KR100601212B1 - 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치 - Google Patents

히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치에 관한 것으로, 몸체의 중앙에 열교환기가 구비되고 격막에 의해 환기부, 급기부, 배기부 및 유입부로 각각 구획되어 이루어진 폐열회수 환기장치에 있어서, 상기 배기부와 유입부를 가로질러 히트파이프가 설치되고, 상기 배기부에서 배기되는 공기와 유입부에서 유입되는 공기의 온도차에 의해 상기 히트파이프의 작동유체가 증발 및 응축하면서 발생되는 열에너지를 이용하여 상기 열교환기 쪽으로 유입되는 공기의 온도를 변화시키도록 된 것이다.
폐열회수, 환기, 결빙 방지, 전기히터, 히트파이프, 응축부, 증발부

Description

히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치{Heat Recovery Ventilator Installed a Heat-Pipe}
도 1은 종래기술에 따른 폐열회수 환기장치의 개략적인 모습을 보여주는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 폐열회수 환기장치의 개략적인 모습을 보여주는 구성도,
도 3은 본 발명에 따라 모세관식 히트파이프가 적용된 경우로서, 도 2의 A-A선 단면도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따라 중력식 히트파이프가 적용된 경우로서, 도 3의 대응도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
10 : 몸체 20 : 열교환기
30 : 격막 35,35' : 필터
40 : 환기구 50 : 배기구
60 : 유입구 70 : 급기구
80 : 배기팬 85 : 급기팬
90 : 전기히터 100 : 히트파이프
A : 환기부 B : 급기부
C : 배기부 D : 유입부
본 발명은 폐열회수 환기장치에 관한 것으로, 특히 히트파이프를 통해 유입되는 실외공기의 온도를 변화시켜 열교환기의 결빙을 방지 또는 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있도록 된 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 밀폐된 공간의 냉ㆍ난방 등에 소요되는 에너지를 절감하는 것은 원가절감을 위한 필수적인 과제인 바, 모든 건물은 점차 밀폐형의 에너지 절약형 건물로 건축되고 있는 실정이다.
이에 따라 밀폐형 건물의 환기가 또 다른 문제로 대두되고 있는데, 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 폐열회수 환기장치(Heat Recovery Ventilator)이다.
이러한 폐열회수 환기장치는 환기과정에서 손실되는 현열 및 잠열을 회수하는 장치로써, 냉ㆍ난방을 실시하면서 환기가 필요한 모든 곳이 사용 대상이 되며, 유독가스나 악취발생, 분진발생 등으로 항시 환기가 필요한 산업현장에서 냉ㆍ난방장치의 경제적 사용을 가능하게 함으로써 쾌적한 작업환경을 조성하여 에너지 절감은 물론, 작업능률 향상과 직업병까지 예방할 수 있는 다양한 장점을 가지고 있다.
한편, 종래의 폐열회수 환기장치를 좀 더 자세히 살펴보면, 도 1에서 보는 바와 같이, 소정형상의 몸체(10) 내부 중앙에는 열교환이 이루어지는 열교환기(20)가 배치되고, 상기 열교환기(20)를 둘러싸며 설치된 다수개의 격막(30)에 의해 서로 구획되어 각각 환기부(A), 급기부(B), 배기부(C) 및 유입부(D)가 형성되며, 상기 환기부(A), 급기부(B), 배기부(C) 및 유입부(D)와 각각 연통되는 환기구(40), 급기구(70), 배기구(50) 및 유입구(60)가 형성된다.
또한, 유입 및 배출되는 공기의 원활한 흐름을 유도하기 위해 상기 배기부(C)에는 배기팬(80)이 구비되고, 상기 급기부(B)에는 급기팬(85)이 구비되며, 상기 환기부(A) 및 유입부(D) 측에는 환기되는 실내공기 및 유입되는 실외공기에 포함된 이물질이 열교환기(20) 쪽으로 유입되는 것을 방지하도록 필터(35,35')가 각각 설치되는 한편, 상기 유입부(D) 내에는 낮은 온도의 실외공기가 직접 열교환기(20) 쪽으로 유입되는 것을 방지하기 위해 전열기구인 전기히터(90)가 구비되어 있다.
