KR102124364B1 - 환기장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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이영주
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 환기장치는 실외공기가 흡입되는 급기 흡입유로와, 실외공기를 실내로 공급하는 급기 배출유로와, 실내공기가 흡입되는 배기 흡입유로와, 실내공기를 실외로 배출하는 배기 배출유로를 구비하는 케이스; 상기 케이스 내부에 설치되어 실외에서 실내로 공급되는 공기와 실내에서 실외로 배출되는 공기를 열교환시키는 전열교환기; 상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 외기의 온도를 조절하는 제1열교환체; 및 상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 공기중의 수분을 흡수하는 제1수분흡착제;를 구비할 수 있다.

Description

환기장치 및 그 제어방법{A ventilating apparatus and method of control thereof}
본 발명은 실외의 공기를 여과하여 실내로 공급할 수 있는 환기장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내의 습도를 조절할 수 있어 실내에서 발생하는 결로 등을 방지할 수 있으며 실내공간의 온도 뿐만 아니라 습도도 제어할 수 있는 환기장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
아파트와 같은 공동주택이나 빌딩, 도서관 등 대형 건물에는 냉, 난방설비, 급탕설비, 급수설비, 환기설비 등이 구비된다.
특히 건축물 설비기준에 의하면 100가구 이상의 공동주택을 신축하는 경우에는 이러한 환기설비의 설치가 의무화되었다. 일반적으로, 환기설비는 그 양단이 각각 건물의 내부 및 외부와 연결되는 덕트(duct)와 같은 구조물로 형성된다. 그리고 이러한 덕트는 외부의 공기가 유입되는 급기덕트와 내부의 공기를 토출하기 위한 배기덕트로 나누어져, 각각 건물 안팎의 공기를 유동시키게 된다.
이러한 환기설비에는 일반적으로 전열교환기가 설치된다. 전열교환기는 구비함으로써 실내에서 배기하는 열(온열·냉열)에 의하여 외기에서 들어오는 공기를 따뜻하게(또는 차갑게) 해 주기 위한 열교환기로서, 감열과 잠열 양방의 열교환이 가능하다. 따라서 에너지 소비를 최소화하여 외기를 실내로 도입할 수 있다.
환기설비에서 전열교환기를 구비함으로써 외기를 실내로 도입할 때 온도조절은 가능하였으나, 외기를 실내로 도입할 때 습도의 조절은 용이하지 않다. 이러한 종래의 환기설비에서는 실내로 유입되는 공기의 습도를 조절하기 힘들어 실내에 결로를 유발시키거나 겨울철에 실내공기가 너무 건조한 문제점이 발생하게 된다.
(공개특허공보) 10-2009-0022638호 (2009년03월04일)
본 발명은 실내로 유입되는 공기의 온도 뿐만 아니라 습도를 조절할 수 있어 실내의 환경을 쾌적하게 유지할 수 있는 환기장치를 제공한다.
또한, 실내로 유입되는 공기 중의 먼지 등을 거를 수 있어 환기장치를 제공한다.
또한, 실내로 유입되는 공기 중의 세균을 멸균할 수 있는 환기장치를 제공한다.
또한, 휴먼 팩터하여 실내의 쾌적한 환경조건을 달성할 수 있는 환기장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 환기장치는 실외공기가 흡입되는 급기 흡입유로와, 실외공기를 실내로 공급하는 급기 배출유로와, 실내공기가 흡입되는 배기 흡입유로와, 실내공기를 실외로 배출하는 배기 배출유로를 구비하는 케이스; 상기 케이스 내부에 설치되어 실외에서 실내로 공급되는 공기와 실내에서 실외로 배출되는 공기를 열교환시키는 전열교환기; 상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 외기의 온도를 조절하는 제1열교환체; 및 상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 공기중의 수분을 흡수하는 수분흡착제;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배기 배출유로에 구비되어 실외로 배출되는 외기의 온도를 조절하는 제2열교환체 및 상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 공기중의 습도를 조절하는 제3열교환체를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 급기 배출유로측과 상기 배기 배출유로측 중 어느 일측에 구비되는 제1수분흡착필터와 타측에 구비되는 제2수분흡착필터, 및 상기 제1수분흡착필터와 상기 제2수분흡착필터를 교번하여 이동되도록 하는 이동수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 이동수단은 상기 제1수분흡착필터 및 상기 제2수분흡착필터가 수용되어 이동하는 가이드와, 상기 제1수분흡착필터 및 제2수분흡착필터가 이동하는 동력을 전달하는 동력전달장치를 구비할 수 있다.
