KR20180024954A - 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기에 관한 것으로, 그 목적은 실내의 제실자가 사용한 공기를 재생하고 세척하여 다시 사용하게 함으로써 외기 도입량을 줄여 에너지 절약을 하며, 날로 악화되는 환경에 대응하여 적은 비용으로 제실자의 건강을 유지할 수 있는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 구성은 실내의 공기를 회수하여 처리 후 다시 실내로 공급하는 실내공기 순환수단과 저온에서 탄산가스 용해도가 고온에서의 용해도보다 높고, 상온에서 액체 상태인 용매를 순환시키는 용매 순환 수단을 포함하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기에 있어서; 상기 실내공기 순환수단은 실내에서 사용된 공기를 회수하는 실내 공기 회수부와 회수된 공기내의 CO2를 상기 용매에 용해시키는 CO2 용해부 및 상기 CO2 용해부에서 처리된 공기를 실내로 공급하는 실내 공기 공급부로 이루어지고; 상기 용매 순환 수단은 탄산가스 용해도를 높이기 위하여 용매의 온도를 낮추는 용매 냉각부와 상기 용매 냉각부에서 냉각된 용매를 CO2 용해부에 공급하는 용매 공급부, 상기 CO2 용해부에 설치되어 공급된 용매가 공기에 노출되는 표면적을 넓게 하여 탄산가스의 용해를 용이하게 하는 용매 접촉면적 증가 수단과, 상기 CO2 용해부에서 CO2가 용해된 용매를 수집하는 용매수집부와 수집된 용매를 저장하는 용매 저장부 및 용매 저장부에 저장되는 용매를 가열하는 용매 가열부 및 가열에 의해 용매중에서 방출되는 CO2를 배출하는 CO2 배출부로 이루어진 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기를 발명의 특징으로 한다.

Description

공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기{Air handling apparatus with function for recycling and washing air }

본 발명은 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내의 재실자로부터 발생하는 CO2를 제거하여 실내로 다시 공급하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 사무실 등 거주 공간에는 재실자의 호흡으로 인하여 CO2가 발생하고, 이 CO2의 분압이 어느 정도 높아지면 재실자가 불쾌감을 느끼게 되고, 더 심해지면 질병을 일으키게 된다.

따라서 수시로 창문을 열거나 특허문헌2와 같이 공기조화기를 가동하여 실내공기를 배출하고 외기를 도입하는데, 실내공기에는 에너지가 포함되어 있어 환기로 인하여 에너지가 낭비되고 있다.

그러므로 등록특허공보 제1613569호에서는 배기관과 급기관 사이에 배기분기관과 급기분기관을 형성하여 배기관과 급기관을 동시에 배기 또는 급기에 이용할 수 있는 전열교환기를 사용하여 환기로 배출되는 에너지를 절약하고 있으며,

등록특허공보 제1301046호에서는 실내로부터 반환되는 공기의 온도와 외기의 온도에 따라서 배기부를 통한 배기의 유량과, 외기부를 통한 외기의 유입량을 자동으로 조절하여 공기조화기로 유입되는 공기의 온도변화를 최소화하고, 더불어 환기챔버와 급기챔버의 압력차에 따라서 송풍팬을 적절하게 제어하여 두 챔버의 압력을 균일하게 유지할 수 있도록 하여 에너지를 절약하고 있다.

그러나 이러한 종래의 공기조화방법은 환기로 배출되는 에너지를 회수하는 것일 뿐 근본적으로 환기 회수를 저감할 수는 없는 문제점이 있고, 환기되는 외기 또한 환경의 악화에 따라 미세먼지가 포함되거나, 병원 등 장소에 따라서는 세균이 포함되어 있어 도입 외기를 필터링하는 등 환기에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

등록특허공보 제1613569호(2016.04,29일 공고) 등록특허공보 제1301046호(2013.08,22일 공고)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실내의 재실자가 사용한 공기를 재생하고 세척하여 다시 사용하게 함으로써 외기 도입량을 줄여 에너지 절약을 하며, 날로 악화되는 환경에 대응하여 적은 비용으로 재실자의 건강을 유지할 수 있는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실내의 공기를 회수하여 처리 후 다시 실내로 공급하는 실내공기 순환수단과 저온에서 탄산가스 용해도가 고온에서의 용해도보다 높고, 상온에서 액체 상태인 용매를 순환시키는 용매 순환 수단을 포함하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기에 있어서;

상기 실내공기 순환수단은 실내에서 사용된 공기를 회수하는 실내 공기 회수부와 회수된 공기내의 CO2를 상기 용매에 용해시키는 CO2 용해부 및 상기 CO2 용해부에서 처리된 공기를 실내로 공급하는 실내 공기 공급부로 이루어지고;

