KR101192927B1 - 굴곡형의 공기경로를 갖는 전열소자 및 이를 이용한 공기교환 장치 - Google Patents

Abstract

케이스 내부에 전열소자를 배치하고, 전열소자 내에 복수 개의 급기유로를 포함하는 급기층과 급기층 상에 라이너를 사이에 두고 적층되며, 복수 개의 배기유로를 포함하는 배기층, 내부영역에 배기층 격벽 및 급기층 격벽을 포함하는 굴곡형의 공기경로를 가진 공기교환기를 제공한다. 그 공기교환기는 내부에 격벽을 두어 공간을 분할하고 있어 휴지영역이 발생하지 않고, 전열소자 기능의 효율을 높여 실내의 온도 및 습도를 유지하는 데 효과적이며 궁극적으로 에너지를 절감할 수 있다.

공기교환기, 전열소자, 격벽, 휴지공간

Description

굴곡형의 공기경로를 갖는 전열소자 및 이를 이용한 공기교환 장치{Heat exchanger with curved air course and air conditioning apparatus using the same}

본 발명은 전열소자를 포함하는 공기교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기의 경로를 굴곡형으로 하여 공기정화, 열 및 습기의 보존에 효율을 높일 수 있는 공기교환기에 관한 것이다.

공기교환기는 실내의 탁해진 공기를 외부로 배출하고 외부의 신선한 공기를 실내에 공급하는 기구이다. 실내외의 공기를 교환하는 과정은 실내 공기의 오염물질을 배출하고 외부의 신선한 공기를 흡입하여 실내로 공급하여 이루어진다. 이때, 난방으로 데워진 실내공기의 열, 적절한 습기도 함께 외부로 손실되는 문제점이 있다. 따라서 공기교환기는 전열소자를 포함하여 교환되는 공기 중의 열과 습기가 손실되는 것을 줄일 수 있다.

전열소자의 기본구조는 실내 공기가 실외로 배출되는 배기유로와 외부 공기가 실내로 공급되는 급기유로가 직교하며 열과 습기를 교환할 수 있는 라이너를 사이에 두고 적층되어 있는 형태이다. 유로는 기본적으로 직선형으로 되어 있어서 전열소자의 측면의 길이를 넘지 못한다. 따라서 유로의 길이가 상대적으로 짧아 열이 나 습기를 교환할 수 있는 라이너의 면적이 상대적으로 작아지고, 또한 유로를 통과하는 공기가 유로에 머무는 시간도 짧아질 수밖에 없어 공기 교환 시에 실내의 온도와 습도를 그대로 유지하는데 효율이 떨어질 수 있다.

