KR102167749B1 - 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치 및 그를 포함하는 냉각장치 - Google Patents

Abstract

바람에 의해 자동 제어되는 팬장치 및 그를 포함하는 냉각장치가 제공된다. 팬장치는, 모터에 의해 구동되며 외기에 노출되어 있는 팬, 팬과 연결되어 팬을 구동시키는 온 상태와, 팬의 구동을 중단시키는 오프 상태로 절환되며 팬에 제어신호를 전송하는 스위칭모듈, 및 팬과 인접하게 외기에 노출된 상태로 배치되고, 일 측이 힌지 결합되어 바람을 받아 회전하여 스위칭모듈과의 거리가 변동되며, 바람이 일정 풍속을 넘어서면 스위칭모듈을 조작할 수 있는 조작범위 안으로 이동되어 스위칭모듈을 온 상태에서 오프 상태로 절환시키는 조작을 하는 스윙모듈을 포함한다.

Description

바람에 의해 자동 제어되는 팬장치 및 그를 포함하는 냉각장치{Fan apparatus controlled by wind and cooling apparatus having the same}

본 발명은 실외에 설치되는 팬장치 및 그를 포함하여 냉각 작용하는 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 팬장치가 설치된 지점의 풍속 및 풍향 등에 따라서 제어되는 특징을 갖는 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치 및 그를 포함하는 냉각장치에 관한 것이다.

팬은 날개를 회전시켜 유체유동을 만들어 내는 장치로 공기와 같은 기체를 강제 유동시키거나 순환시키기 위한 목적으로 사용할 수 있다. 이러한 팬은 덕트와 같은 공조장치에 결합하여 사용할 수 있다.

이러한 팬은 대개 회전방향이 일정하여 단방향으로만 유체를 유동시키도록 되어 있는 경우가 많다(예, 대한민국등록특허 10-0901144 등). 즉 대개 유로 내부나 덕트 등에 배치되는 팬은 유로를 따라 유동방향을 크게 바꾸지 않고 움직이는 유체를 수송하기 위해 그에 대응하는 단방향으로만 유체를 이동시키도록 되어있는 경우가 많으며 그러한 동작방식이 효율적이기도 하다.

그러나, 필요에 따라 팬을 실외에 배치해야 하는 경우에는, 이러한 팬의 동작방식이 문제를 일으킬 수 있다. 즉 실외의 자유공간에서는 유로와 달리 다양한 방향으로 공기유동이 발생하므로 역방향 공기유동 등에 의해 팬의 효율이 크게 감소되거나 팬이 동작하지 않을 수도 있다. 또한 동작이 되더라도 효율저하에 따라 나타나는 동력의 손실은 에너지 효율 면에서도 매우 바람직하지 못하다. 따라서 이러한 문제에 대한 해결책이 요구되고 있으나 적절한 방안은 아직 제시되지 못하고 있다.

대한민국등록특허공보 제10-0901144호, (2009. 06. 04)

본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 팬장치가 설치된 지점의 풍속 및 풍향 등에 따라서 제어되는 특징을 갖는 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 이러한 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치를 포함하는 냉각장치를 함께 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치는, 모터에 의해 구동되며 외기에 노출되어 있는 팬; 상기 팬과 연결되어 상기 팬을 구동시키는 온 상태와, 상기 팬의 구동을 중단시키는 오프 상태로 절환되며 상기 팬에 제어신호를 전송하는 스위칭모듈; 및 상기 팬과 인접하게 외기에 노출된 상태로 배치되고, 일 측이 힌지 결합되어 바람을 받아 회전하여 상기 스위칭모듈과의 거리가 변동되며, 상기 바람이 일정 풍속을 넘어서면 상기 스위칭모듈을 조작할 수 있는 조작범위 안으로 이동되어 상기 스위칭모듈을 상기 온 상태에서 상기 오프 상태로 절환시키는 조작을 하는 스윙모듈을 포함한다.

상기 스윙모듈은, 상기 스위칭모듈을 향하는 일단부가, 상기 온 상태에서 상기 팬으로 통과되는 방향의 바람에 의해서는 상기 스위칭모듈로부터 멀어지는 쪽으로 회전하고, 그 역방향의 바람에 의해서는 상기 스위칭모듈과 가까워지는 쪽으로 회전하게 배치될 수 있다.

상기 스윙모듈은, 상단부가 상기 스위칭모듈을 향하고 하단부는 상기 상단부보다 길게 연장되어 상기 상단부와 상기 하단부 사이의 힌지축에 상하 방향으로 시소 운동이 가능하게 결합된 스윙바, 및 상기 스윙바의 상기 하단부에 상기 스윙바보다 넓은 폭으로 확장되어 바람을 맞게 형성된 스윙판을 포함할 수 있다.

상기 스윙모듈은, 상기 스윙바 및 상기 스윙판의 자중에 의한 제1토크와, 상기 스윙판에 가해지는 바람의 압력에 의한 제2토크가 평형을 이루는 지점에서, 상기 스윙바의 상단부가 상기 스위칭모듈을 향해 수직방향에 대해 일정한 경사각을 이루며 정지될 수 있다.

