KR102031059B1 - 태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법 - Google Patents

태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법에 관한 것으로서, 서로 마주보며 대응되는 면에 직선면과 굴곡면을 가진 복수의 홈패턴이 형성된 상판 및 하판을 접합하여 상기 홈패턴이 하나의 유로로 형성된 집열판을 포함하는 집열부; 및, 상기 집열부의 일측에 형성되어 유입되는 습윤공기에 의해 자체 발열되는 축열재가 충진된 축열부;를 포함하는 태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법을 제공한다.

Description

태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법{SOLAR THERMAL COLLECTOR AND APPARATUS AND METHOD FOR DEHUMIDIFICATION AND VENTILATION USING SOLAR THERMAL COLLECTOR}
본 발명은 태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열을 집열하는 온수를 생산하는 태양열 집열기 및 이와 연계되어 외부로부터 유입되는 공기에 의해 실내의 제습 및 환기 동작을 수행할 수 있는 태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 천연자원의 고갈과 화력 및 원자력 발전에 대한 환경 및 안정성 등의 문제가 대두되면서, 대표적인 친환경 그린 에너지(Green Energy)인 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지 및 열 에너지를 생성하는 태양 에너지 이용 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
태양 에너지 이용 시스템은 태양광을 이용하는 발전장치와 태양열을 이용하는 축열장치로 구분할 수 있다.
태양광을 이용한 발전장치는 광전효과를 기대할 수 있는 화합물반도체인 GaAs, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등으로 제조된 솔라 셀(solar cell)을 이용하는 방식이다. 구체적으로, 솔라 셀을 가능한 넓은 면적에 배열하여 광전효과를 통하여 발전을 행하고 있다.
이러한 태양광 발전장치는 설비비가 적고 또한 설치가 용이하나, 대면적을 필요로 하고 광전변환효율이 매우 낮다고 하는 단점이 있다. 또한, 종래의 솔라 셀은 예컨대 직사광선을 통해서 얻어지는 열은 활용하지 못하고 그대로 버려지고 있다.
보다 구체적으로, 결정질과 a-Si 박막형 태양광 모듈은 각각 변환 가능한 빛의 파장대역을 가지며, 이외의 파장은 입사되어 태양광 모듈의 온도 상승을 가져온다. 태양광 발전 효율은 온도가 상승함에 따라 감소하는 특성을 가지므로 이와 같은 태양광 모듈의 온도 상승은 발전 효율을 크게 떨어뜨리는 결과를 초래한다.
이러한 점 때문에, 일반적인 태양광 모듈에서는 광학필터 등을 이용하여 태양광 모듈이 변환 가능한 파장대의 빛만 태양광 모듈로 보내주고 이외의 파장대의 빛은 차단함으로써 상기 이외의 파장대의 빛에 해당하는 태양열은 활용되지 못하고 그대로 버려지는 것이다.
한편, 태양열을 이용하는 축열장치는 입사되는 태양열로 물이나 기타 재료를 데우고 이를 이용해 2차적으로 발전을 하거나 또는 난방 설비에 이용하는 구조가 일반적인데, 이는 설비가 크고 효율이 대체적으로 낮은 단점을 가지고 있다. 효율의 증대를 위해 반구형 반사경을 이용하여 태양열을 집광하여 고온/고열량을 낼 수 있는 설비가 개발되고 있으며, 또한, 집열된 열이 외부로 손실되는 열량을 최소로 하여, 외부의 발전 또는 난방설비에 이용하기 위해 열의 전달이 용이한 구조를 갖도록 개선되고 있다.
특히, 태양열을 이용한 축열장치에 있어서 집열장치는 태양광과 반사판의 복사열로 집열배관이 가열되어 열매체가 가열되고, 집열장치에서 가온된 열매체를 받아 저장하면서 열교환으로 축열하는 축열탱크는 오로지 열매체와의 열교환과 축열만 할 뿐이다.
상기 집열부의 집열배관과 반사판은 각각 별개의 구성으로 태양열에 의한 열전도도가 떨어지고, 배관의 중심을 흐르는 열매체가 적정 온도 수준에 이르려면 상당한 시간이 걸리는 만큼 열교환 효율이 낮은 문제점이 있었다.
또한, 상기 집열배관과 반사판의 접합 문제로 인해 상당히 복잡한 공정이 요구되며, 이로 인한 내구성 및 경제성의 문제가 있었다.
