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KR101249819B1 - 하이브리드 벤틸레이터 - Google Patents

하이브리드 벤틸레이터 Download PDF

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Publication number
KR101249819B1
KR101249819B1 KR1020077008937A KR20077008937A KR101249819B1 KR 101249819 B1 KR101249819 B1 KR 101249819B1 KR 1020077008937 A KR1020077008937 A KR 1020077008937A KR 20077008937 A KR20077008937 A KR 20077008937A KR 101249819 B1 KR101249819 B1 KR 101249819B1
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KR
South Korea
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ventilator
motor
rotor
stator
wind
Prior art date
Application number
KR1020077008937A
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English (en)
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KR20070070181A (ko
Inventor
데렉 로렌스 알랜 문
타렉 알파크라니
Original Assignee
내셔널 벤틸레이션 래버러토리 피티와이 엘티디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2004905516A external-priority patent/AU2004905516A0/en
Application filed by 내셔널 벤틸레이션 래버러토리 피티와이 엘티디 filed Critical 내셔널 벤틸레이션 래버러토리 피티와이 엘티디
Publication of KR20070070181A publication Critical patent/KR20070070181A/ko
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Abstract

벤틸레이터(10)는 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터(12) 및 그 스테이터에 장착되고 그에 대해 회전되는 벤틸레이터 로터(14)를 포함한다. 벤틸레이터 로터에는 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소(44)들이 장착된다. 모터(20)는 벤틸레이터 로터와 벤틸레이터 스테이터 사이에서 작동하여 벤틸레이터 로터를 선택적으로 모터에 의해 구동하여 회전시키도록 마련된다.
벤틸레이터, 로터, 스테이터, 모터, 풍력 구동 가능 요소

Description

하이브리드 벤틸레이터{HYBRID VENTILATOR}
본 발명은 풍력 구동 벤틸레이터와 모터 구동 벤틸레이터의 복합체인 벤틸레이터에 관한 것이다.
벤틸레이터는 공기 및 기타의 가스들을 밀폐 공간으로부터 배기시키는데 채용될 수 있다. 그러한 밀폐 공간은 상업용 건물 및 가정용 건물의 지붕 공간이나 내부, 선적 컨테이너, 이동식 건물 및 간이 창고, 자동차 등을 포함할 수 있다. 배기되는 공기 및 기타의 가스들은 난방 가스 및 가열 가스, 습윤 가스, 오염된 공기나 유독성 연기와 같은 오염물 함유 가스, 퀴퀴한 가스(특히 공기) 등을 포함할 수 있다.
로터 벤틸레이터로서 알려진 벤틸레이터는 다수의 날개들을 구비한 로터를 포함하고, 다수의 날개들은 사용 중에 주위 바람을 포집하여 벤틸레이터 로터를 구동하도록(회전시키도록) 정향된다. 사용 시에, 벤틸레이터 로터가 바람에 의해 구동될 경우, 날개들에 인접한 공기가 회전하는 날개들에 의해 바깥쪽으로 내보내지고, 그 공기는 다시 밀폐 공간으로부터의 공기로 대체된다. 그로 인해, 실제로 상기 공간으로부터 공기가 펌핑되어 나오는 작용이 일어나게 된다.
일 양태에 있어서, 본 발명은
- 구조물에 장착하기 위한 벤틸레이터 스테이터(ventilator stator);
- 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비하며, 하나 이상의 구동 가능한 요소들이 사용 중에 상기 스테이터에 의해 에워싸이지는 않지만 실질적으로 바람에 노출되도록 사용 중에 상기 스테이터로부터 연장되게 장착되는 벤틸레이터 로터; 및
- 상기 벤틸레이터 로터를 선택적으로 모터 구동 회전시키기 위한 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이에서 작동하는 모터를 포함하고,
상기 모터는 상기 로터의 축 상에 위치하는 벤틸레이터를 제공한다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은
- 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터;
- 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비하며, 하나 이상의 구동 가능한 요소들이 사용 중에 상기 스테이터에 의해 에워싸이지는 않지만 실질적으로 바람에 노출되도록 사용 중에 상기 스테이터로부터 연장되게 장착되는 벤틸레이터 로터; 및
- 상기 벤틸레이터 로터를 선택적으로 모터 구동 회전시키기 위한 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이에서 작동하는 모터를 포함하고,
상기 모터는 상기 벤틸레이터 내에 적어도 부분적으로 위치하는 벤틸레이터를 제공한다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은
- 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터;
- 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비하며, 하나 이상의 구동 가능한 요소들이 사용 중에 상기 스테이터에 의해 에워싸이지는 않지만 실질적으로 바람에 노출되도록 사용 중에 상기 스테이터로부터 연장되게 장착되는 벤틸레이터 로터; 및
- 상기 벤틸레이터 로터를 선택적으로 모터 구동 회전시키기 위한 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이에서 작동하는 모터를 포함하고,
상기 모터는 클러치를 사용하지 않고서 상기 로터에 연결되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터를 제공한다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은
- 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터;
- 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비한 벤틸레이터 로터; 및
- 상기 벤틸레이터 로터가 풍력 기동력만을 받을 경우에 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이의 회전 베어링으로서의 기능을 할 수 있는 모터를 포함하는 벤틸레이터를 제공한다.
상기 모터는 예컨대 바람이 약한 조건 및/또는 과도한 밀폐 공간 조건(예컨대, 지나치게 뜨겁거나 습하거나 오염된 밀폐 공간)에서 상기 벤틸레이터 로터를 선택적으로 구동시킬 수 있다.
