KR20080100319A - 태양열을 이용한 실내환기 및 냉풍장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 실내 공기의 환기와 냉각된 공기의 실내 유입에 있다. 태양열 집열판에 의해 실내 공기 배출관의 끝부분을 가열시켜 열 대류현상에 의해 실내 공기를 외부로 배출시고, 닫힌 실내에서 빠져나간 실내 공기를 채우기 위해 외부 공기는 실내로 유입된다. 외부공기가 실내로 유입될 때 실내에서 실외로 빠져나가는 공기에 의해 물의 기화현상과 냉수 및 얼음을 이용하여 실외에서 실내로 들어오는 공기를 냉각시키는 라디에이터를 통과하여 실외 공기는 냉각시켜 실내로 유입된다.
또한, 태양전지를 이용하여 공기순환 모터를 가동하여 실내 공기를 외부로 배출하는 것을 돕고, 냉각기의 모터를 가동시켜 실외공기를 냉각한 다음에 실내로 유입시켜 실내공기의 순환과 실내 온도를 낮춘다.
실내로 유입되는 외부 공기는 습기제거 필터를 통과하여 습기를 제거하여 건조하고 온도가 낮은 실내 환경을 만들어 준다.
태양열 집열판, 태양열 집열 응축 판, 태양전지판,공기순환 및 냉각장치, 공기 냉각용 라디에이터, 냉각기

Description

태양열을 이용한 실내환기 및 냉풍장치{solar-powered ventilation system}
본 고안은 무더운 여름철 실내의 공기를 배출하고 차가운 공기를 유입하여 실내의 온도를 사람이 생활하기 좋은 상태를 유지하는데 그 목적이 있다. 이에 본 고안은 태양열에 의한 열 대류 현상을 이용하여 실내 공기를 외부로 배출하고, 물의 기화현상 및 냉수와 얼음을 이용하여 외부 공기를 냉각시킨 후 실내로 유입하여 실내의 온도를 낮추는데 그 목적이 있다.
또한, 태양전지를 이용하여 발생한 전기로 냉각기를 구동하여 외부 공기를 냉각시켜 실내에 배출하고 공기 흡입구 및 배출구에 송풍 팬을 설치하여 공기 순환을 극대화시킨다.
본 고안을 실행하기 위해 태양열을 집열판으로 수집하여 실내와 연결된 배관의 끝 부분을 가열하면 가열된 배관은 공기의 열 대류현상을 일으켜 차가운 쪽에서 더운 쪽으로 공기가 이동하게 된다. 태양열 집열판의 크기에 따라 모집하는 온도의 차이가 있을 수 있으나 지름이 30cm 정도의 원형 집열판으로 태양을 모아 공기순환 배관을 가열할 경우 250℃ 에서 1,000℃ 까지 가열이 가능하다. 온도가 높을수록 실내에서 외부로 배출되는 공기는 증가한다. 배출되는 공기는 실외에서 공급되는 공기를 냉각하기 위해 물이 묻어 있는 라디에이터를 통과하게 되고 이때 물은 기화를 일으켜 주위의 열을 뺏어 배출되므로 실내로 유입되는 공기가 통화는 라디에이터는 온도가 낮춰지게 된다.
닫힌 실내의 공기를 외부로 배출하면 실내는 그만큼의 공간이 비게 되므로 외부에서 공기를 유입하게 된다. 이때 외부에서 들어오는 공기는 실내에서 배출되는 공기가 물의 기화를 통해 뺏어간 차가운 라디에이터를 통과하여 냉각돼 실내에 유입하게 된다. 이때 기화에 의한 방법과 추가하여 차가운 냉수 및 얼음이 라디에이터를 냉각시켜 내부로 흡입되는 공기를 냉각한다.
태양이 뜨거울수록 본 고안의 공기 순환 및 냉각의 효율은 높아진다.
태양열 집열판에 태양전지판을 추가로 부착하면, 공기의 배출과 유입하는 배관 내부에 순환모터를 설치 가동하여 공기 순환의 효율을 극대화시킬 수 있으며, 내부로 유입되는 공기를 차갑게 해주는 라디에이터에 맞닿은 냉수의 물을 냉장고의 원리인 모터와 압축기를 구동시켜 전기적인 힘으로 냉각할 수 있다.
