KR100646494B1 - 대향류 전열 교환 환기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내의 오염된 공기를 신속하게 배기하고 신선한 공기를 공급하는 환기를 하면서 온도와 습도를 회수하는 전열 교환(enthalpy exchanger) 방식의 환기 장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 대향류 전열 교환 환기 장치는 재생기 타입의 대향류형 로터를 가지며, 전열 교환 소자는 수분의 흡착 성능이 우수하고 수분의 흡착 및 탈착 시간이 빠르며, 이산화탄소나 냄새 등의 흡수량이 적은 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다.
환기 장치, 전열 교환 소자, 전열 교환기, 대향류

Description

대향류 전열 교환 환기 장치{Counterflow enthalpy exchanger}
도 1은 본 발명에 따른 대향류 전열 교환 환기 장치의 전체적인 구성을 나타낸 평면도이다.
도 2는 상기 도 1의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 대향류 전열 교환 환기 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 역류 방지 댐퍼의 작동 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 상대 습도에 따른 양모(羊毛,wool)의 수분 흡습 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 시간에 따른 양모의 흡습률 변화를 도시한 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10; 배기팬 20; 급기팬
11; 실내 공기 흡입구 12; 실내 공기 배출구
21; 외부 공기 흡입구 22; 외부 공기 공급구
30; 로터 모터 40; 유로 칸막이
50; 열교환기 챔버 51,51'; 안내 외주면
52,52'; 상,하측면 53; 가스켓
54; 회전축 60; 전열 교환체
61; 전열 교환 소자 62; 역류 방지 댐퍼
621;블레이드 622; 댐퍼 로드
623; 스프링 70; 필터부
본 발명은 빌딩이나 공동주택 환기시설의 대향류 전열 교환 환기 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 냉난방 기기에 의해 조성된 실내 공기를 실외로 강제 환기하는 과정에서 열손실이 발생되어 환기시에 실내의 온도 및 습도가 급격히 변화되는 것을 방지하기 위한 에너지 회수형 대향류 전열 교환 환기 장치에 관한 것이다.
실내 공기에 대한 관심이 높아지고 특히 새 건물에서 각종 유해 물질로 인해 발생되는 새집증후군 문제가 심각해지는 상황에서 환기에 대한 중요성은 부각되고 있지만 에너지 절감을 이유로 건물은 고기밀화 및 고단열화 되고 있다.
따라서 사람이 거주하는 건물 실내에서의 쾌적한 주거 환경을 위해 필요한 신선 외기를 공급하고 오염된 내부 공기를 배출하며, 특히 동절기 및 하절기의 환기시에 버려지는 열과 수분을 동시에 회수하여 냉난방 부하를 줄임으로써 에너지를 절약하는 전열 교환기에 의한 환기 및 급기 시스템의 개발은 고기밀 및 고단열 주택에서 쾌적하고 건강한 삶을 제공받을 수 있게 하고 있다.
상기한 전열 교환기에 의한 환기 및 급기 시스템은 외부 공기를 공급하는 급기 통로와, 내부 공기를 배출하는 배기 통로 사이에 위치한 전열 교환 소자에 내,외부 공기가 서로 교차하여 흐르는 과정에서 전열 교환 하는 구조로 구성되어 있다.
