KR100948087B1 - 에너지 절약이 가능한 온도 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내의 냉난방 온도의 쾌적한 조절을 위하여 사용되는 디지털 온도 제어 장치의 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 온/오프 방식의 간단한 2-위치 제어장치를 사용하여 비교적 고가인 비례-미적분 제어형 온도 제어 장치를 사용하는 것과 마찬가지로 냉난방 장치에서의 에너지 절약이 가능하도록 구성한 온도 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 난방 시 온도 제어 방법은, 만일 현재 온도가 잠열에 의해 상기 설정 온도보다 더 높아지게 되면, 마이크로컴퓨터는 상기한 저장된 원래의 상승 시간 t에 소정의 감소율(α)을 곱하여, 즉 온도 상승을 위한 설정 시간을 (t*α)로 재설정함으로써 다음 난방 주기에 적용되도록 하는 과정과, 만일 현재 온도가 상기 설정 온도에 도달하지 못하는 경우, 이전 단계에서 저장된 온도 상승시간 t에 소정의 증가율(β)을 곱하여, 즉 온도 상승의 사이클의 설정 시간을 (t*β)로 재설정함으로써 다음 난방 주기에 적용되도록 하는 과정과, 그리고 현재 온도와 설정 온도와의 차이가 상기 온도차 dt만큼에 이르지 못하면, 상기 마이크로컴퓨터는 설정된 시간 t만큼 밸브를 개방하여 난방재가 공급되게 하고 상기 설정된 시간 t의 경과 후에는 밸브를 차단하도록 제어하는 과정을 포함하여 이루어진다. 냉방시의 온도 제어 방법도 또한 위와 유사한 방법으로 이루어진다.

냉난방 온도 제어 장치, 액츄에이터 밸브, 마이크로컴퓨터, 온도차(dt), 상승 시간, 하강 시간

Description

에너지 절약이 가능한 온도 제어장치 및 그 제어방법{TEMPERATURE CONTROL DEVICE AND METHOD CAPABLE OF ENERGY-SAVING}

도 1은 통상적인 지역(가정용) 냉난방용 온도 제어 시스템의 전체적 구성을 개략적으로 도시한 도면;

도 2 은 종래의 비례-미적분 제어 방식의 온도 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면;

도 3은 본 발명에 따른 온도 제어 장치의 하드웨어적 구성을 개략적으로 도시하는 회로도;

도 4의 (가)는 종래의 2-위치 제어 방식을 이용한 난방 제어시의 에너지 소비의 패턴을 예시한 그래프이고, (나)는 본 발명의 온도 제어 방법으로 난방 제어시의 에너지 절감 효과를 도식적으로 나타낸 그래프;

도 5의 (가)는 종래의 2-위치 제어 방식을 이용한 냉방 제어시의 에너지 소비의 패턴을 예시한 그래프이고, (나)는 본 발명의 온도 제어 방법으로 냉방 제어시의 에너지 절감 효과를 도식적으로 나타낸 그래프;

도 6는 본 발명에 따른 난방시의 온도 제어 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도; 그리고

도 7는 본 발명에 따른 냉방시의 온도 제어 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름 도이다.

본 발명은 지역 냉난방 또는 가정용의 온도 조절 장치에 관한 것으로서, 특히 2-위치 온도 제어 방식의 온도 제어 장치에 있어서 특히 적합한 에너지 절약이 가능한 온도 제어 방법에 관한 것이다.

지역 냉난방을 위한 온도 제어 장치에 있어서 종래의 온도 제어 방식의 하나로는, 도 1과 같이 각 방에 온도 조절기(2)와 액츄에이터 밸브(1)로 구성하여 각 방의 현재 온도와 설정 온도를 비교하여 그 비교 결과에 따라 액츄에이터 밸브(1)를 열고 닫는 2위치 온도 제어장치를 개폐하도록 하였다. 그러나 기존의 제어 방법은 현재의 온도가 설정 온도와 같게 될 때 액츄에이터 밸브(1)를 닫아도 그 때까지 남아 있는 잠열에 의하여 방안의 온도는 계속 상승하게 됨으로써 에너지 낭비와 아울러 이로 인해 실내의 쾌적성이 다소 떨어지게 된다는 단점이 있었다.

또한 상기의 단점을 개선한 지역 온도 제어 장치의 하나로서 도 2와 같이 구성한 비례-미적분 제어식(proportional-integral-derivative control: PID) 온도 제어장치가 있는데, 이 방식은 각 방의 온도조절기(3)와 밸브의 위치를 피드백 신호로 제공할 수 있도록 모터 축 샤프트에 연결된 VR을 갖는 액츄에이터 밸브(4)로 구성하여 온도의 변화에 따라 액츄에이터 밸브(4)의 개방되는 범위를 0 - 100％ 사이에서 제어가 가능하도록 함으로써 에너지의 낭비를 방지하는 한편 실내의 쾌적성 을 유지 할 수가 있었다. 그러나 이러한 제어 장치는 온도 조절기(3)가 피드백 신호를 받을 수 있도록 하기 위한 회로가 복잡해지고 액츄에이터 밸브(4)도 피드백 신호를 제공하기 위한 구조를 구비해야 하므로 전체 구조 및 회로가 상당히 복잡해져서 가격이 고가라는 단점이 있는 것으로 당 업계에서 인식되어 있다.

