KR100804059B1

KR100804059B1 - 건물용 환기팬

Info

Publication number: KR100804059B1
Application number: KR1020060107999A
Authority: KR
Inventors: 조은정
Original assignee: 조은정
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-02-18

Abstract

본 발명은 건물용 환기팬에 관한 것으로, 설치공간의 내부 환경조건과 위치 및 높이의 차이로 인한 작동부하의 편차에 따라 팬의 구동속도를 적정 상태로 제어하여 각 설치공간의 환기상태를 균일하게 유지시킬 수 있고, 필요 이상의 작동으로 인한 전력낭비와 수명단축을 방지할 수 있는 건물용 환기팬을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 건물의 환기구에 설치되며, 실내 측으로 연통되는 흡기구 및 실외 측으로 연통되는 배기구가 구비된 본체; 상기 본체의 내부에 설치되어 그 회전에 따라 흡기구로부터 배기구로 공기를 이송시키는 팬; 상기 팬을 회전시키는 모터; 상기 모터에 의한 팬의 회전속도 검출을 위한 회전감지센서; 및 상기 회전감지센서를 통해 입력된 신호값에 따라 모터로 공급되는 전원을 제어하여 모터의 구동속도를 증감시키는 제어부를 포함하는 건물용 환기팬이 제공된다.

팬, 모터, 환기, 회전감지센서, 마이크로제어기

Description

건물용 환기팬 {VENTILATING FAN FOR BUILDING}

도 1은 다층 건물의 실내 환기구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 건물용 환기팬의 일실시예를 도시한 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 건물용 환기팬을 분해 상태로 도시한 단면도.

도 4는 도 2에 도시된 건물용 환기팬의 측면도.

도 5는 도 2에 도시된 건물용 환기팬의 저면도.

도 6은 본 발명에 따른 건물용 환기팬의 제어부 구성을 도시한 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

103 : 본체 105 : 모터

109 : 댐퍼 117 : 커버

119 : 필터 121 : 회로기판

130 : 댐퍼 131 : 하우징

133 : 개폐판 135 : 작동표시부

140 : 모터전압제어부 150 : 모터입출력부

160 : 전원부 170 : 습도감지부

본 발명은 건물의 실내 측에 설치되는 환기팬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 설치된 실내공간의 배기부하에 따라 팬의 회전속도를 조절하여 해당 실내공간의 적정 환기상태를 유지하는 동시에 필요 이상의 전력낭비를 방지하고 제품수명을 연장시킬 수 있는 건물용 환기팬에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 실내 측에 구비되는 환기팬은 각 실내공간의 천장이나 벽면에 형성된 환기구에 설치되어 해당 실내공간의 공기를 상기 환기구와 연결된 배기통로를 통해 외부로 배출시키는 기능을 한다.

그런데, 종래의 환기팬은 단순히 팬의 모터가 ON/OFF 조작되는 간단한 구조였을 뿐, 해당 실내공간의 크기나 내부 온도, 습도 등의 여러 조건에 의해 달라지는 배기부하에 대응하는 작동 제어가 이루어지지 못했다. 이에 따라, 종래에는 환기팬에 의한 각 실내공간의 환기 상태가 최적화되지 못하여 거주환경의 쾌적도가 떨어지게 되고, 필요 이상의 출력으로 환기팬이 작동됨으로 인해 전력이 낭비되고 환기팬의 수명도 단축되는 문제점이 있었다.

