JP2009530585A - 地域暖房用除湿冷房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地域暖房用除湿冷房装置を提供する。
【解決手段】ドライチャンネルとウェットチャンネルを区画する隔壁が設置され、前記ウェットチャンネルの一端に排気口が形成され、前記ウェットチャンネルの他端に外気を吸い込む外気吸気口が形成され、前記ドライチャンネルの一端に空調空間の循環空気を吸い込む循環空気吸気口が形成され、前記ドライチャンネルの他端に前記空調空間に冷却空気を供給する給気口が形成されるケースと；前記隔壁を中心に回転し、前記外気吸気口を介して前記ウェットチャンネルに流入する外気と、前記ドライチャンネルに流入する循環空気とを相互に熱交換させる顕熱交換器と；前記ウェットチャンネル内で前記顕熱交換器の後段と前記排気口との間に設置され、温水を供給されて前記ウェットチャンネルを通過する外気を高温に変化させる加熱コイル(Heating coil)と；前記加熱コイルの後段で前記隔壁を中心に回転し、ドライチャンネルの循環空気の湿気を吸着・除去し、前記ウェットチャンネルの高温外気で吸着した湿気を蒸発させて再生する除湿ホイールと；前記ドライチャンネル内で前記循環空気給気口と前記顕熱交換器との間に設置され、前記除湿ホイールにより除湿されて高温乾燥され、前記顕熱交換器によって熱交換されて冷却された前記ドライチャンネルの循環空気を冷却させ、それを前記ケースの給気口に供給する再生型蒸発式冷却器と；を含み、地域暖房温水、小規模地域暖房温水、各世帯に設置されたガスまたは油ボイラの温水を供給して冷房を行うことにより、大気圧状態で運転してサイズを減らすことができ、システムの構成を簡単にして製造コストを低減することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、地域暖房用除湿冷房装置に係り、より詳細には、地域暖房温水、小規模地域暖房温水、各世代に設置されたガスまたは油ボイラの温水を供給して冷房を行わせる地域暖房用除湿冷房装置に関する。

最近の高油価成り行きが一時的ではなく、今後も持続し、維持固着化されると見込まれており、このため、世界の主要エネルギー消費国のエネルギー資源の安定的な確保のための取り組みが一層深化している。また、地球温暖化防止のための温室効果ガス削減目標を盛り込んだ東京議定書が発効されることにより、化石エネルギーの使用制限、エネルギー効率基準などに対する国際的圧力が高まると予想されている。

２００３年、家庭／商業部門のエネルギー消費量は、年間５,５００万ＴＯＥとなり、韓国内総エネルギー消費量の２５.２％、電力量基準で４１.９％を占めると報告されている。去る４年間の家庭／商業部門のエネルギー消費量は年平均５.３％、電力消費量は年平均１２％増加し、特に電力消費量が急激に増加した。住居用建物の月別エネルギー消費の変動推移とエネルギー管理対象非住居用建物に対する標本調査結果から推定すると、住居用建物エネルギー消費の５０％、商業用建物エネルギー消費の４７％が冷暖房に使われていることがわかり、これにより建物部門のエネルギー消費のうち冷暖房にかかるエネルギー消費量が、韓国内総エネルギー消費量の１３％を占めることになる。

したがって、エネルギーの効率的利用及び国際協約の遵守による持続可能な発展のためには、家庭／商業部門の空調用エネルギー利用効率の向上が必要とされる。このような観点で、家庭／商業部門のエネルギー利用効率向上のために、集中されたエネルギー生産施設で生産された熱と電気を住居、商業地域内の多数のユーザに一括して供給する集団エネルギー事業が施行されている。集団エネルギー事業は、発電廃熱を暖房給湯熱源として用いることにより、エネルギー利用効率向上による約２０〜３０％のエネルギー削減効果、燃料使用量減少及び集中的な環境管理による約３０〜４０％の大気環境改善が達成できるものと報告されており、気候変化協約など国際的環境規制に対応できる効果的な事業であると評価されている。このような肯定的な評価の影響で、２００３年現在１２０万戸に地域暖房が供給されており、このうち８５％が熱併合発電方式により生産、供給されていて、２０１０年まで２００万戸に拡大普及する計画である。

