KR102540631B1

KR102540631B1 - 차량 실내 이산화탄소 제거 장치 및 그 재생과 제어 방법

Info

Publication number: KR102540631B1
Application number: KR1020200182069A
Authority: KR
Inventors: 이창근; 이효진; 박영철; 진경태; 조성호; 류호정
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2023-06-12
Also published as: KR20220090996A

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 차량 내부로 유입되는 이산화탄소를 흡착하여 직접 제거할 수 있는 고체 이산화탄소 흡착제; 상기 고체 이산화탄소 흡착제를 통과한 외부공기에 포함된 미세먼지를 제거하는 미세먼지 필터; 상기 고체 이산화탄소 흡착제와 접촉하고, 차량 내부에서 발생하는 열을 상기 고체 이산화탄소 흡착제에 전달하는 재생 열교환기; 차량 내부의 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 이산화탄소 농도 측정 센서; 및 차량 내부의 공기를 순환시키는 내기 순환장치 및 차량 외부의 외부공기를 유입하는 외기 순환장치를 구비하는 공조 시스템을 포함하고, 상기 이산화탄소 농도 측정 센서의 측정 값이 기준치보다 높은 경우에 상기 고체 이산화탄소 흡착제를 이용하여 차량 내부의 이산화탄소를 제거하고, 차량 내부 이산화탄소 제거 장치를 제공할 수 있다.

Description

차량 실내 이산화탄소 제거 장치 및 그 재생과 제어 방법 {Carbon Dioxide Removal Device for Vehicle Indoor and its Recycle and Control Method}

본 실시예는 차량에 유입되는 이산화탄소를 흡착할 수 있는 이산화탄소 제거 장치에 관한 것으로, 열교환기에 의해 재생 가능한 흡착제를 포함하고, 스마트 제어부에 의해 차량 실내의 이산화탄소를 제거하는 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

인간 등의 생물체는 생명을 유지하기 위해 지속적인 호흡 활동이 요구되고, 체내에서 전달받은 산소를 물질대사하여 그 결과로 에너지를 얻게 된다. 이러한 호흡 과정에서 산소가 사용되고 이산화탄소가 배출되므로 들숨보다 날숨에서 이산화탄소의 성분비가 높게 측정된다.

생물체가 호흡 활동의 결과로 배출하는 이산화탄소가 전체 대기에 미치는 영향은 미미하므로 밀폐되지 않은 개방된 공간에서 공기에 포함된 이산화탄소의 농도는 거의 일정하게 유지되는 것이 일반적이다.

개방된 공간과 달리, 밀폐된 공간 또는 차량 내부에서는 생물체의 호흡 활동으로 인해 배출되는 이산화탄소는 실내의 이산화탄소 농도에 크게 영향을 미치게 된다.

실내에 이산화탄소의 농도가 증가하는 경우 산소의 결핍으로 밀폐된 공간에 존재하는 재실자의 졸음을 유발하거나 판단력, 집중력을 저하시키는 것이 알려져 있고, 두통과 같이 생명체의 건강에 치명적인 영향을 미치게 되는 경우도 발생한다. 차량 내부의 운전자에게 발생하는 졸음, 피로감, 판단력 저하, 집중력 저하, 두통과 같은 영향은 교통사고의 위험성을 급격히 증가시키게 된다.

따라서 운전자의 컨디션을 유지하고 사고의 위험을 방지하기 위하여 차량 내부의 이산화탄소의 농도를 일정 수준 이하로 유지하는 것이 필수적으로 요구된다.

또한, 차량 내부에 존재하는 이산화탄소, 미세먼지, 휘발성 유기 화합물 등의 다양한 오염물질은 운전자의 건강을 악화시키므로, 차량 내부의 공기질을 유지하고 관리하는 기술이 운전자의 안전을 위해 요구되고 있다.

종래의 기술은 차량 내부의 공기질을 유지하기 위하여 공조 시스템을 통해 외부공기를 유입시킴으로써 오염물질의 농도를 낮추는 환기 방식을 채택하고 있으나, 이 경우 외부공기의 공기질에 따라 필터의 부하가 심해지게 되므로, 필터의 수명을 감소시키는 문제점을 발생시킨다.

종래의 기술에 따라 외기를 유입하여 실내를 환기하는 경우 쾌적성을 유지하기 위하여 유입되는 공기의 온도를 지속적으로 조절하여야 한다. 다량의 외기의 온도를 지속적으로 제어하는 과정에서 상당한 에너지가 소모되게 된다

종래의 기술은 실내 내부의 공기질 변화를 측정한 후 사후적으로 대응하게 되므로, 운전자에게 미치는 악영향을 사전적으로 방지할 수 없다는 한계점이 존재한다.

이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 고체 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 직접 제거하여 필터의 수명을 증가시키고, 동시에 재생 가능한 흡착제를 사용하여 흡착제의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 차량 실내 이산화탄소 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 인공지능 기계학습 방법을 통해 실내 및 실외의 공기질 변화를 예측하여 운전자에게 미치는 악영향을 최소화할 수 있는 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 차량 내부에서 순환하는 공기의 이산화탄소를 흡착하여 제거하는 고체 이산화탄소 흡착제; 상기 고체 이산화탄소 흡착제를 통과한 공기에 포함된 미세먼지를 제거하는 미세먼지 필터; 상기 고체 이산화탄소 흡착제와 접촉하고, 차량 내부에서 발생하는 열을 상기 고체 이산화탄소 흡착제에 전달하는 재생 열교환기; 차량 내부의 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 이산화탄소 농도 측정 센서; 및 차량 내부의 공기를 순환시키는 내기 순환장치 및 차량 외부의 외부공기를 유입하는 외기 순환장치를 구비하는 공조 시스템을 포함하고, 상기 이산화탄소 농도 측정 센서의 측정 값이 기준치보다 높은 경우에 내기 순환을 통해 상기 고체 이산화탄소 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 제거하고, 상기 이산화탄소 농도 측정 센서의 측정 값이 기준치보다 낮은 경우에 외기 순환을 통해 흡착제를 재생하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치를 제공할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치에서 상기 재생 열교환기는 자동차 엔진에서 발생하는 열을 상기 고체 이산화탄소 흡착제에 전달할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치에서 상기 공조 시스템은 상기 미세먼지 필터를 통과한 공기의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절장치를 더 포함할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치는 이산화탄소 농도 센서와 연결되어 차량 내부 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 차량 스마트 제어부를 더 포함하고, 차량 스마트 제어부는 인공지능(AI: Artificial Intelligence), 사물인터넷(IOT: Internet of Things)에 의해 수집된 데이터를 분석하여 이산화탄소의 농도를 예측하고, 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 최적 제어할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치에서 차량 스마트 제어부는 PID(Proportional, Integral, Derivative) 제어기에 의해 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 최적 제어할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치에서 차량 스마트 제어부는 실내의 공기질 및 실외의 공기질 변화를 측정하고, 실내의 공기질 변화량을 예측할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치의 상기 차량 스마트 제어부는 무게센서를 이용하여 탑승자 수를 추정하고, 탑승자 수에 따른 실내 이산화탄소 농도 변화를 예측할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치에서 상기 차량 스마트 제어부는 온도센서, 습도센서, 미세먼지센서를 이용하여 측정된 값과 외부 날씨정보 및 네비게이션 시스템의 주행정보를 바탕으로 실외의 이산화탄소 농도 변화를 예측할 수 있다.

