KR20060033368A

KR20060033368A - 자연공조 냉방시스템 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR20060033368A
Application number: KR1020040082443A
Authority: KR
Inventors: 김학근
Original assignee: 주식회사 삼화에이스
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-19
Also published as: KR100605022B1

Abstract

개시된 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 고온의 냉매로부터 열을 빼앗아 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 응축기에서 압축된 냉매와의 열 교환을 통해 열을 빼앗은 물을 순환시키기 위한 실외기 순환펌프와, 냉각코일(dry cooler coil)의 일면에 설치되어 공기의 흐름을 만드는 실외기 팬과, 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서와, 냉각코일을 통과한 물의 온도를 측정하기 위한 냉수온도 감지센서를 구비하는 실외기 유닛과; 실외기 팬과, 응축기로부터 온도가 강하된 냉매를 직접 팽창시켜 온도를 낮추는 직팽코일(DX coil)과, 저온의 냉수를 순환시켜 실내를 냉방하기 위한 냉수코일과, 냉수를 순환시키기 위한 실내기 순환펌프 및 실내기의 냉수코일 주위의 온도를 감지하기 위한 실내온도 감지센서를 구비하는 실내기 유닛을 구비하는 축열식 자연공조 냉방시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다. 이와 같은 구성의 축열식 자연공조 냉방시스템 및 그 운전방법은 빙축열 또는 수축열을 이용하여 전력사용비용이 높은 때에는 얼음의 녹는 데 필요한 잠열이나 냉수의 수축열을 이용하여 전력의 소모를 줄이는 효과가 있다.

공조기, 빙축열, 축열식, 냉방, 직팽코일, 냉수코일, 상변화물질, 절전

Description

자연공조 냉방시스템 및 그 운전방법{Regenerative Cooling and Air Conditioning System and Method Thereof}

도 1은 종래의 기술에 따른 축열식 공조기를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빙축열을 이용한 축열식 자연공조 냉방 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시한 축열식 자연공조 냉방시스템의 실내기 유닛을 도시한 측면도이다.

도 4는 도 2에 도시한 축열식 자연공조 냉방시스템의 실외기 유닛을 도시한 정면도이다.

도 5는 도 2에 도시한 축열식 자연공조 냉방시스템의 축열 저장유닛을 도시한 정면도이다.

도 6은 도 2에 도시한 축열식 자연공조 냉방시스템의 운전방식을 나타낸 플로우차트를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수축열을 이용한 축열식 자연공조 냉방시스템의 구성을 도시한 구성도이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자연공조 냉방시스템의 구성을 도시한 구성도이다.

도 9는 도 8에 도시한 자연공조 냉방시스템의 운전방식을 나타낸 플로우차트를 도시한 것이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 실내기 유닛 110 : 실내기 팬

112 : 덕트 120 : 냉수코일

140 : 직팽코일 160 : 실내기 순환펌프

170, 270 : 팽창밸브 200 : 실외기 유닛

210 : 압축기 212 : 게이지

220 : 응축기 230 : 실외기 순환펌프

240 : 실외기 팬 250 : 냉각코일

272 : 드라이어 273 : 사이트 글라스

281 : 제1 솔레노이드 밸브 282 : 제2 솔레노이드 밸브

283 : 제3 솔레노이드 밸브 284 : 제4 솔레노이드 밸브

285 : 제5 솔레노이드 밸브 286 : 제6 솔레노이드 밸브

290, 292 : 체크밸브 300 : 축열유닛

310 : 물탱크 312 : 냉수밸브

320 : 냉매코일 330 : 상변화물질

340 : 냉매 파이프 410 : 열교환기

본 발명은 자연공조 냉방기에 관한 것으로서, 특히 전력사용 비용이 싼 때에는 냉동 사이클을 가동하여 냉방 및 축열하고, 전력사용 비용이 비싼 때에는 빙축열 또는 수축열을 이용하여 냉방을 하는 축열식 자연공조 냉방기에 관한 것이다.

일반적으로 빙축열 또는 수축열을 이용한 공조기는 하절기 냉방 전력비용을 줄이기 위하여 야간에 값싼 심야전력을 이용하여 얼음 또는 냉수를 만들어 저장했다가 주간에 얼음을 녹이거나 냉수와 실내공기와의 온도차이를 이용하여 냉방하는 설비를 말한다.

이러한 빙축시스템은 0℃에서 물이 얼음으로 상변화할 때 발생되는 잠열 (80kcal/kg)을 저장함으로 저장탱크의 체적이 작아 도심지 빌딩에 적용 가능한 시스템으로, 냉열을 생산하는 냉동기와, 냉열을 저장하는 축냉조, 그리고 냉열을 사용하는 공조기 등으로 구성되어 있으며 심야시간에는 냉동기를 가동하여 축냉조에 냉열을 저장하고, 주간에는 냉동기를 정지하고 축열조의 냉열을 공조기나 팬코일에 순환시켜 냉방에 이용하는 것이며, 축냉조의 냉열만으로 냉방이 부족할 때에는 냉동기도 함께 가동하도록 시스템을 구성하게 된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 초절전형 자연공조 냉방 시스템장치를 도시한 것으로서, 국내 특허공개 제1999-77492호에 개시된 바 있다.

