KR20040026242A

KR20040026242A - 열펌프를 이용한 액체 제습식 냉방장치

Info

Publication number: KR20040026242A
Application number: KR1020020057620A
Authority: KR
Inventors: 이진태; 유범열; 이호준; 김영일
Original assignee: 주식회사 에어필
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2004-03-31

Abstract

본 발명은 냉방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 재열 과정이 필요없는 연속순환식의 단순 구조를 갖도록 구성함으로써 에너지 소비의 절감 효과와 설치 및 운용의 간편성을 확보할 수 있도록 한 열펌프를 이용한 액체 제습식 냉방장치에 관한 것으로서, 이는 하부 일측 및 타측에 실외기 유입구(11) 및 고농도용액 출구(12)를 갖는 상방 개구형의 재생기 탱크(10)로 구성하되, 상기 실외기 유입구(11) 및 고농도용액 출구(12) 사이로 고온용액 저장부(15)를 형성하고, 상부측에는 하방의 고온용액 분사공(13A)이 다수 형성된 고온용액 노즐부(13)가 형성되며, 상기 고온용액 노즐부(13)와 실외기 유입구(11) 사이에 재생기 충진재(14)가 구비된 재생기(1)와; 하부 일측 및 타측에 실내기 유입구(21) 및 저농도용액 출구(22)를 갖는 상방 개구형의 제습식 냉각기 탱크(20)로 구성하되, 상기 실내기 유입구(21) 및 저농도용액 출구(22) 사이로 저농도용액 저장부(25)를 형성하고, 상부측에는 하방의 저온용액 분사공(23A)이 다수 형성된 저온용액 노즐부(23)가 형성되며, 상기 저온용액 노즐부(23)와 실내기 유입구(21) 사이에 제습식 냉각기 충진재(24)가 구비된 제습식 냉각기(2)와; 상기 재생기(1)와 제습식 냉각기(2) 사이에 압축기(31), 증발기(32), 팽창변(33), 응축기(34)의 회로로 구성되고, 상기 증발기(32)의 일측은 배관A(32A)에 의해 제습식 냉각기(2)의 저온용액 노즐부(23)에 연결되고 타측은 펌프(35)를 갖는 배관B(32B)에 의해 재생기(1)의 고농도용액 출구(12)에 연결되며, 상기 응축기(34)의 일측은 배관C(34A)에 의해 재생기(1)의고온용액 노즐부(13)에 연결되고 타측은 펌프(35)를 갖는 배관D(34B)에 의해 제습식 냉각기(2)의 저농도용액 출구(22)에 연결된 열펌프(3)와;로 구성됨으로써 별도의 재열 과정이 필요없는 연속순환식의 단순 구조를 갖게 되고, 이로인해 에너지 소비의 절감 효과와 설치 및 운용의 간편성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

열펌프를 이용한 액체 제습식 냉방장치{Liquid dessicant cooling system using heat pump}

본 발명은 냉방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 재열 과정이 필요없는 연속순환식의 단순 구조를 갖도록 구성함으로써 에너지 소비의 절감 효과와 설치 및 운용의 간편성을 확보할 수 있도록 한 열펌프를 이용한 액체 제습식 냉방장치에 관한 것이다.

일반적으로 여름철 실내공기는 실내외기의 공조 부하로 인해 온도와 습도가 상승하게 되는 것으로서, 쾌적한 실내 조건의 유지를 위해서는 연속적인 냉각과 제습 과정이 요구되는 것이며, 이를 위하여 실내공기 일부를 공기조화기로 순환시켜 냉각열교환기에 의해 냉각과 제습이 행하여지고 있다.

도 2는 종래의 냉방장치를 보인 것으로서, 이에 도시된 바와같이 종래에는 실외기가 냉각기(101)의 쿨링코일(101A)을 통과하는 동안 열교환되면서 냉각되고, 이 냉각공기는 다시 보일러(102)의 히팅코일(102A)을 통과하면서 재열된 후, 송풍팬(103)에 의해 실내로 공급되는 것이며, 실내기는 다시 흡입팬(104)에 의해 일부는 환기를 위하여 외부로 배기되고, 나머지는 실외기와 혼합되어 상기 공기조화기 측으로 순환되어 연속적인 냉각 및 제습과정을 행하게 된다.

도 3은 종래의 냉방장치에 의한 공기조화 과정을 보인 그래프로서, 실내기1와 외기3가 혼합하여 상태2가 되고, 상태2의 공기는 온도4로 유지된 냉각열교환기의 표면과 접촉하면서 냉각과 제습이 된다. 공기 중의 일부는 바이패스되므로 출구 상태는 5가 되는 것이며, 실내의 현열 및 잠열을 처리하기 위해서는 급기의 출구 상태는 6이 요구되므로 상태 5에서 6까지의 재열 과정이 추가로 필요하다.

