KR102367671B1 - 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템 - Google Patents

압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것으로서, 고온다습한 압축된 흡입공기를 인입시켜 유동시키고, 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 전달받아 흡입공기의 열 에너지를 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성하는 에어 플로우 유닛; 에어 플로우 유닛으로부터 고온다습한 흡입공기를 제공받아, 흡입공기를 냉각시켜 냉각공기를 형성하여 에어 플로우 유닛으로 전달하고, 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출시키는 트랜지션 유닛; 일측이 트랜지션 유닛에 제공되어, 흡입공기를 냉각과 응축시키는 콘덴싱 유닛; 및 에어 플로우 유닛의 흡입공기의 인입을 제어하고, 콘덴싱 유닛으로부터 흡입공기의 냉각과 응축을 관장하는 동력을 제공하는 콘트롤 유닛을 포함하는 기술적 사상을 개시한다.

Description

압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템{air conditioning system through cooling and dehumidification of compressed air}
본 발명은 압축공기의 냉각과 제습을 하는 장치에 관한 것으로서, 고온다습한 압축된 흡입공기를 인입시키고, 냉각과 응축의 과정을 거쳐 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 형성하며, 흡입공기의 열 에너지를 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성할 수 있도록 하는 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 기술분야이다.
압축공기(compressed air)는 압축기 등으로 압력을 가해 부피를 축소시켜 고압으로 만든 공기를 말한다. 압축공기는 고압의 공기가 저압으로 될 때의 힘을 이용하여 여러가지 일을 하게 되는데 산소 보급용, 물질 수송용, 공기 분리용, 화학 공업용 등 다방면에서 이용되고 있다.
구체적인 사용 예로써(압력은 대기압을 기준으로 하는 게이지압력으로 나타낸다) 0.1kgf/㎠(9.8kPa) 이하로 압력이 낮은 압축공기는 공기조절용으로 실내환기나 냉각탑 또는 터널내 송풍용과 배풍용 빛 쓰레기 소각로용으로 사용된다. 그보다 조금 압력이 높은 것으로 화력발전 플랜트에서 연료의 연소용 공기 또는 하수로의 폭기용공기공급 등이 있고 분체수송에는 비교적 저압인 공기의 흐름이 이용된다. 1~7.5kgf/㎠ 정도의 고압압축공기는 제철·제강용의 고로에서 선철을 만들 때 사용되는 외에 공기에서 산소와 질소를 분리생성하는 공기분리장치 등에서 이용된다. 또 풍동 등에서는 0.01~20×10kgf/㎠의 광범위한 압축공기가 사용된다. 압축공기기계의 예로서는 구멍 뚫는 가공을 하는 공기드릴, 피스톤의 충격력에 의해 대갈못을 치는 일을 하는 공기 리베터, 공기 해머, 볼트·너트 등의 착탈작업에 쓰는 공기렌치 등이 있으며 모두 6~7kgf/㎠ 정도의 압축공기로 구동된다. 광산·터널공사용의 착암기도 같은 정도의 압력의 압축공기를 이용하고 있다. 차량용 공기기계로서는 공기 브레이크와 도어 엔진이 있다.
압축기에서 만들어진 압축공기 중에는 대기 중의 수분과 먼지, 공해 물질, 압축기의 윤활유 등 각종 불순물이 농축된 채 섞여 있기 때문에, 그 상태로 사용하게 되면 압축공기 시스템의 각 요소에 중대한 해를 입힐 가능성이 높다. 또한, 압축공기 속의 수분은 파이프 라인의 내부를 부식시키고, 먼지나 윤활유 등은 각종 기기의 공기 통로를 막는 불순물을 형성하여 밸브 고착, 계기 막힘 또는 공압 기기의 오작동을 일으키는 원인이 될 수도 있다. 그 밖에도 에어 모터나 에어 툴의 용량과 효율을 떨어뜨리거나 나아가 생산 제품의 품질 저하와 불량 발생을 일으킬 수도 있다.
다양한 산업 분야에서 사용되는 압축공기 시스템을 위해서 압축공기 속의 수분을 제거하는 장치의 설치가 필수적이며, 이는 제품 불량 방지, 품질과 생산성 향상, 생산 설비의 수명 연장에 도움이 된다.
압축공기의 수분제거를 위해서 사용하는 에어 드라이어는 흡착식 에어 드라이어와 냉동식 에어 드라이어로 나눌 수 있다.
