KR101362895B1 - 환기장치용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환기장치용 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 격판에 의해 다층으로 구획하고, 구획된 공간 내에는 가이드날개를 다수 돌출되도록 형성하고, 상기 상하 격판으로부터 돌출된 두 가이드날개 사이에는 전열지를 개재되도록 구성하여, 상기 가이드날개에 의해 구획공간의 층간격 유지와 내부로 유입된 공기의 흐름이 안내되도록 하고, 전열지의 상하층으로 이동되는 공기간에 열과 습도의 교환이 이루어지도록 함은 물론 공기를 내부로 유입 또는 배출하는 유출구를 자유롭게 설정해 공간이 협소한 곳에서도 설치가 가능하게 하는 환기장치용 열교환기에 관한 것이다.

Description

환기장치용 열교환기{HEAT EXCHANGE STRUCTURE FOR VENTILATOR}

본 발명은 환기장치용 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 격판에 의해 다층으로 구획하고, 구획된 공간 내에는 가이드날개를 다수 돌출되도록 형성하고, 상기 상하 격판으로부터 돌출된 두 가이드날개 사이에는 전열지를 개재되도록 구성하여, 상기 가이드날개에 의해 구획공간의 층간격 유지와 내부로 유입된 공기의 흐름이 안내되도록 하고, 전열지의 상하층으로 이동되는 공기간에 열과 습도의 교환이 이루어지도록 함은 물론 공기를 내부로 유입 또는 배출하는 유출구를 자유롭게 설정해 공간이 협소한 곳에서도 설치가 가능하게 하는 환기장치용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 환기장치는 가정이나 사무실 또는 식당 등에서 실내의 오염된 공기를 외부로 유출시키고 실외의 신선한 공기를 실내로 유입시켜 실내의 공기를 환기시키기 위한 장치이다.

이러한, 환기장치를 이용하여 실내 공기를 실외로 유출하고, 실외 공기를 실내로 흡입하는 과정에서 실내와 실외의 온도나 습도 차이에 의한 열 손실이 발생하여 에너지 낭비의 원인이 되는 문제점이 있었다.

즉, 여름철에는 에어컨과 같은 공조기에 의해 냉방된 실내 오염 공기가 실외로 유출되고 실외의 뜨겁고 신선한 공기가 실내로 유입되어 환기가 이루어지기 때문에, 외부의 뜨거운 공기 유입으로 인해 실내 공기의 온도가 올라가 냉방 효율을 저하시키는 바, 냉방 효율을 높이기 위한 에너지 사용 증가를 야기한다. 또한, 겨울철에는 보일러와 같은 난방 장치에 의해 난방된 실내 오염 공기가 실외로 유출되고 실외의 차갑고 신선한 공기가 실내로 유입되어 환기가 이루어지기 때문에, 외부의 차가운 공기 유입으로 인해 실내의 공기 온도가 떨어져 난방 효율이 저하되므로, 난방을 위한 에너지 사용량이 증가되는 것이다.

이에 따라, 환기 과정에서 온도나 습도차에 의해 발생하는 열손실을 최소화하기 위하여 배출되는 실내 공기와 흡입되는 실외 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기가 구비된 환기장치가 제시되고 있다.

상기 환기장치 내부에 설치된 열교환기의 대표적인 예로는 도 1에 도시된 바와같이 격판(91)과 주름판(92)이 순차적으로 적층되어 상하공간을 다수 구획하고 있으며, 상기 주름판은 상하 인접층의 주름판과 교차되도록 배치한 구조이다.

여기서 상기 주름판은 격판 사이의 간격을 유지하는 기능과 공기유로를 형성하는 기능이 있고, 격판에 의해 구획된 층 내에서 이동되는 공기와의 접촉면적을 증가시켜 열전달이 용이하게 이루어지도록 한 것이다. 즉, 상기 주름판에 의해 공기유로가 교차되도록 형성된 열교환기를 통해 흡기 및 배기되는 공기가 서로 열교환되도록 한 것이다.