또한, 상기 수분흡착제는 인공적으로 합성된 다공질의 금속유기구조체결정(metal-organic framework)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 외기를 여과하는 여과필터를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 여과필터에 형성되며, 외기를 멸균하는 멸균필터를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 환기장치의 제어방법은 실내에서 환기장치로 유입되는 공기의 온도와 습도를 측정하여 이슬점을 계산하는 이슬점 계산 단계; 상기 환기장치를 거쳐 실내로 유입되는 공기가 지나는 덕트의 온도를 측정하는 덕트온도 측정 단계; 상기 덕트온도와 상기 이슬점을 비교하는 단계를 포함하고, 상기 덕트온도가 상기 이슬점보다 높으면 설정 풍량을 유지하고, 상기 덕트온도가 상기 이슬점보다 낮으면 실내로 유입되는 공기의 풍량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 이슬점을 계산하기 위해 상기 환기장치에서 급기 배출구와 연결되는 덕트의 내부에는 상기 덕트 표면의 온도를 측정하는 제1온도센서가 설치되고, 상기 환기장치에서 배기 흡입구와 연결되는 덕트의 내부에는 실내 공기의 온도를 측정하는 제2온도센서 및 실내 습도를 측정하는 습도센서가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1온도센서가 상기 급기 배출구에서 이격되는 거리(L1)는 상기 제2온도센서가 상기 배기 흡입구에서 이격되는 거리(L2)의 4배로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 본 발명은 실내의 공기와 실외의 공기를 교차함에 따라 열 교환이 이루어져 결로 현상을 방지할 수 있다.
또한, 유입되는 공기가 열교환체를 관통함에 따라 온도가 조절될 수 있다.
또한, 열교환체에 수분흡착제가 형성되어 여름철 실내로 유입되는 공기의 습도를 조절할 수 있다.
또한, 전열교환기에 설치된 여과필터에 의하여 실내로 유입되는 공기가 여과될 수 있다.
또한, 엘이디에서 광촉매필터로 자외선을 조사하여 광촉매반응을 발생시킴에 따라 실내로 유입되는 공기 중의 세균을 멸균할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 환기장치에 사용되는 전열교환기를 나타낸 사시도.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 환기장치에 사용되는 열교환체의 개념을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 여과필터를 나타낸 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 여과필터를 나타낸 분해사시도.
도 8은 본 발명의 멸균필터를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 환기장치에 사용되는 서브 콘덴서의 개념을 나타낸 개념도.
도 10은 도 9에 도시된 환기장치에 의해 실내로 유입되는 공기의 온도 및 습도가 조절되는 것을 보인 습공기선도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 환기장치의 단면도.
도 12는 휴먼팩터가 적용되어 환기장치가 운영되는 시스템의 예를 보인 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치의 제어방법을 나타낸 순서도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다.
또한, "급기 흡입구"는 실외공기가 실내 측으로 도입되는 입구를, "급기 배출구"는 실외공기가 실내 측으로 배기되는 출구, "배기 흡입구"는 실내공기가 실외 측으로 도입되는 입구를, "배기 배출구"는 실내공기가 실외 측으로 배기되는 출구를 말한다.
또한, "급기 흡입유로"는 실외공기가 실내 측으로 도입되어 전열교환기를 거치기 전까지의 유로를, "급기 배출유로"는 실외공기가 전열교환기를 거쳐 실내 측으로 도입되는 유로를, "배기 흡입유로"는 실내공기가 실외 측으로 도입되어 전열교환기를 거치기 전까지의 유로를, "배기 배출유로"는 실내공기가 전열교환기를 거쳐 실외 측으로 배기되는 유로를 말한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 환기장치 및 그 제어방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 다른 환기장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 환기장치(100)는 실외공기가 흡입되는 급기 흡입구(111)와, 실외공기를 실내로 공급하는 급기 배출구(112)와, 실내공기가 흡입되는 배기 흡입구(113)와, 실내공기를 실외로 배출하는 배기 배출구(114)를 구비하는 케이스(110); 케이스(110) 내부에 설치되어 실외에서 실내로 공급되는 공기와 실내에서 실외로 배출되는 공기를 열교환시키는 전열교환기(200)를 포함한다.
급기 흡입구(111), 급기 배출구(112), 배기 흡입구(113), 배기 배출구(114)는 각각 덕트(125,126,127,128)에 의해 연결되어 필요한 곳으로 공기가 공급된다.
한편, 급기 배출구(112)와 연결되는 덕트(126)의 내부에는 덕트(126) 표면의 온도를 측정하는 제1온도센서(151)가 설치되고, 배기 흡입구(113)와 연결되는 덕트(127)의 내부에는 실내 공기의 온도를 측정하는 제2온도센서(152) 및 실내 습도를 측정하는 습도센서(155)가 설치된다.
이때 제1온도센서(151)가 케이스(110)에서 이격되는 거리(L1)는 제2온도센서(152)가 케이스(110)에서 이격되는 거리(L2)의 대략 4배 정도가 되는 것이 바람직하다.
급기 흡입구(111)와 전열교환기(200)는 급기 흡입유로(121)에 의해, 급기 배출구(112)와 전열교환기(200)는 급기 배출유로(122)에 의해 연결된다. 또한, 배기 흡입구(113)와 전열교환기(200)는 배기 흡입유로(123)에 의해, 배기 배출구(114)와 전열교환기(200)는 배기 배출유로(124)에 의해 연결된다.
한편, 공기유동을 원활하게 하고자, 급기 배출유로(122) 및 배기 배출유로(124)에는 제1, 2송풍기(141,142)를 설치될 수 있다. 제1송풍기(141)는 실외 공기를 실내측으로 공급하고, 제2송풍기(142)는 실내 공기를 실외측으로 공급하기 위해 설치된다. 물론 제1송풍기(141)만 설치되고 제2송풍기(142)는 설치되지 않고 생략될 수도 있다.
