KR101422191B1

KR101422191B1 - 정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기

Info

Publication number: KR101422191B1
Application number: KR1020130049689A
Authority: KR
Inventors: 고상석; 박영선; 김진태
Original assignee: 주식회사 에어텍
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2014-07-22

Abstract

본 발명은 정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트펌프 시스템의 냉방 시 생성되는 응축열을 이용하여 온수를 제조하고, 이 온수를 공기조화기의 재열사이클에 적용함으로써, 공기조화기의 재열에 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 응축부하의 경감을 가져올 수 있기 때문에 50% 이상의 열부하 경감이 이루어져 공기조화기의 효율이 증가하는 특징이 있다.

Description

정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기{High-performace Air conditioning unit installation with Hybrid-heat pump}

본 발명은 정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트펌프 시스템의 냉방 시 생성되는 응축열을 이용하여 온수를 제조하고, 이 온수를 공기조화기의 재열사이클에 적용함으로써, 공기조화기의 재열에 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 응축부하의 경감을 가져올 수 있기 때문에 50% 이상의 열부하 경감이 이루어져 공기조화기의 효율이 증가하는 정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기에 관한 것이다.

일반적인 공기조화기의 구성은 전체를 이루는 케이싱과, 그 내부에 장치되는 에어필터, 냉각 및 가열코일, 가습장치, 송풍기 등으로 구성되는 것이 일반적인 구성이다.

이런 상기 공기 조화기의 전단 및 후단에는 송풍실이 설치되어 그 안에 에어 포일 형 송풍기(Air foil fan)가 설치되어, 일측단에는 공급용 서플라이 송풍기, 타 측단에는 순환된 공기를 다시 재공급하는 리턴 송풍기가 설치된다.

이러한 에어 포일형 송풍기들은 측면에서 공기를 흡입한 후 상부쪽에 형성된 토출구를 통해 공기가 토출되고, 이 토출구와 덕트가 결합하여 건물의 공조라인을 구성하게 된다.

상기와 같은 일반적인 공기조화기 구성의 문제점으로 건물 내에 시공시 대부분 에어 포일형 송풍기를 사용함으로써 시공방법이 일률적으로 건물 지하의 기계실등에 위치하여 설치되고, 그 덕트는 대부분 상부 쪽이나 측면방향으로 공급되어 하부로 내려오는 덕트 구성을 가지게 된다는 것이다.

그런데, 종래의 공기조화기에서 외기가 RA와 혼합된 상태가 되면 원하는 습도조건을 만족시키기 위해 냉각된다. 상기 냉각된 상태는 제습을 위하여 과냉을 유도한 상태이기 때문에 직접공급시에 Cold Draft 등을 유발할 수 있기 때문에 쾌적한 실내공기의 제어를 위하여 재열하게 되는데, 이때 소요되는 에너지는 냉각과정에 소요된 에너지의 30~40%의 에너지가 소비되게 된다. 기존의 공기조화기에서는 재열과정에서 보일러나 전기가열기의 열원으로 재열을 실시하여 에너지의 낭비가 심한 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0698910호 대한민국 등록특허공보 제10-0519331호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

히트펌프 시스템의 냉방 시 생성되는 응축열을 이용하여 온수를 제조하고, 이 온수를 공기조화기의 재열사이클에 적용함으로써, 공기조화기의 재열에 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 응축부하의 경감을 가져올 수 있기 때문에 50% 이상의 열부하 경감이 이루어져 공기조화기의 효율이 증가하는 정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 병원, 실험실의 정밀한 습도가 요구되는 장소에 사용되는 공기조화기에 있어서,

하우징과;

상기 하우징 내에 설치되어 실내에서 리턴된 공기와 외부에서 유입된 공기가 혼합된 공기를 냉각시키는 냉각부와;

상기 하우징 내에 설치되어 상기 냉각부를 통해 이송되면서 냉각된 공기를 설정된 실내 온도에 맞춰 재열하는 가열부와;

