KR20240031567A - 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구들장이 구비되는 온돌방을 가열하기 위한 아궁이 상부에 공기순환용 열교환기 본체를 설치하고, 상기 열교환기 본체에서 실내의 찬공기가 유입되는 공기유입구와, 따뜻해진 공기를 실내로 배출하는 공기배출구에 각각 공기순환관을 장착함으로써, 아궁이의 열기로 데워진 공기로 실내공기를 가열, 순환시키며 대류에 의해 급속 난방이 가능한 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에 관한 것이다.

Description

아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기{Heat exchanger that circulates air using the heat from the furnace}
본 발명은 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구들장이 구비되는 온돌방을 가열하기 위한 아궁이 상부에 공기순환용 열교환기 본체를 설치하고, 상기 열교환기 본체에서 실내의 찬공기가 유입되는 공기유입구와, 따뜻해진 공기를 실내로 배출하는 공기배출구에 각각 공기순환관을 장착함으로써, 아궁이의 열기로 데워진 공기로 실내공기를 가열, 순환시키며 대류에 의해 급속 난방이 가능한 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 구들은 순수 우리말로 "구운 돌"에서 그 유래를 추정해 볼 수 있는 것으로, 방바닥 밑으로 화기가 통하도록 하여 구들장을 데워주는 우리나라의 대표적인 난방시설이다.
이와 같은 구들장을 이용한 구들방은 온돌방이라고도 하며, 구들장(돌판 또는 황토)을 방바닥에 깔고 가열하여 방안을 난방하는 구조로, 구들장은 화염에 직접 가열되어 뜨겁지만 실내공기는 데워진 구들장에 의해 천천히 가열되므로 차가울 수 있다.
이와 같은, 종래의 전통적인 구들장은 구조가 복잡하고 시공이 어려워 작업 시간이 오래 걸리며, 제품의 균질성이 보장되지 않는 문제가 있다.
또한, 종래의 구들장은 화기의 통로인 고래로 유입되는 화기가 방의 아랫목(아궁이 부분)과 가운데 부분에 집중되어 아랫목은 지나치게 뜨거우나 방의 가장자리(옆)와 웃목은 상대적으로 차가운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 등록특허 제10-1622275호 컨테이너 바닥에 구비되는 조립형 구들보일러, 등록특허 제10-1622270호 화목 및 펠릿 겸용 이동식 구들보일러, 등록특허 제10-1391849호 이동식 구들보일러 외에 다수의 구들 구조체를 발명하였으며, 화목이나 화목으로 제조된 펠릿을 연소시켜 발생되는 화기와 연기가 방고래를 통과하면서 구들장이 데워져 난방되도록 하였다.
그러나, 상기 구들보일러 및 구들 구조체는 실외공기가 나쁠 때에도 실내온도가 높아졌거나 공기의 순환을 위해서는 창문을 개방해야 하는 단점이 있다.
그리고, 종래의 구들을 이용한 난방구조는 추운 겨울에 불을 때지 않아 방안의 온도가 내려갔을 때 온돌의 특성상 아궁이에 불을 지펴서 실내가 따뜻해지는데 약 2~3시간 정도가 소요되어 따뜻해지기까지 한참을 기다려야하는 불편함이 있고, 그 시간동안 추가적으로 전기, 기름, 가스보일러를 사용해서 난방을 해야하는 단점이 있다.
KR10-1391849 (등록번호) 2014.04.28. KR10-1622270 (등록번호) 2016.05.12. KR10-1622275 (등록번호) 2016.05.12.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,
구들장이 구비되는 온돌방을 가열하기 위한 아궁이 상부에 공기순환용 열교환기 본체를 설치하고, 실내의 찬공기가 유입되는 공기유입구와, 열교환기 본체에서 데워진 공기를 실내로 배출하는 공기배출구에 각각 공기순환관을 장착함으로써, 아궁이의 열기로 차가운 실내공기를 가열하여 순환시키며 구들이 가열되어 실내공기가 데워지기까지 소요되는 시간을 대폭 감소시키는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 온도가 내려간 온돌방의 아궁이 내부에 장작을 점화한 후 실내온도를 빠르게 상승시켜 온도상승시간 동안 추위에 떠는 불편함을 해소하고 그 시간동안의 공기대류 난방 수요를 충족시키는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열교환기 본체를 기존 아궁이의 불목돌 위치에 설치하여 실내 방바닥으로 가열하여 데우는데 사용되는 열원을 이용하여 실내 공기를 별도로 가열시킴과 동시에 축열을 하는 불목돌 역할을 수행하는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 온돌방 벽체에 외기와 내가 순환되는 공기순환관을 설치하고, 외벽의 공기유입구, 공기배출구와, 내벽의 공기배출구에 공기이동을 차단하는 댐퍼를 설치하여 내기를 순환시키거나 창문을 열지 않고 댐퍼를 개방해 외기를 유입시켜 선택적으로 환기가 가능한 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내벽의 공기배출구에 배기팬을 설치하고 내벽의 공기유입구에 흡기팬을 설치하여 공기 순환이 더욱 원활하게 이루어지는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차가운 