KR100856986B1 - 컨트롤러가 포함된 양돈농장용 환기휀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컨트롤러와 환기휀이 결합되어 리모콘으로 조작이 가능한 농장용 환기휀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터 본체를 사이에 두고 상부에는 모터 구동에 의해 농장의 오염된 공기를 배출하는 금속 날개부가, 하부에는 상부 날개의 구동에 의해 발생한 공기의 흐름에 의해 회전하는 센서 날개부가 구성되어 센서 날개부의 회전 값을 측정하여 모터의 구동을 가변 하는 공기 흐름인식용 환기휀에 관한 것이다.

그 구성은 5개의 원통 보강용 돌출돌기(41) 형상으로 구성된 금속의 원통형 환기휀 프레임(40)에; 모터 축(13)과 회전자(12) 고정자(11) 그리고 단상유도모터용 콘덴서(25)로 구성된 모터의 축(13) 상부에 금속의 회전 날개(22)를 고정할 날개 고정틀(21)이 볼트로 고정된 후 덮개(20)로 덮이고, 모터 축(13)의 하부에는 8극 영구자석(23)이 볼트로 고정되어 PCB(26)에 고정된 두 개의 마그네틱 홀 센서(24)가 회전 방향과 속도를 감지하며, 본체의 하부 센서 날개부는 모터 축(13)의 상부에 연결된 날개(22)와 동일한 형태의 날개(32)가, 날개 고정틀(31)에 의해 센서 날개축(14)의 하부에 고정되어 덮개(30)로 덮이며, 상부에는 모터 축(13)의 하부에 연결된 것과 동일한 방법으로 8극 영구자석(33)이 고정되어, PCB(36)에 고정된 두 개의 마그네틱 홀 센서(34)가 센서용 날개부의 회전 방향과 속도를 감지할 수 있도록 구성된, 상 하 두 쌍의 날개부와 2쌍의 회전 감지 센서가 포함된 단상유도모터(10)를 6개의 모터 지지용 환봉(43)이 고정용 볼트 너트(42)로 고정하며, 외 부의 양 측면에 온도센서(52)와 전원 플러그(53)가 리드선으로 연결된 프로그램이 포함된 전자 회로를 포함한 컨트롤러 판넬(50)이 고정되어, 농장에서 쉽게 설치가 가능하며, 농장환기에 필요한 프로그램이 내장되어 플러그(53)를 전원 콘센트에 연결하고 농장의 여건에 맞는 설정을 컨트롤러 리모콘(70)으로 조작이 가능한, 역류 방지, 흡입량 경보 확인 및 최소환기가 가능하도록 구성한 것을 특징으로 하는 컨트롤러가 결합된 농장의 환기휀으로, 농장에서 쉽게 설치가 가능하여 국가간의 자유무역협정 및 각종 소모성 질병으로 어려운 우리나라 양돈농가에 큰 도움이 되리라 기대한다.

단상유도모터, 8극 영구자석, 마그네틱 홀센서, 리모콘, 누름스위치, 반달형 날개

Description

컨트롤러가 포함된 양돈농장용 환기휀{ A pig house ventilation fan include controller}

제1도는 본 발명의 실시 예에 따른 단면도.

제2도는 본 발명의 실시 예에 따른 정면도 사시도.

제3도는 본 발명의 실시 예에 따른 보조 부품과의 연결 사시도.

제4도는 본 발명의 실시 예에 따른 설치도.

제5도는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 전선 연결도.

제6도는 본 발명의 실시 예에 따른 회전 수 감지 장치.

제7도는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러 정면도.

제8도는 본 발명의 실시 예에 따른 회전 수 Data Table.

제9도는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러 프로그램.

(도면의 주요부분에 대한 부호설명)

1 : 환기휀 10 : 단상 유도 모터

11 : 고정자 12 : 회전자

20,30 : 날개부 덮개 21,31 : 날개 고정틀

22,32 : 금속 날개 23,33 : 8극 영구자석

24,34 : 마그네틱 홀 센서 25 : 단상 유도 모터용 콘덴서

26 : 방수용 패킹 35 : 베어링

40 : 원통형 환기휀 프레임 41,61,63,67 : 원통 보강용 돌출 돌기

42 : 고정용 볼트 너트 50 : 컨트롤러 판넬

51 : 전선관 52 : 온도센서

53 : 전원 플러그 54 : 기능키 위치도

55 : 리모콘 수신부 57 : 숫자용 세그먼트

58,59 : 누름 스위치 60 : 환기휀 고정용 금속 연결띠

62 : 환기휀 고정용 보조 원통 65 : 지붕용 굴뚝

66 : 환기휀 하단부 보조 원통 67 : 역류 방지용 하단부 보조 원통

68 : 빗물차단용 보조 굴뚝 69 : 굴뚝 고정쇠

70 : 컨트롤러 리모콘 71 : 돼지 칸막이

72 : 슬러지 탱크 개구부 73 : 슬러지 탱크

74 : 지열 교환용 흡입 공기 파이프 80 : 전압조정 컨트롤러

81 : 스타트 코일부 82 : 콘덴서

83 : 메인 코일부 84 : 모터 보호용 T/P

90 : 반달형 날개 93 : 날개 접힘 방지 축

본 발명은 양돈 농장에 설치되어 농장의 오염된 공기를 배출하는 역할의 환 기 휀에 관한 것으로 더욱 상세하게는 환기 휀과 이를 온도에 따라 출력량을 조절하는 컨트롤러가 함께 결합된 휀과 컨트롤러가 일체화된 환기 휀에 관한 것이다.