이러한 전열 교환을 하는 방식으로는 판형과 로터 방식으로 크게 구분되어지는데 판형 방식은 전열 교환 효율이 낮아 에너지 절감 효과가 적으며, 전열 교환 소자가 회전하는 로터 방식에서는 전열 전달을 위한 충분한 전열 면적을 확보하기 위해 로터는 커지게 되고 전열 교환 효율을 높이도록 특수 제작된 전열 교환기(대한민국 특허등록번호 10-157214호)에서는 수직 원판형에 의한 이행 누설이 큰 단점이 있고, 전열 교환 소자는 흡습 성능이 저조하며 고가인 문제점이 있음에 따라, 저가이면서 효율이 높은 전열 소자를 구비하며 그에 적합한 구동 수단을 포함하면서 제품의 소형화로 취급 및 설치가 용이한 대향류 전열 교환 환기 장치를 필요로 하게 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 실내 및 실외의 공기를 강제로 환기하는 과정에서 냉난방 기기에 의해 조성된 실내 공기의 열손실을 최소화할 수 있도록 열과 수분의 저장 및 전달 효율이 뛰어나고 저렴한 재생형의 전열 교환 소자를 구비하고, 취급 및 설치가 용이함은 물론 설치 공간도 작게 소요되는 소형화 된 구동 수단을 포함하는 대향류 전열 교환 환기 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 대향류 전열 교환 환기 장치는, 재생기 타입의 대향류 로터를 가지며, 전열소자는 수분의 흡착 성능이 우수하고 수분의 흡착 및 탈착 시간이 빠르며, 이산화탄소나 냄새 등의 흡수량이 적은 소재를 사용함으로써 달성된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 대향류 전열 교환 환기 장치의 전체적인 구성을 나타낸 평면도 및 횡단면도이다
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 대향류 전열 교환 환기 장치는 제품 외면에 실내 공기 흡입구(11)와 실내 공기 배출구(12), 외부 공기 흡입구(21)와 외부 공기 공급구(22)가 형성되고, 제품 내부에는 오염된 실내 공기를 배기하는 배기팬(10)과, 신선한 외부 공기를 공급하는 급기팬(20)이 구비되며, 상기 배기팬(10)과 급기팬(20)에 의해 발생된 2개의 대향 공기 흐름은 다수의 전열 교환체(60)를 통과하도록 되어 있다.
또한 유입되는 외부 공기의 정화와 상기 전열 교환체(60)에 장착된 전열 교환 소자(61)의 오염을 방지하기 위하여 외부 공기 흡입구(21)와 실내 공기 흡입구(11)에 필터부(70)가 장착된다.
상기의 전열 교환체(60)는 공기 흐름 방향에 대응하는 방향으로 회전하도록 로터 모터(30)에 의해 열교환기 챔버(50)내에서 구동되며, 제품 내부에는 2개의 대향 공기 흐름을 차단하고 안내하는 유로 칸막이(40)와, 열교환기 챔버(50)의 내부에는 회전하는 전열 교환체(60)의 외주면과 대응하는 안내 외주면(51)이 형성된다.
상기의 열교환기 챔버(50)의 안내 외주면(51)과 상,하측면(52)(도 3 참조)은 전열 교환체(60)의 안내 외주면(51')과 상,하측면(52')에 구비된 가스켓(53)과 접촉하여서 공기의 누설을 차단한다.
도 3은 본 발명에 따른 전열 교환체의 상세한 구성을 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이 열과 수분을 회수하는 재생기 타입의 수평형 로터의 전열 교환체(60)는 로터 모터(30)에 조립되는 회전축(54)과, 상기 회전축(54)을 기준으로 하여 방사형으로 장착된 다수의 전열 교환 소자(61)와 역류 방지 댐퍼(62)로 이루어져 있다.
상기 전열 교환체(60)의 일측면은 회전축(54)에서 탈,부착할 수 있도록 회전축(54)과 대응하는 요철부가 형성되어 전열 교환체(60)의 청소 및 교체시 회전축(54)에서 쉽게 분리할 수 있으며, 안내 외주면(51')과 상,하측면(52')에는 가스켓(53)이 구비되어진다.
또한 공기가 통과하는 양면은 그물 망으로 되어 있어 공기의 유통을 자유롭게 하며 전열 교환체(60)의 내부에 충전된 전열 교환 소자(61)가 외부로 이탈되지 않도록 하며, 공기 흐름의 반대 일측면에는 역류 방지 댐퍼(62)가 구비되어 있어 급기와 배기 2개의 대향 공기 흐름 간의 상호 혼합을 차단할 수 있도록 되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 역류 방지 댐퍼의 작동 상태를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이 상기 역류 방지 댐퍼(62)는 다수개의 블레이드(621)와, 상기 다수의 블레이드(621)를 연결하면서 직선 동작을 블레이드(621)의 개폐로 작동시키는 댐퍼 로드(622)와, 상기 댐퍼 로드(622)를 스프링의 장력으로 작동시키게 하는 스프링(623)으로 구성되어 있다.
