KR20130142259A - 데시칸트 공조기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 데시칸트 공조기는, 실내의 공기를 제습, 냉각, 난방 및 가습이 이루어지며 제습로터가 구비되는 공조부; 및 상기 제습로터에 흡착된 수분을 제거하거나 난방을 위한 온수를 상기 공조부로 공급하는 열원부;로 구성되되, 상기 열원부는 태양열에 의해 온수를 가열하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 태양열을 이용하여 에너지를 절감하는 효과가 있다.

Description

데시칸트 공조기{DESICCANT AIR CONDITIONER}
본 발명은 데시칸트 공조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 열원을 적용하여 에너지를 절감하는 데시칸트 공조기에 관한 것이다.
일반적으로 제습 방법은 냉각노점제습(이하 "냉각제습"이라 함)과 데시칸트제습으로 크게 구별하고 있으며, 경제성을 고려하여 노점온도를 기준으로 적용하고 있다. 노점온도 10℃(7.6g/kg') 이상에서는 냉각제습을 사용하고 노점온도 10℃(7.6g/kg') 이하에서는 데시칸트 제습을 사용하고 있다.
이 중 데시칸트 제습은 제습로터가 적용되며, 상기 제습로터 방식의 제습기는 실리카겔 또는 제올라이트와 같은 제습제가 도포된 데시칸트(desiccant) 제습로터를 서서히 회전시키면서, 이때 제습로터를 통과하는 공기 중의 습기를 제거하게 된다.
이때, 상기 제습로터에 도포되어 있는 제습제(desiccant)는 수증기에 대해 높은 친화성을 가지는 물질로서 대략 건조무게 대비 20%이상의 수증기를 흡수할 수 있다.
또한, 상기 제습로터는 이러한 제습제의 표면적을 넓혀 공기와의 접촉면적을 늘리고 수증기전달 저항을 감소시키며, 동시에 유동에 의한 압력손실을 최소화하기 위하여 벌집(honeycomb)모양의 구조로 제작된다.
이와 같은 데시칸트 제습기의 구동원리는 데시칸트 제습로터에 의해 실내 공기로부터 습기를 빨아들여 흡착(adsorption)하는 제습과정(dehumidification)과 건조히터를 이용하여 제습과정을 통해 축축해진 데시칸트 제습로터를 건조, 재생시켜 연속적으로 실내의 습기를 제거하는 재생과정(regeneration)으로 구성된다.
또한, 이와 같은 데시칸트 제습기로 공기를 냉각함으로써 적절한 온도, 습도의 공기를 실내에 공급해주는 데시칸트 공조기를 구성할 수 있다.
그러나, 종래의 데시칸트 제습기 또는 공조기는 습한 공기를 도입하여 냉매용 응축기 및 열교환기로 이루어지거나 한가지 열원을 이용한 제습 장치를 통하여 습도를 낮춘 후 실내로 공급하는 방식으로는 에너지 절약 및 효율적인 이용에 한계가 있는 문제점이 있었다.
