KR200376804Y1 - 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 환풍기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 환기 덕트내의 기류량을 필요한 수준으로 만들어 안정화되도록 환기조건을 최적화되도록 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 환풍기에 관한 것으로, 본 고안은 자연풍에 의해 환기 팬이 작동되어 환풍되어지도록 하되 만일 환기 덕트속에 풍량과 풍속이 일정한 범위 이하인 경우 전원에 의해 환풍기가 작동되어 안정화된 환기조건을 조성한다. 또한 환기덕트에 독립적으로 설치된 다수의 환풍기들을 통합하여 일괄 제어할 수 있는 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 자동 환풍기를 제공한다.

Description

자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 환풍기{HYBRID AUTO-VENTILATING FOR DRIVING BY WIND FORCE AND ELECTRIC POWER}

본 고안은 환기 덕트내의 기류량을 필요한 수준으로 만들어 안정화시킨 최적화된 환풍기가 구비되고, 풍량이나 풍속에 따라 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되도록 한 환풍기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연풍에 의해 환기 팬이 작동되어 환기되어지도록 하되 만일 환기 덕트속에 풍량과 풍속이 일정한 범위 이하인 경우 전원에 의해 환기용 팬이 작동되어 안정화된 환기조건을 조성하는 환풍기에 관한 것이다.

환기 기능의 효율성 및 안정성에 대한 요건은 계절에 관계없이 일년 내내 커지고 있는데, 그로 인해 계절에 상관없이 환기 기능 및 실외 온도를 유지하기 위해서는 환기될 건물에 관련된 풍력 및 풍향 등의 기준을 고려해야 하며, 풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍기 역시 위 기준을 토대로 발전하고 있다.

해당 기술 분야에 있어서는, 환풍기 또는 환기 부착물 형태를 지니며, 자연 환기에 대한 요구를 충족시키기 위해 고정식 장치가 널리 알려져 있는데, 이 장치에는 어떠한 가동 부품도 구비하고 있지 않으며, 그 효율성은 순간적인 실외 및 실내 조건, 예컨대 환기될 공간의 실내 및 실외의 온도, 환기덕트의 횡단면의 높이와 치수, 캡 내측의 풍속과 풍향 및 캡의 위치에 따라 달라진다. 환풍기 및 고정식 부착물의 작동에 대한 가변적인 조건으로 인해 환기작용은 일시적으로 가능하나 환기성이 저하된다. 또한, 환기 덕트 내에서는 공기 사이클의 방향이 역으로 된다.

공지된 대부분의 환풍기 및 캡형상의 환풍기에는 회전헤드가 구비되어 있고, 그 운동은 바람에 의해 이루어진다. 이러한 일련의 장치에 있어 회전헤드의 위치가 바람의 강도와 방향에 따라 변화된다. 따라서, 장치의 효율면에서 볼 때, 환풍기 주위에 흐르는 풍속의 증가와 함께 효율성이 크게 향상되지만 풍량이 떨어지면 환기성능은 저하된다.

위 회전헤드를 구비하는 환풍기 및 부착물은 환기장치 주위를 흐르는 바람에 의해서 회전된다. 그러한 장치는 효율성이 크게 변동하는 것에 특징이 있다. 결과적으로, 환기인자가 만족스럽지 못하거나 효과적으로 제어하지 못하면 배기되는 공기와 함께 떠 다니는 열 에너지가 함께 손실되는 문제가 있다.

만일 바람이 불지않아 헤드가 정지하면, 환풍기와 그 시설물은 자체적으로 큰 배기 저항요소로 작용하게 되는데, 결국 중력에 의해 환기중인 공기의 이동을 방해하거나 환기성을 저하시킨다.

수직 실린더 형상을 지니는 기존의 환풍기에서 환풍기의 수직 실린더에는 환기설비의 출구에 환풍기를 고정하기 위한 다수의 개구가 형성된 플랜지가 바닥에 설치되어 있고, 다른측면에는 측면에 보호망이 마련된 실린더 형태의 공기배출용 헤드가 마련되어 있다. 원통형 하우징 대신에, 부착물의 수직축에는 회전 환기시스템 뿐만 아니라 가이드링 장치가 설치되어 있다. 환기 회전시스템은 모터와, 이 모터의 피봇에 직접 고정된 축선-반경방향 회전자(Acial-Radial Rotor)로 구성되어 있다.

