KR100607108B1 - 사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법 - Google Patents

사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법에 관한 것으로서,
히트펌프(HP)와; 상기 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)를 지나온 공기를 제습하는 제습기(127)와; 상기 데시칸트 로터(127)를 바이패스하는 가습기(131)와; 공기 출구 쪽에 설치된 송풍기(133)와;를 포함하는 사계절용 외기도입 공조시스템 및,
냉방시에는, 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)를 증발기로 기능하도록 하여 외기를 통과시키고, 상기 냉각열교환기(105)를 통과한 공기를 제습시키는 한편, 상기 냉각열교환기(105)를 통과한 공기의 일부를 바이패스시킨 공기와 혼합하며, 상기 제습된 공기를 배출하고,
난방시에는, 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)를 응축기로 기능하도록 하여 외기를 통과시키고, 상기 통과된 공기를 가습시켜서 급기시키는 사계절용 외기도입 공조방법을 특징으로 하므로,
하절기에는 냉방시스템으로 히트펌프의 냉각을 프리쿨러(pre-cooler)로 사용하고 퍼지시스템을 채용한 데시칸트 제습기을 이용하는 동시에 바이패스를 적용함으로써, 별도의 애프터쿨러(after-cooler)를 사용하지 않더라도 온도제어가 쉬워 매우 경제적이며 과냉각 및 재열에 의해 에너지가 낭비되는 경우가 없으며, 동절기에는 히트펌프를 이용하여 외기를 난방할 수 있고, 기화식 증발가습을 통해 실내가습에 이용할 수 있어, 에너지 절감은 물론 장비의 사용운전 시간이 커짐으로 인해 연간운전비 절감효과가 있으며 투자에 대한 회수기간도 상당히 단축된다는 이점이 있다.

Description

사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법{AIR CONDITIONING SYSTEM OF OUTER-AIR INDUCTION TYPE FOR FULL SEASON, AND AIR CONDITIONING METHOD}
도 1은, 종래 공조시스템의 일 예를 나타내는 구성도이다.
도 2a는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 1대 증발기 직렬2대의 1사이클 하절기 운전상태도이다.
도 2b는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 1대 증발기 병렬2대의 1사이클 하절기 운전상태도이다.
도 2c는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 1대 증발기 직렬2대의 1사이클 동절기 운전상태도이다.
도 2d는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 1대 증발기 병렬2대의 1사이클 동절기 운전상태도이다.
도 3a는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 직렬2대의 2사이클 하절기 운전상태도이다.
도 3b는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 병렬2대의 2사이클 하절기 운전상태도이다.
도 3c는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 직렬2대의 2사이클 동절기 운전상태도이다.
도 3d는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 병렬2대의 2사이클 동절기 운전상태도이다.
도 4a는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 직렬2대의 1사이클 하절기 운전상태도이다.
도 4b는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 병렬2대의 1사이클 하절기 운전상태도이다.
도 4c는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 직렬2대의 1사이클 동절기 운전상태도이다.
도 4d는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 2대 증발기 병렬2대의 1사이클 동절기 운전상태도이다.
도 5a는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 직렬2대의 2사이클 하절기 운전상태도이다.
도 5b는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 병렬2대의 2사이클 하절기 운전상태도이다.
도 5c는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 직렬2대의 2사이클 동절기 운전상태도이다.
도 5d는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 병렬2대의 2사이클 동절기 운전상태도이다.
도 6a는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 직렬2대의 1사이클 하절기 운전상태도이다.
도 6b는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 병렬2대의 1사이클 하절기 운전상태도이다.
도 6c는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 직렬2대의 1사이클 동절기 운전상태도이다.
도 6d는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 4대 증발기 병렬2대의 1사이클 동절기 운전상태도이다.
도 7a는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 8대 증발기 직렬2대+직렬2대의 2사이클 하절기 운전상태도이다.
도 7b는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 8대 증발기 병렬2대+병렬2대의 2사이클 하절기 운전상태도이다.
도 7c는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 8대 증발기 직렬2대+직렬2대의 2사이클 동절기 운전상태도이다.
도 7d는, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템으로서, 압축기 8대 증발기 병렬2대+병렬2대의 2사이클 동절기 운전상태도이다.