본원에서, "풍력 구동 가능한 요소들"이란 언급은 바람 또는 모터 이외의 다른 수단에 의해 회전되는 벤틸레이터 로터를 배제시키는 것이 아니다. 예컨대, 벤틸레이터 로터는 열에 의해 발생되어 벤틸레이터를 거쳐 밀폐 공간으로부터 나가는 가스 흐름들에 의해 구동될 수 있거나, 밀폐 공간 내에서 작동하는 다른 가스 가압 수단(예컨대, 공조 기류 또는 열 유도 기류)의 작동 결과로서 구동될 수도 있다. 또한, "풍력 구동 가능한" 수단은 구성요소가 바람에 의해 구동될 수 있음을 의미한다.
풍력 구동 가능한 요소는 전형적으로 날개 또는 블레이드이지만, 컵 또는 돛 모양의 것 등과 같은 다른 바람 포집 장치로 이뤄질 수도 있다.
전형적으로, 로터는 풍력 구동 가능한 요소들 중의 하나 이상이 사용 중에 실질적으로 바람에 노출되도록 정향된다. 좀더 전형적인 것은 각각의 요소가 사용 중에 실질적으로 바람에 노출되도록 배치되는 것이다. 따라서, 벤틸레이터 로터는 통상의 풍력 구동 방식으로 기능하여 유효한 최대의 풍력을 받을 수 있다.
모터는 로터와 스테이터 사이에서 작동하도록 장착될 수 있는 것이 전형적이지만, 모터 그 자체가 벤틸레이터의 로터 및/또는 스테이터를 형성할 수도 있다. 그와 관련하여, 전동 모터의 경우에는, 모터 자석이 예컨대 벤틸레이터 로터에 통합될 수 있고/있거나, 모터 코일이 벤틸레이터 스테이터에 통합될 수 있다. 환언하면, 모터는 벤틸레이터의 실제 구조물로 통합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 모터는 벤틸레이터 로터를 벤틸레이터 스테이터에 연결시킨다. 그와 관련하여, 모터 로터는 벤틸레이터 로터에 연결될 수 있고, 모터 스테이터는 벤틸레이터 스테이터에 연결될 수 있다. 그럴 경우, 모터는 벤틸레이터 로터를 벤틸레이터 스테이터에 대해 회전하도록 장착하는 역할을 할 수 있다. 또한, 모터는 벤틸레이터 로터에 대한 일종의 베어링으로서의 기능을 할 수도 있다.
예컨대, 벤틸레이터 로터가 바람에 의해 벤틸레이터 스테이터에 대해 회전할 경우, 벤틸레이터 로터는 전형적으로 모터 로터도 역시 그와 함께 회전하게끔 하여 모터 스테이터에 대해 회전하게 되도록 한다.
하지만, 상기 모터는 상기 회전 베어링으로서 기능하지 않고, 상기 스테이터에 부착되어 샤프트를 통해 상기 로터를 구동하도록 부착될 수 있다. 이 경우, 상기 모터는 상기 로터의 회전축 상에 위치할 수도 있다. 상기 모터는 상기 벤틸레이터의 외부에 위치하는 선택적인 형태로 될 수 있다.
일 양태에 있어서, 벤틸레이터 스테이터는 구조물에 장착하기 위한 프레임을 포함할 수 있다.
제1 실시예에 있어서, 모터 스테이터는 프레임에 직접 장착될 수 있다. 모터 스테이터를 프레임에 직접 장착함으로써, 기계적 효율, 구성상의 효율, 및 작동상의 효율이 증대될 수 있다. 예컨대, 벤틸레이터가 보다 콤팩트한 형태로 마련될 수 있고, 모터가 전체적으로 벤틸레이터 내에 수용될 수 있다.
대안적 제2 실시예에 있어서, 모터 스테이터는 샤프트에 장착될 수 있는데, 그 샤프트는 다시 프레임에 장착되어 그로부터 돌출된다. 샤프트는 그 원격 단부에 모터 스테이터를 지지한다.
일 양태에 있어서, 모터 로터는 벤틸레이터 로터에 직접 장착될 수 있고, 그 결과 모터 스테이터를 직접 프레임에 장착하는 경우와 동일한 효율이 얻어지게 된다.
전형적으로, 모터는 "외부 로터 타입 모터(external rotor-type motor)"이고, 그 경우 모터는 소위 "외부 로터(external rotor)"를 포함한다. 외부 로터는 보다 용이하게 벤틸레이터 로터에 장착될 수 있다.
모터 로터와 모터 스테이터가 벤틸레이터의 대응하는 부품들에 각각 직접 장착되는 제1 실시예에 있어서, 전형적으로 모터 내부 베어링들이 마련되는데, 그 모터 내부 베어링들은 주로 축 방향 추진 하중(thrust load)을 흡수하지만, 사용 중에 벤틸레이터 로터가 받을 수 있는 반경 방향 힘도 역시 흡수할 수 있다. 전형적으로, 모터 내부 베어링들은 모터가 가변적인 바람 조건/풍향으로 인해 벤틸레이터에 가해지는 뒤틀림 또는 비틀림 힘을 견뎌내도록 선택된다.
