KR102221575B1 - 스마트 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템 - Google Patents

Abstract

미세먼지 제거 및 필터 재생시스템은 필터유닛, 제어부 및 백필터를 포함한다. 상기 필터유닛은 제1 유입단으로 유입되는 외기를 필터링하여 제1 유출단을 통해 실내 공간으로 제공하고, 상기 실내 공간으로부터 제공되는 실내 공기는 제2 유입단으로 유입되어 상기 외기와 열교환된다. 상기 제어부는 상기 필터유닛을 가열하여, 상기 필터유닛에 축적된 미세먼지를 산화시킨다. 상기 백필터는 상기 필터유닛에 연결되어, 상기 산화되는 미세먼지를 포집한다.

Description

스마트 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템{FINE DUST REDUCTION AND FILTER REGENERATION SYSTEM WITH HEAT RECOVERY}

본 발명은 스마트 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세먼지를 필터링하여 제거하며, 필터에 축적된 미세먼지의 제거가 가능하고, 공간별 개별 제어가 가능하여 쾌적도 향상이 가능한 스마트 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에 관한 것이다.

최근 미세 먼지 등으로 대기의 질이 나빠짐에 따라, 실내 공간으로 유입되는 공기에 대한 필터링을 수행하는 환기 시스템에 대한 수요가 증가하고 있으며, 관련 기술에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.

다만, 종래의 환기 시스템의 경우, 사용되는 필터는 미세 먼지가 축적됨에 따라 주기적으로 교환하여야 하며, 이러한 교환에 따른 시간과 비용이 발생하는 문제가 있다.

이에, 상기 환기 시스템에 사용되는 필터를, 교환하지 않고 재생을 통해 재사용이 가능한 필터를 적용하는 기술이 개발되고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-0454427호에서는, 마이크로웨이브를 이용한 고효율 유해가스 정화장치 및 그 정화방법에 관한 기술로서, 유해성분을 흡착 또는 포집한 활성탄을 재생하여 재활용하는 정화장치 및 정화방법을 개시하고 있다.

그러나, 에너지의 효율적 사용의 측면에서, 활성탄의 재생을 위해서는 소정의 에너지를 필터에 제공하여야 하는데, 이러한 에너지 제공이, 오히려 필터의 교환 비용보다 증가할 수 있으며, 상기 재생을 위해 인가되는 에너지를 최소화하거나 보다 효율적으로 사용할 수 있는 방법에 대한 필요성이 증가하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0454427호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 미세먼지를 필터링하여 제거하며, 필터에 축적된 미세먼지의 제거를 보다 효과적이고, 짧은 시간 동안 수행할 수 있고, 사용되는 에너지를 재활용할 수 있으며, 공간별 개별 제어가 가능하여 쾌적도 향상이 가능한 스마트 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템은 필터유닛, 제어부 및 백필터를 포함한다. 상기 필터유닛은 제1 유입단으로 유입되는 외기를 필터링하여 제1 유출단을 통해 실내 공간으로 제공하고, 상기 실내 공간으로부터 제공되는 실내 공기는 제2 유입단으로 유입되어 상기 외기와 열교환된다. 상기 제어부는 상기 필터유닛을 가열하여, 상기 필터유닛에 축적된 미세먼지를 산화시킨다. 상기 백필터는 상기 필터유닛에 연결되어, 상기 산화되는 미세먼지를 포집한다.

