KR102246396B1 - 공기질 모니터링 및 제어 시스템 - Google Patents

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KR102246396B1
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제프리 엘. 모어독
제임스 지. 모어독
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더 싸이-클론 컴퍼니, 엘엘씨
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Abstract

본 발명에 따른 공기질 시스템은 길이방향 축을 따라 연장되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 프리클리너(precleaner) 하우징과, 상기 프리클리너 하우징 내에 상기 길이방향 축을 따라 연장되어 배치되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 필터를 구비하는 공기 프리클리너; 상기 프리클리너 하우징 내 제1 위치에 위치되고 상기 필터에 장착되는 필터 식별 요소; 및 상기 프리클리너 하우징 내 제2 위치에 위치된 제어 모듈을 포함하고, 상기 제어 모듈은 전기장을 방출하고, 방출된 전기장을 통해 상기 필터 식별 요소와 통신하도록 구성되고, 상기 프리클리너 하우징의 내부는 공기가 통과하는 내부 통로를 형성하고, 상기 제어 모듈은 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는 제1 안테나를 갖고, 상기 필터 식별 요소는 상기 길이방향 축을 따라 상기 제1 안테나에 대향 배치되고, 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는 제2 안테나를 갖고, 상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나를 통해 상기 전기장을 방출하고, 상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 데이터를 교환함으로써 상기 필터 식별 요소와 통신하며, 상기 제어 모듈의 상기 제1 안테나는 상기 프리클리너 하우징 내에서 원주 방향으로 연장되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

공기질 모니터링 및 제어 시스템{AIR QUALITY MONITORING AND CONTROL}
본 출원은, 전체 내용이 본 명세서에 병합된, 2017년 6월 30일자로 출원된 가출원 번호 62/527,276의 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 차량 객실(cabin)과 같은 인클로저 내의 공기질을 모니터링하고 제어하기 위한 공기질 모니터링 및 제어 시스템에 관한 것이다.
인클로저 내의 공기질을 유지하기 위해서는 특정 환경 상태를 유지해야 한다. 종래, 이것은 예를 들어 차량 객실("운전실(cab)"이라고도 함)이 운전자로부터 나오는 CO2 농도와 같은 특정 변수를 제어하는 능력이 없는 것으로 인해 문제를 야기한다. 신선한 공기를 흡입하는 것과 운전실에서 누설되는 것이 측정과 제어를 어렵게 하는 추가적인 변수이다. 운전실에 먼지가 들어가지 않게 하려면 운전실을 계속해서 양압(positive pressure)으로 유지해야 한다. 이것은 공기 필터 상의 먼지 부하, HVAC 송풍기 모터와의 운전자 인터페이스, 도어 및 창문의 개방, 운전실로 들어온 운전자 의복 상의 먼지 등과 같은 변수가 변하기 때문에 정적 시스템에서는 달성하기가 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 시도는 환경 운전실의 실제 동작 상태를 다루기에는 시대에 뒤떨어지고 부적절하다. 현재는 압력 센서, 압력 스위치 및 CO2 센서가 운전실에 사용된다. 현재 통합된 능동적인 포괄적인 운전실 공기질 시스템이 존재하지 않는다.
본 명세서에 설명된 광범위한 본 발명의 원리의 예시적인 실시예는 공기 흐름, 운전실 압력, 가스 농도 및 알람(alarm) 상태와 같은 파라미터를 제어하기 위해 공기 프리클리너(air precleaner)와 같은 운전실 내부 및 외부의 장치를 능동적으로 모니터링하고 제어하는 포괄적인 운전실 공기질 시스템을 제공함으로써 전술된 문제점을 해결한다.
다음의 설명은 운전실 내의 공기질을 모니터하고 제어하는 것으로 국한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 오히려, 엔진 또는 환경 인클로저로 공기를 흡입하는 것과 같이 본 발명이 적용될 수 있는 많은 상이한 인클로저 및 환경이 존재한다. 하나의 비-제한적인 예로서, 본 발명은 차량 운전실에 적용되는 것으로 개시된 실시예를 논의할 것이다.
본 명세서에 개시된 예시적인 실시예는 Sy-Klone RESPA
Figure 112020115388866-pat00001
운전실 공기질 시스템과 관련된 공기 프리클리너 및 방법과 함께 사용될 수 있다. 추가적으로, 실시예의 특징은 2007년 10월 23일자로 출원된 공동 소유된 미국 특허 출원 번호 11/877,036(이는 이제 2011년 8월 30일에 미국 특허 번호 8,007,565로 등록되었음) 및 2014년 11월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 14/536,849에 개시된 공기 프리클리너 및 방법을 참조하여 이해될 수 있고, 이 선출원 문헌들은 전체 내용이 본 명세서에 병합된다.
본 발명의 일 측면에 따른 공기질 시스템은: 길이방향 축을 따라 연장되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 프리클리너(precleaner) 하우징과, 상기 프리클리너 하우징 내에 상기 길이방향 축을 따라 연장되어 배치되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 필터를 구비하는 공기 프리클리너; 상기 프리클리너 하우징 내 제1 위치에 위치되고 상기 필터에 장착되는 필터 식별 요소; 및 상기 프리클리너 하우징 내 제2 위치에 위치된 제어 모듈을 포함하고, 상기 제어 모듈은 전기장을 방출하고, 방출된 전기장을 통해 상기 필터 식별 요소와 통신하도록 구성되고, 상기 프리클리너 하우징의 내부는 공기가 통과하는 내부 통로를 형성하고, 상기 제어 모듈은 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는 제1 안테나를 갖고, 상기 필터 식별 요소는 상기 길이방향 축을 따라 상기 제1 안테나에 대향 배치되고, 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는 제2 안테나를 갖고, 상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나를 통해 상기 전기장을 방출하고, 상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 데이터를 교환함으로써 상기 필터 식별 요소와 통신하며, 상기 제어 모듈의 상기 제1 안테나는 상기 프리클리너 하우징 내에서 원주 방향으로 연장되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 공기질 시스템을 모니터링하는 방법은: 운전자에 의해 동작되는 운전실 외부에 공기 프리클리너를 제공하는 단계로서, 상기 공기 프리클리너는 길이방향 축을 따라 연장되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 프리클리너(precleaner) 하우징과, 상기 프리클리너 하우징 내에 상기 길이방향 축을 따라 연장되어 배치되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 필터를 구비하는, 상기 공기 프리클리너를 제공하는 단계; 상기 프리클리너 하우징 내 제1 위치에 위치되고 상기 필터에 장착되며, 제2 안테나를 갖는 필터 식별 요소를 제공하는 단계; 상기 프리클리너 하우징 내 제2 위치에 위치되고, 제1 안테나를 갖는 제어 모듈을 제공하는 단계; 상기 제어 모듈의 상기 제1 안테나에 의해, 상기 프리클리너 하우징 내에 방출된 전기장을 제공하는 단계로서, 상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 데이터를 교환함으로써 상기 방출된 전기장을 통해 상기 필터 식별 요소와 통신하는, 상기 전기장을 제공하는 단계; 상기 제어 모듈로부터 제어 모듈 데이터 및 필터 식별 요소 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제어 모듈 데이터 및 상기 필터 식별 요소 데이터에 기초하여 상기 공기질 시스템을 조절하는 단계를 포함하고, 상기 제어 모듈의 상기 제1 안테나는 상기 프리클리너 하우징 내에서 원주 방향으로 연장되어 배치되고, 상기 프리클리너 하우징의 내부는 공기가 통과하는 내부 통로를 형성하고, 상기 제1 안테나는 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸고, 상기 제2 안테나는 상기 길이방향 축을 따라 상기 제1 안테나에 대향 배치되고 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는 것을 특징으로 한다.
상기 논의된 문제에 대한 하나의 해결책은 시스템에 의해 제어되는 운전실 활동을 구동하는 동안 관련 환경 데이터를 반복적으로 또는 연속적으로 모니터링하고, 데이터를 반복적으로 또는 연속적으로 보고하고, 그리고 시스템과 그 센서가 운전실 환경을 변경하는 능력이다.
모니터링은 노출로부터 운전실 운전자를 보호하기 위해 시정 조치가 취해질 수 있도록 데이터를 생성하고 데이터를 건강 및 안전 프로그램의 소유자 또는 관리자에게 출력할 수 있다. 본질적으로, 운전실 운전자 또는 소유자는 개시된 시스템에 운전실이 어떻게 수행되는지를 지시하고, 시스템은 센서를 사용하여 데이터를 수집하고, 데이터를 분석하고, 원하는 결과를 달성하며, 이는 실시예에서 연속적으로 및 순간적으로 수행될 수 있다.
도 1은 예시적인 공기 프리클리너의 사시도이다.
도 2는 프리클리너를 통한 공기 흐름을 도시하는 개략도이다.
도 3은 프리클리너 하우징의 일부의 제1 축방향 측 사시도이다.
도 4는 프리클리너 하우징의 일부의 제2 축방향 측 사시도이다.
도 5는 변형된 출구를 갖는 프리클리너 하우징의 일부의 제2 축방향 측 사시도이다.
도 6은 RESPA 제어 모듈의 다양한 기능 및 연결을 도시하는 다이어그램이다.
도 7은 RESPA 제어 모듈의 사시도이다.
도 8은 RESPA 제어 모듈의 측면도이다.
도 9는 RESPA 제어 모듈의 상면도이다.
도 10은 모듈 상측부의 내부 사시도이다.
도 11은 모듈 상측부의 측면도이다.
도 12는 모듈 상측부의 상면 사시도이다.
도 13은 모듈 베이스의 상면 사시도이다.
도 14는 회로 기판을 갖는 RESPA 제어 모듈의 내부를 도시하는 상면도이다.
도 15는 RESPA 제어 모듈의 저면 사시도이다.
도 16은 회로 기판의 정면도이다.
도 17은 회로 기판의 배면도이다.
도 18은 RCM 안테나 기판의 배면도이다.
도 19는 RCM 안테나 기판의 정면도이다.
도 20은 안테나 라이저(riser)의 사시도이다.
도 21은 안테나 스페이서의 사시도이다.
도 22는 RESPA 제어 모듈 및 RCM 안테나 기판이 장착된 프리클리너 하우징의 일부의 내부를 도시하는 제1 축방향 측면도이다.
도 23은 RESPA 제어 모듈이 장착된 프리클리너 하우징의 일부의 내부를 도시하는 제2 축방향 측면도이다.
도 24는 필터 ID 링(ring)의 여러 기능 및 연결을 도시하는 다이어그램이다.
도 25는 필터 ID 링의 제1 실시예를 도시하는 상면도이다.
도 26은 몰딩된 링 몸체에 필터 ID 링을 갖는 변형된 실시예를 도시하는 상면도이다.
도 27은 필터 ID 링이 없는 몰딩된 링 몸체를 도시하는 상면도이다.
도 28은 몰딩된 링 몸체 및 필터 ID 링이 장착된 필터를 도시하는 사시도이다.
도 29는 링 하우징에 필터 ID 링을 갖는 다른 변형예를 도시하는 사시도이다.
도 30은 도 29에 도시된 위치로부터 회전된 링 하우징에 필터 ID 링을 도시하는 사시도이다.
도 31은 어드바이저(advisor) 모듈의 다양한 기능 및 연결을 도시하는 다이어그램이다.
도 32는 어드바이저 하우징을 도시하는 상면 사시도이다.
도 33a 및 도 33b는 어드바이저 하우징을 도시하는 추가 도면이다.
도 34는 어드바이저 하우징을 도시하는 저면 사시도이다.
도 35는 어드바이저 하우징을 도시하는 상면도이다.
도 36a 내지 도 36c는 어드바이저 하우징이 조립된 어드바이저 모듈을 나타내는 도면이다.
도 37은 어드바이저 모듈의 인쇄 회로 기판의 정면도를 포함하는 어드바이저 모듈을 형성하는 요소들을 도시하는 도면이다.
도 38은 어드바이저 모듈의 인쇄 회로 기판의 배면도이다.
도 39a 내지 도 39c는 주변 압력 센서(ambient pressure sensor: APS)를 도시하는 도면이다.
도 40a 및 도 40b는 APS 하우징의 사시도이다.
도 41a 내지 도 41c는 APS 하우징의 추가 도면이다.
도 42는 주변 압력 센서 및 다른 장치들과 함께 사용되는 인쇄 회로 기판의 정면도이다.
도 43은 인쇄 회로 기판의 배면도이다.
도 44는 주변 압력 센서를 형성하는 요소들을 도시하는 도면이다.
도 45는 조립된 상태의 주변 압력 센서를 형성하는 요소들을 도시하는 도면이다.
도 46은 APS 개스킷의 도면이다.
도 47은 프리클리너 하우징의 일부에 형성된 튜브 구멍의 도면이다.
도 48은 튜브 구멍에 설치된 주변 압력 환기 튜브의 도면이다.
도 49는 주변 압력 환기 튜브 위에 설치된 압력 환기 튜브 레인 캡(rain cap)의 도면이다.
도 50은 주변 압력 환기 튜브의 사시도이다.
도 51은 압력 환기 튜브 레인 캡의 사시도이다.
도 52는 공기 흐름 제어 밸브의 일 실시예의 사시도이다.
도 53은 동작 상태 램프의 사시도이다.
도 54는 도 42의 인쇄 회로 기판을 갖는 먼지 모니터의 사시도이다.
도 55는 운전실 공기질 시스템을 사용하는 운전실의 사시도이다.
도 56은 밸브 디스크가 제1 위치에 있는 공기 흐름 제어 밸브의 변형된 실시예를 도시하는 상면 사시도이다.
도 57은 밸브 디스크가 제2 위치에 있는 공기 흐름 제어 밸브의 변형된 실시예를 도시하는 상면 사시도이다.
