KR20050086007A - 환기장치용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내공기를 실외로 배출함과 아울러 실외공기를 실내로 흡입하는 환기장치에서 실내공기와 실외공기 사이에 열교환 작용이 이루어지도록 하는 환기장치용 열교환기에 관한 것으로서, 특히 유로구조를 개선하여 배기되는 실내공기와 급기되는 실외공기 사이에 열교환 작용이 가장 활발하게 이루어지는 영역이 커지도록 구성하여 정해진 열교환기 크기에서 열교환 효율을 극대화시킬 뿐 아니라 정해진 열교환 효율에서 열교환기의 크기를 최소화시킬 수 있는 환기장치용 열교환기에 관한 것이다.

Description

환기장치용 열교환기{HOME EXCHANGER FOR VENTILATOR}

본 발명은 실내공기를 실외로 배출함과 아울러 실외공기를 실내로 흡입하는 환기장치에 내장되어 실내공기와 실외공기 사이에 열교환 작용이 이루어지도록 하는 환기장치용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐된 공간의 공기는 생명체의 호흡에 의해 시간이 지남에 따라 이산화탄소의 함량이 높아져 생명체의 호흡에 지장을 주게 되는데, 특히 사무실이나 차량과 같이 많은 사람이 협소한 공간에 머물게 되는 경우 실내의 오염된 공기를 실외의 신선한 공기로 대체해 주기 위하여 환기장치가 많이 사용되고 있다.

이러한, 환기장치는 실내공기 및 실외공기를 강제 송풍시키는 송풍기가 포함되도록 구성되어 오염된 실내공기를 실외 측으로 배출함과 아울러 신선한 실외공기를 실내 측으로 흡입하는 과정을 반복하게 된다.

그런데, 실내에서 냉방 및 환기작동이 동시에 이루어지는 경우 냉방된 실내공기가 배기됨과 아울러 더운 실외공기가 흡입됨에 따라 실내공기의 온도가 상대적으로 냉방온도보다 상승하여 냉방효율이 떨어지고, 실내에서 난방 및 환기작동이 동시에 이루어지는 경우 난방된 실내공기가 배기됨과 아울러 차가운 실외공기가 흡입됨과 따라 실내공기의 온도가 상대적으로 난방온도보다 하강하여 난방효율이 떨어지게 된다.

따라서, 상기와 같은 환기장치에는 실내공기와 실외공기 사이에 열교환 작용이 일어나도록 하는 열교환기가 별도로 내설된다.

구체적으로, 일반적인 환기장치를 도 1을 참조로 하여 살펴보면, 외관을 형성하는 케이스(2)와, 상지 케이스(2) 내부에 설치되어 실내공기와 실외공기가 별도로 유동되도록 하는 동시에 실내공기와 실외공기 사이에 열교환 작용이 이루어지도록 하는 열교환기(10)와, 상기 케이스(2)의 대향되는 면에 각각 형성되어 실외공기가 흡입되어 배출되는 실외공기 흡입공(4a) 및 실외공기 배출공(4b)과, 상기 실외공기 흡입공(4a) 및 실외공기 배출공(4b) 일측에 각각 형성되어 실내공기가 흡입되어 배출되는 실내공기 흡입공(6a) 및 실내공기 배출공(6b)과, 상기 실외공기 배출공(4b) 내측에 설치되어 실외공기가 실내 측으로 흡입되도록 하는 급기팬(8) 및 상기 실내공기 배출공(6b) 내측에 설치되어 실내공기가 실외 측으로 배출되도록 하는 배기팬(9)과, 상기 실외공기 흡입공(4a) 내측에 설치되어 실외공기에 포함된 먼지 등과 같은 이물질을 걸러주는 프리필터(미도시)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 실외공기 흡입공(4a) 및 실외공기 배출공(4b) 사이에는 상기 실외공기 흡입공(4a)을 통하여 흡입된 실외공기가 상기 열교환기(10)를 통과하여 상기 실외공기 배출공(4b)으로 배출될 수 있도록 실외공기 유로 가이드(5)가 형성되고, 상기 실내공기 흡입공(6a) 및 실내공기 배출공(6b) 사이에는 상기 실내공기 흡입공(6a)을 통하여 흡입된 실내공기가 상기 열교환기(10)를 통과하여 상기 실내공기 배출공(6b)으로 배출될 수 있도록 실내공기 유로 가이드(7)가 형성되며, 상기 실외공기 흡입공(4a) 및 실내공기 배출공(6b)은 실외 측과 연통되는 실외덕트(미도시)와 연결 설치되고, 상기 실외공기 배출공(4b) 및 실내공기 흡입공(6a)은 실내 측과 연통되는 실내덕트(미도시)와 연결 설치된다.

