KR19980067580A - 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축식 냉방 시스템과 액체 건조제 제습 시스템을 효과적으로 통합한 시스템으로 건물 또는 실내의 공기 조화를 효율적으로 수행하기 위해서 공급 가격이 저렴한 심야 전력을 활용하여 액체 건조제 희용액을 재생하여서 농용액으로 저장하고, 저장된 건조제 농용액을 주간에 공급 공기의 냉방 부하 발생시 제습 부하를 처리하게 하여 압축기 용량 감소 설계가 가능한 에어컨에 관한 것으로, 압축식 냉방 시스템의 구성 요소인 증발기를 주간에 냉방 부하를 처리하기 위해 작동할 때 액체식 제습 장치의 제습부로 활용하고, 심야에는 값싼 심야 전력을 활용하여 압축식 시스템을 가동시켜 압축식 냉방 시스템의 응축기를 제습 장치의 재생기로 활용하여 농용액을 만들어 저장하는 복합 시스템이면서도, 그 외형을 콤팩트화 할 수 있는 것이다.

Description

심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨

본 발명은 압축 냉방 시스템과 액체 건조제 제습 시스템을 통합한 시스템으로 건물 또는 실내의 공기 조화를 효율적으로 수행하기 위해서 가격이 저렴한 심야 전력을 활용하여 액체 전조제 희용액을 재생하여서 농용액으로 저장하고, 주간에 공급 공기의 냉방 부하 발생시 제습 부하 처리에 활용함으로서 증기 압축 냉방 시스템의 압축기로는 현열 부하만을 처리하게 하여 압축기용량 감소 설계 및 그 외형을 콤팩트화할 수 있도록 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨에 관한 것이다.

일반적으로, 압축식 냉방 시스템에서 요구되는 냉방 부하 처리를 위해 먼저 전기 구동 압축기로 냉매를 응축되고, 팽창 밸브를 통과하면서 감압되어 증발하기 쉬운 상태로 바뀌어 증발기에서 외부 공기로부터 열을 빼앗아 냉매가 증발하며, 다시 압축기로 들어가는 냉방 사이클로 이루어지고 있다.

그리고, 실내의 냉방 부하는 공급 공기의 건구 온도차와 관련된 현열 부하, 습도차와 관련된 잠열 부하로 구성되고, 기존의 압축식 냉방 시스템은 온도차와 관련된 현열 부하 처리에는 효율적으로 작동하지만, 제습이 필요한 잠열 부하가 클때는 쾌적한 수준에 필요한 건구 온도 보다 훨씬 낮은 공기 노점 온도이하의 증발기 온도로 사이클을 작동시켜 공기 중의 습기를 응축 배출시키게 되는데, 이때 공기 온도는 실내에서 요구되는 쾌적 수준에 비하여 너무 낮게 되므로 재 가열을 이용하여 공기 조화에 요구되는 온도로 높여 주게 된다.

그렇지만 압축식 냉방 시스템의 성능 계수는 증발기 온도가 내려 갈수록 계수가 떨어지게 되므로, 압축식 냉방 시스템으로 제습 부하를 처리하는 것은 비효율적으로 전기 에너지의 과다 소비를 유발하는 문제점이 있었다.

액체식 제습 시스템은 수분에 대해 친화성을 갖고 있는 트리에틸렌글리콜 수용액, 염화리튬 수용액, 염화칼슘 용액 등의 건조제 용액을 공기와 직접 접촉시켜 공기중의 수분을 제거하고, 공기중의 수분을 흡수하여 묽어진 건조제 용액은 배열 또는 가스 열원, 태양열 등을 이용하여 재생기에서 재생하여 농용액으로 만들어 다시 재 사용할 수 있는 시스템으로서, 제습 부하 처리에 매우 효율적으로 적용할 수 있는 것이다.