흡착식 에어드라이어는 물분자와 흡착제 사이에 작용하는 반데르발스힘을 이용하여 흡착제 표면의 무수히 많은 기공 속으로 물분자를 끌어당겨 흡착하여 수분을 제거하며, 냉동식 에어 드라이어는 압축공기를 직접 냉각하여 온도를 낮춰 수분을 응축시켜서 제습하게된다.
냉동식 에어 드라이어는 다시 응축 방식에 의해서 공랭식 드라이어와 수랭식 드라이어로 분류할 수 있으며, 공랭식 드라이어는 압축공기 냉각을 위해 필요한 냉매의 응축과정을 팬을 이용하여 주변의 공기를 강제 대류시킴으로 응축기 내부의 냉매온도를 하강시켜 냉매를 응축하는 방식(에어컨 실외기와 같은 기능)이고, 수랭식 드라이어는 주변의 공기 대신 외부로부터 공급된 냉각수를 이용하여 응축기 내부의 냉매온도를 하강시켜 냉매를 응축하는 방식(주변 공기의 상태에 영향을 받지 않으므로 냉매의 응축이 원활하여 시스템이 좀더 안정적이다.
이와 관련된 선행 특허문헌의 예로서 “냉각단계 중 압축습공기 냉각 후 제습탱크로 순환시키는 압축공기 건조방법 및 장치” (등록번호 제10-1509152호, 이하 특허문헌1이라 한다.)”이 존재한다.
특허문헌1에 따른 발명의 경우, 압축공기에 포함된 수분을 흡착제(제습제)를 이용하여 수분을 제거시키는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것으로서, 에너지를 절감할 수 있는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것이다. 특허문헌1에 따른 발명은 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법은 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 하나의 탱크에 습한 압축공기를 통과시켜 건조된 압축공기로 건조시키는 제습단계; 제습단계가 수행되는 동안 제습제가 충전된 다른 탱크에 블로우어와 히터를 이용하여 외부 공기를 가열한 후 통과시켜 제습제를 재생시키는 가열단계; 가열단계를 거친 후 블로우어에서 공급되는 외부공기를 쿨러로 냉각시킨 후 냉각된 외부공기를 가열단계를 거친 탱크에 통과시켜 냉각시키는 1차 냉각단계; 제습단계를 수행하는 탱크에 공급되던 습한 압축공기 유로를 전환하여 1차 냉각단계를 거친 탱크에 습한 압축공기(WA)를 공급하여 냉각 배출시키고, 배출된 습한 압축공기(WA)를 제습단계를 수행하는 탱크에 공급하여 건조 배출시키는 2차 냉각단계; 를 포함하여 구성된다.
또 다른 특허문헌의 예로서 “냉동식 에어드라이어” (등록번호 제10-2036142호, 이하 특허문헌2이라 한다.)”이 존재한다.
특허문헌2에 따른 발명의 경우, 냉동식 에어드라이어에 관한 것이다. 특허문헌2에 따른 에어드라이어는 공기를 도입하기 위한 제1 흡기관, 공기를 배출하기 위한 제1 배기관, 제1흡기관으로부터 제1 배기관으로 연장된 유로, 응축수를 도입하기 위한 입수관 및 응축수를 배출하기 위한 제1 배수관을 포함하는 제1 열교환탱크, 압축기, 응축기, 모세관 및 증발기를 포함하는 냉동사이클, 증발기를 수용하며, 공기를 도입하기 위한 제2 흡기구, 공기를 배출하기 위한 제2 배기구 및 응축수를 배출하기 위한 제2 배수관을 포함하는 제2 열교환탱크, 제1 배기관으로부터 제2 흡기관으로 이어지는 제1 연결관 및 제2 배수관으로부터 제1 배수관으로 이어지는 제2 연결관을 포함할 수 있다.
그러나, 특허문헌1에 개시된 발명의 경우, 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법은 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 하나의 탱크에 습한 압축공기를 통과시켜 건조된 압축공기로 건조시키는 것으로, 압축공기 건조장치에서 가장 많은 에너지를 소비하는 부분은 제습제 재생을 위한 히터에 많은 에너지를 소비된다는 점과 냉동식 에어드라이어와 비교했을 때 흡착식 에어드라이어의 운전 비용과 장치 비용이 비싸다는 단점이 있다.
등록번호 제10-1509152호 등록번호 제10-2036142호
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다음과 같은 해결하고자 하는 과제를 제시한다.
첫째, 압축기로부터 생성된 압축공기 중의 수분와 각종 오염물질들을 제거하여 압축공기가 사용되는 시스템들의 품질과 생산성을 향상시키고 제품의 불량을 방지하고자 한다.
