KR20110103235A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20110103235A
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Abstract

재실자의 위치정보 및 재실자 주위의 온도정보를 이용하여 쾌적 냉난방 공기조화운전을 하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제시한다. 이를 위해 본 발명의 공기조화기는 실내공간의 재실자의 위치를 감지하는 재실자 위치감지부와, 실내공간의 온도를 감지하는 온도감지부와, 이 재실자의 위치정보 및 재실자 주위의 온도정보에 따라 공기조화운전을 제어하는 제어부를 포함한다. 위와 같은 구성으로 재실자에게 불쾌감을 주지 않는 쾌적 냉난방 서비스를 제공할 수 있게 된다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{AIR CONDITIONER AND CONTROL METHOD THEREOF}
압축기, 응축기, 팽창기, 증발기 등으로 이루어지는 냉매의 공조사이클을 이용하여 실내를 냉난방하거나, 필터 등을 이용하여 공기를 정화시키는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
가전기기가 점차 고성능화되면서 기기 사용 효율을 최대화하기 위한 여러 방안이 도입되고 있다. 그 중 하나가 기기를 사용하는 사람의 위치를 감지하여 서비스를 받고자 하는 사람에게 보다 효율적으로 대응을 해주는 것이다. 이는 서비스를 받는 사람의 만족도를 향상시킬 수 있으며 필요한 부분에만 서비스를 제공함으로써 에너지 사용을 최적화 및 최소화할 수 있는 장점이 있다. 이러한 방식이 실내를 냉난방 하거나 공기를 정화시키는 공기조화기에 도입되고 있다.
이렇게 사람의 위치 등을 파악하기 위해 공기조와기는 적외선 센서가 사용되었다. 적외선 센서는 PIR(Passive Infrared) 센서와 써모파일(Thermopile) 센서가 주로 사용되며, PIR 센서는 감지영역 상에 온도 변화를 초래할 수 있는 어떠한 물체가 들어오게 되면 검출 신호를 출력하고, 이에 의하셔 사람의 위치를 파악한다. PIR 센서를 이용하는 경우 사람의 위치는 파악할 수 있으나, 온도 정보는 취득할 수 없다.
써모파일 센서는 감지영역의 온도 분포를 취득하기 위해 충분한 시간 동안의 스캐닝을 하고, 스캐닝을 통해서 얻은 온도 분포로부터 사람의 위치를 계산한다. 그러나, 단순 발열체가 아닌 사람의 정확한 위치 판단을 위해서는 높은 해상도를 가지는 열화상 카메라 수준의 온도 분포 정보가 필요하다. 써모파일 센서를 이용하여 높은 해상도의 온도 분포 정보를 수집하기에는 긴 감지 시간과 높은 비용 측면에서 적용이 어려우며, 열화상 카메라는 감지 시간을 짧지만 매우 높은 비용이 요구된다.
사람의 정확한 위치와 사람 주위의 온도를 이용하여 쾌적 냉난방 운전을 하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제시하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기는 실내 공간의 재실자의 위치를 감지하는 위치감지부; 실내 공간의 온도를 감지하는 온도감지부; 위치감지부에서 획득한 재실자의 위치정보와 온도감지부에서 획득한 재실자 주변의 온도정보에 따라 재실자 방향으로 공기를 토출하는 제어부를 포함한다.
이때, 위치감지부는 실내 공간을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있으며, 카메라는 두 대의 카메라로 이루어지는 스테레오 카메라일 수 있다.
또한, 위치감지부는 카메라로 획득한 영상 정보를 처리하여 재실자의 위치를 산출하는 재실자 위치산출부를 포함할 수 있다.
온도감지부는 열감지센서를 포함할 수 있으며, 열감지센서는 적외선 센서의 일종인 써모파일센서일 수 있다. 써모파일센서는 하나의 열감지장치를 가지는 단일채널 써모파일센서 또는 다수의 감지장치를 가지는 다채널 써모파일센서일 수 있으며, 스테레오 카메라의 중앙에 위치할 수 있다.
또한, 온도감지부는 써모파일센서의 열감지방향을 변경시키도록 써모파일센서를 이동시키는 회동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 온도감지부는 다채널 써모파일센서의 채널 중 위치산출부에서 산출된 재실자 위치와 가장 가까운 채널에서 감지된 온도를 재실자 주변의 온도로 결정하거나, 다채널 써모파일센서의 채널 중 재실자 위치 산출부에서 산출된 재실자 위치와 가까운 두 개의 채널에서 감지된 온도를 재실자 위치로부터 두 개의 채널까지의 거리를 고려하여 가중치 평균한 값을 재실자 주변의 온도로 결정하는 온도결정부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 써머파일센서가 위치 산출부에서 산출된 재실자 위치의 열을 감지하도록 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기는 공기가 토출되는 토출구와 토출구에서 토출되는 공기의 방향을 변경하는 방향전환부를 더 포함하고, 제어부는 토출구에서 토출되는 공기의 방향이 위치산출부에서 산출된 재실자 위치를 향하도록 방향전환부를 제어할 수 있다.
이때, 제어부는 써머파일센서로부터 획득한 재실자 주변의 온도정보에 따라 토출구에서 토출되는 공기의 온도 또는 양 또는 속도를 조절할 수 있다.
