KR20230157567A - 수면 캡슐 - Google Patents

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KR20230157567A
KR20230157567A KR1020220056720A KR20220056720A KR20230157567A KR 20230157567 A KR20230157567 A KR 20230157567A KR 1020220056720 A KR1020220056720 A KR 1020220056720A KR 20220056720 A KR20220056720 A KR 20220056720A KR 20230157567 A KR20230157567 A KR 20230157567A
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oxygen
unit
capsule
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KR1020220056720A
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이주연
황종하
금교하
장재규
장환학
함용희
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐은, 매트리스, 상기 매트리스를 지지하는 베이스(base), 상기 베이스와 결합되어 내부 공간을 형성하는 커버(cover), 상기 베이스와 상기 커버가 형성하는 내부 공간으로 소정 온도의 공기를 토출하는 공조부, 및, 상기 매트리스에 누워 있는 사용자의 생체신호를 감지하는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부를 포함하고, 상기 공조부는, 상기 센서부에서 감지되는 생체신호에 기초하여, 상기 내부 공간으로 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 베인의 각도를 변경한다.

Description

수면 캡슐{Sleep capsule}
본 발명은 수면 캡슐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쾌적한 수면 환경을 제공할 수 있는 수면 캡슐 및 그 동작방법에 관한 것이다.
수면은 피로의 회복, 성장, 면역, 기억 저장 측면에서 매우 중요한 요소로, 건강에 대한 관심 증가에 따라, 수면과 관련된 다양한 연구들이 수행되어 왔다.
최근에는 협소한 공간을 이용하여, 한 사람이 겨우 들어갈 만한 수면을 위한 캡슐을 개발하고, 상품화하고 있다. 이러한 수면 캡슐은 적절한 수면을 취하기 위하여 필요한 외부상태인 조용한 공간, 온도 및 습도를 맞추는 등의 기능을 수행하는 것이 대부분이다.
선행문헌(한국 등록특허공보 10-0522848호)은, 부적절한 수면환경에 의해 불충분한 수면, 깊은 수면 상태에서의 각성, 수면성 호흡장애에 의한 수면시간 감소 및 혈압상승, 온도 및 습도에 의한 감기등의 기도질환, 저체온증, 잘못된 수면 자세로 인한 근육경직등이 발생되는 것을 방지하기 위하여, 바람직한 수면을 위한 수면감시조절장치를 제안하고 있다.
상기 선행문헌은, 환자를 위한 것으로, 환자 이송을 위한 바퀴, 욕창을 방지하기 위해 강제적으로 사용자와 접촉하는 부분이 상하좌우로 진동하는 다수 개의 조각, 수면 또는 REM(Rapid Eye Movement)을 유도하기 위한 수면보조약물을 사용자에게 투여하기 위한 스프레이 장치 등에 대해 개시하고 있다.
하지만, 상기 선행문헌은, 온도, 습도 등 수면 환경을 쾌적하게 구현하기 위한 구체적인 기류 제어에 대해 시사하고 있지 않다.
본 개시의 목적은, 쾌적한 수면 환경 조성을 위한 공조 제어가 가능한 수면 캡슐 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은, 사용자의 생체신호를 감지하여, 상황에 맞는 직접 기류 또는 간접 기류를 형성할 수 있는 수면 캡슐 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은, 복수의 냉난방 수단을 활용하여 쾌적감을 증대시킬 수 있는 수면 캡슐 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
본 개시의 목적은, 사용자의 재실 여부, 위치에 따라 동작하여 에너지 효율 및 쾌적감을 증대할 수 있는 수면 캡슐 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐 및 그 동작방법은, 사용자의 생체신호에 기초하여 베인의 각도를 변경하여 내부 공간으로 토출되는 공기의 풍향을 조절함으로써, 수면의 질을 향상할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐 및 그 동작방법은, 사용자의 생체신호에 기초하여 수면 상태를 판별하고, 수면 상태에 따라 적절한 공조 제어를 수행할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐은, 매트리스, 상기 매트리스를 지지하는 베이스(base), 상기 베이스와 결합되어 내부 공간을 형성하는 커버(cover), 상기 베이스와 상기 커버가 형성하는 내부 공간으로 소정 온도의 공기를 토출하는 공조부, 및, 상기 매트리스에 누워 있는 사용자의 생체신호를 감지하는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부를 포함하고, 상기 공조부는, 상기 센서부에서 감지되는 생체신호에 기초하여, 상기 내부 공간으로 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 베인의 각도를 변경한다.
상기 공조부는, 상기 생체신호에 따라, 상기 사용자가 위치한 영역으로 공기를 토출하는 직접 기류 또는 상기 사용자가 위치하지 않은 영역으로 공기를 토출하는 간접 기류를 형성할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 내부 공간의 사용자 재실 여부를 감지하는 재실 감지 센서를 포함하며, 상기 공조부는, 상기 센서부가 상기 사용자를 감지하면, 감지된 사용자의 수면 상태에 따라 설정 온도와 풍량을 조절하고, 상기 센서부가 일정시간 상기 사용자를 감지 못하면, 실내 온도 쾌적감 지표의 쾌적 범위 내에서 에너지 소비를 저감시키도록 상기 설정 온도와 상기 풍량을 조절할 수 있다.
상기 생체신호는 심전도 데이터이고, 상기 센서부는, 상기 사용자의 심전도 데이터를 획득할 수 있다
본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐은, 상기 심전도 데이터에 기초하여, RRI(R-R interval)를 산출하고, 상기 산출된 RRI에 기초하여, 상기 사용자의 수면 상태를 판별하는 프로세서를 더 포함할 수 있다
본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐은, 상기 센서부가 일정시간 상기 사용자를 감지 못하면, 부재 알림을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다
상기 센서부는, 상기 내부 공간의 산소량을 감지하는 산소 센서를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐은, 상기 산소 센서에서 감지되는 산소량이 기준치 미만이면, 상기 내부 공간으로 산소를 공급하고, 상기 산소 센서에서 감지되는 산소량이 기준치 이상이면 상기 산소의 공급을 중지하는 산소 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 산소 공급부는, 상기 사용자가 수면을 시작하면, 주기적으로 상기 내부 공간으로 산소를 공급할 수 있다.
상기 산소 공급부는, 복수의 노즐을 포함하고, 상기 사용자의 두부 위치에 기초하여 산소를 토출할 노즐을 결정할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 수면 캡슐은, 상기 매트리스 내부로 온수 또는 냉수를 순환시키는 냉난방부를 더 포함할 수 있다.
