KR102440631B1

KR102440631B1 - 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법

Info

Publication number: KR102440631B1
Application number: KR1020200168750A
Authority: KR
Inventors: 윤성진; 송민영; 이주형; 전혜준
Original assignee: 재단법인 서울특별시 서울기술연구원
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2022-09-05
Also published as: KR20220079211A

Abstract

버스, 버스쉘터, 지하철 등과 같은 대중교통 시설 및 소규모 실내공간에서 일반적 상황과 바이러스 등에 의한 전염병 유행 시의 해당 실내공간의 공기질을 제어하는 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법에 관한 것으로, 덕트, 실내 공기의 상태를 감지하는 감지 부재, 덕트 내에 마련되어 흡기 또는 배기의 상태를 조절하는 기류 조절 부재, 덕트 내에 마련되어 일방향 기류를 형성하는 유동 팬, 감지 부재에서의 감지 정보에 따라 기류 조절 부재 및 유동 팬의 작동을 제어하는 제어부, 상기 덕트 내에 마련되어 흡기되는 공기에서 오염 물질을 여과하는 필터 부재를 포함하는 구성을 마련하여, 유행성 바이오에어로졸의 팬데믹 현상으로 사회적 문제 및 팬 유동에 의해 실내에 확산이 급격히 일어나는 것을 방지할 수 있다.

Description

실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법{Air purification system with IoT devices for an indoor air quality control and operation method thereof}

본 발명은 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법에 관한 것으로, 특히 버스, 버스쉘터, 지하철 등과 같은 대중교통 시설 및 소규모 실내공간에서 일반적 상황과 바이러스 등에 의한 전염병 유행 시의 해당 실내공간의 공기질을 제어하는 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 버스는 여러 명의 승객이 동시에 승차하여 이동하는 것으로, 수용 인원이 많아짐에 따라 내부 공기가 쉽게 오염된다. 이에 따라 버스의 상부 천장 측에는 공기 순환 장치가 설치되어 외부 공기와 내부공기를 순환시키면서 운행한다.

즉, 버스 실내 자동 환기 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 버스(2)의 실내 공기의 오염도를 감지하는 감지 센서(6)가 버스의 루프에 설치되고, 버스 후미의 선루프부에 공기 유출부(10)가 설치된 구조로서, 오염된 공기는 공기 배출 수단에 의해 공기 유출부(10)를 통해 배출되며, 공기 배출 수단이 루프 프레임에 설치된 모터, 모터에 의해 구동되며 공기를 유입하는 팬, 공기 유출부와 연통된 덕트, 덕트에 설치된 공기 추출 그릴로 이루어진다.

또 기존 버스에 설치된 공기 청정 시스템에는 파티클 필터, 활성탄 및 PET 등 여러 층을 이루는 시스템이 에어컨의 에어 리턴 그릴 측에 장착되어, 에어컨의 블로워가 작동함에 따라 실내의 공기가 필터를 통과하면서 필터에 다양한 크기의 먼지가 부착되어 여과되는 방식을 사용한다.

최근에는 버스 내부에 설치되어 외부 공기와 상관없이 버스 내부의 공기를 정화하여 버스 실내의 공기를 청정하고 쾌적하게 유지할 수 있고, 공기가 정화될 때 공기의 상태를 감지하여 버스에 설치되는 모니터를 통해 실시간으로 확인할 수 있으며, 다양한 기능의 필터를 다수 개 적층 설치하여 정화 효율을 높일 수 있게 됨과 아울러, 필터부 자체를 간편하게 탈착하며 필터를 교체할 수 있는 버스용 실내 공기 정화 장치 등에 관한 기술도 개발되고 있다.

또한, 하나의 팬을 이용하여 흡기 및 배기를 수행하고, 하나의 덕트에서 흡기와 환기가 수행되는 열교환 환기장치에 대한 기술도 개발되고 있다.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 공동주택의 실외기실에 구비되는 실외기, 상기 실외기실의 실외측에 구비되어 외기가 유입되는 그릴, 상기 실외기와 연결되어 상기 실외기에서 발생하는 고온공기를 유도하는 유도 덕트, 상기 유도 덕트와 연결되어 상기 유도 덕트를 통해 이동된 고온공기를 외부로 방출하는 배기덕트, 상기 배기덕트의 상부에 구비되어 고온공기의 방출을 돕는 환기 팬, 상기 배기덕트에 구비되어 고온공기가 상기 유도 덕트를 통해 역류하는 것을 방지하는 댐퍼를 포함하는 단일덕트를 이용한 실외기실의 환기시스템에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 전기 집진식 공기 청정기 내에 결합된 센서 유닛을 작동시켜 고속버스 내부의 미세먼지(PM 10) 및 초미세먼지(PM 25)의 농도를 각각 측정하는 단계, 측정된 농도가 상기 미세먼지(PM 10)를 기준으로 소정의 농도 초과인지 여부인 제1 조건 또는 상기 초미세먼지(PM 25)를 기준으로 소정의 농도 초과인지 여부인 제2 조건을 만족하는지 판단하는 단계, 상기 제1 조건 또는 제2 조건 중 어느 하나를 만족하는 경우 에어컨이 내기 모드인지 외기 모드인지 여부를 판단하는 단계, 상기 에어컨이 내기 모드인 경우 상기 공기 청정기 및 상기 에어컨 내에 결합된 블로워(blower)를 작동시키는 단계, 소정의 시간 경과 시 상기 미세먼지(PM 10)를 기준으로 상기 소정의 농도 이하인지 여부인 제3 조건 및 상기 초 미세먼지(PM 25)를 기준으로 상기 소정의 농도 이하인지 여부인 제4 조건을 만족하는지 판단하는 단계 및 상기 제3 조건 및 제4 조건을 모두 만족하는 경우 상기 공기 청정기 및 상기 블로워를 정지시키는 단계를 포함하는 고속버스용 전기 집진식 공기 청정기를 이용한 공기 청정 방법에 대해 개시되어 있다.

