KR102339217B1 - 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템 - Google Patents

복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 표준화된 공기 관로를 통해 실내외 환기를 목적으로 하는 전열 교환기의 기능과 목적을 확대 적용하여 다양한 유해물질, 바이러스 등의 외부 환경변화에 대응하는데 있다.
일례로, 실외에서 실내로 유입되는 공기 중의 유해성분 별 함유량을 측정한 유해성분 측정데이터를 실내 온습도에 따른 유해물질의 농도변화데이터로 산출하고, 유해성분 별 유해물질농도가 미리 설정된 유해물질농도 기준치를 초과하는 경우 내기순환으로 전환하여 실내로 유입되는 오염물질을 차단하는 실외오염물질 유입 차단부; 양압 또는 음압 방식에 따른 실내와 실외 간의 압력차가 발생되도록 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM 및 송풍방향을 제어하여 실내로 유입되는 오염물질을 저감시키는 실외오염물질 유입 저감부; 및 상기 실외오염물질 유입 차단부에 의해 내기순환으로 전환된 후, 실내 공기 중 산소량을 측정하고, 측정된 산소량이 미리 설정된 산소량 기준치 이하인 경우 실내 공기 중 산소를 분리하고 분리된 산소를 실내로 공급하며, 내기순환라인을 통해 실내로 유입되는 공기에 대한 살균 및 멸균과정을 수행하는 실내 공기 관리부를 포함하는 전열 교환기를 개시한다.

Description

복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템{TOTAL HEAT EXCHANGER WITH COMBINED AIR MANAGEMENT AND SYSTEM FOR ANALYZING HAZARDOUS SUBSTANCE USING THE TOTAL HEAT EXCHANGER}
본 발명의 실시예는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템에 관한 것이다.
외부 대기 환경의 오염으로 인해 점차 증가하고 있는 실내 활동시간에 아파트 및 다세대, 공동주택 등은 대부분 실내외 환기 수단인 전열교환기가 활용되고 있다.
현재 설치된 전열교환기는 실내 난방 및 냉방 에너지의 실외 유입공기에 대한 에너지 손실을 저감하는 역할과 실외 유입 시 미세먼지의 필터를 통해 미세먼지만을 정화시키는 방식으로 구성되어 있다.
그러나, 산업화와 이동수단의 증가와 지리적 여건 등에 의해 공기 중에 유해물질이 증가하고 있는 상황에서 실외 공기자체의 오염이 점차 심각해지고 있고, 실외에서 유입되는 미세먼지 이외에 공기 중에 포함된 다양한 유해물질을 정화시키는데 전열교환기의 필터방식은 한계가 있으며, 주목적인 전열교환과 병행하여 공기정화에 더 많은 기능이 필요하다. 특히, 필터 방식으로만 정화할 수 없는 유해물질 또는 유해가스의 실내 유입으로 인해 다양한 지역별 질병이 발병하고 있어 주거지와 상업공간의 전열교환기 타입의 표준화된 흡배기 관로를 활용해 다양한 유해물질의 분석기능과 함께 유해물질의 효과적인 제거기능 등을 더하여 공기와 관련한 다양한 사회적 문제를 해결할 수 있는 시스템이나 장치의 마련이 시급하다.
공개특허공보 제10-2021-0027767호(공개일자: 2021년03월11일)
본 발명의 실시예는, 표준화된 공기 관로를 통해 실내외 환기를 목적으로 하는 전열 교환기의 기능과 목적을 확대 적용하여 다양한 유해물질, 바이러스 등의 외부 환경변화에 대응할 수 있는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템을 제공한다.
본 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기는, 실외에서 실내로 유입되는 공기 중의 유해성분 별 함유량을 측정한 유해성분 측정데이터를 실내 온습도에 따른 유해물질의 농도변화데이터로 산출하고, 유해성분 별 유해물질농도가 미리 설정된 유해물질농도 기준치를 초과하는 경우 내기순환으로 전환하여 실내로 유입되는 오염물질을 차단하는 실외오염물질 유입 차단부; 양압 또는 음압 방식에 따른 실내와 실외 간의 압력차가 발생되도록 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM 및 송풍방향을 제어하여 실내로 유입되는 오염물질을 저감시키는 실외오염물질 유입 저감부; 및 상기 실외오염물질 유입 차단부에 의해 내기순환으로 전환된 후, 실내 공기 중 산소량을 측정하고, 측정된 산소량이 미리 설정된 산소량 기준치 이하인 경우 실내 공기 중 산소를 분리하고 분리된 산소를 실내로 공급하며, 내기순환라인을 통해 실내로 유입되는 공기에 대한 살균 및 멸균과정을 수행하는 실내 공기 관리부를 포함한다.
