KR102239638B1 - 직렬형 히트펌프를 이용한 수영장용 제습공조기 및 그 제어방법 - Google Patents

직렬형 히트펌프를 이용한 수영장용 제습공조기 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수영장 내부를 항상 적절한 습도 및 온도로 유지하기 위하여 공기를 재순환시켜 수영장으로 공급하는 수영장용 제습공조기에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 수영장의 습도 및 온도를 동시에 제어하기 위한 수영장용 제습공조기에 있어서, 상기 수영장의 공기가 흡입되는 흡기구 및 상기 수영장으로 공기를 공급하는 공급구가 형성된 하우징; 상기 흡기구로 흡입되는 고온다습한 공기와 냉매관을 통하여 이동하는 냉매와의 열교환을 통해 상기 공기의 온도를 떨어뜨림으로써 습도를 낮추는 증발기; 냉매를 고온 및 고압상태로 만드는 압축기; 상기 압축기에 의해 토출된 냉매가 분기되는 복수의 분기부; 상기 복수의 분기부 중 제1분기부가 연결되며, 상기 증발기를 통과한 공기를 열교환을 통해 고온상태로 만드는 응축기; 상기 응축기를 통과한 공기를 상기 공급구를 통해 상기 수영장으로 공급하는 공급팬; 상기 응축기 및 증발기 사이에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 저온 및 저압상태로 만드는 팽창밸브 및 상기 압축기 및 분기부를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 하우징 내부로 흡입되는 공기는 상기 증발기, 응축기 및 공급팬을 순차적으로 통과하여 상기 수영장으로 배출되는 것을 특징으로 하는 수영장용 제습공조기를 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면 자동으로 수영장 내부의 습도 및 온도를 최적의 상태로 유지할 수 있어 건물의 부식을 방지할 수 있고, 쾌적한 환경을 유지할 수 있다.

Description

직렬형 히트펌프를 이용한 수영장용 제습공조기 및 그 제어방법{Dehumidification air conditioner for swimming pool using series heat pump and control method using the same}
본 발명은 직렬형 히트펌프를 이용한 수영장용 제습공조기 및 그 제어방법에 관한 것이며, 구체적으로 수영장 내부를 항상 적절한 습도 및 온도로 유지하기 위하여 공기를 재순환시켜 수영장으로 공급하는 직렬형 히트펌프를 이용한 수영장용 제습공조기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
수영장 내부는 그 특성상 습도가 높은 환경에 노출이 되어 있고 항상 일정 온도를 유지해야될 필요성이 있으므로 수영장 내부환경을 정밀하게 컨트롤할 수 있는 시스템이 필요하다.
이러한 컨트롤이 제대로 되지 않을 경우, 높은 습도로 인하여 박테리아, 곰팡이, 바이러스의 증가와 공기의 질을 감소시키는 결과를 가져올 수 있고 인체에 해를 줄 수 있다. 또한, 높은 상대습도는 건물을 부식시키고 구조물이 파괴되는 원인이 될 수 있으며, 벽에 생기는 결로는 많은 건물자재의 질을 떨어뜨린다. 나아가 최악의 경우 구조물에 생기는 결로로 인한 부식으로 지붕이 무너져 내릴 수도 있다.
현재 이러한 문제를 해결하기 위하여 수영장에서 제습기 및 공기조화기를 사용하고 있으나, 대부분 수영장 전용으로 설계된 제습기 및 공기조화기가 아니라 수영장의 환경에 맞게 정밀한 컨트롤이 불가능하고 대충 사용자의 느낌에 따라 설비가 운용되고 있다.
