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KR101176499B1 - 태양광을 이용한 공기조화기 - Google Patents

태양광을 이용한 공기조화기 Download PDF

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KR101176499B1
KR101176499B1 KR1020100025403A KR20100025403A KR101176499B1 KR 101176499 B1 KR101176499 B1 KR 101176499B1 KR 1020100025403 A KR1020100025403 A KR 1020100025403A KR 20100025403 A KR20100025403 A KR 20100025403A KR 101176499 B1 KR101176499 B1 KR 101176499B1
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unit
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이충희
최진탁
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양광을 이용한 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광을 이용한 공기조화기는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양 전지와, 열교환을 수행하는 실내기 및 실외기를 구비하고, 태양 전지에서 발전된 태양광 전력을 실내기로 공급하여, 대기 모드에서의 대기 전력, 태양광 자동운전 모드의 소비 전력, 및 냉방 운전 모드에서 보조 전력 중 적어도 하나로 사용한다. 이에 의해 상용 전력의 소비를 저감할 수 있게 된다.

Description

태양광을 이용한 공기조화기{Air conditioner using solar energy}
본 발명은 태양광을 이용한 공기조화기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 상용 전력의 소비를 저감할 수 있는 태양광을 이용한 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
한편, 공기조화기의 고성능과 고효율에 요구사항이 커짐에 따라, 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 상용 전력의 소비를 저감할 수 있는 태양광을 이용한 공기조화기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 태양광 전력을 실내기의 대기 전력으로 사용할 할 수 있는 태양광을 이용한 공기조화기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 태양과 전력을 이용하여 실내기의 태양광 자동운전 모드를 수행할 수 있는 태양광을 이용한 공기조화기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상용 교류 전원의 정전시 실내기 내부의 회로 소자를 보호할 수 있는 태양광을 이용한 공기조화기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 태양광 전력을 실외기의 제상 운전시에 사용할 수 있는 태양광을 이용한 공기조화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광을 이용한 공기조화기는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양 전지와, 열교환을 수행하는 실내기 및 실외기를 구비하고, 태양 전지에서 발전된 태양광 전력을 실내기로 공급하여, 대기 모드에서의 대기 전력, 태양광 자동운전 모드의 소비 전력, 및 냉방 운전 모드에서 보조 전력 중 적어도 하나로 사용한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광을 이용한 공기조화기는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양 전지와, 열교환을 수행하는 실내기와 실외기를 구비하고, 실내기는, 태양 전지로부터의 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버와, 상용 교류 전원의 입력을 스위칭하는 교류 전원 스위칭부와, 입력되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 레벨 변환된 직류 전원 및 컨버터에서 변환된 직류 전원 중 적어도 하나를 평활하는 평활 커패시터를 구비하며, 태양 전지에서 발전된 태양광 전력을 실내기로 공급하여, 대기 모드에서의 대기 전력, 태양광 자동운전 모드의 소비 전력, 및 냉방 운전 모드에서 보조 전력 중 적어도 하나로 사용한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광을 이용한 공기조화기는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양 전지와, 열교환을 수행하는 실내기 및 실외기를 구비하고, 태양 전지에서 발전된 태양광 전력을 적어도 일부를 실외기로 공급하여, 실외기에 공급되는 태양광 전력을 적어도 제상 모드에서의 소비 전력으로 사용한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 전력을 사용하여, 공기조화기 내의 실내기로 공급하여, 대기 모드에서의 대기 전력, 태양광 자동운전 모드의 소비 전력, 및 냉방 운전 모드에서 보조 전력 중 적어도 하나로 사용함으로써, 상용 전력의 소비를 저감할 수 있게 된다.
특히, 대기 모드에서 대기 전력으로 사용되는 경우, 상용 교류 전원의 공급을 차단함으로써, 실내기 내에서 상용 전력의 소비를 완전히 줄일 수 있게 된다.
한편, 냉방 운전 모드에서, 태양광 전력을 보조 전력으로 사용함으로서, 전력 소비 효율이 향상되게 된다.
그리고, 공기 청정 운전 모드, 자동 청소 모드, 조명 표시 모드, 디스플레이 표시 모드, 제습 모드 등의 태양광 자동운전 모드에서, 태양광 전력을 사용함으로써, 쾌적한 공기의 공급 등이 가능하게 되어, 사용자의 이용 편의성이 향상된다.
또한, 상용 교류 전원의 정전시에도, 비상적으로 태양광 전력을 사용할 수 있어, 실내기 내부의 회로 소자들의 안정성 등이 향상되게 된다.
또한, 태양광 전력을 온수 가열에도 사용하여, 다양한 에너지로서 활용할 수 있게 된다.
한편, 태양광 전력을 실외기에도 공급하여, 어큐뮬레이터 또는 열교환기에서의 제상 또는 제습시에도 사용가능하므로, 상용 전력의 소비를 저감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1의 공기조화기의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 태양전지를 확대한 도면이다.
도 4는 도 1의 실내기 내부의 일예를 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 4의 회로도를 간략히 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 실내기 내부의 다른예를 보여주는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 동작 순서도이다.
도 8 내지 도 19는 도 7의 실시예를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성도이고, 도 2는 도 1의 공기조화기의 개략도를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 태양전지를 확대한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 태양 전지(120), 실외기(150), 및 실내기(200)를 포함한다.
태양 전지(120)는, 태양으로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 태양 전지(120)는, 모듈 형태로서, 적어도 하나의 모듈로 구현되는 것이 가능하다.
한편, 태양 전지(120)는, 원활한 전기 에너지 변환을 위해, 실외기(150)의 상면에 부착되는 것이 바람직하다.
태양 전지(120)는, 도 3(a)와 같이, 실외기(150) 상에 전면에 부착되다가, 도 3(b)와 같이 이동 수단(155)에 의해 태양 전지(120)의 부착 각도 또는 부착 위치가 변경되는 것이 가능하다. 예를 들어, 태양과 태양 전지(120)가 직각을 이루도록 이동 수단(155)이 동작하는 것이 가능하다. 도면에서는, 태양 전지(120)의 각 측면에 복수의 이동 수단(155)이 배치되고, 복수의 이동 수단(155) 중 적어도 하나가 선택적으로 동작하는 것으로 예시한다. 이러한 이동 수단(155)은 모터로 구동되는 것이 가능하다.
한편, 이동 수단(155)의 동작은, 태양 전지(120)에서 전기적으로 변환된 직류 전원의 크기에 따라, 제어될 수 있다. 예를 들어, 태양 전지(120)에서 변환된 직류 전원이 소정 크기 이하인 경우, 태양 전지(120)의 부착 각도 또는 부착 위치가 변경하도록 이동 수단(155)이 동작하는 것이 가능하다. 그리고, 변경된 부착 각도 또는 부착 위치에 따라, 계속적으로 태양 전지(120)에서 변환된 직류 전원을 검출하여, 최적의 부착 각도 또는 부착 위치를 산출하여, 이동 수단(155)을 동작시키는 것이 가능하다.
이하에서는, 태양 전지(120)에서 변환되는 전기 에너지는 직류 전원인 것으로 기술한다.
실외기(150)는, 연결된 실내기(200)의 요구 또는 외부의 제어명령에 대응하여, 냉방모드 또는 난방모드로 동작되며, 실내기(200)로 냉매를 공급한다.
