KR101250769B1 - 하이브리드 공기조화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 공기조화 시스템에 관한 것으로, 제습액의 재생을 위한 열 공급과 냉방을 위한 냉각에 히트펌프의 방열 및 흡열을 이용하여 에너지 효율을 향상시키는 것에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 공기조화 시스템은, 제습액과 공기를 서로 접촉하도록 유동시켜 공기 중의 수분이 제습액에 흡수되도록 하는 제습기; 제습액과 공기를 서로 접촉하도록 유동시켜 제습액의 수분이 공기에 흡수되도록 하는 재생기; 기화된 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 냉매를 응축시키면서 열을 방출하는 응축기, 응축된 냉매의 압력과 온도를 낮추는 팽창밸브, 냉매를 기화시키면서 열을 흡수하는 증발기를 구비한 히트펌프를 포함하며, 상기 제습기에 의해 제습된 공기가 용처로 공급되는 공기유로 상에 냉각기가 설치되고, 상기 재생기 내부로 공기가 유입되는 공기유로 상에 제1방열기가 설치되며, 상기 증발기는 냉각매체관을 통해 상기 냉각기와 연결되어 냉각된 냉각매체를 공급하고, 상기 응축기는 가열매체관을 통해 상기 제1방열기와 연결되어 가열된 가열매체를 공급하도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 공기조화 시스템 {HYBRID AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 공기조화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 제습식 냉각장치와 압축식 히트펌프의 조합을 통해 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 공기조화 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 "공기조화"는 건물 뿐 아니라 산업용 설비, 냉장 또는 온장보관장치 등을 비롯한 다양한 용도의 시설물에 공급되는 공기의 상태를 조절하는 것으로, 공기의 가열, 냉각, 제습, 가습 중 적어도 하나를 행하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 하이브리드 공기조화 시스템은 예시되는 특정 용도에 한정되는 것이 아니며, 임의의 목적으로 공기의 상태를 조절하는 다양한 공기조화 시스템에 적용될 수 있다.

액체 제습제(이하, 제습액)를 이용하는 제습 냉각 사이클의 작동은 낮은 온도에서 주위공기로부터 수증기를 빨아들여 제습액의 농도가 희석되면서 공기를 제습하고, 고온에서 수증기를 공기에 방출하는 제습액의 물성에 의해 가능하게 되었다. 공기와 제습액 사이의 수증기 교환은 공기 중의 수증기 분압과 공기와 접촉하는 제습액 표면의 증기압력의 상대적 크기에 의존한다. 제습액 표면의 증기압력은 제습액의 온도와 농도의 함수이다. 즉, 주어진 증기압력에서 제습액과 공기의 수증기압차에 따라 낮은 온도에서는 흡수과정(absorption)을 통하여 습공기의 제습(dehumidification)이 이루어지며, 높은 온도에서는 탈수과정(desorption)을 통하여 제습액의 재생(regeneration)이 이루어진다.

흡수과정에서는 제습액 표면에서 수증기의 응축에 의한 응축열 뿐만 아니라 혼합열로 인한 흡수열이 항상 발생하게 되므로, 제습능력의 향상을 위해서는 제습액의 냉각이 필요하게 된다. 한편, 제습제의 탈수과정, 즉 재생과정(regeneration)에서는 제습액에 흡수된 물을 증발시켜 재사용에 적합한 농도로 만들기 위한 열입력을 필요로 한다.

도 1은 통상적인 충진탑 방식의 액체식 제습 공조시스템을 도시한 것으로, 제습기(dehumidifier)에서 공기의 제습이 이루어지고, 재생기(regenerator)에서 제습액의 재생이 이루어진다. 제습기에서는 제습액이 공기 중의 수증기를 흡수하는 제습과정에서 고온/다습한 공기(1)는 제습기 내부의 충전재에 흐르는 제습액(2)과 직접 접촉된다. 공기 중의 수증기는 제습액 표면에서 응축/흡수되며, 이러한 제습과정은 일정한 엔탈피에서의 단열과정이다. 이때, 공기의 온도는 약간 증가되고 절대습도는 감소된다. 제습과정을 통해 건조된 처리공기(3)는 증발식 냉각기(4)를 통과하면서 냉각되어 원하는 온도와 습도의 공기(5)로 만들어진다.

