KR19990079016A - 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상대적으로 전기 요금이 저렴한 심야 전력을 이용하여 축냉한 후에 낮 시간 동안에 냉방 에너지로 이용하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템에 관한 것으로, 축냉식 냉방 시스템의 크기를 줄여서 아파트의 베란다와 같은 곳에 설치하여 일반 가정에서도 이용할 수 있도록 함으로써, 상대적으로 저렴한 심야 전력을 이용하여 냉방 에너지를 얼음으로 변환시켰다가 냉방이 필요한 주간에 활용함으로써 주간 전력 사용량의 최대 사용량을 낮추어 줌으로써, 가정에서는 저렴한 비용으로 냉방할 수 있고, 국가적으로 최대 전력 사용량을 대비하기 위한 발전 설비의 증설을 억제할 수 있고, 냉방 설비의 대부분을 발코니와 같은 건물의 외부에 설치하므로 소음 유입에 따른 불편을 방지하고, 직접 냉각이 아닌 수냉각 방식이므로 쾌적한 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상대적으로 전기 요금이 저렴한 심야 전력을 이용하여 축냉한 후에 낮 시간 동안에 냉방 에너지로 이용하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 생활 환경이 개선되면서 아파트 등 주거 공간의 냉방 공조 설비도 보편화되고 있다. 서구에서는 거주 공간의 공조 방법 중 냉/난방을 겸용하는 시설을 할 수 있어서 편리하나, 관습상 온돌 문화권에서는 바닥면을 난방시키는 난방 방식이므로 냉방 장치와 겸하는 것이 불가능하고, 별도의 냉방 시스템을 설치하여 운용해야 한다.
그러나, 주택의 특성상 거실 및 다수의 침실로 구분된 공간에 별도의 열 운송 장치가 없는 하나의 냉방 패키지로 냉방하는 것은 불가능하여 거실에 설치된 냉방 설비를 이용하기 위하여 방문을 열어 놓고 냉풍을 끌어들이는 등의 편법으로 사용하고 있어 가족간의 프라이버시 침해 등의 문제점이 있었다.
한편, 산업화된 사회에서는 주야간 전기 사용량이 커다란 편차를 갖고 있다. 하절기 피크 시점에서는 주야간 편차가 특히 심하기 때문에 야간의 잉여 전력을 이용하여 빙축냉하여 냉방 에너지로 이용하면 가정에서는 전기 요금을 절약하는 이점이 있고, 국가적으로는 불필요한 전기를 절약하고, 잉여 전기를 소비 촉진하여, 일시적으로 필요한 전기를 생산하기 위한 발전소 건설을 억제하는 효과가 있는 것이다.
이러한 장점으로 인하여 빌딩 등에서는 심야 전력을 이용하여 야간에 축냉한 후에 낮시간 동안에 냉방 에너지로 이용하고 있지만, 이 축냉 방식의 냉방 시스템은 그 크기가 너무 크기 때문에 가정에서 이용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 야간에 심야 전력을 이용하여 축냉한 후에 주간에 냉방 에너지로 이용하여 경제적으로 저렴한 냉방 시스템을 제공함과 동시에 냉방 시스템의 크기를 최적화하여 일반 가정에서도 활용할 수 있는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 물과 얼음의 상 변환을 통하여 에너지를 저장하는 축냉 탱크와; 상기한 축냉 탱크에 물을 보충해 주는 빙수 보충 탱크와; 상기한 축냉 탱크 내에 설치되어 냉각 매체가 통과하는 것으로 축냉 탱크 내의 물과 접촉 면적을 최대한 넓히기 위하여 다수의 튜브로 이루어진 냉각 매체 튜브와; 상기한 냉각 매체 튜브에 냉각 매체를 보충해 주는 냉각 매체 보충 탱크와; 액체 상태의 냉매를 공급받아 증발하면서 상기한 냉각 매체 튜브에 공급되는 냉각 매체로부터 열을 흡수하는 증발기와; 상기한 증발기에 액체 상태의 냉매를 공급해 주는 컨덴서와; 상기한 증발기에서 기화된 냉매를 압축시켜 주는 컴프레셔와; 상기한 컨덴서에 외기를 공급하여 냉매를 응축시켜 주는 냉각 팬과; 상기한 증발기에 의하여 냉각된 냉각 매체를 축냉 탱크에 공급하여 물을 냉각시켜 주는 냉각 매체 순환관과; 상기한 축냉 탱크가 하부에 설치되고, 그 위에 상기한 증발기가 설치되어 냉각 매체와 증발기간에 열 교환이 이루어지는 열 교환실이 형성되어, 그 상단 및 하단부에 상기한 냉각 매체 순환관이 연결되는 하우징과; 상기한 축냉 탱크와 하우징 사이에 설치되어 축냉 탱크 내의 물이 얼을 때에 부피 증가분을 흡수하고 녹을 때에는 자신의 부피를 증가시켜 하우징 내의 냉각 매체의 수위를 일정하기 유지시켜 주는 신축기와; 상기한 냉각 매체 순환관에 연결되어 냉각 매체를 순환시켜 주는 냉각 매체 순환 펌프와; 상기한 냉각 매체 순환관에 연결되어 냉각 매체와 냉방수간에 열을 교환시켜 주는 열 교환기와; 상기한 열 교환기에 직렬로 연결되는 차단 밸브와; 상기한 냉각 매체 순환관의 열 교환기 및 차단 밸브에 병렬로 연결되는 바이패스관 및 바이패스 밸브와; 상기한 열 교환기 내의 냉각 매체에 접촉되어 열이 흡수되어 냉각되는 냉방수가 순환되는 냉방수 순환관과; 상기한 냉방수 순환관에 냉방수를 보충해 주는 냉방수 보충 탱크와; 상기한 냉방수 순환관에 연결되어 냉방수를 순환시켜 주는 냉방수 순환 펌프와; 상기한 냉방수 순환관에 연결되고 냉방하고자 하는 다수의 공간에 설치되어 주변의 공기를 냉각시켜 주는 다수의 팬 코일 유니트와; 상기한 냉각 매체 순환관 내의 냉각 매체의 농도를 측정하는 냉각 매체 농도 센서와; 상기한 냉방수 순환관 내의 냉방수의 온도를 측정하는 냉방수 온도 센서와; 상기한 축냉 탱크 내의 물을 얼리기 위하여 컴퓨레셔 및 냉각 팬과 냉각 매체 순환 펌프 등을 구동시켜 주는 축냉 스위치와; 냉방하고자 하는 공간을 냉방시키기 위하여 냉방수 순환 펌프 및 팬 코일 유니트 등을 동작시켜 주는 냉방 스위치와; 심야 전력을 공급받아 축냉하여 냉방시키기 위한 제어를 수행하는 제어부로 구성되어, 아파트의 베란다와 같은 곳에 설치되는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템의 측면을 나타낸 측면도.
