KR100503674B1 - 드럼형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공장 또는 빌딩이나 주택의 실내공기를 효과적으로 환기 및 정화시키기 위한 드럼형 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 열교환기의 전열수단을 드럼형으로 구성하여 장치의 전체적인 크기를 최대한 줄이면서 콤팩트하게 구성할 수 있도록 함으로써, 취급 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 설치공간도 적게 차지할 수 있도록 하는 한편, 전열수단의 교체나 점검 등 전체적인 유지 및 보수가 용이하여 재사용이 가능하고, 이에 따라 열교환기의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 드럼형 열교환기를 제공한다.

또한, 본 발명은 회전반경이 작은 드럼형을 채용하여 열교환기의 전체 가동 사이클 타임을 단축할 수 있는 동시에 전열면적도 충분히 확보할 수 있으므로, 열효율을 높게 유지할 수 있도록 한 드럼형 열교환기를 제공한다.

Description

드럼형 열교환기{Drum type heat exchanger}

본 발명은 공장 또는 빌딩이나 주택의 실내공기를 효과적으로 환기 및 정화시키기 위한 드럼형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전열수단의 형태를 회전가능한 드럼형으로 만든 열교환기를 제공함으로써, 열교환기의 전체적인 부피를 대폭 축소할 수 있어 취급이나 설치공간 측면에서 우수한 점이 있고, 또한 드럼형 전열수단을 채용함에 따라 열교환기의 가동 사이클을 단축할 수 있는 동시에 충분한 전열면적을 확보할 수 있어 효율성 측면에서 열교환기의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있는 드럼형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 공장 또는 빌딩이나 주택의 실내를 환기시키기 위한 수단들은 주로 환풍기 등과 같이 공기를 직접 배출 또는 유입하는 것들이 대부분이다.

위와 같은 환기수단들은 여름철 또는 겨울철 실내의 찬공기나 더운공기를 그대로 외부로 배출시킴으로 인해 에너지를 방출시켜 열효율 측면에서 비효율적인 면이 있다.

최근에는 이러한 단점들을 보완한 전열식 열교환기들이 많이 제공되고 있다.

이러한 전열식 열교환기들은 공기의 유입흐름으로부터 열 및 습기를 추출하여 배출흐름으로 전달시킴으로써, 바람직한 환기를 수행하고 공기조화를 유지하는 방식이며, 배출공기와 유입공기의 대향흐름들이 열교환기를 통과하는데 필요한 압력을 부여하기 위한 수단으로 팬 또는 송풍기를 포함한다.

전열식 열교환기에서는 대향 공기흐름 간의 열전달 효율을 높이기 위한 전열수단의 적용기술이 무엇보다도 중요하며, 이에 대해 많은 연구와 개선이 이루어지고 있다.

예를 들면, 기존의 열교환기 중에서 대표적인 원판형태의 전열수단을 구비한 열교환기가 제시(본 출원인이 2002.02.07.출원하여 등록받은 실용신안등록 제274948호)되어 있으나, 이러한 열교환기는 충분한 전열면적을 확보하기 위해 원판의 크기를 크게 해야 하므로, 이에 따라 열교환기의 전체적인 면적 및 부피가 커져서 취급이 불편하고 설치공간도 많이 차지하는 단점이 발생하였고, 또한 열교환기 가동시 직경 450mm 이상의 원판일 경우에는 회전반경이 길게 되며 회전시키는데 많은 시간이 소비되어 만족할만한 열효율을 제대로 얻을 수 없는 단점이 발생하였다.

따라서, 기존의 설계상의 제한이 없으면서 보다 개선되어 효율이 높은 전열수단을 포함하면서 장치의 면적 및 부피를 줄여 취급 및 설치가 용이한 열교환기의 개선에 대한 요구가 점차 증가하고 있는 추세이다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 열교환기의 전열수단을 드럼형으로 구성하여 장치의 전체적인 크기를 최대한 줄이면서 콤팩트하게 구성할 수 있도록 함으로써, 취급 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 설치공간도 적게 차지할 수 있도록 하는 한편 전열수단의 설치공간 대비 열교환 효율을 극대화시킬 수 있으며, 전열수단의 교체나 점검 등 전체적인 유지 및 보수가 용이하여 재사용이 가능하고, 이에 따라 열교환기의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 드럼형 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전반경이 작은 드럼형을 채용하여 열교환기의 전체 가동 사이클 타임을 단축할 수 있는 동시에 전열면적도 충분히 확보할 수 있으므로, 열효율을 높게 유지할 수 있도록 한 드럼형 열교환기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전면의 외부공기 토출구 및 내부공기 흡입구와 양쪽 측면에 각각 외부공기 흡입구 및 내부공기 토출구를 갖고 있으며 내부는 길이방향으로 배치되는 차단판에 의해 외부공기용 챔버와 내부공기용 챔버로 구획되어 실내외 공기의 출입을 가능하게 하는 열교환기 본체와, 상기 열교환기 본체의 내부에서 길이방향을 따라 나란한 상태로 양쪽 챔버 내에 모두 걸쳐 배치되며 양단부가 다수의 롤러에 의해 지지되면서 회전가능하고 양쪽 챔버를 회전 경유하면서 실내외 공기 간의 열교환작용을 수행하는 전열드럼과, 상기 열교환기 본체의 내부 일측에 위치되면서 벨트를 통해 연결되어 있는 전열드럼을 회전시켜주는 구동모터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열드럼을 통과시키는 차단판의 관통부위에는 본체 벽면과의 사이에 양쪽 챔버 간의 열이동을 막아주는 차단용 브러시가 설치되어 있는 특징으로 한다.

