KR101202325B1 - 공기 조화기 및 그 취침운전 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 취침운전 제어방법에 관한 것으로, 본 발명은 취침운전이 입력되면 공조공간 전 영역을 스캔하며 온도를 측정하는 사용자 감지부재, 및 상기 사용자 감지부재에서 측정된 온도에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 수면 영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자 수면 영역의 평균온도에 변화가 일어나면, 사용자의 수면 형태에 변화가 발생한 것으로 판단하여 실내 설정온도를 변경하는 공조제어부를 포함한다.

공기조화기, 수면, 센서

Description

공기 조화기 및 그 취침운전 제어방법{An air conditioner and the sleeping drive control method}

본 발명은 공기조화기 및 그 취침운전 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다채널 열 감지센서를 이용하여 사용자의 수면 형태의 변화에 따른 취침운전을 제어하는 공기조화기 및 그 취침운전 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 실내의 냉방 또는 난방을 위한 목적으로 사용되는 장치로, 냉매가 순환되는 통상의 냉동사이클이 적용되어 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하며 액화할 때에 그 열을 방출하는 특성에 의해 열교환된 공기(냉기 또는 온기)를 토출하여 실내온도를 조절하고 있다.

이러한 공기조화기에는 토출되는 공기의 기류(풍향 및 풍량)제어를 위해 팬과 블레이드를 설치하여 실내온도의 변화 또는 사용자의 조작에 따라 풍량을 변화시키거나 풍향을 조절하도록 하고 있으며, 최근에는 사용자의 존재 유무 및 사용자 위치를 파악하여 사용자 위치로 기류를 제어하거나 또는 사용자에게 바람이 직접 닿지 않도록 기류를 제어하기 위해 공기조화기에 인체감지장치를 구비하고 있다.

이러한 인체감지장치를 구비한 공기조화기로는 대한민국 공개특허공보 1998- 021089호가 있다.

동 공보에 개시된 공기조화기는 인체감지장치를 통하여 사용자가 존재하는 영역을 파악하고, 사용자가 위치하는 영역에 공기를 집중적으로 토출하거나 사용자가 위치하는 영역을 제외하여 공기를 토출하도록 풍향을 제어하였다.

그러나, 이러한 종래 공기조화기는 사용자가 위치하는 영역만을 기준으로 풍향 제어를 할 뿐, 사용자가 수면시 더위 및 추위를 느껴 이불을 부분적으로 덮는 경우와 같이, 사용자의 수면형태 변화에 따라 사용자가 위치하는 영역 내에서 부분적으로 온도 변화가 발생한 경우에 대해서는 적절한 제어를 해주지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저가의다채널 열 감지센서를 이용하여 사용자의 수면 형태의 변화를 파악하고, 그에 따른 따른 취침운전을 제어하는 공기조화기 및 그 취침운전 제어방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 취침운전이 입력되면 공조공간 전 영역을 스캔하며 온도를 측정하는 사용자 감지부재, 및 상기 사용자 감지부재에서 측정된 온도에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 수면 영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자 수면 영역의 평균온도에 변화가 일어나면, 사용자의 수면 형태에 변화가 발생한 것으로 판단하여 실내 설정온도를 변경하는 공조제어부를 포함한다.

또한, 상기 사용자 감지부재는 공조공간에 있는 열원으로부터 발생되는 적외선을 복수의 채널을 통해 읽어 들이고 상기 각 채널마다 읽어 들이는 영역이 다른 열 감지 센서, 및 상기 열 감지 센서의 복수의 채널을 통해 읽어 들인 적외선의 온도검출전압으로부터 각 채널의 온도를 측정하는 센서 제어부를 포함한다.

또한, 상기 공조 제어부는 상기 센서 제어부로부터 각 채널이 측정한 공조공간 전체 영역의 온도를 입력받아 평균온도를 구하고, 상기 평균온도를 초과하는 온도의 해당영역을 사용자가 수면을 취하는 수면영역으로 설정하고, 상기 수면영역의 평균온도가 높아지면 실내 설정온도를 감소시킨다.

또한, 상기 공조 제어부는 상기 수면영역의 평균온도가 낮아지면 실내 설정온도를 상승시킨다.

그리고 본 발명은 취침운전이 입력되면 공조공간 전 영역을 스캔하여 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 수면 영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자 수면 영역의 평균온도에 변화가 일어나면, 사용자의 수면 형태에 변화가 발생한 것으로 판단하여 실내 설정온도를 변경한다.

