KR102305225B1 - 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템 - Google Patents

Abstract

다수개의 에이포일 블레이드를 덕트 내부에 흐르는 바람을 정면으로 대향할 수 있도록 설치하여, 점 평균 풍속이 아닌 면 평균 풍속 측정으로 보다 정확한 덕트 내 풍속 데이터의 수집이 가능한 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템이 개시된다. 이와 같은 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은, 덕트 사이에 연결되는 중공(110)이 형성된 댐퍼 프레임(120)을 구비한 댐퍼부(100)와; 상기 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수직방향 또는 수평방향으로 회동 가능하게 설치되며, 통과하는 바람의 풍속에 따라 양력의 변화를 이용하여 풍속을 측정하는 풍속 측정부(200)와; 상기 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수평방향 또는 수직방향으로 회동 가능하게 설치되며, 상기 중공(110)을 통과하는 바람의 풍량을 가변적으로 조절하는 개도 조절부(300)와; 미리 설정된 관리자의 제어명령 또는 조작에 따라 상기 풍속 측정부(200)의 측정값에 따라 미리 설정된 풍량제어신호를 출력하는 제어부(400)와; 상기 제어부(400)에서 출력되는 풍량제어신호에 따라 상기 개도 조절부(300)의 풍량조절동작을 실행시키는 모터 구동부(500)로 구성된다.

Description

댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템{Damper integral wind control system}

본 발명은 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기가 흐르는 통로 역할을 하는 덕트 내부의 풍속 데이터 오차를 최소화하면서 수집 및 업데이트를 가능하게 하는 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 풍량 측정계는 실험실 및 클린룸 등에 적용되는 공조기 및 덕트의 풍량 뿐만 아니라 일반적인 공기조화(HVAC) 시스템에서도 풍량의 측정을 위해 활용되고 있다. 특히, 제품의 제조시 청정 환경 구축 등 클린룸 제반 시설이 반드시 필요한 반도체, 이차 전지, 디스플레이 분야의 클린룸 시공을 담당하는 클린룸 시공 업체들과, 클린룸에 들어가는 주요 장비를 취급하는 클린룸 장비 업체들의 입장에서 풍량 측정은 매우 중요한 기술적 요인이 되고 있다.

종래의 풍량 측정계를 이용한 풍량 측정 방법은 덕트 외부에서 내부로 피토튜브나 열선 측정계, 베인 프로브 중 하나를 삽입하여 측정하고, 측정자가 직접 디스플레이를 통해 측정치를 확인하는 방법이 주를 이루고 있으므로, 측정자가 휴대하기 편하도록 점차 크기가 작아지는 추세이다.

일례로 대한민국 등록특허번호 제10-1699025호 (2017년01월17일)에는 실린더 부재 일 측에 댐퍼가 구성되고, 댐퍼와 노즐사이의 거리가 2.5피트 이하로 구성함으로써 풍량 측정장치의 소형화 및 최소화 할 수 있고, 실린더 부재에 받는 공기저항을 최소화 함으로써 공기의 유동성을 향상하도록 구성된 공기저항 반력을 최소화한 풍량 측정장치가 개시된다.

또한, 휴대용 풍량 측정계의 경우, 풍량을 단독으로 측정하는 장치보다는 그 밖의 압력, 온도, 습도 등 실내 환경 변수를 동시에 측정하여 측정값을 제공하거나, 측정계에 다양한 프로브 및 모듈을 교체 연결하여 현장의 환경 조건에 따라 선택적으로 측정하는 것이 가능한 다기능 모듈 교체형의 측정계도 점차 증가하고 있는 추세이다.

그러나, 풍속, 풍량 측정이 상시적으로 필요한 고정형 풍량 측정계의 경우에는 덕트, Fan-inlet, 소음기 등에 설치용 풍량 측정계를 주로 설치하거나, 덕트, Fan-inlet, 소음기 등에 피토튜브 등의 프로브가 배열된 형태로 설치하면서 케이스와 플랜지로 마감한다.

이와 같은 종래의 덕트 내의 풍속 및 풍량을 측정하는 방법은 크게 (1) 피토튜브를 이용하여 측정하는 방법과, (2) 풍속·풍량계를 이용하여 측정하는 방법으로 구분할 수 있다.