제2 실시예에 있어서, 모터 스테이터는 샤프트의 원격 단부에 위치된 플랜지에 장착될 수 있다. 그럴 경우, 추진(thrust) 베어링 장치가 마련될 수 있는데, 그 추진력 베어링 장치는 주로 축 방향 추진 하중을 흡수하지만, 사용 중에 벤틸레이터 로터가 받을 수 있는 반경 방향 힘을 흡수할 수도 있다. 추진력 베어링 장치는 모터 로터로부터 돌출되어 샤프트의 원결 단부에 있는 오목 부위 내에 회전되도록 지지되는 돌출부를 포함한다. 전형적으로, 그러한 돌출부는 부시에 지지된 모터 로터의 샤프트인데, 부시는 다시 플랜지 오목 부위 내에 위치된 볼 베어링 조립체 내에서 회전되도록 지지되고, 그럼으로써 그 볼 베어링 조립체가 추진력 베어링을 제공하게 된다. 상기 추진력 베어링 장치는 일반적으로 벤틸레이터 로터와 스테이터 사이에서의 모터의 베어링 기능을 증진시킬 수 있다. 샤프트를 그와 같이 지지하는 것에 의해, 모터가 예컨대 가변적인 바람 조건/풍향으로 인해 로터에 가해지는 뒤틀림 또는 비틀림 힘을 견뎌낼 수도 있게 된다.
전형적으로, 모터의 축은 벤틸레이터 로터 중심 축과 동렬로 정렬되어 사용 중에 모터와 벤틸레이터의 대칭적이고 균형 잡힌 작동을 제공한다.
모터 로터는 모터용의 에워싸는 하우징에 연결되는데, 그 모터 하우징은 다시 벤틸레이터 로터에 연결된다.
일 실시예에 있어서, 하우징은 로터의 플레이트에 직접 장착된 슬리브인데, 모터 로터는 상기 슬리브와 함께 수납되어 유지되게 된다. 상기 슬리브는 대안적으로 플레이트와 일체로 형성되어 그로부터 돌출될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 하우징은 모터 로터가 수납되어 유지되는 캡을 포함하는데, 캡은 벤틸레이터 로터 플레이트에 장착되어 모터 로터를 그에 연결시키게 된다.
그러한 구성은 모터 로터를 벤틸레이터 로터에 부착시키는 간단한 수단을 제공한다. 슬리브와 캡은 각각 모터 로터에 울타리(enclosure)를 제공하여 먼지 등과 같은 입상물이 그 안으로 들어오는 것을 방지한다.
다른 양태에 있어서, 벤틸레이터 로터는 시판(in-use) 상단 플레이트, 시판 하단 플레이트, 및 상단 플레이트와 하단 플레이트 사이에 연장되어 그 플레이트들의 대향 단부들에서 그 플레이트들에 각각 연결되는 다수의 풍력 구동 가능 요소들을 포함한다.
벤틸레이터는 로터를 덮는 돔 모양의 커버를 추가로 구비할 수 있다. 돔 모양의 커버는 로터 상단 플레이트에 장착될 수 있다. 그러한 돔 모양의 커버는 로터 벤틸레이터를 환경 조건/요소로부터 보호할 수 있고, 로터의 강성을 증대시킬 수 있으며, 로터에 공기 역학적 프로파일을 제공할 수 있고, 로터의 미관을 향상시킬 수 있다.
전형적으로, 모터는 낮은 회전 저항을 갖는다. 그와 관련하여, 모터는 "자유 공전(free-spinning)"을 할 수 있다. 따라서, 모터가 벤틸레이터에서 베어링으로서의 기능을 할 경우(즉, 벤틸레이터 로터와 벤틸레이터 스테이터를 상호 연결하는 것에 의해), 낮은 회전 저항을 제공함으로써 모터의 베어링으로서의 기능이 증진될 수 있고, 넓은 범위의 주위 바람 조건에서 벤틸레이터 로터가 회전할 수 있도록 허용할 수 있다.
모터는 직류 전원 또는 교류 전원에 의해(예컨대 주 전원으로부터) 전기적으로 동력을 공급받을 수 있거나, 배터리에 의해 구동될 수 있다. 전원이 직류 전원인 경우, 모터는 하나 이상의 태양 전지판(solar panel)을 통해 전력을 공급받을 수 있다. 대안적으로, 모터는 공기/공압에 의해 구동될 수 있거나, 내연 엔진 또는 가스 터빈 등을 포함할 수 있다.
벤틸레이터 스테이터가 장착되는 전형적인 구조물은 지붕, 건물의 밀폐 공간의 벽 등이거나, 간이 창고, 주택, 자동차 등과 같은 이동식 구조물이다.
발명의 상세한 설명에서 정의된 벤틸레이터의 범위에 속할 수 있는 임의의 다른 형태들이 있겠지만, 이제 벤틸레이터의 특정의 실시예들을 단지 예로써 첨부 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 선택 사양인 돔 모양의 커버를 제거한 채로 하이브리드 벤틸레이터의 제1 실시예를 나타낸 사시도이고;
도 2는 그 내부에 모터가 위치되는 것을 나타낸 도 1의 벤틸레이터의 저면 사시도이며;
도 3은 도 1 및 도 2의 벤틸레이터의 제1 실시예의 평면도이고;
도 4는 A-A 선을 따른 도 3의 벤틸레이터의 측단면도이며;
도 5는 도 4의 단면에서의 상세도이고;
도 6은 돔 모양의 커버를 제거한 채로 하이브리드 벤틸레이터의 제2 실시예 를 나타낸 평면도이며;
도 7은 도 6과 같지만, 돔 모양의 커버를 제 위치에 둔 채로 나타낸 도 6의 벤틸레이터의 측단면 입면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 하이브리드 벤틸레이터(10)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 그러한 하이브리드 벤틸레이터(10)의 구성은 전형적으로 대형 벤틸레이터 설비에 채용된다.
