KR102072712B1 - 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템 - Google Patents

사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템은, 냉매와 외기가 열교환하는 하이브리드 응축기가 제1잠열 열교환기를 포함하고, 브라인과 외기가 열교환하는 하이브리드 브라인 쿨러가 제2잠열 열교환기를 포함하며, 제1잠열 열교환기 및 제2잠열 열교환기는 노즐로 분사된 수분을 완전하게 기화 시켜 물의 증발 잠열을 최대의 효율로 열교환시킬 수 있는 구조를 포함하여, 에너지 절감 효과가 현저하게 향상된다.

Description

사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템{Multi-type hybrid evaporation latent heat air conditioning system for four seasons}
본 발명은 공기 조화 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로 사계절에 따라 멀티 냉매 회로를 구성하며, 물의 증발 잠열을 최대 효율로 이용함으로써 에너지가 절감되는 공기 조화 시스템에 관한 것이다.
지구 온난화에 대한 관심이 전 세계적으로 증가하고 있는 현실을 고려하여 각 국가는 탄소 배출량을 줄이는 등의 에너지 절감에 역량을 강화하고 있다. 최근 증가하고 있는 데이터 센터, 컴퓨터 룸, 반도체 공장 등에 요구되는 공조 시스템은 대규모의 공기를 냉각 및 제습할 수 있어야 한다. 이러한 대규모 시설에 채용되는 공조 시스템은 에너지 절감이 매우 민감한 문제로 대두된다. 특히 고효율 공기 조화 시스템 기술분야는 건물의 항온·항습에 들어가는 에너지 소비를 최소화하면서도 최상의 쾌적한 실내환경을 구현할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.
최근 북미 및 유럽 국가들은 물의 증발 잠열을 이용하여 냉방을 구현하는 무공해 냉방 시스템에 관한 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 물의 증발 잠열을 이용한 공기 조화 시스템은 여름철 외기의 온도는 높으나 습도는 상대적으로 낮은 유럽 지역이나 건조한 기후에서 유용하다. 이러한 공기 조화 시스템의 일 예가 대한민국 등록특허 제10-1653413호에 개시되어 있다.
그런데 상기 등록특허에 개시된 공기 조화 시스템은 건채널과 습채널을 분리하여 공기 조화 기능을 수행하도록 구성되므로 간접식 증발냉각기와 직접식 증발냉각기를 구비하여야 하므로 구성이 복잡할 뿐 아니라 공조 공간으로 보내지는 덕트의 구조가 복잡하게 구성되는 문제점이 있다. 또한, 상기 등록특허는 습도가 높은 여름철에는 효과적으로 작동될 수 있으나 추운 겨울철에는 제 기능을 발휘할 수 없으르로 사계절용으로 적합하지 않는 문제점이 있다. 근본적으로 상기 등록특허는 물의 증발 잠열을 최대의 효율로 이용할 수 있는 구조가 아니라는 점에서 개선의 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 사계절용으로 사용할 수 있는 공조 시스템으로서, 물의 증발 잠열을 최대 효율로 이용할 수 있어서 에너지 절감 효과가 극대화된 공기 조화 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템은, 저온 저압의 냉매 가스를 흡입하여 고온 고압의 냉매 가스를 배출하는 압축기;
상기 압축기로부터 토출된 냉매의 흐름을 전환하는 사방밸브;
상기 사방밸브로부터 공급된 고온 고압의 냉매 가스와 외부 공기 열원이 열교환되어 냉매 가스를 액체 상태로 응축시키는 하이브리드 응축기;
상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며, 상기 사방밸브로부터 토출된 냉매를 상기 하이브리드 응축기 또는 실내 공간에 공급되는 공기를 가열시키는 히팅 코일 쪽으로 비례적으로 분배하는 제1삼방 밸브;
상기 하이브리드 응축기를 통과한 액상의 냉매가 일시적으로 수용되는 리시버 탱크;
상기 리시버 탱크로부터 토출된 냉매가 단열팽창하여 습포화증기로 상변화하는 팽창 밸브;
상기 팽창 밸브에서 토출된 냉매와 액상의 브라인이 열교환되는 증발기;
상기 증발기에 액상의 브라인을 압송하는 브라인 순환 펌프;
상기 브라인 순환 펌프에서 토출된 브라인의 흐름 방향을 상기 증발기 또는 하이브리드 브라인 쿨러로 흐르도록 선택적으로 제어하는 제2삼방 밸브; 및
상기 제2삼방 밸브와 브라인 유로로 연결되며 브라인과 외부 공기 열원과의 열교환이 이루어지는 상기 하이브리드 브라인 쿨러;를 구비하며,
상기 하이브리드 브라인 쿨러에서 토출된 브라인은 상기 증발기로 유입되며,
상기 증발기에서 토출된 브라인은 실내 공간에 공급되는 공기를 냉각시키는 쿨링 코일에 유입되며,
상기 증발기의 브라인 토출구와 상기 쿨링 코일을 연결하는 유로에서 분기되어 상기 쿨링 코일을 우회하여 상기 브라인 순환 펌프에 연결된 유로의 합류 지점에 설치되어 브라인의 흐름 방향을 선택적으로 변화시키는 제3삼방 밸브;를 포함하며,
상기 하이브리드 응축기는 제1잠열 열교환기를 포함하며, 상기 제1잠열 열교환기에는 제1물분사 노즐에 의해 분사된 물이 하방으로 흐르면서 완전 증기 상태로 상변화하도록 상기 제1물분사 노즐의 유량과 상기 제1잠열 열교환기를 통과하는 공기의 풍량이 제어되도록 구성되며,
상기 하이브리드 브라인 쿨러는 제2잠열 열교환기를 포함하며, 상기 제2잠열 열교환기에는 제2물분사 노즐에 의해 분사된 물이 하방으로 흐르면서 완전 증기 상태로 상변화하도록 상기 제2물분사 노즐의 유량과 상기 제2잠열 열교환기를 통과하는 공기의 풍량이 제어되도록 구성되며,
상기 제1잠열 열교환기의 하방에는 각각 상기 제1잠열 열교환기로 분사되는 물이 불완전 기화되는 경우 상기 제1물분사 노즐의 물 분사량을 유량을 단계적으로 조절할 수 있도록 제1누수센서가 설치되며,
상기 제2잠열 열교환기의 하방에는 각각 상기 제2잠열 열교환기로 분사되는 물이 불완전 기화되는 경우 상기 제2물분사 노즐의 물 분사량을 유량을 단계적으로 조절할 수 있도록 제2누수센서가 설치된 점에 특징이 있다.
