KR101528597B1 - 간접증발냉각에 의한 증발잠열을 이용한 냉방보강 및 배기팬의 공조팬 전용 기능을 가지는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 본체(10)의 내부에, 공조용 냉난방 열교환기(1), 폐열회수 열교환기(2), 공조팬(F1) 및 배기팬(F2)이 구비되어 공조와 환기를 동시에 수행할 수 있으면서 공조팬(F1)과 배기팬(F2)이 모두 공조에 의한 급기를 위해 사용될 수 있고, 더 나아가 폐열회수 열교환기와 환기관이 연결되는 부분에서 환기관의 내부로 냉각유체를 분무할 수 있는 분무노즐이 환기관에 접속 구비되어 있어서, 냉방이 이루어지고 환기관을 거쳐 폐열회수 교환기로 실내공기가 흐를 때에는 분무노즐로부터 폐열회수 열교환기와 환기관이 연결되는 부분에서 환기관의 내부로 냉각 유체가 분사되어, 분사된 유체가 증발함에 따라 환기관으로부터의 실내공기는 온도가 저하된 상태로 폐열회수 교환기로 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치가 제공된다.

Description

간접증발냉각에 의한 증발잠열을 이용한 냉방보강 및 배기팬의 공조팬 전용 기능을 가지는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치{Air Conditioning Apparatus}

본 발명은 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 냉난방 열교환기와 폐열회수 열교환기, 그리고 공조팬과 배기팬을 구비하고 있어서 공조와 환기를 동시에 수행할 수 있는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에서, 배기팬으로 하여금 필요할 때 공조작동을 수행하도록 함으로써, 장치에 구비된 팬의 활용율을 높이고, 대용량의 공조팬이 필요하지 않도록 하여 대용량 공조팬의 사용으로 인한 공조시 소음 발생을 감소시킴과 동시에 실별 풍량의 정밀한 제어가 가능하게 만들고, 더 나아가 분무 유체의 자연적인 증발잠열에 의해 냉방기능을 크게 보강시킨 "간접증발냉각에 의한 증발잠열을 이용한 냉방보강 및 배기팬의 공조팬 전용 기능을 가지는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치"에 관한 것이다.

폐열회수 기능을 가지고 있으면서도 건물에 대해 공조와 환기를 동시에 수행할 수 있는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치가 개발되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-0902502호에는 폐열회수 겸용 환기용 열교환기의 일예가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-0567416호에도 폐열회수겸용 냉난방 공기조화기의 일예가 개시되어 있다.

도 8에는 종래의 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, 종래의 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에서 본체(10)의 내부에는, 공조(냉방 또는 난방)를 위한 냉난방 열교환기(1)와, 폐열회수 열교환기(2)가 구비되어 있다. 또한 실내로부터의 공기(실내공기)가 폐열회수 열교환기(2)를 거쳐 외부로 배기되도록 하는 배기팬(F2)과, 외부로부터 유입되어 상기 폐열회수 열교환기(2)를 거친 외기가 상기 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 실내로 공급되도록 하는 공조팬(F1)이 본체(10) 내에 구비되어 있다. 도 8에서 실선으로 도시된 화살표는 각각 공기가 흘러가는 관로를 나타내는 것으로서, 물리적으로는 공기가 흘러갈 수 있는 덕트나 관으로 구현될 수 있다.

도 8과 같은 종래의 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에서는 배기팬(F2)의 작동에 의해 실내공기는 실선으로 표시된 경로를 따라 폐열회수 열교환기(2)를 거쳐 외부로 배출된다. 한편, 외기는 공조팬(F1)의 작동에 의해 점선으로 표시된 경로를 따라 폐열회수 열교환기(2)를 거친 후, 다시 냉난방 열교환기(1)를 지나면서 냉각 또는 가열된 후 실내로 급기된다. 이와 같이 종래의 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에서 외기는 공조팬(F1)의 작동에 의해서만 실내로 급기되므로, 건물에 충분한 냉난방 공기를 급기하기 위해서는 건물의 최대 냉난방 수요를 예정하여 그에 맞추어서 대용량의 공조팬(F1)이 구비되어야만 한다.

그런데 공조팬(F1)이나 배기팬(F2)을 구성하는 팬 장치는, 용량 즉, 팬의 송풍용량이 클수록 작동의 미세 조절이 어렵다. 즉, 대용량의 팬 장치일수록, 실제로 필요로 하는 용량에 맞추어서 팬의 회전속도를 정밀하게 미세 조절하는 것이 어려운 것이다. 따라서 실제 필요한 용량보다 더 빠르게 팬이 회전하는 경우가 많게 되고 그만큼 에너지가 더 소비되는 문제점이 발생하게 된다.

