KR20170124794A - 하이브리드 이코노마이저 열교환기 - Google Patents

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KR20170124794A
KR20170124794A KR1020160054641A KR20160054641A KR20170124794A KR 20170124794 A KR20170124794 A KR 20170124794A KR 1020160054641 A KR1020160054641 A KR 1020160054641A KR 20160054641 A KR20160054641 A KR 20160054641A KR 20170124794 A KR20170124794 A KR 20170124794A
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박종구
이기승
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박종구
이기승
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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 이코노마이저 열교환기는, 하우징; 및 상기 하우징 내에 간격을 두고 다수 배치된 열교환 유닛;을 구비하며, 상기 열교환 유닛은, 제1열원이 직선적으로 통과하는 제1열매체 통로; 및 상기 제1열매체 통로의 외측에 형성되며, 상기 제1열매체 통로와 격벽을 사이에 두고 분획되도록 배치되며 일정한 간격으로 전열핀이 돌출된 제2열매체 통로를 구비하며, 상기 제1열매체 통로와 상기 제2열매체 통로는 서로 수직을 이루도록 배치되며, 상기 전열핀은 상기 제2열매체 통로를 통과하는 제2열원의 진행 방향과 반대 방향으로 경사지게 상기 격벽으로부터 사선방향으로 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 이코노마이저 열교환기{Hybrid economizer heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 공기 대 공기의 열교환 효율이 현저하게 향상된 열교환기 구조에 관한 것이다.
열교환기는 고온 열매체와 저온 열매체 간 열교환을 함으로써 필요한 공간을 난방하거나 냉방을 할 수 있도록 하는 핵심적인 장치이다. 열교환기는 냉동 및 냉장시스템, 히트펌프 시스템, 항온항습장치, 보일러, 온풍기, 냉각탑 등 다양한 열 기계 장치에 채용된다. 이러한 열교환기의 일 예가 대한민국 공개실용신안 제2010-0003279호에 개시되어 있다.
열교환기에서 열교환 되는 열매체는 액체나 기체가 일반적으로 사용된다. 냉동 및 냉장 시스템에는 온도와 압력에 따라 상 변화하는 냉매와 공기 또는 물이 열교환을 한다. 한편, 항온항습장치나 보일러 온풍기 등에는 공기와 공기의 열교환이 이루어지기도 한다. 대체로 열교환기는 열교환 효율을 높이는 것이 핵심 기술이다. 이에 따라 온도와 압력에 따라 상 변화가 용이한 냉매를 열매체로 사용하는 열교환기가 널리 사용되고 있다. 그런데 온도와 압력에 따라 상 변화가 일어나는 냉매를 열매체로 사용하는 경우에는 그 냉매의 온도와 압력을 제어하기 위해 고가의 압축기나 팽창밸브 등의 복잡한 기계요소가 추가되어야 하므로 제조 비용이 비싸고 냉매의 누출시 환경오염을 일으킬 수 있는 문제점이 있다. 이에 따라 실제 현장에서 열교환기의 구조를 개선함으로써 열기계 장치의 제조비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 열교환 효율을 높일 수 있는 고효율 열교환기의 개발은 항상 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하고 현실적인 고효율 열교환기를 제공하기 위해 안출된 것으로서, 공기 대 공기 간 열교환 효율이 현저하게 향상되도록 구조를 개선함으로써 예컨대 외부의 공기 열원과 실내 공기 열원 간에 열교환이 효율적이 일어나도록 하는 동시에 제조가 용이하고 제조비용이 저렴한 열교환기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 이코노마이저 열교환기는, 하우징; 및
상기 하우징 내에 간격을 두고 다수 배치된 열교환 유닛;을 구비하며,
상기 열교환 유닛은,
제1열원이 직선적으로 통과하는 제1열매체 통로; 및
상기 제1열매체 통로의 외측에 형성되며, 상기 제1열매체 통로와 격벽을 사이에 두고 분획되도록 배치되며 일정한 간격으로 전열핀이 돌출된 제2열매체 통로를 구비하며,
상기 제1열매체 통로와 상기 제2열매체 통로는 서로 수직을 이루도록 배치되며,
상기 전열핀은 상기 제2열매체 통로를 통과하는 제2열원의 진행 방향과 반대 방향으로 경사지게 상기 격벽으로부터 사선방향으로 돌출 형성된 점에 특징이 있다.
