KR102385113B1 - 공조 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

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KR102385113B1
KR102385113B1 KR1020190163668A KR20190163668A KR102385113B1 KR 102385113 B1 KR102385113 B1 KR 102385113B1 KR 1020190163668 A KR1020190163668 A KR 1020190163668A KR 20190163668 A KR20190163668 A KR 20190163668A KR 102385113 B1 KR102385113 B1 KR 102385113B1
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정재원
이수진
임한솔
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 공조 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템은 실내로 공급되는 외기를 제습하는 제습부; 상기 제습부에 액체식 제습제를 재생하는 재생부; 일부가 상기 제습부를 통과하는 급수 배관; 상기 재생부와 상기 제습부를 연결하고, 상기 재생부에서 재생된 상기 액체식 제습제를 상기 제습부로 유동시키는 제1 연결 배관; 상기 재생부와 상기 제습부를 연결하고, 상기 제습부에서 수분을 흡수한 상기 액체식 제습제를 상기 재생부로 유동시키는 제2 연결 배관; 상기 제1 연결 배관 내의 상기 액체식 제습제와 상기 급수 배관 내의 급수를 열교환하는 제1 열교환기; 및 상기 재생부를 통과한 외기와 상기 제1 열교환기에서 열교환된 상기 급수를 열교환하는 제2 열교환기를 포함할 수 있다.

Description

공조 시스템 및 그의 제어방법{AIR CONDITIONING SYSTEM AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 공조 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급탕 공급이 가능한 공조 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
최근 들어, 건설 산업 분야에서는 고기밀성 및 고단열성의 외피, 고효율 냉난방 시스템 적용 등으로 친환경성과 높은 에너지 성능을 가진 초고층 공동주택이 하나의 트랜드를 이루고 있다. 특히, 쾌적한 실내 공기 환경에 대한 관심이 높아지면서 세대마다 필요 환기량 확보를 위한 전열교환형 기계식 개별환기장치를 설치하는 것도 일반화되고 있다. 그러나 현재는 거주자의 주관적 판단에 따라 그 운전 여부가 결정되고, 전기요금 증가에 대한 우려 및 사용자의 환경장치 운전에 대한 조작 미숙 등으로 인해 효과적인 실내 공기 환경을 형성하는데에 어려움이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 북미 및 유럽에서 고효율 중앙공급식 공조 시스템으로써, 그 적용이 확대되고 있는 외기전담시스템(Dedicated Outdoor Air System: DOAS)을 초고층 공동주택에 적용하려는 시도가 활발해지고 있다. 또한, 공조 시스템의 소형화, 다양한 기능의 수행, 에너지 효율 향상 등을 위한 연구가 지속적으로 시도되고 있다.
특허출원번호 KR 10-2009-0087216
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 외기의 제습 및 냉각을 통해 실내 환기 및 냉방을 제공하면서 급탕 공급이 가능한 공조 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공조 시스템은 실내로 공급되는 외기를 제습하는 제습부; 상기 제습부에 액체식 제습제를 재생하는 재생부; 일부가 상기 제습부를 통과하는 급수 배관; 상기 재생부와 상기 제습부를 연결하고, 상기 재생부에서 재생된 상기 액체식 제습제를 상기 제습부로 유동시키는 제1 연결 배관; 상기 재생부와 상기 제습부를 연결하고, 상기 제습부에서 수분을 흡수한 상기 액체식 제습제를 상기 재생부로 유동시키는 제2 연결 배관; 상기 제1 연결 배관 내의 상기 액체식 제습제와 상기 급수 배관 내의 급수를 열교환하는 제1 열교환기; 및 상기 재생부를 통과한 외기와 상기 제1 열교환기에서 열교환된 상기 급수를 열교환하는 제2 열교환기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제습부에서 제습된 상기 외기와 실내에서 배출된 실내 배기를 열교환하여 상기 외기를 냉각시키는 간접식 증발냉각기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 증발냉각기는 상기 외기의 온도가 상기 실내 배기의 온도보다 클 때, 상기 외기와 상기 실내 배기를 열교환할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 열교환기에서 열교환된 상기 액체식 제습제를 냉각시키는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 열교환기에서 열교환된 급수를 가열하는 제1 열원을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제습부에서 상기 재생부로 유입되는 상기 액체식 제습제를 가열하는 제2 열원을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 열원은 상기 외기의 온도 정보를 이용하여 상기 액체식 제습제의 온도를 조절할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제습부는 상기 외기의 습도가 기 설정된 기준 습도보다 클 때, 상기 외기를 