KR20110092773A - 하이브리드 냉방 시스템 - Google Patents

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KR20110092773A
KR20110092773A KR1020100012390A KR20100012390A KR20110092773A KR 20110092773 A KR20110092773 A KR 20110092773A KR 1020100012390 A KR1020100012390 A KR 1020100012390A KR 20100012390 A KR20100012390 A KR 20100012390A KR 20110092773 A KR20110092773 A KR 20110092773A
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황인수
이동근
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(주)귀뚜라미
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Abstract

본 발명은 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제습로터를 통과한 건조 공기를 냉각기에 의해 냉각하는 제습냉방장치와, 냉매를 순환시키는 과정에서 공기를 냉각하는 압축식 냉방장치를 조합함으로써, 냉방 효율은 극대화시키면서 전력이나 온수 소모는 최소화시킬 수 있는 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 제습냉방장치와 압축식 냉방장치를 부하에 따라 각각 독립적으로 운전할 수 있어서 부하 대응성을 향상시킨 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 동절기에 비해 하절기에는 상대적으로 그 사용량이 적은 지역난방용 온수를 냉방에 사용할 수 있도록 함으로써 열병합 발전시 발생되는 폐열을 효율적으로 재활용할 수 있는 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다.

Description

하이브리드 냉방 시스템{Hybrid type cooling system}
본 발명은 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제습로터를 통과한 건조 공기를 냉각기에 의해 냉각하는 제습냉방장치와, 냉매를 순환시키는 과정에서 공기를 냉각하는 압축식 냉방장치를 조합함으로써, 냉방 효율은 극대화시키면서 전력이나 온수 소모는 최소화시킬 수 있는 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 제습냉방장치와 압축식 냉방장치를 부하에 따라 각각 독립적으로 운전할 수 있어서 부하 대응성을 향상시킨 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 동절기에 비해 하절기에는 상대적으로 그 사용량이 적은 지역난방용 온수를 냉방에 사용할 수 있도록 함으로써 열병합 발전시 발생되는 폐열을 효율적으로 재활용할 수 있는 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다.
최근의 고유가 사태는 일시적인 문제가 아니라 지속적으로 유지될 것이라는 전망이 확산되고 있으며, 이에 따라 세계 주요 에너지 소비국들에서는 안정적인 에너지 자원 확보를 위해 노력 중이다.
또한, 지구 온난화 방지를 위한 온실가스 배기량 저감을 규정한 도쿄 의정서 체제가 발효됨에 따라 화석 에너지의 사용 제한이나 에너지 효율기준 등에 대한 국제적 압력이 강화될 것으로 예상된다.
한편, 이러한 분위기에서 가정/상업 부문 에너지 소비량은 국가 총에너지 소비량의 약 25.2%로서 전력량을 기준으로 하면 약 41.9%를 차지하는 것으로 보고되고 있으며, 이러한 가정/상업 부문의 에너지 소비량은 계속하여 증가하고 있다.
따라서, 에너지의 효율적인 이용 및 국제협약의 준수를 통한 지속가능한 에너지 분야의 발전을 위해서는 가정/상업 부문의 공조용 에너지 이용 효율의 향상이 필요하다.
한편, 이러한 관점에서 가정/상업 부문의 에너지 이용 효율 향상을 위하여 집중된 에너지 생산시설에서 생산된 열과 전기를 주거, 상업지역 내의 다수 사용자에게 일괄적으로 급기하는 집단에너지 사업이 시행 중이다.
집단에너지 사업은 발전 폐열을 난방 급탕 열원으로 이용함으로써 에너지 이용 효율 향상으로 인한 20∼30% 정도의 에너지 절감 효과, 연료사용량 감소 및 집중적인 환경관리로 인한 30∼40% 정도의 대기환경 개선이 있는 것으로 보고되고 있다.
이러한 긍정적인 평가에 힘입어, 현재는 수백만 호에 지역난방이 급기 중이며, 이중 85%가 열병합 발전에 의해 급기되고 있는데, 열병합 발전에 의한 전력과 열의 생산비율이 3 : 5 정도로 고정되어 있으므로, 전력부하와 열부하의 비율이 어느 정도 적절히 유지되어야 집단에너지 사업의 효과를 극대화할 수 있다.
그러나, 우리나라 동절기의 부하비율은 이러한 조건을 충족할 수 있으나, 하절기에는 전력부하는 상승하는데 반하여 열부하는 거의 없어서 지역난방의 하절기 운전율이 10% 이하로 감소하며, 이에 따라 열병합 발전의 경제성이 악화되고 있다.
이에 따라, 집단에너지 급기 설비의 운전율을 제고하여 사업의 효과를 충분히 활용하기 위해서 하절기 열수요의 발굴이 필요하며, 특히 지역 열급기를 이용한 냉방 급기 기술의 개발 및 보급이 필요하다.
