KR20190007551A - 기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법 - Google Patents

기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가되도록 표면 처리된 기능성 에어필터를 이용하여 필터의 교체시기를 판단하는 기능성 에어필터, 기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 기능성 에어필터를 이용하여 대상 물질의 오염도 증가에 따른 표면의 전기적 특성의 비가역적 변화 또는 정전기의 변화로부터 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 측정할 수 있다.

Description

기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법{AIR CLEANING DEVICE INCLUDING FUNCTION AIR­FILTER AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 기능성 에어필터, 기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가되도록 표면 처리된 기능성 에어필터를 이용하여 필터의 교체시기를 판단하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 공기정화기는 먼지 및 세균 등에 의해 오염된 실내의 공기를 집진, 살균 및 탈취 작용 등을 통하여 정화하는 장치로서, 오염된 실내의 공기를 정화하기 위해 다수의 필터를 구비한다.
공기정화기의 효율을 높이고 수명을 연장시키기 위해서는 주기적인 필터 관리 및 교체가 필요하다. 종래 공기정화기는 운전시간, 차압, 팬의 회전 수, 광량 변화 및 오염 값 중 어느 하나에 의존하여 필터의 교체시기를 결정하였다.
보다 구체적으로, 운전시간을 카운트하는 기술은 공기정화기의 운전시간을 카운트하여 누적 운전시간(예를 들어, 6개월, 1년 또는 3년 등)이 미리 설정된 시간에 도달하면 필터의 교체시기를 표시하여 사용자로 하여금 필터를 교체하도록 한다. 이와 같이, 종래 공기정화기는 공기정화기를 설치한 환경에 따라 필터의 교체시기가 달라짐에도 불구하고 운전시간에 의존하여 필터를 교체하므로, 필터를 적기에 교체하기 어려운 문제점이 존재하였다.
이러한 종래의 운전시간을 카운트하는 공기정화기 기술은 주로 보급형 및 구형 제품에 적용되며, 부정확한 교체시기의 알람과 필터 교체 시 초기화(Reset) 과정이 필요하다는 한계가 존재하였다.
또한, 차압(또는 공기유입량)을 측정하는 기술은 주로 프리미엄 제품에 적용되는 것으로, 종래의 차압을 측정하는 공기정화기 기술은 권장하는 필터의 교체시기를 정확도 높게 제공하는 장점이 존재하나, 차압관 또는 센서 등의 차압 측정 시스템이 필요하므로 높은 비용이 발생한다는 한계가 존재하였다.
또한, 팬의 회전 수 또는 팬 모터에 흐르는 부하 전류의 변화를 측정하는 기술은 누적된 먼지량 증가에 따른 송풍량(팬의 회전 수 및 전기적 신호)의 변화를 감지하여 필터의 교체시기를 제공한다. 다만, 종래의 팬의 회전 수 또는 모터에서의 부하 전류의 변화를 측정하는 공기정화기 기술은 필터의 수명(교환시기)을 간접적으로 확인하는 것으로 상대적으로 부정확하고, 추가 측정 장치가 필요하다는 단점이 존재하였다.
또한, 반사율 및 광량의 변화를 측정하는 기술은 필터 표면의 컬러 인디케이터(color indicator)를 이용하여 먼지량의 오염에 따른 색채 변화를 이용하는 것으로, 적외선, 자외선 및 초음파 등에 대한 반사 정도의 변화를 측정하여 필터의 교체시기를 제공한다. 다만, 종래의 반사율 및 광량의 변화를 측정하는 공기정화기 기술은 상대적으로 부정확하고, 추가 측정 장치가 필요하다는 단점이 존재하였다.
또한, 필터링 전과 후의 공기 오염 값을 비교하는 기술은 공기 오염 값을 측정 및 센싱하는 추가 장치가 필요하다는 단점이 존재하였다.
