KR102141359B1 - 전기-제어-박스-습기-방지-시스템 - Google Patents

Abstract

여름 장마철 같은 경우에 지하 주차시설 같은 곳의 전기 제어 박스가 결로로 인하여 멈춘다. 전기 제어 박스 내부의 뜨거운 열기를 배출시키기 위하여 상부 환풍기 팬을 돌려서 외부로 배출시키는 과정에서 하부에 있는 입구를 통하여 외부의 습기가 전기 제어 박스로 유입되어 결로가 생긴다. 이러한 문제에 대하여 기존의 방식을 활용하여 개량한다. 여기에 더하여 TRIZ에서 말하는 공간과 시간에 의한 분리를 동원하여 훨씬 간단한 구성과 아이디어로 이 문제를 근본적으로 해결한다.
① 기존 방식대로, 활성탄과 같은 제습제를 경유하여 외부의 차가운 바람을 유입시킴으로써 습기를 제거하고, 뜨거운 내부 전자제품 주위의 공기를 외부로 배출시키되 출구에 있는 활성탄과 같은 제습제를 말린다. 반대로 출구에 있는 활성탄과 같은 제습제를 경유하여 외부의 차가운 바람이 유입되도록 바람의 방향을 정반대로 바꾸는 방식을 반복함으로 해서 해결할 수도 있다.
② 이러한 경우에 뜨거운 내부 전자제품을 냉각시키기 위하여, 직접 외부의 차가운 바람을 불어주는 방식이 아니고, 뜨거운 내부 전자제품 주위에 넓은 범위로 걸쳐서 배치된, 호스와 같은 중간 매체에 외부의 차가운 바람을 통과시킴으로써, 뜨거운 전자제품 주위의 공기를 냉각시킨다. 그러면 결과적으로 뜨거운 내부 전자제품을 간접적으로 냉각시키게 된다. 따라서 외부 습기가 직접 내부 전자제품에 접근하는 것을 원천적으로 차단한다.
③ 그렇지 않으면, 외부의 상대 습도가 높아지는 경우를 미리 감지하여 외부 공기를 유입시키는 냉각용 팬을 자동으로 정지시켜서 자연 대류로 인한 공기 순환만을 허용한다. 이에 따라 외부 습기가 적극적으로 유입되는 것을 억제할 뿐만 아니라 뜨거운 내부 전자제품의 열기로 인한 내부 온도 상승으로 인하여 상대습도가 낮아지게 됨으로써, 결과적으로 습기로 인한 결로를 방지하게 되어서 내부 전자제품이 멈추게 되는 문제점을 해결한다.

Description

전기-제어-박스-습기-방지-시스템{Humidity Proof System of Electric Control Box}

전기 제어 박스는 용량이 크면 내부에 열이 난다. 그래서 위쪽에 환풍기를 달고 아래 쪽에 공기 구멍을 둔다. 그런데 여름 장마철 같은 경우에 습기가 유입되면서 고장이 난다. 본원은 이러한 습기를 '제거'하거나 '차단'하거나 '저감'시키는 기술에 관한 것이다.

고온다습 환경에서 습기로 인해서 전기 장치가 합선을 일으킨다. 자동차 엔진도 습기가 유입되면 불완전 연소로 매연이 난다. 습기 '제거' 기술은 이미 공지되어 있지만 그 '차단' 또는 '저감' 기술은 공지된 바 없거나 아직 이 습기 제어 기술분야에 적용되지 못하고 있다.

특허공개번호 10-2018-0024143(공개일자 201838, 전장함의 환기 및 냉각 제어 시스템)호는 전장함 유입 습기 제거용 '제습기'가 부가된 기술이다. 특허등록번호 10-0443992(공고일자 2004812, 차량의 내연기관에 유입되는 공기에 포함되어 있는 습기를 제거하는 유입공기의 습기 제거 장치)호는, 2개의 습기 제거 탱크를 선택적으로 흡기구와 배출구에 연결한다. 흡기구에 연결하면 탱크의 활성탄이 유입공기의 습기를 흡수하며, 활성탄이 흡수 용량을 초과하게 되면, 그 탱크를 배출구에 연결함으로써 흡수 누적되어 있던 습기를 말려서 제거한다. 그외 CN 206061328(U)(2017-03-29, Novel electrical control cabinet)과 CN 105283043(B)(2018-03-02, Outdoor communication cabinet with good moisture-proof and radiating performance)도 있으나, 그 구성이 복잡하여 활용 가치가 없다.