통상적으로 온/오프 제어 방식의 2-위치(two-position) 제어 장치에서 실제로 가능한 실온 조절의 폭은 설정 온도와는 차이가 상당히 커서 냉난방시 정밀도의 결여로 인한 에너지의 낭비가 발생하게 되고, 온도 조절시의 설정 온도와 실온과의 온도 편차도 비교적 커서 쾌적성이 많이 떨어지게 된다. 따라서 당 업계에서 비례-미적분 제어식 온도 조절 장치가 종종 사용되기는 하지만, 이것은 에너지 절약의 효율성 및 쾌적성 유지의 측면에서는 양호함에도 불구하고 그 가격이 비교적 고가이므로 지역 냉난방, 집합 건물과 같은 많은 구성원이 수용되는 건물의 자동 온도 조절 장치로 사용될 시에는 전체적인 냉난방 컨트롤 시스템의 구축 비용이 상기한 종래의 2-위치 제어 장치를 사용할 경우보다 훨씬 더 많이 든다는 문제점이 있게 된다. 따라서 종래의 단순한 방식의 2-위치 제어식 이나 고가의 비례-미적분식 온도 제어 장치를 대신하는 지역 냉난방 또는 집합 건물에 사용되기에 적합한 개량된 방식의 온도 제어장치의 필요성이 요구되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 냉난방용의 온도 제어 장치에 있어서 비교적 저가인 2-위치 온도 제어 장치를 사용하여 그것에 온도를 자동으로 조절(튜닝)하는 기능을 추가함으로써 낮은 비용으로 종래의 비례-미적분식 제어 시스템을 사용하는 것과 마찬가지의 에너지 절약의 효과 및 쾌적함을 달성하기 위한 온도 제어방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 온도 조절장치에 있어서, 각 방에 온도 제어 장치(5)와 2-위치 온도제어 액츄에이터 밸브(1)를 구비함으로써 각 방의 온도 제어 장치(5)로 하여금 방의 현재 온도와 설정 온도를 비교하여 온도 상승 또는 하강 속도에 따라 설정온도에 도달하는 시간을 재설정하여 액츄에이터 밸브(1)를 개폐하는 시간을 자동으로 조절(튜닝)하는 방식을 채용하여 에너지 절약과 쾌적한 환경을 유지할 수 있도록 액츄에이터 밸브(1)의 작동을 적응형으로 조절한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 냉난방재를 각 방으로 공급하거나 차단하여 그 방의 실내 온도를 조절할 수 있도록 하는 2위치 제어 방식의 액츄에이터 밸브(1)와, 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 릴레이(K1)를 구비하고 그 구동 신호를 제공하는 출력 구동부와, 온도 센싱 소자로서 써미스터(TH1)를 구비하여 그로부터 감지된 현재의 실내 온도 정보를 제공하는 온도 감지부와, 그리고 상기 감지된 실내 온도 정보에 기초하여 소정의 설정 온도와의 비교를 통해 실내 온도의 변화를 예측, 기억 또는 판단함으로써 그 판단 결과에 대응하여 온도 제어를 수행하도록 프로그램되고 그에 필요한 각종 데이터를 저장하는 마이크로컴퓨터(U1)를 포함하는 실내 냉난방용의 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법에 있어서, 난방 제어 모드는,

(a) 온도 감지부를 통해 감지된 각 방의 현재 온도(T)와 사용자에 의해 입력된 난방 설정 온도(T1)를 비교하는 과정과;

(b) 상기 비교 결과, 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 같거나 그보다 높은 것으로 판단되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 "오프" 상태로 만들고 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 난방재의 공급을 중단하는 과정과;

(c) 상기 비교 결과, 만일 현재 온도(T)가 상기 설정 온도(T1) 보다 낮을 경우, 현재 온도가 상기 액츄에이터 밸브(1)를 동작하는 시점으로 미리 설정해 놓은 소정의 온도차(dt) 이상으로 낮아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)는 상기 릴레이(K1)를 "온" 상태로 전환함으로써 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방하여 해당 방으로의 난방재의 공급을 시작하는 과정과;

(d) 실온이 계속 상승하여 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 상기 온도차(dt)만큼 차이가 나는 시점, 즉 T = T1 - dt 상태가 되면, 이 때부터 시간 측정을 개시하는 과정과;

(e) 실온이 계속 상승하여 현재 온도가 상기 설정 온도와 비교하여 같거나 그보다 높아지게 되면(T ≥ T1-1/2dt), 상기 시간 측정 개시 시점으로부터 이때까지의 온도 상승에 걸린 상승 시간 t을 계산하여 저장하는 과정과;

(f) 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 "오프" 상태로 만들어 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 난방재의 공급을 중단하는 과정과;

(g) 만일 현재 온도가 잠열에 의해 상기 설정 온도보다 더 높아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터는 상기한 저장된 원래의 상승 시간 t에 미리 설정된 감소율(α)( 여기서, α는 0.5<α<1.0의 값임)을 곱하여, 즉 온도 상승을 위한 설정 시간을 (t*α)로 재설정함으로써 다음 난방 주기에 적용되도록 하는 과정과;

