KR20220093861A - 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치 및 그 장치의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치는, 임의 공간의 외부에서 내부로 공기를 유입시키는 공기 유입부, 임의 공간의 실내 공기를 흡기하는 흡기부, 및 흡기한 실내 공기의 온도를 근거로 (기)유입한 공기의 온도 편차를 줄여 온도가 보정된 공기를 임의 공간으로 급기하는 냉열히터부를 포함할 수 있다.

Description

공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치 및 그 장치의 구동방법{Apparatus for Autonomous Cooling and Heating of Preventing Indoor Temperature Change during Air Circulation and Driving Method Thereof}

본 발명은 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 가정이나 사무실 또는 작물재배를 위한 시설공업에서 최적화된 실내온도가 실내의 오염된 공기를 외부공기와 순환하더라도 실내의 온도는 변화없이 상시 유지되도록 하는 공기순환시 실내의 온도변화 방지하는 자율냉열히터장치 및 그 장치의 구동방법에 관한 것이다.

현재 지구는 각종 환경재해로 인하여 자연환경에서 농작물을 생산하기 힘든 환경으로 변해가고 있다. 뿐만 아니라 고부가가치를 위한 특용작물의 생산을 위하여 인공적으로 조성된 밀폐된 공간에서 작물을 경작하기 위하여 최적의 환경을 갖출 뿐만 아니라 사람이 살아가는 공간 역시 최적의 환경을 유지시키기 위하여 많은 노력을 경주하고 있다. 하지만 이러한 인공으로 조성된 최적 환경 역시 계절의 변화에 따른 환경요인을 무시할 수 없으며, 특히 미세먼지 등의 문제로 사람이 생활하는 실내공간이나 농작물을 키우는 인공 재배실이 점차 폐쇄형 공간으로 변화되고 있지만, 정착 환경을 조절하기 위하여 실내의 온도를 떨어뜨리는 냉방기 또는 에어컨 등과, 온도를 올리는 온열장치로 히터나 열풍기와 같은 기기들을 독자 배치하여 사용하고 있다. 이러한 기기들은 각각 독립 운전을 통하여 실내의 온도 등을 적정하게 유지시켜주는 장점이 있지만, 각각의 제품들은 외부공기의 유입 시 실내 공간의 공간 용적의 문제로 최적의 온도를 유지하는 데는 많은 시간이 소모되므로 에너지 비용이 증가되는 것이 단점으로 작용한다.

또한, 종래에는 실내공기 순환 공기와 외부 유입 공기의 공기질에 기초하여 능동제어 가능한 댐퍼 및 필터가 구비된 공기조화기와, 지열 및 폐열을 이용한 에너지 절약형 히트펌프 공기 조화기가 공지된 바 있다. 전자의 경우는 실내의 냉난방 기술에 있어서 실외로 배출되는 냉·온기 속에 포함된 열 에너지를 회수하여 이를 재사용하는 기술로서 냉·온열 교환기의 장착으로 실내의 공기가 배기될 때 공기 속의 잠열을 회수하여 에너지의 사용량을 줄임과 동시에 환기과정에서 발생되는 냉·난방의 부하를 방지하도록 한 것이며, 후자의 경우는 공기조화에 활용되는 실내 순환공기 또는 외부유입공기의 공기질에 기초한 것으로서 기존의 프리필터를 활용한 전기집진식초박형 미세먼지 필터 시스템으로서 미세먼지 공기의 청정 기능의 수행을 목적으로 하고 있는 기술로서 이 과정에서 메인 필터를 통과한 공기를 열 교환을 통해 냉각 또는 가열시키는 급기부 측으로 냉각 또는 가열된 공기를 전달하는 열 교환기를 포함하고 있다. 그런데, 상기의 종래기술은 실내로 유입되는 외부 및 지열공기 또한 실내로 유입시에는 공기온도와는 편차를 가질 수밖에 없기 때문에 실내에 공기가 유입되면 온도의 편차는 당연히 존재하므로 이러한 편차에 따른 온도 보상을 위하여 부가적으로 설치된 냉난방기기들을 가동하여야 한다.

따라서, 이러한 비록 열교환을 통해 내외부의 온도편차를 줄인다 하더라도 외부로부터 유입되는 온도의 편차를 극복하기 위하여는 에어컨, 유니트쿨러 등 온도를 낮추는 냉방 기기 및 온열장치인 열풍기, 히터, 보일러 등 다양한 제품들을 구비하여야 한다. 그리고 이러한 제품들은 거의 실내에서만 작용하는 기기들로서 독립적으로 운전되는 기기로서 상호 연동복합체로 구성된 것이 아니라 독자적 기능에 따라 사용자가 설정한 필요 온도를 유지시키기 위하여 사용되는 것으로서 실내에 장착된 온도센서에 의하여 작동하며, 실내의 온도를 유효하게 유지시켜주는 역할을 한다.

