 작동시에는 실내 공기로 열 에너지를 방출하여 실내를 난방한다.

본 발명에 의한 실내기(20)는 내부에 형성된 코일이 실외기의 숫자만큼 설치될 수 있거나 또는 한대가 설치되더라도 일정한 비율(예를 들면, 33% 등)로 분할되어 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)에 연결된다.

마찬가지로 본 발명에 의한 재열실내기(40)도 내부에 형성된 코일이 실외기의 숫자만큼 설치될 수 있거나 또는 한대가 설치되더라도 일정한 비율(예를 들면, 33% 등)로 분할되어 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3)에 연결될 수 있다.

또한 재열실내기(40)를 전기히터로 구성하여 상기 입력장치(75)의 재열온도편차 입력키(75c)에서 입력되는 재열온도편차에 의해 설정온도와 온도센서(72)에서 감지되는 온도차를 나누어 나눈값에 비례하여 전기히터에서 발생하는 열량을 변화시켜 상기 실내기(20)에서 배출되는 공기를 가열하여 공기의 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추도록 제어할 수 있다.

도 3a와 도 3b에 본 발명에 의한 난방 및 냉방모드 실내기의 일실시예가 도시되고, 도 3c에 본 발명에 의한 난방모드로 동작하는 재열실내기의 일 실시예가 도시된다.

도 3a에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 실내기(20)는 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)에 연결되는 제1 내지 제3 실내기 코일(21, 22, 23)을 구비하며, 상기 제1 내지 제3 실내기 코일(21, 22, 23)은 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)를 통해 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)에 연결된다.

여기서 실내기 코일과 실외기는 3대로 설명하지만 실내기(20)의 냉난방 용량에 따라 더 많은 수가 설치될 수도 있다. 즉 실내기의 냉난방 용량에 따라 실외기에 연결되는 실내기 코일의 수를 변화시켜 냉난방 용량을 변화시킬수 있다.

제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)가 공조기제어부(70)의 제어에 의해 열리거나 닫히는 것에 의해 상기 제1 내지 제3 실내기 코일(21, 22, 23)은 상기 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)에 연결되어 냉매를 실외 공기와 열교환하여 실내를 냉난방한다.

따라서 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3) 중 공조기제어부(70)의 제어에 의해 열리는 실내기 밸브의 수에 따라 상기 제1 내지 제3 실내기 코일(21, 22, 23)이 상기 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)에 연결되는 수가 변화되어 실내기(20)의 냉난방 용량이 가변될 수 있다.

이때 사용자는 실내기(20)의 실내기 코일이 실내기 밸브(50)를 통해 실외기(10)에 연결되는 숫자 또는 비율을 설정할 수 있다. 즉, 사용자는 공조기 제어부(70)에 설치된 입력장치(예, 키보드, 터치스크린 등) 또는 리모콘에 설치되는 냉방온도편차키(75a)를 통해 하나의 실내기밸브가 열리는 냉난방 온도편차를 설정할 수 있다.

예를 들어 사용자가 공조기 제어부(70)의 입력장치를 통해 냉방온도편차를 0.5℃로 설정한 경우 설정온도와 온도센서(72)에서 감지되는 실내온도의 온도차가 3℃ 발생하면 실내기(20)의 실내기 코일이 3/0.5= 6 대 실내기 밸브(50)를 통해 실외기(10)에 연결된다.

여기서 실내기밸브를 제1실내기 밸브(50-1) 등으로 구분할 필요가 없으므로 대표부호 "50"로 표시하고 실외기도 제1실외기(10-1) 등으로 구분할 필요가 없으므로 대표부호 "10"으로 표시한다.

또한 온도편차를 0.5℃로 설정한 경우 설정온도와 온도센서(72)에서 감지되는 실내온도의 온도차가 예를 들어, 0.5℃ 발생하면 0.5/0.5=1 대의 실내기 코일로 온도조절이 가능하므로 하나의 실내기 밸브(50)로서 제1실내기 밸브(50-1)가 열리고 제2 및 제3 실내기 밸브(50-2, 50-3)가 닫혀 있게 되어 제1 실내기 코일(21)이 제1 실외기(10-1)에 연결되어 실내공기를 냉난방하고 제2 및 제3 실내기 코일(22, 23)이 동작정지 상태가 되어 본 발명에 의한 공조장치는 전체 용량의 1/3에 해당하는 냉난방 용량으로 동작한다.