본 발명은 사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법에 관한 것으로서, 특히 에너지 효율이 높고 간단한 사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법에 관한 것이다.
일반적인 공조시스템은 실내기를 이용하여 온도와 습도를 동시에 조절하게 되어 있다.
또한, 최근에는 에어컨과 난방기의 기능을 선택할 수 있도록 한 사계절용 히트펌프에 대한 개발도 많이 이루어지고 있다.
또한, 히트펌프에 데시칸트 로터를 부가하여 습도조절을 용이하게 수행할 수 있는 장치도 개시되어 있다. 그 대표적인 구조가 한국공개특허공보 제2002-0083915호에 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 그 구체적인 구성을 기술하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 종래의 공조시스템은 냉난방, 환기 및 제습기능을 겸비하는 장치로서, 공기흡입통로(51)와 토출통로(52)가 형성된 덕트(50), 상기 흡입 및 토출통로에 각각 설치되는 흡입팬(54) 및 토출팬(55), 상기 덕트의 흡입통로와 토출통로에 회전 가능하게 설치되고 데시칸트 물질이 도포되는 동시에 다수개의 공기 톨과홀이 형성되는 제습장치(56), 상기 덕트(50)의 토출통로에서 제습장치 근처에 설치되어 제습장치로 유입되는 공기를 가열하여 습기를 방출시키는 재생히터(57), 상기 제습장치를 기준으로 실내측에 설치되고 상기 흡입통로(51)와 토출통로(52)에 설치되는 전열교환기(58), 상기 덕트(50)에 설치되어 전열교환기(58)를 거친 실외 공기를 열교환시켜서 실내공간으로 공급하는 히트펌프장치(60)로 구성되어 있다.
즉, 필요에 따라 환기와 냉난방 및 제습기능을 동시에 또는 별개로 나타낼 수 있는 구조로 되어 있다.
그러나, 이와 같은 공조시스템을 외기도입식에 적용할 경우, 반드시 실내로부터 배기되는 공기가 있어야 하며, 크로스타입 열교환기를 부착하고 있으므로 장치가 커지면서 그 비용이 추가되고 또한 팬의 동력도 증가하게 되므로 운전비용도 증가하게 된다.
또한, 동절기에는 제습장치(56)를 정지시키므로 운전되며 외기를 전열교환기 직접 접촉하므로 동파의 위험이 있으며, 제습장치가 공기의 흐름에 의해 막히는 것과 사용하지 않는 제습장치에 의해 팬동력이 증가하므로 효율적인 운전이 아니다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 온도와 습도조절을 수행하는 별도의 구성을 부가함으로써 에너지 효율을 높이도록 한 사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법을 제공하는데 있다.
또한, 완벽한 살균에 의해 쾌적한 실내공기를 유지할 수 있도록 하는 사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법을 제공하는데 있다.
또한, 종래의 공조시스템에 비해 상대습도를 낮춤으로써 쾌적성을 한층 높일 수 있는 사계절용 외기도입 공조시스템 및 공조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템은,
히트펌프와;
상기 히트펌프의 냉각열교환기를 지나온 공기를 제습하는 제습기와;
상기 데시칸트 로터를 바이패스하는 가습기와;
공기 출구 쪽에 설치된 송풍기와;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 제습기는 데시칸트 로터이며, 상기 데시칸트 로터에는 제습재생히터가 부가적으로 설치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 데시칸트 로터는, 냉각열교환기로부터의 공기를 제습하는 프로세스부(process part)와, 상기 프로세스부(process part)로부터 바이패스되는 일부 공기를 가열처리하기 위한 퍼지부(purge part)와, 상기 퍼지부로부터의 공기를 통과시켜서 배출하는 재생부로 구성되어 있으며, 상기 퍼지부와 재생부 사이에는 제습재생가열기가 개재되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 데시칸트 로터는 원통형으로 되어 있되, 상기 프로세스부와 퍼지부와 재생부가 각각 차지하는 부분의 각도의 총합은 360°를 형성하며, 프로세스부는 216-240°, 퍼지부는 72-60°, 재생부는 72-60°범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가습기는 기화식 증발가습기로 된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 가습기의 뒤쪽에는 살균장치가 부가적으로 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 외기가 통과하는 상기 히트펌프의 냉각열교환기는 2개 이상이 직렬로 설치될 수 있다.