상기 제1, 2송풍기(141,142)는 도 1에 도시된 바와 같이 각각 별도의 송풍팬으로 형성될 수 있다. 또는 다른 실시예로서, 하나의 모터 양측에 각각의 팬을 장착하여 2개의 송풍팬을 동시에 구동할 수 있다. 그리고 제1, 2송풍기(141,142)는 원심형, 축류형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 케이스(110) 내부에는 복수개의 댐퍼(131,132)들이 설치되어 급기 흡입유로(121), 급기 배출유로(122), 배기 흡입유로(123) 및 배기 배출유로(124) 사이를 흐르는 공기의 방향을 변경할 수 있다. 예를 들어 배기 흡입유로(123) 측에 설치된 제1댐퍼(131)를 개방하고, 제2댐퍼(131)를 폐쇄하면 배기 흡입유로(123) 측으로 토출된 공기는 전열교환기(200)와 배기 배출유로(124)를 거쳐 실외로 배출된다. 이에 반해, 배기 흡입유로(123) 측에 설치된 제1댐퍼(131)를 폐쇄하고, 제2댐퍼(131)를 개방하면 배기 흡입유로(123) 측으로 토출된 공기는 전열교환기(200)를 거치지 않고 급기 배출유로(122) 측으로 배출된 후 다시 실내로 유입된다.
한편, 본 실시 예에 따른 환기장치(100)는 실내 공기와 실외 공기를 전열교환기(200)를 통해 열교환시킴으로써 실외 공기를 실내로 유입시킬 때 실내의 냉,난방 에너지 손실을 줄일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 환기장치에 사용되는 전열교환기를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면 상기 전열교환기(200)는 적층되어 형성되며, 인접층이 서로 직교하도록 형성되는 유도판(210)을 구비한다.
전열교환기(200)가 이와 같이 형성됨에 따라 전열교환기(200)에 의하여 외기와 내기의 열이 교환될 때 발생하는 수분을 제거할 수 있다. 전열교환기(200)는 겨울철 차가운 외기가 실내의 따뜻한 공기와 열교환되며, 열교환 과정에서 실내 공기의 수분이 응축되어 결로를 발생시킨다.
전열교환기(200)는 내부에 형성된 일방향의 채널층은 하나의 유도판(210)을 구성한다. 이때 유도판(210)은 직선관 또는 곡선관으로 형성되며, 곡선관은 물결 형상으로 형성된다. 이러한 유도판(210)은 복수로 적층되며, 적층 시 유도판(210)의 방향은 층별로 직교된다. 이에 따라 실내의 공기는 직선관 또는 곡선관에 의하여 실외로 이동하고 실외의 공기는 실내로 이동할 때 서로 접하지 않고 열만 교환할 수 있다. 이와 같이 실외공기와 실내공기는 유도판(210)에 의하여 열이 교환되는 것으로 실내로 유입되는 실외공기가 실내공기에 의하여 온도가 조절된다.
이와 같이 유도판(210)은 열전도율이 높은 재질로 형성된다. 또한 전열교환기(200)에서 발생하는 결로수를 흡수하기 위해 수분흡착제가 코팅될 수 있다. 수분흡착제에 대해서는 후술할 열교환체를 설명하면서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 환기장치(100)는 실내로 유입되는 외기의 온도와 실외로 배출되는 내기의 온도를 조절하는 열교환체를 구비할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 환기장치에 사용되는 열교환체의 개념을 나타낸 단면도이다.
도 3 내재 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치에 사용되는 열교환체(400)는 지그재그로 연통되는 열매체유동관(430)을 포함한다.
열매체유동관(430)은 복수의 구멍이 형성된 열전달판(440)을 지그재그 형태로 관통하여 열전달판(440)에 의해 공기와 열교환을 하게 된다.
상기 열교환체(400)는 급기 배출유로(122)에 구비되어 실내측으로 유입되는 공기의 온도를 조절하는 제1열교환체(410)와, 배기 배출유로(124)에 구비되어 실외측으로 배출되는 공기의 온도를 조절하는 제2열교환체(420)를 구비한다.
이와 같이 열교환체(400)를 구비하는 이유는 환기장치(100)에 냉난방 기능을 부여하기 위함이다. 이와 같은 열교환체(400)를 구비하여 여름철에는 환기장치(100)를 통해 실내로 유입되는 공기를 냉각시키게 되고, 겨울철에는 환기장치(100)를 통해 실내로 유입되는 공기를 가열시키게 된다. 이러한 열교환체(400)는 실내 설정온도에 따라 진입공기의 온도를 승강 또는 하강시킬 수 있으며, 급기 배출유로(122) 또는 배기 배출유로(124)의 전체에 위치한다.
