KR101678432B1 - 공기조화장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 실외에서 활동을 하다 실내의 사무실이나 가정으로 입실하여 공기조화장치를 사용할 경우 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 설정온도 및/또는 기류에 따른 인체의 열적 항상성 및 인체의 온열 쾌적성 변화를 고려한 인체순응 냉/난방운전모드를 포함하는 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 공기조화장치 및 그 제어방법은 인체순응에 따른 적정 냉방온도 또는 적정 난방온도를 지속적으로 유지 및 변화시킴으로써 쾌적감을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 쾌적냉방 운전은 물론 냉방병의 원인이 되는 과잉냉방을 억제하여 사용자의 건강을 유지시키고, 에너지를 절약할 수 있다.

공기조화장치, 집중냉방, 순응냉방, 직접냉방, 간접냉방

Description

공기조화장치 및 그 제어방법{Air conditioner and controlling method thereof}

본 발명은 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 인체순응에 따른 적정 냉방온도 또는 적정 난방온도를 지속적으로 유지 및 변화시킴으로써 쾌적감을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 쾌적냉방 운전은 물론 냉방병의 원인이 되는 과잉냉방을 억제하여 사용자의 건강을 유지시키고, 에너지를 절약할 수 있는 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 실외에서 활동을 하다 실내의 사무실이나 가정으로 입실하여 공기조화장치를 사용할 경우 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 설정온도 및/또는 기류에 따른 인체의 열적 항상성 및 인체의 온열 쾌적성 변화를 고려한 인체순응 냉/난방 운전모드를 포함하는 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화장치는 주거공간, 레스토랑 또는 사무실 등의 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다.

상기 공기조화장치는 기본적으로 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함되는 냉동사이클을 포함한다. 상기 냉동사이클을 구체적으로 살펴보면, 상기 압축기에서 압축된 기체 냉매는 실외 열교환기로 유입되어 액체 냉매로 상변화를 하게 되고, 상기 실외 열교환기에서 냉매가 상변화를 하면서 외부로 열을 방출하게 되며, 이후에 실외 열교환기에서 배출되는 냉매는 팽창밸브를 거치면서 팽창되고 실내 열교환기로 유입된다.

이후, 실내 열교환기로 유입된 액체 냉매는 기체 냉매로 상변화를 하게 된다. 마찬가지로, 상기 냉매는 실내 열교환기에서 상변화를 하면서 외부의 열을 흡수하게 된다.

이처럼 공기조화장치는 액체 상태의 냉매가 기화될 때에 주위의 열을 흡수하거나 기체 상태의 냉매가 액화될 때에 그 열을 방출하는 특성에 의해 열교환된 공기(냉기 또는 온기)를 실내 공간으로 토출하여 실내 온도를 조절하게 된다.

한편, 대다수의 사람들은 실내에서 모든 일과를 행하고 있으며 거주시간 역시 점차적으로 증가하고 있다. 이같이 실내에서의 거주시간이 증가함에 따라 거주 공간에서의 거주자의 쾌적성 향상 및 에너지절약에 대한 요구도 증가하고 있다.

이때 바람직한 실내 환경은 거주자가 항상 건강하고 쾌적하게 생활하는 것이 가능하고, 거주공간 내에서 이루어지는 작업이 능률적으로 진행될 수 있고, 피로를 풀거나 혹은 사고 발생을 방지하는 환경조건이어야 한다.

하지만, 여름철 실제 냉방을 하고 있는 일반적인 사무실이나 가정에서는 단순히 공기조화장치의 가동 여부를 통해 실내를 공조하고 있다. 즉, 공조초기에 설 정된 공기조화장치의 설정온도를 지속적으로 유지하며 사용하고 있으며, 이러한 경우 공조초기에 낮은 온도로 설정된 급속한 냉방에 의해 사용자는 쾌적함을 느끼게 되나, 공조중기 또는 공조후기에 이르게 되면 사용자는 추위를 느끼는 등의 불쾌감이 증대하게 되며, 이때 사용자가 설정온도를 변경하거나 공기조화장치의 작동을 정지시켜야만 했다.

그러나, 일정한 설정온도로 유지되는 공조방식은 공조초기와 공조중/후기의 인체상황, 즉, 인체의 열부하 상태를 고려하지 않고 있으므로 실내거주자들은 공조가 지속될수록 점차 불쾌감이 증대되고, 심할 경우 건강을 해치게 되는 문제점이 발생한다.