상기 냉각부 및 가열부와 연결되어 냉각부에 과냉을 전달하고, 상기 가열부에는 열원을 공급하는 하이브리드 히트펌프장치와;

상기 가열부와 하이브리드 히트펌프장치 사이에 형성되어 내부에 설정된 온도에 맞춰 상기 하이브리드 히트펌프장치의 열원을 공급받아 임시 저장하고, 내부 열원을 가열부에 전달하는 축열탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀습도전용으로 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기는 히트펌프 시스템의 냉방 시 생성되는 응축열을 이용하여 온수를 제조하고, 이 온수를 공기조화기의 재열사이클에 적용함으로써, 공기조화기의 재열에 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 응축부하의 경감을 가져올 수 있기 때문에 50% 이상의 열부하 경감이 이루어져 공기조화기의 효율이 증가하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기를 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기를 나타낸 그래프도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 병원, 실험실의 정밀한 습도가 요구되는 장소에 사용되는 공기조화기에 있어서,

하우징과;

상기 가열부와 하이브리드 히트펌프장치 사이에 형성되어 내부에 설정된 온도에 맞춰 상기 하이브리드 히트펌프장치의 열원을 공급받아 임시 저장하고, 내부 열원을 가열부에 전달하는 축열탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 정밀습도전용 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기(100)는 병원, 실험실, 전시실 등의 정밀한 습도가 요구되는 장소에 사용되는 공기조화기(100)로써, 별도의 하이브리드 히트펌프장치(80)와 축열탱크(70)가 더 구비된다.

상기 공기조화기(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 하우징(10) 내부에 냉각부(20), 가열부(30), 필터부(40), 가습부(50), 송풍기(60) 등이 설치되는데, 상기 하우징(10)은 일측 끝단부에 실내에서 리턴되는 공기(RA)가 유입되도록 리턴공기 유입구(11)가 형성되고, 일단부에는 리턴된 공기의 일부를 외부로 배출(EA)하기 위한 배출구(12)가 형성되며, 상기 배출구(12)의 측면에는 외부에서 새로운 공기(OA)가 유입되도록 외부공기 유입구(13)가 더 형성되고, 상기 하우징(10)의 타측 끝단부에는 냉각부(20), 가열부(30), 필터부(40), 가습부(50)를 통과한 공기(SA)가 송풍기에 의해 실내에 전달되도록 공급구(14)가 형성된다.

여기서, 상기 배출구(12)와 외부공기 유입구(13)는 별도의 열교환기(15)에 의해 배출되는 공기의 열원이 유입되는 외부 공기에 전달되어 에너지 낭비를 최소화하였다.

그리고, 상기 배출구(12)와 외부공기 유입구(13)가 형성된 하우징(10)의 내부에는 리턴공기 유입구(11)를 통해 유입된 실내 공기가 외부로 배출되거나 외부 공기가 혼합되는 것이 제어되도록 칸막이에 다수개의 댐퍼(16)가 설치되고, 상기 댐퍼(16)의 개폐에 의해 공기의 흐름을 제어할 수 있다.

또한, 상기 송풍기(60)는 다수개가 설치되는데, 일부가 리턴공기 유입구(11) 측에 설치되어 실내의 공기를 공기조화기(100)의 하우징(10) 내에 유입시키고, 일부가 공급구(14) 측에 설치되어 하우징(10) 내를 통과한 정밀한 습도를 유지하는 공기를 실내(사용처)에 이송시킨다.

한편, 상기 필터부(40)는 도 1에서처럼, 외부공기 유입구(13)와 냉각부(20) 사이인 하우징(10) 내에 수직으로 설치되어 혼합된 공기에 불필요한 이물질을 필터링해준다. 이때, 상기 필터부(40)는 병원, 실험실, 전시실에 공기를 이송시키기에 미세한 이물질까지 필터링 해줄 수 있는 헤파필터 등의 필터를 사용한다.