상기 제1물분사 노즐 및 상기 제2물분사 노즐에 물을 강제로 압송하는 물 가압 펌프;를 구비하며,
상기 제1누수 센서, 상기 제2누수 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 제1잠열 열교환기 및 상기 제2잠열 열교환기로 공급되는 공기의 온도 및 습도 데이터를 기초로 상기 제1물분사 노즐 또는 상기 제2물분사 노즐의 유량을 비례적으로 제어하며, 상기 제1잠열 열교환기 또는 상기 제2잠열 열교환를 통과하는 공기의 풍량을 비례적으로 제어하는 통합 제어 모듈을 포함한 것이 바람직하다.
상기 하이브리드 응축기 또는 상기 하이브리드 브라인 쿨러를 통과하는 풍량을 조절하는 송풍팬이 구비되며,
상기 송풍팬의 회전 속도는 상기 하이브리드 응축기 또는 상기 하이브리드 브라인 쿨러에서 토출되는 냉매의 온도를 기초로 비례적으로 조절되도록 구성된 것이 바람직하다.
상기 제1삼방 밸브는 상기 쿨링 코일과 상기 히팅 코일을 통과하여 실내 공간에 공급되는 공기의 온도를 기초로 비례적으로 냉매의 흐름이 제어되는 것이 바람직하다.
상기 압축기는 상기 증발기에서 토출되는 브라인의 온도에 기초하여 비례적으로 출력이 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템은, 하이브리드 응축기가 제1물분사 노즐에서 분사된 물이 완전 기화된 후 냉매와 열교환됨으로써 냉매와 공기의 열교환 효율을 극대화 시키며, 하이브리드 브라인 쿨러가 제2물분사 노즐에서 분사된 물이 완전 기화된 후 브라인과 열교환 됨으로써 브라인과 공기의 열교환 효율을 극대화 시켜, 냉동 사이클을 형성하는 데 소요되는 에너지를 최소화 할 수 있으며, 상기 하이브리드 응축기와 상기 하이브리드 브라인 쿨러를 선택적으로 사용함으로써, 무더운 여름철과 추운 겨울철은 물로, 봄, 가을과 같은 중절기에도 고효율이 가능한 공기 조화 시스템을 제공할 수 있어서, 에너지 절감을 혁신적으로 이룰 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공기 조화 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 하절기에 쿨링 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 동절기에 쿨링 모드 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 동절기에 히팅 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 항온 및 제습 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 중절기에 쿨링 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공기 조화 시스템의 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 하절기에 쿨링 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 동절기에 쿨링 모드 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 4는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 동절기에 히팅 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 5는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 항온 및 제습 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 6은 도 1에 도시된 공기 조화 시스템이 중절기에 쿨링 모드로 작동하는 경우 냉매와 브라인의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템(10, 이하 "공기 조화 시스템"이라 함)은 대규모로 형성된 실내 공간의 온도와 습도를 일정하게 유지하는 항온항습 시스템을 구성하는 시스템이다.
상기 공기 조화 시스템(10)은 압축기(20)와, 사방밸브(30)와, 하이브리드 응축기(40)와, 히팅 코일(60)과, 제1삼방 밸브(50)와, 리시버 탱크(70)와, 팽창 밸브(80)와, 증발기(90)와, 브라인 순환 펌프(100)와, 제2삼방 밸브(110)와, 하이브리드 브라인 쿨러(120)와, 쿨링 코일(130)과, 제3삼방 밸브(135)를 포함한다.
상기 압축기(20)는 저온 저압의 냉매 가스를 흡입하여 고온 고압의 냉매 가스를 배출하는 장치다. 상기 압축기(20)의 토출구 측 유로에는 유분리기(22)가 구비되어 상기 압축기(20)로부터 토출된 냉매 가스에 포함된 오일을 상기 압축기(20)로 회수한다. 상기 압축기(20)의 유입구 측 유로에는 액분리기(24)가 설치되어 압축기(20)로 유입되는 냉매에 액체가 포함되는 것을 방지한다.
상기 사방밸브(30)는 상기 압축기(20)에서 토출된 냉매의 흐름 방향을 전환한다. 상기 사방밸브(30)는 상기 압축기(20)에 토출된 고온 고압의 냉매를 후술하는 하이브리드 응축기(40) 또는 후술하는 히팅 코일(60) 쪽으로 흐르도록 선택적으로 전환된다.
상기 하이브리드 응축기(40)는 상기 사방밸브(30)로부터 공급된 고온 고압의 냉매 가스와 외부 공기 열원이 열교환 되어 냉매 가스를 액체 상태로 응축시킨다. 상기 하이브리드 응축기(40)는 제1잠열 열교환기(42)를 포함한다. 상기 제1잠열 열교환기(42)는 상기 하이브리드 응축기(40)로 유입되는 공기에 물을 분사하여 완전 기화시킴으로써 상기 하이브리드 응축기(40)에서 열교환되는 공기의 열량을 최대로 효율적으로 사용함으로써 에너지 절감을 극대화 시키는 장치다. 상기 제1잠열 열교환기(42)는 제1물분사 노즐(44)에 의해 분사된 물이 하방으로 흐르면서 완전 기화되도록 하여 물의 증발 잠열을 냉매와 열교환함에 있어서 열교환 효율을 극대화 시킨다. 상기 제1잠열 열교환기(42)는 상기 제1물분사 노즐(44)에서 분사된 물이 하방으로 곡선 경로를 따라 긴 시간 흐르면서 모두 기화되어 하방으로 유출되는 물이 없도록 하는 장치다. 상기 제1물분사 노즐(44)에는 물 가압 펌프(45)에 의해 가압된 물이 공급된다.
상기 제1물분사 노즐(44)의 상류에는 상기 제1물분사 노즐(44)를 통과하는 물의 유량을 비례적으로 제어하는 전자밸브가 설치된다. 상기 제1잠열 열교환기(42)의 하방에는 제1누수 센서(48)가 설치된다. 상기 제1누수 센서(48)는 상기 제1잠열 열교환기(42)의 하방으로 낙하하는 물이 있을 경우 이를 감지하여 상기 제1물분사 노즐(44)의 분사량을 조절하기 위해 설치된 센서이다. 상기 제1누수 센서(48)는 물이 접촉될 경우 저항의 변화에 의해 누수를 감지하는 센서이다. 상기 제1물분사 노즐(44)은 상기 제1누수 센서(48)에 의해 물이 감지된 경우 분사량이 단계적으로 조절된다.
