KR100240593B1 - 심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 상변화 물질(PCM) 및 빙축열 방식 시스템의 가동시 값싼 심야 전력을 이용하여 압축식 냉동기를 가동해 증발기의 냉열 제조 과정을 이용 축열조에 냉열을 PCM 또는 얼음 형태로 저장하였다가 주간에 필요에 따라 냉수를 축열조로부터 회수하여 냉방 공기 조화용으로 사용하는 심야 전력을 이용하는 고효율축냉식 복합 냉방 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 구성은 압축기, 응축기 및 재생기의 기능을 수행하는 실외기, 팽창 밸브, 증발기 및 축냉조로 되는 축냉 기기와; 용액 펌프를 구비하는 희용액 탱크 및 농용액 탱크, 응축기를 포함하는 재생기, 공조기를 포함하는 제습기로 되는 액체식 제습 기기를 일체로 결합하여서 되는 것이다.

Description

심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템

본 발명은 상변화 물질(이하 PCM 이라 약칭함) 및 빙축열 방식 시스템의 가동시 값싼 심야 전력을 이용하여 압축식 냉동기를 가동해 증발기의 냉열 제조 과정을 이용 축열조에 냉열을 PCM 또는 얼음 형태로 저장하였다가 주간에 필요에 따라 냉수를 축열조로부터 회수하여 냉방 공기 조화용으로 사용하는 심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템에 관한 것으로, 특히, 응축기를 액체식 제습기의 재생기로 활용하여 버려지는 열을 제습액의 재생열원으로 사용하여, 심야 전력을 이용함과 동시에 냉열을 저장(전기 에너지를 열 에너지로 저장)하는 이외에 응축기 배열로 제습액 희용액을 농용액으로 만들어 저장(열 에너지를 농도차 화학 에너지로 저장)하게 하여서 에너지 이용도를 상승시킬 수 있도록 하는 심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 기존의 액체식 제습 장치는 산업용으로 저 습도가 요구되거나 일정한 습도가 요구되는 공정 등에 많이 사용되어 왔으며, 그 원리는 다음과 같다.

수분에 대해 강한 친화력을 갖고 있는 제습액(트리에틸렌글리콜, 염화리튬수용액등)을 용액의 온도 및 농도를 조절하여 처리 공기의 습도를 조절하는 것이다.

액체식 제습 장치는 제습부, 용액 열 교환기, 재생부로 크게 세부분으로 나누어져 구성된다.

상기 제습부는 용액 분배기에서 살포된 제습 용액이 공기와의 접촉이 잘되어 공기의 제습 및 냉각이 잘 이루어지도록 공기-액체 접촉기(충전탑, 핀-코일형, 스프레이형)를 적셔 처리 공기로부터 습기를 흡수하게 된다.

습기를 흡수하여 묽어진 제습 용액은 용액 펌프에 의해 용액 열 교환기를 통과하여 재생부로 들어가 재생 열원에 의해 가열, 탈습되어 농용액으로 되어 재 사용할 수 있게 된다.

상기 용액 열 교환기에서는 저온부인 제습부에서 온 희용액을 고온부인 재생부에서 온 고온의 농용액과 열교환하여 희용액의 온도를 높여 요구되는 재생 온도로의 가열에 필요한 재생 열량을 절약하고, 또한 제습부로 들어가는 농용액의 온도를 낮추어 제습부에서 습기의 흡수가 잘되도록 하기 위한 것이다.

상기 재생부는 외부 열원에 의해 제습부에서 온 희용액을 가열시켜 용액의 증기압을 재생 공기 보다 높여 용액으로부터 재생 공기로의 수증기 전달, 즉, 용액의 재생(탈습)이 이루어지며, 이때 들어가는 재생 열원의 온도 및 양은 제습부에서 요구되는 처리 공기의 습도 수준에 의존하여 다르게 된다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 액체식 제습기를 PCM 및 빙축열 방식 냉방 시스템과 복합하여 각각의 에너지 이용 효율성을 상승시키고, 급증하고 있는 하절기의 냉방 전력 부하에 관련된 에너지 절약과, 심야 전력 활용을 통한 주간 전력 요구의 절감이라는 전력 평준화로 선진국등과 같은 심야 전력 및 폐열 등을 활용할 수 있도록 하는 심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 압축기, 응축기 및 재생기의 기능을 수행하는 실외기, 팽창 밸브, 증발기 및 축냉조로 되는 축냉 기기와; 용액 펌프를 구비하는 희용액 탱크 및 농용액 탱크, 응축기를 포함하는 재생기, 공조기를 포함하는 제습기로 되는 액체식 제습 기기를 일체로 결합하여서 되는 심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템을 제공함에 의해 달성된다.