이에 본 명세서에서는 필터의 전기적 신호의 변화 또는 정전기의 변화를 이용하여 필터의 수명 및 교환시기를 측정할 수 있는 기술을 제안한다.
한국등록특허 제10­1565950호(2015.10.29 등록), "2차 오염 방지를 위한 필터 교체 알람 기능이 포함된 에어샤워 장치" 한국공개특허 제10­2016­0016504호(2016.02.15 공개), "공기정화기 및 이의 필터교체시기 결정 방법"
본 발명의 목적은 반도체 또는 금속 물질이 코팅되어 전기적으로 전자의 이동이 원활한 기능성 에어필터를 이용하여 대상 물질과의 흡착률을 향상시킬 수 있는 기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 기능성 에어필터를 이용하여 대상 물질의 오염도 증가에 따른 표면의 전기적 특성의 비가역적인 변화로부터 필터의 수명(집진정도) 및 필터의 교체시기를 측정할 수 있는 기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 정전기를 부여 받아 높은 대전량을 보유하는 기능성 에어필터를 이용하여 대상 물질의 오염도 증가에 따른 정전기의 변화로부터 필터의 수명(집진정도) 및 필터의 교체시기를 측정할 수 있는 기능성 에어필터를 포함하는 공기정화기 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기는 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 도전성 표면 처리된 기능성 에어필터 및 상기 기능성 에어필터 표면에서 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 전기적 특성의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 기능성 에어필터는 전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 상기 대상 물질의 흡착률을 향상시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 기능성 에어필터 표면에 부착된 전극을 통해 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신하며, 상기 전기적 특성의 비가역적 변화에 의한 출력전압(VADC)을 룩업 테이블(Look­up table; LUT)에 저장할 수 있다.
상기 제어부는 상기 기능성 에어필터의 여과구멍에 흡착되는 상기 대상 물질의 증가에 대응하는 정전기, 전류 및 저항 중 적어도 어느 하나, 또는 그 이상에 대한 상기 전기적 특성의 비가역적 변화를 측정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 상기 전기적 특성의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하며, 상기 전기적 특성에 따른 측정 값과 기 지정된 임계값을 비교하여 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
상기 제어부는 판단 결과에 따른 상기 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기정화기는 도전성 표면 처리된 기능성 에어필터에 흡착된 대상 물질에 따른 정전기의 변화를 측정하는 측정부 및 상기 정전기의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 기능성 에어필터는 정전기에 따른 대전량(quantity of electric charge)을 보유하는 것이 특징일 수 있다.
상기 제어부는 상기 기능성 에어필터 표면에서 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 상기 정전기의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하며, 상기 변화된 정전기 값과 기 지정된 임계값(Threshold)을 비교하여 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 에어필터는 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 도전성 표면 처리된 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 필터는 전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 상기 대상 물질의 흡착률을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법은 공기정화기를 이용하여 필터의 교체시기를 결정하는 방법으로, 도전성 표면 처리된 기능성 에어필터에서 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신하는 단계 및 상기 수신된 신호에 따른 전기적 특성의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 단계를 포함하되, 상기 기능성 에어필터는 상기 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 표면 처리된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법은 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기능성 에어필터는 전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 상기 대상 물질의 흡착률을 향상시킬 수 있다.
상기 전기적 신호를 수신하는 단계는 상기 기능성 에어필터 표면에 부착된 전극을 통해 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신할 수 있다.