공조기제어부(70)는 제습운전시에도 실내기(20)의 제1 내지 제3 실내기 코일(21, 22, 23)을 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)를 통해 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)에 연결하여 실내공기의 온도를 낮추어 포화수증기압을 낮추어서 공기중에 포함된 습기를 제거한다.

공조기 제어부(70)는 상기 입력장치(75)의 습도편차 입력키(75b)에 의해 입력되는 습도편차(예를들면, 1% 등)에 의해 실내기(20)의 실내기 코일이 실내기 밸브(50)를 통해 실외기(10)에 연결되는 숫자 또는 비율을 설정한다.

즉, 사용자는 공조기 제어부(70)에 설치된 입력장치(예, 키보드, 터치스크린 등) 또는 리모콘에 설치되는 습도편차 입력키(75b)를 통해 하나의 실내기밸브가 열리는 습도편차를 설정할 수 있다.

사용자가 본 발명에 의한 공조장치의 제습운전을 더 정밀하게 제어하기 위하여 습도편차를 1%로 설정한 경우 설정습도와 습도센서(74)에서 감지되는 실내습도의 습도차가 3% 발생하면 3%/1%=3 대의 실내기 코일로 습도조절해야 하므로 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)가 모두 열리게 되어 제1 내지 제3 실내기 코일(21, 22, 23)이 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)에 연결되어 실내공기를 냉방하여 제습하게 된다.

도 4에 포화증기압곡선의 일예가 도시된다.

대기가 수증기를 가질 수 있는 능력은 기온에 의해 정해지며, 주어진 온도에서 가질 수 있는 최대의 수증기를 가질 때 대기는 포화 상태에 있다고 한다. 이때 수증기에 의한 압력을 포화수증기압이라고 한다.

대기 중의 수증기량은 포화수증기량을 초과할 수 없다. 대기의 수증기압이 포화수증기압에 달하면 응결이 시작되며, 포화수증기압은 유지된다.

현재 포함한 수증기량과 공기가 최대로 포함할 수 있는 수증기량(포화수증기량)의 비를 퍼센트(%)로 나타낸 것이 상대습도(relative humidity)이다.

이와 같이 실내기(20)의 일부만을 운전하거나 설정된 냉방온도편차 또는 습도편차에 따라 미세한 냉난반 온도편차(예를 들면 0.1℃ 등) 또는 습도편차 단위로 공조장치를 제어하여 냉난방온도 및 상대습도를 조절함으로써 실내의 구조가 변경되거나 실내에 입장한 사람들의 수가 변하여 냉난방 및 제습(엔탈피)용량이 변화하는 환경에 맞추어 공조기의 용량을 좀더 세밀하게 변화시켜 운전할 수 있다.

따라서 실내의 공조환경에 맞도록 온도 및 습도제어 범위를 세밀하게 변경하여 해당 실내의 공조환경과 현재 실내온도 및 실내습도에 맞도록 제어함으로써 실내를 지나치게 낮은 온도로 냉방하거나 설정온도로 냉방하여도 상대습도가 높아 쾌적한 실내공기를 형성하지 못하는 경우 상대습도를 조절하기 위해 냉방하여 실내공기의 포화수증기압을 낮춰서 실내의 습기를 실내기에서 응결시켜 제습한다.

그러나 제습하기 위해 실내기를 냉방모드로 동작시키지만 온도가 낮아지면 포화수증기압도 낮아져서 상대습도는 계속 높은 상태를 유지하게 되어 상대습도를 낮추기 위해 쓸데없이 냉방에너지가 소모하게 된다.

본 발명에서는 실내기의 후단에 재열실내기를 설치하여 실내기에서 냉방되어 배출되는 되는 공기를 가열하여 상대습도를 낮추어 실내로 배출한다.

본 발명에 의한 재열실내기(30)는 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3)에 연결되는 제1 내지 제3 재열실내기 코일(41, 42, 43)을 구비하며, 상기 제1 내지 제3 재열실내기 코일(41, 42, 43)은 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3)를 통해 재열실외기(30)에 연결된다.

재열 실내기밸브(60-1, 60-2, 60-3)가 공조기제어부(70)의 제어에 의해 열리거나 닫히는 것에 의해 상기 제1 내지 제3 재열실내기 코일(41, 42, 43)은 상기 재열 실외기(30)에 연결되어 냉매를 실외 공기와 열교환하여 상기 실내기(20)에서 냉방된 공기를 재열하게 된다.