그러나 상기 사각기둥 형태의 열교환기는 흡기구 또는 배기구인 입출구가 열교환기를 구성하는 사면 전체에 형성됨으로 공기의 흡배기가 용이하게 이루어지기 위해서는 도 2를 참조한 바와같이 환기장치(95) 내벽에 열교환기(90) 측면의 모서리 부분이 접하도록 설치되어야 하는데, 이는 환기장치의 폭이나 높이 중 어느 하나가 반드시 열교환기의 대각선길이와 대응되어야 함으로 환기장치의 크기를 증대시키는 요인으로 작용한다. 물론 열교환기의 면적을 줄이는 방법을 적용할 수 있으나, 이는 열교환면적이 줄어듬으로 성능이 저하되는 단점이 있다.

따라서, 성능저하 없이 환기장치의 크기를 줄일 수 있는 열교환기에 대한 연구가 필요하다.

이에 본 발명에 따른 열교환기는,

흡기 또는 배기가 이루어지는 입출구를 열교환기의 사면 중 어느 일면에서 반폭으로 형성되게 하여, 한 면에 입출구가 모두 형성되게 하거나 다른 면에 분리형성시키게 하는 등 입출구 위치를 다양하게 형성할 수 있는 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 열교환기는,

환기장치에 내설되어 흡기 및 배기되는 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기에 있어서, 가장자리를 따라 측벽이 형성된 격판과 전열지를 순차적으로 적층하여 내부에 구획된 공간을 형성하는 육면체 형상의 본체와; 상기 격판 측면에는 본체의 구획된 각층마다 구획된 공간과 외부를 연통시키도록 격판 측면폭의 반폭으로 형성되는 입출구와; 상기 격판의 상하면으로부터 돌출되어 층간 간격유지와 유입된 공기의 흐름을 안내하는 가이드날개;를 포함하여 구성된다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 열교환기는,

열교환기의 입출구를 반폭으로 형성함으로 열교환기의 측면 4면 중 1면 또는 2면에만 입출구를 형성할 수 있어, 입출구가 형성되지 않은 면은 환기장치의 내면과 접하도록 해 장치의 부피를 최소화하는 효과가 있다. 또한, 내부에 다수의 가이드날개가 형성됨으로 입출구가 다양한 각도로 형성되어도 내부를 통과하는 공기를 고르게 확산되도록 하여 열교환기 전면에서 열교환이 이루어지게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 열교환기를 도시한 개략사시도.
도 2는 종래 열교환기가 장착된 환기장치를 도시한 간략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 도시한 사시도.
도 4 내지 도 9c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 격판을 도시한 평면도.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기가 장착된 환기장치의 주요부를 도시한 개략도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)는 도 3을 참조한 바와같이 다수의 격판(20)과 전열지(31)가 순차적으로 적층된 본체(30)를 구비한다. 상기 본체를 구성하는 격판(20)은 가장자리를 따라 상하로 돌출된 측벽(21)이 형성되어 다수 적층시 측벽의 높이만큼 적층된 격판 내면 사이가 이격되어 내부에 공간층을 형성하게 하고, 상기 공간층 중간에 전열지(31)를 위치시켜 공간을 구획하도록 한다. 또한, 상기 본체의 최상단과 최하단은 일측으로만 측벽이 형성된 격판을 안치하여 외부로 표출되는 면에 격판이 돌출되지 않도롤 할 수 있다. 이러한 측벽(21)은 정위치로 적층되도록 모서리 부분에 돌기와 이에 대응하는 홈을 형성하도록 할 수 있으며, 본드 체결구 등의 다양한 결합수단 및 방법에 의해 서로 탈거되지 않도록 결합시킬 수 있다.

상기 본체를 구성하는 격판(20)의 측벽에는 입출구(40)가 형성된다. 상기 입출구는 도 4의 a와 b를 참조한 바와같이 4각으로 형성된 격판 측면 중 일측면과 이에 대향되는 타측면에 각각 형성된다. 이러한 입출구(40)는 측면중 일면의 폭을 기준을 절반 이내의 범위인 반폭으로 형성되어 외부의 공기를 내부 구획 공간으로 유입하여 배출되도록 한다.

