KR101332685B1 - 공기순환식 냉,난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기순환식 냉,난방 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 동절기에는 낮 시간 동안 태양열에 의해 가열된 공기를 이용해 밤 시간까지 주택 난방을 하고, 하절기에는 새벽 시간 동안 차가워진 공기를 이용해 낮 시간까지 주택 냉방을 할 수 있어 경제적이고, 주택 바닥면에 배치되는 공기순환관부를 복층 이상인 다수의 층으로 형성함으로써 온돌과 같은 냉, 난방 효과의 지속성을 기대할 수 있으며, 공기만 가열 또는 냉각하면 되는 구조이기 때문에 열효율이 뛰어나고 태양열만으로 냉,난방이 가능해 화석연료를 사용할 필요가 없도록 한 공기순환식 냉,난방 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템은 주택 지붕에 설치되는 태양열 집열수단과, 상기 태양열 집열수단 내부와 상기 주택의 바닥면에 순환 가능하게 배열되어 상기 집열수단 내부의 온기 또는 냉기를 상기 바닥면에 공급하는 공기순환관부와, 상기 공기순환관부의 일측에 설치되며 상기 공기순환관부 내에서의 공기순환을 가능하게 하는 공기순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기순환식 냉,난방 시스템{AIR CIRCULATION TYPE HEATING AND COOLING SYSTEM}

본 발명은 공기순환식 냉,난방 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 공기순환식 냉,난방 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 동절기에는 낮 시간 동안 태양열에 의해 가열된 공기를 이용해 밤 시간까지 주택 난방을 하고, 하절기에는 새벽 시간 동안 차가워진 공기를 이용해 낮 시간까지 주택 냉방을 할 수 있어 경제적이고, 주택 바닥면에 배치되는 공기순환관부를 복층 이상인 다수의 층으로 형성함으로써 온돌과 같은 냉, 난방 효과의 지속성을 기대할 수 있으며, 공기만 가열 또는 냉각하면 되는 구조이기 때문에 열효율이 뛰어나고 태양열만으로 냉,난방이 가능해 화석연료를 사용할 필요가 없도록 한 공기순환식 냉,난방 시스템에 관한 것이다.

종래에는 실내의 냉난방을 위한 수단으로서 전기식 히트펌프유닛(EHP)이 주로 사용되었다. 그러나, 이러한 종래의 전기식 히트펌프유닛은, 단독으로 냉난방을 수행하는 경우에 온도부하에 따라 부분부하운전을 수행하기 위한 인버터(Inverter)와, 동절기 낮은 외기온도로 인하여 열교환수 순환관의 외측에 결빙현상이 심하게 나타나 난방능력을 저하시키는 문제점을 해결하기 위한 성에 제거용 보조열원으로서의 전기히터가 반드시 설치되어야 한다. 따라서 장치 자체가 복잡하고 대형화될 뿐만 아니라 인버터 및 전기히터의 사용으로 인하여 유지비용이 과다하게 소요되는 단점이 있었다.

이와 같은 전기식 히트펌프유닛(EHP)의 단점을 해결하기 위한 새로운 대체 수단으로 최근에는 가정 또는 사무실 등 소규모 주거공간에서 냉난방 겸용의 축열식 히트펌프유닛이 사용되고 있다. 축열식 히트펌프유닛은 심야의 값싼 잉여전력을 사용하여 여름철에는 냉수 또는 얼음(빙축열)을, 겨울철에는 고온수를 축열조에 저장하여 주간의 냉ㆍ난방에 이용하는 공조시스템으로서, 심야의 싼 전력을 이용하므로 주간에 집중되는 소비성향으로 인한 전력수급에 대한 불균형을 분산 또는 해소하고, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 이점을 갖는다.

그러나, 이러한 종래의 축열식 히트펌프유닛은, 축열조의 성능이 불량하여 작은 온도차에 의한 성층도로 운전됨으로써 그 효율성이 저조하게 나타나는 문제점이 있었다. 또한, 냉난방을 병행하는 종래의 축열식 히트펌프유닛은, 냉방 또는 난방모드로 전환되는 경우에 있어서, 냉방시에는 부하측에서 회수되는 물이 축열조의 상부로 유입되고 난방시에는 부하측에서 회수되는 물이 축열조의 하부로 유입되는 유체의 교체흐름을 유지하여야 하므로 배관설계상의 많은 어려움이 있었다.