따라서, 전 세계적 에너지고갈 문제, 지구온난화 문제에 대한 해결 및 대처방안 제시 그리고 이에 따르는 지속발전 가능한 에너지 효율화 사용을 위한 개선된 형태의 냉난방 공조기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신재생 에너지를 포함하는 복합열원을 사용하여 에너지를 절감할 수 있는 데시칸트 공조기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 데시칸트 공조기는, 실내의 공기를 제습, 냉각, 난방 및 가습이 이루어지며 제습로터가 구비되는 공조부; 및 상기 제습로터에 흡착된 수분을 제거하거나 난방을 위한 온수를 상기 공조부로 공급하는 열원부;로 구성되되, 상기 열원부는 태양열에 의해 온수를 가열하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열원부는, 태양열을 집열하는 태양열 집열판과, 온수를 보관하는 버퍼탱크 및 상기 태양열 집열판에 집열된 열과 버퍼탱크의 온수가 열교환하는 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열원부에는 버퍼탱크의 온수를 가열하는 백업보일러가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버퍼탱크에는 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서의 온도가 설정치 이하로 내려가는 경우 백업보일러가 가동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공조부는, 상기 제습로터에서 흡착되어 수분이 제거된 공기를 대상공간으로 급기하는 급기팬과, 수분이 제거된 공기를 냉각하는 쿨링코일과, 외기를 1차 가열하는 제1재생 히팅코일과, 상기 열원부의 온수를 공급받아 외기를 2차 가열하는 제2재생 히팅코일 및 가열된 외기를 상기 제습로터로 압송하여 제습로터에 흡착된 수분을 제거하여 고온 다습한 상태의 공기를 배기하는 배기팬으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열원부의 온수를 공급받아 대상공간으로 급기되는 공기를 가열하는 난방히팅코일이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열원부와 제2재생 히팅코일을 연결하여 온수를 순환시키는 순환유로가 구비되며, 상기 순환유로와 난방히팅코일을 연결하는 바이패스 유로가 구비되고, 상기 순환유로와 바이패스 유로의 각 연결부위에는 삼방밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공조부에는, 환기가 유입되어 대상공간으로 급기되도록 유로를 형성하는 공기조화 덕트 및 외기와 유입되어 배기되도록 유로를 형성하는 재생 덕트가 더 구비되되, 상기 공기조화 덕트와 재생 덕트 사이에는 서로 연통되도록 개폐되는 댐퍼가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공조부에는 급기되는 공기에 포함되는 수분을 조절하는 습도조절부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양열 급탕 시스템에 따르면, 태양열 및 보일러의 복합열원을 이용하여 에너지를 절감하는 효과가 있다.
즉, 신재생에너지인 태양열, 버려지는 응축기 폐열 및 보일러(가스, 전기, 중앙난방, 화목, 펠릿 등) 등과 같은 기존의 보조 열원을 운전 조건 및 기후조건에 적합하게 선택가능하여 실내의 쾌적한 공조환경 조성 및 궁극적으로 지구온난화 및 오존층 파괴방지에 기여할 수 있다.
특히, 여름철(또는 겨울철)에 무한정 사용할 수 있는 태양열을 이용하여 제습을 실시할 수 있다.
또한, 여름철 활용도가 크게 떨어지는 태양열을 이용하여 냉방 및 난방방식으로 사용함에 따라 신재생에너지 확대 및 보급촉진책으로 매우 활용도가 높다.
이어 더해, 전적으로 전기나 가스 방식을 적용하여 제습로터의 흡수제 재생과정에서 필요한 에너지를 얻는 종래대비 태양열 및 보조열원을 적용함에 따라 다양한 열원 적용으로 에너지를 절약하게 된다.
또한, 습도변화가 없는 특수한 조건에서는 제습로터를 정지하고 외기냉방으로만 사용가능하다.
또한, 기계적 구동부분이 적으므로 소음 및 진동발생 측면에서 매우 유리하다.
도 1은 본 발명에 따른 데시칸트 공조기를 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부된 도면에서 실선은 실제공기의 이동이 실행됨을 의미하고, 점선 및 1점쇄선은 온수의 유로를 나타낸 것이다.
또한, 첨부된 도면에서 O.A는 외기, R.A는 환기, S.A는 급기를 의미하며, E.A는 배기를 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 데시칸트 공조기를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 데시칸트 공조기(A)는, 실내의 공기를 제습, 냉각, 난방 및 가습이 이루어지며 제습로터(110)가 구비되는 공조부(100) 및 상기 제습로터(110)에 흡착된 수분을 제거하거나 난방을 위한 온수를 상기 공조부(100)로 공급하는 열원부(200)로 구성된다.
