KR102267285B1 - 산소공급환기시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

산소공급환기시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산소공급환기시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산소공급장치와 환기시스템이 결합된 산소공급환기시스템에서 산소공급과 환기를 연동하여 제어함으로써, 에너지 효율을 높이면서 동시에 보다 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있는 산소공급환기시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

Description

산소공급환기시스템 및 이의 제어방법 {Oxygen Providing Ventilation System and Controlling Method Thereof}
본 발명은 산소공급환기시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산소공급장치와 환기시스템이 결합된 산소공급환기시스템에서 산소공급과 환기를 연동하여 제어함으로써, 에너지 효율을 높이면서 동시에 보다 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있는 산소공급환기시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 아파트, 공장, 사업장 등의 건물에서 생산활동이나 냉난방, 취사 등의 일상 생활을 포함한 각종 인간활동에 의해 이산화탄소가 발생하고, 상대적으로 산소가 부족해져 답답함을 느끼거나 심한 경우 호흡 곤란을 느끼게 되는 등의 문제점이 있다.
또한, 최근 증가한 미세먼지 때문에, 건물에서의 창을 개방하지 못하고, 내부의 실내 공기청정기를 가동하는 형태로 실내의 공기를 조절하는 경우가 많은데, 이 경우, 호흡에 의하여 내부적으로 산소의 함량이 지속적으로 줄어드는 경우가 상당수 존재한다. 따라서, 최근 실내에서 보다 신선한 산소를 마시면서 보다 쾌적하고 안락한 삶을 살고자 하는 사람들의 욕구도 커지고 있는 실정이다.
특히, 최근에는 웰빙 열풍이 불면서 이러한 욕구가 더욱 커지고 있다. 따라서, 빌딩이나 아파트 또는 빌라 등의 건물 내부에 산소발생기를 설치하여 부족한 산소를 공급하는 경우가 있다.
한편, 이와 같은 산소발생기는 단위 세대별로 발코니 또는 실외기실에 별도의 장치로 구비되는 산소발생기를 설치하고, 외기를 유입하여 산소를 발생시켜 실내에 산소를 공급하는 것이 일반적이었다.
한편, 전열교환기 등의 환기모듈 혹은 환기시스템은 아파트 등의 다양한 건물에 구비되어 있다. 환기모듈은 팬 등을 이용하여, 실내의 공기를 외부로 배출하고, 외부 공기를 실내로 유입하는 기능을 기본적으로 수행하고, 추가적으로 실내에서 외부로 흐르는 공기와 외부에서 실내로 흐르는 공기 사이에 열교환을 수행함으로써, 냉난방 효율을 높이는 기능이 추가될 수 있다. 이와 같은 전열교환기는 실내 환경을 센싱하여 이에 따라 자동화된 프로그램에 따라 동작할 수도 있고, 전열교환기 내부에 미세먼지 필터 등의 유해물질을 저감하기 위한 추가적인 수단 등이 구비되고 있었다.
종래의 기술에서는, 환기모듈과 산소발생기는 별도의 장치로서, 이에 대한 통합형 장치 혹은 통합형 제어가 없었다. 따라서, 환기모듈은 수동적 혹은 자동적으로 독립적으로 동작하고, 산소발생기 역시 수동적 혹은 자동적으로 독립적으로 동작하고, 이에 따라 사용자의 조작이 번거롭거나 혹은 두 장치의 독립적인 동작에 의하여 비효율적인 동작이 발생할 수 있다.
예를 들어, 산소발생기가 동작하여 실내에 산소를 공급하고 있는데, 환기장치가 동시에 동작하는 경우에, 공급된 산소가 환기장치를 통하여 외부로 배출이 됨으로써, 산소공급효율을 저해할 수 있다.
[선행기술문헌]
1. 한국등록특허 10-0719833 “건물용 산소공급시스템”
2. 한국등록특허 10-1969263 “산소 챔버용 산소 공급 장치”
3. 한국공개특허 10-2019-0022133 “산소 집중 공급장치”
본 발명의 목적은 산소공급장치와 환기시스템이 결합된 산소공급환기시스템에서 산소공급과 환기를 연동하여 제어함으로써, 에너지 효율을 높이면서 동시에 보다 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있는 산소공급환기시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, 산소공급환기시스템의 제어방법으로서, 상기 산소공급환기시스템은 내기와 외기의 교환을 수행하는 환기모듈; 내기로 산소를 공급하는 산소공급모듈; 내부의 산소의 농도를 센싱하는 O2센서; 내부의 CO2농도를 센싱하는 CO2센서; 상기 O2센서 및 상기 CO2센서로부터 센싱된 정보를 포함하는 센싱정보에 기초하여 상기 산소공급모듈 및 상기 환기모듈의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 산소의 농도가 목표산소농도 이하이고, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 이상 동안 증가이고, 상기 환기모듈이 동작하지 않는 경우에 상기 산소공급모듈을 동작시키고, 상기 컨트롤러는 상기 환기모듈과 상기 산소공급모듈은 동시에 동작하지 않도록 하고, 상기 컨트롤러는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 상태를 기설정된 기간 이상으로 유지되는 경우 상기 환기모듈을 동작시키고, 상기 산소공급모듈의 동작을 정지시키는, 산소공급환기시스템의 제어방법를 제공한다.