상기 하이브리드 응축기(40)를 통과하는 공기의 풍량을 조절할 수 있도록 송풍팬(46)이 설치된다. 상기 송풍팬(46)은 상기 하이브리드 응축기(40)를 통과하는 공기의 흐름 상 상기 하이브리드 응축기(40)의 하류에 설치된다. 상기 하이브리드 응축기(40)의 냉매 토출 라인 쪽에는 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 제1온도 센서(47)가 설치된다. 상기 제1온도 센서(47)는 상기 송풍팬(46)의 회전 속도를 조절하는 기초 자료가 된다. 상기 송풍팬(46)은 상기 제1온도 센서(47)에 측정된 온도에 의해 속도가 비례적으로 제어됨으로써 상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출되는 냉매의 과냉각도를 조절한다.
상기 히팅 코일(60)은 상기 압축기(20)에 토출된 고온 고압의 냉매 가스가 실내 공간으로 공급되는 공기와 열교환되는 열교환기다. 상기 히팅 코일(60)을 통과한 공기는 가열되어 온도가 상승하며 상대습도가 낮아진다. 즉 상기 히팅 코일(60)은 공기를 가열 및 제습시키는 작용을 수행한다. 상기 히팅 코일(60)은 실내 공간에 공급되는 공기를 가열시키는 장치다. 상기 히팅 코일(60)을 통과한 냉매는 공기와 열교환에 의해 냉각되어 액화된다. 상기 히팅 코일(60)은 실내 공급용 공기가 통과하는 통로 내부에 설치될 수 있다. 상기 히팅 코일(60)은 열교환기다. 상기 히팅 코일(60)을 통과한 냉매는 후술하는 리시버 탱크(70)에 수용되도록 냉매 유로가 구성된다.
상기 제1삼방 밸브(50)는 상기 사방밸브(30)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 제1삼방 밸브(50)는 상기 사방밸브(30)로부터 토출된 냉매를 상기 하이브리드 응축기(40) 또는 상기 히팅 코일(60) 쪽으로 비례적으로 분배하는 역할을 수행한다. 상기 제1삼방 밸브(50)는 후술하는 쿨링 코일(130)과 상기 히팅 코일(60)을 통과하여 실내 공간에 공급되는 공기의 온도를 기초로 비례적으로 개방되도록 냉매의 흐름을 제어한다. 더 구체적으로 상기 제1삼방 밸브(50)는 제1온도 조절기(52)에 의해 미리 설정된 온도보다 낮을 경우 비례적으로 상기 히팅 코일(60)으로 고온 고압의 냉매가 흐르도록 개방된다. 상기 히팅 코일(60)을 통과하여 실내 공간으로 공급되는 공기의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우에 상기 제1삼방 밸브(50)는 상기 히팅 코일(60)로의 냉매의 흐름을 차단한다.
상기 리시버 탱크(70)는 상기 하이브리드 응축기(40)를 통과한 액상의 냉매가 일시적으로 수용되는 저장소다. 상기 리시버 탱크(70)는 액상의 냉매를 저장하며 상기 리시버 탱크(70)에서 토출되는 냉매는 액상만이 되도록 하는 기능을 수행한다.
상기 팽창 밸브(80)는 상기 리시버 탱크(70)로부터 토출된 냉매를 단열팽창시켜 습포화증기로 상변화 시키는 장치다. 상기 리시버 탱크(70)와 상기 팽창 밸브(80)를 연결하는 유로 상에는 드라이어(72)와 사이트 글라스(74)가 설치된다.
상기 증발기(90)는 상기 팽창 밸브(80)에서 토출된 냉매와 액상의 브라인이 열교환되는 장치다. 상기 증발기(90)를 통과한 냉매는 상기 압축기(20)로 회수되어 하나의 냉동 사이클이 완성된다. 상기 증발기(90)로 유입되는 브라인은 항상 액상을 유지한다. 상기 증발기(90)에서 냉매와 브라인은 서로 비혼합 열교환이 이루어진다.
상기 브라인 순환 펌프(100)는 상기 증발기(90)에 액상의 브라인을 압송하는 펌프이다. 상기 브라인 순환 펌프(100)를 통과한 냉매는 제2삼방 밸브(110)를 통과한다.
상기 제2삼방 밸브(110)는 상기 브라인 순환 펌프(100)에서 토출된 브라인의 흐름 방향을 상기 증발기(90) 또는 하이브리드 브라인 쿨러(120)로 흐르도록 선택적으로 제어한다.
상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)는 상기 제2삼방 밸브(110)와 브라인 유로로 연결 된다. 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)는 브라인과 외부 공기 열원과의 열교환이 이루어지는 장치다. 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)를 통과하는 공기의 풍량을 조절할 수 있도록 상기 송풍팬(46)이 설치된다. 상기 송풍팬(46)은 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)를 통과하는 공기의 흐름 상 상기 하이브리드 응축기(40)의 하류에 설치된다. 상기 송풍팬(46)의 회전 속도는 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 토출되는 냉매의 온도를 기초로 비례적으로 조절되도록 구성된다. 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 브라인 토출 라인 쪽에는 토출되는 브라인의 온도를 측정하는 제2온도 센서(127)가 설치된다.
상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)는 제2잠열 열교환기(122)를 포함한다. 상기 제2잠열 열교환기(122)는 제2물분사 노즐(124)에 의해 분사된 물이 하방으로 흐르면서 완전 증기 상태로 상변화 하도록 상기 제2물분사 노즐(124)의 유량과 상기 제2잠열 열교환기(122)를 통과하는 공기의 풍량이 제어되도록 구성된다. 더 구체적으로 상기 제2물분사 노즐(124)의 상류에는 상기 제2물분사 노즐(124)을 통과하는 물의 양을 조절하는 전자밸브가 설치된다. 상기 제2물분사 노즐(124)에 공급되는 물은 상기 물 가압 펌프(45)에 의해 가압되어 압송된다.
상기 제2잠열 열교환기(122)의 하방에는 제2누수 센서(128)가 설치된다. 상기 제2누수 센서(128)는 상기 제2잠열 열교환기(122)로 분사되는 물이 불완전 기화되는 경우 상기 제2물분사 노즐(124)의 물 분사량을 유량을 단계적으로 조절할 수 있도록 마련된 것이다. 상기 제2누수 센서(128)는 상기 제2잠열 열교환기(122)에 분사된 수분이 불완전 기화되어 상기 제2잠열 열교환기(122)의 하방으로 물이 낙하되는 경우 저항의 변화가 발생하여 물의 불완전 기화를 감지한다. 상기 제2누수 센서(128)가 수분을 감지한 경우 상기 제2물분사 노즐(124)에서 분사되는 물이 단계적으로 조절되도록 제어된다.
상기 하이브리드 응축기(40)와 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)를 작용을 통합적으로 제어하기 위한 통합 제어 모듈(200)이 구비된다.
