KR101566005B1 - 지열을 이용한 전열교환 환기장치 - Google Patents

지열을 이용한 전열교환 환기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지열을 이용한 전열교환 환기장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치는 내부가 복수 개의 격벽에 의해 구획되는 케이싱; 상기 복수 개의 격벽 사이에 개재되어 외부공기와 내부공기 상호 간에 열교환시키는 열교환기; 상기 케이싱 내부에 설치되며, 상기 열교환기를 통해 인입되는 외부공기에 냉기 또는 온기를 공급하는 냉온공급기로 이루어지는 열교환 환기부; 및 지하에 매립되어 지하수를 공급하는 냉온수공급관; 상기 냉온수공급관의 상단에 설치되는 냉온수펌프; 상기 냉온수펌프와 연결되는 축열조; 상기 축열조와 상기 냉온공급기 사이에 개재되어 상기 냉온공급기로 지하수를 공급하는 연결관; 상기 냉온공급기에 형성되어 상기 지하수를 배출하는 배출관으로 이루어지는 지열공급부를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 하여 전력소모를 최소화할 수 있다.

Description

지열을 이용한 전열교환 환기장치{TOTAL HEAT EXCHANGE VENTILATOR USING GEOTHERMAL}
본 발명은 지열을 이용한 전열교환 환기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여름엔 지상의 공기보다 온도가 낮고 겨울엔 지상의 공기보다 온도가 높은 지하공기, 지하수 등의 지열을 이용한 전열교환 환기장치에 관한 것이다.
일반적으로 밀폐된 공간의 공기는 생명체의 호흡에 의해 시간이 지나면서 이산화탄소의 함량이 증가하게 되고 이로써 생명체의 호흡에 지장을 주게 된다. 따라서 사무실과 같이 많은 사람이 협소한 공간에 장기간 머물게 되는 경우 실내의 오염된 공기를 실외의 신선한 공기로 대체해 주어야 하는데, 이때 통상적으로 사용되는 것이 환기장치이다.
이러한 환기장치는 환기뿐만 아니라 내부공기와 외부공기 사이의 전열교환을 통해 환기시 내부의 급격한 온도변화를 방지하였다. 그러나 이러한 환기장치는 전열교환을 통해 환기시 내부의 급격한 온도변화를 방지할 뿐 적극적으로 더운 여름에 시원한 공기를 공급하거나 추운 겨울에 따뜻한 공기를 공급하지는 못하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하는 냉난방 기능이 일체화된 전열교환 환기장치가 개발되었는데, 이러한 종래의 냉난방 기능이 일체화된 전열교환 환기장치가 '특허문헌 1'에 개시되어 있고, 도 1에 종래의 냉난방 기능이 일체화된 전열교환 환기장치의 구성도가 나타나 있다. 도 1을 참조하면 종래의 냉난방 기능이 일체화된 전열교환 환기장치는 다수의 공간으로 구획되며 유입구 및 배출구가 형성되는 케이싱(1); 케이싱(1) 내부에 설치되어 유입되는 공기와 배출되는 공기가 열교환되도록 하는 열교환기(2); 상기 다수의 공간 중 어느 하나에 설치되는 증발기(3); 및 상기 다수의 공간 중 어느 하나에 설치되는 응축기(4)를 포함하여 구성된다.
이러한 종래의 냉난방 기능이 일체화된 전열교환 환기장치는 열교환기(2)로 전열교환함과 동시에 증발기(3) 및 응축기(4)를 포함하여 구성됨으로써 냉난방 기능을 동시에 수행한다. 그러나 이런 종래의 냉난방 기능이 일체화된 전열교환 환기장치는 그 크기가 크고 전력 소모가 심한 문제점이 있다.