상기 냉난방부는, 상기 공조부가 먼저 동작하여 목표 온도에 도달한 후에 동작할 수 있다.
상기 냉난방부가 동작하면, 상기 공조부는, 냉난방 성능(performance)를 변경할 수 있다.
상기 공조부는,상기 베이스 내부에 수용되는 압축기를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 사용자의 움직임을 감지하고, 상기 공조부는, 상기 사용자의 움직임 횟수가 기준횟수 이하이면, 수면에 들어간 것으로 판별하여 기설정된 수면 알고리즘에 따라 설정 온도를 가변할 수 있다.
상기 사용자의 움직임 횟수가 상기 기준횟수를 초과하면, 상기 사용자의 움직임 횟수의 센싱 주기를 조정할 수 있다.
상기 수면 알고리즘의 초기 일정시간은 목표온도가 점진적으로 하강하도록 설정되고, 상기 수면 알고리즘의 말기 일정시간은 상기 목표온도가 점진적으로 상승하도록 설정될 수 있다.
본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 쾌적한 수면 환경 조성을 위한 공조 제어로 수면의 질을 향상할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자의 생체신호를 감지하여, 상황에 맞는 직접 기류 또는 간접 기류를 형성할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 냉난방 수단을 활용하여 쾌적감을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자의 재실 여부, 위치에 따라 동작하여 에너지 효율 및 쾌적감을 증대할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐에 대한 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a와 도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 직접 기류 제어에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4a와 도 4b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 간접 기류 제어에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5는 심전도 데이터 및 RRI를 나타내는 도면이다.
도 6a는 수면 일주 리듬을 예시하고, 도 6b는 수면 중 체온 변화를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복사 냉난방 시스템을 예시한 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 10과 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쾌적 제어에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 개시는 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 개시를 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐에 대한 개략도이다.
수면 캡슐(1)은, 사람이 들어가서 수면을 취할 수 있는 바디(10, 20)를 포함한다. 바디(10, 20)는, 일체형으로 형성되거나, 2이상의 구성이 결합되어 공간을 형성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 수면 캡슐(1)은, 매트리스(20), 상기 매트리스(20)를 지지하는 베이스(base, 30)를 포함한다. 상기 매트리스(20)는 사용자가 누워 자는 곳으로 사용자의 신체를 지지한다. 본 개시는 상기 매트리스(20)의 종류, 소재 형태에 한정되지 않는다. 상기 베이스(30)는, 상기 매트리스(20)를 하부에서 지지하는 프레임(frame) 역할을 하며, 그 내부에는 수면 캡슐(1)의 공조, 냉난방 기능, 제어 등을 위한 구성 부품을 수용할 수 있다.
상기 매트리스(20)는 소정 두께로 탄성을 가지는 통상적인 매트리스를 포함할 수 있다. 상기 매트리스(20)는 내부에 공기압을 조절할 수 있는 에어(air) 영역을 구비할 수 있다. 더 바람직하게 에어 영역을 복수개 구비되고, 각 영역별로 공기압 제어가 가능할 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 매트리스(20)는 냉온수 매트, 면상 발열체 등 냉난방을 위한 구성을 포함할 수 있다.이 때, 상기 베이스 내부(30)에 수용된 온도 조절 수단(예, 히터)과 펌프(pump)의 동작으로, 냉온수가 상기 매트리스(20)와 사기 베이스(30) 내부를 순환할 수 있다.
수면 캡슐(1)은, 상기 베이스(30)와 결합되어 내부 공간(S)을 형성하는 커버(cover, 10)를 포함한다. 상기 커버(10)는 적어도 일부가 회전, 슬라이딩(sliding)되어 사용자가 수면 캡슐(1)에 출입할 수 있다. 또는, 상기 커버(10)에는 수면 캡슐(1)의 출입을 위한 도어(15)가 형성될 수 있다.
상기 커버(10)의 내측에는 조명(50)이 설치될 수 있다. 상기 조명(50)은, 하나 이상의 광원을 포함하고, 수면 캡슐(1) 내부 실내의 간접등으로 사용할 수 있다.
실시 예에 따라서, 수면 캡슐(1)은, 디스플레이(60)를 구비할 수 있다. 디스플레이(60)는 각종 알림을 시각적으로 출력할 수 있다.
한편, 수면 캡슐(1)은, 상기 베이스(30)와 상기 커버(10)가 형성하는 내부 공간(S)으로 소정 온도의 공기를 토출하는 공조부(도 2의 110 참조)를 포함한다.
상기 공조부(110)는 냉방 또는 난방을 수행하여 수면 캡슐(1) 내부의 온도를 조절할 수 있는 기기로, 경우에 따라서는 공기청정 기능, 산소발생 기능, 가습 기능, 제습 기능 등 부가 기능을 더 포함할 수 있다.
상기 공조부(110)는, 적어도 일부 부품이 상기 베이스(30) 내부에 수용되어, 동작 중 발생하는 소음을 저감할 수 있다. 예를 들어, 상기 공조부(110)는, 히트펌프(heat pump) 사이클을 이용할 수 있다. 이 경우에, 상기 공조부(110)는, 압축기(미도시)를 포함하고, 상기 압축기는 상기 베이스(30) 내부에 수용될 수 있다.
또한, 상기 공조부(110)는, 공기가 이동하는 유로와 연결될 수 있다. 또한, 유로의 말단에는 토출구(41, 42)가 형성되고, 상기 공조부(110)의 동작에 따라 생성된 열풍 또는 냉풍이 상기 토출구(41, 42)를 통하여 상기 내부 공간(S)으로 공급될 수 있다.
메인 토출구(41)는 사용자의 두부 위치에 적당한 넓이로 설계될 수 있다. 또한, 보조 토출구(42)는, 팔, 손, 발 부위의 말초부위, 내부 공간(S)의 중간부위에 적당한 넓이로 설계될 수 있다.
상기 토출구(41, 42)에는 상하 방향 및/또는 좌우 방향으로 회전하여 상기 내부 공간(S)으로 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 베인(미도시)이 설치될 수 있다. 예를 들어, 베인의 각도설정이 사용자 위치에 따라 직접각 10~40도 중 어느 하나로 설정되면, 직접 기류를 형성할 수 있고, 베인의 각도설정이 사용자 위치에 따라 간접각 30~80도 중 어느 하나로 설정되면, 직접 기류를 형성할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 수면 캡슐(1)은, 냉방 또는 난방을 수행하는 공조부(110), 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부(170), 수면 캡슐(1) 동작 전반을 제어하는 프로세서(140)를 포함한다.