또한, 제어부는 써머파일센서로부터 획득한 재실자 주변의 온도가 사용자로부터 입력된 실내설정온도를 기초로 결정되는 제1기준온도에 도달하면 방향전환부를 제어하여 토출구에서 토출되는 공기의 방향을 재실자 위치로부터 벗어나도록 할 수 있다.
또한, 제어부는 써머파일센서로부터 획득한 재실자 위치 주면의 온도가 사용자로부터 입력된 실내설정온도를 기초로 결정되는 제2기준온도에 도달하면 방향전환부를 제어하여 토출구에서 토출되는 공기의 방향을 재실자 위치로 향하도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어방법은 카메라로 실내영상정보를 획득하고, 획득된 실내영상정보에서 재실자 위치를 산출하고, 열감지센서의 감지 방향을 재실자의 위치로 향하게 하고, 열감지센서로 재실자 주변의 온도를 감지하고, 재실자 위치정보와 재실자 주변의 온도정보를 이용하여 재실자 방향으로 공기를 토출하도록 한다.
이때, 재실자 주변의 온도정보에 따라 토출되는 공기의 온도 또는 양 또는 속도를 조절할 수 있으며, 재실자 주변의 온도정보에 따라 토출되는 공기의 방향을 변결시킬 수 있다.
카메라와 써모파일센서를 이용하여 재실자의 위치 및 재실자 주변 온도 정보를 이용하여 공기조화기의 절전 또는 쾌적 운전 성능을 극대화시킬 수 있게 된다.
또한, 열화상 카메라와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고 재실자의 위치 및 재실자 주변 온도 정보를 획득하고, 이를 공기조화기의 운전 제어에 활용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 측방 단면도이다.
도 3a은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기에 적용되는 단채널 써모파일센서의 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 단채널 써모파일센서의 실내공간 스캐닝 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어부의 동작을 나타내는 블럭도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 재실자 위치 정보 및 재실자 주변 온도 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 측방 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기에 적용되는 다채널 써모파일센서의 제1예를 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 다채널 써모파일센서의 실내공간 스캐닝 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기에 적용되는 다채널 써모파일센서의 제2예를 나타내는 도면이다.
도 9b는 도 9a의 다채널 써모파일센서의 실내공간 스캐닝 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 제어부의 동작을 나타내는 블럭도이다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 재실자 위치 정보 및 재실자 주변 온도 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 의한 공기조화기의 개략적인 제어방법을 설명하는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 의한 공기조화기의 구체적인 제어방법의 제1예를 설명하는 순서도이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 의한 공기조화기의 구제척인 제어방법의 제2예를 설명하는 순서도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 측방 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기(10)는 전면이 개방된 박스형 캐비닛(11)과 이 캐비닛(11)의 개방된 전면을 덮은 전면패널(12)을 포함한다. 공기조화기(10)의 내부에는 열교환을 위한 열교환기(13)와 공기의 송풍을 위한 송풍팬(14)이 설치된다.
공기조화기(10) 하부의 양쪽 측면에는 실내공기를 공기조화기(10) 내부로 흡입하기 위한 흡입구(15)가 위치하며, 공기조화기(10)의 측면에는 내부에서 조화된 공기를 다시 실내공간으로 토출시키는 토출구(16)가 위치한다.
토출구(16)의 내측에는 토출되는 공기의 방향을 변경시키는 방향전환부(17)가 설치된다 방향전환부(17)는 토출되는 공기의 방향을 좌우로 변경시키는 좌우루버(17a)와 상하로 변경시키는 상하루버(17b)를 포함한다. 도 1 및 도 2에서는 공기조화기(10)의 한 쪽 부분에만 토출구(16)와 방향전환부(17)를 도시하였으나, 다른 한 쪽에도 동일한 토출구가 형성되어 있음은 물론이다.
공기조화기(10)의 전면패널(12)에는 열감지센서의 일종인 써모파일센서(18a)와 실내공간을 촬영하는 카메라(19)가 설치된다. 써모파일센서(18a)는 발열체로부터 방사되는 에너지(즉, 적외선)을 감지하여 실내공간의 온도 분포를 획득하는 역할을 수행한다. 써모파일센서(18a)의 자세한 구조 및 동자에 대해서는 후술한다. 카메라(19)는 실내공간을 촬영하는 역할을 수행하며, CMOS 센서, CCD 센서 등을 이용할 수 있다.
공기조화기(10) 내부의 열교환기(13)는 내부의 공기가 통과하면서 열교환이 될 수 있도록 상부 공간 내측에 소정의 경사를 갖도록 설치된다. 또한, 송풍팬(14)이 공기조화기(10)의 내측 하부공간에 설치되며, 양측의 흡입구(15)를 통해 공기조화기(10) 내부로 흡입된 공기가 상부의 열교환기(13)를 거쳐 토출구(16) 쪽으로 흐르도록 송풍한다.
이러한 구조의 공기조화기(10)는 송풍팬(14)이 동작할 때 흡입구(15)를 통해 공기조화기(10) 내부로 흡입되는 공기가 본체(10) 내측 상부의 열교환기(13)를 거쳐 열교환된 후, 상부의 토출구(16)를 통해 다시 실내공간으로 공급됨으로써 실내공기를 냉난방시킬 수 있다.
