KR102242853B1 - 환풍기의 필터 수명 알람 시스템 - Google Patents

환풍기의 필터 수명 알람 시스템 Download PDF

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손부연
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김규현
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주식회사 힘펠
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Abstract

본 발명은 최소의 구성으로 필터의 남은 수명을 신뢰성 있게 산출하는 환풍기의 수명 알람 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하며,
공기가 유동하는 유로 내에서, 공기의 유동방향을 기준으로 상기 유로를 가로지도록 배치되는 필터; 공기 유동방향을 기준으로 상기 필터의 전측에 배치되어 분진 농도를 측정하는 센서부; 상기 필터를 통과하는 풍량을 입력받는 입력부; 상기 분진 농도와 상기 풍량을 시간에 따라 적산하여 필터에 쌓인 분진량을 산출하는 제어부; 및 상기 분진량에 따라 시각적 또는 청각적 알람을 제공하는 알람부; 를 포함한다.

Description

환풍기의 필터 수명 알람 시스템 {Ventilator filter life alarm system}
본 발명은 환풍기에 설치되는 필터의 수명을 계산하여 필터의 수명에 따른 알람을 하는 환풍기의 필터 수명 알람 시스템에 관한 것이다.
환풍기는 공기를 강제로 유동시키는 송풍 장치로서, 실내 공기와 실외 공기를 교환하여 실내를 쾌적하게 조성하는 데에 이용하고 있다. 환풍기 내에는 필요에 따라 필터가 장착될 수 있다. 필터는 공기에 포함된 불순물을 걸러 환풍기 내 부품에 먼지가 쌓이는 것을 방지하고, 실내로 공급되는 공기를 더욱 맑게 정화하기 위한 수단이다.
필터는 촘촘한 망과 같이 형성되어 먼지가 걸러지는데, 필터를 사용할수록 필터에 분진이 누적되며 필터 성능이 점차 저하되고, 이에 따라 필터의 수명이 다하게 된다. 그런데 사용자는 필터의 수명이 어느 정도 진행되었는지 알 수 없기 때문에 필터 성능이 저하된 채로 환풍기를 사용하거나, 제품 판매 시 대략적으로 안내되는 필터 교체 주기에 따라 필터를 교환하고 있는 실정이다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해 필터 전후의 압력을 측정하는 차압센서를 이용하여 필터의 수명을 계산하는 방식이 공지되어 있으나, 이러한 방식은 대형 환풍 시스템에서는 어느 정도 신뢰성이 있지만, 압력의 주기가 빠르고 크게 변동되는 중소형 환풍기에서는 사용하기 부적합한 면이 있다. 따라서 차압센서를 사용할 수 없는 경우에도 필터의 수명을 계산하여 사용자에 제공할 수 있는 다른 수단이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차압센서를 사용하지 않는 환풍기의 필터 수명 알람 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 더욱 구체적으로는 최소의 구성으로 필터의 남은 수명을 신뢰성 있게 산출하는 환풍기의 수명 알람 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자, 다음과 같은 환풍기의 필터 수명 알람 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 공기가 유동하는 유로 내에서, 공기의 유동방향을 기준으로 상기 유로를 가로지도록 배치되는 필터; 공기 유동방향을 기준으로 상기 필터의 전측에 배치되어 분진 농도를 측정하는 센서부; 상기 분진 농도를 시간에 따라 적산하여 필터에 쌓인 분진량을 산출하는 제어부; 상기 분진량에 따라 시각적 또는 청각적 알람을 제공하는 알람부; 를 포함한다.
또한 공기가 유동하는 유로 내에서, 공기의 유동방향을 기준으로 상기 유로를 가로지도록 배치되는 필터; 상기 필터를 통과하는 풍량을 입력받는 입력부; 상기 풍량을 시간에 따라 적산하여 필터에 쌓인 분진량을 산출하는 제어부; 상기 분진량에 따라 시각적 또는 청각적 알람을 제공하는 알람부; 를 포함한다.
