KR100762511B1 - 핀 피치가 다른 열교환부를 갖는 폐열회수 환기장치 - Google Patents

핀 피치가 다른 열교환부를 갖는 폐열회수 환기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핀 피치가 큰 열교환부와 핀 피치가 작은 열교환부를 직렬로 설치하여 열교환 효율을 향상시킨 폐열회수 환기장치에 관한 것이다. 이를 위해 실외로부터 공기를 흡입하여 실내로 급기되도록 하는 급기덕트와, 상기 실내로부터 공기를 흡입하여 상기 실외로 배기되도록 하는 배기덕트가 격벽에 의해 구획된 케이스; 상기 케이스의 급기덕트로 실외공기를 흡입하는 급기팬; 상기 케이스의 배기덕트로 실내공기를 흡입하는 배기팬; 상기 케이스의 급기덕트 내부 공기와 상기 실내 공기 사이에 1차 열교환이 되도록 공기 유로를 형성한 제 1 열교환부; 및 상기 제 1 열교환부에서 1차 열교환된 공기와 상기 실외 공기 사이에 2차 교환이 되도록 공기 유로를 형성한 제 2 열교환부를 포함하고, 상기 제 2 열교환부의 공기 유로간격은 상기 제 1 열교환부의 공기 유로간격보다 큰 것을 특징으로 한다. 따라서 실외에서 흡입한 공기를 핀 피치가 큰 열교환부에서 1차 열교환하고 상기 열교환된 공기를 상기 핀 피치가 큰 열교환부보다 작은 핀 피치의 열교환부에서 2차 열교환함으로써, 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
폐열회수, 환기장치

Description

핀 피치가 다른 열교환부를 갖는 폐열회수 환기장치{Energy recovery ventilation having heat exchanger different pin pitch}
도 1 은 일반적인 폐열회수 환기장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 폐열회수 환기장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 3 은 도 2의 핀 피치가 다른 열교환부를 나타낸 사시도.
도 4 는 도 2의 폐열회수 환기장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 5 는 도 2의 폐열회수 환기장치의 동작 상태를 나타낸 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100: 케이스 130: 배기 흡입구
131: 배기구 140: 급기구
141: 급기 배출구 200: 배기팬
210: 급기팬 300: 제 1 열교환부
301: 제 1 공기 유로 310: 제 2 열교환부
311: 제 2 공기 유로 400: 바이패스 댐퍼
500: 온도 센서 600: 제어부
본 발명은 폐열회수 환기장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 핀 피치가 큰 열교환부와 핀 피치가 작은 열교환부를 직렬로 설치하여 열교환 효율을 향상시킨 폐열회수 환기장치에 관한 것이다.
일반적으로, 밀폐된 공간의 공기는 생명체의 호흡에 의해 시간이 지나면서 이산화탄소 및 각종 유해물질의 함량이 증가하게 되어 생명체의 호흡에 지장을 주게 된다.
따라서 사무실이나 차량과 같이 많은 사람이 협소한 공간에 머물게 되는 경우, 실내의 오염된 공기를 실외의 신선한 공기로 수시로 대체해 주어야 한다.
이때, 통상적으로 사용되는 것이 환기장치이다. 종래에 알려진 대부분의 환기장치는 하나의 송풍기를 이용하여 실내의 공기만을 외부로 강제 배출시키는 방식을 채택하고 있다.
그런데, 하나의 송풍기를 이용하여 실내의 공기만을 강제로 배출시킬 경우, 실내의 냉기 및 열기가 여과없이 외부로 배출됨과 더불어 실외의 공기가 문이나 창틈 등을 통해 열교환 없이 유입됨으로 인해 실내를 난방 및 냉방하는데 드는 경비가 불필요하게 많이 들게 되었다.
또한, 갑작스런 냉기 및 열기가 외부에서 내부로 유입됨으로 인해 실내공기의 급격한 온도변화로 실내에 있는 사람들이 불쾌감을 느끼게 되고, 특히 실내의 창문이나 문틀이 닫혀진 상태에서 실내공기만을 외부로 배출시키는 경우 외부의 신선한 공기의 유입이 차단되어 산소결핍현상이 발생될 수 있음은 물론, 실내공기의 습도조절이 전혀 이루어지지 않게 되어 환기장치가 구비되어 있는데도 불구하고 쾌적한 실내환경을 유지시키지 못하는 문제점 등이 있었다.