KR 10-2011-0105037 A (2011.09.26.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 서 해결하고자 하는 과제는 지열을 이용하여 전력소모를 최소화할 수 있고, 그 구조가 간단하여 실내의 천장(天障)에 적용할 수 있는 지열을 이용한 전열교환 환기장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치는 내부가 복수 개의 격벽에 의해 구획되는 케이싱; 상기 복수 개의 격벽 사이에 개재되어 외부공기와 내부공기 상호 간에 열교환시키는 열교환기; 상기 케이싱 내부에 설치되며, 상기 열교환기를 통해 인입되는 외부공기에 냉기 또는 온기를 공급하는 냉온공급기로 이루어지는 열교환 환기부; 및 지하에 매립되어 지하수를 공급하는 냉온수공급관; 상기 냉온수공급관의 상단에 설치되는 냉온수펌프; 상기 냉온수펌프와 연결되는 축열조; 상기 축열조와 상기 냉온공급기 사이에 개재되어 상기 냉온공급기로 지하수를 공급하는 연결관; 상기 냉온공급기에 형성되어 상기 지하수를 배출하는 배출관으로 이루어지는 지열공급부를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치는 지열을 이용함으로써 전력소모를 최소화할 수 있고, 그 구조가 간단하기 때문에 실내의 천장에 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 냉난방 기능이 일체화된 전열교환 환기장치
도 2는 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 열교환 환기부의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 열교환 환기부의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 열교환 환기부의 측면도
도 6은 본 발명에 따른 열교환 환기부의 일부 확대 사시도
도 7은 본 발명에 따른 냉온공급기의 구성도
도 8은 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치의 다른 실시형태
아래에서는 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치를 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치의 구성도로서, 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치는 크게 건물 내부에 설치되는 열교환 환기부(100)와 열교환 환기부(100)로 지열을 공급하는 지열공급부(200)로 이루어진다.
도 3은 본 발명에 따른 열교환 환기부의 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 열교환 환기부의 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 열교환 환기부의 측면도, 도 6은 본 발명에 따른 열교환 환기부의 일부 확대 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 냉온공급기의 구성도이다. 도 3 내지 도 7을 참조하여 열교환 환기부(100)의 구성을 상세하게 살펴본다.
열교환 환기부(100)는 도 2에 도시된 것처럼 건물 내부에 설치되어 건물 내부의 공기를 외부로 배출하고, 건물 외부의 공기를 내부로 유입시켜 환기하는 구성요소이다. 이러한 열교환 환기부(100)는 케이싱(110), 열교환기(120) 및 냉온공급기(130)를 포함하여 구성된다.
케이싱(110)은 복수 개의 격벽(111)에 의해 복수 개의 공간으로 구획되는데, 도 3에 도시된 것처럼 격벽(111)이 십자형태로 형성되어 4개의 공간으로 구획될 수 있다. 이러한 격벽(111)에 단열층(111a)이 형성될 수 있는데, 특히 실외공기가 실내로 유입되기 직전의 공간의 격벽(111)에 단열층(111a)이 형성되는 것이 바람직하다. 단열층(111a)에는 단열 효율이 좋은 우레탄 등이 포함되어 형성될 수 있다. 이러한 단열층(111a)에 의해 해당 공간에서 온도 변화를 최소화 함으로써 전열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
열교환기(120)는 복수 개의 격벽(111) 사이에 개재되어 외부공기와 내부공기 상호 간에 열교환시키는 구성요소로서, 도 3에 도시된 것처럼 십자형태로 형성된 격벽(111) 사이에 개재되어 형성될 수 있다. 이러한 열교환기(120)는 상부에서 바라본 형태가 사각형으로 형성되어 4개의 측면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 열교환기(120)의 4개의 측면은 실내공기 유입면, 실내공기 배출면, 실외공기 유입면 및 실외공기 배출면으로 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의해 열교환기(120) 내부에서 외부로 배출되는 실내공기와 내부로 유입되는 실외공기 상호 간에 열교환이 이루어진다. 예를 들어, 겨울철에는 차가운 외부 공기가 열교환기(120) 내부에서 외부로 배출되는 따뜻한 실내공기와 상호 열교환에 의해 온도가 상승하고, 건물 내부에는 온도가 상승된 실외공기가 유입된다. 이와 달리 여름철에는 뜨거운 외부 공기가 열교환기(120) 내부에서 외부로 배출되는 시워한 실내공기와의 열교환에 의해 온도가 하강하고, 건물 내부에는 온도가 하강된 실외공기가 유입된다.
또한, 실내공기 유입면, 실내공기 배출면, 실외공기 유입면 및 실외공기 배출면 중 어느 하나 이상의 면에 다양한 종류의 필터부가 설치될 수 있고, 이러한 필터부에 의해 실외공기 및 실내공기가 여과될 수 있다.
