KR102340233B1 - 인공지능 공기조화장치 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 및 습도를 각각 설정된 구간 단위로 인식하여 임의의 단위구간온도에 따른 임의의 단위구간습도를 하나의 종합단위구간으로 판단하는 제어부, 공기의 온도를 측정하는 온도센서 및 공기의 습도를 측정하는 습도센서를 구비하는 공기조화장치의 제어방법에 있어서, 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간이 측정된 후 상기 제어부에 저장되는 데이터수집단계 및 상기 데이터수집단계에서 수집된 데이터를 기반으로 상기 공기조화장치가 제어되는 쾌적제어단계를 포함하는 인공지능 공기조화장치 제어방법에 관한 것이다.

Description

인공지능 공기조화장치 제어방법{A Method of Artificial Intelligence-controlled Air Conditioner}

본 발명은 최적 운전 경로를 예측하거나 최대 절전 시간을 유지할 수 있는 공기조화장치의 제어방법에 관한 것이다.

공기조화장치는 실내의 온도, 습도, 세균, 냄새, 기류 등의 조건을 그 장소의 사용 목적에 적합한 상태로 유지하는 장치로서, 대표적으로 실내의 온도를 냉각시키는 냉방용 에어컨과 실내의 온도를 가열시킬 수 있는 난방용 장치가 있다.

일반적으로, 공기조화장치는 냉매를 압축하는 압축기, 실내공기와 열교환하는 실내열교환기, 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 실외공기와 열교환하는 실외열교환기를 포함한다.

이때, 상기 압축기와 실외열교환기를 포함하는 실외기와 상기 팽창밸브와 실내열교환기를 포함하는 실내기로 구분될 수 있으나, 팽창밸브가 실외기 내부에 구비되어도 무방하다.

또한 상기 실내열교환기의 일측에는 실내팬이 구비되고, 상기 실외열교환기의 일측에는 실외팬이 구비될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치의 일반적인 구성을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치의 냉매 순환 구조를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기조화장치(10)는 압축기(11), 실내열교환기(12), 팽창밸브(13), 실외열교환기(14)를 포함한다. 도시된 실시예에서, "I"는 실내기를 나타내고 "O"는 실외기로 정의될 수 있다.

압축기(11)는 냉매를 압축하도록 형성된다. 즉, 상기 압축기(11)는 저온 저압의 냉매를 가압하여 고온 고압의 냉매로 만들도록 형성될 수 있다. 상기 압축기(11)는 공기조화장치(10) 내에 하나 이상이 구비될 수 있다.

상기 압축기(11)가 공기조화장치(10) 내에 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 압축기는 냉매의 유동방향을 따라서 직렬 및/또는 병렬로 마련될 수 있다.

상기 실내열교환기(12)는 실내 공기와 열교환하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 실내열교환기(12)는 실내 공기와 상기 실내열교환기(12) 내로 유동하는 냉매가 열교환하도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 실내열교환기(12)는 공기조화장치(10)의 냉방 모드에서 증발기의 기능을 수행하고, 난방 모드에서 응축기의 기능을 수행할 수 있다.

상기 실외열교환기(14)는 실외 공기와 열교환하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 실외열교환기(14)는 실외 공기와 상기 실외열교환기(14) 내로 유동하는 냉매가 열교환하도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 실외열교환기(14)는 공기조화장치(10)의 냉방 모드에서 응축기의 기능을 수행하고, 난방 모드에서 증발기의 기능을 수행할 수 있다.

상기 실내열교환기(12) 및 실외열교환기(14)는 핀-튜브 방식의 열교환기가 될 수 있다. 또한, 상기 실내열교환기(12) 측에는 실내 팬(121)이 마련될 수 있고, 상기 실외 열교환기(14) 측에는 실외 팬(141)이 마련될 수 있다.

상기 공기조화장치(10)는 냉방 모드와 난방 모드가 전환될 때, 냉매의 순환방향을 전환시키기 위한 유로전환밸브(16)를 포함할 수 있다. 상기 유로전환밸브(16)는 4방 밸브(four-way valve)로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 유로전환밸브(16)는 냉방모드에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매를 실외기로 안내하고, 난방모드에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매를 실내기로 안내하도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 압축기(11) 내에는 상기 압축기(11)의 원활한 구동을 위하여 오일이 수용될 수 있다.

이때, 상기 압축기(11) 내의 오일은 상기 압축기(11)의 구동에 따라서 냉매와 혼합되어 상기 압축기(11)로부터 냉매와 함께 토출될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 냉매와 오일이 혼합된 상태의 유체를 "혼합기"로 정의한다.

이러한 혼합기가 공기조화장치(10)의 냉매 사이클을 순환하게 되면, 실내열교환기(12) 및 실외열교환기(14)의 열교환 효율이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 공기조화장치(10)는 압축기(11)로부터 토출된 냉매와 오일의 혼합기로부터 오일을 분리하기 위한 오일분리기(15)를 포함할 수 있다.