한편, 하기 특허문헌 3에는 승차를 위해 기다리는 승객들이 눈과 비 혹은 태양광으로부터 잠시 피할 수 있는 공간인 쉘터가 마련된 버스 승차대에서, 버스 승차대 쉘터의 내부 일측에 유닛 카세트형태로 공기정화모듈을 다수 개 설치하고, 쉘터 구조물의 실내 공간의 공기질을 측정하고, 쉘터 내부공간의 공기를 정밀하게 정화시켜 외부 미세먼지나 매연으로부터 쉘터 내의 승차자들을 용이하게 보호할 수 있는 자동 공기 정화 기능을 구비한 시스템에 대해 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제2020-0053770호(2020.05.19 공개) 대한민국 공개특허공보 제2020-0086041호(2020.07.16 공개) 대한민국 공개특허공보 제2019-0108796호(2019.09.25 공개)

상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 하나의 환기 팬에 의해 공동 주택의 실외기의 성능을 향상시킬 수 있는 단일 덕트를 이용한 실외기실의 환기 시스템에 대해 개시되어 있지만, 공동주택의 실외기실에 대해 환기만 실행될 뿐 실내 공간의 공기질을 개선하기 위한 기술에 대해서는 개시되어 있지 않았다.

또 특허문헌 2에는 고속버스 내부의 미세먼지 및 초미세먼지의 농도를 각각 측정하여 블로워를 작동시키는 기술에 대해 개시되어 있고, 특허문헌 3에는 쉘터 내부공간의 공기를 정밀하게 정화시키는 기술에 대해 개시되어 있지만, 상기 특허문헌 2 및 3에 개시된 기술에서도 내부 공기오염 발생, 내부 환기, 바이오 에어로졸 감염 유행 등에 따라 청정한 공기를 공급할 수 있는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않았다.

또한, 도시에서 운행되는 시내버스의 에어 컨디셔닝 시스템은 공기 흡입구에 미세먼지 필터를 설치하고, 운전자가 버스 실내 공기순환 모드를 수동으로 조정하여 해당 시스템을 운전한다. 그러나 이와 같은 시스템에서는 운전자에 의한 수동 운전이기 때문에 버스 내 공기질에 따른 적합한 운전이 어렵다는 문제가 있었다. 또, 공기 흐름이 기존 에어컨 공기 흐름을 그대로 이용하기 때문에 최근과 같은 바이오에어로졸 팬데믹 상황에서 에어컨 토출구로 바이오에어로졸이 공급되면, 버스 객실 전체로 쉽게 확산될 수 있고, 일부 승객들의 바람 토출에 대해 항의를 유발할 수 있다. 즉, 코로나로 인해 에어컨에서 토출된 공기에 대해 항의하는 승객들이 발생하므로, 청정운전 모드를 오프(off)한 채로 운전할 수밖에 없는 문제가 있으며, 버스 내부의 환기 관리가 어렵다는 문제도 있었다.

