KR102394505B1 - 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무게중심이 댐퍼 블레이드에 수직한 방향의 회전축 중심선 위에 항상 위치되게 한 후, 개방 또는 복원시 어느 각도에서도 댐퍼 블레이드의 개도가 안정적으로 유지될 수 있도록 한 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 댐퍼 블레이드는 평판으로 이루어지고 한쪽은 길이가 긴 제1블레이드가 형성되고 다른 한쪽은 길이가 짧은 제2블레이드가 일체로 형성하되, 상기 제2블레이드 상단에는 제2블레이드측에 무게를 추가하여 길이가 긴 제1블레이드와의 무게중심을 맞추는 것과, 상기 제1블레이드 끝단에 연장 형성되고 압력이 작용할 때 댐퍼 블레이드 전체를 움직여 개방되게 하는 압력작용부를 포함하는 것에 그 특징이 있다.

Description

릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치{Blade Stabilization Device for Relief Damper}

본 발명은 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 댐퍼 블레이드의 무게중심이 댐퍼 블레이드에 수직한 방향의 회전축 중심선 위에 항상 위치되게 한 후, 개방 또는 복원시 어느 각도에서도 댐퍼 블레이드의 개도가 안정적으로 유지될 수 있도록 한 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고층건축물의 특별피난계단이나 부속실 또는 비상용승강기 승강장에는 급기가압을 이용한 차압제연시스템을 설치하여 피난경로를 보호하도록 하는 것이 세계적인 추세이며, 국내 소방관계법규도 이러한 방식을 규정하고 있다.

그러나 급기 량이 과다하면 제연구역과 제연구역 외부와의 사이에 압력차이(이하 '제연구역의 차압'이라한다)가 너무 커져서 출입문을 열기 힘들어져 오히려 피난에 장애가 될 수 있으므로, 적정량을 초과하는 급기 량은 배출 함으로써 제연구역의 차압을 적정 수준으로 유지할 필요가 있다.

이러한 과잉급기를 배출하기 위한 한 가지 방편으로서 과압 배출댐퍼를 설치하는 방법이 있는데, 과압 배출댐퍼는 다음 두 가지의 성능을 가져야 한다.

첫째, 개방 율이 클 것: 개방 율이 작으면 배출 대상 공기량에 비해 댐퍼의 크기가 너무 커져서 설치가 곤란할 수 있다. 특히, 계단실의 부속실처럼 용적이 작은 공간의 크기에 맞는 적정 크기의 댐퍼를 만들기 어렵다.

둘째, 배출대상 공기량에 따른 압력의 변화가 작을 것: 구역 내의 압력에 밀려 댐퍼가 열림으로써 공기가 배출될 때, 댐퍼가 초기 세팅한 압력에서 개방이 시작되게 하기는 쉽지만 구역 내의 압력을 적정범위 내로 유지하도록 내부압력에 맞춰 적정수준으로 개방되게 하는 것은 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 배경기술이 되는 기술로는, 대한민국 등록특허공보 제10-0966597호(이하 문헌 1), 대한민국 등록특허공보 제10-0985786호(이하 '문헌 2), 대한민국 등록특허공보 제10-0960810호(이하 문헌 3)가 있다.

문헌 1은 급기가압제연시스템의 과압 배출용 댐퍼장치로, 고층건축물에서 화재시 발생하는 유해가스 및 연기가 특별피난계단이나 부속실 또는 비상용승강기 승강장 등 피난경로에 유입되지 못하도록 하여 인명피해를 최소화할 수 있도록 한 급기가압제연시스템의 과압 배출용 댐퍼장치에 관한 것이다.

문헌 1은 스프링을 이용하여 복원력을 만드는 구조인데, 개방각도가 커지면서 댐퍼 블레이드에 미치는 개방력(개방각도에 대한 1차측 압력의 코사인값)은 작아지는데 반해 스프링은 개방각도가 커질수록 늘어나며 복원력이 커진다. 그러므로 개방각도에 따라서 커지는 복원력에 대응하도록 개방력이 커지기 위해서는 1차측 압력이 복원력과 코사인값의 두 가지 요인을 곱한 만큼 커져야 한다. 따라서 댐퍼가 개방될수록 1차측 압력이 커지게 되는 문제 때문에 압력을 적절한 범위로 안정시키지 못하고 충분한 개방각도를 얻기가 어려운 단점이 있었다.