여기서, 상기 냉각부(20)는 도 1에서처럼, 하우징(10) 내에 수직으로 설치되되, 상기 필터부(40)의 후단에 설치되어 필터링되어 이송된 공기를 냉각시키는 것으로, 하이브리드 히트펌프장치(80)와 관으로 연결되어 하이브리드 히트펌프장치(80)에서 이송되는 냉각 냉매가 냉각부(20)를 관통하면서 공기를 냉각시킨다.

또한, 상기 가습부(50)는 도 1에서처럼, 하우징(10) 내에 수직으로 설치되되, 상기 냉각부(20)의 후단부에 설치되어 냉각부(20)에서 냉각된 공기에 실내에서 필요한 습도가 유지되도록 가습시키는 것이다. 이때 상기 가습부(50)에는 다수개의 노즐이 형성되어 노즐을 통해 습기가 분사되어 공기를 가습한다.

그리고, 상기 가열부(30)는 도 1에서처럼, 하우징(10) 내에 수직으로 설치되어 상기 냉각부(20)와 가습부(50)를 통해 이송된 공기를 설정된 실내 온도에 맞춰 재열하는 것으로, 상기 가열부(30)는 하이브리드 히트펌프장치(80)와 관으로 연결되어 하이브리드 히트펌프장치(80)에서 이송되는 고온,고압의 냉매가 가열부(30)를 관통하면서 공기를 재열하고, 상기 냉매는 응축된다.

상기 축열탱크(70)는 도 1에 도시한 바와 같이, 가열부(30)와 하이브리드 히트펌프장치(80) 사이에 형성되어 축열탱크(70) 내부에 채워진 냉매가 설정된 온도 이하일 시, 상기 하이브리드 히트펌프장치(80)의 열원을 공급받아 임시 저장하고, 내부 열원을 가열부(30)에 전달한다.

여기서, 상기 축열탱크(70)와 가열부(30)는 관으로 연결되는데, 상기 관에는 축열탱크(70) 내의 열원을 이송시킬 가변 펌프(71)가 더 설치된다. 이때, 상기 축열탱크(70) 내에는 온도센서(미도시)가 설치되어 설정 온도(약 40℃)에 맞춰 가변 펌프(71)가 작동됨으로써, 하이브리드 히트펌프장치(80)를 통해 열원이 공급된다.

상기 하이브리드 히트펌프장치(80)는 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각부(20) 및 가열부(30)와 연결되어 냉각부(20)에 과냉을 전달하고, 상기 가열부(30)에는 열원을 공급한다.

여기서, 상기 하이브리드 히트펌프장치(80)는 냉매를 고온고압으로 변환하는 압축기(81)와; 상기 압축기(81)의 출구 측에 연결되어 고온고압의 냉매를 원하는 유로에 선택적으로 이송시키는 4방 밸브(82)와; 상기 4방 밸브(82)를 통해 압축기(81)의 고온,고압의 냉매가 선택적으로 이송되어 열원이 필요한 곳에 열원을 공급하도록 고온,고압의 냉매와 열교환되는 제 1 열교환기(83)와; 상기 4방 밸브(82)를 통해 압축기(81)의 고온,고압의 냉매가 선택적으로 이송되어 축열탱크(70)의 열원과 열교환됨으로써, 냉매의 열을 축열탱크(70)의 열원에 공급하는 제 2 열교환기(84)와; 상기 제 1 열교환기(83) 또는 제 2 열교환기(84)에서 열교환되어 응축된 냉매가 내부를 관통하면서 냉매의 개도량을 과열도(ΔTh)와 과냉도(ΔTc)에 따라 조절하여 팽창시키는 전자식 팽창밸브(EEV,85);를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 4방 밸브(82)와 제 1 열교환기(83) 및 제 2 열교환기(84)는 상호 연결되기 위해 별도의 3방 밸브(미도시)에 의해 연결된다. 즉, 상기 4방 밸브(82)에서 연결된 하나의 관이 분기되어 각각 제 1 열교환기(83) 및 제 2 열교환기(84)와 연결되는데, 분기된 부위에 3방 밸브가 설치되어 제어부(미도시)에 의해 4방 밸브(82)를 통해 이송된 고온, 고압 냉매가 제 1 열교환기(83) 또는 제 2 열교환기(84)에 선택적으로 이송되도록 개폐한다.

