KR101196817B1

KR101196817B1 - 에너지 절약형 공조시스템 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR101196817B1
Application number: KR1020100046526A
Authority: KR
Inventors: 조성은; 박승철
Original assignee: (주)티원엔지니어링; 한국산업기술대학교산학협력단
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2012-11-06
Also published as: KR20110126960A

Abstract

본 발명은 에너지 절약형 공조시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 상기 증발기를 통과하여 열교환된 공기가 건조한 경우, 상기 공기에 습기를 제공하기 위한 가습기를 포함하며, 상기 증발기를 통과한 저온저압의 냉매가스를 압축기로 공급하는 냉매 유출관과; 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 상기 응축기를 통과한 고온고압이 액상 냉매를 직접 팽창밸브 및 증발기로 공급하거나 또는 가습기를 거쳐 가습이 이루어지도록 한 다음 팽창밸브 및 증발기로 공급하는 냉매 유입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 고온다습한 여름에는 냉방운전만을 실시하고, 중저온이면서 건조한 다른 계절에는 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가스(폐열)을 이용하여 냉각과 가습이 동시에 이루어지도록 함으로써, 결국 가습기 가동을 위한 별도의 에너지를 줄여 에너지를 절감할 수 있는 효과가 제공된다.

Description

에너지 절약형 공조시스템 및 그 운전방법{Air conditioner system for energy saving and method for driving of that}

본 발명은 에너지 절약형 공조시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크린룸, 전산실 등과 같이 냉방운전이 지속되는 공간에 냉방운전시 발생되는 폐열을 이용하여 가습이 이루어지도록 함으로써, 결국 에너지를 절약하도록 한 에너지 절약형 공조시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 반도체 장비 등이 설치된 크린룸이나 컴퓨터 등이 다수 설치된 전산실 등의 경우, 각종 장비의 발열로 인해 항시 냉방운전을 실시하게 된다.

이와 같이 항시 냉방운전을 실시하게 됨에 따라, 실내공간은 건조한 상태가 되는데, 실내공기가 극심하게 건조하면, 적정한 습도를 유지하는 경우에 비하여 실내 거주자의 건강과 실내 환경의 쾌적성을 저하시키거나 물품의 특성변화를 유발시키거나 또는 정전기의 과다발생 등을 유발시키게 된다.

특히, 각종 반도체 장비 등이 설치된 크린룸이나, 컴퓨터 등이 다수 설치된 전산실 등의 경우, 건조함에 따라 정전기가 과도하게 발생하여 정밀기기 또는 전자기기의 오작동이 유발되고, 정밀 실험실이나 제품의 생산에 이용되는 항온항습실과 같은 경우에는 능동적으로 습도를 유지하지 못하여 정확한 실험값을 얻지 못하거나, 항온항습조건에서 생산되어야 하는 제품의 품질이 저하되는 등 많은 문제점이 있어왔다.

이에, 종래에는 크린룸, 전산실과 같은 실내공간에는 냉방운전시 별도로 가습기를 가동하여 적당한 습도가 유지되도록 함으로써, 건조함을 예방하고 있다.

종래의 공조시스템은 유니트의 구성에 따라 냉방과 방열 기능을 일체화하여 창문 등에 설치되는 일체형 에어컨디셔너와, 실내측 공간에는 냉각장치를, 실외측 공간에는 방열 및 압축기를 각각 분리시켜 설치하는 분리형 공조시스템으로 구별된다.

이때, 상기 분리형 공조시스템은 증발기와 송풍팬 등을 내장한 실내기와, 본체 내부에 압축기와 응축기 및 송풍팬 등을 내장한 실외기로 분리되어 구성된다.

상기 실외기는 실내기의 증발기에서 실내의 공기와 열교환을 이루어 실내공기를 냉각시킨 고온의 냉매가 통과되며, 이 고온의 냉매는 송풍팬에 의해 대기와 열교환을 이루어 냉각이 이루어지게 된다.

도 1은 종래에 크린룸, 전산실과 같은 실내공간에 적용되는 공조시스템을 도시한 구성도로서, 이를 참조하여 종래의 공조시스템(10) 구성 및 작용관계를 설명하면 다음과 같다.