도면을 참조하면, 압축기(21), 사방밸브(22), 실외 열교환기(23), 실외 팽창밸브(25) 및 기액분리기(24)를 갖는 실외유닛(20)과, 실내 열교환기(12)와 실내 팽창밸브(11)를 갖는 실내유닛(10) 및 축열 팽창밸브(32), 축열 열교환기(34)를 구비 한 축열유닛(30)을 구비하고, 상기 실외유닛(20), 축열유닛(30) 및 실내유닛(10)이 접속되어 냉동사이클을 구성하는 축열식 공기조화기에 있어서, 냉동사이클을 유통하는 HFC계 냉매 및 축열 열교환기(34)와 실내 열교환기(12) 사이에 배치된 드라이어(36)를 구비하는 축열식 공기조화기가 개시되어 있다.

그러나 상기 구조의 축열식 공기조화기는 비공비 혼합냉매인 HFC계 냉매 또는 비연소계 냉매를 사용할 수 있는 시스템일 뿐, 에너지 절약을 위해 전기료 또는 연료를 절감하기 위한 구체적인 구조 및 운전방법을 개시한 것은 아니다.

따라서, 상기한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방식의 초절전형 자연공조 냉방 시스템이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 빙축열 또는 수축열을 이용하여 전력사용비용이 높은 때에는 얼음이 녹는 데 필요한 잠열 또는 냉수의 수축열을 이용하여 전력의 소모를 감소시키고, 운전하는데 필요한 연료비를 절약하는 자연공조 냉방시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 축열식 공조 냉방시스템에 있어, 축열조 내부의 물에 온도설정 상변화물질(PCM; Phase Change Material)을 넣어 전체 체적을 줄임으로써, 좁은 공간에도 쉽게 공조장치를 설치할 수 있도록 한 자연공조 냉방시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 시간대별, 유형별 불규칙한 부하형태에 따라 운전 및 설정온도가 일정하게 유지될 수 있어, 제품의 성능향상은 물론 장치의 소형화 및 피크 부하대에 효과적인 대처가 가능한 자연공조 냉방시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 응용분야에 따라 부하의 예측이 가능한 경우 축열율 분배에 의해 경제적 운전이 가능한 자연공조 냉방시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실내의 직팽코일로부터 나온 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축된 고온의 냉매로부터 열을 빼앗아 응축시키는 응축기와, 상기 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 응축기에서 상기 압축된 냉매와의 열교환을 통해 열을 빼앗는 물을 순환시키는 코일과, 상기 코일을 따라 물을 순환시키기 위한 순환펌프 및 상기 냉각코일의 일면에 설치되어 공기의 흐름을 만드는 실외기 팬과, 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서와, 냉각코일을 통과한 물의 온도를 측정하기 위한 냉수온도 감지센서를 구비하는 실외기 유닛과, 실외기 팬과, 상기 응축기로부터 온도가 강하된 냉매를 직접 팽창시켜 온도를 낮추는 직팽코일과, 하기 빙축열 저장유닛으로부터 나온 저온의 냉수를 순환시켜 실내를 냉방하기 위한 냉수코일과, 상기 냉수를 순환시키기 위한 실내기 순환펌프 및 상기 실내기의 냉수코일 주위의 온도를 감지하기 위한 실내온도 감지센서를 구비하는 실내기 유닛을 구비한다.

또한, 순환수의 물을 저온의 냉매를 이용하여 냉각하여 저장하고, 자연공조모드에서 상기 냉수를 상기 실내유닛으로 순환시키기 위한 축열유닛을 더 구비하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 축열유닛은, 상기 실내기 유닛의 냉수코일로 냉수를 공급하기 위해 물을 저장하는 물탱크와, 상기 물탱크 내에 설치되어 냉매가 흐르도록 하는 냉매코일과, 상기 물탱크에 저장된 물의 온도를 측정하는 물탱크의 온도 감지센서를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실내기 유닛의 냉수코일이 실외기와 연결되는 배관에 설치되는 제1 솔레노이드 밸브와, 상기 응축기와 실외기 냉각코일 사이에 설치되는 제2 솔레노이드 밸브와, 상기 냉수코일로부터 제1 솔레노이드 밸브로 이어지는 배관과 상기 응축기로부터 상기 축열유닛으로 연결되는 배관 사이를 연결하는 배관에 설치되는 제3 솔레노이드 밸브와, 상기 응축기로부터 나온 냉수가 상기 축열유닛으로 공급되는 것을 제어하기 위한 제4 솔레노이드 밸브와, 상기 응축기로부터 나온 냉매를 실내기 유닛의 직팽코일로 공급하거나 물탱크 쪽으로 공급하는 것을 제어하는 제5 솔레노이드 밸브 및 제6 솔레노이드 밸브를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 자연공조 냉방시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 빙축열식 자연공조 냉방시스템 및 그 운전방법을 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빙축열식 자연공조 냉방시스템의 구조를 간략히 도시한 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 실내기 유닛을 도시한 단면도이며, 도 4는 각각 실외기 유닛을 도시한 정면도이고, 도 5는 도 2에 도시한 축열 저 장유닛을 도시한 정면도이다.