먼저, 피토튜브를 이용하여 측정하는 방법은, 피토튜브를 덕트에 삽입한 상태에서, 전압(Total Pressure), 정압(Static Pressure)을 측정하고, 전압에서 정압을 뺀 값인 동압(Dynamic Pressure)을 구하는 방식이 가장 보편적인 방법이며, 최근에는 에너지 절감을 위한 가변 풍량 시스템(Variable air Volume System)의 도입으로 풍량의 실시간 체크와 그에 따른 풍량 제어가 요구되므로, 외기 도입덕트에 풍량 측정기(Flow Measuring Station)를 설치하여 풍량 측정기에 구비된 피토튜브를 통해 덕트 내 풍량을 측정하는 방법도 널리 이용되고 있다.

또한, 풍속·풍량계를 이용하여 측정하는 방법은 풍속·풍량계의 종류에 따라 회전식 바람개비형 풍속계와 열선 풍속계로 나뉠 수 있는데, 회전식 바람개비형 풍속계는 바람이 통과함에 따라 축이 회전하며 홀효과 센서에 의해 극성이 감지되고, 이 극성이 변하는 주기에 따라 바람의 속도를 측정하며, 열선 풍속계는 바람이 통과할 때 열선의 온도가 내려가게 되면 온도를 다시 유지하기 위해 높여주는데 이 때의 전류량을 계산하여 풍속으로 변환한다.

또다른 예로, 또한, 대한민국 공개특허번호 제10-2018-0056293호 (2018년05월28일)에는필터 덕트로 유입되는 유량을 측정하는 유량 측정부와, 유량 측정부 상류측에 배치되어 모터의 구동에 의하여 유로의 개폐도를 조절하는 전동식 댐퍼와, 유량 측정부에서 측정된 유량값을 전달받고, 전동식 댐퍼의 개폐도를 제어하는 제어부를 포함하는 풍량 측정 및 풍량 자동조절이 가능한 일체형 댐퍼 장치가 개시된다.

또한, 대한민국 공개특허번호 제10-2020-0058043호 (2020년05월27일)에는 환기덕트에 설치되며, 댐퍼모터에 의한 블레이드의 회전에 따라 풍량을 조절하는 댐퍼와, 댐퍼 전후단의 압력차이인 댐퍼의 차압를 센싱하는 차압센싱부와, 댐퍼의 설치전 실험을 통해 측정된 댐퍼의 차압 변화 및 블레이드의 회전각 변화에 따른 풍량값 데이터가 저장된 측정데이터DB와, 사용자로부터 풍량값을 설정 받는 풍량 설정부와, 설정 받은 풍량값과 센싱되는 댐퍼의 차압에 매칭되는 블레이드의 회전각을 측정데이터DB로부터 찾아 블레이드의 회전을 제어하는 풍량제어모듈을 포함하는 정풍량 댐퍼 제어시스템이 개시된다.

또한, 대한민국 등록특허번호 제10-2161320호 (2020년09월23일)에는 덕트 내 유동되는 공기의 유량을 가변적으로 조절하여 설정할 수 있을 뿐만 아니라 댐퍼 몸체내에서 풍량을 가변적으로 조절하는 풍량 조절판의 회전각을 외부에서 육안으로 용이하게 확인하도록 함과 아울러, 공기가 유동되는 공간을 제외한 댐퍼 몸체 내주와 풍량 조절판의 외주 간 발생되는 갭을 줄여 풍량 조절 오차를 최소한으로 줄일 수 있는 덕트 연결용 풍량 조절 댐퍼 및 이를 갖는 풍량 조절 시스템이 개시된다.

그러나 이와 같은 종래의 풍량 측정방법은 덕트에 구멍을 내어 피토튜브나 열선 풍속계를 삽입하여 측정하거나, 토출구, 흡입구 등의 외부에서만 측정이 가능하거나, 덕트 내부의 난류가 혼재하여 기존의 측정방법을 사용하여 측정지점별 평균풍속을 측정할 경우, 측정값의 수치 변동이 심하여 정확한 계측이 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 덕트 내부의 난류가 혼재하여 기존의 측정방법을 사용하여 측정지점별 평균풍속을 측정할 경우, 측정값의 수치 변동이 심하여 정확한 계측이 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래의 풍량 측정계의 경우, 덕트 내의 와류 및 난류의 영향을 최소화하기 위해 일정 길이 이상의 직선 구간이 확보된 지점에서 측정을 하여야 하거나, 측정 위치의 앞단에 공기의 흐름을 일정하게 변화시켜주는 정류격자, 허니콤 격자 등을 추가로 설치해야 하는 단점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1699025호 (2017년01월17일) 대한민국 공개특허번호 제10-2018-0056293호 (2018년05월28일) 대한민국 공개특허번호 제10-2020-0058043호 (2020년05월27일 대한민국 등록특허번호 제10-2161320호 (2020년09월23일)

