KR20200102664A - 타공부를 갖는 전열 교환 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전열 교환 소자에 관한 것으로서,
전열 보드가
스페이서와
상기 스페이서와 접착되는 전열 시트로 이루어지고,
복수개의 상기 전열 보드의 교차 적층되어 전열 교환 소자를 형성하여 공기 유동 채널을 형성하고,
상기 스페이서가 타공부를 구비하여 전열 시트 사이의 내부에서 상기 공기 유동 채널사이의 공기가 교차 유동되어 다른 채널로 공기가 유동 될 수 있도록 하여, 상기 타공부에 의해 전열 교환 소자 내의 공기 유동 분포를 개선시키도록 하고, 난류를 발생시켜서 전열 교환 성능을 개선시키도록 한다.

Description

타공부를 갖는 전열 교환 소자{Heat Exchange Element Having Hole In Spacers}

본 발명은 스페이서에 타공부가 형성되어 전열 시트와 결합되어 형성된 전열 보드로 이루어진 전열 교환 소자에 관한 것이다.

건물의 외기와 격리된 실내의 온도 유지를 위해서는 소정의 에너지 원이 제공되어야 한다. 여름 철에는 실내의 온도를 소정의 온도로 낮추기 위해서, 냉방 장치 구동을 위한 에너지를 필요로 하며, 겨울철에는 실내의 온도를 소정의 온도로 높이기 위한 에너지를 필요로 한다.

최근 들어, 화석 연료의 고갈 및 이로 인한 환경 오염을 방지하기 위한 여러가지 방법이 제안되어 있다. 여러 가지 방법 중 하나가 소정 온도로 유지되는 내부의 공기를 외기와 소통되도록 환기시킬 때, 손실되는 에너지를 재활용하는 열 회수 환기장치다.

상기 열 회수 환기장치는 통상적으로 전열교환기로도 널리 알려져 있으며, 대표적으로 판형 열회수 환기장치, 로터리 열 회수 환기장치로 구분된다. 통상적으로, 이들 열 회수 환기장치는 건물 밖의 외기와 강제 소통을 위한 구동모터, 전열 교환 소자(element) 또는 전열 교환 코어(core)(이후에는 "열 교환 소자"로 언급), 및 하우징으로 구성된다. 이 중에서 열 교환 소자의 역할이 가장 중요하며, 이것을 통해 대향류가 구현된다.

상기 열 회수 환기장치는 상기 구동모터에 의해, 건물의 외기와 내기를 열 교환 소자를 통해 강제 소통되도록 하면서, 외기의 온도를 내부 온도로 수렴되도록 형성하여 에너지를 회수하도록 한다. 이때, 로터리형 열 회수 환기장치의 열 교환소자는 내부와 격리된 외부 외기의 공기 중 입자 등이 내기와 혼합되어 오염될 가능성이 높은 반면에, 판형 열 회수 환기장치의 열 교환 소자는 외부 외기가 실내의 내기와 섞여서 내기를 오염시킬 가능성이 낮다. 공기 중 미세먼지의 농도가 높은 현재 대기 환경을 고려할 때, 판형 열 외수 환기 장치가 바람직하다.

열 교환 소자는 펄프등으로 이루어진 시트, 예를 들어, 종이 또는 부직포에 열전도율, 흡습 특성이 우수한 첨가물이 포함되어 열 회수 환기장치에서 내기와 외기와의 대향류 공기 유동에서 열전달을 수행하여 실내의 내기 에너지를 최대한 회수하도록 한다.

상기와 같은 열 교환 소자를 이루는 전열 시트는 다공성 기재, 예를 들어, 펄프등으로 이루어진 베이스 시트, 예를 들어, 종이 또는 부직포를, 열전도 특성, 흡습, 방염 특성 조성물로 이루어진 용액이 있는 반응조에 함침하거나 또는 코팅하여 전열 시트로 제조된다. 이와 같은 전열 시트의 성능은, 열 교환 소자의 전열 시트의 전열 성능을 발현하는 조성물에 의존된다. 그러나, 열 교환 소자의 전열 시트의 베이스가 되는 재료 기재의 사양도 중요하다.

전열 시트의 재료, 예를 들어, 종이 또는 부직포를 이루는 원료인, 펄프, 비스코스, 원사 등을 열 전도 특성, 흡습, 방염 특성의 조성물로 처리한 방적 섬유로 종이 또는 부직포로 제조하여 베이스 시트를 형성하는 것은, 경제적이지 않으며, 기술적으로 많은 문제가 있다. 또한 펄프, 비스코스, 원사로 이루어진 전열 시트는 재사용이 불가능하여, 열 회수 환기장치에서 열 교환 소자에서 주기적으로 분리하여 교체하여야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 열 교환 소자를 고가의 알루미늄 등의 금속 재료로 제조하기도 한다.