또한, 상기 사용자 수면 영역의 평균온도가 높아지면 상기 실내설정온도를 감소시킨다.

또한, 상기 사용자 수면 영역의 평균온도가 낮아지면 상기 실내설정온도를 상승시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 사용자의 수면 형태의 변화에 따라 실내 설정온도를 제어하여 사용자가 쾌적한 수면을 취하도록 하였다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실내기(10)(이하 '공기조화기'라 칭함)는 실내공기가 흡입되도록 흡입구(12)가 양 측면 하부에 형성되고, 상기 흡입구(12)를 통해 흡입된 공기가 다시 실내로 토출되도록 토출구(14)가 양 측면 상부에 형성된다.

상기 토출구(14)에는 토출구(14)를 개폐시킴은 물론, 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 블레이드(16)가 설치되고, 상기 블레이드(16)의 상측에는 블레이드(16)를 구동하기 위한 구동모터(18)가 설치된다.

상기 구동모터(18)를 회전각도 분해능이 뛰어난 가변 자기 저항형 스텝핑모터(Variable Reluctance Type Stepping Motor)를 사용하게 되면 블레이드(16)의 단계적 방향 전환뿐만 아니라, 연속적인 방향 전환이 필요한 스윙모드를 자유자재로 구현할 수 있다. 이외에도 블레이드(16)의 단계적 방향 전환과 연속적 방향 전환을 구현할 수 있는 것이라면 어떠한 동력장치를 사용할 수 있음은 물론이다.

따라서, 상기 블레이드(16)는 구동모터(18)의 구동에 따라 구동모터(18)의 회전축에 연결되어 회전각도가 변화하고, 이 변화하는 회전각도에 따라 토출구(14)를 통해 토출되는 공기의 풍향을 조절하고, 그 회전각도(default angle)의 위치에 따라 토출구(14)를 개폐시킨다.

공기조화기(10)의 내부에는 흡입구(12)를 통해 흡입되는 실내공기를 냉매의 증발잠열에 의해 냉풍 또는 온풍으로 열교환하는 실내열교환기(20)와, 상기 실내열교환기(20)에서 열교환된 공기를 송풍하는 실내팬(22)이 설치된다.

공기조화기(10)의 전면 상부에는 공기조화기(10)가 설치된 공간(공조공간) 내에 사용자의 존재 유무뿐만 아니라 사용자의 온도를 파악하기 위한 사용자 감지부재(30)가 설치되고, 사용자 감지부재(30)의 일측에는 공조공간 내의 사용자 위치를 파악하기 위하여 사용자 감지부재(30)를 일정시간마다 일정한 각도로 수평 회전시켜 전체 공조공간을 스캐닝하도록 스텝모터(40)가 설치된다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 측면 토출방식의 스탠드형 공기조화기를 예로 들어 토출되는 공기의 풍향을 블레이드(16)를 통해 좌우로 조절하도록 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 전면 또는 삼면 토출방식의 공기조화기의 경우 상하 또는 좌우 블레이드를 통해 토출되는 공기의 풍향을 상하좌우로 조절할 수 있음은 물론이며, 본 발명의 사용자 감지부재(30)는 어떠한 공기조화기에도 적용 가능하다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 제어 구성도로서, 사용자 감지부재(30), 입력부(50), 공조 제어부(52), 구동부(54) 및 표시부(56)를 포함한다.

사용자 감지부재(30)는 공조공간 내의 사용자가 수면을 취하는 수면영역 및 수면형태를 파악하기 위하여 전체 공조공간의 온도정보를 측정하는 것으로, 공조공간 내에 있는 열원을 인지하기 위해 복수의 채널을 통해 적외선을 읽어 들여 출력되는 전압을 증폭시켜 온도검출전압으로 출력하는 다채널 서모파일(thermopile)센 서(31, 이하 '열 감지센서'라 칭함)와, 상기 열 감지센서(31)에서 출력되는 각 채널의 온도검출전압의 아날로그 값을 디지털 전압값으로 변환하는 A/D변환부(32)와, 상기 A/D변환부(32)에서 디지털 전압값으로 변환된 각 채널의 온도 값을 측정하는 센서 제어부(33)와, 열 감지센서(31)를 통해 전체 공조공간을 스캐닝하기 위하여 각 채널의 온도측정영역을 저장하는 메모리부(34)를 포함한다. 센서 제어부(33)는 메모리부(34)와 연결되어 온도측정영역 정보들이 필요하면 메모리부(34)에서 전송받는다. 이때, 열 감지센서(31)의 각 채널이 읽어들이는 공조공간의 온도 측정 영역은 도 3 에 도시된 바와 같이 각 채널마다 일정한 각도차에 해당하는 공조공간 내의 적외선을 읽어 들인다. 메모리부(34)에 저장되어 있는 각 채널의 온도측정영역은 상기 열 감지센서(31)의 각 채널마다 공조공간에서 읽어들이는 해당 각도에 대응하는 온도측정영역이다.