도 3은 도 2의 A-A'를 나타낸 평면도.
도 4는 도 2의 섹션 B-B'를 나타낸 단면도.
도 5는 도 2의 섹션 C-C'를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에서 열 교환기의 구조를 나타낸 종단면도.
도 7은 도 6의 섹션 A-A'를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템에서 제어 계통을 나타낸 블록도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10 : 컨덴서 20 : 컴퓨레셔
30 : 증발기 40 : 축냉 탱크
50 : 하우징 60, 62, 64 : 보충 탱크
70 : 냉각 매체 순환 펌프 75 : 냉방수 순환 펌프
80 : 열 교환기 90∼96 : 밸브
100 : 팬 코일 유니트 200 : 제어부
210 : 냉각 매체 농도 센서 220 : 냉방수 온도 센서
230 : 실내 온도 센서 240 : 축냉 스위치
250 : 냉방 스위치 300 : 펌프
310 : 차단 밸브 320 : 바이패스 밸브
330 : 3방향 밸브 340, 350 : 제 1 및 제 2온도 센서
본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템의 구성 및 작용을 본 발명의 일 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템의 측면을 나타낸 측면도이며, 도 3은 도 2의 A-A'를 나타낸 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 2의 섹션 B-B'를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 2의 섹션 C-C'를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에서 열 교환기의 구조를 나타낸 종단면도이다. 도 7은 도 6의 섹션 A-A'를 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템에서 제어 계통을 나타낸 블록도이다.
그리고, 도 1의 범례에 나타낸 FGL은 냉매의 경로를 나타낸 것이고, E/G는 냉각 매체의 경로, SWL은 축냉 탱크에 공급되는 빙수 경로, CWS는 다수의 팬 코일 유니트에 공급되는 냉각된 냉방수 경로, CWR은 팬 코일 유니트에서 귀환하는 냉방수의 경로, DRAIN은 팬 코일 유니트 내의 물 또는 공기를 배출시키는 경로를 각각 나타낸다.
본 고안에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템의 구성은 도 1∼8에 나타낸 바와 같이, 물과 얼음의 상 변환을 통하여 에너지를 저장하는 축냉 탱크(40)와; 상기한 축냉 탱크(40)에 물을 보충해 주는 빙수 보충 탱크(60)와; 상기한 축냉 탱크(40) 내에 설치되어 냉각 매체가 통과하는 것으로 축냉 탱크(40) 내의 물과 접촉 면적을 최대한 넓히기 위하여 다수의 튜브로 이루어진 냉각 매체 튜브(45)와; 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 냉각 매체를 보충해 주는 냉각 매체 보충 탱크(62)와; 액체 상태의 냉매를 공급받아 증발하면서 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 공급되는 냉각 매체로부터 열을 흡수하는 증발기(30)와; 상기한 증발기(30)에 액체 상태의 냉매를 공급해 주는 컨덴서(10)와; 상기한 증발기(30)에서 기화된 냉매를 압축시켜 주는 컴프레셔(20)와; 상기한 컨덴서(10)에 외기를 공급하여 냉매를 응축시켜 주는 냉각 팬(14)과; 상기한 증발기(30)에 의하여 냉각된 냉각 매체를 축냉 탱크(40)에 공급하여 물을 냉각시켜 주는 냉각 매체 순환관(97)과; 상기한 축냉 탱크(40)가 하부에 설치되고, 그 위에 상기한 증발기(30)가 설치되어 냉각 매체와 증발기간에 열 교환이 이루어지는 열 교환실(43)이 형성되어, 그 상단 및 하단부에 상기한 냉각 매체 순환관(97)이 연결되는 하우징(50)과; 상기한 축냉 탱크(40)와 하우징(50) 사이에 설치되어 축냉 탱크(40) 내의 물이 얼을 때에 부피 증가분을 흡수하고 녹을 때에는 자신의 부피를 증가시켜 하우징(50) 내의 냉각 매체의 수위를 일정하기 유지시켜 주는 신축기(46)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97)에 연결되어 냉각 매체를 순환시켜 주는 냉각 매체 순환 펌프(70)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97)에 연결되어 냉각 매체와 냉방수간에 열을 교환시켜 주는 열 교환기(80)와; 상기한 열 교환기(80)에 직렬로 연결되는 차단 밸브(94)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97)의 