KR20200067459A - 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입 방지 장치 및 방법 - Google Patents

버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입 방지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버스 차체의 틈새로 미세먼지가 유입되는 것을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 전동식 환풍기를 제어함으로써 버스 내부를 항상 양압(positive pressure) 상태로 유지하여, 버스 차체 틈새를 통한 외부 공기 중 미세먼지 및 초미세먼지의 유입을 능동적으로 차단하고 이러한 조건을 효율적으로 유지시켜, 버스 내부를 항상 쾌적하게 만들 수 있다.

Description

버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입 방지 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PREVENTING INFLOW OF FINE PARTICULATE MATTER IN THE BUS}
본 발명은 버스 차체의 틈새로 미세먼지가 유입되는 것을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 버스 내부를 항상 양압(positive pressure) 상태로 유지하여 버스 차체의 틈새로 미세먼지가 유입되는 것을 방지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질을 말하는데, 석탄·석유 등의 화석연료를 태울 때나 공장·자동차 등의 배출가스에서 많이 발생한다.
먼지는 입자의 크기에 따라 직경 50 μm 이하인 총먼지(TSP, Total Suspended Particles)와 직경이 이보다 더 작은 미세먼지(PM, Particulate Matter)로 구분한다. 미세먼지는 다시 지름이 10 μm 이하인 일반적인 미세먼지(PM 10)와 지름이 2.5 μm이하인 초미세먼지(PM 2.5)로 나뉜다. PM 10은 사람 머리카락 직경(50 내지 70 μm)의 약 1/5 내지 1/7 정도이고, PM 2.5는 약 1/20 내지 1/30에 불과할 정도로 매우 작다.
이처럼 미세먼지는 눈에 보이지 않을 만큼 매우 작기 때문에 대기 중에 머물러 있다가 사람의 호흡기를 거쳐 폐 등에 침투하거나 혈관을 따라 체내로 이동하여 들어감으로써 건강에 나쁜 영향을 미칠 수도 있다.
세계보건기구(WHO)는 1987년부터 미세먼지(PM 10, PM 2.5)에 대한 대기질(air quality) 가이드라인을 제시하여 왔고, 세계보건기구 산하의 국제암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer)는 2013년에 미세먼지에 대하여 사람에게 발암이 확인된 1군 발암물질(Group 1)로 지정하였다.
대형 버스의 경우 실내 공기 내 물질 거동 연구(산학)를 통해 밝혀진 바에 따르면 버스 차체의 보이지 않는 틈새를 통하여, 정차 시 약 10 m3/h, 주행 시 약 70 m3/h의 외부 공기(외기)가 차량 내부로 유입되고 있으며, 외기 유입 시 외기 중의 미세먼지가 PM 10은 40%, PM 2.5는 100% 유입되고 있는 것으로 조사되었다. 즉 별도의 필터 장치 등을 통하지 않고 차량 외부의 미세먼지가 차량 내부로 주행 시 뿐만 아니라 정차 시에도 무방비 상태로 유입되고 있으며, 이에 대한 개선 방안 마련이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-0633915호
본 발명은 버스 차체의 틈새로 미세먼지가 유입되는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 버스 내부를 항상 양압(positive pressure) 상태로 유지하여 버스 차체의 틈새로 미세먼지가 유입되는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
버스 차체의 외부 및 내부에 설치된 센서를 이용하여 버스의 외부 기압 및 내부 기압을 측정하는 제1 단계;
상기 버스의 운전석에 설치된 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU, Vehicle Control Unit)를 이용하여 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 높거나 낮은지 여부 및 차량 공조 시스템(HVAC, Heating, Ventilation, & Air Conditioning)이 외기 모드이거나 내기 모드인지 여부를 판단하는 제2 단계;
상기 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 낮고 상기 차량 공조 시스템이 외기 모드가 아닌 경우, 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 전동식 환풍기를 가동시키는 제3 단계;
상기 전동식 환풍기가 가동되어 상기 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 더 높아지는 경우, 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 상기 버스의 내부 기압과 외부 기압의 차이가 기설정된 압력 차이(pa)에 도달한지 여부를 판단하는 제4 단계; 및