상기 스윙모듈은, 상기 스윙판과 상기 힌지축과의 거리, 상기 스윙판의 면적, 및 상기 스윙판의 무게 중 적어도 어느 하나를 변경시킬 수 있도록 형성되어, 상기 스윙판의 변경에 따라 상기 경사각의 크기를 조절하도록 형성될 수 있다.

상기 스윙판의 내측에 상기 스윙바의 길이방향으로 관통된 슬라이딩 홈을 더 포함하고, 상기 스윙바가 상기 슬라이딩 홈에 슬라이딩 방식으로 삽입되어 착탈될 수 있다.

상기 스윙판 및 상기 스윙바 중 적어도 어느 하나에 상기 슬라이딩 홈의 길이방향을 따라서 배열된 복수 개의 체결공, 및 상기 체결공 중 어느 하나를 통해서 상기 스윙판과 상기 스윙바를 관통하여 상기 스윙판과 상기 스윙바를 고정시키는 고정나사를 더 포함할 수 있다.

상기 스윙바는 상기 상단부에 자력부재를 포함하며, 상기 스위칭모듈은 상기 자력부재의 자기력으로 작동되는 리드스위치로 형성될 수 있다.

상기 스윙판은 상기 온 상태에서 상기 팬으로 통과되는 바람방향과 역방향의 바람을 맞는 면에 배치된 평면형상의 받음면과, 상기 받음면의 반대편으로 돌출되며 상기 스윙판 둘레에 형성된 기류와 접촉하여 상기 기류의 박리시점을 늦추는 곡면형상의 기류조절면을 포함할 수 있다.

상기 기류조절면은 상기 스윙판의 측면 둘레와 연결된 매끈한 유선면으로 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치를 포함하는 냉각장치는, 상기 팬장치; 및 일 측은 상기 팬장치의 팬과 접하며 타 측은 열원과 접촉되어 상기 열원으로부터 상기 팬으로 열을 수송하여 소산시키는 열교환기를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 실외에 설치된 팬이라 하더라도 역풍 등에 의한 불필요한 동력손실 등을 없애고 매우 효율적인 방식으로 작동시킬 수 있다. 예를 들어 설정된 방향의 역방향 등으로 원치 않는 공기유동(바람)이 발생하는 경우에는 팬의 구동을 자동으로 정지하고 설정된 방향의 공기유동이 형성되는 시점에만 팬을 선택적으로 작동시키며 장치가 매우 효율적으로 동작하도록 제어할 수 있다. 특히, 이러한 제어를 역학적 원리에 따라 작동하는 기계구조를 통해 달성되도록 함으로써, 센서감지 등의 방식과 같은 순수 제어적인 방식에 비해 장기간의 반복 사용에도 오작동의 가능성을 낮추고 신뢰도 높은 동작이 가능하게 할 수 있다. 또한, 이러한 팬을 포함하는 냉각장치를 이용함으로써, 건물 내부에서 발생한 열기를 실외로 소산시키고자 하는 등의 경우에도 실외에 설치된 팬을 해당 지점의 풍향과 풍속에 따라 적절한 시점에만 선택적으로 동작시키며 불필요한 동력손실을 없애고 매우 효율적으로 냉각 작용하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 팬장치의 내부구조와 작동방식을 예시한 단면도들이다.
도 4는 도 2의 팬장치의 스윙모듈과 스위칭모듈 부분의 확대도이다.
도 5는 도 4의 스윙모듈 중 스윙판의 변경에 따른 효과를 나타낸 확대도이다.
도 6은 도 1의 팬장치의 스윙모듈의 구조와 결합방식을 나타낸 분해도이다.
도 7은 도 1의 팬장치의 스윙모듈 중 스윙판 둘레의 기류조절방식을 나타낸 작동도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 팬장치를 포함하는 냉각장치의 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 팬장치의 내부구조와 작동방식을 예시한 단면도들이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치(1)(이하, '팬장치'로 지칭하여도 동일한 의미임)는 바람에 의해 기계적으로 작동하는 스윙모듈(300)이 스위칭모듈(200)의 스위칭 동작을 조정하는 구조로 되어 있다. 즉 바람에 의해 회전 또는 부분회전(즉, 스윙)하며 스위칭모듈(200)을 동작시키는 스윙모듈(300)을 이용하여 바람과 연동시켜 팬(100)을 구동하거나 구동을 중지시키는 것이 가능하다. 특히 본 발명의 스윙모듈(300)은 팬(100)이 바람을 통과시키는 방향과 역방향의 바람에 반응하며 역풍의 풍속이 일정 수준을 넘어서면 팬(100)의 구동을 자동으로 정지시킨다. 따라서 역풍에 의한 팬(100)의 효율 저하나 그러한 과정에서 동력의 손실이 발생하는 문제 등을 원천적으로 해소할 수 있다. 또한, 본 발명은 스윙모듈(300)이 스위칭모듈(200)을 작동시켜 팬(100)의 구동을 중지시키는 기준 풍속 등을 바꾸어 줄 수 있는 기계적 구조를 포함하고 있어 얼마든지 서로 다른 다양한 풍속에서 팬(100)이 구동되거나 구동이 중지되도록 제어시점이나 제어 간격 등을 유연하게 바꿀 수 있는 특징을 갖는다. 또한, 스윙모듈(300)은 바람에 의한 움직임이 안정적으로 나타나는 유체역학적 구조로 이루어져 있어 이러한 바람을 이용한 기계적 제어의 신뢰도도 크게 높일 수 있다.