본 발명의 몇 실시예들에서는, 상기 컨트롤러는 환기모듈이 온에서 오프가 되는 시점에서, O2농도가 목표산소농도 이하인 경우에, 상기 산소공급모듈을 동작시킬 수 있다.
본 발명의 몇 실시예들에서는, 상기 컨트롤러는, 산소공급모듈이 동작하고 있는 기설정된 기간 동안 CO2농도가 감소하는 경우에, 상기 산소공급모듈의 동작을 정지할 수 있다.
본 발명의 몇 실시예들에서는, 상기 컨트롤러는 상기 환기모듈이 동작하고 있지 않는 구간에서, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가하였고, 상기 CO2농도가 재실감지농도 이상인 경우에는 상기 산소공급모듈을 동작시키고, 상기 컨트롤러는 상기 환기모듈이 동작하고 있지 않는 구간에서, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 감소하였고, 상기 CO2농도가 퇴실감지농도 이하인 경우에는 상기 산소공급모듈을 중단시킬 수 있다.
본 발명의 몇 실시예들에서는, 상기 컨트롤러는 상기 CO2농도가 제1구간에서는 제1감소세기준 이상의 감소세로 감소하고, 제1구간 이후의 제2구간에서는 제2감소세기준 이하의 감소세로 감소하거나 기설정된 범위 내에서 유지되는 경우에, 상기 환기모듈을 기설정된 기간 동안 동작시킬 수 있다.
본 발명의 몇 실시예들에서는, 상기 컨트롤러는, 상기 CO2농도의 증가율에 기초하여 상기 산소공급모듈의 시간당 산소공급량을 결정할 수 있다.
본 발명의 몇 실시예들에서는, 상기 컨트롤러는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 조건을 포함하는 환기구동조건을 만족시키는 경우에 상기 환기모듈을 동작시키고, CO2농도가 환기정지농도 이하인 조건을 포함하는 환기정지조건을 만족시키는 경우에 상기 환기모듈을 정지시키고, 상기 환기동작농도 혹은 상기 환기정지농도는 상기 컨트롤러가 수신하는 외기의 온도 혹은 일시정보에 따라 결정될 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는, 산소공급환기시스템으로서, 상기 산소공급환기시스템은 내기와 외기의 교환을 수행하는 환기모듈; 내기로 산소를 공급하는 산소공급모듈; 내부의 산소의 농도를 센싱하는 O2센서; 내부의 CO2농도를 센싱하는 CO2센서; 상기 O2센서 및 상기 CO2센서로부터 센싱된 정보를 포함하는 센싱정보에 기초하여 상기 산소공급모듈 및 상기 환기모듈의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 산소의 농도가 목표산소농도 이하이고, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 이상 동안 증가이고, 상기 환기모듈이 동작하지 않는 경우에 상기 산소공급모듈을 동작시키고, 상기 컨트롤러는 상기 환기모듈과 상기 산소공급모듈은 동시에 동작하지 않도록 하고, 상기 컨트롤러는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 상태를 기설정된 기간 이상으로 유지되는 경우 상기 환기모듈을 동작시키고, 상기 산소공급모듈의 동작을 정지시킬 수 있는, 산소공급환기시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실내 공간 점유를 최소화하면서 환기 및 산소공급을 원활하게 할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통합컨트롤러에 의하여 산소공급 및 환기를 제어함으로써, 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산소공급장치와 환기모듈의 동작에 따른 에너지 소모량을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실내의 공기질에 있어서, CO2 농도와 산소 농도를 적정수준으로 연동하여 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산소공급장치에 의한 산소공급 효율을 최대화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 겨울 또는 여름과 같이 외기와 내기의 온도차이가 큰 경우에 산소와 환기 동작의 기준치값을 다르게 하여 난방 또는 냉방 에너지 효율을 높이는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소공급환기시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 창호형 산소공급환기시스템의 형태를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소공급모듈 및 환기모듈의 동작에 따른 실내의 CO2 및 O2농도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소공급모듈 및 환기모듈의 동작에 따른 실내의 CO2 및 O2농도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 실내 환경의 변화에 따른 CO2농도의 변화를 개략적으로 도시한다.