여기서 재열실내기 코일이 3대로 설명하지만 재열실내기(40)의 재열난방 용량에 따라 더 많은 수가 설치될 수도 있다. 즉 재열실내기의 재열난방 용량에 따라 실외기에 연결되는 실내기 코일의 수를 변화시켜 재열난방 용량을 변화시킬수 있다.

그리고 앞서 설명한 바와 같이 재열실내기(40)를 전기히터로 구성하여 상기 입력장치(75)의 재열온도편차 입력키(75c)에서 입력되는 재열온도편차에 따라 전기히터에서 발생하는 열량을 변화시켜 상기 실내기(20)에서 배출되는 공기를 가열하여 공기의 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추도록 제어할 수 있다.

공조기 제어부(70)는 설정온도보다 온도센서(72)에서 감지되는 실내온도가 낮으면 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3) 중 재열온도편차에 따라 열리는 밸브의 수를 변화하도록 제어한다.

사용자는 재열온도편차 입력키(75c)에 의해 공조기 제어부(70)에 재열온도편차를 입력하여 재열실내기(40)의 실내기 코일이 재열실내기 밸브(60)를 통해 재열실외기(30)에 연결되는 숫자 또는 비율을 설정할 수 있다.

즉, 사용자는 공조기 제어부(70)에 설치된 입력장치(예, 키보드, 터치스크린 등) 또는 리모콘의 재열온도편차 입력키(75c)을 통해 하나의 재열실내기밸브(60)가 열리는 재열온도편차(예를 들면, 0.1∼10도)를 설정할 수 있다.

따라서 설정온도보다 온도센서(72)에서 감지되는 실내온도가 0.1도 낮은 경우에 사용자가 공조기 제어부(70)의 입력장치를 통해 재열온도편차를 0.1도로 설정하면 공조기 제어부(70)는 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3) 중 하나의 재열실내기 밸브에 해당하는 제1 재열실내기 밸브(60-1)를 열리도록 제어하여 상기 실내기(20)에서 배출되는 공기를 설정온도와 실내온도와의 차이에 맞는 열에너지로 가열하여 공기의 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추게 된다.

또한, 설정온도보다 온도센서(72)에서 감지되는 실내온도의 온도가 0.3도 낮은 경우에 재열온도편차가 0.1도로 설정되면 공조기 제어부(70)는 제1 내지 제3 재열실내기 밸브(60-1, 60-2, 60-3) 모두를 열리도록 제어하여 상기 실내기(20)에서 배출되는 공기를 가열하여 공기의 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추게 된다.

그럼으로써 설정온도와 실내온도가 0.1도씩 차이가 나는 경우에도 재열온도편차를 미세하게 설정하여 재열실내기에서 발생하는 재열에너지를 정밀하게 제어함으로써 재열온도를 제어하여 상대습도를 정밀하게 조절 가능하다.

여름철에 실내를 냉방모드로 운전하는 경우 유동인구가 많은 곳(예, 백화점 매장 등)에서 실내에 입장한 사람이 많아서 습도 발생원이 증가한 경우 상대습도가 높아지게 되고 높은 상대습도에 따라 실내온도가 설정온도와 같아지더라도 상대습도가 높으므로 실내에 입장한 사람들은 무덥다고 느끼게 되어 입력장치(예, 키보드, 리모콘 등)를 통해 상대습도를 낮추어 설정하지만 종래의 공조기는 상대습도를 낮추기 위해 냉방온도를 낮추는 냉방운전을 실행하므로 실내온도는 설정온도보다 더 낮게 떨어진다.

이와 같이 설정온도를 계속 낮추게 되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 포화수증기압도 함께 떨어져서 상대습도가 감소하지 않고 실내온도는 감소하더라도 상대습도는 증가하게 된다.

이때 본 발명에 의한 공조기 제어부(70)는 재열실내기(40)에 의해 실내기(20)에서 냉방되어 배출되는 공기를 가열하여 상대습도가 낮아지도록 냉방운전과 재열운전을 함께 가동시켜 실내공기의 상대습도를 쾌적한 상태로 낮출 수 있다.