한편, 최근에는 고온의 지열, 지표수, 지하수나 온천수 등의 열원을 에너지로 활용하고자 하는 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다. 그 중에서도 특히 지표나 지중에 저장된 열에너지를 이용하여 냉방과 난방을 수행하는 지열식 히트펌프유닛이 있으며, 그 구체적인 예로 2003년 12월 31일자에 본 발명의 출원인에 의해 대한민국 특허출원 제 10-2003-0102110호로 출원된 “축열식 지열히트펌프유닛”이 있다. 그러나, 상술한 종래 지열식 히트펌프유닛은 모두 지중에 관정 또는 트렌치를 판 후에 파이프를 수직 또는 수평으로 배치하여야 하므로, 파이프 매설에 따른 일정부분의 토지 확보가 필수적으로 요구되며 또한 별도의 공사 비용이 소요된다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 동절기에는 낮 시간 동안 태양열에 의해 가열된 공기를 이용해 밤 시간까지 주택 난방을 하고, 하절기에는 새벽 시간 동안 차가워진 공기를 이용해 낮 시간까지 주택 냉방을 할 수 있어 경제적인 공기순환식 냉,난방 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 주택 바닥면에 배치되는 공기순환관부를 복층 이상인 다수의 층으로 형성함으로써 온돌과 같은 냉, 난방 효과의 지속성을 기대할 수 있도록 한 공기순환식 냉,난방 시스템을 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적들은 주택 지붕에 설치되는 태양열 집열수단과, 상기 태양열 집열수단 내부와 상기 주택의 바닥면에 순환 가능하게 배열되어 상기 집열수단 내부의 온기 또는 냉기를 상기 바닥면에 공급하는 공기순환관부와, 상기 공기순환관부의 일측에 설치되며 상기 공기순환관부 내에서의 공기순환을 가능하게 하는 공기순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기순환식 냉,난방 시스템을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 전술한 공기순환식 낸,난방 시스템이 설치된 주택의 일측에는 상기 공기순환펌프를 제어하는 컨트롤러가 구비되는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면 전술한 주택의 바닥면에 배열되는 공기순환관부는 복층 이상의 다수의 층으로 시공되는 것으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템은 동절기에는 낮 시간 동안 태양열에 의해 가열된 공기를 이용해 밤 시간까지 주택 난방을 하고, 하절기에는 새벽 시간 동안 차가워진 공기를 이용해 낮 시간까지 주택 냉방을 할 수 있을 뿐만 아니라 설치 및 유지비용이 종래의 냉,난방 장치에 비해 적게 소요되는바 경제적인 효과가 있다.

또한 둘째, 주택 바닥면에 배치되는 공기순환관부를 복층 이상인 다수의 층으로 형성함으로써 온돌과 같은 30시간 이상의 냉, 난방 효과의 지속성을 기대할 수 있는 장점이 있다.

또한 셋째, 공기만 가열 또는 냉각하면 되는 구조이기 때문에 열효율이 뛰어나고 태양열만으로 냉,난방이 가능해 화석연료를 사용할 필요가 없는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템이 주택에 설치된 모습을 보인 사용상태도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템 내에서 공기가 순환되는 모습을 보인 작동도.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템이 주택에 설치된 모습을 보인 사용상태도가 도시되고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템 내에서 공기가 순환되는 모습을 보인 작동도가 도시된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템은 주택 지붕에 설치되는 태양열 집열수단(10)과, 상기 태양열 집열수단(10) 내부와 상기 주택의 바닥면에 순환 가능하게 배열되어 상기 집열수단 내부의 온기 또는 냉기를 상기 바닥면에 공급하는 공기순환관부(20)와, 상기 공기순환관부(20)의 일측에 설치되며 상기 공기순환관부(20) 내에서의 공기순환을 가능하게 하는 공기순환펌프(30)를 포함한다.

여기서 태양열 집열수단(10)은 태양광이 잘 드는 지붕 일측에 설치되며 가시광선을 흡수해 그 내측의 공기를 가열하는 역할을 하는 것으로 내측에 밀폐된 가열공간(13)이 형성되는 본체(11)와, 상기 본체(11)의 상부면에 구비되는 집열판(15)으로 구성된다. 이때 전술한 집열판(15)은 종래기술에 따른 태양열 집열판(15)과 동일한 것으로 하는바 더 이상의 구체적인 설명은 명세서의 간략화를 위해 생략하기로 한다.

한편, 전술한 태양열 집열수단(10)이 설치된 주택에는 공기순환관부(20)가 설치되는데, 이 공기순환관부(20)는 전술한 태양열 집열수단(10)의 본체(11) 내측과 주택 바닥면에 공기순환 가능하게 배열 설치되어 태양열 집열수단(10)의 본체(11) 내측에서 가열 또는 냉각된 공기를 주택 바닥면에 공급함으로써 주택의 냉,난방이 가능하게 하는 역할을 하는 것이다.