등록실용신안공보 제0187581호(2000.04.19)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 상판과 하판에 반원의 유로를 형성하고, 이를 일체로 접합하여 집열판을 형성함으로써, 간단한 유로 구조물이면서 열교환 효율이 우수할 뿐만 아니라 태양열 이용 시스템의 구성이 가능하여 태양열 이용 효율성과 편리성을 제고할 수 있는 태양열 집열기 및 이를 이용한 제습환기장치 및 방법을 구현하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 집열부 및 습윤공기에 의한 발열 특성을 가진 축열부가 일체로 형성한 태양열 집열기를 이용하고, 상기 축열부와 연계되어 외부로부터 유입되는 외기 및 실내를 순환하는 리턴공기에 의해 실내의 제습 및 환기 동작을 수행하여 실내 환경을 개선할 수 있도록 하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 마주보며 대응되는 면에 직선면과 굴곡면을 가진 복수의 홈패턴이 형성된 상판 및 하판을 접합하여 상기 홈패턴이 하나의 유로로 형성된 집열판을 포함하는 집열부; 및, 상기 집열부의 일측에 형성되어 유입되는 습윤공기에 의해 자체 발열되는 축열재가 충진된 축열부;를 포함하는 태양열 집열기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 상기 상판 및 상기 하판은 이종 접합 공정에 의해 밀착되어 결합하되, 상기 상판은 구리소재이고, 상기 하판은 스테인리스 소재로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 상기 홈패턴은 포토 에칭 공정을 통해 형성된다.
본 발명에 의하면, 상기 축열재는 습윤 공기에 의해 자체적으로 발열하는 제올라이트로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 상기 이종 접합 공정은, 브레이징 용접, 솔더링, 천이액상 접합(Transient Liquid Phase bonding), 확산 접합(Diffusion bonding) 중 어느 하나로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 상기 축열부는 충진된 다량의 충진재로서 입체 구조물에 형성된 통공이나 입체 구조물이 서로 정합하지 않은 상태에서 형성된 틈을 통해 일측 유입부 및 타측 유출부 사이에서 통기성 유로를 구비한다.
본 발명에 의하면, 상기 축열재는 통공을 구비한 격자형으로 이루어진 입체 구조물로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 상기 축열재는 적어도 둘 이상의 굴곡면을 가지는 부정형으로 이루어진 입체 구조물로 이루어진다.
본 발명은, 태양열을 집열하여 고온의 열매체를 생산하는 집열부 및 상기 집열부의 하측에 설치되어 유입되는 습윤 공기에 의해 발열되는 축열재가 충진된 축열부를 포함하는 태양열 집열기; 상기 축열부에 습윤공기를 공급가능한 가습부; 외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 별도의 경로를 가진 제1 및 제2외기유입유로; 리턴공기를 순환시키기 위한 순환유로; 및 상기 제1 및 제2외기유입유로와 상기 순환유로에 설치되며, 유로를 개폐하여 외기 및 리턴공기의 인입량을 조절하는 댐퍼부;를 포함하되, 상기 축열부와 연계되어 외부로부터 유입되는 외기 및 실내를 순환하는 리턴공기에 의해 실내의 제습 및 환기 동작을 수행하도록 구성된 제습환기장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 상기 순환유로에 설치되며, 상기 외기와 상기 리턴공기의 열교환을 통해 상기 제1 및 제2외기유입유로를 통과하는 외기를 실내 제습 및 환기용 공기로 변환시키는 전열교환기;를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 댐퍼부는, 제1외기유입유로로부터 분기되는 배출유로 상에 형성된 제1댐퍼와, 상기 축열부 후방의 제2외기유입유로 상에 형성된 제2댐퍼와, 제1외기유입유로의 단부에 형성된 제3댐퍼와, 상기 순환유로로부터 분기되는 배출유로 상에 형성된 제4댐퍼와, 상기 리턴공기의 전열교환기로 유입되는 순환유로 상에 형성된 제5댐퍼를 포함한다.