(h) 만일 현재 온도가 상기 설정 온도에 도달하지 못하는 경우, 이전 단계에서 저장된 온도 상승시간 t에 미리 설정된 증가율(β)(여기서, β는 1.0<β< 1.5의 값임)을 곱하여, 즉 온도 상승의 사이클의 설정 시간을 (t*β)로 재설정함으로써 다음 난방 주기에 적용되도록 하는 과정과; 그리고

(ⅰ) 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)와의 차이가 상기 온도차 dt만큼에 이르지 못하면(즉, T < T1 - dt 이면), 상기 마이크로컴퓨터는 설정된 시간 t만큼 밸브를 개방하여 난방재가 공급되게 하고 상기 설정된 시간 t의 경과 후에는 밸브를 차단하도록 제어하는 과정을 포함하여 이루어진다.

바람직하게는, 상기 과정 (g)에 있어서 상기 감소율(α)은 0.9로 설정한다.

바람직하게는, 상기 과정 (h)에 있어서 상기 증가율(β)은 1.1로 설정한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 냉난방재를 각 방으로 공급하거나 차단하여 그 방의 실내 온도를 조절할 수 있도록 하는 2위치 제어 방식의 액츄에이터 밸브(1)와, 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 릴레이(K1)를 구비하고 그 구동 신호를 제공하는 출력 구동부와, 온도 센싱 소자로서 써미스터(TH1)를 구비하여 그로부터 감지된 현재의 실내 온도 정보를 제공하는 온도 감지부와, 그리고 상기 감지된 실내 온도 정보에 기초하여 소정의 설정 온도와의 비교를 통해 실내 온도의 변화를 예측, 기억 또는 판단함으로써 그 판단 결과에 대응하여 온도 제어를 수행하도록 프로그램되고 그에 필요한 각종 데이터를 저장하는 마이크로컴퓨터(U1)를 포함하는 실내 냉난방용의 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법에 있어서, 냉방 제어 모드는,

(a) 온도 감지부를 통해 감지된 각 방의 현재 온도(T)와 사용자에 의해 입력된 냉방 설정 온도(T1)를 비교하는 과정과;

(b) 상기 비교 결과, 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 같거나 그보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 불활성화(off) 상태로 만들고 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 냉매의 공급을 중단하는 과정과;

(c) 상기 비교 결과, 만일 현재 온도(T)가 상기 설정 온도(T1) 보다 높을 경우, 현재 온도가 상기 액츄에이터 밸브(1)를 동작하는 시점으로 미리 설정해 놓은 소정의 온도차(dt) 이상으로 높아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)는 상기 릴레이(K1)를 활성화(on)시킴으로써 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방하여 해당 방으로의 냉매의 공급을 실시하는 과정과;

(d) 실온이 계속 하강하여 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 상기 온도차(dt)만큼 차이가 나는 시점, 즉 T = T1 + dt 상태가 되면, 이때부터 시간 측정을 개시하는 과정과;

(e) 실온이 계속 하강하여 현재 온도가 상기 설정 온도와 비교하여 같거나 그보다 낮아지게 되면(T ≤ T1 + 1/2dt), 상기 시간 측정 개시 시점으로부터 이때 까지의 온도 하강에 걸린 시간(t)을 계산하여 저장하는 과정과;

(f) 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 불활성 상태로 만들어 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 냉매의 공급을 중단하는 과정과;

(g) 만일 현재 온도가 잠재 냉각에 의해 상기 설정 온도보다 더 낮아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터는 상기한 저장된 원래의 하강 시간 t에 미리 설정된 감소율(α)( 여기서, α는 0.5<α<1.0의 값임)을 곱하여, 즉 온도 하강 사이클을 위한 설정 시간을 (t*α)로 재설정함으로써 다음 냉방 주기에 적용되도록 하는 과정과;

(h) 만일 현재 온도가 상기 설정 온도에 도달하지 못하는 경우, 이전 단계에서 저장된 온도 하강 시간 t에 미리 설정된 증가율(β)(여기서, β는 1.0<β< 1.5의 값임)을 곱하여, 즉 온도 하강 사이클의 설정 시간을 (t*β)로 재설정함으로써 다음 냉방 주기에 적용되도록 하는 과정과; 그리고

(ⅰ) 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)와의 차이가 상기 온도차 dt만큼에 이르지 못하면(즉, T > T1 + dt 이면), 상기 마이크로컴퓨터는 상기 설정된 시간 t만큼만 밸브를 개방하여 냉매가 공급되게 하고 상기 시간 t의 경과 후에는 밸브를 차단하도록 제어하는 과정을 포함하여 이루어진다.

바람직하게는, 상기 과정 (g)에 있어서 상기 감소율(α)은 0.9로 설정한다.

바람직하게는, 상기 과정 (h)에 있어서 상기 증가율(β)은 1.1로 설정한다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같이 정의된 온도 제어 방법을 수행하기 위한 제어 프로그램을 포함하는 컴퓨터로 독출 가능한 프로그램을 수록한 기록 매체를 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 바와 같은 온도 제어 방법을 수행하도록 프로그램 된 마이크로컴퓨터를 구비하는 디지털 온도 제어 장치를 제공한다.

