KR102060823B1 - 루프탑에 장착한 공기조화장치를 구비한 공기 밀도 제어시스템 - Google Patents

Abstract

루프탑에 장착한 공기조화장치를 구비한 공기 밀도 제어시스템이 개시된다. 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템은 이끼를 이용하여 미세먼지가 제거된 깨끗한 공기를 배출함으로써, 주위 공간에 깨끗한 공기로 채워진 에어존을 생성할 수 있다. 공기 밀도 제어 시스템은 소위 '파고라(PAgora)'의 형태로 구현될 수 있다. 냉각된 고압의 공기를 생성하기 위하여 공기조화장치를 사용하며, 공기조화장치를 기둥형상의 본체의 상부에 배치한다.

Description

루프탑에 장착한 공기조화장치를 구비한 공기 밀도 제어시스템{Air Density Control System Including a Air Conditioner installed on the Roof Top}

본 발명은 옥외에 설치되어 주변 공간의 공기 밀도를 제어함으로써 주변의 일정한 공간을 둘러싸는 공기막(Air Shied)를 형성하여 그 공간을 깨끗한 공기로 채우고 유지하기 위한 공기 밀도 제어시스템에 관한 것이다.

미세먼지(Fine Dust)는 눈에 보이지 않을 정도로 입자가 작은 먼지로 입경 10μm 이하의 미세한 먼지이며, PM10이라고도 한다. 입자가 2.5μm 이하이면 PM 2.5라고 쓰며 '초미세먼지' 또는 '극미세먼지' 라고도 부른다. '초미세먼지' 또는 '극미세먼지' 라고도 부른다. 학술적으로는 에어로졸(Aerosol)이라고 부른다.

미세먼지에는 아황산가스, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소 등이 포함되어 있기 때문에 주요한 대기오염 물질이며, 질량이 작아 장기간 대기 중에 떠다니면서 인간의 호흡기로 유입된다. 호흡기로 유입된 미세먼지나 초미세먼지는 쉽게 배출되는 것이 아니기 때문에 매우 유해한 것으로 알려져 있고, 사람들의 행동반경을 극히 제한하는 원인이 된다.

미세먼지는 모래바람의 먼지, 화산재, 산불과 같은 자연발생적 원인에 의해서도 생기지만, 화력발전소, 자동차 또는 공장의 배출가스, 가정에서 사용하는 난방기구나 가스기구 등에서도 많이 발생한다. 따라서 우리가 사는 지역에 미세먼지 발생원으로 어떤 것이 있고 얼마나 많이 있는가에 따라 대기의 미세먼지 농도가 결정될 수 있다. 그러나 특정 지역에 미세먼지 농도가 높아지는 원인은 좀 더 복잡한 인자들에 의해 결정될 수 있다. 한편, 도심에서의 운행하는 차량은 타이어 분진, 도로 파쇄에 따른 미세먼지 외에도 질소 화합물 등을 배출하기 때문에 공기 오염의 주요한 원인 중 하나다.

현재까지 미세먼지 문제에 대한 해결책으로 제시된 것은 발전소 운행 제한이나 차량 운행 제한처럼 미세먼지의 발생 자체를 줄이는 것과 병행해서, 마스크를 착용하거나 건물 내에서 공기청정기를 가동하는 정도이다. 한국에 영향을 주는 미세먼지의 70%는 중국에서 유입된다는 전문가의 견해가 있다. 상층 대기로부터 유입되는 미세먼지가 상당히 영향을 준다는 것이다.

옥외의 공기를 정화하는 장치로는 집진형 필터를 구비한 일명 스모그 프리 타워(Smog Free Tower)가 있는데 정화한 만큼 몰려드는 미세먼지 때문에 정화된 공기와 몰려드는 미세먼지가 혼합되어 그 효과가 미미하거나, 체감하여 느낄 정도로 효과적이지 않다.

한편, 소위 파고라(Pagora)라고 하는 것은 옥외에 설치되어 이용자들이 앉아 쉴 수 있는 공간을 제공하는 시설물로서, 통상 지면에 복수 개의 기둥을 설치하고 천장부을 얹어 설치한다. 대부분의 파고라는 햇빛 차단이 주된 기능이다. 파고라에는 태양광을 이용한 에너지 관련 기술, 온도제어 기술 등, 아이티(IT) 기술이 적용된 네트워킹 기술 등 다양한 기술이 적용될 수 있다.