전술한 부하에 따른 환기팬의 작동 제어가 이루어지지 못함으로 인한 문제는 고층 및 대형 건물에 있어서 더욱 중요하게 된다. 예를 들어 도 1에는 건물의 각 실내공간 별로 환기팬이 설치된 통상적인 환기시설의 구조가 개략적으로 도시되어 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 실내공간(3)이 구비된 대형 건물의 경우, 전술한 바와 같이 각 실내공간(3)의 크기, 온도, 습도와 같은 내부적 조건이 다를 뿐 아니라, 각 실내공간(3)의 위치에 따라 환기팬(1)으로 연결된 환기통로(2)의 길이 및 그에 따른 관로저항이 달라지므로, 각 환기팬(1) 별로 작동부하에 큰 편차가 발생된다. 특히, 고층건물의 경우, 하층으로 갈수록 관로저항이 증가될 뿐 아니라, 공기를 밀어올리기 위해 요구되는 동력이 커지게 되므로, 상층부와 하층부에 설치된 환기팬(1) 간의 작동부하에 더욱 큰 차이가 발생하게 된다. 따라서, 대형 및 고층 건물의 경우, 종래의 ON/OFF 제어식 환기팬(1)에 의해서는 각 실내공간(3)의 환기상태가 위치 및 높이에 따라 매우 불균일하게 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 설치공간의 내부 환경조건과 위치 및 높이의 차이로 인한 작동부하의 편차에 따라 팬의 구동속도를 적정 상태로 제어하여 각 설치공간의 환기상태를 균일하게 유지시킬 수 있고, 필요 이상의 작동으로 인한 전력낭비와 수명단축을 방지할 수 있는 건물용 환기팬을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 건물의 환기구에 설치되며, 실내 측으로 연통되는 흡기구 및 실외 측으로 연통되는 배기구가 구비된 본체; 상 기 본체의 내부에 설치되어 그 회전에 따라 흡기구로부터 배기구로 공기를 이송시키는 팬; 상기 팬을 회전시키는 모터; 상기 모터에 의한 팬의 회전속도 검출을 위한 회전감지센서; 및 상기 회전감지센서를 통해 입력된 신호값에 따라 모터로 공급되는 전원을 제어하여 모터의 구동속도를 증감시키는 제어부를 포함하는 건물용 환기팬이 제공된다.

상기한 본 발명의 환기팬에서, 상기 제어부는 마이크로제어기와, 상기 회전감지센서에 의해 검출된 팬의 회전속도에 따라 모터로 출력되는 전압을 제어하는 모터전압제어부와, 상기 회전감지센서로부터 입력된 신호를 상기 마이크로제어기에 입력하고 상기 모터전압제어부에서 조절된 전압을 모터로 출력하는 모터입출력부와, 상기 모터 및 다른 회로부의 작동전압을 공급하기 위한 전원부로 이루어지며, 상기 모터전압제어부는 마이크로제어기에서 출력된 PWM신호를 전압신호로 변환하는 적분기와, 이 전압신호를 기준값과 비교하는 비교기와, 상기 비교기로부터 입력된 신호에 따라 출력전압이 기준전압이 되도록 하는 트랜지스터를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 환기팬은 상기 마이크로제어기와 연결되어 실내공간의 습도를 검출하는 습도센서를 더 포함하며, 상기 마이크로제어기는 상기 습도센서에 의해 검출된 습도에 따라 모터 출력전압을 증감시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 상기 마이크로제어기와 연결되어 실내공간의 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 마이크로제어기는 상기 온도센서에 의해 검출된 온도에 따라 모터 출력전압을 증감시키도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 본체 외부에 노출되도록 복수의 LED램프가 설치되고, 이 LED램프는 마이크로제어기에 연결되어 상기 회전감지센서에 의해 검출된 모터의 회전속도에 따라 순차적으로 점등되도록 구성될 수 있다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 건물용 환기팬은 팬을 구동시키는 모터의 회전속도 검출을 통해 설치공간의 환기부하를 판별하여 최적화된 환기가 이루어질 수 있는 상태로 팬의 회전속도를 제어하도록 된 것으로, 도 2 내지 도 5에 본 발명에 따른 건물용 환기팬의 일실시예가 도시되어 있다.

도시된 본 발명의 환기팬은 하부가 개방되고 측방부 일측에 배기구(101)가 형성된 본체(103)와, 이 본체(103)의 내부에 설치된 모터(105)와, 이 모터(105)의 구동축(106)에 장착된 팬(107)과, 상기 본체(103)의 배기구(101) 측에 설치된 댐퍼(109)와, 상기 본체(103)의 하측 개방부에 결합되며 내부유입구(111)가 형성된 벨마우스(113)와, 이 벨마우스(113)의 하부에 결합되며 외부유입구(115)가 형성된 커버(117)와, 상기 벨마우스(113)와 커버(117)의 사이에 설치된 에어필터(119)와, 상기 본체(103)의 내부에 장착된 제어회로기판(121)으로 이루어진다.

