KR20230009794A - 일체형 환기장치 - Google Patents

Abstract

일체형 환기장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 환기장치는 팬 유닛의 역기 전력에 따라 필터 유닛의 막힘 유무를 판단하여 필터 유닛의 교체 시기를 정확하게 판단하고자 한다.

Description

일체형 환기장치{Integral Ventilation System}

본 발명은 환기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일체형 환기장치에 관한 것이다.

일반적으로 환기시스템은 공기 중의 먼지나 세균 및 냄새 등을 제거하여 공기를 깨끗하게 해주는 시스템으로, 공기순환용 급기 팬의 작동에 따라 흡입되는 실내공기 또는 실외공기에 포함된 먼지와 냄새 등이 복수의 필터를 거치면서 정화되고 상기 정화된 공기가 다시 실내로 토출되어 실내공기가 정화되게 된다.

상기 환기시스템의 덕트 내부에 구비된 필터에는 시간이 경과될수록 먼지 등의 오염물질이 쌓이게 되어 결국에는 필터가 막히게 되므로 필터의 먼지 오염상태를 감지하여 적절한 시기에 필터를 교환하도록 판단하는 방법이 대한민국 공개특허 10-2007-0072787호에 개시되었다.

상기 공개공보에 개시된 공기청정기의 필터교환시기 알림장치 및 그 방법에 의하면, 급기 팬에 흐르는 부하전류를 측정하고 상기 측정된 전류값을 미리 정해진 전류값과 비교하여 상기 측정 전류값이 기준 전류값 이하이면 필터의 교환시기를 알려주도록 하고 있다.

여기서, 상기와 같은 종래의 환기시스템의 필터교환시기 알림장치 및 방법은 단순히 상기 필터가 오염되면 급기 팬 측으로 공급되는 공기의 양이 줄어들어 급기 팬에 가해지는 부하 감소로 인하여 급기 팬의 회전수가 작아지게 되고 이에 따라 측정 전류값이 작아진다고 가정하고 있다.

그러나 상기 급기 팬은 통상적으로 소음 등의 발생을 억제하기 위해 일정한 회전수 즉, 고정된 회전수로 회전되도록 하는 동작전압(또는 동작전류)이 공급됨에도 불구하고, 필터의 오염에 따라 급기 팬에 가해지는 부하가 줄어들기 때문에 상기 급기 팬의 회전수는 오히려 급기 팬 회전수의 설계당시의 오차범위만큼 증가하게 된다.

따라서 종래의 환기시스템은 상기 급기 팬이 고정 회전수만큼 회전되도록 급기 팬에 공급되는 동작전압(또는 동작전류)이 감소되지 않으면, 상기 급기 팬의 오차범위 내의 증가된 회전수를 감지하지 못하게 되어 상기 오차범위 내의 회전수만큼 상기 급기 팬이 더 회전되더라도 동일한 회전수를 갖는 것으로 판단하게 된다.

상기 급기 팬의 증가된 회전수가 다시 처음 설정된 일정 회전수를 유지되도록 하는 동작전압(또는 동작전류)이 공급되지 않으면 상기 급기 팬은 과잉 회전을 하게 되어 과열되거나 파손되는 문제점이 있다.

또한, 상기 과잉 회전하는 급기 팬의 정확한 회전수를 파악하지 못할 경우 항상 고정된 회전수로 동작되도록 급기 팬에 공급되는 동작전압(또는 동작전류)의 정확한 측정이 어렵기 때문에 급기 팬의 동작전압(또는 동작전류)의 감소를 이용한 필터교환시기 판단은 부정확한 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2007-0072787호

본 실시 예들은 환기장치에 구비된 필터 유닛의 막힘 여부를 정확하게 감지하고, 교체가 필요할 경우 사용자에게 알람 정보를 제공하며, 화재 발생에 따른 환기 구역을 음압 모드로 제어할 수 있는 일체형 환기장치을 제공하고자 한다.

본 실시 예에 의한 일체형 환기장치는 건축물의 환기 구역(Z)으로 외기를 순환시키기 위해 상기 외기와 실내 공기의 순환 이동을 위한 통로부(110)가 형성된 케이싱(100); 상기 케이싱(100)의 내측에 구비된 팬 유닛(200); 상기 통로부(110)를 통해 이동된 공기와 열교환이 이루어지는 전열 교환 유닛(300)으로 이동된 이물질을 필터링 하기 위해 상기 케이싱(100)의 내측에 구비된 필터 유닛(400); 상기 필터 유닛(400)과 마주보며 위치되고, 상기 필터 유닛(400)에 이물질이 적층될 경우 압축 공기를 분사하는 역세 유닛(900); 상기 통로부(110)에 설치되고 상기 환기 구역(Z)의 부하에 따라 개폐 상태가 조절되는 댐퍼 유닛(500); 상기 필터 유닛(400)이 이물질에 의해 막힌 상태가 유지될 경우 사용자에게 알리기 위해 구비된 알람부(600); 상기 팬 유닛(200)의 작동에 따라 발생된 역기전력 신호를 입력 받아 상기 필터 유닛(400)의 막힘 여부를 판단하는 환기 제어부(700); 및 상기 건축물에서 화재가 발생될 경우에 상기 환기 구역(Z)과 함께 이웃한 다른 층 또는 건물 전체의 환기 구역(ZL)을 음압 상태로 전환하기 위한 통합 제어부(800)를 포함한다.