이러한 특징을 갖는 본 발명의 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치(1)는 다음과 같이 구성된다. 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치(1)는, 모터(120)에 의해 구동되며 외기에 노출되어 있는 팬(100), 팬(100)과 연결되어 팬(100)을 구동시키는 온 상태와 팬(100)의 구동을 중단시키는 오프 상태로 절환되며 팬(100)에 제어신호를 전송하는 스위칭모듈(200), 및 팬(100)과 인접하게 외기에 노출된 상태로 배치되고, 일 측이 힌지 결합되어 바람을 받아 회전하여 스위칭모듈(200)과의 거리가 변동되며, 바람이 일정 풍속을 넘어서면 스위칭모듈(200)을 조작할 수 있는 조작범위 안으로 이동되어 스위칭모듈(200)을 온 상태에서 오프 상태로 절환시키는 조작을 하는 스윙모듈(300)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 스윙모듈(300)은, 스위칭모듈(200)을 향하는 일단부가, 상기 온 상태에서 팬(100)으로 통과되는 방향의 바람에 의해서는 스위칭모듈(200)로부터 멀어지는 쪽으로 회전하고, 그 역방향의 바람에 의해서는 스위칭모듈(200)과 가까워지는 쪽으로 회전하게 배치되며, 그에 따라 상단부가 스위칭모듈(200)을 향하고 하단부는 상단부보다 길게 연장되어 상단부와 하단부 사이의 힌지축(221)에 상하 방향으로 시소운동이 가능하게 결합된 스윙바(310), 및 스윙바(310)의 하단부에 스윙바(310)보다 넓은 폭으로 확장되어 바람을 맞게 형성된 스윙판(320)을 포함하는 구조로 이루어진다. 이하, 본 발명의 팬장치(1)에 대해 본 발명의 일 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

팬(100)은 외기를 일 방향으로 통과시키도록 구동되는 것으로 예를 들어, 하우징(101) 내부에 회전날개(110)가 설치된 구조로 형성될 수 있다. 팬(100)은 회전날개(110) 중앙의 회전중심이 모터(120)와 축결합되어 모터(120)의 구동에 의해 회전날개(110)를 회전시킬 수 있게 형성될 수 있다. 회전날개(110)와 모터(120)는 지지대(130) 등에 의해 하우징(101)에 연결되어 하우징(101) 중앙의 공간에 위치하도록 고정될 수 있다. 팬(100)은 모터 구동에 의해 회전날개(110)를 회전시킴으로써 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 팬(100)의 후면으로부터 전면을 향하는 방향으로 바람을 통과시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 팬(100)은 후술하는 스위칭모듈(200)이 온 상태일 때 모터(120)가 동작하며, 그러한 상태에서 회전날개(110)가 회전하여 팬(100)의 후방에서 전방을 향하는 특정 방향으로 바람을 통과시킬 수 있다. 그와 같이 팬(100)이 동작하는 동안 팬(100)을 통과하는 해당방향의 기류가 생성되어 팬(100) 주변의 공기가 팬(100)을 통과하며 강제 순환될 수 있다. 그러나 팬(100)이 구동될 때 바람이 통과되는 방향은 필요에 따라 설명한 방향의 역방향 등으로 바뀔 수도 있으므로 예시된 바와 같이 한정하여 이해할 필요는 없다. 또한 팬(100)의 구조 역시 모터(120) 구동에 의해 다른 방식으로 유체를 유동시킬 수 있다. 또 다른 구조로 변경되는 것도 얼마든지 가능하다. 팬(100)은 외기에 노출되어 특정 방향으로 공기유동을 생성하여 바람을 만들어 낼 수 있는 것인 한 특별히 제한될 필요는 없다. 팬(100)은 예를 들어, 건물 옥상 등과 같은 외부에 노출되어 있을 수 있으며 다양한 형태의 프레임이나 지지구조 등을 이용하여 외부에 노출된 상태로 설치할 수 있다.

스위칭모듈(200)은 이러한 팬(100)과 연결되어 팬(100)이 동작하거나 동작을 중지하도록 스위칭하는 역할을 한다. 스위칭모듈(200)은 팬(100)과 연결되어 팬(100)을 구동시키는 온 상태와, 팬(100)의 구동을 중단시키는 오프 상태로 절환되며 팬(100)에 각각에 대응하는 제어신호를 전송할 수 있다. 따라서 스위칭모듈(200)이 온 상태에서 팬(100)이 구동되며, 스위칭모듈(200)이 오프 상태로 바뀌면 팬(100)은 구동이 중지된다. 스위칭모듈(200)은 팬(100)의 하부에 설치된 함체(210) 등의 내부에 수용될 수 있으며 이를 통해 외부 환경으로부터 보호될 수 있다. 스위칭모듈(200)은 함체(210) 내부에 형성된 배선(201)등을 이용하여 팬(100)과 연결될 수 있다. 스위칭모듈(200)과 연결된 배선(201)은 스위칭모듈(200)의 제어신호를 전송하는 데 사용될 수 있으며, 또한 필요에 따라 함체(210) 외부로 연장되어 팬(100)을 구동하는 전력을 공급하는 역할도 할 수 있다. 스위칭모듈(200)은 이러한 배선(201)을 통해 팬(100)에 연결되어 예를 들어 접점이 개폐되는 등의 방식으로 전술한 온 상태 또는 오프상태에 대응하는 제어신호를 전송할 수 있다. 스위칭모듈(200)은 이러한 동작이 가능한 한도 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있으며 기계적 또는 전기적으로 동작하는 다양한 형태의 스위치들로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 스위칭모듈(200)은 자기력에 의해 작동되는 리드스위치로 형성될 수 있으며 스위칭모듈(200)을 작동시키는 자기력을 제공하도록 스윙모듈(300)에 자력부재(311)를 설치할 수 있다. 스윙모듈(300)의 동작에 따라서 작동하는 스위칭모듈(200)의 작동과정에 대해서는 후술하여 좀더 상세히 설명한다.

