KR20120044593A - 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법 - Google Patents

공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공조공간 내의 사용자의 수면시 쾌적한 난방기능을 제공하기 위한 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법에 관한 것이다.

Description

공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법{AIR CONDITIONING DEVICE AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 공조공간 내의 사용자의 수면시 쾌적한 난방기능을 제공하기 위한 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법에 관한 것이다.
인체의 수면 상태는 REM 수면구간과 Non-REM 수면구간을 포함하는 것으로 알려졌다. REM 수면구간과 Non-REM 수면구간은 번갈아 반복된다. REM은 rapid eye movement(急速眼球運動)의 약칭이며, REM 수면구간에서 발견되는 인체 현상을 의미한다. 하룻밤 동안의 인체의 수면경과를 뇌파에 의한 수면단계로서 모식적으로 나타내면 REM 수면은 약 1시간 반의 간격으로 하룻밤에 3?5회 나타나는 것으로 알려져 있다.
REM 수면구간에서 관측되는 신체적인 변화는 rapid eye movement(急速眼球運動) 이외에도 온도 조절기능의 저하 등이 알려져 있다.
의학적 또는 과학적으로 REM 수면을 정확하게 규정하기는 어렵다. 다만, 인체의 수면상태를 분류 또는 분석하는 경우, 인체의 뇌파를 분석하는 방법이 사용될 수 있다.
사전적으로 REM 수면의 의미는 주기적으로 되풀이하는 생리적인 의식상실과 흡사한 수면상태를 의미한다.
다만, REM 수면구간은 인체의 신생아 시기에 수면의 50%까지 차지하고, 나이가 들어감에 따라 점차 감소되는 추세를 갖는다.
기능적으로 REM 수면은 신체적 회복과정과 관련된 Non-REM 수면구간과 달리 REM 수면은 정신적 회복과정과 관련된 것으로 알려져 있다. 정신적인 회복과정은 구체적으로 뇌세포의 회복을 위한 시기라고 할 수 있으며, REM 수면이 충분하지 않거나 반복적으로 방해받는 경우에는 기억력의 저하 및 인지능력의 감소 등의 부작용이 발생되는 것으로 보고되고 있다.
이러한 REM 수면 상태는 전술한 바와 같이, 주위의 환경에 대하여 반응하지 않게 되는 것으로 보이거나, 감각이나 반사기능이 저하되는 것으로 보이기도 한다. 이러한 REM 수면과 Non-REM 수면이 반복되는 수면 과정에서 공조공간의 난방이 필요한 경우, 감각, 반사기능 또는 온도 조절기능 등이 저하된 상태이므로, 어느 하나의 수면구간을 타겟으로 공조운전을 수행하는 경우, 인체의 생리적 요구에 적절하게 대응할 수 없다는 문제점이 발생될 수 있다.
수면과정에서 공기조화장치의 최적화된 운전이 보장되지 않는 경우, 수면 후 피로감과 전술한 기억력의 저하 및 인지능력의 감소 등의 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명은 인체의 수면 특성에 최적화된 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 미리 결정된 작동시간 동안 제1 작동온도로 공조공간을 난방하는 제1 작동온도 난방단계 및, 상기 제1 작동온도 난방단계 후 미리 결정된 작동시간 동안 상기 제1 작동온도보다 높은 제2 작동온도로 공조공간을 난방하는 제2 작동온도 난방단계를 포함하며, 상기 제1 작동온도 난방단계 및 제2 작동온도 난방단계는 복수 회 반복되는 공기조화장치의 제어방법을 제공한다.
또한, 복수 회 반복되는 제1 작동온도 난방단계가 수행되는 작동시간은 순차적으로 감소 후 증가될 수 있다.
여기서, 복수 회 반복되는 제2 작동온도 난방단계가 수행되는 작동시간은 순차적으로 증가 후 감소될 수 있다.
이 경우, 복수 회 반복되는 제2 작동온도 난방단계는 80분 내지 100분 간격으로 반복될 수 있다.
그리고, 복수 회 반복되는 제2 작동온도 난방단계가 수행되는 작동시간은 5분 내지 60분일 수 있다.
또한, 제2 작동온도 난방단계의 작동시간의 총합은 제1 작동온도 난방단계의 작동시간의 2배 내지 4배일 수 있다.
여기서, 상기 제2 작동온도 난방단계는 3회 내지 6회 반복될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 작동온도는 외기의 온도보다 높을 수 있다.
그리고, 상기 제1 작동온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃)일 수 있다.
또한, 상기 제1 작동온도 및 상기 제2 작동온도의 온도편차는 0.5도 내지 2도일 수 있다.
여기서, 상기 REM 수면구간 공조단계의 작동시간은 순차적으로 증가하는 구간을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 Non-REM 수면구간 공조단계의 작동시간은 순차적으로 감소하는 구간을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 공기조화장치의 제어방법은 Non-REM 수면구간 공조단계 수행 후 종료될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 미리 결정된 작동온도로 공조공간을 난방하는 Non-REM 수면구간 공조단계; 및,
상기 Non-REM 수면구간 공조단계 후 온도를 상승시켜 공조공간을 난방하는 REM 수면구간 공조단계;
상기 Non-REM 수면구간 공조단계 및 상기 REM 수면구간 공조단계는 번갈아 복수 회 반복되는 공기조화장치의 제어방법을 제공한다.