상기 통합 제어 모듈(200)은 상기 제1누수 센서(48), 상기 제2누수 센서(128)와 전기적으로 연결된다. 상기 통합 제어 모듈(200)은 상기 제1잠열 열교환기(42) 및 상기 제2잠열 열교환기(122)로 공급되는 공기의 온도 및 습도 데이터를 기초로 상기 제1물분사 노즐(44) 또는 상기 제2물분사 노즐(124)의 유량을 비례적으로 제어한다. 상기 통합 제어 모듈(200)은 외기 온도 센서(210) 및 외기 습도 센서(220)와 전기적으로 연결된다.
상기 통합 제어 모듈(200)은 상기 제1잠열 열교환기(42) 또는 상기 제2잠열 열교환기(122)를 통과하는 공기의 풍량을 비례적으로 제어한다. 더 구체적으로 상기 통합 제어 모듈(200)은 상기 제1잠열 열교환기(42) 또는 상기 제2잠열 열교환기(122)로 유입되는 외기의 온도와 습도가 미리 설정된 조건에 해당할 경우에만 비례적으로 상기 제1물분사 노즐(44) 또는 상기 제2물분사 노즐(124)에서 물이 분사되도록 한다. 예컨대 외기의 온도가 5℃ 이하거나 외기의 습도가 80% 이상일 경우에는 상기 제1물분사 노즐(44) 또는 상기 제2물분사 노즐(124)에서 물이 분사되지 않도록 제어한다. 또한, 예컨대 상기 통합 제어 모듈(200)은 상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출되는 냉매의 온도 또는 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 토출되는 브라인의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮을 때에는 상기 송풍팬(46)의 작동을 정지시킨다. 상기 통합 제어 모듈(200)은 상기 제1누수 센서(48) 또는 상기 제2누수 센서(128)에서 수분을 감지한 경우 제1물분사 노즐(44) 또는 제2물분사 노즐(124)에서 분사되는 물의 양을 단계적으로 감소시킨다. 또한, 상기 통합 제어 모듈(200)은 실내 공간에 공급되는 공기(SUPPLY Air)의 온도에 기초하여 제1삼방 밸브(50)를 비례적으로 개폐하도록 제어한다. 또한, 상기 통합 제어 모듈(200)은 증발기(90)에서 토출 되는 브라인의 온도에 기초하여 압축기(20)의 가동 출력을 비례적으로 제어하도록 제어한다.
상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 토출된 브라인은 상기 증발기(90)로 유입 된다. 상기 증발기(90)에서 토출된 브라인은 실내 공간에 공급되는 공기를 냉각시키는 쿨링 코일(130)에 유입된다. 상기 쿨링 코일(130)은 실내 공급용 공기가 통과하는 통로 내부에 설치될 수 있다. 상기 쿨링 코일(130)은 열교환기다. 실내 공간으로 공급되는 공기의 흐름 상 상기 쿨링 코일(130)은 상기 히팅 코일(60) 보다 상류 쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 쿨링 코일(130)의 상류 쪽에는 리턴 댐퍼(141)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 리턴 댐퍼(141)와 상기 쿨링 코일(130) 사이에 실내 공간으로 공급되는 공기 중의 이물질을 걸러주는 필터(143)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 히팅 코일(60)의 하류 쪽에는 서플라이 댐퍼(147)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 히팅 코일(60)의 하류 쪽에는 실내 공간으로 공급되는 공기를 이송시키는 블로워(145)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 증발기(90)와 상기 쿨링 코일(130)을 연결하는 브라인 유로는 분기되어 제3삼방 밸브(135)에 연결된다. 상기 제3삼방 밸브(135)는 상기 증발기(90)에서 토출된 브라인이 상기 쿨링 코일(130)을 우회하여 상기 브라인 순환 펌프(100)로 유입되도록 하는 작용을 수행한다. 상기 제3삼방 밸브(135)는 상기 증발기(90)의 브라인 토출구와 상기 쿨링 코일(130)을 연결하는 브라인 유로에서 분기되어 상기 쿨링 코일(130)을 우회하여 상기 브라인 순환 펌프(100)에 연결된 유로의 합류 지점에 설치된다. 상기 제3삼방 밸브(135)는 상기 증발기(90)에서 토출된 브라인의 흐름 방향을 상기 쿨링 코일(130) 또는 상기 브라인 순환 펌프(100)로 향하도록 선택적으로 변화시킨다.
상기 압축기(20)는 상기 증발기(90)에서 토출되는 브라인의 온도에 기초하여 비례적으로 출력이 인버터에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
도면에 표기된 구성 요소 중 별도의 설명이 없는 체크밸브나, 전자밸브 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 자명하게 이해할 수 있는 구성이다.
이하에서는, 본 발명의 작용 효과를 외기의 온도와 습도 환경에 따라 몇 가지로 경우로 분류하여 냉매와 브라인의 흐름을 기준으로 상세하게 서술하기로 한다.
먼저, 상기 공기 조화 시스템(10)이 하절기에 쿨링 모드로 작동하는 경우를 설명한다.