입력부(50)는 사용자로부터 취침운전과 같은 운전모드를 입력받고, 각 운전모드에 해당하는 운전시간, 실내 설정온도, 설정풍량, 설정풍향 등의 운전정보를 입력받기 위하여 키조작부 또는 리모콘신호수신부 등으로 구성된다.

공조 제어부(52)는 입력부(50)에서 입력된 운전 모드 및 운전정보에 따라 공기조화기(10)의 전반적인 동작을 제어하는 마이컴으로써, 공조 제어부(52)는 입력부(50)에서 취침운전이 입력되면 사용자가 수면을 취하는 수면영역 및 수면영역의 초기 평균온도를 파악하기 위하여 열 감지센서(31)가 전체 공조공간을 회전하면서 각 채널이 측정한 온도를 입력받아 그 평균을 구한다. 그리고, 이 평균온도보다 높은 온도를 가지는 영역은 사용자가 수면을 취하는 수면영역으로 설정되고, 이 사용 자 수면영역의 평균온도는 사용자가 수면을 취하는 수면영역의 초기 평균 온도로 설정된다.

공조 제어부(52)는 사용자의 수면 영역 및 그 초기 평균온도가 설정되면, 입력부(50)에서 입력된 운전정보에 따라 취침운전을 수행하며, 수면중인 사용자에게 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위하여 사용자의 수면형태 변화를 상기 수면영역의 초기 평균온도의 변화로 파악하고, 변화된 수면형태에 따라 실내 온도를 제어한다.

예를 들어, 사용자가 수면 초기에 이불을 덮지 않다가 사용자가 수면중에 추위를 느껴 이불을 덮게 되면 공조 제어부(52)에는 사용자 수면영역의 평균온도가 초기 평균온도보다 낮게 설정된다. 따라서, 공조 제어부(52)는 사용자가 수면중에 추위를 느끼고 있다고 판단하고 사용자에게 쾌적한 수면 환경을 제공하기 위하여 실내 설정온도를 상승시키는 제어를 수행한다. 이와 반대로, 사용자가 수면 초기에 이불을 덮다가 수면중에 더위를 느껴 이불을 덮지 않게 되면 공조 제어부(52)에는 사용자 수면영역의 평균온도가 초기 평균온도보다 높게 설정되고, 공조 제어부(52)는 사용자에게 쾌적한 수면 환경을 제공하기 위하여 실내 설정온도를 감소시키는 제어를 수행한다.

구동부(54)는 공조 제어부(52)의 제어신호에 따라 토출 풍향을 조절하기 위해 블레이드(18)를 구동시키는 구동모터(18), 토출 풍량을 변화시키는 실내팬(22) 및 공조공간 내의 사용자 위치를 스캐닝하기 위해 상기 열 감지센서(31)를 수평으로 왕복 이동시키는 스텝모터(40)의 구동을 제어한다.

상기 표시부(56)는 공조 제어부(52)의 제어신호에 따라 실내 열 환경 분석결 과를 표시하거나 실내 설정온도 등을 표시한다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기에서 공조공간 내의 사용자의 수면영역을 파악하는 도면이다. 도 4에서, 공기조화(10)의 전면 상부에 설치되는 사용자 감지부재(30)는 스텝모터에 의하여 공조공간을 이동하는 열 감지센서(31)의 복수의 채널을 통해 공조공간 내에 있는 열원으로부터 발생되는 적외선을 읽어 들여 각 채널의 온도 값을 측정한다. 그리고 공조 제어부(52)는 각 채널의 온도 값을 입력받아, 공조공간 전체의 평균온도를 구하고, 상기 평균온도보다 일정범위 이상 큰 온도 값을 가지는 영역에 사용자가 수면을 취한다고 판단한다. 도 4에서는 영역 3 및 영역 4에서 열 감지센서(31)의 각 채널이 읽어들인 온도가 공조공간 평균온도보다 높게 측정된다. 도 5 (a)는 도 4의 각 채널에서 읽어들인 온도가 공조공간의 평균온도보다 높게 측정된 사용자 수면영역을 나타내는 도표이며, 도 5 (b)는 도 5 (a)의 사용자 수면영역 내에서 사용자가 이불을 덮거나 의복을 착용하여 수면영역의 온도변화가 일어나 초기 설정된 사용자 위치영역 중 일부의 영역을 감지하지 못하는 것을 나타내는 도표이다. 도 5(b)에서 공조 제어부(52)에는 도 5(a)에서 사용자가 수면을 취하는 영역으로 설정한 영역3에서 채널 S5 및 S6이 적외선을 읽어들인 영역 및 영역4에서 채널 S4 및 S5가 적외선을 읽어들인 영역의 온도가 사용자가 수면을 취하는 수면영역의 초기 평균온도보다 낮게 설정되어, 공조 제어부(52)는 사용자가 더위를 느껴 이불을 덮거나 의복을 착용하는 수면형태의 변화가 있다고 판단하여 실내 설정온도를 낮추는 제어를 한다.