一方、熱併合発電による電力と熱の生産割合が約３：５程度に固定されていることから、 集団エネルギー事業の効果を極大化するためには、電力負荷と熱負荷の割合をある程度適切に維持しなければならない。韓国における冬期の負荷割合は、このような条件を満たすことができるが、夏期には、電力負荷は上昇するのに対して、熱負荷はほどんどないため、地域暖房の夏期運転率が１０％以下に減少し、このため、熱併合発電の経済性が悪化し、実際に２００３年６〜９月には発電実績が全くなかった。

集団エネルギー供給設備の運転率を向上させて事業の効果を充分に活用するためには、夏期の熱需要を見つける必要があり、特に地域熱供給を用いた冷房供給技術の開発及び普及が必要である。

現在、大型建物など需要者側に吸収式冷却機を設置し、地域供給熱を熱源として中央冷房を供給する技術が一部普及している。

吸収式冷却機とは、冷媒の蒸発時の気化熱を用いて配管を流れる水を冷却させ、蒸発した冷媒を凝縮させて再利用する冷却機のことである。

しかし、このような吸収式冷却機は、性能向上のための研究／開発が進められているが、熱源温度が低いため性能向上に制限があり、８０℃以下の温度では使用できないため還水温度が高く、供給／還水間の温度差が少ないという問題点がある。

また、地域暖房のほとんどを占めるマンションなどに吸収式冷却機を用いて中央冷房を供給するためには、温水給湯配管と別途に冷水配管をさらに設ける必要があるという不具合がある。

本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、地域暖房温水、小規模地域暖房温水、各世帯に設置されたガスボイラまたは油ボイラの温水を供給して冷房を行うことにより、大気圧下で運転されてサイズを減らすことができ、システム構成を簡単にして製造コストを低減することができる地域暖房用除湿冷房装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ドライチャンネルとウェットチャンネルを区画する隔壁が設置され、前記ウェットチャンネルの一端に排気口が形成され、前記ウェットチャンネルの他端に外気を吸い込む外気吸気口が形成され、前記ドライチャンネルの一端に空調空間の循環空気を吸い込む循環空気吸気口が形成され、前記ドライチャンネルの他端に前記空調空間に冷却空気を供給する給気口が形成されるケースと；前記隔壁を中心に回転し、前記外気吸気口を介して前記ウェットチャンネルに流入する外気と、前記ドライチャンネルに流入する循環空気とを相互に熱交換させる顕熱交換器と；前記ウェットチャンネル内で前記顕熱交換器の後段と前記排気口との間に設置され、温水を供給されて前記ウェットチャンネルを通過する外気を高温に変化させる加熱コイル(Heating coil)と；前記加熱コイルの後段で前記隔壁を中心に回転し、ドライチャンネルの循環空気の湿気を吸着・除去し、前記ウェットチャンネルの高温外気で吸着した湿気を蒸発させて再生する除湿ホイールと；前記ドライチャンネル内で前記循環空気給気口と前記顕熱交換器との間に設置され、前記除湿ホイールにより除湿されて高温乾燥され、前記顕熱交換器によって熱交換されて冷却された前記ドライチャンネルの循環空気を冷却させ、それを前記ケースの給気口に供給する再生型蒸発式冷却器と；を含むことを特徴とする。

ここで、前記ドライチャンネル内で前記再生型蒸発式冷却器の前段に設置され、前記再生型蒸発式冷却器から排出される循環空気を２次冷却させる直接蒸発式冷却器をさらに備える。

ここでまた、前記ウェットチャンネルは、前記外気吸気口と顕熱交換器との間に設置され、外気に含まれた異物を除去する第１フィルターと、前記除湿ホイールと排気口との間に設置され、前記ウェットチャンネル内の外気を前記排気口を介して強制排出させる排気送風機と、をさらに備える。