둘째, 에어 컨디셔닝 시스템으로 인입되는 고온다습한 압축된 흡입공기를 냉각과 제습을 통해서 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 형성하고자 한다.
셋째, 수분이 제거된 저온의 냉각공기에 고온다습한 흡입공기의 열 에너지를 전달시켜 일정 온도 이상으로 상승된 배출공기를 제공하고자 한다.
본 발명의 해결 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템은 상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 가진다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템은 고온다습한 압축된 흡입공기를 인입시켜 유동시키고, 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 전달받아 상기 흡입공기의 열 에너지를 상기 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성하는 에어 플로우 유닛; 상기 에어 플로우 유닛으로부터 고온다습한 상기 흡입공기를 제공받아, 상기 흡입공기를 냉각시켜 상기 냉각공기를 형성하여 상기 에어 플로우 유닛으로 전달하고, 상기 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출시키는 트랜지션 유닛; 일측이 상기 트랜지션 유닛에 제공되어, 상기 흡입공기를 냉각과 응축시키는 콘덴싱 유닛; 및 상기 에어 플로우 유닛의 흡입공기의 인입을 제어하고, 상기 콘덴싱 유닛으로부터 상기 흡입공기의 냉각과 응축을 관장하는 동력을 제공하는 콘트롤 유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 에어 플로우 유닛은, 일측이 압축기와 연결되어 상기 흡입공기를 인입시키며, 상기 흡입공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하는 프레임부; 상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 프레임부로 유입되는 고온다습한 상기 흡입공기가 유동하는 관로를 제공하여, 고온다습한 상기 흡입공기를 상기 트랜지션 유닛으로 전달하는 인테이크부; 및 상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 인테이크부와 대향하게 배치되어 상기 트랜지션 유닛으로부터 제공된 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하여, 상기 냉각공기를 외부로 토출하는 디스차징부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 에어 플로우 유닛은, 상기 인테이크부로 흡입되는 고온다습한 상기 흡입공기와, 상기 트랜지션 유닛으로부터 전달받아 상기 디스차징부로 유입되는 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기는 상호 열교환이 일어나게 되며, 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하여 상기 배출공기를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 에어 플로우 유닛은 상기 인테이크부와 상기 디스차징부는 이중 나선형 구조의 관로를 제공하여, 상기 흡입공기와 상기 냉각공기는 상호 열교환이 일어나는 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 에어 플로우 유닛은, 상기 이중 나선형 구조의 상기 인테이크부와 상기 디스차징부를 상호 연결하여 열교환시키는 복수 개의 커넥팅 로드부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 에어 플로우 유닛은, 상기 프레임부의 외측에 위치하여, 상기 인테이크부로부터 고온다습한 상기 흡입공기의 흡입이 차단되면, 상기 트랜지션 유닛으로 상기 흡입공기의 흐름을 유지하도록 하는 관로를 제공하는 히팅 바이패싱부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 트랜지션 유닛은, 일측이 상기 콘덴싱 유닛과 연결되어 상기 흡입공기를 냉각시키며, 상기 흡입공기와 상기 냉각공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하는 이너 프레임부; 상기 이너 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 인테이크부로부터 유입된 상기 흡입공기가 유동하는 관로를 제공하는 히팅 에어부; 일측이 상기 히팅 에어부와 연결되고 타측은 상기 콘덴싱 유닛에 제공되어, 상기 히팅 에어부로부터 유입된 상기 흡입공기를 상기 콘덴싱 유닛을 통해 냉각시켜 상기 냉각공기를 형성하고, 상기 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출하는 쿨링부; 및 상기 이너 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 쿨링부로부터 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하고, 상기 냉각공기를 상기 디스차징부로 전달하는 콜드 에어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 트랜지션 유닛은, 상기 히팅 에어부로부터의 상기 흡입공기의 흡입과 상기 콜드 에어부로부터의 상기 냉각공기의 배출이 차단되면, 상기 인테이크부의 상기 흡입공기를 상기 디스차징부로 직접 임의 연결시키는 이너 바이패싱부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 콘덴싱 유닛은, 상기 콘덴싱 유닛의 내부를 유동하는 기체 상태의 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축부; 상기 압축부로부터 제공받은 고온고압의 상기 냉매를 응축시켜 열을 방출하고 상기 냉매를 액화시키는 방출부; 및 일측이 상기 쿨링부에 제공되어, 상기 방출부로부터 액화된 저온저압의 상기 냉매를 제공받아 상기 흡입공기의 열을 흡수하여 상기 흡입공기를 냉각과 응축시키고, 상기 냉매를 기화시키는 흡수부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 상기 콘트롤 유닛은, 상기 에어 플로우 유닛과 상기 트랜지션 유닛을 유동하는 상기 흡입공기와 상기 냉각공기를 콘트롤하는 유동 제어부; 상기 콘덴싱 유닛을 제어하여, 상기 콘덴싱 유닛을 유동하는 상기 냉매의 흐름을 콘트롤하는 쿨링 제어부; 및 상기 유동 제어부로부터 상기 흡입공기와 상기 냉각공기의 흐름이 차단되면, 상기 히팅 바이패싱부와 상기 이너 바이패싱부의 개폐를 콘트롤하는 바이패싱 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 압축기로부터 생성된 압축공기 중의 수분와 각종 오염물질들을 제거하여 압축공기가 사용되는 시스템들의 품질과 생산성을 향상시키고 제품의 불량을 방지할 수 있게 된다.