도 58은 공기 흐름 제어 밸브의 변형된 실시예를 도시하는 측면 사시도이다.
도 59는 도 58의 도면으로부터 회전된 공기 흐름 제어 밸브의 변형된 실시예를 도시하는 측면 사시도이다.
도 60은 공기 흐름 제어 밸브의 다른 변형된 실시예의 배면도이다.
도 61은 공기 흐름 제어 밸브의 다른 변형된 실시예의 측면 사시도이다.
도 62는 공기 흐름 제어 밸브의 다른 변형된 실시예의 정면도이다.
도 63은 모터 제어 모듈의 상면도이다.
공기질 모니터링 및 제어 시스템의 예시적인 실시예가 아래에서 상세히 설명된다.
일 실시예에 따른 공기질 모니터링 및 제어 시스템은, 공기 프리클리너(1), RESPA 제어 모듈(100), 필터 식별 링(200)(이하, "필터 ID 링"), 어드바이저 모듈(300), 복수의 센서, 및 아래에서 논의될 다른 관련 장치를 포함한다. RESPA 제어 모듈(100), 필터 ID 링(200), 어드바이저 모듈(300) 및 센서는 서로 통신하며, 필요 시 모든 관련 환경 데이터를 반복적으로 모니터링하고, 데이터를 보고하며, 운전실 환경을 변경한다. 반복 모니터링 및 보고는 연속적이거나 간헐적일 수 있다.
공기 프리클리너(1)는 후술되는 바와 같이 프리클리닝(precleaning), 여과(filtering) 및 가압(pressurizing) 능력을 갖는 장치인 것으로 이해되어야 한다. 즉, "프리클리너"라는 용어는 단순히 프리클리닝만을 수행하는 장치를 의미하는 것은 아니다. 프리클리너(1)는 이하에 설명된 방식으로 프리클리닝, 여과 및 가압되도록 구성된다. 공기 프리클리너(1)는 공기 흐름, 공기질, 공기 온도, 공기 필터(7)에서의 압력 강하, 공기 프리클리너(1)의 외부와 내부 사이의 온도차, 필터 수명, 및 기타 파라미터 중 하나 이상을 모니터링 및/또는 제어하도록 설계된 스마트한 전자 제어 흡입 시스템이다.
여과 매체(공기 필터 매체)는 매체가 사용되는 환경에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 공기 프리클리너(1)에서 사용되는 여과는 0.3 마이크론 여과를 달성하는 자가-클리닝 합성 섬유 나노 기술 오버레이(overlay)일 수 있다.
공기 필터(7)는, RESPA 제어 모듈(100)에 의해 전력이 공급되고 필터(7) 및 필터 사용 이력에 관한 데이터를 포함하는 마이크로 칩(204)을 포함하는 스마트 필터일 수 있다.
(1) 공기 프리클리너의 설명
일 실시예의 공기 프리클리너(1)는 일부 양태에서 전체 내용이 본 명세서에 병합된 미국 특허 출원 번호 14/536,849의 공기 프리클리너와 유사하지만, 중요한 구조적 차이점이 있으며, 이들 중 일부는 하기에 논의된다. 전술한 바와 같이, 공기 프리클리너(1)는 프리클리닝, 여과 및 가압 능력을 갖는 장치이다. 도 1 내지 도 5는 공기 프리클리너(1)의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 개시된 실시예의 공기 프리클리너(1)는 시스템을 통해 길이방향 축(A-A)을 갖는 프리클리너 하우징(11)의 입구(2)로부터 출구(3)로 연장되는 흐름 경로(도 2에서 화살표로 도시됨)를 포함한다. 모터 구동 팬(4)은 흐름 경로를 따라 위치되며, 미립자 파편(particulate debris)을 함유하는 공기를 입구(2)로 끌어당겨 이 공기를 시스템의 길이방향 축(A-A)을 중심으로 회전시켜 회전 흐름을 형성하여 파편을 함유하는 공기를 층상화시켜 가장 무거운 입자가 회전 흐름의 최외곽 궤도에 있게 한다.
프리클리너 하우징(11)의 분리기 챔버 단부 구역(32)에는 하나 이상의 토출기 포트(ejector port)(5)가 제공되고 이 토출기 포트는 공기 프리클리너(1)의 분리기 챔버(31) 내 층상화된 회전 흐름의 최외곽 궤도로부터 미립자 파편을 함유하는 공기를 토출한다. 공기가 고정 베인(13)을 통해 이동하며 공기 속도가 증가되고 공기 흐름 관리 구조물에 의해 회전될 때 파편을 함유한 공기의 체적은 공기 프리클리너(1) 내 공기 흐름 관리 구조물(12, 13, 29)에 의해 압축될 수 있다.
공기가 분리기 챔버(31)의 하부 단부에 있는 토출기 포트(들)(5)에 도달하여 환경으로 다시 토출될 때까지 공기 프리클리너(1)의 분리기 챔버(31) 내의 회전 공기의 최외곽 궤도에는 공기에 함유된 파편이 남아 있다. 분리기 챔버(31) 내에 층상화된 회전 흐름의 최내측 궤도에는 대부분의 파편이 제거된 공기 흐름이 프리클리너 하우징(11)과 출구(3) 사이의 압력 차에 의해 필터(7)를 통해 인입(B")되고 나서, 필터(7)를 지나 공기 필터 내부 통로(8)로 흐른다. 그 다음, 여과된 공기는 공기 프리클리너(1)의 청정 공기 출구(3)로 흐르고 나서 출구(3)에 연결된 내연 엔진 또는 운전실 환기 시스템과 같은 하류 장치로 흐른다.
동작 동안 분리기 챔버(31) 내에는 양압이 유지되기 때문에 파편을 함유하는 공기가 신뢰성 있게 토출된다. 이는 팬(4)에 의해 입구(2)를 통해 공기 프리클리너(1) 내로 흡입된 공기의 양이 토출기 포트(5) 또는 청정 공기 출구(3)를 통해 토출되는 공기의 양보다 더 많기 때문이다. 압력 차는 일정한 양압이 분리기 챔버(31) 내에 유지되게 한다. 그 결과, 분리기 챔버(31)에서 분리되는 무거운 미립자 물질이 공기 필터(7) 상에 포집되지 않고 토출기 포트(들)(5)를 통해 토출될 수 있다.
프리클리너 하우징(11) 내 모터 구동 팬(4)은 팬 모터(28) 상에 장착된 팬 블레이드(9)를 갖는다. 팬 모터(28)는 브러시형 모터 또는 브러시리스(brushless)형 모터일 수 있다. 브러시리스 모터를 사용하는 경우의 장점은 효율이 더 향상되고 기계 마모에 대한 취약성이 감소하며 토크가 증가하고 소음이 감소되는 것을 포함한다. 이하의 설명을 위해, 팬 모터(28)는 브러시리스형이다.
팬 블레이드(9)는 공기 입구 스크린(6) 아래에 공기 흐름 관리 구조물의 상류의 흐름 경로를 따라 위치되어, 미립자 파편을 함유하는 공기를 입구(2)로 끌어들여 파편을 함유하는 공기를 흐름 경로를 따라 흐르게 할 수 있다. 프리클리너 하우징(11) 내의 공기 흐름 관리 구조물은, 분리기 챔버(31) 내에 모두 위치된, 매니폴드(manifold)(12)(도 4 및 도 5에 도시됨), 고정 베인(vane)(13), 및 슈라우드(shroud)(29)(도 22에 도시됨)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 매니폴드(12) 및 슈라우드(29)는 분리기 챔버(31)의 대향 축방향 단부들 상에 배치된다. 슈라우드(12)는 분리기 챔버(31) 내의 공기의 원심 흐름을 프리클리너 하우징(11)을 형성하는 분리기 챔버(31)의 벽 쪽으로 유지하도록 구성된다. 매니폴드(12)는 팬 블레이드(9)의 하류에서 바깥쪽으로 테이퍼(taper)져서, 매니폴드(12)를 프리클리너 하우징(11)에 연결하는 공기 흐름 관리 구조물의 원주 방향으로 이격된 각진 고정 베인(13)들에 의해 외부 환형 통로를 남길 수 있다.
고정 베인(13)은 다른 형태를 취할 수 있다. 일 실시예에서, 고정 베인(13)은 프리클리너 하우징(11) 및 매니폴드(12)와 일체로 형성된다. 이 경우, 베인(13)은 프리클리너 하우징(11) 및 매니폴드(12)를 형성하는 재료와 유사하거나 동일한 재료로 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 프리클리너 하우징(11)은 RESPA 제어 모듈(100) 및 RCM 안테나 기판(118)(이하에서 상세하게 설명됨)의 설치를 수용하도록 구성될 수 있다. 특히, 전력 케이블(14) 및 압력 환기 튜브 레인 캡(15)(이하에서 상세히 설명됨)을 수용하기 위해 하우징(11)에 구멍이 제공될 수 있다. 전력 케이블(14)은 전력을 RESPA 제어 모듈(100)에 제공한다. 슈라우드(29)에는 노치(notch)(미도시)가 제공될 수 있고 여기서 전력 케이블(14)이 슈라우드(29) 아래를 통과하여 RCM 안테나 기판(118)에 연결되고, 전력 리드선(power lead wire)(116) 및 안테나선(antenna wire)(117)이 슈라우드(29) 아래를 통과하여 RESPA 제어 모듈(100)에 연결된다. 도 4는 3인치 직경의 출구(3)를 갖는 하우징(11)의 일 실시예의 도면이다. 도 5는 4인치 직경의 출구(3)를 갖는 하우징(11)의 다른 실시예의 도면이다. 물론, 출구(3)의 직경은 필요에 따라 변할 수 있는 것으로 이해된다.
(2) RESPA 제어 모듈의 설명
RESPA 제어 모듈(100)("RESPA
Figure 112020115388866-pat00002
제어 모듈" 또는 "RCM"이라고도 함)은 공기 프리클리너(1) 내에 영구적으로 장착될 수 있다. RCM(100)은 프리클리너 하우징(11) 내에 및 주위에 장착된 모든 센서로부터 데이터를 수신하고, 데이터를 분석하며, RESPA 흡입 시스템의 동작을 능동적으로 변화시킨다. 도 6은 RESPA 제어 모듈(100)의 다양한 기능 및 연결을 도시한다. 물론, RESPA 제어 모듈(100)의 기능 및 연결은 도 6에 도시된 것으로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. RESPA 제어 모듈(100)은 RESPA 제어 모듈(100)에 내장된 무선(또는 다른 적절한 통신 수단)을 통해 어드바이저 모듈(300)에 연결될 수 있다. RESPA 제어 모듈(100)은 공기 프리클리너(1)가 장착된 기계에 의해 전력을 공급받거나, 또는 임의의 다른 적절한 전력원으로부터 전력을 수신할 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은 모듈 상측부(102)와 모듈 베이스(103)로 형성된 모듈 하우징(101)을 포함한다. 모듈 하우징(101)은 예를 들어 폴리프로필렌 사출 성형에 의해 형성될 수 있다. 도 7 내지 도 9 및 도 15는 모듈 베이스(103)에 조립된 모듈 상측부(102)를 도시한다. 도 10 내지 도 12는 모듈 베이스(103)로부터 분리된 모듈 상측부(102)를 도시하고, 도 13은 모듈 상측부(102)로부터 분리된 모듈 베이스(103)를 도시한다. 도 7 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 모듈 상측부(102)는 모듈 베이스(103) 내에 끼워지도록 크기가 정해진다. 모듈 상측부(102)는 모듈 베이스(103) 상에 형성된 하나 이상의 암형 포스트(female post)(1031)에 끼워지는 하나 이상의 수형 포스트(male post)(1021)를 구비하여, 모듈 상측부(102)는 모듈 베이스(103)에 조립될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 모듈 상측부(102)의 내부 영역은 세 개의 분리된 구획, 즉 제1 구획(109), 제2 구획(110) 및 제3 구획(111)으로 분할된다. 각 구획은 다른 구획들과 유체적으로 분리되도록 기밀성 있게 밀봉될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명된 바와 같이, 각각의 구획은 대응하는 센서를 수용한다.
도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이, 모듈 상측부(102)는 모듈 상측부(102)의 상측부 표면의 중심에서 벗어나 형성된 제1 구멍(104), 및 모듈 상측부(102)의 측면 표면의 중심에 형성된 제2 구멍(105)을 갖는다. 제1 구멍(104)은 제1 구획(109)과 연통하고, 제2 구멍(105)은 제2 구획(110)과 연통한다. 주변 압력 환기 튜브(17)(아래에서 상세히 설명됨)는 제1 구멍(104)으로 삽입될 수 있다. 출구 압력 튜브(미도시)가 제2 구멍(105)에 삽입될 수 있다. 구체적으로 출구 압력 튜브는 제2 구멍(105)에 삽입된 제1 단부, 및 출구(3)에 형성된 구멍에 삽입된 제2 반대 단부를 갖는다. 대안적으로, 출구 압력 튜브가 사용되지 않을 때 체결구(1051)(예를 들어, 황동 나사)가 도 15에 도시된 바와 같이 제2 구멍(105) 내로 삽입될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 모듈 베이스(103)는 제3 구멍(106), 제4 구멍(107) 및 제5 구멍(108)을 갖고, 이들 구멍은 모두 모듈 베이스(103)의 측면 표면에 형성된다. 제4 구멍(107)은 제1 구획(109)과 연통하고, 제3 구멍(106)은 제2 구멍(105) 및 제2 구획(110)과 연통하고, 제5 구멍(108)은 제3 구획(111)과 연통한다. 출구 압력 튜브(미도시)의 제1 단부는 제3 구멍(106) 및 제2 구멍(105)으로 삽입된다.