설정습도와 현재 습도센서(74)에서 감지되는 실내습도의 차이가 큰 경우 그 차이에 비례하여 실내기 코일의 수를 증가시켜 제습하여 실내에 입장한 사람이 갑자기 증가하거나 여름철에 갑작스런 소나기 등에 의해 실내습도가 갑작스럽게 증가하여도 증가한 실내습도에 비례하여 실내기의 용량을 증가시켜 냉방동작한다.

그리고 사용자가 설정한 설정습도가 실내습도보다 낮지만 실내온도는 설정온도보다 낮은 경우 재열실내기(40)를 동작시켜 실내공기의 온도를 높여서 상대습도를 낮추게 된다.

도 5에 본 발명에 의한 공조장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트가 도시된다.

냉방모드시에 실내온도가 설정온도(예를 들면, 20℃) 이하로 내려가도 상대습도가 쾌적함을 느끼는 상대습도(예, 30∼60%)에 이르지 않는 경우 본 발명에 의한 공조기 제어부(70)는 도 5에 도시된 바와 같이 실내기(20)를 제어하여 실내온도를 낮추어 실내의 공기를 제습하면서 실내온도가 설정온도 이하로 내려가면 재열실내기(40)를 가동하여 제습된 실내공기의 온도를 높여서 상대습도가 낮아지도록 제어한다.

단계 S1에서, 본 발명에 의한 공조장치는 사용자의 냉방모드 키입력에 의해 냉방모드로 동작하고, 공조기 제어부(10)에 설치되는 입력장치(예, 키패드, 터치스크린 등) 또는 리모콘에 의해 입력되는 설정온도와 설정습도로 냉방한다.

단계 S2에서 공조기 제어부(70)는 온도센서(72)에서 감지되는 현재의 실내온도가 상기 공조기 제어부(10)의 입력장치에 의해 설정되는 설정온도와 같은지를 판단하고 같은 경우 단계 S3로 진행하고, 같지않은 경우 단계 S1으로 되돌아가서 그 이하 단계의 과정을 반복한다.

단계 S3에서, 공조기 제어부(70)는 습도센서(74)에서 감지한 현재 실내의 상대습도가 설정습도(예, 50%)보다 작거나 같은지를 판단한다. 현재의 실내습도가 설정습도(예, 50%)보다 작거나 같은 경우 실내에 입장한 사람들은 쾌적함을 느낄 수 있으므로 단계 S1으로 되돌아가서 실내온도를 설정온도로 낮추는 냉방운전 단계 S1의 과정과 그 이하의 단계를 반복한다.

단계 S3의 판단에서 상기 습도센서(74)에서 감지한 현재의 실내습도가 설정습도(예, 50%)보다 작지 않은 경우 단계 S4에서 공조기 제어부(70)는 입력장치(예를 들면, 터치스크린, 키보드 등)를 통해 설정습도를 낮추는 명령이 입력되는지를 판단한다. 설정온도를 낮추는 명령이 입력되지 않으면 단계 S1으로 되돌아가서 그 이하의 과정(단계 S1과 단계 S2 및 단계 S3)을 반복한다.

상기 단계 S4의 판단에서 설정습도를 낮추는 명령이 입력되면 단계 S5에서, 공조기 제어부(70)는 습도센서(74)로부터 실내공기의 습도를 입력받아 설정습도보다 높으면 온도센서(72)에서 감지되는 실내공기의 온도를 무시하고 상기 실내기(20)가 냉방운전을 계속하도록 제어하여 실내공기에서 습기를 제거하도록 제어한다.

단계 S6에서 공조기 제어부(70)는 입력장치에서 입력되어 설정된 습도편차(예를 들면, 2%)로 상기 설정습도와 현재 습도센서(74)에서 감지되는 실내습도의 차이를 나누어 그 나눈값에 해당하는 실내기 코일을 실내기 밸브에 연결하여 실내기(20)의 용량을 가변시켜 가동한다.

즉 상기 설정된 습도편차가 2% 이고, 설정습도와 현재 습도센서(74)에서 감지되는 실내습도의 차이가 6%인 경우 제1 내지 제3 실내기 밸브(50-1, 50-2, 50-3)를 전부 개방하여 제1 내지 제3 실내기 코일(21, 22, 23)이 상기 제1 내지 제3 실외기(10-1, 10-2, 10-3)에 연결되어 실내 공기를 냉방하여 제습하도록 제어한다.

