KR100592710B1

KR100592710B1 - 전열교환기

Info

Publication number: KR100592710B1
Application number: KR1020050027428A
Authority: KR
Inventors: 김덕신
Original assignee: 고모텍주식회사
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-06-28

Abstract

본 발명은 실내의 공기를 실외로 배출시키고 실외의 공기를 실내로 공급하되, 실내/외 공기의 에너지를 보존하여 여름철에는 더운 실외의 공기가 열교환 후 쿨링되어 실내로 공급되고, 겨울철에는 차가운 실외의 공기가 열교환 후 히팅되어 실내로 공급되는 전열교환기를 제시하고자 한다. 이러한 전열교환기는 흡입/배출 블로우와 급기측/흡입측 온도센서, 히터, 다중필터, UV 램프, 이산화탄소 농도 센서로 구성되고, 또한 상기한 유니트들을 제어하기 위한 메인 PCB(제어부) 및 상기 유니트들의 동작 상태를 표시하는 별도의 디스플레이부로 구성된다.

전열교환기 이산화탄소 온도센서 히터 다중필터 UV램프

Description

전열교환기{heat exchanger}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 이산화탄소 농도조절 기능이 구비된 전열교환기의 구성을 보이고 있는 블록도.

도 2는 도 1에서 도시하고 있는 전열교환기의 상세구성을 나타낸 도면.

도 3은 도 2에서 도시하고 있는 전열교환기의 측면을 나타낸 도면.

도 4는 도 1 및 도 2에서 도시하고 있는 전열교환기의 정면에 설치된 디스플레이부의 구성을 보이고 있는 도면.

도 5는 도 1에서 도시하고 있는 제어부의 이산화탄소 농도 조절방법을 나타낸 흐름도.

도 6은 도 5에서 도시하고 있는 이산화탄소 농도에 따른 흡입/배출 블로우모터의 출력상태를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10: CO₂ 센서 12: 급기측 온도센서

14: 흡입측 온도센서 18: 제어부

20: 흡입 블로우모터 22: 배출 블로우모터

24: 히터 26: UV 램프

28: 디스플레이부 30: 흡입블로우

32: 배출블로우 34: 헤파 필터

35: 활성탄 필터 36: 광촉매 필터

40: 여재 50: 전열교환기

본 발명은 전열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내의 이산화탄소 농도에 따른 환기량을 자동으로 조절할 수 있는 콤팩트 구조의 전열교환기에 관한 것이다.

통상적으로, 아파트나 주택 등과 같은 건축물의 경우에는 실내의 내부공기를 환기시켜 주기 위한 환기장치가 별도로 시공되어 있지 않기 때문에 실내의 냉/난방에 따른 내부공기를 환기시켜 주기 위해서는 대부분 거실 등의 창문을 이용하게 된다.

그러나 이와 같이 창문 등의 개방을 통해서 실내를 환기시키는 경우에는 외부공기가 실내로 빠르게 유입되면서 실내의 냉/난방된 공기가 쉽게 손실되거나 내부공기가 급격하게 변화되는 단점이 있었다.

한편 상기한 바와 같은 단점을 해소하기 위한 방안으로 일부 가정에서는 별 도의 공기 청정기나 송풍기능을 갖는 에어컨 또는 온풍기 등을 구입하여 실내의 냉/난방 기능은 물론 내부공기를 환기시켜줄 수 있도록 하고 있다.

하지만 이러한 냉/난방 장치들은 대부분이 고가품으로 제공되고 있기 때문에 소비자들에게 제품 구입에 따른 경제적인 부담감을 가중시키게 될 뿐만 아니라 여름철이나 겨울철 실내의 냉/난방된 내부공기를 송풍기 또는 창문을 통해서 그대로 배출시키게 됨에 따라 열효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 최근에는 이러한 단점들을 보완하고자 여러 가지 형태의 전열교환기가 다수 고안되어 실용화되고 있는바, 이러한 전열교환기들은 비교적 가격이 저렴하다는 장점과 함께 바람직한 환기를 수행하고 공기조화를 유지할 수 있는 장점을 제공할 수 있게 되었다.

그러나 이와 같이 종래에 제공되고 있는 전열교환기들은 충분한 전열면적을 확보하기 위해서 열교환기의 전체적인 면적과 부피가 크게 제작되기 때문에 취급이 용이하지 못하게 됨은 물론 설치공간을 확보하기가 어려워 반드시 전열교환기를 천장 등에 매립한 다음 별도의 덕트 시공을 통해 외부와 연결하여 실내의 환기를 시켜야만 하는 번거로움이 있었다.