도면을 참조하면, 상기의 시스템은 연중냉방을 하는 전산실의 경우 겨울이나 환절기에 외기온도가 낮을때 실외기 유닛(200)의 냉수코일(120)에 물을 통과시키며 외기와 열교환을 하면서 냉수온도를 떨어뜨려 실내기 유닛(100)으로 순환기켜 냉방하는 시스템이다.

즉, 하절기 최대부하시간대에 전기료가 가장 비싸므로 전기료가 가장 낮은 심야시간에 냉동사이클을 가동시켜 물탱크(310)에 냉기를 축열하고, 낮 시간대에는 전기료가 가장 비쌀 때이므로 냉동사이클을 가동시키지 않고 실내기 순환펌프(160)만 작동시켜 냉방을 하는 시스템이다.

상기 시스템은 실외기 유닛(200)과 실내기 유닛(100)으로 구성되며, 축열유닛(300)을 더 포함할 수 있다.

상기 실내기 유닛(100)은 실내기 팬(110)과, 낮시간대에 축열되어 냉각된 물을 실내에 순환시키기 위한 냉수코일(120)과, 상기 냉수코일(120)의 온도를 감지하기 위한 실내온도 감지센서(미도시)와 직팽코일(140)를 포함한다.

또한, 상기 실외기 유닛(200)은, 실외기 팬(240)과, 차가운 외기로 인하여 냉각되는 물이 흐르는 냉각코일(250) 및 냉수의 순환을 위한 실외기 순환펌프(230)와, 냉매의 냉각사이클을 이루기 위한 압축기(210), 응축기(220), 팽창밸브(170, 270) 및 상기 냉수 및 냉매의 흐름을 제어하기 위한 솔레노이드 밸브(281, 281, 283, 284, 285, 286)가 설치된다.

또한, 상기 축열유닛(300)은 냉각된 물을 저장하기 위한 물탱크(310)와, 상 기 물탱크(310) 내에 설치되어 물을 냉각하기 위해 냉매가 공급되는 냉매 파이프(340)와, 상기 냉매 파이프(340)의 표면적을 넓혀 상기 물탱크(310) 내의 물과 열교환을 통해 물의 온도를 낮추기 위한 냉매코일(320)과, 상기 물탱크(310) 내 물의 온도를 감지하는 물탱크온도 감지센서(미도시)가 구비되며, 필요에 따라 물보다 잠열이 약 10배가 큰 상변화물질(330)이 포함될 수 있다.

미설명된 112번은 덕트, 212번은 게이지, 272번은 드라이어, 273번은 사이트 글라스이며, 290 및 292번은 체크밸브이다.

이러한 구조의 상기 시스템의 운전방식은 도 6에 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 먼저 전원을 올리면(S100) 표시창에 전원이 들어온다는 표시등이 켜지고(S110), 운전 스위치를 누르면(S120) 실내기 팬(110)이 돌아가면서 표시등(S130)이 켜지며 시스템이 작동하게 된다.

이때, 실내설정온도와 실내온도를 비교하고(S150), 만일 실내설정온도보다 실내온도가 낮으면 기계는 작동이 정지(S160)되어 냉방을 하지 않게 되고, 실내설정온도보다 실내온도가 높고 외기온도가 설정외기온도를 비교(S170)하여 상기 외기온도가 더 낮은면 자연공조 운전모드(S180)로 기계가 작동된다.

상기 자연공조 운전모드(S180)는, 압축기(210)와 냉동사이클 연관 솔레노이드 밸브(282, 283, 285, 286)가 닫히고, 제1 솔레노이드 밸브(281) 및 제4 솔레노이드 밸브(284)는 열리며, 실내기 순환펌프(160)와 실외기 순환펌프(230)는 동작함으로써, 차가운 외기로 물을 식혀 찬물을 실내로 보내 냉방하는 방법이며, 순환펌프(160, 230)의 동력 이외에 전기가 소모되지 않는다.

즉, 일반적으로 냉방시스템에 있어 압축기(210)에 전력이 최대로 소모되므로, 환절기나 동절기에는 압축기(210)를 가동하지 않을 수 있게 되기 때문에 전기료가 획기적으로 절약되는 것이다.

이때, 실내설정온도보다 실내온도가 높고, 외기온도가 설정외기온도보다 높으면 피크타임(PEAK TIME) 운전모드(S190)로 넘어간다.

