KR101204314B1 - 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열 교환장치 내부에 서로 차단된 채 반복되게 지그재그형태로 연결되는 열전도성이 뛰어난 격판의 표리(表裏)면을, 각각 별개의 공기 순환통로로 형성하여, 실내?외의 서로 다른 온도의 공기가 각각 격판을 사이에 두고 강제적으로 흐르는 과정에서 격판에 의해 열 교환이 이루어지도록 함으로써, 제각기 동절기 및 하절기에 지중(地中)의 공기와 실내공기가 열 교환되게 하여, 실내공기에 대해 겨울에는 훈훈하게, 여름에는 시원한 상태로 유지되게 하는 것에 의해, 실내공기를 인위적으로 가열 또는 냉각시키기 위한 별도의 냉?난방장치를 사용하지 않고서도, 최소한의 에너지만으로 지중의 폐열을 이용하여 실내온도를 조절할 수 있도록 하여, 냉?난방을 위한 에너지 절약이 가능하게 되어, 친환경의 저 탄소 녹색성장의 사회실현이 가능하게 될 뿐만 아니라, 그만큼 경제적으로도 유용하도록 한 것으로, 서로 다른 온도를 갖는 실내?외의 공기에 대해 열 교환이 이루어지도록 하는 실내?외공기 열 교환장치(A)에 있어서, 내면에 일정두께의 단열층(14)을 형성한 채 함체형으로 되어 전면에 개폐도어(15)를 가지며, 양측면에는 각각 송풍팬(12a)(12a)을 갖는 배출구(12)(12)와 흡입구(11)(11)를 각각 상하로 형성하여, 덕트 형태의 연결관(13)이 연결되게 한 본체(1)의 내부에는, 다이아몬드 형상으로 되어 높은 열 전도성을 갖는 다수의 격판(21) 양단을, 서로 지그재그 형태로 일정두께만큼 연결하여 그 연결부를 마감판(22)으로 차단하여, 격판(21)의 표리면을 각각 별도의 공기 유통로로 형성한 열 교환구(2)를 설치하되, 이 열 교환구(2) 중앙의 상?하부와 본체(1) 사이의 공간에는 각각 격벽(3)(3)을 설치하여, 본체(1)내부를 실내공기 유통부(31)와 실외공기 유통부(32)로 구획형성하고, 실외공기 유통부(32)측 열 교환구(2) 일측에는, 차단판(4)에 의해 선택적으로 차단 또는 개방되는 실외공기 우회로(41)를 형성하여서 되는 것을 특징으로 하는 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치이다.

Description

지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치{Air heat exchanger using a geothermal}

본 발명은, 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열 교환장치 내부에 서로 차단된 채 반복되게 지그재그형태로 연결되는 열전도성이 뛰어난 격판의 표리(表裏)면을, 각각 별개의 공기 순환통로로 형성하여, 실내?외의 서로 다른 온도의 공기가 각각 격판을 사이에 두고 강제적으로 흐르는 과정에서 격판에 의해 열 교환이 이루어지도록 함으로써, 제각기 동절기 및 하절기에 지중(地中)의 공기와 실내공기가 열 교환되게 하여, 실내공기에 대해 겨울에는 훈훈하게, 여름에는 시원한 상태로 유지되게 하는 것에 의해, 실내공기를 인위적으로 가열 또는 냉각시키기 위한 별도의 냉?난방장치를 사용하지 않고서도, 최소한의 에너지만으로 지중의 폐열을 이용하여 실내온도를 조절할 수 있도록 하여, 냉?난방을 위한 에너지 절약이 가능하게 되어 친환경의 저 탄소 녹색성장의 사회실현이 가능하게 될 뿐만 아니라, 그만큼 경제적으로도 유용하도록 한 것이다.

일반적으로, 동절기나 하절기에 있어서 가정이나 사무실 등의 실내공간에 대한 냉?난방은, 대부분이 별도의 냉?난방수단을 실내공간 내부에 설치하여 필요시 냉?난방수단을 작동시킴으로써, 목적한 실내공간의 냉?난방이 이루어지도록 하고 있는 실정이다.