건조된 처리공기(3)가 증발식 냉각기(4)를 통과하는 동안 공기의 온도는 낮아지고, 절대습도 역시 원래 상태보다 약간 낮은 값이 된다. 제습액이 수증기를 흡수하는 능력은 수분함유량의 증가에 따라 감소하고, 일정량 이상의 수분이 함유된 제습액은 재생 사이클을 통해 재생되어야만 다시 제습과정에 이용될 수 있다. 따라서 제습기에서 공기중의 수분을 흡수하여 묽어진 제습액 희용액(6)은 재생기로 보내진다. 재생기의 제습액은 흡수된 수분이 재생공기로 배출되기 쉽도록 하기 위해 용액가열기(11)를 거치게 된다. 용액가열기(11)에서 가열된 제습액은 용액분배기(10)에서 분배되어 재생기에서 재생공기(8)와 접촉하면서 제습액 내의 수분을 재생공기에 배출하여 농용액(7)으로 바뀌어진다. 수분을 흡수한 재생공기(9)는 외부로 배출된다. 또한, 재생기에서 수분이 제거된 제습액은 제습기에 공급되기 전에 효과적인 제습을 행할 수 있도록 용액냉각기(12)를 거치게 된다. 액체 제습식 공조 시스템에 사용되는 제습액의 수분 흡수 능력은 농도 뿐 아니라 온도와도 밀접한 관계를 갖는다. 온도가 높은 경우 수증기 분압이 높아져 재생이 용이하게 되며, 온도가 낮을 경우 수증기 분압이 낮아져 제습이 용이하게 된다. 이러한 특성 때문에 제습시에는 용액 냉각기(12)를 거치고, 재생시에는 용액 가열기(11)를 통과하도록 설계가 이루어진다.

상기한 바와 같이 액체식 제습 공조시스템은 재생기에서 제습제에 함유된 수분을 방출하기 위한 열 공급수단을 필요로 하며, 냉방운전 시에는 제습기에서 용처로 공급되는 공기를 냉각하기 위한 냉각수단을 필요로 한다.

그런데, 종래의 액체식 제습 공조시스템은 상기 열 공급수단과 냉각수단이 별개의 장치로 이루어졌기 때문에, 제습제의 재생과 공기의 제습과정에 각각 별도로 동력이 소요되어 불필요하게 과다한 에너지가 낭비되는 문제가 있다.

또한, 상기 열공급수단으로서 연소식이나 전열식 가열장치, 또는 가열매체식의 열 공급장치를 구비했기 때문에, 에너지 소비가 더욱 과다하게 되고, 이를 위한 에너지를 생성하는 과정에서 공해물질이 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제습액의 재생을 위한 열 공급과 냉방을 위한 냉각에 히트펌프의 방열 및 흡열을 이용하여 에너지 효율을 향상시킨 하이브리드 공기조화 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 제습액의 재생을 위한 열 공급원으로 태양열 축열장치를 이용하여 에너지 효율을 더욱 높이고 공해 발생을 방지할 수 있는 하이브리드 공기조화 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제습액과 공기를 서로 접촉하도록 유동시켜 공기 중의 수분이 제습액에 흡수되도록 하는 제습기; 제습액과 공기를 서로 접촉하도록 유동시켜 제습액의 수분이 공기에 흡수되도록 하는 재생기; 기화된 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 냉매를 응축시키면서 열을 방출하는 응축기, 응축된 냉매의 압력과 온도를 낮추는 팽창밸브, 냉매를 기화시키면서 열을 흡수하는 증발기를 구비한 히트펌프를 포함하며, 상기 제습기에 의해 제습된 공기가 용처로 공급되는 공기유로 상에 냉각기가 설치되고, 상기 재생기 내부로 공기가 유입되는 공기유로 상에 제1방열기가 설치되며, 상기 증발기는 냉각매체관을 통해 상기 냉각기와 연결되어 냉각된 냉각매체를 공급하고, 상기 응축기는 가열매체관을 통해 상기 제1방열기와 연결되어 가열된 가열매체를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 공기조화 시스템을 제공한다.