본 발명은, 집열부와 함께, 습윤공기에 의한 발열 특성을 가진 축열부를 일체로 형성하고, 상기 축열부와 연계되어 외부로부터 유입되는 공기에 의해 실내의 제습 및 환기 동작을 수행하되, 외부에서 유입되어 축열부를 통과하는 외기에 수분을 선택적으로 공급하기 위한 가습부; 외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 별도의 경로를 가진 제1 및 제2외기유입유로; 리턴공기를 순환시키기 위한 순환유로; 및, 상기 순환유로에 설치되며, 상기 외기와 상기 리턴공기의 열교환을 통해 상기 제1 및 제2외기유입유로를 통과하는 외기를 실내 제습 및 환기용 공기로 변환시키는 전열교환기를 구비하여 태양열 집열기를 이용한 제습환기방법으로서,
축열이 진행되는 동안, 제습환기장치의 가동시, 상기 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 축열부에 유입되면서 축열재를 건조시켜 재생하고 외부로 배출되는 단계; 및, 상기 제2외기유입유로를 통해 유입된 외기가 전열교환기를 통과하는 동시에, 리턴공기가 전열교환기를 통과하여 열교환하면서 실내 환기용 공기로 변환하는 단계;를 포함하는 태양열 집열기를 이용한 제습환기방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 여름철 상기 축열재의 재생이 완료된 경우, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 전열교환기를 통과하여 서로 열교환하면서 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 겨울철 상기 축열재의 재생이 완료된 경우, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 배출유로를 통해 배출되는 단계; 및, 외기만이 전열교환기를 통과하여 실내로 유입되어 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 여름철 상기 축열이 완료된 후 방열이 진행되는 동안, 제습환기장치의 가동시, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 전열교환기를 통과하여 서로 열교환하면서 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 겨울철 상기 축열이 완료된 후 방열이 진행되는 동안, 제습환기장치의 가동시, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 배출유로를 통해 배출되는 단계; 및, 상기 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기만이 전열교환기를 통과하고 실내로 유입되어 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함한다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 태양열 집열기에 의하면, 열전도도가 우수한 상판과 하판에 반원의 유로를 형성하고, 이를 일체로 접합하여 집열판을 형성함으로써, 기존의 집열판에 비해 간단한 유로 구조물이면서 열교환 효율이 우수할 뿐만 아니라 태양열 이용 시스템의 구성이 가능하여 태양열 이용 효율성과 편리성을 제고할 수 있는 효과가 있다.
집열부와 일체로 형성되며 습윤공기에 의한 발열 특성을 가진 축열부와 연계되어 외부로부터 유입되는 외기와 실내를 순환하는 리턴공기에 의해 실내의 환경을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열 집열기를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 집열기의 집열판을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양열 집열기의 집열판의 유로 형상을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양열 집열기와 연계된 제습환기장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도5 내지 도 7은 본 발명에 따른 축열부에 충진된 개별적인 입체 구조물 형상의 축열재를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 축열부에 충진된 개별적인 부정형 입체 구조물 형상의 축열재를 나타내는 사시도이다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 태양열 집열기는 일반 가정은 물론 공장 단지 및 공동주택단지, 공공건물, 학교, 병원 등의 대상지건물(군)에 적용될 수 있으며, 경우에 따라서는 여러 대가 조합되어 사용될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열 집열기는 집열부(10) 및 축열부(20)를 포함하며, 상기 집열부(10)에서 집열한 열을 저장하는 축열탱크(30)를 포함한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열 집열기의 집열부(10)는 내부에 순환유체인 물, 냉매 등이 유동하는 유로(150)가 형성되며, 상기 유로(150)와 연결된 유체유입부(130) 및 유체유출부(140)를 가지는 집열판(100)으로 구성된다.
상기 집열판(100)은 구리 소재의 상판(110)과, 스테인리스(SUS) 소재의 하판(120)으로 이루어진다. 상기 상판(110)은 태양열에 의한 열전도율이 우수한 구리 소재로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 상판(110)과 하판(120)은 서로 마주보며 대응되는 면에 반원형의 홈패턴(151,152)을 긴밀하게 맞닿게 하여 양호한 접촉을 보장함으로써 대략 직경이 3 ~ 7mm인 원형의 유로(150)가 형성된다.
상기 상판(110)과 하판(120)에 형성되는 복수의 직선면과 굴곡면을 가지는 반원형의 홈패턴(151,152)은 에칭 가공에 의해 형성된다.
상기 에칭 가공에 의한 홈패턴(151,152)의 형성은 유로(150)의 형상 여하에 상관없이 짧은 작업 시간으로 홈패턴(151,152)을 형성할 수 있고, 홈패턴(151,152)의 형성에 필요한 작업 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.
상기 집열판(100)에 상기 에칭 가공을 이용하여 홈패턴(151,152)을 형성하는 것은, 정밀 가공을 실시할 수 있는 가공기계가 필요하지 않고 매우 간단하게 홈패턴(151,152)을 형성할 수 있으며, 상기 홈패턴(151,152)의 형성에 필요한 작업시간의 단축과 아울러, 집열부(10)의 제조, 나아가서는 태양열 집열기의 제조에 따른 비용 및 시간을 절감하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 에칭 가공에 의해 홈패턴(151,152)을 형성하는 것은, 기계 가공에서는 형성이 곤란한 복잡한 형상의 홈패턴(151,152)을 형성하는 것이 가능하게 되고, 게다가 집열부(10)에 대한 설계자유도가 향상된다.