여기서, 상기 Non-REM 수면구간 공조단계 및 상기 REM 수면구간 공조단계가 3회 이상 반복될 수 있다.
이 경우, 공기조화장치를 제어하기 위한 제어신호를 입력하는 입력부, 공조공간의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 입력부에서 입력된 제어신호에 따라 공조공간의 공기조화를 위한 각종 부품을 포함하는 공조부 및, 상기 입력부에서 입력된 제어신호에 따라 상기 공조부를 제어하며, 제1 작동온도 및 상기 제1 작동온도보다 높은 제2 작동온도로 번갈아 복수 회 공조공간을 난방하는 적어도 1개 이상의 난방 수면모드가 입력된 제어부;를 포함하는 공기조화장치를 제공한다.
또한, 상기 미리 결정된 온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위일 수 있다
그리고, 상기 제1 작동온도 및 상기 제2 작동온도의 온도편차는 0.5도 내지 2도일 수 있다.
그리고, 상기 난방 수면모드의 작동시간은 6시간 내지 9시간일 수 있다.
또한, 상기 난방 수면모드는 제1 작동온도로 작동이 시작되고, 1시간 내지 2시간 경과 후 제2 작동온도로 작동될 수 있다.
여기서, 상기 난방 수면모드는 제1 작동온도로 작동 중 80분 내지 100분 간격으로 제2 작동온도로 5분 내지 60분 동안 작동될 수 있다.
이 경우, 상기 난방 수면모드는 Non-REM 수면구간 공조단계의 수행 후 종료될 수 있다.
그리고, 상기 제어부에 복수 개의 난방 수면모드가 입력되며, 입력된 복수 개의 수면모드 중 적어도 2개 이상의 수면모드의 제1 작동온도는 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 공조공간을 공조하기 위한 공조부품을 포함하는 공조부, 상기 공조공간의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 온도센서에 의하여 측정된 상기 공조공간의 실내온도가 미리 결정된 온도를 기준으로 미리 결정된 간격으로 미리 결정된 작동시간 동안 증가 후 감소되거나, 감소 후 증가되도록 상기 공조부를 제어하는 제어부를 포함하는 제어부를 포함하는 공기조화장치를 제공한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 실내온도의 변화 폭은 0.5도씨(℃) 내지 2도씨(℃)범위 내가 되도록 상기 공조부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 미리 결정된 온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위의 온도일 수 있다.
여기서, 상기 미리 결정된 온도는 상기 공조부의 작동 중 적어도 1회 변화될 수 있다.
이 경우, 상기 미리 결정된 온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위내에서 1회 상승할 수 있다.
본 발명에 따른 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법에 의하면, 인체의 수면 특성을 고려하여 사용자의 쾌적한 수면을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법에 의하면, 수면 후의 사용자의 피로감, 기억력의 저하 및 인지능력의 감소 등의 문제점을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화장치 및 공기조화장치의 제어방법에 의하면, 별도의 구성 등을 추가하지 않고, 수면에 최적화된 난방모드를 제공하여, 공기조화장치의 상품성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치의 구성을 도시하는 블록선도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따른 시간에 따른 작동온도의변화를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법의 다른 실시예의 시간에 따른 온도 변화를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따른 작동온도의 변화와 공조공간의 실내온도의 변화를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따른 작동온도 몇 가지 다른 공기조화장치의 제어방법의 작동온도를 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법의 블록선도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치의 구성을 도시하는 블록선도이다. 본 발명에 따른 공기조화장치는 공기조화장치를 제어하기 위한 제어신호를 입력하는 입력부(100), 공조공간의 온도를 측정하는 온도 센서(400), 상기 입력부(100)에서 입력된 제어신호에 따라 공조공간의 공기조화를 위한 각종 공조부품을 포함하는 공조부(700) 및, 상기 입력부(100)에서 입력된 제어신호에 따라 상기 공조부(700)를 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.
상기 입력부(100)는 공기조화장치의 실내기에 구비된 컨트롤 패널 또는 리모트 컨트롤러 등일 수 있으며, 사용자에 의하여 운전모드, 풍량 또는 작동온도 등이 입력될 수 있다.
상기 공조부(700)는 실외기 및 실내기에 구비되어, 공조공간을 공조하기 위한 각종 부품들을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 공기조화장치는 복수 개의 센서와 타이머(600) 등을 포함할 수 있다.
상기 센서는 온도 센서를 포함할 수 있으며, 상기 온도 센서는 공기조화장치를 구성하는 실내기 및 실외기에 각각 구비될 수도 있다.
상기 온도 센서에서 측정된 온도는 사용자에 의하여 선택된 작동모드와 함께 상기 제어부(300)의 제어변수로 사용될 수 있다. 그리고, 상기 온도 센서와 마찬가지로 상기 타이머(600)에 의하여 카운팅된 시간 정보는 각각의 작동모드에 의한 운전시 제어부(300)의 제어변수로 사용된다.