도 6은 재실인원수에 따른 실내의 CO2 및 O2 농도의 변화를 개략적으로 도시한다.
도 7은 환기시스템만 존재하는 경우에서의 CO2 및 O2 농도의 변화를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 환경 변화에 따른 산소공급모듈 및 환기모듈의 동작에 따른 실내의 CO2 및 O2농도를 개략적으로 도시한다.
도 9는 환기모듈(300)만이 독립적으로 동작시키는 경우에서의 실내 환경의 변화 및 누적에너지 사용량을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명에서와 같이 산소공급모듈과 환기모듈을 연동하여 동작시키는 경우에서의 실내 환경의 변화 및 누적에너지 사용량을 개략적으로 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 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 0의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소공급환기시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
상기 산소공급환기시스템은 내기와 외기의 교환을 수행하는 환기모듈(300); 내기로 산소를 공급하는 산소공급모듈(140); 내부의 산소의 농도를 센싱하는 O2센서 및 내부의 CO2농도를 센싱하는 CO2센서를 포함하는 센서부(400); 상기 O2센서 및 상기 CO2센서로부터 센싱된 정보를 포함하는 센싱정보에 기초하여 상기 산소공급모듈(140) 및 상기 환기모듈(300)의 동작을 제어하는 컨트롤러(200)를 포함한다.
구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 산소공급시스템(100)은, 소스물질로부터 산소를 발생시키는 산소발생기(110); 상기 산소발생기(110)에서 발생된 산소를 일정압력으로 공급시키게 하는 레귤레이터(120); 상기 레귤레이터(120)에서 공급되는 산소를 일정한 양으로 산소의 토출유량을 조절하는 오리피스(130); 및 상기 오리피스(130)로부터 유입된 산소를 세대로의 공급량을 조절하는 밸브(141); 상기 밸브(141)를 통하여 토출되는 산소를 세대 내부로 공급시키는 산소공급디퓨져(142)를 포함한다.
상기 산소공급모듈(140)은 상기 밸브(141) 및 상기 산소공급디퓨져(142)를 포함하고, 실시예에 따라서는 전술한 산소발생기(110), 레귤레이터(120), 및 오리피스(130) 중 1 이상을 포함할 수 있다.
상기 산소발생기(110), 레귤레이터(120), 및 오리피스(130) 중 1 이상은 세대 외부에 배치될 수 있다. 일 실시예에서는 상기 산소발생기(110)는 복수의 세대가 공용으로 사용하는 형태로 구현될 수 있다.
한편, 상기 컨트롤러(200)는 상기 밸브(141)의 개도를 제어함으로써, 세대내부로 공급되는 산소의 유량을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는 상기 컨트롤러(200)는 상기 산소공급모듈(140)의 밸브(141) 및 상기 환기모듈(300)에 모두 연결되어 있고, 상기 산소공급모듈(140)과 상기 환기모듈(300)의 동작을 통합적으로 제어함으로써, 에너지 효율을 높히면서, 내부 쾌적정도를 매우 양호한 수준으로 제어할 수 있다.
도 1에서는 상기 센서부(400)는 컨트롤러(200)에 연결되어 센서부에서 센싱된 값을 컨트롤러(200)로 송신하는 형태로 도시되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 센서부는 상기 환기모듈(300) 또는 산소공급모듈(140)에 연결되어 센서부(400)에서 센싱된 값을 컨트롤러(200)로 송신하는 형태를 포함할 수 있다.
상기 센서부는 전술한 바와 같이, 기본적으로 O2센서, 및 CO2센서를 포함하고, 추가적으로 VOC센서, 미세먼지 센서, 온도 센서 등을 더 포함할 수 있다.
도 1에서는 상기 컨트롤러(200)는 산소공급모듈(140)과 환기모듈을 제어하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 컨트롤러(200)는 냉난방기, 냉방기, 난방기, 제습기, 혹은 가습기에 직접적 혹은 간접적으로 연결되어, 냉난방기, 냉방기, 난방기, 제습기, 혹은 가습기를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 창호형 산소공급환기시스템의 형태를 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 산소공급모듈(140) 및 상기 환기모듈(300)은 창호에 결합되는 형태로 구현될 수 있다. 이와 같은 형태로서, 실내에서 환기모듈(300) 및 산소공급모듈(140)이 차지하는 공간을 최소화하고, 별도의 환기모듈(300)을 위한 덕트없이 환기 효율을 최대화할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 컨트롤러(200) 및 상기 센서부는 상기 환기모듈(300)에 구비된 형태에 해당할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소공급모듈(140) 및 환기모듈(300)의 동작에 따른 실내의 CO2 및 O2농도를 개략적으로 도시한다.
