KR101103196B1 - 환기 시스템 - Google Patents

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안델 엘레노어 유로페 반
안델 엘레노어 반
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Abstract

본 발명은 실내공기를 실외공기와 교환하기 위한 환기시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖고, 가느다란 와이어로 된 열교환기; 및 상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단을 포함한다.

Description

환기 시스템{VENTILATION SYSTEM}
본 발명은 실내공기를 실외공기와 교환하기 위한 환기시스템에 관한 것이다.
오늘날 신축건물이나 개수한 건물은 단열이 잘되고 기밀이 유지되어 자연적인 환기는 거의 없는 형편이다. 인간은 수증기와 이산화탄소를 호흡하므로, 환기시설에서의 물의 응축을 방지하고 건물의 재료에서 나오는 CO2나 기타 기체들을 안전한 수준으로 유지하려면 인공적인 환기시설을 해야만 한다. 이런 건물은 너무 단열이 잘되어 이런 필수적인 환기시에 수반되는 열손실에 있어서 특히 외부가 추울 때 건물의 열손실이 최대로 된다. 따라서 열회수 설비를 해야만 한다.
열을 적절한 효율로 회수하려면 유량의 출입량의 균형을 맞춰야 한다.
오늘날의 환기시스템은 건물로 들어오는 신선한 공기와 나가는 비신선한 공기 사이에 열을 교환하는 열교환기가 대부분이다. 이런 열교환기는 지붕밑이나 최상층에 중앙집중식으로 설치된다. 신선하지 않은 공기는 주방, 화장실, 욕실 등에서 덕트를 통해 나오며, 신선한 공기는 건물내의 침실, 거실 또는 사무실로 분산된다. 이런 시스템은 여러 문제를 갖는다. 공기를 여러 방으로 안내하는 덕트는 그 가격이 비싸다. 이런 덕트는 건물내 공간을 필요로 하고, 그 결과 일반적으로 건물 높이가 증가한다. 이런 중앙시스템을 갖춘 건물의 모든 창은 닫혀있어야 하는데, 창문을 열면 출입하는 공기가 불균형을 이루고, 이렇게 되면 효율면에서 악영향을 미치기 때문이다.
캐나다나 스칸디나비아처럼 열회수 환기설비의 이용이 필수적인 찬 기후에서는, 판형 열교환기의 경우 냉동되는 문제가 있다. 따뜻하고 다습한 비신선 공기는 이슬점 밑으로 냉각되고, 또한 적층판 내부에서 빙점 밑으로 냉각된다. 그 결과 채널이 얼음으로 막혀, 자주 녹여주어야만 한다. 이때문에, 날씨가 추우면 환기시스템을 제대로 사용할 수 없게 된다. 따라서, 역설적이지만 환기시스템이 가장 필요한 곳에서 환기시스템을 쉽게 사용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 이상과 같은 문제점을 없애거나 최소화하는데 있다.
이 목적은 본 발명에 따른 환기시스템에 의해 이루어지는데, 이 시스템은:
- 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖고, 가느다란 와이어로 된 열교환기; 및
- 상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단;을 포함한다.
가느다란 와이어로 된 열교환기 자체는 NL9301439에 소개되었다. 이런 열교환기는 효율이 아주 높다.
이런 열교환기를 환기시스템에 사용할 때, 특히 추운 기후에서 사용할 때 전술한 여러 문제점이 없음이 밝혀졌다. 시험에 의하면, 본 발명에 따른 환기시스템은 장기간 사용한 뒤에만 냉동되는 반면, 종래의 판형 열교환기가 달린 환기시스템은 수분내에 냉동됨이 밝혀졌다.
본 발명에 따른 환기시스템의 바람직한 실시예에서, 밸런싱수단은,
- 제1 채널에 배치된 송풍기;
- 제2 채널에 배치된 송풍기;
- 제1, 제2 채널의 입출구에 배치된 4개 이상의 온도센서들;
- 온도센서들의 판독값을 비교하고 제1, 제2 채널들의 송풍기를 조정하여, 제1 채널의 입출구 사이의 온도차를 제2 채널의 입출구 사이의 온도차와 일치시키기 위한 컨트롤러;를 포함한다.
이런 밸런싱수단은 시스템 가격을 낮추고, 와이어형 열교환기의 효율을 최대화하여 최대로 열회수가 가능하다.