도 1은 통상적인 판형 열 회수 환기장치의 열 교환 소자를 예시한 도면이다.

통상적인 판형 열 회수 환기장치의 열 교환 소자는 도 1에 예시된 바와 같이, 공기 유동 채널를 형성하도록 하는 골판 형태의 복수 개의 스페이서와 전열 시트로 이루어진 전열 보드가 교번식으로 직교하여 배치되어 구성된다. 전열 시트의 열전도율이 높아야 하며, 상기 전열 시트를 통해 외기의 열과 내기의 열이 내기 온도 쪽으로 수렴되도록 한다.

대한민국 특허출원(10-1998-0050065호)에는 주거용 건물의 조립 식열회수환기 시스템이 기술되어 있다. 열 에너지를 회수 재공급하고, 외기와 접하도록 급기팬과 배기팬을 실외에 설치하고, 전열 교환기를 실내에 설치하며, 실내의 모든 공간에 공기가 공급될 수 있도록 형성된 급기덕트를 전열 교환기에 연결하여 열을 형성하며, 상기 열교환 소자는, 요철 모양의 골판과 평판형의 격판을 순서적으로 적층하고, 상기 요철 모양이 상호 직교하도록 다수개의 골판을 적층하여 상기 적층된 골판들이 프레임에 의해 고정 설치된다.

열 교환 소자에 해당되는 상술한 문언의 전열교환기는 상술한 바와 같이 골판과 격판을 적층하여 구성되며, 급기 수단으로 공기를 강제하여 전열 교환기를 통과되도록 하여 열을 회수하도록 한다.

이러한 구성의 전열교환 시스템은 상술한 바와 같이, 모터에 해당되는 급기 수단으로 덕트를 통해 공기를 강제하여 유입하도록 하기 때문에 통상적으로 배관의 마찰에 따라 배관내의 중앙 부분의 공기 유동의 속도가 더 빠르게 형성된다. 이러한 구동 방식에 따라, 덕트의 벽을 따라 유동되는 공기층은 전열 교환 소자의 가장자리 부분을 통해 통과하면서 공기 유동 속도가 떨어지며, 전열 교환 소자의 공기 유동 채널을 교차하여 볼 때, 전열 교환 분포도 달리 나타날 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 전열 교환기 구동시에 모터 등의 급기 수단에 의해 강제되는 공기의 유동이 전열 교환 소자의 중앙 부분으로 집중되지 않고 공기 유동 채널을 교차한 방향을 가정할 때, 그 유동량이 가능한 균일하게 분포되도록 하고, 동시에 공기 유동 채널을 급격하게 벗어난 공기가 난류를 형성하도록 하여 전열 교환 효율을 개선시키도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 스페이서에 복수 개의 타공부를 구비한 전열 교환 소자에 관한 것이고,

본 발명의 목적은 전열 보드가 스페이서와

상기 스페이서와 접착되는 전열 시트로 이루어지고,

복수개의 상기 전열 보드의 교차 적층되어 전열 교환 소자를 형성하여 공기 유동 채널을 형성하고,

상기 스페이서가 복수 개의 타공부를 구비하여 전열 시트 사이의 내부에서 상기 공기 유동 채널사이의 공기가 교차 유동되어 다른 채널로 공기가 유동 될 수 있도록 하는 전열 교환 소자를 제공함에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 공기 유동 채널의 유동 방향에 교차한 방향으로 상기 스페이서의 중앙 부에서 벗어나 타공된 타공부를 구비한다.

본 발명의 스페이서에 타공부가 복수 개로 배치되어 급기 배관의 벽을 따라 유동되는 저속의 공기 흐름에서 전열 교환 소자의 공기 유동 채널에서의 공기 흐름의 방향을 다른 채널로 변경하여 전열 교환 소자를 통과하는 공기 유동 속도 또는 유동량의 분포를 고르게 분포하도록 하며, 또한, 공기 유동 채널을 급격하게 교차하면서 공기 유동됨에 따라 타공부(3)에서 난류가 발생되어 열 회수 성능을 개선시키도록 한다.

