KR100237190B1 - Heating and cooling system using natural energy - Google Patents

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이병기
이은택
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김헌출
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Abstract

본 발명은 자연에너지인 태양열 및 지하수열 등을 이용한 냉난방 시스템에관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡수성이 매우 강한 염화리듐(LICL)액체흡수제의 제습,재생의 원리를 이용하여 하절기 냉방의 경우 고농도저온흡수제로 실내습도 및 기온을 낮추어 냉방부하를 줄이며, 동절기 난방의 경우는 저농도고온흡수제를 이용하여 실내공기를 가습,가열되도록 한 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system using natural solar energy and groundwater heat, and more specifically, a high concentration low temperature absorbent in the case of summer cooling by using the principle of dehumidification and regeneration of a very absorbent lithium chloride (LICL) liquid absorbent. It is to reduce the cooling load by lowering the indoor humidity and air temperature, and in the case of winter heating, it relates to a cooling and heating system using natural energy to humidify and heat indoor air by using a low concentration and high temperature absorbent.

본 발명의 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템은, 하절기의 경우 태양열로 냉,온열매체인 액체흡수제의 수분을 증발시켜 농도를 높이며, 동절기의 경우 집열판으로 이용하여 고온의 액체흡수제를 이용가능하도록 하는 재생기(10); 하절기의 경우 상기 재생기(10)로부터 저장된 고농도의 액체흡수제를 지하수 및 시수를 이용하여 온도를 낮추며 전열교환기를 통해 실내공기를 제습,냉각한 후 다시 저장하며,동절기의 경우 상기 재생기(10)로부터 고온의 액체흡수제를 심야전력 등을 이용하여 적정온도를 유지시키며 보급수로 액체흡수제의 농도를 낮추어 저장하는 축건조탱크(20); 하절기의 경우 상기 축건조탱크(20)에 저장된 고농도 저온 액체흡수제를 이용하여 실내공기를 제습,냉각시키고, 동절기의 경우 저농도 고온 액체흡수제를 이용하여 실내공기를 가습,가열시키는 전열교환기(30); 동절기 심야전력을 이용하여 가열,저장한 후 상기 축건조탱크(20)의 보조열원으로 이용하는 급탕동시 이용이 가능한 온수축열탱크(40); 상기 재생기(10)와 축건조탱크(20) 사이에 설치되는 열교환기(50); 그리고 상기 재생기(10), 축건조탱크(20), 전열교환기(30), 온수축열탱크(40) 및 열교환기(50)를 서로 연결시키는 배관, 펌프(P1~P4) 및 밸브(V1)로 이루진 것을 특징으로 한다.The heating and cooling system using the natural energy of the present invention, in the summer, the solar evaporator to increase the concentration by evaporating the moisture of the liquid absorber, a cold, heat medium to the heat, in the case of winter, the regenerator to use a high temperature liquid absorber by using a heat collecting plate ( 10); In the case of summer, the high concentration of the liquid absorbent stored from the regenerator 10 is lowered by using ground water and time water, dehumidified, cooled by indoor heat exchanger, and stored again, and in the case of winter, the high temperature from the regenerator 10 A storage tank for maintaining a proper temperature by using a liquid absorbent of the late night power and the like and storing the liquid absorbent by lowering the concentration of the liquid absorbent; In the summer season, the indoor air is dehumidified and cooled by using the high concentration low temperature liquid absorbent stored in the drying tank 20, and in the winter season, the heat exchanger 30 humidifies and heats the indoor air using the low concentration high temperature liquid absorbent; Hot water storage tank 40 that can be used during the hot water heating using the winter heat and midnight power as an auxiliary heat source of the storage tank drying 20; A heat exchanger (50) installed between the regenerator (10) and the condensation drying tank (20); And to the pipe, pump (P1 ~ P4) and the valve (V1) connecting the regenerator 10, the building drying tank 20, the total heat exchanger (30), the hot water storage tank (40) and the heat exchanger (50) to each other. Characterized in that made.

Description

자연에너지를 이용한 냉난방 시스템Heating and cooling system using natural energy

본 발명은 자연에너지인 태양열 및 지하수열 등을 이용한 냉난방 시스템에관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉,온열매체인 흡수성이 매우 강한 염화리듐(LICL)액체흡수제의 제습,재생의 원리를 이용하여 하절기 냉방의 경우 고농도저온흡수제로 실내습도 및 기온을 낮추어 냉방부하를 줄이며, 동절기 난방의 경우는 저농도고온흡수제를 이용하여 실내공기를 가습,가열되도록 한 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system using natural solar energy and groundwater heat, and more specifically, to cooling the summer season by using the principle of dehumidification and regeneration of a very absorbent lithium chloride (LICL) liquid absorbent which is a cold and hot medium. In the case of a high concentration low temperature absorber to reduce the cooling load by lowering the indoor humidity and temperature, the winter heating is a cooling and heating system using natural energy to humidify, heat the indoor air using a low concentration high temperature absorber.

