KR100416500B1 - 산소부화공기를 공급할 수 있는 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반 공기에 비하여 산소 농도가 높은 산소부화공기를 실내로 공급할 수 있는 공기조화기로서, 산소부화공기 공급시스템을 포함한다. 산소부화공기 공급시스템은 공기 압축기와, 산소부화공기 분리기와, 제 1 및 제 2 필터 조립체와, 소음기와, 센서와, 제어부를 가진다. 공기 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한다. 산소부화공기 분리기는 공기 압축기에 의해 압축된 공기를 산소부화공기와 질소부화공기로 분리하는 분리막과, 산소공급관을 통해 실내와 소통되는 산소부화공기 배출구, 및 실외와 소통되는 질소부화공기 배출구를 가진다. 1차 필터 조립체는 공기 압축기와 산소부화공기 분리기를 연결하는 연결관의 일측에 설치되어, 압축 공기로부터 이물질을 제거하는 동시에 압축기의 맥동 압력을 감소시킨다. 2차 필터 조립체는 1차 필터 조립체와 산소부화공기 분리기 사이의 연결관에 설치되어, 압축 공기로부터 이물질 및 응축수를 분리한다. 소음기는 압축기의 흡입측에 설치되어 흡입 소음을 감소시킨다. 센서는 실내의 환경을 검출하기 위한 것이다. 그리고, 제어부는 검출된 실내 환경에 따라 실내외기 및 공기 압축기의 작동을 제어한다.

Description

산소부화공기를 공급할 수 있는 공기조화기{Air conditioner capable of supplying oxygen-rich air}
본 발명은 일반 공기에 비하여 산소 농도가 높은 산소부화공기를 실내로 공급할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.
실내를 쾌적한 환경으로 유지하고자 하는 노력의 결과로 공기 조화기의 보급이 늘어나면서, 실내가 밀폐된 환경에서 생활하는 경우가 늘고 있다. 그러나, 실내가 밀폐된 상태로 지속되는 경우 실내 공기 중의 산소 농도가 저하되며, 이에 따라 호흡 곤란, 두통, 기억력 감퇴 등의 각종 부작용이 발생될 뿐만 아니라 심하면 성인병을 비롯한 각종 질병으로 진행된다.
이에 따라 실내 공기 중으로 산소를 공급하여 실내 공기 중의 산소 농도를 높이기 위한 장치들이 제안되었으며, 예를 들어 일본 특개평3-217731 및 일본 특개평1-075851에 외부로부터 산소 농도가 높은 공기(이하, 산소부화공기라 한다)를 실내로 공급하는 산소부화공기 공급 기능을 가지는 공기조화기가 각각 개시되어 있다.
일본 특개평3-217731에 개시된 공기조화기는 압력 수단을 이용하여 산소부화막을 보유한 분리막 모듈의 일차측과 이차측 사이에 압력차를 발생시켜 분리막 모듈로 공급된 공기를 산소부화공기와 질소부화공기로 분리하고, 이중에서 산소부화공기를 공기조화기의 실내측 실을 통해 실내로 토출한다. 일본 특개평1- 75851에 개시된 공기조화기도 산소부화막을 이용하여 산소부화공기를 발생시키고, 발생된 산소부화공기를 송풍팬을 통해 실내팬으로 토출한다.
그런데, 상기된 일본 특개평3-217731 및 일본 특개평1-075851에 도시된 공기조화기는 산소부화막을 가지는 부화막 모듈로 흡입되는 외부 공기로부터 이물질을 분리하는 구성이 개시되어 있지 않다. 따라서, 일본 특개평3-217731 및 일본 특개평1-075851은 외부 공기에 포함된 먼지와 같은 이물질이 분리막을 막아 분리막의 작용을 방해하는 단점이 있다.
더욱이, 일본 특개평3-217731의 경우, 압축된 공기 내에 응축수가 발생되는데 분리막으로 이용되는 재질에 따라 산소에 비하여 수분을 더 잘 투과시키기도 하며, 응축수의 물방울이, 상기와 같이 분리막을 막아 분리막의 작용을 방해하는 단점이 있다. 또한, 기온이 낮아 응축수의 물방울이 어는 경우 분리막이 파괴되는 문제점도 발생될 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 먼지나 응축수와 같은 이물질이 분리막의 작용을 방해하는 것을 예방할 수 있는 산소부화공기를 공급할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 주요 부분인 산소부화공기 공급시스템만을 개략적으로 도시한 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 실내기 200 : 실외기
310 : 공기 압축기 320 : 산소부화공기 분리기
330 : 1차 필터 조립체 340 : 2차 필터 조립체
350 : 소음기 360 : 센서
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 실내기와 실외기와 산소부화공기 공급시스템을 포함한다.