따라서, 현재는 대형건물 등의 수용가측에 흡수식 냉동기를 설치하고, 지역 급기열을 열원으로 하여 중앙냉방 급기하는 기술이 일부 보급되고 있다.
흡수식 냉동기란 냉매가 증발할 때의 기화열을 이용하여 배관을 흐르는 물을 냉각시키고, 증발된 냉매를 응축시켜 재사용하는 냉동기이다.
그러나, 흡수식 냉동기는 성능 향상을 위한 연구/개발이 진행 중이나, 열원온도가 낮아 성능 향상에 제한이 있으며, 80℃ 이하의 온도는 사용할 수 없어 환수온도가 높고 또한 급기/환수 사이의 온도차가 작은 문제점이 있다.
또한, 지역 난방의 대부분을 차지하는 아파트 등에 흡수식 냉동기를 이용하여 중앙냉방을 급기하기 위해서는 온수급탕 배관과는 별도로 냉수 배관을 추가적으로 시설하여야 하는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 등록특허 제0773435호와 제0795101호에서는, 지역난방 온수, 소규모 지역난방 온수 및 각 세대에 설치된 가스 또는 기름 보일러의 온수를 공급하여 냉방을 수행하는 지역난방용 제습냉방시스템을 제시하고 있다.
그러나, 이러한 제습냉방 시스템은 온수에 의해 재생되는 제습로터를 구비하여 실내공기는 제습로터의 일측을 지나면서 고온 저습의 상태가 되도록 하고, 고온 저습의 실내 공기는 다시 현열로터를 거치면서 중온 저습한 상태로 되게 하며, 이러한 중온 저습의 공기는 다시 재생형 증발 냉각기를 거치면서 저온 저습한 상태가 되도록 하여 최종적으로 실내에 공급한다.
또한, 등록특허 제0487381호에 개시된 바와 같이 제습장치와 압축식 냉방시스템을 결합한 공기조화시스템도 알려져 있으며, 이 공기조화 시스템은 실외공기를 제습시켜 고온 저습상태로 만들고 다시 압축식 냉방시스템을 통해 저온저습으로 만든후 실내로 공급하며 동시에 중온 고습의 실내공기를 응축기와 히터로 가열하여 제습로터를 재생시키는 동작을 수행한다.
그러나, 전술한 바와 같이 등록특허 제0773435호와 제0795101호에 개시된 제습냉방 시스템은 현열로터를 이용하여 제습로터를 지난 고온 저습의 실내공기로 부터 열을 빼앗아 실외측으로 이동시킨 후, 다시 재생증발식 냉각기를 통과시켜 저온저습의 상태로 만들어서 실내로 공급하여야 한다.
따라서, 현열로터는 동일 용량의 압축식 냉방시스템에 비해 무겁고, 사이즈가 크며 매우 고가임은 물론, 현열로터의 특성상 현열로터를 통과하면서 발생하는 정압손실로 인한 풍량 감소가 매우 커서 고정압의 송풍기를 사용해야 하며, 이로인한 소음과, 전기 소비량이 증가한다는 문제점이 있었다.
또한, 재생과정을 반드시 거쳐야 하는 제습로터의 특성상 운전 개시후 10분 이상이 지나야 냉방효과를 기대할 수 있으며, 그렇지 않을 경우는 운전하지 않는 기간에도 주기적으로 온수를 이용하여 제습로터를 재생시켜 냉방 운전에 대비해야 한다는 문제점이 있었다.
또한, 제습냉방시스템의 토출공기 온도는 19℃ 정도로 기존의 압축식 냉방시스템의 토출 온도인 14 ∼ 15℃보다 높아서 충분한 냉방 효과를 가져올 수 없고, 그에 따라 기존의 압축식 냉방시스템에 익숙한 사용자에게는 불만일 수 밖에 없다.