도 1은 통상적인 판형 열 회수 환기장치의 열 교환 소자를 예시한 도면이다.
도 2는 도 1의 판형 열 회수 환기장치에서의 스페이서와 전열 시트를 분해하여 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 타공부를 갖춘 스페이서를 예시한 도면이다.
도 4는 도 2의 타공부를 갖츤 스페이서와 전열 시트가 부착되어 형성된 전열 보드를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 타공부를 갖춘 스페이서가 채용된 전열 보드에서의 공기 유동을 예시한 설명도이다.

열 회수 환기 장치는 실내 내기를 유지하기 위해 소요되었던 에너지를 최대한 재활용하기 위해 사용된다. 열 교환 소자는 열 회수 환기장치에서 내기와 외기가 격리되어 대향류로 유동되면서 외기의 온도가 실내 내기의 온도로 수렴되도록 열전달이 이루어지면서 실내 내기 온도를 유지하는데 사용된 에너지를 최대한 회수할 수 있도록 한다.

도 1에 예시된 바와 같이, 전열 교환 소자(10)는 상기 스페이서(1)와 전열 시트(2)가 접착되어 전열 보드로 형성된다. 복수 개의 상기 스페이서(1)와 복수 개의 상기 전열 시트(2)로 이루어지는 복수 개의 상기 전열 보드가 서로 직교되도록 교번되어 배치된다. 이러한 구조에 따라, 상기 스페이서(1)와 전열 시트(2)에 의해 형성되는 공기 유동 채널이 벌집 형태로 서로 교차되어 배치된다. 전열 보드와 전열 보드가 서로 교번되어 적층되어 공기 유동 채널이 형성되고, 또한 상기 스페이서(1)와 전열 시트(2)가 접착된 전열 보드에도 공기 유동 채널이 제공되어 있다.

상기 공기 유동 채널을 통해 실내 내기와 실외의 외기가 격리되어 교차되도록 공기가 강제 유동된다. 상기 공기 유동 채널을 통해 상기 실내 내기와 실외의 외기는 상기 전열 시트(2)를 두고 서로 격리되어 상기 공기 유동 채널를 통해 유동 된다.

전열 보드의 전열 시트(2)를 두고, 실내 내기와 실외 외기의 열이 전달된다. 실내 내기가 낮은 여름철의 경우에는 저온의 실내 내기의 온도를 향해서 실외 외기의 열이 전달되면서, 외기의 온도의 낮아지며 이에 따라 실내로 유입되는 외기의 온도를 낮추어 유입되도록 하여 에너지를 절감하게 된다.

상술한 바와 같이, 전열 시트(2)는 내기의 열 및 외기의 열 전달이 이루어지도록 하는 열전달 능력을 가져야 한다. 이러한 열전달 능력 이외에도, 흡습성, 방염성, 가스 차단 능력을 가지는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 전열 시트는 바람직하게는 부직포이며, 종이이며. 선택적으로는 합섬, 플라스틱 소재도 본 발명의 범위에 해당된다.

전열 시트(2)는 상기 특성들을 가진 조성물 용액이 담긴 반응조에 베이스 시트를 함침시켜서 이 베이스 시트에 조성물이 코팅되도록 하여 성능을 발현하도록 한다.

상기 스페이서(1)에도 전열 특성 이외의 조성물이 코팅되어 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예의 타공부(3)를 갖춘 스페이서(1)를 예시한 도면이다. 도 4는 도 3의 복수 개의 타공부(3)를 갖춘 스페이서(1)와 전열 시트를 접착하여 제공된 전열 교환 소자(10)를 예시한 개략도이다.

도 3 에 예시된 바와 같이, 상기 스페이서(1)는 중심에서 벗어난 위치에 복수 개의 타공부(3)가 타공되어 있다. 상기 타공부(3)의 형태는 도 3에서는 원형으로 예시하였지만, 타원, 다각형 등 그 제한이 없다. 또한 타공부(3)의 크기도 제한이 없으며, 선택적으로 제공될 수 있다.

도 4에 예시된 바와 같이, 타공부(3)가 타공된 상기 스페이서(1)와는 달리 전열 시트는 타공되어 있지 않아서, 적층되는 전열 보드 사이를 격리하여 열을 전달하는 역할을 하도록 한다.

도 5는 본 발명의 전열 보드에서의 공기 유동을 예시한 설명도이다.