상기 온도센서 이외에도 인체 감지센서, 습도 센서 및 오염도 센서 등의 기타 센서(500) 포함할 수 있다.
그리고, 상기 입력부(100)에 의하여 입력 정보 또는 작동 상태와 관련된 정보는 공기조화장치의 실내기에 구비되는 디스플레이(200)를 통해 표시되도록 할 수 있다.
상기 디스플레이(200)에서 표시될 수 있는 정보는 작동 상태, 작동풍량, 작동온도, 작동풍향 및 작동모드 등이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따른 시간에 따른 작동온도의변화를 도시한다. 구체적으로 도 2(a)는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법의 제1 실시예를 도시하며, 도 2(b)는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법의 제2 실시예를 도시한다.
본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법은 인체의 수면상태를 구성하는 REM 수면 구간과 Non-REM 수면구간을 구분하여 공기조화장치를 구성한다.
일반적으로 REM 수면구간에서 인체는 Non-REM 수면구간에 비해 체온 조절기능이 저하되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 최적의 수면조건을 만족시키기 위해서는 Non-REM 수면구간과 REM 수면구간의 수면 장소인 공조공간의 온도는 서로 다르게 제어될 필요가 있다.
구체적으로 도 2(a)에 도시된 실시예는 Non-REM 수면구간의 실내기의 작동온도를 REM 수면구간의 실내기의 작동온도보다 낮은 경우를 도시한다.
본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법은 Non-REM 수면구간과 REM 수면구간을 구분하여, 온도를 가변시키는 방법으로 작동된다.
그리고, 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법은 Non-REM 수면구간과 REM 수면구간을 구분하여, Non-REM 수면구간 작동단계(NR1(1) 내지 NR5(1))와 REM 수면구간 작동단계(R1(1) 내지 R4(1))를 교번하여 작동되는 특징을 갖는다.
그리고, 도 2(a)에 도시된 실시예는 REM 수면구간 작동단계(R1(1) 내지 R4(1))는 Non-REM 수면구간 작동단계(NR1(1) 내지 NR5(1))의 작동단계 중 미리 결정된 시간간격으로 작동온도를 낮추는 방법으로 구동된다.
도 2(a)에 도시된 제1 실시예에서, 제1 Non-REM 수면구간 작동단계(NR1(1)) 및 제2 Non-REM 수면구간 작동단계(NR2(1))는 동일한 작동온도인 제4온도(T4)로 작동되며, 제4 Non-REM 수면구간 작동단계(NR4(1)) 및 제5 Non-REM 수면구간 작동단계(NR5(1))는 동일한 작동온도인 제5온도(T5)로 작동된다.
그리고, 제2 REM 수면구간 작동단계(R2(1)) 후 수행되는 제3 Non-REM 수면구간 작동단계(NR3(1))는 작동 중 작동온도를 제4온도(T4)에서 그 온도보다 높은 제5온도(T5)로 상승시킬 수 있다.
여기서, 상기 제1 Non-REM 수면구간 작동단계(NR1(1)) 내지 제5 Non-REM 수면구간 작동단계(NR5(1))의 작동시간인 제1 Non-REM 수면구간 작동시간[△t(NR1(1))] 내지 제5 Non-REM 수면구간 작동시간[△t(NR5(1))]은 순차적으로 감소 후 증가될 수 있으며, 상기 제1 REM 수면구간 작동단계(R1(1)) 내지 제4 REM 수면구간 작동단계(NR4(1))의 작동시간인 제1 REM 수면구간 작동시간[△t(R1(1))] 내지 제4 REM 수면구간 작동시간[△t(R4(1))]은 순차적으로 증가 후 감소되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 REM 수면구간 작동단계(R1(1)) 내지 제4 REM 수면구간 작동단계(NR4(1))는 REM 수면의 실험적 데이터에 의하면 대략 80분 내지 100분 간격을 갖을 수 있으며, 그 지속시간은 5분 내지 60분일 수 있다.
도 2(b)에 도시된 실시예는 도 2(a)에 도시된 실시예와 달리, REM 수면구간 작동단계는 Non-REM 수면구간 작동단계의 작동단계 중 미리 결정된 시간간격으로 작동온도를 높이는 방법으로 구동된다.
Non-REM 수면구간 사이에 배치되는 REM 수면구간은 수면중인 인체의 온도조절기능이 저하되므로, 경우에 따라 REM 수면구간에서는 온도를 상승 또는 하강시키는 방법으로 최적화된 공기조화장치의 제어방법을 제공할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 실시예는 사용자의 특성에 따라 수면상태의 진입시의 온도(T4)가 수면상태 종료시의 온도(T5)보다 낮은 경우이다. 일반적으로 수면상태의 체온이 비수면상태의 체온보다 저하되는 알려진 특성을 고려한 것으로, 수면상태의 진입을 보다 용이하게 하기 위하여, 수면상태의 종료시의 실내기의 작동온도를 수면상태의 진입시의 실내기의 작동온도보다 높게 형성할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법은 전술한 바와 같이, 인체의 수면상태의 특성인 Non-REM 수면구간과 REM 수면구간 특성과 밀접한 관련이 있다.
