KR102540771B1 - 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치에 관한 것으로, 공기가 유입될 수 있는 순환덕트, 그리고 상기 순환덕트와 연결되어 상기 공기가 유입되어 유동할 수 있고 상기 공기의 온도를 조절하여 상기 순환덕트로 배출하는 온도 조절부를 포함할 수 있다.

Description

공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치{Ventilation cooling system using air refrigerant}
본 발명은 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치에 관한 것이다.
산업화가 급속도로 이루어지면서 아파트, 빌딩과 같은 건물들이 늘어나고 있다. 건물들은 많은 사람을 수용할 수 있기 때문에, 쾌적한 실내 환경을 유지하기 위해 냉방과 환기가 중요하다. 건물의 냉방과 환기는 주로 에어컨이나 공기 정화기 등에 의해 진행된다. 상기 에어컨은 냉매(Refrigerant)를 이용하여 냉동사이클 작동으로 실내온도를 냉각시키고 있다.
냉매는 에어컨의 내부를 순환(압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기)하면서 저온의 액체(또는 기체) 상태의 냉매를 고온의 기체로 그리고 다시 액체상태로 변환하는 과정을 거치면서 시스템 저온부의 열을 고온부로 전달하는 매개체로 사용되는 물질이다.
이러한 냉매는 '프레온 가스(R12)'로 불리는 염불화탄소(CFC) 계열이나 수소염불화탄소(HCFC) 계열의 화학물질이 사용되어 왔다. 프레온 가스는 대기 중으로 퍼지면 분해되지 못하고 성층권에 도달하며 자외선에 의해 분해되면서 오존층을 함께 파괴하게 되었다. 또한, 프레온 가스는 지구의 복사열을 밖으로 내보내지 못하도록 막아 지구온난화 현상의 주원인이 되기도 한다.
따라서 냉매로 인한 환경오염을 막고자 친환경 냉매에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0064427호 (2013.06.18.)
본 발명은 공기를 냉매로 사용하여 실내를 환기 및 냉방 도록 함으로써 친 자연적인 냉방을 구현하는 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치는 공기가 유입될 수 있는 순환덕트, 그리고 상기 순환덕트와 연결되어 상기 공기가 유입되어 유동할 수 있고 상기 공기의 온도를 조절하여 상기 순환덕트로 배출하는 온도 조절부를 포함한다.
상기 온도 조절부는 입구와 출구가 상기 순환덕트와 연결되어 상기 순환덕트의 공기가 유입되어 유동할 수 있는 배관, 상기 배관의 입구에 배치되어 유입된 상기 공기를 압축하여 고온 고압 상태로 변화시키는 압축부, 상기 배관에 배치되어 고온 고압의 공기를 응축시켜 중온 고압 상태로 변화시키는 응축부, 상기 배관에 배치되어 중온 고압의 공기를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변화시키는 팽창부 및 상기 배관의 출구에 배치되어 저온 저압의 공기를 상기 순환덕트의 내부로 배출하는 노즐을 포함할 수 있다.
상기 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치는 상기 응축부와 상기 압축부를 경유하는 냉각덕트를 더 포함할 수 있다.
상기 순환덕트로 배출된 저온 저압의 공기는 상기 순환덕트를 통해 실내로 배출되어 실내의 온도를 낮출 수 있고, 상기 저온 저압의 공기는 상기 냉각덕트로 유입되어 상기 응축부 및 상기 압축부와 열교환할 수 있다.
상기 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치는 상기 순환덕트에 배치되어 상기 순환덕트를 유동하는 공기를 정화하는 정화유닛을 더 포함할 수 있다.
정화된 공기는 상기 온도 조절부로 유입될 수 있다.
상기 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치는 상기 순환덕트와 연결되어 실외의 공기를 상기 순환덕트로 유입시키는 외기덕트를 더 포함할 수 있다.
상기 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치는 상기 순환덕트에 배치되어 상기 공기를 유동시키는 휀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공기의 온도를 낮추는 냉매를 화학물질로 사용하지 않고 자연 상태의 공기를 압축, 응축 및 팽창시켜 온도를 낮추므로 화학물질 냉매 사용으로 발생할 수 있는 환경 오염 문제를 예방할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 순환덕트의 내부에 정화유닛이 배치되어 있어 공기 중의 오염물과 습기를 제거할 수 있다. 이에 신선한 공기를 실내로 공급할 수 있어 실내공간을 쾌적하게 형성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자동차용 근접공조에도 적합하며, 건축물일 경우 낮은 유량으로 이용되기 때문에 이용자의 불쾌감이 낮아 이용성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 공기 냉매를 이용한 환기 냉장 장치(1)는 순환덕트(10), 그리고 온도 조절부(60)를 포함하며 공기를 냉매로 사용하여 실내를 환기 및 냉방 도록 함으로써 친 자연적인 냉방을 구현한다. 본 실시예에 따른 공기 냉매를 이용한 환기 냉장 장치(1)는 외기덕트(30), 휀(20), 정화유닛(50) 및 냉각덕트(70)를 더 포함할 수 있다. 여기서 실내는 건축물 또는 차량의 내부일 수 있다.