해당 없음

유입 습기 '제거' 기술을 개량하는 것뿐만 아니라 습기 유입 자체를 처음부터 '차단'해버리거나 '저감'시켜 그 부작용을 없애는 기술을 안출한다.

우선, 첫 번째로, 2개의 활성탄 연결 환풍기를 선택적으로 반복 작동시킴으로써, 그 하나는 유입 습기를 흡수하고, 다른 하나는 흡수 누적된 습기를 말린다. 기존 기술을 개량해서 적용하는 것이다.

또는, 두 번째로, 유입 공기 구멍에서부터 출발해서 환풍기 배출 구멍까지 연결된 주름 호스가 전기 제어 박스 내부를 통과하게 배치하고, 외부 유입 공기가 주름 호스를 통과하는 과정에서 내부 열기를 냉각시킨다. 공간에 의한 분리로 해결하는 것이다. 외부 유입 습기는 오직 주름 호스 안에서만 존재하고 제어 박스 내부에는 전혀 영향을 끼치지 못한다.

아울러, 세 번째로, 여름 장마철 같은 경우에 상대 습도가 일정 수준을 초과하게 되면 환풍기 작동을 멈추게 함으로써 대류 작용에 의해서만 외부 유입 공기가 들어오게 하는 방법을 적용할 수도 있다. 시간에 의한 분리를 적용하는 것이다. 비가 와서 기온이 내려가면 제어 박스 내부 온도도 위험 수준까지는 도달하지 않으므로 굳이 환풍기를 작동시켜 냉각시키지 않고 오직 자연 대류 작용에만 의존해서 냉각시켜도 충분하다. 그리고 내부 온도가 오직 자연 대류 작용에만 의존함으로 인하여 외부 온도보다도 더 적당히 상승함으로 인하여 이슬점이 높아져서 습기로 인한 합선같은 부작용도 없게 된다.

2개의 활성탄 연결 환풍기를 선택적으로 반복 작동시킴으로써 유입되는 습기를 '제거'한다. 외부 유입 공기가 주름 호스를 통과하게 됨으로써 박스 내부로 습기 유입 자체를 근원적으로 '차단'한다. 습도가 일정 수준을 초과하게 되면 환풍기 작동을 멈추게 함으로써, 자연 대류 작용에 의한 '소량'의 습기 유입과 적정한 온도 상승에 따른 '이슬점 상승'으로 인하여 습기에 의한 부작용이 원천적으로 '저감'된다.

도 1은 열어진 전기 제어 박스 도면
도 2는 전기 제어 박스 내부 부품의 열 발생 설명 도면
도 3은 닫혀진 전기 제어 박스 도면
도 4는 특허공개번호 10-2018-0024143(공개일자 201838, 전장함의 환기 및 냉각 제어 시스템)호 도면
도 5는 특허등록번호 10-0443992(공고일자 2004812, 차량의 내연기관에 유입되는 공기에 포함되어 있는 습기를 제거하는 유입공기의 습기 제거 장치)호 도면
도 6은 2개의 활성탄 연결 환풍기를 선택적으로 반복 작동시키는 도면
도 7은 유입 공기 구멍과 환풍기 배출 구멍 간 주름 호스 추가 개념도 또는 여름 장마철 상대 습도 초과 시 환풍기 작동 멈춤 개념도
도 8은 온도와 포화 습도 간의 관계 도면
도 9는 유입 공기 구멍과 환풍기 배출 구멍 간 주름 호스 추가 구성의 실제 실시예 모음 도면

도 1(열어진 전기 제어 박스 도면), 도 2(전기 제어 박스 내부 부품의 열 발생 안내 도면), 도 3(닫혀진 전기 제어 박스 도면)을 보면, 하부 외부 유입 공기 구멍을 통하여 들어온 공기가 제어 박스 내부의 열 발생 부품들을 냉각시키면서 상부 환풍기의 팬의 회전에 의해서 외부로 배출된다.