따라서, 본 발명은 이상에서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 에이포일 블레이드를 덕트 내부에 흐르는 바람을 정면으로 대향할 수 있도록 설치하여, 점 평균 풍속이 아닌 면 평균 풍속 측정으로 보다 정확한 덕트 내 풍속 데이터의 수집이 가능한 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 난류와 와류의 흐름을 일정한 속도의 흐름으로 바꾸어주는 정류격자와 같은 장치도 불필요한 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 종래의 풍량 측정시 사용하는 피토튜브와 같은 프로브를 덕트 내부에 삽입하거나 설치하는 점을 개선하여 댐퍼 일체형의 구성으로 설치 상의 각도가 틀어질 확률이 낮아 정밀한 측정이 가능하고, 측정이 간편하며, 유지·보수비용을 절감시킬 수 있는 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은, 덕트 사이에 연결되는 중공(110)이 형성된 댐퍼 프레임(120)을 구비한 댐퍼부(100)와; 상기 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수직방향 또는 수평방향으로 회동 가능하게 설치되며, 통과하는 바람의 풍속에 따라 양력의 변화를 이용하여 풍속을 측정하는 풍속 측정부(200)와; 상기 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수평방향 또는 수직방향으로 회동 가능하게 설치되며, 상기 중공(110)을 통과하는 바람의 풍량을 가변적으로 조절하는 개도 조절부(300)와; 미리 설정된 관리자의 제어명령 또는 조작에 따라 상기 풍속 측정부(200)의 측정값에 따라 미리 설정된 풍량제어신호를 출력하는 제어부(400)와; 상기 제어부(400)에서 출력되는 풍량제어신호에 따라 상기 개도 조절부(300)의 풍량조절동작을 실행시키는 모터 구동부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은 다음과 같이 기술적, 산업적, 환경적인 효과를 갖는다.

<기술적 효과>

먼저, 본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은 종래의 풍속 측정시 사용하는 점 평균 측정법을 개선하여 다수개의 에이포일 블레이드를 덕트 내부에 흐르는 바람을 정면으로 대향할 수 있도록 설치하여 면 평균 측정이 가능하므로, 덕트 내부의 난류 및 와류에 의한 오차율을 줄일 수 있고, 이에 따라 전체적인 측정값의 신뢰도가 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은 종래의 풍량 측정계의 설치시 필요한 직선거리를 별도로 확보할 필요가 없으며, 난류와 와류의 흐름을 일정한 속도의 흐름으로 바꾸어주는 정류격자와 같은 장치도 불필요하므로, 풍량 측정시 공간 확보에 대한 부담을 경감시킬 수 있다.

<산업적 효과>

본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은 종래의 풍량계와 같이 별도의 설치 시간이 걸리지 않으며, 댐퍼 일체형으로 구성되므로 반도체 제조 공정 등 클린룸의 상시 가동이 필요한 경우에도 제조 라인의 멈춤 없이 설치가 가능하므로, 제조 산업의 생산성을 향상시킬 수 있다.

<환경적 효과>

또한, 본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은 풍량 측정 후 즉각적인 풍량 조절이 가능해지므로, 결과적으로 송풍량 및 송풍에 필요한 팬 작동량이 줄어들고, 전체적인 에너지 사용이 감소하여 환경 문제 개선에 이바지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템의 적절한 활용으로 업무 및 작업 공간을 쾌적하게 유지하는 것이 가능하며, 업무 및 작업 환경이 개선되고 사용자의 건강 증진에 기여할 수 있다.