제습할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공조 시스템의 제어방법은 실내를 향해 유동하는 상기 외기의 온도와 습도를 측정하는 단계; 및 상기 외기의 습도가 기준 습도를 초과하는 경우에는 상기 공조 시스템을 제1 모드로 운전하는 단계를 포함하고, 상기 제1 모드는, 상기 제습부로 유입된 상기 외기를 향해 상기 액체식 제습제를 분사하여 상기 외기를 제습하는 단계; 및 상기 제1 열교환기에서 상기 제1 연결 배관 내의 상기 액체식 제습제와 상기 제습부를 통과한 상기 급수 배관 내의 급수를 열교환하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 모드는, 상기 제습부에서 제습된 상기 외기의 온도가 실내에서 배출된 실내 배기의 온도를 초과하는 경우, 상기 실내 배기와 상기 제습부에서 제습된 상기 외기를 열교환하여 상기 외기를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 연결 배관 내의 상기 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 제1 기준 온도보다 낮을 경우, 상기 액체식 제습제를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 모드는, 상기 재생부를 통과한 외기와 상기 제1 열교환기를 통과한 급수를 상기 제2 열교환기에서 열교환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 공조 시스템 및 그의 제어방법에 따르면, 실내 환기 및 냉방뿐만 아니라 급탕 공급 기능을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 공조 시스템은 액체식 제습제의 온도를 조절하여 액체식 제습제의 재생효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 공조 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 4의 액체식 제습제의 가열 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템의 제1 모드를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템의 제2 모드를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “연결”은 언급된 구성요소들을 직접적으로 연결한다는 것과 중간 매체를 통해 간접적으로 연결한다는 것을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 2는 도 1의 공조 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템(10)은 외기의 제습 및/또는 냉각을 통해 건물의 실내 공기를 환기시키면서 실내 냉방을 제공할 수 있다. 또한, 공조 시스템(10)은 급탕을 공급할 수 있다.
공조 시스템(10)은 액체식 제습기, 열교환부, 증발냉각기(500), 냉각기(550), 제1 열원(300), 제2 열원(350), 센서부(650) 및 제어부(600)를 포함을 포함할 수 있다. 열교환부는 제1 열교환기(400)와 제2 열교환기(450)를 포함할 수 있다. 공조 시스템(10)은 송풍부(800), 댐퍼부(900), 제1 펌프(710), 및 제2 펌프(720)를 더 포함할 수 있다. 공조 시스템(10)은 급수 배관(110), 제1 연결 배관(130), 및 제2 연결 배관(150)을 더 포함할 수 있다.
송풍부(800)는 제1 송풍기(810), 제2 송풍기(820) 및 제3 송풍기(830)를 포함할 수 있다. 댐퍼부(900)는 제1 댐퍼(910), 제2 댐퍼(920) 및 제3 댐퍼(930)를 포함할 수 있다.
액체식 제습기는 실내로 공급되는 외기를 제습할 수 있다. 액체식 제습기는 제습부(100), 및 재생부(200)를 포함할 수 있다.
제습부(100)는 유입된 외기를 향해 액체식 제습제를 분사하여 외기(이하, 제1 외기라고 지칭한다.)를 제습할 수 있다. 실시 예에서, 제습부(100) 상부에서 액체 제습제가 분사될 수 있다. 이때, 제습부(100)로 유입된 제1 외기와 액체식 제습제 사이에 수증기 교환이 발생하고, 수증기 교환은 수증기 분압과, 액체식 제습제 표면에서의 수증기 압력 간의 상대적 크기에 의존할 수 있다. 즉, 액체 제습제의 온도가 낮을수록, 액체식 제습제의 농도가 클수록 제습 효율이 높을 수 있다. 이에 따라, 액체식 제습제는 저온의 상태일 수 있고, 저온의 액체 제습제는 제습부(100)로 유입되는 제1 외기 중의 수분을 흡수하여 제1 외기를 제습될 수 있다. 제1 외기의 수분을 흡수한 액체식 제습제는 제습부(100)의 하부에 저장될 수 있다.
제습부(100)는 제1 외기의 습도가 기 설정된 기준 습도보다 클 때, 구동될 수 있다. 이에 따라, 제1 외기의 습도가 기 설정된 기준 습도보다 클 때, 제1 외기는 제습될 수 있다.
제1 연결 배관(130)은 재생부(200)와 제습부(100)를 연결할 수 있다. 실시 예에서, 제1 연결 배관(130)은 재생부(200)의 하부와 제습부(100)의 상부를 연결할 수 있다. 제1 연결 배관(130)은 재생부(200)에서 재생된 액체식 제습제를 제습부(100)로 유동시킬 수 있다.
제2 연결 배관(150)은 재생부(200)와 제습부(100)를 연결할 수 있다. 실시 예에서, 제2 연결 배관(150)은 재생부(200)의 상부와 제습부(100)의 하부를 연결할 수 있다. 제2 연결 배관(150)은 제습부(100)에서 외기의 수분을 흡수한 액체식 제습제를 유동시킬 수 있다. 제2 펌프(720)는 제2 연결 배관(150) 상에 설치될 수 있다. 이에 따라, 제습부(100)의 액체식 제습제는 제2 연결 배관(150)을 통해 재생부(200)로 유동할 수 있다.
