KR101141896B1 - 광 제어장치 및 이를 구비하는 환기 장치 - Google Patents

광 제어장치 및 이를 구비하는 환기 장치 Download PDF

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주식회사 피플이엔티
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Abstract

본 발명은 광 제어장치 및 이를 구비하는 환기 장치에 관한 것으로, 광을 투과시키는 투명한 덮개부, 상기 덮개부의 내측 또는 외측 중앙부에 위치하며 광을 수광하는 다수개의 광센서, 상기 덮개부의 내측 중앙부에 위치하며 회전축을 회전시키는 수평 회전형 서보모터, 상기 회전축과 연결되어 수평각도가 제어되며 상기 덮개부를 투과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사경과, 상기 광센서에서 생성된 전기적인 신호를 처리하여 상기 수평 회전형 서보모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 광 제어장치; 및 상기 광 제어장치의 덮개부 하부에 위치하는 상부 프레임, 상기 상부 프레임과 대응되며 일정간격을 두고 하부에 위치하는 하부프레임,상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에 위치하며 회전구동하는 회전날개와,상기 하부 프레임 하부에 위치하며, 건물의 환기관과 연결되는 결합부를 포함하는 통풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기 장치를 제공한다.
따라서, 본 발명의 광 제어장치 및 이를 구비하는 환기 장치는 광을 제어하여 실내 공기 온도를 향상시킬 수 있으므로 대류현상을 이용한 보다 효율적인 환기 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 광 제어는 실내의 조명을 향상시키고, 환기 장치 내부를 살균처리하는 효과를 얻을 수 있어서 에너지절약 및 위생적인 측면의 효과도 기대할 수 있다.

Description

광 제어장치 및 이를 구비하는 환기 장치 {Light control device and ventilation device having the same }
본 발명은 광 제어장치 및 이를 구비하는 환기 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광을 제어할 수 있는 광 제어장치를 이용하는 환기 장치에 관한 것이다.
대부분의 주택 및 공장과 같은 건축물의 실내에는 통풍을 위하여 창문을 열어 놓는 방법을 통해 실내외의 온도차 및 바람 등에 의해 자연환기를 실시하고 있다. 하지만, 규모가 크고 유동인구 및 제조공정이 있는 건물 또는 공용 화장실과 같이 밀폐 공간에서는 보다 쾌적한 환경을 유지하기 위하여 일반적인 벤틸레이터(Ventilator)와 같은 환기장치를 설치하는 것이 필수적이다.
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이와 같은, 종래의 환기장치는 실내의 공기와 외부의 공기를 순환시키는 것으로 단순히 공기를 외부로 배출하는 기능만을 수행한다는 단점이 있다. 또한, 별도의 구동장치 없이 자연풍을 이용하는 무동력 구동방식의 환기장치는 풍력이 약하거나, 대기가 저기압일 경우에는 양호한 동작을 하기 어려운 문제점도 있다.
삭제
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한
것으로, 광을 제어하여 실내공기를 환기시키는데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 광을 투과시키는 투명한 덮개부; 상기 덮개부의 내측 또는 외측 중앙부에 위치하며, 광을 수광하는 다수개의 광센서; 상기 덮개부의 내측 중앙부에 위치하며, 회전축을 회전시키는 수평 회전형 서보모터; 상기 회전축과 연결되어 수평각도가 제어되며, 상기 덮개부를 투과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사경; 및 상기 광센서에서 생성된 전기적인 신호를 처리하여, 상기 수평 회전형 서보모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 제어장치에 의해 달성된다.
또한, 광을 투과시키는 투명한 덮개부, 상기 덮개부의 내측 또는 외측 중앙
부에 위치하며 광을 수광하는 다수개의 광센서, 상기 덮개부의 내측 중앙부에 위치하며 회전축을 회전시키는 수평 회전형 서보모터, 상기 회전축과 연결되어 수평각도가 제어되며 상기 덮개부를 투과하여 입사되는 광을 반사시키는 반사경과, 상기 광센서에서 생성된 전기적인 신호를 처리하여 상기 수평 회전형 서보모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는광 제어장치; 및 상기 광 제어장치의 덮개부 하부에 위치하는 상부 프레임, 상기 상부 프레임과 대응되며 일정간격을 두고 하부에 위치하는 하부프레임, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에 위치하며 회전구동하는 회전날개와, 상기 하부 프레임 하부에 위치하며, 건물의 환기관과 연결되는 결합부를 포함하는 통풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기 장치에 의해서도 달성된다.
