KR101455241B1 - 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템 - Google Patents

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KR101455241B1 KR1020130130983A KR20130130983A KR101455241B1 KR 101455241 B1 KR101455241 B1 KR 101455241B1 KR 1020130130983 A KR1020130130983 A KR 1020130130983A KR 20130130983 A KR20130130983 A KR 20130130983A KR 101455241 B1 KR101455241 B1 KR 101455241B1
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Abstract

본 발명은 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템에 관한 것으로서, 건물 외부로부터 공기를 공급받아 지열에 의해 냉각 또는 가열되는 공기를 건물 내부로 유입하도록 지하에 매설되어 건물 외부와 내부를 연결하는 공기유입부; 건물 내부로부터 공기를 공급받아 건물 외부로 배출하도록 건물 내부와 건물 외부를 연결하는 공기유출부; 상기 공기유입부 내의 공기와 상기 공기유출부 내의 공기 간의 열을 교환시키는 열교환부; 상기 공기유입부의 공기와 상기 공기유출부의 공기의 유동에 의해 회전하여 상기 공기유입부의 공기에 포함되는 습기와 상기 공기유출부의 공기에 포함되는 습기를 상호 교환시키는 습기교환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 건물 내부로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 적절하게 조절함으로써, 건물 내부에서 사용하는 냉방기 또는 난방기의 에너지를 절약하고, 쾌적한 공기를 건물 내부로 제공하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템이 제공된다.

Description

지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템{HEATING-COOLING AND AIR RECYCLING SYSTEM USING GEOTHERMAL HEAT}
본 발명은 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지열을 이용하여 건물 내부의 공기의 온도 및 습도를 조절할 수 있는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템에 관한 것이다.
자연에너지를 이용한 기술 중에서 지열을 열원으로 이용하는 지열교환시스템이 알려져 있다. 사계절의 변화가 뚜렷한 지역은 연중 온도는 -20℃ 내지 40℃ 까지 큰 폭으로 변화하는데 비해서, 지면으로부터 5m 내지 6m의 지하 온도는 연중 18℃ 내지 20℃로 거의 일정하게 유지되기 때문에, 지열교환시스템은 여름에는 냉방용으로 겨울에는 난방용으로 사용할 수 있다.
이러한 종래의 지열교환시스템은 내부에 열교환부를 구비하여 건물 내의 온도를 조절하는 것은 가능하였지만, 습기교환시설이 부재하여, 여름철 다습한 외기가 건물 내로 그대로 유입되거나, 겨울철에는 건조한 외기가 그대로 건물 내로 유입되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-0975201호(2010.08.04), 한국공개특허 제10-2010-0025152호(2010.03.09.) 에 기재되어 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지열을 이용하도록 지하에 매설되는 공기유입부와 공기유출부 및 열교환기와 공기유입부와 공기유출부의 공기의 유동에 의해 회전하는 습기교환부를 이용하여, 건물 내부로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 적절하게 조절함으로써, 건물 내부에서 사용하는 냉방기 또는 난방기의 에너지를 절약하고, 쾌적한 공기를 건물 내부로 제공하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 건물 외부로부터 공기를 공급받아 지열에 의해 냉각 또는 가열되는 공기를 건물 내부로 유입하도록 지하에 매설되어 건물 외부와 내부를 연결하는 공기유입부; 건물 내부로부터 공기를 공급받아 건물 외부로 배출하도록 건물 내부와 건물 외부를 연결하는 공기유출부; 상기 공기유입부 내의 공기와 상기 공기유출부 내의 공기 간의 열을 교환시키는 열교환부; 상기 공기유입부의 공기와 상기 공기유출부의 공기의 유동에 의해 회전하여 상기 공기유입부의 공기에 포함되는 습기와 상기 공기유출부의 공기에 포함되는 습기를 상호 교환시키는 습기교환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템에 의해 달성된다.
또한, 상기 습기교환부는, 원형의 단면을 갖되, 공기의 유동방향을 따라서 경사를 갖는 다수개의 관통구가 형성되며, 상기 공기유입부와 상기 공기유출부가 나란하게 배치되는 구간상에서 상기 공기유입부와 상기 공기유출부를 가로질러 설치되며, 상기 공기유입부 내의 공기가 일면으로부터 관통구를 통과하고, 상기 공기유출부 내의 공기가 타면으로부터 관통구를 통과함으로써 회전할 수 있다.