상기 컨트롤러(200)에서의 산소공급모듈(140)의 기본동작조건은 다음과 같다.
1) 산소의 농도가 목표산소농도 이하임
2) 상기 CO2농도가 기설정된 기간 이상 동안 증가임.
3) 상기 환기모듈(300)이 동작하지 않음
혹은, 1) 환기모듈(300)이 ON->OFF가 되는 시점(환기모듈(300)의 외기 유입 환기가 ON->OFF가 되는 시점)에서 O2농도가 목표산소농도 이하인 경우
또한, 컨트롤러(200)에서의 산소공급모듈(140)과 상기 환기모듈(300)의 상호제어조건은 다음과 같다.
1) 상기 환기모듈(300)과 상기 산소공급모듈(140)은 동시에 동작하지 않음 (더욱 상세하게는, 환기모듈(300)의 외기 유입 환기가 동작되지 않는 것)
상기 컨트롤러(200)에서의 환기모듈(300)의 기본동작조건은 다음과 같다. 하기의 환기모듈(300)의 기본동작조건
1) CO2농도가 환기동작농도 이상이거나 혹은 O2농도가 초기 산소 농도보다 낮은 경우
혹은 1) CO2농도가 환기동작농도 이상인 상태를 기설정된 기간 이상으로 유지되는 경우
위의 경우 중 어느 하나에 해당하는 경우, 환기모듈(300)이 동작할 수 있다.
상기 환기모듈(300)의 기본동작조건은 상기 산소공급모듈(140)의 기본동작조건에 우선시하여 동작한다. 마찬가지로, 상기 환기모듈(300)의 기본동작조건이 충족되어, 환기모듈(300)이 동작하는 경우에는, 컨트롤러(200)는 추가적으로 상기 산소공급모듈(140)의 동작을 정지한다.
상기 컨트롤러(200)에서의 산소공급모듈(140)의 기본정지조건은 다음과 같다.
1) 산소농도가 목표치(도 2에서의 MAX산소농도에 해당)에 도달한 경우 혹은 CO2 농도가 기설정된 기간 및/또는 수치 이상으로 감소
상기 컨트롤러(200)에서의 환기모듈(300)의 기본정지조건은 다음과 같다.
1) CO2농도가 목표치(도 2에서의 환기정지농도에 해당)에 도달한 경우
이하에서는, 위의 조건들을 적용하여 동작되는 도 3에서의 컨트롤러(200)의 제어과정의 일 예에 대하여 설명하도록 한다.
t-p는 사람이 실내로 들어오면서 이산화탄소가 증가하는 시점에 해당한다.
t0는 사람이 실내로 들어와서 호흡함에 따라 O2 농도가 감소하고, CO2 농도가 증가하는 구간에 해당한다.
t0-p는 산소공급모듈(140)의 동작이 시작되는 시점에 해당한다.
t1은 산소공급모듈(140)이 동작함에 따라 O2농도가 상승하고, CO2농도가 증가함에 따라 CO2농도가 환기모듈(300)의 동작 전까지 상승하는 동안의 시간에 해당한다. 이 기간 동안에는 O2농도가 MAX산소농도에 해당하지 않는 한, 산소공급모듈(140)이 동작하는 구간에 해당한다.
t1-p는 CO2농도가 환기동작농도 이상이 된 시점에 해당한다. 이 시점으로부터, 컨트롤러(200)는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 구간을 카운팅하는 동작을 수행한다.
t2는 CO2농도가 환기모듈(300)의 동작 개시 조건이 충족될때까지의 시간에 해당한다. 환기모듈(300)은 CO2농도가 환기동작농도 이상의 값을 기설정된 기간 이상으로 유지하는 경우에 동작을 시작하고, t2는 환기동작농도 이상의 값을 유지하는 구간에 해당한다. 이 구간에서는 O2농도가 MAX 산소농도 이하인 경우에, 산소공급모듈(140)을 동작하게 된다.
t2-p는 CO2농도가 환기동작농도 이상의 값을 기설정된 기간 이상을 유지하는 조건을 충족하여, 환기모듈(300)을 동작시키고, 산소공급모듈(140)의 동작을 정지하는 시점에 해당한다.
