KR100740404B1 - 환기장치용 전열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 지나는 공기 유동통로의 구조를 개선하여 실외공기와 실내공기의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 환기장치용 전열교환기에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 양면에 구비된 열교환판과 상기 열교환판 사이에 구비되며 공기의 일방향 유동통로를 형성하도록 주름진 주름판으로 구성되는 단위 열교환부가 상기 공기 유동통로가 인접한 단위 열교환부의 공기 유동통로와 교차하도록 적층되어, 실외공기의 급기통로와 실내공기의 배기통로를 형성하는 환기장치용 전열교환기에 있어서, 상기 공기 유동통로를 지나는 공기가 주름판과 접촉을 많이 하고 혼합을 촉진하여 대류 열전달 효율을 향상시킬 수 있도록, 공기의 통과방향에 대해 지그재그형상의 주름판을 가지는 환기장치용 전열교환기를 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 환기장치용 전열교환기는 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 지그재그형상의 주름판을 지나면서 주름판과의 마찰에 의해 혼합이 활발해지고 통과시간이 연장되어 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

환기장치용 전열교환기{ENERGY RECOVERY EXCHANGE OF DEVICE}

본 발명은 환기장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 전열교환기를 통해 열교환 되는 전열교환 방식 환기장치에 있어서, 상기 전열교환기의 공기 유동통로를 개선하여 실외공기와 실내공기의 열교환효율을 향상시킬 수 있는 환기장치용 전열교환기에 관한 것이다.

밀폐된 공간의 공기는 생명체의 호흡에 의해 시간이 지나면서 이산화탄소의 함량이 증가하게 되어 생명체의 호흡에 지장을 주게 된다. 따라서, 사무실이나 차량과 같이 많은 사람이 협소한 공간에 머물게 되는 경우, 실내의 오염된 공기를 실외의 신선한 공기로 수시로 대체해 주어야 한다. 이때, 통상적으로 사용되는 것이 환기장치이다.

종래에 알려진 대부분의 환기장치는 하나의 송풍기를 이용하여 실내의 공기만을 외부로 강제 배출시키는 방식을 채택하고 있다. 그런데, 하나의 송풍기를 이용하여 실내의 공기만을 강제로 배출시킬 경우, 실내의 냉기 또는 열기가 여과 없이 외부로 배출됨과 더불어 실외의 공기가 문이나 창틈 등을 통해 열교환 없이 유입됨으로 인해 실내를 난방 및 냉방 시키는데 드는 경비가 불필요하게 많이 들게 되었다.

또한, 갑작스런 냉기 및 열기가 외부에서 내부로 유입됨으로 인해 실내공기의 급격한 온도변화로 그 내부에 존재하는 사람들이 불쾌감을 느끼게 되고, 특히 실내의 창문이나 문틀이 닫혀진 상태에서 실내공기만을 외부로 배출시키는 경우 외부의 신선한 공기의 유입이 차단되어 산소결핍현상이 발생할 수 있음은 물론, 실내공기의 습도조절이 전혀 이루어지지 않게 되어 환기장치가 구비되어 있는데도 불구하고 쾌적한 실내환경을 유지시키지 못하는 문제점 등이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자, 실외공기를 실외로 배출되는 실내공기와 먼저 열교환시킨 다음 실내로 공급하는 전열교환 방식의 환기장치가 제시되었다.

도 3은 일반적인 전열교환 방식 환기장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바에 따르면, 박스형태의 케이스(C) 내부에 실외공기가 실내로 안내되는 급기덕트(100)가 구비되고, 상기 급기덕트(100)와 소정 위치에서 교차하며 실내공기가 실외로 안내되는 배기덕트(200)가 구비된다. 그리고 상기 급기덕트(100)와 배기덕트(200)가 교차하는 지점에 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 열교환 되는 전열교환기(300)가 구비된다.

