KR20100070489A - 이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두개의 열교환기와 신재생에너지(지열, 태양열)를 이용하여 신선외기를 실내 공조에 필요한 열원으로 상승 또는 하강시켜 실내에 공급하되, 실내외에서 사용되고 난 후의 폐열 또는 지열을 히트펌프의 공기열원으로 재활용함으로써 극한 온도의 환경하에서도 히트펌프의 가동효율을 향상시키고, 화석연료의 사용을 억제하여 에너지를 절감할 수 있는 공기조화장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 신선외기 급기 및 배기모드시, 실외로부터 메인덕트로 신선외기를 도입하고, 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열, 열원장비의 폐열 및 지열, 실내에서 공조후 버려지는 폐열을 배기덕트로 도입하는 제1 단계; 상기 메인덕트 및 배기덕트에 걸쳐 설치된 제1 및 제2 열교환기에 신선외기 및 폐열과 지열을 상호 교차하는 방향으로 통과시켜 열교환하는 제2 단계; 배기덕트의 관통홀에 설치된 유로전환댐퍼가 메인덕트를 개방함과 동시에 배기덕트의 관통홀을 차폐하여 상기 열교환된 신선외기가 열교환코일에 다다르도록 하고, 상기 열교환코일에서 신선외기를 실내의 냉난방 공조에 필요한 열원으로 변환하여 실내에 공급하는 제3 단계; 상기 제1 및 제2 열교환기의 배출측에 설치된 제1 및 제2 댐퍼를 개방하고 폐열 및 지열을 히트펌프로 송출하여 상기 히트펌프의 공기열원으로 활용하는 제4 단계; 실내의 냉,난방 공조 및 열원공급 배기모드시, 실내공기의 온도를 설정온도로 상승 또는 하강할 경우에, 유로전환댐퍼를 가동시켜 메인덕트를 차폐하고 배기덕트의 관통홀을 개방하는 제5 단계; 상기 실내에서 배기된 공기를 열교환코일에 공급하여 요구하는 난방 또는 냉방온도로 상승 또는 하강되어 실내에 공급되는 과정을 순환하는 제6 단계; 상기 배기덕트에 도입되는 폐열 또는 지열이 제1 열교환기를 거치도록 하되, 제1 댐퍼는 개방시키고 제2 댐퍼는 차폐하여 상기 폐열 및 지열을 열손실없이 히트펌프에 공급하는 제7 단계; 및 상기 히트펌프에 공급된 폐열 및 지열을 냉난방에 소요되는 공기열원으로 활용하고, 겨울철 태양열 집열판에서 생산된 열원을 이용하여 실내에 열원을 공급하는 제8 단계를 포함하는 공기조화장치 및 방법을 제공한다.

공기조화, 열교환기, 유로전환댐퍼, 히트펌프, 태양열집열판, 3웨이밸브, 외기도입팬, 송풍팬, 급기팬, 열교환 코일

Description

이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화장치 및 방법{Apparatus and method for air consditioning and ventilation using a heat pump and solar heat}

본 발명은 환기기능을 겸할 수 있는 공기조화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실외기 뿐만 아니라, 실내외 폐열, 열원장비의 폐열 및 지열, 태양열을 이용하여 실내의 공기조화를 행함으로써 히트펌프의 가동율을 향상시키고, 실내의 배기되는 폐열이외의 공기열원을 이중 열교환기를 이용하여 급기되는 공기의 온도차를 실내 온도와 줄이고, 열교환코일을 통과한 후 공조를 함으로써 에너지를 절약할 수 있는 이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주택의 주거공간이나, 오피스텔 또는 사무실과 같은 건물의 작업공간에서는 여름철의 냉방과 겨울철의 난방이 에너지 소비의 주된 요인이 되고 있다. 최근에는 인구의 증가에 따른 주거공간의 확산과 산업개발에 따른 공장부지 및 사무실의 증가로 인하여 냉,난방에 소요되는 에너지의 수요가 급격히 증가하고 있는 실정이다. 이와 같은 에너지의 급격한 수요는 기름이나 천연가스와 같은 화석연료의 가격상승요인으로 작용하고 있다. 특히 농,축산업 및 수산업의 분야에서는 시설농가와 양식업의 경영자들이 화석연료의 가격상승에 따른 냉,난방비의 상승으로 경영압박을 받고 있는 실정이고, 제조업의 분야에서도 마찬가지로 에너지의 조달에 소요되는 비용의 상승으로 제품의 생산원가가 상승되어 많은 어려움을 겪고 있다.