한편, 열교환체(400)는 라디에이터 형상으로 이루어지며, 후술되는 수분흡착제(500)가 부착된다. 열교환체(400)는 지그재그로 연통되며, 복수의 층으로 형성되는 열매체유동관(430)이 형성된다. 그리고 열매체유동관(430)의 외측은 열전달판(440)이 형성된다. 열매체유동관(430)은 내부로 프레온가스, 물 등이 유동되며 온도가 조절되며, 열매체유동관(430)의 온도는 열전달판(440)에 의하여 실내로 유입되는 공기로 전달된다. 그리고 열매체유동관(430)은 열전달이 우수한 재질로 형성되며, 또한 내식성을 가져야 된다. 구체적으로 스테인레스관, 동관 등이 사용가능하며, 이와 균등한 재질의 관이 사용될 수 있다. 열전달판(440)은 열매체유동관(430)과 접촉되어 높은 열전도 효율을 가질 수 있다.
열교환체(400)가 공기를 냉각 또는 가열할 수 있도록 환기장치(100)의 내부 또는 외부에는 열교환체(400)와 각각 연통되는 압축기(450), 팽창기(460)가 구비될 수 있다. 도 1에서는 압축기(450), 팽창기(미도시)가 환기장치(100)의 내부에 구비되는 것을 보였고, 도 3 내지 도 5에서는 압축기(450), 팽창기(460)가 환기장치(100)의 외부에 구비되는 것을 보였다.
상기 열교환체(400)는 급기 배출유로(122)에 구비되어 실내측으로 유입되는 공기의 온도를 조절하는 제1열교환체(410)와 배기 배출유로에 구비되어 실외측으로 배출되는 공기의 온도를 조절하는 제2열교환체(420)를 구비한다.
열매체는 제1열교환체(410), 제2열교환체(420), 압축기(450) 및 팽창기(460)를 단계적으로 이동하며, 열을 공급하거나 열을 흡수할 수 있다. 즉, 히트펌프의 역할을 구현할 수 있다. 계절 및 환기장치의 작동상태에 따라, 제1열교환체(410) 및 제2열교환체(420)는 기능이 변화되어야 한다. 이는 열매체의 유동방향을 변경하는 제어밸브(470)에 의해 이루어진다.
상기 제어밸브(470)는 제1,2열교환체(400)의 유로를 변동시켜, 기능을 변화시킨다. 이는 실내로 유입되는 공기의 온도를 조절하기 위하여 급기 배출유로(122)에 형성되는 제1열교환체(410)의 온도를 조절하기 위한 것이다. 예를 들어 여름철에는 실외에서 실내로 유입되는 공기를 냉각시킬 필요가 있고, 겨울철에는 실외에서 실내로 유입되는 공기를 가열시킬 필요가 있다. 따라서 제어밸브(470)는 여름철에는 제1열교환체(410)가 증발기로서의 역할을 하도록 열매체의 유동방향을 변경하고, 겨울철에는 제1열교환체(410)가 응축기로서의 역할을 하도록 열매체의 유동방향을 변경할 수 있다.
이에 반해, 제2열교환체(420)는 도 1에 도시된 바와 같이 배기 배출유로(124)에 구비되거나 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(450) 및 팽창기(460)와 함께 환기장치(100)의 외측에 구비될 수 있다. 제2열교환체(420)는 제1열교환체(410)의 역할을 위해 존재하므로 배기 배출유로(124) 또는 케이스(110)의 외부에 위치되어도 상관 없다.
한편, 본 실시 예에서는 열교환체(400)로 냉동사이클을 이용한 것을 보였으나, 열교환체(400)는 이에 한정되지 않고 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어 냉동사이클을 사용하는 대신에 열선과 같은 발열장치를 구비하고 발열량을 제어할 수 있다. 또는, 옥내 상수관을 장착할 수 있다. 옥내 상수관은 일정한 상온을 유지하며, 온도센서에 의해 필요시 열교환체(400) 내부로 상수를 순환시킬 수 있다. 또는 건축물은 보일러에 의해 난방을 하며, 보일러에 의해 가열된 난방열을 활용할 수 있다. 난방열은 분배기 전단 및 후단의 열을 이용할 수 있다. 난방수를 대신하여 급탕관을 사용할 수 있다. 필요에 의해 보일러를 가동하여, 가열된 급탕수를 열교환체(400)에 사용될 수 있다. 또는 지중은 지상과 달리 일정한 열원을 가지고 있다. 따라서, 지중열을에 의해 열매체의 온도를 지중온도로 유지하며, 필요시 지열을 열교환체(400)에 순환시켜 활용할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치(100)는 상기 열교환체(400)에 부착되며, 수분을 흡수하는 수분흡착제(500)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 수분흡착제(500)는 열매체유동관(430) 및/또는 열전달판(440) 표면에 부착될 수 있다.
상기 수분흡착제(500)는 블록형상이며, 상기 블록형상 내부에 열유동관 및/또는 열전달판(440)이 수용될 수 있다. 한편, 상기 수분흡착제(500)가 부착된 상기 열교환체(400) 하단에 수분이 포집되는 포집체(510)를 구비할 수 있다. 상기 포집체(510)에는 포집체(510)에 포집된 수분을 외부로 배출하는 배출펌프(520)가 구비될 수 있다.