본 발명의 목적은 옥외에 설치되어 주변 공간의 공기 밀도를 제어함으로써 주변의 일정한 공간을 둘러싸는 공기막(Air Shied)를 형성하는 공기 밀도 제어 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 루프탑에 장착한 공기조화장치를 구비하여 공기 막을 형성하기 위한 냉각된 고압의 공기를 생성하는 공기 밀도 제어시스템을 제공함에 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 옥외에 설치하여 차고 밀도가 높은 공기로 채워지는 공기 밀도 제어시스템을 제시한다. 본 발명은 옥외 공간에 냉각된 공기를 지속적으로 공급할 경우에, 주위 공기보다 밀도가 높은 찬 공기 덩어리가 형성되는 점을 이용한다.

본 발명의 공기 밀도 제어 시스템이 제공하는 찬 공기 덩어리는 상대적으로 밀도가 낮은 주변의 더운 공기 쪽을 향하는 수평 방향의 힘과 중력에 의한 수직 방향의 힘을 동시에 받으면서 주위에 고밀도의 찬 공기로 채워지는 일정 공간(에어 존)을 형성한다.

본 발명의 공기 밀도 제어 시스템은 본체, 공기정화필터부, 냉각부, 천장부 및 히터부를 포함하여 본체 주변 공간을 냉각된 고압의 공기로 채워진 에어존으로 만들고 상측 공기가 상기 에어 존으로 유입되지 않도록 한다. 본체는 적어도 하나의 외기구가 외측면에 마련되고 상면에 제1 순환구가 마련된 기둥 형상이고, 공기정화필터부는 상기 본체의 내부 공간부에 마련되어 상기 외기구를 통해 유입되는 외부공기를 정화하여 상기 제1 순환구로 배출한다. 냉각부는 상기 본체 위에 마련되어 상기 제1 순환구로부터 배출되는 정화된 공기를 냉각하여 상기 본체의 주변 공간으로 배출한다. 천장부는 상기 냉각부 위에 마련되어 상기 냉각부와 상기 주변 공간을 덮어서 상기 주변 공간의 상측 공기가 상기 주변 공간으로 유입되지 않도록 차단한다. 히터부는 상기 천장부 위에 마련되어, 상기 상측 공기를 가열하여 상기 천장부의 상면을 따라 360° 측면 전체로 배출한다.

실시 예에 따라, 상기 냉각부와 히터부는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브를 포함하여 냉매를 순환시키며 상 변화를 수행하는 공기조화장치(Air Conditioning System)로 구현되고, 상기 냉각부는 상기 증발기와 공기를 측방으로 불어내는 배기 팬을 포함하고, 상기 히터부는 상기 응축기와 상기 응축기에서 가열된 공기를 측방으로 불어내는 응축기용 팬을 포함한다.

다른 실시 예에 따라, 상기 배기 팬은 상기 제1 순환구와 마주하는 흡입구를 통해 유입되는 공기를 원형 회전차의 외주 전체를 따라 배출하는 원심 팬으로 구현되며, 상기 증발기는 상기 배기 팬을 둘러싸는 도우넛 형상으로 마련될 수 있다.

마찬가지로, 상기 응축기용 팬은 흡입구를 통해 유입되는 상기 상측 공기를 원형 회전차의 외주 전체를 따라 배출하는 원심 팬으로 구현되고, 상기 응축기는 상기 응축기용 팬을 둘러싸는 도우넛 형상으로 마련될 수 있다.

또 다른 실시 예에 따라, 본 발명의 공기조화장치는 상기 증발기와 압축기 사이에 배치된 보조 증발기를 더 포함함으로써 저온 환경에서 상기 증발기에서 증발되지 않고 액상으로 남은 냉매를 증발시켜 냉매의 순환을 원할히 할 수 있다.

본 발명의 공기 밀도 제어 시스템은 주위 공간에 미세먼지 등이 제거된 공기를 배출함으로써 깨끗한 공기로 채워진 에어존을 생성할 수 있다.