공기조화장치가 사용자의 요구에 부응하여 자체적으로 설정온도를 제어하지 못하고, 공조초기의 설정온도만이 유지되어 지속적인 냉방 또는 난방이 수행됨에 따라 인체는 점차적으로 불쾌감이 증대되며, 인체의 열적쾌적성을 고려하지 않은 낮은 냉방온도 또는 높은 난방온도의 설정으로 여름철 또는 겨울철 과다한 에너지 사용이 지속되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 실외에서 활동을 하다 실내의 사무실이나 가정으로 입실하여 공기조화장치를 사용할 경우 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 설정온도 및/또는 기류를 변경함으로써 인체의 열적 항상성 및 인체의 온열 쾌적성 변화를 고려한 인체순응 냉/난방운전모드를 포함하는 공기조화장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 인체순응에 부응하여 적정 냉방온도 또는 적정 난방온도를 지속적으로 유지 및 변화시킴으로써 에너지를 절약할 수 있는 공기조화장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로,

본 발명의 일 측면에 따르면, 공기조화장치의 작동시, 사용자입력 또는 설정에 의하여 초기온도가 결정되는 초기온도 결정단계; 상기 초기온도 결정단계에서 결정된 초기온도로 미리 결정된 초기시간 동안 실내를 냉방 또는 난방하는 집중 공조단계; 및 상기 초기 공조단계가 시작된 후 상기 초기시간이 경과되면 미리 결정된 시간간격으로 실내의 온도를 증가 또는 감소시키는 순응 공조단계;를 포함하는 공기조화장치의 제어방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 사용자의 위치를 감지하여 감지된 방향으로 집중 냉방 작동이 이루어지는 공기조화장치의 제어방법으로서, (a)공기조화장치의 작동시, 사용자입력 또는 설정에 의하여 희망온도가 결정되는 희망온도 결정단계; (b)상기 희망온도가 속하는 온도 구간에 따라 상기 희망온도보다 높은 냉방 목표 온도인 제 1설정온도가 결정되는 제 1설정온도 결정단계; (c)상기 제 1설정온도로 미리 결정된 제 1설정시간 동안 실내를 냉방하는 집중 냉방단계; 및 (d)상기 집중 냉방단계가 시작된 후 상기 제 1설정시간이 경과되면 제 1 설정온도 보다 높은 제 2설정온도로 제 2설정시간 동안 실내를 냉방하는 순응 냉방단계를 포함하는 공기조화장치의 제어방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 흡입된 실내공기를 냉매와 열교환하여 냉각시키는 열교환기; 열교환된 실내공기를 실내로 송풍하는 송풍팬; 실내로 송풍되는 공기의 방향을 조절하는 풍향조절장치; 상기 송풍팬과 풍향조절장치의 작동시간을 각각 카운팅하는 제 1 및 제 2 타이머; 및 냉방 목표 온도와 제 1타이머의 시간정보를 수신하여 냉방 목표 온도인 제 M(M≥1)설정온도로 미리 결정된 제 M설정시간 동안 실내를 집중 냉방하며, 제 M설정시간이 경과되면 제 M 설정온도 보다 높은 제 M+1설정온도로 제 M+1설정시간 동안 실내를 냉방하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 공기 조화 장치가 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화장치 및 그 제어방법에 따르면, 실외에서 활동을 하다 실내의 사무실이나 가정으로 입실하여 공기조화장치를 사용할 경우 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 설정온도 및/또는 기 류를 변경함으로써 인체의 열적 항상성 및 인체의 온열 쾌적성 변화를 고려하여 사용자에게 지속적인 쾌적감을 제공할 수 있고, 쾌적냉방 운전은 물론 냉방병의 원인이 되는 과잉냉방을 억제하여 사용자의 건강을 유지시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화장치 및 그 제어방법에 따르면, 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 인체순응에 부응하여 적정 냉방온도 또는 적정 난방온도를 지속적으로 유지 및 변화시킴으로써 에너지를 절약할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치 및 그 제어방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 개념도이다.

본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법은 사용자의 온열쾌적성 도달을 위 해 온도별 및/또는 기류(풍향)에 따른 인체순응변화를 고려하여 온도의 상승 또는 하강 및/또는 기류의 변동을 통한 쾌적성 상승 효과를 제공한다.

즉, 도 1을 참조하면, 공조공간의 쾌적성을 향상시키고 온열쾌적성에 영향을 미치는 온열환경 요소 중 특히 온도 및/또는 기류를 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 지속적으로 변동시킴으로써, 과잉 냉/난방을 억제하고 장시간 인체가 지속적인 쾌적성을 유지할 수 있도록 한다.

