WO2020116866A1 - 공기조화기 및 그의 제어방법 - Google Patents

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WO2020116866A1
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air
indoor
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임정수
김경목
김슬기로
박선희
양혜순
이기섭
이신영
이종호
정민규
한정수
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삼성전자(주)
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Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner capable of creating a pleasant indoor environment by controlling the concentration of carbon dioxide and oxygen in a room and a control method thereof.
  • Ventilation is the most efficient way to maintain the same concentration of the total air composition as oxygen, including volatile organic compounds and odors in indoor air.
  • the recent decrease in air quality due to external air pollution makes this difficult even in a home environment where ventilation is possible, and is changing to a more difficult environment in terms of ventilation due to efficiency of heating and cooling energy of buildings.
  • a ventilation device using a separate heat exchanger is applied, but energy consumption is high and the diameter of the line for connection with air conditioning equipment must be increased.
  • the main function of the air conditioner was to control the temperature and humidity in the room by using heat exchange according to the compression and expansion of the refrigerant, but in recent years, the dust collecting function to remove fine dust and the odor of volatile organic compounds It has been developed to control most of the factors affecting indoor air quality, including a deodorizing function that can remove molecules.
  • the most difficult part to control is the change in the concentration of oxygen and carbon dioxide due to breathing of the human body or pets.
  • a technique for controlling by using an air conditioner with a built-in oxygen generator Korea Patent No. 0964,366) or a separate oxygen generator (Korea Patent Publication No. 2002-0007251) has been disclosed.
  • Conventional devices for improving indoor air quality are focused on individual control, such as replenishing oxygen in indoor air or removing carbon dioxide by using an oxygen generator or a carbon dioxide removal device.
  • An object of the present invention is to provide an air conditioner capable of creating a comfortable indoor environment by removing carbon dioxide from indoor air and supplying oxygen to the indoor room and a control method thereof.
  • Another object of the present invention is to provide an air conditioner having a simple structure and capable of efficiently discharging residues separated from removed carbon dioxide and oxygen, and a control method thereof.
  • the air conditioner filters carbon dioxide from indoor air and supplies it to the room, separates oxygen from indoor air having a carbon dioxide removing unit that discharges the filtered carbon dioxide to the outside, and outdoor air from the outside, and supplies it to the room. It includes an outdoor unit having an oxygen generating unit for discharging the separated residue to the outdoors and a processor for controlling the carbon dioxide removing unit and the oxygen generating unit to discharge the filtered carbon dioxide and the residue to the outdoor.
  • the piping structure of the air conditioner includes a first exhaust pipe for discharging the filtered carbon dioxide, the oxygen generating part includes a second exhaust pipe for discharging the residue, and a third exhaust pipe for joining the first exhaust pipe and the second exhaust pipe can do.
  • the third exhaust pipe may include a venturi connection or an exhaust pump.
  • the oxygen generating unit includes a compressor that applies pressure to the introduced external air, and the compressor discharges the residue through the second exhaust pipe and the third exhaust pipe, and the filtered carbon dioxide is discharged through the first exhaust pipe It is possible to provide a pressure difference between the first exhaust pipe and the third exhaust pipe.
  • the refrigerant pipe and the oxygen supply pipe may be integrally coupled and extended.
  • the processor may control the carbon dioxide removal unit and the oxygen generation unit to perform the carbon dioxide filtration and supply first, and then perform the oxygen separation and supply.
  • the carbon dioxide removing unit may include an adsorbent made of at least one of a zeolite, a metal organic framework (MOF), and a porous carbon material.
  • an adsorbent made of at least one of a zeolite, a metal organic framework (MOF), and a porous carbon material.
  • the carbon dioxide removal unit may remove the adsorbent adsorbed by the carbon dioxide for a predetermined time by applying heat or pressure.
  • the air conditioner is a first exhaust pipe that discharges the filtered carbon dioxide, a first supply pipe connecting the oxygen supply port of the oxygen generator, a connection pipe connecting the first exhaust pipe and the first supply pipe, and the oxygen generating portion is the residue It may include a second exhaust pipe for discharging and a first switching valve provided between the first exhaust pipe and the connection pipe and a second switching valve provided between the first supply pipe and the connection.
  • the carbon dioxide removal unit operates in a carbon dioxide removal mode for filtering carbon dioxide from indoor air and supplying it to the room, and a carbon dioxide discharge mode for discharging the filtered carbon dioxide to the outdoors, and the oxygen supply unit pressurizes outdoor air introduced from the outside to generate oxygen. It can be operated as an oxygen supply mode for supplying to the room separated by the residue and the oxygen discharge mode for discharging the separated residue to the outdoor.
  • the processor may control the first and second switching valves to sequentially perform the carbon dioxide discharge mode and the oxygen supply mode through the connection pipe.
  • the outdoor unit includes a blower fan, and the processor can operate the blower fan when the carbon dioxide is discharged and the residue is discharged.
  • the air conditioner includes an indoor unit, an outdoor unit, and a processor that controls the indoor unit and the outdoor unit.
  • the indoor unit or the outdoor unit filters carbon dioxide from the indoor air and supplies it to the room, separates oxygen from the carbon dioxide removing unit for discharging the filtered carbon dioxide to the outdoors, and outdoor air introduced from the outside, and supplies it to the room. It includes an oxygen generator for discharging the separated residue to the outdoors.
  • the processor controls the carbon dioxide removing unit and the oxygen generating unit to discharge the filtered carbon dioxide and the residue together outdoors.
  • the indoor unit may include the carbon dioxide removing unit and the oxygen generating unit, and the outdoor unit may be provided with a suction unit for sucking outdoor air and a discharge unit for discharging carbon dioxide generated by the indoor unit.
  • the outdoor unit includes a blower fan, and the suction part is located on the opposite side of the blower fan, and the discharge part is located on the blower fan side so that carbon dioxide discharged to the outside may not flow back into the suction part.
  • An air conditioner according to a third embodiment of the present invention is provided.
  • the air conditioner filters carbon dioxide from indoor air and supplies carbon dioxide to the room, and a carbon dioxide removal unit operating in a carbon dioxide discharge mode for discharging the filtered carbon dioxide to the outside.
  • An oxygen generating unit operating in an oxygen separation mode for supplying to the room by separating into water and an oxygen discharging mode for discharging the separated residue to the outside, and the carbon dioxide discharged so that the filtered carbon dioxide and the separated residue are discharged together
  • a processor that simultaneously performs the mode and the residue discharge mode.
  • a control method of an air conditioner comprises operating the carbon dioxide removing unit to adsorb carbon dioxide from the indoor air with an adsorbent and filtering it to supply it to the room, operating the carbon dioxide removing unit to drop out the adsorbed carbon dioxide, and at the same time, outdoor air introduced from the outside. And operating the oxygen supply unit to pressurize the oxygen to separate it from the residue and supply it to the room, and controlling the carbon dioxide removal unit and the oxygen supply unit to simultaneously discharge the dropped carbon dioxide and the residue.
  • the carbon dioxide removal unit mounted in the indoor unit of the air conditioner removes the carbon dioxide having the highest human impact and accelerating rate from the indoor air with the adsorbent first, and discharges the high concentration of carbon dioxide eliminated by regenerating the adsorbent.
  • the oxygen generating unit provided with the pressurizing means By operating the oxygen generating unit provided with the pressurizing means, the residues such as nitrogen separated from oxygen and the eliminated carbon dioxide are discharged together, and the separated oxygen from the oxygen generating unit is introduced into the room to efficiently manage indoor air. .
  • the carbon dioxide removal unit is operated first to reduce the concentration of indoor carbon dioxide and discharge the adsorbed high concentration carbon dioxide to generate oxygen.
  • the piping structure is simple and the piping installation is convenient.
  • each gas that is moved between the outdoor unit and the indoor unit is a single pipe and a separate connection line integrally formed with a refrigerant pipe connecting the indoor unit and the outdoor unit, so that the piping structure is simple and the pipe installation is convenient.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the piping assembly of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram of an air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a view showing the structure of the carbon dioxide removal unit and the oxygen generating unit of the air conditioner according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the configuration of the oxygen generating portion in FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a control process of an air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing the structure of the carbon dioxide removal unit and the oxygen generating unit of the air conditioner according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a control process of an air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
  • At least one of the plurality of elements refers to not only all of the plurality of elements, but each one or a combination of all of the elements excluding the rest of the plurality of elements.
  • the air conditioner 1 shows an air conditioner 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the air conditioner 1 includes an indoor unit 10, an outdoor unit 20, and a piping assembly 30 that transfers refrigerant, carbon dioxide, and oxygen between the indoor unit 10 and the outdoor unit 20.
  • the air conditioner 1 may further include at least one of a home air conditioner, a system air conditioner, an air conditioning device, a ventilation device, an air cleaning device, a humidifying device, and a heater.
  • the indoor unit 10 may be applied to any of a stand-type indoor unit, a wall-mounted indoor unit, and a ceiling-type indoor unit, but in FIG. 1, the stand-type indoor unit 10 will be described as an example.
  • the indoor unit (10) receives refrigerant from the outdoor unit (20) and discharges cold and warm air into the room.
  • the indoor unit 10 receives oxygen from the outdoor unit 20 and discharges it into the room.
  • the indoor unit 10 absorbs carbon dioxide by inhaling indoor air and then discharges it back into the room.
  • the indoor unit 10 and the outdoor unit 20 operate according to the operation setting input by being connected by a communication line or communicating by using a power line.
  • the indoor unit 10 includes an indoor heat exchanger (not shown), a fan (not shown), and an expansion valve (not shown) through which the supplied refrigerant expands.
