KR100838915B1 - Ｈｖａｃ 시스템 내에서의 폐색된 필터의 검출 - Google Patents

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Abstract

정압이 HVAC 시스템 내에서 측정되고 HVAC 시스템 내의 필터의 상태를 예측하는 데 이용된다. 필터가 폐색되어 가면서, 정압은 증가할 것으로 예측될 수 있다. 정압의 변화가 주기적으로 측정되고, 필터의 상태를 예측하는데 이용된다. 디스플레이가 사용자에게 필터의 현재 상태 그리고 필터가 소정 상태에 도달하면 필터를 교체하라는 제안의 표시를 제공한다.
HVAC 시스템, 제어부, 측정값, 필터 폐색, 필터 교체

Description

ＨＶＡＣ 시스템 내에서의 폐색된 필터의 검출 {DETECTION OF CLOGGED FILTER IN AN HVAC SYSTEM}
본 발명은 언제 공기 필터가 교체되어야 하는 시점까지 폐색되는지를 결정하는 데 HVAC(공조) 시스템 내에서의 압력 측정값을 이용한다.
필터는 난방 또는 냉방될 주위 공간 내에서의 순환을 위해 HVAC 시스템에 청정한 공기를 제공하는 데 이용된다. 알려진 바와 같이, 필터는 전형적으로 팬의 상류에 위치되며, 공기가 필터를 통해 흡인되며, 이 때 불순물이 공기로부터 제거된다.
시간의 경과에 따라, 필터는 폐색되어 가고, 결국 교체되어야 한다. 폐색된 필터는 팬의 앞으로의 작동에 문제를 제기하고, 팬의 부하를 증가시킨다. 나아가, 어떤 시점에서, 필터는 가득 채워져서 공기 유량을 허용하지 않을 수 있으며, 이것 또한 바람직하지 않다.
종래 기술에서, 필터의 주기적인 교체에 대한 제안이 있었다. 예로서, 하나의 공지의 서모스탯에는 이전의 필터 교체로부터 소정 기간 후 필터 교체를 제안하는 신호가 제공된다. 그러나, 이러한 시스템은 실제의 필터 상태가 아니라 필터 상태에 대한 추정을 기초로 한다. 이러한 추정은 필터가 너무 빈번하게 또는 충분히 빈번하지 않게 교체되는 결과를 가져올 수 있다.
하나의 공지의 시스템은 팬 속도를 감시하는 제어부를 이용하고, 팬 속도가 필터가 불결하다는 것을 나타내면 필터가 불결할 수 있다는 것을 예측한다. 이러한 방법은 종래 기술의 "추정" 방법보다 유용하지만, 필터 상태를 결정하는 대체 방법을 제공하는 것이 여전히 바람직할 것이다.
본 발명의 개시된 실시예에서, 압력 측정값이 취해지고, 필터 상태를 결정하도록 평가된다. 하나의 실시예에서, 측정된 정압의 변화가 평가되고, 필터가 폐색되는 백분율을 예측하는 데 이용된다.
하나의 실시예에서, 필터가 청결하다는 가정 하에서 "초기" 정압 눈금값이 취해진다. 이어서, "현재" 정압 눈금값이 주기적으로 취해지고, 이러한 초기 압력에 비교된다. 초기 압력과 현재 압력 사이의 변화가 필터의 상태를 결정하는 데 이용된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 다음의 명세서 및 도면으로부터 가장 잘 이해될 수 있으며, 이하는 간략한 설명이다.
도1은 HVAC 시스템의 개략도이다.
도2는 본 발명의 흐름도이다.
도3은 실험 수치의 그래프이다.
HVAC 시스템(20)이 도1에 개략적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, HVAC 시 스템(20)은 주위 공간(22)을 난방 또는 냉방하도록 작동한다. 노(furnace) 등의 구성 요소(24)에는 입구 공기 덕트(25)로부터의 공기가 제공된다. 통상, 필터(26)가 입구 공기 덕트(25) 상에 그리고 팬(28)의 상류에 위치된다. 팬(28)은 입구 덕트(25), 필터(26)를 통해 그리고 노(24)를 통해 공기를 흡인한다. 공기는 노(24)로부터 덕트(30) 내로 그리고 그 다음에 댐퍼(34)를 갖는 서브-덕트(32)를 통해 다양한 구역 내로 유도된다.
위에서 언급된 바와 같이, 폐색될 수 있기 때문에 필터(26)를 주기적으로 교체하는 것이 바람직하다. 본 발명은 필터(26)가 교체되어야 할 때를 결정하는 방법에 관한 것이다. 마이크로프로세서 등의 제어부(36)가 서모스탯(37)과 결합되어 도시되고, 필터(26)에 대한 정보를 제공하도록 작동 가능하다.