본 문서에서 집중공조(냉/난방을 포함)라 함은 공기조화초기 단계에서 미리설정된 초기온도로 인체의 열부하에 따라 급속한 냉방 또는 난방을 실시하여 쾌적함을 높일 수 있는 운전모드를 의미하고, 미리 설정된 설정온도로 냉방 또는 난방을 실시하는 과정에서 인체가 불쾌감을 느끼기 시작하는 시점에서 설정온도 및/또는 기류를 변경하여 냉방 또는 난방을 실시하는 것을 순응공조(냉/난방을 포함)라 한다.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 순서도이며, 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법의 온도-시간 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법은 공기조화장치의 작동시, 사용자입력 또는 설정에 의하여 초기온도(T1)가 결정되는 초기온도 결정단계(S10)와 상기 초기온도 결정단계에서 결정된 초기온도(T1)로 미리 결정된 초기시간(Δt1) 동안 실내를 냉방 또는 난방하는 집중 공조단계(S20) 및 상기 초기 공조단계가 시작된 후 상기 초기시간(Δt1)의 경과여부를 판단(S30)하여 상기 초기시간(Δt1)이 경과되면 미리 결정된 시간간격으로 실내의 온도를 증가 또는 감소시키는 순응 공조단계(S40)를 포함한다.

구체적으로, 상기 공기조화장치는 설정온도에 대응되어 설정된 작동시간을 카운팅하는 타이머를 포함할 수 있으며, 상기 타이머에 입력된 제 1설정시간(초기시간, t1) 동안 제 1설정온도(초기온도, T1)로 집중 냉방 또는 집중 난방 운전을 수행하도록 제어될 수 있고, 제 1설정시간(Δt1)이 경과한 후, 제 2설정시간(Δt2) 동안 제 1설정온도(T1)보다 높거나 낮은 제 2설정온도(T2)로 순응 냉방(도 3의 (a)참조) 또는 순응 난방(도 3의 (b)참조) 운전을 수행하도록 제어될 수 있다.

또한, 상기 순응 공조단계는 공기조화장치의 설정온도 또는 실내의 온도가 냉방최고온도(Tmax) 또는 난방최저온도(Tmin)에 도달할 때까지 계속 반복될 수 있고, 상기 냉방최고온도(Tmax)와 난방최저온도(Tmin)는 사용자의 사용실태 및 실험 데이터를 통하여 결정될 수 있으며, 예를 들어 냉방최고온도(Tmax)는 27℃ 내지 29℃일 수 있고, 난방최저온도(Tmin)는 18℃ 내지 20℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

한편, 상기 순응 공조단계는 초기온도를 미리 결정된 온도 간격으로 증가 또는 감소시킬 수 있으며, 상기 미리 결정된 온도 간격은 0.5℃ 내지 2℃일 수 있고, 바람직하게 1℃일 수 있다. 예를 들어 집중냉방단계의 냉방목표온도가 22℃인 경우에 순응냉방단계의 냉방목표온도는 23℃일 수 있다. 0.5℃미만으로 미세하게 온도가 변경될 경우에는 사용자가 온도변화에 따른 온열효과를 느낄 수 없고, 2℃를 초과하여 온도가 급격히 변경될 경우에는 사용자의 피부 온도를 급격히 상승 또는 하강시키게 되어 사용자의 불쾌감이 증대되므로 인체 순응 공조에 부합되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.

즉, 공기조화장치가 냉방 운전인 경우에는 제 1설정온도로 제 1설정시간 동안 집중 냉방이 이루어지고, 제 1설정시간이 경과한 후 제 1설정온도보다 높은 제 2설정온도로 제 2설정시간 동안 순응 냉방이 이루어지며, 이러한 순응 냉방 단계는 냉방 최고 온도(Tmax)에 도달할 때까지 지속적으로 설정온도를 증가시키며 계속될 수 있다.

도 3의 (a)를 참조하면, 초기온도(T1)로 Δt1동안 집중 냉방이 이루어지고, 순응 냉방은 설정온도(T2)가 미리 결정된 온도 간격만큼 상승된 상태로 Δt2(t2-t1)동안 이루어진다.

여기서 Δt2(예를 들어 30분)는 Δt1(예를 들어 20분) 보다 크게 설정될 수 있으며, 이는 낮은 온도(예를 들어, T1)로 집중적으로 공조를 수행하면, 비교적 짧은 시간(Δt1)에 인체의 쾌적감이 증대된 후 추위를 느끼게 되는 불쾌감이 발생하기 시작하며, 이보다 높은 온도(예를 들어, T2)로 공조를 수행하면, 인체의 항상성 및 온열쾌적감의 측면에서 비교적 긴 시간(t2)이 경과한 후에야 불쾌감이 발생하기 때문이다.