도시된 벤틸레이터는 2개의 본체들, 즉 벤틸레이터 스테이터(12)와 벤틸레이터 로터(14)를 포함한다.
벤틸레이터 스테이터(12)는 횡단면이 원형인 경부(throat)(16)와, 구동 모터(20)를 위치시키고 지지하는 하위 조립체(18)의 형태의 프레임을 포함한다. 도 1 내지 도 5에 도시된 하이브리드 벤틸레이터의 실시예에서는, 모터가 벤틸레이터 로터를 직접 벤틸레이터 스테이터에 연결시킨다. 모터는 벤틸레이터 로터와 벤틸레이터 스테이터 사이의 베어링으로서의 기능도 한다. 전형적으로, 모터는 후술하는 바와 같이 낮은 회전 저항의 것(예컨대, 그 스테이터에 대해 외부에 있는 로터를 구비한 자유 공전 타입 모터)이다.
모터 로터는 벤틸레이터 로터에 장착되는 모터 몸체(21)를 포함한다. 모터가 도시된 바와 같이 외부 로터를 구비하는 경우, 모터 몸체(21)는 모터 로터의 일체인 부분을 이룬다.
모터 스테이터는 모터 몸체(21)를 그 위에서 회전되도록 지지하는 모터 베이 스(22)를 포함한다. 모터 스테이터는 벤틸레이터 스테이터(12)에 연결되어 벤틸레이터를 연통(煙筒, flue) 또는 기타의 출구에 고정시키고, 베이스는 그 경우에 벤틸레이터를 지붕의 각종의 물 내리받이(pitch), 벽 등에 요구되는 대로 장착하기 적합하게 하는 경부(16)에 부착될 수 있다.
벤틸레이터 스테이터 하위 조립체(18)는 다수의 브래킷(23)들을 포함한다(예컨대, 도 2에는 4개의 브래킷들이 도시되어 있음). 브래킷들은 도면 부호 "24"에서 교차하고, 도면 부호 "25"에서 모터 베이스(22) 및 그 베이스(22)와 브래킷들 모두에 부착된 장착 링(26)을 수납하는 것을 지원하는 형태로 형성된다. 각각의 브래킷(23)의 외측 단부는 각각의 리벳(27)에 의해 경부(16)에 연결된다. 따라서, 하위 조립체(18)는 모터 스테이터를 벤틸레이터 스테이터(12)에 장착하고, 사용 중에 모터를 지지한다. 또한, 사용 중에 모터가 작동되었을 때에 모터 스테이터가 회전되는 것이 방지되게 된다.
주 전원, 배터리, 변압기, 태양 전지판 등과 같은 직류 전원 또는 교류 전원으로부터의 모터 인입선(leads)은 전형적으로 하위 조립체(18) 상에 지지되고, 소정의 브래킷(23)을 따라 연장되어 모터 베이스(23) 내로 들어간다.
모터 몸체(21)는 벤틸레이터 로터의 일부를 이루는 슬리브(30)의 내부에 장착된다. 슬리브(30)는 원형 플레이트(31)에 장착되고, 패스너(fastener)(34)들에 의해 벤틸레이터 로터 상단 플레이트(32)의 하면에 고정된다. 슬리브(30)는 대안적으로 벤틸레이터 로터와 일체로 형성될 수 있다.
모터 몸체는 그 측벽으로부터 바깥쪽으로 돌출되고 모터 몸체(21)의 베이스 에 인접한 외주 플랜지(35)를 포함한다. 플랜지(35)는 슬리브(30)의 대응 플랜지(36)와 동렬로 정렬되고, 그럴 경우에 패스너들은 플랜지들(35, 36)을 통해 도입되어 모터 몸체를 벤틸레이터 로터(14)에 고정시킨다(즉, 그에 따라 모터 로터를 벤틸레이터 로터에 고정시킴).
부가적인 안정성을 위해, 슬리브(30)와 벤틸레이터 로터 플레이트(32)의 외주 사이에 연장되는 다수의 브레이스(brace)(37)(예컨대, 도 2에는 5개의 브레이스들이 도시되어 있음)들이 마련될 수 있는데, 그 브레이스들은 벤틸레이터 로터 플레이트(32)의 하면에 고정된다(예컨대, 리벳들에 의해). 각각의 브레이스(37)는 근위 단부(proximal end)에서 플레이트(31)와 슬리브(30)의 플랜지(36) 사이에 안락하게 위치될 정도의 크기를 갖는다(도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이).
전형적으로, 모터(20)는 모터 로터와 스테이터 사이의 내부에 심부 홈 볼 베어링 열/레이스(deep groove ball bearing row/race)들을 채용하고 있다. 그러한 베어링들은 기본적으로 축 방향 추진 하중을 흡수하지만, 사용 중에 벤틸레이터가 받을 수 있는 반경 방향 힘을 흡수할 수도 있는 추진력 베어링 기능을 제공할 수 있다. 그러한 구성은 몇몇 용도에서는 또는 일부 벤틸레이터 구조물과 함께는 사용되지 않을 수 있지만, 전형적으로 더욱 강력한 모터를 갖는 대형 벤틸레이터에 채용된다.