상기한 본 발명의 공기조화 시스템은, 상기 제습기 및 재생기 중 적어도 일측에 열교환기가 구비되고, 상기 열교환기는 내부에 냉각매체 또는 열매체가 흐르는 매체유로를 구비하여 외부 표면을 따라 흐르는 제습액을 냉각 또는 가열하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 냉각매체순환관을 통해 상기 제습기의 열교환기와 연결되어 상기 열교환기에 냉각된 냉각매체를 공급하는 냉각수단, 또는 열매체순환관을 통해 상기 재생기의 열교환기와 연결되고 태양열을 이용하여 가열된 열매체를 상기 열교환기에 공급하는 태양열 축열부를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 제습기 또는 재생기의 열교환기는 내부에 냉각매체 또는 열매체가 흐르는 매체유로가 형성된 열교환패널이 상호 간에 공기 유로가 형성되도록 복수개 결합된 구조로 이루어질 수 있다.

경우에 따라서는, 열교환기가 구비되지 않을 수 있으며, 상기 제습기 또는 재생기는 제습액을 하향 유동시키는 수단으로서 다공성 충진재가 내부에 구비된 구조로 이루어질 수도 있다.

그리고, 상기 제습기에 의해 제습된 공기가 용처로 공급되는 공기유로와 상기 재생기에 의해 흡습된 공기가 외부로 배출되는 공기유로 간에 연결유로가 구비되고, 상기 연결유로를 통한 공기 소통을 인가하거나 차단하는 급기밸브가 설치될 수 있다. 이러한 경우, 상기 연결유로에 제2방열기가 설치되고, 상기 응축기가 가열매체관을 통해 상기 제2방열기와 연결되어 가열된 가열매체를 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 제습기에 의해 제습된 공기가 용처로 공급되는 공기유로에 제2방열기가 설치되고, 상기 응축기가 가열매체관을 통해 상기 제2방열기와 연결되어 가열된 가열매체를 공급하도록 구성될 수도 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 히트펌프의 증발기를 냉각 수단으로 이용할 뿐 아니라 히트펌프의 응축기에서 발생되는 열을 이용하여 재생기로 공급되는 공기의 건구온도를 높여 재생기의 효율을 높이고, 히트펌프 운전 시 버려지는 에너지를 재사용하여 에너지 효율을 높이며, 운전 비용을 절감할 수 있는 공기조화 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양열 축열기를 통해 재생기의 제습액 재생을 위한 가열매체를 공급하도록 함으로써, 시스템 운전에 소요되는 에너지 비용을 절감할 수 있고, 공해 발생을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 액체식 제습 공조 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 공기조화 시스템의 일 실시예로서 냉방운전 상태를 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 공기조화 시스템의 난방운전 상태를 도시한 것이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 공기조화 시스템의 일 실시예를 도시한 것으로, 각각 냉방운전 상태 및 난방운전 상태를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 하이브리드 공기조화 시스템은 제습냉방부(100), 히트펌프부(200), 태양열축열부(300) 및 냉각탑(400)으로 이루어진다.

상기 제습냉방부(100)는 액체식 제습 공조장치로서 제습액에 의한 공기의 수분 제거가 이루어지는 제습기(110)와 상기 제습기(110)에서 사용된 제습액의 재생이 이루어지는 재생기(130)를 포함한다. 상기 제습기(110)와 재생기(130)는 용액열교환기(140)를 통해 연결되어 양자 간에 순환 공급되는 제습액들 간의 열교환이 이루어진다.

상기 제습기(110)는 제습액을 냉각하고 제습액과 공기를 접촉시켜 공기 중의 수분이 제습액에 흡수되도록 하는 것으로, 수용 공간이 구비된 본체(111)의 내부에 열교환기(114)가 설치된다.

상기 제습기 본체(111)의 하부에는 제습될 공기가 유입되는 흡기관(117)이 연결되고, 상부에는 제습된 공기가 용처로 공급되는 급기관(112)이 연결된다. 상기 급기관(112)에는 냉각매체, 예를 들어 냉각수가 공급되는 냉각기(121)가 설치되어 용처로 공급되는 공기의 냉각이 이루어질 수 있다.

