KR20120062593A - 데시칸트 공조 시스템 - Google Patents

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KR20120062593A
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cooling
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KR1020110020147A
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요시에 도가노
겐지 우에다
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

외부로부터 유입된 외기(A1)를 공조 대상에 급기하는 급기 유로(1)와, 상기 공조 대상으로부터 유입된 환기(A2)를 외부에 배기하는 배기 유로(2)와, 급기 유로(1)를 통과하는 외기(A1)로부터 수분을 흡착하는 동시에, 배기 유로(2)를 통과하는 환기(A2)에 상기 흡착된 수분을 탈착하는 데시칸트부(10)와, 급기 유로(1) 중 데시칸트부(10)와 상기 공조 대상의 사이에 설치되어, 외기(A1)를 냉각하는 제1 냉각부(31)와, 급기 유로(1) 중 데시칸트부(10)와 제1 냉각부(31) 사이에 설치되어, 외기(A1)로부터 열을 빼앗아 냉각하는 제2 냉각부(44)와, 배기 유로(2) 중 데시칸트부(10)와 상기 공조 대상의 사이에 설치되어, 적어도 데시칸트부(10)가 상기 수분을 탈착하는 재생 온도까지 환기(A2)를 가열하는 가열부(45)와, 제2 냉각부(44)가 외기(A1)로부터 빼앗은 열을 가열부(45)에 공급하는 열공급부(50)를 구비하는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조 시스템을 제공한다.

Description

데시칸트 공조 시스템 {DESICCANT AIR-CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은, 데시칸트 공조 시스템에 관한 것이다.
본원은, 2010년 7월 27일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010―168532호에 기초해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
이미 알고 있는 바와 같이, 건물 등의 공조 부하에는 현열 부하와 잠열 부하가 있고, 예를 들어, 이들 현열 부하와 잠열 부하가 공조 부하에 대하여 차지하는 비율은 8:2 정도이다. 이로 인해, 건물 내의 공기와 열매체를 열교환시켜 공조 부하를 제거하려고 하면, 잠열 부하를 제거하는 분만큼 열매체를 보다 저온으로 해야만 해, 에너지 소비량이 증대해 버린다. 따라서 최근, 데시칸트(흡습재)를 사용하여 잠열 부하를 제거한 후에, 현열 부하를 제거하는 데시칸트 공조 시스템이 보급되고 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 1).
이 데시칸트 시스템의 하나로서는, 외부로부터 유입된 외기를 건물 내에 급기하는 급기 유로와, 건물 내로부터 유입된 환기(還氣)를 외부에 배기하는 배기 유로와, 급기 유로를 통과하는 외기로부터 수분을 흡착하는 동시에, 배기 유로를 통과하는 환기에 수분을 탈착하는 데시칸트부와, 급기 유로에 있어서 데시칸트부와 공조 대상의 사이에 설치되어, 외기를 냉각하는 냉각부와, 배기 유로 중 데시칸트부와 공조 대상의 사이에 설치되어, 데시칸트부가 수분을 탈착하는 재생 온도까지 환기를 가열하는 가열부를 구비한 것이 있다.
일본 특허 출원 공개 제2006―189189호 공보
그러나, 종래의 기술에 있어서는, 냉각부에서 외기를 냉각하여 급기하고, 그 후에 환기를 데시칸트부의 재생 온도까지 가열하기 위해, 냉각된 공기를 가열하게 되어, 에너지가 이중으로 소비되어 비효율이라는 문제가 있었다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 데시칸트 공조 시스템의 에너지 소비량을 삭감하는 것을 과제로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용하고 있다.
즉, 본 발명에 관한 데시칸트 공조 시스템의 일 형태는, 외부로부터 유입된 외기를 공조 대상으로 급기하는 급기 유로와, 상기 공조 대상으로부터 유입된 환기를 외부에 배기하는 배기 유로와, 상기 급기 유로를 통과하는 상기 외기로부터 수분을 흡착하는 동시에, 상기 배기 유로를 통과하는 상기 환기에 상기 흡착된 수분을 탈착하는 데시칸트부와, 상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 공조 대상의 사이에 설치되어, 상기 외기를 냉각하는 제1 냉각부와, 상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 제1 냉각부의 사이에 설치되어, 상기 외기로부터 열을 빼앗아 냉각하는 제2 냉각부와, 상기 배기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 공조 대상의 사이에 설치되어, 적어도 상기 데시칸트부가 상기 수분을 탈착하는 재생 온도까지 상기 환기를 가열하는 가열부와, 상기 제2 냉각부가 상기 외기로부터 빼앗은 열을 상기 가열부에 공급하는 열공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 제2 냉각부가 외기로부터 빼앗은 열을 가열부에 공급하는 열공급부를 구비하므로, 급기 유로를 통과하는 외기의 열이 배기 유로를 통과하는 환기로 이동한다. 이에 의해, 제1 냉각부가 처리하는 열량(비 엔탈피 낙차)을 경감하므로, 제1 냉각부의 동력을 경감하여 에너지 소비량을 삭감할 수 있다.
또한, 제2 냉각부로부터 가열부에 열을 공급하므로, 보일러 등의 고온 열원을 사용한 경우에 비해, 가열에 필요로 하는 에너지를 삭감할 수 있다.
따라서, 공조 시스템 전체로서 에너지 소비량을 삭감할 수 있다.
