KR100975643B1 - 개량된 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는배기효율 최적화 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴뚝내의 압력을 감지하여 굴뚝내의 기류가 상측방향으로 흐르도록 제어하는 입상덕트 배기효율 최적화 제어시스템에 관한 것으로, 본 발명의 마이콤(C)은 굴뚝(1)내에 구간별로 복수개의 오리피스미터(P1… Pn)들을 설치하여 굴뚝내부의 구간별 압력을 각각 검출한 뒤, 검출한 센싱값 중 가장 큰 센싱값을 설정부(13)에 설정한 상부 설정값과 비교한 결과에 따라 환풍기(3)의 구동여부를 제어하되, 환풍기(3)가 구동되는 동안 굴뚝내의 하부압력을 하부 설정치와 비교하여 그 결과에 따라 굴뚝의 하측에 마련된 유도덕트(4)의 통로를 개폐여부를 제어함으로써 굴뚝의 높이에 관계없이 굴뚝내의 기류를 항시 상측으로 흐르도록 제어할 수 있다.

본 발명은 건물의 층수가 얼마든지 증가하더라도 굴뚝내부에 전기적으로 압력을 검출하는 오리피스미터를 설치하여 굴뚝의 죠닝(저층부, 중층부, 고층부)별 압력을 전기적으로 정확히 검출할 수 있고, 검출한 센싱값은 전기적인 신호로 마이콤으로 전달하여 가지관에서 배출되는 압력변화에 신속히 대응하여 배기작용을 제어할 수 있다. 또한, 건물의 높이에 관계없이 본 발명을 시공할 수 있고, 오리피스미터는 굴뚝내에 설치가 용이하므로 시공에 따른 작업성 향상과 작업시간을 단축시킬 수 있고, 시공비용을 크게 절감할 수 있으며, 기존의 건물에도 본 발명을 용이하게 설치할 수 있다.

굴뚝, 배기, 기류, 환풍기

Description

개량된 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템 {advanced controlling system for elevating an exhaust efficiency of waste gas in chimney}

본 발명은 건물 각층의 설치된 가지관으로 부터 수직덕트(굴뚝)로 배출되는 오염원의 배출량 변화에 대응하여 굴뚝내의 상부압력이 하부보다 낮게 유지되도록 굴뚝의 상부에 부착된 환풍기를 온(ON)/오프(OFF)시키고, 굴뚝의 하측으로 외부공기(이하, "외기"라 함)가 유입되는 유도덕트의 통로를 개폐량을 제어함으로써 배기효율을 최적화할 수 있는 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템에 관한 것이다.

아파트와 같은 공동 주택이나 많은 사무실을 갖춘 고층빌딩의 건물에는 각 층에서 발생되는 오염공기를 외부로 배출시키기 위한 가지관(배기덕트 라고도 함)과 외부의 깨끗한 공기를 실내로 공급하는 흡기덕트가 설치되어 있다.

상기한 가지관은 각 층의 천장 속에서 수직덕트(굴뚝)와 연결되어 실내의 오염공기를 굴뚝 속으로 유인한다.

상기한 굴뚝에는 외부 말단에 전원 혹은 자연풍에 의해 회전하는 무동력 환 풍기를 설치되어 있는데, 자연풍에 의해 환풍기가 회전하면 굴뚝 내부에 부압이 형성되어 배기작용을 유발하고, 자연풍이 약한 경우 환풍기에 전원을 공급하여 환풍기를 강제 구동시킴으로써 굴뚝내의 오염공기를 배기시킨다.

일반적으로, 굴뚝의 배기효율은 자연적인 조건 즉, 하절기에는 굴뚝의 배기효율이 낮고, 동절기에는 배기효율이 우수한 특징이 있다. 이러한 배기효율은 굴뚝의 내부압력이 계절에 따른 대기풍속에 따라 변화되고, 또한 굴뚝의 높이차에 따라 굴뚝내의 부압이 다르기 때문이다.

