KR20090010437A - 공기 조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명은 공조공간에 있는 열원으로부터 발생 되는 온도 값을 측정하여 사용자 정보를 감지하는 사용자 감지장치, 및 상기 사용자 감지장치에서 측정된 온도 값에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 위치 영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자의 위치 영역으로 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면 상기 사용자의 위치를 제외한 공조공간에 공기를 토출하는 공조제어부를 포함한다.

공기조화기, 기류, 센서

Description

공기 조화기 및 그 제어방법{An air conditioner and control method thereof}

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다채널 열 감지센서를 이용하여 사용자의 수에 따른 제어뿐만 아니라, 사용자의 체온 변화에 따른 풍향까지 고려하여 공조운전을 제어하는 공기조화기 및 그 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 우해 공기조화기에 인체감지장치를 구비하고 있다.

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

동 공보에 개시된 공기조화기는 인체감지장치를 통하여 인체의 유무 및 위치를 판단한다. 그리고 사용자의 입력에 따라 사용자에게 바람을 직접 제공(이하 ' 직접풍'이라 칭함)하거나 사용자의 위치를 피해서 바람을 제공(이하 '간접풍'이라 칭함)하였다.

그러나, 이러한 종래 공기조화기는 직접풍의 토출 시간이 오래되어 사용자 체온이 내려가게 되고, 이에 사용자가 불쾌감을 느껴 간접풍을 선택하려면 사용자가 직접 제어해야 하는 번거로움이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저가의다채널 열 감지센서를 이용하여 사용자의 체온에 따른 제어뿐만 아니라 사용자에게 직접 제공되는 바람의 시간까지 고려하여 공조운전을 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공조공간에 있는 열원으로부터 발생 되는 온도 값을 측정하여 사용자 정보를 감지하는 사용자 감지장치, 및 상기 사용자 감지장치에서 측정된 온도 값에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 위치 영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자의 위치 영역으로 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면 상기 사용자의 위치를 제외한 공조공간에 공기를 토출하는 공조제어부를 포함한다.

또한, 상기 사용자 감지장치는 상기 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 온도 값을 측정하는 센서 제어부를 포함한다.

또한, 상기 공조제어부는 상기 센서 제어부로부터 각 채널의 온도 값을 입력받고, 상기 입력받은 온도 값들의 평균값을 계산하고, 상기 계산된 평균값을 초과하는 온도 값을 가지는 채널의 해당 영역에 사용자가 있다고 판단하고, 상기 평균값을 초과하는 온도 값을 사용자의 체온이라고 판단한다.

또한, 상기 공조 제어부는 상기 파악된 사용자의 위치로 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면, 상기 사용자의 체온을 기 설정된 체온과 비교하고, 상기 사용자의 체온이 기 설정된 체온보다 낮다면 상기 사용자의 위치 영역을 제외한 공조공간에 공기를 토출한다.

또한, 상기 공조 제어부는 상기 파악된 사용자의 위치 영역이 복수 이면, 상기 공조공간 전체에 공기를 토출한다.

그리고 본 발명은 공조공간에 있는 열원으로부터 발생되는 온도 값을 측정하고, 상기 측정된 온도 값에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자 위치영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자 위치 영역에 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면 상기 사용자의 위치 영역을 제외한 공조공간에 공기를 토출한다.

또한, 상기 온도 값을 측정하는 것은, 상기 공조공간에 있는 열원으로부터 발생되는 적외선을 다채널 열 감지센서에서 복수의 채널을 통해 일정시간마다 읽어 들이고, 상기 읽어 들인 적외선을 이용하여 각 채널의 온도 값을 측정한다.

또한, 상기 상기 측정된 각 채널의 온도 값들을 평균한 값보다 높은 온도 값을 가지는 채널의 온도를 상기 사용자의 체온으로 판단한다.

또한, 상기 파악된 사용자의 위치 영역에 공기를 직접 토출하다가 일정시간 이 지나면, 상기 사용자의 체온이 기 설정되어 있는 체온보다 낮을 경우 상기 사용자의 위치 영역을 제외한 공조공간에 공기를 토출한다.