상기 팬 유닛(200)은 외기를 환기 구역(Z)으로 공급하기 위한 급기팬(210); 상기 환기 구역(Z)으로 공급된 실외 공기를 흡입하여 실외로 배출하기 위한 배기팬(220)을 포함하고, 상기 환기 제어부(700)는 상기 환기 구역(Z)에 설치되기 이전에 정상 상태의 필터 유닛(400)을 기준으로 팬 유닛(200)이 온(On) 작동될 경우로 가정하여 제1 시간(t1) 동안 발생된 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비 전력 값을 상기 필터 유닛(400)의 막힘을 판단하기 위한 설정 값으로 사전에 설정하고, 상기 팬 유닛(200)이 실제 환기 구역(Z)에서 작동되면서 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비 전력 값이 설정 값에서 상기 필터 유닛(400)의 교체가 필요한 필터 유닛 교체 값으로 변화되는지 모니터링을 실시하며, 상기 팬 유닛(200)이 상기 설정 값에서 변화되는 경우 상기 팬 유닛(200)의 풍량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 통로부(110)는 상기 케이싱(100)으로 외기가 유입되도록 구비된 외기 통로(112); 상기 환기 구역(Z)에서 상기 케이싱(100)의 내부로 실내 공기가 유입되도록 구비된 환기(RA)(return air)통로(114); 상기 외기통로(112)를 통해 유입된 공기를 상기 환기 구역(Z)으로 급기(SA)(supply air)되도록 구비된 급기 통로(116); 상기 환기 통로(114)를 통해 유입된 공기를 상기 케이싱(100)의 외측으로 배기 시키기 위해 구비된 배기 통로(118)를 포함하고, 상기 댐퍼 유닛(500)은 상기 외기 통로(112)로 유입된 외기를 공급 받아 상기 급기 통로(116) 또는 상기 급기 통로(116) 및 상기 배기 통로(118)로 공급되는 풍량을 가변적으로 조절하는 제1 댐퍼부(520); 상기 환기 통로(114)로 유입된 외기를 공급 받아 상기 급기 통로(116) 또는 상기 급기 통로(116)와, 상기 배기 통로(118)로 공급되는 풍량을 가변적으로 조절하는 제2 댐퍼부(530)와, 상기 외기 통로(112)로 유입되는 외기의 개도량이 가변적으로 조절되는 제3 댐퍼부(540); 상기 배기 통로(118)로 배출되는 실내 공기량이 가변적으로 조절되는 제4 댐퍼부(550)를 포함하며, 상기 환기 제어부(700)는 상기 필터 유닛(400)과 함께 상기 제1 내지 4 댐퍼부(520, 530, 540, 550)의 작동 각도를 입력 받아 정상 작동 각도로 작동되는지 판단한다.

상기 역세 유닛(900)은 상기 필터 유닛(400)의 후면에서 전면을 향해 압축 공기를 분사하기 위해 상기 필터 유닛(400)의 후면에 설치되고, 복수개의 노즐(912)이 형성된 노즐부(910); 상기 노즐부(910)와 일단이 연결되고, 타단이 외측으로 연장된 연결 튜브(920); 상기 연결 튜브(920)로 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부(930)를 포함하고, 상기 노즐부(910)는 원형 또는 타원형 또는 다각형태 중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 노즐(912)은 상기 필터 유닛(400)의 정면을 향해 개구된 제1 노즐(512a); 상기 제1 노즐(512a)을 기준으로 좌측과 우측에 각각 소정의 각도로 경사진 위치에 개구된 제2 노즐(512b)을 포함한다.

상기 환기 제어부(700)는 상기 역세 유닛(900)이 작동될 때 상기 급기 팬(210)은 오프(Off)시켜 상기 환기 구역(Z)으로의 외기 공급은 차단한 후에 상기 배기 팬(220)이 작동되도록 제어하여 상기 필터 유닛(400)에서 분리된 이물질을 상기 배기 팬(220)을 통해 실외로 강제 배출되도록 하여 상기 필터 유닛(400)에 대한 역세 제어를 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 통합 제어부(700)는 상기 건축물의 각 층에 설치된 환기 제어부와 연계되어 특정 층의 환기 구역에서 화재가 발생될 경우 화재가 발생된 화재 발생층과, 상기 화재 발생층의 상층과 하층에 이웃한 화재 발생 인접층의 환기 구역(ZL)으로의 외기 공급을 모두 차단한 후에 강제 배기를 실시하여 상기 화재 발생층과 화재 발생 인접층을 음압 상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 일체형 환기장치의 제어방법은 환기장치가 건축물의 환기 구역(Z)에 설치되기 이전에 필터 유닛(400)의 막힘에 따른 교체주기를 사용자에게 제공하기 위해 상기 필터 유닛(400)이 미 사용된 상태를 기준으로 팬 유닛(200)의 작동에 의해 발생된 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비전력을 환산하여 사전에 설정 값으로 셋팅되는 제1 단계(ST100); 상기 환기 구역(Z)에 환기장치가 설치된 이후에 상기 팬 유닛(200)의 작동 상태가 모니터링 되는 제2 단계(ST200); 상기 팬 유닛(200)의 역기전력과 분당 회전수 및 소비전력이 변화될 경우 상기 필터 유닛(400)에서 막힘이 발생되었는지 판단하는 제3 단계(ST300); 상기 필터 유닛(400)이 정상일 경우 상기 환기장치에 구비된 댐퍼 유닛(500)의 이상 유무를 확인하는 제4 단계(ST400); 상기 필터 유닛(400)이 교체가 필요한 것으로 판단될 경우 사용자에게 필터 교체 알람 정보를 제공하고 역세 유무를 확인하는 제5 단계(ST500); 및 상기 사용자의 요청에 의해 상기 필터 유닛(400)에 대한 역세를 실시하는 제6 단계(ST600)를 포함한다.

상기 제4 단계(ST400)는 상기 댐퍼 유닛(500)의 작동 각도가 정상 작동에 해당되는지 판단하는 댐퍼 유닛 각도 판단 단계(ST410)를 더 포함한다.

상기 건축물의 특정 층의 환기 구역(Z)에서 화재가 발생될 경우 상기 환기 구역(Z)의 실내 공기를 실외로 배출시키는 제1 음압 모드 단계(ST700)를 더 포함한다.

