KR20230002173A

KR20230002173A - 인라인 형태의 홴 후드 제어방법

Info

Publication number: KR20230002173A
Application number: KR1020220173198A
Authority: KR
Inventors: 이승배
Original assignee: 주식회사 에어로네트
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-01-05
Also published as: KR20210152683A; KR102561663B1; KR102619065B1

Abstract

본 발명은 인라인 형태의 주방후드 및 그 제어방법에 관한 것으로, 냄새 및 열을 효과적으로 배출시키기 위해서 인라인 홴 (일명 사류형 인라인 홴)과 입구 소음기 및 댐퍼내장 출구 소음기 (일명 리듀서) 일체형 인라인 모듈을 후드 포집갓 위에 설치하여 후드의 높이를 낮게 함으로 부드럽게 설치된 곡관을 통해 배출되어 정압손실이 작게 하며, 후드가 연소시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새를 적절하게 옥외로 배출하기 위해서는 배출된 국부오염물질이 실내공기와 섞이기 전에 효과적으로 작동하며 오염물질 발생 전에도 후드를 상시 운전해야 하나, 상시 운전하는 경우 큰 소비전력량이 소모되므로 미세먼지 및 CO2 센서를 사용하여 실내 오염상황이 단순한 환기가 필요한 상황인지 아니면 레인지 사용에 의한 오염상황인지를 판단하여 미세먼지 발생보다는 실내 CO2 발생으로 환기배출이 필요한 경우 BLDC 후드모터의 최대 배기시 회전수 1/2 이하로 가동하면서도 실내 최소 환기량을 만족하여 상시로 10W 미만의 소비전력이 가능하도록 제어하여 상시 운전이 가능하도록 하여 소비전력량이 최소화되도록 하는 저전력 인라인 홴 후드의 오염농도제어 기반 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

인라인 형태의 홴 후드 제어방법 {Controlling Method for In-line Fan Installed Ventilation hood}

본 발명은 인라인 형태의 주방후드 및 그 제어방법에 관한 것으로, 냄새 및 열을 효과적으로 배출시키기 위해서 후드 포집갓 위에 설치된 인라인 홴 (일명 사류형 인라인 홴)과 입구 소음기 및 댐퍼내장 출구 소음기 (일명 리듀서) 일체형 인라인 모듈을 사용한다. 후드가 연소시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새를 적절하게 옥외로 배출하기 위해서는 배출된 국부오염물질이 실내공기와 섞이기 전에 작동되어야 하므로 조리 관련 오염물질 발생 전에도 실내 미세먼지 및 CO2 센서측정 오염농도값에 따른 상시 운전을 하면서도 소비전력량이 최소화되도록 저전력인라인 홴 후드의 오염농도제어 기반 제어방법에 관한 것이다.

주방에서 취사시 발생하는 각종 유해물질은 실내공기 오염의 주된 요인이 된다. 특히 연소 시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새는 적절하게 옥외로 배출하여 실내의 다른 공간이나 건물 전체로 확산되는 것을 방지하는 것이 필요하다. 후드를 통한 유해물질 및 냄새의 제거는 실내의 공기 환경을 쾌적하고 안전하게 유지하는 중요한 역할을 하게 된다. 가스레인지에서 연소에 의해 발생되는 열은 조리과정에 필요한 열량과 음식물로 전달되고, 일부는 후드를 통하여 배출된다. 나머지는 주방 주위로 확산되어 열취득 요인이 되어 주방의 냉방부하를 증가시키고, 조리과정의 냄새가 실내로 확산되는 주요한 요인이 된다.

이러한 냄새 및 열을 효과적으로 배출시키기 위해서 후드 포집갓 내에 설치된 원심형 다익홴 (일명 시로코홴)을 주로 사용한다. 일반적으로 레인지후드에 많이 적용되는 원심형 전향익의 일종인 시로코 홴은 앞굽음깃 (forward curved blade)을 가지고 있으며, 상대적으로 낮은 부하에서 소형으로도 많은 유량을 낼 수 있다. 또한 비슷한 사이즈에서 동일 유량의 후향익 원심형홴(backward curved centrifugal fan)보다 회전수가 낮게 되어 결국 소음이 낮아져 낮은 효율에도 불구하고 현재 공조기기, 환기장치 그리고 주방기기 등에 많이 사용되어지고 있다. 축류형홴을 주방 후드에 인라인으로 적용하면 요구되는 정압을 이기지 못하고 풍량이 많이 떨어져 주방 후드요구 풍량을 배출하면 소음이 매우 증가하게 된다. 이를 종합하면 전향익 원심형홴이 후드에 가정 적합한 비속도를 갖고 있다고 할 수 있다. 여기서 비속도는 다음 식과 같이 회전수를 요구되는 정압과 풍량으로 무차원화한 값이다:

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원심형 전향익 송풍기 소음은 광대역 소음과 이산 주파수소음의 두 성분으로 크게 구성된다. 광대역 소음은 송풍기 난류유입소음, 임펠러 날개 위의 경계층 유동과 날개 후단과의 상호작용에 의한 날개 후단소음 등의 공력소음을 말한다. 이산 주파수소음은 임펠러 회전 날개통과주파수의 정수배가 되는 조화주파수들에서 높은 소음레벨을 갖는 불연속 분포의 소음으로 저주파영역의 정상상태 하중에 의한 하중소음과 날개 통과 박리유동 및 후단과의 상호간섭 등의 비정상 하중변화에 의한 소음이다.

