KR20230009685A - 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체 조습제의 특성을 활용하면서도 급기/배기가 혼합되지 않는 청정환기장치를 제공하는 것으로, 일실시예에서 실내급기부, 실내배기부, 실외급기부, 실외배기부, 및 상기 실내급기부 및 실외배기부로의 공기흐름 경로 상에 배치되는 팬을 포함하는 청정환기장치로서, 상기 실내배기부에서 상기 실외배기부로 흐르는 공기 흐름 경로상에 배치된 제 1 기액 접촉 셀부; 상기 실외급기부에서 상기 실내급기부로 흐르는 공기 흐름 경로상에 배치된 제 2 기액 접촉 셀부; 및 상기 제 1 기액 접촉 셀부와 상기 제 2 기액 접촉 셀부를 연결하는 액체 통로를 더 포함하며, 상기 제 1 기액 접촉 셀부와 상기 제 2 기액 접촉 셀부는 통과하는 공기와 접촉하는 액체조습제를 포함하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치를 제공한다.

Description

액체 조습제를 사용하는 청정환기장치{Air cleaning and ventilating system using liquid moisture controlling agent}
본 발명은 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치에 대한 것으로 청정환기장치를 통과하는 공기 흐름과 액체 조습제가 접촉하는 기액 접촉 셀을 포함하는 청정환기장치에 대한 것이다.
도 1 에는 종래의 청정환기장치의 개략도가 도시되어 있다. 도 1(a) 에는 실내배기부(11), 실외배기부(21), 실내급기부(12), 실내배기부(22)를 포함하는 청정환기장치(1)가 개시되어 있으며, 상기 청정환기장치(1)는 배기측 공기 흐름과 급기측 공기 흐름에 걸쳐서 배치되는 제습로터(40), 급기측 공기 흐름에서 상기 제습 로터 후방에 배치되는 필터(50) 및 각 공기 흐름을 형성하는 팬(31, 32)을 포함한다.
도 1(b)에는 실내배기부(11), 실외배기부(21), 실내급기부(12), 실내배기부(22)를 포함하는 청정환기장치(1)가 개시되어 있으며, 상기 청정환기장치(1)는 배기측 공기 흐름과 급기측 공기 흐름이 전열교환기(41)에서 교차하며, 전열교환기(41)의 후방에 배치되는 필터(50) 및 각 공기 흐름을 형성하는 팬(31, 32)을 포함한다.
도 1(a)와 같은 제습로터식의 경우에 대형 시설로 소형화가 어려우며, 재생에 소비되는 고온의 재생열이 소요되어 효율에 한계가 있고, 제습만 가능하여 전열교환기로 한계가 있으며, 처리측과 재생측의 완전한 분리가 어려워 급기와 배기의 일부가 혼합되어 열교환기로서의 성능, 기능 교차 오염에 의한 신선외기의 오염과 제습로터의 성능저하에 따른 주기적인 교체가 필요하다는 문제가 있다.
도 1(b)의 경우에도 전열교환기의 경우에 기계적 강도가 양하여 수명이 짧고, 전열 교환기에 수분에 의한 곰팡이 세균등의 병원균의 번식과 동절기의 실내외 큰 온도차에 의한 결로와 영하의 외기에 의한 수분이 동결되는 등의 문제가 있어 이용에 제한이 있다. 수분의 물질 교환을 위하여 사용되는 종이등의 열교환 소재의 수분이동과 공기가 같이 누기되어 처리측과 재생측의 완전한 분리가 어려워 급기와 배기가 일부 혼합되며 열교환기로서의 성능, 기능 교차 오염에 의한 신선외기의 오염과 제습로터의 성능저하에 따른 주기적인 교체가 필요하다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체 조습제의 특성을 활용하면서도 급기/배기가 혼합되지 않는 청정환기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 일실시예에서 실내급기부, 실내배기부, 실외급기부, 실외배기부, 및 상기 실내급기부 및 실외배기부로의 공기흐름 경로 상에 배치되는 팬을 포함하는 청정환기장치로서, 상기 실내배기부에서 상기 실외배기부로 흐르는 공기 흐름 경로상에 배치된 제 1 기액 접촉 셀부; 상기 실외급기부에서 상기 실내급기부로 흐르는 공기 흐름 경로상에 배치된 제 2 기액 접촉 셀부; 및 상기 제 1 기액 접촉 셀부와 상기 제 2 기액 접촉 셀부를 연결하는 액체 통로를 더 포함하며, 상기 제 1 기액 접촉 셀부와 상기 제 2 기액 접촉 셀부는 통과하는 공기와 접촉하는 액체조습제를 포함하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 기액 접촉 셀부는 공기 흐름 경로 상에 배치되는 기액 접촉 구조; 및 상기 기액 접촉 구조 하부에 배치되는 액체 탱크; 를 포함하며, 상기 액체 통로는 상기 액체 탱크와 연결되며, 상기 액체 통로 상에 펌프가 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 기액 접촉 셀부는 상부에 상기 펌프를 통과한 액체가 공급되는 공급 자켓을 포함하며, 상기 기액 접촉 구조는 적어도 액체의 자중에 의해서 액체가 이동되게 상하방향으로 연장된 구조를 가지며, 상기 기액 접촉 구조는 상기 액체 탱크 내부까지 연장하는 길이를 가질 수 있다.
