KR20160036257A - 자동개폐형 이산화탄소 흡착필터 모듈 및 흡착제를 구비한 에너지 절감형 환기시스템 - Google Patents

자동개폐형 이산화탄소 흡착필터 모듈 및 흡착제를 구비한 에너지 절감형 환기시스템 Download PDF

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Abstract

자동개폐형 이산화탄소 흡착필터 모듈 및 흡착제를 구비한 에너지 절감형 환기시스템이 개시된다. 본 에너지 절감형 환기시스템은, 외기 또는 내기가 이동되는 환기구를 포함하는 바디부; 실내 공기 중 이산화탄소 농도가 기설정된 이산화탄소 실내환경기준치 이하로 유지되도록 하기 위해 상기 실내 공기에 포함된 이산화탄소가 제거되도록 하는 이산화탄소 제거장치; 상기 바디부의 후면에 위치되고, 기설정된 양의 외부 공기가 실내로 유입되도록 하거나 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 공기가 외부 배출되도록 하는 복수의 배관; 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양에 대응되는 양을 제외한 나머지 공기는 실내로 재유입되도록 하고, 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 공기의 열과 상기 복수의 배관을 통해 실내로 유입되는 상기 기설정된 양의 외부 공기의 열이 교환되도록 하면서 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 공기는 외부로 배출되도록 하는 전열 교환기; 및 상기 실내 공기에 포함된 산소 농도, 이산화탄소 농도, 온도, 습도 및 소비전력량을 측정하여 상기 실내 공기의 환기 횟수 및 외기 도입량을 제어하는 컨트롤러;를 포함한다. 이에 의해, 실내 공간의 이산화탄소 농도를 감지하고, 이산화탄소 농도가 기설정된 이산화탄소 농도를 초과하면 실내 공기 중의 이산화탄소를 제거하여 외기를 이용한 환기횟수를 줄이는 것은 물론, 외기 도입량을 낮춰 에너지 손실을 줄이고 외부로 배출되는 내기와 외기 간에 열교환이 이루어지도록 함으로써 에너지 사용량을 저감시킬 수 있게 된다.

Description

자동개폐형 이산화탄소 흡착필터 모듈 및 흡착제를 구비한 에너지 절감형 환기시스템{ENERGY-SAVING TYPE VENTILATION SYSTEM HAVING AUTOMATION OPENING AND SHUTTING CO2 ABSORPTION FILTER MODULE AND ABSORBENT}
본 발명은 실내 공기 중의 이산화탄소 농도를 저감시켜 환기 횟수를 감소시킬 수 있는 에너지 절감형 환기시스템에 관한 것이다.
업무용, 생활용 및 거주용 등으로 사용되는 다중이용시설 및 공동주택, 초고층 빌딩 등과 같은 건물은 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 환기시스템을 갖추게 된다.
특히, 이산화탄소의 경우, 대기 중 이산화탄소의 농도가 높아지게 되면, 건물 내에 상주하거나 유동하는 사람에게 두통, 혈압상승, 구토 등의 증상을 유발시키게 되므로 적정한 실내환기는 꼭 필요하게 된다.
이러한 환기시스템의 경우, 건물 내의 이산화탄소 농도를 저감시키기 위해 외부로부터 외기를 유입시켜 대기 중 실내 공기와 혼합함으로써 이산화탄소의 농도를 낮추는 방법이 주로 사용된다.
하지만 외기를 유입하는 환기시스템은 외기를 흡입하기 위해 팬, 모터와 같은 부재를 사용하게 되고, 이러한 부재가 작동되기 위해서는 전기에너지를 필요로 하며 필연적으로 비용이 발생되게 된다.
