KR20100091463A - 열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환 모듈 - Google Patents

열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환 모듈 Download PDF

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KR20100091463A
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Abstract

본 발명은 열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환모듈에 관한 것으로서, 특히 휠부재의 내측에 각각 다수의 매트가 끼워질 수 있는 상부분리대와 하부분리대가 소정의 위상차를 갖도록 중심의 축보스를 향해 형성되고, 각각의 상부분리대와 하부분리대 사이 공간에 상부매트와 하부매트를 장착하되, 상기 상,하부매트는 그 상단에 은나노입자를 증착하여 구성한 열교환모듈을 구성하고,
커버를 구비하면서 일측 상하단에 내기출구, 내기입구가 형성되고, 타측 상하단에 외기입구, 외기출구가 각각 형성되며, 상하측에 세로격벽이 입설되면서 좌우측에 가로격벽이 입설되어 있는 본체를 구비하고, 열교환모듈이 다층구조를 이루도록 커버부재 내부에 수직 설치되고, 내기와 외기의 혼합을 차단하면서 내기와 외기의 열교환이 이루어지도록 하는 열교환/송풍수단을 본체의 중앙에 설치한 열교환식 환기장치를 제공하므로서, 열교환모듈을 다층구조로 설치하므로서 전체적인 환기장치의 크기를 축소시킬 수 있고, 열교환모듈이 상부매트와 하부매트의 이중구조를 이룸에 따라 전열면적이 증대되어 환기시 열교환효율이 증대되고, 이로인해 환기동작시 실내의 급격한 온도변화가 발생하지 않도록 한 열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환모듈에 관한 것이다.
열교환식, 환기장치, 열교환모듈, 매트, 은나노입자,

Description

열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환 모듈{Ventilation device}
본 발명은 열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환모듈에 관한 것으로서, 특히 은나노 입자가 상단에 증착된 상,하부매트를 휠부재의 내측에 복층으로 설치한 열교환모듈을 제공하여 공기와의 접촉면적 증대로 열교환효율이 증대되도록 하고, 상기 열교환모듈이 다층구조로 설치된 열교환/송풍모듈을 본체 내부에 내설한 환기장치를 제공하여 기존의 환기장치에 비해 크기를 현저히 줄여줌은 물론 열교환 효율의 향상으로 환기동작시 실내 열손실이 거의 발생하지 않게되어 급격한 온도변화가 발생하지 않도록 한 열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환모듈에 관한 것이다.
일반적으로 빌딩이나 주택의 실내를 환기시키기 위한 수단들은 주로 환풍기 등과 같이 공기를 직접 배출 또는 유입하는 것들이 대부분이다.
위와 같은 환기수단들은 여름철 또는 겨울철 실내의 찬공기나 더운공기를 그대로 외부로 배출시킴으로서 열효율 측면에서 비효율적인 면이 있다.
최근에는 이러한 단점들을 보완한 열교환방식의 환기장치들이 많이 제공되고 있으나 대부분 규모가 커서 공간 점유율이 높아질 뿐만 아니라 유지 및 보수가 어려운 단점이 있고, 소형의 창문설치용 또한 설치와 관련하여 창문등에 직접 매입설치하려면 건물의 개조가 불가피하고 설치장소에 많은 제약이 따르는 문제점이 발생하고 있었다.