상기 오일분리기(15)는 압축기(11)로부터 토출된 냉매와 오일의 혼합기로부터 오일을 분리하여 다시 압축기(11)로 공급하도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 오일분리기(15)로 유입된 혼합기에서 분리된 냉매는 실내열교환기(12)와 실외열교환기(14)를 포함하는 냉매 사이클을 순환할 수 있다.

예를 들어, 압축기(11)로부터 토출된 혼합기는 공급유로(151)를 통해 오일분리기(15)로 공급될 수 있다. 그리고, 오일분리기(15)에서 분리된 액상 오일은 회수유로(152)를 통해 다시 압축기(11)로 공급되고, 상기 오일분리기(15)에서 분리된 기상 냉매는 냉매 사이클을 순환할 수 있다.

최근 들어, 실내온도에 따라 설정온도 및 설정풍량을 자동으로 조절하는 공기조화장치에 대한 기술이 개시되고 있다. 또한 사용자가 직접 입력한 조건들을 공기조화장치가 스스로 학습하여 별도의 조작 없이도 학습된 사용패턴에 따라 실내온도 및 습도를 조절할 수 있는 공기조화장치 및 그 제어방법에 대한 기술이 많이 공개되고 있다.

상기 기술들은 한국공개특허공보 제10-1996-0029725호 및 한국공개특허공보 제10-2006-0030765호에서 다뤄지고 있다.

한편, 종래의 기술들은 사용자가 설정한 data(온도, 습도, 사용시간 등)를 기반으로 사용패턴을 학습하기 때문에 사용자가 많아지거나 특정 사용자가 data 입력을 상대적으로 많이 하는 경우 모두가 만족할 수 있는 사용패턴을 도출하기가 힘들어진다. 또한 사용자가 설정한 data 기반으로 공기조화장치를 작동시키는 경우, 에너지 소비 측면에서 불리해지는 경우가 있다.

본 발명은 온도 및 습도를 설정된 구간 단위로 인식하는 Data Map을 통해 목표 환경에 도달하기까지 온도 및 습도를 각각 정밀하게 제어할 수 있는 공기조화장치 제어방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은 최소 운전시간 및 최소 에너지로 목표 환경에 도달할 수 있는 공기조화장치 제어방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은 설치환경에 따라 목표환경 내부에서 최대 절전시간을 유지할 수 있는 온도 및 습도 구간을 도출해낼 수 있는 공기조화장치 제어방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 온도 및 습도를 각각 설정된 구간 단위로 인식하여 임의의 단위구간온도에 따른 임의의 단위구간습도를 하나의 종합단위구간으로 판단하는 제어부, 공기의 온도를 측정하는 온도센서 및 공기의 습도를 측정하는 습도센서를 구비하는 공기조화장치의 제어방법에 있어서, 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간이 측정된 후 상기 제어부에 저장되는 데이터수집단계 및 상기 데이터수집단계에서 수집된 데이터를 기반으로 상기 공기조화장치가 제어되는 쾌적제어단계를 포함하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 목표 환경에 도달하기까지 온도 및 습도를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 기 설정된 온도 구간 및 기 설정된 습도 구간을 포함하는 쾌적환경구간이 상기 제어부에 저장되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 쾌적환경구간은, 각각의 상기 단위구간온도에 해당하는 습도 구간이 다른 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 데이터수집단계는, 상기 소요되는 시간 측정은 상기 쾌적환경구간 내에 존재하는 모든 상기 종합단위구간들에 대하여 이루어지고, 상기 공기의 온도 또는 습도가 상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 측정되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 쾌적환경구간 내부에서 최대 절전시간을 유지할 수 있는 온도 및 습도 구간을 도출해낼 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 가장 긴 시간이 소요되는 최초의 종합단위구간인 시작단위구간을 상기 제어부에 저장하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 쾌적환경구간 내부에서 최대 절전시간을 유지할 수 있는 온도 및 습도 구간을 도출해낼 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 소요되는 시간 측정은 상기 공기조화장치가 절전 모드 상태일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며 최대 절전시간을 유지할 수 있는 온도 및 습도 구간을 도출해낼 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 데이터수집단계는 상기 공기조화장치의 위치가 변경되거나 기 설정된 주기마다 반복해서 진행되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 설치환경에 따라 또는 설치환경의 조건 변화에 따라 최대 절전시간을 유지할 수 있는 온도 및 습도 구간을 새롭게 도출해낼 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 쾌적환경구간은, 상기 쾌적환경구간의 바깥구간과 경계를 공유하는 경계구간 및 상기 경계구간 내부에 위치하고 상기 공기조화장치가 절전운전을 진행하는 절전구간으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 쾌적제어단계는 상기 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 내부에 위치하는지 여부를 판단하는 판단단계를 포함하고, 상기 판단단계에서 현재 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 외부에 위치하는 경우 자동쾌적제어단계를 진행하고, 상기 판단단계에서 현재 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 내부에 위치하는 경우 자동절전제어단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 자동쾌적제어단계는 상기 바깥구간에 위치하는 특정 종합단위구간에서 상기 쾌적환경구간까지의 가상의 직선 거리가 가장 짧은 경로로 공기조화장치를 제어하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 최소 운전시간 또는 최소 에너지로 목표 환경에 도달할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 가상의 직선이 지나치는 종합단위구간들에 있어서, 단위구간온도가 변화하는 경우 상기 공기조화장치를 가동시키고 단위구간습도가 변화하는 경우 가습기를 사용하거나 상기 공기조화장치를 제습모드로 작동시키는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 최소 운전시간 및 최소 에너지로 목표 환경에 도달할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 가상의 직선의 종착점은 상기 시작단위구간인 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 최대 절전시간을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 자동절전제어단계는 상기 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 진행되고, 상기 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간이 측정되고 상기 제어부에 저장되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공하며, 지속적으로 제어부에 새로운 데이터를 저장함으로써 설치환경의 변화에 지속적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간을 벗어나는 경우, 상기 자동쾌적제어단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공한다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 자동쾌적제어단계를 통한 공기의 온도 및 습도의 종착지는 상기 시작단위구간인 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법을 제공한다.