모듈 하우징(101)의 내부에는 도 14에 도시된 바와 같이 회로 기판(112)이 배치된다. 도 16은 회로 기판(112)의 전방 면을 도시하는 도면이고, 도 17은 회로 기판(112)의 후방 면을 도시한다. 회로 기판(112)은 중앙 처리 장치(CPU) 및 메모리(예를 들어, RAM)를 갖는 마이크로 칩을 포함한다. 회로 기판(112)은 복수의 센서를 더 구비한다. 이 실시예에 따르면, 3개의 센서(113, 114 및 115)가 모듈 하우징에 포함된다. 물론, 센서의 수는 3개로 제한되지 않는다. RESPA 제어 모듈(100)은 제1 구획(109)에 배치된 제1 압력 센서(113)를 사용하여 주변 공기의 압력, 온도 및 습도 중 하나 이상을 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 제1 압력 센서(113)는 제1 구멍(104) 및 아래에서 보다 상세히 설명된 주변 압력 환기 튜브(17)를 통해 주변 공기와 연통한다. RESPA 제어 모듈(110)은 제3 구획(111)에 배치된 제2 압력 센서(115)를 사용하여 프리클리너 하우징(11) 내 공기의 압력, 온도 및 습도 중 하나 이상을 추가로 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 제2 압력 센서(115)는 모듈 상측부(102)와 모듈 베이스(103)의 표면이 결합되는 것을 통해 공기가 누설되기 때문에 프리클리너 하우징(11) 내 공기와 연통한다. 다시 말해, 모듈 상측부(102)와 모듈 베이스(103)는 결합 면에 밀봉재 없이 서로 끼워지기 때문에, 프리클리너 하우징(11) 내부의 공기가 제3 구획(111)의 내부로 누설되어 제2 압력 센서(115)에 도달하게 된다. RESPA 제어 모듈(100)은 제2 구획(110)에 배치된 제3 압력 센서(114)를 사용하여 공기 프리클리너(1)의 출구(3)를 통해 흐르는 공기의 압력, 온도 및 습도 중 하나 이상을 추가적으로 모니터링할 수 있다. 구체적으로 제3 압력 센서(114)는 제2 구멍(105), 제3 구멍(106), 출구 압력 튜브, 및 출구(3)에 형성된 구멍을 통해 출구(3)를 통해 흐르는 청정 (여과된) 공기와 연통한다. 따라서, RESPA 제어 모듈(100)은 예를 들어 주변 공기, 프리클리너 하우징(11) 내부의 공기, 및 출구(3)에서의 공기의 압력, 온도 및 습도 중 하나 이상을 모니터링할 수 있다. 비록 본 발명에서 특정 센서가 "압력 센서"라고 하더라도 이 센서는 상기 논의된 바와 같이 압력, 온도 및 습도 중 하나 이상을 검출하고 측정하도록 구성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
RESPA 제어 모듈(100)의 회로 기판(112)은 RCM 안테나 기판(118)(이하에 상세히 설명됨)을 통해 RESPA 제어 모듈(100)에 전력을 제공하기 위해 전력 리드선(116)에 연결된다. 특히, 전력 리드선은 RCM 안테나 기판(118)과 연결하기 위해 모듈 하우징(101)의 제5 구멍(108)을 통해 빠져 나간다. 회로 기판(112)은 또한 RCM 안테나 기판(118)과 연결하기 위해 모듈 하우징(101)의 제4 구멍(107) 및 제5 구멍(108)을 통해 빠져 나가는 안테나선(117)을 더 갖는다. 전력 리드선(116) 및 안테나선(117)은 도 7 내지 도 9 및 도 14에 도시된 바와 같이 별도의 선으로서 모듈 하우징(101)을 빠져 나갈 수 있거나 또는 도 15에 도시된 바와 같이 피복(sheath)(121)에 의해 덮여질 수 있다. 아래에서 논의된 바와 같이, RCM 안테나 기판(118)은 RESPA 제어 모듈(100)에 전력을 제공하는데 사용될 수 있다. 또한 회로 기판(112)은 블루투스
Figure 112020115388866-pat00003
기능, 와이파이(WiFi) 기능(예를 들어, 802.11 와이파이), 및 무선 전송을 위한 무선 기능을 구비할 수 있다. 회로 기판(112)은 고전압 보호 회로, 전자기 간섭(EMI) 회로 및 내부 기판 차폐부를 더 가질 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은, 진동을 측정하고, 센서 측정값으로부터 진동 성분을 제거함으로써 운전실 또는 엔진과 같은 고진동 환경에서 RESPA 제어 모듈(100) 내 (움직임에 민감할 수 있는) 센서가 정밀하게 기능할 수 있게 하는 통합된 가속도계를 갖는다. 가속도계는 압력 센서(113, 114 및 115)와 일체형이다.
RESPA 제어 모듈(100)은, 모듈 하우징 내에 배치되고 도 18, 도 19 및 도 22에 도시된 RCM 안테나 기판(118)과 통신하고 이 RCM 안테나 기판에 연결된다. RESPA 제어 모듈(100)의 마이크로 칩은 전력 케이블(14) 및 RCM 안테나 기판(118)을 통해 전력이 공급되어, 임의의 연결된 전력원을 필요로 하지 않고 프리클리너 시스템에 의해 데이터를 레코드하고 송신할 수 있게 한다. 아래에서 더 설명된 바와 같이, RCM 안테나 기판(118)은 전기장을 프리클리너 하우징(11)으로 전파함으로써 또한 필터 ID 링(200)에 전력을 제공한다.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, RCM 안테나 기판(118)은 RESPA 제어 모듈(100)의 안테나선(117) 및 전력 리드선(116)을 RCM 안테나 기판(118)에 연결하기 위해 솔더 지점(solder point)(119)을 갖는 인쇄 회로 기판으로 만들어질 수 있다. 전술한 전력 케이블(14)은 도 18 및 도 19에 도시되어 있고, 전자기 방출을 감소시키도록 설계된 차폐된 4-리드선일 수 있다. RCM 안테나 기판(118)에는 예를 들어 구리로 만들어진 전력선(120) 및 안테나선(24)이 추가적으로 제공된다. 전력은 전력 케이블(14)로부터 전력 리드(120)를 통해 그리고 전력 리드선(116)을 통해 RCM 제어 모듈(100)로 제공된다. 다시 말해, 전력은 전력 케이블(14)로부터 전력 리드(120)를 통해, 이후 전력 리드선(116)을 통해 RCM 제어 모듈(100)로 송신된다. RCM 제어 모듈(100)이 전력을 수신하면, RCM 제어 모듈(100)은 RCM 안테나 기판(118)의 안테나선(24)을 통전시켜, RCM 안테나(118)가 후술된 바와 같이 전기장을 방출하게 한다.
도 22는 길이방향 축(A-A)을 따라 프리클리너 하우징(11)의 제1 축방향 측에서 취한 도면이다. 도 22는 프리클리너 하우징(11)에 장착된 RCM 안테나 기판(118)을 도시한다. RCM 안테나 기판(118)은 매니폴드(12)의 표면에 장착되도록 편자(horseshoe) 형상 또는 실질적으로 편자 형상을 가질 수 있다. 도 22에서 보이는 장착된 위치에서, 솔더 지점(119)은 RESPA 제어 모듈(100)의 전력 리드선(116) 및 안테나선(117)에 연결하기 위해 위치된다.
도 23은 길이방향 축(A-A)을 따라 프리클리너 하우징(11)의 제2 축 방향 측에서 취한 도면이다. 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, RESPA 제어 모듈(100)은 공기 프리클리너(1)의 출구(3)에 인접한 2개의 고정 베인(13) 사이 프리클리너 하우징(11)의 내부에 위치된다. RCM 안테나 기판(118) 및 RESPA 제어 모듈(100)은, 도 22에 도시된 바와 같이, RESPA 제어 모듈(100)의 전력 리드선(116) 및 안테나선(117)이 RCM 안테나 기판(118)의 솔더 지점(119)에 연결될 수 있도록, 서로에 대해 위치되도록 장착된다. 이러한 방식으로, RCM 안테나 기판(118)은 RESPA 제어 모듈(100)에 (전력 리드선(116)을 통해) 전력을 제공하고, 또한 RESPA 제어 모듈(100)과 (안테나선(117)을 통해) 통신한다.
전술한 바와 같이, 모듈 하우징(101)은 모듈 상측부(102)와 모듈 베이스(103)를 포함할 수 있다. 모듈 상측부(102)의 상부 표면은 프리클리너 하우징(11)의 내벽의 곡선에 맞춰 끼워지도록 형성될 수 있다. 모듈 베이스(103)의 하부 표면은 매니폴드(12)의 외벽의 곡선에 맞춰 끼워지도록 형성될 수 있다. 따라서, RESPA 제어 모듈(100)은 고정 베인(13), 매니폴드(12)의 외벽, 및 프리클리너 하우징(11)의 내벽에 의해 2개의 고정 베인(13) 사이 프리클리너 하우징(11) 내에 유지될 수 있다. 물론, 이것은 모듈 하우징(101)이 취할 수 있는 형상의 일례일 뿐이며, 명백히 모듈 하우징(101)은 시스템의 기능을 저해함이 없이 다른 배향 및 위치에 장착하기 위해 상이한 형상을 가질 수 있다.
추가적으로, 하나 이상의 안테나 라이저(122)가 RCM 안테나 기판(118)과 매니폴드(12) 사이에 제공될 수 있다. 안테나 라이저(122)는 폴리락트산(polylactic acid)(PLA) 신속 프로토타입 플라스틱 및 사출 성형된 폴리프로필렌을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 여러 재료로 만들어질 수 있다. 안테나 라이저(122)는 RCM 안테나 기판(118)과 매니폴드(12) 사이의 스페이서로서 작용한다. 또한, 하나 이상의 안테나 스페이서(123)가 RCM 안테나 기판(118)과 슈라우드(29) 사이에 제공될 수 있다. 폴리락트산(PLA) 신속 프로토타입 플라스틱 및 사출 성형 폴리프로필렌을 포함하지만 이로 국한되지 않는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 안테나 스페이서(123)는 RCM 안테나 기판(118)과 슈라우드(29) 사이의 스페이서로서 작용하고, RCM 안테나 기판(118)을 아래로 눌러서 RCM 안테나 기판(118)을 제 위치에 유지한다. 따라서, 안테나 라이저(122) 및 안테나 스페이서(123)는 RCM 안테나 기판(118)의 대향 축방향 측들에 위치된다.
전술한 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 압력 센서(113, 115, 114)는 모듈 하우징(101)의 각각의 구획에 위치되어, 도 14 및 도 16에 도시된 바와 같이 센서(113, 115, 및 114)가 지정된 공기 흐름의 압력 및 다른 파라미터를 정확히 검출할 수 있다. 구체적으로, 제1 압력 센서(113)는 제1 구획(109)에 위치되어, 주변 공기 흐름의 압력 및 다른 파라미터를 수신하고 모니터링한다. 제2 압력 센서(115)는 제3 구획(111)에 위치되어, 프리클리너 하우징(11) 내부의 공기 흐름의 압력 및 다른 파라미터를 수신하고 모니터링한다. 제3 압력 센서(114)는 제2 구획(110)에 위치되어, 공기 프리클리너(1)의 출구(3)에서 공기 흐름의 압력 및 다른 파라미터를 수신하고 모니터한다.
이들 3개의 압력 센서(113, 115 및 114)는 프리클리너 하우징(11)의 입구(2)와 출구(3) 사이의 온도 차 및 압력 차에 관한 실시간 데이터를 제공한다. 이 데이터는 전력, 연료 효율 및 HVAC 효율과 같은 다양한 영역을 개선할 수 있게 한다. 또한, 압력 센서(113, 115 및 114)는, 공기 흐름 및 다른 파라미터를 연속적으로 측정하여, RESPA 제어 모듈(100)로부터 어드바이저 모듈(300)(후술됨)을 포함하는 다양한 연결 장치로 가는 데이터로서 출력한다.
전술한 바와 같이, 제1 구획(109)에 배치된 제1 압력 센서(113)는 제1 구멍(104)을 통해 주변 공기와 연통한다. 이 연통을 용이하게 하기 위해, 주변 압력 환기 튜브(17)(도 50에 도시)는 도 47 및 도 48에 보이는 튜브 구멍(18)을 통해 프리클리너 하우징(11)을 통해 삽입된다. 주변 압력 환기 튜브(17)의 제1 단부는 도 48에 도시된 바와 같이 프리클리너 하우징(11)으로부터 돌출된다. 주변 압력 환기 튜브(17)의 제2 대향 단부는 제1 구멍(104)에 끼워진다. 도 49에 도시된 바와 같이 주변 압력 환기 튜브(17)를 덮기 위해 도 51에 도시된 압력 환기 튜브 레인 캡(15)이 제공된다. 압력 환기 튜브 레인 캡(15)은 압력 환기 튜브 레인 캡(15)을 예를 들어 체결구로 프리클리너 하우징(11)에 고정하기 위해 2개의 부착 구멍(20)을 갖는다. 압력 환기 튜브 레인 캡(15)에는 제1 압력 센서(113)의 압력 판독을 방해하지 않고 주변 압력 환기 튜브(17)의 상부에 놓이도록 배열된 상승된 구역(21)이 추가로 제공된다. 상승된 구역(21)은 주변 압력 환기 튜브(17)를 막는 일 없이 물이 상승된 구역(21) 아래로 흐르고 주변 압력 환기 튜브(17) 위로 흐를 수 있게 한다. 또한, 도 50에 도시된 바와 같이, 주변 압력 환기 튜브(17)는 프리클리너 하우징(11)으로부터 돌출하는 주변 압력 환기 튜브(17)의 제1 단부에 형성된 하나 이상의 튜브 돌출부(19)를 갖는다. 튜브 돌출부(19)는 압력 환기 튜브 레인 캡(15)의 상승된 구역(21)과 접촉하며, 압력 환기 튜브 레인 캡(15)이 주변 압력 환기 튜브(17)를 밀봉하는 것을 방지함으로써, 주변 압력 환기 튜브(17)의 밀봉으로 인해 주변 공기 및 프리클리너 하우징(11) 내부의 공기 사이에 압력이 등화되지 못하는 상황을 피할 수 있게 한다.
