KR100284834B1 - 난방설비의 자동제어 방법 및 자동제어장치 - Google Patents

Abstract

냉(난)방설비의 작동을 자동 제어하는 제어장치에 관한 것으로써, 온도검출 난방기능과 듀티비(Duty Rate) 난방 기능을 결합하여 설정된 실내온도를 기준으로 실내온도를 하강시키고자할 때 짧은 작동기간으로 난방장치를 단속 작동시키고, 실내온도를 상승시키고자할 때 그보다 상당히 긴 작동기간으로 난방장치를 단속 작동시켜 방바닥의 온도변화가 대기온도 변화속도와 균형을 이룰 수 있도록 서서히 상승 또는 하강시키는 자동제어장치이며 온도검출 난방과 듀티비 난방을 선택하여 운용할 수도 있고, 또한 실내에 조사되는 빛의 명암에 따라 사용자 설정조건이 자동적으로 변경되는 기능을 추가적으로 제공함.

[색인어]

초기화단계, 계측단계, 듀티비설정단계, 명령실행단계, 구동회로부, 온도검출회로부, 발진회로부, 논리회로, 전압비교회로부, 시정수조절회로부, 가변저항, 마이크로프로세서, 광검출회로부, 온도검출 난방(온도난방), 듀티비 난방(시간난방).

Description

난방설비의 자동제어 방법 및 자동제어장치

본 발명은 냉방 또는 난방장치의 작동을 자동제어 하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 실내 대기와 발열체를 근소한 온도차이로 유지되도록 하여 안락감을 극대화시키기 위한 것이다.

냉방 또는 난방장치에는 일반적으로 실내 대기의 온도를 감지하여 그 동작과 정지를 자동적으로 행하도록 하는 제어장치가 부가되어 있으며 라지에이터의 발열에 의존하는 난방장치에 있어서 상당히 유용하게 활용되고 있었다.

그러나, 방바닥의 발열에 의존하는 온돌방식의 난방설비에서는 바닥으로부터 실내 대기로 온도 전달되는 속도가 상당기간 지연됨으로 말미암아 종래 대기의 온도변화만을 감지하는 제어장치를 사용할 때는 방바닥의 온도변화를 제때에 감지하지 못하므로 방바닥의 냉온 온도변화 기복이 심한 결점이 있었으며, 이와 같은 결점은 실내 바닥과 대기온도의 차이가 연속적으로 변화하는 부조화현상(난방장치가 일정한 실내온도로 설정되어 동작하여도 방바닥은 뜨겁거나 차갑게 되는 현상)을 초래하여 안락감을 저하시킴과 동시 난방효율을 떨어뜨리거나 사용자의 빈번한 조작을 유발하므로 정확한 동작제어와 편이성을 얻고자 하는 제어장치 소기의 목적이 달성되지 못하였으며, 온돌구조에서 침대구조로 사용환경이 바뀌었을 때도 그에 적합한 난방 방식을 사용자가 선택하는 것이 사실상 곤란하였다.

또한, 차량 등의 냉방장치에 있어서는 주간과 야간에 같은 온도기준으로 냉방장치를 작동시키더라도 체감온도는 현저히 달라지며, 주행중의 주위상황 예를 들면 터널 통과 등에 의한 일조상태 변화 때에도 체감온도가 달라지는 바 상기 대기온도를 기준으로 냉방장치를 자동적으로 ON-OFF시키는 장치는 그때마다 역시 사용자의 ON-OFF조작이 보조적으로 뒤따라야하므로 편이성 제고와 안락감 유지에 상당히 미흡한 결점이 있었다.

본 발명의 제1목적은 난방장치에 있어서 대기온도의 변화속도와 동일한 속도로 방바닥의 온도가 변화되도록 하여 실내 대기의 온도안정은 물론 바닥과 실내 대기의 온도차이를 적게 하고, 사용환경 변화에 신속 적응할 수 있도록 난방 방식별 사용자 선택기능을 부여함으로써 안락감 향상, 사용자의 편이성 향상 및 에너지를 절감하는 수단을 제공하고자 함에 있으며, 본 발명의 제2목적은 냉방장치에 있어서 주ㆍ야간 또는 주간에서도 일조상태의 변화에 따라 냉방장치의 작동기간이 자동적으로 변경 설정되도록 함으로써 체감온도를 일정 유지하여 사용자의 편이성과 안락감 향상에 기여토록 함에 있다.

이와 같은 목적의 본 발명은 온도를 기준으로 하는 난방 방식과 듀티비(Duty Rate)를 기준으로 난방 방식을 결합하여서 설정된 온도를 기준으로 실내온도를 하강시키고자할 때 짧은 작동기간으로 난방장치를 단속 작동시키며, 실내온도를 상승시키고자할 때 그보다 상당히 긴 작동기간으로 난방장치를 단속 작동시키도록 함으로써 냉(난)방장치가 지속적으로 정지되거나 지속적으로 작동되는 결점을 해소하여 방바닥의 온도가 대기온도 상승속도와 균형을 이루어 서서히 상승 또는 하강되도록 하는 수단을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 온도를 기준으로 난방 방식과 듀티비를 기준으로 하는 난방 방식을 각각 사용자가 선택하여 독립적으로 작동시키도록 하는 수단을 제공한다.

또한, 본 발명은 실내에 조사되는 빛의 강도를 감지하여 그 설정된 기준점을 자동적으로 변화시켜 체감온도를 일정하게 유지시키는 수단을 추가적으로 제공한다.

제1도는 본 발명의 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램.

제2도 및 제3도는 본 발명의 다른 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램.

제4도는 제3도 실시의 듀티비 가변작용의 일례를 설명하는 표.

제5도 및 제6도는 본 발명의 또 다른 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램.

제7도 및 제8도는 제6도 실시의 바람직한 작용을 설명하는 계층별 구조 및 작용 흐름도.

제9도는 본 발명에 포함된 듀티비 난방 기능의 작용을 요약한 도면.

