KR100553965B1 - 드라이브 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1유체와 제2유체 사이의 온도차에 따라 덕트의 단면적 및/또는 유체유동의 방향을 제어하기 위한 드라이브 장치에 관한 것이다. 이들 두 가지 유체는 서로 동일한 물질로 구성되거나 서로 다른 물질 또는 여러 물질의 혼합물로 구성될 수 있다. 전기나 압축 공기 등과 같이 외부로부터 공급되는 보조 에너지의 도움을 받지 않고 작동하는 동시에, 두 가지 유체의 온도차에 의해 제어가능하게 하는 드라이버 장치를 제작하기 위해, 제1유체에 의해 터빈이 움직이는 제1팽창 드라이브(1' )와 제2유체에 의해 터빈이 움직이는 제2탄성물질 구동장치(1)를 설치하도록 제안한다. 여기서, 팽창 드라이브(1, 1' )는 이들 드라이브에 의해 서로 반대쪽 방향으로 조정이 가능한, 서로 공유하는 1개의 작동부재(3)와 결합하여 작동한다.

Description

드라이브 장치

본 발명은 서로 동일한 물질로 이루어지거나 서로 다른 물질 또는 여러 물질의 혼합물로 이루어진 제1유체와 제2유체 사이의 온도차에 따라 덕트의 단면적 및/또는 유체유동의 방향을 변경하기 위한 유체유동 제어용 드라이브 장치에 관한 것이다.

이와 같은 드라이버 장치는 이미 널리 알려져 있으며, 주로 통기로나 조정 벨브, 체적 유동 제어기(volume flow controller) 등과 같은 통기 계통에 사용된다. 건축물에 사용되는 기술 장비 부문의 경우 통기로나 체적 유동 제어기 등과 같은 통기 계통에서 덕트를 통해 유입되는 공기의 온도와 통기로로부터 공기가 흘러 들어가는 공간의 온도에 따라 조절이 이루어져야 하는 경우가 빈번하게 발생한다. 이 두 가지 온도의 차에 의해 드라이브 장치에서 이루어져야 할 적절한 조절량이 결정되는 경우가 많다. 전술한 두 가지 온도의 차로부터 실내로 유입되는 외기에 의해 실내가 난방이 되는지 또는 냉방이 되는지 여부를 알 수 있기 때문에, 이 두 가지 온도의 절대치에 비해 이들간의 온도차는 실내의 에어 컨디셔닝에 훨씬 더 중요한 의미를 가진다. 외기의 온도에서 실내 공기의 온도를 뺀 수치가 플러스인 경우를 소위 난방이라 하고, 마이너스인 경우를 냉방이라 한다.

오늘날, 더욱더 안락한 실내 공간을 추구하는, 높아진 요구를 만족시키고 에너지 효율적인 실내의 에어 컨디셔닝을 가능케 하기 위해서는 천장의 나선식 배출구와 실내 공기가 빠져나가도록 바닥 가까이에 설치되어 있는 배출구의 경우, 외기와 실내 공기 중 어느 것의 온도가 더 높은가에 따라 유입되는 공기가 배출되는 방향이 달라져야 한다. 즉, 천장의 나선식 배출구의 경우, 틈새기 바람이 생기는 것을 방지하기 위해, 냉각된 공기는 수평으로 불어내는 한편, 신속한 난방을 위해 가열된 공기는 수직으로 아래쪽을 향해 불어내야 한다. 반면, 실내 공기를 내보내는 배출구의 경우에는 냉각된 외기가 윗쪽을 향해 비스듬한 방향으로 배출구를 통해 빠져나갈 수 있도록 해야 냉각된 외기가 배출구와 어느 정도 떨어진 지점에서 다시 바닥에 가라앉게 된다. 이와 같은 방법을 사용하면 외기를 공급할 때 배출 속도가 그리 빠르지 않더라도, 보다 멀리 있는 위치까지 외기가 도달하도록 할 수 있다. 동시에, 실내 공기를 내보내는 배출구로부터 가열된 외기를 배출시키는 경우에는, 가열된 외기를 비스듬히 아래쪽 바닥을 향하도록 함으로써, 한편으로는 보다 넓은 공간을 난방하고, 다른 한편으로는 대부분의 열이 소실되는 천장까지 따뜻한 공기가 너무 빨리 상승하지 못하도록 할 수 있다.