  • the outdoor unit 20 is a compressor (not shown) that receives and compresses refrigerant, and an outdoor heat exchanger (not shown) that exchanges heat between the refrigerant and outdoor air, and extracts gas refrigerant from the supplied refrigerant and supplies it to the compressor. It includes an accumulator (not shown) and a four-way valve (not shown) for selecting a flow path of the refrigerant according to the heating operation. In addition, it may further include a plurality of sensors, valves and oil recovery.
  • the piping assembly 30 includes refrigerant pipes 32 and 34 that exchange refrigerant between the indoor unit 10 and the outdoor unit 20, a first exhaust pipe 36 that discharges carbon dioxide removed (adsorbed) from the indoor unit 10, and It includes a supply pipe 38 for transmitting the oxygen generated by the outdoor unit 20 to the indoor unit (10).
  • the refrigerant pipes 32 and 34, the first exhaust pipe 36 and the supply pipe 38 are integrally wrapped with an insulating material 31.
  • the refrigerant pipes 32, 34, the first exhaust pipe 36, and the supply pipe 38 may be individually manufactured or integrally injection-molded with the same material.
  • the refrigerant pipes 32 and 34 are each made of a copper pipe, and the first exhaust pipe 36 and the supply pipe 38 may be injection-molded from plastic.
  • the refrigerant pipes 32 and 34, the first exhaust pipe 36 and the supply pipe 38 are integrally manufactured, the piping structure and the piping installation can be simplified.
  • FIG. 3 is a block diagram of the air conditioner 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the indoor unit 10 includes an indoor unit communication unit 11, a first memory 12, a first processor 13, an input unit 14, a power supply unit 15, a first blowing fan 16, and a first fan driving unit ( 17), a carbon dioxide sensor 18, a carbon dioxide removal unit 19 may be provided.
  • the indoor unit communication unit 11 may include at least one communication module, and exchanges data, control commands, etc. through a communication line connected to the outdoor unit 20, or communicates with each other to establish an operation input to the indoor unit 10. Accordingly, the outdoor unit 20 can be operated.
  • the communication method between the indoor unit 10 and the outdoor unit 20 may be not only wired communication, but also a wireless communication method such as Wi-fi, Bluetooth, Beacon, and Zigbee. .
  • the first memory 12 may store various data for operation of the entire indoor unit 10, such as a program for processing or controlling the first processor 13.
  • reference data according to controlling the outdoor unit 20 and data transmitted and received through the indoor unit communication unit 11 may be stored.
  • the first processor 13 may control the overall operation of each component of the indoor unit 10 in response to data received from the outdoor unit 20, and control data transmission and reception through the indoor unit communication unit 11.
  • the first processor 13 may control power supplied to the outdoor unit 20 through the power supply unit 15.
  • the first processor 13 may control the operation of the carbon dioxide removal unit 19 according to the carbon dioxide concentration in the room detected by the carbon dioxide sensor 18.
  • the first processor 13 may control the carbon dioxide removal mode and carbon dioxide emission mode of the carbon dioxide removal unit 19.
  • the input unit 14 may include a plurality of buttons or a touch screen attached to the indoor unit 10.
  • the input unit 14 may be operated by turning on the power of the indoor unit 10 through a plurality of buttons or a touch screen.
  • the input unit 14 may input operating conditions of the carbon dioxide removal unit 19, for example, carbon dioxide concentration in the room.
  • the input unit 14 not only inputs power, but also sets the operating frequency of the outdoor unit 20 when a carbon dioxide removal command, a driving command, a test driving command, a test operation, an address setting, a communication error occurs, and an indoor unit 10 when a communication error occurs. You can also enter a command for setting the operation mode.
  • the first blowing fan 16 may be composed of a motor and a fan, and rotates as the motor operates under the control of the first fan driving unit 17.
  • the first fan driving unit 17 may include a circuit for driving the first blowing fan 16.
  • the first fan driving unit 17 may control the first blowing fan 16 in response to the control signal of the first processor 13.
  • the first fan driving unit 17 may supply rotational power to the first blower fan 16 to control rotation and rotation speed.
  • the carbon dioxide sensor 18 may detect the carbon dioxide concentration in the room in real time and provide it to the first processor 13. When the carbon dioxide concentration in the room exceeds a predetermined value, the first processor 13 may operate the carbon dioxide removing unit 19 to remove carbon dioxide in the room.
  • the indoor unit 10 may further include an oxygen sensor (not shown) included in the indoor ball.
  • the carbon dioxide removal unit 19 may circulate back into the room after adsorbing and removing carbon dioxide by sucking air in the room.
  • the carbon dioxide removal unit 19 may remove the adsorbed carbon dioxide and discharge it to the outdoor unit 20 through the first exhaust pipe 36 of the piping assembly 30.
  • the configuration and operation of the carbon dioxide removal unit 19 will be described in detail separately.
  • the outdoor unit 20 includes an outdoor unit communication unit 21, a second memory 22, a second processor 23, a compressor 24, a compressor driving unit 25, a second blowing fan 26, and a second fan driving unit ( 27), and an oxygen generator 28 may be provided.
  • the communication method of the indoor unit 10 and the outdoor unit 20 may be not only a wired communication method, but also a wireless communication method such as Wi-fi, Bluetooth, Beacon, and Zigbee.
  • the second memory 22 may store various data for the overall operation of the outdoor unit 20, such as a program for processing or controlling the second processor 23.
  • the second memory 22 may store control data for controlling the operation of the outdoor unit 20, data sensed during operation of the outdoor unit, and input/output data.
  • the second memory 22 may store reference data according to controlling the compressor 24, the second blowing fan 26, and the oxygen generator 28, and data transmitted and received through the outdoor unit communication unit 21.
  • the second processor 23 may control the overall operation of each unit in the outdoor unit 20.
  • the second processor 23 may control the operation of the outdoor unit 20 in response to data received from the indoor unit 10, and control data transmission and reception through the outdoor unit communication unit 21.
  • the second processor 23 may receive power from the indoor unit 10 to control the overall operation of each unit.
  • the second processor 23 generates a control signal for controlling the compressor 24, the second blowing fan 26, and the oxygen generating unit 28 according to the operation settings received from the indoor unit 10, respectively, and the compressor driving unit (25), the second fan driving unit 27 and the oxygen generating unit 28 may be provided.
  • the second processor 23 determines the state of the refrigerant of the compressor 24, the second blower fan 26, and the oxygen generator 28 in response to data input from a plurality of sensors, and controls commands corresponding thereto. It can be generated and applied to the compressor driving unit 25, the second fan driving unit 27, the oxygen generating unit 28.
  • the compressor 24 compresses and evaporates the refrigerant and provides it to the indoor unit 10.
  • the compressor driving unit 25 includes a circuit for driving the compressor 24 to drive the compressor 24.
  • the compressor driving unit 25 may supply operating power to the motor of the compressor 24 so that the compressor 24 operates at a specific operating frequency. Accordingly, the compressor 24 compresses the incoming low-temperature low-pressure refrigerant to discharge the high-temperature high-pressure refrigerant.
  • the compressor driving unit 25 may drive the compressor 24 at a predetermined frequency according to a control command of the second processor 23, and when a communication error with the indoor unit 10 occurs, the compressor 24 at a preset frequency Can drive.
  • the second blower fan 26 is provided in the outdoor heat exchanger, and the refrigerant supplied from the compressor 24 flows into the heat exchanger to suck and supply outdoor air to exchange heat with outdoor air, and discharge the heat exchanged air to the outdoors.
  • the second blowing fan 26 may be composed of a motor and a fan, and the fan rotates as the motor operates under the control of the second fan driving unit 27.
  • the second fan driving unit 27 includes a circuit for driving the fan, and can drive the fan.
  • the second fan driving unit 27 may control the second blowing fan 26 in response to the control signal of the second processor 23.
  • the second fan driving unit 27 may supply rotational power to the second blowing fan 26 to control the rotational operation and rotational speed.
  • the oxygen generating unit 28 generates oxygen by inhaling outdoor air, and residues other than oxygen can be discharged to the outdoors.
  • the oxygen generating unit 28 may supply the generated oxygen to the indoor unit 10 through the supply pipe 38 of the piping assembly 30.
  • FIG. 4 is a view showing the connection structure of the carbon dioxide removal unit 19 and the oxygen generating unit 28 of the air conditioner 1 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a structure of the carbon dioxide removal unit 19 6 is a view showing the structure of the oxygen generating portion 28.
  • the carbon dioxide removing unit 19 is installed in the indoor unit 10, and the oxygen generating unit 28 is installed in the outdoor unit 20.
  • the carbon dioxide removing unit 19 includes an air intake suction unit 191 for sucking indoor air, an air discharge pipe 193 for providing air from which the carbon dioxide has been removed from the sucked indoor air, and carbon dioxide adsorbed and removed from the indoor air. It includes a first exhaust pipe 36 to discharge.
  • the oxygen generating unit 28 is an external air suction unit 281 for sucking outdoor air, a supply pipe 38 for supplying the generated oxygen to the indoor unit 10, and a second exhaust pipe 35 for discharging residues other than oxygen It includes.
  • the first exhaust pipe 36 and the second exhaust pipe 35 join one by the third exhaust pipe 37 in the outdoor unit 20.
  • carbon dioxide separated from the indoor air, which is joined by the third exhaust pipe 37, and residues other than oxygen generated in the oxygen generating unit 28 are brought together outdoors through the discharge unit 202 of the outdoor unit 20. Is discharged.
  • the discharge unit 202 and the outside air suction unit 281 are arranged to be separated from each other to prevent carbon dioxide and residues discharged through the discharge unit 202 from being sucked into the outside air suction unit 281.
  • the second processor (23 in FIG. 3) may drive the second blower fan 26 in accordance with the timing of discharging carbon dioxide and/or residue through the discharge unit 202 and blow it away. Thereby, it is possible to prevent carbon dioxide and/or residues from being re-inhaled into the oxygen generating unit 28.