또한, 이러한 에너지 과소비 현상은 화석연료의 연소과정에서 발생하는 매연 등에 의한 환경오염으로 인하여, 지구온난화의 주된 요인으로 작용하고 있다.

최근에 와서는 공해를 발생시키지 않으면서도 화석연료의 연소에 의한 냉,난방 효과와 거의 동등한 수준의 에너지를 얻을 수 있도록 냉매의 압축, 증발, 응축의 순환과정에서 발생 및 회수되는 열을 이용하여 냉,난방을 수행하는 공기조화기기의 사용이 보편화되어 있으며, 그 중에서도 냉,난방과 냉,온수 시스템을 혼용하여 사용할 수 있게 한 히트펌프가 대표적으로 보급되고 있다.

그러나, 상기와 같은 히트펌프의 사용에 있어서도 겨울철과 같이 외부의 온도가 0℃ 이하로 매우 낮게 될 경우에는 히트펌프의 저온부(증발부)를 10 ~ 15℃의 온도로 유지시킬 수 있는 열원이 부족하게 되므로, 화석연료에 의한 별도의 가열을 통하여 히트펌프의 저온부 열원을 보충해야만 한다. 그렇지 않게 되면, 냉,난방시스템과 냉,온수 시스템으로 구성되는 히트펌프의 원활한 작동을 이루어 낼수 없다. 이러한 히트펌프의 단점으로 인하여 화석연료의 사용에 따른 에너지 조달비용의 상 승과 공해의 문제점을 완전히 해소하지 못하고 있는 실정이다.

상기한 문제점을 극복하기 위하여 겨울철에 발생하는 히트펌프의 저온부 열원부족을 화석연료를 사용하지 않고 자연적인 태양열에 의하여 보충하도록 한 장치가 제안되어 있다. 이러한 장치의 기본구조는 평판집열기를 사용하여 흡수한 태양열을 물과 같은 잠열축열재(상변화물질)에 저장하여 히트펌프의 저온부 열원으로 사용하도록 한 것이다. 그러나, 상기의 구조는 우리나라와 같이 사계절의 기온변화가 뚜렸하고, 겨울철에는 영하의 날씨를 보이는 지역에는 그 효율성이 떨어질 뿐만 아니라, 야간이나 지형물에 의하여 태양열을 얻을 수 없는 여러 가지의 장애요인으로 인하여 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

