KR101054445B1 - 재생증발식 냉방기, 냉방 시스템 및 그의 코어 모듈 - Google Patents

재생증발식 냉방기, 냉방 시스템 및 그의 코어 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기는, 흡입된 실내공기가 통과되는 건채널부와, 건채널부를 통과한 공기의 일부가 추기될 수 있게 형성되며 건채널부와 열교환될 수 있게 형성되는 습채널부, 습채널부의 상부에 배치되며 습채널부를 적실 수 있게 증발수를 공급하는 증발수 공급부 및, 건채널부의 상부에 형성되고 건채널부를 습채널부로부터 분리시키는 건채널 안내덕트를 포함한다. 건채널 안내덕트가 건채널부의 상부에 습채널로부터 분리되게 설치되는 것이므로 증발수 공급부에 의하여 뿌려진 증발수의 유입을 효과적으로 차단시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증발수 공급부의 구성을 간이하게 할 수 있는 장점이 있다.
재생증발식, 공기조화, 냉각코어, 브레이징

Description

재생증발식 냉방기, 냉방 시스템 및 그의 코어 모듈{REGENERATIVE EVAPORATIVE COOLER, COOLING SYSTEM AND CORE MODULE THEREOF}
본 발명은 재생증발식 냉방기의 증발수 공급 구조 및 그 코어 모듈의 구조에 관한 것이다.
기존의 냉매를 사용하는 냉방기는 수요가 증대되어감에 따라 에너지의 소비량도 급격히 증가하고, 냉매에 의한 오존층 파괴 및 지구 온난화를 야기하는 등의 문제점들을 안고 있다.
재생증발식 냉방기(Regenerative Evaporative Cooler;REC)는 그러한 문제를 해결할 수 있는 대안으로 제시되고 있다.
재생증발식 냉방기는 건채널을 통과한 공기의 일부를 물이 적셔져 있는 습채널로 추기시켜 물 증발을 유도하여 건채널 공기를 냉각하는 방식에 의하여 작동된다. 습채널 표면에서는 물이 증발되어 습채널 표면을 냉각시키며, 상대적으로 온도가 높은 건채널의 공기로부터 열을 흡수한다. 따라서, 건채널을 통과하는 공기는 습도의 증가 없이 최대 이슬점 온도까지 냉각될 수 있다.
습채널에 지속적으로 증발수를 공급하기 위하여 증발수 공급관이 소요된다. 그런데, 증발수의 유량이 증가하면 재생증발식 냉방기의 냉방성능이 감소하므로, 소량의 증발수를 균일하게 공급하는 것이 중요하다. 또한, 증발수가 공급될 습채널의 수가 많아짐에 따라, 증발수를 지속적으로 일정하게 공급하기 위한 장치도 복잡해지고 냉각 효율도 떨어질 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 재생증발식 냉방기에서 습채널에 공급되는 증발수를 일정하게 지속적으로 공급될 수 있도록 하는데 그 일 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 증발수의 공급구조를 간이하게 구성함으로써 제작이 용이하고 생산비를 절감시킬 수 있는 재생증발식 냉방기, 시스템 및 그의 코어 모듈을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기는, 흡입된 실내공기가 통과되는 건채널부; 건채널부를 통과한 공기의 일부가 추기될 수 있게 형성되며, 건채널부와 열교환될 수 있게 형성되는 습채널부; 습채널부의 상부에 배치되며, 습채널부를 적실 수 있게 증발수를 공급하는 증발수 공급부; 및 건채널부의 상부에 형성되고, 건채널부를 습채널부로부터 분리시키는 건채널 안내덕트를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 습채널부와 건채널부는 상호 교번되게 중첩적으로 배치될 수 있다. 이 경우, 습채널부와 건채널부는 각각 파형의 단면을 갖는 핀(fin)을 포함할 수 있다. 습채널부와 건채널부 사이에는 열전달판이 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 습채널부의 하방에 부착되어 습채널부를 통과 하는 추기공기를 안내하는 습채널 안내덕트를 더 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 증발수 공급부는 복수의 방향으로 증발수를 분출시키는 스프링클러(sprinkler) 형태로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 건채널 안내덕트의 출구측에는 추기공기를 외부로 배출시키는 추기 송풍기가 더 구비될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 건채널부는 실내공기가 상방으로 이동될 수 있게 형성되고, 습채널부는 추기공기가 하방으로 이동될 수 있게 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기는 다음과 같이 이해될 수 있다. 즉, 냉방기는 흡입된 실내공기가 통과되는 건채널부; 건채널부를 통과한 공기의 일부가 추기될 수 있게 형성되고, 증발수에 의해 적셔지게 구성되는 습채널부; 및 건채널부의 출구측에 배치되며, 건채널부를 통과한 공기를 실내 및 습채널부로 송풍시키는 공급 송풍기를 포함한다.
