KR100338188B1 - 형상기억합금을 이용한 가변형 자동 디퓨져 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉풍 또는 온풍을 이용한 냉난방공조 방식의 시스템으로부터 실내로의 냉기 또는 온기 배출구 개방 정도를 냉방 또는 난방시의 급기 온도에 따라 자동적으로 제어하도록 하기 위한 것으로서, 공기 흐름이 통과하도록 된 관형 하우징(50)의 내부에 제공된 하부지지대(42)에 의해 지지되어 망원경식으로 신축가능하게 하부실린더(12) 외측에 삽입된 상부실린더(11)로 된 실린더수단(10)과, 하우징(50) 내부의 상부지지대(40)와 상부 실린더(11) 사이에 배치되어 지지되고 하우징을 통과하는 공기 흐름의 온도에 따라 응답하여 상기 실린더수단을 신축시키도록 상부 실린더에 하방향으로의 탄성력을 제공하는 형상기억합금 코일(30), 상기 상부실린더(11)의 상하방향으로의 이동에 따라 배치각도가 변화되도록 상부실린더(11)와 하부실린더(12) 각각에 돌기 형태의 이동축(22)과 고정축(21)이 연결된 디퓨져 날개(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 자동 디퓨제를 제안한다.

Description

형상기억합금을 이용한 가변형 자동 디퓨져{VARIABLE SELF-ACTUATING DIFFUSER WITH SHAPE MEMORY ALLOY}

본 발명은 일반건물이나 공장과 같은 건축물의 공조시스템에서 공기 취출구 역할을 하는 디퓨져(diffuser)에 관한 것으로, 특히 냉풍 또는 온풍을 이용한 냉난방공조(Air Conditioning) 방식의 시스템으로부터 실내로의 냉기 또는 온기 배출구 개방 정도를 냉방 또는 난방시의 급기 온도에 따라 자동적으로 제어하도록 된 가변형 자동 디퓨져에 관한 것이다.여러 가지의 공조시스템에서 실내로 공급되는 냉풍 또는 온풍 공기 배출구 역할을 하고 있는 디퓨져는 다른 기구의 발전에 비하여 기능과 효율적인 면에서 거의 발전을 이루고 있지 못하고 있다. 즉, 공조기로 부터 공급된 온풍 및 냉풍은 실내 공기 온도를 적정하게 설정된 온도로 유지하도록 보통 천정에 설치되는 디퓨져를 통해 실내로 배출되며, 기존의 디퓨져는 날개(Diffuser Vane)들의 경사각도가 45°정도로 고정되어 있어 하절기(급기온도 17℃ 내외) 및 동절기(급기온도 25℃ 내외)에 따른 급기온도의 변화에 관계없이 배출구로부터 일정한 각도로만 실내로 공기를 배출하도록 고정되어 있다.일반적으로 차가운 공기(냉풍)는 상대적으로 무거워서 하강하는 경향이 있어 냉풍이 배출되는 각도의 상부 공간에는 냉풍의 기류가 형성되지 못하며, 또한 따뜻한 공기(온풍)는 상대적으로 가벼워서 상승하는 경향이 있기 때문에 실내에서의 사람의 활동 대역(바닥면으로부터 1.5m 정도)에까지 효과적인 기류의 분포를 형성하지 못하는 단점이 있다. 특히 층고가 높은 실내공간에서의 난방은 온풍기류가 사람의 활동대역에 까지 하강하지 못해 실내 바닥에 근접한 하측에서 추위를 느껴 경우에 따라서는 별도의 난방설비를 갖추거나, 공기가 바닥 면에 수직으로 배출되도록 하기 위해 별도의 노즐형 디퓨져를 설치하기도 하는데 이런 경우 별도의 설비시공 및 날개 각도를 조정하는 모터등의 부가장치들을 필요로 하기 때문에 적지 않은 비용의 추가부담 및 에너지 과다사용을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 고정형 날개를 갖는 디퓨져에 따른 문제점을 해소하기 위한 것으로, 디퓨져를 통해 배출되는 공기 기류의 분포가 배출 공기의 온도에 따라 조절되게 하여 효율적이고 쾌적한 공조기능을 수행하도록 형상기억합금소재를 이용하여 실내에서 냉난방 수행시 공조기로부터의 급기온도에 따라 디퓨져 날개의 경사각도가 자동으로 변환되는 가변형 자동 디퓨져를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 가변형 자동 디퓨져의 조립상태 사시도.