t3는 환기모듈(300)이 동작하는 구간에 해당하고, 이 구간에서는 CO2농도가 환기정지농도까지 내려가게 된다. 이 구간 동안에도 산소공급모듈(140)의 동작은 중지되어 있다.
t3-p는 CO2농도가 환기정지농도에 해당하여 환기모듈(300)의 동작이 정지하고, O2농도가 목표산소농도 이하에 해당하기 때문에, 환기모듈(300)은 동작이 정지되고, 산소공급모듈(140)의 동작이 시작되는 시점에 해당한다.
t4는 산소공급모듈(140)만이 동작함에 따라 CO2농도가 증가하고, 산소공급이 이루어지는 상태에 해당한다. 이 구간은 O2농도가 MAX 산소 농도에 도달할 때까지 지속하게 된다.
t4-p는 O2농도가 MAX 산소 농도에 도달한 시점에 해당하고, 이 시점에서 산소공급모듈(140)의 동작이 정지된다.
t5는 산소공급모듈(140) 및 환기모듈(300)이 모두 정지된 상태에 해당한다. 이와 같은 t5 구간에서는 쾌적도를 일정수준으로 유지하면서 에너지 소비량을 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소공급모듈(140) 및 환기모듈(300)의 동작에 따른 실내의 CO2 및 O2농도를 개략적으로 도시한다. 도 4는 CO2농도에 기반한 재실 및 퇴실 감지알고리즘이 적용된 경우에 산소공급환기시스템의 제어과정의 일 예를 도시한다.
상기 컨트롤러(200)에서의 산소공급모듈(140)의 추가정지조건은 다음과 같다.
1) 산소공급모듈(140)이 동작하고 있는 기설정된 기간 동안 CO2농도가 감소하는 경우
이는 산소공급모듈(140)이 동작한 후에, 사용자가 퇴실하는 경우에, 이를 자동적으로 감지하여 산소공급모듈(140)을 중지시키기 위함이다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러(200)에서의 산소공급모듈(140)의 추가정지조건은 다음과 같다.
1) 상기 환기모듈(300)이 동작하고 있지 않는 구간에 해당함.
2) 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 감소함
3) 상기 CO2농도가 퇴실감지농도 이하인 경우
이와 같은 방식으로 보다 정확하게 퇴실을 감지할 수 있다.
상기 컨트롤러(200)에서의 산소공급모듈(140)의 추가동작조건은 다음과 같다.
1) 상기 환기모듈(300)이 동작하고 있지 않는 구간에서,
2) 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가하였고, 상기 CO2농도가 재실감지농도 이상인 경우
이는 재실을 감지하여, 산소공급모듈(140)을 동작시키기 위함이다. 이는 도 3을 참조하여 설명하였던 산소공급모듈(140)의 동작조건에 추가적으로 현재의 산소농도와 상관없이 산소공급모듈(140)을 동작시키기 위한 조건에 해당한다.
위와 같은 추가조건은 도 3을 참조하여 설명하였던 환기모듈(300)과 산소공급모듈(140)의 기본동작조건 및 기본정지조건에 우선시하여 적용된다. 바람직하게는, 위와 같은 추가조건은 재실 혹은 퇴실 감지 루틴이 실행된 이후에 적용한다. 재실 감지 루틴은 산소공급모듈(140) 및 환기모듈(300) 모두 동작되지 않는 상태에서, CO2농도가 증가하는 시점에 실행된다. 또한, 퇴실 감지 루틴은 산소공급모듈(140)이 동작하고 있는 시점에서 CO2농도가 감소하는 시점에 실행된다.
이하에서는, 위의 조건들을 적용하여 동작되는 도 4에서의 컨트롤러(200)의 제어과정의 일 예에 대하여 설명하도록 한다.
t-p는 사람이 실내로 들어오면서 이산화탄소가 증가하는 시점에 해당한다.
t0는 사람이 실내로 들어와서 호흡함에 따라 O2 농도가 감소하고, CO2 농도가 증가하는 구간에 해당한다. 이 구간부터 재실감지루틴이 실행된다.
t0-p는 산소공급모듈(140)의 동작이 시작되는 시점에 해당한다. 이 시점에서는 도 3과 다르게 산소농도가 MIN 산소 농도에 도달하지 않았지만, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가하였고, 상기 CO2농도가 재실감지농도(c-재실감지) 이상이기 때문에, 산소공급모듈(140)이 동작하였다. 혹은, 본 발명의 다른 실시예에서는, 산소공급모듈(140) 및 환기모듈(300)이 동작하지 않는 상태에서, CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가하는 것만 충족된다면, 산소공급모듈(140)이 동작할 수도 있다.