상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 제2 냉각부 사이에 있어서의 상기 외기와, 상기 배기 유로 중 상기 가열부와 상기 공조 대상 사이에 있어서의 상기 환기와의 사이에서 열을 교환시키는 현열 교환부를 구비해도 좋다.
이 구성에 따르면, 외기와 환기의 사이에서 열을 교환시키는 현열 교환부를 구비하므로, 열공급부에 의해 외기로부터 환기로 열이 이동하는 전 단계에서, 미리 열교환이 되게 된다. 이에 의해, 열공급부에 의해 이동시키는 열량을 작게 할 수 있으므로, 열공급부의 동력을 억제할 수 있어, 에너지 소비량을 더 삭감할 수 있다.
상기 공조 대상의 잠열 부하에 비례하여 상기 가열부로의 공급 열량을 증감시키는 제어부를 구비해도 좋다.
이 구성에 따르면, 잠열 부하에 비례하여 가열부로의 공급 열량을 증감시키므로, 잠열 부하에 대하여 공급 열량이 과대해지는 것을 방지하는 동시에, 열공급부의 동력을 억제할 수 있다. 이에 의해, 에너지 소비량을 더 삭감할 수 있다.
상기 제2 냉각부는, 상기 공급 열량에 따라 상기 외기로부터 빼앗은 탈(奪)열량을 증감시키는 동시에, 상기 제어부는, 상기 공조 대상에 급기되는 상기 외기가 목표 급기 온도로 되도록, 상기 제1 냉각부에서 상기 외기를 냉각해도 좋다.
이 구성에 따르면, 급기가 목표 급기 온도로 되도록 제1 냉각부에서 외기를 냉각시키므로, 가열부로의 공급 열량에 따라 제2 냉각부의 동력을 적절하게 억제하면서, 외기를 확실하게 목표 급기 온도로 할 수 있다.
상기 열공급부는, 상기 가열부에 접속되는 동시에 상대적으로 고온으로 된 고온 열매체가 순환하는 고온 열매체 순환로와, 상기 제2 냉각부에 접속되는 동시에 상대적으로 저온으로 된 저온 열매체가 순환하는 저온 열매체 순환로와, 상기 저온 열매체의 열을 상기 고온 열매체로 이동시키는 히트 펌프를 가져도 좋다.
이 구성에 따르면, 데시칸트 공조 시스템을 비교적 간소한 시스템 구성으로 할 수 있다.
상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 외부의 사이에 설치되어, 상기 외기를 냉각하는 예비 냉각부와, 상기 예비 냉각부와 상기 제1 냉각부를 연통시키는 헤더와, 상기 예비 냉각부와 상기 제1 냉각부 중 적어도 한쪽에 냉수를 공급 가능한 냉동기를 구비해도 좋다.
본 발명에 관한 데시칸트 공조 시스템에 따르면, 에너지 소비량을 삭감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 데시칸트 공조 시스템 S1의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 데시칸트 공조 시스템 S1에 있어서의 공기의 상태 변화를 도시하는 공기선도.
도 3은 데시칸트 공조 시스템 S1의 비교예인 데시칸트 공조 시스템 C의 개략 구성도.
도 4는 데시칸트 공조 시스템 S1의 비교예인 데시칸트 공조 시스템 C에 있어서의 공기의 상태 변화를 도시하는 공기선도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 데시칸트 공조 시스템 S2의 개략 구성도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 데시칸트 공조 시스템 S2의 작용 설명도.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 데시칸트 공조 시스템 S1의 개략 구성도이다.
데시칸트 공조 시스템 S1은, 도 1에 도시한 바와 같이, 급기 유로(1)와, 배기 유로(2)와, 데시칸트부(10)와, 현열 교환기(현열 교환부)(20)와, 냉동 유닛(30)과, 열교환 유닛(40)과, 제어부(60)와, 센서부(70)를 구비하고 있다.
급기 유로(1)는, 외부로부터 유입된 외기 A1을 실내(공조 대상)에 급기하는 것으로, 제1 송풍 팬(3)이 외부측 개구(1a)로부터 외기 A1을 도입하여, 외기 A1을 실내측 개구(1b)로부터 실내에 급기한다.
배기 유로(2)는, 실내로부터 유입된 환기 A2를 외부에 배기하는 것으로, 제2 송풍 팬(4)이 실내측 개구(2b)로부터 환기 A2를 도입하여, 이 환기 A2를 외부측 개구(2a)로부터 외부에 배기한다. 이 배기 유로(2)는, 급기 유로(1)와 병설되어 있다.
데시칸트부(10)는, 회전 가능하고, 허니콤 형상 통로의 다발로 이루어지는 원반 형상의 로터 부재(도시하지 않음)와, 이 로터 부재의 허니콤 형상 통로의 표면에 배어든 실리카겔계 흡착제나 고분자 수착재로 구성되어 있다. 데시칸트부(10)는, 급기 유로(1)와 배기 유로(2)에 걸쳐 배치되어 환기 A2 및 외기 A1이, 허니콤 형상 통로를 통과하도록 구성되어 있고, 로터 부재를 회전 구동함으로써, 급기 유로(1)와 배기 유로(2)의 사이에서 허니콤 형상 통로의 위치를 교체한다.
이 데시칸트부(10)는, 급기 유로(1)에 있어서 허니콤 형상 통로를 통과하는 외기 A1에 포함되는 수분을 유로 표면에 흡착한다. 그리고, 로터 부재가 회전함으로써, 수분을 흡착한 허니콤 형상 통로를 배기 유로(2)에 위치시켜, 흡착된 수분을 허니콤 형상 통로를 통과하는 환기 A2로 탈착한다.