ここでまた、前記ドライチャンネルは、前記循環空気吸気口と除湿ホイールとの間に設置され、循環空気に含まれた異物を除去する第２フィルターと、前記除湿ホイールと顕熱交換器との間に設置され、前記ドライチャンネル内の循環空気を前記循環空気給気口に強制供給する給気送風機と、をさらに備える。

ここでまた、前記ケースは、前記再生型蒸発式冷却器で２次冷却時に発生する高温空気を排出する冷却器用排気口が、前記ドライチャンネルにさらに形成される。

ここでまた、前記冷却器用排気口を介して排出される高温空気は、前記循環空気の３０％である。

ここでまた、前記加熱コイルには、熱併合発電所、暖房用ボイラ、マイクロタービン、小型ガスエンジン、小型ガスタービン、ガスボイラ、油ボイラよりなる群から選ばれたいずれか１種から発生した温水が供給される。

ここでまた、前記循環空気吸気口に吸い込まれる循環空気は、循環空気と外気が７０％：３０％の割合で混合される。

上記構成の本発明の地域暖房用除湿冷房装置によれば、地域暖房温水、小規模地域暖房温水、各世帯に設置されたガスまたは油ボイラの温水を供給して冷房を行うことにより、大気圧状態で運転してサイズを減らすことができ、システムの構成を簡単にして製造コストを低減することができるという利点がある。

以下、本発明による地域暖房用除湿冷房装置の構成を添付の図面を参照して詳細に説明する。

下記に本発明に関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にする可能性があると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。そして、下記に説明する用語は、本発明での機能を考慮して定義されたもので、これは、ユーザ又はオペレータの意図又は慣例などに従って変更されることができる。従って、その用語は、本明細書の全般にわたった内容に基づいて定義されるべきである。

図１は、本発明による地域暖房用除湿冷房装置の構成図である。

図１を参照すれば、本発明による地域暖房用除湿冷房装置１００は、ケース１１０と、第１フィルター１２０と、顕熱交換器１３０と、加熱コイル１４０と、除湿ホイール１５０と、排気送風機１６０と、第２フィルター１７０と、給気送風機１８０と、再生型蒸発式冷却器１９０と、直接蒸発式冷却器２００と、を備えてなる。

先ず、ケース１１０は金属材質の四角箱体状であり、前記ケース１１０には、ウェットチャンネル１１１とドライチャンネル１１５を区画する隔壁１１９が設置され、ウェットチャンネル１１１の一端に外気を排出する排気口１１２が形成され、ウェットチャンネル１１１の他端に外気を吸い込む外気吸気口１１３が形成され、ドライチャンネル１１５の一端に空調空間(conditioned space：ＣＳ)の循環空気を吸い込む循環空気吸気口１１６が形成され、ドライチャンネル１１５の他端に空調空間ＣＳの冷却空気を供給する給気口１１７が形成される。ここで、ケース１１０のドライチャンネル１１５には、後述する再生型蒸発式冷却器１９０で２次冷却時に発生する高温空気を排出する冷却器用排気口１１８がさらに形成される。ここでまた、循環空気吸気口１１６に吸い込まれる循環空気は外気は、循環空気と外気が７０％：３０％の割合で混合されて、ケース１１０内部の大気圧を維持させる。

また、第１フィルター１２０は、ケース１１０のウェットチャンネル１１１のうち外気吸気口１１３と顕熱交換器１３０との間に設置され、吸い込まれる外気に含まれた異物及び匂いを除去する。ここで、第１フィルター１２０は抗菌フィルタであり、ケース１１０に交換しやすく設置されることが好ましい。