차량 내부 이산화탄소 제거 장치에 있어서 상기 차량 스마트 제어부는, 챠량의 내부공기를 순환시키면서 이산화탄소를 제거하는 제1 모드; 차량의 외부공기를 유입시켜 이산화탄소 농도를 제어하는 제2 모드; 및 설정된 최적화 기준에 따라 차량의 내부공기 순환 및 차량의 외부공기 유입을 동시에 제어하는 제3 모드를 선택할 수 있고, 상기 차량 스마트 제어부는 실내의 이산화탄소 농도 변화 예측값 및 실외의 이산화탄소 농도 변화 예측값을 기초로 제1 모드 내지 제3 모드를 선택할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제2 실시예는, 이산화탄소 흡착부 및 재생 열교환기를 포함하는 이산화탄소 제거 시스템; 차량의 내부공기를 순환시키는 내기 순환장치 및 차량의 외부공기를 유입시키는 외기 순환장치를 포함하는 공조 시스템; 차량 내부의 탑승자 수 및 탑승 위치를 측정할 수 있는 무게센서, 차량 내외부의 온도를 측정할 수 있는 온도센서, 차량 내외부의 습도를 측정할 수 있는 습도센서, 차량 내외부의 미세먼지 농도를 측정할 수 있는 미세먼지센서, 차량 내부의 이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 이산화탄소 농도센서를 포함하는 센서부; 및 상기 이산화탄소 제거 시스템, 상기 공조 시스템, 상기 센서부를 제어하는 차량 스마트 제어부를 포함하고, 상기 차량 스마트 제어부는 상기 센서부에서 측정된 데이터를 사용하여 인공지능 기계학습을 진행하고, 상기 인공지능 기계학습을 통해 예측된 실내외 공기질의 변화 데이터에 기초하여 상기 이산화탄소 제거 시스템 및 상기 공조 시스템을 제어할 수 있는 차량 내부 이산화탄소 제거 장치를 제공할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제3 실시예는, 차량 내부의 재생 열교환기와 연결되어 이산화탄소를 흡착하는 이산화탄소 흡착 장치에 있어서, 상기 이산화탄소 흡착 장치는 실내 이산화탄소 농도 측정값이 기준치보다 높은 경우에만 고체 이산화탄소 흡착제에 의해 차량 내부의 이산화탄소를 흡착 제거하고, 상기 이산화탄소 고체 흡착 장치가 작동하지 않는 경우에는 열원으로부터 발생하는 열을 이산화탄소 고체 흡착제에 전달하여 상기 이산화탄소 고체 흡착제를 재생하는 이산화탄소 흡착 장치를 제공할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제4 실시예는, 차량 내부 및 외부의 센서에 의해 실내의 공기질 및 실외의 공기질을 측정하는 단계; 상기 차량 내부 및 외부의 센서에 의해 측정된 실내의 공기질 및 실외의 공기질 데이터를 인공지능 기계학습하여 실내의 공기질 및 실외의 공기질을 예측하는 단계; 차량 내부의 이산화탄소를 제거하고 공조시스템을 최적화하는 단계; 및 차량 내부의 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 작동시키는 단계를 포함하는, 차량 내부의 이산화탄소 제거 방법을 제공할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 제4 실시예는, 무게센서를 통해 차량 내부의 탑승자 수 또는 탑승 위치를 측정하는 단계; 상기 무게센서를 통해 추정된 탑승자 수에 기초하여 차량 내부의 공기질변화를 예측하는 단계; 차량 외부의 날씨 정보를 획득하는 단계; 차량 내비게이션 시스템의 주행정보를 획득하는 단계; 상기 차량 외부의 날씨 정보 및 상기 차량 내부게이션 시스템의 주행정보에 기초하여 차량 외부의 공기질을 예측하는 단계; 차량 내부의 공기질 예측 데이터 및 차량 외부의 공기질 예측 데이터를 인공지능 기계학습하여 차량의 공기질을 예측하는 단계; 및 상기 인공지능 기계학습을 통한 차량의 공기질 예측 데이터를 사용하여 차량의 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 최적 운전하는, 차량 내부의 이산화탄소 제거 방법을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 고체 흡착제에 의해 차량 실내 공기 중 이산화탄소를 직접 제거하므로 기존의 외부 공기 순환 방식에 비해 외부공기의 유입량을 줄여 필터의 수명을 연장시킬 수 있으며, 외기 순환 제어 방식 대비 외기 온도 조절에 필요한 에너지를 절약할 수 있다. 고체 흡착제를 이용한 이산화탄소 제거는 보다 빠른 반응속도를 가지고 있으므로, 더욱 효율적인 실내 공기질 제어가 가능하게 된다.

또한, 실내 및 실외의 오염물질 데이터를 사용하고 인공지능 기계학습 방법을 통해 실내외 공기질 변화를 예측하므로, 보다 효율적인 이산화탄소 제거 및 최적화된 공조 시스템을 구동할 수 있게 된다.

도 1은 외부공기 유입 방식에 의한 종래의 기술을 설명한 제1 예시 도면이다.
도 2는 외부공기 유입 방식에 의한 종래의 기술을 설명한 제2 예시 도면이다.
도 3는 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡착 방법과 흡착제의 재생 방법을 예시한 제1 예시 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 흡착모드에서 차량 실내공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 재생모드에서 차량 실내공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6는 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡착 방법과 흡착제의 재생 방법을 예시한 제2 예시 도면이다.
도 7는 일 실시예에 따른 스마트 제어부를 포함하는 실내 이산화탄소 제거 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 실내 이산화탄소 제거 장치의 제어 방법을 타나낸 제1 예시 도면이다.
도 9은 일 실시예에 따른 실내 이산화탄소 제거 장치의 제어 방법을 타나낸 제2 예시 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 모델 예측 제어를 설명하는 제1 예시 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 모델 예측 제어를 설명하는 제2 예시 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 최적 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 이산화탄소 흡착제 사용 유무에 따른 이산화탄소 농도 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 이산화탄소 흡착제 사용 유무에 따른 차량의 연비 변화를 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 외부공기 유입 방식에 의한 종래의 기술을 설명한 제1 예시 도면이다.

도 2는 외부공기 유입 방식에 의한 종래의 기술을 설명한 제2 예시 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 차량 내 이산화탄소 농도를 조절하기 방법(100)은 실내 이산화탄소 농도 측정 단계(S102), 외부공기 유입 단계(S104), 외부공기 필터링 단계(S106), 공기조화 단계(S108)를 포함할 수 있다.

공개특허공보 KR 10-2017-007914에 따르면, 차량 실내의 이산화탄소 농도를 측정하고 이를 기반으로 환기를 진행하여 차량 실내의 이산화탄소 농도를 조절하고 있다. 종래의 기술은 차량 내 공기 배출 스위치 및 팬에 의한 내기 및 외기 순환을 개시하고 있다.