또한, 상기 실외오염물질 유입 차단부는, 실외에서 실내로 유입되는 공기관로 상에 설치된 초미세먼지센서, 오존센서, 이산화탄소센서, 가스센서, 일산화탄소센서, VOC센서 및 NO2센서 중 적어도 하나를 포함하는 통합 센서부; 실내의 온도와 습도를 측정하는 온습도 센서부; 상기 통합 센서부로부터 수신되는 유해성분 별 측정데이터를 상기 온습도 센서부로부터 수신되는 온습도 데이터에 따른 유해물질의 농도변화데이터로 산출하고, 산출된 유해물질농도가 미리 설정된 유해물질농도 기준치를 초과하는 경우 밸브 제어신호를 출력하는 유해물질 분석부; 및 상기 밸브 제어신호를 수신하여 내순환 모드로 전환되도록 외기 흡기 라인 상에 설치된 흡기 밸브를 자동 차단하거나 상기 흡기 밸브가 수동 차단되도록 알림 신호를 외부로 송출하는 흡기 밸브 관리부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실외오염물질 유입 저감부는, 실내공간의 전체면적 및 공간높이에 대한 정보를 입력 받아 실내공간에 대한 가상체적을 산출하고, 실내공간을 폐쇄상태로 가정한 상태로 압력손실이 발생하는 출입문 및 창문의 개수에 따른 정압손실치를 계산하고, 상기 가상체적에 따른 정압치에서 상기 정압손실치를 차감하여 양압 또는 음압 기능 활성화 시 실내와 실외 간의 압력차 발생에 필요한 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM 조절 범위를 설정하는 팬 모터 RPM 조절 범위 설정부; 및 양압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터의 RPM을 상향 조절하고, 실외 배기 팬 모터를 흡기방향으로 전환 및 RPM을 상향 조절하여 외기압력 대비 내기압력을 상승시키고, 음압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터의 배기방향으로 전환 및 RPM을 상향 조절하고, 실외 배기 팬 모터의 RPM을 상향 조절하여 외기압력 대비 내기압력을 하강시키는 팬 모터 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 팬 모터 제어부는, 양압 기능 및 음압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 송풍 압력이 적어도 1.5bar 이상을 각각 유지하도록 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM을 각각 제어할 수 있다.
또한, 상기 실내 공기 관리부는, 실내의 공기 중 산소농도를 측정하고, 측정된 산소농도가 미리 설정된 산소농도 기준치 이하인 경우 산소발생 제어신호를 출력하는 산소 농도 측정부; 내기순환경로 상에 설치되고, 상기 산소발생 제어신호에 따라 가동되어 산소 분리막을 이용해 공기 중의 산소와 질소를 분리한 후 분리된 산소를 실내로 제공하기 위한 산소 분리부; 상기 산소발생 제어신호에 따라 외기방향의 배기라인을 개방하여 상기 산소 분리부를 통해 분리된 질소를 실외 배기 팬 모터를 통해 배출하는 배기 밸브부; 및 내기순환라인 상에 설치되고, 광촉매 반응을 통해 살균과 멸균 작용을 거친 산소를 제공하기 위한 공기 살균부를 포함할 수 있다.
또한, 전열교환성능을 높이기 위한 전열교환성능 향상부를 더 포함하고, 상기 전열교환성능 향상부는, 실외 온도를 측정하는 실외 온도 센서부; 실내 온도를 측정하는 실내 온도 센서부; 상기 실외 온도 센서부를 통해 측정된 실외 온도 데이터와 상기 실내 온도 센서부를 통해 측정된 실내 온도 데이터를 비교하는 온도 데이터 비교부; 상기 온도 데이터 비교부의 비교 결과에 따라 실내에서 실외로 배출되는 공기에 의해 발생되는 열손실을 저감시키기 위해 실외 배기 밸브의 개방율을 제어하는 실외 배기 밸브 제어부; 상기 온도 데이터 비교부의 비교 결과에 따라 전열교환소자를 지나는 공기의 체류시간을 증대시켜 실내에서 실외로 배출되는 공기에 의해 발생되는 열손실을 저감시키도록 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM을 제어하는 팬 모터 RPM 제어부; 및 전열교환소자가 탑재된 공간을 제공하는 제1 에어 챔버, 이중 격벽에 의해 상기 제1 에어 챔버와 연결되어 공기 순환 경로를 형성하는 제2 에어 챔버, 및 일측이 상기 제1 에어 챔버 내 위치하여 전열교환소자에 접촉되고, 일측으로부터 연장된 타측이 상기 제2 에어 챔버 내에 위치하여 상기 제2 에어 챔버로 이동하는 공기의 잔열을 전열교환소자로 전달하는 열전도 블레이드를 포함하는 챔버부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유해물질 분석 시스템은, 상기 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기로부터 네트워크 망을 통하여 상기 유해물질의 농도변화데이터를 각각 수집하고, 수집된 상기 유해물질의 농도변화데이터를 기반으로 각각의 전열 교환기가 설치된 지역 별 공기의 유해 데이터와 유해물질의 실내 유입량에 대한 빅데이터를 생성하고, 생성된 빅데이터를 기반으로, 해당 지역에 대한 주거 적합성과 주거 환경개선을 위한 근거데이터를 생성하며, 공기를 통해 발생할 수 있는 다양한 유해물질 별 질병의 원인을 분석하는 유해물질 분석 서버부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 표준화된 공기 관로를 통해 실내외 환기를 목적으로 하는 전열 교환기의 기능과 목적을 확대 적용하여 다양한 유해물질, 바이러스 등의 외부 환경변화에 대응할 수 있는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 내부의 기본적인 구성요소 및 