제1도는 본 발명의 전체 구성도.

제2도는 본 발명에 따라 심야 전력을 이용하는 흐름도.

제3도는 본 발명에 따라 주간에 이용하는 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 2 : 실외기

3 : 팽창 밸브 4 : 증발기

5 : 축 냉조 6 : 공조기

7 : 희용액 탱크 8 : 농용액 탱크

9, 10 : 용액 펌프 11 : 냉수 펌프

12, 15 : 용액 집수판 13, 16 : 엘리미네이터

14 : 용액 분배기

다음 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 구체적으로 설명하겠다.

제1도 내지 제3도에는 본 발명에 따른 심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템이 도시되어 있는데, 이 심야 전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방 시스템은 제1도에 도시된 바와 같이 압축기(1), 응축기를 포함하는 실외기(2), 팽창 밸브(3), 증발기(4), 축냉조(5)로 구성되는 축냉기와, 용액 탱크(7,8), 재생기를 구비하는 실외기(2), 공조기(6)로 구성되는 액체 제습기를 복합 시스템으로 구성되는 것이다.

상기 압축식 냉방 축냉 시스템의 응축기를 액체 제습기의 재생기로 활용하여 기기의 콤팩트화를 이룸과 동시에 축냉시 버려지던 응축기 배열은 재생 열원으로 이용하여 에너지 이용 효율성을 높일 수 있도록 하는 것이다.

제2도에는 본 발명에 따라 심야 전력을 이용하는 흐름도가 도시되어 있는데, 심야 시간대(예 22:00 ~ 08:00 까지)에 값싼 야간 전력을 활용하여 에너지 저장(축냉 및 농용액 저장)시의 작동 계통도를 나타낸 것으로, 점선으로 나타내는 부분은 심야에는 작동하지 않는 배관 부분을 보인 것이다.

압축기(1)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 배관(17)을 통해 실외기(2)의 응축기로 전달되어 용액 분배기(14)에 의해 살포된 제습 희용액과 재생 공기에 열을 전달하여 응축된다.

고압의 응축 냉매는 배관(18)을 통해 팽창 밸브(3)를 통과하면서 감압되어 배관(19)을 통해 증발기(4)로 이동된다.

증발기(4)에서는 냉매의 증발을 이용해 축냉조(5)로 부터의 브라인 용액을 냉각하여 배관(22)을 통해 증발기(4)에서 만들어진 저온의 브라인을 이용해 축냉조 (5)에 저장된 PCM 또는 물을 얼리게 하여 축냉을 하게 된다.

또한 증발기(4)에서 브라인으로부터 열을 빼앗아 증발된 냉매는 배관(20)을 통해 압축기(1)로 들어가 압축 냉동 사이클을 이루게 된다.

따라서 심야 전력 활용 축냉 사이클이 이루어질 때 희용액 탱크(7)에 주간에 저장된 희용액은 용액 펌프(9)에 의해 용액 분배기(11)로 보내져 응축기(2) 열 교환기 핀-관 표면에 살포되어 관내에 고온 고압 냉매로부터 열을 전달받아 가열되어 외부 재생 공기에 습기를 배출하여 재생된다.

재생 공기에 비산된 제습용액은 엘리미네이터(13)에 의해 수집되어 용액 수집판(12)에 모여져 농용액 탱크(8)에 저장된다.

이 저장된 농용액은 주간에 제습 부하 처리가 요구될 때 사용되는 것이다.

