KR101201010B1 - 조습장치 - Google Patents

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Abstract

압축기(21)와, 공기의 수분을 흡착하는 흡착제를 갖는 제 1 흡착 열교환기(23) 및 제 2 흡착 열교환기(25)를 가지며, 냉매가 가역으로 순환되며 증기압축식 냉동사이클을 실행하는 냉매회로(20)를 구비한다. 냉매회로(20)에는, 증발기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 후의 냉매가, 응축기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기와 열교환되며, 이 공기를 냉각하는 현열 열교환기(26)가 배치된다.

Description

조습장치{HUMIDITY CONTROL DEVICE}
본 발명은 흡착 열교환기를 갖는 냉매회로를 이용하여 공기를 조습하는 조습장치에 관한 것이다.
종래, 흡착 열교환기를 가지며 냉동사이클을 행하는 냉매회로를 이용하여 공기를 조습하는 조습장치가 알려져 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에 개시되어 있는 조습장치는 압축기, 2개의 흡착 열교환기(제 1 흡착 열교환기 및 제 2 흡착 열교환기) 및 팽창밸브가 접속된 냉매회로를 구비한다. 냉매회로는 냉매가 가역(可逆) 가능하게 순환하여 증기압축식 냉동사이클을 행하도록 구성된다. 흡착 열교환기는 공기의 수분을 흡착하는 흡착제가 표면에 부착되고 유지된다. 냉매회로에서는 냉매 순환방향을 전환함에 따라, 제 1 흡착 열교환기가 응축기로서, 제 2 흡착 열교환기가 증발기로서 각각 기능하는 상태와, 제 1 흡착 열교환기가 증발기로서, 제 2 흡착 열교환기가 응축기로서 각각 기능하는 상태로 전환된다.
응축기로서 기능하는 흡착 열교환기에서는 흡착제로부터 수분이 탈리되는 재생동작이 행해지며, 탈리된 수분이 유통공기에 부여된다. 이로써 공기가 가습된다. 또, 증발기로서 기능하는 흡착 열교환기에서는, 유통하는 공기 중의 수분이 흡착제에 흡착되는 흡착동작이 실행되며, 그 결과 공기가 제습된다. 그리고, 이 조습장치에서는 가습된 공기를 실내로 공급하는 가습운전과, 제습된 공기를 실내로 공급하는 제습운전이 전환되어 실행된다.
[특허문헌]
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2006-78171호 공보
그런데, 상기 특허문헌 1의 조습장치는, 응축기로서 동작하는 흡착 열교환기에서, 냉매가 방열함으로써 흡착제가 재생됨과 동시에 유통공기가 약간 가열된다. 즉, 응축기로서 동작하는 흡착 열교환기에서는 공기가 가습됨과 동시에 가열된다. 따라서 가습운전의 경우, 실내의 가습이 이루어짐과 동시에 실내의 난방도 이루어진다.
한편, 최근 겨울철에는, 아침에 난방운전을 행하며, 낮에는 냉방운전으로 전환하는 경우가 많아졌다. 이와 같이 다른 공조기에 의해 냉방운전을 행하는 실내에서, 상기 조습장치에 의한 가습운전을 행하면, 실내는 가습되나, 실내의 냉방부하가 증대되어 버린다. 이로 인해 공조기의 소비 에너지가 필요 이상으로 늘어난다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 흡착 열교환기를 갖는 냉매회로를 구비하며 공기를 조습하는 조습장치에 있어서, 공조기의 냉방부하를 증대시키는 일없이, 실내를 가습하는 데 있다.
제 1 발명은, 압축기(21)와, 공기의 수분을 흡착하는 흡착제를 갖는 제 1 흡착 열교환기(23) 및 제 2 흡착 열교환기(25)를 가지며, 냉매가 순환되어 증기압축식 냉동사이클을 행하는 냉매회로(20)를 구비하고, 이 냉매회로(20)의 냉매 순환방향을 가역으로 전환시킴으로써 상기 2개의 흡착 열교환기(23, 25)에서 흡착제의 흡착동작과 재생동작이 교대로 행해지며, 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기를 실내로 공급하는 조습장치를 전제로 한다. 그리고, 상기 냉매회로(20)는, 흡착제의 재생동작이 실행되는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기를, 흡착제의 흡착동작이 행해지는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 냉매와 열교환시켜 냉각하는 현열 열교환기(26)를 구비한다.
상기 발명에서는, 냉매회로(20)의 냉매 순환방향이 전환됨으로써, 2개의 동작이 교대로 행해진다. 구체적으로 냉매회로(20)에서는, 제 1 흡착 열교환기(23)가 응축기(방열기)로서 기능함과 더불어 제 2 흡착 열교환기(25)가 증발기로서 기능하는 증기압축식 냉동사이클과, 제 1 흡착 열교환기(23)가 증발기로서 기능함과 더불어 제 2 흡착 열교환기(25)가 응축기(방열기)로서 기능하는 증기압축식 냉동사이클이 교대로 행해진다.