또는, 외기가 통과하는 상기 히트펌프의 냉각열교환기는 2개 이상이 병렬로 설치될 수 있다.
또한, 상기 각각의 냉각열교환기에는 각각 히트펌프가 개별적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 사계절용 외기도입 공조방법은,
냉방시에는, 히트펌프의 냉각열교환기를 증발기로 기능하도록 하여 외기를 통과시키고, 상기 냉각열교환기를 통과한 공기를 제습시키는 한편, 상기 냉각열교환기를 통과한 공기의 일부를 바이패스시켜서 이를 상기 제습된 공기와 혼합한 후, 상기 제습된 공기를 배출하며,
난방시에는, 히트펌프(HP)의 냉각열교환기를 응축기로 기능하도록 하여 외기를 통과시키고, 상기 통과된 공기를 가습시켜서 급기시키는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조방법.
여기서, 냉방시에, 냉각열교환기를 통과한 공기의 일부를 인출하여 제습기의 고온 퍼지부를 통과시켜서 승온시키고, 승온된 공기를 살균온도 이상으로 다시 가열하여 제습기를 통과시켜서 배출하는 것이 바람직하다.
또한, 냉방시, 상기 바이패스되어 가습된 공기를 살균하여 혼합하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 2에 본 실시예에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템의 구성이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 사계절용 외기도입 공조시스템은, 히트펌프(HP)와, 상기 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)를 지나온 공기를 제습하는 제습기(127)와, 상기 제습기(127)를 바이패스하는 가습기(131)와, 공기 출구 쪽에 설치된 송풍기(133)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 히트펌프(HP)는 통상적인 압축기(101), 대응 열교환기(103), 팽창밸브(111), 냉각열교환기(105), 및 4방향 밸브(109)로 구성되어 있다. 상기 4방향 밸브(109)의 작동에 따라 냉방기와 난방기의 기능이 결정된다. 그리고, 냉방시에 상기 냉각열교환기(105)는 증발기가 되고, 난방시에는 응축기의 기능을 수행한다. 물론, 상기 대응 열교환기(103)는 냉각열교환기(105)와 상보적으로 기능한다.
도면에서, 기술되지 않는 도면부호 107은 냉매고압압력스위치, 108은 냉매압력검출기, 112는 냉매액분리기, 113, 114, 116은 냉매여과기, 115는 냉매흡입여과기, 117은 모세관, 119는 냉매전자밸브, 134는 급기온도검출기, 135는 급기습도검출기로서 통상의 구성요소이다.
상기 제습기(127)는 데시칸트 로터인 것이 좋으며, 데시칸트 로터가 흡수한 수분을 제거하기 위해 제습재생히터(128)가 부가적으로 설치되어 있다.
상기 데시칸트 로터는, 냉각열교환기(105)로부터의 공기를 제습하는 프로세스부(process part)(127a)와, 상기 냉각열교환기(105)로부터의 공기중 일부를 재생부에서 가열된 로터를 현열 냉각하기 위한 퍼지부(purge part)(127b)와, 상기 퍼지부(127b)로부터의 공기를 통과시켜서 중온(70∼80℃)이 된 공기를 고온(120∼140℃)까지 가열하여 로터 내의 수분을 배출하는 재생부(127c)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 퍼지부(127b)와 재생부(127c) 사이에는 제습재생가열기(128)가 개재되어 있어, 퍼지부(127b)를 나온 공기가 부가적인 효과로 살균효과를 나타낼 정도로 높은 온도로 가열되어 다시 데시칸트 로터를 지나갈 수 있으므로, 로터의 살균과 제습을 동시에 수행한다.
상기 가습기(131)는 기화식 증발가습기가 채용되어 있다. 상기 기화식 증발가습기의 재질은 항균용 여재를 사용하는 것이 좋다. 상기 기화식 증발가습기에는 급수조절기(136)가 설치되어 있어, 동절기 가습의 정도에 따라 급수를 조절하게 되어 있다. 물론, 기화식 증발가습기 외에 일반적인 다른 타입의 가습기가 채용될 수도 있다.