그러나, 전술한 바와 같은 무동력 환풍기를 굴뚝에 설치하더라도 각 층의 가지관들에서 굴뚝속으로 배출되는 배출량의 증감에 따라 굴뚝내의 상하측 압력이 변하는 경우, 특히 저기압으로 인해, 굴뚝의 하부 압력이 상부보다 낮아지는 경우 굴뚝의 배기효율을 급격히 저하되는 문제가 발생된다.

예를 들어, 굴뚝 하측의 가지관에서 배출되는 오염공기의 량이 상측에 비해 상대적으로 많은 경우, 오염공기가 굴뚝의 상부로 원활하게 상승하지 못하고 심한 경우 실내로 역류하는 경우도 있다.

이 경우 굴뚝에 설치된 환풍기는 굴뚝내의 압력변화와는 무관하게 작동되므로 환풍기의 불필요한 작동으로 전력을 낭비하는 문제가 생긴다.

반대로, 상기한 가지관에서 배출되는 공기량이 적은 경우, 굴뚝의 상부 압력이 하부압력 보다 낮은 경우 기류의 흐름이 하부에서 상부로 자연스럽게 형성되기 때문에 환풍기와 같은 배기장치 없이도 오염공기는 원활히 배출될 수 있다.

따라서, 자연풍과 전원에 의해 구동되는 환풍기를 채용한 종래의 굴뚝 배기 시스템에서는 굴뚝내의 압력변화와는 무관하게 환풍기가 작동되므로 전기 에너지가 낭비되는 요인이 있으므로, 굴뚝내의 오염공기를 신속하게 배출시키기 위해서는 배기에 따른 기류가 항시 상측으로 흐르도록 제어하는 굴뚝의 배기시스템의 개발이 요구되었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명자에 의해 개발된 등록실용신안 제 20-435724호 "복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템"(이하, '배기효율 최적화 시스템'이라 한다.)을 제안한 바 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 배기효율 최적화 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 10층 이하의 저층 건물에 채용할 수 있으나 그 이상의 고층건물에는 사실상 설치하기 어려운 단점을 지니고 있다.

이와 같은 이유는, 종래의 배기효율 최적화 시스템은 굴뚝(1)의 내부압력을 감지하기 위하여 굴뚝의 상/하부에 각각의 정압센서(S1)(S2)를 설치하여 각각의 정압센서(S1)(S2)를 통해 굴뚝의 상/하부 압력을 검출하는데, 압력을 검출함에 있어 센싱동작을 물리적인 센싱튜브(고무호스)로 검출하므로 압력센싱용 튜브의 길이가 길어질수록 굴절부위로 인해 센싱능력이 급격히 저하되어 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생하기 때문이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 굴뚝의 가지관들에서 배출되는 오염원의 증감에 의한 압력변화에 대응 하여 신속히 환풍기의 구동여부 및 유도덕트의 개폐여부를 제어함으로써 계절이나 굴뚝 높이에 영향을 받지 않고 굴뚝내의 기류를 항시 상측으로 흐르도록 제어할 수 있는 개량된 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기적으로 압력을 검출하는 오리피스미터를 센싱수단으로 채용하여 굴뚝의 높이에 관계없이 굴뚝내부의 압력을 정확히 실시간으로 검출할 수 있도록 함으로써 시공이 용이하며, 시공비용의 절감과 시공기일을 단축할 수 있으며, 굴뚝내의 압력센싱에 따른 데이터값의 신뢰성을 확보할 수 있는 개량된 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 개량된 복층건물의 국소 배기 입상덕트의 배기효율 최적화 제어장치의 해결수단은:

굴뚝(1)의 상측부에 부착된 자연풍 및 전원에 의해 작동하는 환풍기(3) 및 상기 굴뚝(1)의 하부에 연결된 외기 유도덕트(4)의 통로를 개폐시키는 댐퍼(M2)와;

