KR20220063593A - 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주방 또는 화장실 등의 환기가 필요한 공간에 있어 공기를 배출을 해야하기 때문에 외부로 통하는 관로가 형성된다. 여기서, 외부의 바람이 강하게 불게 되면 냄새 및 연기가 배출되지 못하고 오히려 역풍에 의해서 내부로 역류하는 경우를 방지하기 위해서 배기구에 역풍을 이용하는 배기캡을 구성하게 되며 오히려 역풍을 이용해 원활한 배기가 상시 가능하게 하는 배기캡에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡은,
내부에 소정의 공간을 형성하며 양측이 개방되는 본체부와, 상기 본체부의 개방된 일측이 측부를 향해 연장되는 배출부와, 상기 배출부의 개방된 일측과 연통하면서 결합되며, 전달되는 공기를 외부로 배출하도록 양측이 개방형성되는 순환부 및 상기 본체부의 개방된 일측의 외주면이 둘레를 따라 넓게 연장되며, 외부로부터 상기 본체부 일측을 향해 유입되는 공기가 상기 배출부의 외측면을 따라 선회되도록 형성되는 날개부를 포함한다.

Description

역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡{Exhaust cap utilizing reverse wind}

본 발명은 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주방 또는 화장실 등의 환기가 필요한 공간에 있어 공기를 배출을 해야하기 때문에 외부로 통하는 관로가 형성된다.

여기서, 외부의 바람이 강하게 불게 되면 냄새 및 연기가 배출되지 못하고 오히려 역풍에 의해서 내부로 역류하는 경우를 방지하기 위해서 배기구에 역풍을 이용하는 배기캡을 구성하게 되며 오히려 역풍을 이용해 원활한 배기가 상시 가능하게 하는 배기캡에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

건축물의 배기는 화장실, 욕실, 주방 등의 배기와 보일러 배출구 등으로 다양한 배기구로 구성된다. 배출방식은 크게 두가지로 공기가 공용덕트에 집결하여 단일화된 관로를 통해서 옥상 등의 외부공간으로 배출되거나 각 기구에서 벽을 관통하는 직배기로 이루어진다.

공용덕트를 이용하여 배기하는 방식은 모든 층이 연결되어 있기 때문에 타인의 담배연기 등의 오염원이 올라오기도 하고 화재 발생시 상층 또는 하층으로 급격하게 화염 확대가 이루어지는 것이 단점이 있어 이를 방지하기 위해서 [국토교통부고시 제2020-263호, 2020. 3. 13., 일부개정] 에서 요구하는 추가 시설을 설치하는 등 많은 비용이 요구되는 상황이다.

직배기를 이용하여 배기하는 방식은 각 구역에서 관로를 통해 건물의 측면 외부로 관통하여 배기를 하게된다. 공용덕트는 지붕 또는 옥상으로 연결되기 때문에 상부로 돌출되어 배기캡이 형성하는데 반해 직배기 방식은 각층의 측면으로 배기캡이 형성되기 때문에 건물사이에 부는 바람 및 빌딩풍 등에 노출되는 단점이 있다.

기존의 기술들은 역풍의 차단을 통해서 역류를 방지하는 기술에 주력하고 있다. 역풍이 강하기 불면 내부와 외부가 차단되기 때문에 배기가 원활하게 유지되는 것이 어려움을 가진다. 따라서 직배기 방식은 역풍을 방지하는 것을 넘어서 역풍이 불 때도 배기가 가능한 안정적인 배기를 항시 유지하는 기술이 당 업계에 요구되고 있다.

1.대한민국 등록특허 제10-2067038호(2020.01.10)

배기캡에 역풍 및 빌딩풍이 불어도 역류되지 않고 배기되며 오히려 역풍으로 유입된 공기를 임펠러 틈으로 역류시켜 토출구의 압력을 낮게 유지시켜 역풍보다 항시 높은 풍속으로 배기하는 것이 가능하여 안정적인 배기가 유지되는 배기캡을 제공하고자 한다.