이에 따라, 폐열회수 환기장치의 배기팬(80)이 작동하게 되면, 실내공기는 상기 환기구(40)를 통해 환기부(A)로 유입되어 상기 필터(35)를 거치면서 각종 이물질이 여과된 상태로 상기 열교환기(20)를 경유하여 상기 배기부(C)를 거쳐 배기구(50)를 통해 실외로 배출되는 동시에, 급기팬(85)의 작동에 의해 실외공기가 유입구(60)를 통해 유입부(D)로 유입되어 상기 필터(35')를 거치면서 각종 이물질이 여과된 상태로 상기 열교환기(20)를 경유하여 상기 급기부(B)를 거쳐 급기구(70)를 통해 실내로 유입되는데, 이 과정에서 상기 열교환기(20)를 경유하는 실내공기와 실외공기는 열교환판을 통해 열교환이 이루어지게 된다.
한편, 동절기 또는 한랭지에서와 같이 실외공기의 온도가 낮을 경우, 상기 유입구(60)를 통해 유입되는 실외공기가 상기 열교환기(20)로 곧바로 유입되면, 폐열회수 환기장치 내의 공기에 함유된 수분이 실외공기(저온 상태)에 의해 응축ㆍ결빙되면서 상기 열교환기(20) 내에 적상되어 공기의 유통을 방해할 뿐만 아니라, 열교환기(20) 자체를 동파시킬 수 있기 때문에 상기 전기히터(90)를 작동시켜 유입되는 실외공기를 적정 온도로 승온시켜 열교환기(20) 쪽으로 유입되도록 구성되어 있다.
그러나, 상기 전기히터(90)와 같은 전열기구를 사용하게 되면, 소비전력이 증가되고 절연 불량시 감전의 우려가 있으며, 운전 상태 불량시에는 과열에 의한 화재의 우려가 있는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 별도의 전력공급이 없이 히트파이프의 증발 및 응축열을 이용해서 열교환기 쪽으로 유입되는 공기의 온도를 변화시켜 동절기 또는 한랭지에서는 열교환기의 결빙을 방지하는 한편, 하절기 또는 열대지역에서는 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있도록 된 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 몸체의 중앙에 열교환기가 구비되고 격막에 의해 환기부, 급기부, 배기부 및 유입부로 각각 구획되어 이루어진 폐열회수 환기장치에 있어서, 상기 배기부와 유입부를 가로질러 히트파이프가 설치되고, 상기 배기부에서 배기되는 공기와 유입부에서 유입되는 공기의 온도차에 의해 상기 히트파이프의 작동유체가 증발 및 응축하면서 발생되는 열에너지를 이용하여 상기 열교환기 쪽으로 유입되는 공기의 온도를 변화시키도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입부에서 유입되는 공기의 온도에 따라 상기 히트파이프의 증발부와 응축부의 방향을 바꾸어 상기 열교환기 쪽으로 유입되는 공기의 온도를 높이거나 낮추어 공급하도록 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 히트파이프는 모세관식(Wick Type)이거나, 중력식(Wickless Type)인 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 폐열회수 환기장치의 개략적인 모습을 보여주는 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따라 모세관식 히트파이프가 적용된 경우로서 도 2의 A-A선 단면도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따라 중력식 히트파이프가 적용된 경우로서 도 3의 대응도이며, 종래구조와 동일한 부위에는 동일부호를 표기하여 설명한다.
본 발명에 따른 폐열회수 환기장치는, 소정형상의 몸체(10) 내부 중앙에는 열교환이 이루어지는 열교환기(20)가 배치되고, 상기 열교환기(20)를 둘러싸며 설치된 다수개의 격막(30)에 의해 서로 구획되어 각각 환기부(A), 급기부(B), 배기부(C) 및 유입부(D)가 형성되며, 상기 환기부(A), 급기부(B), 배기부(C) 및 유입부(D)와 각각 연통되는 환기구(40), 급기구(70), 배기구(50) 및 유입구(60)가 형성된다.
또한, 유입 및 배출되는 공기의 원활한 흐름을 유도하기 위해 상기 배기부(C)에는 배기팬(80)이 구비되고, 상기 급기부(B)에는 급기팬(85)이 구비되며, 상기 환기부(A) 및 유입부(D) 측에는 환기되는 실내공기 및 유입되는 실외공기에 포함된 이물질이 열교환기(20) 쪽으로 유입되는 것을 방지하도록 필터(35,35')가 각각 설치되는 한편, 상기 배기부(C)와 유입부(D)를 가로질러 히트파이프(100)가 설치되어 이루어진다.