둘째, 에어 컨디셔닝 시스템으로 인입되는 고온다습한 압축된 흡입공기를 냉각과 제습을 통해서 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 형성할 수 있게 된다.
셋째, 수분이 제거된 저온의 냉각공기에 고온다습한 흡입공기의 열 에너지를 전달시켜 일정 온도 이상으로 상승된 배출공기를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 회로도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 에어 플로우 유닛의 회로도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템 에어 플로우 유닛의 블록도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 이중 나선형 구조의 인테이크부와 디스차징부를 도시한 것이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 이중 나선형 구조의 인테이크부와 디스차징부에 연결된 커넥팅 로드부를 도시한 것이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 트랜지션 유닛의 회로도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템 트랜지션 유닛의 블록도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘덴싱 유닛의 회로도이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘덴싱 유닛의 블록도이다.
도10는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘트롤 유닛의 블록도이다.
본 발명에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 회로도이다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 에어 플로우 유닛의 회로도이다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템 에어 플로우 유닛의 블록도이다. 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 이중 나선형 구조의 인테이크부와 디스차징부를 도시한 것이다. 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 이중 나선형 구조의 인테이크부와 디스차징부에 연결된 커넥팅 로드부를 도시한 것이다. 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 트랜지션 유닛의 회로도이다. 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템 트랜지션 유닛의 블록도이다. 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘덴싱 유닛의 회로도이다. 도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘덴싱 유닛의 블록도이다. 도10는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘트롤 유닛의 블록도이다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템은 도1에 도시된 바와 같이, 고온다습한 압축된 흡입공기를 인입시키고, 냉각과 응축의 과정을 거쳐 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 형성하며, 흡입공기의 열 에너지를 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성할 수 있도록 하는 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템에 인입되는 고온다습한 압축된 흡입공기는 압축기 등으로 압력을 가해 부피를 축소시켜 고압으로 만든 공기로 산소보급용, 물질수송용, 공기분리용, 화학공업용 등 다방면에 이용되고 있다. 압축공기는 압력에너지로부터 큰 잠재에너지를 보유하기 때문에, 이 공기가 팽창하여 열강하가 일어날 경우 외부에 에너지를 방출하여 일을 할 수 있게 된다. 압축공기가 가진 에너지를 유효한 일로 변환하는 장치를 압축공기기관이라 하며 안전성이 뛰어나고 다루기 쉬우며 화기를 피해야하는 환경에서 동력발생용 원동기로 사용되고 있다.
그러나 압축기를 사용하여 압축공기를 생성할 때, 대기 중의 수증기, 먼지, 미립자, 각종 오염물질들이 부유물로 존재하고 공기가 압축되는 과정에서 불순물들은 더욱 농축된다. 따라서, 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템에 인입되는 공기는 고온다습의 흡입공기가 될 수 있고, 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템을 통해 흡입공기의 수분을 제거하고 온도를 낮춰주는 냉각공기를 생성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템은 에어 플로우 유닛(air flow unit)(100), 트랜지션 유닛(transition unit)(200), 콘덴싱 유닛 (condensing unit) (300) 및 콘트롤 유닛(control unit) (400)을 포함하게 된다.
먼저, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 에어 플로우 유닛(100)은 고온다습한 흡입공기를 인입시켜 유동시키고, 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 전달받아 흡입공기의 열 에너지를 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성하게 된다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 에어 플로우 유닛(100)은 프레임부(110), 인테이크부(120), 디스차징부(130), 히팅 바이패싱부(140) 및 커넥팅 로드부(150)를 포함하게 된다.