낮에는 태양의 전지를 이용하고, 태양이 없는 저녁에는 일반가정용 전기를 이용하여 24시간 가동이 가능하다.
기존의 실내공기 냉각 장치의 대표적인 것이 에어컨이었다. 에어컨의 문제는 전기를 대량으로 사용하는 것과 프레온가스계열을 사용함으로써 지구 온난화 및 환경오염에 많은 문제를 야기하고 있다.
본 고안은 태양열을 적극 이용하여 실내 공기를 냉각시킴으로써 친환경적이며, 전기사용을 줄이는데 그 목적이 있다.
본 고안을 실행하기 위해 태양열을 집열판으로 수집하여 실내와 연결된 배관의 끝 부분을 가열하면 가열된 배관은 공기의 열 대류현상을 일으켜 차가운 쪽에서 더운 쪽으로 공기가 이동하게 된다. 태양열 집열판의 크기에 따라 모집하는 온도의 차이가 있을 수 있으나 지름이 30cm 정도의 원형 집열판으로 태양을 모아 공기순환 배관을 가열할 경우 250℃ 에서 1,000℃ 까지 가열이 가능하다. 온도가 높을수록 실내에서 외부로 배출되는 공기는 증가한다. 배출되는 공기는 실외에서 공급되는 공기를 냉각하기 위해 물이 묻어 있는 라디에이터를 통과하게 되고 이때 물은 기화를 일으켜 주위의 열을 뺏어 배출되므로 실내로 유입되는 공기가 통화는 라디에이터는 온도가 낮춰지게 된다.
닫힌 실내의 공기를 외부로 배출하면 실내는 그만큼의 공간이 비게 되므로 외부에서 공기를 유입하게 된다. 이때 외부에서 들어오는 공기는 실내에서 배출되는 공기가 물의 기화를 통해 뺏어간 차가운 라디에이터를 통과하여 냉각돼 실내에 유입하게 된다. 이때 기화에 의한 방법과 추가하여 차가운 냉수 및 얼음이 라디에이터를 냉각시켜 내부로 흡입되는 공기를 냉각한다.
태양이 뜨거울수록 본 고안의 공기 순환 및 냉각의 효율은 높아진다.
태양열 집열판에 태양전지판을 추가로 부착하면, 공기의 배출과 유입하는 배관 내부에 순환모터를 설치 가동하여 공기 순환의 효율을 극대화시킬 수 있으며, 내부로 유입되는 공기를 차갑게 해주는 라디에이터에 맞닿은 냉수의 물을 냉장고의 원리인 모터와 압축기를 구동시켜 전기적인 힘으로 냉각할 수 있다.
낮에는 태양의 전지를 이용하고, 태양이 없는 저녁에는 일반가정용 전기를 이용하여 24시간 가동이 가능하다.
인공적인 전기 사용량을 줄이고 무궁무진한 자연에너지인 태양열 및 태양광선을 이용하여 실내 공기를 환기시키고 냉방 하는 효과가 있다.
위의 내용을 수행하기 위한 자세한 실시를 첨부된 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안의 대표적인 실시 예로 태양열 집열판(1)에 태양의 열을 모아 태양열 집열 응축 판(2)의 한곳으로 모은다. 모은 태양열은 송풍관(3)의 끝 부분을 가열한다. 송풍관(3)이 가열되면 공기는 열 대류현상을 일으키게 되며 차가운 쪽의 공기인 실내공기가 실외로 배출이 된다. 열의 대류에 의한 공기의 흐름에 따라 집(10) 실내의 상단에 위치한 공기흡입구(5)에서 실내의 따뜻한 공기를 흡입하여 실내 공기흡입배관(14)을 통해 공기 순환 및 냉각장치(9)를 통과하여 송풍배관(4)을 통해 가열된 송풍관(3)으로 빠져나간다.