내기를 열교환기 본체를 이용해 가열하고 순환시키는 급속난방모드, 차가운 외기와 뜨거워진 공기를 동시에 실내로 공급하고 내기를 실외로 배출하여 환기시키는 환기모드와, 내기를 실외와 열교환기 본체로 보내서 천천히 난방하는 제1완속난방모드와, 내기를 열교환기 본체로 보내서 뜨거워진 공기를 차가운 외기로 중화시켜 실내로 배출시켜 천천히 난방을 하는 제2완속난방모드와, 열교환기 본체에서 뜨거워진 공기의 유입을 막고 내기를 외부로 배출시켜 실내온도를 낮추는 내기배출모드 중 어느 하나의 모드로 운용되는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 열기가 이동하는 구들장(10)과, 상기 구들장(10)의 전면 또는 측면에 설치되는 아궁이(20)와, 상기 구들장(10) 상부에 배치되는 축열재(30)과, 측면에 벽체(40)가 구비되는 온돌방(1)의 공기를 순환시키는 열교환기에 있어서, 상기 아궁이(20) 상부에 설치되어 상기 아궁이(20)에서 제공하는 열을 전달받아 가열되며, 차가운 공기가 유입되는 냉기유입부(104) 및 가열된 공기를 배출하는 온기배출부(105)가 형성되는 열교환기 본체(100)와; 상기 열교환기 본체(100)에 형성되는 냉기유입부(104)와 연결되고, 상기 벽체(40) 외부로 개방되는 제1공기배출구(111)와, 상기 제1공기배출구(111)에서 실내공기의 배출을 차단하는 제1댐퍼(112)와, 상기 제1공기배출구(111)와 연통되며 벽체(40) 내부로 개방되는 제1공기유입구(113)가 구비되는 제1공기순환관(110)과; 상기 열교환기 본체(100)에 형성되는 온기배출부(105)와 연결되고, 상기 벽체(40) 외부로 개방되는 제2공기유입구(121)와, 상기 제2공기유입구(121)와 연통되며 벽체(40) 내부로 개방되는 제2공기배출구(123)와, 상기 제2공기유입구(121)에서 실외공기의 유입을 차단하는 제2댐퍼(122)와, 상기 제2공기배출구(123)로 공기 배출을 차단하는 제3댐퍼(125)가 구비되는 제2공기순환관(120);을 포함한다.
본 발명의 상기 제1공기순환관(110)에는 상기 제1공기유입구(113)로 실내공기 흡입을 유도하는 흡기팬(114)이 구비되고, 상기 제2공기순환관(120)에는 상기 제2공기배출구(123)로 공기를 배출시키는 배기팬(124)이 구비된다.
본 발명의 열교환기 본체(100)는 축열재(30)와 분리시키는 가이드(130)에 의하여 감싸져 설치된다.
본 발명의 상기 제2공기배출구(123)에는 실내로의 유입 공기를 정화시키는 필터가 장착된다.
본 발명의 상기 열교환기 본체(100)에는 냉수유입부(101)에서 냉수가 유입되고 유입된 냉수를 아궁이(20)의 열기로 데우는 가열관(102)와, 상기 가열관(102)을 통과한 온수가 배출되는 온수배출부(103)가 구비되며; 상기 열교환기 본체(100)는 내부에 지그재그 형태로 가열관(102)이 설치되고, 상기 가열관(102) 사이에 칸막이(106)가 설치되며, 상기 가열관(102)을 고정하는 고정수단(107)이 구비된다.
본 발명의 실내 공기를 신속하게 가열하는 위한 급속난방모드는; 상기 제1공기배출구(111)와, 제2공기유입구(121)를 개폐하는 제1댐퍼(112)와 제2댐퍼(122)를 닫아(폐쇄) 외부 공기의 유입과 유출을 막고, 상기 제2공기배출구(123)를 개폐하는 제3댐퍼(125)가 열린(개방) 상태에서, 내기가 제1공기유입구(113)를 통해 열교환기 본체(100)에서 가열되고 따뜻해진 공기가 제2공기배출구(123)를 통해 실내로 배출되며, 실내 공기를 외부로 배출하고, 외부의 공기를 실내로 유입시켜 실내를 환기시키는 환기모드는; 상기 제1댐퍼(112), 제2댐퍼(122), 제3댐퍼(125)가 열린(개방) 상태로 내기가 제1공기배출구(111)와 열교환기 본체(100)로 이동하고 제2공기유입구(121)를 통해 유입된 외기와 열교환기 본체(100)에서 가열된 공기가 합쳐져서 제2공기배출구(123)를 통해 실내로 공급된다.
본 발명의 상기 급속난방모드 보다 천천히 실내 공기를 가열하며 내부 공기를 정화시키는 제1완속난방모드는; 상기 제2댐퍼(122)를 닫고(폐쇄), 상기 제1댐퍼(112)와 제3댐퍼(125)를 열어(개방) 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기를 제1공기배출구(111)와 열교환기 본체(100)로 보내서 천천히 난방한다.
본 발명의 상기 급속난방모드 보다 천천히 실내 공기를 가열하며 외부 공기를 유입시켜 환기를 수행하는 제2완속난방모드는; 상기 제1댐퍼(112)를 닫고(폐쇄), 제2댐퍼(122)와 제3댐퍼(125)를 열어(개방) 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기가 열교환기 본체(100)에서 가열되어 따뜻해진 공기가 제2공기유입구(121)에서 유입된 외기와 함께 제2공기배출구(123)를 통해 실내로 배출되며 천천히 난방한다.
본 발명의 실내의 온도를 급속히 낮추는 실내공기냉방모드는 상기 제3댐퍼(125)를 닫고(폐쇄), 상기 제1댐퍼(112)와 제2댐퍼(122)를 열어(개방) 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기가 제1공기배출구(111)로 즉시 배출되며, 상기 열교환기 본체(100)를 통과한 공기가 실내로의 유입을 차단한다.