먼저, 도2에 도시된 바와 같이, 프레임부(110)는 일측이 압축기와 연결되어 흡입공기를 인입시키며, 흡입공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하게 된다.
프레임부(110)는 압축기로부터 압축된 공기를 받아들여 고온다습한 흡입공기와 냉각공기가 유동되는 공간을 제공하게 된다.
인테이크부(120)는 프레임부(110)의 내부에 위치하여, 프레임부(110)로 유입되는 고온다습한 흡입공기가 유동하는 관로는 제공하여 고온다습한 흡입공기를 트랜지션 유닛(200)으로 전달하게 된다.
디스차징부(130)는 프레임부(110)의 내부에 위치하여, 인테이크부(120)와 대향하게 배치되어 트랜지션 유닛(200)으로부터 제공된 수분이 제거된 저온의 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하여 냉각공기를 외부로 토출하게 된다.
또한, 인테이크부(120)로 흡입되는 고온다습한 흡입공기와 트랜지션 유닛(200)으로부터 전달받아 디스차징부(130)로 유입되는 수분이 제거된 저온의 냉각공기는 상호 열교환이 일어나게 되며, 수분이 제거된 저온의 냉각공기의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하여 배출공기를 형성할 수 있게 된다.
도4에 도시된 바와 같이, 인테이크부(120)와 디스차징부(130)는 이중 나선형 구조의 관로를 제공하여, 흡입공기와 냉각 공기는 상호 열교환이 일어나게 될 수 있다. 이중 나선형 구조를 통해서 인테이크부(120)와 디스차징부(130) 사이의 열전달이 일어나는 표면적이 넓어지게 되고, 열전달량은 면적에 비례하여 증가하기 때문에 표면적이 넓어질 수록 열전달량이 증가함으로, 고온의 흡입공기와 저온의 냉각공기 사이에서 더욱더 효율적인 열교환이 일어날 수 있게 된다.
도5에 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드부(150)는 이중 나선형 구조의 인테이크부(120)와 디스차징부(130)를 상호 연결 연결하여 열교환시키는 복수 개의 파이프가 될 수 있다.
커넥팅 로드부(150)는 이중 나선형 구조의 인테이크부(120)와 디스차징부(130)를 사이에 구비되며, 커넥팅 로드부(150)는 열전도율과 열확산율이 높은 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
보다 자세하게, 열전도율은 열전달을 나타내는 물질의 고유한 성질로 열을 전도시키는 재료의 능력을 측정한 것이다. 높은 전도율을 가지는 물질은 열 흡수하는데 쓰이고, 낮은 전도율을 가지는 물질은 절연에 쓰이게 된다. 재료의 열확산은 재료의 열관성을 뜻하며, 단위부피당 저장된 열에 비해 열을 전도하는 물질의 능력이다. 열확산율이 높을수록 열전도율이 높아짐으로, 높은 열확산율을 갖는 물질은 이를 통해 신속하게 열을 전도할 수 있게 된다.
또한, 복수 개의 커넥팅 로드부(150)에는 온도를 측정할 수 있는 온도계와 센서가 부착되어 있어, 열교환이 잘 일어나는지에 대해 측정할 수 있으며, 측정된 온도 데이터를 토대로 복수 개의 커넥팅 로드부(150)를 선택적으로 제어할 수 있게 된다.
히팅 바이패싱부(140)는 프레임부(110)의 외측에 위치하여, 인테이크부(120)로부터 고온다습한 흡입공기의 흡입이 차단되면 트랜지션 유닛(200)으로 흡입공기의 흐름을 유지하도록 하는 관로를 제공하게 된다.
히팅 바이패싱부(140)는 인테이크부(120)의 고장이나 점검으로 인해 인테이크부(120)가 차단될 경우에 히팅 바이패싱부(140)를 통해 트랜지션 유닛(200)으로 흡입공기를 전달할 수 있어 흡입공기의 흐름을 유지시킬 수 있게 된다.
도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 트랜지션 유닛(200)은 에어 플로우 유닛(100)으로부터 고온다습한 흡입공기를 제공받아 흡입공기를 냉각시켜 냉각공기를 형성하여 에어 플로우 유닛(100)으로 전달하고 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 트랜지션 유닛(200)은 이너 프레임부(210), 히팅 에어부(220), 쿨링부(240), 콜드 에어부(230) 및 이너 바이패싱부(250)를 포함하게 된다.