도 2를 참조하면, 상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매 가스는 상기 사방밸브(30)를 a --> c 방향으로 통과하여 상기 하이브리드 응축기(40)에 유입된다. 상기 하이브리드 응축기(40)에서 냉매는 외기와 열교환된다. 이 과정에서 상기 제1잠열 열교환기(42)는 외기와 물의 증발 잠열이 결합되도록 하는 역할을 수행한다. 상기 통합 제어 모듈(200)에 의해 외기의 습도가 80% 보다 낮을 경우에, 상기 제1물분사 노즐(44)에서는 물을 상기 제1잠열 열교환기(42)의 상방에서 하방으로 분사한다. 제1물분사 노즐(44)에서 분사된 물은 상기 제1잠열 열교환기(42)를 상방에서 하방으로 통과하면서 완전히 기화된다. 이에 따라 물의 증발 잠열에 의해 외기의 온도는 더 낮아진 상태로 냉매와 열교환이 이루어진다. 이에 따라 물의 증발 잠열이 냉매와 열교환되는 과정에서 최대로 사용된다. 이에 따라 상기 하이브리드 응축기(40)의 열교환 효율이 극대화된다. 만약 상기 제1잠열 열교환기(42)의 하방에 설치된 제1누수 센서(48)가 수분을 감지한 경우에는 제1물분사 노즐(44)에서 분사된 물이 완전 기화되지 않은 환경이므로 제1물분사 노즐(44)의 물 분사량을 감소시킨다. 또한, 상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출된 냉매의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우에는 상기 통합 제어 모듈에 의해 상기 송풍팬(46)의 회전 속도를 증가시킴으로써 냉매와 공기의 열교환 효율을 향상시켜 냉매의 과냉각도를 조절할 수 있다. 이와 같이 상기 하이브리드 응축기(40)는 냉매와 열교환되는 공기에 물의 증발 잠열을 최대의 효율로 이용할 수 있도록 구성되므로 열교환 효율이 극대화된다. 이에 따라 에너지의 절감 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출된 냉매는 액체 상태로 상변화 되어 리시버 탱크(70)에 일시적으로 수용된다. 상기 리시버 탱크(70)에서 토출된 액상의 냉매는 드라이어(72)와 사이트 글라스(74)를 통과한 후 팽창 밸브(80)에 유입된다. 팽창 밸브(80)에서는 냉매는 단열팽창에 의해 습포화 증기로 상변화 된다. 팽창 밸브(80)에서 토출된 냉매는 증발기(90)에서 증발 열원인 액상의 브라인과 열교환 된다. 이에 따라 증발기(90)를 통과한 냉매는 과열도가 조절되어 압축기(20)로 회수됨으로써 하나의 냉동 사이클이 완성된다. 이 과정에서 액상의 브라인은 브라인 순환 펌프(100)에 의해 압송되어 제2삼방 밸브(110)를 a --> c 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(110)를 통과하는 액상의 브라인은 D 점을 통과하여 증발기(90)에서 냉매와 열교환되어 온도가 낮아진다. 상기 증발기(90)에서 토출된 브라인은 E 점을 지나 쿨링 코일(130)에 유입된다. 쿨링 코일(130)에서 브라인은 실내 공간으로 공급되는 공기와 열교환을 하여 공기의 온도를 낮춘다. 상기 쿨링 코일(130)에서 토출된 브라인은 제3삼방 밸브(135)를 b --> a 방향으로 통과하여 브라인 순환 펌프(100)에 재유입된다. 이와 같은 과정을 거쳐 액상의 브라인은 하나의 브라인 냉각 순환 사이클을 형성한다.
이와 같이 하절기에는 하이브리드 응축기(40)가 냉매를 최대 효율로 냉각시키고, 냉매의 증발 열원으로 액상의 브라인이 사용되며, 그 브라인은 실내 공간에 공급되는 공기를 냉각시켜 쿨링 모드를 구성한다. 이에 따라 실내 공간으로 공급되는 공기는 냉각되어 데이터 센터, 컴퓨터 룸, 반도체 공장 등에 공급됨으로써 열이 발생하는 공간을 냉각시키는 작용을 수행한다. 이 과정에서 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)는 브라인이 공급되지 않아 기능을 수행하지 않는다.
이제, 상기 공기 조화 시스템(10)이 동절기에 쿨링 모드로 작동하는 경우를 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 압축기(20)는 작동하지 않는다. 이 경우 상기 브라인 순환 펌프(100)만 작동한다. 이에 따라 냉매는 기능을 수행하지 않는다. 동절기에는 외기의 온도가 충분히 낮기 때문에 외기 열원만으로 실내 공간의 쿨링이 가능하다. 더 구체적으로 상기 브라인 순환 펌프(100)가 가동되어 액상의 브라인을 압송한다. 상기 브라인 순환 펌프(100)에서 압송된 브라인은 제2삼방 밸브(110)를 a --> b 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(110)를 통과한 브라인은 하이브리드 브라인 쿨러(120)로 유입된다. 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 브라인은 외기와 열교환되어 냉각된다. 이 과정에서 외기의 온도가 5℃ 이하일 경우에는 제2잠열 열교환기(122)에 물이 분사되지 않는다. 외기의 온도가 5℃ 이상일 경우에는 제2물분사 노즐(124)을 통해 물이 제2잠열 열교환기(122)에 분사된다. 또한, 상기 송풍팬(46)이 가동되어 외기가 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)를 통과한다. 제2물분사 노즐(124)에서 분사된 물은 하방으로 흐르면서 완전 기화되어 물의 증발 잠열이 브라인 냉매의 열교환에 사용된다. 이에 따라 물의 증발 잠열을 브라인 냉매와의 열교환에 최대의 효율로 사용될 수 있다. 이에 따라 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 열교환 효율이 향상되어 에너지를 절감할 수 있다. 이 과정에서 제2누수 센서(128)가 수분을 감지할 경우 제2물분사 노즐(124)의 물 분사량은 단계적으로 감소하도록 제어된다. 또한, 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 토출구 측으로 토출되는 브라인의 온도가 미리 설정된 온도 보다 높은 경우에 상기 송풍팬(46)의 회전 속도가 증가되도록 제어된다. 한편, 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 토출구 측으로 토출되는 브라인의 온도가 미리 설정된 온도 보다 낮을 경우에 상기 송풍팬(46)의 가동을 정지하도록 제어될 수 있다.
상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 토출된 냉매는 온도가 낮아져서 D 점을 지나 상기 증발기(90)를 통과하여 E 점을 지나 쿨링 코일(130)에 유입된다. 쿨링 코일(130)에서 브라인은 실내 공간으로 공급되는 공기와 열교환하여 그 공기의 온도를 낮춘다. 그리고 브라인은 제3삼방 밸브(135)를 b --> a 방향으로 통과하여 브라인 순환 펌프(100)에 재유입된다.
이와 같이 동절기에는 냉매의 기능이 정지되고 브라인만 순환하도록 구성함으로써 효과적으로 실내 공간의 공기를 냉각할 수 있다.
이제, 상기 공기 조화 시스템(10)이 동절기에 히팅 모드로 작동하는 경우를 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매 가스는 상기 사방밸브(30)를 a --> b 방향으로 통과하여 제1삼방 밸브(50)를 a --> b 방향으로 통과한다. 상기 제1삼방 밸브(50)를 통과한 고온 고압의 냉매 가스는 히팅 코일(60)에 유입된다. 상기 히팅 코일(60)를 통과하면서 냉매는 실내 공간으로 공급되는 공기와 열교환한다. 이에 따라 공기의 온도는 상승하고 냉매의 온도는 하강한다. 냉매는 액화되어 C 점을 통과하여 리시버 탱크(70)에 수용된다. 상기 리시버 탱크(70)에서 토출된 액상의 냉매는 드라이어(72)와 사이트 글라스(74)를 통과한 후 팽창 밸브(80)에 유입된다. 팽창 밸브(80)에서는 냉매는 단열팽창에 의해 습포화 증기로 상변화 된다. 팽창 밸브(80)에서 토출된 냉매는 증발기(90)에서 증발 열원인 액상의 브라인과 열교환 된다. 이에 따라 증발기(90)를 통과한 냉매는 과열도가 조절된 후 B 점을 통과하여 압축기(20)로 회수됨으로써 하나의 냉동 사이클이 완성된다. 이 과정에서 액상의 브라인은 브라인 순환 펌프(100)에 의해 압송되어 제2삼방 밸브(110)를 a --> b 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(110)를 통과하는 액상의 브라인은 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 외기와 열교환 되어 온도가 낮아진다. 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 토출된 브라인은 D 점을 지나 증발기(90)에서 냉매와 열교환되어 온도가 낮아진 후 E 점을 지나 제3삼방 밸브(135)를 c --> a 방향으로 통과한다. 상기 제3삼방 밸브(135)를 통과한 브라인은 브라인 순환 펌프(100)에 재유입됨으로써 하나의 브라인 순환 사이클을 형성한다.