본 발명은 정압이 3개의 지점, 즉 덕트 시스템, 노 및 필터를 통과하는 지점에서의 압력 강하의 합계라는 인식에 기초한다. 덕트 및 노를 통한 압력 강하는 임의의 주어진 공기 유량에서 대체로 일정하고 예측 가능하다. 그러나, 필터를 가로지르는 압력 강하는 필터에 먼지가 축적되어 가면서 시간의 경과에 따라 증가한다.
정압은 특정 노 및 팬의 모델의 특성을 나타내는 상수로 취해진 감지된 팬 모터 속도 및 이송된 공기 유량의 함수로서 계산될 수 있다. 정압을 결정하는 가장 양호한 알고리즘이 2003년 4월 30일자로 출원되고 발명의 명칭이 "가변 속도 송풍기 모터를 사용하는 덕트형 공기 이송 시스템 내의 정압을 결정하는 방법(Method of Determining Static Pressure in a Ducted Air Delivery System Using a Variable Speed Blower Motor)"인 미국 특허 출원 제10/426,463호에 개시되어 있으며, 그 전체 개시 내용은 참조로 여기에 수록되어 있다.
본 발명은 정압의 변화가 필터(26)의 교환 상태를 나타내는 것을 인식하고 있다. 이러한 인식은 필터(26)의 실제 상태의 서모스탯(37)에서의 피드백을 제공하는 데 이용될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 서모스탯(37)은 시각적인 "필터 사용률 %" 디스플레이 바를 갖는다.
양호한 방법에서, 시스템은 초기 정압 측정값을 취한다. 이것은 시스템이 최초로 켜져 설치될 때 초기에 또는 소유자가 리셋 버튼을 누름으로써 필터 초기화를 수동으로 개시할 때마다 수행될 수 있다. 이러한 초기 정압은 새로운 또는 청결한 필터와 서모스탯(37)에서의 제어부(36) 내에서 관련된다. 이러한 초기 정압으로부터의 변화는 필터의 교환 상태를 나타내는 것으로 여겨진다.
현재 정압 측정값이 주기적으로 취해진다. 이들 측정은 마이크로프로세서(36)의 제어 하에서 다시 각각의 단위 시간마다 예컨대 하루에 1회씩 수행될 수 있다. 또한, 측정값은 필터 교환과 관련하여 수행되는 것과 같이 사용자 인터페이스가 작동 모드로부터 오프로 시스템을 스위칭할 때마다 취해질 수 있다.
부가적으로, "현재" 정압 측정값이 "초기" 정압 측정값보다 작아지면, 새롭게 읽혀진 현재 정압 측정값은 이전에 저장된 초기 정압에 대체된다.
정압 측정값은 바람직하게는 마이크로프로세서(36)가 예컨대 5 분인 팬 예비 운전 기간 동안 난방 또는 냉방 모드를 오프함으로써 취해진다. 팬(28)은 바람직하게는 공칭 냉각 공기 유량의 100% 미만(예컨대 70%)에서 운전된다. 측정이 오프 로부터 작동 모드로의 수동 스위치에 반응하여 수행될 때, 측정 전의 이러한 연속 팬 예비 운전 시간은 필터 교환의 결과를 보고자 하는 사용자를 위해 더욱 신속한 응답을 제공하도록 2분까지 감소된다. 팬 작동의 70% 수준은 충분한 분해능을 제공하면서도 이러한 측정 과정 중 노이즈를 최소화하도록 선택된다.
측정 동안, 팬 모터 속도 눈금값은 10초 간격으로 여러 회 예컨대 6회 취해진다. 그 다음에, 이들 눈금값은 바람직하게는 평균화된다. 서모스탯(37) 상의 필터 사용률 바를 이러한 과정 중 관찰하게 되면, 사용 백분율은 바람직하게는 나타나지 않는다. 대신에, 가장 바람직하게는, 진행하고 있는 측정이 일어나고 있다는 어떤 지시(예컨대, 측정 중)가 표시된다.