예컨대, 에칭 가공에 의해 상판(110)과 하판(120)에 형성되는 홈패턴(151,152)은 사각형이나 다각형 형상으로 매우 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 집열판(100)은 서로 대략 동일한 형상과 크기를 가지는 상판(110)과 하판(120)으로 이루어지고, 상부 홈패턴(151)이 형성된 상판(110)과, 하부 홈패턴(152)이 형성된 하판(120)을 서로 접합함으로써 형성된다.
상기 상판(110)의 상부 홈패턴(151)과 상기 하판(120)의 하부 홈패턴(152)에 의해 집열판(100)의 내부에서는 순환유체가 유동 가능한 유로(150)가 형성되는 것이다.
본 발명에서 비용 측면에서 열전도율이 좋은 구리(Cu) 소재를 상판(110)에만 적용하고 있지만, 집열부(10) 하부의 축열부(20)에 열 에너지를 쉽게 전달하기 위해서는 하판(120)에도 열전도율이 좋은 구리 소재를 유효하게 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
본 발명에서 구리(Cu)와 스테인리스(SUS) 소재를 사용한다고 기재하였으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 열전도율이 우수한 다양한 소재를 채택할 수 있다.
본 발명의 에칭 공정은 포토 에칭 공정으로, 포토 에칭 공정 순서에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상판(110)과 하판(120)의 서로 마주보는 대응면을 탈지한 후 표면의 활성화를 위해 산처리를 한다.
이어서, 포토레지스터를 일정 두께로 도포한 후 도포된 막을 건조한 후 노광을 실시한다.
이어서, 현상을 실시하여 노광되지 않은 부위를 제거한 다음, 경막을 통해 현상되지 않고 남은 노광된 부위의 막을 강화시킨 후, 염화철 등의 에칭액을 분사시켜 에칭을 실시한다.
상기 에칭액을 분사하여 포토레지스터가 없는, 즉 대기중에 노출되어 있는 상판(110) 및 하판(120)에 에칭액이 닿게 되면 반응하여 부식되면서 상판(110) 및 하판(120)에 홈패턴(151,152)이 형성된다.
이와 같이 포토 에칭 공정을 통해 형성된 반원형의 홈패턴(151,152)을 가지는 상판(110) 및 하판(120)은 이종 접합 공정에 의해 긴밀하게 밀착함으로써 결합된다.
상기 이종 접합 공정은 서로 다른 소재, 예컨대 구리와 스테인리스가 접합 공정을 통해 결합하게 되는 것으로서, 브레이징 용접, 솔더링, 천이액상 접합(Transient Liquid Phase bonding), 확산 접합(Diffusion bonding) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 집열기의 집열부(10)의 유로(150) 형상을 나타내는 도면으로서, 내부에 열매체가 흐르는 유로(150)는 집열판(100)의 상판(110)과 하판(120)의 서로 마주보며 대응되는 면에 직렬 또는 병렬로 배관되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 유로(150)는 직선면과 굴곡면이 연결되어 지그재그 형상으로 절곡된다. 이와 같이 유로(150)가 지그재그 형상으로 절곡된 형태는 유로(150)의 길이가 더욱 길어지게 되어 유로(150)를 따라 유동하는 순환유체의 열보관 성능을 향상시키게 된다. 필요에 따라서는 유로(150)의 개수나 형성 위치가 다르게 설정될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 형성된 집열부(10)는 상기 유로(150)를 순환하는 순환유체인 열매체가 태양열을 흡수하여 가열되고, 집열부(10)에서 가열된 열매체는 축열탱크(30)에 저장되어 축열된다.
한편, 상기 집열부(10)의 일측에는 습윤공기에 의해 발열 특성을 가지는 축열재(200)가 충진된 축열부(20)가 형성된다.
상기 축열부(20)는 열매체인 외기의 유입을 가능하게 하는 유입부 및 유체의 유출을 가능하게 하는 유출부를 가지며, 상기 유입부를 통해 유입된 외기가 제올라이트를 통과하면서 열을 축적하여 유출부로 배출되며, 상기 유출부로부터 배출되는 고온건조한 외기는 도 4의 제습환기장치(300)를 통과하여 실내 제습 및 환기를 적절히 조절함으로써, 실내 환경을 개선할 수 있게 된다.
상기 축열부(20) 내부에는 습윤 공기에 의해 자체 발열 작용하는 제올라이트가 충진될 수 있다.
