KR100760177B1 - 정풍량 폐열회수 환기장치 - Google Patents

정풍량 폐열회수 환기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐열회수 기능이 구비된 환기장치로서, 실외공기를 실내로 공급하는 통로가 되는 급기관; 실내공기를 실외로 배출하는 통로가 되는 배기관; 상기 급기관에 설치되는 급기송풍기; 상기 배기관에 설치되는 배기송풍기; 상기 급기관의 내부를 통과하는 실외공기와 상기 배기관의 내부를 통과하는 실내공기의 열교환이 이루어지는 열교환기; 및, 환기장치의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되되, 상기 급기송풍기 및 상기 배기송풍기는 각각, 팬; 상기 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor); 상기 BLDC전동기의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서; 및, 상기 RPM센서에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 상기 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정풍량 폐열회수 환기장치에 관한 것이다.
급기관, 배기관, 제어부, 급기송풍기, 배기송풍기, 팬, BLDC전동기, RPM센서, 마이크로프로세서

Description

정풍량 폐열회수 환기장치{Constant air volume Waste heat recovery Ventilating device}
도1은 본 발명의 구체적 실시예의 개략적인 구성도로서, (a)는 판형열교환기가 사용된 경우이고, (b)는 회전형열교환기가 사용된 경우이다.
도2는 배기송풍기 또는 급기송풍기의 구체적 실시예의 단면도이다.
도3은 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기의 회전수, 및 풍량의 관계 곡선이다.
도4은 본 발명의 마이크로프로세서에서 정풍량을 구현하는 과정을 도시하는 논리적 순서도이다.
도5는 정압, BLDC전동기의 회전수, 및 풍량의 관계 곡선상에서 정풍량을 구현하는 과정을 도시하고 있다.
도6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 구체적 실시예가 적용된 실내의 구조를 보여주는 입체도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:급기관
200:배기관
300:급기송풍기 301:배기송풍기
310:팬
311:에어필터 312:역류방지판
320:BLDC전동기
330:RPM센서
340:마이크로프로세서
400:열교환기
500:제어부
기술분야
본 발명은 폐열회수 기능이 구비된 환기장치로서, 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor), 상기 BLDC전동기의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서, 및 상기 RPM센서에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 상기 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 정풍량을 구현하는 폐열회수 환기장치에 관한 것이다.
종래기술
일반적으로 공동주택, 주택의 발코니 또는 기계실에 설치되어 있는 폐열회수환기장치는 배기팬을 이용하여 실내의 오염된 공기를 열교환기를 통과시킨 후 외부로 배출하고, 급기팬을 이용하여 실외의 신선한 공기를 열교환기를 통과시킨 후 실내로 공급한다.
이와 같은 기계식 환기과정에서 폐열회수 환기장치의 열교환기에서는 실내공기와 실외공기 사이의 열교환이 이루어진다.
기계실 또는 발코니에 장치된 폐열회수 환기장치는 주택 내 각 방에 연통하는 급배기 덕트라인을 구비하고 있어, 안방, 거실 또는 서재 등 각 방의 환기가 개별적으로 이루어질 수 있는 구조로 되어 있다.
이와 같은 급배기 덕트라인을 구비한 폐열회수 환기장치의 경우 급배기 덕트라인의 경로 사이에 압력 손실이 불가피하게 발생하게 되고, 이로 인하여 급기와 배기 풍량이 균형을 이루지 못하게 풍량차가 발생하게 되며, 이러한 급배기 풍량차에 의해 열교환기에서 실외공기와 실내공기 사이의 열교환 성능도 저하되는 문제점이 있다.
현재 이러한 폐열회수 환기장치는 초고층 고기밀화 되는 신축건물의 환기문제점이 이슈화되면서 공조 열부하를 절약함과 동시에 적절한 환기를 시킬 수 있는 제품으로 선택되어 설치되고 있다.