대기가 수증기를 가질 수 있는 능력은 기온에 의해 정해지며, 어떤 온도에서 가질 수 있는 최대의 수증기를 가질 때, 즉 공기 중에 수증기가 최대로 포함되어 있을 때를 포화상태라 하고, 이때의 수증기압을 포화수증기압이라고 하며 도 4에 도시된 바와 같이 포화수증기압 곡선으로 나타낸다.

설정습도와 현재 습도센서(74)에서 감지되는 실내습도의 차이가 큰 경우 그 차이를 사용자가 입력한 습도편차로 나누어 그 몫에 비례하여 실내기 코일의 수를 증가시켜 정밀하게 제습함으로써 실내에 입장한 사람이 갑자기 증가하거나 여름철에 갑작스런 소나기 등에 의해 실내습도가 갑작스럽게 증가하여도 증가한 실내습도에 비례하여 실내기의 용량을 증가시켜 제습동작이 가능하다.

즉 실내기 코일의 수를 증가시켜 실내공기를 낮추도록 냉방하여 제습함으로써 실내공기로부터 갑작스럽게 증가한 습도를 제습하여 변화하는 실내습도에 맞추어 실내기의 제습용량을 효율적으로 제어할 수 있다.

그 다음 단계 S7에서 공조기 제어부(70)는 온도센서(72)에서 감지된 실내공기의 온도가 설정온도보다 낮은지를 판단하고, 상기 단계 S7의 판단에서 실내공기의 온도가 설정온도보다 낮지 않으면 단계 S1으로 되돌아가서 그 이하의 과정을 반복한다.

단계 S7의 판단에서 온도센서(72)에서 감지된 실내공기의 온도가 설정온도보다 낮으면 단계 S8에서 재열 실외기(30)와 재열 실내기(40)를 동작시켜 상기 실내기(20)에서 냉방되어 배출되는 공기를 가열하여 상대습도를 낮추어 실내공기의 상대습도가 쾌적한 습도로 떨어지도록 제어한다.

이때 공조기 제어부(70)는 입력장치에서 입력되어 설정된 재열온도편차(예를 들면, 0.2℃)로 상기 설정온도와 현재 온도센서(72)에서 감지되는 실내온도의 차이(예를 들면, 0.6℃)를 나누어 그 나눈값에 해당하는 재열실내기 코일의 수에 대응하는 재열실내기 밸브(60)를 개방하여 재열실외기(30)와 연결하여 재열실내기(40)의 용량을 가변시켜 가동한다.

즉 상기 설정된 냉방온도편차가 0.2℃ 이고, 설정온도와 현재 온도센서(74)에서 감지되는 실내온도의 차이가 0.6℃인 경우 설정온도와 실내온도의 차이 0.6℃를 앤방온도편차 0.2℃ 나눈값 3에 해당하는 제1 내지 제3 재열실내기밸브(60-1, 60-2, 60-3) 3대를 전부 개방하여 제1 내지 제3 재열실내기 코일(41, 42, 43)이 상기 재열 실외기(30)에 연결되어 실내기(20)에서 냉방되어 배출되는 공기를 가열하여 상대습도가 낮아지도록 제어한 후 단계 S1으로 되돌아가서 그 이하의 과정을 반복한다.

여기서 재열실내기 코일과 재열실내기 밸브가 3개인 경우에 대해 설명했지만 3개에 한정되지 않고 5개, 10개, 20개로 증가시켜 설정된 냉방온도편차가 0.2℃ 이고, 설정온도와 현재 온도센서(74)에서 감지되는 실내온도의 차이가 6℃인 경우 30개의 재열실내기코일을 30개의 재열실내기 밸브에 연결하여 30개의 재열실내기 코일이 재열 실외기에 연결되도록 하여 재열실내기의 용량을 가변시킬 수 있다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10-1,10-2,10-3: 제1 내지 제3 실외기 20: 실내기
21, 22, 23: 제1 내지 제3 실내기 코일 30: 재열 실외기
40: 재열 실내기 41,42,43: 제1 내지 제3 재열실내기 코일
50-1,50-2,50-3: 제1 내지 제3 실내기 밸브
60-1,60-2,60-3: 제1 내지 제3 재열 실내기밸브
70: 공조기 제어부 72: 온도센서
74: 습도센서 75: 입력장치
75a: 냉방온도편차 입력키 75b: 습도편차 입력키
75c: 재열온도편차 입력키 81: 환기 송풍팬
82: 급기 송풍팬

Claims (6)