냉각부에서 배출되는 공기에 의해 형성되는 하강 기류를 따라 주위 공기(특히 상측의 미세먼지가 포함된 공기)가 유입될 수 있는데, 공기 밀도 제어 시스템은 천장부 상측의 공기를 고온으로 데워 측방으로 배출함으로써, 상측의 공기가 하강 기류에 유입되는 것을 차단할 뿐만 아니라, 천장부 상측의 미세먼지가 주위 공간(에어 존)으로 내려오지 않도록 할 수 있다.

공기 밀도 제어 시스템이 차도와 접한 보행로 가장자리에 설치되면, 차도에서 발생하는 미세먼지나 질소 화합물이 공기 밀도 제어 시스템의 주위 공간(에어 존)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 도심에 태양 복사가 일어나는 한낮의 차도는 보행로에 비해 상대적으로 온도가 높고 공기 밀도가 낮다. 따라서 한낮의 도심에서는 보행로에서 차도로 향하는 기류가 있다. 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템이 배출하는 배출공기는 상대적으로 밀도가 높기 때문에 차도 방향으로의 기류를 강화시키면서 에어존을 더욱 강화시키게 된다.

본 발명이 공기 밀도 제어 시스템은 소위 '파고라(PAgora)'의 형태로 구현됨으로써, 이용자가 에어존 내에서 휴식을 취할 수 있다.

한편, 본 발명에 적용된 공기조화장치는 본체의 상부에 장착하는 형태로 마련됨으로써 옥외 중에서도 특히 도심 등에 설치될 때 공기조화장치 구성품이 보행자의 진행을 방해하지 않도록 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 적용되는 공기조화장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 도 2의 공기조화장치가 적용된 공기 밀도 제어 시스템의 구성도,
도 4는 도 3의 공기 밀도 제어 시스템의 개념도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화장치의 구성도, 그리고
도 7는 차도에 접한 보행로에 설치된 공기 밀도 제어 시스템 주변의 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)은 옥외, 특히 사람들이 접근할 수 있는 광장이나 보행로 등에 설치되는 구조물로서, 외부의 공기를 흡입한 다음 먼지를 제거한 깨끗하고 밀도가 높은 공기를 주위에 배출함으로써, 일정한 범위의 주위 공간에 깨끗한 공기로 채워지는 에어 존(Air Zone)(x)을 만들 수 있다.

여기서, 에어 존(x)은 공기 밀도 제어 시스템(100)에 의해 정화되고 냉각된 공기가 주로 채워지는 주위 공간을 표현하기 위한 것으로서 물리적으로 구분되지 않을 수 있다. 실시 예에 따라서는 에어 존(x)이 커튼, 유리 또는 기타 구조물에 의해 그 외부 공간과 구분됨으로써 특정될 수 있다.

도 1을 참조하면, 공기 밀도 제어 시스템(100)은 본체(110), 공기정화필터부(130), 천장부(150), 냉각부(171) 및 히터부(173)를 포함한다. 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)은 기둥 형상의 본체(110)가 있고, 에어 존(x)이 본체(110) 주변에 만들어진다. 에어 존(x)의 상부를 덮기 위해 본체(110) 위에 천장부(150)가 배치된다. 냉각부(171)도 본체(110) 위에 올려지면서 본체(110)와 천장부(150) 사이에 냉각부(171)가 마련되고, 천장부(150) 위에 히터부(173)가 탑재된 형태이다.

본체(110)는 내부공간부(110a)를 형성할 수 있는 형태이면 어떠한 것이어도 무방하다. 도 4의 예에서 본체(110)는 대략 원통형의 형상으로 도시되어 있으나, 반드시 원통형일 필요는 없다. 다만, 공기 밀도 제어 시스템(100)이 보행로 등에 설치되는 점을 고려하면, 지면을 많이 차지하지 않는 원기둥 형상이 좋다.

본체(110)의 기둥 외면에는 외부 공기를 흡입하기 위한 외기구(111)와 내부공간부(110a)의 공기를 냉각부(171)로 배출하는 제1 순환구(113)가 마련된다. 외기구(111)는 주로 기둥 형상의 본체(110)의 외측면에 마련되고, 제1 순환구(113)는 본체(110)의 상측에 탑재된 냉각부(171)와 연결되기 위하여 주로 본체(110)의 상면(또는 외측면 중 상부)에 마련된다. 본 발명에서 냉각부(171)와 히터부(173)가 기능적으로 본체(110)의 상부에 마련되는 것으로 설명되고 있지만, 실제 구현과정에서 본체(110) 내부 공간부(110a)에 냉각부(171)와 히터부(173)가 장착될 수도 있다.