따라서, 상기 급기팬(8)과 배기팬(9)이 작동되면, 실외공기는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 실외공기 흡입공(4a), 열교환기(10), 급기팬(8), 실외공기 배출공(4b)을 통과하여 실내로 유입되고, 실내공기는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 실내공기 흡입공(6a), 열교환기(10), 배기팬(9), 실내공기 배출공(6b)을 통과하여 실외로 토출되며, 상기 열교환기(10)에서 실내공기와 실외공기가 대향되는 방향으로 유동되면서 열교환 작용이 일어나게 된다.

여기서, 상기 열교환기(10)는 실내공기와 실외공기가 별도로 유동되도록 하기 위하여 복수개의 열교환 유닛(20,30)이 적층되도록 구성되어 실내공기와 실외공기가 교차되는 방향으로 유동되도록 안내하는 교차유로(A)를 형성함과 아울러 실내공기와 실외공기가 대향되는 방향으로 유동되도록 안내하는 대향유로(B)를 형성하게 된다.

구체적으로, 상기 열교환 유닛(20,30)은 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 가이드 리브(24,34)가 포함된 프레임(26,36)이 열교환막(22,32) 일면에 부착된 것으로써, 상기 열교환막(22,32)은 육각형상으로 형성되며, 상기 가이드 리브(24,34)는 중앙부(24b,34b)가 상기 열교환막(22,32)의 대향되는 일단에 대해 수평하게 직선형상으로 형성되고, 양단부(24a,24c,34a,34c)가 상기 열교환막(22,32)의 대향되는 다른 일단에 대해 수평하게 직선형상으로 형성되며, 근접한 가이드 리브(24,34)와 일정간격을 두고 평행하게 설치된다.

이때, 상기 복수개의 가이드 리브(24,34)는 육각형상의 열교환막(22,32) 일면에 일단부터 타단까지 가로지르도록 설치되기 때문에 상기 복수개의 가이드 리브(24,34)는 상기 중앙부(24b,34b)의 길이가 일정하게 형성되는 반면, 상기 양단부(24a,24c,34a,34c)의 길이가 점차 증가하거나 감소되도록 형성된다.

여기서, 상기 열교환 유닛(20,30)은 상기 가이드 리브의 양단부(24a,24c,34a,34c) 형상에 따라 제1,2열교환 유닛(20,30) 타입으로 나눠지며, 상기 제1,2열교환 유닛(20,30)을 따라 실외공기와 실내공기가 별도로 유동되는 유로가 형성되도록 상기 제1,2열교환 유닛(20,30)은 입구 및 출구가 겹쳐지지 않도록 적층된다.

이때, 상기 제1,2열교환 유닛(20,30)은 상기 가이드 리브의 중앙부(24b,34b)가 서로 수평하도록 설치되어 상기 대향유로(A)를 형성하고, 상기 가이드 리브의 양단부(24a,24c,34a,34c)가 서로 수직하도록 설치되어 상기 교차유로(B)를 형성한다.

따라서, 실외공기와 실내공기는 각각 상기 제1,2열교환 유닛(20,30) 측으로 유입되어 각각의 가이드 리브(24,34)를 따라 안내되기 때문에 상기 교차유로(B)에서 실내공기와 실외공기가 수직하게 교차되도록 유동되고, 상기 대향유로(A)에서 실내공기와 실외공기가 대향되도록 유동되면서 열교환 작용이 이루어진다.

특히, 상기 대향유로(A)를 통과하는 실내공기와 실외공기 사이에 상대적인 속도 차이가 크기 때문에 상기 대향유로(A)에서 가장 활발하게 열교환 작용이 이루어지게 된다.