심부 홈 볼 베어링 조립체는 벤틸레이터 로터가 받는 축 방향 하중 및 반경 방향 하중을 견뎌낼/수용할 수 있고, 예컨대 가변적인 바람 조건/풍향으로 인해 벤틸레이터 로터에 가해지는 뒤틀림 또는 비틀림 힘을 견뎌낼 수도 있다.
벤틸레이터 로터는 터빈 또는 임펠러(impeller) 조립체(40)를 포함한다. 그러한 조립체(40)는 디스크 모양의 벤틸레이터 로터 상단 플레이트(32) 및 환형 디스크 모양의 하단 플레이트(42)를 포함한다. 상단 플레이트와 하단 플레이트 사이에는 다수의 날개 또는 블레이드(44)들이 연장되어 각각의 단부에서 그 플레이트들에 연결된다. 그와 관련하여, 날개 또는 블레이드들은 상단 및 하단 플레이트들에 있는 대응 슬롯들을 통해 삽입된 벤트 오버 탭(bent over tab)(46)(도 1 내지 도 3을 참조)들에 의해 상단 및 하단 플레이트들(32, 42)에 고정된다.
도시된 바와 같은 도 1 내지 도 5의 설비는 돔이 없더라도 완전히 방수가 되지만, 터빈 조립체(40)는 미적 및/또는 공기 역학적 효과를 위한 돔을 더 포함할 수 있다. 돔은 태양 및 먼지에 대한 보호 커버로서의 역할도 할 수 있다.
사용 시에, 모터 몸체(21)는 모터 베이스(22) 상에서 회전하고, 그 모터 베이스(22)에 의해 지지된다. 전술된 바와 같이, 모터(20)는 벤틸레이터 스테이터(12)와 벤틸레이터 로터(14) 사이에서 그 각각에 기계적으로 연결되고, 그에 따라 작동 시에 벤틸레이터 로터(14)를 구동하는데(또는 구동을 보충하는데) 사용될 수 있다. 그와 동시에, 모터(20)는 벤틸레이터 로터(14)에 대한 회전 베어링으로서의 기능을 할 수 있다.
일 사용 모드에서는, 밀폐 공간으로부터 공기를 배기시킬 때에, 모터(20)의 회전 출력이 벤틸레이터 로터(14)에 전달되어 터빈 조립체(임펠러)(40)를 구동함으로써 환기(펌핑) 작용을 일으킨다. 그와 관련하여, 벤틸레이터(10)가 위치된 해당 밀폐 공간 내의 공기(또는 기타의 가스들)가 밀폐 공간으로부터 바깥쪽으로 끌려나 가 공기/가스가 날개/블레이드(44)들 사이로 배출되게 된다.
상기 벤틸레이터(10)의 특유의 특징은 터빈 조립체(40)가 주위 바람 및/또는 모터의 양자에 의해 동력을 공급받을 수 있다는 것이다. 그와 관련하여, 날개/블레이드(44)들은 그들이 원심 팬으로부터 얻어지는 것과 유사한 반경 방향 흐름을 유도할 수 있다는 점에서 각각 작동 요소로서의 기능을 한다. 움직이는 날개/블레이드(즉, 주위 바람 및/또는 모터의 구동 결과로서)들은 인접한 공기(또는 가스) 분자들이 그와 함께 회전되도록 한다. 회전하는 분자들에 부여되는 원심 가속의 결과로서, 점진적으로 증가하는 바깥쪽으로 향한 반경 방향 힘이 공기 분자들에 전달된다. 결과적으로 생긴 원심력이 공기 분자들을 벤틸레이터(10)로부터 반경 방향으로 바깥쪽으로 축출하여 대체되는 공기가 벤틸레이터의 경부(16) 내로, 이어서 날개/블레이드들 사이의 틈새로 인입되도록 한다(또는 그렇게 유도한다). 따라서, 로터가 움직일 경우, 벤틸레이터를 통한 공기의 연속적인 흐름이 유발되게 된다.
이제, 도 6 및 도 7을 참조하면, 하이브리드 벤틸레이터(100)의 제2 실시예가 도시되어 있다. 본 구성은 전형적으로 소형 벤틸레이터 설비에 채용된다.
도시된 벤틸레이터는 역시 2개의 본체들, 즉 벤틸레이터 스테이터(112)와 벤틸레이터 로터(114)를 포함한다. 스테이터(112)는 횡단면이 원형인 경부(116) 및, 구동 모터(120)를 위치시키고 지지하는 하위 조립체(118)를 포함한다.
도 6 및 도 7에 도시된 하이브리드 벤틸레이터의 실시예에서는, 모터가 벤틸레이터 로터를 샤프트(124)(후술하는 바와 같은)를 통해 벤틸레이터 스테이터에 연결시킨다. 모터는 역시 낮은 회전 저항(자유 공전) 타입의 것이다.
모터 로터는 역시 모터 몸체(121)를 포함하고, 모터 스테이터는 모터 몸체를 그 위에 회전되도록 지지하는 모터 베이스(122)를 포함한다. 스테이터(112)는 역시 벤틸레이터를 연통에 고정시키기 적합하게 형성될 수 있고, 벤틸레이터를 지붕, 벽 등에 요구되는 대로 장착하기 적합하게 하는 베이스 구조물에 장착될 수도 있다.