상기 가습기(131)의 뒤쪽에는 살균장치(132)가 부가적으로 설치되어 있어, 가습에 의해 발생될 수 있는 유해균 등을 게거하게 되어 있다. 상기 살균장치(132)로는 유브이 살균램프 등이 채용될 수 있다.
데시칸트 로터 제습기(127)를 통과한 공기는 기화식 증발가습기(131)와 살균장치(132)를 통과한 바이패스 공기와 혼합되어 온도와 습도가 조절된 상태에서 메인 공조기나 실내로 공급된다.
상기 히트펌프(HP)와 필터(125), 제습기(127), 가습기(131), 살균 유브이 램프(132), 송풍기(133) 등은 하나의 장비 등이 콤팩트하게 결합된 일체형의 모듈로 구성하는 것이 가능하다.
이하, 본 실시예에 따른 공조시스템의 작용을 설명한다.
① 냉각시
도 2a와 도 2b에는 본 발명에 따른 공조시스템의 냉방시 작용상태가 도시되어 있는데, 압축기 1대에 증발기 2대가 별도로 설치된 1사이클형으로 설치된다.
도시된 바와 같이, 먼저 본 발명에 따른 사계절용 외기도입(MAKE-UP) 공조시스템으로 유입되는 외기공기(100)를 외기온도센서(123)와 외기습도센서(124)에서 감지한다.
다음, 자동제어 컨트롤러에 의해 히트펌프(HP) 냉각시스템이 동작한다.
이 때, 외기의 오염된 공기를 프리필터 및 미듐필터(125)를 통과시켜서 청정공기로 만드는 것이 바람직하다.
필터를 통과한 깨끗한 공기는 냉각코일(105)에서 냉각 및 1차 냉각제습이 이루어진다.
그리고, 일부 공기는 퍼지 시스템(purge system)을 채용한 데시칸트 로터(127)에 유입되어 프로세스부(또는 처리존, 127a)를 지나 건조공기가 되어 나오게 된다.
한편, 프로세스공기의 1/3이하의 공기가 재생용으로서 고온의 퍼지존(127b)을 별도로 지나게 된다. 이렇게 통과된 공기의 온도는 70~80℃가 되는데, 재생히터(128)에서 다시 가열되어 자동제어에 의해 120~140℃가 되어 데시칸트 로터(127)를 제습하고 살균하는데 충분한 고온으로 된다.
이에 따라, 재생부(127c)에서 습기가 많은 로터가 건조되면서 로터 자체의 온도도 상승하게 된다. 또한, 고온의 재생온도에 의해 공기 중에 포함될 수 있는 박테리아나, 바이러스, 곰팡이균이 살균된다.
여기서, 상기 퍼지부(127b)의 역할은, 재생부를 지난 고온의 로터가 저속으로 회전하면서 퍼지부로 오면, 로터가 냉각되면서 공기온도는 상승된 상태에서 재생가열히터로 공급되므로, 재생가열히터의 용량이 50%정도 절감된다. 또한, 퍼지부(127b)에서 냉각된 로터는 프로세스부로 회전되므로, 종래의 3:1 시스템에 비해 프로세스 출구온도가 약 10?정도 낮게 되어 애프터 쿨러(after cooler)의 용량을 줄일 수 있다. 즉, 프리쿨링(pre-cooling)에 소요된 열원은 애프터 쿨러와 상쇄될 수 있으며, 재생열원 50% 축소의 효과를 갖는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 원통형의 로터의 면적비를 각도로서 나타내면, 상기 프로세스부와 퍼지부와 재생부가 각각 차지하는 부분의 각도의 총합은 360°를 형성하되, 프로세스부(127a)는 216-240°, 퍼지부는 72-60°, 재생부는 72-60°인 것이, 통과하는 공기를 처리하기에 가장 알맞은 범위가 된다.
결국, 종래 데시칸트 공조기에서는, 로터 면적비가 처리부:재생부=1:1이므로 로터 크기에 비해 처리공기량이 상대적으로 적고, 중온의 열원으로 재생을 도모하므로 제습량에도 큰 차이가 있었는데, 본 발명에 따르면 제습시스템의 핵심인 로터를 작게 하면서도 효율을 극대화할 수 있게 된다.
그리고, 다습한 공기는 재생배기송풍기(129)에 의해 대기중으로 배기된다.