이하, 상기와 같이 구성된 공기조화기 및 취침운전 제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 취침운전 제어 방법에 관한 흐름도이다.

사용자로부터 취침운전 및 그에 해당하는 실내 설정온도, 설정풍량 등과 같은 운전정보가 입력부(50)를 통하여 입력되면(600), 공조 제어부(52)는 공조공간 내 사용자가 위치하는 영역을 감지하기 위하여 구동부(54)를 통해 스텝모터(40)를 일정시간마다 동작시켜 열 감지센서(31)를 수평으로 왕복 이동시킨다(610).

610단계에서 열 감지센서(31)가 일정속도를 가지고 일정시간마다 수평으로 왕복 이동하면서 복수의 채널을 통해 공조공간 내에 있는 열원으로부터 발생되는 적외선을 읽어 들여 온도검출전압을 출력하면, 열 감지센서(31)에서 출력되는 각 채널의 온도검출 아날로그 전압값은 A/D변환부(32)를 통해 디지털 전압값으로 변환되어 센서 제어부(33)에 전달된다. 센서 제어부(33)는 A/D변환부(32)에서 디지털 전압값으로 변환된 각 채널의 온도 값을 측정하여 공조 제어부(52)에 전달한다(620).

620단계를 통하여 공조 제어부(52)는 사용자 감지부재(30)에 의해 측정된 각 채널의 온도 값을 입력받아 공조공간 전체의 평균온도를 계산하고, 평균 온도 값을 초과하는 온도측정영역을 사용자가 수면을 취하는 수면영역으로 설정하고, 센서 제어부(33)에서 상기 평균온도 값을 초과하는 채널이 측정한 영역정보를 입력받는다(630).

630단계에 의하여 사용자 수면영역이 설정되면, 공조 제어부(52)는 판단된 사용자 수면영역의 평균온도를 사용자 수면영역의 초기 평균온도로 설정한다(640).

사용자의 수면영역 및 그 초기 평균온도가 설정되면, 공조 제어부(52)는 600단계에서 입력받은 실내 설정온도로 취침운전을 시작한다(650).

취침운전이 시작되면 공조 제어부(52)는 수면중인 사용자의 수면형태에 변화가 있는지 판별하기 위하여 감지부재(30)의 각 채널에서 측정된 사용자 수면영역의 온도를 지속적으로 입력받아 그 평균을 구한다(660).

공조 제어부(52)는 640 단계에서 설정된 사용자 수면영역의 초기 평균온도가 660단계에서 구한 수면중인 사용자의 수면영역 평균온도보다 높다면(670), 공조 제어부(52)는 사용자가 추위를 느껴 이불을 덮거나 의복을 착용하여 수면형태가 변한 것으로 판단하여 사용자에게 쾌적한 수면환경을 제공하기 위하여 실내 설정온도를 상승시켜 취침운전을 수행한다(680).

만약, 670단계의 결과 설정된 사용자 수면영역의 초기 평균온도가 수면중인 사용자의 수면영역 평균온도보다 낮다면, 공조 제어부(52)는 사용자가 더위를 느껴 이불이나 의복을 벗어 수면형태가 변한 것으로 판단하여 사용자에게 쾌적한 수면환경을 제공하기 위하여 실내 설정온도를 감소시켜 취침운전을 수행한다(690).

680단계 또는 690단계에 의하여 공조 제어부(52)는 사용자의 변화된 수면상태에 따라 실내 설정온도를 제어하여 취침운전을 수행하다가 사용자에 의하여 취침운전이 종료되거나 설정된 취침운전 시간이 종료될 때까지 취침운전을 수행하다 작업을 종료한다(700).