일 실시예에서, 상기 필터유닛은, 상기 외기가 유입되는 방향과 반대 방향으로 역세(backflow washing) 공기가 제공되는 유입밸브, 및 상기 백필터와 연결되어, 상기 산화되는 미세먼지를 상기 백필터로 제공하는 유출밸브를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 유입단 및 상기 제1 유출단 사이의 압력차이를 측정하는 압력센서를 더 포함하며, 상기 압력센서의 측정값은 상기 제어부로 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 압력센서의 측정값이 기 설정값보다 증가하면, 상기 제1 유입단을 차단하고, 상기 필터유닛을 유전 가열(dielectric heating)하여 열을 발생시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 필터유닛은, 세라믹 유전 발열체 필터를 포함하여, 상기 유전 가열에 따라 열이 발생할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 필터유닛은, 상기 외기 및 상기 실내 공기가 각각 통과하는 복수의 적층된 필터들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 외기가 통과하는 필터들과 상기 실내 공기가 통과하는 필터들은 서로 교번적으로 적층될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 외기가 통과하는 방향과 상기 실내 공기가 통과하는 방향은 서로 평행하거나 또는 서로 교차할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 실내 공간은 복수의 서로 구획된 공간들을 포함하며, 상기 제어부는, 상기 공간들 각각의 실내 공기 오염 정도를 모니터링하여 각각의 공간들을 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 공간들 각각의 실내 공기 오염 정도를 바탕으로, 상기 외기를 필터링하여 상기 실내 공간으로 제공할 것인지의 여부, 및 상기 실내 공기를 상기 필터유닛으로 유출할 것인지의 여부를 판단할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 필터유닛의 후단에 연결되어, 상기 필터링된 외기를 추가로 필터링하는 헤파필터를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 다른 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템은 필터유닛, 송풍부 및 백필터를 포함한다. 상기 필터유닛은 내부에 필터가 위치하는 중앙 프레임, 상기 중앙 프레임으로부터 일 방향으로 연장되어 끝단에 유출밸브 및 제1 유입단이 형성되는 유입 프레임, 및 상기 중앙 프레임으로부터 상기 유입 프레임의 반대 방향으로 연장되어 끝단에 유입밸브 및 제1 유출단이 형성되는 유출 프레임을 포함한다. 상기 송풍부는 상기 유입밸브에 연결된다. 상기 백필터는 상기 유출밸브에 연결된다. 상기 제1 유입단을 통해 유입되는 외기는 상기 필터에 의해 필터링되어 상기 제1 유출단을 통해 유출되고, 상기 백필터는 상기 필터가 가열되어 발생되는 산화된 미세먼지를 포집한다.

일 실시예에서, 상기 제1 유입단과 상기 유출밸브 사이, 및 상기 제1 유출단과 상기 유입밸브 사이에는 각각 3-way 밸브가 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 3-way 밸브가 동작됨에 따라, 상기 외기가 유입되어 유출되는 방향과 반대 방향으로, 상기 송풍부로부터 상기 백필터로 역세 공기가 제공되어 상기 산화된 미세먼지가 포집될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 외부로부터 유입되는 외기에 대한 필터링을 통해 실내 공기를 정화하는 것은 물론, 상기 외기가, 실내 공기와의 열교환을 통해 가열 또는 냉각된 상태로 다시 실내 공간으로 제공되므로, 외기의 유입에 따라 실내 공기의 온도가 하강 또는 상승되는 것을 최소화하여 열 에너지의 불필요한 낭비를 최소화할 수 있다.

특히, 필터유닛에 축적되는 미세 먼지를 가열을 통해 산화하여 제거할 수 있어, 필터유닛의 재생 및 재활용이 가능하며, 특히, 필터유닛은 유전 가열을 통해 가열됨에 따라, 높은 열효율과 고속 열응답성으로 고속 가열이 가능하여, 상대적으로 짧은 시간 동안 높은 에너지 효율로 필터유닛의 재생이 가능하다.

이 경우, 필터유닛의 가열에 따라 산화되는 미세먼지는 역세를 통해 백필터로 축적되므로, 필터유닛의 즉각적인 재활용이 가능할 수 있다.

또한, 필터유닛은 외기가 통과하는 필터와 실내 공기가 통과하는 필터가 서로 교번적으로 축적되도록 구성되므로, 외기와 실내 공기 사이의 열교환을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.

나아가, 실내 공간의 복수의 공간들 각각의 오염 상태를 개별적으로 모니터링하여 개별적으로 제어함으로써, 최적의 환기 시스템을 구현할 수 있으며, 불필요한 에너지 낭비를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서, 필터유닛의 제어 상태를 상세히 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1의 필터유닛의 구조를 상세히 도시한 모식도이다.
도 4는 유전가열에서의 고속 가열 상태를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템의 필터 유닛의 예를 도시한 이미지이다.
도 6은 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서, 공간부의 개별 제어 상태를 도시한 모식도이다.
도 7a는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템의 필터 유닛의 일 예를 도시한 모식도이고, 도 7b는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템의 필터 유닛의 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서, 필터유닛을 도시한 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템을 도시한 모식도이다. 도 2는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서, 필터유닛의 제어 상태를 상세히 도시한 모식도이다. 도 3은 도 1의 필터유닛의 구조를 상세히 도시한 모식도이다. 도 4는 유전가열에서의 고속 가열 상태를 나타낸 그래프이다. 도 5는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템의 필터 유닛의 예를 도시한 이미지이다.

우선, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템(이하, 재생시스템이라 함)(10)은 필터유닛(100), 제1 압력센서(130), 공기량 센서(141, 142), 온도센서(151, 152), 공기질 센서(161, 162, 163), 백필터(200), 헤파필터(300), 제2 압력센서(310), 실내 공간(400) 및 제어부(500)를 포함한다.