환기모드(일반모드)를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실외오염물질 유입 차단부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실외오염물질 유입 저감부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 양압 활성화 모드를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 음압 활성화 모드를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 실내 공기 관리부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 내기 순환 모드(공기 청정 모드)를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 전열교환성능 향상부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 챔버부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템을 나타낸 개요도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 전체 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 내부의 기본적인 구성요소 및 환기모드(일반모드)를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실외오염물질 유입 차단부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실외오염물질 유입 저감부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 양압 활성화 모드를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 음압 활성화 모드를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 실내 공기 관리부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 내기 순환 모드(공기 청정 모드)를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기의 전열교환성능 향상부의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 챔버부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 다른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기(1000)는 실외오염물질 유입 차단부(100), 실외오염물질 유입 저감부(200), 실내 공기 관리부(300) 및 전열교환성능 향상부(400) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 실외오염물질 유입 차단부(100)는, 실외에서 실내로 유입되는 공기 중의 유해성분 별 함유량을 측정한 유해성분 측정데이터를 실내 온습도에 따른 유해물질의 농도변화데이터로 산출하고, 유해성분 별 유해물질농도가 미리 설정된 유해물질농도 기준치를 초과하는 경우 내기순환으로 전환하여 실내로 유입되는 오염물질을 차단할 수 있다.
이를 위해, 실외오염물질 유입 차단부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 통합 센서부(110), 온습도 센서부(120), 유해물질 분석부(130) 및 흡기 밸브 관리부(140) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 통합 센서부(110)는, 실외에서 실내로 유입되는 공기관로 상에 설치된 초미세먼지센서, 오존센서, 이산화탄소센서, 가스센서, 일산화탄소센서, VOC센서 및 NO2센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 본 실시예에서의 통합 센서부(110)에 포함된 센서들은 상기의 센서만을 한정하는 것은 아니며, 변화하는 다양한 대기 중의 오염물질을 검출할 수 있는 센서이면 적용 가능하다.
상기 온습도 센서부(120)는, 실내에 설치되며, 해당 실내공간의 온도와 습도를 각각 측정하고, 측정된 온도 데이터와 습도 데이터를 유해물질 분석부(130)로 전달할 수 있다.
상기 유해물질 분석부(130)는, 통합 센서부(110)로부터 수신되는 유해성분 별 측정데이터를 온습도 센서부(120)로부터 수신되는 온도 데이터와 습도 데이터에 따른 유해물질의 농도변화데이터(또는 독성변화데이터)로 산출하고, 산출된 유해물질농도가 미리 설정된 유해물질농도 기준치를 초과하는 경우 밸브 제어신호를 흡기 밸브 관리부(140)로 출력할 수 있다. 이러한 유해물질 분석부(130)는 통합 센서부(110)를 통해 측정된 초미세먼지, 오존, 이산화탄소, 유해가스, 일산화탄소, VOC(Volatile Organic Compound), NO2 등의 유해물질의 함유량을 파악하고, 각 유해물질들의 농도가 실내의 온도와 습도에 따라서 어떻게 변화하는지를 분석하며, 그 분석결과 즉 유해물질 별 각각의 농도 값을 미리 설정된 유해물질농도 기준치와 각각 비교하여 이를 초과하는 경우 밸브 제어신호를 흡기 밸브 관리부(140)로 출력할 수 있다.
또한, 유해물질 분석부(130)는, 통합 센서부(110)를 통해 검출된 데이터를 기반으로, 자외선이나 유해물질 별 촉매 반응과 같이 다양한 환경 촉매를 통해 상호 간에 발생하거나 파생할 수 있는 유해물질들이 존재하는지와 그에 따른 발생 위험성을 분석하고, 그 분석 결과를 기반으로 그와 관련되어 미리 마련된 기준치를 이용해 밸브 제어신호의 출력 여부를 결정할 수 있다.