최근 다양한 공조시스템의 개발로 실내환경개선 및 에너지절약형 냉난방이 가능하게 되어 거주환경의 질적인 향상을 가져왔다.Recently, the development of various air-conditioning systems enabled the improvement of indoor environment and energy-saving cooling and heating, resulting in the improvement of living environment.

그러나 이러한 공조시스템의 대부분은 전기 및 화석에너지를 구동열원으로 사용하고 있으며, 기계적 공조장치의 한계성으로 인하여 막대한 에너지를 소모하므로 이로 인한 에너지고갈 및 환경파괴는 그 심각성을 더해주고 있다.However, most of these air conditioning systems use electricity and fossil energy as the driving heat source, and due to the limitations of mechanical air conditioning equipment, it consumes enormous energy, thereby depleting energy and destroying the environment.

또한 기존 공조시스템의 경우 온도제어는 쉬으나 온,습도를 동시에 제어할 경우 조절의 어려움 및 하절기에는 난방제습 후 냉각하는 에너지의 이중소비 등 많은 문제점을 가지고 있다.In addition, in the existing air conditioning system, temperature control is easy, but when controlling temperature and humidity at the same time, there are many problems such as difficulty in controlling and double consumption of energy cooled after heating and dehumidification in summer.

또한 온도제어에 의한 냉방은 인체의 건강적 측면에서 냉기류의 불쾌감 및 냉방병의 초래로 인하여 바람직하지 않으므로, 재실자의 쾌적성 및 건강성을 증대시키며 에너지절약 및 환경보존에도 크게 기여할 수 있는 온,습도 동시제어가 용이한 냉난방시스템이 요구된다.In addition, cooling by temperature control is undesirable in terms of health of the human body due to the unpleasantness of cold air and the cause of cooling disease. Therefore, the temperature and humidity can be increased at the same time, which increases the comfort and health of the occupants and can greatly contribute to energy conservation and environmental conservation. There is a need for an easy heating and cooling system.

지구환경보호 측면에서도 오존층파괴의 주 원인이 되는 프레온 냉매사용의 규제나 이산화탄소 방출기준강화 등 환경관련규제들이 점차 강화되고 있어 자연에너지를 이용한 냉난방시스템 개발이 시급한 실정이다.In terms of global environmental protection, environmental regulations such as the use of Freon refrigerants, which are the main causes of ozone layer destruction, and the strengthening of carbon dioxide emission standards are being tightened. Therefore, it is urgent to develop heating and cooling systems using natural energy.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양열 및 지하수 등의 자연에너지를 이용하므로써 냉난방 부하를 줄일 수 있어 공조기용량을 경량화시켜 에너지절감을 가져오며, 부하변동에 따른 최적운전이 가능하며, 대기중에 오염물질 방출의 최소화 및 프레온냉매를 사용하지 않음으로써서의 오존층파괴를 방지하며, 인체에 무해하며 소독 및 살균성능이 있어 재실자에 건강한 공조환경을 제공하며, 또한 실내환경을 위한 공조용은 물론 대단위 지하공간 및 냉기류에 민감한 유아,노인이용시설 등의 제습냉방에 적합하며, 태양열 이외에 지역특성에 따라 건물의 폐열 등의 재활용에너지를 열원으로 이용하는 각종 시스템으로 적용이 가능하게 되는 등의 다양한 적용성을 갖게 되며, 나아가 시스템의 단순화로 초기 투자비 및 운전비를 대폭 절감시키며 건물의 하중,소음,진동 등에 적극 대응되도록 한 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention is to reduce the heating and cooling load by using natural energy, such as solar heat and groundwater, resulting in energy saving by reducing the air conditioning capacity, load It is possible to operate optimally according to the fluctuation, minimize the emission of pollutants in the air and prevent the destruction of ozone layer by not using freon refrigerant, and it is harmless to the human body and has a disinfection and sterilization function to provide a healthy air-conditioning environment for the occupants. In addition, it is suitable for air-conditioning for indoor environment as well as for dehumidification cooling of infants and elderly facilities that are sensitive to large underground spaces and cold air flows.It is also a system that uses recycled energy such as waste heat of buildings according to local characteristics as well as solar heat. It has various applicability, such as being able to apply, and furthermore, Significantly reducing the initial cost and operating cost to purify sikimyeo to provide a heating and cooling system using the natural energy to actively correspond to a load of the building, noise and vibration.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템은, 냉,온매체로 흡수성이 매우 강한 염화리듐(LICL)액체흡수제의 제습,재생의 원리를 이용하여 하절기 냉방의 경우 고농도 저온흡수제로 실내습도 및 기온을 낮추어 냉방부하를 줄이고 이때 발생한 저농도 고온흡수제를 태양열에 의한 재생기로 고농도로 증발 재생시킨 후 지하수 또는 시수를 이용 냉각하여 재순환 사용하며, 동절기 난방의 경우는 저농도 고온흡수제를 이용하여 실내공기를 가습,가열시키고 이때 발생한 고농도 저온흡수제를 태양열로 가열하고 보급수를 이용 저농도화 시킨 후 재순환 사용하여 난방부하를 줄이게 하는 것을 특징으로 한다.Cooling and heating system using the natural energy of the present invention for achieving the above object is a high concentration cold absorber in the case of summer cooling by using the principle of dehumidification, regeneration of lithium chloride (LICL) liquid absorbent which is very absorbent as a cold, warm medium. Cooling load is reduced by reducing indoor humidity and air temperature. The low concentration high temperature absorbent generated at this time is evaporated and regenerated to high concentration with solar heat regenerator, and then cooled by using ground water or water water, and recycled.In the case of winter heating, the low concentration high temperature absorbent is used indoors. The air is humidified and heated, and the high concentration cold absorbent generated at this time is heated by solar heat, and the concentration is reduced by using replenishment water, and then recycled to reduce heating load.