난방 또는 냉방이 측정값을 계산하도록 중단되면, 마이크로프로세서(36)에서의 제어 논리는 일단 측정이 완료되면 스테이징 타이머가 난방 또는 냉방의 제공을 추가로 지연시키지 않는다는 것을 바람직하게는 보증한다. 전술한 바와 같이, 정압은 가장 바람직하게는 위에서 언급된 출원에서 언급된 전용 공식을 기초로 하여 결정된다. 그러나, 당업자가 정압을 결정하는 다른 방식을 수립할 수 있을 것이다. 70%까지의 팬 모터의 감소가 주어지면, 어떤 승수가 실제의 수치(즉, 최대 공칭 냉각 공기 유량에서의 값을 제공하기 위한 측정된 값의 2배)에 도달하도록 결정된 정압에 의해 바람직하게는 곱해진다.
또한, 최대 정압이 확인될 수 있다. 이것은 폐색된 필터에 대해 최대 냉각 공기 유량을 이송하는 실내 팬의 능력을 나타낸다. 이러한 최대 정압은 완전히 폐색된 필터(26)를 나타내고, 노 및 팬 모델 그리고 최대 허용 AC 및 열 펌프 크기에 대한 AC 또는 열 펌프 크기를 기초로 하여 결정된다. 즉, 최대 정압은 시스템 내의 구성 요소의 선택 조합에 따라 변동하지만, 다르게는 일단 결정되면 시스템에 대해 대체로 고정되는 어떤 시스템 특성으로서 정의된다. 이러한 최대 정압은 바람직하게는 마이크로프로세서(36) 내에 저장된다. 일단 마이크로프로세서(36)가 실제 시스템 내의 몇몇 구성 요소의 각각을 해석하면 최대 정압이 결정될 수 있다. 또는, 최대 정압은 바람직한 최대 정압일 가능성이 있는 것의 근사값인 어떤 미리 설정된 숫자(pre-set number)일 수도 있다.
도2에 도시된 바와 같이, 정압 측정이 완료되면, 필터 사용 백분율 계산값이 취해질 수 있다. 도2의 흐름도에서, 양호한 방법은 현재 정압과 초기 압력 사이의 차이를 취하고 최대와 초기 사이의 차이의 백분율에 의해 그것을 나눈다는 것을 알 수 있다. 가장 바람직하게는, 필터 사용 백분율은 그 이전값 쪽으로 가장 가까운 10%로 반올림하여 바람직한 이력(hysterisis)을 제공한다. 한편, 필터 사용 백분율이 5% 미만이면, 0%로 반올림하는 것이 바람직하다. 이것은 청결한 필터(26)가 이전의 필터(26)를 대체할 때, 0% 눈금값으로 시작할 것이라는 것을 보증할 것이다.
필터 사용 백분율이 100% 이상이면, 서모스탯(37) 상의 사용률 바는 가득찬 것으로 나타나지만 출력된 수치는 필터 사용 백분율이 100%를 초과하더라도 실제로 결정된 백분율 숫자를 나타내는 것이 바람직하다.
가장 바람직하게는, 다음의 공식이 사용된다:
필터 사용률 % = (현재 - 초기) / (0.6 * (최대 - 초기)).
양호한 공식은 시스템이 허용할 수 있는 초기 압력 강하의 수치(최대-초기)뿐만 아니라 필터(26)가 축적한 수치(현재-초기) 모두를 고려한다. 승수 X(예컨대, 0.6)는 상이한 초기 수치가 100% 축적 수치의 결과를 가져오게 한다. 물론, 0.6 이외의 승수가 사용될 수 있다. 낮은 초기 압력 강하는 필터의 수명이 소진되기 전에 크게 허용 가능한 증가의 결과를 가져온다. 반면에, 높은 초기 압력 강하는 증가할 여지를 적게 허용하지만, 필터 수명은 수용 가능한 한계 내에 있다면 높은 절대 정압에서 종료될 수 있다. 이것은 다양한 "필터 사용률" 대 "현재 정압"의 측정값인 도3에 도시된 그래프에 예컨대 도시되어 있다. 분명하고 증가하는 초기 정압이 주어질 때, "필터 사용 백분율"이 100%에 접근함에 따라 더 높은 현재 압력이 얻어진다.
구획된 시스템에서, 위에서 설명된 방법은 대체로 반복될 수 있지만, 모든 댐퍼(34)가 측정 과정 중 개방 상태로 유지되는 것이 가장 바람직하다. 구획된 시스템의 "공통" 부품 내의 정압을 예측할 수 있는 다양한 시스템의 개발이 있을 수 있다. 즉, 정압은 그 구역에 특정되지 않는[즉, 서브 덕트(32)를 포함하지 않는] 구역 내에서 결정될 수 있다. 필터(26)가 이러한 공통 구역 내에 있으므로, 본 발명을 위해 필요한 것이 단지 이러한 정압이다.