널리 알려져 있는 드라이브 장치에는, 일반적으로 실내 공기의 온도와 외기의 온도를 측정할 수 있도록 두 개의 전기 또는 전자 온도 감지기가 설치되어 있다. 그때그때의 온도차에 따라, 대개 전동기에 의해 움직이는 구동장치를 이용하여, 체적 유동 제어기나 액추에이터를 작동시킴으로써 유체가 배출되는 방향을 바꾼다. 전동기 대신에, 드물게는 수압이나 공기압을 이용한 구동장치가 사용되기도 한다. 그러나 종래의 드라이브 장치들은 제어기를 비롯하여 적지 않은 부품을 설치해야 하고, 비용이 많이 드는 케이블을 설치해야 하며, 조정을 실시하기 위해 보조 에너지를 필요로 하는 등 사용이 까다롭고 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

보조 에너지를 필요로 하지 않는 드라이브 장치도 알려져 있기는 하지만, 외기에서 측정한 온도에 의해서만 조정이 이루어진다. 이 경우, 드라이브 장치는 외기의 체적 유동 속에 설치되는, 소위 팽창 드라이브에 의해 작동된다. 그 결과, 외기의 온도에 의해서만 조정이 이루어질 뿐, 외기와 실내 공기의 온도차는 고려되지 않는다. 이러한 조정 원리의 단점은 냉방을 하든 난방을 하든 상관없이 외기의 온도에 전혀 차이가 없다는 것이다. 이 경우, 가령 외기의 온도가 22℃일 때 난방이 되려면 천장에 설치된 나선식 배출구의 드라이브 장치는 기온이 가령 18℃인 실내로 아래쪽을 향해 수직으로 외기가 내뿜어지도록 조절되어야 할 것이다.

그러나, 예를 들어 여름에 실내 공기의 온도가 이미 25℃라면 외기의 온도는 22℃로 같더라도 이는 난방이 아닌 냉방이 이루어져야 한다. 그러나, 유체가 배출되는 방향이 외기의 온도에 의해서만 결정된다면, 이처럼 냉방의 경우에도 냉각된 공기가 아래쪽을 향해 수직으로 내뿜어질 것이다. 그 결과, 천장의 나선식 배출구 아래 부분에는 틈새기 바람이 발생하는 한편, 천장 부분에서는 국부적으로 온도가 최고로 높아지면서 온도 분포가 매우 균일하지 못하게 된다. 본래 이 같은 경우에는 냉각된 공기가 주로 천장을 따라 수평을 이루며 배출되어야 외기가 실내의 단면에 걸쳐 균일하게 분포하면서 가라앉을 수 있다. 그러나 외기의 온도에 의해서만 조정이 이루어지면 이것이 불가능하다.

본 발명의 목적은, 전기나 압축 공기 등과 같이 외부로부터 공급되는 보조 에너지의 도움을 받지 않고 작동하는 동시에, 두 유체의 온도차에 의해 조정을 가능케 하는 드라이브 장치를 제작하는 것이다.

이 같은 종류의 드라이브 장치를 전제로 할 때, 본 발명에 따른 이러한 목적은, 드라이브 장치에 제1유체에 의해 터빈이 움직이는 제1팽창 드라이브와 제2유체에 의해 터빈이 움직이는 제2팽창 드라이브를 설치함으로써 해결되었는데, 이 구동장치들은 서로 공유하는 1개의 작동부재와 결합하여 작동하며, 이 작동부재는 팽창 드라이브에 의해 서로 반대쪽 방향으로 조정이 가능하다.

조정에 필요한 에너지를 두 가지의 유체로부터 직접 공급받음으로써, 본 발명에 따른 드라이브 장치는 외부로부터 공급되는 보조 에너지가 없어도 작동할 수 있게 되었다. 이 점에서, 본 발명에 따른 드라이브 장치는 순전히 기계적인 기능 원리에 기초하고 있으며, 그 결과 고장이 잦은 어떠한 전자 장치도 설치하지 않으며, 케이블 설치도 필요 없다.