이하 첨부도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램으로서, 실내온도를 낮은 쪽으로 변화시키도록 짧은 간격의 제1듀티비(Duty Rate) 디지틀 신호를 발생시키는 수단의 제1발진회로부(1); 실내온도를 높은 쪽으로 변화시키도록 제1듀티비 신호보다 긴 간격의 제2듀티비 디지틀 신호를 발생시키는 수단의 제2발진회로부(2); 임의 설정된 온도를 기준으로 설정범위 보다 높거나 낮을 때 “H”레벨이거나 “L”레벨의 전압출력을 발생하는 수단의 온도검출회로부(4); 상기 제1발진회로부와 제2발진회로부의 출력에 각각 제1입력단 및 제2입력단이 연결되고 상기 온도검출회로부의 출력에 제어입력단이 연결되어 상기 온도검출회로부의 “H”출력 발생 때 제1발진회로부의 출력으로 난방장치를 구동할 수 있도록 하며, 상기 온도검출회로부의 출력이 “L”출력일 때 제2발진회로부의 출력으로 난방장치를 구동 할 수 있도록 출력을 전환 발생하는 수단의 논리회로부(3); 상기 논리회로부 출력단에 난방장치의 구동회로부(5)를 연결하여서 설정된 실내온도범위를 기준으로 제1듀티비의 신호 및 제2듀티비의 신호를 선택적으로 연결함으로써 난방장치의 작동기간을 가변시키도록 구성된 것이다.

제1듀티비(예를 들면 1주기 60분중 듀티비 20%를 말하는 것으로 본 발명에 있어서 듀티비라 함은 설정된 1주기중 난방장치를 작동시키는 가동기간의 비율을 일컬으며, 이하 같음)의 구형파 전압을 발생하는 제1발진회로부(1)의 출력은 논리회로부(3)의 제1입력단에 공급되고, 제2듀티비(예를 들면 1주기 60분중 듀티비 50%)의 구형파 전압을 발생하는 제2발진회로부(2)의 출력은 논리회로부(3)의 제2입력단에 공급된다.

논리회로부(3)의 제어입력단에 입력되는 온도검출회로부(4)의 출력은 실내온도가 설정된 온도값보다 상승하면 전압비교기(4-1)와 온도센서(4-2)의 작용에 의하여 출력을 “L”레벨로 유지하므로 그 출력은 논리회로부 내부의 인버터(3-4)를 구동하고 제1AND논리회로(3-1)를 구동하며, 따라서 제1발진회로부로부터 공급되는 출력이 OR논리회로(3-3)을 경유하여 난방장치 구동회로부(5)를 작동시킬 수 있도록 공급되어 난방장치는 제1듀티비 신호 즉, 12분 작동. 48분 정지하는 1주기로 단속작동(도면의 파형 중 실선으로 된 파형)을 반복한다.

한편, 실내온도가 온도검출회로부(4)의 설정온도 보다 하강하였다면 온도검출회로부(4)는 출력은 “H”레벨로 유지하고 그 출력은 AND논리회로(3-2)를 구동하며 따라서 제2발진회로부 출력이 OR논리회로(3-3)를 경유하여 난방장치 구동회로부(5)에 공급되어 난방장치는 제2듀티비 즉, 30분 작동. 30분 정지하는 1주기로 단속작동(도면의 파형 중 점선으로 된 파형)을 반복한다.

따라서 종래의 방식에서 실내온도가 상승하여 온도검출회로부가 출력을 변화하였다면, 설정온도까지 떨어지지 않는 한 난방장치는 지속적으로 정지(본 발명의 용어에 의하면 지속정지는 듀티비 0%, 지속동작은 듀티비 100%에 해당됨)하게 되어 방바닥의 온도가 극단적으로 냉각되고 그 냉각된 온도의 전달에 의하여 일정기간 경과 후 실내 대기가 뒤따라 냉각되는 지연작용과는 달리 본 발명 실시에서는 온도검출회로부가 상태 변화된 이후에라도 난방장치가 완전히 정지하는 것이 아니라 냉각상태를 방지할 수 있도록 최소한의 시간 간격으로 난방장치를 단속 작동시킴으로써 대기온도 변화속도에 방바닥의 온도가 균형을 이루어 서서히 낮아지도록 작용하는 것이다.

미설명부호 (5)는 난방장치를 구동하기 위한 계전기 등의 구동(코일)회로부이며, (6)은 주요부에 전원을 공급하기 위한 전원부이다.

상기 구동회로부는 보일러를 제어하는 경우에는 ON-OFF작동시키는 작용으로 수행되는 것이지만 온도조절밸브 즉, 중앙집중방식 난방설비에서 방마다 순환펌프를 제어하기 위한 목적으로 쓰일 경우는 그 개방량을 조절하기 위한 제어기능을 포함하는 것으로서, 이를 감안하여 본 발명에 있어서 구동회로부라 함은 에너지기구와 전자회로를 인터페이스(Interface)하는 수단을 총칭하는 것으로서, 본 발명에서 구동회로부에 연결될 에너지기구 측은 주제어부라 칭하기로 한다.

상기 제1듀티비와 제2듀티비는 시간당 실내온도의 변화속도를 감안하여 적절히 하강 또는 상승되도록 설정되는 것으로, 경험에 의하면 5% 및 30% 정도가 적당하였다.

본 발명에 있어서 가변저항(4-3) 및 온도센서(4-2)는 각각 기준설정수단 및 온도감지수단이라 칭하며, 이들 용어에 대한 의미는 후술하는 제6도의 설명시 상술하기로 한다.