또한, 상기 공기유입부는, 건물 외부의 공기를 유입하도록 지상에서부터 지하로 형성되는 제1유로; 상기 제1유로로부터 공급받은 공기를 지열과 열교환시키도록 상기 제1유로로부터 연장되어 지면에 수직하는 방향으로 형성되는 지열교환로; 상기 지열교환로로부터 공기를 공급받아 건물 내부로 전달하도록 상기 지열교환로의 내부로 일부가 삽입되며, 건물 내부로 연장되는 제2유로;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지열교환로는, 상단에 상기 제1유로가 연결되고, 지면과 수직한 방향을 따라 지하에 매설되어 내부에 유입된 공기를 지하의 깊이 방향을 따라 이송시키며, 지열과 열교환 시키는 외관; 상기 제2유로의 단부와 연결되며, 상기 외관보다 작은 내경을 갖고, 상기 외관의 내부에 수용되어 외관의 하단에서부터 상측으로 공기를 이송시키는 내관;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1유로는, 지상에 노출되는 유입단; 지하에 매설되며 상기 유입단으로부터 복수개의 유로로 분기되는 분기로; 상기 분기로를 통합하여 상기 지열교환로와 연결되는 유출단;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분기로는 지상면에 대해 경사를 이룰 수 있다.
또한, 상기 외관의 하단부에 마련되며, 상기 외관에서의 결로현상에 의해 발생하는 물을 배출하는 결로수배출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광투과성 소재로 마련되어 상기 유입단의 외주면을 감싸도록 설치되며, 태양열의 열복사를 통하여 상기 유입단 내를 유동하는 공기를 가열하는 열집중부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지하에 매설되며 외기를 유입하는 공기유입부와 건물 내부의 공기를 배출하는 공기유출부와 공기유입부 및 공기유출부 내부의 공기를 열교환시키는 열교환부와 공기유입부의 공기와 공기유출부의 공기의 유동에 의해 회전하여 공기유입부의 공기에 포함되는 습기와 공기유출부의 공기에 포함되는 습기를 상호 교환시키는 습기교환부를 이용하여, 건물 내부로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 적절하게 조절할 수 있다.
또한, 다수개의 관통구를 통과하는 공기유입부 및 공기유출부 내의 공기를 이용하여 별도의 구동수단 없이 습기교환부를 회전시킬 수 있다.
또한, 지면에 수직하는 방향으로 형성되는 지열교환로를 이용하여 유입되는 공기를 지열과 열교환 시킬 수 있다.
또한, 복수개의 유로로 구비되는 분기로를 이용하여 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 지상면에 대해 경사를 이루는 분기로를 이용하여 지열교환로로 결로수를 배출할 수 있다.
또한, 외관의 하단부에 마련되는 결로수배출부를 이용하여 외관의 결로현상에 의해 발생하는 결로수를 배출할 수 있다.
또한, 열집중부를 이용하여 유입단 내를 유동하는 공기를 가열할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 공기유입부를 도시한 것이고,
도 3은 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 열교환부를 도시한 것이고,
도 4는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 습기교환부를 도시한 것이고,
도 5는 월별 지표 및 지하의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
설명에 앞서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여, 대표적으로 일시시예에서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)은 지하에 매설되어 건물 외부의 공기를 건물 내부로 유입하는 공기유입부(110)와 건물 내부의 공기를 건물 외부로 배출하는 공기유출부(120)와 공기유입부(110)와 공기유출부(120) 내의 공기 간의 열을 교환하는 열교환부(130)와 공기유출부(120) 내의 공기와 공기유입부(110) 내의 공기에 포함되는 습기를 교환하는 습기교환부(140)와 공기유입부(110)에서 발생하는 결로수를 배출하는 결로수배출부(150)와 지면에 노출되는 공기유출부(120)의 외주면에 설치되는 열집중부(160)를 포함한다.