실외기(40)에는 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 압축기(42)와, 이 압축기에서 압축된 냉매를 고온고압의 액체로 응축시키는 응축기(44) 및, 이 응축기에서 열교환된 공기를 강제로 토출시키는 송풍팬(46)을 포함하여 구성된다.

또한, 실내기(20)에는 응축기(44)로부터 고온고압의 액상 냉매를 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 팽창밸브(26)와, 이 팽창밸브에 의해 저온저압으로 팽창된 액상 냉매가 통과되면서 공급되는 공기와 열교환을 이루어 상기 공기를 냉각시키면서 저온저압의 가스 상태로 변환된 냉매를 다시 압축기(42)로 공급하는 증발기(22)와, 상기 증발기를 통과하여 열교환된 공기를 실내로 토출시키는 송풍팬(24)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 증발기(22)의 선단측에는 유입되는 공기 중, 이물질을 걸러내기 위한 에어필터(28)가 설치되고, 후단측에는 냉각된 공기를 가열시키기 위한 히터(30)가 설치되어 있다.

한편, 실내기(20)의 일측에는 증발기를 통과하여 냉각된 공기에 가습을 하기 위한 가습기(32)가 별도로 구비되어 있다.

참고로, 도면 중 미설명부호 (50)는 리시버 탱크, (52)는 여과기, (54)는 솔레노이드 밸브, (56)는 사이트 글라스(sight glass)를 나타낸 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 종래의 공조시스템 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 크린룸, 전산실 등은 각종 장비의 발열로 인해 항시 냉방운전을 실시하게 된다.

즉, 압축기(42)가 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축하고, 이와 같이 압축된 고온고압의 냉매가스는 응축기(44)에 의해 고온고압의 액상 냉매로 응축되며, 응축된 고온고압의 냉매는 냉매 유입관(60)을 통해 팽창밸브(26)를 거쳐 저온저압의 액상냉매로 팽창된 후 증발기(22)로 공급된다.

증발기(22)로 공급된 저온저압의 액상 냉매는 송풍팬(24)에 의해 공급된 공기와 열교환을 이루어 공기를 냉각시키면서 저온저압의 냉매가스로 변환된 후, 다시 냉매 유출관(62)을 통해 압축기(42)로 다시 순환된다.

이와 같은 과정을 거치면서 실내에는 차가운 공기가 공급되어 냉방운전을 실시하게 되는 것이다.

그런데, 이때 장마철과 같이 공기 중 습도가 높을 경우, 증발기(22)가 유입되는 공기를 과냉각시킨 후, 히터(30)로서 온도를 낮추면서 습도를 줄이고 실내공간으로 냉각된 공기를 공급하게 된다.

그러나, 봄, 가을, 겨울과 같이 공기가 건조할 경우에는, 증발기(22)가 유입되는 공기를 과냉각시킨 후, 히터(30)로서 온도를 낮추면서 습도를 더 줄이고 실내공간으로 냉각된 공기를 공급하게 됨으로써, 실내공기는 매우 건조한 상태가 된다.

이와 같이, 실내공기가 건조하게 되면, 앞서 설명한 바와 같이, 정전기가 과도하게 발생하여 정밀기기 또는 전자기기의 오작동이 유발되고, 정밀 실험실이나 제품의 생산에 이용되는 항온항습실과 같은 경우에는 능동적으로 습도를 유지하지 못하여 정확한 실험값을 얻지 못하거나, 항온항습조건에서 생산되어야 하는 제품의 품질이 저하되는 등 많은 문제점이 있게 된다.

이에, 실내기(20) 일측에 설치되는 가습기(32)를 별도의 전기에너지로서 가동시켜 증발기(22) 및 히터(30)에 의해 열교환된 공기를 가습하여 실내로 토출하게 되는 것이다.