또한, 배기구와 급기구는 크기가 한정되어 있으므로 유로를 통과하는 공기는 전열소자에 형성되어 있는 유로 전체를 흐르지 못하며, 부분적으로 공기가 흐르지 못하는 휴지영역이 발생한다. 이와 같은 휴지영역은 전열소자의 기능을 충분히 발휘할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 분할되는 유로를 배치함으로써 휴지영역이 발생하는 것을 방지하고, 열과 습기 교환에 효율적인 공기교환기를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 시스템은 사각형의 케이스 내부 각 측면에 각 꼭짓점이 접촉하여 네 부분의 내부영역이 형성되도록 배치되고, 복수 개의 배기유로를 포함하는 배기층과 복수 개의 급기유로를 포함하는 급기층이 하나 또는 복수 개가 교대로 적층되어 있는 전열소자 및 상기 배기유로가 개방된 측면에 연결되는 상기 대향하는 두 내부영역 중의 어느 하나 또는 두 영역에 상기 배기층과 수직을 이루며 상기 배기유로와 나란하게 배치되어 상기 내부영역을 분할하고, 상기 배기층의 배기의 흐름을 분할하는 배기층 수직격벽을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 케이스는 상기 급기유로가 개방된 측면에 연결되는 두 내부영역 중의 어느 하나 또는 두 영역에 상기 급기유로와 나란하게 배치되어 상기 내부영역을 분할하고, 상기 급기층의 급기의 흐름을 분할하는 급기층 수직격벽을 더 포함할 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 시스템은 사각형의 케이스 내부 각 측면에 각 꼭짓점이 접촉하여 네 부분의 내부영역이 형성되도록 배치되고, 복수 개의 배기유로를 포함하는 배기층과 복수 개의 급기유로를 포함하는 급기층이 하나 또는 복수 개가 교대로 적층되어 있는 전열소자 및 상기 배기유로가 개방된 측면에 연결되는 상기 대향하는 두 내부영역 중의 어느 하나 또는 두 영역에 상기 배기층과 평행을 이루고, 상기 내부영역을 상하로 구획하여 배기의 흐름을 분할하는 배기층 수평격벽을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 케이스는 상기 급기유로가 개방된 측면에 연결되는 두 내부영역 중의 어느 하나 또는 두 영역에 상기 급기층과 평행을 이루고, 상기 내부영역을 상하로 구획하여 급기의 흐름을 분할하는 급기층 수평격벽을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 시스템은 사각형의 케이스의 내부 각 측면에 각 꼭짓점이 접촉하여 네 부분의 내부영역 형성되도록 배치되거나, 상기 케이스의 내면에 접촉하여 일치되도록 배치되고, 복수 개의 배기유로를 포함하는 배기층과 복수개의 급기유로를 포함하는 급기층이 하나 또는 복수 개가 교대로 적층되어 있는 전열소자 및 상기 전열소자의 배기층 및 급기층 중에서 선택된 어느 하나 또는 모두는 배기층 또는 급기층의 일측과 접촉하고, 상기 일측에 대향하는 타측과 일정한 거리를 두고 떨어져서, 상기 배기유로 또는 급기유로와 나란하게 배치되는 소자격벽을 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전열소자의 배기층 및 급기층 중에서 선택된 어느 하나 또는 모두는 상기 일측과 대향하는 타측과 접촉하고, 상기 타측에 대향하는 상기 일측과 일정한 거리를 두고 떨어져서, 상기 배기유로 또는 급기유로와 나란하게 배치되는 소자격벽을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 공기교환기에 의하면, 내부에 격벽을 두어 공간을 분할하고 있어 공기가 흐르는 경로는 공기의 입구와 출구를 연결하며 굴곡형을 이루고 공기가 실제로 지나가지 않는 휴지영역이 발생하지 않는다. 또한, 공기가 전열소자 내부에 머물며 열 및 습기를 교환하는 면적은 넓어지고, 공기가 전열소자에 머무는 시간은 길어지므로 전열소자 기능의 효율을 높여 실내의 온도 및 습도를 유지하는 데 효과적이며 궁극적으로 에너지를 절감하는 효과를 발휘할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 공기교환기를 설명하는 데 이해를 돕기 위하여 먼저 전열소자가 포함된 공기교환기의 개략적인 구조를 설명하고, 직선형의 공기 경로를 갖는 일반적인 전열소자를 포함한 공기교환기의 구조를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 공기교환기(100)를 개념적으로 설명하기 위하여 그 내부 구조를 간략히 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 포함되는 전열소자의 구조를 나타낸 사시도이다. 실내에서 실외로 흐르는 공기(이하, 배기)는 a로 나타내었고, 실외에서 실내로 들어오는 공기(이하, 급기)는 b로 나타내었다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 공기교환기(100)는 실내와 실외의 공기를 교환하는 것으로 일반적으로 실내의 벽면에 위치하고, 실내측(10)에 배기입구(114)와 급기출구(106)가 연결되어 배치되어 있고, 실외측(20)에는 급기입구(104)와 배기출구(116)가 배치된다. 공기교환기(100)는 내부의 구성 요소를 보호하는 케이스(120)로 외관을 이루고 있으며, 케이스(120)의 내부는 급기팬(102), 배기팬(112) 및 전열소자(200)가 배치되며 통상적으로 팬(102, 112)과 전열소자(200)는 도시한 바와 같이 분리하여 배치한다. 전열소자(200) 케이스(120) 안에 일정한 내부영역(30)을 확보하면서 전열소자(200)를 배치한다. 이는 실내외의 공기 교환 시 열손실을 최소화하기 위함이다. 이때, 전열소자(200)는 급기 및 배기의 경로(210, 220)를 포함하고, 그 유로는 내부영역(30)을 사이에 두고 배기입구(114)와 배기출구(116) 또는 급기입구(104)와 급기출구(106)를 연결한다.

따라서 실내에 오염된 공기는 배기팬(112)에 의한 흡입력으로 배기입구(114)를 통하여 흡입되어 전열소자(200)를 거쳐 내부영역(30)과 연결되는 배기출구(116) 를 통하여 실외로 배출되고, 실외의 신선한 공기는 급기팬(102)에 의한 흡입력으로 급기입구(104)를 통하여 들어와 전열소자(200)를 거쳐 내부영역(30)과 연결되는 급기출구(106)를 통하여 실내로 유입된다.

공기교환기(100)에 포함되는 전열소자(200)를 살펴보면, 전열소자(200)는 실내의 오염된 공기가 통과하는 배기유로(210)가 나란하게 복수개로 배열되어 배기층(212)을 형성한다. 또한, 급기가 통과하는 급기유로(220)가 나란히 복수개로 배열된 급기층(222)도 앞서 설명한 배기층(212)과 같은 형태로 배치된다. 여기서 배기유로(210)와 급기유로(220)는 평면 형태의 라이너(230) 상에 지그재그 형태의 스페이서(232)를 부착하여 이루어지고, 이 경우 도시한 대로 삼각형의 배기유로(210) 및 급기유로(220)가 형성된다. 그러나 경우에 따라 본 발명의 범위 내에서 다른 형상으로 변형할 수 있다.

이들 배기층(212)과 급기층(222)은 배기유로(210)와 급기유로(220)가 서로 교차하도록 하여 교대로 적층된다. 이때, 층과 층 사이에는 라이너(230)를 배치한다. 또한, 전열소자(200)는 정사각형, 마름모와 같은 사각형의 형태로 이루어진다. 여기서, 정사각형이나 마름모의 전열소자(200)는 배기유로(210)와 급기유로(220)가 교차하도록 배치되므로 각각의 유로의 길이와 개수가 일치될 수 있다. 또는, 정사각형이나 마름모가 아닌 사각형의 전열소자(200)는 각각의 유로의 길이와 개수를 일치시킬 수는 없으나 각 층의 총부피를 일치시킬 수 있어 배기량과 급기량을 동일하게 할 수 있다. 여기서, 배기유로(210)와 급기유로(220)를 교차하도록 배치한 것은 공기교환기 내에서 공간의 활용도를 높이기 위함이며, 본 발명의 범주 내에서 경우에 따라 평행하게 배치하는 등 다른 형태로 배치할 수도 있다. 또한, 각 층(212, 222)의 적층되는 개수는 공기교환기의 설치 장소의 환경과 사용자의 필요에 따라 달리 제조할 수 있다.