현열 교환기(20)는, 급기 유로(1) 중 데시칸트부(10)와 제2 냉각용 코일(44)(후술함) 사이에 있어서의 외기 A1과, 배기 유로(2) 중 재생용 가열 코일(45)(후술함)과 실내 사이에 있어서의 환기 A2 사이에서 열을 교환시킨다.
현열 교환기(20)는, 회전 가능하고, 알루미늄 시트를 골판지 형상으로 가공하여 원통 형상으로 감은 형상의 허니콤 로터로 이루어진다. 현열 교환기(20)는, 급기 유로(1)와 배기 유로(2)에 걸쳐 배치되어, 환기 A2 및 외기 A1이 허니콤 로터를 통과하도록 구성되어 있다. 이 현열 교환기(20)는, 급기 유로(1)에 있어서, 제습 후[데시칸트부(10) 통과 후]의 외기 A1을 통과시켜, 이 통과하는 외기 A1이 갖는 열을 빼앗아 현열 교환기(20)의 일부에 축열부를 형성한다. 그 후, 현열교환기(20)가 회전 구동됨으로써, 축열부를 배기 유로(2)에 위치시켜, 이 축열부를 통과하는 환기 A2에 열을 부여한다.
냉동 유닛(30)은, 외기 A1로부터 열을 빼앗는 제1 냉각용 코일(제1 냉각부)(31)과, 제1 냉각용 코일(31)을 냉각하는 냉동기(32)와, 냉동기(32)로부터 제1 냉각용 코일(31)이 빼앗은 열을 방출하는 냉각탑(33)과, 제1 냉각용 코일(31)과 냉동기(32) 사이에서 냉수를 압송하는 펌프(34a)와, 냉동기(32)와 냉각탑(33) 사이에서 냉각수를 압송하는 펌프(34b)로 개략 구성되어 있다.
이 냉동 유닛(30)은, 제1 냉각용 코일(31)에 유입하는 외기 A1을, 미리 설정된 목표 급기 온도까지 냉각하도록, 제어부(60)에 의해 제어된다.
열교환 유닛(40)은, 온수 히트 펌프(히트 펌프)(41)와 온수 순환로(고온 열매체 순환로)(42)와 열원수 순환로(저온 열매체 순환로)(43)를 갖는 열공급부(50)와, 제2 냉각용 코일(제2 냉각부)(44)과, 재생용 가열 코일(가열부)(45)로 개략 구성되어 있다.
온수 히트 펌프(41)는, 냉매를 압축하는 압축기(41a)와, 압축된 냉매를 냉각하여 응축하는 응축기(41b)와, 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브(41c)와, 팽창시킨 냉매를 증발시키는 증발기(41d)를 갖고 있다. 이 온수 히트 펌프(41)로부터는, 냉수(열원수)와 온수를 동시에 취출하는 것이 가능하다.
또한, 응축기(41b) 및 증발기(41d)는, 냉매―수열 교환기로, 범용적인 플레이트식 열교환기나 이중관 열교환기 등을 사용할 수 있다.
온수 순환로(42)는, 재생용 가열 코일(45)과 온수 히트 펌프(41)에 접속되어 있고, 이들 재생용 가열 코일(45)과 온수 히트 펌프(41) 사이에 있어서 온수를 순환시킨다. 이 온수 순환로(42)의 온수는, 온수 히트 펌프(41)의 응축기(41b)를 통해 냉매로부터 수취한 열을 재생용 가열 코일(45)에 전달한다.
열원수 순환로(43)는, 제2 냉각용 코일(44)과 온수 히트 펌프(41)에 접속되어 있고, 이들 제2 냉각용 코일(44)과 온수 히트 펌프(41) 사이에 있어서, 저온의 열원수를 순환시킨다. 이 열원수 순환로(43)의 열원수는, 제2 냉각용 코일(44)로부터 수취한 열을, 증발기(41d)를 통해 냉매에 전달한다.
제2 냉각용 코일(44)은, 열원수 순환로(43)를 순환하는 열원수에 의해 저온으로 되어 있고, 현열 교환기(20)를 통과한 외기 A1로부터 열을 빼앗아 외기 A1을 냉각한다. 환언하면, 제2 냉각용 코일(44)은, 온수 히트 펌프(41)의 증발기(41d)를 저온 열원으로 하고 있다.
재생용 가열 코일(45)은, 온수 순환로(42)를 순환하는 온수에 의해 열이 공급되도록 되어 있다. 환언하면, 재생용 가열 코일(45)은, 온수 히트 펌프(41)의 응축기(41b)를 고온 열원으로 하고 있다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 열교환 유닛(40)은, 제2 냉각용 코일(44)이 외기 A1로부터 빼앗은 열이 열원수로 이동하고, 이 열원수의 열이 온수 히트 펌프(41)의 증발기(41d)에 의해 빼앗겨 냉매로 이동된 후에, 냉매의 열이 응축기(41b)에 의해 온수로 이동하여, 재생용 가열 코일(45)에 공급되도록 되어 있다.
또한, 재생용 가열 코일(45)에 공급되는 공급 열량은, 잠열 부하에 비례하여 증감하도록, 제어부(60)에 의해 제어된다.
또한, 「공급 열량」이라 함은, 단위 질량당의 공급 열량을 의미한다(이하 동일).
센서부(70)는, 외기 A1의 건구(乾球) 온도 및 절대 습도를 검출하여 제어부(60)에 출력한다.