본 발명의 상기 가이드(130)는 아궁이(20)와 일체형으로 형성되고, 아궁이(20) 전면 상부에서 상기 열교환기 본체(100)를 슬라이딩으로 장착 또는 탈착하는 삽입홈으로 구비된다.
따라서, 본 발명의 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기는 바닥에 구들장이 구비되는 이동식 온돌방을 가열하기 위한 아궁이 상부에 공기순환용 열교환기 본체를 설치하고, 상기 열교환기 본체에서 실내의 찬공기가 유입되는 냉기유입부와, 따뜻해진 공기를 실내로 배출하는 온기배출부에 각각 공기순환관을 장착함으로써, 아궁이의 열기로 차가운 실내공기를 가열하여 순환시키며 구들이 가열되어 실내공기가 데워지기까지 소요되는 시간을 대폭 감소시키는 급속 난방이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 온도가 내려간 이동식 온돌방의 아궁이 내부에 장작을 점화한 후 실내온도를 빠르게 상승시켜 온도상승시간 동안 추위에 떠는 불편함을 해소하고 그 시간동안의 공기대류 난방 수요를 충족시키는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 열교환기 본체를 기존 아궁이의 불목돌 위치에 설치하여 실내 방바닥으로 가열하여 데우는데 사용되는 열원을 이용하여 실내 공기를 별도로 가열시킴과 동시에 축열을 하는 불목돌 역할을 수행하는 효과도 있다.
한편, 본 발명은 온돌방 벽체에 실외공기와 실내공기가 순환되는 공기순환관을 설치하고, 외벽의 공기유입구, 공기배출구와, 내벽의 공기배출구에 공기이동을 차단하는 댐퍼를 설치하여 실내외공기를 순환시키거나 창문을 열지 않고 댐퍼를 개방해 실외공기를 유입시키며 선택적으로 환기가 가능하다.
또한, 본 발명은 내벽의 공기배출구에 배기팬을 설치하고 내벽의 공기유입구에 흡기팬을 설치하여 공기 순환이 더욱 신속하고 원활하게 이루어진다.
그리고, 본 발명은 차가운 내기를 열교환기 본체를 이용해 가열하고 순환시키는 급속난방모드, 차가운 외기와 뜨거운 공기를 동시에 실내로 공급하고 내기를 외부로 배출하여 환기시키는 환기모드와, 내기를 실외와 열교환기 본체로 보내서 천천히 난방하는 제1완속난방모드와, 내기를 열교환기 본체로 보내서 뜨거운 공기를 외기와 함께 실내로 배출시켜 천천히 난방을 하는 제2완속난방모드와, 열교환기 본체에서 뜨거워진 공기의 유입을 막고 내기를 외부로 배출시켜 실내온도를 낮추는 내기배출모드 중 어느 하나의 모드로 운용될 수 있다.
한편, 본 발명은 내벽의 공기배출구에 필터를 설치하여 정화된 공기가 실내로 유입되도록 하고, 열교환기 본체 양측에 가이드가 구비되어 슬라이딩 분리되며 교체 및 수리가 용이하게 구비된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기가 아궁이 상부에 설치된 개략적인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에서 열교환기 본체의 내부 사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에서 열교환기 본체가 황토방에 설치된 상태의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에서 열교환기 본체에 결합된 제1,2공기순환관의 내부를 나타내는 단면도이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기에서 열교환기 본체에 공기가 이동하는 상태를 나타낸 단면도이고,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 아궁이의 열기에 의해 차가운 내기가 열교환기 본체에서 가열되어 실내로 배출되는 급속난방모드를 나타낸 단면도이고,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 내기가 외부와 열교환기 본체로 이동해 가열되고 따뜻해진 공기가 외기와 함께 실내로 배출되는 환기모드를 나타낸 단면도이고,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 내기가 외부와 열교환기 본체로 이동해 가열되고 따뜻해진 공기가 실내로 배출되는 제1완속난방모드를 나타낸 단면도이고,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 내기가 열교환기 본체로 이동해 가열되고 따뜻해진 공기와 외기가 실내로 배출되는 제2완속난방모드를 나타낸 단면도이고,
도 10은 본 발명의 열교환기 본체가 가이드를 따라 배출되는 상태를 나타낸 단면도이며,
도 11 및 12는 본 발명의 가이드의 다른 형태가 도시되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명은 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이 바닥으로 형성되고 난방을 하며 열기가 이동하는 구들장(10)과, 상기 구들장(10)의 전면 또는 측면에 탈착가능하게 설치되는 아궁이(20)와, 상기 구들장(10) 상부에 배치되는 축열재(30)와, 측면에 외벽(41)과 내벽(42)으로 이루어지는 벽체(40)가 구비되는 이동식 온돌방(1)의 공기를 순환시키는 열교환기에 있어서,
상기 아궁이(20) 상부에 설치되고, 전면에서 냉수가 유입되는 냉수유입부(101)와, 상기 냉수유입부(101)에서 유입된 냉수가 아궁이(20)의 열기로 데워지는 가열관(102)과, 상기 가열관(102)을 통과한 온수가 배출되는 온수배출부(103)가 구비되며, 내부로 유입되는 공기를 가열하는 열교환기 본체(100)와,
상기 열교환기 본체(100) 일측면에 형성되는 냉기유입부(104)와 연결되고, 외벽(41)에서 개방되는 제1공기배출구(111)와, 상기 제1공기배출구(111)에서 실내공기(내기)의 배출을 차단하는 제1댐퍼(112)와, 상기 내벽(42) 하부측에서 개방되는 제1공기유입구(113)와, 상기 제1공기유입구(113)로 내기 흡입을 유도하는 흡기팬(114)이 구비되는 제1공기순환관(110)과,
상기 열교환기 본체(100) 반대측면에 형성되는 온기배출부(105)와 연결되고, 외벽(41)와 내벽(42) 사이로 연장설치되며, 상기 외벽(41)에서 개방되는 제2공기유입구(121)와, 상기 제2공기유입구(121)에서 실외공기(외기)의 유입을 차단하는 제2댐퍼(122)와, 상기 내벽(42) 상부측에서 개방되는 제2공기배출구(123)와, 상기 제2공기배출구(123)로 공기를 배출시키는 배기팬(124)과, 상기 제2공기배출구(123)로 공기 배출을 차단하는 제3댐퍼(125)가 구비되는 제2공기순환관(120)를 포함한다.