제2도는 본 발명의 다른 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램으로서, 상승기간과 하강기간이 다른 구형파 신호로써 그 신호를 정(+)극성 또는 역(-)극성으로 전환하였을 때 실내온도가 상승 또는 하강되도록 작용하는 신호를 발생하는 수단의 제3발진회로부(1); 임의 설정된 온도를 기준으로 설정범위 보다 온도가 높거나 낮을 때 “H”레벨이거나 “L”레벨의 전압출력을 발생하는 수단의 온도검출회로부(4); 상기 제3발진회로부의 출력에 입력단이 연결되고 상기 온도검출회로부의 출력에 제어입력단이 연결되어 온도검출회로부의 출력전환 때 상기 발진회로부의 출력신호를 정ㆍ역극성으로 전환시켜 출력하는 수단의 논리회로부(7); 상기 논리회로부의 출력을 난방장치의 구동회로부(5)에 연결하여서 설정된 실내온도범위를 기준으로 난방장치의 작동을 위한 듀티비가 전환되도록 구성된 것이다.

제1듀티비(예를 들면 20%)로 발진하는 제3발진회로부(1)의 출력은 논리회로부(7)에서 온도검출회로부(4)의 출력이 “H”레벨일 때 제1AND논리회로(7-1)의 구동의 의하여 정극성(듀티비 20%, 도면의 파형중 실선으로 된 파형)의 출력을 구동회로부(5)에 공급하며, 온도검출회로부(4)의 출력이 “L”레벨일 때 제2AND논리회로(7-2)의 구동에 의하여 부극성(듀티비 80%, 도면의 파형중 점선으로 된 파형)의 신호를 구동회로부에 공급한다.

따라서, 제1도 실시예와 동일한 기능의 동작을 수행하게 되는 것이다.

다만, 제2도에서는 온도를 상승시키고자할 때 듀티비가 80%로 고정되므로 실내온도 상승은 빠른 속도, 그리고 하강 때는 제1도와 동일한 작용으로 서서히 변화하게 된다.

제3도는 본 발명의 또 다른 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램으로서, 소정의 시간 주기로 톱니파 전압을 발생하는 수단의 제4발진회로부(8, 9); 임의 설정된 온도를 기준으로 설정 온도보다 높거나 낮을 때 “H”레벨이거나 “L”레벨 출력을 발생하는 수단의 온도검출회로부(4); 상기 온도검출회로부의 온도설정부에 연결되어 빛의 밝기를 감지하여 어두운 상태에서 온도검출회로부(4)의 설정온도를 낮은 쪽으로 변화시키며, 밝은 상태에서 온도검출회로부(4)의 설정온도를 높은 쪽으로 변화시키는 수단의 광검출회로부(14); 상기 발진회로부의 출력에 제1입력단이 연결되고 제2입력단이 온도검출회로부에 연결되어 그 차이를 비교하여 출력을 전환하는 수단의 전압비교회로부(10); 상기 전압비교회로부의 출력단에 난방장치의 구동회로부(5)를 연결하여서 상기 온도검출회로부의 출력전압 변화에 따라 전압비교회로부에서 출력되는 신호의 듀티비가 연속적으로 변화되도록 구성된 것이다.

이와 같이 구성된 제3도 본 발명의 작용은 다음과 같다.

디바이더(8)는 각 Bit출력단마다 시간이 지남에 따라 소정의 분주비의 디지털 출력을 순차적으로 발생하므로 D-A콘버터(9)는 그들 디지털 신호를 시간이 지남에 따라 순차적으로 전압이 높아지는 톱니파형 아나로그전압 형태로 변환하여 전압비교회로부(10)의 일측방 입력단으로 공급하게 된다.

전압비교회로부(10)에서는 이렇게 공급되는 톱니파 신호 중 어느 특정한 시점 즉, 온도검출회로부의 출력전압과 동일한 점에서 출력을 전환하여 “L”레벨 출력을 발생하게 되므로 이들의 작용은 온도검출회로부의 출력전압으로 전압비교회로부(10)의 출려기간 즉, 듀티비를 가변하게 되는 것이다.

도면에 있어서 톱니파 폭 A와 B는 이와 같이 듀티비가 가변됨을 나타내는 것으로 온도검출회로부의 출력전압이 높아져 톱니파의 세로 높이 B점에서 전압비교회로부가 출력을 전환하게 되었다면 그 가로폭 B기간이 듀티비로 작용하는 것이다.

제3도의 작용은 제4도에 표시된 가변작용 실시예를 보면 명확히 알 수 있다.

제4도는 실내온도 설정값(VR Status)를 일정하게 유지하여도 실내온도가 변화(온도 Status)하면 자동적으로 듀티비가 변화되는 작용을 설명하고 있는 것으로, 제4도는 특히 실내온도 25℃를 중심으로 가변작용을 수행토록 구성되어 있다.

따라서 제4도로 알 수 있는 바와 같이 실내온도는 설정값 25℃를 조금만 이탈하여도 난방장치는 비교적 크게 변화되는 듀티비로 단속작용를 수행함을 알 수 있을 것이며, 이 출력이 구동회로부에 공급되어 난방장치를 작동시키게 된다.

따라서 이와 같이 난방장치가 작동되면 설정한 실내 대기온도에서 방바닥 온도가 변화되는 현상을 방지함을 알 수 있을 것이다.

냉방장치에 있어서 특히 효과를 발생하는 광검출회로부(14)는 내부의 포토-트랜지스터(14-1)가 빛의 밝기를 감지하여 빛의 어둡고 밝음에 따라 온도검출회로부에 포함되어 있는 전압비교기(4-1)의 (-)측방 입력을 높거나 낮게 설정시키므로 그 설정되는 전압에 따라 상기 설정된 온도값을 변회시킨 것과 같은 작용으로 냉(난)방장치를 작동 단속시킨다.

즉, 광검출회로부(14)의 작용으로 내부저항이 낮아졌다면 온도검출회로부(4)의 출력전압은 자동적으로 높아지므로 결과적으로 전압비교회로부(10)의 듀티비가 작아지는 작용으로 이어진다.

광검출회로부의 출력에 대한 실내온도 변화범위는 온도검출회로부에 의한 작용의 20%정도 범위에 해당하므로 결과적으로 광검출회로부는 실내 조도를 감지하여 온도검출회로부의 변화범위를 ±20%정도 추가적으로 확장하는 작용을 수행한다.