증발기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)에서는 저압 냉매에 의해 이 흡착 열교환기(23, 25)의 흡착제가 냉각된다. 이 상태의 흡착 열교환기(23, 25)를 공기가 통과하면, 이 흡착 열교환기(23, 25)의 흡착제에 공기가 접촉하며 공기 중의 수분이 흡착제에 흡착된다. 즉, 흡착제의 흡착동작이 실행되며 공기가 제습된다. 한편, 응축기(방열기)로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)에서는 고압 냉매에 의해 이 흡착 열교환기(23, 25)의 흡착제가 가열된다. 그러면, 이 흡착제로부터 수분이 탈리되어 공기 중에 부여된다. 즉, 흡착제의 재생동작이 행해지며 공기가 가습된다. 이와 같이, 조습장치에서는 냉매 순환방향이 가역으로 전환됨으로써, 제 1 흡착 열교환기(23)에서 흡착동작이 행해지며 또 제 2 흡착 열교환기(25)에서 재생동작을 행하는 상태와, 제 1 흡착 열교환기(23)에서 재생동작이 행해지며 또 제 2 흡착 열교환기(25)에서 흡착동작을 행하는 상태가 교대로 전환된다. 그리고, 재생동작이 행해지는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기가 실내로 공급된 경우는 실내의 가습이 이루어지며, 흡착동작이 실행되는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기가 실내로 공급된 경우는 실내의 제습이 이루어진다.
그런데, 재생동작을 행하는 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기는 고압 냉매에 의해 가열된다. 따라서, 재생동작이 행해지는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기가 바로 실내로 공급되면, 실내가 가습됨과 동시에 난방된다. 즉, 난방 가습이 이루어진다. 여기서, 겨울철에도 공조기에 의해 냉방운전을 하는 경우가 있다. 이와 같은 실내에서, 조습장치에 의한 가습을 행하면, 공조기의 냉방부하가 증대되어 버린다. 그 결과, 공조기의 소비 에너지가 필요 이상으로 늘어나 버린다.
그래서, 본 발명의 조습장치에서는 응축기(방열기)로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기가 현열 열교환기(26)에서 냉각된다. 즉, 가습된 공기가 냉각되어 실내로 공급되는, 이른바 냉방 가습이 이루어진다. 따라서, 가습된 공기가 바로 실내로 공급되는 경우에 비해, 그 공급공기의 온도가 저하되므로, 공조기의 냉방부하가 저감된다. 또, 현열 열교환기(26)에는 증발기로서의 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 후의 냉매가 흐른다. 즉, 흡착 열교환기(23, 25)에서 증발된 후의 냉매가 현열 열교환기(26)로 흐르며 공기와 열교환된다. 따라서, 증발기로서의 흡착 열교환기(23, 25)로 흐르기 전의 냉매, 즉 응축기로서의 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 후의 냉매가 현열 열교환기(26)로 흘러 증발하는 경우와 비교하여, 그 현열 열교환기(26)에서의 공기의 냉각량(공기로부터의 흡열량)은 그다지 높지 않다. 이로써, 현열 열교환기(26)에서 공기는 그다지 냉각되지 않으므로, 공기에 포함된 수분이 결로되어 제습될 우려가 없다.
제 2 발명은, 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)는 상기 현열 열교환기(26)에 의한 공기의 냉각온도가 이 공기의 이슬점 온도 이상이 되도록 구성된다.
상기 발명에서는, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기가 현열 열교환기(26)에서 이슬점 온도 이하까지 냉각되지 않도록 제어된다. 이로써, 현열 열교환기(26)에서, 공기에 포함된 수분의 결로가 확실하게 회피된다.
제 3 발명은 상기 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)는 흡착제의 흡착동작을 행하는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 냉매가, 상기 현열 열교환기(26)로 흐르며 흡착제의 재생동작을 행하는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기로부터 흡열하는 상태와, 상기 압축기(21)의 토출 냉매가, 상기 현열 열교환기(26)로 흐르며 흡착제의 재생동작을 행하는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기에 방열하는 상태로 전환되도록, 냉매 유로를 전환하는 유로 전환수단(27)을 갖는다.
상기 발명에서는, 유로 전환수단(27)의 전환에 의해, 이른바 난방가습과 냉방가습의 2개 운전이 전환 가능해진다. 구체적으로 냉방가습인 경우, 냉매회로(20)에서 압축기(21)로부터 토출된 냉매는, 응축기로서의 흡착 열교환기(23, 25) 및 증발기로서의 흡착 열교환기(23, 25)를 차례로 흐른 후, 현열 열교환기(26)로 흐른다. 이 경우, 응축기로서의 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기가 현열 열교환기(26)로 흐르며 냉각된 후, 실내로 공급된다. 즉, 이 경우, 현열 열교환기(26)가 냉각 열교환기로서 기능한다. 한편, 난방가습인 경우, 냉매회로(20)에서, 압축기(21)로부터 토출된 냉매는, 현열 열교환기(26)로 흐르고, 그 후 응축기로서의 흡착 열교환기(23, 25) 및 증발기로서의 흡착 열교환기(23, 25)를 차례로 흐른다. 이 경우, 응축기로서의 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기가 현열 열교환기(26)로 흐르며 가열된 후, 실내로 공급된다. 즉 이 경우, 현열 열교환기(26)가 가열 열교환기로서 기능한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 냉매회로(20)에서 응축기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기를, 증발기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 냉매와 열교환시켜 냉각하는 현열 열교환기(26)를 설치하도록 구성된다. 따라서, 공조기에 의해 냉방운전을 행하는 실내에 대해, 가습된 공기를 냉각하여 공급할 수 있다. 즉, 냉방가습을 행할 수 있다. 이로써, 공조기의 냉방부하를 저감시킬 수 있다. 그 결과 실내의 가습을 행하면서 공조기의 소비 에너지를 저감할 수 있다.