후드용 송풍기 이산 및 광대역 소음을 줄이기 위해 미국 특허공개정보 제 09/287,649호에는 후드 하우징내의 입출구부에 머플러형태의 유로 가이드를 설치하여 소음을 저감하는 설계 및 제조방법이 기재되어 있다. 또한 송풍기 이산소음을 줄이는 설계방법으로 미국 특허 공개정보 제 5603607에는 송풍기 날개 후단을 톱니 모양으로 만들어 후단소음의 발생위상을 간섭시켜 소음을 줄이는 발명이 나타나 있다. 이외에도 같은 형상을 갖는 날개의 간격을 불균일하게 배치하여 같은 크기의 소음원들의 위상차를 발생시켜 저소음화를 실현하는 기술도 공지된 바 있다. 그러나 레인지후드에 원심형 시로코홴을 설치하려면 도 1(a)의 원심형 시로코홴 케이싱을 후드갓 위에 설치되는 도 1(c)의 사각형태의 박스에 고정시키므로, 결국 도 2에 나타난 유로를 갖게 되어 가장 큰 소음이 방사되는 홴 하부에 소음기를 설치하지 못하거나 큰 공간을 차지하는 소음기를 설치할 수 밖에 없는 1 문제점이 있다.

또한 연소 시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새를 적절하게 옥외로 배출하기 위해 도3과 같이 후드 공기유로 하류 즉 후드 상부에 설치된 댐퍼에 자바라라고 부르는 덕트를 외부 혹은 공동덕트에 연결하며, 이 때 주택공간의 제약으로 90로 꺽어지면서 배출하게 되므로 가장 큰 유로손실이 발생하게 된다. 이는 후드갓높이 (H₁), 홴스크롤 높이(H₃), 댐퍼 높이(H₄)를 합한 높이가 매우 크게 되어 충분한 자바라 설치 높이 (H₅)를 확보하지 못하게 되며 결국 후드를 통해 포집된 오염공기가 급하게 설치된 90도 곡관을 통해 배출되면서 큰 정압손실을 야기하여 배출풍량이 줄어드는 제 2문제점이 있다.

도 5에 도시된 홴의 성능곡선에서와 같이 150mm직경에서 160mm의 홴을 사용하면 풍량은 직경에 3승에 비례하고 정압도 직경에 제곱에 비례하여 증가하므로 직경 증가에 의해 발생하는 풍량 증가분만큼 회전수를 줄여 결국 소음을 줄일 수 있으나, 도 4에서 볼 수 있는 것과 같이 홴의 직경이 후드 높이 방향으로 증가하여 스크롤이 같은 방향으로 증가하게 되므로 후드전체 높이가 커지는 제 3문제점이 있다.

또한, 후드가 연소시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새를 적절하게 옥외로 배출하기 위해서는 배출된 국부오염물질이 실내공기와 섞이기 전에 작동되어야 하며, 연구결과에 따르면 오염물질 발생전 후드 가동시 효율 가장 높다고 하므로 미세먼지 및 CO2 센서를 사용한 인공지능형 자동운전이 필요하나 상시 운전시 소비전력소모가 많아지는 제 4문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 후드 갓 위에 설치된 인라인 홴 과 입구 소음기 및 댐퍼내장 출구 소음기 일체형 인라인 모듈을 사용하여 냄새 및 열을 효과적으로 배출시키고, 조리기구의 연소시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새를 적절하게 옥외로 배출하기 위해서 배출된 국부오염물질이 실내공기와 섞이기 전에 후드를 작동시킴으로, 조리 관련 오염물질 발생 전에도 실내 미세먼지 및 CO2 센서측정 오염농도값에 따른 상시 운전을 하면서도 소비전력량이 최소화되도록 저전력인라인 홴 후드의 오염농도제어 기반 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 하부소음기에는 소음기 상류판과 하류판을 설치하여 원통형태의 하부소음기통 사이에 흡음재를 충진하고 하부소음기면에는 타공을 하여 홴에서 발생한 소음이 하부소음기면에서 흡음이 이루어지도록 하며, 하부소음기를 통해 인라인홴의 입구유로 가이드 역할을 하여 후드전체 높이를 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며,