일반적으로 양돈 농장은 단위 밀도가 매우 높은 집단적 사육 시스템뿐만 아니라 바닥에 분뇨를 저장하고 있고 적정 온도 유지를 위해 최대한의 밀봉 단열을 하고 있어 환기 장치의 설치는 절대적으로 필요하다. 그 동안 환기 휀은 농장 내부에 설치되고 환기 컨트롤러는 농장 외부에 설치되어 전선을 이용하여 외부에 설치된 컨트롤러의 출력이 환기휀을 가동시키고, 또한 내부의 온도 혹은 습도 체크를 위해 센서 선을 연결하는 등 컨트롤러에 연결된 전선들이 무수히 많아, 환기시스템에 이상이 발생시 특정업체 전문가가 아니고는 수리할 여지가 거의 없었다.

또한 기존 방식은 내부 온도 변화에 대응한 컨트롤러의 일방적 출력 전압을 환기휀에 인가하므로 환기 휀 전 후면의 압력에 대한 대응이 불가능한 상태이다. 즉 환기 휀이 불어내는 쪽과 공기가 흡입되는 쪽의 공기는 온도에 의한 기압 차에 의한 공기 배출량은 엄청난 차이가 존재하나 이러한 경우를 무시하고 일방적으로 컨트롤러의 출력 전압에 의존하여 환기휀이 작동함으로써 양질의 환기가 이루어지기 힘들었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 소비자가 구매해서 매뉴얼보고 사용하는 일종의 전자제품처럼 환기휀과 컨트롤러가 일체화 되어 특별한 기술 없이 농가에서 직접 설치 조작할 수 있는 환기휀과 컨트롤러가 일체화된 환기휀을 구성하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 양돈 농장의 특성상 미세한 양의 최소 환기를 정확히 구현할 수 있는 것이 가장 중요한 문제로 최소 환기용으로 충분히 활용할 수 있는 모터와 컨트롤러를 구성하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존에 유통되고 있는 플라스틱 파이프를 이용하여 본 고안물을 쉽게 설치할 수 있도록 구성하며, 계절별 휀 흡입구의 하부 높이가 양돈 농장의 내부온도에 절대적으로 영향을 주는 것을 고려하여 보조 흡입용 원통을 쉽게 조립할 수 있으며, 추운 겨울철 외부의 찬 공기가 역류하는 것을 막기 위해 역류방지 보조 날개를 보조 흡입용 원통에 구성하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 5개의 원통 보강용 돌출돌기(41) 형상으로 구성된 금속의 원통형 환기휀 프레임(40)에; 모터 축(13)과 회전자(12) 고정자(11) 그리고 단상유도모터용 콘덴서(25)로 구성된 모터의 축(13) 상부에 금속의 회전 날개(22)가 고정된 날개 고정틀(21)이 볼트로 고정된 후 덮개(20)로 덮이고, 모터 축(13)의 하부에는 8극 영구자석(23)이 볼트로 고정되어 PCB(26)에 고정된 두개의 마그네틱 홀 센서(24)가 회전 방향과 속도를 감지하며, 본체의 하부 센서 날개부는 모터 축(13)의 상부와 연결된 날개(22)와 동일한 형태의 날개(32)가 날개 고정틀(31)에 의해 센서 날개 축(14)의 하부에 고정되고 덮개(30)로 덮이며, 상부에는 모터 축(13)의 하부에 연결된 것과 동일한 방법으로 8극 영구자석(33)이 고정되어, PCB(36)에 고정된 두개의 마그네틱 홀 센서(34)가 센서용 날개부의 회전 방향과 속도를 감지할 수 있도록 구성된, 상 하 두 쌍의 날개부와 2쌍의 회전 감지 센서가 포함된 단상유도모터(10)를 6개의 모터 지지용 환봉(43)이 고정용 볼트 너 트(42)로 고정하며, 외부의 양 측면에 온도센서(52)와 전원 플러그(53)가 리드선으로 연결된 프로그램이 포함된 전자 회로를 포함한 컨트롤러 판넬(50)이 고정되어, 농장에서 쉽게 설치가 가능하며, 농장환기에 필요한 프로그램이 내장되어 플러그(53)를 전원 콘센트에 연결하고, 높은 위치에 설치된 환기휀의 컨트롤러를 리모콘(70)으로 조작할 수 있는, 역류 방지, 흡입량 경보 확인 및 어떠한 상태에서도 최소환기가 가능하도록 환기휀을 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 스타트 코일(81)에는 항상 220볼트 메인 전원이 인가되고 메인 코일(83)에만 전압조정 컨트롤러(80)의 출력이 작용되어 저압에서도 일정한 방향성을 잃지 않고 저압 제어에서도 일정한 토르크를 유지하면서 휀의 속도를 조절하며, 모터축(13)과 센서용 날개 축(14)에 각각 고정된 8극 영구자석(23,33)의 속도를 감지하기 위한 각각 2쌍의 마그네틱 홀 센서(24,34)가 부착되어, 프로그램된 도8의 데이터 테이블과 도9의 순서도에 의해 실제로 환기휀을 통해 배출되는 공기 흐름을 감지하며 구동하며, 5개의 공기흡입량 경고 LED(56)를 통해 농장 내부의 가온과 공기흡입량 부족 등을 표시할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 농장 근처에서 쉽게 구매가 가능한, 각각 지름이 다른 플라스틱 이중 하수관(65)을 이용하여 빗물이 들어오지 않는 환기휀의 굴뚝을 만들고, 프라스틱 이중 하수관(65)의 내경과 동일한 환기휀 고정용 보조원통(62)을 끼워 넣고 볼트와 너트(64)로 고정하고 금속의 원통형환기휀 프레임(40)에 설치된 5개의 원통 보강용 돌출돌기(41)중 가장 윗부분과, 고정용 보조원통(62)의 원통 보강용 돌출돌기(63)를 환기휀 고정용 금속 연결띠(60)에 구성된 두개의 원통 보강용 돌출돌기(61)에 맞추어 끼우고, 볼트 너트를 조여 환기휀을 결합하며, 환기휀 하단부 보조 원통(66)의 상부에 형성된 원통 보강용 돌출 돌기(67)와 환기휀(1)의 가장 하단부 원통 보강용 돌출돌기(41)를 2줄의 원통 보강용 돌출돌기(61)가 포함된 환기휀 고정용 금속 연결띠(60)를 볼트와 너트를 이용하여 쉽게 설치하고 해체할 수 있도록 구성하여 겨울철에는 설치하여 농장 내부의 상부에 축열 기능 및 인입되는 공기의 예열 기능이 가능하며, 여름철에는 해체하여 더운 공기가 농장에 머무르는 것을 최소화하는 것이 가능한 하단부 보조 원통(66)과 역류 방지용 보조원통(67)을 쉽게 조립하고 해체할 수 있는 환기 휀의 구조를 특징으로 한다