상기 용매 순환 수단은 탄산가스 용해도를 높이기 위하여 용매의 온도를 낮추는 용매 냉각부와 상기 용매 냉각부에서 냉각된 용매를 CO2 용해부에 공급하는 용매 공급부, 상기 CO2 용해부에 설치되어 공급된 용매가 공기에 노출되는 표면적을 넓게 하여 탄산가스의 용해를 용이하게 하는 용매 접촉면적 증가 수단과, 상기 CO2 용해부에서 CO2가 용해된 용매를 수집하는 용매수집부와 수집된 용매를 저장하는 용매 저장부 및 용매 저장부에 저장되는 용매를 가열하는 용매 가열부 및 가열에 의해 용매중에서 방출되는 CO2를 배출하는 CO2 배출부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편 상기 용매 냉각부와 용매 가열부는 냉매압축기와 팽창밸브를 구비하는 냉동사이클의 일부가 되되, 상기 냉동사이클에서의 기체 상태의 냉매는 압축기(51)에 의하여 고온 고압으로 압축된 후 용매가열부(37)를 경유하여 팽창밸브(55)에 도입되고, 상기 팽창밸브(55)에 의하여 팽창된 기체 상태의 냉매는 용매냉각부(38)를 경유하여 기체상태가 된 후 압축기로 도입되는 싸이클을 형성하도록 구성될 수 있다.

한편 본 발명에는 외기를 도입하는 외기도입부를 더 포함하고, 외기도입부로 도입된 외기가 실내에서 회수된 공기와 혼합되도록 구성될 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 실내에서 리턴되는 공기에 포함된 CO2를 제거하고, 외부공기로부터 흡입되는 먼지 등 유해물질을 제거하여 신선한 공기를 실내로 공급하여 실내를 쾌적한 환경으로 유지할 수 있으며, 환기회수를 줄이게 되어 에너지 절약에 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한, 용매 냉각부와 용매 가열부는 냉매압축기와 팽창밸브를 구비하는 냉동사이클의 일부가 되도록 구성함으로써 냉각과 가열에 필요한 에너지를 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 실외공기에 포함되어 있는 미세먼지나 세균을 세척 제거하여 외기를 공급하므로써 재실환경을 개선하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 세척 및 재생 장치의 주요 구성을 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 세척 및 재생 장치의 정상운전 시의 냉매 흐름을 보인 회로도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기의 개략 구조도이고, 도 2은 본 발명에 CO2 제거 운전시의 냉매 흐름을 보인 회로도이다.

먼저 도 1을 설명하면 도시된 바와 같이 본 발명은 실내의 공기를 회수하여 처리 후 다시 실내로 공급하는 실내공기 순환수단을 구비하는데, 상기 실내공기 순환수단은 실내에서 사용된 공기를 회수하는 실내 공기 회수부와 회수된 공기내의 CO2를 상기 용매에 용해시키도록 공조기케이스(10) 내부에 설치된 CO2 용해부(30) 및 상기 CO2 용해부(30)에서 처리된 공기를 실내로 공급하는 실내 공기 공급부로 이루어진다.

이때 실내 공기 회수부는 실내공기덕트, 리턴팬(61)으로 이루어지고, 실내공기덕트에 흐르는 공기는 통상과 같이 실내공기덕트에 부착된 댐퍼(55)와 리턴팬(61)에 의해 그 양이 조절되어 CO2 용해부(30)로 도입된다.

한편 본 발명에는 외기를 도입하는 외기도입부를 더 포함할 수 있는데 외기도입부는 외기공기덕트로 이루어지고, 외기공기덕트(51)에 흐르는 공기는 실내 공기 회수부와 같이 외기공기덕트에 부착된 댐퍼(56)와 리턴팬(61)에 의해 도입되는 양이 제어되어 실내에서 회수된 공기와 혼합된다.

CO2 용해부(30)에 도입된 공기는 용매와 접하게 되어 공기중에 포함된 CO2가 용매에 녹게 되므로 CO2의 농도가 낮아지게 되고, 미세먼지나 세균이 용매에 의해 세척되어 제거된다.

용매는 온도변화에 따라 CO2 용해도가 변화하는 물질로서 대표적으로는 물을 들 수 있는데, 물은 대기압 하에서 2℃에서는 0.3091 g/100 g 의 용해도를 즉 물 100g 당 CO2 0.3091 g이 녹는 데에 비하여 40℃에서는 0.0973 g/100 g 즉 물 100g 당 CO2 0.0973g이 녹는 차이가 있다. 따라서 5℃에서 CO2 가 100% 용해된 물을 40℃로 가열하면 물 100g 당 0. 211 g 의 CO2를 제거할 수 있게 된다.