한편, 프로세스부(127a)를 통과한 제습건조공기는, 바이패스(130)되어 살균 유브이램프(132)를 지난 나머지 일부의 공기와 혼합되어 온도와 습도가 적절히 조절된다.
이 공기는 급기송풍기(133)에 의해 메인 공조기 혹은 실내에 공기를 공급한다. 메인 공조기로 공급되는 경우에는 온도와 습도가 최적화된 상태로 유입되기 때문에 메인 공조기에 작용되는 부하가 최소화된다.
상기 히트펌프(HP)에서, 압축기(101,102)가 작동되면 냉매가 응축기(103)로 운전되는 동시에, 외기온도(123)와 외기습도(124)가 감지되며, 이에 따라 마이컴에 내장된 로직 다이어그램에 의해 전자식팽창밸브(111)가 가동됨으로써, 외기가 증발기(105)를 거쳐서 사전에 설정된 온도로 조절되어 공급된다.
도면에서는, 증발기(105)가 대온도차 냉각을 위해 직렬배열의 2열냉각(1차+2차) 코일방식(도 2a)이나 병렬배열의 2열냉각 코일방식(도 2b)이 채용되고 있지만, 단독 냉각코일방식을 사용하여도 무방하다.
② 난방시
도 2c와 도 2d에는 난방시 본 발명에 따른 공조시스템의 작용상태가 도시되어 있는데, 압축기 1대에 히팅코일 2대가 별도로 설치된 1사이클형으로 설치된다.
도시된 바와 같이, 먼저 본 발명에 따른 사계절용 외기도입(MAKE-UP) 공조시스템으로 유입되는 외기공기(100)를 외기온도센서(123)와 외기습도센서(124)에서 감지한다.
다음, 자동제어 컨트롤러에 의해 히트펌프(HP) 난방시스템이 동작한다.
이 때, 외기의 오염된 공기를 프리필터 및 미듐필터(125)를 통과시켜서 청정공기로 만드는 것이 바람직하다.
필터를 통과한 깨끗한 공기는 응축기(히팅코일, 105)를 통과하면서 가열된다. 이 때, 상기 히팅코일(105)은 가급적 이중코일 방식을 채택하고, 각각 시간차를 두어 운전되도록 하여 외기에 의한 제상시 공급되는 공기의 조건을 안정화시키는 것이 바람직하다.
이 때, 자동전동댐퍼(130)가 작동하여 데시칸트 제습기(127)측으로의 공기유입이 자동으로 차단된다.
따라서, 전체 공기가 바이패스측(130)의 기화식증발가습기(131)를 지나면서 가습된다. 또한, 공기가 살균 유브이램프(132)를 연속적으로 지나게 되어 공기중에 포함될 수 있는 박테리아나 바이러스 또는 곰팡이균 등이 제거된 청정한 공기가 되어 급기송풍기(133)에 의해 메인 공조기 혹은 실내로 공급된다. 메인 공조기로 공급되는 경우에는 온도와 습도가 최적화된 상태로 유입되기 때문에 메인 공조기에 작용되는 부하가 최소화된다.
상기 히트펌프(HP)에서, 압축기(101,102)가 작동되면 냉매가 히팅코일(105)로 이동하는 동시에, 외기온도(123)와 외기습도(124)가 감지되며, 이에 따라 마이컴에 내장된 로직 다이어그램에 의해 전자식팽창밸브(111)가 가동됨으로써, 외기가 히팅코일(105)를 거쳐서 사전에 설정된 온도로 조절되어 공급된다.
또한, 기화식증발가습기(131)에서는 공급되는 일반시수가 급수조절밸브(136)에 의해 조절되어 공급습도 설정치에 맞추어 공급된다.
도면에서, 히팅코일(105)은 대온도차 히팅을 위해 직렬배열의 2열 히팅코일방식(도 2c)과 병렬배열의 2열 히팅코일방식(도 2d)의 시스템으로 구성되어 있으나, 단독 히팅코일방식이 채용될 수 있음은 물론이다.
히트펌프 다양한 구성
한편, 도 3 내지 도 7에는 채용되는 히트펌프(HP)의 다양한 구성이 도시되어 있다.
