KR200260545Y1 - 폐열회수기능을 갖는 냉,난방 겸용 공조기기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉,난방 겸용 공조기기에 관한 것으로, 외부로 버려지는 폐열을 적극 회수할 수 있는 폐열회수시스템을 제공함으로서 열손실을 최소화하여 냉,난방 운용으로 인한 에너지를 크게 절감할 수 있는 폐열회수기능을 갖는 냉,난방 겸용 공조기기에 관한 것이다.

본 고안은 댐퍼에 의해 급,배기량의 조절이 가능하도록 구성된 배기부 및 급기부가 상,하 격실되게 구성되며 전,후 배기구와 급기구에 각각 모터로 구동되는 배기팬과 급기팬이 설치되고 급기구 내측에 냉,난방코일과 가습장치부로 구성된 통상의 냉,난방 겸용 공조기기에 있어서, 기기의 중앙부위에 구성된 바이패스 댐퍼의 개폐조절에 의해 배기부로 흡입된 실내공기가 급기부로 회수되어 순환되도록 폐열회수부를 구성하는 한편, 이 폐열회수부의 일측면에는 급,배기부의 양구간에 걸쳐지도록 댐퍼사이의 중앙에 회전형 열교환기가 구성됨을 특징으로 한다. 따라서 실내에서 버려지는 폐열을 폐열회수부에 의해서 급기부측으로 회수하는 한편, 열효율성이 우수한 회전형 열교환기(20)를 통해 외부로 버려지는 나머지 폐열을 외부에서 유입되는 외부공기에 효과적으로 전달시킴으로서 열손실을 최소화할 수 있게 된다.

Description

폐열회수기능을 갖는 냉,난방 겸용 공조기기{Ventilator with heat exchanging function}

본 고안은 냉,난방 겸용 공조기기에 관한 것으로, 더 상세하게는 외부로 버려지는 폐열을 회수하고 나머지 폐열은 회전형 열교환기의 열교환작용에 의해 외부에서 유입된 외기에 일정온도로 보상하여 실내로 재공급되도록 하는 폐열회수시스템을 제공함으로서 열손실을 최소화하여 냉,난방 운용으로 인한 에너지절감 및 경제적인 이익을 극대화할 수 있도록 한 폐열회수기능을 갖는 냉,난방 겸용 공조기기에 관한 것이다.

현재 관리대상 다수인이용시설을 현행 지하역사 및 2,000㎡ 이상의 지하상가에서 일정면적 및 규모 이상의 여객터미널(자동차,항만,공항), 도서관, 미술관, 박물관, 종합병원, 복지시설(아동,노인),실내주차장 등까지 확대해서 유해물질(석면, VOCs 등)을 방출하는 건축자재의 사용제한 및 입주전에 유해물질의 오염도를 측정,공고하도록 의무화한다는 '실내공기질관리법' 개정법률안 입법예고가 환경부 공고 제2001-83호에 고시되어 있으며, 이 입법안이 시행될 경우 확대된 모든 시설물에 대하여는 의무적으로 공기정화설비 및 환기설비를 마련해야 함에 따라 일반 시설물에 공기정화기 및 환기장치의 보급율이 크게 증가될 것이고 또한, 에너지 소비율도 크게 상승될 전망이다.

그리고 최근 주거공간 및 산업현장에서 사용하는 에너지 소비량이 급격이 증가하는 추세이며, 석유 및 에너지자원을 해외에 의존하는 에너지 소비국가인 우리나라의 경우에는 에너지절약에 대한 인식이 급속도로 확산되고 있는 시점에도 불구하고 현재 기존의 판형 열교환기 효율이 40-50%에 그치는 정도로서 보다 높은 열효율을 발휘할 수 있는 공기정화설비 및 환기설비에 대한 기술적인 보완이 해결과제로 대두되어야 할 것이다.

종래에 공기조화 및 냉,난방 겸용 공조기기(공조기)는 크게 댐퍼에 의해 각각 풍량조절이 가능한 배기부 및 급기부가 상,하 격실되게 구성되며 전,후 배기구와 급기구에 각각 모터로 구동되는 배기팬과 급기팬이 설치되고 그리고 급기부측에 구성되어 유입된 외기를 일정온도로 상승시키기 위한 냉,난방코일과 가습장치부로 크게 구성되어 있다. 그리고 외기 유입구에는 각각 전처리 필터가 각각 구성되어 외부공기에 함유된 이물질을 걸려주도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 냉,난방 겸용 공조기기는 하절기나 동절기에 냉,난방으로 가동중인 실내를 환기를 시킬 경우 실내온도와 외부온도에서 많은 온도차가 발생함에 따라 그 온도차 만큼 냉,난방코일을 운용시켜 유입된 외기를 실내기준의 설정온도에 도달하도록 난방 및 냉방을 해야 하기 때문에 운용비용의 상승과 에너지 소비가 증가하므로 경제적이지 못한 문제점이 있다. 이와 같이, 종래 공조기기는 실내공기와 외부공기를 단순히 환기시키는 비효율적인 구조로 이루어져 있어 외부로 버려지는 폐열을 회수할 수 없으므로 별도로 마련된 설치공간에 회수장치를 설치하거나 그대로 배출하고 있다.