상기 열교환기(114)는 내부에 냉각매체, 예를 들어 냉각수가 흐르는 매체유로가 구비된 열교환패널(115)이 다수개 병렬로 결합된 구조로 이루어지며, 바람직하게는 각 열교환패널(115)의 상부와 하부에 결합된 상부분배기(113) 및 하부분배기(141)를 구비한다. 상기 상부분배기(113) 및 하부분배기(141)는 내부에 상기 매체유로와 연통된 매체수용실이 구비되고, 각 매체수용실은 냉각매체순환관(101)을 통해 상기 냉각탑(400)과 연결되어 냉각매체가 상기 매체유로를 통해 순환되도록 각 열교환패널(115)의 내부로 분배 공급된다.

또한, 상기 열교환패널(115)의 표면을 따라 흘러내리도록 제습액을 공급하는 수단으로서 별도의 제습액 공급장치가 구비될 수도 있으나, 상기 상부분배기(113)의 내부에 상기 매체수용실과 분리된 액체수용실이 구비되고, 이 액체수용실에 수용된 제습액을 열교환패널(115)의 표면을 따라 흐르도록 유출시키는 유출구가 구비될 수 있다. 상기 상부분배기(113)의 액체수용실은 공급관(118)을 통해 상기 용액열교환기(140)와 연결된다.

상기 제습기 본체(111)의 하부에는 상기 열교환기(114)를 통과하여 낙하된 제습액이 수집되는 수집조(116)가 구비되고, 이 수집조(116)에는 사용된 제습액을 상기 용액열교환기(140) 측으로 배출하는 배출관(119)이 연결된다.

상기 재생기(130)는 사용된 제습액을 가열하고 이 제습액과 공기를 접촉시켜 제습액의 수분이 공기에 흡수되도록 하는 것으로, 상기 제습기(110)와 유사하게 본체(131)의 내부에 열교환기(134)가 설치된 구조를 갖는다.

상기 재생기 본체(131)는 하부에 재생된 제습액이 수집되는 수집조(136)가 구비되고 상부에 제습액의 수분을 흡수한 공기가 외부로 배출되는 배기관(132)이 연결된다. 상기 수집조(136)에는 재생된 제습액을 상기 용액열교환기(140)로 이송시키는 배출관(139)이 연결된다. 상기 재생기(130)의 배기관(132)과 제습기(110)의 급기관(112) 사이에는 연결관(123)이 설치된다. 상기 배기관(132)의 내부에는 외부로 배출되는 공기의 흐름을 인가하거나 차단하는 배기밸브(125)가 설치되고, 상기 연결관(123)의 내부에 배기관(132)과 급기관(112)을 연통시키거나 차단하는 급기밸브(124)가 설치된다.

상기 재생기 본체(131)의 하부에는 외부로부터 공기가 유입되는 흡기관(137)이 설치되고, 이 흡기관(137)의 내부에 열매체, 예를 들어 온열수가 공급되는 제1방열기(122)가 설치된다. 또한, 상기 연결관(123)의 내부에도 열매체가 공급되는 제2방열기(126)가 설치된다.

상기 재생기(130)의 열교환기(134)는 전술한 제습기(110)의 열교환기(114)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 것으로, 내부에 열매체, 예를 들어 온열수가 흐르는 매체유로가 구비된 복수의 열교환패널(135)이 상부분배기(133)와 하부분배기(142) 사이에 결합된 구조로 이루어진다. 상기 상부분배기(133) 및 하부분배기(142)의 내부에도 매체수용실이 구비되며, 각 매체수용실은 제1열매체순환관(102)을 통해 상기 태양열축열부(300)로 연결되어 열매체가 상기 매체유로를 통해 순환되도록 각 열교환패널(135)의 내부로 분배 공급된다.

또한, 상기 열교환패널(135)의 상부분배기(133)에도 상기 매체수용실과 분리된 액체수용실이 구비되어 이 액체수용실에 수용된 제습액이 열교환패널(135)의 표면을 따라 흐르도록 구성될 수 있다. 이 상부분배기(133)의 액체수용실은 공급관(138)을 통해 상기 용액열교환기(140)와 연결된다.