열 교환기(80) 및 차단 밸브(94)에 병렬로 연결되는 바이패스관(98) 및 바이패스 밸브(90)와; 상기한 열 교환기(80) 내의 냉각 매체에 접촉되어 열이 흡수되어 냉각되는 냉방수가 순환되는 냉방수 순환관(99)과; 상기한 냉방수 순환관(99)에 냉방수를 보충해 주는 냉방수 보충 탱크(64)와; 상기한 냉방수 순환관(99)에 연결되어 냉방수를 순환시켜 주는 냉방수 순환 펌프(75)와; 상기한 냉방수 순환관(99)에 연결되고 냉방하고자 하는 다수의 공간에 설치되어 주변의 공기를 냉각시켜 주는 다수의 팬 코일 유니트(100)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97) 내의 냉각 매체의 농도를 측정하는 냉각 매체 농도 센서(210)와; 상기한 냉방수 순환관(99) 내의 냉방수의 온도를 측정하는 냉방수 온도 센서(220)와; 상기한 축냉 탱크(40) 내의 물을 얼리기 위하여 컴퓨레셔(20) 및 냉각 팬(14)과 냉각 매체 순환 펌프(70) 등을 구동시켜 주는 축냉 스위치(240)와; 냉방하고자 하는 공간을 냉방시키기 위하여 냉방수 순환 펌프(75) 및 팬 코일 유니트(100) 등을 동작시켜 주는 냉방 스위치(250)와; 심야 전력을 공급받아 축냉하여 냉방시키기 위한 제어를 수행하는 제어부(200)로 이루어진다.
여기서 상기한 증발기(30)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 컨덴서(10)에 의하여 응축된 냉매를 증발시켜 주변의 열을 흡수하는 것으로, 냉각 매체 순환관(97)으로 귀환되는 냉각 매체의 열을 흡수하여 냉각시켜 주기 위하여, 그 접촉 면적을 최대한 넓혀 주는 구조를 갖는다.
열 교환기(80)는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 냉각 매체 순환관(97)으로부터 냉각 매체를 유입하여 유출시켜 주는 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)와; 상기한 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)사이에 플렌지(83) 및 볼트(86)와 가스켓으로 결합되는 것으로, 그 양단부에는 냉방수가 유입/유출되는 냉방수 입구(85) 및 냉방수 출구(87)가 형성되어 냉방수 순환관(99)에 연결되는 열 교환 탱크(82)와; 상기한 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)에 연결되어 상기한 열 교환 탱크(82) 내에 설치되어 냉각 매체와 냉방수간에 열 접촉되어 냉방수의 열을 흡수하는 것으로, 다수의 튜브로 이루어진 열 교환 튜브(84)와; 상기한 다수의 열 교환 튜브(84)의 양단이 고정되는 것으로, 열 교환 튜브(84)가 고정되는 부분에 다수의 구멍이 형성되어 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)와 열 교환 탱크(82)사이에 가스켓으로 밀폐 결합되는 한 쌍의 플레이트(86)로 구성된다.
축냉 탱크(40)는 하우징(50)의 하부에 설치되어 그 상부에 형성된 열 교환실(43)에서 증발기(30)에 의하여 냉각된 냉각 매체에 의하여 물이 얼음으로 변환되는 공간으로써, 물이 얼음으로 상 변환이 일어나면 그 부피가 약 10% 정도 증가하므로, 이 부피 변화를 수용하기 위하여 신축율 및 내구성이 뛰어난 고무 소재로 제조되며, 상하 2셀로 이루어진다.
그리고, 축냉 탱크(40)를 관통하는 다수의 냉각 매체 튜브(45)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 축냉 탱크(40) 내의 물(축냉 과정, 냉방 과정에서는 얼음)과 냉각 매체를 접촉시켜 주는 것으로, 열 전달 효율을 최대화시키기 위하여 다수의 튜브 형태로 이루어지고, 축냉 탱크(40) 내의 물(또는 얼음)과 열 교환된 냉각 매체는 하우징(50)의 하부를 통하여 냉각 매체 순환관(97)으로 순환한다.
상기한 신축기(46)는 형태 변형이 자유로운 신축 소재로 이루어져, 외부로부터 압축 공기를 공급받아서 작동한다.
따라서, 제어부(200)는 축냉 탱크(40) 내의 물을 얼릴 때에는 신축기에 공급되는 공기를 외부로 배출시켜 주고, 축냉 탱크 내의 얼음이 녹을 때에는 외부로부터 압축 공기를 신축기(46)에 공급하여 얼음이 녹으면서 줄어든 부피를 보충하여 하우징(50) 내의 냉각 매체 수위를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 한다.
한편, 상기한 다수의 팬 코일 유니트(100)가 설치되는 지역은 대부분 바닥면과 접하는 벽쪽에 설치되지만, 천장 부분에 설치되는 것도 있을 것이다. 따라서, 냉방수 순환관(99)에 냉방수를 보충시켜 주는 냉방수 보충 탱크(64)의 높이는 항상 어떤 팬 코일 유니트(100)보다 높은 곳에 설치되어야 한다.
