(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2017년11월03일
(11) 등록번호 10-1793525
(24) 등록일자 2017년10월30일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F24F 5/00 (2006.01) B04C 3/00 (2006.01)
F24F 13/08 (2014.01) F24F 13/20 (2006.01)
F24F 13/22 (2006.01) F24F 13/28 (2006.01)
F24F 3/14 (2006.01) F24F 3/16 (2006.01)
(52) CPC특허분류
F24F 5/005 (2013.01)
B04C 3/00 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2016-0157353
(22) 출원일자 2016년11월24일
심사청구일자 2016년11월24일
(56) 선행기술조사문헌
KR101447500 B1*
KR1020110103204 A*
KR1020040028870 A*
KR1020120121776 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
남동우
경기도 안양시 동안구 달안로 124, 408동 704호
(관양동, 한가람아파트)
남도원
경기도 안양시 동안구 달안로 124, 408동 704호
(관양동, 한가람아파트)
(72) 발명자
남동우
경기도 안양시 동안구 달안로 124, 408동 704호
(관양동, 한가람아파트)
남도원
경기도 안양시 동안구 달안로 124, 408동 704호
(관양동, 한가람아파트)
(74) 대리인
이영수
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 김재철
(54) 발명의 명칭 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치
(57) 요 약
종래의 지열시스템에 비해서 상대적으로 지면으로부터 낮은 위치에 설치할 수 있기 때문에 수평굴착만을 필요로
하므로 공사비 및 설치비가 적게 들며, 압축기를 구비하지 않으므로 에너지 비용이 크게 감소하고 프레온가스 등
의 냉매를 사용하지 않으므로 지구 대기환경에 이바지할 수 있으며 설치가 편리하고 효율이 높은 지열을 이용한
(뒷면에 계속)
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1793525
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기압변환방식의 냉각장치(10)가 개시되어 있다. 상기 냉각장치(10)의 흡기관(12)의 중간에는 다수의 에어 필터들
(22)과 다수의 냉각핀들(24)을 내장한 제습장치(20)가 설치되고, 그 하류에는 사이클론(30)이 배치되고, 상기 사
이클론의 하류에는 온도 동화관(42) 및 나선형 관(44)으로 이루어진 열교환기(40)가 배치되고, 상기 열교환기의
하류에는 원통형 본체(52) 내에 차례로 배치된 1차 확산 콘(61), 수축 콘(63) 및 2차 확산 콘(62)로 이루어진 냉
각챔버(50)가 배치된다. 상기 냉각챔버의 하류에는 배기관(14)이 배치되고, 상기 배기관의 지면 위로 노출된 중
간부분에는 흡기팬(70)이 설치된다.
(52) CPC특허분류
F24F 13/082 (2013.01)
F24F 13/20 (2013.01)
F24F 13/222 (2013.01)
F24F 13/28 (2013.01)
F24F 3/1405 (2013.01)
F24F 3/1603 (2013.01)
등록특허 10-1793525
- 2 -
명 세 서
청구범위
청구항 1
기압변환방식의 냉각장치(10)로서,
일부분은 지면(G) 위에 배치되고 일부분은 지면(G) 내로 연장되는 외부공기를 도입하기 위한 흡기관(12);
지면(G) 위에서 상기 흡기관(12)의 중간에 설치되는 제습장치(20) - 상기 제습장치(20)는 제습장치 본체(21),
상기 제습장치 본체(21)의 내부에 배치된 다수의 에어 필터들(22) 및 다수의 냉각핀들(24)을 포함함 -;
지면(G) 아래로 연장된 상기 흡기관(12)에서 상기 제습장치(20)의 하류에 설치된 사이클론(30);
지면(G) 아래로 연장된 상기 흡기관(12)에서 상기 사이클론(30)의 하류에 설치된 열교환기(40) - 상기 열교환기
(40)는 온도 동화관(42), 및 상기 온도 동화관(42)의 하류에 일체로 유체연결되는 나선형 관(44)을 포함함 -;
상기 열교환기(40)의 하류에서 상기 열교환기(40)와 유체 연결된 냉각챔버(50) - 상기 냉각챔버(50)는 원통형
본체(52), 상기 원통형 본체(52) 내에 차례로 배치된 1차 확산 콘(61), 수축 콘(63) 및 2차 확산 콘(62)을 포함
하며, 상기 1차 확산 콘(61)은 원뿔형상을 가지며, 상기 1차 확산 콘(61)의 원뿔형 꼭대기가 상기 냉각챔버(5
0)의 유입구(51)쪽을 향하도록 배치되고, 상기 수축 콘(63)은 깔때기 모양을 가지며, 상기 1차 확산 콘(61)의