이를 위해, 실외기(150)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(152)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(152b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(154)와, 실외 열교환기(154)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(155a)과 실외팬(155a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(155)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(156)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(160)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(153) 등을 포함한다. 압축기(152)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 실외기(150)는, 냉매의 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력센서(미도시), 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
실내기(200)는, 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(208)와, 실내측 열교환기(208)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(209a)과 실내팬(209a)을 회전시키는 전동기(209b)로 이루어진 실내 송풍기(209) 등을 포함한다. 실내측 열교환기(208)는 적어도 하나가 설치될 수 있다.
또한, 실내기(200)는, 열교환된 공기를 토출하는 토출구(미도시), 토출구(미도시)를 여닫고 토출되는 공기의 방향을 제어하는 풍향조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 공기 흡입구(미도시)와 공기 토출구(미도시) 중 적어도 하나를 여닫음과 아울러 공기를 안내하는 베인이 설치될 수 있으며, 베인은 공기 흡입구와 공기 토출구를 여닫을 뿐 아니라, 흡입 공기와 토출 공기의 방향을 안내할 수도 있다.
한편, 실내기(200)는, 실내팬(209a)의 회전속도에 따라 흡입되는 공기 및 토출되는 공기를 제어함으로써, 풍량을 조절할 수 있다.
또한, 실내기(200)는, 실내기(200)의 운전상태 및 설정정보가 표시되는 표시부(미도시), 설정 데이터 입력을 위한 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 실내 온도를 감지하는 실내 온도 감지부(미도시), 실내 공간에 존재하는 인체를 감지하는 인체감지부(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도면에서는 실내기(200)로 스탠드형인 것을 예로 하여 설명하나, 천장형 또는 벽걸이형에도 가능하며, 실외기와 실내기의 구분이 없는 일체형 등 다양한 형태가 가능하다.
한편, 실내기(200)와 실외기(150) 사이는, 냉매배관으로 연결되며, 냉매의 순환에 따라 실내기(200)로부터 냉온의 공기가 실내로 토출된다. 이때, 하나의 실외기(150)에 복수의 실내기(200)가 연결될 수 있으며, 또한, 복수의 실외기에 각각 적어도 하나의 실내기가 연결되는 것도 가능하다.
또한, 실내기(200)와 실외기(150) 사이는, 통신선으로 연결되어 소정의 통신방식에 따라 제어명령을 송수신할 수 있다.
한편, 태양 전지(120)와 실내기(200) 사이는, 전원선으로 연결되어, 태양 전지(120)로부터의 전원이 실내기(200)로 전달될 수 있다.
도 4는 도 1의 실내기 내부의 일예를 보여주는 회로도이며, 도 5는 도 4의 회로도를 간략히 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 실내기(200)는, 교류 전원 스위칭부(215), dc/dc 컨버터(220), 컨버터(225), 인버터(230), 실내기 제어부(240), 팬 전동기(250)를 포함할 수 있다.
교류 전원 스위칭부(215)는, 상용 교류 전원(205)을 컨버터(225)로 공급하도록 스위칭 동작을 수행한다. 이를 위해, 교류 전원 스위칭부(215)는, 적어도 하나의 스위칭 소자를 구비한다. 도면에서는, 단상 교류 전원을 예시하며, 이를 위해 2개의 스위칭 소자(Sw1,Sw2)가 사용되는 것으로 예시한다. 한편, 상용 교류 전원(205)은 삼상 교류 전원도 가능하며, 이를 위해, 교류 전원 스위칭부(215)는 3 개의 스위칭 소자를 구비하는 것도 가능하다.
한편, 교류 전원 스위칭부(215) 내의 스위칭 소자(SW1,SW2)의 스위칭 동작은, 실내기 제어부(240)의 스위칭 제어 신호(S2)에 의해 제어될 수 있다. 교류 전원 스위칭부(215)의 동작에 대해서는, dc/dc 컨버터(220) 및 실내기 제어부(240) 등을 참조하여 후술한다.
dc/dc 컨버터(220)는, 태양 전지(120)로부터 공급되는 직류 전원을 레벨 변화시켜 dc 단 커패시터(Cdc)에 출력한다. 예를 들어, 태양 전지(120)에서 발전된 직류 전원을 승압시켜 출력할 수 있다.
이를 위해, dc/dc 컨버터(220)는, 스위칭 모드 전력 공급부(SMPS)(222), 출력 제어부(224) 등을 구비할 수 있다.
또한, dc/dc 컨버터(220)는, 도면에 도시된 바와 같이, 태양 전지(120)로 부터의 직류 전원의 일방향 도통을 위한 다이오드 소자(D1), 태양 전지(120)로부터의 직류 전원을 저장하는 커패시터(C1), 스위칭 모드 전력 공급부(222)에서 변환되어 출력되는 직류 전원을 저장하는 커패시터(C2), 및 변환된 직류 전원을 dc 단 커패시터(Cdc)로 공급하도록, 일방향 도통하는 다이오드 소자(D2), 및 스위칭 모드 전력 공급부(222)에 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자(SW3)를 더 구비할 수 있다.
또한, dc/dc 컨버터(220)는, 태양 전지(120)로부터 입력되는 직류 전원을 감지하는 입력 전압 감지부(A)와, 스위칭 모드 전력 공급부(222)에서 변환되어 출력되는 직류 전원을 감지하는 출력 전압 감지부(B)를 더 구비할 수 있다.
입력 전압 감지부(A)에서 감지된 입력 전압(Vd1)은 실내기 제어부(240)에 전달되어, 태양 전지(120)로부터 공급되는 태양광 전력 연산시 사용되게 된다. 도면에서는 도시하지 않았지만, 태양 전지(120)로부터 공급되는 입력 전류를 감지하는 입력 전류 감지부(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.
한편, 출력 전압 감지부(B)에서 감지된 출력 전압(Vd2)은 실내기 제어부(240) 또는 출력 제어부(224)에 전달될 수 있다. 감지된 출력 전압(Vd2)은, 스위칭 모드 전력 공급부(222)의 동작을 위해, 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자(SW3)의 스위칭 제어 신호(S1)의 생성에 사용될 수 있다. 또한, 실내기 제어부(240)에 전달된 감지된 출력 전압(Vd2)은, dc/dc 컨버터(220)에서 출력되는 전력 연산시 사용되게 된다.
한편, 도면에서는 dc/dc 컨버터(220)가 실내기(200) 내에 구비되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 태양 전지(120)와 함께 하나의 모듈로서 구현되는 것도 가능하다.
컨버터(225)는, 교류 전원 스위칭부(215)의 동작에 따라 상용 교류 전원(205)을 입력 받아, 직류 전원으로 변환한다. 이를 위해, 컨버터(225)는, 적어도 하나의 다이오드 소자 또는 적어도 하나의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 도 5에서는 다이오드 소자가 구비되는 것을 예시하나, 이에 한정되지 않는다.
인버터(230)는, 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해, dc 단 커패시터(Cdc)의 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수, 소정 크기의 교류 전원으로 변환하여 팬 전동기(250)에 출력한다.
인버터(230)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결될 수 있다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드 소자(Da,D'a,Db,D'b,Dc,D'c)가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터(230) 내의 스위칭 소자들은 실내기 제어부(240)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 각 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는 펄스폭이 가변되며, 이에 따라 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 전동기(250)에 출력되게 된다.
한편, 팬 전동기(250)는, 삼상 전동기일 수 있다. 팬 전동기(250)는, 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 팬 전동기(250)의 종류로는 BLDC(blushless DC) 전동기, synRM(Synchronous Reluctance Motor) 등 다양한 형태가 가능하다.