먼저, 도 3에는 압축기가 2대이며 각각의 압축기에 증발기(또는 히팅코일)가 별도로 설치된 2사이클식으로 설치된다.
도 3a는 하절기에 증발기가 직렬로 설치된 구성을, 도 3b는 하절기에 증발기가 병렬로 설치된 구성을 나타내며, 도 3c는 동절기에 히트코일이 직렬로 설치된 구성을, 도 3d는 동절기에 히트코일이 병렬로 설치된 구성을 각각 나타낸다.
또한, 도 4에는 압축기 2대(101)(102)가 냉매유분리기(106)를 공유하며 2대의 증발기(또는 히팅코일)가 설치된 1사이클식 공조시스템이 도시되어 있다.
도 4a는 하절기에 증발기가 직렬로 설치된 구성을, 도 4b는 하절기에 증발기가 병렬로 설치된 구성을 나타내며, 도 4c는 동절기에 히트코일이 직렬로 설치된 구성을, 도 4d는 동절기에 히트코일이 병렬로 설치된 구성을 나타낸다.
또한, 도 5에 도시된 공조시스템에는 압축기 4대(101)(102)(101)(102)가 설치되는데, 2대의 압축기(101)(102)는 냉매유분리기(106)를 공유하여 1대의 증발기(또는 히팅코일)에 연결되는 구성이 2조 설치되는 2사이클식 공조시스템을 도시하고 있다.
도 5a는 하절기에 증발기가 직렬로 설치된 구성을, 도 5b는 하절기에 증발기가 병렬로 설치된 구성을 나타내며, 도 5c는 동절기에 히트코일이 직렬로 설치된 구성을, 도 5d는 동절기에 히트코일이 병렬로 설치된 구성을 나타낸다.
또한, 도 6에 도시된 공조시스템에는 압축기 4대(101)(102)(101)(102)가 설치되는데, 4대의 압축기 모두가 1대의 냉매유분리기(106)를 공유하며 2대의 증발기(또는 히팅코일)에 연결되는 1사이클식 공조시스템을 도시하고 있다.
도 6a는 하절기에 증발기가 직렬로 설치된 구성을, 도 6b는 하절기에 증발기가 병렬로 설치된 구성을 나타내며, 도 6c는 동절기에 히트코일이 직렬로 설치된 구성을, 도 6d는 동절기에 히트코일이 병렬로 설치된 구성을 나타낸다.
또한, 도 7에 도시된 공조시스템에는 압축기가 8대(101)(102)(101)(102) (101)(102)(101)(102)가 설치되는데, 4대의 압축기(101)(102)(101)(102)는 냉매유분리기(106)를 공유하여 2대의 증발기(또는 히팅코일)에 연결되고, 다른 4대의 압축기(101)(102)(101)(102)는 냉매유분리기(106)를 공유하여 또 다른 2대의 증발기(또는 히팅코일)에 연결되는 구성으로 된 2사이클식 공조시스템을 도시하고 있다.
도 7a는 하절기에 증발기가 직렬 2대+직렬 2대로 설치된 구성을, 도 7b는 하절기에 증발기가 병렬 2대+병렬 2대로 설치된 구성을 나타내며, 도 7c는 동절기에 히트코일이 직렬 2대+직렬 2대로 설치된 구성을, 도 7d는 동절기에 히트코일이 병렬 2대+병렬 2대로 설치된 구성을 나타낸다.
그 밖에 히트펌프(HP)의 구성은 다양하게 구성할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 이점이 있다.
1) 하절기에는 냉방시스템으로 히트펌프의 냉각을 프리쿨러(pre-cooler)로 사용하고 퍼지시스템을 채용한 데시칸트 제습기를 이용하는 동시에 바이패스를 적용함으로써, 별도의 애프터쿨러(after-cooler)를 사용하지 않더라도 온도제어가 쉬운 상태가 된다. 이에 따라, 매우 경제적이며 과냉각 및 재열에 의해 에너지가 낭비되는 경우가 없다.
2) 습도가 높은 중간기(봄, 가을)에도 퍼지시스템을 채용한 데시칸트 제습기 운전으로 습기를 제거할 수 있으므로, 에너지 절약이 도모되며 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등이 제습기 재생열원에 의해 살균되므로 실내공기의 질이 획기적으로 향상된다.
