KR100835120B1

KR100835120B1 - 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치와 그제어방법

Info

Publication number: KR100835120B1
Application number: KR1020070079055A
Authority: KR
Inventors: 이상운
Original assignee: 이상운
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2008-06-05

Abstract

본 발명은 대체냉매(R-410a)를 사용하는 통신기지국용 복합냉방장치에 관한 것으로, 특히 동절기에 외기냉방을 시행하되 위 통신기지국은 주로 도로변 혹은 건물의 옥상 등에 설치되는 것을 감안하고 외부의 습기와 오염된 먼지의 유입을 방지하기 위하여, 상기 복합냉방장치에는 외기와 열교환을 하는 현열교환기와 연결되도록 함으로써, 외기 냉방에 의한 에너지 절약은 물론 기지국내에 설치되는 고가의 통신장비의 안정성과 가동효율을 향상시키는 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치를 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명은, 대체냉매를 압축하는 압축기와 상기 냉매를 응축하는 실외열교환기(응축기) 및 송풍팬 등으로 이루어지는 실외기와, 실내열교환기(증발기)와 급기팬 및 급, 배기 댐퍼 등으로 이루어지는 실내기를 통신장비가 설치되는 통신기지국의 실내, 외에 각각 설치하되, 상기 실외기와 실내기 사이에는 통신실내에서 발생하는 열을 외기와 열교환하여 외부로 배출시키는 알루미늄 재질의 판형 현열교환기가 구비되도록 한다.

상기 현열교환기는 에너지 절약과 유지관리면을 고려하여 기지국내의 냉방기가 복수개인 경우에는 각각의 실내기 내부에 상기 현열교환기를 장착할 수도 있다.

또한, 효율적인 외기냉방을 위하여, 상기 현열교환기를 구동시키는 팬과 실외기에 장착되는 압축기는 통신실내에서 발생하는 발열량과 외기 온도를 비교 측정하여 회전수를 가변시키거나 간헐운전을 할 수 있도록 하는 제어기능이 구비된다.

따라서, 본 발명의 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치에는 기존에 사용되고 있는 냉매(R-22)에 비하여 오존층을 파괴시키는 물질을 획기적으로 줄인 HFC계인 대체냉매(R-410a)를 적용함으로써 지구온난화를 방지하고, 동절기에는 현열교환기를 이용한 외기냉방으로 에너지소비를 감소시키며, 대부분 수입에 의존하고 있는 알루미늄 판형열교환기를 국내에서 제작하여 설치함으로써, 수입대체효과를 도모할 수 있다.

또한, 통신기지국내의 온도에 의한 현열교환기의 적정제어로 통신장비의 성능과 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 기대된다.

대체냉매, 현열교환기, 복합냉방기, 통신장비, 알루미늄

Description

현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치와 그 제어방법{AIR CONDITIONER OF COMMUNICATION BASE STATION WITH SENSIBLE HEAT EXCHANGER AND ITS CONTROL METHOD}

본 발명은 오존층을 파괴시키지 않는 대체냉매를 사용하는 통신기지국용 복합냉방장치에 관한 것으로, 특히 동절기에 외기냉방을 시행하되 위 통신기지국은 주로 도로변 혹은 건물의 옥상 등에 설치되는 것을 감안하고 외부의 습기와 오염된 먼지의 유입을 방지하기 위하여, 상기 복합냉방장치에는 외기와 열교환을 하는 현열교환기와 연결되도록 함으로써, 외기 냉방에 의한 에너지 절약은 물론 통신기지국내에 설치되는 고가의 통신장비의 안정성과 가동효율을 향상시키는 통신기지국용 복합냉방기에 관한 것이다.

일반적으로 통신기지국의 냉방장치에는 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 증발기(11) 및 급기팬(12)으로 이루어지는 실내기(10)와, 응축기(21)와 송풍팬(22) 및 압축기(23)로 이루어지는 실외기를 각각 복수개 설치하여 통신실(30)내의 검출장치(61, 62)로 검출된 통신실(30)내의 온, 습도 부하 조건에 따라 제어수단(60)이 상기 압축기(23)의 가동을 제어하는 구성으로 되어 있으나, 상기 압축기에는 오존 층을 파괴하는 물질로 알려진 염화불화탄화수소(HCFC)계열의 냉매를 대부분 사용하고 있으며, 외부로부터의 오염을 방지하기 위하여 밀폐된 공간에서 신선외기의 도입 없이 압축기의 구동만으로 통신장비에서 발생되는 열을 제거하고 있다.