상기 공조부(110)는, 상기 프로세서(140)의 제어에 따라, 풍향을 조절(직간접 기류)하고, 일정 기류의 속도를 조절할 수 있다. 상기 프로세서(140)는, 상기 공조부(110)의 토출기류속도, 기류 온도를 조절하여, 과냉방, 과난방을 방지하고 쾌적한 수면 환경을 구현할 수 있다.
상기 센서부(170)는, 사용자 및/또는 수면 캡슐(1)의 상태 정보를 센싱하는 센서를 포함한다. 상기 센서부(170)는, 적어도 상기 매트리스(20)에 누워 있는 사용자의 생체신호를 감지하는 센서를 포함한다. 예를 들어, 상기 센서부(170), 비접촉으로 심박 및 움직임을 측정할 수 있는 초광대역(Ultra Wide Band : UWB) 레이더(radar), 비접촉으로 체온을 측정할 수 있는 카메라 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부(170)는, 수면 캡슐(1)의 내부 공간(S) 환경을 측정할 수 있는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 등을 포함할 수 있다.
대부분의 사람은 수면 순환 주기(수면 일주 리듬 또는 수면 리듬)를 가지고 있다. 수면 캡슐(1)은, 센서부(170)의 비접촉 센싱을 통하여 사용자의 수면 상태를 파악하고, 순환 주기 기반 온열 환경 제어를 통해 사용자의 수면에 도움을 줄 수 있다.
상기 공조부(110)는, 상기 센서부(170)에서 감지되는 생체신호에 기초하여, 상기 내부 공간(S)으로 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 베인의 각도를 변경할 수 있다. 상기 공조부(110)는, 상기 센서부(170)에서 감지되는 생체신호에 따라, 상기 사용자가 위치한 영역으로 공기를 토출하는 직접 기류 또는 상기 사용자가 위치하지 않은 영역으로 공기를 토출하는 간접 기류를 형성할 수 있다.
도 3a와 도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 직접 기류 제어에 관한 설명에 참조되는 도면이다. 도 3a는 수면 캡슐(1)의 측면도이고, 도 3b는 직접기류 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 3a와 도 3b를 참조하면, 수면 캡슐(1)의 내측에는 센서부(170)의 센서가 배치될 수 있다. 센서부(170)는 사용자의 재실 여부를 감지할 수 있다. 또한, 프로세서(140)는 센서부(170)의 센싱 데이터에 기초하여 사용자 위치를 판별하고 기류를 제어할 수 있다. 예를 들어, 센서부(170)는 카메라(비전 센서)를 포함하고, 프로세서(140)는 센서부(170)에서 획득한 이미지 기반으로 사용자의 두부 위치를 판별할 수 있다.
프로세서(140)는 냉풍 또는 열풍이 판별된 두부 위치를 향하도록 베인(310)의 상하 방향 각도를 제어할 수 있다. 상기 베인(310)은, 적어도 메인 토출구(41)에 배치될 수 있고, 경우에 따라서, 보조 토출구(42)에도 배치될 수 있다.
도 4a와 도 4b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 간접 기류 제어에 관한 설명에 참조되는 도면이다. 도 4a는 수면 캡슐(1)의 측면도이고, 도 4b는 간접기류 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 프로세서(140)는, 센서부(170)의 센싱 데이터에 기초하여 사용자 위치를 판별하고, 냉풍 또는 열풍이 판별된 두부 위치를 향하지 않도록 베인(310)의 상하 방향 각도를 제어할 수 있다.
경우에 따라서, 프로세서(140)는 베인(310)이 소정 각도 범위 내에서 회전을 반복하는 스윙 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 더 자연스러운 기류를 느낄 수 있다.
한편, 프로세서(140)는 사용자의 쾌적조건을 고려하여 기류 토출온도와 기류 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 쾌적조건이 섭씨 20도, 0.5m/s이면, 거리에 따라서, 기류 토출온도는 12 내지 13도, 기류속도는 0.9 내지 1.0m/s로 제어할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 쾌적감을 증대시킬 수 있다..
상기 프로세서(140)는, 상기 센서부(170)에서 감지되는 생체신호에 기초하여, 사용자의 수면 상태를 판별하고, 판별된 수면 상태에 대응하여 온열 환경 제어를 수행할 수 있다. 이러한 온열 환경 제어의 일환으로, 상기 공조부(110)는, 상기 내부 공간(S)으로 토출되는 공기의 풍향, 풍량, 풍속을 조절하며 공조 제어할 수 있다.
상기 센서부(170)는, 상기 사용자의 심전도 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서부(170)는 UWB 레이더 센서를 포함할 수 있다. UWB 레이더 센서는 초광대역의 임펄스(impulse) 방식을 사용하여 사용자의 생체 신호를 비접촉 방식으로 감지될 수 있다. UWB 레이더 센서는, 임펄스 신호를 외부로 출력하고, 외부 대상에 반사된 신호를 수신하여, 수신된 신호를 상기 프로세서(140)로 전달될 수 있다. 비접촉 방식은 사용자에게 불쾌감과 신체적 부담을 주지 않고 생체신호를 획득할 수 있는 장점이 있다.
상기 프로세서(140)는, 상기 심전도 데이터에 기초하여, 심박 주기(R-R peak Interval: RRI)를 산출하고, 상기 산출된 RRI에 기초하여, 상기 사용자의 수면 상태를 판별할 수 있다.
도 5는 심전도 데이터 및 RRI를 나타내는 도면이다.
심전도는 심장이 박동할 때에 발생되는 전기 신호로, 공지된 다양한 방식으로 획득질 수 있다.
예를 들어, PPG(photoplethysmography)로 심박수를 측정하고, 피크 검출 알고리즘을 이용하여, 주기적으로 뾰족한 피크(peak) R을 추출할 수 있다.
상기 프로세서(140)는 연속적인 피크 R-R 사이의 시간 간격을 구하고, 피크들(R-R) 간의 시간 간격 RRI에 기초하여 수면 상태를 판별할 수 있다.