또한, 제 2 발명에 따르면, 현열 열교환기(26)에 의한 공기의 냉각온도가 이 공기의 이슬점 온도 이상이 되도록 냉매회로(20)를 구성하도록 한다. 따라서 현열 열교환기(26)에 있어서, 공기의 수분이 결로되는 상태를 회피하면서 이 공기를 냉각할 수 있다. 즉, 가습된 공기를 제습하는 일없이, 적절하게 냉각할 수 있다. 이로써 가습 성능을 저하시키는 일없이, 공조기의 냉방부하를 저감할 수 있다.
또한, 제 3 발명에 따르면, 냉매가, 증발기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)로부터 현열 열교환기(26)로 흐르는 상태와, 냉매가, 압축기(21)로부터 현열 열교환기(26)로 흐르는 상태로 냉매유로를 전환하는 유로 전환수단(27)을 배치하도록 구성된다. 이로써, 현열 열교환기(26)를 냉각 열교환기로서 기능시키는 상태와, 가열 열교환기로서 기능시키는 상태로 전환할 수 있다. 따라서, 가습된 공기를 냉각하여 실내로 공급하는 냉방가습운전과, 가습된 공기를 가열하여 실내로 공급하는 난방가습운전이 전환 가능한 조습장치(10)를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 조습장치의 구성을 나타내는 배관계통도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 관한 냉방가습운전의 제 1 동작을 나타내는 배관계통도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 관한 냉방가습운전의 제 2 동작을 나타내는 배관계통도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 관한 냉방가습운전의 냉매상태를 나타내는 몰리에르선도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 관한 조습장치의 구성과 난방가습운전의 제 1 동작을 나타내는 배관계통도이다.
도 6은 제 2 실시형태에 관한 조습장치의 구성과 난방가습운전의 제 2 동작을 나타내는 배관계통도이다.
도 7은 제 2 실시형태에 관한 조습장치의 구성과 냉방가습운전의 제 1 동작을 나타내는 배관계통도이다.
도 8은 제 2 실시형태에 관한 조습장치의 구성과 냉방가습운전의 제 2 동작을 나타내는 배관계통도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 그리고, 이하의 실시형태는 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 또는 그 용도범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.
〈제 1 실시형태〉
본 제 1 실시형태의 조습장치(10)는 실내의 습도를 조절함과 더불어 실내를 환기한다. 즉, 이 조습장치(10)에서는 도입한 실외공기(OA)를 습도 조절하여 실내로 공급함과 동시에, 도입한 실내공기(RA)를 실외로 배출한다.
구체적으로 상기 조습장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동사이클을 행하는 냉매회로(20)를 구비한다. 냉매회로(20)에는 압축기(21), 사방밸브(22), 제 1 흡착 열교환기(23) 및 제 2 흡착 열교환기(25)와 전동팽창밸브(24)가 배치된다.
상기 냉매회로(20)에서, 압축기(21)는 토출측이 사방밸브(22)의 제 1 포트에 접속되는 한편, 흡입측이 사방밸브(22)의 제 2 포트에 접속된다. 또 냉매회로(20)에서, 제 1 흡착 열교환기(23)는 일단이 사방밸브(22)의 제 4 포트에 접속되는 한편, 타단이 전동팽창밸브(24)를 개재하여 제 2 흡착 열교환기(25)의 일단에 접속된다. 그리고 제 2 흡착 열교환기(25)의 타단은 사방밸브(22)의 제 3 포트에 접속된다. 즉, 제 1 흡착 열교환기(23), 전동팽창밸브(24) 및 제 2 흡착 열교환기(25)가 사방밸브(22)의 제 4 포트에서 제 3 포트를 향해 차례로 접속된다.
상기 흡착 열교환기(23, 25)는, 도시하지 않으나, 크로스핀식의 핀튜브형 열교환기에 의해 구성되며, 장방형 판상으로 형성된 다수의 핀과, 이 핀을 관통하는 전열관을 구비한다. 그리고, 흡착 열교환기(23, 25)의 핀 및 전열관의 외표면에는 흡착제가 부착되고 유지된다. 즉, 흡착 열교환기(23, 25)는 표면에 흡착제를 갖는 열교환기이며, 흡착제에 의해 수분을 흡착 및 탈착함으로써, 유통하는 공기의 제습 및 가습을 행하도록 구성된다. 여기서, 흡착 열교환기(23, 25)는 크로스핀식의 핀튜브형 열교환기에 한정되지 않으며, 다른 형식의 열교환기, 예를 들어 골판핀(Corrugated fin)식의 열교환기 등이라도 된다.
상기 사방밸브(22)는 제 1 포트와 제 4 포트가 연통하며 또 제 2 포트와 제 3 포트가 연통하는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하며 또 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 제 2 상태(도 1에 파선으로 나타내는 상태)로 전환 가능하게 구성된다. 냉매회로(20)에서, 사방밸브(22)가 제 1 상태인 경우, 제 1 흡착 열교환기(23)가 응축기(방열기)로서 기능하고 제 2 흡착 열교환기(25)가 증발기로서 기능하는 냉동사이클이 이루어진다. 또 냉매회로(20)에서, 사방밸브(22)가 제 2 상태인 경우, 제 2 흡착 열교환기(25)가 응축기(방열기)로서 기능하고 제 1 흡착 열교환기(23)가 증발기로서 기능하는 냉동사이클이 실행된다. 즉, 사방밸브(22)는 냉매회로(20)에서의 냉매 순환방향을 가역으로 전환시키기 위한 것이다.