구체적으로 수분흡착제(500)는 제1열교환체(400)에 부착되어 실내로 유입되는 수분을 흡수할 수 있다. 하절기의 외부공기는 고온다습하며, 고온다습한 공기가 환기장치를 통해 실내로 진입되는 과정에서, 공기중에 포함된 수분이 수분흡착제(500)에 의해 포집된다. 이러한 수분흡착제(500)는 "금속유기구조체결정(metal-organic framework)"로 인공적으로 합성된 다공질이며, 이는 "MOF"로 약칭된다. 그리고 수분흡착제(500)는 열교환체(400)에 부착되어 형성되는 것으로 실내로 유입될 때 수분만을 흡착하며, 흡착된 수분은 열교환체(400) 하단에 형성되는 포집체(510)로 포집된다. 포집체(510)에 포집된 수분은 포집체(510)에 형성되는 배출펌프(520)에 의하여 외부로 배출되며, 열교환체(400)의 온도에 의하여 일부는 증발된다.
또한, 열매체유동관(430)에 수분흡착제(500)가 위치하면 유동하는 공기가 열교환체(400)를 통과할 때 압력 및 풍속 손실이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 열매체유동관(430)의 외피면에만 수분흡착제(500)가 부착될 수 있다. 그러나, 이는 제습효율이 저하되는 또 다른 문제를 발생시킨다. 따라서, 열교환체(400)는 복수로 설치됨이 바람직하다. 복수로 열교환체(400)가 설치될 경우, 단계별로 상이한 열을 유지시켜 단계적으로 수분을 흡착하거나 열을 발생시킬 수 있다.
한편, 수분흡착체(500)는 양전하를 가지며, 박리된 이중층 수산화물(LDH)로 이루어진 시트; 및 음전하를 가지며 정전기에 의해 상기 시트층에 고착된 금속유기구조체결정, 상기 시트 및 금속유기구조체결정의 혼성화로 카드집 형태로 형성되는 흡착물; 상기 흡착물 사이에 형성되며, 복수로 형성된 기공;을 포함할 수 있다.
상기 금속유기구조체결정는 금속 이온 및 유기 리간드를 포함하며, 혼성화 나노복합체를 포함한다.
상기 금속 이온은 Cu, Zn, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Cd, Mg, Ca 또는 Zr, 중 선택된 어느 하나 또는 2개이상의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 유기 리간드는 카복실기를 가지는 바이덴테이트 리간드, 카복실기를 가지는 트리덴테이트 리간드, 아졸류, 또는 스쿠아르산(squaric acid) 중 선택된 어느 하나 또는 2개 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 바이텐테이트 리간드는 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 또는 바이페닐-4 중 선택된 어느 하나 또는 2개 이상의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 금속유기구조체결정은 상기 이중층 수산화물은 100:1 내지 100:10의 질량비로 형성될 수 있다.
한편, 상기 전열교환기(200)에서는 여과필터(600)가 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 여과필터를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 여과필터를 나타낸 분해사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치에 구비되는 여과필터(600)는 이물질을 여과하는 집진필터(610)와, 상기 집진필터(610)를 관통하는 공기의 악취를 여과하는 탈취필터(620)와 상기 탈취필터(620)를 관통하는 공기의 미세먼지를 제거하는 프리필터(630)를 포함한다.
상기 집진필터(610), 상기 탈취필터(620), 상기 프리필터(630)는 필터케이스(640) 내부에 설치될 수 있다.
구체적으로 여과필터(600)는 실내로 유입되는 공기의 먼지, 미세먼지, 세균, 악취 등을 여과하기 위하여 급기 배출유로(122)에 형성되는 것이다. 이러한 여과필터(600)는 전열교환기(200)의 일면에 부착되어 형성되거나 급기 배출유로(122)의 단면과 동일하게 설치되어 전열교환기(200)와 이격되도록 형성된다.
여과필터(600)는 필터케이스(640)의 내부에 수용되는 것으로 필터케이스(640)는 양면이 개방되도록 형성된다. 여과필터(600)는 비교적 입자가 큰 먼지 혹은 애완동물의 털 등의 이물질을 여과하는 집진필터(610)를 구비하고, 집진필터(610)는 전열교환기(200)에서 착탈 가능하게 형성되어 청소를 수시로 진행할 수 있다. 그리고 여과필터(600)는 집진필터(610)와 접하도록 형성되며, 집진필터(610)를 관통하는 공기의 악취, 담배연기, 기타 유해가스 등을 제거하는 탈취필터(620)가 형성된다.
탈취필터(620)는 활성탄으로 형성되어 악취 등의 냄새를 제거하는 것으로 공기를 신선하게 형성할 수 있으며, 실내 환기를 진행할 수 있다. 그리고 탈취필터(620)와 접하도록 형성되는 프리필터(630)는 헤파필터로 형성되며, 프리필터(630)는 집먼지, 진드기, 바이러스, 곰팡이, 박테리아등 0.3μm 이상의 공기오염물질을 99.97%까지 깨끗이 제거한다. 이러한 프리필터(630)는 석면 섬유 등으로 일정 두께를 가지거나 또는 여러 겹으로 겹쳐지는 여과지로 형성된다.
한편, 이와 같은 여과필터와 더불어 세균 등을 거를 수 있는 멸균필터를 더 구비할 수 있다.
도 8은 본 발명의 멸균필터를 나타낸 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치는 멸균필터를 구비할수 있다.
