KR20160075887A - 에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기 - Google Patents

에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 상세하게는 본 발명은 냉방시 발생된 열을 재활용하여 제습에 사용함으로써 열효율을 상승시켰을 뿐만 아니라 콘덴싱유닛(condensing unit)과 에어 핸들링 유닛(air handling unit)을 일체화하여 공조 장치가 차지하는 면적을 최소화시킬 수 있게 한 에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기에 관한 것이다.

Description

에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기{Air conditioner for thermo-hygrostat}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 상세하게는 본 발명은 냉방시 발생된 열을 재활용하여 제습에 사용함으로써 열효율을 상승시킨 켰을 뿐만 아니라 콘덴싱유닛(condensing unit)과 에어 핸들링 유닛(air handling unit)을 일체화하여 공조 장치가 차지하는 면적을 최소화시킬 수 있게 한 에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기에 관한 것이다.
공조기(일명 "공기조화기", 이하 "공조기"라 통칭함)는 냉매(冷媒)의 기화열에 의해 실내를 냉각시키는데 사용되는 공기조절장치로 냉매를 고온/고압으로 압축시키는 압축기(compressor), 고온/고압으로 압축된 냉매가스를 주변의 공기와 열교환하여 고온의 액냉매로 변화시키는 응축기(condenser), 저온의 액냉매로 변환하는 팽창밸브(expansion valve), 주변 공기와의 열교환에 의해 냉매를 기화시키는 증발기(evaporator)를 포함하고, 이들의 구동을 제어하기 위한 제어기(controller)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 압축기와 증발기에는 흡수되는 기화열에 의해 냉각된 공기나 실내의 열을 흡수한 고온의 열을 외부로 배출시키는 송풍팬을 구비하고 있다.
이러한 통상의 공조기는 차갑게 냉각된 증발기의 표면에 공기 중의 수분이 응축되어 실내의 제습(除濕)이 동시에 이루어진다. 그러나 장마철 등과 같이 고온다습한 절기에는 증발기에서 이루어지는 제습 기능만으로는 제습이 충분히 이루어지지 않음으로 제습을 위한 별도의 제습기능을 구비하고 있다.
이러한 제습기능을 구비한 공조기와 관련된 기술로는 특허문헌 1 및 2를 비롯하여 다양한 것이 있다.
특허문헌 1은 압축기와, 실외 열교환기와, 냉/난방용 팽창장치와, 실내 열교환기 및 냉매의 유로를 가변시키는 유로절환밸브를 포함하여 구성된 공기조화기에 있어서, 상기 실내 열교환기는 제습 운전시 냉매를 실내공기와 열교환시켜 각각 응축 및 증발시키는 제1,2실내 열교환기로 이루어지고, 제1,2실내 열교환기 사이의 냉매관과 병렬 연결되도록 설치되어 냉/난방 운전시 냉매를 감압시키지 않도록 개도값이 조절되고, 제습 운전시 상기 제1실내 열교환기를 통과하여 상기 제2실내 열교환기로 유입되기 전 냉매를 감압시키는 동시에 유량을 조절하도록 개도값이 조절되는 제습용 전자팽창밸브가 더 설치된 것이고,
특허문헌 2는 실내의 공기가 유입되도록 일단부에 유입구가 형성되고, 유입된 공기가 실내로 다시 배출되도록 배출구가 형성된 유니트와; 유입구를 통해 유입된 공기가 유니트의 내부 유입구 측에 설치되는 제습용 쿨링코일과, 제습용 재열코일을 통해 제습된 공기로 변환시키는 제습장치와; 유니트의 내부에 설치되되, 하절기시, 상기 제습장치를 통과한 공기를 냉각시키는 쿨링과; 유니트의 내부에 설치되되, 동절기시, 유입된 실내 공기를 가열시키는 히트겸용코일과; 유니트의 내부에 설치되되, 상기 히트코일을 통과한 공기를 외부에서 관을 통해 전달된 가습수를 증발시켜 습도를 조절하는 가습기와; 유니트의 내부 배출구 측에 설치되되, 장치들을 통과한 공기를 배출구를 통해 배출시키는 송풍기;를 포함하여 구성되는 것이다.
이러한 종래의 공조기는 주거용 주택이나 사무실에 설치되어 냉.난방의 기능을 수행할 수 있다.