상기 급기덕트(100)의 일단에 실외와 연통되는 급기 흡입구(110)가 형성되고 타단에 실내와 연통되는 급기 배출구(130)가 형성되며, 상기 배기덕트(200)의 일단에 실내와 연통되는 배기 흡입구(210)가 형성되고 타단에 실외와 연통되는 배기 배출구(230)가 형성된다.

이때, 상기 급기덕트(100)와 배기덕트(200)는 전열교환기(300)를 중심으로 각각 케이스(C)의 내부공간을 상하로 횡단하면서 서로 간섭을 받지 않게 된다. 이것은 상기 급기덕트(100)와 배기덕트(200)를 상하로 구획하는 격벽(W)에 의해 가능하다.

상기 급기덕트(100)의 급기 배출구(130) 측에 실외공기를 강제 흡입하는 급기팬(150)이 구비되고, 급기 흡입구(110)와 전열교환기(300) 사이에 실외공기에 포함된 각종 이물질을 제거하는 공기정화필터(170)가 구비된다. 또한, 상기 배기덕트(200)의 배기 배출구(230) 측에 실내공기를 강제 배출하는 배기팬(250)이 구비된다.

한편, 상기 전열교환기(300)는 상하 모서리가 케이스(C)에 의해 지지되고 좌우 모서리가 급기덕트(100) 및 배기덕트(200)를 구획하는 격벽(W)에 의해 지지되는 육면체 형상으로, 그 내부에 급기덕트(100)와 연통되는 다수의 급기통로(370)와 급기통로(370)와 이웃하며 배기덕트(200)와 연통되는 다수의 배기통로(390)가 구비된다.

이하, 상기 전열교환기의 구조를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 3에 따른 환기장치의 전열교환기를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 3의 전열교환기 중 단위 열교환부를 도시한 분해 사시도로서, 실외공기의 급기통로를 형성하는 단위 열교환부를 도시한 것이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바에 따르면, 상기 전열교환기(300)는 밀폐된 양측면의 지지판(310) 사이에 급기되는 실외공기 및 배기되는 실내공기의 일방향 공기 유동통로(370,390)를 형성하는 다수의 단위 열교환부(350)가 적층되며, 상기 단위 열교환부(350)의 네 측면 모서리는 Ｖ홈을 갖는 보강대(330)에 의해 지지된다.

이때, 상기 보강대(330)는 단위 열교환부(350)를 지지함과 동시에 환기장치를 이루는 케이스(C)와 격벽(W)에 고정되어 전열교환기(300)를 지지하게 된다.

상기 단위 열교환부(350)는 양면에 구비된 열교환판(350a)과 상기 열교환판(350a) 사이에 구비되며 공기의 일방향 유동통로를 형성하는 주름판(350b)으로 구성된다. 이때, 상기 주름판(350b)은 일정 간격을 유지함으로써 공기 유동통로를 형성하며, 상기 열교환판(350a)은 임의의 주름판(350b)을 중심으로 그 양면에 구비됨으로써 상기 주름판(350b)을 지나는 실내공기 또는 실외공기가 이웃한 주름판(350b)을 지나는 실외공기 또는 실내공기와 전도에 의해 열교환 된다.

상기 단위 열교환부(350)는 주름판(350b)에 의해 형성되는 공기 유동통로가 서로 직교하도록 적층되며, 따라서 서로 이웃한 공기 유동통로 중 임의의 하나는 급기덕트(100)와 연통되는 실외공기의 급기통로(370)가 되고, 다른 하나는 배기덕트(200)와 연통되는 실내공기의 배기통로(390)가 된다. 일례로, 도면상 상하로 종단하는 공기 유동통로는 실내공기의 배기통로(390)이며, 좌우로 횡단하는 공기 유동통로는 실외공기의 급기통로(370)이다.

이와 같이 구성된 전열교환 방식 환기장치의 작용을 상술하면 다음과 같다.