또한 건물의 최대 냉난방 수요를 예정하여 대용량의 공조팬(F1)을 설치하게 되지만, 실제로 건물을 최대로 냉난방을 해야 되는 빈도는 매우 낮다. 그럼에도 불구하고, 대용량의 공조팬(F1)이 필요하므로 그만큼 초기 설치비용이 많이 들게 되는 문제점이 있다. 그 뿐만 아니라, 건물의 냉난방 수요가 작을 때에는 이에 맞추어서 대용량의 공조팬(F1)의 팬 회전속도를 저속으로 할 수 밖에 없는데, 이렇게 대용량의 공조팬(F1)을 저속으로 작동시키는 경우에는 에너지 소비가 매우 크며, 팬의 회전에 따른 회전소음도 크다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0902502호(2009. 06. 15. 공고) 참조. 대한민국 등록특허공보 제10-0567416호(2006. 04. 03. 공고) 참조.

본 발명은 공조와 환기를 동시에 수행할 수 있는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에서, 장치의 본체 내에 구비되는 팬의 활용율을 높이고, 공조시 소음을 줄이고, 실별 풍량의 정밀한 제거가 가능하도록 만드는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명은 건물에서 요구되는 공조풍량(냉난방용 풍량)과 환기풍량을 만족시키면서도 공조팬의 규모를 줄임으로써, 공조시의 소음 감소는 물론이고 대용량 공조팬의 설치에 따른 불필요한 초기 설치비용을 절감하며, 필요한 풍량에 맞추어서 팬의 작동정도를 정밀하게 미세 조절할 수 있고, 불필요한 에너지 소모도 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 실내 공기를 냉난방 열교환기로 흐르게 하는 관로에 유체를 분무하여 분무된 유체가 증발되도록 함으로써, 유체의 증발과정에 의한 증발잠열을 이용하여 냉방효과가 크게 발휘되도록 함으로써, 냉방기능 보강과 급속 냉방 가능 및 그에 따른 에너지 절약 효과를 발휘하게 되는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 본체의 내부에, 공조용 냉난방 열교환기, 폐열회수 열교환기, 공조팬 및 배기팬이 구비되어 공조와 환기를 동시에 수행할 수 있는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치로서, 폐열회수 열교환기에는, 환기관, 외기관, 상기 공조팬과 연결된 제1공급관, 및 상기 배기팬과 연결된 제2공급관이 각각 연결되어 있고; 냉난방 열교환기에는 급기관과, 상기 공조팬과 연결된 제1공조관과, 상기 배기팬과 연결된 제2공조관이 각각 연결되어 있고; 상기 배기팬에는 배기관이 연결되어 있으며; 제1공급관은 환기관과 연결되어 있고; 외기가 폐열회수 열교환기로 유입되는 것을 조절하는 제1댐퍼와, 상기 배기팬으로부터 상기 제2공조관과 상기 배기관으로의 공기 흐름을 조절하는 댐퍼와, 제1공급관과 환기관 사이의 공기 흐름을 조절하는 댐퍼가 구비되는 구성을 가지고 있어서; 외기의 유입 없이 실내공기만을 순환시킬 때에는, 공조팬과 배기팬이 모두 공조에 의한 급기를 위해 사용될 수 있으며; 폐열회수 열교환기와 환기관이 연결되는 부분으로 환기관의 내부에 냉각유체를 분무할 수 있는 분무노즐이 환기관에 접속된 상태로 구비되어 있어서, 냉방이 이루어지고 환기관을 거쳐 폐열회수 교환기로 실내공기가 흐를 때에는 분무노즐로부터 폐열회수 열교환기와 환기관이 연결되는 부분에서 환기관의 내부로 냉각 유체가 분사되어, 분사된 유체가 증발함에 따라 환기관으로부터의 실내공기는 온도가 저하된 상태로 폐열회수 교환기로 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치가 제공된다.