본 발명의 대상은 실내를 가열시키는 구들을 이용한 열교환기이며, 이러한 구들은 날씨가 추운 시기에 작동시켜 실내의 온도를 높이는 것이 목적이므로, 온도가 높은 시기에는 사용하지 않는다. 따라서, 실외의 온도는 실내 온도보다 훨씬 낮다는 것을 전제로 한다.
다만, 실외의 공기질은 실내보다 좋을수도 있고 나쁠수도 있으며, 이러한 실내외 공기질의 차이에 따라 본 발명의 각종 모드를 다르게 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 차갑거나 뜨겁거나, 나쁘거나 좋거나 등은 상대적인 개념이며 절대적인 상태가 아니다.
본 발명에서 댐퍼는 공기이동 통로에서 공기 이동을 차단하거나 개방할 수 있는 모든 개폐기를 통합하여 지칭하는 것이다.
본 발명에서 외벽(41)과 내벽(42)으로 구분하여 설명하고 있으며, 벽체(40)는 이들 외벽(41)과 내볍(42)을 통합하여 지칭하여 사용한다.
본 발명은 온돌방(1)의 바닥에 설치되는 구들장(10)의 내부측으로 끼워 장착되는 아궁이(20) 내부에서 화목 등이 연소되면서 생성되는 열기(화기)에 의해 난방이 이루어지되, 상기 아궁이(20) 상부에 배치되는 열교환기 본체(100)에서 유입된 차가운 공기를 가열하여 배출하며, 상기 열교환기 본체(100)에 결합되고 벽체(40)의 하부측에 설치되는 제1공기배출구(111)와 제1공기유입구(113)가 구비된 제1공기순환관(110)과, 벽체(40)의 상부측에 설치되는 제2공기유입구(121)와 제2공기배출구(123)가 구비된 제2공기순환관(120)을 통해 공기를 순환시켜 구들을 이용한 바닥난방과 함께 공기대류난방을 겸용할 수 있는 난방장치로 이루어진다.
상기 제1공기순환관(110)과 제2공기순환관(120)은 합성 플라스틱 또는 스테인리스 배관으로 형성되며, 상기 열교환기 본체(100)의 냉기유입부(104) 및 온기배출부(105)와 각각 연결된다. 이처럼 제1공기순환관(110)은 냉기유입부(104)와 연결되어 냉기가 실내에서 열교환기 본체(100)로 이동되는 관으로 이루어지고, 상기 제2공기순환관(120)은 온기배출부(105)와 연결되어 온기가 열교환기 본체(100)에서 실내로 이동되는 관으로 이루어진다.
또한, 상기 제1공기순환관(110)은 일측이 냉기유입부(104)와 연결되고, 반대측에 실외로 개방된 제1공기배출구(111)와, 실내로 개방된 제1공기유입구(113)가 구비되며, 상기 제1공기배출구(111)를 차단하는 제1댐퍼(112)와, 상기 제1공기유입구(113)로 내기 흡입을 유도하는 흡기팬(114)이 구비된다.
그리고, 상기 제2공기순환관(120)은 일측이 온기배출부(105)와 연결되고, 반대측에 실외로 개방된 제2공기유입구(121)와, 실내로 개방된 제2공기배출구(123)가 구비되고, 상기 제2공기유입구(121)를 차단하는 제2댐퍼(122)와, 상기 제2공기배출구(123)로 공기를 배출시키는 배기팬(124) 및 이를 차단하는 제3댐퍼(125)가 구비된다.
외부 공기의 실내 유입이 차단되고, 실내 공기가 외부로의 배출이 차단될 경우에 공기는 실내에서 냉기가 제1공기유입구(113)을 통하여 제1공기순환관(110)으로, 냉기유입부(104)를 통하여 열교환기 본체(100)로, 열교환기 본체(100)에서 온기배출부(105)로 가열된 온기가 이동되어 제2공기순환관(120)을 거쳐 제2공기배출구(123)에서 다시 실내로 유입되는 대류 사이클을 갖게 된다.