이와 같은 기존의 통신기지국에 대한 냉방시스템은 위에서 살펴본 바와 같이, 오존층을 파괴하는 것으로 알려진 냉매(R-22)를 사용함으로써, 지구온난화를 가속시키는 문제점이 있고, 동절기에도 고가의 통신장비가 오염된 외부공기의 유입으로 인한 통신기기의 고장과 오작동을 방지하기 위하여 밀폐된 공간에서 실외기에 장착되는 압축기의 구동만으로 냉방을 실시하는 관계로 동절기에도 많은 소비전력을 사용하여야 하는 문제점이 있다.

한편, 이러한 통신기국의 냉방과 관련된 문제점을 감안하여 국내 등록특허공보 등록번호 10-0367349(2002. 12. 24. 등록)호의 통신기지국의 냉각제어방식에는 외기의 검출온도에 따라 압축기를 운전하지 않도록 하는 운전제어수단을 채택하고 있으나, 이는 저부하시에는 단지 압축기만이 제외되고 기존의 냉매가 주입되는 자연순환 냉매회로의 실외기를 계속 가동하여야 하는 구성이다.

즉, 도 1b에 도시된 바와 같이 종래 통신기지국에서 채용하고 있는 냉방장치는 실내기(10)와 복수개의 실외기(20, 21)가 설치된다.

상기 실내기(10)내에는 압축기(23)가 구비되는 강제순환식 실외기(20) 및 압축기가 설치되지 않는 자연순환식 실외기(21)와 각각 연결되는 복수개의 증발 기(11, 12)를 구비하여, 상기 증발기들에 의하여 냉각된 공기를 실내기(10)내에 장착되는 송풍팬(22)으로 온도가 상승된 통신실로 저온의 공기를 취출시키는 구조로서, 통신장비케이스(4)내의 열부하의 정도에 따라 압축기(23)의 가동을 제어하는 것이어서, 동절기의 저부하시에는 강제순환 냉매회로의 압축기(23)의 가동을 제한하고 대신 자연순환 냉매회로를 갖는 실외기(21)로 대체 가동하는 구성으로 되어 있으나, 상기 냉매회로에는 오존층을 파괴하는 물질로 알려진 기존의 냉매[염화불화탄화수소(HCFC)계열]를 사용하고 있을 뿐만 아니라 별도의 제 2냉매회로(자연순환)를 구성하여야 하는 등 초기 설치비와 관리시의 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 일본 공개특허공보 특개2005-140464(2005. 6. 2)호의 냉방장치에는 염소성분이 들어있지 아니한 냉매(R-134a)를 채용하고 있으나, 동절기에 외기를 이용한 현열교환기의 기술구성이 누락되어 있어서 저온의 외기를 이용한 효과적인 냉방을 수행할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 종래 통신기지국의 냉방장치가 갖는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 통신실의 좌, 우측에 실내공기 흡입통로와 흡입구를 구비하고, 내부에 실내열교환기(증발기) 및 급기팬이 내장되는 복수개의 실내기와, 상기 통신실의 외부에는 냉매(R-410a)를 압축하는 압축기와 실외열교환기(응축기) 및 송 풍팬이 구비되는 실외기를 설치하되, 상기 복수개의 실내기의 흡입구는 현열교환기의 중앙급기통로와 각각 연결되도록 하며, 통신장비의 케이스에는 온, 습도 검출장치를 부착하고, 통신실의 외부에는 별도의 외기온도 검출장치가 부착되도록 하는 한편, 통신실의 내부에는 외기의 온도조건에 따라 압축기와 실내기 급기팬 및 외기취입댐퍼를 제어하는 별도의 제어수단이 구비되도록 하여, 동절기에는 외기조건에 따라 현열교환기의 구동만으로도 통신실의 냉방이 가능하도록 하고, 외기취입댐퍼의 개, 폐와 압축기의 회전을 제어하는 제어수단을 둠으로써, 외기 냉방에 의한 에너지 절약은 물론 대체냉매의 사용으로 급속한 지구온난화를 방지하며, 통신기지국내에 설치되는 고가의 통신장비의 안정성과 가동효율을 향상시키는 통신기지국용 복합냉방기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 수단으로 본 발명인 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치는, 통신장비가 내장된 통신기지국의 통신실의 좌, 우측에 실내공기 흡입통로 및 흡입구를 구비하고, 내부에 실내열교환기 및 급기팬이 내장되는 복수개의 실내기와, 상기 통신실의 외부에는 냉매를 압축하는 압축기와 응축기 및 송풍팬이 구비되는 실외기를 설치하되, 상기 복수개의 실내기의 흡입구는 외기와 열교환을 하는 판형상의 현열교환기의 중앙급기통로와 각각 연결되도록 하며, 상기 통신장비의 케이스에는 온, 습도 검출장치를 부착하고, 상기 통신실의 외부에는 별도의 외기온도 검출장치가 부착되도록 하는 한편, 상기 통신실의 내부에는 외 기의 온도조건에 따라 압축기와 실내기의 급기팬 및 현열교환기의 외기배출팬의 구동과, 외기취입댐퍼의 개폐를 제어하는 별도의 제어수단이 구비되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 현열교환기는 설치장소와 통신장비에서 발생되는 열량에 따라 상기 실내기와는 별도로 설치할 수 있고, 상기 실내기와 일체로 형성할 수도 있다.