일실시예에서, 상기 실외배기부 및 상기 실외급기부에 배치되는 댐퍼; 및 상기 실내배기부로 유입된 공기가 상기 제 1 기액 접촉 셀부 또는 제 2 기액 접촉 셀부를 통과한 후 상기 실내급기부로 배출되도록 내부 공기 흐름의 조절하는 내부 댐퍼;를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 실외배기부 및 상기 실외급기부에 배치되는 댐퍼; 상기 액체 탱크에 배치된 수위 감지 센서; 및 상기 액체 탱크에 연결된 물공급부;를 더 포함하며, 상기 물공급부, 상기 수위 감지 센서, 상기 댐퍼, 상기 팬 및 상기 펌프에 연결된 제어부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 기액 접촉 셀부는 상부에 상기 펌프를 통과한 액체가 공급되는 공급 자켓을 포함하며, 상기 기액 접촉 구조는 적어도 액체의 자중에 의해서 액체가 이동되게 상하방향으로 연장된 구조를 가지며, 상기 제어부는 상기 기액 접촉 구조의 하부가 상기 액체 탱크에 저장된 액체 조습제에 잠기도록 상기 물공급부를 제어할 수 있다.
일실시예에서, 상기 펌프는 상기 제 1 기액 접촉 셀부의 액체 탱크와 상기 제 2 기액 접촉 셀부의 공급부를 연결하는 액체 통로 상에 배치되는 제 1 펌프와 상기 제 2 기액 접촉 셀부의 액체 탱크와 상기 제 1 기액 접촉 셀부의 공급부를 연결하는 액체 통로 상에 배치되는 제 2 펌프를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 기액 접촉 셀부는 상기 액체 공급 라인의 액체 공급관에 연결되며 상측에 배치되는 공급 자켓; 상기 공급 자켓의 하면에 배치되는 필터 패드; 및 상기 필터 패드에 연결된 기액 접촉 구조;를 포함하며, 상기 기액 접촉 구조는 상기 필터 패드를 통과한 액체가 통과하는 미세 공극을 포함하며, 상기 필터 패드와 상기 기액 접촉 구조는 모세관 현상 및 막투과 방식으로 상기 기액 접촉 구조의 표면에 상기 액체막이 형성될 수 있다.
일실시예에서, 상기 액체 조습제는 LiCl 을 포함할 수 있으며, 상기 액체 탱크 혹은 상기 액체 통로 상에는 온도 조절부가 배치될 수 있다.
본 발명은 위와 같은 구성을 통하여 액체식 조습제의 특성을 활용하면서도 급기/배기가 혼합되지 않는 청정환기장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 종래의 청정환기장치의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 청정환기장치의 개략도이다.
도 3 및 4 는 도 2 의 청정환기장치의 측면 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 기액 접촉 셀부의 개략 사시도이다.
도 6 은 도 5 의 기액 접촉 셀부의 개략도이다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 기액 접촉 셀부에서 자켓을 제거한 사진이다.
도 8 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기액 접촉 셀부의 개략 사시도이다.
도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 청정환기장치의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 또한, 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2 내지 도 4에는 본 발명에 따른 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치의 개략도가 도시되어 있다. 구체적으로 도 2 에는 청정환기장치의 평면 개략도가, 도 3 에는 청정환기장치의 측면 개략도로 환기 모드에서 동작이 도시되어 있으며, 도 4 에는 청정환기장치의 측면 개략도로 청정 모드에서 동작이 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4 에서 보이듯이, 본 발명의 일실시예에 따른 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치(1)은 실내와 연결된 실내배기부(11), 실내급기부(12)와 실외와 연결된 실외배기부(21), 실외배기부(22)를 포함하며, 상기 실내배기부(11)와 상기 실외배기부(21) 사이에서 실외배기부(21)에 배기팬(31)이 인접 배치되며, 실외급기부(22)와 실내급기부(12) 사이에서 실내급기부(12)에 급기팬(32)이 인접 배치된다. 배기팬(31)이 가동되면 상기 실내배기부(11)와 실외배기부(21)를 통하여 실내 공기가 외부로 배출되며, 급기팬(32)이 가동되면 실외급기부(22)와 실내급기부(12)를 통하여 외부 공기가 실내로 공급된다. 이러한 공기흐름에서 실내로 유입되는 공기흐름과 실외로 배출되는 공기 흐름은 케이스(10)의 내벽(10a)에 의해서 서로 혼합되지 않을 수 있다.
도 2 에서 보이듯이, 청정환기장치(1)는 상기 실내배기부(11)와 배기팬(31) 사이 및 상기 실외급기부(22)와 급기팬(32) 사이에 각각 배치되는 기액 접촉 셀부(100)을 포함한다. 유입측에 배치된 기액 접촉 셀부(100)와 유출측에 배치된 기액 접촉 셀부(100)의 구조는 동일 혹은 유사하며, 유입 및 유출측 기액 접촉 셀부(100)로 액체를 공급하기 위하여 펌프(150)가 각각의 기액 접촉 셀부(100)에 연결된다. 유출측에 배치된 기액 접촉 셀부(100)를 제 1 기액 접촉 셀부(100)로, 유입측에 배치된 기액 접촉 셀부(100)를 제 2 기액 접촉 셀부(100)로 부를 수도 있다.