증발기로서 기능하는 흡착 열교환기(23, 25)에서는, 공기의 수분이 흡착제에 흡착되는 흡착동작이 이루어진다. 이로써 공기가 제습된다. 응축기(방열기)로서 기능하는 흡착 열교환기(23, 25)에서는, 그 흡착제로부터 수분이 탈리되는 재생동작이 행해진다. 이 탈리된 수분이 공기에 부여됨으로써 이 공기가 가습된다.
또한, 상기 냉매회로(20)에는 본 발명의 특징으로서, 현열 열교환기(26)가 배치된다. 현열 열교환기(26)는 압축기(21)의 흡입측과 사방밸브(22)의 제 2 포트 사이에 접속된다. 즉, 현열 열교환기(26)에는 항상 증발기로서 기능하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 후의 냉매가 공급된다. 그리고 현열 열교환기(26)는 응축기로서 기능하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 후의 공기를 냉매와 열교환시켜 냉각하는 냉각 열교환기를 구성한다.
여기서, 본 실시형태의 조습장치(10)에는 도시하지 않으나, 도입한 실외공기(OA)를 각 흡착 열교환기(23, 25)나 현열 열교환기(26)를 통과시켜서 실내로 공급하는 공기통로와, 도입한 실내공기(RA)를 각 흡착 열교환기(23, 25)를 통과시켜서 실외로 배출하는 공기통로가 형성된다.
- 운전동작 -
다음에, 상기 조습장치(10)의 운전동작에 대해 설명한다. 이 조습장치(10)는 냉방가습운전과 냉방제습운전을 전환하여 행하도록 구성된다.
〈냉방가습운전〉
이 냉방가습운전은 예를 들어 겨울철에, 다른 공조기에 의해 냉방운전을 행하는 실내에 대해 행해진다. 이 운전은 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 사방밸브(22)의 전환에 의해 제 1 동작과 제 2 동작이 교대로 실행되며, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기가 실내로 공급되는 운전이다. 여기서, 냉매회로(20)에서는 도 4에 나타내는 바와 같이 냉매가 순환되어 냉동사이클이 실행된다.
먼저, 제 1 동작에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 사방밸브(22)가 제 1 상태로 설정되며, 전동팽창밸브(24)의 개방도가 적절하게 조절된다. 또 이 제 1 동작에서는, 실외공기(OA)가 제 1 흡착 열교환기(23) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다. 즉, 실외공기(OA)가 재생용 공기로서, 실내공기(RA)가 흡착용 공기로서 각각 도입된다.
이 상태에서, 냉매가 압축기(21)에서 압축되어 토출된다(도 4의 A점). 토출된 냉매는 제 1 흡착 열교환기(23)로 흐르고 방열하며 응축된다(도 4의 B점). 이 냉매의 방열에 의해, 제 1 흡착 열교환기(23)에서 흡착제의 재생동작이 이루어진다. 즉, 흡착제로부터 탈리된 수분이 실외공기(OA)에 부여되며, 실외공기(OA)가 가습된다. 그 후, 실외공기(OA)는 현열 열교환기(26)로 흐른다.
제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 냉매는 전동팽창밸브(24)에서 감압된 후, 제 2 흡착 열교환기(25)로 흐른다(도 4의 C점). 제 2 흡착 열교환기(25)에서는 냉매가 실내공기(RA)로부터 흡열하여 증발되는 한편, 실내공기(RA)의 수분이 흡착제에 흡착되어 이 실내공기(RA)가 제습된다(도 4의 D점). 제습된 실내공기(RA)는 실외로 배출된다.
그리고, 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 냉매는 현열 열교환기(26)로 흐른다. 현열 열교환기(26)에서는 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 후의 실외공기(OA)로부터 냉매가 흡열하며 과열된다(도 4의 E점). 이로써 실외공기(OA)는 냉각되며, 그 후 실내로 공급된다. 한편, 현열 열교환기(26)에서 과열된 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되어 토출되며, 이 순환을 반복한다.
다음은, 제 2 동작에 대해 설명한다. 전술한 제 1 동작이 소정시간 행해지면, 사방밸브(22)가 제 2 상태로 설정되며, 제 2 동작으로 전환된다. 제 2 동작에서는 도 3에 나타내는 바와 같이, 실외공기(OA)가 제 2 흡착 열교환기(25) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다.
이 상태에서, 압축기(21)로부터 토출된 냉매는 제 2 흡착 열교환기(25)로 흐른다(도 4의 A점). 제 2 흡착 열교환기(25)에서는 냉매가 방열하며 응축된다(도 4의 B점). 이 냉매의 방열에 의해, 제 2 흡착 열교환기(25)에서 흡착제의 재생동작이 이루어지며, 흡착제로부터 탈리된 수분이 실외공기(OA)에 부여되며, 실외공기(OA)가 가습된다. 그 후, 실외공기(OA)는 현열 열교환기(26)로 흐른다.
제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 냉매는 전동팽창밸브(24)에서 감압된 후, 제 1 흡착 열교환기(23)로 흐른다(도 4의 C점). 제 1 흡착 열교환기(23)에서는 냉매가 실내공기(RA)로부터 흡열하여 증발되는 한편, 실내공기(RA)의 수분이 흡착제에 흡착되어 이 실내공기(RA)가 제습된다(도 4의 D점). 제습된 실내공기(RA)는 실외로 배출된다.