<정책적 효과>

본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은 종래의 풍량 측정시 사용하는 피토튜브와 같은 프로브를 덕트 내부에 삽입하거나 설치하는 점을 개선하여 댐퍼 일체형의 구성으로 설치 상의 각도가 틀어질 확률이 낮아 정밀한 측정이 가능하고, 측정이 간편하며, 측정자 또는 설치자의 숙련도와 관계없이 일정한 측정값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 유지·보수비용이 절감되어 국내 계측·측정 시스템의 글로벌 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

또한, 계측과 제어 통신이 동시에 가능한 풍량 측정 조절계를 통해 클린룸의 공기 청정도를 정밀하게 유지할 수 있으며, 그에 따른 클린룸이 도입된 제조 현장의 생산성 향상 및 작업환경 개선으로 제조 산업의 글로벌 경쟁력 제고로 이어지는 선순환 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템의 전체적인 형상을 보인 사시도이며;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템의 블럭구성도이며;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템의 요부에 대한 분해도이며;
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템에서 에어포일 블레이드의 양력, 받음각, 풍속의 상관관계 데이터를 수집할 경우에는, 공기의 온도 조건에 따른 변위값을 고려하여 데이터에 반영하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미한다.

또한, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템의 전체적인 형상을 보인 사시도이며; 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템의 블럭구성도이며; 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템의 요부에 대한 분해도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은, 사각관 형상의 덕트 사이에 연결되는 사각관 형상의 중공(110)이 형성된 댐퍼 프레임(120)을 구비한 댐퍼부(100)와, 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수직방향 또는 수평방향으로 회동 가능하게 설치되며, 통과하는 바람의 풍속에 따라 양력의 변화를 이용하여 풍속을 측정하는 풍속 측정부(200)와, 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수평방향 또는 수직방향으로 회동 가능하게 설치되며, 중공(110)을 통과하는 바람의 풍량을 가변적으로 조절하는 개도 조절부(300)와, 미리 설정된 관리자의 제어명령 또는 조작에 따라 풍속 측정부(200)의 측정값에 따라 미리 설정된 풍량제어신호를 출력하는 제어부(400)와, 제어부(400)에서 출력되는 풍량제어신호에 따라 개도 조절부(300)의 풍량조절동작을 실행시키는 모터 구동부(500)와, 제어부(400)의 제어에 따라 미리 설정된 주기로 풍속 측정부(200)의 측정값과 제어부에서 출력하는 풍량제어신호를 포함하는 풍속 데이터를 데이터베이스화하여 저장하고, 제어부(400)의 제어에 따라 독출하는 데이터베이스(600)와, 제어부(400)의 제어에 따라 데이터베이스(600)에 저장된 데이터를 외부로 전송하거나, 외부에서 전송되는 풍량제어신호를 수신하는 무선 송수신부(700)로 구성된다.

여기서, 개도 조절부(300)는 풍속 측정부(200)의 측정값이 미리 설정된 풍속값보다 작은 경우 댐퍼(310)의 개폐도를 증가시키는 반면, 풍속 측정부(200)의 측정값이 미리 설정된 풍속값보다 큰 경우 댐퍼(310)의 개폐도를 감소시키는 것이 바람직하다.

여기서, 풍속 측정부(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 댐퍼 프레임(120)에 수직방향 또는 수평방향으로 일정 간격으로 설치되며, 회전용 축봉(212)이 양단 외측 방향으로 일정 길이 돌출 형성된 하나 이상의 에어포일 블레이드(210)와, 내측면은 댐퍼 프레임(120)에 고정되면서, 에어포일 블레이드(210)의 축봉(212)이 삽입되어 회동 가능하게 설치되는 제1 회전 축공(미도시)이 형성되며, 하단부에 일정 간격을 유지하면서 외측방향으로 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b)가 형성된 브라켓(220)과, 브라켓(220)의 제1 회전 축공을 관통하여 돌출된 회전 축봉(210)에 삽입되면서 브라켓(220)의 내측면에 밀착 결합되며, 중심부에 제2 회전축공(232)이 형성된 축 지지판(230)과, 상부는 축 지지판(230)의 제2 회전축공(232)을 관통한 회전용 축봉(212)에 삽입 및 고정되도록 제3 회전축공(242)이 형성되며, 하부는 브라켓(220)의 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b) 사이에 삽입되도록 배치되는 측정용 연결바(240)와, 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b) 중 임의의 돌출 날개(224a,224b)의 내측에 설치되어, 측정용 연결바(240)의 수평이동에 따른 힘을 감지하는 압력 감지부(250)와, 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b) 중 임의의 돌출 날개(224a,224b)의 외측면에 설치되어, 사용자의 수조작에 의해 측정용 연결바(240)와 압력 감지부(250)의 접촉상태를 조절하기 위한 영점 조정부(260)로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서 풍속 측정부(200)를 구성하는 각각의 에어포일 블레이드(210)는 도 1에 도시된 바와 같이, 댐퍼부(100)의 후단에 다수개가 일정 간격으로 설치되는 것이 바람직하며, 이와 같은 배치적 특징은 종래의 점 평균 풍량 측정방법을 개선한 면 평균 측정방법으로 종래 보다 상대적으로 손쉽게 풍량을 측정할 수 있게 하고, 측정된 풍량값을 통해 댐퍼부(100)의 개도를 제어하여 실시간으로 풍량을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서 풍속 측정부(200)를 구성하는 각각의 에어포일 블레이드(210)는 형상적 특징에 따라 에어포일에 작용하는 양력과 받음각, 양력이 감소하는 비율 등이 큰 차이를 보이므로, 쓰이는 용도에 따라 상하대칭, 또는 비대칭 등의 형상적 특징을 고려해야하는데, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 덕트 내부의 평균 풍량이 15m/s 내외인 점을 감안할 때 덕트 내부 환경에 가장 적합한 에어포일 형상을 갖는 것이 바람직하다.