종래 심야 전력 이용 축열식 시스템에서는 열 손실을 방지하기 위해 축열조에 비산 단열 시공을 반드시 필요로 하는 문제점과 , 또한, 빙축열 방식에서는 얼음을 얼리기 위해 압축식 냉동 시스템의 증발기 온도를 빙점 이하로 작동시킴으로서 축냉시의 압축식 사이클의 시스템 성능 계수가 낮게 운전되는 문제점 및 주간의 냉방 부하 처리를 위해서는 기존의 압축식 냉방 시스템은 현열 냉방 부하 외에 제습부하를 처리할 수 있도록 압축기 용량을 과대 설계하여 시스템 비용 및 운전비용이 과다하게 사용되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 가격이 저렴한 심야 전력을 활용하여 액체 건조제 희용액을 재생하여서 농용액으로 저장하고, 주간에 공급 공기의 냉방 부하 발생시 제습 부하 처리에 활용함으로서 증기 압축 냉방 시스템의 압축기로는 현열 부하만을 처리하게 하여 압축기용량 감소 설계 및 그 외형을 콤팩트화 할 수 있도록 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 압축식 냉방 시스템의 증발기를 주간에 냉방 부하 처리를 위해 작동할 때 액체식 제습 장치의 제습부로 가동하고, 심야에는 값싼 심야 전력을 이용하여 농용액으로 만듬과 동시에 저장하여 공급 공기의 냉방 부하 발생시 제습부하처리에 활용되게 하며, 압축기로는 현열 부하만을 처리하게 하여 압축기의 용량을 감소할 수 있도록 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨을 제공함에 의해 달성된다.

도 1 은 본 발명의 전체 구성도,

도 2 는 본 발명에 따른 응축기 및 증발기의 구성도,

도 3 은 본 발명에 따른 심야 전력을 이용할 때의 흐름도,

도 4 는 본 발명에 따른 주간 전력을 이용할 때의 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 ... 압축기2 ... 실외기

3 ... 팽창 밸브4 ... 실내기

5 ... 농용액 탱크6 ... 희용액 탱크

7, 8 ... 용액 펌프9, 10, 11, 12 ... 배관

13, 14, 15, 16 ... 용액 배관17 ... 스프레이

18 ... 엘리미네이터19 ... 용액 수집판

20 ... 송풍기

다음 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 구체적으로 설명하겠다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨이 도시되어 있는데, 이 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨은 도 1 도시와 같이 압축기(1)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매는 냉매 배관(9)을 통해 실외기(2) 내의 응축기로 전달된다. 한편 이 응축기는 주간에 외기에 의한 공기 냉각을 통한 냉매 응축이 수행되고, 심야에는 액체 건조제 재생을 의해 액체 건조제 배관에 의해 공급된 건조제를 고온, 고압 냉매의 응축 배열에 의해 재생시키는데 사용된다. 응축기에서 응축된 냉매는 냉매 배관(10)을 통해 팽창 밸브(3)를 통과하면서 감압되며, 다시 냉매 배관(11)을 통해 실내기(4)의 증발기로 유입된다.

이 증발기는 주간의 냉방 부하 처리시에는 액체 건조제 배관에 의해 공급된 액체 건조제가 증발기 외표면에 유하액막을 형성하면서 중력에 의해 아래로 떨어짐과 동시에 외부로부터 유입된 처리 공기인 외기 또는 혼합 공기를 제습하면서 냉매 배관(12)을 통해 공급된 냉매의 증발에 의해 현열 냉각을 수행하게 되며, 심야에는 응축기에서 액체 건조제의 재생에 필요한 열 공급을 위한 공기 열원(Heat Source)처럼 작동하게 된다.

도 2에는 본 발명에 따른 응축기 및 증발기의 구성도가 도시되어 있는데, 응축기(재생기), 증발기(제습기)를 자세히 설명하면 상부에는 액체 건조제 배관을 통해 공급된 액체 전조제를 잘 분배하는 분배기 또는 스프레이(17) 장치가 설치되어 액체 건조제가 응축기 또는 증발기의 외 표면에 유하액막을 잘 형성할 수 있도록 고르게 살포하여 주는 기능을 수행하고, 응축기 또는 증발기 바닥에 설치된 용액 수집판(19)은 재생되거나 공기 제습에 의해 묽어진 건조제 용액을 수집하여 농용액 배관(7)이나 또는 희용액 배관(13)을 통해 용액 탱크(5, 6)보내게 된다.

또한 심야에 응축기로 액체 건조제를 재생하거나 주간에 증발기에서 액체 건조제를 살포하여 공기 제습을 행할 때에는 공기에 의한 제습 용액이 비산(carry-over)되는 것을 예방하기 위한 엘리미네이터(18)를 설치하여 미량의 비산된 제습 용액을 완전히 회수하여 하부의 용액 수집판(19)으로 보내어 재 사용할 수 있게 된다.

그리고 제습 및 냉각이 이루어진 처리 공기는 송풍기(20)에 의해 공조 공간으로 보내지게 된다.