본 발명의 또 다른 목적은 인라인 홴모듈의 홴직경과 홴높이를 조절하여 풍량 증가분만큼 회전수를 줄여 결국 소음을 줄일 수 있으면서도 후드전체 높이를 줄이도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 인라인 형태의 홴 후드장치는 인라인 형태의 후드 홴 모듈을 통해 발생된 냄새 또는 유해물질과 열을 흡입하여 외부로 배출하는 인라인 형태의 홴 후드장치에 있어서, 상기 후드 홴 모듈은 오염된 실내공기를 포집하는 후드갓 상부에 연결되어 사류형 홴에서 발생된 소음을 흡음하는 하부소음기; 상기 하부소음기 상단에 모터에 의해 회전 구동하여 공기를 강제 흡입하는 사류형 홴; 상기 사류형 홴의 상단에 연결된 가이드베인; 상기 가이드베인 하류에 배치되어 홴직경의 유로면적에서 외부로 배출하기 위한 연결자바라 면적으로 줄이는 리듀서 형상의 상부통; 상기 상부통의 상단에 연결되어 오염공기의 배출을 제어하는 댐퍼; 및 상기 하부소음기의 외부에 형성된 원통형상의 소음기통;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 하부소음기는 다수의 타공 홀이 형성된 원통형상이며, 상기 하부소음기의 유로면적이 입구부에서 내부로 갈수록 넓어졌다가 출구부에서 다시 줄어드는 형상이며, 상기 하부소음기와 소음기통 사이에 상기 하부소음기의 상류판에서 하류판까지 흡음재가 충진된 것을 특징으로 한다.

또한,상기 상부통의 내부에는 다수의 타공 홀이 형성되어 사류형 홴에서 발생한 소음이 흡음되도록 형성된 상부소음기가 설치되며, 상기 상부통의 입구부는 상기 사류형 홴의 유로면적으로 형성하며, 상기 상부통의 입구부에서 출구부까지 상부로 갈수록 면적이 좁아져 끝단에 형성된 전동댐퍼와 연결되는 리듀서(reducer) 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 사류형 홴은 사류홴 임펠러 허브와 홴 슈라우드(Fan shroud)를 유동 하류방향으로 경사지거나 수평 방향으로 형성하되, 상기 사류홴 임펠러 허브의 외경이 상기 홴 슈라우드의 내경보다 작게 형성되며, 상기 사류홴 날개는 다수의 주 날개와 다수의 보조 날개가 상기 사류홴 임펠러 허브와 상기 홴 슈라우드에 일체로 결합된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 인라인 형태의 홴 후드장치 제어방법은 주방 레인지 후드의 후드 홴모듈 일측에 구비된 미세먼지센서 및 CO2센서의 감지 데이터를 입력받은 모터/댐퍼/조명제어 PCB모듈에서 미세먼지 농도값 및 CO2 농도값을 산출하고, 그에 따라 상기 후드 홴모듈에 내장된 홴모터 및 전동댐퍼의 구동을 제어하여 유해물질 및 냄새를 옥외로 배출하는 인라인 형태의 홴 후드장치의 제어방법에 있어서, 상기 모터/댐퍼/조명제어 PCB모듈은 사용자에 의해 입력된 미세먼지 및 CO2 감지데이터의 각 기준 농도레벨값에 따른 다수의 기준 농도영역과 해당 기준 배기 유효풍량(Qref) 제어값을 설정하는 제1과정; 상기 미세먼지센서 및 CO2감지센서를 통해 입력받은 미세먼지 및 CO2감지 데이터를 입력받아, 미세먼지 농도 및 CO2농도를 산출하는 제2과정; 상기 제2과정에서 산출된 미세먼지 농도 및 CO2 농도가 상기 제1과정에서 설정된 기준 농도영역과 비교하여 해당하는 농도영역에 따른 기준 배기 유효풍량(Qref)을 결정하는 제3과정; 상기 제3과정에서 결정된 배기 유효풍량(Qref)을 발생하기 위해 홴모터를 해당 회전수로 구동하는 제4과정; 및 상기 제4과정에서 홴모터 동작시 상기 미세먼지 및 CO2 농도를 측정하고, 각 영역에서 농도가 평균적으로 변화하는 구배에 따라 상기 제1과정에서 설정된 기준 농도레벨값을 변경하고, 그에 따른 배기 유효풍량(Q*)을 발생하도록 홴모터를 제어하는 제5과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1과정은 초기 미세먼지 및 CO2 농도기준값(P₁,P₂, P₃, P₄,..)