상기 필터유닛(100)은 미세먼지를 포함하는 외기에 대한 필터링을 수행함과 동시에, 상기 실내 공간(400)으로부터 제공되는 실내 공기와 상기 외기 사이의 열교환을 수행하도록 유도하여, 상기 외기를 냉각시키거나 또는 가열하여 상기 실내 공간(400)으로 제공한다.

예를 들어, 여름철의 경우, 상기 외기는 상기 실내 공기보다 높은 온도로 유지되므로, 상기 실내 공기와 상기 외기 사이의 열교환을 통해, 상기 외기를 상대적으로 냉각시켜 상기 실내 공간으로 제공할 수 있다.

이와 달리, 겨울철의 경우, 상기 외기는 상기 실내 공기보다 낮은 온도로 유지되므로, 상기 실내 공기와 상기 외기 사이의 열교환을 통해, 상기 외기를 상대적으로 가열시켜 상기 실내 공간으로 제공할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 필터유닛(100)은 제1 유입단(105), 제2 유입단(107), 제1 유출단(106) 및 제2 유출단(108)을 포함한다.

이 경우, 상기 제1 유입단(105) 및 상기 제2 유입단(107)은 도 1에 도시된 바와 같이 서로 교차하는 방향으로 형성되거나, 또는 도 3에 도시된 바와 같이 서로 마주하는 방향으로 형성될 수 있으며, 마찬가지로 상기 제1 유출단(106) 및 상기 제2 유출단(108)도 서로 교차하는 방향 또는 서로 마주하는 방향으로 형성될 수 있다.

그리하여, 상기 제1 유입단(105)으로는 미세먼지를 포함한 외기가 유입되며, 상기 유입된 외기는 상기 필터유닛(100)을 통해 필터링된 후, 상기 제1 유출단(106)을 통해 유출된다.

한편, 상기 제2 유입단(107)으로는 상기 실내 공간(400)으로부터 제공되는 실내 공기가 유입되며, 상기 유입된 실내 공기는 상기 필터유닛(100)에서 상기 외기와 서로 열교환을 수행한 후, 상기 제2 유출단(108)을 통해 배출된다.

나아가, 상기 필터유닛(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 전체적으로 내부에 소정의 공간을 형성하는 프레임 구조로 형성될 수 있으며, 상기 프레임 구조의 내부에, 후술되는 필터들이 위치할 수 있다.

또한, 상기 제1 유입단(105)과 상기 제1 유출단(106)은 서로 대각선 방향으로 형성되며, 마찬가지로 상기 제2 유입단(107)과 상기 제2 유출단(108)도 서로 대각선 방향으로 형성될 수 있다. 그리하여, 상기 필터들을 관통하여 외기 및 실내 공기가 통과하게 된다.

또한, 상기 제1 유입단(105)에는 제1 밸브(115)가 구비되고, 제1 유출단(106)에는 제2 밸브(116)가 구비되며, 제2 유입단(107)에는 제3 밸브(117)가 구비되고, 제2 유출단(108)에는 제4 밸브(118)가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 내지 제4 밸브들(115, 116, 117, 118)은 각각, 3-way 밸브로서, 사용자의 선택 또는 제어에 따라 선택적으로 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 이에 따라, 상기 외기 또는 상기 실내 공기는 선택적으로 상기 필터로 제공될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 외기 및 상기 실내 공기의 다양한 상태를 모니터링하기 위해 다양한 종류의 센서들이 상기 필터유닛(100)의 주변에 설치되며, 상기 센서들에 의해 측정된 센싱 결과는 상기 제어부(500)로 제공된다.

구체적으로, 상기 제1 압력센서(130)는 상기 제1 유입단(105)과 상기 제1 유출단(106) 사이의 압력차이, 즉 상기 필터유닛(100)에 의해 필터링되기 전과 후의 외기의 차압을 측정함으로써, 상기 필터유닛(100)의 상태에 대하여 모니터링할 수 있다.

상기 필터유닛(100)에 미세먼지가 축적됨에 따라, 상기 제1 압력센서(130)에서 측정되는 차압은 증가하게 되므로, 상기 차압에 대한 소정의 설정값을 기준으로 상기 필터유닛(100)에 축적된 미세먼지의 제거 여부를 판단할 수 있다.

즉, 상기 제1 압력센서(130)에서 측정되는 압력의 차이가 기 설정값에 도달하게 되면, 상기 필터유닛(100)에 미세먼지가 충분히 축적된 상태로서, 상기 필터유닛(100)의 미세먼지를 제거하여 상기 필터유닛(100)을 재생할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(500)에서는, 상기 제1 압력센서(130)에서 측정되는 압력의 차이에 대한 측정값을, 기 설정된 설정값과 비교하여, 상기 측정값이 상기 기 설정값보다 증가하면 상기 제1 유입단(106)을 차단하여 상기 외기의 유입을 차단시킨다.