도 2는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 공기유입부(110)를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공기유입부(110)는 건물 외부로부터 공기를 공급받아 지열에 의해 냉각 또는 가열되는 공기를 건물 내부로 유입하도록 지하에 매설되어 건물 외부와 내부를 연결하며, 지상에서 지하로 형성되는 제1유로(111)와 제1유로(111)에서 연장되며 공기와 지열과 열교환이 발생하는 지열교환로(112)와 지열교환로(112)에서 건물 내부로 연장되는 제2유로(113)를 포함한다.
상기 제1유로(111)는 건물 외부의 공기를 유입하도록 지상에서부터 지하로 형성되며, 지상에 노출되는 유입단(111a)과 지하에 매설되며 유입단(111a)으로부터 복수개의 유로로 분기되는 분기로(111b)와 분기로(111b)를 통합하여 지열교환로(112)와 연결되는 유출단(111c)을 포함한다.
상기 유입단(111a)은 건물 외부의 공기를 유입하도록 지상에 노출되는 부분이며, 외주면에는 상술한 열집중부(160)가 설치될 수 있다.
상기 분기로(111b)는 유입단(111a)에서부터 분기되는 복수개의 유로이다. 유입되는 공기가 지열에 의해 가열되거나 냉각되는 것은 후술하는 지열교환로(112)에서 본격적으로 이루어지나, 분기로(111b) 역시 지하에 매설되기 때문에, 일정부분 열교환이 이루어진다. 한편, 이러한 분기로(111b)는 복수개의 유로로 구비되기 때문에, 분기로(111b) 내부의 공기와 지하가 접촉하는 면적이 증대되어, 공기와 지열간의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 분기로(111b)는 지면에 대하여 지하측 방향을 따라 경사를 이루고 있어, 분기로(111b) 내에서의 결로(結露)현상에 의해 발생되는 결로수를 지열교환로(112)로 배출시키는 것이 용이하다.
상기 유출단(111c)은 분기로(111b)를 통합하여 지열교환로(112)와 연결된다. 한편, 상술한 유입단(111a)과 유출단(111c)은 분기로(111b)가 형성되는 방향(공기유동방향)에 수직하는 방향으로 상호 이격되게 배치되어, 상술한 결로(結露)현상에 의해 발생되는 결로수를 지열교환로(112)로 배출시키는 것을 돕는다.
상기 지열교환로(112)는 유출단(111c)과 연결되는 외관(112a)과 제2유로(113)와 연결되며 외관(112a)의 내부에 수용되는 내관(112b)을 포함한다.
상기 외관(112a)은 유출단(111c)과 연결되어 유출단(111c)으로부터 공기를 공급받는다. 또한, 지면과 수직하는 방향을 따라 지하에 매설되어 내부에 유입되는 공기를 지하의 깊이 방향을 따라 이송시키므로써, 유출단(111c)으로부터 유입되는 공기를 지열과 열교환 시킨다.
도 5는 월별 지표 및 지하의 온도변화를 나타낸 그래프이며, 도 5를 참조하면, 일반적으로 지면에서의 열은 지하로 1m 내려갈 때마다 약 1개월의 시간이 소요되어, 약 6개월이 지나면 지하 6m에 도달한다. 이러한 지열의 특성에 의해, 지하 6m의 온도는 겨울철인 12월 내지 1월에는 18℃ 전후로 최고온도에 도달하며, 여름철인 7월 내지 8월에는 17℃ 전후로 최저의 온도에 도달하여, 각각 난방용 및 냉방용으로 사용하기에 적합하다. 따라서, 외관(112a)은 지면에서부터 지하로 약 6m 깊이까지 매설하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제2유로(113)는 내관(112b)으로부터 공기를 공급받아 건물 내부로 전달하도록, 외관(112a)으로 일부가 삽입되어, 내관(112b)과 연결된다. 또한, 제2유로(113)는 후술하는 열교환부(130) 및 습기교환부(140)가 제2유로(113) 및 공기유출부(120)를 가로질러 설치되도록, 공기유출부(120)와 나란히 배치된다.
또한, 제2유로(113)의 단부에는 내관(112b)으로부터 공기를 유입하도록, 송풍기(B)가 설치될 수 있다.
