KR101981129B1 - 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건물 공조기의 동작을 제어하기 위해 온도와 습도를 측정하는 수단을 구비하고, 이 중에서 습도를 측정하기 위해 캐비티 내부에 유전체를 설치하여 공기의 정전율 측정수단을 구비하고, 정전율 변화로부터 습도를 측정하여 공조기 동작을 제어하도록 하는 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 정전용량의 변화에 따라 안정적이고 정확한 습도의 측정이 가능하며, 공기의 이동통로를 복수개 구비하여 복수의 측정값을 평균함으로써 보다 정확하고 신뢰도 높은 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 정전용량의 변화에 따라 안정적이고 정확한 습도의 측정이 가능하며, 공기의 이동통로를 복수개 구비하여 복수의 측정값을 평균함으로써 보다 정확하고 신뢰도 높은 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건물 공조기의 동작을 제어하기 위해 온도와 습도를 측정하는 수단을 구비하고, 이 중에서 습도를 측정하기 위해 캐비티 내부에 유전체를 설치하여 공기의 정전율 측정수단을 구비하고, 정전율 변화로부터 습도를 측정하여 공조기 동작을 제어하도록 하는 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템에 관한 것이다.
현재 대부분의 빌딩은 인텔리전트화 되는 양상을 보이고 있으며 주로 실내 공기 제어에 있어서 공기조화 시스템을 이용하고 있는데, 요즘과 같이 기후가 불규칙하여 추웠다 더웠다를 반복하는 기후 속에서도 여전히 공기조화 시스템에 의존하는 실정이다.
우리나라의 경우 봄과 가을의 기후가 선선하여 이 기간 동안에는 에너지 소비 없이 자연환기만으로도 실내 환경을 쾌적하게 유지할 수 있는 날이 많다.
또한 백화점과 같이 인파가 많이 몰리는 공간에서는 겨울철에도 잠열부하를 줄이기 위해 차가운 자연환기를 도입하기도 한다.
이러한 자연환기를 적절히 활용하게 되면 에너지 소비를 최소화하면서도 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있는 바우리나라와 같이 천연자원이 부족한 국가에서는 이러한 방식의 공기조화 제어 시스템을 적극 개발할 필요가 있다.
일반적인 인텔리전트 빌딩의 공조기 시스템은 재실자의 쾌적성을 무시한 채 운영자의 판단과 에너지 절약에만 의존하여, 이산화탄소 농도의 상한 값과 하한 값만을 가지고 2-스위치 방식으로 제어되므로 일정한 수준의 실내 환경을 유지하기 어렵다.
도 1은 종래기술에 따른 벽걸이형 실내환경모니터장치를 설명하는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 벽걸이형 실내환경모니터장치(10)는 적외선 측정부(11), 메모리(12), 온도센서(13), 제어부(14), 표시부(15), 차임벨 알람부(16), 공조기 연결부(17) 및 지그비 송신모듈(18)을 포함한다.
상기 적외선 측정부(11)는 적외선을 이용하여 공기중에 투과되는 적외선 투과도를 검출하고, 검출된 적외선 투과도를 이용하여 공기중에 포함된 수분이나 이산화탄소(CO2) 등의 함량을 측정하여 상기 제어부(14)에 제공한다. 예를들어, 상기 적외선 측정부(11)는 웨이브가이드(waveguide 또는 도파관)를 포함하여, 해당 웨이브가이드를 이용하여 적외선 광을 출사하여 반사되는 적외선 광의 파장의 반응 각도, 굴절된 광량의 차이 등을 이용하여 공기중의 수분량을 측정한다.
상기 메모리(12)는 수분량 대비 이슬점 온도 정보가 매핑된 룩업 테이블을 저장한다.
상기 온도센서(13)는 주변 온도를 측정하고, 측정된 온도값을 제어부(14)에 제공한다.