센서부(71)는, 환기 A2의 절대 습도를 검출하여 제어부(60)에 출력한다.
제어부(60)는, 환기 A2의 온도가 재생 가능 온도 범위(도2 참조)로 되도록 제어하는 동시에, 잠열 부하에 비례하여 재생용 가열 코일(45)로의 공급 열량을 증감시킨다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 재생 온도의 하한을 흡습재의 탈착 온도로 하고 있고, 상한을 온수 히트 펌프(42)의 공급 가능 온도(예를 들어, 90℃) 이하로 하고 있다. 또한, 재생 온도의 상한은, 흡습재의 구조 변화가 발생하지 않는 온도로 설정해도 좋다.
상기 제어부(60)의 처리를 보다 상세하게 서술하면, 제어부(60)는, 미리 설정된 목표 절대 습도와, 센서부(70)로부터 입력된 외기 A1의 절대 습도의 차분을 잠열 부하로 하여 연산한다. 여기서, 데시칸트부(10)의 잠열 부하 처리 능력(흡착ㆍ탈착 능력)은, 주로 다음 각 요소, 급기 유로(1)의 데시칸트부 입구 건구 온도 및 절대 습도 및 배기 유로(2)의 데시칸트부 입구 건구 온도 및 절대 습도에 의해 결정된다. 제어부(60)는, 상기의 잠열 부하에 더하여, 센서부(70)로부터 입력된 외기 A1의 건구 온도 및 절대 습도[급기 유로(1)의 데시칸트부 입구 건구 온도 및 절대 습도와 동등함], 센서부(71)로부터 입력된 배기 유로(2)의 현열 교환기 출구 E에 있어서의 환기 A2의 절대 습도[배기 유로(2)의 데시칸트부 입구 절대 습도와 동등함]를 사용하고, 잠열 부하와 상기 각 요소의 관계(잠열 부하와 상기 각 요소의 함수, 혹은, 잠열 부하와 상기 각 요소가 대응된 테이블)에 의해, 연산된 잠열 부하에 대응하는 배기 유로(2)의 데시칸트부 입구 건구 온도를 구한다.
그리고, 센서부(71)로부터 입력된 배기 유로(2)의 현열 교환기 출구 E에 있어서의 환기 A2의 건구 온도와, 상기한 배기 유로(2)의 데시칸트부 입구 건구 온도로부터, 재생용 가열 코일(45)에 공급해야 할 온수 온도를 구하고, 열공급부(50)를 제어한다. 이때, 제2 냉각용 코일(44)이 외기 A1로부터 빼앗는 탈열량은, 온수 온도의 변화, 환언하면 재생용 가열 코일(45)로의 공급 열량의 증감에 맞추어 증감하는 것으로 된다.
다음에, 상기의 구성으로 이루어지는 데시칸트 공조 시스템 S1의 동작에 대해 도를 사용하여 설명한다.
우선 최초에, 제어부(60)의 동작에 대해 설명한다.
제어부(60)는, 온수 히트 펌프(41)로부터 재생용 가열 코일(45)로의 공급 열량을, 환기 A2의 온도가 재생 가능 온도 범위로 되도록 제어하는 동시에, 잠열 부하에 비례하여 공급 열량을 증감시킨다. 구체적으로는, 온수와 열원수의 열교환량과, 온수의 온도 및 유량을 제어함으로써 재생용 가열 코일(45)로의 공급 열량을 제어한다. 예를 들어, 잠열 부하가 Ll1로부터 Ll2로 저하된 경우에는, 데시칸트부(10)를 재생하기 위한 필요 열량도 적어도 되므로, 공급 열량을 Qh2로부터 Qh3으로 감소시킨다(도 2 참조).
그러면, 온수 히트 펌프(41)는, 제어부(60)에 의해 제어된 공급 열량에 따라, 제2 냉각용 코일(44)이 외기 A1로부터 빼앗은 열을 재생용 가열 코일(45)에 공급한다(도 2 참조).
그리고, 제어부(60)는, 제2 냉각용 코일(44)이 열을 빼앗은 후의 외기 A1로부터, 제1 냉각용 코일(31)에서 열을 빼앗기게 하여, 외기 A1을 목표 급기 온도까지 냉각시킨다.
계속하여, 데시칸트 공조 시스템 S1에 있어서의 외기 A1 또는 환기 A2의 상태에 대하여, 이들 외기 A1 또는 환기 A2의 흐름에 입각하여 설명한다. 도 1에 있어서, 부호 (1) 내지 (4)는 급기 유로(1) 내의 각 공간을 나타낸다. 즉, (1)은 외부측 개구(1a)와 예비 냉각 코일(36) 사이의 공간을 나타낸다. (2)는, 데시칸트부(10)와 현열 교환기(20) 사이의 공간을 나타낸다. (3)은, 현열 교환기(20)와 제2 냉각용 코일(44) 사이의 공간을 나타낸다. (3)'는, 제2 냉각용 코일(44)과 제1 냉각용 코일(31) 사이의 공간을 나타낸다. (4)는, 제1 냉각용 코일(31)과 실내측 개구(1b) 사이의 공간을 나타낸다.