스윙모듈(300)은 바람에 의해 회전하는 구조로 되어 있으며 바람에 의해 위치가 바뀌며 스위칭모듈(200)을 조작할 수 있도록 되어 있다. 스윙모듈(300)은 도시된 바와 같이 팬(100)과 인접하게 외기에 노출된 상태로 배치되고, 일 측이 힌지 결합되어 바람을 받아 회전하여 스위칭모듈(200)과의 거리가 변동되며, 도 3과 같이 바람(특히, 팬의 구동을 방해하는 역방향의 바람인 경우)이 일정 풍속을 넘어서면 스위칭모듈(200)을 조작할 수 있는 조작범위 안으로 이동되어 스위칭모듈(200)을 온 상태에서 오프 상태로 절환시키는 조작을 한다. 구체적으로, 스윙모듈(300)은 도 2에 도시된 것처럼 스위칭모듈(200)을 향하는 일단부[자력부재(311)가 형성된 상단부일 수 있다]가, 스위칭모듈(200)이 온 상태에서(즉, 팬이 구동되는 상태에서) 팬(100)으로 통과되는 방향의 바람에 의해서는 스위칭모듈(200)로부터 멀어지는 쪽으로 회전하고, 도 3에 도시된 것처럼 그 역방향의 바람(도 3의 실선화살표 참조)에 의해서는 스위칭모듈(200)과 가까워지는 쪽으로 회전하게 배치될 수 있다. 따라서 역방향 바람에 대해서만 선택적으로 동작하며 스위칭모듈(200)을 작동시켜 팬(100)의 동작을 중지시키는 것이 가능하다.

이때 조작범위의 의미는 예를 들어, 스위칭모듈(200)을 동작시킬 수 있는 공간적인 거리를 의미할 수 있으며 이는 스위칭모듈(200)의 형태에 따라 다를 수 있다. 예를 들면 본 실시예에서와 같이 스위칭모듈(200)이 자력으로 작동하는 리드스위치로 형성되는 경우에는 비접촉 방식으로 작동이 가능하므로 조작범위가 스위칭모듈(200) 표면에 국한되지 않고 그 외측으로 확대될 수 있으나, 물리적인 접촉방식으로 동작하는 다른 형태의 스위치인 경우에는 조작범위가 해당 스위치의 표면 등으로 한정될 수 있다. 스위칭모듈(200)은 스윙모듈(300)이 이러한 조작범위 안으로 이동되면 온 상태에서 오프상태로 절환되어 팬(100)의 구동을 정지시키며, 다시 조작범위 밖으로 복귀되면 탄성 등에 의해 오프상태에서 온 상태로 자동 절환되며 팬(100)의 구동을 재개할 수 있다. 즉, 스윙모듈(300)로 스위칭모듈(200)을 조작함으로써 스윙모듈(300)이 역풍에 의해 회전하여 스위칭모듈(200)의 조작범위 안으로 이동하는 일정 시간 동안만 팬(100)의 구동을 정지시킬 수 있다.

스윙모듈(300)은 특히 수직방향으로 회전운동하며 위치가 변경되는 구조로 형성될 수 있다. 이때 수직방향으로 회전운동 한다는 것은 스윙모듈(300)이 회전하는 회전면이 수직방향으로 형성되어 있는 것을 의미한다. 스윙모듈(300)은 이러한 회전면에 대해 수직한 수평방향 힌지축(221)에 결합되어 회전(전술한 바와 같이 반회전을 포함하는 의미이며 이는 회전중심의 위치에 따라서 통상의 스윙운동이나 시소운동도 포함하는 개념일 수 있다)할 수 있다. 본 실시예에 따라 스윙모듈(300)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상단부가 스위칭모듈(200)을 향하고 하단부는 상단부보다 길게 연장되어 상단부와 하단부 사이의 힌지축(221)에 상하 방향으로 시소 운동이 가능하게 결합된 스윙바(310), 및 스윙바(310)의 하단부에 스윙바보다 넓은 폭으로 확장되어 바람을 맞게 형성된 스윙판(320)을 포함하여 형성된다. 힌지축(221)은 스위칭모듈(200)이 배치되어 있는 함체(210)에 내부의 힌지부(220)에 형성되며, 스윙바(310)의 상단부는 스위칭모듈(200)과 인접하게 함체(210) 내측으로 삽입된 상태에서 회전운동 할 수 있다. 함체(210) 내부에는 스윙바(310)의 상단부가 회전운동하기에 충분한 공간이 마련되며, 스윙바(310)의 상단부에는 전술한 자력부재(311)가 부착되어 리드스위치로 이루어진 스위칭모듈(200)에 근접하면 자기력으로 스위칭모듈(200)을 동작시키도록 형성될 수 있다.