상기 피크타임운전모드(S190)는 시간설정에 따라(S200) 방냉운전모드(S210), 일반운전모드(S220) 및 축냉운전모드(S140)로 나뉜다.

예를 들어, 상기 피크타임 운전모드(S190)의 시간설정은 최대부하 전기료 시간대(예를 들면, 10시에서 12시 사이)는 방냉운전모드(S210)로, 중간부하 전기료 시간대(예를 들어, 8시에서 10시, 12시에서 14시, 17시에서 22시까지의 시간대)는 일반운전모드(S220)로, 경부하 전기료 시간대(예를 들어, 22시에서 8시 사이)는 축냉운전모드(S140)로 설정한다.

상기 방냉운전(S210)은 냉동기는 가동시키지 않고 축냉했던 차가운 냉수를 실내기 순환펌프(160)만 가동시켜 실내기 냉수코일(120)로 이송하여 냉방하는 운전방식이다. 이때, 실내기 순환펌프(160)와 실내기 팬(110)은 켜고, 압축기(210)와 실외기 팬(240), 실외기 순환펌프(230) 및 냉동사이클 관련 밸브들(281, 282, 285, 286)은 꺼져 동력이 절감된다.

상기 방냉운전모드(S210)의 작동을 살펴보면, 타임설정과 온도조건에 의해 작동을 하게되며 제1 솔레노이드 밸브(281)과 제4 솔레노이드 밸브(284)가 열리고 제2, 제3, 제5 및 제6 솔레노이드 밸브(282, 283, 285, 286)가 닫힌다.

따라서 압축기(210)는 정지하고, 실내기 순환펌프(160)만 작동하여 물탱크(310) 내의 냉수를 실내의 냉수코일(120)로 순환시켜 냉방이 이루어지게 된다.

또한, 상기 일반운전(S220)은 냉동기()를 가동시키고 실내기 순환펌프(160)는 작동을 정지시켜 실내기의 직팽코일(140)과 연동해서 일반항온항습기처럼 작동하는 모드이다.

상기 일반냉방(S220)의 작동을 살펴보면, 온습도센서(미도시)에 감지되는 온도나 습도가 설정한 온습도보다 높을 때 냉방신호에 의해 제어부는 일반냉방 운전을 하게 되는데, 이러한 상기 일반냉방운전(S220) 순서는 제6 솔레노이드 밸브(286)가 열리면 압축기(210)가 기동하게 되고, 이에 의해 압축기(210)에서 압축한 냉매가 수냉식 응축기(220)를 거치면서 고온고압의 가스가 고온고압의 액으로 응축하며, 응축기(220)를 거친 냉매는 제6 솔레노이드 밸브(296)를 경유하여 팽창밸브(170)에서 팽창을 하여 온도와 압력이 떨어지면서 저온저압의 액으로 변화한다.

상기 저온저압의 액체는 직팽코일(140)을 통과하면서 내부에서 증발하여 저온저압의 기체로 되며, 다시 압축기(210)로 흡입되어 사이클을 이루게 된다.

상기 축냉운전(S140)은 전기료가 가장 저렴한 시간에 냉동기()를 가동시켜 물탱크(310)에 냉기를 축냉하여 물탱크(310)의 물 온도를 0 ~ 1℃까지 떨어뜨리는 모드이다. 압축기(210), 실내외기 순환펌프(160, 230), 실외기 팬(240)이 가동하고, 냉동사이클의 작동을 위하여 관련 솔레노이드 밸브(282, 283, 285)는 열고, 실 내기 팬(110)은 꺼지며, 전기료가 저렴한 심야시간에 최대한 축냉하여 주간시간대에 전기사용량을 최대한 절약하는 방법이다.

이때, 냉매는 수냉식 응축기(220)를 거친 후 물탱크(310) 내의 냉매 파이프(340) 및 이에 연결된 냉매코일(320)로 이동하여 물을 냉각시킨 후 압축기(210)로 다시 돌아와서 순환하게 되고, 한편 실외기 팬(240) 및 수냉식 응축기(220)에 온도가 내려간 물이 순환펌프(230)에 의해 순환되게 된다.

상기 피크타임 모드(S190)로 작동을 하더라도 물탱크(310)의 온도가 설정온도보다 높으면 압축기(210), 실내외기 순환펌프(160, 230), 실내외기 팬(110, 240)이 작동하고, 축냉하면서 온도를 설정온도까지 떨어뜨리며, 직팽코일(140)과 연동하여 냉방작용을 한다.