그러나 반도체, 전자, 제약, 화학, 섬유, 제지, 펄프 등의 한 각종 산업제조분야에서 생산제품의 품질을 향상시키고 제품의 불량률을 방지하기 위하여 제품의 특성에 따라 생산 공장내부를 일정한 온습도의 범위로 유지하는 것이 중요하며, 이러한 시설은 정밀하게 온도와 습도가 제어되어야 하며, 이를 위해 냉방용 공조기와 난방용 공조기를 모두 구비한 항온항습실용 공기조화기를 설치하여 냉방 중에도 습도를 맞추기 위해 난방용 공조기를 작동시키고 있다.
일반적인 냉방시 냉방운전만으로 일정온도를 유지하고 냉방에 의한 제습효과는 있지만 항온항습시설의 공조기에서 일정습도 이하로 제습하기 위해서는 이슬점 온도 이하로 냉방운전을 하며 실내 설정온도보다 낮아진 온도를 동시에 난방이 가동되면서 설정온도로 실내에 공급하게 되어진다 .
즉 냉방용 공조기를 구동시켜 온도를 설정 온도 이하로 낮추어 습도를 상대적으로 낮게 유지하면서 동시에 난방용 공조기를 구동시켜 냉방용 공조기에 의해 낮아진 온도를 높임과 동시에 높아진 습도도 낮춰 원하는 온도와 습도를 맞추고 있다.
이렇게 난방용과 냉방용 공조기를 동시에 구동시키기 위해서는 많은 에너지가 소요되는 단점이 있다.
또한 종래의 항온항습실용 공기조화기는 콘덴싱 유닛(condensing unit)과 에어 핸들링 유닛(air handling unit)이 분리되어 있으므로 이들이 많은 공간을 차지함으로 별도의 공간을 더 구비하여야 하고, 두 장치들 간의 연결을 위해 많은 자재가 소요됨은 물론, 더운 공기 또는 차가운 공기가 두 장치들 사이를 오가는 과정에서 열손실이 발생하는 문제가 있다.
1. 대한민국 특허공개 제2004-0063265호 2. 대한민국 특허등록 제0961935호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 냉방 사이클에 제습코일을 병렬로 연결하고 냉방시 발생된 열을 제습코일로 순환시켜 재활용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 콘덴싱 유닛(condensing unit)과 에어 핸들링 유닛(air handling unit)을 일체화하여 공조 장치가 차지하는 면적을 최소화시킬 수 있게 한 에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 에너지를 절감할 수 있는 항온항습실용 공기조화기는 항온 항습 시설에 설치되고, 실내온도를 높이기 위한 난방용 공조기와 실내온도를 낮추기 위한 냉방용 공조기로 구성되고, 공기의 온도를 조절하기 위한 콘덴싱 유닛과 공기의 흐름을 조절하는 에어 핸들링 유닛으로 이루어져 온도 및 습도를 조절하는 항온 항습 시설용 공기조화기에 있어서, 상기 냉방용 공조기의 일측에 냉매가 순환하는 제습코일을 설치하고, 압축기에 의해 고온/고압으로 압축된 냉매가 흐르는 냉각라인의 열을 제습코일로 순환시켜 냉방용 공조기의 실내용교환기에 의해 저습 저온으로 냉각된 공기를 가열하여 실내에 공급할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
상기 제습코일을 경유하는 냉매는 냉방라인을 흐르는 냉매의 일부일 수 있다.
또한, 상기 콘덴싱 유닛과 에어 핸들링 유닛은 일체화하여 냉매를 압축하는 압축기를 포함하는 압축모듈과, 냉매의 온기 또는 냉기를 실내에 공급하는 송풍기를 포함하는 송풍모듈 및 상기 송풍모듈의 송풍기에 의해 송풍되는 공기를 냉매의 열기 또는 냉기와 열교환하는 열교환코일을 포함하는 열교환모듈로 구성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기는 실내의 공기를 가열할 수 있는 제습코일을 냉방 라인에 연결하여 냉방시 발생된 열을 순환시켜 항온항습 시설 내부에 열을 공급할 수 있게 함으로써 항온 항습 시설에 구비된 난방용 공조기의 구동시간을 줄여 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공기의 온도를 조절하기 위한 콘덴싱유닛과 공기의 흐름을 조절하는 에어 핸들링 유닛이 일체로 구성됨으로써 공기조화기 전체의 크기를 축소하여 좁은 공간에도 설치할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기의 일예의 회로도
도 2는 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기의 일예의 평면도
도 3은 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기의 일예의 정면도
도 4는 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기의 공기 흐름도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 냉방라인에서 발생된 열을 재활용하여 제습에 사용함으로써 열효율을 상승시킨 에너지를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기는 통상의 항온 항습 시설에 설치되는 냉방용 공조기의 일측에 제습코일(10)을 설치하여 항온 항습시 필요한 열을 공급할 수 있게 하였다.