이러한 폐열회수 환기장치는 특성상 송풍기와 같은 기계장치와 덕트와 같은 부속물이 함께 시공됨에도 불구하고, 송풍기와 같은 기계장치만을 기준으로 풍량 및 열교환 성능을 표시하였으며, 이로 인해 실재 급배기 풍량비와 열교환 성능이 제품만의 성능과 일치하지 않는 문제점이 있었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위해 현장별로 덕트 시스템을 포함한 실제 풍량과 열교환 성능을 시험하는 것도 비효율적이었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 덕트 시스템 내부 및 건물 외부의 환경적 요인에 기인한 정압에 의한 압력손실과 상관없이 정풍량 성능을 유지하여 일정한 급배기 풍량비 및 열교환 성능을 실현할 수 있는 폐열회수 환기장치의 개발이 요구되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 덕트 시스템 내부 및 건물 외부의 환경적 요인에 기인한 정압에 의한 압력손실과 상관없이 일정한 급배기 풍량비를 유지할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 덕트 시스템 내부 및 건물 외부의 환경적 요인에 기인한 정압에 의한 압력손실과 상관없이 일정한 열교환 성능을 유지할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
셋째, BLDC전동기의 회전수를 측정하여 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 배출하고 공급할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
넷째, 배출되는 풍량의 기준값이 변경되더라도 구성요소를 교체하거나 추가할 필요없이 입력되는 수치의 변경만으로 이를 해결할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
다섯째, 송풍기에 걸리는 부하의 정도에 따라 적절한 회전수를 유지함으로써 정풍량을 구현함과 동시에 소비전력을 최소화할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.
본 발명은 폐열회수 기능이 구비된 환기장치로서, 실외공기를 실내로 공급하는 통로가 되는 급기관; 실내공기를 실외로 배출하는 통로가 되는 배기관; 상기 급기관에 설치되는 급기송풍기; 상기 배기관에 설치되는 배기송풍기; 상기 급기관의 내부를 통과하는 실외공기와 상기 배기관의 내부를 통과하는 실내공기의 열교환이 이루어지는 열교환기; 및, 환기장치의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
상기 급기송풍기 및 상기 배기송풍기는 각각, 팬; 상기 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor); 상기 BLDC전동기의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서; 및, 상기 RPM센서에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 상기 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함한다.
상기 마이크로프로세서는 인가될 공급전압에서의 정압(Static pressure)과 풍량의 관계에 관한 데이타, 인가될 공급전압에서의 BLDC전동기의 회전수(RPM)와 풍량의 관계에 관한 데이타가 입력되고, 설계상 요구되는 일정한 풍량에 해당하는 BLDC전동기의 회전수 및 인가될 공급전압에 관한 데이타가 입력되고, 최초 인가되는 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수에 관한 신호를 상기 RPM센서로부터 수신하고, 설계상 요구되는 일정한 풍량을 구현하기 위하여 수신된 BLDC전동기의 회전수에 해당하는 공급전압을 산출하고, 상기 BLDC전동기에 산출된 공급전압을 인가한다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 첨부하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 구체적 실시예의 개략적인 구성도로서, (a)는 판형열교환기가 사용된 경우이고, (b)는 회전형열교환기가 사용된 경우이다.
급기관(100)은 도1(a) 및 도1(b)에 도시된 바와 같이 실외공기가 실내로 공급되는 통로가 되며, 통상적으로 도6(a) 및 도6(b)에 도시된 바와 같이 천장 등에 설치되는 덕트가 급기관(100)의 기능을 수행한다.
배기관(200)은 도1(a) 및 도1(b)에 도시된 바와 같이 실내공기를 실외로 배출하는 통로가 되며, 배기관(200)도 급기관(100)과 마찬가지로 도6(a) 및 도6(b)에 도시된 바와 같이 천장 등에 설치되는 덕트가 배기관(200) 기능을 수행한다.
열교환기(400)는 도1(a) 및 도1(b)에 도시된 바와 같이 급기관(100)의 내부를 통과하는 실외공기와 배기관(200)의 내부를 통과하는 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 장치로서, 일반적인 판형열교환기 또는 회전형열교환기 뿐만 아니라 다양한 종류와 형태의 열교환기가 자유롭게 선택되어 사용될 수 있다.
이와 같은 열교환기(400)를 이용함으로써, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
다시 말하면, 겨울철 난방 시에는 유입되는 실외공기가 배출되는 실내공기에 의하여 열을 전달받게 되어 실외공기의 온도가 상승하여 난방비를 절감할 수 있고, 여름철 냉방 시에는 유입되는 실외공기가 배출되는 실내공기에 의하여 열을 빼앗기게 되어 실외공기의 온도가 하강하여 냉방비가 절감된다.