공기정화필터부(130)는 본체(110)의 내부공간부(110a)에 마련되며, 외기구(111)와 제1 순환구(113) 사이의 공기의 경로를 전면적으로 차단하도록 배치되어 외기구(111)로 유입되어 제1 순환구(113)로 이송되는 공기를 정화한다. 공기정화필터부(130)는 먼지 등을 제거하기 위한 프리 필터(Pre-Filter), 헤파(HEPA) 필터 등을 구비할 수도 있고, 필터링할 이물질에 맞추어 다양한 필터를 적용할 수 있다.

천장부(150)는 본체(110)의 상부에 에어 존(x)의 상부를 덮는 지붕이나 파라솔과 같은 형상으로 마련되어 에어 존(x) 상측의 공기가 에어 존(x)으로 직접 유입되는 것을 차단한다.

천장부(150)는 투명한 소재로 구현되어 태양광이 에어 존(x)으로 입사되도록 할 수도 있고, 불투명 소재로 태양광을 가릴 수도 있다. 천장부(150)는 평평한 원반 형상인 것이 좋지만 이에 한정되지 않는다. 천장부(150)의 가장자리 단부는 에어 존(x)을 감싸듯이 아래쪽으로 경사지거나 수직하게 절곡됨으로써 냉각부(171)에서 배출되는 고압의 냉각공기를 에어 존(x) 내부로 유도하는 것이 좋다.

냉각부(171)와 히터부(173)는 본체(110)의 중심축 상에 마련된다. 냉각부(171)는 본체(110)와 천장부(150) 사이에 마련되며, 히터부(173)는 천장부(150) 위에 마련된다. 냉각부(171)는 아랫면에 제1 순환구(113)와 마주하여 공기가 유입되는 흡기구가 마련되고 상면은 천장부(150)에 의해 밀폐되며, 측면 360° 전체를 통해 공기가 배출된다. 히터부(173)는 아랫면이 천장부(150)에 의해 밀폐되고, 윗면에는 상측 공기가 유입되는 상면흡기구(173b)가 마련되며, 측면 360° 전체를 통해 공기가 배출된다. 냉각부(171)의 하부 케이스(171a)와 히터부(173)의 상부 케이스(173a)는 천장부(150)에 대응하여 원판 형상이다.

천장부(150)가 평평한 원반 형상인 것에 대응하여, 냉각부(171)와 히터부(173)도 도 3에서처럼 평평한 원반 형상이 바람직하고, 특정한 방향으로 공기를 배출하는 형태가 아니라 원반의 측면 360° 전체를 통해 공기를 배출하는 것이 좋다. 따라서 냉각부(171)와 히터부(173)에서 공기가 배출되는 방향은 본체(110)의 세로 중심축에 수직한 방향이 된다. 냉각부(171)는 냉각된 공기를 에어 존(x)의 상측을 향해 지면에 수평한 방향으로 측방으로 배출하고, 히터부(173)도 데워진 공기를 천장부(150)의 상면을 따라 측방으로 배출한다. 하부 케이스(171a)가 천장부(150)보다 작기 때문에 냉각부(171)에서 배출되는 차가운 공기는 천장부(150)를 벗어나기 전에 아래쪽으로 떨어진다. 이에 반해, 히터부(173)의 상부 케이스(173a)도 천장부(150)보다 작지만 천장부(150) 위에 배치되어 있으므로, 히터부(173)에서 배출되는 데워진 공기는 천장부(150)를 벗어나기 전에 위쪽으로 상승할 수는 있지만 적어도 천장부(150)를 벗어나기 전에는 아래쪽으로 떨어지는 일이 생기지 않는다. 따라서 차가운 공기는 에어존으로 유입되고 데워진 공기는 천장부(150)와 더불어 에어존을 보호한다.