본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기는 다음과 같이 이해될 수도 있다. 즉, 냉방기는 건채널부와 습채널부 한 쌍으로 이루어진 단위 모듈이 적층되어 형성된다. 단위 모듈 습채널부 내부에 부착되는 습채널핀과, 습채널부와 건채널부 사이에 배치되는 열전달판과 열절달판의 외면에 부착되는 건채널핀 및, 습채널부의 출구쪽에 부착되어 습채널부를 통과하는 추기공기를 안내하는 습채널 안내덕트; 및 건채널부의 출구쪽에 부착되어 건채널부를 통과하는 실내공기를 안내하는 건채널 안내덕트를 포함한다.
본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기의 냉방시스템은, 건채널부의 출구측을 입구측보다 저압으로 유지하여 실내공기를 건채널부로 유입시킴과 아울러 건채널부를 통과한 공기를 실내로 공급시키는 계통; 건채널부를 통과한 실내공기의 일부를 증발수에 의하여 적셔진 습채널부로 추기시키는 계통; 증발수의 증발을 통하여 건채널부를 냉각시키는 계통; 및 습채널부가 지속적으로 적셔질 수 있게 습채널부에 증발수를 공급하는 계통을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 건채널부와 습채널부는 건채널부를 통과하는 공기와 습채널부를 통과하는 공기가 대향류 방식으로 열교환할 수 있게 구성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기에 의하면 건채널 안내덕트가 건채널부의 상부에 습채널로부터 분리되게 설치되는 것이므로 증발수 공급부에 의하여 뿌려진 증발수의 유입을 효과적으로 차단시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증발수 공급부의 구성을 간이하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 공급 송풍기를 건채널부의 출구쪽에 배치하는 것이므로 실내공기를 건채널부에 균일하게 공급할 수 있다. 또한,공급 송풍기는 추기공기를 습채널부로 보내기도 하므로 실내공기를 습채널부로 추기시키기 위한 구성을 줄일 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 예에 의하면, 건채널부와 습채널부가 대향류 방식으로 열교환하는 것이므로 열교환이 촉진되고 냉방성능도 개선되는 효과가 있다.
이하, 본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기, 냉방 시스템 및 그의 코어 모듈에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기의 개략적인 구성을 보인 측면도이다. 재생증발식 냉방기(1)는 냉방하고자 하는 공간의 공기(이하, '실내공기'라 한다)를 냉각시키는 코어 모듈(20)과, 냉각된 실내공기를 공급하는 공급 송풍기(40), 증발 잠열을 이용할 수 있게 코어 모듈(20)에 증발수를 공급하는 증발수 공급부(70) 및 실내공기와 열교환된 공기를 외부로 추기(exhaust)시키는 추기 송풍기(50)를 포함하고 있다.
외형적인 모습을 구성할 수 있게 재생증발식 냉방기(1)는 케이스(10)를 포함하고 있으며, 실내공기의 흡입계통, 추기공기의 배출계통 및 증발수의 공급계통은 케이스(10)의 내부에 포함되도록 구성될 수 있다. 케이스(10)의 일측에는 실내공기의 흡입부(11)와 냉각된 실내공기의 출구(12), 추기공기의 출구(13)가 형성된다. 냉방기(1)의 조작을 위한 조작부(Control Panel) 케이스(10)의 특정 위치에 구비될 수 있다.
지속적인 증발수의 공급을 위하여 케이스(10)의 일측에는 증발수를 저장하기 위한 탱크(61)가 설치될 수 있으며, 증발수 공급부(70)에 증발수를 보낼 수 있도록 펌프(62)가 포함된다.