본 발명에 따른 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에서는, 폐열회수 열교환기와 환기관이 연결되는 부분에서 분무노즐을 이용하여 환기관의 내부로 물 등의 냉각유체를 분무하여, 분무된 유체가 증발하면서 발생하는 증발잠열에 의해 실내공기의 온도를 낮춘 상태로 폐열회수 열교환기로 실내공기가 들어가도록 함으로써, 외기가 폐열회수 열교환기를 거치면서 더 쉽게 그리고 더 빨리 냉각되도록 할 수 있으며, 그에 따라 급속 냉방이 가능할 뿐만 아니라 냉방효과도 더욱 향상되며, 냉방에 따른 에너지를 절약할 수 있는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 필요할 경우 공조팬과 배기팬을 모두 공조(냉ㅇ난방)를 위하여 사용할 수 있으므로, 팬의 활용도가 높아지는 효과가 발휘된다. 즉, 본 발명에 의하면, 대용량 공조팬을 사용하지 않고서도, 소용량 팬 즉, 작은 용량의 공조팬과 배기팬을 병렬로 연결하여 많은 풍량을 실내로 공급할 수 있게 되므로, 종래와 같이 대용량의 공조팬을 사용하는 것에 비하여 팬의 가동으로 인한 소음을 줄일 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한, 건물의 냉방, 난방, 환기시에 실별로 또는 실내의 환경에 따라 풍량제어를 함에 있어서, 본 발명에 따른 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에서는, 종래 기술에 비하여 작은 용량의 공조팬을 이용하여도 충분하며, 이와 같이 소용량의 공조팬을 이용하게 되므로, 풍량제어시 풍량을 조절할 수 있는 범위와 정밀성이 높아지게 되고, 풍량의 미세 조절이 가능하게 되며, 그에 따라 불필요한 에너지 소모도 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

더 나아가, 본 발명에 의하면, 대용량 공조팬의 설치에 따른 불필요한 초기 설치비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명에 따른 증발잠열 이용 냉방보강 및 배기팬의 공조팬 전용 기능을 가지는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2 내지 도 6은 각각 도 1에 도시된 본 발명에 따른 폐열회수 환기겸용 복합공조장치의 여러 가지 작동모드를 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 7은 제2공급관과 환기관이 직접 연결되지 아니한 구성을 가지는 본 발명에 따른 폐열회수 환기겸용 복합공조장치가 도 4에 대응되는 작동모드로 작동할 경우를 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 8은 종래의 폐열회수 환기겸용 복합공조장치에 대한 개략적인 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명에 따른 증발잠열 이용 냉방보강 및 배기팬의 공조팬 전용 기능을 가지는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치(이하, "복합공조장치"라고 약칭한다)의 실시예에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 1에서 실선으로 도시된 화살표는 공기가 흘러가는 관로를 나타내는 것으로서, 물리적으로는 공기가 흘러갈 수 있는 도관이나 덕트로 구현될 수 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 복합공조장치는 본체(10)를 포함하고 있는데, 본체(10) 내부에는, 공조용 냉난방 열교환기(1)와 폐열회수 열교환기(2)가 구비되어 있다. 또한 본체(10) 내에는 외부로부터 유입되어 폐열회수 열교환기(2)를 거친 외기가 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 실내로 공급되도록 하는 공조팬(F1)이 구비되어 있으며, 더 나아가, 실내공기가 폐열회수 열교환기(2)와 상기 공조용 냉난방 열교환기(1)를 순차적으로 거쳐서 실내로 공급되도록 하거나 또는 상기 공조용 냉난방 열교환기(1)를 거치지 않고 외부로 배기되도록 하는 배기팬(F2)이 본체(10) 내에 구비되어 있다. 아울러 본 발명의 복합공조장치에는, 폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 환기관(11)의 내부로 물 등의 냉각유체를 분무하는 분무노즐(21)이 본체(10)에 더 구비되어 있다.

구체적으로 폐열회수 열교환기(2) 자체는 이미 공지된 것으로서, 폐열회수 열교환기(2)에는, 실내공기가 유입되는 환기관(11)과 외부의 공기(외기)가 유입되는 외기관(12)이 각각 연결되어 있다. 외기관(12)을 통해서 외기가 폐열회수 열교환기(2)로 유입되는 것을 조절하기 위한 제1댐퍼(D1)가 구비되어 있다. 특히, 본 발명에 따른 복합공조장치의 본체(10)에는, 폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 환기관(11)의 내부로 물 등의 냉각유체를 분무하는 분무노즐(21)이 더 구비되어 있다. 본 명세서에 첨부된 도면 전체에서는 분무노즐(21)이 환기관(11)과 완전히 별개인 것처럼 도시되어 있으나, 이는 분무노즐(21)에서 냉각유체가 분무되는 것을 표현하기 위하여 편의상 분리하여 도시한 것일 뿐이며, 실제로 분무노즐(21)은 환기관(11)과 접속되어 있으며, 따라서 분무노즐(21)로부터의 냉각유체는 환기관(11)의 내부로 분무된다. 즉, 덕트(도관)으로 환기관(11)을 형성하였을 때, 폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 환기관(11)에는 냉각유체가 공급되는 분무노즐(21)에 해당되는 덕트가 결합되어 접속되어 있으며, 분무노즐(21)로부터의 냉각유체는 환기관(11)의 내부에서 실내공기를 향하여 분무되는 것이다. 따라서 본 명세서에 첨부된 도면 전체에서 분무노즐(21)로부터의 냉각유체가 환기관(11)의 외면으로 분무되는 것으로 표현되어 있지만, 이것은 실제로 환기관(11)에 접속된 분무노즐(21)로부터 냉각유체가 환기관(11)의 내부로 분무되는 구성으로 이해되어야 한다.