그리고, 상기 격판(20)은 측벽이 상하부로 돌출됨으로 상부로 돌출된 측벽과 하부로 돌출된 측벽의 입출구를 하나로 크게 또는 상하로 각각 형성시킬 수 있다. 또한, 상하로 각각 형성된 입출구의 형성위치를 서로 다르게 할 수 있다. 예컨대 도 4의 a는 격판(20) 상부공간으로 도면의 왼쪽상부와 오른쪽 하부에 입출구가 형성되고, 도 4의 b는 격판 하부공간으로 도면의 왼쪽 하부와 오른쪽 상부에 입출구가 형성되게 할 수 있다. 이와같이 격판에 형성되는 입출구(40)를 대각선으로 형성시키면 내부공간으로 유통되는 공기의 이동 유로길이가 길어지게 된다. 따라서, 적층된 서로 다른 격판(20)의 접하는 부분은 전열지(31)로 상하공간으로 구획되고, 구획된 상하공간의 입출구가 서로 대각선으로 교차되게 형성되어 각 내부공간으로 유통되는 공기는 각 공간을 이동하면서 전열지를 통해 상하층간 열교환이 이루어지는 것이다.

상기 열교환기의 층간 실내 또는 실외측 흡배기 입출구를 모두 동일한 라인으로 배치할 수 있으나, 이는 환기장치의 구성에서 실내측유입과 실외측유입 등의 유로배관이 각 입출구마다 독자적으로 연결해야하는 복잡성이 있으므로, 도 3에 도시된 바와같이 본체의 측벽 일면을 양측으로 나눠서 일측은 유입유로로 타측은 배출유로가 연결되도록 하는 지그재그 형태로 입출구를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 입출구(40)는 도 5를 참조한 바와같이 격판(20)의 일측면에 입구와 출구가 모두 형성된 형태로 제공될 수 있다. 이 때 상기 격판(20)은 상하부면 모두를 도시된 바와같이 동일한 방향으로 입구와 출구가 형성되게 하거나, 상부면에는 도시된 왼쪽방향으로 입출구를 모두 형성하고, 하부면에는 오른쪽방향으로 입출구를 모두 형성시키도록 하여, 열교환기 이루어지도록 할 수 있다.

다음으로 상기 격판(20)은 측벽에 의해 형성되는 내측공간으로 가이드날개(50)를 더 형성할 수 있다. 상기 가이드날개는 격판의 상하면으로부터 상하부의 구획공간으로 돌출되어 형성된다. 이 때 상기 가이드날개는 격판 상하부를 서로 다르게 형성할 수 있다. 예컨대 격판 상부의 가이드날개는 도 4의 a와 같이 유로가 형성되도록 하고, 격판 하부의 가이드날개는 도 4의 b와 같이 유로가 형성되도록 할 수 있다. 물론 모든 격판의 상하부 가이드날개를 도 4의 a와 같이 형성하고 적층시 상하 격판을 서로 반대방향으로 안치시킴으로써 상하층 유로가 교차되도록 할 수 있다.

상기 가이드날개는 도 4의 c에서와 같이 격판의 양면으로부터 돌출되어 격판 사이에 개재되는 전열지(31)를 지지하면서 층간 간격이 유지되도록 한다. 이러한 가이드날개(50)는 입출구(40)를 통해 유입된 공기가 구획된 내부공간으로 최대한 확산되면서 배출이 이루어지도록 공기 흐름을 안내하며, 유동되는 공기의 열을 전달받아 전열지로 구획된 다른 층으로 열을 전달하는 등 전열지 이외에 가이드날개를 통해서도 열교환이 이루어지도록 한다.

상기 가이드날개(50)는 도 4와 도 5에 도시된 바와같이 하나로 길게 연결된 실선띠(51)를 다수 열로 형성하여 이루어질 수 있으며, 구획된 내부공간 전체면적에 대해 공기가 유통될 수 있도록 다열의 실선띠 사이의 간격을 점진적으로 좁아지거나 확장되도록 할 수 있다. 이와같은 실선띠는 층 공간을 수평으로 다수 구획하여 각각 구획된 공간으로 공기의 유입과 배출이 분산되어 이루어지도록 한다.

도 6a에 도시된 바와같이 격판의 입출구(40)를 서로 대향되는 면에 직선상의 위치로 배치할 수 있다. 상기 두 입출구의 간격은 최대한 단거리를 형성하지만 격판(20) 내부에 가이드날개(50)를 형성하여 유입된 공기가 격판 내부공간으로 확산된 후 배출이 이루어지도록 할 수 있다. 상기 가이드날개는 도시된 바와같이 다수를 연속적으로 형성하여 공기 확산이 용이하도록 하고, 일부분에는 보조 가이드날개(53)를 더 형성하여 공기의 분할진행이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 도 6b에 도시된 바와같이 상기 두 입출구(40) 사이에 격벽(60)을 형성하여 일측의 입출구로 유입된 공기가 격벽을 피해서 우회하여 배출되도록 유로를 길게 형성되도록 할 수 있으며, 상기 유로상에는 다수의 가이드날개를 형성하여 공기의 이동을 안내하도록 할 수 있다.