[실시예]

이하, 본 발명에 따른 에너지 절약이 가능한 온도 제어장치의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 온도 제어장치의 하드웨어 구성의 일 실시 예를 도시하고 있는바, 상기 온도 제어장치는, 냉난방재(열전달 매개체)를 각 방으로 공급하거나 차단하여 그 방의 실내 온도를 조절할 수 있도록 하는 2위치 제어방식의 액츄에이터 밸브(1)와, 외부 전원전압(AC220V)전원과 연결된 트랜스포머(T1), 브리지 회로(BR1), 및 캐패시터(C1)를 구비하여 본 발명의 온도 제어장치의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원장치와, 각 방의 냉/난방을 위한 설정온도 및 현재온도를 표시하기 위한 표시부(DSP)와, 냉난방에 필요한 온도 설정을 하기 위해 저항들(R1, R2)과 스위치들(SW1, SW2)을 구비하는 키 입력부와, 실내온도에 따라서 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 신호를 제공하기 위하여 저항(R3), 트랜지스터(Q1), 및 릴레이(K1)를 구비하는 출력 구동부와, 온도 센싱 소자인 써미스터(TH1)와 저항(R4)을 구비하고 마이크로컴퓨터(U1)의 A/D 컨버터(AD1) 단자에 연결되어 감지된 실내온도 정보를 상기 A/D 컨버터 단자를 통해 제공하는 역할을 하는 온도감지부와, 그리고 상기 실내온도 정보에 기초하여 소정의 설정된 온도와의 비교를 통해 실내온도의 변화를 예측, 기억 또는 판단함으로써 그에 적합한 온도제어를 위한 신호를 제공하도록 함으로써 필요에 따라서 상기 액츄에이터 밸브(1)의 개방 또는 폐쇄를 제어 할 수 있도록 구성된 마이크로컴퓨터(U1)를 구비하여 구현될 수 있다. 여기서, 상기 마이크로컴퓨터(U1)는 본 발명에 따른 온도 제어장치의 동작을 실행하기 위한 소정의 제어 프로그램(도 6 및 도 7에서 후술함)과 이 프로그램의 수행을 위한 각종 데이터를 저장하기 위한 메모리를 내장하는 것으로서 범용의 원-칩 마이크로컴퓨터가 사용될 수 있다. 본 발명의 구현을 위해서는, 예를 들면, 삼성전자에서 제공되는 원-칩 마이크로프로세서(상용 모델 번호 9488)가 이용될 수도 있으며, 동등한 기능을 갖는 다른 범용의 마이크로컴퓨터를 사용하여도 좋다.

이제 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 온도 제어 장치를 이용하는 난방 제어 모드에서의 온도 제어 방법을 플로우차트에 의거 설명하면 다음과 같다. 본 제어 방법에 있어서의 제어 수순은 상기한 마이크로컴퓨터(U1)에 프로그램으로서 미리 저장되어 있다. 본 제어 장치가 설치되어 있는 방의 현재 온도를 'T' 라 하고, 상기 키 입력부를 통해 미리 사용자가 입력한 설정 온도를 'T1' 이라고 하면, 단계 S11에서 마이크로컴퓨터는 방의 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)를 비교한다. 그 결과, 현재 온도가 설정 온도보다 높다고 판단되면, 마이크로컴퓨터(U1)는 그의 출력단(OUT1)에서 출력신호를 "로우(low)" 상태로 출력하여 트랜지스터(Q1)을 "턴-오프" 상태가 되게 함으로써 릴레이(K1)를 "오프" 상태로 만들게 되고, 이로써 상기 액츄에이터 밸브(1)는 닫히게 되어 해당 방에 대한 난방재의 공급을 중단함으로써 실내 온도의 상승을 억제하게 된다.