이와 같이, 냉동운전과 동시에 가습기(30)를 별도의 에너지원을 이용하여 가동시켜야 함으로써, 많은 에너지소비가 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 크린룸, 전산실 등과 같이 냉방운전이 지속되는 공간에 냉방운전시 발생되는 폐열을 이용하여 가습이 이루어지도록 함으로써, 결국 에너지를 절약하도록 한 에너지 절약형 공조시스템 및 그 운전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 절약형 공조시스템은, 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 액상 냉매로 응축시키는 응축기; 상기 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매를 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 팽창밸브와; 상기 저온저압의 액상 냉매를 공기와 열교환시켜 상기 공기를 냉각시키고 저온저압의 냉매가스로 변환시키는 증발기; 상기 증발기를 통과하여 열교환된 공기가 건조한 경우, 상기 공기에 습기를 제공하기 위한 가습기를 포함하며, 상기 증발기를 통과한 저온저압의 냉매가스를 압축기로 공급하는 냉매 유출관과; 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 상기 응축기를 통과한 고온고압이 액상 냉매를 직접 팽창밸브 및 증발기로 공급하거나 또는 가습기를 거쳐 가습이 이루어지도록 한 다음 팽창밸브 및 증발기로 공급하는 냉매 유입관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 냉매 유입관에는, 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매 중 어느 하나를 선택적으로 팽창밸브 및 증발기로 공급하기 위한 제1방향전환밸브와; 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 직접 팽창밸브 및 증발기로 공급되도록 하거나 또는 가습기를 거쳐 가습이 이루어지도록 한 다음 팽창밸브 및 증발기로 공급되도록 하는 제2방향전환밸브가 더 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉매 유입관은, 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 응축기로 공급하는 제1냉매 유입관과; 상기 응축기에서 응축된 고온고압의 액상 냉매를 제1방향전환밸브로 공급하는 제2냉매 유입관과; 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 상기 제1방향전환밸브로 직접 공급하는 제3냉매 유입관과; 상기 제1방향전환밸브를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 제2방향전환밸브로 직접 공급하는 제4냉매 유입관과; 상기 제1방향전환밸브를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 가습기로 공급하는 제5냉매 유입관과; 상기 가습기를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 제2방향전환밸브로 공급하는 제6냉매 유입관과; 상기 제4냉매 유입관 또는 제6냉매 유입관을 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 팽창밸브로 공급하는 제7냉매 유입관 및; 상기 팽창밸브를 통과하여 팽창된 저온저압의 액상 냉매를 증발기로 공급하는 제8냉매 유입관을 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 제5냉매 유입관은 상기 제4냉매 유입관에서 분기되고, 상기 제4냉매 유입관을 통과한 냉매가 제2방향전환밸브로 직접 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관에는 상기 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 유동하게 되는 것이 바람직하고, 상기 제4냉매 유입관을 통과한 냉매가 제2방향전환밸브로 직접 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관에는 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 제2냉매 유입관을 통해 제1전환밸브를 통과하여 유동되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제4냉매 유입관을 통과한 냉매가 제5냉매 유입관과, 가습기 및 제6냉매 공급관을 통해 제2방향전환밸브로 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관과 제5냉매 유입관 및 제6냉매 공급관에는 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스가 제3냉매 유입관을 통해 직접 제1전환밸브를 통과하여 유동되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 가습기는, 물이 공급되는 급수관과; 상기 급수관의 선단 일측에 일정간격마다 설치되는 노즐과; 상기 급수관의 일부를 밀폐되게 차폐시키되, 상기 제5냉매 유입관을 통해 유입된 냉매로서 급수관을 통과하는 물을 열교환시키고, 상기 열교환에 사용된 냉매를 상기 제6냉매 유입관을 통해 제2방향전환밸브로 공급하는 밀폐공간부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 밀폐공간부 내부에 위치되는 급수관의 일부는 냉매와의 접촉면적을 높이기 위하여 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 에너지 절약형 공조시스템을 냉방운전하는 방법은, (a) 압축기로서 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 단계; (b) 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 응축기로서 고온고압의 액상 냉매로 응축시키는 단계; (c) 상기 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매를 팽창밸브로서 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 단계; (d) 상기 팽창밸브에 팽창된 저온저압의 액상 냉매를 증발기로서 유입되는 공기와 열교환시켜 상기 공기를 냉각시킨 후, 저온저압의 냉매가스로 변환시켜 다시 상기 압축기로 순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 한편, 상기 에너지 절약형 공조시스템을 냉방,가습운전하는 방법은, (a) 압축기로서 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 단계; (b) 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 이용하여 가습기로 공급되는 물을 열교환시켜 수증기를 형성하고, 고온고압의 액상 냉매로 변환되어 팽창밸브로 공급되는 단계; (c) 상기 열교환된 고온고압의 액상 냉매를 팽창밸브로서 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 단계; (d) 상기 팽창밸브에 팽창된 저온저압의 액상 냉매를 증발기로서 유입되는 공기와 열교환시켜 상기 공기를 냉각시킨 후, 저온저압의 냉매가스로 변환시켜 다시 상기 압축기로 순환시키는 단계 및; (e) 상기 열교환되어 냉각된 공기가 상기 가습기에 의해 공급된 수증기를 포함한 상태로 실내공간에 토출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 절약형 공조시스템 및 그 운전방법에 의하면, 크린룸, 전산실과 같이 항시 냉방운전을 실시해야 하는 실내공간에 있어서, 여름 장마철과 같이 고온다습한 공기를 열교환시켜 냉방운전을 할 경우에는, 가습기를 가동하지 않고 고온다습한 공기의 온도와 습도를 낮추어 실내공간으로 공급하고, 봄,가을, 겨울과 같이 중저온이면서 건조한 공기를 열교환시켜 냉방,가습운전을 할 경우에는, 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스(폐열)를 이용하여 중저온이면서 건조한 공기의 온도를 낮추고 습도를 높여 실내공간으로 공급하게 되는바, 가습기 가동을 위한 별도의 에너지를 소모하지 않아도 되어 결국 에너지가 절약되는 매우 유용한 효과가 제공된다.