이에 따라 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 풍속 측정부(200)를 구성하는 각각의 에어포일 블레이드(210)를 덕트 내부를 통과하는 바람을 정면으로 대향할 수 있도록 설치하여, 종래의 풍량 측정계가 덕트 내부의 임의의 점을 통과하는 점의 풍속을 측정하여, 그 점들의 풍속의 평균값을 통해 덕트의 풍량을 계산하는 방식을 사용하지 않는 덕트 내부를 가로지르도록 설치된 에어포일 블에이드(210)를 통과하는 면적의 풍속을 측정하게 되므로 정확한 덕트 내 풍속 데이터의 수집할 수 있다.

또한, 각각의 에어포일 블레이드(210)의 장축을 기준으로 위, 아래로 구분하였을 때, 난류 또는 와류 등에 원인으로 구간별로 에어포일 블레이드를 통과하는 풍속에 차이가 있다 하더라도 에어포일 블레이드(210)가 연결되어 있기 때문에 풍속에 따른 에어포일의 받음각은 하나만 존재하기 때문에 덕트 내의 풍속은 저속이므로 풍속 차이에 의한 에어포일의 뒤틀림에 대해서는 배제될 수 있다. 그러므로 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 종래와 같이 별도의 평균값을 계산할 필요가 없으며, 이러한 평균값 계산과정이 생략됨으로써 풍속 데이터의 측정이 더 신속히 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서 각각의 에어포일 블레이드(210)를 이용하여 현재 통과하는 바람에 대한 받음각을 측정하기 위해서, 제어부(400)는 압력 감지부(250)에 구비된 압력센서를 이용하여 각각의 에어포일 블레이드(210)의 축봉(212)에 연결된 측정용 연결바(240)가 전달하는 압력을 측정하여 받음각을 측정한다.

이때, 풍속이 증가할수록 받음각은 증가하면서 측정용 연결바(240)가 압력센서에 압력을 가하게 되면, 그에 따른 반작용의 힘이 측정용 연결바(240)에 가해지게 되는데, 제어부(400)는 이 반작용의 힘이 에어포일 블레이드(210)의 양력 또는 받음각에 영향을 주는 것으로 판단한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각각의 에어포일 블레이드(210)의 형상은 양력 및 받음각 등의 각 요소 간 변화가 매우 크기 대문에 표준화된 계산식을 그대로 적용하지 않고 데이터베이스(600)에 누적된 풍속 데이터에 대응하는 받음각의 변화를 측정한 실험값을 토대로 하여 형성화하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서 압력 감지부(250)는, 각각의 에어포일 블레이드(210)의 받음각 측정을 위해 디지털 형인 엔코더나 아날로그형에 속하는 리졸버, 포텐셔미터와 같은 센서를 이용하여 측정할 수가 있으며, 가속도 센서나 자이로 센서 등의 관성 센서를 이용해도 물체의 각속도 등을 측정할 수 있으므로 각속도를 적분해서 각도로 변환할 수 있다.