그러나, 만일 단계 S11에서 방안의 온도가 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)를 비교한 결과 현재 온도(T)가 상기 설정 온도(T1) 보다 낮아지면, 그 다음의 단계 S13로 진행하여 현재 온도가 액츄에이터 밸브(1)를 동작하도록 미리 설정된 온도차(dt) 이상으로 낮아지게 되면 마이크로컴퓨터(U1)에서 출력신호를 '하이' 상태로 출력하여 트랜지스터(Q1)을 "턴-온" 상태로 만들게 되고 릴레이(K1)이 '온' 상태로 전환됨으로써 액츄에이터 밸브(1)가 열려 해당 방으로의 난방재의 공급을 시작하게 된다. 이 때, 방안의 온도가 계속 상승하여 현재 온도가 설정 온도와 상기 온도차 만큼 차이가 나는 시점, 즉 T = T1 - dt 상태가 되면(단계 S15), 이때부터 시간을 측정하기 시작하고(단계 S16), 현재 온도(T)가 점점 상승하여 설정 온도(T1)와 비교하여 (T1 - 1/2dt)과 같거나 이보다 높아지면 상기 단계 S16의 시점으로부터 이때까지 온도 상승에 걸린 상승시간 t을 계산하여 기억해 놓는다(단계 S18). 그 다음 상기 마이크로컴퓨터(U1)는 그 출력신호(OUT1)를 '로우' 상태로 출력하여 트랜지스터(Q1)를 다시 "턴-오프" 상태로 만들게 되고, 이로써 릴레이(K1)는 "오프" 상태로 되어 액츄에이터 밸브(1)를 닫아 방에 대한 난방재의 공급을 중단하게 된다(단계 S19). 이 때, 난방재의 공급을 중단하여도 실질적으로는 배관에 남아있는 잠열에 의해 방안의 온도는 계속 상승하게 되는데, 현재 온도가 설정 온도(T1)보다 더 높아지는지 또는 상기 설정 온도(T1)까지 도달하지 못하는지를 계속 측정하면서(단계 S20 - S21), 만일 현재 온도가 설정 온도보다 더 높아지게 되면(단계 S21), 상기 마이크로컴퓨터는 상기한 온도 상승에 걸린 상승시간 t에 0.9를 곱하여(단계 S22), 즉 설정 시간을 t*0.9로 입력해 둠으로써 다음 동작 주기에는 도4의 (나)에서 보는 바와 같이 난방재의 공급을 위한 실제의 설정 시간을 t1에서 t2로 줄이게 된다. 따라서, 도 4의 (나)에서 보이는 바와 같이, 첫 번째 난방 주기에서는 설정 온도(T1)까지 난방 함에 있어 소요되는 적정 에너지보다 실제로는 D 부분만큼 에너지가 초과되어 낭비되었던 것을 다음 번 난방 주기에서는 실제 난방 시간이 t*0.9 만큼 줄어듦으로써 그에 해당하는 만큼의 불필요한 에너지 소비가 줄어들게 된다. 즉, 도 4의 (나)를 참조하면, 부분 D에서 부분 E의 차이만큼 에너지 낭비가 감소하게 됨을 알 수 있다. 또한 반대로, 현재 온도가 상기 설정 온도(T1)까지 도달하지 못하는 경우는 온도 상승시간 t를 t*1.1로 설정함으로써(단계 S23) 실제 난방 시간을 늘려 잡아 다음 번 난방 주기에서의 난방재의 공급을 위한 설정 시간 t을 t3에서 t4가 되도록 할 것이다. 이 때, 단계 S24 내지 S25에서는 현재 온도와 설정 온도를 비교하여, 현재 온도가 설정 온도와 상기 온도차 dt만큼 이르지 못하면(즉, T < T1 - dt), 마이크로컴퓨터는 설정된 시간 t만큼 "하이" 상태의 출력 신호를 내보내 난방 밸브가 개방되어 난방재가 공급되게 하고 시간 t 후에는 출력 신호를 "오프" 하도록 한다. 따라서 도 4의 (나)를 참조하면, F부분만큼 난방 에너지의 공급이 초과되도록 함으로써 다음 난방 주기에서는 이전보다 더 많은 양의 에너지가 공급되므로 더 빨리 그리고 효율적으로 설정 온도에 도달하도록 할 수 있을 것이다. 이와 같이, 난방재 공급을 위한 설정 시간 t를 자동으로 스스로 조절(튜닝)하는 것이 가능해 지므로, 항상 일정 시간만큼 난방재를 공급하도록 되어 있는 종전의 온도 조절기에 비교하여 본 발명의 온도 제어장치는 종전의 A, B, C부분과 같은 에너 지 소비량을 D, E, F와 같이 적응적으로 공급되도록 함으로써 목적하는 설정 온도에 도달함에 있어 불필요하게 소모되는 에너지를 절감하고 그에 따른 온도의 편차도 적게 하여 항시 쾌적한 환경을 유지되도록 제어할 수가 있는 것이다.

다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 온도 제어 장치를 이용하는 냉방 제어 모드에서의 온도 제어 방법을 플로우차트에 의거 설명하면 다음과 같다. 본 제어 방법에 있어서의 제어 수순도 또한 상기한 마이크로컴퓨터(U1)에 프로그램으로서 미리 저장될 수 있으며, 기본적으로는 전술한 도 6에서의 제어 수순과 유사한 개념과 동작 원리에 따라 수행된다. 도 6에서의 설명과 마찬가지로, 본 온도 제어 장치가 설치되어 있는 방의 현재 온도를 'T' 라 하고, 상기 키 입력부를 통해 미리 사용자가 입력한 냉방용 설정 온도를 'T1' 이라고 하면, 단계 S31에서 마이크로컴퓨터(U1)는 방의 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)를 비교한다. 그 결과, 현재 온도가 설정 온도보다 낮은 것으로 판단되면, 마이크로컴퓨터(U1)는 그의 출력단(OUT1)에서 출력신호를 "로우(low)" 상태로 출력하여 트랜지스터(Q1)을 "턴-오프" 상태가 되게 함으로써 릴레이(K1)를 "오프" 상태로 만들게 되고, 이로써 상기 액츄에이터 밸브(1)는 닫히게 되어 해당 방에 대한 냉방재(냉매)의 공급을 중단함으로써 실내 온도의 상승을 더 이상의 하강을 억제하게 된다.