상기 굴뚝(1)내부 압력을 센싱을 위해 상기 굴뚝의 내벽에 일정구간별로 설치되는 복수개의 오리피스미터(P1…Pn )들과, 자연풍이 발생될 때 입상덕트 최상부와 최하부에서 형성되는 부압을 측정하는 상부센서(PT) 및 하부센서(Pb)와;

상기 굴뚝의 상/하부 압력치를 임의로 설정할 수 있는 설정부(13)와, 상기 오리피스미터(P1… P3)에 의해 검출한 센싱값들을 전달받아 그 중 가장 큰 최대값과 최소값을 비교하여 차압값을 구하는 차압비교부(11)와;

상기 차압비교부(11)에서 비교된 차압값이 설정치보다 큰 경우, 전원공급을 수행해야 되지만 자연풍에 의해 형성된 굴뚝 상부 압력이 상부 설정압력값 보다 작은 높은 값과 낮은 값을 유지하는지 판단하기 위해, 압력판단부(12)로 갖추고, 상기 압력판단부(12)의 판단결과 만일 굴뚝 상부압력이 설정값보다 작은 경우 상기 환풍기(3) 팬모터(M1)에 전원을 차단하고, 반대로 설정값보다 높으면, 상기 팬모터(M1)에 전원을 공급하여 상기 환풍기(3)를 강제로 구동시키되, 상기 환풍기(3)가 구동하는 동안 굴뚝(1)하부의 압력(Pn)이 설정값 보다 높으면, 상부에 위치한 많은 세대에서 배기를 수행하는 것으로 판단하여 유도덕트(4)의 통로가 열리도록 댐퍼(M2)의 전원을 공급시키고, 반대로 차압값이 굴뚝의 하부 설정값의 보다 낮으면, 상기 댐퍼(M2)에 전원을 차단하여 상기 유도덕트(4)의 통로가 폐쇄되도록 제어하는 마이콤(C)에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 굴뚝의 내부에 설치되는 복수개의 오리피스미터들은 그들이 감지한 센싱값 중 최대 센싱값을 팬운전 설정압력과 비교하여 팬의 ON/OFF조건을 판단하고 팬모터가 구동(ON)되는 조건에서 자연풍에 의해 부압이 형성되면 에너지절약을 도모하기 위해, 팬모터에 전원을 공급하지 않는 단계 제어를 수행한다. 또한 많은 세대에서 배기를 수행하면 팬모터가 구동되어도 굴뚝 하부의 압력이 높아지므로 원활한 배기를 수행하지 못하기 때문에 굴뚝의 하측의 유도덕트의 통로를 개방하여 외기가 유입되도록 함으로써 굴뚝내의 기류를 항시 상측으로 흐르도록 제어할 수 있다.

본 발명의 장점은 건물의 층수가 얼마든지 증가하더라도 굴뚝내부에 전기적으로 압력을 검출하는 오리피스미터를 설치하여 굴뚝의 구간별 압력을 전기적으로 정확히 검출할 수 있고, 검출한 센싱값은 전기적인 신호로 마이콤으로 전달하여 가지관에서 배출되는 압력에 변화에 신속히 대응하여 기류를 상측으로 흐르도록 제어할 수 있다.

또한, 건물의 높이에 관계없이 본 발명을 시공할 수 있고, 오리피스미터를 굴뚝내에 설치가 용이하여, 시공에 따른 작업성과 작업시간을 단축시킬 수 있고 시공비용을 크게 절감할 수 있으며, 기존의 건물에도 본 발명을 용이하게 설치할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 개량된 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 도 2에는 본 발명에 따라 건물의 굴뚝에 설치된 배기효율 최적화 제어시스템을 채용한 굴뚝의 요부 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 배기효율 최적화에 대한 회로구성을 예시한 블럭도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 채용된 오리피스미터의 센싱원리를 예시한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 건물의 내부에는 굴뚝(1)이 마련되어 있고, 상기 굴뚝(1)에는 각 층의 가지관(2)들이 연결되어 있다. 가지관은 그 내부에 굴뚝쪽으로만 개방되는 일방향성 댐퍼가 설치되어 있어 실내로 굴뚝내의 오염공기가 역류되 지 않는다.