코어 모듈(20)은 증발수 공급부(70)에 의하여 공급된 증발수의 증발 잠열에 의하여 실내공기를 냉각시킬 수 있게 구성되어 있다. 코어 모듈(20)의 상세한 구성을 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 코어 모듈의 사시도이고, 도 3은 코어 모듈을 이루는 단위 모듈의 사시도이다.
도 2와 도 3에 의하면, 코어 모듈(20)은 건채널부(D)와 습채널부(W) 한 쌍으로 이루어진 단위 모듈(20')이 적층된 후 양 헤더 플레이트(21,22)에 의하여 고정된 형태로 구성되어 있다.
단위 모듈(20')은 습채널부(W) 내부에 부착되는 습채널핀(24)과, 습채널부(W)와 건채널부(D) 사이에 배치되는 열전달판(26), 열전달판(26)의 외면에 부착되는 건채널핀(25), 습채널 안내 덕트(31) 및 건채널 안내덕트(32) 등을 포함하고 있다.
습채널핀(24)과 건채널핀(25) 및 열전달판(26)은 건채널부(D)를 통과하는 실내공기가 습채널부(W)에 적셔져 있는 증발수의 증발에 의하여 용이하게 냉각될 수 있도록 열전달 효율이 우수한 판재를 가공하여 형성시킨다. 일 예로서, 이들 습채널핀(24)과 건채널핀(25) 및 열전달판(26)은 알루미늄 또는 구리일 수 있다. 습채널핀(24)과 건채널핀(25)은 열전달판(26)에 브레이징(brazing) 등의 방법에 의하여 접합된다.
습채널핀(24)과 건채널핀(25)은 실내 공기 또는 유동이 일정한 방향으로 진행될 수 있도록 하면서도 표면적을 크게 할 수 있도록 파형의 단면 형상을 가진다. 이를 위하여 얇은 판 형태의 핀을 지그재그 형태로 절곡시킬 수 있다. 다른 표현에 의하면 습채널핀(24)과 건채널핀(25)은 루버(louver) 구조를 이루고 있다고 할 수 있다.
습채널핀(24)의 표면은 증발수에 의하여 적셔질 수 있도록 가공되거나 처리된다. 그러한 실시예로서, 습채널핀(24)의 표면에 젖음성(wettability)을 높일 수 있는 다공성 재질을 이용하여 코팅하거나 부착하는 방법이 사용될 수 있다. 또한, 습채널핀(24) 전체 영역에 고르게 증발수가 퍼질 수 있도록 습채널핀(24)에 미세한 홀, 슬롯 또는 그루브(groove)를 형성하거나 엠보싱(embossing)을 형성하는 등의 방법이 사용될 수 있다.
위와 같이 제작된 습채널핀(24)과 건채널핀(25)은 열전달판(26)의 양쪽에 각각 부착된다. 습채널핀(24)과 열전달판(26)에 의하여 습채널부(W)를 형성하게 되고, 건채널부(D)와 열전달판(26)에 의하여 건채널부(D)를 형성한다. 습채널부(W)와 건채널부(D)는 상호 교번되게 중첩적으로 배치된다.
습채널부(W)에는 증발수 및 추기공기가 흐르고, 건채널부(D)에는 실내공기가 흐른다. 도 3에 의하면, 실내공기는 건채널부(D)를 따라 상방으로 흐르게 되며, 추기공기는 습채널부(W)를 따라 하방으로 흐르게 된다. 이와 같이, 습채널부(W)의 추기공기 및 증발수와 건채널부(D)의 실내공기는 대향류(counterflow) 방식으로 흐르며 열교환할 수 있게 되어 있다.
도 2 및 도 3에 의하면, 습채널부(W)의 하단에는 추기공기가 실내공기와 섞이지 않도록 추기공기만을 안내하는 습채널 안내 덕트(31)가 배치되어 있다. 습채 널 안내 덕트(31)는 실내공기가 건채널부(D)로의 유입시 유동 저항을 가급적 줄일 수 있도록 건채널부(D)로 유입되는 방향으로 유선형 또는 쐐기형으로 형성될 수 있다. 또한 습채널 안내 덕트(31)에는 습채널핀(24)에 적셔진 증발수가 하방으로 흘러 고여질 수 있으므로 습채널 안내 덕트(31)의 바닥면은 증발수를 탱크(61) 쪽으로 흐를 수 있게 구배를 갖는 형태로 형성될 수 있다.