또한, 상기 프로세서(140)는, 사용자가 수면 중인 상태에서 획득된 RRI로 부정맥 정도를 판단할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐(1)은, 일정시간 동안 계속해서 재실자 여부를 판단한다. 상기 프로세서(140)는, 재실자 부재 시, 최적 쾌적 제어 온도를 계산하여 설정온도에 반영하여 재입실 시에도 최적의 실내환경을 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
상기 센서부(170)는, 상기 내부 공간(S)의 사용자 재실 여부를 감지하는 재실 감지 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 재실 감지 센서는, PIR, RTS 등 레이다 센서, 카메라 센서 등일 수 있다.
상기 공조부(110)는, 상기 센서부(170)가 상기 사용자를 감지하면, 감지된 사용자의 수면 상태에 따라 설정 온도와 풍량을 조절하고, 상기 센서부(170)가 일정시간 상기 사용자를 감지 못하면, 실내 온도 쾌적감 지표의 쾌적 범위 내에서 에너지 소비를 저감시키도록 상기 설정 온도와 상기 풍량을 조절할 수 있다.
사용자의 쾌적감(실내 온열 쾌적감)을 측정하는 지표로는 PMV(Positive Mean Vote, 예상평균 온열감)를 사용할 수 있다. PMV는, 온도, 평균 복사온도, 습도, 기류, 착의량을 기초로 사람의 일반적인 열쾌적 범위를 지표화한 수치로서 -3~+3까지 7단계로 구성되며, 0에 가까울수록 쾌적하다고 느끼는 지표로 -1~+1 사이를 쾌적 범위라고 한다.
PMV는 각각의 factor의 조합을 통해 결정되는 값으로 냉난방 기기의 에너지 사용에 직접적인 관계가 있는 값을 낮추는 대신 다른 지표를 높임으로서 쾌적범위를 유지시키면서 에너지 사용량을 절감시킬 수 있다.
한편, 사용자의 쾌적감을 측정하는 지표로는 PMV를 사용하는 경우에, 상기 센서부(170)는, 온도, 평균 복사온도, 습도, 기류 등 PMV 파라미터를 획득하기 위한 센서들을 구비할 수 있다. 수면 캡슐(1)은, 외부 기기와 신호를 송수신하는 통신부(190)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(140)는 통신부(190)를 통하여, 사용자가 입력한 파라미터를 전달받을 수도 있다. 예를 들어, 통신부(190)는 기설정된 소정 서버, 이동 단말기 등과 데이터를 송수신할 수 있다. 이에 따라, 수면 캡슐(1)은, 사용자의 이동 단말기와 각종 신호를 송수신할 수 있고, 사용자의 이동 단말기를 통한 제어가 가능하다.
예를 들어, 통신부(145)는, 블루투스 통신, 또는 WiFi 통신 등을 수행할 수 있으며, 이에 의해, 페어링된 단말기로, 프로세서(140)에서 측정된 수면에 관한 정보를 전송할 수 있다. 한편, 수면에 관한 정보는, 수면 단계 정보, 코골이 여부 정보, 무호흡 여부 정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 메모리(160)는, 프로세서(140)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입력되거나 출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 특히, 메모리(160)는, 프로세서(140)에서 측정된 수면에 관한 정보를, 시간 정보와 함께, 저장할 수 있다. 나아가, 사용자 정보도 함께 저장할 수 있다.
한편, 수면 캡슐(1)은, 각종 알림을 출력하는 출력부(180)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력부(180)는, 상기 디스플레이(60)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 출력부(180)는, 스피커(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 출력부(180)는, 상기 센서부(170)가 일정시간 상기 사용자를 감지 못하면, 부재 알림을 출력할 수 있다. 또한, 상기 출력부(180)는, 측정된 수면에 관한 정보를 출력할 수 있다.
상기 프로세서(140)는, 수면 캡슐(1) 내의 각 유닛의 동작을 제어하여, 수면 캡슐(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(140)는, 레이더 신호에 기초하여, 수면자의 움직임, 호흡, 심전도 데이터(심박 신호)를 검출하고, 사용자가 수면 상태인지 판별하고, 수면 상태인 경우, 안구가 빠르게 움직이는 렘(Rapid Eye Movement, REM) 수면 상태인지, 또는 비렘(non-REM) 수면 상태인지 분류할 수 있다. 한편, 프로세서(140)는, 사용자가가 비렘 수면 상태인 경우, 수면 단계를 연산할 수 있다.
급속안구운동이 일어나는 REM 수면은 꿈을 꾸면서 자는 수면으로, 심박동과 호흡이 불규칙하게 나타나는 특성이 있다. 비렘(NREM) 수면은 다시 수면의 깊이에 따라 얕은 잠인 1단계부터 깊은 잠인 4단계로 분류된다. 수면은 1~2 단계에서 부터 3~4단계를 거쳐 REM수면으로 바뀌게 된다. 이 과정이 하룻밤사이에 3~5회 반복된다
프로세서(140)는 센서부(170)를 통해 감지된 사용자의 움직임 크기가 소정 크기 미만으로 제한시간 이상 지속되는 경우, 수면 모드에 자동 진입할 수 있다. 사람은 비수면인 경우에 비하여 수면 중에 신체 움직임이 현격히 작아지므로, 소정 시간 이상 움직임이 감지되지 않거나 매우 미소한 움직임만이 감지되는 경우, 프로세서(140)는 사용자가 수면 중인 것으로 판단하여 수면 모드에 자동 진입할 수 있다.
또 다른 예로, 프로세서(140)는 사용자 입력에 기초하여 설정된 특정 시간이 도래한 후 센서부(170)를 통해 감지한 움직임 크기가 소정 크기 미만으로 제한시간 이상 지속되는 경우, 수면 모드에 자동 진입할 수도 있다. 다만, 프로세서(140)가 수면 모드에 진입하도록 하는 사용자 입력 또는 조건은 전술한 예들에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 프로세서(140)는 센서부(170)를 통해 수면 중인 사용자에 대한 적어도 한 종류 이상의 생체신호를 감지한다. 생체신호는 사용자의 움직임, 체온, 발한량,심박수 등 다양한 종류의 생체신호 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 더욱 바람직하게는 심전도 데이터를 획득하고, 획득된 심전도 데이터에 기초한 RRI 데이터로 수면 상태를 판별할 수 있다.
메모리(160)에는 생체신호의 종류별로 수면 상태를 판단하기 위한 기준값 및 각 수면 상태마다 제어할 유닛과 제어값에 대한 정보가 저장될 수 있다. 프로세서(140)는 생체신호를 메모리(160)에 저장된 기준값과 비교하여 사용자의 수면 상태를 결정하고, 결정된 수면 상태에 대응하는 제어값을 이용하여 소정 유닛에 대한 제어신호를 생성할 수 있다.