이와 같은 구성에 따른 부착물들은 원칙적으로 지속적인 작동을 위해 설계된 하이브리드 부착물에 규정된 기준을 충족하고 있으나 출구내의 측방향 스크린과 같은 보호요소가 부족하면, 일부 둘레를 흐르거나 단면 또는 보호요소의 표면 위를 흐르는 바람에 의해 영향을 받아 약해지는 현상이 발생되기 때문에, 환풍기 혹은 관련 부속품의 작동에 영향을 준다. 이것은 또한 상술한 환풍 캡의 동작 중에 그 구동 장치가 정지할 경우에도 발생될 수 있다.

또한, 종래 환풍기는 환기덕트에 고정되고, 횡단면이 직각 삼각형과 유사한 원형의 대칭 단면을 갖는 링 형태의 하부커버(내경 D)를 구비하는 지붕 환풍기가 공지되어 있는데, 수직 레그의 측면은 환기 덕트의 벽과 평행하며, 제2측면은 평면 기단부와 대등하게 구성되어 있다.

또, 제 3측면의 최소한 상부에는 하기의 수학식 1로 묘사되는 곡률반경을 지닌다. 또한, 환풍기는 구동모터가 위치되는 축선에 매우 평탄한 종(bell) 형태의 상부커버를 구비한다. 이 모터의 샤프트에는 역 플레이트 형태를 갖는 환기실드가 구비되어 있으며, 외경 d는 (1.3 - 1.6)D이고, 외측 가장자리는 접혀져 있다.

이 환기실드에는 실드의 외측 가장자리에 의해 외측면으로 제한된 블레이드가 마련되어 있다. 상기 상부 및 하부커버는 보호망이 원주방향으로 결합되어 있고, 상부커버의 상부는 보호용 돔과 결합되어 있으며, 블레이드의 하부 가장자리와 하부커버의 상부 가장자리 사이의 거리 h는 (0.3 - 9.6)D이다.

위 수학식 1에 의해 규정된 기하학적 곡률은 오직 특정한 효율을 갖는 하우징 표면의 곡률로 이루어져 기하학적 형태를 지니는 환기성능에 영향을 주는 많은 요소를 모두 충족시키지는 못한다.

본 고안의 목적은 환기 덕트내의 배기에 따른 기류량을 필요한 수준으로 만들어 배기효율을 안정화되도록 풍량이나 풍속에 따라 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 환풍기를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 자연풍에 의해 환기 팬이 작동되어 환풍되어지도록 하되 만일 환기 덕트속에 풍량과 풍속이 일정한 범위 이하인 경우 전원에 의해 환기용 팬을 작동시켜 안정화된 환기조건을 조성하고, 또한 각각의 환기덕트에 독립적으로 설치된 다수의 많은 다른 환풍기들의 작동을 하나의 제어시스템으로 일괄 제어할 수 있는 환기시스템 제어방법을 제공하는데 있다.

본 고안에 따른 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 작동되는 환풍기는 상부 및 하부의 두 커버요소가 지지망에 의해 서로 결합되어(바람직하게는 분리되게) 공기역학적 형상을 갖는다. 상부요소는 그 상부에 돔 형상을 갖는 상부커버이고, 이들 2개의 요소는 전체적으로 그 횡단면에 비대칭 형상을 구성한다. 이러한 형상의 상부커버는 바닥 플러그가 회전하는 공간에 실질적으로 형성된 원형의 대칭형 과압(overpress)을 갖는다. 바닥 플러그는 블레이드가 구비된 절두형상으로 이루어져 있다. 하부요소는 그 축선에 직경 d의 입구를 가짐과 동시에, 부착물의 기단부를 구성하는 하부커버이다.