멸균필터(700)는 복수로 형성되며, 자외선을 조사하는 엘이디(710)와 상기 엘이디(710)와 인접하게 배치되는 광촉매필터(720)를 포함할 수 있다.
엘이디(710)는 A형 및/또는 C형으로 형성될 수 있다. 상기 광촉매필터(720)는 복수의 공기유동구가 형성된 바디(730)와, 상기 바디(730)표면에 코팅된 반응층(740)을 포함할 수 있다. 상기 반응층(740) 재질은 이산화티타늄이며, 상기 바디(730) 재질은 세라믹으로 형성될 수 있다. 한편, 반층층(740)의 재질인 이산화티타늄은 블루이산화티타늄으로 형성될 수 있다.
멸균필터(700)는 A형 및 C형의 자외선을 조사하는 엘이디(710)와 엘이디(710)에 의하여 광촉매 반응(光觸媒反應, photocatalytic reaction)이 발생하는 광촉매필터(720)로 형성된다. 엘이디(710)는 UV 엘이디(710)로 형성되며, 복수로 형성됨에 따라 광촉매필터(720)로 자외선을 조사한다. 엘이디(710)에서 조사하는 자외선의 파장은 200~390nm 대역을 포함하며, 특히 그 피크파장이 260~370nm 사이에 존재하도록 하면 광촉매 반응 효율을 더욱 높일 수 있다. 그리고 광촉매필터(720)는 복수의 공기유동구가 형성되는 바디(730)와, 바디(730) 표면에 코팅되는 반응층(740)으로 형성된다.
이때, 바디(730) 재질은 세라믹으로 형성되며, 세라믹은 복수의 공기유동구가 형성되어 여과필터(600)에 의하여 여과되는 공기가 관통한다. 바디(730)를 관통하여 실내로 유입되는 공기는 바디(730) 표면에 코팅된 반응층(740)에 의하여 세균, 곰팡이, 박테리아 등을 멸균된다. 이때, 반응층(740)은 이산화티타늄(TiO2), 블루 이산화티타늄(Blue-TiO2)으로 형성되는 것으로 복수의 엘이디(710)에 의하여 세균 등을 멸균한다.
따라서, 본 발명의 멸균필터(700)는 여과필터(600)와 이격되어 형성되며, 실내로 유입되는 공기의 세균 등을 멸균하는 특징을 가진다.
본 발명의 환기장치(100)에서 상기 엘이디(710)는 상기 여과필터(600)의 후면에 형성되어 상기 광촉매필터(720)로 자외선을 조사할 수 있다. 또한 상기 엘이디(710)는 상기 바디(730)에 형성될 수 있다. 이때, 엘이디(710)는 여과필터(600)를 관통하는 공기의 유로를 방해하지 않도록 여과필터(600)의 모서리에 설치될 수 있다.
한편 이와 다르게 엘이디(710)는 광촉매필터(720)가 형성되는 바디(730)에 형성된다. 구체적으로 바디(730)의 공기유동구 양측면에 엘이디(710)가 각각 형성되어 자외선을 조사함에 따라 광촉매필터(720)가 광촉매반응을 발생시키도록 한다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치에 대하여 설명을 하였다. 그러나 상술한 환기장치는 여러가지로 변형되어 실시 될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 환기장치에 대해 설명하기로 한다. 이하에서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 환기장치를 설명함에 있어 상술한 실시 예와 동일한 구성은 동일 참조번호를 사용하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 환기장치에 사용되는 서브 콘덴서의 개념을 나타낸 개념도이고, 도 10은 도 9에 도시된 환기장치에 의해 실내로 유입되는 공기의 온도 및 습도가 조절되는 것을 보인 습공기선도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 환기장치는 상기 급기 배출유로(122)에 구비되어 실내로 유입되는 외기의 온도를 조절하는 제1열교환체(410)와, 상기 배기 배출유로(124)에 구비되어 실외로 배출되는 외기의 온도를 조절하는 제2열교환체(420) 및 상기 급기 배출유로(122)에 구비되어 실내로 유입되는 공기중의 습도를 조절하는 제3열교환체(480)를 구비할 수 있다.
또한, 제2열교환체(420)와 제3열교환체(480)를 서로 연결하는 열매체유동관(430)에는 유량조절밸브(490)가 설치되어 제2열교환체(420) 측에서 제3열교환체(480) 측으로 흐르는 열매체의 유량을 조절할 수 있다.
이에 따라 실외에서 실내로 유입되는 공기의 온도 뿐만 아니라 습도도 제어할 수 있다.
예를 들어, 여름철의 경우 제1열교환체(410)가 증발기로서의 역할을 하도록 하고, 제2열교환체(420)가 메인 콘덴서 역할을 하고 제3열교환체(480)가 서브 콘덴서 역할을 하도록 할 수 있다.
따라서 실외에서 실내로 유입되는 공기는 급기 배출유로(122)에서 증발기 역할을 하는 제1열교환체(410)와 서브 콘덴서 역할을 하는 제3열교환체(480)를 순차적으로 거친 후 실내로 유입된다.