본 발명에 따른 환기시스템의 다른 실시예에서, 밸런싱수단은,
- 피스톤에 의해 제1 채널과 제2 채널을 형성하는 제1 이중작동 실린더;
- 피스톤에 의해 제3 채널과 제4 채널을 형성하는 제2 이중작동 실린더로서, 제1 실린더의 피스톤이 제2 실린더의 피스톤에 연결되어, 제1 챔버가 피스톤의 이동에 의해 팽창하면 제3 챔버 역시 팽창하는 제2 실린더;
- 밸런싱수단 출구와 밸런싱수단 입구; 및
- 밸런싱수단 출구를 제1 챔버 또는 제4 챔버와, 밸런싱수단 입구를 제2 챔버 또는 제3 챔버와, 제1 채널을 제4 챔버 또는 제1 챔버와, 제2 채널을 제3 챔버 또는 제2 챔버와 교대로 연결하기 위한 제어수단;을 포함한다.
이런 밸런싱 시스템은 실외공기와 실내공기 사이의 압력강하가 클 때 특히 적당하다. 이런 압력강하는 해변, 산악지방 또는 고층빌딩처럼 바람이 센 곳에서 생길 수 있다. 이런 압력강하를 극복하기 위해 송풍기를 사용하려면 큰 전력이 필요하다.
2개의 이중작동식 실린더는 완전히 기계적인 밸런싱 시스템으로서, 최소의 전력을 필요로 한다. 이 시스템은 거의 유지관리가 필요없다.
본 발명에 따른 시스템의 또다른 실시예에서, 밸런싱수단은 밸런싱수단 입구, 밸런싱수단 출구, 제1 채널 또는 제2 채널에 배치된 하나 이상의 송풍기를 포함한다.
송풍기는 마찰을 극복하는 에너지를 주고, 기계적 밸런싱수단을 항상 가역적으로 작동시키도록 한다. 송풍기를 이용하면 또한 실외공기와 실내공기 사이에 압력차가 없을 때에도 기계적 밸런싱 시스템을 작동시킬 수 있다. 송풍기는 항상 과압력을 주고, 이런 압력은 이중작동 실린더를 구동하는데 이용된다.
송풍기 대신, 선형 모터 등을 이용해 이중피스톤을 직접 구동할 수도 있다.
또다른 실시예에서, 열교환기의 상하좌우 길이는 식기세척기 내부 상하좌우 길이에 맞춰져 있다. 이때문에 사용자가 환기시스템을 분해하고 열교환기를 청소할 때 식기세척기에 열교환기를 넣어 간단히 청소할 수도 있다.
일반적인 표준형 가정용 식기세척기의 내부 상하좌우 길이는 0.6m보다 작다. 따라서, 열교환기의 상하좌우 길이를 0.55m 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 건물 벽체, 벽체 바로 안쪽의 실내공간, 및 청구항 제1항 내지 제7항의 어느 하나에 따른 환기시스템의 조합시스템에 관한 것이기도 한데, 이 경우 환기시스템의 제1 채널의 입구를 벽체 외부의 실외공기에 연결하고, 환기시스템의 제1 채널의 출구를 실내공기와 연결하며, 환기시스템의 제2 채널의 입구를 실내공기에 연결하고, 환기시스템의 제2 채널의 출구를 실외공기에 연결한다.
본 발명에 따른 환기시스템은 고효율이고 전력소비가 낮기 때문에 방마다 사용하기에 아주 적합하다. 이때문에 기다란 덕트를 사용할 필요가 없으며, 사용자는 창문을 열어야 할지 말지를 결정할 수 있다. 또한 다른 방의 다른 환기시스템의 밸런스에 어떤 영향도 주지 않는다.
바람직한 실시예에서, 환기시스템을 대부분 벽체에 설치한다. 이 경우, 많은 공간이 필요 없으며 덕트도 추가로 설치할 필요가 없다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
도 1은 벽체에 설치된 본 발명에 따른 환기시스템의 제1 실시예의 단면도;
도 2는 도 1의 환기시스템중 열교환기의 단면도;
도 3은 본 발명에 따른 환기시스템의 제2 실시예의 단면도.
도 1은 벽(2)과 창틀(3)로 이루어진 벽체에 설치되는 환기시스템(1)을 보여준다.
환기시스템(1)은 가느다란 와이어로 된 열교환기(4)를 구비한다. 도 2는 이런 열교환기(4)의 단면도이다. 열교환기(4)에는 제1 채널(5)과 제2 채널(6)이 있다. 가느다란 와이어(7)에 의해 제1 채널(5)과 제2 채널(6) 사이에 열교환이 일어난다.
벽체 부근의 실내의 공기(AI)는 구멍(8)을 통해 제1 채널(5)로 들어간다. 이 구멍(8)에 송풍기(9)가 배치되고, 송풍기는 공기(AI)를 흡입한다. 흡입된 공기(AI)는 열교환기(4)를 따라 이동한 다음 구멍(10)을 통해 환기시스템을 나간다.