특히 외기 유입 시 실내 온도가 변경되어 실내 온도를 실내 적정 온도로 유지하기 위해서는 냉난방 시스템이 추가로 가동되어야 하므로 에너지를 추가적으로 필요로 한다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 실내 공간의 이산화탄소 농도를 감지하고, 이산화탄소 농도가 기설정된 이산화탄소 농도를 초과하면 실내 공기 중의 이산화탄소를 제거하여 외기를 이용한 환기횟수를 줄이는 것은 물론, 외기 도입량을 감소시켜 에너지 손실을 줄이고 외부로 배출되는 내기와 외기 간에 열교환이 이루어지도록 하여 에너지 사용량을 저감시킬 수 있는 에너지 절감형 환기시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템은, 외기 또는 내기가 이동되는 환기구를 포함하는 바디부; 실내 공기 중 이산화탄소 농도가 기설정된 이산화탄소 실내환경기준치 이하로 유지되도록 하기 위해 상기 실내 공기에 포함된 이산화탄소가 제거되도록 하는 이산화탄소 제거장치;
상기 바디부의 후면에 위치되고, 기설정된 양의 외부 공기가 실내로 유입되도록 하거나 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 공기가 외부 배출되도록 하는 복수의 배관; 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양에 대응되는 양을 제외한 나머지 공기는 실내로 재유입되도록 하고, 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 공기의 열과 상기 복수의 배관을 통해 실내로 유입되는 상기 기설정된 양의 외부 공기의 열이 교환되도록 하면서 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 공기는 외부로 배출되도록 하는 전열 교환기; 및 상기 실내 공기에 포함된 산소 농도, 이산화탄소 농도, 온도, 습도 및 소비전력량을 측정하여 상기 실내 공기의 환기 횟수 및 외기 도입량을 제어하는 컨트롤러;를 포함한다.
그리고, 상기 기설정된 공기의 양은 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기의 전체 중 20% 미만일 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 제거장치는, 상기 바디부 내에 삽입되고, 상기 컨트롤러의 개방 신호에 의해 회동되는 이산화탄소 흡착필터 모듈; 상기 흡착필터 모듈에 삽입되어 고정되고, 상기 흡착필터 모듈이 회동됨에 따라 외부에 노출되거나 외부와 차단되는 흡착필터; 및 상기 흡착필터 내에 충진되어 상기 실내 공간의 이산화탄소를 흡착하는 흡착제;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 흡착제는, 알갱이 형태의 제올라이트 또는 상기 제올라이트에 수산화리듐 또는 소다석회를 첨착시켜 제조한 이산화탄소 흡착제일 수 있다.
또한, 상기 복수의 배관은, 상기 기설정된 양의 외부의 공기가 실내로 유입되도록 하는 외기 흡입구 및 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 경기 중 상기 기설정된 양의 공기가 외부로 배출되도록 하는 내기 배출구를 포함하고, 상기 외기 흡입구 및 상기 내기 배출구 중 하나는 상기 바디부 후면의 상부에 위치되고 나머지 하나는 상기 바디부 후면의 하부에 위치되되, 상기 컨트롤러로부터 제1 제어신호를 수신하면 상기 바디부 후면의 상부에 위치된 배관이 상기 외기 흡입구로 사용되고 상기 컨트롤러로부터 제2 제어신호를 수신하면 상기 바디부 후면의 하부에 위치된 배관이 상기 내기 배출구로 사용될 수 있다.
이에 의해, 실내 공간의 이산화탄소 농도를 감지하고, 이산화탄소 농도가 기설정된 이산화탄소 농도를 초과하면 실내 공기 중의 이산화탄소를 제거하여 외기를 이용한 환기횟수를 줄이는 것은 물론, 외기 도입량을 낮춰 에너지 손실을 줄이고 외부로 배출되는 내기와 외기 간에 열교환이 이루어지도록 함으로써 에너지 사용량을 저감시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템을 설명하기 위해 제공되는 정면투시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템을 설명하기 위해 제공되는 측면투시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치를 설명하기 위해 제공되는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤러를 설명하기 위해 제공되는 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템에 따라 이산화탄소가 제거되는 과정을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템을 설명하기 위해 제공되는 정면투시도, 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템을 설명하기 위해 제공되는 측면투시도이다.
본 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템은 실내 이산화탄소 농도가 실내환경기준치 이하로 유지될 수 있도록 하되, 이산화탄소 농도 저감을 위해 외기를 실내로 흡입할 때 외기가 도입되는 양을 줄이면서 실내 온도 유지 시 사용되는 에너지 소모량을 절감하기 위해 사용된다.
이를 위해 본 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템은 바디부(100), 이산화탄소 제거장치(200), 복수의 배관(300), 전열교환기(400), 컨트롤러(500) 및 산소공급용 PSA(Pressur Swing Adsorption) 장치(600)를 포함하도록 마련된다.
바디부(100)는 이상의 이산화탄소 제거장치(200), 복수의 배관(300), 전열교환기(400)가 고정 및 장착되어 동작될 수 있도록 하기 위해 마련되는 것으로 환기구(110)를 포함한다.
환기구(110)는 실내 공기, 즉 내기가 외부로 배출되도록 하거나 외부 공기, 즉 내기가 실내로 유입될 수 있도록 하기 위해 마련되는 것으로, 도시된 바와 같이 바디부(100)의 전면 상부에 위치되게 된다.