또한, 등록특허 제10-2110874호에 의하면 실내에서 외부로 배기되는 공기의 열인 배기열을 히트펌프를 통해 회수하여 원수를 가열하기 위한 장치가 있으나, 가열과정에서 에너지 소비가 너무 심하여 비용이 과도하게 지출되고 에너지 낭비로 인한 환경적인 문제를 야기하기도 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수영장 내부의 습도 및 온도를 항상 자동으로 일정하게 유지할 수 있고 에너지 소비를 최소화할 수 있는 수영장용 제습공조기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 수영장용 제습공조기를 제어할 때 냉매에 의한 충격을 감소시켜 내구성을 향상시킬 수 있는 수영장용 제습공조기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수영장의 습도 및 온도를 동시에 제어하기 위한 수영장용 제습공조기에 있어서, 상기 수영장의 공기가 흡입되는 흡기구 및 상기 수영장으로 공기를 공급하는 공급구가 형성된 하우징; 상기 흡기구로 흡입되는 고온다습한 공기와 냉매관을 통하여 이동하는 냉매와의 열교환을 통해 상기 공기의 온도를 떨어뜨림으로써 습도를 낮추는 증발기; 냉매를 고온 및 고압상태로 만드는 압축기; 상기 압축기에 의해 토출된 냉매가 분기되는 복수의 분기부; 상기 복수의 분기부 중 제1분기부가 연결되며, 상기 증발기를 통과한 공기를 열교환을 통해 고온상태로 만드는 응축기; 상기 응축기를 통과한 공기를 상기 공급구를 통해 상기 수영장으로 공급하는 공급팬; 상기 응축기 및 증발기 사이에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 저온 및 저압상태로 만드는 팽창밸브 및 상기 압축기 및 분기부를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 하우징 내부로 흡입되는 공기는 상기 증발기, 응축기 및 공급팬을 순차적으로 통과하여 상기 수영장으로 배출되는 것을 특징으로 하는 수영장용 제습공조기를 제공한다.
상기 분기부는 수영장물가열부와의 열교환을 통해 상기 수영장물을 가열하는 제2분기부 및 외부공기순환부와의 열교환을 하는 제3분기부를 더 포함할 수 있다.
상기 분기부는 응축기를 통과한 제1분기부, 수영장물가열부를 통과한 제2분기부 및 외부공기순환부를 통과한 제3분기부에 각각 냉매를 단속하는 제1제어밸브, 제2제어밸브 및 제3제어밸브가 구비되는 것이 바람직하다.
분기부는 상기 압축기를 통과한 고온고압의 냉매가 바로 이송되는 제4분기부 및 상기 제1분기부 및 제3분기부가 합쳐져서 형성되는 제5분기부를 포함하고, 상기 제4분기부 및 제5분기부는 비교압력제어부에 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 자동으로 수영장 내부의 습도 및 온도를 최적의 상태로 유지할 수 있어 건물의 부식을 방지할 수 있고, 쾌적한 환경을 유지할 수 있다.
또한, 에너지 소비를 최소화할 수 있어 비용을 저감시키고 환경문제를 개선할 수 있다.
그리고, 소음을 줄이고 부품의 내구성을 향상시켜 유지비용을 절감할 수 있게 해준다.
도 1은 본 발명에 의한 수영장용제습공조기의 냉매관의 구조를 나타낸 구조도;
도 2는 본 발명에 의한 수영장용제습공조기의 측면 구조를 나타내는 구조도;
도 3은 수영장물가열부의 구조를 나타낸 구조도;
도 4는 도 3에서 열교환이 되는 동축관의 구조를 나타내는 구조도.
본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 수영장용 제습공조기는 하우징(100), 흡기팬(210), 배기팬(230), 증발기(110), 압축기(120), 응축기(130), 저장부(400), 팽창밸브(150), 분기부(310, 320, 330, 340), 공급팬(220)을 포함하여 구성된다.
상기 하우징(100)은 외관을 형성하며, 각종 부품이 실장되는 곳으로서 수영장의 외부 또는 내부에 설치될 수 있다. 수영장 내부 공기는 상기 하우징(100)으로 흡입되어 다시 수영장으로 공급되는 순환 구조로 되어 있다.
상기 하우징(100)에는 실내수영장의 공기가 흡입되는 흡기구 및 상기 실내수영장으로 공기를 공급하는 배기구, 공급구가 형성되며, 상기 흡기구, 배기구 및 공급구에는 각각 흡기팬(210), 배기팬(230) 및 공급팬(220)이 구비되어 있다.
도 2를 참조하면, 흡기팬을 통해 하우징 내부로 들어온 공기 중 일부는 배기팬(230)을 통하여 수영장 외부로 빠져 나가고, 나머지는 증발기 방향으로 들어간다. 제어부에서는 배기팬(230)을 제어하여 곧바로 빠져나가는 공기의 양을 제어하며, 상기 배기팬(230)을 통해 빠져나가는 공기는 흡기구를 통해 들어온 공기의 0~30%로 제어되는 것이 바람직하다.