상기 필터의 교체시기를 판단하는 단계는 상기 수신된 신호로부터 상기 전기적 특성의 비가역적 변화에 의한 출력전압(VADC)을 룩업 테이블(Look­up table; LUT)에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 필터의 교체시기를 판단하는 단계는 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 상기 전기적 특성의 측정 값과 기 지정된 임계값을 비교하여 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법은 공기정화기를 이용하여 필터의 교체시기를 결정하는 방법으로, 도전성 표면 처리된 기능성 에어필터에서 대상 물질의 흡착량에 따른 정전기의 변화를 측정하는 단계 및 상기 정전기의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 단계를 포함하되, 상기 기능성 에어필터는 정전기에 따른 대전량(quantity of electric charge)을 보유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법은 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 또는 금속 물질이 코팅되어 전기적으로 전자의 이동이 원활한 기능성 에어필터를 이용하여 대상 물질과의 흡착률을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능성 에어필터를 이용하여 대상 물질의 오염도 증가에 따른 표면의 전기적 특성의 비가역적인 변화로부터 필터의 수명(집진정도) 및 필터의 교체시기를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 정전기를 부여 받아 높은 대전량을 보유하는 기능성 에어필터를 이용하여 대상 물질의 오염도 증가에 따른 정전기의 변화로부터 필터의 수명(집진정도) 및 필터의 교체시기를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 에어필터의 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기에 포함되는 회로도의 예를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 물질의 흡착량에 의한 전기적 특성 변화를 그래프로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 공기정화기(100)는 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가되도록 표면 처리된 기능성 에어필터를 이용하여 필터의 교체시기를 판단한다.
이에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기(100)는 기능성 에어필터(110) 및 제어부(120)를 포함한다.
기능성 에어필터(110)는 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 표면 처리된다.
상기 대상 물질은 미세먼지와 같은 공기 중의 유해물질을 일컫을 수 있으며, 미세먼지의 농도, 부유먼지(미세먼지, PM10) 또는 초 미세먼지(PM2.5)에 한정되지 않는다.
기능성 에어필터(110)는 전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 대상 물질의 흡착률을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 에어필터(110)에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 에어필터의 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 에어 필터(220)는 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 표면 처리된 필터(210)를 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 에어 필터(Electrical Conductive Filter, 220)는 필터(210)에 반도체 또는 금속 물질(Conductive Materials)이 코팅되어 형성될 수 있으며, 표면에 (+) 및 (­)의 전극이 부착될 수 있다.
이 때, 필터(210)는 복수의 여과구멍을 포함하는 집진 필터일 수 있으며, 실시예에 따라서는 건식 및 습식의 필터일 수도 있으므로 한정되지 않는다. 또한, 필터(210)는 단일 필터인 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들면, 기능성 에어필터(220)는 프리필터(Pre­Filter), 미듐필터(Medium Filter), HEPA(0.3마이크로미터), ULPA(0.12마이크로미터) 중 적어도 어느 하나의 필터(210) 또는 나노 섬유(또는 일반 공기정화기에 사용되는 섬유)로 형성된 필터(210)로 형성될 수 있다. 다만, 필터(210)의 종류, 형태 및 소재는 이에 한정되는 것은 아니며, 기능성 에어필터(220)는 공기정화기에 적용되는 어느 필터(210)에 반도체 또는 금속 물질로 코팅된 것일 수 있다.
예를 들면, 기능성 에어필터(220)는 전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질이 코팅될 수 있으나, 코팅되는 물질은 이에 한정되지 않는다. 다만, 기능성 에어필터(220) 표면의 전기적으로 전자의 이동을 보다 원활하게 유도하기 위한 물질이 권장된다.
실시예에 따라서, 기능성 에어필터(220)는 플라즈마 기상 증착하는 플라즈마 코팅(plasma coating)을 통해 필터(210)에 반도체 또는 금속 물질이 코팅된 것일 수 있으며, 그 외에 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE) 또는 열처리 공정(thermal annealing process)의 코팅 처리를 이용하여 반도체 또는 금속 물질이 코팅된 것일 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기(100)의 제어부(120)는 기능성 에어필터(110) 표면에서 대상 물질의 흡착량에 따른 전기적 특성의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단한다.
제어부(120)는 기능성 에어필터(110) 표면에 부착된 전극을 통해 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신하며, 전기적 특성의 비가역적 변화에 의한 출력전압(VADC)을 룩업 테이블(Look­up table; LUT)에 저장할 수 있다.