또한 이러한 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템은 재생기, 축건조탱크, 전열교환기로 이루어지며 하절기 및 동절기에 따라 각 구성기기의 작동기능이 바뀌도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, the air-conditioning system using the natural energy is composed of a regenerator, a building drying tank, a heat exchanger, characterized in that the operation function of each component is changed according to the summer and winter.

즉 하절기 냉방의 경우 재생기에서 태양열로 액체흡수제의 수분을 증발시켜 농도를 높이고 축건조탱크에 저장하며 지하수 및 시수를 이용하여 액체흡수제의 온도를 낮추며 전열교환기를 통해 실내공기를 제습냉각한 후 축건조탱크에 저장, 재생하게 하며, 한편 동절기 난방의 경우 재생기를 집열판으로 이용하며 고온의 액체흡수제를 축열탱크에 저장하며 보조열원으로는 심야전력 등을 이용하여 적정온도를 유지시키며 보급수로 액체흡수제의 농도를 낮추어 전열교환기를 통해 실내공기를 가습,가열한 후 축열탱크에 저장 재가열하여 사용하는 것을 특징으로 한다.In other words, in the case of summer cooling, the regenerator evaporates the moisture of the liquid absorbent by solar heat, increases the concentration, stores it in the drying tank, lowers the temperature of the liquid absorbent by using the ground water and water, and dehumidifies and cools the room air through a heat exchanger. In the case of winter heating, the regenerator is used as a heat collecting plate, and the high temperature liquid absorbent is stored in the heat storage tank. The auxiliary heat source is maintained at a proper temperature by using midnight electric power. After lowering the concentration, the room air is humidified and heated through the total heat exchanger, and is then used by reheating the storage in the heat storage tank.

도 1은 본 발명에 따른 자연에너지이용 공조시스템의 기본개요도,1 is a basic overview of the air conditioning system using natural energy according to the present invention,

도 2는 본 발명 시스템의 냉난방 원리를 나타낸 전체적인 구성도,2 is an overall configuration diagram showing the principle of heating and cooling of the present invention system,

도 3은 본 발명의 하절기 시스템을 설명하기 위한 구성도,3 is a configuration diagram for explaining the summer system of the present invention,

도 4는 본 발명의 동절기 시스템을 설명하기 위한 구성도,4 is a configuration diagram for explaining a winter system of the present invention;

도 5는 본 발명 재생기의 풍속변화에 따른 시각별 재생량을 나타낸 그래프,5 is a graph showing the playback amount by time according to the wind speed change of the present invention,

도 6은 본 발명 전열교환기의 흡수포텐셜과 제습량의 관계를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the relationship between the absorption potential and the amount of dehumidification of the total heat exchanger of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

10: 재생기20: 축건조탱크10: regenerator 20: building drying tank

30: 전열교환기40: 온수축열탱크30: heat exchanger 40: hot water storage tank

50: 열교환기P1~P4: 펌프50: heat exchanger P1 ~ P4: pump

V1: 밸브V1: valve

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상술하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 자연에너지이용 공조시스템의 기본개요도이고, 도 2는 본 발명 시스템의 냉난방 원리를 나타낸 전체적인 구성도이며, 도 3은 본 발명의 하절기 시스템을 설명하기 위한 구성도이며, 도 4는 본 발명의 동절기 시스템을 설명하기 위한 구성도이며, 도 5는 본 발명 재생기의 풍속변화에 따른 시각별 재생량을 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명 전열교환기의 흡수포텐셜과 제습량의 관계를 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a basic schematic diagram of the air conditioning system using natural energy according to the present invention, Figure 2 is a general configuration diagram showing the cooling and heating principle of the system of the present invention, Figure 3 is a configuration diagram for explaining the summer system of the present invention, Figure 4 is a configuration diagram for explaining the winter system of the present invention, Figure 5 is a graph showing the regeneration amount by time according to the wind speed change of the regenerator of the present invention, Figure 6 is the relationship between the absorption potential and the dehumidification amount of the total heat exchanger of the present invention Is a graph.