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도면 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단면도로서 도면 2의 정면사시도와 함께 설명하면 아래와 같다. 환기 휀(1)은 원통 보강용 돌출 돌기(41)가 구성된 원통형 환기 휀 프레임(40)에 3개 한 쌍인 "ㄷ"자형 모터 지지용 환봉(43)이 상 하 2쌍, 전체 6개의 모터 지지용 환봉(43)으로 단상 유도 모터(10)와 원통형 환기 휀 프레임(40)을 고정용 볼트 너트(42)로 고정하고 있으며, 고정자(11)와 회전자(12) 단상 유도 모터용 콘덴서(25) 등으로 구성된 모터의 축(13)의 윗부분은 금속날개(22)를 고정한 날개 고정틀(21)이 볼트로 고정되고 날개 고정틀(21)의 상부는 날개부 덮개(20)로 덮이고, 하부는 방수용 패킹(26) 처리되어 모터 축(13)을 통해 빗물이 들어가는 것을 방지하였다. 모터 축(13)의 하부에는 8극 영구자석(23)이 볼트로 고정된다. 환기 휀(1)의 하부는 독자적으로 회전하는 날개 축 (14)이 베어링(35)에 의해 모터(10)부에 고정되며, 이 날개 축(14)에는 모터 축(13)과 동일한 방법으로 금속날개(22)를 고정한 날개 고정틀(21)이 볼트로 고정되고, 날개 고정틀(21)의 상부는 날개부 덮개(20)가 고정되어 환기 휀(1)의 상부와 하부가 동일한 구조의 날개를 구비한다. 단 하부 날개 부는 모터(10)와 직접적인 연동은 일어나지 않으며, 모터 부의 날개가 동력에 의해 회전할 때 공기 흐름이 나타나며 이 흐름의 크기에 의해 회전하는 것으로, 센서 날개 축(14)의 상부에 설치된 8극 영구 자석(33)이 하부 날개(32)와 동일한 속도로 회전하며, 이때 마그네틱 홀 센서(34)에 의해 회전 량이 카운트되는 센서 역할의 날개가 구성된다. 환기 휀(1)의 우측에는 컨트롤러 판넬(50)이 원통형 환기휀 프레임(40)에 고정되고, 모터(10)의 하부와 전선관(51)으로 연결되어 컨트롤러(50)와 모터(10)에 연결된 전선이 삽입된다. 컨트롤러(50)의 좌측 상부에는 약 10미터 길이의 실드선이 온도센서(52)에 연결되어, 농장에 본 고안물을 설치하고 적당한 높이에 이 온도 센서를 펼쳐 고정하도록 고안하였다. 또한 컨트롤러(50)의 우측 상단에는 약 2미터 길이의 전선으로 연결된 전원 플러그(53)가 구성되어, 환기 휀(1)을 설치한 후 농장 내에 설치된 전원 콘센트에 꼽으면 환기 휀(1)이 작동 되도록 하였다. 도면 3은 본 고안의 실시 예에 따른 보조 부품과의 연결 사시도로서 도면 4의 농장 설치도와 연결하여 설명하면, 가장 위의 그림은 농장 근처에서 쉽게 구매가 가능한 플라스틱 이중 하수관(65)으로 내경 약 500mm와 600mm, 700mm 등을 이용할 수 있도록 환기 휀(1)의 직경을 여기에 맞추어 제작하며, 몇 가지의 간단한 보조 부품을 휀과 함께 구성한다면 농장에서 쉽게 설치가 가능하다. 빗물이 굴뚝을 통해 유입되는 것을 방지하기 위해 두 치수의 플라스틱 이중 하수관이 필요하다. 만일 환기 휀(1)의 외경이 500mm일 경우 500mm 내경의 플라스틱 이중 하수관(65) 약 1.5미터와 이 보다 두 치수가 큰 700mm 내경의 플라스틱 이중 하수관(68) 약 1미터를 약 15cm 중첩되게 세 면을 고정한 후 도면 4의 상부와 같이 지붕을 뚫어 굴뚝 고정쇠(69)를 이용하여 고정한다.