예를 들면, 제어부(120)는 기능성 에어필터(110)의 여과구멍에 흡착되는 대상 물질의 증가에 대응하는 정전기, 전류 및 저항 등의 전기적 특성 변화를 상기 룩업 테이블에 저장할 수 있다.
실시예에 따라서, 룩업 테이블은 기능성 에어필터(110) 표면에 흡착되는 대상 물질의 흡착량에 따른 각기 다른 정전기, 전류 및 저항 등에 대한 전기적 특성 변화의 수치(값)를 리스트화하여 저장 및 유지할 수 있다. 또한, 룩업 테이블은 사용자(또는 관리자)에 의해 임계값(Threshold)이 지정될 수 있다.
제어부(120)는 대상 물질의 흡착량에 따른 전기적 특성의 변화를 주기적으로 측정하며, 전기적 특성에 따른 측정 값과 기 지정된 임계값을 비교하여 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(120)는 기능성 에어필터(110)의 표면에서 측정되는 전기적 특성의 변화를 주기적으로 측정하여 룩업 테이블의 수치(값)와 비교할 수 있다. 이후, 제어부(120)는 전기적 특성에 따른 측정 값이 기 지정된 임계값에 도달하는 경우 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
이에 제어부(120)는 판단 결과에 따른 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기(100)는 알람 정보를 출력하는 알람부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
알람부(미도시)는 사용자에게 전기적 특성의 변화에 대한 측정 결과, 필터의 교체시기 등을 제공할 수 있다. 알람부는 사용자가 시각 및 청각 등 사람의 감각을 통하여 전기적 특성의 변화에 대한 측정 결과, 필터의 교체시기 등을 인지하도록 알람 정보를 출력할 수 있다.
실시예에 따라서, 알람부는 부저 또는 LED(Light Emitting Diode)를 이용하여 경고음을 출력하거나 경고등을 점멸할 수 있으며, 또는 표시부(미도시)를 통해 안내 표시함으로써, 전기적 특성의 변화에 대한 측정 결과, 필터의 교체시기 등을 알리는 알람을 출력할 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기(100)의 제어부(120)는 판단 결과에 따른 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 통신부(미도시)를 통해 사용자의 단말기로 전송하도록 제어할 수 있으며, 외부의 필터 관리 서버 또는 공기정화기 업체 서버로 전기적 특성의 변화에 대한 측정 결과, 및 필터의 교체시기 등의 정보를 송신하도록 제어할 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기(100)는 표면 처리된 기능성 에어필터(110)를 이용하여 부유먼지(미세먼지, PM10) 또는 초 미세먼지(PM2.5)의 포집 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 도전성의 기능성 에어필터(110)에 포집된 대상 물질과의 전기적 상호작용에 따른 전기적 특성의 비가역적인 변화를 통해 기능성 에어필터(110)의 수명에 따른 필터의 교체시기를 판단하고, 판단 결과에 의해 알람 정보를 출력함으로써, 대상물질 포집 및 센서의 역할을 수행하는 효과를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기에 포함되는 회로도의 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기는 기능성 에어필터(310)에 의한 전기적 특성 변화를 측정하는 회로도(300)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 회로도(300)는 2개의 증폭기(321, 322)와 기능성 에어필터(310) 표면에 부착된 (+) 및 (­)의 전기 신호를 온(on)/오프(off)하는 스위치를 포함하며, 전기 신호에 따른 출력전압(VADC)을 출력한다.
보다 구체적으로 회로도(300)는 기능성 에어필터(310) 표면에 부착된 전극을 통해 일정주기의 시간마다 전기 신호를 수신한다. 예를 들면, 측정 시, (+) 전극에 대한 S1 스위치, 및 (­) 전극에 대한 S2 스위치는 오프(off)되고, S3 스위치는 온(on)되어 기능성 에어필터(310)의 전기적 특성 변화를 측정할 수 있다.