이 후, 상기 제어부(500)는 마이크로파(510)를 발생시켜, 상기 필터유닛(100)에 마이크로파를 제공한다.

이상과 같이, 상기 마이크로파가 상기 필터유닛(100)에 제공되면, 상기 필터유닛(100)은 가열되어, 상기 필터유닛(100)에 축적된 미세먼지는 산화된다.

이 경우, 상기 마이크로파(510)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 필터유닛(100)이 형성하는 프레임의 상측 또는 하측에 구비될 수 있다.

이러한 마이크로파를 이용한 가열, 즉 유전 가열(dielectric heating)과 관련하여, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

즉, 본 실시예에서의, 상기 필터유닛(100)은 예를 들어, 세라믹 유전 발열체 필터로서, 상기 제어부(500)로부터 제공되는 마이크로파에 의해 가열되어 열이 발생하며, 미세먼지를 산화시킨다.

이러한 유전 가열의 경우, 상기 세라믹 유전 발열체 필터의 내부에 포함되는 전기적 쌍극자모멘트를 갖는 입자들이 상기 마이크로파의 제공에 의해 재배열되는 과정에서 마찰에 의해 열이 발생되는 현상으로, 상대적으로 고속 가열이 가능하며, 마찰에 의한 스스로의 열 발생으로 열효율이 높으며, 열응답성도 고속이고, 전체적으로 동시에 발열되어 형상과 무관하며 유전손실이 큰 것에 선택적으로 흡수되어 선택가열이 가능한 장점이 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유전 가열의 경우, 일정 시간 이상의 마이크로파의 제공에 따라, 온도가 급격하게 증가하는 열 폭주(thermal runaway) 구간이 발생하게 된다.

이에, 본 실시예에서의 상기 필터유닛(100)은, 상기 제어부(500)에서 제공되는 마이크로파(510)에 의해 급격하게 열이 발생하게 되며 미세먼지를 산화시키게 되고, 앞서 설명한, 고속 가열, 높은 열효율, 고속 열응답성 등의 효과를 갖게 된다.

한편, 상기 필터유닛(100)으로부터 산화된 미세먼지에 대한 제거가 필요하며, 이에 본 실시예에서는, 역세(backflow washing)를 통해 상기 산화된 미세먼지를 상기 백필터(200)에 포집시킨다.

즉, 상기 필터유닛(100)에는, 상기 제1 유출단(106)에 인접하도록 또는 상기 제1 유출단(106) 상에 유입 밸브(110)가 구비되고, 상기 제1 유입단(105)에 인접하도록 또는 상기 제1 유입단(105) 상에 유출 밸브(120)가 구비된다. 이 경우, 상기 유출 밸브(120)는 상기 백필터(200)에 연결된다.

그리하여, 상기 제1 유입단(105)이 차단된 상태에서 외기가 상기 제1 유입단(105)으로 유입되지 않는 경우, 상기 유입 밸브(110)를 통해 역세를 위한 공기를 제공하여 상기 필터유닛(100)을 통과하여 상기 유출 밸브(120)를 통해 배출시킨다.

즉, 상기 외기가 제공되는 방향과 반대 방향으로 공기를 제공하여 상기 필터유닛(100)으로부터 산화된 미세먼지를 상기 백필터(200)로 포집시키고, 이에 따라, 상기 필터유닛(100)은 최종적으로 재생되어 재사용이 가능하게 된다.

한편, 본 실시예에서의 상기 재생시스템(10)에서는, 제1 공기량 센서(141) 및 제1 공기질 센서(161)는 상기 제1 유입단(105)에 구비되고, 제2 공기량 센서(142) 및 제1 온도센서(151)는 상기 제2 유입단(107)에 구비되고, 제2 공기질 센서(162)는 제1 유출단(106)에 구비되며, 제2 온도센서(152)는 제2 유출단(108)에 구비된다.

그리하여, 상기 제1 공기량 센서(141) 및 상기 제1 공기질 센서(161)는 상기 미세먼지가 포함된 외기의 양과 질(상태)을 센싱하며, 상기 제2 공기량 센서(142) 및 상기 제1 온도센서(151)는 상기 실내 공기의 양과 온도를 센싱한다. 또한, 상기 제2 공기질 센서(162)는 상기 필터유닛(100)을 통과한 상기 외기의 질(상태)를 센싱하며, 상기 제2 온도센서(152)는 상기 필터유닛(100)을 통과한 상기 실내 공기의 온도를 센싱한다.