그런데, 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템은 아파트와 같은 공동 주택의 경우에는 발코니 또는 베란다 등에 설치되기 때문에 냉방수 보충 탱크(64)의 높이가 천장에 설치된 팬 코일 유니트(100)보다 높을 수 없는 문제점이 발생한다.
그러므로, 냉방수 보충 탱크(64)는 압력이 가해지는 가압 탱크로 이루어져야 한다.
본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템을 적용하기 위한 실시예 설명을 위하여, 30∼45평형의 아파트를 예로 들어 설명하면 다음과 같은 사양을 갖는다.
먼저, 외부열을 차단하기 위하여 커튼이나 블라인드 등으로 외부의 열이 실내로 유입되는 것을 최소화하고, 재실 인원이 적어 인체 발열량이 미미하고, 전열 기기의 사용, 전등의 발광 또한 크지 않은 상태를 고려하여 냉방 용량을 설계하였다.
이와 같은 조건에서 보통 약 5500kcal 정도의 열 손실이 계산되는데, 24시간 중 냉방 공조할 때에 야간에는 온도 변화가 약 3℃ 미만이고, 최고 사용 시간은 12∼22시의 10시간이며, 사용처는 거실 등에서 70% 정도이고, 야간에는 거실 사용이 제외되므로 하루에 필요한 냉방 용량은 주간(5500kcal×10시간×0.7) + 야간(5500kcal×14시간×0.5×0.6) = 61,600kcal/일이다.
따라서, 컴퓨레셔(20)는 4.2마력(HP)으로 하고, 축냉 탱크(40) 내의 온도를 -10℃, 외기 온도를 30℃로 하면, 냉각 능력은 5,900kcal 정도가 된다.
심야 전기 공급 시간을 11시간으로 하여, 11×5,900kcal/hr = 64,900kcal 정도가 되므로, 필요한 열량 61,600kcal에 여유가 있으나, 기계의 휴식, 거실과 침실을 동시에 사용할 때를 고려하면 적합한 용량이다.
컨덴서(10)의 냉각 팬(14)은 1.4마력(HP)으로 하고, 컨덴서(10)는 도 2 및 도 3과 같이, 축냉 탱크(40) 상단에 컴퓨레셔(20)와 같이 방진 처리하여 설치한다.
증발기(30)는 동관으로 제조하여 축냉 탱크 상단의 열 교환실(43) 내에 설치된다.
냉매는 R-22 또는 R-502를 이용하며, 냉매 제어는 모세관 제어, 온도 제어는 써머스테터를 이용한다.
하우징(50)의 규격은 700(mm, 가로)×750(mm, 세로)×1220(mm, 높이)×3.2(mm, 두께)의 강판으로 하고, 단열재를 충진한 후에 약 500(ℓ) 용량의 축냉 탱크(40)를 설치한다.
한편, 냉각 매체로 이용되는 것은 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol, E/G)로써, 이 에틸렌글리콜은 HO-CH2-CH2-OH의 결합 구조를 갖는 화학 물질로, 비열은 물과 비슷하고, 약 70% 정도의 농도에서 빙점이 -30℃로써, 물을 얼리기 위하여 순환시키기에 적당한 물질이다.
그리고, 상기한 냉각 매체 농도 센서(210)는 냉각 매체 순환관(97) 또는 열 교환실(43) 등이 파손되어 물과 섞여서 에틸렌글리콜의 농도가 낮아져서 빙점이 높아지는 것을 감지하기 위한 것으로, 농도가 낮아서 빙점이 높아지면 증발기(30)에 의하여 냉각되면서 고체화되어 유동성이 사라져 열 전달이 이루어지지 않으므로, 이 때에는 냉각 시스템을 정지시켜 주어야 한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템은 다음과 같이 작용한다.
냉방 시스템을 제어하기 위한 제어 계통은 도 8에 나타낸 바와 같이, 제어부(200)는 축냉 스위치(240)가 온되면 심야 전력을 공급받아서 컴프레셔(20) 및 냉각 팬(14)을 구동시키고, 차단 밸브(94)를 폐쇄하고 바이패스 밸브(90)를 개방하고 냉각 매체 순환 펌프(70)를 가동시켜 축냉 탱크(40) 내의 물을 얼린다. 이 때. 냉각 매체 농도 센서(21)를 통하여 냉각 매체의 농도를 측정하여 미리 설정된 기준 이하이면 모든 장치를 정지시키고, 경보를 발생한다.
이와 같이 하면, 냉각 매체가 열 교환실(43)에서 증발기(30)에 의하여 냉각되어 냉각 매체 튜브(45)를 통과하면서 축냉 탱크(40) 내의 물을 얼리고, 하우징(50)에 바닥으로 떨어져 냉각 매체 순환 펌프(70)에 의하여 순환되어 이 과정을 반복한다. 이 때, 차단 밸브(94)는 닫히고, 바이패스 밸브(90)가 개방되어 냉각 매체는 열 교환기(80)로는 통과하지 않는다.
따라서, 축냉 과정은 심야 전력을 공급받을 수 있는 야간에 이루어지며, 주간 동안 지나친 냉방으로 인하여 축냉 탱크(40)에 저장된 냉각 에너지가 부족하면 주간에도 냉각 시스템을 가동할 수 있도록 해야 한다.
