KR100531084B1

KR100531084B1 - 공기청정시스템 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR100531084B1
Application number: KR1020040044976A
Authority: KR
Inventors: 김윤중
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2005-11-25

Abstract

본 발명은 공기청정시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 실내외간의 온도차가 크더라도 실내온도의 큰 변화없이 환기동작을 수행하면서 동시에 실내공간의 공기청정도를 일정수준 이상으로 유지할 수 있는 공기청정시스템 및 그 운전방법을 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명은 환기기능을 구비한 공기청정시스템의 운전방법에 있어서, 실외온도를 측정하고, 상기 실외온도에 연계하여 실외와 실내 사이를 이동하는 공기의 이동량 및 상기 공기청정시스템의 청정능력을 함께 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기청정시스템 및 그 운전방법{A air cleaning system and a driving method thereof}

본 발명은 공기청정시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기청정기능 뿐만 아니라 환기기능을 가지는 공기청정시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공기청정기는 실내공기 중의 먼지나 이물질 등을 걸러 내어 공기를 깨끗하게 정화시키는 장치로, 흡입구와 토출구가 형성된 본체를 구비하며, 본체의 내부에는 흡입구를 통해 실내공기를 본체 내부로 유입시키고 정화된 실내공기를 토출구를 통해 본체 외부로 토출시키도록 송풍력을 제공하는 송풍장치와, 본체 내부로 유 입된 공기 중의 먼지나 이물질을 걸러내는 필터가 마련된다.

따라서 송풍장치가 작동함에 따라 흡입구를 통해 본체 내부로 유입된 실내공기는 필터를 거치는 과정에서 먼지나 이물질 등이 걸러지게 된 후 토출구를 통해 다시 실내공간으로 토출된다.

그러나 이러한 공기청정기는 상기 필터를 이용하여 실내공기 중에 포함된 미세먼지나 냄새성분 등은 효과적으로 제거할 수 있으나, 사람의 호흡을 통해 발생하는 이산화탄소와 같은 가스는 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 환기장치와 공기청정기가 결합된 환기장치 일체형 공기청정기를 사용함으로써 실내공기를 정화함과 동시에 실내를 환기시켜 공기청정기 만으로는 제거하기 어려운 이산화탄소와 같은 가스가 실내 환기를 통해 외부로 배출되도록 하고 있다.

또한, 종래 환기장치 일체형 공기청정기는 측정된 실내오염도 및 이산화탄소의 농도에 따라 환기능력이나 공기청정기의 청정능력을 설정하고, 설정된 환기능력 및 청정능력을 가지도록 환기장치와 공기청정기를 구동하였다.

그러나, 이와 같이 실내오염도 및 이산화탄소의 농도에 의해서만 환기능력이나 공기청정능력을 설정하는 방식에서는 실외온도를 고려하지 않고 환기능력과 청정능력을 설정하므로 실외온도가 낮더라도(또는 높더라도) 실내오염도나 이산화탄소의 농도만 높으면 큰 환기능력과 청정능력으로 환기모드와 청정모드를 수행하여 환기에 의해 실내온도가 크게 낮아지는(또는 높아지는) 문제점이 있었다.

또한, 위의 문제점을 해결하기 위해 환기능력을 낮게 설정할 경우 환기모드와 청정모드의 동시운전에서 청정능력이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 실내외간의 온도차가 크더라도 실내온도의 큰 변화없이 환기동작을 수행하면서 동시에 실내공간의 공기청정도를 일정수준 이상으로 유지할 수 있는 공기청정시스템 및 그 운전방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 환기기능을 구비한 공기청정시스템의 운전방법에 있어서, 실외온도를 측정하고, 상기 실외온도에 연계하여 실외와 실내 사이를 이동하는 공기의 이동량 및 상기 공기청정시스템의 청정능력을 함께 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 청정능력은 상기 공기의 이동량에 연계하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 공기의 이동량은 상기 실외온도에 비례하도록 설정되며, 상기 청정능력은 상기 공기의 이동량에 반비례하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 공기의 이동량은 상기 실외온도가 낮아짐에 따라 적도록 설정하고, 상기 청정능력은 상기 순환량이 적어짐에 따라 크도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 실외온도에 따라 상기 공기의 이동량과 상기 청정능력을 조절하는 것은 상기 공기청정시스템에서 환기모드와 청정모드를 동시에 수행할 때 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한 환기기능을 구비한 공기청정시스템에 있어서, 실외의 공기를 실내로 공급하고, 실내의 공기를 실외로 배출하는 환기장치, 상기 환기장치와 연결되어 상기 환기장치에서 전달된 공기를 실내공간에 배출하고, 실내공기를 상기 환기장치로 보내며, 상기 실내공기를 정화시키는 공기청정기, 실외온도에 연계하여 상기 실외와 실내 사이의 공기의 이동량을 조절하고, 상기 공기의 이동량에 연계하여 상기 공기청정장치의 구동정도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 1및 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공기청정시스템은 실내에 마련된 공기청정기(10)와, 공기청정기(10)에 연결되어 실내공기를 환기시키는 환기장치(20)를 포함한다.