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡은,

내부에 소정의 공간을 형성하며 양측이 개방되는 본체부와, 상기 본체부의 개방된 일측이 측부를 향해 연장되는 배출부와, 상기 배출부의 개방된 일측과 연통하면서 결합되며, 전달되는 공기를 외부로 배출하도록 양측이 개방형성되는 순환부 및 상기 본체부의 개방된 일측의 외주면이 둘레를 따라 넓게 연장되며, 외부로부터 상기 본체부 일측을 향해 유입되는 공기가 상기 배출부의 외측면을 따라 선회되도록 형성되는 날개부를 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 날개부의 일측이 측부를 향해 연장되는 유입방지부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 배출부의 외주면 일측에 돌출되는 단턱부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 배출부는 측부를 향해 연장되는 일측의 직경이 상기 본체부보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 배출부의 단면적보다 상기 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적이 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적보다 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적이 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적보다 배출부의 단면적이 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.

기존의 공동 에어덕트 배기방식을 이용하면 건축물의 상층과 하층으로 연결되는 천장과 바닥을 관통하는 배관 등의 시설이 들어가야 하기 때문에 이를 위해 층층마다 천장과 바닥을 관통하는 관통부가 형성된다.

해당 건축물에 화재가 시작되어 점차 화염이 번지기 시작하면 층층마다 형성되어 있는 천장과 바닥을 관통하는 관통부를 통해서 상층과 하층으로 화염이 삽시간에 번지는 단점이 존재하였다.

또한, 이러한 화재를 방지하기 위한 구성을 적용하여 추가 비용이 발생하는 문제점이 있다.

공용 덕트없이 각층의 공간에서 건물 외벽을 관통하여 배출하는 직배기를 이용하여 배기하는 방식은 건물사이에 부는 바람 및 빌딩풍 등에 노출되는 단점이 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 건물사이에 부는 바람 및 빌딩풍이 가해지는 배기캡이 오히려 유입된 공기를 활용하여 토출구의 압력을 낮게 유지시켜 역풍보다 높은 풍속을 유지하며 배기하는 것이 가능하다.

기계적 장치를 사용하지 않고 구조에 의한 설치가 가능하여 기계 진동 및 소음 등의 불편을 초래하지 않는다. 진동 발생이 많지 않기 때문에 주변의 고정 대상에 고정하기 위한 체결구 등이 지속적인 진동에 의해 풀어지는 현상을 방지하는 것이 가능하다.

건물 벽이나 천정 어디에나 용이하게 시공할 수 있으며, 다른 종류의 환기장치를 설치하지 않아도 되기 때문에 별도의 비용이 들지않아 원가부담을 절하할수 있고, 캡이 손상을 입어 수리 및 교체가 필요할시 용이하게 탈부착하는 것이 가능하여 작업자의 원활한 작업이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 종단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 풍속 및 바람 방향을 표현한 구조도.
도 6은 도 5에 의하여 측정된 풍속의 해석결과를 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 사시도를 도시하고, 도 2는 종단면도를, 도 3은 분해사시도를, 도 4는 단면도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡(1)은,

내부에 소정의 공간을 형성하며 양측이 개방되는 본체부(10)와, 상기 본체부(10)의 개방된 일측이 측부를 향해 연장되는 배출부(20)와, 상기 배출부(20)의 개방된 일측과 연통하면서 결합되며, 전달되는 공기를 외부로 배출하도록 양측이 개방형성되는 순환부(30) 및 상기 본체부(10)의 개방된 일측의 외주면이 둘레를 따라 넓게 연장되며, 외부로부터 상기 본체부(10) 일측을 향해 유입되는 공기가 상기 배출부(20)의 외측면을 따라 선회되도록 형성되는 날개부(40)를 포함한다.

여기서, 상기 본체부(10)는 건물 외벽에 끼워지기 때문에 수평방향으로 연장되는 원통형태로 형성되며 양측부가 관통되고 내부에 소정의 공간을 형성한다. 상기 본체부(10)는 관로와 연결되어 관로는 환기, 배기가 필요한 구역으로 연장된다. 상기 구역은 환기가 필요한 주방 또는 욕실 등 일 수 있으며 공기를 흡입하고 관로를 통해서 외부로 배출하는 기계식 팬 등의 기기장치가 설치되는 것이 가능하다. 또한, 본체부(10)는 건물 벽이나 천정 어디에나 용이하게 시공할 수 있으며, 손상을 입어 수리 및 교체가 필요할시 용이하게 탈부착이 가능하다.