  • the air supplied from the carbon dioxide removal unit 19 through the air discharge pipe 193 and the oxygen supplied through the supply pipe 38 of the oxygen generating unit 28 to which the carbon dioxide is removed is discharge unit 102 of the indoor unit 10. Is discharged through the room.
  • FIG. 5 shows a so-called Packed bed type carbon dioxide removal unit 19.
  • the carbon dioxide removal unit 19 may be applied to other types such as a rotor method in addition to the packed bed type.
  • the carbon dioxide removing unit 19 is a bed 190 filled with an adsorbent 192 adsorbing carbon dioxide therein, and a heater 194 arranged to surround the adsorbent 192 in the bed 190. It includes.
  • the adsorbent 192 may be made of at least one of zeolite, metal organic framework (MOF), and porous carbon material.
  • the carbon dioxide removal unit 19 sucks indoor air through the air suction unit 191 to pass through the adsorbent 192 in the bed 190 to adsorb and remove carbon dioxide.
  • the air from which the carbon dioxide has been removed is supplied to the air discharge pipe 193. Meanwhile, when the removal of carbon dioxide is performed for a predetermined time, carbon dioxide is adsorbed on the adsorbent 192 in the bed 190.
  • the carbon dioxide adsorbed on the adsorbent 192 is eliminated by heating by the heater 194 or pressurization by a pump and discharged to the outdoor unit 20 through the first exhaust pipe 36.
  • an additional bed may be installed in parallel and the two beds may be alternately used to remove and discharge the carbon dioxide.
  • a rotor-type carbon dioxide removal unit may be applied as another method of simultaneously performing the carbon dioxide removal process of indoor air and the process of discharging adsorbed carbon dioxide.
  • the oxygen generating unit 28 is an outdoor air suction unit 281 for sucking outdoor air, a compressor 282 for compressing outdoor air, a motor 283 for driving the compressor 282, and cooling the compressed air.
  • Heat exchanger 284 a surge tank 285 for absorbing and alleviating the water hammer action, a four-way solenoid valve 286, a pair of molecular sieve beds filled with molecular sieve having different adsorption power depending on the gas component ( Molecular Sieve Bed (287-1,287-2), a pressure reducing orifice (Pressure Reducing Orifice) 288, a crossover valve 289, an oxygen storage tank 290 and a control circuit 291.
  • the compressed air from the compressor 282 is lowered in the heat exchanger 284 to increase the adsorption force during the adsorption process, and then one of the two molecular sieve beds 287-1 and 287-2 (287-1) ). Nitrogen molecules in the air are adsorbed to the molecular sieve prior to the oxygen molecules according to the difference in adsorption power.
  • the control circuit 291 operates the solenoid valve 286 to transfer compressed air to another bed 287-2 to produce oxygen.
  • the bed 287-1 saturated with nitrogen gas performs a purge process for regeneration of the molecular sieve.
  • the residue separated from the saturated bed 287-1 in the purge process is discharged through the second exhaust pipe 35.
  • the concentrated oxygen that has passed through the molecular sieve beds 287-1 and 287-2 passes through the orifice 288 and is then stored in the oxygen storage tank 290 and then transferred to the indoor unit 10 through the supply pipe 38. Most of the oxygen thus produced is used to purge the nitrogen-saturated bed 287-2 through the reduced pressure orifice 288, and only a portion of the produced oxygen is delivered to the indoor unit 10.
  • the above-described repeating process is performed every tens of seconds, and the molecular sieve can repeat adsorption/desorption continuously.
  • the solenoid valve 286 momentarily blocks all fluid injected into the beds 287-1,287-2. , Open the crossover valve 289 to maintain a pressure balance between the two beds 287-1,287-2.
  • the compressor 282 of the oxygen generator 28 may be used together for compressing the refrigerant.
  • both the carbon dioxide removing unit 19 and the oxygen generating unit 28 may be installed in the indoor unit 10 or the outdoor unit 20. If both the carbon dioxide removing unit 19 and the oxygen generating unit 28 are installed in the indoor unit 10, the outside air suction unit 281 for sucking the outdoor air of the oxygen generating unit 28 is transferred to the indoor unit 10. Additional piping (not shown) may be provided. If both the carbon dioxide removing unit 19 and the oxygen generating unit 28 are installed in the outdoor unit 20, the air discharge pipe 193 for discharging indoor air has carbon dioxide between the outdoor unit 20 and the indoor unit 10. A pipe (not shown) for supplying the removed air may be additionally provided.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in the concentration of carbon dioxide and oxygen over time in a room, and is a result of measuring the concentration of oxygen and carbon dioxide over time when there are two adults in a room of 5 pyeong.
  • oxygen is gradually consumed by breathing and gradually decreases from the average atmospheric concentration of 21% to 20% after 8 hours.
  • carbon dioxide is absorbed by breathing. Occurs and accumulates and rapidly increases to 3000 ppm or more after 2 hours.
  • the optimal indoor air composition is an oxygen concentration of 21 to 22% and a carbon dioxide of 1000 ppm or less
  • oxygen starts to react at 20% or less
  • Carbon dioxide starts reacting at 3000 ppm or higher. Therefore, it can be seen that, among the carbon dioxide and oxygen, the gas that affects the human body in a faster time is carbon dioxide, so it must be removed first.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a control process of an air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
  • step S11 when the concentration of carbon dioxide in the room is detected by the carbon dioxide sensor 18 and exceeds 1000 ppm, the operation of the carbon dioxide removing unit 19 is started.
  • the user may input an operation command of the carbon dioxide removal unit 19 through the input unit 14.
  • step S12 when the operation of the carbon dioxide removal unit 19 is started, the operation of the pump or fan motor (not shown) on the side of the air intake unit 191 for sucking indoor air is started.
  • the carbon dioxide removal unit 19 is a structure for repeating adsorption and regeneration of carbon dioxide with the adsorbent 192, and when adsorption is performed for a certain period of time, heat or pressure is controlled to drop previously adsorbed carbon dioxide to obtain a high concentration. Carbon dioxide is discharged to the outside.
  • step S14 the operation of the oxygen generating unit 28 installed in the outdoor unit 20 is started at the time of step S13.
  • step S15 the carbon dioxide removed from the carbon dioxide removing unit 19 and the residue (mainly nitrogen) other than oxygen separated from the oxygen generating unit 28 are discharged together through the third exhaust pipe 37 to the outdoors.
  • the method of discharging carbon dioxide through the first exhaust pipe 36 is pressurized by the compressor 282 to discharge the residue to the oxygen generator 28, the first exhaust pipe 36 and the third exhaust pipe 37 Use the pressure difference between.
  • This method is effective when the distance between the indoor unit 10 and the outdoor unit 20 is close. If the pressure between the indoor unit 10 and the outdoor unit 20 is far and the pressure is low or the noise is high, an exhaust pump (not shown) is installed in the third exhaust pipe 37 or a venturi tube (not shown) for preventing pressure loss. By installing, carbon dioxide and residue can be effectively discharged.
  • the rate of generation of carbon dioxide is higher than the rate of reduction of oxygen in indoor air
  • the membrane method or the PSA (Pressure Swing Adsorption) method is mainly applied to the oxygen generating part 28. Both methods generate pressure when pressurizing means such as a compressor or a high-capacity pump to separate nitrogen and oxygen through pressurization. It is for combining the high concentration carbon dioxide discharged from the carbon dioxide removal unit 19 and the residue separated from the oxygen generation unit 28 by using the pressure difference to be discharged to the outside.
  • pressurizing means such as a compressor or a high-capacity pump to separate nitrogen and oxygen through pressurization. It is for combining the high concentration carbon dioxide discharged from the carbon dioxide removal unit 19 and the residue separated from the oxygen generation unit 28 by using the pressure difference to be discharged to the outside.
  • Pressurization means for example, in the case of a compressor, a pressure of 10 to 30 Psi should be applied to the separation membrane to make concentrated oxygen (based on the discharge oxygen concentration of 40% or more and the flow rate of 5 LPM or more), and the pressure of the residue separation side is maintained In this case, it is possible to maintain a pressure difference of 5Psi, so it is possible to discharge high concentration carbon dioxide together.
  • the system is discharged by combining the high concentration carbon dioxide emitted from the room and the residue separated from the outdoor unit 28 by one exhaust means. Simplified and efficient system operation is possible.
  • step S16 the concentration of carbon dioxide contained in the indoor air is measured. If the concentration of carbon dioxide still exceeds 1000ppm, repeat the previous steps S12 to S15, and if it is less than 1000ppm, perform the next step.
  • step S17 if the carbon dioxide in the indoor air is 1000 ppm or less, after the last regeneration of the carbon dioxide removal unit 19 (falling out of carbon dioxide) is finished, the carbon dioxide adsorption remaining in the carbon dioxide removal unit 19 for a predetermined time and exhaust connected to the outside By removing all of the high-concentration carbon dioxide remaining in the tube, life and durability of the system can be improved.
  • step S18 the operation of the oxygen generating unit 28 is stopped after the remaining carbon dioxide is discharged.
  • FIG. 9 is a view showing the structure of the carbon dioxide removal unit and the oxygen generating unit of the air conditioner according to the second embodiment of the present invention.
  • the carbon dioxide removing unit 19 is installed in the indoor unit 10
  • the oxygen generating unit 28 is installed in the outdoor unit 20.
  • the carbon dioxide removal unit 19 includes an air intake unit 191 for sucking indoor air, an air discharge pipe 193 for introducing air from which carbon dioxide has been removed, and a first exhaust pipe for discharging carbon dioxide adsorbed and removed from the indoor air (36) ).