이때, 상기 열원부(200)는 태양열에 의해 온수를 가열하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 열원부(200)는 태양열을 집열하는 태양열 집열판(210)과, 온수를 보관하는 버퍼탱크(220) 및 상기 솔라 패널(210)에 집열된 열과 버퍼탱크(220)의 온수가 열교환하는 열교환기(230)로 구성된다.
즉, 상기 태양열 집열판(210)에서 집열된 태양열은 열교환기(230)로 전달되고, 상기 열교환기(230)로 전달된 태양열은 상기 버퍼탱크(220)의 온수와 열교환이 발생하여 상기 버퍼탱크(220) 내부의 온수는 설정된 온도에 도달할 때까지 축열이 이루어진다.
또한, 상기 열원부(200)에는 버퍼탱크(220)의 온수를 가열하는 백업보일러(240)가 더 구비되며, 상기 백업보일러(240)는 전기 보일러, 가스 보일러, 중앙난방, 펠릿 및 화목 보일러 등과 같이 경제성 및 지역적인 특성에 의하여 소비자가 선택하게 된다.
그리고, 상기 버퍼탱크(220)에는 온도센서(250)가 구비되며, 상기 온도센서(250)에서 측정된 온도가 설정치 이하로 내려가는 경우 백업보일러(240)가 가동하게 된다. 물론, 상기 온도센서(250)에서 측정된 온도가 설정치 이상이면 백업보일러(240)는 가동하지 않게 된다.
이는, 신재생에너지인 태양열 집열판(210)에 의한 온수의 축열이 우선권을 가지며 이는 상기 버퍼탱크(220)에 설치된 온도센서(250)에 의하여 결정되는 것이다.
즉, 일사량의 문제로 공조부(100)로 공급되는 온수의 온도가 설정온도보다 내려갈 경우 백업보일러(240)를 자동으로 가동하여 버퍼탱크(220)의 온수를 설정온도에 도달시키게 되는 것이다.
이에 따라, 본 발명은 태양열을 이용하여 에너지를 절감하게 된다.
즉, 신재생에너지인 태양열, 보일러(가스, 전기, 중앙난방, 화목, 펠릿 등) 등과 같은 기존의 보조 열원을 운전 조건 및 기후조건에 적합하게 선택가능하여 실내의 쾌적한 공조환경 조성 및 궁극적으로 지구온난화 및 오존층 파괴방지에 기여할 수 있다.
특히, 여름철(또는 겨울철)에 무한정 사용할 수 있는 태양열을 이용하여 제습 및 냉방 및 난방에 사용함에 따라 신재생에너지 확대 및 보급촉진책으로 매우 활용도가 높다.
이어 더해, 전적으로 전기나 가스 방식에 의해 제습로터의 재생과정에서 필요한 에너지를 얻는 종래대비 태양열 및 보조열원을 적용함에 따라 다양한 열원 적용으로 에너지를 절약하게 된다.
또한, 상기 공조부(100)는 상기 제습로터(110)에서 흡착되어 수분이 제거된 공기를 대상공간으로 급기(S.A)하는 급기팬(120)과, 수분이 제거된 공기를 냉각하는 쿨링코일(130)과, 외기(O.A)를 1차 가열하는 제1재생 히팅코일(140)과, 상기 버퍼탱크(220)의 온수를 공급받아 외기(O.A)를 2차 가열하는 제2재생 히팅코일(150) 및 가열된 외기(O.A)를 상기 제습로터(110)로 압송하여 제습로터(110)에 흡착된 수분을 제거하여 고온 다습한 상태로 배기(E.A)하는 배기팬(160)으로 구성된다.
이때, 상기 쿨링코일(130)은 증발기로 구성되고 상기 제1재생 히팅코일(140)은 응축기로 구성된다. 즉, 상기 쿨링코일(130), 제1재생 히팅코일(140) 외에 압축기(131)가 추가되어 하나의 냉각기로 구성된다.
그리고, 상기 열원부(200)의 온수를 공급받아 대상공간으로 급기(S.A)되는 공기를 가열하는 난방히팅코일(170)이 더 구비된다.
