KR101901946B1 - 노이즈 제거 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노이즈 제거에 관한 것으로 특히, 대기전력 저감 기능을 가지는 노이즈 제거 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 공기 조화기의 노이즈 제거 장치에 있어서, 일측 단이 교류 전원부와 연결되고 타측 단은 공기 조화기의 실내기 및 실외기와 각각 연결되는 노이즈 필터; 상기 노이즈 필터와 상기 실외기 사이에 위치하는 릴레이 회로; 및 상기 실내기에 위치하여 상기 릴레이 회로를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

노이즈 제거 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Apparatus for removing noise and air conditioner including the same}
본 발명은 노이즈 제거에 관한 것으로 특히, 대기전력 저감 기능을 가지는 노이즈 제거 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.
이와 같은 직류-직류 컨버터와 인버터는 고속으로 스위칭하는 스위칭 소자들을 이용하여 전력을 변환하는데, 이러한 과정에서 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI) 노이즈가 발생할 수 있다.
또한, 전기 기기가 점점 스마트 기능을 포함하도록 진화되면서 고속 스위칭에 의한 EMI 노이즈는 점점 악화되고 대기전력 또한 더불어 악화되는 추세이다. 이러한 EMI 노이즈를 제거하기 위한 기존 구조로는 EMI 코어를 추가하고 대기 전력이 낮은 부품을 사용하는 방법을 이용하고 있다.
한편, EMI 노이즈를 제거할 수 있는 일반적인 노이즈 필터(Noise filter)는 단지 단부에서 들어오고 나가는 노이즈를 제거하는 역할을 수행할 수 있고, 그 가격 때문에 공기 조화기에서는 사용하고 있지 않고 있는 실정이다.
이러한 노이즈 필터를 이용할 경우에 대기전력은 소폭 증가할 수 있으나, 공기 조화기의 대기전력의 평균은 대략 0.9 내지 1 W 사이로서, 1등급 기준인 1 W에 대비해서 여유가 없는 상태이다.
따라서, 이러한 EMI 노이즈를 제거하면서 대기전력을 개선할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공기 조화기의 전원단에서 EMI 노이즈의 제거 성능을 향상시킬 수 있는 노이즈 제거 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
또한, 이와 더불어, 대기전력을 개선할 수 있는 노이즈 제거 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 공기 조화기의 노이즈 제거 장치에 있어서, 일측 단이 교류 전원부와 연결되고 타측 단은 공기 조화기의 실내기 및 실외기와 각각 연결되는 노이즈 필터; 상기 노이즈 필터와 상기 실외기 사이에 위치하는 릴레이 회로; 및 상기 실내기에 위치하여 상기 릴레이 회로를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 노이즈 필터는 인덕터가 결합된 접지단을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 노이즈 필터는, 낮은 주파수 대역의 노이즈를 제거하기 위한 저주파 노이즈 필터부; 및 상기 낮은 주파수 대역보다 상대적으로 높은 주파수 대역의 노이즈를 제거하기 위한 고주파 노이즈 필터부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 저주파 노이즈 필터부는, 두 개의 인덕터 사이에 제1캐패시터가 구비되는 LCL 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 고주파 노이즈 필터부는, 상기 저주파 노이즈 필터부에 연결되고, 두 개의 직렬 연결된 제2 및 제3캐패시터를 포함하며, 상기 제2 및 제3캐패시터의 사이 단은 상기 접지단에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 대기전력 진입시 상기 릴레이 회로에 차단 신호를 전달하여 상기 실외기에 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 위에서 설명한 노이즈 제거 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 노이즈 제거 장치는, 전원선의 노이즈만 걸러주는 형태가 아닌 접지단을 포함하여 노이즈 제거 성능이 향상될 수 있다.
또한, 실내기에서 제어되는 릴레이 회로를 포함하여 대기전력이 개선될 수 있다. 즉, 본 발명을 적용하면 대기전력이 50% 이상 개선될 수 있다.
한편, 회로가 간단하고 전해 캐패시터와 같이 수명이 짧은 부품이 없기 때문에 반영구적으로 사용 가능하며 전체 크기가 작으므로 공기 조화기의 실내기에 구조적 적용도 수월한 장점을 가질 수 있다.
이와 더불어, 노이즈 제거 장치의 적용만으로 디버깅을 완료할 수 있어 디버깅의 효율성이 증대될 수 있다.