그러나, 상기와 같이 가정이나 사무실 등의 실내공간에 대해 냉?난방이 이루어지도록 하는 종래의 냉?난방수단은, 목적한 냉?난방이 별도의 냉매나 열매(熱媒)에 의해 열 교환이 이루어지도록 하는 것에 의해, 실내공간을 시원하거나 훈훈한 상태로 유지되게 하는 것이므로, 반드시 열 교환을 위한 다량의 별도의 에너지가 요구되는 것인 바, 이와 같은 지금까지의 냉?난방수단은 어쩔 수 없이 에너지의 과도한 사용을 수반하는 것이어서, 그로 인한 지구 온난화의 급속한 진행을 초래하게 되는 문제점과 함께, 열 교환을 위해 많은 비용을 지출해야만 하는 경제적인 문제 또한 부담하게 되는 등의 문제점이 있는 것이었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같이 실내공간에 대한 냉?난방을 위해 많은 에너지의 소모를 요구하는 종래의 냉?난방수단이 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 동절기에는 훈훈하고 하절기에는 선선한 지중의 공기를 이용하여 필요시 간편하게 실내공기와 열 교환이 이루어지도록 하는 것에 의해, 실내공기가 여름에는 시원한 공기로, 겨울에는 훈훈한 공기로 각각 열 교환되어 실내로 다시 공급되게 함으로써, 최소한의 송풍 팬 구동 에너지만으로 가정이나 사무실 등의 실내공간에 대하여 냉?난방이 이루어지도록 하는 것에 의해, 냉?난방 소요비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 그만큼 냉?난방을 위한 에너지의 사용 총량을 최소화하여 지구환경의 급속한 온난화를 막음과 동시에, 친환경의 저 탄소 녹색성장의 사회로 발돋움할 수 있도록 한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치는, 서로 다른 온도를 갖는 실내?외의 공기에 대해 열 교환이 이루어지도록 하는 실내?외 공기 열 교환장치(A)에 있어서, 내면에 일정두께의 단열층(14)을 형성한 채 함체형으로 되어 전면에 개폐도어(15)를 가지며, 양 측면에는 각각 송풍팬(12a)(12a)을 갖는 배출구(12)(12)와 흡입구(11)(11)를 각각 상하로 형성하여, 덕트 형태의 연결관(13)이 연결되게 한 본체(1)의 내부에는, 다이아몬드 형상으로 되어 높은 열 전도성을 갖는 다수의 격판(21) 양단을, 서로 지그재그 형태로 일정두께만큼 연결한 상태에서 그 연결부를 마감판(22)으로 차단하여, 격판(21)의 표리면을 각각 별도의 공기 유통로로 형성한 열 교환구(2)를 설치하되, 이 열 교환구(2) 중앙의 상?하부와 본체(1) 사이의 공간에는 각각 격벽(3)(3)을 설치하여, 본체(1) 내부를 실내공기 유통부(31)와 실외공기 유통부(32)로 구획 형성하고, 상기 실외공기 유통부(32)측 열 교환구(2) 일측에는 차단판(4)에 의해 선택적으로 차단 또는 개방되는 실외공기 우회로(41)를 형성하여서 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치에 의하면, 열 전도성이 뛰어난 다수의 격판 양 끝단이 지그재그형태로 서로 연결되어, 그 표리면으로 하여금 각각 별도의 공기 순환통로로 기능하게 한 열 교환구에 의해, 서로 다른 온도의 실내공기와 실외공기가 격판을 사이에 두고 흐르는 과정에서 열 교환이 이루어지도록 함으로써, 동절기 또는 하절기에 가정이나 사무실 등의 실내공간에 대한 냉?난방이, 실내공기를 차거나 더운 공기로 변환시켜 유지되도록 하는 것에 의해 이루어지도록 함으로써, 별도의 냉?난방장치가 필요없이 실내공기 및 실외공기의 송풍을 위한 최소한의 에너지만으로, 실내공간에 대한 냉?난방이 가능하게 되어 에너지의 과다 사용에 따른 지구 온난화현상을 막을 수 있게 될 뿐만 아니라, 자원절약을 도모할 수 있게 되는 등 저 탄소 녹색성장이 가능한 사회실현이 가능하게 되는 등의 유용한 효과를 제공한다.

도 1은, 본 발명에 의한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치의 사시도.
도 2는, 본 발명에 의한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치를 이루는 열 교환구의 평면도.
도 3은, 본 발명에 의한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치의 작동상태 단면도.
도 4는, 본 발명에 의한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치의 다른예의 작동상태 단면도.
도 5는, 본 발명에 의한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치의 또 다른예의 작동상태 단면도.

본 발명이 속하는 기술분야에서, 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 열 교환장치(A)는 크게 본체(1), 열 교환구(2) 및 차단판(4)으로 이루어진다.

상기한 본체(1)는, 일정크기의 함체형으로 되어 그 전 내부면에 일정두께의 단열재가 설치되는 단열층(14)을 형성하고 있으며, 또한 그 전면 개방부에는 개폐도어(15)를 설치하여, 필요시 열 교환장치(A)의 유지 보수 및 기타 부품교체가 가능하도록 하고 있다.