한편, 태양열의 약 47 ~ 50%가 지표를 통하여 지하에 저장된 지열을 냉난방 열교환 시스템에 사용하도록 한 장치가 국내공개특허공보 2000-0063299호에서 제안되었다. 이는 실내열교환기와 냉각코일을 거친 냉매가 압축기로 투입되기 전에 단순히 지열만을 이용하여 냉매의 증발에 필요한 열원을 보충하였기 때문에, 충분한 지열을 확보하지 못한 경우에는 냉난방 열교환 시스템의 원활한 작동에 지장을 초래하는 문제점이 있다. 또한, 실내 열교환기와 냉각코일에서의 열교환 작용은 지열과는 무관하게 일어나게 되어, 실내 열교환기와 같은 고온열원의 온도를 낮추고 냉각코일과 같은 저온열원의 온도를 높임으로서 전체적인 열효율을 상승시키는 관점에서는 냉난방 열교환 시스템의 전체적인 열효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 두개의 열교환기를 이용하여 신선외기를 실내 공조에 필요한 열원으로 상승 또는 하강시켜 실내에 공급하되, 실내외에서 사용되고 난 후의 폐열, 열원장비의 폐열 및 지열을 히트펌프의 공기열원으로 재활용함으로써 극한 온도의 환경하에서도 히트펌프의 가동효율을 향상시킬 수 있는 이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 신재생에너지(태양열)를 집열하여 히트펌프의 냉난방시의 열교환매체로 이용함으로써 히트펌프의 가동효율을 향상시킬 수 있으며, 화석연료의 사용을 억제하여 에너지를 절감할 수 있는 이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화장치 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 실내외에서 사용되고 난 후 버려지는 폐열, 각종 장비의 가동후 버려지는 폐열, 지열 등 국부적으로 에너지 용량이 많은 부위를 독립적으로 열교환기에 연결시킴으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화장치 및 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실외로부터 신선외기를 도입하여 실내에 공급하기 위한 메인덕트; 상기 메인덕트의 하단부에 설치되며, 상기 메인덕트와 연통하는 관통홀이 형성되며, 실내외에서 사용후 버려진 폐열 및 지열이 도입되는 배기덕트; 상기 메인덕트와 배기덕트에 걸쳐 설치되며, 상기 폐열 및 지열과 신선외기간의 열교환을 수행하는 열교환수단; 상기 배기덕트의 관통홀에 설치되며, 열교환수단을 거친 신선외기의 급기와 실내 환기를 수행하도록 메인덕트와 배기덕트를 선택적으로 개폐하는 유로전환댐핑수단; 상기 열교환수단의 배출측에 설치되며, 폐열 및 지열과 열교환된 배기열원의 배기량을 조절하는 배기댐핑수단; 상기 배기댐핑수단을 통해 배기된 공기열원을 냉난방 공조에 필요한 에너지 열원으로 사용하며, 냉난방을 위한 공기를 실내에 공급하는 히트펌프; 및 상기 메인덕트의 단부에 설치되며, 히트펌프에서 제공된 유체를 열교환하여 신선외기를 공조에 필요한 열원으로 교환하여 실내에 공급하기 위한 열교환 코일을 포함하는 이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 신선외기 급기 및 배기모드시, 실외로부터 메인덕트로 신선외기를 도입하고, 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열, 열원장비의 폐열 및 지열, 실내에서 공조후 버려지는 폐열을 배기덕트로 도입하는 제1 단계; 상기 메인덕트 및 배기덕트에 걸쳐 설치된 제1 및 제2 열교환기에 신선외기 및 폐열과 지열을 상호 교차하는 방향으로 통과시켜 열교환하는 제2 단계; 배기덕트의 관통홀에 설치된 유로전환댐퍼가 메인덕트를 개방함과 동시에 배기덕트의 관통홀을 차폐하여 상기 열교환된 신선외기가 열교환코일에 다다르도록 하고, 상기 열교환코일에서 신선외기를 실내의 냉난방 공조에 필요한 열원으로 변 환하여 실내에 공급하는 제3 단계; 상기 제1 및 제2 열교환기의 배출측에 설치된 제1 및 제2 댐퍼를 개방하고 폐열 및 지열을 히트펌프로 송출하여 상기 히트펌프의 공기열원으로 활용하는 제4 단계; 실내의 냉,난방 공조 및 열원공급 배기모드시, 실내공기의 온도를 설정온도로 상승 또는 하강할 경우에, 유로전환댐퍼를 가동시켜 메인덕트를 차폐하고 배기덕트의 관통홀을 개방하는 제5 단계; 상기 실내에서 배기된 공기를 열교환코일에 공급하여 요구하는 난방 또는 냉방온도로 상승 또는 하강되어 실내에 공급되는 과정을 순환하는 제6 단계; 상기 배기덕트에 도입되는 폐열 또는 지열이 제1 열교환기를 거치도록 하되, 제1 댐퍼는 개방시키고 제2 댐퍼는 차폐하여 상기 폐열 및 지열을 열손실없이 히트펌프에 공급하는 제7 단계; 및 상기 히트펌프에 공급된 폐열 및 지열을 냉난방에 소요되는 공기열원으로 활용하고, 겨울철 태양열 집열판에서 생산된 열원을 이용하여 실내에 열원을 공급하는 제8 단계를 포함하는 이중 열교환기를 통한 공기열원 히트펌프와 태양열을 이용한 공기조화방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 두개의 열교환기를 이용하여 실외로부터 신선외기를 공조에 필요한 열원으로 변환시켜 실내에 공급하고, 또한 신재생에너지 즉 태양열을 열매체로 하여 히트펌프에 제공함으로서, 냉난방에 소요되는 히트펌프의 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 히트펌프의 가동효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 각종 장비에서 사용되고 버려진 폐열과, 실내외 공조후 버려진 폐열 및 지열을 히트펌프의 공기열원으로 이용함으로써 상기 히트펌프의 가동효율을 향상시킬 수 있는 다른 효과가 있다.