이러한 구조로 스윙모듈(300)은 특히 스윙바(310)의 상단부를 이용하여 스위칭모듈(200)을 조작할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 팬(100)이 구동될 때 팬(100)을 통과하는 방향인 정방향의 바람(도 2의 점선화살표 참조)에 의해서는 스윙바(310)의 상단부가 힌지축(221)을 중심으로 회전하여 스위칭모듈(200)로부터 멀어지며, 도 3에 도시된 바와 같이 그와 반대인 역방향의 바람(도 3의 실선화살표 참조)이 부는 경우에만 스윙바(310)의 상단부가 스위칭모듈(200)의 조작범위 안으로 접근하여 스위칭모듈(200)을 작동시킬 수 있다. 따라서 역방향의 바람에 대해서만 선택적으로 스위칭모듈(200)을 조작하여 팬(100)의 구동을 중지시키고 불필요한 동력소모를 막을 수 있다. 이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 스윙모듈의 작동방식과 구조 등에 대해서 좀더 상세히 설명한다.

도 4는 도 2의 팬장치의 스윙모듈과 스위칭모듈 부분의 확대도이고, 도 5는 도 4의 스윙모듈 중 스윙판의 변경에 따른 효과를 나타낸 확대도이고, 도 6은 도 1의 팬장치의 스윙모듈의 구조와 결합방식을 나타낸 분해도이며, 도 7은 도 1의 팬장치의 스윙모듈 중 스윙판 둘레의 기류조절방식을 나타낸 작동도이다.

도 4를 참조하면, 스윙모듈(300)은 전술한 바와 같이 수직방향으로 회전하게 되어 있는바 회전변위가 생기면 그에 대응하여 자중에 의해 원위치로 복원되려는 회전력(T1)이 발생하게 된다. 이러한 회전력과 그 반대로 회전변위를 만들어 내는 힘 즉, 역풍의 압력에 의한 반대방향의 회전력(T2)이 균형을 이루는 지점에서 스윙모듈(300)은 적어도 일시적으로 정지하게 된다. 이때 스윙모듈(300)은 스위칭모듈(200)의 조작범위 안에서 스위칭모듈(200)을 오프 상태로 절환시키므로 스윙모듈(300)에 발생하는 양측 회전력(T1 및 T2)의 크기를 조절하면 균형을 이루는 지점의 위치를 바꾸어 스윙모듈(300)이 스위칭모듈(200)을 조작하는 시점도 바꿀 수 있다.

즉 스윙모듈(300)은 스윙바(310) 및 스윙판(320)의 자중에 의한 제1토크(T1)와, 스윙판(320)에 가해지는 바람(전술한 역방향의 바람)의 압력에 의한 제2토크(T2)가 평형을 이루는 지점에서, 스윙바(310)의 상단부가 스위칭모듈(200)을 향해 수직방향에 대해 일정한 경사각(θ)을 이루며 정지될 수 있다. 이때 스윙모듈(300)에 가해지는 토크를 산출해 보면, 예를 들어, 힌지축(221)으로부터 스윙모듈(300)에 중력이 가해지는 질량중심까지의 거리를 L1(예를 들어, 스윙바 또는 그의 연장선상에 위치하는 어느 한 점의 거리로 표현될 수 있다)이라 하고, 질량중심에서 제1토크를 생성하는 스윙바(310)에 수직한 방향의 힘을 F1이라 하면, 제1토크(T1)의 크기는 F1×L1이 되며, 반대로 바람이 압력을 가하는 스윙판(320)의 중심과 힌지축(221)과의 거리를 L2(예를 들어, 스윙바 또는 그의 연장선상에 위치하는 어느 한 점의 거리로 표현될 수 있다)라 하고, 바람이 스윙판(320)에 가하는 압력에 의해 제2토크를 생성하는 스윙판(320)에 수직한 방향의 힘을 F2라 하면, 제2토크(T2)의 크기는 F2×L2가 될 수 있다. 따라서 이들의 균형상태를 F1×L1 = F2×L2의 산식으로 표현할 수 있다. 이때 F1은 질량중심에서 스윙모듈(300)에 가해지는 중력의 스윙바(310)에 대해 수직한 성분이므로, 이는 스윙바(310) 및 스윙판(320) 전체의 질량과, 중력가속도와, 중력방향에 대해 스윙바(310)가 이루고 있는 각도(θ)의 사인값의 곱으로 표현될 수 있다. 또한 F2는 유체역학적으로 공기의 밀도와, 풍속 및 바람을 받는 스윙판(320)의 면적으로 표현되는 풍량과, 풍속의 곱으로 표현될 수 있고, 이때 바람방향을 수평방향으로 가정하면 바람을 받는 스윙판(320)의 면적은 스윙판(320) 본래 면적의 중력방향에 대해 스윙판(320)이 이루고 있는 각도(θ)의 코사인값으로 표현될 수 있다. 따라서 이를 종합하면, F1×L1 = F2×L2의 산식은, 스윙바(310)와 스윙판(320)의 전체질량×중력가속도×sinθ×L1 = 공기밀도×스윙판(320)의 면적×풍속²×cosθ×L2로 바꾸어 표현할 수 있으며 이에 따라 tanθ = [공기밀도×스윙판(320)의 면적×풍속²×L2]/[스윙바(310)와 스윙판(320)의 전체질량×중력가속도×L1]으로 표현되며 tanθ의 역함수로부터 경사각(θ)과 나머지 요소들의 관계를 구할 수 있다. 즉, 경사각은 풍속, 스윙판(320)의 면적, 스윙바(310) 및 스윙판(320)의 질량, 및 질량중심까지의 거리 L1과 스윙판(320)의 중심까지의 거리 L2에 따라 변화되며 풍속이 일정하다면, 같은 풍속에서도 나머지 요소들을 변화시켜 경사각을 바꿀 수 있다.