상기 버스의 내부 기압과 외부 기압의 차이가 기설정된 압력 차이에 도달한 경우, 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 상기 전동식 환풍기를 정지시키는 제5 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 상기 차량 공조 시스템이 외기 모드인 경우 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 상기 전동식 환풍기를 정지시키는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 상기 기설정된 압력 차이는 5 pa인 것을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은
회전수 제어가 가능하고 버스의 외부 공기를 버스의 내부로 송풍하는 기능을 갖는 전동식 환풍기;
상기 버스의 내부로 송풍되는 공기 중 미세먼지를 제거하는 기능을 갖는 에어 필터;
상기 버스의 외부 기압 및 내부 기압을 측정하는 외기압 센서 및 내기압 센서;
상기 버스의 차량 공조 시스템(HVAC, Heating, Ventilation, & Air Conditioning), 여기서 상기 차량 공조 시스템은 외기 모드 및 내기 모드를 가지며; 및
상기 외기압 센서 및 내기압 센서의 기압 측정 정보 및 상기 차량 공조 시스템의 모드 선택 정보를 피드백 받아, 상기 전동식 환풍기의 회전수를 능동적으로 제어하는 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU, Vehicle Control Unit)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 상기 외기압 센서는 버스 차체 전면부에 위치하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 정차 또는 주행 중인 버스 차체의 틈새로 미세먼지, 특히 초미세먼지(PM 2.5)가 유입되는 것을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 버스 내부를 효율적으로 항상 양압(positive pressure) 상태로 유지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 버스의 정차 시 또는 주행 시 버스 내부에 발생된 음압으로 인하여 외부의 공기가 차체 틈새를 통해 실내로 유입되는 예이다.
도 2는 버스 내부에 능동적으로 발생된 양압으로 인하여 내부의 공기가 차체 틈새를 통해 외부로 유출되는 예이다.
도 3은 본 발명에 의하여 회전수가 제어되는 전동식 환풍기에 의하여 외부의 공기를 내부로 송풍함으로써 버스 내부에 능동적으로 양압을 발생시켜 외부의 공기가 차체 틈새를 통하여 실내로 유입되는 것을 방지하는 예이다.
도 4는 본 발명인 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입 방지 장치의 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명인 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입 방지 장치의 구성요소 간 피드백 관계를 나타내는 시스템 다이어그램이다.
도 6은 본 발명인 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입을 방지하기 위한 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
첨부된 도면에 기재된 내용을 참조하여 이하 본 발명을 상세히 설명하며, 본 발명의 목적 및 효과는 하기 설명에 의하여 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있지만, 하기 설명만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 한편 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략한다.
본 발명은, 미세먼지(PM 10) 및 초미세먼지(PM 2.5)가 버스 차체의 틈새를 통하여 유입되는 것을 방지하기 위하여, 전동식 환풍기를 이용하여 버스 외부의 공기를 능동적으로 실내로 송풍함으로써 버스 내부를 양압 상태로 만드는 것에 특징이 있고, 특히 버스 내부를 효율적으로 항상 양압 상태로 유지하는 것에 특징이 있다.
기존 버스 차량에서는 정차 시 또는 주행 시 실내에 발생된 음압으로 인해 외부의 공기가 차체 틈새를 통해 자연스럽게 실내로 유입된다. 이때 외부 공기 중에 포함된 미세먼지도 같이 유입되는데, 이중 PM 10은 40%, PM 2.5는 100% 유입되어 차량의 미세먼지 농도를 지속적으로 높이게 된다.
이를 방지하기 위하여 차체 틈새를 일일이 밀봉시키는 것은 버스 차량의 특성상 매우 어려운 일이므로, 본 발명에서는 외기압 및 내기압 센서의 값을 피드백 받아 전동식 환풍기의 팬 회전수를 제어하여 버스 내부 양압을 적정하게 제어함으로써 버스의 외부 공기 유입을 효율적으로 차단하여 미세먼지 없는 쾌적한 실내 공기를 유지할 수 있게 한다.
본 발명의 장치는 전동식 환풍기, 에어 필터, 외/내기압 센서, 차량 공조 시스템(HVAC), 및 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU)를 포함한다.