이하, 첨부된 도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 공기조화장치 및 방법은 외부로부터 도입된 신선외기를 두개의 열교환기를 통과시킴으로써 신선외기가 빠르게 실내 공조에 적합한 온도에 다다르게 하고, 또 태양열 또는 지열과 같은 신재생에너지 및 실내외에서 공조후 버려지는 폐열을 히트펌프의 공기열원으로 이용함으로써 상기 히트펌프의 가동효율을 향상시키며 히트펌프에서 소비되는 에너지를 절감할 수 있도록 구현한 것이다.

도1은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 일실시예 구성을 나타낸 개략적인 계통도이고, 도2는 본 발명의 요부인 제1 빛 제2 열교환기의 열교환 개념도이고, 도3은 본 발명의 요부인 제1 및 제2 열교환기의 내부 구성을 나타낸 부분 단면도이고, 도4는 도3의 "A"부 확대도이다.

본 발명은 도면에 도시한 바와 같이, 실외로부터 신선외기를 도입하여 실내에 공급하기 위한 메인 덕트(2)와; 상기 메인덕트(2)의 하단부에 밀접되게 설치되며, 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열 및 지열과 실내에서 공조되고 난 후의 공기를 배기시키기 위한 배기덕트(4)를 포함한다. 상기 메인덕트(2)와 배기덕트(4)의 밀접부에는 실내에서 공조후 배기된 공기를 메인덕트(2)로 유입하기 위한 관통홀이 형성된다.

상기 배기덕트(4)는 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열 및 지열등과 같이 국부적으로 에너지 용량이 많은 부위와 연결되어 후술할 열교환기에 공기열원을 공급하게 된다.

상기 메인 덕트(2)와 배기덕트(4)에는 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열 및 지열과 실내에서 공조후 배출된 폐열과 신선외기간의 열교환을 수행하는 제1 및 제2 열교환기(6, 8)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 열교환기(6, 8)는 메인덕트(2)로 도입되는 신선외기와 실내에서 공조후 배기덕트(4)로 배출되는 공기가 각각 다른 경로로 통과되도록 하기 위해 메인덕트(2)와 배기덕트(4)에 각각 걸쳐진 상태로 배치되어 상기 신선외기와 폐열 또는 지열간의 열교환을 수행하게 된다.

상기 제1 및 제2 열교환기(6, 8)는 도2 내지 도4에 도시한 바와 같이, 마름모꼴 형태로 배치되되, 열교환을 수행하기 위한 주름판(10)이 층별로 구비된다. 상기의 배치구조에 의하면, 실외에서 메인덕트(2)로 도입된 신선외기는 제1 열교환기(6)의 대각선 방향을 거쳐 배기덕트(4)로 도입되는 폐열 또는 지열과 1차 열교환되고, 다시 2차 열교환기(8)의 대각선 방향으로 거쳐 실내에서 배출되는 공기와 2차 열교환을 수행하게 된다. 또한, 상기 배기덕트(4)로 도입되는 실외의 폐열 및 지열은 신선공기의 흐름과 교차하는 방향으로 제1 열교환기(6)를 거치게 된다. 또한, 실내에서 버려지는 폐열은 신선외기가 제2 열교환기(8)를 통과하는 방향과 교 차하는 방향으로 통과된다.