상기 배출부(20)는 본체부(10)의 개방된 일측과 연통연장되며 상기 본체부(10)와 연결된 반대방향은 개방된 개구부가 연장된다. 상기 배출부(20)는 건물사이에 부는 바람 및 빌딩풍에 의해 유입되는 공기를 활용하여 토출구의 압력을 낮게 유지시켜 역풍보다 높은 풍속을 유지하며 배기하는 것이 가능하다. 상기 본체부(10)의 일측으로 연장하기 때문에 기계적 장치를 사용하지 않고 구조에 의한 설치가 가능하여 기계 진동 및 소음 등의 불편을 초래하지 않는다. 진동 발생이 많지 않기 때문에 주변의 고정 대상에 고정하기 위한 체결구 등이 지속적인 진동에 의해 풀어지는 현상을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 건물 벽이나 천정 어디에나 용이하게 시공할 수 있으며, 다른 종류의 환기장치를 설치하지 않아도 되기 때문에 별도의 비용이 들지않아 원가부담을 절하할수 있고, 캡이 손상을 입어 수리 및 교체가 필요할시 용이하게 탈부착하는 것이 가능하여 작업자의 원활한 작업이 가능하다.

상기 순환부(30)는 상기 배출부(20)의 외측면과 연결되며, 상기 배출부(20) 및 날개부(40)로부터 전달되는 공기를 외부로 배출하도록 양측이 개방형성된다. 상기 순환부(30)는 상기 배출부(20)의 외측면에 연결되는 제2체결부(25)에 의해서 결합되는 것이 가능하고 상기 날개부(40)의 내주면과 연결되는 것도 가능하다.

또한, 상기 순환부(30)는 외측으로 연장될수록 직경이 좁아지는 원통형태로 형성되고, 원의 단면적과 풍속을 활용하기 위해서 상기 날개부(40)와 배출부(20) 사이에 위치하여 공간을 분리하는 것이 가능하다. 상기 배출부(20)의 외측부에는 공기가 이동하는 것이 가능하기 위해서 완전히 막는 것이 아닌 일정거리 이격되어 형성되는 역풍방지판(22)이 형성되고 제1체결부(24)으로 고정하는 것이 가능하다. 또한, 상기 역풍방지판(22)은 바람이 직접적으로 상기 본체부(10) 및 배출부(20)로 들어가는 것을 막아주고 내부에서 배기되는 공기는 빠져나오는 것이 가능하도록 형성되는 것이 가능하다. 따라서, 원추형태의 플레이트로 구성되어 외측부가 인입되어 그릇형태의 모양을 가지는 것이 바람직하다.

상기 날개부(40)는 코안다 효과를 활용하기위함인데 코안다 효과란 벽면이나 천장면에 접근하여 분출된 기류가 해당 면에 부착하여 흐르는 경향을 가지는 것을 말하며, 이 경우 한쪽으로만 확산하기 때문에 자유 분류에 비해 속도의 감쇠가 작고, 도달 거리가 길어진다. 따라서, 상기 날개부(40)는 외부로부터 유입되는 역풍이 상기 순환부(30) 외측면을 따라 선회되도록 형성되는데 상기 순환부(30)의 외측면에 넓게 확장되어 역풍의 유입을 원활히 받아들이는 것이 가능한 형상으로 이루어지는 것이 가능하다.

상기 날개부(40)는 외부로부터 유입되는 역풍이 상기 순환부(30) 외측면을 따라 선회되도록 형성되는데 상기 날개부(40)의 외측면에 넓게 확장되어 역풍의 유입을 원활히 받아들이는 것이 가능한 형상으로 이루어지는 것이 가능하다. 상기 순환부(30) 외측면을 따라 선회되도록 연장되는 그릇 형태의 넓게 벌려지는 형상으로 구성되는 것이 가능하고 상기 날개부(40)의 굽은 곡선을 따라 바람의 방향을 바꾸는 것이 가능하다. 비나 눈 등이 고이지 않도록 하부방향으로 경사지는 것이 가능하다.