온도검출회로부(10)는 저항(4-4)에 의한 부궤환 작용에 의하여 리니어앰프로 작용하므로 실내온도 변화값에 상응한 적정 출력전압을 발생하여 전압비교회로부(10)는 제1입력단에 공급되는 다단계 톱니파형의 듀티비 중 듀티비 값을 0~100%까지 연속적으로 자동 가변할 수 있게 되는 것이다.

온도검출회로부는 저항(4-4)의 칫수를 선정함에 따라 출력 듀티비 가변폭을 임의 설정할 수 있다.

제3도에 있어서 광검출회로부(14)는 제외하여도 기본적인 듀티비 가변설정 작용에는 지장을 주지 않는다.

제3도에 있어서 제3발진회로부는 디바이더(8)와 D-A 콘버터(9)를 기본으로 하여 구성되는 것이지만 듀티비 난방 기능을 사용자가 선택할 때는 전압비교회로부(10)까지 포함되어 하나의 통합된 작용을 수행하게 되며, 따라서 전압비교회로부(10)는 듀티비 난방 신호의 출력 기능과 온도검출 신호 혼합 기능의 두 가지 작용을 겸하는 것을 알 수 있을 것이다.

제5도는 본 발명의 또 다른 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램으로서, 발진회로부의 시정수를 달리함으로서 1주기동안 듀티비를 연속적으로 가변할 수 있는 수단의 제5발진회로부(11); 임의 설정된 온도를 기준으로 설정치보다 온도가 높거나 낮을 때 출력을 전환 발생하는 수단의 온도검출회로부(4); 상기 제5발진회로부의 시정수로 작용하며 온도검출회로부의 출려변화에 대응하여 그 시정수가 변화되도록 하는 수단의 시정수조절회로부(T1, T2); 상기 제5발진회로부의 출력을 구동회로부(5)에 연결하고, 상기 온도검출회로부의 출력을 상기 제5발진회로부의 시정수조절회로부에 연결하여서 상기 온도검출회로부의 변화되는 출력으로 제5발진회로부의 듀티비가 변화되어서 구동회로부에 공급되도록 구성된 것이다.

제5발진회로부(11)는 듀티비의 임의설정이 가능한 One CHIP TIMER(예를 들면 NE556 등)의 듀티비 가변용 시정수회로부(T2)의 공급전압을 가변하여 듀티비가 가변될 수 있도록 되어 있는 것으로서, 실내온도의 상승으로 온도검출회로부의 출력이 상승하면 (T2)의 (Rt)로 공급되는 전압이 높아져 (Ct)의 충전속도는 빨라지므로 듀티비는 적어지고 상기 출력이 하강하면 (T2)의 (Ct)충전속도는 느리게 되므로 듀티비는 길어져 제3도와 같은 작용을 수행하게 된다.

(T1)은 (T2)와 함께 제5발진회로부의 1주기를 결정하는 시정수회로부이다.

상기 (T2)의 시정수 조절은 이와 같이 저항 입력단에 공급되는 전압 가변방식 뿐만 아니라 온도검출회로부 출력단에 저항 Interface를 연결하여 상기 (T2)의 저항 (Rt)과 같은 작용을 수행토록 함으로써 그 값을 직접 변경할 수 있음은 물론이다.

제6도는 본 발명의 또 다른 실시 일례를 도시한 블럭다이어그램으로서, 사용자가 설정하는 난방장치의 작동조건을 판단토록 하기 위하여 마이크로-프로세서에 연결되는 기준설정수단(15); 난방장치의 작동조건을 온도감지로서 판단토록 하기 위하여 마이크로프로세서에 연결되는 온도감지수단(4-2); 설정된 온도를 기준으로 난방장치를 on-off 제어하는 온도검출 프로그램 수단 및 설정된 듀티비를 기준으로 난방장치를 on-off제어하는 듀티비신호발생 프로그램 수단이 각각 내재되어 사용자 선택에 따라 온도 난방, 듀티비 난방 및 온도+듀티비 난방을 선택적으로 작동시킬 수 있도록 하는 마이크로프로세서(13); 상기 마이크로-프로세서의 출력에 구동회로부(5)를 연결하여서 구성된 것이다.

마이크로프로세서는 센서(4-2)로부터 감지되는 출력과 가변저항으로 구성된 기준설정수단(15)의 입력조건을 비교 판단함으로써 설정된 온도를 기준으로 난방장치를 on-off 제어하게 되며, 또한 기준설정수단에서 설정된 듀티비를 기준으로 자체 프로그램으로 연산 출력되는 시간 간격으로 난방장치를 on-off 제어하는 출력을 발생하게 되는 것으로서, 그 동작은 (S3)에 의하여 정해진다.

즉, 사용자가 (S3)을 온도로 선택하면 마이크로프로세서는 온도 난방을 수행하고, (S3)을 듀티비로 선택하면 마이크로프로세서는 듀티비 난방을 수행하게 되며, 또한 (S3)을 온도+듀티비로 선택하면 상기 설명한 바와 같이 온도설정수단(VR)으로 설정한 온도를 기준으로 듀티비를 자동적으로 변경하는 작용을 수행한다.

상기 온도설정수단(VR)은 온도, 듀티비, 그리고 온도+듀티비에 각각 할당하여 구성할 수도 있고 하나만 연결하여 공통적으로 사용할 수도 있으며, 이 경우 (S3)은 마이크로프로세서에 직접 연결되거나 또는 온도검출수단과 직렬로 연결되는 바 기준설정수단(15)은 이와 같은 제반 수단을 지칭하는 것으로서, 따라서 본 발명에서 기준설정수단이라 함은 실내온도를 설정하기 위하여 실내 제어장치에 스윗치(S3) 및 가변저항(VR)을 하나로 통합연결하거나 각각 별도로 할당하여 상기 작용을 수행토록 하는 제반 수단을 총칭하는 것이다.

또한, 센서(4-2)는 실내 대기온도를 직접 감지하는 수단은 물론이고, 난방장치의 주제어기에 설치된 온수온도 감지용 센서의 출력을 구동회로부(5)를 경유하여 마이크로프로세서에서 역으로 감지하여 활용할 수도 있는데 이는 곧 난방장치의 불착화 때 발생되는 경보신호를 수신하는 경로를 이용하는 것이다.