초기의 기능성 에어필터(310)에 의한 출력전압은 하기의 [수식 1]과 같다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서, VADC는 출력전압을 의미하고, A는 Amp(증폭기) gain을 의미하며, Rf는 기능성 에어필터(310)의 초기 필터저항을 의미한다.
실시예에 따라서, 공기정화기의 5,000Hr 경과 후, 필터저항 Rf는 약 10% 증가되고, 출력전압(VADC)은 x% 증가될 수 있다. 또한, 공기정화기의 10,000Hr 경과 후, 필터저항 Rf는 약 15% 증가되고, 출력전압(VADC)은 y% 증가될 수 있다.
이에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기는 출력전압을 룩업 테이블(Look­up table)에 저장할 수 있으며, 설정된 일정주기의 시간마다 기능성 에어필터(310)의 표면에서의 전기 신호를 측정하여 출력되는 출력전압과, 룩업 테이블 내의 임계값을 비교하여 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 물질의 흡착량에 의한 전기적 특성 변화를 그래프로 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 물질(420)의 흡착량에 따른 기능성 에어필터(410)의 전기적 특성 변화를 그래프화한 것으로, 그래프 결과에 기초하여 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 확인하기 위한 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기에 포함된 기능성 에어필터(410)를 도시하며, 도 4a에서의 기능성 에어필터(410)는 오염도 0%, 대상 물질의 포집량 0g을 나타내므로, 정전기, 전류, 저항 등의 전기적 특성은 낮은 수준을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 물질(Air pollutant, 420)이 소량 흡착된 기능성 에어필터(410)를 도시하며, 도 4b에서의 기능성 에어필터(410)는 오염도 25%, 대상 물질의 포집량 0.25Mg을 나타내므로, 정전기, 전류, 저항 등의 전기적 특성은 경과 시간에 따라 소폭 상승한 것을 확인할 수 있다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 물질(420)이 중량 흡착된 기능성 에어필터(410)를 도시하며, 도 4c에서의 기능성 에어필터(410)는 오염도 50%, 대상 물질의 포집량 0.50Mg을 나타내므로, 정전기, 전류, 저항 등의 전기적 특성은 경과 시간에 따라 가파른 상승세를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
다만, 기능성 에어필터(410)의 전기적 특성은 기 지정된 임계값(Threshold)에 도달하지 않았으므로, 필터의 교체시기에는 적합하지 않다.
도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 물질(420)이 대량 흡착된 기능성 에어필터(410)를 도시하며, 도 4d에서의 기능성 에어필터(410)는 오염도 100%, 대상 물질의 포집량 1Mg을 나타내므로, 정전기, 전류, 저항 등의 전기적 특성은 경과 시간에 따라 급격히 상승한 것을 확인할 수 있다.
이에 따른, 기능성 에어필터(410)의 전기적 특성은 기 지정된 임계값(Threshold)을 초과하므로, 필터의 교체가 필요하다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기는 기능성 에어필터(410)에 흡착된 대상 물질(420)의 흡착량에 따른 전기적 특성 변화를 측정하고, 전기적 특성의 측정 값과 임계값을 비교하여 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
다만, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 오염도 및 대상 물질의 포집량의 수치와, 기 지정된 임계값은 공기정화기의 설치 환경에 따라 다양하게 변동 가능하므로, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 공기정화기(500)는 대상 물질과의 정전기의 변화를 측정하는 기능성 에어필터를 이용하여 필터의 교체시기를 판단한다.
이에 따른 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기(500)는 측정부(510) 및 제어부(520)를 포함한다.
측정부(510)는 기능성 에어필터 표면에 흡착된 대상 물질에 따른 정전기(대전된 전하량)의 변화를 측정한다. 이 때, 상기 기능성 에어필터는 제조과정에서 정전기가 형성되어 비교적 높은 대전량(quantity of electric charge)을 보유할 수 있다. 이에 따라서, 상기 기능성 에어필터는 필터 표면에 금속 또는 반도체 물질의 코팅작업이 불필요할 수 있다.