즉, 차기 순응 냉방단계는 이전 순응 냉방단계의 설정온도보다 높은 설정온도로 냉방이 이루어지고, 이전 설정시간보다 긴 설정시간으로 냉방이 이루어질 수 있다.

또한, 집중 냉방 단계에서 제 1순응 냉방단계로 전환되는 경우의 제 1설정온 도와 초기온도의 차이와 제 1순응 냉방단계에서 제 2순응 냉방단계로 전환되는 경우의 제 1설정온도와 제 2설정온도의 차이는 같거나 다를 수 있다.

또한, 상기 공기조화장치가 실내를 냉방하는 경우, 상기 집중 공조단계의 초기시간은 초기온도에 비례할 수 있다. 즉, 실외 기온이 높아 공기조화장치의 초기온도가 낮게 설정될수록 급격히 냉방이 이루어지므로 초기시간은 짧아지게 된다.

이것은 인체의 항상성 및 온열쾌적감을 고려한 것으로, 예를 들어 초기온도가 20℃ 내지 22℃의 범위 내에서 결정되는 경우에 집중 냉방시간은 25분 내지 35분의 범위 내에서 결정될 수 있고, 초기온도가 23℃ 내지 25℃의 범위에서 결정되는 경우에는 30분 내지 40분의 범위 내에서 결정될 수 있다.

이와는 반대로, 도 2 및 도 3의 (b)를 참조하면, 공기조화장치가 난방 운전인 경우에는 제 1설정온도(T1)로 제 1설정시간(Δt1) 동안 집중 난방이 이루어지고, 제 1설정시간이 경과한 후 제 1설정온도보다 낮은 제 2설정온도(T2)로 제 2설정시간(Δt2) 동안 순응 난방이 이루어지며, 이때 제 2설정시간(T2)은 제 1설정시간(T1)보다 길게 설정될 수 있으며, 상기 집중 공조단계의 초기시간은 초기온도에 반비례할 수 있다.

도 3의 (b)를 참조하면, 초기온도(T1)로 Δt1동안 집중 냉방이 이루어지고, 순응 냉방은 설정온도가 미리 결정된 온도 간격만큼 낮아진 상태로 Δt2(t2-t1)동안 이루어진다.

이때 Δt2(예를 들어 30분)는 Δt1(예를 들어 20분) 보다 크게 설정될 수 있으며, 이는 높은 온도(예를 들어, T1)로 집중적으로 공조를 수행하면, 비교적 짧은 시간(Δt1)에 인체의 쾌적감이 증대된 후 더위를 느끼게 되는 불쾌감이 발생하기 시작하며, 이보다 낮은 온도(예를 들어, T2)로 공조를 수행하면, 인체의 항상성 및 약간의 시원함을 느끼게 되는 쾌적감의 측면에서 비교적 긴 시간(Δt2)이 경과한 후에야 불쾌감이 발생하기 때문이다.

차기 순응 난방단계는 이전 순응 난방 단계의 설정온도보다 낮은 설정온도로 난방이 이루어지고, 이전 설정시간보다 긴 설정시간으로 난방이 이루어질 수 있다.

또한, 집중 난방 단계에서 제 1순응 난방단계로 전환되는 경우의 제 1설정온도와 초기온도의 차이와 제 1순응 난방단계에서 제 2순응 난방단계로 전환되는 경우의 제 1설정온도와 제 2설정온도의 차이는 같거나 다를 수 있다.

한편, 상기 집중 공조단계의 초기시간은 초기온도에 반비례할 수 있다. 즉, 실외 기온이 낮아 공기조화장치의 초기온도가 높게 설정될수록 급격히 난방이 이루어지므로 초기시간은 짧아지게 되며, 이러한 초기온도에 따른 초기시간은 실험적으로 결정될 수 있다.

즉, 초기온도(T1)로 초기시간 동안 집중 난방이 이루어진 후, 초기온도(T1)보다 미리 설정된 온도 간격만큼 온도가 하강된 온도(T2)로 초기시간(Δt1)보다 긴 시간(Δt2) 순응 난방이 이루어지며, 이러한 순응 난방단계는 공기조화장치의 설정온도 또는 실내의 온도가 난방최저온도(Tmin)에 도달할 때까지 계속될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법은 사용자의 위치를 감지하여 감지된 방향으로 집중 냉방 작동이 이루어지는 공기조화장치의 제어방법에 관한 것이다.