상기 건축물의 특정 층의 환기 구역(Z)에서 화재가 발생될 경우 상기 환기 구역(Z)과 상하로 인접한 다른 환기 구역(ZL)으로 외기 공급이 모두 차단된 후에, 상기 환기구역(Z)과 다른 환기 구역(ZL)에 대해 음압 상태로 제어하는 제2 음압 모드 단계(ST800)를 더 포함한다.

상기 건축물 전체로 화재가 확산될 경우 외기 유입은 모두 강제로 차단되고, 상기 팬 유닛이 모두 역 방향으로 작동되어 환기 구역 전체의 실내 공기가 강제로 외부로 배기 되는 제3 음압 모드 단계(ST900)를 더 포함한다.

본 발명의 실시 예들은 급기 팬의 역기 전력에 따른 분당 회전수를 필터 막힘의 판단 기준으로 설정함으로써 필터 유닛의 막힘이 발생될 경우에 정확하게 교환을 실시할 수 있다.

본 실시 예들은 필터 유닛의 교체 주기가 분기별로 이루어지지 않고 실제 오염에 의해 막힘이 발생될 경우에만 교체가 이루질 수 있어 불필요하게 교체함으로써 발생되는 비용을 예방할 수 있다.

본 실시 예들은 건축물에 화재가 발생될 경우에 추가적인 확산이 최소화 되도록 환기 구역을 음압 상태로 유지시켜 화재의 급격한 번짐을 예방할 수 있다.

도 1은 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치를 도시한 도면.
도 2는 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치에 구비된 환기 제어부와 연계된 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치에 구비된 역세유닛을 도시한 도면.
도 4는 본 실시 예에 의한 역세유닛의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 5는 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치에서 분당 회전수에 따른 소비전력과 풍량의 상관 관계를 도시한 그래프.
도 6은 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치가 적용된 건축물에서 화재가 발생되었을 때 강제배기에 따른 음압 상태를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 따른 일체형 환기장치의 작동 상태도.
도 8은 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치가 적용된 건축물에서 화재가 확산되었을 때 강제배기에 따른 음압 상태를 도시한 도면.
도 9는 도 8에 따른 일체형 환기장치의 작동 상태도.
도 10은 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치의 제어 방법을 도시한 순서도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 환기장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

참고로 본 실시 예는 일체형 환기장치에 차압센서를 설치하지 않고서도 급기 팬의 역기전력에 따른 분당 회전수를 이용하여 필터 유닛의 막힘 상태를 정확하게 판단할 수 있다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 의한 일체형 환기장치(1)는 건축물의 환기 구역(Z)으로 외기를 순환시키기 위해 상기 외기와 실내 공기의 순환 이동을 위한 통로부(110)가 형성된 케이싱(100)과, 상기 케이싱(100)의 내측에 구비된 팬 유닛(200)과, 상기 통로부(110)를 통해 이동된 공기와 열교환이 이루어지는 전열 교환 유닛(300)으로 이동된 이물질을 필터링 하기 위해 상기 케이싱(100)의 내측에 구비된 필터 유닛(400)과, 상기 필터 유닛(400)과 마주보며 위치되고, 상기 필터 유닛(400)에 이물질이 적층될 경우 압축 공기를 분사하는 역세 유닛(900)(도 3 내지 도 4 참조)과, 상기 통로부(110)에 설치되고 상기 환기 구역(Z)의 부하에 따라 개폐 상태가 조절되는 댐퍼 유닛(500)과, 상기 필터 유닛(400)이 이물질에 의해 막힌 상태가 유지될 경우 사용자에게 알리기 위해 구비된 알람부(600)(도 2 참조)와, 상기 팬 유닛(200)의 작동에 따라 발생된 역기전력 신호를 입력 받아 상기 필터 유닛(400)의 막힘 여부를 판단하는 환기 제어부(700) 및 상기 건축물에서 화재가 발생될 경우에 상기 환기 구역(Z)과 함께 이웃한 다른 층 또는 건물 전체의 환기 구역(ZL)(도 6참조)을 음압 상태로 전환하기 위한 통합 제어부(800)를 포함한다.

본 실시 예는 환기장치에 필수적으로 설치되는 필터 유닛(400)의 막힘 상태를 기존과 같이 압력센서를 사용하지 않고 팬 유닛(200)에 구비된 급기 팬(210)의 역기전력 데이터에 따른 분당 회전수(rpm)의 변동 상태를 이용하여 상기 필터 유닛(400)의 막힘 상태를 정확하게 판단할 수 있다. 즉 상기 급기팬(210)의 역기전력이 점진적으로 증가될 경우 필터 유닛(400)의 막힘이 발생되고 있는 것으로 판단할 수 있다.

본 실시 예는 필터 유닛의 교체 시기가 오염에 따른 막힘 유무를 기준으로 교체가 이루어질 수 있어 기존의 분기별 교체 방식 보다 정확하게 이루어질 수 있다.

본 실시 예는 사용자에게 필터 유닛(400)의 정확한 교체 시기를 알람부(600)를 통해 알릴 수 있어 사용자가 필터 유닛(400)의 정확한 교체 시기를 인지할 수 있으며, 일체형 환기 장치를 통해 환기 구역(Z)에 대한 청정도를 일정하게 유지하고 불필요한 전력소모를 최소화 할 수 있다.

본 실시 예는 케이싱(100)의 내부에 통로부(110)가 형성되고, 상기 전열 교환 유닛(300)이 열교환을 위해 구비되며, 상기 전열 교환 유닛(300)을 기준으로 좌측(도면기준)에 상기 케이싱(100)으로 외기가 유입되도록 구비된 외기 통로(112)가 형성되고, 상기 환기 구역(Z)에서 상기 케이싱(100)의 내부로 실내 공기가 유입되도록 구비된 환기(RA)(return air)통로(114)가 형성된다.

그리고 상기 외기통로(112)를 통해 유입된 공기를 상기 환기 구역(Z)으로 급기(SA)(supply air)되도록 구비된 급기 통로(116)가 형성되고, 상기 환기 통로(114)를 통해 유입된 공기를 상기 케이싱(100)의 외측으로 배기 시키기 위해 구비된 배기 통로(118)가 형성된다.