그리고, 전술한 등록특허 제0487381호에 개시된 혼합식 제습 공기조화시스템은, 제습된 고온 저습의 실외공기를 다시 압축식 냉방시스템을 이용해 냉각시킨 후 실내로 공급하는 방식으로, 그 환기성능은 매우 뛰어난 반면 압축기로의 전기 입력이 과도하게 많아져 제습기 재생을 위한 히터 소비열량까지 포함해야 한다는 점을 고려하면 매우 낮은 COP(Coefficient of Performance)밖에 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 제습로터를 통과한 건조 공기를 냉각기에 의해 냉각하는 제습냉방장치와, 냉매를 순환시키는 과정에서 공기를 냉각하는 압축식 냉방장치를 조합함으로써, 냉방 효율은 극대화시키면서 전력이나 온수 소모는 최소화시킬 수 있는 하이브리드 냉방 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제습냉방장치와 압축식 냉방장치를 부하에 따라 각각 독립적으로 운전할 수 있어서 부하 대응성을 향상시킨 하이브리드 냉방 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 동절기에 비해 하절기에는 상대적으로 그 사용량이 적은 지역난방용 온수를 냉방에 사용할 수 있도록 함으로써 열병합발전시 발생되는 폐열을 효율적으로 재활용할 수 있는 하이브리드 냉방 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 냉방 시스템은, 제습냉방장치 및 압축식 냉방장치를 조합하여 공조공간을 냉방하는 하이브리드 냉방 시스템에 있어서, 상기 제습냉방장치는, 격벽에 의해 그 내부가 제습냉방통로 및 재생통로로 분리된 제습냉방 하우징과; 상기 제습냉방 하우징 내에서 회전 가능하도록 설치되되, 제습재가 내장되어 있으며 공기가 통과할 수 있는 회전축이 상기 제습냉방통로와 재생통로를 막도록 구성된 제습로터(rotor)와; 상기 제습냉방통로에 설치되며, 회전중인 상기 제습로터의 일측을 통과하면서 습기가 제거된 고온 저습의 공기를 냉각시키는 냉각기와; 상기 냉각기를 통과하면서 냉각된 공기를 상기 공조공간으로 강제 송풍시키는 급기 송풍기와; 상기 재생통로에 설치되며, 외기를 흡입하여 회전중인 상기 제습로터의 일측을 통과하도록 강제 송풍시키는 재생 송풍기; 및 상기 재생 송풍기에 의해 강제 송풍중인 공기를 가열함으로써 상기 제습로터에 흡습된 습기를 건조시켜 상기 제습로터를 재생시키는 온수 열교환기;를 포함하고, 상기 압축식 냉방장치는, 상기 재생통로에 설치되며, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기와; 상기 재생통로에 설치되며, 상기 압축기의 냉매 출력단에 연결되어 상기 고온 고압으로 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 제습냉방통로에 설치되며, 상기 응축기의 출력단에 연결되어 상기 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와; 상기 제습냉방통로에 설치되며, 상기 팽창밸브의 출력단에 연결되어 상기 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기; 및 상기 압축기와, 응축기와, 팽창밸브 및 증발기를 서로 연결하여 냉매순환 싸이클이 이루어지도록 하는 냉매관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 증발기는 상기 냉각기의 출력측에 설치되어, 상기 냉각기에서 1차로 냉각된 공기를 상기 냉매의 증발잠열에 의해 2차로 냉각시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압축기와 응축기는 상기 온수 열교환기의 입력측에 설치되어, 상기 압축기의 구동시 발생되는 폐열 및 상기 응축기에서 냉매가 응축되는 과정에서 발생되는 응축열을 이용하여 상기 온수 열교환기로 입력되는 외기를 예열시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 급기 송풍기와 재생 송풍기는 각각 상기 공조공간의 부하에 따라 회전 속도가 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제습로터는 상기 공조공간의 부하에 따라 회전속도가 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압축기는 상기 공조공간의 부하에 따라 압축용량이 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제습냉방장치만 운전되는 제1운전모드와, 상기 압축식 냉방장치만 운전되는 제2운전모드 및 상기 제습냉방장치와 압축식 냉방장치 모두 운전되는 제3운전모드 중 어느 하나의 모드로 운전되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각기는 재생형 증발식 냉각기이며, 상기 재생형 증발식 냉각기는, 상기 제습로터를 통과한 건조한 공기가 통과하는 건채널과; 상기 건채널을 통과한 공기 중 일부가 회수되는 습채널과; 상기 습채널 내로 물을 분사하는 주수장치; 및 상기 습채널을 통과한 공기를 외부로 배출시키는 추기용 송풍기;를 포함하여, 상기 습채널을 통과하는 건조공기가 상기 물을 증발시키면서 발생하는 증발잠열에 의해 상기 건채널을 통과하는 건조 공기를 냉각시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온수 열교환기는 지역난방용 온수를 공급받아 상기 외기를 가열하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 하이브리드 냉방 시스템에 의하면, 제습냉방장치와 압축식 냉방장치를 조합하여 각각의 장점만을 채택함으로써, 냉방 효율은 극대화시키면서 전력이나 온수 소모는 최소화시킬 수 있게 한다.
또한,제습냉방장치와 압축식 냉방장치를 부하에 따라 각각 독립적으로 운전할 수 있어서 부하 대응성을 향상시킬 수 있게 한다.