상기 제올라이트는 상기 외부에서 유입되는 외기 중, 건조 공기가 아닌, 습도가 높은 습윤 공기에 의해 자체적으로 발열하는 축열재(200)로 사용된다.
상기 축열부(20)의 유입부로 유입되어 상기 제올라이트와 열교환함으로써 고온 건조된 공기는 제습환기장치(300)로 도입되어 실내의 제습 및 환기를 수행하게 된다.
상기 제올라이트는 상기 축열부(20) 내에 충진되는 고상의 축열재(200)로서, 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 내부에 별도의 유로를 형성함이 없이 사면체, 육면체 등의 격자형으로 이루어진 입체 구조물이거나, 도 8에 도시한 바와 같이, 적어도 둘 이상의 굴곡면을 가지는 부정형으로 이루어진 입체 구조물을 포함할 수 있다.
여기서, 부정형의 입체 구조물이란 직사각형이나 정사각형과 같이 정형화된 각이나 면을 유지하지 않고 부정형의 다양한 형태를 유지하는 구조물을 말한다. 특히, 구조물이 서로 포개어지지 않는 형상이거나 서로 정합하지 않는 형상, 예컨대 방파제 구조물의 형상 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제올라이트는 축열부(20)에 충진된 다량의 입체 구조물에 형성된 통공이나 입체 구조물이 서로 정합하지 않은 상태에서 형성된 틈을 통해 일측 유입부 및 타측 유출부 사이에서 통기성 유로를 가지게 되므로, 외부로부터 축열부(20)로 유입되는 외기가 상기 축열재(200)인 제올라이트를 쉽게 통과할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 축열부(20)에 사용되는 축열재(200)로서, 제올라이트를 기재하였으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 습윤공기에 의해 자체적으로 발열하는 물질이라면 어떠한 물질을 사용해도 상관없다.
상기 외기가 상기 유입부를 통해 축열부(20)에 유입되어 축열재(200)의 외부 표면에서 접촉이 가능하고, 통기성 유로를 통과한 후 유출부를 통해 배출되어 제습환기장치(300)로 도입된다.
상기 제습환기장치(300)는 제습 재생 경로와 환기경로가 구비되는바, 외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 별도의 경로를 가진 제1 및 제2외기유입유로(3,5)와, 리턴공기를 순환시키기 위한 순환유로(4)를 포함한다.
상기 경로들 상에 설치되는 가습부(1), 축열부(20), 전열교환기(2) 및 댐퍼부를 포함한다.
상기 가습부(1)는 습윤공기를 공급할 수 있는 매개체이다. 상기 가습부(1)는 외부에서 유입된 외기에 수분을 선택적으로 공급하기 위해 구비되는 가습패드 형태로 이루어지며, 상기 축열부(20)에 외기 또는 습윤공기를 선택적으로 공급할 수도 있다.
상기 댐퍼부는 상기 제1 및 제2외기유입유로(3,5)와 순환유로(4) 상에 설치되어 유로를 개폐하게 된다.
상기 제1외기유입유로(3)로부터 분기되는 배출유로(6) 상에 형성된 제1댐퍼(DM1)와, 상기 축열부(20) 후방의 제2외기유입유로(5) 상에 형성된 제2댐퍼(DM2)와, 제1외기유입유로(3)의 단부에 형성된 제3댐퍼(DM3)와, 상기 순환유로(4)로부터 분기되는 배출유로(7) 상에 형성된 제4댐퍼(DM4)와, 상기 리턴공기의 전열교환기(2)로 유입되는 순환유로(4) 상에 형성된 제5댐퍼(DM5)를 포함한다.
상기 전열교환기(2)는 외부에서 유입된 외기와 실내를 순환하는 리턴공기의 열교환이 발생되도록 한다. 즉, 실외에서 유입된 외기를 리턴공기와 열교환시켜 리턴공기의 열량을 회수하여 외기의 온도와 습도를 낮춰 실내 환기용 공기로 사용하게 된다.
이하에서는 상기에서 기술한 태양열 집열기에 의해 외부로부터 유입되는 외기와 실내를 순환하는 리턴공기를 통해 실내의 환경을 개선할 수 있는 제습환기장치(300)의 계절에 따른 제어방법에 대해 설명하기로 한다.