먼저, 도6에 도시된 바와 같이, 이너 프레임부(210)는 일측이 콘덴싱 유닛(300)과 연결되어 흡입공기를 냉각시키며, 흡입공기와 냉각공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하게 된다.
히팅 에어부(220)는 이너 프레임부(210)의 내부에 위치하여, 인테이크부(120)로부터 유입된 흡입공기가 유동하는 관로를 제공하게 된다.
쿨링부(240)는 일측이 히팅 에어부(220)와 연결되고 타측은 콘덴싱 유닛(300)에 제공되어, 히팅 에어부(220)로부터 유입된 흡입공기를 콘덴싱 유닛(300)을 통해 냉각시켜 냉각공기를 형성하고, 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출하게 된다.
콜드 에어부(230)는 이너 프레임부(210)의 외부에 위치하여, 쿨링부(240)로부터 수분이 제거된 저온의 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하고 냉각공기를 디스차징부(130)로 전달하게 된다.
도6에 도시된 바와 같이, 이너 바이패싱부(250)는 히팅 에어부(220)로부터 흡입공기의 흡입과 콜드 에어부(230)로부터의 냉각공기의 배출이 차단되면, 인테이크부(120)의 흡입공기를 디스차징부(130)로 직접 임의 연결시키게 된다.
트랜지션 유닛(200)에 고장이 발생하여, 히팅 에어부(220)로 유입되는 흡입공기의 유동이 차단될 경우에 이너 바이패싱부(250)를 통해 인테이크부(120)로부터 배출된 흡입공기를 디스차징부(130)로 연결하여 흡입공기의 흐름을 유지시킬 수 있게 된다.
도8 및 도9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘덴싱 유닛(300)은 일측이 트랜지션 유닛(200)에 제공되어 흡입공기를 냉각과 응축시킬 수 있다.
콘덴싱 유닛(300)은 기화열의 원리를 이용하여 증발하기 쉬운 냉매 물질이 압축, 응축, 팽창, 기화의 사이클을 거쳐서 흡입공기를 냉각과 응축시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘덴싱 유닛(300)은 압축부(310), 방출부(320) 및 흡수부(330)를 포함하게 된다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이 압축부(310)는 콘덴싱 유닛(300)의 내부를 유동하는 기체 상태의 냉매를 고온고압으로 압축하게 된다.
압축부(310)는 기체 상태의 냉매를 압축하고, 압축된 냉매는 고온고압의 기체 상태로 방출부(320)로 보내면서 냉매를 순환시켜주는 역할을 한다.
방출부(320)는 압축부(310)로부터 제공받은 고온고압의 냉매를 응축시켜 열을 방출하고 냉매를 액화시키게 된다.
방출부(320)는 고온고압의 기체를 응축시켜서 열을 방출하게 되는데, 방출부(320)는 고온의 열을 방출하기 때문에 열을 잘 발산할 수 있는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
방출부(320)에서 나온 냉매는 고압이므로 끓는점이 높아 기체로 변하기 어렵기 때문에 압력을 낮추어 기화가 쉽게 일어나도록 해야 한다. 압력을 낮추는 원리는 베르누이 정리로 설명할 수 있는데, 유체의 속력이 빠르면 압력이 낮아지고 유체의 속력이 느리면 압력이 높아진다는 원리를 이용하여 방출부(320)의 일측에 관의 굵기가 작은 모세관을 구비하면 방출부(320)를 통과한 냉매의 속력이 빨라지고 압력이 낮아지기 때문에 쉽게 증발이 일어날 수 있다. 즉, 모세관을 통해 고압의 냉매를 저압의 냉매로 바꾸어 줄 수 있게 된다.
흡수부(330)는 일측이 쿨링부(240)에 제공되어 방출부(320)로부터 액화된 저온저압의 냉매를 제공받아 흡입공기의 열을 흡수하여 흡입공기를 냉각과 응축시키고 냉매를 기화시키게 된다.
흡수부(330)는 모세관을 통과해여 저온저압의 액체상태의 냉매가 주변의 열을 빼앗으며 기체상태의 냉매로 변하고, 흡입공기의 열을 빼앗아 흡입공기를 냉각시키게 된다.
그리고 흡수부(330)에서 기체가 된 냉매는 다시 압축부(310)로 되돌아가게 되고 콘덴싱 유닛(300)은 순환 과정을 통해서 흡입공기를 냉각시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘트롤 유닛(400)은 에어 플로우 유닛(100)의 흡입공기의 인입을 제어하고, 콘덴싱 유닛(300)으로부터 흡입공기의 냉각과 응축을 관장하는 동력을 제공하게 된다.