  • the oxygen generating unit 28 is an external air suction unit 281 for sucking outdoor air, a supply pipe 38 for supplying the generated oxygen to the indoor unit 10, and a second exhaust pipe 35 for discharging residues other than oxygen It includes.
  • the first exhaust pipe 36 and the supply pipe 38 are connected by one connection pipe 362.
  • a switching valve 1 (42) is provided between the first exhaust pipe (36) and the connecting pipe (362), and a switching valve (2) 44 is provided between the first exhaust pipe (36) and the supply pipe (38).
  • the switching valve 1 (42) is connected to the first branch pipe 382 that supplies oxygen supplied from the outdoor unit 20 through the connection pipe 362 to the indoor unit 10.
  • the switching valve 2 (44) includes a second branch pipe (366) for discharging carbon dioxide discharged from the indoor unit (10) through the connecting pipe (362) to the third exhaust pipe (37). Therefore, it is possible to separately control the operations of the carbon dioxide removing unit 19 and the oxygen generating unit 28 to discharge carbon dioxide and supply oxygen through a single connecting pipe 362.
  • the discharge unit 202 and the outside air suction unit 281 are arranged to be separated from each other to prevent carbon dioxide and residues discharged through the discharge unit 202 from being sucked into the outside air suction unit 281.
  • the second processor (23 in FIG. 3) may drive the second blower fan 26 at a timing for discharging carbon dioxide and/or residues through the discharge pipe 202 and blow it away.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a control process of an air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
  • step S21 when the concentration of carbon dioxide in the room is detected by the carbon dioxide sensor 18 and exceeds 1000 ppm, the operation of the carbon dioxide removing unit 19 is started.
  • the user may input an operation command of the carbon dioxide removal unit 19 through the input unit 14.
  • step S22 when the operation of the carbon dioxide removal unit 19 is started, the operation of the pump or fan motor (not shown) on the side of the air intake unit 191 for sucking indoor air is started.
  • the carbon dioxide removal unit 19 is a structure that repeats the adsorption and regeneration of carbon dioxide with the adsorbent 192, and when adsorption is performed for a certain time, heat or pressure is controlled to remove the previously adsorbed carbon dioxide to obtain high concentration Carbon dioxide is discharged to the outside.
  • step S24 the switching valve 1 42 and the switching valve 2 44 are switched open to the carbon dioxide exhaust side, and the exhaust pump 50 is operated.
  • step S25 the removed carbon dioxide of the carbon dioxide removal unit 19 according to the operation of the exhaust pump 50 is the third exhaust pipe through the first exhaust pipe 36, the connecting pipe 362, and the second branch pipe 366 (37).
  • step S26 the concentration of carbon dioxide contained in the indoor air is measured. If the concentration of carbon dioxide still exceeds 1000ppm, repeat the previous steps S22 to S25, and if it is less than 1000ppm, perform the next step.
  • step S27 if the carbon dioxide of the indoor air is 1000 ppm or less, the oxygen generating unit 28 is operated.
  • step S28 the switching valve 1 (42) and the switching valve 2 (44) are switched open to the oxygen exhaust side, so that the oxygen generated in the oxygen generator 28 is supplied to the supply pipe 38, the connecting pipe 362, and the first branch pipe ( 382) is supplied to the indoor unit (10).
  • step S29 the oxygen of the indoor air is measured to determine whether it exceeds 21%. If the oxygen is less than 21%, the previous step S27 is executed, and if it exceeds, the next step is performed.
  • step S30 when the oxygen in the indoor air exceeds 21%, the operation of the oxygen generating unit 28 is stopped.

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Abstract

실내의 쾌적환 환경 조성을 위한 공기조화기가 개시된다. 공기조화기는 실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하고, 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소제거부를 가진 실내기, 실외로부터 유입된 실외공기로부터 산소를 분리하여 실내로 공급하고, 상기 산소가 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소발생부를 가진 실외기 및 상기 여과된 이산화탄소와 상기 잔류물을 함께 실외로 배출하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 제어하는 프로세서를 포함한다. 본 발명에 의하면, 먼저 실내의 이산화탄소를 제거한 후 산소발생기를 가동하면서 이산화탄소와 잔류물을 함께 배출함으로써 효율적인 운전이 가능할 뿐만 아니라 간단한 배관 구조에 의한 배관 설치 작업이 용이하다.

Description

공기조화기 및 그의 제어방법
본 발명은 실내의 이산화탄소와 산소 농도를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있는 공기조화기 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
실내 공기 중 휘발성유기화합물과 냄새를 포함하여 산소, 이산화탄소 등 전체 공기 조성물의 농도를 외부와 동일하게 유지할 수 있는 가장 효율적인 방법은 환기이다. 하지만, 최근 외부 공기 오염에 따른 공기질 저하는 환기가 가능한 가정환경에서도 이를 어렵게 만들고 있고 건물의 냉난방 에너지 효율화로 오히려 환기측면에서는 더 어려운 환경으로 변화하고 있다. 이를 극복하기 위해 별도의 전열교환기를 활용한 환기 장치 등이 적용되고 있으나 에너지 소모가 높고 공조기기와의 연결을 위한 라인의 관경이 커져야 한다.
공기조화기는 냉매의 압축과 팽창에 따른 열교환을 이용하여 실내의 온도와 습도를 제어하는 것이 주요 기능이었으나, 최근 소비자 환경의 변화에 따라 미세먼지를 제거할 수 있는 집진기능과 실내 휘발성유기화합물 등 냄새분자를 제거할 수 있는 탈취기능을 포함하여 실내 공기질의 영향인자들을 대부분 제어할 수 있도록 발전하였다. 하지만, 실내 공기질의 주요 인자 측면에서 제어가 어려운 가장 큰 부분은 인체 또는 애완동물의 호흡에 따른 산소와 이산화탄소 농도의 변화이다. 산소의 경우는 산소발생장치를 내장한 공기조화기(한국등록특허 제0964,366호) 또는 별도의 산소발생기 (한국공개특허 제2002-0007251호)를 활용하여 제어를 하는 기술이 개시되었다.
종래의 실내 공기질 개선을 위한 장치들은 산소발생장치 또는 이산화탄소 제거장치 등을 활용하여 실내 공기 중 산소를 보충해주거나, 이산화탄소를 제거하는 등 개별적인 제어에 치우쳐져 있다.
본 발명의 목적은, 실내 공기의 이산화탄소를 제거하고 실내에 산소를 공급하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있는 공기조화기 및 그의 제어방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 구조가 간단하고 제거된 이산화탄소와 산소에서 분리된 잔류물을 효율적으로 배출할 수 있는 공기조화기 및 그의 제어방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기가 제공된다. 공기조화기는, 실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하고, 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소제거부를 가진 실내기, 실외로부터 유입된 실외공기로부터 산소를 분리하여 실내로 공급하고, 상기 산소가 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소발생부를 가진 실외기 및 상기 여과된 이산화탄소와 상기 잔류물을 함께 실외로 배출하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 제어하는 프로세서를 포함한다.
공기조화기의 배관 구조는 상기 여과된 이산화탄소를 배출하는 제1배기관, 상기 산소발생부는 상기 잔류물을 배출하는 제2배기관, 및 상기 제1배기관과 상기 제2배기관이 합류하는 제3배기관을 포함할 수 있다.
상기 제3배기관은 벤츄리 연결부 또는 배기펌프를 포함할 수 있다.
상기 산소발생부는 유입된 외부공기에 압력을 가하는 컴프레서를 포함하며, 상기 컴프레서는 상기 잔류물을 상기 제2배기관과 상기 제3배기관을 통해 배출하고, 상기 여과된 이산화탄소가 상기 제1배기관을 통해 배출되도록 상기 제1배기관과 제3배기관의 사이에 압력 차를 제공할 수 있다.
상기 실내기와 상기 실외기 사이에서 냉매를 순환시키기 위한 냉매관과 상기 분리된 산소를 공급하는 산소공급관을 더 포함하며, 상기 냉매관과 상기 산소공급관은 일체로 결합되어 연장될 수 있다.
상기 프로세서는 이산화탄소 여과와 공급을 먼저 수행한 후 상기 산소 분리와 공급을 수행하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 제어할 수 있다.
상기 이산화탄소제거부는 제올라이트, MOF(Metal Organic Framework), 다공성 카본 소재 중 하나 이상의 소재로 이루어진 흡착재를 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소제거부는 소정 시간 동안 상기 이산화탄소가 흡착된 상기 흡착재를 열 또는 압력을 가하여 탈락시킬 수 있다.
상기 공기조화기는 상기 여과된 이산화탄소를 배출하는 제1배기관, 상기 산소발생부의 산소공급구를 연결하는 제1공급관, 상기 제1배기관과 상기 제1공급관을 연결하는 연결관, 산소발생부는 상기 잔류물을 배출하는 제2배기관 및 상기 제1배기관과 상기 연결관 사이에 마련된 제1전환밸브 및 상기 제1공급관과 상기 연결과 사이에 마련된 제2전환밸브를 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소제거부는 실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하는 이산화탄소 제거모드와 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소 배출모드로 동작하며, 상기 산소공급부는 실외로부터 유입된 실외공기를 가압하여 산소와 잔류물로 분리하여 실내로 공급하는 산소 공급모드와 상기 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소 배출모드로 동작할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 연결관을 통해 상기 이산화탄소 배출 모드와 상기 산소 공급모드를 순차적으로 수행하도록 상기 제1 및 제2전환밸브를 제어할 수 있다.
상기 실외기는 송풍팬을 포함하며, 상기 프로세서는 상기 이산화탄소 배출과 상기 잔류물 배출 시에 상기 송풍팬을 동작시킬 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기가 제공된다. 공기조화기는 실내기, 실외기 및 상기 실내기와 실외기를 제어하는 프로세서를 구비한다. 상기 실내기 또는 실외기는 실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하고, 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소제거부 및 실외로부터 유입된 실외공기로부터 산소를 분리하여 실내로 공급하고, 상기 산소가 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소발생부를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 여과된 이산화탄소와 상기 잔류물을 함께 실외로 배출하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 제어한다.