또한, 상기 파악된 사용자의 위치 영역이 복수 이면, 상기 공조공간 전체에 공기를 토출한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 인간의 체온 변화에 따라 자동으로 풍향을 제어하여 사용자에게 쾌적한 실내 환경을 제공하도록 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 감지장치(30)가 설치되고, 사용자 감지장치(30)의 일측에는 공조공간 내에 복수의 사용자가 있는지 파악하기 위하여 사용자 감지장치(30)을 일정시간마다 일정한 각도로 수평 회전시켜 전체 공조공간을 스캐닝하는 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 감지장치(30)는 어떠한 공기조화기에도 적용 가능하다.

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

사용자 감지장치(30)는 공조공간 내에 복수의 사용자가 존재하는지 파악하는 것뿐만 아니라, 사용자의 위치를 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)센서(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, 상기 열 감지센서(31)를 통해 전체 공조공간을 스캐닝하기 위하여 각 채널의 온도측정영역 정보들을 저장하고는 메모리부(34)를 포함한다. 센서 제어부(33)는 메모리부(34)와 연결되어 있어 온도측정영역 정보들이 필요하면 메모리부(34)에서 전송받는다.

입력부(50)는 사용자가 원하는 운전모드(예를 들어, 냉방 또는 난방의 공조운전)와 설정온도, 설정풍량 등의 운전정보를 입력하도록 키조작부 또는 리모콘신호수신부 등으로 구성된다.

공조 제어부(52)는 입력부(50)로부터 입력된 운전모드에 따라 냉방과 난방 등 공기조화기(10)의 전반적인 동작을 제어하는 마이컴으로써, 사용자 감지장치(30)에 의해 측정된 각 채널의 온도 값을 입력받아 모든 채널의 평균 온도 값을 계산하고, 각 채널의 온도 값 중에 평균 온도 값을 초과하는 채널의 온도측정영역을 사용자가 위치하는 영역으로 판단하고, 센서 제어부(33)에서 상기 평균 온도 값을 초과하는 채널의 영역정보를 입력받는다.

그리고 공조 제어부(52)는 상기 평균 온도 값을 초과하는 채널의 온도 값을 사용자의 체온이라고 판단하고, 공기조화기의 운전 초반 사용자의 체온을 빨리 식히기 위하여 사용자가 위치하는 영역으로 직접 공기를 송풍하며 사용자의 체온을 측정한다. 이 사용자의 체온이 인체가 추위를 느끼고 불쾌감을 얻게 되는 설정된 온도보다 낮아지면 공조 제어부(52)는 사용자가 위치하는 영역을 제외한 공조공간에 공기를 송풍한다. 또한 공조 제어부(52)는 사용자 위치 영역에 직접 공기를 송풍한 시간을 측정하고, 이 시간이 인간의 체온을 적정 수준으로 떨어뜨리는 설정된 시간을 초과하게 되면 사용자가 위치하는 영역을 제외한 공조공간에 공기를 송풍한다.

한편, 평균 온도 값을 초과하는 채널이 다수 개이면 공조 제어부(52)는 공조공간에 있는 사용자가 다수이며, 이 다수의 사용자가 위치하는 영역이 분산되어 있다고 판단하여 사용자에게 직접 공기를 송풍하던 방식을 탈피하여 공조 공간 전체에 공기를 송풍한다.

상기 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 정보를 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 분석결과를 표시하거나 사용자 위치정보 등을 표시한다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기에서 공조공간 내의 사용자 영역을 구분하는 도면이다.

도 3에서, 공기조화기(10)의 전면 상부에 설치되는 사용자 감지장치(30)는 실내 열 환경 분석을 위해 열 감지센서(31)의 다수의 채널을 통해 공조공간 내에 있는 열원으로부터 발생되는 적외선을 읽어 들여 각 채널의 온도 값을 측정한다.