제2 열원(350)은 제습부(100)에서 재생부(200)로 유입되는 액체식 제습제를 가열할 수 있다. 재생부(200)로 유입되는 액체식 제습제의 온도가 일정온도 이하로 떨어질 경우, 재생부(200)에서 액체식 제습제의 재생효율이 떨어질 수 있다. 재생부(200)에서의 재생 효율이 떨어지면, 안정적인 제습 사이클 운전이 어려워질 수 있다. 이에 따라, 제2 열원(350)은 재생부(200)로 유입되는 액체식 제습제를 가열하여 일정온도 이상이 되도록 할 수 있다. 제2 열원(350)은 제2 연결 배관(150) 상에 설치될 수 있다. 제2 열원(350)은 가열 코일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
재생부(200)는 제1 외기의 수분을 흡수한 액체식 제습제를 재생할 수 있다. 실시 예에서 제1 외기의 수분을 흡수한 액체식 제습제는 수분 함유량의 증가에 따라 액체식 제습제의 농도가 감소할 수 있다. 액체식 제습제가 일정 농도 이하로 묽어지게 되면, 제습 효율이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 재생부(200)는 재생부(200)로 유입된 외기(이하, 제2 외기라고 지칭한다.)에 수분을 함유한 액체식 제습제를 분사할 수 있다. 이에 따라, 액체식 제습제의 수분이 증발되어 액체식 제습제의 농도가 커질 수 있다. 즉, 액체식 제습제가 재생될 수 있다. 제2 외기는 액체식 제습제의 수분과 열을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 제2 외기의 습도와 온도가 상승할 수 있다.
액체식 제습제는 액체 물질일 수 있다. 실시 예에서, 액체식 제습제는 염화리튬, 또는 브로민화리튬(LiBr)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
급수 배관(110)은 급수를 실내로 유동시킬 수 있다. 급수 배관(110)의 일부는 제습부(100) 내에 위치될 수 있다. 이에 따라, 급수는 제습부(100)를 통과하여 실내로 유동할 수 있다. 급수가 제습부(100)를 통과할 때, 급수는 액체식 제습제의 열을 일부 흡수할 수 있다. 이에 따라, 급수의 온도가 증가할 수 있다.
제1 열교환기(400)는 제1 연결 배관(130) 내의 액체식 제습제와 급수 배관(110) 내의 급수를 열교환할 수 있다. 제1 열교환기(400)는 제1 연결배관과 급수 배관(110) 상에 설치될 수 있다. 제1 연결 배관(130) 내의 액체식 제습제는 재생부(200)에서 재생된 제습제일 수 있다. 제1 연결 배관(130) 내의 액체식 제습제는 고온일 수 있다. 제습부(100)를 통과한 급수 배관(110) 내 급수는 저온일 수 있다. 이에 따라, 급수 배관(110) 내의 급수는 액체식 제습제의 열을 흡수하여 온도가 올라갈 수 있다. 반대로 제1 연결 배관(130) 내의 액체식 제습제는 온도가 내려갈 수 있다.
제2 열교환기(450)는 재생부(200)를 통과한 제2 외기와 제1 열교환기(400)에서 열교환된 급수를 열교환할 수 있다. 실시 에에서, 제2 외기의 온도가 급수의 온도보다 클 수 있다. 이에 따라, 급수는 제2 열교환기(450)에서 제2 외기의 열을 흡수할 수 있다. 반대로 제2 외기의 열은 제2 열교환기(450)에서 급수에 빼앗길 수 있다.
제1 열원(300)은 제2 열교환기(450)에서 열교환된 급수를 가열할 수 있다. 제1 열원(300)은 급수 배관(110) 상에 설치될 수 있다. 제1 열원(300)은 제2 열교환기(450)와 실내 사이에 위치될 수 있다. 제1 열원(300)은 가열 코일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
급수 배관(110) 내의 급수는 제습부(100), 제1 열교환기(400), 제2 열교환기(450) 및 제1 열원(300)을 통해 열을 흡수하여 가열될 수 있다. 이에 따라, 공조 시스템(10)은 실내 급탕 기능을 수행할 수 있다.
냉각기(550)는 제1 열교환기(400)에서 열교환된 액체식 제습제를 냉각시킬 수 있다. 냉각기(550)는 제1 연결 배관(130) 상에 설치될 수 있다. 냉각기(550)는 재습부와 제1 열교환기(400) 사이에 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 액체식 제습제는 온도가 낮을 수 록 제습 효율이 향상되기 때문에, 냉각기(550)는 제습효율의 향상을 위해 액체식 제습제를 냉각시킬 수 있다.