본 출원인은 이와 같이 외부로 버려지는 폐열을 적극 회수하여 열손실을 최소화할 수 있도록 기존의 냉,난방 겸용 공조기기에 회전형 열교환기를 이용하고자한다. 이 회전형 열교환기는 기존의 국내 판형 열교환기 효율 40-50%에 비해 열효율성이 우수한 것으로, 미국안전규격(UL)과, CSA(Confederate States of America) 및 미국냉동공조협회(ASHRAE)에서 이미 열효율성을 국제적으로 인증받은 열교환 소재(폴리머필름)로 채택된 제품으로, 기존의 금속소재나 합성섬유에 비하여 열교환 효율이 90-95%이상으로 매우 우수하고 특성상 소재가 가벼워 설치조립이 간편하다는 잇점이 있다.

본 고안은 기존의 냉,난방 겸용 공조기기에 급기부와 배기부를 댐퍼에 의해 개폐조절이 가능한 폐열회수부를 구성하여 배기되는 실내공기의 일부를 제외한 나머지의 폐열을 급기부로 회수하여 재순환되는 일련의 폐열회수시스템을 통해 열손실을 최소화하는 한편, 이 폐열회수부의 일측면에는 열회수율이 우수한 회전형 열교환기를 구성하여 회수된 실내공기의 폐열과 일측 급기구를 통해 유입된 외기가 원활하고 균일한 열교환작용을 일으켜 폐열온도가 외기에 신속하게 전달되는 효율적인 열평형을 이루도록 함으로서 외부공기가 어느 정도 상승된 온도로 보상되도록 하고 더욱이 온도를 전달받은 외부공기가 급기부측으로 회수된 실내공기와 혼합하여 재차 온도가 보상되도록 하여 냉,난방 운용으로 인한 에너지절감 및 경제적인 이익을 극대화할 수 있도록 한다.

도 1 은 본 고안에 따른 공조기기의 내부구성 및 구조를 보인 정단면도

도 2 는 본 고안에 따른 공조기기의 측단면도

도 3 은 본 고안에 따른 회전형 열교환기의 정면구성도

도 4 는 본 고안에 따른 회전형 열교환기의 측면구성도

도 5 는 본 고안에 따른 공조기기의 전체 흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 폐열회수부 12 : 바이패스 댐퍼

20 : 회전형 열교환기 22 : 회전형 원판휠

23 : 축지지대 24 : 지지프레임

26 : 구동벨트 M : 모터

100 : 냉,난방 겸용 공조기기

본 고안은 댐퍼(130)(140)에 의해 급,배기량의 조절이 가능하도록 구성된 배기부(110) 및 급기부(120)가 상,하 격실되게 구성되며 전,후 배기구(170)와 급기구(180)에 각각 모터(M)로 구동되는 배기팬(150)과 급기팬(160)이 설치되고 급기구 내측에 냉,난방코일(200)(210)과 가습장치부(220)로 구성된 통상의 냉,난방 겸용 공조기기(100)에 있어서, 기기의 내측 중앙부위에 바이패스 댐퍼(12)가 구성된 폐열회수부(10)를 구성하여 바이패스 댐퍼의 개폐조절에 따라 배기부측의 실내공기가 급기부측으로 회수되어 순환되도록 구성하는 한편, 폐열회수부(10)의 일측면에는 급,배기부의 양구간에 걸쳐지도록 댐퍼(130)(140) 사이의 중앙에 회전형 열교환기(20)가 구성됨을 특징으로 한다.

폴리머필름을 소재로 한 이 회전형 열교환기(20) 제품은 현재 제작사인 미국 AIRXCHANGE 회사와 본 출원인의 소속사인 (주)유니온-텍에서 수의계약을 맺어 수입,사용하고 있으며 규격별로 다양한 크기의 제품이 있다. 회전형 열교환기(20)의 구조는 도 3에서 도시한 바와 같이, 일정폭으로 구성된 폴리머필름을 롤형태로 수회정도로 감아 원형상으로 일정크기를 갖도록 한 다음, 방사상으로 여러 등분하여 이 크기에 상응하는 고정틀에 각각 수납된 원호형상의 형태로 단위체의 매트릭스체를 다수로 구성하고, 방사상으로 다수로 등분되며 중앙에 회전축구멍을 갖는 베어링하우징이 구성된 회전형 원판휠(22)에 이 매트릭스체를 등분된 공간에 일치되게 각각 게재시켜 착탈자재하도록 구성되는 한편, 이 회전형 원판휠(22)을 사각판체 형상의 지지프레임(24)의 전,후에 구성된 축지지대(23)(23')의 중앙 회전축에 축설,지지되어 회전가능하게 구성되고, 이 지지프레임의 일측에 장착된 모터(M)에 구동벨트(26)에 의해 회전형 원판휠(22)의 외면과 연결시켜 회전되는 구조로 이루어지며 이를 크기별로 다양하게 규격화하여 제품화하고 있다.