상기 차임벨 알람부(16)는 상기 제어부(14)의 제어에 응답하여 소정 회수의 차임벨을 출력한다. 예를들어, 실내의 이산화탄소의 농도가 높아 외부 공기를 최대한 유입시킬 때, 일정 횟수의 차임벨을 출력할 수 있다. 또한, 실내의 온도가 높을 때, 에어컨을 동작시킬 수 있으므로, 오픈된 창문을 닫으라는 신호로서 일정 횟수의 차임벨을 출력할 수 있다. 이러한 차임벨의 크기나 출력횟수는 벽걸이형 실내환경모니터장치(100)를 설계하는 설계자나 빌딩내의 관리자에 의해 설정될 수 있다.
상기 공조기 연결부(17)는 공조기에 연결되어, 상기 제어부(14)의 제어에 응답하여 상기 공조기를 액티브 또는 인액티브시키는 신호를 상기 빌딩공조기의 제어부에 제공한다.
그런데, 실내의 공기를 조절하기 위해 측정대상이 되는 온도와 습도에 대해서는 다양한 방식의 센서가 사용되는데, 지속적인 사용에 따른 기능저하나 오작동 등의 문제가 발생하지 않도록 다양한 장치가 사용된다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공조기를 제어하기 위한 장치에 유전체의 정전용량 변화를 측정하여 습도를 측정할 수 있도록 하는 수단을 구비한 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 유전체의 크기 및 유전율을 다르게 설치하고, 각각 독립된 이동통로를 통해 공기가 유동하도록 함으로써 정확한 습도의 측정이 가능하도록 하는 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 건물 내부의 온도와 습도를 측정하고, 이동통로(108b)의 유전율을 측정함으로써 공기의 상대습도를 결정하고, 계산된 상대습도에 따라 공조기(200)의 동작을 제어하도록 하는 건물 공조기 제어시스템으로서, 상기 제어시스템에 포함된 구성요소의 동작을 제어하는 제어부(102)와; 문자와 숫자, 도형, 음성을 이용하여 상기 제어시스템 또는 상기 공조기(200)의 상태를 표시하는 표시부(104)와; 외부의 교류전원으로부터 상기 제어시스템의 동작에 필요한 전원을 공급받아 변환하는 전원부(106)와; 공기 중의 습도의 변화에 따라 변하는 유전율 및 정전용량을 측정하는 유전율측정부(108)와; 공기의 온도를 측정하는 온도측정부(110)와; 측정된 유전율과 정전용량, 온도에 대한 정보를 저장하며, 상대습도에 따른 공기의 정전용량 계산을 위한 데이터를 테이블 형태로 저장하는 메모리(112)와; 유무선 통신망을 통해 데이터를 송수신하며, 상기 공조기(200)에 제어명령을 전송하거나 상기 공조기(200)로부터 동작 상태 정보를 수신하는 통신부(114);를 포함하며, 상기 유전율측정부(108)는 상기 제어시스템 본체와 케이블로 연결되는 몸체(108a)와; 상기 몸체(108a)의 일측면으로부터 타측면까지 내부를 따라 형성되어 공기가 이동하도록 하는 복수의 이동통로(108b)와; 상기 이동통로(108b)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급되는 제1유전체(108c) 및 제2유전체(108d);를 포함한다.
상기 제어부(102)는 상기 제1유전체(108c) 및 상기 제2유전체(108d)의 사이를 지나가는 공기의 유전율 및 정전용량에 대한 정보를 상기 유전율측정부(108)로부터 수신하고, 상기 제1유전체(108c) 및 상기 제2유전체(108d)의 사이를 지나가는 공기의 온도에 대한 정보를 상기 온도측정부(110)로부터 수신하고, 상기 유전율, 상기 정전용량, 상기 온도에 부합하는 상대습도값을 상기 메모리(112)에 저장된 테이블에서 검색하는 것을 특징으로 한다.