후방에 배치되고, 이때, 상기 수축 콘(63)은 상기 1차 확산 콘(61)에 의해서 확산된 외부공기를 수렴할 수 있도
록 상기 1차 확산 콘(61)을 향하여 활짝 펼쳐진 상태로 배치되며, 상기 2차 확산 콘(62)은 원뿔형상을 가지며,
상기 2차 확산 콘(62)의 원뿔형 꼭대기가 상기 수축 콘(63)쪽을 향하도록 배치되고, 상기 수축 콘(63)의 중앙에
는 중앙 개구부(64)가 관통하여 형성되고, 상기 2차 확산 콘(62)의 방사상 외면상에는 제습용 핀들(65)이 나선
형으로 감겨져 있으며, 상기 제습용 핀들(65)은 상기 2차 확산 콘(62)의 방사상 외면상에서 가장자리부터 중심
부쪽으로 감겨지며, 상기 제습용 핀들(65)의 유입측에는 상기 제습장치(20)로부터 지면(G)속으로 연장되는 냉각
수 순환파이프(25)의 일단이 연결되고, 상기 제습용 핀들(65)의 배출측에는 상기 제습장치(20)쪽으로 연장되는
상기 냉각수 순환파이프(25)의 타단이 연결됨 -;
상기 냉각챔버(50)의 하류에서 상기 냉각챔버(50)와 유체연결되어 일부분은 지면(G) 아래에 설치되고 일부분은
지면(G) 위로 노출되는 배기관(14); 및
상기 배기관(14)의 지면(G) 위로 노출된 중간부분에 설치되는 흡기팬(70);
를 포함하는 냉각장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 냉각핀들(24)중 상기 에어 필터들(22)에 가장 가깝게 배치된 첫번째 냉각핀들
(24a)의 일측에는 상기 냉각수 순환파이프(25)의 일단부가 연결되고, 이때 상기 냉각수 순환파이프(25)는 상기
냉각챔버(50)로부터 상기 제습장치 본체(21)의 측벽을 통해서 상기 제습장치 본체(21) 내로 연장되며, 상기 냉
각수 순환파이프(25)는 상기 냉각핀들(24) 사이에서 차례대로 연결되고, 마지막 냉각핀들(24b)의 일측으로부터
상기 제습장치 본체(21)의 외부로 연장되며, 상기 냉각챔버(50)와 상기 제습장치 본체(21) 사이에서 상기 냉각
수 순환파이프(25)의 중간에는 냉각수 순환용 모터(M1)가 배치된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
청구항 3
제 1 항에 있어서, 상기 온도 동화관(42)은 방열효과를 높이기 위하여 전체가 지중에 지그재그 형태로
매설되고, 상기 나선형 관(44)은 상기 온도 동화관(42)의 하류단부와 상기 냉각챔버(50)의 유입구 사이에서 연
장되며, 내관(43)과 외관(45)의 이중관으로 이루어지고, 상기 외관(45)의 방사상 외면상에는 냉각 핀들(48)이
돌출하여 배치된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
청구항 4
제 3 항에 있어서, 상기 내관(43)의 방사상 외면상에는 나선 날개(46)가 나선형으로 돌출하여 형성되고, 상기
등록특허 10-1793525
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내관(43)은 상기 온도 동화관(42)의 하류단부로부터 상기 냉각챔버(50)의 유입구 쪽으로 갈수록 좁아지도록 설
계된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
청구항 5
제 4 항에 있어서, 상기 나선 날개(46)는 상기 온도 동화관(42)의 하류단부로부터 상기 냉각챔버(50)의 유입구
쪽으로 갈수록 상기 나선 날개들(46)간의 이격거리가 가깝게 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
청구항 6
삭제
청구항 7
삭제
청구항 8
제 1 항에 있어서, 상기 냉각챔버(50)의 상기 원통형 본체(52) 외부에는 상기 냉각챔버(50)의 온도를 유지시키
기 위해서 단열재(53)가 부착 설치되고, 상기 냉각챔버(50)의 하부 외측에는 상기 냉각챔버(50)에서 생성되는
응결수를 수거하기 위한 응결수 집수부(54)가 설치되며, 상기 응결수 집수부(54)에 집수된 응결수는 응결수 배
출관(55)의 중간에 설치된 응결수 배출용 모터(M2)의 작동에 의해서 지면(G) 외부로 강제 배출되는 것을 특징으
로 하는 냉각장치.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 지열시스템에 비해[0001]
서 상대적으로 지면으로부터 낮은 위치에 설치할 수 있기 때문에 수평굴착만을 필요로 하므로 공사비 및 설치비
가 적게 들며, 압축기를 구비하지 않으므로 에너지 비용이 크게 감소하고 프레온가스 등의 냉매를 사용하지 않
으므로 지구 대기환경에 이바지할 수 있는 효율이 높은 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
최근, 지구환경의 변화에 따라서 우리나라에서도 한여름 이상고온현상이 초래되어 여름철 에어컨의 사용 빈도와[0002]
시간이 크게 늘어나고 있는 실정이다. 에어컨은 실내로부터 열을 흡수하고 흡수된 열을 대기 중으로 방출한다.