외부공기 유입 단계(S104)에서는 실내 이산화탄소 농도 측정 단계(S102)에서 측정된 이산화탄소 농도를 기준으로 이산화탄소의 농도를 감소시키기 위해서 환기(Ventilation) 방식만을 채택하고 있다.

도 2를 참조하면, 이산화탄소 농도 조절 시스템(200)은 외부에서 유입되는 외부공기(201)을 통해 내부공기(203)의 순환을 발생시키고 저농도의 이산화탄소를 포함한 외부공기를 공급하여 실내의 고농도의 이산화탄소를 희석시키게 된다.

외기유입 통로(210, 220)을 통해 유입된 외부공기의 압력차로 인해 내부공기가 자연적으로 배출되거나, 송풍팬을 사용하여 원활한 내외부 공기 순환을 유도하게 된다.

이러한 과정에서 종래의 이산화탄소 농도 조절 방법은 내기 순환모드와 외기 순환모드를 변경하여, 외부의 신선한 공기를 유입하는데 그 목적이 있다.

종래의 기술에 따른 환기방법은 외부의 공기질에 따라 내부의 오염물질 농도가 영향을 받게 된다.

예시적으로, 외부의 공기가 미세먼지를 다량 포함하는 경우에는 실내로 유입되는 외부공기에 차량 내부의 공기질이 영향을 받게 된다.

따라서 외부 공기에 포함된 오염물질을 제거하기 위해 종래기술은 여과식 필터를 함께 사용하는 것이 일반적이다. 널리 사용되는 헤파(HEPA: High Efficiency Particulate Air) 필터는 불규칙하게 배열된 섬유들의 집합으로서 공기 중의 입자가 섬유에 의해 차단되며, 섬유에 의해 유해물질이 필터에 포집된 상태로 유지되므로 여과 시간이 경과할수록 여과 성능이 떨어지고, 필터에 걸리는 압력과 저항이 증가하게 된다.

이러한 관점에서, 오염물질을 포함하는 외부공기를 다량으로 유입시키는 환기 방식은 필터에 과도한 부하를 발생시키고, 필터의 수명을 급격히 감소시키게 된다.

예시적으로, 미세먼지를 많이 포함하는 날, 또는 다량의 배기가스를 발생시키는 시내에서의 주행, 터널 내부에서의 주행 등의 경우 외부공기는 더욱 많은 오염물질을 포함하게 된다.

또한, 다량의 외부공기를 유입하는 과정에서 실내 탑승자의 쾌적성을 유지하기 위하여 유입되는 공기의 온도와 실내의 온도는 동일하게 조절되므로, 다량의 외부공기에 대해 온도를 조절하는 경우에 과도한 에너지가 소모되게 된다.

예시적으로, 에어컨을 작동하고 있는 여름철 차량의 내부 온도 및 외부 온도차를 고려하면, 유입되는 다량의 외부공기 온도를 제어하는 과정에서 에어컨의 전력소비량은 급증하게 된다. 반대로 외부공기 유입량을 줄이게 되면 차량내부의 이산화탄소 농도가 증가하게 된다. 외부 공기중의 미세먼지 농도가 낮으면 외부공기로 희석시키면 되지만 미세먼지 농도가 높을 경우는 이산화탄소를 직접 제거하는 방법이 보다 효율적이다.

따라서 본 발명은 위와 같은 환기 방식의 종래기술의 문제점을 개선할 수 있도록 이산화탄소를 직접 제거하는 방식을 채택할 수 있으며, 이산화탄소 고체 흡착 방식을 통해 보다 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있다.

도 3는 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡착 방법과 흡착제의 재생 방법을 예시한 제1 예시 도면이다.

도 3을 참조하면, 차량 실내 이산화탄소 제거 방법(300)은 순환모드에 따라 차량 실내의 이산화탄소 흡착과 재생을 반복할 수 있다.

흡착모드(S310)에서는 차량 내기를 순환시키며 실내 이산화탄소의 농도 측정 단계(S312), 이산화탄소 흡착 단계(S314), 공조 시스템의 내기 순환 단계(S316)를 포함할 수 있다.

재생모드(S320)에서는 차량 외기를 순환시키며 실내 이산화탄소의 농도 측정 단계(S322), 이산화탄소 흡착제 재생 단계(S324), 공조 시스템의 외기 순환 단계(S326)를 포함할 수 있다.

흡착모드(S310)의 내기 순환 과정에는 흡착제가 사용될 수 있으나, 재생모드(S320)의 외기 순환 과정에서는 흡착제가 사용되지 않을 수 있다.

흡착모드(S310)의 내기 순환 과정에서는 반응기에 높은 이산화탄소 농도를 가지는 실내의 공기가 통과할 수 있고, 반응기 내부의 흡착제에 의해 공기중의 이산화탄소가 흡착되어 제거될 수 있다.

재생모드(S320)의 외기 순환 과정에서는 실내의 공기가 외기로 배출될 때 반응기 외부면에 붙어있는 열교환기에 열 에너지가 전달되어 흡착제를 재생할 수 있다. 이 경우 흡착되어 있던 이산화탄소가 다시 탈착되어 외부로 배출될 수 있다.

흡착모드(S310)와 재생모드(S320)의 각 반응기는 동일한 반응기에서 흡착과 재생이 일어날 수 있으며, 각 과정은 반복적으로 수행될 수 있다.

실내 이산화탄소 농도 측정 단계(S312, S322)는 이산화탄소를 측정할 수 있는 측정장치를 사용하여 차량 내부의 이산화탄소 농도를 측정하는 단계이다. 이산화탄소 농도 측정장치는 비분산 적외선 흡수 방식(NDIR, Non-Dispersive Infrared), 열전도도 방식, 고체 전해질 방식, 반도체 방식 등 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 이산화탄소 농도의 변화량을 연속적으로 측정하는 센서, 이산화탄소를 포집하여 절대량을 측정하는 센서 등 필요에 따라 다양한 측정장치가 사용될 수 있다.

실내 이산화탄소 농도 측정 단계(S312)에서 이산화탄소 농도의 측정 결과가 기준치보다 높은 경우에 이산화탄소 흡착을 진행할 수 있다.

실내 이산화탄소 농도 측정 단계(S322)에서 이산화탄소 농도의 측정 결과가 기준치보다 낮은 경우에 외기 순환 모드에 따라 흡착제 재생을 할 수 있다.

이산화탄소 흡착 단계(S314)에서 이산화탄소를 흡착할 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다.

일 실시예에 따라, 이산화탄소 고체 흡착제가 사용될 수 있으며,흡착과 탈착 공정을 반복하여 연속적으로 이산화탄소를 제거할 수 있다. 고체 흡착제는 상온, 상압에서 흡착하며, 상압에서 재생되며 인체에 무해한 물질로 만들어져 친환경적인 특징을 가진다.