종래 널리 알려진 팽창 드라이브들은, 특수한 왁스 혼합물로 채워진 실린더로 구성되어 있는데, 실린더의 한쪽 면은 고정되어 있고, 다른 한쪽 면은 이동이 가능한 피스톤으로 막혀 있다. 정지 상태에서 작동시키면, 팽창 드라이브에 들어있는 왁스 혼합물에 구동장치의 터빈을 움직이는 유체의 온도가 전달된다. 여기서, 규정된 양의 왁스 혼합물의 체적이 변화된 양은 온도가 나타내는 특정한 함수이며, 이때 온도가 상승하면 체적도 함께 증가한다. 이 같은 체적의 증가는 피스톤을 이동시키고, 피스톤의 움직임은 피스톤 막대를 거쳐 외부로 전달된다. 사용된 왁스 혼합물을 다양한 온도 범위에 맞게 조절하는 것은 주지의 사실이다.

팽창 드라이브가 두 유체에 각각 설치됨으로써, 이들 사이에 존재하는 온도차가 파악되고, 그 결과 각각의 절대 온도와 상관없이 필요에 따라 유체의 단면적 내지 유체가 배출되는 방향에 대한 조정이 이루어진다. 이때, 온도차는 팽창 드라이브들이 서로 반대쪽 쪽으로 서로 공유하는 1개의 작동부재에 영향을 미침으로써 측정된다. 그러므로, 두 유체의 온도가 균일하게 상승하면 - 바라던 바대로 - 작동 부재의 위치가 변하지 않는다.

본 발명에 따른 드라이브 장치는 작동부재가 직선상으로 이동할 수 있는 형태로 제작하도록 제안하는 바이다. 이때, 작동부재의 양쪽 면으로 각각의 팽창 드라이브에 설치되어, 작동부재와 평행하게 이동이 가능한 피스톤과 작동부재 사이에 작동부재와 피스톤이 움직이는 방향으로 길이가 단축되는 스프링 부재가 각각 배치되어야 한다.

드라이브 장치가 이러한 형태를 가질 경우, 작동부재에 영향을 미치는 힘이 평형 상태를 이루면 작동부재가 정지, 즉 어떠한 이동도 하지 않는다. 이러한 힘은 양쪽에 미치는 스프링 부재의 탄력이다. 두 개의 스프링 부재의 스프링 상수가 동일하면 - 힘과 덕트 간의 직선 법칙이 전제된다면 - 항상 같은 양만큼 두 스프링 부재의 길이가 단축된다. 그 결과, 작동부재는 항상 스프링 부재에서 작동부재와 다른 쪽을 향한 끝들 사이의 중앙에 놓이게 되고, - 사용된 각각의 피스톤 막대 중간 부재의 길이가 같은 경우 - 마찬가지로 팽창 드라이브에 설치된 두 개의 피스톤 사이의 중앙에 놓이게 된다.

평형 상태를 전제로 할 때, 두 팽창 드라이브의 온도가 균일하게 상승하면, 두 스프링 부재는 같은 양만큼 길이가 단축되고, 작동부재의 위치에는 변함이 없다. 이는 작동부재의 위치가 절대온도가 아닌 그때 그때의 온도차에 의해 달라진다는 것을 보여준다.

평형 상태를 전제로 할 때, 어느 한 쪽의 유체의 온도, 즉, 어느 한 쪽의 팽창 드라이브의 온도만이 달라진다면, 그 팽창 드라이브의 피스톤이 이동을 한다. 그 결과, 작동부재는 팽창 드라이브의 피스톤이 이동한 거리의 절반만큼만 이동한다. 이것은 두 스프링 부재의 길이가 같은 양만큼 변화하기 때문이다. 따라서, 어느 한 쪽의 온도만 변하면, 다시 말해 온도차가 변하면, 바라던 바대로 작동부재의 이동이 일어난다.

본 발명에 따른 드라이브 장치의 형태면에서 볼 때, 작동부재에 고정 연결된 연장부를 이송하기 위해 작동부재의 조정 부분에 슬롯을 파낸, 서로 공유하는 1개의 파이프 속에서 스프링 부재와 작동부재가 이동이 가능하도록 제작할 것을 제안한다.

파이프는 스프링 부재와 작동부재가 이동 방향을 가로질러 벗어나는 것을 방지하는 한편, 전체 드라이브 장치를 일체의 오염으로부터 보호하는 기능을 한다.