이와 같이 동절기에는 하이브리드 브라인 쿨러(120)가 브라인을 최대 효율로 냉각시키고, 냉매의 증발 열원으로 액상의 브라인이 사용되며, 압축기(20)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 실내 공간에 공급되는 공기를 가열시켜 히팅 모드를 구성한다. 이에 따라 실내 공간으로 공급되는 공기는 가열되어 데이터 센터, 컴퓨터 룸, 반도체 공장 등에 공급됨으로써 실내 공간을 히팅 시키는 작용을 수행한다. 이 과정에서 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)는 브라인과 공기의 열교환 효율이 극대화될 수 있도록 제2잠열 열교환기(122)에 수분을 분사하여 완전 기화시킴으로써, 물의 증발 잠열을 최대의 효율로 브라인과 열교환에 사용할 수 있다. 이에 따라 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 열교환 효율을 향상시켜 에너지를 절감할 수 있다.
이제, 상기 공기 조화 시스템(10)이 중절기에 항온 및 제습 모드로 작동하는 경우를 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매 가스는 상기 사방밸브(30)를 a --> b 방향으로 통과하여 상기 제1삼방 밸브(50)에 유입된다. 예컨대 실내 공간으로 공급되는 공기의 온도가 24℃ 보다 낮을 때에는 상기 제1온도 조절기(52)에 의해 상기 제1삼방 밸브(50)에서 일부의 냉매는 a --> c 방향으로 통과하여 A 점을 지나 하이브리드 응축기(40)에 유입된다. 상기 하이브리드 응축기(40)에서 냉매는 외기 열원과 열교환이 이루어진다. 이 과정에서 상기 제1잠열 열교환기(42)는 외기와 물의 증발 잠열이 결합 되도록 하는 역할을 수행한다. 상기 통합 제어 모듈(200)에 의해 외기의 습도가 80% 보다 낮을 경우에, 상기 제1물분사 노즐(44)에서는 물을 상기 제1잠열 열교환기(42)의 상방에서 하방으로 분사한다. 제1물분사 노즐(44)에서 분사된 물은 상기 제1잠열 열교환기(42)를 상방에서 하방으로 통과하면서 완전히 기화된다. 이에 따라 물의 증발 잠열에 의해 외기의 온도는 더 낮아진 상태로 냉매와 열교환이 이루어진다. 이에 따라 물의 증발 잠열이 냉매와 열교환되는 과정에서 최대로 사용된다. 이에 따라 상기 하이브리드 응축기(40)의 열교환 효율이 극대화된다. 만약 상기 제1잠열 열교환기(42)의 하방에 설치된 제1누수 센서(48)가 수분을 감지한 경우에는 제1물분사 노즐(44)에서 분사된 물이 완전 기화되지 않은 환경이므로 제1물분사 노즐(44)의 물 분사량을 감소시킨다. 또한, 상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출된 냉매의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우에는 상기 통합 제어 모듈에 의해 상기 송풍팬(46)의 회전 속도를 증가시킴으로써 냉매와 공기의 열교환 효율을 향상시켜 냉매의 과냉각도를 조절할 수 있다. 이와 같이 상기 하이브리드 응축기(40)는 냉매와 열교환되는 공기에 물의 증발 잠열을 최대의 효율로 이용할 수 있도록 구성되므로 열교환 효율이 극대화된다. 이에 따라 에너지의 절감 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출된 냉매는 액체 상태로 상변화 되어 리시버 탱크(70)에 일시적으로 수용된다.
한편, 실내 공간으로 공급되는 공기의 온도가 24℃ 보다 낮을 때에는 상기 제1온도 조절기(52)에 의해 상기 제1삼방 밸브(50)에서 나머지의 냉매는 a --> b 방향으로 통과하여 히팅 코일(60)에 유입된다. 상기 히팅 코일(60)를 통과하면서 냉매는 실내 공간으로 공급되는 공기와 열교환 한다. 이에 따라 공기의 온도는 상승하고 냉매의 온도는 하강한다. 냉매는 액화되어 C 점을 통과하여 리시버 탱크(70)에 합류되어 수용된다.
상기 리시버 탱크(70)에서 토출된 액상의 냉매는 드라이어(72)와 사이트 글라스(74)를 통과한 후 팽창 밸브(80)에 유입된다. 팽창 밸브(80)에서는 냉매는 단열팽창에 의해 습포화 증기로 상변화 된다. 팽창 밸브(80)에서 토출된 냉매는 증발기(90)에서 증발 열원인 액상의 브라인과 열교환 된다. 이에 따라 증발기(90)를 통과한 냉매는 과열도가 조절된 후 B 점을 지나 압축기(20)로 회수됨으로써 하나의 냉동 사이클이 완성된다. 이 과정에서 액상의 브라인은 브라인 순환 펌프(100)에 의해 압송되어 제2삼방 밸브(110)를 a --> c 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(110)를 통과하는 액상의 브라인은 D 점을 지나 증발기(90)에서 냉매와 열교환되어 온도가 낮아진다. 상기 증발기(90)에서 토출된 브라인은 E 점을 지나 쿨링 코일(130)에 유입된다. 쿨링 코일(130)에서 브라인은 실내 공간으로 공급되는 공기와 열교환을 하여 공기의 온도를 낮춤으로써, 공기 중의 습도를 낮출 수 있다. 상기 쿨링 코일(130)에서 토출된 브라인은 제3삼방 밸브(135)를 b --> a 방향으로 통과하여 브라인 순환 펌프(100)에 재유입된다. 이와 같은 과정을 거쳐 액상의 브라인은 하나의 브라인 냉각 순환 사이클을 형성한다.
이와 같이 항온 제습 사이클 작동시에는 압축기(20)에서 토출된 냉매의 일부가 하이브리드 응축기(40)로 유입되어 냉매를 최대 효율로 냉각시키고, 냉매의 증발 열원으로 액상의 브라인이 사용되며, 그 브라인은 실내 공간에 공급되는 공기를 냉각시켜 쿨링 제습 모드를 구성한다. 이와 동시에 상기 압축기(20)에서 토출된 냉매의 나머지는 제1삼방 밸브(50)를 a --> b 방향으로 통과하여 히팅 코일(60)에 유입됨으로써 실내 공간으로 공급되는 공기를 가열시킨다. 이에 따라 실내 공간으로 공급된 후 다시 재가열되어 습도를 낮추는 기능이 수행된다. 이와 같이 결과적으로 실내 공간으로 공급되는 공기는 항온을 유지하고 제습된 공기가 된다. 이 과정에서 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)는 열교환 기능을 수행하지 않는다.