이렇게 CO2와 미세먼지 및 세균이 제거된 공기는 공급휀(62), 공급덕트(53) 등으로 이루어진 실내 공기 공급부에 의하여 실내로 공급된다.

한편 용매 순환 수단은 탄산가스 용해도를 높이기 위하여 용매의 온도를 낮추는 용매 냉각부(38)와 상기 용매 냉각부(38)에서 냉각된 용매를 CO2 용해부(30)에 공급하는 펌프(P) 및 공급배관을 포함하는 용매 공급부와, 상기 CO2 용해부(30)에 설치되어 공급된 용매가 공기에 노출되는 표면적을 넓게 하여 탄산가스의 용해를 용이하게 하는 용매 접촉면적 증가 수단으로서의 노즐(33)과, 상기 CO2 용해부(30)에서 CO2가 용해된 용매를 수집하는 용매 수집부(39)와 용매를 저장하는 용매 저장부(34) 및 용매 가열부(36)에 저장되는 용매를 가열하는 용매 가열코일(37) 및 가열에 의해 용매중에서 방출되는 CO2를 배출하는 CO2 배출부(43)로 이루어진다.

또 다른 실시예로서 공기 유동로가 형성된 매체위에 액체를 분사하는 용매 접촉면적 증가 수단을 구비할 수 있는데 상세하게는 도 3 내지 4도에 기재된 바와 같이 용매액을 수용하는 용매 매체로 작용하는 실내로 공급되는 공기를 냉각하는 냉각핀(24)에 용매를 흐르게 한다. 이때 냉각핀(24)은 용매액을 수용하도록 일정한 깊이를 갖도록 하고, 일정 높이에 토출구(28)이 형성된 용매 공급파이프(25)를 통하여 냉각핀(24)에 용매를 공급하고, 공급된 용매는 공기와 접촉하여 CO2와 미세먼지 및 세균이 제거된 후 일정 높이에 배출구(29)이 형성된 용매 배출파이프(26)를 통하거나 아래쪽의 냉각핀(24)로 흘러 용매 수집부인 수집팬(27)으로 수집된 후 용매 저장부(34)로 모이게 된다.

이렇게 CO2 용해부(30) 내로 도입된 공기는 노즐(33)에 의하여 분무되는 용매에 의하여 세척과정을 거치게 되는데 이때 분무되는 용매는 용매 냉각부(38)에 의하여 저온으로 냉각되어 있으므로 CO2 용해도가 높아 CO2가 쉽게 용해되고 공기 속에 섞여 있는 미세먼지가 응집된 세척냉매 상태로 되는데, 이러한 세척냉매는 하단의 용매수집부(39)으로 모여져 수집배관(31)을 거쳐 용매저장부(34)로 모여지게 된다.

한편 노즐에 의해 분무된 용매에 의하여 세척된 공기에는 용매 입자가 포함되어 있으므로 엘리미네이터(20)를 거쳐 용매 방울을 제거한 후에 공기 냉각코일(21) 또는 공기 가열코일(23)로 보내져 소정의 온도로 냉각되거나 가열되어 공급휀(62)에 의하여 공급덕트(53)를 통하여 실내로 공급하게 되고 실내에 공급된 공기는 다시 배출되어 싸이클을 이루게 된다.

바람직하게는 용매저장부(34)에는 필터(35)가 설치되어 세척용매 속에 포함되어 있는 먼지 등 유해 물질을 거르게 된다.

필터(35)에 의해 먼지 등 유해 물질이 걸러진 세척용매는 용매가열코일(37)에 의하여 가열되게 되는데 가열과정에서 배출수의 온도가 올라가므로 CO2 용해도가 낮아져 세척수내에 용해되어 있던 CO2가 배출되어 CO2 배출부(43)를 통하여 외부로 배출된다.

한편 세척용매 속에 포함되어 있는 먼지 등 유해 물질의 농도가 어느 정도 높아지면 드레인 밸브(41)를 열어 외부로 배출하며, 이러한 배출과정에서 세척냉매에 포함되어 있던 먼지 등 유해 물질이 함께 배출되어 청정한 냉매가 된다.

가열에 의해 CO2를 배출한 세척수는 용매 냉각부(38)에 의하여 저온으로 냉각된 후에 노즐(33)에 다시 공급된다.

미설명 부호 42는 용매공급펌프이다.

도 2은 본 발명에 CO2 제거 운전시의 냉매의 흐름을 보인 회로도이다.

본 실시예에서는 냉방이 되는 공조기에 채택된 상태를 기준으로 설명한다.

도2에 도시된 회로도에서 기체 상태의 냉매는 압축기(51)에 의하여 고온 고압으로 압축되는데 이중 일부의 냉매는 3웨이 밸브(52)에 의하여 분지되어 용매가열부(37)를 경유하여 응축기(54)로 흘러가는 회로를 구성하므로 수집탱크 내의 액체를 가열한 후에 나머지 냉매와 합쳐져서 응축기(54)에서 응축되어 고압의 액체로 변하게 된다.