상기 히트펌프부(200)는 통상의 냉매 압축식 히트펌프 구성을 구비한다. 즉, 상기 히트펌프부(200)는 기화된 냉매를 압축하는 압축기(201), 압축된 고온/고압의 냉매를 응축시키면서 열을 방출하는 응축기(202), 응축된 냉매를 단열팽창시켜 압력과 온도를 낮추는 팽창밸브(203), 팽창밸브(203)를 통과한 냉매를 기화시키면서 열을 흡수하는 증발기(204)를 포함하여, 상기 압축기(201), 응축기(202), 팽창밸브(203), 증발기(204)를 따르는 냉매의 순환을 통해 증발기(204) 측의 열을 응축기(202) 측으로 이동시키도록 구성된다.

상기 응축기(202)의 외부에는 방출되는 열을 이용하여 열매체, 예를 들어 온열수를 가열하기 위한 열교환수단, 예를 들어 온열수조, 열교환코일, 온열수자켓 등이 구비되며, 이 응축기(202)의 열교환수단은 각각 열매체관(211, 127)을 통해 상기 제1방열기(122) 및 제2방열기(126)에 연결되어 가열된 열매체를 순환공급한다.

상기 증발기(204)의 외부에는 열의 흡수를 통해 냉각매체, 예를 들어 냉각수를 냉각하기 위한 열교환수단, 예를 들어 냉각수조, 열교환코일, 냉각수자켓 등이 구비되며, 이 증발기(204)의 열교환수단은 냉각매체관(212)을 통해 상기 냉각기(121)에 연결되어 냉각된 냉각매체를 순환공급한다.

상기 태양열축열부(300)는 태양열을 이용하여 가열된 열매체를 상기 재생기(130) 또는 히트펌프부(200)에 공급하는 것으로, 태양열을 흡수하여 열매체, 예를 들어 온열수를 가열하는 태양열집열기(301)와 이 태양열집열기(301)에서 가열된 열매체를 저장하는 열매체저장조(302)를 구비한다.

상기 열매체저장조(302)는 제1열매체순환관(102)을 통해 상기 재생기(130)의 열교환기(134)에 연결되고, 제2열매체순환관(128)을 통해 상기 히트펌프부(200)의 증발기(204)에 연결되어 작동 상태에 따라 상기 열교환기(134) 또는 증발기(204)에 열매체, 예를 들어 온열수를 순환공급한다.

상기 냉각탑(400)은 상기 제습기(110)의 열교환기(114)에 냉각매체순환관(101)을 통해 연결되어 냉각된 냉각매체, 예를 들어 냉각수를 순환공급한다.

상기와 같이 구성된 공기조화 시스템은 소정의 용처에 냉각된 공기를 공급하는 냉방운전모드와 가열된 공기를 공급하는 난방운전모드로 선택적으로 작동된다. 이하의 설명에서는 열매체 및 냉각매체로 물이 사용된 경우를 예시적으로 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 냉방운전모드의 작동을 설명한다.

냉방운전모드에서 상기 제습기(110)에서 제습액에 의한 공기의 제습이 이루어지고, 상기 재생기(130)에서 가열에 의한 제습액의 재생이 이루어진다.

즉, 상기 용액열교환기(140)를 통해 이송된 제습액이 제습기(110)에 설치된 열교환기(114)의 상부분배기(113)에 공급되어 각 열교환패널(115)의 표면을 따라 흘러내린다. 또한, 상기 제습기 본체(111)의 흡기관(117)을 통해 다량의 수분을 함유한 공기가 유입되어 상기 열교환패널(115)의 사이를 수평방향으로 이동하여 통과하게 된다.

이에 따라, 제습액과 공기가 접하면서 공기 중에 포함된 수분이 제습액에 흡수되고, 이를 통해 제습된 공기는 상기 급기관(112)을 통해 용처로 공급된다. 이때, 상기 급기밸브(124)는 제습된 공기가 배기관(132) 측으로 흐르지 않도록 연결관을 차단한다.