상술한 제1유로(111)와 지열교환로(112)와 제2유로(113)를 포함하는 공기유입부(110)에 의해서, 여름철에 유입되는 고온의 외기를 냉각하여 건물 내부로 전달하는 것이 가능하며, 반대로, 겨울철에 유입되는 저온의 외기를 가열하여 건물 내부로 전달하는 것이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공기유출부(120)는 건물 내부로부터 공기를 공급받아 건물 외부로 배출하도록 건물 내부와 건물 외부를 연결한다.
또한, 공기유출부(120)의 단부에는 건물 내부로부터 공기를 유입하여 건물 외부로 배출하도록, 송풍기(B)가 설치될 수 있다.
도 3은 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 열교환부(130)를 도시한 것이다.
도 3의 (a)는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 열교환부(130)의 수평단면도(a)를 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 열교환부(130)의 수직단면도(b)를 도시한 것이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부(130)는 공기유입부(110)와 공기유출부(120)가 나란하게 배치되는 구간상에서 공기유입부(110)와 공기유출부(120)를 가로질러 설치되며, 공기유입부(110) 내의 공기와 공기유출부(120)의 공기가 상술한 열교환부(130)를 서로 교차하며 통과함으로써 열교환이 진행된다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부(130)는 내벽에 돌기가 형성된 미세유로를 중심부를 기준으로 엇갈리게 배치되도록 구비한다. 이에 의해, 열교환 면적이 확대되어, 열교환 효율이 향상될 수 있다.
따라서, 이러한 열교환부(130)에 의해, 건물로 유입되는 공기와 건물로부터 배출되는 공기가 상호 열교환 되어, 건물 내부 온도가 적정 수준으로 유지될 수 있다.
도 4는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 습기교환부(140)를 도시한 것이다.
도 4의 (a) 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 습기교환부(140)의 사시도이고, 도 4의 (b)는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 습기교환부(140)의 단면도이고, 도 4의 (c)는 도 1의 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템의 습기교환부(140)의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 습기교환부(140)는 원형의 단면을 구비하며, 공기의 유동방향을 따라서 경사를 갖는 다수개의 관통구를 형성한다.
또한, 습기교환부(140)는 건식 흡착방식으로 공기에 포함된 습기를 흡착하도록 실리카겔(silicagle) 이나 제올라이트(zeolite) 등의 흡착제로 구비될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 습기교환부(140)는 공기유입부(110)와 공기유출부(120)가 나란하게 배치되는 구간상에서 공기유입부(110)와 공기유출부(120)를 가로질러 설치되며, 공기유입부(110) 내의 공기가 일면으로부터 관통구를 통과하고, 공기 유출부 내의 공기가 타면으로부터 관통구를 통과함으로써 회전한다.
즉, 공기유입부(110) 내의 공기가 공기유출부(120) 내의 공기보다 상대적으로 다습한 경우, 공기유입부(110) 내의 공기가 관통구를 통과하면, 습기교환부(140)는 공기유입부(110) 내의 공기의 유동에 의해 회전되며, 동시에 관통구에는 습기가 흡착된다.
이후, 습기교환부(140)가 회전함으로써 습기가 흡착된 관통구가 공기유입부(110) 내의 공기보다 상대적으로 건조한 공기유출부(120) 내의 공기를 만나게 된다. 이때, 관통구에 흡착되어 있던 습기는 공기유출부(120) 내의 공기 중으로 이동하게 되며, 이러한 과정에 의해, 공기유입부(110)와 공기유출부(120) 내의 공기에 포함되어 있는 습기가 상호 교환된다.
공기유출부(120) 내의 공기가 공기유입부(110) 내의 공기보다 상대적으로 다습한 경우에는 상술한 과정의 반대로 상호 습기가 교환된다.
따라서, 이러한 습기교환부(140)에 의해, 별도의 구동수단 없이 습기교환부(140)를 회전시키는 것이 가능하며, 따라서, 효율적으로 건물 외부와 내부의 습기를 교환하는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 결로수배출부(150)는 외관(112a)의 하단부에 마련되며 분기로(111b) 및 외관(112a)에서의 결로(結露)현상에 의해 발생하는 결로수를 배출하며, 이러한, 결로수배출부(150)는 저장부(151)와 배출관(152)과 수위감지센서(153)와 펌프(154)를 포함한다.