예시적으로, 이산화탄소를 흡착시키기 위한 방법으로 미세공에 의한 흡착이 가능하며, 실리카(Silica), 제올라이트(Zeolite), 금속유기골격체(MOF: Metal Organic Frameworks), 탄소재료, 활성탄, 알카리금속, 알칼리토금속 등의 다양한 재료가 사용될 수 있다.

물리적 흡착 방법은 이산화탄소를 물리적 방법으로 흡착시키는 방법으로서, 다공성 향상과 기체 선택도를 증가시키기 위해 질소, 황 등의 비균질 원소 도핑 등을 통해 표면을 변화시킬 수 있다.

화학적 흡착 방법은 소재 표면의 염기성 작용기와 이산화탄소의 화학적 반응을 통해 이산화탄소를 포집할 수 있다 화학적 흡착 방법에서는 온도차 순환식 흡착공정(TSA: Temperature Swing Adsorption)을 통해 온도차를 통환 선택적 탈착을 발생시킬 수 있다.

이산화탄소 흡착에 사용되는 제올라이트는 0.4 내지 1.5mm 정도의 균일한 기공 크기를 가질 수 있으며, 제올라이트의 구성인 Si 및 Al에 의한 전하 차이로 인해 골격은 음전하를 가지고 있으므로 필요에 따라 기공을 통과하는 이산화탄소를 선택적으로 흡착할 수 있다.

이산화탄소 흡착에 사용되는 실리카는 주로 계면활성제를 주형 틀로하여 1 내지 3mm 정도의 균일한 기공 크기를 가질 수 있으며, 활성 물질을 그래프팅(grafting) 등의 방식으로 담지하여 활용될 수 있다.

이산화탄소 흡착에 사용되는 금속유기골격체는 금속 클러스터인 SBU(Secondary Building Unit)과 유기소재 기반 연결자(linker)의 연결을 통해 3차원 구조를 형성하여 이산화탄소를 흡착할 수 있다.

이산화탄소 흡착에 사용되는 탄소소재 또는 활성탄은 흡착제의 기공 특성에 따라 이산화탄소의 물리적 흡착 정도를 조절할 수 있다.

다만, 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡착제는 건식의 고체 이산화탄소 흡착제를 사용하는 것이 바람직하다. 건식 흡착제를 이용하는 경우 폐수를 방지할 수 있으며, 부식 문제를 발생시키지 않으므로 차량 내부에서 사용하는 이산화탄소 흡착 시스템에 사용될 수 있고 폐수의 회수장치를 추가적으로 요구하지 않게 된다.

이산화탄소 흡착 단계(S314)에서 이산화탄소 고체 흡착제를 이용하여 실내 공기의 이산화탄소를 직접적으로 제거하게 되는 경우, 외부 공기질에 따른 필터의 부하 문제를 해결할 수 있게 된다. 또한, 외기를 실내로 유입하는 양을 줄일 수 있게 되므로, 내기 순환량을 증가시킬 수 있고 에어컨을 통해 소비되는 전력을 감소시킬 수 있어 더욱 효율적인 에너지 사용이 가능하게 된다.

이산화탄소 흡착 단계(S314)를 통해 실내공기의 순환을 통해 이산화탄소를 제거할 수 있거나, 유입되는 외부공기의 양이 줄어드는 경우 필터링 단계(미도시)에서 필터의 부하를 줄일 수 있거나 필터의 수명을 향상시킬 수 있다.

이산화탄소 흡착 단계(S314)를 통해 공기조화 단계에서 요구되는 전력량을 감소시킬 수 있다.

흡착제 재생 단계(S324)에서는 사용되는 이산화탄소 고체 흡착제를 재사용하기 위해 재생하는 단계이다.

일 실시예에 따른 흡착제 재생 방법은 열적 방법, 화학적 방법에 의해 흡착제를 재생하는 방법을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 이산화탄소 고체 흡착제는 반복적인 흡착 및 탈착을 진행하는 경우에도, 초기 흡착능을 유지하도록 설계될 수 있다.

일 실시예에 따른 이산화탄소 고체 흡착제는 상온 및 상압에서 흡착 가능하고, 상압에서 재생가능한 것이 선택될 수 있다. 이산화탄소 흡착 장치가 작동하지 않는 경우에 자동차 엔진에서 발생하는 열을 이용하여 이산화탄소 고체 흡착제를 재생할 수 있고, 이 경우 이산화탄소 고체 흡착제를 지속적으로 사용할 수 있다.

일 실시예에 따른 이산화탄소 고체 흡착제는 필요에 따라 자동차 엔진 주변에 직접적으로 배치될 수 있으나, 열전도(heat-conduction) 또는 열대류(heat convection) 등이 다양한 방법이 활용될 수 있다. 예시적으로, 열을 전달할 수 있는 도체와 연결되어 차량 내부의 임의의 위치에 배치될 수 있다.

차량 실내 이산화탄소 제거 방법(300)을 통해 본 발명에서는 실내 이산화탄소 농도의 측정 값이 기준치보다 높은 경우에만 이산화탄소 고체 흡착제를 사용하여 실내 공기에서 이산화탄소를 직접 제거할 수 있다.

차량 실내 이산화탄소 제거 방법(300)을 통해 본 발명에서는 이산화탄소 직접 제거를 통해 외부 공기 유입량을 최소화할 수 있고, 외부 미세먼지가 차량 내부에 유입할 가능성을 줄일 수 있다.

차량 실내 이산화탄소 제거 방법(300)을 통해 본 발명에서는 기존의 환기 방식 대비 공조 필터의 수명을 연장시킬 수 있고, 에어컨의 부하량을 줄여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.

차량 실내 이산화탄소 제거 방법(300)을 통해 본 발명에서는 고체 흡착제를 사용하여 직접적으로 이산화탄소를 제거하므로, 환기를 통한 간접방식에 비해 빠른 반응속도를 제공할 수 있다. 이 경우 종래의 외기 순환을 통한 이산화탄소 제거 방식보다 더욱 빠르게 실내 공기질을 제어할 수 있다.

공조 시스템 내기 순환 단계(S316)에서는 이산화탄소가 제거된 공기가 다시 실내로 유입될 수 있다.

공조 시스템 외기 순환 단계(S326)에서는 탈착된 이산화탄소를 외부로 배출할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 흡착모드에서 차량 실내공기의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 5는 일 실시예에 따른 재생모드에서 차량 실내공기의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 이산화탄소의 농도가 높은 차량의 실내공기가 반응기를 통과하며 고체 흡착제에 흡착되어 이산화탄소가 제거될 수 있다. 이산화탄소 흡착에 사용되는 흡착 반응기는 재상 반응기와 동일한 반응기일 수 있다.

일 실시예에 따른 흡착모드에서는 내기 순환을 통해 이산화탄소를 제거할 수 있다.

도 5를 참조하면, 재생모드에서는 외기 순환을 통해 차량의 실내 공기를 차량 외부로 배출할 수 있다.

일 실시예에 따른 재생모드에서는 열교환기에 열을 공급하여 흡착제를 재생할 수 있다.