도면 3에서와 같이 플라스틱 이중 하수관(65)의 내부에 금속 재질의 환기휀 고정용 보조 원통(62)을 끼워 넣고, 볼트와 너트(64)로 적당한 원주 간격으로 고정한다. 3개의 볼트에 너트를 조임으로서 내경을 가변 할 수 있는 환기 휀 고정용 금속 연결띠(60)를 이용하여 환기휀 고정용 보조 원통(62)과 환기 휀(1)을 고정한다. 양돈 농장의 적당한 위치에 온도센서(52)를 펼쳐 고정하고 콘센트에 전원 플러그(53)를 꼽으면 환기 휀(1)은 가동한다. 도면 4는 일반적인 양돈 농장의 측면도로서 가장 하부에 지표면으로부터 약 3미터 깊이에 공기 인입용 지열 교환 파이프(74)가 매립되어, 농장내에 설치된 환기 휀(1)의 가동에 의해 형성된 음압을 충당키 위해 공기가 유입되며, 유입되는 과정에서 지열과 열교환이 이루어져 여름에는 차갑고 겨울에는 따뜻한 공기가 농장 내부로 유입된다. 지반 위쪽의 농장 하부는 돼지 분뇨를 저장하기 위한 슬러지 탱크(73)가 설치되며, 탱크(73)의 중심점에는 슬러지 탱크 개구부(72)가 설치되어 탱크(73)에 분뇨가 가득 차면 개방하여 농장 외부에 설치된 저장탱크로 다른 동력 없이 중력에 의해 유입되도록 구성된다. 슬러지 탱크(73)의 위쪽은 돼지가 생활하는 바닥(75)으로 돼지 칸막이(71)가 설치되어 약 10마리 혹은 20마리의 군으로 사육된다. 우리나라는 사계절이 뚜렷하여 여름철은 덮고 겨울철은 춥다. 돼지는 정온동물로서 온도에 민감한 것이 사람과 비슷하다. 섭씨 약 20도에서 가장 쾌적한 느낌을 받으며 온도의 높고 낮음에 따라 스트레스를 받는다. 양돈 농장의 목적은 이윤 추구이며 이것은 적은 사료를 투입하여 많은 고기를 얻는 것에 기인한다. 이 때문에 대부분의 농장은 열 관유 율을 대형 빌딩 기준으로 단열을 하고 있으며, 보일러 및 히터를 작동하여 따뜻한 내부 온도를 유지하고 있다. 사료 효율은 사료 섭취에 대한 고기 생산량의 기준을 표시할 때 사용되는 수치로 사육온도를 무시하고 측정할 수는 없다. 거꾸로 가장 쾌적한 온도에서 사육 될 때 가장 사료 효율이 좋게 나타난다. 이것은 섭씨 4도에서 물이 가장 무거운 것과 같은 명제이다. 뒤에 언급 하겠지만 양돈 농장에서의 환기휀은, 여름을 제외한 다른 모든 계절에서 인위적으로 보일러나 히터 등으로 비용을 지불한 내부 온도를 밖으로 배출하는 장치이다. 악취와 사료먼지 등으로 오염된 농장 내부의 공기를 밖으로 배출하고 신선한 외부 공기를 유입하는 유용성이 핵심적 요소이지만, 여기에는 엄청난 비용이 지불된 따뜻한 내부 공기를 밖으로 퍼내버리는 악의적 요소도 함께 작용한다. 결국 양돈 농장에서의 환기 휀은 필요악이다. 이 환기 휀을 가장 유용하게 사용할 수 있는 방법은 환기 휀을 가장 기술적으로 만들어, 적정한 최소량만을 배출할 수 있도록 통제 가능한 환기 휀을 만드는 것과, 만들어진 환기 휀을 가장 적당하게 설치하여 사용할 수 있는가의 두 가지 요소로 나누어진다. 전자는 뒤에 설명할 도면 5에서 9까지의 설명이며 도면 3과 4에서의 내용은 후자의 설명이다. 일반적으로 양돈 농장에서 환기휀은 농장의 벽 혹은 지붕에 설치되며, 벽에 설치하는 것은 많은 양의 환기를 할 목적으로 여름용으로 설치하고, 지붕은 최소 환기 목적으로 겨울용으로 설치된다.