또한, 상기 전열드럼은 원주둘레를 따라 연속되는 양단부의 롤러안내면 및 길이중간의 풀리를 가지면서 다공망 형태의 원통형으로 이루어진 드럼본체와, 상기 드럼본체의 전체 둘레면을 따라 일정한 두께로 부착되어 공기와의 열교환작용을 수행하는 전열매체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열드럼의 전열매체는 원통형의 전열드럼을 한번에 둘러싸는 하나의 일체형 또는 몇 개의 부분으로 분할되어 둘러싸는 분할형으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열매체는 폴리에스테르 입자, 유리섬유, 비철금속, 발포수지 중의 어느 1개인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열드럼의 회전을 안내하는 다수의 롤러는 열교환기 본체의 앞뒤판에 각각 아이들 가능한 구조로 장착되는 동시에 4개의 격자형 구조로 배치되면서 원통형 드럼의 둘레 4곳을 지지할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 드럼형 열교환기의 바람직한 구현예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 드럼형 열교환기는 드럼형태의 전열수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 드럼형태의 전열수단은 소정의 구동수단에 의해 회전하면서 이곳을 통과하는 2개의 공기흐름 간에 현열 및 잠열에너지를 전달한다.

또한, 드럼형태의 전열수단은 열교환기 본체 내에 배치되면서 2개의 대향 공기흐름 간의 상호 혼합을 차단시킬 수 있는 차단판과 함께 조합될 수 있다.

상기 드럼형태의 전열수단은 공기의 유통을 가능하게 하는 충분한 다공성은 물론 공기흐름내로 난류를 유입하고 열전달을 위한 표면적을 제공하기에 충분한 밀도를 갖는 전열매체를 포함한다.

예를 들면, 폴리에스테르 입자, 유리섬유, 비철금속, 발포수지 등을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 전열매체의 냄새제거를 위해 적당량의 소취제를 첨가할 수 있으며, 공기 중의 수분 등에 의해 전열매체에 잔류하는 곰팡이 등의 세균류를 제거하기 위해 제오라이트 성분을 첨가할 수 있다.

이때, 상기 폴리에스테르 입자, 유리섬유, 비철금속 등의 입자형인 것을 전열매체로 이용시에는 이들을 수용하면서 드럼형태의 전열수단의 표면에 결합될 수 있는 수용체가 제공되며, 또 상기 발포수지와 같이 성형이 용이한 것은 일체형으로 성형하여 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 드럼형 열교환기를 나타내는 분해 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 드럼형 열교환기를 나타내는 정단면도, 도 3은 도 2의 A-A 선 단면도를 각각 도시하고 있다.

도시한 바와 같이, 열교환을 위한 전열매체(19d)는 다공망 형태의 원통형으로 되어 있는 드럼본체(19c)의 전체 외주부를 둘러싸는 구조로 설치될 수 있는데, 바람직하게는 전열매체(19d)를 전체 둘레를 한번에 감싸는 하나의 일체형이나 또는 전체 둘레를 다수의 구역으로 분할한 후, 각각의 분할된 구역에 1개씩 배속될 수 있는 몇개의 단위로 나누어지는 분할형으로 설치될 수 있다.

위와 같은 분할 설치는 전열매체(19d)를 점검하거나 교체하는 측면에서 유리한 점이 있다.