또한, RESPA 제어 모듈(100)은 공기 프리클리너(1)의 모터 및/또는 공기 필터(7)와 통신하도록 근거리 통신망(LAN)을 설정하도록 구성될 수 있다. IP 어드레스는 RESPA 제어 모듈(100)이 로컬 광역 네트워크(WAN)를 통해 액세스될 수 있도록 RESPA 제어 모듈(100)에 할당될 수 있다.
또한, RESPA 제어 모듈(100)은 휴대 전화 애플리케이션과 같은 사용자 단말기에 의해 액세스되어 RESPA 제어 모듈(100)에 의해 획득된 데이터를 판독할 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은, 필터 ID 링(200)에 전력을 제공하고, 필터 ID 링(200)에 데이터를 로깅(log)하고, 필터 ID 링(200)에 저장된 데이터를 판독하고, 압력 및 기타 공기 흐름 파라미터를 센싱하고, 이 모든 데이터를 어드바이저 모듈(300)에 중계하는 것을 포함하는 여러 기능을 제공한다. RESPA 제어 모듈(100)은 공기 필터(7) 및 흡입 시스템의 모든 파라미터를 조정 및 제어하고, 어드바이저 모듈(300)과 통신하며 데이터를 제공하고 명령을 수신한다. 이들 기능은 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
공기질 모니터링 및 제어 시스템은 도 63에 도시된 바와 같이 모터 제어 모듈(40)을 더 포함할 수 있다. 모터 제어 모듈(40)은 케이싱(42) 내에 수용된 회로 기판(41)을 포함한다. 회로 기판(41)은 저항기, 다이오드, 커패시터, 및 전압 데이터를 RESPA 제어 모듈(100)에 중계하고 모터(28)의 과전압을 방지하는 레귤레이터를 포함한다. 케이싱(42)은 히트 싱크(heat sink)일 수 있다. 3개의 전력 리드가 회로 기판(41)에 연결된다. 구체적으로, 전력 리드(43)는 회로 기판(41)을 운전자에 의해 동작되는 운전실에 연결하고, 전력 리드(44)는 회로 기판(41)을 모터(28)에 연결하고, 전력 리드(45)는 회로 기판(41)을 RESPA 제어 모듈(100)에 연결한다. 모터 제어 모듈(40)은 회로 기판(41) 상에 제공된 필터를 통해 EMI 및 EMF 억제, 모터 과전압 보호, 모터 속력 제어, 모터 전압 조정, 및 데이터를 로깅하기 위해 RESPA 제어 모듈(100)로의 데이터 전송, 및 어드바이저 모듈(300)의 외부 통신을 포함하는 다양한 유리한 기능을 갖는다. 모터 제어 모듈(40)은 RESPA 제어 모듈(100) 및 팬 모터(28)로/로부터 데이터를 송수신할 수 있다. 모터 제어 모듈(40)은 모터 전압을 모니터링함으로써 공기 프리클리너(1)의 팬 모터(28)의 온도를 결정할 수 있다. 모터 전압이 과도하게 높거나 낮은 경우, 또는 부적합한 필터가 사용될 때, 모터 제어 모듈(40)은 모터(28)를 턴오프(turn off)하도록 구성될 수 있다. 또한 모터 제어 모듈(40)은 RESPA 제어 모듈(100)로부터 명령에 응답하여 모터(28)를 턴오프하거나 모터(28)의 속력을 조절할 수 있다. 모터 제어 모듈(40)은 모터(28)를 자동으로 제어하거나, RESPA 제어 모듈(100)로부터 수신된 명령에 기초하여 모터(28)를 제어할 수 있다.
모터 제어 모듈(40)은 압력을 증가시키거나 필터(7)의 압력 강하를 극복하기 위해 객실 또는 엔진의 요구에 기초하여 모터 속력을 변화시킬 수 있다.
모터 제어 모듈(40)은 모터(28)에 직접 연결되어 모터(28)를 통해 흐르는 전압을 판독 및 레코드할 수 있다. 모터 제어 모듈(40)은 과전압 상태 또는 미달 전압 상태에 있을 때 또는 모터(28)가 70℃와 같은 더 높은 온도에 도달할 때 팬 모터(28)를 턴오프시키도록 프로그래밍될 수 있다. 모터 제어 모듈(40)은 모터(28)가 50℃와 같은 더 낮은 온도로 떨어질 때 모터(28)를 다시 턴온(turn on)할 수 있다.
프로그래밍된 동작 파라미터가 위반될 때, RESPA 제어 모듈(100)은 알람 메시지가 어드바이저 모듈(300)에 송신되도록 할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, RESPA 제어 모듈(100) 및 다른 센서로부터 어드바이저 모듈(300)로 연속적으로 스트리밍되는 데이터는 어드바이저 모듈(300)에 의해 분석될 수 있으며, 이에 응답하여 어드바이저 모듈(300)은 알람음을 발생시키는 결정을 내릴 수 있다.
알람 모드는 어드바이저 모듈(300)로부터 운전자에게 시각적, 청각 적 및/또는 촉각적 알람, 운전실 상부의 신호 광(signal light), 및 알람 상태를 통지하기에 적절한 사람 또는 시스템에게 보내지는 문자 메시지 또는 이메일을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 신호 광의 일례로서, 도 53은 동작 상태 램프(16)를 도시한다. 동작 상태 램프(16)는 와이파이와 같은 적절한 통신 수단을 사용하여 어드바이저 모듈(300)에 의해 제어되는 자동 3-색 LED 램프일 수 있다. 예를 들어, 동작 상태 램프(16)는 적색 광을 사용하여 알람 상태를, 황색 광을 사용하여 경고 상태를, 및 녹색 광을 사용하여 안전 상태를 운전자에게 알릴 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은 시스템 내의 다수의 센서와 통신하도록 구성된다. 구체적으로, RESPA 제어 모듈(100)은 최대 255개의 센서와 동시에 통신할 수 있다.
또한, RESPA 제어 모듈(100)은 어드바이저 모듈(300)로부터 또는 셀룰러 폰 애플리케이션과 같은 다른 제어 수단을 통해 프로그래밍될 수 있다. RESPA 제어 모듈(100)은 어드바이저 모듈(300)에 대한 슬레이브로서 동작하거나 또는 어드바이저 모듈(300)과 독립적으로 동작할 수 있다. RESPA 제어 모듈(100)은 어드바이저 모듈(300)을 포함하는 모든 장치와 독립적으로 동작할 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은 어드바이저 모듈(300), 필터 ID 링(200), 브러시리스 모터(28) 및/또는 셀룰러 폰 애플리케이션과 자동으로 동기화되도록 구성될 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은 어드바이저 모듈(300)과 연속적으로 통신하며, 사용되는 필터(7)의 유형, 필터(7)에서의 압력 강하(필터(7)가 변경될 필요가 있을 때를 결정), 및 출구 공기 흐름을 지속적으로 계산하기 위해 출구 직경, 출구 압력 및 "K" 계수를 사용하여 객실 내로 유입되는 공기 흐름 등과 같은 데이터를 제공하도록 구성된다.
(3) 필터 ID 링의 설명
필터 ID 링(200)("필터 식별 요소"라고도 함)은 공기 필터(7)의 외부 원주에 끼워지는 특정 형상을 갖는 불활성 필터 링이다. 원형 구성은 필터(7)가 프리클리너 하우징(11) 내에 임의의 배향으로 장착될 수 있게 하여 동일한 레벨의 기능을 여전히 달성할 수 있게 한다. 필터 ID 링(200)은 RESPA 제어 모듈(100)과 통신하도록 구성된다. 도 24는 필터 ID 링(200)의 다양한 기능 및 연결을 도시한다. 물론, 필터 ID 링(200)의 기능 및 연결은 도 24에 도시된 것으로 제한되지 않는 것으로 이해된다. 필터 ID 링(200)은 링의 형상으로 제한되지 않으며 다른 형상 및 구성으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 실시예에서, 필터 ID 링(200)은 필터(7)에 직접 장착된 컴퓨터 칩으로서 제공될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 필터 ID 링(200)은 필터(7)의 제조 지점(point of manufacture: POM)에서 필터(7)의 몸체 내에 통합(내장)될 수 있다. 다음 설명은 링형 필터 ID 링(200)의 실시예에 초점을 맞출 것이다.
공기 필터(7)가 프리클리너 하우징(11) 내에 장착될 때, 동작 및 통신 전력을 필터 ID 링(200)에 제공하기 위해 필터 ID 링(200)이 RCM 안테나 기판(118)을 위한 적절한 주파수를 수신할 만큼 RESPA 제어 모듈(100)에 충분히 근접하도록 필터 ID 링(200)은 공기 필터(7)에 부착(예를 들어, 접착 또는 몰딩)될 수 있다. 즉, 필터 ID 링(200)은 RCM 안테나 기판(118)에 의해 프리클리너 하우징(11)으로 전파되는 전기장에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 이 전기장을 통해 통신이 또한 발생할 수 있다. RESPA 제어 모듈(100) 및 RCM 안테나 기판(118)이 없는 경우, 필터 ID 링(200)은 불활성이다.
필터 ID 링(200)의 일 예시적인 실시예가 도 25에 도시되어 있다. 필터 ID 링(200)은 안테나선(201), 및 2개의 솔더 패드(203)를 갖는 인쇄 회로 기판(202)으로 형성된다. 안테나선(201)은, 예를 들어, 폴리프로필렌으로 제조된 안테나선 커버(205)로 둘러싸인 구리선일 수 있다. 안테나선(201)의 제1 단부는 솔더 패드(203)들 중 하나에서 인쇄 회로 기판(202)에 연결되고, 안테나선(201)의 제2 단부는 다른 솔더 패드(203)에서 인쇄 회로 기판(202)에 연결된다. 인쇄 회로 기판(202)은 RFID 칩(204) 및 하나 이상의 저항기 및 커패시터를 추가로 포함할 수 있다. RFID 칩(204)은 필터 ID 링(200)이 부착된 공기 필터(7)에 관한 정보를 저장하는 메모리를 갖는다. 메모리는 개별 메모리 및/또는 RAM 메모리를 포함할 수 있으며, 메모리의 양은 사용자에 맞춤 가능하다. 필터 ID 링(200)은 공기 필터(7)의 일련 번호, 제조 일자, 사용량 및 부품 번호와 같은 제조 정보를 저장한다. 필터 ID 링(200)은 제조 지점에서 필터 데이터로 무선으로 프로그래밍될 수 있다.
필터 ID 링(200)은 필터 ID 링(200)이 공기 필터(7)의 원주를 감싸도록 공기 필터(7)에 직접 부착될 수 있다. 대안적으로, 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 필터 ID 링(200)은 몰딩된 링 몸체(206) 내에 싸여질 수 있다. 필터 ID 링(200)은 요구되는 주파수 및 전력에 따라, 몰딩된 링 몸체(206) 내에 하나 이상의 루프로 감싸질 수 있다. 즉, 루프의 수가 다르면 다른 주파수와 전력이 제공된다. 도 26은 필터 ID 링(200)이 장착된 몰딩된 링 몸체(206)의 전방 면을 도시하고, 도 27은 필터 ID 링(200)이 장착되지 않고 몰딩된 링 몸체(206)의 전방 면을 도시한다. 몰딩된 링 몸체(206)는 예를 들어 플라스틱 폴리프로필렌 주입에 의해 형성될 수 있다. 몰딩된 링 몸체(206)에는 안테나선 커버(205)와 인쇄 회로 기판(202)을 단단히 파지하는 하나 이상의 홈(groove)(207)이 제공된다. 필터 ID 링(200)이 내부에 장착된 몰딩된 링 몸체(206)는 공기 필터(7)에 직접 부착되도록 구성되어, 도 28에 도시된 바와 같이, 몰딩된 링 몸체(206)가 공기 필터(7)의 원주 둘레를 감싸도록 한다. 안테나선(201)이 도 28에서 하향을 향하도록 몰딩된 링 몸체(206)의 후방 표면 및 측면 표면이 도 28에서 도시되어 있다. 대안적으로, 안테나선(201)이 도 28에서 상향을 향하도록 몰딩된 링 몸체(206)는 뒤집혀질 수 있으며, 여기서 추가적인 커버 부재(미도시)가 몰딩된 링 몸체(206)의 전방 표면을 덮을 수 있다.
몰딩된 링 몸체(206)에 대한 대안으로서, 필터 ID 링(200)은 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이 링 하우징(208) 내에 수용될 수 있다. 링 하우징(208)은 예를 들어 프로토타입 폴리락트산 플라스틱 또는 폴리프로필렌 사출 성형될 수 있다. 링 하우징(208)은 공기 필터(7)의 필터 캡의 목부 내로 끼워지도록 형성된다. 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이, 필터 ID 링(200)은 링 하우징(208) 둘레에 감겨져 있으며, 복수의 구속 포스트(restraining post)(209)에 의해 고정된다. 필터 ID 링(200)은 요구되는 주파수와 전력에 따라 링 하우징(208) 주위에 하나 이상의 루프로 감길 수 있다. 도 29 및 도 30에 도시된 예에서, 링 하우징(208)은 3개의 구속 포스트(209)를 갖지만, 구속 포스트(209)의 수는 3보다 많거나 적을 수 있다. 구속 포스트(209)는 안테나선(201)의 와이어 장력이 유지되도록 필터 ID 링(200)을 구속하도록 배열 및 구성된다.