또한, 냉방,가습운전시 응축기를 이용하여 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 액상 냉매로 응축시키지 않아도 됨으로써, 응축기의 응축에 따른 공기와의 열교환을 하지 않아도 되어 결국 실외로 고온의 공기를 토출하지 않아도 되는바, 열섬현상을 억제하게 되는 효과도 제공된다.

도 1은 종래의 공조시스템 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 에너지 절약형 공조시스템 구성을 도시한 구성도.
도 4는 도 2 및 도 3에 적용되는 가습기의 구성을 확대도시한 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 에너지 절약형 공조시스템 구성을 도시한 구성도로서, 도 2는 냉방운전 상태의 공조시스템 구성을 도시한 구성도이고, 도 3은 냉방,가습운전 상태의 공조시스템 구성을 도시한 구성도이다.

또한, 도 4는 도 2 및 도 3에 적용되는 가습기의 구성을 확대도시한 구성도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 절약형 공조시스템(100)은, 실외기(130)와 실내기(110)로 구분된다.

실외기(130)에는 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 압축기(132)와, 냉방운전시 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 액상 냉매로 응축시키는 응축기(134) 및 이 응축기(134)에서 열교환된 공기를 강제로 토출시키는 송풍팬(136)을 포함하여 구성된다.

또한, 실내기(110)에는 냉방운전시 응축기(134)로부터 공급받은 고온고압의 액상 냉매를 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 팽창밸브(116)와, 이 팽창밸브(116)에 의해 저온저압으로 팽창된 액상 냉매가 통과되면서 유입되는 공기와 열교환을 이루어 상기 공기를 냉각시키면서 저온저압의 가스 상태로 변환된 냉매를 다시 압축기(132)로 순환시키는 증발기(112) 및 상기 증발기(112)를 통과하여 열교환된 공기를 실내로 토출시키는 송풍팬(114)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 증발기(112)의 선단측에는 유입되는 공기 중, 이물질을 걸러내기 위한 에어필터(118)가 설치되고, 후단측에는 냉각된 공기를 가열시키기 위한 히터(120)가 설치되어 있다.

한편, 실내기(110)의 일측에는 증발기(112)를 통과하여 냉각된 공기가 건조한 경우, 상기 공기에 가습을 하기 위한 가습기(300)가 별도로 구비되어 있다.

참고로, 도면 중 미설명부호 (138)는 리시버 탱크, (140)는 여과기를 나타낸 것이다.