도 2는 본 발명의 디퓨져의 개략적인 종단면도로서 냉방운전시의 디퓨져 날개가 일부분만 개방된 상태를 보여주고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 가변형 자동 디퓨져의 냉방운전시 상부실린더 및 하부실린더에 대한 디퓨져 날개의 배치를 보여주는, 디퓨져 날개가 분해된 개략적인 사시도.

도 4는 (급기온도 17℃ 내외)시 디퓨져 날개가 정면에 대하여 수평으로 배열되어 극히 일부만 개방된 상태를 보여주는 본 발명에 따른 가변형 자동 디퓨져의 정면도.도 3은 냉방운전시와 난방운전시의 중간 급기온도(20℃ 내외)에서의 디퓨져 날개가 경사진 배열로 되어 도 2에서 보다 개방된 상태를 보여주는 본 발명에 따른 가변형 자동 디퓨져의 정면도.도 4는 디퓨져 날개가 상하실린더들에 조립된 상태의 개략적인 횡단면도.

도 5는 난방운전시 디퓨져 완전히 개방되도록 디퓨져 날개가 배치된 상태에서 날개가 분해된 개략적인 사시도.

도 6은 본 발명의 디퓨져의 구조를 보여주는 부분 종단면도로서 냉방운전시의 날개 배치를 도시하고 있다.

도 7은 도 6의 상태에서 날개 배치를 보여주는 디퓨져의 정면도.

도 8은 난방운전시의 날개배치를 보여주는 디퓨져의 부분 종단면도.

도 9는 도 8의 상태에서 디퓨져가 덕트에 장착되어 기류의 흐름을 보여주는 개략적인 종단면도.

도 10은 도 9의 상태에서 날개배치를 보여주는 디퓨져의 정면도.

도 11은 냉방운전과 난방운전의 중간 단계에서의 날개배치를 보여주는 개략적인 종단면도.

도 12는 도 11의 상태에서 디퓨저의 날개배치를 보여주는 디퓨져의 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 디퓨져 10 : 실린더수단11 : 상부실린더 12 : 하부실린더