상기 흡기 밸브 관리부(140)는, 유해물질 분석부(130)로부터 밸브 제어신호를 수신하여 내순환 모드로 전환되도록 외기 흡기 라인 상에 설치된 흡기 밸브를 자동 차단하거나 해당 흡기 밸브가 수동 차단되도록 알림 신호를 외부로 송출할 수 있다. 즉, 밸브 제어신호가 출력되는 경우, 특정 유해물질에 대한 농도가 기준치를 초과한 경우로, 이러한 경우 흡기 밸브 관리부(140)는 밸브 제어신호를 수신하여 실외에서 실내로 공기가 유입되지 않도록 외기 흡기 라인 상에 설치된 흡기 밸브를 자동으로 차단시킬 수 있으며, 상황에 따라 외부의 관리자 또는 거주자 등이 시각적 및/또는 청각적으로 외부에 유해물질 농도가 기준치를 초과함을 알릴 수 있는 신호를 출력함으로써 해당 관리자 또는 거주자가 직접 흡기 밸브를 차단할 수 있도록 한다. 여기서, 알림 신호에는 다양한 방식이 있으며 상술한 시각적 알림 방식에는 별도의 LED 경고등을 설치하여 알림 신호가 발생됨을 표시할 수 있으며, 청각적 알림 방식에는 별도의 스피커 또는 부저 등을 설치하여 알림 신호가 발생됨을 알릴 수 있다.
상기 실외오염물질 유입 저감부(200)는, 양압 또는 음압 방식에 따른 실내와 실외 간의 압력차가 발생되도록 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 RPM 및 송풍방향을 제어하여 실내로 유입되는 오염물질을 저감시킬 수 있다.
이를 위해, 실외오염물질 유입 저감부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 팬 RPM 조절 범위 설정부(210) 및 팬 제어부(220) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 팬 모터 RPM 조절 범위 설정부(210)는, 실내공간의 전체면적 및 공간높이에 대한 정보를 입력 받아 실내공간에 대한 가상체적을 산출하고, 실내공간을 폐쇄상태로 가정한 상태로 압력손실이 발생하는 출입문 및 창문의 개수에 따른 정압손실치를 계산하고, 가상체적에 따른 정압치에서 정압손실치를 차감하여 양압 또는 음압 기능 활성화 시 실내와 실외 간의 압력차 발생에 필요한 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 RPM 조절 범위를 설정할 수 있다.
예를 들어, 실내 공간의 전체면적을 100m2이고, 공간높이가 2m인 경우 해당 공간에 대한 가상체적은 200m3이 되며, 해당 가상체적에 따른 정압을 K(mmAq)라고 하며, 출입문 및 창문 각각의 개수 당 미리 정해진 정압손실율에 따라 출입문 1개와 창문 5개에 대한 정압손실치를 L(mmAq)라고 했을 때, 가상체적에 따른 정압치에서 정압손실치를 차감하고, 차감 결과(K-L(mmAq))를 이용해 양압 또는 음압으로 만드는데 필요한 실내외간 압력차가 얼마인지를 계산하여 그 계산 결과에 맞는 압력차가 발생될 있도록 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 RPM 조절 범위를 설정할 수 있다. 물론, 이때 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 방향은 양압 활성화 모드인지 음압 활성화 모드인지에 따라 결정되며, 이는 팬 모터 제어부(220)에서 결정하며 팬 모터 RPM 조절 범위 설정부(210)는 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)가 양압 또는 음압에 따라 방향 전환이 세팅된 상태에서의 RPM의 조절 범위만 설정할 수 있다.
상기 팬 모터 제어부(220)는, 도 6에 도시된 바와 같이 양압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터(10)의 RPM을 상향 조절하고, 실외 배기 팬 모터(20)를 흡기방향으로 전환한 후 RPM을 상향 조절하여 외기압력 대비 내기압력을 상승시킬 수 있으며, 밸브를 개방하여 팬의 RPM을 통한 풍압을 최대로 만들 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이 음압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터(10)의 배기방향으로 전환한 후 RPM을 상향 조절하고, 실외 배기 팬 모터(20)의 RPM을 상향 조절하여 외기압력 대비 내기압력을 하강시킬 수 있으며, 밸브를 개방하여 팬의 RPM을 통한 풍압을 최대로 만들 수 있다. 이와 같이, 팬 모터 제어부(220)는 양압 기능 활성화 시 실외 공기를 실내를 거쳐 외부로 보내어 외기압력대비 내기압력을 상대적으로 상승시킴으로써 외부 대기환경에서 실내로 유입되는 유해물질을 최소화시킬 수 있다. 또한, 팬 모터 제어부(220)는 음압 기능 활성화 시에도 실내 공기를 외부로 지속적으로 배출함으로써 실내 공기 중의 유해물질이나 바이러스에 대한 실외 유출 및 공용 환구기를 통학 확산을 최소화시킬 수 있다.