상기 본체(103)는 내부 중심부에 모터마운트(123)가 구비되고, 팬(107)에 의해 흡기된 공기가 배기구(101)로 이동될 수 있도록 공기이송챔버(125)가 형성되며, 공기이송챔버(125)의 외부 일측에 상기 제어회로기판(121)을 비롯한 전기계통 구성품이 설치되는 제어부챔버(127)가 구비된 형태를 갖는다. 이 본체(103)는 그 하측 개방부가 건물의 실내공간을 향하도록 천정면이나 벽면 등에 형성된 환기구에 고정 설치되며, 상기 배기구(101)는 건물의 환기통로를 통해 외부로 연통된다.

상기 모터(105)는 팬(107)을 회전시켜 공기에 이송력을 가하는 동력원으로서, 교류모터가 사용될 수도 있으나, 제어성능이나 내구성, 구동효율 등을 높이기 위해 브러시리스 직류모터를 사용하는 것이 바람직하며, 그 구동축의 회전속도를 검출하기 위한 수단으로서 홀센서와 같은 회전감지센서가 구비된다.

상기 댐퍼(109)는 상기 배기구(101)를 통해 팬(107)의 회전에 의한 실내공기의 배출은 이루어지도록 하되, 그 역방향 공기 흐름은 차단하는 것으로, 상기 배기구(101)의 내벽면에 밀착 설치되며 공기 소통이 이루어지도록 관체 형태로 형성된 하우징(131) 및 이 하우징(131)이 공기 흐름 방향에 따라 차단되거나 개방되도록 하우징(131)의 외측면에 회동 가능하게 결합된 개폐판(133)으로 이루어지며, 개방동작이 원활하게 이루어질 수 있도록 도시된 바와 같이 상기 개폐판(133)의 힌지부가 하측에 위치되고, 차단 동작시 개폐판(133)이 배출방향으로 기울어진 상태가 되도록 결합되는 것이 바람직하다.

상기 커버(117)는 환기팬의 내부, 특히 팬 구동부가 외부로 노출되지 않도록 하여 미관과 안전성을 높이는 기능을 하며, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제어회로기판(121)에 연결된 복수의 LED램프(LED1~LED10)로 이루어진 작동상태표시부(135)가 구비되어 팬(107)의 작동 상태를 외부에서 쉽게 확인할 수 있는 구조를 갖는다. 일측의 LED램프(LED6~LED10)는 상기 회전감센서에 의해 검출된 모터(105)의 회전수에 따라 점등되는 개수가 증가하도록 제어되고, 타측의 LED램프(LED1~LED3)는 순차적으로 점멸하여 상기 모터(105)의 구동 여부를 표시한다.

상기 제어회로기판(121)에 구현된 제어부의 회로구조가 도 6에 도시되어 있는데, 도시된 바와 같이 상기 제어부는 마이크로제어기(MCU:Microcontroller Unit)(IC1), 모터전압제어부(140), 모터입출력부(150), 전원부(160)로 이루어지며, 상기 커버(117)에 구비된 작동상태표시부(135)를 이루는 각 LED램프(LED1~LED10) 및 설치공간의 습도 검출을 위한 습도센서(171)가 구비된 습도감지부(170)가 상기 마크로제어기(IC1)에 연결된다.

상기 모터전압제어부(140)는 검출된 팬의 회전속도에 따라 모터(105)로 출력되는 전압(Vs)을 제어하기 위한 것으로, 상기 마이크로제어기(IC1)에서 출력된 PWM(펄스폭변조) 신호가 RC적분회로(R57, C55)에 의해 전압신호로 전환되어 적분기(IC2B)의 (+)단에 입력되고, 이 전압신호는 적분기(ICB2), 다이오드(D126), 저항(R57) 및 콘덴서(C55)에 의해 리플제거 및 평활과정을 거쳐 비교기(IC2A)의 (+)단에 입력된다. 상기 비교기(IC2A)는 (+)단에 입력된 전압과 (-)단의 전압을 비교하여 낮을 경우 비교기(IC2A)의 1번 핀을 통해 트랜지스터(Q52, Q51)를 구동시켜 출력전압(Vs)이 기준전압, 예를 들어 DC24V가 되게 한다. 코일(L51)과 전해콘덴서(C51)는 트랜지스터(Q51)의 에미터에서 출력된 불규칙한 전압을 평활시켜준다. 또한, 출력된 전압(Vs)은 분압저항(R53, R54)에 의해 분압되어 전류제한저항(R55)을 거쳐 비교기(IC2A)의 (-)단에 입력되어 비교 전원으로 사용된다.