상기 프로세서(140)는, PIR, RTS 등 레이다 센서, 카메라 센서 등 센서부(170)의 센싱 데이터를 통해, 재실자 여부를 판단하여 재실자가 일정시간 동안 없을 경우, 실내 온도 쾌적감 지표를 벗어나지 않도록 설정온도, 풍량을 조절할 수 있다. 이에 따라, 사용자가, 다시 수면 캡슐(1)에 들어왔을 때, 쾌적감을 바로 느끼게 하면서도, 에너지 소비를 저감할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 재실자가 부재 시, 최적 쾌적 제어 온도를 계산하여 설정온도에 반영함으로써, 재입실 시에도 최적의 실내환경을 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수면 캡슐(1)은, 상기 내부 공간(S)으로 산소를 공급하는 산소 공급부(120)를 더 포함할 수 있다.
상기 센서부(170)는, 상기 내부 공간(S)의 산소량을 감지하는 산소 센서를 더 포함하고, 상기 산소 공급부(120)는, 상기 산소 센서에서 감지되는 산소량이 기준치(예, 20.9%) 미만이면, 상기 내부 공간으로 산소를 공급하고, 상기 산소 센서에서 감지되는 산소량이 기준치 이상이면 상기 산소의 공급을 중지하할 수 있다.
또는, 상기 산소 공급부(120)는, 수면 상태에 따른 설정되는 산소공급시간과 산소량에 기초하여 상기 산소를 공급하거나 산소 공급을 중지할 수 있다.
또는, 상기 산소 공급부(120)는, 상기 사용자가 수면을 시작하면, 주기적으로 상기 내부 공간으로 산소를 공급할 수 있다. 상기 산소 공급부(120)는, 수면 상태 진입 일정 시간 후 주기적으로 산소를 공급할 수 있다.
한편, 상기 산소 공급부(120)는, 복수의 노즐(도 3a, 도 4a의 320)을 포함하고, 상기 사용자의 두부 위치에 기초하여 산소를 토출할 노즐을 결정할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 사용자의 두부 위치는 카메라 비전 센서의 화상 정보에 기반하여 검출될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는, 카메라 비전 센서의 화상 정보에서 무빙 오브젝트(Moving Object)를 검출하고, HOG 특징(feature)을 이용하여 인체를 감지할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(140)는, 학습 DB 기반 매칭(Matching) 후 재실자를 판별하고, 유사도가 높을 수록 사람으로 판별할 수 있다.
상기 프로세서(140)는, 두부 위치를 판별하여 호흡기 위치 주변 노즐(분사구)로 산소를 분사할 수 있다.
또한, 상기 프로세서(140)는, 두부 위치를 판별하여 베인 각도 및 풍량을 설정할 수 있다.
한편, 상기 매트리스(20)는 내부에 공기압을 조절할 수 있는 복수의 에어(air) 영역을 구비할 수 있다. 복수의 에어 영역은 신체의 소정 영역에 대응하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 머리, 어깨, 가슴, 허리, 엉덩이, 다리 위치 각각에 대응하여 하나 이상의 에어 영역이 배치될 수 있다.
수면 캡슐(1)은 상기 매트리스(20) 내부 에어 영역들의 공기압을 제어하는 매트리스 공기압조절부(150)를 포함할 수 있다. 상기 매트리스 공기압조절부(150)는, 하나 이상의 펌프와 복수의 유로를 구비하여 각 에어 영역에 공기를 주입하여 공기압을 상승시킬 수 있다.
수면 캡슐(1)은, 센서부(170)의 비접촉 센싱을 통하여 사용자의 수면 상태를 파악하고, 수면 상태 및 수면 일주 리듬에 따른 온열 환경 제어를 통해 사용자의 수면에 도움을 줄 수 있다.
프로세서(140)는, 온도, 습도, 산소, 기류제어로 쾌적제어를 통해서 쾌적한 수면 환경을 구현할 수 있다.
센서부(170)는, 생체신호 검출센서, 압전센서(Piezo등의 센서)를 통해서 체형 파악, 심박수, 심전도, 맥박, 산소포화도등 생리학적 파라미터 측정할 수 있고, 프로세서(140)는, R-R 피크 검출을 통해서 심박수 제어로 정상수면/비정상수면을 판별한다.
도 6a는 수면 일주 리듬을 일예이다. 수면 일주 리듬은 입면에서 기상까지의 리듬으로, 사람마다 다를 수 있고, 동일한 사람도 컨디션에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 잠을 자는 동안 심박수가 감소하여 기상직전까지 서서히 증가하는 해먹 형태의 심박수 패턴, 회복을 위해 수면 초기 높은 심박수대를 유지하고 아침에 가까워질수록 심박수가 하강하는 패턴으로 아침에 일어나기 전까지 대사가 활발히 일어나는 패턴, 탈진형 패턴은 수면의 시작과 함께 코골이가 시작되면 심박수가 증가하고, 수면 중기 정점을 찍고 하락하는 탈진형 패턴 등이 있다.
수면 캡슐(1)은 각 개인에 맞는 수면 일주 리듬을 확인하고 저장할 수 있다. 예를 들어, 각 개인 맞춤형 수면 일주 리듬은 수면 캡슐(1)을 이용하면서 센서부(170)에서 측정되는 데이터, 프로세서(140)에서 산출된 데이터에 기초하여 판별되어, 메모리(160)에 저장될 수 있다. 또는, 각 개인 맞춤형 수면 일주 리듬은 통신부(190)를 통하여 수신되거나 기타 입력 수단으로 입력 가능하고, 이렇게 획득된 데이터는 메모리(160)에 저장될 수 있다.
프로세서(140)는, RRI가 감소하는 초기에는 입면을 유도하고 숙면에 도움이 되도록, 산소 공급 및 매트리스 공기압을 조절할 수 있다. 프로세서(140)는, 초기 수면 캡슐(1) 내부에 산소를 공급함으로써, 부교감 신경활성화, 정상심박수제어가 되도록 도와준다.
프로세서(140)는, 매트리스 공기압제어를 통해서 본인의 R-R Peak 리듬과 동일하게 제어함으로써, 깊은수면을 활성화, REM, NREM 2단계 수면등 수면효율을 향상할 수 있다.