제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법은 냉방 및 난방에 모두 적용될 수 있으나, 이하 설명의 편의를 위하여 냉방인 경우로 한정하여 설명한다.

제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법은 사용자의 위치를 감지하는 단계(S100)를 포함하며, 공기조화장치의 작동시, 사용자입력 또는 설정에 의하여 희망온도가 결정되는 희망온도 결정단계(S101)와 상기 희망온도가 속하는 온도 구간에 따라 상기 희망온도보다 높은 냉방 목표 온도인 제 1설정온도가 결정되는 제 1설정온도 결정단계(S102)를 포함한다.

여기서 상기 사용자의 위치를 감지하는 단계는 PIR(Passive Infrared Ray)센서로 수행될 수 있으며, 본 문서에서 직접 공조(직접풍)이란 용어는 공조공간 중 특히 사용자의 위치가 감지된 영역으로 냉방이 수행되는 것을 나타내고, 간접 공조(간접풍)이란 용어는 공조공간 전체에 걸쳐 냉방이 수행되는 것을 나타낸다.

제 2 실시예에서는 공조 공간 내의 사용자의 위치를 감지하여 감지된 방향으로 집중 냉방이 수행되므로, 절전기능 및 온열 쾌적감을 고려하여 사용자가 입력한 희망온도보다 높은 냉방 목표 온도로 제 1설정온도가 결정된다. 이때, 제 1설정온도와 희망온도의 차이는 0.5℃ 내지 2℃일 수 있다.

즉, 희망온도의 범위를 복수의 구간으로 구분할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나 예를 들어 희망온도가 22.5℃이하의 구간에서 결정된 경우에 냉방목표온도인 제 1설정온도는 24℃로 결정될 수 있다.

사용자의 위치 및 공기조화장치의 제 1설정온도가 결정되면, 상기 제 1설정온도로 미리 결정된 제 1설정시간 동안 실내를 냉방하는 집중 냉방단계(S103)가 수행된다.

공기조화장치는 설정온도에 대응되어 설정된 작동시간이 저장된 타이머를 포함할 수 있으며, 상기 타이머에 입력된 제 1설정시간 동안 제 1설정온도로 집중 냉방 운전을 수행하도록 제어될 수 있고, 집중 냉방이 이루어지는 과정 동안 제 1설정시간이 경과여부를 판단(S104)하여, 제 1설정시간이 경과한 경우에 제 2설정시간 동안 제 1설정온도보다 높은 제 2설정온도로 순응 냉방 운전(S105)을 수행하도록 제어될 수 있다.

이후, 지속적으로 설정온도를 증가시키며 공기조화장치의 설정온도가 냉방 최고 온도에 도달할 때까지 순응 냉방 운전이 반복되며, 구체적으로, 제 N(>1) 설정시간이 경과되면, 순차적으로 제 N 설정온도 보다 높은 제 N+1설정온도로 제 N+1설정시간 동안 실내를 냉방하는 제 N순응 냉방단계가 추가로 수행될 수 있으며, 제 N설정온도가 미리 설정된 냉방 최대 온도에 도달하면 제 N설정온도로 냉방이 일정하게 유지될 수 있고, 제 N+1설정시간은 제 N설정시간보다 길게 설정될 수 있다.

즉, 제 N 설정온도로 제 N+1설정시간동안 제 N순응 냉방 단계가 진행되는 경우에 제 N+1시간이 경과되었는지 여부를 판단(S106)하고, 제 N+1시간이 경과한 경우에 제 N 설정온도가 냉방 최고 온도에 도달하였는지를 판단(S107)하며, 제 N설정온도가 냉방 최고 온도에 도달하지 못한 경우에 제 N설정온도를 미리 결정된 온도간격(ΔTc)만큼 증가(S108)시켜 제 N+1설정온도로 제 N+1순응 냉방 단계가 수행될 수 있다. 한편, 제 N 설정온도가 냉방 최고 온도에 도달한 경우에는 더이상 설정온도를 증가시키지 않고 상기 제 N설정온도로 냉방이 지속(S109)된다.

여기서, 냉방 최고 온도는 28℃ 내지 30℃ 일 수 있으며, 상기 제 2설정온도와 제 1설정온도의 차이는 0.5℃ 내지 2℃일 수 있고, 상기 제 2설정시간과 제 1설정시간의 차이는 5분 내지 30분일 수 있으며, 이는 실험적으로 결정되며, 구체적인 이유는 전술한 바와 같다.