닫힌 실내의 공기가 외부로 빠져나가면 빈 공간을 채우기 위해 외부에서 공기가 채워져 들어와야 한다. 이에 따라 흡입관(6)은 집(10)의 외부에 위치하여 공기를 흡입하게 되며 공기 순환 및 냉각장치(9)를 통과하면서 냉각되어 실내의 냉풍 배출관(7)으로 실내에 공급되게 된다. 이때 실내의 선풍기(8)를 통해 강제적으로 빨아 들일 수 있다.
도 2는 태양열 집열판을 확대한 그림이다.
태양열 집열판(1)은 오목한 위성안테나의 형태로 햇빛이 비치는 부분은 거울로 태양열 반사를 극대화한다. 태양이 잘 비추는 방향의 창문이나 발코니, 실외에 설치가 가능하다. 태양열 집열판(1)은 태양광(13)을 받아 태양열 집열 응축판(2)으로 태양열을 모아 준다. 태양광선이 모이는 태양열 집열 응축판(2)의 표면 또한 거울로 제작되어 진다.
도 2의 '가'는 태양열 집열 응축판(2) 부분을 확대한 것이다. 반사되고 모인 태양열은 송풍관(3)의 끝 부분에 검은색으로 칠해진 부분인 가열될 부분(17)으로 모아져 송풍관(3)을 뜨겁게 달군다. 송풍관(3)은 고온에서도 견딜 수 있는 소재로 제작되어 짐이 바람직하다. 뜨겁게 달구어진 송풍관(3)은 열의 대류현상을 일으켜 낮은 온도인 실내의 공기가 가열될 부분(17)으로 이동하고 가열되면 실외로 자연적으로 배출이 된다.
도 3은 태양열 집열판(1)을 위에서 바라본 그림이다. 한가운데에 있는 송풍관은 공기구멍(17)이 뚫려 있어 공기의 순환이 가능하다.
도 3의 '가' 는 본 고안의 일반적인 태양열 집열판(1)이고 '나' 는 테두리에 태양전지판(20)이 부착되어 진 것을 나타내는 그림이다. 태양전지판의 크기는 태양열 집열판(1)의 전체를 덮을 수도 있고 그림에 표현된 것처럼 일부만 덮을 수도 있다. 태양전지판(20)으로 생산되는 전기는 본 고안의 송풍용모터(18)와 냉각기의 모터(28)를 구동하는데 전력이 사용되어 진다.
도 4는 태양열 집열판(1)이 병렬로도 연결할 수 있음을 나타내는 그림이다. 태양열 집열판(1) 한 개보다 훨씬 많은 공기 순환이 필요하면 'L'자형 배관(11)과 '+'자형 배관을 연결하여 여러 개를 연결할 수 있다. 여러 개의 태양열 집열판(1)을 연결해도 송풍배관(4) 한곳과 연결된다.
도 5는 실내에 공기를 흡입하는 실내공기흡입장치(17)를 나타내는 그림이다. 실내의 공기 중 더운 공기는 위에 모이므로 실내의 위쪽 벽면에 위치되어 실내공기 흡입배관(14)을 통해 실외로 배출되어 진다.
도 6은 배관의 내부에 위치할 송풍용 모터장치(18)를 나타내는 그림이다. '가'는 송풍 및 흡입 배관에 연결된 모습을 나타내는 그림이고, '나'는 내부를 보여주는 그림이다. 내부에는 송풍용 모터(19)와 송풍용 날개(21)를 구비하여 전기에 의해 구동되어 강제적으로 공기를 배출 또는 흡입한다.
도 7은 공기순환 및 냉각장치(9)의 내부를 투시한 그림이다.
공기순환 및 냉각장치(9)의 내부는 내부 가림막(16)에 의해 3등분으로 나누 어진다. 그림의 좌측에 있는 실내공기 흡입배관(14)은 장치 외부에서 3등분 된 장치 가운데 부분까지 배관이 연결되어 실내에서 흡입한 공기가 장치의 가운데 부분에 머무르다가 송풍배관(4)을 통해 외부로 배출된다. 외부공기 흡입관(6)은 장치의 오른쪽으로 통과하여 공기를 흡입하면 공기순환 및 냉각장치 내부 공기 이동통로(23) 구멍을 통해 공기 냉각용 라디에이터(15)를 통과하여 좌측 공간으로 이동되며 냉풍 배출관(7)을 통해 실내로 공기가 이동한다.