이와 관련하여, 일본특허공개공보 평08-75385호(1996.03.19)는 육각형상의 열교환막에 'S' 자 형상의 곡선 리브가 형성되어 대향유로 및 교차유로를 형성하도록 하여 급기류 및 배기류가 상기 대향유로 및 교차유로를 통과하면서 열교환 작용이 이루어지도록 하는 기술을 개시하고, 일본특허공개공보 평05-34089호(1993.2.9)는 종이 재질의 라이너 일면에 양단에 교차유로를 구획함과 아울러 중앙부에 대향유로를 구획하는 다수개의 굴곡 리브군이 고정되도록 형성되어 두 유체가 상기 대향유로 및 교차유로를 통과하면서 열교환 작용이 이루어지도록 하는 기술을 개시한다.

이와 같이, 종래의 환기장치용 열교환기는 대부분의 열교환 작용이 대향유로에서 이루어지기 때문에 이러한 대향유로가 길어지도록 구성함으로 열교환 효율을 높일 수 있게 되는데, 보통 환기장치는 건물의 천정 또는 내벽의 제한된 공간에 설치되어야 함으로 설계시 환기장치의 외관 크기가 제한됨과 아울러 그 내부에 설치되는 열교환기의 크기가 제한되기 때문에 상기 대향유로의 길이를 조절하여 열교환 효율을 향상시키는데 한계가 있다.

본 발명의 특징 및 장점들은 뒤따르는 본 발명의 실시예의 상세한 설명과 함께 다음의 첨부된 도면들을 참고하여 더 잘 이해될 수 있으며, 상기 도면들 중:

도 1은 일반적인 환기장치의 내부가 도시된 사시도,

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도,

도 3은 도 1의 B-B에 따른 단면도,

도 4는 종래의 환기장치용 열교환기에 공기 유동이 도시된 도면,

도 6은 본 발명에 따른 환기장치용 열교환기에 공기 유동이 도시된 도면,

도 5는 본 발명에 따른 환기장치용 열교환기가 도시된 사시도이다

이에 따라 본 발명은 정해진 크기의 열교환기에서 급기류와 배기류 사이에 열교환 효율을 극대화시킬 수 있는 환기장치용 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에서는 열교환막 일면에 복수개의 가이드 리브가 형성되어 급기류와 배기류가 별도로 유동되도록 하는 제1,2열교환 유닛으로 이루어지고, 상기 제1,2열교환 유닛은 양단에 교차유로가 형성됨과 아울러 그 사이에 대향유로가 형성되도록 적층되게 설치되어 급기류와 배기류 사이에 열교환 작용이 이루어지며, 상기 제1,2열교환 유닛은 상기 열교환막의 중앙에서 상기 대향유로가 더 길게 형성된 가이드 리브가 설치된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기를 제공한다.

본 발명에서 상기 열교환막은 육각형상으로 형성되되, 상기 가이드 리브는 상기 대향유로를 형성하는 중앙부가 상기 열교환막의 대향되는 일단에 수평하도록 형성되고, 상기 가이드 리브는 상기 교차유로를 형성하는 양단부가 상기 열교환막의 대향되는 다른 일단에 수평하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1,2열교환 유닛은 상기 열교환막의 중앙으로 갈수록 상기 중앙부가 점차적으로 길어지도록 형성된 가이드 리브가 설치되고, 상기 제1,2열교환 유닛은 상기 중앙부 끝단을 연결한 가상의 곡선이 소정의 곡률 반경을 가지도록 형성된 가이드 리브가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1,2열교환 유닛에는 상기 복수개의 가이드 리브가 소정의 간격을 두고 평행하게 설치되고, 상기 제1,2열교환 유닛은 교대로 적층되게 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1,2열교환 유닛은 상기 교차유로가 서로 수직하게 교차되고, 상기 대향유로가 서로 수평하게 교차되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

본 발명에 따른 환기장치용 열교환기는 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 실외공기의 유동을 안내하는 제1열교환 유닛(50)과, 실내공기의 유동을 안내하는 제2열교환 유닛(60)으로 이루어지되, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)이 교대로 적층되도록 설치되어 실외공기와 실내공기가 별도의 유로를 따라 유동되도록 함과 아울러 실외공기와 실내공기 사이에 열교환 작용이 이루어지도록 한다.