상기 2개의 프로파일 요소, 즉 형태 및 상호 배치를 갖는 상부 및 하부커버는 드라이브가 정지되었다고 가정하면, 하이브리드형 환풍기 캡이 고정식 부착물로서 작용할 때 바람의 동적인 측면에 좋은 영향을 주는, 공기역학적으로 형성된 부착물의 하우징을 형성한다. 블레이드의 외부 가장자리가 배치된 표면과 하부커버의 상부면 사이의 거리가 H＜0.3d이면 무엇보다도 가장 좋다.

상부커버는 회전 고정자 또는 회전 실린더의 피봇 상에 구동모터를 고정하기 위한 형상으로 되어 있으며, 외경 D＞1,6xd를 갖는 바닥 플러그가 매립되어 있는데 이것들이 회전하는 환기 시스템을 구성한다. 원형으로, 그 중심을 향해 아치형으로 만곡된 대칭의 외부 가장자리를 갖는 바닥 플러그는, 길이 L = [(0.8-1.0)×(D-ds)]/2를 갖는 반경 방향으로 배치된 직선형 블레이드를 구비하는 것이 바람직하다. 여기에서, 블레이드의 외부 가장자리가 있는 표면과 바닥 플러그의 전면 사이의 거리 뿐만 아니라, 바닥 플러그의 전면과 상부커버의 하부면 사이의 거리가 h = (0.01-0.03)×d 내에 있고, 장치의 우선적인 일 출력에서 블레이드의 최대 폭 bmax가 bmax = (0.15-0.3)×D 내에 있다면, D는 바닥 플러그의 외경을 의미하고, ds는 구동모터 하우징의 직경을 의미한다.

풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍기에는 낮은 전력으로 구동되는 구동모터가 설치되어 있다. 이 구동모터는 환기 덕트에 장착된 기류센서로부터 나오는 신호에 의해 작동되어 회전하면서 환기량을 조절한다.

다음에, 상기 신호는 기류센서에 의해 감지된 신호는 프로그래머(마이콤이라고도 불림)에게 제공되어 설정값과 비교한 후, 필요에 따라 기류가 존재하지 않으면, 구동모터의 고정자에 전압이 인가되어 그것을 작동시킨다. 프로그래머는 회전 환기 시스템의 소정 시간의 동작을 제어하고, 시간이 지나면 시스템이 중지되고 센서가 제어측정을 수행한다.

센서에 의해 측정된 환기용 덕트 내의 기류량이 설정값에 도달하지 않으면, 환기시스템이 작동하여 소정 주기(시간)동안 동작하고, 만일 기류량이 설정값에 도달하면, 환기시스템은 작동하지 않는다. 이것은 환기가 자연적인 중력 방식으로 진행되고 있으며, 어떠한 도움도 필요하지 않다는 것을 의미한다.

환풍기에는 돔이 설치되어 있는데, 이 돔은 캡 하우징의 공기역학적 형상의 상부요소의 일부를 구성함과 동시에 주변의 영향으로부터 구동모터를 보호하는 케이싱으로서의 역할을 한다. 상기 돔 또는 상부커버는 공급 케이블을 고정시키기 위해 패킹를 고정하기 위한 몰드를 구비한다.

이하, 본 고안에 따른 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 환풍기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 먼저 상세히 설명하고 이어서 본 고안의 환기시스템 제어방법에 대해 설명한다.

도 1에는 본 고안에 따른 풍력 혹은 전원에 의해 자동 작동되는 환풍기의 반 단면도가 예시되어 있다.

풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍기는 2개의 공기역학적 형상의 요소, 즉 캡(1)과 하부커버(4)로 이루어져 있는데, 상기 캡(1)는 상부커버(2)와 돔(3)으로 이루어지는 반면에 하부커버(4)는 그 축에 직경이 d인 축방향 대칭 입구를 갖는 하부커버(4)이다. 2개의 요소(1, 4)의 상호 배치는 지지망(15)에 의해 결정된다.