따라서 외기 온도가 높을 때 운전하는 에어컨은 더운 외기에 열을 방출하기 위해 많은 에너지를 소비한다. 근래
에는 에너지 절감이 필수과제가 되어 에너지 효율이 높은 지열의 이용에 대한 관심이 증가하고 있다.
지열은 태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장된 에너지원이며, 이는 인류가 사용하는 에너지 양의 수배[0003]
에 해당하는 양으로 추정된다. 이를 이용하여 인류가 사용할 수 있는 냉난방용 에너지원으로 활용할 수 있도록
한 지열시스템이 개발된 바 있다. 지열시스템은 모든 형태의 건축물에 온수와 냉난방을 공급하기 위해 대지 내
의 일정한 온도를 이용하는 전기적/기계적 시스템을 말한다. 땅속의 온도는 지역에 따라 차이가 있지만, 지구
전표면에서 지열이 방출되며 우리가 사용하는 에너지양의 약 500%에 해당하는 양이 거의 잠재적으로 저장되어있
다.
지열의 특성은 경유, 석유, 가스 등의 비싼 연료가 들지 않기 때문에 경제적이고, 에어콘, 히터, 냉각탑, 보일[0004]
러, 실외기 같은 기기의 옥내외 설치가 필요없다. 또한, 경유, 석유, 가스등의 연료없이 냉난방이 이뤄져 폭발
이나 화재의 위험성이 전혀 없으므로 안전하다. 연중으로 원하는 온도를 조절해 냉난방과 온수를 마음대로 사용
할 수 있기 때문에 편리하고, CO2등의 배출가스 및 관련 배출물질이 없으므로 친환경적이며, 소음이 없어 쾌적하
고 상쾌하다. 게다가, 다른 에너지에 비하여 에너지 효율이 대단히 높다.
주지하는 바와 같이 땅속은 연중 내내 10℃ 수준을 유지한다. 이러한 땅속을 열 저장소나 열 싱크로 이용하여[0005]
냉난방을 하는 지열시스템은 가장 친환경적인 시스템으로 평가되고 있다. 국내에서도 2000년부터 지열시스템이
도입되기 시작했다. 특히, 우리나라는 2004년부터 연면적 3,000㎡ 이상의 공공기관 건축 시 공사비의 5% 이상을
신재생에너지로 이용하도록 의무화됨에 따라, 지열시스템의 보급은 확대될 것이다.
등록특허 10-1793525
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따라서, 설치가 편리하고 효율이 높은 저가의 지열시스템 개발에 대한 필요성이 대두되었다.[0006]
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허 제10-0736844호(등록일자: 2007년 7월 2일) [0007]
(특허문헌 0002) 대한민국 등록특허 제10-1447500호(등록일자: 2014년 9월 29일)
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 더욱 상세하게는 종래의 지열시스템에 비해서 상대적으로 지면으로[0008]
부터 낮은 위치에 설치할 수 있기 때문에 수평굴착만을 필요로 하므로 공사비 및 설치비가 적게 드는 지열을 이
용한 기압변환방식의 냉각장치를 제공하려는 것이다.
또한, 본 발명은 압축기를 구비하지 않으므로 에너지 비용이 크게 감소하고 프레온가스 등의 냉매를 사용하지[0009]
않으므로 지구 대기환경에 이바지할 수 있는 효율이 높은 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치에 관한 것이
다.