(C₁,C₂,C₃ ..)을 입력하는 11단계; 상기 11단계에서 입력된 상기 미세먼지 및 CO2 농도 기준값을 바탕으로 각 농도영역을 설정하는 12단계; 및 상기 설정된 각 농도영역에서 요구되는 이론적 기준 유효풍량(Qref)을 설정하는 13단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 11단계는 상기 CO2 농도기준값(C₁,C₂,C₃ ..)은 적어도 3개, 미세먼지 농도기준값(P₁,P₂, P₃, P₄,..)은 적어도 4개값 입력 설정하고, 상기 12단계는 상기 설정된 CO2 농도기준값 및 미세먼지 농도기준값(C_i, P_j)의 조합에 따라 기본 환기영역, 집중 환기영역, 최대 환기영역, 저농도 미세먼지영역, 중농도 미세먼지영역, 고농도미세먼지영역으로 분류하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 13단계는 측정된 CO2 농도가 최저 CO2 농도기준값(C₁)이하이며, 측정된 미세먼지농도가 최대 미세먼지 기준값(P₄) 이상일 경우에는 외부 미세먼지가 후드 작동으로 실내로 유입되지 않도록 후드의 운전을 중지하며, 상기 측정된 CO2농도가 최저 기준값 (C₁)이하이고, 미세먼지농도도 기준 (P₂) 이하값의 청정농도영역에서 후드의 운전을 중지하며, 상기 CO2농도가 고정되며 미세먼지농도가 증가하는 경우 또는 미세먼지농도를 고정되고 CO2농도가 증가하는 경우에는 상기 CO2농도가 최저 기준값 (C₁)이하인 경우를 제외하고는 각 농도영역의 후드 풍량의 단계를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제5과정은 상기 제2과정에서 측정된 미세먼지 및 CO2 감지데이터의 농도영역별 시간에 따른 실내오염농도(C)를 산출하는 21단계; 상기 산출된 실내오염도(C)를 시간에 따라 농도변화 기울기를 산출하는 22단계; 상기 농도변화 기울기와 비례하는 각 농도영역별 실제 배기 유효풍량(Q*)을 산출하는 23단계; 상기 산출된 각 농도영역별 실제 배기 유효풍량(Q*)을 기초로 각 농도영역별 레벨경계값(P_lower, P_upper),(C_lower, C_upper)을 결정하는 24단계; 상기 각 농도영역별 레벨경계값(P_lower, P_upper), (C_lower, C_upper)을 기초로 미세먼지 및 CO2농도 레벨값(P*₁,P*₂,P*₃,P*₄,..,C*₁,C*₂,C*₃,..)을 조정하는 25단계; 상기 실제 배기 유효풍량(Q*)이 이전 기준 배기 유효풍량에 근접할 때까지 상기 21단계 내지 25단계를 반복하는 26단계; 및 상기 26단계에서 상기 실제 배기유효풍량(Q*)이 이전 기준 배기 유효풍량(Qref)을 만족하면 산출된 미세먼지 및 CO2 농도레벨값을 새로운 농도레벨값으로 재설정하는 27단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 후드 포집갓을 통해 유입된 공기가 직선 유로를 갖도록 후드 포집갓 상부에 인라인 홴 (일명 사류형 인라인 홴)과 입구 소음기 및 댐퍼내장 출구 소음기 (일명 리듀서) 일체형 인라인 모듈을 설치하여 후드의 전체적인 높이가 낮아지며, 인라인 홴 상류에 설치되는 하부소음기 입구면적을 줄여 유로면적이 입구에서 하류로 넓어졌다가 다시 소음기출구인 가이드부의 면적이 홴의 입구부보다 약간 좁아 공명형 소음기 역할 및 하부소음기면에는 타공을 하여 홴에서 발생한 소음이 하부소음기면에서 흡음이 되는 소산형 소음기 역할을 통해 제 1 문제점을 극복하며, 하부소음기를 통해 인라인홴의 입구유로 가이드 역할을 하며 인라인홴 모듈 하류에는 상부소음기가 홴직경의 후드 상부통의 면적에서 외부로 배출하기 위한 연결자바라 면적으로 줄이는 리듀서 역할을 하며, 댐퍼높이를 줄이도록 상부소음기 내부에 댐퍼가 설치되어 후드를 통해 포집된 오염공기가 낮아진 후드의 높이로 인해 부드럽게 설치된 곡관을 통해 배출되어 큰 정압손실을 발생하는 제 2문제점을 극복하는 효과가 있다.