예를 들면, 전열매체(19d)가 발포수지와 같이 일체로 성형된 것일때는 교환 및 점검이 더욱 용이하지만, 이와 다르게 도 4와 같이 전열매체(19d)가 입자형일 경우 수용체의 바깥쪽을 마감하고 있는 망부재(19e)를 탈거하거나, 또는 재장착하는 작업만으로 전열매체(19d)를 설치할 수 있게 되며, 망부재(19e)의 제거를 통해 점검과 교체를 용이하게 할 수 있다. 이때 입자형의 전열매체(19d)를 담은 수용체의 개별적인 교환도 가능하다.

이러한 전열매체(19d)를 갖는 전열드럼(19)은 사각의 통구조를 갖는 열교환기 본체(17) 내에 길이방향으로 나란하게 배치되고, 열교환기 본체(17)의 중심축선을 따라 길이방향으로 가로지르는 차단판(14)에 의해 2개의 격리된 공간부가 조성되고 이때 양쪽 격리된 공간 내에 동시에 걸쳐지면서 열교환작용을 수행할 수 있게 된다.

이를 위하여, 상기 열교환기 본체(17)에는 전면에 양쪽으로 향하는 외부공기 토출구(10)와 내부공기 흡입구(11)가 형성되어 있고, 양쪽 측면에는 각각 외부공기 흡입구(12)와 내부공기 토출구(13)가 형성되어 있으며, 그 내부에는 전면 양쪽의 각 토출구 및 흡입구 중간을 기준위치로 하여 본체 길이방향을 가로지르는 차단판(14)이 설치되어 양쪽으로 2개의 격리된 공간, 즉 외부공기용 챔버(15)와 내부공기용 챔버(16)가 조성되어 있다.

이에 따라, 열교환기 본체(17)의 내부에는 외부의 공기와 내부의 공기의 대향흐름이 이루어지면서 각 챔버를 경유하는 전열드럼(19)에 의해 챔버 내에서 열교환작용이 진행될 수 있게 된다.

예를 들면, 외부의 공기는 측면 외부공기 흡입구(12)를 통해 외부공기용 챔버(15)측에 위치되는 전열매체(19d)를 통과하여 내부로 유입된 후, 전면 외부공기 토출구(10)를 통해 실내측으로 공급되고, 내부의 공기는 전면 내부공기 흡입구(11)를 통해 내부공기용 챔버(16)의 내부로 유입된 후, 내부공기용 챔버(15)측에 위치되는 전열매체(19d)를 통과하여 그 측면 내부공기 토출구(13)를 통해 외부로 빠져나가게 되며, 이때의 내외부 공기는 각 챔버 내에서 체류하는 동안에 양 챔버 사이를 넘나드는 전열드럼(19)의 전열매체(19d)에 의해 서로 간의 잠열과 현열을 교환하게 되는 것이다. 즉, 내부의 열을 외부로 소비하지 않으면서 외부로부터는 신선한 공기를 유입하게 되며, 외부로는 내부 열의 방출없이 냄새만을 빠져 나가게 하는 것이다.

이때의 각 흡입구와 토출구에는 그릴과 함께 선택적으로 송풍수단이 직접 설치되거나, 또는 외부의 송풍수단으로부터 연장되는 덕트나 호스 등이 연결되어 공기의 흐름을 유도할 수 있게 된다.

상기 전열드럼(19)에 의해 양쪽 챔버 내에서 공기에 대한 열교환작용이 수행되는 동안 챔버 간의 열 이동을 차단하기 위한 수단으로 차단용 브러시(22)가 제공된다.

상기 차단용 브러시(22)는 양쪽 챔버를 가로막고 있는 차단판(14)과 전열드럼(19)의 내주면 사이의 접촉부위, 그리고 열교환기 본체(17)의 윗판 및 아래판과 전열드럼(19)의 외주면 사이의 접촉부위에 각각 설치되어 외부공기용 챔버(15)와 내부공기용 챔버(16) 간의 열 이동을 완전히 차단함으로써, 열손실을 최대한 줄여 열교환기의 높은 열효율을 유지해주는 역할을 한다.

공기에 대한 열교환작용을 수행하기 위하여 전열드럼(19)은 각 챔버 사이에서 소정의 속도로 회전할 수 있다.

이를 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이 전열드럼(19)의 드럼본체(19c)는 양단부에 원주방향을 따라 연속되는 각각의 롤러안내면(19a)과 길이중간에 풀리(19b)를 가지면서 열교환기 본체(17)의 내부에서 동심원상으로 위치되고 양쪽 롤러안내면(19a)과 풀리(19b) 사이에는 전열매체(19d)가 결합되며, 이때의 각 롤러안내면(19a)이 열교환기 본체(17)의 앞판과 뒷판에서 각각 아이들 가능한 동시에 격자형 구조로 배치되는 4개씩의 롤러(18)에 의해 4곳이 균형있게 지지되어, 양쪽 8곳 지지를 받는 형태로 회전가능한 구조를 갖추게 되는 한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 풀리(19b)는 드럼본체(19c)의 일측에 위치되는 구동모터(21)의 축에 있는 풀리와 벨트(20)로 연결되므로서, 전열드럼(19)은 구동모터(21)의 작동에 의해 회전될 수 있게 된다.