과제의 해결 수단
전술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,[0010]
기압변환방식의 냉각장치로서, [0011]
일부분은 지면 위에 배치되고 일부분은 지면 내로 연장되는 외부공기를 도입하기 위한 흡기관;[0012]
지면 위에서 상기 흡기관의 중간에 설치되는 제습장치 - 상기 제습장치는 제습장치 본체, 상기 제습장치 본체의[0013]
내부에 배치된 다수의 에어 필터들 및 다수의 냉각핀들을 포함함 -;
지면 아래로 연장된 상기 흡기관에서 상기 제습장치의 하류에 설치된 사이클론;[0014]
지면 아래로 연장된 상기 흡기관에서 상기 사이클론의 하류에 설치된 열교환기 - 상기 열교환기는 온도 동화관,[0015]
및 상기 온도 동화관의 하류에 일체로 유체연결되는 나선형 관을 포함함 -;
상기 열교환기의 하류에서 상기 열교환기와 유체 연결된 냉각챔버 - 상기 냉각챔버는 원통형 본체, 상기 원통형[0016]
본체 내에 차례로 배치된 1차 확산 콘, 수축 콘 및 2차 확산 콘을 포함함 -;
상기 냉각챔버의 하류에서 상기 냉각챔버와 유체연결되어 일부분은 지면 아래에 설치되고 일부분은 지면 위로[0017]
노출되는 배기관; 및
상기 배기관의 지면 위로 노출된 중간부분에 설치되는 흡기팬;를 포함하는 냉각장치를 제공한다. [0018]
상기 다수의 냉각핀들중 상기 에어 필터들에 가장 가깝게 배치된 첫번째 냉각핀들의 일측에는 냉각수 순환파이[0019]
프의 일단부가 연결되고, 이때 상기 냉각수 순환파이프는 상기 냉각챔버로부터 상기 제습장치 본체의 측벽을 통
해서 상기 제습장치 본체 내로 연장되며, 상기 냉각수 순환파이프는 상기 냉각핀들 사이에서 차례대로
연결되고, 마지막 냉각핀들의 일측으로부터 상기 제습장치 본체의 외부로 연장되며, 상기 냉각챔버와 상기 제습
장치 본체 사이에서 상기 냉각수 순환파이프의 중간에는 냉각수 순환용 모터가 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 온도 동화관은 방열효과를 높이기 위하여 전체가 지중에 지그재그 형태로 매설되고, 상기 나선형 관은 상[0020]
기 온도 동화관의 하류단부와 상기 냉각챔버의 유입구 사이에서 연장되며, 내관과 외관의 이중관으로 이루어지
고, 상기 외관의 방사상 외면상에는 냉각 핀들이 돌출하여 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 내관의 방사상 외면상에는 나선 날개가 나선형으로 돌출하여 형성되고, 상기 내관은 상기 온도 동화관의[0021]
하류단부로부터 상기 냉각챔버의 유입구 쪽으로 갈수록 좁아지도록 설계된 것을 특징으로 한다.
상기 나선 날개는 상기 온도 동화관의 하류단부로부터 상기 냉각챔버의 유입구 쪽으로 갈수록 상기 나선 날개들[0022]
등록특허 10-1793525
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간의 이격거리가 가깝게 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 1차 확산 콘은 원뿔형상을 가지며, 상기 1차 확산 콘의 원뿔형 꼭대기가 상기 냉각챔버의 유입구쪽을 향[0023]
하도록 배치되고, 상기 수축 콘은 깔때기 모양을 가지며, 상기 1차 확산 콘의 후방에 배치되고, 이때, 상기 수
축 콘은 상기 1차 확산 콘에 의해서 확산된 외부공기를 수렴할 수 있도록 상기 1차 확산 콘을 향하여 활짝 펼쳐
진 상태로 배치되며, 상기 2차 확산 콘은 원뿔형상을 가지며, 상기 2차 확산 콘의 원뿔형 꼭대기가 상기 수축
콘쪽을 향하도록 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 수축 콘의 중앙에는 중앙 개구부가 관통하여 형성되고, 상기 2차 확산 콘의 방사상 외면상에는 제습용 핀[0024]
들이 나선형으로 감겨져 있으며, 상기 제습용 핀들은 상기 2차 확산 콘의 방사상 외면상에서 가장자리부터 중심
부쪽으로 감겨지며, 상기 제습용 핀들의 유입측에는 제습장치로부터 지면속으로 연장되는 냉각수 순환파이프의
일단이 연결되고, 상기 제습용 핀들의 배출측에는 상기 제습장치쪽으로 연장되는 냉각수 순환파이프의 타단이
연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각챔버의 상기 원통형 본체 외부에는 상기 냉각챔버의 온도를 유지시키기 위해서 단열재가 부착 설치되[0025]
고, 상기 냉각챔버의 하부 외측에는 상기 냉각챔버에서 생성되는 응결수를 수거하기 위한 응결수 집수부가 설치
되며, 상기 응결수 집수부에 집수된 응결수는 응결수 배출관의 중간에 설치된 응결수 배출용 모터의 작동에 의
해서 지면 외부로 강제 배출되는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치는 종래의 지열시스템에 비[0026]
해서 상대적으로 지면으로부터 낮은 위치까지 수평굴착만으로 설치할 수 있으므로 공사비 및 설치비가 크게 절
감된다. 또한, 지중에 설치되는 열교환기, 즉 온도 동화관과 나선관의 형상 및 배치구성을 주변 흙과의 열교환
면적을 확대하고 이들을 통해서 유동하는 공기의 유속을 빠르게 하도록 하고, 열교환기를 통과한 후 도입되는
공기의 단열팽창이 이루어지도록 냉각챔버의 내부 배치구성을 개선하였다. 그 결과, 기존의 냉방장치에 비해서