냉난방 열교환기(1)는 공조 즉, 냉방 및 난방을 위한 것으로서, 접촉되는 공기를 냉각하거나 가열하는 공지의 장치이다. 냉난방 열교환기(1)는 예를 들면, 필요에 따라 냉매가 흐르게 하거나 온수가 흐르게 가변할 수 있는 코일 등으로 구성될 수 있는데, 이에 한정되지 아니하며 다양한 공지의 형태로 구성될 수 있다.

냉난방 열교환기(1)에는 실내로 공기를 공급하기 위한 급기관(16)이 연결되어 있으며, 다른 한편으로는 상기 공조팬(F1)으로부터 공기가 흘러올 수 있도록 하는 제1공조관(13)과, 배기팬(F2)으로부터 공기가 흘러올 수 있도록 하는 제2공조관(14)이 각각 냉난방 열교환기(1)에 연결되어 있다.

공조팬(F1)은 앞서 언급한 것처럼 제1공조관(13)을 통해서 냉난방 교환기(1)와 연결되지만, 다른 한편으로는 제1공급관(17)을 통해서 폐열회수 열교환기(2)와도 연결된다. 배기팬(F2)은 앞서 언급한 것처럼 제2공조관(14)을 통해서 냉난방 교환기(1)와 연결되지만, 다른 한편으로는 제2공급관(18)을 통해서 폐열회수 열교환기(2)와도 연결된다. 또한 배기팬(F2)에는 공기를 외부로 배출시키는 배기관(15)이 연결되어 있다. 배기관(15)은 제2공조관(14)과 별도의 도관으로 구성될 수도 있지만, 도면에 예시된 것처럼, 배기팬(F2)으로부터 하나의 관이 연장되다가 제2공조관(14)과 배기관(15)으로 분기할 수 있다. 배기관(15)과 제2공조관(14)으로의 공기 흐름을 각각 제어하는 제2댐퍼(D2)와 제3댐퍼(D3)가 각각 별도로 구비될 수도 있지만, 하나의 관으로부터 제2공조관(14)과 배기관(15)이 분기되는 경우에는, 분기되는 부분에 하나의 댐퍼만이 구비되어 배기관(15)과 제2공조관(14)으로의 공기 흐름을 번갈아가면서 제어하도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명에서 상기 제1공급관(17)은 환기관(11)과 연결되는데, 제1공급관(17)은 환기관(11)과 연결을 위하여 제1공급관(17)과 환기관(11) 사이에는 제1연결관(19a)이 존재한다. 제2공급관(18) 역시 환기관(11)과 연결될 수도 있는데, 이 경우 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이에 별도의 관로를 설치하여 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이를 직접 연결할 수도 있지만, 도면에 도시된 것처럼, 제1공급관(17)과 제2공급관(18) 사이에 제2연결관(19b)을 설치하여 상기 제1연결관(19a)과 제2연결관(19b)에 의해 상기 제2공급관(18)과 상기 환기관(11)을 서로 연결할 수도 있다. 그러나 제2공급관(18)과 환기관(11)이 반드시 서로 연결될 필요는 없다. 이에 대해서는 후술한다.

제1연결관(19a)에는 제1연결관(19a)에서의 공기 흐름을 제어하기 위하여 제4댐퍼(D4)가 구비될 수 있다. 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이에 별도의 관로를 설치하여 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이를 직접 연결하거나 또는 제1공급관(17)과 제2공급관(18) 사이를 제2연결관(19b)으로 연결하는 경우에는 환기관(11)으로부터 제2공급관(18)으로의 공기 흐름을 제어하기 위하여 추가적인 제5댐퍼(D5)가 더 구비될 수도 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 제5댐퍼(D5)가 제2연결관(19b)에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이를 직접 연결하기 위하여 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이에 별도의 관로가 설치되는 경우에는, 이러한 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이의 별도 관로 상에 제5댐퍼(D5)가 설치될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 제2공급관(18)과 환기관(11)은 공기가 흐를 수 있도록 연결될 수 있으며, 이 경우, 환기관(11)과 제2공급관(18)의 공기 흐름 경로 상에는 제5댐퍼(D5)가 구비될 수 있는 것이다. 그러나 후술하는 것처럼, 제2공급관(18)과 환기관(11) 사이에 직접적인 공기 흐름이 필요하지 아니하는 경우에는 제5댐퍼(D5) 역시 필요하지 않게 된다.