또한, 공기조화기(10)는 써모파일센서(18a)와 카메라(19)를 이용하여 획득한 실내공간에 존재하는 사람 즉, 재실자의 위치정보 및 재실자 주위의 온도정보를 기초로 공기조화운전을 수행한다. 먼저, 써모파일센서(18a)의 구조 및 동작을 살펴보고, 써모파일센서(18a)와 카메라(19)를 이용하여 재실자의 위치정보 및 온도정보를 획득하는 방법을 설명하기로 한다.
도 3a은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기에 적용되는 단채널 써모파일센서의 사시도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 온도감지부(18a)가 단채널 써모파일센서(18a)인 경우, 한 개의 열감지장치(e0)를 포함한다. 단채널 써모파일센서(18a)는 회동부(18b)에 의해 좌우 및 상하로 회동한다. 또한, 필요에 따라서는 좌우 또는 상하의 하나의 방향으로만 회동하도록 하게 할 수 도 있다. 다만, 단채널 써모파일센서(18a)는 열감지장치(e0)의 열감지영역이 작기 때문에 단채널 써모파일센서(18a)를 좌우 및 상하의 방향으로 움직이도록 하는 회동부(18b)를 설치하는 것이 일반적이다.
도 3b는 도 3a의 단채널 써모파일센서(18a)의 실내공간 스캐닝 궤적의 예를 나타내는 도면이다. 위에서 언급한 바와 같이 단채널 써모파일센서(18a)의 열감지영역이 작기 때문에 실내공간의 온도 분포 정보를 획득하기 위해서는 좌우 및 상하 방향으로 이동하여 실내공간 전체를 스캐닝하여야 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어부의 동작을 나타내는 블럭도이다.
도 1 및 도 2에 도시되지는 않았지만 공기조화기(10)의 내부에는 공기조화기(10)의 운전을 제어하는 제어부(20)가 설치된다. 제어부(20)는 사용자가 입력부(21: 미도시)를 통해 입력한 운전모드, 실내설정온도 등의 정보와 써모파일센서(18a)에서 전달되는 재실자 주변 온도정보와 카메라(19)에서 전달되는 실내공간의 영상정보를 이용하여 송풍팬(14) 등을 제어하게 된다.
즉, 제어부(20)는 이러한 정보들을 수신하여 팬구동부(22: 미도시)를 제어하여 송풍팬(14)을 구동시키고, 루버구동부(23: 미도시)를 제어하여 좌우루버(17a)와 상하루버(17b)를 구동시키고, 회동부(18b)를 제어하여 모터(25: 미도시)를 구동시키고, 압축기구동부(24: 미도시)를 제어하여 압축기(26: 미도시)를 구동시킨다. 재실자의 위치정보와 재실자 주변의 온도정보를 이용하여 구체적으로 제어하는 것은 후술하기로 한다.
먼저, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 재실자의 위치 및 재실자 주위 온도 정보를 획득하는 방법을 설명한 후, 이 정보들을 이용하여 공기조화기(10)의 구체적인 운전을 제어하는 방법을 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 재실자 위치 정보 및 재실자 주변 온도 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5a는 카메라(19)를 통해 획득한 실내영상정보(27)를 나타낸다. 실내영상정보(27)에는 재실자(27a)의 이미지가 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 5b은 이 재실자(27a)의 위치로 판단하는 얼굴부분의 영역, 즉 재실자 위치영역(27b)을 산출하는 것을 나타내고 있다. 이렇게 촬영된 실내영상정보(27)를 이용하여 재실자의 위치영역(27b)을 추출하는 것은 특징점(Feature Point)을 이용한 다양한 이미지 프로세싱 방법을 이용하여 수행된다. 이런 이미지 프로세싱 방법을 이용하여 재실자(27a)의 위치로 인식되는 재실자 위치영역(27b)의 좌표정보를 획득하게 된다. 이러한 이미지 프로세싱은 카메라(19)에 내장되거나 별도로 설치되는 재실자 위치산출부(미도시)에 의해서 수행될 수 있다.
이렇게 재실자(27a)의 위치정보가 획득되면, 재실자(27a) 주위의 온도 정보를 획득해야 한다. 도 5c를 참조하면, 실내영상정보(27)에 써모파일센서(18a)의 초기 상태에서의 감지영역인 제1영역(27c)이 도시되어 있다.
제어부(20)는 카메라(19)의 영상정보(27)와 재실자 위치산출부가 이 영상정보(27)를 이미지 프로세싱을 하여 얻은 재실자(27a) 위치정보를 수신하여, 써모파일센서(18a)가 재실자(27a) 주변의 온도를 감지하도록 써모파일센서(18a)의 감지 방향을 변경시킨다. 즉, 제어부(20)는 재실자(27a) 위치 정보를 수신하여 회동부(18b)를 제어하여 모터(25)를 구동시킴으로써 써모파일센서(18a)의 감지 방향을 변경시킨다. 특히, 단채널 써모파일센서(18a)의 경우 회동부(18b)에 의해서 좌우 및 상하 방향으로 감지방향이 변경되도록 2자유도를 가진다.