또한, 전원 충격(impulse)에 대한 내성 강화가 가능하다. 전원 충격은 전원선(L, N)을 통하여도 인입될 수 있지만 그라운드(G)를 통해서도 들어올 수 있다. 본 발명과 같은 노이즈 제거 장치는 큰 임피던스를 가지므로 전원 충격 또는 서지(surge)와 같은 전원 노이즈에 강한 특성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 노이즈 제거 장치가 구비된 공기 조화기 시스템을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 노이즈 제거 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 대기전력 진입시의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 대기전력 해제시의 동작을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 노이즈 제거 장치가 구비된 공기 조화기 시스템을 나타내는 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 노이즈 제거 장치를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 공기 조화기 시스템은 노이즈 필터(100)를 통하여 전원 구성에 있어서 실외 인입 구조를 실내 인입 구조로 변경 가능하다.
또한, 이 노이즈 필터(100)를 통하여 교류 전원부(L, N, G; 101; 도 2 참조)가 연결되어, 이 노이즈 필터(100)는 공기 조화기의 실내기(indoor unit; IDU; 200)와 실외기(outdoor unit; ODU; 300)에 각각 연결될 수 있다.
즉, 교류 전원은 노이즈 필터(100)를 통과하여 공기 조화기의 실내기(200) 및 실외기(300)로 각각 공급될 수 있다.
이때, 시스템 공기 조화기의 경우, 실내기는 스탠드형 실내기(IDU 스탠드; 200) 및 벽걸이형 실내기(IDU 벽걸이; 220)를 포함할 수 있는데, 이 벽걸이형 실내기(220)는 실외기(300)를 통하여 전원이 공급될 수 있다.
도 2를 참조하면, 노이즈 제거 장치는 일측 단이 교류 전원부(101)와 연결되고 타측 단은 공기 조화기의 실내기(또는 실내기 연결 터미널; 103, 이하 혼용하기로 한다) 및 실외기(또는 실외기 연결 터미널; 104, 이하 혼용하기로 한다)와 각각 연결되는 노이즈 필터(100) 및 이 노이즈 필터(100)와 실외기(104) 사이에 위치하는 릴레이 회로(130) 및 실내기에 위치하여 릴레이 회로(130)를 제어하는 제어부(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 노이즈 필터(100)는 인덕터(L1)가 결합된 접지단(106)을 더 포함할 수 있다. 이러한 접지단(106)에 포함된 인덕터(L1)는 필터로 작용하여 노이즈를 제거하는 효과를 더 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 노이즈 필터(100)가 접지단(106)을 포함하므로, 실내기 측(103), 실외기 측(104), 그리고 제어부 측(105)에 모두 접지단(G)이 연결될 수 있다.
한편, 노이즈 필터(100)는, 낮은 주파수 대역의 노이즈를 제거하기 위한 저주파 노이즈 필터부(110) 및 이러한 낮은 주파수 대역보다 상대적으로 높은 주파수 대역의 노이즈를 제거하기 위한 고주파 노이즈 필터부(120)를 포함할 수 있다.
여기서, 저주파 노이즈 필터부(110)는, 두 개의 인덕터(FL1, FL2) 사이에 제1캐패시터(C1)가 구비되는 LCL 구조를 가질 수 있다.
또한, 고주파 노이즈 필터부(120)는, 저주파 노이즈 필터부(110)에 연결되고, 두 개의 직렬 연결된 제2 및 제3캐패시터(C2, C3)를 포함하며, 이러한 제2 및 제3캐패시터(C2, C3)의 사이 단은 접지단(106)에 연결될 수 있다.
이들 캐패시터(C1, C2, C3)로서 전해 캐패시터가 아닌 캐패시터가 이용될 수 있다. 예를 들어, 필름 캐패시터, 세라믹 캐패시터, 등의 수명이 비교적 긴 패캐시터가 이용될 수 있다.
릴레이 회로(130)는 제어부(210)로부터 공급되는 신호(+15V)에 의하여 작동되는 릴레이(131)를 포함한다. 즉, 제어부(210)로부터 릴레이 신호(+15V)가 인가되는 경우에 릴레이(131)는 오프(off) 되도록 구성될 수 있다.
따라서, 제어부(210)로부터 릴레이 신호(+15V)가 인가되면 릴레이(131)는 오프(off) 되고, 실외기(104) 측으로 인가되는 전원은 차단될 수 있다.