문헌 2는 급기가압제연시스템의 과압 배출용 댐퍼장치로서, 고층건축물에서 화재시 발생하는 유해가스 및 연기가 특별피난계단이나 부속실 또는 비상용승강기 승강장 등 피난경로에 유입되지 못하도록 하여 인명피해를 최소화할 수 있도록 한 급기가압제연시스템의 과압 배출용 댐퍼장치에 관한 것이다.

문헌 2는 블레이드 끝을 절곡하고 초기 설정각도를 10-40°로 제한함으로써 개방각도에 따른 복원력의 증가를 최소화하고 있으나 개방각도를 작은 범위로 한정함으로써 댐퍼의 단면이 작아져 충분한 개방면적을 얻기가 어려운 단점이 있었다.

문헌 3은 기계식 플랩댐퍼로서, 댐퍼 내부에 작용하는 기압이 일정압력을 초과하면 플랩에 가해지는 압력에 의해 플랩이 작동하여 외부로 과압을 자동 배출하도록 하는 기계식 플랩댐퍼에 관한 것이다.

문헌 3은 블레이드 및 균형추의 복합 무게중심이 블레이드와 균형추 사이, 즉 회전축과 수평을 이루는 평면보다 낮은 위치에 있게 되는 구조이기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.

1. 블레이드를 개방하는 힘이 개방각도에 대한 1차측 압력의 코사인값이므로, 개방 초기에는 개방각도가 커짐에 따라 개방력이 감소하는데 반하여 무게중심의 회전에 따른 복원력은 더 커지게 되어, 1차측 압력 증가가 해소되지 않고 충분한 개방각도를 얻기가 어렵다.

2. 무게중심이 회전축과 수평을 이루는 위치를 넘어가면 개방각도가 커질수록 복원력이 급속히 작아지기 때문에, 댐퍼를 닫을 때에는 댐퍼 1차측 압력이 극히 낮아져야만 비로소 급격히 닫히며 심한 진동을 유발한다.

3. 위 1,2 문제점에 따라서 댐퍼가 열릴 때와 닫힐 때의 1차측 압력 변화 이력에 편차가 발생하여 정밀한 제어가 불가능하다는 제반 문제점이 발생되었다.

(문헌 1) 대한민국 등록특공보 제10-0966597호 (문헌 2) 대한민국 등록특허공보 제10-0985786호 (문헌 3) 대한민국 등록특허공보 제10-0960810호

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 댐퍼 블레이드의 무게중심이 댐퍼 블레이드에 수직한 방향의 회전축 중심선 위에 항상 위치되게 한 후, 개방 또는 복원시 어느 각도에서도 댐퍼 블레이드의 개도가 안정적으로 유지될 수 있도록 한 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 릴리프 댐퍼측에 설치되는 회전축; 회전축상에 수평으로 위치한 상태에서 압력이 작용하지 않을 때 회전축상에서 항상 평형을 이루게 되는 댐퍼 블레이드; 상기 댐퍼 블레이드측에 압력이 작용하면 댐퍼 블레이드에 작용하는 압력차에 따라 회전축을 중심으로 회전하면서 스스로 개방 또는 복원되는 것과,

댐퍼 블레이드는 평판으로 이루어지고 한쪽은 길이가 긴 제1블레이드가 형성되고 다른 한쪽은 길이가 짧은 제2블레이드가 일체로 형성되는 것과,

제2블레이드 상단에는 제2블레이드측에 무게를 추가하여 길이가 긴 제1블레이드와 회전력의 평형을 이루도록 한 것과,

댐퍼 블레이드 전체의 무게중심은 반드시 댐퍼 블레이드와 직각을 이루는 회전축의 중심선상에 있는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 댐퍼 블레이드가 회전축에 대해 수평을 이룰 때에 어느 한쪽으로 움직이지 않는 균형상태가 되고, 무게중심이 댐퍼 블레이드에 수직한 방향의 회전축 중심선 위에 항상 위치한다.