라이너(230)는 배기층(212)과 급기층(222) 사이에 열과 습기를 교환하는 작용을 한다. 이때, 라이너(230)의 소재는 급기와 배기가 직접 섞이는 것을 방지하기 위하여 통기성이 낮고, 열 교환이 용이하며, 습기를 교환하는 데 유리하도록 투습성을 갖는 소재로 하는 것이 바람직하다. 따라서 라이너(230)의 소재는 일반적으로 폴리우레탄(PU)과 같은 고흡수성의 고분자중합체, 셀룰로오스 및 섬유재료 등을 이용하며, 경우에 따라서 위에서 살펴본 라이너(230)의 특성을 충족시키는 모든 소재를 적용할 수 있다.

또한, 도시하지는 않았으나 상기 급기층(222)과 배기층(212)을 라이너를 겸하는 스페이서로 형성하고, 라이너(230)를 생략할 수도 있다. 이때, 스페이서는 물결모양 등으로 굴곡을 이루며 유로를 형성하고, 이 경우 습기교환보다는 열교환이 주로 이루어 질 것이다. 여기서, 스페이서의 소재를 상기 고흡수성의 고분자중합체, 셀룰로오스, 섬유재료 등 습기교환을 할 수 있는 소재로 하여 라이너(230)없이 습기교환을 할 수도 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 공기가 공기교환기(100)의 전열소자(200)를 통과하면서 열교환과 습기교환을 하는 과정을 간단히 살펴보면, 배기는 배기입구(114)를 통하여 전열소자(200)의 배기층(212)에 형성된 배기유로(210)로 들어가고, 급기는 급기입구(104)를 통하여 전열소자(200)의 급기층(222)에 형성된 급기유로(220)로 들어간다. 이때, 전열소자(200)의 배기층(212)과 급기층(222)으로 들어간 배기와 급기는 라이너(230)를 매개로 하여 열과 습기를 교환한다. 따라서 난방이나 냉방으로 유지되는 적정한 실내온도 또는 가습이나 제습에 의한 실내의 적정 습도는 공기교환을 하는 과정에 의해 변화하는 것을 최소화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 공기교환기(100)에서 직선형의 공기의 유로를 형성할 때의 공기의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이때, 전열소자(200)는 도 2에서 설명한 것과 동일하므로 전열소자(200)에 대한 상세한 구조는 이를 참조하기로 한다. 또한, 편의상 급기팬(102)과 배기팬(112)은 도면에서 생략한다.

도 3을 참조하면, 배기는 a방향으로 즉, 배기입구(114)로 들어와 케이스(120)의 안쪽에 형성된 내부영역(30)을 지나, 전열소자(200)의 배기층(212)에서 열과 습기를 교환한 다음, 또 다른 내부영역(30)을 거쳐 배기출구(116)로 빠져 나간다. 이때, 상기 배기가 흐르는 범위는 전열소자(200)의 배기층(212) 전체에 미치지 못하고 배기입구(114)로 부터 배기출구(116)에 이르는 일정한 공간, 즉 배기층 유효영역(242)에 한정된다.

또한, 급기는 b방향으로 즉, 급기입구(104)로 들어와 케이스(120) 내 내부영역(30)을 지나, 전열소자(200)의 급기층(222)에서 열과 습기를 교환한 다음, 또 다른 내부영역(30)을 거쳐 급기출구(106)로 빠져 나온다. 이때, 위에서 설명한 배기층(212)과 마찬가지로 급기층(222)도 상기 급기가 흐르는 범위가 급기층 유효영역(244)에 한정된다.

앞서 살펴본 바와 같이 배기층(212) 및 급기층(222)은 실제 배기가 도달하지 않아 열교환과 습기교환을 할 수 없는 휴지영역(240)을 포함할 수 있다. 휴지영역(240)은 전열소자(200)의 상당한 부피를 차지하면서도 실제로 열교환과 습기교환을 할 수 없는 곳으로 공기교환의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 이러한 휴지영역(240)의 발생에 따른 비효율을 해소하고자 내부영역(30)에 격벽을 설치하여 새로운 공기경로를 형성함으로써 휴지영역을 최소화할 수 있는 공기교환기를 제시한다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 의한 굴곡형의 공기경로를 형성하는 공기교환기(100)의 단면도이다. 도 4b는 도 4a의 전열소자(200)에 포함된 배기층(212)에 형성된 배기유로(210)에서의 공기의 흐름을 별도로 나타낸 단면도이고, 도 4c는 도 4a의 전열소자에 포함된 급기층(222)에 형성된 급기유로(220)에서의 공기의 흐름을 별도로 나타낸 단면도이다.

도 4a를 참조하면, 케이스(120)내의 내부영역(30)중 어느 한 영역에는 배기층 수직격벽(202a)이 설치된다. 배기층 수직격벽(202b)은 배기층(212)과 수직을 이루고, 배기유로(210)와 나란하게 설치되어 내부영역(30)을 분할함으로써 배기층(212) 내부의 배기의 흐름을 둘로 나눌 수 있다. 이에 따라, 배기입구(114)로 들어온 배기는 굴곡을 그리며 a방향으로 이동하여 배기출구(116)로 빠져 나갈 수 있다. 마찬가지로, 내부영역(30)의 한 영역에는 급기층 수직격벽(202b)을 설치하여 급기입구(104)로 들어온 급기는 굴곡을 그리며 b방향으로 이동하여 급기출구(106)로 나갈 수 있다.