상기 제어부(500)에서는, 상기 센싱 정보를 바탕으로, 상기 필터유닛(100)을 통한 필터링의 성능, 및 상기 필터유닛(100)에서의 열교환의 효율 등에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 나아가, 상기 실내 공간(400)에 대한 세부적인 제어를 수행할 수 있고 이에 대하여는 후술한다.

추가로, 본 실시예에서의 상기 재생시스템(10)에서는, 상기 필터유닛(100)의 후단, 즉 필터링된 외기가 상기 실내 공간(400)으로 제공되기 전에, 상기 헤파필터(300)가 추가로 구비될 수 있다.

그리하여, 상기 외기는 상기 헤파(HEPA)필터(300)를 통과하면서, 상기 외기에 잔류하는 미립자를 추가로 포집함으로써, 상기 실내 공간(400)으로 제공되는 외기를 추가로 정화할 수 있다.

이 경우, 상기 제2 압력센서(310)가 상기 헤파필터(300)의 양단의 압력 차이, 즉 차압을 측정하고, 기 설정된 설정값보다 감소하게 되면, 상기 헤파필터(300)를 교환하거나 재생한다.

또한, 제3 공기질 센서(163)가 상기 헤파필터(300)의 유출단에 구비되어, 최종적으로 상기 실내 공간(400)으로 제공되는 외기의 공기질을 계측하게 된다.

도 6은 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서, 공간부의 개별 제어 상태를 도시한 모식도이다.

상기 실내 공간(400)은, 하나의 공간으로만 형성될 수도 있으나, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 공간들(410, 420, ..., 430)로 구획될 수 있다.

이에, 상기 필터유닛(100) 및(또는) 상기 헤파필터(300)를 통과하여 정화된 외기는 상기 복수의 공간들(410, 420, ..., 430) 각각으로 제공될 수 있다.

이 경우, 상기 필터유닛(100) 및 상기 헤파필터(300)는 상기 공간들 각각과 개별적으로 연결될 수 있으며, 이와 달리, 하나의 필터유닛(100) 및 헤파필터(300)를 통과한 외기가, 별도의 분기부(미도시)를 통해 분기되어 상기 공간들 각각으로 제공될 수 있다.

다만, 상기 분기부를 통해 분기되어 외기가 제공되는 경우라면, 각각의 공간들로의 외기의 제공에 따라 각각의 공간으로 연결되는 상기 분기부는 개별적으로 ON/OFF 제어될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 각각의 공간들(410, 420, ..., 430)에 센서부들(401, 402, ..., 403)이 개별적으로 구비되며, 상기 센서부들 각각에서는 상기 각 공간들의 공기질, 이산화탄소 및 일산화탄소 농도를 측정하여, 측정된 결과를 상기 제어부(500)로 제공한다.

이에, 상기 제어부(500)에서는, 상기 각 공간들(410, 420, ..., 430)의 상태, 즉, 실내 공기의 오염 상태에 대한 정보를 바탕으로, 외기를 상기 각 공간으로 제공하는 것이 필요한지, 및 상기 각 공간의 실내 공기를 상기 필터유닛(100)으로 유출하는 것이 필요한지의 여부를 판단한다.

그리하여, 상기 외기의 유입이 필요하다고 판단되면, 상기 분기부를 제어하여, 상기 외기가 필요한 공간에 대하여만 개방(ON)하고, 상기 외기를 해당 공간으로 유입시킨다.

이와 동시에, 각 공간의 실내 공기의 유출이 필요하다고 판단되면, 상기 각 공간의 실내 공기를 상기 필터유닛(100)으로 유출시킨다.

이상과 같이, 상기 제어부(500)에서는, 상기 실내 공간(400)이 복수의 공간들로 구획된 경우, 각 공간들(410, 420, ..., 430)의 실내 공기의 오염 상태에 대한 정보를 바탕으로, 외기의 유입 및 실내 공기의 유출을 제어하여, 각 공간들에 대한 환기를 수행하게 된다.

도 7a는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템의 필터 유닛의 일 예를 도시한 모식도이고, 도 7b는 도 1의 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템의 필터 유닛의 다른 예를 도시한 모식도이다.

상기 필터유닛(100)은, 예를 들어, 세라믹 유전발열체 필터일 수 있음은 앞서 설명한 바와 같으며, 상기 필터유닛(100)을 통해서는, 외기가 통과하여 필터링됨과 동시에, 실내 공기가 통과하며 상기 외기와의 열교환이 수행된다.