이때, 상기 개폐도어(15) 역시 그 내면에 단열층을 형성하고 있으며, 본체(1)내부 공간에 대해 보다 확실한 밀폐력이 유지되도록 하기 위해, 클램프형태로 되는 잠금구(15a)에 의해 본체(1) 전면에 개폐가능하게 설치된다.

또한, 상기 본체(1)의 양측에는 각각 흡입구(11)(11)와 배출구(12)(12)를 상하로 형성하여, 내부공기 및 외부공기가 본체(1)내로 유입된 후, 열 교환되어 다시 본체(1) 외부로 배출되도록 하고 있는 것인 바, 이때 상기 배출구(12)(12)에는 각각 송풍팬(12a)(12a)을 설치하여, 내?외부 공기에 대한 흡입 및 배출이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 하고 있다.

이때, 상기 흡입구(11)(11)와 배출구(12)(12)에는 각각 덕트 형태의 연결관(13)이 설치되어, 열 교환 전의 공기와 열 교환 후의 공기가 목적한 곳으로 전달될 수 있도록 하고 있다.

상기한 열 교환구(2)는, 열 전도성이 뛰어난 재질의 대략 다이아몬드형태로 되는 다수의 격판(21)으로 되어, 본체(1)내부에 용접 등의 방법으로 설치되는 것으로, 상기 격판(21)의 좌우 양 끝단 중 한쪽 끝단을 이웃하는 다른 격판(21)의 한쪽 끝단에 지그재그 형태로 반복 연결하고 그 연결부 측에 마감판(22)을 덧대 차단하는 것에 의해, 각각의 격판(21) 표리면을 서로 다른 별도의 공기 유통로로 형성하여, 이 서로 다른 공기 유통로를 서로 다른 온도를 갖는 공기가 흐르도록 함으로써, 격판(21)에 의해 자연스럽게 열 교환이 이루어지도록 하고 있는 것으로, 상기 다수의 격판(21)에 의해 형성되는 열 교환구(2)의 중앙 상?하부와 본체(1) 내부 상하면 사이의 간격부에는, 역시 열 전도성이 뛰어난 별도의 격벽(3)(3)을 설치하고, 본체(1) 내부공간을 실내공기 유통부(31)와 실외공기 유통부(32)로 구획 형성하여, 각각 흡입구(11)(11)를 통해 유입되는 실내 및 실외공기는, 그대로 격판(21)의 표리면을 거쳐 실내공기 유통부(31)와 실외공기 유통부(32)에 의해 안내되어, 각각 배출구(12)(12)를 통해 배출되게 되므로, 실내공기와 실외공기가 서로 섞이지 않고 격판(21)에 의해서만 열 교환이 이루어지도록 하고 있다.

상기한 차단판(4)은, 본체(1) 내부의 실외공기 유통부(32)측의 측벽과 열 교환구(2)의 일측 마감판(22) 사이의 공간부를 별도의 실외공기 우회로(41)로 형성하여, 일반적인 열 교환시에는 그 상부에 차단판(4)을 끼워 설치하여 실외공기 우회로(41)를 차단함으로써, 유입된 외부공기가 실외공기 유통부(32)를 거쳐 격판(21)에 의해 열 교환이 된 후 배출구(12)로 배출되도록 하고, 필요시 외부 공기에 대한 열 교환이 불필요한 경우에는, 먼저 차단판(4)을 제거하여 실외공기 우회로(41)를 개방상태로 두고, 또 다른 별도의 차단판(5)으로 열 교환구(2) 일측의 실외공기 유통부(32)를 차단하게 되면, 본체(1)의 흡입구(11)를 통해 실외공기 유통부(32)측으로 유입되는 외부공기는 격판(21)측으로 유입되지 않고, 그대로 실외공기 우회로(41)를 거쳐 배출구(12)를 통해 배출될 수도 있도록 하고 있다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 의한 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치(A)의 실시 작동예에 대하여 설명한다.

동절기 또는 하절기에(본 예에서는 하절기를 예로 한다) 실내공기에 대하여, 열 교환이 이루어지도록 하기 위해 본 발명의 열 교환장치(A)를 작동시키게 되면, 본체(1) 일측의 송풍팬(12a)(12a)이 각각 작동하여, 덕트 형태의 연결관(13)을 통해본체(1) 내부로 열 교환을 위한 실내공기와 실외공기가 각각 흡입구(11)(11)를 거쳐 지속적으로 유입되게 된다.