상기의 기존 기술을 포함하여, 이러한 기술들은 실내의 공기를 외부공기와 교환하고자 할 때에는 실내온도가 그대로 외부온도에 노출되므로 상기의 기존 기술과 같이 비록 열교환을 통하여 내부공기의 온도를 재사용시켜 실내·외 온도의 편차를 낮춘다고 하더라도 외부공기의 온도가 이미 실내로 유입되고, 어느 정도 실내에 포화된 상태라야만 실내의 센서에 의하여 온도편차를 보정할 수 있는 냉방기 또는 온열기들이 작동되므로 이 과정에서 많은 시간의 소요로 실내의 온도는 편차된 상태에서 유지될 수밖에 없으므로, 특히 온도에 민감한 버섯 또는 딸기 등의 농작물의 경우에는 이러한 온도 보정의 시간지연에 따라 온도 편차로 의하여 많은 스트레스를 받는 것이 사실이다.

그리고, 실내의 용적에 따라 조금씩은 다르겠지만 실내의 오염된 공기를 배기하는 시간에 따라 외부공기 도는 지열공기의 유입 역시 실내공기의 배기 시간과 동일한 지속성을 가질 수밖에 없으므로 이 지속성으로 인하여 이미 실내의 유효하지 못한 온도는 사용자가 설정한 유효온도로 보정하기 까지는 많은 시간이 소요될 수밖에 없다.

따라서 이러한 복합적인 문제로 인하여 냉난방기기 등의 가동률 또한 높아져 에너지 비용의 상승을 불러오는 것이 사실이며, 또한 농작물 재배사의 경우에는 농작물은 실내온도의 회복 시간까지 유효성을 갖지 못하는 온도에 의하여 지속적으로 노출될 수밖에 없으므로 이로 인한 스트레스 등으로 인하여 품질이 저하되거나, 또는 폐사할 수도 있다.

특허문헌 1 : 한국등록특허공보 제10-0156527호(1998.07.22) 실내 공기 순환장치 특허문헌 2 : 한국등록특허공보 제10-1228892호(2013.01.28) 농작물 재배시설의 공기순환팬 장치 특허문헌 3 : 한국등록특허공보 제10-1060240호(2011.08.23) 공기 순환형 실내 유닛 쿨러 특허문헌 4 : 한국등록특허공보 제10-1834742호(2018.02.27) 온실 공기 순환 장치 및 이를 포함하는 시스템 특허문헌 5 : 한국등록특허공보 제10-2187599호(2020.12.01) 버섯재배 비닐하우스용 냉난방 공기순환장치 특허문헌 6 : 한국등록실용신안공보 제20-0404352호(2005.12.15) 환기 겸용 공기 순환장치

본 발명의 실시예는 가령 가정이나 사무실 또는 작물재배를 위한 시설공업에서 최적화된 실내온도가 실내의 오염된 공기를 외부공기와 순환하더라도 실내의 온도는 변화없이 상시 유지되도록 하는 공기순환시 실내의 온도변화 방지하는 자율냉열히터장치 및 그 장치의 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치는, 임의 공간의 외부에서 내부로 공기를 유입시키는 공기 유입부, 상기 임의 공간의 실내 공기를 흡기하는 흡기부, 및 상기 흡기한 실내 공기의 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도 편차를 줄여 보정된 온도의 공기를 상기 임의 공간으로 급기하는 냉열히터부를 포함한다.

상기 냉열히터부는, 상기 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도를 높이는 온열기, 및 상기 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도를 낮추는 냉열기를 포함할 수 있다.

상기 냉열히터부는, 상기 공기 유입부 및 상기 흡기부의 공기 온도를 측정하는 온도센서부, 및 상기 온도를 근거로 상기 온열기 또는 상기 냉열기를 가동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 공기 유입부는, 지면에서 지정된 높이에 설치되어 외부 공기를 흡기하는 외기부, 및 지하에 상시 조정되는 공기를 흡기하기 위하여 지하에 매설된 관으로부터 지열 공기를 제공받는 지열부를 포함할 수 있다.

상기 외기부와 상기 지열부는 상기 공기 유입부에 공통 연결되어 서로 반대로 동작할 수 있다.

상기 지열부는, 상기 실내 공기와 상기 유입된 공기의 온도 편차가 클 때 선택적으로 가동될 수 있다.