또한, 온도센서(4-2)는 아나로그 증폭기능의 온도검출회로부(4)와 통합된 구성으로 마이크로프로세서의 제어입력단에 연결할 수도 있으며, 이를 감안하여 본 발명에서 온도감지수단이라 함은 이들 수단을 총칭하는 것이다.

온수온도 감지용 센서를 이용하는 경우에는 실내온도 제어가 사실상 난방장치 내부의 온수 온도를 기준으로 수행되므로 이때 본 발명의 마이크로프로세서에는 온수 온도의 상한값과 순환펌프의 동작점 온도도 아울러 설정 조작할 수 있는 프로그램(수단)을 구비하게 된다.

한편, 제6도 실시예의 광검출회로부에서 변화되는 출력전압은 내부 프로그램의 연산함수에 의하여 결과적으로 가변저항(VR)의 기준 설정치가 변화된 것과 같은 연산 출력 작용을 수행하게 된다.

마이크로-프로세서의 입력전압에 대한 듀티비 가변작용은 내부 ROM에 기억된 프로그램에 의하여 정하여지며, 실내온도 변화시 듀티비가 자동 설정되는 것은 온도감지수단에 의한 결과가 내부 RAM에 일시적으로 기억되고 반복적으로 Update되어 CPU의 실행연산을 제어함으로써 실내온도에 대응되는 적정 듀티비 결정을 Software적으로 처리하는 것이다.

본 발명에 있어서 마이크로-프로세서라 함은 이와 같이 ROM과 RAM 및 CPU로 구성되는 One Chip 마이크로-컴퓨터를 포함한다.

본 발명의 설명중 제1도 및 제2도의 발진회로부(1, 2), 제3도의 디바이더(8) 등의 세부적인 구성은 이 분야 용이하게 알 수 있는 부분이므로 구체적인 설명을 생략하였다.

제1도의 온도검출회로부(5)의 가변저항(4-3)은 실내온도를 임의 설정하기 위하여 부가되는 가변저항이며, 전압비교회로부(10)의 입력부와 제5발진회로부(11)의 시정수조절회로부(T2)에 연결되어 있는 가변저항기(T2-1)는 최소 또는 최대 듀티비를 임의 설정할 수 있도록 하는 가변저항기이다.

따라서, 상기 가변저항(T2-1)에 의하여 상기 듀티비를 최대로 설정하였을 때는 온도검출회로부의 출력 포화상태와 동일하게 되므로 기존의 온도검출 난방 방식과 동일하게 난방장치를 강제적으로 연속 작동시키는 것이 가능하다.

한편, 온도검출회로부의 정궤환량을 크게 하여 히스테리시스폭을 크게 잡으면 평상시에는 가변저항으로 듀티비를 임의 설정하고 온도가 일정범위를 이탈하여 높을 때 또는 낮을 때에 한하여 온도검출회로부가 출력을 전환하여 듀티비를 가변시키는 구성으로 할 수 있고, 또한 일정 온도 이상에서는 온도검출회로가 지속적으로 정지되다가 어느 정도 온도가 내려간 시점부터 듀티비가 가변되도록 구성할 수도 있으며, 이에 대하여도 이로부터 용이 실시할 수 있어 구체적인 설명을 생략하였다.

제3도, 제4도에 있어서 미설명부호 (S1) 및 (S2)는 구동회로부의 입력단을 온도검출회로부의 출력단 또는 발진회로부의 출력단에 독립적으로 직접 연결하거나 그 출력을 혼합적으로 결합하여서 사용자가 선택 운용할 수 있도록 하는 스윗치로서, 온도 난방ㆍ듀티비 난방ㆍ온도+듀티비 난방 중 어느 하나를 선택하여 운용할 수 있도록 하는 스윗치이며, 이는 본 발명에 내재된 온도검출 난방 기능과 듀티비 난방 기능을 독립적으로 활용토록 함으로써 침대 구조의 실내 또는 온돌 구조의 실내에 적합한 난방 방식으로 사용환경에 따라 선택 운용할 수 있게 한다.

다만 (S1) 또는 (S2)를 온도검출 난방으로 선택하였을 때 저항(4-4)은 온도검출회로부가 ON-OFF 작용을 수행토록 제4도와 같이 변경되는 수단을 포함하며, (S1) 및 (S2)는 도시생략하였으나 동일한 원리로 제1도 및 제2도 실시예에도 적용할 수 있음을 물론이다.

제6도의 마이크로-프로세서(13)의 제어입력단(Control)은 가변저항으로 구성된 온도설정수단(VR)이 직접 연결되는 것으로 도시하고 있으나 별도의 온도검출회로(4)에 센서(4-2)와 함께 통합하여 연결할 수 있으며, 이 경우에도 본 발명의 기준설정수단과 온도감지수단을 통합한 것에 해당될 뿐 온도검출수단의 사상에는 변함이 없다.

제6도 실시예를 온도+듀티비 난방 전용으로만 이용코자할 때 마이크로-프로세서는 입력에 대하여 소정의 듀티비를 발생하도록 구성되는 A/D콘버터로 대치하여도 제3도 내지 제4도의 작용과 동일 유사한 특성을 가지게 된다.

또한 마이크로-프로세서에는 I/O Port를 이용하여 실내온도 및 설정온도를 디지탈로 계수 표시하거나 Dynamic Scan 방식 키-조작의 장시간 예약 타이머 수단을 부가할 수도 있으나 이에 대하여는 이미 공지되어 있고 또한 부가적으로 적용할 수 있는 수단이므로 상세한 구성 및 설명은 생략하였다.

광센서(14)의 입력부에는 스윗치회로부를 부가하거나 극성을 전환시켜 냉방장치 또는 난방장치 사용환경에 맞도록 빛의 명암에 의한 작용을 역으로 동작하게 구성할 수도 있다.