상기 제1열원은 제1공기 열원이며,
상기 제2열원은 제2공기 열원이며,
상기 전열핀은 다수의 메인 전열핀과 보조 전열핀을 구비하며,
상기 보조 전열핀은 상기 메인 전열핀 사이에 배치되고,
상기 메인 전열핀의 길이는 상기 보조 전열핀의 길이보다 길게 형성된 것이 바람직하다.
상기 메인 전열핀은 상기 격벽에 대해 30° 내지 50°경사지게 형성된 것이 바람직하다.
상기 제1열매체 통로, 상기 제2열매체 통로 및 상기 전열핀의 표면은 다수의 골과 마루 형태의 요철 구조를 구비한 것이 바람직하다.
상기 제2열매체 통로의 서로 마주하는 격벽으로부터 돌출된 상기 전열핀은 상기 제2열매체 통로를 통과하는 공기의 진행 방향 상 서로 엇갈리게 배치된 것이 바람직하다.
상기 제1열매체 통로의 최상단 폭은 상기 제1열매체 통로의 최하단 폭보다 좁게 형성됨으로써 복수의 상기 열교환 유닛이 서로 적층 결합될 수 있도록 된 것이 바람직하다.
상기 메인 전열핀 간 거리는 25mm 내지 35mm인 것이 바람직하다.
상기 제1열매체 통로가 분획되어 형성됨으로써 액상의 축열재를 수용할 수 있는 제3열매체 통로가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 이코노마이저 열교환기는 전열핀이 공기의 유동 방향과 반대 방향으로 경사지게 형성됨으로써 열교환 되는 열매체의 바이패스 계수(by-pass factor)를 최소화하여 열교환 효율을 현저하게 향상시킴으로써 예컨대 동절기와 봄가을에 냉매를 사용하지 않고 차가운 외기만으로도 공기 대 공기간 열교환을 하여 소기의 목적을 달성할 수 있으며, 또한 실내공간에서 버려지는 폐열원을 회수할 수 있는 고효율 및 경제적인 열교환기를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 부분 절단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 Ⅲ - Ⅲ 선 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 "A" 부위의 확대도이다.
도 5는 도 3에 도시된 "B" 부위의 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 열교환기에서 열매체인 공기의 유동 거동을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 Ⅶ - Ⅶ 선 단면도로서 제1열매체 통로에 구비된 베플 플레이트의 배치 구조를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 3에 대응하는 도면으로서 본 발명의 제2실시 예에 따른 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 열교환기의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 부분 절단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 Ⅲ - Ⅲ 선 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 "A" 부위의 확대도이다. 도 5는 도 3에 도시된 "B" 부위의 확대도이다. 도 6은 도 1에 도시된 열교환기에서 열매체인 공기의 유동 거동을 도식적으로 보여주는 도면이다. 도 7은 도 3에 도시된 Ⅶ - Ⅶ 선 단면도로서 제1열매체 통로에 구비된 베플 플레이트의 배치 구조를 보여주는 도면이다. 도 8은 도 3에 대응하는 도면으로서 본 발명의 제2실시 예에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 하이브리드 이코노마이저 열교환기(10, 이하 "열교환기"라 함)는, 하우징(20)과, 열교환 유닛(30)을 포함한다.