한편, 제어부에서는 증발기와 응축기 사이에 구비되는 제2흡입팬(240)을 통해 수영장 외부의 공기를 하우징 내부로 투입시킨다. 이렇게 함으로써 신선한 공기를 유지할 수 있으며, 제어부에서는 배기팬(230) 및 제2흡입팬(240)을 연동하여 제어함으로써 공기순환을 원활하게 할 수 있다.
즉, 제어부에서는 수영장 내부에 설치되는 공기질센서에 의해 실내의 CO2량이 설정치보다 높은 경우 배기팬(230) 및 제2흡입팬(240)을 구동시켜 일부의 공기를 수영장 외부로 배출시킴과 동시에 수영장 외부의 공기를 하우징 내부로 들여온다. 상기 공기질센서는 온도,습도,이산화탄소,유기화합물 및 미세먼지를 측정할 수 있는 센서로 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 수영장 내부의 공기를 급격하게 냉방 또는 난방시켜야할 필요가 있을 경우에 제어부에서는 배기팬(230) 및 제2흡입팬(240)을 닫고 흡입구를 통해 투입되는 공기를 전부 증발기 방향으로 보내게 된다.
상기 증발기(110)는 하우징(100)의 흡기팬(210) 부근에 설치되어 상기 하우징(100)으로 흡입된 공기가 증발기(110)를 통과하게 된다.
상기 압축기(120), 응축기(130), 팽창밸브(150) 및 증발기(110)는 냉매관(300)으로 연결되어 있으며, 상기 냉매관(300) 내부에는 기화 및 액화가 비교적 용이한 프레온가스와 같은 냉매가 들어 있다.
상기 증발기(110)에서는 저온,저압의 냉매가 지나가기 때문에 상기 흡기팬(210)을 통해 흡입된 수영장 내부의 공기는 상기 증발기(110)를 통과하면서 급격하게 온도가 낮아져 공기 중에 있던 수증기가 응결되어 액화상태로 된다. 이렇게 하여 상기 증발기(110)를 통과한 공기는 습도가 낮아지게 되며, 액화상태로 된 수증기는 다시 수영장으로 보내지거나 외부로 배출된다.
상기 압축기(120)는 작은 용량부터 큰 용량까지 각각 용량이 다른 복수 개의 압축기가 사용될 수 있으며, 각각의 압축기는 실내부하의 변동에 따라 제어될 수 있다. 온도, 습도의 실내 부하가 적을 경우 작은 용량의 압축기를 사용하게 되며, 온도, 습도의 실내부하가 클 경우 큰 용량의 압축기를 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 제어부에서는 3단계로 부하 설정치가 구획되어 있으며, 실내부하가 1단계 설정치보다 작을 경우 작은 용량의 압축기만 가동시키고, 실내부하가 1단계 설정치 이상 2단계 설정치 미만인 경우 작은 용량의 압축기를 정시시킴과 동시에 큰 용량의 압축기를 가동시키며, 실내부하가 2단계 설정치 이상인 경우 작은 용량과 큰 용량의 압축기를 모두 가동시킨다.
상기 압축기(120)를 통과한 냉매는 고온고압의 가스 상태가 되며, 분기부를 거치며 각 분기관으로 분배되어 이동한다.
구체적으로, 상기 분기부는 재열 및 난방기능을 하는 제1분기부(310), 풀워터를 가열하는 제2분기부(320), 냉방을 위한 제3분기부(330), 고온고압의 가스 바이패스를 위한 제4분기부(340)를 포함하며, 각 분기부는 압축기 출구에 연결된 냉매관으로부터 병렬적으로 분기되어 형성된다.
상기 제1분기부(310)는 응축기(130)로 연결되며, 응축기(130)에서는 상기 증발기(110)를 통과한 공기를 열교환을 통해 고온상태로 만들 수 있다. 이렇게 응축기를 통과하여 고온으로 가열된 공기는 공급팬(220)을 통하여 수영장 실내로 공급될 수 있으며, 수영장의 온도를 높여주는 역할을 한다.