상부커버(2)는 구동모터(7)를 회전 고정자 또는 회전 샤프트의 피봇상에 고정하는 프로파일 소켓과 원형의 대칭 몰딩(6)을 가지며, 몰딩(6)의 공간 내에는 직경이 D = 1.62 ×d인 회전 바닥 플러그(5)가 배치되어 있다. 이 플러그는 블레이드(10)가 구비된 절두형상을 지닌다. 상기 바닥 플러그(5)는 블레이드의 폭이 bmax = 0.20 ×D 이고, 길이 L = (D-ds)/2로 반경방향으로 배치되어 있고, 그 외부 가장자리(9)가 외주면(8)쪽으로 대칭적으로 만곡진 원형으로 이루어져 있다.

여기에서, ds는 구동모터(7)의 본체 직경이다. 블레이드(10)의 외부 가장자리가 위치하는 표면과 바닥 플러그(5)의 전면 사이의 거리 뿐만 아니라, 바닥 플러그(5)의 전면과 상부커버(2)의 하부면 사이의 거리는 h = 0.020 ×d이다. 블레이드(10)의 외부 가장자리와 하부커버(4)의 상부면 사이의 거리는 H = 0.29 ×d이다.

상기 바닥 플러그(5)는 상부커버(2)에 장착된 고정부(12)에 조립되는 구동 모터(7)의 회전 고정자에 직접 고정된다. 풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍기에는 필요시에 환기덕트(16)에 있는 프로그래머(13)와 연결되는 기류 센서(11)의 신호에 의해 작동되는 구동모터(7)가 설치되어 있다. 따라서, 프로그래머(13)은 필요시, 기류센서(11)에 의해 감지한 신호를 받아 프로그래머(13)의 설정값과 비교한 후에 구동모터(7)의 고정자 클램프(여자코일)에 전압을 인가하여 구동모터(7)를 작동시킨다.

돔(3) 또는 상부커버(2)에는 구동모터(7)에 전기를 공급하는 케이블을 고정시키기 위한 패킹 탭(14)이 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안의 캡형상의 환풍기를 풍속에 따라 자연풍 혹은 전원으로 구동시켜 환기되어지도록 한 구성 및 그 제어방법에 대하여 첨부된 도 2 내지 도 4b를 참조하여 설명한다.

도 2에는 본 고안의 풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍기에 따른 환기시스템의 회로구성을 예시한 블럭도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 고안에 따른 풍력 혹은 전원에 의해 자동 구동되는 환풍기의 작동에 따른 프로세스를 예시한 플로우챠트가 예시되어 있다.

먼저, 사용자가 콘트롤 판넬상에 배치된 환기 풍속설정부(13a, 스위치 노브)와 모드 선택부(13b, 노브)를 통해 환기 시스템을 전기적으로 제어하게 되는데, 환기 풍속설정부(13a)는 0∼5m/sec 범위로 설정이 가능하도록 설계되어 있다.

환기용 덕트(16)내에는 전술한 바와 같이 기류센서(11)로 이루어진 기류감지센싱부(11a)에 의해 덕트(16)속으로 통과하는 공기의 풍속을 감지하여 프로그래머(13, 마이콤이라고도 함)으로 전달하고, 프로그래머(13)은 환기 풍속설정부(13a)에 의해 사용자가 설정한 풍속 설정치와 비교 판단하며, 구동모터의 작동에 따른 전원공급을 제어한다. 이때 프로그래머(13)는 선택된 자동모드 혹은 수동모드중 어느 하나 즉, 모드 설정부(13b)의 설정위치에 따라 프로그래머는 도 3에 도시된 바와 같은 자동 혹은 수동모드의 공정중 어느 하나를 수행하게 된다.