상기 팬 유닛(200)은 외기를 환기 구역(Z)으로 공급하기 위한 급기 팬(210)과, 상기 환기 구역(Z)으로 공급된 실외 공기를 흡입하여 실외로 배출하기 위한 배기 팬(220)을 포함한다.

일 예로 상기 급기 팬(210)과 배기 팬(220)은 BLDC모터가 사용되고, 상기 BLDC 모터는 작동 상태를 제어하는 팬 제어부(미도시)가 내부에 내장되지 않고 후술할 환기 제어부(700)에 독립적으로 분리되어 실장 되므로 종래 내장 타입의 BLDC 모터 보다 안정적인 작동과 효율이 유지된다.

상기 BLDC 모터는 외형을 이루는 모터 하우징과, 상기 모터 하우징의 중앙에 내장된 샤프트와, 상기 샤프트를 중심으로 일단에 설치된 회전자(로터)와, 상기 회전자에 대향하여 설치된 고정자(스테이터)와, 상기 샤프트가 회전시 상대 회전하는 베어링을 포함한다.

상기 BLDC 모터는 교류 전원인 220V를 입력 전원으로 공급받은 후에 이를 직류 전원인 310V로 변환하여 작동되는 고전압 모터에 해당된다.

상기 BLDC 모터가 고전압으로 작동될 경우 모터 효율이 향상되므로, 환기 구역(Z)으로 공급되는 풍량 저하 없이 안정적으로 다량의 신선한 외기를 일정하게 공급할 수 있다.

상기 환기 제어부(700)는 모터 케이블을 통해 상기 BLDC 모터와 전기적으로 연결되고, 상기 모터 케이블은 삼상(U, V, W)의 전원 케이블로 이루어진다.

본 실시 예에 의한 BLDC 모터는 고전압(DC 250V 이상)으로 작동되는 모터가 사용됨으로써 정압이 많이 걸리는 경우에도 사용 가능하고, 소비전력 효율이 기존 제어 보드와 홀 센서가 내장된 종래의 BLDC 모터에 비해 향상되므로 상기 필터 유닛(400)이 일반적인 필터가 아닌 헤파필터가 사용된다.

상기 헤파필터는 제거율 99.75%와 0.3마이크로 미터 이하의 먼지 크기도 필터링이 가능한 H13등급 성능을 갖는 제품이 사용 가능하므로 기존의 E11 등급으로 사용된 세미 헤파(SEMI HEPA)에 비해 제거율(95%)과 먼지 크기(0.5 마이크로 미터)에 있어 상이한 필터링 효율이 유지된다.

이와 같은 차이점은 초미세 먼지의 크기가 PM2.5로써 2.5마이크로 미터 크기를 갖는 초 미세 먼지도 필터링이 가능하여 상기 환기 구역(Z)에 거주하는 재실자의 건강에 상당히 유리하게 작용한다.

상기 환기 제어부(700)는 상기 BLDC 모터가 작동될 때 고정자의 전자석 코일에 기전되는 역기전력을 감지하는 역기전력 감지부(미도시)와, 상기 역기전력 감지부에 의해 감지한 역기전력에 비례하게 펄스 폭 변조신호(PWM신호)를 가변하여 모터 드라이브의 출력 전압을 제어하는 속도 제어부(미도시)를 포함한다.

상기 속도 제어부는 상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 상기 모터 드라이브에서 출력되는 정현파가 계단파 형태로 출력되도록 하여 소음을 방지할 수 있다.

BLDC 모터는 기존 BLDC 모터에 일반적으로 구비되는 제어 보드와 회전자의 회전 속도를 검출하기 위한 홀 센서가 내장되지 않아 BLDC 모터의 구조를 단순화할 수 있다. 이로 인해 이물질에 의한 오염 또는 결로에 의한 누전, 외부로부터의 누수 등으로 인하여 주로 발생하는 홀 센서의 오동작을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 홀 센서의 오동작 방지로 불량발생률을 낮출 수 있으며, BLDC 모터의 단순화로 부품 불량에 따른 사후 조치가 용이 해진다.

특히, BLDC 전동기에 불량이 발생하면, 구조가 단순하여 A/S 시간을 단축할 수 있으며, 고가의 홀 센서나 제어 보드가 내장되지 않은 BLDC 모터이므로 교체에 따른 유지보수 비용이 기존에 비해 현저히 감소한다.

한편, 상기와 같이 BLDC 모터에 제어 보드와 홀 센서를 내장하지 않은 상태이므로, 모터 구동을 위한 전원 공급선인 모터 케이블로 삼상(U, V, W) 전원 공급선만이 필요하여, 전원 공급선도 기존 5선에 비하여 3선으로 단순화할 수 있다.

이와 같이 급기 팬(210)과 배기 팬(220)에 BLDC 모터가 사용될 경우, 회전자의 회전속도를 검출하기 위한 홀 센서가 없으므로, 후술할 환기 제어부(700)에서 회전자의 회전 속도(회전수)를 검출해야 한다.

이를 위해 환기 제어부(700)는 별도로 구비된 리모컨에 의해 작동과 풍량이 선택되면, 속도 제어부에서 초기 속도 제어를 위한 제어 신호를 펄스 폭 변조신호(PWM)로 발생하여 모터 드라이브를 구동 시킨다.

초기 속도 제어는 모터를 고속으로 회전시키는 제어 방식을 이용하고, 상기 모터 드라이브는 FET를 이용한 브릿지 회로를 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 신호에 따라 BLDC 모터에 정현파를 인가하여 를 구동 시킨다.

펄스 폭 변조 신호를 이용하여 모터 드라이브를 6-스텝(step)의 펄스와 같은 계단파를 이용하여 동작시켜, 정현파에 근접한 구동 전력을 모터 공급 전원으로 공급한다. 이와 같이 6단계 계단파를 이용하여 정현파에 근접한 방식으로 모터구동 전력을 공급하게 되면, 모터의 구동 전원의 온/오프가 급격하게 이루어지지 않게 되어 BLDC 특유의 고주파 소음이 저감된다.