상기 제2 열교환기(8)의 일측에는 급기와 환기를 수행하도록 메인덕트(2)와 배기덕트(4)를 선택적으로 개폐하는 유로전환댐퍼(12)가 위치되며, 상기 유로전환댐퍼(12)의 일측에는 신선외기를 실내로 송풍시키고, 실내 공기를 순환시키기 위한 급기팬(14)이 위치된다.

상기 유로전환댐퍼(12)는 메인덕트(2)와 배기덕트(4)의 밀접부에 형성된 관통홀에 설치된다. 상기 유로전환댐퍼(12)는 실내의 공기순환시에 메인덕트(2)를 차폐함과 동시에 관통홀을 개방하여 실내공기가 소정 온도에 다다를때까지 실내 공기의 내부순환이 이루어지도록 하고, 신선외기의 도입시에는 관통홀을 차폐하여 메인덕트(2)를 통해 실내로 유입되도록 한다.

상기 제1 및 제2 열교환기(6, 8)의 배출측 각각에는 제1 및 제2 댐퍼(16, 18)가 설치되어 실내,외에서 배출되는 폐열 및 지열의 배기량을 조절한다. 상기 제2 댐퍼(18)는 순환모드시 또는 신선외기 도입시에 유로전환댐퍼(12)와 서로 반비례로 개폐되며, 개폐율에 따라 외기도입량이 변하게 된다.

상기 제1 및 제2 댐퍼(16, 18)는 배기모드시에 모두 개방되어 실외의 폐열 및 지열은 제1 열교환기(6)를 거쳐 배출되고 실내에서 배기되는 폐열은 제2 열교환기(8)를 거쳐 배출된다.

열원공급 배기시에는 제1 댐퍼(16)가 개방되고, 제2 댐퍼(18)는 차폐된다.

상기 제1 및 제2 댐퍼(16, 18)의 일측에는 송풍팬(20)이 설치되어 제1 및 제2 댐퍼(16, 18)를 통해 배출된 공기열원을 후술할 히트펌프에 제공한다.

상기 송풍팬(20)에는 실내를 냉,난방시키기 위해 가동되는 히트펌프(22)가 연결되며, 상기 히트펌프(22)에는 그로부터 제공된 유체를 열교환하여 냉난방 공조에 필요한 공기를 실내에 공급하기 위한 열교환 코일(24)가 설치된다.

상기 히트펌프(22)는 상기 제1 및 제2 댐퍼(16, 18)를 통해 배기된 공기열원을 실내로 공급하기 위한 열원으로 사용한다. 이에 따라 상기 히트펌프(22)는 가동효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 히트펌프(22)와 열교환코일(24)의 유체이동경로에는 태양열을 집열하여 실내의 난방에 필요한 열매체를 생산하기 위한 태양열 집열판(26)과; 상기 태양열 집열판(26)에 연결되어 열매체를 히트펌프(22)와 열교환 코일(24)에 선택적으로 공급하기 위한 3웨이 밸브(three way valve)(28)가 설치된다.

상기 3웨이 밸브(28)는 평상시 실내의 난방을 시행할 때, 태양열 집열판(26)을 통해 데워진 열매체를 열교환 코일(24)측으로 공급하도록 열교환 코일(24)측으로 개방되며, 상기 태양열 집열판(26)에서 공급되는 열원이 설정치 이하가 될 경우에는 열매체가 히트펌프(22)측으로 공급되도록 방향이 히트펌프(22)측으로 개방되어 히트펌프(22)에 의하여 난방된다.

한편, 본 발명에서는 폐열 또는 지열을 통해 배기되거나 실내에서 배기되어 히트펌프(22)로 유입되는 배기량이 부족할 경우, 외기를 도입하기 위한 별도의 외기도입팬(30)이 히트펌프(22)에 연결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동과정을 설명한다.