실내로 유입되는 공기흐름과 유입측 기액 접촉 셀부(100)에서 접촉한 액체는 펌프(150)를 통하여 실외로 배출되는 공기흐름과 접촉하는 유출측 기액 접촉 셀부(100)로 공급되며, 실외로 배출되는 공기흐름과 유출측 기액 접촉 셀부(100)에서 접촉한 액체는 펌프(150)를 통하여 유입측 기액 접촉 셀부(100)로 공급된다. 여기서 액체는 액체 조습제를 포함하며, 예를 들면 소정 농도의 LiCl 을 포함하는 수용액일 수 있다. 액체 조습제과 기액 접촉 셀부(100)에서 접촉하는 배출되는 공기는 온도와 습도가 조절되며, 그와 동시에 액체와 열교환하게 되며, 열교환된 액체는 반대쪽 기액 접촉 셀부(100)로 공급되어, 유입되는 공기의 온도와 습도를 조절하며 열교환하게 된다.
도 3 및 도 4 의 본 발명의 일실시예에 따른 청정환기장치(1)의 측면 개략도를 참고로 설명한다.
기액 접촉 셀부(100)는 유입측과 유출측 각각에 구비되며, 유입되는 공기와 접촉한 액체는 유출측으로, 유출되는 공기와 접촉한 액체는 유입측으로 공급되면서 순환된다. 기액 접촉 셀부(100)은 상부에 위치하며 반대측의 액체 탱크에서 공급된 액체가 유입되는 공급 자켓(110); 공급 자켓(110)의 하면에 배치되며, 공급 자켓(110)으로 공급된 액체를 일정하게 배출하게하는 필터 패드(120); 필터 패드(120)에 연결된 기액 접촉 구조(130); 및 기액 접촉 구조(130)를 통과한 액체가 수집되는 액체 탱크(140);를 포함한다.
공급 자켓(110)은 유입된 액체가 머무른 상태에서 하부에 배치된 기액 접촉 구조(130)로 일정하게 유출되도록 상면 및 측면은 액체가 통과할 수 없는 구조로 구성되며, 하면은 상기 필터 패드(120)가 배치된다. 필터 패드(120)는 모세관 혹은 막투과 방식으로 액체가 통과할 수 있는 재질로 구성된다. 상기 기액 접촉 구조(130)는 상기 필터 패드(120)를 통과한 액체가 통과하는 미세 공극을 포함하며, 상기 기액 접촉 구조(130)의 표면에 상기 액체막이 형성되게 구성된다. 기액 접촉 구조(130)의 하부(131)는 액체 탱크(140)의 액체에 잠길 수 있도록 액체 탱크(140)안쪽까지 연장된다.
액체 탱크(140)는 액체 통로, 물공급부(WS) 및 펌프(150)와 연결되며, 물공급부(WS)은 수도관 혹은 물탱크와 연결되며 액체 조습제의 농도를 조절할 수 있게 하며, 펌프(150)는 액체 탱크(140)에 수집된 액체를 반대쪽 공급 자켓(110)으로 공급한다. 각 기액 접촉 셀부(100)은 동일 높이로 배치되기 때문에 액체 탱크(140)는 반대측의 공급 자켓(110)보다 낮은 위치에 위치하므로 액체 탱크(140)의 액체를 반대측의 공급 자켓(110)으로 공급하기 위하여는 펌프(150)가 필수적이다. 본 발명의 실시예에서는 각 액체 탱크(140)에 펌프(150)가 각각 연결되나, 기액 접촉 셀부(100)의 높이를 다르게 하는 경우에 하나의 펌프(150) 만 배치되는 것도 가능하다.
액체 탱크(140)는 액체보다 비중이 가벼워 액체에 뜨는 재질의 다공성 매체, 예를 들면 스펀지를 포함할 수 있으며, 다공성 매체는 액체 탱크(140) 내부의 유동을 방지하여 탱크에서의 비말형성을 방지할 수 있으며, 혹시 있을 기액 접촉 기구(130)로부터의 물방울 낙하로 인한 추가 비말 형성을 차단한다.
유출측 공기 흐름에서 실내배기부(11)는 청정환기장치(1) 내부로 실내 공기가 유입되게 하는 구조로, 실내배기부(11)로 유입된 공기 흐름을 따라서, 배인(11a) 및 상기 배인(11a)의 후방에 연이어 배치되는 정류부(11b)를 포함한다. 실내배기부(11)는 실내와 연결되는데, 직접 연결되는 것으로 제한되는 것은 아니며, 다른 구조를 통과한 후 장치로 공급되게 연결된 것도 가능하다. 배인(11a)은 공기 흐름 방향을 따라서 단면적이 확장되는 구조로 공기의 회절이나 속도를 조절하기 위하여 사용되나, 다른 구조에 의해서 공기 회절이나 속도가 조절될 수 있다면, 생략하는 것도 가능하다. 정류부(11b)는 상기 기액 접촉 셀부(100)의 전방에 배치되며, 상기 기액 접촉 셀부(100)로 공급되는 공기가 일정한 속도와 분포를 가지게 와류를 정류되게 한다. 정류부(11b)의 구조는 일정 간격으로 배치되는 핀이나 격자로 구성될 수 있으며, 정류부(11b)에 의해서 공기가 정압손실 없이 상기 기액 접촉 셀부(100)에서 난류를 형성하지 않고 일정한 흐름을 가질 수 있으며, 그에 따라서, 상기 기액 접촉 셀부(100)을 통과하면서 기액 접촉 구조(130)의 액체 피막으로부터 비말이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
실외배기부(21)는 배기팬(31)의 후방에 배치되며, 내부에 댐퍼(21a)가 구비되어 배기팬(31)의 미가동시에 외부의 공기가 실외배기부(21)를 통하여 유입되는 것을 방지한다.