위와 같이 본 발명의 공기교환기(100)는 케이스(120) 내부의 내부영역(30)에 수직격벽(202a, 202b)을 설치하여 공간을 분리함으로써, 도 3에서 제시한 전열소 자(200)에서와 같이 휴지영역(240)이 발생하는 것을 최소화하고, 공기교환을 하는 과정에서 열교환과 습기교환의 효율을 높일 수 있다. 또한, 공기의 이동경로도 수직격벽(202a, 202b)이 없을 때에 비하여 길어져 배기와 급기가 전열소자(200) 내에 머무는 시간이 길어진다. 이러한 점에서도 열이나 습기를 교환하는 데 유리할 수 있다. 전열소자(200) 내부에 형성되어 있는 배기층(도 2의 212)과 급기층(도 2의 222)의 구조 및 공기의 흐름은 아래에서 상세히 살펴본다.

도 4b에 의하면, 전열소자(200) 내에 있는 배기층(212)은 복수 개의 배기유로(210)를 포함한다. 또한, 케이스(120)의 내부영역(30) 중 배기입구(114)와 배기출구(116)와 연결되어 있는 영역에는 배기층 수직격벽(202a)이 스페이서(232)에 의해 형성된 배기유로(210)의 방향과 평행하고, 일단이 케이스(120)의 꼭짓점에 닿도록 설치된다. 따라서 배기는 배기층(212)이 배기층 수직격벽(202a)에 의해 두 영역으로 나뉘어져 a방향으로 이동할 수 있고, 휴지영역(도 3의 230)이 거의 발생하지 않는다.

도 4c에 의하면, 전열소자(200) 내에 있는 급기층(222)은 위에서 설명한 배기층(212)과 마찬가지로 급기층 수직격벽(202b)에 의해 분할된 복수개의 급기유로(220)를 포함한다. 급기도 급기층(222)이 두 영역으로 나뉘어져 b방향으로 이동할 수 있고, 휴지영역이 거의 발생하지 않는다.

도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 의한 공기교환기(100)의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 5b는 도 5a의 전열소자(200)에 포함된 배기층(212)을 형성하는 배기유로(210)와 배기의 흐름을 나타낸 것이다. 급기층(220)은 배기층(212)과 구성이 동일하므로 여기서의 도면은 생략하기로 한다.

도 5a에 의하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 공기교환기(100)는 도 4a에서 제시한 제1 실시예와는 달리 수직격벽(202a, 202b)을 배기층(212)과 급기층(222)에 연결된 각 내부영역(30)에 두 개씩 배치하여 공기의 이동 경로를 더 세분화 되도록 한다. 배기는 배기입구(114)로 들어와 배기층 수직격벽(202a)에 의해 배기층(212)이 세 영역으로 나뉘어져 a방향으로 흐르면서 열교환과 습기교환을 하고 배기출구(116)로 빠져 나간다. 또한, 도시하지는 않았으나, 급기도 마찬가지로 급기입구로 들어와 급기층 수직격벽에 의해 급기층이 세 영역으로 나뉘어져 흐르면서 열교환과 습기교환을 하고 급기출구로 나갈 수 있다. 이에 따라, 배기층(212)과 급기층(222)은 직선형의 공기 경로로 형성된 것과 달리 휴지영역(도 3의 230)이 거의 발생하지 않으며, 공기의 이동 경로가 길어져 열교환과 습기교환의 효율이 높아질 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 수직격벽을 각각 하나만 둔 경우의 효과와 동일하다.

도 6은 본 발명에 적용되는 공기교환기(100)의 케이스(120)에 대한 변형예를 나타낸 단면도이다.

도 6에 의하면, 본 발명의 변형예에 의한 케이스(120)는 앞서 살펴본 공기교환기(100)의 케이스(120)의 형태와 같은 사각형이 아니라 네 개의 꼭짓점 부분을 라운딩 구조(122)로 처리한다. 이에 따라, 내부 영역(30)에 뾰족하고 협소한 영역을 제거함으로써 케이스(120)의 형태가 부드러운 곡선형이 되고, 공기의 흐름이 원활하게 이루어 질 수 있다.

나아가, 도시하지는 않았으나 케이스(120)에는 열전달수단을 더 배치할 수 있다. 상기 열전달수단은 급기와 배기의 열이 교환될 수 있는 케이스 내의 임의의 지점에 설치할 수 있으며, 인위적으로 가열하거나 냉각할 수 있는 열조절수단은 외부의 급기배관에 설치될 수도 있다. 바람직하게는, 전열소자(200)에서 나온 배기 및 급기가 굴곡형의 경로를 그리면서 다시 전열소자(200)로 들어가는 부분에 배치될 수 있다. 이때, 열전달수단은 배기가 굴곡되어 흐르는 영역과 이웃한 급기가 굴곡되어 흐르는 영역에 연결되어 배치되는 것이 바람직하다.