증발냉각기(500)는 제습부(100)에서 제습된 제1 외기와 실내에서 배출된 실내 배기를 열교환하여 제1 외기를 냉각시킬 수 있다. 실시 예에서, 증발냉각기(500)는 실내 배기와 제1 외기 간의 현열 교환을 통해 제1 외기를 현혈 냉각시킬 수 있다. 예를 들면, 증발냉각기(500)는 실내 내기 측에 뿌려진 물이 증발하여 실내 배기를 증발 냉각시키고, 냉각된 실내 배기와 제1 외기 간의 현열교환을 통해 제1 외기를 냉각시킬 수 있다.
이와 달리, 다른 실시 예에서 증발냉각기(500)는 제1 외기를 냉각시킬 수 있는 다른 구성일 수 있다. 여기서, 현열(sensible heat)은 고체, 액체 또는 가스가 상변화 또는 화학반응없이 온도 상승에 요구되는 열을 의미할 수 있다.
증발냉각기(500)는 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 클 때, 구동할 수 있다. 이에 따라, 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 클 때, 제1 외기와 실내 배기는 열교환될 수 있다.
제1 송풍기(810)는 제1 외기를 제습부(100) 내로 유동시킬 수 있다. 제2 송풍기(820)는 제2 외기를 재생부(200) 내로 유동시킬 수 있다. 제3 송풍기(830)는 실내 배기를 증발냉각기(500) 내로 유동시킬 수 있다.
제1 댐퍼(910)는 제습부(100)로 유동하는 제1 외기의 유량을 제어할 수 있다. 제2 댐퍼(920)는 재생부(200)로 유동하는 제2 외기의 유량을 제어할 수 있다. 제3 댐퍼(930)는 증발냉각기(500)로 유동하는 실내 배기의 유량을 제어할 수 있다.
제1 펌프(710)는 급수 배관(110) 내의 급수가 유동할 수 있도록 급수에 외력을 제공할 수 있다. 제1 펌프(710)는 급수 배관(110) 상에 설치될 수 있다. 제2 펌프(720)는 제1 연결 배관(130) 내의 액체식 제습제가 제습부(100)로 유동할 수 있도록 액체식 제습제에 외력을 제공할 수 있다. 제2 펌프(720)는 제1 연결 배관(130) 상에 설치될 수 있다. 제3 펌프(730)는 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제가 재생부(200)로 유동할 수 있도록 액체식 제습제에 외력을 제공할 수 있다. 제3 펌프(730)는 제2 연결 배관(150) 상에 설치될 수 있다.
센서부(650)는 제습부(100)로 유입되는 제1 외기의 습도, 제습부(100)를 통과한 제1 외기의 온도, 및 실내 배기의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 센서부(650)는 제2 열교환기(450)에서 열교환된 급수의 온도와 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도를 측정할 수 있다. 센서부(650)에서 측정한 정보는 제어부(600)로 전송될 수 있다.
제어부(600)는 센서부(650)에서 수신한 정보를 이용하여 제습부(100), 재생부(200), 냉각기(550), 제1 열원(300), 제2 열원(350), 증발냉각기(500), 펌프부(700) 및 송풍부(800)의 구동을 제어할 수 있다. 제어부(600)는 제1 외기의 습도가 제1 온도보다 클 때, 제습부(100), 제1 송풍기(810), 제1 펌프(710), 제2 펌프(720), 제3 펌프(730), 냉각기(550), 재생부(200), 제1 열원(300) 등을 구동시킬 수 있다. 제어부(600)는 제습부(100)를 통과한 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 클 때, 제3 송풍기(830) 및 증발냉각기(500)를 구동시킬 수 있다.
제어부(600)는 제2 열원(350)의 구동을 제어할 수 있다. 실시 예에서, 제어부(600)는 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도 정보를 이용하여 제2 열원(350)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들면, 재생부(200)는 액체식 제습제의 온도가 일정 온도(이하, 최소 온도)보다 낮으면 액체식 제습제의 재생 효율이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 액체식 제습제의 수분 증발 효율이 떨어져 액체식 제습제의 농도가 낮아질 수 있다. 액체식 제습제의 농도가 일정 농도 이하로 떨어지게 되면, 공조 시스템(10)은 제습 사이클 운전을 하지 못할 수 있다. 그러므로, 재생부(200)로 공급되는 액체식 제습제의 온도는 최소 온도 이상이 되어야 한다.
재생부(200)는 액체식 제습제의 온도가 일정 온도(이하, 최고 온도)보다 높으면 제2 펌프(720), 제3 펌프(730), 제2 연결 배관(150) 등의 기밀성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 재생부(200)로 공급되는 액체식 제습제의 온도는 최고 온도 이하가 되어야 한다. 실시 예에서, 최소 온도는 약 55도일 수 있고, 최고 온도는 약 65도일 수 있다. 이와 달리 다른 실시 예에서는 액체식 제습제의 종류, 재생부(200)의 재생 효율 등에 따라 최소 온도와 최고 온도는 달라질 수 있다.