상기 팬 모터 제어부(220)는, 양압 기능 및 음압 기능 활성화 시 실내면적 즉 가상체적에 따른 최대 송풍량(CMM: m3/min)을 고려하여 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 송풍 압력이 적어도 1.5bar 이상을 각각 유지하도록 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 RPM을 각각 제어할 수 있다.
이와 같이 실외오염물질 유입 저감부(200)는, 기기에 장착된 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 유속량의 차이와 방향 전환, 그리고 공간구조에 따른 정압손실의 계산을 통해 실내와 실외의 기압차를 발생시켜 실외환경의 오염물질이 유해수치 도달 시 실내외 음압 또는 양압의 두 가지 방식에 따른 압력차를 발생시킴으로써 실외의 공기가 실내로 유입되는 것을 원천적으로 차단하거나 최소화 시킬 수 있다.
상기 실내 공기 관리부(300)는, 실외오염물질 유입 차단부(100)에 의해 내기순환으로 전환된 후, 실내 공기 중 산소량을 측정하고, 측정된 산소량이 미리 설정된 산소량 기준치 이하인 경우 실내로 유입되는 공기 중 산소를 분리하여 분리된 산소를 실내로 공급하며, 내기순환라인을 통해 실내로 유입되는 공기에 대한 살균 및 멸균과정을 수행할 수 있다.
이를 위해, 실내 공기 관리부(300)는 도 8에 도시된 바와 같이 산소 농도 측정부(310), 산소 분리부(320), 배기 밸브부(330) 및 공기 살균부(340) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산소 농도 측정부(310)는, 실내의 공기 중 산소농도를 측정하고, 측정된 산소농도가 미리 설정된 산소농도 기준치 이하인 경우 산소발생 제어신호를 출력할 수 있다. 본 실시예에 따른 산소농도 기준치는 인간의 실내 활동 간에 호흡에 불편함이 없을 정도의 최소치를 의미하며, 대략 실내 공기 중 산소량 20% 이하인 경우가 바람직하나, 그 구체적인 수치에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 산소 분리부(320)는, 내기순환경로 상에 설치되고, 산소 농도 측정부(310)로부터 수신되는 산소발생 제어신호에 따라 가동되어 산소 분리막을 이용해 공기 중의 산소와 질소를 분리한 후 분리된 산소를 실내로 제공할 수 있다. 즉, 실외오염물질 유입 차단부(100) 또는/및 실외오염물질 유입 저감부(200)를 통해 실외 유해물질 농도에 따라 외부 공기 유입을 차단한 후, 내기 순환모드로 동작하면서 신체의 호흡을 통해 감소하는 산소 보충을 위해 산소분리막을 이용하여 공기 중의 산소와 질소를 분리하고, 분리된 산소를 실내로 공급함으로써 실내의 부족한 산소량을 보충할 수 있으며, 산소 농도 측정부(310)를 통해 공기 중 산소농도에 따라 가동 여부가 결정될 수 있다.
상기 배기 밸브부(330)는, 산소 농도 측정부(310)로부터 수신되는 산소발생 제어신호에 따라 외기방향의 배기라인 즉 배기 밸브를 개방하고 실외 배기 팬 모터(20)를 가동시켜 산소 분리부(320)를 통해 분리된 질소를 실외 배기 팬 모터(20)를 통해 별도로 배출할 수 있다.
상기 공기 살균부(340)는, 내기순환라인 상에 설치되고, 광촉매 반응을 통해 살균과 멸균 작용을 거친 산소를 제공할 수 있다. 이러한 공기 살균부(340)는 내기 순환라인 상에 설치된 TIO2 필터를 이용할 수 있다. 좀 더 구체적으로는 TIO2 필터에 반응하는 빛 파장을 통해 산소의 광분해 반응을 일으키는데, 이러한 과정에서 'O2 -> O- + O- / H2O -> OH- + H + O'와 같은 분리 과정이 일어나게 되며, 이때 분리된 산소의 결합과 분리 과정 중 접촉한 바이러스 및 세균의 세포막을 파괴함으로써 공기 중 바이러스와 곰팡이류의 살균과 멸균과정을 수행하게 되며, 이러한 과정을 거친 깨끗한 공기가 내기 배기라인을 통해 실내로 유입될 수 있다.
상기 전열교환성능 향상부(400)는 전열교환성능을 높이기 위한 구성으로, 도 10에 도시된 바와 같이 실외 온도 센서부(410), 실내 온도 센서부(420), 온도 데이터 비교부(430), 실외 배기 밸브 제어부(440), 팬 RPM 제어부(450) 및 챔버부(460) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 실외 온도 센서부(410)는 실외에 설치되며 실외 온도를 실시간 측정할 수 있다.