상기 실내기는 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 포함하며, 상기 실외기는 실외공기를 흡입하는 흡입부와 상기 실내기에서 발생되는 이산화탄소를 배출하는 배출부가 설치될 수 있다.
상기 실외기는 송풍팬을 포함하며, 상기 흡입부는 상기 송풍팬의 반대측에 위치하고, 상기 배출부는 상기 송풍팬 측에 위치하여 실외로 배출하는 이산화탄소가 상기 흡입부으로 다시 유입되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 공기조화기가 제공된다. 공기조화기는 실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하는 이산화탄소 제거모드와 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소 배출모드로 동작하는 이산화탄소제거부, 실외로부터 유입된 실외공기를 가압하여 산소와 잔류물로 분리하여 실내로 공급하는 산소 분리모드와 상기 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소 배출모드로 동작하는 산소발생부, 및 상기 여과된 이산화탄소와 상기 분리된 잔류물이 함께 배출되도록 상기 이산화탄소 배출모드와 상기 잔류물 배출모드를 동시에 수행하는 프로세서를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법이 제공된다. 제어방법은 실내의 공기로부터 이산화탄소를 흡착제로 흡착시켜 여과하여 실내로 공급하도록 이산화탄소제거부를 동작시키는 단계, 상기 흡착된 이산화탄소를 배출하기 위해 탈락시키도록 이산화탄소제거부를 동작시키고, 동시에 실외로부터 유입된 실외공기를 가압하여 산소를 잔류물과 분리하여 실내로 공급하도록 산소공급부를 동작시키는 단계 및 상기 탈락된 이산화탄소와 상기 잔류물을 동시에 배출하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소공급부를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 공기조화기의 실내기에 장착된 이산화탄소 제거부를 통해 실내 공기 중 인체영향도가 가장 높고 축적 속도가 빠른 이산화탄소를 먼저 흡착재로 제거하고, 흡착재 재생으로 탈락된 고농도의 이산화탄소를 배출하는 시점에 가압수단이 마련된 산소 발생부를 동작시켜 산소로부터 분리된 질소 등의 잔류물과 탈락 이산화탄소를 외부로 함께 배출하고, 산소 발생부에서 분리된 산소를 실내로 유입시켜 효율적으로 실내 공기를 관리할 수 있다.
또한, 이산화탄소 제거부와 산소발생부를 별도로 운전할 때 보다 관련 부품 수를 줄일 수 있어, 실내기, 실외기의 공간제약을 극복할 수 있다.
또한, 실외기와 실내기를 하나의 연결라인으로 연결하고 연결라인의 입출구 측에 별도의 전환밸브를 설치한 후, 이산화탄소 제거부를 먼저 동작시켜 실내 이산화탄소의 농도를 줄이고 흡착된 고농도 이산화탄소를 배출한 뒤 산소 발생부를 동작시켜 부족한 산소농도를 보충해 줌으로써 배관구조가 간단하고 배관설치가 편리하다.
또한, 실외기와 실내기의 사이에서 이동되는 각 기체의 유로는 실내기와 실외기를 연결하는 냉매관과 일체형으로 별도의 연결라인을 구성함으로써 배관구조가 간단하고 배관설치가 편리하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 배관어셈블리를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기의 이산화탄소 제거부와 산소발생부의 구조를 나타내는 도이다.
도 5는 도 4에서 이산화탄소제거부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에서 산소발생부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 실내에서 시간에 따른 이산화탄소 및 산소 농도변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기의 제어과정을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 이산화탄소제거부와 산소발생부의 구조를 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 제어과정을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 이하의 실시예에 설명된 구성 또는 작용으로만 한정되지는 않는다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, '구성되다', '포함하다', '가지다' 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 실시예에서 '상부', '하부', '좌측', '우측', '내측', '외측', '내면', '외면', '전방', '후방' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이에 의해 각 구성요소의 형상이나 위치가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예에서, 복수의 요소 중 적어도 하나(at least one)는, 복수의 요소 전부뿐만 아니라, 복수의 요소 중 나머지를 배제한 각 하나 혹은 이들의 조합 모두를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기(1)를 도시한다. 공기조화기(1)는 실내기(10), 실외기(20), 및 실내기(10)와 실외기(20) 사이에서 냉매, 이산화탄소, 산소를 전달하는 배관어셈블리(30)를 포함한다.
공기조화기(1)는 가정용 에어컨, 시스템에어컨, 공조장치, 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
실내기(10)는 스탠드형 실내기, 벽걸이형 실내기 및 천장형 실내기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면 1에서는, 스탠드형 실내기(10)를 예로 들어 설명한다.
실내기(10)는 실외기(20)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(10)는 실외기(20)로부터 산소를 공급받아 실내로 토출한다. 실내기(10)는 실내공기를 흡입하여 이산화탄소를 흡착한 후 다시 실내로 토출한다. 또한, 실내기(10)와 실외기(20)는 통신 라인으로 연결되거나 또는 전력선을 이용하여 통신함으로써 입력되는 운전설정에 따라 동작한다.
실내기(10)는 실내 열교환기(미도시)와, 팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시)를 포함한다.
실외기(20)는 압축 및 증발된 냉매를 실내기(10)로 전달한다. 실외기(20)는 실외공기를 흡입하여 산소를 분리하여 배관어셈블리(30)를 통해 실내기(10)로 전달한다.
실외기(20)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기 사이에 열을 교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함할 수 있다.
도 2는 배관어셈블리(30)의 단면도이다. 배관어셈블리(30)는 실내기(10)와 실외기(20) 사이에서 냉매를 주고받는 냉매관(32,34), 실내기(10)에서 제거(흡착)된 이산화탄소를 배출하는 제1배기관(36) 및 실외기(20)에서 생성한 산소를 실내기(10)로 전달하는 공급관(38)을 포함한다. 냉매관(32,34), 제1배기관(36) 및 공급관(38)은 단열재(31)로 일체로 감싸진다. 냉매관(32,34), 제1배기관(36) 및 공급관(38)은 각각 개별적으로 제작될 수도 있고 동일한 재료로 일체로 사출로 제작될 수도 있다. 물론, 냉매관(32,34)은 동관으로 각각 제작되고, 제1배기관(36)과 공급관(38)은 플라스틱으로 사출 제작될 수도 있다. 냉매관(32,34), 제1배기관(36) 및 공급관(38)이 일체로 제작될 경우, 배관구조와 배관설치가 간단해 질수 있다.
도 3의 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)의 블록도이다.
실내기(10)는, 실내기 통신부(11), 제1메모리(12), 제1프로세서(13), 입력부(14), 전원공급부(15), 제1송풍팬(16), 제1팬 구동부(17), 이산화탄소센서(18), 이산화탄소제거부(19)를 구비할 수 있다.
실내기 통신부(11)는, 적어도 하나의 통신모듈을 포함할 수 있으며, 실외기(20)와 연결된 통신 라인을 통해 데이터, 제어명령 등을 교환하거나, 상호 통신함으로써 실내기(10)에 입력되는 운전설정에 따라 실외기(20)를 동작시킬 수 있다.
또한, 실내기(10)와 실외기(20)의 통신 방법은, 유선통신뿐만 아니라, 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 비콘(Beacon), 지그비(zigbee)등의 무선 통신 방식일 수 있다.
제1메모리(12)는, 제1프로세서(13)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 실내기(10) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 제1메모리(12)는, 실외기(20)를 제어하는데 따른 기준데이터와, 실내기 통신부(11)를 통해 송수신 되는 데이터가 저장될 수 있다.
제1프로세서(13)는, 실외기(20)로부터 수신되는 데이터에 대응하여 실내기(10)의 각 구성요소들을 전반적으로 동작을 제어하고, 실내기 통신부(11)를 통한 데이터 송수신을 제어할 수 있다.
제1프로세서(13)는 전원공급부(15)를 통해 실외기(20)에 공급되는 전원을 제어할 수 있다.
제1프로세서(13)는 이산화탄소센서(18)가 감지한 실내의 이산화탄소 농도에 따라 이산화탄소제거부(19)의 동작을 제어할 수 있다. 제1프로세서(13)는 이산화탄소제거부(19)의 이산화탄소제거모드와 이산화탄소배출모드를 제어할 수 있다.
입력부(14)는 실내기(10)에 부착되는 복수의 버튼 또는 터치 스크린을 구비할 수 있다. 입력부(14)는 복수의 버튼 또는 터치 스크린을 통해, 실내기(10)의 전원을 온 시켜, 동작시키는 것이 가능하다. 입력부(14)는 이산화탄소제거부(19)의 동작 조건, 예를 들면 실내의 이산화탄소농도를 입력할 수 있다.
입력부(14)는 전원 입력뿐만 아니라, 이산화탄소제거명령, 운전 명령, 시운전 명령, 테스트 운전, 주소 설정, 통신 오류가 발생한 경우 실외기(20)의 운전 주파수 설정, 통신 오류가 발생한 경우 실내기(10)의 운전 모드 설정 등에 대한 명령을 입력할 수도 있다.
전원공급부(15)는 제1프로세서(13)의 제어에 의해, 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
제1송풍팬(16)은 모터와 팬으로 구성될 수 있으며, 제1팬 구동부(17)의 제어에 의해 모터가 동작함에 따라 회전하게 된다.
제1팬 구동부(17)는 제1송풍팬(16)의 구동을 위한 회로를 구비할 수 있다. 제1팬 구동부(17)는 제1프로세서(13)의 제어신호에 대응하여, 제1송풍팬(16)을 제어할 수 있다. 제1팬 구동부(17)는 제1송풍팬(16)으로 동작 전원을 공급하여 회전동작 및 회전속도를 제어할 수 있다.