환기구(110)의 위치는 물론 설명의 편의를 위한 예시적 사항일 뿐, 이상의 다른 장치들의 위치 등을 고려하여 충분히 변경될 수 있음은 물론이다.
한편, 이산화탄소 제거장치(200)는 실내 공기 중 이산화탄소 농도가 기설정된 이산화탄소 실내환경기준치 이하로 유지되도록 하기 위해 마련되는 것으로 실내 공기에 포함된 이산화탄소를 제거하기 위해 이산화탄소 흡착필터 모듈(210), 이산화탄소 흡착필터(210) 및 흡착제(230)를 포함한다.
이하에서는 이산화탄소 제거장치(200)에 대해 간략히 설명하기로 하고, 이산화탄소 흡착필터 모듈(210), 이산화탄소 흡착필터(210) 및 흡착제(230)에 관해서는 후술할 도 3에서 자세히 설명하기로 한다.
그리고, 이산화탄소 제거장치(200)는 바디부(100) 내부에 위치되어 외부에 노출되지 않도록 마련된다.
또한 이산화탄소 제거장치(200)는 환기구(110)를 통해 바디부(100) 내부로 들어온 실내 공기 중에 포함된 이산화탄소를 제거하고, 이산화탄소가 제거된 공기는 전열교환기(400)로 이동될 수 있도록 한다.
그리고, 본 실시예에서는, 기설정된 이산화탄소 농도를 실내환경 권고기준치에 따른 이산화탄소 농도로써 1,000ppm으로 상정하였으며, 이는 물론 설명의 편의를 위한 예시적 사항으로 권고기준치가 변경되거나 사용자의 필요에 따라 기설정된 이산화탄소의 농도가 변경될 수도 있음은 물론이다.
한편, 복수의 배관(300)은 실내의 공기가 외부로 배출될 수 있도록 하거나 외부의 공기가 실내로 유입될 수 있도록 하기 위해 마련되는 것으로, 외기 흡입구(310) 및 내기 배출구(320)로 구성된다.
외기 흡입구(310)는 외부로부터 공기를 흡입하여 외부 공기가 실내로 유입될 수 있도록 하기 위해 마련되는 것으로, 도시된 바와 같이 바디부(100)의 후면부에 위치된다.
그리고, 외기 흡입구(310)는 흡입한 외기가 전열교환기(400)로 이동될 수 있도록 한다.
또한, 본 실시예에 따른 외기 흡입구(310)는 외부로부터 외기를 흡입할 때 기설정된 양에 해당되는 만큼만 흡입하게 되는데 본 실시예에서의 기설정된 양은 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기의 전체 중 20% 미만인 것으로 상정하였다.
이상의 기설정된 양의 외기 도입량은 실내 공기가 적정 온도로 유지될 때 에너지 손실을 최소화하기 위함으로, 종래의 환기시스템에서는 외기 도입 시 실내 공기 중 30%에 해당되는 양의 외기가 내부로 유입되도록 하는 것이 일반적이었다.
하지만, 이 경우 실내 공기 중 일부는 외부로 배출시키고 외기를 유입시켜 실내 공기 중 이산화탄소의 농도를 줄일 수는 있었으나, 외기의 도입으로 인해 실내 온도의 변화가 큰 것은 물론, 외기 도입 후 실내 온도를 적정하게 유지하기 위해 냉/난방기를 가동시킴으로써 에너지 사용량이 증가된다는 단점이 있었다.
이상의 문제를 해결하기 위해 본 실시예에서는 외기 흡입구(310)를 통해 실내로 유입되는 외기 도입량을 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기의 전체 중 20% 미만인 것으로 상정하였으며, 더 바람직하게는 외기 도입량을 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기의 전체 중 10%에 해당되는 양으로 상정하는 것이다.
한편, 내기 배출구(320)는 실내 공기 중 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 중 기설정된 양의 실내 공기가 외부로 배출되도록 하기 위해 마련된다.
이를 위해 내기 배출구(320)는 외기 흡입구(310)와 함께 바디부(100)의 후면에 위치되고, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유해 이산화탄소가 제거된 실내 공기 중 기설정된 양의 실내공기를 전열교환기(400)로부터 공급받아 외부로 배출하게 된다.
여기서 기설정된 양의 실내 공기라 함은 외기 흡입구(310)가 흡입하는 외기의 양과 동일한 양으로써, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 전체 중 20% 미만에 해당되는 양을 의미한다.
즉, 외기 흡입구(310)가 흡입하는 외기의 도입량과 내기 배출구(320)가 배출하는 내기의 배출량은 동일하다.