그리고 열교환 환기부(100)는 도 3에 도시된 것처럼, 실내측면에 실내공기가 유입되는 실내유입구(112) 및 유입된 실외공기가 실내로 배출되는 실내배출구(113)가 형성되고, 열교환 환기부(100)의 실외측면에 실외공기가 유입되는 실외유입구(114) 및 유입된 실내공기가 실외로 배출되는 실외배출구(115)가 형성되며, 케이싱(110)의 내부에 송풍기(116)가 설치되어 구성을 가질 수 있다. 이러한 송풍기(116)가 동작하여 실외배출구(115)를 통해 공기를 더욱 효과적으로 배출할 수 있다.
이때, 실외배출구(115)에 배출캡(115a)이 형성될 수 있는데, 배출캡(115a)은 실외배출구(115)에 힌지결합되어 송풍기(116)가 동작할 때 개방된다. 즉, 배출캡(115a)은 송풍기(116)가 동작하는 경우 송풍기(116)가 제공하는 바람에 의해 자연스럽게 위로 들리게 되고, 송풍기(116)가 동작하지 않는 경우 중력에 의해 자연스럽게 닫히는 구성으로 송풍기(116)가 동작하는 동안 효율적으로 환기시킴과 동시에 송풍기(116)가 동작하지 않는 동안 배출캡(115a)이 닫혀 의도치 않게 외부의 공기가 내부로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 배출캡(115a)이 송풍기의 동작에 의해 자동으로 개폐되기 때문에 전동 댐퍼와 같은 별도의 배출캡(115a)의 개폐를 위한 전동기가 필요하지 않기 때문에 설치 비용을 절감할 수 있고, 전기 사용량 역시 절감할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 것처럼 실외배출구(115) 끝단 테두리에 고무패킹(115b)이 형성될 수 있다. 이러한 고무패킹(115b)은 배출캡(115a)이 닫혔을 때 실외공기가 실외배출구(115)를 통해 내부로 유입되는 것을 더욱 확실하게 차단할 수 있다.
위와 같이 배출캡(115a)이 형성되어 송풍기(116)의 동작에 의해 개폐되는 경우, 사용자는 배출캡(115a)이 제대로 개폐되는지 육안으로 확인할 수 없다. 힌지결합 부위가 노후되거나 파손되는 경우 송풍기(116)가 동작하는데 배출캡(115a)이 개방되지 않는 문제점이 발생할 수 있는데, 사용자가 배출캡(115a)의 동작을 육안으로 확인할 수 없기 때문에 상기 문제점을 곧바로 인식할 수 없게 된다.
본 발명은 고무패킹(115b) 내부에 배출캡(115a)의 개폐여부를 확인하는 감지센서(115c)가 설치되는데, 감지센서(115c)에 의해 위와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 이러한 감지센서(115c)로 접촉센서, 초음파센서 등이 이용될 수 있다.
이렇게 감지센서(115c)가 형성된 구성에서, 케이싱(110) 내부에 제어부(미도시)와 무선통신부(미도시)가 설치되고, 감지센서(115c)가 제어부에 연결될 수 있다. 이때 제어부는 송풍기(116)가 동작하는데도 배출캡(115a)이 개방되지 않는 경우 경보신호를 생성하고, 무선통신부가 사용자 단말기(미도시)로 경보신호를 전송하도록 할 수 있다. 따라서 사용자는 송풍기(116)가 동작하는데도 배출캡(115a)이 개방되지 않는 경우 곧바로 이를 사용자 단말기를 통해 알 수 있어 위와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
냉온공급기(130)는 열교환기(120)를 통해 인입되는 외부공기에 냉기 또는 온기를 공급하는 구성요소로서, 케이싱(110) 내부에 설치된다. 이러한 냉온공급기(130)는 파이프 형태로 형성되고 지열공급부(200)와 연결되어 지열공급부(200)로부터 지열을 공급받아 냉기 또는 온기를 공급한다.
지열의 대표적인 예로 지하수를 들 수 있다. 지하수는 지하에 존재하기 때문에 4계절 내내 15~18℃ 사이에서 온도를 유지하는 것으로 알려져있다. 이러한 지하수는 온도는 겨울철에 지상의 기온보다 따뜻하고, 여름철에는 지상의 기온보다 시원하기 때문에 지열원으로 이용 가능하다. 즉, 여름에는 냉온공급기(130)가 지열공급부(200)로부터 시원한 지하수를 공급받아 주변에 냉기를 공급하여 냉온공급기(130)를 통과하는 공기의 온도를 낮추고, 겨울에는 냉온공급기(130)가 지열공급부(200)로부터 따뜻한 지하수를 공급받아 온기를 주변에 공급하여 온기를 공급하여 냉온공급기(130)를 통과하는 공기의 온도를 높인다.