스테이터 하위 조립체(118)는 브래킷(123), 샤프트(124), 및 플랜지(126)를 포함한다. 브래킷(123)은 리벳(123A)들에 의해 경부(116)에 연결된다. 샤프트(124)는 다시 일 단부에서 나사(125A)들에 의해 브래킷(123)에 연결되고, 타 단부에서 나사(125B)들에 의해 플랜지(126)에 연결된다. 모터 베이스(121)는 패스너(127)(예컨대, Taptite? 나사)들에 의해 플랜지(126)에 고정되고, 그럼으로써 경부(116)(스테이터)에 관통 연결된다. 따라서, 브래킷(123), 샤프트(124), 및 플랜지(126)의 하위 조립체(118)는 모터(120)를 스테이터(112)에 장착하고, 사용 중에 모터를 지지한다. 또한, 모터가 작동되었을 경우, 사용 중에 모터 베이스가 회전되는 것이 방지되게 된다.
배터리, 변압기, 태양 전지판 등과 같은 직류 전원 또는 교류 전원으로부터의 모터 인입선(128)은 경부(116)에 있는 절연(고무) 그로밋(grommet)(129)을 통과하고, 도시된 바와 같이 하위 조립체(118) 상에 또한 지지되어 모터에까지 이르며, 그리하여 샤프트(124)에 있는 통로(124A) 및 플랜지(126)에 있는 구멍(126A)을 통과한다.
벤틸레이터(100)의 터빈/임펠러 조립체(130)는 상단 및 하단 플레이트 들(131, 132)을 포함하는데, 상단 플레이트와 하단 플레이트 사이에 다수의 날개/블레이드들이 연장되어 그 플레이트들에 연결된다. 그와 관련하여, 날개들은 벤트 오버 날개 탭(138)들에 의해 상단 및 하단 플레이트(131, 132)에 고정된다(도 1).
터빈 조립체(130)는 돔(136)을 추가로 포함한다. 돔(136)은 리벳(140)들 또는 일련의 냉간 성형(cold-formed) 타입 조인트들에 의해 상단 플레이트(131)에 고정된다. 돔(136)은 로터 벤틸레이터에 대한 보호 커버로서의 역할을 하여 그 로터 벤틸레이터를 환경 조건/요소(비, 태양 등)로부터 보호하고, 아울러 상단 플레이트(131)의 강성을 증대시키는 구조 요소로서의 기능도 한다. 돔(136)은 또한 벤틸레이터에 공기역학적 프로파일을 제공한다.
모터 베이스(122)를 플랜지(126)에 장착하는 것에 부가하여, 모터 몸체(121)를 샤프트(124)에 장착하는 것에 의해, 주로 축 방향 추진력 하중을 흡수하지만, 사용 중에 벤틸레이터 로터가 받을 수 있는 반경 방향 힘을 흡수하기도 하는 추진력 베어링 장치가 채용될 수 있게 된다. 그러한 장치는 일부 용도들 또는 모터 구성들에는 요구되지 않을 수 있지만, 소형 모터 타입 또는 덜 강력한 모터 타입에는 채용될 수 있다.
추진력 베어링 장치는 도시된 바와 같이 샤프트(124)의 단부에 있는 오목 부위 내에서 회전되도록 위치된 부시(142)를 포함한다. 부시(142)는 모터 몸체(121)로부터 중심에서 바깥쪽으로 돌출된 모터 샤프트(144)에 고정된다. 부시(142)는 플랜지(126) 내에 수납된 볼 베어링 조립체(146) 내에 장착되기도 한다.
볼 베어링 조립체는 추진력 베어링으로서의 기능을 한다. 따라서, 모터가 작동될 경우, 볼 베어링 조립체(146)는 그 내부에서 부시(142)와 모터 샤프트(144)의 회전을 지지하고, 로터가 받는 모든 축 방향 하중 및 반경 방향 하중을 견딘/수용한다. 모터 샤프트(144)의 베어링은 또한 모터가 예컨대 가변적인 바람 조건/방향으로 인해 로터에 가해지는 뒤틀림 또는 비틀림 힘을 견뎌낼 수 있도록 한다.
모터 몸체(121)가 모터 베이스(122) 상에 회전될 경우, 모터 몸체(121)에 연결된 모터 샤프트(144)는 베어링(146) 내에서 회전되고 그 베어링(146)에 의해 지지된다.
모터 몸체(121)를 로터(114)에 장착하기 위해, 캡(150)이 세트 나사(152)들에 의해 모터 몸체에 연결된다. 그러면, 캡(150)의 하부 에지는 일련의 나사(154)들에 의해 상단 플레이트(131)에 고정된다.
모터 및 베어링 조립체를 공기에 의해 운반되는 입상물(예컨대, 먼지, 습기, 유체 등)로부터 차폐시키기 위해, 그리고 모터 및 베어링 조립체 윤활유들이 바깥쪽으로 떨어지는 것을 방지하기 위해, 도시된 바와 같이 차폐 플레이트(160)가 일련의 나사(162)들에 의해 플랜지(126)에 장착될 수 있다.
따라서, 모터(120)는 벤틸레이터 로터(114)를 구동하는데(또는 구동을 보충하는데) 사용될 수 있다.
도 6 및 도 7의 벤틸레이터 실시예는 도 1 내지 도 5의 벤틸레이터 실시예와 유사한 사용 모드들을 가질 수 있다.