도면 4에서와 같이 바닥면 아래는 분뇨로 가득 차고 많은 수의 돼지가 바닥에서 생활한다. 공기는 온도가 낮으면 무겁고 거꾸로 온도가 높으면 가볍다. 방금 배설한 돼지 분뇨의 가스는 체열에 의해 따듯하게 방출하여 상부로 올라간다. 쌓인 분뇨에서는 호기성 발효와 협기성 발효가 위치에 따라 나타나며 모두가 발열 반응으로 가스는 상부로 올라간다. 대부분의 유해 가스는 상부로 올라간다. 보일러나 히터 등으로 발생한 열 또한 상부로 올라간다. 돼지가 생활하는 공간은 상부에 비해 온도가 낮다. 이것은 지붕의 높이와 외부 온도 등에 따라 차이가 있으나 대개 1미터당 0.6도를 상회한다. 양돈 농장에서 환기의 핵심은 돼지 코 높이에서의 공기의 온도와 신선도이다. 오염된 공기는 온도 차와 가스의 비중 차에 의해 상승하려는 속성이 있다. 반면 외부의 오염되지 않은 신선한 공기는 무거워 바닥에 깔리게 되어있다. 환기 장치 설치 시 환기휀 만큼 중요한 시설이 공기 흡입구이다. 이 공기 흡입구는 빠른 유속을 주어 지붕 주위의 따뜻하고 오염된 공기 층에서 최대한 오랜 시간 동안 열 교환이 이루어진 후에 낙하하도록 해야 한다. 오염된 공기와 뒤섞인 후 하부로 떨어져도 신선한 공기는 그대로다. 공기를 배출하는 휀의 위치를 비교하면 벽체에 설치된 휀의 경우 오염된 공기는 상승하고 신선한 공기는 하강하는 오로지 온도에 의한 밀도 차이(공기 입자의 무게)에 대한 중력의 영향력하의 흐름을 옆에서 잡아 당기는 형태로 중력에 의한 자연적 현상을 파괴하고 단지 거리의 제곱에 비례한 끌기 현상으로 환기의 목적선(돼지의 코 높이)이 와해되고 공기 흐름의 불연속성으로 인해 내부 공기 흐름이 꺼칠한 느낌을 받으며, 이 때문에 외부가 차가운 겨울철에는 사용하는데 문제가 많으며 여름철 고온 시 많은 양을 배출하 여 돼지에게 바람이 스치게 할 목적으로 최대 환기에 사용된다. 반면 지붕용 환기 휀은 중력에 수직으로 반하는 동력으로 공기를 배출하는 효과가 있어 환기휀의 옆 부분에는 영향이 거의 없이 아래 부분의 대체로 신선한 공기만을 배출하는 효과가 있다. 이것은 농장 상부의 오염된 더운 공기를 축적하는 효과로 외부의 차가운 공기가 빠른 속도로 최대한 높은 지점까지 흡입되어 열 교환이 이루어지고 속도가 현저히 떨어져 중력에 의해 바닥으로 낙하하여 돼지 높이에 쌓이면서, 환기휀의 영향력에 의한 유체 흐름으로 조금씩 이동하는 경우로 이것은 돼지 높이에서 신선한 흐름을 적당한 유속으로 만들 수 있으며 겨울철의 최소 환기에 아주 유용한 설치 방법이다. 이때 환기휀의 설치 높이가 매우 중요한 변수로 작용된다. 환기 휀의 높이가 높으면 오염된 더운 공기를 축적할 공간이 작고 반대로 너무 낮으면 축적할 공간은 크나 돼지 높이에서 오염된 공기가 적층되는 문제가 발생한다. 그래서 겨울에는 환기 휀이 최소 환기 상태로 느리게 회전하는 관계로 환기 휀을 낮은 높이에 설치하고 반대로 겨울 이외의 계절에는 환기 휀을 높은 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

그러나 환기 휀을 계절마다 설치를 바꾸는 것은 매우 번잡한 것으로 환기 휀 하단부 보조 원통(66)과 역류 방지용 보조 원통(67)을 그림과 같이 설치 할 수 있도록 구성하여 여름에는 해체하고 겨울에는 설치토록 한다면 에너지 비용을 충분히 절약함은 물론이고 돼지의 입장에서 쾌적한 양돈 농장이 될 것이다. 여기서 역류 방지용 보조 원통(67)의 역할은 겨울철 특히 새벽 시간대의 농장 내 외부의 극한적 온도 차로 인해 외부의 무겁고 차가운 공기가 역류하여 밀려들어오는 것을 방지하 기 위한 오로지 겨울철만을 위한 보조 장치이다. 이미 본 발명 물인 환기휀(1)이 역류를 방지할 수 있도록 공기 흐름을 인식하며 동작되도록 구성되어 있으나, 환기휀(1)의 고장 등 만일의 경우를 대비하는 것과, 저속의 유체 흐름에 저항을 고정하여 일정 스피드를 유도하여 공기 흐름이 순간적으로 단락 되는 것을 방지하는 의미도 있다. 이 역류 방지용 보조 원통(67)의 구성은 플라스틱 혹은 두께 5mm 폭 약 10mm의 금속판을 환기휀 보조 원통(66)에 삽입될 수 있도록 로울링 용접 가공한 반지형 고정틀(91)이 역류 방지용 보조 원통(67)에 고정틀 고정 볼트(94)로 고정되고, 중앙에 날개 접힘 방지 축(93)이 고정된 사각 고정대(92)가 반지형 고정틀(91)에 고정된다. 사각 고정대(92)의 양변에는 0.5mm 이하의 알루미늄판 혹은 내부가 비어있는 플라스틱 골판지 같은 아주 가벼운 물질로 제작된 반달형 날개(90)를 경첩 혹은 가죽을 이용하여 고정한다. 이 반달형 날개(90)는 아무리 공기 흐름이 강해도 날개 접힘 방지 축(93)으로 인해 90도 직립이 불가능하며 축(93)의 상부에는 고무 패킹을 끼워 날개(90)와의 마찰시 소리를 줄이도록 구성하였다. 또한 이 반달형 날개(90)는 반지형 고정틀(91)보다 지름이 길어 하부로 떨어지지 않도록 구성하였다.