또한, 상기 물탱크(310)의 체적을 줄이기 위하여 물보다 잠열을 10배 더 가질 수 있는 온도설정 상변화물질(330)을 물탱크(310) 내에 넣어 용량을 줄일 수 있고, 이를 통하여, 전체 냉방시스템이 차지하는 면적 및 공간이 줄어들어 좁은 공간에 설치할 수 있게 됨으로써, 경제적으로 유리한 효과를 얻을 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 물탱크(310)에 저장되는 수축열을 피크타임의 냉방에 이용하여 겨울이나 환절기에 외기온도가 낮을때 실외기의 냉수코일(120)에 물을 통과시키며 외기와 열교환을 하면서 냉수온도를 떨어뜨려 실내로 순환기켜 냉방하는 방법인 수축열식 자연공조냉방시스템 및 그 방법에 대해 살펴본다.

도 7은 상기 수축열식 자연공조 냉방시스템을 도시한 구성도이다.

도면을 참조하면, 하절기 최대부하시간대에는 전기료가 비싸므로 전기료가 가장 낮은 심야시간에 물탱크(310)에 냉동기를 가동시켜 냉열을 축열하고, 낮시간때 전기료가 가장 비쌀 때 냉동기를 가동시키지 않고 순환펌프(160, 230)만 작동시켜 냉방을 하는 시스템이며, 다만 물을 얼리지 않고 저온으로만 유지시키는 수축열 방식으로 방냉시간이 빙축열에 비해 짧다.

또한, 상기 수축열식 시스템은 상기 도 2와 도 5에 도시된 빙축열식 시스템에 비하여 축열유닛(300)에서 냉수밸브(312) 및 판형 열교환기(410)가 설치되고, 상기 판형 열교환기(410)에 의해 냉매의 냉기가 열교환을 통하여 물탱크(310)의 물을 냉각시키고, 상기 냉수밸브(312)를 통하여 냉수를 실내기 유닛(100)으로 공급하는 구조로 된다.

상기 수축열 방식의 시스템을 운전하는 방식은 상기 도 6에 도시된 빙축열식 저연공조 냉방시스템과 유사하므로, 도 6을 참조하여 설명한다.

도면을 참조하면, 먼저 전원을 올리면(S100) 표시창에 전원이 들어온다는 표시등이 켜지고(S110), 운전 스위치를 누르면(S120) 실내기 팬(110)이 돌아가면서 표시등(S130)이 켜진다.

이러한 작동에서, 실내설정온도보다 실내온도가 낮으면 기계는 작동이 정지되며(S160), 실내설정온도보다 실내온도가 높고, 외기온도와 설정외기온도보다 낮으면 자연공조 모드(S180)로 기계가 작동된다

상기 자연공조모드(S180)에서는 압축기(210)와 냉동사이클을 작동하기 위한 솔레노이드 밸브(282, 285, 286)는 닫히고, 실내기 순환펌프(160)와 실외기 순환펌프(230)는 동작하고, 차가운 외기로 물을 식혀 찬물을 실내로 보내 냉방하는 방법 이다.

상기의 시스템은 순환펌프(160, 230)의 동력 이외에 전기가 소모되지 않아 전기료가 절약되어 환절기와 동절기에 사용하게 되면, 시스템의 작동을 위한 전기료를 절감할 수 있다.

만일 실내설정온도보다 실내온도가 높고 외기온도가 설정외기온도보다 높으면 피크타임 운전모드(S200)로 넘어간다.

상기 피크타임 운전모드(S190)에서의 시간설정은, 최대부하 전기료 시간대(10:00 ~ 12:00, 14:00 ~ 17:00)는 방냉모드(S210)로, 중간부하전기료 시간대(08:00 ~ 10:00, 12:00 ~ 14:00, 17:00 ~ 22:00)는 일반모드(S220)로, 경부하전기료 시간대(22:00 ~ 08:00)는 축냉모드(S140)로 설정할 수 있다.

이때, 상기 방냉운전(S210)은 냉동기는 가동시키지 않고 축냉했던 차가운 냉수를 실내기 순환펌프(160)만 가동시켜 실내기 냉수코일(120)로 이송하여 냉방하는 방식이다. 이를 위하여 실내기 순환펌프(160)와 실내기 팬(110)은 켜고, 압축기(210)와 실외기 팬(240), 실외기 순환펌프(230)와 냉동사이클과 관련된 솔레노이드 밸브(281, 282, 284, 285, 286)는 꺼져 동력이 절감된다.

즉, 시간설정과 온도조건에 의해 작동을 하게 되고, 냉수밸브(283)가 열리고 실내기 순환펌프(160)만 작동함으로써, 물탱크(310) 내의 냉수를 실내의 냉수코일(120)로 순환시켜 냉방하게 된다.

또한, 상기 일반운전(S220)은 냉동기를 가동시키고 실내기 순환펌프(160)는 작동을 정지시켜 실내기의 직팽코일(140)과 연동해서 일반항온항습기처럼 운전하는 방식이다.

상기 일반냉방운전(S220)의 작동을 살펴보면, 온습도센서에 감지되는 온도나 습도가 설정한 온습도보다 높을 때 제어부(미도시)의 냉방신호에 의해 일반냉방이 이루어지게 된다.