이때 제1열교환체(410)를 거치면서 냉각되어 온도는 낮아지지만 상대습도가 높아지지만, 제3열교환기(480)를 거치면서 가열되어 온도가 조금 올라가지만 상대습도는 낮은 공기를 공급할 수 있게 된다.
도 10을 참조하면, 27℃ 상대습도 47%인 공기는 제1열교환체(410)를 거치면서 14℃ 상대습도 85%인 공기가 되고, 제3열교환기(480)를 거치면서 20℃ 상대습도 53%인 공기로 된다. 따라서 여름철 실내 습도를 낮춤으로써 실내의 환경을 쾌적하게 유지할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 환기장치의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 환기장치는 상기 급기 배출유로(122)측과 상기 배기 배출유로측(124) 중 어느 일측에 구비되는 제1수분흡착필터(810)와 타측에 구비되는 제2수분흡착필터(820) 및 상기 제1수분흡착필터(810)와 상기 제2수분흡착필터(820)를 교번하여 이동되도록 하는 이동수단(830)을 더 구비할 수 있다.
상기 제1수분흡착필터(810)와 제2수분흡착필터(820)에는 상술한 수분흡착제(500)가 흡착될 수 있다. 수분흡착제(500)로는 상술한 "금속유기구조체결정(metal-organic framework)"로 인공적으로 합성된 다공질 재료인 "MOF"가 사용될 수 있다.
이와 같은 수분흡착제(500)는 다공질 재질로 형성되어 공기중의 수분을 흡수하게 되고, 소정량의 수분을 흡수하게 되면 오히려 흡수된 수분을 방출하게 된다.
여름철의 경우, 실내로 유입되는 공기중의 수분을 흡수하는 것이 유리하고, 겨울철의 경우 실내로 유입되는 공기에 수분을 공급하는 것이 유리하다.
예를 들어, 여름철에 제1수분흡착필터(810)가 급기 배출유로(122)에 위치하고, 제2수분흡착필터(820)가 배기 배출유로(124)에 위치하는 경우, 제1수분흡착필터(810)는 급기 배출유로(122)를 통해 실내측으로 유입되는 공기중의 수분을 흡수하게 된다. 그러나 제1수분흡착필터(810)가 임계치의 수분을 흡수한 이후에는 더 이상 수분을 흡수하지 못하고 오히려 방출할 수 있으므로 이와 같은 상태에서는 제2수분흡착필터(820)가 급기 배출유로(122)에 위치되도록 하고, 제1수분흡착필터(810)는 배기 배출유로(124)에 위치되도록 한다. 따라서 재생된 2수분흡착필터(820)가 실내로 유입되는 공기중의 수분을 흡수하게 되고, 수분이 포화된 제1수분흡착필터(810)는 배기 배출유로(124)에서 재생된다.
제1수분흡착필터(810)와 제2수분흡착필터(820)가 서로 교번하여 이동되도록 하는 시기는 급기 배출구(112)와 배기 흡입구(113) 측의 습도를 측정하여 서로 비교함으로써 판단할 수 있을 것이다.
겨울철에는 이와 반대로 제1수분흡착필터(810)와 2수분흡착필터(820)를 이동시킴으로써 실내로 공급되는 공기에 수분을 공급할 수도 있다.
한편, 제1수분흡착필터(810)와 제2수분흡착필터(820)의 위치를 서로 바꾸는 이동수단(830)은 제1수분흡착필터 및 상기 제2수분흡착필터가 수용되어 이동하는 가이드(840)와, 상기 제1수분흡착제 및 제2수분흡착제가 이동하는 동력을 전달하는 동력전달장치(850)를 구비할 수 있다.
동력전달장치(850)는 구동력을 발생시키는 모터와 상기 모터의 구동력을 제1수분흡착필터(810)와 제2수분흡착필터(820)에 전달하는 벨트 등으로 형성될 수 있다. 본 실시 예에서는 동력전달장치(850)가 모터와 벨트 등으로 형성되는 것을 보였으나, 이에 한정되지 않고 모터와 랙기어 등 다양한 동력전달장치가 사용될 수 있다.
한편 상술한 실시 예에 따른 환기장치는 휴먼팩터가 적용되어 시스템으로 운영될 수 있다.
도 12는 휴먼팩터가 적용된 환기장치가 운영되는 시스템의 예를 보인 도면이다.
휴면택터란 인간공학과 동의어로 보고, 사람에게 최적화된 기기나 시스템을 개발하는 데 이용되는 이론, 원리, 데이터를 포괄하는 전문 연구 분야이다.
도 12를 참조하면, 실내환경 센싱을 통해 온/습도를 제어하고 쾌적한 환경조건을 제어할 수 있도록 한다. 사용자가 직관적으로 확인할 수 있도록 사용자의 개인단말 또는 월패드와 같은 모니터 화면(900)에 적용될 수 있다.
도 12에서 보는 바와 같이 모니터 화면(900)에는 쾌적영역과 환기장치 제어가능영역이 표시되고, 현재 실내 상태 또한 표시될 수 있다.