환기장치(20)는 외형을 이루는 몸체(21) 내부에 각각 입구(22a,23a)와 출구(22b,23b)를 구비하는 급기유로(22)와 배기유로(23)가 형성되며, 급기유로(22)와 배기유로(23)의 일측에는 각각 급기팬(22c)과 배기팬(23c)이 형성된다.

또 상기 급기유로(22)와 배기유로(23)는 상호 교차되도록 마련되고, 이러한 급기유로(22)와 배기유로(23)의 교차부에는 배기유로(23)의 공기와 급기유로(22)의 공기가 상호 열교환되도록 하는 전열교환기(24)가 설치된다. 이러한 전열교환기(24)는 환기장치(20)를 통해 실내로 급기되는 실외공기가 환기장치(20)를 통해 실외로 배기되는 실내공기와 열교환되도록 함으로써 실내로 유입되는 실외공기와 실내공기 사이의 온도차가 줄어들도록 하기 위한 것이다.

이러한 구조를 갖는 환기장치(20)는 급기팬(22c)이 구동됨에 따라 급기유로(22)의 입구(22a)를 통해 유입된 공기가 급기유로(22)의 출구(22b)를 통해 몸체(21) 외부로 토출되도록 하며, 배기팬(23c)이 구동됨에 따라 배기유로(23)의 입구(23a)를 통해 유입된 공기가 배기유로(23)의 출구(23b)를 통해 몸체(21) 외부로 토출되도록 하는데, 상기 급기유로(22)의 출구(22b)와 배기유로(23)의 입구(23a)에는 각각 공기청정기 본체(10)와 환기장치(20) 사이를 연결하는 급기덕트(31)와 배기덕트(32)의 일단이 연결되며, 급기덕트(31)와 배기덕트(32)의 타단에는 실내 벽면을 통해 실내공간 내부로 연장되는 연장부(31a,32a)가 마련된다.

한편, 공기청정기 본체(10)의 후면에는 실내로 연장된 각 덕트(31,32)의 연장부(31a,32a)가 결합되는 덕트연결부(40)가 마련되고, 이러한 덕트연결부(40)에는 급기덕트(31)와 연결되도록 마련된 외기유입구(41)와 배기덕트(32)와 연결되도록 마련된 내기배출구(42)가 형성된다.

본체(10) 내부공간은 상기 외기유입구(41)와 통하도록 넓게 마련된 우측의 급기공간(50)과 상기 내기배출구(42)와 통하도록 좁게 마련된 좌측의 배기공간(60)이 구획판(43)을 통해 상호 구획되도록 마련되며, 이때 상기 배기공간(60)의 전면에는 실내공기가 배기공간(60) 내부로 유입되도록 내기유입구(61)가 마련되고, 이러한 배기공간(60)은 배기공간(60)을 통한 공기의 소통이 원활하게 이루어지도록 본체(10)의 내측면을 따라 형성된다.

또한, 상기 급기공간(50)은 그 내부를 상하로 구분하는 구분판(44)을 통해 상측의 제1급기공간(70)과 하측의 제2급기공간(80)으로 구분되며, 제1급기공간(70)의 전면에는 급기공간(50) 내부의 공기를 실내로 토출시키기 위한 토출구(51)가 마련되고, 제2급기공간(80)의 하면에는 실내공기가 급기공간(50) 내부로 유입되도록 형성된 흡입구(52)가 마련된다.