또한, 동절기에 비해 하절기에는 상대적으로 그 사용량이 적은 지역난방용 온수를 냉방에 사용할 수 있도록 함으로써 열병합 발전시 발생되는 폐열을 효율적으로 재활용할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템을 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템은 크게 제습로터(140)(rotor)를 통과한 건조 공기를 냉각기(150)에 의해 냉각하는 제습냉방장치(100) 및 냉매를 순환시키는 과정에서 공기를 냉각함은 물론 습기를 건조시키는 압축식 냉방장치(200)를 조합하여 이루어지며 이들 각각의 장점을 살려 공조공간을 냉방할 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 제습냉방장치(100)는 내부가 제습냉방통로(112) 및 재생통로(113)로 구획된 제습냉방 하우징(110)과, 공조공간 내의 공기를 흡입하여 제습냉방통로(112)를 따라 강제 송풍시키는 급기 송풍기(130)와, 제습냉방통로(112)를 따라 송풍된 공기의 습기는 흡습하고 재생통로(113)를 따라 강제 송풍되는 외기에 의해 다시 건조되는 제습로터(140)와, 제습로터(140)를 통과한 공기를 냉각시키는 냉각기(150)와, 외기를 흡입하여 재생통로(113)를 따라 강제 송풍시키는 재생 송풍기(170) 및 상기 재생 송풍기(170)에 의해 송풍되는 외기를 가열하여 제습로터(140)의 건조율을 높임으로써 제습로터(140)가 적절히 재생되도록 하는 온수 열교환기(180)를 포함한다.
이때, 제습냉방 하우징(110)은 그 내부를 2개의 공간으로 구획하도록 중심측에 격벽(111)이 설치되어 있고, 격벽(111)에 의해 설치된 2개의 공간 중 하나는 공고공간 내의 공기를 입력받아 습기를 제거한 후 냉각시키는 과정이 이루어지는 제습냉방통로(112)로 사용되고, 다른 하나의 공간은 위 제습냉방과정에서 습기를 흡습한 제습로터(140)를 건조시켜 제습로터(140)를 재생시키는 과정이 이루어지는 재생통로(113)로 사용된다.
또한, 제습냉방 하우징(110)의 하부에 구비된 상기 제습냉방통로(112)의 공기 인입측에는 공조공기 흡입구(120) 및 그에 일체로(혹은, 인접) 설치되어 각종 이물질이나 인체에 해로운 세균을 필터링하는 공조공기 흡기필터(120a)가 구비되고, 그 반대측인 공기 배기측에는 공조공기 급기구(121) 및 그에 일체로(혹은, 인접) 설치되어 역시 각종 이물질이나 인체에 해로운 세균을 필터링하는 공조공기 급기필터(121a)가 구비된다.
따라서, 공조공간 내부를 냉방시키는 과정에서 열교환을 통해 따뜻해진 공조공기가 공조공기 흡입구(120)를 통해 흡입되고 이 과정에서 공조공기 흡기필터(120a)에 의해 각종 이물질 등이 제거되고, 1차로 필터링 및 흡입된 공조공기는 제습냉방통로(112)를 통과하는 과정에서 다시 냉방에 적합한 수준까지 온도가 낮아진 후 공조공기 급기구(121)를 통해 공조공간 내부로 공급되며, 이때 공조공기 급기필터(121a)를 통해 2차로 필터링되는 순환이 이루어진다.
또한, 제습냉방 하우징(110)의 상부에 구비된 상기 재생통로(113)의 공기 인입측에는 외기 흡입구(160) 및 그에 일체로(혹은, 인접) 설치되어 각종 이물질이나 인체에 해로운 세균을 필터링하는 외기 흡기필터(160a)가 구비되고, 그 반대측인 공기 배기측에는 외기 배기구(161) 및 그에 일체로(혹은, 인접) 설치되어 역시 각종 이물질이나 인체에 해로운 세균을 필터링하는 외기 배기필터(161a)가 구비된다.
따라서, 외기가 외기 흡입구(160)를 통해 흡입되고 이 과정에서 외기 흡기필터(160a)에 의해 각종 이물질 등이 제거되고, 1차로 필터링 및 흡입된 외기는 재생통로(113)를 통과하는 과정에서 습기를 건조시키기에 적합한 수준까지 온도가 높아진 후 외기 배기구(161)를 통해 외부로 배출되며, 이때 외기 배기필터(161a)를 통해 2차로 필터링되어 깨끗한 공기만이 외부로 배출하는 순환이 이루어진다.
급기 송풍기(130)는 공조공간 내의 공기를 흡입하여 제습냉방통로(112)를 따라 강제 송풍시키는 것으로, 제습냉방통로(112)의 내부에 나란히 설치되되 공조공기 흡입구(120)로부터 공조공기 급기구(121)를 향해 공조공기를 강제 송풍하는 방향으로 설치된다.