상기 날개부(40)의 일측이 측부를 향해 연장되는 유입방지부(42)가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상부에서 떨어지는 빗물 등의 유체 및 이물질이 상기 배기캡(1) 내로 침투하지 못하도록 상기 날개부(40)의 일측이 측부를 향해 연장되는 상기 유입방지부(42)가 형성되는 것이 가능하고 상기 유입방지부(42)는 배기캡(1)이 설치되었을 때 상부에 위치하는 것이 바람직하고 작업자 및 사용자가 원하는 정도의 가림정도를 설정하는 것이 가능하여 상부외주면의 15%~75%의 이상의 면적을 빗물이 유입되는 것을 방지하는 것이 가능하다.

상기 배출부(20)의 외주면 일측에 돌출되는 단턱부(21)가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 단턱부(21)는 배출부(20)의 둘레를 따라 돌출되는 돌출부로 역풍이 들어오는 방향에서 중심으로 향할 수록 높이가 높아지는 기울기를 가지고 있는 단턱이다. 상기 단턱부(21)는 상기 날개부(40) 및 배출부(20)의 외주면을 따라 이동하는 공기가 역류하여 상기 배출부(20)의 내부로 들어가는 것을 방지하는 것이 가능하다.

상기 배출부(20)는 측부를 향해 연장되는 일측의 직경이 상기 본체부(10) 보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 배출부(20)는 외측으로 연장할수록 직경이 좁아지는 형태로 형성되는 것이 가능하다. 상기 배출부(20)는 본체부(10)와 연결된 반대방향으로 개방된 개구부가 연장형성되고 연장할수록 직경이 좁아지는 형태로 형성되는 것이 가능하다. 상기 본체부(10)에서 외부로 갈 수록 좁아지는 형태이므로 배기되어야 하는 공기는 저항이 적게 받으면서 배출하는 것이 가능하며 외부의 공기는 내부로 들어가기 힘들도록 구성되는 것이 가능하다.

또한, 상기 배출부(20)와 결합하기 위해서 외주면 일측에 하나 이상의 홈, 체결구 등의 연결하기 용이하도록 하는 구성이 추가되는 것이 가능하다. 각각의 구성들은 급격하게 꺾이는 부분을 최소화하고 유동이 원활하도록 인입되는 바람을 이용하기 위해서 꺾이는 것이 아닌 유속을 방해하지 않는 굴곡형상으로 이루어 지는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역풍을 활용하는 구조를 가지는 배기캡의 풍속 및 바람 방향을 표현한 구조도를 도시하고, 도 6은 도 5에 의하여 측정된 풍속의 해석결과를 나타내는 도면을 나타낸다.

풍압 공식은 아래와 같다.

W = 풍압

C = 풍압계수(풍압이 대기압보다 높을 때는 +, 낮을 때는 -가 되고 건물의 형상이나 풍향, 주위의 조건 등에 따라 실험적으로 구해지는 상수)

F = 바람을 직각으로 받는 판의 면적

p = 공기밀도

V²= 풍속의 제곱

풍량 공식은 아래와 같다.

Q = A ＊ V

풍속 공식은 아래와 같다.

V = Q / A

(Q = 풍량, A = 단면적, V = 풍속)

원의 단면적 공식은 아래와 같다.

위의 공식을 통해서 도4에 도시된 배기 풍속(V3)이 역풍(V1)보다 크다는 것을 알 수 있다.

보다 자세하게 풀어본다면,

풍속 공식에 의해서 풍속(V)은 단면적(A)에 반비례하고, 원의 단면적 공식에 의해서 단면적(A)은 반지름 제곱에 비례하는 것을 알 수 있다.

상기 배출부의 단면적(A1)보다 상기 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적(A2)이 넓게 형성된다.