그러나, 만일 상기한 단계 S31에서 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)와의 비교 결과 현재 온도(T)가 상기 설정 온도(T1) 보다 더 높으면, 그 다음의 단계 S33으로 계속 진행하여 온도 비교 결과 현재 온도가 냉방용 액츄에이터 밸브(1)를 동작하도록 미리 설정된 온도차(dt) 이상으로 높아지게 되면 마이크로컴퓨터(U1)에서 출력 신호(OUT1)를 '하이' 상태로 출력하여 트랜지스터(Q1)을 "턴-온" 상태로 만들게 되고 릴레이(K1)이 '온' 상태로 전환됨으로써 액츄에이터 밸브(1)가 열려 해당 방으로의 냉매의 공급을 시작하게 된다(S34). 이 때, 방안의 온도가 계속 하강하여 현재 온도가 설정 온도와 상기 온도차(dt) 만큼 차이가 나는 시점, 즉 T = T1 + dt 상태가 되면(단계 S35), 이 때부터 시간을 측정하기 시작하여(단계 S36), 현재 온도(T)가 점점 하강하면서 상기 설정 온도(T1)와 비교하여 (T1 + 1/2dt)과 같거나 이보다 낮아지면 상기 단계 S36의 시점으로부터 이 때까지의 온도 하강에 걸린 하강 시간 t를 계산하여 입력해 놓는다(단계 S38). 그 다음 상기 마이크로컴퓨터(U1)는 그 출력신호(OUT1)를 '로우' 상태로 출력하여 트랜지스터(Q1)를 다시 "턴-오프" 상태로 만들게 되고, 이로써 릴레이(K1)는 "오프" 상태로 되어 냉방기의 액츄에이터 밸브(1)를 닫아 해당 방에 대한 냉매의 공급을 중단하게 된다(단계 S39). 이 때, 냉매의 공급을 중단하여도 실질적으로는 배관에 남아있는 냉매의 잠재된 차가움에 의해 방안의 온도는 계속 하강할 수 있는데, 현재 온도가 설정 온도(T1)보다 더 낮아지는지 또는 상기 설정 온도(T1)까지 도달하지 못하는지를 계속 측정하게 된다(단계 S40 - S41). 만일 현재 온도가 설정 온도보다 더 낮아지게 되면(단계 S41), 상기 마이크로컴퓨터는 상기한 설정 온도까지의 온도 하강에 걸린 하강 시간 t에 0.9를 곱하여(단계 S42), 즉 설정 시간을 t*0.9로 입력해 둠으로써 다음 동작 주기에는 도 5의 (나)에서 보는 바와 같이 냉매의 공급을 위한 실제의 설정 시간을 t1에서 t2로 10％만큼 줄이게 된다. 따라서, 도 4의 (나)에서 보이는 바와 같이, 첫 번째 냉방 주기에서는 설정 온도(T1)까지 냉방을 할 경우 소요되는 적정 에너지보 다 실제로는 G 부분만큼 에너지가 초과되어 낭비되었던 것을 다음 번 냉방 주기에서는 실제 냉방 시간이 t*0.9로 10％정도 줄어듦으로써 그만큼의 불필요한 에너지 소비가 줄어들게 된다. 다시 말해, 도 5의 (나)를 참조하면, 그래프 상의 부분 J(첫 번째 냉방 주기)에서 부분 K(두 번째 냉방 주기)의 차이만큼 에너지 낭비가 감소하게 됨을 알 수 있다. 또한 반대로, 현재 온도가 상기 설정된 냉방 온도(T1)까지 내려가지 못하는 경우는 온도 하강 시간 t를 t*1.1로 설정함으로써(단계 S43) 실제 냉방 시간을 10％ 늘려 잡도록 함으로써 다음 번 냉방 주기에서의 냉매의 공급을 위한 설정 시간(t)을 t3에서 t4로 연장되도록 할 것이다. 이 때, 단계 S44에서 현재 온도와 설정 온도를 비교하여, 방안의 현재 온도가 설정 온도보다 상기 온도차 dt 만큼에 초과하게 되면(즉, T > T1 + dt ), 마이크로컴퓨터는 설정된 시간 t만큼 "하이" 상태의 출력 신호를 내보내 냉방기의 밸브를 개방하여 냉매가 공급되게 하고 시간 t 후에는 출력 신호를 "오프" 로 하여 냉매 밸브가 폐쇄되도록 한다. 따라서 도 4의 (나)를 참조하면, L 부분만큼 냉방 에너지의 초과 공급이 이루어지도록 함으로써 다음 냉방 주기에서는 이전보다 더 많은 양의 냉방 에너지가 공급되므로 더 빨리 그리고 더 효율적으로 설정한 냉방 온도에 도달하도록 할 수 있을 것이다. 이와 같이, 냉매 공급을 위한 설정 시간 t를 자동으로 스스로 조절(튜닝)하는 것이 가능해 지므로, 온도 조절시 항상 일정 시간 동안 냉매를 공급하도록 되어 있는 종전의 온도 조절기에 비교하여 본 발명의 온도 제어장치는 종전의 G, H, I 부분과 같은 에너지 소비량을 J, K, L과 같이 적응형으로 공급되도록 함으로써 목적하는 냉방 설정 온도에 도달함에 있어 불필요하게 과도하게 소모되는 에너지를 절감하고 그에 따른 온도의 편차도 가능하면 적게 유지함으로써 종전보다 쾌적한 환경을 유지하도록 제어할 수가 있는 것이다.