도면 5는 본 발명에 사용된 단상유도모터의 전선 연결도로서 좌측은 기존에 사용되는 단상 유도 모터의 결선도이고, 우측은 본 고안에 사용된 결선도이다. 일반적으로 단상 유도 모터는 필요한 회전 수에서 최대의 힘을 얻기 위해 2극 4극 6극 8극 등으로 구성되며 스타트(81)와 메인(83)이 분리되어 권선이 감겨져 있다. 양돈 농장의 환기휀은 온도에 따라 환기휀의 속도를 가변 해야 하는 특수한 경우의 단상유도모터이다. 또한 휀의 속도가 느리게 작동하는 시기는 겨울철 혹은 봄 가을의 새벽 시간 등 외부의 공기가 내부의 온도에 비해 현저히 낮을 경우이다. 이 경우 환기휀은 외부의 엄청난 저항을 받는다. "바늘 구멍에 황소 바람 들어온다"는 속담처럼 내 외부 온도 차에 따른 압력 차이로 커다란 저항을 받으며, 특히 지붕에 설치된 경우 그 저항은 벽체에 설치된 것보다 확연히 크게 나타난다. 특히나 굴뚝의 깊이가 길수록 이 차이는 더해진다. 그러나 낮은 내부 온도로 인해 휀을 빨리 돌릴 수 없는 상황이다. 전압조정 컨트롤러(80)에서 조정된 전압이 농장의 낮은 온도로 인해 약 60볼트를 인가해서 도면 5의 기존 결선 방법으로 결선한다면 이것은 메인 권선의 전압 차 A가 60볼트이고, 또한 스타트 권선 B도 60볼트인 셈이다.

그러나 도면 5의 우측의 결선 방법에서는 메인 권선의 전압 차 C는 60볼트이나 스타트 권선 D는 항상 220볼트이다. 일반적인 단상유도모터는 정격 전압에서 최고의 토르크와 회전을 얻을 수 있도록 설계되며 이 기준에 의해 용도별로 2극 4극 6극 등의 선택에 따른 최고 회전수가 결정되며, 스타트 권선은 모터의 토르크에 직접적인 영향을 주지는 않고 단지 콘덴서(82)를 통해 위상을 90도 빨리 전기를 흐르도록 하여 회전 방향성을 결정하도록 구성되어있다. 농장으로 인입되는 교류 전원 220볼트 60Hz의 전기를 직류로 변환(컨버터)하고 이것을 다시 교류 220볼트로 변환(인버터)하며 이때 교류의 주파수를 자동 제어하는 위상 변환기를 이용하여 모터를 제어한다면 저속에서도 양질의 환기가 가능하나, 이 컨버터와 인버터가 내장된 위상변환기는 비용이 많이 들어, 많은 수의 환기 휀을 독립적으로 사용하는 양돈농장에서는 저렴한 스위칭 방식의 트라이악 위상제어를 이용하고 있다. 그러나 극한적 저속 운전 상황; 겨울철 새벽 농장내부와 외부가 20도 이상의 차이를 나타내며 이로 인해 가장 저속으로 환기휀이 운전될 때의 상황에서는 스타트 권선에 걸리는 변환된 전압 약 60볼트로는 상기의 상황에 정 회전으로 대처가 힘들고 토르크도 최악의 상황이 되어 환기휀이 역회전 할 상황이 이루어진다. 공기 흐름을 결정하여 환기휀이 설치되어 있는데 이 환기 휀이 역회전 한다면 농장의 피해는 불 보듯 뻔한 상황이다. 또한 저속에서의 토르크에도 일조할 수 있는 결선 구조로 단상유도모터의 최소회전과 최대회전의 폭이 클 경우 이 결선 방법이 매우 효율적으로 이용될 수 있다.