상기 모터입출력부(150)는 모터(105)에 설치된 홀센서 또는 다른 회전감지센서로부터 입력된 신호를 상기 마이크로제어기(IC1)에 입력하고, 상기 모터전압제어부(140)에서 조절된 전압(Vs)을 모터(105)로 출력하는 것으로, 일단(F.G)은 홀센서 또는 다른 회전감지센서로 연결되어 모터(105)의 회전속도를 감지하고, 이를 통해 모터(105)로 공급되는 전압을 연산하여 부하량을 환산한다. 홀센서 또는 다른 회전감지센서에 입력된 전압은 저항(R11, R6)에 의해 분압되고 트랜지스터(Q2)에 의해 증폭되어 마이크로제어기(IC1)로 입력된다. 표시된 GND는 모터(105)의 전원공급을 위한 그라운드전압이고, Vs는 모터(105)로 공급되는 작동전압을 나타낸다.

상기 전원부(160)는 모터(105) 및 다른 회로부의 작동전압을 공급하기 위한 것으로, 트랜스(T1)에 의해 다운된 전압은 다이오드(D121~124)에 의해 직류로 변환되고 컨덴서(C121)에 의해 평활되어 상기 모터전압제어부(140) 및 레귤레이터(AVR1)으로 공급된다. 상기 레귤레이터(AVR1)는 일정전압으로 유지하여 회로부로 전원을 공급하고, 평활용컨덴서(C133)가 레귤레이터(AVR1) 전압을 보다 일정하게 유지시키기 위해 구비된다.

또한, 도시하지는 않았으나, 상기 마이크로제어기(IC1)에는 작동선택, 설정값입력 등을 위한 입력버튼이 구비된 입력수단, 이 입력수단에 의한 입력정보, 설정정보, 팬의 작동상태정보 등을 표시하는 출력수단, 설치공간의 온도 검출을 위한 온도센서 등이 연결될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 건물용 환풍기의 작동제어과정을 설명하면 다음과 같다. 상기 모터(105)에 기준전압이 인가되면 소정 회전수로 팬(107)이 회전되고, 상기 회전감지센서(홀센서)에 의해 마이크로제어기(IC1)에 입력된 신호에 의해 팬(107)의 회전속도가 산출된다. 산출된 회전속도값이 기준전압에서의 기준회전속도값 보다 작을 경우에는, 환기팬이 설치된 실내공간의 배기부하가 상대적으로 커서 팬(107)의 회전속도가 떨어진 상태, 즉 배기가 제대로 이루어지지 못하는 상태이므로, 모터(105)로 공급되는 전력을 증가시켜 팬(107)의 회전속도를 높이도록 제어된다. 반대로, 산출된 회전속도값이 기준회전속도값보다 클 경우에는 상대적으로 낮은 배기부하가 걸려 팬(107)의 회전속도가 높은 것이므로, 모터(105)로 공급되는 전력을 줄이거나 그 상태를 유지하도록 제어된다.