도 3에는 본 발명에 따른 심야 전력을 이용할 때의 흐름도가 도시되어 있는데, 재생 사이클에서는 압축식 냉동 시스템의 일종의 공기 열원 열 펌프처럼 작동하여 실내기(4)내의 증발기에서 액체 건조제는 증발기 표면에 살포되지 않은 채 공기로부터 열을 흡수하여 압축기(1)에 입력된 에너지와 함께 실외기(2)의 응축기에서 건조제의 재생 열원으로 이용되는 사이클로 구성되고, 재생 사이클에서 실외기(2)의 응축기의 작동 온도는 건조제의 재생에 필요한 온도로 작동하게 되며, 주간에 공기 중의 수분을 흡수하여 희석된 건조제가 저장된 희용액 탱크(6)로부터 용액 펌프(8)에 의해 용액 배관(14)을 통해 공급된 건조제 희용액을 실외기(2)의 응축기에서 압축식 열 펌프 사이클의 응축 배열을 이용하여 필요한 농도로 재생함과 동시에 용액 배관(15)을 통해 농용액 탱크(5)에 저장된다.

이 재생 사이클은 심야에 활용도가 낮은 심야 전력을 건조제의 재생을 통한 농도차 에너지로 저장하는 것으로, 기존의 축열 시스템과 같이 단열 시공을 필요로 하지 않고 외부 공기와의 차단만 하면되므로 전기 에너지를 일종의 화학적 에너지인 액체 건조제의 농도차 에너지로 효과적으로 저장할 수 있는 것이며, 주간에 제습이 필요한 경우 저장된 농용액을 사용하여 필요한 제습 부하를 처리할 수 있게 하는 것이다.

도 4에는 본 발명에 따른 주간 전력을 이용할 때의 흐름도가 도시되어 있는데, 냉방 사이클에서 제습부하는 증발기의 표면에 살포된 제습 용액에 의해 처리되므로 압축기(1)는 기존의 단순 압축식 에어컨과는 달리 현열 냉방 부하만 처리하면 되므로, 용량 감소 설계가 가능한 것이다.

실내기(4)의 증발기에서는 용액 펌프(7)에 의해 농용액 탱크(5)로부터 용액 배관(16)을 통해 공급된 건조제 용액을 공기와 직접 접촉시켜 처리 공기 중의 습기를 제거하고, 헌열 냉방 부하는 냉매 배관(11)에 의해 공급된 냉매의 증발을 이용하여 처리한다. 이때 냉매의 증발 온도는 기존의 압축식 냉방 시스템처럼 공기 노점 온도 이하로 운전할 필요 없이 적절한 증발기 온도로 작동할 수 있어 압축식 사이클의 시스템 성능 계수 상승 효과를 기대할 수 있다.

또한 액체 건조제의 특성중 습기 제거 효과 이외에 공기 중의 박테리아와 같은 멸균 효과도 있으므로, 공기의 온도 및 습도를 효과적으로 처리할 수 있음과 동시에 공기의 멸균 효과로 공기 세정 효과를 기대할 수 있는 것이다.

이렇게 구성되는 본 발명은 주간에 냉방 사이클 작동시 이루어지는 제습은 기존의 압축식 냉방 시스템의 증발기에서처럼 공기 노점 온도 이하의 냉각에 의한 응축 제습이 아니라 흡수성이 강한 액체 건조제의 특성을 이용하는 것으로써, 공기중의 수분 제습은 액체 건조제가 처리하고, 공기 현열 냉각은 압축식 냉동 시스템의 냉매에 의해 효율적으로 처리하는 것이다.

따라서 주간에 증발기의 작동 온도는 높은 온도로 작동할 수 있어 압축식 냉동 시스템은 효율적으로 작동할 수 있게 되며, 심야의 건조제 재생 사이클에서도 증발기를 공기 열원 히트 펌프의 열원부처럼 활용하므로, 증발기 작동 온도는 높은 온도로 작동하게 되어 전체 성능 계수는 높아지게 되는 것이다.

또한 증발기에서 냉방 효과를 이루면서 증발된 냉매는 냉매 배관을 통해 압축기로 유입되며, 다시 압축식 냉방 사이클을 수행하게 되는 것이다.

그러면 도 3 및 도 4를 참조하여 효과에 관해 설명하겠다.

본 발명은 압축식 냉방 시스템과 액체 건조제를 이용하는 제습 장치를 효율적으로 결합하여서, 심야 전력을 활용함과 동시에 건조제의 재생을 통한 농도차 에너지로의 저장이 가능한 것으로, 심야 전력의 활용시에는 기존의 압축식 냉방 장치의 증발기를 제습기로 가동하여 증발기를 이중으로 사용함으로써 조립 부품 및 공수 그리고 생산 원가를 절감할 수 있는 것이다.