이를 위해, 상기 필터유닛(100)은, 도 7a에 도시된 바와 같이, 복수의 필터들(101, 102, 103, 104)을 포함하며, 각각의 필터들(101, 102, 103, 104)은 서로 적층되도록 형성된다.

이 경우, 상기 각각의 필터들은 얇은 플레이트 형상을 가지며 서로 중첩되고, 사각 플레이트 형상을 가지는 것을 예시하였으나, 이에 제한되지는 않으며 다양한 형상의 플레이트 형상일 수 있다.

또한, 도 7a를 참조하면, 상하방향으로 서로 적층되는 필터들의 개구되는 방향은 서로 교차하도록 배열됨으로써, 제1 방향(X)으로 개구되는 필터(101, 103)와 상기 제1 방향(X)과 수직인 제2 방향(Y)으로 개구되는 필터(102, 104)는 서로 상하방향으로 교번적으로 적층된다.

그리하여, 외기는 상기 제1 방향(X)을 따라 상기 필터들(101, 103)을 통과하며, 상기 실내 공기는 상기 제2 방향(Y)을 따라 상기 필터들(102, 104)을 통과한다.

이 때, 상기 실내 공기와 상기 외기는 서로 교번적으로 적층된 필터들을 번갈아가며 통과하게 되므로, 서로 통과하는 방향이 중첩되어 외기나 실내 공기의 진행 방향이 교란되지 않으며 일정한 방향으로 진행하게 된다.

다만, 상기 필터들을 통과하는 과정에서, 상하방향으로 상기 외기와 상기 실내 공기는 서로 열교환을 수행할 수 있게 된다. 즉, 상기 실내 공기가 상기 외기보다 높은 온도라면, 상기 외기는 상기 실내 공기의 열을 흡수하여 온도가 상승하게 되며, 상기 실내 공기가 상기 외기보다 낮은 온도라면, 상기 외기는 상기 실내 공기에 열을 빼앗겨 온도가 하강하게 된다.

그리하여, 상기 외기가 실내 공기와 보다 근접한 온도로 제공되므로, 외기의 유입에 의해 환기가 수행되는 경우라도, 상기 실내 공간의 온도 변화가 감소하게 되며, 이에 따라 전체적인 에너지의 낭비가 감소하게 된다.

한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상하방향으로 서로 적층되는 필터들의 개구되는 방향은 서로 동일하도록 배열됨으로써, 모든 필터들(101, 102, 103, 104)이 상기 제1 방향(X)을 따라 개구되도록 적층될 수 있다.

그리하여, 외기는 상기 제1 방향(X)을 따라 상기 필터들(101, 103)을 통과하며, 상기 실내 공기도 상기 제1 방향(Y)을 따라 상기 필터들(102, 104)을 통과한다.

이 경우도, 상기 외기 및 상기 실내 공기는 각각의 필터들의 개구되는 방향을 따라 개별적으로 통과하게 되므로, 상기 외기나 실내 공기의 진행 방향이 교란되지 않으며 일정한 방향으로 진행하게 된다.

또한, 상기 필터들을 통과하는 과정에서, 상하방향으로 상기 외기와 상기 실내 공기는 서로 열교환을 수행할 수 있게 된다. 즉, 상기 실내 공기가 상기 외기보다 높은 온도라면, 상기 외기는 상기 실내 공기의 열을 흡수하여 온도가 상승하게 되며, 상기 실내 공기가 상기 외기보다 낮은 온도라면, 상기 외기는 상기 실내 공기에 열을 빼앗겨 온도가 하강하게 된다.

그리하여, 마찬가지로, 상기 외기가 실내 공기와 보다 근접한 온도로 제공되므로, 외기의 유입에 의해 환기가 수행되는 경우라도, 상기 실내 공간의 온도 변화가 감소하게 되며, 이에 따라 전체적인 에너지의 낭비가 감소하게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서, 필터유닛을 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서는, 실내 공기로부터 열을 회수하는 열회수 장치는 생략되며, 필터유닛(600)을 통해서는, 미세먼지를 포함하는 외기에 대한 필터링을 수행하는 것만을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 열회수 장치, 즉 실내 공기가 통과하며 실내 공기에 포함되어 있던 열이나 냉기를 흡수하여, 상기 유입되는 외기에 제공하는 장치는, 도시가 생략되었으며, 도 8에서 실내로 유입되 제1 유출단(606)에 추가로 구비될 수 있다.

또한, 상기 열회수 장치는, 종래의 열회수 장치와 동일한 것으로, 별도의 도면이나 설명은 생략한다.

이에, 본 실시예에서는 상기 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템에서, 상기 필터유닛(600)에 대하여만 설명한다.