또한, 기존 열교환방식 환기장치에 사용되는 전열매트 수단들은 대부분 폴리에스테르, 섬유, 직물 등과 같은 재질을 사용하고 있는데, 이러한 재질들은 열적 특성을 어느정도 만족시키기는 하지만 환기작용시 파티클 형태로 공기흐름에 함께 섞여서 부유하기 때문에 공기의 정화측면에서 볼 때 건강에 악영향을 줄 수 있는 단점이 있고, 이러한 단점을 보완하기 위하여 금속재질의 스크린, 실링수단 등을 추가로 설치하고 있으나 이로인해 전열매트 수단 및 그 주변의 부재들을 포함하는 전체적인 어셈블리의 구조가 복잡해져 교환 등의 유지 및 보수와 관련한 관리적인 측면에서 많은 어려움이 따르는 문제점이 발생하고 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 열교환모듈을 다층구조로 설치하므로서 전체적인 환기장치의 크기를 축소시킬 수 있고, 열교환모듈이 상부매트와 하부매트의 이중구조를 이룸에 따라 전열면적이 증대되어 환기시 열교환효율이 증대되고, 이로인해 환기동작시 실내의 급격한 온도변화가 발생하지 않도록 한 열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환모듈을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은,
일측 상하단에 내기출구, 내기입구가 형성되고, 타측 상하단에 외기입구, 외기출구가 각각 형성되며, 상하측에 세로격벽이 입설되면서 좌우측에 가로격벽이 입설되어 있는 본체를 구비하고,
내기와 외기가 갖는 열에너지를 열교환하는 열교환모듈이 다층구조를 이루도록 커버부재 내부에 수직방향으로 설치되고, 내기와 외기의 혼합을 차단하면서 내기와 외기의 열교환이 이루어지도록 하는 열교환/송풍수단을 본체의 중앙에 설치하고,
상기 열교환모듈은 휠부재의 내측에 각각 다수의 매트가 끼워질 수 있는 상부분리대와 하부분리대가 소정의 위상차를 가지면서 중심의 축보스를 향해 방사상으로 형성되고, 각각의 상부분리대와 하부분리대의 사이 공간에 상부매트와 하부매 트를 장착하되, 상기 상,하부매트는 그 상단에 은나노입자를 증착하여 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 열교환모듈을 다층구조로 설치하므로서 전체적인 환기장치의 크기를 축소시킬 수 있고, 열교환모듈이 상부매트와 하부매트의 이중구조를 이루면서 상,하부매트의 상부에 은나노 입자를 증착시켜 전열면적의 증대 및 단위 면적당 열교환효율의 증대를 꾀하여 환기시 열교환효율이 증대되며, 이로인해 환기동작시 실내의 급격한 온도변화가 발생하지 않도록 한 열교환식 환기장치와 이에 사용되는 열교환모듈을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.
이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 9 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 내지 도 4 는 본 발명에 적용된 열교환모듈을 도시한 것이다.
상기 도면에 의하면, 열교환모듈(20)은 휠부재(21)의 내부에 상부매트(30)와 하부매트(31)를 방사상으로 설치하면서 2층구조로 설치한 것이다.
상기 휠부재(21)의 내측 상단에는 다수의 상부분리대(22)가 방사상으로 형성되고, 상기 휠부재(21)의 내측 하단에는 다수의 하부분리대(23)가 방사상으로 형성되는데, 이때, 상기 상부분리대(22)와 하부분리대(23)가 소정의 위상차를 갖도 록 한다.
상기 상,하부 분리대(22)(23)의 사이사이에 각각 매트(30)(31)가 끼워져 조립되는데, 상기 매트(30)(31)는 공기가 통과할 수 있는 다공성 소재, 예를들면 스폰지, 매트와 같이 공기가 통과할 수 있는 폼(Form) 재질로 이루고, 이 매트(30)(31)의 상단에는 도 4 에 도시된 바와같이 은나노 입자를 증착시켜 공기와의 접촉시 공기가 갖고 있는 열을 효율적으로 흡수토록 한다.
상기 열교환모듈(20)을 구성함에 있어 휠부재(21)에 상부매트(30)와 하부매트(31)를 2층구조로 설치함에 따라 공기가 상,하부 매트(30)(31)를 통과할때 각각의 매트(30)(31)에 증착된 은나노 입자가 2차적으로 공기중의 열을 흡수하게 되므로 열교환 효율이 증가하게 되는 것이며, 상기 상부매트(30)와 하부매트(31)의 사이에 1mm~3mm의 갭(G)이 형성되도록 하여 열전도가 상,하부 매트(30)(31) 각각에서 독립적으로 이루어질 수 있도록 하였다.
그리고, 상기 상,하부매트(30)(31)에 증착되는 은나노 입자의 증착도(밀도)에 따라 열전도율을 차별화 할 수 있게되므로, 환기장치가 설치되는 실내 공간에 따라 은나노 입자의 증착도를 차별화하여 환기량에 따라 적절한 열전도특성을 갖는 매트(30)(31)를 제공할 수 있게된다.
한편, 상기 휠부재(21)의 중심에는 축보스(24)가 형성되고, 휠부재(21)의 외주면 상단에는 타임기어(25)가 형성되고, 하단에는 결합돌부(26)가 외향 돌출 형성된다.
상기 구성된 열교환모듈(20)을 이용한 환기장치를 도 5 내지 도 9 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 환기장치는 크게 본체(1)와 열교환/송풍수단(100)으로 대별 구성된다.
상기 본체(1)는 개폐 가능한 커버(2)를 구비하고 있으며, 도 7 과 같은 평면도시상태에서 볼 때 본체(1)의 일측 상하단에 내기출구(4)와 내기입구(3)가 형성되고, 타측 상하단에 외기입구(5)와 외기출구(6)가 각각 형성되며, 본체(1)의 내부 상하측에 세로격벽(7)이 입설되면서 좌우측에 가로격벽(8)이 입설되어 있다.