또한, 저울대의 역할을 하는 작동부재가 선회운동을 할 수 있는 형태로 드라이브 장치를 제작하는데, 이때 팽창 드라이브들을 이용하여 각각의 피스톤이 움직이는 방향으로 길이가 단축되는 스프링 부재를 거쳐 저울대의 회전축에 대해 서로 다른 부호를 가진 모멘트들을 저울대에 도입할 수 있다.

이러한 드라이브 장치는 소위 토크 평형법(torque balance system)에 기초를 둔 것으로, 모멘트들이 평형을 이루면, 다시 말해 연관된 모든 모멘트들의 합이 0이 되면 저울대가 정지하게 된다.

두 유체의 온도가 동일한 정도의 영향을 미치기를 원한다면, 두 팽창 드라이브에서 힘이 도입되는 점과 저울대의 회전축간의 거리와 스프링 상수로부터 나오는 결과를 동일하게 선택하는 것이 유리하다. 이 경우, 두 유체 속에서 동일한 온도 변화가 일어나면, 다시 말해 해당 팽창 드라이브에 설치된 피스톤이 동일하게 이동하면, 모멘트의 차도 같아져서 평형 상태에는 변함이 없게 된다. 이와는 달리, 어느 한 쪽 유체의 온도만 변하게 되면, 저울대에서의 평형 상태가 깨어지고, 두 스프링 부재의 길이가 같은 양만큼 단축 또는 연장된다. 따라서, 본 발명에 따른 드라이브 장치의 이러한 형태에서도 온도의 차만이 조절 량에 결정적인 영향을 미친다.

본 발명에 따라 팽창 드라이브에 의해 길이를 변화시킬 수 있는 스프링 부재의 모멘트를 일으키는 힘을 회전축에 대해 저울대의 반대쪽에 있는 면에 미치게 할 수 있다.

이 같은 방식에서는, 서로 다른 유체 속에 설치될 팽창 드라이브들 간에 충분한 간격을 확보할 수 있어, 이들 사이에 격벽을 쉽게 설치할 수 있다.

또한, 드라이브 장치를 덕트의 벽에 있는 빈 공간에 설치할 수 있기 때문에, 제1팽창 드라이브는 덕트 내부의 제1유체가 흐르는 부분에, 그리고 제2팽창 드라이브는 덕트 외부의 제2유체 속에 설치할 수 있어서 특히 유리하다.

덕트에서 배출되는 제1유체로 인해, 제2팽창 드라이브에서 얻은 온도 측정치가 달라지는 것을 방지하기 위해서는, 후드를 이용하여 제2팽창 드라이브를 덕트로부터 배출되는 제1유체로부터 차단할 수 있도록 제안한다. 이렇게 함으로써, 항상 덕트 외부의 실제 온도를 측정할 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 따라 제2유체가 제2팽창 드라이브의 주위를 흐르도록 제작되는데, 이때 제2유체를 덕트의 내부에 있는 제1유체의 유동을 이용하여 보조유체가 통과하는 흡입구를 통해 덕트의 주변으로부터 덕트 속으로 빨아들일 수 있다.

이에 따라, 제2유체와 제2팽창 드라이브 사이의 열교환이 대폭 증가되고, 그 결과 제어 장치의 동작 시간이 단축된다.

다음에서는 도면을 참조하면서 드리이브 장치의 다양한 실시예를 통해 본 발명에 관해 더욱 자세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 드라이브 장치는 동일한 두 개의 팽창 드라이브(1, 1' )와 동일한 두 개의 스프링 부재(2), 두 스프링 부재(2) 사이에 설치된 작동부재(3)로 구성된다. 팽창 드라이브(1, 1' )와 스프링 부재(2), 작동부재(3)는 같은 축 위에 서로 마주 보도록 정렬되어 있는데, 여기서 스프링 부재(2)와 작동부재(3) 및 두 개의 지지판(4)은 중공관(5) 속에 움직일 수 있도록 설치되어 있다. 중공관(5)의 한쪽 면에는 슬롯(6)이 파여져 있어 작동부재(3)에 고정적으로 연결되고, 금속으로 된 고리(7)가 달린 연장부(8)를 이송할 수 있다.

각각의 팽창 드라이브(1, 1')는 한쪽 면은 폐쇄, 고정되고, 반대쪽은 중공형 실린더(9)로 이루어져 있으며, 실린더(9)의 내부는 특히 온도 변화에 대해 특정한 팽창 반응을 보이는 특수한 왁스 혼합물이 일정한 양만큼 채워져 있다. 팽창물질(10)은 실린더(9)의 개방된 면 쪽이 피스톤(11)에 의해 막혀 있으며, 피스톤(11)은 피스톤 로드(12)를 거쳐 지지판(4)과 고정되게 연결되어 있다.