알려진 바에 따르면, 정상적인 수면상태는 Non-REM 수면으로 시작되어 REM 수면이 번갈아 반복되며, 수면상태의 종료시에는 Non-REM 수면 상태이다.
따라서, 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법을 구성하는 공조단계는 Non-REM 수면구간 공조단계로 시작되고, Non-REM 수면구간 공조단계로 종료되도록 구성될 수 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 공지조화장치의 제어방법의 온도변화에 의하면, 각각 제1 Non-REM 수면구간 공조단계(NR1)가 제1 Non-REM 수면구간 공조시간[△t(NR1)] 동안 수행되는 것으로 시작되고, 제5 Non-REM 수면구간 공조단계(NR5)가 제5 Non-REM 수면구간 공조시간[△t(NR5)] 동안 수행되는 것으로 종료됨을 알 수 있다.
그러나, 각각의 실시예에서 Non-REM 수면구간 공조단계의 횟수는 5회로 제한되지 않고, REM 수면구간 공조단계의 횟수 등을 어떻게 설정하느냐에 따라 가변될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법의 다른 실시예의 시간에 따른 온도 변화를 도시한다. 도 2를 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 미리 결정된 작동시간 동안 제1 작동온도로 공조공간을 난방하는 제1 작동온도 난방단계 및, 상기 제1 작동온도 난방단계 후 미리 결정된 작동시간 동안 상기 제1 작동온도보다 높은 제2 작동온도로 공조공간을 난방하는 제2 작동온도 난방단계를 포함하며, 상기 제1 작동온도 난방단계 및 제2 작동온도 난방단계는 복수 회 반복되는 공기조화장치의 제어방법을 제공한다.
상기 제1 작동온도 난방단계 및 제2 작동온도 난방단계는 후술하는 Non-REM 수면구간 공조단계 및 REM 수면구간 공조단계에 각각 대응될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예는 도 2에 도시된 실시예와 마찬가지로 인체의 수면상태의 특성인 Non-REM 수면 및 REM 수면 특성을 고려하여, 각각 Non-REM 수면구간 공조단계 및 REM 수면구간 공조단계가 반복적으로 수행된다.
도 3에 도시된 실시예는 도 2에 도시된 실시예와 달리, Non-REM 수면구간 공조단계의 작동온도가 수면상태의 진입시와 수면상태의 종료시 모두 동일하다.
즉, 도 3(a)에 도시된 실시예의 수면상태의 진입시의 작동온도는 제1 Non-REM 수면구간 공조단계(R1(4))의 작동온도인 제6온도(T6)이며, 수면상태의 종료시의 작동온도는 제5 Non-REM 수면구간 공조단계(R5(4))의 작동온도인 제6온도(T6)로 동일하다.
그리고, 각각의 Non-REM 수면구간 공조단계 사이에 수행되는 각각의 REM 수면구간 공조단계의 작동온도는 상기 제6온도(T6)보다 높은 제7온도(T7)로 모든 REM 수면구간 공조단계에서 동일하다.
그리고, 도 3(b)에 도시된 실시예는 도 3(a)에 도시된 실시예와 유사한 패턴을 가지고 있으나, 수면상태의 진입시의 작동온도는 제1 Non-REM 수면구간 공조단계(R1)의 작동온도인 제4온도(T4)이며, 수면상태의 종료시의 작동온도는 제5 Non-REM 수면구간 공조단계(R5)의 작동온도인 제4온도(T4)이며, 각각의 Non-REM 수면구간 공조단계 사이에 수행되는 각각의 REM 수면구간 공조단계의 작동온도는 상기 제4온도(T4)보다 높은 제5온도(T5)라는 점에서 차이가 있다.
도 3에 도시된 실싱예에서, 상기 제1온도(T1) 내지 제8온도(T8)는 1도 간격으로 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 일 수 있다. 그러므로, 상기 제1 작동온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃)일 수 있으며, 상기 제1 작동온도 및 상기 제2 작동온도의 온도편차는 0.5도 내지 2도일 수 있다.
본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법은 난방이 필요한 계절의 공기조화장치의 수면모드를 제공하기 위한 것이므로, 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위를 갖는 상기 제1 작동온도는 실외의 공기의 온도보다 높을 수 있다.
그러므로, 상기 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 실시예는 서로 다른 작동온도 범위를 갖을 수 있다.
그러나, 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 실시예는 Non-REM 수면구간 공조단계(NR) 사이에 수행되는 REM 수면구간 공조단계(R)의 작동온도를 Non-REM 수면구간 공조단계의 작동온도보다 높게 설정한다는 공통점을 갖는다.
즉, 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따르면, REM 수면구간 공조단계는 공조공간의 난방이 필요한 환경에서 인체의 체온 조절 특성을 고려하여, 공기조화장치의 작동온도를 Non-REM 수면구간 공조단계의 작동온도보다 높게 설정하는 공통점을 갖는다.
그리고, 도 3에 도시된 실시예도 도 2에 도시된 실시예와 마찬가지로 REM 수면구간 공조단계의 실험적 데이터에 의하면 대략 80분 내지 100분 간격을 갖을 수 있으며, 그 지속시간은 5분 내지 60분일 수 있다.