t1은 산소공급모듈(140)이 동작함에 따라 O2농도가 상승하고, 재실에 따라 CO2농도가 증가함에 따라 CO2농도가 상승하는 동안의 시간에 해당한다.
t1-p는 사용자가 퇴실한 시점에 해당한다.
t2는 산소공급모듈(140)은 동작하고 있기 때문에, 산소농도는 증가하고 있고, 사용자의 퇴실에 따라 CO2농도는 감소하는 구간에 해당한다.
t2-p는 퇴실이 확인되어, 산소공급모듈(140)의 동작이 정지되는 시점에 해당한다. 이 시점에서는 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 감소하였고, 상기 CO2농도가 퇴실감지농도(c-퇴실감지) 이하에 도달하였기 때문에 산소공급모듈(140)의 동작을 정지시켰다. 혹은, 본 발명의 다른 실시예에서는, 산소공급모듈(140)이 동작하지 않는 상태에서, CO2농도가 기설정된 기간 동안 감소하는 것만 충족된다면, 환기모듈(300)이 정지할 수 있다.
t3은 퇴실이 유지되고, 이에 따라 산소농도가 감소하는 구간에 해당한다.
t3-p는 사용자가 다시 실내로 들어오는 시점에 해당하고, 이에 따라 이산화탄소의 증가가 시작되는 시점에 해당한다. 이는 t-p시점에 상응할 수 있다.
t4는 사용자의 존재에 의하여, 이산화탄소가 증가하는 기간에 해당하고, 이 기간이 재실감지 기간에 해당할 수 있다.
t4-p는 재실감지가 완료된 시점으로서, to-p에 상응하는 시점에 해당한다. 이 시점에서는 산소공급이 다시 시작된다.
t5는 재실이 유지됨에 따라 산소공급모듈(140)이 동작하는 구간에 해당한다.
t5-p는 CO2농도가 환기동작농도(c-3)를 초과하여 환기동작을 준비를 시작하는 구간이다. 즉, CO2농도가 환기동작농도(c-3)를 초과한 시간을 카운팅하기 시작하는 시점에 해당한다.
t6은 환기동작농도를 초과한 시간을 카운팅하는 구간에 해당한다.
t6-p는 기설된 시간이상으로 CO2농도가 환기동작농도(c-3)을 초과하여, 산소공급모듈(140)의 동작이 정지되고, 환기를 개시하는 시점에 해당한다.
도 5는 실내 환경의 변화에 따른 CO2농도의 변화를 개략적으로 도시한다.
도 5의 (a)는 재실 중에 문이 닫힌 경우를 도시한다. 이 경우 CO2의 상승율이 매우 높다
도 5의 (b)는 재실 중에 문이 열린 경우에 해당한다. 이 경우, CO2의 상승율은 도 5의 (a)에 비해 낮게 된다. 또한, 산소공급모듈(140)이 동작하더라도, 산소농도의 상승률이 낮을 수 있다. 즉, 산소공급모듈(140)의 동작효율이 감소한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 도 3을 참조하여 설명했던 산소공급모듈(140)의 기본동작조건은 다음과 같이 변경될 수 있다.
1) 산소의 농도가 목표산소농도 이하임
2) CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가임.
3) 환기모듈(300)이 동작하지 않음
4) CO2농도의 증가율이 기설정된 CO2증가율기준치 이상인 경우 (추가됨)
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 도 4을 참조하여 설명했던 산소공급모듈(140)의 추가동작조건은 다음과 같이 변경될 수 있다.
1) 상기 환기모듈(300)이 동작하고 있지 않는 구간에서,
2) 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가하였고, 상기 CO2농도가 재실감지농도 이상인 경우
3) CO2농도의 증가율이 기설정된 CO2증가율기준치 이상인 경우 (추가됨)
도 5의 (c)는 퇴실 후 문이 닫힌 경우를 도시한다. 이 경우, 초기 구간에서는 CO2농도는 감소하게 된다. 이후, CO2농도가 초기 구간에서는 높은 기울기로 감소하다가, 이후에는 상대적으로 낮은 기울기로 감소하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 컨트롤러(200)는 상기 CO2농도가 제1구간에서는 제1감소세기준 이상의 감소세로 감소하고, 제1구간 이후의 제2구간에서는 제2감소세기준 이하의 감소세로 감소하거나 기설정된 범위 내에서 유지되는 경우에, 상기 환기모듈(300)을 기설정된 기간 동안 동작시킨다. 이와 같은 제어방식에 의하여, 이후 사용자가 다시 실내로 들어오는 경우 CO2농도가 낮은 쾌적성을 느끼게 할 수 있다.