3) 또한, 본 발명에 따르면 사계절용으로 동절기에도 히트펌프를 이용하여 외기를 난방할 수 있고, 기화식 증발가습을 통해 실내가습에 이용할 수 있다. 이에 따라, 동절기에도 에너지 절감은 물론 장비의 사용운전 시간이 커짐으로 인해 연간운전비 절감, 투자에 대한 회수기간도 상당히 단축된다.
4) 또한, 하절기에 프리쿨러를 통과하여 퍼지시스템을 채용한 데시칸트 제습기를 거치지 않는 바이패스 공기와 동절기에 히팅코일을 통과하여 기화식 증발가습기의 통과하는 지점에는 살균용 유브이램프를 장착되어 있어 실내에 청정한 공기가 공급될 수 있다.
5) 또한, 동절기 기화식 증발가습은 가습시 엔탈피의 변화없이 가습되며, 공기 선도상에서 단열변화에 따라 이동되므로 급기온도를 높여 급기온도가 낮아지는 것을 방지할 수 있고, 가습에 필요한 열원은 절대적으로 필요하며 그 열원을 어떤 것을 선택하느냐에 따라 비용이 결정되므로, 종래와 달리 그 열원을 성적계수가 3 이상인 히트펌프의 열원을 이용함으로써 종래(열원: 전기, 가스, 등유)에 비해 운전비가 1/3정도의 낮은 수준의 가격으로 가습을 한다.

Claims (13)

  1. 사계절용 외기도입 공조시스템에 있어서,
    히트펌프(HP)와;
    상기 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)를 지나온 공기를 제습하는 제습기(127)와;
    상기 데시칸트 로터(127)를 바이패스하는 가습기(131)와;
    공기 출구 쪽에 설치된 송풍기(133)와;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제습기(127)는 데시칸트 로터이며, 상기 데시칸트 로터에는 제습재생히터(128)가 부가적으로 설치된 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데시칸트 로터는, 냉각열교환기(105)로부터의 공기를 제습하는 프로세스부(process part)(127a)와, 상기 프로세스부(process part)(127a)로부터 바이패스되는 일부 공기를 가열처리하기 위한 퍼지부(purge part)(127b)와, 상기 퍼지부(127b)로부터의 공기를 통과시켜서 배출하는 재생부(127c)로 구성되어 있으며, 상기 퍼지부(127b)와 재생부(127c) 사이에는 제습재생가열기(128)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 데시칸트 로터는 원통형으로 되어 있되, 상기 프로세스부와 퍼지부와 재생부가 각각 차지하는 부분의 각도의 총합은 360°를 형성하며, 상기 프로세스부(127a)는 216-240°, 퍼지부는 72-60°, 재생부는 72-60°범위에 있는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가습기(131)는 기화식 증발가습기인 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가습기(131)의 뒤쪽에는 살균장치(132)가 부가적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    외기가 통과하는 상기 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)는 2개 이상이 직렬로 설치된 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    외기가 통과하는 상기 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)는 2개 이상이 병렬로 설치된 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 각각의 냉각열교환기(105)에는 각각 히트펌프(HP)가 개별적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 각각의 냉각열교환기(105)에는 각각 히트펌프(HP)가 개별적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조시스템.
  11. 사계절용 외기도입 공조방법에 있어서,
    냉방시에는, 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)를 증발기로 기능하도록 하여 외기를 통과시키고, 상기 냉각열교환기(105)를 통과한 공기를 제습시키는 한편, 상기 냉각열교환기(105)를 통과한 공기의 일부를 바이패스시켜서 이를 상기 제습된 공기와 혼합한 후, 상기 제습된 공기를 배출하며,
    난방시에는, 히트펌프(HP)의 냉각열교환기(105)를 응축기로 기능하도록 하여 외기를 통과시키고, 상기 통과된 공기를 가습시켜서 급기시키는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    냉방시에, 냉각열교환기(105)를 통과한 공기의 일부를 인출하여 제습기의 고온 퍼지부를 통과시켜서 승온시키고, 승온된 공기를 살균온도 이상으로 다시 가열하여 제습기를 통과시켜서 배출하는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    냉방시, 상기 바이패스되어 가습된 공기를 살균하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 사계절용 외기도입 공조방법.
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