도 6b는 수면 중 체온 변화를 예시하는 도면으로, 입면에 따라 체온이 떨어지고, 새벽 시간대에 최처 체온을 나타낸 후에, 기상시간이 다가옴에 따라 체온이 점차 상승한다. 상기 프로세서(140)는, 수면 중 체온 변화에 따라서 수면 캡슐(1) 내부 온도도 변경되도록 제어할 수 있다.
상기 프로세서(140)는, 공조부(110)를 제어하여, 수면중 지속적으로 입면/숙면/기상 수면 상태에 적절한 수면환경을 제공할 수 있다.
한편, 센서부(170)에서는 수면 중인 사용자의 생리 파라미터를 측정하고, 상기 프로세서(140)는, 심박수 제어로 정상수면임을 확인하면, 매트리스 공기압제어를 통해서 기존에 측정되어 저장된 본인의 R-R Peak 리듬과 동일하게 제어함으로 깊은 수면을 활성화하고, REM, NREM 2단계 수면등 수면효율을 향상할 수 있다.
만약 비정상 리듬의 R-R Peak가 감지되면, 공기압조절을 통해서 정상리듬으로 전환하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(140)는, 수면중인 사용자의 자세가 변경될 수 있도록 각 에어 영역의 공기압을 조절할 수 있다. 또한, 사용자의 현재 자세에서 이전에 숙면을 취한 자세로 한번에 변경이 어려운 경우가 많다. 따라서, 사용자의 자세 변경에 대응하여 공기압 제어도 단계별로 설정되고 수행될 수 있다.
상기 프로세서(140)는, 수면 시간을 통해서 어느정도의 수면을 취하는지, 적정한 수면을 취하는지, 오랜시간 침대에서 지내지는 않는지 확인하고, 자세 변경의 필요성을 검토할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 수면 캡슐(1)은, 코골이가 심한 경우 자세 변경을 통해 코골이를 완화하고, 무호흡의 경우 R-R 간격, 심박수를 통해서 매트리스의 단계를 Smooth하게 조절할 수 있다.
상기 프로세서(140)는, 수면 캡슐(1)은 호흡수에 따라서 수면의 질을 파악해서 자세, 움직임, 뒤척임을 파악하고, 무호흡과 저호흡(움직임이 거의 없음)의 차이를 파악해서 제어할 수 있다.
수면 캡슐(1)은, 상기 매트리스(20) 내부로 온수 또는 냉수를 순환시키는 냉난방부(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 냉난방부(130)는, 상기 프로세서(140)의 제어에 따라, 상기 공조부(110)와 연동하여 동작함으로써, 쾌적한 온열 환경을 제공하고 에너지 효율도 향상할 수 있다.
또한, 상기 냉난방부(130)는, 별도의 히터, 면상 발열체 등을 구비하여, 공조부(110)외 연동하여 온열 환경을 제공할 수 있다.
상기 공조부(110)가 먼저 동작하여 목표 온도 또는 수면 상태에 도달한 후에, 상기 냉난방부(130)가 동작할 수 있다.
예를 들어, 냉방시, 상기 공조부(110)가 소정 목표 온도로 냉방하다가 목표 온도에 도달하면, 상기 냉난방부(130)가 냉수를 매트리스(20) 내부로 보내는 등 동작할 수 있다. 이에 따라, 상기 공조부(110)가 빠르게 내부 공간(S)을 냉방하고, 바닥의 냉수로 청량감을 줄수 있다.
난방시, 상기 공조부(110)가 20도를 소정 목표 온도로 난방하다가 목표 온도에 도달하면, 상기 냉난방부(130)가 온수를 매트리스(20) 내부로 보내는 등 동작할 수 있다. 이에 따라, 상기 공조부(110)가 빠르게 내부 공간(S)을 난방하고, 바닥의 온열감을 줄 수 있다.
또는 상기 공조부(110)와 상기 냉난방부(130)가 함께 동작하여 사용자에게 더 빨리 쾌적감을 줄 수 있다.
또한, 상기 냉난방부(130)가 동작하면, 상기 공조부(110)는, 냉난방 성능(performance)를 낮추는 방향으로 변경함으로써 에너지 소비를 저감할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복사 냉난방 시스템을 예시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 온수 순환 방식의 상기 냉난방부(130)는 복사 냉난방 시스템을 포함할 수 있다.
상기 냉난방부(130)는, 히터 등 온도 조절 수단을 구비하는 온수부(740), 매트리스(20) 내부에서 온수가 이동하는 내부 유로(710)를 포함할 수 있다. 상기 온수부(740)는, 히터 등 온도 조절 수단을 포함하여 온수를 생성하고 출수 온도를 조절할 수 있고, 온수를 상기 매트리스(20)로 보낼 수 있다.
온수는 온수부(740), 매트리스 입수부(720), 내부 유로(710), 매트리스 입수부(730)를 순환할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 냉온수매트 사용시 바닥온도 조절을 통해서 직접기류에 의한 불쾌감을 해소하고, 쾌적감을 증대시킨다. 예를 들어, 난방시에는 초기 기류 대류난방으로 빠른 공간 난방을 수행하고, 공간 온도도달후 바닥복사난방으로 쾌적감을 증대시킬 수 있다.
또는 상기 냉난방부(130)는, 발열선을 포함하는 일종의 전기 매트일 수 있다.
한편, 상기 센서부(170)는, 상기 사용자의 움직임을 감지하고, 상기 공조부(110)는, 상기 사용자의 움직임 횟수가 기준횟수 이하이면, 수면에 들어간 것으로 판별하여 기설정된 수면 알고리즘에 따라 설정 온도를 가변할 수 있다. 수면 알고리즘은, 사용자의 수면 일주 리듬에 대응하여 입면기, 숙면기, 기상기 등 수면 상태 별로 설정된 제어값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수면 알고리즘은, 입면기, 숙면기, 기상기의 온도, 산소 공급량, 매트리스 공기압의 제어값을 포함할 수 있다.
한편, 상기 센서부(170)는, 상기 사용자의 움직임 횟수가 상기 기준횟수를 초과하면, 상기 사용자의 움직임 횟수의 센싱 주기를 조정할 수 있다. 즉, 사용자가 많이 움직이면, 수면에 들어가지 못한 것으로보고 센싱 주기를 줄여 더 세밀하게 모니터링할 수 있다.