이러한 종래의 문제점을 해결하고자, 실외공기를 실외로 배출되는 실내공기와 먼저 열교환 시킨 다음 실내로 공급하는 폐열회수 환기장치가 제시되었다.
이러한 폐열회수 환기장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 박스형태의 덕트(1) 내부에 실외공기가 실내로 유입되는 급기덕트(10)가 구비되고, 상기 급기덕트와 소정 위치에서 교차하며 실내공기가 실외로 안내되는 배기덕트(20)가 구비된다.
그리고 급기덕트(10)와 배기덕트(20)가 교차하는 지점에 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기가 열교환하는 열교환기(30)가 구비된다.
이때, 급기덕트(10)와 배기덕트(20)는 덕트(1)의 내부를 상하로 구획하는 격벽(3)에 의해 서로 간섭을 받지 않게 된다.
상기 급기덕트(10)의 일단에 실외와 연통되는 급기흡입구(11)가 형성되고 타단에 실내와 연통되는 급기배출구(13)가 형성되며, 상기 배기덕트(20)의 일단에 실내와 연통되는 배기흡입구(21)가 형성되고 타단에 실외와 연통되는 배기배출구(23)가 형성된다.
급기덕트(10)의 급기흡입구(11) 측에 실외공기를 강제 흡입하는 급기팬(15)이 구비되고, 상기 배기덕트(20)의 배기배출구(23) 측에 실내공기를 강제 배출하는 배기팬(25)이 구비된다.
한편, 열교환기(30)는 상하 모서리가 덕트(1)에 의해 지지되고 좌우 모서리가 격벽(3)에 의해 지지되는 육면체 형상으로 그 내부에 급기덕트(10)와 연통되는 다수의 급기통로(37)와 상기 급기통로(37)와 이웃하며 배기덕트(20)와 연통되는 다수의 배기통로(39)가 구비된다.
그리고 도면에 별도로 도시되지는 않았으나, 급기통로(37)와 배기통로(39)의 경계부분에는 열전도 효율이 뛰어난 열교환판이 구비된다.
이때, 실선으로 도시된 부분이 급기통로(37)이며, 점선으로 도시된 부분이 배기통로(39)이다. 이러한 구성을 가진 폐열회수 환기장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실내공기가 어느 정도 오염되었을 때 배기팬(25)에 전원이 인가되면서 실내공기가 배기흡입구(21)를 통해 배기덕트(20)로 유입된 다음, 열교환기(30)의 배기통로(39)를 지나 배기배출구(23)를 통해 실외로 배출된다.
이와 동시에, 급기팬(15)에 전원이 인가되면서 신선한 실외공기가 급기흡입구(11)를 통해 급기덕트(10)로 유입된 다음, 열교환기(30)의 급기통로(37)를 지나 급기배출구(13)를 통해 실내로 유입된다.
이때, 열교환기(30)를 지나는 실내공기와 실외공기는 열교환판을 통해 열교환하게 된다. 이 과정을 상술하면, 열교환기(30)에서 일어나는 열교환은 급기되는 실외공기와 배기되는 실내공기 사이에 일어나는 현열 교환과, 실내공기 또는 실외공기 중 고온의 공기가 노점온도(dew point temp.) 이하의 상태가 되면서 생성된 응축수에 의한 잠열 교환으로 이루어진다.
이러한 열교환 방식의 환기장치의 경우, 실내가 냉방 또는 난방 분위기일 때 급기되는 실외공기가 실내공기와 1차적으로 열교환된 다음 실내로 유입됨에 따라, 실내온도의 급격한 상승이나 하강을 방지할 수 있다.
그러나 종래의 폐열회수 환기장치는 실외 공기가 일정 온도 이하로 내려갈 경우 열교환부에 착상이 발생하여 별도의 히터를 통해 열교환부를 제상운전을 수행해야만 하는 문제점이 있다.