먼저, 본 발명은 신선외기 급기모드 및 배기모드와, 내부순환모드 및 열원공 급 배기모드로로 나뉠 수 있으며, 이하에서 각 모드별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 신선외기 급기모드시, 실외로부터 메인덕트(2)로 신선외기가 도입되면, 제1 열교환기를 거치게 된다. 이때, 상기 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열 및 지열이 배기덕트(4)를 통하여 제1 열교환기(6)를 통과함으로써 신선외기가 1차 열교환을 실시하게 된다. 제1 열교환기(6)를 통과한 신선외기는 다시 제2 열교환기(8)를 통과하게 되며, 이때에는 실내에서 배기된 폐열과 2차 열교환을 실시한 후 급기팬(14)에 의해 열교환코일(24)에 다다르게 되고, 상기 열교환코일(24)에서는 도입된 신선외기를 실내의 냉난방 공조에 필요한 열원으로 변환하여 실내에 공급한다. 이때, 상기 유로전환댐퍼(12)는 배기덕트(4)의 관통홀을 차폐하게 되며, 제1 및 제2 댐퍼(16, 18)는 개방된 상태가 된다. 상기 유로전환댐퍼(12)는 제2 댐퍼(18)와 반비례하여 개폐되어 신선외기의 도입량을 조절하게 된다.

상기 신선외기 급기모드에서 실내 난방을 필요로 할 경우에는, 우선적으로 태양열 집열판(26)에서 생산된 열원을 우선적으로 사용하게 된다.

상기 태양열 집열판(26)에서 생산된 열원은 열매체에 공급되어 3웨이밸브(28)측으로 이동되며, 3웨이밸브(28)에서는 열교환코일(24)측으로 개방되어 열매체를 열교환코일(24)내에 흐르는 유체와 열교환된 후 실내에 공급된다.

상기 태양열 집열판(26)에서 생산된 열원이 설정치 이하가 될 경우에는 상기 3웨이 밸브(28)가 히트펌프(22)측으로 개방되고, 상기 열매체는 히트펌프(22)에서 요구하는 난방온도로 상승되어 열교환 코일(24)에 제공됨으로써 실내 난방이 수행 된다.

다음, 배기모드시 상기 배기덕트(4)로 도입되는 실외에서 버려진 폐열 및 지열은 제1 열교환기(6)를 통과하여 신선외기와 1차 열교환되고, 실내에서 공조후 버려진 배기는 제2 열교환기(8)를 통과하여 신선외기와 2차 열교환된다.

상기 제1 및 제2 열교환기(6, 8)를 통과한 배기열원은 송풍팬(20)을 통해 송풍되어 히트펌프(22)에 제공된다. 상기 배기열원은 히트펌프(22)의 냉매 또는 열매와 열교환된 후 외부로 배기됨으로써 히트펌프(22)가 공기를 냉난방시키는데 소요되는 에너지를 절약하고 가동효율을 향상시키게 된다.

상기 내부공조(냉,난방)모드시, 실내공기의 온도를 설정온도로 상승 또는 하강할 경우에, 유로전환댐퍼(12)는 메인 덕트(2)를 차폐하게 된다. 이에 따라 상기 외부의 신선외기는 도입되지 않는다. 그리고, 상기 실내에서 배기된 공기는 급기팬(14)을 통해 열교환코일(24)에 공급되어 요구하는 난방 또는 냉방온도로 상승 또는 하강되어 실내에 공급되는 순환과정을 거치게 된다. 이때, 상기 실내 난방시 열교환코일(24)에는 태양열 집열판(26)에서 생산된 열원이 제공된다.

상기 열원공급 배기모드시, 배기덕트(4)에 도입되는 폐열 또는 지열이 제1 열교환기(6)를 거쳐 히트펌프(22)에 공급된다. 이때 상기 유로전환댐퍼(12)는 메인덕트(2)를 차폐하고 있는 상태가 되므로, 신선외기는 도입되지 않는다. 또한, 상기 제1 댐퍼(16)는 개방되어 있지만, 상기 실내공기가 순환되는 상태가 되므로 제2 댐퍼(18)는 차폐된 상태가 된다. 이에 따라, 제1 열교환기(6)에서의 열이동없이 폐열 또는 지열이 보유하고 있는 공기열원이 전량 히트펌프(22)에 제공됨으로써, 상기 히트펌프(22)에서 열매의 온도를 상승하기 위해 소요되는 에너지의 소비를 절약할 수 있게 되는 것이다.