또한, 부호 (5) 내지 (8)은 배기 유로(2) 내의 각 공간을 나타낸다. 즉, (5)는, 현열 교환기(20)와 실내측 개구(2b) 사이의 공간을 나타낸다. (6)은, 재생용 가열 코일(45)과 현열 교환기(20) 사이의 공간을 나타낸다. (7)은, 데시칸트부(10)와 재생용 가열 코일(45) 사이의 공간을 나타낸다. (8)은, 외부측 개구(2a)와 데시칸트부(10) 사이의 공간을 나타낸다.
도 2는, 데시칸트 공조 시스템 S1에 있어서의 공기의 상태 변화를 도시하는 공기선도이다. 도 2에 있어서, 부호 (1) 내지 (8)이 부가된 심벌은, 각각 상기 공간 (1) 내지 (8)에 있어서의 공기의 절대 습도 및 건구 온도를 나타낸다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 외부측 개구(1a)로부터 급기 유로(1)에 유입된 외기 A1이, 데시칸트부(10)를 통과하면[(1)→(2)], 외기 A1의 수분이 허니콤 형상 통로의 표면에 흡착되어, 도 2에 도시한 바와 같이, 절대 습도가 저하된다. 또한, 급기 유로(1)에 있어서의 허니콤 형상 통로는, 배기 유로(2)에 있어서 외기 A1보다도 고온인 환기 A2에 의해 재생되어, 외기 A1보다도 고온으로 되어 있다. 이로 인해, 급기 유로(1)에 있어서 외기 A1이 데시칸트부(10)(허니콤 형상 통로)를 통과하면 외기 A1의 건구 온도가 상승한다[(1)→(2)]. 예를 들어, 데시칸트부(10)를 통과함으로써, 외기 A1의 절대 습도가 15g／kg(DA)로부터 9g／kg(DA)로 저하되어, 건구 온도가 29℃로부터 49℃로 상승한다.
계속하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 외기 A1이 현열 교환기(20)를 통과하면[(2)→(3)], 도 2에 도시한 바와 같이, 외기 A1이 현열 교환기(20)에 의해 열을 빼앗겨 냉각된다. 예를 들어, 현열 교환기(20)를 통과함으로써, 건구 온도가 49℃로부터 34℃로 저하된다.
계속하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 외기 A1이 제2 냉각용 코일(44)을 통과하면[(3)→(3)'], 도 2에 도시한 바와 같이, 외기 A1이 제2 냉각용 코일(44)에 의해 열을 빼앗겨 냉각된다. 즉, 상술한 바와 같이, 제어부(60)가 제어한 공급 열량에 맞추어 정해지는 탈열량의 분만큼, 외기 A1이 냉각된다.
예를 들어, 제2 냉각용 코일(44)을 통과함으로써, 건구 온도가 34℃로부터 26℃로 저하된다.
계속하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 외기 A1이 제1 냉각용 코일(31)을 통과하면[(3)'→(4)], 도 2에 도시한 바와 같이, 외기 A1이 제1 냉각용 코일(31)에 의해 열을 빼앗겨 냉각된다. 즉, 상술한 바와 같이, 제어부(60)는, 제1 냉각용 코일(31)에 의해 외기 A1을 냉각시켜, 외기 A1을 설정된 목표 급기 온도로 한다.
예를 들어, 제1 냉각용 코일(31)을 통과함으로써, 건구 온도가 26℃로부터 18℃로 저하된다.
이때, 제1 냉각용 코일(31)이 처리하는 열량(비 엔탈피 낙차)은, 제2 냉각용 코일(44)이 처리한 탈열량만큼 적게 되어 있으므로(Qc2→Qc3), 제2 냉각용 코일(44)을 생략한 구성에 비해 상대적으로 냉동기(32)의 동력이 적어진다.
이와 같이 하여 목표 급기 온도로 된 외기 A1이 실내에 급기되게 된다.
계속하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 실내에서 실내측 개구(2b)를 통해 배기 유로(2)에 유입된 환기 A2가, 현열 교환기(20)를 통과하면[(5)→(6)], 도 2에 도시한 바와 같이, 환기 A2가 현열 교환기(20)로부터 열을 수취하여 가열된다. 예를 들어, 현열 교환기(20)를 통과함으로써, 건구 온도가 28℃로부터 44℃로 상승한다. 또한, 환기 A2는 실내를 경유함으로써, 건구 온도 18℃(급기 온도)로부터 건구 온도 28℃로 승온하고 있다.
계속하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 환기 A2가 재생용 가열 코일(45)을 통과하면[(6)→(7)], 도 2에 도시한 바와 같이, 환기 A2가 재생용 가열 코일(45)로부터 열을 수취하여 가열된다. 예를 들어, 환기 A2가 재생용 가열 코일(45)을 통과함으로써, 건구 온도 44℃로부터 건구 온도 56℃로 승온한다.
계속하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 환기 A2가 데시칸트부(10)를 통과하면[(7)→(8)], 데시칸트부(10)의 수분을 탈착하여, 도 2에 도시한 바와 같이, 환기 A2의 절대 습도가 상승한다. 또한, 배기 유로(2)에 있어서의 허니콤 형상 통로는, 급기 유로(1)에 있어서 환기 A2보다도 저온인 외기 A1을 통과시키므로, 환기 A2보다도 저온으로 되어 있다. 이로 인해, 배기 유로(2)에 있어서 환기 A2가 데시칸트부(10)(허니콤 형상 통로)를 통과하면 환기 A2의 건구 온도가 저하된다[(7)→(8)].
예를 들어, 데시칸트부(10)를 통과함으로써, 환기 A2의 절대 습도가 9g／kg(DA)로부터 17g／kg(DA)로 상승하고, 건구 온도가 56℃로부터 39℃로 저하된다.