한편, 시내버스에서는 외부에서 청정한 공기의 내부 유입, 오염된 내부 공기의 외부배출을 통한 환기 장치로 실내의 공기질을 관리하지만, 외부에서 내부로의 공기 흡입, 그리고 내부에서 외부로의 공기 배출을 위해 최소한 2개 이상의 팬 운전이 필요하여 제조 및 설치 비용이 증가하며, 운전비용도 상승할 수 있다. 또한, 공기 흐름을 형성하기 위해 서로 다른 기류(air stream)를 만드는 2개의 팬 중 1개가 운전하지 않거나 2개의 기류의 부피 속도가 동일하지 못할 경우, 환기장치에서 누설 포인트(leaky point)가 발생하고 해당 포인트에서 외부 공기가 오염물의 제거 없이 내부로 유입될 수 있다는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 버스, 버스쉘터, 지하철 등과 같은 대중교통시설 및 소규모 실내에서 IoT/공기질 센서를 이용하여 실내의 상태를 측정하고 오염 물질을 공기 필터로 적용하여 해당 공간 운전자 또는 승객인 사용자에게 청정한 공기를 공급할 수 있는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 버스, 버스쉘터, 지하철 등과 같은 대중교통시설 및 소규모 실내에서 다양한 운전 방법을 적용하여 쾌적한 분위기를 조성할 수 있는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대중교통 시설 및 소규모 공간 등에 쉽게 적용할 수 있으며, 심플한 공기정화 시스템을 마련할 수 있는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템은 외부 공기 또는 실내 공기를 흡기하는 흡기관 및 실내 공기 또는 청정화된 실내 공기와 청정화된 외부 공기를 배기하는 배기관을 구비한 덕트, 상기 실내 공기의 상태를 감지하는 감지 부재, 상기 덕트 내에 마련되어 흡기 또는 배기의 상태를 조절하는 기류 조절 부재, 상기 덕트 내에 마련되어 일방향 기류를 형성하는 유동 팬, 상기 감지 부재에서의 감지 정보에 따라 상기 기류 조절 부재 및 유동 팬의 작동을 제어하는 제어부, 상기 덕트 내에 마련되어 흡기되는 공기에서 오염 물질을 여과하는 필터 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에서, 상기 덕트는 대중교통 시설 또는 소규모 실내공간에 마련되고, 강제 환기용 제1 덕트와 자연 환기용 제2 덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에서, 상기 흡기관은 상기 제1 덕트에 마련되고 외부 공기를 실내로 흡기하는 제1 흡기관, 상기 제1 덕트에 마련되고 실내 공기를 흡기하는 제2 흡기관, 상기 제2 덕트에 마련되고 외부 공기를 실내로 흡기하는 제3 흡기관, 상기 제2 덕트에 마련되고 실내 공기를 흡기하는 제4 흡기관을 포함하고, 상기 배기관은 상기 제1 덕트에 마련되고 실내 공기를 실외로 배기하는 제1 배기관, 상기 제1 덕트에 마련되고 청정화된 외부 공기 또는 청정화된 실내 공기를 실내로 배기하는 제2 배기관, 상기 제2 덕트에 마련되고 실내 공기를 실외로 배기하는 제3 배기관, 상기 제2 덕트에 마련되고 청정화된 외부 공기를 실내로 배기하는 제4 배기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에서, 상기 제1 흡기관과 상기 제1 배기관은 하나의 관으로 이루어지고, 상기 제3 흡기관과 상기 제3 배기관은 하나의 관으로 이루어지고, 상기 제4 흡기관과 상기 제4 배기관은 하나의 관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에서, 상기 제1 덕트에는 상기 제1 흡기관과 제2 배기관이 연통되게 하는 제1 연결관, 상기 제2 흡기관과 제2 배기관이 연통되게 하는 제2 연결관이 마련되고, 상기 제2 덕트에는 상기 제3 흡기관과 제4 배기관이 연통되게 하는 제3 연결관이 마련되고, 상기 기류 조절 부재는 상기 제1 연결관과 제2 연결관 사이 또는 상기 제3 연결관과 제4 배기관 사이에 장착되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에서, 상기 기류 조절 부재는 상기 제1 흡기관과 상기 제2 연결관 사이에 마련된 제1 ASC(Air stream controller), 상기 제1 연결관과 상기 제2 배기관 사이에 마련된 제2 ASC, 상기 제3 연결관과 제4 배기관 사이에 마련된 제3 ASC를 포함하고, 상기 유동 팬은 상기 제1 ASC와 제2 ASC 사이에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에서, 상기 필터 부재는 상기 제2 배기관에 마련된 제1 필터 및 상기 제3 연결관에 마련된 제2 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에서, 상기 제1 ASC, 상기 제2 ASC, 상기 제3 ASC는 각각 제1 연결관, 제2 연결관, 제3 연결관에서 기류의 흐름을 단속하도록 개방 또는 폐쇄하는 스마트 밸브 또는 삼방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법은 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템을 운전하는 방법으로서, (a) 감지 부재로 대중교통 시설 또는 소규모 실내공간의 공기 상태를 감지하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 감지된 감지 정보에 따라 실내의 공기가 오염된 상태, CO₂의 농도가 높은 상태 또는 바이러스 및 세균이 검출된 상태인가 판단하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서의 판단 결과에 따라 제1 흡기관과 제2 연결관 사이에 마련된 제1 ASC(Air stream controller), 제1 연결관과 상기 제2 배기관 사이에 마련된 제2 ASC, 제3 연결관과 제4 배기관 사이에 마련된 제3 ASC의 각각에서 기류의 흐름을 단속하도록 밸브를 개방 또는 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법에서 상기 단계 (c)는 상기 단계 (b)에서의 판단이 실내 공기 오염인 경우, 상기 제1 ASC는 개방 상태, 상기 제2 ASC는 개방 상태, 상기 제3 ASC는 폐쇄 상태로 유지하고, 상기 단계 (b)에서의 판단이 CO₂의 농도가 높은 경우, 상기 제1 ASC는 폐쇄 상태, 상기 제2 ASC는 개방 상태, 상기 제3 ASC는 개방 상태로 유지하고, 상기 단계 (b)에서의 판단이 바이러스 및 세균 검출인 경우, 상기 제1 ASC는 개방 상태, 상기 제2 ASC는 폐쇄 상태, 상기 제3 ASC는 개방 상태로 유지하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법에 의하면, 외부 공기 또는 실내 공기를 흡기하는 흡기관 및 실내 공기 또는 청정화된 실내 공기와 청정화된 외부 공기를 배기하는 배기관을 구비한 덕트, 실내 공기의 상태를 감지하는 감지 부재, 덕트 내에 마련되어 흡기 또는 배기의 상태를 조절하는 기류 조절 부재를 마련하는 것에 의해, 버스, 버스쉘터, 지하철 등과 같은 대중교통시설 및 소규모 실내에 청정한 공기를 공급할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법에 의하면, 강제 환기용 제1 덕트와 자연 환기용 제2 덕트를 마련하는 것에 의해 유행성 바이오에어졸의 팬데믹 현상으로 사회적 문제 및 팬 유동에 의해 실내에 확산이 급격히 일어나는 것을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법에 의하면, 하나의 유동 팬을 적용하므로, 심플한 공기정화 시스템을 마련할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 실내 자동 환기 장치가 장착된 버스를 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템의 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에 적용되는 덕트의 구조의 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 ASC(Air stream controller) 구조의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3에 도시된 ASC 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 3에 도시된 ASC 구조의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 3에 도시된 ASC 구조의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 9 내지 도 13은 도 8에 도시된 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법 과정을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