본 실시 예는 이러한 특징을 갖는 BLDC 모터를 정밀하게 제어하기 위해 역기전력(back EMF) 감지부를 포함하고, 상기 BLDC 모터가 회전될 때 고정자의 전자석 코일에 기전되는 역기전력을 감지한다.

속도 제어부는 획득한 역기전력의 전류를 이용하여 회전자의 위치를 검출하고, 검출된 역기전력의 전류와 기준 전류를 비교하여, 상기 역기전력의 전류가 상기 기준 전류보다 큰 경우를 회전자의 위치로 검출한다. 이와 같이 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 검출하면, 기존 홀 센서에서 회전자의 위치를 검출하는 것과 동일하므로, 정확하게 모터의 분당 회전 속도(rpm)를 산출할 수 있다.

본 실시 에에 의한 필터 유닛(400)은 전열 교환 유닛(300)의 후면에 설치되며 실외 공기에 포함된 이물질을 필터링 하여 환기 구역(Z)으로 공급되는 현상을 예방한다.

본 실시 예에 의한 환기 제어부(700)는 상기 환기 구역(Z)에 설치되기 이전에 정상 상태의 필터 유닛(400)을 기준으로 팬 유닛(200)이 온(On) 작동될 경우로 가정하여 제1 시간(t1) 동안 발생된 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비 전력 값을 상기 필터 유닛(400)의 막힘을 판단하기 위한 설정 값으로 사전에 설정한다.

즉 상기 필터 유닛(400)에 이물질이 적층되지 않은 상태를 기준으로 급기 팬(210)이 작동되어 실외 공기가 흡입되어 전열 교환 유닛(300)을 경유하여 필터 유닛(400)을 통과하게 되고, 상기 실외 공기의 압력과 상기 필터 유닛(400)을 통과한 압력의 차이가 기외 정압에 해당된다.

본 발명은 실제 환기 구역(Z)에 일체형 환기장치가 설치되기 이전에 테스트를 통해 팬 유닛(200)의 역기전력에 따른 사전 로직화를 통해 상기 필터 유닛(400)의 막힘을 판단하는 설정 값으로 입력된다. 상기 테스트에서는 급기 팬(210)의 급기 풍량이 정격 풍량의 90%이상으로 유지되어야 되고, 상기 필터 유닛(400)의 최종 통기 저항값에서 상기 급기 팬(210)의 정격 풍량의 70% 이상을 설정 값으로 셋팅된다.

상기 설정 값은 최소 A에서 부터 최대 B까지 소정의 범위를 갖고 있어 상기 범위 이내에서 유지될 경우 상기 필터 유닛(400)이 정상 상태인 것으로 판단한다.

이와 같이 설정 값을 로직화 시킬 경우 필터 유닛(400)의 정확한 수명 예측이 가능해지고, 교체 시기에 맞춰 교체를 실시할 수 있어 필터 유닛(400)에 대한 유지 보수 및 관리가 보다 용이 해진다.

본 실시 예는 상기 팬 유닛(200)과 필터 유닛(400)에 대한 사전 테스트를 통해 산출된 설정 값을 로직화 하여 상기 환기 제어부(700)에 메모리하고, 실제 건축물의 환기 구역(Z)에 설치되기 이전에 사전에 프로그래밍이 이루어진 이후에 상기 건축물에 팬 유닛(200)이 설치된다.

상기 환기 제어부(700)는 상기 팬 유닛(200)이 실제 환기 구역(Z)에서 작동되면서 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비 전력 값이 설정 값에서 상기 필터 유닛(400)의 교체가 필요한 필터 유닛 교체 값으로 변화되는지 모니터링을 실시하며, 상기 팬 유닛(200)이 상기 설정 값에서 변화되는 경우 상기 팬 유닛(200)의 풍량이 증가되도록 비례 제어를 실시한다.

즉 환기 제어부(700)는 급기 팬(210)이 설정 값으로 정의된 A 내지 B의 범위에서 상기 A 값을 초과하여 B값으로 변화되는 역기전력이 감지될 경우 상기 급기 팬(210)의 분당 회전수를 초과된 범위만큼 비례적으로 증가시켜 필터 유닛(400)의 사용에 따른 막힘이 발생될 때까지 풍량 제어를 실시한다.

상기 댐퍼 유닛(500)은 상기 외기 통로(112)로 유입된 외기를 공급 받아 상기 급기 통로(116) 또는 상기 급기 통로(116) 및 상기 배기 통로(118)로 공급되는 풍량을 가변적으로 조절하는 제1 댐퍼부(520)와, 상기 환기 통로(114)로 유입된 외기를 공급 받아 상기 급기 통로(116) 또는 상기 급기 통로(116) 및 상기 배기 통로(118)로 공급되는 풍량을 가변적으로 조절하는 제2 댐퍼부(530)와, 상기 외기 통로(112)로 유입되는 외기의 개도량이 가변적으로 조절되는 제3 댐퍼부(540)와, 상기 배기 통로(118)로 배출되는 실내 공기량이 가변적으로 조절되는 제4 댐퍼부(550)를 포함한다.

그리고 상기 환기 제어부(700)는 상기 필터 유닛(400)과 함께 상기 제1 내지 4 댐퍼부(520, 530, 540, 550)의 작동 각도를 입력 받아 정상 작동 각도로 작동되는지 판단한다.

본 실시 예는 필터 유닛(400)에서의 막힘 유무와 함께 상기 제1 내지 제4 댐퍼부(520, 530, 540, 550)가 오작동 되지 않고 정상적으로 작동되는지 여부도 필터 유닛(400)의 막힘 상태를 판단하기 위한 조건으로 입력된다.

상기 제1 내지 제4 댐퍼부(520, 530, 540, 550)는 오픈 또는 클로즈 상태로 작동될 때 어느 하나의 댐퍼부가 오작동 되거나, 오픈 위치에 위치 되지 못할 수 있다.