도 5의 (d)는 퇴실 후 문이 열린 경우를 도시한다. 이 경우 CO2농도의 감소율은 매우 높다.
도 6은 재실인원수에 따른 실내의 CO2 및 O2 농도의 변화를 개략적으로 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이 사람수의 증가에 따라 CO2농도의 증가율은 상이하게 된다. 이와 같은 점을 고려하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 컨트롤러(200)는, 상기 CO2농도의 증가율에 기초하여 상기 산소공급모듈(140)의 시간당 산소공급량을 결정한다. 즉, 상기 컨트롤러(200)는 CO2농도의 증가율이 높을 수록 상기 산소공급모듈(140)의 시간당 산소공급량을 증가시키는 형태로 제어한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러(200)는 현재로부터 기설정된 과거 기간 동안의 CO2농도의 증가율을 도출하고, 이에 따라 상기 산소공급모듈(140)의 시간당 산소공급량을 조절한다.
도 7의 (A)는 환기시스템만 존재하는 경우에서의 CO2 및 O2 농도의 변화를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 환경 변화에 따른 산소공급모듈(140) 및 환기모듈(300)의 동작에 따른 실내의 CO2 및 O2농도를 개략적으로 도시한다.
전술한 실시예들에서는, 상기 컨트롤러(200)는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 조건을 포함하는 환기구동조건을 만족시키는 경우에 상기 환기모듈(300)을 동작시키고, CO2농도가 환기정지농도 이하인 조건을 포함하는 환기정지조건을 만족시키는 경우에 상기 환기모듈(300)을 정지시킨다.
바람직하게는, 상기 환기동작농도 혹은 상기 환기정지농도는 상기 컨트롤러(200)가 수신하는 외기의 온도 혹은 일시정보에 따라 결정된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 외기의 온도가 기설정된 수치보다 낮은 겨울과 같이, 외기와 내기의 온도차이가 큰 경우에는, 상기 환기동작농도와 환기정지농도의 간격을 상대적으로 작게 하여, 상기 환기모듈(300)의 구동시간을 짧게 여러 번 수행한다. 이와 같은 제어는 센싱 혹은 수신한 외기의 온도 정보 혹은 현재의 일시정보에 따라서 조절될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 외기의 온도가 기설정된 수치보다 낮은 겨울의 경우에는, 상기 컨트롤러(200)는 환기모듈(300)이 동작하고 있는 동안에는 난방장치를 오프하는 제어를 수행할 수 있다. 이는 보다 난방에너지 효율을 높이기 위함이다.
도 8의 (b)는 도 3을 참조하여 설명했던 일반적인 제어로직이 반영된 상태를 도시하고, 도 8의 (a)는 외기와 내기의 온도차이가 큰 겨울에 위와 같은 추가적인 제어로직이 반영된 상태를 도시한다.
이는 한국의 경우 난방 방식이 바닥난방을 이용하고 있고, 바닥난방의 경우 잠열을 이용하기 때문에, 환기모듈(300)의 가동시간을 상대적으로 짧게하고, 가동을 여러 번함으로써, 실내온도의 진폭을 감소시켜 전체적으로 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 9는 환기모듈(300)만이 독립적으로 동작시키는 경우에서의 실내 환경의 변화 및 누적에너지 사용량을 개략적으로 도시한다.
도 9에서와 같은 제어에서는 산소농도와 이산화탄소의 농도의 진폭 및 실내온도의 진폭이 크고, 전체적인 누적에너지사용량이 크게 된다.
도 10은 본 발명에서와 같이 산소공급모듈(140)과 환기모듈(300)을 연동하여 동작시키는 경우에서의 실내 환경의 변화 및 누적에너지 사용량을 개략적으로 도시한다.