한편, 상기 열원부(200)와 제2재생 히팅코일(150)을 연결하여 온수를 순환시키는 순환유로(180)가 구비되며, 상기 순환유로(180)와 난방히팅코일(170)을 연결하는 바이패스 유로(185)가 구비되고, 상기 순환유로(180)와 바이패스 유로(185)의 각 연결부위에는 삼방밸브(181)가 설치된다.
이 경우, 상기 삼방밸브(181)에 의해 제2재생 히팅코일(150)과 난방히팅코일(170) 중 하나에만 온수를 공급하거나 제2재생 히팅코일(150)과 난방히팅코일(170) 모두에 온수를 공급하도록 선택할 수 있게 된다.
예를 들어, 제습과 냉방이 필요없는 겨울철의 경우에는 상기 삼방밸브(191)는 난방히팅코일(170)로만 온수를 공급하여 환기(R.A)를 가열하여 승온된 급기(S.A)를 대상공간으로 투입하게 된다. 이에 따라, 상기 제2재생 히팅코일(150)로 불필요하게 온수를 보내지 않으므로 에너지를 절감하게 된다.
또한, 상기 공조부(100)에는 환기(R.A)가 유입되어 대상공간으로 급기(S.A)되도록 유로를 형성하는 공기조화 덕트(100A) 및 외기(O.A)가 유입되어 배기(E.A)되도록 유로를 형성하는 재생 덕트(100B)가 더 구비되되, 상기 공기조화 덕트(100A)와 재생 덕트(100B) 사이에는 서로 연통되도록 개폐되는 댐퍼(300)가 설치된다.
그리고, 상기 공기조화덕트(100A)와 재생 덕트(100B)의 입구와 출구에는 에어 루버(101)와 필터(102)가 각각 설치된다.
한편, 상기 공조부(100)에는 급기(S.A)되는 공기에 포함되는 수분을 조절하는 습도조절부(190)가 더 구비된다.
이러한, 상기 습도조절부(순환냉각기; CIRCULATION COOLER, 190)는 공지된 냉각탑 방식과 동일하게 순환수를 분무시키고 분무된 순환수와 공기를 접촉시켜 급기되는 공기의 습도를 조절하게 된다.
예를 들어, 고온의 공기가 상기 습도조절부(190)를 지나는 경우 고온의 공기로 인해 순환수는 증발하여 고온의 공기는 습도를 머금어 가습기의 역할을 담당하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 데시칸트 공조기(A)의 동작을 설명한다.
먼저, 대상공간인 실내로부터 환기(R.A)를 공급받아 에어 루버(101)를 거치고 필터(102)를 통해 오염물질을 제거한다.
그리고, 상기 제습로터(110)를 거치면서 실내의 수분(잠열)이 제거되며, 이때 제1재생 히팅코일(140)과 제2재생 히팅코일(150)에 의해 가열된 외기(O.A)는 상기 제습로터(110)에 흡착된 수분의 제습을 위한 가열원으로 사용한다.
다음, 상기 제습로터(110)는 가열공기로 인하여 데워지므로 급기팬(120)을 거친 공기는 습도조절부(190)를 거치면서 1차로 증발냉각이 진행된다. 2차로 쿨링코일(130)에서 공기의 냉각 및 일부 수분의 제습이 이루어지며 에어루버(101)를 통한 대상공간으로 급기(S.A)가 이루어진다.
이와는 별도로 외기(O.A)를 도입하여 에어 루버(101)를 거친 공기는 제1재생 히팅코일(140)을 통과시켜 1차로 공기를 예열한다. 2차로 버퍼탱크(220)로 공급받은 제2재생 히팅코일(150)은 설정치의 온수를 공급받아 1차 예열된 공기를 2차로 가열하게 된다.
이때, 가열된 공기는 제습 로터(100)에 흡착된 수분을 가열하여 흡착된 수분이 제거되며 배기팬(160)에 의해 고온 다습한 상태로 배기(E.A)된다.