이때의 상기 구동모터(21)는 열교환기 본체(17)상에 고정되는 판형의 브라켓(24)을 이용하여 설치되며, 브라켓(24)의 일측에는 슬롯(25)을 따라 위치조정이 가능한 아이들러(23)가 설치되어 있어서 필요에 따라 벨트(20)의 장력을 조절할 수 있게 된다.

여기서, 구동모터의 회전속도, 즉 전열드럼의 회전속도는 분당 20∼40rpm 정도가 바람직하다.

상기 전열드럼의 회전속도가 너무 낮으면 전열식 열교환기의 전체 효율이 떨어지게 되고, 또 회전속도가 과도하게 빠르면 공기의 흐름사이에서 교차 또는 혼합이 발생하여 환기량을 감소시키게 되는데, 본 발명에서 제공하는 전열드럼의 경우 열교환을 위한 충분한 전열면적을 확보할 수 있고 회전반경 또한 크기 않기 때문에 기존의 원판형 전열매트(직경 450mm 이상일 경우 분당 10rpm 정도) 등에 비해 그 회전속도를 위와 같이 빠르게 유지하여도 열효율 측면에서 우수한 효과를 유지할 수 있다.

한편, 본 발명에서 드럼형 열교환기는 외부로 빠져나가거나 내부로 들어오는 공기의 정화를 위한 수단으로 필터재를 포함하는 별도의 공기정화수단을 포함한다.

비록, 상기 전열매체도 소정의 입자 등에 대해서는 그 자체가 필터기능을 수행할 수 있고, 특히 자체적인 재질적 특성을 통해 우수한 필터링효과를 나타낼 수 있지만, 위와 같은 별도의 공기정화수단과 함께 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.

특히, 외부의 공기가 유입되는 외부공기 흡입구(12)측에 공기정화수단, 예를 들면 필터재 등을 구비함으로써, 외부공기 중의 불순물을 걸러낸 후, 깨끗한 공기를 실내로 공급하거나 또는 전열매체측으로 보내지는 공기를 정화시킬 수 있다.

이러한 공기정화수단의 채택은 드럼형 열교환기의 사용성을 보다 효과적으로 높여줄 수 있다.

본 발명에서 제공하는 드럼형 열교환기는 주로 창문 등에 고정식으로 설치하여 사용할 수 있고, 특히 덕트나 호스 등을 외부로 연장하여 실내의 편리한 위치 에 옮겨놓고 유용하게 사용할 수 있으며 또한 천정 등의 공간에 매설하는 방식으로 다양하게 설치할 수도 있다.

상기, 본 발명에서 제공하는 드럼형 열교환기의 열교환작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

내부의 차단판(14)에 의해 구획된 외부공기용 챔버(15) 및 내부공기용 챔버(16)와 그 사이를 회전하면서 경유하는 전열드럼(19)을 구비한 열교환기 본체(17)의 내부에서는 2개의 대향 공기흐름이 전열드럼(19)을 통과하게 된다.

즉, 외부의 공기는 전열드럼(19)의 직경방향으로부터 유입되어 축선방향으로 그 흐름이 유도되고, 내부의 공기는 전열드럼(19)의 축선방향으로부터 유입되어 직경방향으로 그 흐름이 유도되면서 전열매체와의 열교환작용이 이루어지게 된다.

2개의 대향 공기흐름은 내부공기 흡입구(11)와 외부공기 흡입구(12)측과 연결되는 송풍수단에 의해 조성되고, 계속해서 회전하는 전열드럼(19)을 통과하면서 내부공기와 외부공기 간의 현열과 잠열의 열교환작용이 이루어지며, 이에 따라 외부로 배출되는 공기는 현열 및 잠열을 빼앗긴 상태로 외부로 완전히 빠져나가고, 내부로 유입되는 공기는 전열드럼(19)을 통과하면서 내부공기의 배출시 포집한 현열 및 잠열을 빼앗은 상태로 실내로 들어온다.