실외기는 열교환 매체를 실외 공기와 열교환시키기 위한 실외 열교환기를 가지며, 실내기는 실외기에서 실외 공기와 열교환된 열교환 매체를 실내 공기와 열교환시키기 위한 실내 열교환기를 가진다.
산소부화공기 공급시스템은 공기 압축기와, 산소부화공기 분리기와, 제 1 및 제 2 필터 조립체와, 소음기와, 센서와, 제어부를 가진다.
공기 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한다. 산소부화공기 분리기는 공기 압축기에 의해 압축된 공기를 산소부화공기와 질소부화공기로 분리하는 분리막과, 산소공급관을 통해 실내와 소통되는 산소부화공기 배출구, 및 실외와 소통되는 질소부화공기 배출구를 가진다. 1차 필터 조립체는 공기 압축기와 산소부화공기 분리기를 연결하는 연결관의 일측에 설치되어, 압축 공기로부터 이물질을 제거하는 동시에 압축기의 맥동 압력을 감소시킨다. 2차 필터 조립체는 1차 필터 조립체와 산소부화공기 분리기 사이의 연결관에 설치되어, 압축 공기로부터 이물질 및 응축수를 분리한다. 소음기는 압축기의 흡입측에 설치되어 흡입 소음을 감소시킨다. 센서는 실내의 환경을 검출하기 위한 것이다. 그리고, 제어부는 검출된 실내 환경에 따라 실내외기 및 공기 압축기의 작동을 제어한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 공기 조화기는 1차 및 2차 필터 조립체를 이용하여 흡입된 공기로부터 이물질과 응축수를 제거할 수 있으므로, 이물질과 응축수에 의해 산소부화공기 분리기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
센서는 실내 공기중의 산소 농도를 검출하기 위한 산소 센서이거나, 실내 공기중의 이산화탄소의 농도를 검출하기 위한 이산화탄소 센서일 수 있다.
2차 필터 조립체는 압축 공기로부터 분리된 응축수를 외부로 배출하기 위한 배출 밸브를 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는 실내기(100)와 실외기(200)와 산소부화공기 공급시스템을 가진다. 여기서, 실내기(100)와 실외기(200)의 구성 및 작용은 다양한 문헌들을 통해 이미 널리 공지되어 있으므로, 본 실시예에 대한 설명에서는 본 발명의 주요 부분인 산소부화공기 공급시스템의 구성과 작용에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 공기조화기의 구성 중 산소부화공기 공급시스템만을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 산소부화공기 공급시스템은 공기 압축기(310), 산소부화공기 분리기(320), 제 1 및 제 2 필터 조립체(330, 340), 소음기(350), 센서(360), 및 제어부(미도시)를 포함하고 있다.
공기 압축기(310)는 실외기(200)의 일측에 설치되어 있으며, 실외의 공기를 흡입하여 압축한다.
산소부화공기 분리기(320)는 입구와 2개의 출구를 가지며, 그 내부에 분리막 부재가 설치되어 있다. 입구는 공기 압축기(310)의 출구와 소통되어 있고, 2개의 출구는 각각 실외와 소통되는 질소부화공기 출구(326)와 안내관(304)을 통해 실내로 소통되는 산소부화공기 출구이다. 분리막 부재는 공기 중의 여러 원소들 중에서 산소를 선택적으로 더 잘 투과시키는 성질을 가지고 있으며, 예를 들면 그 재질은 폴리이미드(polyimide)이다. 물론 분리막 부재의 재질은 반드시 폴리이미드 재질에만 한정되지는 않으며, 트리아세테이트(triacetate), 폴리설폰(polyculfone), 폴리올레핀(polyolefine) 등 공기 중에서 산소를 선택적으로 더 잘 투과시키는 성질을 가지는 재질이면 어떠한 재질로 만들어져도 관계없다.