냉각부(171)가 배출하는 정화되고 찬 공기는 본체(110) 주변으로 공급되어 본체(110) 주변에 고압의 차고 깨끗한 공기로 채워지는 에어 존(x)을 형성한다. 에어 존(x) 영역에서는 냉각부(171)에서 배출된 고밀도의 깨끗한 공기가 채워졌다가 다시 외기구(111)를 통해 공기 밀도 제어 시스템(100)로 유입되는 순환 구조가 생긴다. 에어 존(x)으로 그 외부의 공기가 당연히 유입될 수 있으나, 외부의 오염된 공기는 외기구(111)를 통해 공기 밀도 제어 시스템(100)로 유입되어 정화된다.

한편, 냉각부(171)에서 배출되는 공기에 의해 하강 기류가 생기면 에어 존(x) 외부의 공기나 미세 먼지가 하강 기류를 따라 에어 존(x)으로 유입될 수 있는데, 천장부(150)와 함께 히터부(173)가 배출하는 공기가 이러한 유입을 차단한다. 히터부(173)는 에어 존(x)의 상측에 더운 공기의 차단막을 형성함과 동시에 더운 공기의 상승 기류를 만듦으로써, 에어 존(x)의 상부 측면에 상호 반대 방향의 기류를 형성하여 에어 존(x) 외부의 공기(특히 상측 공기)나 미세 먼지가 하강 기류를 따라 에어 존(x)으로 유입되지 않도록 차단한다.

냉각부(171)는 공기를 냉각하는 수단과 냉각된 공기를 측방으로 송풍하는 수단을 구비하고, 히터부(173)는 공기를 가열하는 수단과 가열된 공기를 측방으로 송풍하는 수단을 구비하면 족하며, 종래에 알려진 어떠한 장치를 사용해도 무방하다. 예를 들어, 냉각부(171)와 히터부(173)는 냉매를 순환시키면서 상 변화를 통해 주위 공기를 냉각하고 데우는 하나의 공기조화장치(Air Conditioner)의 형태로 구현될 수 있으며, 그 일 예가 도 2에 도시되어 있다. 따라서 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)은 냉각부(171)와 히터부(173)를 대신하여 공기조화장치(200)를 구비할 수 있다. 도 3 및 도 4의 공기 밀도 제어 시스템(300)은 도 1의 공기 밀도 제어 시스템(100)과 동일한 시스템으로서, 냉각부(171)와 히터부(173)를 도 2의 공기조화장치(200)로 구현한 예이다. 이하에서는 동일한 구성은 동일한 식별번호로 표시하고 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 공기조화장치(200)는 리시버드라이어(Receiver Drier)(201), 팽창밸브(203), 증발기(205), 압축기(207), 응축기(209), 배기 팬(211) 및 응축기용 팬(213)을 구비하여, 냉매를 상 변환하면서 순환시킴으로써 주위 공기를 냉각하고 덥히는 방식을 사용한다. 공기조화장치(200)는 공기조화장치(200)의 전체 동작을 제어하는 제어부(230)를 구비한다. 제어부(230)는 공기조화장치(200)의 동작 제어와 함께 공기 밀도 제어 시스템(300)의 전체 동작을 제어할 수도 있다.

냉각 방식의 측면에서, 공기조화장치(200)는 종래에 널리 사용되는 일반적인 공기조화장치의 냉각 방식과 동일하다. 압축기(207)에서 압축된 냉매가 응축기(209)를 통과하면서 고온고압의 액상으로 응축이 되고 응축된 냉매는 팽창밸브(203)와 증발기(205)를 통과하여 기화되어 저온 및 저압의 기체로 변하여 다시 압축기(207)로 유입된다. 리시버드라이어(201)는 적절한 양의 냉매를 저장함으로써 냉동사이클의 부하변동에 대응하여 냉매 순환량도 변동되는 것에 대응하며, 냉매 내의 수분을 흡수하여 제거한다. 따라서 리시버드라이어(201), 팽창밸브(203), 증발기(205), 압축기(207) 및 응축기(209)의 세부적인 개별 동작은 따로 설명하지 않는다.

외기구(111)를 통해 본체(110)의 내부공간부(110a)로 유입된 공기는 공기정화필터부(130)와 제1 순환구(113)를 통해 증발기(205) 쪽으로 유입되면서 냉각되고 배기 팬(211)에 의해 측방으로 송풍되고, 천장부(150) 상측 공기는 응축기(209)에 의해 데워지고 응축기용 팬(213)에 의해 측방으로 송풍된다. 따라서, 증발기(205)와 배기 팬(211)은 냉각부(171)에 해당하여 천장부(150)의 아래쪽에 마련되고, 응축기(209)와 응축기용 팬(213)은 히터부(173)에 해당하여 천장부(150)의 위쪽에 마련된다.