또한, 실외 온도가 일정 온도 이하로 내려가게 되면 일정시간 동안 급기는 정지하고 배기만 가동시켜 제상기능을 수행함으로써, 열교환 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 별도의 제상용 히터없이 제상운전이 가능하고, 열교환시의 효율이 증가될 수 있도록 하는 폐열회수 환기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실외로부터 공기를 흡입하여 실내로 급기되도록 하는 급기덕트와, 상기 실내로부터 공기를 흡입하여 상기 실외로 배기되도록 하는 배기덕트가 격벽에 의해 구획된 케이스; 상기 케이스의 급기덕트로 실외공기를 흡입하는 급기팬; 상기 케이스의 배기덕트로 실내공기를 흡입하는 배기팬; 상기 케이스의 급기덕트 내부 공기와 상기 실내 공기 사이에 1차 열교환이 되도록 공기 유로를 형성한 제 1 열교환부; 및 상기 제 1 열교환부에서 1차 열교환된 공기와 상기 실외 공기 사이에 2차 교환이 되도록 공기 유로를 형성한 제 2 열교환부를 포함하고, 상기 제 2 열교환부의 공기 유로에 착상이 발생하여도 실외 공기의 유입량 저하를 방지하도록 상기 제 2 열교환부의 공기 유로간격은 상기 제 1 열교환부의 공기 유로간격보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 2 열교환부로 흡입되는 실외 공기의 온도를 검출하는 온도 센서; 상기 온도 센서로부터 검출된 온도에 따라 상기 실내 공기가 상기 제 2 열교환부로 바이패스 되도록 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력된 바이패스 제어 신호에 따라 상기 실내 공기가 상기 제 2 열교환부로 유입되도록 하는 바이패스 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 열교환부는 현열 교환 및 잠열 교환이 이루어지는 것을 특징으로 하고, 바람직하게 상기 제 1 및 제 2 열교환부는 전열소자이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 폐열회수 환기장치의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 핀 피치가 다른 열교환부를 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 2의 폐열회수 환기장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 도 2의 폐열회수 환기장치의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이 폐열회수 환기장치는 사각형상의 케이스 (100)에 실내로부터 공기를 흡입하여 실외로 배기되도록 제 1 배기덕트부(110a), 제 2 배기덕트부(110b) 및 제 3 배기덕트부(110c)로 구획된 배기덕트와, 실외로부터 공기를 흡입하여 실내로 급기되도록 제 1 급기덕트부(120a), 제 2 급기덕트부(120b) 및 제 3 급기덕트부(120c)로 구획된 급기덕트와, 상기 배기덕트와 급기덕트로 흡입된 공기를 열교환하는 제 1 열교환부(300)와, 제 2 열교환부(310)를 포함한다.
케이스(100)는 다수의 격벽을 이용하여 제 1 내지 제 3 배기덕트부(110a 내지 110b)와, 제 1 내지 제 3 급기덕트부(120a 내지 120c)가 각각 구획되도록 한다.
즉 제 1 격벽(150)을 통해 제 1 배기덕트부(110a)와 제 3 급기덕트부(120c)가 구획되고, 제 2 격벽(151)을 통해 제 1 배기덕트부(110a)와 제 2 급기덕트부(120b)로 구획된다.
또한, 제 3 격벽(152)을 통해 제 2 배기덕트부(110b)와 제 3 급기덕트부(120c)가 구획되고, 제 4 격벽(153)을 통해 제 2 배기덕트부(110b)와 제 2 급기덕트부(120b)로 구획된다.
또한, 제 5 격벽(154)을 통해 제 2 배기덕트부(110b)와 제 1 급기덕트부(120a)가 구획되고, 제 6 격벽(155)을 통해 제 2 급기덕트부(120b)와 제 3 배기덕트부(110c)가 구획되며, 제 7 격벽(156)을 통해 제 3 배기덕트부(110c)와 제 1 급기덕트부(120a)가 구획된다.
한편, 제 1 및 제 2 배기덕트부(110a 및 110b)와 제 2 및 제 3 급기덕트부(120b 및 120c)가 교차하는 위치에 제 1 열교환부(300)가 설치되고, 제 2 및 제 3 배기덕트부(110b 및 110c)와 제 1 및 제 2 급기덕트부(120a 및 120b) 사이에 제 2 열교환부(310)가 설치된다.
따라서 제 1 배기덕트부(110a)에 설치된 배기팬(200)이 제 1 배기덕트부(110a)의 일측에 설치된 배기 흡입구(130)를 통해 실내 공기가 제 1 배기덕트부(110a)로 흡입되도록 하고, 상기 흡입된 실내 공기가 제 1 열교환부(300), 제 2 배기덕트부(110b), 제 2 열교환부(310) 및 제 3 배기덕트부(110c)로 이동되도록 하여 제 3 배기덕트부(110c)의 일측에 설치된 배기구(131)를 통해 실외로 배기되도록 한다.