또한 홴의 직경을 증가시키면 풍량이 직경에 3승에 비례하여 증가하나, 기존 후드의 경우 홴의 직경이 후드 높이 방향으로 증가하고 스크롤이 같은 방향으로 증가하게 되므로 후드전체 높이가 커지는 반면, 본 발명의 인라인 홴모듈의 경우 홴직경을 증가시키고 홴높이를 고정하면 풍량이 직경에 2승에 비례하고 정압도 직경에 제곱에 비례하므로 풍량 증가분만큼 회전수를 줄여 결국 소음을 줄이면서도 후드전체 높이가 높아지지 않게 하는 효과가 있다.

후드가 연소시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새를 적절하게 옥외로 배출하기 위해서는 배출된 국부오염물질이 실내공기와 섞이기 전에 효과적으로 작동하며 오염물질 발생 전에도 후드를 상시 운전해야 하나, 상시 운전하는 경우 큰 소비전력량이 소모되므로 미세먼지 및 CO2 센서를 사용하여 실내 오염상황이 단순한 환기가 필요한 상황인지 아니면 레인지 사용에 의한 오염상황인지를 판단하여 미세먼지 발생보다는 실내 CO2 발생으로 환기배출이 필요한 경우 BLDC 후드모터의 최대 배기시 회전수 1/2 이하로 가동하면서도 실내 최소 환기량을 만족하여 상시로 10W 미만의 소비전력이 가능하도록 제어하여 상시 운전에 따른 소비전력량을 최소화하여 제 4 문제점을 극복하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 후드에서 사용하는 시로코형 홴 (a), 시로코형 홴 케이싱 (b), 시로코형 홴을 후드에 고정하기 위해 사각형의 입구와 출구를 갖는 사각 박스형태의 후드 덕트통을 나타내는 개략도,
도 2는 종래기술에 따른 침니형 후드에서 후드갓을 통해 유입된 공기가 사각 덕트통과 홴케이싱 사이의 공간을 통해 양흡입 홴으로 흡입된 후 홴케이싱 상부 토출구에 설치된 리듀서형태의 댐퍼를 통해 외부로 토출되는 유선을 나타내는 개략도,
도 3은 종래기술에 따른 후드에서 후드 공기유로 하류 즉 후드 상부에 설치된 댐퍼가 자바라라고 부르는 덕트를 통해 외부 혹은 공동덕트에 연결하며, 이 때 주택공간의 제약으로 90도로 꺽어지면서 배출되는 구조를 나타내는 개략도,
도 4는 종래의 후드의 경우 후드갓 높이 (H₁), 홴스크롤 높이(H₃), 댐퍼 높이(H₄)를 합한 높이가 매우 크게 되어 충분한 자바라 설치 높이 (H₅)를 확보하지 못하는 것을 나타내는 개략도,
도 5는 일반적인 홴 성능곡선에서 동일 회전수에서 직경을 증대시키면 풍량은 직경의 3승에 비례하고 정압도 직경에 제곱에 비례하여 증가함을 보여주는 그래프,
도 6은 기존 시로코형 홴 취부 사각형 덕트의 경우, 홴의 날개통과주파수(BPF)와 이 주파수의 2배, 3배 주파수에서 홴소음이 덕트 하부인 후드갓 방향으로도 매우 높게 방사됨을 나타내는 소음해석결과,
도 7은 본 발명에 따른 인라인 후드에 설치된 하부소음기 및 홴의 형상을 나타내는 개략도,
도 8은 본 발명에 따른 인라인 후드에 설치된 댐퍼가 내장된 상부 소음기 형상을 나타내는 개략도,
도 9는 본 발명에 따른 인라인 후드에 설치되는 사류홴 모듈 실시예를 나타내는 개략도,
도 10은 본 발명에 따른 인라인 후드에서 후드갓을 통해 유입된 공기가 하부소음기, 사류홴 날개, 가이드베인, 상부소음기 리듀서 및 댐퍼를 통해 거의 일직선의 유선으로 토출되는 것을 나타내는 개략도,
도 11은 본 발명의 일 실시예인 인라인 후드의 후드갓 높이 (H₁), 하부소음기 높이(H₂), 임펠러-가이드베인 높이(H₃), 상부소음기 높이(H₄)를 표시한 개략도,
에서건조시간 70분에 맞춘 기준무게의 의류에 대한 구간별 듀티의 변화시 히터통과 공기와 누입공기가 혼합된 공기의 습구온도를 나타내는 듀티 제어 그래프,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 홴모듈의 단면도를 나타내는 개략도,
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 후드 홴모듈 부품도를 나타내는 개략도,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 후드 가동시 미세먼지센서 및 CO2 센서 측정 농도변화를 나타내는 그래프,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 및 CO2 농도센서 측정부를나타내는 개략도.
도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 및 CO2 농도에 따른 홴회전수를 제어하는 Map을 나타내는 도표.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 주어진 환기량에서 시간에 따른 농도변화를 예측한 그래프.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 농도제어맵의 영역별 제어레벨값을 설치환경 혹은 운전환경에 따라 자동으로 변경하는 알고리즘을 나타내는 순서도.
도 19는 도 18을 구현하기 위한 홴 후드 제어장치의 개략 구성도.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 형태의 홴 후드장치 및 그 제어방법을 상세히 설명한다.

먼저, 도 11, 도 12를 참조하면 인라인 형태의 주방후드는 오염된 실내공기를 필터(미도시)를 통해 포집하는 후드갓(1)과, 상기 후드갓(1) 상부에 수직으로 하부 소음기통(10)이 연결되며, 상기 하부 소음기통(10) 내부에 형성된 하부소음기(16)는 유로면적이 입구에서 하부소음기 내부로 넓어졌다가 다시 하부소음기 출구인 하부소음기 출구링(15)에서 줄어들어 인렛 가이드부의 면적이 홴의 입구부보다 약간 좁은 공명형 형태의 소음기로 형성한다. 이때, 하부소음기(16)의 출구 인렛 가이드 외경은 홴의 입구부 외경보다 약간 작아 홴의 회전시 축방향으로 약간 겹치게 배치한다.

상기 하부소음기(16)의 상하단에 하부소음기 상류판(11)과 하류판(12)이 설치되어 원통형태의 소음기통(10) 내에는 하부소음기 흡음재(13)가 충진되고 하부소음기(16)면에는 타공 홀(17)을 하여 홴에서 발생한 소음이 하부소음기면에서 흡음이 이루어지도록 형성된다.

상기 소음기통(10) 상단에는 가이드베인통(30)이 연결되며, 그 내부는 하부소음기(16)의 출구링(15)과 임펠러 입구링(21)이 겹쳐지며 모터취부통(32) 내에 안착된 홴 모터(33)에 의해 구동되는 사류형 홴(20) 및 홴 출구에 설치된 가이드베인(31)이 형성되며, 상기 가이드베인 통(30) 하류에 배치되며 홴직경의 유로면적에서 외부로 배출하기 위한 연결자바라 면적으로 줄이는 리듀서 역할을 하며 내부에 전동 댐퍼(43)가 설치되어 포집된 오염공기가 외부로 배출되도록 구성한다.