여기서, 상기 증발기(112)를 통과한 저온저압의 냉매가스를 압축기(132)로 공급하는 냉매 유출관(S1)이 구비되어 있고, 상기 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 상기 응축기(134)를 통과한 고온고압이 액상 냉매를 직접 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급하거나 또는 가습기(300)를 거쳐 가습이 이루어지도록 한 다음 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급하는 냉매 유입관(S2)이 구비되어 있다.

상기 냉매 유입관(S2)에는, 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 응축기(134)에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매 중 어느 하나를 선택적으로 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급하기 위한 제1방향전환밸브(200)가 설치되어 있다.

여기서, 상기 제1방향전환밸브(200)는 압축기(132) 또는 응축기(134)를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급하게 되는 바, 압축기(132) 및 응축기(134)가 설치되는 실외기(130) 내부에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉매 유입관(S2)에는, 상기 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 응축기(134)에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 직접 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급되도록 하거나 또는 가습기(300)를 거쳐 가습이 이루어지도록 한 다음 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급되도록 하는 제2방향전환밸브(210)도 설치되어 있다.

여기서, 상기 제2방향전환밸브(210)는 압축기(132) 또는 응축기(134)를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급되도록 하거나 또는 가습기(300)를 거쳐 가습이 이루어지도록 한 다음 팽창밸브(116) 및 증발기(112)로 공급하는 것인바, 팽창밸브(116) 및 증발기(112)가 설치되는 실내기(110) 내부에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 냉매 유입관(S2)은, 각각의 구성들을 연결하는 복수의 관으로 이루어져 있다. 즉, 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 응축기(134)로 공급하는 제1냉매 유입관(S2-1)과, 응축기(134)에서 응축된 고온고압의 액상 냉매를 제1방향전환밸브(200)로 공급하는 제2냉매 유입관(S2-2)과, 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 상기 제1방향전환밸브(200)로 직접 공급하는 제3냉매 유입관(S2-3)과, 제1방향전환밸브(200)를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 제2방향전환밸브(210)로 직접 공급하는 제4냉매 유입관(S2-4)과, 제1방향전환밸브(200)를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 가습기(300)로 공급하는 제5냉매 유입관(S2-5)을 포함한다.

또한, 상기 가습기(300)를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 제2방향전환밸브(210)로 공급하는 제6냉매 유입관(S2-6)과, 제4냉매 유입관(S2-4) 또는 제6냉매 유입관(S2-6)을 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 팽창밸브(116)로 공급하는 제7냉매 유입관(S2-7) 및 팽창밸브(116)를 통과하여 팽창된 저온저압의 액상 냉매를 증발기(112)로 공급하는 제8냉매 유입관(S2-8)을 포함한다.

여기서, 상기 제5냉매 유입관(S2-5)은 상기 제4냉매 유입관(S2-4)에서 분기되어 구성되며, 상기 제4냉매 유입관(S2-4)을 통과한 냉매가 제2방향전환밸브(210)로 직접 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관(S2-4)에는 상기 응축기(134)에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 유동하게 된다.

즉, 상기 제4냉매 유입관(S2-4)을 통과한 냉매가 제2방향전환밸브(210)로 직접 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관(S2-4)에는 응축기(134)에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 제2냉매 유입관(S2-2)을 통해 제1전환밸브를 통과하여 유동된다.

또한, 상기 제4냉매 유입관(S2-4)을 통과한 냉매가 제5냉매 유입관(S2-5)과, 가습기(300) 및 제6냉매 유입관(S2-6)을 통해 제2방향전환밸브(210)로 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관(S2-4)과 제5냉매 유입관(S2-5) 및 제6냉매 유입관(S2-6)에는 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스가 제3냉매 유입관(S2-3)을 통해 직접 제1방향전환밸브(200)를 통과하여 유동되는데, 이에 대한 운전관계는 후에 상술하기로 한다.

한편, 상기 가습기(300)는 물이 공급되는 급수관(304)과, 상기 급수관(304)의 선단 일측에 일정간격마다 설치되는 노즐(306)과, 상기 급수관(304)의 일부를 밀폐되게 차폐시키되, 상기 제5냉매 유입관(S2-5)을 통해 유입된 냉매로서 급수관(304)을 통과하는 물을 열교환시키고, 상기 열교환에 사용된 냉매를 상기 제6냉매 유입관(S2-6)을 통해 제2방향전환밸브(210)로 공급하는 밀폐공간부(302)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 밀폐공간부(302) 내부에 위치되는 급수관(304)의 일부는 냉매와의 접촉면적을 높이기 위하여 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 에너지 절약형 공조시스템(100)의 작동관계 및 운전방법을 설명하면 다음과 같다.