전동식 환풍기는 회전수의 제어가 가능하며 버스의 외부 공기를 내부로 송풍하는 기능을 갖는다. 그리하여 버스 내부를 능동적으로 양압 상태로 만드는 역할을 한다.
에어 필터는 전동식 환풍기를 통하여 송풍되는 외부 공기 중에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지를 제거하는 기능을 갖는다. 이를 제거하는 기술로는 전기집진방식 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.
외기압 및 내기압 센서는 버스 차체의 외부 및 내부에 각각 설치되어 기압을 측정하는 기능을 갖는다. 특히 외기압 센서는 버스 차체 전면에 설치하는 것이 바람직하다. 주행 중 차량 외부의 공기 압력은 전면에서 가장 높으므로 본 발명의 특징인 버스 내부를 양압 상태로 항상 유지하기 위하여, 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU)로 피드백 되는 버스 외부/내부 기압 차이는 차량 전면의 외부 기압과 차량 내부의 기압 차이로 규정하는 것이 바람직하다.
차량 공조 시스템(HVAC)은 차량의 온도조절 및 환기를 담당하는데, 외기 모드 및 내기 모드를 갖는다. 외기 모드란 차량의 내부와 외부 공기를 연결하여 탁해진 내부 공기를 바깥으로 내보내고 외부 공기를 필터 등을 통해 안으로 끌어들여 차량 내부 공기를 순환시키는 방식을 말하고, 내기 모드란 차량의 내부 공기로만 필터 등을 통해 순환시키는 방식을 말한다.
전동식 환풍기 컨트롤러(VCU)는 외기압 센서 및 내기압 센서에서 측정된 각 기압을 피드백 받고, 차량 공조 시스템(HVAC)의 선택 모드를 피드백 받아, 기설정된 조건에 따라 전동식 환풍기의 팬 회전수를 능동적으로 제어하는 기능을 갖는다.
본 발명의 특징은 버스 내부의 양압 상태를 항상 유지하는 것이다. 이를 위하여 본 발명의 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU)는 다음을 제어한다.
① 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 낮은 경우 전동식 환풍기를 가동시킨다. 이후 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 기설정된 압력(pa) 차이 만큼 높아진 경우 전동식 환풍기를 정지시킨다. 환풍기 팬에 과도한 부하가 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 위 압력(pa) 차이는 버스 내부 기압이 외부 기압보다 5 pa 높은 것이 바람직하다.
② 차량 공조 시스템(HVAC)이 외기 모드인 경우에는 본 발명의 전동식 환풍기를 가동시키지 않는 것이 바람직하다. 이는 외기 (순환) 모드는 차량의 내부 공기가 바깥으로 빠져나가는 구조이므로 이 경우 버스 내부를 양압 상태로 만들기 위하여 전동식 환풍기를 계속 가동한다면 환풍기 팬에 과도한 부하가 발생하게 되기 때문이다.
따라서 본 발명의 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU)는 외/내기압 센서로부터 버스 외/내부의 기압 측정 정보를 피드백 받아야 하고, 차량 공조 시스템(VCU)으로부터 선택된 모드 정보를 피드백 받아야 한다.
버스 차체 틈새로부터 미세먼지 및 초미세먼지 유입을 방지하기 위하여, 버스 내부를 양압으로 항상 유지하기 위한 본 발명의 방법은 다음 단계를 포함한다.
① 버스 차체에 설치된 내/외기압 센서를 이용하여 내/외기 압력을 측정하고 이를 비교 판단하는 단계
② 운전석 HVAC의 외기 댐퍼의 OPEN/CLOSE 여부를 판단하는 단계
④ 버스 내부가 음압으로 유지되고 있고 운전석 HVAC이 내기 모드일 경우 전동식 환풍기 팬을 가동시켜 실내를 양압으로 전환시키는 단계
⑤ 버스 내부가 기설정된 압력(pa) 차이[바람직하게는, 내기압 - 외기압 = 5 pa]의 양압 수준에 도달하거나 운전석 HVAC이 외기 모드일 경우 전동식 환풍기 팬을 정지시키는 단계
버스 차체 틈새로 유입되는 외부의 미세먼지는 별도의 필터 장치를 통하지 않고 무방비 상태로 유입되므로, 본 발명은 버스 차량의 넓은 실내를 양압으로 전환시킴과 동시에 그 상태를 항상 유지하기 위하여 전동식 환풍기 가동 시스템 조건을 효율적으로 설정하여 제어하는 것이 특징이다.