도시된 바와 같이 본 발명의 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템은 재생기(10), 축건조탱크(20), 전열교환기(30), 온수축열탱크(40), 열교환기(50)를 포함하며, 이들을 연결하는 배관과 밸브(V1) 및 펌프(P1~P4)를 더 포함한다.As shown, the heating and cooling system using the natural energy of the present invention includes a regenerator 10, a building tank 20, a total heat exchanger 30, a hot water storage tank 40, a heat exchanger 50, connecting them The pipe further includes a valve (V1) and the pump (P1 ~ P4).

상기 재생기(10)는 옥상 등의 건물 외부에 설치되고 축건조탱크(20) 및 축열탱크(40)와 연결되어 하절기의 경우 태양열로 액체흡수제(염화리듐 LiCL)의 수분을 증발시켜 농도를 높여 축건조탱크(20)에 저장하고, 동절기의 경우 집열판으로 이용하여 고온의 액체흡수제를 축열탱크(40)에 저장되도록 한다.The regenerator 10 is installed outside the building such as a rooftop and connected to the storage drying tank 20 and the heat storage tank 40 to increase the concentration by evaporating the moisture of the liquid absorbent (lidium chloride LiCL) with solar heat in summer. Storage in the drying tank 20, in the case of winter to use a heat collecting plate to store a high temperature liquid absorbent in the heat storage tank (40).

축건조탱크(20)는 하절기의 경우 재생기(10)로부터 저장된 고농도의 액체흡수제를 지하수 및 시수를 이용하여 온도를 낮추며 전열교환기(30)를 통해 실내공기를 제습,냉각한 후 축건조탱크(20)에 다시 저장,재생하여 사용되게 하고, 동절기의 경우 재생기(10)로부터 저장된 고온의 액체흡수제 농도를 보급수로 낮추어 전열교환기(30)를 통해 실내공기를 가습,가열시킨 후 축건조탱크(20)에 다시 저장,재생하여 사용되게 한다.The building drying tank 20 reduces the temperature of the high concentration of the liquid absorbent stored from the regenerator 10 by using the ground water and the time water in summer, and dehumidifies and cools the indoor air through the heat exchanger 30 and then the building drying tank 20. ) To be used again by storing and regenerating, and in the case of winter, the concentration of the high temperature liquid absorbent stored from the regenerator 10 is reduced to the replenishment water to humidify and heat the indoor air through the heat exchanger 30, and then the building drying tank (20). ) To save and play back.

전열교환기(30)는 하절기의 경우 상기 축건조탱크(20)에 저장된 고농도 저온 액체흡수제를 이용하여 실내공기를 제습,냉각시키고, 동절기의 경우 저농도 고온 액체흡수제를 이용하여 실내공기를 가습,가열시킨다.The total heat exchanger (30) dehumidifies and cools the indoor air using a high concentration low temperature liquid absorbent stored in the storage drying tank (20) in the summer season, and in the winter season, humidifies and heats the indoor air using a low concentration high temperature liquid absorbent. .

온수축열탱크(40)는 동절기의 경우 심야전력 등을 이용하여 적정온도를 유지시키며 축건조탱크(20)와 열교환을 통해 축건조탱크(20)의 액체흡수제 온도를 높인다.The hot water heat storage tank 40 maintains a proper temperature by using a late night electric power in the case of winter, and increases the liquid absorbent temperature of the heat storage drying tank 20 through heat exchange with the heat storage drying tank 20.

이하 하절기에 있어서의 본 발명 시스템의 작용을 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the system of the present invention in the summer will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.

펌프(P2)를 운전하게 되면 축건조탱크(20)내의 액체흡수제(LiCL)의 순환이 개시된다.When the pump P2 is driven, the circulation of the liquid absorbent LiCL in the drying tank 20 is started.

이때의 액체흡수제는 그 농도가 약 20%이고 그 온도가 약 35℃인 저농도 고온 액체흡수제이다.At this time, the liquid absorbent is a low concentration hot liquid absorbent whose concentration is about 20% and the temperature is about 35 ° C.

이러한 저농도 고온의 액체흡수제는 배관을 따라 재생기(10)에 이송되어져 태양열에 의해 가열,건조된다.This low concentration liquid absorbent of high temperature is transferred to the regenerator 10 along the pipe is heated and dried by solar heat.

이때 재생기(10) 1㎡의 재생량은 쾌청한 날(일사량 약800w)에 약 1kg/㎡로서 가정용 에어콘 1대이상의 제습효과가 있다.At this time, the regeneration amount of 1 m 2 of regenerator 10 is about 1 kg / m 2 on a clean day (insolation amount of about 800 watts), which has a dehumidifying effect of at least one home air conditioner.