예를 들면, 측정부(510)는 대상 물질의 흡착량에 따른 오염도가 증가할수록 변화되는 대전량을 측정할 수 있다. 일반적으로, 대상 물질의 흡착량이 증가할수록 대전량을 감소한다.
제어부(520)는 정전기의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단한다.
제어부(520)는 기능성 에어필터 표면에서 대상 물질의 흡착량에 따른 정전기의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하며, 변화된 정전기 값과 기 지정된 임계값(Threshold)을 비교하여 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(520)는 기능성 에어필터의 표면에서 측정되는 정전기의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하여 룩업 테이블(Look­up table)에 저장되어 유지되는 수치(값)와 비교할 수 있다. 이후, 제어부(520)는 변화되는 정전기 값이 기 지정된 임계값에 도달하는 경우 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
실시예에 따라서, 룩업 테이블은 기능성 에어필터 표면에 흡착되는 대상 물질의 흡착량에 따른 정전기의 변화를 수치(값)로 리스트화하여 저장 및 유지할 수 있다. 또한, 룩업 테이블은 사용자(또는 관리자)에 의해 임계값이 지정될 수 있다.
이에 제어부(520)는 판단 결과에 따른 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기(500)는 알람 정보를 출력하는 알람부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
알람부(미도시)는 사용자에게 정전기(대전된 전하량)의 변화에 대한 측정 결과, 필터의 교체시기 등을 제공할 수 있다. 알람부는 사용자가 시각 및 청각 등 사람의 감각을 통하여 정전기의 변화에 대한 측정 결과, 필터의 교체시기 등을 인지하도록 알람 정보를 출력할 수 있다.
실시예에 따라서, 알람부는 부저 또는 LED(Light Emitting Diode)를 이용하여 경고음을 출력하거나 경고등을 점멸할 수 있으며, 또는 표시부(미도시)를 통해 안내 표시함으로써, 정전기의 변화에 대한 측정 결과, 필터의 교체시기 등을 알리는 알람을 출력할 수 있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기(500)의 제어부(520)는 판단 결과에 따른 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 통신부(미도시)를 통해 사용자의 단말기로 전송하도록 제어할 수 있으며, 외부의 필터 관리 서버 또는 공기정화기 업체 서버로 정전기의 변화에 대한 측정 결과, 및 필터의 교체시기 등의 정보를 송신하도록 제어할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 방법은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기에 의해 수행될 수 있으며, 공기정화기를 이용하여 필터의 교체시기를 결정하는 방법을 제공할 수 있다.
단계 610에서, 기능성 에어필터 표면에서 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신한다. 여기서, 상기 기능성 에어필터는 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 표면 처리된다.
상기 대상 물질(Air pollutant)은 미세먼지와 같은 공기 중의 유해물질을 일컫을 수 있으며, 미세먼지의 농도, 부유먼지(미세먼지, PM10) 또는 초 미세먼지(PM2.5)에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 기능성 에어필터는 전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 대상 물질의 흡착률을 향상시킬 수 있다. 다만, 코팅되는 물질은 이에 한정되지 않으며, 기능성 에어필터 표면의 전기적으로 전자의 이동을 원활하게 유도하는 물질이 권장된다.
실시예에 따라서, 기능성 에어필터는 플라즈마 기상 증착하는 플라즈마 코팅(plasma coating)을 통해 필터에 반도체 또는 금속 물질이 코팅된 것일 수 있으며, 그 외에 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE) 또는 열처리 공정(thermal annealing process)의 코팅 처리를 이용하여 반도체 또는 금속 물질이 코팅된 것일 수도 있다.
단계 610은 기능성 에어필터 표면에 부착된 전극을 통해 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신하는 단계일 수 있다.
