KR100522769B1 - 가스엔진 히트펌프를 이용한 절전형 항온항습기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정공간의 공기를 원하는 온도 및 습도로 항상 유지되도록 하는 항온항습기에 관한 것으로, 특히 가스엔진 히트펌프(GHP : Gas engin Heat pump)를 이용한 절전형 항온항습기에 관한 것이다.

항온항습기는 크게 난방 및 가습을 담당하는 실내기와 냉방을 담당하는 실외기 2부분으로 구성되어진다. 이러한 항온항습기에 있어서 종래 실내기의 가습장치는 고가의 에너지인 전기로 물을 가열 수증기를 발생하는 전기 가열식 가습장치를 가지며, 난방 역시 전기 가열식 전열기로 난방을 수행하며, 또한 실외기의 냉매압축기 역시 전기모터로 이를 구동함으로 인해 전기 사용량이 과다하게 소요됨으로 인해 유지비용이 과다하게 지출되는 것을 볼 수 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명이 안출된 것으로, 본 발명은 실내기의 가습장치를 물을 분사하여 기화시키는 물분사 가습장치를 사용하며, 다수개(3개)의 실외기로부터 고온의 냉매 또는 저온의 냉매를 실내기로 공급하여 냉방 및 난방을 수행토록 하며, 실외기의 압축기를 구동하는 수단을 저가의 에너지인 천연가스로 구동하는 가스엔진을 이용하여 저렴하게 실외기를 운전토록 한 것이다.

Description

가스엔진 히트펌프를 이용한 절전형 항온항습기{air conditioning system of power saving type use of gas engin heat pump}

본 발명은 특정공간의 공기상태를 정해진 온도 및 습도로 항시 유지되도록 하는 항온항습기에 관한 것으로 특히 가스엔진 히트펌프(GHP:Gas engin Heat Pump)를 이용한 절전형 항온항습기에 관한 것이다.

히트펌프라 함은 낮은 온도의 열로부터 열을 흡수하고 이를 높은 온도의 열로 열을 전달하는 것을 지칭하는 것으로, 보통 저온의 열을 사용하는 것을 냉동기라 불리우며, 고온의 열을 사용하는 것을 히트펌프라 칭하게 된다.

히트펌프는 열을 흡수하고 방열하는 방식에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식등 여러가지 방식이 있으며, 특히 압축식에 있어서 압축기를 구동하는 동력원을 전기모터를 사용하는 것을 EHP(Electric Heat Pump)방식이라 약칭하며, 압축기 구동을 가스엔진을 이용하는 것을 GHP방식이라 약칭하게 된다.

삭제

히트펌프의 구성은 압축기, 4방향 절환밸브, 응축기, 증발기 등으로 구성되며, 압축기를 이용하여 냉매를 응축기, 팽창밸브, 증발기 등의 폐회로를 순환시키면 냉매가 액체, 기체의 상태로 변화되면서 응축기로부터는 열을 외부에 방출하고 증발기에서는 외부의 열을 흡수하여 응축기를 가열원으로 증발기를 냉각원으로 이용하게 된다.

이러한 냉동싸이클을 역으로 운전할 때 냉동싸이클은 난방싸이클로 변하게 된다. 따라서 냉방싸이클을 난방싸이클로 전환운전하고자 할 경우에는 압축기로부터 발생되는 고온 고압의 냉매를 열교환기, 즉 실내기 방향으로 흐르도록 하는 4방밸브로 회로를 전환하게 된다.

삭제

일반적으로 항온항습기는 전산실, 통신실, 실험실습실, 무균실(항균)실 등과 같은 특수한 시설뿐만 아니라 일반주거용 또는 상업용 건물의 환경개선을 위해 항온항습기를 설치하는 것을 볼 수 있다. 이러한 항온항습기이 구성은 실내에 설치되는 실내기와 실외에 설치되는 실외기 2개의 구성품으로 구성되는 것을 볼 수 있다.