제 1 및 제 2 필터 조립체(330, 340)는 공기 압축기(310)와 산소부화공기 분리기(320)를 연결하는 연결관(302)의 중간에 각각 설치되어 있다. 여기서, 제 1 필터 조립체(330)는 공기 압축기(310)에 가깝게 설치되어 있고, 제 2 필터 조립체(340)는 산소부화공기 분리기(320)에 가깝게 설치되어 있다.
이러한 필터 조립체들(330, 340)은 공기 압축기(310)에 의해 압축된 공기중의 먼지나 수분 등의 이물질을 제거하기 위한 것으로, 일반적인 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이므로, 상세히 설명하지 않는다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 이 필터 조립체들(330, 340)은 공기 중의 이물질을 거르는 필터 본연의 작용 외에 부가적인 작용을 가진다. 즉, 제 1 필터 조립체(330)는 공기 압축기(310)로부터 발생되는 맥동 압력을 제거하며, 제 2 필터 조립체(340)는 주로 공기 압축기(310)에 의해 압축된 공기 중의 응축수를 제거한다. 이를 위하여 제 2 필터 조립체(340)는 압축 공기로부터 제거된 응축수를 외부로 배출하는 배출 밸브(342)를 가지고 있다.
소음기(350)는 실외와 연결되는 공기 압축기(310)의 흡입측에 설치되어 있으며, 공기 압축기(310)로 흡입되는 실외 공기의 흡입 소음은 저감하도록 수 겹으로 적층된 다수의 소음재를 그 내부에 가진다.
센서(360)는 실내기의 일측에 설치된 산소 센서이며, 실내 공기 중의 산소 농도를 검출하여 제어부로 입력한다.
제어부는 센서(360)로부터 입력된 실내 공기의 산소 농도에 따라 실내의 환경을 최적으로 유지하도록 공기 압축기(310)를 온/오프(On/Off)시킴으로써 산소부화공기 공급시스템의 작동을 제어하는 동시에, 실내기와 실외기의 전반적인 작동도 함께 제어한다.
한편, 산소 센서(360) 대신 이산화탄소 센서가 사용될 수도 있고, 산소 센서(360)와 이산화탄소 센서가 동시에 사용될 수도 있다. 산소 센서(360) 대신 이산화탄소 센서가 사용될 경우, 제어부는 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도로부터 실내 공기중의 산소 농도를 추정한다. 또한, 실내의 환경에 따라 CO 센서, NOx 센서, 또는 SOx 센서 등이 산소 센서와 별도로 사용될 수도 있다. 또한, 이러한 센서(360) 외에 타이머가 제공될 수도 있으며, 이 경우 제어부는 사용자에 의해 설정된 시간 동안 공기 압축기를 작동시킨다.
공기 조화기의 수동 운전 모드에서 산소부화공기 공급 기능이 선택되면 산소부화공기 공급시스템이 작동된다. 자동 운전 모드에서는, 센서(360)로부터 검출되는 실내 공기의 산소 농도가 기준치 이하일 경우 제어부는 산소부화공기 공급 작동을 개시한다.
산소부화공기 공급은 공기 압축기(310)의 작동으로부터 개시되며, 실외의 공기는 소음기(350)를 통과하여 공기 압축기(310)로 흡입되어 압축된다. 공기 압축기310에 의해 흡입되는 공기의 소음은 소음기(350) 내에 설치된 소음재층들을 통과하면서 크게 저감된다. 또한, 흡입되는 공기가 소음재를 통과할 때, 공기 중에 포함된 이물질들 중 수십 내지 수백㎛ 정도로 비교적 입자가 큰 이물질들과 유분 등이 소음재에 의해 걸러진다.
공기 압축기(310)에서 공기는 고온 고압으로 압축되며, 연결관(302)을 통해 산소부화공기 분리기(320)로 안내되는데, 도중에서 1차 필터 조립체(330)와 2차 필터 조립체(340)를 각각 통과하게 된다.
압축된 공기가 1차 필터 조립체(330)를 통과할 때, 압축 공기에 포함된 입자들 중 예를 들어 대략 5 내지 10㎛ 정도의 크기를 가지는 먼지나 수분 등의 이물질이 1차 필터 조립체(330)에서 걸러진다. 또한, 1차 필터 조립체(330)는 공기 압축기에서 발생되는 압력 맥동을 제거한다.