모터(20, 120)의 작동은 예컨대 주위 온도, 밀폐 공간 온도, 습도, 주위 풍속 등을 입력정보로서 수신할 수 있거나 미리 프로그램화될 수 있는 마이크로프로 세서 기반의 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 모터는 선택적으로 작동될 수 있다(예컨대, 더운 날 약한 바람 조건에서).
카울링(cowling)의 특정의 형태로 항상 에워싸여 있는 동력 구동 팬과는 대조적으로, 벤틸레이터(10, 100)는 임펠러(보다 구체적으로 날개/블레이드들)를 임의의 주위 바람 조건에 노출시키고, 그러한 조건을 통풍 효과를 얻는데 사용할 수 있다. 도 1 및 도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 날개들은 사용 중에 실질적으로 바람에 노출되도록 정향된다(즉, 날개들은 바람(기류)이 대체로 측방에서 로터 벤틸레이터에 부딪칠 경우에 유효한 바람의 최대 성분을 받을 수 있도록 배치됨). 그와 관련하여, 날개들은 카울링 등에 의해 덮이지 않고, 통상의 풍력 구동 방식으로 그 기능을 할 수 있다.
날개/블레이드들은 주위 바람 또는 모터 이외의 다른 것에 의해 추진될 수도 있다. 예컨대, 벤틸레이터 로터는 열에 의해 발생되어 로터 벤틸레이터가 위치된 해당 밀폐 공간을 나가는 가스 흐름에 의해 구동될 수 있거나, 밀폐 공간 내에서 작동하는 다른 가스 가압 수단(예컨대 공조 기류 또는 가열 기류)에 의해 구동될 수도 있다. 그와 관련하여, 벤틸레이터는 제어되는/제어 가능한 가스 배출 밸브로서의 기능을 한다.
도 1 내지 도 7의 실시예에는 모터가 벤틸레이터 로터를 벤틸레이터 스테이터에 연결하는 것이 예시되어 있지만, 모터는 벤틸레이터 로터/벤틸레이터 스테이터 장착과 분리되어 위치될 수도 있다. 그럴 경우, 벤틸레이터 로터와 벤틸레이터 스테이터 사이에 별도의 베어링이 채용된다. 그러면, 모터는 벤틸레이터 내에 위 치되어 기어, 벨트 구동기 등에 의해 벤틸레이터 로터에 연결될 수 있다.
다른 대안으로서, 모터는 벤틸레이터의 외부에 위치되어 기어나 다른 장치 등(예컨대, 구동 벨트 또는 체인을 통해)에 의해 로터에 연결될 수 있다. 또 다른 대안에서는, 모터가 경부(16, 116)에 또는 그 아래에 장착되어 적절한 전동 장치(예컨대 기어 장치)를 통해 벤틸레이터 로터를 구동하도록(회전시키도록) 연결될 수 있다.
여기에 설명한 하이브리드 벤틸레이터에서, 일방향 오버러닝 클러치(one-way overrunning clutch)와 같은 클러치는 상기 모터와 벤틸레이터 로터 사이의 전동 장치의 부분으로서 적용될 필요는 없다.
모터용 직류 전원은 5 내지 100볼트의 범위에 있는 전압을 채용할 수 있다(예컨대, 12, 24, 48볼트 배터리 등). 교류 전원은 100 내지 415볼트의 범위에 있는 전압을 채용할 수 있고(예컨대, 110 또는 240볼트 주 전원), 단상 또는 삼상 전원을 채용할 수 있다. 직류의 사용에 의해 배터리 또는 태양 전지판이 모터에 전력을 공급하는데 사용될 수 있는 한편, 교류의 사용에 의해 주 전원 또는 격자 전원(grid electricity supply)이 모터에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
전원 대신에, 모터는 공기/공압에 의해 또는 심지어 증기에 의해 구동될 수 있거나, 내연 엔진 또는 가스 터빈 등을 포함할 수도 있다.
전형적으로 각각의 하이브리드 벤틸레이터가 그 용도에 맞춰 설계되고 제조되기는 하지만, 벤틸레이터의 부품들은 상단 플레이트 및 그로부터 연장된 풍력 구 동 가능한 날개들 또는 블레이드들을 포함하는 공지의 벤틸레이터에 개장될 수도 있다.
외부 페어링(faring)이 벤틸레이터 로터 하단 플레이트에 마련되어 벤틸레이터의 공기 역학적 프로파일을 증진시킬 수도 있다.
모터는 전형적으로 낮은 회전 저항(자유 공전) 타입의 것이지만, 특히 대형 벤틸레이터 설비에 있어서는 상대적으로 높은 토크 출력을 가질 수 있다. 모터는 1-2Nm의 범위에 있는 토크를 가질 수 있다. 그와 관련하여, 모터는 높은 토크 대 rpm 비를 가질 수 있는데, 대형 벤틸레이터 설비는 200 내지 400rpm의 범위의 속도로 작동하고, 소형 벤틸레이터 설비는 600 내지 800rpm의 범위의 속도로 작동한다.
또 다른 변형에서는, 모터가 벤틸레이터의 실제 구조물로 통합될 수 있다. 그와 관련하여, 모터 그 자체가 벤틸레이터 로터 및/또는 벤틸레이터 스테이터를 형성하도록 구성되고 형성될 수 있다. 전기 모터의 경우, 모터 자석들이 벤틸레이터 로터에 및/또는 코일들이 벤틸레이터 스테이터에 각각 통합될 수 있다.