또한, 이상에서 설명한 바와 같이 더 바람직하게는 내기 배출구(320)가 배출하는 내기의 배출량은 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기의 전체 중 10%로 상정하는 것이다.
그리고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 외기 흡입구(310) 및 내기 배출구(320)가 바디부(100)의 후면에 위치되되 높이가 서로 다르게 위치되는데, 이는 환기시스템이 사용될 때 내기와 외기의 온도 차이를 고려한 것으로, 외기가 유입되거나 내기가 배출될 때 내기 및 외기 간의 온도차를 효율적으로 이용하기 위함이다.
이를 위해 복수의 배관(300)들 중 컨트롤러(500)로부터 제1 제어신호를 수신하면 상부에 위치된 배관이 외기 흡입구(310)로 사용되고 하부에 위치된 배관은 내기 배출구(320)로 사용된다.
반대로 컨트롤러(500)로부터 제2 신호를 수신하면 이상에서와는 반대로 상부에 위치된 배관이 내기 배출구(320)로 사용되고 하부에 위치된 배관은 외기 흡입구(310)로 사용된다.
구체적으로, 본 실시예에에 따른 환기시스템이 겨울에 사용되는 경우를 예로 들면, 외기의 온도는 내기의 온도보다 낮게 되는데 상대적으로 두 공기 중 온도가 낮은 공기는 아래로 내려가려는 성질을 가진다.
따라서 바디부(100)의 후면에서 상대적으로 상부에 위치된 외기 흡입구(310)를 통해 흡입된 외기는 별도의 송풍기나 팬이 마련되지 않더라도 외기 흡입구(310)보다 아래에 위치된 전열교환기(400)로 용이하게 이동될 수 있게 되고, 전열교환기(400)를 통해 내부 공기의 열을 흡수한 외기는 전열교환기(400) 상부로 이동되어 실내로 유입될 수 있게 된다.
물론 이는 설명의 편의를 위한 예시적 사항으로 원활한 외기 및 내기의 이동을 위해 별도의 송풍기나 팬이 바디부(100) 내부 또는 외부에 마련할 수도 있음은 물론이다.
반면, 바디부(100)의 후면에서 상대적으로 외기 흡입구(310) 및 전열교환기(400)보다 하부에 위치된 내기 배출구((310)는, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 중 기설정된 양의 실내 공기는 전열교환기(400)에서 열교환이 이루어지고 나면 공기의 온도가 낮아지게 됨으로써 전열교환기(400) 하부로 이동되어 손쉽게 외부로 배출될 수 있게 된다.
본 실시예에서 외기 흡입구(310) 및 내기 배출구(320)의 높이가 서로 다르게 위치되도록 구현한 것 역시 설명의 편의를 위한 예시적 사항에 불과하며, 복수의 배관(300)은 열교환의 효율성을 고려하여 위치가 변경될 수도 있음은 물론, 높이가 동일하도록 구현될 수도 있다.
한편, 전열교환기(400)는 외기 흡입구(310)를 통해 흡입되는 외기와 내기 배출구(320)를 통해 배출되는 내기 간에 열 교환이 이루어지도록 하기 위해 마련된다.
그리고 전열교환기(400)는 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 전체 중 기설정된 양에 대응되는 양을 제외한 나머지 공기는 실내로 재유입되도록 한다.
또한, 전열교환기(400)는 외기와 내기 간에 열 교환이 완료되면 외기는 실내로 유입될 수 있도록 하고, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 전체 중 기설정된 양의 실내 공기는 내기 배출구(320)를 통해 외부로 배출되도록 한다.
이를 위해 전열교환기(400)는 바디부(100) 내부에 위치되고, 도면에 도시된 바와 같이 복수의 배관(300)이 서로 높이가 달리 구현되는 경우에는 두 배관(310, 320)사이에 위치된다.
이상에서 기설정된 양이라 함은 전술한 바와 같이 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 중 20% 미만의 양을 의미하는 것으로, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 중 20%는 전열교환기(400)를 통해 흡입된 외기와 열 교환이 이루어지고, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 중 나머지 80%는 전열교환기(400)를 통해 다시 실내로 유입되게 된다.
그리고 본 실시예는 에너지 절감을 위해서 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 중 90%는 전열교환기(400)를 통해 실내로 재유입되고, 10%는 내기 배출구(320)를 통해 외부로 배출되는 것이 더 바람직하다.
한편, 컨트롤러(500)는 실내 공기에 포함된 산소 농도, 이산화탄소 농도, 온도, 습도 및 소비전력량 등을 측정하여 실내 공기의 환기 횟수 및 외기 도입량을 제어하기 위해 마련된다.