이러한 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기를 구비한 항온 항습 시설은 통상의 항온 항습 시설에 구비된 것과 동일하게 냉방용 공조기와 난방용 공조기를 구비하고 있다.
본 발명의 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기는 이러한 통상의 항온 항습 시설에 구비된 냉방용 공조기가 냉방을 위해 구동되는 동안 발생된 열을 이용하여 냉방용 공조기의 실내열교환기(13)를 통해 실내에 공급되는 건조한 찬 공기를 가열하여 적정 온도와 습도를 유지할 수 있게 하기 위한 것이다.
즉, 냉방용 공조기가 구동되는 동안에 발생된 열을 이용하여 제습코일(10)을 가열하고 이렇게 가열된 제습코일을 경유하여 공기가 공급되게 함으로써 기존의 난방용 공조기를 구동시킴에 의해 소요되는 에너지를 절감할 수 있게 한 것이다.
본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기는 제습코일(10) 및 이를 구동시킴에 필요한 구성요소를 제외하고는 통상의 냉방용 공조기와 동일하게 구성되어 있으며, 이는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 냉매를 고온/고압으로 압축시키는 압축기(compressor)(11), 고온/고압으로 압축된 냉매가스를 주변의 공기와 열교환하여 고온의 액냉매로 변화시키는 실외열교환기(condenser)(12), 저온의 액냉매로 변환하는 팽창밸브(expansion valve)(Vec), 주변 공기와의 열교환에 의해 냉매를 기화시켜 실내에 찬 공기를 공급하는 실내열교환기(evaporator)(13) 및 이들의 구동을 제어하기 위한 제어기(controller)(미도시)를 포함하고 있으며, 각각의 열교환기(12, 13)에는 송풍기를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 항온항습 시설용 공기조화기는 위와 같이 구성된 냉방용 공조기의 일측, 바람직하게는 실내열교환기(13)의 일측에 상기한 제습코일(10)을 구비하고 있어 실내열교환기(13)에 의해 차갑고 저습하게 열교환된 공기를 가열하여 적정 온도와 습도를 갖는 공기를 실내에 공급하는 것이다.
상기 제습코일(10)은 압축기(10)에 의해 고온/고압으로 압축된 냉매가 흐르는 냉각라인(Lc)의 열을 이용하여 가열된다.
이렇게 제습코일(10)에 열을 공급하는 방법은 도 1에 도시한 바와 같이 냉방용 공조기의 냉매라인(Lc)의 냉매가 직접 제습코일(10)을 경유하여 흐르게 하는 것이다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이 냉방라인(Lc)의 냉매가 직접 제습코일(10)을 우회하여 흐르게 하는 방법은 압축기(11)의 후단에 우회라인(Ld)의 유입부를 연결하고 우회라인(LD)의 배출부는 냉각라인(Lc)상의 팽창밸브(Vec) 전단에 연결하여 공조기가 냉방 사이클로 운전하는 과정에 냉각라인을 따라 흐르는 냉매의 일부를 제습코일로 순환하게 하는 것이다.
이렇게 냉각라인(Lc)의 냉매가 제습코일(10)을 순환하게 할 경우, 제습코일(10)측으로 유입되는 냉매가 역으로 냉각라인으로 유입되는 것을 방지하기 위해 우회라인(Ld)에는 체크밸브(Vcc, Vcd)를 더 설치하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기는 도 4에 도시한 바와 같이 보조열교환기(400)를 더 설치하여 외부로 배출되는 공기 또는 실내에서 장치로 귀환되는 공기 중에 남아 있는 온기나 냉기를 흡수하여 재활용 할 수 있게 하였다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 항온항습 시설용 공기조화기는 전술한 바와 같이, 압축기(11), 송풍기를 구비한 실외열교환기(12), 팽창밸브(Vec), 송풍기를 구비한 실내열교환기(evaporator)(13)를 포함하고 있다.