<냉방운전시>

여름 장마철의 경우 공기는 고온다습한 상태인바, 크린룸 및 전산실 등에 냉방운전을 실시할 경우에는, 실내로 토출되는 공기의 온도와 습도를 낮추기 위하여 과냉각시킨 후 히터(120)가열로 온도를 보상함으로써, 온도와 습도를 조절하게 된다.

따라서, 냉방운전만을 실시하면 되며, 실내공기의 건조에 따른 가습은 하지 않아도 된다.

이와 같은 냉방운전시, 먼저 압축기(132)에 의해 증발기(112)로부터 냉매 유출관(S1)을 통해 순환되는 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시킨다. 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스는 냉매 유입관(S2) 중, 제1냉매 유입관(S2-1)을 통해 응축기(134)로 공급되고, 응축기(134)는 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 액상 냉매로 응축시킨다.

응축기(134)에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매는 제2냉매 유입관(S2-2)을 통해 제1방향전환밸브(200)를 거쳐 제4냉매 유입관(S2-4)과 제2방향전환밸브(210)를 통과한 후, 제7냉매 유입관(S2-7)을 다시 거쳐 팽창밸브(116)로 공급된다.

팽창밸브(116)로 공급된 고온고압의 액상 냉매는 저온저압의 액상 냉매로 팽창되고, 이와 같이 팽창된 저온저압의 액상 냉매는 제8냉매 유입관(S2-8)을 통해 증발기(112)로 공급된다.

따라서, 증발기(112)에는 저온저압의 액상 냉매가 통과하게 되며, 이때 실내기(110)로 공급된 고온다습한 공기는 증발기(112)를 통과하는 저온저압의 액상 냉매에 의해 열교환되면서 냉각되고, 이에 저온저압의 액상 냉매는 저온저압의 냉매가스로 변환된다.

이때, 상기 실내기(110)로 공급된 고온다습한 공기는 증발기(112)를 통과하는 저온저압의 액상 냉매에 의해 과냉각되며, 이와 같이 과냉각된 공기는 히터(120)에 의해 가열되어 설정온도로 조정된 후, 송풍팬(114)을 통해 실내공간으로 토출된다.

한편, 상기 증발기(112)에서 공기와 열교환에 의해 저온저압의 냉매가스로 변환된 냉매는 다시 냉매 유출관(S1)을 통해 압축기(132)로 공급되어 상기한 바의 순환이 계속해서 이루어지게 된다.

<냉방,가습운전시>

봄, 가을 겨울의 경우 공기 중 습도는 낮아 매우 건조한 상태인바, 크린룸 및 전산실 등에 냉방운전을 실시할 경우에는, 실내로 토출되는 공기의 온도를 낮추고 습도를 높이기 위하여 과냉각시킨 후 히터(120)가열로 온도를 보상함과 동시에 공기에 가습을 하여 습도를 보상한다.

따라서, 냉방,가습운전을 실시하게 된다.

이와 같은 냉방,가습운전시, 먼저 압축기(132)에 의해 증발기(112)로부터 냉매 유출관(S1)을 통해 순환되는 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시킨다. 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스는 냉매 유입관(S2) 중, 제3냉매 유입관(S2-3)을 통해 제1방향전환밸브(200)로 직접 유동된다.

즉, 압축기(132)에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스는 응축기(134)로 공급되어 응축되지 않고, 고온고압의 냉매가스 상태로 제1방향전환밸브(200)로 직접 유동하게 되며, 연속해서 제4냉매 유입관(S2-4)을 유동하게 된다.

다음에, 제4냉매 유입관(S2-4)을 유동하게 되는 고온고압의 냉매가스는, 제4냉매 유입관(S2-4)에서 분기되는 제5냉매 유입관(S2-5)을 통해 가습기(300)의 밀폐공간부(302)로 공급된다.