컨트롤러(500)는 바디부(100) 또는 외부에 마련된 센서를 통해 실내 공기에 포함된 이산화탄소 농도가 기설정된 수치를 초과하면 이산화탄소 제거장치(200), 복수의 배관(300), 전열교환기(400) 및 산소공급용 PSA 장치(600)를 제어하여 이산화탄소 농도가 기설정된 수치 미만으로 유지될 수 있도록 한다.
기설정된 이산화탄소 농도는 전술한 바와 같이 실내환경 권고기준치에 의한 이산화탄소 농도로 1,000ppm으로 상정하였다.
또한, 컨트롤러(500)는 복수의 배관(300)이 외기 흡입구(310) 또는 내기 배출구(320)로 사용될 수 있도록 한다.
구체적으로, 복수의 배관(300) 중 상대적으로 상부에 위치된 배관이 외기 흡입구(310)로 사용되는 경우에는 컨트롤러(500)가 제1 제어신호를 전송하고, 반대로 상부에 위치된 배관이 내기 배출구(310)로 사용되는 경우에는 컨트롤러(500)가 제2 제어신호를 전송한다.
이때, 제1 제어신호 또는 제2 제어신호는 복수의 배관(300)이 직접 수신하거나 복수의 배관(300)에 연결된 팬이 수신할 수 있다.
컨트롤러(500)에 대한 설명은 후술할 도 4에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
산소공급용 PSA(Pressur Swing Adsorption) 장치(600)는, 실내에 고농도의 산소가 유입되도록 하기 위해 마련되는 것으로, 도시된 바와 같이 바디부(100) 및 컨트롤러(500)와 연결되거나, 별도의 장치로써 컨트롤러(500)와만 연결될 수 있다.
그리고 산소공급용 PSA 장치(600)는, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 중 기설정된 공기의 양을 제외한 나머지 공기 및 전열교환기(400)에서 열교환이 완료된 기설정된 양의 외부 공기가 전열교환기(400)를 통해 실내로 재유입 및 유입될 때 실내에 고농도의 산소가 유입되도록 하며, 이를 위해 컨트롤러(500)에 의해 제어된다.
또한, 산소공급용 PSA 장치(600)는 본 실시예에 따른 환기시스템이 실내 공기 중 이산화탄소를 제거함으로써 이산화탄소의 농도 자체를 줄여 실내 환경이 쾌적하게 하는 것은 물론, 고농도의 산소가 실내로 유입되도록 하여 산소의 농도를 높임으로써 실내 공기 중 산소 및 이산화탄소의 농도 비율이 적정하게 유지될 수 있도록 할 수 있다.
구체적으로, 환기시스템이 전열교환기(400)를 통해 이산화탄소가 제거된 실내 공기 및 외부 공기가 실내로 재유입 및 유입되지 않더라도 산소공급용 PSA 장치(600)에서 발생되는 고농도의 산소가 실내로 유입되면 실내 공기 중 이산화탄소의 농도가 낮아지는 효과를 볼 수 있게 된다.
이처럼 산소공급용 PSA 장치(600)는 이산화탄소 제거장치(200), 복수의 배관(300), 전열교환기(400)와는 별도로 동작될 수도 있게 되며, 이를 통해 에너지 사용량을 저감시켜 에너지를 절약할 수 있게 된다.
이하에서는 공기의 흐름을 중심으로 하여 내기와 외기가 이동되는 흐름에 대해 설명하기로 한다.
설명의 편의를 위해 본 실시예에서는 외부에서 흡입되는 외기를 굵은 실선으로 표현하였고, 내부에서 외부로 배출되는 내기는 1점 쇄선으로 표현하였다.
이산화탄소 농도가 일정 수치를 초과하면 컨트롤러(500)가 수동 또는 자동으로 동작되면서, 환기구(110)를 통해 내부의 공기가 바디부(100) 내부로 이동되게 된다.
이를 위해 별도의 식별기호는 기재되지 않았으나 본 실시예에 따른 환기시스템에는 외기 또는 내기의 이동을 위해 팬 및 팬 컨트롤러가 마련될 수 있음은 물론이다.
바디부(100) 내부로 이동된 내기는 도 1에는 도시되지 않았으나 도 2에 도시된 이산화탄소 제거장치(200)를 경유하면서 실내 공기 중에 포함된 이산화탄소가 제거되게 되며, 이산화탄소가 제거된 실내 공기는 전열교환기(400)로 이동되게 된다.