제7도 및 제8도는 제6도에 도시된 본 발명의 실시예를 가장 바람직한 구성인 온도+듀티비 난방 기능으로 작동기간을 자동 변경토록 제어하기 위한 계층별 구조 및 작용에 대한 흐름도이다.

제7도 및 제8도를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다름과 같다.

본 발명은 제7도에 도시한 바와 같이 4계층(L0~L3)으로 구성되어 있는 것으로서, 초기에 전원을 투입하면 출력을 초기화하는 과정을 수행한다.(100)

이 상태에서는 불확실한 출력상태를 우선 CLEAR함으로써 출력을 미리 설정된 ON 또는 OFF상태로 유지하게 된다.

이어서 제어장치는 주어진 실내조건을 계측하는 과정을 수행한다.(112, 113, 114)

이 과정에서의 제어장치는 가변저항 및 스윗치로 구성된 기준설정수단에 의하여 사용자가 설정하는 조건을 판단하는 과정인데 온도감지수단과 함께 설정된 온도를 기준으로 제어신호를 “H”“L”로 전환하는 온도검출수단을 수행하거나 계측결과로 실내온도가 변화되면 연산기능에 그 변화분을 알려주는 역할을 수행한다.

기준설정수단의 (S3)을 “온도”로 설정하면 상기 온도검출수단의 결과는 후술하는 명령실행단계의 출력으로 직접 송출된다.

이 과정에서의 실내조건이라 함은 상기 기준설정수단을 기본으로 하되 온도감지수단(112) 및 광센서에 의한 주/야 변화 등의 조건을 감지하는 광검출수단(114)이 선택적으로 추가되는 수단을 포함하며, 광검출수단은 사용자 설정값을 보조적으로 조절하는 기능을 수행하게 된다.

제어장치는 계측과정에서 도출된 결과를 연산하여 1주기중의 작동기간 “W”와 정지기간 “R”값을 설정하는 과정을 수행한다.(111, 104, 109)

이 과정에서는 기준설정수단에 의하여 사용자가 지정하는 조건으로 듀티비를 조정하는 기능을 물론이며, 설정된 온도값에 실내온도 변화분을 대입하거나 실내의 조도(명암)변화분을 대입하여 연산하는 함수에 의하여 듀티비의 값을 연속적으로 환산하고 그 결과를 난방장치 또는 냉방장치 작동을 위한 듀티비로 설정하게 되는데 실내온도 또는 실내 조도의 변화시마다 같은 작용을 반복적으로 수행하여 작동기간을 자동적으로 조절하게 된다.

제어장치는 자체적으로 출력이 전환된 시점을 계수하고 작동기간 “W”와 정지기간 “R”로 설정된 계측결과치와 비교하여 난방장치를 단속 구동하는 실행명령 과정을 수행한다.(101, 102, 103, 105, 106, 107, 108, 110)

이 과정에서는 전단계의 출력결과 즉. “W”값과 “R”값을 읽어들여(103, 108) 자체적으로 계수된 수치와 비교(105, 110)함으로써 “W”값보다 출력 ON Count 값이 커졌을 때 출력을 OFF시키는 작용(106)을 수행하고, 그로부터의 출력 OFF상태를 다시 계수하여 “R”값보다 출력 OFF Count 값이 커졌을 때 출력을 ON시키는 작용(101)을 수행하는 무한 LOOP 실행명령 과정을 수행하는 것이다.

단, 이 과정에서 사용자가 (S3)로 “온도”를 지정하면 온도감지수단(112) 및 기준설정수단(113)으로부터 얻어진 온도검출수단(111)의 출력이 구동회로부로 직접 공급되는 제어신호로 작용한다.

본 발명의 상기 실시 일례는 어디까지나 본 발명을 구현하기 위한 여러 가지 수단중 본 발명의 기술사상을 설명하기 위한 실시예를 하나씩 든 것에 불과한 것이므로 구체적인 구성으로는 상기 실시일례에 한정되는 것이 아니다.

본 발명의 실시 일례로 도시한 논리회로부(3), 전압비교회로부(10), 제5발진회로부(11) 및 마이크로-프로세서(13)의 출력과 구동회로부(5)의 입력을 연결하는 신호전송회로부는 동일한 팩키지내에 직접 연결 구성할 수 있을 뿐만 아니라 멀리 떨어진 곳에 원격조종 방식으로 연결할 수도 있으나 이 분야 용이하게 알 수 있는 구성이어서 구체적인 도시 설명을 생략하였다.

본 발명의 구동회로부(5)는 난방장치의 주제어기와 연결되어 난방장치의 작동제어신호를 송신하거나 주제어기에서 발생되는 경보신호, 점검신호, 난방수온도검출신호 등을 수신하여 마이크로프로세서에 공급하는 수신기능을 선택적으로 부가하는 수단을 포함한다.

한편, 실시예로 도시한 것에서는 1주기는 그대로 두고 작동기간을 가변하여 전체적으로 듀티비를 가변하는 실시예이나 작동기간을 고정시키고 1주기를 가변하여도 동일하게 전체적으로 듀티비가 가변되는 것이고 작동기간과 1주기를 반비례하여 함께 가변하여도 동일하게 듀티비가 가변되는 것으로서 이들은 동일 범주의 기술수단이므로 구체적인 작용설명에서는 생략하였으나 제9도로서 그에 내포된 사상을 묘사하면 다음과 같다.

제9도에 있어서, (1)은 전체적인 1주기를 고정시키고, 작동(on)기간만 늘려서 실내온도를 높이는 것이고, (2)는 작동기간만 늘려서 실내온도를 높이는 것이며, (3)은 작동기간은 고정시킨 후 정지기간 즉, 1주기를 줄여서 실내온도를 높이는 것이고, (4)는 작동기간과 1주기를 반비례로 변화시켜서 실내온도를 높이는 방법에 대하여 묘사한 것으로서 본 발명에 있어서 듀티비를 가변한다 함은 이것 중 어느 하나를 선택하는 수단을 의미한다.