상기 하우징(20)은 열교환 유닛(30)을 하나의 장치로 결합하는 프레임이다. 상기 하우징(20)과 상기 열교환 유닛(30)은 용접, 볼트, 스크루와 같은 결합 수단으로 상호 결합할 수 있다. 상기 하우징(20)은 제1공기 열원이 유입되는 제1유입구(42) 및 상기 제1공기 열원이 유출되는 제1유출구(44)를 구비한다. 또한, 상기 하우징(20)은 제2공기 열원이 유입되는 제2유입구(52) 및 상기 제2공기 열원이 유출되는 제2유출구(54)를 구비한다. 본 실시 예에서 상기 제1유입구(42) 및 상기 제1유출구(44)는 지면에 평행인 방향으로 배치된다. 한편, 상기 제2유입구(52) 및 상기 제2유출구(54)는 지면에 수직인 방향으로 배치된다. 상기 제1유입구(42) 및 상기 제1유출구(44)는 후술하는 제1열매체 통로(40)를 사이에 두고 서로 반대 방향에 배치된다. 또한, 상기 제2유입구 및 상기 제2유출구(54)는 후술하는 제2열매체 통로(50)를 사이에 두고 서로 반대 방향에 배치된다. 예컨대 상기 제1유입구(42)는 상기 제1열매체 통로(40)를 사이에 두고 좌측에 배치되고, 상기 제1유출구(44)는 상기 제1열매체 통로(40)를 사이에 두고 우측에 배치된다. 한편, 상기 제2유입구(52)는 상기 제2열매체 통로(50)를 사이에 두고 하측에 배치되고, 상기 제2유출구(54)는 상기 제2열매체 통로(50)를 사이에 두고 상측에 배치된다. 예컨대 상기 제1유입구(42)로는 실외 공기가 유입되어 상기 제1유출구(44)로 유출된다. 상기 제2유입구(52)로는 실내 공기가 유입되어 상기 제2유출구(54)로 유출된다. 상기 제1유입구(42)로 유입된 실외 공기와 상기 제2유입구(52)로 유입된 실내 공기는 서로 혼합되지 않고 열교환이 일어난다. 상기 하우징(20)은 금속 판재 또는 합성수지 판재 등으로 제조될 수 있다.
상기 열교환 유닛(30)은 다수 구비된다. 상기 열교환 유닛(30)은 상기 하우징(20) 내부 공간에 일정한 간격을 두고 배치될 수 있다. 필요에 따라 상기 열교환 유닛(30)은 서로 적층 결합 됨으로써 열교환기의 열교환 용량을 증가시킬 수 있다. 각각의 상기 열교환 유닛(30)은 알루미늄 소재를 압출 성형하여 제조될 수 있다. 성형된 상기 열교환 유닛(30)의 재료 두께는 1.4mm 정도로 유지되는 것이 바람직하다.
상기 열교환 유닛(30)은 제1열매체 통로(40)와, 제2열매체 통로(50)와, 전열핀(60)을 포함한다.
상기 제1열매체 통로(40)는 제1열원이 직선적으로 통과하는 통로이다. 상기 제1열매체 통로(40)는 예컨대 사각형 단면으로 분획 된 다수의 직선형 통로의 집합체로 이루어질 수 있다. 상기 제1열매체 통로(40)의 내벽에는 전열핀이 구비되지 않는다. 상기 제1열매체 통로(40)를 통해 예컨대 실외 공기와 같은 제1공기 열원이 통과될 수 있다. 상기 제1열매체 통로(40)에 전열핀이 구비되지 않은 이유는 실외 공기와 같이 외부로부터 필요한 만큼 제한 없이 공급될 수 있는 제1공기 열원이 통과하는 통로이므로 바이패스 계수(by-pass factor)를 고려할 필요가 없기 때문이다. 상기 제1열매체 통로(40)를 통과하는 제1공기 열원은 실외 공기에 한정되지 않으며, 다양한 기체 열원이 채용될 수 있다. 예컨대 상기 제1열매체 통로(40)를 통과하는 제1열원은 예컨대 공기나 냉매와 같은 액체 또는 지열원이 채용될 수도 있다.