이와 같이 외관이 지지프레임에 의해 지지된 회전형 열교환기(20)를 냉,난방 겸용 공조기기(100)의 내측에 조립할 경우에는 폐열회수부의 일측 내벽면에 배기부(110)와 급기부(120)의 양구간에 걸쳐지도록 관통된 공간을 마련하여 이 공간에 지지프레임(24)을 세로방향으로 긴밀이 끼워 내설한 다음, 그 외관의 접촉부위를 따라 몰딩에 의해 간단히 취부,고정시킨다.

냉,난방 겸용 공조기기의 급기구(180) 및 배기구(170)는 공기가 누기되지 않도록 각각 에어타이트 댐퍼를 사용하여 기밀을 유지할 수 있도록 하였고, 또 외부 콘트롤박스의 제어에 의해 댐퍼의 개폐를 조절하여 급,배기량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

그리고 급기부 내부에는 아티론 재질을 사용하여 단열을 극대화하였으며, 급기부에 구성된 전처리 필터(230)는 입자가 굵은 먼지를 1차적으로 정화하게 되며, 후처리 필터는 더 미세한 입자의 먼지를 걸러주게 된다. 또한 동절기의 외부 및 실내의 습도가 낮은 상태이므로 일정습도를 유지할 수 있도록 냉,난방 코일(200)(210)의 후면부에 가습장치부(220)를 설치,구성하고 외부 용수공급원과 파이프로 연결하여 가습용수를 지속적으로 공급할 수 있도록 이루어지며, 냉,난방 코일을 통과한 공기는 실내온도기준에 적합한 습도로 유지되어 급기팬(160)에 의해 실내로 공급된다.

상기 전,후에 각각 구성된 급기구(180)와 배기구(170)에는 도면에서는 도시하지 않았으나 실내,외부로 연결된 닥트가 각각 설치,고정된다.

이하 본 고안에 따른 냉,난방 겸용 공조기기의 작용 및 그에 따른 효과를 도 1내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

본 고안은 냉,난방이 필요없는 간절기(봄, 가을)에는 폐열회수부(10)의 바이패스 댐퍼(12)를 완전히 닫힌 상태를 이루게 하고, 배기부(110) 및 급기부(120)측에 각각 구성된 댐퍼(130)(140)를 모두 완전히 개방시켜 내부공기와 외부공기를 100% 환기시키게 되며, 이때는 냉,난방 코일(200)(210)을 운용할 필요는 없을 것이다.

먼저, 도 3은 본 고안의 냉,난방 겸용 공조기기의 전체 흐름도로써, 실내 설정온도가 +22℃이고, 외부온도가 +2℃일 경우를 예로 들어 나타낸 것으로, 본 고안에서는 이를 실시예로 참조하여 설명하기로 한다.

하절기나 동절기에 냉,난방으로 공조기기를 운용할 경우에는 배기부(110) 및 급기부(120)측에 각각 구성된 댐퍼(130)(140)를 완전히 닫히고 폐열회수부(10)의 중간부위에 구성된 바이패스 댐퍼(12)를 개방시키게 된다. 그리고, 회전형 열교환기(20)의 회전형 원판휠(22)은 그 외면에 감싸지게 연결된 구동벨트(26)에 의해 모터(M)의 구동을 전달받아 일측으로 서서히 회전하여 배기부(110)와 급기부(120)측의 양구간을 왕복하는 순환운행을 이루고 있는 상태다.

전술한 바와 같은 실내,외의 온도조건하에서 배기팬(150) 및 급기팬(160)의 회전력에 의해 실내공기와 외부공기는 배기구(170) 및 급기구(180)를 통해 각각 흡입되어 먼저, 전처리필터(230)에 의해 정화되며, 실내공기의 풍량은 9,600㎥/h 으로 공급되지만 폐열회수부(10)로 유입되면서 회전형 열교환기(20)로 2,400㎥/h의 풍량이 통과하며, 바이패스 댐퍼(12)로는 7,200㎥/h의 풍량이 통과하는 즉, 75%의 실내공기가 바이패스 댐퍼(12)를 통해 급기부(120)로 회수된다. 물론, 나머지 25%는 회전형 열교환기(20)의 폴리머 필름층을 통과하게 된다. 이는 회전형 열교환기로 유입되는 공기량 보다 급기부(120)측으로 회수되는 공기량이 많도록 바이패스 댐퍼(12)의 개방을 크게 조절함으로써 가능하며, 이때의 폐기되는 실내온도는 +22℃를 유지하고 있다.