순환덕트(10)는 양단이 서로 떨어져 있으며 일단(10a)과 타단(10b)은 실내공간(200)과 연결되어 있다. 실내공간(200)의 공기는 순환덕트(10)의 일단으로 유입되어 타단으로 유동할 수 있다. 순환덕트(10)의 일단에는 실내 공기의 유입량을 제어하기 위한 유량 조절부(도시하지 않음)가 배치될 수 있다. 여기서 유량 조절부의 세부적인 구성은 공지된 공기조화기의 환기댐퍼와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. 순환덕트(10)의 외부 둘레에는 단열재(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 순환덕트(10)의 일단에는 먼지 따위를 차단하기 위한 필터(도시하지 않음) 따위 배치될 수 있다.
외기덕트(30)는 순환덕트(10)의 일단과 타단의 사이에 위치하여 일단은 실외와 연결되어 있고 타단은 순환덕트(10)와 연결되어 있다. 실내공기가 외기덕트(30)를 통해 순환덕트(10)로 유입될 수 있다. 외기덕트(30)의 일단에는 실외 공기의 유입량을 제어하기 위한 유량 조절부(도시하지 않음)가 배치될 수 있다.
외기덕트(30)와 순환덕트(10)의 사이에는 댐퍼(40)가 배치되어 있다. 댐퍼(40)는 실외공기가 순환덕트(10)로 유입되는 것을 제어할 수 있다. 댐퍼(40)는 양단이 순환덕트(10)와 회전 가능하게 연결된 복수의 루버, 복수의 루버와 연결된 링크 및 링크를 작동시키는 전동모터를 포함한다. 전동모터의 작동으로 루버는 회전하면 외기덕트(30)와 순환덕트(10)가 연결된 지점을 열고 닫을 수 있다.
댐퍼(40)가 열리면 실외공기는 순환덕트(10)로 유입될 수 있으며, 댐퍼(40)가 닫히면 실외공기는 순환덕트(10)로 유입되지 않을 수 있다. 외기덕트(30)에는 먼지, 유해물질 등의 외부 오염물을 차단하기 위한 필터(도시하지 않음)가 배치될 수 있다. 그러나 외기덕트(30)는 생략될 수 있다. 외기덕트(30)가 생략된 경우 실내공기만 순환덕트(10)를 유동할 수 있다.
휀(20)은 순환덕트의 타단에 배치되어 있다. 휀(20)의 작동으로 실내공간(200)의 공기는 순환덕트(10)의 일단으로 유입되어 타단으로 유동할 수 있다. 이때 댐퍼(40)가 열린 상태에서는 실외공기가 외기덕트(30)와 순환덕트(10)를 유동하여 실내공간(200)으로 유입될 수 있다.
한편, 순환덕트(10)의 타단을 통해 실내공간(200)으로 유입되는 공기량을 100%로 가정하였을 때 실내공간(200)에서 순환덕트(10)의 일단으로 유입되는 공기는 75 내지 85%이고, 외기덕트(30)의 일단으로 유입되는 외부 공기는 25 내지 15%일 수 있다. 순환덕트(10)의 일단에 배치된 유량 조절부와 외기덕트(30)의 일단에 배치된 유량 조절부의 제어로 실내공기와 실외공기의 유동량을 제어할 수 있다. 순환덕트(10)로 유입되는 공기의 유입량은 기상 조건에 따라 달라질 수 있다.
그러나 휀(20)은 생략될 수도 있다. 휀(20)이 생략된 경우 실내와 실외 공기는 순환덕트(10)의 내부를 자연 순환할 수 있다.