이하 설명의 편의상 동절기 또는 한랭지에서와 같이 실외공기의 온도가 낮은 경우를 가정하여 본 발명에 따른 폐열회수 환기장치의 작동을 상세히 설명한다.
먼저, 폐열회수 환기장치의 배기팬(80)이 작동하게 되면, 도 2 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 실내공기는 상기 환기구(40)를 통해 환기부(A)로 유입되어 상기 필터(35)를 거치면서 각종 이물질이 여과된 상태로 상기 열교환기(20)를 경유하여 상기 배기부(C)를 거쳐 배기구(50)를 통해 실외로 배출되는 동시에, 급기팬(85)의 작동에 의해 실외공기가 유입구(60)를 통해 유입부(D)로 유입되어 상기 필터(35')를 거치면서 각종 이물질이 여과된 상태로 상기 열교환기(20)를 경유하여 상기 급기부(B)를 거쳐 급기구(70)를 통해 실내로 유입된다.
여기서, 상기 히트파이프(100)의 일측(증발부)은 상기 배기부(C) 측에 위치되는 한편, 상기 히트파이프(100)의 타측(응축부)은 상기 유입부(D) 측에 위치되는데, 상기 배기부(C)에서 배기되는 공기의 온도는 상기 유입부(D)에서 유입되는 공기의 온도보다 높으므로, 상기 히트파이프(100)의 증발부(배기부(C) 측에 위치됨)에서는 작동유체가 증발되면서 압력차에 의해 고속으로 이동되어 상기 히트파이프 (100)의 응축부(유입부(D) 측에 위치됨)에서 액화되면서 응축잠열을 방출하고 응축된 작동유체는 모세관 압력에 의해 상기 히트파이프(100)의 증발부로 순환되는 과정을 반복하게 된다.
이에 따라, 상기 히트파이프(100)의 응축부에서 발생된 응축잠열에 의해 상기 유입구(60)를 통해 유입부(D) 내로 유입되는 실외공기는 승온된 상태로 상기 열교환기(20) 쪽으로 공급되어, 상기 열교환기(20)의 결빙을 방지하게 된다.
그리고, 도 4 및 도 5에 도시된 히트파이프(100)는 중력식 히트파이프로서, 응축된 작동유체가 중력에 의해 히트파이프(100)의 증발부 쪽으로 순환되는 것을 제외하고는 전술한 모세관식 히트파이프(100)와 동일한 작용을 수행하게 된다.
한편, 하절기 또는 열대지역에서와 같이 유입되는 실외공기의 온도가 높을 경우에는, 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 히트파이프(100)의 응축부와 증발부의 방향을 역으로 바꾸어 설치하게 되면 전술한 증발 및 응축 방향의 역방향으로 작동유체의 증발 및 응축이 이루어져 상기 열교환기(20) 쪽으로는 차가운 공기가 공급되므로 상기 열교환기(20)의 효율을 극대화할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 별도의 전력공급이 없이 히트파이프의 증발 및 응축열을 이용해서 열교환기 쪽으로 유입되는 공기의 온도를 변화시켜 동절기 및 한랭지에서는 열교환기의 결빙을 방지하는 한편, 하절기 및 열대지역에서는 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였 지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않고 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 몸체의 중앙에 열교환기가 구비되고 격막에 의해 환기부, 급기부, 배기부 및 유입부로 각각 구획되어 이루어진 폐열회수 환기장치에 있어서,
    상기 배기부와 유입부를 가로질러 히트파이프가 설치되고, 상기 배기부에서 배기되는 공기와 유입부에서 유입되는 공기의 온도차에 의해 상기 히트파이프의 작동유체가 증발 및 응축하면서 발생되는 열에너지를 이용하여 상기 열교환기 쪽으로 유입되는 공기의 온도를 변화시키도록 된 것을 특징으로 하는 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입부에서 유입되는 공기의 온도에 따라 상기 히트파이프의 증발부와 응축부의 방향을 바꾸어 상기 열교환기 쪽으로 유입되는 공기의 온도를 높이거나 낮추어 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트파이프는 모세관식인 것을 특징으로 하는 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트파이프는 중력식인 것을 특징으로 하는 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치.
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