이와 같은 설명으로 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의하면 온도난방과 듀티비(Duty Rate)난방이 결합된 기능은 실내온도의 변화 또는 온도 설정 변화시에도 난방장치가 최소한의 작동상태를 유지하면서 실내온도를 변화시키므로 실내 대기와 발열체의 온도차이를 근소하게 유지시켜 편이성과 안락감을 향상시키며, 에너지 절감에 기여하게 된다.

또한, 본 발명의 온도난방과 듀티비 난방이 독립적으로 수행되는 기능은 침대구조의 실내 및 온돌구조의 실내에 적합한 난방 방식을 선택 사용할 수 있게 하므로 사용환경 변화(예를 들면 온돌구조⇒침대구조로 변경)에 민첩하게 적응하는 난방장치 제어기능을 갖추게 되며, 이는 하나의 제어장치에 온도검출 방식의 난방 기능과 듀티비 난방 기능이 모두 포함되어 콤팩트하게 되었기에 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 자동제어장치는 각종 난방장치(보일러, 온도조절밸브) 또는 냉방장치 특히 차량의 냉방장치에 활용하였을 때 온도설정 변경 작용이 실내온도 변화에서뿐만 아니라 태양광의 조사량에 따라서도 자동적으로 변화하므로 운행도중 순간적인 주위환경 변화에도 변함없는 체감온도로 유지되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (18)