상기 제2분기부(320)는 수영장물가열부(500)로 연결되며, 수영장물가열부(500)에서는 수영장물을 고온고압의 냉매와 열교환시킴으로써 수영장물을 가열할 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 수영장물가열부(500)는 제2분기부(320)를 통해 고온의 냉매가 들어오며, 이와 함께 수영장물관(520)을 통해 수영장물이 들어올 수 있다. 상기 수영장물가열부(500)는 도 4와 같이 동축관과 같은 형태로 구비될 수 있으며, 내부는 냉매가 흐르고, 그 주변으로 수영장물이 흐를 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 수영장물가열부(500)는 나선형으로 여러번 회전된 형태로 구비되어 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
상기 제3분기부(330)는 외부공기순환부(600)로 연결되며, 상기 외부공기순환부(600)에서는 수영장 외부공기와의 열교환을 통해 고온고압의 가스 냉매가 고온고압의 액체 냉매로 변환된다.
상기 제4분기부(340)는 압축기를 통과한 냉매가 곧바로 비교압력제어부(350)로 연결되어 형성된다. 이것은 응축기의 압력을 조정하기 위한 것이다.
구체적으로, 상기 제1분기부(310) 및 제3분기부(330)는 다시 합쳐져서 제5분기부(360)를 형성하게 되며, 상기 제5분기부(360)는 비교압력제어부(350)로 연결된다.
즉, 상기 비교압력제어부(350)는 제1입력단에 상기 제4분기부(340)가 연결되며, 제2입력단에 제5분기부(360)가 연결된다. 또한, 출력단을 통해 비교압력출력부(370)가 연결되며, 비교압력출력부(370)는 제4분기부(340) 및 제5분기부(360)의 압력을 비교하여 압력이 큰 쪽의 냉매가 유출되도록 구비된다. 상기 비교압력출력부(370)는 LAC, ORI, ORD밸브 등이 사용될 수 있다.
이렇게 연결된 상태에서 제4분기부(340) 및 제5분기부(360)의 압력에 따라 어느 한 쪽의 냉매가 송출되며, 송출된 냉매는 저장부(400)에 일시적으로 저장될 수 있다.
한편, 제2분기부(320)에 의한 냉매는 수영장물가열부(500)를 거쳐 비교압력출력부(370)와 합쳐진 후 저장부(400)에 저장될 수 있다. 저장부(400)에 일시적으로 저장된 냉매는 압력조절밸브(380) 및 팽창밸브(150)를 거쳐 저온저압의 냉매로 되어 증발기(110)로 들어간다.
본 실시예에서, 제1분기부(310)에서는 응축기(130)를 통과한 부분에 제1제어밸브(315)가 구비되며, 제2분기부(320)에서 수영장물가열부(500)를 통과한 부분에 제2제어밸브(325)가 구비되고, 제3분기부(330)에서 외부공기순환부(600)를 통과한 부분에 제3제어벨브(335)가 구비된다.
제어부에서는 압축기(120) 및 분기부를 비롯한 각종 부품들을 제어하며, 상황에 따라 상기 제1제어밸브(315), 제2제어밸브(325) 및 제3제어밸브(335)를 제어하여 수영장 내부의 습도 및 온도를 적절하게 유지한다.
수영장은 항상 적정 온도 및 습도를 유지해야 하는데 온도는 28℃~29℃가 적당하고, 습도는 50%~60%가 적당하다. 상기 제어부는 온도와 습도, 이슬점온도에 관한 그래프의 데이터값이 저장되어 있으며, 사용자로부터 최적의 온도와 습도에 관한 설정값을 입력받는다. 예를 들어, 수영장의 설정값으로 기준온도 28℃, 기준습도 60%로 설정할 수 있다.
제어부에서는 수영장 내부의 온도센서를 기초로 하여 수영장 내부의 온도가 기준온도보다 설정치 이하로 떨어졌을 경우에는 제1제어밸브를 개방하고, 제3제어밸브를 닫는다. 반대로, 수영장 내부의 온도가 기준온도보다 설정치 이상으로 올라갔을 경우에는 제1제어밸브를 닫고, 제3제어밸브를 개방한다.
또한, 수온센서를 기초로 하여 수영장물의 온도가 기준온도보다 설정치 이하로 떨어졌을 경우에는 제2제어밸브를 개방하고 제1제어밸브 및 제3제어밸브를 모두 닫는다.