앞서 해결하고자 하는 과제 설명에서처럼, 여름 장마철 같은 경우에 습기로 인해서 전기 제어 박스 내부의 부품들이 합선을 일으킨다. 자동차 엔진도 습기가 유입되면 불완전 연소로 매연이 난다.

앞서 선행특허문헌들에서 보면, 유입 습기 제거용 '제습기'를 부가(도 4 참조)하거나, 2개의 습기 제거 탱크를 선택적으로 엔진의 흡기구와 배출구에 연결(도 5 참조)하여 유입 습기를 제거한다. 그러나 이러한 구성은 복잡하고 구현하기가 어렵다.

도 4처럼 제습기를 부가하지도 않으면서, 도 5처럼 복잡한 밸브와 센서들을 추가하지 않고서도 도 5와 같은 구성을 개량하여 적용할 수 있다.

실 시 예 1

도 6처럼 습기 흡착 물질인 활성탄 필터(carbon filters)나 제오라이트 필터(Ammonia-X filters)를 2개의 환풍기에 각각 연결하여, 2개의 활성탄 연결 환풍기를 선택적(alternatively)으로 반복 작동시키면 되는 것이다.

활성탄 필터(carbon filters)나 제오라이트 필터(Ammonia-X filters)의 습기 흡수 한계 용량은 이미 정해져 있으므로 굳이 일일이 한계 용량에 언제 도달하는 지를 센서를 통하여 감지할 필요가 없다. 한계 용량에 도달하기 전에 2개의 활성탄 연결 환풍기가 서로 바꾸어 가면서 작동하도록 한다. 어느 하나가 습기를 흡수하고 있으면 또 다른 하나는 흡수 누적된 습기를 말리면 되는 것이다. 제어 박스 내부를 통과하면서 데워진 공기를 활용하여 흡수 누적된 습기를 말리는 것이다. 제어 박스 내부를 통과한 공기는 이미 습기가 제거된 데에다가 내부 부품의 열기로 인하여 뜨거워진 상태이므로 습기를 흡수하는 것보다 훨씬 빠른 속도로 흡수 누적된 습기를 말리게 된다.

예를 들어, 도면 6에서, T1시간에 위 공기-구멍을 통하여 케이스 내부로 들어올 때에 공기가 습기 흡착 물질(filter)에 습기를 뺏기면서 들어오고 케이스 중간을 통과하여 반대편 즉, 다른 하나의 공기-구멍 다시 말해서 아래 공기-구멍에까지 도달하는 과정에서 케이스 내부 열기에 의하여 데워진다.

이와 같이 이미 습기를 뺏겼으면서도 데워진 내부 공기가 반대편 즉, 다른 하나의 공기-구멍 다시 말해서 아래 공기-구멍에까지 도달하여 마지막에는 팬(fan)이 회전하는 동작에 의하여 배출되면서 반대편 즉, 다른 하나의 공기-구멍 다시 말해서 아래 공기-구멍에 있는 습기 흡착 물질(filter)을 말리게 된다.

T2시간이 되면 이제는 반대로 아래 공기-구멍에서 출발해서 위 공기-구멍 즉, 반대편 다른 하나의 공기-구멍에까지 도달하여 같은 방식으로 배출된다. 다시 또 T1시간이 되면 앞서 본 T1시간의 방식으로 배출된다.

이와 같이, T1시간이 지나고 T2시간이 되었다가 다시 T1시간이 되는 방식으로 일정 시간 간격 즉, T1, T2, T1, T2, ... 처럼 T1과 T2가 번갈아가면서 공기-구멍의 바람 방향이 반대 방향으로 바뀐다.

실 시 예 2

도 7의 왼쪽 그림처럼, 유입 공기 구멍과 환풍기 배출 구멍 간 주름 호스를 전기 제어 박스 내부에 배치할 수 있다.