즉, 복수 회 반복되는 REM 수면구간 공조단계에 대응되는 제2 작동온도 난방단계는 80분 내지 100분 간격으로 반복될 수 있으며, 복수 회 반복되는 제2 작동온도 난방단계가 수행되는 각각의 작동시간은 5분 내지 60분 동안 지속될 수 있다.
그리고, 도 3에 도시된 그래프에서 상기 제2 작동온도 난방단계는 4회 반복되는 것으로 도시되었으나, 수면시간에 따라 반복 횟수는 탄력적으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 작동온도 난방단계는 적어도 3회 이상, 그리고 일반적인 수면시간을 고려하는 경우 3회 내지 6회 반복될 수 있다.
그리고, 상기 Non-REM 수면구간 공조단계에 대응되는 제1 작동온도 난방단계 및 REM 수면구간 공조단계에 대응되는 제2 작동온도 난방단계의 작동시간은 도 3에 명확하게 기재되어 있지 않지만, 인체의 REM 수면이 전체 수면에서 25% 정도의 비율을 갖으므로, 제2 작동온도 난방단계의 작동시간의 총합은 제1 작동온도 난방단계의 작동시간의 2배 내지 4배 범위에서 설정되는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 REM 수면구간 공조단계의 작동시간은 순차적으로 증가하는 구간을 포함할 수 있다. 또한, 상기 Non-REM 수면구간 공조단계의 작동시간은 순차적으로 감소하는 구간을 포함할 수 있다.
이는 인체의 REM 수면 및 Non-REM 수면 특성을 고려한 것으로 더 구체적으로 상기 REM 수면구간 공조단계(제2 작동온도 난방단계)의 작동시간은 증가 후 감소될 수 있으며, 상기 Non-REM 수면구간 공조단계(제1 작동온도 난방단계)의 작동시간은 감소 후 증가할 수 있다.
구체적으로, 도 3(a)에 도시된 실시예에서, 제1 REM 수면구간 공조단계(R1(3)) 내지 제4 REM 수면구간 공조단계(R4(3))의 작동시간인 제1 REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(R1(3))] 내지 제4 REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(R4(3))]은 순차적으로 증가 후 감소되도록 설정될 수 있다.
또한, 도 3(a)에 도시된 실시예에서, 제1 Non-REM 수면구간 공조단계(NR1(3)) 내지 제5 Non-REM 수면구간 공조단계(NR5(3))의 작동시간인 제1 Non-REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(NR1(3))] 내지 제5 REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(NR5(3))]은 순차적으로 증가 후 감소되도록 설정될 수 있다.
마찬가지로, 도 3(a)와 작동온도만 다른 도 3(b)에 도시된 실시예에서도, 제1 REM 수면구간 공조단계(R1(4)) 내지 제4 REM 수면구간 공조단계(R4(4))의 작동시간인 제1 REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(R1(4))] 내지 제4 REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(R4(4))]은 순차적으로 증가 후 감소되도록 설정될 수 있으며, 제1 Non-REM 수면구간 공조단계(NR1(4)) 내지 제5 Non-REM 수면구간 공조단계(NR5(4))의 작동시간인 제1 Non-REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(NR1(4))] 내지 제5 REM 수면구간 공조단계 작동시간[△t(NR5(4))]은 순차적으로 증가 후 감소되도록 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법은 Non-REM 수면구간 공조단계 수행 후 종료되도록 설정될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서, 각각 제1 Non-REM 수면구간 공조단계(NR1)가 제1 Non-REM 수면구간 공조시간[△t(NR1)] 동안 수행되는 것으로 시작되고, 제5 Non-REM 수면구간 공조단계(NR5)가 제5 Non-REM 수면구간 공조시간[△t(NR5)] 동안 수행되는 것으로 종료될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시에예서, Non-REM 수면구간 공조단계 및 REM 수면구간 공조단계는 각각 5회 및 4회로 반복되는 것으로 구성되지만, 반복 횟수를 증가시키거나 줄일 수도 있다.
상기 공기조화장치는 전술한 바와 같이, 공기조화장치를 제어하기 위한 제어신호를 입력하는 입력부(100), 공조공간의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 입력부(100)에서 입력된 제어신호에 따라 공조공간의 공기조화를 위한 각종 부품을 포함하는 공조부(700) 및, 상기 입력부(100)에서 입력된 제어신호에 따라 상기 공조부(700)를 제어하며 제1 작동온도 및 상기 제1 작동온도보다 높은 제2 작동온도로 번갈아 복수 회 공조공간을 난방하는 적어도 1개 이상의 난방 수면모드가 입력된 제어부(300)를 포함하게 된다.
즉, 제어부(300) 내에 구비된 메모리 등에 복수 개의 공조모드가 저장되어 있으며, 그 중 수면모드도 저장되어, 사용자로 하여금 수면모드를 선택하게 하여 쾌적한 수면이 가능하게 된다.