공기 냉각용 라디에이터(15)의 양쪽 공간을 이어 주는 부분은 가운데 공간과의 단절을 위해 고무패킹(24)으로 마무리된다.
본 고안을 설명하기 위해 그림에는 한 개의 공기 냉각용 라디에이터(15)가 그려져 있지만 실제의 실시에서는 한 개 이상 여러 개의 라디에이터가 설치되는 것이 바람직하다.
공기 냉각용 라디에이터(15)의 1/3 정도는 냉수 또는 얼음(22)에 담겨져 있어 외부에서 흡입되는 공기가 차갑게 냉각되어 진다.
도 8은 공기순환 및 냉각장치(9)의 공기 흐름도를 나타내는 가상 도이다.
실내의 공기는 실내공기 흡입배관(14)을 통해 가운데 공간에 있다가 실내 공기 이동로(26)에 의해 송풍배관(4)을 통해 실외로 빠져나간다.
외부 공기는 외부공기 흡입관(6)을 통해 우측 공간에 머무른다. 이때 습기제거기(34)에 의해 습기가 제거된다. 습기제거기(34)는 종이, 솜류, 숯, 헝겊 등으로 제작되어 지며 공기 중 습기를 제거하는 기능을 갖으며, 교체 및 공기 중에 말려서 재사용할 수 있다. 습기가 제거된 공기는 냉수 또는 얼음(22)에 담긴 공기 냉각용 라디에이터(15)를 통과하여 차갑게 냉각된 다음 좌측 공간에 모아져서 냉풍 배출관(7)을 통해 실내로 보내진다.
도 9는 냉각용 라디에이터(15)를 보여 주는 그림이다.
본 고안의 쉬운 설명을 위해 원형의 구부러진 관 모양으로 표현되어져 있지만 다양한 모양으로 변형이 가능하다.
도 9의 '가'는 냉각용 라디에이터(15)를 절단한 단면을 보여주는 그림으로 외부의 재질은 물에 녹슬지 않는 스테인리스 재질로 하는 것이 바람직하며, 내부에는 아무런 장치가 없는 공간으로 되어 있다. '나'는 냉각용 라디에이터(15)의 겉을 감싸는 헝겊을 보여 주는 그림이다. 냉각용 라디에이터(15) 겉 부분을 헝겊으로 감싸는 이유는 냉수 및 얼음(22)물이 헝겊을 타고 냉각용 라디에이터(15) 전체를 감싸게 하기 위함이다. 젖은 헝겊(27)은 실내에서 유입된 공기가 배출되면서 빨래가 마르듯이 기화되어 배출되어 질 때 주변의 열을 빼앗아 가는 것을 쉽게 하기 위함이다.
도 10은 공기순환 및 냉각장치(9)의 외부모습을 보여주는 사시도 이다.
냉수 및 얼음 보충용 여닫이 문(36)이 있어 냉수 및 얼음(22)을 사용자가 직접 보충할 수 있도록 되 있다. 습기제거기(34)는 일정한 습기가 차서 더 이상 습기 제거 역할을 하지 못할 경우 습기제거기 교환용 덮개(35)를 열어 습기제거기(34)를 교체할 수 있다. 공기순환 및 냉각장치의 우측 외부벽(38)은 흡입관(6)에 의해 공기가 유입될 수 있지만, 벽 자체를 외부공기 흡입용 가림막(37)으로 교체하여 벽면 전체로 공기를 흡입할 수 있다. 외부공기 흡입용 가림막(37)은 그물형태의 가림 막으로 내부의 습기제거기(34)가 공기순환 및 냉각장치(9)에서 이탈하지 않도록 하는 구실을 한다.
도 11은 공기순환 및 냉각장치(9)에 냉각기(33)를 부착한 모습을 나타내는 투시도이다. 본 고안은 태양열에 의한 열의 대류 및 태양전지에 의한 전기를 생산할 수 있다. 생산된 전기는 냉장고의 기본 원리인 모터(28)를 구동시켜 압축기(29)를 이용하여 액체 냉매를 압축하여 응축기(30)를 거쳐 냉수 및 얼음(22) 부분에 증발기(31)를 설치하여 냉각용 라디에이터(15)가 닿는 물을 차갑게 냉각할 수 있다. 태양열 전지로 생산한 전기는 송풍기(18)의 배관에 설치하여 실내공기의 배출과 실외 공기의 흡입을 강제적으로 제어할 수 있다.