도 3을 참도하면, 전술한 바와 같이 만일 콘트롤 판넬(도면에는 도시도지 않았음) 상에 배치된 모드 선택부(13b)의 노브가 자동모드에 위치된 경우, 기류 센서(11) 즉, 기류 감지센싱부(11a)에서 덕트속을 흐르는 공기의 풍속을 감지(101)하여 그 센싱값을 프로그래머(13)으로 전달하고, 프로그래머(13)로 입력된 기류센서(11)의 센싱값은 프로그래머(13)에 의해 풍속 설정부(13a)에 의해 설정된 설정값과 비교판단(102)한 뒤 설정치(0.5∼2m/sec)가 기류센서의 센싱값보다 작은 경우 환풍기(50)내에 설치된 구동부(7a, 구동모터 7)에 전원을 공급하여 주어진 시간동안(103, 바람직하게는 1∼15분) 구동모터(7)의 팬이 회전한 뒤 서서히 정지(104)하고, 만일 설정치가 기류센서(11)의 센싱값보다 큰 경우, 구동모터(7)의 전원을 차단하여 모터를 정지시켜 자연풍에 의해 구동(105)되도록 하고, 다시 덕트(16)내의 풍속이 상기한 설정치보다 이하로 떨어지면 상기 구동 모터(7)가 재작동하여 위 사이클을 반복한다.

만일 상기 모드 선택부(13b)의 노브가 수동모드에 위치된 경우 구동 모터(7)에 전원을 차단하여 상기 구동 모터(7)의 팬이 자연풍에 의해 회전되도록 한다.

따라서, 사용자가 풍속 설정치를 사용자에 의해 설정된 범위에서 구동 모터(7)가 작동되고, 이 범위 이하에서는 구동 모터(7)의 전원이 차단되어 자연풍에 의해 팬이 작동되어짐으로써 실내공기를 환기시킬 수 있다.

아울러, 상기한 콘트롤 판넬에는 도 2 및 도 4b에 도시된 바와 같이 다수의 환풍기(50)를 복수개로 설치하여 이를 일괄 제어할 수 있다. 즉, 빌딩 혹은 아파트와 같은 공동주택의 지붕에 다수개로 설치되는 환풍기(50)는 덕트내에 풍속에 따라 대응하여 각기 독립적으로 작동되어지도록 하고 이를 통합된 하나의 제어 시스템으로 일괄 제어할 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a에는 단일 환풍시스템의 설치예에 따른 회로구성을 예시한 개략적인 회로구성도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 단일 환기 제어회로에 복수개의 환풍기(최대 12개, 5㎾를 초과하지 않음)를 회로적으로 연결한 회로구성도로서 도 4a에 예시한 회로구성을 변경실시한 예이다.

콘트롤 상자속과 외부 판넬에는 도 4a에 도시된 바와 같은 회로소자가 내장 및 배치되어 있는데, 한편 도 4a와 도 4b에서 표기된 알파벳 인용부호에서 시리즈로 더 표기된 아라비아숫자는 환기시스템의 증가 갯수에 따른 일련번호이다.

도면에서 참조번호 BG는 삼상전류(L),(N),(PE) 230V(50∼60Hz)를 채용한 주회로를 보호하기 위한 메인 퓨즈이고, BS는 콘트롤 휴즈이며, B는 각각의 구동 모터의 팬 보호용 퓨즈이고, D는 타이머이며, S는 타이머(D)의 작동에 의해 주회로의 동력을 온/오프시키기 위한 접속기(Contactor)이고, P는 모터(M)의 작동유무에 따라 엘이디(LP),(LA)에 전원을 온오프시키는 릴리프 릴레이(Relief relay)이다.

이와 같이 상기한 각각의 환풍기(50)의 작동여부와 모드의 선택여부는 콘트롤 판넬상에 회로적으로 연결된 엘이디[(LP:팬의 작동시 녹색으로 점등됨),(LA:모터가 작동되지 않을 경우 즉, 고장시 적색으로 점등됨)]의 점등과 소등 및 점멸에 의해 시각적으로 확인할 수 있어 고장 혹은 파손 등을 손쉽게 확인할 수 있기 때문에 환기시스템운 운용상태를 손쉽게 확인할 수 있다.