또한, 제 3 급기덕트부(120c)에 설치된 급기팬(210)은 제 1 급기덕트부(120a)의 일측에 설치된 급기구(140)를 통해 실외 공기가 제 1 급기덕트부(120a)로 흡입되도록 하고, 상기 흡입된 실외 공기가 제 2 열교환부(310), 제 2 급기덕트부(120b), 제 1 열교환부(300) 및 제 3 급기덕트부(120c)로 이동되도록 하여 제 3 급기덕트부(120c)의 일측에 설치된 급기 배출구(141)를 통해 실내에 급기되도록 한다.
이때 제 1 열교환부(300)와 제 2 열교환부(310)에서는 흡입된 상기 실외 공기와 실내 공기의 열교환이 발생하게 된다.
제 1 열교환부(300)는 제 1 배기덕트부(110a)로 흡입된 실내 공기가 제 2 배기덕트부(110b)로 이동하는 과정에서 제 2 급기덕트부(120b)에서 제 3 급기덕트부(120c)로 이동하는 실외 공기가 제 1 공기 유로(301)에서 현열 교환 및 잠열 교환이 이루어지도록 하고, 바람직하게 제 1 열교환부(300)는 전열소자로서, 종이 또는 부직포 등을 이용하여 구성된 공지된 전열소자를 사용한다.
제 2 열교환부(310)는 제 1 급기덕트부(120a)로 흡입된 실외 공기가 제 2 급기덕트부(120b)로 이동하는 과정에서 제 2 배기덕트부(110b)에서 제 3 배기덕트부(110c)로 이동하는 실외 공기가 제 2 공기 유로(311)에서 현열 교환 및 전열 교환이 이루어지도록 하고, 바람직하게 제 2 열교환부(310)는 전열소자로서, 종이 또는 부직포 등을 이용하여 구성된 공지된 전열소자를 사용한다.
한편, 제 1 열교환부(300)에 형성된 제 1 공기 유로(301)의 크기보다 제 2 열교환부(310)에 형성된 제 2 공기 유로(311)의 크기가 크게 형성된다. 이는 실외 공기의 낮은 온도로 인해 더운 실내 공기와의 열교환과정에서 제 2 공기 유로(311)에 착상이 발생하여도 풍량이 감소하지 않도록 한다.
또한, 제 2 공기 유로(311)의 크기 즉 큰 핀 피치(Pin Pitch: P2)의 제 2 열교환부(310)를 사용함으로써 열교환 효율은 다소 떨어지지만 현열(온도) 및 잠열(습도)의 교환이 이루어지게 되어 급기되는 실외 공기가 배기되는 실내 공기의 열을 흡수하여 온도가 상승하게 된다.
또한, 제 1 공기 유로(301)의 크기 즉 작은 핀 피치(P1)의 제 1 열교환부(300)를 제 2 열교환부(310)와 직렬로 배치하여 급기되는 실외 공기가 제 2 열교환부(310)에서 1차 열교환을 수행하여 온도가 상승되도록 하고, 제 2 열교환부(310)에서 온도가 상승된 상기 실외 공기가 작은 핀 피치(P1)의 제 1 열교환부(300)에서 열교환을 함으로써 열교환 효율이 증가되도록 한다.
따라서 제 1 및 제 2 열교환부(300 및 310)에서 1차 및 2차에 걸쳐 열교환을 수행함으로써, 실외 공기가 환기되는 실내 공기의 에너지를 최대한 흡수할 수 있게 된다.
또한, 제 2 열교환부(310)는 핀 피치가 큰 열교환기로써, 현열 교환과 잠열 교환이 이루어짐으로써, 열교환 과정에서 많은 습도가 제거된다. 그러나, 외부 온도가 낮은 겨울철에는 제 1 급기덕트부(120a)측의 제 2 열교환부 표면(311)에 응축수가 결빙되거나, 제 2 공기 유로(311) 상에 착상이 발생하여 흡입되는 풍량이 감소할 수 있는 원인이 되기도 한다.
따라서 이를 방지하기 위한 구성으로 겨울철에 더운 실내 공기가 제 1 급기덕트부(120a)로 직접 바이패스 되도록 하는 바이패스 댐퍼(400)와, 제 1 급기덕트부(120a)로 흡입되는 실외 공기의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(500)와, 바이패스 댐퍼(400)의 동작을 제어하는 제어부(600)를 더 구비한다.