상기 내기출구(4)와 외기출구(6)에는 내기와 외기의 강제 순환을 위한 송풍기(10)가 설치되어 있으며, 내기 입구측과 외기 입구측에는 미세 먼지 및 이물질을 걸러주기 위한 필터부재(9)가 설치되어 있다.
상기 본체(1)를 세로격벽(7)을 중심으로 좌측공간과 우측공간으로 구획한다고 가정할 때, 상기 우측공간은 내기입구(3) 및 내기출구(4)와 연통되는 내기 유동통로로 사용되고, 상기 좌측공간은 외기입구(5) 및 외기출구(6)와 연통되는 외기 유동통로로 사용된다.
한편, 앞서 설명된 열교환모듈(20)이 다층구조를 이루도록 커버부재(40) 내부에 수직 설치되고, 내기와 외기의 혼합을 차단하면서 내기와 외기의 열교환이 이루어지도록 하는 열교환/송풍수단의 구성을 설명하면,
상기 커버부재(40)는 도 8 에 도시된 바와같이 서로 결합되어 한몸체의 커버부재(40)를 이루는 제 1 몸체(41)와 제 2 몸체(42)로 분리 구성되어 있고, 상기 커버부재(40)의 내측 상하단에는 열교환모듈(20)이 끼워진 상태로 회전하도록 안내하는 상부안내홈(43)과 하부안내홈(44)이 형성되어 있으며, 상기 상부안내홈(43) 또는 하부안내홈(44)에는 외측과 연통되는 인출홀(45)을 형성하여 열교환모듈(20)의 휠부재(21)의 타임기어(25)에 체결된 타임벨트(48)가 인출홀(45)을 통해 외부로 인출되어 커버부재(40)의 외측에 설치되는 모터(46)의 구동기어(47)에 체결될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 커버부재(40)의 내측에 2개의 열교환모듈(20)을 설치할 때에는 열교환모듈(20)의 사이에 분리벽(60)이 개재되도록 하고, 상기 분리벽(60)의 중심부에 열교환모듈(20)의 축보스(24)에 끼워지기 위한 중심축(61)을 상하측으로 돌출되게 설치한다.
이에따라, 상기 중심축(61)이 축보스(24)에 끼워진 2개의 열교환모듈(20)이 분리벽(60)에 의해 상하로 이격된 상태로 상기 커버부재(40)의 상부안내홈(43)과 하부안내홈(44)에 끼워져 설치되는 것이며, 미도시되었지만 상기 중심축(61)에 별도의 결속핀을 형성하고, 상기 축보스(24)에 결속핀이 끼워지는 핀홈을 요입 형성하여 2개의 열교환모듈(20) 중 어느 하나만을 회전시키면 나머지 열교환모듈이 함께 회전할 수 있도록 한다.
상기 분리벽(60)은 세로격벽(7)과 동일한 방향으로 설치되도록 하여 커버부재(40)의 내부 공간 또한 우측은 내기 유동통로, 좌측은 외기 유동통로로 활용되도록 한다.
그리고, 상기 커버부재(40)를 이루는 2개의 몸체 중 제 1 몸체(41)(필요에 따라 제 2 몸체를 사용하여도 무방함)의 상하단에 각각 차단커버(51)를 형성하여 커버(2)가 닫혔을때 상측의 차단커버(51)가 커버(2)와 밀착되면서 밀폐되고, 하측의 차단커버(51)는 본체(1)의 바닥부와 밀착되면서 밀폐되도록 하며, 상기 제 1 몸체(41)의 중간부 양측에 각각 제 1 유동홀(49)과 제 2 유동홀(50)을 형성하여 외기 및 내기가 상기 제 1 및 제 2 유동홀(49)(50)을 통해 유동되도록 한다.
도 5 내지 도 7 에 도시된 바와같이 제 1 몸체(41)와 제 2 몸체(42)가 결합되어 커버부재(40)를 이룬 상태에서 상기 커버부재(40)의 상측과 하측에 각각 상부브라켓(62)과 하부브라켓(63)을 결합하되, 중심축(61)의 상,하측 끝단이 상기 상,하부 브라켓(62)(63)의 중앙부에 형성된 결합홀에 끼워져 축지되도록 하고, 상기 커버부재(40)의 외측에는 상,하,좌,우 방향에 각각 측면브라켓(64)을 나사 조립하여 이 측면브라켓(64)을 이용하여 커버부재(40)를 세로격벽(7)과 가로격벽(8)에 결합한다.