전기 제어 박스 내부에 배치된, 주름 호스가 제어 박스 내부 부품의 열을 받아서 뜨거워진 것에 대하여, 주름 호스로 관통하는 외부 공기가 식혀줌으로써, 간접적으로 전기 제어 박스 내부를 냉각시킬 수 있다. 뜨거운 라디에이터가 주위를 따뜻하게 하는 것이 아니라, 상대적으로 차가운 외부 공기가 통과함으로써 차가워진 라디에이터가 주위를 냉각시키는 역할을 하게 되는 것이다.

예를 들어, 도면 7의 왼쪽에서 , 호스가, 아래에 있는 유입 공기-구멍부터 출발해서, 제어 박스 내부 즉 케이스 내부를 통과하고, 위에 있는 배출 공기-구멍에까지 연결된다. 도면 9와같이 열전달에 효과적인 주름진 호스가 좋다.

외부 공기가 이러한 케이스 내부 호스를 통과하면서 열전달에 의하여 케이스 내부의 뜨거워진 열기를 흡수한 상태에서 마지막에는 위에 있는 배출 공기-구멍으로 모터에 설치된 팬 동작에 의하여 배출되게 된다.

TRIZ에서 말하는 공간 분리 원리를 적용하는 것이다. 문제 해결을 위하여 문제 상황을 공간적으로 분리함으로써, 즉, 습기가 지나가는 통로를 따로 분리함으로써, 아예 격리시켜 문제 해결을 도모하는 것이다.

주름 호스가 외부 공기의 통로 역할 뿐만 아니라 외부 공기를 전기 제어 박스 내부와 분리시키는 역할까지 겸하는 것이다.

아래 그림에서처럼, 40가지 발명의 원리 중에서 추출(extraction)에 해당한다. 세로 축에 온도는 좋아지지만 가로 축에 위해(harm)가 발생하는 경우 그 해결책 중에 하나로서 추출(extraction)이 있어 이를 적용한 것이다.

또한, 아래 그림처럼, TRIZ 표준해 1-2-1에 따라 제3의 물건(3rd substance)인 알루미눔 주름 관을 중간에 개입시켜서 해로운 작용을 차단하고 이로운 작용만이 목표(product)에 도달하도록 하는 원리를 적용하는 해법도 적용한 것이다. TRIZ에서 말하는 분석 대상으로서의 OZ(Operational Zone)을 대신할 제3의 물건(3rd substance)인 알루미눔 주름 관을 설정하여 문제를 해결한 것이다.

실 시 예 3

도 7의 오른쪽 그림처럼, 여름 장마철 상대 습도가 높을 때 환풍기 작동을 아예 멈추게 함으로써도, 습기를 원천적으로 저감시킬 수 있다.

앞서 과제의 해결 수단에서 설명한 바와 같이, 비가 와서 기온이 내려가면 제어 박스 내부 온도도 위험 수준까지는 도달하지 않으므로 굳이 환풍기를 작동시켜 냉각시키지 않고 오직 자연 대류 작용에만 의존해서 냉각시켜도 충분하다. 그리고 내부 온도가 오직 자연 대류 작용에만 의존함으로 인하여 외부 온도보다도 더 적당히 상승함으로 인하여 이슬점이 높아져서 습기로 인한 합선같은 부작용도 없게 된다.

이러한 이슬점 설명은 도 8에서 보여준다. 28도일 때에는 이슬이 맺히지만 29도가 되면 이슬점이 높아져서 이슬이 맺히지 않는다. 따라서 오직 대류의해서만 냉각되게 함으로써 내부 온도가 29도 이상이 되도록 그냥 방치해두어도 되는 것이고, 즉, 환풍기를 작동시킬 필요가 없는 것이고, 다만, 35도나 40도 등처럼 지나치게 더워지게 되면 즉, 비가 개고나서 날이 다시 더워지게 되면 그때에 가서야 비로소 다시 환풍기를 작동시키면 된다. 이를 구분하기 위하여 외부 상대 습도에 따라 상기 환풍기를 온-오프 시키는 상대 습도 감지 스위치를 더 구비하면 되는 것이다. TRIZ의 근본원인분석(RCA)을 통하여 위와 같은 개념의 분화를 하게 되었다.

