KR19990024575A

KR19990024575A - 축열식 온풍기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR19990024575A
Application number: KR1019970045760A
Authority: KR
Inventors: 정창진
Original assignee: 이하림; 주식회사 성광엔지니어링
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 1999-04-06

Abstract

본 발명은 난방효율을 향상시키고, 축열구조를 간단화하여 제작을 용이케함과 동시에 제품의 원가를 대폭 절감하는, 축열식 온퐁기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 축열조(201)에 축열관(202) 및 축열재(203)를 내장하고, 축열관(202)의 입, 출구에 히터(303)를 포함하는 가열탱크(301) 및 펌프(302)를 각기 연결하며, 펌프(302)에 3방향 밸브(304)를 연결하면서 그 밸브를 가열탱크(301)와, 팬 모터(309)에 의해 온풍을 배출하는 라디에이터(307)에 연결하여, 3방향 밸브(304)를 축열기능으로 작동시킨 상태에서 축열관(202)을 순환하는 열매체유에 의해 축열재(203)에 축열을 행하고, 난방시는 3방향 밸브(304)를 역구동시켜 라디에이터(307)에 고온의 열매체유를 공급함과 동시에 팬 모터(309)에 의해 실내에 온풍을 공급, 난방이 이루어지도록 한 것이다.

Description

축열식 온퐁기 및 그 제어방법

본 발명은 축열식 온풍기(a regenerative hot air radiator) 및 그 제어방법(control process)에 관한 것으로, 특히 난방을 신속히 행함과 동시에 난방효율을 향상시키고, 축열구조를 간단화하여 제작을 용이케 함과 동시에 제품의 원가를 대폭 절감하며, 아울러 외기의 흡입저항을 극소화하여 가동시 소음발생을 최소화할 수 있게 된, 축열식 온풍기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 축열식 온풍기는 열을 저장(축열)할 수 있는 축열재를 사용하는 것으로 야간의 일정한 시간대에 전력비를 절감할 수 있는 심야전력을 이용하여 축열을 행하고, 저장된 열을 주간에 방열시켜 난방을 행한다.

축열식 온풍기의 기능 및 성능은 축열재의 선택과 축열구조 또는 방열구조에 따라 크게 좌우되며, 축열재는 현열을 이용하거나 잠열을 이용하는 것으로 구분되는데, 통상 열에너지를 저장함에 있어서는 현열(sensible heat), 잠열(latent heat)또는 화학적 반응열에 이용하여 축열을 행할 수 있으며, 이중에서 일정온도의 열을 고밀도로 저장, 이용할 수 있는 상변화물질을 이용한 잠열축열법이 가장 경제적이고 효율적인 것으로 알려져 있다.

현열축열재로는 원시적인 온돌로부터 세라믹 벽돌을 사용하는 것이 대부분이나, 이들은 단위체적당 축열용량이 매우 적을 뿐만 아니라 방열시간이 짧아 장시간의 난방에 부적합하며, 또 현열재의 비열을 이용하여 열을 축적하므로 방열시에 일정한 온도로 열공급을 지속적으로 행할 수 없는 단점이 있다.

또한 현열축열재를 소정의 난방목적에 이용하기 위해서는 용량 및 부피가 증가되며 이로 인하여 제품의 원가가 상승하게 된다.

잠열축열재는 물질의 상이 변화하는 동안 흡수하거나 방출하는 잠열을 이용하므로 일정한 온도의 열공급이 가능하며, 축열용량 또한 크기 때문에 축열 시스템의 용적을 대폭 축소할 수 있다.

즉, 잠열축열법이란 축열매체의 상변화(고상↔액상)시 일어나는 잠열현상을 이용하여 열을 저장할 수 있는 방법으로서, 현열축열에 비하여 단위중량당 또는 단위부피당의 축열용량이 크기 때문에 적은 질량체에 상대적으로 많은 양의 열을 저장할 수 있고, 일정한 온도에서 축열 및 방열이 이루어지므로 축열과정에서의 효율이 증대되는 것은 물론, 방열과정시 열손실을 크게 줄일 수 있어 경제적이다.