상기 제1열매체 통로(40)의 표면은 다수의 골과 마루 형태의 요철 구조(70)를 구비한 것이 바람직하다. 상기 요철 구조(70)는 전열 면적을 크게 만듦으로써 상기 제1열매체 통로(40)를 통과하는 제1공기 열원과 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원의 열교환 효율을 더욱 향상시키는 작용을 한다. 상기 제1열매체 통로(40)는 지면에 평행인 방향으로 직선적으로 배치된다. 상기 제1열매체 통로(40)의 최상단 폭(W1)은 상기 제1열매체 통로(40)의 최하단 폭(W2)보다 좁게 형성됨으로써(W1<W2), 복수의 열교환 유닛(30)이 서로 적층 결합 될 수 있도록 된 것이 바람직하다. 복수의 열교환 유닛(30)이 서로 적층 결합 됨으로써 별도의 금형 제작이 없이도 필요에 따라 서로 다른 용량의 열교환기(10)를 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 한편, 필요에 따라 상기 제1열매체 통로(40)에는 도 7에 도시된 바와 같이 공기의 유동 속도를 느리게 하여 열교환 효율을 증가시키는 베플 플레이트(46)가 구비될 수 있다. 상기 베플 플레이트(46)는 필요에 따라 구비되지 않을 수도 있다. 상기 베플 플레이트(46)은 본 발명에 따른 열교환기(10)를 여러 가지 장치에 채용하는 경우 필요에 따라 상기 제1열매체 통로(40)를 통과하는 제1공기 열원의 유동 속도를 느리게 하기 위해 구비될 수 있다.
상기 제2열매체 통로(50)는 제2열원이 통과한다. 상기 제2열매체 통로(50)는 상기 제1열매체 통로(40)의 외 측에 형성된다. 상기 제2열매체 통로(50)는 상기 제1열매체 통로(40)와 격벽(45)을 사이에 두고 분획 되도록 배치된다. 본 실시 예에서 상기 제2열매체 통로(50)는 하나의 열교환 유닛(30)과 일정한 간격을 두고 나란하게 이웃하는 다른 열교환 유닛(30) 사이의 공간에 의해 형성된다. 상기 제2열매체 통로(50)는 예컨대 실내 공기와 같은 제2공기 열원이 통과할 수 있다. 상기 제2열매체 통로(50)는 상기 제1열매체 통로(40)와 수직인 방향을 형성하도록 배치된다. 예컨대, 상기 제1열매체 통로(40)가 지면에 평행인 방향으로 형성된 경우에, 상기 제2열매체 통로(50)는 지면에 수직인 방향으로 형성된다. 상기 제1열매체 통로(40)와 상기 제2열매체 통로(50)는 서로 연통되지 않도록 구성된다. 따라서 상기 제1열매체 통로(40)를 통과하는 제1공기 열원과 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원은 서로 혼합되지 않고 열교환만 하게 된다. 상기 제2열매체 통로(50)를 통해 실내 공기가 유동 된다. 상기 제2열매체 통로(50)의 내벽 표면은 다수의 골과 마루 형태의 요철 구조(70)를 구비한 것이 바람직하다. 상기 요철 구조(70)의 역할을 전열면적을 크기 함으로서 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원의 열교환 효율을 향상시키는 작용을 한다. 한편, 상기 제1열매체 통로(40)와 상기 제2열매체 통로(50)의 배치 방향은 상호 반대로 배치될 수 있다.
상기 전열핀(60)은 상기 제2열매체 통로(50)에 구비된다. 상기 전열핀(60)은 상기 제2열매체 통로(50)의 측벽으로부터 돌출 형성된다. 더 구체적으로 상기 전열핀(60)은 상기 제2열매체 통로(50)의 서로 마주하는 격벽(45)으로부터 돌출된다. 상기 전열핀(60)은 다수 구비된다. 상기 전열핀(60)은 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 전열핀(60)은 판상의 구조물을 형성한다.
상기 전열핀(60)은 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원의 진행 방향과 반대 방향으로 경사지게 상기 격벽(45)으로부터 사선방향으로 돌출 형성된다. 상기 전열핀(60)은 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 공기의 진행 방향 상 서로 엇갈리게 배치된 것이 바람직하다. 상기 전열핀(60)이 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 공기의 진행 방향 상 서로 엇갈리게 배치되는 경우, 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원이 와류를 형성하며 지그재그(zigzag) 형태로 진행하므로 바이패스 계수가 거의 0이 되도록 함으로써 열교환 효율이 더욱 현저하게 향상되는 효과가 있다.