에어 존(x)은 본체(110)를 360°둘러싸는 전체 방향에 형성되기 때문에, 냉각부(171)는 측면 360° 전체 방향으로 냉각된 공기를 배출하여 하강 기류를 만들어야 하고, 히터부(173)도 하강 기류에 상응하는 상승 기류를 만들기 위해 데워진 공기를 측면 360° 전체 방향으로 배출해야 한다. 도 3을 참조하면, 냉각된 공기와 데워진 공기는 나란하게 측방으로 배출된 다음에, 냉각된 공기는 아래쪽으로 하강 기류를 형성하고 데워진 공기는 위쪽으로 상승기류를 형성한다. 결론적으로, 히터부(173)와 냉각부(171)는 측방으로 공기를 배출하되 측면 360° 전체 방향으로 배출할 수 있어야 한다. 증발기(205)와 응축기(209)에서 배출되는 공기를 측방으로 유도하기 위해, 하부 케이스(171a)와 상부 케이스(173a)는 증발기(205)와 응축기(209)보다 큰 원판 형상인 것이 좋다.

증발기, 배기 팬, 응축기 및 응축기용 팬의 구조

도 3 및 도 4의 예에서, 배기 팬(211)은 제1 순환구(113)와 마주하는 흡입구를 통해 유입되는 공기를 원형 회전차의 외주 전체를 따라 배출하는 원심 팬으로 구현된다. 증발기(205)는 배기 팬(211)을 둘러싸는 도우넛 형상으로 마련된다. 공기정화필터부(130)를 통과한 공기는 배기 팬(211)에 의해 증발기(205)쪽으로 송풍된다. 증발기(205)는 배기 팬(211)이 송풍하는 공기를 냉각하여 외부로 배출한다. 마찬가지로, 응축기용 팬(213)은 상면흡기구(173b)를 통해 유입되는 상측 공기를 원형 회전차의 외주 전체를 따라 배출하는 원심 팬으로 구현된다. 응축기(209)는 응축기용 팬(213)을 둘러싸는 도우넛 형상으로 마련된다. 응축기용 팬(213)이 동작하여 상측의 공기를 응축기(209) 쪽으로 불어내면, 응축기(209)가 응축기용 팬(213)이 송풍하는 상측 공기를 데워서 외부로 배출한다.

배기 팬(211)과 응축기용 팬(213)에 사용되는 회전차는 다양한 형태가 가능하다. 회전차가 회전방향에 대해 반대방향으로 기울어진 백워드 팬(Backward Fan)이나 회전방향으로 기울어진 포워드 팬(Forward Fan)을 사용할 수 있다. 다만, 회전차의 회전 법선방향으로 공기가 배출되는 포워드 팬에 비해, 회전축에 대해 수직한 방향으로 공기가 배출되는 백워드 팬이 바람직하다. 그 밖에도, 회전차의 날개가 회전축에 수직한 래디얼 팬(Radial Fan)도 사용할 수 있다.

제어부(230)에 의해 공기조화장치(200)가 동작하면 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100)도 순환 동작을 수행하게 된다.

공기조화장치의 실시 예 (보조 증발기)

한편, 본 발명의 공기 밀도 제어시스템(300)은 실외에 설치되기 때문에 외기의 온도가 내려가는 저녁이나 새벽시간 또는 겨울철의 저온 환경에서 동작할 수 있다. 이때, 증발기(205)에서 냉매가 완전히 증발되지 않고 일부 액체 상태로 압축기(207)로 흡입이 될 수 있다. 문제는 압축기(207)가 액상의 냉매를 압축하는 과정에서 소손될 수 있다는 것이다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 발명의 공기조화장치(200)는 증발기(205)와 압축기(207) 사이에 '보조 증발기'를 더 포함할 수 있다. 보조 증발기는 별도의 증발기이되, 외부에 일정한 온도 조건을 만들어 줌으로써, 저온 환경에서 증발기(205)가 미처 증발시키지 못하고 액상으로 남은 냉매를 완전히 증발시킨다.