본 발명에 따른 압축공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템의 콘트롤 유닛(400)은 유동제어부, 쿨링 제어부(420) 및 바이패싱 제어부(430)를 포함하게 된다.
유동 제어부(410)는 에어 플로우 유닛(100)과 트랜지션 유닛(200)을 유동하는 흡입공기와 냉각공기를 콘트롤하게 된다.
쿨링 제어부(420)는 콘덴싱 유닛(300)을 제어하여 콘덴싱 유닛(300)을 유동하는 냉매의 흐름을 콘트롤하게 된다.
바이패싱 제어부(430)는 유동 제어부(410)로부터 흡입공기와 냉각공기의 흐름이 차단되면, 히팅 바이패싱부(140)와 이너 바이패싱부(250)의 개폐를 콘트롤하게 된다.
본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.
100: 에어 플로우 유닛
110: 프레임부
120: 인테이크부
130: 디스차징부
140: 히팅 바이패싱부
150: 커넥팅 로드부
200: 트랜지션 유닛
210: 이너 프레임부
220: 히팅 에어부
230: 콜드 에어부
240: 쿨링부
250: 이너 바이패싱부
300: 콘덴싱 유닛
310: 압축부
320: 방출부
330: 흡수부
400: 콘트롤 유닛
410: 유동 제어부
420: 쿨링 제어부
430: 바이패싱 제어부

Claims (10)

  1. 고온다습한 압축된 흡입공기를 인입시켜 유동시키고, 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 전달받아 상기 흡입공기의 열 에너지를 상기 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성하는 에어 플로우 유닛;
    상기 에어 플로우 유닛으로부터 고온다습한 상기 흡입공기를 제공받아, 상기 흡입공기를 냉각시켜 상기 냉각공기를 형성하여 상기 에어 플로우 유닛으로 전달하고, 상기 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출시키는 트랜지션 유닛;
    일측이 상기 트랜지션 유닛에 제공되어, 상기 흡입공기를 냉각과 응축시키는 콘덴싱 유닛; 및
    상기 에어 플로우 유닛의 흡입공기의 인입을 제어하고, 상기 콘덴싱 유닛으로부터 상기 흡입공기의 냉각과 응축을 관장하는 동력을 제공하는 콘트롤 유닛을 포함하되,
    상기 에어 플로우 유닛은,
    일측이 압축기와 연결되어 상기 흡입공기를 인입시키며, 상기 흡입공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하는 프레임부;
    상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 프레임부로 유입되는 고온다습한 상기 흡입공기가 유동하는 관로를 제공하여, 고온다습한 상기 흡입공기를 상기 트랜지션 유닛으로 전달하는 인테이크부; 및
    상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 인테이크부와 대향하게 배치되어 상기 트랜지션 유닛으로부터 제공된 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하여, 상기 냉각공기를 외부로 토출하는 디스차징부를 포함하며,
    상기 인테이크부로 흡입되는 고온다습한 상기 흡입공기와, 상기 트랜지션 유닛으로부터 전달받아 상기 디스차징부로 유입되는 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기는 상호 열교환이 일어나게 되며, 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하여 상기 배출공기를 형성하며,
    상기 인테이크부와 상기 디스차징부는 이중 나선형 구조의 관로를 제공하여, 상기 흡입공기와 상기 냉각공기는 상호 열교환이 일어나며,
    상기 이중 나선형 구조의 상기 인테이크부와 상기 디스차징부를 상호 연결하여 열교환시키는 복수 개의 커넥팅 로드부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템.
  2. 고온다습한 압축된 흡입공기를 인입시켜 유동시키고, 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 전달받아 상기 흡입공기의 열 에너지를 상기 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성하는 에어 플로우 유닛;
    상기 에어 플로우 유닛으로부터 고온다습한 상기 흡입공기를 제공받아, 상기 흡입공기를 냉각시켜 상기 냉각공기를 형성하여 상기 에어 플로우 유닛으로 전달하고, 상기 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출시키는 트랜지션 유닛;
    일측이 상기 트랜지션 유닛에 제공되어, 상기 흡입공기를 냉각과 응축시키는 콘덴싱 유닛; 및
    상기 에어 플로우 유닛의 흡입공기의 인입을 제어하고, 상기 콘덴싱 유닛으로부터 상기 흡입공기의 냉각과 응축을 관장하는 동력을 제공하는 콘트롤 유닛을 포함하되,
    상기 에어 플로우 유닛은,
    일측이 압축기와 연결되어 상기 흡입공기를 인입시키며, 상기 흡입공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하는 프레임부;
    상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 프레임부로 유입되는 고온다습한 상기 흡입공기가 유동하는 관로를 제공하여, 고온다습한 상기 흡입공기를 상기 트랜지션 유닛으로 전달하는 인테이크부;
    상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 인테이크부와 대향하게 배치되어 상기 트랜지션 유닛으로부터 제공된 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하여, 상기 냉각공기를 외부로 토출하는 디스차징부; 및
    상기 프레임부의 외측에 위치하여, 상기 인테이크부로부터 고온다습한 상기 흡입공기의 흡입이 차단되면, 상기 트랜지션 유닛으로 상기 흡입공기의 흐름을 유지하도록 하는 관로를 제공하는 히팅 바이패싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템.