본원에서 사용하는 용어 "스마트 밸브"는 예를 들어 덕트의 내부에 설치되어 기류의 흐름을 단속하는 게이트 밸브의 구조를 적용할 수 있으며, 덕트 내에서 기류의 흐름을 단속하기 위한 개폐판을 자동 제어할 수 있는 구조를 의미한다.

또 본 발명에 따른 IoT 공기정화 시스템에서는 대중교통 시설 및 소규모 공간 등에 쉽게 적용할 수 있도록 팬을 1개만 사용하여 시스템 크기를 줄이고 설치 비용을 절감한다. 한편, 일반적 상황과 바이오에어로졸 팬데믹 상황에서의 운전방법을 달리하여 시스템 적용 공간의 실내 공기질 제어는 물론 거주자 등의 불쾌감을 줄이고자 한다. 또한, 해당 공간의 실내 공기질을 반영하여 시스템을 자동 운전하기 위해 IoT/공기 센서와 연동하게 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 의 블록도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템에 적용되는 덕트의 구조의 나타내는 도면 이다.

본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부 공기 또는 실내 공기를 흡기하는 흡기관 및 실내 공기 또는 청정화된 실내 공기와 청정화된 외부 공기를 배기하는 배기관을 구비한 덕트(110, 120), 상기 실내 공기의 상태를 감지하는 감지 부재(200), 상기 덕트 내에 마련되어 흡기 또는 배기의 상태를 조절하는 기류 조절 부재(300), 상기 덕트 내에 마련되어 일방향 기류를 형성하는 유동 팬(400), 상기 감지 부재(200)에서의 감지 정보에 따라 상기 기류 조절 부재 및 유동 팬의 작동을 제어하는 제어부(500), 상기 덕트 내에 마련되어 흡기되는 공기에서 오염 물질을 여과하는 필터 부재(610, 620)를 포함한다.

상기 덕트(110, 120)는 대중교통 시설 또는 소규모 실내공간, 예를 들어 시내버스의 천장 부분에 마련되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 유동 팬(400)이 마련되어 실내 공기를 강제로 환기시키는 강제 환기용 제1 덕트(110)와 실내 공기를 자연적으로 환기하기 위한 자연 환기용 제2 덕트(120)를 포함한다.

상기 덕트(110, 120)에 마련된 흡기관은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 덕트(110)에 마련되고 실외의 외부 공기를 실내로 흡기하는 제1 흡기관(111), 상기 제1 덕트(110)에 마련되고 실내 공기를 흡기하는 제2 흡기관(112), 상기 제2 덕트(120)에 마련되고 실외의 외부 공기를 흡기하는 제3 흡기관(121), 상기 제2 덕트(120)에 마련되고 실내 공기를 흡기하는 제4 흡기관(123)을 포함한다.

또 상기 덕트(110, 120)에 마련된 배기관은 상기 제1 덕트(110)에 마련되고 실내 공기를 실외로 배기하는 제1 배기관(111), 상기 제1 덕트(110)에 마련되고 청정화된 외부 공기 또는 청정화된 실내 공기를 실내로 배기하는 제2 배기관(113), 상기 제2 덕트(120)에 마련되고 실내 공기를 실외로 배기하는 제3 배기관(121), 상기 제2 덕트(120)에 마련되고 청정화된 외부 공기를 실내로 배기하는 제4 배기관(123)을 포함한다.