열전달수단은 공기교환기(100) 내에 흐르는 공기에 열을 공급하거나 열교환의 효율을 높이기 위한 장치이다. 상세하게는, 전열소자(200)에서 뿐 아니라, 케이스 내의 내부영역에서도 열전달 기능을 수행할 수 있어서 열손실을 최소화할 수 있다. 배기층의 열을 급기층에 전달하기 위하여, 처음 전열소자를 빠져나온 배기는 열전달수단과 접촉하고 다시 전열소자로 들어가면, 접촉된 열은 연결된 급기가 굴곡되어 흐르는 영역에 전달되어 먼저 빠져나온 상기 급기에 다시 전달시킬 수 있다. 또한, 배기층에 있는 배기의 온도를 상승시켜 열 교환 시에 급기층으로 열을 공급할 수 있고, 급기층에 있는 급기의 온도를 상승시켜 실내에 충분히 데워진 급기를 공급할 수 있다.

열전달수단의 종류는 구리나 알루미늄과 같이 열전도율이 우수한 소재로 이루어진 금속박판, 히트파이프(heat-pipe)와 같은 열전달수단과 주로 급기영역, 공기가 굴곡되어 흐르는 내부영역 등에 배치되어 인위적으로 가열과 냉각을 수행할 수 있는 열조절수단으로 구분될 수 있다. 특히, 히트파이프는 여러 층을 형성하는 라미나 패턴(lamina pattern)을 이루어 공기의 흐름을 원활하게 하는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 히트 파이프의 라미나 패턴에 기류와 평행한 날개 형태로 돌출한 구조를 배치할 수 있으며, 상기 돌출한 부분은 기류를 유도할 뿐만 아니라, 히트 파이프의 열전도에 필요한 표면적을 넓게 확보하여 공기의 온도를 높이는 효율을 최대화할 수 있다. 상기 히트 파이프의 형태는 앞서 설명한 것 외에도 본 발명의 범주 내에서 경우에 따라 여러 가지 형태로 변형이 가능하다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 공기교환기(100)의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 의한 공기교환기(100)의 구조를 나타낸 단면도이다. 본 발명의 공기교환기(100)는 공기교환기의 내부영역(30)에 격벽을 두는 외에 전열소자 자체에 소자격벽(204)을 둠으로써 전열소자 내에서의 공기의 흐름을 변화시킬 수 있다.

도 7에 의하면, 제3 실시예에 의한 공기교환기(100)는 전열소자(200)의 배기층(212)의 일측에 접하고 배기유로(210)와 나란하며 상기 일측과 대향하는 배기층(212)의 타측과 일정한 거리를 두고 배치되는 소자격벽(204)을 포함한다. 이때, 배기유로(210)는 소자격벽(204)을 중심으로 ㄷ자형으로 구부러져 배치된다. 따라서 배기층(212)으로 들어온 배기는 경로가 구부러진 배기유로(210)를 따라 흐름으로써 전열소자(200) 내에 머무는 시간이 길어지고 열과 습기교환을 하는데 효율을 높일 수 있다. 또한, 배기입구(114)와 배기출구(116)가 연결되어 있는 내부영역(30) 외에 공기가 흐르지 않는 내부영역(30)의 공간을 생략할 수 있어 공기교환기(100)의 부피를 줄일 수도 있다. 뿐만 아니라, 상세하게 도시하지는 않았으나 내부영역(30) 을 모두 생략하여 케이스(120) 내면에 전열소자(200)가 일치하여 접촉되도록 배치하여 전열소자(200)의 배기유로(210)는 배기입구(114)와 배기출구(116)와 직접 연결되도록 설계할 수 있다. 마찬가지로, 전열소자(200)의 급기유로(220)는 급기입구(106)와 급기출구(106)와 직접 연결되어 급기가 흐를 수 있도록 할 수 있다.

여기서, 배기입구(114)와 배기출구(116)가 연결된 내부영역(30)에는 전열소자(200) 내부로 들어가기 전의 배기와 전열소자(200)를 거쳐 나온 배기를 분리하기 위하여 도시한 바와 같이 배기층 수직격벽(202a)이 배치된다. 또한, 전열소자의 급기층도 상기의 설명한 배기층(212)과 마찬가지로 경로가 구부러진 급기유로를 포함할 수 있으며 구조와 효과는 상기의 급기층(222)과 동일하므로 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.

도 8에 의하면, 본 발명의 제4 실시예에 의한 공기교환기(100)는 전열소자(200)의 배기층(212)의 일측에 접하고 유로와 평행하며 상기 일측과 대향하는 타측과 일정한 거리를 두고 배치되는 소자격벽(204)을 포함한다. 또한, 상기 배기층(212)의 타측과 접하고 타측과 대향하는 상기 일측과 일정한 거리를 두고 배치되는 또 하나의 소자격벽(204)을 포함한다. 이와 같이 배기층 내 두 개의 소자격벽(204)을 둠으로써 배기유로(210)는 ㄹ자형으로 경로가 구부러진다. 따라서 ㄹ자형의 배기유로(210)를 갖는 배기층(212)은 상기의 ㄷ자형의 배기유로(210)를 갖는 배기층(212)보다 전열소자 내에서 공기가 머무르며 열과 습기를 교환하는 시간이 더 길어질 수 있어 그 효율을 높일 수 있다.

여기서, 내부영역(30)의 배기층 수직격벽(202a)은 공기의 흐름을 용이하게 하기 위하여 배치하는 것이 바람직하다. 그러나 이 경우, 열과 습기교환을 하기 전의 배기와 한 후의 배기가 각각 다른 내부영역(30)에 존재하므로 섞일 염려는 없으므로 생략하여도 무방하다. 도시하지는 않았으나, 급기층도 상기 설명한 배기층(222)과 동일한 형태로 급기유로를 배치할 수 있으며 구조와 효과는 같으므로 이에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 경우에 따라, 소자격벽(204)를 세 개 이상으로 하여 유로에 굴곡을 더 함으로써 길이를 더 연장할 수도 있다.