유입측 공기 흐름에서 실외급기부(22)는 청정환기장치(1) 내부로 외부 공기가 유입되게 하는 구조로, 급기팬(31)의 미가동시에 외부의 공기가 실외급기부(22)를 통하여 유입되는 것을 방지하는 댐퍼(22a)와 상기 실내배기부(11)와 유사하게 실외급기부(22)로 유입된 공기 흐름을 따라서 순차적으로 배치되는 배인(22b) 및 정류부(22c)를 포함한다. 실외급기부(22)는 외부와 연결되는데, 직접 연결되는 것으로 제한되는 것은 아니며, 다른 구조를 통과한 후 장치로 공급되게 연결된 것도 가능하다. 배인(22b)은 공기 흐름 방향을 따라서 단면적이 확장되는 구조로 공기의 속도를 조절하기 위하여 사용되나, 다른 구조에 의해서 공기 회절이나 속도가 조절될 수 있다면, 생략하는 것도 가능하다. 정류부(22c)는 상기 기액 접촉 셀부(100)의 전방에 배치되며, 상기 기액 접촉 셀부(100)로 공급되는 공기가 일정한 속도와 분포를 가지게 정류되게 한다. 정류부(22c)의 구조는 일정 간격으로 배치되는 핀이나 격자로 구성될 수 있으며, 정류부(22c)에 의해서 공기가 정압손실 없이 상기 기액 접촉 셀부(100)에서 난류를 형성하지 않고 일정한 흐름을 가질 수 있으며, 그에 따라서, 상기 기액 접촉 셀부(100)을 통과하면서 기액 접촉 구조(130)의 액체 피막으로부터 비말이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
도 3 및 도 4 에서 보이듯이, 청정환기장치(1)는 배기팬(31)과 상기 기액 접촉 셀부(100) 사이 및 기액 접촉 셀부(100)과 급기팬(32) 사이 각각에 배치되는 내부 댐퍼(61, 62)와 실외배기부(21) 및 실외급기부(22)에 각각 배치되는 댐퍼(21a, 22a)를 포함하여, 외부와의 공기흐름을 차단한 상태에서(댐퍼 21a, 22a 닫음), 내부 댐퍼(61, 62)를 개방하여 실내공기가 청정환기장치(1)를 순환하게 공기흐름을 형성하는 것도 가능하다. 내부 댐퍼(61, 62)의 경우에 도 3 및 도 4 에 도시된 위치 외에 다른 위치, 예를 들면 기액 접촉 셀부(100)와 실내배기부(11) 사이 및 실외급기부(22)와 기액 접촉 셀부(100) 사이 등 다양한 위치로 변경될 수 있으나, 청정 공기 흐름에서 적어도 한번은 기액 접촉 셀부(100)를 접촉하게 구성된다.
한편, 청정환기장치(1)는 제어부(200)를 포함하며, 제어부(200)는 CO2, VOCs, 미세먼지 등의 IAQ(Indoor Air Quality)를 포함하는 각종 센서 및 구동 부재에 연결되어 본 발명의 일실시예에 따른 청정환기장치(1)가 정상적으로 동작하도록 제어한다. 여기서 연결은 직접 연결만을 의미하는 것은 아니며, 무선 통신을 통한 연결 혹은 서버를 통하여 간접 연결되는 것도 포함한다. 청정환기장치(1)에는 복수의 센서가 구비될 수 있다. 도 3 및 4 에서 보이듯이, 청정환기장치(1)는 기액 접촉 셀부(100)의 전방 및 후방에 배치되는 압력 센서(71, 72), 액체 탱크(140) 내부에서 액체 탱크(140)의 수위를 측정하게 배치되는 수위 감지 센서(141), 및 펌프(150)의 전방 또는 후방에 배치되어 통과하는 액체의 유속 혹은 유량을 측정하는 유량 센서(151)를 포함한다.
제어부(200)는 청정환기장치(1)의 자동운전이 가능하며, 모드, 풍량, 습도, 온도를 제어함에 있어서, 실내에 배치된 CO2센서, 미세먼지. IAQ 등의 센서의 정보를 받아서 각 측정값의 우선순위를 고려할 수 있다.
제어부(200)는 상기 압력 센서(71, 72), 수위 감지 센서(141), 및 유량 센서(151)에 연결되며, 또한, 급기/배기팬(31, 32), 펌프(150), 댐퍼(21a, 22a) 및 내부 댐퍼(61, 62)에 연결되어, 청정환기장치(1)의 동작을 제어한다.
제어부(200)는 압력 센서(71, 72)를 통하여 기액 접촉 셀부(100)에서의 압력 손실을 측정하며, 공급되는 풍속을 조절한다. 제어부(200)는 압력 센서(71, 72)의 측정값에 근거하여 상기 팬(31, 32)을 제어할 수 있다.
특히, 제어부(200)는 압력 센서(71, 72), 유량 센서(151), 펌프(150) 및 팬(31,32)에 연결되어, 기액 접촉 셀부(100)에 일정한 액체막을 유지하게 하여, 비말이 발행되지 않도록 기체/액체 공급비를 조절한다. 액체와 기체간의 접촉작용 최적화를 위한 액체/기체 비율, 액기비 비율(sol (kg/h)/ air(kg/h))을 0.7 ~ 1.5 이내에서 기체의 종류와 액체의 종류에 따라 다르게 설정될 수 있다. 제어부(200)는 상기 범위의 액기비에서 기체와 액체의 종류에 따라서 목표치를 정하고, 그에 맞게 액체 공급량 및 기체 공급량을 조절한다. 이때, 제대로 공급되고 있는지를 상기 센서를 통하여 점검하면서 추종 제어한다.