여기서, 디지털형인 엔코더는 검출 방식에 따라 미리 자성체가 도포된 자기 드럼에 일정한 피치로 N극과 S극을 착자하고, 그것을 자기 드럼과 대향시킨 한 개 조의 자기 센서에 의해 검출하는 자기식 회전 엔코더와, 발광 LED와 수광부인 광 센서(photo diode)가 슬릿이 있는 회전 원판을 양쪽에서 마주보게 설치하여 회전 각도를 측정하는 광학식 회전 엔코더 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서 제어부(400)가 풍속에 따른 각각의 에어포일 블레이드(210)의 순수 받음각만을 측정하기 위해서는, 압력센서와의 연결 구조로 인해 회전력에 반하는 모멘트 등의 반력이 생긴다면 받음각 측정치의 정확도는 떨어질 수 밖에 없는 상황을 고려하여 에어포일 블레이드(210)의 회봉(212)을 중심으로 자유도를 가져야 하는 것이 중요하다. 예를 들어 가속도 센서를 통해 회전각을 측정하게 된다면, 회전 중심축에서 멀어져서 회전이 발생하면 접선, 법선 방향의 가속도 성분이 달라짐에 따라 측정값에 차이가 발생하기 때문에 회전 각도가 발생하는 중심축에 가속도 센서를 위치시켜야 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서 제어부(400)는 실험을 통해 에어포일 블레이드(210)의 양력, 받음각, 풍속의 상관관계 데이터를 수집할 경우에는, 공기의 온도 조건에 따른 변위값을 고려하여 데이터에 반영하는 것이 바람직하다.

그 이유는 양력은 공기의 온도 조건에 따라서도 변화하게 되는데, 이는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 대칭형 에어포일 NACA0012 모델을 이용한 시뮬레이션 결과를 통해서도 확인할 수 있다. 즉, 열 생성이 일어나지 않는 일반적인 에어포일 형상의 날개와 열 생성이 있는 날개 주변의 유동에 차이점이 발생하는 것을 알 수 있다. 열 생성이 없는 경우, 에어 포일의 위, 아래 속도 분포가 대칭적이었으나, 열 생성이 있는 경우에는 에어포일 윗면의 속도가 더 빠른 것으로 나타났으며, 그에 따라 유동 유입각이 0인 경우에도 베르누이 방정식에 따라 양력이 발생할 수 있다는 것을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 에어 포일의 열 생성이 있는 경우와 없는 경우 에어 포일 압력 분포에서도 차이점이 발생했음. 열 생성이 없는 경우에는 에어 포일 위, 아래의 압력 분포가 대칭적이나, 열 생성이 있는 경우에는 날개 윗부분의 압력이 더 낮게 나타남. 따라서 이러한 시뮬레이션 데이터 결과를 통해 열 발생에 의해 양력이 발생한다는 점을 확실히 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템은, 정밀한 풍량 측정 및 제어를 통해 온도, 습도, 청정도 등의 환경을 일정하게 유지해야 하는 클린룸 산업 등에 주로 적용될 수 있으며, 무선 클린룸 제어, 클린룸 비용감축과 같은 최근 클린룸 산업의 트렌드에 부합함을 알 수 있다.

또한, 최근, 클린룸 산업 시장에서는 무선 IoT기술을 이용한 클린룸 내 환경 모니터링 및 청정도 제어 기술, 무선기반 클린룸 센서 네트워크 기술 등 무선 클린룸 제어시스템이 각광받고 있는 상황에도 부합하여, 계측, 제어 통신을 이용할 경우 풍량 측정값에 따라 풍량의 실시간 조절이 자동으로 가능하며, 풍량의 모니터링 및 제어는 무선통신을 기반으로 수행될 수 있다.

또한, 클린룸은 정교한 관리가 필요하고 많은 설치비용과 시간이 소요되므로, 클린룸의 최종 소비자들은 운영비용 및 유지비용에 부담을 느끼고 있으며, 국내외 클린룸 시공 업체 및 관련 장비 업체들은 비용절감을 위한 제품의 연구개발을 지속적으로 진행하고 있다. 이러한 상황에서 본 발명에서는 정밀한 풍량 측정값을 통해 클린룸 내부 환경 유지를 위해 풍량을 최적화하여 공급함에 따라, 클린룸 운영에 큰 부분을 차지하는 팬(Fan)과 펌프(Pump)의 구동 비용을 줄여, 에너지 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대한다.