또한 공기가 유동하는 유로 내에서, 공기의 유동방향을 기준으로 상기 유로를 가로지도록 배치되는 필터; 공기 유동방향을 기준으로 상기 필터의 전측에 배치되어 분진 농도를 측정하는 센서부; 상기 필터를 통과하는 풍량을 입력받는 입력부; 상기 분진 농도와 상기 풍량을 시간에 따라 적산하여 필터에 쌓인 분진량을 산출하는 제어부; 상기 분진량에 따라 시각적 또는 청각적 알람을 제공하는 알람부; 를 포함한다.
나아가, 상기 제어부는 산출된 분진량을 복수의 범위로 구분하며, 상기 알람부는 상기 분진량의 범위에 따라 상이한 형태의 알람을 제공하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 분진량에 따라 상기 필터를 살균하도록 동작되는 살균부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 살균부는 상기 분진량이 클수록 동작 시간이 증가되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 분진 농도를 실시간으로 측정하여 필터 수명 계산에 이용하므로, 다양한 필터 적용 환경 각각에 적합하도록 필터의 수명을 계산할 수 있다. 따라서 더욱 신뢰성 있는 수명이 도출될 수 있으며, 이에 따라 필터를 적절한 시기에 교환하여 경제성을 향상시킬 수 있다.
또한 환풍기의 풍량을 이용하여 필터 수명을 계산하여 실제 필터 사용량에 따른 필터 수명을 계산할 수 있으며, 환풍기에 입력되는 풍량을 그대로 이용할 수 있으므로 별도의 구성을 더 필요로 않는다는 점에 장점이 있다.
나아가 필터에 분진이 쌓이는 경우 박테리아가 번식하기 용이한 환경이 되는 것을 고려하여, 분진량에 따라 필터를 살균시키는 살균부를 동작되도록 함으로써, 더욱 위생적인 실내 환경을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 환풍기의 필터 수명 알람 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도,
도 2는 분진농도 및 풍량을 시간에 따라 예시적으로 도시한 그래프 도면,
도 3은 도 1의 제어부의 제어 순서도,
도 4는 본 발명 환풍기의 필터 수명 알람 시스템이 적용된 전열교환기를 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 전열교환기를 공기청정모드로 구동하는 경우의 단면도,
도 6은 도 4의 전열교환기를 급기 바이패스모드로 구동하는 경우의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 환풍기의 필터 수명 알람 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도, 도 2는 분진농도 및 풍량을 시간에 따라 예시적으로 도시한 그래프 도면, 도 3은 도 1의 제어부의 제어 순서도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는, 공기가 유동하는 유로 내에서, 공기의 유동방향을 기준으로 상기 유로를 가로지도록 배치되는 필터와, 공기 유동방향을 기준으로 필터의 전측에 배치되어 공기 중의 분진 농도를 측정하는 센서부(10)와, 유로를 따라 필터를 통과하는 풍량을 입력받는 입력부(20)와, 분진 농도와 풍량을 이용하여 필터에 쌓인 분진량을 산출하는 제어부(30)와, 분진량에 따라 시각적 또는 청각적 알람을 제공하는 알람부(40)를 포함한다.
필터는 통상 환풍기에 장착되며, 환풍기 내부에 형성되는 유로를 가로지르는 방향으로 배치되어 공기는 필터를 거쳐 환풍기 내외를 출입하게 된다.
센서부(10)는 공기 유동 방향을 기준으로 필터의 앞측에 설치되어 필터로 유입되는 공기질을 측정한다. 센서부(10)는 실내 공기질을 측정하는 제1센서(11)와, 실외의 공기질을 측정하는 제2센서(12)와 환풍기로부터 배출되는 공기질을 측정하는 제3센서(13)를 포함할 수 있다. 여기서 공기질이란, PM10 농도, PM2.5 농도, TVOC 농도, 온도, 습도 등을 포함하는 개념이다. PM10, PM2.5는 분진의 크기로서 각 센서는 미디움필터 및 헤파필터에 부착되는 크기의 분진 농도를 측정한다. 이 분진 농도를 이용하여 각 필터에 쌓인 분진량을 적산할 수 있다. TVOC(Total Volatile Organic Compounds, 휘발성 유기 화합물)는 필터의 남은 수명을 계산할 때 참고하기 위한 값으로 적산하여 이용할 수 있다. 온도 및 습도는 전열교환기(1)를 이용하는 경우, 엔탈피를 계산할 수 있어 절감된 에너지량을 구할 때 이용할 수 있다. 또는 실내, 실외, 환풍기에서 배출되는 공기의 온도 및 습도를 단순히 모니터링 하기 위해 이용될 수 있다. 도 2 (a)에는 시간에 따른 PM2.5의 농도(C)가 예시적으로 도시되어 있다.