상기 실내 온도 센서부(420)는 실내에 설치되며 실내 온도를 실시간 측정할 수 있으며, 온습도 센서부(120)와는 별도로 설치되거나, 온습도 센서부(120)의 온도 측정 데이터를 이용하는 형태로 구성될 수도 있다.
상기 온도 데이터 비교부(430)는, 실외 온도 센서부(410)를 통해 측정된 실외 온도 데이터와 실내 온도 센서부(420)를 통해 측정된 실내 온도 데이터를 비교하고, 그 비교 결과에 대한 데이터 즉 실외와 실내 간 온도차에 대한 데이터를 실외 배기 밸브 제어부(440)로 제공할 수 있다.
상기 실외 배기 밸브 제어부(440)는, 온도 데이터 비교부(430)의 비교 결과 즉 실외와 실내 간 온도차에 대한 데이터에 따라 실내에서 실외로 배출되는 공기에 의해 발생되는 열손실을 저감시키기 위해 실외 배기 밸브의 개방율을 제어할 수 있다 예를 들어, 실내 온도가 실외보다 일정 수준 이상 높게 유지해야 하는 상황에서 실내에서 실외로 공기를 배출하는 동작을 수행하고 있는 경우 실내 온도가 급속히 떨어지는 것을 막기 위해 실외 배기 밸브의 개방율을 낮추도록 제어함으로써 실외로 배출되는 공기에 의해 실내의 열손실을 최소화 시킬 수 있다.
상기 팬 모터 RPM 제어부(450)는, 온도 데이터 비교부(430)의 비교 결과에 따라 전열교환소자(30)를 지나는 공기의 체류시간을 증대시켜 실내에서 실외로 배출되는 공기에 의해 발생되는 열손실을 저감시키도록 실내 배기 팬 모터(10)와 실외 배기 팬 모터(20)의 RPM을 제어할 수 있다. 이러한 팬 모터 RPM 제어부(450)는 실외 배기 밸브 제어부(440)와 마찬가지로 실내 온도가 실외보다 일정 수준 이상 높게 유지해야 하는 상황에서 실내에서 실외로 공기를 배출하는 동작을 수행하고 있는 경우 실내 온도가 급속히 떨어지는 것을 막기 위해 공기가 전열교환소자(30)를 통해 최대한 천천히 통과할 수 있도록 실외 배기 팬 모터(20)의 RPM뿐만 아니라 양압 기능 활성화시에도 배기 방향으로 전환된 실내 배기 팬 모터(10)의 RPM 또한 낮추도록 제어할 수 있다.
상기 챔버부(460)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 전열교환소자(30)가 탑재된 공간을 제공하는 제1 에어 챔버(461), 이중 격벽(A)(내부에 빈 공간이 존재함)에 의해 제1 에어 챔버(461)와 연결되어 공기 순환 경로를 형성하는 제2 에어 챔버(462), 및 일측이 제1 에어 챔버(461) 내 위치하여 전열교환소자(30)에 접촉되고, 일측으로부터 연장된 타측이 제2 에어 챔버(462) 내에 위치하여 제2 에어 챔버(462)를 통해 이동하는 공기의 잔열을 전열교환소자(30)로 전달하는 열전도 블레이드(463)(핀 형태도 가능함)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 챔버부(460)는 제1 및 제2 에어 챔버(461, 462)를 형성하여 실내 공기 배기 시 공기의 체류시간을 증대시켜 전열교환소자와 공기 간 접촉시간을 증대시킬 수 있으며, 열전달 효율을 극대화시킬 수 있으며, 전열교환소자(30)의 공기 관로와 그 주변에 배치된 열전도 블레이드(463)를 통해 제2 에어 챔버(462)로 지나는 공기의 잔열까지도 제1 에어 챔버(461)의 전열교환소바(30)로 전달함으로써 전열효율을 극대화시킬 수 있다. 이에 따라, 대략 60 내지 70(초반)%의 전열효율을 갖는 기존의 전열 교환기보다 더 높은 전열 효율(대략 90%)을 제공하며, 이에 따른 전체적인 에너지 효율도 높일 수 있는 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템을 나타낸 개요도이다.