앞서 언급한 것처럼 본 발명의 복합공조장치에는, 폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 환기관(11)의 내부로 물 등의 냉각유체를 분무하는 분무노즐(21)이 구비되어 있다. 실내로부터 배출되는 공기가 흐르는 환기관(11)은 폐열회수 열교환기(2)와 연결되는데, 본 발명에서는 분무노즐(21)에 해당하는 덕트가 환기관(11)을 이루는 덕트에 접속되어 연결되어 있고, 분무노즐(21)을 이루는 덕트의 단부에서 환기관(11)의 내부로 물과 같은 냉각유체가 환기관(11)의 내부로 분무된다. 이 때, 냉각 유체는 박무(薄霧) 형태로 환기관(11)의 내부로 분무되는 것이 유체의 증발에 더 유리하다. 도면부호 22는 분무노즐(21)을 개폐하기 위하여 필요에 따라 구비되는 노즐개폐밸브(22)이다.

다음에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 복합공조장치의 작동상태를 설명한다. 도 2 내지 도 5에서 굵은 실선으로 도시된 것은 실내공기가 흘러가는 경로를 보여주는 것이고, 굵은 점선으로 도시된 것은 외기가 흘러가는 경로를 보여주는 것이다. 도 2 내지 도 5에 도시된 작동상태는 예시적인 것으로서, 본 발명에 따른 복합공조장치의 작동상태는 도면에 도시된 것에 한정되지 아니하며, 필요에 맞게 다양하게 변화될 수 있다.

우선 도 2는 본 발명의 복합공조장치에서 실내외 공기의 환기작동과 함께 냉난방 작동이 함께 이루어질 때의 공기흐름을 보여주는 도 1에 대응되는 개략도이다. 도면에 도시된 것처럼, 실내외 공기의 환기작동과 함께 냉난방 작동이 함께 이루어질 경우, 환기팬(F1)과 배기팬 (F2)이 작동되고, 환기관(11)과 외기관(12)을 통해서 각각 실내공기와 외기가 폐열회수 열교환기(2)로 들어와서 서로 열교환을 하면서 폐열회수 열교환기(2)를 통과한 후, 외기는 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 냉각 또는 가열된 후 급기관(16)을 통해 실내로 공급되고, 실내공기는 배기관(15)을 통해 외부로 배출된다. 즉, 실내공기는 환기관(11), 폐열회수 열교환기(2), 제2공급관(18), 배기팬(F2) 및 배기관(15)을 순차적으로 거쳐 외부로 배출되고, 외기는 외기관(12), 폐열회수 열교환기(2), 제1공급관(17), 공조팬(F1), 냉난방 열교환기(1) 및 급기관(16)을 순차적으로 거쳐 실내로 공급된다. 이 때, 환기관(11)으로부터 제1공급관(17)과 제2공급관(18)으로의 직접적인 공기 흐름은 차단되어 있는 상태가 된다. 즉, 제1댐퍼(D1)와 제2댐퍼(D2)는 개방되어 있고, 제3댐퍼(D3)와 제4댐퍼(D4)는 닫혀 있다. 만일 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이를 직접 연결하기 위하여 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이에 별도의 관로가 설치되고, 이러한 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이의 별도 관로 상에 제5댐퍼(D5)가 설치되어 있는 경우에는, 도 2와 같은 작동을 위해서 제5댐퍼(D5) 역시 닫히게 된다.

본 발명에서는 폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 환기관(11)의 내부로 물 등의 냉각유체를 분무하는 분무노즐(21)이 구비되어 있으므로, 위와 같이 실내의 공기가 환기관(11)을 거쳐 폐열회수 열교환기(2)를 통과하여 외부로 배출될 때, 분무노즐(21)로부터 물 등의 냉각유체가 환기관(11)으로 흐르는 실내공기를 향하여 분사될 수 있다. 도 3은 도 2의 상태에서 냉방을 위하여 추가로 분무노즐(21)에서 냉각 유체가 분사되도록 만든 상태를 보여주는 것인데, 환기관(11)과 연결된 분무노즐(21)에서 환기관(11)의 내부로 미세 유체 즉, 박무(薄霧)의 형태로 냉각 유체가 분사되면, 냉각 유체는 증발하면서 잠열을 빼앗게 되고, 그에 따라 환기관(11)으로부터 폐열회수 열교환기(2)로 유입되는 실내 공기는 온도가 낮아지게 된다. 즉, 실내공기는 온도가 낮아진 상태로 폐열회수 열교환기(2)로 유입된다. 따라서 폐열회수 열교환기(2)에서 외기와 실내공기가 서로 열교환할 때, 외기로부터 많은 열을 빼앗을 수 있게 되고 그에 따라 실내로 공급되는 외기를 더욱 빠르게 냉각시킬 수 있게 되어 매우 효과적으로 실내를 급냉할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 특히, 냉방을 위하여 이와 같이 외기가 폐열회수 열교환기(2)를 거쳐서 냉각된 상태로 실내로 유입되도록 함에 있어서, 냉각 유체를 환기관(11)의 내부에 분무하여 증발잠열을 이용하게 되므로 실내로 공급되는 외기의 습도를 증가시키지 않게 된다. 즉, 이와 같은 간접적인 증발 냉각을 이용하게 되면 외기의 습도를 증가시키지 않으면서도 신속하게 급냉시켜서 실내로 공급되도록 할 수 있게 되는 장점이 있는 것이다.