이 경우 필터 유닛(400)은 막힌 상태가 아님에도 불구하고 외기 유입이 감소되거나, 특정 위치에 위치된 댐퍼가 비 정상적으로 작동될 경우 필터 유닛(400)이 막힌 것으로 판단할 수 있다.

본 실 시 예는 이를 해결하기 위해 상기 환기 제어부(700)가 상기 제1 내지 제4 댐퍼부(520, 530, 540, 550)의 작동 각도를 입력 받아 정상적으로 작동 중인지를 실시간으로 판단할 수 있어 필터 유닛(400)의 막힘 유무를 정확하게 판단하고 그에 따른 알림 유무를 실시할 수 있다.

첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 역세 유닛(900)은 필터 유닛(400)의 후면에서 전면을 향해 압축 공기를 분사하기 위해 상기 필터 유닛(400)의 후면에 설치되고, 복수개의 노즐(912)이 형성된 노즐부(910)와, 상기 노즐부(910)와 일단이 연결되고, 타단이 외측으로 연장된 연결 튜브(920)와, 상기 연결 튜브(920)로 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부(930)를 포함한다.

상기 역세 유닛(900)은 환기 제어부(700)에 의해 필터 유닛(400)이 막힘 상태로 판단되거나, 역기전력의 변화 상태에 따라 선택적으로 역세가 자동으로 실시 되거나, 사용자의 실시 명령에 의해 역세가 이루어질 수 있다.

필터 유닛(400)은 막힘이 발생될 경우 교체 하는 것이 바람직 하나 사용에 따른 수명 연장과 함께 교체에 따른 사용자의 경제적인 부담을 경감시키기 위해 위와 같이 역세가 실시된다.

본 실시 예에 의한 노즐부(910)는 필터 유닛(400)의 후면에서 전면을 향해 압축 공기가 분사되도록 노즐(912)이 형성되고, 상기 노즐(912)은 상기 필터 유닛(400)의 정면을 향해 개구된 제1 노즐(512a)과, 상기 제1 노즐(512a)을 기준으로 좌측과 우측에 각각 소정의 각도로 경사진 위치에 개구된 제2 노즐(512b)을 포함한다.

상기 제1 노즐(512a)은 필터 유닛(400)의 전면에 적층된 이물질을 제거하기 위해 형성되고, 상기 제2 노즐(512b)은 좌측과 우측으로 경사지게 개구되어 있어 상기 제1 노즐(512a)과 상이한 위치에 적층된 이물질을 제거하는데 보다 유리해 진다.

상기 필터 유닛(400)은 직사각형 형상의 판 형태의 모양을 갖고 있고, 외기가 경유할 경우 중심을 기준으로 반경 방향 외측으로 소정의 영역에서 주로 이물질이 적층되는 이물질 적층 구역(S)이 형성된다.

상기 이물질 적층 구역(S)은 외기에 포함된 먼지가 주로 적층되는 구역으로 상기 위치에 다량의 이물질이 적층될 경우 급기 팬(210)의 역기전력과 알피엠이 필연적으로 증가하게 되므로 본 실시 예에서는 이러한 필터 유닛(400)의 이물질 적층 현상을 고려하여 역세를 위해 상기 노즐부(910)가 원형 또는 타원형 또는 다각형태 중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 형성된다.

일 예로 노즐부(910)는 필터 유닛(400)의 중심에 위치될 경우 이물질 제거를 위한 역세 효율은 향상되나 외기가 상기 필터 유닛(400)을 경유하면서 이동할 때 이동 흐름을 방해하거나 불필요한 와류를 유발시킬 수 있어 상기 필터 유닛(400)의 가장 자리를 따라 연장된 이동 경로를 갖는 원형 또는 타원형태 중의 어느 하나의 형태로 형성된다.

또한 노즐부(910)는 다각형태로 형성되는 것도 가능하며 전술한 형태 이외에도 외기의 이동 흐름을 방해하지 않는 다른 형태로의 변경도 가능할 수 있다.

상기 연결 튜브(920)는 노즐부(910 각각 연결되어 상기 노즐부(910)로 압축 공기 공급부(930)에서 발생된 압축 공기를 공급하기 위해 구비된다. 연결 튜브(920)는 도면에 도시된 위치 이외에도 다른 위치에 배치될 수 있으며 특별히 도면에 도시된 위치로 한정하지 않고 변경될 수 있다.

상기 압축 공기 공급부(930)는 압축 공기를 공급하기 위해 구비되고, 케이싱(100)의 내부 또는 외부에 위치될 수 있다.

본 실시 예에 의한 알람부(600)는 공동 주택의 거실에 구비된 월패드(미도시)에서 경고음과 함께 알람음이 발생되도록 구성될 수 있다. 상기 알람부(600)는 사용자에게 현재 필터 유닛(400)에 대한 교체 또는 점검을 위한 정보(알람)를 제공할 수 있어 상기 사용자가 필터 유닛(400)의 교체 시기를 정확하게 인지할 수 있다.

본 실시 예에 의한 환기 제어부(700)는 상기 역세 유닛(900)이 작동될 때 상기 급기 팬(210)은 오프(Off)시켜 상기 환기 구역(Z)으로의 외기 공급은 차단한 후에 상기 배기 팬(220)이 작동되도록 제어하여 상기 필터 유닛(400)에서 분리된 이물질을 상기 배기 팬(220)을 통해 실외로 강제 배출되도록 하여 상기 필터 유닛(400)에 대한 역세 제어를 실시한다.

이 경우 외기는 환기 구역(Z)으로 공급되지 않고 전술한 노즐(912)을 통해 필터 유닛(400)으로 분사된 압축 공기에 의해 먼지와 같은 이물질이 분리되어 배기 팬(220)에 의해 케이싱(100)의 외측으로 배출된다.