상기 외기부 및 상기 지열부는 상기 외부공기 및 상기 지열공기의 흡기 및 역류를 방지하기 위하여 서로 반대 동작을 수행하는 바이패스 밸브부를 각각 포함할 수 있다.

상기 바이패스 밸브부는, 상기 외부공기 또는 상기 지열공기를 흡기하는 공기흡기팬, 상기 공기흡기팬이 송풍하는 공기 압력에 의해 직진 방향으로 탄성력을 가지는 스프링장치, 및 상기 스프링장치에 의해 개폐되어 공기 유입을 조절하는 무동력 순환팬을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치의 구동방법은, 공기 유입부가, 임의 공간의 외부에서 내부로 공기를 유입시키는 단계, 흡기부가, 상기 임의 공간의 실내 공기를 흡기하는 단계, 및 냉열히터부가, 상기 흡기한 실내 공기의 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도 편차를 줄여 보정된 온도의 공기를 상기 임의 공간으로 급기하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면 내부의 공기와 외부의 공기를 순환시키는 과정에서, 외부공기의 계절적 요인에 의한 온도변화 및 지열공기의 온도와 상관없이 외부공기 및 지열공기가 실내의 유효한 온도와 동일하게 변환되어 실내로 급기되므로 실내에는 온도의 변화없이 상시 유효온도를 유지할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 실내공기를 재순환시켜 실내공기를 유효한 온도로 지속적으로 보정하여 실내로 급기시킴으로써 공기조화 과정에서 발생할 수 있는 아주 미세한 온도의 편차도 실내의 유효한 온도로 즉시 보정할 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 실내의 최적 온도 유지시스템을 나타내는 도면,
도 2 내지 도 4는 도 1a 및 도 1b의 자율냉열히터장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 5 및 도 6은 냉열히터의 동작원리를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 1a 및 도 1b의 외기장치 및 지열장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 1a 및 도 1b의 외기장치 및 지열장치를 각각 보여주는 도면, 그리고
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 실내의 최적 온도 유지시스템을 나타내는 도면, 도 2 내지 도 4는 도 1a 및 도 1b의 자율냉열히터장치의 구조를 설명하기 위한 도면, 도 5 및 도 6은 냉열히터의 동작원리를 설명하기 위한 도면, 도 7은 도 1a 및 도 1b의 외기장치 및 지열장치의 구조를 설명하기 위한 도면, 그리고 도 8은 도 1a 및 도 1b의 외기장치 및 지열장치를 각각 보여주는 도면이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실내의 최적 온도 유지시스템(90)은 자율냉열히터장치(100), 외기장치(110) 및 지열장치(120)의 일부 또는 전부를 포함한다.

여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 지열장치(120)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 실내의 최적온도 유지시스템(90)이 구성되거나, 외기장치(110)와 같은 구성요소의 일부 또는 전부가 자율냉열히터장치(혹은 자율냉열히팅장치)(100)에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 실내의 최적온도 유지시스템(90)은 기존의 열교환장치 또는 공기청정기능을 위한 필터시스템이 아니라, 실내의 공기환기를 위해 외부로의 배기시 필연적으로 발생될 수밖에 없는 내·외부의 온도편차를 외부 및 지열공기의 유입시 본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치(100) 등의 본체(부)(101)에서 실내의 온도로 즉각 변환시켜 실내로 급기될 수 있도록 할뿐 아니라, 실내공기의 독자적 지속 순환을 위하여 본체부(101)에 장착된 (내부공기 흡기) 순환팬(300)을 통하여 실내의 공기가 본체부(101)를 강제 통과하도록 함으로써 만일에 발생할 수 있는 미세 온도 차이를 실내의 유효한 온도로 지속적으로 보정시켜 실내로 다시 급기시키는 기술로서, 실내온도를 상시 유효온도로 유지시킬 뿐 아니라 외부 또는 지열 공기의 유입에 따른 실내온도와의 편차를 근본적으로 해소하는 기술에 해당한다.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 실내의 최적온도 유지시스템(90)은 내·외부공기의 순환시 외부공기 및 지열공기의 흡기에서 발생될 수밖에 없는 온도의 편차를 본 발명의 실시예에 따른 장치(예: 자율냉열히터장치)를 통하여 실내 공기온도와 동일하게 즉시 해소하여 실내로 급기시킴으로써 내부공기의 온도와 외부공기 또는 지열공기와의 온도 편차를 전혀 갖지 않도록 한 것이며, 또한 실내의 미세한 온도편차 역시 근본적으로 해소할 수 있도록 본 발명의 실시예에 따른 장치에 장착된 순환팬(300)을 통하여 실내의 공기를 강제 흡기하여 실내의 유효한 온도로 재변환시켜 다시 실내로 급기하는 것이다.