1. 실외에 설치되어 실외공기와 열교환하는 다수의 실외기와;
   상기 다수의 실외기와 연결되어 열교환하여 실내 공기를 냉난방하는 실내기(20)와;
   상기 실내기 코일 중 각각 일정비율에 해당하는 실내기 코일을 차단하거나 통하도록 하는 다수의 실내기 밸브와;
   실외에 설치되어 냉매를 외부공기와 열교환하는 재열실외기(30)와;
   상기 재열실외기(30)와 연결되어 열교환하여 실내 공기를 가열하는 재열실내기(40)와;
   상기 재열실내기 코일 중 각각 일정비율에 해당하는 재열실내기 코일의 냉매를 차단하거나 통하도록 하는 다수의 재열실내기 밸브와;
   실내온도를 감지하는 온도센서(72)와;
   실내 습도를 감지하는 습도센서(74)와;
   상기 온도센서(72)와 습도센서(74)로부터 실내온도와 실내습도를 입력받아 사용자가 설정한 온도 및 습도가 되도록 다수의 실내기 밸브와 다수의 재열실내기 밸브를 제어하여 실내를 냉난방하고 재열하는 공조기 제어부(70)와;
   상기 다수의 실내기 밸브 중 하나의 실내기 밸브가 열리는 온도편차 및 습도편차를 입력하는 냉방온도편차 입력키(75a) 및 습도편차 입력키(75b)와 상기 다수의 재열실내기 밸브 중 하나의 재열실내기 밸브가 열리는 재열온도편차를 입력하는 재열온도편차 입력키(75c)를 구비하는 입력장치(75)와;
   실내공기를 흡입하는 환기 송풍팬(81)과;
   상기 실내기(20)에서 냉방되는 공기를 실내로 배출하는 급기 송풍팬(82)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 히트펌프 공조장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉매는 암모니아가스, 프레온 가스, 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 히트펌프 공조장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 공조기 제어부(70)는 상기 입력장치(75)의 냉방온도편차 입력키(75a) 에서 입력된 냉난방 온도편차로 설정온도와 상기 온도센서(72)에 감지된 실내온도의 차이를 나누어 그 나눈값에 의해 실내기(20)의 실내기 코일이 실내기 밸브(50)를 통해 실외기(10)에 연결되는 숫자 또는 비율을 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 히트펌프 공조장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 공조기 제어부(70)는 상기 입력장치(75)의 습도편차 입력키(75b) 에서 입력된 습도편차로 설정습도와 상기 습도센서(74)에 감지된 실내습도의 차이를 나누어 그 나눈값에 의해 실내기(20)의 실내기 코일이 실내기 밸브(50)를 통해 실외기(10)에 연결되는 숫자 또는 비율을 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 히트펌프 공조장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 공조기 제어부(70)는 상기 입력장치(75)의 재열온도편차 입력키(75c) 에서 입력된 재열온도편차로 설정온도와 상기 온도센서(74)에서 감지된 실내온도의 차이를 나누어 그 나눈값에 의해 재열실내기에서 발생하는 열량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 히트펌프 공조장치.
6. (a)공조기 제어부(70)가 입력장치(75)에 의해 입력되는 설정온도와 설정습도로 냉방하는 단계와;
   (b) 상기 습도센서(74)에서 감지한 현재의 실내습도가 설정습도보다 작지 않은 경우, 상기 공조기 제어부(70)는 입력장치에서 입력되어 설정된 습도편차로 상기 설정습도와 현재 습도센서(74)에서 감지되는 실내습도의 차이를 나누어 그 나눈값에 해당하는 실내기 코일을 실내기 밸브에 연결하여 실내기(20)의 용량을 가변시켜 제습 가동하는 단계와;
   (c) 공조기 제어부(70)는 온도센서(72)에서 감지된 실내공기의 온도가 설정온도보다 낮은지를 판단하고, 실내공기의 온도가 설정온도보다 낮으면 상기 입력장치(75)의 재열온도편차 입력키(75c)에서 입력되어 설정된 재열온도편차로 상기 설정온도와 현재 온도센서(72)에서 감지되는 실내온도의 차이를 나누어 그 나눈값에 해당하는 재열실내기 코일의 수에 대응하는 재열실내기 밸브(60)를 개방하여 재열실외기(30)와 연결하여 재열실내기(40)의 용량을 가변시켜 가동하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 히트펌프 공조장치의 제어방법.

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