본 발명은 온도 및 습도를 설정된 구간 단위로 인식하는 Data Map을 통해 목표 환경에 도달하기까지 온도 및 습도를 각각 정밀하게 제어할 수 있는 공기조화장치 제어방법을 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 최소 운전시간 및 최소 에너지로 목표 환경에 도달할 수 있는 공기조화장치 제어방법을 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 설치환경에 따라 목표 환경 내부에서 최대 절전시간을 유지할 수 있는 온도 구간 및 습도 구간을 도출해낼 수 있는 공기조화장치 제어방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 공기조화장치 내부의 일반적인 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부 및 상기 제어부가 제어 가능한 구성들을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터수집단계와 쾌적제어단계의 진행 흐름을 도시한 알고리즘이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동절전제어 및 자동쾌적제어가 어떻게 진행되는지를 도시한 알고리즘이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌적환경구간을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌적환경구간 내에서 각 종합단위구간에서 다음 종합단위구간으로 공기의 상태가 변할 때 시간이 저장되는 모습을 도식적으로 표현한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌적환경구간을 경계구간, 절전구간 및 시작단위구간으로 구분하여 도시한 것이다.
도 8은 공기의 온도 및 습도가 쾌적환경구간 바깥에 위치할 때 쾌적환경구간까지 도달하는 최단 직선을 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 한편, 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예는 도 1에 도시된 압축기(11), 실내열교환기(12), 팽창밸브(13), 실외열교환기(14) 및 4방 밸브(16)를 기본적으로 포함하는 공기조화장치(10)에 해당한다.

공기조화장치(10)는 상기 공기조화장치(10)를 제어할 수 있는 제어부(100)를 더 포함하며, 상기 공기조화장치는 상기 제어부(100)에 의해 냉방모드(110) 및 난방모드(120)로 작동될 수 있다.

난방모드(120)로 작동할 때는 실내열교환기(12)가 응축기로 작동하고 실외열교환기(14)는 증발기로 작동하며, 냉방모드(110)로 작동할 때는 실내열교환기(12)가 증발기로 작동하고 실외열교환기(14)는 응축기로 작동한다.

추가적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치(10)는 제습모드(130)로 작동이 가능하다. 제습모드 작동에 관한 특징은 공지된 선행 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다. 제습모드 작동 시, 온도 변화 없이 제습이 되도록 제어할 수 있고 온도 변화와 함께 제습을 진행할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치(10)는 가습모드(140)로 작동이 가능하다. 상기 공기조화장치(10) 내부에 가습장치가 추가로 구비될 수 있으며, 상기 제어부(100)의 명령에 따라 상기 가습장치가 작동할 수 있다. 가습장치의 구체적인 구성에 관한 내용은 공지된 선행 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 일 실시예의 경우, 냉방, 난방, 제습 및 가습이 이루어질 수만 있다면 다수개의 장치가 혼합되는 경우도 가능하다. 예를 들어, 냉난방이 가능한 공기조화장치, 제습장치 및 가습장치가 별도로 구비되되 상기 제어부(100)가 상기 장치들을 통합하여 제어하는 경우가 있다.

상기 제어부(100)는 공기조화장치, 제습장치 및 가습장치가 설치된 환경에 따라 명령을 달리 내릴 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 경우, 상기 장치들이 설치된 환경에 따라 명령을 달리 내릴 수 있다. 구체적으로 설치된 환경의 온도 및 습도가 주요 factor가 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(100) 및 제어부(100)가 제어할 수 있는 구성에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예는 공기조화장치(10)가 설치된 환경에 따라 제어를 달리 하기 때문에 상기 공기조화장치(10)가 설치된 장소의 온도 및 습도를 실시간으로 측정해야 한다.

공기조화장치(10)가 설치된 장소의 온도를 측정하기 위해 온도센서(101)가 구비되고, 공기조화장치(10)가 설치된 장소의 습도를 측정하기 위해 습도센서(102)가 구비된다.