본 실시예에서 압축기에서 송출되는 냉매는 응축기(310), 수영장물가열부(500) 및 외부공기순환부(600)를 통과하게 되고, 이후 냉매가 액체상태로 된 상태에서 제1제어밸브, 제2제어밸브, 제3제어밸브에 의해 개폐가 되므로 밸브의 개폐로 인한 충격 및 소음이 감소하여 내구성이 향상되고 안정적인 운영이 가능해 진다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 하우징 110 : 증발기
120 : 압축기 130 : 응축기
150 : 팽창밸브 210 : 흡기팬
220 : 공급팬 230 : 배기팬
300 : 냉매관 310 : 제1분기부
320 : 제2분기부 330 ; 제3분기부
340 : 제4분기부 350 : 비교압력제어부
360 : 제5분기부 400 : 저장부

Claims (4)

  1. 수영장의 습도 및 온도를 동시에 제어하기 위한 수영장용 제습공조기에 있어서,
    상기 수영장의 공기가 흡입되는 흡기구 및 상기 수영장으로 공기를 공급하는 공급구가 형성된 하우징;
    상기 흡기구로 흡입되는 고온다습한 공기와 냉매관을 통하여 이동하는 냉매와의 열교환을 통해 상기 공기의 온도를 떨어뜨림으로써 습도를 낮추는 증발기;
    냉매를 고온 및 고압상태로 만드는 압축기;
    상기 압축기에 의해 토출된 냉매가 분기되는 복수의 분기부;
    상기 복수의 분기부 중 제1분기부가 연결되며, 상기 증발기를 통과한 공기를 열교환을 통해 고온상태로 만드는 응축기;
    상기 응축기를 통과한 공기를 상기 공급구를 통해 상기 수영장으로 공급하는 공급팬;
    상기 응축기 및 증발기 사이에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 저온 및 저압상태로 만드는 팽창밸브 및
    상기 압축기 및 분기부를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되며,
    상기 하우징 내부로 흡입되는 공기는 상기 증발기, 응축기 및 공급팬을 통과하여 수영장으로 배출되며,
    상기 분기부는 응축기를 통과하는 제1분기부, 외부공기순환부를 통과하는 제3분기부, 상기 압축기를 통과한 냉매가 바로 이송되는 제4분기부 및 상기 제1분기부 및 제3분기부가 합쳐져서 형성되는 제5분기부를 포함하고, 상기 제4분기부 및 제5분기부는 비교압력제어부에 연결되어 압력이 큰 쪽의 냉매가 유출되는 것을 특징으로 하는 수영장용 제습공조기.
  2. 수영장의 습도 및 온도를 동시에 제어하기 위한 수영장용 제습공조기에 있어서,
    상기 수영장의 공기가 흡입되는 흡기구 및 상기 수영장으로 공기를 공급하는 공급구가 형성된 하우징;
    상기 흡기구로 흡입되는 고온다습한 공기와 냉매관을 통하여 이동하는 냉매와의 열교환을 통해 상기 공기의 온도를 떨어뜨림으로써 습도를 낮추는 증발기;
    냉매를 고온 및 고압상태로 만드는 압축기;
    상기 압축기에 의해 토출된 냉매가 분기되는 복수의 분기부;
    상기 복수의 분기부 중 제1분기부가 연결되며, 상기 증발기를 통과한 공기를 열교환을 통해 고온상태로 만드는 응축기;
    상기 응축기를 통과한 공기를 상기 공급구를 통해 상기 수영장으로 공급하는 공급팬;
    상기 응축기 및 증발기 사이에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 저온 및 저압상태로 만드는 팽창밸브 및
    상기 압축기 및 분기부를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되며,
    상기 하우징 내부로 흡입되는 공기는 상기 증발기, 응축기 및 공급팬을 통과하여 수영장으로 배출되며,
    상기 분기부는 응축기를 통과하는 제1분기부, 외부공기순환부를 통과하는 제3분기부를 포함하고,
    냉매가 응축기를 통과한 부분의 제1분기부에 냉매를 단속하는 제1제어밸브가 구비되고, 냉매가 외부공기순환부를 통과한 부분의 제3분기부에 냉매를 단속하는 제3제어밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 수영장용 제습공조기.
  3. 삭제
  4. 삭제
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