따라서 심야전력을 이용 축냉시 버려지던 응축기 배열을 제습 희용액의 재생열원으로 사용하여 고농도로 재생하여 농도차 에너지로 바꾸어 저장하게 되어 에너지 이용 효율성을 높이게되는 것이다. 또한 이농도차에 에너지 저장 농용액 탱크는 방축열조와 같이 단열시공을 필요로 하지 않고 공기가 스며들지 않도록 밀폐구조로 만들면 되므로 농도차 에너지 저장은 시공상의 장점이 있게된다.

제3도에는 본 발명에 따라 주간에 이용하는 흐름도가 도시되어 있는데, 주간에 공기 조화로 운전될 때의 작동 계통도를 나타낸 것이다.

외기 온도가 높아 건물에 냉방 부하가 있을 때, 심야 시간대에 축냉된 축냉조(5)에서 냉수 펌프(11)에 의해 냉수를 배관(23)을 통해 실내 공조기(6)에 보내 실내 냉방 부하를 처리하고, 온도가 높아진 냉수는 배관(24)을 통해 축냉조(5)로 회수된다.

또한 심야에 응축기(2) 배열을 이용해 재생되어 저장된 제습 농용액은 저장 탱크(8)로부터 용액 펌프(10)에 의해 배관(25)을 통해 공조기(6)로 보내져 용액 분배기(14)에 의해 공조기(6) 외표면에 살포되어 공급 공기로부터 습기를 제거하여 제습 부하를 처리한다.

습기를 흡수해 묽어진 제습 희용액은 용액 수집판(15)에 모여져 배관(26)을 통해 희용액 탱크(7)에 저장되어 심야에 다시 재생된다.

축냉조(5)는 열적 에너지 저장이기 때문에 열 손실을 방지하기 위해 단열 시공이 필요하지만 심야에 냉동기 배열을 이용하여 희용액에서 농용액으로 재생된 농용액을 조장하는 농용액 탱크(8)의 용액 저장은 단열 시공은 필요치 않고 습기가 스며들지 않도록 외부 공기를 차단만 하게 되므로 시설비는 저렴하게 되는 것이다.

도면상에 압축 냉방 사이클이 점선으로 도시되어 있는데, 요구되는 냉방 부하와 축냉조(5)의 용량 관계에 따라 주간에 가동이 될 수도 있고, 또는 축냉조(5)와 농용액 만으로 냉방 부하를 전부 처리할 수 있는 경우에는 가동하지 않아도 된다.

그러면 제2도 및 제3도을 참조하여 효과에 관해 설명하겠다.

본 발명에서는 액체식 제습 장치의 원리를 PCM 및 빙축열 방식 냉방 시스템과 복합하여 각각의 에너지 이용 효율성을 상승시키고, 또한 응용 분야를 넓힐 수 있도록 하는 것으로, 급증하고 있는 하절기의 냉방 전력 부하와 관련되어 에너지 절약과 심야 전력 활용을 통한 주간 전력 요구의 절감이라는 전력 평준화의 측면에서 미국, 일본을 비롯한 선진국과 같이 심야 전력 및 폐열 등을 적극적으로 활용할 수 있는 축열 물질(PCM,얼음), 축열 시스템을 적용할 수 있는 것이다.

또한 복합식 시스템에 사용된 축냉 시스템이 PCM 물질 이용 축냉 시스템인 경우에 대해 본 발명을 통해 얻어지는 장점은 다음과 같다.

기존에 많이 상용화되어 가고 있는 빙축열 시스템인 경우는 얼음의 융해 잠열을 이용하므로 사이클의 증발기 작동 온도가 낮게 되어 전체 시스템 계수가 낮아지는 단점이 있었는데, 본 발명은 이를 위해 4~7℃에서 상변화할 수 있는 물질(PCM)을 이용하여 이 물질들의 융해 잠열의 냉장 공기 조화에 이용하고자 하는 것이다.

즉, 심야 전력을 활용하여 냉동기를 가동시켜 PCM 축냉을 하는 경우에는 빙축열 시스템의 경우 보다 증발기 작동 온도가 높아져 축냉시 압축 사이클의 시스템 계수는 상승하게 되는 장점이 있는 것이다.

하지만 축냉된 PCM의 융해 잠열을 이용해 공기 조화에 활용되기 위해 만들어진 냉수의 온도는 약 10~14℃가 된다.