또 흡입구(52) 상부의 제2급기공간(80)에는 흡입구(52)를 덮도록 마련된 것으로 흡입구(52)를 통해 급기공간(50) 내부로 유입된 실내공기를 여과시키기 위한 필터(53)가 설치되며, 제1급기공간(70)에는 외기유입구(41)와 흡입구(52)를 통해 급기공간(50) 내부로 유입된 공기를 상기 토출구(51) 측으로 송풍시키기 위해 원심팬으로 마련되는 송풍팬(54)이 설치되고, 송풍팬(54)을 회전시키는 송풍팬 모터(55)는 본체(10)의 내측 상면에 고정된다. 또 상기 구분판(44)에는 제1급기공간(70)과 제2급기공간(80) 내부가 서로 통하도록 연통공(44a)이 형성되고, 이러한 연통공(44a)은 송풍팬(54)의 입구와 대응하는 위치에 마련되며, 제1급기공간(70)에는 송풍팬(54)에 의해 송풍되는 공기를 상기 토출구(51) 측으로 안내하기 위한 송풍가이드(71)가 마련된다.

또한, 상기 배기공간(60)의 중도에는 이러한 배기공간(60)을 통한 공기의 흐름을 개폐하기 위한 배기댐퍼(62)가 마련되고, 상기 외기유입구(41)에는 외기유입구(41)를 개폐하기위한 급기댐퍼(45)가 마련된다. 이러한 급기댐퍼(45) 및 배기댐퍼(62)는 공기청정기 본체(10)가 실내 공기청정기능 만을 수행하도록 하거나 필요에 따라 환기기능도 수행할 수 있도록 하는 것으로, 각각 회전 가능하도록 마련된 개폐부재(45a,62a)와, 개폐부재(45a,62a)를 회전시키는 급기댐퍼모터 및 배기댐퍼모터(45b,62b)를 구비한다.

이러한 각 댐퍼(45,62)는 공기의 유량을 조절할 수 있도록 상기 개폐부재(45a,62a)의 개방각 조절이 가능하도록 마련되는데, 이를 위해 상기 모터(45b,62b)로는 개폐부재(45a,62a)의 개방각조절이 용이하도록 스텝모터가 채용된다. 따라서 각 댐퍼(45,62)는 개폐부재(45a,62a)의 개방각을 조절함으로써 배기공간(60)을 통해 실외로 배출되는 실내공기의 유량이나 외기유입구(41)를 통해 급기공간(50) 내부로 유입되는 실외공기의 유량을 조절할 수 있게 된다.

그리고 덕트연결부(40)의 하부에 위치되는 상기 외기유입구(41)는 제2급기공간(80)의 측면에 형성되게 되며, 이러한 외기유입구(41)를 통해 제2급기공간(80) 내부로 유입되는 공기는 구분판(44)과 필터(53) 사이를 경유하여 상기 연통공(44a)을 통해 제1급기공간(70) 내부로 유입되게 된다.

또한, 상기 송풍팬(54)은 급기댐퍼(45)가 외기유입구(41)를 개방시킨 상태에서 흡입구(52) 측 본체(10) 외부 실내공기와 급기배관(31) 측 실외공기를 함께 토출구(51) 측으로 송풍시킬 수 있도록 고속으로 회전하는 고속운전모드와, 급기배관(31) 측 실외공기 만을 토출구(51) 측으로 송풍시키도록 고속운전모드에 비해 상대적으로 저속으로 회전하는 저속운전모드로 조절가능하도록 마련된다.

이는 흡입구(52)와 외기유입구(41) 측 압력차와 상기 필터(53)에 의한 흡입구(52) 측 공기저항에 의해 저속으로 송풍팬(54)을 회전시킬 경우에는 급기덕트(31) 측 실외공기 만을 토출구(51) 측으로 송풍시켜 환기작용이 수행되도록 하고, 고속으로 송풍팬(54)을 회전시킬 경우에는 송풍팬(54) 주위의 정압이 낮아지며 흡입구(52) 외측 실내공기와 급기덕트(31) 측 실외공기가 함께 토출구(51) 측으로 송풍되도록 하여 환기기능과 공기청정 기능이 동시에 수행될 수 있도록 하기 위함이다.