입력 전압 검출부(C)는 상용 교류 전원(205)으로부터의 입력 전압(vi)을 검출한다. 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 입력 전압(vi)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 실내기 제어부(240)에 인가될 수 있다. 입력 전압(vi)에 기초하여, 교류 전원 스위칭부(215)의 스위칭 동작 제어를 위한 스위칭 제어 신호(S2)가 생성될 수 있다. 또한, 입력 전압(vi)에 기초하여, 상용 교류 전원(205)의 정전 여부를 판단할 수도 있다.
dc 전압 검출부(D)는 dc 단 커패시터(Cdc)의 직류 전압(Vdc)을 검출한다. 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 dc 단 커패시터(Cdc)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 실내기 제어부(240)에 인가될 수 있으며, dc 단 커패시터(Cdc)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 충방전 스위칭 제어신호(Scc)가 생성된다.
한편, 출력 전류 검출부(E)는, 인버터(230)와 삼상 팬 전동기(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 전동기(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 전동기(250)의 삼상인 u,v,w 상의 출력 전류를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 한 상 또는 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(230)와 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)의 생성을 위해, 실내기 제어부(240)에 입력될 수 있다.
실내기 제어부(240)는, 실내기(200)의 다양한 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 실내기 제어부(240)는, 태양 전지(120)로부터 공급되는 태양광 전력이 필요 대기 전력 보다 큰 경우, 태양 전지(12)로부터 공급되는 직류 전원을 대기 모드에서의 대기 전원으로 사용하도록 제어하는 것이 가능하다.
실내기 제어부(240)는, 감지된 입력 전압(Vd1)이 제1 소정 전압(VH) 이상으로 감지되는 경우, 태양광 발전을 위해, dc/dc 컨버터(220) 내의 스위칭 소자(SW3)를 턴 온시켜, 승압된 전원이 출력되도록 스위칭 제어 신호(S1)를 출력한다. 출력된 승압 직류 전원은 dc 단 커패시터(Cdc)에 공급되게 된다. 또한, 실내기 제어부(24)는, 교류 전원 스위칭부(215) 내의 스위칭 소자(SW1,SW2)를 오프하도록 하는 스위칭 제어 신호(S2)를 출력한다.
이러한 대기 전력은, dc 단 커패시터(Cdc)에 저장되고, 스위칭 모드 전력 공급부(235)의 동작에 따라, 최소 전력, 즉, 필요 대기 전력만이 실내기 제어부(240)에 공급되게 된다.
한편, 실내기 제어부(240)는, 감지된 입력 전압(Vd1)이 제2 소정 전압(VL) 이하로 감지되는 경우, dc/dc 컨버터(220) 내의 스위칭 소자(SW3)를 턴 오프시켜, 태양 전지(120)로부터의 직류 전원이 dc 단 커패시터(Cdc)에 공급되는 것을 차단한다. 이러한 경우, 실내기 제어부(240)는, 대기 전력을 dc 단 커패시터(Cdc)에 공급하도록, 교류 전원 스위칭부(215)의 스위칭 소자(SW1,SW2)를 턴 온 시킬 수 있다.
또한, 예를 들어, 실내기 제어부(240)는, 태양 전지(120)로부터 공급되는 태양광 전력이 필요 대기 전력 보다 큰 경우, 교류 전원 스위칭부(215) 내의 스위칭 소자(SW1,SW2)를 온하도록 하는 스위칭 제어 신호(S2)를 출력한다. 이에 따라 상용 교류 전원(205)이 컨버터(225)에서 직류 전원으로 변화되어, dc 단 커패시터(Cdc)에 공급되게 된다. 한편, 이때, dc/dc 컨버터(220) 내의 스위칭 소자(SW3)는 턴 온되어, 태양 전지(120)로부터의 태양광 전력을 보조 전력으로서, dc 단 커패시터(Cdc)에 공급하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들어, 실내기 제어부(240)는, 태양 전지(120)로부터 공급되는 태양광 전력이 필요 대기 전력 보다 큰 상태에서, 리모컨 등의 입력부를 통해, 태양광 자동운전 모드로 설정된 경우, 태앙 전지(120)로부터 공급되는 태양광 전력을 태양광 자동운전 모드에서 사용하도록 제어할 수 있다.
도면에서는, 실내기 제어부(240)가 팬 모터(250)를 구동하기 위해, 인버터(230)를 제어하는 것만을 도시하나, 이외에, 태양광 자동운전 모드로서, 공기 청정을 위한 베인 구동(도 8 참조), 자동 청소 유닛 구동(도 9 참조), 조명부 제어(도 10 참조), 디스플레이부 제어(도 11, 도 12 참조), 다른 전자 기기 충전 제어(도 13, 도 14 참조), 제습 모드에서의 열선 제어(도 15 참조), 온수 이용한 제습 모드 제어(도 18 참조), 온수 이용한 난방 모드 제어(도 19 참조) 등을 수행할 수 있다. 이에 대해서는 도 7 이하를 참조하여 후술한다.
한편, 실내기 제어부(240)는, 태양광 자동운전 모드 동작 중 태양광 전력이 부족하게 되는 경우, 태양광 자동운전 모드를 일시 종료할 수 있다. 이후, 태양광 전력이 다시 태양광 자동운전 모드에서의 소비 전력 보다 커지게 되는 경우, 태양광 자동운전 모드가 다시 수행되도록 제어할 수 있다.
한편, 실내기 제어부(240)는, 팬 모터(250)를 구동하는 인버터(230) 제어를 위해, 추정부(미도시), 전류 지령 생성부(미도시), 전압 지령 생성부(미도시), 및 스위칭 제어신호 출력부(미도시)를 포함할 수 있다.
추정부(미도시)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(io)에 기초하여 전동기의 속도(v)를 추정한다. 또한, 회전자의 위치를 추정할 수도 있다. 이는 전동기(920)의 기계 방정식 및 전기 방정식을 서로 비교하여, 그에 따라 전동기의 속도(v)를 추정할 수 있다. 속도 추정시, 추정부(미도시)는, 삼상의 출력 전류(io)를 d축, q축 전류로 축변환하여 속도 추정을 수행할 수도 있다.
전류 지령 생성부(미도시)는 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)에 기초하여 전류 지령치(i* d,i* q)를 생성한다. 이를 위해, 전류 지령 생성부(미도시)는, 추정 속도(v)와 속도 지령치(v*)의 차이에 기초하여, PI 제어를 수행하는 PI 제어기(미도시)와, 전류 지령치(i* d,i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 구비할 수 있다.
전압 지령 생성부(미도시)는 검출된 출력 전류(io)와 연산된 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 이를 위해, 전압 지령 생성부(미도시)는, 검출된 출력 전류(io)와 연산된 전류 지령치(i* d,i* q)의 차이에 기초하여 PI 제어를 수행하는 PI 제어기(미도시)와, 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 구비할 수 있다.
스위칭 제어신호 출력부(미도시)는, 전압 지령치(v* d,v* q)를 기초로 하여, 최종적으로 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 전압 지령치(v* d,v* q)에 기초하여 공간 벡터 기법에 따라 스위칭 벡터 시간 정보(To,T1,T2)를 연산할 수 있으며, 연산된 스위칭 벡터 시간 정보(To,T1,T2)에 따라 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라 인버터(230) 내의 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)는 온/오프 스위칭 동작을 수행하게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 실내기(200) 하에서, dc/dc 컨버터(220)를 이용하여, 태양 전지(120)로부터의 직류 전원을 변환하여, dc 단 커패시터(Cdc)에 공급할 수 있어, 외부 전원을 효율적으로 dc 단 커패시터(Cdc)에 공급할 수 있게 된다.