실시 예에서, 제어부(600)는 액체식 제습제의 온도정보를 이용하여 액체식 제습제의 온도가 최고 온도와 최소 온도 사이가 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템을 나타낸 개략도이다. 설명의 간편화를 위해 도 1 및 도 2에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하거나 간략하게 기재하고, 도 1 및 도 2와 차별화되는 구성과 다른 내용을 중심으로 설명하기로 한다.
공조 시스템(10)은 액체식 제습기, 열교환부, 증발냉각기(500), 냉각기(550), 제1 열원(300), 제2 열원(350), 센서부(650) 및 제어부(600)를 포함을 포함할 수 있다. 열교환부는 제1 열교환기(400)와 제2 열교환기(450)를 포함할 수 있다. 공조 시스템(10)은 송풍부(800), 댐퍼부(900), 제1 펌프(710), 및 제2 펌프(720)를 더 포함할 수 있다. 공조 시스템(10)은 급수 배관(110), 제1 연결 배관(130), 제2 연결 배관(150), 제1 바이 패스 배관(170), 및 제2 바이 패스 배관(190)을 포함할 수 있다.
송풍부(800)는 제1 송풍기(810), 제2 송풍기(820) 및 제3 송풍기(830)를 포함할 수 있다. 댐퍼부(900)는 제1 댐퍼(910), 제2 댐퍼(920) 및 제3 댐퍼(930)를 포함할 수 있다.
액체식 제습기는 실내로 공급되는 외기를 제습할 수 있다. 액체식 제습기는 제습부(100), 및 재생부(200)를 포함할 수 있다.
제1 바이 패스는 제1 연결 배관(130)과 제2 연결 배관(150)을 연결할 수 있다. 제어부(600)는 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 온도 보다 낮은 경우, 제1 바이패스 배관을 통해 제1 연결 배관(130) 내의 액체식 제습제 일부를 제2 연결 배관(150)으로 바이패스할 수 있다. 이에 따라, 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도가 상승할 수 있다.
제2 바이 패스 배관(190)은 재생부(200)를 통과한 제2 외기를 외부로 바이패스할 수 있다. 실시 예에서, 재생부(200)를 통과한 제2 외기의 온도가 제1 열교환기(400)를 통과한 급수의 온도보다 낮은 경우, 제2 열교환기(450)에서 제2 외기가 급수의 열을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 제2 바이 패스 배관(190)은 재생부(200)를 통과한 제2 외기의 온도가 제1 열교환기(400)를 통과한 급수의 온도보다 낮은 경우, 제2 외기를 외부로 바이패스하여 제2 열교환기(450)에서 열교환이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 공조 시스템(10)의 제어방법에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 공조 시스템(10)에 대해서는 전술하였는 바, 중복되는 사항에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 도 5의 액체식 제습제의 가열 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템의 제1 모드를 나타낸 개략도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템의 제2 모드를 나타낸 개략도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 시스템(10)의 제어방법은 실내를 향해 유동하는 상기 외기의 제1 온도와 제1 습도를 측정하는 단계(S100, 이하, 제1 측정 단계라 한다.); 및 상기 제1 습도가 상기 기준 습도를 초과하는 경우에는 상기 공조 시스템(10)을 제1 모드로 운전하고, 상기 제1 습도가 상기 기준 습도 이하인 경우에는 상기 공조 시스템(10)을 제2 모드로 운전하는 단계를 포함하고, 상기 제1 모드는, 상기 제습부(100)로 유입된 상기 외기를 향해 상기 액체식 제습제를 분사하여 상기 외기를 제습하는 단계(S300, 이하, 제습 단계라 지칭한다.); 및 상기 제1 열교환기(400)에서 상기 제1 연결 배관(130) 내의 상기 액체식 제습제와 상기 제습부(100)를 통과한 상기 급수 배관 내의 급수를 열교환하는 단계(S400, 이하, 제1 열교환 단계라 지칭한다.)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조 시스템(10)의 제어방법은 제1 측정 단계(S100), 제습 단계(S300), 제1 열교환 단계(S400), 제2 열교환 단계(S410), 제1 가열 단계(S600), 및 증발냉각 단계(S800)를 포함할 수 있다. 또한, 공조 시스템(10)의 제어방법은 제2 가열 단계(S305), 및 재생 단계(S550)를 더 포함할 수 있다.
제어부(600)는 제1 송풍기(810)를 구동하여 제1 외기를 제습부(100)로 유입시킬 수 있다.
센서부(650)는 외기의 제1 온도, 제1 습도 등을 측정할 수 있다(S100). 제어부(600)는 제1 습도가 기 설정된 기준 습도를 초과하는 지를 판단할 수 있다(S200). 제어부(600)는 제1 습도가 기준 습도를 초과하는 경우에 공조 시스템(10)을 제1 모드로 운전할 수 있다.