습채널부(W)의 출구를 통과한 추기공기는 습채널 안내 덕트(31)에 의하여 한쪽으로 모여져 배출된다.
건채널부(D)의 상단에는 습채널부(W)를 향하여 뿌려지는 증발수의 유입을 차단할 수 있도록 건채널부(D)를 습채널부(W)로부터 분리시키는 건채널 안내덕트(32)가 형성될 수 있다. 이러한 건채널 안내덕트(32)는 증발수 공급부(70)의 구조 및 필요한 수를 획기적으로 줄이는 효과가 있다.
건채널 안내덕트(32)를 따라 흐르는 실내공기는 공급 송풍기(40)에 의하여 실내로 다디 공급되거나 일부가 추기되어 습채널부(W)로 향하게 된다.
건채널 안내덕트(32)와 습채널 안내 덕트(31)는 코어 모듈(20)을 이루는 단위 모듈(20')마다 형성될 수 있으며, 단위 모듈(20')에 용이하게 끼워질 수 있도록 단위 모듈(20')가장자리와 건채널 안내덕트(32) 및 습채널 안내 덕트(31)의 가장자리는 암수형 또는 요철(凹凸) 형태로 형성될 수 있다.
건채널 안내덕트(32)는 증발수 공급부(70)로부터 뿌려진 증발수가 습채널부(W)로 퍼지면서 유입되도록 쐐기 또는 유선형 구조를 가질 수 있으며, 외측 표면에는 물의 흐름을 돕기 위한 골 또는 그루브 구조를 포함할 수 있다. 나아가, 건채 널 안내덕트(32)의 외측 표면에는 증발수의 젖음성 향상을 위한 처리를 하거나 부착물이 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명과 관련된 코어 모듈 및 증발수 공급부의 구성을 보인 개략적인 사시도이다. 코어 모듈(20)로 흡입된 실내공기는 건채널부(D)를 통하여 상방으로 흐른다.
건채널부(D)를 통과한 실내 공기의 일부가 추기된 추기공기는 습채널부(W)를 따라 하방으로 흐른다. 습채널부(W)는 증발수 공급부(70)로부터 뿌려진 증발수에 의하여 적셔져 있으므로 추기공기가 습채널부(W)를 따라 하방으로 이동하는 동안 증발수의 증발을 유도하게 되고, 증발수의 증발에 따라 낮아진 온도차에 의하여 건채널부(D)와 열교환하게 된다.
증발수 공급부(70)는 습채널부(W)의 상부에 배치되어 있으며, 증발수를 습채널부(W)에 뿌려 줌으로써 습채널부(W)를 적신다. 건채널 안내덕트(32)는 증발수 공급부(70)에 의하여 뿌려진 증발수가 건채널부(D)로 유입되는 것을 막고 건채널부(D)가 습채널부(W)로부터 분리시킨다.
습채널부(W)의 하부에는 습채널부(W)를 통과하는 추기공기 및 증발수를 안내하는 습채널 안내 덕트(31)가 설치되어 있다. 추기공기는 습채널 안내 덕트(31)를 따라 외부로 배출된다.
도 5는 본 발명과 관련된 코어 모듈의 상부 모습을 보인 평면도이다. 코어 모듈(20)의 상부에는 습채널부(W)에 증발수를 공급할 수 있도록 증발수 공급부(70)가 설치된다. 도 5에 의하면, 증발수 공급부(70)는 복수의 방향으로 증발수를 뿌릴 수 있도록 스프링클러 형태로 형성되어 있다. 증발수 공급부(70)는 고정된 위치에서 회전될 수 있는 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 증발수 공급부(70)의 수 또는 각 증발수 공급부(70)의 노즐을 통하여 분출되는 증발수의 양은 코어 모듈(20)의 용량에 따라 변경될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 재생증발식 냉방기의 냉방 시스템은 다음과 같이 설명될 수 있다.