이와 같이, 모터(105)의 회전수 감지 및 기준값과의 비교를 통해 환기팬에 걸리는 배기부하상태를 검출하여 팬(107)이 기준 회전속도로 회전되도록 모터(105)에 공급되는 전력을 조절함으로써, 환기팬이 설치된 실내공간의 크기, 온도, 습도 등에 의해 다양한 조건을 갖는 설치공간의 환기가 사용자가 원하는 상태로 정확하게 제어될 수 있다. 특히, 다층 및 대형 건물에 있어 환기팬이 설치되는 각 실내공간의 위치 및 높이에 따른 배기부하의 차이를 각 환기팬이 자체적으로 보정하여 작동하게 되므로, 각 실내공간의 환기가 균일하게 이루어질 수 있다. 또한, 배기부하에 따라 적절한 속도로 팬(107)의 회전수 조절이 이루어지므로, 필요 이상의 과동작으로 인한 수명 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 환기팬은 상기 습도센서(171)에 의해 감지된 설치공간의 습도에 따라 팬(107)의 구동속도가 제어될 수 있다. 즉, 상기 습도센서(171)에 의해 입력된 습도값을 설정된 기준치와 비교하여 적정 습도 이상일 경우 팬(107)의 회전속도 를 높여 환기가 보다 급속하게 이루어질 수 있도록 하여 실내공간의 습도가 적절히 유지되도록 할 수 있다. 또한, 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 습도센서(171)와 유사한 방식으로 상기 마이크로제어기(IC1)에 연결된 온도센서를 구비하여, 예를 들어 하절기에는 검출된 온도값이 상한설정값보다 높으면 모터(105)에 대한 전력공급을 증가시켜 팬(107)의 회전속도를 높이고, 동절기에는 검출된 온도값이 하한설정값보다 낮으면 팬(107)의 회전속도를 낮춤으로써 해당 실내공간의 온도를 적정온도도 유지시킬 수 있다. 이러한 습도 및 온도 검출에 따른 모터(105)의 전원제어는 제어로직의 구성에 따라 상기한 팬(107)의 회전속도 검출에 따른 전원제어과정에 대하여 선행되거나 후행, 또는 병행될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 환기팬에 걸리는 실내공간의 배기부하에 따른 회전수 변화를 감지하여 적정 회전수로 작동이 이루어지도록 팬 구동모터의 전원공급을 제어함으로써, 환기팬이 설치된 실내공간의 환기상태를 항상 쾌적한 상태로 유지하는 동시에 필요 이상의 전력낭비를 방지하고 환기팬의 사용수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다. 부가적으로 실내공간의 온도 또는 습도를 검출하고 이 를 설정된 기준값과 비교하여 환기팬의 회전속도를 제어함으로써, 환기팬을 통한 습도 및 온도 조절을 통해 보다 쾌적한 실내환경을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 모터의 구동속도에 따라 복수의 LED가 순차적으로 점등되어 팬의 구동상태를 외부에서 용이하게 확인할 수 있어 사용 편의성이 향상되는 효과가 있다.

Claims

삭제
건물의 환기구에 설치되며, 실내 측으로 연통되는 흡기구 및 실외 측으로 연통되는 배기구(101)가 구비된 본체(103), 상기 본체(103)의 내부에 설치되어 그 회전에 따라 흡기구로부터 배기구(101)로 공기를 이송시키는 팬(107), 상기 팬(107)을 회전시키는 모터(105), 상기 모터(105)에 의한 팬(107)의 회전속도 검출을 위한 회전감지센서, 및 상기 회전감지센서를 통해 입력된 신호값에 따라 모터(105)로 공급되는 전원을 제어하여 모터(105)의 구동속도를 증감시키는 제어부를 포함하는 건물용 환기팬에 있어서,

상기 제어부는 마이크로제어기(IC1)와, 상기 회전감지센서에 의해 검출된 팬의 회전속도에 따라 모터(105)로 출력되는 전압(Vs)을 제어하는 모터전압제어부(140)와, 상기 회전감지센서로부터 입력된 신호를 상기 마이크로제어기(IC1)에 입력하고 상기 모터전압제어부(140)에서 조절된 전압(Vs)을 모터(105)로 출력하는 모터입출력부(150)와, 상기 모터(105) 및 다른 회로부의 작동전압을 공급하기 위한 전원부(160)로 이루어지며,

상기 모터전압제어부(140)는 마이크로제어기(IC1)에서 출력된 PWM신호를 전압신호로 변환하는 적분기(IC2B)와, 이 전압신호를 기준값과 비교하는 비교기(ICB2)와, 상기 비교기(ICB2)로부터 입력된 신호에 따라 출력전압(Vs)이 기준전압이 되도록 하는 트랜지스터(Q52, Q51)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물용 환기팬.
제2항에 있어서,

상기 마이크로제어기(IC1)와 연결되어 실내공간(3)의 습도를 검출하는 습도센서(171)를 더 포함하며, 상기 마이크로제어기(IC1)는 상기 습도센서(171)에 의해 검출된 습도에 따라 모터 출력전압(Vs)을 증감시키도록 된 것을 특징으로 하는 건물용 환기팬.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 마이크로제어기(IC1)와 연결되어 실내공간(3)의 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 마이크로제어기(IC1)는 상기 온도센서에 의해 검출된 온도에 따라 모터 출력전압(Vs)을 증감시키도록 된 것을 특징으로 하는 건물용 환기팬.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 본체(103)의 외부에 노출되도록 복수의 LED램프(LED1~LED10)가 설치되고, 이 LED램프(LED1~LED10)는 마이크로제어기(IC1)에 연결되어 상기 회전감지센서에 의해 검출된 모터(105)의 회전속도에 따라 순차적으로 점등되도록 된 것을 특징으로 하는 건물용 환기팬.