이 온도 범위의 냉수로 팬 코일 유닛에 보내 건물 냉방을 할 때는 전체 건물 냉방 부하 중에서 요구되는 제습 냉방 부하를 처리할 수 없는 단점이 생기게 되며, 또한 PCM의 융해 잠열이 얼음의 융해 잠열보다 작아서 요구되는 냉방 부하에 대해 축열조가 더 커진다는 단점 때문에 기존에 개발된 PCM 축냉 시스템의 보급이 원활하지 못한 반면 본 발명에 의해 심야 전력 활용 PCM 축냉시 버려지던 응축기 배열로서 제습 농용액을 동시에 제조 저장하여 주간에 제습 부하를 처리할 수 있도록 하였으며, PCM 이용 축냉시 압축 사이클 성능 계수는 빙축열 시스템 보다 높고, 주간에 제습 및 현열 냉방 부하 모두를 잘 처리할 수 있는 장점을 갖게 되는 것이다.

그리고, 심야에 전력 할인 시간대인 밤 22:00 ~ 아침 8:00까지 10시간 동안 압축식 냉동 사이클을 이용하여 축열조에 얼음을 축냉할 때 기존의 경우에는 버려지던 응축기 배열을 이용하여 제습액 희용액을 농용액으로 만들어 저장하기 때문에 에너지 이용 효율성이 상승되는 것이다.

또한 주간에 축열조에서 뽑아 낸 냉수와 실내 공조를 마치고 돌아온 환수와 혼합하여 요구되는 냉수 온도를 맞출 수 있는 것과 함께 농용액 탱크에 저장된 제습 용액을 이용한 제습 능력의 확대로 인해 저온 제습이 요구되는 분야등 응용 분야의 확대가 이루어질 수 있는 것이다.

이러한 본 발명은 야간의 축냉 운전과 주간의 운전을 병용하면 냉동 시스템의 용량을 저감할 수가 있으며, 여기에 농용액 저장 이용을 통한 제습 부하의 저감으로 열원 냉동기의 용량 저감을 한층 더 이룰 수 있게 되는데, 이에 반해 기존의 공조 시스템은 시간당 피크 냉방 부하에 대해 열원기 용량이 결정되며, 또한 전기 요금은 기본 요금과 종량 요금의 합계이고 기본 요금은 계약 전력에 의해 결정되므로, 본 발명처럼 열원기의 용량이 적어지면 기본 요금도 저감됨과 동시에 값싼 심야 전력의 이용으로 운전비용을 대폭 절감할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 축냉식 복합 시스템을 구성함에 있어서, 심야전력을 이용하여 압축기(1)에서 압축된 냉매가 응축기 및 재생기 기능을 갖는 실외기(2)의 응축기로 전달되고 응축기에서 열을 배출하여 응축된 냉매는 팽창밸브(3)를 통해 증발기(4)로 이동되고 증발기(4)에 의하여 냉수를 냉각시켜 축냉조(5)에 축냉시키고 증발기(4)의 냉매가 압축기(1)로 들어가는 압축냉동 및 축냉 사이클이 이루어질 때 축냉시 버려지던 응축기 배열을 이용하여 주간에 저장된 희용액 탱크(7)의 희용액이 용액펌프(9)에 의해 응축기(2)에서 살포시켜 재생된 제습용액을 농용액 탱크(8)로 저장시키는 심야운전 사이클과; 주간 운전중 냉방부하시 축냉조(5)에서 냉수펌프(11)에 의해 냉수를 공조기(6)로 공급, 냉방시키고 온도가 상승된 냉수는 축냉조(5)로 회수시키며, 제습부하시는 농용액탱크(8)에서 용액펌프(10)에 의해 공조기(6)의 표면에 살포시켜 제습하고 묽어진 희용액은 희용액 탱크(7)로 회수하는 주간사이클로 구성되며 심야에 압축 냉동 및 축냉사이클시 냉수를 냉각 축냉시키고 희용액을 재생하여 농용액으로 저장시키는 것을 특징으로 하는 심야전력을 이용하는 고효율 축냉식 복합 냉방시스템.

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