이산화탄소센서(18)는 실내의 이산화탄소농도를 실시간을 감지하여 제1프로세서(13)에 제공할 수 있다. 제1프로세서(13)는 실내의 이산화탄소농도가 소정 값을 초과하면 이산화탄소제거부(19)를 동작시켜 실내의 이산화탄소를 제거할 수 있다.
실내기(10)는 실내의 공에 포함된 산소 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이산화탄소제거부(19)는 실내의 공기를 흡입하여 이산화탄소를 흡착 제거한 후에 실내로 다시 순환시킬 수 있다. 이산화탄소제거부(19)는 흡착된 이산화탄소를 탈락시켜 배관어셈블리(30)의 제1배기관(36)을 통해 실외기(20)로 배출할 수 있다. 이산화탄소제거부(19)에 대한 구성 및 동작 설명은 별도로 상세히 설명한다.
실외기(20)는, 실외기 통신부(21), 제2메모리(22), 제2프로세서(23), 압축기(24), 압축기 구동부(25), 제2송풍팬(26), 제2팬 구동부(27), 및 산소발생부(28)를 구비할 수 있다.
실외기 통신부(21)는 적어도 하나의 통신모듈을 포함할 수 있으며, 실내기(10)와 연결된 통신 라인을 통해 데이터를 교환하거나, 상호 통신함으로써 운전 상태 정보를 교환할 수 있다.
실내기(10)와 실외기(20)의 통신 방법은 유선통신 방법뿐만 아니라, 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 비콘(Beacon), 지그비(zigbee)등의 무선 통신 방식일 수 있다.
제2메모리(22)는 제2프로세서(23)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 실외기(20) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 제2메모리(22)는 실외기(20)의 동작 제어를 위한 제어 데이터, 실외기 운전 중 감지되는 데이터 및 입출력되는 데이터가 저장될 수 있다.
제2메모리(22)는 압축기(24), 제2송풍팬(26), 산소발생부(28)를 제어하는데 따른 기준데이터와, 실외기 통신부(21)를 통해 송수신 되는 데이터가 저장될 수 있다.
제2프로세서(23)는 실외기(20) 내의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제2프로세서(23)는 실내기(10)로부터 수신되는 데이터에 대응하여 실외기(20)의 동작을 제어하고, 실외기 통신부(21)를 통한 데이터 송수신을 제어할 수 있다.
제2프로세서(23)는, 실내기(10)로부터, 전원을 받아 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제2프로세서(23)는, 실내기(10)로부터 수신되는 운전 설정에 따라 압축기(24), 제2송풍팬(26), 및 산소발생부(28)를 제어하는 제어신호를 각각 생성하여 압축기 구동부(25), 제2팬 구동부(27) 및 산소발생부(28)로 제공할 수 있다.
제2프로세서(23)는, 복수의 센서로부터 입력되는 데이터에 대응하여 압축기(24)의 냉매, 제2송풍팬(26), 산소발생부(28)의 상태를 판단하고, 그에 대응하여 제어명령을 생성하여 압축기 구동부(25), 제2팬 구동부(27), 산소발생부(28)로 인가할 수 있다.
압축기(24)는 냉매를 압축 증발시켜 실내기(10)에 제공한다.
압축기 구동부(25)는 압축기(24)의 구동을 위한 회로를 구비하여, 압축기(24)를 구동할 수 있다. 이 경우 압축기 구동부(25)는 압축기(24)가 특정 운전 주파수로 동작하도록 압축기(24)의 모터로 동작 전원을 공급할 수 있다. 그에 따라 압축기(24)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 압축하여 고온 고압의 냉매를 토출 한다.
압축기 구동부(25)는, 제2프로세서(23)의 제어 명령에 따라 압축기(24)를 소정 주파수로 구동할 수 있고, 실내기(10)와의 통신 오류가 발생한 경우, 사전 설정된 주파수로 압축기(24)를 구동할 수 있다.
제2송풍팬(26)은 실외 열교환기에 구비되어 압축기(24)로부터 공급되는 냉매가 열교환기로 유입되어 실외 공기와 열교환 되도록 실외공기를 흡입하여 공급하고, 열교환 된 공기를 실외로 토출할 수 있다. 이 경우 제2송풍팬(26)은 모터와 팬으로 구성될 수 있으며, 제2팬 구동부(27)의 제어에 의해 모터가 동작함에 따라 팬이 회전하게 된다.
제2팬 구동부(27)는 팬 구동을 위한 회로를 구비하여, 팬을 구동할 수 있다. 제2팬 구동부(27)는 제2프로세서(23)의 제어신호에 대응하여 제2송풍팬(26)을 제어할 수 있다. 제2팬 구동부(27)는 제2송풍팬(26)으로 동작 전원을 공급하여 회전동작 및 회전속도를 제어할 수 있다.
산소발생부(28)는 실외공기를 흡입하여 산소를 발생하고, 산소 이외의 잔류물은 실외로 배출할 수 있다. 산소발생부(28)는 발생된 산소를 배관어셈블리(30)의 공급관(38)을 통해 실내기(10)로 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기(1)의 이산화탄소 제거부(19)와 산소발생부(28)의 연결구조를 나타내는 도이고 도 5는 이산화탄소제거부(19)의 구조를 나타내는 도이고, 도 6은 산소발생부(28)의 구조를 나타내는 도이다.
이산화탄소제거부(19)는 실내기(10)에 설치되고, 산소발생부(28)는 실외기(20)에 설치된다.
이산화탄소제거부(19)는 실내공기를 흡입하는 내기흡입부(191), 흡입된 실내공기로부터 이산화탄소가 제거된 공기를 실내로 제공하는 공기토출관(193), 및 실내공기로부터 흡착 제거된 이산화탄소를 배출하는 제1배기관(36)을 포함한다.
산소발생부(28)는 실외공기를 흡입하는 외기흡입부(281), 발생된 산소를 실내기(10)로 공급하는 공급관(38), 및 산소 이외의 잔류물을 배출하는 제2배기관(35)을 포함한다.
제1배기관(36)과 제2배기관(35)은 실외기(20)에서 제3배기관(37)에 의해 하나로 합류한다. 이에 의해, 제3배기관(37)에서 합류된, 실내공기에서 분리된 이산화탄소와 산소발생부(28)에서 발생된 산소 이외의 잔류물은 실외기(20)의 배출부(202)를 통해 실외로 함께 배출된다. 이때, 배출부(202)와 외기흡입부(281)는 서로 떨어지도록 배치하여 배출부(202)를 통해 배출되는 이산화탄소와 잔류물이 외기흡입부(281)으로 흡입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2프로세서(도 3의 23)는 배출부(202)를 통해 이산화탄소 및/또는 잔류물을 배출하는 타이밍에 맞게 제2송풍팬(26)을 구동하여 멀리 날려버릴 수 있다. 이에 의해, 이산화탄소 및/또는 잔류물이 산소발생부(28)로 재 흡입되는 것을 방지할 수 있다.
이산화탄소제거부(19)로부터 공기토출관(193)을 통해 전달된 이산화탄소가 제거된 공기와 산소발생부(28)의 공급관(38)을 통해 공급된 산소는 실내기(10)의 토출부(102)를 통해 실내로 토출된다.
도 5는, 이른바, Packed bed 타입의 이산화탄소제거부(19)를 나타내고 있다. 물론, 이산화탄소제거부(19)는 Packed bed 타입 이외에 로터 방식과 같은 다른 타입이 적용될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 이산화탄소제거부(19)는 내부에 이산화탄소를 흡착하는 흡착재(192)가 채워진 베드(bed)(190), 베드(190) 내에 흡착재(192)를 둘러싸도록 배치된 히터(194)를 포함한다.
흡착재(192)는 제올라이트, MOF(Metal Organic Framework), 다공성 카본 소재 중 하나 이상의 소재로 이루질 수 있다.
이산화탄소제거부(19)는 내기흡입부(191)를 통해 실내공기를 흡입하여 베드(190) 내의 흡착재(192) 사이를 통과시켜 이산화탄소를 흡착 제거한다. 이와 같이 이산화탄소가 제거된 공기는 공기토출관(193)으로 공급된다. 한편, 소정 시간 동안 이산화탄소의 제거를 수행하면 베드(190) 내의 흡착재(192)에 이산화탄소가 흡착된다. 흡착재(192)에 흡착된 이산화탄소는 히터(194)에 의한 가열, 또는 펌프에 의한 가압으로 탈락되어 제1배기관 (36)을 통해 실외기(20)로 배출한다.
실내공기의 이산화탄소 제거과정과 흡착된 이산화탄소를 배출하는 과정을 동시에 수행하기 위해서는 추가적으로 베드를 병렬 설치하고 2개의 베드를 이용하여 교번으로 이산화탄소의 제거와 배출을 수행할 수도 있다. 또한, 실내공기의 이산화탄소 제거과정과 흡착된 이산화탄소를 배출하는 과정을 동시에 수행하는 다른 방법으로는 로터 방식의 이산화탄소제거부를 적용할 수도 있다.
도 6은 산소발생부(28)는 실외공기기를 흡입하는 외기흡입부(281), 실외공기를 압축하는 컴프레서(282), 컴프레서(282)를 구동하는 모터(283), 압축된 공기를 냉각시키는 열교환기(284), 수격 작용을 흡수, 완화시키기 위한 서지탱크(surge tank)(285), 4웨이 솔레노이드 밸브(286), 가스 성분에 따라 흡착력이 다른 분자체가 채워진 한 쌍의 분자체 베드(Molecular Sieve Bed)(287-1,287-2), 감압 오리피스(Pressure Reducing Orifice)(288), 크로스오버 밸브(289), 산소저장탱크(290) 및 제어회로(291)를 포함한다.