온도센서(101) 및 습도센서(102)는 각각 하나씩 구비될 수도 있으며, 다수개가 구비되어 여러 지점의 온도 및 습도를 측정할 수도 있다. 온도센서(101)와 습도센서(102)가 각각 다수개가 구비되는 경우, 각각의 센서의 측정 수치를 평균 내어 활용할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예의 경우, 실내 공기의 온도 정보 및 습도 정보가 필요하므로 실내열교환기(12)가 설치되는 실내기(I)의 외부에 온도센서(101) 및 습도센서(102)가 구비된다.

한편, 상기 온도센서(101) 및 상기 습도센서(102)는 실내의 온도 및 습도를 측정할 수 있다면 실내의 어떤 장소에 구비되어도 무방하다. 다만 제어부(100)의 통제를 받음이 전제된다.

또한, 제어부는(100)는 타이머(103), 저장부(104) 및 입력부(105)를 더 포함할 수 있다. 타이머(103)는 공기가 특정 온도 구간 및 특정 습도 구간을 유지하는 시간을 측정하기 위한 구성에 해당하며, 상세한 특징은 후술하도록 한다.

저장부(103)는 상기 온도센서(101)에서 측정된 실시간 온도, 상기 습도센서(102)에서 측정된 실시간 습도 및 상기 타이머(103)에서 측정된 시간이 저장된다. 상기 저장부(103)에 저장된 정보는 상기 제어부(100)에 의해 어떤 모드로 공기조화장치(10) 및 기타 장치들을 작동시킬지 여부에 대한 참고 기준이 된다.

입력부(105)는 공기조화장치(10)의 on/off, 목표 온도설정, 목표 습도설정, 풍향, 바람세기 등을 입력할 수 있는 장치이다. 무선 또는 유선 리모컨 형태로 구비될 수 있다. 입력부(105)를 통해서 입력된 상기 정보들은 상기 제어부(100)로 전달되고 제어부(100)는 입력정보에 맞게 공기조화장치(10)를 작동시킨다.

한편, 상기 입력부(105)를 통해 쾌적제어모드를 진행 여부를 선택할 수 있다. 상기 쾌적제어모드에 대한 내용은 후술하도록 한다.

상기 제어부(100)는, 실내 온도를 조절할 수 있는 냉방모드(110) 및 난방모드(120) 중 하나, 실내 습도를 조절할 수 있는 제습모드(130) 및 가습모드(140) 중 하나를 선택할 수 있다.

온도 조절과 습도 조절은 개별적으로 이루어질 수 있으며 동시에 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 냉방모드(110)와 제습모드(130)가 동시에 이루어질 수 있으며 냉방모드(110)와 가습모드(140)가 동시에 이루어질 수 있다.

상기 4가지 모드는 공기조화장치(10) 하나로 모두 해결할 수도 있고, 공기조화장치 이외에 제습장치와 가습장치를 추가로 구비하여 해결할 수도 있다. 핵심은 제어부(100)가 냉방, 난방, 제습 및 가습 모드를 필요에 따라 동시에 또는 각각 실내에서 구현할 수 있다는 점에 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(100)는 온도 및 습도를 각각 설정된 구간 단위로 인식한다. 예를 들어, 10도에서 40도 사이의 온도 구간을 1도 단위로 나눈다고 가정하면 10도 이상 11도 미만을 하나의 온도 구간으로 인식하는 것이다. 습도 또한 10%에서 100% 사이의 습도 구간을 5% 단위로 나눈다고 가정하면 25% 이상 30% 미만을 하나의 습도 구간으로 인식하는 것이다.

온도 구간 및 습도 구간은 사용자가 직접 지정하거나 제어부(100)가 상황에 맞게 자유롭게 설정할 수 있다. 한 단위 온도 구간 및 한 단위 습도 구간이 작아질수록 공기조화장치(10)의 제어를 정밀하게 할 수 있을 것이다.

설정된 구간 단위로 나뉜 다수개의 온도 구간 중 하나의 단위를 단위구간온도라고 정의하고, 설정된 구간 단위로 나뉜 다수개의 습도 구간 중 하나의 단위를 단위구간습도라고 정의한다. 또한 임의의 단위구간온도에 따른 임의의 단위구간습도를 하나의 종합단위구간으로 정의한다.

단위구간온도, 단위구간습도 및 종합단위구간을 도 5의 그래프를 통해 설명하도록 한다. 가로축은 온도 factor로 세로축은 습도 factor로 지정된다. 상기 그래프에서 임의의 온도 구간 및 임의의 습도 구간을 선으로 그으면 바둑판 형태의 다수개의 사각형이 형성되는 것을 알 수 있다.

X축 방향으로 사각형 한 칸이 하나의 단위구간온도에 해당되고 Y축방향으로 사각형 한 칸이 하나의 단위구간습도에 해당한다. 종합단위구간은 하나의 사각형태를 가진다.