상기 열원공급 배기모드에서는 실내의 폐열이 공급되지 않기 때문에 상기 실내배기량 만큼의 부족분이 생기게 되며, 이 경우에는 외기도입팬(30)을 가동시켜 외부공기를 히트펌프(22)에 제공하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도1은 본 발명에 의한 공기조화시스템의 계통도.

도2는 본 발명의 요부인 제1 및 제2 열교환기의 열교환 개념도.

도3은 본 발명의 요부인 제1 및 제2 열교환기의 내부 구성을 나타낸 부분 단면도.

도4는 도3의 "A"부 확대도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2: 메인덕트 4: 배기덕트

6, 8: 제1 및 제2 열교환기 12: 유로전환댐퍼

14: 급기팬 16, 18: 제1 및 제2 댐퍼

20 : 송풍팬 22: 히트펌프

24: 열교환코일 26: 태양열 집열판

28: 3웨이밸브 30: 외기도입팬

Claims (13)

1. 실외로부터 신선외기를 도입하여 실내에 공급하기 위한 메인덕트;

   상기 메인덕트의 하단부에 설치되며, 상기 메인덕트와 연통하는 관통홀이 형성되며, 실내외에서 사용후 버려진 폐열 및 지열이 도입되는 배기덕트;

   상기 메인덕트와 배기덕트에 걸쳐 설치되며, 상기 폐열 및 지열과 신선외기간의 열교환을 수행하는 열교환수단;

   상기 배기덕트의 관통홀에 설치되며, 열교환수단을 거친 신선외기의 급기와 실내 환기를 수행하도록 메인덕트와 배기덕트를 선택적으로 개폐하는 유로전환댐핑수단;

   상기 열교환수단의 배출측에 설치되며, 폐열 및 지열과 열교환된 배기열원의 배기량을 조절하는 배기댐핑수단;

   상기 배기댐핑수단을 통해 배기된 공기열원을 냉난방 공조에 필요한 에너지 열원으로 사용하며, 냉난방을 위한 공기를 실내에 공급하는 히트펌프; 및

   상기 메인덕트의 단부에 설치되며, 히트펌프에서 제공된 유체를 열교환하여 신선외기를 공조에 필요한 열원으로 교환하여 실내에 공급하기 위한 열교환 코일

   을 포함하는 공기조화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배기덕트는 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열, 지열 및 실내에서 공조되고 난 후의 버려진 폐열을 배기할 수 있도록 이들 폐열 및 지열이 발생되는 부위와 국부적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환수단은

   메인덕트로 도입되는 신선외기와 배기덕트로 도입되는 폐열 및 지열이 상호 대각선 방향으로 교차하여 통과되도록 마름모꼴로 병렬 배치되는 제1 및 제2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 배기댐핑수단은 제1 및 제2 열교환기의 배출측에 각각 설치된 제1 및 제2 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유로전환댐핑수단의 일측에 설치되어 신선외기를 실내로 송풍하고, 실 내 공기를 순환시키기 위한 급기팬; 및

   배기댐핑수단의 배출측에 설치되며, 그들로부터 배기된 공기를 히트펌프로 송풍하기 위한 송풍팬

   을 더 포함하는 공기조화장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 히트펌프와 열교환코일의 유체이동경로에 연결되며, 태양열을 집열하여 실내의 난방에 필요한 열매체를 생산하는 태양열 집열판; 및

   상기 태양열 집열판에 연결되어 열매체를 히트펌프와 열교환 코일에 선택적으로 공급하기 위한 3웨이 밸브를 더 포함하는 공기조화장치.
7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열교환수단과 히트펌프 사이의 공기이동경로에 연결되며, 히트펌프로 유입되는 배기량이 부족할 경우, 외기를 도입하기 위한 외기도입팬을 더 포함하는 공기조화장치.
8. 신선외기 급기 및 배기모드시, 실외로부터 메인덕트로 신선외기를 도입하고, 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열, 열원장비의 폐열 및 지열, 실내에서 공조후 버려지는 폐열을 배기덕트로 도입하는 제1 단계;