상기 온도측정부(110)는 상기 복수의 이동통로(108b)의 내부에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(102)는 상기 복수의 이동통로(108b)를 지나는 공기를 감지하여 생성한 복수의 상대습도값을 평균하여 상기 건물 내부의 상대습도값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은 건물 내부의 온도와 습도를 측정하고, 이동통로(108b)의 유전율을 측정함으로써 공기의 상대습도를 결정하고, 계산된 상대습도에 따라 공조기(200)의 동작을 제어하도록 하는 건물 공조기 제어시스템으로서, 상기 제어시스템에 포함된 구성요소의 동작을 제어하는 제어부(102)와; 문자와 숫자, 도형, 음성을 이용하여 상기 제어시스템 또는 상기 공조기(200)의 상태를 표시하는 표시부(104)와; 외부의 교류전원으로부터 상기 제어시스템의 동작에 필요한 전원을 공급받아 변환하는 전원부(106)와; 공기 중의 습도의 변화에 따라 변하는 유전율 및 정전용량을 측정하는 유전율측정부(108)와; 공기의 온도를 측정하는 온도측정부(110)와; 측정된 유전율과 정전용량, 온도에 대한 정보를 저장하며, 상대습도에 따른 공기의 정전용량 계산을 위한 데이터를 테이블 형태로 저장하는 메모리(112)와; 유무선 통신망을 통해 데이터를 송수신하며, 상기 공조기(200)에 제어명령을 전송하거나 상기 공조기(200)로부터 동작 상태 정보를 수신하는 통신부(114);를 포함하며, 상기 유전율측정부(108)는 상기 제어시스템 본체와 케이블로 연결되는 몸체(108a)와; 상기 몸체(108a)의 일측면으로부터 타측면까지 내부를 따라 형성되어 공기가 이동하도록 하는 제1이동통로(108b-1), 제2이동통로(108b-2) 및 제3이동통로(108b-3)와; 상기 제1이동통로(108b-1)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급되는 제1-1유전체(108c-1) 및 제2-1유전체(108d-1);를 포함하며, 상기 제2이동통로(108b-2)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급되는 제1-2유전체(108c-2) 및 제2-2유전체(108d-2);를 포함하며, 상기 제3이동통로(108b-3)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급되는 제1-3유전체(108c-3) 및 제2-3유전체(108d-3);를 포함한다.
상기 제1-1유전체(108c-1) 및 제2-1유전체(108d-1)의 높이(H1)와, 상기 제1-2유전체(108c-2) 및 제2-2유전체(108d-2)의 높이(H2)와, 상기 제1-3유전체(108c-3) 및 제2-3유전체(108d-3)의 높이(H3)는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 정전용량의 변화에 따라 안정적이고 정확한 습도의 측정이 가능하며, 공기의 이동통로를 복수개 구비하여 복수의 측정값을 평균함으로써 보다 정확하고 신뢰도 높은 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 벽걸이형 실내환경모니터장치를 설명하는 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어시스템의 구성을 나타낸 블럭도.
도 3은 제어시스템의 연결상태를 나타낸 개념도.
도 4는 몸체의 공기 이동 경로를 나타낸 사시도.
도 5는 이동통로 내부에 제1유전체와 제2유전체가 설치된 상태를 나타낸 부분사시도.
도 6은 도 5의 제1유전체 및 제2유전체가 설치된 상태를 나타낸 단면도.
도 7은 정전용량의 변화량에 따른 상대습도의 변화량을 나타낸 그래프.
도 8은 서로 다른 크기의 유전율을 가진 유전체의 설치 상태를 나타낸 부분사시도.
도 9는 도 8의 유전체의 설치 상태를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어시스템의 구성을 나타낸 블럭도.
도 3은 제어시스템의 연결상태를 나타낸 개념도.
도 4는 몸체의 공기 이동 경로를 나타낸 사시도.
도 5는 이동통로 내부에 제1유전체와 제2유전체가 설치된 상태를 나타낸 부분사시도.
도 6은 도 5의 제1유전체 및 제2유전체가 설치된 상태를 나타낸 단면도.
도 7은 정전용량의 변화량에 따른 상대습도의 변화량을 나타낸 그래프.
도 8은 서로 다른 크기의 유전율을 가진 유전체의 설치 상태를 나타낸 부분사시도.
도 9는 도 8의 유전체의 설치 상태를 나타낸 단면도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템"(이하, '제어시스템'이라 함)을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어시스템의 구성을 나타낸 블럭도이며, 도 3은 제어시스템의 연결상태를 나타낸 개념도이다.