예를 들어, 도 5에서 별표가 기재된 사각형은, 온도는 19도 이상 20도 미만에 해당하는 단위구간온도에 속하고 습도는 10% 이상 20% 미만에 해당하는 단위구간습도에 속하는 종합단위구간에 속한다.

정리하면, 상기 제어부(100)는 온도 및 습도를 설정된 구간 단위로 인식하는 Data Map을 통해 목표 환경에 도달하기까지의 온도 및 습도를 각각 정밀하게 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치 제어방법이 도시된 것이다.

최소 운전시간 및 최소 에너지로 목표 환경에 도달시키거나 목표환경 내부에서 최대 절전시간을 유지하기 위해, 상기 제어부(100)는 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간을 측정하여 상기 저장부(104)에 저장하는 데이터수집단계를 진행한다.

상기 데이터수집단계는 후에 이어지는 쾌적제어단계를 진행하기 위한 선행단계에 해당한다. 상기 쾌적제어단계는 상기 데이터수집단계에서 수집된 데이터를 기반으로 상기 공기조화장치(10)를 제어하는 단계에 해당한다.

다만 상기 데이터수집단계는 상기 쾌적제어단계 중에도 계속해서 이루어질 수 있다. 상기 쾌적제어단계 중에도 공기의 온도 및 습도는 계속해서 변화하기 때문이다. 즉, 상기 데이터수집단계는 상기 쾌적제어단계 진행과 동시에 이루어질 수도 있고 단독으로 진행될 수도 있다.

상기 쾌적제어단계는 상기 입력부(105)를 통해 쾌적제어 실행을 사용자가 입력한 경우에 진행된다. 쾌적제어 실행을 사용자가 입력하지 않으면, 일반제어단계가 진행된다. 상기 일반제어단계는 사용자가 설정한 풍향, 온도 및 바람세기에 따라 공기조화장치가 작동되는 단계를 의미한다.

상기 쾌적제어단계에 대한 상세한 설명은 도 4 내지 도 8을 통해 설명하도록 한다. 도 4는 상기 쾌적제어단계에 대한 상세 플로우를 도시한 것이다.

우선 상기 쾌적제어단계를 설명하기에 앞서 쾌적환경구간을 정의하도록 한다.

상기 쾌적환경구간은 도 5에 일 예로 도시되어 있다.

우선 쾌적온도는 사람이 쾌적하다고 느끼는 온도이며 개인별 및 계절별로 범위가 다를 수 있다. 쾌적환경은 쾌적온도에 있어 온도인자 이외에 바람세기, 일사량 및 습도 등의 기후요소가 결합되어 사람이 쾌적함을 느끼는 환경을 의미한다.

본 발명의 일 실시예는 온도 및 습도 두 가지 요소를 기초로 쾌적환경구간을 정의한다. 각각의 단위온도구간에 따른 습도 구간을 정의하여 최종적으로 쾌적환경구간을 정한다.

미국 냉난방공조기술협회에서 정의하는 ASHRAE 쾌적 환경을 차원 변환하여 쾌적환경구간을 정의하였다. 하지만 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 사람 및 계절 및 환경에 따라서 쾌적환경구간이 일부 변경될 수도 있다.

또한 상기 쾌적환경구간은, 상기 쾌적환경구간의 바깥구간과 경계를 이루는 경계구간 및 상기 경계구간 내부에 위치하고 상기 공기조화장치가 절전운전을 진행하는 절전구간으로 구성될 수 있다. 상기 경계구간은 경우에 따라서 절전운전이 진행될 수도 있고 진행되지 않을 수도 있다.

도 5에서 바깥구간은 빗금 또는 점 표시가 되지 않은 부분에 해당한다. 구체적으로 도 7을 살펴보면, 빗금 표시가 되지 않은 부분이 바깥구간에 해당하며, A가 표시된 부분은 경계구간, L이 표시된 구간이 절전구간에 해당한다. S가 표시된 종합단위구간은 시작단위구간에 해당하며 상기 시작단위구간에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

도 5에서는 온도 16도 이상 30도 미만, 습도 10%이상 90% 미만 범위 내에서 표시된 부분이 쾌적환경구간에 해당한다. 쾌적환경구간의 구체적인 범위는 달라질 수 있다. 도 5에서는 단위구간온도는 1도이고 단위습도구간은 10%이지만 단위구간 범위는 더 작게 나눌 수 있다. 단위구간이 작으면 작을수록 더욱 정밀한 제어가 가능해진다.

도 5에서 살펴볼 수 있는 바와 같이 쾌적온도구간에 따른 습도 구간은 조금씩 상이하다. 온도가 낮을수록 상대적으로 습도는 높은 구간에서 사람이 쾌적감을 느끼며 온도가 높을수록 상대적으로 습도가 낮은 구간에서 사람이 쾌적감을 느낀다.

상기 새롭게 정의된 쾌적환경구간 및 도 6을 참고하여 상기 데이터수집단계를 다시 설명하도록 한다.

상기 데이터수집단계에서, 상기 제어부(100)는 상기 타이머(103)를 이용하여 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간을 측정하고, 측정된 시간은 상기 저장부(104)에 저장된다.