이와 같이 실내기와 실외기 2개부분으로 구성되는 항온항습기의 실내기에는 공기여과수단과 증발기와 가습장치, 송풍장치를 가지며, 실외기에는 압축기, 수액기, 응축기와 배풍장치로 구성되어지는 것을 볼 수 있다.

따라서, 종래 항온항습기에 있어서 동절기에는 실내기만으로 항온항습이 가능하게 되며, 하절기에 있어서는 실외기로부터 냉동싸이클을 구동하여 항온항습을 수행하는 것을 볼 수 있다.

이와 같은 일반적인 항온항습장치에 있어서 종래 항온항습기는 연료중 가장 고가의 연료에 해당하는 전기를 주로 사용함으로 인해 항온항습을 유지하는 비용이 많이 소요되는 것을 볼 수 있다.

즉, 도4에서 보는 것과 같이 종래 항온항습기에 있어서 공기 가열수단으로 사용되는 난방장치로 전기로 열선을 가열하여 전기식 히터(41)를 사용하여 난방을 수행하였으며, 가습장치(42) 역시 전열기로 물을 가열 증발시켜 수증기로 가습하는 것을 볼 수 있으며, 냉방을 담당하는 실외기(31)의 냉매 압축기 역시 전기모터를 사용하여 냉동싸이클을 구동하는 것을 볼 수 있다.

이와 같이 종래 항온항습기는 실내기와 실외기를 구동하는 에너지원을 가장 고가의 에너지인 전기를 주로 사용함으로 인해 항온항습을 위한 비용이 많이 소요되는 것을 볼 수 있다.

삭제

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 에너지 비용이 있어서 값싼 에너지인 천연가스로 구동하는 가스엔진으로 실외기의 냉매압축기를 구동토록 하되 실외기는 냉동싸이클만 구현하는 것이 아니라 히트펌프 구동방식을 적용하여 냉방과 난방을 위한 냉동싸이클 및 난방싸이클을 겸하도록 하며, 종래 가습장치로 전기히터로 물을 가열 증발하는 히팅방식 대신 물을 분사 기화하여 가습하는 가습방식을 채택하여 저비용으로 항온항습을 구현할 수 있도록 한 가스엔진 히트펌프를 이용한 절전형 항온항습기를 제공하는데 있다.

삭제

삭제

삭제

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 저렴한 유지비로 항온항습을 할 수 있는 항온항습기를 제공하기 위해 창출된 것이다. 본 발명 항온항습기를 구성하는 실내기 내측에는 열교환기를 전후방 2중으로 설치하여 전방에는 1개의 열교환기를 설치하고, 그 후방에는 이를 보조하는 2단으로 설치된 열교환기를 설치하여 냉방시에는 증발기 역할로 공기를 냉각하고, 난방시에는 응축기 역할로 공기를 가열하도록 발명되었으며, 후방에 설치된 열교환기는 냉방시 실내의 부하변동에 따라 냉방열량이 부족할 경우에는 증발기 역할을 수행하여 공기를 냉각하거나 또는 응축기 역할을 수행하여 냉각된 공기를 가열하여 제습을 수행하도록 했으며, 난방시에는 난방열량이 부족할 경우에는 응축기 역할을 수행하여 공기를 가열하고 또는 가열된 공기를 재가열하는 재열기능을 수행할 수 있도록 한 것이다.실외기는 3대를 구성하여 실내기의 각각의 열교환기와 결합시켜 실내의 냉,난방부하를 유연하면서도 최적운전상태를 제공토록 한 것이다.이와 같은 항온항습기에 있어서 실내기에 장착되는 가습장치는 물을 분사하여 기화시키는 물분사 가습장치를 제공한 것이다.이와 같이 본 발명은 압축기를 가스엔진으로 구동시키고, 기화식 가습기를 채용하여 저렴하게 항온항습을 할 수 있도록 한 것이다.이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.도 1은 본 발명의 설치 개략도, 도 2는 본 발명 항온항습기를 냉방모드로 운전할 시 냉매 흐름구성도, 도3은 본 발명 항온항습기를 난방모드로 운전할 시 냉매 흐름구성도를 도시하고 있는데, 그 구성을 보면 크게 실내기(11)와 실외기(31) 2개의 부분으로 구성되며, 상기 실내기(11)는 그 내측에 모터와 송풍팬으로 구성되는 송풍기(12)와 열교환기(13)와 공기여과필터(14)를 가지며, 항온항습된 공기를 실내(51)로 공급하는 공기공급구(15)와 실내의 오염된 공기를 회수하는 공기회수구(16)와 외부의 신선한 외기를 유입하는 신선외기 유입구(17)를 가지며, 상기 실외기(31)는 냉동싸이클을 구현하는 냉동장치로 구성되는 항온항습기에 있어서, 상기 냉동싸이클을 구현하는 실외기(31)의 냉매 압축기(32)는 가스엔진(35)으로 연결 구동토록 하며, 응축기와 증발기를 겸하는 열교환기(33)를 가지며, 상기 냉동싸이클에 4방 밸브(36)를 구비하여 냉방 싸이클을 난방 싸이클로 전환 가능토록 하며, 상기 실내기(11)에는 물을 분무하여 기화시켜 가습하는 기화식 가습장치(19)와 실내기(11)에는 다수개의 열교환기(13A)(13B)(13C)를 갖도록 한 것이다.