상기 가이드베인(31)은 사류형 홴(20)의 회전에너지를 정압에너지로 회복되도록 가이드베인(31)의 입구각도를 홴의 후류 절대속도와 비슷한 회전방향의 각도를 가지며, 출구는 인라인 직선으로 나가도록 형성되어 인라인 후드 홴모듈 통의 안쪽으로 같은 피치 또는 이산소음을 줄이기 위한 비등간격 피치로 상기 가이드베인 통(30)의 내부 원주방향으로 형성된다.

상기 상부통(40) 내면에는 사류형 홴(20)에서 발생한 소음이 흡음되도록 타공 홀(41a)이 형성된 상부소음기(41)가 설치되며, 상기 상부통(40)과 상기 상부소음기(41) 사이에 소음을 흡음하기 위한 상부소음기 흡음재(44)를 충진한다.

도 7을 참조하면, 상기 사류형 홴(20)은 상기 하부소음기(16) 상단에 하부소음기 출구링(15)과 사류형 홴(20)의 임펠러입구링(21)이 결합 고정되며, 사류홴 날개(23)는 사류홴 임펠러 허브(22)와 홴 슈라우드(Fan shroud)(24) 사이에 형성하되, 상기 사류홴 날개(23)는 다수의 주 날개와 다수의 보조 날개가 상기 사류홴 임펠러 허브(22)와 상기 홴 슈라우드(24)에 일체로 결합된다.

상기 사류홴 임펠러 허브(22)와 홴 슈라우드(24)은 유동 하류방향으로 경사지거나 수평 방향으로 형성하며, 상기 사류홴 임펠러 허브(22)의 외경이 상기 홴 슈라우드(24)의 내경보다 작게 형성된다.

도 8을 참조하면, 인라인 후드 홴 모듈 하류에는 상부소음기(41)가 사류형 홴(20) 직경의 후드 상부통(40)의 면적에서 도 3에서의 외부로 배출하기 위한 자바라연결부(42)의 면적으로 줄이는 리듀서 역할을 하며, 또한 도 4에 나타난 별도의 댐퍼높이 (H₄)를 줄이도록 상부소음기 내부에 댐퍼가 설치되어 후드를 통해 포집된 오염공기가 낮아진 후드의 높이로 부드럽게 설치된 곡관을 통해 배출되어 큰 정압손실을 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 홴의 성능곡선에서와 같이 홴의 직경을 증가시키면 풍량이 직경에 3승에 비례하고 정압도 직경에 제곱에 비례하여 증가하나, 기존 후드의 경우 홴의 직경이 후드 높이 방향으로 증가하고 스크롤이 같은 방향으로 증가하게 되므로 후드전체 높이가 커지는 반면, 도 9에 도시된 본 발명의 인라인 후드 홴모듈(50)의 경우 홴직경을 증가시키고 홴높이를 고정하면 풍량이 직경에 2승에 비례하고 정압도 직경에 제곱에 비례하므로 풍량 증가분만큼 회전수를 줄여 결국 소음을 줄일 수 있으면서도 후드전체 높이가 커지는 제 3문제점을 극복하게 된다.

도 15 및 도 19를 참조하면, 인라인 형태의 후드 홴 모듈(50)의 외부에 설치된 미세먼지 및 CO2센서(51)(52)와, 후드갓(1) 전면에 터치식 LED 디스플레이가 구비되고, 그 내부에는 상기 미세먼지 및 CO2센서(51)(52)로부터 신호를 받아 상기 후드 홴 모듈(50)내 설치된 홴 모터(33)와 상기 전동댐퍼(43) 구동을 제어하는 모터/댐퍼/조명 제어 PCB모듈(60)로 구성된다.

이와 같이 구성된 인라인 형태의 주방후드의 구체적인 동작과정을 도 18 및 도 19를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 후드 홴 모듈(50) 일측에 구비된 상기 미세먼지센서 및 CO2센서(51)(52)의 감지 데이터를 입력받은 모터/댐퍼/조명제어 PCB모듈(60)에서 미세먼지 농도값 및 CO2 농도값을 산출하고, 그에 따라 상기 후드 홴모듈에 내장된 홴모터(33) 및 전동댐퍼(43)의 구동을 제어하여 유해물질, 열 및 냄새를 옥외로 배출하게 된다. 이는 음식물 조리시 구동하는 레인지 후드 기능의 동작 시간 이외의 시간에 상시 구동하도록 설정할 수 있다.