도2는 배기송풍기(301) 또는 급기송풍기(300)의 구체적 실시예의 단면도가 도시되어 있다.
배기송풍기(301) 및 급기송풍기(300)는 그 구성이 동일하며, 배기송풍기(301)는 실내공기의 배출에 필요한 동력원이 되며, 급기송풍기(300)는 실외공기의 공급에 필요한 동력원이 된다.
배기송풍기(301) 및 급기송풍기(300)는 각각, 팬(310), 상기 팬(310)을 구동하는 BLDC전동기(320), 상기 BLDC전동기(320)의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서(330), 및 상기 RPM센서(330)에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 BLDC전동기(320)에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서(340)를 포함한다.
RPM센서(330)는 별도로 구비될 수도 있으나 일반적으로 BLDC전동기(320) 내부에 내장되어 있으며 홀센서 또는 포토센서 등과 같은 것들이 사용된다.
마이크로프로세서(340)는 인가될 공급전압에서의 정압(Static pressure)과 풍량의 관계에 관한 데이타, 인가될 공급전압에서의 BLDC전동기(320)의 회전수(RPM)와 풍량의 관계에 관한 데이타가 입력되고, 설계상 요구되는 일정한 풍량에 해당하는 BLDC전동기(320)의 회전수 및 인가될 공급전압에 관한 데이타가 입력되 고, 최초 인가되는 공급전압에 따른 BLDC전동기(320)의 회전수에 관한 신호를 RPM센서(330)로부터 수신하고, 설계상 요구되는 일정한 풍량을 구현하기 위하여 수신된 BLDC전동기(320)의 회전수에 해당하는 공급전압을 산출하고, BLDC전동기(320)에 산출된 공급전압을 인가한다.
마이크로프로세서(340)는 일정한 풍량의 배출이 이루어지도록 BLDC전동기(320)의 작동을 제어하는 역할을 한다.
마이크로프로세서(340)는 도2에 도시된 바와 같이 BLDC전동기와 나란히 설치될 수도 있으나, 필요에 따라서는 제어부(500)의 내부에 설치될 수도 있다.
도3은 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(220)의 회전수, 및 풍량의 관계 곡선을 도시하고 있다.
도3에 의하면 정압과 풍량이 반비례함을 알 수 있는데, 다시 말하면, 정압이 증가할수록 배출되는 풍량은 감소함을 보여준다.
또한, 정압이 증가하더라도 일정한 풍량을 유지하기 위해서는 공급전압을 증가시켜 BLDC전동기의 회전수를 높여야 함을 알 수 있다.
마이크로프로세서(230)에는 도3에 도시된 바와 같은 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(320)의 회전수, 및 풍량의 관계에 관한 모든 데이타가 입력되어 있으며, 정압에 관계없이 일정한 풍량을 유지하기 위하여 선택해야만 되는 공급전압 및 BLDC전동기(320)의 회전수에 관한 데이타도 입력되어 있다.
다시 말하면, 설계자가 요구하는 일정한 풍량에 해당하는 공급전압 및 BLDC전동기(220)의 회전수에 관한 데이타가 기준값으로 입력된다는 의미이다.
또한, 마이크로프로세서(230)에는 최초 인가될 공급전압의 수치도 입력된다.
아울러, BLDC전동기(220)의 회전수를 측정하고 인가되는 공급전압을 변경하는 방법으로 정풍량을 실현하는 프로그램이 내장된다.
도4는 본 발명의 마이크로프로세서(230)에서 정풍량을 구현하는 과정을 도시하는 논리적 순서도이다.
송풍기(200)에 전원을 인가하면 미리 입력된 수치에 따라 최초 공급전압(V0)이 BLDC전동기(220)에 인가된다.
인가된 최초 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수를 측정한다.
측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위 내에서 R0 와 일치하는 경우에는 설계상 요구되는 풍량이 배출되고 있다는 것을 의미하는 바, 인가된 최초 공급전압(V0)을 유지한다.
측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 작은 경우(예를 들어 Rd1 인 경우)에는 설계상 요구되는 풍량이 배출되고 있지 않다는 것(정압이 상대적으로 낮아 설계상 요구되는 풍량보다 많은 풍량이 배출)을 의미하는 바, Rd1 에 해당하는 공급전압(Vd1)을 인가한다.