이와 같은 공기순환관부(20)는 주택의 바닥면에 지그재그 형상으로 복층 이상의 다수의 층으로 시공되는데, 이는 동절기에는 온기가 그리고 하절기에는 냉기가 30시간 이상 지속되는 온돌의 효과와 동일한 효과가 나타나게 하기 위함이다. 또한 이 공기순환관부(20)가 배열된 주택 바닥의 최하층에는 별도의 보온층(50)이 시공되는 것으로 하여 지층으로의 에너지 손실을 최소화하는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 공기순환관부(20)의 일측에는 공기순환펌프(30)가 설치되는데, 이 공기순환펌프(30)는 전술한 공기순환관부(20) 내에서의 공기순환을 가능하게 하는 역할을 하는 것이다. 즉, 일측 공기순환관부(20)에 연결되어 태양열 집열수단(10)의 본체(11) 내에서 가열 또는 냉각된 공기를 주택 바닥면 측으로 지속적으로 이동시켜 주택의 냉,난방 수단으로 사용할 수 있도록 한다. 또한 공기순환식 낸,난방 시스템이 설치된 주택의 일측에는 공기순환펌프(30)의 작동 및 ON/OFF를 제어하는 컨트롤러(40)가 구비되는 것으로 한다. 이와 같은 공기순환펌프(30)는 전술한 집열판(15)과 마찬가지로 종래기술에 따른 공기순환펌프(30)와 동일한 것으로 하는바 더 이상의 구체적인 설명은 명세서의 간략화를 위해 생략하기로 한다.

이하에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공기순환식 냉,난방 시스템의 전체적인 작동관계에 대해 설명하면 다음과 같다.

주택의 지붕에는 태양열 집열수단(10)을 설치하고, 공기순환관부(20)는 태양열집열수단과 주택 바닥면에 공기순환 가능하게 배열 설치한다. 이때 공기순환관부(20)의 일측에는 공기순환펌프(30)가 설치되고 주택 일측에는 공기순환펌프(30)를 제어하는 컨트롤러(40)가 구비된다.

먼저, 컨트롤러(40)를 조작해 공기순환펌프(30)를 작동시켜 순환관부 내에서 공기를 순환시킨다. 동절기에는 낮 시간에 태양열 집열수단(10)의 본체(11) 내측에 배열된 공기순환관부(20) 내측의 공기가 집열판(15)에 의해 가열되고, 가열된 공기는 공기순환관부(20)를 따라 복층으로 시공된 주택 바닥면에 배열된 공기순환관부(20)로 지속적으로 이동되면서 주택 바닥면을 가열해 밤 시간 동안의 난방원으로 사용된다.

또한 하절기에는 새벽 시간에 태양열 집열수단(10)의 본체(11) 내측에 배열된 공기순환관부(20) 내측의 공기가 외부공기에 의해 냉각되고, 냉각된 공기는 공기순환관부(20)를 따라 지그재그 형상으로 복층으로 시공된 주택 바닥면에 배열된 공기순환관부(20)로 지속적으로 이동되면서 주택 바닥면을 냉각해 낮 시간 동안의 냉방원으로 사용된다.

이때 전술한 공기순환관부(20)는 복층 이상의 다수의 층으로 시공되어 있어 온돌과 같은 효과를 발휘하는바, 30시간 이상의 냉방 및 난방 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

10 : 태양열 집열수단
11 : 본체
13 : 가열공간
15 : 집열판
20 : 공기순환관부
30 : 공기순환펌프
40 : 컨트롤러
50 : 보온층

Claims (3)

1. 주택 지붕에 설치되는 태양열 집열수단;
   상기 태양열 집열수단 내부와 상기 주택의 바닥면에 순환 가능하게 배열되어 상기 집열수단 내부의 온기 또는 냉기를 상기 바닥면에 공급하는 공기순환관부; 및
   상기 공기순환관부의 일측에 설치되며 상기 공기순환관부 내에서의 공기순환을 가능하게 하는 공기순환펌프;를 포함하고,
   상기 주택의 일측에는 상기 공기순환펌프를 제어하는 컨트롤러가 구비되며,
   상기 주택의 바닥면에 배열되는 공기순환관부는 지그재그 형상으로 다수의 층으로 시공되며,
   상기 공기순환관부가 배열된 주택의 바닥면의 최하층에는 보온층이 시공되는 것을 특징으로 하는 공기순환식 냉,난방 시스템.
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