13 : 오목부 14 : (고정축) 구멍

15 : (이동축) 구멍 20 : (디퓨져) 날개

21 : 고정축 22 : 이동축

30 : 형상기억합금 코일 31 : 바이어스 스프링

40 : 상부지지대 41 : 코일고정판

50 : (디퓨져) 하우징 60 : 덕트

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변형 자동 디퓨져는 공조기로부터 실내로 냉기나 온기를 공급하기 위한 덕트의 단부에 장착되어 실내로의 공급 공기를 분산 배출하도록 하우징에 날개가 제공된 디퓨져로서, 공기 흐름이 통과하도록된 관형 하우징(50)의 내부에 제공된 하부지지대에 의해 지지되어 종방향으로 망원경식으로 이동가능하게 하부실린더 외측에 삽입된 상부실린더를 갖는 실린더수단과, 상부지지대와 상부 실린더 사이에 배치되어 지지되고 하우징을 통과하는 공기흐름의 온도에 따라 응답하여 상기 상부 실린더에 탄성력을 제공하는 형상기억합금코일, 상기 하부실린더 내부에 배치되어 형상기억합금 코일에 대항하여 상부실린더를 이동시키도록 탄성력을 제공하는 바이어스 스프링, 및 상기 하부실린더의 외측면에 회동가능하게 삽입되는 고정축과 상부실린더의 외측면에 삽입되는 이동축이 각각 형성되고 상부실린더의 종방향 이동위치에 따라 하우징 단부를 개방 정도를 변경하도록 단부의 가로변에 대하여 경사지게 회동가능하게 장착된 복수개의 디퓨져 날개 포함하는 것을 특징으로 하여 구성된다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도시한 첨부도면에 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.도 1에 개략적인 사시도로 도시된 본 발명의 디퓨저(1)는 하우징(50)을 포함하고, 그 후방측은 연결부(52)로서 공조기로부터 실내로 냉기 또는 온기를 공급하기 위하여 천장에 인접하게 연장된 덕트(60)의 단부에 연결되며(도 2 참조), 디퓨져는 통상 개방된 정면이 하방을 향하도록 천장에 고정된다.도 2에 도시된 바와같이, 디퓨져 하우징(50)의 정면의 개방단부(51) 윗쪽에 하부실린더(12)와 십(+)자 형태로 연결 고착된 하부지지대(42)가 디퓨져 하우징에 고착되어있고, 상기 하부실린더(12) 외측에서 망원경식으로 삽입되어 있는 상부실린더(11)는 그 상면에 윗면에 접촉하고 있는 형상기억합금 코일(30)의 구동력에 따라 상하로 지유롭게 움직일 수 있도록 되어있으며, 상부실린더(11)는 하부실린더(12)와 함께 망원경식으로 신축가능한 실린더(10)를 이룬다.상부실린더(11)의 막힌 상면과 하부실린더(12)의 막힌 저면 사이의 내부에는 일반금속 소재로 된 스프링인 바이어스 스프링(31)이 배치되어 있다.또한, 형상기억합금코일(30)의 하단부가 상부실린더(11)의 상면에 고정되고, 상단부는 코일 고정판(41)에 고정되어 있으며, 이 코일 고정판(41)은 하우징(50)안쪽에 십(+)자 형태로 고착되어 있는 상부지지대(40)에 연결 고착 되어있다.본 발명에 사용된 형상기억합금코일(30)은 가공시 임의로 기억된 형상회복 온도에 이르면 형상이 회복되는 일방향성(One-Through Way) 합금소재로서 본 발명에 적용할 수 있도록 하우징을 통한 급기온도가 25℃에 이르면 신장되어 형상이 완전히 회복되는 반면에, 급기온도가 25℃ 이하에서는 형상기억합금코일(30)의 형상회복력이 상실되어 탄성력이 약해진다. 따라서, 하우징을 통과하는 급기 공기의 온도에 따라 형상기억합금코일(30)의 탄성력이 변화되어 상부와 하부 실린더(11, 12)내부에 배치된 바이어스 스프링(31)의 반대방향의 탄성력과 함께 실린더(10)를 신장 또는 수축되게 한다. 즉, 급기 온도가 17℃ 이상에서는 형상기억합금코일(30)이 신장되어 시작하여 실린더(10) 내부의 바이어스 스프링(31)의 탄성력에 대항하여 상부실린더(11)에 대하여 하방으로의 탄성력을 작용하며, 급기 온도가 25℃에서는 형상기억합금 코일이 완전히 신장된다.