먼저, 실내공기가 어느 정도 오염되었을 때 배기팬(250)에 전원이 인가되면서 실내공기가 배기 흡입구(210)를 통해 배기덕트(200)로 유입된 다음, 전열교환기(300)의 배기통로(390)를 지나 배기 배출구(230)를 통해 실외로 배출된다.

이와 동시에, 급기팬(150)에 전원이 인가되면서 신선한 실외공기가 급기 흡입구(110)를 통해 급기덕트(100)로 유입된 다음, 전열교환기(300)의 급기통로(370)를 지나 급기 배출구(130)를 통해 실내로 유입된다.

이때, 상기 전열교환기(300)를 지나는 실내공기와 실외공기는 열교환판(350a)을 통해 열교환 되게 된다. 이 과정을 상술하면, 상기 전열교환기(300)에서 일어나는 열교환은 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기 사이의 온도 차에 의해 일어나는 현열 교환과, 급기와 배기 사이의 절대습도 차에 의해 열교환판(350a)을 통해 공기 중의 수증기가 전달되는 잠열 교환으로 이루어진다.

전술한 바와 같이, 전열교환 방식 환기장치의 경우 실내가 냉방 또는 난방 분위기일 때 급기되는 실외공기가 실내공기와 1차적으로 열교환된 다음 실내로 유입됨에 따라, 실내온도의 급격한 상승이나 하강을 방지할 수 있다.

그런데, 전술한 바와 같은 전열교환 방식 환기장치에 있어서 실내공기와 실외공기의 열교환은 전열교환기(300)를 통해서 이루어지며, 따라서 열교환 효율은 실외공기의 급기통로(370) 및 실내공기의 배기통로(390) 구조에 크게 의존할 수밖에 없다. 일반적으로 열교환판(350a)을 중심으로 그 상하를 지나는 공기는 열교환이 가능한 공간 내에 오래 머물수록, 그 공간 내에서 혼합이 활발할수록 이웃한 공기와 원활하게 열교환을 이룰 수 있다.

그러나, 도 6에 도시된 바와 같이 종래 전열교환기의 급기통로(370)는 급기덕트(100)를 통해 유입되는 실외공기의 통과방향과 나란하게 형성되어 있기 때문에, 공기의 유동 측면에서는 유리할지 모르나 열교환 측면에서는 오히려 불리하게 작용하였다. 즉, 전열교환기(300)로 향하는 실외공기는 상기 주름판(350b)에 의해 형성된 통로를 따라 진입방향 그대로 통과하기 때문에, 상기 급기통로(370)는 실외공기가 그 내부에 머무는 시간을 늘리거나 또는 실외공기의 혼합을 활발하게 하는데 아무런 도움이 되지 못하였다. 전술한 단점은 배기통로(390) 역시 마찬가지였다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 지나는 공기 유동통로의 구조를 개선하여 실외공기와 실내공기의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 환기장치용 전열교환기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은,

양면에 구비된 열교환판과 상기 열교환판 사이에 구비되며 공기의 일 방향 유동통로를 형성하도록 다수의 산과 골로 이루어진 주름판으로 구성되는 단위 열교환부가 상기 공기 유동통로가 인접한 단위 열교환부의 공기 유동통로와 교차하도록 적층되어, 실외공기의 급기통로와 실내공기의 배기통로를 형성하는 환기장치용 전열교환기에 있어서, 상기 공기 유동통로를 지나는 공기가 상기 주름판과 마찰을 통하여 통과시간이 연장되도록 상기 주름판이 공기의 통과방향에 대해 지그재그형상을 이루는 환기장치용 전열교환기를 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 환기장치용 전열교환기는 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 지그재그형상의 주름판을 지나면서 주름판과의 마찰에 의해 혼합이 활발해지고 통과시간이 연장되어 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명에 따른 환기장치는 도 3에 도시된 환기장치와 그 구조가 동일하여 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 환기장치용 전열교환기는 도 4에 도시된 바와 같으며 이를 개략적으로 다시 설명하면, 상기 전열교환기는 밀폐된 지지판 사이에 급기되는 실외공기 및 배기되는 실내공기의 일 방향 유동통로를 형성하는 다수의 단위 열교환부가 적층되며, 상기 단위 열교환부의 네 측면 모서리는 Ｖ홈을 갖는 보강대에 의해 지지된다.