따라서 본원 발명의 스윙모듈(300)은 스윙판(320)과 힌지축(221)과의 거리, 스윙판(320)의 면적, 및 스윙판(320)의 무게 중 적어도 어느 하나를 변경시킬 수 있도록 형성되며, 스윙판(320)의 변경에 따라서 경사각의 크기를 조절하도록 형성된다. 이에 대한 예가 도 5에 도시되어 있다. 예를 들어, 스윙판(320)의 면적을 축소시키는 동시에 힌지축(221)으로부터 스윙판(320)의 거리를 바꿀 수 있다. 스윙판(320)의 무게는 재질변경 등을 통해 그대로 유지할 수 있다. 그러한 경우 스윙판(320)의 면적이 경사각의 크기에 직접적으로 비례하는 인자로 나타나며 따라서 면적이 작은 스윙판(320)을 이용하여 경사각의 크기를 감소시킬 수 있다. 힌지축(221)으로부터 질량중심까지의 거리와 스윙판(320)의 중심위치는 스윙판(320)의 거리 변동에 대응하여 함께 커지거나 줄어들게 되므로 힌지축(221)에 대한 스윙판(320)의 거리는 경사각의 변경에 상대적으로 영향을 적게 미칠 수 있다. 그러나 상기한 각 변수들을 조정하거나 유지하는 방식은 다양하므로 그러한 방식으로 통해 보다 경사각의 조절에 효과적인 방식으로 스윙판(320)을 변경시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 스윙모듈(300)은 스윙판(320)이 스윙바(310)로부터 착탈이 가능하며 힌지축(221)으로부터의 거리도 용이하게 조절이 가능한 구조로 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이 스윙판(320)의 내측에는 스윙바(310)의 길이방향으로 관통된 슬라이딩 홈(323)이 형성될 수 있고, 스윙바(310)가 슬라이딩 홈에 슬라이딩 방식으로 삽입되어 착탈될 수 있다. 스윙판(320) 및 스윙바(310) 중 적어도 어느 하나에는 이러한 슬라이딩 홈(323)의 길이방향을 따라서 배열된 복수 개의 체결공(312)이 형성되고 체결공(312) 중 어느 하나를 통해서 스윙판(320)과 스윙바(310)를 관통하여 체결되는 고정나사(324)가 형성될 수 있다. 따라서 고정나사(324)를 이용하여 스윙판(320)과 스윙바(310)를 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라 힌지축(221)과 스윙판(320) 사이의 거리도 원하는 대로 변경시킬 수 있다. 이러한 스윙판(320)은 면적, 무게 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 것을 복수 개 준비할 수 있으며 그에 따라 서로 다른 스윙판(320, 320-1, 320-2)을 선택적으로 스윙바(310)에 결합하여 경사각이 조절되도록 할 수 있다.

이러한 방식으로 경사각을 조절하면 특정 풍속에서 스윙모듈(300)이 스위칭모듈(200)의 조작범위 안으로 이동하거나 또는 이동하지 않도록 원하는 대로 바꿀 수 있다. 또는 팬(100)의 구동을 정지시키는 풍속을 설정하고 해당 풍속에서 조작범위 안으로 이동하도록 경사각의 크기를 풍속에 맞추어 설정할 수 있다. 따라서, 장치를 보다 민감하게 설정하여 역풍의 크기가 작은 경우에도 팬(100)의 구동을 정지시킬 수도 있고 필요에 따라 상대적으로 역풍의 크기가 큰 경우에만 팬(100)의 구동을 정지시키는 것도 가능하다. 이러한 방식으로 장치가 설치된 지점의 풍속, 풍향 등을 고려하여 매우 정밀하게 장치를 제어할 수 있다.

한편, 스윙판(320)은 도시된 바와 같이 바람의 받는 일 면과 그와 반대편인 타 면이 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 스윙판(320)은 전술한 온 상태에서 팬(100)으로 통과되는 바람방향(즉, 전술한 정방향)과 역방향의 바람을 맞는 면에 배치된 평면 형상의 받음면(321)과, 받음면(321)의 반대편으로 돌출되며 스윙판(320) 둘레에 형성된 기류와 접촉하여 기류의 박리시점을 늦추는 곡면형상의 기류조절면(322)을 포함할 수 있다. 즉 도 7에 도시된 것처럼, 스윙판(320)은 역풍을 받는 받음면(321)의 반대방향으로 돌출되어 연장되어 있는 곡면형상의 면들을 포함하는 형상으로 형성될 수 있으며 이를 통해 스윙판(320)의 둘레를 지나 흐르는 기류의 박리시점을 늦출 수 있다. 특히 기류조절면(322)은 스윙판(320)의 측면 둘레와 연결된 매끈한 유선면으로 형성되어 유선면을 따라 기류가 흐르도록 할 수 있다.