특히 종래의 전열교환기는 실내의 공기정화를 위하여 환기량을 수동으로 강제적으로 결정하기 때문에 실내 공기가 청정함에도 불구하고 계속해서 환기가 되므로 인해 여름철에는 냉방에너지가 손실되고 겨울철에는 과다한 난방에너지가 손실되는 단점이 있었다.

또한 종래에는 전열교환기에 외기온도를 감지하는 별도의 센서가 부착되어 있지 않기 때문에 겨울철 급격한 기온 하강에 의해 전열교환기가 결빙되어 파손되는 경우가 발생하였다.

그리고 상기 전열교환기에는 별도의 디스플레이부가 설치되어 있지 않기 때문에 일반 소비자들이 실내/외의 온도 및 현재 풍량, 이산화탄소 농도 등을 확인할 수 없는 단점이 있었다.

따라서 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 실내의 이산화탄소 농도에 따른 환기량을 자동으로 조절할 수 있는 전열교환기를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 별도의 덕트(duct) 배관 공사가 필요없는 콤팩트(compact)한 구조의 전열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외기 온도의 급감시에도 제품의 결빙을 방지할 수 있는 전열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제품의 정면에 디스플레이부가 설치된 전열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 오염된 실외 공기를 청정하게 실내로 유입시킬 수 있는 전열교환기를 제공함에 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

후술될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다. 도면상에서 동일한 도면부호는 동일한 요소를 지칭한다.

우선 본 발명에서는 이산화탄소 센서를 설치하여 전열교환기의 내부로 유입되는 실내공기의 이산화탄소(CO₂) 농도를 측정하여 흡입 및 배출측 블로우모터를 단계별로 구동시켜 실내/외로 각각 급기 및 배기되는 환기량을 자동으로 제어할 수 있는 전열교환기를 제시하고자 한다.

또한 본 발명은 천장 등에 매립하지 않고 별도의 덕트 배관 공사가 필요 없도록 하기 위하여 제품의 사이즈(size)를 콤팩트(compact)화 하였고, 별도의 디스플레이부를 전열교환기의 정면에 설치하여 소비자들이 쉽게 실내/외 온도 및 실내 이산화탄소의 농도, 현재 풍량 등을 육안으로 직접 확인할 수 있도록 하는 기술적 구성을 제시한다. 이러한 구성은 후술하는 도 4의 상세설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.

그리고 본 발명은 전열교환기의 내부에 다중필터를 설치하여 실내로 급기(유입)되는 공기를 청정시켜 소비자들이 항상 깨끗한 공기를 마실 수 있도록 하고, 또한 히터 및 흡입측 온도센서를 설치하여 외기 온도의 급감시에 히터를 작동시켜 전열교환기의 결빙 현상을 방지할 수 있는 기술적 구성을 제시하고 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

우선, 하기의 실시 예 1에서 사용되고 있는 '유니트(unit)'라는 용어는 도 1 및 도 2에 도시한 각 구성요소들을 포괄적으로 지칭하는 의미이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소 농도 조절기능이 구비된 전열교환기의 구성을 나타낸 도면들이다.

상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 전열교환기(50)는 콤팩트한 구조로서 별도의 덕트를 사용하지 않고 실내와 실외의 경계선을 이루는 벽면(또는 창문)에 곧바로 설치된다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이 전열교환기(50)의 배출구멍(42)은 파이프에 의해 벽면에 설치된 후드캡(46)과 연결 설치되고, 흡입구멍(44)은 파이프에 의해 후드캡(48)과 연결 설치된다. 이때 상기 후드캡(46)(EXHAUST AIR OUTLET)을 통해서는 실내의 오염된 공기가 외부로 배출되며, 상기 후드캡(48)(FRESH AIR INLET)을 통해서는 외부의 신선한 공기가 실내로 유입된다.