특히 본 발명의 시스템 조건은 버스 차량의 속도에 따라 내/외부 압력 차이가 달라지므로 전동식 환풍기 팬의 회전 속도 역시 버스 내부 양압 유지를 위해 실시간으로 변화하는 것을 고려할 수 있다.
결국 본 발명의 장치 및 방법으로 버스 내부를 양압으로 유지시키는 것은, 버스 차체 틈새를 통한 외부 공기에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지의 유입을 능동적으로 차단하고, 이러한 조건을 효율적으로 유지시켜, 버스 내부를 항상 쾌적한 상태로 유지할 수 있게 한다.
이상에서 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 설명에 대하여 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 상술한 설명에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100: 전동식 환풍기
200: 에어 필터
301: 외기압 센서
302: 내기압 센서;
400: 차량 공조 시스템(HVAC, Heating, Ventilation, & Air Conditioning)
500: 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU, Vehicle Control Unit)

Claims (5)

  1. 버스 차체의 외부 및 내부에 설치된 센서를 이용하여 버스의 외부 기압 및 내부 기압을 측정하는 제1 단계;
    상기 버스의 운전석에 설치된 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU, Vehicle Control Unit)를 이용하여 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 높거나 낮은지 여부 및 차량 공조 시스템(HVAC, Heating, Ventilation, & Air Conditioning)이 외기 모드이거나 내기 모드인지 여부를 판단하는 제2 단계;
    상기 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 낮고 상기 차량 공조 시스템이 외기 모드가 아닌 경우, 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 전동식 환풍기를 가동시키는 제3 단계;
    상기 전동식 환풍기가 가동되어 상기 버스의 내부 기압이 외부 기압보다 더 높아지는 경우, 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 상기 버스의 내부 기압과 외부 기압의 차이가 기설정된 압력 차이(pa)에 도달한지 여부를 판단하는 제4 단계; 및
    상기 버스의 내부 기압과 외부 기압의 차이가 기설정된 압력 차이에 도달한 경우, 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 상기 전동식 환풍기를 정지시키는 제5 단계
    를 포함하는, 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입을 방지하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차량 공조 시스템이 외기 모드인 경우 상기 전동식 환풍기 컨트롤러를 이용하여 상기 전동식 환풍기를 정지시키는 것을 특징으로 하는 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입을 방지하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기설정된 압력 차이는 5 pa인 것을 특징으로 하는 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입을 방지하기 위한 방법.
  4. 회전수 제어가 가능하고 버스의 외부 공기를 버스의 내부로 송풍하는 기능을 갖는 전동식 환풍기;
    상기 버스의 내부로 송풍되는 공기 중 미세먼지를 제거하는 기능을 갖는 에어 필터;
    상기 버스의 외부 기압 및 내부 기압을 측정하는 외기압 센서 및 내기압 센서;
    상기 버스의 차량 공조 시스템(HVAC, Heating, Ventilation, & Air Conditioning), 여기서 상기 차량 공조 시스템은 외기 모드 및 내기 모드를 가지며; 및
    상기 외기압 센서 및 내기압 센서의 기압 측정 정보 및 상기 차량 공조 시스템의 모드 선택 정보를 피드백 받아, 상기 전동식 환풍기의 회전수를 능동적으로 제어하는 전동식 환풍기 컨트롤러(VCU, Vehicle Control Unit)를 포함하는, 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입 방지 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 외기압 센서는 버스 차체 전면부에 위치하는 것을 특징으로 하는 버스 차체 틈새로의 미세먼지 유입 방지 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100633915B1 (ko) 2005-08-09 2006-10-13 현대자동차주식회사 버스의 히터룸에 설치되는 연소매연의 실내 유입 방지장치

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