한편, 실내에서 배기된 공기량 만큼만 외부공기를 흡입하면 되므로 배기팬(150)보다 적은 회전력으로 급기팬(160)이 가동되어 외부공기(+2.0℃)를 2,400㎥/h으로 유입하게 되며, 이 유입된 외부공기는 댐퍼(140)가 닫힌 상태이기 때문에 회전형 열교환기의 폴리머 필름층을 통과하게 되는데, 이때 도 3에서 폴리머필름의 표층구조를 확대 도시한 바와 같이, 특수소재인 폴리머필름이 치밀하고 촘촘하게 적층하는 형태로 짜여진 매트리스체의 협소한 층의 틈새를 통과하면서 층표면에 다수로 천공된 구멍을 통해 균일한 열교환이 이루어지는데, 폴리머 필름의 특성상 실내의 폐기되는 열을 필름표면에 빠르게 축열하였다가 통과하는 외부공기에 전달시키는 열평형이 신속하게 이루어짐은 물론, 회전형 열교환기(20)가 그 외면에 감싸진 구동벨트(26)에 의해서 모터(M)의 구동력을 전달받아 일측으로 회전하여 양구간을 왕복하는 순환운행을 하기 때문에 균일한 열교환작용이 유도된다.

이때, 폐기된 실내공기의 온도를 어느정도 보상받은 외부공기는 +18℃의 온도로 상승되어 회전형 열교환기(20)를 통과하며, 더욱이 폐열회수부의 바이패스 댐퍼(12)를 통해 급기부측으로 70% 정도 유입된 실내공기의 온도 +22℃와 혼합하는 과정에서 재차 온도를 보상받게 되어 +21℃로 상승되어 실내로 9,600㎥/h의 풍량으로 공급되는 연속순환을 이루게 된다. 이때는 실내의 설정온도 +22℃로 외부공기를 공급하기 위해서는 난방코일을 운용시켜 +1℃만 상승시키면 되므로 소비전력이 크게 절감되며, 냉방중일 경우에도 이와 마찬가지일 것이다.

본 고안은 이상에서 설명한 바와 같이, 폐열회수부(10)에 의해서 실내에서 버려지는 폐열의 70%을 바이패스 댐퍼(12)의 개폐조절에 의해 급기부(120)측으로 적극 회수하는 한편, 열효율성이 우수한 회전형 열교환기(20)를 통해 외부로 버려지는 나머지 30%의 폐열과 외부에서 유입되는 외부공기와의 효율적인 열교환을 이루도록 하여 외부공기가 어느정도 온도를 보상받게 됨으로서 온도편차를 줄이게 됨은 물론, 급기부(120)측으로 회수된 폐열과 재혼합하는 과정에서 온도가 재차 상승되는 효율적인 폐열회수시스템을 제공함으로서 열손실을 최소화하여 운용비용에 따른 소비전력이 크게 절감되어 에너지를 절약할 수 있게 된다.

본 고안은 폐열을 회수할 수 있는 별도의 회수장치를 설치할 필요가 없어 설비공간이 축소될 뿐만 아니라 회전형 열교환기의 교환 및 청소가 용이하다. 특히 효율적인 폐열회수시스템에 의해 열손실이 최소화되어 에너지가 절약됨은, 초기의 설비비 및 냉,난방 코일의 운용으로 인한 운전비용을 효과적으로 절감할 수 있게 되어 사용자의 이익을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 댐퍼(130)(140)에 의해 급,배기량의 조절이 가능하도록 구성된 배기부(110) 및 급기부(120)가 상,하 격실되게 구성되며 전,후 배기구(170)와 급기구(180)에 각각 모터(M)로 구동되는 배기팬(150)과 급기팬(160)이 설치되고 급기구 내측에 냉,난방코일(200)(210)과 가습장치부(220)로 구성된 통상의 냉,난방 겸용 공조기기(100)에 있어서, 기기의 내측 중앙부위에 바이패스 댐퍼(12)가 구성된 폐열회수부(10)를 구성하여 바이패스 댐퍼의 개폐조절에 따라 배기부측의 실내공기가 급기부측으로 회수되어 순환되도록 구성하는 한편, 폐열회수부(10)의 일측면에는 급,배기부의 양구간이 걸쳐지게 댐퍼(130)(140)사이의 중앙에 회전형 열교환기(20)가 구성됨을 특징으로 하는 폐열회수기능을 갖는 냉,난방 겸용 공조기기.