측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 큰 경우(예를 들어 Ru1 인 경우)에도 설계상 요구되는 풍량이 배출되고 있지 않다는 것(정압이 상대 적으로 높아 설계상 요구되는 풍량보다 적은 풍량이 배출)을 의미하는 바, Ru1 에 해당하는 공급전압(Vd1)을 인가한다.
새롭게 공급전압(Vd1 또는 Vu1)을 인가한 후 다시 BLDC전동기(220)의 회전수를 측정하여 측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위 내에서 Rd1 또는 Ru1 에 해당하는지 판단하고, 일치하는 경우에는 새롭게 인가된 공급전압(Vd1 또는 Vu1)을 유지하고, 일치하지 않는 경우에는 측정된 회전수에 해당하는 공급전압을 다시 인가하는 과정을 되풀이한다.
이와 같이 인가되는 공급전압이 동일하더라도 배출되는 풍량이 경우에 따라 달라지는 이유는 팬(210)에 작용하는 정압이 경우에 따라 달라지기 때문이다.
즉, 동일한 공급전압을 인가하더라도 정압이 낮은 경우에는 팬(210)에 작은 부하가 작용하여 배출되는 풍량이 증가하고, 정압이 높은 경우에는 팬(210)에 큰 부하가 작용하여 배출되는 풍량이 감소한다.
다시 말하면, 정압이 낮은 경우에는 일정한 풍량을 배출하기 위하여 필요한 공급전압 및 이에 따른 BLDC전동기(220)의 회전수가 낮아지고, 정압이 높은 경우에는 일정한 풍량을 배출하기 위하여 필요한 공급전압 및 이에 따른 BLDC전동기(220)의 회전수가 높아지게 된다.
도5는 정풍량 구현하는 과정을 인가된 공급전압에 따른 BLDC전동기(220)의 회전수와 풍량의 관계 곡선상에서 도시하고 있다.
즉, 인가된 최초 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수를 측정하고, 측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 작은 경우(예를 들어 Rd1 인 경우)에는 Rd1 에 해당하는 공급전압(Vd1)을 새롭게 인가하고, 측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 큰 경우(예를 들어 Ru1 인 경우)에는, Ru1 에 해당하는 공급전압(Vd1)을 새롭게 인가한다.
이와 같은 방법으로 정압을 직접 측정하지 않더라도 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 유지할 수 있는 정풍량 환기팬을 구현할 수 있다.
역류방지판(312)은 급기송풍기(300) 또는 배기송풍기(301)의 출구에 설치되는데, 출구의 외측으로는 회동이 가능하나 출구의 내측으로는 회동이 되지 않도록 핀결합된다.
따라서 팬(310)에 의하여 흡입된 실외 또는 실내공기가 역류방지판(312)을 통과할 수는 있으나, 역류방지판(312)을 통과한 실외 또는 실내공가가 역류할 수는 없다.
에어필터(311)는 급기송풍기(300) 또는 배기송풍기(301)의 입구에 설치되는데, 팬(310)에 의하여 유입되는 공기를 1차적으로 이물질을 걸러주는 역할을 하여 급기송풍기 또는 배기송풍기(200)의 오염을 방지할 수 있다.
제어부(500)는 본 발명인 정풍량 폐열회수 환기장치의 작동을 제어하는 역할을 하는데, 전원의 공급 및 차단, 마이크로프로세서(340)에서 필요한 각종 데이터의 입력 등의 기능을 수행한다.
다시 말하면, 제어부(500)는 그 형상을 구체적으로 도시하지 않았으나, 전원공급스위치가 구비되고, 마이크로프로세서(340)에서 필요한 각종 데이터를 입력할 수 있는 키보드와 같은 입력수단 및 입력되는 데이터를 확인할 수 있는 표시창(Display)이 구비된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 관용수단의 부가나 설계변경은 본 발명의 권리범위에 속함을 분명히 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 덕트 시스템 내부 및 건물 외부의 환경적 요인에 기인한 정압에 의한 압력손실에 상관없이 일정한 급배기 풍량비를 유지할 수 있다.
다시 말하면, 마이크로프로세서(340)에는 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(320)의 회전수, 및 풍량의 관계에 관한 모든 데이타가 입력되어 있으며, 설계자가 요구하는 일정한 풍량에 해당하는 공급전압 및 BLDC전동기(320)의 회전수에 관한 데이타가 기준값으로 입력되고, 최초 인가될 공급전압에 따른 BLDC전동기(320)의 회전수를 측정하여 인가되는 공급전압을 변경하는 방법으로 정풍량을 실현하는 프로그램이 내장되어 정압을 직접 측정하지 않더라도 일정한 풍량을 유지할 수 있다.