이때, 상기 가습기(300)의 급수관(304)에는 물이 공급되는 바, 밀폐공간부(302)에 나선형으로 형성된 급수관(304) 일부를 통과하는 물은, 제5냉매 유입관(S2-5)을 통해 밀폐공간부(302)로 공급된 고온고압의 냉매가스와 열교환을 이루어 기화된다.

따라서, 급수관(304)의 선단으로는 기화된 수증기가 공급됨으로써, 급수관(304) 선단에 설치된 복수의 노즐(306)을 통해 수증기가 토출된다.

한편, 가습기(300)의 밀폐공간부(302)로 공급된 고온고압의 냉매가스는 급수관(304)의 물과 열교환되어 고온고압의 액상 냉매로 응축된 후, 제6냉매 유입관(S2-6)을 통해 제2방향전환밸브(210)를 거쳐 제7냉매 유입관(S2-7)을 유동한 후 팽창밸브(116)로 공급된다.

따라서, 증발기(112)에는 저온저압의 액상 냉매가 통과하게 되며, 이때 실내기(110)로 공급된 중저온이면서 건조한 공기는 증발기(112)를 통과하는 저온저압의 액상 냉매에 의해 열교환되면서 냉각되고, 이에 저온저압의 액상 냉매는 저온저압의 냉매가스로 변환된다.

이때, 상기 실내기(110)로 공급된 중저온이면서 건조한 공기는 증발기(112)를 통과하는 저온저압의 액상 냉매에 의해 과냉각되며, 이와 같이 과냉각된 공기는 히터(120)에 의해 가열되어 설정온도로 조정된 후, 가습기(300)를 통해 분사되는 수증기를 머금어 습도는 높인 상태에서 송풍팬(114)을 통해 실내공간으로 토출된다.

이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 공조시스템 110 : 실내기
112 : 증발기 116 : 팽창밸브
120 : 히터 130 : 실외기
132 : 압축기 134 : 응축기
200 : 제1방향전환밸브 210 : 제2방향전환밸브
300 : 가습기 302 : 밀폐공간부
304 : 급수관 306 : 노즐
S1 : 냉매 유출관 S2 : 냉매 유입관
S2-1 : 제1냉매 유입관 S2-2 : 제2냉매 유입관
S2-3 : 제3냉매 유입관 S2-4 : 제4냉매 유입관
S2-5 : 제5냉매 유입관 S2-6 : 제6냉매 유입관
S2-7 : 제7냉매 유입관 S2-8 : 제8냉매 유입관