도면에서, 참조번호 PT는 굴뚝의 최상측의 부압을 측정하는 상부센서(진공압력계)이고, Pb는 굴뚝 하측의 압력을 측정하는 하부센서(진공압력계)이며, P1… Pn은 굴뚝(1)의 최상측 이하에 일정간격으로 설치되어 세대에서 배출되는 배기량을 측정하는 오리피스미터들이다.

상기한 오리피스미터(Orifice meter)는 도 4에 도시된 바와 같이 관(내부가 비어 통로역활을 하는 굴뚝 혹은 덕트)의 단면적보다 작은 통과 구멍을 가진 얇은 판을 관의 중간에 설치하여, 유체 혹은 기체가 그 판을 지날 때에 발생기는 전후의 압력 차를 이용하여 유량(流量)이나 기류(氣流)의 량을 재는 공지의 모듈이다.

참조번호 M1은 굴뚝(1)의 상단에 설치되어 전원에 의해 회전되는 프로펠라를 갖춘 환풍기(3) 팬모터이고, 참조번호 M2은 상기한 굴뚝(1)의 하측에 연통되도록 결합되어 외기를 굴뚝속으로 공급하기 위해 유도덕트(4)의 통로를 개폐시키는 댐퍼로서, 전원에 의해 작동되나 전원이 차단되면 상기 유도덕트(4)의 통로가 폐쇄되도록 닫힘구조를 지닌 댐퍼이다.

참조번호 11은 자연풍에 의해, 굴뚝 내부의 압력이 부압으로 형성되었는지 판단하기 위한, 굴뚝 상부의 압력을 검출하는 상부센서(PT)와 하부 압력(부압)을 검출하는 하부센서(Pb)의 센싱값들을 소스로 이용하는 검출부이다. 굴뚝 최상부에서 측정된 압력이 양압(+)인 경우는 자연풍이 없는 경우이므로 세대 내의 배기가 수행될 경우, 참조번호 12에서 측정된 차압이 설정압력보다 큰 경우, 팬모터의 운전이 가능하도록 전력을 공급하는 결정을 최상부 센서의 검출결과에 의해 결정된 다.

참조번호 12는 상기한 상부센서(PT)와 차압비교부(11)의 차압값을 받아 설정부(13)에 설정한 굴뚝의 상/하부 설정값과 비교, 판단하여 그 결과에 따라 환풍기 팬모터(M1) 및 댐퍼(M2)의 작동여부를 판단하는 압력판단부이다.

참조번호 13은 상기 압력판단부(12)에서 환풍기 팬모터(M1) 및 댐퍼(M2)의 작동여부의 기준이 되는 굴뚝의 상/하부 설정값을 사용자가 건물의 높이에 적합한 값을 입력하는 설정부로서, 사용자가 설정한 상/하부 설정값은 메모리부에 저장된다.

참조번호 C는 마이콤으로서, 상기한 환풍기 팬모터(M1) 및 댐퍼(M2) 그리고 각각의 오리피스미터와 전기적으로 연결되어 각각의 오리피스미터들에 의해 검출한 센싱값과 상부 설정값을 비교 판단하여 그 결과에 따라 상기한 환풍기 팬모터(M1)의 구동여부를 제어하고, 환풍기가 구동되거나 자연풍에 의해 굴뚝내에 부압이 발생하는지 여부를 판단하고 덕트 내압이 설정압력보다 낮게 유지되면 그 결과에 따라 유도덕트에 결합된 댐퍼(M2)의 개폐여부를 종합적으로 제어하는 반도체 회로장치이다.

전술한 외기 유도용 유도덕트(4)의 통로의 개폐여부를 제어하는 댐퍼(M2)는 평상(전원이 가해지지 않았을 때)시에는 유도덕트(4)의 통로를 폐쇄되도록 유지되고 마이콤(C)의 전기신호에 의해 유도덕트(4)의 통로를 개방시킨다.