둘째, 덕트 시스템 내부 및 건물 외부의 환경적 요인에 기인한 정압에 의한 압력손실에 상관없이 일정한 열교환 성능을 유지할 수 있다.
다시 말하면, 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량이 급기관(100) 및 배기관(200)을 통과하게 되는 바, 열교환기(400)를 통과하는 실외공기 및 실내공기의 풍량도 일정하게 유지되어 열교환기(400)의 열교환 성능도 일정하게 유지하게 된다.
셋째, BLDC전동기의 회전수를 측정하여 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 배출하고 공급할 수 있다.
다시 말하면, 마이크로프로세서(340)에 입력된 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(320)의 회전수, 및 풍량의 관계에 관한 데이타를 이용하는 바, BLDC전동기(320)의 회전수와 인가되는 공급전압의 관계만을 이용하더라도 정압의 변화를 반영한 정풍량을 구현할 수 있다.
넷째, 배출되는 풍량의 기준값이 변경되더라도 구성요소를 교체하거나 추가할 필요없이 입력되는 수치의 변경만으로 이를 해결할 수 있다.
다시 말하면, 풍량의 기준값이 변하게 되면 마이크로프로세서(340)에 입력된 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(320)의 회전수, 및 풍량의 관계로부터 설계자가 새롭게 요구하는 일정한 풍량에 해당하는 공급전압 및 BLDC전동기(320)의 회전수에 관한 데이타를 기준값으로 새롭게 입력하면 된다.
다섯째, 송풍기에 걸리는 부하의 정도에 따라 적절한 회전수를 유지함으로써 정풍량을 구현함과 동시에 소비전력을 최소화할 수 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 폐열회수 기능이 구비된 환기장치로서,
    실외공기를 실내로 공급하는 통로가 되는 급기관;
    실내공기를 실외로 배출하는 통로가 되는 배기관;
    상기 급기관에 설치되는 급기송풍기;
    상기 배기관에 설치되는 배기송풍기;
    상기 급기관의 내부를 통과하는 실외공기와 상기 배기관의 내부를 통과하는 실내공기의 열교환이 이루어지는 열교환기; 및,
    환기장치의 작동을 제어하는 제어부;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 급기송풍기 및 상기 배기송풍기는 각각,
    팬;
    상기 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor);
    상기 BLDC전동기의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서; 및,
    상기 RPM센서에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 상기 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서;
    를 포함하며,
    상기 마이크로프로세서는,
    인가될 공급전압에서의 정압(Static pressure)과 풍량의 관계에 관한 데이타, 인가될 공급전압에서의 BLDC전동기의 회전수(RPM)와 풍량의 관계에 관한 데이타가 입력되고,
    설계상 요구되는 일정한 풍량에 해당하는 BLDC전동기의 회전수 및 인가될 공급전압에 관한 데이타가 입력되고,
    최초 인가되는 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수에 관한 신호를 상기 RPM센서로부터 수신하고, 설계상 요구되는 일정한 풍량을 구현하기 위하여 수신된 BLDC전동기의 회전수에 해당하는 공급전압을 산출하고,
    상기 BLDC전동기에 산출된 공급전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 정풍량 폐열회수 환기장치.
  3. 제2항에서, 상기 마이크로프로세서는,
    설계상 요구되는 일정한 풍량이 변경되는 경우 변경된 풍량에 해당하는 BLDC전동기의 회전수 및 인가될 공급전압에 관한 데이타를 변경할 수 있고,
    데이타가 변경된 후 최초 인가되는 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수에 관한 신호를 상기 RPM센서로부터 수신하고, 변경된 풍량을 구현하기 위하여 수신된 BLDC전동기의 회전수에 해당하는 공급전압을 새롭게 산출하여 상기 BLDC전동기에 인가하는 것을 특징으로 하는 정풍량 폐열회수 환기장치.
  4. 제2항 또는 제3항에서, 상기 열교환기는,
    판형열교환기 또는 회전식열교환기인 것을 특징으로 하는 정풍량 폐열회수 환기장치.
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