상기 제어부(300)에 저장되는 수면모드는 복수 개일 수 있으며, 개인적인 수면 특성 또는 수면 시간을 고려하여 선택이 가능하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 각각의 수면모드를 총 4개 입력하여 몇번의 시행착오에 의하여 최고의 쾌적 수면을 제공하는 수면모드를 선택가능하도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 공기조화장치의 제어방법에 의한 제1 작동온도 또는 제2 작동온도는 복수 개의 수면모드에서 서로 다를 수 있다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 수면 모드 내에서 제1 작동온도가 변화되도록 할 수 있으며, 도 2에 도시되지 않았으나, 제1 작동온도와 제2 작동온도의 편차 자체가 변화되도록 구성할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따른 작동온도의 변화와 공조공간의 실내온도의 변화를 도시한다.
구체적으로 도 4에 도시된 공기조화장치의 제어방법에 의한 공기조화장치의 작동온도의 제어방법은 도 3(b)에 설명된 바와 같다.
공기조화장치의 온도(Ts)는 공기조화장치의 제어부(300)에 의하여 공조공간의 실내온도의 목표치를 의미하는 것으로, 공조공간의 실내온도(Ti)와 차이가 있다.
즉, 도 4에 도시된 온도(Ts)는 전술한 바와 같이, Non-REM 수면구간 공조단계 및 REM 수면구간 공조단계의 작동온도가 각각 제4온도(T4)와 제5 온도(T5)로 2가지 온도 대역에서 번갈아 미리 결정된 작동시간 간격으로 가변되지만, 실제의 실내온도는 완만한 곡선 형태로 온도가 변화되며, 작동온도 변화와 약간의 시간지연을 갖으며 추종하는 형상을 갖는다.
그리고, 실내가 난방되지 않은 상태에서 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따라 공기조화장치를 작동시키면, 공조공간의 실내온도는 예를 들어 제2 온도에서 초기 실내온도인 제2 온도(T2)에서 서서히 초기 작동온도인 제4 온도(T4)로 수렴될 수 있으며, 본격적으로 Non-REM 수면구간 공조단계 및 REM 수면구간 공조단계가 반복되면, 공조공간의 실내온도(Ti)는 미리 결정된 간격을 갖으며, 볼록한 온도변화를 갖도록 변화될 수 있다.
작동온도의 제어적인 측면이 아닌 실내온도의 제어측면에서 본 발명은 공조공간을 공조하기 위한 공조부(700)품을 포함하는 공조부(700), 상기 공조공간의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 온도센서에 의하여 측정된 상기 공조공간의 실내온도가 미리 결정된 온도를 기준으로 미리 결정된 간격으로 미리 결정된 작동시간 동안 증가 후 감소되거나, 감소 후 증가되도록 상기 공조부(700)를 제어하는 제어부(300)를 포함하는 제어부(300)를 포함하는 공기조화장치를 제공한다.
도 4에 도시된 그래프 상에서는 상기 공조공간의 실내온도가 미리 결정된 온도를 기준으로 미리 결정된 간격으로 미리 결정된 작동시간 동안 증가 후 감소되는 경우만을 도시하였으나, 작동온도의 제어를 도 2(a)에 도시된 바와 같이 수행하는 경우에는 상기 공조공간의 실내온도는 미리 결정된 온도를 기준으로 미리 결정된 간격으로 미리 결정된 작동시간 동안 감소 후 증가되는 패턴을 갖을 수 있다.
그리고, 상기 제어부(300)는 상기 실내온도의 변화 폭은 0.5도씨(℃) 내지 2도씨(℃)범위 내가 되도록 상기 공조부(700)를 제어하게 된다.
그리고, 도 4에는 도시되지 않았으나, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 공기조화장치의 작동온도를 제어하는 경우, 공조공간의 실내온도의 기준온도인 미리 결정된 온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위 내에서 1회 상승할 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 따른 작동온도 몇 가지 다른 공기조화장치의 제어방법의 작동온도를 비교한 그래프이다.
설명의 구체성을 위하여, 수면모드로서 공기조화장치의 제어방법의 한싸이클은 총 8시간으로 설정하였으며, 각각의 작동온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위 내에서 가변되는 것을 가정하였다.
구체적으로 도 5(a)의 수면모드 A는 작동온도를 23도씨(℃)로 일정하게 유지하는 공기조화장치의 제어방법이며, 수면모드 B는 작동온도를 21도씨(℃)로 일정하게 유지하는 공기조화장치의 제어방법을 도시한다.
그리고, 도 5(b)의 수면모드 C는 수면 진입시의 작동온도에서 단계적으로 작동온도를 낮추고, 미리 결정된 온도에 작동온도가 도달되면, 다시 수면 진입시의 작동온도까지 단계적으로 온도를 증가시키는 방법으로 작동온도를 제어하는 수면모드이다.
도 5(b)의 수면모드 D는 도 3(b) 또는 도 4에 도시된 공기조화장치의 작동모드의 작동온도 변화를 도시한다.
도 5에 도시된 각각의 공기조화장치의 수면모드에 따라 수면다원검사가 수행되었다.
수면다원검사 [睡眠多源檢査, polysomnography; PSG]란 수면의 질과 양을 측정하고, 수면질환과 장애를 찾아내는 검사의 일종이다.