도 12는 공기순환 및 냉각장치(9)에 냉각기(33)을 설치한 모습을 보여주는 사시도 이다.
냉각기(33)는 공기순환 및 냉각장치(9)의 하단 부분에 위치하며 응축기(30)는 응축기 라디에이터 그릴(39)에 부착되어 공기순환 및 냉각장치(9) 뒷면에 부착된다. 냉각기(33)에서 나온 냉각기 배관(32)은 응축기(30)의 배관과 연결된다.
이상의 본 고안은 기본적인 실시 예로써
태양으로부터 태양열 집열판(1)으로 태양열을 집열 하여 송풍관(3)을 데우고, 뜨거워진 송풍관(3)은 열 대류현상을 일으켜 실내의 공기를 외부로 배출한다. 배출되는 공기는 공기순환 및 냉각장치(9)의 공기 냉각용 라디에이터(15)의 겉 부분을 감싼 헝겊(27)부분에 흡수된 물을 기화 시켜 배출될 때 공기 냉각용 라디에이터(15)를 차갑게 한다. 닫힌 실내의 공기가 외부로 빠져나가면 외부의 공기가 실 내의 빈 공간을 메우기 위해 흡입되고 공기 순환 및 냉각장치(9)의 공기 냉각요 라디에이터(15)를 거치면서 공기는 냉각되어 실내에 냉풍으로 배출 돼 실내의 공기를 차갑게 만들어 준다.
태양열 집열판(1)에 태양전지판(20)을 부착하여 공기 순환 및 냉각장치(9)에 전기로 구동하는 냉각기(33)를 설치하여 흡입되는 공기를 냉각시켜주며, 송풍장치(18)에 의해 강제적으로 공기를 순환 시켜준다.
태양이 있을 경우에는 태양의 전지를 이용하여 발생한 전기로 공기를 냉각시키고, 태양이 없는 저녁에는 일반 전기를 이용하여 공기를 냉각시킨다.
상술한 바와 같은, 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 태양열을 이용한 실내환기 및 냉풍장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경할 수 있다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 고안은 기존의 일반 전기로 구동되는 에어컨, 냉풍장치를 대체 또는 보조적인 역할을 할 수 있으며, 태양열만을 이용하므로 전기가 전혀 들지 않거나, 태양전지를 이용하여 일부 장치를 구동할 수 있으므로 에너지 절감에 기여할 수 있다.
일반 주택에 국한되지 않고 아파트, 사무실, 공장, 사업장 등에서 이용 또한 가능하다.
도 1은 본 고안의 실시 예를 나타내는 가상도 이다.
도 2는 태양열 집열판(1)을 나타내는 횡단면도이다.'가'는 횡단명의 점선 부분을 확대한 그림이다.
도 3의 '가'는 태양열 집열판(1)을 위에서 본 그림이다. '나'는 태양열 집열판(1)에 태양전지판(20)을 부착한 모습을 나타내는 그림이다.
도 4는 태양열 집열판(1)이 'L'자형, '+'자형 배관에 의해 병렬로 연결된 모습을 나타내는 그림이다.
도 5는 실내 공기를 흡입하는 장치를 나타내는 사시도 이다.
도 6의 '가'는 태양전지에 의해 가동되는 공기의 배출, 유입관 사이에 장치되는 송풍모터는 나타내는 사시도 이다. '나'는 송풍용 모터장치의 투시도이다.
도 7은 공기 순환 및 냉각장치(9)의 내부를 보여주는 투시도이다.
도 8은 공기 순환 및 냉각장치(9)의 내부에서 공기의 흐름을 나타내는 가상 도이다.
도 9의 '가'는 공기 냉각용 라디에이터(15)를 보여주는 평면도이다. '나'는 공기 냉각용 라디에이터(15)의 겉 부분을 헝겊(27)으로 감싼 모습을 나타내는 그림이다.