특히, 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 실내로 유입되는 외기를 폐열회수 열교환기(2)에서의 열교환을 통해 온도 저하시킴에 있어서, 폐열회수 열교환기(2)로 유입되는 실내 공기를 냉각시키기 위하여 자연적인 증발잠발열을 이용하므로, 그 만큼 에너지를 절약할 수 있으며, 여름철이나 중간기의 냉방이 필요할 때 자연 증발잠열을 이용한 냉방을 이용할 수 있게 된다는 장점이 있다.

동절기나 하절기의 경우, 외기의 유입 없이 실내공기만을 순환시킬 필요가 생길 수 있는데, 도 4에는 이와 같이 실내공기를 냉방 또는 난방한 후 다시 실내로 공급할 때의 공기흐름을 보여주는 도 2에 대응되는 개략도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 것처럼, 외기의 유입 없이 그리고 실내공기의 외부 배출 없이, 실내공기를 실내로만 순환시키는 경우, 공조팬(F1)과 배기팬(F2)은 모두 공조에 의한 급기를 위해서만 작동하게 된다. 즉, 앞서 도 2 및 도 3의 경우에서는 배기팬(F2)이 실내 공기를 배기하기 위하여 사용되었으나, 도 4의 경우에는 배기팬(F2)도 공조를 위해서 작동하게 되는 것이다. 구체적으로 환기관(11)으로 유입된 실내공기는 공조팬(F1)과 배기팬(F2) 모두로 공급되고, 공조팬(F1)과 배기팬(F2)의 작동에 의해 실내공기가 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 냉각 또는 가열된 후 급기관(16)을 통해 실내로 공급된다. 즉, 환기관(11)으로 유입된 실내공기는 공조팬(F1)의 작동에 의해 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 냉각 또는 가열된 후 급기관(16)을 통해 실내로 공급된다. 이 때, 배기팬(F2)도 공조를 통한 실내 급기를 위하여 작동하게 되므로, 환기관(11)으로 유입된 실내공기의 일부는 배기팬(F2)의 작동에 의해서도 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 냉각 또는 가열된 후 급기관(16)을 통해 실내로 공급된다. 즉, 실내공기는 환기관(11), 제1연결관(19a), 제1공급관(17), 공조팬(F1), 냉난방 열교환기(1) 및 급기관(16)을 순차적으로 거쳐 실내로 공급됨과 동시에, 환기관(11), 제1연결관(19a), 제2연결관(19b), 제2공급관(18), 배기팬(F2), 냉난방 열교환기(1) 및 급기관(16)을 순차적으로 거쳐서도 실내로 공급되는 것이다. 이 때, 제3댐퍼(D3), 제4댐퍼(D4) 및 제5댐퍼(D5)는 개방되어 있고, 제1댐퍼(D1)와 제2댐퍼(D2)는 닫혀 있다. 그리고 분무노즐(21)에서의 냉각유체의 분무로 이루어지지 않는다.

다음에서는 도 5를 참조하여 외부로의 배기로부터 폐열은 회수함과 동시에 신선한 외기를 사용자가 정한 온도로 냉,난방하여 실내로 공급할 때의 공기흐름을 살펴본다. 도 5에는 이와 같이 외부로의 배기로부터 폐열은 회수함과 동시에 신선한 외기를 사용자가 정한 온도로 냉,난방하여 실내로 공급할 때의 공기흐름을 보여주는 도 1에 대응되는 개략도가 도시되어 있다. 도 5의 경우는 앞서 설명한 도 1와 비교할 때, 환기관(11)으로 유입되는 실내공기의 일부가 폐열회수 열교환기(2)를 거치지 않은 채 공조팬(F1)에 의해 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 냉각 또는 가열된 후 실내로 급기되는 구성을 가진다.