이것은 인체의 항상성 및 온열 쾌적감을 고려한 것으로, 예를 들어 제 1설정온도가 20℃ 내지 22℃의 범위 내에서 결정되는 경우에 집중 냉방이 이루어지는 제 2 설정시간은 집중 냉방시간은 25분 내지 35분의 범위 내에서 결정될 수 있고, 제 2설정온도가 23℃ 내지 25℃의 범위에서 결정되는 경우에 순응 냉방이 이루어지는 제 3설정시간은 30분 내지 40분의 범위 내에서 결정될 수 있다.

한편, 상기 집중 냉방단계의 제 1설정시간은 제 1설정온도에 비례할 수 있다. 즉, 실외 기온이 높아 공기조화장치의 제 1설정온도가 낮게 설정될수록 제 1설정시간은 짧아지게 된다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법의 온도-시간 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5의 (a)와 (b)는 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법의 온도-시간 관계를 나타내는 그래프로서, 도 5의 (b)에는 도 6의 (a) 보다 낮게 제 1설정온도가 설정된 경우의 온도-시간 관계가 도시된 것이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 초기온도(T1)로 Δt1동안 집중 냉방이 이루어지고, 순응 냉방은 설정온도가 미리 결정된 온도 간격(ΔT1)만큼 높아진 상태로 Δt2(t2-t1)동안 이루어진다. 이때 Δt2(예를 들어 30분)는 Δt1(예를 들어 20분) 보다 크게 설정될 수 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, T1보다 높은 초기온도T1'로 Δt1'동안 집중 냉방이 이루어지고, 순응 냉방은 설정온도가 미리 결정된 온도 간격(ΔT1')만큼 높아진 상태로 Δt2'(t2'-t1')동안 이루어진다. 이때 Δt2'는 Δt1' 보다 크게 설정될 수 있다.

여기서, 상기 미리 결정된 온도간격인 ΔT1과 ΔT1'이 같은 경우에는 Δt1'이 Δt1보다 길게 설정되며, 따라서 실외 기온이 높아 공기조화장치의 제 1설정온도가 높게 설정될수록 제 1설정시간은 길어지는 것을 확인할 수 있다.

이것은 인체의 항상성 및 온열 쾌적감을 고려한 것으로, 낮은 온도(예를 들어, T1)로 집중적으로 공조를 수행하면, 비교적 짧은 시간(Δt1)에 인체의 쾌적감이 증대된 후 추위를 느끼게 되는 불쾌감이 발생하기 시작하며, 이보다 높은 온도(예를 들어, T1')로 공조를 수행하면, 인체의 항상성 및 온열쾌적감의 측면에서 비교적 긴 시간(Δt1)이 경과한 후에야 불쾌감이 발생하기 때문이다.

한편, 공기조화장치의 타이머에는 설정온도별 작동시간이 카운팅될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 공기조화장치의 냉방목표온도인 설정온도가 T1인 경우에는 상기 온도로 Δt1 동안 공조가 수행될 수 있도록 작동시간이 입력될 수 있으며, 설정온도가 T2인 경우에는 Δt2 동안 공조가 수행될 수 있도록 작동시간이 각각 입력될 수 있다.

도 6을 참조하여 공기조화장치의 제어방법을 설명하면, 제 1설정온도인 T1으로 Δt1 동안 집중 냉방이 수행되고, 제 1설정온도보다 높은 제 2설정온도인 T2로 Δt2 동안 순응 냉방이 수행되며, 제 5설정온도가 냉방최고온도에 도달할 때까지 순응 냉방 단계가 계속 반복된다.

이때, 사용자가 희망온도를 변경하게 되면, 상기 변경된 희망온도가 속하는 구간의 설정온도로 변경이 되고, 이러한 설정온도에 따른 작동시간으로 변경되어 인체 순응 냉방이 계속 이루어진다. 예를 들어, 설정온도 T1에서 설정온도 T2로 변경된 경우에는 Δt2 동안 T2온도로 집중 냉방이 이루어지고, Δt3 동안 T3온도로 순응 냉방이 이루어진다.

또한, 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법은 공기조화장치의 작동시, 미리 설정된 직접 냉방 시간 동안 사용자의 위치 영역으로 직접 공기를 토출하는 직접 냉방단계; 및 상기 직접 냉방 시간이 경과하면 직접 냉방 시간보다 짧은 간접 냉방 시간 동안 공기 조화 영역 전체로 공기를 토출하는 간접 냉방단계를 추가로 포함할 수 있다.