상기 제1공기순환관(110)은 벽체(40)의 하부측에 설치되고, 상기 제2공기순환관(120)은 벽체(40)의 상부측에 설치되어 아궁이(20)에서 전달받은 열기에 의하여 대류가 발생하여 실내의 차가운 내기가 제1공기순환관(110)의 제1공기유입구(113)로 이동하고, 상기 열교환기 본체(100)로 유입되며, 상기 열교환기 본체(100)에서 따뜻해진 공기는 제2공기순환관(120)의 제2공기배출구(123)로 이동하여 실내로 배출된다. 제1공기순환관(110)의 제1공기유입구(113)와 제2공기순환관(120)의 제2공기배출구(123)는 높이도 다르고, 열교환기 본체(100)를 사이에 두고 양쪽에 대칭되게 배치하는 것이 공기 흐름에 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 제1공기순환관(110)을 통해 유입된 차가운 내기가 열교환기 본체(100)로 이동되고, 상기 열교환기 본체(100)에서 따뜻해진 공기가 제2공기순환관(120)을 통해 온돌방(1) 상부로 이동할 수 있게 된다. 이때, 공기압에 의해 대류가 일어나 자연적으로 공기순환이 이루어질 수 있으나 흡기팬(114) 및 배기팬(124)을 이용해 강제로 실내 공기의 순환을 촉진시킬 수 있다.
이처럼 일반적인 온돌방은 추운 겨울 온도가 내려간 상태에서 아궁이에 불을 피우면 방이 따뜻해지는데 약 2~3시간이 소요될 수 있으나, 본 발명은 바닥난방과 동시에 공기대류난방을 하기 때문에 급속난방모드시 실내 공기 가열 소요 시간을 30분 정도로 단축시켜 온도상승시간의 지연문제를 해결할 수 있다.
또한, 일반적인 온돌방은 아궁이 상부에 함실 위 넓은 공간을 덮어 고열을 차단하여 아랫목이 검게 타는 것을 방지하며 축열을 돕고 이중 구들을 놓기 위해 열에 강한 내화판으로 이루어지는 불목돌을 구비하는데 본 발명은 열교환기 본체(100)가 불목돌의 역할을 하게 된다. 물론 열교환기 본체(100)를 불목돌 위에 거치할수도 있다.
본 발명의 열교환기 본체(100) 상부에는 축열재(30)가 배치되고, 상기 축열재(30)는 구들장(10)의 일부로, 열교환기 본체(100) 상부에서 온돌방(1)의 방바닥 밑에 깔린 황토, 자갈, 맥반석판 등으로 이루어지게 된다.
상기 열교환기 본체(100)는 아궁이(10) 상부에 배치되고, 일측면에 형성된 냉기유입부(104)로 내벽(41) 하단에 형성된 제1공기유입구(113)에서 제1공기순환관(110)을 따라 차가운 내기가 유입되고, 이를 가열하여 온기배출부(105)에서 제2공기순환관(120)을 따라 내벽(41) 상단에 형성된 제2공기배출구(123)에서 실내로 따뜻한 공기를 배출시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 열교환기 본체(100)는 아궁이(20)에서 발생된 열기를 냉수유입부(101)로부터 유입된 냉수로 전달하여 냉수가 가열관(102)에서 이동하며 가열되므로 온수를 생성하며 이 열기를 이용해 냉기유입구(104)에서 유입된 차가운 내기 또한 데우게 된다.
이때, 상기 열교환기 본체(100)는 내부에 지그재그 형태로 가열관(102)이 설치되고, 상기 가열관(102) 사이에 칸막이(106)가 설치되며, 상기 가열관(102)을 고정하는 고정수단(107)이 구비된다.
상기 열교환기 본체(100)는 지그재그 형태로 설치된 가열관(102)과 칸막이(106)에 의해 더 넓은 면적에서 가열이 이루어지도록 하고, 냉기유입구(104)에서 유입된 공기가 신속하게 가열되도록 한다.
한편, 상기 흡기팬(114)과 배기팬(124)은 온돌방(1) 안에 설치되는 전기 스위치(미도시)와 연결하여 아궁이(20)에 불을 피운 직후 스위치를 켜서 온돌방(1) 바닥인 축열재(30)가 완전히 데워지기 전에 우선 공기대류난방을 유도하여 온돌방(1)을 빨리 따뜻해지도록 한다.
그리고, 상기 제1공기순환관(110)은 내벽(42)에 개방된 제1공기유입구(113)의 반대측에서 외벽(41)에 개방된 제1공기배출구(111)가 구비되는데, 상기 제1공기배출구(111)는 제1댐퍼(112)에 의해 개방되면 창문을 개방하지 않아도 실내의 오염된 배출시켜 환기하거나 온돌방(1) 내부에서 너무 뜨거워진 공기를 배출시켜 실내 온도를 적정하게 유지시킬 수 있다.
상기 제2공기순환관(120)에도 내벽(42)에 개방된 제2공기배출구(123)의 반대측에서 외벽(41)에 개방된 제2공기유입구(121)가 구비되며, 상기 제2공기유입구(121)는 제2댐퍼(122)에 의해 개방되면 제2공기배출구(123)를 통해 외기를 유입할 수 있게 된다.
한편, 상기 제2공기배출구(123)에는 공기를 정화하기 위한 필터(미도시)가 장착되어 정화된 공기를 실내로 배출시킨다. 이러한 필터는 실내로 유입되는 모든 공기를 정화시켜 실내 공기를 깨끗하게 유지시킬 수 있다. 또한, 필터는 실외에서 제2공기유입구(121)를 통하여 삽입하여 설치하고, 오염이 심해지면 제2공기유입구(121)를 통하여 탈착시켜 새로운 필터로 교체하여 사용한다.