전열교환기(400)로 이동된 이산화탄소가 제거된 내기 중 일부는 전열교환기(400)에서 외기와 열 교환이 이루어진 후 내기 배출구(320)를 통해 외부로 배출되게 된다.
그리고 전열교환기(400)로 이동된 이산화탄소가 제거된 내기 중 내기 배출구(320)로 배출되지 않은 나머지 내기는 다시 실내로 재유입되게 된다.
한편, 외부 공기는 외기 흡입구(310)를 통해 바디부(100) 내부로 흡입되어 전열교환기(400)로 이동된다.
그리고 전열교환기(400)로 이동된 외기는 이상의 이산화탄소가 제거된 내기 중 일부와 열 교환이 이루어진후, 실내로 유입되게 된다.
이상에서 이산화탄소가 제거된 내기 중 일부와 외기 흡입구(310)를 통해 흡입된 외기는 동일한 양으로, 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 실내 공기 전체 중 20% 미만을 의미한다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(200)를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
전술한 바와 같이 본 실시예의 이산화탄소 제거장치(200)는 실내 공기 중에 포함된 이산화탄소를 제거하여 실내 공기 중 이산화탄소 농도를 감소시키기 위해 마련되는 것으로, 도시된 바와 같이 이산화탄소 흡착필터 모듈(210), 이산화탄소 흡착필터(220) 및 흡착제(230)를 포함한다.
도 3에서는 흡착필터 모듈(210), 흡착필터(200) 및 흡착제(230)에 대해 중점적으로 설명하기 위해 이외의 다른 구성요소들에 대해서는 별도의 식별부호를 기재하지 않았으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시적 사항에 불과할 뿐, 도면에 표현된 구성들 또한 본 발명의 기술적 범위 내에 있다고 볼 것이다.
이산화탄소 흡착필터 모듈(210)은, 실내 대기 중의 이산화탄소 농도를 낮추기 위해 사용되며 컨트롤러(500)로부터 개방 또는 폐쇄 신호를 수신하여 동작 또는 미동작되게 된다.
그리고 이산화탄소 흡착필터 모듈(210)은 흡착필터(220)가 고정되도록 하기 위해 사용되며, 전면부에는 도시된 바와 같이 적어도 하나의 날개가 위치되고, 후면에는 흡착필터(220)가 삽입되어 고정된다.
또한, 흡착필터 모듈(210)의 일측은 회동 부재와 연결되어 회동 부재에 의해 회동될 수 있게 되며, 이를 통해 흡착필터 모듈(210)이 지면을 기준으로 0°내지 90°범위 내에서 회동될 수 있게 된다.
즉, 이산화탄소 제거장치(200)는 컨트롤러(500)로부터 개방 신호를 수신하게 되면 흡착필터 모듈(210)은 회동 부재에 의해 도시된 바와 같이 지면과 0°를 이루고, 전면부에 위치된 날개가 지면과 수직을 이루게 되면서 흡착필터(220) 및 흡착제(230)가 노출되게 된다.
그리고 흡착필터 모듈(210)의 회동에 따라 전면부에 위치된 날개가 회전되기 위해서는 힌지부재와 같은 별도의 부재가 더 마련될 수도 있음은 물론이다.
또한, 흡착필터 모듈(210)은 컨트롤러(500)로부터 폐쇄 신호를 수신하게 되면 도시된 도면과는 달리 지면과 90°를 이루도록 위치되어 흡착필터 모듈(210)의 전면부는 적어도 하나의 날개가 지면과 수직을 이루게 되면서 외부와 차단되고, 후면부는 바디부(100)의 내측면과 맞닿음으로써 외부와 차단되게 된다.
한편, 흡착필터(220)는, 도시된 바와 같이 격자 모양의 프레임으로 형성되고, 각각의 격자는 실내 공간의 이산화탄소를 포집 및 흡착하는 흡착제(230)로 충진된다.
그리고 흡착필터(220)는 흡착필터 모듈(210)의 후면부에 삽입 및 고정되어 흡착필터 모듈(210)이 회동됨에 따라 외부에 노출되거나 외부와 차단되게 된다.
한편, 흡착제(230)는 환기구(110)를 통해 바디부(100) 내부로 유입된 실내 공기 중에 포함된 이산화탄소를 포집 및 흡착하기 위해 마련되는 것으로, 흡착필터 모듈(210)이 회동되어 전면부 및 후면부가 외부에 노출되면서 흡착제(230) 역시 외부에 노출되어 이산화탄소를 포집 및 흡착함으로써 이산화탄소의 농도가 감소되도록 한다.