따라서, 본 발명의 광 제어장치 및 이를 이용한 환기 장치는 광을 제어하여 실내 공기온도를 향상시킬 수 있으므로 대류현상을 이용한 보다 효율적인 환기효과를 얻을 수 있다.
삭제
또한, 상기 광 제어는 실내의 조명을 향상시키고, 환기 장치 내부를 살균처리하는 효과를 얻을 수 있어서 에너지절약 및 위생적인 측면의 효과도 기대할 수 있다.
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도 1은 본 발명의 실시 예1에 의한 광 제어장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예1에 의한 광센서의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 실시 예2에 의한 광 제어장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 광 제어장치를 구비하는 환기 장치의 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 의한 광 제어장치를 구비하는 환기 장치의 설치도이다.
도 5a는 태양이 좌측에 위치할 경우의 구동을 나타내는 환기 장치의 단면도이다.
도 5b는 태양이 중앙에 위치할 경우의 구동을 나타내는 환기 장치의 단면도이다.
도 5c는 태양이 없을 경우의 구동을 나타내는 환기 장치의 단면도이다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해보다 명확하게 이해될 것이다.
< 실시 예1 >
도 1은 본 발명의 실시 예1에 의한 광 제어장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예1에 의한 광센서의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 광 제어장치(100)는 덮개부(105), 광센서(110), 제어부(120), 수평 회전형 서보모터(130), 회전축(140), 및 반사경(150)을 포함하며 구성된다.
먼저, 상기 덮개부(105)는 광을 투과시킬 수 있는 투명재질로 형성하는데, 플라스틱 계열 또는 강화유리일 수 있다. 이때, 상기 덮개부(105)는 내부에 공간이형성된 반구형 구조물이다.
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다음으로, 상기 광센서(110)는 다수개가 상기 덮개부(100)의 내측 또는 외측중앙부에 위치하는데, 바람직하게는 외부의 물리적, 화학적 간섭과 이물의 유입을 방지하게 위하여 덮개부(105)의 내측에 위치할 수 있다.
이러한, 상기 광센서(110)는 상,하,좌,우 방향으로 배열되어 있어서 광의 입사 방향에 따라 광센서(110)에서 발생되는 전류의 세기가 상이하게 된다. 따라서,제어부(120)에서는 상기 전류를 감지하여 광이 입사되는 방향을 판단할 수 있게 된다.
보다 자세하게, 상기 광센서(110)는 도 2와 같이 상측, 우측, 하측, 좌측 광센서(110a, 110b, 110c, 110d)로 기판(111) 상에 배열된다. 이때, 상기 기판(111)은 전자 부품 실장이 가능한 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board: PCB)일 수 있다.
상기 광센서(110)는 P형 반도체와 N형 반도체의 접합으로 이루어지며 PN접합부에 광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공쌍(EHP)이 발생하고 반도체의 공핍층 전계에 의하여 정공은 P형으로, 전자는 N형으로 이동한다. 그 결과로, P형에서는 정공이 N형에서는 전자가 축적되어 광기전력이 발생하고, 이에 따라서, 외부회로에 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 수광되는 광의 양에 따라 발생되는 전류의 양도 변화하게 된다.
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결국, 도 1과 같이 우측방향에 광이 입사하면, 우측 광센서(110b)에 수광되는 광의 양이 다른 광센서보다 더 많게 되어 발생되는 전류의 양도 크게 된다.
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다음으로, 상기 제어부(120)는 상기 광센서(110)에서 생성되는 전기적인 신호를 처리하는 마이크로콘트롤러(미도시)를 포함하는 장치이다.
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따라서, 상기 광센서(110)의 상측, 우측, 하측, 좌측 광센서(110a, 110b, 110c, 110d)에서 수신되는 전기적 신호를 처리하여, 광이 입사되는 방향을 판단하고, 그 결과에 따라 수평 회전형 서보모터(130)를 제어한다.