한편, dc 단 커패시터(Cdc)는, 실내기(200) 하에서 태양 전지(120)로부터의 직류 전원 또는 상용 교류 전원(205)로부터의 직류 전원을 저장 또는 평활할 수 있다. 이러한, dc 단 커패시터(Cdc)의 전원은, 팬 전동기(250)의 구동에 사용되거나, 실내기 제어부(240)의 동작 전원에 사용될 수 있다.
한편, 도 4의 실내기(200)는, 실내기 제어부(240)가 팬 전동기(250)를 구동하기 위한 인버터(230)를 직접 제어하는 것으로 도시되나, 실내기 제어부(240)는 인버터(230)를 제외한 다른 dc/dc 컨버터(220), 교류 전원 스위칭부(215) 등을 제어하는 것이 가능하다. 이때, 팬 전동기(250)와, 인버터(230)와, 별도의 제어부(미도시)가 함께 모듈화되어, 별도의 제어부(미도시)가 인버터(230)를 제어하는 것도 가능하다. 이때, 인버터(230)가 사용하는 전압은, 도면에 도시된 바와 같이, dc 단 전압(Vdc)일 수 있다.
도 6은 도 1의 실내기 내부의 다른예를 보여주는 회로도이다.
도면을 참조하면, 도 6의 실내기(300)의 내부 회로도는, 도 4의 실내기(200)의 내부 회로도와 거의 유사하며, 다만, 충전부(310)가 더 구비된다는 점에서 차이가 있다. 이하에서는 그 차이를 중심으로 기술한다.
충전부(310)는, 충전 제어부(312)와 배터리(314)를 포함한다.
충전 제어부(312)는, 태양 전지(120)로부터의 직류 전원이 배터리(314)에 충전 또는 방전 되도록 제어한다. 또한, 과충전, 과방전을 제어하여, 배터리(314를 보호한다. 이를 위해, 충전 제어부(312)는, 배터리(314)의 직류 전원을 감지할 수 있다. 감지된 직류 전원은 실내기 제어부(340)에 입력되며, 배터리의 직류 전원 정보는, 스위칭 제어 신호(S1) 또는 스위칭 제어 신호(S2)의 생성에 사용될 수 있다. 또한, 감지된 직류 전원은 디스플레이부(미도시)에 표시될 수도 있다.
배터리(314)는, 충전 제어부(312)의 제어에 따라, 태양 전지(120)로부터의 직류 전원을 충전 또는 방전한다. 특히, 낮 동안에 태양 전지(120)에서 에너지 변화된 직류 전원을 충전한다.
한편, 배터리(314)에 저장된 직류 전원(Vbat)은, 상술한 바와 같이, 냉방 운전시 보조 전력으로 사용되거나, 대기 전력 모드에서 대기 전력으로서 사용되거나, 태양광 자동운전 모드에서의 전력으로 사용될 수 있다.
특히, 태양광 자동운전 모드 중, 다른 전자 기기 충전 제어(도 13, 도 14 참조) 등에서 주로 사용될 수 있다.
한편, 도면에서는 충전부(310)가 실내기(200) 내에 구비되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 태양 전지(120)와 함께 하나의 모듈로서 구현되는 것도 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 동작 순서도이며, 도 8 내지 도 19는 도 7의 실시예를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저, 냉방 운전 모드인지 여부를 판단한다(S705). 실내기 제어부(240), 사용자의 입력 또는 자동 설정에 따라, 실내기(200)가 냉방 운전 모드로 동작 중인 지 여부를 판단한다.
공기조화기(100)의 실내기(200)가 냉방 운전 모드인 경우, 바로 제740 단계(S740)가 수행된다. 즉, 태양 전지(120)로부터의 태양광 전력을 냉방 운전 모드에서 보조 전력으로서 사용한다(S740). 도 4를 참조하면, 교류 전원 스위칭부(315)와 dc/dc 컨버터(220)를 함께 동작시켜, dc단 커패시터(Cdc)에 태양광 전력과 상용 전력을 함께 공급되도록 한다.
이하의 수학식 1은, 냉방 운전시의 필요 전력과, 태양광 전력 및 상용 전력 간의 관계를 나타낸다.
Figure 112010018070393-pat00001
여기서, Pcd는 냉방 운전시 실내기에서 소비되는 냉방 운전 필요 전력을 나타내며, Pso는 태양 전지(120)로 부터 공급되는 태양광 전력을 나타내며, Pc는 상용 교류 전원(205)로부터 공급되는 상용 전력을 나타낸다.
이때, 냉방 운전 필요 전력(Pcd)이 일정하다는 전제하여, 태양광 전력(Pso)이 커지는 경우, 공급되는 상용 전력(Pc)의 크기는 작아질 수 있다. 이에 따라, 상용 전력(Pc)의 소비를 저감할 수 있게 된다.
한편, 공기조화기(100)의 실내기(200)가 냉방 운전 모드가 아닌 경우, 실내
기 제어부(240)는, 태양 전지(120)로부터의 태양광 전력(Pso)과 필요 대기 전력(Pst)을 비교하여, 태양광 전력(Pso)이 더 큰지 여부를 판단한다(S710).
여기서, 필요 대기 전력(Pst)은, 실내기의 동작 입력을 위한 리모콘 제어 신호를 수신하기 위한 소비 전력, 및 디스플레이부의 표시를 위한 소비전력의 합일 수 있다.
필요 대기 전력(Pst)이 태양광 전력(Pso) 보다 더 큰 경우, 바로 제745 단계(S745)가 수행된다. 즉, 실내기 제어부(240)는, dc단 커패시터(Cdc)에 필요 대기 전력을 공급하기 위해, 교류 전원 스위칭부(215) 내의 스위칭 소자(SW1,SW2)를 턴 온 하도록 제어한다. 이에 따라, 상용 교류 전원(205)이 컨버터(225)에서 직류 전원으로 변환되어, dc단 커패시터(Cdc)에 공급되게 된다.
한편, 태양광 전력(Pso)이 필요 대기 전력(Pst) 보다 더 큰 경우, 실내기 제
어부(240)는, 상용 교류 전원의 공급을 차단한다(S715). 즉, 태양광 전력(Pso)을 대기 모드 전력으로 사용한다. 실내기 제어부(240)는, dc단 커패시터(Cdc)에 상용 전력을 차단하기 위해, 교류 전원 스위칭부(215) 내의 스위칭 소자(SW1,SW2)를 턴 오프 하도록 제어한다. 결국, 태양광 전력(Pso)만이 dc단 커패시터(Cdc)에 공급되게 된다.
한편, 실내기 제어부(240)는, 태양광 자동운전 모드로 설정되었는 지 여부를 판단한다(S720). 리모컨의 입력에 의해, 또는 실내기(200)에 구비되는 로컬키의 입력의 의해, 다양한 모드 중 태양광 자동운전 모드가 설정될 수 있다.