따라서 본 발명의 실시예는 최적화된 실내온도가 실내의 오염된 공기를 외부공기와 순환하더라도 실내의 온도는 변화없이 상시 유지되며, 이를 위하여 냉·온 장치를 하나의 독립된 제품 및 시스템으로 결합시켜 연동시킨 복합체의 기기로서 실내공기의 재순환과정이나, 또는 오염된 실내의 내부공기를 외부로 배기하는 과정에서 신선한 외부공기를 실내로 유입시켜 실내로 배기되기 전, 본 발명의 실시예에 따른 장치를 통하여 온도관리가 시작되도록 함으로써 실내로 배기되는 공기는 항상 실내의 유효 온도에 맞도록 온도의 편차 없이 공급시킬 수 있다. 여기서, 유효 온도는 기설정된 현재의 실내 온도라 볼 수 있다.

이와 같이, 내부의 공기와 외부의 공기를 순환시키는 과정에서, 외부공기의 계절적 요인에 의한 온도변화 및 지열공기의 온도와 상관없이 외부공기 및 지열공기가 본 발명의 실시예에 따른 본체부(101)의 하단부에 장착된 (외부공기 흡기) 순환팬(310)에 의하여 본체에 강제 유입되는 즉시 실내의 유효한 온도와 동일하게 변환되어 실내로 급기 되어지므로 실내에는 온도의 변화없이 상시 유효온도로 유지될 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 본체부(101)의 하단부에 장착된 순환팬(300, 310) 중 일부의 순환팬(300)은 실내공기를 재순환시켜 실내공기를 유효한 온도로 지속적으로 보정시켜 실내로 급기시킴으로써 공기조화 과정에서 발생할 수 있는 아주 미세한 온도의 편차도 실내의 유효한 온도로 즉시 보정시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 가정이나 사무실, 그리고 시설공업 등에서, 시간의 흐름에 따라 자연스럽게 변화되는 실내의 온도를 지속적으로 유효한 온도로 유지시키기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 기기를 통하여 실내의 공기를 강제 흡입하여 유효한 실내온도로 변환 후 재배출하며, 실내의 오염된 공기의 환기를 위하여 실내공기를 외부로 배출시 실내의 온도는 함께 유출된다. 그리고 동시에 발생되는 실내의 외부공기의 유입으로 말미암아 실·내외 온도 편차가 발생되므로 이를 극복하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치(100) 또는 실내의 최적 온도 유지시스템(90)을 통하여, 외부공기의 실내 유입 즉시 실내의 유효한 온도로 변환시켜 실내로 공급함으로써 실내에는 상시 청정한 공기로서 유효한 온도가 유지된다.

예컨대, 실내의 유효한 온도를 20도(예: 섭씨)라고 가정할 때, 계절의 요인에 따른 외부공기의 극한 온도 차, 즉 겨울철의 마이너스 온도와 여름철의 30도를 넘나드는 경우에는, 적정 실내온도인 20도와는 매우 큰 온도의 편차가 생겨나므로 이로 인하여 실내에는 결로 등의 문제가 발생되고, 또한 외부공기의 유입에 따라 실내의 온도를 유효한 온도로 변환시키기 위하여서는 본 발명의 실시예에 따른 제품 역시 실내외의 큰 온도편차를 다루기에는 무리가 있을 수 있다.

이는 기존과 같이 열교환을 통한 에너지 재사용시에도 결국 내부온도와 외부온도와는 편차가 생겨날 수밖에 없으므로, 본 발명의 실시예에서는 이를 보완하기 위하여 선택적으로 온도가 상시 균일하게 유지되는 지열을 이용하여 1차로 내·외부의 급격한 온도편차를 완화시킴으로써 온도격차를 줄인 상태에서 본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치(100)의 본체부(101)로 유입시키고, 2차로 본체부(101)에 유입된 공기를 실내의 공기 온도와 동일하게 보정한 후, 최종적으로 실내에 급기시킴으로써 실내·외의 온도의 편차로 인한 실내의 결로현상 등을 방지할 뿐 아니라, 실내가 농작물의 재배 용도인 경우, 기존의 기술과 같이 유효한 실내온도로 정상화될 때까지 발생되는 스트레스를 근본적으로 방지할 수 있다. 물론 본 발명의 실시예에서는 지열을 이용하는 것은 급격하게 발생되는 실내·외의 온도편차를 줄이기 위한 하나의 방법을 기술한 것으로서 본 발명의 실시예에서는 이 지열의 이용에 특별히 한정하지는 않을 것이다.