이처럼 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치는 1차적으로 열교환기(120) 내부에서 전열교환에 의해 온도를 높이거나 낮추고, 2차적으로 냉온공급기(130)에서 냉기 또는 온기를 공급하여 온도를 높이거나 낮춤으로써 그 효율을 증대시킬 수 있다.
지열공급부(200)는 지하에 형성되어 열교환 환기부(100)로 지열을 공급하는 구성요소로서, 지열은 위에서 살펴본 것처럼 지하수로 대표된다. 이러한 지열공급부(200)는 냉온수공급관(210); 냉온수공급관(210)의 상단에 설치되는 냉온수펌프(220); 냉온수펌프(220)와 연결되는 축열조(230); 축열조(230) 및 냉온공급기(130)의 사이에 개재되는 연결관(240); 냉온공급기(130)에 형성되어 상기 지하수를 배출하는 배출관(250)을 포함하여 구성된다.
냉온수공급관(210)은 일자 형태로 형성되어 지하에 매립되는 구성요소로서, 지하에 매립됨으로써 여름철에는 냉수를 공급하고 겨울철에는 온수를 공급하게된다.
냉온수펌프(220)는 냉온수공급관(210)의 상단에 설치되는 구성요소로서, 도 2에 도시된 것처럼 건물 내부에 설치될 수 있고, 필요에 따라 건물 외부에 설치될 수도 있다. 이러한 냉온수펌프(220)는 냉온수공급관(210)의 지하수를 끌어 올리는 펌핑 동작을 한다.
축열조(230)는 냉온수펌프(220)와 연결되는 구성요소로서, 냉온수펌프(220)로부터 지하수를 공급받아 저장함으로써 지열을 축적하여 보관한다.
연결관(240)은 축열조(230) 및 냉온공급기(130) 사이에 개재되는 구성요소로서, 축열조(230)에 저장된 지하수를 냉온공급기(130)로 전달한다.
배출관(250)은 냉온공급기(130)의 타단에 연결되는 구성요소로서, 일단이 냉온공급기(130)의 타단에 연결되고, 타단이 냉온수공급관(210)의 하단에 연결된다. 이러한 배출관(250)은 도 2에 도시된 것처럼 축열조(230) 및 히트펌프(240)까지 연결되어 냉온공급기(130)의 타단을 통해 배출되는 지하수는 축열조(230) 및 히트펌프(240)를 거쳐 지하로 이동하고 지하에서 냉온수공급관(210)으로 이동하는데, 이러한 배출경로에 형성된 유로를 모두 배출관(250)으로 볼 수 있다. 즉, 냉온공급기(130)를 거쳐 냉기 또는 온기의 공급을 마친 지하수는 배출관(250)을 통해 배출되는데 도 2에 도시된 것처럼 축열조(230) 및 히트펌프(240)를 통해 배출될 수 있고, 이와 달리 외부로 직접 배출되어 냉온수공급관(210)에 연결될 수 있다.
연결관(240) 및 배출관(250) 각각에 제어밸브(242, 252)가 형성됨으로써 연결관(240) 및 배출관(250)의 개폐 동작을 제어할 수 있고, 배출관(250)에 스트레이너(254)가 형성됨으로써 배출관(250)을 통과하는 유체의 이물질을 여과할 수 있다.
이와 같은 지열공급부(200)에 의해 여름철에는 냉기를 공급하고, 겨울철에는 온기를 공급할 수 있다. 또한 배출관(250)이 지하에 매립되어 형성됨으로써 배출관(250)을 지나는 동안 냉기 또는 온기의 공급을 마친 지하수는 지하에서 그 온도를 다시 회복하는 순환 구조를 가질 수 있다. 그리고 배출관(250)이 냉온수공급관(210)에 연결되어 온도를 회복한 지하수를 다시 열교환 환기부(100)를 공급하는 순환 구조를 가짐으로써 효율적으로 냉기 또는 온기를 공급할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치의 다른 실시형태로서, 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치는 배출관(250)의 형태가 다르게 형성될 수 있다. 도 7을 참고하면 배출관(250)이 나선형으로 형성되어 지하에 매립될 수 있는데, 이러한 구성에 의해 효과적으로 배출관(250)이 지하의 지면과 맞닿는 면적을 확보할 수 있고, 이로써 배출관(250)이 차지하는 주변의 부피를 최소화 할 수 있다. 따라서 배출관(250)을 매립하기 위해 확보하여야 하는 땅의 부피를 최소화할 수 있고, 이로써 배출관(250)을 매립하는 공정작업을 최소화하고 그 비용을 절감할 수 있다.