한편, 태양광 자동운전 모드로 설정되지 않은 경우, 바로 제735 단계(S735)가 수행된다. 즉, 제715 단계(S715)에서 수행되는 대기 모드가 그대로 유지된다(S715). 이에 따라, 실내기 제어부(240)는, dc단 커패시터(Cdc)에 상용 전력을 차단하기 위해, 교류 전원 스위칭부(215) 내의 스위칭 소자(SW1,SW2)를 턴 오프 하도록 제어한다. 결국, 태양광 전력(Pso)만이 dc단 커패시터(Cdc)에 공급되게 된다.
한편, 태양광 자동운전 모드로 설정된 경우, 태양광 전력(Pso)이 태양광 자동운전 모드시의 필요 전력(Psa) 보다 큰 지 여부를 판단한다(S725).
태양광 전력(Pso)이 자동 운전 모드시의 필요 전력(Psa) 보다 큰 경우, 바로 태양광 자동운전 모드가 수행되게 된다(S730).
한편, 자동 운전 모드시의 필요 전력(Psa)이 태양광 전력(Pso) 보다 큰 경우, 제735 단계(S735)가 수행되어 대기 모드가 그대로 유지된다. 한편, 이후, 태양광 전력(Pso)이 자동 운전 모드시의 필요 전력(Psa)보다 다시 커지게 되는 경우, 제730 단계(S730)가 다시 수행되게 된다.
한편, 태양광 자동운전 모드는, 공기 청정 모드(도 8 참조), 자동 청소 모드(도 9 참조), 조명 표시 모드(도 10 참조), 디스플레이 표시 모드(도 11, 도 12 참조), 충전 모드(도 13, 도 14 참조), 열선을 이용한 제습 모드(도 15 참조), 온수 이용한 제습 모드(도 18 참조), 온수 이용한 난방 모드(도 19 참조) 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 태양광 자동운전 모드는, 실외기의 제상 모드(도 16 및 도 17 참조)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 각 태양광 운전 모드에 따른, 실내기(200) 등의 동작을 위주로 기술한다.
도 8은 실내기의 공기 청정 운전 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 공기 청정 운전 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Psa)이 공기 청정 운전 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Psa)을 이용하여, 실내기(200)의 팬 전동기(250)가 회전하고, 실내기(200)의 베인(810,815,820,825), 및 팝업(pop up) 윈도우(830)가 구동되어 개방된다. 한편, 냉방 사이클은 동작하지 않도록, 실외기(150)의 압축기((152))는 동작하지 않으며, 따라서, 실내기(200)의 열교환기(208)에서는 열교환이 수행되지 않고, 단순히 팬 전동기(250)의 동작에 따른 송풍 동작만이 수행된다.
도면에서는, 공기 흡입구가 실내기(200) 본체의 하부 양측에 배치되어, 하부 베인(815,825)이 개방되고, 공기 토출구가 실내기(200) 본체의 상부 양측에 배치되어, 상부 베인(810,820), 및 팝업 윈도우(830)가 개방되어, 공기가 실내로 토출되는 것을 예시한다.
이때, 공기 청정을 위해, 공기 흡입구 및 공기 토출구 중 적어도 일측에 각종 냄새와 유해 물질, 세균, 먼지, 바이러스 등을 제거 가능한, 녹차 헤파 필터, 백금 엔자임 필터, 토탈 바이러스 필터, 알러지 케어 필터 중 적어도 하나가 구비될 수 있다. 또한, 나노 플라즈마 이온을 이용하여, 제균을 수행하는 것도 가능하다. 이에 따라, 쾌적한 공기가 실내로 토출되어 공기 청정 운전이 수행되게 된다.
한편, 베인(810,820)에 의한 풍향 조절이 가능하며, 팬 전동기(209)에 의한 풍량 조절도 가능하다. 특히, 실내기(200)에 부착되는 적외선 센서(미도시) 등을 이용하여, 사용자의 위치를 감지하고, 사용자의 위치에 맞게 풍향 조절 또는 풍량 조절을 할 수 있다. 예를 들어, 실내기(200)와 사용자가 가까우면 풍향을 약하게 하고, 사용자가 멀리 있으면, 풍향을 강하게 하는 것이 가능하다.
도 9는 실내기의 자동 청소 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 자동 청소 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 자동 청소 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 실내기(200)의 하부의 양측의 공기 흡입구 근방에 설치되는 필터(910,915)의 자동 청소를 위해, 자동 청소 유닛(920,925)이 각각 구동하게 된다. 필터(910,915)가 상하 방향으로 설치되는 경우, 자동 청소 유닛(920,925)은, 상하 방향으로 구동되게 된다. 이에 따라, 필터(910,915)에 쌓인 먼지 등을 자동 청소 유닛(920,925)이 제거하게 된다.
한편, 자동 청소 유닛(920,925)이 제거한 먼지 등을 수집하기 위해 이물질 수집부(930)가 도면과 별도로 예시될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 자동 청소 유닛(920,9925)에 함께 구비되는 것도 가능하다.
이에 따라, 먼지가 제거된 공기가 실내기(200) 내부의 필터(940)를 통해, 공기 토출구 방향으로 흡입되게 되며, 냉방 운전 모드 또는 공기 청정 모드에서, 팬 전동기(250)의 동작에 따라 공기 토출구에서 쾌적한 공기가 토출되게 된다.
도 10은 실내기의 조명 표시 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 조명 표시 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 조명 표시 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력을 이용하여, 실내기(200)에 구비되는 조명부(1010,1020)를 동작시킨다.
조명부(1010,1020)는, 조명 램프(미도시), 및 조명 램프로 부터의 광을 확산하기 위한 도광부(미도시)를 구비할 수 있다. 조명 램프(미도시)는, 복수의 LED(Light Emitting Diode) 일 수 있으며, 도광부(미도시)는, 크리스탈 등의 소자가 사용될 수 있다.
즉, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 조명 램프(미도시)를 턴 온할 수 있다. 예를 들어, 낮 동안에, 충전부(310)에 저장된 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 밤에 조명 램프(미도시)를 바로 턴 온 할 수 있다. 이에 따라 별도의 상용 전력 소비 없이 간단하게 실내기(200)의 조명 모드를 동작시킬 수 있게 된다.
한편, 조명 램프(미도시)로 LED가 사용되는 경우, 주위 환경 등에 따라, 무드 조명, 즉 광의 세기를 달리하는 디밍(dimming) 구동도 가능하다. 예를 들어, 실내 조도가 높은 경우, 조명 램프의 광의 세기를 약하게 하며, 실내 조도가 낮은 경우, 조명 램프의 광의 세기를 강하도록 할 수 있다. 이러한, 디밍 구동은, LED에 구동 전원을 공급하는 디밍 구동용 인버터(미도시)를 사용함으로써 구현될 수 있다. 디밍 구동용 인버터(미도시)는 상술한 dc 단 커패시터(Cdc)에 접속되어 구동되는 것이 가능하다.
한편, 상용 교류 전원이 정전되는 경우에도, 태양광 전력을 이용하여, 실내기(200)에 구비되는 조명부(1010,1020)를 동작시킬 수 있다.
도 4 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 상용 교류 전원의 입력 전압을 감지하는 입력 전압 감지부(C)에서 교류 전원이 감지되지 않는 경우, 실내기 제어부(240)는, 정전으로 판단하고, 충전부(310)에 저장된 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 실내기(200)에 구비되는 조명부(1010,1020)를 동작시킬 수 있다.