구체적으로, 현재 실내 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 내에 존재하는 어느 하나의 종합단위구간에 위치되는 것으로 가정한다. 만약 여름철에 해당한다면 어느 하나의 종합단위구간에 위치한 공기는 온도 및 습도가 더 높은 단위구간에 해당하는 종합단위구간으로 위치가 바뀔 것이다. 종국적으로는 상기 쾌적환경구간 외부로 공기의 온도 또는 습도가 상승할 것이다.

또한 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화할 때 소요되는 시간 측정은 공기조화장치가 절전모드임을 전제로 한다. 쾌적환경구간에 돌입하였을 때 공기조화장치를 절전모드로 전환하여 에너지 소모를 낮추는 것이 본 발명의 주요 목표 중 하나이기 때문이다. 즉, 상기 쾌적환경구간 내에서 공기조화장치가 작동하지 않을 때 공기의 온도 및 습도가 변화되는 시간을 측정한다.

상기 데이터수집단계는 최초의 어느 하나의 종합단위구간에서 공기의 온도 또는 습도가 상기 쾌적환경구간의 외부에 도달할 때까지 하나의 종합단위구간에서 인접한 종합단위구간으로 이동할 때 각각 걸리는 시간을 모두 상기 저장부에 저장한다.

소요되는 시간 측정은 상기 쾌적환경구간 내에 존재하는 모든 종합단위구간들에 대하여 이루어진다. 즉, 상기 쾌적환경구간 내에 존재하는 모든 종합단위구간들을 각각 시작점으로 두고 상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지의 시간을 타이머를 이용하여 측정한 후 저장부에 저장한다.

도 6을 살펴보면, 시간을 계산하고 저장하는 방법이 상세하게 도시되고 있다. 도 6에서 검정 테두리를 가지는 다각형은 쾌적환경구간을 의미한다. 상기 쾌적환경구간 내부에는 각각 특정 종합단위구간에 위치하는 S1과 S2가 도시되고 있다.

S1을 통해 겨울철 공기의 온도 및 습도가 변화하는 경로를 살펴볼 수 있고, S2를 통해 여름철 공기의 온도 및 습도가 변화하는 경로를 살펴볼 수 있다.

S1은 시간이 지남에 따라 공기의 온도와 습도가 모두 내려간다. 온도가 떨어지는 방향으로 두 번의 단위구간온도 이동 후, 습도가 떨어지는 방향으로 한 번의 단위구간습도 이동이 있다. 그 후 온도가 떨어지는 방향으로 한 번의 단위구간온도 이동이 일어나면 최종적으로 쾌적환경구간을 벗어나게 된다.

S1에서 최종적으로 쾌적환경구간을 벗어나기까지 4번의 종합단위구간이 변경된다. 도 6에서 종합단위구간과 종합단위구간 사이에 숫자가 표시되어 있는데, 다음 종합단위구간으로 변경되기 전 현재의 종합단위구간에서 머물러 있던 시간을 의미한다. 즉, S1의 최초 출발점에서 150초가 유지되고, 하나의 단위구간온도가 내려간 종합단위구간에서는 109초가 유지되었다는 것을 의미한다. 최종적으로 S1에서 쾌적환경구간을 벗어나기까지 150 + 109 + 92 + 88 = 439초가 소요된다.

S2는 온도 및 습도가 상승하는 여름철을 일례로 든 것이다. 온도가 상승하는 방향으로 두 번의 단위구간온도 이동 후, 습도가 상승하는 방향으로 한 번의 단위구간습도 이동, 다시 온도가 상승하는 방향으로 한 번의 단위구간온도 이동 후, 습도가 상승하는 방향으로 한 번의 단위구간습도가 이동한다.

총 5번의 종합단위구간이 변경되어야 쾌적환경구간을 벗어난다. S2에서 쾌적환경구간을 벗어나기까지 87 + 86 + 72 + 90 + 65 = 400초가 소요된다.

소요되는 시간은 공기조화장치가 설치되는 위치에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 공기조화장치가 설치되는 위치의 습도가 1년내내 높게 유지되는 곳이라면 단위구간습도가 상승하는 방향으로 소요되는 시간이 타 지역에 비해 짧을 것이다.

따라서 공기조화장치가 설치되는 위치가 변경될 때마다 상기 데이터수집단계는 반복해서 진행되어야 한다. 또한 공기조화장치의 위치가 바뀌지 않더라도 공기조화장치가 설치되는 지역이 계절의 변화가 큰 지역인 경우에도 상기 데이터수집단계가 주기적으로 또는 지속적으로 이루어져야 한다.

정리하면, 상기 데이터수집단계는 공기조화장치가 작동하는 한 지속적으로 진행되는 것이 바람직하다.

데이터가 지속적으로 축적되면, 상기 쾌적환경구간 내부에 존재하는 모든 종합단위구간에 대하여 상기 쾌적환경구간을 벗어나기까지의 총 시간 데이터를 얻을 수 있다. 상기 데이터는 저장부(104)에 저장되며, 공기조화장치의 제어에 이용된다.