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다음으로, 상기 수평 회전형 서보모터(130)는 상기 덮개부(105)의 내측 중앙부에 위치하며, 상기 제어부(120)의 제어신호에 의해 회전축을 회전시켜 수평각도를 제어할 수 있는 모터장치로, 미세한 회전각도의 제어가 가능하다.다음으로, 상기 회전축(140)은 일측은 상기 수평 회전형 서보모터(130)와 연결되며 반대측인 타측은 반사경(150)과 연결되어서, 상기 수평 회전형 서보모터(130)의 회전구동력을 상기 반사경(150)에 전달하는 매개체 기능을 한다.
다음으로, 상기 반사경(150)는 상기 회전축(140)과 기구적으로 연결되어 수평각도가 제어되고, 상기 덮개부(100)를 투과하여 입사된 광을 반사시키는 반사수단이다. 이때, 반사경(150)은 광을 반사시킬 수 있는 재질로 이루어지며, 광을 집광시킬 수 있는 다수개의 렌즈(lens)를 구비할 수도 있다.
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결국, 상기 광센서(110)에서 수광된 광을 상기 제어부(120)에서 처리하여 수평 회전형 서보모터(130)를 일정각도로 회전시키게 된다. 따라서, 상기 수평 회전형 서보모터(130)와 연결되는 회전축(140)에 의해 상기 반사경(150)이 수평각 도로 제어되어 광을 제어하게 된다.
이때, 상기 광 제어장치(100)에는 광을 수광하여 전력을 생성시키는 태양전지(미도시) 및 상기 전력을 충전 또는 방전하는 이차전지인 배터리(미도시)를 추가로 구비하여 별도의 전원 없이도 상기 제어부(120)에 전력을 공급하여, 상기 수평회전형 서보모터(130)를 구동시킬 수 있다.
삭제
< 실시 예2 >
도 3은 본 발명에 실시 예2에 의한 광 제어장치의 단면도이다.
이러한, 본 발명의 실시예 2는 실시 예1에 의한 광 제어장치(100)에서 수직 회전형 서보모터(160)가 추가된 것으로 다른 구성은 실시 예1과 동일함으로 중복을피하기 위해 설명을 생략한다.
삭제
도 3을 참조하면, 회전축(140)의 일측은 상기 수평 회전형 서보모터(130)와 연결되며, 반대측인 타측에는 수직 회전형 서보모터(160)가 더욱 구비된다. 상기 수직 회전형 서보모터(160)에는 반사경(150)이 연결되어서, 상기 반사경(150)의 수직각도를 추가로 제어할 수 있게 된다.
삭제
따라서, 광의 입사 방향에 따라 상기 수평 회전형 서보모터(130) 및 상기 수직 회전형 서보모터(160)를 이용하여 반사경(150)의 수평 및 수직각도를 제어함으로서 보다 효율적인 광 제어효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 광 제어장치를 구비하는 환기 장치의 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 의한 광 제어장치를 구비하는 환기 장치의 설치도이다.
이하의 상세한 설명에서는 보다 바람직한 광 제어장치(100)를 개시하고 있는실시 예2의 광 제어장치(100)를 구비하는 환기장치를 일 예로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 4를 참조하면, 덮개부(105), 광센서(110), 제어부(120), 수평 회전형 서보모터(130), 회전축(140), 반사경(150) 및 수직 회전형 서보모터(160)를 포함하며 구성되는 광 제어장치(100)와; 상기 광 제어장치(100)의 덮개부(105) 하부에 위치하며, 건물의 실내 공기를외부로 배출하는 통풍기(200)를 포함하는 환기 장치로 구성된다.
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상기 광 제어장치(100)는 본 발명의 실시 예 2에 개시된 구성과 중복됨으로 상세한 설명을 생략한다.
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상기 통풍기(200)는 상기 광 제어장치의 덮개부 하부에 위치하는 상부 프레임(220), 상기 상부 프레임(220)과 대응되며 일정간격을 두고 하부에 위치하는 하부프레임(230), 상기 상부 프레임(220)과 상기 하부 프레임(230) 사이에 위치하며회전구동하는 회전날개(210)와, 상기 하부 프레임(230) 하부에 위치하며, 건물의환기관과 연결되는 결합부(240)를 포함하며 구성된다.
삭제
이러한, 회전날개(210)는 바람이 불 때에는 회전날개(210)가 회전하여 하부에서 흡입력이 발생하여 상부로 공기가 배출된다. 하지만, 상기 통풍기(200)는 바람이 불지 않을 경우에는 회전날개(210)가 기능을 발휘하지 못하는 취약점이 있다.