단, 급기 송풍기(130)는 공조공간의 부하에 따라 회전 속도가 조절되는 것이 바람직한데, 이는 공조공간 내의 부하가 증가한 경우에는 급기 송풍기(130)의 회전 속도를 높여 부하의 변화에 대응하고, 반대로 공조공간 내의 부하가 감소한 경우에는 그에 따라 급기 송풍기(130)의 회전 속도를 낮출 수 있도록 한다.
급기 송풍기(130)는 일 예로서 BLDC(Brushless DC) 인버터 모터(미도시) 등에 의해 구동되도록 함으로써 그 회전 속도의 조절이 편리하고 정확하게 이루어지도록 할 수 있다.
급기 송풍기(130)의 제어는 제어부(미도시)에 의해 이루어질 수 있으나, 제어부 자체는 이미 공지된 기술이므로 이하에서는 제어부에 대한 설명을 생략한다.
제습로터(140)는 냉방 운전 중 회전하는 과정에서 제습냉방통로(112)에서는 공조공간으로부터 인입된 공조공기의 습기를 흡습하고, 재생통로(113)에서는 외기에 의해 건조됨으로써 계속하여 위와 같이 습기를 흡습하는 것으로, 제습냉방 하우징(110) 내에서 회전 가능하도록 설치되되, 실리카겔(silicagel)이나 제올라이트(zeolite) 등의 제습재가 내장되어 있으며 공기가 통과할 수 있는 회전날개(141)가 상기 제습냉방통로(112)와 재생통로(113)를 막도록 설치된다.
즉, 제습로터(140)는 회전날개(141) 및 회전축(142)을 포함하여 전체적으로는 얇은 원통 형상으로 구성되는데, 이때 제습용 모터(미도시)에 의해 회전축(142)을 중심으로 회전이 이루어지고, 회전날개(141)에는 상기 제습재가 소정 패턴(예: 벌집 패턴 등)으로 구비되어 있으며, 회전날개(141)의 반지름이 대략 제습냉방통로(112) 및 재생통로(113)의 폭에 대응하는 길이로 이루어져 있어서 제습냉방통로(112) 및 재생통로(113)를 따라 유동하는 공기가 당해 제습로터(140)를 통과하도록 한다.
따라서, 회전중인 제습로터(140)의 회전날개(141)의 일부분이 제습냉방통로(112) 부분에 위치하는 경우에는 당해 부분에서 공조공기의 습기를 흡습하고, 계속 회전하여 습기를 흡습한 상기 부분이 재생통로(113) 측으로 이동되면 외기에 의해 다시 건조되며, 회전을 통해 이러한 흡습 및 재생과정을 반복한다.
단, 이러한 제습로터(140) 역시 급기 송풍기(130)와 마찬가지로 부하가 증가하면 그 회전 속도를 높여 제습과 건조 모두 빠르게 수행되도록 하는 등 부하에 따라 가변되는 것이 바람직하다.
냉각기(150)는 제습로터(140)의 출력측에 설치됨으로써 제습로터(140)를 통과하면서 습기가 제거된 고온 저습의 공조공기를 1차로 냉각함으로써 중온 저습의 공조공기를 생성한다.
중온 저습으로 냉각된 공조공기는 압축식 냉방장치(200)의 증발기(240)를 통과하는 과정에서 냉방에 적합한 저온 저습으로 2차 냉각된 다음 공조공기 급기구(121)를 통해 공조공간 내로 급기된다.
이러한 냉각기(150)로는 직접 증발식 냉각기(150) 등 다양한 일반적인 냉각기(150)가 사용될 수 있다.
재생통로(113)에 설치된 제습냉방장치(100) 중 재생 송풍기(170)는 외기를 흡입하여 재생통로(113)를 따라 강제 송풍시키는 것으로, 재생통로(113)의 내부에 나란히 설치되되 외기 흡입구(160)로부터 외기 배기구(161)를 향해 외기를 강제 송풍하는 방향으로 설치된다.
단, 재생 송풍기(170)는 공조공간의 부하에 따라 회전 속도가 조절되는 것이 바람직한데, 부하가 증가한 경우에는 재생 송풍기(170)의 회전 속도를 높이고, 부하가 감소한 경우에는 재생 송풍기(170)의 회전 속도를 낮추어, 상술한 급기 송풍기(130) 및 제습로터(140)의 제어와 동기시킨다.
온수 열교환기(180)는 재생 송풍기(170)에 의해 송풍되는 외기를 가열하여 제습로터(140)의 건조율을 높임으로써 제습로터(140)가 적절히 재생되도록 하는 것으로, 압축식 냉방장치(200)의 압축기(210) 및 응축기(220)를 통과하면서 예열된 외기를 추가로 가열하여 제습로터(140)에 흡습된 습기를 가열하여 제거(즉, 증발)하기에 적합한 온도로 가열한다.