도 5d에 재실자(27a)의 위치정보를 기초로 단채널 써모파일센서(18a)의 초기감지 영역인 제1영역(27c)이 이동하여 재실자(27a)의 위치를 포함하는 제2영역(27d)으로 변화된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 단채널 써모파일센서(18a)의 감지방향이 변경되면 재실자(27a) 주변의 온도정보를 획득할 수 있게 된다.
위와 같이 획득한 재실자(27a)의 위치정보와 재실자(27a) 주위의 온도정보를 이용하여 제어부(20)는 공기조화기(10)의 운전을 제어할 수 있다. 이들 정보는 특히, 공기조화기(10)의 절전 및 쾌적 운전에 적용이 가능하다.
즉, 재실자(27a)가 공기조화기(10)를 작동시킨 경우에 바로 공기의 토출 방향을 재실자(27a)의 위치로 향하게 함으로써 재실자(27a)를 만족시키고, 재실자(27a) 주변 온도에 따라 풍량, 풍속, 온도 등을 제어하여 재실자(27a)에게 과도한 냉풍 또는 온풍을 제공하지 않음으로써 쾌적 냉난방을 수행할 수 있는 것이다. 이는 불필요한 냉난방을 수행하지 않게 함으로써 절전 효과도 아울러 얻을 수 있다.
예를 들면 다음과 같이 공기조화기(10)의 운전을 제어할 수 있다. 재실자(27a)가 입력부(21)를 통하여 냉방모드로 특정 설정실내온도로 공기조화기(10)를 동작시킨 경우에, 제어부(20)는 먼저 카메라(19)를 통하여 재실자(27a)의 위치 정보를 감지하게 된다. 구체적인 방법은 앞에서 언급한 바와 같이 카메라(19) 및 재실자 위치산출부에 의해서 수행된다.
재실자(27a)의 위치 정보가 획득되면 제어부(20)는 방향전환부(17) 즉, 좌우루버(17a) 및 상하루버(17b)를 적절히 제어하여 토출구(16)에서 토출되는 공기가 재실자(27a) 위치로 향하게 한다.
또한, 제어부(20)는 회동부(18b)를 제어하여 써모파일센서(18a)의 감지방향이 재실자(27a)의 위치를 향하게 하여, 재실자(27a) 주위의 온도를 감지하도록 한다.
써모파일센서(18a)에서 감지되는 재실자(27a) 주위의 온도가 감지되면, 이 값을 재실자(27a)가 입력한 실내설정온도을 기초로 설정된 제1기준온도와 비교하여 토출구(16)에서 토출되는 공기의 풍량, 풍속, 온도 등을 제어할 수 있다. 이때, 제1기준온도는 실내설정온도에 실내설정온도에 따라 결정되는 일정한 상수값 α를 더하거나 뺀 값으로 설정될 수 있다. 또는 이 제1기준온도 자체를 재실자(27a)에 의해서 입력부(21)를 통하여 입력받을 수도 있다.
예를 들어 공기조화기(10)가 냉방운전을 수행 중에 써모파일센서(18a)에서 감지되는 재실자(27a) 주위의 온도가 제1기준온도보다 더 낮으면 풍량이나 풍속을 줄이거나 토출되는 공기의 온도를 더 높게 조절할 수 있으며, 재실자(27a) 주의의 온도가 제1기준온도보다 더 높으면 풍량이나 풍속을 더 크게 하거나 토출되는 공기의 온도를 더 낮게 조절할 수 있다.
또한, 실내 공기가 실내설정온도에 도달하지 않는 상황에서 재실자(27a) 주위의 온도가 기준온도보다 더 낮으면, 방향전환부(17)를 제어하여 토출구(16)에서 토출되는 공기의 방향을 재실자(27a)의 위치로부터 벗어나도록 하게 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 사시도이며, 도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 측방 단면도이다.
본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기(30)는 앞의 공기조화기(10)와 비교하여 카메라(19) 대신 스테레오 카메라(39)가 설치된 것을 제외하고는 다른 구성은 모두 동일하다. 따라서, 공기조화기(30)은 공기조화기(10)와 비교하여 도면 부호는 다르게 표기되어 있으나 대응되는 동일한 구성들에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
스테레오 카메라(39)는 두 대의 제1카메라(39a)와 제2카메라(39b)로 이루어지며, 실내공간의 영상을 촬영하는 역할을 수행한다. 스테레오 카메라(39)를 사용하는 이유는 재실자의 위치를 보다 더 정확하게 감지하기 위한 것으로, 하나의 카메라를 사용하는 경우와 비교하여 재실자까지의 방향정보 뿐만 아니라 거리정보까지 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있다.
스테레오 카메라(39)의 중심 위치에는 써모파일센서(38a)가 위치한다. 이렇게 써모파일센서(38a)를 스테레오 카메라(39)의 중심 위치에 설치하는 이유는 스테레오 카메라(39)의 중심을 3차원 좌표의 중심으로 설정하기 때문이다. 즉, 스테레오 카메라(39)로부터 획득한 재실자의 위치 좌표에 맞추어 써모파일센서(38a)의 감지 방향을 조절하게 되는데, 써모파일센서(38a)를 스테레오 카메라(39)의 중심에 설치하는 것이 계산에 편리하기 때문이다. 물론, 중심이 아닌 다른 부분에 설치하여도 스테레오 카메라(39)의 중심을 기준으로 한 상대적인 위치를 기준으로 써모파일센서(38a)의 좌표를 보상하여 똑같은 결과를 낼 수도 있다. 이하 도 8a 내지 도 9b를 참조하여 다채널 써모파일센서(38a)의 구조 및 동작을 설명하기로 한다.