본 발명의 제어시스템(100)은 건물 내부에 설치된 공조기(200)의 동작을 제어하여 건물 내부의 온도와 습도, 공기질 등을 조정하기 위해 사용된다. 제어시스템(100)의 제어명령에 따라 공조기(200)의 동작이 개시되거나 중단되며, 이로 인해 건물 내부가 적절한 온도와 습도 상태를 유지하게 된다. 제어시스템(100)은 사무실이나 상가, 주택 등의 건물 내부에 설치되며, 제어대상이 되는 공간 내부의 공기 상태를 파악하여 공조기(200)의 동작을 조정할 수 있도록 거주공간 내부에 설치하는 것이 바람직하다.
한 대의 제어시스템(100)은 한 대의 공조기(200)에 연결되어 동작을 제어하도록 하는 것이 일반적이다. 그러나 한 대의 제어시스템(100)이 여러 대의 공조기(200)의 동작을 제어하도록 할 수도 있을 것이다. 이 경우에는 되도록 동일한 공간에 설치된 여러 대의 공조기(200)를 제어하도록 함으로써 공기 조절 기능이 신속하게 실행되도록 한다.
제어시스템(100)은 내부 구성요소의 동작을 제어하는 제어부(102)를 포함한다. 제어부(102)는 건물 내부의 공기 상태에 따라서 적절한 방식으로 공조기(200)를 동작하도록 한다. 제어부(102)는 제어시스템(100)에 저장된 테이블에서 공조기(200)의 동작 상태를 검출하고, 측정된 공기의 온도 및 습도에 따라 테이블에서 동작 설정정보를 호출한다.
표시부(104)는 제어시스템(100)의 외측으로 문자나 숫자, 도형 등을 이용하여 제어시스템(100) 또는 공조기(200)의 상태를 표시한다. 일반적으로는 LCD 디스플레이나 점멸등, 음성출력부 등이 사용될 수 있다.
전원부(106)는 외부의 교류전원을 공급받아 제어시스템(100)의 동작에 필요한 전원으로 변환한다. 이를 위해 전원부(106)에는 외부 전원과 연결되는 케이블과 커넥터 등이 구비된다. 경우에 따라서는 외부 교류전원의 공급 없이도 제어시스템(100)의 동작이 이루어지도록 배터리 등이 추가될 수 있다. 이외에도 태양광이나 풍력 등 신재생 에너지를 전력으로 변환시킬 수 있는 장치가 더 구비될 수 있다.
본 발명에서 공기 중의 습도의 변화에 따라 변하는 유전율 및 정전용량은 유전율측정부(108)가 측정하게 된다. 온도측정부(110)는 공기의 온도 및 변화량을 측정한다. 유전율측정부(108)와 온도측정부(110)는 별도의 부품으로 구성될 수 있는데, 제어시스템(100)의 부피를 줄이고 정확한 상태 측정을 위해 하나의 부품 내부에 함께 설치할 수도 있을 것이다.
유전율측정부(108)는 전원이 공급되는 두 개의 유전체 또는 전극 사이의 유전율의 변화를 측정하여 공기의 상태를 확인하게 된다. 공기 또는 기타 유전체의 유전율의 변화를 측정함으로써 정전용량을 계산할 수 있는데, 본 발명에서는 특정 공간의 유전율 또는 정전용량을 측정하며, 경우에 따라서는 유전율과 정전용량을 모두 측정할 수도 있다.
온도측정부(110)는 통상적으로 사용되는 온도계일 수 있다.
메모리(112)는 비휘발성 데이터 저장수단으로서, 제어시스템(100)에서 생성하는 데이터와, 유전율 및 온도의 측정과 동작 상태 설정을 위한 데이터를 모두 저장한다. 제어부(102)는 측정된 습도 및 온도에 맞는 설정정보를 메모리(112)로부터 호출하며, 정해진 방법대로 공조기(200)의 동작을 제어한다.