또한, 상기 현열교환기는 알루미늄재질의 대향류형 열교환기로서, 외기를 취입하는 외기취입댐퍼와 열교환 된 공기를 외부로 배출하는 외기배출팬 및 열교환 통로로 형성된다.

대체냉매(R410-a)를 사용하는 본 발명인 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치는 외부의 습기와 오염된 먼지의 유입을 방지하기 위하여, 외기와 열교환만을 하는 현열교환기를 채용하고, 외기 냉방시에는 통신실내에서 발생되는 열부하와 외기의 온도조건에 따라 단계적으로 압축기의 가동을 제한함으로써, 오염된 외기의 유입으로 인한 고가의 통신장비를 보호함과 동시에, 효율적인 외기냉방으로 에너지를 절약할 수 있는 효과가 기대된다.

또한, 본 발명의 복합냉방기에는 기존에 사용되고 있는 냉매(R-22)에 비하여 오존층을 파괴시키는 물질을 획기적으로 줄인 HFC계인 대체냉매(R-410a)를 적용함으로써 급속한 지구온난화를 방지하고, 동절기에는 현열교환기를 이용한 외기냉방으로 에너지소비를 감소시키며, 대부분 수입에 의존하고 있는 알루미늄 판형열교환 기를 국내에서 제작이 가능하도록 하여 수입대체효과도 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이며, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예인 통신기지국에 현열교환기가 설치되는 복합냉방장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예인 통신기지국의 현열교환기가 내장되는 복합냉방장치의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 적용되는 현열교환기의 유체흐름도이고, 도 5는 본 발명의 복합 냉방장치에 장착되는 현열교환기의 내부 구조도이며, 도 6은 본 발명의 복합 냉방장치의 제어수단의 흐름도이다.

본 발명의 제 1실시예는 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치는, 통신장비(300)가 내장된 통신기지국의 통신실(150)의 좌, 우측에 실내공기 흡입통로와 흡입구(510, 520)를 구비하고, 내부에 증발기(110) 및 급기팬(120)이 내장되는 복수개의 실내기(100)를 두는 한편, 상기 통신실(150)의 외부에는 냉매를 압축하는 압축기(230)와 응축기(210) 및 송풍팬(220)이 구비되는 실외기(200)를 설치하되, 상기 실내기(100)의 흡입구(140)에는 외기취입댐퍼(420)와 외기배출팬(430)으로 구성되어, 외기와 열교환을 하는 판형상 의 현열교환기(400)의 중앙급기통로(500)와 각각 연결되도록 하며, 상기 통신장비(300)의 케이스(310)에는 온, 습도 검출장치(610, 611)를 부착하고, 상기 통신실(150)의 외부에는 별도의 외기온도 검출장치(612)가 부착되도록 하는 한편, 상기 통신실(150)의 내부에는 외기의 온도조건에 따른 상기 압축기(230)와 현열교환기(400)의 외기배출팬(430)의 구동 및 정지와, 실내기의 대수제어를 수행함과 동시에 실내기의 급기팬(120)을 구동시키는 모터(140)의 가동 및 외기취입댐퍼(420)의 개폐를 제어하는 별도의 제어수단(600)이 형성되도록 하되, 상기 현열교환기는(400)는 통신실내의 냉방부하와 위치 등을 감안하여 실내기(100)와 일체로 형성되도록 하고, 외기와 실내의 조건에 따라 현열교환기의 단독운전과 실내기와의 병합운전이 가능하도록 급기통로와 댐퍼 및 송풍팬이 구비되도록 함과 동시에 상기 현열교환기(400)의 위치와 수량을 다양하게 변형실시 할 수 있도록 한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 개시되는 현열교환기(400')는 외기를 취입하는 외기취입댐퍼(531, 532)와 이를 외부로 열교환하여 배출시키는 외기배출팬(421, 422)과 좌측 환기용 열교환통로(511)와 우측 환기용 열교환통로(512) 및 배기통로(521, 522)로 이루어지되, 상기 현열교환기(400')는 실내기(100)와 일체로 형성되도록 하여 설치면적이 감소되도록 하고, 부하의 변동에 따른 댐퍼와 송풍팬 및 실내기의 대수제어를 용이하게 함으로써, 특히 동절기의 냉방장치의 가동에 따른 에너지 절약을 극대화 하도록 한다.