압축기가 없으므로 에너지 비용이 크게 감소하고, 프레온 가스 등의 냉매를 사용하지 않고 냉각수를 사용하게
되므로 지구 대기환경에 이바지할 수 있다. 또한, 제조 및 운영비용이 상대적으로 저렴하여 경제성이 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치가 지중에 설치된 상태를 나[0027]
타낸 도면;
도 2는 도 1에 도시된 제습장치의 구조를 도식적으로 나타낸 도면;
도 3은 도 1에 도시된 "A"부분의 확대도로서, 열교환기의 하류에 열교환기와 일체로 연결 설치된 나선형 관의
구조를 보여주는 도면;
도 4는 도 1에 도시된 냉각챔버의 구조를 나타낸 도면; 및
도 5는 냉각챔버 내에 설치되는 확산 콘의 원리를 보여주는 도면.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 출원의 도면과 그 상세한 설명은 단지 본 발명의 실시 예들에 관한 것이다. 여기에서 발표한 기구 및 방식들[0028]
의 장점 및 다른 특징들은 본 발명의 대표적인 실시 예를 나타낸 첨부도면들을 참조한 상세한 설명을 통해서 해
당 기술분야의 숙련된 당업자에게 보다 명백해질 것이다. 다르게 강조하지 않는 한, 도면을 통해서 유사하거나
대응하는 요소들은 유사하거나 대응하는 참조부호들로서 나타내어질 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 예를 상세하게 설명하기 전, 본 발명은 하기의 명세서에 발표하거나 도면에 나타[0029]
낸 구성 및 부품들의 배열로 본 출원에서 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시 예들이
가능하고 다양한 방식으로 실행 및 수행될 수 있다. 또한, 여기에 채용된 어법과 용어는 설명을 목적으로 한 것
으로서 제한하는 것으로 간주되지 않음을 알 수 있을 것이다.
좌측, 우측, 위 및 아래와 같이 여기에서 사용한 모든 비교 설명들은 첨부도면을 참조하여 이루어지지만, 제한[0030]
적인 개념을 의미하는 것은 아니다. 설명한 실시 예들은 어떤 실시 예들의 가변적인 사항들의 바람직한 특징들
을 제공하는 것으로서 이해할 수 있으며, 그러므로 특징들, 부품들, 모듈들, 요소들 및/또는 설명의 양태들은
등록특허 10-1793525
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개시된 장치나 방법으로부터 실질적으로 벗어남이 없이 결합, 상호연결, 순서화, 분리, 교환, 위치 및/또는 재
배열될 수 있다. 부품들의 형상 및 크기는 예시적인 것이며, 달리 명시되지 않는한 발표한 발명에 실질적으로
영향을 미치거나 제한함이 없이 변경될 수 있다.
이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치에 대[0031]
하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치는, 종래의 지열시스템에 비해서 상[0032]
대적으로 지면으로부터 낮은 위치에 설치할 수 있다. 따라서, 수평굴착만을 필요로 하므로 공사비 및 설치비가
적게 든다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치가 도시되어 있다. [0033]
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 기압변환방식의 냉각장치(10)는 일부분은[0034]
지면(G) 위에 배치되고 일부분은 지면(G) 내로 연장되는 외부공기를 도입하기 위한 흡기관(12), 지면(G) 위에서
상기 흡기관(12)의 중간에 설치되는 제습장치(20), 그리고 지면(G) 아래로 연장된 상기 흡기관(12)에 차례로 연
통하도록 설치되는 사이클론(30)과 열교환기(40), 상기 열교환기(40)와 유체 연결된 냉각챔버(50), 그리고 상기
냉각챔버(50)와 유체연결되고 일부분은 지면(G) 아래에 설치되고 일부분은 지면(G) 위로 노출되는 배기관(14),
및 상기 배기관(14)의 지면(G) 위로 노출되는 중간부분에 설치되는 흡기팬(70)를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 제습장치의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 덮개[0035]
는 생략하여 도시하였다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제습장치(20)는 제습장치 본체(21) 일측에 유체 연결되는 흡기관(12)을 통해[0036]
서 유입되는 외부 공기로부터 분진을 제거하기 위하여 본체(21)의 내부에 배치된 다수의 에어 필터들(22)를 포
함한다. 바람직하게는 상기 다수의 에어 필터들(22)은 삼중 에어필터로 이루어진다. 에어 필터들(22)은 본체
(21)내로 도입되는 흡기관(12)의 입구쪽에 가깝게 본체(21)의 내부에 순서대로 외부 공기 유체의 유동방향에 대
하여 수직하게 배치된다. 에어 필터들(22)은 공기중의 미세먼지 및 악취 제거와 유해 가스를 제거하기 위한 것
으로, 여러 층의 폼이 결합된 형태로 이루어진 스폰지, 항균 항곰팡이 기능을 갖도록 활성탄을 함유한 필터, 알
루미늄 프레임에 표면이 특수코팅 처리된 섬유로 제조되는 복합형 에어필터 등이 채택될 수 있다.