바이패스 댐퍼(400)는 케이스(100)의 일측 격벽(157)에 힌지축(410)을 중심으로 회동가능하게 설치되고, 제어부(600)로부터 출력되는 바이패스 제어신호에 따라 제 1 급기덕트부(120a)와 실내가 직접 연통될 수 있도록 개폐된다.
온도센서(500)는 제 1 급기덕트부(120a)의 내측에 설치되어 급기구(140)로부터 흡입되는 실외 공기의 온도를 검출하고, 검출된 상기 온도 값을 제어부(600)로 출력한다.
제어부(600)는 온도 센서(500)로부터 검출된 실외 온도를 바이패스 댐퍼(400)의 개폐를 판단하기 위한 기준온도와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 실내 공기가 제 1 급기덕트부(120a)를 통해 제 2 열교환부(310)로 바이패스 되도록 바이 패스 댐퍼(400)의 열림 제어 신호를 출력하거나 또는 바이패스 댐퍼(400)의 닫힘 제어 신호를 출력한다.
즉 제어부(600)는 온도 센서(500)로부터 검출된 실외 온도를 바이패스 댐퍼(400)의 개폐 판단용 기준온도와 비교하여 상기 검출된 온도가 기준온도(예를 들면, -0℃)보다 낮은 경우 열림 제어 신호를 바이패스 댐퍼(400)로 출력한다.
그러므로 실내의 더운 공기가 제 1 급기덕트부(120a)로 유입되도록 함으로써, 차가운 실외 공기와 혼합하여 열교환 온도차에 따라 제 2 열교환부의 표면(311) 또는 제 2 공기 유로(311)에 착상이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
따라서 폐열회수 환기장치에 열교환부와 현열 교환과 잠열 교환이 이루어지는 열교환부를 직렬로 설치함으로써, 착상으로 인한 열교환 효율이 감소하는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 실외에서 흡입한 공기를 핀 피치가 큰 열교환부에서 1차 열교환하고 상기 열교환된 공기를 상기 핀 피치가 큰 열교환부보다 작은 핀 피치의 열교환부에서 2차 열교환함으로써, 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 핀 피치가 큰 열교환부를 사용함으로써 열교환부 표면 또는 공기 유로 상에 발생된 착상으로 인해 풍량이 감소되는 것을 방지하여 안정적인 열교환을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 겨울철에 실외 공기와 실외 공기의 온도차이로 인하여 열교환부의 표면에 착상을 효과적으로 제거할 수 있어 안정적인 환기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제상수를 배수하기 위한 별도의 드레인이나 배수장치 등의 불필요한 구성을 제거함으로써, 구조를 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 실외 공기를 흡입하여 실내에 급기하는 급기덕트와, 상기 실내로부터 공기를 흡입하여 상기 실외로 배기되도록 하는 배기덕트가 격벽에 의해 구획된 케이스;
    상기 케이스의 급기덕트로 실외공기를 흡입하는 급기팬;
    상기 케이스의 배기덕트로 실내공기를 흡입하는 배기팬;
    상기 케이스의 급기덕트 내부 공기와 상기 실내 공기 사이에 1차 열교환이 되도록 공기 유로를 형성한 제 1 열교환부; 및
    상기 제 1 열교환부에서 1차 열교환된 공기와 상기 실외 공기 사이에 2차 교환이 되도록 공기 유로를 형성한 제 2 열교환부를 포함하고,
    상기 제 2 열교환부의 공기 유로에 착상이 발생하여도 실외 공기의 유입량 저하를 방지하도록 상기 제 2 열교환부의 공기 유로간격은 상기 제 1 열교환부의 공기 유로간격보다 큰 것을 특징으로 하는 핀 피치가 다른 열교환부를 갖는 폐열회수 환기장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 열교환부로 흡입되는 실외 공기의 온도를 검출하는 온도 센서;
    상기 온도 센서로부터 검출된 온도에 따라 상기 실내 공기가 상기 제 2 열교환부로 바이패스 되도록 제어 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 출력된 바이패스 제어 신호에 따라 상기 실내 공기가 상기 제 2 열교환부로 유입되도록 하는 바이패스 댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 피치가 다른 열교환부를 갖는 폐열회수 환기장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열교환부는 현열 교환 및 잠열 교환이 이루어지는 전열소자인 것을 특징으로 하는 핀 피치가 다른 열교환부를 갖는 폐열회수 환기장치.
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