이때, 유입되는 외부공기는 지중의 선선한 시원한 공기이며, 실내공기는 후끈하게 가열된 더운 공기로서, 각각 본체(1) 내부로 유입된 상태에서 다수의 격판(21)에 의해 형성된 별도의 독립 공간인 실외공기 유통부(32)와 실내공기 유통로(31)를 거치면서, 각각 격판(21)을 사이에 두고 열 교환되면서 외부공기는 온도가 상승하고, 내부 공기는 온도가 하강하여 시원하게 온도가 낮춰진 상태로, 다시 배출구(12)(12)를 통해 연결관(13)을 거쳐 최초의 공간으로 다시 보내지게 되는 일련의 과정을 연속적으로 반복하게 됨에 따라, 목적한 실내공간에 대한 열 교환 효과를 얻을 수 있게 된다.

즉, 지중의 낮은 온도의 선선한 외부 공기가 다수의 격판(21)과 접촉하면서 격판(21)의 온도를 떨어뜨리고, 이와 동시에 높은 온도의 더운 실내 공기 역시 다수의 격판(21)과 접촉하면서 온도가 낮아져, 시원한 공기로 변환되는 일련의 열 교환 공정을 반복하게 되면서, 적은 에너지만으로 가정이나 사무실 등의 실내공간에 대해 지속적인 냉방효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이후, 선택적으로 외부공기에 대한 열 교환이 불필요하게 되는 경우, 본체(1) 내부의 실외공기 유통부(32)측에 설치된 실외공기 우회로(41)를 차단하고 있는 차단판(4)을 제거하고, 별도의 또 다른 차단판(5)을 열 교환구(2)의 실외공기 유통부(32)측 상부 개방부에 덮어, 흡입구(11)를 통해 유입된 외부공기가 열 교환기(2)의 다수의 격벽(21)을 거치지 않고, 본체(1)와 열 교환구(2) 사이에 형성된 실외공기 우회로(41)를 거쳐 배출구(12)를 통해 그대로 배출될 수 있도록 할 수도 있다.

상기 구성에 있어서, 실내공기 및 외부공기의 유입과 배출을 위해 각각의 배출구(12)(12)에만 송풍 팬(12a)(12a)을 설치한 것을 예로 하여 설명하였으나, 첨부 도면 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, 흡기 및 배기 효율을 높이기 위해 배출구(12)(12)는 물론 각각의 흡기구(11)(11)에도 송풍 팬(11a)(11a)을 더 설치할 수도 있는 것으로, 송풍 팬의(11a)(12a)의 설치 위치를 특정하는 것은 아니다.

또한, 상기 본체(1)의 크기 및 열 교환구(2)를 이루는 격판(21)의 수 역시, 열 교환장치의 열 교환 처리 능력의 증감에 따라 얼마든지 변형 실시 가능함은 물론이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만, 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

A : 열 교환장치 1: 본체 2 : 열 교환구
3 : 격벽 4,5 : 차단판 11 : 흡입구
11a : 송풍팬 12 : 배출구 12a : 송풍팬
13 : 연결관 14 : 단열층 15 : 개폐도어
15a : 잠금구 21 : 격판 22 : 마감판
31 : 실내공기 유통부 32 : 실외공기 유통부 41 : 실외공기 우회로

Claims (2)

1. 서로 다른 온도를 갖는 실내?외의 공기에 대해 열 교환이 이루어지도록 하는 실내?외 공기 열 교환장치(A)에 있어서,
   내면에 일정두께의 단열층(14)을 형성한 채 함체형으로 되어 전면에 개폐도어(15)를 가지며, 양 측면에는 각각 송풍팬(12a)(12a)을 갖는 배출구(12)(12)와 흡입구(11)(11)를 각각 상하로 형성하여, 덕트 형태의 연결관(13)이 연결되게 한 본체(1)의 내부에는, 다이아몬드 형상으로 되어 높은 열 전도성을 갖는 다수의 격판(21) 양단을, 서로 지그재그 형태로 일정두께만큼 연결한 상태에서 그 연결부를 마감판(22)으로 차단하여, 격판(21)의 표리면을 각각 별도의 공기 유통로로 형성한 열 교환구(2)를 설치하되, 이 열 교환구(2) 중앙의 상?하부와 본체(1) 사이의 공간에는 각각 격벽(3)(3)을 설치하여, 본체(1)내부를 실내공기 유통부(31)와 실외공기 유통부(32)로 구획 형성하고, 상기 실외공기 유통부(32)측 열 교환구(2) 일측에는, 차단판(4)에 의해 선택적으로 차단 또는 개방되는 실외공기 우회로(41)를 형성하여서 되는 것을 특징으로 하는 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 흡입구(11)(11)에 송풍팬(11a)(11a)을 더 설치하여서 되는 것을 특징으로 하는 지중 열을 이용한 실내?외 공기 열 교환장치.

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