저장부(151)는 외관(112a)의 하단부와 연통되어 결로수가 저장되는 공간을 제공하며, 배출관(152)은 파이프로 구비되어 저장부(151)와 외부를 연결하며, 수위감지센서(153)는 상술한 저장부(151)의 수위를 감지하여, 후술하는 펌프(154)로 신호를 전달하며, 펌프(154)는 상술한 수위감지센서(153)로부터 신호를 전달받아, 저장부(151)에 저장된 결로수를 배출관(152)으로 배출시킨다.
이와 같은, 결로수배출부(150)에 의해 효과적으로 결로수를 외부로 배출시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열집중부(160)는 광투과성의 소재로 마련되어 유입단(111a)의 외주면을 감싸도록 설치되며, 태양열의 열복사를 통하여 유입단(111a) 내를 유동하는 공기를 가열한다.
겨울철인 경우에, 건물 내부의 온도를 적정수준으로 유지하도록, 유입단(111a)으로 유입되는 공기의 온도를 상승시켜 건물 내부로 전달해야 하기 때문에, 상술한 열집중부(160)가 사용된다. 반면에, 여름철인 경우에는, 건물 내부의 온도를 적정수준으로 유지하도록, 유입단(111a)으로 유입되는 공기의 온도를 낮추어 건물 내부로 전달해야하기 때문에, 상술한 열집중부(160)는 유입단(111a)으로부터 제거하여야 한다.
상술한 바와 같이, 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)을 이용하면, 건물 내부로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 의하여, 건물 내부로 유입되는 공기의 온도 및 습도가 건물 내부 공기의 온도 및 습도와 비슷하게 된다. 따라서, 여름철 및 겨울철에 건물 외부와 건물 내부의 심한 기온차에도 불구하고, 냉방 에너지 또는 난방 에너지를 효과적으로 절약할 수 있으며, 또한, 건물 내부의 환경을 쾌적하게 유지할 수 있다.
지금부터는 상술한 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)의 동작에 대해 상세히 설명한다.
먼저 여름철인 경우, 상술한 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)의 동작에 대해 설명한다.
제1유로(111)의 유입단(111a)의 단부에 설치된 송풍기(B)에 의해 외부의 공기가 유입단(111a) 내부로 유입된다. 상술한 바와 같이, 여름철인 경우, 건물 외부의 공기를 냉각시켜 건물 내부로 전달하여야 하므로, 유입단(111a)의 외주면에 설치된 열집중부(160)를 제거하며, 따라서, 외기가 유입단(111a)으로 그대로 유입된다.
이후, 유입되는 공기는 분기로(111b)를 따라 분기되어 지하에서 발생하는 지열과 열교환함으로써, 냉각된다.
이때, 분기로(111b) 내부에서 발생하는 결로(結露)현상에 의해 결로수가 생성되며, 이러한 결로수는 분기로(111b)가 지면을 기준으로 지하측으로 경사져 있기 때문에, 그 경사를 따라 지열교환부(130)를 지나 결로수배출부(150)로 배출되게 된다.
이후, 공기는 유출단(111c)을 지나, 지열교환부(130)의 외관(112a)으로 이동하여, 지열과 열교환함으로써, 더욱 냉각된다. 또한, 이때, 상술한 바와 같이, 외관(112a) 내부에서 발생하는 결로(結露)현상에 의해 결로수가 생성되며, 이러한 결로수는 외관(112a)의 하단에 설치된 결로수배출부(150)로 배출되게 된다.
이후, 공기는 상승하여 내관(112b)을 지나, 제2유로(113)의 단부에 설치된 송풍기(B)에 의해, 제2유로(113)로 이동하며, 열교환부(130)에 도달하여, 상대적으로 온도가 낮은 공기유출부(120) 내의 공기와 열교환을 한다. 이러한 열교환에 의해 건물 내부로 유입되는 공기의 온도가 적절하게 낮아질 수 있다.
열교환부(130)를 통과한 공기는 제2유로(113)를 따라 유동하다가, 습기교환부(140)에 도달하여, 상대적으로 건조한 공기유출부(120) 내의 공기와 습기를 교환한다. 이러한 습기교환에 의해 건물 내부로 유입되는 공기에 포함된 습기가 적절하게 낮아질 수 있다.