제습장치 본체(21) 내에서 외부 공기 유체의 유동방향을 기준으로 에어 필터들(22)의 하류에는 또한 다수의 냉[0037]
각핀들(24)이 배치된다. 냉각핀들(24)중 상기 에어 필터들(22)에 가장 가깝게 배치된 첫번째 냉각핀들(24a)의
일측에는 냉각수로 이루어진 냉매를 도입하기 위한 냉각수 순환파이프(25)의 일단부가 연결된다. 상기 냉각수
순환파이프(25)는 도 1에 나타낸 바와 같이 냉각챔버(50)로부터 제습장치 본체(21)의 측벽을 통해서 제습장치
본체(21) 내로 연장되어 상기 첫번째 냉각핀들(24)의 일측에 연결된다. 제습장치 본체(21) 내에서 냉각핀들(24)
사이에는 냉각수 순환파이프(25)가 계속해서 차례대로 연결되고, 마지막 냉각핀들(24b)의 일측으로부터 제습장
치 본체(21)의 외부로 연장된다. 냉각챔버(50)와 제습장치 본체(21) 사이에서 연장되는 냉각수 순환파이프(25)
의 중간에는 냉각수 순환용 모터(M1)가 배치된다. 냉각수 순환파이프(25)의 중간에는 외부 급수원으로부터 냉각
수를 보충하기 위한 냉각수 보충관(도시되지 않음)이 연결되며, 냉각 수 보충관에는 체크밸브(도시되지 않음)와
급수펌프(도시되지 않음)가 설치된다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 제습장치(20)의 하류에서 지면(G) 아래로 연장되는 상기 흡기관(12)에 연통하도록[0038]
설치된 사이클론(30)은 집진기 중에서 가장 널리 사용되고 있는 것으로서, 그 원리는 분진을 함유한 기류를 사
이클론(30)의 본체 내로 유도해 선회운동을 시키는데 따라 분진에 원심력을 발생시키고 이 원심력에 의해서 분
진을 분리 집진하는 것이다. 일반적으로 기류의 속도는 10∼20m/s이며 분진입자의 크기는 10∼200μ 정도이다.
사이클론(30)의 하류에는 열교환기(40)가 배치된다. 열교환기(40)는 방열효과를 높이기 위하여 전체가 지중에[0039]
지그재그 형태로 매설되는 온도 동화관(42), 및 상기 온도 동화관(42)의 하류에 일체로 유체연결되는 나선형 관
(44)을 포함한다. 사이클론(30)을 통과한 외부공기는 온도 동화관(42)를 지나면서 땅속의 흙과 열교환하여 열을
빼앗기게 된다. 방열효과를 더욱 높이기 위해서 열교환기(40)의 하부에는 나선형 관(44)이 일체로 연결하여 배
치된다. 바람직하게는, 온도 동화관(42)은 지하 약 3m 지점에 설치한다. 바람직하게는, 온도 동화관(42)의 길이
는 약 100m이다.
도 3에는 상기 나선형 관(44)의 구조가 도시되어 있다. [0040]
도 3에 도시된 바와 같이, 나선형 관(44)은 온도 동화관(42)의 하류단부와 냉각챔버(50)의 유입구 사이에서 연[0041]
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장되며, 내관(43)과 외관(45)의 이중관으로 이루어진다. 내관(43)의 방사상 외면상에는 나선 날개(46)가 나선형
으로 돌출하여 형성되는데, 이때 나선 날개(46)는 온도 동화관(42)의 하류단부로부터 냉각챔버(50)의 유입구 쪽
으로 갈수록 나선 날개들(46)간의 이격거리가 가깝게 설정된다. 즉, 방열날개들(46)은 그들 사이의 간격이 온도
동화관(42)의 하류단부로부터 상대적으로 넓게 형성되다가 냉각챔버(50)의 유입구 쪽으로 갈수록 좁아지게 형성
된다. 또한, 나선형 관(44)의 내관(43)은 온도 동화관(42)의 하류단부로부터 냉각챔버(50)의 유입구 쪽으로 갈
수록 좁아지도록 설계되어 공기의 유속을 더 빠르게 만들어준다. 외관(45)의 방사상 외면 상에는 냉각 핀들(4
8)이 돌출하여 배치된다.