상기 가이드날개는 도 7을 참조한 바와같이 점선띠(52)로 형성하여 점선띠가 분할한 측면공간으로 공기가 일정량 유통되도록 할 수 있다. 이때 상기 한 라인의 점선띠는 이격된 간격이 점선띠의 폭보다 작게 형성하여 표면적을 증가시키도록 할 수 있다.

이러한 점선띠(52) 형태의 가이드날개는 실선띠보다 표면적이 넓기 때문에 유통되는 공기와의 접촉면적 증가로 열교환율을 더 향상시킬 수 있다. 아울러 상기 가이드날개는 종래의 주름판보다 전열지와의 접촉면적을 줄일 수 있어 열교환면적을 최대한 제공할 수 있다. 또한, 전열지는 측판에서만 고정되게 하고 가이드날개에는 지지만 이루어지게 함으로써 가이드날개와 전열지사이의 본드부착부를 완전 제거하여 가이드날개를 통한 열전달이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

아울러 상기 격판은 도 8을 참조한 바와같이 다수의 리브(22)가 일정간격으로 배열된 형태로 제공될 수 있다. 상기 리브형의 격판(20')은 공기저항을 최소화하기 위해 단면을 유선형으로 형성할 수 있다. 이러한 유선형 단면은 유동되는 공기의 난류를 형성하여 리브의 상하층으로 유동되는 공기가 혼합 또는 확산되도록 하여 열교환성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 리브는 도시된 유선형 이외에 마름모 등 다각형으로 형성할 수 있고, 리브 단면의 장폭과 단폭의 길이를 짧게 하거나 길게 형성하는 등 다양한 형태로 형성할 수 있으며, 리브간의 간격도 실시형태에 따라서 좁게 또는 리브폭보다 넓게 형성하는 등 다양하게 변화될 수 있다.

또한, 상기 리브형 격판(20')을 사용하게 되면 적층된 전열지(31)와 전열시 사이를 하나의 공간으로 구획할 수 있어 공간의 상하부를 통해 인접층과 열교환이 이루어지도록 할 수 있으며, 가이드날개(50)를 더 형성하여 두 전열지 사이 간격 유지와 공기의 흐름을 안내하도록 할 수 있다.

한편 도 9a를 참조한 바와같이 상기 격판(20)으로 구획된 내부 공간에는 격판의 측벽으로부터 내부로 연장되는 격벽(60)을 다수 형성할 수 있다. 상기 격벽은 도시된 바와같이 지그재그 형태로 형성하여 내부로 유입된 공기가 이동되는 유로길이를 연장시켜 이동시간을 증가시킴으로써 흡기와 배기되는 공기간의 열교환시간을 증대시킬 수 있다. 물론 상기 격벽에 의해 형성된 유로에도 가이드날개를 형성할 수 있으며, 격벽의 위치와 입출구의 위치를 다변화시켜 다양한 유로를 갖는 열교환기를 제공할 수 있다.

또한, 상기 격벽(60)은 도 9b와 도 9c에서와 같이 도면에서의 상부측벽와 하부측벽에서 각각 하나씩 돌출되도록 할 수 있다. 이 때 상기 유출구(40)는 도 9b에서와 같이 격판 좌측면의 상부와 하부면의 오른쪽에 각각 형성하여 유입되는 방향과 배출되는 방향을 다르게 하거나, 도 9c에서와 같이 격판 좌측면의 상부와 우측면의 하부에 각각 형성되도록 하여 유입방향과 배출방향이 서로 같게 하는 등 다양하게 배치되도록 할 수 있다.

이와같은 열교환기는 공기의 유출구가 육면체 측면의 4면 중 한 면폭의 반폭 또는 그 이하로 형성됨으로 다양한 배치가 가능하여 환기장치 부피를 축소시킬 수 있고, 내부로 유통되는 공기의 저항을 최소화하면서 열교환기 내부전체로 확산시킨 후 배출이 이루어지도록 하며, 열교환기의 가로세로 비율이나 흡기 또는 배기 팬의 설치위치를 다변화시킬 수 있게 하였다.