이와 동시에, 상기 제습기(110)의 열교환기(114)에 냉각탑(400)으로부터 냉각수가 공급되어 상기 열교환패널(115)의 표면을 흐르는 제습액이 냉각된다. 이에 따라, 제습액의 온도가 저온으로 유지되어 보다 효율적인 제습이 이루어진다. 또한, 상기 냉각기(121)에 증발기(204)로부터 냉각수가 공급되어 용처로 공급되는 공기가 요구되는 온도로 냉각된다.

상기 제습기(110)의 열교환기(114)를 통과하면서 다량의 수분을 흡수한 제습액은 수집조(116)에 수용된 후 상기 용액열교환기(140)를 통해 재생기(130) 측으로 이송된다. 이송된 제습액은 재생기(130)에 설치된 열교환기(134)의 상부분배기(133)로 공급되어 각 열교환패널(135)을 따라 흘러내린다. 이와 동시에, 재생기 본체(131)의 흡기관을 통해 유입된 외부의 공기가 상기 열교환기(134)를 통과하여 이동된다. 또한, 상기 태양열축열부(300)의 열매체저장조(302)에 저장된 온열수가 상기 재생기(130)의 열교환기(134)에 공급되어 제습액이 가열된다.

이에 따라, 보다 효율적으로 제습액의 재생이 이루어지며, 재생된 제습액은 재생기(130)의 수집조(136)에 수용된 후 상기 용액열교환기(140)를 통해 상기 제습기(110) 측으로 재공급된다. 수분을 흡수한 공기는 배기관(132)을 통해 외부로 배출된다. 또한, 상기 제1방열기(122)에 응축기(202)로부터 온열수가 공급되어 재생기(130) 내부로 유입되는 공기가 사전에 가열되고, 이를 통해 제습액의 재생이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.

다음에, 도 3에 도시된 난방운전모드의 작동을 설명한다.

도시된 바와 같이 태양열축열부(300)의 열매체저장조(302)에 저장된 온열수가 제2열매체순환관(128)을 통해 상기 증발기(204) 측으로 공급된다. 상기 증발기(204)를 통해 온열수의 열이 히트펌프부(200)를 순환하는 냉매에 흡수되고, 냉매에 흡수된 열은 응축기(202)를 통해 방출되어 열매체관(127)을 흐르는 온열수에 의해 제2방열기(126)로 공급된다.

이에 따라, 상기 급기관(112)을 통해 용처로 공급되는 공기가 상기 제2방열기(126)에 의해 가열되어 용처의 난방이 이루어지게 된다. 이때, 상기 배기관(132)은 외부와 연결될 수도 있고 용처에 연결될 수도 있다. 배기관(132)의 연결에 따라 외부의 공기를 가열하여 용처에 공급할 수도 있고, 용처의 공기를 순환시키면서 가열하여 공급할 수도 있다.

한편, 도시하지는 않았으나, 난방운전모드에서도 상기 제습기(110)와 재생기(130)의 작동에 의한 제습이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2방열기(126)를 상기 급기관(112)에 설치하여 제습기(110)에 의해 제습된 공기가 가열되도록 구성될 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 하이브리드 공기조화 시스템은 청정 에너지인 태양열을 열원으로 하여 재생기(130)의 제습액 재생을 위한 열매체를 공급하므로, 시스템 운전에 소요되는 에너지 비용을 절감할 수 있고, 공해 발생을 방지할 수 있게 된다.