따라서 블레이드 면과 무게중심의 하중 방향이 서로 직각을 이루게 되어, 블레이드의 회전각도에 관계 없이 블레이드에 작용하는 개방력과 무게추가 가하는 복원력이 항상 평형을 이루게 됨으로써, 개방 또는 복원시 어느 각도에서도 댐퍼 블레이드의 개도가 안정적으로 유지될 수 있을 뿐 아니라, 종래에 비해 큰 개방도를 실현할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 구성도.
도2는 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치를 설명하기 위한 구성도.
도3은 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 작동 상태를 나타낸 구성도.
도4는 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 회전력 관계를 나타낸 구성도.
도5는 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 다른 실시예.
도6은 도5의 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 회전력 관계를 나타낸 다른 실시예.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저 본 발명도 차압제연시스템에 설치 사용되고, 고층건축물의 특별피난계단이나 부속실 또는 비상용승강기 승강장 등에 과잉 공급된 공기를 적절히 배출함으로써 적정 차압을 유지하고, 유해가스 및 연기가 피난경로에 유입되지 못하도록 함은 물론 피난문의 개방을 용이하게 하여 인명안전을 도모하는 기본적인 맥락은 종래와 같다. 또한 이 장치는 액체 계통의 압력을 안정적으로 조절 유지하는 릴리프 밸브와 마찬가지로 모든 기체 계통의 압력을 안정적으로 조절 유지하는 릴리프 댐퍼의 용도로도 사용할 수 있다. 일례를 들면 가스계소화장치 방호구역의 피압구로 사용할 수 있다.

따라서 이하에서는 시스템에 설치되는 과정 및 방법은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 구성도 이다.

도1을 참조하면, 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치는 릴리프 댐퍼측에 설치되는 회전축(300), 회전축(300)상에 수평으로 위치한 상태에서 압력이 없을 때 회전축(300)상에서 항상 평형을 이루게 되는 댐퍼 블레이드(100), 상기 댐퍼 블레이드(100)측에 압력이 작용하면 댐퍼 블레이드(100)에 작용하는 압력차에 따라 회전축(300)을 중심으로 회전하면서 스스로 개방 또는 복원되는 기본 원리를 갖는다.

개방력 : M1(열리는 힘)

복원력 : M2(닫히는 힘)

상기 댐퍼 블레이드(100)는 평판으로 이루어진다. 이때 댐퍼 블레이드(100)는 일체로 형성되는 데, 이를 세분화하면 한쪽은 길이가 긴 제1블레이드(110)가 형성되고 다른 한쪽은 길이가 짧은 제2블레이드(120)가 일체로 형성된다.

상기와 같은 제2블레이드(120)에는 제2블레이드측에 무게를 추가하여 길이가 긴 제1블레이드(110)와의 무게중심을 맞추고 제1블레이드(110) 끝단에는 압력이 작용할 때 댐퍼 블레이드(100) 전체를 움직여 개방되게 하는 압력작용부(130)가 연장 형성된다.

상기와 같은 댐퍼 블레이드(100) 구조를 갖는 댐퍼 블레이드 무게중심은 댐퍼 블레이드(100)와 직각을 이루는 회전축(300)의 중심선상에 있고, 회전축(300) 위에 수평으로 설치된 댐퍼 블레이드(100)는 압력 등 외력이 작용하지 않을 때 자력으로 수평을 유지한 상태가 된다.

도2는 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도2를 참조하여 댐퍼 블레이드 길이와 부호를 연관하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

L1 : 제1블레이드의 총길이

L2 : 제2블레이드의 길이

L3 : 압력작용부 길이

위에서와 같이 댐퍼 블레이드(100)는 구부러지지 않은 평판의 형상으로서, 제1블레이드(110), 제2블레이드(120) 및 압력작용부(130) 및 부가중량(140)이 일체로 제작된다. 이때 제1블레이드(110), 압력작용부(130)의 길이 L1은 제2블레이드(120) 길이 L2 보다 길고, 상기 제2블레이드(120) 길이 L2는 제1블레이드(110) 길이 L2의 길이와 같다.