고압의 액체는 팽창밸브(55)에 의하여 팽창되는데 이중 일부의 냉매는 3웨이 밸브(53)에 의하여 분지되어 용매냉각부(38)를 경유하여 증발기(56)로 흘러가는 회로를 구성하므로 배관 내의 액체를 냉각하게 되고, 냉각한 후에 나머지 냉매와 합쳐져서 증발기(56)에서 증발되어 저압의 기체로 변하게 되며, 다시 압축기(51)에 의하여 압축되는 싸이클을 형성하게 된다.

본 실시예에서는 액체의 냉각, 가열을 공조를 한대의 압축기와 3웨이 밸브(52, 53)를 이용하는 시스템을 설명하고 있으나 압축기(51) 용매가열부(37), 팽창밸브(55), 용매냉각부(38)로 이루어지는 회로와 별도의 압축기 응축기 팽창밸브, 증발기를 구비하는 회로를 각각 별도로 구비할 수도 있다.

본 발명은 내부 공기를 재생하여 사용하고, 외부공기로부터 흡입되는 먼지등 유해물질을 제거하므로 적은 환기회수로도 실내를 쾌적한 환경으로 유지할 수 있으며, 에너지 절약에 기여할 수 있다.

또한 CO2의 용해도를 높이기 위한 냉매의 냉각과 세척냉매에 포한된 CO2를 제거하기 위한 가열의 열원을 냉동싸이클을 이용하여 행하므로 에너지 절약에 기여할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(30) : CO2 용해부
(33) : 노즐
(38) : 용매 냉각부
(34) : 용매 저장부
(37) : 용매 가열부
(43) : CO2 배출부
(51) : 압축기
(55) : 팽창밸브

Claims (5)

1. 실내의 공기를 회수하여 처리 후 다시 실내로 공급하는 실내공기 순환수단과 저온에서 탄산가스 용해도가 고온에서의 용해도보다 높고, 상온에서 액체 상태인 용매를 순환시키는 용매 순환 수단을 포함하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기에 있어서;
   상기 실내공기 순환수단은 실내에서 사용된 공기를 회수하는 실내 공기 회수부와 회수된 공기내의 CO2를 상기 용매에 용해시키는 CO2 용해부 및 상기 CO2 용해부에서 처리된 공기를 공기 냉각코일(21) 또는 공기 가열코일(23)로 소정의 온도로 냉각되거나 가열하여 실내로 공급하는 실내 공기 공급부로 이루어지는 공기 순환 싸이클을 형성하고;
   상기 용매 순환 수단은 탄산가스 용해도를 높이기 위하여 용매의 온도를 낮추는 용매 냉각부와 상기 용매 냉각부에서 냉각된 용매를 CO2 용해부에 공급하는 용매 공급부, 상기 CO2 용해부에 설치되어 공급된 용매가 공기에 노출되는 표면적을 넓게 하여 탄산가스의 용해를 용이하게 하는 용매 접촉면적 증가 수단과, 상기 CO2 용해부에서 CO2가 용해된 용매를 수집하는 용매수집부와 수집된 용매를 저장하는 용매 저장부 및 용매 저장부에 저장되는 용매를 가열하는 용매 가열부 및 가열에 의해 용매중에서 방출되는 CO2를 배출하는 CO2 배출부로 이루어지는 공기 순환 싸이클을 형성하며,
   상기 용매 냉각부와 용매 가열부는 냉매압축기와 팽창밸브를 구비하는 냉동사이클의 일부가 되되, 상기 냉동사이클에서의 기체 상태의 냉매는 압축기(51)에 의하여 고온 고압으로 압축된 후 용매가열부(37)를 경유하여 팽창밸브(55)에 도입되고, 상기 팽창밸브(55)에 의하여 팽창된 기체 상태의 냉매는 용매냉각부(38)를 경유하여 기체상태가 된 후 압축기로 도입되는 싸이클을 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용매 접촉면적 증가 수단은 CO2 용해부에 흐르는 공기에 용매를 분사하는 노즐인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 용매 접촉면적 증가 수단은 용매액이 도포되거나 용매액을 수용하는 용매 매체인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기.
4. 청구항 3에 있어서,
   용매 매체는 실내로 공급되는 공기를 냉각하는 냉각핀인 것을 특징으로 하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기.
5. 청구항 1에 있어서,
   외기를 도입하는 외기도입부를 더 포함하고, 외기도입부로 도입된 외기가 실내에서 회수된 공기와 혼합되는 것을 특징으로 하는 공기 재생 및 세척 기능을 구비한 공기조화기.

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