냉방운전 순서는 실내 직팽코일(140)의 제6 솔레노이드 밸브(286)가 열리면 압축기(210)가 기동하게 되고, 이에 의해 압축기(210)에서 압축한 냉매가 수냉식 응축기(220)를 거치면서 고온고압의 가스가 고온고압의 액으로 응축하게 된다.

상기 응축기(220)를 거친 냉매는 제6 솔레노이드 밸브(286)를 경유하여 팽창밸브(170)에서 팽창을 하여 온도와 압력이 떨어지면서 저온저압의 액으로 변하고, 직팽코일(140)을 통과하면서 내부에서 증발하여 저온저압의 기체로 되며, 다시 압축기(210)로 흡입되어 사이클을 이루게 된다.

또한, 축냉운전(S140)은 전기료가 가장 저렴한 시간에 냉동기를 가동시켜 물탱크(310)에 냉기를 축냉하여 물탱크(310)의 물온도를 0 ~ 1℃까지 떨어뜨리며, 압축기(210), 실내외기 순환펌프(160, 230), 실외기 팬(240), 냉동사이클 관련 솔레노이드 밸브(282, 283, 284, 285)를 켜고, 실내기 팬(110)은 꺼짐으로써, 전기료가 저렴한 심야시간에 최대한 축냉하여 주간시간대에 전기사용량을 최대한 절약하는 방법이다.

즉, 시간설정과 온도조건에 의해 축냉운전 시간대에는 제2 내지 제5 솔레노이드 밸브(282, 283, 284, 285)가 열려 압축기(210)가 기동하게 되고, 냉매는 수냉식 응축기(220)를 거친 후 판형 열교환기(410)에서 물과 열교환을 하여 물탱크(310)로 순환하는 물을 냉각시킨 후 다시 압축기(210)로 순환하는 것이다. 응축시키기 위한 물은 실외기 팬(240)으로 물을 식혀서 수냉식 응축기(220)에 식힌 물을 냉수밸브(312)를 통해 물탱크(310)로 들어가고, 이를 순환시킴으로서 응축역할을 하게 된다.

상기 피크타임 모드(S190)로 작동을 하더라도 물탱크(310)의 온도가 설정온도보다 높으면 압축기(210), 실내외기 순환펌프(160, 230), 실내외기 팬(110, 240)이 켜지며 축냉하면서 온도를 설정온도까지 떨어뜨리며 직팽코일(140)과 연동하여 냉방작용을 하는 것은 상기 빙축식 자연공조 냉방기(도 2 내지 도 6 참조)와 동일하다.

상기 모든 동작은 자동제어로 이루어지며, 온습도센서에 의해 동작하고, 정지하게 되고, 이를 위한 제어부(미도시)가 더 부가될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예로서, DRY COOLER형 자연공조냉방기에 대해 살펴보도록 한다.

이러한 상기 시스템은 도 8에 도시되어 있고, 상기 도 2와 도 7의 축열식보다 부품 수를 줄여 가격이 저렴하여 경제적이나, 전기의 절전효과는 약간 떨어지는 시스템으로, 물탱크(310, 도 2 및 도 7 참조) 없이 외기온도가 설정치보다 낮을 때만 드라이 코일(DRY COIL)인 실외기의 냉각코일(250)로 물을 순환시켜 차가운 냉수로 냉방하는 시스템이다.

도 9는 상기 시스템의 운전방식을 도시한 것으로, 도면을 참조하면, 먼저 전원을 켜고 운전스위치(S10)를 켜면 표시창이 켜지고(S20), 운전스위치 및 실내기 팬이 켜진다(S30, S40).

이때, 실내설정온도보다 실내온도가 낮으면 작동기기 전체가 꺼지게 되고(S60), 실내설정온도보다 실내온도가 높은 경우, 설정외기 온도와 외기온도를 비교하여(S70) 외기온도가 더 낮으면 자연공조운전(S80)으로 작동된다.

상기 자연공조운전(S80)은 압축기(210)의 가동을 멈추고, 실외기 순환펌프(230) 및 실내외기 팬(110, 240)이 가동되며, 냉동사이클 관련 솔레노이드 밸브(282, 284)는 닫히며 실내기 순환펌프(160)의 순환 솔레노이드 밸브(281, 283)는 열려, 실내기 순환펌프(160)의 동력으로만 냉수를 순환시켜 냉방하는 방식이다.

이의 운전순서를 보면, 전원이 들어오면(S10) 표시창이 켜지고(S20), 운전스위치(S30)를 켜면 실내기 팬(110)이 작동(S40)하게 된다.

이때, 실내설정온도보다 실내온도가 낮으면 시스템의 전원이 차단되어 정지하며(S60), 실내설정온도보다 실내온도가 높으면 설정외기온도와 외기온도를 비교하게 된다(S70).