또한 자율냉열히터장치(100)를 포함하는 실내의 최적 온도 유지시스템(90)은 지열공기 유입관(710b)과 외부공기 유입관(700)에는 각각 바이패스밸브(701, 721)를 장착하여 지열공기 또는 외부의 공기가 유입될 때 사용자의 의사에 따라 선택적으로 공기유입을 가능하게 한다. 다시 말해, 사용자가 목적에 따라 선택적으로 해당 바이패스밸브(701, 721)를 전자적으로 구동시킬 수도 있다. 이는 외부환경에서 온도가 급강하되거나 또는 급상승하는 계절에는 지열공기 유입관(710b)에 장착된 흡기 펌프(740)를 작동하여 실내온도와의 편차가 가장 작은 지열공기를 유입시킴으로써 실내외의 온도 편차에 대한 부담적 요소를 해소할 수 있다.

그리고 실내에 설정된 유효온도가 계절상 외부의 온도와 큰 편차가 없는 경우에는 외기장치(110)인 외기부의 공기유입관(700)을 이용하여 외부공기를 직접 유입시킴으로써 실내 온도와의 편차를 줄여줄 수 있어 본 발명의 실시예에 따른 본체부(101)의 가동률을 줄일 수 있으며, 이때에는 지열공기 유입관(710b)에 장착된 바이패스 밸브(721)는 스프링(장치)(722)에 의해 자동으로 닫힌 상태가 되므로 외부 공기가 실내로 유입되면서 지열공기 유입관(710b)으로 역류되지 않으며, 또한 모든 지열관 및 외기관에는 무동력 순환팬(703, 723)을 장착하여 관내로 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 이송할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치(100)는 냉열장치와 온열장치를 포함하며, 도 5에 도시된 바와 같이 온열장치(혹은 온열기)(510) 즉 히터는 냉열장치 즉 냉열기(500)의 좌우, 일측 및 타측의 공기 배기부에 부착되는 형태로 구성될 수 있다. 2개의 장치를 통합하여 냉열히터(103)라 명명될 수 있다. 도 2의 (a)는 냉열히터(103)를, 도 2의 (b)는 냉열히터(103)를 포함하는 본체부(101)를 보여주며, 도 2의 (c)는 냉열히터(103)의 내부 구성도이다. 냉열히터(103)는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 냉매관(200), 액관(210), 가스관(220) 및 팽창변(230)의 일부 또는 전부를 포함하며, 여기서 "일부 또는 전부를 포함"한다는 것은 앞서의 의미와 크게 다르지 않다. 통상 냉동 사이클에서 고압액체상태의 냉매가 팽창변을 지나면서 저업의 상태로 갑자기 바뀌면서 냉매가 기화(증발)한다. 주위에서 기화열을 빼앗기 빼문에 냉각작용이 일어난다.

도 3의 (a)는 냉열히터 본체 상부도로서 냉매관장치를 보여주며, 도 3의 (b)는 냉열히터 본체 하부도의 공기순환장치를 각각 보여준다. 도 3의 (b)에서와 같이 냉열장치의 하단부에는 공기를 장치의 내부로 흡기하는 흡기 순환팬(300, 310)이 부착되고, 이 흡기 순환팬(300, 310)으로 흡기된 실내 및 외부공기는 냉열장치의 냉매관(200)을 거쳐 온열장치(510)를 통하여 배기된다. 이때 실내 및 외부공기는 센서에 의하여 흡기된 공기를 실내의 유효한 온도로 변환시켜 배기한다. 냉열장치(500)의 하단부에 장착된 흡기 순환팬(300, 310)은 공기순환장치로서, 이는 다시 내부공기 흡기 순환팬(혹은 실내공기 흡기 순환팬)(300)과 외부공기 흡기순환팬(310)으로 구분되고, 내부공기 흡기 순환팬(300)은 실내공기의 온도 조절을 위한 흡기순환팬이며, 외부공기 흡기 순환팬(310)은 외부로부터 유입되는 공기의 온도조절을 위한 흡기순환팬이다. 내부공기 흡기 순환팬(300)과 외부공기 흡기 순환팬(310)은 본 발명의 실시예에서 제1 흡기팬 및 제2 흡기팬이라 명명될 수 있다. 또한, 외부공기 흡기 순환팬(310)을 포함하는 부위는 공기 유입부라 명명될 수 있다. 여기서, 공기 유입부는 외부공기나 지열공기를 공급하는 공급관을 포함할 수도 있을 것이다.