도 8a는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기에 적용되는 다채널 써모파일센서의 제1예를 나타내는 도면이며, 도 8b는 도 8a의 다채널 써모파일센서의 실내공간 스캐닝 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
다채널 써모파일센서(38a)는 하나의 열감지장치(e0)를 가진 단채널 서모파일센서(18a)와는 달리 8개의 열감지장치(e1~e8)들을 가진다. 물론, 설계사양에 따라서 열감지장치를 8개보다 더 적은 개수 또는 더 많은 개수로 설치할 수도 있다. 도 8a의 단채널 써모파일센서(38a)는 열감지장치(e1~e8)들이 상하 방향으로 배치되어 있다.
또한, 써모파일센서(38)의 감지 방향을 변경시키기 위하여 회동부(38b)가 설치되는데, 도 8a에서 살펴볼 수 있듯이, 다채널 써모파일센서(38a)의 경우 감지 영역이 더 넓기 때문에 좌우 방향으로만 써모파일센서(38)를 회동 가능하도록 1자유도를 가지는 것이 보통이다.
그러나, 보다 더 정밀한 온도 감지를 위해서 단채널 써모파일센서(18a)와 같이 좌우 및 상하 방향으로 회동 가능하도록 2자유도를 가지도록 설계할 수도 있음을 물론이다.
도 8b에는 이렇게 상하 방향으로 배치되는 열감지장치들(e1~e8)를 포함하는 다채널 써모파일센서(38a)가 실내공간을 스캐닝할 때의 궤적이 나타나 있다.
도 9a는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기에 적용되는 다채널 써모파일센서의 제2예를 나타내는 도면이며, 도 9b는 도 9a의 다채널 써모파일센서의 실내공간 스캐닝 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
도 9a의 다채널 써모파일센서(38a')는 도 8a의 다채널 써모파일센서(38a)와는 달리 열감지장치들(e1'~e8')이 좌우 방향으로 배치되며, 회동부(38b')에 의해서 다채널 써모파일센서(38a')가 상하 방향으로 움직이는 1자유도를 가진다.
물론, 위에서 언급한 바와 같이 보다 정확한 온도 감지를 위해서 좌우 및 상하 방향으로 다채널 써모파일센서(38a')가 움직이도록 2자유도를 가질 수도 있음을 물론이다.
도 9b에는 이렇게 좌우 방향으로 배치되는 열감지장치들(e1~e8)를 포함하는 다채널 써모파일센서(38a')가 실내공간을 스캐닝할 때의 궤적이 나타나 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 제어부의 동작을 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기(30) 역시 앞에서 언급한 것처럼 다채널 써모파일센서(38a)와 스트레오 카메라(39)를 채택한 것을 제외하고는 나머지는 모두 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 다만, 도 11a 내지 도 11e를 참조하여 스테레오 카메라(39)와 다채널 써모파일센서(38a)를 이용하여 재실자의 위치 및 재실자 주변의 온도 정보를 감지하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 공기조화기의 재실자 위치 정보 및 재실자 주변 온도 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 11a는 스테레오 카메라(39)를 이용하여 획득한 실내영상정보(57)가 나타나 있다. 실내영상정보(57)에는 재실자(57a)의 이미지가 위치해 있다. 앞에서 설명한 바와 같은 이미지 프로세싱 방법을 이용하여 재실자(57a)의 위치로 결정되는 재실자 위치영역(57b)이 추출된다. 앞에서 언급한 것처럼, 스테레오 카메라(39)를 이용하여 재실자(57b)의 위치를 찾는 경우 방향정보 뿐만 아니라 거리정보 또한 알 수 있어 보다 더 정확한 재실자의 위치 정보를 획득할 수 있게 된다. 또한, 초기에 다채널 써모파일센서(37c)가 감지하는 영역인 제1영역(37c)이 표시되어 있다.
도 11b에는 이렇게 스테레오 카메라(39)를 사용하여 획득한 재실자(57a)의 위cl로 결정되는 재실자 위치영역(37b)의 온도를 감지하기 위해서 다채널 써모파일센서(38a)의 감지 영역을 이동시킨 후의 상태를 나타내고 있다. 즉, 제어부(40)는 재실자 위치영역(57)의 좌표 정보를 기초로 방향전환부(37)를 구동시켜 다채널 써모파일센서(38a)가 재실자 위치영역(57b)을 감지할 수 있도록 이동시킨다.
도 11b에서 볼 수 있듯이 아래에서 세 번째 감지영역에 해당하는 부분의 온도를 재실자 주변의 온도로 결정할 수 있다. 그러나, 재실자 위치영역(57b)의 다채널 써모파일센서(38a)의 다수의 감지 영역에 중첩되어 위치하는 경우에는 위와 같이 온도를 바로 결정할 수 없으므로 아래와 같은 방법을 이용하게 된다.