이때, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)은 복수개의 가이드 리브(54,64)가 포함된 프레임(56,66)이 열교환막(52,62) 일면에 부착되도록 형성되되, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)에는 실외공기와 실내공기가 대향되는 방향으로 유동을 안내하는 대향유로(A) 및 실외공기와 실내공기가 교차되는 방향으로 유동을 안내하는 교차유로(B)가 형성된다.

특히, 상기 대향유로(A)에서 실외공기와 실내공기 사이에 상대적인 유동속도가 가장 빠르게 형성됨으로 일정시간 동안 유동되는 실외공기와 실내공기의 유량이 많아지게 되어 열교환 작용이 가장 활발하게 이루어지기 때문에 열교환 효율을 향상시키기 위하여 상기 열교환막(52,62) 중앙에서 상기 대향유로(A)가 더 길게 형성되도록 구성된다.

구체적으로, 상기 열교환막(52,62)은 육각형상으로 형성되고, 상기 가이드 리브(54,64)는 실외공기와 실내공기의 유동되는 유로가 길어지도록 하기 위하여 굴곡지게 형성되되, 상기 대향유로(A)를 형성하는 중간부(54b,64b)가 상기 열교환막(52,62)의 대향되는 일단에 수평하게 형성됨과 아울러 상기 교차유로(B)를 형성하는 양단부(54a,54c,64a,64c)가 상기 열교환막(52,62)의 대향되는 다른 일단에 수평하게 형성되며, 상기 프레임(56,66)은 상기 열교환막(52,62)에서 대향되는 입구(I) 및 출구(O) 측을 제외한 양측 단부에 고정되도록 설치된다.

이때, 상기 가이드 리브(54,64)는 상기 열교환막의 입구(I) 및 출구(O)를 가로지르도록 설치됨과 아울러 근접한 가이드 리브(54,64)와 일정 간격을 두고 평행하게 설치되기 때문에 상기 복수개의 가이드 리브(54,64)는 상기 열교환막(52,62)의 설치 위치에 따라 그 형상이 각각 다르게 형성된다.

특히, 상기 가이드 리브(54,64)는 상기 열교환막(52,62) 중앙에 설치될수록 상기 중앙부(54b,64b)가 점차적으로 길어지도록 형성되되, 구체적으로 상기 중앙부(54b,64b) 끝단을 연결한 가상의 곡선(C)이 소정의 곡률 반경을 가지도록 형성된다.

물론, 상기 소정의 곡률반경은 상기 열교환막(52,62) 및 가이드 리브(54,64)의 크기와, 가이드 리브(54,64) 사이의 간격과, 실외공기 및 실내공기의 평균 급/배기량 등에 따라 다르게 설정된다.

즉, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)은 상기 열교환막(52,62) 중앙으로 갈수록 상기 중앙부(54b,64b)의 길이가 점차적으로 길게 형성된 가이드 리브(54,64)가 설치되기 때문에 실외공기와 실내공기 사이에 열교환 작용이 활발하게 이루어지는 대향유로(A)가 길게 형성됨에 따라 실외공기와 실내공기 사이에 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)은 교대로 적층되어 상기 프레임(56,66)이 서로 연결 설치되되, 상기 제1열교환 유닛(50)에서 입구(I) 및 출구(O)가 상기 제2열교환 유닛(60)에서 입구(I) 및 출구(O)와 겹쳐지지 않게 상기 교차유로(B)가 수직하게 교차됨과 아울러 상기 대향유로(A)가 수평하게 위치되도록 설치된다.

따라서, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)을 통과하는 실외공기와 실내공기는 상기 교차유로(B)에서는 실외공기와 실내공기가 교차되는 방향으로 유동되고, 상기 대향유로(A)에서는 실외공기와 실내공기가 서로 반대 방향으로 유동되면서 열교환 작용이 이루어진다.

이때, 상기 대향유로(A)를 통과하는 실외공기와 실내공기는 서로 반대방향으로 유동됨에 따라 실외공기와 실내공기 사이에 상대적인 속도가 가장 빠른 영역이기 때문에 실외공기와 실내공기 사이에 열교환 작용이 가장 활발하게 이루어진다.

상기와 같이 구성된 환기장치용 열교환기의 작용을 살펴보면, 다음과 같다.