나선형 관(44)의 유입구로부터 배출구에 이르는 거리는 나선형 관(44) 내부의 원주×나선의 수 만큼의 거리가[0042]
된다. 같은 길이의 관의 길이에 비해 나선의 수만큼의 거리를 더 이동하게된 공기는 지하토양과 열평을 이룰 수
있는 시간을 더 확보할 수 있다. 또한, 냉각챔버(50)의 유입구 쪽, 즉 나선형 관(44)의 배출구쪽으로 갈수록 나
선이 간격이 좁아지면, 그만큼의 압축효과를 가지게 된다. 이것은 나선형 관(44)에 후속 연결되는 냉각챔버(5
0)와의 단열 압축비에 비례하므로, 그만큼의 냉각효과가 있을 수 있다.
도 4에는 냉각챔버(50)의 구조가 도시되어 있다.[0043]
도 4를 참조하면, 나선형 관(44)의 하류단부는 냉각챔버(50)의 유입구(51)에 유체 연결된다. 냉각챔버(50)는 이[0044]
중 보호관으로 이루어진 원통형 본체(52)를 포함하는데, 냉각챔버(50)의 하부에는 응결수 집수부(54)가 마련된
다. 응결수 집수부(54)는 냉각챔버(50) 내에서 생성되는 응결수를 집수하는 기능을 하며, 도 1에서 잘 나타낸
바와 같이 응결수 배출관(55)의 일단부가 응결수 집수부(54)의 배수용 드레인에 연결되고 응결수 배출관(55)은
지면(G) 외부로 연장된다. 이때, 응결수 배출관(55)의 중간에는 응결수 배출용 모터(M2)가 배치된다.
냉각챔버(50) 내로 유입되는 외부공기에 대한 냉각효과를 극대화하기 위해 외부공기를 확산시키도록 원통형 본[0045]
체(52) 내에서 유입구(51)의 근처에는 원뿔모양의 1차 확산 콘(61)이 배치되는데, 1차 확산 콘(61)의 원뿔형 꼭
대기가 유입구(51)쪽을 향하도록 배치된다. 상기 1차 확산 콘(61)의 후방에는 깔때기 모양의 수축 콘(63)이 배
치된다. 이때, 수축 콘(63)은 1차 확산 콘(61)에 의해서 확산된 외부공기를 수렴할 수 있도록 1차 확산 콘(61)
을 향하여 활짝 펼쳐진 상태로 배치된다. 수축 콘(63)의 중앙에는 중앙 개구부(64)가 관통하여 형성된다.
계속해서, 냉각챔버(50) 내로 유입되는 외부공기에 대한 냉각효과를 극대화하기 위해 외부공기를 확산시키도록[0046]
원통형 본체(52) 내에서 수축 콘(63)의 하류, 즉 후방에는 원뿔모양의 2차 확산 콘(62)이 배치되는데, 1차 확산
콘(61)과 마찬가지로 2차 확산 콘(62)의 원뿔형 꼭대기가 수축 콘(63)쪽을 향하도록 배치된다. 이때, 2차 확산
콘(62)의 방사상 외면 상에는 제습용 핀들(65)이 나선형으로 감겨져 있다. 제습용 핀들(65)은 방열 단면적을 늘
이기 위해서 동파이프의 외면에 핀들 핀을 감아서 형성한 것이다. 이때, 2차 확산 콘(62)의 방사상 외면상에서
가장자리부터 중심부쪽으로 감겨지는 제습용 핀들(65)의 유입측에는 제습장치(20)(도 1 및 2 참조)로부터 지면
(G)속으로 연장되는 냉각수 순환파이프(25)의 일단이 연결되고, 2차 확산 콘(62)의 방사상 외면 상에서 원뿔형
꼭대기로부터 외부로 연장되는 제습용 핀들(65)의 배출측에는 제습장치(20)쪽으로 연장되는 냉각수 순환파이프
(25)의 타단이 연결된다.
유입구(51)에 대향하여 냉각챔버(50)의 배출측에는 배기관(14)이 연결된다. 앞서 설명한 바와 같이, 배기관(1[0047]
4)의 일부분은 냉각챔버(50)와 유체연결되고 일부분은 지면(G) 위로 노출되며, 지면(G) 위로 노출되는 배기관
(14)의 중간부분에는 흡기팬(70)이 설치된다. 냉각챔버(50)의 원통형 본체(52)의 외부에는 냉각챔버(50)의 온도
를 유지시키기 위해서 단열재(53)가 부착 설치되는데, 이것은 냉각챔버(50) 주변의 냉각수 순환파이프(25), 집
수부(54), 응결수 배출관(55)의 설치구조에 방해가 되지 않도록 부착된다.
하기에서는 첨부도면들을 참조하여 전술한 바와 같은 냉각장치(10)의 작동원리에 대해서 간략하게 설명한다.[0048]
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기압변환방식의 냉각장치(10)는 대기중의 공기를 지하시설로 끌어들여서 지[0049]
열에 의해서 1차 냉각시킨 다음, 특수하게 설계한 냉각챔버 내로 유도하여 단열팽창을 시켜서 2차로 공기를 냉
각시키는 지열 냉각장치이다.