도시하지는 않았으나, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 본 발명의 공기교환기는 앞서 설명한 바와 같이 여러 층의 급기층과 배기층이 교대로 적층된 전열소자를 포함할 수 있다. 앞에서 설명을 용이하게 하기 위하여 배기층(212)과 급기층(222)이 하나인 것을 전제로 설명하였으나, 통상적으로 전열소자(200)는 열과 습기교환의 효율을 높이기 위하여 여러 층의 배기층(212)과 급기층(222)을 포함하는 경우가 많을 것이다. 열과 습기교환의 효율을 높이는 상기의 실시예들에서 제시한 공기교환기의 전열소자를 통과하는 배기 또는 급기는 전열소자 내로 들어와 직선 또는 굴곡형의 유로를 1회 거쳐 출구를 통하여 빠져나갈 수 있다.

앞서 설명한 열전달수단 또는 열조절수단은 소자격벽(204)이 형성된 전열소자(200)의 경우에는 케이스(120)에 배치하는 것보다 전열소자(200)에 접하도록 배치하는 것이 바람직하다. 상세하게는, 상기 열전달수단은 전열소자(200)의 측면에 접하고, 유로가 굴곡형으로 되어 공기의 경로가 구부러지는 부분에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기의 소자격벽(204)을 구비한 전열소자(200)가 케이스(120)의 내면에 일치되도록 접촉하면서 배치되는 공기교환기는 유로가 굴곡형으로 되어 공 기의 경로가 구부러지는 부분과 접촉하는 케이스의 내벽에 열전달수단 또는 열조절수단이 배치될 수 있다. 상기 열전달수단의 종류와 소재는 앞서 설명한 바와 동일하다.

도 9a는 본 발명의 제5 실시예에 의한 공기교환기의 사시도이고, 도 9a는 도 9a의 A-A선으로 절단한 단면도이다.

도 9a 및 도 9b에 의하면, 본 발명의 공기교환기는 사각형의 케이스(120), 케이스(120)의 외부에 급기입구(104), 급기출구(106), 배기입구(114) 및 배기출구(116)를 배치한다. 또한, 케이스(120)의 내부에는 앞서 살펴본 바와 같이 내부영역(30)을 형성하면서 전열소자(200)가 배치된다. 또한, 내부영역(30)에는 배기층 수평격벽(203a) 및 급기층 수평격벽(203b)이 배치된다. 여기서, 수평격벽(203a, 203b)과 이에 따라 구획된 내부영역(30)과 연결되는 급기입구(104), 급기출구(106), 배기입구(114) 및 배기출구(116)의 위치 외에 다른 구성요소 들은 앞서 제시한 제1 내지 제4 실시예에서와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

배기층 수평격벽(203a)은 상기 다른 실시예들에서 수직으로 형성된 격벽과는 달리, 전열소자(200)의 배기층(212)과 평행한 방향으로 설치되며, 내부영역(30)을 상하로 구획한다. 설치되는 높이(h)는 필요에 따라 조절할 수 있으나, 상하로 구획되어 진 공간의 크기가 동일하도록 높이의 중앙에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 형태는 내부영역(30)의 형태에 부합하도록 하여 공기가 이웃하는 영역으로 새어나가지 않도록 할 수 있다. 또한, 배기입구(114) 및 배기출구(116)는 각각의 구획된 상하의 내부영역(30)과 외부를 통하도록 케이스의 벽면에 설치된다. 도 시한 바에 따라, 배기입구(114)는 상부의 내부영역(30)에, 배기출구(116)는 하부의 내부영역에 배치하였으나, 경우에 따라 상하를 바꾸어 배치할 수도 있다.

이와 같은 공기교환기에서의 배기의 흐름(a 방향)을 살펴보면, 실내의 오염된 공기는 배기입구(114)를 통하여 공기교환기의 내부영역(30)으로 들어가고, 전열소자(200)의 배기층(212)의 배기유로(210)를 통과한다. 이때, 열과 습기를 급기층(222)과 교환하는 원리는 앞서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 그 다음으로, 배기층(210)을 통과한 배기는 도시한 바와 같이 배기입구(114)나 배기출구(116)와 연결되어 있지 않는 내부영역(30)에서 공기의 흐름이 바뀌어 적층되어 있는 이웃한 다른 배기층(210)으로 다시 들어가서 열과 습기를 교환한다. 그리고 다시 배기출구(116)와 연결되어 있는 내부영역(30)을 거쳐 배기출구(116)를 통하여 외부로 빠져나간다. 도면에서는 편의상 배기층(212)을 두 개만 도시하였으나 배기층(212)이 적층되는 수는 통상적으로 수십 개에 이를 것이며, 경우에 따라 조절이 가능하다.

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 의한 공기교환기를 나타낸 단면도이다.