한편, 상기 현열교환기(400, 400')는 오염된 외기가 통신실(150)의 내부에 침입되지 않도록 함과 동시에 저온의 외기와 고온의 내부공기와의 열교환 효율을 향상시키기 위하여, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 현열교환기는 대향류형의 열교환기로서, 외기를 흡입하는 외기취입댐퍼(420, 531, 532)와 열교환된 공기를 외부로 배출시키는 외기배출팬(421, 422, 430) 및 알루미늄재질의 열교환 판재(700)로 이루어지도록 함과 동시에, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 현열교환통로(440)를 설치하고, 상기 전열교환기는 통신기지국에서 널리 쓰이고 있는 5RT급 냉방기의 냉방부하와 크기를 고려하여, 상기 현열교환기의 크기는 가로와 세로 및 폭을 각각 700㎜×1000㎜×230㎜로 하고 상기 열교환 판재(700)의 두께는 1㎜하며 현열교환기의 열교환통로(701)의 폭은 15~20㎜가 되도록 하는 한편, 각각의 열교환 판재(700)의 간격은 5RT급 냉방기가 갖는 취출풍량(150CMH~2400CMH)을 감안하여 6㎜가 되도록 한다.

또한, 상기 실외기(200)의 냉매회로에 사용되는 냉매는 HFC계열의 R-410a로 하고, 통신기지국 내의 냉방제어는 통신실내의 온도와 외기온도를 주기적으로 검출하여 압축기의 구동과 외기취입댐퍼 등의 개폐를 미리 입력된 적정범위 내에서 제어되도록 함으로써, 에너지 절약과 동시에 동파로부터 통신기지국내의 통신장비를 보호하도록 한다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 적정한 통신실의 실내온도(Tr)를 25℃로 설정하여 이를 제어수단(600)에 입력하고, 이를 기준으로하여 주기적(매10분간격)으로 검출되는 평균실내온도(Tr')와 비교하여 온도차가 15℃이상인 것으로 판단되는 경우에는 압축기(230)가 구동되는 일상적인 냉방을 실시하고, 위 온도차가 15℃이하인 경우에는 현열교환기에 의한 외기냉방과 압축기구동(간헐)을 병행하는 한편, 실내온도가 20℃이하인 경우에는 통신장비중의 축전지(밧데리)등의 성능 저하를 감안 하여 압축기의 구동을 중지하고 현열교환기에 의한 외기냉방만을 행한다.

또한, 외기온도가 -5℃이하로 검출되는 경우에는 통신장비의 동파방지를 위하여 통신실내의 온도가 10℃에 도달할 때까지 외기냉방을 중지하고 외기와 연통되는 외기취입댐퍼를 차단한다.

따라서, 발생되는 통신실의 열부하와 외기온도에 따른 효율적인 냉방제어로 에너지를 절약하고 고가의 통신장비를 냉해로부터 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명인 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치는 도시하고 설명한 것 이외에 다양하게 변형실시 될 수 있는 것으로, 본 발명의 목적범위를 일탈하지 않는 한 변형되는 실시예들은 모두 본 발명의 권리범위에 포함되어 해석되어야 한다.

도 1a 및 도 2b는 종래 통신기지국에 설치되는 냉방장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제 1실시예인 통신기지국에 현열교환기가 설치되는 복합냉방장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 제 2실시예인 통신기지국의 현열교환기가 내장되는 복합냉방장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명인 복합냉방장치에 장착되는 현열교환기의 유체흐름도이다.