[여름 낮 운전]
여름철 낮 동안에는 축열이 진행되는 동안, 축열부(20) 내의 축열재(200)는 건조되어 재생된다. 즉, 외부로부터 유입되는 외기가 축열부(20)에 유입되면서 축열부(20) 내부의 축열재(200)를 건조시켜 재생시키게 된다. 이때, 집열판(100)을 통해 복사된 복사열이 축열부(20)로 전달되면서 그 복사열로도 축열재(200)를 건조시킬 수 있다.
제습환기장치(300)의 가동시, 제어수단(미도시)의 제어신호에 의해 제1댐퍼(DM1)가 배출유로(6)측을 개방하도록 조절하게 되면, 상기와 같이 외기가 축열부(20)에 유입되면서 축열재(200)를 건조시켜 재생하고 외부로 배출된다. 이때, 가습부(1)에는 수분이 제거된 상태로 외기가 통과하더라도 통과공기는 습윤공기가 아닌 건조공기이다.
이와 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제2댐퍼(DM2)가 제2외기유입유로(5)측을 개방하도록 조절하게 되면, 제2외기유입유로(5)를 통해 유입된 외기가 전열교환기(2)를 통과하는 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제5댐퍼(DM5)가 순환유로(4)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기가 전열교환기(2)를 통과하게 된다.
상기 외기와 리턴공기는 전열교환기(2)에 의해 열교환하여 습도와 온도가 낮아져 실내 환기용 공기로 사용된다.
상기 축열재의 재생이 완료된 경우, 제어수단의 제어신호에 의해 제3댐퍼(DM3)가 제1외기유입유로(3)측을 개방하도록 조절하게 되면, 제1외기유입유로(3)를 통해 유입된 외기가 가습부(1)와 축열부(20) 및 전열교환기(2)를 차례로 통과하는 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제5댐퍼(DM5)가 순환유로(4)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기가 전열교환기(2)를 통과하게 된다. 이때, 가습부(1)에는 수분이 함유된 상태로 외기가 통과할 경우 통과공기는 습윤공기이다. 습윤공기는 축열부(20)를 통과하면서 축열재(200)에 의해 수분이 제거되어 고온 건조한 공기가 된다.
고온 건조한 외기와 리턴공기는 전열교환기(2)에 의해 열교환하여 습도와 온도가 낮아져 실내 제습용 및 환기용 공기로 사용된다.
이때, 상기 축열부(20)의 축열재(200)는 외기의 수분을 흡수하여 발열 운전을 수행함으로써, 축열 과정을 진행하게 된다.
[여름 밤 운전]
여름철 밤 동안에는 방열이 진행되는 동안, 제습환기장치(300)의 가동시, 제어수단의 제어신호에 의해 제3댐퍼(DM3)가 제1외기유입유로(3)측을 개방하도록 조절하게 되면, 제1외기유입유로(3)를 통해 유입된 외기가 가습부(1)와 축열부(20) 및 전열교환기(2)를 차례로 통과하는 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제5댐퍼(DM5)가 순환유로(4)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기가 전열교환기(2)를 통과하게 된다. 이때, 가습부(1)에는 수분이 함유된 상태로 외기가 통과할 경우 통과공기는 습윤공기이다. 습윤공기는 축열부(20)를 통과하면서 축열재(200)에 의해 수분이 제거되어 고온 건조한 공기가 된다.
고온 건조한 외기와 리턴공기는 전열교환기(2)에 의해 열교환하여 습도와 온도가 낮아져 실내 제습용 및 환기용 공기로 사용된다.
상기 축열부(20)의 축열재(200)는 외기의 수분을 흡수하여 발열 운전을 수행함으로써, 축열 과정을 진행하게 된다.
[겨울 낮 운전]
겨울철 낮 동안에는 축열이 진행되는 동안, 축열부(20) 내의 축열재(200)는 건조되어 재생된다. 즉, 외부로부터 유입되는 외기가 축열부(20)에 유입되면서 축열부(20) 내부의 축열재(200)를 건조시켜 재생시키게 된다. 이때, 집열판(100)을 통해 복사된 복사열이 축열부(20)로 전달되면서 그 복사열로도 축열재(200)를 건조시킬 수 있다.
제습환기장치(300)의 가동시, 제어수단(미도시)의 제어신호에 의해 제1댐퍼(DM1)가 배출유로(6)측을 개방하도록 조절하게 되면, 상기와 같이 외기가 축열부(20)에 유입되면서 축열재(200)를 건조시켜 재생하고 외부로 배출된다. 이때, 가습부(1)에는 수분이 제거된 상태로 외기가 통과하더라도 통과공기는 습윤공기가 아닌 건조공기이다.