실내기 제어부(240)에서의 정전 판단 방법은, 예를 들어, 입력 전압 감지부(C)에서 일정 시간 이상 동안, 입력 전압(vi)이 감지되지 않는 경우, 정전이라 판단한다. 한편, 정전 판단 오류를 방지하기 위해, 교류 전원 스위칭부(215) 내의 스위칭 소자(SW1,SW2)는 턴 온인 것이 바람직하다.
한편, 상용 교류 전원의 정전이 해제되는 경우, 조명 모드는 해제될 수 있다. 즉, 조명부(1010,1020) 내의 조명 램프는 턴 오프될 수 있다.
도 11은 실내기의 디스플레이 표시 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 디스플레이 표시 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 디스플레이 표시 모드의 필
요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 실내기(200)에 구비되는 디스플레이부(1110)를 동작시켜 소정 정보 또는 영상을 표시시킨다.
디스플레이부(1110)는, LCD, PDP,OLED 등으로 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이부(1110)는, 터치 스크린으로 구비되어, 입력부로서 기능을 함께 수행할 수도 있다. 디스플레이부(1110)는, 태양광 전력을 이용하여, 실내기 동작 정보 등을 표시할 수 있다.
도면에서는, 실내기의 동작 정보 외에, 외부 날씨 정보를 표시하는 것을 예시한다. 예를 들어, 태양 전지(120)로부터 입력되는 직류 전원(vd1 또는 vd2)을 감지하여, 직류 전원(vd1)의 크기에 따라, 외부 날씨 상태를 파악하는 것이 가능하다.
실내기 제어부(240)는, 감지된 직류 전원(vd1 또는 vd2)이 제1 기준치 이상인 경우, 외부 날씨가 "맑음"인 것으로 파악하고, 디스플레이부(1110)에 맑음 정보(1115)를 표시할 수 있다. 또한, 감지된 직류 전원(vd1 또는 vd2)이 제1 기준치 미만이며, 제2 기준치 이상인 경우, 외부 날씨가 "흐림'인 것으로 파악하고, 디스플레이부(1110)에 흐림 정보(1125)를 표시할 수 있다. 또한, 감지된 직류 전원(vd1 또는 vd2)이 제3 기준치 미만인 경우, 외부 날씨가 "비'인 것으로 파악하고, 디스플레이부(1110)에 비 정보(1135)를 표시할 수 있다.
이러한, 외부 날씨 표시를 참고하여, 설정된 로직에 의해 제습 동작 또는 인공 지능 동작이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 외부 날씨가 "맑음"인 것으로 판단되면, 냉방 운전이 자동으로 수행될 수 있으며, 외부 날씨가 "흐림"인 것으로 판단되면, 실내 설정 온도 값을 변경하여 냉방 운전이 수행될 수 있으며, 외부 날씨가 "비"인 것으로 판단되면, 제습 운전이 자동으로 수행될 수 있다.
한편, 외부 날씨가 "흐림", 또는 "비"인 경우, 디스플레이부(1110)의 구동에 사용되는 태양광 전력(Pso)은 충전부(310)에 저장된 전력인 것이 바람직하다.
도 12는 실내기의 전자 액자 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 전자 액자 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 전자 액자 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 실내기(200)에 구비되는 디스플레이부(1110)를 전자 액자 모드로 동작시킨다.
전자 액자 모드는, 소정 정지 영상을 디스플레이부(1110)에 표시하는 것은 물론, 동영상 표시, 오디오 출력, 날씨, 주식, 생활 정보 등을 포함하는 인터넷 웹 화면 표시, 시계 표시, 달력 표시 등이 구현될 수도 있다.
이러한 정보 표시 및 오디오 출력 등을 위해, 태양광 전력(Pso)이 사용되는 경우, 실내기(200)에 상용 교류 전원(205)이 공급되지 않아도 이용이 가능하므로, 상용 전력(Pc)의 소비가 줄어드는 이점이 있다.
도 13 및 도 14는 실내기의 충전 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 충전 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 충전 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 실내기(200)에 구비되는 충전 커넥터(1310)에 충전 전압을 공급한다.
이를 위해, 실내기(200)는, 충전부(310), dc/dc 컨버터(1410), 및 충전 커넥터(1310)를 구비할 수 있다. 충전부(310)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 충전 제어부(312)와, 배터리(314)를 구비할 수 있다.
한편, 충전부(310)에서 저장된 직류 전원 또는 태양 전지(120)로부터 공급되는 직류 전원은, dc/dc 컨버터(1410)에서 레벨 변환되어, 바로 충전 커넥터(1310)에 제공될 수 있다. 이러한, dc/dc 컨버터(1410)는, 도 4의 dc/dc 컨버터(220) 또는 도 6의 dc/dc 컨버터(320)와 동일할 수 있다.
한편, 충전 커넥터(1310)에 공급되는 직류 전원은, dc단 커패시터(Cdc)의 직류 전원이 스위칭 모드 전력 공급부(SMPS)에서 전압 강압된 것일 수 있다. 예를 들어, 충전 커넥터(1310)에 공급되는 직류 전원은 대략 12V의 직류 전원일 수 있다.
이러한 직류 전원이 충전 커넥터(1310)에 공급됨에 따라, 다른 전자기기를 충전할 수 있다. 예를 들어, 도면과 같이 휴대폰(1320) 내의 밧데리가 충전되거나, 손전등 내의 밧데리 등이 충전될 수 있다.
한편, 실내기 제어부는, dc/dc 컨버터(1410)에서 출력되는 직류 전원(vd2)이 제1 기준치에 이하이거나 또는 충전부(310)에 충전된 직류 전원(vd2)이 제2 기준치 이하인 경우, dc/dc 컨버터(1410)를 동작하지 않도록 제어하여, 해당 직류 전원(vd2)이 충전 커넥터(1310)로 공급되지 않도록 제어할 수 있다.
또한, 다른 전자기기의 충전 도중에 전력이 부족한 경우에도 마찬가지로, 해당 직류 전원(vd2)이 충전 커넥터(1310)로 공급되지 않도록 제어한다. 한편, 디스플레이부(미도시)에는 다른 전자기기에 충전되는 충전량을 표시하는 것이 가능하며, 특히, 다른 전자기기의 충전 도중에 전력이 부족한 경우, 중단된 충전량을 표시하는 것도 가능하다. 이러한 충전량은, dc/ dc 컨버터(1410)의 출력 전압 감지부(B)로부터의 출력 전압(vd2)에 의한 전력을 기초로 하여, 연산될 수 있다.
한편, 충전 중단 후 다시, 태양 전지(120)로부터 또는 충전부(310)로부터 충분한 전력이 공급되는 경우, 충전 커넥터(1310)로 직류 전원(vd2)이 다시 공급되게 된다.
이와 같이, 태양광을 이용하여, 다른 전자기기를 충전할 수 있어, 전력 소비의 저감을 실현할 수 있게 된다.
도 15는 실내기의 열선을 이용한 제습 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 충전 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 열선을 이용한 제습 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 실내기(200)의 열교환기(208) 상에 부착되는 열선(1510)을 동작시킨다.
실내기(200)의 열교환기(208)는 더운 여름에 냉방 사이클로 동작하고, 추운 겨울에 난방 사이클로 동작할 수 있다.