상기 단위 열교환부는 공기 유동통로가 서로 직교하도록 적층되며, 서로 이웃한 공기 유동통로 중 임의의 하나는 급기덕트와 연통되는 실외공기의 급기통로를 형성하고, 다른 하나는 배기덕트와 연통되는 실내공기의 배기통로를 형성하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 환기장치용 전열교환기를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 전열교환기의 단위 열교환부를 도시한 분해 사시도로서, 일례로 실외공기의 급기통로를 형성하는 단위 열교환부를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 전열교환기의 작용을 도시한 평면도로서, 실외공기의 급기통로를 형성하는 단위 열교환부 중 상부 열교환판을 제거한 상태를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바에 따르면, 상기 단위 열교환부(35)는 실외공기의 급기통로(37)를 형성하는 주름판(35b)과, 주름판(35b)의 상하 양면에 구비되며 실외공기가 이웃한 배기통로(39)를 지나는 실내공기와 열교환되는 사각 형상의 열교환판(35a)으로 구성된다.

상기 주름판(35b)은 다수의 산과 골로 이루어져 실외공기의 유동통로를 형성함과 동시에, 실외공기가 상하 양면의 열교환판(35a)을 통해 실내공기와 열교환할 수 있도록 실외공기의 유동을 상하로 구획한다.

상기 열교환판(35a)은 주름판(35b)을 중심으로 그 상하면에 각각 하나씩 구비됨으로써, 상기 주름판(35b)을 지나는 실외공기가 이웃한 주름판을 지나는 실내공기와 전도에 의해 열교환할 수 있도록 한다.

이때, 주름판(35b)은 공기 유동방향으로 지그재그형상을 이루고 있다. 이 경우, 주름판(35b)형상과 실외공기의 직선이동 방향에 대해 지그재그로 통과하는 방향이 이루는 각도(이하, 절곡각)가 중요하다. 즉, 상기 절곡각(a)이 너무 클 경우 주름판(35b)은 급기되는 실외공기의 유동을 방해하는 요소가 되며, 결국 실외공기가 원활하게 공급되지 못함으로 인해 환기 효율이 저하될 수밖에 없다. 또한, 상기 절곡각(a)이 너무 작을 경우 급기통로(37)와 실외공기의 통과방향이 거의 나란하게 형성됨에 따라 열교환 효율이 저하될 수밖에 없다.

또한, 절곡각(a) 이외에도 도 2에 도시된 주름판(35b)의 단위 부재 길이(p)가 환기 및 열교환 효율에 영향을 미친다. 주름판(35b)의 단위 부재 길이(p)가 너무 작으면 절곡 횟수가 많아져 마찰이 증가하여 환기효율이 감소하고 너무 크면 유동혼합이 감소하여 열교환 효율이 감소한다.

따라서, 상기 절곡각(a)과 주름판(35b)의 단위 부재 길이(p)는 환기 효율과 열교환 효율이라는 점을 모두 고려하여 적정 범위의 값을 가져야 하며, 본 발명은 그 중에서도 상기 절곡각이 20°~ 30°, 주름판(35b)의 단위 부재 길이(p)가 주름판(35b)의 너비(e)에 대해 4 ~ 10배인 것을 제시한다.

이하, 본 발명에 따른 단위 열교환부의 작용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 급기통로(37)는 실외공기의 통과방향에 대해 지그재그형상을 이루고 있음을 알 수 있다.

이 경우, 본 발명의 급기통로(37)는 다음과 같은 유리한 점을 제공하게 된다.