흡착모드와 재생모드는 각각 내기순환 및 외기순환의 상태에서만 작동하는 모드로서, 각 모드는 분리된 것일 수 있다. 즉, 흡착모드에서는 내기 순환이 강제될 수 있고, 그 역은 성립하지 않을 수 있다. 재생모드에서는 외기 순환이 강제될 수 있고, 그 역은 성립하지 않을 수 있다.

일 실시예에 따른 흡착모드는 상온과 상압에서 작동되는 것일 수 있고, 재생모드는 상압에서 작동하지만 상온보다 높은 고온의 상태일 수 있다.

도 6는 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡착 방법과 흡착제의 재생 방법을 예시한 제2 예시 도면이다.

도 6를 참조하면, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치(400)는 이산화탄소 고체 흡착제(410), 재생 열교환기(420), 필터(430)를 포함할 수 있다. 필요에 따라 오염물질 회수 장치(440)을 더 포함할 수 있다.

이산화탄소 고체 흡착제(410)는 재생 열교환기(420)와 함께 또는 단독으로 외부공기에서 유입되는 이산화탄소를 제거할 수 있다.

이산화탄소 고체 흡착제(410)는 필요에 따라 교체 필터에 포함되어 새로운 고체 흡착제로 교환될 수 있으나, 반복적 사용을 위해 재생 열교환기(420)에서 전달되는 열을 활용하여 재생될 수 있다.

이산화탄소 흡착 장치는 실내 이산화탄소 농도 측정값이 기준치보다 높은 경우에만 고체 이산화탄소 흡착제에 의해 차량 내부의 이산화탄소를 흡착 제거하고, 이산화탄소 고체 흡착 장치가 작동하지 않는 경우에는 열원으로부터 발생하는 열을 이산화탄소 고체 흡착제에 전달하여 상기 이산화탄소 고체 흡착제를 재생할 수 있다.

일 실시예에 따라, 이산화탄소 흡착제 재생은 차량의 내기 순환 모드에서 필터단과 차량 내부가 차단되어, 탈착되는 이산화탄소가 외부로 자연스럽게 배출될 수 있다.

일 실시예에 따라, 차량 외부에서 전달되는 외부공기가 이산화탄소 고체 흡착제(410)을 통과하고, 그 과정에서 외부공기에 포함되는 이산화탄소가 포집 또는 흡착될 수 있다.

다른 실시예에 따라, 차량 내부에서 반복적으로 순환하는 내부공기가 이산화탄소 고체 흡착제(410)을 통과하고, 그 과정에서 외부공기에 포함되는 이산화탄소가 포집 또는 흡착될 수 있다.

이산화탄소의 고체 흡착은 일반적인 환기 모드에서 외부공기가 유입될 때 작동할 수 있으나, 내기순환 과정에서 반복적으로 작동하여 외부의 공기유입량을 감소시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 차량 스마트 제어부는, 챠량의 내부공기를 순환시키면서 이산화탄소를 제거하는 제1 모드, 차량의 외부공기를 유입시켜 이산화탄소 농도를 제어하는 제2 모드, 설정된 최적화 기준에 따라 차량의 내부공기 순환 및 차량의 외부공기 유입을 동시에 제어하는 제3 모드 중 어느 하나의 모드를 선택할 수 있고, 실내의 이산화탄소 농도 변화 예측값 및 실외의 이산화탄소 농도 변화 예측값을 기초로 제1 모드 내지 제3 모드 중 어느 하나의 모드를 선택할 수 있다.

도 7는 일 실시예에 따른 스마트 제어부를 포함하는 실내 이산화탄소 제거 장치를 나타낸 도면이다.

차량 실내 이산화탄소 제거 장치(500)는 센서부(510), 차량 스마트 제어부(520), 이산화탄소 제거 시스템(530), 공조 시스템(540)을 포함할 수 있다.

센서부(510)은 무게센서(511), 온도센서(513), 습도센서(515), 미세먼지 센서(517), 이산화탄소 농도 센서(519)를 포함할 수 있다.

무게센서(511)은 차량 내부에서 탑승자의 무게에 따른 이산화탄소 배출량, 탑승자의 수에 따른 이산화탄소 배출량, 탑승자의 위치에 다른 이산화탄소 배출 분포 또는 배출 변화량을 측정할 수 있다.

예시적으로, 무게 센서로 측정되는 탑승자의 몸무게를 기초로 탑승자의 호흡량을 추정할 수 있고, 미래의 이산화탄소 변화량을 예측할 수 있다.

예시적으로, 무게센서가 측정한 탑승자의 몸무게에 기초하여 탑승자의 1회 호흡량, 분당 호흡량을 추정할 수 있다. 추정된 탑승자의 호흡량의 변화에 기초하여 차량 내부의 이산화탄소의 농도를 예측할 수 있다.

온도센서(513) 또는 습도센서(515)는 차량 내부 또는 외부에 설치되어 차량 내부의 공조 시스템의 구동을 위한 데이터를 제공할 수 있고, 차량 외부의 날씨 정보를 측정되는데 활용될 수 있다.

미세먼지 센서(517)은 외부공기 또는 내부공기에 포함된 미세먼지의 크기, 미세먼지의 양 등을 측정하는데 활용될 수 있다.

이산화탄소 농도 센서(519)는 차량 내부에 설치되어 외부공기 또는 실내공기의 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 것이면 그 종류 및 형태는 제한되지 않는다.

센서부(510)에는 기타 오염물질 측정 센서(미도시)가 포함되어 오염물질 데이터를 측정하고, 운전자의 주행 환경을 개선시키는데 활용할 수 있다. 예시적으로, 산소센서(미도시)가 포함되어 실내의 산소 농도를 판단할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 인공지능에 의한 기계 학습을 이용하여 실내 내부 공기질 변화 및 실외 공기질 변화를 측정, 계산, 예측할 수 있고 이산화탄소 제거 시스템(530) 또는 공조 시스템(540)의 최적 운전을 제어할 수 있다.

인공지능에 의한 기계 학습(Machine Learning)은 지도 학습(Supervised Learning), 비지도 학습(Unsupervised Learning), 강화 학습(Reinforcement Learning) 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 이산화탄소 농도 센서와 연결되어 차량 내부 이산화탄소 제거 장치를 제어할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 차량 스마트 제어부는 인공지능(AI: Artificial Intelligence), 사물인터넷(IOT: Internet of Things)에 의해 수집된 데이터를 분석하여 이산화탄소의 농도 변화를 예측하고, 이산화탄소 흡착 시스템 및 공조 시스템을 최적 제어할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 PID(Proportional, Integral, Derivative) 제어기에 의해 이산화탄소 흡착 시스템 및 공조 시스템을 최적 제어할 수 있다. 차량 스마트 제어부(520)은 인공지능을 활용한 고급공정제어 기법이 사용될 수 있으므로, PID 제어기에 의한 제어 방법에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에 따라 제어 시스템 하이라키(Control System Hierarchy)에서 상위 레벨에서는 예측 제어기가 사용될 수 있고, 하위 레벨의 제어 루프(Control Loop)에서 PID 제어기가 사용될 수 있다. 이 경우 상위 레벨의 예측 제어기가 하위 레벨을 컨트롤할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 실내의 공기질 및 실외의 공기질 변화를 측정하고, 실내 및 실외의 공기질 변화량을 계산하여 실내 및 실내의 공기질 변화량을 예측할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 무게센서를 이용하여 탑승자 수에 따른 실내의 이산화탄소 농도 변화를 측정하거나 예측할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 온도센서, 습도센서, 미세먼지센서를 이용하여 외부 날씨정보 및 네비게이션 시스템의 주행정보에 따른 실외의 이산화탄소 농도 변화를 측정하거나 예측할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는, 챠량의 내부공기를 순환시키면서 이산화탄소를 제거하는 제1 모드, 차량의 외부공기를 유입시켜 이산화탄소 농도를 제어하는 제2 모드, 설정된 최적화 기준에 따라 차량의 내부공기 순환 및 차량의 외부공기 유입을 동시에 제어하는 제3 모드를 선택할 수 있고, 상기 차량 스마트 제어부는 실내의 이산화탄소 농도 변화 예측값 및 실외의 이산화탄소 농도 변화 예측값을 기초로 제1 모드 내지 제3 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