이후, 습기교환부(140)를 통과한 공기는 제2유로(113)를 따라 건물 내부로 유입되며, 이러한 공기는 건물 내부를 순환하면서 서서히 오염된다. 이후, 오염된 공기는 공기유출부(120)의 단부에 설치된 송풍기(B)에 의해 공기유출부(120)을 따라 건물 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이, 여름철에 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)을 이용하면, 지열교환부(130) 및 열교환부(130)를 순차적으로 통과하여 건물 외부의 온도보다 낮은 냉각된 공기가 건물 내부로 유입됨으로써, 건물 외부와 건물 내부의 심한 기온차에도 불구하고, 실질적으로 건물 내부로 유입되는 공기의 온도는 건물 내부 공기의 온도와 큰 차이가 없게 되어, 냉방 에너지를 효과적으로 절약할 수 있다. 또한, 습기교환부(140)를 이용한 습기교환에 의해, 공기에 포함된 습기가 제거되어 건물 내부로 유입되기 때문에, 건물 내부의 환경이 습해지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이어서 겨울철인 경우, 상술한 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)의 동작에 대해 설명한다.
제1유로(111)의 유입단(111a)의 단부에 설치된 송풍기(B)에 의해 외부의 공기가 유입단(111a) 내부로 유입된다. 상술한 바와 같이, 겨울철인 경우, 건물 외부의 공기를 가열시켜 건물 내부로 전달하여야 하므로, 유입단(111a)의 외주면에 열집중부(160)가 설치된다. 이에 의하여, 공기가 유입단(111a) 내부를 유동하는 과정에서 열집중부(160)로부터 태양열의 열복사 에너지를 전달받아 가열된다.
이후, 유입되는 공기는 분기로(111b)를 따라 분기되어 지하에서 발생하는 지열과 열교환함으로써, 더욱 가열된다.
이때, 분기로(111b) 내부에서 발생하는 결로(結露)현상에 의해 결로수가 생성되며, 이러한 결로수는 분기로(111b)가 지면을 기준으로 지하측으로 경사져 있기 때문에, 그 경사를 따라 지열교환부(130)를 지나 결로수배출부(150)로 배출되게 된다.
이후, 공기는 유출단(111c)을 지나, 지열교환부(130)의 외관(112a)로 이동하여, 지열과 열교환함으로써, 더욱 가열된다. 또한, 이때, 상술한 바와 같이, 외관(112a) 내부에서 발생하는 결로(結露)현상에 의해 결로수가 생성되며, 이러한 결로수는 외관(112a)의 하단에 설치된 결로수배출부(150)로 배출되게 된다.
이후, 공기는 상승하여 내관(112b)을 지나, 제2유로(113)의 단부에 설치된 송풍기(B)에 의해, 제2유로(113)로 이동하며, 열교환부(130)에 도달하여, 상대적으로 온도가 높은 공기유출부(120) 내의 공기와 열교환을 한다. 이러한 열교환에 의해 건물 내부로 유입되는 공기의 온도가 적절하게 높아질 수 있다.
열교환부(130)를 통과한 공기는 제2유로(113)를 따라 유동하다가, 습기교환부(140)에 도달하여, 상대적으로 습한 공기유출부(120) 내의 공기와 습기를 교환한다. 이러한 습기교환에 의해 건물 내부로 유입되는 공기에 포함된 습기가 적절하게 높아질 수 있다.