냉방 사이클로 동작하는 경우, 열교환기(208) 주변에는 습기가 차게 되고, 건조시키지 않고 방치하였을 경우 악취 및 곰팡이 또는 세균의 번식쳐가 된다. 이를 해소하기 위해, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 열교환기(208) 상에 부착되는 열선(1510)을 동작시킨다. 구체적으로는, 열선(150)에 전기 에너지를 공급하기 위한, 스위칭 소자(미도시)를 턴 온 시킨다. 이에 따라, 열교환기(208)는 건조 또는 살균될 수 있다.
한편, 난방 사이클로 동작하는 경우, 실내기(200)의 열교환기(208)에는 따뜻한 공기가 생성되며, 이때 열선(1510)을 동작시키는 경우, 추가적으로 보조 히터의 기능을 수행할 수 있다.
도 8(b)는, 열선의 동작과 더불어, 상술한 바와 같이, 베인(80,815,820,825)이 개방되거나 팝업 윈도우(830)가 개방되어, 온풍이 실내로 토출되는 것이 개시된다. 이러한 동작은, 여름철의 건조 살균시 또는 겨울철의 난방시에 수행될 수 있다.
한편, 이러한 열선을 이용한 제습 모드는, 별도의 충전부 없이 태양 전지(120)로부터의 직류 전원(vd1 또는 vd2)을 이용하여 동작하는 것이 가능하다.
도 16 및 도 17은 실외기의 제상 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 태양광 전력을 이용하여, 실외기(150)의 제상 모드를 수행하는 것도 가능하다.
예를 들어, 공기조화기(100)가 히트 펌프로서 동작하는 경우, 냉/난방 절환밸브(160)는 전기적인 신호에 따라서 방향상이 결정된다. 냉방운전인 경우, 압축기(152)에서 나온 고온 고압의 냉매를 실외기(150)로 보내 열을 발산하도록 하고, 난방운전인 경우, 냉매를 실내기(200)로 보내어 열을 발산하도록 한다.
이러한, 난방 운전이 동작되는 겨울에는, 실외 온도가 낮아져, 실외기(150)의 열교환기(154) 표면에 서리가 쌓일 수 있으며, 이에 따라, 냉매의 온도가 영하로 내려가 증발 온도가 낮아지게 되며, 난방 능력이 저하될 수도 있다. 이를 해소하기 위해서는, 난방 운전 중, 실내기(200)의 풍량을 정지시키고, 일시적으로 냉방 사이클을 수행할 수 있으나, 이러한 경우 상당한 양의 상용 전력이 소모되게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 실내기(200)의 난방 동작시, 태양광 전력(Pso)을 이용하여 간편하게, 실외기(150)의 제상 모드를 수행하는 것으로 한다.
이를 위해, 실외기(150)는, 어큐뮬레이터(153) 또는 실외기 증발기(154) 상에 코일 또는 열선이 배치되는 것이 가능하다. 열선의 동작은 도 15의 상세한 설명을 참조하여 생략한다.
한편, 어큐뮬레이터(153) 또는 실외기 증발기(154) 상에 코일이 배치되는 경우, 이러한 코일은 유도 가열 코일(Lr)일 수 있다. 도 17은, 유도 가열 코일(Lr)을 구비하는 실외기(150)의 회로도를 예시한다.
도 17을 참조하면, 실외기(150)는, 충전부(1710), dc/dc 컨버터(1720), 인버터(1730), 실외기 제어부(1740), 및 유도 가열부(1750)를 구비할 수 있다.
충전부(1710)와, dc/dc 컨버터(1720)는 태양광 전력을 이용하요 충전하거나, 그 레벨을 변화시키는 것으로서, 상술한 내용을 참조한다.
인버터(1730)는, 각각 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해, 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환한다.
인버터(1730)는, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa) 및 하암 스위칭 소자(S'a)를 구비한다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. 또한, 각 스위칭 소자(Sa,S'a)에는 스너버 커패시터가 각각 병렬로 연결될 수 있다.
인버터(1730) 내의 스위칭 소자들(Sa,S'a)은, 실외기 제어부(1740)로부터의 스위칭 제어신호(Src)에 기초하여, 턴 온/ 턴 오프 동작을 하게 된다. 이때, 스위칭 소자들(Sa,S'a)은, 서로 상보적으로 동작할 수도 있다.
한편, 유도 가열부(1750)는, 유도 가열 코일(Lr)과, 공진을 위해 유도 가열 코일(Lr)에 접속되는 공진 커패시터(Cr)을 구비할 수 있다. 또한, 인버터(1730)으로부터의 고주파 전류의 공급하기 위한 스위칭 소자(SW5)를 더 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실외기(150) 내부의 어큐뮬레이터(153) 또는 실외기 증발기(154) 상에 유도 가열 코일(Lr)이 배치된 상태에서, 유도 가열 코일(Lr)에 고주파 교류 전원이 공급되는 경우, 유도 가열 코일(Lr)과 공진 커패시터(Cr)에 의한 공진에 의해, 유도 가열 코일(Lr)에 자기장이 발생하며, 자기장에 의한 전자기 유도 효과로 인하여, 어큐뮬레이터(153) 또는 실외기 증발기(154)에 와전류(Eddy current)가 유도되게 된다. 이 와전류에 의해 어큐뮬레이터(153) 또는 실외기 증발기(154)에서 주울(Joul) 열이 발생되어 가열되게 된다.
한편, 실외기 제어부(1740)는 실외기 전반의 제어 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인버터(1730)의 제어를 위해, 펄스 폭 변조(PWm) 방식에 따른 스위칭 제어 신호(Src)를 출력할 수 있다.
한편, 실외기 제어부(1740)는, 유도 가열 코일(Lr) 부근의 온도를 감지하는 온도를 감지하는 온도 감지부(미도시)와, 출력 전류 검출부(G)에서의 검출된 출력 전류(ir)에 기초하여, 이상시 인버터(1730)의 동작을 중지시킬 수도 있다.
이와 같이, 실외기(200)의 제상 모드 동작에 의해, 상용 전력의 소비를 저감하면서, 간단하게 제상 동작을 수행할 수 있게 된다.
도 18은 온수를 이용한 제습 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 온수를 이용한 제습 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 온수를 이용한 제습 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 제습 모드룰 수행한다.
즉, 태양 전지(120)로부터의 에너지를 이용하여, 온수 배관(1810) 내의 물을 가열시킬 수 있으며, 온수 밸브(1820)의 동작에 따라, 가열된 온수가 실내기(200)로 공급될 수 있다. 가열된 온수는 도 15와 유사하게, 열교환기(208) 상에 배치되는 온수 배관(미도시)을 통해 흘러, 온풍이 실내로 토출되도록 하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 먼저 냉방 사이클 운전을 수행한 후, 제습 운전을 수행할 수 있다. 즉, 설정된 목표 습도에 따라 냉방 사이클을 운전한다. 한편, 목표 습도보다 현재 습도가 낮으면 냉방 사이클 운전을 정지한다.
다음, 실내 온도가 일정하게 유지되도록 하기 위해, 실내 온도를 확인하여, 온도가 내려가면, 온수 밸브(1820)를 개방하여 온도 하강을 방지하고, 실내 온도가 상승하면, 온수 밸브(1820)를 닫는다. 한편, 이를 위해, 실내기(200)는, 습도 센서, 및 온도 센서를 더 구비할 수 있다.
이러한 제습 모드는, 냉방 사이클만 수행되는 제습 운전과 달리, 차가운 공기가 아닌 따뜻한 공기를 실내로 토출할 수 있어, 일정 온도 하에 제습 운전을 수행할 수 있다.