입력부(20)는 환풍기의 출력, 즉 풍량을 입력받는 구성이다. 풍량은 사용자로부터 수동으로 입력받거나 설정된 제어 방식에 의하여 자동으로 입력될 수 있다. 도 2(b)에는 시간에 따른 풍량(Q)가 예시적으로 도시되어 있다.
제어부(30)는 센서에 의해 측정되는 분진 농도와 풍량을 이용하여 필터의 남은 수명을 연산하는 구성이다. 필터 수명은 다음과 같은 식에 의하여 산출될 수 있다.
Figure 112020050942095-pat00001
여기서 W는 필터에 쌓인 분진량이며, η는 실제 실험에 의한 보정값, Q는 풍량을 의미한다. 따라서 미디움필터의 분진량(WM(t))은, PM10의 농도(CPM10(t))를 이용하여 산출되며, 헤파필터의 분진량(WHEPA(t))은, PM2.5의 농도(CPM2.5(t))를 이용하여 산출될 수 있다. 필터에 쌓인 총 TVOC량도 마찬가지로 TVOC의 농도(CTVOC(t))를 이용하여 계산될 수 있다.
한편 각 필터는 분진을 최대로 부착할 수 있는 필터유지용량(ㅿW)이 정해져 있으므로, 다음과 같이 필터유지용량을 이용하여 필터의 수명이 몇 퍼센트(%)에 달했는지 알 수 있다.
Figure 112020050942095-pat00002
따라서 제어부(30)는 필터 수명이 기준값보다 커지는 경우 알람부(40)를 동작시키는 신호를 생성하여 전달할 수 있다. 이 경우 아래와 같이 분진량 또는 필터 수명의 범위를 복수로 나누어 알람부(40)를 동작시킬 수 있다.
수명 구분 기준값 필터 수명 알람
1단계 제1기준값(50%) 50% 미만 제1형태
2단계 제2기준값(80%) 50~80% 제2형태
3단계 제3기준값(90%) 80~90% 제3형태
4단계 제4기준값100%) 90~100% 제4형태
도 3을 이용하여 제어부(30)의 제어 방법을 다시 설명하면, 필터를 교환하거나 처음 장착한 경우, 제어부(30)는 시간(t)을 0으로 세팅한다(S1). 이후 센서부(10)로부터 센싱된 값 및 입력부(20)에 입력되는 풍량을 수신하여(S2) 시간에 따른 분진량을 위 식에 의하여 적산한다(S3). 이후 기준값과 분진량을 비교하여(S4), 산출된 분진량(또는 필터 수명)이 기준값보다 작은 경우, 알람부(40) 및 살균부(50)는 동작하지 않으며 센싱값 및 풍량을 이용하여 계속하여 분진량을 적산한다. 산출된 분진량이 기준값보다 큰 경우 계속하여 분진량을 적산하는 한편 알람부(40)를 이용하여 필터 수명 단계를 표시하고 살균부(50)를 동작시킨다(S5).
알람부(40)는 분진량 또는 필터 수명에 따라 동작되는 것으로서, 사용자에게 필터 수명을 시각적 또는 청각적으로 알리기 위한 구성이다. 따라서 디스플레이나 램프, 스피커를 포함할 수 있다. 위 표를 예시로, 각 수명의 단계별로 램프의 색상을 달리하거나 알람음의 수를 다르게 하는 방식으로 상이한 형태의 알람을 할 수 있다. 1단계의 경우 필터 수명에 달하지 않은 것으로 보아 아무런 알람을 하지 않도록 동작될 수도 있다.
살균부(50)는 필터에 번식하는 박테리아 등을 살균하기 위한 구성으로, UV-C 등 자외선을 이용할 수 있고, 필터를 향하여 자외선이 조사되는 방향으로 설치되는 것이 바람직하다. 살균부(50)는 제어부(30)에 의해 필터 분진량 또는 분진량으로 산출되는 필터 수명이 기준값을 넘게 되면 작동되도록 구성될 수 있다. 나아가 분진량이 증가할수록 살균부(50)가 동작하는 시간이 길어지도록 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명 환풍기의 필터 수명 알람 시스템이 적용된 전열교환기를 개략적으로 도시한 단면도, 도 5는 도 4의 전열교환기를 공기청정모드로 구동하는 경우의 단면도, 도 6은 도 4의 전열교환기를 급기 바이패스모드로 구동하는 경우의 단면도이다.