도 12에서 보는 바와 같이 현재 실내 상태가 쾌적영역 내에 있지 않는 경우 환기장치를 제어하도록 사용자에게 알려줄 수 있으며, 환기장치만을 이용하여 쾌적영역에 도달하기 힘든 경우에는 제습기, 공기조화기, 환풍기 등을 가동하도록 사용자에게 알려줄 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 환기장치에 대해 설명하였다. 다음으로 상술한 실시 예에 다른 환기장치의 제어방법에 대해 설명하기로 한다.
다음으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치의 제어방법에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 환기장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 다른 환기장치의 제어방법은 실내에서 환기장치(100)로 유입되는 공기의 온도(T1)와 습도(R1)를 측정하여 이슬점(D1)을 계산하는 이슬점 계산 단계(S110); 상기 환기장치(100)를 거쳐 실내로 유입되는 공기가 지나는 덕트(126)의 온도(T2)를 측정하는 덕트온도 측정 단계(S120); 상기 덕트온도(T2)와 상기 이슬점(D1)을 비교하는 단계(S130)를 포함하고, 상기 덕트온도(T2)가 상기 이슬점(D1)보다 높으면 설정 풍량을 유지하고, 상기 덕트온도(T2)가 상기 이슬점(D1)보다 낮으면 실내로 유입되는 공기의 풍량을 증가시킨다.
덕트온도(T2)가 이슬점(D1)보다 높으면 결로가 발생하지 않기 때문에 설정 풍량을 유지하여도 되지만 덕트온도(T2)가 이슬점(D1)보다 낮으면 실내로 유입되는 공기 중의 수분이 응결되어 결로가 발생된다.
따라서 상기 덕트온도(T2)가 상기 이슬점(D1)보다 낮으면 상기 환기장치(100)를 거치는 공기의 온도를 증가시켜야 하기 때문에 실내로 유입되는 공기의 온도를 높여주기 위해 실내로 유입되는 공기의 송풍량을 증가시키면 된다.
이를 위해 급기 배출유로(122)에 구비된 제 1송풍기(141)의 회전 속도를 증가시키면 된다.
상술한 바와 같이 이슬점(D1)을 계산하고 덕트온도(T2)를 측정하기 위해, 상술한 환기장치(100)에서 급기 배출구(112)와 연결되는 덕트(126)의 내부에는 덕트(126) 표면의 온도를 측정하는 제1온도센서(151)가 설치되고, 배기 흡입구(113)와 연결되는 덕트(127)의 내부에는 실내 공기의 온도를 측정하는 제2온도센서(152) 및 실내 습도를 측정하는 습도센서(155)가 설치된다.
이때 제1온도센서(151)가 급기 배출구(112)에서 이격되는 거리(L1)는 제2온도센서(152)가 배기 흡입구(113)에서 이격되는 거리(L2)의 4배 정도가 되는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 환기장치 및 그 제어방법에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 환기장치 110: 케이스
141, 142: 제 1, 2송풍기 151: 제1온도센서
152: 제2온도센서 155: 습도센서
200: 전열교환기 400: 열교환체
410: 제1열교환체 420: 제 2열교환체
430: 열매체유동관 440: 열전달판
450: 압축기 460: 팽창기
470: 제어밸브 500: 수분흡착제
510: 포집체 520: 배출펌프
600: 여과필터 610: 집진필터
620: 탈취필터 630: 프리필터
640: 필터케이스 700: 멸균필터
710: 엘이디 720: 광촉매필터
730: 바디 740: 반응층
810: 제1수분흡착필터 820: 제2수분흡착필터
900: 모니터

Claims (10)

  1. 실외공기가 흡입되는 급기 흡입유로와, 실외공기를 실내로 공급하는 급기 배출유로와, 실내공기가 흡입되는 배기 흡입유로와, 실내공기를 실외로 배출하는 배기 배출유로를 구비하는 케이스;
    상기 케이스 내부에 설치되어 실외에서 실내로 공급되는 공기와 실내에서 실외로 배출되는 공기를 열교환시키는 전열교환기;
    상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 외기의 온도를 조절하는 제1열교환체;
    상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 공기중의 수분을 흡수하는 수분흡착제; 및
    상기 급기 배출유로측과 상기 배기 배출유로측 중 어느 일측에 구비되는 제1수분흡착필터와 타측에 구비되는 제2수분흡착필터, 및 상기 제1수분흡착필터와 상기 제2수분흡착필터를 교번하여 이동되도록 하는 이동수단을 포함하는 환기장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기 배출유로에 구비되어 실외로 배출되는 외기의 온도를 조절하는 제2열교환체 및 상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 공기중의 습도를 조절하는 제3열교환체를 더 구비하는 환기장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이동수단은
    상기 제1수분흡착필터 및 상기 제2수분흡착필터가 수용되어 이동하는 가이드와,
    상기 제1수분흡착필터 및 제2수분흡착필터가 이동하는 동력을 전달하는 동력전달장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수분흡착제는 인공적으로 합성된 다공질의 금속유기구조체결정(metal-organic framework)인 것을 특징으로 하는 환기장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 급기 배출유로에 구비되어 실내로 유입되는 외기를 여과하는 여과필터를 더 구비하는 환기장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 여과필터에 형성되며, 외기를 멸균하는 멸균필터를 더 구비하는 환기장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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