제어부(200)는 기액 접촉 셀부(100)에서 풍속이 1.5㎧ ~ 2.5㎧ 범위가 되도록 팬(31, 32)을 제어한다. 기체의 풍속은 접촉 작용을 크게하나, 기체의 풍속이 높아지는 경우에 기액 접촉 셀부(100)의 액체막이 비산될 수 있다. 구체적으로, 1.5㎧ 미만에서는 액체의 표면장력을 극복하고 비산을 일으킬 수 없어 비산에는 유리하나 접촉작용이 미약하고 입자등의 질량물을 가속하여 액체와 충돌시킬 수 없고, 2.5㎧ 초과서는 접촉작용에 유리하지만, 액체의 표면평형을 깨트리고 접촉각을 크게하여 비산을 일으키기 쉬워 기액 접촉 셀부(100)에서는 사용하지 않는다.
제어부(200)는 상기 압력 센서(71, 72)를 통하여 기액 접촉 구조(130)의 압력 손실을 측정하는 것도 가능하다. 압력 손실의 측정은 팬 조절에 활용될 뿐만 아니라, 차압이 변화되는 경우에 기액 접촉 셀부(100)의 오염 및 액체막의 불균형을 예상할 수 있으므로, 사용자에게 알림을 주는 것도 가능하다.
한편, 제어부(200)는 청정환기장치(1)가 다양한 모드에서 동작될 수 있도록 하며, 자동으로 모드를 변경시킬 수도 있다. 환기 모드의 경우에 내부 댐퍼(61, 62)를 차단한 상태에서 댐퍼(21a, 22a)를 개방시키고, 팬(31, 32)을 구동시킨다. 이때, 배출되는 공기의 열 및/또는 수분을 기액 접촉 셀부(100)을 통하여 회수/배출하며, 유입되는 공기의 열 및/또는 수분을 기액 접촉 셀부(100)을 통하여 조절하도록 펌프(150)를 구동시킨다. 또한, 물공급부(WS)로부터 공급되는 물을 조절하여 액체에서 조습성분의 농도를 조절할 수 있으며, 농도의 조절에 의해서 기액 접촉 셀부(100)을 통과하는 기체의 습도를 조절할 수 있다.
반면에 청정 모드의 경우에 내부 댐퍼(61, 62)를 개방 상태에서 댐퍼(21a, 22a)를 차단시키고, 급기팬(32)만을 구동시킨다. 이때, 순환되는 공기의 수분을 기액 접촉 셀부(100)을 통하여 조절(가습 또는 제습)하며, 조습성분에 의해서 유해 성분의 살균이 이루어지며 액체에 의해서 먼지 등이 제거되도록 펌프(150)가 구동된다.
본 발명의 일실시예에 따른 청정환기장치(1)는 환기 모드, 청정 모드 외에 양압 모드, 혹은 음압 모드로 동작되는 것도 가능하다. 양압/음압 모드의 경우에 기본적으로 환기 모드와 동일하게 동작되는데, 제어부(200)가 각 기액 접촉 셀부(100) 전단에 배치된 압력 센서(71)의 신호를 받으면서 급기/배기팬(31, 32)의 회전 속도가 다르게 조절함으로써, 실내와 실외의 압력차를 구현할 수 있다. 양압 모드의 경우에는 실내의 압력이 더 높게 유지되도록 급기/배기팬(31, 32)을 동작시키며, 음압 모드의 경우에는 실내의 압력이 더 낮게 유지되도록 급기/배기팬(31, 32)을 동작시킨다.
도 5 내지 6 에는 본 발명의 실시예에서 사용되는 기액 접촉 셀부(100)의 구조가 도시되어 있다.
도 5 내지 6 에서 보이듯이, 기액 접촉 셀부(100)에서 액체 공급관(111)은 공급 자켓(110) 외부에서 내부로 수평 방향으로 연장하며, 액체가 액체 공급관(111)을 통하여 자켓(110)내부로 유입된다. 이렇게 공급되는 액체는 자켓 하부의 필터 부재(120)의 다공성 구조로 인한 모세관 현상, 막투과 및 자중에 의해서 하부에 연결된 기액 접촉 구조(130)로 흘러간다.
공급 자켓(110)은 주변으로 공기의 유로가 형성되지 않도록 기체 차폐를 위한 차폐제를 구비하여 하면의 필터 부재(120)를 제외한 다른 경로로는 액체가 유출되지 않게 실링될 수 있다.
기액 접촉 구조(130)는 표면에서 일정한 액체막 두께를 유지할 수 있다면 특정 구조에 제한되지 않는다. 기액 접촉 구조(130)에 상기 필터 부재(120)를 통하여 일정량의 액체를 공급해주는 경우에 일정한 액체막이 형성/유지될 수 있는 구조라면 적용가능하다. 이때, 액체막은 0.2~1.5mm 의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 액체막의 두께는 기액 접촉 셀부(100) 비표면에서의 접촉작용을 최적화하기 위한 기체와의 직접접촉하는 물질로서, 0.2mm 미만일 경우는 액체막 두께가 너무 작아서 표면의 액체량이 적어 접촉작용에 의한 물질교환 짧은 시간에 포화되어 접촉효율이 저하될 뿐만 아니라, 신선액체의 공급이 원활하지 않게 된다. 1.5mm 초과일 경우는 충분한 신선액체의 공급이 원활하여 물질교환이 용이하고 접촉작용이 극대화 될 수 있으나 액체막의 두께가 너무 두터워서 중력에 의한 자연낙하, 미세공극의 채움, 미세돌기의 채움 등의 모세관현상을 이용한 기액 접촉 셀부의 표면을 흐르는 액체의 유속을 통제할 수 없어, 자연낙하 폭포, 접촉각의 증대 등에 의한 액체의 비산을 유발하게 된다.