도 6에서, 컴프레서(282)에서 압축된 공기는 흡착과정에서의 흡착력을 높이기 위하여 열교환기(284)에서 온도를 낮춘 후 두개의 분자체 베드(287-1,287-2) 중 한 개(287-1)에 주입된다. 공기중의 질소분자는 흡착력의 차이에 따라 산소분자 보다 먼저 분자체에 흡착된다. 분자체가 질소분자에 의해 포화되면 제어회로(291)에 의해 솔레노이드 밸브(286)를 조작하여 다른 베드(287-2)로 압축 공기가 이송되게 되어 산소를 생산한다.
한편, 질소가스로 포화된 베드(287-1)는 분자체의 재생을 위하여 퍼지(Purge) 과정을 수행한다. 퍼지 과정에서 포화된 베드(287-1)에서 분리된 잔류물은 제2배기관(35)을 통해 배출된다.
분자체 베드(287-1,287-2)를 통과한 농축된 산소는 오리피스(288)를 통과한 후 산소저장 탱크(290)로 저장된 후 공급관(38)을 통해 실내기(10)로 전달된다. 이렇게 생산된 산소 중 대부분은 감압 오리피스(288)를 통과하여 질소로 포화된 베드(287-2)를 퍼지하기 위하여 사용되며 생산된 산소의 일부분만이 실내기(10)에 전달된다.
상술한 반복 공정은 매 수십 초 마다 이루어지며, 분자체는 연속해서 흡/탈착을 반복할 수 있다. 이러한 흡/탈착의 반복 공정 가운데 두 개의 베드(287-1,287-2)가 서로 흡/탈착을 변경할 때 솔레노이드 밸브(286)는 베드(287-1,287-2)로 주입되는 모든 유체를 순간적으로 차단하며, 크로스오버 밸브(289)를 열어 두 개의 베드(287-1,287-2) 사이의 압력의 평형을 유지한다.
다른 실시예로서, 산소발생부(28)의 컴프레서(282)는 냉매를 압축하는 용도로 함께 사용될 수도 있다.
다른 실시예로서, 이산화탄소제거부(19)와 산소발생부(28)가 모두 실내기(10) 또는 실외기(20)에 설치될 수도 있다. 만일, 이산화탄소제거부(19)와 산소발생부(28)가 모두 실내기(10)에 설치되는 경우, 산소발생부(28)의 실외공기를 흡입하는 외기흡입부(281)는 실내기(10)로 연장하는 추가 배관(미도시)이 마련될 수 있다. 만일 이산화탄소제거부(19)와 산소발생부(28)가 모두 실외기(20)에 설치되는 경우, 실내공기를 토출하는 공기토출관(193)은 실외기(20)로부터 실내기(10) 사이에 이산화탄소가 제거된 공기를 공급하는 배관(미도시)이 추가로 마련될 수 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기(1)의 제어방법을 상세히 설명한다.
도 7은 실내에서 시간에 따른 이산화탄소 및 산소 농도변화를 나타내는 그래프로서, 5평 공간의 실내에 성인 2명이 있을 경우 시간에 따른 산소와 이산화탄소의 농도 측정 결과이다. 그래프(a)에 나타낸 바와 같이, 산소의 경우는 호흡에 의해 점차 소모되어 대기 평균농도인 21%에서 8시간 후 20% 수준으로 서서히 감소하며, 그래프(b)에 나타낸 바와 같이 이산화탄소는 호흡에 의해 발생 및 축적되어 2시간 후에 3000ppm 이상으로 빠르게 증가한다. 따라서, 최적의 실내 공기 조성을 산소농도 21~22%, 이산화탄소 1000ppm 이하라고 가정하고, 각 기체의 시간 별 농도 변화와 기체에 대한 인체 반응 농도를 비교해보면, 산소는 20% 이하부터 반응을 시작하고, 이산화탄소는 3000ppm 이상부터 반응을 시작한다. 따라서, 이산화탄소와 산소 중 더 빠른 시간 내에 인체에 영향을 미치는 기체는 이산화탄소이므로 이를 먼저 제거하여야 함을 알 수 있다.
이러한 사실을 기초로 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기(1)를 제어하는 과정을 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기의 제어과정을 나타내는 순서도이다.
단계 S11에서, 이산화탄소센서(18)에 의한 실내의 이산화탄소 농도 감지하여 1000ppm을 초과할 경우 이산화탄소제거부(19)의 동작을 개시한다. 물론, 사용자가 입력부(14)를 통해 이산화탄소제거부(19)의 동작 명령을 입력할 수도 있다.
단계 S12에서, 이산화탄소제거부(19)의 동작이 개시되면 실내 공기를 흡입하는 내기흡입부(191) 측 펌프 또는 팬모터(미도시)의 동작이 개시된다.
단계 S13에서, 이산화탄소제거부(19)는 흡착재(192)로 이산화탄소의 흡착과 재생을 반복하는 구조로서, 일정 시간 동안 흡착이 진행되면 열 또는 압력을 제어하여 이전에 흡착된 이산화탄소를 탈락시켜 고농도의 이산화탄소를 외부로 배출한다.
단계 S14에서, 단계 S13의 시점에서 실외기(20)에 설치된 산소발생 부(28)의 동작이 개시된다.
단계 S15에서, 이산화탄소제거부(19)에서 탈락된 이산화탄소와 산소발생부(28)에서 분리된 산소 이외의 잔류물(주로 질소)을 함께 제3배기관(37)을 통해 실외로 배출한다. 이때, 제1배기관(36)을 통해 이산화탄소를 배출하는 방법은 산소발생부(28)에 잔류물을 배출하기 위해 컴프레서(282)로 가압함에 따라 제1배기관(36)과 제3배기관(37) 사이의 압력 차를 이용한다. 이러한 방법은 실내기(10)와 실외기(20)의 거리가 가까울 경우에 유효하다. 만일 실내기(10)와 실외기(20)의 거리가 멀어 압력이 낮거나 소음이 심한 경우 제3배기관(37)에 배기펌프(미도시)를 설치하거나 압력 손실 방지를 위한 벤츄리관(미도시)을 설치함으로써 효과적으로 이산화탄소와 잔류물을 배출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 이산화탄소의 제거를 먼저하고 이후 산소발생을 해야 하는 이유는,
첫째, 전술한 바와 같이 실내 공기 중 산소의 감소속도보다 이산화탄소의 발생속도가 높고,
둘째 산소발생부(28)에 멤브레인 방식 또는 PSA (Pressure Swing Adsorption) 방식을 주로 적용하는데 두 방식 모두 가압을 통한 질소와 산소의 분리를 위해 컴프레서 또는 고용량 펌프 등의 가압수단이 필수부품이므로 가압 시 발생되는 압력차이를 이용해 이산화탄소제거부(19)에서 배출되는 고농도 이산화탄소와 산소발생부(28) 에서 분리된 잔류물을 하나로 합쳐서 외부로 배출하기 위한 것이다.
가압수단, 예를 들면 컴프레서의 경우 농축 산소(토출 산소 농도 40% 이상, 유량 5LPM 이상 기준)를 만들기 위해 10~30Psi의 압력이 분리막에 인가되어야 하며, 잔류물 분리 측의 압력이 유지되는 구조의 경우 5Psi의 압력 차를 유지시킬 수 있어 고농도 이산화탄소를 같이 배출이 가능하다.
이와 같이, 이산화탄소제거부(19)와 산소발생부(28)의 운전시점을 다르게 하여 실내에서 배출되는 고농도 이산화탄소와 실외기(28)에서 분리된 잔류물을 하나의 배기수단으로 합쳐서 배출할 경우 시스템을 단순화할 수 있고 효율적인 시스템 운영이 가능하다.
단계 S16에서, 실내 공기에 포함된 이산화탄소의 농도를 측정한다. 만일 이산화탄소의 농도가 아직도 1000ppm 초과하면 이전 단계 S12~S15를 반복하고 1000ppm이하이면 다음단계를 수행한다.
단계 S17에서, 실내공기의 이산화탄소가 1000ppm이하이면 이산화탄소제거부(19)의 마지막 재생(이산화탄소의 탈락)이 종료된 후 일정시간 동안 이산화탄소제거부(19) 내부에 잔존하는 이산화탄소 흡착분과 외부까지 연결된 배기관내에 잔존하는 고농도 이산화탄소를 모두 제거함으로써 수명과 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있다.
단계 S18에서, 잔여분의 이산화탄소를 모두 배출시킨 후 산소발생부(28)의 동작을 정지시킨다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 이산화탄소 제거부와 산소발생부의 구조를 나타내는 도이다.
도시한 바와 같이, 이산화탄소제거부(19)는 실내기(10)에 설치되고, 산소발생부(28)는 실외기(20)에 설치된다.
이산화탄소제거부(19)는 실내공기를 흡입하는 내기흡입부(191), 이산화탄소가 제거된 공기를 실내로 공기토출관(193), 및 실내공기로부터 흡착 제거된 이산화탄소를 배출하는 제1배기관(36)을 포함한다.
산소발생부(28)는 실외공기를 흡입하는 외기흡입부(281), 발생된 산소를 실내기(10)로 공급하는 공급관(38), 및 산소 이외의 잔류물을 배출하는 제2배기관(35)을 포함한다.
제1배기관(36)과 공급관(38)은 하나의 연결관(362)에 의해 연결된다. 제1배기관(36)과 연결관(362) 사이에는 전환밸브1(42)이 마련되고 제1배기관(36)과 공급관(38) 사이에는 전환밸브2(44)가 마련된다. 전환밸브 1(42)은 실외기(20)에서 연결관(362)을 통해 공급한 산소를 실내기(10)로 공급하는 제1분기관(382)이 연결된다. 전환밸브2(44)는 실내기(10)에서 연결관(362)을 통해 배출하는 이산화탄소를 제3배기관(37) 측으로 배출하는 제2분기관(366)을 포함한다. 따라서, 단일의 연결관(362)을 통해 이산화탄소 배출하고 산소를 공급하도록 이산화탄소제거부(19)와 산소발생부(28)의 동작을 별도로 제어할 수 있다.