이와 같이, 본 발명은 전열매체가 갖는 열전달 효율 및 재질특성, 그리고 열전달을 위한 큰 표면적으로 인하여 상기 전열드럼은 열교환기의 부피나 회전속도 등 전체적인 크기나 운전방식 등에서 구조가 단순하고 취급 및 설치가 용이한 드럼식 열교환기를 제공할 수 있으며, 따라서 현열 및 잠열의 포집이 가능하고 회전에 의해 공기흐름의 대향위치를 가변시킬 수 있는 전열드럼을 이용하여 열교환작용을 수행하면서 실내의 공기를 외부의 공기와 환기시킬 수 있으므로, 실내의 열손실을 최대한 억제하면서 효율적인 실내 공조효과를 도모할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 드럼형태의 전열수단을 포함하는 열교환기를 제공함으로써, 전열매체의 단면적을 크게하여 충분한 전열면적의 확보는 물론 장치의 전체적인 폭 및 부피를 줄일 수 있어 점검과 교체 등의 취급이 용이한 장점과 설치공간을 많이 차지하지 않는 장점과, 특히 충분한 전열면적 확보와 시간당 회전수 대비 사이클 타임을 단축할 수 있어 우수한 열교환 효율을 나타낼 수 있는 등 열교환기의 성능을 전반적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 덕트 연결방식을 이용한 별도의 공기정화수단과 함께 사용할 수 있으므로, 열교환기의 사용적인 측면에서 편리함을 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 드럼형 열교환기를 나타내는 분해 사시도

도 2는 본 발명에 따른 드럼형 열교환기를 나타내는 정단면도

도 3은 도 2의 A-A 선 단면도

도 4는 본 발명에 있어서 전열매체의 일실시예를 도시한 단면도

도 5는 본 발명에 있어서 전열드럼의 결합상태를 보인 사시도

도 6은 도 2의 B-B 선 단면도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 외부공기 토출구 11 : 내부공기 흡입구

12 : 외부공기 흡입구 13 : 내부공기 토출구

14 : 차단판 15 : 외부공기용 챔버

16 : 내부공기용 챔버 17 : 열교환기 본체

18 : 롤러 19 : 전열드럼

20 : 벨트 21 : 구동모터

22 : 차단용 브러시 23 : 아이들러

24 : 브라켓 25 : 슬롯

Claims (6)

1. 전면의 외부공기 토출구(10) 및 내부공기 흡입구(11)와 양쪽 측면에 각각 외부공기 흡입구(12) 및 내부공기 토출구(13)를 갖고 있으며 내부는 길이방향으로 배치되는 차단판(14)에 의해 외부공기용 챔버(15)와 내부공기용 챔버(16)로 구획되어 실내외 공기의 출입을 가능하게 하는 열교환기 본체(17);

   상기 열교환기 본체(17)의 내부에서 길이방향을 따라 나란한 상태로 양쪽 챔버 내에 모두 걸쳐 배치되며 양단부가 다수의 롤러(18)에 의해 지지되면서 회전가능하고 양쪽 챔버를 회전 경유하면서 실내외 공기 간의 열교환작용을 수행하는 전열드럼(19);

   상기 열교환기 본체(17)의 내부 일측에 위치되면서 벨트(20)를 통해 연결되어 있는 전열드럼(19)을 회전시켜주는 구동모터(21);

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 드럼형 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 전열드럼(19)을 통과시키는 차단판(14)의 관통부위에는 본체 벽면과의 사이에 양쪽 챔버 간의 열이동을 막아주는 열차단용 브러시(22)가 설치되어 있는 특징으로 하는 드럼형 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 전열드럼(19)은 원주둘레를 따라 연속되는 양단부의 롤러안내면(19a) 및 길이중간의 풀리(19b)를 가지면서 다공망 형태의 원통형으로 이루어진 드럼본체(19c)와, 상기 드럼본체(19c)의 전체 둘레면을 따라 일정한 두께로 부착되어 공기와의 열교환작용을 수행하는 전열매체(19d)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 드럼형 열교환기.
4. 제3항에 있어서, 상기 전열드럼(19)의 전열매체(19d)는 원통형의 전열드럼을 한번에 둘러싸는 하나의 일체형 또는 몇 개의 부분으로 분할되어 둘러싸는 분할형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 드럼형 열교환기.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 전열매체(19d)는 폴리에스테르 입자, 유리섬유, 비철금속, 발포수지 중의 어느 1개인 것을 특징으로 하는 드럼형 열교환기.
6. 제1항에 있어서, 상기 전열드럼(19)의 회전을 안내하는 다수의 롤러(18)는 열교환기 본체(17)의 앞뒤판에 각각 아이들 가능한 구조로 장착되는 동시에 4개의 격자형 구조로 배치되면서 원통형 드럼의 둘레 4곳을 지지할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 드럼형 열교환기.