상기 열교환기 본체(100)는 도 10에 도시된 바와 같이 상부에 축열재(30)이 배치되되, 가이드(130)를 구비하여 제1공기순환관(110) 및 제2공기순환관(120)으로부터 분리한 상태에서 축열수단(30)에서 슬라이딩 분리되어 교체 및 수리가 용이하게 구비된다. 이러한 가이드(30)는 열교환기 본체(100)가 슬라이딩할 수 있는 구조이면 충분해서 열교환기 본체(100)를 감싸거나 또는 측면에만 설치할 수도 있다. 이러한 가이드(30)는 냉기유입부(104)와 온기배출부(105)와 간섭이 발생하지 않도록 구들에 고정시켜 설치한다. 상기 가이드(130)는 축열재(30)와 열교환기 본체(100)를 분리시켜 열교환기 본체(100)의 교체, 유지보수를 간편하게 도와준다.
도 11에는 제2실시형태의 가이드(130)가 도시되어 있다. 상기 가이드(130)는 아궁이(20)와 일체형으로 구비되며, 아궁이(20) 전면 위에서 열교환기 본체(100)가 슬라이딩 삽입되는 삽입홀로 형성된다. 가이드(130) 하부 일측은 아궁이(20)에서의 열기가 직접 전달되도록 제거된 노출면(131)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가이드(130)의 측면 또는 상면에는 냉기유입부(104)와 온기배출부(105)가 연결되는 공기홀(132)이 구비되어 제1공기순환관(110) 및 제2공기순환관(120)과 결합된다. 열교환기 본체(100)가 가이드(130)에 삽입된 이후 가이드(130) 측면과 상면에 축열재(30)가 덮혀지나, 열교환기 본체(100)와 축열재(30)가 직접 접촉하기 않아 열교환기 본체(100)의 고장 또는 교체시에 슬라이딩 탈착이 가능하다.
한편, 가이드(130)의 삽입홀로 열교환기 본체(100)가 삽입될때에 삽입의 용이를 위하여 도 12와 같이, 냉기유입부(104)와 온기배출부(105)를 열교환기 본체(100)의 전면에 배치시킬 수 있다. 냉기유입부(104)와 온기배출부(105)가 열교환기 본체(100)의 전면에 배치되면 가이드(130)의 측면의 공기홀(132)이 제거되고 별도의 배관이 배치되어 제1공기순환관(110) 및 제2공기순환관(120)과 연결된다.
한편, 제1공기순환관(110) 및 제2공기순환관(120)은 다른 연결 덕트(미도시)와 연결되어 아궁이가 설치된 방 이외의 다른 방에도 따뜻한 공기를 제공하고, 차가운 공기를 흡기할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 컨트롤러(미도시)에 의해 급속난방모드, 환기모드, 제1,2완속난방모드, 실내공기냉방모드 중 어느 하나의 모드로 운용될 수 있다.
급속난방모드는 도 6에 도시된 바와 같이 내기가 외부로 배출되는 제1공기배출구(111)와, 외기가 유입되는 제2공기유입구(121)를 개폐하는 제1댐퍼(112)와 제2댐퍼(122)가 닫히고(폐쇄), 상기 제2공기배출구(123)를 개폐하는 제3댐퍼(125)가 열린(개방) 상태로 차가운 내기가 제1공기유입구(113)를 통해 열교환기 본체(100)에서 가열되고 제2공기배출구(123)를 통해 순환되어 실내온도가 빠르게 올라갈 수 있다. 이처럼 급속난방모드는 상기 제1댐퍼(112)와 제2댐퍼(122)를 닫고, 제3댐퍼(125)를 열어서 차가운 외부 공기의 유입없이 실내 공기를 계속하여 순환시키는 모드로 열교환기 본체(100)에 의하여 공기가 가열되기에 신속하게 실내 공기를 가열할 수 있다. 또한, 공기 순환과정에서 필터에 의하여 실내 공기가 정화되므로 실내 공기를 청정하게 유지할 수 있다. 이러한 급속난방모드는 외부 공기가 미세먼지 또는 황사에 의해 오염되었을 때 외기의 유입을 차단하고 내기만을 정화시키는데에도 유용하게 사용할 수 있다. 따라서, 상기 급속난방모드는 아궁이(20)에서 불을 때지 않고, 흡기팬(114)과 배기팬(124)을 동작시켜 실내공기의 순환을 강제화시키는 형태로도 사용할 수 있다.
환기모드는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1공기배출구(111), 제2공기유입구(121), 제2공기배출구(123)가 모두 열린 상태로 차가운 내기를 제1공기배출구(111)와 열교환기 본체(100)로 보내고 제2공기유입구(121)를 통해 유입된 외기와 열교환기 본체(100)에서 가열된 공기를 동시에 제2공기배출구(123)를 통해 실내로 공급할 수 있다. 환기모드는 실내의 창문을 열지 않고 실내 공기를 내보내고, 실외 공기를 유입시킬 수 있어 실내 온도를 크게 떨어뜨리지 않으면서 환기가 가능하다. 이러한 환기 모드는 실외 공기질이 실내 공기질보다 좋을때에 선택할 수 있으며, 실내 온도를 적정하게 유지하면서 공기를 교체할 수 있다. 상기 환기모드는 상기 아궁이(20)에서 불을 때지 않을 때에도 창문을 열지 않고 환기를 원활하게 할 수 있다.
제1완속난방모드, 제2완속난방모드 및 실내공기냉방모드는 실내가 완전 밀폐가 아니기 때문에 가능한 것이며, 단시간 사용에 유용한 모드이다.