도 10은 공기 순환 및 냉각장치(9)의 외부 모양을 나타내는 사시도 이다.
도 11은 공기 순환 및 냉각장치(9)에 냉각기(33)가 부착되는 것을 나타내는 평면도이다.
도 12는 공기 순환 및 냉각장치(9)에 냉각기(33)와 응축기 라디에이터 그릴(39)이 부착되는 것을 나타내는 사시도 이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1. 태양열 집열판 2. 태양열 집열 응축판 3. 송풍관
4. 송풍배관 5. 공기 흡입구 6. 외부공기 흡입관
7. 냉풍 배출관 8. 선풍기 9. 공기 순환 및 냉각장치
10. 집 11. 'L'자형 배관 12. '+' 자형 배관
13. 태양광선 14. 실내공기 흡입배관 15. 공기 냉각용 라디에이터
16. 내부 가림막 17. 태양열로 가열될 부분 18. 송풍용 모터장치
19. 송풍용 모터 20. 태양전지판 21. 송풍용 모터 날개
22. 냉수 및 얼음 23. 공기순환 및 냉각장치 내부 공기이동통로
24. 고무패킹 25. 외부공기 이동로 26. 실내공기 이동로
27. 헝겊 28. 모터 29. 냉매 응축기 30. 응축기 31. 증발기
32. 냉각기 배관 33. 냉각기 장치 34. 습기제거기
35. 습기제거기 교환용 덮게 36. 냉수 및 얼음 보충용 여닫이 문
37. 외부공기 흡입용 가림 막 38. 공기순환 및 냉각장치 우측 외부 벽
39. 응축기 라디에이터 그릴 40. 손잡이 41. 손잡이

Claims (2)

  1. 태양열을 이용한 실내환기 및 냉풍장치에 있어서 태양으로부터 열을 집열 하는 태양집열판(1)과 집열 된 열을 한곳으로 모아 다시 응축하는 태양열 집열 응축판(2)에 의해 송풍관(3)의 끝부분을 데워 열의 대류현상을 만들어 상대적으로 낮은 온도인 실내 공기를 실외로 배출하는 장치와;
    실내의 공기가 실외로 빠져나갈 때 실외에서 흡입되는 공기를 차갑게 하는 공기 순환 및 냉각장치(9)의 냉수 및 얼음(22)물이 공기 냉각용 라디에이터(15)를 1차 적으로 차갑게 만들고, 겉을 둘러싼 헝겊(27)에 흡수된 물(22)이 실내에서 밖으로 빠져나가는 공기에 의해 기화되어 배출되면서 주변의 열을 흡수하여 공기 냉각용 라디에이터(15)를 차갑게 하는것과;
    실외에서 실내로 들어오는 공기는 실내에서 외부로 배출되는 공기에 의한 기화현상과 냉수 및 얼음(22)에 의해 차가워진 공기 냉각용 라디에이터(15)틀 통과하여 차갑게 냉각되어 실내 공기를 순환시키고 냉풍을 발생하는 장치
  2. 청구항 1에서 태양열 집열판(1)에 태양전지판(20)을 부착하여 태양광선으로부터 전기를 발생시키는 장치와;
    발생된 전기로 공기 순환 및 냉각장치(9)에 추가 부착하여 고압 액체 냉매를 이용한 냉각기(33)를 설치하고 모터(28)와 압축기(29)를 구동하여 냉수 및 얼 음(22)을 증발기(31)에 의해 전기적으로 차가운 냉수를 만들어 공기 냉각용 라디에이터(15)를 차갑게 만들어 실외에서 실내로 흡입되는 공기를 냉풍으로 만드는 냉각 장치와;
    태양전지로부터 발생한 전기에 의해 실내에서 배출되는 송풍관(4)과 실외에서 실내로 흡입되는 흡입관(6)에 송풍모터장치(18)를 추가하여 송풍용 전기모터(19)에 의한 강제적인 공기배출과 실외 공기를 차가운 냉풍으로 만들어 실내에 유입하고 실내 공기를 외부로 순환하는 장치
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