상변화물질(Phase Change Material ; PCM)을 이용한 전기 난방기(축열식 온풍기)로서 한국 공개실용신안공보 1996-2526호는, 가열통의 내부 일측에 다수의 밀폐된 PCM들과 열매체유가 내장되고, 가열통의 상부에 순환관이 연결되면서 순환관의 상부에 배출구와 일체로 된 팽창탱크가 연결되며, 팽창탱크의 중간부에 흡입식송풍기가 연통되고, 가열통의 일측에 히터가 설치되어, 그 히터의 가열에 의해 열매체유를 팽창시켜 가열통 및 순환관을 토애 팽창탱크로 자연흐름이 이루어지도록 하면서 팽창탱크의 열매체유를 흡입식송풍기에 의해 온풍기배출구를 통해 외부로 증발시켜 난방을 꾀하고 있다.

또한 순환관은 순환통에 연결되고, 순환통 및 가열통 사이에는 방열관, 방열관의 외부에 형성된 방열핀을 갖는 방열기가 설치되며, 방열기는 흡입식송풍기에 연통되어 외기를 흡입하도록 하여, 증발을 마친 순환통의 열매체유를 가열통으로 회수, 순환되도록 함과 동시에 흡입공기를 온풍기배출구로 유도되도록 하고 있다.

그러나 이러한 전기 난방기는, 열매체유의 순환을 자연흐름에 의존하므로 그 순환이 원활하지 못하고 순환속도가 지연되어, 이 때문에 팽창탱크에 유입되는 가열된 열매체유의 양과 열량이 크게 감소됨으로써 난방효율이 대폭 저하되며, 또한 요구하는 난방온도에 이르기까지 상당한 시간이 소요되어 비경제적인 단점이 있다.

뿐만 아니라 방열기가 외기의 흡입구에 위치하고 있어 흡입식송풍기의 가동시 난방을 마치고 순환통과 방열기를 통해 회수되는 열매체유를 급격히 냉각시키는 결과를 초래하므로 난방사이클이 매우 모순된 문제점이 있다.

또한 축열매체인 PCM은 셀(shell)의 형태로 밀폐되어야 하고 가열통내에 다량의 PCM들을 내장해야 하므로 제작이 용이하지 못하고 제품의 원가를 상승시키는 단점이 있으며, 이러한 PCM 셀의 축적방식은 열량과 열효율면에 있어서 상당히 뒤떨어지는 방식으로 난방용으로는 부적합한 점이 있다.

한편 흡입식송풍기를 사용함에 따라 또한 흡입공기가 흡입구의 방열관과 냉각핀에 부딪혀 유입되므로 소음이 커지는 단점을 아울러 갖고 있다.

본 발명의 제1목적은, 열량증가와 함께 난방효율을 대폭 향상시키며, 요구하는 적정상태의 난방의 신속히 행함과 동시에 매우 경제적인 축열식 온풍기 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제2목적은, 최적의 난방사이클을 구축함과 동시에 제작이 용이하며 제품의 원가를 절감할 수 있는 축열식 온풍기 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제3목적은, 가동에 따른 소음발생을 최소화할 수 있는 축열식 온풍기 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 축열조에 축열재를 충진하면서 수회 절곡된 축열관을 내장하여 몰입되도록 하고, 축열관의 입, 출구에 히터를 갖는 가열탱크와 펌프를 연결하며, 또한 펌프에 3방향 밸브를 연결하면서 그 밸브를 가열탱크에 연결하여 축열조의 축열을 행하도록 하고, 3방향 밸브의 다른 출구에는 팬 모터에 의해 온풍을 발생시키는 라디에이터를 연결하여 3방향 밸브의 작동에 의해 축열 사이클 또는 난방 사이클을 형성하도록 한 것이다.

도 1은 본 발명 축열식 온풍기의 구성회로도

도 2는 본 발명 온풍기의 제어를 위한 플로우 챠트

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 캐비닛100a: 배출구

100b: 흡입구101: 필터

200: 축열수단201: 축열조

201a, 204a: 걸림후크202: 축열관

202a: 입구202b: 출구

203: 축열재204: 커버

300: 온풍발생/제어수단301: 가열탱크

302: 펌프303: 히터

301a, 301b: 배플 플레이트304: 3방향 밸브

305: 열매체유 공급관306: 난방공급관

307: 라디에이터308: 난방배출관

309: 팬 모터310: 오버플로 파이프

311: 회수 파이프312: 보충탱크

313: 압력계CV: 첵 밸브

S₁, S₂, S₃: 온도감지센서

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1은 본 발명 축열식 온풍기의 구성회로도로서, 캐비닛(100)의 상, 하부에 온풍발생/제어수단(300)과 축열수단(2000을 각각 구비하여 축열수단(200)으로부터 축열된 열매체유를 온풍발생/제어수단(300)을 통해 압송하여 난방을 행하도록 구성하되, 상기 축열수단(200)은 축열조(201)의 내부에 입방체의 형태를 갖도록 수회 U자형으로 절곡, 내장된 축열관(202)과, 축열조(201)의 내부에 충진된 순수한 축열재(203)와, 축열관(202) 및 축열재(203)를 밀폐시키도록 축열조(201)의 상부에 설치된 커버(204)로 구성한다.