도 10에 의하면, 도 9a 및 도 9b에서 제시한 제5 실시예와는 달리 배기층 수평격벽(203a)을 하나 더 포함한다. 이에 따라 배기의 흐름에 부합하기 위하여 배기입구(114)와 배기출구(116)는 서로 대향하는 내부영역(30)에 각각 설치된다. 다른 구성요소들은 상기 다른 실시예들과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

배기층 수평격벽(302a)은 도시한 바와 같이 전열소자(200)의 배기유로(210)가 오픈되어 있는 측면과 닿아있는 두 내부영역 각각 설치된다. 이때, 두 개의 배 기층 수평격벽(302a)은 도 10에서 제시한 실시예에서와 같이 배기층과 평행한 방향으로 배치되어 각각의 내부영역을 상하로 구획한다. 또한, 두 개의 배기층 수평격벽(203a)은 설치되는 높이를 달리하는데, 예를 들면, 배기입구(114)와 연결되는 내부영역(30)의 배기층 수평격벽(203a)은 h₁의 높이에 설치하고, 배기출구(116)와 연결되는 내부영역(30)의 배기층 수평격벽(203a)은 h₂의 높이에 각각 설치할 수 있다.

이와 같은 공기교환기에서의 배기의 흐름(a 방향)을 살펴보면, 실내의 오염된 배기는 배기입구(114)를 통하여 공기교환기 내부로 들어가고 내부영역(30)을 거쳐 전열소자(200)의 배기층(212)을 통과하면서 열과 습기를 교환할 수 있다. 이때, 열과 습기를 교환하는 원리는 앞서 설명한 실시예들에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 열과 습기 교환을 한 배기는 대향하는 다른 내부영역으로 나와 공기의 흐름을 바꾸어 이웃하여 적층된 다른 배기층(212)의 배기유로(210)로 들어가서 다시 열과 습기를 교환하는 과정을 거친다. 그런 다음, 상기 다른 내부영역(30)에 대향하는 내부영역(30)으로 나와 다시 배기의 흐름을 바꾸어 이웃하는 다른 배기층(212)으로 한 번 더 들어가고, 열과 습기 교환을 거친 후 다른 내부영역(30)을 거쳐 배기출구(116)를 통해 실외로 나간다.

급기층 수평격벽(203b)은 앞서 설명한 배기층 수평격벽(203a)과 같이 설치되며, 설치되는 구조와 원리, 급기의 흐름은 상기 배기층 수평격벽(203b)의 경우와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. 또한, 상기 공기교환기에 포함되는 전열소자(200)는 도시한 바와 같이 배기층(212)을 편의상 세 개만 표현하였으나, 통 상적으로 수십 개의 배기층(212)이 적층될 수 있으며 경우에 따라 그 수를 조절할 수 있다.

나아가, 수평격벽(203a, 203b)은 앞서 설명한 수직격벽(도 4a 내지 도 8의 202a, 202b)과 함께 배치하여 열과 습기교환의 효율을 높일 수 있다. 이때, 배기나 급기는 하나의 배기층(212) 또는 급기층(222)을 복수 회 통과하는 것은 물론, 이와 이웃하여 적층되어 있는 다른 배기층(212) 또는 급기층(222)을 1회 내지 복수 회 더 통과할 수 있으므로 열과 습기교환의 효율을 극대화할 수 있다. 따라서 사용환경에 따라 배기층(212)과 급기층(222)을 통과하는 횟수를 조절하여 공기교환기의 공간 활용도, 열이나 습기의 보존 등 다양한 요구를 충족시킬 수 있다.

또한, 상기 열전달수단과 더불어 습기를 조절할 수 있는 습기전달수단을 별도로 더 구비할 수 있다. 이 습기전달수단은 모세관현상을 응용한 것으로 별도로 동력을 필요로 하지 않으며 습기가 습기전달수단에 모여 자연스럽게 배출되는 위치로 전이할 수 있도록 이루어져 있다. 예를 들면, 극세사와 같은 흡수성이 우수한 소재로 습기 제거가 필요한 곳과 배출할 곳을 연결하여 수분이 전이되도록 하는 것이다.

이와 같은 습기전달수단은 배기가 통과하는 배기층과 급기가 통과하는 급기층을 연결하는 임의의 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 여름철 외부의 습기가 실내로 들어오는 것을 방지하기 위하여 상기 급기입구와 배기출구 사이에 배치할 수 있다. 이때, 급기입구를 통하여 유입된 습기는 습기전달수단을 거쳐 배기출구로 전이되어 애초에 전열소자 내부로 들어오지 않고 외부로 배출될 수 있다. 그 밖에 도 본 발명의 범주 내에서 습기를 교환할 수 있는 다른 위치에 상기 습기전달수단을 배치할 수 있다. 또한, 능동적으로 제습이나 가습을 할 수 있는 습기조절수단을 배치하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서 공기교환기 내부의 공기의 흐름을 바꾸기 위한 공간을 구획하는데 있어서 한 개 또는 두 개의 수직 또는 수평격벽을 배치하는 것으로 하였으나, 전열소자(200)의 크기와 사용 환경 등에 따라 수직격벽 또는 수평격벽이 세 개 이상이 되도록 더 설치할 수 있다. 마찬가지로, 전열소자 내에 배치되는 소자격벽의 수도 경우에 따라 조절할 수 있다. 또한, 본 발명의 공기교환기는 건물, 자동차 등 공기 교환시에 열교환 및 습기교환을 필요로 하는 모든 건축물, 구조물 및 산업전반의 부품 소재류와 관련된 공기교환 시스템에 폭넓게 적용될 수 있으며, 설치하는 위치도 필요에 따라 변경될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 공기교환기의 단면도이다.

도 2는 도 1에 포함되는 전열소자를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명이 적용된 케이스 내의 전열소자에서의 공기흐름을 나타낸 단면도이다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 의한 공기교환기 내에서의 공기흐름을 나타낸 단면도이다.

도 4b는 도 4a의 전열소자에 포함된 배기유로에서의 배기의 흐름을 나타낸 단면도이다.