도 5를 참조하면, 보조 증발기(510)는 증발기(205)와 압축기(207) 사이의 배관(511)에 장착되어 배관(511, 514)을 가열하는 히터(512, 515)와, 이들을 보호하는 단열재(513, 516)를 포함할 수도 있다.

다른 방법으로, 도 6을 참조하면, 보조 증발기 장치(610)는 증발기(205)에서 기화되고 남은 액상을 냉매를 저압의 기체로 기화시키는 보조 증발기(611, 614)와, 보조 증발기(611, 614)의 기화 동작을 지원하는 냉각수 챔버(612, 615)를 포함한다. 냉각수 챔버(612, 615)의 내부는 냉각수로 채워지고, 냉각수는 히터(613, 616)에 의해 일정한 온도로 유지된다. 도 6의 (a)는 보조 증발기(611)가 냉각수 챔버(612)의 외부에 마련된 예이고, 도 6의 (b)는 보조 증발기(614)가 냉각수 챔버(615)의 내부에 마련된 예이다.

본 발명의 공기밀도 제어시스템의 동작 (도 7)

앞서 설명한 것처럼, 제어부(230)가 공기조화장치(200)를 동작시키면 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(100, 300)이 동작한다. 우선, 배기 팬(211)이 동작하면, 배기 팬(211)이 본체(110)의 내부공간부(110a)에 형성하는 음압에 의해 외부 공기가 외기구(111)를 통해 본체(110)의 내부공간부(110a)로 유입된다. 유입된 공기는 공기정화필터부(130)를 통과하여 정화된 다음, 제1 순환구(113)를 통해 배기 팬(211)으로 유입된다. 배기 팬(211)은 정화된 공기를 외주를 따라 배치된 증발기(205)로 불어내고, 정화된 공기는 증발기(205)를 통과하면서 열교환에 의해 냉각된 다음 천장부(150)의 아랫 면과 하부 케이스(171a)를 따라 측방으로 이동하면서 외부로 배출된다.

에어 존(x)의 공기 밀도를 균일하게 유지하기 위해, 증발기(205)는 측면 360° 모든 방향으로 공기를 배출하도록 설치되는 것이 좋다. 외기구(111)는 반드시 그럴 필요는 없지만, 냉각부(171)와 마찬가지로 본체(110)를 둘러싸는 전체 방향에서 외부 공기를 빨아들이는 것이 좋다.

증발기(205)를 통과하면서 냉각된 공기는 상당한 수준으로 압축되기 때문에, 증발기(205)에서 배출되는 공기(이하, '배출공기'라 함)는 고밀도의 찬 공기가 된다. 샤를의 법칙에 따르면 공기의 밀도는 공기의 온도에 따라 변하며, 다음의 수학식 1로 표현할 수 있다.

여기서, t는 기체의 온도이고, Vo는 0도에서의 기체의 부피이고, Vt는 t 온도에서의 기체의 부피이다. 기체 분자의 수가 일정한 상태에서 공기의 온도가 올라서 부피가 늘어나면 밀도는 낮아진다. 동일한 압력에서 공기의 온도가 5도 오르면 약 2%의 공기 밀도가 감소하고, 온도가 5도 떨어지면 2%의 공기 밀도가 증가한다.

고밀도의 찬 배출공기는 증발기(205)를 통해 배출되면서 중력에 의해 아래쪽으로 하강 기류를 형성함과 동시에 상대적으로 밀도가 낮은 주변의 더운 공기 쪽을 향하는 수평 방향의 힘이 작용하면서 더운 공기를 밀어내고 고밀도의 찬 공기로 채워지는 에어 존(x)을 형성한다. 고밀도의 찬 공기와 주변의 더운 공기가 만나는 면에 공기막이 형성되어 에어 존(x)이 만들어진다. 에어 존(x)의 내부가 외부에 비해 밀도가 높기 때문에 외부로 향하는 공기의 유출은 있으나, 외부에서 에어 존(x) 즉 공기막 내부로의 공기 유입이 차단되는 효과가 있다.