이와 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제2댐퍼(DM2)가 제2외기유입유로(5)측을 개방하도록 조절하게 되면, 제2외기유입유로(5)를 통해 유입된 외기가 전열교환기(2)를 통과하는 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제5댐퍼(DM5)가 순환유로(4)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기가 전열교환기(2)를 통과하게 된다.
상기 외기와 리턴공기는 전열교환기(2)에 의해 열교환하여 습도와 온도가 낮아져 실내 환기용 공기로 사용된다.
상기 축열재의 재생이 완료된 경우, 제어수단의 제어신호에 의해 제3댐퍼(DM3)가 제1외기유입유로(3)측을 개방하도록 조절하게 되면, 제1외기유입유로(3)를 통해 유입된 외기가 가습부(1)와 축열부(20) 및 전열교환기(2)를 차례로 통과하는 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제4댐퍼(DM4)가 순환유로(4)의 배출유로(7)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기는 배출유로(7)를 통해 배출된다. 즉, 상기 제1외기유입유로(3)를 통해 유입된 외기만이 가습부(1)와 축열부(20) 및 전열교환기(2)를 차례로 통과한다. 이때, 가습부(1)에는 수분이 함유된 상태로 외기가 통과할 경우 통과공기는 습윤공기이다. 습윤공기는 축열부(20)를 통과하면서 축열재(200)에 의해 수분이 제거되어 고온 건조한 공기가 된다. 이때, 상기 축열부(20)의 축열재는 외기의 수분을 흡수하여 발열 운전을 수행함으로써, 축열 과정을 진행하게 된다.
고온 건조한 외기는 리턴공기와 열교환없이 전열교환기(2)를 통과하므로 공기의 상태 변환없이 그대로 실내로 유입된다. 이렇게 실내로 도입되는 고온 건조한 외기는 실내 제습용 및 환기용 공기로 사용된다.
[겨울 밤 운전]
여름철 밤 동안에는 방열이 진행되는 동안, 제습환기장치(300)의 가동시, 제어수단의 제어신호에 의해 제3댐퍼(DM3)가 제1외기유입유로(3)측을 개방하도록 조절하게 되면, 제1외기유입유로(3)를 통해 유입된 외기가 가습부(1)와 축열부(20) 및 전열교환기(2)를 차례로 통과하는 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제4댐퍼(DM4)가 순환유로(4)의 배출유로(7)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기는 배출유로(7)를 통해 배출된다. 즉, 상기 제1외기유입유로(3)를 통해 유입된 외기만이 가습부(1)와 축열부(20) 및 전열교환기(2)를 차례로 통과한다. 이때, 가습부(1)에는 수분이 함유된 상태로 외기가 통과할 경우 통과공기는 습윤공기이다. 습윤공기는 축열부(20)를 통과하면서 축열재(200)에 의해 수분이 제거되어 고온 건조한 공기가 된다. 이때, 상기 축열부(20)의 축열재는 외기의 수분을 흡수하여 발열 운전을 수행함으로써, 축열 과정을 진행하게 된다.
고온 건조한 외기는 리턴공기와 열교환없이 전열교환기(2)를 통과하므로 공기의 상태 변환없이 그대로 실내로 유입된다. 이렇게 실내로 도입되는 고온 건조한 외기는 실내 제습용 및 환기용 공기로 사용된다.
본 발명의 설명 중, 댐퍼부의 동작은 개방동작만 설명했을 뿐, 개방동작 이외의 동작은 차단동작임이 당연하다.