また、顕熱交換器１３０は、隔壁１１９と同じ方向で設置された回転軸１３１によりケース１１０のウェットチャンネル１１１とドライチャンネル１１５内で回転可能にディスク状に形成され、外気吸気口１１３を介してウェットチャンネル１１１に流入する外気と、ドライチャンネル１１５に流入する循環空気とを相互に熱交換させる。ここで、顕熱交換器１３０は、後述する除湿ホイール１５０を通過しながら除湿された循環空気の温度を下げるために一次的な熱交換を行えるようにアルミニウム等の薄板をハニカム(Honeycomb)状にしたディスク状を呈し、顕熱交換器１３０を回転させる別途のモータ及びベルト（図示せず）を備える。

また、加熱コイル１４０はケース１１０のウェットチャンネル１１１内で顕熱交換器１３０の後段と排気口１１２との間に設置され、温水を供給されてウェットチャンネル１１１を通過する外気を高温に変化させる。ここで、加熱コイル１４０に供給される温水は、熱併合発電所、暖房用ボイラ(Heating Only Boiler)、マイクロタービン、小型ガスエンジン、小型ガスタービン、ガスボイラ、油ボイラよりなる群から選ばれたいずれか１種から発生した温水であり、温水の温度は６０〜１２０℃である。

一方、除湿ホイール１５０は、隔壁１１９と同じ方向に設置された回転軸１５１によりケース１１０のウェットチャンネル１１１とドライチャンネル１１５内で回転可能にディスク状に形成され、加熱コイル１４０の後段に設置され、ドライチャンネル１１５の循環空気の湿気を吸着・除去し、ウェットチャンネル１１１の高温外気で吸着した湿気を蒸発させて再生する。ここで、除湿ホイール１５０は、乾式吸着方式で循環空気中の湿気を吸着できるように、シリカゲル(silica gel)やゼオライト(zeolite)などの吸着剤をを担持したハニカム(Honeycomb)状のディスク状であり、除湿ホイール１５０を回転させる別途のモータ及びベルト（図示せず）を備える。

そして、排気送風機１６０は、ケース１１０のウェットチャンネル１１１のうち除湿ホイール１５０と排気口１１２との間に設置され、ウェットチャンネル１１１内の外気を排気口１１２を介して強制排出させる。

また、第２フィルター１７０は、ケース１１０のドライチャンネル１１５のうち循環空気吸気口１１６と除湿ホイール１５０との間に設置され、循環空気に含まれた異物及び匂いを除去する。ここで、第２フィルター１７０は、好ましくは抗菌フィルタであり、ケース１１０に交換しやすく設置される。

また、給気送風機１８０は、ケース１１０のドライチャンネル１１５のうち除湿ホイール１５０と顕熱交換器１３０との間に設置され、ドライチャンネル１１５内の循環空気を循環空気給気口１１７に強制供給させる。

一方、再生型蒸発式冷却器１９０は、ドライチャンネル１１５内で循環空気給気口１１７と顕熱交換器１３０との間に設置され、除湿ホイール１５０により除湿されて高温乾燥され、顕熱交換器１３０により熱交換されて冷却されたドライチャンネル１１５の循環空気を冷却させ、それを循環空気をケース１１０の循環空気給気口１１７に供給し、冷却時に発生する高温空気を冷却器用排気口１１８を介して排出する。ここで、冷却器用排気口１１８を介して排出される高温空気の量は循環空気の３０％である。ここでまた、再生型蒸発式冷却器１９０は、内部的に別途のドライチャンネルとウェットチャンネルの反復的な構造を有し、ドライチャンネルを通過した空気の一部をウェットチャンネルに通させ、ウェットチャンネル表面で水を蒸発させて冷却する。この際、相対的に温度の高いドライチャンネルの空気から熱を吸収することから、ドライチャンネルを通過する空気は湿度増加なしに最大の露点温度まで冷却できる。このような構成は、韓国特許登録０４０９２６５号に開示されているので、重複する説明は省略する。

そして、直接蒸発式冷却器２００は、ケース１１０のドライチャンネル１１５内で再生型蒸発式冷却器１９０の前段に設置され、再生型蒸発式冷却器１９０から供給される循環空気を２次冷却させ、ケース１１０の給気口１１７を介して空調空間ＣＳに供給する。