도 12에 도시된 유해물질 분석 시스템(2000)은 유해물질 분석 서버부를 포함할 수 있으며, 이러한 유해물질 분석 서버부는, 각 지역별로 설치된 전열 교환기(1000)로부터 네트워크 망을 통하여 유해물질의 농도변화데이터(또는 독성변화데이터)를 각각 수집하고, 수집된 유해물질의 농도변화데이터(또는 독성변화데이터)를 기반으로 각각의 전열 교환기(10)가 설치되어 있는 지역 별 공기의 유해 데이터와 유해물질의 실내 유입량에 대한 빅데이터를 생성할 수 있으며, 생성된 빅데이터를 기반으로 해당 지역에 대한 주거 적합성과 주거 환경개선을 위한 근거데이터를 생성하여 그에 대한 근거 자료로서 활용할 수 있으며, 공기를 통해 발생할 수 있는 다양한 유해물질 별 질병의 원인을 분석할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 실내 공간 내 다양한 공기 중 유해물질을 검출한 데이터와 위치 기반으로 검출된 대기의 환경 데이터를 비교 분석하여 다양한 주거지 주변 공기 유해물질 데이터를 생성할 수 있는 환경 데이터 생성기능과 공기 흐름 제어, 공기 정화, 유해물질저감 기능을 통한 실내 공기 중 유해물질의 저감 성능을 극대화 해 실내외 공기 순환과 실내 에너지효율 보존을 주기능으로 하는 전열교환기의 기능이 아닌 복합적인 공기 관리의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 기존의 전열 교환기는 실내 정화 중심의 공기청정기 또는 살균기의 을 역할을 수행하기에는 구조적 한계와 정화 능력의 한계가 있어, 공간의 구조와 목적에 맞게 구성하기가 쉽지 않으며, 실외 공기 환기 시 실외 유해물질의 종류에 따른 선택적 환기 또한 어려우나, 본 실시예에 따른 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기는 기능과 구조를 목적에 맞게 구성함으로써, 실내외 공기를 통한 냉난방 에너지 손실의 최소화시키고 각종 센서를 통해 외부 유해물질의 다양한 분석을 통해 실내 유입 시 변화될 수 있는 유해물질 별 인체 유독성을 분석하여 많은 양의 공기를 필요로 하는 인체의 특성상 유해물질의 유입을 원천적으로 차단하고 효율을 높여 외부 유해 공기 환경에 대응할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기 및 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1000: 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기
100: 실외오염물질 유입 차단부
110: 통합 센서부
120: 온습도 센서부
130: 유해물질 분석부
140: 흡기 밸브 관리부
200: 실외오염물질 유입 저감부
210: 팬 모터 RPM 조절 범위 설정부
220: 팬 모터 제어부
300: 실내 공기 관리부
310: 산소 농도 측정부
320: 산소 분리부
330: 배기 밸브부
340: 공기 살균부
400: 전열교환성능 향상부
410: 실외 온도 센서부
420: 실내 온도 센서부
430: 온도 데이터 비교부
440: 실외 배기 밸브 제어부
450: 팬 모터 RPM 제어부
460: 챔버부
461: 제1 에어 챔버
462: 제2 에어 챔버
A: 이중 격벽
463: 열전도 블레이드
10: 실내 배기 팬 모터
20: 실외 배기 팬 모터
30: 열전교환소자
2000: 유해물질 분석 시스템

Claims (7)

  1. 실외에서 실내로 유입되는 공기 중의 유해성분 별 함유량을 측정한 유해성분 측정데이터를 실내 온습도에 따른 유해물질의 농도변화데이터로 산출하고, 유해성분 별 유해물질농도가 미리 설정된 유해물질농도 기준치를 초과하는 경우 내기순환으로 전환하여 실내로 유입되는 오염물질을 차단하는 실외오염물질 유입 차단부;
    양압 또는 음압 방식에 따른 실내와 실외 간의 압력차가 발생되도록 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM 및 송풍방향을 제어하여 실내로 유입되는 오염물질을 저감시키는 실외오염물질 유입 저감부; 및
    상기 실외오염물질 유입 차단부에 의해 내기순환으로 전환된 후, 실내 공기 중 산소량을 측정하고, 측정된 산소량이 미리 설정된 산소량 기준치 이하인 경우 실내 공기 중 산소를 분리하고 분리된 산소를 실내로 공급하며, 내기순환라인을 통해 실내로 유입되는 공기에 대한 살균 및 멸균과정을 수행하는 실내 공기 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 실외오염물질 유입 차단부는,
    실외에서 실내로 유입되는 공기관로 상에 설치된 초미세먼지센서, 오존센서, 이산화탄소센서, 가스센서, 일산화탄소센서, VOC센서 및 NO2센서 중 적어도 하나를 포함하는 통합 센서부;
    실내의 온도와 습도를 측정하는 온습도 센서부;
    상기 통합 센서부로부터 수신되는 유해성분 별 측정데이터를 상기 온습도 센서부로부터 수신되는 온습도 데이터에 따른 유해물질의 농도변화데이터로 산출하고, 산출된 유해물질농도가 미리 설정된 유해물질농도 기준치를 초과하는 경우 밸브 제어신호를 출력하는 유해물질 분석부; 및