상기 역류 방지 댐퍼(62)의 동작은 전열 교환체(60)가 회전하면서 댐퍼 로드(622)의 한쪽 끝단(540)이 열교환기 챔버(50)의 안내 외주면(51)에 접촉하게 되면 댐퍼 로드(622)가 직선으로 이동하면서 열려 있던 블레이드(621)가 닫히게 된다. 이와 반대로 댐퍼 로드(622)의 한쪽 끝단(540)이 열교환기 챔버(50)의 안내 외주면(51)에서 이탈하게 되면 스프링(623)에 의해 댐퍼 로드(622)가 제 자리로 복원되면서 블레이드(621)가 열리게 된다. 이와 같은 동작에 의해서 2개의 대향 공기흐름은 열교환기 챔버(50)의 안내 외주면(51)을 경계로 상호 혼합을 차단할 수 있게 되고 그 외의 구간에서는 공기 흐름을 유통시켜 전열 교환체(60)에 의한 전열 교환을 효율적으로 이룰 수 있다.
여기에서 상기 댐퍼 로드(622)와의 접촉은 급기와 배기의 경계를 구분하는 안내 외주면(51A)에 한하여 접촉이 이루어지도록 하며 그 외 안내 외주면(51B)에서는 댐퍼 로드(622)와 접촉이 이루어 지지 않도록 표면의 형상을 달리 한다.
상기의 대향류 로터의 대향류 전열 교환 환기 장치의 전열 교환 소자(61)는 열과 수분의 저장 및 전달을 할 수 있어야 한다. 특히 수분을 흡수할 수 있는 흡습성이 뛰어나고 흡착 속도가 빨라야 하며 수분 흡착시 발생되는 흡착열이 작아야 한다. 또한 공기가 잘 통할 수 있는 다공성 재질이어야 한다. 예를 들면 무기물인 실리카겔, 활성알루미나, 분자체(molecular sieve) 등과 유기물인 폴리에스테르, 나일론, 섬유, 발포 수지, 부직포 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서는 상기 서술한 성능에 적합한 섬유성 재질의 양모(羊毛,wool)를 제안하고자 한다. 양모의 흡습 성능은 상대 습도 60%에서 수분 흡습량이 양모 자중의 약 12% 정도이고 100% 상대 습도에서 30%이상 흡수할 수 있는 능력을 지니고 있다. 양모의 수분 흡습 특성은 도 5에서 보는 바와 같이 상대 습도에 따른 흡습률이 선형적이며 이는 습도차에 따른 수분 전달이 잘 됨을 알 수 있다. 도 6은 양모의 시간에 따른 흡착률을 보여주고 있다.
또한 양모의 권축(crimp) 특성에 따른 물결 모양의 털로 인해 약 90% 다공성을 지니고 있으며 이는 전열 교환 소자(61)의 압력 강하 측면에서 상당히 유리하다. 또한 전열 교환 소자(61)로 적합한 양모의 직경은 25~40㎛ 정도이며 비열이 약 1260j/kgK 이고 양모의 밀도는 약 50~60 kg/m3이 적당하다.
양모 100% 외에 양모와 기타 흡수성 섬유를 혼합하여 사용할 수도 있으며, 내곰팡이 성능이나 항균 등의 성능을 갖기 위해 항균 처리를 한다. 흡습 성능 보완을 위해 실리카겔이나 활성알루미나, 제오라이트 등의 성분을 첨가할 수 있다. 탈취 성능 보완은 활성탄을 이용한 필터를 별도로 제조 부착할 수 있다.