움직임 횟수가 작으면, 상기 프로세서(140)는 입면돌입 1단계로 판별하고, 수면모드로 진입, 수면 알고리즘을 적용하여 수면 캡슐(1)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 수면 알고리즘의 초기 일정시간은 목표온도가 점진적으로 하강하도록 설정되고, 상기 수면 알고리즘의 말기 일정시간은 상기 목표온도가 점진적으로 상승하도록 설정될 수 있다. 상기 프로세서(140)는, 입면기에는 초기 일정시간 온도가 하강하도록 제어하고, 숙면기에는 쾌적온도 조절, 기상기에는 일정범위 내에서 온도가 상승하도록 제어할 수 있다.
움직임 횟수 많으면, 상기 프로세서(140)는 입면 돌입을 연기하고, 5분마다 사용자 상태를 검출할 수 있다. 만약, 움직임 횟수가 작아지면, 상기 프로세서(140)는 입면돌입 1단계로 판별하고, 수면모드로 진입, 수면 알고리즘을 적용하여 수면 캡슐(1)을 제어할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 센서부(170)는, 수면 캡슐(1) 내부 공간(S)의 재실 여부를 감지할 수 있다(S810). 또한, 센서부(170)는, 카메라 비전 센서를 포함하고, 프로세서(140)는 카메라 비전 센서에서 획득한 내부 공간(S)의 이미지를 분석하여 재실 여부, 사람인지 여부, 두부의 위치 등을 판별할 수 있다.
또한, 센서부(170)는, 심전도 데이터 등 생체신호를 획득할 수 있는 센서를 포함하여, 재실자의 생체 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 센서부(170)는, UWB 레이더 센서 등을 포함할 수 있다.
한편, 수면 캡슐(1)을 이용하는 사용자가 있는 경우(S810), 센서부(170)는 재실자의 생체신호를 획득하고, 프로세서(140)는 센서부(170)가 획득한 생체신호에 기초하여 사용자의 수면 상태를 판별할 수 있다(S820).
만약 일정시간동안 수면 캡슐(1)을 이용하는 사용자가 없는 경우(S810), 상기 프로세서(140)는 부재 감지 기능을 활성화할 수 있다(S830).
상기 부재 감지 기능이 활성화되면(S830), 수면 캡슐(1)의 각 유닛은 부재 감지 모드로 동작한다. 예를 들어, 출력부(180) 및/또는 통신부(190)는 부재 알림을 출력한다(S840).
상기 프로세서(140)는, PMV에 기반한 실내 쾌적 범위 운전 여부 및 최적의 쾌적 설정온도 판단하고, 기류온도, 기류속도를 쾌적 범위 내에서 조절하는 절전 제어를 수행할 수 있다(S845).
한편, 최종 부재 알림(S840) 후에도 계속해서 센서부(170)는 재실자 유무를 감지할 수 있다(S810). 실시 예에 따라서, 상기 부재 감지 기능이 활성화되면(S830), 센서부(170)는 센싱 주기를 단축하여, 재실자 유무를 더욱 자주 감지할 수 있다.
한편, 상기 사용자의 수면 상태가 판별되면(S820), 상기 프로세서(140)는, 판별된 수면 상태에 대응하여 수면 알고리즘을 적용할 수 있다(S850, S850). 예를 들어, 수면 알고리즘은 입면기, 숙면기, 기상기 수면 상태별 온도, 산소 공급량, 매트리스 공기압의 제어값을 포함할 수 있다.
상기 프로세서(140)는, 판별된 수면 상태에 대응하여, 설정온도, 풍량, 풍향 등을 설정하고(S850), 각 수면 상태별 설정에 따라 공조부(110), 산소 공급부(120), 냉난방부(130), 매트리스 공기압조절부(150)를 쾌적 제어할 수 있다(S870).
예를 들어, 프로세서(140)는, RRI가 감소하는 초기에는 입면을 유도하고 숙면에 도움이 되도록, 온도가 점진적으로 하강하고, 산소를 공급하며, 매트리스 공기압을 조절할 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 프로세서(140)는, 판별된 수면 상태에 대응하여, 설정온도, 풍량, 풍향 등을 설정하고(S850), 실내 온도 쾌적범위를 판별할 수 있다(S860). 이 경우에, 공조부(110)와 냉난방부(130)는 판별된 쾌적범위 내에서 일부 제어값을 조절하여 에너지 소비를 저감할 수 있다.
예들 들어, 프로세서(140)는 상술한 PMV 지표에 기초하여, PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied, 예상 불만족율) 방정식을 구할 수 있다. PMV 지표는, 동일한 환경 조건에 있는 사람들의 온열감 척도에 대한 투표(Vote)로 평균치를 예측한 정보로써, 온열감 및 쾌적성의 정도를 나타내는 지표이고, 예상 불만족도 정보는, 불만족스러운 사람들의 비율에 관한 정보일 수 있다. 프로세서(140)는 PMV 지표에 기초하여 PPD 방정식을 산출하고, PPD가 일정 범위 이상이 되지 않도록 쾌적 범위를 설정하고 설정된 쾌적 범위 내에서 유닛이 동작하는 쾌적 제어를 수행할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 수면 캡슐의 동작방법을 도시한 순서도로 산소 공급 제어 과정을 예시한다.
도 9를 참조하면, 수면이 시작되면, 산소 공급부(120)는 적어도 일부 수면 구간에서 산소를 주기적으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 산소 공급부(120)는 초기 입면기에 산소 공급을 수행할 수 있다. 수면이 시작되면, 즉시 또는 설정된 대기 시간 이후에, 산소 공급부(120)는 산소 공급을 시작할 수 있다.
내부 공간(S)의 산소량은 센서부(170)의 산소 센서에서 측정되고, 프로세서(140)는 측정된 산소량에 기초하여 산소 공급부(120)를 제어한다.
산소 공급부(120)는, 내부 공간(S)의 산소량이 기준치 이상이 될 때까지(S920), 주기적으로 산소를 공급한다(S910). 기준치는 사용자, 수면 상태에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 통상적인 사용자의 경우에는 20.9%, 21.5%, 환자인 경우에는 30%로 기준치가 설정될 수 있다.
한편, 주기적인 산소 공급에 따라 내부 공간(S)의 산소량이 증가한다. 내부 공간(S)의 산소량이 기준치 이상이 되면(S920), 산소 공급을 멈춘다(S930).
한편, 설정에 따라, 산소 공급을 멈춘 후에, 내부 공간(S)의 산소량이 기준치보다 일정 수준 떨어지면 산소 공급을 재개할 수도 있다.