그리고, 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 냉매는 현열 열교환기(26)로 흐른다. 현열 열교환기(26)에서는 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 후의 실외공기(OA)로부터 냉매가 흡열하여 과열된다(도 4의 E점). 이로써, 실외공기(OA)는 냉각되며, 그 후에 실내로 공급된다. 한편, 현열 열교환기(26)에서 과열된 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되고 토출되며, 이 순환을 반복한다.
이와 같이, 냉방가습운전에서는 제 1 흡착 열교환기(23) 또는 제 2 흡착 열교환기(25)에서 가습된 실외공기(OA)가, 현열 열교환기(26)에서 냉각된 후, 실내로 공급된다. 여기서, 현열 열교환기(26)에서는 실외공기(OA)의 냉각온도가 그 공기의 이슬점 온도 이상으로 되도록, 환언하면 공기의 이슬점 온도 이하로 되지 않도록 구성된다. 구체적으로, 도 4에 나타내는 몰리에르선도의 D점 위치가 좌측으로 이동할수록 현열 열교환기(26)에서 냉매의 흡열량이 증대한다. 그러면, 실외공기(OA)의 냉각온도가 저하되어 그 이슬점 온도 이하로 되기 쉽다. 반대로 도 4의 D점 위치가 우측으로 이동할수록 현열 열교환기(26)에서의 냉매 흡열량이 감소된다. 그러면, 실외공기(OA)의 냉각온도가 상승된다. 따라서, 도 4의 D점 위치를 조절함으로써, 현열 열교환기(26)에서 실외공기(OA)가 그 이슬점 온도 이하로 되지 않도록 냉각된다.
〈냉방제습운전〉
이 냉방제습운전은 예를 들어 여름철에, 다른 공조기에 의해 냉방운전을 행하는 실내에 대해 이루어진다. 이 운전은, 도시하지 않으나, 상기 냉방가습운전 시와 비교하여 실외공기(OA) 및 실내공기(RA)의 유로가 다르다. 즉, 이 냉방제습운전에서는 냉방가습운전과는 달리, 흡착 열교환기(23, 25)에서 제습된 실외공기(OA)가 현열 열교환기(26)에서 냉각되어 실내로 공급되며, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 실내공기(RA)가 실외로 배출된다.
구체적으로 제 1 동작에서는, 실외공기(OA)가 제 2 흡착 열교환기(25) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다. 즉, 실외공기(OA)가 흡착용 공기로서, 실내공기(RA)가 재생용 공기로서 각각 도입된다. 또 제 2 동작에서는, 실외공기(OA)가 제 1 흡착 열교환기(23) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다.
- 제 1 실시형태의 효과 -
본 제 1 실시형태에 의하면, 냉매회로(20)에 있어서, 증발기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)와 압축기(21) 흡입측과의 사이에 배치되며, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기를 냉각하는 현열 열교환기(26)를 구비하도록 한다. 따라서, 가습된 공기를 냉각하여 실내로 공급할 수 있다. 이로써, 예를 들어 겨울철에, 다른 공조기에 의해 냉방운전이 행해지는 실내에 대해 가습운전을 행할 경우, 저온의 가습공기를 실내로 공급할 수 있으므로, 공조기의 냉방부하가 증대되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 공조기의 소비 에너지를 저감시키면서 실내를 가습할 수 있다.
또 본 실시형태에서는, 현열 열교환기(26)에서 공기의 냉각온도가 그 공기의 이슬점 온도 이하로 되지 않도록 구성하도록 한다. 따라서, 결로를 발생시키는 일없이 공기를 냉각할 수 있다. 이로써 조습장치(10)의 가습 능력을 저하시키는 일없이, 냉방가습을 할 수 있다.
특히, 현열 열교환기(26)를, 증발기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)와 압축기(21) 흡입측과의 사이에 배치하도록 하므로, 현열 열교환기(26)의 냉각 능력을 적절하게 억제할 수 있다. 즉, 현열 열교환기(26)에는 흡착 열교환기(23, 25)에서 증발된 냉매가 흐르므로, 냉매의 흡열량(즉, 공기의 냉각량)을 비교적 낮게 할 수 있다. 이로써, 현열 열교환기(26)에서 확실하게 공기의 냉각온도를 그 공기의 이슬점 온도 이상으로 할 수 있다.
또 응축기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)에서는, 공기가 가습됨과 더불어 다소 가열된다. 그리고, 이 가습 및 가열된 공기가 현열 열교환기(26)로 흐르므로, 이 현열 열교환기(26)에서의 냉매 증발온도(증발압력)가 비교적 고온이 된다. 이로써 압축기(21)의 입력을 감소시킬 수 있으며, 그 결과 냉동사이클의 성적계수(COP)를 향상시킬 수 있다.
또 본 실시형태에서는 제습된 공기를 냉각하여 실내로 공급하는 냉방제습운전을 하므로, 예를 들어 여름철에, 다른 공조기에 의해 냉방운전을 행하는 실내에 대해 제습운전을 행할 경우, 공조기의 냉방부하를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 공조기의 소비 에너지를 삭감하면서 실내를 제습할 수 있다.
〈제 2 실시형태〉
본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 본 제 2 실시형태의 조습장치(10)는 도 5～도 8에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 실시형태의 냉매회로(20)에 사방밸브(27)를 1개 추가한 것이다. 즉, 본 실시형태의 조습장치(10)는 냉방가습운전 및 냉방제습운전에 더불어, 난방가습운전을 가능하게 한 것이다. 여기서는 상기 제 1 실시형태와 다른 점에 대해 설명한다.