필터 ID 링(200)이 RESPA 제어 모듈(100)에 충분히 근접한 위치에 장착되는 한, 필터 ID 링(200)은 임의의 배향으로 프리클리너 하우징 내에 장착되어 RCM 안테나 기판(118) 및 안테나선(201)이 RCM 안테나 기판(118)에 의해 전파되는 전기장을 통해 서로 연속적으로 통신하도록 할 수 있다. 프리클리너 하우징(11) 내 RESPA 제어 모듈(100)에 대한 필터 ID 링(200)의 배향을 특정하면 필터 ID 링(200)과 RESPA 제어 모듈(100) 사이에 효과적인 통신을 보장할 수 있다. 안테나선(201)은 RCM 안테나 기판(118)의 안테나선(124)의 주파수에 동조(tuned)되어, RESPA 제어 모듈(100)과 프리클리너 하우징(11) 내 필터 ID 링(200) 사이에 통신을 할 수 있다. 전기장은 RCM 안테나 기판(118)에 의해 프리클리너 하우징(11) 내로 전파되고, 필터 ID 링(200)의 안테나선(201)은 전기장을 포착하여 에너지를 필터 ID 링(200)의 RFID 칩(204)으로 보낸다. 그 결과, 전력은 RESPA 제어 모듈(100)(RCM 안테나 기판(118))로부터 필터 ID 링(200)으로 제공될 수 있고, 데이터는 RESPA 제어 모듈(100)로부터 필터 ID 링(200)으로 로깅될 수 있고, 필터 ID 링(200)에 저장된 데이터는 RESPA 제어 모듈(100)에 의해 판독될 수 있다. RFID 칩(204)이 RCM 안테나 기판(118)에 의해 프리클리너 하우징(11) 내에 생성된 에너지 필드 내에 배치되는 한, 필터 ID 링(200)의 RFID 칩(204)은 계속 통전된다.
추가적으로, 동작 동안 RESPA 제어 모듈(100)은 필터 ID 링(200)으로부터/으로 데이터를 연속적으로 판독 및 기록할 수 있다. RESPA 제어 모듈(100)과 필터 ID 링(200) 사이의 양방향 통신은 연속적으로 데이터를 저장 및 검색할 수 있게 한다. 전술한 바와 같이, RESPA 제어 모듈(100)은 RCM 안테나 기판(118)에 의해 생성된 전기장을 사용하여 필터 ID 링(200)과 통신할 수 있다. 전기장은 필터 ID 링(200)에 전기 전류를 제공하고, 또한 RESPA 제어 모듈(100)과 필터 ID 링(200) 사이에 양방향 통신을 가능하게 한다.
[0122] RESPA 제어 모듈(100)은 필터 ID 링(200)에 계속해서 데이터를 로깅한다. 이 데이터는 필터 압력, 주변 압력, 출구 공기 흐름, 모터 전압 및 온도, 주변 온도 및 습도, 프리클리너 하우징의 온도 및 습도, 및 프리클리너 하우징의 출구 온도 및 습도 중 하나 이상을 포함할 수 있으나 이들로 제한되지 않는다.
필터 ID 링(200)은 공기 필터(7)의 사용량을 영구적으로 레코드하고, 지속적으로 업데이트하고, 공기 필터(7)가 그 수명의 끝에 도달할 때(예를 들어, 공기 필터(7)가 미리 결정된 시간 수 동안 사용되었거나, 공기 필터(7)가 너무 제한된 경우) 어드바이저 모듈(300)에 통지할 수 있다. 필터 ID 링(200)은 실제 필터(7)의 수명 동안 모든 중요한 이벤트 및 데이터 지점을 자가 레코드하고 영구적으로 저장하는 자가-인식 필터(self-aware filter)(7)를 형성한다. 그 결과, 필터(7)의 실시간 상태를 결정하기 위해 필터(7)를 물리적으로 검사할 필요가 없다.
필터 ID 링(200)은 또한 셀룰러 폰 애플리케이션과 같은 사용자 단말기에 의해 액세스되어 필터 ID 링(200)에 저장된 데이터를 판독할 수도 있다.
(4) 어드바이저 모듈의 설명
어드바이저 모듈(300)(또한 "RESPA
Figure 112020115388866-pat00004
어드바이저"라고도 함)은 필터 ID 링(200)과 통신하는 RESPA 제어 모듈(100)과 무선 신호를 사용하여 통신하는 무선 장치일 수 있다. 어드바이저 모듈(300)은 무선 능력 및 셀룰러 통신 능력을 모두 가질 수 있다. 어드바이저 모듈(300)은 또한 네트워크에 로그인하지 않고 로컬 와이파이 네트워크에 피기백(piggy-back)할 수 있다. 도 31은 어드바이저 모듈(300)의 다양한 기능 및 연결을 도시한다. 물론, 어드바이저 모듈(300)의 기능 및 연결은 도 31에 도시된 것으로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 32 내지 도 38은 어드바이저 모듈(300)의 요소들의 여러 도면을 제공한다. 도 32에 도시된 바와 같이, 어드바이저 모듈(300)은 어드바이저 하우징(301)을 구비한다. 어드바이저 하우징(301)은 예를 들어, 사출 성형된 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 플라스틱으로 형성될 수 있다. 어드바이저 하우징(301)은 어드바이저 상측부(302)와 어드바이저 베이스(303)를 포함한다. 어드바이저 상측부(302)와 어드바이저 베이스(303)는 스냅-결합 구성으로 조립된다. 스냅-결합 구성은 어드바이저 베이스(303)에 형성된 2개의 스냅 구멍(321) 및 어드바이저 상측부(302)에 형성된 2개의 스냅 포스트(322)에 의해 형성된다.
어드바이저 상측부(302)는 디스플레이 스크린 장착부(304), 오목부(recessed portion)(305), 하나 이상의 공기 배출구(306), 및 전력 케이블 구멍(307)을 포함한다. 디스플레이 스크린 장착부(304)는, 예를 들어, 사용자가 어드바이저 모듈(300)을 동작시킬 수 있게 하는 터치 스크린일 수 있는 디스플레이 스크린(308)을 유지하도록 구성된다. 도 37은 디스플레이 스크린(308)의 일례를 도시한다. 디스플레이 스크린 장착부(304)는 디스플레이 스크린(308)의 외부 영역에 액세스하기 위해 챔퍼(chamfered)된 영역(311)을 더 갖는다. 도 34에 도시된 바와 같이, 어드바이저 상측부(302)는 어드바이저 상측부(302)의 내부 표면에 형성된 디스플레이 장착 포스트(309)를 갖는다. 도 34에는 단 하나의 디스플레이 장착 포스트(309)만이 도시되어 있지만, 어드바이저 상측부(302)는 디스플레이 스크린 장착부(304) 주위에 배열된 4개의 디스플레이 장착 포스트(309)를 갖는다. 4개의 디스플레이 장착 포스트(309)는 도 37에 도시된 4개의 디스플레이 스크린 구멍(310)에 대응한다.
오목부(305)는 예를 들어 스티커 또는 다른 표식을 장착하기 위한 영역을 제공하도록 어드바이저 상측부(302)의 최상부 외주로부터 오목하게 형성된다. 하나 이상의 공기 배출구(306)는 어드바이저 상측부(302)의 하나 이상의 측면에 제공될 수 있다. 공기 배출구(306)는 다중 가스 센서(323)(이하 논의됨)가 적절히 기능하는 것을 보장한다. 도 34 및 도 36c에 도시된 전력 케이블 구멍(307)은 전력 케이블(312)이 통과하여 어드바이저 모듈(300)에 전력을 공급하게 할 수 있다. 전력 케이블(312)은 도 36a 및 도 36b에 도시된 바와 같이 어드바이저 모듈로부터 연장된다. 전력 케이블(312)은 전자기 방출을 감소시키도록 설계된 차폐된 4-리드선일 수 있다.
도 32에 도시된 바와 같이, 어드바이저 베이스(303)는 (도 37 및 도 38에 도시된) 인쇄 회로 기판(314)을 장착하기 위한 복수의 장착 보스(boss)(313)를 포함한다. 도 32에 도시된 실시예에서, 복수의 장착 보스(313)는 8개의 장착 보스(313)를 포함한다. 장착 보스(313)는 도 37 및 도 38에 도시된 회로 기판 구멍(315)에 대응한다. 장착 보스(313) 및 회로 기판 구멍(315)은 인쇄 회로 기판(314)을 어드바이저 베이스(303)에 견고하게 장착하기 위한 체결구(예를 들어, 나사)를 수용하도록 구성된다. 장착 보스(313)는 인쇄 회로 기판(314)으로 진동이 전달되는 것을 감소시키기 위해 미리 결정된 두께를 갖는다. 어드바이저 베이스(303)는 복수의 베이스 장착 구멍(316)을 추가로 갖는다. 베이스 장착 구멍(316)은 어드바이저 상측부(302)에 형성된 상측부 장착 구멍(317)과 결합하고, 베이스 장착 구멍(316) 및 상측부 장착 구멍(317)을 통해 체결구(예를 들어, 나사)가 삽입되어 표면(예를 들어, 벽)에 어드바이저 모듈(300)을 장착할 수 있다. 베이스 장착 구멍(316)은 조립 동안 압축을 위해 확대 링(318) 및 보강 리브(rib)(319)에 의해 형성된다.
도 37은 인쇄 회로 기판(314)의 정면도를 도시하고, 도 38은 그 배면도를 도시한다. 인쇄 회로 기판(314)은 다중 가스 센서(323) 및 압력 센서(324)를 포함하지만 이로 제한되지 않는 복수의 센서를 구비한다. 인쇄 회로 기판(314)은 CPU 및 메모리(예를 들어, RAM)를 갖는 마이크로칩을 포함한다. 또한, 인쇄 회로 기판(314)은 블루투스
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능력, 와이파이 능력(예를 들어, 802.11 와이파이) 및 무선 전송을 위한 무선 능력을 가질 수 있다. 인쇄 회로 기판(314)은 고전압 보호 회로, 전자기 간섭(EMI) 회로, 및 내부 기판 차폐부를 더 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 전력 케이블(312)은 인쇄 회로 기판(314)에 전력(예를 들어, 3.3 볼트 전원 또는 5 볼트 전원)을 제공하기 위해 인쇄 회로 기판에 연결된다. 인쇄 회로 기판(314)은 또한 예를 들어 경고 상황을 통지하기 위해 비퍼(beeper)와 같은 햅틱 통지 장치를 더 가질 수 있다.
또한, 어드바이저 모듈(300)은 로컬 영역 네트워크 라우터로서 기능할 수 있다. 따라서, 어드바이저 모듈(300)은 센서를 위해 로컬 네트워크를 용이하게 할 수 있고, 로컬 와이파이 네트워크에 보이지 않는 전용 무선 통신 프로토콜을 통해 통신할 수 있다.
*어드바이저 모듈(300)은 어드바이저 모듈(300)의 무선 범위 내에 위치된 임의의 무선 센서와 자동으로 동기화될 수 있다. 예를 들어, 어드바이저 모듈(300)은 다수의 공기 프리클리너(1)의 센서(RESPA 제어 모듈(100)의 센서 포함)와 동기화될 수 있다. 구체적으로, 어드바이저 모듈(300)은 최대 255개의 센서와 동시에 통신할 수 있다. 어드바이저 모듈(300)은 또한 운전실 필터 성능 및 엔진 필터 성능을 동시에 모니터링할 수 있다.
어드바이저 모듈(300)에 의해 판독되고 제어되는 센서는 프리클리너 하우징(11) 내의 공기, 출구(3)에서의 공기, 또는 주변 공기의 온도, 압력 및 습도 중 하나 이상을 검출하는 센서(예를 들어, 제1 압력 센서(113), 제2 압력 센서(115) 및 제3 압력 센서(114)); 출구 공기 흐름 입방피트/분(cubic feet per minute: CFM)을 검출하는 센서; 팬 모터 온도 및 전압을 검출하는 센서; 가스 종류 및 가스 농도를 검출하는 센서, 및 질량 입자 농도를 검출하는 센서를 포함할 수 있다.
어드바이저 모듈(300)은 다수의 센서로부터 수신된 데이터를 자동으로 구성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 주변 압력 센서가 범위 내에 있으면, 어드바이저 모듈(300)은 주변 압력 판독값을 자동으로 평균내어 보다 정확한 판독 값을 제공할 수 있다.
디스플레이 스크린(308)은 필터 유형, 사용된 필터 시간, 압력 차, CO2 농도 및 다른 파라미터와 같은 데이터를 실시간으로 디스플레이할 수 있다. 또한, 어드바이저 모듈(300)은 무선, SMS 텍스트, 와이파이, GPRS(general packet radio service), 또는 다른 적절한 통신 수단을 통해 이 데이터를 인터넷에 보고할 수 있다.
전술한 바와 같이, 디스플레이 스크린(308)은 선택적으로 터치스크린과 같은 휴먼 머신 인터페이스(human machine interface: HMI)를 포함할 수 있다. 그러나 HMI가 필수적인 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 어드바이저 모듈(300)은 어드바이저 하우징(301) 내 인쇄 회로 기판(314)에 배치된 다수의 센서를 더 가질 수 있다. 이들 센서는 다중 가스 센서(323) 및 압력 센서(324)에 더하여 높은 진동 환경에서 정확한 압력 판독을 가능하게 하는 통합된 가속도계와, 온도 및 습도 센서를 포함할 수 있다. 어드바이저 모듈(300)은 실시간 클록을 더 포함할 수 있다.
어드바이저 모듈(300)은 GPRS와 같은 통신 수단을 사용하여 데이터 다운로드 또는 펌웨어 업데이트를 위해 원격으로 액세스 및 재-프로그래밍될 수 있다. 어드바이저 모듈(300)은 예를 들어 텍스트 메시지를 통해 센서 업데이트를 수신할 수 있다.