또한, 히트펌프의 증발기(204)를 통해 열을 흡수하여 냉각된 공기를 용처에 공급하는 동시에 히트펌프의 응축기(202)에서 발생되는 열을 이용하여 재생기(130)로 공급되는 공기의 건구 온도를 높여 재생기의 효율을 높이고, 히트펌프 운전 시 버려지는 에너지를 재사용하여 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예에서는 제습기(110)와 재생기(130)의 내부에 열교환기(114, 134)가 설치된 것을 예시적으로 설명하였으나, 이것으로 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 예시된 구조와 다른 구성을 갖는 다양한 통상의 열교환기가 설치된 제습기 및 재생기를 포함하는 공기조화 시스템에 적용될 수 있고, 열교환기를 구비하지 않는 충진탑 방식의 제습기 및 재생기를 포함하는 공기조화 시스템에도 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 제습냉방부 101: 냉각매체순환관
102 : 제1가열매체순환관 110 : 제습기
111 : 제습기 본체 112 : 급기관
113 : 분출기 114 : 열교환기
115 : 열교환패널 116 : 수집조
117 : 흡기관 118 : 공급관
119 : 배출관 121 : 냉각기
122 : 제1방열기 123 : 연결관
124 : 급기밸브 125 : 배기밸브
126 : 제2방열기 128 : 제2가열매체순환관
130 : 재생기 131 : 재생기 본체
132 : 배기관 133 : 분출기
134 : 열교환기 135 : 열교환패널
136 : 수집조 137 : 급기관
138 : 공급관 139 : 배출관
140 : 용액열교환기 200 : 히트펌프부
201 : 압축기 202 : 응축기
203 : 팽창밸브 204 : 증발기
211 : 가열매체관 212 : 냉각매체관
300 : 태양열축열부 301 : 태양열 수집조
302 : 가열매체저장조 400 : 냉각탑

Claims (9)

1. 제습액과 공기를 서로 접촉하도록 유동시켜 공기 중의 수분이 제습액에 흡수되도록 하는 제습기;
   제습액과 공기를 서로 접촉하도록 유동시켜 제습액의 수분이 공기에 흡수되도록 하는 재생기;
   기화된 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 냉매를 응축시키면서 열을 방출하는 응축기, 응축된 냉매의 압력과 온도를 낮추는 팽창밸브, 냉매를 기화시키면서 열을 흡수하는 증발기를 구비한 히트펌프;
   상기 제습기 또는 재생기에 배치되며, 상호 간에 공기 유로가 형성되도록 복수개 결합되어 내부에 냉각매체 또는 열매체가 흐르는 매체유로가 형성된 열교환패널과, 내부에 상기 매체유로와 연통된 매체수용실이 구비되고, 각 매체수용실은 냉각매체순환관을 통해 냉각탑과 연결되어 냉각매체가 상기 매체유로를 통해 순환되도록 상기 열교환패널이 배치된 상부분배기 및 하부분배기를 포함하는 열교환기; 및
   열매체순환관을 통해 상기 재생기의 열교환기와 연결되고 태양열을 이용하여 가열된 열매체를 상기 열교환기에 공급하는 태양열축열부;를 포함하며,
   상기 제습기에 의해 제습된 공기가 용처로 공급되는 공기유로 상에 냉각기가 설치되고, 상기 재생기 내부로 공기가 유입되는 공기유로 상에 제1방열기가 설치되며, 상기 증발기는 냉각매체관을 통해 상기 냉각기와 연결되어 냉각된 냉각매체를 공급하고, 상기 응축기는 가열매체관을 통해 상기 제1방열기와 연결되어 가열된 가열매체를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는
   하이브리드 공기조화 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   냉각매체순환관을 통해 상기 제습기의 열교환기와 연결되어 상기 열교환기에 냉각된 냉각매체를 공급하는 냉각수단을 더 포함하는
   하이브리드 공기조화 시스템.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제습기 또는 재생기는 제습액을 하향 유동시키는 수단으로서 다공성 충진재가 내부에 구비된 것을 특징으로 하는
   하이브리드 공기조화 시스템.
   
7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제습기에 의해 제습된 공기가 용처로 공급되는 공기유로와 상기 재생기에 의해 흡습된 공기가 외부로 배출되는 공기유로 간에 연결유로가 구비되고, 상기 연결유로를 통한 공기 소통을 인가하거나 차단하는 급기밸브가 설치된 것을 특징으로 하는
   하이브리드 공기조화 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 연결유로에 제2방열기가 설치되고, 상기 응축기가 가열매체관을 통해 상기 제2방열기와 연결되어 가열된 가열매체를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는
   하이브리드 공기조화 시스템.
   
9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제습기에 의해 제습된 공기가 용처로 공급되는 공기유로에 제2방열기가 설치되고, 상기 응축기가 가열매체관을 통해 상기 제2방열기와 연결되어 가열된 가열매체를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는
   하이브리드 공기조화 시스템.

Images