로터 벤틸레이터의 특정의 실시예들을 설명하였지만, 로터 벤틸레이터는 여러 다른 형태들로 실시될 수도 있음을 알아야 할 것이다.

Claims (21)

  1. - 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터;
    - 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비하며, 하나 이상의 구동 가능한 요소들이 사용 중에 상기 스테이터에 의해 에워싸이지는 않지만 실질적으로 바람에 노출되도록 사용 중에 상기 스테이터로부터 연장되게 장착되는 벤틸레이터 로터; 및
    - 상기 벤틸레이터 로터를 선택적으로 모터 구동 회전시키기 위한 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이에서 작동하는 모터를 포함하고,
    상기 모터는 상기 벤틸레이터 로터를 상기 벤틸레이터 스테이터에 연결하면서 상기 로터의 축 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  2. - 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터;
    - 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비하며, 하나 이상의 구동 가능한 요소들이 사용 중에 상기 스테이터에 의해 에워싸이지는 않지만 실질적으로 바람에 노출되도록 사용 중에 상기 스테이터로부터 연장되게 장착되는 벤틸레이터 로터; 및
    - 상기 벤틸레이터 로터를 선택적으로 모터 구동 회전시키기 위한 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이에서 작동하는 모터를 포함하고,
    상기 모터는 상기 벤틸레이터 로터를 상기 벤틸레이터 스테이터에 연결하면서 상기 벤틸레이터 내에 적어도 부분적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  3. - 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터;
    - 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비하며, 하나 이상의 구동 가능한 요소들이 사용 중에 상기 스테이터에 의해 에워싸이지는 않지만 실질적으로 바람에 노출되도록 사용 중에 상기 스테이터로부터 연장되게 장착되는 벤틸레이터 로터; 및
    - 상기 벤틸레이터 로터를 선택적으로 모터 구동 회전시키기 위한 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이에서 작동하는 모터를 포함하고,
    상기 모터는 상기 벤틸레이터 로터를 상기 벤틸레이터 스테이터에 연결하면서 클러치를 사용하지 않고서 상기 로터에 연결되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  4. - 구조물에 장착되는 벤틸레이터 스테이터;
    - 상기 벤틸레이터 스테이터에 장착되어 그에 대해 회전하고, 하나 이상의 풍력 구동 가능한 요소들을 구비하는 벤틸레이터 로터; 및
    - 상기 벤틸레이터 로터가 풍력 기동력만을 받을 경우에 상기 벤틸레이터 로터와 상기 벤틸레이터 스테이터 사이의 회전 베어링으로서의 기능을 할 수 있는 모터를 포함하고,
    상기 모터는 상기 벤틸레이터 로터를 상기 벤틸레이터 스테이터에 연결하는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 풍력 구동 가능한 요소는 날개 또는 블레이드인 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벤틸레이터 스테이터는 구조물에 장착하기 위한 프레임을 포함하고, 상기 모터 스테이터는 상기 프레임에 직접 장착되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 모터의 로터는 모터 몸체를 포함하고, 상기 모터의 스테이터는 모터 베이스를 포함하되, 상기 모터 몸체는 상기 모터 베이스에 대해 회전할 수 있고, 상기 모터 베이스는 프레임에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벤틸레이터 스테이터는 구조물에 장착하기 위한 프레임 및 프레임에 장착되고 그로부터 돌출된 샤프트를 포함하고, 상기 샤프트는 그 원격 단부에 상기 모터를 지지하는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 모터의 로터는 모터 몸체를 포함하고, 상기 모터의 스테이터는 모터 베이스를 포함하고, 상기 모터 몸체는 상기 모터 베이스에 대해 회전될 수 있고, 상기 모터 베이스는 상기 프레임에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 모터 베이스는 상기 샤프트의 원격 단부에 위치된 플랜지에 장착되고, 상기 모터 몸체로부터 돌출된 돌출부가 상기 샤프트의 원격 단부에서 오목 부위 내에서 회전되도록 지지되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 돌출부는 부시에 지지된 상기 모터 몸체의 샤프트이고, 상기 부시는 상기 플랜지 오목 부위 내부에 위치된 볼 베어링 조립체 내에 회전되도록 지지되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  13. 제8항에 있어서, 상기 모터 몸체는 에워싸는 모터 하우징에 연결되고, 상기 하우징은 상기 벤틸레이터 로터에 연결되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하우징은 슬리브 또는 캡인 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  15. 제13항에 있어서, 상기 벤틸레이터 로터는 시판(in-use) 상단 플레이트, 시판 하단 플레이트, 및 상단 및 하단 플레이트들 사이에 연장되어 플레이트들의 대향 단부들에서 플레이트들에 각각 연결되는 다수의 풍력 구동 가능 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 하우징은 상기 상단 플레이트에 연결되어 상기 모터 몸체를 그 상단 플레이트에 연결시키는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  17. 제15항에 있어서, 상기 벤틸레이터 로터를 덮는 돔 모양의 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  18. 제17항에 있어서, 상기 돔 모양의 커버는 상기 로터 상단 플레이트에 장착되는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 낮은 회전 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  20. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 직류 전원 또는 교류 전원에 의해 동력을 공급받는 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
  21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벤틸레이터 스테이터가 장착되는 구조물은 건물의 닫힌 공간의 지붕, 또는 간이 창고, 주택, 또는 자동차를 비롯한 이동식 구조물인 것을 특징으로 하는 벤틸레이터.
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