상기 도 1 및 도 2에 도시한, 이산화탄소 센서(이하 'CO₂ 센서'라 함)(10)는 본 발명의 주요 구성요소로서 실내의 공기가 전열교환기(50)의 내부로 유입되는 통로(EXHAUST AIR INLET) 측에 설치되며, 실내의 공기에 잔존하는 CO₂농도를 측정하여 자동 모드에서 CO₂ 농도에 따라 흡입 블로우모터(20) 및 배출 블로우모터(22)를 작동시킨다. 즉, 상기 CO₂ 센서(10)는 실내에 잔존하는 CO₂ 농도(PPM)에 따라 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 단계적으로 구동시키며, 예를 들어 상기 CO₂ 센서(10)가 실내의 CO₂농도를 감지할 때 상기 CO₂ 농도(PPM)의 범위가 '600PPM 미만'이면 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 정지시키고, 상기 CO₂ 농도가 '600≤CO₂농도<1000PPM'의 범위 내이면 상기 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 1단으로 구동시키며, 상기 CO₂ 농도가 '1000≤CO₂ 농도<1500PPM'의 범위 내이면 상기 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 2단으로 구동시키고, 상기 CO₂ 농도가 '1500PPM이상'이면 상기 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 3단으로 구동시킨다. 이와 같은 CO₂ 센서(10)의 감지에 따른 블로우모터(20,22)의 제어방법은 후술하는 도 5 및 도 6의 상세설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.

한편, 급기측 온도센서(12)는 전열교환기(50)의 내부로 급기(유입)된 외부의 신선한 공기를 실내로 배출시키는 통로(FRESH AIR OUTLET) 측에 설치되며, 바람직하게는 흡입블로우(30)의 일측에 설치되어 여재(40)를 통과한 공기의 온도를 감지하는 센서이다.

흡입측 온도센서(14)는 외부의 신선한 공기가 전열교환기(50)의 내부로 유입되는 통로(FRESH AIR INLET) 측에 설치되며, 후드캡(48)을 통해 유입된 외부의 공기(즉, 전열교환기(50)의 내부로 흡입되는 외부의 공기) 온도를 감지한다. 이때 상기 급기측 온도센서(12)와 흡입측 온도센서(14)에 의해 감지된 온도는 디스플레이 부(28)에 표시된다. 한편 상기 흡입측 온도센서(14)가 감지되면 제어부(18)는 상기 감지신호에 따라 히터(24)를 온/오프 시킨다.

전원공급부(16)는 상기 디스플레이부(28)에 부착된 전원버턴(e)의 동작에 따라 각 유니트에 전원을 공급하며, 제어부(18)는 전술한 센서(10,12,14)들로부터 감지신호를 받아 상기 유니트들을 제어한다.

흡입 블로우모터(blower motor)(20)는 도 2에 도시한 흡입블로우(30)에 설치되어 소정의 구동력으로 실외의 신선한 공기를 실내로 급기(유입)시키며, 배출 블로우모터(22)는 배출블로우(32)에 설치되어 역시 소정의 구동력으로 실내의 오염된 공기(즉, CO₂ 농도가 높은 공기)를 실외로 배출시키는 역할을 한다.

히터(heater)(24)는 실외의 공기가 너무 차가울 때 '온(on)'되어 외부로부터 흡입되는 온도를 올리고 각종 유니트들의 동파를 방지한다. 이때 상기 히터(24)는 전열교환기(50)의 배면에 형성된 흡입구멍(44)의 일측에 설치된다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이 전술한 히터(24)의 일측으로는 공기를 청정하게 만드는 다중필터가 설치되며, 상기 다중필터는 헤파 필터(34)와 활성탄 필터(35) 및 광촉매 필터(36)로 구성된다. 상기 헤파 필터(34)는 전열교환기(50)의 흡입구멍(44)과 일정한 간격을 유지하면서 설치되며, 실외의 공기가 전열교환기(50)의 내부로 유입될 때 상기 공기에 잔존하는 먼지나 악취 등을 포집하여 실내로 급기되는 공기를 맑게 한다. 또한 상기 헤파 필터(34)에는 활성탄 필터(35)가 부착되고, 상기 활성탄 필터(35)의 일측에는 UV 램프(26)와 광촉매 필터(36)가 일정간격 을 유지하면서 각기 설치된다. 이와 같이 구성된 다중필터는 실외로부터 유입되는 외기공기의 악취와 세균을 제거하고 또한 오염된 실외 공기를 청정하게 하여 실내로 유입시키는 역할을 한다.