통신부(114)는 유무선 통신망을 통해 데이터를 송수신하며, 공조기(200)에 제어명령을 전송하거나, 공조기(200)로부터 전송되는 동작 상태 정보를 수신한다. 통신부(114)는 유선 통신망을 통해 데이터를 송수신할 수 있지만, 건물 내부의 장치들 사이의 연결을 원활하게 하기 위해 블루투스나 와이파이 등 근거리 무선통신 프로토콜을 사용하는 것이 바람직하며, 이를 위한 모뎀이나 통신칩 등을 구비할 수 있다.
제어시스템(100)은 공기의 습도와 온도를 측정하기 위해 케이스 내부에 또는 케이스와 연결된 별도의 유전율측정부(108)를 구비한다. 유전율측정부(108)와 온도측정부(110)는 공기의 흐름이 원활한 곳에 설치하는 것이 바람직하다.
도3에서는 공조기(200)의 형태로서 스탠드형(202)과 천장매립형(204)을 도시한다. 스탠드형(202)은 건물 내부의 특정 공간에 세워서 사용하는 형태이며, 천장매립형(204)은 천장 내부에 매립된 상태로 설치하여 공간을 절약할 수 있도록 하는 형태를 의미한다. 그러나 공조기(200)의 형태는 이외에도 이동형 등과 같이 다양할 수 있으며, 통신망을 통해 데이터를 주고받을 수 있는 장치라면 모두 본 발명이 적용될 수 있다.
도 4는 몸체의 공기 이동 경로를 나타낸 사시도이며, 도 5는 이동통로 내부에 상부유전체와 하부유전체가 설치된 상태를 나타낸 부분사시도, 도 6은 도 5의 상부유전체 및 하부유전체가 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.
습도센서는 크게 습도의 측정 원리에 따라서 저항형 습도센서와 정전용량형 습도센서로 구분할 수 있다.
저항형 습도센서는 고분자 감습층 위에 형성된 전극이 습도에 따라 변화하는 전기 저항의 변화를 이용하여 습도를 측정하는 센서이다. 저항형 습도센서는 응답 속도가 빠르고, 소형화가 가능하나 선형적인 값을 얻기 힘든 단점이 있다.
정전용량형 습도센서는 상대 습도가 변할 때, 유전율의 변화를 정전용량의 차이로 감지하여 습도를 측정하는 센서이다.
정전용량형 습도센서는 소형화가 어렵고, 응답속도가 느리며 하부전극과 상부전극 사이의 고분자 감습층의 유전율의 변화를 감지하기 때문에 재료적인 한계가 있지만, 센서에서 중요한 선형적인 특징을 가진다는 점에서 많이 사용된다.
상대 습도를 측정하는 정전용량형 습도센서의 민감도는 상부전극과 하부전극인 두 평행판 사이에 있는 감습층의 유전율과 두 평행판의 면적에 비례하고, 두 평행판 사이의 거리에 반비례한다. 유전율의 변화는 두 평행판 사이의 감습층이 대기 중의 수분을 흡수해서 얻을 수 있기 때문에, 대부분의 습도센서는 양 전극 사이에 감습층이 존재하여 감습층이 공기 중에 드러나 있는 형태를 가지게 된다.
습도 센서 주변 대기에서의 습기가 감습막으로 흡수되는 경우, 감습막의 유전율은 흡수된 습기에 따라 변화된다. 흡수된 습기에서의 물의 유전율이 충분히 크기 때문에, 감습막 유전율의 이러한 변화는 검출되기에 충분하다.
상대 습도가 증가하면 정전 용량의 크기가 증가하는데, 특히, 상대 습도가 50% 이상인 경우, 상대 습도가 증가함에 따라 정전 용량의 크기가 급격하게 증가한다. 이는 습도 센서가 50% 이상의 상대 습도에서 더 정밀한 습도 측정이 가능하다는 것을 의미한다.