이러한 온수 열교환기(180)는 열교환 하우징 내부를 통해 온수가 순환하도록 구성된 열교환부(181)와, 상기 열교환부(181)로 온수를 공급하는 온수관(182) 및 상기 온수관(182)에 설치되어 온수의 공급을 단속하는 솔레노이드 밸브(183)를 포함한다.
따라서, 온수관(182) 및 솔레노이드 밸브(183)를 통해 고온의 온수가 열교환부(181)로 제공되면, 열교환부(181) 내부를 순환하는 고온의 온수와 외기가 열교환을 함으로써, 상기 외기가 추가로 가열된다.
특히, 온수는 열병합발전소(미도시)에서 열병합 발전을 함으로써 발생된 열을 이용하여 가열 및 공급된 것이 가장 바람직하며, 이러한 온수를 제습로터(140)를 건조하는데 사용하면, 열병합 발전에 의한 전력과 열의 생산비율이 3 : 5 정도로 고정되어 있는 현실에서 열부하가 상대적으로 작은 여름철에도 전력부하와 열부하의 비율이 어느 정도 적절히 유지되도록 하고 집단에너지 사업의 효과를 극대화할 수 있게 한다.
물론, 이러한 온수는 그외 지열이나, 태양열을 이용하여 제공되는 것을 사용할 수도 있으나, 그에 대한 좀더 상세한 설명은 생략한다.
온수 열교환기(180)에 공급되는 온수는 상술한 급기 송풍기(130)와, 재생 송풍기(170)와, 및 제습로터(140)와 유사하게 부하가 큰 경우에는 온수 공급량을 늘리고, 부하가 작은 경우에는 온수 공급량을 줄이도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 이상과 같이 제습냉방장치(100)에 의해 냉방이 이루어지는 것과 병행하여 독립적으로 운전 가능한 압축식 냉방장치(200)에 의해서도 냉방이 이루어지도록 한다.
이를 위해, 압축식 냉방장치(200)는 재생통로(113)에 설치되며 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(210)와, 재생통로(113)에 설치되며 압축기(210)의 냉매 출력단에 연결되어 고온 고압으로 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(220)와, 제습냉방통로(112)에 설치되며, 응축기(220)의 출력단에 연결되어 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(230)와, 제습냉방통로(112)에 설치되며, 팽창밸브(230)의 출력단에 연결되어 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(240) 및 압축기(210)와, 응축기(220)와, 팽창밸브(230) 및 증발기(240)를 서로 연결하여 냉매순환 싸이클이 이루어지도록 하는 냉매관(P)을 포함한다.
따라서, 냉매관(P)을 통해 압축기(210)와, 응축기(220)와, 팽창밸브(230) 및 증발기(240)를 순환하는 냉매가 압축, 응축, 팽창 및 증발하는 과정에서, 재생통로(113)에 설치된 압축기(210) 및 응축기(220)는 외기를 가열하고, 반대로 제습냉방통로(112)에 설치된 증발기(240)는 공조공기를 추가로 냉각시킨다.
즉, 압축기(210)는 모터(미도시)를 사용하여 냉매를 압축하는데 이 과정에서 모터의 구동시 발생하는 폐열을 이용하여 외기를 예열하고, 응축기(220)는 압축기(210)에서 제공된 냉매를 응축시키는 과정에서 외기와 열교환을 함으로써 외기의 온도는 높이고 냉매는 응축되도록 한다.
반대로, 증발기(240)는 팽창밸브(230)에서 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 과정에서 공조공기와 열교환을 함으로써 공조공기의 온도는 낮추고 냉매는 증발되도록 한다. 즉, 냉매가 공조공기의 열을 증발에 필요한 증발잠열로써 사용한다.
단, 상기 증발기(240)는 냉각기(150)의 출력측에 설치되어, 냉각기(150)에서 1차로 냉각된 공조공기를 냉매의 증발잠열로 사용함으로써 공조공기를 2차로 냉각시키는 것이 바람직하고, 압축기(210)와 응축기(220)는 온수 열교환기(180)의 입력측에 설치되어, 온수 열교환기(180)로 입력되는 외기를 미리 예열시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압축기(210)는 상기 공조공간의 부하에 따라 압축용량이 조절되는 것이 바람직한데, 상술한 급기 송풍기(130)와, 재생 송풍기(170)와, 온수 열교환기(180) 및 제습로터(140)와 유사하게 부하가 큰 경우에는 압축기(210) 용량을 늘리고, 부하가 작은 경우에는 압축기(210) 용량을 줄이도록 한다.
압축기(210)의 용량은 용량 조절이 가능한 인버터식 압축기(210)를 사용함으로써 조절이 가능하며, 이는 제어부에 의해 제어될 수 있음은 이미 위에서 설명한 바 있다.