제2분기관(366), 제2배기관(35) 및 제3배기관(37) 사이에는 배기펌프(50)가 마련되어 이산화탄소와 잔류물을 가제로 배출한다. 이와 같이, 제3배기관(37)으로 합류된 이산화탄소와 잔류물은 배기펌프(50)에 의해 실외기(20)의 배출부(202)를 통해 실외로 배출된다. 배기펌프(50)는 산소발생부(28)의 컴프레서(282)나 압력 손실 방지를 위한 벤츄리관(미도시)으로 대체될 수 있다. 이와 같이, 제3배기관(37)은 배기펌프(50) 또는 벤츄리관을 포함함으로써 실내공기에서 분리된 이산화탄소와 산소발생부(28)에서 발생된 산소 이외의 잔류물을 함께 배출할 수 있다. 이때, 배출부(202)와 외기흡입부(281)는 서로 떨어지도록 배치하여 배출부(202)를 통해 배출되는 이산화탄소와 잔류물이 외기흡입부(281)으로 흡입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2프로세서(도 3의 23)는 배출관(202)을 통해 이산화탄소 및/또는 잔류물을 배출하는 타이밍에 맞게 제2송풍팬(26)을 구동시켜 멀리 날려버릴 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 공기조화기에서 이산화탄소의 제거와 산소발생기의 동작을 연동시킴으로써 효율적인 운전이 가능하여 에너지 소비를 절약할 수 있다. 또한, 실내공기에서 분리된 이산화탄소와 산소발생부(28)에서 발생된 산소 이외의 잔류물을 함께 배출함으로써 구조 및 그 설치가 간단하고 공간 확보가 용이하다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 제어과정을 나타내는 순서도이다.
단계 S21에서, 이산화탄소센서(18)에 의한 실내의 이산화탄소 농도 감지하여 1000ppm을 초과할 경우 이산화탄소제거부(19)의 동작을 개시한다. 물론, 사용자가 입력부(14)를 통해 이산화탄소제거부(19)의 동작 명령을 입력할 수도 있다.
단계 S22에서, 이산화탄소제거부(19)의 동작이 개시되면 실내 공기를 흡입하는 내기흡입부(191) 측 펌프 또는 팬모터(미도시)의 동작이 개시된다.
단계 S23에서, 이산화탄소제거부(19)는 흡착재(192)로 이산화탄소의 흡착과 재생을 반복하는 구조로서, 일정 시간 동안 흡착이 진행되면 열 또는 압력을 제어하여 이전에 흡착된 이산화탄소를 탈락시켜 고농도의 이산화탄소를 외부로 배출한다.
단계 S24에서, 전환밸브1(42)과 전환밸브2(44)를 이산화탄소 배기 측으로 전환 개방시키고 배기펌프(50)를 가동시킨다.
단계 S25에서, 배기펌프(50)의 가동에 따라 이산화탄소제거부(19)의 탈락된 이산화탄소는 제1배기관(36), 연결관(362), 및 제2분기관(366)을 통하여 제3배기관(37)으로 배출된다.
단계 S26에서, 실내 공기에 포함된 이산화탄소의 농도를 측정한다. 만일 이산화탄소의 농도가 아직도 1000ppm 초과하면 이전 단계 S22~S25를 반복하고 1000ppm이하이면 다음단계를 수행한다.
단계 S27에서, 실내공기의 이산화탄소가 1000ppm이하이면 산소발생부(28)를 동작시킨다.
단계 S28에서, 전환밸브1(42)과 전환밸브2(44)를 산소 배기 측으로 전환 개방시켜 산소발생기(28)에서 발생된 산소가 공급관(38), 연결관(362) 및 제1분기관(382)를 통해 실내기(10)로 공급된다.
단계 S29에서, 실내공기의 산소를 측정하여 21%를 초과하는지 판단한다. 만일, 산소가 21%를 이하이면 이전 단계 S27를 실행하고, 초과하면 다음단계를 수행한다.
단계 S30에서, 실내공기의 산소가 21%를 초과하면 산소발생부(28)의 동작을 중지시킨다.
다른 실시예로서, 사용자 입력 버튼 (CO2 제거 모드, 산소발생 모드)이 있을 경우에는 상술한 알고리즘을 구간별로 별도 제어하는 것도 가능하다.
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 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 공기조화기에 있어서,
    실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하고, 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소제거부를 가진 실내기;
    실외로부터 유입된 실외공기로부터 산소를 분리하여 실내로 공급하고, 상기 산소가 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소발생부를 가진 실외기; 및
    상기 여과된 이산화탄소와 상기 잔류물을 함께 실외로 배출하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 제어하는 프로세서를 포함하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여과된 이산화탄소를 배출하는 제1배기관;
    상기 산소발생부는 상기 잔류물을 배출하는 제2배기관; 및
    상기 제1배기관과 상기 제2배기관이 합류하는 제3배기관을 더 포함하는 공기조화기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산소발생부는 유입된 외부공기에 압력을 가하는 컴프레서를 포함하며,
    상기 컴프레서는,
    상기 잔류물을 상기 제2배기관과 상기 제3배기관을 통해 배출하고,
    상기 여과된 이산화탄소가 상기 제1배기관을 통해 배출되도록 상기 제1배기관과 제3배기관의 사이에 압력 차를 제공하는 공기조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실내기와 상기 실외기 사이에서 냉매를 순환시키기 위한 냉매관과 상기 분리된 산소를 공급하는 산소공급관을 더 포함하며,
    상기 냉매관과 상기 산소공급관은 일체로 결합되어 연장하는 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 이산화탄소 여과와 공급을 먼저 수행한 후 상기 산소 분리와 공급을 수행하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 제어하는 공기조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소제거부는 제올라이트, MOF(Metal Organic Framework), 다공성 카본 소재 중 하나 이상의 소재로 이루어진 흡착재를 포함하는 공기조화기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 여과된 이산화탄소를 배출하는 제1배기관;
    상기 산소발생부의 산소공급구를 연결하는 제1공급관;
    상기 제1배기관과 상기 제1공급관을 연결하는 연결관;
    산소발생부는 상기 잔류물을 배출하는 제2배기관; 및
    상기 제1배기관과 상기 연결관 사이에 마련된 제1전환밸브; 및
    상기 제1공급관과 상기 연결과 사이에 마련된 제2전환밸브를 포함하는 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이산화탄소제거부는 실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하는 이산화탄소 제거모드와 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소 배출모드로 동작하며,
    상기 산소공급부는 실외로부터 유입된 실외공기를 가압하여 산소와 잔류물로 분리하여 실내로 공급하는 산소 공급모드와 상기 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소 배출모드로 동작하는 공기조화기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 연결관을 통해 상기 이산화탄소 배출 모드와 상기 산소 공급모드를 순차적으로 수행하도록 상기 제1 및 제2전환밸브를 제어하는 공기조화기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실외기는 송풍팬을 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 이산화탄소 배출과 상기 잔류물 배출 시에 상기 송풍팬을 동작시키는 공기조화기.
  11. 실내기, 실외기 및 상기 실내기와 실외기를 제어하는 프로세서를 구비한 공기조화기에 있어서,
    상기 실내기 또는 실외기는,
    실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하고, 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소제거부; 및
    실외로부터 유입된 실외공기로부터 산소를 분리하여 실내로 공급하고, 상기 산소가 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소발생부를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 여과된 이산화탄소와 상기 잔류물을 함께 실외로 배출하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 제어하는 공기조화기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 실내기는 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소발생부를 포함하며,
    상기 실외기는 실외공기를 흡입하는 흡입부와 상기 실내기에서 발생되는 이산화탄소를 배출하는 배출부가 설치되는 공기조화기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 실외기는 송풍팬을 포함하며,
    상기 흡입부는 상기 송풍팬의 반대측에 위치하고,
    상기 배출부는 상기 송풍팬 측에 위치하여 실외로 배출하는 이산화탄소가 상기 흡입부으로 다시 유입되지 않도록 하는 공기조화기.
  14. 공기조화기에 있어서,
    실내의 공기로부터 이산화탄소를 여과하여 실내로 공급하는 이산화탄소 제거모드와 상기 여과된 이산화탄소를 실외로 배출하는 이산화탄소 배출모드로 동작하는 이산화탄소제거부;
    실외로부터 유입된 실외공기를 가압하여 산소와 잔류물로 분리하여 실내로 공급하는 산소 분리모드와 상기 분리된 잔류물을 실외로 배출하는 산소 배출모드로 동작하는 산소발생부; 및
    상기 여과된 이산화탄소와 상기 분리된 잔류물이 함께 배출되도록 상기 이산화탄소 배출모드와 상기 잔류물 배출모드를 동시에 수행하는 프로세서를 포함하는 공기조화기.
  15. 실내의 공기로부터 이산화탄소를 흡착제로 흡착시켜 여과하여 실내로 공급하도록 이산화탄소제거부를 동작시키는 단계;
    상기 흡착된 이산화탄소를 배출하기 위해 탈락시키도록 이산화탄소제거부를 동작시키고, 동시에 실외로부터 유입된 실외공기를 가압하여 산소를 잔류물과 분리하여 실내로 공급하도록 산소공급부를 동작시키는 단계; 및
    상기 탈락된 이산화탄소와 상기 잔류물을 동시에 배출하도록 상기 이산화탄소제거부와 상기 산소공급부를 제어하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
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