   상기 메인덕트 및 배기덕트에 걸쳐 설치된 제1 및 제2 열교환기에 신선외기 및 폐열과 지열을 상호 교차하는 방향으로 통과시켜 열교환하는 제2 단계;

   배기덕트의 관통홀에 설치된 유로전환댐퍼가 메인덕트를 개방함과 동시에 배기덕트의 관통홀을 차폐하여 상기 열교환된 신선외기가 열교환코일에 다다르도록 하고, 상기 열교환코일에서 신선외기를 실내의 냉난방 공조에 필요한 열원으로 변환하여 실내에 공급하는 제3 단계;

   상기 제1 및 제2 열교환기의 배출측에 설치된 제1 및 제2 댐퍼를 개방하고 폐열 및 지열을 히트펌프로 송출하여 상기 히트펌프의 공기열원으로 활용하는 제4 단계;

   실내의 냉,난방 공조 및 열원공급 배기모드시, 실내공기의 온도를 설정온도로 상승 또는 하강할 경우에, 유로전환댐퍼를 가동시켜 메인덕트를 차폐하고 배기덕트의 관통홀을 개방하는 제5 단계;

   상기 실내에서 배기된 공기를 열교환코일에 공급하여 요구하는 난방 또는 냉방온도로 상승 또는 하강되어 실내에 공급되는 과정을 순환하는 제6 단계;

   상기 배기덕트에 도입되는 폐열 또는 지열이 제1 열교환기를 거치도록 하되, 제1 댐퍼는 개방시키고 제2 댐퍼는 차폐하여 상기 폐열 및 지열을 열손실없이 히트펌프에 공급하는 제7 단계; 및

   상기 히트펌프에 공급된 폐열 및 지열을 냉난방에 소요되는 공기열원으로 활 용하고, 겨울철 태양열 집열판에서 생산된 열원을 이용하여 실내에 열원을 공급하는 제8 단계

   를 포함하는 공기조화방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제1 열교환기에는 각종 장비의 가동후에 버려진 폐열, 실외에서 사용후 버려지는 폐열 및 지열이 통과되며, 제2 열교환기에는 실내에서 공조후 버려지는 폐열이 통과되는 것을 특징으로 하는 공기조화방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제2 단계는

    신선외기가 제1 열교환기를 통과할 때, 실외의 폐열 및 지열과 1차 열교환을 실시하고 제1 열교환기를 통과한 신선외기는 다시 제2 열교환기를 통과할 때, 실내에서 배기된 폐열과 2차 열교환을 실시하는 과정을 포함하는 공기조화방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    제4 단계는

    유로전환댐퍼와 제2 댐퍼가 반비례하여 개폐되어 신선외기의 도입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 공기조화방법.
12. 제 8 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제3 단계는

    상기 실내 난방시 태양열 집열판을 통해 열원을 생산하는 제1 과정;

    상기 태양열 집열판과 열교환코일이 교통하는 방향으로 3웨이밸브를 개방하여, 열매체를 열교환코일에 흐르는 유체와 열교환시켜 실내에 공급하는 제2 과정;

    상기 태양열 집열판에서 생산된 열원이 설정치 이하가 될 경우에는 상기 3웨이 밸브를 히트펌프측으로 개방하는 제3 과정; 및

    상기 히트펌프에 열매체를 공급하여 실내에서 요구하는 난방온도로 상승시켜 열교환 코일에 제공하여 실내 난방을 수행하는 제4 과정

    을 포함하는 공기조화방법.
13. 제 8 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제8 단계는

    히트펌프로 유입되는 배기열원의 양이 부족할 경우, 외기도입팬을 가동시켜 부족분만큼의 외기를 히트펌프에 공급하는 과정을 더 포함하는 공기조화방법.

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