도3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화시스템은 도1 및 도2에 도시한 장치외에 실외공기의 온도를 측정하는 실외온도센서(91)와, 실내오염도를 측정하는 실내오염 감지부(92)와, 실내공간의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서(95)와, 복수의 모터(55,97,98,45b,62b)를 구동하는 모터구동부(96)와, 각 장치들을 제어하는 마이컴(90)을 포함한다.

실내오염 감지부(92)는 포름알데히드, VOCs 등의 독성물질을 검지하는 유해물질센서(93)와, 먼지를 검지하는 먼지센서(94)로 이루어져 실내공간의 오염정도를 파악한다.

이하에서 도 4 및 도5를 참조하여 도3에 도시한 공기청정시스템의 운전방법을 설명한다. 먼저 환기장치(20)와 공기청정기(10)의 구동여부 및 구동정도를 결정하기 위해 유해물질센서(93) 및 먼지센서(94)를 통해 실내오염도를 측정하고, 이산화탄소 센서(95)를 이용해 실내공간의 이산화탄소 농도를 측정한다(100).

다음으로 실내오염도가 기준값 이상인지 판단하여(102) 실내오염도가 기준값 이상이면 이산화탄소 농도가 기준값 이상인지 판단한다(104). 이 때 실내오염도와 이산화탄소 농도의 기준값은 실험에 의해 적절한 값을 선택할 수 있다.

104단계에서 이산화탄소의 농도가 기준값 이상이면 실내공기를 정화하면서 환기를 시킬 필요가 있어 환기모드와 청정모드를 동시에 수행한다(106). 환기모드와 청정모드를 동시에 수행할 때는 급기/배기댐퍼(45,62)를 개방시킨 상태에서 송풍팬(54)을 고속운전모드로 회전시킨다. 그러면 흡입구(52) 외측 실내공기와 외기유입구(41) 측 급기덕트(31)의 실외공기가 함께 급기공간(50)으로 유입된 후 토출구(51)를 통해 실내로 토출되고, 일부 실내 공기는 배기공간(60)을 통해 실외로 배출됨으로써 환기작용과 공기청정작용이 수행된다.

또한, 환기모드와 청정모드를 동시에 수행할 때는 도5에 예시한 바와 같이 실외온도에 따라 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도를 달리하여 실내공간 및 실외 사이의 공기 이동량을 조절하고, 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도에 연계하여 공기청정기의 청정능력도 조절해 준다.

즉, 도5에 도시한 바와 같이 실외온도센서(91)에서 측정된 외기의 온도가 낮은 경우 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도를 작게 하여 공기의 이동량을 줄임으로써 전열교환기(24)에서 충분한 열교환이 이루어지도록 하여 실내공간과 실외를 이동하는 공기에 의해 실내온도가 낮아지는 것을 방지한다. 또한, 실외에서 실내공간으로 유입되는 공기의 양이 줄어들면서 공기의 청정도가 떨어질 수 있으므로 이를 방지하기 위해 공기청정기 송풍팬(54)의 분당회전수를 증가시켜 공기청정기(10)의 청정능력을 높인다.

또한, 실외온도센서(91)에서 측정된 실외온도가 높아질수록 실내공간과 실외를 이동하는 공기에 의해 실내온도가 낮아지는 정도가 약해지므로 상대적으로 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도를 크게 하여 환기량을 늘려주고, 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도가 커짐에 따라 실내공기의 청정도도 높아지므로 공기청정기 송풍팬(54)의 분당회전수를 상대적으로 줄여 공기청정기(10)의 청정능력이 낮아지도록 한다. 다만, 이 때 송풍팬(54)의 분당회전수는 최소한 고속운전모드의 범위내가 되도록 설정된다.

이처럼 환기모드와 청정모드를 동시에 수행하면서 실외온도에 따라 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도를 조절하고, 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도에 연계하여 공기청정기(10)의 청정능력을 조절하면 실외온도가 낮더라도 환기에 의해 실내온도가 크게 낮아지지 않고, 실내공간의 청정도도 일정수준 이상으로 유지할 수 있다. 본 실시예에서는 실외의 온도가 실내온도 보다 크게 낮은 경우의 급기/배기댐퍼(45,62)의 개도 및 청정능력의 조절을 예시하였으나 실외의 온도가 실내온도 보다 크게 높은 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 104단계에서 이산화탄소의 농도가 기준값 이하이면 청정모드만을 수행한다(108). 청정모드에서는 급기댐퍼(45)를 닫아 외기유입구(41)를 폐쇄하고 배기댐퍼(62)를 닫아 배기공간(60)을 통한 공기 흐름을 차단시킨 상태에서 송풍팬(54)을 회전시킨다. 그러면 실내공기는 송풍팬(54)의 송풍작용에 의해 흡입구(52)를 통해 제2급기공간(80)으로 유입되며 필터(53)를 통과하게 되고, 필터(53)를 통과한 공기는 이물질이 여과된 상태로 제1급기공간(70)으로 유입된 뒤 토출구(51)를 통해 실내로 토출 된다.