제1완속난방모드는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제2댐퍼(122)를 닫고, 상기 제1댐퍼(112)와 제3댐퍼(125)를 열어 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기를 제1공기배출구(111)와 열교환기 본체(100)로 보내서 천천히 난방할 수 있다. 제1완속난방모드는 실내의 온도가 과도하게 높으나 실외의 온도가 매우 낮아 실외 공기의 유입이 대부분 차단한 상태에서 실내 공기를 배출하고자 할 때에 사용한다. 제2완속난방모드는 실내가 아직 완전히 가열되지 않은 상태이거나, 또는 실외의 온도가 매우 낮은 상태에서 환기가 필요한 유용하다.
한편, 실내의 온도를 급속히 낮추는 실내공기냉방모드는 상기 제3댐퍼(125)를 닫고(폐쇄), 상기 제1댐퍼(112)와 제2댐퍼(122)를 열어(개방) 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기가 제1공기배출구(111)로 즉시 배출되며, 상기 열교환기 본체(100)를 통과한 공기가 실내로의 유입을 차단하는 모드로서, 공기 순환없이 오로지 실내의 공기만 외부로 배출할때에 사용한다.
본 발명은 실내 공기를 배출하는 제1공기유입구(113)에 댐퍼가 설치되지 않아 항상 개방된 상태이다. 이는 실내에서 갑작스런 가스 유입이나 실내 공기의 배출시에 배출이 차단되는 것을 방지하기 위한 안전 조치이다.
따라서, 본 발명의 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기는 바닥에 구들장(10)이 구비되는 온돌방(1)을 가열하기 위한 아궁이(20) 상부에 공기순환용 열교환기 본체(100)를 설치하고, 상기 열교환기 본체(100)의 냉기유입부(104)에 제1공기순환관(110)을 장착하며, 온기배출부(105)에 제2공기순환관(120)을 장착함으로써, 아궁이의 열기로 차가운 실내공기를 가열하여 순환시키며 구들이 가열되어 실내공기가 데워지기까지 소요되는 시간을 대폭 감소시키는 급속 난방이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 온도가 내려간 온돌방(1)의 아궁이(20) 내부에 장작을 점화한 후 실내온도를 빠르게 상승시켜 온도상승시간 동안 추위에 떠는 불편함을 해소하고 그 시간동안의 공기대류 난방 수요를 충족시키는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 열교환기 본체(100)를 기존 아궁이의 불목돌 위치에 설치하여 실내 방바닥으로 가열하여 데우는데 사용되는 열원을 이용하여 실내 공기를 별도로 가열시킴과 동시에 축열을 하는 불목돌 역할을 수행하는 효과도 있다.
한편, 본 발명은 온돌방(1) 벽체(40) 사이에 외기와 내기가 순환되는 제1공기순환관(110) 및 제2공기순환관(120)을 설치하고, 외벽(41)의 제1공기배출구(111), 제2공기유입구(121)와, 내벽(42)의 제2공기배출구(123)에 공기이동을 차단하는 제1, 2, 3댐퍼(112, 122, 125)를 설치하여 내부공기를 순환시키거나 창문을 열지 않고 댐퍼를 개방해 외부공기를 유입시켜 선택적으로 환기가 가능하다.
또한, 본 발명은 제2공기배출구(123)에 배기팬(124)을 설치하고 제1공기유입구(113)에 흡기팬(114)을 설치하여 공기 순환이 더욱 원활하게 이루어진다.
그리고, 본 발명은 차가운 내기를 열교환기 본체(100)를 이용해 가열하고 순환시키는 급속난방모드, 차가운 외기로 뜨거워진 공기를 동시에 실내로 공급하고 내기를 외부로 배출하여 환기시키는 환기모드와, 내기를 외부와 열교환기 본체(100)로 보내서 천천히 난방하는 제1완속난방모드와, 내기를 열교환기 본체(100)로 보내서 뜨거워진 공기를 차가운 외기로 중화시켜 실내로 배출시켜 천천히 난방을 하는 제2완속난방모드와, 열교환기 본체(100)에서 뜨거워진 공기의 배출을 막고 내기를 외부로 배출시켜 실내온도를 낮추는 내기배출모드 중 어느 하나의 모드로 운용될 수 있다.