도 4의 (a)는 공기순환장치 흡기팬의 정면도이며, 도 4의 (b)는 공기순환장치 흡기팬의 모식도를 나타낸다. 또한, 도 5 및 도 6은 냉열히터의 원리도를 각각 보여준다.

도 4의 (a) 내지 도 6에 도시된 바와 같이 공기순환장치를 구성하는 내부공기 흡기 순환팬(300)과 중앙의 외부공기 흡기 순환팬(310)을 통해 온도 편차를 줄여 냉열히터 본체의 양측에서 순환공기를 배기할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 앞서 언급한 대로, 외부공기 흡기 순환팬(310)을 통해 유입되는 외부공기 및 지열공기를 선택적으로 유입할 수 있다. 다시 말해, 겨울과 같이 내부와 외부의 온도편차가 큰 경우에는 지열공기를 이용하거나, 지열공기를 외부공기와 함께 이용함으로써 온도 편차를 빠르게 줄일 수 있다. 도 5에서 도면번호 500은 냉열장치(혹은 냉열기)를, 그리고 도면번호 510은 온열장치(혹은, 온열기, 히터)를 각각 나타낸다.

공기순환장치에서, 외기장치(혹은 외기부)(110)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 외부공기를 흡기하기 위하여 외부에 노출된 관으로부터 실내로 이어지는 공기유입관(700)으로 구성되고 이 유입관(700)의 내부에는 외부에서 흡기되는 공기를 원활하게 회전시켜주는 무동력 순환팬(703)을 장착하여 유입관(700) 내의 공기흐름을 원활하게 하여 본 발명의 실시예에 따른 냉열히터장치(100)의 본체부(101) 아래의 외부공기 흡기 순환팬(310)으로 이동된다. 이와 같이 외기장치(110)인 외기부는 외부공기를 실내로 공급하는 공기 유입관(700)의 총칭일 수 있으며, 계절적 변화에 따른 외부공기는 실내온도와 편차가 있을 수밖에 없으므로 실내로 유입된 외부공기는 냉열히터장치(100)의 본체부(101)에서 냉매관(200) 또는 히터를 통하여 실내의 유효 온도로 변환시켜 실내로 공급되게 한다.

이때 외기부의 공기유입관(700)에 삽입, 장착된 바이패스 밸브(701)는 스프링장치(702)로 인하여 공기흡기팬이 송풍하는 공기 압력에 의하여 자연스럽게 밀림으로서 공기는 흡기되고, 실내로 공기가 유동되지만, 사용하지 않는 지열장치(120) 즉 지열부의 공기유입관(710)은 바이패스밸브(721)가 스프링의 힘으로 닫혀있는 상태가 되므로 유입된 공기는 지열부의 공기유입관(710)으로 역류하지 못한다.

좀더 살펴보면, 지열부는 지하에 상시 조성되는 공기를 흡기하기 위하여 지하에 매설된 관으로부터 지열에 의하여 온도가 변환된 공기를 실내로 공급하는데, 이 역시 공기유입관(710)의 내부에는 흡기되는 공기를 원활하게 회전시켜주는 무동력 유동팬(723)을 장착하여 공기유입관(710)의 공기를 본 발명의 실시예에 따른 냉열히터장치(100)의 본체부 아래의 공기순환 흡기팬(310)으로 원활하게 이동시킨다.

지열장치(120)의 지열부는 지하에 매설된 공기유입관(710)으로부터 실내로 공기를 유입하는 공기유입관의 총칭이다. 지열부는 계절적 변화에 따른 공기의 온도가 상시 일정하게 유지되지만 실내의 온도와는 편차가 있을 수밖에 없으므로 실내로 유입된 지하공기는 냉열히터장치(100)의 본체부 내 냉매관(200) 또는 히터를 통하여 실내의 유효 온도로 변환되어 실내로 공급된다.

이때 지열부의 공기유입관(710)에 삽입, 장착된 바이패스 밸브(721)는 스프링장치(722)로 인하여 공기흡기팬이 송풍하는 공기 압력에 의하여 자연스럽게 밀림으로써 실내로 공기가 유동되도록 되어 있으므로 사용하지 않는 외기부의 공기유입관(700)은 바이패스밸브(701)가 스프링의 힘으로 닫혀있는 상태가 되므로 유입된 공기는 외기부의 공기유입관(700)으로 흐르지 못한다. 본 발명의 실시예에서는 경우에 따라서는 외부공기 흡기(순환)팬과 지열공기 흡기(순환)팬을 동시에 가동할 수 있다. 이는 가령 외기부와 지열부를 전자적으로 작동하므로 구성함으로써 사용자에 의해 선택적으로 동작이 이루어지도록 할 수 있다.