이들 도면을 참조하여 본 발명 환풍기의 필터 수명 알람 시스템이 적용된 전열교환기(1)에 대하여 설명한다. 전열교환기(1)는 함체 형상의 하우징(2) 내부에 격벽(3)에 의하여 공간이 구획되도록 형성된다. 전열교환기(1)의 중앙부에는 전열교환소자(80)가 배치되며, 전열교환기(1)를 사이에 두고 내기부(71)와 배기부(73)가 배치되어 실내 공기가 실외로 배출될 수 있는 유로가 형성되고, 내기부(71)와 배기부(73)에 교차하는 방향으로 외기부(72)와 급기부(74)가 배치되어 실외 공기가 실내로 공급될 수 있는 유로가 형성된다. 나아가 급기부(74)에 연통하여 실내로 공기를 토출하는 토출부(75)가 추가로 마련될 수 있다.
전열교환기(1) 내부에는 필터부(60)가 설치될 수 있으며, 필터부(60)는, 내기부(71)에 설치되어 실내로부터 유입되는 공기를 필터링하는 내기필터(61), 외기부(72)에 설치되어 실외로부터 유입되는 공기를 필터링하는 내기필터(61), 급기부(74) 또는 토출부(75)에 설치되어 실내로 공급되는 공기를 필텅링하는 급기필터(63)를 포함할 수 있다. 이 경우 내기필터(61) 및 외기필터(62)는 주로 전열교환소자(80)를 보호하기 위한 목적인 바 미디움필터로 구성되고, 급기필터(63)는 헤파필터로 구성될 수 있다. 나아가 급기필터(63)는 활성탄(64)과 함께 배치될 수도 있다.
전열교환기(1)의 하우징(2)의 일 외측면에는 알람부(40)가 형성될 수 있다. 그 예로서 상술한 바와 같이 디스플레이나 램프, 스피커를 들 수 있으며, 필터 수명 뿐만 아니라 풍량, 제3센서(13)로 측정되는 실내 공기 상태 등을 표시할 수도 있다.
나아가 도 5의 공기청정모드 및 도 6의 급기 바이패스모드를 구현하기 위해, 내기부(71)와 급기부(74) 사이를 개폐하도록 형성되는 공기청정용 댐퍼(92)와, 전열교환소자(80)를 거치지 않고 외기부(72)와 급기부(74)를 연결하는 바이패스 유로(94)를 개폐하는 바이패스용 댐퍼(93)를 더 포함할 수 있다.
먼저 도 4에 도시한 전열교환기(1)의 일반적인 운전 시, 외기부(72)를 통해 유입되는 실외 공기질을 제2센서(12)가 측정한다. 이 때 외기필터(62)의 분진량은 제2센서(12)에서 측정되는 PM10 농도 및 급기부(74)에 설치되는 팬(미도시)의 풍량을 적산하여 산출될 수 있다. 마찬가지로 급기필터(63)의 분진량은 제2센서(12)에서 측정되는 PM2.5 농도 및 급기부(74)에 설치되는 팬(미도시)의 풍량을 적산하여 산출될 수 있다. 그리고 내기필터(61)의 분진량은 제1센서(11)에서 측정되는 PM10 농도 및 배기부(73)에 설치되는 팬(미도시)의 풍량을 적산하여 산출될 수 있다.
도 5에 도시한 공기청정모드로 운전 시, 외기측 댐퍼(91)는 폐쇄되고 공기청정용 댐퍼(92)는 개방되어 실내 공기는 급기부(74)에 설치되는 팬에 의해 급기부(74) 측으로 유입된 후 급기필터(63)를 거쳐 토출부(75)를 통해 다시 실내에 공급될 수 있다. 이 때 외기필터(62) 및 급기필터(63)의 분진량은 제1센서(11)에서 측정되는 PM10 및 PM2.5 농도와 급기부(74)에 설치되는 팬(미도시)의 풍량을 적산하여 산출될 수 있다.
도 6에 도시한 급기 바이패스모드로 운전 시, 외기측 댐퍼(91) 및 공기청정용 댐퍼(92)는 폐쇄되고 바이패스용 댐퍼(93)는 개방된다. 따라서 급기부(74)에 설치되는 팬(미도시) 구동 시 실외 공기는 바이패스 유로(94)를 통해 실내로 공급될 수 있다. 이 때 외기필터(62)의 분진량은 증가하지 않고 급기필터(63)의 분진량은 제2센서(12)에서 측정되는 PM10 및 PM2.5의 농도와 급기부(74)에 설치되는 팬(미도시)의 풍량을 적산함으로써 산출될 수 있다.
본 명세서에서는 각 실시예를 나누어 설명하였으나, 각 실시예를 조합하여 도출될 수 있는 실시예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 전열교환기
2 하우징 3 격벽
10 센서부 11 제1센서
12 제2센서 13 제3센서
20 입력부 30 제어부
40 알람부 디스플레이 50 살균부
60 필터부 61 내기필터
62 외기필터 63 급기필터
64 활성탄 71 내기부
72 외기부 73 배기부
74 급기부 75 토출부
80 전열교환소자 91 외기측 댐퍼
92 공기청정용 댐퍼 93 바이패스용 댐퍼
94 바이패스 유로