또 축열관(202)을 지지하기 위하여 축열조(201)와 커버(204)에 각기 다수의 걸림후크(201a, 204a)를 형성하여 축열관(202)에 탄력적으로 결합되도록 하고, 축열관(202)의 입/출구(202a, 202b)에 열매체유 가열탱크(301) 및 펌프(302)를 연결하여 일정온도로 가열된 열매체유를 축열조(201)에 공급하여 축열을 행하고 축열된 열에 의해 열매체유를 가열하여 온풍발생/제어수단(300)에 공급할 수 있도록 구성한다.

상기 열매체유 가열탱크(301)는, 그 중간에 설치된 히터(303)와, 히터(303)의 양측에 위치된 배플 플레이트(301a, 301b)로 하되, 배플 플레이트(301a)는 그 상측에 통로를 형성하고 배플 플레이트(301b)는 하측에 통로를 형성하여 유량을 조정하도록 구성한다.

펌프(302)의 출구에 3방향 밸브(304)를 연결하고, 그 출구 일측과 열매체유 가열탱크(301)를 열매체유 공급관(305)으로 연결하며, 3방향 밸브(304)의 출구타측에는 난방공급관(306)을 연결하되, 그 상방에 라디에이터(307)를 설치하여 난방공급관(306)과 연결되도록 하고, 라디에이터(307)의 출구측과 열매체유 가열탱크(301)의 입구측을 난방배출관(308)으로 연결한다.

또 라디에이터(307)의 후방에 팬 모터(309)를 설치하고, 라디에이터(307)의 전, 후방에 위치하도록 캐비닛(100)의 전, 후방측에 배출구(100a) 및 흡입구(100b)를 형성하며, 흡입구(100b)측에는 필터(101)를 설치한다.

아울러 열매체유 가열탱크(301)의 일측 상부에 오버플로 파이프(310)와 회수 파이프(311)를 연결하고, 이들 파이프에 열매체유 보충탱크(312)를 연결하며, 상기 열매체유 공급관(305), 난방공급관(306), 난방배출관(308), 회수 파이프(311)에는 각기 첵 밸브(CV)를 설치한다.

한편 상기 흡입구(100b), 열매체유 가열탱크(301) 및 축열관(202)의 출구(202b)에는 온도감지센서(S₁)( S₂)( S₃)를 각각 설치하고, 펌ㅍ (302)의 출구측에는 압력계(313)를 설치하며, 상기 펌프(302), 3방향 밸브(304), 첵 밸브(CV), 히터(303), 팬 모터(309)들은 각기 컨트롤러(도시하지 않음)에 의해 제어되도록 구성된 것이다.

따라서 본 발명의 축열식 온풍기는 도 1, 2와 같이, 축열시는 팬 모터(309)가 비구동상태로 유지되고, 3방향 밸브(304)가 열매체유 공급관(305)으로의 유로를 개방한 상태에서 펌프(302) 및 히터(303)가 동작하여 열매체유 공급관(305)-열매체유 가열탱크(301)-축열관(202)을 통해 열매체유를 연속 순환시키면서 축열조(201)에 열을 축적하게 된다.

즉, 열매체유 공급관(305)을 통해 가열탱크(301)에 유입되는 열매체유는 히터(303)에 의해 가열되면서 입구(202a)를 통해 그 축열관(202)에 공급되고, 축열관(202)을 흐르는 열매체유는 곧 축열조(201)내에 충진된 축열재(203)에 열을 공급하여 축열을 행하며, 축열을 마친 열매체유는 다시 출구(202b)를 통해 펌프(302)에 의해 연속적으로 가열, 순환된다.

이처럼 열매체유가 연속적으로 가열됨과 동시에 순환되므로 축열조(201)에는 요구하는 만큼의 열원이 축적되면, 축열이 완료되면 히터(303)와 펌프(302)의 작동이 정지된다.

축열온도는 온도감지센서(S₃)로부터 검출된 측정값이 설정값 이상이 될 경우 히터(303)와 펌프(302)의 구동을 정지시킴으로써 제어할 수 있으며, 온풍기의 축열 또는 방열은 통상적인 방법과 마찬가지로 스위치의 조작으로 행할 수 있다.