상기 제1 흡기관(111)과 상기 제1 배기관(111)은 본 발명에 적용되는 IoT 공기정화 시스템에서 기류의 흡기 및 배기를 설명하기 위해 구분한 것이지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 덕트 구조로서 하나의 관으로 이루어진다. 또 본 발명에서 흡기관 및 배기관을 구비한 덕트가 원형의 단면을 갖는 구조로 설명을 하지만 이에 한정되는 것은 아니고 사각형의 단면을 갖는 구조로 마련될 수도 있다. 또 상기 제3 흡기관(121)과 상기 제3 배기관(121)도 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 관으로 이루어지고, 상기 제4 흡기관(123)과 상기 제4 배기관(123)도 하나의 관으로 이루어진다. 또한, 제1 배기관(111)과 제3 배기관(121)의 배기구는 실외 방향을 향하고, 제2 배기관(113) 및 제4 배기관(123)의 배기구는 실내 방향을 향하도록 마련된다. 따라서, 본 발명에서는 하나의 관에는 하나의 부호를 부여하고, 기능에 따라 흡기관 또는 배기관으로 설명한다.

또 상기 제1 덕트(110)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 흡기관(111)과 제2 배기관(113)이 연통되게 하는 제1 연결관(114), 상기 제2 흡기관(112)과 제2 배기관(113)이 연통되게 하는 제2 연결관(115)이 마련된다. 즉 제1 덕트(110)에서 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 연결관(114)은 제1 흡기관(111)의 중도에서 제2 배기관(113)의 중도에 연결되며, 제2 연결관(115)은 제1 흡기관(111) 및 제2 흡기관(112)과 제2 배기관(113)이 연통되게 마련된다.

또 상기 제2 덕트(120)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제3 흡기관(121)과 제4 배기관(123)이 연통되게 하는 제3 연결관(124)이 마련된다. 즉 제3 연결관(124)은 제3 흡기관(121)의 중도에서 제4 배기관(123)의 중도에 연결된다.

또한, 도 3에서는 제1 덕트(110) 및 제2 덕트(120)의 구조를 설명하기 위해 제1 연결관(114) 등이 직각으로 이루어진 구조로 나타내었지만, 굴곡진 상태로 마련될 수 있다.

상기 감지 부재(200)는 예를 들어 시내버스의 천장 등에 장착되며, 먼지 등의 대기 오염 상태를 감지하는 센서, 이산화탄소의 농도를 감지하는 센서, 바이러스 및 세균을 감지하는 센서 등이 하나의 모듈로 마련된다. 이와 같은 감지 부재는 시내버스의 천장에 다수 개가 장착될 수도 있다. 또 상기 감지 부재(200)에는 송신부가 마련되어 제어부(500)에 무선으로 감지 정보를 전송하도록 마련될 수도 있다. 또 상기 감지 부재(200)는 특정 센서에 한정되는 것은 아니고, IoT를 실현할 수 있는 상용의 제품을 적용할 수도 있다.

상기 기류 조절 부재(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 덕트(110)에서 상기 제1 연결관(114)과 제2 연결관(115) 사이 또는 제2 덕트(120)에서 상기 제3 연결관(124)과 제4 배기관(123) 사이에 장착된다.

즉, 상기 기류 조절 부재(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 흡기관(111)과 상기 제2 연결관(115) 사이에 마련된 제1 ASC(Air stream controller, 310), 상기 제1 연결관(114)과 상기 제2 배기관(113) 사이에 마련된 제2 ASC(320), 상기 제3 연결관(124)과 제4 배기관(123) 사이에 마련된 제3 ASC(330)를 포함한다.

상기 제1 ASC(310), 상기 제2 ASC(320) 및 상기 제3 ASC(330)는 각각 제1 연결관(114), 제2 연결관(115), 제3 연결관(124)에서 기류의 흐름을 단속하도록 개방 또는 폐쇄하는 스마트 밸브 또는 삼방 밸브로 마련될 수 있다.

상기 스마트 밸브 또는 삼방 밸브의 구조로서, 기류의 흐름을 단속하기 위한 밸브(311)의 구조에 대해서는 도 4 내지 도 7에 따라 설명한다.

도 4는 도 3에 도시된 ASC(Air stream controller) 구조의 일 예를 설명하기 위한 도면 이고, 도 5는 도 3에 도시된 ASC 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면 이고, 도 6은 도 3에 도시된 ASC 구조의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면 이며, 도 7은 도 3에 도시된 ASC 구조의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면 이다.

상술한 바와 같은 덕트 구조 내에서 공기 흐름 방향을 조절하여 기류를 단속하도록 마련된 ASC는 밸브(311)와 밸브(311)를 지지하는 지지축(312)을 포함하며, 지지축(312)은 제어부(500)의 제어에 따라 작동하는 모터 등의 작동 부재에 의해 밸브(311)를 기류를 폐쇄하는 도 4의 (a) 상태에서 기류를 개방하는 도 4의 (b)의 상태로 이동시킨다. 즉 도 4의 (a)는 예를 들어, 제2 연결관(115)에서 기류의 흐름을 폐쇄하기 위해 밸브(311)가 관 내에 세워진 상태이고, 도 4의 (b)는 기류의 흐름을 개방하기 위해 지지축(312)에 의해 밸브(311)가 관 내에 눕혀진 상태를 나타낸다.