도 5는 본 발명인 복합냉방장치에 설치되는 현열교환기의 내부 구조도이다.

도 6은 본 발명인 복합냉방장치에 대한 제어수단의 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 실내기 200 : 실외기 230 : 압축기

300 : 통신장비 400 : 현열교환기 420 : 외기취입댐퍼

430 : 외기 배출팬 500 : 중앙 급기통로

510 : 실내공기 흡입통로 520 : 실내공기 흡입구 600 : 제어수단

610, 611 : 실내 온, 습도검출장치 612 : 외기온도 검출장치

Claims

통신장비(300)가 내장된 통신기지국의 통신실(150)의 좌, 우측에 실내공기 흡입통로(510)와 흡입구(520)를 구비하고, 내부에 실내열교환기(110) 및 급기팬(120)이 내장되는 복수개의 실내기(100)와, 상기 통신실(150)의 외부에는 냉매를 압축하는 압축기(230)와 응축기(210) 및 송풍팬(220)이 구비되는 실외기(200)를 설치하되, 상기 실내기(100)의 흡입구(140)에는 외기와 열교환을 하는 판형상의 현열교환기(400)의 중앙급기통로(500)와 각각 연결되도록 하며, 상기 통신장비(300)의 케이스(310)에는 온, 습도 검출장치(610, 611)를 부착하고, 상기 통신실(150)의 외부에는 별도의 외기온도 검출장치(612)가 부착되도록 하는 한편, 상기 통신실(150)의 내부에는 외기의 온도조건에 따라 상기 압축기(230)와 실내기의 급기팬(120) 및 현열교환기의 외기배출팬(421, 422, 430)의 구동 및 정지와, 외기취입댐퍼(420, 531, 532)의 개폐를 제어하는 별도의 제어수단(600)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치.
제 1항에 있어서,

상기 현열교환기(400)는 실내기(100)와 일체로 형성되는 현열교환기(400')를 구비하는 것을 특징으로 하는 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 현열교환기(400, 400')는 외기를 흡입하는 외기취입댐퍼(420, 531, 532)와, 열교환된 공기를 외부로 배출시키는 외기배출팬(421, 422, 430) 및 현열교환통로(440)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 현열교환기(400, 400')는 알미늄 재질의 대향류형 판형 열교환기로 하되, 열교환을 행하는 열교환 판재(700)의 두께와 간격 및 길이는 1m/m × 6m/m × 15~20m/m가 유지되도록 하며, 상기 판형 열교환기의 길이와 폭 및 두께는 1000m/m × 700m/m × 230m/m가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치.
제 1항에 있어서, 상기 실외기(200)의 냉매회로에 사용되는 냉매는 HFC계열의 R-410a인 것을 특징으로 하는 현열교환기를 구비하는 통신기지국의 복합냉방장치.
대체냉매(R410-a)를 사용하는 압축기(230)와, 실내기(100) 및 실외기(200) 와, 외기와 열교환을 하는 판형상의 현열교환기(400, 400')와, 통신실 내, 외의 온도를 검출하여 검출된 온도에 따라 상기 압축기(230)와 실내기의 급기팬(120) 및 현열교환기의 외기배출팬(421, 422, 430)의 구동 및 정지를 행함과 동시에, 외기취입댐퍼(420, 531, 532)의 개폐를 제어하는 별도의 제어수단(600)을 구비한 통신기지국의 냉각장치에 있어서, 주기적으로 검출되는 통신실의 평균 실내온도(Tr')와 제어수단(600)에 입력된 적정 실내온도(Tr)와 비교하여 온도차가 15℃이상인 것으로 판단되는 경우에는 압축기(230)가 구동되는 일상적인 냉방을 실시하고, 상기 온도차가 15℃이하인 경우에는 현열교환기(400, 400')에 의한 외기냉방과 압축기(230)의 구동(간헐 또는 최소운전)을 병행하도록 하며, 측정되는 평균실내온도(Tr')가 20℃이하인 경우에는 압축기(230)의 구동을 중지하고 현열교환기(400, 400')에 의한 외기냉방이 실시되도록 하고, 외기온도가 -5℃이하로 검출되는 경우에는 외기와 연통되는 각 댐퍼를 차단함과 동시에 통신실내의 온도가 10℃에 도달할 때까지 외기냉방을 중지하는 것을 특징으로 하는 통신기지국의 복합냉각장치 제어방법.