이상 상술한 실시예에 있어서는 냉난방시의 자동 온도제어를 위한 설정시간 t를 조절함에 있어 증감율의 변화를 10％의 단위로 설정하여 0.9 또는 1.1의 배율로 증감되도록 설정하였지만,사용자의 요구에 따라 또는 필요에 따라 얼마든지 적합한 다른 배율로 조절(튜닝)이 이루어지도록 하여도 무방할 것이다. 따라서, 전술한 실시예는 본 발명에 대한 이해를 위하여 단지 예를 들어 기술한 것으로서, 본 발명의 정신을 이탈함이 없이 첨부한 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 어떤 다른 변경이나 변형도 당해 기술분야의 통상의 지식을 갖는 전문가에게는 자명할 것이다.

본 발명은 지역 냉난방 온도 제어 장치에 있어 종래의 2-위치 온도 제어 장치의 온/오프식 제어로는 온도 조절의 실제로 가능한 폭이 설정 온도와는 갭이 커서 에너지 낭비가 많고, 그로 인한 온도 편차가 상당히 발생하여 냉난방시의 쾌적성이 떨어진다는 문제를 개선하여, 고가의 비례-미적분 제어식 온도 제어장치를 사용하지 않고도 그와 마찬가지로 에너지 절약 및 쾌적성 유지가 저비용으로 가능한 온도 제어 방법을 제공한다는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 냉난방재를 각 방으로 공급하거나 차단하여 그 방의 실내 온도를 조절할 수 있도록 하는 2위치 제어 방식의 액츄에이터 밸브(1)와, 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 릴레이(K1)를 구비하고 그 구동 신호를 제공하는 출력 구동부와, 온도 센싱 소자로서 써미스터(TH1)를 구비하여 그로부터 감지된 현재의 실내 온도 정보를 제공하는 온도 감지부와, 그리고 상기 감지된 실내 온도 정보에 기초하여 소정의 설정 온도와의 비교를 통해 실내 온도의 변화를 예측, 기억 또는 판단함으로써 그 판단 결과에 대응하여 온도 제어를 수행하도록 프로그램되고 그에 필요한 각종 데이터를 저장하는 마이크로컴퓨터(U1)를 포함하는 실내 냉난방용의 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법에 있어서, 난방 제어 모드는,

   (a) 온도 감지부를 통해 감지된 각 방의 현재 온도(T)와 사용자에 의해 입력된 난방 설정 온도(T1)를 비교하는 과정과;

   (b) 상기 비교 결과, 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 같거나 그보다 높은 것으로 판단되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 "오프" 상태로 만들고 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 난방재의 공급을 중단하는 과정과;

   (c) 상기 비교 결과, 만일 현재 온도(T)가 상기 설정 온도(T1) 보다 낮을 경우, 현재 온도가 상기 액츄에이터 밸브(1)를 동작하는 시점으로 미리 설정해 놓은 소정의 온도차(dt) 이상으로 낮아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)는 상기 릴레이(K1)를 "온" 상태로 전환함으로써 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방하여 해당 방으로의 난방재의 공급을 시작하는 과정과;

   (d) 실온이 계속 상승하여 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 상기 온도차(dt)만큼 차이가 나는 시점, 즉 T = T1 - dt 상태가 되면, 이 때부터 시간 측정을 개시하는 과정과;

   (e) 실온이 계속 상승하여 현재 온도가 상기 설정 온도와 비교하여 같거나 그보다 높아지게 되면(T ≥ T1-1/2dt), 상기 시간 측정 개시 시점으로부터 이때까지의 온도 상승에 걸린 상승 시간 t을 계산하여 저장하는 과정과;

   (f) 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 "오프" 상태로 만들어 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 난방재의 공급을 중단하는 과정과;

   (g) 만일 현재 온도가 잠열에 의해 상기 설정 온도보다 더 높아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터는 상기한 저장된 원래의 상승 시간 t에 미리 설정된 감소율(α)( 여기서, α는 0.5<α<1.0의 값임)을 곱하여, 즉 온도 상승을 위한 설정 시간을 (t*α)로 재설정함으로써 다음 난방 주기에 적용되도록 하는 과정과;

   (h) 만일 현재 온도가 상기 설정 온도에 도달하지 못하는 경우, 이전 단계에서 저장된 온도 상승시간 t에 미리 설정된 증가율(β)(여기서, β는 1.0<β< 1.5의 값임)을 곱하여, 즉 온도 상승의 사이클의 설정 시간을 (t*β)로 재설정함으로써 다음 난방 주기에 적용되도록 하는 과정과; 그리고