즉 태양열에 의해 수분을 증발시켜 그 농도를 높이게 되고 다시 배관을 따라 이송되어 축건조탱크(20)에 저장되는데 그 과정에서 펌프(P3)가 운전되어 지하수 또는 시수에 의해 고농도의 액체흡수제는 저온으로 낮아져 저장된다.That is, the moisture is evaporated by solar heat to increase its concentration, and then transported along the pipe and stored in the drying tank 20. In the process, the pump P3 is operated so that a high concentration of the liquid absorbent is lowered by groundwater or water. Stored lower.

이러한 고농도 저온의 냉매인 액체흡수제는 펌프(P1)의 운전에 의해 배관을 따라 전열교환기(30)를 통하게 되고 상기 전열교환기(30)를 통해 실내공기를 제습,냉각시키게 된다.The liquid absorbent, which is a refrigerant having a high concentration and low temperature, passes through the heat exchanger 30 along the pipe by the operation of the pump P1 and dehumidifies and cools the indoor air through the heat exchanger 30.

이때의 액체흡수제는 그 농도가 약 30%와 그 온도가 약 15℃인 고농도 저온 액체흡수제의 상태이다.At this time, the liquid absorbent is in a state of high concentration low temperature liquid absorbent whose concentration is about 30% and its temperature is about 15 ° C.

고농도 저온 액체흡수제는 저온의 건공기를 실내에 공급하고 실내의 고온 습공기가 회수하는 작용을 하게 되며, 이후 액체흡수제는 다시 축건조탱크(20)에 저장,재생사용이 가능한 상태에 놓이게 된다.The high concentration low temperature liquid absorbent is to supply the low-temperature dry air to the room and the high temperature humid air of the room to recover, after which the liquid absorbent is placed in the storage, regeneration and use of the drying tank (20) again.

즉 상기한 냉방순환작용을 연속적으로 행하게 된다.In other words, the above-mentioned cooling circulation is continuously performed.

한편 동절기에 있어서의 본 발명 시스템의 작용을 도 2 및 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Meanwhile, the operation of the present invention system in winter will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 4.

펌프(P2)를 운전하게 되면 축건조탱크(20)내의 액체흡수제(LiCL)의 순환이 개시된다.When the pump P2 is driven, the circulation of the liquid absorbent LiCL in the drying tank 20 is started.

이때의 액체흡수제는 그 농도가 약 30%이고 그 온도가 약 20℃인 고농도 저온 액체흡수제이다.At this time, the liquid absorbent is a high concentration low temperature liquid absorbent having a concentration of about 30% and a temperature of about 20 ° C.

이러한 고농도 저온의 액체흡수제는 배관을 따라 재생기(10)에 이송되어져 태양열에 의해 가열되고 가열된 고온의 액체흡수제는 축건조탱크(20)에 저장된다.The high concentration low temperature liquid absorbent is transferred to the regenerator 10 along the pipe, heated by solar heat, and the heated high temperature liquid absorbent is stored in the drying tank 20.

즉 이때의 재생기(10)는 태양열의 집열판으로 이용되는 것이다.That is, the regenerator 10 at this time is used as a solar heat collecting plate.

온수축열탱크(40)에는 심야전력 등의 보조열원이 장치되어 있어 펌프(P4)를 운전하게 되면 축건조탱크(20)와 열교환이 이루어져 축건조탱크(20)에 저장된 액체흡수제는 보다 더 고온화된다.The hot water heat storage tank 40 is equipped with an auxiliary heat source such as a late-night electric power, and when the pump P4 is operated, heat exchange with the heat drying tank 20 is performed, whereby the liquid absorbent stored in the heat drying tank 20 becomes higher. .

축건조탱크(20)내의 고온화된 액체흡수제는 밸브(V1)의 개방에 의해 지하수 또는 시수 등의 보급수에 의해 액체흡수제를 저농도화시킨다.The high temperature liquid absorbent in the condensation drying tank 20 makes the liquid absorbent low in concentration by replenishment water such as groundwater or time water by opening the valve V1.

이러한 저농도 고온냉매인 액체흡수제는 펌프(P1)의 운전에 의해 전열교환기(30)를 통해 순환되어져 이제는 실내공기를 가습,가열하게 된다.The liquid absorbent, which is a low concentration high temperature refrigerant, is circulated through the total heat exchanger 30 by the operation of the pump P1, and now humidifies and heats the indoor air.

이때의 액체흡수제는 그 농도가 약 20%와 그 온도가 약 40℃인 저농도 고온 액체흡수제의 상태이다.At this time, the liquid absorbent is in a state of low concentration high temperature liquid absorbent having a concentration of about 20% and a temperature of about 40 ° C.