냉방 시스템은 건채널부(D)의 출구측을 입구측보다 저압으로 유지하여 실내공기를 건채널부(D)로 유입시킴과 아울러 건채널부(D)를 통과한 공기를 실내로 공급시키는 계통(Ⅰ)과, 건채널부(D)를 통과한 실내공기의 일부를 증발수에 의하여 적셔진 습채널부로 추기시키는 계통(Ⅱ), 증발수의 증발을 통하여 건채널부(D)를 냉각시키는 계통(Ⅲ) 및, 습채널부(W)가 지속적으로 적셔질 수 있게 습채널부(W)에 증발수를 공급하는 계통(Ⅳ)을 포함한다.
건채널부(D)의 출구쪽을 대기압 상태인 입구쪽보다 낮게 설정할 수 있도록 건채널부(D)에는 공급 송풍기(40)가 사용될 수 있다. 이러한 공급 송풍기(40)의 배치는 건채널부(D)의 입구측에 송풍기를 배치하는 경우보다 전체 영역에 대하여 고른 유입을 가능하게 할 뿐만 아니라 추기를 위한 구성이나 파워를 절감시킬 수 있다.
공급 송풍기(40)는 또한 건채널부(D)를 통과하여 냉각된 실내공기의 일부를 추기시킨다. 외기와 혼합된 추기공기는 습채널부(W)를 따라 흐르며 증발수의 증발을 돕는다.
증발수의 증발에 의하여 습채널부(W)에 설치되는 습채널핀(24)이 냉각됨에 따라 열전달판(26) 및 건채널부(D)에 설치되는 건채널핀(25)도 냉각되고 결과적으로 건채널부(D)를 통과하는 실내공기가 냉각된다. 보다 냉각 효율을 높일 수 있도록 습채널부를 통과하는 실내공기와 건채널부를 통과하는 추기공기의 방향을 대향류로 구성할 수 있다.
증발수는 증발수 공급부(70)에 의하여 공급되어 젖음성이 높은 습채널핀(24)을 따라 전체면을 적신다. 증발수는 중력에 의하여 하방으로 흐르다가 습채널부(W)의 하부에서 모여서 탱크(61)로 흘러간다.
상기와 같이 설명된 재생증발식 냉방기, 냉방 시스템 및 그의 코어 모듈은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 재생증발식 냉방기의 개략적인 구성을 보인 측면도
도 2는 본 발명과 관련된 코어 모듈의 사시도
도 3은 코어 모듈을 이루는 단위 모듈의 사시도
도 4는 본 발명과 관련된 코어 모듈 및 증발수 공급부의 구성을 보인 개략적인 사시도
도 5는 본 발명과 관련된 코어 모듈의 상부 모습을 보인 평면도

Claims (14)

  1. 흡입된 실내공기가 상방 또는 하방으로 이동하면서 통과되는 건채널부;
    상기 건채널부를 통과한 공기의 일부가 추기될 수 있게 형성되며, 추기된 공기가 건채널부와 역방향으로 이동하면서 상기 건채널부와 열교환될 수 있게 형성되는 습채널부;
    상기 습채널부의 상부에 배치되며, 상기 습채널부를 적실 수 있게 증발수를 공급하는 증발수 공급부; 및
    상기 건채널부의 출구에 형성되고, 상기 건채널부를 상기 습채널부로부터 분리시키는 건채널 안내덕트를 포함하는 재생증발식 냉방기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 습채널부와 건채널부는 상호 교번되게 중첩적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 재생증발식 냉방기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 습채널부와 건채널부는 각각 파형의 단면을 갖는 핀(fin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생증발식 냉방기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 습채널부와 건채널부 사이에는 열전달판이 배치된 것을 특징으로 하는 재생증발식 냉방기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습채널부의 하방에 부착되어 상기 습채널부를 통과하는 추기공기를 안내하는 습채널 안내덕트를 더 구비하는 재생증발식 냉방기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발수 공급부는 복수의 방향으로 증발수를 분출시키는 스프링클러(sprinkler) 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 재생증발식 냉방기.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건채널 안내덕트의 출구측에는 상기 추기공기를 외부로 배출시키는 추기 송풍기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 재생증발식 냉방기.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건채널부는 실내공기가 상방으로 이동될 수 있게 형성되고,
    상기 습채널부는 추기공기가 하방으로 이동될 수 있게 형성된 것을 특징으로 하는 재생증발식 냉방기.
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