도 11c를 참조하면, 재실자의 얼굴부분(37b)이 아래에서 두 번째 및 세 번째 감지영역에 모두 중첩되어 위치하고 있을 것을 확인할 수 있다. 이 경우에는 두 감지 영역의 온도 정보를 거리를 반영하여 가중치 평균하는 방법과 다채널 써모파일센서(38a)를 이동시키는 방법이 있다.
도 11d를 참조하여 재실자의 온도 정보를 두 감지 영역의 온도 정보를 거리를 반영하여 가중치 평균하는 방법을 설명한다.
도 11d에서 볼 수 있듯이, 재실자의 얼굴부분(37b)은 아래에서 세 번째 감지 영역(e6A)과 아래에서 두 번째 감지영역(e7A)에 중첩되어 위치하고 있다. 즉, 감지영역(e6A)는 열감지장치(e6)이 감지한 영역이며, 감지영역(e7A)는 열감지장치(e7)가 감지한 영역이다.
편의상 감지영역(e6A)를 통해 감지된 온도를 T1라 하고, 감지영역(e7A)를 통해 감지된 온도를 T2라 하기로 한다. 그리고 재실자의 얼굴부분의 중심으로부터 감지영역(e6A)의 중심까지의 거리를 d1이라 하고, 재실자의 얼굴부분의 중심으로부터 감지영역(e7A)의 중심까지의 거리를 d2라 하기로 한다.
이때, d1>d2의 관계가 성립하는데, 따라서 두 온도값 T1과 T2를 이용하여 평균을 낼 때 T2의 온도값을 더 많이 반영하여야 더 정확한 재실자의 온도 정보를 획득할 수 있게 된다. d1과 d2 값에 따라 결정된 가중치 값을 각각 δ 및 β라고 하면 재실자의 온도 T는 다음과 같이 결정되게 된다.
T=(δT1+βT2)/2
또한, 도 11e를 참조하여 다채널 써모파일센서(38a)를 이동시켜 재실자의 온도 정보를 획득하는 방법을 설명한다.
앞에서 언급한 바와 같이, 회동부(38b)는 다채널 써모파일센서(38a)를 좌우 방향으로만 이동시킬 수 있도록 할 수도 있으나, 보다 정확하게 재실자의 온도를 감지하기 위해서는 좌우 및 상하 방향으로 다채널 써모파일센서(38a)를 이동시킬 수 있도록 할 수도 있다. 즉, 다채널 써모파일센서(38a)가 좌우 및 상하 방향으로 이동하도록 2자유도를 갖도록 설계할 수도 있다.
이렇게 좌우 및 상하 방향으로 움직일 수 있는 다채널 써모파일센서(38a)를 사용하는 경우에는 더 가까운 위치에 있는 감지영역(e7A)이 재실자 위치영역(57b)에 위치하도록 다채널 써모파일센서(38a)를 위쪽 방향으로 이동시킨 후, 감지영역(e7A)에서 감지된 온도 정보를 재실자(57a) 주변의 온도로 결정할 수 있게 된다.
위와 같은 구성으로 공기조화기(10,30)은 재실자(27a, 57a)의 위치정보 뿐만이 아니라 재실자(27a, 57a) 주변의 온도정보를 반영하여 공기조화운전을 수행할 수 있게 된다. 이하, 도 12 내지 도 14의 순서도를 참조하여 공기조화기(10, 30)의 전체적인 제어방법을 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 의한 공기조화기의 개략적인 제어방법의 동작을 설명하는 순서도이다.
본 발명의 실시예에 의한 공기조화기(10, 30)은 냉방 또는 난방 등의 운전을 수행할 수 있으나, 이하 편의상 냉방운전을 기준으로 설명하기로 한다. 즉, 사용자가 입력부(21, 41)를 통하여 냉방운전모드로 이미 선택한 경우를 상정하여 설명하기로 한다.
냉방운전모드가 선택되면 먼저 카메라(19, 39a, 39b)를 이용하여 실내공간의 영상정보를 획득한다.(102). 이렇게 획득된 영상정보를 이용하여 카메라(19, 39a, 39b) 또는 제어부(20, 40) 등이 설치될 수 있는 재실자 위치산출부에서 이미지 프로세싱을 수행하여 재실자의 위치 좌표를 산출하게 된다.(104)
재실자의 위치 좌표가 산출되면 제어부(20, 40)는 회동부(18b, 38b)를 제어하여 써모파일센서(18a, 38a)를 회동시켜 써모파일센서(18a, 38a)가 재실자의 위치 좌료 즉, 재실자 주변의 온도를 감지하도록 한다.(108) 이렇게 재실자 위치 정보 및 재실자 주위 온도 정보가 감지되면 이 정보들을 이용하여 공기조화운전을 수행하도록 한다.(110)
재실자 위치 정보 및 재실자 주위 온도 정보를 이용하여 공기조화기(10, 30)의 공기조화운전을 제어하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나, 도 13 및 도 14를 참조하여 두 가지 공기조화운전의 예를 설명하기로 한다.
도 13의 순서도는 재실자 주변의 온도를 기초로 풍속 또는 풍량 또는 토출되는 공기의 온도를 제어하는 것을 나타내는 순서도이다.