그리고, 이 과정에서 축냉 탱크(40) 내의 물이 부족하면 빙수 보충 탱크(60)에 의하여 자동으로 보충되고, 냉각 매체의 경우에도 마찬가지로 냉각 매체 보충 탱크(62)로부터 보충된다.
여기서, 축냉 탱크(40)에 제빙용 물을 보충해 주는 빙수 보충 탱크(60)는 경우에 따라서 설치하지 않아도 된다. 왜냐 하면, 축냉 탱크(40)는 완전히 밀폐된 구조를 갖기 때문에 빙수의 손실이 발생하지 않기 때문이다.
한편, 냉방이 필요한 주간에는 컴퓨레셔(20), 냉각 팬(14), 냉각 매체 순환 펌프(70)와 같은 냉각 시스템을 정지시키고, 축냉 탱크(40)에 얼음을 이용하여 냉방 시스템을 가동한다. 이 과정은 다음과 같다.
제어부(200)는 냉방 스위치(250)가 온되면 실내 온도 센서(220)를 통하여 실내 온도를 측정하여 미리 설정된 기준 온도와 비교하여 냉방이 필요하다고 판단되면, 바이패스관(98)을 폐쇄시켜 주는 바이패스 밸브(90)를 닫고, 차단 밸브(94)를 개방하고 냉각 매체 순환 펌프(70)를 가동하여 냉각 매체가 열 교환기(80)를 통과하도록 한다.
그리고, 냉방수 순환 펌프(75)가 가동되면, 냉방수 순환관(99)을 통하여 다수의 팬 코일 유니트(100)로 순환되는 냉방수가 순환하면서 열 교환기에서 냉각 매체에 열이 흡수되어, 냉방수의 온도가 낮아진다.
이렇게 온도가 낮아진 냉방수는 팬 코일 유니트(100)에 공급되고, 팬 코일 유니트(100)에 의하여 주변 공기의 온도를 낮추어 주는 것이다.
미설명 부호 91, 92, 95, 96은 사용자가 개폐시켜 주는 밸브이다.
한편, 도 9에 나타낸 본 발명의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 9에 나타낸 다른 실시예의 구성은 도 1에 나타낸 실시예와 냉각 시스템, 축냉 시스템은 같지만, 팬 코일 유니트(100)에 공급되는 냉방수 대신에 냉각 매체를 직접 순환시켜 냉방하는 냉방 방식을 나타낸 것으로, 그 구성은 다음과 같다.
물과 얼음의 상 변환을 통하여 에너지를 저장하는 축냉 탱크(40)와; 상기한 축냉 탱크(40)에 물을 보충해 주는 빙수 보충 탱크(60)와; 상기한 축냉 탱크(40) 내에 설치되어 냉각 매체가 통과하는 것으로 축냉 탱크(40) 내의 물과 접촉 면적을 최대한 넓히기 위하여 다수의 튜브로 이루어진 냉각 매체 튜브(45)와; 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 냉각 매체를 보충해 주는 냉각 매체 보충 탱크(62)와; 액체 상태의 냉매를 공급받아 증발하면서 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 공급되는 냉각 매체로부터 열을 흡수하는 증발기(30)와; 상기한 증발기(30)에 액체 상태의 냉매를 공급해 주는 컨덴서(10)와; 상기한 증발기(30)에서 기화된 냉매를 압축시켜 주는 컴프레셔(20)와; 상기한 컨덴서(10)에 외기를 공급하여 냉매를 응축시켜 주는 냉각 팬(14)과; 상기한 증발기(30)에 의하여 냉각된 냉각 매체를 축냉 탱크(40)에 공급하여 물을 냉각시켜 주는 냉각 매체 순환관(97)과; 상기한 축냉 탱크(40)가 하부에 설치되고, 그 위에 상기한 증발기(30)가 설치되어 냉각 매체와 증발기간에 열 교환이 이루어지는 열 교환실(43)이 형성되어, 그 상단 및 하단부에 상기한 냉각 매체 순환관(97)이 연결되는 하우징(50)과; 축냉 탱크(40)의 하단부에서 냉각 매체를 유입하여 한 개 이상의 팬 코일 유니트(100)에 공급해 주는 냉각 매체 순환 펌프(300)와; 상기한 팬 코일 유니트(100)에서 복귀하는 냉각 매체를 유입 포트(1)로 유입하여 소정의 비율로 유출 포트(3)를 통하여 축냉 탱크(40)의 상부에 연결된 냉각 매체 순환관(97)으로 순환시키고, 소정의 비율로 귀환 포트(2)를 통하여 상기한 냉각 매체 순환 펌프(300)의 유입구 쪽으로 귀환시켜 주는 3방향 밸브(330)와; 상기한 3방향 밸브의 유입 포트(1)와 냉각 매체 순환 펌프(300)의 유출구 사이에 연결된 바이패스 밸브(320)와; 상기한 냉각 매체 순환 펌프(300)와 팬 코일 유니트(100) 사이에 연결된 차단 밸브(310)와; 상기한 축냉 탱크(40)에서 유출되는 냉각 매체의 온도를 측정하는 제 1온도 센서(340)와; 팬 코일 유니트(100)에서 복귀하는 냉각 매체의 온도를 측정하는 제 2온도 센서(350)와; 축냉 탱크(40)의 물을 얼리는 측냉 과정에서는 차단 밸브(310)를 폐쇄하고, 3방향 밸브(330)의 귀환 포트(20)를 폐쇄하고, 바이패스 밸브(320)를 개방하고 냉각 매체 순환 펌프(300)를 가동시켜 축냉시키고, 팬 코일 유니트(100)를 통하여 냉방하는 과정에서는 차단 밸브(310)를 개방하고, 바이패스 밸브(320)를 폐쇄하고, 상기한 제 2온도 센서(350)를 통하여 팬 코일 유니트(100)에서 복귀하는 냉각 매체의 온도를 측정하고, 제 1온도 센서(340)를 통하여 축냉 탱크(40)에서 유출되는 냉각 매체의 온도를 측정하여 팬 코일 유니트(100)에 공급되는 냉각 매체의 온도를 적정 온도로 유지하기 위하여, 상기한 3방향 밸브(330)의 귀환 포트(2)의 개폐량을 조절해 주는 제어부(도면에 미도시함.)로 구성된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예는 다음과 같이 작용한다.