신선한 실외공기(AO)는 구멍(11)을 통해 열교환기의 제2 채널(6)로 들어가고, 이곳에서 실내공기(AI)의 열을 취한다. 이렇게 가열된 실외공기(AO)는 송풍기(12)에 의해 환기시스템(1)을 나간다.
실내공기(AI)와 실외공기(AO)의 유량 밸런스를 위해 송풍기(8,12)를 조정한다. 열교환기(4)로 들어가는 실내공기(AI)의 온도와 열교환기에서 공기가 나갈 때의 온도를 측정한다. 또, 실외공기(AO)가 열교환기(4)를 들어갈 때와 나갈 때의 온도도 측정한다. 실내공기(AI)의 온도강하는 실외공기(AO)의 온도상승과 같아야 한다. 이 상태에서 열교환기(4)의 효율이 최대로 된다. 양쪽 송풍기(8,12)를 조정하면 이 상태를 이룰 수 있다.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 다른 환기시스템(20)을 보여준다. 이 환기시스템(20)은 피스톤(22)을 갖춘 제1 이중작동 실린더(21)를 구비한다. 피스톤에 의해 실린더(21) 내부에 제1 챔버(23)와 제2 챔버(24)가 형성된다.
환기시스템(20)은 또한 피스톤(26)을 갖춘 제2 이중작동 실린더(25)를 더 구 비한다. 이 피스톤(26)에 의해 실린더(25) 내부에 제3 챔버(27)와 제4 챔버(28)가 형성된다. 양쪽 피스톤(22,26)은 서로 연결된다. 4개의 챔버(23,24,27,28)는 관(29,30)을 통해 서로 연결되고, 이들 관에는 3개의 밸브(31,32,33)가 배치된다. 도 3a에서는 3개의 밸브(31,32,33)가 제1 위치에 있다.
실내공기(AI)는 송풍기(34)에 의해 흡입된다. 실외공기(AO)는 열교환기(35)를 통해 제1 챔버(23)로 들어간다. 송풍기의 구동력과 실내외 공기(AI,AO)의 압력차 때문에, 양쪽 피스톤(22,26)은 우측으로 움직인다. 이런 움직임으로 인해 제4 챔버(28)의 공기가 구멍(36)을 통해 실내로 보내진다. 제2 챔버(24)의 공기는 열교환기(35)를 통해 외부로 밀려나간다. 피스톤(22,26)이 우측 위치에 도달하면, 밸브(31,32,33)가 제2 위치에 오게된다(도 3b 참조). 이 상태에서 실내공기(AI)는 제2 챔버(24)로 들어가고 실외공기(AO)는 제4 챔버(28)로 흡입된다. 마찬가지로 압력차로 인해 피스톤(22,26)은 이제 좌측으로 움직인다. 제3 챔버(27)에 들어있던 실내공기(AI)가 이제 열교환기(35)를 통과한다. 이때, 제1 챔버(23)에 있던 실외공기(AO)는 구멍(36)을 통해 실내로 들어간다.
이런 메커니즘에 의해, 양쪽 공기의 유량이 균형을 이룬다.

Claims (13)

  1. 실내공기와 실외공기를 교환하는 환기장치에 있어서:
    가느다란 와이어로 이루어지고, 다수의 가느다란 와이어를 통해 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖는 열교환기; 및
    상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단;을 포함하고,
    상기 밸런싱수단이,
    제1 채널에 배치된 송풍기;
    제2 채널에 배치된 송풍기;
    제1, 제2 채널의 입출구에 배치된 4개 이상의 온도센서들;
    온도센서들의 판독값을 비교하고 제1, 제2 채널들의 송풍기를 조정하여, 제1 채널의 입출구 사이의 온도차를 제2 채널의 입출구 사이의 온도차와 일치시키기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  2. 실내공기와 실외공기를 교환하는 환기장치에 있어서:
    가느다란 와이어로 이루어지고, 다수의 가느다란 와이어를 통해 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖는 열교환기; 및
    상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단;을 포함하고,
    상기 밸런싱수단은 제1 채널과 제2 채널을 형성하는 제1 피스톤이 달린 제1 이중작동 실린더, 제3 채널과 제4 채널을 형성하는 제2 피스톤이 달린 제2 이중작동 실린더, 입구 및 출구를 포함하고, 제1 피스톤이 움직여 제1 챔버가 확장하면 제3 챔버도 확장되며;
    상기 밸런싱수단이 상기 제1 채널을 제1 및 제4 챔버들과 통하게 연결하고, 제2 채널을 제2 및 제3 채널들과 통하게 연결하며, 입구는 제1 및 제3 챔버들과 통하게 연결하고, 출구는 제1 및 제4 챔버들과 통하게 연결하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  3. 제2항에 있어서, 밸런싱수단 입구, 밸런싱수단 출구, 제1 채널 또는 제2 채널에 배치된 하나 이상의 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 피스톤이나 제2 피스톤을 구동하기 위한 구동수단을 피스톤을 구동하기 위한 구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동수단이 선형모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 환기장치가 식기세척기를 세척하기 위한 것이고, 상기 열교환기는 식기세척기 안에 수용되는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열교환기의 상하좌우 길이가 0.55m 이하인 것을 특징으로 하는 환기장치.