사용자로부터 냉방운전모드가 선택되면 제어부(20, 40)는 공기조화기(10, 30)를 운전시켜 재실자가 위치하는 방향으로 공기를 토출시킨다.(110a). 다음, 실내온도가 사용자가 입력한 목표온도인 실내설정온도보다 더 높은지를 판단한다.(110b)
실내온도가 실내설정온도 이하이면 공기조화운전을 정지시키고(110g), 실내온도가 실내설정온도보다 더 높으면 다시 재실자 주위온도가 실내설정온도를 기초로 결정되는 기준온도보다 더 낮은지를 판단한다.(110c)
만약, 재실자 주위온도가 기준온도보다 낮은 경우에는 재실자에게 차가운 공기를 과도하게 공급하는 것으로 판단하여 풍속 또는 풍량을 낮추거나 토출되는 공기온도를 높임으로써 재실자에게 쾌적 냉방운전을 공급하게 한다.(110d)
또한, 재실자 주위온도가 기준온도보다 높은 경우에는 재실자에게 차가운 공기를 과도하게 공급하는 것이 아닌 상황으로 판단하여 풍속 또는 풍량을 높이거나 토출되는 공기의 온도를 낮춤으로써 재실자에게 쾌적 냉방운전을 공급하게 한다.(110e)
물론, 재실자 주위온도가 기준온도보다 높은 경우에는 재실자가 재실자가 불쾌감을 느끼는 경우가 아니므로 위의 제어 없이 처음에 설정된 운전을 유지시키도록 제어할 수도 있다.
이렇게 재실자 주위 온도에 따라서 풍속 또는 풍량 또는 토출되는 공기의 온도를 제어한 후, 실내온도가 실내설정온도보다 더 낮은지를 판단한다.(110f)
실내온도가 실내설정온도보다 더 높은 경우에는 다시 재실자 방향으로 공기를 토출시켜 냉방운전을 한다. 실내온도가 실내설정온도 이하인 경우에는 공기조화운전을 정지시킨다.(110g)
도 14의 순서도는 재실자 주변의 온도를 기초로 방향전환부(17, 37)를 제어하여 토출되는 공기의 방향을 제어하는 것을 나타내는 순서도이다.
사용자로부터 냉방운전모드가 선택되면 제어부(20, 40)는 공기조화기(10, 30)를 운전시켜 재실자가 위치하는 방향으로 공기를 토출시킨다.(110h). 다음, 실내온도가 사용자가 입력한 목표온도인 실내설정온도보다 더 높은지를 판단한다.(110i)
실내온도가 실내설정온도 이하이면 공기조화운전을 정지시키고(?), 실내온도가 실내설정온도보다 더 높으면 재실자 주위온도가 실내설정온도에 따라 결정된 제1기준온도 이하인지를 판단한다.(110j)
재실자 주위온도가 제1기준온도보다 더 높으면 재실자에게 차가운 공기를 과도하게 공급하는 것이 아닌 상황으로 판단하여 계속하여 재실자 방향으로 공기를 토출시킨다. 그러나, 재실자 주위온도가 제1기준온도 이하이면 재실자에게 차가운 공기를 과도하게 공급하는 것으로 판단하여 토출되는 공기의 방향을 변경시켜 재실자에게 차가운 공기가 직접 향하지 않도록 한다.(110k)
이렇게 토출되는 공기의 방향을 변경시킨 후 다시 재실자 주위온도가 실내설정온도에 따라 결정된 제2기준온도보다 더 작은지를 판단한다.(110l) 이때, 제2기준온도는 제1기준온도와 같은 방법으로 설정되는 값으로서, 제1기준온도보다 더 높은 온도의 값으로 재실자에게 시원한 느낌을 주지 못할 정도의 온도값을 의미한다.
재실자 주위온도가 제2기준온도 이상인 경우에는 재실자에게 시원한 느낌을 주지 못하는 상황인 것으로 판단하여 다시 토출되는 공기의 방향을 변경하여 재실자 방향으로 공기를 토출시킨다.
만약, 재실자 주위온도가 제2기준온도보다 더 작은 경우에는 재실자에게 시원한 느낌을 주는 상황으로 판단하여 재실자에게 차가운 공기가 직접 닿지 않는 방향으로 공기조화운전을 계속하면서 실내온도가 실내설정온도 이하인지를 판단한다.(110m)
실내온도가 실내설정온도보다 더 높으면 계속하여 재실자에게 차가운 공기가 직접 닿지 않는 방향으로 공기조화운전을 계속하면서 재실자 주위온도를 제2기준온도와 비교한다. 이때, 재실자에게 차가운 공기가 직접 닿지 않는 방향으로 공기조화운전을 수행하는 것은, 써모파일센서(18a, 38a)로 실내공간을 스캔하여 가장 낮은 온도가 감지되는 영역으로 공기를 토출시킴으로써 수행될 수 있다. 이렇게 하지 않고 재실자를 제외한 일정 구간을 회전시키는 등의 다양한 제어방법도 가능함은 물론이다.