이후, 습기교환부(140)를 통과한 공기는 제2유로(113)를 따라 건물 내부로 유입되며, 이러한 공기는 건물 내부를 순환하면서 서서히 오염된다. 이후, 오염된 공기는 공기유출부(120)의 단부에 설치된 송풍기(B)에 의해 공기유출부(120)을 따라 건물 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이, 겨울철에 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템(100)을 이용하면, 유입단(111a), 지열교환부(130) 및 열교환부(130)를 순차적으로 통과하여 건물 외부의 온도보다 높은 가열된 온도를 가지는 공기가 건물 내부로 유입됨으로써, 건물 외부와 건물 내부의 심한 기온차에도 불구하고, 실질적으로 건물 내부로 유입되는 공기의 온도는 건물 내부 공기의 온도와 큰 차이가 없게 되어, 난방 에너지를 효과적으로 절약할 수 있다. 또한, 습기교환부(140)를 이용한 습기교환에 의해, 적절한 습도를 가지는 공기가 건물 내부로 유입되기 때문에, 건물 내부의 환경이 건조해지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 지하에 매설되며 외기를 유입하는 공기유입부와 건물 내부의 공기를 배출하는 공기유출부와 공기유입부 및 공기유출부 내부의 공기를 열교환시키는 열교환부와 공기유입부의 공기와 공기유출부의 공기의 유동에 의해 회전하여 공기유입부의 공기에 포함되는 습기와 공기유출부의 공기에 포함되는 습기를 상호 교환시키는 습기교환부를 이용하여, 건물 내부로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 적절하게 조절할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형이 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 일실시예에 의한 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
110 : 공기유입부 111 : 제1유로
111a : 유입단 111b : 분기로
111c : 유출단 112 : 지열교환로
112a : 외관 112b : 내관
113 : 제2유로 120 : 공기유출부
130 : 열교환부 140 : 습기교환부
150 : 결로수배출부 151 : 저장부
152 : 배출관 153 : 수위감지센서
154 : 펌프 160 : 열집중부
B : 송풍기

Claims (8)

  1. 건물 외부로부터 공기를 공급받아 지열에 의해 냉각 또는 가열되는 공기를 건물 내부로 유입하도록 지하에 매설되어 건물 외부와 내부를 연결하는 공기유입부;
    건물 내부로부터 공기를 공급받아 건물 외부로 배출하도록 건물 내부와 건물 외부를 연결하는 공기유출부;
    상기 공기유입부 내의 공기와 상기 공기유출부 내의 공기 간의 열을 교환시키는 열교환부;
    상기 공기유입부의 공기와 상기 공기유출부의 공기의 유동에 의해 회전하여 상기 공기유입부의 공기에 포함되는 습기와 상기 공기유출부의 공기에 포함되는 습기를 상호 교환시키는 습기교환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 습기교환부는,
    원형의 단면을 갖되, 공기의 유동방향을 따라서 경사를 갖는 다수개의 관통구가 형성되며, 상기 공기유입부와 상기 공기유출부가 나란하게 배치되는 구간상에서 상기 공기유입부와 상기 공기유출부를 가로질러 설치되며, 상기 공기유입부 내의 공기가 일면으로부터 관통구를 통과하고, 상기 공기유출부 내의 공기가 타면으로부터 관통구를 통과함으로써 회전하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공기유입부는,
    건물 외부의 공기를 유입하도록 지상에서부터 지하로 형성되는 제1유로; 상기 제1유로로부터 공급받은 공기를 지열과 열교환시키도록 상기 제1유로로부터 연장되어 지면에 수직하는 방향으로 형성되는 지열교환로; 상기 지열교환로로부터 공기를 공급받아 건물 내부로 전달하도록 상기 지열교환로의 내부로 일부가 삽입되며, 건물 내부로 연장되는 제2유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지열교환로는,
    상단에 상기 제1유로가 연결되고, 지면과 수직한 방향을 따라 지하에 매설되어 내부에 유입된 공기를 지하의 깊이 방향을 따라 이송시키며, 지열과 열교환 시키는 외관; 상기 제2유로의 단부와 연결되며, 상기 외관보다 작은 내경을 갖고, 상기 외관의 내부에 수용되어 외관의 하단에서부터 상측으로 공기를 이송시키는 내관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1유로는,
    지상에 노출되는 유입단; 지하에 매설되며 상기 유입단으로부터 복수개의 유로로 분기되는 분기로; 상기 분기로를 통합하여 상기 지열교환로와 연결되는 유출단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분기로는 지상면에 대해 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 외관의 하단부에 마련되며, 상기 외관에서의 결로현상에 의해 발생하는 물을 배출하는 결로수배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    광투과성 소재로 마련되어 상기 유입단의 외주면을 감싸도록 설치되며, 태양열의 열복사를 통하여 상기 유입단 내를 유동하는 공기를 가열하는 열집중부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용하는 냉난방 및 공기순환시스템.
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