차량 스마트 제어부(520)는 인공지능 기계학습에 의해 최적 제어(Optimal Control)을 통하여 현재 상황에 따른 가장 좋은 방식을 선택할 수 있고, 에너지 절감을 도모할 수 있다. 차량 스마트 제어부(520)의 최적 제어 방법으로 후술하는 도 10 내지 12의 모델 예측 제어(Model Predictive Control)이 사용될 수 있다.

일 실시예에 따른, 차량 내부의 이산화탄소 제거 장치의 센서부는 내부공기기 이산화탄소 농도, 내부공기 산소 농도, 내부공기 및 외부공기의 온도, 내부공기 및 외부공기의 미세먼지 농도, 내부 탑승자의 무게를 측정할 수 있다.

일 실시예에 따른, 차량 내부의 이산화탄소 제거 장치의 스마트 차량 실내 공기 제어기는 센서부의 측정 데이터에 기초하여, 인공지능(AI) 학습을 진행할 수 있고, 사물인터넷(IOT)과 연결될 수 있다. 또한, 차량 내부의 이산화탄소 제거 장치는 PID 제어기에 의해 제어되어 이산화탄소 제거 시스템 또는 공조 시스템의 최적 운전을 유지할 수 있다.

위와 같이 인공지능 기계학습에 의한 이산화탄소 제어 시스템을 통하여 실내 내부의 공기질 변화 및 외부 공기질의 변화를 예측할 수 있고, 사후적 대응이 아닌 선제적 대응(Feedforward control)이 가능함과 동시에 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템의 최적 운전(Optimal Operation)이 가능하게 된다.

도 8은 일 실시예에 따른 실내 이산화탄소 제거 장치의 제어 방법을 타나낸 제1 예시 도면이다.

도 9은 일 실시예에 따른 실내 이산화탄소 제거 장치의 제어 방법을 타나낸 제2 예시 도면이다.

도 8을 참조하면, 차량 내부의 이산화탄소 제거 방법(1000)은 차량 내부 및 외부의 센서에 의해 실내의 공기질 및 실외의 공기질을 측정하는 단계(S1002), 상기 차량 내부 및 외부의 센서에 의해 측정된 실내의 공기질 및 실외의 공기질 데이터를 인공지능 기계학습하여 실내의 공기질 및 실외의 공기질 변화를 예측하는 단계(S1004), 차량 내부의 이산화탄소를 제거하고 공조시스템 운전 전략을 최적화하는 단계(S1006), 차량 내부의 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 작동시키는 단계(S1008)를 포함할 수 있고, 필요에 따라 그 순서 및 방법은 변경될 수 있다.

도 9을 참조하면, 차량 내부의 이산화탄소 제거 방법(1100)은 무게센서를 통해 차량 내부의 탑승자 수 또는 탑승 위치를 측정하는 단계(S1101), 상기 무게센서를 통해 측정된 탑승자 수에 기초하여 차량 내부의 공기질을 예측하는 단계(S1102), 차량 외부의 날씨 정보를 획득하는 단계(S1103), 차량 내비게이션 시스템의 주행정보를 획득하는 단계(S1104), 상기 차량 외부의 날씨 정보 및 상기 차량 내부게이션 시스템의 주행정보에 기초하여 차량 외부의 공기질을 예측하는 단계(S1105), 차량 내부의 공기질 예측 데이터 및 차량 외부의 공기질 예측 데이터를 인공지능 기계학습하여 차량의 공기질을 예측하는 단계(S1106), 상기 인공지능 기계학습을 통한 차량의 공기질 예측 데이터를 사용하여 차량의 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 최적 운전하는 단계(S1107)을 포함할 수 있고, 필요에 따라 그 순서 및 방법은 변경될 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 모델 예측 제어를 설명하는 제1 예시 도면이다.

도 11은 일 실시예에 따른 모델 예측 제어를 설명하는 제2 예시 도면이다.

도 12는 일 실시예에 따른 최적 제어를 설명하는 도면이다.

종래의 PID 제어기는 각 변수가 1:1로 연결(pairing)될 것이 요구되므로, 다변수 시스템의 연산에 한계를 가지게 된다. 예를 들어, 제어변수(Controlled Variable)과 조작변수(manipulated Variable)은 1:1로 연결되어 시스템을 제어하게 된다.

일 실시예에 따른 차량 스마트 제어부(520)는 차량 내 이산화탄소 농도의 예측 제어를 위한 작동 방법으로 모델 예측 제어(Model Predictive Control) 방법을 사용할 수 있고, 다변수 시스템(Multi Input Multi Output System)에서 종래의 PID 제어 방법보다 복잡한 연산을 수행할 수 있다.

모델 예측 제어(MPC)는 제어하고자 하는 시스템의 모델을 이용하여 미래 상태를 예측할 수 있고, 미래 상태가 원하는 상태가 되도록 최적의 제어 동작을 결정할 수 있게 된다.

따라서 일 실시예에 따른 차량 스마트 제어부(520)은 직접 장치(device)를 제어하는 하위 레벨의 제어 루프(Control Loop)에 PID 제어기를 연결하고, 이러한 하위 레벨의 PID 제어기를 제어하는 상위 레벨의 제어 루프(Control Loop)를 형성할 수 있다.

도 10을 참조하면, 모델 예측 제어기(2000)는 상위 루프로서 모델 예측 제어(2010)가 사용되고, 하위 루프로서 분산 제어 시스템이 활용될 수 있다. 모델 예측 제어(2010)을 통한 결과를 통해 이산화탄소 제거 시스템의 최적화(Optimization)을 도모할 수 있다.

도 11을 참조하면, 모델 예측 제어기(2100)는 모델 부분(2110)과 최적화 부분(2120)을 포함할 수 있다.

과거의 입력(input) 데이터와 출력(output) 데이터를 사용하여 모델 부분(2110)은 예상되는 출력 결과를 도출할 수 있다. 이 경우 기준 궤적(Reference Trajectory)를 활용하여 미래의 오차를 보다 정확하게 판단할 수 있다.