이때, 실내온도가 실내설정온도 이하이면 공기조화운전을 정지시킨다.(100n)
위와 같은 구성 및 방법으로 공기조화기(10, 30)는 카메라와 써모파일센서를 이용하여 실내공간에 위치하는 재실자의 위치 및 재실자 주변 온도 정보를 이용하여 재실자에게 불쾌감을 느끼지 않도록 쾌적 냉난방운전을 제공할 수 있으며, 불필요한 전력소모를 줄일 수 있게 된다.
10, 30 : 공기조화기 11, 31 : 캐비닛
12, 32 : 전면패널 13, 33 : 열교환기
14, 34 : 송풍팬 15, 35 : 흡입구
16, 36 : 토출구 17a, 37a : 좌우루버
17b, 37b : 상하루버 18a, 38a : 써모파일센서
18b, 38b : 회동부 19 : 카메라
39a : 제1카메라 39b : 제2카메라
e0~e8 : 열감지장치 20, 40 : 제어부
21, 41 : 입력부 22, 42 : 팬구동부
23, 43 : 루버구동부 24, 44 : 압축기구동부
25, 45 : 모터 26, 46 : 압축기
27, 57 : 실내영상정보 27a, 57a : 재실자
27b, 57b : 재실자 위치영역 27c, 57c : 제1영역
27d, 57d : 제2영역

Claims (19)

  1. 실내공간의 재실자의 위치를 감지하는 위치감지부;
    상기 위치감지부에서 획득한 재실자의 위치를 이용하여 재실자 주위의 온도를 감지하는 온도감지부;
    상기 위치감지부에서 획득한 재실자의 위치정보와 상기 온도감지부에서 획득한 재실자 주위의 온도정보에 따라 재실자 방향으로 공기를 토출하는 제어부를 포함하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치감지부는 실내공간을 촬영하는 카메라를 포함하는 공기조화기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카메라는 두 대의 카메라로 이루어지는 스테레오 카메라인 공기조화기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치감지부는 상기 카메라로 획득한 영상 정보를 처리하여 재실자의 위치를 산출하는 이미지 프로세서를 포함하는 공기조화기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도감지부는 열감지센서를 포함하는 공기조화기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열감지센서는 써모파일센서인 공기조화기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 써모파일센서는 하나의 감지장치를 가지는 단채널 써모파일센서 또는 다수의 감지장치를 가지는 다채널 써모파일센서인 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 써모파일센서는 상기 스테레오 카메라의 중앙에 위치하는 공기조화기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 온도감지부는 상기 써모파일센서의 열감지방향을 변경시키도록 상기 써모파일센서를 이동시키는 회동부를 포함하는 공기조화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온도감지부는 상기 다채널 써모파일센서의 채널 중 상기 재실자 위치산출부에서 산출된 재실자 위치와 가장 가까운 채널에서 감지된 온도를 재실자 주변의 온도로 결정하는 온도결정부를 더 포함하는 공기조화기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 온도감지부는 상기 다채널 써모파일센서의 채널 중 상기 재실자 위치산출부에서 산출된 재실자 위치와 가까운 두 개의 채널에서 감지된 온도를 재실자 위치로부터 두 개의 채널까지의 거리를 고려하여 가중치 평균한 값을 재실자 주변의 온도로 결정하는 온도결정부를 더 포함하는 공기조화기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 써머파일센서가 상기 재실자 위치산출부에서 산출된 재실자 위치의 열을 감지하도록 상기 회동부를 제어하는 공기조화기.
  13. 제12항에 있어서,
    공기가 토출되는 토출구와 상기 토출구에서 토출되는 공기의 방향을 변경하는 방향전환부을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 토출구에서 토출되는 공기의 방향이 상기 재실자 위치산출부에서 산출된 재실자 위치를 향하도록 상기 방향전환수단을 제어하는 공기조화기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 써머파일센서로부터 획득한 재실자 주변의 온도정보에 따라 상기 토출구에서 토출되는 공기의 온도 또는 양 도는 속도를 조절하는 공기조화기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 써머파일센서로부터 획득한 재실자 주변의 온도가 사용자로부터 입력된 실내설정온도를 기초로 결정되는 제1기준온도에 도달하면 상기 방향전환부를 제어하여 상기 토출구에서 토출되는 공기의 방향을 재실자 위치로부터 벗어나도록 하는 공기조화기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 써머파일센서로부터 획득한 재실자 위치 주변의 온도가 사용자로부터 입력된 실내설정온도를 기초로 결정되는 제2기준온도에 도달하면 상기 방향전환부를 제어하여 상기 토출구에서 토출되는 공기의 방향을 재실자 위치로 향하도록 하는 공기조화기.
  17. 카메라로 실내영상정보를 획득하고,
    상기 획득된 실내영상정보에서 재실자의 위치를 산출하고,
    열감지센서의 감지 방향을 상기 재실자의 위치로 향하게 하고,
    상기 열감지센서로 상기 재실자 주변의 온도를 감지하고,
    상기 재실자의 위치정보와 상기 재실자 주변의 온도정보를 이용하여 재실자 방향으로 공기를 토출하도록 하는 공기조화기의 제어방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 재실자 주변의 온도정보에 따라 토출되는 공기의 온도 또는 양 또는 속도를 조절하는 공기조화기의 제어방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 재실자 주변의 온도정보에 따라 토출되는 공기의 방향을 변경시키는 공기조화기의 제어방법.
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