제1 모드는 제습 단계(S300), 증발냉각 단계(S800), 제1 열교환 단계(S400), 제2 열교환 단계(S410), 제1 가열 단계(S600), 제2 가열 단계(S305) 및 재생 단계(S550)를 포함할 수 있다.
제습 단계(S300)에서 제어부(600)는 제1 습도가 기준 습도를 초과하는 경우에 제습부(100), 제생부, 제1 펌프(710), 제2 펌프(720), 제3 펌프(730) 제2 열원(350) 등을 구동시킬 수 있다. 이에 따라, 제습부(100)는 내부로 유입된 제1 외기를 향해 액체식 제습제를 분사할 수 있다. 제1 외기에 액체식 제습제가 분사됨으로써, 제1 외기는 제습될 수 있다.
제습 단계(S300)에서 제어부(600)는 제1 습도가 기준 습도를 초과하는 경우에 제1 펌프(710)를 구동할 수 있다. 이에 따라, 급수 배관(110) 내의 급수는 제1 펌프(710)에 의해 유동할 수 있다. 급수는 제습부(100) 내를 유동하면서 액체식 제습제로부터 열을 공급받을 수 있다. 이때, 급수의 온도는 소폭 상승할 수 있다. 예를 들면, 제습부(100)로 유입되는 급수의 온도가 대략 18도일 경우에 제습부(100)를 통과한 급수의 온도는 대략 18.5도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제습 단계(S300)에서 제어부(600)는 제3 펌프(730)를 구동할 수 있다. 이에 따라, 제1 외기의 수분을 흡수한 액체식 제습제는 재생부(200)로 유동할 수 있다. 액체식 제습제가 재생부(200)로 유동할 때, 제2 가열 단계(S305)와 재생 단계(S550)가 수행될 수 있다.
제2 가열 단계(S305)에서 센서부(650)는 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도와 제2 외기의 온도를 측정할 수 있다(S310).
재생부(200)로 유입되는 제2 외기의 온도가 높을수록 재생부(200)로 유입되는 액체식 제습제의 온도가 낮아도 제2 열교환기(450)에서 열교환된 급수의 온도가 일정 온도 이상이 될 수 있다. 예를 들면, 제2 열교환기(450)에서 열교환된 급수의 온도가 45도 이상이 될 수 있다. 이에 따라, 제어부(600)는 제2 외기의 온도에 따라 재생부(200)로 유입되는 액체식 제습제의 온도를 상이하게 하여, 전력을 효율적으로 사용할 수 있다.
실시 예에서, 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 제1 가열온도보다 큰 지를 판단할 수 있다(S320). 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 제1 가열 온도보다 작을 때, 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 고온 값이 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다(S325). 즉, 제2 열원이 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 고온 값이 되도록 액체식 제습제를 가열할 수 있다. 예를 들면, 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 25도보다 작을 때, 액체식 제습제의 온도가 60도 초과 또는 65도 이하가 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다.
실시 예에서, 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 제1 가열 온도보다 클 때, 제2 외기의 온도가 기 설정된 제2 가열 온도보다 큰 지를 판단할 수 있다(S330). 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 제1 가열 온도보다 크고 제2 가열온도보다 작을 때, 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 중온 값이 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다(S325). 즉, 제2 열원은 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 중온 값이 되도록 액체식 제습제를 가열할 수 있다. 예를 들면, 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 25도보다 크고 30도보다 작을 때, 액체식 제습제의 온도가 55도 초과 60도 이하 가 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다.
실시 예에서, 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 제2 가열 온도보다 클 때, 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 저온 값이 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다(S340). 즉, 제2 열원(350)은 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 저온 값이 되도록 액체식 제습제를 가열할 수 있다. 예를 들면, 제어부(600)는 제2 외기의 온도가 30도보다 클 때, 액체식 제습제의 온도가 55도가 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다.
이와 달리 다른 실시 예에서, 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 제1 기준 온도보다 낮을 경우, 제2 열원(350)은 액체식 제습제를 가열할 수 있다. 다만, 제어부(600)는 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도가 제2 기준 온도보다 커지지 않도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다.
또한, 액체식 제습제의 온도가 제1 기준 온도보다 작거나 제2 기준 온도보다 높을 경우, 재생부(200)에서 재생되는 액체식 제습제의 재생 효율이 떨어질 수 있다. 재생부(200)의 재생 효율이 떨어질 경우, 공조 시스템(10)의 제습 사이클 운전이 불가능함과 동시에 급탕 역시 안정적인 온도로 공급되지 못할 수 있다. 이에 따라, 제어부(600)는 제2 연결 배관(150) 내의 액체식 제습제의 온도가 제1 기준 온도와 제2 기준 온도 사이가 되도록 제2 열원(350)을 제어할 수 있다.