도면 6은 모터 축(13)의 하부와 센서용 날개 축(14)의 상부에 설치된 회전 수 감지 장치로 볼트(28,38)로 고정된 PCB에 두 개의 마그네틱 홀 센서(24,34)가 구성되고 축(13,14)에는 8극 영구자석(23,33)이 볼트로 고정되어, 축(13,14)이 회전할 때 8극 영구자석(23,33)이 연동하여 회전하고, 이것을 각각의 2개의 마그네틱 홀 센서(24,34)가 감지하는 것으로, 회전 수는 물론이고 회전 방향까지 감지가 가능하다. 이것은 도면 8의 회전 수 데이터 테이블이 프로그래밍에 포함되어 목표온도에 대한 센서 날개의 회전수를 일치하는 방법으로 모터의 전압을 가감하며 최적의 상황을 유지하게 된다. 도면 8의 A는 세그먼트에 표시되는 환기량(％)으로 내부온도에 대한 적정한 환기량을 100분율로 표현한 것이며, B는 센서날개의 회전수(rpm)로서 모터 구동에 의해 공기가 배출되는 흐름에 따라 날개가 회전되는 것으로, 이것은 실제로 공기가 배출되는 양에 비례하여 회전이 일어나므로, 가장 중요한 의미를 가지고 있으며, 도면 8의 테이블은 이것을 기준으로 작성된 것이다. 즉 센서용 날개 회전수(rpm)가 10회전 일 때 5％의 환기가 되었다고 가정하는 것이다. 그리고 이때 C값 즉 모터회전수(rpm)가 350회전으로 표시된 것은 환기휀의 압력이 0Pa 때의 회전수이고, 이 값은 모터의 제작 상태에 따라 미미한 차이가 날 수 있다. 그리고 환기휀에 가해지는 압력의 변화에는 커다란 차이가 발생된다.

겨울철 새벽녘의 심한 경우 A는 5％, B는 10회전, C는 950회전이 일어날 수도 있다. 즉 이 테이블의 B값은 고정이고, A값은 단지 B값을 100분율로 표시한 것이며, C값은 B값을 맞추기 위해 상황에 따라 변하는 값이다. 도면 7은 컨트롤러 정면도로서 숫자 세그먼트(57) 위쪽으로 공기흡입량 경고 LED(56)가 5개 있다. 이것은 도면 8의 테이블의 B값과 C값이 현저하게 차이가 날 경우 단계적으로 LED를 ON 시키는 것으로 C값이 B값보다 15단계 이상 차이가 날 때 1개의 LED가 켜지고, 30단계의 차이가 날 때 2개의 LED가 켜지고, 45단계의 차이가 날 때 3개의 LED가, 75단계의 차이가 날 때 5개의 LED가 켜지는 것으로, B값이 10회전인데 C값이 1,010회전이라면 52-5= 47단계의 차이로 3개의 LED가 켜지면서 경고 시그널을 표시할 것이다. 이 경고 표시는 양돈 농장의 2가지 문제점를 지적하는 것으로 그 하나는, 농장 내부의 온도가 너무 낮으니 가온을 하라는 의미를 포함한다. 겨울철 외부 온도가 낮아 내부 온도가 점점 내려가고, 목표로한 온도(예를 들어 20도)이하로 내려가게 되면 컨트롤러는 최소환기인 5％(B값 10rpm)를 유지하면서 회전한다. 외부온도와 내부 온도의 차이가 심해질수록 C값은 점점 상승한다. 이 경우 보일러를 운전하든 히터를 켜든 온도를 보충해야만 한다. 아무리 추워도 환기는 지속적으로 해야 한다. 이 경우 컨트롤러에 릴레이를 첨가하여 보일러나 히터를 동작하는 방법도 있 다. 또 다른 하나는 겨울철에 보온을 위해 공기 흡입구를 폐쇄하는 경우이다. 공기 흡입구로 찬 바람이 들어오니까 온도 유지를 위해 아예 폐쇄해버리는 경우 환기 휀을 통한 배출량보다 인입량이 부족하여 C값이 상승한다. 이것은 농장내에 많은 음압이 발생하여 돼지에게 치명적일 수도 있다. 아주 심하면 절대 공기량이 부족해 치명적일 수도 있으나, 일반적으로 흡입 압력이 큰 부로와와 달리 환기휀의 압력으론 최악의 상황은 만들지 못하나, 돼지끼리 상대방의 꼬리를 무는 등의 기 현상은 발생될 가능성이 있다. 이 공기 흡입량 경고 표시 LED(56)는 적당한 환기를 위해 적당한 신선한 공기가 유입이 되어야 하고, 그러기 위해선 적당한 가온이 필요함을 표시하기 위한 것으로, 이 흡입량 경고 표시 LED(56)가 자주 켜지지 않는 농장일수록 생산성이 높은 농장이 될 것이다. 도면 7의 가장 위쪽의 리모콘 수신부(55)는 환기휀이 높게 설치되어 세그먼트 옆에 위치한 4개의 스위치, 기능키(58) 2개와 조정키(59) 2개를 손으로 조정하기 힘들 경우, 컨트롤러 리모콘(70)을 이용하여 조작할 수 있도록 구성 하였으며, 중간의 그래프는 기능키(58)를 쉽게 이해하기 위한 표시로 그래프의 Y축은 환기량(％)으로 5번 LED는 최소환기설정, 6번 LED는 최대환기설정, 공백 LED는 현재환기 상태를 표시하며, X축은 온도 그래프로 1번 LED는 농장내의 목표온도설정, 2번 LED는 변화폭설정, 0번 LED는 농장내의 현재온도 표시, 3번 LED는 경보용 최저온도설정, 4번 LED는 경보용 최고온도설정을 나타낸다. 도면 8의 C값(모터의 회전)이 정지되거나 B값(센서날개)이 정지되거나, 현재 온도가 설정된 최고온도(4) 혹은 최저온도(3)에서 벗어날 경우 X축과 Y축의 모든 LED가 깜박이는 것으로 알람 표시를 나타내도록 구성하였다.