본 고안에 따르면, 환기 덕트내의 기류량을 필요한 수준으로 만들어 안정화배기성능을 갖는 환풍기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍기를 도시한 반단면도,

도 2는 본 고안의 풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍시스템의 회로구성을 예시한 블럭도,

도 3은 본 고안에 따른 풍력 혹은 전원에 의해 작동되는 환풍기의 작동에 따른 프로세스를 예시한 플로우챠트,

도 4a는 본 고안에 따른 단일 환기제어시스템의 제어를 구성하는 회로구성을 예시한 개략적인 회로도이고, 도 4b는 도4a에 도시된 하나의 환기 제어시스템을 통해 복수개의 환풍기를 통합제어하는 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 캡 2:상부커버 3:돔

4: 하부커버 5: 플러그 6: 몰딩

7: 구동 모터 7a: 구동부 8: 외주면

9: 가장자리면 10:블레이드 11: 기류센서

11a: 기류감지센싱부 12:고정부 13: 프로그래머

13a: 풍속 설정부 13b: 모드 선택부 14: 패킹 탭

15:지지망 16: 덕트 50: 환풍기

BG: 메인 퓨즈 BS: 콘트롤 휴즈 B: 팬 보호용 퓨즈

D: 타이머 ds:구동모터의 본체 직경

LP,LA: 릴리프 릴레이 M: 모터

S: 접속기

Claims (2)

1. 환기덕트에 고정되는 환풍기 캡으로서, 원형의 대칭 형상인 링 형태의 하부커버와, 환기 디스크의 샤프트가 고정되는 구동모터가 배치된 축에 설치된 보호 지지망에 의해 하부커버에 원주 방향으로 결합되는 상부커버를 포함하고, 환기 디스크의 외부 가장자리에 의해 외측으로부터 한정되는 블레이드가 설치되고, 보호 돔이 상부커버의 상단에 고정되고, 기류센서 및 프로그래머가 설치된 환풍기에 있어서,

   상단에 돔(3)이 있는 상부커버(2)는 횡단면이 비대칭인 공기역학적 형상을 형성하는 하우징의 캡(1)을 만들고, 상부커버(2)는 원형의 대칭 과압(overpress)를 갖고, 그 공간에는 절두형상을 갖는 바닥 플러그(5)가 위치되고 블레이드가 설치되며;

   그 축에 직경이 d인 입구를 갖는 프로파일 하부커버(4)는 캡의 하우징의 공기역학적 형상의 하부커버가 캡의 기단부를 이루며;

   양 공기역학적 형상의 요소, 즉 하우징의 상부커버(2)와 하부커버(4)는 그 형태 및 상호간의 배치로 인해 하이브리드형 캡의 공기역학적 하우징을 형성하고;

   블레이드(10)의 외부 가장자리를 갖는 표면과 그 하부커버(4)의 상부면 사이의 거리(H)는 0.3d를 초과하지 않는 반면에, 상부커버는 구동모터(7)를 회전 고정자 또는 회전 샤프트의 피봇상에 고정하는 프로파일 소켓을 지니고;

   반경 방향 블레이드와 원형 대칭 외부 가장자리(9)를 갖는 바닥 플러그(5)는 중간을 향해 아치형으로 만곡되어 1.6d보다 큰 외경을 갖게 배치되고;

   직선 반경 방향으로 배치된 블레이드(10)는 길이 L = [(0.8-1.0) ×(D-ds)]/2를 가지며(여기서, D는 바닥 플러그(5)의 외경을 의미하고, ds는 구동 모터(7)의 하우징 직경을 의미함);

   블레이드의 외부 가장자리를 갖는 표면과 바닥 플러그의 전면 사이의 거리는 h = (0.01-0.03) ×d 내에 있고, 장치의 최적 용적 효율면에서 블레이드(10)의 최대폭은 bmax = (0.15-0.3) ×D 내에 있는 것을 특징으로 하는 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 환풍기.
2. 제 1항에 있어서, 돔(3) 또는 상부커버(2)는 구동모터(7)의 클램핑 주석에 대해 진행하는 공급 케이블을 고정시키기 위해 패킹탭(14)를 고정하기 위한 몰딩이 마련된 것을 특징으로 하는 자연풍 혹은 전원에 의해 자동으로 구동되는 환풍기.