도 10과 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쾌적 제어에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 10은 PMV(Predicted Mean Vote, 예상평균 온열감) 기반의 PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied, 예상 불만족율) 방정식 및 그래프를 도시한 것이다. 프로세서(140)는 PPD 방정식 10% 박스 구간 내에서 쾌적 범위를 설정하고 설정된 쾌적 범위 내에서 유닛이 동작하는 쾌적 제어를 수행할 수 있다.
프로세서(140)는, 실내 온도, 실내 습도, 기류 속도, 평균 복사 온도, 사용자의 활동량 및 사용자의 착의량에 관한 정보에 기초하여, 아래 방정식에 의해 PMV를 산출할 수 있다.
M [W/m2] : Metabolic rate
W [W/m2] : External Work done by the muscles
H [W/m2] : Dry Heat Loss
EC [W/m2] : Evaporative heat exchange at the skin
Cres [W/m2] : Respiratory convective heat exchange
Eres [W/m2] : Respiratory evaporative heat exchange
예상 평균 온열감 정보는 -3 내지 3 정수 범위 이내의 정수일 수 있다. 예를 들어, 예상 평균 온열감 정보가 -3에 가까울수록 사용자가 추위를 느끼고 있음을 의미할 수 있으며, 3에 가까울수록 사용자가 더위를 느끼고 있음을 의미할 수 있다.
프로세서(140)는 예상 평균 온열감 정보를 산출하고 산출된 예상 평균 온열감 정보에 기초하여 아래 수식과 같이 PPD를 산출할 수 있다.
PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied ,예상 불만족율)
예상 불만족율은 불만족한 사용자들의 비율로, 프로세서(140)는 예상 불만족율이 소정 범위(10%)를 벗어나지 않는 범위로 쾌적 범위를 설정할 수 있다.
도 11은 본 개시의 쾌적 제어를 적용한 수면 실험 데이터를 도시한 것이다.
도 11에서, X축은 평균 수면에 대한 점수로 숙면 여부를 평가한 것이다. 숙면은 충분히 깊은 수면을 취한 것으로, X축의 수면 점수는 높을 수록 숙면을 취한 것을 의미한다.
Y축은 수면만족감으로 역시 높을 수록 만족감이 높은 것이다. 도 11을 참조하면, 수면에 대한 평가가 높을수록 만족감도 높아진다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 쾌적감 PMV를 계산하고 쾌적범위를 벗어나지 않게 절전 운전을 실시함으로써, 사용자의 쾌적감은 유지하면서도 에너지 효율을 향상할 수 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (15)

  1. 매트리스;
    상기 매트리스를 지지하는 베이스(base);
    상기 베이스와 결합되어 내부 공간을 형성하는 커버(cover);
    상기 베이스와 상기 커버가 형성하는 내부 공간으로 소정 온도의 공기를 토출하는 공조부; 및,
    상기 매트리스에 누워 있는 사용자의 생체신호를 감지하는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부;를 포함하고,
    상기 공조부는,
    상기 센서부에서 감지되는 생체신호에 기초하여, 상기 내부 공간으로 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 베인의 각도를 변경하는 수면 캡슐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공조부는,
    상기 생체신호에 따라,
    상기 사용자가 위치한 영역으로 공기를 토출하는 직접 기류 또는 상기 사용자가 위치하지 않은 영역으로 공기를 토출하는 간접 기류를 형성하는 수면 캡슐.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 내부 공간의 사용자 재실 여부를 감지하는 재실 감지 센서를 포함하며,
    상기 공조부는,
    상기 센서부가 상기 사용자를 감지하면, 감지된 사용자의 수면 상태에 따라 설정 온도와 풍량을 조절하고,
    상기 센서부가 일정시간 상기 사용자를 감지 못하면, 실내 온도 쾌적감 지표의 쾌적 범위 내에서 에너지 소비를 저감시키도록 상기 설정 온도와 상기 풍량을 조절하는 수면 캡슐.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 사용자의 심전도 데이터를 획득하고,
    상기 심전도 데이터에 기초하여, RRI(R-R interval)를 산출하고, 상기 산출된 RRI에 기초하여, 상기 사용자의 수면 상태를 판별하는 프로세서;를 더 포함하는 수면 캡슐.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 센서부가 일정시간 상기 사용자를 감지 못하면, 부재 알림을 출력하는 출력부;를 더 포함하는 수면 캡슐.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 내부 공간의 산소량을 감지하는 산소 센서를 더 포함하고,
    상기 산소 센서에서 감지되는 산소량이 기준치 미만이면, 상기 내부 공간으로 산소를 공급하고, 상기 산소 센서에서 감지되는 산소량이 기준치 이상이면 상기 산소의 공급을 중지하는 산소 공급부;를 더 포함하는 수면 캡슐.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산소 공급부는, 상기 사용자가 수면을 시작하면, 주기적으로 상기 내부 공간으로 산소를 공급하는 수면 캡슐.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산소 공급부는,
    복수의 노즐을 포함하고,
    상기 사용자의 두부 위치에 기초하여 산소를 토출할 노즐을 결정하는 수면 캡슐.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 매트리스 내부로 온수 또는 냉수를 순환시키는 냉난방부;를 더 포함하는 수면 캡슐.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉난방부는,
    상기 공조부가 먼저 동작하여 목표 온도에 도달한 후에 동작하는 것을 특징으로 하는 수면 캡슐.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉난방부가 동작하면, 상기 공조부는, 냉난방 성능(performance)을 변경하는 것을 특징으로 하는 수면 캡슐.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공조부는,
    상기 베이스 내부에 수용되는 압축기를 포함하는 수면 캡슐.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 사용자의 움직임을 감지하고,
    상기 공조부는,
    상기 사용자의 움직임 횟수가 기준횟수 이하이면, 수면에 들어간 것으로 판별하여 기설정된 수면 알고리즘에 따라 설정 온도를 가변하는 수면 캡슐.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 사용자의 움직임 횟수가 상기 기준횟수를 초과하면, 상기 사용자의 움직임 횟수의 센싱 주기를 조정하는 수면 캡슐.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 수면 알고리즘의 초기 일정시간은 목표온도가 점진적으로 하강하도록 설정되고, 상기 수면 알고리즘의 말기 일정시간은 상기 목표온도가 점진적으로 상승하도록 설정되는 수면 캡슐.

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