상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 소요되는 시간이 가장 긴 종합단위구간을 시작단위구간으로 정의한다. 공기가 쾌적환경구간의 바깥구간에 위치할 때 상기 시작단위구간으로 공기의 온도 및 습도가 조절되도록 공기조화장치를 가동시킬 수 있다. 도 7에서 S로 표시된 종합단위구간이 시작단위구간에 해당한다.

예를 들어, 쾌적환경구간에 도달하자마자 절전모드에 돌입하도록 공기조화장치를 제어하면 공기조화장치가 절전모드로 돌입하였다가 다시 가동되기까지의 시간이 매우 짧아질 수 있으며 실질적으로 공기조화장치의 에너지 소모가 급격히 상승하는 단점으로 작용한다. 이러한 단점을 극복하기 위해 상기 시작단위구간을 통해 절전모드로 돌입되는 시간을 길게 유지하는 것이 본 발명의 특징 중 하나이다.

다시 도 4로 돌아와서 쾌적제어단계에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.

쾌적제어단계에 돌입하면 현재 공기의 온도 및 습도가 쾌적환경구간에 포함되는지 여부를 판단하는 판단단계를 거친다.

상기 판단단계에서 현재 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 외부에 위치하는 경우 자동쾌적제어단계를 진행한다. 만약 상기 판단단계에서 현재 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 내부에 위치하는 경우 자동절전제어단계를 진행한다.

상기 자동쾌적제어단계는 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간의 외부에 해당하는 상기 바깥구간에 위치할 경우, 다시 쾌적환경구간으로 공기의 조건을 변경시키는 단계이다.

이 때 상기 바깥구간에 존재하는 하나의 종합단위구간에서 상기 쾌적환경구간까지의 최단 직선 거리가 존재한다. 도 8을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

도 8을 살펴보면 바깥구간에 존재하는 임의의 종합단위구간 두 개가 점 처리 되어 있다. 먼저 종합단위구간 S202의 경우, 쾌적환경구간(F, S607, S408)까지의 최소거리가 직선 화살표 처리되어 있다. 쾌적환경구간(F) 중 S408이 종합단위구간 S202에서 가장 가깝다.

예를 들어, 종합단위구간 S202에서 S408까지 가상의 직선을 그었을 때, S202 -> S203 -> S204 -> S304 -> S305 -> S306 -> S406 -> S407 -> S408을 지나친다. S202 -> S203 -> S204로 이동할 때는 단위구간온도만 변하기 때문에 난방모드(120)만 작동시키고, S204 -> S304로 이동할 때는 단위습도구간만 변하기 때문에 가습모드(140)만 작동시킨다. 즉, 단위구간온도가 변할 때는 난방모드(120) 또는 냉방모드(110)만 작동시키고 단위구간습도가 변할 때는 제습모드(130) 또는 가습모드(140)만 작동시킨다.

또 다른 실시예로, 최초 종합단위구간과 최종 종합단위구간을 비교하여 단위구간온도와 단위구간습도가 동시에 상승 또는 하강시키도록 제어할 수 있다.

예를 들어, S202에서 S408까지 단위구간온도는 6단위가 상승하고, 단위구간습도는 2단위가 하락한다. 동일 시간 내에 목표한 단위구간온도 6단위 상승 및 단위구간습도 2단위 하락을 달성하기 위해 난방모드(120)의 강도 및 가습모드(140)의 강도를 조절할 수 있다. 난방모드(120) 및 가습모드(140)를 모두 연속적으로 동작시킬 수 있다는 점에서 해당 모드에 필요한 장치를 자주 ON/OFF 해야하는 단점을 극복할 수 있다. 종합단위구간 S802에서 쾌적환경구간 S607까지 이르기까지 또한 동일한 원리로 공기조화장치를 작동시킨다. 다만 종합단위구간 S802의 습도가 쾌적환경구간 S607의 습도보다 높기 때문에 가습모드(120) 대신 제습모드(130)가 동작될 것이다.

한편, 상기 가상의 직선의 종착점은 상기 시작단위구간일 수 있다. 본 발명의 일 실시예는, 공기의 온도 및 습도 조건이 쾌적환경구간에 도달한 후 자동절전제어단계(절전모드)로 돌입될 때, 최대한 긴 시간 동안 쾌적환경구간에 머무를 수 있는 공기가 온도 및 습도 조건을 찾는 것이 목표이다.

따라서 바깥구간에 위치한 공기의 온도와 습도를 조절하여 시작단위구간까지 조건을 맞추면 쾌적시간을 최대로 유지하면서 절전시간 또한 최대로 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 4를 살펴보면, 상기 자동쾌적제어단계는 시작단위구간에 도달할 때까지 이루어진다. 공기의 온도 및 습도 조건이 상기 시작단위구간에 도달한 경우, 자동절전제어단계에 돌입된다.