저농도 고온 액체흡수제는 고온의 습공기를 실내에 공급하고 실내의 저온 건공기가 회수하는 작용을 하게 되며, 이후 상기 액체흡수제는 다시 축건조탱크(20)에 저장,재가열사용이 가능한 상태에 놓이게 된다.The low concentration high temperature liquid absorber serves to supply the high temperature humid air to the room and recovers the low temperature dry air in the room. After that, the liquid absorbent is stored in the axial drying tank 20 again and placed in a state capable of reheating.

즉 상기한 난방순환작용을 연속적으로 행하게 된다.In other words, the heating circulation operation described above is performed continuously.

그런데 본 발명에 이용되는 액체흡수제인 염화리듐(LiCL)은 증기압이 낮고 흡수성이 뛰어나 물에 잘 녹으며 상온에서 재생이 가능하며 또한 화학적으로 안정되어 있으며 인체에 전혀 해가 없으며 살균 및 소독효과가 있는 등의 특성이 있는 반면 부식성이 강하므로 시스템 제작실험시 대체소재 개발을 병행하여 실시하였다.However, the liquid absorbent lithium chloride (LiCL) used in the present invention has a low vapor pressure and excellent absorbency, solubility in water, regeneration at room temperature, chemically stable, harmless to the human body, and sterilizing and disinfecting. On the other hand, the development of alternative materials was carried out at the same time as the system fabrication experiment.

또한 이러한 액체흡수제를 이용하는 흡수식 제습방식은 실리카겔 등을 이용하는 고체 흡착식에 비해 재생이 매우 유리하나 액체가 갖는 특수성으로 재생 및 흡수효율을 정량화하기 어려우므로 시스템개발에 앞서 기초실험 및 시뮬레이션을 통하여 각 실험요소가 시스템효율에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.In addition, the absorption type dehumidification method using the liquid absorbent is more advantageous than the solid absorption type using silica gel, but it is difficult to quantify the regeneration and absorption efficiency due to the specificity of the liquid. The effect of the system on the system efficiency was examined.

특히 시스템 구성기기중 재생기(10) 및 전열교환기(30)의 하절기 기초실험 조건 및 결과를 설명하면 다음과 같다.In particular, the summer experimental conditions and results of the regenerator 10 and the total heat exchanger 30 among the system components are described as follows.

먼저 재생기(10)의 측정실험 결과를 도 5에 의거 설명한다.First, the measurement experiment results of the regenerator 10 will be described based on FIG. 5.

재생효율에 영향을 미치는 요소로는 풍속, 유량, 일사량, 유입공기의 온,습도 등이며, 재생기(10)의 재생면 조건 즉, 경사각과 액체흡수제의 편류현상 등은 재생량을 크게 좌우하므로 재생면의 최적구조 선정을 위해 여러형태의 재생면을 제작하여 경사각별로 측정실험을 하였다.Factors affecting the regeneration efficiency are wind speed, flow rate, insolation amount, temperature and humidity of the inlet air, and the regeneration surface conditions of the regenerator 10, that is, the inclination angle and the drift phenomenon of the liquid absorbent greatly influence the regeneration amount. In order to select the optimum structure of the surface, various types of regenerated surfaces were fabricated and measured for each inclination angle.

실험조건으로는 액체흡수제를 일정유량(450kg/h)으로 하여 풍속변화(1.1m/s, 0.8m/s, 0.6m/s)에 따른 시각별 재생량을 측정비교하였다.As the experimental conditions, the liquid absorbent was measured at a constant flow rate (450kg / h), and the amount of regeneration by time according to the wind speed change (1.1m / s, 0.8m / s, 0.6m / s) was measured and compared.

하절기 재생기(10)의 측정실험 결과는 도 5에서와 같이 쾌청한 날(일사량 800w/㎡)의 재생량은 풍속에 따라 다르나 최적조건시 약 1kg/㎡이상 재생됨을 알 수 있다.Measurement results of the summer regenerator 10, as shown in Figure 5 can be seen that the regeneration amount of the clear day (insolation amount 800w / ㎡) is depending on the wind speed, but is reproduced more than about 1kg / ㎡ at the optimum conditions.

한편 전열교환기(30)의 측정실험 결과를 도 6에 의거 설명한다.On the other hand, the measurement experiment results of the total heat exchanger (30) will be described based on FIG.

전열교환기(30) 내부에 액체흡수제와 공기의 접촉면적을 늘리기 위해 충진제로서 래싱링(rashing ring)을 사용하여 제습효율을 높였다.In order to increase the contact area of the liquid absorbent and air in the heat exchanger (30), the dehumidification efficiency was increased by using a lashing ring as a filler.

액체흡수제는 상부에서 하부로, 공기는 하부에서 상부로 서로 교차하며 제습,냉각되도록 하여 측정실험을 하였다.The liquid absorbents were measured from the top to the bottom and air from the bottom to the top to be dehumidified and cooled.