즉, 공기조화장치의 설정온도를 변경시킬 뿐만 아니라, 풍향을 변경시킴으로써 사용자에게 최적의 쾌적감을 제공할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법의 풍향-시간 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7을 참조하면, 공기조화장치의 작동시, 집중 냉방 또는 순응 냉방 단계와 직접 냉방 단계는 동일 시점에서 함께 시작(A)될 수 있고, 공기조화장치의 작동 중 일부 구간에서, 집중 냉방 단계와 직접 냉방 단계는 함께 수행(B)될 수 있다.

여기서, 상기 직접 냉방 시간은 10분 내지 30분일 수 있고, 상기 간접 냉방 시간은 1분 내지 10분일 수 있으며, 바람직하게 상기 직접 냉방 시간은 약 20분일 수 있고, 간접 냉방 시간은 약 5분일 수 있다.

인체 순응을 위한 온도변경의 기준이 되는 설정시간과 직접풍과 간접풍을 전환하는 풍향 변경의 기준이 되는 설정시간은 독립적인 2개의 타이머에 각각 저장될 수 있으며, 이에 따라 집중 냉방 단계와 직접 냉방 단계는 독립적으로 조절이 가능하며, 동일 시점에서 함께 시작되거나, 일부 시간 구간에서 함께 진행될 수 있다.

또한, 제 2 실시예에 따른 제어방법에 따르면, 공기조화장치의 작동시, 실내 공간과 실외 공간의 온도 차이를 계산하여 그 값이 미리 설정된 임계 온도 이하인 경우에 제 N 설정온도가 유지되도록 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 순서도로서, 실내 공간과 실외 온도 차이를 고려하여 공기조화장치를 제어하는 방법이 도시되어 있다.

사용자는 실내 공간과 실외 공간의 온도 차이가 일정한 온도 이하인 경우에 쾌적감을 느끼게 되며, 이에 따라 실내 공간과 실외 공간의 온도차이를 보상하기 위하여 공기조화장치가 제 N설정온도로 냉방 작동시, 실내 온도와 실외 온도를 측정(S200)하고 그 차이값을 계산한 후 미리 설정된 임계 온도와 비교(S201)하여, 상기 실외 온도와 실내 온도의 차이가 임계 온도 이하인 경우에는 더 이상 설정온도를 증가시키지 않고 제 N설정온도를 유지시킨 상태로 냉방(S202)이 이루어진다. 한편, 상기 임계온도는 3℃ 내지 7℃의 범위 내에서 결정될 수 있으며, 바람직하게 임계온도는 5℃로 결정될 수 있으며, 이러한 임계온도는 실험적으로 결정된다.

이와는 다르게, 실내 공간과 실외 공간의 온도차이가 임계 온도보다 큰 경우에는 전술한 바와 같이, 제 N설정온도가 냉방최고온도에 도달했는지 여부를 판단(S203)한 후, 제 N설정온도가 냉방최고온도에 도달한 경우에는 제 N설정온도로 냉방이 계속 이루어지고(S204), 제 N설정온도가 냉방최고온도보다 작은 경우에는 제 N설정온도를 미리 결정된 온도간격(ΔTc)만큼 증가된 제 N+1설정온도로 변경(S205)하여 순응냉방단계를 계속 수행하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따르면, 실외에서 활동을 하다 실내의 사무실이나 가정으로 입실하여 공기조화장치를 사용할 경우 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 설정온도 및/또는 기류(풍향)에 따른 인체의 열적 항상성 및 인체의 온열 쾌적성 변화를 고려함으로써 사용자에게 지속적인 쾌적감을 제공할 수 있고, 쾌적냉방 운전은 물론 냉방병의 원인이 되는 과잉냉방을 억제하여 사용자의 건강을 유지시킬 수 있다.

또한, 공조초기단계부터 공조후기단계에 이르기까지 인체순응에 따른 적정 냉방온도 또는 적정 난방온도를 지속적으로 유지 및 변화시킴으로써 에너지를 절약할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치를 나타내는 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치(100)는 실외기(300)와 실내기(200)를 포함하며, 상기 실내기와 실외기는 일체형으로 구성될 수도 있고, 분리 형으로 각각 구성될 수도 있다.