상기 자동절전제어단계는, 최초에 쾌적제어단계(도 3)에 돌입하였을 때의 공기의 온도 및 습도 조건이 쾌적환경구간 내부에 있는 경우, 자동쾌적제어단계를 거치지 않고 바로 자동절전제어단계에 돌입할 수 있다.

또한 상기 자동절전제어단계는, 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 진행된다. 이 때 제어부(100)는 상기 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간을 타이머(103)를 통해 측정하고 저장부(104)에 저장한다. 즉, 상기 데이터수집단계는 상기 쾌적제어단계가 진행 중일 때도 동시에 진행될 수 있다.

또한 상기 자동절전제어단계의 경우, 공기조화장치 전체가 절전모드로 돌입되며 공기의 온도 및 습도가 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 유지된다. 상기 공기의 온도 및 습도가 쾌적환경구간을 벗어나는 경우, 상기 자동쾌적제어단계가 다시 진행될 수 있다.

쾌적환경구간인지 여부에 대한 판단단계 또한 쾌적제어단계가 진행되는 중 상기 제어부에 의해 계속해서 이루어진다.

상기 자동쾌적제어단계가 다시 진행되면 공기의 온도 및 습도가 상기 시작단위구간에 도달할 때까지 상기 제어부는 공기조화장치를 작동시킨다.

상기 자동절전제어 단계가 진행될 때, 사용자가 쾌적제어 실행을 취소하였는지 여부를 판단할 수 있다. 사용자가 쾌적제어 실행을 취소한 경우, 다시 일반제어단계를 진행한다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10: 공기조화장치 11: 압축기 12: 실내열교환기
13: 팽창밸브 14: 실외열교환기 16: 4방 밸브
100: 제어부 101: 온도센서 102: 습도센서
103: 타이머 104: 저장부 105: 입력부

Claims (15)

1. 온도 및 습도를 각각 설정된 구간 단위로 인식하여 임의의 단위구간온도에 따른 임의의 단위구간습도를 하나의 종합단위구간으로 판단하는 제어부, 공기의 온도를 측정하는 온도센서 및 공기의 습도를 측정하는 습도센서를 구비하는 공기조화장치의 제어방법에 있어서,
   공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간이 측정된 후 상기 제어부에 저장되는 데이터수집단계; 및,
   상기 데이터수집단계에서 수집된 데이터를 기반으로 상기 공기조화장치가 제어되는 쾌적제어단계;를 포함하는 공기조화장치 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   기 설정된 온도 구간 및 기 설정된 습도 구간을 포함하는 쾌적환경구간이 상기 제어부에 저장되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 쾌적환경구간은,
   각각의 상기 단위구간온도에 해당하는 습도 구간이 다른 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 데이터수집단계는,
   상기 소요되는 시간 측정은 상기 쾌적환경구간 내에 존재하는 모든 상기 종합단위구간들에 대하여 이루어지고, 상기 공기의 온도 또는 습도가 상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 측정되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 가장 긴 시간이 소요되는 최초의 종합단위구간인 시작단위구간을 상기 제어부에 저장하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 소요되는 시간 측정은 상기 공기조화장치가 절전 모드 상태일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 데이터수집단계는 상기 공기조화장치의 위치가 변경되거나 기 설정된 주기마다 반복해서 진행되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 쾌적환경구간은,
   상기 쾌적환경구간의 바깥구간과 경계를 공유하는 경계구간; 및
   상기 경계구간 내부에 위치하고 상기 공기조화장치가 절전운전을 진행하는 절전구간;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 쾌적제어단계는,
   상기 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 내부에 위치하는지 여부를 판단하는 판단단계;를 포함하고,
   상기 판단단계에서 현재 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 외부에 위치하는 경우 자동쾌적제어단계를 진행하고,
   상기 판단단계에서 현재 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간 내부에 위치하는 경우 자동절전제어단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 자동쾌적제어단계는,
    상기 바깥구간에 위치하는 특정 종합단위구간에서 상기 쾌적환경구간까지의 가상의 직선 거리가 가장 짧은 경로로 공기조화장치를 제어하는 공기조화장치 제어방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 가상의 직선이 지나치는 종합단위구간들에 있어서, 단위구간온도가 변화하는 경우 상기 공기조화장치를 가동시키고 단위구간습도가 변화하는 경우 가습기를 사용하거나 상기 공기조화장치를 제습모드로 작동시키는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 가상의 직선의 종착점은 상기 시작단위구간인 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
13. 제9항에 있어서,
    상기 자동절전제어단계는,
    상기 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간을 벗어날 때까지 진행되고, 상기 공기의 온도 및 습도가 각각 한 단위구간씩 변화될 때 소요되는 시간이 측정되고 상기 제어부에 저장되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 공기의 온도 및 습도가 상기 쾌적환경구간을 벗어나는 경우, 상기 자동쾌적제어단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 자동쾌적제어단계를 통한 공기의 온도 및 습도의 종착지는 상기 시작단위구간인 것을 특징으로 하는 공기조화장치 제어방법.
    

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