심야에는 건조제의 재생을 위해 압축식 냉방 시스템을 주간처럼 증발부에서 낮은 공기 온도를 만들기 위해 작동시키기보다는 응축기에서 건조제의 재생에 필요한 온도가 되도록 하는 열 펌프로 작동시킴으로써 높은 성능 계수의 작동 조건(하절기에는 외부 공기 온도가 높으므로 냉동 사이클이 증발부에서 공기로부터 열을 빼앗아 응축부에서 건조체의 재생에 필요한 온도로 가열하는 것이 쉽게 되어, 심야 전력 활용 건조제 재생 운전시의 압축식 사이클의 계수는 높게 운전될 수 있음) 하에서 응축기의 배열을 이용하여 건조제 용액을 재생시켜 원하는 농도로서 농용액 탱크에 저장하게 되는 것이다.

이러한 본 발명은 종래 심야 전력 이용 축열식 시스템에서는 열 손실을 방지하기 위해 축열조에 비싼 단열 시공을 반드시 필요로 하는 반면에 농도차 이용 에너지 저장은 단지 외부 공기로부터 습기가 스며들어 저장된 농용액이 다시 희용액으로 되는 것을 방지하기 위한 차단만 필요하여 경비 절감이 가능한 것이다.

또한 방축열 방식에서는 얼음을 얼리기 위해 압축식 냉동 시스템의 증발기 온도를 빙점 이하로 작동시킴으로서 축냉시의 압축식 사이클의 시스템 성능 계수가 낮게 운전되는 단점이 있으나 이에 비해 본 발명은 심야 전력을 활용하여 액체 건조제를 재생하고 농용액으로 저장하는 사이클은 높은 증발기 온도로 작동함으로서 시스템의 성능 계수가 높은 상태에서 운전된다는 장점이 있는 것이다.

주간의 냉방 부하 처리를 위해서는 기존의 압축식 냉방 시스템은 현열 냉방 부하 외에 제습 부하를 처리할 수 있도록 압축기 용량을 과대 설계하여 시스템 비용 및 운전비용에 부담을 주었으나, 본 발명은 제습 부하를 액체 건조제의 고유한 특성을 이용하여 처리함으로써, 압축식 냉동 시스템의 압축기 용량의 적정화 및 심야 전력을 이용하기 때문에 우리나라(한국)와 같이 하절기에 습도가 높은 기후에서는 운전비용도 절감할 수 있는 것이다.

Claims (6)

1. 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨은;

   a) 압축기, 응축기 및 팽창 밸브 그리고 증발기로 되는 압축식 냉방 사이클과;

   b) 응축기와 재생기를 구비하는 실외기, 증발기와 제습기를 구비하는 실내기, 농용액 탱크 및 희용액 탱크 그리고 용액 펌프와 엘리미네이터로 되는 액체 건조제 제습기를 일체로 결합하여서;

   c) 주간에는 증발기를 제습부로 하고, 심야에는 실외기의 응축기가 제습기의 재생기로 가동되는 것을 특징으로 한다.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 재생 사이클은 심야에 압축식 사이클을 증발기에서 열을 빼앗아 응축기에서 전달하는 열 펌프로 가동하여 응축기를 액체 건조제 희용액의 재생기로 가동시키는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 재생 사이클은 심야 전력을 이용하여 압축식 시스템으로 구동시키고, 응축기 배열로 건조제 용액을 재생하여 전기 에너지를 용액의 농도차 에너지로 변환시켜 저장하는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 액체 건조제는 트리에틸렌글리콜, 염화 리튬 수용액, 리튬브로마이드수용액, 염화칼슘 수용액인 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨.
5. 제 1 항에 있어서;

   상기 주간 냉방 사이클은 증발기의 표면에 심야에 재생되어 저장된 농용액 건조제를 살포시켜 건조제 용액의 습기 흡수로 공기를 제습하고, 냉매 배관내의 냉매 증발에 의해 현열 부하를 처리함과 동시에 냉방을 행하여 압축식 냉방 사이클의 증발기를 제습기로 동시에 가동하는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨.
6. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서;

   재생기를 포함하는 응축기와 제습기를 포함하는 증발기는 공기와 액체 건조제의 접촉 면적과 접촉시간을 크게하여 열 및 물질 전달을 증대하게 유하액막식 접촉기로 하는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용하는 에너지 저장식 고효율 에어컨.