또한 배기필터(38)는 실내 공기의 먼지 등을 포집하여 여재(40)를 보호하며, 상기 여재(element)(40)는 실내/외 공기의 에너지를 교환(exchange)하는 통상적인 유니트이다. 디스플레이부(28)는 소비자들이 실내/외 온도와 실내 CO₂의 농도 및 현재 풍량등을 확인할 수 있도록 표시하고 또한 각종 기능버턴들이 부착된 것으로서, 이러한 디스플레이부(28)의 상세구성 및 제어동작은 후술하는 도 4에 의해 용이하게 이해될 것이다.

도 4는 상기한 바와 같이 구성된 전열교환기(50)의 정면에 설치된 디스플레이부(display)(28)의 상세구성을 나타낸 도면이다. 상기 도 4를 참조하면, 전열교환기(50)의 전원 플러그를 꼽으면 '딩동뎅' 멜로디가 짧고 간결하게 울리면서, CO₂ 농도가 숫자와 그래픽(a)으로 표시된다. 이때 숫자(a)는 CO₂ 센서(10)에 의해 감지된 CO₂ 농도를 그대로 표시(예를 들어, 0~5000PPM)하고, 그래픽(a)은 0~5000PPM까지의 범위에서 비례적으로 램프의 수가 '온'된다.

다음 켜짐/꺼짐 버턴(e)을 누르면, 외기온도(즉, 실외온도)(b)와 급기온도(즉, 실내온도)(h) 및 풍량(j), 자동/수동(i), 시간표시(c)가 점등된다. 이때 상세한 설명의 용이함을 위해 'i'를 수동으로 하고 'c'를 1시간으로 표시하며, 초기의 풍량(j)을 1단으로 운전한다. 여기서 켜짐/꺼짐 버턴(e)을 다시 누르면 실내의 CO₂ 농도를 나타내는 숫자 및 그래프(a)를 제외한 다른 부분의 디스플레이 전원은 모두 '오프'된다.

한편 상기 디스플레이부(28)에 있어서, 풍량선택 버턴(d)을 한번 누를 때마다 흡입/배출 블로우모터(20,22)의 출력은 2단→3단→정지→1단… 으로 순차적으로 변한다. 이때 풍량선택 버턴(d)은 수동 모드에서만 작동되며, 자동모드에서는 작동이 안된다. 자동모드에서의 블로우모터(20,22)의 출력은 CO₂ 농도에 의해 결정된다.

또한 시간조절 버턴(g)을 한번 누를 때마다 흡입/배출 블로우(30,32)의 운전시간은 2시간→3시간→연속→정지→1시간→2시간… 으로 순차적으로 변하며, 자동/수동 버턴(f)을 누르면 순차적으로 자동→수동→자동… 으로 바뀌며 자동모드에서 모터 출력은 도 6에 도시한 바와 같다. 상기 도 6의 구체적인 설명은 후술하는 도 5의 흐름도를 기술할 때 상세히 설명될 것이다.

필터교체 램프(l)는 흡입/배출 블로우모터(20,22) 구동시간이 4320시간(약 180일)이 되면 점등되며, 위에서 전술한 헤파 필터(34)와 활성탄 필터(35)를 교체 후 풍량선택 버턴(d)과 시간조절 버턴(g)을 동시에 누르고 3초 후에 '삐'소리가 나면 내부 타이머가 '0'으로 된다. 히터(k)는 전원이 공급될 때만 점등되며, 바람직하게는 흡입측 온도센서(14)의 온도(외기온도(b))가 영하(-)5℃이하에서 '온'되고 0℃에서는 '오프'된다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전열교환장치의 제어방법, 바람직하게는 실내의 이산화탄소 농도에 따른 환기량을 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 상기 도 5의 흐름도 및 도 6의 그래프를 참조하여 본 발명의 제어방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 100단계에서 도 4에 도시한 켜짐/꺼짐 버턴(e)을 '온'시키면, 제어부(18)는 102단계에서 CO₂ 센서(10)가 감지되었는지를 판단한다. 상기 102단계에서 CO₂ 센서(10)가 감지되었다고 판단되면, 제어부(18)는 104단계에서 상기 CO₂ 센서(10)에 감지된 CO₂의 농도가 600PPM 미만인가를 판단한다. 상기 104단계에서 CO₂ 농도가 600PPM 미만이라고 판단되면, 상기 제어부(18)는 106단계에서 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 정지시킨다.