재생 단계(S550)에서 제어부(600)는 제2 송풍기(820)를 구동하여 제2 외기가 재생부(200)로 유입되도록 할 수 있다. 제어부(600)는 재생부(200)로 유입되는 액체식 제습제를 제2 외기를 향해 분사할 수 있다. 이때, 액체식 제습제의 수분은 증발하여 농도가 커질 수 있다. 또한, 제2 외기는 액체식 제습제로부터 수분과 열을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 재생부(200)를 통과한 제2 외기는 고온 다습한 공기일 수 있다.
제1 열교환 단계(S400)에서 제어부(600)는 제2 펌프(720)를 구동할 수 있다. 이에 따라, 재생부(200)에서 재생된 액체식 제습제가 제습부(100)를 항해 유동할 수 있다. 제습부(100)를 통과한 급수와 제1 연결 배관(130) 내의 액체식 제습제는 제1 열교환기(400)에서 열교환할 수 있다. 제1 열교환 단계를 통해 액체식 제습제의 온도가 떨어지고, 급수의 온도는 상승할 수 있다.
센서부(650)는 제1 열교환기(400)에서 열교환된 액체식 제습제의 온도를 측정할 수 있다. 제어부(600)는 제1 열교환기(400)에서 열교환된 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 제3 기준 온도보다 높을 경우, 액체식 제습제의 온도가 제3 기준 온도보다 낮게 되도록 냉각기(550)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 제습부(100)에는 저온의 액체식 제습제가 공급될 수 있다. 액체식 제습제의 온도가 낮을수록 제1 외기의 제습 효율이 높아지기 때문이다. 실시 예에서, 제어부(600)는 액체식 제습제의 온도가 대략 15도가 되도록 냉각기(550)를 제어할 수 있다.
제1 열교환기(400)에서 열교환된 급수는 제2 열교환기(450)를 향해 유동할 수 있다. 실시 예에서, 제1 열교환기(400)에서 열교환된 급수와 재생부(200)를 통과한 제2 외기는 제2 열교환기(450)에서 열교환될 수 있다(S410). 이에 따라, 제2 외기의 온도는 떨어지고, 급수의 온도는 상승할 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 제2 외기의 온도가 제1 열교환기(400)를 통과한 급수의 온도보다 낮을 경우에 제2 외기를 급수와 열교환시키지 않고, 외부로 바이패스하여 배기할 수 있다.
센서부(650)는 제2 열교환기(450)를 통과한 급수의 온도를 측정할 수 있다. 제어부(600)는 제2 열교환기(450)를 통과한 급수의 온도와 사용자가 입력한 급탕의 온도보다 작은지를 판단할 수 있다(S500). 제어부(600)는 제2 열교환기(450)를 통과한 급수의 온도가 사용자가 입력한 급탕의 온도보다 낮을 경우, 제1 열원(300)을 구동할 수 있다(S600). 즉, 제1 열원(300)은 급수를 가열할 수 있다. 이에 따라, 급수는 사용자가 입력한 급탕의 온도에 도달한 상태로 급탕될 수 있다. 이에 따라, 공조 시스템(10)은 급탕 기능을 가질 수 있다.
센서부(650)는 제습부(100)에서 제습된 제1 외기의 온도와 실내 배기의 온도를 측정할 수 있다. 제어부(600)는 제습된 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 큰지를 판단할 수 있다(S700). 제어부(600)는 제습부(100)에서 제습된 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 클 때, 증발냉각기(500)와 제3 송풍기(830)를 구동할 수 있다.
증발냉각기(500)는 제습부(100)에서 제습된 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 클 때, 실내 배기와 제1 외기를 열교환하여 제1 외기를 냉각할 수 있다(S800). 증발냉각기(500)에서 냉각된 제1 외기는 실내로 공급될 수 있다. 즉, 공조 시스템(10)은 실내 환기 기능과 냉방 기능을 함께 수행할 수 있다.
다만, 제어부(600)는 제습부(100)에서 제습된 제1 외기의 온도가 실내 배기 이하일 때, 제3 송풍기(830)만을 구동할 수 있다. 이때, 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 낮기 때문에 제1 외기가 실내로 유입되면 실내를 환기시킬 뿐만 아니라 냉방시킬 수 있다. 즉, 공조 시스템(10)은 실내 환기 기능과 냉방 기능을 수행할 수 있다.
제어부(600)는 제1 습도가 기준 습도 이하인 경우에 공조 시스템(10)을 제2 모드로 운전할 수 있다. 제2 모드는 증발냉각 단계를 포함할 수 있다.
센서부(650)는 제습부(100)를 통과한 제1 외기의 온도와 실내 배기의 온도를 측정할 수 있다. 제어부(600)는 제습부(100)를 통과한 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 클 때, 증발냉각기(500)와 제3 송풍기(830)를 구동할 수 있다.