첫째, 본 발명의 경우 실외공기가 지그재그형상을 가진 급기통로(37)를 흐르면서 유동의 혼합이 촉진되고, 주름판(35b) 또는 상, 하부의 열교환판(35a)과 보다 많이 마찰하게 되어 결국 실외공기의 열교환판(35a)에 대한 대류 열전달이 보다 활발하게 이루어지게 된다.

둘째, 본 발명의 경우 급기통로(37)와 실외공기의 통과방향이 지그재그형상을 이룸에 따라, 실제 급기통로(37)의 길이가 증가하게 된다. 이때, 급기통로(37)의 길이는 다음과 같이 정의될 수 있다.

급기통로의 길이 = 열교환판의 세로변 길이 / cos a

따라서, 본 발명의 급기통로(37)는 종래 급기통로(370)가 열교환판(35a)의 세로변 길이와 같은 길이를 갖는 것을 고려할 때, 상당히 증가 됨을 알 수 있다. 이 경우, 상기 급기통로(37)의 늘어난 길이만큼 이를 지나는 실외공기는 상기 열교환판(35a)과 보다 오랜 시간 동안 그리고 보다 넓은 면적을 통해 열을 교환할 수 있다.

이상에서, 전열교환기의 공기 유동통로 중 급기통로에 관해서만 설명하였으나, 실내공기의 배기통로 역시 급기통로와 동일한 구조를 가질 수 있음은 충분히 이해 가능하다.

따라서, 본 발명에 따른 환기장치용 전열교환기는 급기통로 및 배기통로가 각각 급기되는 실외공기 및 배기되는 실내공기의 통과방향에 대해 소정 각도로 지그재그형상으로 형성되어 실외공기와 실내공기의 혼합에 의한 운동량 증가와 더불어 길어진 통로만큼 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 변형된 형태의 실시 예를 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위에 있는 변형된 형태는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 환기장치용 전열교환기는 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 그 통과방향에 대해 지그재그형상의 주름판을 지남에 따라, 유동혼합에 의해 운동이 활발해지고 통과시간이 연장되어 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전열교환기의 단위 열교환부를 도시한 분해 사시도;

도 2는 도 1에 도시된 단위 열교환부의 작용을 도시한 평면도.

도 3은 일반적인 전열교환 방식 환기장치의 구조를 개략적으로 도시한 구성도;

도 4는 도 3에 따른 환기장치의 전열교환기를 도시한 사시도;

도 5는 도 4의 전열교환기의 일부를 도시한 분해 사시도; 및

도 6은 도 3에 따른 전열교환기의 작용을 도시한 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

35 : 단위 열교환부 35a : 열교환판

35b : 주름판 37 : 급기통로

39 : 배기통로 a : 절곡각

e : 주름판의 폭 길이 p : 주름판의 단위 부재 길이

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 양면에 구비된 열교환판과 상기 열교환판 사이에 구비되며 공기의 일 방향 유동통로를 형성하도록 다수의 산과 골로 이루어진 주름판으로 구성되는 단위 열교환부의 상기 공기 유동통로가 인접한 단위 열교환부의 공기 유동통로와 교차하도록 적층되어, 실외공기의 급기통로와 실내공기의 배기통로를 형성하는 환기장치용 전열교환기에 있어서,

   상기 공기 유동통로를 지나는 공기가 상기 주름판에 마찰되면서 통과하는 시간이 연장될 수 있도록 상기 급기통로를 이루는 주름판은 실외공기의 직선 이동경로에 대해 20°~ 30°의 절곡각을 갖도록 절곡된 지그재그형상을 이루고, 상기 배기통로를 이루는 주름판은 실내공기의 직선 이동경로에 대해 20°~ 30°의 절곡각을 갖도록 절곡된 지그재그형상을 이루는 것을 특징으로 하는 환기장치용 전열교환기
5. 제 4항에 있어서, 상기 주름판의 단위 부재 길이는 상기 주름판의 너비에 대해 4 ~ 10배인 것을 특징으로 하는 환기장치용 전열교환기.