단계 620에서, 수신된 신호에 따른 전기적 특성의 비가역적 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단한다.
단계 620은 수신된 신호로부터 전기적 특성의 비가역적 변화에 의한 출력전압(VADC)을 룩업 테이블(Look­up table; LUT)에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들면, 단계 620에서 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법은 기능성 에어필터의 여과구멍에 흡착되는 대상 물질의 증가에 대응하는 정전기, 전류 및 저항 등의 전기적 특성 변화를 상기 룩업 테이블에 저장할 수 있다.
실시예에 따라서, 룩업 테이블은 기능성 에어필터 표면에 흡착되는 대상 물질의 흡착량에 따른 각기 다른 정전기, 전류 및 저항 등에 대한 전기적 특성 변화의 수치(값)를 리스트화하여 저장 및 유지할 수 있다. 또한, 룩업 테이블은 사용자(또는 관리자)에 의해 임계값이 지정될 수 있다.
단계 620은 대상 물질의 흡착량에 따른 전기적 특성과 기 지정된 임계값을 비교하여 필터의 교체시기를 판단하는 단계일 수 있다.
예를 들면, 단계 620은 기능성 에어필터의 표면에서 측정되는 전기적 특성의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하여 룩업 테이블의 수치(값)와 비교할 수 있다. 이후, 전기적 특성에 따른 측정 값이 기 지정된 임계값에 도달하는 경우 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
이후, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법은 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하는 단계(단계 630)를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 7에 도시된 방법은 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기에 의해 수행될 수 있으며, 공기정화기를 이용하여 필터의 교체시기를 결정하는 방법을 제공할 수 있다.
단계 710에서, 기능성 에어필터 표면에서 대상 물질의 흡착량에 따른 정전기(대전된 전하량)의 변화를 측정한다. 이 때, 상기 기능성 에어필터는 제조과정에서 정전기가 형성되어 비교적 높은 대전량(quantity of electric charge)을 보유할 수 있다. 이에 따라서, 상기 기능성 에어필터는 필터 표면에 금속 또는 반도체 물질의 코팅작업이 불필요할 수 있다.
예를 들면, 단계 710은 대상 물질의 흡착량에 따른 오염도가 증가할수록 변화되는 대전량을 측정하는 단계일 수 있다. 일반적으로, 대상 물질의 흡착량이 증가할수록 대전량을 감소한다.
단계 720에서, 정전기의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단한다.
단계 720은 기능성 에어필터 표면에서 대상 물질의 흡착량에 따른 정전기의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하며, 변화된 정전기 값과 기 지정된 임계값(Threshold)을 비교하여 필터의 교체시기를 판단하는 단계일 수 있다.
예를 들면, 단계 720은 기능성 에어필터의 표면에서 측정되는 정전기의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하여 룩업 테이블(Look­up table)에 저장되어 유지되는 수치(값)와 비교하는 단계일 수 있다. 이후, 변화되는 정전기 값이 기 지정된 임계값에 도달하는 경우 필터의 수명 및 필터의 교체시기를 판단할 수 있다.
실시예에 따라서, 룩업 테이블은 기능성 에어필터 표면에 흡착되는 대상 물질의 흡착량에 따른 정전기의 변화를 수치(값)로 리스트화하여 저장 및 유지할 수 있다. 또한, 룩업 테이블은 사용자(또는 관리자)에 의해 임계값이 지정될 수 있다.
이후, 본 발명의 실시예에 따른 공기정화기의 동작 방법은 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하는 단계(단계 730)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 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, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 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, 가상 장치(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 컴퓨터 시스템 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), CD­ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기­광 매체(magneto­optical 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.