일 실시예에 따른 인공지능(AI)에 따른 최적 제어를 위해 도 7에 설명되는 무게센서(511), 온도센서(513), 습도센서(515), 미세먼지센서(517), 이산화탄소 농도 센서(519)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

예시적으로, 모델 예측 제어기(2100)에서 사용되는 데이터는 각 센서들에 의해 측정되는 데이터, 외부에서 주어진 정보에 의해 획득된 데이터, 날씨 정보에 의해 획득된 데이터일 수 있다.

보다 구체적으로, 과거의 입력 데이터 또는 출력 데이터로서 각 센서로부터 측정되는 측정값들, 네비게이션 주행경로에 의해 획득되는 운행 정보들, 지역별로 측정된 외기 미세먼지 농도 데이터들을 모델 부분(2110)에서 기계학습하고 인공 신경 망 모델(Artificial Neural Network Model)을 형성하여 미래 응답의 특성을 예측할 수 있다.

최적화 부분(2120)에서는 예측되는 출력 결과값, 기준궤적, 오차값, 비용함수(Cost Function), 제한조건(Constraints)을 종합하여 최적의 제어 동작을 설정할 수 있다.

예시적으로, 시스템의 최적의 제어 동작은 퇴각 수평선 제어(Receding Horizon Control) 방법에 의해 수행되는 것일 수 있다.

도 12를 참조하면, 실제 시스템의 응답이 모델의 예측값과 차이가 있는 경우에 이를 보상하기 위한 피드백으로서 퇴각 수평선 제어(Receding Horizon Control) 방법을 활용할 수 있다.

예시적으로, 모델 부분(2110)에서는 30분 동안의 미래 응답 특성을 예측하고, 최적화 부분(2120)에서는 10분 동안의 제어 동작을 결정하며, 실제 시스템을 운전하는 경우에는 1분 동안의 실제 운전 결과에 따라 예측 결과값과 실제 결과값의 차이를 비교하여 모델의 예측을 반영하여 오차를 줄일 수 있다. 위와 같은 오차 제거 과정을 반복함에 따라 최종 결과값은 수렴하는 방향으로 시스템을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 이산화탄소 제거 시스템은 탑승자의 수나 몸무게에 기초한 이산화탄소 농도의 변화 예측값, 네비게이션 주행경로에 의해 획득된 터널의 유무에 따른 외기의 특성 예측값 등의 전술한 예측 데이터에서 발생하는 오차를 줄이기 위하여 퇴각 수평선 제어(Receding Horizon Control) 방법을 활용할 수 있다.

도 12를 참조하면, 퇴각 수평선 제어(Receding Horizon Control) 방법에 따라 과거 시간(k-1) 또는 현재 시간(k)의 데이터를 기초로 미래의 시간(k+1)에서의 출력을 예측하고 실제 결과와의 오차를 반복 계산을 통해 줄여나갈 수 있다.

도 13은 이산화탄소 흡착제 사용 유무에 따른 이산화탄소 농도 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면, 평균적인 성인 몸무게를 가지는 성인 2인이 차량에 탑승한 경우의 차량 내부의 이산화탄소 농도 변화를 시간에 따라 계산할 수 있다.

다른 변인을 제어한 상태에서 외기 순환에 따른 차량 실내 이산화탄소 농도 변화율은 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡착 제거 방식에 의한 이산화탄소 농도 변화율보다 적게 측정됨을 확인할 수 있다.

예시적으로, 외기순환시의 이산화탄소의 농도는 100초후에는 918ppm, 200초 후에는 848ppm, 300초 후에는 787ppm으로 계산될 수 있다.

다른 예시적으로, 고체 흡착제에 의한 흡착을 수행하는 경우 이산화탄소 농도는 100초 후에는 875ppm, 200초 후에는 768ppm, 300초 후에는 673ppm으로 계산될 수 있다.

이산화탄소의 농도가 1000ppm보다 높아지는 경우에는 운전자의 주의력이 떨어지고, 2000ppm보다 높아지는 경우에는 운전자의 졸음을 유발하는 것으로 알려져 있다.

일 실시예에 따른 이산화탄소 제거 시스템은 측정되거나 예측되는 이산화탄소의 농도가 1000ppm 보다 높아지는 경우에는 이산화탄소 흡착 모드를 수행할 수 있으나, 기준치는 운전자의 수, 내부 공기의 특성 등에 따라 다르게 정의될 수 있다. 필요에 따라 기준치 설정을 위해 이산화탄소 농도별 인체 변화에 따른 종래의 연구를 활용할 수 있고, 그 기준치를 450ppm, 700ppm, 1000ppm, 2000ppm 등으로 설정할 수 있다.

도 14는 이산화탄소 흡착제 사용 유무에 따른 차량의 연비 변화를 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.

도 14를 참조하면, 이산화탄소 흡착제를 사용 유무에 따른 차량의 연비를 비교할 수 있다.

예시적으로, 외기 순환 과정에서 공조장치 또는 에어컨을 가동하여 외기 온도를 5℃ 낮추는 경우의 에너지 사용량을 비교할 수 있다. 이산화탄소 흡착 제거 과정에서 소모되는 에너지는 0.0001kJ일 수 있고, 외기순환을 위하여 소모되는 에너지는 25.7kJ일 수 있다.

다른 예시적으로, 60km/h로 주행하는 차량에 2인의 성인이 탑승한 경우 이산화탄소 흡착 제거 과정에서 소모되는 에너지는 18km/l일 수 있고, 외기순환을 위하여 소모되는 에너지는 15.7km/l일 수 있다.

100: 이산화탄소 농도 조절 방법
S102: 실내 이산화탄소 농도 측정 단계
S104: 외부공기 유입 단계
S106: 외부공기 필터링 단계
S108: 공기조화 단계
200: 이산화탄소 농도 조절 시스템
201: 외부공기
203: 내부공기
210, 220: 외기유입 통로
300: 차량 실내 이산화탄소 제거 방법
S310: 흡착모드
S312: 실내 이산화탄소 농도 측정 단계
S314: 이산화탄소 흡착 단계
S316: 공조 시스템 내기 순환 단계
S320: 재생모드
S322: 실내 이산화탄소 농도 측정 단계
S324: 흡착제 재생 단계
S326: 공조 시스템 외기 순환 단계
400: 차량 실내 이산화탄소 제거 장치
410: 고체 흡착제
420: 재생 열교환기
430: 필터
440: 오염물질 회수 장치
500: 차량 실내 이산화탄소 제거 장치
510: 센서부
520: 차량 스마트 제어부
530: 이산화탄소 제거 시스템
540: 공조 시스템
1000: 차량 실내 이산화탄소 제거 방법
1100: 차량 실내 이산화탄소 제거 방법