먼저 흡기팬(70)을 가동하게 되면, 흡기관(12)을 통해서 외부의 공기가 유입되어 제습장치(20)를 통과하게 되는[0050]
데, 제습장치(20) 내에 배치된 에어필터(22)를 통과하면서 공기중의 먼지와 이물질이 걸러지고 냉각핀들(24)을
통과하면서 공기중의 습기가 제거된다.
제습장치(20)를 통과한 공기는 사이클론(30) 내로 유입되어 분진을 함유한 기류를 사이클론(30)의 본체 내로 유[0051]
도해 선회운동을 시키면서 원심력에 의해 분진을 분리 집진한다.
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사이클론(30)을 통과하여 지하로 빠르게 이동된 공기는 열교환기(40)의 온도 동화관(42)를 통과하면서 땅속 흙[0052]
과의 열교환을 통해 열을 방출하게 되는데, 그 결과 주변의 토양과 열적 평형을 이루게 된다. 앞서 언급한 바와
같이, 온도 동화관(44)은 지하 3m 지점에 설치하게 되는데, 이 지점에서의 온도는 평균적으로 14∼15℃ 정도이
므로, 온도 동화관(42) 내의 공기도 마찬가지로 14∼15℃의 온도로 냉각된다. 온도 동화관(42)의 끝에 일체로
유체 연결되는 나선형 관(44)은 관 내부가 좁아지도록 설계되어 공기의 유속을 더 빠르게 만들어준다.
열교환기(40)의 온도동화관(42)과 나선형 관(44)을 통과하면서 냉각되고 유속이 빨라진 공기는 냉각챔버(50) 내[0053]
로 들어오게 되는데, 냉각챔버(50)의 내부용적으로 인해 급격히 단면적이 넓어지므로 공기의 단열팽창이 이루어
진다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 1차 확산 콘(61)을 통과한 공기의 단열 팽창비는 냉각챔버(50)의 유입구(51)의 단면[0054]
적(S1)과 1차 확산 콘(61)의 단면적(S2)의 비율에 반비례한다. 기압이 급격히 떨어진 공기의 온도 역시 단면적
에 반비례하여 떨어지게 되는 단열팽창의 원리를 이용하는 냉방장치가 되는 것이다.
유입구(51)를 통해서 냉각챔버(50) 내로 도입되는 공기는 1차 확산 콘(61)에 의해서 냉각챔버(50)의 방사상 내[0055]
면방향으로 확산된 후, 수축 콘(63)에 의해서 수렴되어 수축 콘(63)의 중앙 개구부(64)를 통해서 2차 확산 콘
(62)으로 유동하는데, 2차 확산 콘(62)의 방사상 외면 상에 나선형으로 감져져 있는 제습용 핀들(65)을 흐르고
있는 냉매를 냉각시킨다. 제습용 핀들(65)을 흐르고 있는 냉매는 냉각수 순환용 모터(M1)의 작동에 의해서 제습
장치(20)로 유동하게 된다.
한편, 제습장치(20)를 통과하면서 1차 냉각되고 열교환기(40)를 통과하면서 2차 냉각되어 냉각챔버(50) 내로 도[0056]
입되는 공기의 온도가 떨어져서 응결수가 발생할 수 있는데, 냉각챔버(50)의 하부 외측에는 이러한 응결수를 수
거하기 위한 응결수 집수부(54)가 마련되어 있고, 응결수 집수부(54)에 집수된 응결수는 응결수 배출용 모터
(M2)의 작동에 의해서 응결수 배출관(55)을 통해 지면(G) 외부로 강제 배출된다. 이것은 지하에 매설된 냉각챔
버(70)에 응결수가 맺혀서 지반을 약화시키는 것을 막기 위한 조처이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야[0057]
에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능
함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아
니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의
보호 범위는 하기 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술
적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
부호의 설명
10 : 냉각장치 12 : 흡기관[0058]
14 : 배기관 20 : 제습장치
22 : 에어필터 24 : 냉각필터
25 : 냉각수 순환파이프 30 : 사이클론
40 : 열교환기 42 : 온도동화관
43 : 내관 44 : 나선형관
45 : 외관 50 : 냉각챔버
52 : 원통형 본체 53 : 단열재
54 : 집수부 55 : 응결수 배출관
61,62 : 확산 콘 63 : 수축콘
64 : 중앙 개구부 65 : 제습용 핀들
70 : 흡기팬 G : 지면
M1,M2 : 모터
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도면
도면1
도면2
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도면3
도면4
도면5
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