도면중 미설명 부호 21은 기화식 가습장치(19)로 물을 공급하는 급수라인이며, 22은 드레인 판 23은 드레인 관이다.

이와 같은 본 발명에 있어서, 하나의 실내기(11)에 다수개(3개)의 실외기(31)를 조합 구성하여 하나의 항온항습기를 구성토록 한 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명을 보다 상세히 살펴봄과 동시에 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

항온항습하고자 하는 희망온도와 습도를 입력하게 되면 이에 의해 자동으로 실내기(11)와 실외기(31)가 작동하여 실내온도를 조절하게 된다.

즉, 실내의 온도가 설정된 희망온도보다 낮을 경우 실외기(31)는 난방모드로 운전되어 실내기의 열교환기로 고온의 냉매를 순환하고 열교환기(13A)(13B)(13C)를 통해 실내로 난방을 공급하게 되며, 실내의 온도가 설정된 온도보다 높을 경우 실외기(31)는 냉방모드로 운전되어 실내기(11)의 열교환기(13)로 저온의 냉매를 순환하여 실내로 냉방을 공급하여 실내의 공기온도를 낮추게 된다.

또한 실내의 습도가 설정된 습도보다 낮은 습도가 감지기에 의해 감지될 경우 실내기(11)의 물분사 기화식 가습기(19)로 물이 공급 분무되어 가습공기를 실내로 공급하여 실내의 습도를 조절하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명 항온항습기에 있어서, 냉방모드나 난방모드로 운전되는 실외기(31)는 냉매를 압축 순환하는 냉매 압축기를 가스엔진(35)으로 이를 구동하여 냉매를 순환하게 되며, 4방 밸브(36)로 냉방모드 또는 난방모드로 운전되어 저온의 냉매나 고온의 냉매를 실내기(11)의 열교환기(13A)(13B)(13C)로 공급하여 실내를 난방 또는 냉방하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 있어서, 하나의 실내기(11) 내측에 다수개의 열교환기(13A)(13B)(13C)를 설치하고 이에 각각 연결되는 실외기(31)는 필요에 따라 부분적으로 운전되거나 동시에 한꺼번에 운전되게 된다.

즉, 희망하는 설정온도와 실내의 현재 온도차가 클 경우 동시에 3개의 실외기를 작동하여 실내의 온도를 조절하게 되며, 실내의 온도와 희망하는 설정온도차가 적을 경우 실외기를 부분 작동하여 절전모드로 항온항습하게 된다.

실외기(31)를 냉방모드로 운전할 경우 실외기의 열교환기(33)은 응축기 역할을 하게 되며, 이 경우 실내기(11)의 열교환기는 증발기 역할을 하게 된다.

반대로 실외기(31)를 난방모드로 운전할 경우 실외기의 열교환기(33)은 증발기 역할을 하게 되며, 이경우 실내기의 열교환기는 응축기 역할을 하게 된다.