  8. 건물 벽체에 설치되고, 벽체를 통해 실내공기를 실외공기와 환기시키는 환기장치에 있어서:
    가느다란 와이어로 이루어지고, 다수의 가느다란 와이어를 통해 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖는 열교환기; 및
    상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단;을 포함하고,
    상기 밸런싱수단이,
    제1 채널에 배치된 송풍기;
    제2 채널에 배치된 송풍기;
    제1, 제2 채널의 입출구에 배치된 4개 이상의 온도센서들;
    온도센서들의 판독값을 비교하고 제1, 제2 채널들의 송풍기를 조정하여, 제1 채널의 입출구 사이의 온도차를 제2 채널의 입출구 사이의 온도차와 일치시키기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  9. 건물 벽체에 설치되고, 벽체를 통해 실내공기를 실외공기와 환기시키는 환기장치에 있어서:
    가느다란 와이어로 이루어지고, 다수의 가느다란 와이어를 통해 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖는 열교환기; 및
    상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단;을 포함하고,
    상기 밸런싱수단은 제1 채널과 제2 채널을 형성하는 제1 피스톤이 달린 제1 이중작동 실린더, 제3 채널과 제4 채널을 형성하는 제2 피스톤이 달린 제2 이중작동 실린더, 입구 및 출구를 포함하고, 제1 피스톤이 움직여 제1 챔버가 확장하면 제3 챔버도 확장되며;
    상기 밸런싱수단이 상기 제1 채널을 제1 및 제4 챔버들과 통하게 연결하고, 제2 채널을 제2 및 제3 채널들과 통하게 연결하며, 입구는 제1 및 제3 챔버들과 통하게 연결하고, 출구는 제1 및 제4 챔버들과 통하게 연결하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  10. 제9항에 있어서, 밸런싱수단 입구, 밸런싱수단 출구, 제1 채널 또는 제2 채널에 배치된 하나 이상의 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 피스톤이나 제2 피스톤을 구동하기 위한 구동수단을 피스톤을 구동하기 위한 구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  12. 두께를 갖는 건물 벽체에 설치되고, 실내공기를 실외공기와 환기시키는 환기장치에 있어서:
    가느다란 와이어로 이루어지고, 다수의 가느다란 와이어를 통해 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖는 열교환기; 및
    상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단;을 포함하고,
    상기 밸런싱수단이,
    제1 채널에 배치된 송풍기;
    제2 채널에 배치된 송풍기;
    제1, 제2 채널의 입출구에 배치된 4개 이상의 온도센서들;
    온도센서들의 판독값을 비교하고 제1, 제2 채널들의 송풍기를 조정하여, 제1 채널의 입출구 사이의 온도차를 제2 채널의 입출구 사이의 온도차와 일치시키기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
  13. 두께를 갖는 건물 벽체에 설치되고, 실내공기를 실외공기와 환기시키는 환기장치에 있어서:
    가느다란 와이어로 이루어지고, 다수의 가느다란 와이어를 통해 서로 열교환 접촉을 하는 제1 채널과 제2 채널을 갖되, 제1 채널은 실외공기에 연결된 입구와 실내공기에 연결된 출구를 구비하며, 제2 채널은 실내공기에 연결된 입구와 실외공기에 연결된 출구를 갖는 열교환기; 및
    상기 양쪽 채널의 유량을 균형잡아 열전달을 최대화하기 위한 밸런싱수단;을 포함하고,
    상기 밸런싱수단은 제1 채널과 제2 채널을 형성하는 제1 피스톤이 달린 제1 이중작동 실린더, 제3 채널과 제4 채널을 형성하는 제2 피스톤이 달린 제2 이중작동 실린더, 입구 및 출구를 포함하고, 제1 피스톤이 움직여 제1 챔버가 확장하면 제3 챔버도 확장되며;
    상기 밸런싱수단이 상기 제1 채널을 제1 및 제4 챔버들과 통하게 연결하고, 제2 채널을 제2 및 제3 채널들과 통하게 연결하며, 입구는 제1 및 제3 챔버들과 통하게 연결하고, 출구는 제1 및 제4 챔버들과 통하게 연결하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기장치.
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