전술한 바와 같이, 어드바이저 모듈(300)은 근처의 센서들과 자동으로 동기화하도록 구성될 수 있다. 가능한 가장 안전한 운전실 환경을 만들기 위해 미리 결정된 알고리즘이 센서로부터 수신된 데이터에 우선 순위를 지정할 수 있다. 구체적으로, 어드바이저 모듈(300)은 센서를 사용하여 운전실 CO2 및 기타 유독 가스 농도, 호흡 가능한 먼지 농도, 신선한 공기 흡입, 및 운전실 공기 누설을 모니터링할 수 있다. 아래에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 어드바이저 모듈(300)은 모든 공기가 운전실로 들어가는 것을 차단하고 유독 가스가 없는 청정 공기가 운전실을 채우도록 구성될 수 있다.
공기질 모니터링 및 제어 시스템은 어드바이저 모듈(300)에 제공된 것에 더하여 하나 이상의 추가 주변 압력 센서("APS"라고도 함)(400)를 더 포함할 수 있다. 도 39a 내지 도 45는 주변 압력 센서(400)의 하나의 예시적인 실시예를 도시한다. 주변 압력 센서(400)는 운전실의 외부에 장착될 수 있다. 주변 압력 센서(400)는 주변 압력에 관한 데이터를 제공하기 위해 어드바이저 모듈(300)에 무선으로 연결되어 어드바이저 모듈과 통신할 수 있다. 전술한 바와 같이, 어드바이저 모듈(300)은 더 정확한 판독값을 제공하기 위해 별개의 센서로부터 복수의 주변 압력 판독값을 자동으로 평균낼 수 있다. 운전실의 외부에 주변 압력 센서(400)를 제공함으로써, 어드바이저 모듈(300)은 주변 압력으로부터 내부 운전실 압력을 감산하여 압력 차를 결정할 수 있다. 이후 어드바이저 모듈(300)은 압력 차를 디스플레이 스크린(308) 상에 디스플레이하고/하거나 압력 차에 관한 정보를 외부 장치, 인터넷 등에 전송할 수 있다. 주변 압력 센서(400)를 제공함으로써, 어드바이저 모듈(300)은 RESPA 제어 모듈(100)의 주변 압력 판독값을 요구함이 없이 압력 차를 결정할 수 있다. 다시 말해, 일 실시예에서 어드바이저 모듈(300) 및 주변 압력 센서(400)는 RESPA 제어 모듈(100)을 제공함이 없이 함께 기능한다.
도 39a 내지 도 45에 도시된 바와 같이, 주변 압력 센서(400)는 APS 하우징(401)을 포함한다. APS 하우징(401)은 APS 상측부(402) 및 APS 베이스(403)로 형성된다. APS 상측부(402) 및 APS 베이스(403)는 스냅 결합 구성으로 조립된다. APS 상측부(402) 및 APS 베이스(403)는 예를 들어 나일론 재질로 이루어질 수 있다. APS 상측부(402)는 APS 베이스(403)의 외부 플랜지(4031)에 형성된 베이스 장착 구멍(405)과 결합하기 위해 상측부 장착 구멍(404)을 갖는 외부 플랜지(4021)를 갖는다. 상측부 장착 구멍(404) 및 베이스 장착 구멍(405)을 통해 삽입된 체결구(예를 들어, 나사)를 사용하여 APS 상측부(402) 및 APS 베이스(403)가 더 조립될 때 압축 제한기로서 기능하는 삽입물(406)(예를 들어, 황동 삽입물)(404)이 상측부 장착 구멍(404)에 제공된다. 도 40a에 도시된 바와 같이, APS 상측부(402)에는 안정성을 개선하기 위해 챔퍼링된 코너(407) 및 보강 리지(strengthening ridge)(408)가 제공된다. APS 베이스(403)는 외측 플랜지(4031)들 사이에 배치된 중심부를 갖고, 이 중심부는 외측 플랜지(4031)로부터 APS 상측부(402)를 향해 그리고 이 APS 상측부 내로 돌출하는 오목하게 들어간 표면(409)이다. 오목하게 들어간 표면(409)은 APS 하우징(401) 내 압력이 신속히 변화될 수 있게 한다.
주변 압력 센서(400)는 도 42 내지 도 44에 도시된 바와 같이 인쇄 회로 기판(410)을 더 포함한다. 인쇄 회로 기판(410)은 주변 압력을 센싱하도록 구성된 압력 센서를 포함한다. 인쇄 회로 기판(410)은 CPU 및 메모리(예를 들어, RAM)를 갖는 마이크로 칩을 더 포함한다. 또한, 인쇄 회로 기판(410)은 블루투스
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능력, 와이파이 능력(예를 들어, 802.11 와이파이) 및 무선 전송을 위한 무선 능력을 가질 수 있다. 인쇄 회로 기판(410)은 고전압 보호 회로, 전자기 간섭(EMI) 회로 및 내부 기판 차폐부를 더 가질 수 있다. 전력 케이블(411)은 인쇄 회로 기판(410)에 연결되어 전력(예를 들어, 3.3V 전원 또는 5V 전원)을 인쇄 회로 기판에 제공한다. 도 44 및 도 45에 도시된 바와 같이, 전력 케이블(411)은 APS 상측부(402)에 형성된 전력 케이블 구멍(413)에 설치된 케이블 커넥터(412)를 통해 인쇄 회로 기판(410)에 연결된다. 전력 케이블(411)은 전력 케이블(411)로부터 EMI 방출을 감소시키도록 구성된 페라이트(414)를 더 구비할 수 있다.
도 44 및 도 46에 도시된 바와 같이, 주변 압력 센서(400)는 APS 개스킷(415)을 더 구비한다. APS 개스킷(415)은 예를 들어 나일론으로 만들어진 부재이고 APS 하우징(401)에 삽입된다. APS 개스킷(415)은 인쇄 회로 기판(410)을 견고하게 유지하고 인쇄 회로 기판(410)으로 진동이 전달되는 것을 감소시키기 위해 제공된다. 도 46에 도시된 바와 같이, APS 개스킷(415)은 렛지(ledge)(416), 스트랩(417) 및 절결부(cutout)(418)를 포함한다. 인쇄 회로 기판(410)은 렛지(416) 상에 배치되고, 렛지(416) 및 APS 개스킷(415)의 내벽에 의해 단단히 유지된다. 스트랩(417)은 인쇄 회로 기판(410)이 렛지(416)로부터 상방으로 이동하지 않도록 인쇄 회로 기판(410) 위로 연장된다. 절결부(418)는 전력 케이블(411)이 인쇄 회로 기판(410)과 연결하기 위해 APS 개스킷(415)을 통과할 수 있도록 제공된다.
인쇄 회로 기판(410)은, 주변 압력 센서(400) 외부의 다양한 위치에서 사용될 수 있고 주변 압력 센서(400)와 관련하여 사용되는 것으로 제한되지 않는 범용 통신 모듈로서 기능한다. 즉, 인쇄 회로 기판(410)은 주변 압력 센서(400)가 없는 경우에도 장치와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, RESPA 제어 모듈(100)이 주변 압력 판독값을 어드바이저 모듈(300)에 제공하는 전술한 실시예에서, 운전실의 외부에 별도의 주변 압력 센서(400)가 필요 없을 수 있다. 이 경우, 다양한 장치와 어드바이저 모듈(300) 사이의 통신을 제어하기 위해 운전실 내부에 사용되는 하나의 또는 복수의 인쇄 회로 기판(410)이 있을 수 있다. 하나의 이러한 배열은 먼지 모니터(600)에 관해서 이하에서 더 논의될 것이다.
공기질 모니터링 및 제어 시스템은 하나 이상의 공기 흐름 제어 밸브(500)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 공기 흐름 제어 밸브(500)는 운전실로 들어가는 공기 흐름을 제어할 수 있고, 제2 공기 흐름 제어 밸브(500)는 운전실에서 나가는 공기 흐름을 제어할 수 있어서, 운전실의 압력 방출 밸브로 기능한다. 도 52는 공기 흐름 제어 밸브(500)의 일 예시적인 실시예를 도시한다. 공기 흐름 제어 밸브(500)는 예를 들어, 폴리락트산 플라스틱 또는 사출 성형된 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다. 공기 흐름 제어 밸브(502)는 공기 흐름 제어 밸브(500)에 제공된 루버(louver)(502)의 위치를 제어하는 서보 모터(501)를 포함할 수 있다. 루버(502)는 제1 및 제2 축방향 개구(504)를 갖는 밸브 하우징(503) 내에 배치된다. 공기 흐름 제어 밸브(500)는 와이파이 가능할 수 있고 어드바이저 모듈(300)에 의해 직접 제어될 수 있다. 구체적으로, 어드바이저 모듈(300)에 의해 고유한 알고리즘이 사용되어 모든 운전실 파라미터를 모니터링하고 프리클리너(1) 및 제1 공기 흐름 제어 밸브(500)를 통한 신선한 공기의 흐름을 조절할 수 있으며, 최적의 운전자 보호를 유지하기 위해 제2 공기 흐름 제어 밸브(500)를 통한 운전실 누설을 조절할 수 있다. 예를 들어, RESPA 제어 모듈(100)은 출구(3)를 나가는 공기 흐름을 측정하여 공기 흐름 측정값을 어드바이저 모듈(300)에 보고한다. 이후, 어드바이저 모듈(300)은 루버(502)의 위치를 조절함으로써 공기 흐름 제어 밸브(500)를 조절하여 미리 결정된 신선한 공기 흡입 공기 흐름을 유지할 수 있다. 공기 흐름 제어 밸브(500)는 어드바이저 모듈(300)에 의해 이러한 방식으로 제어되어 더 많은 신선한 공기가 운전실로 들어가도록 하여 유해 가스(예를 들어, CO2) 농도를 희석시키면서 충분하고 일관된 내부 운전실 압력을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 공기질 모니터링 및 제어 시스템은 운전실 압력, 신선한 공기 흡입, 가스(예를 들어, CO2) 레벨, 및 운전실 누설을 지속적으로 모니터링하고 제어하여 가장 안전한 공기질과 최고의 HVAC 동작 효율을 생성할 수 있다.
각각의 필터(7)는 특정 공기 흐름 한계를 가질 것이다. 예를 들어, 카본 필터의 공기 흐름 한계는 50 cfm이지만 MERV16 필터의 공기 흐름 한계는 130 cfm이다. RESPA 제어 모듈(100)은 사용되는 특정 필터(7)와 관련된 공기 흐름 한계를 결정하기 위해 필터 ID 링(200)을 판독할 수 있다. RESPA 제어 모듈(100)은 이 정보를 어드바이저 모듈(300)에 제공할 수 있으며, 이 정보에 기초하여 어드바이저 모듈(300)은 제1 공기 흐름 제어 밸브(500)를 제어함으로써 공기 흐름량을 제어하는데 사용되는 알고리즘의 변수를 조절할 수 있다.
도 56 내지 도 59에는 제1 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500')가 도시되어 있다. 제1 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500')는, 예를 들어, 폴리락트산 플라스틱 또는 사출 성형된 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다. 제1 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500')는 제1 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500')에 제공된 밸브 디스크(502')의 위치를 제어하기 위해 서보 모터(501')를 포함할 수 있다. 밸브 디스크(502')는 제1 및 제2 축방향 개구(504')를 갖는 밸브 하우징(503')에 배치된다. 밸브 디스크(502')는 다월(dowel)(505')에 부착된다. 다월(505')은, 예를 들어, 폴리락트산 플라스틱 또는 사출 성형된 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다. 다월(505')은 밸브 하우징(503')의 직경에 걸쳐 연장된다. 다월(505')의 제1 단부는 다월(505')이 자유로이 회전할 수 있도록 베어링(506')에 연결된다. 다월(505')의 제2 대향 단부는 서보 모터(501')에 연결되어, 서보 모터(501')가 다월(505')을 회전시킴으로써 밸브 디스크(502')의 위치를 제어하는 것에 의해 공기 흐름을 조절할 수 있다. 제1 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500')는, 전술된 공기 흐름 제어 밸브(500)와 유사한 방식으로 와이파이 가능할 수 있고 어드바이저 모듈(300)에 의해 직접 제어될 수 있다.
제2 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500")는 도 60 내지 도 62에 도시되어 있다. 제2 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500")는, 예를 들어, 폴리락트산 플라스틱 또는 사출 성형된 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다. 제2 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500")는 제2 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500")에 제공된 두 개의 밸브 베인(502")의 위치를 제어하기 위해 서보 모터(501")를 포함할 수 있다. 밸브 베인(502")은 제1 및 제2 밸브 개구(504")를 갖는 밸브 하우징(503")에 배치된다. 밸브 베인(502")은 각각의 다월(505")에 각각 부착된다. 다월(505")은 예를 들어, 폴리락트산 플라스틱 또는 사출 성형된 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다. 다월(505")은 밸브 개구(504")의 폭을 가로 질러 연장된다. 각각의 다월(505")의 제1 단부는 다월(505")이 자유로이 회전할 수 있도록 베어링(506")에 연결된다. 각각의 다월(505")의 제2 대향 단부는 서보 모터(501")에 연결된 기어 조립체(507")를 통해 서보 모터(501")에 연결되어 서보 모터(501")는 각각의 다월(505")을 회전시켜 공기 흐름을 조절함으로써 밸브 베인(502")의 위치를 제어할 수 있다. 제2 변형된 공기 흐름 제어 밸브(500")는 전술된 공기 흐름 제어 밸브(500)와 유사한 방식으로 와이파이 가능하고 어드바이저 모듈(300)에 의해 직접 제어될 수 있다.