예를 들어, 도면 7의 오른쪽에서 , 외부 상대 습도가 낮을 T1시간에는 자연 대류 작용에 의하여 아래 공기-구멍으로 들어온 공기가 위의 배출 공기-구멍으로 나가면서 냉각이 되고, 외부 상대 습도가 높을 T2시간에만 모터에 설치된 팬을 작동시킨다.

본원 출원인이 먼저 출원한 특허출원번호 10-2018-43666호에서, 근본원인분석(RCA, Root Cause Analysis), 구성요소-삭제(trimming), 작은 난장이 기법[MMD(Modeling with Miniature Dwarfs), SLP(Smart Little People)]을 적용하여 C라는 매개체가 바로 환풍기로서 어떤 때는 켜져 있어야 하고 또 다른 때에는 꺼져 있어야 하는 시

간에 의한 분리로서 이 문제가 해결됨을 밝혔다.

아래 그림처럼, C라는 매체가 내부 패널의 열을 흡수하기 위하여 열을 전달해야 하지만, C라는 매체가 외부 습기를 확산시키지 않기 위해서 열을 전달하면 안 된다는 물리적 모순과 기술적 모순을 보게 된다. 열 전달을 해야 하기도 하고 하지 말기도 해야 하는 물리적 모순과, 이를 기술적 모순으로 변환하여, 패널의 열을 흡수해야 하는 한편, 습기의 확산을 하지 말아야 한다.

위와 같은 모순을 해결하기 위하여, TRIZ의 구성요소-삭제(trimming) 과정과 작은 난장이 기법(MMD, SLP)을 다음과 같이 적용하였다.

다음 그림과 같은 구성요소-삭제(trimming) 과정을 통하여 그 삭제(trimming)의 대상이 바로 C라는 매개체로서 환풍기 구성이라는 점을 밝혀냄으로써 이 구성요소를 집중적으로 분석의 대상으로 삼을 수 있었다. TRIZ에서 말하는 분석 대상으로서의 OT(Operational Time)를 찾아낼 적에 X-element로서 환풍기를 지정한 것이다.

다음 그림과 같은 작은 난장이 기법(MMD, SLP)을 통하여 전체 구성요소들을 의인화하여 표현하였다. 외부에서 유입되는 공기를 작은 난장이로 보고 그 난장이가 외부 습기를 묻혀서 내부로 가져오는 과정을 도식화한 것이다. 비 오는 날에 환풍기를 켜지 않으면 작은 난장이(외부 공기)들이 아주 적은 숫자를 유지하면서 천천히 더워지면서 통과하게 된다. 따라서 극히 소수의 작은 난장이(외부 공기)들이므로 그들이 묻혀서 가지고 들어오는 외부 습기도 적을 뿐만 아니라 서서히 움직이므로 이슬점이 높아지면서 이슬이 훨씬 덜 맺히게 되는 것을 밝혀낸 것이다.

해당 없음

Claims (1)

1. 전기 제어 박스 케이스, 내부 제어 패널, 하나의 공기-구멍, 다른 하나의 공기-구멍, 상기 공기-구멍들 각각에다가 하나씩 설치된 팬(fan) 부착 배출 모터들, 그리고 상기 팬(fan)들 각각의 앞에 하나씩 설치된 습기 흡착 물질들을 포함하고, 외부 공기가 상기 하나의 공기-구멍부터 출발해서 상기 습기 흡착 물질에 습기를 뺏기면서 다른 하나의 공기-구멍에까지 도달하여 마지막에는 상기 팬(fan)의 동작에 의하여 반대편 습기 흡착 물질을 말리면서 외부로 배출되는 것을 특징으로 하며, 외부 공기가 일정 시간 간격을 두고 번갈아가면서 상기와 반대 방향으로 상기 다른 하나의 공기-구멍부터 출발해서 상기 하나의 공기-구멍에 도달하여 배출되는 것을 특징으로 하는, 전기 제어 박스 습기 방지 시스템

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