도 8을 참조하면, 상기 필터유닛(600)은, 도시된 바와 같이, 전체적으로 내부에 소정의 공간을 형성하는 프레임 구조로 형성되며, 상기 프레임 구조의 내부에 상기 필터들(101)이 위치한다.

즉, 상기 필터유닛(600)은, 중앙 프레임(601)이 중앙에 형성되어 상기 중앙 프레임(601)의 내측에 필터들(101)이 위치하며, 상기 중앙 프레임(601)의 양 측을 따라 일 방향으로 각각 유입 프레임(602)과 유출 프레임(603)이 연장된다.

그리하여, 상기 유입 프레임(602)의 끝단에는 유출밸브(620)가 형성되고, 상기 유출 프레임(603)의 끝단에는 유입밸브(610)가 형성되며, 상기 유출밸브(620)에 인접하도록 제1 유입단(605)이 별도로 형성되고, 상기 유입밸브(610)에 인접하도록 제1 유출단(606)이 별도로 형성된다.

한편, 상기 제1 유입단(605)과 상기 유출밸브(620)의 연결부에는 3-way 밸브인 제1 밸브(615)가 위치하고, 상기 제1 유출단(606)과 상기 유입밸브(610)의 연결부에는 3-way 밸브인 제2 밸브(616)가 위치한다.

그리하여, 상기 제1 밸브(615)의 제어에 따라, 상기 제1 유입단(605)과 상기 유출밸브(620)는 선택적으로 개방 또는 폐쇄되며, 마찬가지로, 상기 제2 밸브(616)의 제어에 따라, 상기 제1 유출단(606)과 상기 유입밸브(610)도 선택적으로 개방 또는 폐쇄된다.

이 경우, 상기 제1 유입단(605)을 통해서는, 미세먼지를 포함한 외기가 유입되며, 상기 유입된 외기는 상기 필터(101)를 통해 필터링된 후, 상기 제1 유출단(606)을 통해 유출된다.

한편, 상기 필터(101)에 미세먼지가 축적됨에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 압력센서(미도시)에서 측정되는 압력의 차이가 기 설정값에 도달하게 되면, 상기 필터(101)에 미세먼지가 충분히 축적된 상태로서, 상기 필터(101)의 미세먼지를 제거하여 재생하여야 하며, 이 경우, 상기 마이크로파(510)를 발생시켜, 상기 필터(101)에 마이크로파를 제공하는 것은 앞서 설명한 바와 같다.

이 경우, 상기 마이크로파(510)는, 도시된 바와 같이, 상기 필터유닛(100)이 형성하는 프레임의 상측 또는 하측에 구비될 수 있다.

이상과 같이, 상기 마이크로파가 상기 필터(101)에 제공되면, 상기 필터(101)는 가열되어, 축적된 미세먼지는 산화된다.

또한, 상기 산화된 미세먼지는, 앞서 설명한 바와 같이, 역세(backflow washing)를 통해 상기 백필터(200)에 포집된다.

즉, 상기 제1 유입단(605)이 차단된 상태에서 외기가 상기 제1 유입단(605)으로 유입되지 않는 경우, 상기 유입 밸브(610)를 통해 송풍부(111)가 역세를 위한 공기를 제공하여 상기 필터(101)를 통과하여 상기 유출 밸브(120)를 통해 배출시킨다.

그리하여, 상기 외기가 제공되는 방향과 반대 방향으로 공기를 제공하여 상기 필터(101)로부터 산화된 미세먼지를 상기 유출밸브(620)를 통해 상기 백필터(200)로 포집시키고, 이에 따라, 상기 필터(101)는 최종적으로 재생되어 재사용이 가능하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 외부로부터 유입되는 외기에 대한 필터링을 통해 실내 공기를 정화하는 것은 물론, 상기 외기가, 실내 공기와의 열교환을 통해 가열 또는 냉각된 상태로 다시 실내 공간으로 제공되므로, 외기의 유입에 따라 실내 공기의 온도가 하강 또는 상승되는 것을 최소화하여 열 에너지의 불필요한 낭비를 최소화할 수 있다.

특히, 필터유닛에 축적되는 미세 먼지를 가열을 통해 산화하여 제거할 수 있어, 필터유닛의 재생 및 재활용이 가능하며, 특히, 필터유닛은 유전 가열을 통해 가열됨에 따라, 높은 열효율과 고속 열응답성으로 고속 가열이 가능하여, 상대적으로 짧은 시간 동안 높은 에너지 효율로 필터유닛의 재생이 가능하다.

이 경우, 필터유닛의 가열에 따라 산화되는 미세먼지는 역세를 통해 백필터로 축적되므로, 필터유닛의 즉각적인 재활용이 가능할 수 있다.