다시 정리해 보면, 공기순환장치 이용시 실내의 온도 변화 방지를 위한 자율냉열히터장치(100) 및 계절에 따른 외부 온도 환경의 변화를 이용한 실내의 최적 온도 유지시스템(90)의 구조에 있어서, 냉열히터장치(100)의 냉열장치는 냉열장치 본체부와 온열장치로 구성되며, 온열장치는 본체부의 좌우 공기 배기부에 부착되는 형태로 구성될 수 있다. 냉열장치 및 온열장치의 구성은, 자율냉열히터장치(100)의 본체부인 냉열장치의 좌우 배기부에 온열장치가 장착된 구조이며, 각각은 독자적 케이스로 감싼 형태이다. 냉열장치 본체부에는, 냉매배관(증발기)(200), 액관(210), 가스관(220) 및 팽창변(230)을 포함하고, 온도센서를 더 포함하여 구성되고, 온열장치는 세라믹 히터와 온도센서를 포함하여 구성될 수 있다.

외기부 즉 외기장치(110)의 구성은 외부에 노출된 공기유입관(700)과 공기유입관(700)에 삽입되어 있는 무동력 순환팬(703)과 바이패스 밸브(701), 그리고 공기흡기펌프(730)와 온도센서를 포함하여 구성될 수 있다. 스프링장치(702)를 더 포함할 수 있다. 도 7에서 도면번호 720은 바이패스 밸브부라 명명될 수 있다.

지열부 즉 지열장치(120)의 구성은, 지하에 매설된 공기유입관(710a)과 공기유입관(710a)에 삽입되어 있는 무동력 순환팬(723)과 바이패스 밸브(721), 그리고 공기흡기펌프(740)와 온도센서로 구성된다. 이외에도 스프링장치(722)를 더 포함할 수 있다.

도 8에서 볼 때, 도 8의 (a)는 지열공기 유입관 지하 매설도이고, 도 8의 (b)는 외부공기 유입관 지상 노출도이며, 도 8의 (c)는 지열공기 흡기펌프를 보여주며, 그리고 도 8의 (d)는 지열공기 흡기펌프 지상 노출도이다.

상기의 구성 결과, 본 발명의 실시예는 외부의 신선한 공기를 공급함에 있어서 계절 변화에 따른 외부온도를 실내에 조정된 유효 온도와의 편차를 줄여 공급하게 됨으로써 기기(예: 자율냉열히터장치(100) 등)의 가동율을 최소화시킬 뿐 아니라 실내공기의 재순환시에도 최적 온도로 재변환시켜 실내로 재배출되게 함으로써 실내에는 상시적으로 온도의 변화 차이를 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 현재의 실내 온도를 유지하면서 외부공기의 유입시 온도편차를 줄여 현재 실내 온도를 그대로 유지하면서 공기순환이 이루어지도록 할 수 있다면, 기존의 공기순환장치와 결합되어 사용될 수도 있으며, 이의 경우에는 동작 방식이 다소 변경될 수도 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 예를 들어, 기존의 공기순환장치는 실내의 공기를 흡기하여 외부로 배기할 때, 일부 공기는 온도 편차를 줄이기 위한 댐퍼 등을 통해 다시 (필터에 의해) 정화된 공기를 다시 실내로 유입하기 위하여 동작하기도 하므로, 이의 경우에는 해당 댐핑장치와 결합되어 사용되는 것도 얼마든지 가능할 수 있다.

정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치(100)는 외기부 혹은 외기장치(110)나 지열부 혹은 지열장치(120)가 연결되는 외부공기 흡기 순환팬(310) 등의 공기 유입부, 실내 공기를 흡기하는 내부공기 흡기 순환팬(300) 등의 흡기부, 그리고 흡기한 실내 공기의 온도를 근거로 유입한 공기의 온도 편차를 줄여 보정되 온도의 온도를 실내로 급기하는 냉열히터부(500, 510)를 포함할 수 있다. 여기서, 냉열히터부(500, 510)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 공기의 온도 편차를 줄이기 위해 외부 공기의 온도를 높이는 온열장치(510)나, 외부 공기의 온도를 낮추는 냉열장치(500)를 포함할 수 있으며, 온도센서를 이용해 온도를 측정하고 측정 온도를 근거로 온도 편차를 계산해 냉열장치(500), 온열장치(510)를 선택적으로 가동시키는 CPU나 MPU 등의 제어부를 더 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.