구체적으로 외기는 외기관(12), 폐열회수 열교환기(2), 제1공급관(17), 공조팬(F1), 냉난방 열교환기(1) 및 급기관(16)을 순차적으로 거쳐 실내로 공급된다. 실내공기는 환기관(11)으로 유입되는데, 환기관(11)으로 유입된 실내공기의 일부는 도 2의 경우처럼 폐열회수 열교환기(2), 제2공급관(18), 배기팬(F2) 및 배기관(15)을 순차적으로 거쳐 외부로 배출되지만, 환기관(11)의 유입된 실내공기의 일부는 환기관(11), 제1연결관(19a), 제1공급관(17), 공조팬(F1), 냉난방 열교환기(1) 및 급기관(16)을 순차적으로 거쳐 실내로 공급된다. 이 때, 제1댐퍼(D1)와 제2댐퍼(D2), 그리고 제4댐퍼(D4)는 개방되어 있고, 제3댐퍼(D3)는 닫혀 있다.

만일 도 5에 도시된 상태로 공기를 순환시킬 때, 급속 냉방이 필요하거나 또는 냉방 효과를 더욱 강화시킬 필요가 있을 때에는 분무노즐(21)을 작동시키게 된다. 도 6에는 도 5의 상태에서 냉방을 위하여 추가로 분무노즐(21)에서 냉각 유체가 분사되도록 만든 상태가 도시되어 있다. 즉, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 공기의 흐름에 더하여, 분무노즐(21)을 통해서 환기관(11)의 내부로 냉각 유체를 분사시켜서 간접적인 증발 냉각이 일어나게 하여 온도를 낮춘 상태로 실내 공기를 폐열회수 열교환기(2)로 유입시키는 것이다. 이와 같은 분무노즐(21)의 냉각 유체 분무를 통한 간접 증발 냉각의 효과는 앞서 도 3과 관련하여 설명하였는 바, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.

앞서 언급한 것처럼 제2공급관(18)이 제1연결관(19a)과 제2연결관(19b)에 의해 환기관(11)과 관로로 연결되거나, 또는 환기관(11)과 연결될 수도 있는데, 이 경우 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이에 별도의 관로를 설치하여 환기관(11)과 제2공급관(18) 사이를 직접 연결하는 것으로 설명하였으나, 본 발명에서 제2공급관(18)과 환기관(11)이 반드시 관로를 통해서 서로 연결될 필요는 없다. 도 7은 제2공급관(18)이 환기관(11)과 직접 관로로 연결되지 않고, 폐열회수 열교환기(2)를 통해서만 연결된 구성에 대해, 도 4의 경우처럼 공조팬(F1)과 배기팬(F2)이 모두 공조에 의한 급기를 위해서만 작동할 때의 작동모드를 보여주는 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 7의 경우처럼 제2공급관(18)이 환기관(11)과 직접 관로로 연결되지 않고, 폐열회수 열교환기(2)를 통해서만 연결된 구성의 경우, 앞서 설명하였던 제2연결관(19b)과 제5댐퍼(D5)는 존재하지 않는다. 따라서 환기관(11)으로 유입된 실내공기 중 일부는 공조팬(F1)의 작동에 의해 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 냉각 또는 가열된 후 급기관(16)을 통해 실내로 공급된다. 즉, 환기관(11)으로 유입된 실내공기 중 일부는 환기관(11), 제1연결관(19a), 제1공급관(17), 공조팬(F1), 냉난방 열교환기(1) 및 급기관(16)을 순차적으로 거쳐 실내로 공급된다. 한편, 배기팬(F2) 역시 공조에 의한 급기를 위해서 작동하게 되므로, 환기관(11)으로 유입된 실내공기의 일부는 냉난방 열교환기(1)를 거쳐 냉각 또는 가열된 후 제2공급관(18)과 배기팬(F2)을 순차적으로 거쳐 냉난방 열교환기(1)에 의해 냉각 또는 가열된 후에 급기관(16)을 통해 실내로 공급된다.