증발냉각기(500)는 실내 배기와 제1 외기를 열교환할 수 있다. 이에 따라, 제1 외기의 온도가 떨어질 수 있다. 증발냉각기(500)에서 냉각된 제1 외기는 실내로 공급될 수 있다. 즉, 공조 시스템(10)은 실내 환기 기능과 냉방 기능을 함께 수행할 수 있다.
또한, 제어부(600)는 제습부(100)에서 제습된 제1 외기의 온도가 실내 배기 이하일 때, 제3 송풍기(830)를 구동할 수 있다. 이때, 제1 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 낮기 때문에 제1 외기가 실내로 유입되면 실내를 환기시킬 뿐만 아니라 냉방시킬 수 있다. 즉, 공조 시스템(10)은 실내 환기 기능과 냉방 기능을 수행할 수 있다.
본 명세서에서, 공조 시스템(10)이 급탕 기능 및 제습 기능을 수행하는 것을 제1 모드라고 지칭할 수 있다. 또한, 공조 시스템(10)이 급탕 기능 및 제습 기능을 수행하지 않는 것을 제2 모드로 지칭할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 공조 시스템 100: 제습부
110: 급수 배관 130: 제1 연결 배관
150: 제2 연결 배관 200: 재생부
300: 제1 열원 350: 제2 열원
400: 제1 열교환기 450: 제2 열교환기
500: 증발냉각기 550: 냉각기
600: 제어부 650: 센서부
700: 펌프부 800: 송풍부

Claims (12)

  1. 실내로 공급되는 외기를 제습하는 제습부;
    상기 제습부에 액체식 제습제를 재생하는 재생부;
    일부가 상기 제습부를 통과하는 급수 배관;
    상기 재생부와 상기 제습부를 연결하고, 상기 재생부에서 재생된 상기 액체식 제습제를 상기 제습부로 유동시키는 제1 연결 배관;
    상기 재생부와 상기 제습부를 연결하고, 상기 제습부에서 수분을 흡수한 상기 액체식 제습제를 상기 재생부로 유동시키는 제2 연결 배관;
    상기 제1 연결 배관 내의 상기 액체식 제습제와 상기 급수 배관 내의 급수를 열교환하는 제1 열교환기; 및
    상기 재생부를 통과한 외기와 상기 제1 열교환기에서 열교환된 상기 급수를 열교환하는 제2 열교환기를 포함하고,
    상기 제2 열교환기에서 열교환된 급수를 가열하는 제1 열원을 더 포함하는 공조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제습부에서 제습된 상기 외기와 실내에서 배출된 실내 배기를 열교환하여 상기 외기를 냉각시키는 간접식 증발냉각기를 더 포함하는 공조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 증발냉각기는 상기 외기의 온도가 상기 실내 배기의 온도보다 클 때, 상기 외기와 상기 실내 배기를 열교환하는 공조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환기에서 열교환된 상기 액체식 제습제를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하는 공조 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제습부에서 상기 재생부로 유입되는 상기 액체식 제습제를 가열하는 제2 열원을 더 포함하는 공조 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 열원은 상기 외기의 온도 정보를 이용하여 상기 액체식 제습제의 온도를 조절하는 공조 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제습부는 상기 외기의 습도가 기 설정된 기준 습도보다 클 때, 상기 외기를 제습하는 공조 시스템.
  9. 제1항 내지 제4항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 공조 시스템을 제어하는 제어방법에 있어서,
    실내를 향해 유동하는 상기 외기의 온도와 습도를 측정하는 단계; 및
    상기 외기의 습도가 기준 습도를 초과하는 경우에는 상기 공조 시스템을 제1 모드로 운전하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 모드는,
    상기 제습부로 유입된 상기 외기를 향해 상기 액체식 제습제를 분사하여 상기 외기를 제습하는 단계; 및
    상기 제1 열교환기에서 상기 제1 연결 배관 내의 상기 액체식 제습제와 상기 제습부를 통과한 상기 급수 배관 내의 급수를 열교환하는 단계를 포함하는 공조 시스템의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 모드는,
    상기 제습부에서 제습된 상기 외기의 온도가 실내에서 배출된 실내 배기의 온도를 초과하는 경우, 상기 실내 배기와 상기 제습부에서 제습된 상기 외기를 열교환하여 상기 외기를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 공조 시스템의 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 연결 배관 내의 상기 액체식 제습제의 온도가 기 설정된 제1 기준 온도보다 낮을 경우, 상기 액체식 제습제를 가열하는 단계를 더 포함하는 공조 시스템의 제어방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 모드는,
    상기 재생부를 통과한 외기와 상기 제1 열교환기를 통과한 급수를 상기 제2 열교환기에서 열교환하는 단계를 더 포함하는 공조 시스템의 제어방법.
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