   (ⅰ) 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)와의 차이가 상기 온도차 dt만큼에 이르지 못하면(즉, T < T1 - dt 이면), 상기 마이크로컴퓨터는 설정된 시간 t만큼 밸브를 개방하여 난방재가 공급되게 하고 상기 설정된 시간 t의 경과 후에는 밸브를 차단하도록 제어하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 과정 (g)에 있어서 상기 감소율(α)은 0.9로 그리고 상기 과정 (h)에 있어서 상기 증가율(β)은 1.1로 함을 특징으로 하는 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법.
3. 삭제
4. 냉난방재를 각 방으로 공급하거나 차단하여 그 방의 실내 온도를 조절할 수 있도록 하는 2위치 제어 방식의 액츄에이터 밸브(1)와, 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방 또는 폐쇄하기 위한 릴레이(K1)를 구비하고 그 구동 신호를 제공하는 출력 구동부와, 온도 센싱 소자로서 써미스터(TH1)를 구비하여 그로부터 감지된 현재의 실내 온도 정보를 제공하는 온도 감지부와, 그리고 상기 감지된 실내 온도 정보에 기초하여 소정의 설정 온도와의 비교를 통해 실내 온도의 변화를 예측, 기억 또는 판단함으로써 그 판단 결과에 대응하여 온도 제어를 수행하도록 프로그램되고 그에 필요한 각종 데이터를 저장하는 마이크로컴퓨터(U1)를 포함하는 실내 냉난방용의 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법에 있어서, 냉방 제어 모드는,

   (a) 온도 감지부를 통해 감지된 각 방의 현재 온도(T)와 사용자에 의해 입력된 냉방 설정 온도(T1)를 비교하는 과정과;

   (b) 상기 비교 결과, 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 같거나 그보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 불활성화(off) 상태로 만들고 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 냉매의 공급을 중단하는 과정과;

   (c) 상기 비교 결과, 만일 현재 온도(T)가 상기 설정 온도(T1) 보다 높을 경우, 현재 온도가 상기 액츄에이터 밸브(1)를 동작하는 시점으로 미리 설정해 놓은 소정의 온도차(dt) 이상으로 높아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터(U1)는 상기 릴레이(K1)를 활성화(on)시킴으로써 상기 액츄에이터 밸브(1)를 개방하여 해당 방으로의 냉매의 공급을 실시하는 과정과;

   (d) 실온이 계속 하강하여 현재 온도(T)가 설정 온도(T1)와 상기 온도차(dt)만큼 차이가 나는 시점, 즉 T = T1 + dt 상태가 되면, 이 때부터 시간 측정을 개시하는 과정과;

   (e) 실온이 계속 하강하여 현재 온도가 상기 설정 온도와 비교하여 같거나 그보다 낮아지게 되면(T ≤ T1 + 1/2dt), 상기 시간 측정 개시 시점으로부터 이때까지의 온도 하강에 걸린 시간 t을 계산하여 저장하는 과정과;

   (f) 상기 마이크로컴퓨터(U1)가 상기 릴레이(K1)를 불활성 상태로 만들어 상기 액츄에이터 밸브(1)를 폐쇄함으로써 해당 방에 대한 냉매의 공급을 중단하는 과정과;

   (g) 만일 현재 온도가 잠재 냉각에 의해 상기 설정 온도보다 더 낮아지게 되면, 상기 마이크로컴퓨터는 상기한 저장된 원래의 하강 시간 t에 미리 설정된 감소율(α)( 여기서, α는 0.5<α<1.0의 값임)을 곱하여, 즉 온도 하강 사이클을 위한 설정 시간을 (t*α)로 재설정함으로써 다음 냉방 주기에 적용되도록 하는 과정과;

   (h) 만일 현재 온도가 상기 설정 온도에 도달하지 못하는 경우, 이전 단계에서 저장된 온도 하강 시간 t에 미리 설정된 증가율(β)(여기서, β는 1.0<β< 1.5의 값임)을 곱하여, 즉 온도 하강 사이클의 설정 시간을 (t*β)로 재설정함으로써 다음 냉방 주기에 적용되도록 하는 과정과; 그리고

   (ⅰ) 현재 온도(T)와 설정 온도(T1)와의 차이가 상기 온도차 dt만큼에 이르지 못하면(즉, T > T1 + dt 이면), 상기 마이크로컴퓨터는 상기 설정된 시간 t만큼만 밸브를 개방하여 냉매가 공급되게 하고 상기 시간 t의 경과 후에는 밸브를 차단하도록 제어하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 과정 (g)에 있어서 상기 감소율(α)은 0.9로 그리고 상기 과정 (h)에 있어서 상기 증가율(β)은 1.1로 함을 특징으로 하는 온도 조절 장치를 위한 온도 제어 방법.
6. 삭제
7. 제1항 또는 제2항에 정의된 온도 제어 방법을 수행하기 위한 제어 프로그램을 포함하는 컴퓨터로 독출 가능한 프로그램을 수록한 기록 매체.
8. 제4항 또는 제5항에 정의된 온도 제어 방법을 수행하기 위한 제어 프로그램을 포함하는 컴퓨터로 독출 가능한 프로그램을 수록한 기록 매체.
9. 삭제
10. 제1항 또는 제4항에 기재된 온도 제어 방법을 수행하도록 프로그램된 마이크로컴퓨터를 구비하는 디지털 온도 제어 장치.

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