또, 한편으로 102단계에서 실내오염도가 기준값 이하이면 다시 이산화탄소의 농도가 기준값 이상인지 판단하여(110) 이산화탄소의 농도가 기준값 이하이면 해당 사이클을 종료하고, 이산화탄소의 농도가 기준값 이상이면 환기모드만을 수행한다(112). 단순히 환기모드만을 수행하고자 할 경우에는 급기댐퍼(45)를 열어 외기유입구(41)를 개방시키고 배기댐퍼(62)를 열어 배기공간(60)을 통해 공기가 흐를 수 있도록 한 상태에서 상기 송풍팬(54)을 저속운전모드로 회전시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의할 경우 실외온도에 따라 환기량 및 공기청정능력을 조절하여 환기모드와 청정모드의 동시운전모드에서 실외의 온도가 크게 높거나 낮더라도 실내온도의 큰 변화없이 환기모드를 수행할 수 있고, 동시에 실내공간이 일정수준 이상의 공기청정도를 유지하도록 할 수 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기청정시스템을 도시한 단면도이다.

도2는 도1의 공기청정시스템을 이루는 공기청정기를 상세하게 도시한 사시도이다.

도3은 도1에 도시한 공기청정시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

도4는 도3에 도시한 공기청정시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.

도5는 실외온도에 따라 설정된 급기/배기댐퍼의 개도 및 공기청정기의 청정능력을 예시한 테이블이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

10:공기청정기 20:환기장치

24:전열교환기 45:급기댐퍼

54:송풍팬 62:배기댐퍼

90:마이컴 92:실내오염 감지부

Claims

환기기능을 구비한 공기청정시스템의 운전방법에 있어서,

실외온도를 측정하고,

상기 실외온도에 연계하여 실외와 실내 사이를 이동하는 공기의 이동량 및 상기 공기청정시스템의 청정능력을 함께 조절하는 것을 특징으로 하는 공기청정시스템의 운전방법
제1항에 있어서,

상기 청정능력은 상기 공기의 이동량에 연계하여 설정되는 것을 특징으로 하는 공기청정시스템의 운전방법
제2항에 있어서,

상기 공기의 이동량은 상기 실외온도에 비례하도록 설정되며, 상기 청정능력은 상기 공기의 이동량에 반비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 공기청정시스템의 운전방법
제3항에 있어서,

상기 공기의 이동량은 상기 실외온도가 낮아짐에 따라 적도록 설정하고, 상기 청정능력은 상기 순환량이 적어짐에 따라 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는 공기청정시스템의 운전방법
제2항에 있어서,

상기 실외온도에 따라 상기 공기의 이동량과 상기 청정능력을 조절하는 것은 상기 공기청정시스템에서 환기모드와 청정모드를 동시에 수행할 때 적용되는 것을 특징으로 하는 공기청정시스템의 운전방법
환기기능을 구비한 공기청정시스템에 있어서,

실외의 공기를 실내로 공급하고, 실내의 공기를 실외로 배출하는 환기장치,

상기 환기장치와 연결되어 상기 환기장치에서 전달된 공기를 실내공간에 배출하고, 실내공기를 상기 환기장치로 보내며, 상기 실내공기를 정화시키는 공기청정기,

실외온도에 연계하여 상기 실외와 실내 사이의 공기의 이동량을 조절하고, 상기 공기의 이동량에 연계하여 상기 공기청정장치의 구동정도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정시스템
제6항에 있어서,

상기 공기의 이동량은 상기 실외온도에 비례하도록 설정되며, 상기 청정능력은 상기 공기의 이동량에 반비례하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 공기청정시스템