이제, 상기 공기 조화 시스템(10)이 봄, 가을과 같은 중절기에 쿨링 모드로 작동하는 경우를 설명한다.
도 6을 참조하면, 상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매 가스는 상기 사방밸브(30)를 a --> b 방향으로 통과하여 상기 제1삼방 밸브(50)에 유입된다. 상기 제1삼방 밸브(50)에서 냉매는 a --> c 방향으로 통과하여 A 점을 지나 하이브리드 응축기(40)에 유입된다. 상기 하이브리드 응축기(40)에서 냉매는 외기 열원과 열교환이 이루어진다. 이 과정에서 상기 제1잠열 열교환기(42)는 외기와 물의 증발 잠열이 결합 되도록 하는 역할을 수행한다. 상기 통합 제어 모듈(200)에 의해 외기의 습도가 80% 보다 낮을 경우에, 상기 제1물분사 노즐(44)에서는 물을 상기 제1잠열 열교환기(42)의 상방에서 하방으로 분사한다. 제1물분사 노즐(44)에서 분사된 물은 상기 제1잠열 열교환기(42)를 상방에서 하방으로 통과하면서 완전히 기화된다. 이에 따라 물의 증발 잠열에 의해 외기의 온도는 더 낮아진 상태로 냉매와 열교환이 이루어진다. 이에 따라 물의 증발 잠열이 냉매와 열교환되는 과정에서 최대로 사용된다. 이에 따라 상기 하이브리드 응축기(40)의 열교환 효율이 극대화된다. 만약 상기 제1잠열 열교환기(42)의 하방에 설치된 제1누수 센서(48)가 수분을 감지한 경우에는 제1물분사 노즐(44)에서 분사된 물이 완전 기화되지 않은 환경이므로 제1물분사 노즐(44)의 물 분사량을 감소시킨다. 또한, 상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출된 냉매의 온도가 미리 설정된 온도보다 높을 경우에는 상기 통합 제어 모듈에 의해 상기 송풍팬(46)의 회전 속도를 증가시킴으로써 냉매와 공기의 열교환 효율을 향상시켜 냉매의 과냉각도를 조절할 수 있다. 이와 같이 상기 하이브리드 응축기(40)는 냉매와 열교환 되는 공기에 물의 증발 잠열을 최대의 효율로 이용할 수 있도록 구성되므로 열교환 효율이 극대화된다. 이에 따라 에너지의 절감 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 하이브리드 응축기(40)에서 토출된 냉매는 액체 상태로 상변화 되어 리시버 탱크(70)에 일시적으로 수용된다.
상기 리시버 탱크(70)에서 토출된 액상의 냉매는 드라이어(72)와 사이트 글라스(74)를 통과한 후 팽창 밸브(80)에 유입된다. 팽창 밸브(80)에서는 냉매는 단열팽창에 의해 습포화 증기로 상변화 된다. 팽창 밸브(80)에서 토출된 냉매는 증발기(90)에서 증발 열원인 액상의 브라인과 열교환 된다. 이에 따라 증발기(90)를 통과한 냉매는 과열도가 조절된 후 B 점을 지나 압축기(20)로 회수됨으로써 하나의 냉동 사이클이 완성된다.
이 과정에서 액상의 브라인은 브라인 순환 펌프(100)에 의해 압송되어 제2삼방 밸브(110)를 a --> b 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(110)를 통과한 브라인은 하이브리드 브라인 쿨러(120)로 유입된다. 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 브라인은 외기와 열교환되어 냉각된다. 이 과정에서 예컨대 외기의 온도가 5℃ 이하일 경우 또는 외기 습도가 80% 이상일 경우에는 제2잠열 열교환기(122)에 물이 분사되지 않는다. 외기의 온도가 5℃ 이상일 경우에는 제2물분사 노즐(124)을 통해 물이 제2잠열 열교환기(122)에 분사된다. 또한, 상기 송풍팬(46)이 가동되어 외기가 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)를 통과한다. 제2물분사 노즐(124)에서 분사된 물은 하방으로 흐르면서 완전 기화되어 물의 증발 잠열이 브라인 냉매의 열교환에 사용된다. 이에 따라 물의 증발 잠열을 브라인 냉매와의 열교환에 최대의 효율로 사용될 수 있다. 이에 따라 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 열교환 효율이 향상되어 에너지를 절감할 수 있다. 이 과정에서 제2누수 센서(128)가 수분을 감지할 경우 제2물분사 노즐(124)의 물 분사량은 단계적으로 감소하도록 제어된다. 또한, 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 토출구 측으로 토출되는 브라인의 온도가 미리 설정된 온도 보다 높은 경우에 상기 송풍팬(46)의 회전 속도가 증가되도록 제어된다. 한편, 상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)의 토출구 측으로 토출되는 브라인의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮을 경우에 상기 송풍팬(46)의 가동을 정지하도록 제어될 수 있다.
상기 하이브리드 브라인 쿨러(120)에서 토출된 냉매는 온도가 낮아져서 D점을 지나 상기 증발기(90)를 통과하면서 냉매와 열교환 된다. 상기 증발기(90)에서 온도가 낮아진 브라인은 E 점을 지나 쿨링 코일(130)에 유입된다. 쿨링 코일(130)에서 브라인은 실내 공간으로 공급되는 공기와 열교환 하여 그 공기의 온도를 낮춘다. 그리고 브라인은 제3삼방 밸브(135)를 b --> a 방향으로 통과하여 브라인 순환 펌프(100)에 재유입된다.
이와 같이 중절기에 실내 공간에 공급되는 공기를 쿨링하는 쿨링 모드로 작동하는 경우에, 하이브리드 응축기(40)와 하이브리드 브라인 쿨러(120)가 수분의 증발 잠열을 최대로 이용할 수 있도록 작동함으로써 열교환 효율을 극대화하여 에너지의 절감효과를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템은, 하이브리드 응축기가 제1물분사 노즐에서 분사된 물이 완전 기화된 후 냉매와 열교환 됨으로써 냉매와 공기의 열교환 효율을 극대화 시키며, 하이브리드 브라인 쿨러가 제2물분사 노즐에서 분사된 물이 완전 기화된 후 브라인과 열교환 됨으로써 브라인과 공기의 열교환 효율을 극대화 시켜, 냉동 사이클을 형성하는 데 소요되는 에너지를 최소화할 수 있으며, 상기 하이브리드 응축기와 상기 하이브리드 브라인 쿨러를 선택적으로 사용함으로써, 무더운 여름철과 추운 겨울철은 물로, 봄, 가을과 같은 중절기에도 고효율이 가능한 공기 조화 시스템을 제공할 수 있어서, 에너지 절감을 혁신적으로 이룰 수 있는 효과를 제공한다.
