KR20230100940A - 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템 - Google Patents

온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내 공기의 온도와 습도를 효율적으로 조절할 수 있는 공기 조화 시스템을 제공하는 것으로, 일실시예에서 냉매가 순환하는 압축기, 제 1 열교환기, 팽창밸브, 및 제 2 열교환기; 상기 제 1 열교환기가 배치되는 실내기; 상기 제 2 열교환기가 배치되는 실외기; 및 실내와 연결되는 제습부;를 포함하며, 상기 제습부는 제 1 실외 공기 유입부와 실외 배출부를 연결하며 제습 로터를 통과하는 재생 유로, 실내 공기 유입부 또는 제 2 실외 공기 유입부와 실내 공급부를 연결하며 제습 로터를 통과하는 제습 유로, 상기 재생 유로와 상기 재생 유로 사이에 걸쳐서 배치되는 제습 로터 및 상기 재생 유로에서 상기 제습 로터와 제 1 실외 공기 유입부 사이에 배치되며 통과하는 공기를 가열시키는 제 3 열교환기를 포함하고, 상기 제 3 열교환기는 상기 제 2 열교환기와 압축기 사이의 냉매와 상기 제 1 실외 공기 유입부에서 유입된 공기가 열교환하게 구성되며, 상기 실외기에는 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제 1 열교환기 방향과 상기 제 2 열교환기 방향 중 어느 한 방향으로 공급하는 제 1 유로 전환 밸브가 배치된 공기 조화 시스템을 제공한다.