그리고, 상기 커버부재(40)의 상,하부 안내홈(43)(44)의 중간부에 도 9 에 도시된 바와같이 밀폐부(65)를 돌출 형성하여 상기 밀폐부(65)가 휠부재(21)의 타임기어(25)와 결합돌부(26)의 사이로 끼워져 공기의 유출이 발생하지 않도록 하며, 상기 밀폐부(65)는 털실, 섬유와 같이 유연하면서도 공기의 유동을 최대한 억제할 수 있는 소재를 사용한다.
이와같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
환기장치가 동작하여 송풍기(10)와 모터(46)가 구동하면, 상기 송풍기(10) 의 구동에 의해 내기입구(3)로 유입된 내기는 열교환/송풍수단(100)을 이루는 커버부재(40)의 우측공간을 통과하여 내기출구(4)를 통해 실외로 배출되고, 또한 송풍기(10)의 구동에 의해 외기입구(5)로 유입된 외기가 커버부재(40)의 좌측공간을 통과하여 외기출구(6)를 통해 실내로 공급된다.
이때, 모터(46)의 구동에 의해 구동기어(47)에 걸려있는 타임벨트(48)가 열교환모듈(20)의 휠부재(21)를 회전시킴에 따라 열교환/송풍수단(100)의 커버부재(40)에 설치된 2개의 열교환모듈(20)이 동시에 일정한 속도로 회전하게 되는 것이다.
여기서, 본 발명의 동작을 여름철 실내에 냉방장치가 작동되어 실내 공기가 차고 실외 공기가 더운 상태를 예로하여 설명한다.
먼저, 실내공기(내기)가 내기입구(3)와 필터부재(9)를 통과하여 본체(1) 내부로 유입되면, 내기는 커버부재(40)의 제 2 몸체(42) 상하부 공간을 통해 커버부재(40) 내부로 유동되는데, 이때 내기는 2개의 열교환모듈(20)의 상하측으로 관통하여 제 1 유동홀(49)을 통해 배출되어 내기출구(4)를 통해 실외로 배출되며, 이 과정에서 내기가 갖고 있던 냉기(열에너지)는 열교환모듈(20)을 구성하는 상하부 매트(30)(31)에 증착된 은나노입자에 의해 흡수되고, 은나노입자에 의해 흡수된 냉기는 열교환모듈(20)이 회전하여 커버부재(40)의 좌측공간, 즉, 외기유동공간으로 이동하였을때 실내로 공급되는 외기와 열교환하는 과정에서 외기에 전달되어 다시 실내로 재공급되는 것이다.
한편, 실외공기(외기)가 외기입구(5)와 필터부재(9)를 통과하여 본체(1)의 좌측공간 내부로 유입되면, 외기는 커버부재(40)의 제 1 몸체(41) 중간부에 구비된 제 2 유동홀(50)을 통해 커버부재(40)의 좌측공간 내부로 유입된 후 커버부재(40)의 상,하측으로 유동되면서 열교환모듈(20)의 상,하부매트(30)를 통과하면서 냉기를 갖고있는 은나노입자와 열교환하여 온도가 낮아진 상태로 커버부재(40)의 제 2 몸체(42) 상,하부 틈새를 빠져나가 외기출구(6)를 통해 실내로 공급되는 것이다.
즉, 여름철 실내의 내기가 갖는 차가운 냉기(열에너지)는 열교환/송풍수단(100)의 열교환모듈(20)에 의해 실외로부터 실내로 공급되기 위해 커버부재(40)의 좌측공간을 통과하는 외기와 함께 다시 실내로 재공급되고, 냉기를 잃어버린 환기용 내기는 내기출구(4)를 통해 실외로 배출되는 것이고, 여름철 실외의 외기가 갖는 더운 온기(열에너지)는 열교환모듈(20)에 의해 실내로부터 실외로 버려지기 위해 커버부재(40)의 우측공간을 통과하는 내기와 함께 다시 실외로 배출되는 것이므로, 여름철 환기가 이루어져 실외공기가 실내로 유입되더라도 실내에서 실외로 배출되는 실내공기가 갖고 있는 냉기가 실외로부터 실내로 유입되는 실외공기와 함께 실내로 유입되게되어 실내 온도의 급격한 변화가 발생하지 않게되는 것이다.
한편, 본 발명에 적용되는 커버부재(40)의 내부에 설치되는 열교환모듈(20)은 필요에 따라 2층, 3층, 4층으로 타워형 다층식으로 설치 사용할 수 있으며, 이와같이 열교환모듈(20)를 타워형으로 설치할 수 있게되므로 환기장치의 크기를 현 저히 줄여줄 수 있게된다.
도 1 은 본 발명의 열교환모듈을 보인 분해 사시도.