구체적으로 본 실시형태의 냉매회로(20)에는, 제 1 사방밸브(22) 및 제 2 사방밸브(27)가 배치된다. 냉매회로(20)에서 압축기(21)는 토출측이 제 2 사방밸브(27)의 제 1 포트에 접속되는 한편, 흡입측이 제 2 사방밸브(27)의 제 2 포트에 접속된다. 제 2 사방밸브(27)의 제 3 포트는, 현열 열교환기(26)를 개재하여 제 1 사방밸브(22)의 제 2 포트에 접속된다. 제 2 사방밸브(27)의 제 4 포트는, 제 1 사방밸브(22)의 제 1 포트에 접속된다. 또 제 1 흡착 열교환기(23)는 일단이 제 1 사방밸브(22)의 제 4 포트에 접속되는 한편, 타단이 전동팽창밸브(24)를 개재하여 제 2 흡착 열교환기(25)의 일단에 접속된다. 그리고, 제 2 흡착 열교환기(25)의 타단은 제 1 사방밸브(22)의 제 3 포트에 접속된다. 즉, 제 1 흡착 열교환기(23), 전동팽창밸브(24) 및 제 2 흡착 열교환기(25)가 제 1 사방밸브(22)의 제 4 포트에서 제 3 포트를 향해 차례로 접속된다.
본 실시형태의 제 1 사방밸브(22)는 상기 제 1 실시형태의 사방밸브(22)에 상당한다. 제 1 사방밸브(22)는 제 1 포트와 제 4 포트가 연통하며 또 제 2 포트와 제 3 포트가 연통하는 제 1 상태(도 5 또는 도 7에 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하며 또 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 제 2 상태(도 6 또는 도 8에 나타내는 상태)로 전환 가능하게 구성된다. 이 제 1 사방밸브(22)의 전환에 의해, 제 1 흡착 열교환기(23)가 응축기로서 기능하며 또 제 2 흡착 열교환기(25)가 증발기로서 기능하는 상태와, 제 2 흡착 열교환기(25)가 응축기로서 기능하며 또 제 1 흡착 열교환기(23)가 증발기로서 기능하는 상태로 전환된다.
한편, 제 2 사방밸브(27)는 제 1 포트와 제 4 포트가 연통하며 또 제 2 포트와 제 3 포트가 연통하는 제 1 상태(도 7 또는 도 8에 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하며 또 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 제 2 상태(도 5 또는 도 6에 나타내는 상태)로 전환 가능하게 구성돤다. 냉매회로(20)에서 제 2 사방밸브(27)가 제 1 상태인 경우, 증발기로서 동작하는 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 냉매가 현열 열교환기(26)로 흘러 압축기(21)에 흡입된다. 또 냉매회로(20)에서 제 2 사방밸브(27)가 제 2 상태인 경우, 압축기(21)로부터 냉매가 현열 열교환기(26)로 흐른다.
- 운전동작 -
다음에, 상기 조습장치(10)의 운전동작에 대해 설명한다. 이 조습장치(10)는 난방가습운전, 냉방가습운전 및 냉방제습운전을 전환하여 행하도록 구성된다.
〈난방가습운전〉
이 난방가습운전은 예를 들어 겨울철에, 다른 공조기에 의해 난방운전을 행하는 실내에 대해 이루어진다. 이 운전은 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 사방밸브(22)의 전환에 의해 제 1 동작과 제 2 동작이 교대로 행해지며, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기가 실내로 공급되는 운전이다. 이 난방가습운전에서는 항상 제 2 사방밸브(27)가 제 2 상태로 설정된다.
먼저, 제 1 동작에서는 도 5에 나태내는 바와 같이, 제 1 사방밸브(22)가 제 1 상태로 설정되며, 제 1 흡착 열교환기(23)가 증발기로서 기능하며 또 제 2 흡착 열교환기(25)가 응축기로서 기능한다. 여기서, 전동팽창밸브(24)의 개방도가 적절하게 조절된다. 또 이 제 1 동작에서는, 실외공기(OA)가 제 2 흡착 열교환기(25) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다. 즉, 실외공기(OA)가 재생용 공기로서, 실내공기(RA)가 흡착용 공기로서 각각 도입된다.
이 상태에서, 압축기(21)로부터 토출된 냉매는 현열 열교환기(26)로 흐른다. 현열 열교환기(26)에서는 냉매가 실외공기(OA)로 방열하며 이 실외공기(OA)가 가열된다. 현열 열교환기(26)로부터 유출된 냉매는, 제 2 흡착 열교환기로 흐르고 방열하며 응축된다. 이 냉매의 방열에 의해 제 2 흡착 열교환기(25)에서 흡착제의 재생동작이 이루어진다. 즉, 흡착제로부터 탈리된 수분이 실외공기(OA)에 부여되며, 실외공기(OA)가 가습된다. 그 후, 실외공기(OA)는 현열 열교환기(26)로 흘러 가열된 후, 실내로 공급된다. 이로써 실내의 가습이 이루어진다.