정화유닛(50)은 댐퍼(40)와 순환덕트(10)의 타단 사이에 배치되어 있다. 그러나 정화유닛(50)은 순환덕트(10)의 타단에 배치될 수 있다. 이에 댐퍼(40)를 통과한 실내공기와 실외공기는 정화유닛(50)을 통과할 수 있다. 공기(실내, 실외) 중에 포함된 먼지, 세균 등의 유해물은 정화유닛(50)에서 제거될 수 있다. 순환덕트(10)와 외기덕트(30)의 일단에 배치된 필터, 정화유닛(50) 등에 의해 정화된 공기가 실내로 공급될 수 있다. 정화유닛(50)에 제습유닛(도시하지 않음)이 배치될 수 있다. 이에 공기 중의 습기 또한 정화유닛(50)에서 제거될 수 있다.
이와 같은 정화유닛(50)의 세부적인 구성은 공지된 공기조화기의 구성과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. 그러나 정화유닛(50)은 생략될 수 있다. 이 경우 순환덕트(10)와 외기덕트(30)의 일단에 배치된 필터에 의해 공기 중의 유해물이 제거될 수 있다.
온도 조절부(60)는 배관(61), 압축부(62), 응축부(63), 팽창부(64) 및 노즐(65)을 포함하며 순환덕트(10)를 유동하는 공기의 온도를 낮춘 후 실내로 공급할 수 있다.
온도 조절부(60)는 Reverse Air Brayton 사이클을 이용하며, 증발에 해당하는 구간에서 팽창을 거쳐 차가운 공기가 순환덕트(10)에 직접분사(Direct Injection)되어 정화유닛을 거친 깨끗한 공기와 혼합되어 실내에 공급되는 구조이다.
배관(61)은 양단이 끊어져 서로 떨어져 있으며 댐퍼(40)와 순환덕트(10)의 타단 사이에 위치하고 있다. 배관(61)의 일단(61a)은 댐퍼(40)와 근접하여 순환덕트(10)와 연결되어 있고 타단(61b)은 순환덕트(10)의 타단과 근접하여 순환덕트(10)와 연결되어 있다. 배관(61)의 내부는 순환덕트(10)의 내부와 연결되어 순환덕트(10)를 유동하는 일부 정화된 공기는 배관(61)으로 유입되어 유동할 수 있다. 여기서, 정화된 공기의 유량이 1.299㎏/s 일 때 배관(61)으로 유입되는 유량은 0.490㎏/s 일 수 있다.
압축부(62)는 배관(61)의 일단에 배치되어 있다. 압축부(62)의 작동으로 정화된 공기는 배관(61)으로 유입될 수 있다. 압축부(62)는 낮은 온도와 압력의 공기를 압축시켜 온도와 압력을 높인다. 압축부(62)는 온도가 23℃ 내지 33℃이고 압력이 95㎪ 내지 105㎪인 배관(61)의 정화된 공기를 압축하여 온도를 42℃ 내지 52℃로 높이고 압력을 390㎪ 내지 410㎪로 높일 수 있다. 압축부(62)는 정화된 공기를 47.7℃의 온도와 400㎪ 압력으로 높일 수도 있다. 정화된 공기는 온도가 28℃이고, 압력이 100㎪인 상태에서 배관(61)으로 유입되어 압축부(62)를 통과하면서 온도가 47.7℃, 압력이 400㎪로 높아져 고온 고압 상태가 될 수 있다.
응축부(63)는 압축부(62)와 이웃하여 배관(61)에 배치되어 있다. 압축부(62)에서 배출된 고온 고압의 공기는 응축부(63)를 통과할 수 있다. 응축부(63)는 고온 고압의 공기를 응축시켜 온도와 압력을 낮출 수 있다. 이에 응축부(63)를 통과하는 고온 고압의 공기는 외부 공기와 열교환으로 온도와 압력이 다소 낮아질 수 있다. 낮아진 온도는 23℃ 내지 33℃일 수 있고 압력은 375㎪ 내지 385㎪일 수 있다. 이에 압축부(62)에서 배출된 고온 고압의 공기는 응축부(63)를 통과하면서 중온 고압 상태가 될 수 있다.
팽창부(64)는 배관(61)의 타단과 이웃하여 배관(61)에 배치되어 있다. 응축부(63)에서 배출된 중온 고압의 공기는 팽창부(64)를 통과할 수 있다. 팽창부(64)는 중온 고압의 공기를 감압할 수 있다. 이때 중온 고압의 공기는 온도 또한 낮아질 수 있다. 팽창부(64)는 터빈일 수도 있다. 이에 중온 고안의 공기는 팽창부(64)를 통과하면서 3℃ 내지 13℃일 수 있고 압력은 280㎪ 내지 290㎪일 수 있다. 중온 고압의 공기는 온도가 8℃이고 압력은 288㎪일 수 있다. 이에 중온 고안의 공기는 저온 저압 상태가 될 수 있다.