또 도 5의 ASC 구조에서는 관 내에 밸브 출입구(119)를 마련하고, 이 밸브 출입구(119)를 통해 밸브(311)가 진출입하도록 마련된다. 즉 도 5의 (a) 상태에서 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 밸브(311)가 밸브 출입구(119)를 통해 제2 연결관(115)의 외부로 인출된다. 도 5에 도시된 ASC 구조에서 제2 연결관(115)의 진출입을 위해 제2 연결관(115)의 일측에 밸브 출입구(119)가 형성되지만, 밸브 출입구(119)가 기류의 흐름과 직교하는 방향으로 마련되므로, 기류의 흐름에 거의 형향을 끼치지는 않는다. 도 5에 도시된 지지축(312)도 제어부(500)의 제어에 따라 작동하는 모터 등의 작동 부재에 의해 밸브(311)의 이동을 실행하게 마련된다.

또한, 도 6의 ASC 구조에서는 밸브(311)의 중앙 부분이 볼록한 형상으로 마련된다. 즉 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 밸브(311)의 중앙 부분이 볼록한 형상, 예를 들어 제2 연결관(115)의 내경과 거의 동일한 곡률을 갖도록 마련된다. 따라서, 도 6의 구조를 도 4에 적용하는 경우, 밸브(311)의 일측이 관의 내면과 밀착되게 되므로, 기류의 흐름 방지를 최소화할 수 있다.

한편, ASC 구조는 도 7에 도시된 바와 같이 밸브(311)의 중앙 부분에 경첩(319)를 마련하고, 기류를 폐쇄하는 경우, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 밸브(311)가 펼쳐진 상태로 유지되고, 기류를 개방하는 경우, 경첩(319)에 의해 접혀진 상태로 유지되게 할 수도 있다. 이와 같은 밸브(311)도 상술한 바와 같은 제어부(500)에 의한 제어에 의해 작동하는 지지축을 이용하여 경첩(319)에 따라 밸브가 펼쳐지거나 접혀지는 구조를 채용할 수 있다.

상기 유동 팬(400)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 연결관(115)에 마련된 제1 ASC(310)와 제2 ASC(320) 사이에 장착되며, 단방향의 유동 팬으로서 제2 ASC(320) 측으로 기류를 발생시킨다. 상기 유동 팬(400)은 제어부(500)의 제어에 따라 작동되며, 통상의 팬을 적용할 수 있다.

상기 제어부(500)는 마이크로프로세서와 메모리로 이루어지고, 메모리에는 상기 감지 부재(200)에서 감기된 감지 정보에 대응하는 정보, 유동팬(400), 제1 ASC(310), 제2 ASC(320) 및 제3 ASC(330)의 작동 정보 등이 저장되며, 마이크로프로세서는 감지 정보와 메모리의 저장 정보를 비교하여 유동팬(400), 제1 ASC(310), 제2 ASC(320) 및 제3 ASC(330)의 작동을 제어한다. 또 제어부(500)에는 수신부가 마련되어 감지 부재(200)에서의 감지 정보를 무선으로 수신할 수도 있다.

상기 필터 부재는 외기 또는 실내버스 내부에 존재하는 소정의 입자 크기의 오염 물질을 여과시키도록, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 배기관(113)의 배기구 측에 마련된 제1 필터(610) 및 제3 연결관(124)의 배기구에 마련된 제2 필터(620)을 포함한다. 이와 같은 제1 필터(610) 및 제2 필터(620)는 예를 들어, 바이러스, 세균 등을 살균할 수 있는 음이온 필터로 마련될 수도 있다. 또 도 3에 도시된 구조에서는 실내의 공기를 청정화하기 위해 실내의 배기구 측에 필터를 마련한 구조를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 실외 공기의 청정화를 위해 실외 측의 배기구에 필터를 마련할 수도 있다.

다음에 본 발명에 따른 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법에 대해 도 8 내지 도 13에 따라 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도 이고, 도 9 내지 도 13은 도 8에 도시된 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법 과정을 설명하기 위한 도면 이다.

본 발명에 따른 IoT 공기정화 시스템의 운전에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 버스, 버스쉘터, 지하철 등과 같은 대중교통 시설 및 소규모 실내공간의 천장에 장착된 감지 부재(200)에서 실내 공기의 상태를 감지한다(S10).

상기 단계 S10에서 감지된 감지 정보에 따라 제어부(500)의 마이크로프로세서는 메모리에 저장된 정보와 비교하여 실내의 공기가 오염된 상태, CO₂의 농도가 높은 상태 또는 바이러스 및 세균이 검출된 상태인가 판단한다.

제어부(500)의 판단 결과에 따라, 제어부(500)는 제1 흡기관과 제2 연결관 사이에 마련된 제1 ASC(Air stream controller), 제1 연결관과 상기 제2 배기관 사이에 마련된 제2 ASC, 제3 연결관과 제4 배기관 사이에 마련된 제3 ASC의 각각에서 기류의 흐름을 단속하도록 밸브(311)를 개방 또는 폐쇄하도록 제어한다.