도면에 도시된 드라이브 장치는 상세히 도시되어 있지는 않았지만, 이미 알려져 있는 덕트의 벽(14)에 있는 공간부(13)에 설치할 수 있기 때문에, 우측의 팽창 드라이브(1' )는 덕트 내부의 화살표(15)로 표시한 제1유체가 흐르는 부분에, 그리고 좌측의 팽창 드라이브(1)는 덕트 외부의 제2유체 속에 위치한다.

가령, 제1유체의 온도가 상승하면, 우측의 팽창 드라이브(1' )에 위치한 팽창 물질(10)이 팽창하게 되고, 그 결과 해당 피스톤(11)과 지지판(4)이 이동하게 된다. 반대로, 덕트의 외부에 있는 제2유체의 온도가 변하지 않고 그 상태 그대로이면, 우측의 지지판(4)이 X만큼 이동하는 경우, 두 스프링 부재의 길이는 각각 0.5·X만큼 변화하게 된다. 따라서, 작동부재(3)도 0.5·X만큼 이동하게 된다. 그 결과, 어느 한 쪽의 유체만 온도가 변하면, 다시 말해 온도차에 변화가 생기면, 작동부재(3)의 조정이 시작된다.

이와는 달리, 두 유체의 온도가 동일하게 변화하면, 피스톤이 반대 방향으로 같은 양만큼 이동하기 때문에, 두 스프링 부재(2)의 길이가 같은 양만큼 변하게 되고, 그 결과 작동부재(3)도 원래의 위치에서 움직이지 않는다. 이 역시 온도차가 변하는 경우에만 조정이 시작되어야 하기 때문에, 바람직한 현상이라고 할 수 있다.

도 2로부터 구조를 축소시켜 도면에 도시된 드라이브 장치가 덕트(16)의 벽(14)에 어떻게 설치되어 있는지를 알 수 있다. 이러한 종류의 덕트(16)는 일반적으로 바닥으로부터 3cm 정도 떨어진 지점에 설치하며, 천공부(17)와 연결관(18), 연결관(18)의 반대쪽에 놓인 막혀있는 바닥(19)으로 구성된다. 천공부(17)에는 여러개의 환형 칸막이(20)가 있는데, 이해를 돕기 위해서 이중에서 1개만 도시하였다. 천공부(17)의 내부에는 축의 방향으로 관통하는 파이프(21)도 위치하는데, 이 파이프(21)는 회전이 가능한 개폐식 밸브(22)로 완전히 폐쇄할 수 있다. 개폐식 밸브(22)에는 레버(23)가 달려 있어, 연결부(24)를 거쳐 도면에는 도시되지 않은 작동부재의 연장부(8)와 연결되어 있다.

도 2에서는 화살표(25)로 난방시 유체의 유동을 구체적으로 설명하고 있는데, 난방시에는 파이프(21)가 폐쇄되기 때문에, 유체가 파이프(21) 주변을 돌게 되고, 주로 아래쪽을 향해 수직으로 천공부(17)와 멀어지게 된다. 가열되어 실내로 유입되는 외기는, 이러한 유체유동의 특성 곡선에 기초하여 실내의 바닥 부분에까지 이르게 된다.

우측의 팽창 드라이브(1' )는 따뜻한 외기 속에, 그리고 좌측의 팽창 드라이브(1)는 비교적 차가운 실내 공기 속에 설치되기 때문에, 우측 팽창 드라이브(1' )에 채워진 왁스 혼합물이 좌측 팽창 드라이브(1)에 채워진 왁스 혼합물보다 훨씬 큰 체적으로 가지게 됨으로써, 중공관(5) 속에 위치한 작동부재와 이와 연결된 연장부(8)는 중앙으로부터 좌측으로 빗겨나 있다.