Claims (6)

  1. 공기가 유동하는 유로 내에서, 공기의 유동방향을 기준으로 상기 유로를 가로지도록 배치되는 미디움필터 및 헤파필터;
    공기 유동방향을 기준으로 상기 미디움필터 및 헤파필터의 전측에 배치되어 공기 중 PM10 및 PM2.5의 농도를 각각 측정하고 공기의 온도 및 습도를 측정하는 센서부;
    상기 미디움필터 및 헤파필터를 통과하는 풍량을 입력받는 입력부;
    상기 PM10 및 PM2.5의 농도 및 풍량을 시간에 따라 적산하여 상기 미디움필터 및 헤파필터에 쌓인 분진량과 상기 미디움필터 및 헤파필터의 수명을 각각 산출하는 제어부;
    상기 분진량에 따라 시각적 및 청각적 알람을 제공하고, 디스플레이를 포함하여 상기 미디움필터 및 헤파필터의 수명과 온도 및 습도를 표시하는 알람부; 및
    상기 미디움필터 또는 헤파필터를 향하여 자외선을 조사하도록 설치되어 상기 분진량이 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 미디움필터 또는 헤파필터를 살균하도록 동작되는 살균부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 하기의 수식에 의해 상기 미디움필터 및 헤파필터에 쌓인 분진량과 상기 미디움필터 및 헤파필터의 수명을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 환풍기의 필터 수명 알람 시스템.
    Figure 112021021010337-pat00009

    Figure 112021021010337-pat00010

    Figure 112021021010337-pat00011

    (WM(t) : 미디움필터에 쌓인 분진량, CPM10(t) : PM10의 농도, η : 실제 실험에 의한 보정값, Q(t) : 풍량, WHEPA(t)) : 헤파필터에 쌓인 분진량, CPM2.5(t) : PM2.5의 농도, W(t) : WM(t) 또는 WHEPA(t), △W : 필터유지용량)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 산출된 분진량을 복수의 범위로 구분하며,
    상기 알람부는 상기 분진량의 범위에 따라 상이한 형태의 알람을 제공하는 것을 특징으로 하는 환풍기의 필터 수명 알람 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 살균부는 상기 분진량이 클수록 동작 시간이 증가되는 것을 특징으로 하는 환풍기의 필터 수명 알람 시스템.

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