위에서 여러 가지의 작동 모드에 대해 살펴본 것처럼, 본 발명에 따른 복합공조장치에서는 폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 분무노즐(21)을 이용하여 환기관(11)의 내부에 냉각유체를 분무하여, 분무된 유체가 증발하면서 발생하는 증발잠열에 의해 실내공기의 온도를 낮춘 상태로 폐열회수 열교환기(2)로 실내공기가 들어가도록 함으로써, 외기가 폐열회수 열교환기(2)를 거치면서 더 쉽게 그리고 더 빨리 냉각되도록 할 수 있으며, 그에 따라 급속 냉방이 가능할 뿐만 아니라 냉방효과도 더욱 향상되며, 냉방에 따른 에너지를 절약할 수 있는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명의 복합공조장치에서는 배기팬(F2)이 필요에 따라서는 공기가 냉난방 열교환기(1)에 의해 냉,난방된 상태로 실내에 급기되도록 하는 공조팬으로서의 기능을 수행할 수 있게 되는 것이다(도 4와 도 7, 그리고 이와 관련된 설명 참조). 즉, 배기팬(F2)을 필요에 따라서는 공조팬(F1)과 마찬가지로 공조용으로 사용할 수 있게 되는 것이며, 따라서 순환공조를 위한 공조팬(F1)의 용량과 규모를 종래에 비해 크게 줄일 수 있게 되는 것이다. 그러므로 본 발명에 의하면, 종래와 기술과는 달리 대용량 공조팬을 사용하지 않게 되며, 대용량의 공조팬 사용으로 인한 소음 발생도 줄일 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 복합공조장치에서는, 종래 기술에 비하여 작은 용량의 공조팬을 이용하여도 충분하기 때문에 건물의 냉방, 난방, 환기시에 실별로 또는 실내의 환경에 따라 풍량제어를 함에 있어서, 풍량을 조절할 수 있는 범위와 정밀성이 높아지게 되고, 풍량의 미세 조절이 가능하게 되며, 그에 따라 불필요한 에너지 소모도 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 더 나아가, 본 발명에서는 대용량 공조팬이 필요하지 않으므로, 대용량 공조팬의 설치에 따른 불필요한 초기 설치비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

1: 냉난방 열교환기
2: 폐열회수 열교환기
F1: 공조팬
F2: 배기팬

Claims (4)

1. 본체(10)의 내부에, 공조용 냉난방 열교환기(1), 폐열회수 열교환기(2), 공조팬(F1) 및 배기팬(F2)이 구비되어 공조와 환기를 동시에 수행할 수 있는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치로서,
   폐열회수 열교환기(2)에는, 환기관(11), 외기관(12), 공조팬(F1)과 연결된 제1공급관(17), 및 배기팬(F2)과 연결된 제2공급관(18)이 각각 연결되어 있고;
   냉난방 열교환기(1)에는 급기관(16)과, 공조팬(F1)과 연결된 제1공조관(13)과, 배기팬(F2)과 연결된 제2공조관(14)이 각각 연결되어 있고;
   배기팬(F2)에는 배기관(15)이 연결되어 있으며;
   제1공급관(17)은 환기관(11)과 연결되어 있고;
   폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 환기관(11)과 접속되어 환기관(11)의 내부로 냉각유체를 분무할 수 있는 분무노즐(21)이 구비되어 있으며;
   외기가 폐열회수 열교환기(2)로 유입되는 것을 조절하는 제1댐퍼(D1)와, 배기팬(F2)으로부터 제2공조관(14)과 배기관(15)으로의 공기 흐름을 조절하는 댐퍼와, 제1공급관(17)과 환기관(11) 사이의 공기 흐름을 조절하는 댐퍼가 구비되는 구성을 가지고 있어서;
   외기의 유입 없이 실내공기만을 순환시킬 때에는, 공조팬(F1)과 배기팬(F2)이 모두 공조에 의한 급기를 위해 사용될 수 있고;
   냉방이 이루어지고 환기관(11)을 거쳐 폐열회수 교환기(2)로 실내공기가 흐를 때에는 분무노즐(21)로부터 폐열회수 열교환기(2)와 환기관(11)이 연결되는 부분에서 환기관(11)의 내부로 냉각 유체가 분사되어, 분사된 유체가 증발함에 따라 환기관(11)으로부터의 실내공기는 온도가 저하된 상태로 폐열회수 교환기(2)로 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   배기관(15)과 제2공조관(14)은 각각 별도의 관로로 구성되어 있으며;
   배기팬(F2)으로부터 제2공조관(14)과 배기관(15)으로의 공기 흐름을 조절하는 댐퍼는, 배기팬(F2)으로부터 배기관(15)으로의 공기 흐름을 제어하는 제2댐퍼(D2)와, 배기팬(F2)으로부터 제2공조관(14)으로의 공기 흐름을 제어하는 제3댐퍼(D3)로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   배기팬(F2)으로부터 연장된 하나의 관로로부터 제2공조관(14)과 배기관(15)이 분기되며, 분기되는 부분에 하나의 댐퍼만이 구비되어 배기관(15)과 제2공조관(14)으로의 공기 흐름을 번갈아가면서 제어하는 것을 특징으로 하는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   제2공급관(18)과 환기관(11)은 공기가 흐를 수 있도록 연결되어 있고;
   환기관(11)과 제2공급관(18)의 공기 흐름 경로 상에는 제5댐퍼(D5)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 폐열회수 환기겸용 복합공조장치.
   

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