以下、本発明による地域暖房用除湿冷房装置の動作及び作用を図１乃至図３を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明による地域暖房用除湿冷房装置の空気流動を説明するための図であり、図３は、本発明による地域暖房用除湿冷房装置の湿り空気線図である。

先ず、ドライチャンネルの除湿冷房過程を説明すると、給気送風機１８０が動作する状態下で、高温多湿な外気と空調空間ＣＳから循環される循環空気とが混合してケース１１０の循環空気吸気口１１６に流入し、第２フィルター１７０を通過後、除湿ホイール１５０を経由中に循環空気に含まれた湿気が吸着除去される。

このとき、除湿ホイール１５０の表面から発生する吸着熱により温度が上昇した高温低湿の循環空気が顕熱交換器１３０によりウェットチャンネル１１１の外気と熱交換され、低温になった状態で再生型蒸発式冷却器１９０に投入される。

すると、再生型蒸発式冷却器１９０に投入された循環空気は、７０％が冷却されて通過され、３０％が冷却器用排気口１１８を介して排出される。

そして、再生型蒸発式冷却器１９０を通過した循環椀は、さらに直接蒸発式冷却器２００を通過しながら２次冷却され、ケース１１０の給気口117を介して空調空間ＣＳで供給される。

これに対し、ウェットチャンネルの熱交換過程を説明すると、排気送風機１６０が動作する状態下で、高温多湿な外気が外気吸気口１１３に流入し、第１フィルター１２０を通過した後、顕熱交換器１３０によりドライチャンネル１１５の循環空気と熱交換されて高温になった状態で加熱コイル１４０を通過する。

加熱コイル１４０に供給される温水により、加熱コイル１４０を通過した外気はさらに高温になり、除湿ホイール１５０に供給される。

すると、外気は、湿気を吸着含有した状態で回転する除湿ホイール１５０を通過しながら湿気を強制蒸発させ、排気口１１２を介して外部に排出される。このような過程を経て除湿ホイール１５０の表面は元の乾燥状態に再生されて再び除湿能力を有するようになる。

図２及び図３を参照すれば、本発明による地域暖房用除湿冷房装置は、循環空気（１）が流入するとき、外気（７）と混合しながら混合空気（２）の温度及び絶対湿度が上昇し、除湿ホイールを通過（（２）−＞（３）の過程）するとき、温度は上昇し、絶対湿度は下降する。

そして、顕熱交換器を通過（（３）−＞（４）の過程）しながらウェットチャンネルの外気（８）と熱交換されて温度のみが若干下降し、再生型蒸発式冷却器を通過（（４）−＞（５）の過程）しながら温度のみが急激に下降し、さらに直接蒸発式冷却器を通過（（５）−＞（６）の過程）しながら温度は若干下降し、絶対湿度は若干上昇する。

また、外気（７）が流入するとき、第１フィルターを通過（（７）−＞（８）の過程）しながら温度と絶対湿度はそのまま維持され、顕熱交換器を通過（（８）−＞（９）の過程）しながらドライチャンネルの循環空気（３）と熱交換して温度のみが若干上昇し、加熱コイルを通過（（９）−＞（１０）の過程）するときに温度は急激に上昇する。

そして、除湿ホイールを通過（（１０）−＞（１１）の過程）するとき、温度は下降し、絶対湿度は上昇する。

したがって、本発明による地域暖房用除湿冷房装置は、室内供給空気が除湿機と直接接触方式により熱及び物質伝達が行われるので、伝達効率が非常に高いという利点がり、約６０℃の低温熱源でも冷房を供給することができ、吸収式とは異なり大気圧状態で運転し、システム構成を簡単にして生産コストを大幅に低減することができる。

本発明は、地域暖房用温水を用いる公共住宅、ビルなどに除湿冷房装置を設置することにより、地域暖房用温水を冷房に利用することができる。

本発明による地域暖房用除湿冷房装置の構成図である。 本発明による地域暖房用除湿冷房装置の空気流動を説明するための図である。 本発明による地域暖房用除湿冷房装置の湿り空気線図である。