기액 접촉 구조(130)의 소재는 종이, 섬유, 부직포, 다공성 물질, 필터, 목재나 제올라이트, 그래핀 등의 천연물질, 화학물질이나 조직일 수 있으며, 해당 소재에 카본코팅, 제올라이트 코팅 등 친수성 표면 코팅을 할 수도 있다. 기액 접촉 구조(14)의 표면에는 미세구조의 돌기 요철, 모세관, 공극 등에 의하여 친수성 표면이 형성되고 그 친수성 미세 돌기나 요철 공극에는 액체가 채워지므로 평형접촉각은 매우 작아 60도 이하가 되어 기체에 의한 비산이나 수적의 발생 방지할 수 있다.
또한, 기액 접촉 구조(130)는 그 단부(131)가 액체 탱크(140)의 액체(F) 안쪽 까지 연장되므로, 액체 흐름의 단절이나 경사 등에 의한 낙차, 중력가속으로 인한 날림이나 수적, 폭포현상에 의한 기포 비산 등이 발생하지 않는다.
기액 접촉 구조(130)는 연직 방향으로 연장형성되는데, 연직 방향이 아니라 연직 방향에 대하여 경사진 방향으로 연장형성되는 것도 가능하다. 다만, 이 경우에도 경사각은 경사면을 따라서 액체가 표면을 따라서 타고 흐를 수 있는 정도에 제한된다.
기액 접촉 구조(130)는 수평 단면이 유선형 형상을 가지는 다공성 구조의 소재로 기둥형상으로 형성된다. 기액 접촉 구조(130)는 심지관이라고 할 수 있다. 심지관은 상하 방향으로 연장하며, 복수개가 필터 패드(120)의 하부에 복수의 열을 이루어 배치된다. 심지관은 복수의 열로 배치되며, 이웃하는 열에서 상기 심지관은 서로 엇갈려 배치된다. 심지관은 액체의 자유낙하흐름을 제어하며, 공기 흐름에 고른 접촉 효율을 얻을 수 있다. 이 실시예에서, 심지관의 수평 단면 형상은 대략 다이아몬드 형상이나, 이에 제한되는 것은 아니며 타원형, 원형, 각형등 공기흐름에 적합한 형상을 가질 수 있다.
도 7 에는 본 발명의 일실시예를 따른 기액 접촉 셀부(100)에서 자켓(110)이 제거된 사진이 개시되어 있다. 이 실시예에서, 상기 액체 공급관(111)은 공급 자켓(110)의 내부까지 연장하며, 공급 자켓(110)의 내부에서 일정 간격으로 구멍이 형성되어, 필터 부재(120)의 전 영역으로 고르게 액체를 공급할 수 있다. 필터 부재(120)의 하부에는 기액 접촉 구조(130)가 배치될 수 있다.
도 8 에는 기액 접촉 셀부(100)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 8 의 경우에 도 5 와 유사하게 기액 접촉 구조(130)는 수평 단면이 유선형 형상을 가지는 다공성 구조의 소재로 기둥형상으로 형성된다. 기액 접촉 구조(130)는 종이, 섬유, 부직포, 다공성 물질, 필터, 목재나 제올라이트, 그래핀 등의 천연물질, 화학물질이나 조직일 수 있으며, 심지관이라고 할 수 있다. 심지관은 상하 방향으로 연장하며, 복수개가 필터 패드(120)의 하부에 복수의 열을 이루어 배치된다. 심지관은 내부에 내관(131)이 형성되며, 필터 부재(120)를 통과한 액체는 내관(131)으로 공급되어 내관(131) 내벽을 따라 흐르면서 내관(131) 주변의 심지부로 모세관현상 혹은 공극 흡수 현상을 통하여 표면으로 이동되어 공기와 접촉하게 된다.
한국 절기에 따른 청정환기장치(1)의 동작은 다음과 같을 수 있다.
하절기: 냉방된 실내공기가 배기팬(31)에 의하여 장치로 들어오며, 장치내의 펌프(150)에 의해 유출측 기액 접촉 셀부(100)로 보내진 액체와 공기가 접촉하면서 공기의 현열은 액체와 열교환이 이루어져 액체가 냉각된다. 실내에 배치된 공기조화기 혹은 냉방장치에 의해 냉방으로 낮아진 실내 공기중 수분(잠열)은 낮은 비열의 액체의 수분을 빼앗아 외부로 배출되면서 액체의 증발열에 의하여 액체를 냉각한다. 즉 현열과 잠열에 의하여 유출측의 기액 접촉 셀부(100)을 통과한 액체는 냉각되고 수분은 증발되어 액체는 재생된다.
급기팬(32)에 의해서 실외급기부(22)를 통하여 장치로 들어온 고온 다습한 외기는 유입측 기액 접촉 셀부(100)로 보내져 액체와 접촉한다. 이때. 유출측에서 냉각되고 증발에 의하여 비중이 높아진 액체가 외부에서 도입된 고온 다습한 공기와 접촉하면서 현열교환이 이루어져 도입 공기는 냉각되어 차가워지고, 액체는 현열교환에 의해 더워진다. 유출측에서 공급된 저온고농도의 용액에 의하여 유입측의 외부공기는 잠열의 제습이 이루어져 제습에 의한 발열이 되어 더워진다. 이러한 액체와 공기의 순환은 연속되어 제습과 가습, 냉각과 가열이 연속적으로 작용하여 높은 효율의 전열교환이 이루어진다.