1. 마이크로프로세서에 사용자 조작기구부로 되는 기준설정수단과, 냉(난)방설비에 신호를 전달하는 구동회로부를 연결하여 사용자가 설정하는 조건을 기준으로 마이크로프로세서의 프로그램이 구동회로부를 제어토록 하는 제어방법에 있어서, 전원을 투입하면 제어장치의 출력을 대기상태로 유지시키는 초기화단계; 주어진 실내조건을 계측하는 계측단계; 계측과정에서 도출된 결과를 연산하여 1주기중의 작동기간과 정지기간의 값을 설정하는 듀티비설정단계; 계측단계에서 얻어진 온도검출 결과 및 듀티비설정단계에서 설정된 값을 검사하여 그에 상응한 제어신호로 구동신호를 발생하는 명령실행단계;로 구성되어서 사용자 조작에 따라 실내온도 설정 및 듀티비 설정이 가변되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어방법.
2. 제1항에 있어서, 계측단계에는 온도감지수단에 의하여 설정된 온도를 기준으로 온도난방 출력을 발생하는 온도검출수단이 포함되고, 명령실행단계에는 계측단계에서의 온도검출수단에 의한 온도검출 결과와 듀티비 설정단계에서의 설정된 듀티비 설정값중 어느 하나를 사용자가 선택하였을 때 그에 상응하는 출력이 택일적으로 발생되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어방법.
3. 제1항에 있어서, 계측단계에는 온도감지수단에 의하여 설정된 온도를 기준으로 온도난방 출력을 발생하는 온도검출수단이 포함되고, 명령실행단계에는 계측단계에서의 온도검출수단에 의한 온도검출 결과와 듀티비 설정단계에서의 설정된 듀티비 설정값을 혼합하여서 실내온도 변화에 따라 듀티비 설정값이 자동적으로 가변되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어방법.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항중 어느 하나의 항에 있어서, 계측단계에는 광검출수단이 더 포함되어서 주위의 조도에 따라 기준설정수단의 설정값을 자동적으로 변화시키도록 구성되는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어방법.
5. 온도감지수단과, 기준설정수단과, 구동회로부를 이용하여 냉(난)방설비를 작동 제어하기 위한 제어장치의 구성에 있어서, 적어도 둘 이상의 듀티비 제어신호가 출력되도록 구성되는 듀티비신호발생수단; 온도를 감지하여 설정된 온도를 기준으로 출력상태가 변화되도록 구성되는 온도검출수단; 상기 듀티비신호발생수단과 온도검출수단을 유기적으로 혼합 연결하는 제어신호결합수단; 냉(난)방설비의 주제어부와 연결되어 통신을 수행함으로써 제어신호 전달 작용을 수행하는 구동회로부; 상기 제어신호결합수단의 출력을 구동회로부에 연결하여서 제어신호결합수단에서 생성되는 제어신호로서 냉(난)방설비가 구동되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
6. 제5항에 있어서, 듀티비신호발생수단은, 실내온도를 낮은 쪽으로 변화시키는 제1듀티비 신호 발생 수단의 제1발진회로부 및 실내온도를 높은 쪽으로 변화시키는 제2듀티비 신호 발생 수단의 제2발진회로부로 구성되고, 온도검출수단은 설정된 실내온도를 기준으로 설정 온도보다 높거나 낮을 때 출력을 전환 발생하는 수단의 온도검출회로부로 구성되며, 제어신호결합수단은 상기 제1발진회로부와 제2발진회로부의 출력에 각각 제1입력단 및 제2입력단이 연결되고 상기 온도검출회로부의 출력에 제어입력단이 연결되어 온도검출회로부의 “H”출력 발생 때 제1발진회로부의 출력신호, 그리고 온도검출회로부의 출력이 “L”출력 발생 때 제2발진회로부의 신호가 구동신호로 출력되도록 하는 수단의 논리회로부로 구성됨으로써 실내온도 설정 및 듀티비 설정이 가변되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
7. 제5항에 있어서, 듀티비신호발생수단은 상승기간과 하강기간이 다른 구형파 신호로써 그 신호를 정극성 및 역극성으로 전환하였을 때 실내온도가 상승 또는 하강되도록 작용하는 신호를 발생하는 수단의 제3발진회로부로 구성되고, 온도검출수단은 설정된 실내온도를 기준으로 설정 온도보다 높거나 낮을 때 출력을 전환 발생하는 수단의 온도검출회로부로 구성되며, 제어신호결합수단은 상기 제3발진회로부의 출력에 입력단이 연결되고 상기 온도검출회로부의 출력에 제어입력단이 연결되어 온도검출회로부의 출력전환 때 상기 제3발진회로부의 출력신호를 정 또는 역극성으로 전환시켜 출력하는 수단의 논리회로부로 구성됨으로써 실내온도 설정 및 듀티비 설정이 가변되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
8. 제5항에 있어서, 듀티비신호발생수단은 톱니파 형태의 주기적인 반복 신호를 발생하는 수단의 제4발진회로부로 구성되고, 온도검출수단은 설정된 온도를 기준으로 설정 온도보다 높거나 낮을 때 출력전압이 변화되도록 구성되는 수단의 온도검출회로부로 구성되며, 제어신호결합수단은 상기 제4발진회로부의 출력과 사용자가 설정한 조건을 공급받아 듀티비 난방 출력을 발생 및 상기 제4발진회로부와 온도검출회로부의 출력을 공급받아 듀티비가 다단계 가변되는 출력을 발생하는 수단의 전압비교회로부로서 구성됨과 동시 상기 전압비교회로부 및 온도검출회로부의 출력단에 냉(난)방장치의 구동회로부를 연결토록 구성됨으로써 실내온도 설정 및 듀티비 설정이 가변되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
9. 제5항에 있어서, 듀티비신호발생수단은 1주기의 신호를 자체적으로 발진하되 시정수조절회로부의 출력에 의하여 듀티비가 다단계로 가변되는 수단의 제5발진회로부로 구성되고, 온도검출수단은 설정된 온도를 기준으로 설정 온도보다 온도가 높거나 낮을 때 출력전압이 변화되는 수단의 온도검출회로부로 구성되며, 제어신호결합수단은 상기 제5발진회로부와 전원에 연결되어 사용자가 설정한 조건으로 발진회로부의 듀티비를 설정 및 상기 제5발진회로부와 온도검출회로부를 연결하여 온도검출회로부의 출력값으로 발진회로부의 듀티비가 다단계 가변되도록 하는 수단의 시정수조절회로부로 구성됨과 동시 상기 제5발진회로부 및 온도검출회로부의 출력단에 냉(난)방장치의 구동회로부를 연결토록 구성됨으로써 실내온도 설정 및 듀티비 설정이 가변되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
10. 제6항, 제7항, 제8항 또는 제9항중 어느 하나의 항에 있어서, 제어신호결합수단에는 온도난방 및 듀티비 난방 기능 중 어느 하나를 택일적으로 선택할 수 있는 선택수단을 게재하여서 그 선택수단으로부터 얻어진 출력을 구동회로부에 연결하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
11. 제6항, 제7항, 제8항 또는 제9항중 어느 하나의 항에 있어서, 제어신호결합수단에는 온도+듀티비 난방 기능을 결합하는 혼합수단을 게재하여서 그 혼합수단으로부터 얻어진 출력을 구동회로부에 연결하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
12. 제5항에 있어서, 듀티비신호발생수단은 사용자가 설정하는 난방장치의 작동조건을 판단토록 하기 위하여 마이크로-프로세서에 연결되는 기준설정수단과 그 기준설정수단의 출력을 공급받아 듀티비 난방 출력으로 제어신호를 발생하는 마이크로프로세서의 듀티비신호발생 프로그램으로 구성되고, 온도검출수단은 사용자가 설정하는 난방장치의 작동조건을 판단토록 하기 위하여 마이크로-프로세서에 연결되는 기준설정수단과 냉(난)방장치의 작동조건을 온도감지로서 판단토록 하기 위하여 마이크로프로세서에 연결되는 온도감지수단과 그 기준설정수단 및 온도감지수단의 출력을 공급받아 온도검출 출력으로 제어신호를 발생하는 마이크로프로세서의 온도검출 프로그램으로 구성되며, 제어신호결합수단은 상기 온도검출 프로그램과 듀티비신호발생 프로그램을 하나의 마이크로프로세서에 수용하고 그 마이크로프로세서의 출력을 구동회로부에 연결하여서 실내온도 설정 및 듀티비 설정이 가변되도록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
13. 제12항에 있어서, 기준설정수단은 온도검출 출력 및 듀티비 난방 출력중 어느 하나를 택일적으로 구동시키는 수단을 게재하여서 마이크로프로세서가 온도검출 프로그램과 듀티비신호발생 프로그램중 어느 하나의 프로그램 출력을 발생토록 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
14. 제12항에 있어서, 기준설정수단은 상기 온도+듀티비 난방 기능을 결합하는 수단을 게재하고, 이를 수행시 마이크로프로세서가 온도검출 및 듀티비 난방 출력을 결합하는 프로그램을 구동하여서 온도 변화에 따른 듀티비 변화 출력을 발생토록 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
15. 제12항, 제13항 또는 제14항중 어느 하나의 항에 있어서, 듀티비신호발생수단, 온도검출수단 및 제어신호결합수단은 복수의 마이크로프로세서에서 별도로 수행토록 하고 그 출력을 구동회로부에 통합 연결하여서 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
16. 제12항, 제13항 또는 제14항중 어느 하나의 항에 있어서, 듀티비신호발생수단 및 온도검출수단의 사용자 조건설정을 위하여 마이크로프로세서는 각각 별도의 제어입력단을 구비하고, 복수의 기준설정수단이 그 마이크로프로세서의 입력단에 각각 별도로 연결되어서 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
17. 제12항, 제13항 또는 제14항중 어느 하나의 항에 있어서, 듀티비신호발생수단 및 온도검출수단의 사용자 조건설정을 위하여 마이크로프로세서는 공통된 제어입력단을 구비하고, 하나로 구성된 기준설정수단을 그 마이크로프로세서의 제어입력단에 공통적으로 연결하는 수단을 게재하여서 구성되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.
18. 제6항, 제7항, 제8항, 제9항, 제12항, 제13항, 제14항중 어느 하나의 항에 있어서, 듀티비발생수단 또는 온도검출수단에는 빛의 밝기를 감지하여 사용자의 기준설정수단을 변화시키는 광검출회로부를 추가적으로 연결하여서 구성되는 수단을 더포함하는 것을 특징으로 하는 냉(난)방설비의 자동제어장치.