제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 냉매는 전동팽창밸브(24)에서 감압된 후, 제 1 흡착 열교환기(23)로 흐른다. 제 1 흡착 열교환기(23)에서는 냉매가 실내공기(RA)로부터 흡열하여 증발되는 한편, 실내공기(RA)의 수분이 흡착제에 흡착되어 이 실내공기(RA)가 제습된다. 그 후, 실내공기(RA)는 실외로 배출된다. 그리고, 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되어 토출되며, 이 순환을 반복한다.
다음에, 제 2 동작에 대해 설명한다. 전술한 제 1 동작이 소정시간 행해지면, 도 6에 나타내는 바와 같이 제 1 사방밸브(22)가 제 2 상태로 설정되며, 제 2 동작으로 전환된다. 즉, 제 1 흡착 열교환기(23)가 응축기로서 기능하며 또 제 2 흡착 열교환기(25)가 증발기로서 기능한다. 또 제 2 동작에서는, 실외공기(OA)가 제 1 흡착 열교환기(23) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다.
이 상태에서, 압축기(21)로부터 토출된 냉매는 현열 열교환기(26)로 흐르고 실외공기(OA)로 방열한다. 이로써, 실외공기(OA)가 가열된다. 현열 열교환기(26)로부터 유출된 냉매는, 제 1 흡착 열교환기(23)로 흐르고 방열하며 응축된다. 이 냉매의 방열에 의해, 제 1 흡착 열교환기(23)에서 흡착제의 재생동작이 이루어지며, 실외공기(OA)가 가습된다. 그 후, 실외공기(OA)는 현열 열교환기(26)로 흐르고 가열된 후에 실내로 공급된다. 이로써 실내의 가습이 이루어진다.
제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 냉매는 전동팽창밸브(24)에서 감압된 후, 제 2 흡착 열교환기(25)로 흐른다. 제 2 흡착 열교환기(25)에서는 냉매가 실내공기(RA)로부터 흡열하여 증발되는 한편, 실내공기(RA)의 수분이 흡착제에 흡착되며 이 실내공기(RA)가 제습된다. 그 후, 실내공기(RA)는 실외로 배출된다. 그리고, 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되고 토출되며, 이 순환을 반복한다.
이와 같이, 현열 열교환기(26)는 난방가습운전인 경우, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기를 가열하기 위한 가열 열교환기로서 기능한다.
〈냉방가습운전〉
이 냉방가습운전은, 상기 제 1 실시형태의 냉방가습운전에 상당하며, 예를 들어 겨울철에, 다른 공조기에 의해 냉방운전을 행하는 실내에 대해 이루어진다. 이 운전은 도 7 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 1 사방밸브(22)의 전환에 의해 제 1 동작과 제 2 동작이 교대로 실행되며, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기가 실내로 공급되는 운전이다. 이 난방가습운전에서는 항상 제 2 사방밸브(27)가 제 1 상태로 설정된다.
먼저, 제 1 동작에서는 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 사방밸브(22)가 제 1 상태로 설정되며, 제 1 흡착 열교환기(23)가 응축기로서 기능하며 또 제 2 흡착 열교환기(25)가 증발기로서 기능한다. 여기서, 전동팽창밸브(24)의 개방도가 적절하게 조절된다. 또 이 제 1 동작에서는, 실외공기(OA)가 제 1 흡착 열교환기(23) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다. 즉, 실외공기(OA)가 재생용 공기로서, 실내공기(RA)가 흡착용 공기로서 각각 도입된다.
이 상태에서, 압축기(21)로부터 토출된 냉매는, 제 1 흡착 열교환기(23)로 흐르고 방열하며 응축된다. 이로써, 제 1 흡착 열교환기(23)에서 흡착제의 재생동작이 이루어지며, 실외공기(OA)가 가습된다. 그 후, 실외공기(OA)는 현열 열교환기(26)로 흐른다. 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 냉매는 전동팽창밸브(24)에서 감압된 후, 제 2 흡착 열교환기(25)로 흘러 증발된다. 또 제 2 흡착 열교환기(25)에서는 실내공기(RA)가 제습되며, 그 후 실외로 배출된다. 그리고, 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 냉매는 현열 열교환기(26)로 흐른다. 현열 열교환기(26)에서는, 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 후의 실외공기(OA)로부터 냉매가 흡열하며, 과열된다. 이로써 실외공기(OA)는 냉각되며, 그 후 실내로 공급된다. 한편, 현열 열교환기(26)로부터 유출된 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되고 토출되며, 이 순환을 반복한다.
다음에, 제 2 동작에 대해 설명한다. 전술한 제 1 동작을 소정시간 행하면 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 1 사방밸브(22)가 제 2 상태로 설정되며, 제 2 동작으로 전환된다. 제 2 동작에서는 실외공기(OA)가 제 2 흡착 열교환기(25) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다.
이 상태에서, 압축기(21)로부터 토출된 냉매는, 제 2 흡착 열교환기(25)로 흐르고 방열하며 응축된다. 이 냉매의 방열에 의해, 제 2 흡착 열교환기(25)에서 흡착제의 재생동작이 이루어지며, 흡착제로부터 탈리된 수분이 실외공기(OA)에 부여되고, 실외공기(OA)가 가습된다. 그 후, 실외공기(OA)는 현열 열교환기(26)로 흐른다.