또한, 필터유닛은 외기가 통과하는 필터와 실내 공기가 통과하는 필터가 서로 교번적으로 축적되도록 구성되므로, 외기와 실내 공기 사이의 열교환을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.

나아가, 실내 공간의 복수의 공간들 각각의 오염 상태를 개별적으로 모니터링하여 개별적으로 제어함으로써, 최적의 환기 시스템을 구현할 수 있으며, 불필요한 에너지 낭비를 최소화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템
100 : 필터유닛
101, 102, 103, 104 : 필터 105 : 제1 유입단
106 : 제1 유출단 107 : 제2 유입단
108 : 제2 유출단 110 : 유입밸브
120 : 유출밸브 130, 310 : 압력센서
141, 142 : 공기량센서 151, 152 : 온도센서
161, 162, 163 : 공기질센서 200 : 백필터
300 : 헤파필터 400 : 실내 공간
500 : 제어부

Claims (14)

1. 제1 유입단으로 유입되는 외기를 필터링하여 제1 유출단을 통해 실내 공간으로 제공하고, 상기 실내 공간으로부터 제공되는 실내 공기는 제2 유입단으로 유입되어 상기 외기와 열교환되는 필터유닛;
   상기 필터유닛을 가열하여, 상기 필터유닛에 축적된 미세먼지를 산화시키는 제어부; 및
   상기 필터유닛에 연결되어, 상기 산화되는 미세먼지를 포집하는 백필터를 포함하고,
   상기 필터유닛은 상기 외기가 통과하는 필터들과 상기 실내 공기가 통과하는 필터들이 서로 교번적으로 적층된 복수의 필터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 필터유닛은,
   상기 외기가 유입되는 방향과 반대 방향으로 역세(backflow washing) 공기가 제공되는 유입밸브; 및
   상기 백필터와 연결되어, 상기 산화되는 미세먼지를 상기 백필터로 제공하는 유출밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 유입단 및 상기 제1 유출단 사이의 압력차이를 측정하는 압력센서를 더 포함하며,
   상기 압력센서의 측정값은 상기 제어부로 제공되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 압력센서의 측정값이 기 설정값보다 증가하면, 상기 제1 유입단을 차단하고, 상기 필터유닛을 유전 가열(dielectric heating)하여 열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제4항에 있어서, 상기 필터유닛은,
   세라믹 유전 발열체 필터를 포함하여, 상기 유전 가열에 따라 열이 발생하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 외기가 통과하는 방향과 상기 실내 공기가 통과하는 방향은 서로 평행하거나 또는 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 실내 공간은 복수의 서로 구획된 공간들을 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 공간들 각각의 실내 공기 오염 정도를 모니터링하여 각각의 공간들을 제어하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 공간들 각각의 실내 공기 오염 정도를 바탕으로,
    상기 외기를 필터링하여 상기 실내 공간으로 제공할 것인지의 여부, 및 상기 실내 공기를 상기 필터유닛으로 유출할 것인지의 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제1항에 있어서,
    상기 필터유닛의 후단에 연결되어, 상기 필터링된 외기를 추가로 필터링하는 헤파필터를 더 포함하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
12. 내부에 필터가 위치하는 중앙 프레임, 상기 중앙 프레임으로부터 일 방향으로 연장되어 끝단에 유출밸브 및 제1 유입단이 형성되는 유입 프레임, 및 상기 중앙 프레임으로부터 상기 유입 프레임의 반대 방향으로 연장되어 끝단에 유입밸브 및 제1 유출단이 형성되는 유출 프레임을 포함하는 필터유닛;
    상기 유입밸브에 연결되는 송풍부; 및
    상기 유출밸브에 연결되는 백필터를 포함하고,
    상기 제1 유입단을 통해 유입되는 외기는 상기 필터에 의해 필터링되어 상기 제1 유출단을 통해 유출되고,
    상기 백필터는 상기 필터가 가열되어 발생되는 산화된 미세먼지를 포집하고,
    상기 필터유닛은 외기가 통과하는 필터들과 실내 공기가 통과하는 필터들이 서로 교번적으로 적층된 복수의 필터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 유입단과 상기 유출밸브 사이, 및 상기 제1 유출단과 상기 유입밸브 사이에는 각각 3-way 밸브가 위치하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 3-way 밸브가 동작됨에 따라,
    상기 외기가 유입되어 유출되는 방향과 반대 방향으로, 상기 송풍부로부터 상기 백필터로 역세 공기가 제공되어 상기 산화된 미세먼지가 포집되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거 및 필터 재생시스템.

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