반대로 축열된 온풍기의 사용시는 3방향 밸브(304)를 난방측을 개방하고 축열측을 폐쇄시킨 상태에서 펌프(302)가 작동하여 열매체유가 축열조(201)의 축열관(202)-난방공급관(306)-라디에이터(307)-난방배출관(308)-가열탱크(301)-축열관(202)을 통해 순환되면서 난방을 행하게 된다.

즉, 난방시는 고온의 열매체유가 라디에이터(307)에 공급되면서 이와 동시에 작동하는 팬 모터(309)에 의해 라디에이터(307)가 방열되면서 실내에 온풍을 배출시킴으로써 난방이 이루어지도록 하며, 방열된 열매체유는 다시 난방배출관(308)-가열탱크(301)-축열관(202)을 통해 순환되면서 열을 얻어 난방을 지속적인 난방을 행하게 된다.

온도감지센서(S₁)는 실내 온도를 감지하며, 이때 팬 모터(309)는 실내의 난방온도가 요구온도로 되거나 또는 설정값 보다 떨어짐에 따라 정지 또는 작동상태로 자동 전환된다.

한편 본 발명의 축열식 온풍기는 축열수단(200) 및 온풍발생/제어수단(300)을 완전히 분리하고, 난방면적에 따라 필요한 만큼의 축열수단(200)을 설치하여 이들 축열수단을 하나의 온풍발생/제어수단(300)에 연결하여 사용할 경우 온풍기를 여러대 설치하지 않고도 최소의 비용으로 최대의 난방효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명 축열식 온풍기는, 축열재가 충진된 축열조내에 축열관을 몰입하여 히터에 의해 가열된 열매체유를 축열관을 통해 순환시켜 축열조의 축열을 행하고, 온풍기의 사용시는 축열조로부터 얻은 고온의 열원을 축열관을 통해 라디에이터로 압송하여 난방을 실시함으로써, 난방을 신속히 행함과 동시에 난방효율을 향상시킬 수 있으며, 효율적인 난방사이클을 형성하면서 축열구조의 간단화로 제작이 용이한 것은 물론, 제품의 원가를 대폭 절감할 수 있고, 아울러 외기의 흡입저항 등을 극소화함에 따라 온풍기의 가동시 소음발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

축열재가 내장된 축열조를 히터로 가열하여 축열하고, 축열된 열원을 얻은 열매체유를 순환시키면서 이를 송풍하여 난방을 행하는 온풍기에 있어서, 상기 축열재를 통해 수회 절곡되어 열매체유를 순환시키는 축열관이 몰입되고, 축열관의 입/출구에 히터를 포함하는 가열탱크 및 펌프가 각기 연결되며, 펌프에 축열 또는 난방모드를 선택하는 3방향 밸브가 연결되면서 이 밸브에 상기 가열탱크 및 팬 모터에 의해 송풍되는 라디에이터가 연결되고, 라디에이터의 출구측이 가열탱크에 연결된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
제1항에 있어서, 상기 축열관은 입방체로 절곡된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
제1항에 있어서, 상기 히터의 양측에 위치하여 열매체유의 유동을 제어하도록 가열탱크에 위상이 다른 배플 플레이트가 형성된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
제1항에 있어서, 상기 가열탱크에 열매체유의 이탈, 회수를 행하는 보충탱크가 연결된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
제1항에 있어서, 상기 각 관로에 첵 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
제1항에 있어서, 상기 라디에이터 및 송풍구는 동위상인 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축열관을 지지하도록 축열조에 걸림후크가 형성된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
축열재가 내장된 축열조를 히터로 가열하여 축열하고, 축열된 열원을 얻은 열매체유를 순환시키면서 이를 송풍하여 난방을 행하는 온풍기에 있어서, 3방향 밸브의 작동으로 축열측 관로를 개방하는 단계와, 히터 및 펌프를 작동시켜 열매체유를 가열, 순환시킴과 동시에 축열을 행하는 단계와, 축열온도가 설정값보다 클 경우 히터, 펌프의 작동을 정지시켜 축열을 완료시키는 단계가 구비된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.
제8항에 있어서, 상기 축열완료후 3방향 밸브의 작동으로 난방측 관로를 개방하는 단계와, 펌프 팬 모터의 작동으로 열매체유의 순환 및 난방을 행하는 단계와, 난방온도가 설정값보다 클 경우 펌프 및 팬 모터를 정지시키는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 축열식 온풍기.