상기 공기조화장치(100)는 흡입된 실내공기를 냉매와 열교환하여 냉각시키는 열교환기(도시되지 않음)와 열교환된 실내공기를 실내로 송풍하는 송풍팬(210)과 실내로 송풍되는 공기의 방향을 조절하는 풍향조절장치(220)와 상기 송풍팬과 풍향조절장치의 작동시간을 각각 카운팅하는 제 1 및 제 2 타이머(270a 및 270b) 및 냉방 목표 온도와 제 1타이머(270a)의 시간정보를 수신하여 냉방 목표 온도인 제 M(M≥1)설정온도로 미리 결정된 제 M설정시간 동안 실내를 집중 냉방하며, 제 M설정시간이 경과되면 제 M 설정온도 보다 높은 제 M+1설정온도로 제 M+1설정시간 동안 실내를 냉방하도록 제어하는 제어부(250)를 포함한다.

상기 제어부(250)는 실내의 인체의 위치를 감지하여 인체 감지부(260)를 더 포함하 수 있고, 상기 제어부(250)는 제 2 타이머(270b)의 시간 정보를 수신하여 미리 설정된 직접 냉방 시간 동안 감지된 인체 방향으로 송풍되도록 풍향조절장치(220)를 제어하고, 상기 직접 냉방 시간이 경과하면 미리 설정된 간접 냉방 시간 동안 실내 전체로 송풍되도록 풍향조절장치(220)를 제어할 수 있다.

또한, 공기조화장치(100)는 온도 감지부(280)와 습도 감지부(290) 및 냉매의 유동량을 조절하는 등의 각 종 밸브(230)를 추가로 포함할 수 있다.

이러한 구조를 갖는 공기조화장치(100)를 통한 집중 냉방 또는 순응 냉방 제어는 전술한 바와 같다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안 에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 개념도.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 순서도.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법의 온도-시간 관계를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 순서도.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법의 온도-시간 관계를 나타내는 그래프.

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법의 풍향-시간 관계를 나타내는 그래프.

도 8은 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화장치의 제어방법을 나타내는 순서도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치를 나타내는 구성도.

Claims (24)

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10. 사용자의 위치를 감지하여 감지된 방향으로 집중 냉방 작동이 이루어지는 공기조화장치의 제어방법으로서,

    (a)공기조화장치의 작동시, 사용자입력 또는 설정에 의하여 희망온도가 결정되는 희망온도 결정단계;

    (b)상기 희망온도가 속하는 온도 구간에 따라 상기 희망온도보다 높은 냉방 목표 온도인 제 1설정온도가 결정되는 제 1설정온도 결정단계;

    (c)상기 제 1설정온도로 미리 결정된 제 1설정시간 동안 실내를 냉방하는 집중 냉방단계; 및

    (d)상기 집중 냉방단계가 시작된 후 상기 제 1설정시간이 경과되면 제 1 설정온도 보다 높은 제 2설정온도로 제 2설정시간 동안 실내를 냉방하는 순응 냉방단계를 포함하고,

    상기 집중 냉방단계 및 상기 순응 냉방단계에 따른 공기조화장치의 작동시,

    미리 설정된 직접 냉방 시간 동안 사용자의 위치 영역으로 직접 공기를 토출하는 직접 냉방단계; 및

    상기 직접 냉방 시간이 경과하면 직접 냉방 시간보다 짧은 간접 냉방 시간 동안 공기 조화 영역 전체로 공기를 토출하는 간접 냉방단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    제 N(>1) 설정시간이 경과되면, 순차적으로 제 N 설정온도 보다 높은 제 N+1설정온도로 제 N+1설정시간 동안 실내를 냉방하는 제 N순응 냉방단계를 추가로 포함하는 공기조화장치의 제어방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 N설정온도가 미리 설정된 냉방 최대 온도에 도달하면 제 N설정온도로 냉방이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    제 N+1설정시간은 제 N설정시간보다 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 2설정온도와 제 1설정온도의 차이는 0.5℃ 내지 2℃인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 2설정시간과 제 1설정시간의 차이는 5분 내지 30분인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
16. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 1설정온도와 희망온도의 차이는 0.5℃ 내지 2℃인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
17. 삭제
18. 제 10 항에 있어서,

    공기조화장치의 작동 중 일부 구간에서, 집중 냉방 단계와 직접 냉방 단계는 함께 시작되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
19. 제 10 항에 있어서,

    공기조화장치의 작동시, 집중 냉방 단계와 직접 냉방 단계는 동일 시점에서 함께 진행되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
20. 제 10 항에 있어서,

    상기 직접 냉방 시간은 10분 내지 30분인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
21. 제 10 항에 있어서,

    상기 간접 냉방 시간은 1분 내지 10분인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
22. 제 10 항에 있어서,

    공기조화장치의 작동시, 실내 공간과 실외 공간의 온도 차이를 계산하여 그 값이 미리 설정된 임계 온도 이하인 경우에 제 N 설정온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
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