상기 전열핀(60)은 다수의 메인 전열핀(62)과 보조 전열핀(64)을 구비한다.
상기 메인 전열핀(62)은 상기 제2열매체 통로(50)를 구성하는 격벽(45)으로부터 직선적으로 돌출되어 형성된다. 상기 메인 전열핀(62)과 상기 격벽(45)이 이루는 각도(θ)는 30°내지 50°로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 메인 전열핀(62)과 상기 격벽(45)이 이루는 각도(θ)는 45°가 가장 바람직하다. 상기 메인 전열핀(62)의 길이는 도 3에 도시된 종단면 상에서 20mm 내지 30mm 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 메인 전열핀(62)의 길이가 20mm 미만으로 형성 된 경우에는 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원의 바이패스 계수(by-pass factor)가 커져서 열교환 효율이 감소하는 문제점이 있다. 상기 메인 전열핀(62)의 길이가 30mm를 초과하는 경우에는 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원의 이동 속도가 지나치게 느려져서 단위 시간당 열교환되는 제2공기 열원의 양이 줄어들어서 효과적이지 못한 문제점이 있다. 상기 메인 전열핀 간 거리는 25mm 내지 35mm인 것이 바람직하다. 상기 메인 전열핀 간 거리가 25mm 미만인 경우에는 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원의 이동이 상기 메인 전열핀(62)에 의해 지나치게 방해를 받게 되어 이동 속도가 너무 느리게 되어서, 단위 시간당 열교환되는 제2공기 열원의 양이 줄어들어서 효과적이지 못한 문제점이 있다. 한편, 상기 메인 전열핀 간 거리가 35mm를 초과하는 경우에는 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 제2공기 열원의 바이패스 계수(by-pass factor)가 커져서 열교환 효율이 감소하는 문제점이 있다.
상기 전열핀(60)의 표면은 다수의 골과 마루 형태의 요철 구조(70)를 구비한 것이 바람직하다. 상기 요철 구조(70)는 전열면적을 증가시킴으로써 제2공기 열원의 열교환 효율을 향상시키는 작용을 한다.
상기 보조 전열핀(64)은 이웃하는 메인 전열핀(62) 사이에 배치된다. 상기 보조 전열핀(64)의 구조는 상기 메인 전열핀(62)의 구조와 유사하다. 다만, 상기 메인 전열핀(62)의 길이는 상기 보조 전열핀(64)의 길이보다 길게 형성된 것이 바람직하다. 상기 보조 전열핀(64)은 상기 메인 전열핀(62)의 역할을 보조하여 전열면적을 넓히는 동시에 상기 메인 전열핀(62)에 따른 제2공기 열원의 거동을 방해하지 않는 구조로 형성된다. 상기 보조 전열핀(64)의 경사 각도는 상기 메인 전열핀(62)과 동일하거나 유사하게 형성될 수 있다. 상기 보조 전열핀(64)의 길이는 5mm 내지 10mm 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 보조 전열핀(64)은 한 쌍의 메인 전열핀(62) 사이에 2개 정도가 일정한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 상기 보조 전열핀(64)의 표면에도 상기 메인 전열핀(62)과 같이 마루와 골 형태의 요철 구조를 구비하는 것이 바람직하다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시 예에 따른 열교환기(10)의 구조는 도 1 내지 도 6에 도시된 제1실시 예의 열교환기(10)의 변형된 구조이다. 제2실시 예에 따른 열교환기(10)는 제3열매체 통로(80)가 형성된 점에 특징이 있다. 상기 제3열매체 통로(80)는 상기 제1열매체 통로(40)가 분획 되어 형성됨으로써 액상의 축열재를 수용할 수 있도록 된 구조이다. 상기 제1열매체 통로(40)와 상기 제3열매체 통로(80)는 공간적으로 분리된다. 더 구체적으로 상기 제1열매체 통로(40)가 2개의 공간으로 분획되어 상기 제3열매체 통로(80)를 형성한다. 상기 제3열매체 통로(80)는 축열재(heat containing material)가 충전되는 공간이다. 상기 축열재는 예컨대 공지된 액체 상태의 물질로서 열매체유(heat transfer fluid)나, 파라핀이나 테트라데칸(Tetradecan)과 같은 상 변화 물질(PCM, Phase Change Material)이 채용될 수 있다. 상기 축열재는 제1공기 열원의 열교환 조건에 맞지 않을 경우에 제2공기 열원과 열교환이 원활하게 일어날 수 있도록 열을 장시간 함유할 수 있는 역할을 한다. 상기 제3열매체 통로(80)는 본 발명에 따른 열교환기(10)가 온풍기와 같은 장치에 적용될 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 온풍기의 버너가 작동하지 않을 경우에도 온풍기의 역할을 장시간 수행할 수 있도록 여분의 열을 축적하는 역할을 한다. 제2실시 예에 따른 열교환기(10)는 상술한 제3열매체 통로(80)가 더 구비된 점을 제외하고는 제1실시 예의 구조와 동일하게 구성될 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 본 발명의 열교환기(10)의 작용 효과를 제1공기 열원과 제2공기 열원이 열교환하는 경우를 예로 들어 상세하게 서술하기로 한다.