이러한 스윙판(320)의 형상에 의해서 스윙판(320) 둘레를 흐르는 기류는 스윙판(320)에 부착된 시간이 증가하게 되며 따라서 스윙판(320)의 거동이 보다 안정성을 갖게 된다. 이로 인해 스윙모듈(300) 전체가 스위칭모듈(200)의 조작범위 안으로 이동하거나 또는 그 밖으로 이동하는 어느 경우에도 보다 부드럽게 회전하게 되며 불필요한 요동은 제거할 수 있다. 즉, 기류조절면(322)을 이용하여 스윙판(320)의 바람에 의한 거동에 안정성을 부여하고 요동 등을 최소화하여 동작시킬 수 있다. 이러한 거동의 안정성은 유체가 쉽게 박리되어 불안정적으로 진동하는 단순한 판형상 부재 등은 나타낼 수 없는 것으로서, 특히 본원 발명의 스윙모듈(300)을 이용한 기계적 제어에 신뢰성을 부여하는 효과를 나타내게 된다. 기류조절면(322)은 도 7에 도시된 바와 같이 스윙판(320)의 좌우 측면 또는 상하 측면의 어느 방향으로도 연결되어 있는 입체적인 곡면으로 형성될 수 있으며 이를 통해 보다 효과적인 기류 조절이 가능하다. 한편 필요한 경우에는, 이러한 기계적 동작의 안정성 외에도, 예를 들어 스위칭모듈(200)의 온 또는 오프신호 처리 시에 캐패시터와 같은 시간지연이 가능한 소자를 이용하여 불안정 신호를 제거하는 등의 방식으로 신호 처리의 안정성을 갖게 하는 것도 가능할 수 있다. 이와 같은 방식으로 팬(100)의 동작을 보다 안정적으로 제어할 수 있다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각장치에 대해 상세히 설명한다. 설명이 간결하고 명확하도록 전술한 실시예와 차이나는 부분에 대해 중점적으로 설명하며 별도로 언급되지 않은 부분에 대한 설명은 전술한 설명으로 대신한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 팬장치를 포함하는 냉각장치의 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 의한 바람에 의해 자동제어되는 팬장치를 포함하는 냉각장치(10)는, 전술한 팬장치(1)와, 열교환기(2)로 구성될 수 있다. 열교환기(2)는 일 측은 팬장치(1)의 팬(100)과 접하며 타 측은 열원(미도시-건물 등의 내부에 있는 여러 가지 발열체일 수 있다)과 접촉되어 열원으로부터 팬(100)으로 열을 수송하여 소산시키는 것일 수 있다. 열교환기(2)는 예를 들면, 팬(100)의 구동에 의해 순환하는 외기와 손쉽게 접촉하도록 팬(100)의 하우징(101)과 유사하게 회전날개(110) 둘레를 둘러싸는 관로를 포함하는 형태로 형성될 수 있고 이러한 관로 내부로 흡열한 열매체(도 8의 점선화살표 참조)가 열교환하여 냉각된 후 빠져나가는 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 열매체는 유체입출부(21)를 통해 입출될 수 있으며 유체입출부(21)와 열원 사이에 연결된 순환관(미도시) 등을 통해서 열매체가 열을 수송하는 구조로 되어 있을 수 있다. 그러나 이와 같이 한정될 필요는 없으며 열교환기(2)는 열원의 열을 외기와 접촉시켜 소산시킬 수 있는 여러가지 다양한 형태로 형성될 수 있다.

이러한 냉각장치(10)는 받침대(11)등을 이용하여 건물의 옥상 등에 설치할 수 있다. 그러한 경우 전술한 바와 같이 다양한 방향으로 바람이 불 수 있고, 특히 팬(100)의 구동을 방해하는 역풍이 부는 경우에는 그에 의해 회전하는 스윙모듈(300)을 이용하여 스위칭모듈(200)을 조작함으로써 적절한 시점에서 팬(100)의 구동을 중지시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 스윙판(320)을 조절하여 팬장치(1)가 역풍에 반응하는 민감도나 스위칭모듈(200)이 조작되는 시점을 바꾸어 줄 수 있으며 이를 통해 다양한 방식으로 냉각장치(10)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 팬장치(1)가 역풍에 민감하게 반응하도록 하여 역풍의 풍속이 상대적으로 작더라도 바로 팬장치(1)의 구동이 중지되도록 하는 것도 가능하나, 필요에 따라서는, 냉각성능을 확보하기 위해 열교환기(2)의 냉각에 필요한 풍량과 그에 대응하는 풍속을 산출하고 역풍의 풍속이 일정수준이 될 때까지는 팬장치(1)가 그대로 동작하도록 할 수도 있다. 그러한 경우 팬장치(1)가 중지되면 역풍에 의한 자연바람으로 열교환기(2)로부터 열을 소산시켜 원활한 냉각성능을 지속적으로 확보할 수 있다. 또한 역풍이 제거되거나 설정된 풍속에 미치지 못하게 감소되면 자동적으로 스윙모듈(300)이 원상 복귀하며 팬(100)의 구동을 재개할 수 있다.