符号の説明

１１０ ケース
１２０ 第１フィルター
１３０ 顕熱交換器
１４０ 加熱コイル
１５０ 除湿ホイール
１６０ 排気送風機
１７０ 第２フィルター
１８０ 給気送風機
１９０ 再生型蒸発式冷却器
２００ 直接蒸発式冷却器

Claims (9)

1. ドライチャンネルとウェットチャンネルを区画する隔壁が設置され、前記ウェットチャンネルの一端に排気口が形成され、前記ウェットチャンネルの他端に外気を吸い込む外気吸気口が形成され、前記ドライチャンネルの一端に空調空間の循環空気を吸い込む循環空気吸気口が形成され、前記ドライチャンネルの他端に前記空調空間に冷却空気を供給する給気口が形成されるケースと；
   前記隔壁を中心に回転し、前記外気吸気口を介して前記ウェットチャンネルに流入する外気と、前記ドライチャンネルに流入する循環空気とを相互に熱交換させる顕熱交換器と；
   前記ウェットチャンネル内で前記顕熱交換器の後段と前記排気口との間に設置され、温水を供給されて前記ウェットチャンネルを通過する外気を高温に変化させる加熱コイル(Heating coil)と；
   前記加熱コイルの後段で前記隔壁を中心に回転し、ドライチャンネルの循環空気の湿気を吸着・除去し、前記ウェットチャンネルの高温外気で吸着した湿気を蒸発させて再生する除湿ホイールと；
   前記ドライチャンネル内で前記循環空気給気口と前記顕熱交換器との間に設置され、前記除湿ホイールにより除湿されて高温乾燥され、前記顕熱交換器によって熱交換されて冷却された前記ドライチャンネルの循環空気を冷却させ、それを前記ケースの給気口に供給する再生型蒸発式冷却器と；を含むことを特徴とする地域暖房用除湿冷房装置。
2. 前記ドライチャンネル内で前記再生型蒸発式冷却器の前段に設置され、前記再生型蒸発式冷却器から排出される循環空気を２次冷却させる直接蒸発式冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の地域暖房用除湿冷房装置。
3. 前記ウェットチャンネルは、
   前記外気吸気口と顕熱交換器との間に設置され、外気に含まれた異物を除去する第１フィルターと、
   前記除湿ホイールと排気口との間に設置され、前記ウェットチャンネル内の外気を前記排気口を介して強制排出させる排気送風機と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の地域暖房用除湿冷房装置。
4. 前記ドライチャンネルは、
   前記循環空気吸気口と除湿ホイールとの間に設置され、循環空気に含まれた異物を除去する第２フィルターと、
   前記除湿ホイールと顕熱交換器との間に設置され、前記ドライチャンネル内の循環空気を前記循環空気給気口に強制供給する給気送風機と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の地域暖房用除湿冷房装置。
5. 前記ケースは、
   前記再生型蒸発式冷却器で２次冷却時に発生する高温空気を排出する冷却器用排気口が、前記ドライチャンネルにさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載のことを特徴とする地域暖房用除湿冷房装置。
6. 前記冷却器用排気口を介して排出される高温空気は、
   前記循環空気の３０％であることを特徴とする請求項５に記載の地域暖房用除湿冷房装置。
7. 前記加熱コイルには、
   熱併合発電所、暖房用ボイラ、マイクロタービン、小型ガスエンジン、小型ガスタービン、ガスボイラ、油ボイラよりなる群から選ばれたいずれか１種から発生した温水が供給されることを特徴とする請求項１に記載の地域暖房用除湿冷房装置。
8. 前記循環空気吸気口に吸い込まれる循環空気は、
   外気が所定の割合で混合することを特徴とする請求項１に記載の地域暖房用除湿冷房装置。
9. 前記所定の割合は、
   循環空気と外気が７０％：３０％の割合であることを特徴とする請求項８に記載の地域暖房用除湿冷房装置。

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