실험조건으로는 염화리듐의 초기농도를 약 38wt.%로 하였으며, 공기의 상대습도는 약 90%로 유지하면서 유량 및 풍량을 변화시켜 제습량을 측정하였다.As the experimental conditions, the initial concentration of lithium chloride was about 38wt.%, And the dehumidification amount was measured by changing the flow rate and air volume while maintaining the relative humidity of air at about 90%.

하절기 전열교환기(30)의 실험결과로서 액체흡수제 및 습공기의 초기상태를 고려한 흡수포텐셜과 제습량의 상관관계를 도 6에 나타냈다.6 shows the correlation between the absorption potential and the amount of dehumidification considering the initial state of the liquid absorbent and the wet air as the experimental results of the summer heat exchanger 30.

여기서 흡수포텐셜(Q/L×(Xai-Xli)과 제습량과의 상관관계는 r²=0.85로서 양호한 결과를 얻을 수 있었다.Here, the correlation between the absorption potential (Q / L × (Xai-Xli) and the amount of dehumidification was r 2 = 0.85, and a good result was obtained.

즉 흡수포텐셜로서 ±15%오차 이내의 제습량을 예측할 수 있다.In other words, it is possible to predict the dehumidification amount within the ± 15% error as the absorption potential.

여기서 Q=풍량(kg/h), L=액체흡수제의 유량(kg/h), Xai=인입공기의 절대습도(g/kg), Xli=인입흡수제의 절대습도(용액접촉면이 평향상태에 달한 경우 공기의 절대습도: g/kg)이다.Where Q = air volume (kg / h), L = flow rate of liquid absorbent (kg / h), Xai = absolute humidity of inlet air (g / kg), Xli = absolute humidity of inlet absorber (solution contact surface reaches Absolute humidity of the air: g / kg).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템은, 태양열 및 지하수 등의 자연에너지를 이용하며 냉,온매체로 흡수성이 매우 강한 염화리듐(LICL)액체흡수제의 제습,재생의 원리를 이용하며, 하절기 냉방의 경우 고농도 저온흡수제로 실내습도 및 기온을 낮추어 냉방부하를 줄이고 이때 발생한 저농도 고온흡수제를 태양열에 의한 재생기로 고농도로 증발 재생시킨 후 지하수 또는 시수를 이용 냉각하여 재순환 사용하며, 동절기 난방의 경우는 저농도고온흡수제를 이용하여 실내공기를 가습,가열시키고 이때 발생한 고농도 저온흡수제를 태양열로 가열하고 보급수를 이용 저농도화 시킨 후 재순환 사용하여 난방부하를 줄이게 되는 특징을 갖게 되고, 이러한 특징에 의해 태양열 및 지하수 등의 자연에너지를 이용하므로써 냉난방 부하를 줄일 수 있어 공조기용량을 경량화시켜 에너지절감을 가져오며, 염화리듐 수용액의 용량조절로 부하변동에 폭넓게 대응 가능하여 부하변동에 따른 최적운전이 가능하며, 대기중에 오염물질 방출의 최소화 및 프레온냉매를 사용하지 않음으로써서의 오존층파괴를 방지하며, 인체에 무해하며 소독 및 살균성능이 있어 재실자에 건강한 공조환경을 제공하며, 또한 실내환경을 위한 공조용은 물론 대단위 지하공간 및 냉기류에 민감한 유아,노인이용시설 등의 제습냉방에 적합하며, 태양열 이외에 지역특성에 따라 건물의 폐열 등의 재활용에너지를 열원으로 이용하는 각종 시스템으로 적용이 가능하게 되는 등의 다양한 적용성을 갖게 되며, 나아가 시스템의 단순화로 초기 투자비 및 운전비를 대폭 절감시키며 건물의 하중,소음,진동 등에 적극 대응되는 등의 효과와 함께 하나의 시스템으로 하절기 및 동절기에 따라 각 구성기기의 작동기능이 바뀌도록 하는 것이 가능하게 되는 효과가 있다.As described above, the air-conditioning system using the natural energy of the present invention uses natural energy such as solar heat and groundwater, and uses the principle of dehumidification and regeneration of a lithium chloride (LICL) liquid absorbent which is extremely absorbent as a cold or warm medium. In the case of summer cooling, the indoor humidity and air temperature are reduced with a high concentration low temperature absorber to reduce the cooling load, and the low concentration high temperature absorbent generated at this time is evaporated and regenerated by a solar regenerator at high concentration, and then cooled by using ground water or time water. In the case of using a low concentration high temperature absorbent, the indoor air is humidified and heated, and the high concentration low temperature absorbent generated at this time is heated by solar heat, and the concentration is reduced by using replenishment water, and then recycled to reduce the heating load. By using natural energy such as solar heat and groundwater The heating load can be reduced to reduce the air conditioning capacity, resulting in energy savings, and by adjusting the capacity of the aqueous lithium chloride solution, it can cope with load fluctuations optimally, enabling optimum operation according to load fluctuations, minimizing the emission of pollutants in the air and freon It prevents the destruction of ozone layer by not using refrigerant, and it is harmless to human body and has disinfection and sterilization ability to provide healthy air-conditioning environment for the in-patients, and also for infants who are sensitive to large underground space and cold air as well as for indoor environment It is suitable for dehumidification cooling of elderly facilities, and it can be applied to various systems that use recycled energy such as waste heat of buildings as a heat source according to local characteristics in addition to solar heat, and further simplify the system. Significantly reduce initial investment and operating costs, and increase the load, noise, vibration A polar effect which makes it possible to operate so that the function is changed in accordance with the summer and the winter in a single system with the effect such as the corresponding configuration of each device.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허 청구범위에 속한다 할 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations can be made within the spirit and scope of the invention, and such variations or modifications will belong to the appended claims. .