만약, 전술한 104단계에서 CO₂의 농도가 600PPM 미만이 아니라고 판단되면, 제어부(18)는 108단계에서 CO₂의 농도가 600≤CO₂<1000PPM 범위 내에 있는지를 판단한다. 상기 108단계에서 CO₂농도가 상기 범위 내라고 판단되면, 제어부(18)는 110단계에서 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 1단으로 구동시킨다.

만약, 상기 108단계에서 CO₂의 농도가 상기 범위를 벗어났다고 판단되면, 제어부(18)는 112단계에서 CO₂의 농도가 1000≤CO₂<1500PPM 범위 내에 있는지를 판단한다. 상기 112단계에서 CO₂ 농도가 상기 범위 내라고 판단되면, 제어부(18)는 114단계에서 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 2단으로 구동시킨다.

만약, 전술한 112단계에서 CO₂의 농도가 상기 범위를 벗어났다고 판단되면, 제어부(18)는 116단계에서 CO₂의 농도가 1500PPM 이상인지를 판단한다. 상기 116단계에서 CO₂ 농도가 1500PM 이상이라고 판단되면, 제어부(18)는 118단계에서 흡입/배출 블로우모터(20,22)를 3단으로 구동시킨다. 이때 상기 116단계에서 CO₂ 농도가 상기 범위를 벗어났다고 판단되면, 제어부(18)는 전술한 112단계를 수행한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 전열교환기는 다음과 같은 많은 효과를 달성한다.

첫 번째로, 본 발명은 실내의 CO₂ 농도를 측정하여 실내로 급기되는 환기량을 자동으로 제어할 수 있기 때문에 불필요한 에너지 손실 방지 및 실내공기를 청정하게 할 수 있는 장점이 있다.

두 번째로, 본 발명은 전열교환기의 사이즈를 콤팩트화 함으로써 상기 전열교환기를 천장에 설치하지 않고 창문이나 벽면에 설치할 수 있으며, 이로 인해 별도의 덕트 배관공사가 필요 없을 뿐만 아니라 공사비용을 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

세 번째로, 본 발명은 전열교환기의 정면에 디스플레이부를 설치하고 각 기능들을 콤팩트하게 정리/배열 함으로써 소비자들이 실내/외 온도와 실내 CO₂의 농도 및 현재 풍량 등을 육안으로 직접 확인할 수 있는 장점이 있다.

네 번째로, 본 발명은 헤파 필터 및 활성탄 필터, 그리고 광촉매 필터로 구성된 다중필터를 사용함으로써 오염된 실외 공기를 청정하게 하여 실내로 공급할 수 있는 장점이 있다.

다섯 번째로, 본 발명은 전열교환기의 내부에 온도센서 및 히터를 설치함으로써 겨울철 실외의 온도가 급격히 떨어져도 전열교환기의 결빙을 방지하여 제품이 파손되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims

실외의 공기를 실내로 흡입하는 모터가 설치된 흡입블로우와, 상기 실내의 공기를 실외로 배출시키는 모터가 설치된 배출블로우와, 상기 실내/외 공기의 에너지를 교환하는 여재로 구성된 통상의 전열교환기에 있어서,

상기 전열교환기의 내부에 설치되어 실내에 잔존하는 이산화탄소의 농도를 감지하는 CO₂ 센서와,

상기 CO₂ 센서로부터의 감지신호에 응답하여 상기 흡입/배출 블로우 모터를 단계적으로 구동시키는 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전열교환기.
제1항에 있어서,

상기 전열교환기의 정면에는 외기온도 및 급기온도와 실내의 CO₂ 농도 및 풍량을 확인할 수 있는 디스플레이부가 설치됨을 특징으로 하는 전열교환기.
제1항에 있어서,

상기 여재의 일측으로는 실외의 공기를 청정하게 하여 실내로 급기시키는 다 중필터가 설치됨을 특징으로 하는 전열교환기.
제3항에 있어서,

상기 다중필터는 헤파 필터, 활성탄 필터, 광촉매 필터로 이루어짐을 특징으로 하는 전열교환기.
제4항에 있어서,

상기 다중필터의 사이에는 실외로부터 유입되는 공기를 살균처리하는 자외선 램프가 설치됨을 특징으로 하는 전열교환기.
제1항에 있어서,

상기 전열교환기의 흡입측 내부에는 겨울철 실외온도가 급격히 떨어져도 상기 전열교환기의 결빙을 방지할 수 있는 히터와 온도센서가 설치됨을 특징으로 하는 전열교환기.