위와 같은 열교환 환기부(100)는 도 2에 도시된 것처럼 각각 실내 방의 천장에 설치될 수 있다. 이때 열교환 환기부(100)에 열감지 센서 또는 연기감지 센서가 설치되어 화재가 발생했는지 감지할 수 있다. 또한 열교환 환기부(100)의 내부에는 지하수를 공급받는 냉온공급기(130)가 설치되는데, 냉온공급기(130)로부터 분기되도록 비상급수노즐(미도시)을 천장에 설치하여 열감지 센서 또는 연기감지 센서가 화재를 감지하는 경우 비상급수노즐을 통해 지하수가 분사되도록 구성할 수 있다.
이러한 구성에 별도의 화재진압 시스템을 천장에 설치하지 않아도 본 발명에 따른 지열을 이용한 전열교환 환기장치로 비상시 화재진압까지 할 수 있다.
100: 열교환 환기부 110: 케이싱
111: 격벽 111a: 단열층
112: 실내유입구 113: 실내배출구
114: 실외유입구 115: 실외배출구
115a: 배출캡 115b: 고무패킹
115c: 감지센서 116: 송풍기
120: 열교환기 130: 냉온공급기
200: 지열교환부 210: 냉온수공급관
220: 냉온수펌프 230: 축열조
240: 연결관 242, 252: 제어밸브
250: 배출관 254: 스트레이너

Claims (5)

  1. 내부가 복수 개의 격벽(111)에 의해 구획되는 케이싱(110);
    상기 복수 개의 격벽(111) 사이에 개재되어 외부공기와 내부공기 상호 간에 열교환시키는 열교환기(120);
    상기 케이싱(110) 내부에 설치되며, 상기 열교환기(120)를 통해 인입되는 외부공기에 냉기 또는 온기를 공급하는 냉온공급기(130)로 이루어지는 열교환 환기부(100) 및
    지하에 매립되어 지하수를 공급하는 냉온수공급관(210);
    상기 냉온수공급관(210)의 상단에 설치되는 냉온수펌프(220);
    상기 냉온수펌프(220)와 연결되는 축열조(230);
    상기 축열조(230)와 상기 냉온공급기(130) 사이에 개재되어 상기 냉온공급기(130)로 지하수를 공급하는 연결관(240);
    상기 냉온공급기(130)에 형성되어 상기 지하수를 배출하는 배출관(250)으로 이루어지는 지열공급부(200)를 포함하여 구성되고,
    상기 열교환 환기부(100)의 실내측면에 실내공기가 유입되는 실내유입구(112) 및 유입된 실외공기가 실내로 배출되는 실내배출구(113)가 형성되고,
    상기 열교환 환기부(100)의 실외측면에 실외공기가 유입되는 실외유입구(114) 및 유입된 실내공기가 실외로 배출되는 실외배출구(115)가 형성되며,
    상기 실외배출구(115)의 끝단이 경사지게 형성되고,
    상기 케이싱(110)의 내부에 송풍기(116)가 설치되어 상기 실외배출구(115)를 통해 실내공기를 실외로 배출하고,
    상기 실외배출구(115)의 끝단에 힌지결합되어 상기 송풍기(116)가 동작하여 실내공기가 실외로 배출될 때 개방되는 배출캡(115a)이 형성되며, 상기 실외배출구(115) 끝단 테두리에 고무패킹(115b)이 형성되고, 상기 고무패킹(115b) 안쪽에 상기 배출캡(115a)의 개폐여부를 감지하는 감지센서(115c)가 형성되며,
    상기 배출관(250) 중 지하에 매립된 부분이 나선형으로 형성되고,
    상기 열교환 환기부(100)에 화재감지센서 및 상기 냉온공급기(130)로부터 분기되는 비상급수노즐이 설치되며,
    상기 화재감지센서가 화재를 감지하는 경우 상기 비상급수노즐을 통해 상기 지하수가 외부로 분사되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 전열교환 환기장치.
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