유전율측정부(108)와 온도측정부(110)는 별도로 설치할 수도 있지만, 공기의 이동에 따른 변화량을 함께 측정하기 위해 하나의 공간에 동시에 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같은 몸체(108a)의 내부에 설치하여 제어시스템(100) 본체와 연결하는 방식으로 구성한다. 몸체(108a)와 제어시스템(100) 본체는 케이블 등으로 연결할 수 있으며, 몸체(108a)의 내부에 구성된 측정수단이 산출한 값을 제어부(102)가 수신하여 적절한 데이터를 바탕으로 정전용량을 계산하게 된다.
유전율측정부(108)가 설치되는 몸체(108a)는 대략 직육면체 형상을 가지며, 일측면으로부터 반대쪽에 있는 타측면까지 내부를 따라 공기 이동통로(108b)가 형성된다. 이동통로(108b)는 한 개가 형성될 수 있지만, 측정수단을 개별적으로 설치하여 독립적인 데이터를 얻기 위해 여러 개의 이동통로(108b)를 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 도면에서는 세 개의 이동통로(108b)를 형성하는 것으로 도시하였으나, 그 수는 달라질 수 있다.
이동통로(108b)는 몸체(108a)의 일측으로 유입되고 내부를 통과하여 반대편에 있는 타측으로 빠져나가게 된다. 공기가 몸체(108a)의 내부를 통과하는 과정에서 정전용량이 측정된다. 전술한 바와 같이, 공기에 포함된 습도의 양에 따라 공기의 정전용량이 달라지기 때문에 현재 상태의 공기의 상대습도의 변화를 감지하게 된다.
이동통로(108b)의 내부에는 제1유전체(108c)와 제2유전체(108d)가 서로 이격되게 설치된다. 통상적으로는 이동통로(108b)의 밑면과 윗면에 각각 제1유전체(108c)와 제2유전체(108d)가 설치되는데, 경우에 따라서는 우측면과 좌측면에 설치할 수도 있을 것이다. 제1유전체(108c)와 제2유전체(108d)는 전원부(106)와 연결되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급된다. 전원의 공급에 따라 제1유전체(108c)와 제2유전체(108d) 사이의 공간에는 정전압이 인가되며, 공기의 유전율에 따라 정전압의 크기가 달라진다. 이와 같이 정전압이 인가되는 캐비티 공간 내부의 유전율 변화량을 측정함으로써 공기의 유전율을 계산할 수 있고, 이로부터 공기의 상대습도를 확인할 수 있다. 이동통로(108b)는 정전용량센서 또는 도파관의 캐비티와 같은 역할을 하게 된다.
이동통로(108b)의 내부에는 공기의 원활한 흐름을 위해 다른 구조물을 설치하지 않는 것이 바람직하지만, 공기의 이동속도를 높이기 위해 오리피스 구조를 형성하는 것도 가능하다. 또한 공기를 강제적으로 이동시키기 위한 송풍수단이 더 구비될 수 있다.
이동통로(108b)의 내부 표면에는 온도측정부(110)가 설치될 수 있다. 온도측정부(110)는 공기의 온도를 측정하는 일반적인 센서를 의미하며, 이동하는 공기의 온도값을 측정하여 제어부(102)에 전달한다.
제1유전체(108c)와 제2유전체(108d)는 서로 동일한 물질로 만들어지는 것이 일반적이지만, 경우에 따라서는 유전율이 서로 다른 물질을 각각 사용할 수도 있을 것이다. 두 개의 소재가 다른 경우에는 정확한 상대습도의 계산을 위해 각 소재의 물리적 특성이 정확하게 알려져 있어야 할 것이다.
제어부(102)는 제어시스템(100)이 설치된 공간 내부의 공기가 이동통로(108b)를 지나갈 때, 이동하는 공기의 유전율과 온도를 측정한다. 유전체에 인가되는 전원의 크기에 따라 일정한 크기의 정전압이 감지되는데, 공기의 습도가 달라지면 이로 인해 유전율이 달라지면서 이동통로(108b) 내부의 정전용량이 달라지게 된다. 제어부(102)는 정전용량의 변화량을 측정하여 메모리(112)에 저장한다. 그리고 메모리(112)에 저장된 테이블에서 일치하는 데이터를 찾아서 공기의 유전율을 확인한다. 공기의 유전율을 찾으면 제1유전체(108c)와 제2유전체(108d) 사이 공간의 정전용량을 계산할 수 있다.