10 : 하우징 20 : 냉각부
30 : 가열부 40 : 필터부
50 : 가습부 60 : 송풍기
70 : 축열탱크 80 : 히트펌프장치
100 : 공기조화기

Claims

병원, 실험실, 전시실의 정밀한 습도가 요구되는 장소에 사용되는 공기조화기(100)에 있어서,
하우징(10)과;
상기 하우징(10) 내에 설치되어 실내에서 리턴된 공기와 외부에서 유입된 공기가 혼합된 공기를 냉각시키는 냉각부(20)와;
상기 하우징(10) 내에 설치되어 상기 냉각부(20)를 통해 이송되면서 냉각된 공기를 설정된 실내 온도에 맞춰 재열하는 가열부(30)와;
상기 냉각부(20) 및 가열부(30)와 연결되어 냉각부(20)에 과냉을 전달하고, 상기 가열부(30)에는 열원을 공급하는 하이브리드 히트펌프장치(80)와;
상기 가열부(30)와 하이브리드 히트펌프장치(80) 사이에 형성되어 내부에 설정된 온도에 맞춰 상기 하이브리드 히트펌프장치(80)의 열원을 공급받아 임시 저장하고, 내부 열원을 가열부(30)에 전달하는 축열탱크(70);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀습도전용으로 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기.
제 1항에 있어서, 상기 하우징(10) 내에는,
상기 냉각부(20)의 전단에 설치되어 혼합된 공기를 필터링하는 필터부(40)와;
상기 냉각부(20)의 후단에 설치되어 냉각부(20)에 의해 냉각된 공기에 설정된 습도를 조절하기 위해 가습하는 가습부(50)와;
상기 하우징(10) 내의 전단부와 후단부에 설치되어 공기를 이송시키는 다수개의 송풍기(60);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀습도전용으로 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기.
제 1항에 있어서, 상기 하이브리드 히트펌프장치(80)는,
냉매를 고온고압으로 변환하는 압축기(81)와;
상기 압축기(81)의 출구 측에 연결되어 고온고압의 냉매를 원하는 유로에 선택적으로 이송시키는 4방 밸브(82)와;
상기 4방 밸브(82)를 통해 압축기(81)의 고온,고압의 냉매가 선택적으로 이송되어 열원이 필요한 곳에 열원을 공급하도록 고온,고압의 냉매와 열교환되는 제 1 열교환기(83)와;
상기 4방 밸브(82)를 통해 압축기(81)의 고온,고압의 냉매가 선택적으로 이송되어 축열탱크(70)의 열원과 열교환됨으로써, 냉매의 열을 축열탱크(70)의 열원에 공급하는 제 2 열교환기(84)와;
상기 제 1 열교환기(83) 또는 제 2 열교환기(84)에서 열교환되어 응축된 냉매가 내부를 관통하면서 냉매의 개도량을 과열도(ΔTh)와 과냉도(ΔTc)에 따라 조절하여 팽창시키는 전자식 팽창밸브(85);
를 포함하여 구성되고, 상기 전자식 팽창밸브(85)를 통해 팽창 냉각된 냉매가 냉각부(20)에 전달되도록 관으로 연결되고, 상기 냉각부(20)에서 열교환되어 증발된 냉매는 다시 압축기(81)로 리턴되는 것을 특징으로 하는 정밀습도전용으로 하이브리드 히트펌프가 장착된 고효율 공기조화기.