즉 상기 단계 S10에서의 실내 공기 감지 결과, 실내 공기 오염인 경우(S20), 제어부(500)는 유동 팬(400)을 운전(S30)시키고, 도 9에서 화살표로 나타낸 기류 방향과 같이, 상기 제1 ASC(310)를 개방 상태, 상기 제2 ASC(320)를 개방 상태, 상기 제3 ASC(330)는 폐쇄 상태로 유지한다(S40). 즉 상기 단계 S20에서 실내 오염인 경우, 유동 팬(400)의 작동에 의해 제2 흡기관(112)에서 실내 공기가 흡기되고, 흡기된 실내 공기는 제1 ASC(310)과 제2 ASC(320) 및 제1 필터(610)를 거쳐 제2 배기관(113)의 배기구로 배출된다. 상술한 바와 같이, 실내 공기가 오염인 경우, 제1 필터(610)에 의해 실내 공기가 청정화된다.

또 상기 단계 S10에서의 실내 공기 감지 결과, CO₂의 농도가 높은 상태인 경우(S50), 제어부(500)는 유동 팬(400)을 운전(S30)시키고, 도 10 및 도 11에서 화살표로 나타낸 기류 방향과 같이, 상기 제1 ASC(310)를 폐쇄 상태, 상기 제2 ASC(320)를 개방 상태, 상기 제3 ASC(330)를 개방 상태로 유지한다(S60). 즉 상기 단계 S50에서 CO₂의 농도가 높은 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1 ASC(310)이 폐쇄되고, 유동 팬(400)의 작동에 의해 제1 흡기관(111)에서 실외의 공기가 흡기되고, 제2 ASC(320) 및 제1 필터(610)를 거쳐 제2 배기관(113)의 배기구로 배출된다. 또 도 11에 도시된 바와 같이, 실내 공기를 실외로 방출하기 위해 제4 흡기관(123)에서 실내 공기를 흡기하여 제3 배기관(121)을 통해 실외로 배기한다.

한편, 상기 단계 S10에서의 실내 공기 감지 결과, 바이러스 및 세균이 검출된 경우(S70), 제어부(500)는 유동 팬(400)을 운전(S30)시키고, 도 12 및 도 13에서 화살표로 나타낸 기류 방향과 같이, 상기 제1 ASC(310)를 개방 상태, 상기 제2 ASC(320)를 폐쇄 상태, 상기 제3 ASC(330)를 개방 상태로 유지한다(S80). 즉 상기 단계 S70에서 바이러스 및 세균의 검출로 판단된 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제2 ASC(320)이 폐쇄되고, 유동 팬(400)의 작동에 의해 제2 흡기관(112)에서 실내의 공기가 흡기되고, 제1 연결관(114) 및 제1 배기관(111)의 배기구를 통해 실외로 배출된다. 한편, 제1 배기관(111)의 배기구를 통해 바이러스 및 세균이 실외로 배출되는 것을 방지하기 위해 제1 배기관의 배기구에 필터를 마련할 수도 있다. 또 도 13에 도시된 바와 같이, 실외 공기를 실내로 흡기하기 위해 제3 흡기관(121)에서 실외 공기를 흡기하여 제3 연결관(124) 및 제4 배기관(123)을 통해 실내로 배기한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제어부(500)는 일반적인 상황에서 청정 공기가 실내 거주자 신체에 공급되어도 거부감이 없고, 유행성 바이오에어로졸의 공급이 없을 경우 강제 환기용인 제1 덕트(110)에서 주로 운전이 이루어진다. 자연 환기용인 제2 덕트(120)에서는 유행성 바이오에어로졸의 팬데믹 현상으로 사회적 문제 및 팬 유동에 의해 실내에 확산이 급격히 일어나는 것을 방지하기 위해 마련된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템 및 운전 방법을 사용하는 것에 의해 유행성 바이오에어로졸의 팬데믹 현상으로 사회적 문제 및 팬 유동에 의해 실내에 확산이 급격히 일어나는 것을 방지할 수 있다.