그리고, 이 환기 A2가 외부에 배기된다.
이상 설명한 바와 같이, 데시칸트 공조 시스템 S1에 따르면, 제2 냉각용 코일(44)이 외기 A1로부터 빼앗은 열을 재생용 가열 코일(45)에 공급하므로, 급기 유로(1)를 통과하는 외기 A1의 열이 배기 유로(2)를 통과하는 환기 A2로 이동한다. 이에 의해, 제1 냉각용 코일(31)이 처리하는 열량(비 엔탈피 낙차)을 경감하므로(Qc2→Qc3), 냉동기(32)의 동력을 경감하여 에너지 소비량을 삭감할 수 있다. 또한, 제2 냉각용 코일(44)로부터 재생용 가열 코일(45)에 열을 공급하므로, 보일러 등의 고온 열원을 사용한 경우에 비해, 가열에 필요로 하는 에너지를 삭감할 수 있다.
도 3은, 데시칸트 공조 시스템 S1의 비교예인 데시칸트 공조 시스템 C이고, 도 4는, 데시칸트 공조 시스템 C에 있어서의 공기의 상태 변화를 도시하는 공기선도이다.
도 3에 있어서의 유로 내의 공간을 나타내는 부호는, (3)"가 급기 유로(1) 내의 현열 교환기(20)와 제1 냉각용 코일(31) 사이의 공간을 나타내는 점을 제외하고, 도 1과 동일하다.
도 3에 도시한 바와 같이, 데시칸트 공조 시스템 C는, 데시칸트 공조 시스템 S1의 구성으로부터 열공급부(50)를 생략한 구성으로 되어 있고, 재생용 가열 코일(45)의 가열원으로서 보일러 B를 구비하고 있다. 또한, 도 3 및 도 4에 있어서, 도 1 및 도 2와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 4에 있어서, 부호 (1) 내지 (8)에 부가된 심벌은, 각각 상기 공간 (1) 내지 (8)에 있어서의 공기의 절대 습도 및 건구 온도를 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, 데시칸트 공조 시스템 C는 현열 교환기(20)를 통과한 외기 A1을, 목표 급기 온도까지 냉각하기 위해[(3)"→(4)], 냉동 유닛(30)만으로 열량(비 엔탈피 낙차) Qc2를 처리해야만 한다. 이에 대해, 데시칸트 공조 시스템 S1은, 도 2에 도시한 바와 같이, 현열 교환기(20)를 통과한 외기 A1을, 제2 냉각용 코일(44)에 의해 냉각한 후에[(3)→(3)'], 냉동 유닛(30)에 의해 목표 급기 온도까지 냉각하므로[(3)'→(4)], 냉동 유닛(30)이 처리하는 열량(비 엔탈피 낙차)이 Qc2로부터 Qc3으로 경감된다. 이에 의해, 냉동기(32)의 동력을 경감할 수 있어, 에너지 소비량을 삭감할 수 있다.
한편, 열교환 유닛(40)에서는, 비교적 작은 동력으로 큰 열량을 이동시킬 수 있으므로, 보일러 B를 사용한 데시칸트 공조 시스템 C에 비해, 가열에 필요로 하는 에너지를 삭감할 수 있다.
따라서, 공조 시스템 전체로서 에너지 소비량을 삭감할 수 있다.
또한, 외기 A1과 환기 A2의 사이에서 열을 교환시키는 현열 교환기(20)를 구비하므로, 외기 A1로부터 환기 A2에 열이 이동하는 전 단계에서, 미리 열교환이 되게 된다. 이에 의해, 열교환 유닛(40)에서 이동시키는 열량을 작게 할 수 있으므로, 온수 히트 펌프(41)의 동력을 억제할 수 있어, 공조 시스템 전체로서 에너지 소비량을 더 삭감할 수 있다.
또한, 잠열 부하에 비례하여 재생용 가열 코일(45)로의 공급 열량을 증감시키므로(Qh2→Qh3), 잠열 부하에 대하여 공급 열량이 과대해지는 것을 방지하는 동시에, 온수 히트 펌프(41)의 동력을 억제할 수 있다. 이에 의해, 에너지 소비량을 더 삭감할 수 있다.
예를 들어, 잠열 부하가 감소했을 때에는, 데시칸트부(10)가 외기 A1로부터 흡습하는 수분이 적어지므로, 데시칸트부(10)를 재생하기 위한 필요 열량도 적어도 된다. 이 경우에, 재생용 가열코일(45)에 일정한 공급 열량 Qh2를 공급하고 있으면, 잠열 부하에 대하여 공급 열량이 과대로 된다.
일반적으로, 온수 히트 펌프 및 냉동기의 소비 동력은, 증발기 압력을 응축기 압력까지 승압하는 압축기 동력이 대부분을 차지하므로, 어떻게 이 차(온수 히트 펌프이면 열원수 출구 온도와 온수 출구 온도의 차분, 냉동기이면 냉수 출구 온도와 냉각수 출구 온도의 차분)를 작게 할 수 있을지가 동력을 경감하기 위해 중요해진다.