이때 상기 제2 내지 제3 댐퍼부(530, 540)는 모두 클로즈 상태로 전환되고, 제1 댐퍼부(520)와 제4 댐퍼부(550)는 오픈 상태로 전환되어 필터 유닛(400)에서 분리된 이물질이 배기 팬(220)을 통해 케이싱(100)의 외측으로 배출된다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예는 급기 팬(210)이 작동될 때 분당 회전수(RPM)의 변화량에 따라 풍량과 소비전력이 도면에 도시된 상태로 변화된다.

전술한 필터 유닛(400)은 최초 설치된 상태에서 지속적으로 사용될 경우 이물질로 인한 막힘이 발생하게 되고, 급기 팬(210)의 분당 회전수는(RPM)가 증가되고 역기 전력도 함께 변화하게 되며 소비전력도 비례해서 증가된다.

그러나 풍량은 급기 팬(210)의 분당 회전수와 반대로 감소하게 되므로, 상기 분당 회전수와 역기전력을 이용하여 환기 제어부(700)를 통해 필터유닛(400)의 막힘에 따른 정확한 판단을 실시할 수 있다.

첨부된 도 6내지 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 의한 통합 제어부(700)는 환기 구역(Z)에서 화재가 발생될 경우 상기 환기 구역(Z)으로 외기 공급은 차단하고 배기만을 실시하여 화재 발생 초기에 연소에 필요한 추가적인 산소 공급이 차단되도록 제어할 수 있다.

이 경우 환기 제어부(700)는 급기 팬(210)은 오프 상태로 유지하고, 배기 팬(220)은 최대 알피엠으로 작동되도록 제어하여 화살표로 도시된 바와 같이 환기 구역(Z)의 공기는 상기 배기 팬(220)을 통해 배출되면서 상기 환기 구역(Z)은 음압 상태로 전환된다.

첨부된 도 8 내지 도 9를 참조하면, 본 실시 예에 의한 통합 제어부(700)는 상기 건축물의 각 층에 설치된 환기 제어부와 연계되어 특정 층의 환기 구역(Z)에서 화재가 발생될 경우 화재가 발생된 화재 발생층과, 상기 화재 발생층의 상층과 하층에 이웃한 화재 발생 인접층의 환기 구역(ZL)으로의 외기 공급을 모두 차단한 후에 강제 배기를 실시하여 상기 화재 발생층과 화재 발생 인접층을 음압 상태로 유지시킬 수 있다.

이 경우 환기 제어부(700)는 급기 팬(210)을 역 방향으로 작동되도록 제어하고, 상기 배기 팬(220)은 정상 방향으로 작동되도록 제어한다.

상기 특정 층의 환기 구역(Z)과 인접층의 환기 구역(ZL)에 공기들은 상기 배기 팬(220)을 통해 건축물의 외측으로 배출되고, 상기 급기 팬(210)을 통해서 흡입된 공기도 화살표로 도시된 바와 같이 건축물의 실외로 배출되면서 음압 상태로 전환된다.

이와 같이 건축물에서 특정 층 또는 특정 층과 더불어서 화재 발생 인접층으로 화재가 발생될 경우 추가적으로 화재의 번짐을 최소화 할 수 있어 인명 및 재산 피해를 방지하는데 기여 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 일체형 환기장치의 제어방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 또는 도 10을 참조하면, 본 실시 예는 환기장치가 건축물의 환기 구역(Z)에 설치되기 이전에 필터 유닛(400)의 막힘에 따른 교체주기를 사용자에게 제공하기 위해 상기 필터 유닛(400)이 미 사용된 상태를 기준으로 팬 유닛(200)의 작동에 의해 발생된 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비전력을 환산하여 사전에 설정 값으로 셋팅되는 제1 단계(ST100)와, 상기 환기 구역(Z)에 환기장치가 설치된 이후에 상기 팬 유닛(200)의 작동 상태가 모니터링 되는 제2 단계(ST200)와, 상기 팬 유닛(200)의 역기전력과 분당 회전수 및 소비전력이 변화될 경우 상기 필터 유닛(400)에서 막힘이 발생되었는지 판단하는 제3 단계(ST300)와, 상기 필터 유닛(400)이 정상일 경우 상기 환기장치에 구비된 댐퍼 유닛(500)의 이상 유무를 확인하는 제4 단계(ST400)와, 상기 필터 유닛(400)이 교체가 필요한 것으로 판단될 경우 사용자에게 필터 교체 알람 정보를 제공하고 역세 유무를 확인하는 제5 단계(ST500) 및 상기 사용자의 요청에 의해 상기 필터 유닛(400)에 대한 역세를 실시하는 제6 단계(ST600)를 포함한다.

상기 제1 단계(ST100)는 팬 유닛의 역기 전력의 변화에 따라 분당 회전수를 세분화 하고, 세분된 분당 회전수에 따른 소비전력을 사전에 맵핑하여 프로그래밍을 통해 기 설명한 환기 제어부에 저장한다.

상기 제2 단계(ST200)는 환기 제어부에 의해 팬 유닛의 작동과 동시에 역기전력에 따른 분당 회전수와 소비전력이 실시간으로 모니터링 된다.

상기 제3 단계(ST300)는 역기전역의 변화 상태 또는 분당 회전수가 설정 값 이상으로 변화될 경우 필터유닛의 막힘 여부에 대해 판단한다.

상기 제4 단계(ST400)는 상기 댐퍼 유닛(500)의 작동 각도가 정상 작동에 해당되는지 판단하는 댐퍼 유닛 각도 판단 단계(ST410)를 더 포함한다.

필터 유닛에서 막힘이 발생되지 않을 경우 상기 필터 유닛에서는 문제가 없으므로 외기를 공급하는 구성에서 이상 유무가 발생될 수 있어 상기 댐퍼 유닛의 작동 각도가 정상인지 아니면 비정상인지 판단한다.