도 2 는 본 발명의 열교환모듈을 보인 평면도.
도 3 은 본 발명의 열교환모듈을 보인 단면도.
도 4 는 본 발명의 열교환모듈에 적용된 매트를 보인 도면.
도 5 는 본 발명의 열교환식 환기장치를 본인 분해 사시도.
도 6 은 본 발명의 열교환식 환기장치를 보인 사시도.
도 7 은 본 발명의 열교환식 환기장치를 보인 평면도.
도 8 은 본 발명에 적용된 커버부재를 보인 분해도.
도 9 는 본 발명의 열교환식 환기장치를 보인 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 본체, 2: 커버,
3: 내기입구, 4: 내기출구,
5: 외기입구, 6: 외기출구,
7: 세로격벽, 8: 가로격벽,
9: 필터부재, 10: 송풍기,
20: 열교환모듈, 21: 휠부재,
22: 상부분리대, 23: 하부분리대,
24: 축보스, 25: 타임기어,
26; 결합돌부, 30,31: 매트,
40: 커버부재, 41,42: 몸체,
43,44: 안내홈, 49,50: 유동홀,
51: 차단커버, 60: 분리벽,
61: 중심축, 62: 상부브라켓,
63: 하부브라켓, 64: 측면브라켓,
65: 밀폐부,

Claims (4)

  1. 일측 상하단에 내기출구(4), 내기입구(3)가 형성되고, 타측 상하단에 외기입구(5), 외기출구(6)가 각각 형성되며, 상하측에 세로격벽(7)이 입설되면서 좌우측에 가로격벽(8)이 입설되어 있는 본체(1)를 구비하고,
    내기와 외기가 갖는 열에너지를 열교환하는 열교환모듈(20)이 다층구조를 이루도록 커버부재(40) 내부에 수직방향으로 설치되고, 내기와 외기의 혼합을 차단하면서 내기와 외기의 열교환이 이루어지도록 하는 열교환/송풍수단(100)을 본체(1)의 중앙에 설치하고,
    상기 열교환모듈(20)은 휠부재(21)의 내측에 각각 다수의 매트가 끼워질 수 있는 상부분리대(22)와 하부분리대(23)가 소정의 위상차를 가지면서 중심의 축보스(24)를 향해 방사상으로 형성되고, 각각의 상부분리대(22)와 하부분리대(23)의 사이 공간에 상부매트(30)와 하부매트(31)를 장착하되, 상기 상,하부매트(30)(31)는 그 상단에 은나노입자를 증착하여 구성한 것을 특징으로 하는 열교환식 환기장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 커버부재(40)는 서로 결합되어 한몸체의 커버부재(40)를 이루는 제 1 몸체(41)와 제 2 몸체(42)로 분리 구성되고, 상기 커버부재(40)의 내측 상하단에는 외부 모터의 회전동력으로 회전하는 열교환모듈(20)이 끼워진 상태로 회전하도록 안내하는 상부안내홈(43)과 하부안내홈(44)이 형성되며, 상기 커버부재(40)의 내측에는 열교환모듈(20)의 사이에 위치하도록 분리벽(60)이 개재되도록 하여 상기 분리벽(60)에 의해 커버부재(40)의 내부공간이 내기 유동공간과 외기 유동공간으로 분리되도록 하고, 상기 분리벽(60)의 중심부에 열교환모듈(20)의 축보스(24)에 끼워지기 위한 중심축(61)을 상하측으로 돌출되게 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 열교환식 환기장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 커버부재(40)를 이루는 2개의 몸체 중 제 1 몸체(41)의 상하단에 각각 차단커버(51)를 형성하여 커버(2)가 닫혔을때 상측의 차단커버(51)가 커버(2)와 밀착되면서 밀폐되고, 하측의 차단커버(51)는 본체(1)의 바닥부와 밀착되면서 밀폐되도록 하며, 상기 제 1 몸체(41)의 중간부 양측에 각각 제 1 유동홀(49)과 제 2 유동홀(50)을 형성하여 외기 및 내기가 상기 제 1 및 제 2 유동홀(49)(50)을 통해 유동되도록 하여 내기 및 외기가 열교환모듈(20)에 대해 상하방향으로 유동되도록 구성한 것을 특징으로 하는 열교환식 환기장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버부재(40)의 상,하부 안내홈(43)(44)의 중간부에 털실 또는 섬유로 이루어진 밀폐부(65)를 돌출 형성하여 상기 밀폐부(65)가 휠부재(21)의 타임기 어(25)와 결합돌부(26)의 사이로 끼워져 공기의 유출이 발생하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 열교환식 환기장치.
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