공기질 모니터링 및 제어 시스템은 도 54에 도시된 바와 같이 먼지 모니터(600)를 더 포함할 수 있다. 먼지 모니터(600)는 먼지 모니터(600) 및 인쇄 회로 기판(410)을 모두 수용하는 하우징(미도시) 내 혼합 플리넘(mixing plenum)(22)(아래에 설명됨) 내에 설치될 수 있다. 하우징은 먼지 모니터(600)로부터의 센서 판독을 향상시키기 위해 APS 개스킷(415)과 유사한 진동-감소 개스킷에 장착될 수 있다. 먼지 모니터(600)는 인쇄 회로 기판(410)에 연결된다. 구체적으로, 도 54에 도시된 바와 같이, 먼지 모니터(600)는 인쇄 회로 기판(410)에 형성된 출구(4101)에 연결되는 플러그(601)를 구비한다. 인쇄 회로 기판(410)은 범용 통신 모듈로서 기능하고, 먼지 모니터(600)와 어드바이저 모듈(300) 사이의 통신을 제어한다. 그 결과 먼지 모니터로부터의 먼지 농도 판독값이 인쇄 회로 기판(410)을 통해 어드바이저 모듈(300)로 전송된다. 또한, 인쇄 회로 기판(410)은 전력 케이블(411)에 의해 인쇄 회로 기판(410)에 제공된 전력으로 먼지 모니터(600)에 전력을 공급한다.
먼지 모니터(600)는 먼지를 모니터링하여 인쇄 회로 기판(410)을 통해 어드바이저 모듈(300)에 실시간 중량 먼지 측정값을 제공한다. 관련 기술에서 현재 먼지 모니터는 운전자 운전실에 영구적으로 설치되도록 설계되지 않았으며, 필드 남용 및 미립자 과부하가 발생할 수 있지만, 조심스럽고 규칙적인 교정이 필요한 실험실 스타일의 기기이다. 이러한 현재 먼지 모니터는 짧은 시간 기간 내에 높은 먼지 농도에 노출될 때 실패하는 경향이 있다. 본 명세서에 개시된 먼지 모니터(600)는 상기 문제점을 극복한다. 특히, 먼지 모니터(600)는 도 55에 도시된 바와 같이 HVAC 시스템의 덕트 작업 내의 혼합 플리넘(22) 내에 장착되도록 구성된다. 이 장착 위치는 운전실 운전자의 헤드 영역의 공기질을 모니터링할 수 있게 한다. 장착 위치는 또한 먼지 모니터(600)의 먼지 판독값의 정확성 및 수명을 보장한다. 도 55에 도시된 바와 같이, 운전실은 운전실 운전자가 앉아 있는 내부 환경(30)을 갖는다. 흡입 공기는 프리클리너(1)로부터 HVAC 시스템의 혼합 플리넘(22)으로 보내지고, 그 다음에 증발기 코어(27)를 통과한 후 팬(23)을 통해 운전실 내부 환경(30)으로 보내진다. 이후 공기는 재순환 공기(26)가 되고 이 재순환 공기는 운전자 주위를 흐르고 나서 배출구(24)를 통해 혼합 플리넘(22) 내로 다시 들어간다. 혼합 플리넘은 운전실 내 가장 청정한 위치이기 때문에 먼지 모니터(600)는 혼합 플리넘(22)에 유리하게 장착된다. 더욱이, 장착 위치는, 신선한 또는 재순환 필터 및/또는 흡입 공기 시스템에서 임의의 위반이 먼지 판독값이 증가하는 것으로 인해 먼지 모니터(600)에 의해 즉시 식별되어, 실시간 데이터 및 시스템 열화의 통지를 제공하는 것을 보장한다. 먼지 모니터(600)는 RESPA 제어 모듈(100) 및 어드바이저 모듈(300)과 통신하는 것을 통해 통합될 수 있어서, 이에 의해 동일한 컴팩트하고 능동적이며 포괄적인 운전실 공기질 시스템 내에서 견고하고 타이밍에 맞게 중량 먼지 모니터링을 제공할 수 있다.
어드바이저 모듈(300)은 다음 통지 수단, 즉 (예를 들어, 문자 메시지 또는 이메일에 의해) 통지를 송신하는 것, 청각적, 시각적, 촉각적 알람을 어드바이저 모듈(300)에 활성화시키는 것, 및 운전실의 상측부에서 알람 광 및/또는 청각적 알람 신호를 활성화시키는 것 중 하나 이상에 의해 운전실 내 알람 상태를 적절한 당사자에게 통지하도록 구성될 수 있다. 다른 통지 수단도 생각할 수 있다. 이러한 통지는 전술된 운전실 내의 공기를 모니터링하고 제어함과 동시에 어드바이저 모듈(300)에 의해 수행될 수 있다.
어드바이저 모듈(300)은, 센서로부터의 데이터를 수신하고 센서로부터의 데이터에 기초하여 운전실 내의 공기 환경을 자동으로 제어함으로써 운전실 내의 안전하고 일관된 압력 및 CO2 레벨을 자동으로 및 자율적으로 유지할 수 있다.
기존의 공기 프리클리너 하우징은 하류로 전달되는 열을 흡수한다. 본 명세서에 개시된 실시예는 프리클리너 하우징(11) 내의 소용돌이 회오리성 공기 흐름(swirling tornadic airflow)을 이용하여 프리클리너 하우징 벽으로부터 오는 가열된 공기를 필터 캡 상의 토출 포트(들)(5)를 통해 프리클리너 하우징(11) 밖으로 이동시킴으로써 열 전달을 감소시킬 수 있다. 이 고유한 기능은 두 가지 중요한 기능을 수행하는데, 즉 이 기능은 공기 흐름으로부터 입자를 제거하고 나서 입자를 환경으로 다시 토출함과 동시에 프리클리너 하우징(11)으로부터 열을 제거하는 것이다. 그 결과 엔진으로 들어오는 공기는 주변 공기 온도에 훨씬 더 가깝다.
어드바이저 모듈(300)은 또한 중요한 테스트 및 검증 기능을 제공할 수 있다. 어드바이저 모듈(300)은 시스템을 통과하는 공기 흐름, 필터 부하 및 필터 수명, 필터(7)의 자가 클리닝 속성, 시스템을 통과하는 가스의 유형 및 양, 주변 공기 및 시스템 출구 공기의 온도 차, 및 프리클리너(1) 내 모터의 성능을 포함하는 다양한 파라미터를 연속적이고 실시간으로 사용 중에 테스트할 수 있다. 어드바이저 모듈(300)은 공기질에 영향을 미치는 운전실 및 장치 내의 공기질과 관련된 다른 파라미터를 더 테스트할 수 있다.
(5) 모니터링 및 제어 공정의 설명
처음, 필터 ID 링(200)이 공기 필터에 부착된 (예를 들어, 접착된) 상태에서 공기질 모니터링 및 제어 시스템이 수립되고 있을 때, 필터 ID 링(200)이 공기 프리클리너(1)의 2개의 고정 베인(13) 사이에 미리 설치되어 있는 RESPA 제어 모듈(100)에 인접하도록 공기 필터는 프리클리너 하우징 내에 배치될 수 있다. RESPA 제어 모듈(100)과 필터 ID 링(200)은 위에 논의된 바와 같이 RCM 안테나 기판(118)을 사용하여 서로 자동으로 동기화될 수 있다. RESPA 제어 모듈(100)은 또한 어드바이저 모듈(300)과 자동으로 동기화될 것이다.
필터 ID 링(200)과 자동으로 동기화할 때, RESPA 제어 모듈(100)은 필터 ID 링(200)에 미리 로깅된 정보를 판독하고 이 정보를 어드바이저 모듈(300)에 중계할 수 있다. 전술된 바와 같이 이 정보는 공기 필터(7)의 사용량을 포함할 수 있고 이에 기초하여 RESPA 제어 모듈(100) 및/또는 어드바이저 모듈(300)은 공기 필터(7)의 수명의 만료를 결정하기 위해 클록을 설정할 수 있다. 필터 ID 링(200)을 검출하지 못하면 시스템은 경고를 출력하거나 종료할 수 있다.
활동하는 운전실 내에서 동작하는 동안, 어드바이저 모듈(300)이 시스템의 다양한 센서로부터 자동으로 수신하고 자동으로 분석한 데이터를 사용하여 어드바이저 모듈(300)은 압력 상태 및 가스 농도를 포함하여 운전실 내의 환경과 관련된 모든 파라미터를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
어드바이저 모듈(300)은 운전실 환경을 제어하는 조치를 자동으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 어드바이저 모듈(300)이 운전실 내의 압력 상태 또는 특정 가스(예를 들어, CO2)의 농도가 최적이 아니라고 결정하면, 어드바이저 모듈(300)은 공기 흐름 제어 밸브(500)를 제어하여 운전실로부터 공기를 방출할 수 있다. 또한, 어드바이저 모듈(300)은 공기 프리클리너(1)의 브러시리스 팬 모터(28)의 속력을 변경하기 위해 RESPA 제어 모듈(100)에 명령을 내릴 수 있다. 이러한 방식으로, 어드바이저 모듈(300)은 운전실 운전자에게 최적이고 안전한 환경을 제공하기 위해 운전실 환경을 연속적으로 모니터링하고 조절하도록 구성된다.
한편, 어드바이저 모듈(300)이 운전실 외부의 대기가 위험하거나 또는 다른 문제가 있다고 판단하면, 어드바이저 모듈(300)은 공기 흐름 제어 밸브(500) 및 공기 프리클리너(1)를 (RESPA 제어 모듈(100)에 의해) 제어하여 외부 공기가 운전실로 들어오는 것을 방지할 수 있다.
또한, 어드바이저 모듈(300)은 유해 가스 농도, 필터 수명의 만료, 및 운전실의 운전자, 소유자 및/또는 관리자에게 제공되어야 하는 다른 통지를 나타내는 다양한 형태의 알람(청각적, 시각적, 촉각적)을 방출할 수 있다.
(6) 유리한 효과
전술한 예시적인 실시예에 따른 공기질 모니터링 및 제어 시스템은 다음을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 장점을 제공한다.
RESPA 제어 모듈(100), 필터 ID 링(200), 어드바이저 모듈(300) 및 시스템의 다른 센서 간의 통신에 기초하여, 시스템은 운전실 환경을 연속적으로 실시간 모니터링한다. 그 결과 이 시스템은 주변 환경의 건강뿐만 아니라 운전자의 건강과 안전을 증진한다.
공기질 모니터링 및 제어 시스템은, 다양한 센서로부터 오는 데이터를 분석하고 필요시 운전실 환경을 변경하기 위해 시스템의 장치를 자동으로 조절함으로써 운전실 내에 원하는 환경을 지속적으로 자동으로 유지한다. 그 결과 운전자 또는 다른 당사자가 환경을 활동적으로 모니터링하고 조절할 필요가 없다.
어드바이저 모듈(300)은 운전자 및/또는 외부 관리자에게 지속적으로 데이터를 출력하고 통지를 제공하여 관련된 모든 당사자가 운전실 환경의 상태를 통지받을 수 있도록 한다. 따라서 정보의 흐름이 보다 신속하고 원활하게 이루어지므로 운전자 또는 관리자가 운전실 환경의 상태를 검사하고 결정하려고 시도할 필요가 없다.
어드바이저 모듈(300)은, RESPA 제어 모듈(100) 및 다른 센서들과 상호 작용함으로써, 공기 흐름, 공기질, 공기 온도, 필터(7)에서의 압력 강하, 공기 프리클리너(1) 외부와 내부 사이의 온도 차, 필터 수명, 및 기타 파라미터를 제어하여 원하는 운전실 환경이 달성되고 유지되는 것을 보장한다. 어드바이저 모듈(300)에 의해 엔진 흡입 시스템을 제어하는 것은 또한 엔진 성능 및 연료 효율을 향상시킨다.
필요에 따라, 어드바이저 모듈(300)은 공기 프리클리너(1)의 공기 흐름 제어 밸브(500) 및 팬 모터(28)를 제어하여 내부 운전실 환경을 밀봉 및 정화하고, 운전실 내 압력을 안정화시키고, 적절한 가스 농도를 유지함으로써, 운전자의 건강과 안전을 보장할 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은 공기 프리클리너(1) 내의 3개의 별개의 공기 흐름의 압력 및 다른 파라미터를 연속적으로 측정하고 보고한다. 이러한 상이한 측정값에 기초하여, 어드바이저 모듈(300)은 운전실 환경을 더 잘 검출하고 제어할 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100) 및 어드바이저 모듈(300)의 센서에 제공된 통합된 가속도계는 높은 진동 환경에서 RESPA 제어 모듈(100) 및 어드바이저 모듈(300)이 정확히 기능하도록 하는 알고리즘을 적용할 수 있게 한다. 그리하여, 높은 진동 환경으로 인해 측정 및 센싱 데이터가 열화되는 것이 억제될 수 있다.
센서로부터의 판독값에 기초하여, 모터 제어 모듈(40)은 팬 모터(28)를 턴오프하거나 팬 모터(28)의 속력을 조절하여 압력을 증가시키거나 필터(7)에서의 압력 강하를 극복할 수 있다. 따라서, 어드바이저 모듈(300)과 같이, RESPA 제어 모듈(100)은 바람직하지 않은 환경 상태에 자동으로 응답하여 운전실을 원하는 환경으로 복귀시키는 조치를 취한다.
프로그래밍된 동작 파라미터가 위반된 경우, RESPA 제어 모듈(100)은 알람 메시지가 어드바이저 모듈(300)에 송신되게 하거나, 또는 어드바이저 모듈(300)이 알람을 출력하는 결정을 내릴 수 있다. 그리하여 운전자 및 관련된 다른 당사자는 운전실 환경과 관련된 문제와 위험을 자동으로 통보받을 수 있다. 이러한 통지는 운전실 내 공기를 모니터링하고 제어함과 동시에 어드바이저 모듈(300)에 의해 수행될 수 있다.