설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 열교환기(10)가 예컨대 항온항습장치에 적용된 경우를 전제한다. 항온항습장치는 인터넷 데이터 센터(IDC)와 같이 열이 발생하는 전자 장비가 수용된 공간의 온도 및 습도를 일정하게 유지하는 장치이다. 항온항습장치에 상기 열교환기(10)가 적용된 경우, 상기 제2열매체 통로(50)를 통해 실내 공기가 유동한다. 실내 공기는 데이터 센터에 수용된 전자장치에서 발생하는 열에 의하여 통상적으로 실외 공기의 온도보다 높아지는 경향이 있다. 예컨대 봄, 가을 또는 겨울철과 같이 실외 공기의 온도가 실내 공기의 온도보다 낮은 경우에 실외 공기와 실내 공기를 열교환 시킴으로써 실내 공기의 온도 및 습도를 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 경우에 상기 제1열매체 통로(40)를 통해 따뜻한 실내 공기가 지면에 대해 수직인 방향으로 하방으로부터 상방으로 통과한다. 이와 동시에 차가운 실외 공기는 지면에 수평인 방향으로 상기 제1열매체 통로(40)를 통하여 통과한다. 이 과정에서 상기 제1열매체 통로(40)로 실외 공기를 송풍하는 송풍팬이 상기 제1유입구(42) 인근에 설치될 수 있다. 또한, 상기 제2열매체 통로(50)로 실내 공기를 송풍하는 송풍팬이 상기 제2유입구(52) 인근에 설치될 수 있다. 상기 제1열매체 통로(40)를 통과하는 실외 공기는 저항 없이 직선적으로 진행하여 상기 제1유출구(44)를 통해 외부로 배출된다. 상기 제1열매체 통로(40)에는 전열핀이 구비되지 않아 실외 공기는 저항 없이 신속하게 상기 제1열매체 통로(40)를 통과한다. 즉, 실외 공기는 건축물의 실외로부터 거의 무제한 공급이 가능하므로 상기 제2열매체 통로(50)를 유동하는 실내 공기와 열교환되어 온도가 상승하면서 신속하게 외부로 배출된다. 한편, 상기 제2열매체 통로(50)로 유입된 따뜻한 실내 공기는 상기 메인 전열핀(62)에 의해 저항을 받게 되므로 와류가 형성되고 지그재그 형태로 진행하면서 상기 제1열매체 통로(40)를 통과하는 실외 공기와 열교환을 한다. 이 과정에서 실내 공기는 충분하게 느린 속도로 이동하게 되면서 차가운 실내 공기와 열교환이 되어 온도가 낮아진다. 또한, 이 과정에서 상기 보조 전열핀(64)은 상기 제2열매체 통로(50)를 통과하는 실내 공기의 흐름을 방해하지 않으면서 전열면적을 넓혀서 열교환 효율을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에서와 같이 상기 제1열매체 통로(40)의 내측 표면, 상기 제2열매체 통로(50)의 표면 및 상기 전열핀(60)의 표면에 마루와 골 형태의 요철 구조(70)가 형성된 경우에는 전열 면적이 현저하게 증가하므로 실내 공기와 실외 공기 간 열교환이 더욱 활발하게 일어나서 열교환기(10)의 열교환 효율을 향상시킨다.