상기 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적(A3)보다 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적(A2)이 넓게 형성된다.

상기 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적(A3)보다 배출부의 단면적(A1)이 넓게 형성된다.

여기서, 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적(A2)은 항상 배출부의 단면적(A1)보다 크고, 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적(A3)은 항상 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적(A2)보다 크다.따라서, 상기 단면적의 크기는 항상 A2>A1>A3 순으로 정의되며 역풍(V1)은 A1,A2에 임의 절대시간에 대한 평균값으로 동일하게 작용한다.

따라서, 풍속 공식에 의해 A3<A2 일때, A3의 역풍전환 풍속(V2)은 A2에 가해지는 역풍(V1)보다 크다. 따라서 A1에 가해지는 배기 풍속(V3)에 기계식 팬 풍속(V0)이 합쳐지기 때문에 항상 역풍(V1)보다 큰 풍속을 가지게 된다.

역풍(V1)이 A2를 지나 A3까지 상기 날개부(40) 내의 벽면 곡선을 따라 이동하게 되는데 코안다 효과에 의해, 가장 깊은 부분인 A4에서 방향이 급격히 전환되면서 일정 속도저하가 발생한다. 하지만 단면적 감속에 따른 속도의 증가폭이 더 크기 때문에 배기 풍속(V3)이 역풍(V1)보다 항상 크다. (코안다 효과란 벽면이나 천장면에 접근하여 분출된 기류가 해당 면에 부착하여 흐르는 경향을 가지는 것을 말하며, 이 경우 한쪽으로만 확산하기 때문에 자유 분류에 비해 속도의 감쇠가 작고, 도달 거리가 길어진다.)

또한, 단면적이 좁아지는 구간에도 별도의 속도증가가 발생하게 된다.

위의 내용을 종합하면, 토출되는 기계식 팬 풍속(V0)이 항상 일정(법적기준에 근거하는 평균 8m/sec 내외)하면 역풍(V1)을 활용하여 증가된 역풍전환 풍속(V2)이 더해진 배기 풍속(V3)이 역풍(V1)보다 크다. 또한, 배기되는 방향으로 단면적이 좁아지는 구조로 인해 풍속이 일정비율 증가되기 때문에 역풍(V1)에 의해 내부로 공기가 역류할 수 없는 구조이다. 따라서, 역풍(V1)보다 기계식 팬 풍속(V0)과 역풍전환 풍속(V2)의 합인 배기 풍속(V3)이 더 크다.

1 : 배기캡
10 : 본체부
20 : 배출부
21 : 단턱부
22 : 역풍방지판
24 : 제1체결부
25 : 제2체결부
30 : 순환부
40 : 날개부
42 : 유입방지부
V0 : 기계식 팬 풍속
V1 : 역풍
V2 : 역풍전환 풍속
V3 : 배기 풍속
A1 : 배출부의 단면적
A2 : 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적
A3 : 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적
A4 : 역풍전환면

Claims (7)

1. 내부에 소정의 공간을 형성하며 양측이 개방되는 본체부;
   상기 본체부의 개방된 일측이 측부를 향해 연장되는 배출부;
   상기 배출부의 개방된 일측과 연통하면서 결합되며, 전달되는 공기를 외부로 배출하도록 양측이 개방형성되는 순환부; 및
   상기 본체부의 개방된 일측의 외주면이 둘레를 따라 넓게 연장되며, 외부로부터 상기 본체부 일측을 향해 유입되는 공기가 상기 배출부의 외측면을 따라 선회되도록 형성되는 날개부;
   를 포함하는 배기캡.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 날개부의 일측이 측부를 향해 연장되는 유입방지부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 배기캡.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 배출부의 외주면 일측에 돌출되는 단턱부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 배기캡.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 배출부는 측부를 향해 연장되는 일측의 직경이 상기 본체부보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기캡.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 배출부의 단면적보다 상기 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적이 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기캡.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적보다 날개부와 순환부 외주면 사이의 단면적이 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기캡.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 배출부와 순환부 내주면 사이의 단면적보다 배출부의 단면적이 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기캡.
   

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