상기 전열 교환 소자(61)가 내장된 대향류 로터의 대향류 전열 교환 환기 장치의 전열 교환체(60)의 최대 열효율을 위한 적정 회전수는 전열 교환 소자(61)와 공기의 열용량비가 0.8~1.2가 되는 회전수가 바람직하며, 특히 공기와 전열 교환 소자(61)의 열용량비가 같을 때 최대 열효율을 나타낸다. 이것은 대한민국 특허등록번호 10-157214호에 개시된 기술에서 최대 효율점이 전열 교환 소자(61)의 열용량을 키우기 위해 회전수를 높게 하는 것과 다른 방식임을 알 수 있다.
본 발명에 의한 대향류 전열 교환 환기 장치에서는 대한민국 특허등록번호 10-157214호에 개시된 전열 교환 환기 장치에 비해 낮은 회전수에서 최대 열효율의 구동점을 갖기 때문에 공기 누설이 작고 로터 구동에 따른 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기의 설명에서 전열 교환 소자(61)의 공기의 열용량비(Cr/Cair)는 공기 열용량(Cair)에 대한 전열 교환 소자(61)의 열용량(Cr)의 비로 정의된다.
상기 전열 교환 소자(61)로 이용된 양모의 두께는 30~80mm의 것을 사용하는데 환기 장치의 크기와 공기 유동에 따라 적합한 사양으로 선택 사용한다.
상기의 대향류 로터의 대향류 전열 교환 환기 장치는 이하의 특허 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대향류 로터의 대향류 전열 교환 환기 장치는 누설량이 적으며, 저렴하면서도 적은 부피로도 전열 교환 효율이 뛰어난 재생형 전열 교환 소자를 채용하여서 취급 및 설치가 용이하고 설치 공간도 작게 소요되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 대향류 로터의 대향류 전열 교환 환기 장치는 로터의 회전축에서부터 카트릿지 형태의 전열 교환체를 쉽게 탈,부착함으로서 청소나 교체가 편리한 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 외면에 실내 공기 흡입구와 배출구, 외부 공기 흡입구와 공급구가 형성되고, 내부에는 실내 공기를 배기하도록 상기 배출구에 배기팬이 설치되고, 외부 공기를 공급하도록 상기 공급구에 급기팬이 설치되며, 상기 배기팬과 급기팬 사이에는 상기 배기팬과 급기팬에 의해 발생된 2개의 대향 공기 흐름이 각각 차단 및 안내되도록 유로 칸막이 및 열교환기 챔버가 형성되고, 상기 열교환기 챔버 내부에는 공기흐름 방향에 대응하는 방향으로 회전하여 전열 교환을 수행하도록 전열 교환체가 로터 모터에 결합되며, 상기 전열 교환체는 회전축과 다수개의 전열 교환 소자로 구성되고, 상기 전열 교환체는 회전축에 탈,부착 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전열 교환체의 전열 교환 소자에는 역류 방지 댐퍼가 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 2개의 대향 공기 흐름 차단을 유로 칸막이와 전열 교환체의 역류 방지 댐퍼가 수행하는 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 역류 방지 댐퍼는 열교환기 챔버 내부의 안내 외주면과 작용하여서 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 전열 교환 소자는 양모 또는 양모에 타 흡수성 섬유를 혼합하여 사용한 것을 특징으로 대향류 전열 교환 환기 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전열 교환 소자는 내곰팡이 성능이나 항균 등의 성능을 갖기 위해 항균 처리한 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 전열 교환 소자는 흡습 성능 보완을 위해 실리카겔 또는 활성알루미나, 제오라이트의 성분을 첨가 하는 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 전열 교환 소자는 밀도가 50~60 kg/m3 인 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 전열 교환 소자는 두께가 30~80mm인 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 전열 교환체는 회전수가 전열 교환 소자와 공기의 열용량비가 0.8~1.2가 되도록 회전하는 것을 특징으로 하는 대향류 전열 교환 환기 장치.
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