1 : 온돌방
10 : 구들장 20 : 아궁이
30 : 축열재 40 : 벽체
41 : 외벽 42 : 내벽
100 : 열교환기 본체 101 : 냉수유입부
102 : 가열관 103 : 온수배출부
104 : 냉기유입부 105 : 온기배출부
106 : 칸막이 107 : 고정수단
110 : 제1공기순환관 111 : 제1공기배출구
112 : 제1댐퍼 113 : 제1공기유입구
114 : 흡기팬
120 : 제2공기순환관 121 : 제2공기유입구
122 : 제2댐퍼 123 : 제2공기배출구
124 : 배기팬 125 : 제3댐퍼
130 : 가이드 131: 노출면
132 : 공기홀

Claims (10)

  1. 열기가 이동하는 구들장(10)과, 상기 구들장(10)의 전면 또는 측면에 설치되는 아궁이(20)와, 상기 구들장(10) 상부에 배치되는 축열재(30)과, 측면에 벽체(40)가 구비되는 온돌방(1)의 공기를 순환시키는 열교환기에 있어서,
    상기 아궁이(20) 상부에 설치되어 상기 아궁이(20)에서 제공하는 열을 전달받아 가열되며, 차가운 공기가 유입되는 냉기유입부(104) 및 가열된 공기를 배출하는 온기배출부(105)가 형성되는 열교환기 본체(100)와;
    상기 열교환기 본체(100)에 형성되는 냉기유입부(104)와 연결되고, 상기 벽체(40) 외부로 개방되는 제1공기배출구(111)와, 상기 제1공기배출구(111)에서 실내공기의 배출을 차단하는 제1댐퍼(112)와, 상기 제1공기배출구(111)와 연통되며 벽체(40) 내부로 개방되는 제1공기유입구(113)가 구비되는 제1공기순환관(110)과;
    상기 열교환기 본체(100)에 형성되는 온기배출부(105)와 연결되고, 상기 벽체(40) 외부로 개방되는 제2공기유입구(121)와, 상기 제2공기유입구(121)와 연통되며 벽체(40) 내부로 개방되는 제2공기배출구(123)와, 상기 제2공기유입구(121)에서 실외공기의 유입을 차단하는 제2댐퍼(122)와, 상기 제2공기배출구(123)로 공기 배출을 차단하는 제3댐퍼(125)가 구비되는 제2공기순환관(120);
    을 포함하는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1공기순환관(110)에는 상기 제1공기유입구(113)로 실내공기 흡입을 유도하는 흡기팬(114)이 구비되고,
    상기 제2공기순환관(120)에는 상기 제2공기배출구(123)로 공기를 배출시키는 배기팬(124)이 구비되는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    열교환기 본체(100)는 축열재(30)와 분리시키는 가이드(130)에 의하여 감싸져 설치되는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2공기배출구(123)에는 실내로의 유입 공기를 정화시키는 필터가 장착되는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기 본체(100)에는 냉수유입부(101)에서 냉수가 유입되고 유입된 냉수를 아궁이(20)의 열기로 데우는 가열관(102)와, 상기 가열관(102)을 통과한 온수가 배출되는 온수배출부(103)가 구비되며;
    상기 열교환기 본체(100)는 내부에 지그재그 형태로 가열관(102)이 설치되고, 상기 가열관(102) 사이에 칸막이(106)가 설치되며, 상기 가열관(102)을 고정하는 고정수단(107)이 구비되는 아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    실내 공기를 신속하게 가열하는 위한 급속난방모드는;
    상기 제1공기배출구(111)와, 제2공기유입구(121)를 개폐하는 제1댐퍼(112)와 제2댐퍼(122)를 닫아(폐쇄) 외부 공기의 유입과 유출을 막고, 상기 제2공기배출구(123)를 개폐하는 제3댐퍼(125)가 열린(개방) 상태에서, 내기가 제1공기유입구(113)를 통해 열교환기 본체(100)에서 가열되고 따뜻해진 공기가 제2공기배출구(123)를 통해 실내로 배출되며,
    실내 공기를 외부로 배출하고, 외부의 공기를 실내로 유입시켜 실내를 환기시키는 환기모드는;
    상기 제1댐퍼(112), 제2댐퍼(122), 제3댐퍼(125)가 열린(개방) 상태로 내기가 제1공기배출구(111)와 열교환기 본체(100)로 이동하고 제2공기유입구(121)를 통해 유입된 외기와 열교환기 본체(100)에서 가열된 공기가 합쳐져서 제2공기배출구(123)를 통해 실내로 공급되는
    아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 급속난방모드 보다 천천히 실내 공기를 가열하며 내부 공기를 정화시키는 제1완속난방모드는;
    상기 제2댐퍼(122)를 닫고(폐쇄), 상기 제1댐퍼(112)와 제3댐퍼(125)를 열어(개방) 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기를 제1공기배출구(111)와 열교환기 본체(100)로 보내서 천천히 난방하는
    아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 급속난방모드 보다 천천히 실내 공기를 가열하며 외부 공기를 유입시켜 환기를 수행하는 제2완속난방모드는;
    상기 제1댐퍼(112)를 닫고(폐쇄), 제2댐퍼(122)와 제3댐퍼(125)를 열어(개방) 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기가 열교환기 본체(100)에서 가열되어 따뜻해진 공기가 제2공기유입구(121)에서 유입된 외기와 함께 제2공기배출구(123)를 통해 실내로 배출되며 천천히 난방하는
    아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  9. 제6항에 있어서,
    실내의 온도를 급속히 낮추는 실내공기냉방모드는
    상기 제3댐퍼(125)를 닫고(폐쇄), 상기 제1댐퍼(112)와 제2댐퍼(122)를 열어(개방) 제1공기유입구(113)를 통해 유입된 내기가 제1공기배출구(111)로 즉시 배출되며, 상기 열교환기 본체(100)를 통과한 공기가 실내로의 유입을 차단하는
    아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 가이드(130)는
    아궁이(20)와 일체형으로 형성되고,
    아궁이(20) 전면 상부에서 상기 열교환기 본체(100)를 슬라이딩으로 장착 또는 탈착하는 삽입홈으로 구비되는
    아궁이의 열기를 이용해 공기를 순환시키는 열교환기.
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KR101391849B1 (ko) 2013-12-23 2014-05-07 안병연 이동식 구들보일러
KR101622275B1 (ko) 2014-12-08 2016-05-18 안병연 컨테이너 바닥에 구비되는 조립형 구들보일러
KR101622270B1 (ko) 2014-04-15 2016-05-18 안병연 화목 및 펠릿 겸용 이동식 구들보일러

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