이와는 대조적으로, 도 3에서는 공기를 배출시키기 위한 동일한 덕트(16)를 냉방의 경우에 있어서 나타낸 것이다. 냉방의 경우, 외기와 실내 공기, 즉 팽창 드라이브들(1, 1' ) 간의 온도차가 반대이기 때문에, 연장부(8)와 연결부(24)는 우측으로 이동된 위치에 놓여 있고, 그 결과 개폐식 밸브(22)는 덕트(16)의 중심축(26)과 일렬로 늘어선 위치에 놓이게 된다. 파이프(21)의 거의 모든 단면을 유체가 관통할 수 있기 때문에, 바닥(19)이 닫혀진 상태에서는 외기가 흐르는 중심의 방향이 바뀌게 된다. 그 결과, 외기는 천공부(17)로부터 비스듬하게 위쪽을 향해 배출되게 된다. 이에 따라, 외기는 덕트(16)를 둘러싸고 균일하게 분포되며, 외기의 밀도가 높기 때문에, 넓은 면적에 걸쳐 실내의 낮은 지점까지 느린 속도로 가라앉게 된다.

도 4에 도시된, 공기를 배출하기 위한 덕트(16)의 경우, 케이스 외부에 위치한 팽창 드라이브(1)가 커버(27)에 의해 냉방시 천공부(17)로부터 배출되는 차가운 외기로부터 차단된다. 이에 따라, 측정한 온도값이 실제의 실내 온도와 일치하게 된다. 또한, 팽창 드라이브(1) 아래에는 보조 유체 흡입구(28)가 있어서, 이를 통해 팽창 드라이브(1)를 관통한 실내 공기가 공기를 배출하기 위한 덕트(16' ) 속으로 흘러 들어간다. 이 같은 공기의 유동은 내부에 설치되어 있는 유도 장치(29)에 의해 야기되거나 강화되는데, 이는 유도 장치(29)를 통해 저기압 부분이 형성되어, 실내 공기를 빨아들여서 보조 유체 흡입구로 유인하기 때문이다. 유체가 팽창 드라이브(1)의 주위를 유동으로써, 드라이브 장치의 동작 시간이 단축된다.

도 5에 도시된 드라이브 장치는 서로 공유하는 1개의 지지판(30) 위에 고정된 두 개의 팽창 드라이브(1, 1' )로 구성되는데, 이들 팽창 드라이브(1, 1' )는 각각 피스톤(11)과 피스톤 로드(12), 지지판(4)을 가지고 있다. 드라이브 장치에는 각각 아래쪽으로 지지판(31) 위에 떠받쳐진 두 개의 스프링 부재(2)도 설치되어 있다.

지지판(31)은 회전축(32)을 중심으로 선회가 가능하도록 설치된 균형대(33)에 자유롭게 움직일 수 있게 연결되어 있는데, 균형대(33)의 한쪽 끝은 유동 제어부(34)의 연결 로드(33' )에 자유롭게 움직일 수 있게 연결되어 있어서, 천장의 나선식 배출구(35)의 블로우 오프(blow off) 특성 곡선을 조정할 수 있다. 온도차의 영향을 받는 드라이브 장치의 기능 원리를 보다 명확하게 보여주기 위해, 천장의 나선식 배출구(35)에 비해 매우 확대되게 도시하였다. 실제로 드라이브 장치는 천장의 나선식 배출구(35)의 한쪽 벽(14' )에 있는 빈 공간에 설치된다. 이해를 돕기 위해, 이 벽(14' )에서 드라이브 장치가 설치된 부분을 다시 한번 확대하여 도시하였다.

도면에 도시된 균형대(33)의 위치는 냉방시의 경우를 나타낸 것으로, 냉방시 유동 제어부(34)는 천장의 나선식 배출구의 아래쪽 가장자리(36)가 위치하는 곳에서 끝나기 때문에, 공기를 주로 수평적으로 배출한다. 이 경우, 천장의 나선식 배출구(35)의 내부를 관통하고, 팽창 드라이브(1)의 터빈을 움직이는 외기는 팽창 드라이브(1' )를 둘러싸고 있는 실내 공기보다 훨씬 차갑다. 그 결과, 좌측의 팽창 드라이브(1' )에 설치된 피스톤(11)의 스트로크가 우측 팽창 드라이브(1)에 설치된 피스톤보다 커지고, 이 때문에 균형대(33)가 좌측으로부터 우측으로 상승하는, 비스듬한 위치에 놓이게 된다. 이때, 스프링 상수가 동일한 스프링 부재들(2)의 길이가 같은 양만큼 단축되는데, 이로부터 동일한 스프링 힘과 회전축(32)을 중심으로 동일한 지렛대에서 파생되는 동일한 크기의, 그러나 서로 반대쪽 방향을 향한 모멘트가 생겨난다.