조습제를 포함하는 액체가 갖는 제습과 가습의 특성에 의하여 배기중의 에너지를 회수하여 차갑고 건조한 신선공기를 급기에 전달하는 전열교환이 연속으로 이루어진다. 즉 자체에서 제습 가습의 평형을 유지하고, 가열 냉각의 평형을 유지한다.
전열교환과 액체의 비중에 의하여 년중 일정한 수분(절대습도, 상대습도)을 유지하는 항습이 가능하다. 예를 들어, LiCl 30wt%의 액체에 의하여 년중 50%RH 항습이 가능하다. 하절기에 조습제어에 의하여 상대습도를 낮게 유지할 경우 체감 온도를 2℃이상 낮출 수 있어, 전열교환기능 외에 추가로 인체의 체감 쾌적제어가 가능하여 전체실내 냉방에너지를 절감할 수 있는 에너지 절감 기능을 한다.
동절기: 공기조화기 혹은 난방장치에 의해 난방된 실내공기가 배기팬(31)에 의하여 장치로 들어오며, 장치내의 펌프(150)에 의해 유출측의 기액 접촉 셀부(100)로 보내진 액체와 접촉하면서 공기의 현열은 용액과 열교환이 이루어져 용액이 가열되고, 실내에서 신체활동과 공기조화 등으로 높아진 공기 중 수분은 외기에 의해 차가워고 비중이 높아진 용액에 수분을 빼앗기고 제습되어 외부로 배출된다. 이때 제습열에 의하여 액체가 가열된다. 즉 유출측의 기액 접촉 셀부(100)을 통과하는 액체는 현열교환과 잠열교환에 의해 가열된다.
급기팬(32)에 의해서 장치로 들어온 차갑고 건조한 외기는 유입측의 기액 접촉 셀부(100)로 보내져 액체와 접촉이 이루어진다. 배기부에서 더워지고 제습에 의하여 비중이 낮아진 용액은 외부에서 도입된 건조하고 차가운 공기와 접촉하면서 현열교환에 의해 공기는 가열되고 용액은 차가워진다. 고온 저농도의 용액에 의하여 건조한 외기에 가습이 이루어져 실내 배기중의 에너지를 회수하여 따뜻하고 다습한 신선공기를 급기에 전달하는 전열교환이 연속으로 이루어진다. 하절기와 동절기는 완전히 반대되는 정역의 동작이다. 동절기에 가습제어에 의하여 체감 온도를 2℃이상 높일 수 있어 전열교환기 이상의 전체실내 난방에너지를 절감할 수 있는 에너지 절감 기능을 한다
조습제를 포함하는 액체가 갖는 제습과 가습의 특성에 의하여 배기중의 에너지를 회수하여 덥고 다습한 신선공기를 급기에 전달하는 전열교환이 연속으로 이루어진다. 즉 자체에서 제습 가습의 평형을 유지하고, 가열 냉각의 평형을 유지한다.
전열교환과 용액의 비중에 의하여 년중 일정한 수분(절대습도, 상대습도)을 유지하는 항습이 가능하다.
간절기: 간절기는 온도의 일교차카 커서 1일중에도 냉방과 난방이 필요한 환경이 많지만 비용과 냉난방의 절환 운전 보일러나 냉방장치의 조작등의 교차 운전의 어려움 등으로 현실적으로 실내환경제어가 되지 않아 건강에 취약한 환경에 놓이게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 청정환기장치는 간절기의 전열교환뿐만 아니라 조습기능으로 적절한 습도제어를 함으로서 냉난방기를 사용하지 않고 잠열제어가 가능하여 ±2℃이상 간절기의 체감 온도를 제어할 수 있어 냉난방기를 사용하지 않을 수 있다.
한편, 환기가 필요하지 않은 경우에는 내부 댐퍼(61, 62)를 개방하고, 댐퍼(21a, 22a)를 닫아서 실내 공기를 기액 접촉 셀부(100)을 통과시키면서 순환시키는 것도 가능하다. 기액 접촉 셀부(100)에서 액체와 공기의 접촉에 의하여 일어나는 물리적 화학적 반응과 물질 및 에너지교환 현상은 현열과 잠열의 교환, 가습과 제습, 세균 곰팡이 미생물 바이러스 등의 제균, 미세먼지 라돈 등의 부유물질 제거, CO2 대기오염 실내오염(VOC)등의 수용성 오염물질 제거, 악취물질 제거 등의 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 청정환기장치(1)의 경우에 어떠한 운전모드(하절기, 동절기, 간절기, 공기청정)에서도 기액 접촉 셀부(100)을 경유함으로서 공기를 세척, 살균, 조습이 가능하다.