따라서 독립된 다수개의 실외기(31)와 다수개의 열교환기(13A)(13B)(13C)를 갖는 실내기(11)를 복합 구성한 본 발명은 필요에 따라 실외기를 선택 운전토록 하며, 특히 냉방시 하나의 실외기를 난방모드로 작동시 서리제거로 말미암아 효율적으로 실내를 냉방할 수 있게 된다.

이와 같이 실내기(11)의 가습장치로 물을 분사하여 기화하는 기화식 가습장치(19)는 전기가열식 가습장치보다 저렴하게 가습효과를 얻을 수 있으며, 실외기(31)로부터 고온의 냉매나 저온의 냉매를 공급받아 실내기(11)의 열교환기(13)로 공기를 냉각하거나 가열하여 실내온도를 조절하게 되며, 실외기(31)로부터 실내기(11)로 공급하는 고온의 냉매나 저온의 냉매를 얻기 위한 냉매 압축기(32)를 가스엔진(35)으로 이를 구동토록 하여 저렴하게 항온항습을 수행토록 하는 것이다.본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 저가의 에너지원인 천연가스로 구동하는 가스엔진을 이용하여 유지비용을 절감토록 하며, 또한 가스엔진으로 냉매 압축기를 구동하되 히트펌프 구동방식을 채택하여 냉방과 난방을 위한 저온의 냉매와 고온의 냉매를 공급되도록 하며, 다수개의 실외기와 하나의 실내기를 복합 구성하여 실내부하에 따라 상호 유기적으로 작동시킴으로 인해 최적의 항온항습으로 인해 에너지 낭비요인을 배제하며, 가습장치 역시 전기가열방식이 아닌 물 분사기화방식을 채택하여 저렴하게 냉방, 난방 및 가습을 수행토록 하는 장점을 가진 아주 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 설치 개략도,

도 2는 본 발명 항온항습기를 냉방모드로 운전할 시 냉매 흐름구성도,

도 3은 본 발명 항온항습기를 난방모드로 운전할 시 냉매 흐름구성도,

도 4는 종래 항온항습기의 설치개략도이다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 크게 실내기(11)와 실외기(31) 2개의 부분으로 구성되며, 상기 실내기(11)는 그 내측에 모터와 송풍팬으로 구성되는 송풍기(12)와 열교환기(13)와 공기여과필터(14)를 가지며, 항온항습된 공기를 실내(51)로 공급하는 공기공급구(15)와 실내의 오염된 공기를 회수하는 공기회수구(16)와 외부의 신선한 외기를 유입하는 신선외기 유입구(17)를 가지며, 상기 실외기(31)는 냉동싸이클을 구현하는 냉동장치로 구성되는 항온항습기에 있어서,

   상기 냉동싸이클을 구현하는 실외기(31)의 냉매 압축기(32)는 가스엔진(35)으로 연결 구동토록 하며, 응축기와 증발기를 겸하는 열교환기(33)를 가지며, 상기 냉동싸이클에 4방 밸브(36)를 구비하여 냉방 싸이클을 난방 싸이클로 전환 가능토록 통상의 가스엔진히트펌프 방식으로 구성하고, 상기 실내기(11)에는 실내의 습도가 습도 감지기에 설정된 습도보다 낮게 감지시 물을 분무하여 기화시켜 가습함으로써 실내의 습도를 조절하는 기화식 가습장치(19)와; 이 기화식 가습장치(19) 후단에는 열교환기(13A)(13B)(13C)를 설치하여 구성하되, 이 열교환기는 전후방 2중으로 설치하여 전방에는 1개의 열교환기(13C)를 설치하고, 그 후방에는 이를 보조하는 2단으로 설치된 열교환기(13A), (13B)를 설치하여 구성하고, 이 실내기의 내부에 설치된 열교환기(13A)(13B)(13C)에는 3개의 실외기(31)가 각각 연결되어 복합운전토록 구성한 것을 특징으로 하는 가스엔진 히트펌프를 이용한 절전형 항온항습기.