가령, 데시칸트 공조 시스템 S1에 있어서, 재생용 가열 코일(45)로의 공급 열량(온수 공급 온도)이 잠열 부하에 대하여 과대한 상태이면, 온수 히트 펌프(41)에 있어서의 열원수 출구 온도와 온수 출구 온도의 차분을 작게 하는 여지가 있음에도 불구하고, 이 분만큼 온수 히트 펌프(41)의 압축기(41a)가 가동하는 것으로 되어 여분에 동력을 소비해야만 한다. 마찬가지로, 제1 냉각용 코일(31)에서의 탈열량(냉수 공급 온도)을 잠열 부하의 크기에 관계없이 일정하게 하면, 냉동기(32)에 있어서의 냉수 출구 온도와 냉각수 출구 온도의 차분을 작게 하는 여지만큼 냉동기(32)의 압축기가 가동하게 되어 여분인 동력이 소비된다.
데시칸트 공조 시스템 S1에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 잠열 부하가 감소된 경우에, 공급 열량을 Qh2로부터 Qh3으로 감소시켜 열원수 출구 온도와 온수 출구 온도의 차분을 작게 하므로, 온수 히트 펌프(41)의 압축기(41a)의 동력을 경감해, 에너지의 소비량을 삭감할 수 있다.
또한, 목표 급기 온도로 되도록 제1 냉각용 코일(31)에 의해 외기 A1을 냉각시키므로, 재생용 가열 코일(45)로의 공급 열량에 따라 제2 냉각용 코일(44)을 냉각하기 위한 냉동기(32)의 동력을 적절하게 억제하면서, 외기 A1을 확실하게 목표 급기 온도로 할 수 있다.
또한, 열교환 유닛(40)의 구성에 따르면, 비교적 간소한 시스템 구성으로 할 수 있다.
계속하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 데시칸트 공조 시스템 S2에 대해 도 5를 사용하여 설명한다. 도 5는, 데시칸트 공조 시스템 S2의 개략 구성도이다. 도 5에 있어서의 유로 내의 공간을 도시하는 부호는, (1)'가 급기 유로 내(1)의 외부측 개구(1a)와 예비 냉각 코일(36) 사이의 공간을, (1)" 급기 유로 내(1)의 예비 냉각용 코일(36)과 데시칸트부(10) 사이의 공간을 나타내는 점을 제외하고, 도 1과 동일하다. 기타의 부호에 관해서는, 도 5에 있어서, 도 1 내지 도 4와 마찬가지의 구성 요소에 대하여 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 데시칸트 공조 시스템 S2는, 급기 유로(1) 중 데시칸트부(10)와 외부의 사이에 설치되어, 외기 A1을 냉각하는 예비 냉각용 코일(예비 냉각부)(36)과, 예비 냉각용 코일(36)과 제1 냉각용 코일(31)을 연통시키는 헤더(35)를 구비하고 있고, 냉동기(32)가 예비 냉각용 코일(36)과 제1 냉각용 코일(31)에 냉수를 공급 가능하다.
이 구성에 있어서, 냉동기(32)의 COP(성적 계수)는, 온수 히트 펌프(41)의 COP보다도 높아져 있다.
상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 데시칸트부(10)의 흡착 탈착을 재생 온도로 제어하는 구성으로 했지만, 본 실시 형태에 있어서는, 급기 유로(1)의 데시칸트부(10)의 직전에 예비 냉각용 코일(36)을 설치하고, 외기 온도를 제어함으로써 데시칸트부(10)의 흡착 탈착을 제어하는 동시에, 데시칸트부(10)의 재생 온도를 보다 낮게 하고 있다.
상술한 바와 같이, 데시칸트부(10)의 잠열 부하 처리 능력은, 주로 급기 유로(1)의 데시칸트부 입구 건구 온도 및 절대 습도 및 배기 유로(2)의 데시칸트부 입구 건구 온도 및 절대 습도에 의해 결정된다. 그로 인해, 예비 냉각용 코일(36)을 사용하여 급기 유로(1)의 데시칸트부 입구 건구 온도를 내림으로써, 배기 유로(2)의 데시칸트부 입구 건구 온도를 내릴 수 있다.
예를 들어, 재생 가열용 코일(45)로의 공급 온수 온도의 상한치를 기술적인 상한치(기술적으로 설정 가능한 온도의 상한치)와는 별도로 설정해 두고, 상술한 수순에 의해 구해진 재생 가열용 코일(45)로의 공급 온수 온도가 설정 상한치를 초과한 경우에, 재생 가열용 코일(45)로의 공급 온수 온도가 설정 상한치로 되는 급기 유로(1)의 데시칸트부 입구 건구 온도를 구한다. 그리고, 이 구한 급기 유로(1)의 데시칸트부 입구 건구 온도와, 센서부(70)로부터 입력되는 외기 A1의 입구 건구 온도로부터 구한 필요 냉각 열량을, 냉동기(32)로부터 예비 냉각용 코일(36)로 공급한다.
또한, 예냉(豫冷) 후의 외기 A1의 온도는 급기 온도를 하회하는 일은 거의 없어, 예비 냉각용 코일(36)로의 냉수 공급 온도는 제1 냉각용 코일(31)과 동일한 냉수 온도이면 된다.
이 상태에 있어서는, 예를 들어 도 5에 도시하는 (1) 내지 (8)에 있어서의 각 건구 온도(℃)―절대 습도(g／kg)가, (1)'에 있어서 28℃―15g／kg, (1)"에 있어서 19℃―13g／kg, (2)에 있어서 41℃―9／kg, (3)에 있어서 28℃―9g／kg, (4)에 있어서 18℃―9g／kg, (5)에 있어서 28℃―9g／kg, (6)에 있어서 38℃―9g／kg, (7)에 있어서 60℃―9g／kg, (8)에 있어서 38℃―16g／kg으로 된다.