실내 공기의 온도가 변하지 않는다는 것을 전제로, 따뜻한 공기를 유입함으로써, 실내 난방을 실시하는 경우, 따뜻한 공기로 우측 팽창 드라이브(1)의 터빈을 움직이면, 왁스의 부피가 팽창하고, 이는 다시 피스톤(11)과 지지판(4)의 이동을 야기한다. 이때, 우측 스프링 부재(2)의 길이가 단축되면, 좌측의 스프링 부재(2)도 같은 양만큼 단축되고, 그 결과 균형대(33)가 시계 방향으로 점선 위치까지 회전하게 된다. 이에 따라, 연결 로드(33' )와 유동 제어부(34)는 아래쪽으로 밀려나게 되고, 그 결과 난방시 천장의 나선식 배출구에서처럼 점선으로 나타낸 것과 같이 외기가 비교적 가파른 경사로 아래쪽을 향해 배출되는 유동형태가 나타난다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 팽창 드라이브에 의해 길이를 변화시킬 수 있는 스프링 부재의 모멘트를 일으키는 힘을 회전축에 대해 저울대의 반대쪽에 있는 면에 미치게 할 수 있다.

이러한 방식에서는, 서로 다른 유체 속에 설치될 팽창 드라이브들 간에 충분한 간격을 확보할 수 있어, 이들 사이에 격벽을 쉽게 설치할 수 있다.

또한, 드라이브 장치를 덕트의 벽에 있는 빈 공간에 설치할 수 있기 때문에, 제1팽창 드라이브는 덕트 내부의 제1유체가 흐르는 부분에, 그리고 제2팽창 드라이브는 덕트 외부의 제2유체 속에 설치할 수 있어서 특히 유리하다.

덕트에서 배출되는 제1유체로 인해 제2팽창 드라이브에서 얻은 온도 측정치가 달라지는 것을 방지하기 위해서는, 후드를 이용해서 제2팽창 드라이브를 덕트로부터 배출되는 제1유체로부터 차단할 수 있도록 제안한다. 이렇게 구성함으로써, 항상 덕트 외부의 실제 온도를 측정할 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 따르면 제2유체가 제2팽창 드라이브의 주위를 흐르도록 제작되는데, 이때 제2유체를 덕트의 내부에 있는 제1유체의 유동을 이용하여 보조 유체가 통과하는 흡입구를 통해 덕트의 주변으로부터 덕트 속으로 빨아들일 수 있다.

이에 따라, 제2유체와 제2팽창 드라이브 사이의 열교환이 대폭 증가되고, 그 결과 제어 장치의 동작 시간이 단축된다.

도 1은 작동부재가 직선상으로 이동하는 드라이브 장치의 종단면도,

도 2는 난방시 덕트에 도 1에 따라 드라이브 장치가 설치된 것을 나타낸 도면,

도 3은 도 2와 같지만, 냉방의 경우를 나타낸 도면,

도 4는 덕트에 드라이브 장치를 설치하는 또 다른 방법을 나타낸 도면,

도 5는 작동부재의 토크가 평형을 이룬 드라이브 장치를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,1: 팽창 드라이브 2 : 스프링 부재

3 : 작동부재 4 : 지지판

5 : 중공관 6 : 슬롯

7 : 고리 8 : 연장부

9 : 실린더 10 : 팽창물질

11 : 피스톤 12 : 피스톤 로드

13 : 개구부 14 : 벽

15 : 화살표 16 : 덕트

Claims (8)

1. 제1유체와 제2유체 사이의 온도차에 따라 유체 덕트의 단면적 및/또는 유체 유동의 방향을 변경하기 위한 드라이브 기구로서, 상기 유체들은 동일한 물질로 이루어지거나 각각 상이한 물질 또는 물질들의 혼합물로 이루어지고, 제1유체에 의해 작동되는 제1팽창 드라이브(1' ) 및 상기 제2유체에 의해 작동되는 제2팽창 드라이브(1)를 갖고, 상기 드라이브(1' ,1)는 대향 방향으로 그 드라이브에 의해 변위가능한 공통의 작동부재(3)에 접속되며, 상기 유체 덕트의 단면적 및/또는 유체유동의 방향을 변경하기 위한 수단을 추가로 접속 가능한 드라이브 장치에 있어서,