110, 120 : 덕트
200 : 감지 부재
300 : 기류 조절 부재
400 : 유동 팬
500 : 제어부
610, 620 : 필터 부재

Claims

외부 공기 또는 실내 공기를 흡기하고, 실내 공기 또는 청정화된 실내 공기와 청정화된 외부 공기를 배기하는 강제 환기용 제1 덕트와 자연 환기용 제2 덕트를 포함하는 덕트,
상기 실내 공기의 상태를 감지하는 감지 부재,
상기 덕트 내에 마련되어 흡기 또는 배기의 상태를 조절하는 기류 조절 부재,
상기 덕트 내에 마련되어 일방향 기류를 형성하는 유동 팬,
상기 감지 부재에서의 감지 정보에 따라 상기 기류 조절 부재 및 유동 팬의 작동을 제어하는 제어부,
상기 덕트 내에 마련되어 흡기되는 공기에서 오염 물질을 여과하는 필터 부재를 포함하고,
상기 제1 덕트에는 외부 공기를 실내로 흡기하는 제1 흡기관, 실내 공기를 흡기하는 제2 흡기관, 실내 공기를 실외로 배기하는 제1 배기관, 청정화된 외부 공기 또는 청정화된 실내 공기를 실내로 배기하는 제2 배기관, 상기 제1 흡기관과 제2 배기관이 연통되게 하는 제1 연결관, 상기 제2 흡기관과 제2 배기관이 연통되게 하는 제2 연결관이 마련되고,
상기 제2 덕트에는 외부 공기를 실내로 흡기하는 제3 흡기관, 실내 공기를 흡기하는 제4 흡기관, 실내 공기를 실외로 배기하는 제3 배기관, 청정화된 외부 공기를 실내로 배기하는 제4 배기관, 상기 제3 흡기관과 제4 배기관이 연통되게 하는 제3 연결관이 마련되는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템.
제1항에서,
상기 덕트는 대중교통 시설 또는 소규모 실내공간에 마련되는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템.
삭제
제1항에서,
상기 제1 흡기관과 상기 제1 배기관은 하나의 관으로 이루어지고, 상기 제3 흡기관과 상기 제3 배기관은 하나의 관으로 이루어지고, 상기 제4 흡기관과 상기 제4 배기관은 하나의 관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템.
제4항에서,
상기 기류 조절 부재는 상기 제1 연결관과 제2 연결관 사이 또는 상기 제3 연결관과 제4 배기관 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템.
제5항에서,
상기 기류 조절 부재는 상기 제1 흡기관과 상기 제2 연결관 사이에 마련된 제1 ASC(Air stream controller), 상기 제1 연결관과 상기 제2 배기관 사이에 마련된 제2 ASC, 상기 제3 연결관과 제4 배기관 사이에 마련된 제3 ASC를 포함하고,
상기 유동 팬은 상기 제1 ASC와 제2 ASC 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템.
제5항에서,
상기 필터 부재는 상기 제2 배기관에 마련된 제1 필터 및 상기 제3 연결관에 마련된 제2 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템.
제6항에서,
상기 제1 ASC, 상기 제2 ASC, 상기 제3 ASC는 각각 제1 연결관, 제2 연결관, 제3 연결관에서 기류의 흐름을 단속하도록 개방 또는 폐쇄하는 스마트 밸브 또는 삼방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템.
실내 공기질 제어를 위한 IoT 공기정화 시스템을 운전하는 방법으로서,
(a) 감지 부재로 대중교통 시설 또는 소규모 실내공간의 공기 상태를 감지하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 감지된 감지 정보에 따라 실내의 공기가 오염된 상태, CO₂의 농도가 높은 상태 또는 바이러스 및 세균이 검출된 상태인가 판단하는 단계,
(c) 외부 공기를 실내로 흡기하는 제1 흡기관, 실내 공기를 흡기하는 제2 흡기관, 실내 공기를 실외로 배기하는 제1 배기관, 청정화된 외부 공기 또는 청정화된 실내 공기를 실내로 배기하는 제2 배기관, 상기 제1 흡기관과 제2 배기관이 연통되게 하는 제1 연결관, 상기 제2 흡기관과 제2 배기관이 연통되게 하는 제2 연결관이 마련된 제1 덕트와 외부 공기를 실내로 흡기하는 제3 흡기관, 실내 공기를 흡기하는 제4 흡기관, 실내 공기를 실외로 배기하는 제3 배기관, 청정화된 외부 공기를 실내로 배기하는 제4 배기관, 상기 제3 흡기관과 제4 배기관이 연통되게 하는 제3 연결관이 마련된 제2 덕트에서, 상기 단계 (b)에서의 판단 결과에 따라 상기 제1 흡기관과 제2 연결관 사이에 마련된 제1 ASC(Air stream controller), 상기 제1 연결관과 제2 배기관 사이에 마련된 제2 ASC, 상기 제3 연결관과 제4 배기관 사이에 마련된 제3 ASC의 각각에서 기류의 흐름을 단속하도록 밸브를 개방 또는 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법.
제9항에서
상기 단계 (c)는
상기 단계 (b)에서의 판단이 실내 공기 오염인 경우, 상기 제1 ASC는 개방 상태, 상기 제2 ASC는 개방 상태, 상기 제3 ASC는 폐쇄 상태로 유지하고,
상기 단계 (b)에서의 판단이 CO₂의 농도가 높은 경우, 상기 제1 ASC는 폐쇄 상태, 상기 제2 ASC는 개방 상태, 상기 제3 ASC는 개방 상태로 유지하고,
상기 단계 (b)에서의 판단이 바이러스 및 세균 검출인 경우, 상기 제1 ASC는 개방 상태, 상기 제2 ASC는 폐쇄 상태, 상기 제3 ASC는 개방 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 IoT 공기정화 시스템의 운전 방법.