만약, 700 단계에서 취침운전이 종료되지 않으면 공조 제어부(52)는 취침운 전 중에 사용자의 수면형태의 변화에 따라 실내설정온도를 제어하기 위하여 660단계의 제어부터 다시 수행한다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 공조공간의 일정영역에 세로로 누워서 수면을 취하는 사용자를 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 도 7 및 도 8의 (a),(b)에 도시된 것처럼 공조공간 내의 사용자의 수면영역이 가로인 상태도 사용자의 수면영역 및 그 온도변화를 파악할 수 있어, 공조 제어부(52)가 사용자의 수면 형태의 변화에 따른 실내설정온도를 제어하는 것이 가능하다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실내기를 도시한 사시도이다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 제어 구성도이다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기에서 열 감지센서의 각 채널이 스캔하는 공조영역을 나타내는 도면이다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기에서 공조공간 내의 사용자 수면영역을 파악하는 도면이다.

도 5 (a)는 도 4의 사용자 수면영역를 나타내는 도표이다.

도 5 (b)는 도 5 (a)에서 사용자의 수면형태가 변하여 열 감지센서의 각 채널에서 측정된 사용자 수면영역의 온도 변화를 나타내는 도표이다.

도 6 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 취침운전 제어 방법을 도시한 흐름도이다.

도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기에서 공조공간 내의 사용자의 수면영역이 가로인 상태의 도면이다.

도 8 (a)는 도 7의 사용자 수면영역을 나타내는 도표이다.

도 8 (b)는 도 8(a)에서 사용자의 수면형태가 변하여 열 감지센서의 각 채널에서 측정된 사용자 수면영역의 온도 변화를 나타내는 도표이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

10 : 공기조화기 14 : 토출구

16 : 블레이드 22 : 실내팬

30 : 사용자 감지부재 31 : 열 감지센서

32 : A/D 변환부 33 : 센서 제어부

34 : 메모리부 40 : 스텝모터

52 : 공조 제어부 54 : 구동부

Claims (7)

1. 취침운전이 입력되면 일정 시간마다 일정한 각도로 회전하여 공조공간 전 영역의 온도를 측정하는 사용자 감지부재; 및

   상기 사용자 감지부재에서 측정된 온도에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 수면 영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자 수면 영역의 평균온도에 변화가 일어나면, 사용자의 수면 형태에 변화가 발생한 것으로 판단하여 실내 설정온도를 변경하는 공조제어부를 포함하는 공기조화기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 사용자 감지부재는

   공조공간에 있는 열원으로부터 발생되는 적외선을 복수의 채널을 통해 읽어 들이고 상기 각 채널마다 읽어 들이는 영역이 다른 열 감지 센서; 및

   상기 열 감지 센서의 복수의 채널을 통해 읽어 들인 적외선의 온도검출전압으로부터 각 채널의 온도를 측정하는 센서 제어부를 포함하는 공기 조화기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 공조 제어부는

   상기 센서 제어부로부터 각 채널이 측정한 공조공간 전체 영역의 온도를 입력받아 평균온도를 구하고, 상기 평균온도를 초과하는 온도의 해당영역을 사용자가 수면을 취하는 수면영역으로 설정하고, 상기 수면영역의 평균온도가 높아지면 실내 설정온도를 감소시키는 공기 조화기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 공조 제어부는

   상기 수면영역의 평균온도가 낮아지면 실내 설정온도를 상승시키는 공기조화기.
5. 취침운전 및 실내 설정온도가 입력되면 사용자 감지부재를 일정 시간마다 일정한 각도로 회전시켜 공조공간 전 영역의 온도를 측정하고,

   상기 측정된 온도에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 수면 영역을 파악하고,

   상기 파악된 수면 영역의 평균 온도를 판단하고,

   상기 판단된 수면 영역의 평균 온도를 초기 평균 온도로 설정하고,

   상기 취침운전이 시작되면 상기 수면 영역의 온도를 측정하고,

   상기 측정된 수면 영역의 평균 온도를 구하여 상기 초기 평균 온도와 비교하고,

   상기 초기 평균온도에 변화가 일어나면, 상기 사용자의 수면 형태에 변화가 발생한 것으로 판단하여 상기 입력된 실내 설정온도를 변경하는 공기조화기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 사용자 수면 영역의 평균온도가 높아지면 상기 실내설정온도를 감소시키는 공기조화기의 취침운전 제어방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 사용자 수면 영역의 평균온도가 낮아지면 상기 실내설정온도를 상승시키는 공기조화기의 취침운전 제어방법.

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