도 4c는 도 4a의 전열소자에 포함된 급기유로에서의 급기의 흐름을 나타낸 단면도이다.

도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 의한 공기교환기 내에서의 공기흐름을 나타낸 단면도이다.

도 5b는 도 5a의 전열소자에 포함된 배기유로에서의 배기의 흐름을 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명에 포함되는 케이스의 변형예를 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 공기교환기 내의 배기유로에서의 배기의 흐름을 나타낸 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 의한 공기교환기 내의 배기유로에서의 배기의 흐름을 나타낸 단면도이다.

도 9a는 본 발명의 제5 실시예에 의한 공기교환기를 나타낸 사시도이다.

도 9b는 도 9a를 A-A선으로 절단한 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 의한 공기교환기를 나타낸 단면도이다.

*도면 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 실내측 20: 실외측

30: 내부영역 100: 공기교환기

102: 급기팬 104: 급기입구

106: 급기출구 112: 배기팬

114: 배기입구 116: 배기출구

120: 케이스 122: 라운딩 구조

200: 전열소자 202a: 배기층 수직격벽

202b: 급기층 수직격벽 203a: 배기층 수평격벽

203b: 급기층 수평격벽 204: 소자격벽

210: 배기유로 212: 배기층

220: 급기유로 222: 급기층

230: 라이너 232: 스페이서

240: 휴지영역 242: 배기층 유효영역

244: 급기층 유효영역

Claims (12)

1. 케이스;

   상기 케이스의 내부 각 측면에 각 꼭짓점이 접촉하여 네 부분의 내부영역 형성되도록 배치되거나, 상기 케이스의 내면에 접촉하여 일치되도록 배치되고, 평면 상에 일직선으로 나란하게 배열된 복수 개의 배기유로를 포함하는 배기층과 평면 상에 일직선으로 나란하게 배열된 복수 개의 급기유로를 포함하는 급기층이 하나 또는 복수 개가 교대로 적층되어 있는 전열소자; 및

   상기 전열소자의 배기층 및 급기층 중에서 선택된 어느 하나 또는 모두에는 상기 배기층 또는 급기층의 일측에 접하면서 상기 배기유로 또는 급기유로를 따라서 일직선으로 나란하게 배열되며, 상기 일측에 대향하는 타측과는 일정한 거리를 두고 떨어져서 배치되는 소자격벽을 포함하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 소자격벽에 의해 분할된 배기유로, 급기유로 또는 배기유로 및 급기유로에 있어서, 각각의 소자격벽과 평행하게 연장 배치되어 상기 케이스 내부 영역을 분할하고, 상기 배기층과 급기층의 흐름을 분할하는 수직격벽을 포함하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 전열소자의 배기층 및 급기층 중에서 선택된 어느 하나 또는 모두에는 상기 일측과 대향하는 타측에 접하면서 상기 배기유로 또는 상기 급기유로를 따라서 일직선으로 나란하게 배열되며, 상기 타측에 대향하는 상기 일측과는 일정한 거리를 두고 떨어져서 배치되는 소자격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 장치.
7. 제1항, 제2항 또는 제6항 중에 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스의 내부 또는 외부의 영역 중 배기 및 급기가 흐르는 영역을 연결할 수 있는 부분 또는 급기가 흐르는 영역에 열전달수단 또는 열조절수단을 더 배치하는 것을 특징으로 하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 장치.
8. 제1항, 제2항 또는 제6항 중에 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 전열소자는 상기 배기층과 급기층 사이에 라이너를 더 배치하여 적층되는 것을 특징으로 하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 장치.
9. 제1항, 제2항 또는 제6항 중에 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 전열소자 내의 상기 배기층 및 급기층 각각을 통과한 배기 및 급기는 이웃하는 상기 배기층 및 급기층 각각을 통과하여 전열소자를 복수 회에 걸쳐 통과할 수 있도록, 상기 배기층 및 급기층과 평행하고 내부영역을 상하로 구획하는 수평격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 장치.
10. 제1항, 제2항 또는 제6항 중에 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스의 내부 또는 외부의 배기 및 급기가 흐르는 영역을 연결할 수 있는 위치나 급기가 흐르는 영역에 습기전달수단 또는 습기조절수단을 더 배치하는 것을 특징으로 하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 공기교환 장치.
11. 평면 상에 일직선으로 나란하게 배열된 복수 개의 배기유로를 포함하는 배기층과 평면 상에 일직선으로 나란하게 배열된 복수 개의 급기유로를 포함하는 급기층이 하나 또는 복수개가 교대로 적층되어 있는 전열소자로서,

    상기 배기층 및 급기층 중에서 선택된 어느 하나 또는 모두에는 상기 배기층 또는 급기층의 일측에 접하면서 상기 배기유로 또는 급기유로를 따라서 일직선으로 나란하게 배열되며, 상기 일측에 대향하는 타측과는 일정한 거리를 두고 떨어져서 배치되는 소자격벽을 포함하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 전열소자.
12. 제11항에 있어서, 상기 배기층 및 급기층 중에서 선택된 어느 하나 또는 모두에는 상기 일측과 대향하는 타측에 접하면서 상기 배기유로 또는 상기 급기유로를 따라서 일직선으로 나란하게 배열되며, 상기 타측에 대향하는 상기 일측과는 일정한 거리를 두고 떨어져서 배치되는 소자격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡형의 공기경로를 갖는 전열소자.

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