이와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 이코노마이저 열교환기는 전열핀이 공기의 유동 방향과 반대 방향으로 경사지게 형성됨으로써 열교환 되는 열매체의 바이패스 계수(by-pass factor)를 최소화하여 열교환 효율을 현저하게 향상시킴으로써 동절기와 봄가을에 냉매를 사용하지 않고 차가운 외기만으로도 공기 대 공기간 열교환을 하여 소기의 목적을 달성할 수 있으며, 또한 실내공간에서 버려지는 폐열원을 회수할 수 있는 고효율 및 경제적인 열교환기를 제공하는 효과가 있다.
즉, 항온항습장치나, 온풍기 등이 별도의 냉매 사이클 시스템을 가동하지 않고 실외 공기와 실내 공기 간 열교환을 통해서도 충분한 효과를 구현할 수 있으므로 매우 경제적인 열교환기를 제공할 수 있다. 또한, 동일한 구조의 다수의 열교환 유닛을 조립하여 용량이 서로 다른 열교환기를 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 제2실시 예와 같이 제3열매체 통로가 구비된 경우에는 축열재를 충전함으로써 실외 공기의 온도가 적정하지 않는 경우에도 열교환기의 효율을 양호하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
10 : 하이브리드 이코노마이저 열교환기
20 : 하우징
30 : 열교환 유닛
40 : 제1열매체 통로
42 : 제1유입구
44 : 제1유출구
45 : 격벽
46 : 베플 플레이트
50 : 제2열매체 통로
52 : 제2유입구
54 : 제2유출구
60 : 전열핀
62 : 메인 전열핀
64 : 보조 전열핀
70 : 요철구조
80 : 제3열매체 통로
θ : 메인 전열핀과 격벽이 이루는 각도

Claims (8)

  1. 하우징; 및
    상기 하우징 내에 간격을 두고 다수 배치된 열교환 유닛;을 구비하며,
    상기 열교환 유닛은,
    제1열원이 직선적으로 통과하는 제1열매체 통로; 및
    상기 제1열매체 통로의 외측에 형성되며, 상기 제1열매체 통로와 격벽을 사이에 두고 분획되도록 배치되며 일정한 간격으로 전열핀이 돌출된 제2열매체 통로를 구비하며,
    상기 제1열매체 통로와 상기 제2열매체 통로는 서로 수직을 이루도록 배치되며,
    상기 전열핀은 상기 제2열매체 통로를 통과하는 제2열원의 진행 방향과 반대 방향으로 경사지게 상기 격벽으로부터 사선방향으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1열원은 제1공기 열원이며,
    상기 제2열원은 제2공기 열원이며,
    상기 전열핀은 다수의 메인 전열핀과 보조 전열핀을 구비하며,
    상기 보조 전열핀은 상기 메인 전열핀 사이에 배치되고,
    상기 메인 전열핀의 길이는 상기 보조 전열핀의 길이보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 전열핀은 상기 격벽에 대해 30° 내지 50°경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1열매체 통로, 상기 제2열매체 통로 및 상기 전열핀의 표면은 다수의 골과 마루 형태의 요철 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2열매체 통로의 서로 마주하는 격벽으로부터 돌출된 상기 전열핀은 상기 제2열매체 통로를 통과하는 공기의 진행 방향 상 서로 엇갈리게 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1열매체 통로의 최상단 폭은 상기 제1열매체 통로의 최하단 폭보다 좁게 형성됨으로써 복수의 상기 열교환 유닛이 서로 적층 결합될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 메인 전열핀 간 거리는 25mm 내지 35mm인 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1열매체 통로가 분획되어 형성됨으로써 액상의 축열재를 수용할 수 있는 제3열매체 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 이코노마이저 열교환기.
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