그리고 실내설정온도보다 실내온도가 높으면 시스템은 일반냉방모드(S90)로 동작하게 되는데, 이는 압축기(210) 및 실내외기 팬(110, 240)은 켜고, 냉동사이클 관련 솔레노이드 밸브(282, 284)는 열려 일반 냉각운전으로 냉방을 하게 된다.

상기 모든 동작은 자동제어로 이루어지며, 온습도센서()에 의해 동작하고, 정지하게 되고, 이를 위한 제어부(미도시)가 더 부가될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 초절전형 자연공조 냉방시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 빙축열 또는 수축열을 이용하여 전력사용비용이 높은 때에는 얼음의 녹는 데 필요한 잠열을 이용하여 전력의 소모를 줄이고, 따라서 운전에 필요한 연료비를 줄일 수 있는 효과를 제공한다. 즉, 시간제어를 피크타임 전기료에 따라 제어하여 최대한 전기료를 절약할 수 있게 하였으며, 외기의 차가운 열을 최대한 이용하여 전기를 절약할 수 있다.

둘째, 축열식 공조 냉방시스템에 있어, 축열조 내부의 물에 온도설정 상변화물질을 넣어 전체 체적을 줄임으로써, 좁은 공간에도 쉽게 공조장치를 설치할 수 있도록 한 효과를 제공한다. 온도설정 상변화물질을 옵션으로 사용하여 물탱크 체적보다 훨씬 더 많은 열을 축열하여 장시간 사용할 수 있다.

셋째, 시간대별, 유형별 불규칙한 부하형태에 따라 운전 및 설정온도가 일정하게 유지될 수 있어, 제품의 성능향상은 물론 장치의 소형화 및 피크 부하대의 효과적인 대처 가능하게 되는 효과를 제공한다.

넷째, 응용분야에 따라 부하의 예측이 가능한 경우 축열율 분배에 의한 경제적 운전이 가능하게 되고, 낮시간대에는 순환펌프만을 작동시켜 냉방을 하므로, 소음이 줄어드는 효과를 제공한다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

실내의 직팽코일로부터 나온 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축된 고온의 냉매로부터 열을 빼앗아 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 응축기에서 상기 압축된 냉매와의 열교환을 하는 물을 순환시키기 위한 순환펌프와, 상기 냉각코일의 일면에 설치되어 냉각코일을 흐르는 물을 외기에 의해 냉각시키기 위한 실외기 팬과, 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서와, 상기 냉각코일을 통과한 물의 온도를 측정하기 위한 냉수온도 감지센서를 구비하는 실외기 유닛과;

상기 응축기로부터 온도가 강하된 냉매를 직접 팽창시키는 직팽코일과, 저온의 냉수를 순환시켜 실내를 냉방하기 위한 냉수코일과, 상기 냉수를 순환시키기 위한 실내기 순환펌프 및 상기 실내기의 냉수코일 주위의 온도를 감지하기 위한 실내온도 감지센서를 구비하는 실내기 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 자연공조 냉방시스템.
제 1항에 있어서,

상기 순환되는 물을 저온의 냉매를 이용하여 냉각하여 저장하고, 자연공조모드(mode)에서 상기 냉각된 순환수를 상기 실내기 유닛으로 순환시키기 위한 축열유닛을 더 구비하고, 상기 축열유닛은, 상기 실내기 유닛의 냉수코일로 냉수를 공급하기 위해 물을 저장하는 물탱크와, 상기 물탱크 내에 설치되어 냉매가 흐르도록 하는 냉매 파이프 및 냉매코일과, 상기 물탱크에 저장된 물의 온도를 측정하는 물탱크의 온도 감지센서를 구비하는 자연공조 냉방시스템.
제 1항에 있어서,

상기 실내기 유닛의 냉수코일이 실외기와 연결되는 배관에 설치되는 제1 솔레노이드 밸브(solenoid valve)와, 상기 응축기와 실외기 냉각코일 사이에 설치되는 제2 솔레노이드 밸브와, 상기 냉수코일로부터 제1 솔레노이드 밸브로 이어지는 배관과 상기 응축기로부터 상기 축열유닛으로 연결되는 배관 사이를 연결하는 배관에 설치되는 제3 솔레노이드 밸브와, 상기 응축기로부터 나온 냉수가 상기 축열유닛으로 공급되는 것을 제어하기 위한 제4 솔레노이드 밸브와, 상기 응축기로부터 나온 냉매를 실내기 유닛의 직팽코일로 공급하거나 물탱크 쪽으로 공급하는 것을 제어하는 제5 솔레노이드 밸브 및 제6 솔레노이드 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자연공조 냉방시스템.
제 2항에 있어서,