따라서 이와 같은 바람에 의해 제어되는 팬장치(1)의 장점을 활용하여 불필요한 동력손실을 없애면서 매우 원활하게 냉각장치(10)를 작동시킬 수 있고 이를 통해 건물 내부에서 발생하는 열을 건물 외부로 이동시켜 효과적으로 제거하는 것이 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 팬장치 2: 열교환기
10: 냉각장치 21: 유체입출부
100: 팬 101: 하우징
110: 회전날개 120: 모터
130: 지지대 200: 스위칭모듈
210: 함체 220: 힌지부
221: 힌지축 201: 배선
300: 스윙모듈 310: 스윙바
311: 자력부재 312, 325: 체결공
320: 스윙판 321: 받음면
322: 기류조절면 323: 슬라이딩 홈
324: 고정나사

Claims (11)

1. 모터에 의해 구동되며 외기에 노출되어 있는 팬;
   상기 팬과 연결되어 상기 팬을 구동시키는 온 상태와, 상기 팬의 구동을 중단시키는 오프 상태로 절환되며 상기 팬에 제어신호를 전송하는 스위칭모듈; 및
   상기 팬과 인접하게 외기에 노출된 상태로 배치되고, 일 측이 힌지 결합되어 바람을 받아 회전하여 상기 스위칭모듈과의 거리가 변동되며, 상기 바람이 일정 풍속을 넘어서면 상기 스위칭모듈을 조작할 수 있는 조작범위 안으로 이동되어 상기 스위칭모듈을 상기 온 상태에서 상기 오프 상태로 절환시키는 조작을 하는 스윙모듈을 포함하고,
   상기 스윙모듈은, 상기 스위칭모듈을 향하는 일단부가, 상기 온 상태에서 상기 팬으로 통과되는 방향의 바람에 의해서는 상기 스위칭모듈로부터 멀어지는 쪽으로 회전하고, 그 역방향의 바람에 의해서는 상기 스위칭모듈과 가까워지는 쪽으로 회전하게 배치되고,
   상기 스윙모듈은, 상단부가 상기 스위칭모듈을 향하고 하단부는 상기 상단부보다 길게 연장되어 상기 상단부와 상기 하단부 사이의 힌지축에 상하 방향으로 시소 운동이 가능하게 결합된 스윙바, 및 상기 스윙바의 상기 하단부에 상기 스윙바보다 넓은 폭으로 확장되어 바람을 맞게 형성된 스윙판을 포함하고,
   상기 스윙모듈은, 상기 스윙바 및 상기 스윙판의 자중에 의한 제1토크와, 상기 스윙판에 가해지는 바람의 압력에 의한 제2토크가 평형을 이루는 지점에서, 상기 스윙바의 상단부가 상기 스위칭모듈을 향해 수직방향에 대해 일정한 경사각을 이루며 정지되고,
   상기 스윙모듈은, 상기 스윙판과 상기 힌지축과의 거리, 상기 스윙판의 면적, 및 상기 스윙판의 무게 중 적어도 어느 하나를 변경시킬 수 있도록 형성되어, 상기 스윙판의 변경에 따라 상기 경사각의 크기를 조절하도록 형성된 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 스윙판의 내측에 상기 스윙바의 길이방향으로 관통된 슬라이딩 홈을 더 포함하고, 상기 스윙바가 상기 슬라이딩 홈에 슬라이딩 방식으로 삽입되어 착탈되는 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 스윙판 및 상기 스윙바 중 적어도 어느 하나에 상기 슬라이딩 홈의 길이방향을 따라서 배열된 복수 개의 체결공, 및 상기 체결공 중 어느 하나를 통해서 상기 스윙판과 상기 스윙바를 관통하여 상기 스윙판과 상기 스윙바를 고정시키는 고정나사를 더 포함하는 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 스윙바는 상기 상단부에 자력부재를 포함하며, 상기 스위칭모듈은 상기 자력부재의 자기력으로 작동되는 리드스위치로 형성되는 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 스윙판은 상기 온 상태에서 상기 팬으로 통과되는 바람방향과 역방향의 바람을 맞는 면에 배치된 평면형상의 받음면과, 상기 받음면의 반대편으로 돌출되며 상기 스윙판 둘레에 형성된 기류와 접촉하여 상기 기류의 박리시점을 늦추는 곡면형상의 기류조절면을 포함하는 바람에 의해 자동제어되는 팬장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 기류조절면은 상기 스윙판의 측면 둘레와 연결된 매끈한 유선면으로 형성되는 바람에 의해 자동 제어되는 팬장치.
11. 제1항 혹은 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 팬장치; 및
    일 측은 상기 팬장치의 팬과 접하며 타 측은 열원과 접촉되어 상기 열원으로부터 상기 팬으로 열을 수송하여 소산시키는 열교환기를 포함하는 바람에 의해 자동제어되는 팬장치를 포함하는 냉각장치.

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