설명의 편의상 도 9를 도 1a 내지 도 8과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자율냉열히터장치(100)의 공기 유입부는, 임의 공간의 외부에서 내부로 공기를 유입시킨다(S900). 여기서, 외부에서 유입되는 공기는 지면에서 지정 높이에 설치되는 공기흡기팬을 통해 유입되는 외부 공기, 나아가 지하나 지면에 설치되는 지열부를 통해 유입되는 지열 공기를 포함할 수 있다.

또한, 자율냉열히터장치(100)의 흡기부가 임의 공간의 실내 공기를 흡기한다(S910). 여기서, 흡기부는 실내공기를 흡기하는 도 3의 내부공기 흡기 순환팬(300) 등을 포함할 수 있다.

나아가, 자율냉열히터장치(100)의 냉열히터부는 냉열기와 온열기를 포함할 수 있으며, 흡기한 실내 공기의 온도를 근거로 유입한 공기의 온도 편차를 줄여 온도가 보정된 공기를 임의 공간으로 급기한다(S920).

이의 과정에서 가령, 겨울철과 같이 실내외의 온도 편차가 큰 경우에는 지열부를 가동시켜, 또는 실내공기와 온도 편차가 적은 지열 공기를 이용하도록 함으로써 이를 통해 온열기나 냉열기(혹은 가정이나 사무실 등의 에어컨, 난방기 등)의 가동률을 줄일 수 있고, 그 결과 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 또 온도편차가 큼으로써 발생할 수 있는 결로 등의 문제를 개선할 수도 있다.

상기한 내용 이외에도 본 발명의 실시예에 따른 도 9의 자율냉열히터장치(100)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.

한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.

여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 자율냉열히터장치 101: 냉열히터 본체부
103: 냉열히터 110: 외기장치(혹은 외기부)
120: 지열장치(혹은 지열부) 200: 냉매관
210: 액관 220: 가스관
230: 팽창변 300: 내부공기 흡기 순환팬
310: 외부공기 흡기 순환팬 500: 냉열기
510: 온열기 701, 721: 바이패스 밸브
702, 722: 스프링장치(혹은 스프링) 703, 723: 무동력 순환팬

Claims (9)

1. 임의 공간의 외부에서 내부로 공기를 유입시키는 공기 유입부;
   상기 임의 공간의 실내 공기를 흡기하는 흡기부; 및
   상기 흡기한 실내 공기의 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도 편차를 줄여 온도가 보정된 공기를 상기 임의 공간으로 급기하는 냉열히터부;를
   포함하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉열히터부는,
   상기 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도를 높이는 온열기; 및
   상기 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도를 낮추는 냉열기;를
   포함하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 냉열히터부는,
   상기 공기 유입부 및 상기 흡기부의 공기 온도를 측정하는 온도센서부; 및
   상기 온도를 근거로 상기 온열기 또는 상기 냉열기를 가동시키는 제어부;를
   더 포함하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 공기 유입부는,
   지면에서 지정된 높이에 설치되어 외부 공기를 흡기하는 외기장치; 및
   지하에 상시 조정되는 공기를 흡기하기 위하여 지하에 매설된 관으로부터 지열 공기를 제공받는 지열장치;를
   포함하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 외기장치와 상기 지열장치는 상기 공기 유입부에 공통 연결되어 서로 반대로 동작하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 지열장치는 상기 실내 공기와 상기 유입된 공기의 온도 편차가 클 때 선택적으로 가동되는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 외기장치 및 상기 지열장치는, 상기 외부공기 및 상기 지열공기의 흡기 및 역류를 방지하기 위하여 서로 반대 동작을 수행하는 바이패스 밸브부를 각각 포함하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 바이패스 밸브부는,
   상기 외부공기 또는 상기 지열공기를 흡기하는 공기흡기팬;
   상기 공기흡기팬이 송풍하는 공기 압력에 의해 직진 방향으로 탄성력을 가지는 스프링장치; 및
   상기 스프링장치에 의해 개폐되어 공기 유입을 조절하는 무동력 순환팬;을
   포함하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치.
9. 공기 유입부가, 임의 공간의 외부에서 내부로 공기를 유입시키는 단계;
   흡기부가, 상기 임의 공간의 실내 공기를 흡기하는 단계; 및
   냉열히터부가, 상기 흡기한 실내 공기의 온도를 근거로 상기 유입한 공기의 온도 편차를 줄여 온도가 보정된 공기를 상기 임의 공간으로 급기하는 단계;를
   포함하는 공기순환시 실내의 온도변화를 방지하는 자율냉열히터장치의 구동방법.

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