도 5에 예시된 바와 같이, 공기는 상기 스페이서(1)에 형성된 골 형태의 구조와 상기 전열 시트(2)가 접착되어 폐구조를 갖는 공기 유동 채널을 통해 유동된다. 공기는 상기 공기 유동 채널을 통해 일방향으로 유동된다. 그러나, 본 발명의 스페이서(1)가 전열 시트(2)와 접착되어 형성된 공기 유동 채널을 통해 공기가 유동되는 과정 중에 스페이서(1)의 타공부(3)를 통해 기존 공기 유동과 다른 교차한 인접한 공기 유동 채널로 유동된다.

상술한 바와 같이, 공기 유동 채널을 가로지르는 범위 또는 폭은 스페이서(1)의 타공부(3)의 크기, 폭에 따라 좌우되는 것은 자명한 사항이다. 타공부(3)의 폭과 크기는 당해업자에 의해 용이하게 변형되어 선택될 수 있을 것이다.

전열 교환 소자는 전열 교환기의 중심에 배치되어 건물의 내기와 외기가 전열 시트를 사이에 두고 서로 교차되면서 폐열을 회수하게 된다. 건물의 공기를 강제 유동하기 위해서 모터 수단의 구동력을 활용하며, 전열 교환기에 배치된 급기구, 배기구, 흡기부 등으로 언급되는 덕트 형 배관을 통해 내기와 외기가 유동된다.

상기 모터 수단의 구동력은 주로 전열 교환 소자의 중심 또는 배관의 중심을 향해서 집중되며, 또한 배관 등의 측벽을 따라 공기가 유동될 때 측벽 부에서는 공기의 유동 속도가 떨어지며, 이에 따라, 배관 단면을 가정할 때 배관 단면의 중심부에서는 모터 수단의 구동력이 집중되어 측벽부에서의 유동 속도 보다는 빠르게 유동된다. 즉, 배관의 중심부와 배관 측면 사이에서 유동 속도의 차이를 보이게 된다. 다시 말해서, 배관의 측벽에 인접한 부분과 중앙부에 인접한 부분에서의 공기 유동 채널내의 공기 유동 속도가 다르므로, 일정 시간 동안 상기 공기 유동 채널을 통해 통과되는 공기의 유동량이 다르다는 것이다.

상술한 바와 같이, 배관의 측벽에 인접한 부분과 중앙부에서의 공기 유동량이 다르므로, 전열 교환 소자의 공기 유동 방향을 교차한 단면을 가정하여, 교차 면에 따른 공기 유동 속도를 가능하면 고르게 분산되도록 하여 전열 교환 성능을 개선시킨다. 도 5에도 예시된 바와 같이, 중앙부에서의 공기 유동 속도가 집중됨에 따라, 이를 배관의 측벽으로 분산시켜서 전열 교환 소자에서의 공기 유동의 양태를 변형할 수 있다. 뿐만 아니라, 타공부에서 공기가 공기 유동 채널에서 유동되다가 갑자기 스페이서(1)의 타공부(3)에서 벗어나면서 급격하게 유동이 변화되면서 난류가 형성되며, 이에 따라 전열 시트(2)와 공기와의 접촉을 향상시키도록 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 타공부(3)의 형태 및 위치는 제한이 없으며, 조건에 따라, 예를 들어, 습기가 많은 지역 또는 계절, 건조한 계절에 따라 그 배치 및 형태를 달리 적용할 수 있다.

골 형태로 형성된 상기 스페이서(1)의 제조를 위해서는, 제조 공정시 롤 형태로 제공되어 있는 스페이서의 기재를 언롤 작업을 하고, 타공 작업을 하여, 다시 롤을 형성하여 종래의 공정을 적용하여 제조될 수 있다.

반면에, 스페이서 기재를 이루는 롤을 언롤링하면서, 골 형성 공정 전에 타공 공정을 추가하여 연속하여 골 형성 공정을 진행하여 제조될 수 있다.

1 : 스페이서
2 : 전열 시트
3 : 타공부
10 : 전열 교환 소자

Claims (2)

1. 전열 보드가
   스페이서와
   상기 스페이서와 접착되는 전열 시트로 이루어지고,
   복수개의 상기 전열 보드의 교차 적층되어 전열 교환 소자를 형성하여 공기 유동 채널을 형성하고,
   상기 스페이서가 타공부를 구비하여 전열 시트 사이의 내부에서 상기 공기 유동 채널사이의 공기가 교차 유동되어 다른 채널로 공기가 유동 될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전열 교환 소자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기 유동 채널의 유동 방향에 교차한 방향으로 상기 스페이서의 중앙 부에서 벗어나 타공된 타공부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전열 교환 소자.

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