이같이 종래에는 원하는 조건만큼 제습을 하기 위해서는 과도한 냉각과 재열이 요구되므로 에너지 소비가 많은 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은 별도의 재열 과정이 필요없는 연속순환식의 단순 구조를 갖도록 구성함으로써 에너지 소비의 절감 효과와 설치 및 운용의 간편성을 확보할 수 있도록 하는데 있다.

또한, 본 고안의 목적은 재생기에서 증발기로 송출되는 고온용액을 미리 열교환시켜 저온의 전처리 상태가 되도록 함으로써 상기 증발기에 의한 열교환 및 냉방효율을 보다 향상시키는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 하부 일측 및 타측에 실외기 유입구 및 고농도용액 출구를 갖는 상방 개구형의 재생기 탱크로 구성하되, 상기 실외기 유입구 및 고농도용액 출구 사이로 고온용액 저장부를 형성하고, 상부측에는 하방의 고온용액 분사공이 다수 형성된 고온용액 노즐부가 형성되며, 상기 고온용액 노즐부와 실외기 유입구 사이에 재생기 충진재가 구비된 재생기와; 하부 일측 및 타측에 실내기 유입구 및 저농도용액 출구를 갖는 상방 개구형의 제습식 냉각기 탱크로 구성하되, 상기 실내기 유입구 및 저농도용액 출구 사이로 저농도용액 저장부를 형성하고, 상부측에는 하방의 저온용액 분사공이 다수 형성된 저온용액 노즐부가 형성되며, 상기 저온용액 노즐부와 실내기 유입구 사이에 제습식 냉각기 충진재가 구비된 제습식 냉각기와; 상기 재생기와 제습식 냉각기 사이에 압축기, 증발기, 팽창변, 응축기의 회로로 구성되고, 상기 증발기의 일측은 배관A에 의해 제습식 냉각기의 저온용액 노즐부에 연결되고 타측은 펌프를 갖는 배관B에 의해 재생기의 고농도용액 출구에 연결되며, 상기 응축기의 일측은 배관C에 의해 재생기의 고온용액 노즐부에 연결되고 타측은 펌프를 갖는 배관D에 의해 제습식 냉각기의 저농도용액 출구에 연결된 열펌프와;로 구성된 것을 특징으로 한 열펌프를 이용한 액체 제습식 냉방장치가 제공된다.

또한, 상기 재생기의 재생기 충진재와 상기 제습식 냉각기의 제습식 냉각기 충진재는 하니컴 구조를 갖도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열펌프의 배관B와 배관D를 상호 열교환시키는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 보인 회로도.

도 2는 종래 냉방장치의 구성을 보인 회로도.

도 3은 도 2에 의한 공기조화 과정을 보인 그래프.

*도면의주요부분에대한부호의설명

1:재생기

10:재생기 탱크 11:실외기 유입구

12:고농도용액 출구 13:고온용액 노즐부

13A:고온용액 분사공 14:재생기 충진재

15:고온용액 저장부

2:제습식 냉각기

20:제습식 냉각기 탱크 21:실내기 유입구

22:저농도용액 출구 23:저온용액 노즐부

23A:저온용액 분사공 24:제습식 냉각기 충진재

25:저농도용액 저장부

3:열펌프

31:압축기 32:증발기

32A,B:배관A,B 33:팽창변

34:응축기 34A,B:배관C,D

35:펌프

4:열교환기

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와같이 본 발명은 재생기(1)와 제습식 냉각기(2)와, 열펌프(3)로 구성되는 것이며, 이들 기기를 순환하면서 농도변화되는 열매체는 염화리듐(LiCL) 수용액이다.

상기 재생기(1)는 하부 일측 및 타측에 실외기 유입구(11) 및 고농도용액 출구(12)를 갖는 상방 개구형의 재생기 탱크(10)로 구성하되, 상기 실외기 유입구(11) 및 고농도용액 출구(12) 사이로 고온용액 저장부(15)를 형성하고, 상부측에는 하방의 고온용액 분사공(13A)이 다수 형성된 고온용액 노즐부(13)가 형성되며, 상기 고온용액 노즐부(13)와 실외기 유입구(11) 사이에 재생기 충진재(14)가 구비된다.

또한, 상기 제습식 냉각기(2)는 하부 일측 및 타측에 실내기 유입구(21) 및 저농도용액 출구(22)를 갖는 상방 개구형의 제습식 냉각기 탱크(20)로 구성하되, 상기 실내기 유입구(21) 및 저농도용액 출구(22) 사이로 저농도용액 저장부(25)를 형성하고, 상부측에는 하방의 저온용액 분사공(23A)이 다수 형성된 저온용액 노즐부(23)가 형성되며, 상기 저온용액 노즐부(23)와 실내기 유입구(21) 사이에 제습식 냉각기 충진재(24)가 구비된다.