사용자 감지장치(30)에서 각 채널의 온도 값이 측정되면, 공조 제어부(52)는 각 채널의 측정된 온도 값을 입력받아 평균 온도 값을 계산하고, 계산된 평균온도 값보다 큰 온도 값을 가지는 채널이 온도를 측정한 영역을 사용자가 위치하는 영역으로 판단한다. 도 3에서는 영역 1과 영역 3를 측정한 채널의 온도가 평균온도 값보다 높게 측정된다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기에서 사용자 감지 장치(30)에 의해 측정된 사용자 체온 감지 그래프 및 실제 사용자 체온 그래프이다.

도 4 에서, 사용자 감지 장치(30)는 일정시간마다 수평으로 회전하며 열원이 있는 곳 즉, 사용자의 체온을 감지한다. 사용자가 있는 영역은 온도가 주위 영역의 평균보다 소정 온도가 더 높고, 사용자 감지 장치(30)에서 측정한 온도 또한 소정 온도 더 높아, 공조 제어부(52)는 주위보다 온도가 높은 영역에 사용자가 존재한다고 판단할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 공기조화기 및 그 제어방법의 동작과정 및 작용효 과를 설명한다.

도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 자동기류 제어 방법에 관한 흐름도이다.

본 발명의 동작설명을 위한 초기조건으로서, 메모리부(34)에는 열 감지센서(31)의 채널 정보(다수의 채널 번호 및 그 해당 영역)가 저장되어 있다.

사용자가 원하는 운전모드(냉방 또는 난방의 공조운전)와 설정온도, 설정풍량 등의 운전정보를 입력부(50)를 통해 입력하면(500), 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(510).

510단계에서 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(520).

520단계를 통하여 공조 제어부(52)는 사용자 감지장치(30)에 의해 측정된 각 채널의 온도 값을 입력받아 모든 채널의 평균 온도 값을 계산하고, 각 채널의 온도 값 중에 평균 온도 값을 초과하는 채널의 온도측정영역을 사용자가 위치하는 영역으로 판단하고, 센서 제어부(33)에서 상기 평균 온도 값을 초과하는 채널의 영역정 보를 입력받는다(530).

530단계에 의하여 사용자가 위치하는 영역 정보를 센서 제어부(33)에서 입력받으면 공조 제어부(52)는 사용자가 위치하는 영역이 복수가 아니라면(540) 공조공간내에 한 명의 사용자가 존재한다고 판단하고, 운전 초반 사용자의 체온을 빨리 식히기 위하여 구동부(54)를 제어하여 블레이드(16)를 사용자가 위치하는 영역으로 회전시켜 사용자가 위치하는 영역에 직접 공기를 송풍한다(550).

이때, 공조 제어부(52)는 사용자가 위치하는 영역에 직접 공기를 송풍한 시간을 측정하며, 이 시간이 기 설정된 시간을 초과하였는지 비교한다(560).

560 단계의 비교 결과 사용자에게 직접 송풍한 시간이 기 설정된 시간을 초과하였다면 사용자의 체온이 낮아져 불쾌감을 느끼는 체온에 근접한다고 판단하고, 사용자가 위치하는 영역의 온도를 읽어들이는 채널의 온도 값을 기 설정된 온도 값 즉 사용자가 추위를 느껴 불쾌감을 느끼게 되는 온도 값보다 작은지 비교한다(570).

570의 판단결과 상기 채널의 온도 값이 기 설정된 온도 값보다 작다면, 공조 제어부(52)는 사용자가 추위를 느껴 불쾌감을 느낀다고 판단하여 사용자에게 쾌적한 환경을 제공하기 위하여 사용자가 위치하는 영역을 제외한 공조공간에 공기를 송풍한다(580).

만약 560에서 측정된 시간이 기 설정된 시간을 초과하지 못하였거나, 570 단계에서 사용자가 위치하는 영역의 온도를 읽어들이는 채널의 온도 값이 기 설정된 온도 값 보다 작지 않다면 공조 제어부(52)는 사용자가 위치하는 영역에 계속 공기 를 송풍하여 사용자에게 쾌적한 환경을 제공한다(590).