테이블에는 정해진 크기의 공간에 채워진 공기의 유전율과, 이로 인해 결정되는 이동통로(108b)의 정전용량에 대한 데이터가 포함된다. 제어부(102)는 유전율측정부(108)로부터 전해지는 결과값과 동일한 수치를 갖는 데이터를 검색함으로써 정전용량을 계산할 수 있다.
또한 습도의 변화뿐만 아니라 온도의 변화에 따른 공기의 유전율 변화량에 대한 데이터도 함께 고려할 수 있다. 하나의 이동통로(108b)에는 하나의 온도측정부(110)가 설치되므로, 복수의 이동통로(108b)를 지나는 공기의 온도를 각각 측정할 수 있다.
독립된 경로를 따라 이동하는 공기의 유전율 변화량과 온도를 각각 측정하고, 개별적으로 정전용량을 측정함으로써 상대습도를 결정할 수 있다.
만약 복수의 이동통로(108b)를 지나는 공기의 상대습도가 서로 다른 경우에는 복수의 상대습도 측정값을 평균하거나, 중간값을 계산하거나, 최대값 또는 최소값을 최종 상대습도로 결정할 수 있다. 본 발명에서는 복수의 이동통로(108b)를 지나는 공기의 유전율로부터 계산한 상대습도값을 평균하여 해당 공간의 최종 상대습도값으로 결정하는 방식을 사용한다.
도 7은 정전용량의 변화량에 따른 상대습도의 변화량을 나타낸 그래프이다.
일반적으로 공기의 상대습도값과 공기의 유전율 및 정전용량은 서로 비례하는 관계를 갖는다. 비례계수를 적절히 계산하면 정확한 공기의 유전율 및 정전용량을 상대습도값으로부터 계산할 수 있다.
한편, 도 8은 서로 다른 크기의 유전율을 가진 유전체의 설치 상태를 나타낸 부분사시도이며, 도 9는 도 8의 유전체의 설치 상태를 나타낸 단면도이다.
전술한 실시예에서는 복수의 이동통로(108b) 내부에 동일한 특성을 갖는 제1유전체(108c) 및 제2유전체(108d)를 설치하여 유전율을 측정하는 것으로 설명하였다. 경우에 따라서는 공기의 흐름이나 제어시스템(100)의 설치 위치의 특성을 다양하게 측정하기 위해 유전체의 크기나 특성을 다르게 구성할 필요가 있다.
이를 위해 도 8과 9에서는 세 개의 이동통로를 구성한다. 각각의 제1이동통로와 제2이동통로(108b-2), 제3이동통로(108b-3)라고 정의한다. 그리고 제1이동통로(108b-1)에 설치되는 유전체를 제1-1유전체(108c-1)와 제2-1유전체(108d-1)라고 하고, 제2이동통로(108b-2)에 설치되는 유전체를 제1-2유전체(108c-2)와 제2-2유전체(108d-2)라고 한다. 그리고 제3이동통로(108b-3)에 설치되는 유전체를 제1-3유전체(108c-3)와 제2-3유전체(108d-3)라고 한다.
각 이동통로 설치된 유전체는 높이를 다르게 함으로써 유전율과 정전용량이 달라지게 한다. 본 발명에서는 제1-1유전체(108c-1) 및 제2-1유전체(108d-1)의 높이가 가장 작고, 제1-3유전체(108c-3) 및 제2-3유전체(108d-3)의 높이가 가장 크다. 제1-2유전체(108c-2) 및 제2-2유전체(108d-2)의 높이는 중간이 되도록 한다.