즉, 제어부(210)는 대기전력 진입시 릴레이 회로(130)에 차단 신호를 전달하여 실외기(104)에 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
이러한 제어부(210)는 실내기(200; 도 1 참조)에 설치된 마이컴일 수 있으며, 즉, 실내기(200)를 제어하는 마이컴이 릴레이 회로(130)를 제어하여 대기전력을 개선할 수 있다. 릴레이 회로(130)와 제어부(210)는 제어 터미널(105)을 통하여 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 노이즈 제거 장치는 실내기(200)에 설치될 수 있다. 즉, 실내기(200)에서 실외기(300)에 공급되는 전원을 제어하여 대기전력을 개선할 수 있는 것이다.
한편, 위에서 설명한 바와 같이, 노이즈 필터(100)의 저주파 노이즈 필터부(110)는 낮은 주파수 대역의 노이즈를 제거할 수 있고, 고주파 노이즈 필터부(120)는 상대적으로 높은 주파수 대역의 노이즈를 제거할 수 있다.
이는 저주파 노이즈 필터부(110)와 고주파 노이즈 필터부(120)를 구성하는 부품의 임피던스 공진점의 대역에 따라 나뉠 수 있다.
저주파 노이즈 필터부(110)에 포함되는 인덕터(FL1, FL2)는 대략 백 내지 수백 KHz 대역의 저주파 대역에 공진점이 있어 낮은 주파수의 노이즈를 걸러줄 수 있다.
한편, 고주파 노이즈 필터부(120)에 포함되는 캐패시터(C2, C3)는 수십 MHz 대역의 고주파 대역에 공진점이 있어 저주파 노이즈 필터부(110)보다 상대적으로 높은 주파수의 노이즈를 걸러줄 수 있다.
통상의 노이즈 필터는 공기 조화기에서는 사용되고 있지 않다. 그 이유 중 하나는 통상의 노이즈 필터는 단순히 전원과 연결된 공기 조화기 단부측을 통하여 들어오고 나가는 노이즈를 제거할 수 있을 뿐일 수 있다. 다른 이유는 이러한 기능에 비하여 노이즈 필터의 단가에 의한 비용 상승 때문일 수 있다.
그러나, 본 발명의 구조와 같이, 실내기(200)에 본 발명의 노이즈 제거 장치가 구비되어 전원 공급 구조가 실내 인입 구조가 되도록 함으로써 제작 비용이 절감되며, 본 발명과 같은 노이즈 제거 장치를 구비하여도 제작 비용 면에서도 문제가 되지 않을 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 노이즈 제거 장치는, 전원선의 노이즈만 걸러주는 형태가 아닌 접지단(106)을 포함하여 노이즈 제거 성능이 향상될 수 있다.
또한, 실내기(200)에서 제어되는 릴레이 회로(130)를 포함하여 대기전력이 개선될 수 있다. 즉, 본 발명을 적용하면 대기전력이 50% 이상 개선될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 노이즈 제거 성능이 향상되고 및 대기전력이 개선될 수 있는 것이다.
또한, 회로가 간단하고 전해 캐패시터와 같이 수명이 짧은 부품이 없기 때문에 반영구적으로 사용 가능하며 전체 크기가 작으므로 공기 조화기의 실내기에 구조적 적용도 수월한 장점을 가질 수 있다.
이와 더불어, 노이즈 제거 장치의 적용만으로 디버깅을 완료할 수 있어 디버깅의 효율성이 증대될 수 있다. 이는 노이즈 제거 장치를 제품별 대역별로 제작하여 해당 제품에 적합한 최적의 노이즈 필터를 확인하는 작업만으로 디버깅을 완료할 수 있기 때문이다.
또한, 전원 충격(impulse)에 대한 내성 강화가 가능하다. 전원 충격은 전원선(L, N)을 통하여도 인입될 수 있지만 그라운드(G)를 통해서도 들어올 수 있다. 본 발명과 같은 노이즈 제거 장치는 큰 임피던스를 가지므로 전원 충격 또는 서지(surge)와 같은 전원 노이즈에 강한(robust) 특성을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 노이즈 제거 장치를 이용하지 않고, 인덕터 코어만을 이용하여 노이즈를 제거하는 경우, 실내 인입으로 변경하게 되면 노이즈 소스원의 루프(loop)가 길어져서 노이즈를 증폭시킬 수 있다.