이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의하면, 제습냉방장치(100)만으로 운전되는 제1운전모드와, 압축식 냉방장치(200)만으로 운전되는 제2운전모드 및 제습냉방장치(100)와 압축식 냉방장치(200) 모두를 사용하여 운전되는 제3운전모드 중 어느 하나의 모드로 운전될 수 있으며, 운전 모드는 제어패널(control pannel)을 통해 선택된 사용자의 명령을 입력받아 제어부가 제어한다.
따라서, 공조공간의 부하가 감소함에 따라 혹은 그외 다양한 사용환경에 따라 제1운전모드로 운전하거나, 혹은 제2운전모드로 운전할 수 있으므로, 부하가 작은 경우 등에는 전력 소모를 최소화하면서 냉방할 수 있게 한다.
그리고, 제3운전모드로 운전하는 경우에는, 제습냉방장치(100) 이외에 현열로터(미도시)를 이용하여 공조공기를 추가로 냉각시키고 히터(미도시)를 사용하여 외기를 가열하는 종래기술에 비해, 냉매 싸이클이 이루어지는 과정에서 주위 열을 흡열하는 증발기(240)로 상기 현열로터를 대신하고, 주위로 열을 방출하는 압축기(210) 및 응축기(220)로 히터 등을 대신하므로, 설비 사이즈를 줄이고, 제품 단가는 줄이면서도 전기동력을 효율을 7배 이상 높일 수 있게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템은 크게 제습로터(140)를 통과한 건조 공기를 냉각기(150')에 의해 냉각하는 제습냉방장치(100) 및 냉매를 순환시키는 과정에서 공기를 냉각함은 물론 습기를 건조시키는 압축식 냉방장치(200)를 조합하여 이루어지며 이들 각각의 장점을 살려 공조공간을 냉방할 수 있도록 한다.
이를 위해, 제습냉방장치(100)는 내부가 제습냉방통로(112) 및 재생통로(113)로 구획된 제습냉방 하우징(110)과, 공조공간 내의 공기를 흡입하여 제습냉방통로(112)를 따라 강제 송풍시키는 급기 송풍기(130)와, 제습냉방통로(112)를 따라 송풍된 공기의 습기는 흡습하고 재생통로(113)를 따라 강제 송풍되는 외기에 의해 다시 건조되는 제습로터(140)와, 제습로터(140)를 통과한 공기를 냉각시키는 냉각기(150)와, 외기를 흡입하여 재생통로(113)를 따라 강제 송풍시키는 재생 송풍기(170) 및 상기 재생 송풍기(170)에 의해 송풍되는 외기를 가열하여 제습로터(140)의 건조율을 높임으로써 제습로터(140)가 적절히 재생되도록 하는 온수 열교환기(180)를 포함한다.
그리고, 압축식 냉방장치(200)는 재생통로(113)에 설치되며 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(210)와, 재생통로(113)에 설치되며 압축기(210)의 냉매 출력단에 연결되어 고온 고압으로 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(220)와, 제습냉방통로(112)에 설치되며, 응축기(220)의 출력단에 연결되어 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(230)와, 제습냉방통로(112)에 설치되며, 팽창밸브(230)의 출력단에 연결되어 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(240) 및 압축기(210)와, 응축기(220)와, 팽창밸브(230) 및 증발기(240)를 서로 연결하여 냉매순환 싸이클이 이루어지도록 하는 냉매관(P)을 포함한다.
본 발명의 제2실시예가 이상과 같은 구성들로 이루어진 것은 본 발명의 제1실시예와 같다. 그러나, 본 발명의 제2실시예는 제습냉방장치(100)에 사용되는 냉각기(150)로서 재생형 증발식 냉각기(150')가 사용된다.
재생형 증발식 냉각기(150')는 제습로터(140)를 통과한 건조한 공조공기가 통과하는 건채널(151')(dry channel)과, 상기 건채널(151')을 통과한 공조공기 중 일부가 회수되어 유동하는 습채널(152')(wet channel)과, 상기 습채널(152') 내로 회수되는 공조공기에 물을 분사하는 주수장치(157') 및 습채널(152')을 통과한 공조공기를 외부로 배출시키는 추기용 송풍기(155')를 포함한다.
또한, 습채널(152')로 회수될 공조공기의 양을 조절하는 댐퍼(156')(damper)와, 공조공기 중 일부가 상기 습채널(152') 측으로 유동되도록 안내하는 출구분리 가이드(153') 및 습채널(152')을 빠져나온 공조공기가 추기용 송풍기(155')에 의해 강제 배출되도록 안내하는 입구분리 가이드(154')를 포함한다.