한편, 도 9 에는 본 발명의 다른 실시예의 청정환기장치(1)가 개시되어 있다. 도 9 에서 보이듯이, 청정환기장치(1)는 실내배기부(11), 실외배기부(21), 실내급기부(12), 실내배기부(22)를 포함하며, 상기 청정환기장치(1)는 유출측 공기 흐름과 유입측 공기 흐름이 전열교환기(41)에서 교차하며, 교차된 후단에 기액 접촉 셀부(100)이 각각 배치된다. 청정환기장치(1)는 각 기액 접촉 셀부(100)의 하부에 배치되는 액체 탱크(미도시)를 포함하며, 한 기액 접촉 셀부(100)의 액체 탱크에 저장된 액체를 다른 기액 접촉 셀부(100)의 공급 자켓으로 공급하기 위한 펌프(150)도 포함한다. 본 발명의 청정환기장치(1)의 경우에 도 9 의 실시예와 같이 전열교환기(41)를 포함하는 구조도 가능하며, 추가의 필터(도 1의 50)를 유입측에 배치하는 것도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 변형되어 실시될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 액체 통로에는 액체의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부가 추가로 포함될 수 있으며, 필요에 따라서, 액체를 가열 혹은 냉각함으로써 유입되는 공기의 온도를 간접적으로 조절하는 것도 가능하며, 현열교환성능을 높이기 위하여 현열교환 히트파이프나 격벽을 설치하거나, 당연히 공기 통로에 공기를 직접 가열/냉각하는 온도 조절부가 배치되는 것도 가능하다.
1: 청정환기장치 10: 케이스
10a: 내벽 11: 실내배기부
12: 실내급기부 21: 실외배기부
22: 실외급기부 31, 32: 팬
41: 전열교환기 50: 필터
61, 62: 내부 댐퍼 71, 72: 압력 센서
100: 기액 접촉 셀부 110: 공급 자켓
120: 필터 패드 130: 기액 접촉 구조
140: 액체 탱크 150: 펌프
151: 유량 센서

Claims (10)

  1. 실내급기부, 실내배기부, 실외급기부, 실외배기부, 및 상기 실내급기부 및 실외배기부로의 공기흐름 경로 상에 배치되는 팬을 포함하는 청정환기장치로서,
    상기 실내배기부에서 상기 실외배기부로 흐르는 공기 흐름 경로상에 배치된 제 1 기액 접촉 셀부;
    상기 실외급기부에서 상기 실내급기부로 흐르는 공기 흐름 경로상에 배치된 제 2 기액 접촉 셀부; 및
    상기 제 1 기액 접촉 셀부와 상기 제 2 기액 접촉 셀부를 연결하는 액체 통로를 더 포함하며,
    상기 제 1 기액 접촉 셀부와 상기 제 2 기액 접촉 셀부는 통과하는 공기와 접촉하는 액체조습제를 포함하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기액 접촉 셀부는
    공기 흐름 경로 상에 배치되는 기액 접촉 구조; 및
    상기 기액 접촉 구조 하부에 배치되는 액체 탱크; 를 포함하며,
    상기 액체 통로는 상기 액체 탱크와 연결되며,
    상기 액체 통로 상에 펌프가 배치되는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기액 접촉 셀부는 상부에 상기 펌프를 통과한 액체가 공급되는 공급 자켓을 포함하며,
    상기 기액 접촉 구조는 적어도 액체의 자중에 의해서 액체가 이동되게 상하방향으로 연장된 구조를 가지며,
    상기 기액 접촉 구조는 상기 액체 탱크 내부까지 연장하는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실외배기부 및 상기 실외급기부에 배치되는 댐퍼; 및 상기 실내배기부로 유입된 공기가 상기 제 1 기액 접촉 셀부 또는 제 2 기액 접촉 셀부를 통과한 후 상기 실내급기부로 배출되도록 내부 공기 흐름의 조절하는 내부 댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 실외배기부 및 상기 실외급기부에 배치되는 댐퍼;
    상기 액체 탱크에 배치된 수위 감지 센서; 및
    상기 액체 탱크에 연결된 물공급부;를 더 포함하며,
    상기 물공급부, 상기 수위 감지 센서, 상기 댐퍼, 상기 팬 및 상기 펌프에 연결된 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기액 접촉 셀부는 상부에 상기 펌프를 통과한 액체가 공급되는 공급부를 포함하며,
    상기 기액 접촉 구조는 적어도 액체의 자중에 의해서 액체가 이동되게 상하방향으로 연장된 구조를 가지며,
    상기 제어부는 상기 기액 접촉 구조의 하부가 상기 액체 탱크에 저장된 액체 조습제에 잠기도록 상기 물공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 펌프는
    상기 제 1 기액 접촉 셀부의 액체 탱크와 상기 제 2 기액 접촉 셀부의 공급부를 연결하는 액체 통로 상에 배치되는 제 1 펌프와
    상기 제 2 기액 접촉 셀부의 액체 탱크와 상기 제 1 기액 접촉 셀부의 공급부를 연결하는 액체 통로 상에 배치되는 제 2 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 기액 접촉 셀부는 상기 액체 공급 라인의 액체 공급관에 연결되며 상측에 배치되는 공급 자켓; 상기 공급 자켓의 하면에 배치되는 필터 패드; 및 상기 필터 패드에 연결된 기액 접촉 구조;를 포함하며,
    상기 기액 접촉 구조는 상기 필터 패드를 통과한 액체가 통과하는 미세 공극을 포함하며, 상기 필터 패드와 상기 기액 접촉 구조는 모세관 현상 및 막투과 방식으로 상기 기액 접촉 구조의 표면에 액체막이 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체 조습제는 병원균 및 바이러스를 살균 혹은 제균하도록 LiCl 을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체 탱크 혹은 상기 액체 통로 상에는 온도 조절부가 배치되는 것을 특징으로 하는 액체 조습제를 사용하는 청정환기장치.
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