RESPA 제어 모듈(100)은 RCM 안테나 기판(118)을 제어하여 프리클리너 하우징(11) 내로 전기장을 전파한다. 이 전기장은 필터 ID 링(200)에 전력을 제공하고, RESPA 제어 모듈(100)과 필터 ID 링(200) 사이에 양방향 통신 채널을 형성하여, RESPA 제어 모듈(100)과 필터 ID 링(200) 사이에 연속적인 통신을 가능하게 한다. 따라서, 필터 ID 링(200)을 위한 추가적인 전력원이 필요 없고, 나아가 RESPA 제어 모듈(100) 및 필터 ID 링(200) 사이에 추가적인 통신 수단도 필요치 않다.
현재, 반경방향 필터 구성은 필터가 0 내지 360도의 임의의 배향으로 프리클리너 하우징에 배치될 수 있게 한다. 그러나, 현재의 RFID 기술은 태그 판독기가 필터의 RFID 태그에 근접하게 배치되어야 할 것을 요구하고, 또한 RFID 태그가 전기 전력을 수신할 것을 요구한다. 이것은, 필터가 프리클리너 하우징 내에 특정 배향으로 배치될 때, 태그 판독기가 RFID 태그를 판독하지 못할 수 있고, 또한 RFID 태그가 전력원에 플러깅될 수 없다고 하는 문제를 야기한다. 본 명세서에 개시된 RESPA 제어 모듈(100) 및 필터 ID 링(200)은 프리클리너 하우징(11) 내 필터 배향에 관계없이 RESPA 제어 모듈(100)과 필터 ID 링(200) 사이의 통신을 보장함으로써 이러한 문제를 극복한다. 또한 RESPA 제어 모듈(100)의 RCM 안테나 기판(118)에 의해 전파되는 전기장은 필터 ID 링(200)의 마이크로 칩을 통전시킴으로써, 필터 ID 링(200)이 전력원에 플러깅될 필요성을 제거한다.
현재의 필터 기술에 의해 야기된 또 다른 문제점은 필터가 일반적으로 패러데이 케이지로서 효과적으로 작용하는 금속 보호 스크린 및/또는 다른 금속 함유물을 가져서, 저전력 RFID 신호를 방해하고 RFID 태그가 태그 판독기에 액세스할 수 없게 하는 것이다. 본 명세서에 개시된 RESPA 제어 모듈(100) 및 필터 ID 링(200)은 프리클리너 하우징(11) 내에서 서로에 대해 특정 배향 및 위치를 가짐으로써 이러한 문제를 극복하여, RCM 안테나 기판(118)에 의해 전파되는 전기장을 사용하여 안테나선(124) 및 안테나선(201)을 통해 일관된 효율적인 통신을 보장한다. 따라서, 이러한 통신은 패러데이 케이지로서 작용하는 임의의 요소에 의해 방해받지 않는다.
RESPA 제어 모듈(100)은 지속적으로 업데이트된 필터 사용 이력을 유지하면서 데이터를 필터 ID 링(200)에 지속적으로 로깅한다. 제조 지점에서 필터 ID 링(200)에 미리 저장된 데이터와 조합하여, 필터 ID 링(200) 내의 RESPA 제어 모듈(100)에 의해 데이터를 이렇게 일정하게 실시간으로 로깅하면 필터(7)가 미리 결정된 수명을 넘어 사용되지 않는 것을 보장한다. 개조되거나 이전에 사용된 필터는, 하나의 차량으로부터 다른 차량으로 옮겨졌다 하더라도, 식별될 수 있어서 그 사용이 제한되거나 방지될 수 있다.
어드바이저 모듈(300) 및 RESPA 제어 모듈(100)은 최대 255개의 센서와 동시에 통신할 수 있다. 그 결과 어드바이저 모듈(300)은 운전실 내부 및 외부의 다양한 파라미터를 나타내는 다양한 센서 데이터를 수신하고 자동으로 분석할 수 있어서, 어드바이저 모듈(300)에 의해 내려진 결정 및 어드바이저 모듈(300)에 의해 취해진 조치를 개선하여 최적의 운전실 환경을 보장한다.
어드바이저 모듈(300)은, 근처 센서와 자동으로 동기화하고 센서 데이터를 사용하여 운전자 환경을 자동으로 변화시키도록 구성된다. 따라서, 개시된 시스템은 운전실 환경 내의 잠재적인 위협에 즉각 응답을 제공한다.
어드바이저 모듈(300)은 필터 유형, 사용된 필터 시간, 압력 차, CO2 농도, 및 다른 파라미터와 같은 데이터를 실시간으로 디스플레이하는 디스플레이 스크린(308)을 제공할 수 있다. 그 결과 운전자는 운전실 환경을 더 잘 이해하고 분석할 수 있다.
어드바이저 모듈(300)은 센서를 사용하여 운전실 내 CO2 농도, 호흡 가능한 먼지 농도, 신선한 공기 흡입, 운전실 공기 누설 및 유독 가스 농도를 모니터링할 수 있다. 이후, 이에 응답하여, 어드바이저 모듈(300)은 모든 공기가 운전실로 들어가는 것을 차단하고 유독 가스가 없는 청정 공기가 운전실에 채워지도록 할 수 있다. 따라서, 어드바이저 모듈(300)은, 센서로부터 데이터를 수신하고 센서로부터의 데이터에 기초하여 운전실 내 공기 환경을 자동으로 제어함으로써 운전실 내 안전하고 일관된 압력 및 CO2 레벨을 자동으로 및 자율적으로 유지한다.
중요한 테스트 및 검증 기능은 또한 어드바이저 모듈(300)에 의해 수행된다. 시스템을 통과하는 공기 흐름, 필터 부하 및 필터 수명, 필터(7)의 자가 클리닝 속성, 시스템을 통과하는 가스의 유형 및 양, 주변 공기와 시스템 출구 공기의 온도 차, 및 공기 프리클리너(1)에서의 모터(28)의 성능을 포함하는 다양한 파라미터를 연속적이고 실시간으로 사용 중에 테스트하면 운전실 환경을 모니터링하고 운전자 및 기타 사람들이 환경이나 운전실 자체를 개선하고 개조하는 것을 향상시킬 수 있다.
개시된 공기질 모니터링 및 제어 시스템은 운전실 내 공기질의 잠재적 위협으로부터 운전자를 포괄적으로 보호한다.
이상, 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하였다. 상기 예시적인 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐, 본 발명은 상세한 실시예로 제한되지 않는다는 것이 주목된다. 본 명세서에 기술된 실시예에 다양한 변경 및 수정이 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것으로 이해된다. 이러한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 의도된 장점을 감소시키지 않고 행해질 수 있다. 따라서, 이러한 변경 및 수정은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 공기질 시스템으로서,
    길이방향 축을 따라 연장되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 프리클리너(precleaner) 하우징과, 상기 프리클리너 하우징 내에 상기 길이방향 축을 따라 연장되어 배치되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 필터를 구비하는 공기 프리클리너;
    상기 프리클리너 하우징 내 제1 위치에 위치되고 상기 필터에 장착되는 필터 식별 요소; 및
    상기 프리클리너 하우징 내 제2 위치에 위치된 제어 모듈을 포함하고,
    상기 제어 모듈은 전기장을 방출하고, 방출된 전기장을 통해 상기 필터 식별 요소와 통신하도록 구성되고,
    상기 프리클리너 하우징의 내부는 공기가 통과하는 내부 통로를 형성하고,
    상기 제어 모듈은 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는 제1 안테나를 갖고,
    상기 필터 식별 요소는 상기 길이방향 축을 따라 상기 제1 안테나에 대향 배치되고, 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는 제2 안테나를 갖고,
    상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나를 통해 상기 전기장을 방출하고,
    상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 데이터를 교환함으로써 상기 필터 식별 요소와 통신하며,
    상기 제어 모듈의 상기 제1 안테나는 상기 프리클리너 하우징 내에서 원주 방향으로 연장되어 배치되는, 공기질 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 상기 제2 위치와 상이한 제3 위치에 배치된, 공기질 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나의 주파수에 동조되는, 공기질 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 센서를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 센서로부터 데이터를 수신하고 분석하는, 공기질 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    모듈 하우징;
    복수의 센서로서, 상기 복수의 센서는 상기 모듈 하우징 내에 수용되고, 상기 복수의 센서는, 상기 프리클리너 하우징 외부의 주변 공기, 상기 필터의 상류 상기 프리클리너 하우징 내 흡입 공기, 및 상기 필터의 하류 상기 프리클리너 하우징의 출구의 출구 공기 중 적어도 하나의 공기의 압력, 온도 및 습도 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된, 상기 복수의 센서; 및
    상기 모듈 하우징의 외부에 배치된 제1 안테나를 포함하는, 공기질 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은 복수의 구획을 포함하고, 상기 구획들 각각은 상기 복수의 센서 중 각각의 센서를 수용하는, 공기질 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 제1 센서는 상기 복수의 구획 중 제1 구획에 배치되고;
    상기 모듈 하우징은 상기 제1 구획과 연통하는 제1 구멍을 갖고; 및
    제1 튜브는 상기 주변 공기와 상기 출구 공기 중 하나와 상기 제1 센서 사이를 연통시키기 위해 상기 제1 구멍 내에 배치된, 공기질 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 필터 식별 요소는 제2 안테나, 마이크로 칩, 및 하나 이상의 커패시터를 포함하는, 공기질 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 데이터는 상기 제어 모듈로부터 상기 필터 식별 요소로 전송되고, 상기 필터 식별 요소에 레코드되는, 공기질 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 데이터는 상기 필터의 사용량 및 상기 필터의 식별을 나타내는 필터 데이터를 포함하고, 상기 필터 데이터는 상기 필터 식별 요소에 레코드되는, 공기질 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 데이터는 상기 필터 식별 요소로부터 상기 제어 모듈로 전송되고;
    상기 제어 모듈은 하나 이상의 외부 장치로 상기 데이터를 출력하는, 공기질 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나에 의해 방출된 상기 전기장은 상기 필터 식별 요소에 전기 전력을 제공하는, 공기질 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 전기장을 통해 상기 필터 식별 요소로부터 데이터를 연속적으로 판독하고 상기 필터 식별 요소에 상기 데이터를 연속적으로 기록하는, 공기질 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프리클리너 하우징의 외부에 배치된 어드바이저(advisor) 모듈을 더 포함하고, 상기 어드바이저 모듈은 상기 제어 모듈과 통신하며 상기 제어 모듈로부터 제어 모듈 데이터와 필터 식별 요소 데이터를 획득하도록 구성된, 공기질 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 어드바이저 모듈은 가스 농도와 압력 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된 복수의 센서를 포함하는, 공기질 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 공기질 시스템 내로 및/또는 상기 공기질 시스템 밖으로 공기 흐름을 제어하도록 구성된 공기 흐름 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 어드바이저 모듈은 상기 제어 모듈로부터 상기 어드바이저 모듈로 전송되는 공기 흐름 측정값에 기초하여 상기 공기 흐름 제어 밸브를 제어하도록 구성된, 공기질 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 공기질 시스템의 혼합 플리넘에 배치된 먼지 모니터를 더 포함하고;
    상기 어드바이저 모듈은 상기 먼지 모니터와 통신하며 먼지 측정값을 수신하고 상기 먼지 측정값에 기초하여 상기 공기 흐름 제어 밸브를 제어하도록 구성된, 공기질 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    주변 압력을 센싱하도록 구성된 주변 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 어드바이저 모듈은, 상기 주변 압력 센서와 통신하며 주변 압력 데이터를 획득하고, 상기 주변 압력 센서로부터 상기 어드바이저 모듈로 전송되는 상기 주변 압력 데이터에 기초하여 상기 공기 흐름 제어 밸브를 제어하도록 구성된, 공기질 시스템.
  19. 공기질 시스템을 모니터링하는 방법으로서,
    운전자에 의해 동작되는 운전실 외부에 공기 프리클리너를 제공하는 단계로서, 상기 공기 프리클리너는 길이방향 축을 따라 연장되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 프리클리너(precleaner) 하우징과, 상기 프리클리너 하우징 내에 상기 길이방향 축을 따라 연장되어 배치되고 실질적으로 튜브 형상을 갖는 필터를 구비하는, 상기 공기 프리클리너를 제공하는 단계;
    상기 프리클리너 하우징 내 제1 위치에 위치되고 상기 필터에 장착되며, 제2 안테나를 갖는 필터 식별 요소를 제공하는 단계;
    상기 프리클리너 하우징 내 제2 위치에 위치되고, 제1 안테나를 갖는 제어 모듈을 제공하는 단계;
    상기 제어 모듈의 상기 제1 안테나에 의해, 상기 프리클리너 하우징 내에 방출된 전기장을 제공하는 단계로서, 상기 제어 모듈은 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 데이터를 교환함으로써 상기 방출된 전기장을 통해 상기 필터 식별 요소와 통신하는, 상기 전기장을 제공하는 단계;
    상기 제어 모듈로부터 제어 모듈 데이터 및 필터 식별 요소 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 제어 모듈 데이터 및 상기 필터 식별 요소 데이터에 기초하여 상기 공기질 시스템을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 제어 모듈의 상기 제1 안테나는 상기 프리클리너 하우징 내에서 원주 방향으로 연장되어 배치되고, 상기 프리클리너 하우징의 내부는 공기가 통과하는 내부 통로를 형성하고, 상기 제1 안테나는 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸고, 상기 제2 안테나는 상기 길이방향 축을 따라 상기 제1 안테나에 대향 배치되고 상기 길이방향 축의 원주 방향으로 상기 내부 통로를 둘러싸는, 공기질 시스템을 모니터링하는 방법.
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