   상기 작동부재(3)는 선형적으로 변위 가능하고, 작동부재(3)와 이 작동부재(3)에 평행하게 변위가능하고 결합된 팽창 드라이브(1' ,1) 각각의 부분을 형성하는 피스톤(11) 사이에서 상기 작동부재(3)의 양측에 스프링 부재(2)가 각각 배열되고,

   상기 스프링 부재(2)는 상기 작동부재(3) 및 피스톤(11)의 운동방향으로 수축가능한 것을 특징으로 하는 드라이브 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프링 부재(2)와 작동부재(3)는, 상기 작동부재(3)의 변위범위에 긴 슬롯(6)이 형성된 공동의 중공관(5) 내부에서 변위 가능하여, 상기 작동부재(3)에 견고히 접속된 드라이브(1' ,1)가 중공관(5)을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 드라이브 장치.
3. 제1유체와 제2유체 사이의 온도차에 따라 유체 덕트의 단면적 및/또는 유체유동의 방향을 변경하기 위한 드라이브 장치로서, 상기 유체들은 동일한 물질로 이루어지거나 각각 상이한 물질 또는 물질들의 혼합물로 이루어지고, 제1유체에 의해 작동되는 제1팽창 드라이브 및 상기 제2유체에 의해 작동되는 제2팽창 드라이브를 갖고, 상기 드라이브는 대향 방향으로 그 드라이브에 의해 변위가능한 공통의 작동부재에 접속되며, 상기 유체 덕트의 단면적 및/또는 유체유동의 방향을 변경하기 위한 수단을 추가로 접속 가능한 드라이브 장치에 있어서,

   상기 작동부재는 회전가능하게 장착된 빔이고, 상기 빔의 회전축에 대해 다른 부호를 갖는 회전모멘트가 각각의 피스톤 운동방향에서 수축가능한 스프링 부재를 각각 경유하여 팽창 드라이브에 의해 상기 빔에 유동가능한 것을 특징으로 하는 드라이브 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 회전모멘트를 발생시키며, 스프링 길이가 상기 팽창 드라이브에 의해 변경가능한 스프링 부재의 힘은, 그 회전축에 대하여 빔의 대향 측면들에 작용하는 것을 특징으로 하는 드라이브 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 드라이브 장치는 덕트(16)의 벽(14) 내의 개구(13)에 삽입 가능하여, 상기 제1팽창 드라이브(1' )가 상기 제1유체의 유동영역에서 덕트(16)의 내부에 위치되고, 상기 제2팽창 드라이브(1)가 상기 덕트(16)의 외부에서 제2유체 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 드라이브 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2팽창 드라이브(1)는 커버(27)에 의해 상기 덕트(16)로부터 유출하는 제1유체로부터 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는 드라이브 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제2유체는 상기 제2팽창 드라이브(1) 주위를 순환할 수 있고, 상기 덕트(16)의 내부 제1유체의 유동의 보조로 덕트(16)의 환경으로부터 제2유체 유출구(28)를 통해 흡입할 수 있는 것을 특징으로 하는 드라이브 장치.
8. 열로 격리된 벽(14,14' )과, 상기 벽의 일측에서 제1온도를 노출하기 위하여 위치된 제1팽창 드라이브(1' )와, 상기 벽의 타측에서 제2온도를 노출하기 위하여 위치된 제2팽창 드라이브(1)와, 유동 제어부(34)와, 상기 유동제어부(34)에 접속된 균형대(33)와, 상기 제1팽창 드라이브(1' )로부터 상기 균형대(33)로 제1힘을 적용하기 위해 상기 제1팽창 드라이브(1' )에 상기 균형대(33)를 접속하는 제1스프링 부재(2' ) 및 상기 제2팽창 드라이브(1)로부터 상기 균형대(33)로 제2힘을 적용하기 위해 상기 제2팽창 드라이브(1)에 상기 균형대(33)를 접속하는 제2스프링 부재(2)를 포함하여, 상기 유동 제어부(34)가 상기 제1,2온도 사이의 온도차에 대응하는 차이 힘에 의해 상기 제1,2팽창 드라이브(1' ,1)에 반응하여 동시에 작동 가능한 드라이브 장치.

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