도 7에서처럼, 공기 밀도 제어 시스템(300)이 차도(20)와 접한 보행로(30) 가장자리에 설치되면 더욱 강력한 에어 존(x)을 만들어, 차도(20)에서 발생하는 미세먼지나 질소 화합물이 에어 존(x)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 도심에서의 운행하는 차량은 배출가스, 타이어 분진, 도로 파쇄에 따른 미세먼지 외에도 질소 화합물 등을 배출하기 때문에 공기 오염의 주요한 원인 중 하나다. 도심에 태양 복사가 일어나는 한낮의 차도(20)는 보행로(30)에 비해 상대적으로 온도가 높고 공기 밀도가 낮다. 따라서 한낮의 도심에서는 보행로(30)에서 차도(20)로 향하는 기류가 있다. 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(300)이 배출하는 배출공기는 상대적으로 밀도가 높기 때문에 차도 방향으로의 기류를 강화시키면서 에어 존(x)을 더욱 강화한다. 따라서 본 발명의 공기 밀도 제어 시스템(300)은 도심의 차도(20)에 접한 보행로(30)에 깨끗한 공기로 채워지는 에어 존(x)을 만들 수 있다.

이러한 과정 중에, 응축기용 팬(213)은 상측 공기를 빨아들여 응축기(209)쪽으로 불어낸다. 응축기(209)는 응축기용 팬(213)이 송풍하는 공기를 고온으로 데운다. 응축기(209)에서 데워진 공기는 상부 케이스(173a)와 천장부(150)의 상면을 따라 안내되어 측방으로 배출된다. 천장부 상측의 공기는 측방으로 배출되면서 냉각부(171)에 의한 하강 기류로 상측 공기가 유입되는 것을 차단한다. 더불어, 응축기(209)가 배출하는 공기는 데워진 상태이므로 측방으로 배출된 다음 확산되면서 밀도가 낮아진다. 따라서 에어 존(x) 내부와 상층 대기 사이의 공기 밀도 차이로 인해, 에어 존(x)과 천장부(150) 상측 대기 사이의 순환이 발생하지 않게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (5)

1. 옥외에 설치되는 공기 밀도 제어 시스템로서,
   적어도 하나의 외기구가 외측면에 마련되고 상면에 제1 순환구가 마련된 기둥 형상의 본체;
   상기 본체의 내부 공간부에 마련되어 상기 외기구를 통해 유입되는 외부공기를 정화하여 상기 제1 순환구로 배출하는 공기정화필터부;
   상기 본체 위에 마련되어 상기 본체의 주변 공간을 덮는 천장부;
   상기 본체와 천장부 사이에 마련되어 상기 제1 순환구로부터 배출되는 정화된 공기를 냉각한 다음 상기 주변 공간으로 정화된 고압의 공기를 배출하는 냉각부; 및
   상기 천장부 위에 마련되어, 히터부 상측 공기를 상면 흡입구를 통해 흡입하여 가열한 더운 공기를 상기 천장부의 상면을 따라 360° 측방으로 배출하는 상기 히터부를 포함하여,
   상기 주변 공간을 상기 고압의 공기로 채워진 에어존으로 만들고 상기 히터부가 배출하는 더운 공기에 의한 상기 천장부의 외측에서의 상승기류로 상기 천장부의 외측 상부 공기가 상기 에어 존으로 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부와 히터부는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브를 포함하여 냉매를 순환시키며 상 변화를 수행하는 공기조화장치(Air Conditioning System)로 구현되고,
   상기 냉각부는 상기 증발기와 공기를 측방으로 불어내는 배기 팬을 포함하고,
   상기 히터부는 상기 응축기와 상기 응축기에서 가열된 공기를 측방으로 불어내는 응축기용 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 배기 팬은 상기 제1 순환구와 마주하는 흡입구를 통해 유입되는 공기를 원형 회전차의 외주 전체를 따라 배출하는 원심 팬으로 구현되며,
   상기 증발기는 상기 배기 팬을 둘러싸는 도우넛 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 응축기용 팬은 상기 상면 흡입구를 통해 유입되는 상기 상측 공기를 원형 회전차의 외주 전체를 따라 배출하는 원심 팬으로 구현되고, 상기 응축기는 상기 응축기용 팬을 둘러싸는 도우넛 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 증발기와 압축기 사이에 배치된 보조 증발기를 더 포함하여, 저온 환경에서 상기 증발기에서 증발되지 않고 액상으로 남은 냉매를 증발시키는 것을 특징으로 하는 공기 밀도 제어 시스템.
   
   
   
   

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