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따라서, 본원 발명의 광 제어장치(100)를 구비하는 환기 장치는 통풍기(200)상부에 광 제어장치(100)가 위치하여, 통풍기(200)의 구동효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
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도 4를 참조하면, 건물의 상부로 도출되는 환기관(300)에 광 제어장치(100) 및 통풍기(200)를 포함하는 환기 장치가 위치하게 된다. 따라서, 외부에서 광이 입사되면 광 제어장치(100)에 구비된 반사경(150)에 의해 반사된 광이 환기관(300)을따라 건물 내부로 입사된다. 결국, 건물내부에는 광이 공급되어 조명효과를 얻을 수 있으며, 상기 광에 의해 실내의 온도가 상승하게 되어 공기의 대류현상에 의해 실내의 공기가 외부로 용이하게 배출되게 된다.결국, 풍력과 기압의 영향 및 바람이 불지 않을 때에도 실내공기를 외부로 환기시킬 수 있도록 하는 자연순환 방식을 구현할 수 있다.
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또한, 통풍기(200)와 환기관(300) 내부에 기생하는 박테리아, 미생물 등은 상기 광이 일반적인 태양광이므로 태양광에 포함된 자외선에 의해 살균되는 효과를 얻을 수도 있다.
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이때, 상기 통풍기(200)의 회전날개(210)는 열팽창계수가 서로 상이한 이종의 금속으로 형성되는 바이메탈(bimetal)로 구성할 수도 있다. 따라서, 상기 바이메탈에 광이 수광되면 열에 의해 일정방향으로 팽창을 초래함으로 무게중심의 변화로 인해 회전날개(210)는 용이하게 회전되게 된다.
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이상의 효과는 본 발명에 의한 광 제어장치(100)를 구비하는 환기 장치의 구동을 나타내는 도 5a 내지 도 5c를 참조한 이하의 상세한 설명에 의해보다 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 5a는 태양이 좌측에 위치할 경우의 구동을 나타내는 환기 장치의 단면도이다.
삭제
도 5a를 참조하면, 태양광이 광센서(100) 중 좌측 광센서(110d)에 수광되어 전류가 발생하면, 이에 따라 제어부(120)에서는 제어신호가 수평 회전형 서보모터(130)를 수평방향으로 일정 각도만큼 회전시켜 반사경(150)을 좌측으로 이동시킨다.
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일 예로, 상기 좌측 광센서(110d)와 다른 광센서(상측, 하측, 우측)에서 발생되는 전류를 비교하는데, 좌측 광센서(110d)와 상측 광센서(110a)의 전류값의 차이보다 좌측 광센서(110d)와 하측 광센서(110c)의 전류값의 차이가 클 경우에는 태양이 좌상측에 위치하는 것이므로, 수평 회전형 서보모터(130)를 좌측 광센서(110d)의 위치보다 더욱 회전시켜서 좌상측까지 이동시킨다.
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반면에, 좌측 광센서(110d)와 하측 광센서(110c)의 전류값의 차이보다 좌측 광센서(110d)와 상측 광센서(110a)의 전류값의 차이가 클 경우에는 수평 회전형 서보모터(130)를 좌하측까지만 이동시킬 수 있다.
삭제
이어서, 수직 회전형 서보모터(160)도 상기와 같은 원리로 반사경(150)을 수직방향으로 회전시켜서 태양광의 고도에 따른 제어를 구현하게 된다.
따라서, 좌측방향에서 입사되는 태양광은 반사경(150)의 표면에서 일정각도로 반사되어 하부에 위치하는 통풍기(200)를 통과하고 환기관(300)을 통해서 건물의 실내로 입사된다.
삭제
도 5b는 태양이 중앙에 위치할 경우의 구동을 나타내는 환기 장치의 단면도이다.
삭제
도 5b를 참조하면, 태양광이 광센서(상측, 하측, 좌측, 우측)에 균일하게 수광되면, 제어부(120)에서는 수평 회전형 서보모터(130)를 동작시키지 않는다. 반면에, 수직 회전형 서보모터(160)만을 상측으로 회전시켜서 반사경(150)을 수직상태로 이동시킨다.
따라서, 태양광은 장애물 없이 통풍기(200)를 통과하여 환기관(300)을 통해서 건물의 실내로 직접 공급된다.
도 5c는 태양이 없을 경우의 구동을 나타내는 환기 장치의 단면도이다.