도 19는 온수를 이용한 난방 모드를 예시한다.
도면을 참조하면, 상술한 바와 같이, 태양광 자동운전 모드, 특히 온수를 이용한 난방 모드가 설정된 상태에서, 태양광 전력(Pso)이 온수를 이용한 난방 모드의 필요 전력 보다 큰 경우, 태양광 전력(Pso)을 이용하여, 난방 모드룰 수행한다.
도 19의 난방 모드는 도 18과 유사하나, 보일러(1930) 또는 실내기(200)로의 온수 공급 절환을 수행하는 절환부(1920)를 구비한다는 점에서 그 차이가 있다.
보일러(1930)로 태양광 전력에 따른 온수 공급이 제공되므로, 제공된 온수를 바닥 난방 등에서 사용할 수 있다.
한편, 도면에서는 태양 전지(120) 만을 도시하나, 온수 가열을 위해, 태양 전지(120)의 일면에는 태양열 집열판(미도시)이 설치될 수 있다.
태양열 집열판(미도시)에서 받은 열에너지를 온수 배관(1920)을 통해 실내기(200)의 열교환기(208)로 전달하여 따뜻한 바람을 실내로 제공하고, 일부 에너지는 온수 배관(1915)를 통해 보일러(1930)로 전달하여 따뜻한 바닥난방을 하면서 최적 효율 난방시스템을 구현할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 태양광을 이용한 공기조화기는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (26)

  1. 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양 전지와, 열교환을 수행하는 실내기 및 실외기를 구비하고,
    상기 태양광 전력이, 상기 냉방 운전시의 보조 전력 보다 큰 경우, 상용 교류 전원으로부터의 상용 전력과, 상기 태양 전지에서 발전된 태양광 전력을, 상기 실내기의 냉방 운전시의 필요 전력으로 사용하며,
    상기 실내기는,
    상기 실내기의 냉방 운전시,
    상기 태양 전지로부터의 상기 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터;
    상기 상용 교류 전원의 입력을 스위칭하는 교류 전원 스위칭부;
    상기 입력되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터; 및
    상기 레벨 변환된 직류 전원 및 상기 컨버터에서 변환된 직류 전원을 평활하는 평활 커패시터;
    복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 평활 커패시터의 직류 전원을 상기 스위칭 소자의 동작에 의해, 소정 주파수의 교류 전원으로 출력하여, 팬 모터를 구동하는 인버터; 및
    상기 인버터를 제어하는 실내기 제어부;를 구비하며,
    상기 태양광 전력이 상기 냉방 운전시의 보조 전력 보다 작으나, 상기 대기 전력 보다 큰 경우, 또는 상기 태양광 전력이 상기 냉방 운전시의 보조 전력 보다 작으나, 태양광 자동운전 모드의 소비 전력 보다 큰 경우,
    상기 dc/dc 컨버터에서 출력되는 직류 전원은 상기 평활 커패시터에 공급되고, 상기 교류 전원 스위칭부 내의 스위칭 소자는 턴 오프되어, 상기 상용 교류 전원이 상기 컨버터로 공급되지 않으며,
    상기 태양광 자동운전 모드는,
    공기 청정 운전 모드, 자동 청소 모드, 조명 표시 모드, 디스플레이 표시 모드, 제습 모드, 전자 액자 모드, 충전 모드, 제습 모드, 난방 모드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지는,
    상기 실외기 상면에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지는,
    상기 실외기 상면에 부착되며, 이동 수단에 의해 부착 각도 또는 부착 위치가 가변하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 상기 태양광 전력이 부족한 경우, 상기 태양광 자동운전 모드를 일시 정지하고,
    상기 태양광 전력이 상기 태양광 자동운전 모드에서의 소비 전력 보다 커지게 되는 경우, 상기 태양광 자동운전 모드에 다시 진입하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 상기 공기 청정 운전 모드 동작시,
    상기 태양광 전력은, 상기 실내기의 베인 및 팝업 윈도우 중 적어도 하나의 개방 및 상기 실내기의 팬 전동기의 구동에 사용되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 자동 청소 모드 동작시,
    상기 태양광 전력은, 상기 실내의기 흡입구에 배치되는 필터에 부착된 부착물을 이탈시키는 자동 청소 유닛의 구동에 사용되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 상기 조명 표시 모드 동작시 또는 상기 실내기로 공급되는 상용 교류 전원의 정전시,
    상기 태양광 전력은, 상기 실내기 본체에 배치되어 광을 방출하는 조명 램프의 구동에 사용되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 상기 디스플레이 표시 모드 동작시,
    상기 태양광 전력은, 상기 실내기의 디스플레이부의 구동에 사용되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    상기 태양광 전력에 따라 산출된 외부 날씨 정보를 표시하거나, 상기 실내기의 동작 정보를 표시하거나, 소정 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 태양광으로부터의 상기 직류 전원을 충전하는 충전부를 더 구비하고,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 충전 모드 동작시,
    상기 충전부에 저장된 태양광 전력은, 상기 실내기의 충전 커넥터로 공급되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 상기 제습 모드 동작시,
    상기 태양광 전력은, 상기 실내기의 열교환기 상에 부착되는 열선에 공급되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 상기 제습 모드 동작시,
    상기 태양광 전력은, 상기 실내기의 열교환기 상에 부착되는 온수 배관 내의 물을 가열하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 자동운전 모드 중 상기 난방 모드 동작시,
    상기 태양광 전력은, 보일러 내의 온수 배관 내의 물을 가열하는 것에 사용되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서,
    상기 실내기는,
    상기 태양 전지로부터의 상기 직류 전원을 충전하는 충전부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 상용 교류 전원이 정전되는 경우,
    상기 충전부에 저장된 직류 전원 또는 상기 태양 전지로부터의 직류 전원이 상기 dc/dc 컨버터에서 레벨 변환되어 상기 평활 커패시터에 공급되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 전력이, 상기 냉방 운전시의 보조 전력 보다 작으나, 태양광 자동 운전 모드시의 필요 소비 전력 보다 큰 경우, 상기 태양광 전력은 상기 태양광 자동 운전 모드의 소비전력으로 사용되며,
    상기 태양 전지에서 발전된 태양광 전력 중 적어도 일부를 상기 실외기로 공급하여, 상기 실외기에 공급되는 태양광 전력을 상기 태양광 자동 운전 모드 중 제상 모드에서의 소비 전력으로 사용하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 실외기는,
    상기 제상 모드에서,
    상기 태양 전지로부터의 상기 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터;
    복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 래벨 변환된 직류 전원을 상기 스위칭 소자의 동작에 의해, 소정 주파수의 교류 전원을 출력하는 인버터; 및
    상기 인버터에서 출력되는 교류 전원을 입력받아, 가열을 유도하는 유도 가열 코일;을 구비하며,
    상기 유도 가열 코일은 상기 실외기의 어큐뮬레이터 또는 열교환기에 부착되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 공기조화기.
  24. 삭제
  25. 제1항에 있어서,
    상기 실내기 제어부는,
    상기 팬 모터에 흐르는 출력 전류에 기초하여 상기 팬 모터의 속도를 추정하는 추정부;
    상기 추정 속도와 속도 지령치에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령치 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 출력 전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령치 생성부;
    상기 전압 지령치에 기초하여 상기 인버터를 제어하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 실내기 제어부는,
    상기 dc/dc 컨버터와 상기 교류 전원 스위칭부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 전동기 제어장치.
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