일례로, 벽걸이형 실내기의 경우 안정화 네트워크(LISN)와 바이패스되는 구조를 통해 18m의 루프를 형성할 수 있다. 이는 고조파 대역의 EMI 악조건을 가져올 수 있다.
그러나, 본 발명과 같은 노이즈 제거 장치를 이용하면, 실질적으로 실내기 및 실외기의 각 브리지(Bridge) 마다 필터가 위치하는 구조로 되어, 선간 방사 노이즈를 해석하여 임피던스를 최적화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 대기전력 진입시의 동작을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 대기전력 해제시의 동작을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 대기전력 기능을 설명한다.
도 3을 참조하면, 먼저, 실내기(200)에서 기 설정된 일정 시간 동안(예를 들어, 3분간) 공기 조화기가 동작하지 않음을 인지하면(S10), 제어부(210)는 대기전력 모드에 진입하였음을 감지할 수 있다(S11).
그러면, 제어부(210)에서는 릴레이 회로(130)를 동작시키기 위한 릴레이 신호(+15V)를 온(On) 상태로 출력한다(S12).
이러한 릴레이 신호(+15V)가 릴레이 회로(130)에 공급되면 릴레이(131)는 오프(off) 되고(S13), 실외기(ODU; 300)의 전원은 차단된다(S14).
본 발명에 의하면 이와 같은 과정에 의하여 대기전력 기능이 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 대기전력 해제시의 동작을 설명한다.
먼저, 전원 상태가 온(On) 상태로 전환되는 경우(S20), 제어부(210)는 대기전력이 해제됨을 감지할 수 있다(S21).
이때, 전원 상태가 온(On) 상태로 전환됨은 실내기(200)에서 감지할 수 있다. 도 1에서 도시한 바와 같은 시스템 공기 조화기의 경우에는 벽걸이형 실내기(220)에서는 이러한 전원의 상태가 감지되지 못할 수 있으므로, 별도의 제어 수단이 필요할 수 있다. 예를 들면, 별도의 제어 터미널 또는 스마트폰에 의하여 작용하는 애플리케이션을 통하여 전원 모드 및/또는 대기전력 진입/탈출 여부를 표시/동작/인지할 수 있다.
이후, 제어부(210)에서는 릴레이 신호(+15V)를 오프(off) 시킨다(S22).
그러면 릴레이(131)는 온(on) 상태가 되고(S23), 실외기(ODU; 300)에는 전원이 공급되어(S24) 공기 조화기가 정상적으로 작동할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 노이즈 필터 106: 접지단
110: 저주파 노이즈 필터부 120: 고주파 노이즈 필터부
130: 릴레이 회로 131: 릴레이
200, 220: 실내기 210: 제어부
300: 실외기

Claims (7)

  1. 공기 조화기의 노이즈 제거 장치에 있어서,
    일측 단이 교류 전원부와 연결되고 타측 단은 공기 조화기의 실내기 및 실외기와 각각 연결되는 노이즈 필터;
    상기 노이즈 필터와 상기 실외기 사이에 위치하는 릴레이 회로; 및
    상기 실내기에 설치되어 상기 릴레이 회로를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 노이즈 필터 및 상기 릴레이 회로는 상기 실내기에 설치되어, 상기 제어부는, 대기전력 진입시 상기 릴레이 회로에 차단 신호를 전달하여 상기 실외기에 공급되는 전원을 차단하고,
    상기 노이즈 필터는 인덕터가 결합된 접지단을 포함하여, 상기 실내기 측, 상기 실외기 측, 그리고 상기 제어부 측에 모두 접지단이 연결되는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 회로는 상기 실내기에 설치된 제어부로부터 공급되는 신호에 의하여 작동되는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 필터는,
    제1 주파수 대역의 노이즈를 제거하기 위한 저주파 노이즈 필터부; 및
    상기 제1 주파수 대역보다 상대적으로 높은 주파수에 해당하는 제2 주파수 대역의 노이즈를 제거하기 위한 고주파 노이즈 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 저주파 노이즈 필터부는, 두 개의 인덕터 사이에 제1캐패시터가 구비되는 LCL 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고주파 노이즈 필터부는, 상기 저주파 노이즈 필터부에 연결되고, 두 개의 직렬 연결된 제2 및 제3캐패시터를 포함하며, 상기 제2 및 제3캐패시터의 사이 단은 상기 접지단에 연결된 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 회로와 상기 제어부는 제어 터미널을 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 노이즈 제거 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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