Claims

삭제
저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 액상 냉매로 응축시키는 응축기를 포함하는 실외기;
상기 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매를 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 저온저압의 액상 냉매를 공기와 열교환시켜 상기 공기를 냉각시키고 저온저압의 냉매가스로 변환시키는 증발기를 포함하는 실내기 및;
상기 증발기를 통과하여 열교환된 공기가 건조한 경우, 상기 공기에 습기를 제공하기 위한 가습기를 포함하는 공조시스템에 있어서,
상기 증발기를 통과한 저온저압의 냉매가스를 상기 압축기로 공급하는 냉매 유출관과;
상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 상기 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매를 증발기 및 팽창밸브로 공급하는 것으로서, 상기 실외기쪽에 위치하는 일단에는, 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스 또는 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매 중 어느 하나를 선택적으로 팽창밸브 및 증발기로 공급하기 위한 제1방향전환밸브가 설치되고,
상기 실내기쪽에 위치하는 타단에는, 상기 응축기를 통과한 고온고압의 액상 냉매를 직접 팽창밸브 및 증발기로 공급하거나, 또는 상기 압축기를 통과한 고온고압의 냉매가스를 급수관이 통과되는 상기 가습기를 거치도록 하여 상기 급수관을 통과하는 물과의 열교환에 의해 상기 물을 기화시켜 가습이 이루어지도록 함과 아울러 고온고압의 액상 냉매로 응축시킨 후 상기 팽창밸브 및 증발기로 공급하기 위한 제2방향전환밸브가 설치된 냉매 유입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
제 2항에 있어서,
상기 냉매 유입관은,
상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 응축기로 공급하는 제1냉매 유입관과;
상기 응축기에서 응축된 고온고압의 액상 냉매를 제1방향전환밸브로 공급하는 제2냉매 유입관과;
상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 상기 제1방향전환밸브로 직접 공급하는 제3냉매 유입관과;
상기 제1방향전환밸브를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 제2방향전환밸브로 직접 공급하는 제4냉매 유입관과;
상기 제1방향전환밸브를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 가습기로 공급하는 제5냉매 유입관과;
상기 가습기를 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 상기 제2방향전환밸브로 공급하는 제6냉매 유입관과;
상기 제4냉매 유입관 또는 제6냉매 유입관을 통과한 고온고압의 냉매가스 또는 고온고압의 액상 냉매를 팽창밸브로 공급하는 제7냉매 유입관 및;
상기 팽창밸브를 통과하여 팽창된 저온저압의 액상 냉매를 증발기로 공급하는 제8냉매 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
제 3항에 있어서,
상기 제5냉매 유입관은 상기 제4냉매 유입관에서 분기된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
제 3항에 있어서,
상기 제4냉매 유입관을 통과한 냉매가 제2방향전환밸브로 직접 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관에는 상기 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 유동하게 되는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
제 3항에 있어서,
상기 제4냉매 유입관을 통과한 냉매가 제2방향전환밸브로 직접 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관에는 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매가 제2냉매 유입관을 통해 제1전환밸브를 통과하여 유동되는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
제 3항에 있어서,
상기 제4냉매 유입관을 통과한 냉매가 제5냉매 유입관과, 가습기 및 제6냉매 공급관을 통해 제2방향전환밸브로 공급될 경우, 상기 제4냉매 유입관과 제5냉매 유입관 및 제6냉매 공급관에는 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스가 제3냉매 유입관을 통해 직접 제1전환밸브를 통과하여 유동되는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
제 3항에 있어서,
상기 가습기는,
물이 공급되는 급수관과;
상기 급수관의 선단 일측에 일정간격마다 설치되는 노즐과;
상기 급수관의 일부를 밀폐되게 차폐시키되, 상기 제5냉매 유입관을 통해 유입된 냉매로서 급수관을 통과하는 물을 열교환시키고, 상기 열교환에 사용된 냉매를 상기 제6냉매 유입관을 통해 제2방향전환밸브로 공급하는 밀폐공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
제 8항에 있어서,
상기 밀폐공간부 내부에 위치되는 급수관의 일부는 냉매와의 접촉면적을 높이기 위하여 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템.
청구항 2 내지 청구항 9 중, 어느 한 항에 기재된 에너지 절약형 공조시스템을 냉방운전하는 방법에 있어서,
(a) 압축기로서 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 단계;
(b) 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 응축기로서 고온고압의 액상 냉매로 응축시키는 단계;
(c) 상기 응축기에 의해 응축된 고온고압의 액상 냉매를 팽창밸브로서 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 단계;
(d) 상기 팽창밸브에 팽창된 저온저압의 액상 냉매를 증발기로서 유입되는 공기와 열교환시켜 상기 공기를 냉각시킨 후, 저온저압의 냉매가스로 변환시켜 다시 상기 압축기로 순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템의 운전방법.
청구항 2 내지 청구항 9 중, 어느 한 항에 기재된 에너지 절약형 공조시스템을 냉방,가습운전하는 방법에 있어서,
(a) 압축기로서 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 단계;
(b) 상기 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매가스를 이용하여 가습기로 공급되는 물을 열교환시켜 수증기를 형성하고, 고온고압의 액상 냉매로 변환되어 팽창밸브로 공급되는 단계;
(c) 상기 열교환된 고온고압의 액상 냉매를 팽창밸브로서 저온저압의 액상 냉매로 팽창시키는 단계;
(d) 상기 팽창밸브에 팽창된 저온저압의 액상 냉매를 증발기로서 유입되는 공기와 열교환시켜 상기 공기를 냉각시킨 후, 저온저압의 냉매가스로 변환시켜 다시 상기 압축기로 순환시키는 단계 및;
(e) 상기 열교환되어 냉각된 공기가 상기 가습기에 의해 공급된 수증기를 함한 상태로 실내공간에 토출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 공조시스템의 운전방법.