100, 500: 공기정화기
210: 필터
220, 410: 기능성 에어필터
300: 회로도
321, 322: 증폭기
420: 대상 물질

Claims (20)

  1. 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 도전성 표면 처리된 기능성 에어필터; 및
    상기 기능성 에어필터 표면에서 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 전기적 특성의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 제어부
    를 포함하는 공기정화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 에어필터는
    전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 상기 대상 물질의 흡착률을 향상시키는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 기능성 에어필터 표면에 부착된 전극을 통해 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신하며, 상기 전기적 특성의 비가역적 변화에 의한 출력전압(VADC)을 룩업 테이블(Look­up table; LUT)에 저장하는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 기능성 에어필터의 여과구멍에 흡착되는 상기 대상 물질의 증가에 대응하는 정전기, 전류 및 저항 중 적어도 어느 하나, 또는 그 이상에 대한 상기 전기적 특성의 비가역적 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 대상 물질의 흡착량에 따른 상기 전기적 특성의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하며, 상기 전기적 특성에 따른 측정 값과 기 지정된 임계값을 비교하여 필터의 교체시기를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    판단 결과에 따른 상기 필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
  7. 도전성 표면 처리된 기능성 에어필터에 흡착된 대상 물질에 따른 정전기의 변화를 측정하는 측정부; 및
    상기 정전기의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 제어부
    를 포함하는 공기정화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기능성 에어필터는
    정전기에 따른 대전량(quantity of electric charge)을 보유하는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 기능성 에어필터 표면에서 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 상기 정전기의 비가역적 변화를 주기적으로 측정하며, 상기 변화된 정전기 값과 기 지정된 임계값(Threshold)을 비교하여 필터의 교체시기를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
  10. 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 도전성 표면 처리된 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 에어필터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 필터는
    전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 상기 대상 물질의 흡착률을 향상시키는 것을 특징으로 하는 기능성 에어필터.
  12. 공기정화기를 이용하여 필터의 교체시기를 결정하는 방법에 있어서,
    도전성 표면 처리된 기능성 에어필터에서 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 신호에 따른 전기적 특성의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 단계를 포함하되,
    상기 기능성 에어필터는
    상기 대상 물질과의 전기적 결합력이 증가하도록 표면 처리된 것을 특징으로 하는 공기정화기의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하는 단계
    를 더 포함하는 공기정화기의 동작 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기능성 에어필터는
    전도성 고분자, 전도성 금속, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석), FTO(SnO2:F, 불소산화주석) 및 그래핀 멤브레인 중 적어도 어느 하나, 반도체 또는 금속 물질로 코팅되어 상기 대상 물질의 흡착률을 향상시키는 것을 특징으로 하는 공기정화기의 동작 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전기적 신호를 수신하는 단계는
    상기 기능성 에어필터 표면에 부착된 전극을 통해 상기 대상 물질의 흡착량에 따른 전기 신호를 수신하는 공기정화기의 동작 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 필터의 교체시기를 판단하는 단계는
    상기 수신된 신호로부터 상기 전기적 특성의 비가역적 변화에 의한 출력전압(VADC)을 룩업 테이블(Look­up table; LUT)에 저장하는 단계를 포함하는 공기정화기의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 필터의 교체시기를 판단하는 단계는
    상기 대상 물질의 흡착량에 따른 상기 전기적 특성의 측정 값과 기 지정된 임계값을 비교하여 필터의 교체시기를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기정화기의 동작 방법.
  18. 공기정화기를 이용하여 필터의 교체시기를 결정하는 방법에 있어서,
    도전성 표면 처리된 기능성 에어필터에서 대상 물질의 흡착량에 따른 정전기의 변화를 측정하는 단계; 및
    상기 정전기의 변화에 기초하여 필터의 교체시기를 판단하는 단계를 포함하되,
    상기 기능성 에어필터는
    정전기에 따른 대전량(quantity of electric charge)을 보유하는 것을 특징으로 하는 공기정화기의 동작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    필터의 교체시기를 알리는 알람 정보를 출력하는 단계
    를 더 포함하는 공기정화기의 동작 방법.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위하여 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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