Claims (3)

하절기의 경우 태양열로 냉,온열매체인 액체흡수제의 수분을 증발시켜 농도를 높여 축건조탱크에 저장하고, 동절기의 경우 집열판으로 이용하여 고온의 액체흡수제를 축열탱크에 저장하는 재생기(10);In the summer, the regenerator 10 stores the high temperature liquid absorber in the heat storage tank by evaporating the moisture of the liquid absorbent, which is a cold and thermal medium by solar heat, increasing the concentration, and storing the high temperature liquid absorbent in the heat storage tank. 하절기의 경우 상기 재생기(10)로부터 저장된 고농도의 액체흡수제를 지하수 및 시수를 이용하여 온도를 낮추며 전열교환기를 통해 실내공기를 제습,냉각하고, 동절기의 경우 상기 재생기(10)로부터 저장된 고온의 액체흡수제를 보충수를 이용하여 농도를 낮추어 전열교환기를 통해 실내공기를 가습,가열한 후 축건조탱크에 다시 저장,재생하케 하는 축건조탱크(20);In the summer season, the liquid absorbent of the high concentration stored in the regenerator 10 is lowered by using ground water and time water, and the indoor air is dehumidified and cooled through a total heat exchanger. In the winter season, the high temperature liquid absorbent is stored from the regenerator 10. A condensation drying tank 20 for lowering the concentration using supplemental water to humidify and heat indoor air through a total heat exchanger, and then storing and regenerating the condensation drying tank again; 하절기의 경우 상기 축건조탱크(20)에 저장된 고농도 저온 액체흡수제를 이용하여 실내공기를 제습,냉각시키고, 동절기의 경우 저농도 고온 액체흡수제를 이용하여 실내공기를 가습,가열시키는 전열교환기(30);In the summer season, the indoor air is dehumidified and cooled by using the high concentration low temperature liquid absorbent stored in the drying tank 20, and in the winter season, the heat exchanger 30 humidifies and heats the indoor air using the low concentration high temperature liquid absorbent; 동절기의 경우 심야전력 등을 이용하여 적정온도를 유지시키며 보급수로 액체흡수제의 농도를 낮추어 상기 전열교환기(30)를 통해 실내공기를 가습,가열시키는 축열탱크(40);In the case of winter, the heat storage tank 40 to maintain a proper temperature by using a midnight power and the like to lower the concentration of the liquid absorbent to the replenishment water to humidify, heat the indoor air through the heat exchanger 30; 상기 재생기(10)와 축건조탱크(20) 사이에 설치되는 열교환기(50); 그리고A heat exchanger (50) installed between the regenerator (10) and the condensation drying tank (20); And 상기 재생기(10), 축건조탱크(20), 전열교환기(30), 온수축열탱크(40) 및 열교환기(50)를 서로 연결시키는 배관, 펌프(P1~P4) 및 밸브(V1)로 이루진 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템.The regenerator 10, the storage drying tank 20, the total heat exchanger 30, the hot water storage tank 40 and the heat exchanger 50 is composed of a pipe, a pump (P1 ~ P4) and the valve (V1) connected to each other. Heating and cooling system using natural energy, characterized in that the dust. 제1항에 있어서, 상기 냉,온열매체인 액체흡수제는 염화리듐 수용액인 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템.The air-conditioning system using natural energy according to claim 1, wherein the liquid absorbent which is the cold / hot medium is an aqueous solution of lithium chloride. 제1항에 있어서, 액체흡수제와 공기의 접촉면적을 늘려 제습효과를 늘리기 위해 상기 전열교환기(30)에 래싱링(rashing ring)을 충진하는 것을 것을 특징으로 하는 자연에너지를 이용한 냉난방 시스템.The air-conditioning system using natural energy according to claim 1, wherein a rashing ring is filled in the heat exchanger to increase the dehumidification effect by increasing the contact area between the liquid absorbent and the air.
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