수면다원검사는 수면 중 몸에서 나오는 생리적, 물리적 신호를 측정하여 갖가지 수면질환과 수면장애를 찾아낸다. 뇌파, 안전도, 근전도, 심전도, 동맥혈, 산소포화도, 복부와 흉부의 호흡운동, 호흡기류, 코골이, 몸의 자세 등을 측정하며, 호흡과 수면 및 각성의 양상을 살펴볼 수 있다. 잠을 얼마나 오래 자는지, 꿈을 얼마나 오래 꾸는지, 코를 얼마나 고는지, 잠들 때까지 시간은 얼마나 걸리는지, 중간에 깨는 횟수, 수면효율, 수면단계의 분률과 분포 등이 계산되고, 수면 중에 일어난 생리적 사건이 병적인지를 판정할 수 있는 검사이다.
도 5에 도시된 각각의 수면모드에 따라 동일한 그룹의 실험자들에 대하여 수면다원검사를 수행하여 아래 표 1로 요약되는 검사결과를 도출할 수 있었다.
첫 번째로 1회의 정상적인 수면과정에서의 각성(Awakening) 빈도는 낮을수록 수면의 효율 및 품질이 결정될 수 있다. 따라서, 각성 빈도는 낮을수록 수면의 효율이 높다고 판단될 수 있다.
따라서, 아래 표 1의 결과에 따르면, Non-REM 수면구간과 REM 수면구간 구별없이 공기조화장치의 작동온도를 일정하게 유지하는 수면모드 A와 수면모드 B의 경우, 각성빈도가 작동온도를 변화시키는 수면모드 C와 수면모드 D에 비해 크게 측정되었다. 따라서, 각성의 빈도가 증가되면 숙면을 방해하는 요인 중 하나로 작용하게 된다.
그리고, 전체 수면과정에서 숙면 구간이 차지하는 비율 역시 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 의한 수면모드 C에서 제일 높게 측정되었다.
수면모드 B의 경우에는 수면모드 A와 비슷한 각성 빈도가 측정되었으나, 숙면 비율의 측면에서 너 높은 결과를 얻었으므로, 공기조화장치의 기본적인 작동온도 또는 Non-REM 수면구간 공조단계의 작동온도로서 수면모드 B의 작동온도가 더 바람직하다는 결론을 얻었다.
수면모드 D의 경우에는 각성 빈도는 수면모드 C와 마찬가지로 낮았지만, 수면 상태에서 공기조화장치의 작동온도의 변화폭이 커서 숙면이 방해되는 것으로 조사되었다.
그리고, 수면효율과 관련된 REM 수면의 비율 역시 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법에 의한 수면모드 C에서 가장 높게 측정되었다.
즉, REM 수면의 비율과 관련하여 온도 변화가 없는 수면모드 A 또는 온도 변화는 있으나 온도의 변화 폭이 심판 수면모드 D의 경우에는 전체 수면과정에서의 REM 수면의 비율이 낮고, REM 수면의 진입가능성 역시 낮다고 분석된다.
각성(Awakening) 빈도
숙면 (Deep Sleep) [%]
REM 수면 [%]

수면모드 A
9.1
8.6
16.8

수면모드 B
8.8
10.3
18.9

수면모드 C
5.2
12.5
19.3

수면모드 D
5.6
10.2
16.0
결론적으로, 수면과 관련된 공기조화장치의 작동온도가 일정하게 유지되는 경우보다 REM 수면구간에 따라 온도를 가변하는 것이 쾌적 수면을 유지하는데 도움이 되는 것으로 판단될 수 있으며, 기본 작동온도인 Non-REM 수면구간 공조단계의 작동온도는 대략 21도씨(℃) 근방의 온도라는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 수면구간에 따라 온도를 변화시켜도 온도의 변화폭은 수면모드 C와 마찬가지로 크지 않은 것이 바람직함을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 공기조화장치의 제어방법의 블록선도를 도시한다.
먼저 사용자에 의하여 공기조화장치의 입력부(100, 도 1 참조)를 통해 공기조화장치의 공조모드를 선택(S100)할 수 있다.
사용자에 의하여 공조모드가 선택(S100)된 후, 선택된 공조모드가 수면 공조모드인지를 판단(S200)한다. 사용자에 의하여 선택된 공조모드가 수면 공조모드인 경우, 사용자는 수면 시간을 설정(S300)할 수 있다.
설정된 수면 시간에 따라 REM 수면구간 공조단계의 횟수 등이 결정될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 공기조화장치의 공조방법은 Non-REM 수면구간 공조단계 및 REM 수면구간 공조단계가 반복되는 방법으로 수행되며, 전술한 바와 같이 수면상태의 진입과 종료시에는 Non-REM 수면구간 공조단계가 수행된다.
따라서, 사용자에 의하여 수면 시간이 설정(S400)되면, 제1 Non-REM 수면구간 공조단계(S400), 제1 REM 수면구간 공조단계(S500), 제2 Non-REM 수면구간 공조단계(S600), 제2 REM 수면구간 공조단계(S700)….. 제K Non-REM 수면구간 공조단계(S800), 제K REM 수면구간 공조단계(S900)가 번갈아 순차적으로 수행된다.
그리고, 수면 공조모드의 마무리는 제K+1 Non-REM 수면구간 공조단계(S1000)가 수행됨에 의한다.