상기한 마이콤(C)에 의해 제어되는 환풍기(3)의 구동 및 정지조건과 유도덕트의 개폐여부 조건은 정리하면 아래의 표와 같다.

[표] 본 발명의 운전조건

위 표의 조건에 의해 운전되는 본 발명은 건물의 층수가 얼마든지 증가하더라도 굴뚝내부에 전기적으로 압력을 검출하는 오리피스미터를 설치하여 굴뚝의 구간별 압력을 전기적으로 정확히 검출할 수 있고, 검출한 센싱값은 전기적인 신호로 마이콤으로 전달하여 가지관에서 배출되는 압력에 변화에 신속히 대응하여 기류를 상측으로 흐르도록 제어할 수 있다.

도 1은 종래의 건물의 굴뚝에 설치된 배기효율 최적화 제어시스템의 일 예를 예시한 굴뚝의 단면도,

도 2는 본 발명에 따라 건물의 굴뚝에 설치된 배기효율 최적화 제어시스템의 요부를 도시한 굴뚝의 단면도,

도 3은 본 발명의 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템에 따른 회로구성을 예시한 블럭도,

도 4는 본 발명에 채용된 공지의 오리피스미터의 작동원리를 예시한 요부단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 굴뚝 2: 가지관

3: 환풍기 4: 외기 유도덕트

11: 차압비교부 12: 압력판단부

13: 설정부 Pb: 하부센서

PT: 상부센서

P1… Pn: 중간 오리피스미터 C: 마이콤

M1: 환풍기 팬모터 M2: 댐퍼

Claims (1)

1. 굴뚝(1)의 상측부에 부착된 자연풍 및 전원에 의해 작동하는 환풍기(3) 및 상기 굴뚝(1)의 하부에 연결된 외기 유도덕트(4)의 통로를 개폐시키는 댐퍼(M2)와;

   상기 굴뚝(1)내부 압력을 센싱을 위해 상기 굴뚝의 상측 및 하측의 압력을 검출하기 위해 설치된 상부 및 하부센서(PT, Pb)와 굴뚝의 중간구역의 압력을 검출하기 위해 일정구간별로 설치된 복수개의 오리피스미터(P1… Pn)와;

   상기 굴뚝의 최상측 및 최하측 압력을 임의로 조정할 수 있는 설정부(13)와, 상기 오리피스미터(P1… Pn)에 의해 검출한 센싱값들을 전달받아 그 중 가장 큰 최대값과 설정압력을 비교하여 환풍기 팬모터(M1)의 구동여부를 결정하는 압력비교부(12)와, 굴뚝의 상부압력을 검출하는 상부센서(PT) 및, 굴뚝의 하부 압력을 검출하는 하부센서(Pb)에 의해 검출된 신호를 받아 압력비교부(12)에서 설정압력과 검출된 최대압력을 비교하여 세대 배기량을 평가하는 차압비교부(11)의 검출 결과를 판단한 결과,

   만일 굴뚝의 하부압력이 상부 설정값보다 작은 경우, 상기 환풍기(3) 팬모터(M1)에 전원을 차단하고, 굴뚝의 상부압력이 설정값보다 크면서 오리피스에서 측정된 차압(12)이 설정압력보다 크게 유지되면 상기 팬모터(M1)에 전원을 공급하여 상기 환풍기(3)를 강제로 구동시키되, 상기 환풍기(3)가 구동하는 동안 굴뚝(1)의 압력이 하부 설정값보다 낮으면, 유도덕트(4)의 통로가 폐쇄되도록 댐퍼(M2)의 전원을 차단시키고,

   반대로, 하부압력이 하부 설정값보다 높으면, 상기 댐퍼(M2)에 전원을 공급하여 상기 유도덕트(4)의 통로속으로 외기가 유입되도록 제어하는 마이콤(C)으로 구성된 것을 특징으로 하는 개량된 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어시스템.

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