또한, 열 부하가 많지 않은 중간기 냉방의 경우 도입된 외기(O.A)를 댐퍼를 개방하여 환기(R.A)와 혼합시켜 공기조화 덕트를 통해 대상공간으로 급기(S.A)한다. 이때, 상기 제습로터(110), 제1,2재생 히팅코일(140,150), 쿨링코일(130), 난방히팅코일(170)은 가동이 되지 않으며 외기로만 냉방이 가능하여 경제적인 운전이 가능하도록 하였다.
특히, 외기냉방의 경우 실내에 설치된 온도센서 및 외기센서에 의하여 결정이 되며 공기의 이송에 필요한 반송동력만이 필요한다.
그리고, 겨울철의 경우 버퍼탱크(220)로부터 바이패스 유로(185)를 통해 난방히팅코일(170)로 온수를 공급함과 동시에 습도조절부(190)에 의하여 난방과 가습이 이루어지게 된다.
이에 따라, 본 발명의 데시칸트 공조기는 냉난방에 대한 전체 사이클을 기기 한대로 구성하여 효율적인 에너지 절약이 가능하게 하였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.
A - 데시칸트 공조기 100 - 공조부
101 - 에어 루버 102 - 필터
110 - 제습로터 120 - 급기팬
130 - 쿨링코일 140 - 제1재생 히팅코일
150 - 제2재생 히팅코일 160 - 배기팬
170 - 난방히팅코일 180 - 순환유로
181 - 삼방밸브 185 - 바이패스 유로
190 - 수분조절부 200 - 열원부
210 - 태양광 집열판 220 - 버퍼 탱크
230 - 열교환기 240 - 백업보일러
250 - 온도센서 300 - 댐퍼

Claims (9)

  1. 실내의 공기를 제습, 냉각, 난방 및 가습이 이루어지며 제습로터가 구비되는 공조부; 및
    상기 제습로터에 흡착된 수분을 제거하거나 난방을 위한 온수를 상기 공조부로 공급하는 열원부;로 구성되되,
    상기 열원부는 태양열에 의해 온수를 가열하는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열원부는,
    태양열을 집열하는 태양열 집열판과, 온수를 보관하는 버퍼탱크 및 상기 태양열 집열판에 집열된 열과 버퍼탱크의 온수가 열교환하는 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열원부에는 버퍼탱크의 온수를 가열하는 백업보일러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 버퍼탱크에는 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서의 온도가 설정치 이하로 내려가는 경우 백업보일러가 가동하는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공조부는,
    상기 제습로터에서 흡착되어 수분이 제거된 공기를 대상공간으로 급기하는 급기팬과, 수분이 제거된 공기를 냉각하는 쿨링코일과, 외기를 1차 가열하는 제1재생 히팅코일과, 상기 열원부의 온수를 공급받아 외기를 2차 가열하는 제2재생 히팅코일 및 가열된 외기를 상기 제습로터로 압송하여 제습로터에 흡착된 수분을 제거하여 고온 다습한 상태의 공기를 배기하는 배기팬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열원부의 온수를 공급받아 대상공간으로 급기되는 공기를 가열하는 난방히팅코일이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 열원부와 제2재생 히팅코일을 연결하여 온수를 순환시키는 순환유로가 구비되며, 상기 순환유로와 난방히팅코일을 연결하는 바이패스 유로가 구비되고, 상기 순환유로와 바이패스 유로의 각 연결부위에는 삼방밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 공조부에는,
    환기가 유입되어 대상공간으로 급기되도록 유로를 형성하는 공기조화 덕트 및 외기와 유입되어 배기되도록 유로를 형성하는 재생 덕트가 더 구비되되, 상기 공기조화 덕트와 재생 덕트 사이에는 서로 연통되도록 개폐되는 댐퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 공조부에는 급기되는 공기에 포함되는 수분을 조절하는 습도조절부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
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