Claims

반응기 내부에서 차량 내부에서 순환하는 공기의 이산화탄소를 흡착하여 제거하는 고체 이산화탄소 흡착제;
상기 고체 이산화탄소 흡착제를 통과한 공기에 포함된 미세먼지를 제거하는 미세먼지 필터;
상기 고체 이산화탄소 흡착제를 포함하는 상기 반응기와 외부면에서 접촉하고, 차량 내부에서 발생하는 열을 상기 고체 이산화탄소 흡착제에 전달하여 흡착되어 있던 이산화탄소를 탈착시키는 재생 열교환기;
차량 내부의 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 이산화탄소 농도 측정 센서; 및
차량 내부의 공기를 순환시키는 내기 순환장치 및 차량 외부의 외부공기를 유입하는 외기 순환장치를 구비하는 공조 시스템을 포함하고,
상기 이산화탄소 농도 측정 센서의 측정 값이 기준치보다 높은 경우에 상기 고체 이산화탄소 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 제거하고,
상기 이산화탄소 농도 측정 센서의 측정 값이 기준치보다 낮은 경우에 상기 재생 열교환기에서 전달하는 열에너지에 의해 흡착제를 재생하고,
상기 고체 이산화탄소 흡착제는 교체되지 않고, 상기 재생 열교환기에서 전달되는 열을 전달받아 상기 고체 이산화탄소 흡착제에서 이산화탄소를 탈착시켜 재생하고,
상기 고체 이산화탄소 흡착제의 이산화탄소 흡착 및 재생은 동일한 반응기 내에서 수행되는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 고체 이산화탄소 흡착제는 실리카(Silica), 제올라이트(Zeolite), 금속유기골격체(MOF: Metal Organic Frameworks), 탄소재료, 활성탄, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 재생 열교환기는 자동차 엔진에서 발생하는 열을 상기 고체 이산화탄소 흡착제에 전달하여 흡착된 이산화탄소를 제거하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
제3항에 있어서,
상기 공조 시스템은 상기 미세먼지 필터를 통과한 공기의 온도를 조절하는 온도 조절장치를 더 포함하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
제4항에 있어서,
이산화탄소 농도 센서와 연결되어 차량 내부 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 차량 스마트 제어부를 더 포함하고,
차량 스마트 제어부는 인공지능(AI: Artificial Intelligence), 사물인터넷(IOT: Internet of Things)에 의해 수집된 데이터를 분석하여 이산화탄소의 농도를 예측하고, 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 제어하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
제5항에 있어서,
상기 차량 스마트 제어부는 실내의 공기질 및 실외의 공기질 변화를 측정하고, 상기 실내 및 실외의 공기질 변화량을 계산하여 실내 및 실내의 공기질 변화량을 예측할 수 있는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
제6항에 있어서,
상기 차량 스마트 제어부는 무게센서를 이용하여 탑승자 수를 추정하고, 이에 따른 실내의 이산화탄소 농도 변화를 예측하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제6항에 있어서,
상기 차량 스마트 제어부는 온도센서, 습도센서, 미세먼지센서를 이용하여 외부 날씨정보 및 네비게이션 시스템의 주행정보에 따른 실외의 이산화탄소 농도 변화를 예측하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
제6항에 있어서,
상기 차량 스마트 제어부는,
챠량의 내부공기를 순환시키면서 이산화탄소를 제거하는 제1 모드;
차량의 외부공기를 유입시켜 이산화탄소 농도를 제어하는 제2 모드; 및
차량의 내부공기 순환 및 차량의 외부공기 유입을 동시에 제어하는 제3 모드를 선택할 수 있고,
상기 차량 스마트 제어부는 실내의 이산화탄소 농도 변화 예측값 및 실외의 이산화탄소 농도 변화 예측값을 기초로 제1 모드 내지 제3 모드 중 어느 하나를 선택하는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
이산화탄소 흡착부 및 재생 열교환기를 포함하는 이산화탄소 제거 시스템;
차량의 내부공기를 순환시키는 내기 순환장치 및 차량의 외부공기를 유입시키는 외기 순환장치를 포함하는 공조 시스템;
차량 내부의 탑승자 수 및 탑승 위치를 측정할 수 있는 무게센서, 차량 내외부의 온도를 측정할 수 있는 온도센서, 차량 내외부의 습도를 측정할 수 있는 습도센서, 차량 내외부의 미세먼지 농도를 측정할 수 있는 미세먼지센서, 차량 내부의 이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 이산화탄소 농도센서를 포함하는 센서부; 및
상기 이산화탄소 제거 시스템, 상기 공조 시스템, 상기 센서부를 제어하는 차량 스마트 제어부를 포함하고,
상기 차량 스마트 제어부는 상기 센서부에서 측정된 데이터를 사용하여 이산화탄소의 농도를 예측하는 기계학습을 진행하고,
상기 기계학습을 통해 예측된 실내외 공기질의 변화 데이터에 기초하여 상기 이산화탄소 제거 시스템 및 상기 공조 시스템을 제어하고,
상기 이산화탄소 농도센서의 측정 값이 기준치보다 높은 경우에 고체 이산화탄소 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 제거하고,
상기 이산화탄소 농도센서의 측정 값이 기준치보다 낮은 경우에 상기 재생 열교환기에서 전달하는 열에너지에 의해 흡착제를 재생하고,
상기 고체 이산화탄소 흡착제는 교체되지 않고, 상기 재생 열교환기에서 전달되는 열을 전달받아 상기 고체 이산화탄소 흡착제에서 이산화탄소를 탈착시켜 재생하고,
상기 고체 이산화탄소 흡착제의 이산화탄소 흡착 및 재생은 동일한 반응기 내에서 수행되는, 차량 실내 이산화탄소 제거 장치.
무게센서를 통해 차량 내부의 탑승자 수 또는 탑승 위치를 측정하는 단계;
상기 무게센서를 통해 측정된 탑승자 수에 기초하여 차량 내부의 공기질을 예측하는 단계;
차량 외부의 날씨 정보를 획득하는 단계;
차량 내비게이션 시스템의 주행정보를 획득하는 단계;
상기 차량 외부의 날씨 정보 및 상기 차량 내비게이션 시스템의 주행정보에 기초하여 차량 외부의 공기질을 예측하는 단계;
차량 내부의 공기질 예측 데이터 및 차량 외부의 공기질 예측 데이터를 기계학습하여 차량의 공기질을 예측하는 단계; 및
상기 기계학습을 통한 차량의 공기질 예측 데이터를 사용하여 차량의 이산화탄소 제거 시스템 및 공조 시스템을 제어하고,
상기 이산화탄소 제거 시스템은,
이산화탄소 농도센서의 측정 값이 기준치보다 높은 경우에 고체 이산화탄소 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 제거하고,
상기 이산화탄소 농도센서의 측정 값이 기준치보다 낮은 경우에 재생 열교환기에서 전달하는 열에너지에 의해 흡착제를 재생하고,
상기 고체 이산화탄소 흡착제는 교체되지 않고, 상기 재생 열교환기에서 전달되는 열을 전달받아 상기 고체 이산화탄소 흡착제에서 이산화탄소를 탈착시켜 재생하고,
상기 고체 이산화탄소 흡착제의 이산화탄소 흡착 및 재생은 동일한 반응기 내에서 수행되는, 차량 실내의 이산화탄소 제거 방법.