도 3과 도 4에 도시된 바와같이 상기 실린더(10)의 외측에는 디퓨져날개(20)가 제공되는데, 상기 디퓨져날개(20)의 고정단부에는 돌기 형상에 고정축(21)이 형성되고, 그 고정축에서 이격된 위치에서 날개 상면으로부터 돌출된 돌출부에는 이동축(22)이 형성된다. 상기 고정축(21)은 하부실린더(12)의 상측에 형성된 고정축구멍(14)에 삽입되어 회동가능하게 위치고정되어 유지되며, 이동축(22)은 상부실린더(11)의 하단부에 인접하여 가로방향으로 장공 형태로 연장된 이동축구멍(15)에서 가로방향으로 이동가능하게 삽입되어 유지된다. 또한, 상부실린더의 하단부에서 상방으로 요홈 형태의 오목부(13)가 형성되어 상부실린더가 하부실린더 외측에서 하방으로 이동될 때 고정축(21)에 걸리지 않도록 되어 있다(도 5 참조). 또한, 고정축(21)은 하부실린더(12) 안쪽으로 스냅링을 체결하여 디퓨져날개(20)가 실린더(10)로부터 이탈되지 않도록 하는 것이 바람직하다.이와같은, 고정축(21)이 하부실린더(12)에서 위치고정되고 상부실린더(11)의 장공 형태의 이동축구멍(15)에 삽입된 상태에서 형상기억합금 코일(30)과 바이어스 스프링(31)의 탄성력에 의해 상부실린더(11)가 상방 또는 하방으로 이동하게 되면, 이동축(22)이 이동축구멍(15)에서 가이드되어 상방 또는 하방으로 이동되게 됨에 따라 디퓨져 날개(20)는 고정축(21)을 중심으로 회전하게 되는데 그러한 회전범위는 이동축구멍(15)에서 이동하는 이동축(22)의 제한된 이동거리에 의해 한정된다.이러한 구조의 본 발명의 가변형 자동 디퓨져(1)의 급기 온도에 따른 작용을 설명하기로 한다.도 6은 냉방운전시 코일고정판(41)의 한쪽이 고정되어 급기에 노출되어 있는 형상기억합금코일(30)이 17℃정도의 급기온도에서 탄성력을 상실하여 실린더(10) 내부에 있는 바이어스 스프링(31)의 탄성력이 상부실린더(11)를 화살표(a) 방향으로 위로 밀어 이동시킴으로써 형상기억합금코일(30)을 최대한 수축시킨 형태를 이루게 된다. 이 때에는 고정축(21)을 중심으로 이동축(22)이 상부실린더(11)의 이동축구멍(15)에 삽입되어 상방으로 이동시킴으로써 디퓨져날개(20)는 수평으로부터 약 30°정도 기울게 배치된다. 이렇게 함으로써 도 2 및 도 7에 도시한 바와같이 8개의 디퓨져날개(20)에 의해 디퓨져의 개구단부가 부분적으로만 개방되어 디퓨져에 공급되는 차가운 공기를 회오리 형태로 실내의 상측으로 분산된 상태에서 차가운 공기가 상대적으로 무거우므로 실내에서 하강하게 되어 실내의 냉방이 전체적으로 이루어지게 된다.

난방운전시 형상기억합금 코일(30)은 25℃정도의 급기온도에 의하여 형상회복력이 탄성적으로 발생되는데, 도 8에 도시된 바와같이, 형상기억합금 코일(30)이 고정되어있는 코일고정판(41)의 반대쪽, 즉 하방으로 탄성력이 작용하여 바이어스 스프링(31)의 탄성력에 대항하여 상부실린더(11)를 화살표(b) 방향으로 하방으로 이동시키게 된다. 상부실린더(11)가 화살표방향(b)으로 이동할 때, 상부실린더(11)는 오목부(13)에 의해 하부실린더(12)에 삽입되어있는 고정축(21)에 간섭을 받지 않고 하방으로 이동할 수 있게 된다.

이와같이, 상부실린더(11)가 하방으로 이동함에 따라, 디퓨져날개(20)는 하부 실린더(12)의 고정축구멍(14)에 삽입되어 위치고정된 고정축(21)을 중심으로 이동축구멍(15)에 삽입되어 있는 이동축(22)이 반시계방향의 궤적을 그리며 이동축구멍(15)에서 가이드되어 하방으로 이동하게 됨으로써 디퓨져날개(20)는 디퓨져내의 급기방향과 같은 수직형태를 이루게 되어(도 9, 10 참조) 디퓨져로부터 급기 되는 기류의 형태를 수직하방으로 유도하여 상대적으로 가벼운 온기의 상승작용에 따라 초래되는 비효율적인 난방을 방지하고 동시에 사람의 활동대역(바닥면으로 부터1.5m)에 까지 온풍기류를 충분히 도달케 한다.