요컨대, 본 발명은 필터(26)의 실제 상태를 결정하는 방법 그리고 필터(26)의 잔여 수명의 백분율의 예측을 한정한다. 본 발명은 이용되는 실제 상태이므로, 필터(26)의 상태를 더욱 정확하게 예측하고 필터(26)가 필요할 때 교체되는 것을 보증하지만, 동시에 아직도 유용한 잔여 수명을 갖는 필터(26)의 교체를 방지한다.
본 발명의 양호한 실시예가 개시되었지만, 당업자라면 임의의 변형예가 본 발명의 범주 내에 속할 것이라는 것을 인식할 것이다. 그 이유 때문에, 다음의 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범주 및 내용을 결정하도록 검토되어야 한다.

Claims (20)

  1. HVAC 시스템을 위한 제어부이며,
    상기 제어부에 의해 제어될 HVAC 시스템 내의 압력을 나타내는 측정값을 수용하는 입력부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 측정값을 기초로 하여 HVAC 시스템과 함께 이용되는 필터의 상태를 결정하도록 작동 가능한 제어부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정값으로부터 정압이 결정되는 제어부.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부에 의해 수용된 상기 정압 측정값은 이전 정압 그리고 현재 정압 모두를 포함하며, 상기 현재 및 초기 정압들 사이의 차이가 필터의 상기 상태를 결정하는 데 이용되는 제어부.
  4. HVAC 시스템에 있어서,
    공급 덕트로부터 조절될 주위 공간으로 공기를 이송하도록 작동 가능한 팬과, 상기 팬에 공기를 공급하는 공급 덕트와, 상기 팬에 의해 상기 주위 공간으로 이송되는 공기로부터 불순물을 제거하도록 장착된 필터와, 상기 시스템 내의 압력의 표시를 수용하고 상기 압력을 기초로 하여 상기 필터의 상태를 결정하도록 작동 가능한 제어부를 포함하며,
    상기 제어부에 의해 수용된 상기 압력은 이전 압력 및 현재 압력 모두를 포 함하며, 상기 현재 및 이전 압력들 사이의 차이는 필터의 상태의 표시를 제공하는 데 이용되는 HVAC 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 최대 압력이 한정되고, 상기 현재 압력이 상기 최대 압력을 초과하면, 필터가 즉시 교체를 필요로 한다는 표시가 수행되는 HVAC 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 디스플레이가 필터 사용 백분율의 표시를 제공하는 HVAC 시스템.
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서, 상기 이전 압력은 초기 압력인 HVAC 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는 제어부와 관련된 리셋 버튼이 작동될 때 상기 이전 압력으로의 교체를 수용하는 HVAC 시스템.
  10. 제4항에 있어서, 상기 현재 및 이전 압력 눈금값은 정압 눈금값인 HVAC 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 현재 및 이전 정압 눈금값은 필터 상태를 결정하기 위해 다음의 공식, 즉 필터 사용률 % = (현재 - 이전) / (X * (최대 - 이전))[여기에서, X는 승수이며, 최대는 폐색된 필터를 나타내는 이전에 한정된 최대 압력임]에 이용되는 HVAC 시스템.
  12. 제11항에 있어서, X는 0보다 크고 1.0보다 작은 승수인 HVAC 시스템.
  13. 제12항에 있어서, X는 0.6과 동일한 HVAC 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 이전 압력 눈금값은 초기 압력 눈금값인 HVAC 시스템.
  15. HVAC 시스템 내의 필터의 상태를 결정하는 방법에 있어서,
    (1) 상기 HVAC 시스템에 의해 공기조화될 주위 공간으로 이송되는 공기를 여과하는 필터를 포함하는 HVAC 시스템을 제공하는 단계와;
    (2) 상기 필터를 통해 그리고 상기 주위 공간으로 공기를 이동시키는 단계와;
    (3) 상기 시스템 내의 압력을 측정하고, 상기 필터의 현재 상태를 결정하는 데 측정된 압력을 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 단계 (3)의 상기 압력 측정값은 현재 압력에 이전에 측정된 압력을 비교하는 단계 그리고 상기 필터의 상기 상태를 결정하는 데 그 차이를 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 이전 압력 측정값은 초기 압력 눈금값으로서 취해지는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 압력 눈금값은 정압 눈금값으로서 취해지는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 현재 상태를 기초로 하여 상기 필터의 잔여 수명의 백분율을 결정하는 단계 그리고 잔여 수명을 표시하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 사용자가 필터의 현재 상태를 신규 상태로 재설정하게 하는 리셋 버튼을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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