    상기 밸브 제어신호를 수신하여 내순환 모드로 전환되도록 외기 흡기 라인 상에 설치된 흡기 밸브를 자동 차단하거나 상기 흡기 밸브가 수동 차단되도록 알림 신호를 외부로 송출하는 흡기 밸브 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 실외오염물질 유입 저감부는,
    실내공간의 전체면적 및 공간높이에 대한 정보를 입력 받아 실내공간에 대한 가상체적을 산출하고, 실내공간을 폐쇄상태로 가정한 상태로 압력손실이 발생하는 출입문 및 창문의 개수에 따른 정압손실치를 계산하고, 상기 가상체적에 따른 정압치에서 상기 정압손실치를 차감하여 양압 또는 음압 기능 활성화 시 실내와 실외 간의 압력차 발생에 필요한 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM 조절 범위를 설정하는 팬 모터 RPM 조절 범위 설정부; 및
    양압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터의 RPM을 상향 조절하고, 실외 배기 팬 모터를 흡기방향으로 전환 및 RPM을 상향 조절하여 외기압력 대비 내기압력을 상승시키고, 음압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터의 배기방향으로 전환 및 RPM을 상향 조절하고, 실외 배기 팬 모터의 RPM을 상향 조절하여 외기압력 대비 내기압력을 하강시키는 팬 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 팬 모터 제어부는,
    양압 기능 및 음압 기능 활성화 시 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 송풍 압력이 적어도 1.5bar 이상을 각각 유지하도록 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 실내 공기 관리부는,
    실내의 공기 중 산소농도를 측정하고, 측정된 산소농도가 미리 설정된 산소농도 기준치 이하인 경우 산소발생 제어신호를 출력하는 산소 농도 측정부;
    내기순환경로 상에 설치되고, 상기 산소발생 제어신호에 따라 가동되어 산소 분리막을 이용해 공기 중의 산소와 질소를 분리한 후 분리된 산소를 실내로 제공하기 위한 산소 분리부;
    상기 산소발생 제어신호에 따라 외기방향의 배기라인을 개방하여 상기 산소 분리부를 통해 분리된 질소를 실외 배기 팬 모터를 통해 배출하는 배기 밸브부; 및
    내기순환라인 상에 설치되고, 광촉매 반응을 통해 살균과 멸균 작용을 거친 산소를 제공하기 위한 공기 살균부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기.
  6. 제1 항에 있어서,
    전열교환성능을 높이기 위한 전열교환성능 향상부를 더 포함하고,
    상기 전열교환성능 향상부는,
    실외 온도를 측정하는 실외 온도 센서부;
    실내 온도를 측정하는 실내 온도 센서부;
    상기 실외 온도 센서부를 통해 측정된 실외 온도 데이터와 상기 실내 온도 센서부를 통해 측정된 실내 온도 데이터를 비교하는 온도 데이터 비교부;
    상기 온도 데이터 비교부의 비교 결과에 따라 실내에서 실외로 배출되는 공기에 의해 발생되는 열손실을 저감시키기 위해 실외 배기 밸브의 개방율을 제어하는 실외 배기 밸브 제어부;
    상기 온도 데이터 비교부의 비교 결과에 따라 전열교환소자를 지나는 공기의 체류시간을 증대시켜 실내에서 실외로 배출되는 공기에 의해 발생되는 열손실을 저감시키도록 실내 배기 팬 모터와 실외 배기 팬 모터의 RPM을 제어하는 팬 모터 RPM 제어부; 및
    전열교환소자가 탑재된 공간을 제공하는 제1 에어 챔버, 이중 격벽에 의해 상기 제1 에어 챔버와 연결되어 공기 순환 경로를 형성하는 제2 에어 챔버, 및 일측이 상기 제1 에어 챔버 내 위치하여 전열교환소자에 접촉되고, 일측으로부터 연장된 타측이 상기 제2 에어 챔버 내에 위치하여 상기 제2 에어 챔버로 이동하는 공기의 잔열을 전열교환소자로 전달하는 열전도 블레이드를 포함하는 챔버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기로부터 네트워크 망을 통하여 상기 유해물질의 농도변화데이터를 각각 수집하고, 수집된 상기 유해물질의 농도변화데이터를 기반으로 각각의 전열 교환기가 설치된 지역 별 공기의 유해 데이터와 유해물질의 실내 유입량에 대한 빅데이터를 생성하고, 생성된 빅데이터를 기반으로, 해당 지역에 대한 주거 적합성과 주거 환경개선을 위한 근거데이터를 생성하며, 공기를 통해 발생할 수 있는 다양한 유해물질 별 질병의 원인을 분석하는 유해물질 분석 서버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 공기 관리 기능이 탑재된 전열 교환기를 이용한 유해물질 분석 시스템.
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