이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
10 : 공기 조화 시스템
20 : 압축기
22 : 유분리기
24 : 액분리기
30 : 사방밸브
40 : 하이브리드 응축기
42 : 제1잠열 열교환기
44 : 제1물분사 노즐
45 : 물 가압 펌프
46 : 송풍팬
47 : 제1온도 센서
48 : 제1누수 센서
50 : 제1삼방 밸브
52 : 제1온도 조절기
60 : 히팅 코일
70 : 리시버 탱크
72 : 드라이어
74 : 사이트 글라스
80 : 팽창 밸브
90 : 증발기
100 : 브라인 순환 펌프
110 : 제2삼방 밸브
120 : 하이브리드 브라인 쿨러
122 : 제2잠열 열교환기
124 : 제2물분사 노즐
127 : 제2온도 센서
128 : 제2누수 센서
130 : 쿨링 코일
135 : 제3삼방 밸브
141 : 리턴 댐퍼
143 : 필터
145 : 블로워
147 : 서플라이 댐퍼
200 : 통합 제어 모듈
210 : 외기 온도 센서
220 : 외기 습도 센서

Claims (5)

  1. 저온 저압의 냉매 가스를 흡입하여 고온 고압의 냉매 가스를 배출하는 압축기;
    상기 압축기로부터 토출된 냉매의 흐름을 전환하는 사방밸브;
    상기 사방밸브로부터 공급된 고온 고압의 냉매 가스와 외부 공기 열원이 열교환되어 냉매 가스를 액체 상태로 응축시키는 하이브리드 응축기;
    상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며, 상기 사방 밸브로부터 토출된 냉매를 상기 하이브리드 응축기 또는 실내 공간에 공급되는 공기를 가열시키는 히팅 코일 쪽으로 비례적으로 분배하는 제1삼방 밸브;
    상기 하이브리드 응축기를 통과한 액상의 냉매가 일시적으로 수용되는 리시버 탱크;
    상기 리시버 탱크로부터 토출된 냉매가 단열팽창하여 습포화증기로 상변화하는 팽창 밸브;
    상기 팽창 밸브에서 토출된 냉매와 액상의 브라인이 열교환되는 증발기;
    상기 증발기에 액상의 브라인을 압송하는 브라인 순환 펌프;
    상기 브라인 순환 펌프에서 토출된 브라인의 흐름 방향을 상기 증발기 또는 하이브리드 브라인 쿨러로 흐르도록 선택적으로 제어하는 제2삼방 밸브; 및
    상기 제2삼방 밸브와 브라인 유로로 연결되며 브라인과 외부 공기 열원과의 열교환이 이루어지는 상기 하이브리드 브라인 쿨러;를 구비하며,
    상기 하이브리드 브라인 쿨러에서 토출된 브라인은 상기 증발기로 유입되며,
    상기 증발기에서 토출된 브라인은 실내 공간에 공급되는 공기를 냉각시키는 쿨링 코일에 유입되며,
    상기 증발기의 브라인 토출구와 상기 쿨링 코일을 연결하는 유로에서 분기되어 상기 쿨링 코일을 우회하여 상기 브라인 순환 펌프에 연결된 유로의 합류 지점에 설치되어 브라인의 흐름 방향을 선택적으로 변화시키는 제3삼방 밸브;를 포함하며,
    상기 하이브리드 응축기는 제1잠열 열교환기를 포함하며, 상기 제1잠열 열교환기에는 제1물분사 노즐에 의해 분사된 물이 하방으로 흐르면서 완전 증기 상태로 상변화하도록 상기 제1물분사 노즐의 유량과 상기 제1잠열 열교환기를 통과하는 공기의 풍량이 제어되도록 구성되며,
    상기 하이브리드 브라인 쿨러는 제2잠열 열교환기를 포함하며, 상기 제2잠열 열교환기에는 제2물분사 노즐에 의해 분사된 물이 하방으로 흐르면서 완전 증기 상태로 상변화하도록 상기 제2물분사 노즐의 유량과 상기 제2잠열 열교환기를 통과하는 공기의 풍량이 제어되도록 구성되며,
    상기 제1잠열 열교환기의 하방에는 각각 상기 제1잠열 열교환기로 분사되는 물이 불완전 기화되는 경우 상기 제1물분사 노즐의 물 분사량을 유량을 단계적으로 조절할 수 있도록 제1누수센서가 설치되며,
    상기 제2잠열 열교환기의 하방에는 각각 상기 제2잠열 열교환기로 분사되는 물이 불완전 기화되는 경우 상기 제2물분사 노즐의 물 분사량을 유량을 단계적으로 조절할 수 있도록 제2누수센서가 설치되며,
    상기 제1물분사 노즐 및 상기 제2물분사 노즐에 물을 강제로 압송하는 물 가압 펌프;를 구비하며,
    상기 제1누수 센서, 상기 제2누수 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 제1잠열 열교환기 및 상기 제2잠열 열교환기로 공급되는 공기의 온도 및 습도 데이터를 기초로 상기 제1물분사 노즐 또는 상기 제2물분사 노즐의 유량을 비례적으로 제어하며, 상기 제1잠열 열교환기 또는 상기 제2잠열 열교환를 통과하는 공기의 풍량을 비례적으로 제어하는 통합 제어 모듈을 포함한 것을 특징으로 하는 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 응축기 또는 상기 하이브리드 브라인 쿨러를 통과하는 풍량을 조절하는 송풍팬이 구비되며,
    상기 송풍팬의 회전 속도는 상기 하이브리드 응축기 또는 상기 하이브리드 브라인 쿨러에서 토출되는 냉매의 온도를 기초로 비례적으로 조절되도록 구성된 것을 특징으로 하는 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템.
  4. 제1항에 있어서
    상기 제1삼방 밸브는 상기 쿨링 코일과 상기 히팅 코일을 통과하여 실내 공간에 공급되는 공기의 온도를 기초로 비례적으로 냉매의 흐름이 제어되는 것을 특징으로 하는 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 증발기에서 토출되는 브라인의 온도에 기초하여 비례적으로 출력이 제어되는 것을 특징으로 하는 사계절용 하이브리드 증발 잠열 멀티형 공기 조화 시스템.
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