따라서, 상기 습채널(152')을 통과하는 공조공기가 주수장치(157')로부터 공급된 물을 증발시키는 과정에서 열을 빠앗겨 냉각되고, 이와 같이 냉각된 공조공기가 건채널(151')을 통과하고 있는 공조공기를 냉각시킴으로써 이상과 같이 제습로터(140)를 통과한 고온 저습의 공조공기를 증발기(240)에 앞서 1차로 냉각시킬 수 있게 한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
100: 제습냉방장치 110: 제습냉방 하우징
111: 격벽 112: 제습냉방통로
113: 재생통로 120: 공조공기 흡기구
121: 공조공기 급기구 130: 급기 송풍기
140: 제습 로터 150: 냉각기
150': 재생형 증발식 냉각기 151': 건채널
152' 습채널 153': 출구분리 가이드
154': 입구분리 가이드 155': 추기용 송풍기
156' 댐퍼 157': 주수장치
160: 외기 흡기구 161: 외기 배기구
170: 재생 송풍기 180: 온수 열교환기
200: 압축식 냉방장치 210: 압축기
220: 응축기 230: 팽창밸브
240: 증발기 P: 냉매관

Claims (9)

  1. 제습냉방장치 및 압축식 냉방장치를 조합하여 공조공간을 냉방하는 하이브리드 냉방 시스템에 있어서,
    상기 제습냉방장치는,
    격벽에 의해 그 내부가 제습냉방통로 및 재생통로로 분리된 제습냉방 하우징과;
    상기 제습냉방 하우징 내에서 회전 가능하도록 설치되되, 제습재가 내장되어 있으며 공기가 통과할 수 있는 회전축이 상기 제습냉방통로와 재생통로를 막도록 구성된 제습로터(rotor)와;
    상기 제습냉방통로에 설치되며, 회전중인 상기 제습로터의 일측을 통과하면서 습기가 제거된 고온 저습의 공기를 냉각시키는 냉각기와;
    상기 냉각기를 통과하면서 냉각된 공기를 상기 공조공간으로 강제 송풍시키는 급기 송풍기와;
    상기 재생통로에 설치되며, 외기를 흡입하여 회전중인 상기 제습로터의 일측을 통과하도록 강제 송풍시키는 재생 송풍기; 및
    상기 재생 송풍기에 의해 강제 송풍중인 공기를 가열함으로써 상기 제습로터에 흡습된 습기를 건조시켜 상기 제습로터를 재생시키는 온수 열교환기;를 포함하고,
    상기 압축식 냉방장치는,
    상기 재생통로에 설치되며, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기와;
    상기 재생통로에 설치되며, 상기 압축기의 냉매 출력단에 연결되어 상기 고온 고압으로 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와;
    상기 제습냉방통로에 설치되며, 상기 응축기의 출력단에 연결되어 상기 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와;
    상기 제습냉방통로에 설치되며, 상기 팽창밸브의 출력단에 연결되어 상기 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기; 및
    상기 압축기와, 응축기와, 팽창밸브 및 증발기를 서로 연결하여 냉매순환 싸이클이 이루어지도록 하는 냉매관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발기는 상기 냉각기의 출력측에 설치되어, 상기 냉각기에서 1차로 냉각된 공기를 상기 냉매의 증발잠열에 의해 2차로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압축기와 응축기는 상기 온수 열교환기의 입력측에 설치되어, 상기 압축기의 구동시 발생되는 폐열 및 상기 응축기에서 냉매가 응축되는 과정에서 발생되는 응축열을 이용하여 상기 온수 열교환기로 입력되는 외기를 예열시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급기 송풍기와 재생 송풍기는 각각 상기 공조공간의 부하에 따라 회전 속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제습로터는 상기 공조공간의 부하에 따라 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 공조공간의 부하에 따라 압축용량이 조절되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제습냉방장치만 운전되는 제1운전모드와, 상기 압축식 냉방장치만 운전되는 제2운전모드 및 상기 제습냉방장치와 압축식 냉방장치 모두 운전되는 제3운전모드 중 어느 하나의 모드로 운전되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각기는 재생형 증발식 냉각기이며,
    상기 재생형 증발식 냉각기는,
    상기 제습로터를 통과한 건조한 공기가 통과하는 건채널과;
    상기 건채널을 통과한 공기 중 일부가 회수되는 습채널과;
    상기 습채널 내로 물을 분사하는 주수장치; 및
    상기 습채널을 통과한 공기를 외부로 배출시키는 추기용 송풍기;를 포함하여,
    상기 습채널을 통과하는 건조공기가 상기 물을 증발시키면서 발생하는 증발잠열에 의해 상기 건채널을 통과하는 건조 공기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 온수 열교환기는 지역난방용 온수를 공급받아 상기 외기를 가열하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
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