상기 댐퍼 유닛은 작동에 따른 작동 각도가 환기 제어부로 입력 되므로 현재 필터 유닛이 정상일 경우 댐퍼 유닛에 대한 작동 각도를 추가로 판단하여 실제로 필터 유닛이 막힌 상태인지를 확인할 수 있다.

제5 단계(ST500)는 사용자에게 필터 교체에 따른 알람 정보를 제공하고 사용자에게 역세를 실시할 것인지 확인하게 된다.

상기 알람 정보와 함께 즉시 역세를 실시할 경우 필터 유닛에 대한 교체 없이 추가적으로 사용이 가능해 진다(ST600).

본 실시 예는 상기 건축물의 특정 층의 환기 구역(Z)에서 화재가 발생될 경우 상기 환기 구역(Z)의 실내 공기를 실외로 배출시키는 제1 음압 모드 단계(ST700)가 실시될 수 있다. 상기 제1 음압 모드 단계(ST700)는 환기 구역(Z)에서 화재가 발생될 경우연소에 필요한 산소 공급을 단계적으로 줄이거나, 상기 환기 구역(Z)이 음압 상태가 유지되도록 배기 팬을 작동시켜 실내 공기를 외부로 배출시키고, 급기 팬을 오프 상태로 전환하여 추가적인 외기 유입은 실시하지 않는다.

본 실시 예는 상기 환기 구역(Z)과 상하로 인접한 다른 환기 구역(ZL)으로 외기 공급이 모두 차단된 후에, 상기 환기구역(Z)과 다른 환기 구역(ZL)에 대해 음압 상태로 제어하는 제2 음압 모드 단계(ST800)를 더 포함한다.

상기 제2 음압 모드 단계(ST800)는 화재가 건축물의 상측 또는 하층 또는 이웃층으로 번질 경우 추가적인 화재 번짐을 최소화 하기 위해 상기 환기구역(Z)과 다른 환기 구역(ZL)의 실내 공기를 실외로 배출되도록 제어한다.

본 실시 예는 상기 건축물 전체로 화재가 확산될 경우 외기 유입은 모두 강제로 차단되고, 팬 유닛이 모두 역 방향으로 작동되어 환기 구역 전체의 실내 공기가 강제로 외부로 배기 되는 제3 음압 모드 단계(ST900)를 더 포함한다.

상기 제3 음압 모드 단계(ST900)는 급기 팬과 배기 팬이 모두 작동되어 환기 구역(Z)의 실내 공기를 모두 실외로 배출시켜 연소에 필요한 산소의 공급을 최소화 시켜 급격하게 번지는 화재를 최소화 시켜 인명피해를 예방할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Z : 환기 구역
100 : 케이싱
200 : 팬 유닛
300 : 전열 교환 유닛
400 : 필터 유닛
500 : 댐퍼 유닛
600 : 알람부
700 : 환기 제어부
800 : 통합 제어부
900 : 역세 유닛

Claims (3)

1. 건축물의 환기 구역(Z)으로 외기를 순환시키기 위해 상기 외기와 실내 공기의 순환 이동을 위한 통로부(110)가 형성된 케이싱(100);
   상기 케이싱(100)의 내측에 구비된 팬 유닛(200);
   상기 통로부(110)를 통해 이동된 공기와 열교환이 이루어지는 전열 교환 유닛(300)으로 이동된 이물질을 필터링 하기 위해 상기 케이싱(100)의 내측에 구비된 필터 유닛(400);
   상기 필터 유닛(400)과 마주보며 위치되고, 상기 필터 유닛(400)에 이물질이 적층될 경우 압축 공기를 분사하는 역세 유닛(900);
   상기 통로부(110)에 설치되고 상기 환기 구역(Z)의 부하에 따라 개폐 상태가 조절되는 댐퍼 유닛(500);
   상기 필터 유닛(400)이 이물질에 의해 막힌 상태가 유지될 경우 사용자에게 알리기 위해 구비된 알람부(600);
   상기 팬 유닛(200)의 작동에 따라 발생된 역기전력 신호를 입력 받아 상기 필터 유닛(400)의 막힘 여부를 판단하는 환기 제어부(700); 및
   상기 건축물에서 화재가 발생될 경우에 상기 환기 구역(Z)과 함께 이웃한 다른 층 또는 건물 전체의 환기 구역(ZL)을 음압 상태로 전환하기 위한 통합 제어부(800)를 포함하는 일체형 환기장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 팬 유닛(200)은 외기를 환기 구역(Z)으로 공급하기 위한 급기팬(210);
   상기 환기 구역(Z)으로 공급된 실외 공기를 흡입하여 실외로 배출하기 위한 배기팬(220)을 포함하고,
   상기 환기 제어부(700)는 상기 환기 구역(Z)에 설치되기 이전에 정상 상태의 필터 유닛(400)을 기준으로 팬 유닛(200)이 온(On) 작동될 경우로 가정하여 제1 시간(t1) 동안 발생된 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비 전력 값을 상기 필터 유닛(400)의 막힘을 판단하기 위한 설정 값으로 사전에 설정하고,
   상기 팬 유닛(200)이 실제 환기 구역(Z)에서 작동되면서 역기전력에 따른 분당 회전수(rpm)와 소비 전력 값이 설정 값에서 상기 필터 유닛(400)의 교체가 필요한 필터 유닛 교체 값으로 변화되는지 모니터링을 실시하며,
   상기 팬 유닛(200)이 상기 설정 값에서 변화되는 경우 상기 팬 유닛(200)의 풍량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 일체형 환기장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 역세 유닛(900)은 상기 필터 유닛(400)의 후면에서 전면을 향해 압축 공기를 분사하기 위해 상기 필터 유닛(400)의 후면에 설치되고, 복수개의 노즐(912)이 형성된 노즐부(910);
   상기 노즐부(910)와 일단이 연결되고, 타단이 외측으로 연장된 연결 튜브(920);
   상기 연결 튜브(920)로 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부(930)를 포함하고,
   상기 노즐부(910)는 원형 또는 타원형 또는 다각형태 중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 환기장치.

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