또한, 상기 열펌프(3)는 상기 재생기(1)와 제습식 냉각기(2) 사이에 압축기(31), 증발기(32), 팽창변(33), 응축기(34)의 회로로 구성되고, 상기 증발기(32)의 일측은 배관A(32A)에 의해 제습식 냉각기(2)의 저온용액 노즐부(23)에 연결되고 타측은 펌프(35)를 갖는 배관B(32B)에 의해 재생기(1)의 고농도용액 출구(12)에 연결되며, 상기 응축기(34)의 일측은 배관C(34A)에 의해 재생기(1)의고온용액 노즐부(13)에 연결되고 타측은 펌프(35)를 갖는 배관D(34B)에 의해 제습식 냉각기(2)의 저농도용액 출구(22)에 연결되도록 구성된다.

그리고 상기 재생기(1)의 재생기 충진재(14)와 상기 제습식 냉각기(2)의 제습식 냉각기 충진재(24)는 그 단면이 벌집모양으로 다수의 육각형상의 조합으로 이루어지고 상.하로 관통형성된 하니컴(honeycom) 구조로 형성된 것으로, 이는 용액과 공기와의 접촉면적 확대, 즉 단위체적당 표면적을 크게 하는데 그 목적이 있다.

이와함께 상기 열펌프(3)의 배관B(32B)와 배관D(34B)를 상호 열교환시키는 열교환기(4)가 구비되는 것으로서, 이는 재생기(1)에서 증발기(32)로 송출되는 고온용액을 열교환기(4)에 의해 미리 열교환시켜 저온의 전처리 상태가 되도록 하여 상기 증발기(32)에 의한 열교환 및 냉방효율을 향상시키는데 그 목적이 있는 것이다.

다음은 상기한 바와같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.

먼저, 고농도의 염화리듐 용액은 열펌프(3)의 증발기(32)를 통과하면서 냉각되고, 이 냉각된 고농도의 염화리듐 용액은 제습식 냉각기(2)의 저온용액 노즐부(23)에 의해 상부에서부터 작은 액적으로 분사되면서 하부로부터 상부로 향하는 처리공기와 제습식 냉각기 충진재(24)에서 열 및 물질 전달을 하게 되는데, 이때 공기의 온도는 하강하고 공기 중의 수분은 염화리듐 용액에 흡착되는 것이며, 수분을 흡수하면서 저농도가 된 염화리듐 용액은 제습식 냉각기(2)의 저농도용액 저장부(25)에 집수된다.

이 염화리듐 용액은 재생을 위해 펌프(35)에 의하여 재생기(1)로 보내지는데, 이때 재생기(1)로부터 오는 고농도의 염화리듐 용액은 온도가 높으므로 열 회수를 위하여 열교환기(4)를 통해 이 용액과 열교환을 시킨다.

저농도의 염화리듐 용액은 열펌프(3)의 응축기(34)를 통과하면서 온도가 상승하여 용액 내의 평형 수증기 분압이 상승되고, 이 고온, 저농도의 염화리듐 용액은 재생기(1)의 고온용액 노즐부(13)에 의해 상부에서 분사하면서 재생기 충진재(14)에서 외기의 재생공기와 열/물질을 교환을 하면서 용액 내의 수분을 공기 중으로 배출시키면서 다시 고농도의 염화리듐 용액이 되는 것이며, 외기공기는 고온, 저농도의 염화리듐 용액과 접촉하면서 온도와 습도가 상승하여 다시 외기로 배출된다.

이같이 본 발명, 즉 열펌프 이용한 액체 제습식 냉방은 원하는 급기 출구 조건을 직접 생성하므로 과도 냉각 또는 재열 과정이 없으며, 상태 B에서 상태F로 직접 도달하게 되므로 기존의 냉각 및 제습 방식에 비하여 에너지 소비가 대폭 감소하게 되는 것이다.(도 3 참조.)

<실시예>

기존 방식과 본 발명에 의한 방식의 소요 열량을 비교하기 위하여 적정한 가정을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 실내공기는 25℃, 50%. 외기는 35℃, 40%, 공조부하의 현열비는 0.6, 냉각열교환기의 바이패스 팩터(bypass factor)는 0.2, 환기율은 30%라고 가정하였으며 이 수치들은 냉방시 가장 일반적인 조건이다.