상기 열교환막(52,62) 일면에 복수개의 가이드 리브(54,64)를 포함하는 프레임(56,66)을 부착하여 제1,2열교환 유닛(50,60)이 제작되고, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)은 상기 제1열교환 유닛(50)에서 열교환막의 입구(I) 및 출구(O)와 상기 제2열교환 유닛(60)에서 열교환막의 입구(I) 및 출구(O)가 겹치지 않도록 교대로 적층된 다음, 상기 프레임(56,66)이 서로 접착 또는 조립 등의 여러가지 방법으로 연결되어 환기장치용 열교환기가 제작된다.

이와 같이 제작된 열교환기는 근접하게 설치된 급기팬 및 배기팬의 작동에 의해 실외공기 및 실내공기가 별도의 유로를 따라 유동되도록 함과 아울러 실외공기와 실내공기 사이에 열교환 작용이 이루어지도록 한다.

구체적으로, 상기 급기팬에 의해 송풍되는 실외공기는 상기 제1열교환 유닛(50)을 따라 실내로 유입되고, 상기 배기팬에 의해 송풍되는 실내공기는 상기 제2열교환 유닛(60)을 따라 실외로 배출되는데, 실외공기와 실내공기는 각각 상기 제1,2열교환기의 교차유로(B) 및 대향유로(A)를 통과하면서 열교환 작용이 이루어진다.

이때, 실외공기와 실내공기 사이에 열교환 작용이 이루어지는데, 실내측에 냉방 작동이 이루어지는 경우, 실내공기에 의해 실외공기가 차가워지도록 열교환 작용이 이루어지고, 실내 측에 난방 작동이 이루어지는 경우, 실내공기에 의해 실외공기가 따뜻해지도록 열교환 작용이 이루어진다.

특히, 상기 교차유로(B)에서는 실외공기와 실내공기가 수직한 방향으로 유동되면서 열교환 작용이 이루어지고, 상기 대향유로(A)에서는 실외공기와 실내공기가 반대방향으로 유동되면서 열교환 작용이 이루어지되, 상기 대향유로(A)에서 실외공기와 실내공기 사이에 상대적인 유동속도가 더 빠르기 때문에 열교환 작용이 가장 활발하게 이루어진다.

그런데, 상기 제1,2열교환 유닛(50,60)에서 상기 가이드 리브(54,64)는 상기 대향유로(A)를 형성하는 중앙부(54b,64b)가 상기 열교환막(52,62) 중앙으로 갈수록 길어지도록 형성되기 때문에 열교환 작용이 가장 활발하게 일어나는 대향유로(A)가 상기 교차유로(B)에 비해 상대적으로 길어짐으로 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 환기장치용 열교환기를 예로 들어 상세하게 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (9)

1. 열교환막 일면에 복수개의 가이드 리브가 형성되어 급기류와 배기류가 별도로 유동되도록 하는 제1,2열교환 유닛으로 이루어지고, 상기 제1,2열교환 유닛은 양단에 교차유로가 형성됨과 아울러 그 사이에 대향유로가 형성되도록 적층되게 설치되어 급기류와 배기류 사이에 열교환 작용이 이루어지며, 상기 제1,2열교환 유닛은 상기 열교환막의 중앙에서 상기 대향유로가 더 길게 형성된 가이드 리브가 설치된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환막은 육각형상인 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가이드 리브는 상기 대향유로를 형성하는 중앙부가 상기 열교환막의 대향되는 일단에 수평하도록 형성된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 가이드 리브는 상기 교차유로를 형성하는 양단부가 상기 열교환막의 대향되는 다른 일단에 수평하도록 형성된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1,2열교환 유닛은 상기 열교환막의 중앙으로 갈수록 상기 중앙부가 점차적으로 길어지도록 형성된 가이드 리브가 설치된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1,2열교환 유닛은 상기 중앙부 끝단을 연결한 가상의 곡선이 소정의 곡률 반경을 가지도록 형성된 가이드 리브가 설치된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1,2열교환 유닛에는 상기 복수개의 가이드 리브가 소정의 간격을 두고 평행하게 설치된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1,2열교환 유닛은 교대로 적층되게 설치된 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.
9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1,2열교환 유닛은 상기 교차유로가 서로 수직하게 교차되고, 상기 대향유로가 서로 수평하게 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 환기장치용 열교환기.