이와 같이 본 발명은 태양열 집열기의 축열부(20)와 연계되어 외부로부터 유입되는 외기와 실내를 순환하는 리턴공기에 의해 실내의 제습 및 환기 동작을 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 집열부 20 : 축열부
30 : 축열탱크 100 : 집열판
110 : 상판 120 : 하판
200 : 축열재 300 : 제습환기장치

Claims (15)

  1. 서로 마주보며 대응되는 면에 직선면과 굴곡면을 가진 복수의 홈패턴이 형성된 상판 및 하판을 접합하여 상기 홈패턴이 하나의 유로로 형성된 집열판을 포함하는 집열부; 및,
    상기 집열부의 하측에 형성되며 외부에서 유입된 습윤공기에 의해 발열 가능하되, 상기 집열판의 일측 유입부 및 타측 유출부 사이에서 통공을 구비한 격자형으로 이루어진 입체구조물 형태로 형성되고, 내부에 별도의 유로를 형성함이 없이 상기 입체구조물 형태의 상기 통공만으로 통기성 유로가 형성된 축열재가 충진되는 축열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상판 및 상기 하판은 이종 접합 공정에 의해 밀착되어 결합하되,
    상기 상판은 구리소재이고, 상기 하판은 스테인리스 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홈패턴은 포토 에칭 공정을 통해 형성된 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이종 접합 공정은,
    브레이징 용접, 솔더링, 천이액상 접합(Transient Liquid Phase bonding), 확산 접합(Diffusion bonding) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 집열기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 태양열을 집열하여 고온의 열매체를 생산하는 집열부 및 상기 집열부의 하측에 형성되며 외부에서 유입된 습윤공기에 의해 발열 가능하되, 상기 집열부의 일측 유입부 및 타측 유출부 사이에서 통공을 구비한 격자형으로 이루어진 입체구조물 형태로 형성되고, 내부에 별도의 유로를 형성함이 없이 상기 입체구조물 형태의 상기 통공만으로 통기성 유로가 형성된 축열재가 충진되는 축열부를 포함하는 태양열 집열기;
    상기 축열부에 습윤공기를 공급가능한 가습부;
    외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 별도의 경로를 가진 제1 및 제2외기유입유로;
    리턴공기를 순환시키기 위한 순환유로;
    상기 순환유로에 설치되며, 상기 외기와 상기 리턴공기의 열교환을 통해 상기 제1 및 제2외기유입유로를 통과하는 외기를 실내 제습 및 환기용 공기로 변환시키는 전열교환기; 및
    상기 제1 및 제2외기유입유로와 상기 순환유로에 설치되며, 유로를 개폐하여 외기 및 리턴공기의 인입량을 조절하는 댐퍼부;를 포함하되,
    상기 축열부와 연계되어 외부로부터 유입되는 외기 및 실내를 순환하는 리턴공기에 의해 실내의 제습 및 환기 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 제습환기장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 댐퍼부는, 제1외기유입유로로부터 분기되는 배출유로 상에 형성된 제1댐퍼와, 상기 축열부 후방의 제2외기유입유로 상에 형성된 제2댐퍼와, 제1외기유입유로의 단부에 형성된 제3댐퍼와, 상기 순환유로로부터 분기되는 배출유로 상에 형성된 제4댐퍼와, 상기 리턴공기의 전열교환기로 유입되는 순환유로 상에 형성된 제5댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습환기장치.
  11. 집열부와 함께, 습윤공기에 의한 발열 특성을 가진 축열부를 일체로 형성하고, 상기 축열부와 연계되어 외부로부터 유입되는 공기에 의해 실내의 제습 및 환기 동작을 수행하되, 외부에서 유입되어 축열부를 통과하는 외기에 수분을 선택적으로 공급하기 위한 가습부; 외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 별도의 경로를 가진 제1 및 제2외기유입유로; 리턴공기를 순환시키기 위한 순환유로; 및, 상기 순환유로에 설치되며, 상기 외기와 상기 리턴공기의 열교환을 통해 상기 제1 및 제2외기유입유로를 통과하는 외기를 실내 제습 및 환기용 공기로 변환시키는 전열교환기를 구비하여 태양열 집열기를 이용한 제습환기방법으로서,
    축열이 진행되는 동안, 제습환기장치의 가동시, 상기 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 축열부에 유입되면서 축열재를 건조시켜 재생하고 외부로 배출되는 단계; 및,
    상기 제2외기유입유로를 통해 유입된 외기가 전열교환기를 통과하는 동시에, 리턴공기가 전열교환기를 통과하여 열교환하면서 실내 환기용 공기로 변환하는 단계;를 포함하며,
    여름철 상기 축열재의 재생이 완료된 경우, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 전열교환기를 통과하여 서로 열교환하면서 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 제습환기방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    겨울철 상기 축열재의 재생이 완료된 경우, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 배출유로를 통해 배출되는 단계; 및,
    외기만이 전열교환기를 통과하여 실내로 유입되어 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 제습환기방법.
  14. 제11항에 있어서,
    여름철 상기 축열이 완료된 후 방열이 진행되는 동안, 제습환기장치의 가동시, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 전열교환기를 통과하여 서로 열교환하면서 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 제습환기방법.
  15. 제11항에 있어서,
    겨울철 상기 축열이 완료된 후 방열이 진행되는 동안, 제습환기장치의 가동시, 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기가 가습부와 축열부 및 전열교환기를 차례로 통과하는 동시에, 리턴공기가 배출유로를 통해 배출되는 단계; 및,
    상기 제1외기유입유로를 통해 유입된 외기만이 전열교환기를 통과하고 실내로 유입되어 실내 제습용 및 환기용 공기로 변환되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기를 이용한 제습환기방법.
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