본 실시예에서는 입출구가 180°의 각도로 배치된 열교환기를 장착한 환기장치를 예로 도 10과 도 4를 참조하여 작동상태를 간략하게 설명하면,

열교환기(10)는 환기장치(70) 내부에 도시된 도면의 상하 2개의 측면이 접하도록 장착되고, 좌우측면의 중간부분에는 환기격벽(71)이 설치되어 공간을 분리한다. 분리된 공간은 도면에서 왼쪽 상부는 제1실(72), 오른쪽 상부는 제2실(73), 왼쪽 하부는 제3실(74), 오른쪽 하부는 제4실(75)로 4개로 분리된다.

상기 구조에서 제4실(75)에 설치된 배기팬(76)을 가동시키면 실내공기가 제1실(72)과 열교환기(10) 제4실(75)을 통해 외부로 배출되고, 흡기팬(77)을 가동시키면 실외공기가 제2실(73)과 열교환기(10) 제3실(74)을 통해 실내로 유입되며, 상기 열교환기(10)에서는 흡기 또는 배기되는 공기가 전열지의 상하층으로 교차 진행되면서 열교환이 이루어져 환기에 따른 열손실을 최소화하게 된다.

이 때 상기 열교환기(10)에서는 도시된 바와같이 입출구(40)를 유입된 공기가 가이드날개를 따라 사각형의 내부 공간 전체로 확산하여 진행되면서 배출이 이루어지며, 통과하는 동안 상부 또는 하부의 전열지와 격판 및 가이드날개를 통해 상하층 간의 공기와 열교환이 이루어지도록 한다.

10 : 열교환기
20,20' : 격판
21 : 측벽 22 : 리브
30 : 본체 31 : 전열지
40 : 입출구
50 : 가이드날개
51 : 실선띠 52 : 점선띠
53 : 보조 가이드날개
60 : 격벽
70 : 환기장치
71 : 환기격벽 72~75 : 제1 ~ 4실
76 : 배기팬 77 : 흡기팬

Claims (9)

1. 환기장치에 내설되어 흡기 및 배기되는 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기에 있어서,
   가장자리를 따라 측벽(21)이 형성된 격판(20,20')과 전열지(31)를 순차적으로 적층하여 내부에 구획된 공간을 형성하는 육면체 형상의 본체(30)와; 상기 격판 측면에는 본체의 구획된 각층마다 구획된 공간과 외부를 연통시키도록 격판 측면폭의 반폭으로 형성되는 입출구(40)와; 상기 격판의 상하면으로부터 돌출되어 층간 간격유지와 유입된 공기의 흐름을 안내하는 가이드날개(50);를 포함하여 구성되고,
   상기 격판(20')은 일측벽과 이에 대향되는 측벽을 연결하는 다수의 리브(22)를 서로 일정간격 이격시켜 형성하고, 상기 리브의 단면은 공기저항을 최소화하는 유선형으로 형성하여, 유동되는 공기의 난류를 형성하여 리브의 상하층으로 유동되는 공기가 혼합 또는 확산되도록 하여 열교환성능을 향상시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 입출구(40)는 본체의 일측면에 흡기 및 배기공기의 입출구가 모두 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 입출구(40)는 본체의 일측면에 각층마다 지그재그로 형성하고, 이에 대향되는 본체 타측면에는 동일층의 입출구와 대각선부분에 입출구를 지그재그로 형성하여 각층으로 유입된 공기의 이동거리를 최대로 한 것을 특징으로 하는 열교환기
6. 제1항에 있어서,
   상기 입출구(40)는 본체의 일측면에 각층마다 지그재그로 형성하고, 이에 대향되는 본체 타측면에는 동일층의 입출구와 직선으로 대향되는 부분에 입출구를 지그재그로 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기
7. 제1항에 있어서,
   상기 가이드날개(50)는 실선띠(51)를 다열로 형성하여 각 실선띠에 의해 층공간이 수평으로 다수 구획되도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 가이드날개(50)는 점선띠(52)를 다열로 형성하여 각 점선띠에 의해 층공간이 수평으로 다수 구획하되 인접된 측면과 공기유통이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
   
9. 삭제

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