상기 물탱크의 체적을 줄이기 위해 물보다 잠열이 10배 정도 큰 온도설정 상변화물질(PCM)을 물탱크 내에 넣어 용량을 줄이는 것을 특징으로 하는 자연공조 냉방시스템.
실내설정온도보다 실내온도가 낮으면 기계의 작동이 정지되고, 실내설정온도 가 실내온도보다 높고 외기온도가 설정외기온도보다 낮으면 자연공조 운전모드로 기계가 작동하고, 실내설정온도보다 실내온도가 높고 외기온도가 설정외기온도보다 높으면 피크타임(peak time) 운전모드로 운전되는 것을 특징으로 하는 청구항 제 2항의 자연공조 냉방시스템을 운전하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 자연공조 운전모드는, 압축기와 냉동사이클 관련 솔레노이즈 밸브들이 닫히고, 실외기 순환펌프에 의해 순환수가 실외기 냉각코일을 거치면서 차가운 외기에 의해 순환수의 온도를 낮추어 실내기로 공급하고, 상기 순환수는 실내기의 순환펌프에 의해 실내기의 냉수코일을 순환하게 되고, 다시 실외기의 냉각코일로 들어가 순환이 이루어지고,

상기 피크타임 운전모드는, 방냉운전 시간대에서 물탱크의 온도가 설정온도보다 낮은 때는 방냉운전모드로 운전되고, 일반운전 시간대이고 실내온도가 설정온도보다 높은 때 또는 방냉운전시간대에서 물탱크 온도가 설정온도보다 높은 때에는 일반냉방 운전모드로 운전되고, 축냉시간대로서 물탱크의 온도가 축냉목표 온도보다 높은 때는 축냉운전모드로 운전되는 세 가지 모드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자연공조 냉방시스템의 운전방법.
제 6항에 있어서,

상기 방냉운전은 냉동기는 가동시키지 않고, 압축기와 실외기팬과 펌프 및 냉동사이클과 관련된 솔레노이드 밸브는 닫히고, 축냉했던 차가운 냉수를 실내기 순환펌프만 가동시켜 실내기 냉수코일로 이송하여 냉방하는 것으로서, 순환수는 축냉된 차가운 냉수가 실내기 순환펌프에 의해 물탱크로부터 실내기로 공급되어 상기 실내기의 냉수코일을 따라 순환함과 동시에 실내기 팬이 작동하며 실내를 냉방한 후, 다시 제3 솔레노이드밸브가 열려 물탱크로 들어가는 순환을 이루며,

상기 일반운전은 냉동기를 가동시키고, 펌프는 작동을 정지시켜 실내기의 직팽코일과 연동해서 실내를 냉방하는 운전방식으로서, 냉매는 상기 압축기, 응축기, 팽창밸브를 차례로 거치며 실내기로 들어가 직팽코일을 따라 순환하며 실내를 냉방한 후에 다시 압축기로 들어가 순환하게 되고,

상기 축냉운전은 전기료가 가장 저렴한 시간에 냉동기를 가동시켜 물탱크에 냉기를 축냉하여 물탱크의 물온도를 섭씨 0 내지 1도까지 떨어뜨리게 되는 것으로, 실외기 펌프에 의해 냉매는 상기 압축기와 응축기, 실외기 냉각코일 및 팽창밸브를 차례로 거치면서 온도가 떨어지고, 상기 냉매가 물탱크로 들어가 순환수의 온도를 낮추어 상기 물탱크의 순환수가 실내기 순환펌프에 의해 실내기의 냉수코일을 순환한 후, 제3 솔레노이드 밸브를 거쳐 다시 상기 물탱크로 들어가 순환하게 되는 것을 특징으로 하는 자연공조 냉방시스템의 운전방법.
제 5항에 있어서,

상기 피크타임 운전모드에서, 상기 물탱크의 온도가 설정온도보다 높으면, 상기 압축기, 실내외기 펌프, 실내외기 팬이 켜지며 축냉하면서 온도를 설정온도까 지 떨어뜨리며, 상기 직팽코일과 연동하여 냉방작용을 하는 것을 특징으로 하는 자연공조 냉방시스템의 운전방법.
실내설정온도보다 실내온도가 낮으면 기계의 작동이 정지되고, 실내설정온도보다 실내온도가 높고 자연공조설정온도가 외기온도보다 낮으면 자연공조운전을 하고, 실내설정온도가 실내온도보다 높고 자연공조 설정온도가 외기온도보다 높으면 일반냉방운전을 하는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1항의 자연공조 냉방시스템의 운전방법.
제 9항에 있어서,

상기 자연공조운전은 압축기를 가동하지 않고, 제2 솔레노이드밸브 및 제4 솔레노이드 밸브가 닫히며, 실외기 펌프 및 실외기 팬이 가동되고, 실내기 팬이 가동되며, 제1 솔레노이드 밸브 및 제3 솔레노이드 밸브가 열리고,

상기 일반냉방운전은 압축기, 실외기 팬을 가동시켜 냉매를 이용한 냉방사이클을 가동시키고, 제2 솔레노이드 밸브와 제4 솔레노이드 밸브를 열고, 제1 솔레노이드 밸브와 제3 솔레노이드 밸브는 닫히는 것을 특징으로 하는 자연공조 냉방시스템의 운전방법.