축냉 과정은 도 1에 나타낸 실시예와 같으며, 냉방 과정은 다음과 같이 작용한다.
제어부는 축냉 스위치(240)가 온되면 심야 전력을 공급받아서 컴프레셔(20) 및 냉각 팬(14)을 구동시키고, 차단 밸브(310)를 폐쇄하고 바이패스 밸브(320)를 개방하고, 3방향 밸브(330)의 귀환 포트(20)를 폐쇄하고, 유입 포트(1)와 유출 포트(30)를 개방하고, 냉각 매체 순환 펌프(300)를 가동시켜 축냉 탱크(40) 내의 물을 얼린다. 이 때. 냉각 매체 농도 센서(21)를 통하여 냉각 매체의 농도를 측정하여 미리 설정된 기준 이하이면 모든 장치를 정지시키고, 경보를 발생한다.
이와 같이 하면, 냉각 매체가 열 교환실(43)에서 증발기(30)에 의하여 냉각되어 냉각 매체 튜브(45)를 통과하면서 축냉 탱크(40) 내의 물을 얼리고, 하우징(50)에 바닥으로 떨어져 냉각 매체 순환 펌프(300)에 의하여 순환되어 이 과정을 반복한다. 이 때, 차단 밸브(310)는 닫히고, 바이패스 밸브(320)가 개방되어 냉각 매체는 팬 코일 유니트(100)로는 통과하지 않는다.
따라서, 축냉 과정은 심야 전력을 공급받을 수 있는 야간에 이루어지며, 주간 동안 지나친 냉방으로 인하여 축냉 탱크(40)에 저장된 냉각 에너지가 부족하면 주간에도 냉각 시스템을 가동할 수 있도록 해야 한다.
그리고, 이 과정에서 축냉 탱크(40) 내의 물이 부족하면 빙수 보충 탱크(60)에 의하여 자동으로 보충되고, 냉각 매체의 경우에도 마찬가지로 냉각 매체 보충 탱크(62)로부터 보충된다.
한편, 냉방이 필요한 주간에는 컴퓨레셔(20), 냉각 팬(14), 냉각 매체 순환 펌프(70)와 같은 냉각 시스템을 정지시키고, 축냉 탱크(40)에 얼음을 이용하여 냉방 시스템을 가동한다. 이 과정은 다음과 같다.
제어부는 냉방 스위치(250)가 온되면 실내 온도 센서(220)를 통하여 실내 온도를 측정하여 미리 설정된 기준 온도와 비교하여 냉방이 필요하다고 판단되면, 바이패스 밸브(320)를 닫고, 차단 밸브(310)를 개방하고 냉각 매체 순환 펌프(300)를 가동하여 냉각 매체가 팬 코일 유니트(100)를 통과하도록 한다.
이 때, 제어부는 상기한 제 2온도 센서(350)를 통하여 팬 코일 유니트(100)에서 복귀하는 냉각 매체의 온도를 측정하고, 제 1온도 센서(340)를 통하여 축냉 탱크(40)에서 유출되는 냉각 매체의 온도를 측정하여 팬 코일 유니트(100)에 공급되는 냉각 매체의 온도를 적정 온도로 유지하기 위하여, 상기한 3방향 밸브(330)의 귀환 포트(2)의 개폐량을 조절해 준다.
한편, 팬 코일 유니트(100)이 설치되는 일반적인 위치는 바닥 상치형과 천장 설치형이 있는데, 바닥 상치형에는 전면 노출 설치되는 전면 노출식과, 상부만 노출되는 상부 노출식, 전체가 노출되는 노출식, 벽체에 매입 설치되는 벽체 매입식이 있으며, 천장 설치형으로는 천장에 매입 설치되는 매입식, 완전 노출 설치되는 노출식, 천장과 일체가 되게 설치되는 일체식이 있다.
그런데, 냉방기는 보통 기존의 주택에 설치하는 경우가 많으므로, 노출식 많이 이용되지만, 경우에 따라 매입형을 이용할 수도 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템은 상대적으로 저렴한 심야 전력을 이용하여 냉방 에너지를 얼음으로 변환시켰다가 냉방이 필요한 주간에 활용함으로써 주간 전력 사용량의 최대 사용량을 낮추어 줌으로써, 가정에서는 저렴한 비용으로 냉방할 수 있고, 국가적으로 최대 전력 사용량을 대비하기 위한 발전 설비의 증설을 억제할 수 있고, 냉방 설비의 대부분을 발코니와 같은 건물의 외부에 설치하므로 소음 유입에 따른 불편을 방지하고, 직접 냉각이 아닌 수냉각 방식이므로 쾌적한 효과를 제공한다.