그리고, 본 실시예에 따른 흡착제(230)는 알갱이 형태의 제올라이트 또는 상기 제올라이트에 수산화리듐 또는 소다석회를 첨착시켜 제조된다.
구체적으로, 흡착제(230)는 Al2O3와 SiO2사면체로 형성된 삼차원 입체구조로 Si/Al 비가 1 내지 1.5 사이로 혼합된 제올라이트 13X를 물리적으로 개질하여 안정화시키고 내부에 부착된 이물질을 제거한 뒤 수산화리듐 또는 소다석회를 첨착시켜 제조된다.
그리고 흡착제(230)를 통해 이산화탄소가 제거된 실내 공기는 이산화탄소 제거장치(200) 하단에 위치된 전열교환(400)로 이동되어 실내로 재유입되거나 외부로 배출되게 된다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤러(500)를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
전술한 바와 같이 컨트롤러(500)는 실내 공기에 포함된 산소 농도, 이산화탄소 농도, 온도, 습도 및 소비전력량 등을 측정하여 실내 공기의 환기 횟수 및 외기 도입량을 제어하기 위해 마련된다.
이를 위해 도면에는 미도시되었으나 컨트롤러(500)는 바디부(100) 및 산소공급용 PSA 장치(600) 이외에 실내 공기 중 이산화탄소 농도 및 산소농도, 실내 온도 및 습도, 그리고 장치들에서 소비하는 전력량을 측정하는 별도의 센서부와 연결되며, 연결된 센서부들로부터 수집된 정보로부터 실내 공기의 환기 횟수 및 외기 도입량을 제어한다.
그리고, 컨트롤러(500)는 도시된 바와 같이 현재의 실내 상태를 확인하거나 연결된 장치들을 제어하기 위한 디스플레이를 포함한다.
또한 컨트롤러(500)는 현재의 실내 온도, 산소 농도, 이산화탄소 농도 소비전력량 등을 표시하고 컨트롤러(500)가 자동으로 동작되도록 하여 설정된 제어값에 맞게 환기시스템이 동작되도록 하거나 수동으로 동작되도록 설정할 수 있다.
구체적으로 전술한 바와 같이 현재 실내 공기 중에 포함된 이산화탄소 농도가 1,000ppm을 초과하는 경우에 환기시스템이 동작되도록 하고 실내 공기 중 10%에 해당되는 실내 공기를 배출하면서 실내 공기 중 10%에 해당되는 외부 공기를 흡입하도록 컨트롤러(500)가 설정된 경우를 예로 들면, 컨트롤러(500)가 자동운전으로 선택된 상태에서 이산화탄소 농도가 1,000ppm을 초과하게 되면 이산화탄소 제거장치(200)에서 이산화탄소를 제거하도록 하고, 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 공기 중 10%의 실내 공기는 전열교환기(400) 통과한 후 내기 배출구(320)로 배출된다.
그리고, 컨트롤러(500)는 외기 흡입구(310)로부터 외부 공기가 이상의 10%에 해당되는 양만큼 흡입되도록 한 후 전열교환기(400)에서 내부 공기와 열 교환이 완료되면 전열교환기(400)를 통해 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 경기 중 90%의 실내 공기와 함께 실내로 재유입 및 유입되도록 한다.
또한, 컨트롤러(500)는 전열교환기(400)의 동작을 제어하여, 배출되는 내기와 흡입되는 외기 간의 열 교환이 필요에 의해 이루어지도록 한다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템에 따라 이산화탄소가 제거되는 과정을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
먼저, 컨트롤러(500)가 연결된 센서로부터 측정된 실내 공기 중 이산화탄소의 농도 수치를 수신하여, 수신된 이산화탄소의 농도가 기준치를 초과했는지를 판단한다(S100)
만약, 센서로부터 수신된 이산화탄소의 농도가 기준치 미만인 경우(S100-N)에는 시작으로 회귀한다.
반면, 센서로부터 수신된 이산화탄소의 농도가 기준치를 초과한 경우(S100-Y)에는 컨트롤러(500)가 이산화탄소 제거장치(200)가 동작되도록 한다(S200).
이산화탄소 제거장치(200)는 바디부(100) 내부로 유입된 실내 공기 중에 포함된 이산화탄소가 제거되도록 한다(S300).
이후에, 전열교환기(400)가 이산화탄소 제거장치(200)를 통해 이산화탄소가 제거된 실내 공기 중 일부는 실내로 재유입되도록 한다(S400). 여기서 실내로 재유입되는 실내 공기는 전술한 바와 같이 이산화탄소 제거장치(200)를 경유한 전체 공기 중 20% 미만의 공기를 제외한 나머지 공기를 의미한다.