이때 제2블레이드(120)의 길이 L2가 L1 길이 보다 짧기 때문에 상기한 제2블레이드(120)상에 부가중량(140)을 이용 무게를 부가하여 회전력의 무게중심을 회전축(300) 중심선에 맞추었다.

제1블레이드(110) 끝단에 연장 형성된 압력작용부(130)는 길이 L3에 해당하는 것으로, 압력이 작용하였을 때 댐퍼 블레이드(100) 전체를 개방시키는 중요한 역할을 수행한다.

도3은 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 작동 상태를 나타낸 구성도이다.

ΔP : 압력차

W : 무게중심

도3을 참조하면, 1차측 공간의 압력은 2차측 공간 보다 압력이 더 높고, 그 압력차(ΔP)는 1차측 공간의 댐퍼 블레이드(100) 면 전체에 고르게 작용하는 상태이다. 따라서 회전축(300)을 중심으로 제1블레이드(110)의 L2와, 제2블레이드(120)의 L2에 작용하는 압력은 평형을 이루지만, L3 부분에 해당하는 압력작용부(130)측에 작용하는 압력은 댐퍼 블레이드(100)를 움직여 시계방향으로 회전시키는 개방력이 된다.

한편, 댐퍼 블레이드(100)의 무게중심(W)는 압력의 작용과 반대방향으로 댐퍼 블레이드(100)를 회전시키는 복원력이 되며 반시계방향으로 작용한다. 따라서 개방력이 복원력 보다 클 때 댐퍼 블레이드는 회전하여 개방하게 된다.

도4는 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 회전력 관계를 나타낸 구성도.

Θ : 댐퍼 블레이드의 회전각

도4를 참조하면, 댐퍼 블레이드(100)의 L3에 해당하는 압력작용부(130)측에 작용하는 압력 ΔP는 댐퍼 블레이드(100)가 회전함에 따라 댐퍼 블레이드(100) 면에 비스듬히 작용하게 된다. 따라서 댐퍼 블레이드(100)에 수직으로 작용하는 힘은 회전각의 cos 값에 비례하여 ΔP·cosΘ가 된다. 다만 압력이 작용하는 중심거리와 회전축 사이의 거리는 변하지 않는다.

그 거리를 L이라 하면 댐퍼 블레이드(100)를 회전시키는 힘(개방력)은 다음과 같다.

M1 = ΔP·cosΘ·L

댐퍼 블레이드(100)의 무게중심이 댐퍼 블레이드를 역회전시키는 중량 W는 변함이 없지만 회전력(복원력)을 발휘하는 회전축(300)으로부터의 거리는 R에서 R1으로 변하게 된다. 이때 R1=R·cosΘ가 된다. 따라서 무게중심이 댐퍼 블레이드(100)를 역회전시키는 복원력은 다음과 같다.

M2 = W·RcosΘ

이 두 개의 회전력 M1(개방력)과 M2(복원력)가 같아질 때 댐퍼 블레이드(100)는 회전을 멈추게 된다.

1차측 압력ΔP가 작아 M2≥M1인 상태에서는 댐퍼 블레이드(100)가 폐쇄되어 움직이지 못하고, 1차측 압력ΔP가 커지면서 M1이 M2보다 커지는 시점에서 댐퍼 블레이드(100)는 회전하여 열리기 시작하며, 댐퍼 블레이드(100)가 열려 압력을 배출함으로써 ΔP가 낮아지면 M1과 M2가 평형을 이루는 각도에서 댐퍼 블레이드(100)는 회전을 멈추게 된다.

댐퍼 블레이드(100)가 어떤 압력에서 평형을 이루도록 할 것인가를 해석하는 수식은 다음과 같다.

M1 = M2 → ΔP·cosΘ·L = W·RcosΘ

ΔP·L = W·R → ΔP = W·R/L

위 식에서 L은 댐퍼 블레이드(100)의 크기에서 결정되는 상수이므로 균형추(200)의 무게(W)나 회전축(300)으로 부터의 거리(R)를 조절함으로써 ΔP를 결정할 수 있다.

즉, 본 발명은 위에서 설명한 바와 같이 주 요지를 보면, 균형추(200)의 조절방법에 있는 것이 아니라 댐퍼 블레이드(100) 전체의 무게중심이 댐퍼 블레이드(100)와 직각을 이루는 회전축(300)의 중심선상에 항상 있어야 한다는 것이다.