노즐(65)은 순환덕트(10)의 타단과 이웃하여 순환덕트(10)의 내부에 배치되어 있으며 배관(61)의 타단과 연결되어 있다. 이에 팽창부(64)를 통과하면서 발생한 저온 저압의 공기는 노즐(65)을 통해 순환덕트(10)의 내부로 분사된다. 저온 저압의 공기는 순환덕트(10)의 내부에서 배관(61)으로 유입되지 못한 정화된 공기와 혼합되어 순환덕트(10)의 타단을 통해 실내로 공급될 수 있다. 혼합된 공기의 온도는 11℃ 내지 21℃일 수 있다. 혼합된 공기의 온도는 16.6℃일 수도 있다. 혼합된 공기가 실내로 유입되면서 실내의 온도는 낮아질 수 있다.
공기의 온도를 낮추는 냉매를 화학물질로 사용하지 않고 자연 상태의 공기를 압축, 응축 및 팽창시켜 온도를 낮추므로 화학물질 냉매 사용으로 발생할 수 있는 환경 오염 문제를 예방할 수 있다.
냉각덕트(70)는 일단이 순환덕트(10)의 타단과 이웃하여 실내공간(200)과 연결되어 있으며 타단은 응축부(63)와 압축부(62)를 경유하고 있다. 냉각덕트(70)에는 휀(도시하지 않음)이 배치될 수 있다. 휀의 구동으로 실내공간(200)로 유입된 공기는 냉각덕트(70)으로 유입되어 유동할 수 있다. 냉각덕트(70)의 일단에는 유량 제어부(도시하지 않음)가 배치되어 있어 공기가 냉각덕트(70)으로 유입되는 정도를 제어할 수 있다. 이에 압축부(62)와 응축부(63)의 상태에서 따라 공기의 유동을 제어할 수 있다.
냉각덕트(70)으로 유입되는 저온 저압의 공기는 실내공간(200)의 공기를 100%로 가정하였을 때 25 내지 15%일 수 있다. 그러나 냉각덕트(70)는 생략될 수 있다. 이 경우 압축부(62)와 응축부(63)는 별도의 냉각수단(도시하지 않음)을 구비할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치 10: 순환덕트
10a: 일단 10b: 타단
20: 휀 30: 외기덕트
40: 댐퍼 50: 정화유닛
60: 온도 조절부 61: 배관
61a: 일단 61b: 타단
62: 압축부 63: 응축부
64: 팽창부 65: 노즐
70: 냉각덕트 200: 실내공간

Claims (6)

  1. 양 단부가 실내공간과 연결되어 실내공간의 공기를 순환시키는 순환덕트,
    상기 순환덕트와 연결되어 실외의 공기를 상기 순환덕트로 유입시키는 외기덕트,
    상기 순환덕트와 연결되어 있고, 상기 순환덕트의 공기의 온도를 조절하는 온도 조절부, 그리고
    상기 온도 조절부와 연결되어 있고 상기 실내공간의 일부 공기를 상기 온도 조절부로 유동시킬 수 있는 냉각덕트
    를 포함하며,
    상기 온도 조절부는
    입구와 출구가 상기 순환덕트와 연결되어 상기 순환덕트의 공기가 유입되어 유동할 수 있는 배관,
    상기 배관의 입구에 배치되어 유입된 상기 공기를 압축하여 고온 고압 상태로 변화시키는 압축부,
    상기 배관에 배치되어 고온 고압의 공기를 응축시켜 중온 고압 상태로 변화시키는 응축부 및
    상기 배관에 배치되어 중온 고압의 공기를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변화시키는 팽창부
    를 포함하며, 상기 저온 저압의 공기는 상기 온도 조절부의 출구를 거쳐 상기 실내공간으로 유입되어 상기 실내공간의 온도를 낮출 수 있고,
    상기 실내공간의 일부 공기는 상기 냉각덕트를 거쳐 상기 응축부를 경유할 수 있는
    공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 온도 조절부는
    상기 배관의 출구에 배치되어 저온 저압의 공기를 배출하는 노즐
    을 더 포함하는
    공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 순환덕트에 배치되어 상기 순환덕트를 유동하는 공기를 정화하는 정화유닛을 더 포함하는
    공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 순환덕트에 배치되어 상기 공기를 유동시키는 휀을 더 포함하는 공기 냉매를 이용한 환기 냉방 장치.
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