또한, 예비 냉각용 코일(36)에 있어서 유입 냉수 온도가 15℃, 유출 냉수 온도가 20℃, 제1 냉각용 코일(31)에 있어서 유입 냉수 온도가 21℃, 유출 냉수 온도가 26℃, 제2 냉각용 코일(44)에 있어서 유입 냉수 온도가 15℃, 유출 냉수 온도가 20℃, 재생용 가열 코일(45)에 있어서 유입 온수 온도가 63℃, 유출 냉수 온도가 53℃로 된다.
이 구성에 따르면, 재생 가열용 코일(45)로의 공급 온수 온도를 내릴 수 있어, 온수 히트 펌프(41)의 소비 동력을 저감하여 온수 히트 펌프(41)의 COP의 개선을 도모할 수 있는 동시에, 온수 히트 펌프(41)와 비교하여 COP가 높은 냉동기(32)에 잠열 부하 처리에 필요한 열량이 분배됨으로써, 시스템 전체에서 보다 소비 동력을 저감할 수 있다. 환언하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 잠열 부하의 처리에 필요한 열량을 온수 히트 펌프(41)뿐만 아니라, 냉동기(32)에서도 조달함으로써, 보다 소비 에너지의 삭감을 달성할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서 나타낸 동작 수순, 혹은 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 기초해 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 현열 교환기(20)를 회전 가능으로 했지만, 현열 교환기(20)는 정지한 채, 전환식 유로를 사용해도 된다. 또한, 현열 교환기(20)를 생략해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 데시칸트부(10)를 회전 가능으로 했지만, 데시칸트부(10) 자체는 정지한 채, 전환식 유로를 사용해도 된다.
또한, 센서부(70)는, 데시칸트부(10)보다도 상류측에 설치해도 된다.
데시칸트 공조 시스템에 있어서, 냉각부의 동력을 경감하여 에너지 소비량을 삭감하고, 가열에 필요로 하는 에너지를 삭감함으로써, 공조 시스템 전체로서 에너지 소비량을 삭감할 수 있다.
1 : 급기 유로
2 : 배기 유로
10 : 데시칸트부
20 : 현열 교환기(현열 교환부)
31 : 제1 냉각용 코일(제1 냉각부)
32 : 냉동기
35 : 헤더
36 : 예비 냉각용 코일(예비 냉각부)
41 : 온수 히트 펌프(히트 펌프)
42 : 온수 순환로(고온 열매체 순환로)
43 : 열원수 순환로(저온 열매체 순환로)
44 : 제2 냉각용 코일(제2 냉각부)
45 : 재생용 가열 코일(가열부)
50 : 열공급부
60 : 제어부
A1 : 외기
A2 : 환기
S1, S2 : 데시칸트 공조 시스템

Claims (6)

  1. 외부로부터 유입된 외기를 공조 대상에 급기하는 급기 유로와,
    상기 공조 대상으로부터 유입된 환기를 외부에 배기하는 배기 유로와,
    상기 급기 유로를 통과하는 상기 외기로부터 수분을 흡착하는 동시에, 상기 배기 유로를 통과하는 상기 환기에 상기 흡착된 수분을 탈착하는 데시칸트부와,
    상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 공조 대상의 사이에 설치되어, 상기 외기를 냉각하는 제1 냉각부와,
    상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 제1 냉각부의 사이에 설치되어, 상기 외기로부터 열을 빼앗아 냉각하는 제2 냉각부와,
    상기 배기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 공조 대상의 사이에 설치되어, 적어도 상기 데시칸트부가 상기 수분을 탈착하는 재생 온도까지 상기 환기를 가열하는 가열부와,
    상기 제2 냉각부가 상기 외기로부터 빼앗은 열을 상기 가열부에 공급하는 열공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 데시칸트 공조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 제2 냉각부 사이에 있어서의 상기 외기와, 상기 배기 유로 중 상기 가열부와 상기 공조 대상 사이에 있어서의 상기 환기 사이에서 열을 교환시키는 현열 교환부를 구비하는, 데시칸트 공조 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공조 대상의 잠열 부하에 비례하여 상기 가열부로의 공급 열량을 증감시키는 제어부를 구비하는, 데시칸트 공조 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 냉각부는, 상기 공급 열량에 따라 상기 외기로부터 빼앗는 탈열량을 증감시키는 동시에,
    상기 제어부는, 상기 공조 대상에 급기되는 상기 외기가 목표 급기 온도로 되도록, 상기 제1 냉각부에 의해 상기 외기를 냉각시키는, 데시칸트 공조 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열공급부는, 상기 가열부에 접속되는 동시에 상대적으로 고온으로 된 고온 열매체가 순환하는 고온 열매체 순환로와, 상기 제2 냉각부에 접속되는 동시에 상대적으로 저온으로 된 저온 열매체가 순환하는 저온 열매체 순환로와, 상기 저온 열매체의 열을 상기 고온 열매체에 이동시키는 히트 펌프를 갖는, 데시칸트 공조 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 급기 유로 중 상기 데시칸트부와 상기 외부의 사이에 설치되어, 상기 외기를 냉각하는 예비 냉각부와,
    상기 예비 냉각부와 상기 제1 냉각부를 연통시키는 헤더와,
    상기 예비 냉각부와 상기 제1 냉각부 중 적어도 한쪽에 냉수를 공급 가능한 냉동기를 구비하는, 데시칸트 공조 시스템.
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