도 11과 도 12는 급기 온도가 17℃ - 25℃ 사이일 때, 형상기억합금 코일이 부분적으로 형상회복에 따른 탄성력이 완전하지 못한 상태에서 중간정도로 개방된 상태의 디퓨져 정면과 단면 상태를 보여주고 있다.

본 발명에 따라, 냉난방시 실내에 공급되는 공기온도(통상 15℃ ~30℃)에 따라 자첵적으로 형상이 변형되는 형상기억합금의 탄성의 회복력을 이용하여 디퓨저날개(20)의 각도를 자동적으로 변화시켜 줌으로써 디퓨져를 통해 공급되는 기류의 분포 및 도달거리가 실내에서 사람의 활동대역(바닥면으로 부터 1.5m 정도)에 까지 충분히 형성되도록 함으로써 공조기능이 보다 효율적으로 수행될 수 있는 효과가 있다.또한, 디퓨져 날개가 고정되어있는 기존의 디퓨져로 설치되어있는 기존건물 및 신축건물에 본 발명에의한 자동디퓨져가 적용될경우, 현재의 냉난방 부하량에 소요되는 에너지로써 보다 효율적이고 쾌적한 공조기능수행이 가능하며, 반면에 기존의 고정식 디퓨져날개를 가진 디퓨져 적용시 부족한 공조기능을 보완하기 위하여 냉난방 열량부하를 과다 설계 적용하는 문제점을 해소시킬 수 있고, 특히 건물의 1층 또는 로비공간과 같은 층고가 높은 실내에서의 난방을 위해 별도의 바닥난방설비를 해야하는 낭비요소를 제거함으로써 시공에따른 비용절감 및 에너지사용의 절감효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 가변형 자동 디퓨져는 공조기로부터 실내로 냉기나 온기를 공급하기 위한 덕트의 단부에 장착되어 실내로의 공급 공기를 분산 배출하도록 하우징에 날개가 제공된 디퓨져로서, 공기 흐름이 통과하도록 된 관형 하우징(50)의 내부에 제공된 하부지지대(42)에 의해 지지되어 망원경식으로 신축가능하게 하부실린더(12) 외측에 삽입된 상부실린더(11)로 된 실린더수단(10)과, 하우징(50) 내부의 상부지지대(40)와 상부 실린더(11) 사이에 배치되어 지지되고 하우징을 통과하는 공기 흐름의 온도에 따라 응답하여 상기 실린더수단을 신축시키도록 상부 실린더에 하방향으로의 탄성력을 제공하는 형상기억합금 코일(30), 상기 상부실린더(11)의 상하방향으로의 이동에 따라 배치각도가 변화되도록 상부실린더(11)와 하부실린더(12) 각각에 돌기형태의 이동축(22)과 고정축(21)이 연결된 디퓨져 날개(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 자동 디퓨져.
2. 제 1항에 있어서, 상기 실린더수단(10) 내부에 배치되어 형상기억합금 코일(30)에 대항하여 상부실린더(11)를 상방으로 이동시켜 실린더수단(10)을 신장시키도록 탄성력을 제공하는 바이어스 스프링(31)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 자동 디퓨져.
3. 제1항에 있어서, 디퓨져날개(20)의 고정단부에는 돌기 형태로 고정축(21)이 형성되고, 그 고정축에서 이격된 위치에서 날개 상면으로부터 돌출된 돌출부에는 이동축(22)이 형성되며, 상기 고정축(21)은 하부실린더(12)의 상측에 형성된 고정축 구멍(14)에 삽입되어 회동가능하게 위치고정되어 유지되며, 이동축(22)은 상부 실린더(11)의 하단부에 인접하여 가로방향으로 장공 형태로 연장된 이동축구멍(15)에서 가로방향으로 이동가능하게 삽입되어 유지되고, 상부실린더(11)가 하부실린더(12) 외측에서 하방으로 이동될 때 고정축(21)에 걸리지 않도록 상부실린더의 하단부에서 상방으로 요홈 형태의 오목부(13)가 형성된 것을 특징으로 하는 가변형 자동 디퓨저.