Claims (6)
- 물과 얼음의 상 변환을 통하여 에너지를 저장하는 축냉 탱크(40)와; 상기한 축냉 탱크(40)에 물을 보충해 주는 빙수 보충 탱크(60)와; 상기한 축냉 탱크(40) 내에 설치되어 냉각 매체가 통과하는 것으로 축냉 탱크(40) 내의 물과 접촉 면적을 최대한 넓히기 위하여 다수의 튜브로 이루어진 냉각 매체 튜브(45)와; 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 냉각 매체를 보충해 주는 냉각 매체 보충 탱크(62)와; 액체 상태의 냉매를 공급받아 증발하면서 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 공급되는 냉각 매체로부터 열을 흡수하는 증발기(30)와; 상기한 증발기(30)에 액체 상태의 냉매를 공급해 주는 컨덴서(10)와; 상기한 증발기(30)에서 기화된 냉매를 압축시켜 주는 컴프레셔(20)와; 상기한 컨덴서(10)에 외기를 공급하여 냉매를 응축시켜 주는 냉각 팬(14)과; 상기한 증발기(30)에 의하여 냉각된 냉각 매체를 축냉 탱크(40)에 공급하여 물을 냉각시켜 주는 냉각 매체 순환관(97)과; 상기한 축냉 탱크(40)가 하부에 설치되고, 그 위에 상기한 증발기(30)가 설치되어 냉각 매체와 증발기간에 열 교환이 이루어지는 열 교환실(43)이 형성되어, 그 상단 및 하단부에 상기한 냉각 매체 순환관(97)이 연결되는 하우징(50)과; 상기한 축냉 탱크(40)와 하우징(50) 사이에 설치되어 축냉 탱크(40) 내의 물이 얼을 때에 부피 증가분을 흡수하고 녹을 때에는 자신의 부피를 증가시켜 하우징(50) 내의 냉각 매체의 수위를 일정하기 유지시켜 주는 신축기(46)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97)에 연결되어 냉각 매체를 순환시켜 주는 냉각 매체 순환 펌프(70)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97)에 연결되어 냉각 매체와 냉방수간에 열을 교환시켜 주는 열 교환기(80)와; 상기한 열 교환기(80)에 직렬로 연결되는 차단 밸브(94)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97)의 열 교환기(80) 및 차단 밸브(94)에 병렬로 연결되는 바이패스관(98) 및 바이패스 밸브(90)와; 상기한 열 교환기(80) 내의 냉각 매체에 접촉되어 열이 흡수되어 냉각되는 냉방수가 순환되는 냉방수 순환관(99)과; 상기한 냉방수 순환관(99)에 냉방수를 보충해 주는 냉방수 보충 탱크(64)와; 상기한 냉방수 순환관(99)에 연결되어 냉방수를 순환시켜 주는 냉방수 순환 펌프(75)와; 상기한 냉방수 순환관(99)에 연결되고 냉방하고자 하는 다수의 공간에 설치되어 주변의 공기를 냉각시켜 주는 다수의 팬 코일 유니트(100)와; 상기한 냉각 매체 순환관(97) 내의 냉각 매체의 농도를 측정하는 냉각 매체 농도 센서(210)와; 상기한 냉방수 순환관(99) 내의 냉방수의 온도를 측정하는 냉방수 온도 센서(220)와; 상기한 축냉 탱크(40) 내의 물을 얼리기 위하여 컴퓨레셔(20) 및 냉각 팬(14)과 냉각 매체 순환 펌프(70) 등을 구동시켜 주는 축냉 스위치(240)와; 냉방하고자 하는 공간을 냉방시키기 위하여 냉방수 순환 펌프(75) 및 팬 코일 유니트(100) 등을 동작시켜 주는 냉방 스위치(250)와; 심야 전력을 공급받아 축냉하여 냉방시키기 위한 제어를 수행하는 제어부(200)로 구성되어 아파트의 베란다와 같은 곳에 설치되는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기한 열 교환기(80)는 냉각 매체 순환관(97)으로부터 냉각 매체를 유입하여 유출시켜 주는 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)와; 상기한 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)사이에 플렌지(83) 및 볼트(86)와 가스켓으로 결합되는 것으로, 그 양단부에는 냉방수가 유입/유출되는 냉방수 입구(85) 및 냉방수 출구(87)가 형성되어 냉방수 순환관(99)에 연결되는 열 교환 탱크(82)와; 상기한 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)에 연결되어 상기한 열 교환 탱크(82) 내에 설치되어 냉각 매체와 냉방수간에 열 접촉되어 냉방수의 열을 흡수하는 것으로, 다수의 튜브로 이루어진 열 교환 튜브(84)와; 상기한 다수의 열 교환 튜브(84)의 양단이 고정되는 것으로, 열 교환 튜브(84)가 고정되는 부분에 다수의 구멍이 형성되어 냉각 매체 입구(81) 및 냉각 매체 출구(89)와 열 교환 탱크(82)사이에 가스켓으로 밀폐 결합되는 한 쌍의 플레이트(86)로 구성되는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기한 축냉 탱크(40)는 하우징(50)의 하부에 설치되어 그 상부에 형성된 열 교환실(43)에서 증발기(30)에 의하여 냉각된 냉각 매체에 의하여 물이 얼음으로 변환되는 공간으로써, 물이 얼음으로 상 변환이 일어나면 그 부피가 약 10% 정도 증가하므로, 이 부피 변화를 수용하기 위하여 신축율 및 내구성이 뛰어난 고무 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기한 냉방수 보충 탱크(64)는 압력이 가해지는 가압 탱크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기한 냉각 매체는 비열은 물과 비슷하고, 약 70% 정도의 농도에서 빙점이 -30℃로써, 물을 얼리기 위하여 순환시키기에 적당한 물질이면서 HO-CH2-CH2-OH의 화학 결합 구조를 갖는 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)인 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템.