통상적으로 공기조화기는 압축기와 팽찰밸브를 포함하여 구성되어 공기의 온도를 조절하기 위한 콘덴싱유닛과, 송풍기를 구비한 열교환기를 포함하여 구성되어 공기의 흐름을 조절하는 에어 핸들링 유닛으로 구분할 수 있고, 이러한 콘덴싱유닛과 에어 핸들링 유닛은 통상적으로 분리되어 따로 구성되어 있다. 이렇게 콘덴싱유닛과 에어 핸들링 유닛을 분리하여 구성할 경우 공기조호기가 차지하는 면적이 넓어져 공기조화기를 설치하는 데 많은 공간을 차지할 뿐만 아니라 콘덴싱유닛에서 가열 또는 냉각된 공기가 에어 핸들링 유닛으로 전달되는 과정에서 열 손실이 발생하여 열 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이에 본 발명은 콘덴싱유닛과 에어 핸들링 유닛를 일체화 하여 열손실을 줄였다.
즉, 본 발명에 따른 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 콘덴싱유닛과 에어 핸들링 유닛은 일체화하여 냉매를 압축하는 압축기와 팽창밸브를 포함하는 압축모듈(100)과, 냉매의 온기 또는 냉기를 실내에 공급하는 송풍기를 포함하는 송풍모듈(200) 및 상기 송풍모듈(200)의 송풍기에 의해 송풍되는 공기를 냉매의 열기 또는 냉기와 열교환하는 열교환코일을 포함하는 열교환모듈(300)를 일렬로 배치하여 일체화 하였다.
이렇게 구성된 공기조화기는 압축모듈(100)에서 압축 및 냉각 또는 가열된 냉매가 직접 열교환모듈(300)을 통과하여 공기를 냉각 또는 가열하고, 송풍모듈(300)에서 공그를 송풍하면, 공기가 열교환모듈에 구비된 열교환기를 통과하면서 냉기 또는 온기를 흡수한 상태로 송풍모듈을 경유하여 실내로 공급됨으로써 열효율을 높일 수 있다.
또한 도 4에 도시하고 상기에서 설명한 바와 같이, 열교환모듈로 공기가 귀환하는 귀환라인 상에 보조열교환기(400)를 설치하여 열교환모듈로 귀환하는 공기 중에 남아 있는 냉기 또는 온기로 열교환모듈을 예열 또는 보충함으로써 열효율을 더욱 상승시킬 수 있는 것이다.
상기 보조열교환기(400)는 도 4에 도시한 바와 같이 압축모듈(100로부터 배출되는 공기도 경유할 수 있게 함으로써 압축기를 포함하는 압축모듈의 구동시 발생된 열을 흡수하여 열교환모듈을 순환시킬 수 있게 하였다.
10: 제습코일 Ld: 우회라인 Ved: 히팅용팽창밸브
Vcc, Vcd: 체크밸브
11: 압축기
12: 실외열교환기
13: 실내열교환기
14: 액분리기
15: 유분리기
16: 수액기
Lc: 냉각라인
100: 압축모듈
200: 송풍모듈 300: 열교환모듈

Claims (3)

  1. 항온 항습 시설에 설치되고, 실내온도를 높이기 위한 난방용 공조기와 실내온도를 낮추기 위한 냉방용 공조기로 구성되고, 공기의 온도를 조절하기 위한 콘덴싱유닛과 공기의 흐름을 조절하는 에어 핸들링 유닛으로 이루어져 온도 및 습도를 조절하는 항온 항습 시설용 공기조화기에 있어서,
    상기 냉방용 공조기의 일측에 냉매가 순환하는 제습코일(10)을 설치하고, 압축기(10)에 의해 고온/고압으로 압축된 냉매가 흐르는 냉각라인(Lc)의 열을 제습코일(10)로 순환시켜 냉방용 공조기의 실내용교환기(13)에 의해 저습 저온으로 냉각된 공기를 가열하여 실내에 공급할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제습코일(10)을 경유하는 냉매는 냉방라인(Lc)을 흐르는 냉매인 것을 특징으로 하는 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 콘덴싱유닛과 에어 핸들링 유닛은 일체화하여 냉매를 압축하는 압축기를 포함하는 압축모듈(100)과, 냉매의 온기 또는 냉기를 실내에 공급하는 송풍기를 포함하는 송풍모듈(20) 및 상기 송풍모듈(200)의 송풍기에 의해 송풍되는 공기를 냉매의 열기 또는 냉기와 열교환하는 열교환코일을 포함하는 열교환모듈(300)로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지를 절감할 수 있는 항온항습 시설용 공기조화기.
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