한편, 540 단계에서 복수의 채널 평균 온도 값을 초과하는 채널이 복수이면 공조 제어부(52)는 공조 공간에 복수의 사용자가 분산되어 있다고 판단하여, 공조 공간 전체에 공기를 송풍한다(600).

한편, 본 발명의 일실시예에서는 복수의 사용자가 공조영역에 분산되어 있을 때 공조 공간 전체를 송풍한다고 하였지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고 공조 제어부(52)가 토출구 및 블레이드를 제어하여 사용자에게 직접 공기를 제공할 수 있는 인원까지 공조 제어부(52)가 직접 사용자에게 공기를 송풍하고, 상기 인원을 초과하면 사용자가 위치하는 영역을 제외한 공조공간에 공기를 송풍하는 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 공조공간 내의 사용자 영역을 구분하는 도면이다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기에서 사용자 감지 장치에 의해 측정된 사용자 체온 감지 그래프 및 실제 사용자 체온 그래프이다.

도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 자동기류 제어 방법을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

10 : 공기조화기 14 : 토출구

16 : 블레이드 22 : 실내팬

30 : 사용자 감지장치 31 : 열 감지센서

32 : A/D 변환부 33 : 센서 제어부

34 : 메모리부 40 : 스텝모터

52 : 공조 제어부 54 : 구동부

Claims (10)

1. 공조공간에 있는 열원으로부터 발생 되는 온도 값을 측정하여 사용자 정보를 감지하는 사용자 감지장치; 및

   상기 사용자 감지장치에서 측정된 온도 값에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자의 위치 영역을 파악하고, 상기 파악된 사용자의 위치 영역으로 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면 상기 사용자의 위치를 제외한 공조공간에 공기를 토출하는 공조제어부를 포함하는 공기조화기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 사용자 감지장치는

   상기 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 온도 값을 측정하는 센서 제어부를 포함하는 공기 조화기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 공조 제어부는

   상기 센서 제어부로부터 각 채널의 온도 값을 입력받고, 상기 입력받은 온도 값들의 평균값을 계산하고, 상기 계산된 평균값을 초과하는 온도 값을 가지는 채널의 해당 영역에 사용자가 있다고 판단하고, 상기 평균값을 초과하는 온도 값을 사용자의 체온이라고 판단하는 공기 조화기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 공조 제어부는

   상기 파악된 사용자의 위치로 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면, 상기 사용자의 체온을 기 설정된 체온과 비교하고,

   상기 사용자의 체온이 기 설정된 체온보다 낮다면 상기 사용자의 위치 영역을 제외한 공조공간에 공기를 토출하는 공기조화기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 공조 제어부는

   상기 파악된 사용자의 위치 영역이 복수 이면,

   상기 공조공간 전체에 공기를 토출하는 공기조화기.
6. 공조공간에 있는 열원으로부터 발생되는 온도 값을 측정하고,

   상기 측정된 온도 값에 기초하여 상기 공조공간에 있는 사용자 위치영역을 파악하고,

   상기 파악된 사용자 위치 영역에 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면 상기 사용자의 위치 영역을 제외한 공조공간에 공기를 토출하는 공기조화기의 제어방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 온도 값을 측정하는 것은,

   상기 공조공간에 있는 열원으로부터 발생되는 적외선을 다채널 열 감지센서 에서 복수의 채널을 통해 일정시간마다 읽어 들이고,

   상기 읽어 들인 적외선을 이용하여 각 채널의 온도 값을 측정하는 공기조화기의 제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 측정된 각 채널의 온도 값들을 평균한 값보다 높은 온도 값을 가지는 채널의 온도를 상기 사용자의 체온으로 판단하는 공기조화기의 제어방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 파악된 사용자의 위치 영역에 공기를 직접 토출하다가 일정시간이 지나면,

   상기 사용자의 체온이 기 설정되어 있는 체온보다 낮을 경우 상기 사용자의 위치 영역을 제외한 공조공간에 공기를 토출하는 공기조화기의 제어방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 파악된 사용자의 위치 영역이 복수 이면,

    상기 공조공간 전체에 공기를 토출하는 공기조화기의 제어방법.

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