도 10에서와 같은 제어에서는 산소농도와 이산화탄소의 농도의 진폭 및 실내온도의 진폭이 작고, 전체적인 누적에너지사용량이 작게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실내 공간 점유를 최소화하면서 환기 및 산소공급을 원활하게 할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통합컨트롤러에 의하여 산소공급 및 환기를 제어함으로써, 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산소공급장치와 환기모듈의 동작에 따른 에너지 소모량을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실내의 공기질에 있어서, CO2 농도와 산소 농도를 적정수준으로 연동하여 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산소공급장치에 의한 산소공급 효율을 최대화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 (collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨팅장치 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 산소공급환기시스템의 제어방법으로서,
    상기 산소공급환기시스템은 내기와 외기의 교환을 수행하는 환기모듈; 내기로 산소를 공급하는 산소공급모듈; 내부의 산소의 농도를 센싱하는 O2센서; 내부의 CO2농도를 센싱하는 CO2센서; 상기 O2센서 및 상기 CO2센서로부터 센싱된 정보를 포함하는 센싱정보에 기초하여 상기 산소공급모듈 및 상기 환기모듈의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 산소의 농도가 목표산소농도 이하이고, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 이상 동안 증가이고, 상기 환기모듈이 동작하지 않는 경우에 상기 산소공급모듈을 동작시키고,
    상기 컨트롤러는 상기 환기모듈과 상기 산소공급모듈은 동시에 동작하지 않도록 하고,
    상기 컨트롤러는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 상태를 기설정된 기간 이상으로 유지되는 경우 상기 환기모듈을 동작시키고, 산소의 농도가 목표산소농도 이하이고, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 이상 동안 증가라는 조건이 만족되어 산소공급모듈이 동작하더라도, 상기 산소공급모듈의 동작을 정지시키고,
    상기 컨트롤러는 상기 환기모듈이 동작하고 있지 않는 구간에서, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가하였고, 상기 CO2농도가 재실감지농도 이상인 경우에는 상기 산소공급모듈을 동작시키고,
    상기 컨트롤러는 상기 환기모듈이 동작하고 있지 않는 구간에서, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 감소하였고, 상기 CO2농도가 퇴실감지농도 이하인 경우에는 상기 산소공급모듈을 중단시키는, 산소공급환기시스템의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 환기모듈이 온에서 오프가 되는 시점에서, O2농도가 목표산소농도 이하인 경우에, 상기 산소공급모듈을 동작시키는, 산소공급환기시스템의 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 산소공급모듈이 동작하고 있고 기설정된 기간 동안 CO2농도가 감소하는 경우에, 상기 산소공급모듈의 동작을 정지하는, 산소공급환기시스템의 제어방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 CO2농도가 제1구간에서는 제1감소세기준 이상의 감소세로 감소하고, 제1구간 이후의 제2구간에서는 제2감소세기준 이하의 감소세로 감소하거나 기설정된 범위 내에서 유지되는 경우에, 상기 환기모듈을 기설정된 기간 동안 동작시키는, 산소공급환기시스템의 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 CO2농도의 증가율에 기초하여 상기 산소공급모듈의 시간당 산소공급량을 결정하는, 산소공급환기시스템의 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 조건을 포함하는 환기구동조건을 만족시키는 경우에 상기 환기모듈을 동작시키고, CO2농도가 환기정지농도 이하인 조건을 포함하는 환기정지조건을 만족시키는 경우에 상기 환기모듈을 정지시키고,
    상기 환기동작농도 혹은 상기 환기정지농도는 상기 컨트롤러가 수신하는 외기의 온도 혹은 일시정보에 따라 결정되는, 산소공급환기시스템의 제어방법.
  8. 산소공급환기시스템으로서,
    상기 산소공급환기시스템은 내기와 외기의 교환을 수행하는 환기모듈; 내기로 산소를 공급하는 산소공급모듈; 내부의 산소의 농도를 센싱하는 O2센서; 내부의 CO2농도를 센싱하는 CO2센서; 상기 O2센서 및 상기 CO2센서로부터 센싱된 정보를 포함하는 센싱정보에 기초하여 상기 산소공급모듈 및 상기 환기모듈의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 산소의 농도가 목표산소농도 이하이고, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 이상 동안 증가이고, 상기 환기모듈이 동작하지 않는 경우에 상기 산소공급모듈을 동작시키고,
    상기 컨트롤러는 상기 환기모듈과 상기 산소공급모듈은 동시에 동작하지 않도록 하고,
    상기 컨트롤러는 CO2농도가 환기동작농도 이상인 상태를 기설정된 기간 이상으로 유지되는 경우 상기 환기모듈을 동작시키고, 산소의 농도가 목표산소농도 이하이고, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 이상 동안 증가라는 조건이 만족되어 산소공급모듈이 동작하더라도, 상기 산소공급모듈의 동작을 정지시키고,
    상기 컨트롤러는 상기 환기모듈이 동작하고 있지 않는 구간에서, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 증가하였고, 상기 CO2농도가 재실감지농도 이상인 경우에는 상기 산소공급모듈을 동작시키고,
    상기 컨트롤러는 상기 환기모듈이 동작하고 있지 않는 구간에서, 상기 CO2농도가 기설정된 기간 동안 감소하였고, 상기 CO2농도가 퇴실감지농도 이하인 경우에는 상기 산소공급모듈을 중단시키는, 산소공급환기시스템.
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