도 5c를 참조하면, 야간 또는 우천과 같이 태양광이 없거나 약간 경우에는 광센서(상측, 하측, 좌측, 우측)에 수광되는 양이 일정기준 이하가 된다. 이때, 제어부(120)에서는 수평 회전형 서보모터(130)를 동작시키지 않으며, 수직 회전형 서보모터(160) 만을 하측으로 회전시켜서 반사경(150)을 수평상태로 이동시킨다.
삭제
따라서, 실내의 광이 외부로 불필요하게 방출되는 것을 차단함으로서 실내의 조명효율을 향상시킬 수 있다.
이러한, 도면을 참조한 상세한 설명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
삭제
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 광 제어장치 105: 덮개부
110: 광센서 120: 제어부
130: 수평 회전형 서보모터 140: 회전축
150: 반사경 160: 수직 회전형 서보모터
200: 통풍기 210: 회전날개
220: 상부 프레임 230: 하부 프레임
240: 결합부 300: 환기관

Claims (9)

  1. 광을 투과시키는 투명한 덮개부;
    상기 덮개부의 중앙부에 다수가 위치하여 입사되는 광의 방향을 감지하는 광센서들;
    상기 덮개부의 내측 중앙부에 위치하며, 상기 덮개부의 내측으로 연장된 회전축을 회전시키는 수평 회전형 서보모터;
    상기 회전축의 상기 수평 회전형 서보모터와 반대측에 연결되며, 상기 덮개부를 투과한 광을 상기 덮개부와 대향하는 하부 방향으로 반사시키는 반사경; 및
    상기 광센서들에서 감지된 상기 광의 입사 방향에 따른 전기 신호를 수신하여, 상기 반사경이 상기 광의 입사 방향을 향하도록 상기 회전축을 통해 상기 수평 회전형 서보모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 광 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는 평면적으로 상,하,좌,우로 배열되는 것을 특징으로 하는 광 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전축과 상기 반사경에 연결된 위치에 상기 반사경을 상기 회전축의 회전 방향과 수직한 방향으로 회전시키기 위하여 설치된 수직 회전형 서보모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부를 투과한 광을 수광하여 전력을 생성하는 태양전지; 및
    상기 태양전지로부터 상기 전력을 인가받아 충전하며, 상기 제어부에 상기 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 제어장치.
  5. 광을 투과시키는 투명한 덮개부, 상기 덮개부의 중앙부에 다수가 위치하여 입사되는 광의 방향을 감지하는 광센서들, 상기 덮개부의 내측 중앙부에 위치하며, 상기 덮개부의 내측으로 연장된 회전축을 회전시키는 수평 회전형 서보모터, 상기 회전축의 상기 수평 회전형 서보모터와 반대측에 연결되며, 상기 덮개부를 투과한 광을 상기 덮개부와 대향하는 하부 방향으로 반사시키는 반사경, 상기 광센서들에서 감지된 상기 광의 입사 방향에 따른 전기 신호를 수신하여, 상기 반사경이 상기 광의 입사 방향을 향하도록 상기 회전축을 통해 상기 수평 회전형 서보모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 광 제어장치; 및
    상기 덮개부의 하부에 위치하는 상부 프레임, 상기 상부 프레임의 하부에 상기 상부 프레임과 일정 간격을 두고 위하는 하부 프레임, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에서 회전 구동하는 회전날개 및 상기 하부 프레임 하부에 건물의 환기관과 연결된 결합부를 갖는 통풍기를 포함하여,
    상기 반사경으로부터 반사된 광을 상기 결합부와 연결된 환기관에 제공하여 상기 환기관 내부의 공기를 가열시킴으로써, 대류 현상을 통해 상기 건물 내부의 공기를 외부로 환기시키는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광센서는 평면적으로 상,하,좌,우로 배열되는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 회전축과 상기 반사경에 연결된 위치에 상기 반사경을 상기 회전축의 회전 방향과 수직한 방향으로 회전시키기 위하여 설치된 수직 회전형 서보모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 덮개부를 투과한 광을 수광하여 전력을 생성하는 태양전지; 및
    상기 태양전지로부터 상기 전력을 인가받아 충전하며, 상기 제어부에 상기 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 회전날개는 서로 상이한 이종의 금속으로 형성되는 바이메탈인 것을 특징으로 하는 환기 장치.
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