그리고, 외기 흡입구(310)가 기설정된 양의 외부공기를 흡입하여 바디부(100) 내부로 유입되어 전열교환기(400)로 이동되도록 한다(S500).
전열교환기(400)가, 기설정된 양의 외부 공기와 이산화탄소가 제거된 공기 중 기설정된 양의 내부 공기 간에 열 교환이 이루어지도록 한다(S600). 본 실시예에서는 열교환이 이루어지는 외부 공기 및 내부 공기는 동일한 양으로 상정하였다.
전열교환기(400)에서 외부 공기 및 내부 공기간의 열 교환이 완료되면, 내기배출구(320)는 이산화탄소가 제거된 공기 중 기설정된 양의 내부 공기가 외부로 배출되도록 한다(S700).
이상의 단계들을 통해 본 실시예에 따른 에너지 절감형 환기시스템은 실내 공기 중 이산화탄소의 농도를 저감시키는 것은 물론, 이산화탄소 농도 저감을 위해 실내로 유입되는 외기의 도입량 및 환기 횟수를 감소시킬 수 있게 되며, 외기와 내기 간의 열 교환이 이루어지도록함으로써 외기 도입 시 실내 공기를 일정한 온도로 유지하기 위해 가동되는 냉.난방기에서 사용되는 에너지의 사용량을 줄일 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100 : 바디부 110 : 환기구
200 : 이산화탄소 제거장치 210 : 흡착필터 모듈
220 : 흡착필터 230 : 흡착제
300 : 복수의 배관 310 : 외기 흡입구
320 : 내기 배출구 400 : 전열교환기
500 : 컨트롤러 600 : 산소공급용 PSA 장치

Claims (5)

  1. 외기 또는 내기가 이동되는 환기구를 포함하는 바디부;
    실내 공기 중 이산화탄소 농도가 기설정된 이산화탄소 실내환경기준치 이하로 유지되도록 하기 위해 상기 실내 공기에 포함된 이산화탄소가 제거되도록 하는 이산화탄소 제거장치;
    상기 바디부의 후면에 위치되고, 기설정된 양의 외부 공기가 실내로 유입되도록 하거나 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 내부 공기가 외부 배출되도록 하는 복수의 배관;
    상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양에 대응되는 양을 제외한 나머지 내부 공기는 실내로 재유입되도록 하고, 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 내부 공기의 열과 상기 복수의 배관을 통해 실내로 유입되는 상기 기설정된 양의 외부 공기의 열이 교환되도록 하면서 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기 중 상기 기설정된 양의 공기는 외부로 배출되도록 하는 전열 교환기; 및
    상기 실내 공기에 포함된 산소 농도, 이산화탄소 농도, 온도, 습도 및 소비전력량을 측정하여 상기 실내 공기의 환기 횟수 및 외기 도입량을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 환기시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기설정된 공기의 양은 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 공기의 전체 중 20% 미만에 해당되는 양인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 환기 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 제거장치는,
    상기 바디부 내에 삽입되고, 상기 컨트롤러의 개방 신호에 의해 회동되는 이산화탄소 흡착필터 모듈;
    상기 흡착필터 모듈에 삽입되어 고정되고, 상기 흡착필터 모듈이 회동됨에 따라 외부에 노출되거나 외부와 차단되는 흡착필터; 및
    상기 흡착필터 내에 충진되어 상기 실내 공간의 이산화탄소를 흡착하는 흡착제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 흡착제는,
    알갱이 형태의 제올라이트 또는 상기 제올라이트에 수산화리듐 또는 소다석회를 첨착시켜 제조한 이산화탄소 흡착제인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 배관은,
    상기 기설정된 양의 외부의 공기가 실내로 유입되도록 하는 외기 흡입구 및 상기 이산화탄소 제거장치를 경유한 경기 중 상기 기설정된 양의 내부 공기가 외부로 배출되도록 하는 내기 배출구를 포함하고,
    상기 외기 흡입구 및 상기 내기 배출구 중 하나는 상기 바디부 후면의 상부에 위치되고 나머지 하나는 상기 바디부 후면의 하부에 위치되되, 상기 컨트롤러로부터 제1 제어신호를 수신하면 상기 바디부 후면의 상부에 위치된 배관이 상기 외기 흡입구로 사용되고 상기 컨트롤러로부터 제2 제어신호를 수신하면 상기 바디부 후면의 하부에 위치된 배관이 상기 내기 배출구로 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 시스템.
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