바이패스 팩터(BF)=

환기율,

표 1에 시뮬레이션 결과를 요약한다. 기존 방식은 냉각열량 { q}_{L } = { h}_{3 } - { h}_{5 } 과 재열 열량 { q}_{ RH} = { h}_{6 }- { h}_{5 } 을 합한 열량이 필요하다. 열펌프 이용 액체 제습식 냉방 방식은 { q}_{HP } = { h}_{3 } - { h}_{6} 의 열량이 필요하다.

{ q}_{L } = { h}_{3 } - { h}_{5 } =56.67-34.76=21.91kJ/kg

{ q}_{ RH} = { h}_{6 }- { h}_{5 } =40.54-34.76=5.77kJ/kg

기존 방식,=21.91+5.77=27.68kJ/kg

열펌프 액체 제습 방식,=56.67-40.54=16.14kJ/kg

시뮬레이션 결과에 따르면 기존은 27.68 kJ/kg, 열펌프 액체 제습 방식은 16.14kJ/kg의 열량이 필요하므로 41.7%의 열량이 감소된다.

표 1 열펌프 이용 액체 제습식 냉방 장치의 시뮬레이션 결과

상태	1	2	3	4	5	6
T(℃)	25	35	28	10	13.6	19.25
φ(%)	50	40	47.23	100	86.12	60.08
w(g/kg)	9.883	14.13	11.16	7.631	8.345	8.345
h(kJ/kg)	50.33	71.48	56.67	29.29	34.76	40.54

두 방식의 소요되는 동력을 비교하기 위하여 에너지 소비량 시뮬레이션을 수행하였다.

상술한 바와같이 본 발명은 별도의 재열 과정이 필요없는 연속순환식의 단순구조를 갖도록 구성함으로써 에너지 소비의 절감 효과와 설치 및 운용의 간편성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 재생기와 제습식 냉각기에 사용되는 충진재를 하니컴 구조로 형성함으로써 단위체적당 표면적을 보다 크게 할 수 있게 되고, 이로인해 열교환 및 냉방효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 재생기에서 증발기로 송출되는 고온용액을 열교환기에 의해 미리 열교환시켜 저온의 전처리 상태가 되도록 구성함으로써 상기 증발기에 의한 열교환 및 냉방효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

하부 일측 및 타측에 실외기 유입구(11) 및 고농도용액 출구(12)를 갖는 상방 개구형의 재생기 탱크(10)로 구성하되, 상기 실외기 유입구(11) 및 고농도용액 출구(12) 사이로 고온용액 저장부(15)를 형성하고, 상부측에는 하방의 고온용액 분사공(13A)이 다수 형성된 고온용액 노즐부(13)가 형성되며, 상기 고온용액 노즐부(13)와 실외기 유입구(11) 사이에 재생기 충진재(14)가 구비된 재생기(1)와;

하부 일측 및 타측에 실내기 유입구(21) 및 저농도용액 출구(22)를 갖는 상방 개구형의 제습식 냉각기 탱크(20)로 구성하되, 상기 실내기 유입구(21) 및 저농도용액 출구(22) 사이로 저농도용액 저장부(25)를 형성하고, 상부측에는 하방의 저온용액 분사공(23A)이 다수 형성된 저온용액 노즐부(23)가 형성되며, 상기 저온용액 노즐부(23)와 실내기 유입구(21) 사이에 제습식 냉각기 충진재(24)가 구비된 제습식 냉각기(2)와;

상기 재생기(1)와 제습식 냉각기(2) 사이에 압축기(31), 증발기(32), 팽창변(33), 응축기(34)의 회로로 구성되고, 상기 증발기(32)의 일측은 배관A(32A)에 의해 제습식 냉각기(2)의 저온용액 노즐부(23)에 연결되고 타측은 펌프(35)를 갖는 배관B(32B)에 의해 재생기(1)의 고농도용액 출구(12)에 연결되며, 상기 응축기(34)의 일측은 배관C(34A)에 의해 재생기(1)의 고온용액 노즐부(13)에 연결되고 타측은 펌프(35)를 갖는 배관D(34B)에 의해 제습식 냉각기(2)의 저농도용액 출구(22)에 연결된 열펌프(3)와;로 구성된 것을 특징으로 한 열펌프를 이용한 액체제습식 냉방장치.
제1항에 있어서,

상기 재생기(1)의 재생기 충진재(14)와 상기 제습식 냉각기(2)의 제습식 냉각기 충진재(24)는 하니컴 구조를 갖도록 구성한 것을 특징으로 한 열펌프를 이용한 액체 가습식 냉방장치.
제1항에 있어서,

상기 열펌프(3)의 배관B(32B)와 배관D(34B)를 상호 열교환시키는 열교환기(4)를 포함하는 것을 특징으로 한 열펌프를 이용한 액체 제습식 냉방장치.