  3. 고온다습한 압축된 흡입공기를 인입시켜 유동시키고, 수분이 제거된 저온의 냉각공기를 전달받아 상기 흡입공기의 열 에너지를 상기 냉각공기로 전달시켜 배출공기를 형성하는 에어 플로우 유닛;
    상기 에어 플로우 유닛으로부터 고온다습한 상기 흡입공기를 제공받아, 상기 흡입공기를 냉각시켜 상기 냉각공기를 형성하여 상기 에어 플로우 유닛으로 전달하고, 상기 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출시키는 트랜지션 유닛;
    일측이 상기 트랜지션 유닛에 제공되어, 상기 흡입공기를 냉각과 응축시키는 콘덴싱 유닛; 및
    상기 에어 플로우 유닛의 흡입공기의 인입을 제어하고, 상기 콘덴싱 유닛으로부터 상기 흡입공기의 냉각과 응축을 관장하는 동력을 제공하는 콘트롤 유닛을 포함하되,
    상기 에어 플로우 유닛은,
    일측이 압축기와 연결되어 상기 흡입공기를 인입시키며, 상기 흡입공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하는 프레임부;
    상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 프레임부로 유입되는 고온다습한 상기 흡입공기가 유동하는 관로를 제공하여, 고온다습한 상기 흡입공기를 상기 트랜지션 유닛으로 전달하는 인테이크부; 및
    상기 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 인테이크부와 대향하게 배치되어 상기 트랜지션 유닛으로부터 제공된 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하여, 상기 냉각공기를 외부로 토출하는 디스차징부를 포함하며,
    상기 트랜지션 유닛은,
    일측이 상기 콘덴싱 유닛과 연결되어 상기 흡입공기를 냉각시키며, 상기 흡입공기와 상기 냉각공기가 유동되도록 하는 몸체를 형성하는 이너 프레임부;
    상기 이너 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 인테이크부로부터 유입된 상기 흡입공기가 유동하는 관로를 제공하는 히팅 에어부;
    일측이 상기 히팅 에어부와 연결되고 타측은 상기 콘덴싱 유닛에 제공되어, 상기 히팅 에어부로부터 유입된 상기 흡입공기를 상기 콘덴싱 유닛을 통해 냉각시켜 상기 냉각공기를 형성하고, 상기 흡입공기로부터 응결된 수분을 토출하는 쿨링부;
    상기 이너 프레임부의 내부에 위치하여, 상기 쿨링부로부터 수분이 제거된 저온의 상기 냉각공기가 유동하는 관로를 제공하고, 상기 냉각공기를 상기 디스차징부로 전달하는 콜드 에어부; 및
    상기 히팅 에어부로부터의 상기 흡입공기의 흡입과 상기 콜드 에어부로부터의 상기 냉각공기의 배출이 차단되면,
    상기 인테이크부의 상기 흡입공기를 상기 디스차징부로 직접 임의 연결시키는 이너 바이패싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제3항에 있어서, 상기 콘덴싱 유닛은,
    상기 콘덴싱 유닛의 내부를 유동하는 기체 상태의 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축부;
    상기 압축부로부터 제공받은 고온고압의 상기 냉매를 응축시켜 열을 방출하고 상기 냉매를 액화시키는 방출부; 및
    일측이 상기 쿨링부에 제공되어, 상기 방출부로부터 액화된 저온저압의 상기 냉매를 제공받아 상기 흡입공기의 열을 흡수하여 상기 흡입공기를 냉각과 응축시키고, 상기 냉매를 기화시키는 흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축 공기의 냉각과 제습을 통한 에어 컨디셔닝 시스템.
  10. 삭제
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