도면 9는 본 고안물의 프로그램 순서도로서 도면 7의 목표온도(1)과 변화폭(2) 사이의 현재온도(0)에 따른 환기량(ㅁ)은 현재환기량 = 날개센서회전수DATA값의 등식(95)에 의해 현재온도(0)의 변화에 따라 환기량(ㅁ)이 변화되며 출력되며, 모터회전수 = 날개센서회전수DATA값(98)의 등식에 의해 공기 흡입량경고LED(56)를 단계적으로 ON, OFF 시킬 것이다.

본 발명은 환기휀과 컨트롤러가 일체화된 양돈농장의 환기휀에 관한 것으로 간단한 방법으로 농가에서 쉽게 설치가 가능하며 사용방법이 쉽도록 구성되고, 만일의 A/S 발생시에 여유분을 교체하고 택배를 통한 A/S가 가능하도록 일종의 전자제품화 하였다. 또한 날개 센서와 모터 센서가 장착되어 농장의 온도에 맞는 가장 적당한 환기를 지속할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 농장의 공기 흡입량과 내부 온도의 적정성에 대한 경보 표시가 가능해 농장에서 대응이 가능하도록 구성하고, 계절별 환기휀의 높이를 쉽게 조정할 수 있도록 구성하여, 에너지를 최대한 줄이면서 고효율의 환기가 가능하도록 구성하였다. 국가적으로는 국가간 자유무역협정에 따라 시골 구석에 위치한 양돈농장도 세계와의 생존경쟁에 피할 수 없는 구조가 되고 있다. 또한 지난 몇 년 동안 전국의 양돈 농장은 소위 소모성증후군이라는 특정한 병명이 없는 다중 질병에 새끼돼지들이 엄청나게 죽어가고 있다. 원인은 여러 요소가 있으나, 가장 핵심은 환경적 요인으로 특히 농장의 환기가 가장 문제점으로 부각되고 있다. 앞에서도 언급한 것처럼 농장의 환기는 농장의 적정 온도를 유지하면서 신선한 공기를 돼지에게 공급하는 것으로, 온도유지와 신선한 공기의 유입은 극 히 반대적 요소로 극히 세밀함을 필요로 한다. 새끼돼지에게 0.2m/s이상의 공기 유속은 스트레스로 이어지며 스트레스의 축적은 죽음으로 이어진다. 적정온도 이하의 낮은 온도는 사료효율을 기하 급수적으로 떨어트리고 스트레스로 이어진다. 농장의 온도는 항상 정온을 유지해야만 하고 신선한 공기도 계속 투입되어야 최상의 생산성이 발휘된다. 그러한 관점에서 본 고안물은 특수한 양돈 농장의 특성을 최대한 고려하여 발명된 것으로 미국 혹은 유럽의 양돈 선진국과 어깨를 나란히 할 수 있는 양돈 산업에서 생산성에 근간을 이루는 환기휀으로 어려운 시기에 전 세계 양돈업자와 경쟁해야 할 우리 양돈 산업의 한 호의적 요인으로 작용하길 기대한다.

Claims (3)

1. 5개의 원통 보강용 돌출돌기(41) 형상으로 구성된 금속의 원통형 환기휀 프레임(40)에; 모터 축(13)과 회전자(12) 고정자(11) 그리고 단상유도모터용 콘덴서(25)로 구성된 모터의 축(13) 상부에, 금속의 회전 날개(22)가 고정된 날개 고정틀(21)이 볼트로 고정된 후 덮개(20)로 덮이고, 모터 축(13)의 하부에는 8극 영구자석(23)이 볼트로 고정되어 PCB(26)에 고정된 두 개의 마그네틱 홀 센서(24)가 회전 방향과 속도를 감지하며, 본체의 하부 센서 날개부는 모터 축(13)의 상부와 연결된 날개부와 동일한 형태의 날개(32)가 날개 고정틀(31)에 의해 센서 날개 축(14)의 하부에 고정되어 덮개(30)로 덮이며, 상부에는 모터 축(13)의 하부에 연결된 것과 동일한 형태의 8극 영구자석(33)이 볼트로 고정되어, PCB(36)에 고정된 두 개의 마그네틱 홀 센서(34)가 센서 날개부의 회전 방향과 속도를 감지할 수 있도록 구성된, 상 하 두 쌍의 날개부와 2쌍의 회전 감지 센서가 포함된 단상유도모터(10)를, 6개의 모터 지지용 환봉(43)이 고정용 볼트 너트(42)로 고정하며, 외부의 양 측면에 온도센서(52)와 전원 플러그(53)가 리드선으로 연결된 프로그램이 포함된 전자 회로를 컨트롤러 판넬(50)이 고정되고, 농장환기에 필요한 프로그램(도면 9)이 내장되어 실제로 배출되는 공기 흐름을 인지하며 모터(10)의 구동을 제어하며, 환기휀(1) 설치 후 플러그(53)를 전원 콘센트에 연결하고, 컨트롤러 리모콘(70) 조작으로 농장의 여건에 맞는 사용자 설정이 가능한, 역류 방지 및 흡입량 경보 확인 및 어떠한 내 외부 온도 조건에서도 최소환기가 가능하도록 구성한 것을 특징으로 하 는 컨트롤러가 결합된 농장의 환기휀(1).
2. 삭제
3. 삭제

Images