이러한 구조의 차이로 인해 두 개의 유전체 사이의 높이는 제1이동통로(108b-1)에서 H1로 제일 크고, 그 다음이 제2이동통로(108b-2)의 H2이며, 제3이동통로(108b-3)의 H3이 가장 작을 것이다. 유전체의 높이 및 이동통로의 높이의 차이로 인해 각 이동통로 내부의 정전용량은 모두 다르게 측정된다. 서로 다른 정전용량을 가진 이동통로 내부를 공기가 지나가면서 측정되는 정전압값을 측정함으로써 보다 정확한 정전용량을 구할 수 있으며, 이로부터 정학한 상대습도값을 계산할 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제어시스템 102 : 제어부
104 : 표시부 106 : 전원부
108 : 유전율측정부 110 : 온도측정부
112 : 메모리 114 : 통신부
116 : 컨트롤패널 200 : 공조기
202 : 스탠드형 204 : 천장매립형
104 : 표시부 106 : 전원부
108 : 유전율측정부 110 : 온도측정부
112 : 메모리 114 : 통신부
116 : 컨트롤패널 200 : 공조기
202 : 스탠드형 204 : 천장매립형
Claims (6)
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- 건물 내부의 온도와 습도를 측정하고, 이동통로(108b)의 유전율을 측정함으로써 공기의 상대습도를 결정하고, 계산된 상대습도에 따라 공조기(200)의 동작을 제어하도록 하는 건물 공조기 제어시스템으로서,
상기 제어시스템에 포함된 구성요소의 동작을 제어하는 제어부(102)와;
문자와 숫자, 도형, 음성을 이용하여 상기 제어시스템 또는 상기 공조기(200)의 상태를 표시하는 표시부(104)와;
외부의 교류전원으로부터 상기 제어시스템의 동작에 필요한 전원을 공급받아 변환하는 전원부(106)와;
공기 중의 습도의 변화에 따라 변하는 유전율 및 정전용량을 측정하는 유전율측정부(108)와;
공기의 온도를 측정하는 온도측정부(110)와;
측정된 유전율과 정전용량, 온도에 대한 정보를 저장하며, 상대습도에 따른 공기의 정전용량 계산을 위한 데이터를 테이블 형태로 저장하는 메모리(112)와;
유무선 통신망을 통해 데이터를 송수신하며, 상기 공조기(200)에 제어명령을 전송하거나 상기 공조기(200)로부터 동작 상태 정보를 수신하는 통신부(114);를 포함하며,
상기 유전율측정부(108)는
상기 제어시스템 본체와 케이블로 연결되는 몸체(108a)와;
상기 몸체(108a)의 일측면으로부터 타측면까지 내부를 따라 형성되어 공기가 이동하도록 하는 제1이동통로(108b-1), 제2이동통로(108b-2) 및 제3이동통로(108b-3)와;
상기 제1이동통로(108b-1)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급되는 제1-1유전체(108c-1) 및 제2-1유전체(108d-1);를 포함하며,
상기 제2이동통로(108b-2)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급되는 제1-2유전체(108c-2) 및 제2-2유전체(108d-2);를 포함하며,
상기 제3이동통로(108b-3)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 양극(+)과 음극(-)이 각각 연결되어 전원이 공급되는 제1-3유전체(108c-3) 및 제2-3유전체(108d-3);를 포함하며,
상기 제1-1유전체(108c-1) 및 제2-1유전체(108d-1)의 높이(H1)와, 상기 제1-2유전체(108c-2) 및 제2-2유전체(108d-2)의 높이(H2)와, 상기 제1-3유전체(108c-3) 및 제2-3유전체(108d-3)의 높이(H3)는 서로 다른 것을 특징으로 하는, 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템. - 삭제
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| KR1020190019229A KR101981129B1 (ko) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | 정전용량 측정기능을 구비한 건물 공조기 제어시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102767728B1 (ko) * | 2022-11-21 | 2025-02-13 | 엘지전자 주식회사 | 공기조화기 |
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| KR20090084776A (ko) * | 2009-02-23 | 2009-08-05 | (주)하나엔지니어링 | 벽걸이형 실내환경모니터장치 및 이를 이용한 빌딩공조기 제어시스템 |
| KR20120015059A (ko) | 2010-08-11 | 2012-02-21 | 정지훈 | 인텔리전트 빌딩의 공기조화 제어 시스템 |
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