설정된 수면시간이 경과하는지 여부를 판단(S1100)하고, 설정된 수면시간이 경과하기 전까지는 제K+1 Non-REM 수면구간 공조단계(S1000)가 지속될 수 있다.
사용자에 의하여 선택(S100)된 공조모드가 수면 공조모드가 아닌 경우에는 선택된 다른 공조모드로 공기조화장치를 작동(S1200)시킬 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
1000 : 공기조화장치
100 : 입력부
200 : 디스플레이
300 : 제어부
400 : 온도 센서
600 : 타이머
700 : 공조부

Claims (29)

  1. 미리 결정된 작동시간 동안 제1 작동온도로 공조공간을 난방하는 제1 작동온도 난방단계; 및,
    상기 제1 작동온도 난방단계 후 미리 결정된 작동시간 동안 상기 제1 작동온도보다 높은 제2 작동온도로 공조공간을 난방하는 제2 작동온도 난방단계;를 포함하며,
    상기 제1 작동온도 난방단계 및 제2 작동온도 난방단계는 복수 회 반복되는 공기조화장치의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    복수 회 반복되는 제1 작동온도 난방단계가 수행되는 작동시간은 순차적으로 감소 후 증가되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    복수 회 반복되는 제2 작동온도 난방단계가 수행되는 작동시간은 순차적으로 증가 후 감소되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    복수 회 반복되는 제2 작동온도 난방단계는 80분 내지 100분 간격으로 반복되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    복수 회 반복되는 제2 작동온도 난방단계가 수행되는 작동시간은 5분 내지 60분인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  6. 제1항에 있어서,
    제2 작동온도 난방단계의 작동시간의 총합은 제1 작동온도 난방단계의 작동시간의 2배 내지 4배인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 작동온도 난방단계는 3회 내지 6회 반복되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 작동온도는 외기의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 작동온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃)인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 작동온도 및 상기 제2 작동온도의 온도편차는 0.5도 내지 2도인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  11. 미리 결정된 작동온도로 공조공간을 난방하는 Non-REM 수면구간 공조단계; 및,
    상기 Non-REM 수면구간 공조단계 후 온도를 상승시켜 공조공간을 난방하는 REM 수면구간 공조단계;
    상기 Non-REM 수면구간 공조단계 및 상기 REM 수면구간 공조단계는 번갈아 복수 회 반복되는 공기조화장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 Non-REM 수면구간 공조단계 및 상기 REM 수면구간 공조단계가 3회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 REM 수면구간 공조단계의 작동시간은 순차적으로 증가하는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 Non-REM 수면구간 공조단계의 작동시간은 순차적으로 감소하는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 공기조화장치의 제어방법은 Non-REM 수면구간 공조단계 수행 후 종료되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 미리 결정된 온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위인 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
  17. 공기조화장치를 제어하기 위한 제어신호를 입력하는 입력부;
    공조공간의 온도를 측정하는 온도센서;
    상기 입력부에서 입력된 제어신호에 따라 공조공간의 공기조화를 위한 각종 부품을 포함하는 공조부; 및,
    상기 입력부에서 입력된 제어신호에 따라 상기 공조부를 제어하며, 제1 작동온도 및 상기 제1 작동온도보다 높은 제2 작동온도로 번갈아 복수 회 공조공간을 난방하는 적어도 1개 이상의 난방 수면모드가 입력된 제어부;를 포함하는 공기조화장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 작동온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃)인 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 작동온도 및 상기 제2 작동온도의 온도편차는 0.5도 내지 2도인 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 난방 수면모드의 작동시간은 6시간 내지 9시간인 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 난방 수면모드는 제1 작동온도로 작동이 시작되고, 1시간 내지 2시간 경과 후 제2 작동온도로 작동되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 난방 수면모드는 제1 작동온도로 작동 중 80분 내지 100분 간격으로 제2 작동온도로 5분 내지 60분 동안 작동되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 난방 수면모드는 Non-REM 수면구간 공조단계의 수행 후 종료되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 제어부에 복수 개의 난방 수면모드가 입력되며, 입력된 복수 개의 수면모드 중 적어도 2개 이상의 수면모드의 제1 작동온도는 서로 다른 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  25. 공조공간을 공조하기 위한 공조부품을 포함하는 공조부;
    상기 공조공간의 온도를 측정하는 온도센서;
    상기 온도센서에 의하여 측정된 상기 공조공간의 실내온도가 미리 결정된 온도를 기준으로 미리 결정된 간격으로 미리 결정된 작동시간 동안 증가 후 감소되거나, 감소 후 증가되도록 상기 공조부를 제어하는 제어부를 포함하는 제어부;를 포함하는 공기조화장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 실내온도의 변화 폭은 0.5도씨(℃) 내지 2도씨(℃)범위 내가 되도록 상기 공조부를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 미리 결정된 온도는 18도씨 내지 24도씨 범위의 온도인 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 미리 결정된 온도는 상기 공조부의 작동 중 적어도 1회 변화되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 미리 결정된 온도는 18도씨(℃) 내지 24도씨(℃) 범위내에서 1회 상승하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
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