보다 구체적으로는 미세먼지센서 및 CO2센서(51)(52) 사용한 인공지능형 자동 운전시 홴의 소비전력은 회전수의 세제곱에 비례하므로 레인지를 사용하지 않아 미세먼지 발생보다는 실내 CO2 발생으로 상시 환기가 필요한 경우 홴모터(33)는 CO2 농도에 따라 증감하되, 최대풍량에 해당하는 모터 최대회전수의 1/2 이하로 가동하면서도 실내 최소환기량을 만족하며, CO2농도기준값(C₁,C₂,C₃ ..)은 적어도 3개, 미세먼지 P.M. 2.5μg/m³ 농도기준값(P₁,P₂, P₃, P₄,..)은 적어도 4개값을 이용하여 CO2 농도기준값, 미세먼지 농도기준값의 조합(C_i, P_j)에 따라 기본환기영역, 집중환기영역, 최대 환기영역, 저농도미세먼지영역, 중농도미세먼지영역, 고농도미세먼지영역, 및 이들의 조합으로 풍량을 제어하되, 설치환경에 따라 동일한 홴 회전수에 대해서도 배기풍량이 달라지므로 각 영역에서 농도가 평균적으로 변화하는 구배에 따라 측정 기준레벨 값(C₁,C₂,C₃ ..)와 (P₁,P₂, P₃, P₄,..)을 자동으로 변화시켜 제어하게 된다.

즉, 체적이 V_o로 주어진 공간에 외기 혹은 오염되지 않은 공기량 Q를 공급하면 실내 오염농도 C는 시간에 따라 도 17에서와 같이 초기 농도값 C_o에서

관계로 변화하게 된다. 또한 이를 시간에 따라 미분하면 다음과 같은 관계식을 얻는다.

즉 농도변화 기울기는 급기량 Q에 비례하게 된다. 따라서 설치환경에 따른 도 16의 각 영역 내 (C_i, P_j)의 조합들의 대표적 풍량은 아래 식과 같이 그 영역 내 운전시

의 값들을 평균해서 구할 수 있다.

이를 바탕으로 각 제어농도 영역별 레벨값을 구하는 순도는 도 18에서와 같다. 즉, 초기 미세먼지 및 CO2농도 레벨값 (P₁,P₂,P₃,P₄,..,C₁,C₂,C₃,..)을 입력하게 된다. 이를 바탕으로 각 농도영역 (A-1,..E-7,..)에서 요구되는 이론적 풍량 Q_A-1,..Q_E-7 .. 설정한다. 설치환경에 따른 배기 풍량의 변화가 있으므로 매번 후드 동작시 농도영역별 dC/dt 측정를 측정하여

값을 획득한다.

이를 바탕으로 농도영역별 실제 배기 유효풍량 Q*_A-1,..Q*_E-7 ..를 계산하게 된다. 다시 Q*_A-1,..Q*_E-7 ..를 기초로 하여 각 농도영역별 Domain (P_lower, P_upper), (C_lower, C_upper) 재 결정하게 된다. 즉, 이 때 Q_A-1 에 비해 Q*_A-1이 낮게 계산된 경우 (P_lower, P_upper), (C_lower, C_upper) 레벨값들이 도 16의 농도영역 맵에서 점선과 같이 좌하방향으로 이동하게 되며, 상세한 레벨 이동폭은 농도영역을 다시 나누어 이동폭을 상세하게 최적으로구하거나 딥러닝 알고리즘으로 구할 수 있다. 이 경우 도 16의 맵과는 달라 각 영역별로 (P_lower, P_upper), (C_lower, C_upper)가 일치하지 않으므로 같은 행(row)과 같은 열(Column)에 속한 그룹은 레벨값이 같은 것이 좋으므로 같은 행(row)은 (P_lower, P_upper) 레벨값이 일치하도록 그리고 같은 열(Column)은 (C_lower, C_upper)가 일치하도록 최적값을 선정한다. 이 과정을 거쳐 아래 판별식을 만족하면 각 영역별 미세먼지 및 CO2농도 레벨값 (P₁,P₂,P₃,P₄,..,C₁,C₂,C₃,..)을 재설정하며 그렇지 않은 경우 다시 조정하는 루틴을 반복하게 된다.

이와 같이 인라인 후드를 제어하여 일 예로 측정된 미세먼지센서 및 CO2 센서 측정 농도변화는 도 14에 나타나 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 후드 갓
10 : 소음기통 11 : 하부소음기 상류판
12 : 하부소음기 하류판 13 : 하부소음기 흡음재
14 : 하부소음기 입구 가이드링 15 : 하부소음기 출구링
16 : 하부소음기 17 : 타공홀
20 : 사류형 홴 21 : 임펠러 입구링
22 : 사류홴 임펠러 허브 23 : 사류홴 날개
24 : 홴 슈라우드 30 : 가이드베인 통
31 : 가이드베인 32 : 모터취부통
33 : 홴 모터 34 : 모터브라켓
40 : 상부통 41 : 상부소음기
41a :타공홀 42 : 자바라연결부
43 : 전동댐퍼 44 : 상부소음기 흡음재
50 : 후드 홴 모듈
51 : 미세먼지센서 52 : CO2센서
60 : 모터/댐퍼/조명 제어 PCB모듈