- 물과 얼음의 상 변환을 통하여 에너지를 저장하는 축냉 탱크(40)와; 상기한 축냉 탱크(40)에 물을 보충해 주는 빙수 보충 탱크(60)와; 상기한 축냉 탱크(40) 내에 설치되어 냉각 매체가 통과하는 것으로 축냉 탱크(40) 내의 물과 접촉 면적을 최대한 넓히기 위하여 다수의 튜브로 이루어진 냉각 매체 튜브(45)와; 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 냉각 매체를 보충해 주는 냉각 매체 보충 탱크(62)와; 액체 상태의 냉매를 공급받아 증발하면서 상기한 냉각 매체 튜브(45)에 공급되는 냉각 매체로부터 열을 흡수하는 증발기(30)와; 상기한 증발기(30)에 액체 상태의 냉매를 공급해 주는 컨덴서(10)와; 상기한 증발기(30)에서 기화된 냉매를 압축시켜 주는 컴프레셔(20)와; 상기한 컨덴서(10)에 외기를 공급하여 냉매를 응축시켜 주는 냉각 팬(14)과; 상기한 증발기(30)에 의하여 냉각된 냉각 매체를 축냉 탱크(40)에 공급하여 물을 냉각시켜 주는 냉각 매체 순환관(97)과; 상기한 축냉 탱크(40)가 하부에 설치되고, 그 위에 상기한 증발기(30)가 설치되어 냉각 매체와 증발기간에 열 교환이 이루어지는 열 교환실(43)이 형성되어, 그 상단 및 하단부에 상기한 냉각 매체 순환관(97)이 연결되는 하우징(50)과; 축냉 탱크(40)의 하단부에서 냉각 매체를 유입하여 한 개 이상의 팬 코일 유니트(100)에 공급해 주는 냉각 매체 순환 펌프(300)와; 상기한 팬 코일 유니트(100)에서 복귀하는 냉각 매체를 유입 포트(1)로 유입하여 소정의 비율로 유출 포트(3)를 통하여 축냉 탱크(40)의 상부에 연결된 냉각 매체 순환관(97)으로 순환시키고, 소정의 비율로 귀환 포트(2)를 통하여 상기한 냉각 매체 순환 펌프(300)의 유입구 쪽으로 귀환시켜 주는 3방향 밸브(330)와; 상기한 3방향 밸브의 유입 포트(1)와 냉각 매체 순환 펌프(300)의 유출구 사이에 연결된 바이패스 밸브(320)와; 상기한 냉각 매체 순환 펌프(300)와 팬 코일 유니트(100) 사이에 연결된 차단 밸브(310)와; 상기한 축냉 탱크(40)에서 유출되는 냉각 매체의 온도를 측정하는 제 1온도 센서(340)와; 팬 코일 유니트(100)에서 복귀하는 냉각 매체의 온도를 측정하는 제 2온도 센서(350)와; 축냉 탱크(40)의 물을 얼리는 측냉 과정에서는 차단 밸브(310)를 폐쇄하고, 3방향 밸브(330)의 귀환 포트(20)를 폐쇄하고, 바이패스 밸브(320)를 개방하고 냉각 매체 순환 펌프(300)를 가동시켜 축냉시키고, 팬 코일 유니트(100)를 통하여 냉방하는 과정에서는 차단 밸브(310)를 개방하고, 바이패스 밸브(320)를 폐쇄하고, 상기한 제 2온도 센서(350)를 통하여 팬 코일 유니트(100)에서 복귀하는 냉각 매체의 온도를 측정하고, 제 1온도 센서(340)를 통하여 축냉 탱크(40)에서 유출되는 냉각 매체의 온도를 측정하여 팬 코일 유니트(100)에 공급되는 냉각 매체의 온도를 적정 온도로 유지하기 위하여, 상기한 3방향 밸브(330)의 귀환 포트(2)의 개폐량을 조절해 주는 제어부(도면에 미도시함.)로 구성되는 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템.
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| KR1019980052340A KR19990079016A (ko) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | 심야 전력을 이용한 축냉식 냉방 시스템 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR19990079016A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100605022B1 (ko) * | 2004-10-15 | 2006-07-28 | 주식회사 삼화에이스 | 자연공조 냉방시스템 및 그 운전방법 |
| CN107734944A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-02-23 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种服务器冷却系统及冷却方法 |
| CN109812898A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-28 | 梁培森 | 一种用于空调上的制冷蓄冰系统 |
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-
1998
- 1998-12-01 KR KR1019980052340A patent/KR19990079016A/ko not_active Application Discontinuation
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| G15R | Request for early opening | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |