KR20230074979A - 열회수 환기장치용 전열판 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 열회수환기장치용 전열판은 파형의 단면으로 이루어진 전열부를 구비한 중앙열교환부와 중앙열교환부의 일측에 형성되며 복수개의 제 1딤플이 형성된 유입측열교환부와 상기 중앙열교환부의 타측에 설치되어 다수의 복수개의 제 2딤플이 설치되는 유출측열교환부를 구비한 전열판본체부를 구비하며,
상기 유입측열교환부에 유입구가 구획될 수 있도록 전열판본체부의 일측 가장자리에가 형성되는 제 1격벽과, 유출측열교환부에 유출구가 상기 유입구와 엇갈리리게 구획될 수 있도록 전열판본체부의 타측 가장자리에 형성된 제 2격벽을 포함하는 격벽부를 격벽부가 형성된다.

Description

열회수 환기장치용 전열판{Heating plate for heat recovery ventilation system}
본 발명은 열회수 환기장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 적층되어 열교환통로를 형성하며, 열교환을 위한 성형패턴이 개선되어 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 열회수 환기장치용 전열판에 관한 것이다.
일반적으로 실내로 공급되는 공기를 쾌적한 수준의 온도와 습도로 유지하기 위해 보일러, 에어컨, 공조기, 가습기, 환기장치와 같은 다양한 장치들이 사용되고 있는데, 실내온도를 계절에 상관없이 항상 쾌적한 온도로 유지하기 위해 상술한 장치들을 운영하기 위한 많은 에너지가 소비된다.
이로 인해 에너지의 손실을 최소화하기 위해 냉,난방장치에 의해 실내의 공기조화가 이루어질 때에는 가급적 실외공기가 실내로 유입되지 않도록 차단하게 되는데, 이러한 밀폐된 공간 내의 공기조화로는 실질적으로 쾌적한 실내 분위기를 유지하기 어렵다.
따라서 실내의 공기조화장치의 작동중인 경우에도 주기적으로 실내의 오염된 공기를 제거하고 실외의 신선한 공기를 실내로 공급하기 위한 환기가 필요한데, 실내공기를 환기시키는 과정에서 많은 열에너지가 손실되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 감안하여 공기조화 장치인 냉방 또는 난방장치와 더블어 환기로 인한 에너지 손실을 최소화하기 위해 배출되는 실내공기와 실내로 공급되는 실외공기를 서로 열교환시켜 배기열을 회수하는 열회수 환기장치가 이용된다.
대한민국 등록특허 제 10-0783616호와 대한민국 등록 특허 제 10-0923205호에는 배기열 회수용 열교환기가 게시되어 있다.
게시된 배기열 회수용 열교환기는 상하 교대로 적층되는 제1전열판 및 제2전열판으로 이루어진 구조가 게시되어 있다.
대한민국 등록특허 제 10-0917518호에는 사각형의 제 1 전열판 및 제 2 전열판을 구비하고, 상기 제 1 전열판 및 제 2 전열판은 복수의 풍로 및 전열면을 형성하는 복수의 풍로 리브와 상기 풍로를 흐르는 유체가 전열판의 외부와의 누설되는 것을 차폐하는 외주 리브와 기밀 확보 수단을 구비한다.
상술한 바와 같은 종래의 실외공기인 외기와 실내공기인 내기를 열교환하기 위한 전열판은 외기와 내기의 체류시간이 짧고, 열전달 효율이 높지 않아. 열교환성능을 높이는데 한계가 있다. 특히, 열교환이 이루어지는 비드의 방향이 획일적이어서 유동되는 외기 또는 내기의 난류화에 한계가 있다.
대한민국 등록특허 제 10-0783616호 대한민국 등록 특허 제 10-0923205호 대한민국 등록특허 제 10-0917518호
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내기와 외기와의 열교환을 위한 전열면적이 넓히고, 와류의 발생을 활성화 시켜 열교환성능을 향상시킬 수 있으며, 현열 열교환기에 적용 시 중량을 줄일 수 있는 열회수환기장치용 전열판을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 유입되는 측의 열교환영역과 중앙열교환영역 및 유출되는 측의 열교환영역에서 와류발생을 활성화시킴과 아울러 유체가 다단의 열교환영역을 통과하면서 연속적인 열교환이 이루어질 수 있도록 하여 내기와 외기의 열교환효율을 향상시킬 수 있는 열회수 환기장치용 전열판을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열회수환기장치용 전열판은
파형의 단면으로 이루어진 전열부를 구비한 중앙열교환부와 중앙열교환부의 일측에 형성되며 복수개의 제 1딤플이 형성된 유입측열교환부와 상기 중앙열교환부의 타측에 설치되어 다수의 복수개의 제 2딤플이 설치되는 유출측열교환부를 구비한 전열판본체부를 구비하며,
상기 유입측열교환부에 유입구가 구획될 수 있도록 전열판본체부의 일측 가장자리에가 형성되는 제 1격벽과, 유출측열교환부에 유출구가 상기 유입구와 엇갈리리게 구획될 수 있도록 전열판본체부의 타측 가장자리에 형성된 제 2격벽을 포함하는 격벽부를 격벽부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전열판본체부의 제1중앙열교환부에 형성된 제 1전열부는 상기 유입측열교환부와 유출측열교환부의 사이에 나란하게 형성된 골과 산들로 이루어진다.
상기 중앙열교환부에 형성된 전열부는 중앙열교환부의 폭방향의 중앙부를 중심으로 상,하부측에 소정의 각도로 경사지게 형성된 골과 산들로 이루어진다.
본 발명에 따른 열회수환기장치용 전열판은 외기 또는 내기와의 접촉되어 열교환 시 전열판본체부의 내에서의 접촉면적을 넓히고, 와류의 발생을 활성화 시킬 수 있으며, 유입측열교환부의 유입구측으로부터 유출축열교환부의 유출구로 열교환을 위한 외기 또는 내기가 직교류 유동(cross flow)하도록 함으로써 열교환 효율을 높일 수 있다.
특히 직교류 유동(Cross flow)이 일어나는 제1열교환부로부터 대향류 유동(Counter flow)이 일어나는 중앙열교환부로의 유체인 내기 또는 외기가 균일하게 분배될 수 있으므로 열교환이 중앙열교환부 전역에서 균일하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열회수 환기장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 전열판이 적층되어 외기열교환통로와 내기열교환 통로가 형성되는 상태를 나타내 보인 일부절제 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전열판를 도시한 사시도,
도 4 및 5는 도 2에 도시된 전열판의 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 전열판의 다른 실시에를 나타내 보인 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 전열판의 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 전열판에 의해 내기와 외기의 열교환이 이루어지는 상태를 나타내 보인 쓰리디 해석모델로서 온도분포를 나타내 보인 것임.
본 발명에 따른 전열판이 적용된 열회수 환기장치가 도 1에 도시되어 있으며, 도 2 내지 도 7에는 열회수 환기장치용 전열판을 나타내 보였다.
열회수장치(10)는 다수개의 전열판이 적층되어 브레이징 접합되는데, 본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서는 편의상 제 1,2전열판이 교호적으로 적층된 것으로 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 열회수 환기장치(10)는 제1전열판(20)과 제 2열판(30)이 교호적으로 적층되어 외기가 통과하는 외기열교환통로(50)와 내기가 통과하는 내기열교환통로(60)가 대향류 유동(counter flow)이 이루어지도록 형성되어 내기와 외기를 열교환하게 된다.
상기 열교환 회수장치(10)는 외기가 통과하는 외기열교환통로(50)의 제1유입구(51)와 제1유출구(55)는 내기가 통과하는 내기열교환통로(60)의 제 2유입구(61)와 제 2유출구(65)는 외기와 내기의 직교류(cross flow)가 이루어질 수 있도록 상기 제1유입구(51)와 제 2유출구(65)가 엇갈리게 위치되며, 상기 제 2유입구(61)와 제 1유출구(55)가 동일 방향에 엇갈리게 위치된다.
상술한 바와 같은 열회수장치를 이루는 제1전열판(20)은 도 1 및 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 박판으로 이루어진 제1전열판본체부(21)의 중앙부에는 중앙제1열교환부(22)가 형성되고, 이의 양측에는 각각 제1유입측열교환부(24)과 제1유출축열교환부(26)가 형성된다.
상기 제1전열판본체부(21)은 알루미늄, 알루미늄합금, 동, 동합금으로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 상기 제1전열판본체부(21)은 0.25 내지 0.35mm의 박판을 사용함이 바람직하다.
또한, 바람직하게는 제1전열본체부(21)의 제1중앙열교환부(22)의 유입 및 배출 영역이 제1유입측열교환부(24)의 배출측과 제1유출측열교환부(26)의 유입측 면적이 균일하도록 사각형의 형상으로 형성되고, 상기 제1유입측열교환부(24)과 제1유출측열교환부(26)는 후술하는 격벽부에 의해 내기 또는 외기가 유입되는 제1유입구(51)과 제1유출구(55)가 엇갈리게 형성될 수 있도록 대략 삼각형의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1전열판본체부(21)의 제1중앙열교환부(22)에는 소정패턴의 제1전열부(22a)가 형성되는데, 상기 제1전열부(22a)는 제1중앙열교환부(22)의 길이 방향으로 따라 제1산(22b)과 제1골(22c)들이 형성된다. 상기 제1산(22b)과 제1골(22c)은 제1중앙열교환부(22)의 길이 방향의 직각 방향으로 연속하여 형성됨으로써 그 단면이 코러게이트 형상을 이루도록 함이 바람직하다.
상기 제1중앙열교환부(22)에 형성되는 제1산(22b)의 피치는 7 내지 8mm로 함이 바람직하고, 상기 골(22c)의 형성각도는 60도 내지 65도로 형성함이 바람직하다.
상기 제1중앙열교환부(22)에는 열교환을 위한 제1골과 제1산이 형성되는 구조로 한정하였으나 이에 한정되지 않고, 상기 제1산(22a)과 제1골(22b)에는 방열을 위한 비드가 형성될 수 있다. 상기 제1중앙열교환부(22)에 형성된 제1산(22a)와 제1골(22b)은 길이 방향으로 파형 또는 지그제그(zigzag)의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1유입측열교환부(24)에는 복수개의 제1딤플(24a)들이 소정의 패턴으로 형성된다. 상기 제1딤플(24a)은 제1유입구(51)를 통하여 유입되는 외기 또는 내기인 유체가 제1딤플(24a)들에 의해 난류화되고, 상기 제1중앙열교환부(22)에 형성된 제1산(22b)와 제1골(22c)들로 균일하게 분배되어 유입될 수 있도록 소정의 패턴으로 형성된다. 바람직하게는 격자상으로 배열되거나 제1유입구(51) 측으로부터 제1중앙열교환부(22) 측으로 형성밀도를 다르게 할 수 있다.
상기 제1유출측열교환부(26)에는 제1유입측열교환부(22)와 같이 제 2딤플(26a)들이 소정의 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제1유입측열교환부(24)와 제2유출측열교환부(26)는 각각 제 1,2딤플(24a)(26a)이 형성된 것에 한정되지 않고, 박판상의 제1전열판본체부(21)이 성형되어 이루어진 소정 패턴의 요철이 형성될 수 있다. 필요에 따라 상기 제1유입측열교환부(24)와 제 1유출측열교환부(26)에는 부분적으로 딤플이 형성되거나 형성되지 않을 수 있다.
상기 박판상의 제1전열판본체부(21)에는 열회수 환기장치(10)를 구현하기 위하여 제1,2전열판(30)들을 상호 브레이징하여 외기열교환통로(50)과 내기열교환통로(60)을 성형하기 위한 제1격벽부(40)가 구비된다.
상기 제1격벽부(40)은 상기 제1유입측열교환부(24)의 일측 가장자리로부터 연속되는 제1중앙열교환부(22)의 일측 가장자리로 형성되는 제 1격벽(41)과, 상기 제1중앙열교환부(22)의 타측가장자리로부터 연속되는 제1유출열교환부(26)의 타측 가장자리로 형성되는 제 2격벽(45)을 구비한다.
상기 제1유입측열교환부(41)에는 제 1격벽(32)에 의해 구획되지 않은 제1유입구(51)가 형성되고, 상기 제 1유출측열교환부(26)에 제 2격벽(32)에 의해 구획되지 않은 제1유출구(55)가 형성된다.
상기 제1격벽부(40)를 이루는 제1,2격벽(41)(45)은 제1전열판본체부(21)의 가장자리에 성형되는데, 그 높이는 상기 제1,2딤플(24a)(26a)과 제1산(22b)의 높이 보다 높게 형성될 수 있는데, 적어도 2배로 함이 바람직하다.
도 6 및 도 7에는 본 발명에 따른 제1전열판의 다른 실시예를 나타내 보였다. 본 실시예에 있어서, 상기 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가지킨다.
도면을 참조하면, 열회수장치를 이루는 제1전열판(20)은 박판으로 이루어진 제1전열판본체부(21)의 중앙부에는 제1전열부(70)를 이루는 제1중앙열교환부(22)가 형성되고, 이의 양측에는 각각 제1유입측열교환부(24)와 제1유출측열교환부(26)가 형성된다.
상기 제1전열본체부(21)의 제1중앙열교환부(22)에 형성된 제1전열부(70)는 폭방향의 중심부(c)를 기준으로 제1유입구(51)로부터 유입되는 방향으로 경사진 상측전열부(71)와 상기 중심부(c)의 하부에 위치되는 하측전열부(75)를 구비한다.
상기 상측전열부(71)는 중심부 방향으로 제1유입구(51)에 대해 출구측 방향으로 경사진 제2산(72)과 제 2골(73)들로 이루어지고, 하부전열부(75)는 상기 중심부로부터 제1유입측열교환부(24)의 방향으로 경사진 제3산(76)과 제 3골(77)들로 이루어진다. 상기 제 2산(72)과 제 2골(73)의 경사각도와 상기 제 3산(76)과 제 3골(77)의 각도는 서로 형성방향은 다르나 동일하게 형성된다.
상기 제2산(72)와 제 3산(76) 및 제 2골(73)과 제 3골(77)은 중앙부에서 상호 연속되는 구조를 가진다.
상기 상측전열부(71)와 하측전열부(75)는 상술한 실시예에 의해 한정되지는 않고, 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 상측전열부(71)과 하측전열부(77)에 형성된 골과 산은 연속 또는 불연속적으로 형성되거나 파형의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 열회수 환기장치(10)을 이루는 제2전열판(30)은 상기 제 1전열판의 구성과 동일한 구성을 가지는데, 적층 시, 제 2전열판(30)은 제2유입구와 제 2유출구의 방향으로 제 1유입구와 제 1유출구와 엇갈리 상태를 유지하도록 격벽부의 형성패턴이 달라질 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 제 1전열판에 대해 뒤집어진 상태로 적층될 수 있다.
상술한 바와 같은 열회수 환기장치를 이루는 제2전열판(30)은 도 2, 도 3, 도 6에 도시된 바와 같이 박판으로 이루어진 제2전열판본체부(31)의 중앙부에는 제2중앙열교환부(32)가 형성되고, 이의 양측에는 제3딤플(34a)들이 형성된 제2유입측열교환부(34)와, 제 4딤플(36a)가 형성된 제2유출측열교환부(36)가 형성된다.
그리고, 제2전열판본체부(31)의 제2중앙열교환부(32)에는 소정패턴의 제2전열부(32a)가 형성되는데, 상기 제2전열부(32a)는 제2중앙열교환부(32)의 길이 방향으로 따라 제4산(32b)과 제4골(32c)들이 형성된다. 상기 제4산(32b)과 제4골(32c)은 제2중앙열교환부(32)의 길이 방향의 직각 방향으로 연속하여 형성됨으로써 그 단면이 코러게이트 형상을 이루도록 함이 바람직하다. 그리고 상기 제 2전열판(30)의 가장자리에는 격벽부(40)가 형성된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 열회수 환기장치용 전열판의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1, 도 2에 돗시된 바와 같이 제1, 2전열판(20)(30)들이 적층되어 이루어진 열회수 환기장치(10)는 외기가 유입되는 외기열교환통로(50)와 내기가 배출되는 내기열교환통로(60)가 교호적으로 형성된다.
상호 브레이징 접합된 제1,2전열판(20)(30)에 의해 형성되는 외기열교환통로(50)는 제1유입측열교환부(24)와 제 2유출측열교환부(36)가 격벽부(40)에 의해 접합되는 이외의 영역에 제1유입구(51)가 형성되고, 제1유출측열교환부(26)과 제 2열교환기의 제 2유입측열교환부(34)가 격벽부에 의해 접합된 부위 이외의 영역에 제 1유출구(55)가 형성된다.
그리고 제 2전열판(30)와 이의 하부에 접합되는 제 1전열판(20)에 의해 형성되는 내기열교환통로(60)는 제 2유출측열교환부(36)와 제 1유입측열교환부(24)의 격벽부에 의해 접합된 이외의 영역에 내기가 유출되는 제 2유출구(65)가 형성되고, 제 2전열판(30)의 제 2유입측열교환부(34)와 제 1유출측열교환부(26)가 격벽부에 의해 접합된 이외의 영역에 제 2유입구(61)가 형성된다.
따라서, 외기열교환통로(50)과 내기열교환통로(60)를 유동하는 외기와 내기는 상호 직교류 유동(Cross flow) 방식으로 이동하여 서로 열교환이 이루어지게 된다.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 환기를 위하여 실외로 유출되는 유체 즉, 내기는 제 2유입구(61)를 통하여 유입된 후 제2유입측열교환부(36)과 제 1유출측열교환부(26)와 제2,1중앙열교환부(22)(32) 및 제2유출측열교환부(36)과 제 1유이측열교환부(24)와 접촉되면서 통과한 후, 제 2유출구(65)로 배출된다.
이러한 과정에서 제2유입구(61)를 통하여 유입되는 내기는 제 2유입측열교환부(34)와 제 1유출측열교환부(26)를 통과하면서 제3.2딤플(34a)(26a)들에 의해 와류가 발생하게 되면서, 제 2,1전열판본체부(32)(22)로 열이 전달되고, 제 2,1 중앙열교환부(32)(22)의 제 2전열부(32a)와 제 1전열부(22a)를 통과하면서, 제2,1전열판본체부(32)(22)로 열이 전달된다.
그리고 제 2,1중앙열교환부(32)(22)에 의해 형성된 내기열교환통로(60)를 통과한 후 제 2유출측열교환부(36)과 제 1유입측열교환부(24)에 형성된 제4,1딤플(36a)(26a)들에 의회 와류가 발생되어 전달되지 못한 내기의 잔여열이 제 2,1전열판본체부(32)(22)로 전달된다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이 환기를 위하여 실외로 유출되는 유체 즉, 외기는 제 1유입구(51)를 통하여 유입된 후 제 1유입측열교환부(24)와 제 2유출측열교환부(36)와 제1,2중앙열교환부(22)(32), 제1유출측열교환부(26)과 제 2유입측열교환부(34)와 접촉되면서 제 1유출구(55)로 배출된다.
이러한 과정에서 제1유입구(51)를 통하여 유입되는 외기는 내기에 의해 가열된 제 1유입측열교환부(24)와 제 2유출측열교환부(36)를 통과하면서 1차적으로 가열되고, 제 1,2 중앙열교환부(22)(32)의 제 1,4전열부(22a)(32a)의 제1산과 제1골 및 제 4산괴 제 4골들에 의해 형성된 통로를 통과하면서, 내기에 의해 가열된 1,2전열판본체부(22)(32)에 의해 2차적으로 가열된다.
그리고 상기 제 1유출측열교환부(26)과 제 2유출측열교환부(36)에 형성된 형성된 제1,4딤플들에 의회 와류가 발생되어 내기에 의해 가열된 제 1,2전열판본체부의 제1유출측열교환부와 제 2유입측열교환부에 의해 최종적으로 가열된 후 실내로 유입된다.
상술한 바와 같이 내기와 외기의 열교환 이루어지는 과정에서 상기 제 1,2중앙열교환부가 도 4에 도시된 바와 같이 상측전열부(71)와 하측전열부(75)로 이루어진 경우, 내기와 외기는 각각 상하측 전열부를 경유하게 되므로 제 1,2전열판본체부전열판과 접촉에 따른 체류시간을 상대적으로 길게 할 수 있으므로 열교환 효과를 더욱 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 환기를 위한 내기와 외기를 다단으로 와류를 발생시킴과 아울러 다단으로 열전달이 이루어질 수 있으므로 열교환효율을 높일 수 있다.
본 발명인이 상술한 바와 같은 형상을 가지는 전열판을 이용하여 환기장치의 중앙부에서의 열교환 성능을 평가한 결과 도 8에 도시된 바와 같은 온도분포를 얻을 수 있었으며, 78.2% 이상의 열교환 성능 확인할 수 있었다.
본 발명은 도면에 도시된 열회수형 환기장치의 전열판의 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 파형의 단면으로 이루어진 전열부를 구비한 중앙열교환부와 중앙열교환부의 일측에 형성되며 복수개의 제 1딤플이 형성된 유입측열교환부와 상기 중앙열교환부의 타측에 설치되어 다수의 복수개의 제 2딤플이 설치되는 유출측열교환부를 구비한 전열판본체부를 구비하며,
    상기 유입측열교환부에 유입구가 구획될 수 있도록 전열판본체부의 일측 가장자리에가 형성되는 제 1격벽과, 유출측열교환부에 유출구가 상기 유입구와 엇갈리리게 구획될 수 있도록 전열판본체부의 타측 가장자리에 형성된 제 2격벽을 포함하는 격벽부가 형성된 것을 특징으로 하는 열회수환기장치용 전열판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전열판본체부의 제1중앙열교환부에 형성된 제 1전열부는 상기 유입측열교환부와 유출측열교환부의 사이에 나란하게 형성된 골과 산들로 이루어진 것을 특징으로 하는 열회수환기장치용 전열판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 중앙열교환부에 형성된 전열부는 중앙열교환부의 폭방향의 중앙부를 중심으로 상,하부측에 소정의 각도로 경사지게 형성된 골과 산들로 이루어진 것을 특징으로 하는 열회수환기장치용 전열판.
  4. 제 1항에 있어서,
    제 1,2격벽의 높이는 적어도 산의 높이의 2배인 것을 특징으로 하는 열회수 환기장치용 전열판.








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