Claims

주방 레인지 후드의 후드 홴모듈 일측에 구비된 미세먼지센서 및 CO2센서의 감지 데이터를 입력받은 모터/댐퍼/조명제어 PCB모듈에서 미세먼지 농도값 및 CO2 농도값을 산출하고, 그에 따라 상기 후드 홴모듈에 내장된 홴모터 및 전동댐퍼의 구동을 제어하여 유해물질 및 냄새를 옥외로 배출하는 인라인 형태의 홴 후드장치의 제어방법에 있어서,
상기 모터/댐퍼/조명제어 PCB모듈은 사용자에 의해 입력된 미세먼지 및 CO2 감지데이터의 각 기준 농도레벨값에 따른 다수의 기준 농도영역과 해당 기준 배기 유효풍량(Qref) 제어값을 설정하는 제1과정;
상기 미세먼지센서 및 CO2감지센서를 통해 입력받은 미세먼지 및 CO2감지 데이터를 입력받아, 미세먼지 농도 및 CO2농도를 산출하는 제2과정;
상기 제2과정에서 산출된 미세먼지 농도 및 CO2 농도가 상기 제1과정에서 설정된 기준 농도영역과 비교하여 해당하는 농도영역에 따른 기준 배기 유효풍량(Qref)을 결정하는 제3과정;
상기 제3과정에서 결정된 배기 유효풍량(Qref)을 발생하기 위해 홴모터를 해당 회전수로 구동하는 제4과정; 및
상기 제4과정에서 홴모터 동작시 상기 미세먼지 및 CO2 농도를 측정하고, 각 영역에서 농도가 평균적으로 변화하는 구배에 따라 상기 제1과정에서 설정된 기준 농도레벨값을 변경하고, 그에 따른 배기 유효풍량(Q*)을 발생하도록 홴모터를 제어하는 제5과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 형태의 홴 후드장치의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 제1과정은 초기 미세먼지 및 CO2 농도기준값(P₁,P₂, P₃, P₄,..)(C₁,C₂,C₃ ..)을 입력하는 11단계;
상기 11단계에서 입력된 상기 미세먼지 및 CO2 농도 기준값을 바탕으로 각 농도영역을 설정하는 12단계; 및
상기 설정된 각 농도영역에서 요구되는 이론적 기준 유효풍량(Qref)을 설정하는 13단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 형태의 홴 후드장치의 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 11단계는 상기 CO2 농도기준값(C₁,C₂,C₃ ..)은 적어도 3개, 미세먼지 농도기준값(P₁,P₂, P₃, P₄,..)은 적어도 4개값 입력 설정하고,
상기 12단계는 상기 설정된 CO2 농도기준값 및 미세먼지 농도기준값(C_i, P_j)의 조합에 따라 기본 환기영역, 집중 환기영역, 최대 환기영역, 저농도 미세먼지영역, 중농도 미세먼지영역, 고농도미세먼지영역으로 분류하는 것을 특징으로 하는 인라인 형태의 홴 후드장치의 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 13단계는 측정된 CO2 농도가 최저 CO2 농도기준값(C₁)이하이며, 측정된 미세먼지농도가 최대 미세먼지 기준값(P₄) 이상일 경우에는 외부 미세먼지가 후드 작동으로 실내로 유입되지 않도록 후드의 운전을 중지하며,
상기 측정된 CO2농도가 최저 기준값 (C₁)이하이고, 미세먼지농도도 기준 (P₂) 이하값의 청정농도영역에서 후드의 운전을 중지하며,
상기 CO2농도가 고정되며 미세먼지농도가 증가하는 경우 또는 미세먼지농도를 고정되고 CO2농도가 증가하는 경우에는 상기 CO2농도가 최저 기준값 (C₁)이하인 경우를 제외하고는 각 농도영역의 후드 풍량의 단계를 증가시키는 것을 특징으로 하는 인라인 형태의 홴 후드장치의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 제5과정은 상기 제2과정에서 측정된 미세먼지 및 CO2 감지데이터의 농도영역별 시간에 따른 실내오염농도(C)를 산출하는 21단계;
상기 산출된 실내오염도(C)를 시간에 따라 농도변화 기울기를 산출하는 22단계;
상기 농도변화 기울기와 비례하는 각 농도영역별 실제 배기 유효풍량(Q*)을 산출하는 23단계;
상기 산출된 각 농도영역별 실제 배기 유효풍량(Q*)을 기초로 각 농도영역별 레벨경계값(P_lower, P_upper),(C_lower, C_upper)을 결정하는 24단계;
상기 각 농도영역별 레벨경계값(P_lower, P_upper), (C_lower, C_upper)을 기초로 미세먼지 및 CO2농도 레벨값(P*₁,P*₂,P*₃,P*₄,..,C*₁,C*₂,C*₃,..)을 조정하는 25단계;
상기 실제 배기 유효풍량(Q*)이 이전 기준 배기 유효풍량에 근접할 때까지 상기 21단계 내지 25단계를 반복하는 26단계; 및
상기 26단계에서 상기 실제 배기유효풍량(Q*)이 이전 기준 배기 유효풍량기준을 만족하면 산출된 미세먼지 및 CO2 농도레벨값을 새로운 농도레벨값으로 재설정하는 27단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인라인 형태의 홴 후드장치의 제어방법.