제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 냉매는 전동팽창밸브(24)에서 감압된 후, 제 1 흡착 열교환기(23)로 흘러 증발된다. 또 제 1 흡착 열교환기(23)에서는 실내공기(RA)가 제습되며, 그 후 실외로 배출된다. 그리고 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과한 냉매는 현열 열교환기(26)로 흐른다. 현열 열교환기(26)에서는, 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과한 후의 실외공기(OA)로부터 냉매가 흡열하며 과열된다. 이로써, 실외공기(OA)는 냉각되며 그 후 실내로 공급된다. 한편, 현열 열교환기(26)에서 과열된 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되고 토출되며, 이 순환을 반복한다.
여기서, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 현열 열교환기(26)에서는 실외공기(OA)의 냉각온도가 그 공기의 이슬점 온도 이상으로 되도록, 즉 공기의 이슬점 온도 이하로 되지 않도록 구성된다.
이와 같이, 현열 열교환기(26)는 냉방가습운전인 경우, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 공기를 냉각하기 위한 냉각 열교환기로서 기능한다. 그리고 본 실시형태에 있어서 제 2 사방밸브(27)는 현열 열교환기(26)를 가열 열교환기로서 기능시키는 상태와, 냉각 열교환기로서 기능시키는 상태로 전환하기 위한 것이다. 즉, 제 2 사방밸브(27)는 현열 열교환기(26)에 있어서, 증발기인 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 냉매가, 응축기인 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기로부터 흡열하는 상태와, 압축기(21)의 토출 냉매가, 응축기인 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기로 방열하는 상태로 전환되도록 냉매회로를 전환하는 유로 전환수단을 구성한다.
〈냉방제습운전〉
이 냉방제습운전은 도시하지 않으나, 상기 냉방가습운전 시와 비교하여 실외공기(OA) 및 실내공기(RA)의 유로가 다르다. 즉, 이 냉방제습운전에서는 냉방가습운전과는 달리, 흡착 열교환기(23, 25)에서 제습된 실외공기(OA)가 현열 열교환기(26)에서 냉각되어 실내로 공급되며, 흡착 열교환기(23, 25)에서 가습된 실내공기(RA)가 실외로 배출된다.
구체적으로, 제 1 동작에서는 실외공기(OA)가 제 2 흡착 열교환기(25) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 1 흡착 열교환기(23)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다. 즉, 실외공기(OA)가 흡착용 공기로서, 실내공기(RA)가 재생용 공기로서 각각 도입된다. 또 제 2 동작에서는 실외공기(OA)가 제 1 흡착 열교환기(23) 및 현열 열교환기(26)를 차례로 통과하여 실내로 공급됨과 더불어, 실내공기(RA)가 제 2 흡착 열교환기(25)를 통과하여 실외로 배출되도록 공기통로가 설정된다.
- 제 2 실시형태의 효과 -
본 제 2 실시형태에 따르면, 냉매회로(20)에서 제 2 사방밸브(27)를 배치하도록 구성된다. 따라서, 현열 열교환기(26)를 가열 열교환기로서 기능시키는 상태와, 냉각 열교환기로서 기능시키는 상태로 전환할 수 있다. 이로써, 가습공기를 가열하여 실내로 공급하는 난방가습운전과, 가습공기를 냉각하여 실내로 공급하는 냉방가습운전을 전환할 수 있다.
이로써, 겨울철에 다른 공조기가 난방운전을 행하는 실내에서 난방가습운전을 행하면, 공조기의 난방부하를 저감시킬 수 있다. 또 겨울철에, 다른 공조기가 냉방운전을 행하는 실내에서 냉방가습운전을 행하면, 공조기의 냉방부하를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 공조기의 소비 에너지를 삭감하면서, 실내를 가습할 수 있다.
그 밖의 구성, 작용 및 효과는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 수분의 흡착제가 유지된 흡착 열교환기를 이용하여 공기를 조습하는 조습장치에 대해 유용하다.
10 : 조습장치 20 : 냉매회로
21 : 압축기 23 : 제 1 흡착 열교환기
25 : 제 2 흡착 열교환기 26 : 현열 열교환기
27 : 제 2 사방밸브(유로 전환수단)

Claims (3)

  1. 압축기(21)와, 공기의 수분을 흡착하는 흡착제가 표면에 부착된 제 1 흡착 열교환기(23) 및 제 2 흡착 열교환기(25)를 가지며, 냉매가 순환되어 증기압축식 냉동사이클을 행하는 냉매회로(20)를 구비하고, 이 냉매회로(20)의 냉매 순환방향을 가역으로 전환함으로써 상기 2개의 흡착 열교환기(23, 25)에서 흡착제의 흡착동작과 재생동작이 교대로 이루어지며, 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기를 실내로 공급하는 조습장치에 있어서,
    상기 냉매회로(20)는, 흡착제의 재생동작이 행해지는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기를, 흡착제의 흡착동작이 행해지는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 냉매와 열교환시켜 냉각하는 현열 열교환기(26)를 구비하고, 상기 현열 열교환기(26)에 의한 공기의 냉각 온도가 이 공기의 이슬점 온도 이상으로 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조습장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매회로(20)는, 흡착제의 흡착동작이 행해지는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 냉매가, 상기 현열 열교환기(26)로 흐르며 흡착제의 재생동작이 행해지는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기로부터 흡열하는 상태와, 상기 압축기(21)의 토출 냉매가, 상기 현열 열교환기(26)로 흐르며 흡착제의 재생동작이 행해지는 상기 흡착 열교환기(23, 25)를 통과한 공기에 방열하는 상태로 전환되도록, 냉매유로를 전환하는 유로 전환수단(27)을 갖는 것을 특징으로 하는 조습장치.
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