1차 필터 조립체(330)를 통과한 압축 공기는 2차 필터 조립체(340)를 통과한다. 2차 필터 조립체(340)는 주로 압축 공기에 포함된 응축수를 압축 공기로부터 분리한다. 또한, 2차 필터 조립체(340)는 1차 필터 조립체(330)에서 미처 걸러지지 않은, 예를 들어 대략 5㎛ 이하의 이물질을 압축 공기로부터 분리한다.
압축 공기로부터 분리된 응축수는 배출 밸브(342)를 통해 외부로 배출되며, 배출 밸브(342)의 작동은 2차 필터 조립체(340) 내외부의 압력차에 의해서 또는 2차 필터 조립체 내부의 응축수 수위에 따른 부력을 이용하여 이루어진다.
2차 필터 조립체(340)를 통과한 공기는 먼지 등의 이물질과 응축수가 제거된 상태에서 산소부화공기 분리기(320)로 유입된다. 산소부화공기 분리기(320)는, 분리막 부재의 선택적인 산소 투과성에 의해, 유입된 공기를 일반 공기에 비하여 산소 농도가 높은 산소부화공기와 상대적으로 공기 중의 산소 농도가 낮은, 즉 질소 농도가 높은 질소부화공기로 분리한다. 산소부화공기 중의 산소 농도는 대략 30% 내지 45%이다. 그러나, 산소부화공기 분리기(320)로 공급되는 압축 공기의 압력을 증대시키거나 둘 이상의 산소부화공기 분리기(320)를 직렬로 설치하는 것에 의해 산소부화공기 중의 산소 농도는 대략 50% 이상으로 향상될 수도 있다.
분리된 산소부화공기는 산소부화공기 출구와 연결된 안내관(304)을 따라 실내기(100)로 안내되며, 안내관(304)의 끝에 형성된 산소부화공기 토출구(305)를 통해 실내로 토출된다. 그리고, 질소부화공기는 질소부화공기 출구(326)를 통해 실외로 배출된다.
산소부화공기가 실내로 계속 토출되어 센서(360)로부터 검출되는 실내의 산소 농도가 소정치(예를 들면 대략 22 내지 23%) 이상으로 되거나(또는 이산화탄소 센서가 사용될 경우 이산화탄소의 농도가 18% 이하로 되면), 수동 운전 모드에서 작동 중지 신호가 입력되면, 제어부는 공기 압축기(310)의 작동을 중지시켜 산소부화공기의 공급을 차단한다.
상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기는 압축된 공기로부터 먼지와 같은 이물질 및 응축수를 제거하는 필터 조립체를 포함하고 있으므로, 이물질들과 응축수가 산소부화공기 분리기의 분리막 부재의 작용을 방해하는 것을 방지할 수 있어 산소부화공기 공급시스템의 성능이 우수하다는 장점이 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 실내기, 실외기 및 공기압축기를 포함하여 이루어진 공기조화기에 있어서,
    상기 공기 압축기에 의해 압축된 공기를 산소부화공기와 질소부화공기로 분리하는 분리막과 산소공급관을 통해 실내와 소통되는 산소부화공기 배출구 및 실외와 소통되는 질소부화공기 배출구를 가지는 산소부화공기 분리기;
    상기 공기 압축기와 상기 산소부화공기 분리기를 연결하는 연결관의 일측에 설치되어, 압축 공기로부터 이물질을 제거하는 동시에 압축기의 맥동 압력을 감소시키는 1차 필터 조립체;
    상기 1차 필터 조립체와 산소부화공기 분리기 사이의 상기 연결관에 설치되어, 압축 공기로부터 이물질 및 응축수를 분리하는 2차 필터 조립체;
    상기 압축기의 흡입측에 설치되어 흡입 소음을 감소시키기 위한 소음기;
    실내의 환경을 검출하기 위한 센서; 및
    검출된 실내 환경에 따라 상기 실내외기 및 공기 압축기의 작동을 제어하는 제어부로 이루어진 산소부화공기 공급시스템을 포함하고,
    상기 센서는 실내 공기중의 산소 농도를 검출하기 위한 산소 센서와 실내 공기중의 이산화탄소의 농도를 검출하기 위한 이산화탄소 센서를 선택적으로 채용하여 구성되며, 상기 2차 필터 조립체는 압축공기로부터 분리된 응축수를 외부로 배출하기 위한 배출밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 산소부화공기를 공급할 수 있는 공기조화기.
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  4. 삭제
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