댐퍼부(100)
중공(110)
댐퍼 프레임(120)
풍속 측정부(200)
에어포일 블레이드(210)
브라켓(220)
축봉(212)
돌출 날개부(224:224a,224b)
축 지지판(230)
제2 회전축공(232)
측정용 연결바(240)
제3 회전축공(242)
압력 감지부(250)
영점 조정부(260)
개도 조절부(300)

Claims (6)

1. 덕트 사이에 연결되는 중공(110)이 형성된 댐퍼 프레임(120)을 구비한 댐퍼부(100)와;
   상기 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수직방향 또는 수평방향으로 회동 가능하게 설치되며, 통과하는 바람의 풍속에 따라 양력의 변화를 이용하여 풍속을 측정하는 풍속 측정부(200)와;
   상기 댐퍼부(100)의 댐퍼 프레임(120)에 수평방향 또는 수직방향으로 회동 가능하게 설치되며, 상기 중공(110)을 통과하는 바람의 풍량을 가변적으로 조절하는 개도 조절부(300)와;
   미리 설정된 관리자의 제어명령 또는 조작에 따라 상기 풍속 측정부(200)의 측정값에 따라 미리 설정된 풍량제어신호를 출력하는 제어부(400)와;
   상기 제어부(400)에서 출력되는 풍량제어신호에 따라 상기 개도 조절부(300)의 풍량조절동작을 실행시키는 모터 구동부(500)를 포함하며,
   상기 풍속 측정부(200)는,
   상기 댐퍼 프레임(120)에 수직방향 또는 수평방향으로 일정 간격으로 설치되며, 회전용 축봉(212)이 양단 외측 방향으로 일정 길이 돌출 형성된 하나 이상의 에어포일 블레이드(210)와;
   내측면은 상기 댐퍼 프레임(120)에 고정되면서, 상기 에어포일 블레이드(210)의 회전용 축봉(212)이 삽입되어 회동 가능하게 설치되는 제1 회전 축공이 형성되며, 하단부에 일정 간격을 유지하면서 외측방향으로 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b)가 형성된 브라켓(220)과;
   상기 브라켓(220)의 제1 회전 축공을 관통하여 돌출된 상기 회전용 축봉(212)에 삽입되면서 상기 브라켓(220)의 내측면에 밀착 결합되며, 중심부에 제2 회전축공(232)이 형성된 축 지지판(230)과;
   상부는 상기 축 지지판(230)의 제2 회전축공(232)을 관통한 상기 회전용 축봉(212)에 삽입 및 고정되도록 제3 회전축공(242)이 형성되며, 하부는 상기 브라켓(220)의 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b) 사이에 삽입되도록 배치되는 측정용 연결바(240)와;
   상기 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b) 중 임의의 돌출 날개(224a,224b)의 내측에 설치되어, 상기 측정용 연결바(240)의 수평이동에 따른 힘을 감지하는 압력 감지부(250)와;
   상기 한 쌍의 돌출 날개부(224:224a,224b) 중 임의의 돌출 날개(224a,224b)의 외측면에 설치되어, 사용자의 수조작에 의해 상기 측정용 연결바(240)와 압력 감지부(250)의 접촉상태를 조절하기 위한 영점 조정부(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(400)의 제어에 따라 미리 설정된 주기로 상기 풍속 측정부(200)의 측정값과 제어부에서 출력하는 풍량제어신호를 포함하는 풍속 데이터를 데이터베이스화하여 저장하고, 상기 제어부(400)의 제어에 따라 독출하는 데이터베이스(600)와;
   상기 제어부(400)의 제어에 따라 상기 데이터베이스(600)에 저장된 데이터를 외부로 전송하거나, 외부에서 전송되는 풍량제어신호를 수신하는 무선 송수신부(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템.
   
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 제어부(400)는 압력 감지부(250)에 구비된 압력센서를 이용하여 각각의 에어포일 블레이드(210)의 축봉(212)에 연결된 측정용 연결바(240)가 전달하는 압력을 측정하여 받음각을 측정하는 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 압력 감지부(250)는, 상기 각각의 에어포일 블레이드(210)의 받음각 측정을 위해 디지털 형인 엔코더나 아날로그형에 속하는 리졸버, 포텐셔미터를 이용하여 풍속을 측정하거나, 가속도 센서나 자이로 센서 등의 관성 센서를 이용하여 풍속을 측정하는 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(400)는 상기 에어포일 블레이드(210)의 양력, 받음각, 풍속의 상관관계 데이터를 수집할 경우에, 공기의 온도 조건에 따른 변위값을 고려하여 데이터에 반영하는 것을 특징으로 하는 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템.

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