종래의 모든 중력식 댐퍼들은 댐퍼 블레이드의 개방각도에 따라 개방력과 복원력 사이에 균형점의 위치가 변하며 또한 그 개도에 따라 댐퍼 블레이드에 작용하는 압력에너지가 변하는 현상에 대해 정밀한 해석을 하지 않았기 때문에 개방력과 복원력 사이의 관계를 수리적으로 설명할 수가 없었다. 그러나 본 발명의 구조에서는 댐퍼 블레이드(100)의 개방력(M1)과 복원력(M2)가 모두 cosΘ에 정확하게 비례하므로 댐퍼 움직임의 수리적 해석이 명확하고, 어느 각도에서나 댐퍼 블레이드(100)의 개도를 안정적으로 유지할 수 있다.

상기와 같은 댐퍼 블레이드(100)를 적용하여 실험한 결과 개방각도 80°, 유효 개방도 80% 이상으로 종래의 중력식 댐퍼보다 훨씬 큰 개방도를 실현하였으며, 1차측 압력의 변화 폭은 0~80°사이 모든 개방각도 범위에서 개방 시작압력에 비해 ±6 % 이내로 안정되었다.

무게중심은 회전축을 기준으로 볼 때 반드시 블레이드와 동일한 방향에 있어야 하지만, 균형추의 위치는 댐퍼의 설치조건에 따라 반대 방향이 될 수도 있다. 따라서, 상기에서 설명한 바와 같이 댐퍼 블레이드(100) 전체의 무게중심이 댐퍼 블레이드(100)와 직각을 이루는 회전축(300)의 중심선상에 항상 있어야 하고 무게중심이 회전축을 기준으로 블레이드와 동일한 방향에 있어야 한다는 전제하에 다음과 같은 구조로 변형할 수 있다.

도5는 본 발명에 따른 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 다른 실시예 이고, 도6은 도5의 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치의 회전력 관계를 나타낸 다른 실시예이다.

댐퍼 블레이드(100)가 회전축(300)상에 수평으로 위치한 상태에서 압력이 작용하지 않을 때 상기 회전축상(300)에서 항상 평형을 이루게 되는 조건을 가지며, 댐퍼 블레이드(100)측에 압력이 작용하면 댐퍼 블레이드(100)에 작용하는 압력차에 따라 회전축(300)을 중심으로 회전하면서 스스로 개방 또는 복원되는 요건을 충족할 수 있다면 도5 내지 도6에서와 같이 회전축(300) 하단에 균형추(200)를 설치 사용할 수 있음을 밝혀둔다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 ; 댐퍼 블레이드
110 ; 제1블레이드
120 ; 제2블레이드
130 ; 압력작용부
140 ; 부가중량
200 ; 균형추
300 ; 회전축

Claims (4)

1. 릴리프 댐퍼측에 설치되는 회전축;
   회전축상에 수평으로 위치한 상태에서 압력이 작용하지 않을 때 회전축상에
   서 항상 평형을 이루게 되는 댐퍼 블레이드; 및
   상기 회전축의 중심선에 수직방향으로 설치되는 균형추; 를 포함하며,
   상기 댐퍼 블레이드 전체의 무게중심이 반드시 댐퍼 블레이드와 직각을 이루는 회전축의 중심선상에 있도록 하고,
   상기 댐퍼 블레이드측에 압력이 작용하면 댐퍼 블레이드에 작용하는 압력차
   에 따라 회전축을 중심으로 회전하면서 스스로 개방 또는 복원되는 것을 특징으로 하는 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 댐퍼 블레이드는 회전축을 중심으로 한쪽은 길이가 긴 제1블레이드가 형성되고 다른 한쪽은 길이가 짧은 제2 블레이드가 일체로 형성되며, 제2블레이드 상단에는 제2블레이드측에 무게를 추가하여 길이가 긴 제1블레이드와의 무게중심을 맞추는 것을 특징으로 하는 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 균형추가 회전축 하단에 설치되는 것을 특징으로 하는 릴리프 댐퍼용 블레이드 안정화 장치.

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