Description

온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템{Air Conditioning System which Control Temperature and Humidity}
본 발명은 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템에 대한 것이다.
일반적으로 에어컨은 사용자 요구에 의해서 냉방 사이클을 구동하고, 상기 냉방 사이클의 운전에 의해서 더운 여름에 실내를 시원하게 조성한다. 이러한 에어컨은 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절하기 위해 제습운전을 수행할 수 있다.
도 1 에는 일반적인 에어컨의 냉방 사이클의 개략도가 도시되어 있으며, 도 2 에는 냉방 사이클에서 P-H 선도가 도시되어 있다.
에어컨의 냉방 사이클(100)은 실외기(101)에 배치되며 냉매를 압축시키는 압축기(114)와 압축된 냉매를 응축하는 응축기(111'), 실내기(102)에 배치되며 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브(112'), 및 냉매가 증발되는 증발기(113')를 포함한다.
실외기(101)에는 도시되지는 않았지만, 팬이 설치되어 공기 흐름(A1)을 형성하며, 상기 공기 흐름(A1)은 실외의 공기가 실외기(101)로 유입되어 응축기(111')를 냉각시킨 후 다시 외부로 배출되는 공기 흐름이다. 실내기(102)에도 팬이 설치되어 내부 순환 흐름(A10)을 형성한다. 상기 내부 순환 흐름(A10)은 실내의 공기가 실내기(102)로 유입되고 상기 증발기(113')를 통과하면서 냉각된 후 다시 실내로 공급되는 공기 흐름이다.
에어컨이 냉방운전을 수행하는 경우, 실내의 더운 온도와 실내열교환기의 찬 온도로 인한 온도차로 인해서 실내열교환기인 증발기(113')의 표면에 이슬맺힘 현상이 발생되며, 이로 활용하여 제습에 활용되기도 하는데 이와 같은 제습은 냉방이 필연적이며, 습도를 원하는만큼 낮추기가 어렵다는 한계가 있다.
도 2 의 P-h 선도에서 보이듯이, 압축기(114)에서 압축을 수행할 때, 냉매의 온도는 상당한 고온, 예를 들면 90℃ 정도까지 상승하는데, 이러한 열에너지는 응축기(111')를 통하여 공기와 열교환하여 충분이 낮은 온도로 낮혀줘야 해서, 응축기(111')의 열교환 능력이 에어컨의 성능에 영향을 주게 되며, 응축기(111')에 많은 부하가 걸리게 된다.
한편, 공기 조화 시스템에서 여름에는 에어컨으로, 겨울에는 난방기로 사용하는 히트펌프도 알려져 있다. 히트펌프의 경우에는 냉매싸이클이 순환되는 방향을 전환함으로써, 난방과 냉방을 수행한다. 이러한 히트펌프의 경우에도 여름에는 상술한 에어컨과 동일한 문제를 가지고 있다.
(특허문헌 1) KR 10-2007-0064077 A
본 발명은 사계절 사용 가능한 공기 조화 시스템으로 실내 공기의 온도와 습도를 효율적으로 조절할 수 있는 공기 조화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다음과 같은 공기 조화 시스템을 제공한다.
본 발명은 일실시예에서, 냉매가 순환하는 압축기, 제 1 열교환기, 팽창밸브, 및 제 2 열교환기; 상기 제 1 열교환기가 배치되는 실내기; 상기 제 2 열교환기가 배치되는 실외기; 및 실내와 연결되는 제습부;를 포함하며, 상기 제습부는 제 1 실외 공기 유입부와 실외 배출부를 연결하며 제습 로터를 통과하는 재생 유로, 실내 공기 유입부 또는 제 2 실외 공기 유입부와 실내 공급부를 연결하며 제습 로터를 통과하는 제습 유로, 상기 재생 유로와 상기 재생 유로 사이에 걸쳐서 배치되는 제습 로터 및 상기 재생 유로에서 상기 제습 로터와 제 1 실외 공기 유입부 사이에 배치되며 통과하는 공기를 가열시키는 제 3 열교환기를 포함하고, 상기 제 3 열교환기는 상기 제 2 열교환기와 압축기 사이의 냉매와 상기 제 1 실외 공기 유입부에서 유입된 공기가 열교환하게 구성되며, 상기 실외기에는 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제 1 열교환기 방향과 상기 제 2 열교환기 방향 중 어느 한 방향으로 공급하는 제 1 유로 전환 밸브가 배치된 공기 조화 시스템을 제공한다.
일실시예에서, 상기 제습 로터는 상기 실외기에 배치되며, 상기 제습 유로에서 상기 실내 공기 유입부와 상기 실내 공급부는 덕트를 통하여 연결되며, 상기 제습 유로 상에서 상기 제습 로터 전에는 상기 실내 공기 유입부와 제 2 실외 공기 유입부 중 한 쪽의 공기만 상기 제습 로터로 흐르도록 조절하는 제 2 유로 전환 밸브가 배치될 수 있다.
일실시예에서, 상기 제 2 유로 전환 밸브는 상기 제습 로터를 향하는 제습 유로, 상기 실내 공기 유입부와 연결된 실내 공기 유입로, 상기 제 2 실외 공기 유입부 방향와 연결된 실외 공기 유입로, 및 외부와 연결된 실외 배출로와 연결을 조절하며, 실내 제습 모드가 수행될 때는 상기 제습 유로와 상기 실내 공기 유입로를 연결하며, 환기 제습 모드가 수행될 때는 상기 제습 유로와 상기 실외 공기 유입로를 연결할 수 있다.
본 발명은 사계절 사용 가능하면서도 실내 공기의 온도와 습도를 효율적으로 조절할 수 있는 공기 조화 시스템을 제공할 수 있다.
도 1 은 종래 에어컨의 냉방 사이클의 개략도가 도시되어 있다.
도 2 는 도 1 의 냉방 사이클의 P-h 선도가 도시되어 있다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 조화 시스템의 개략도이다.
도 4 은 도 3 의 공기 조화 시스템에서 제습 및 냉방이 수행되는 모습의 개략도이다.
도 5 는 도 3 의 공기 조화 시스템에서 환기, 제습 및 냉방이 수행되는 모습의 개략도이다.
도 6 은 도 3 의 공기 조화 시스템에서 난방이 수행되는 모습의 개략도이다.
도 7 은 도 3 의 공기 조화 시스템에서 가습 및 난방이 수행되는 모습의 개략도이다.
도 8 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 조화 시스템의 개략도이다.
도 9 는 도 8 의 공기 조화 시스템에서 가습 및 난방이 수행되는 모습의 개략도이다.
도 10 은 도 8 의 공기 조화 시스템에서 환기, 제습 및 냉방이 수행되는 모습의 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.
본 발명은 제습/가습, 냉방/난방 및 청정/환기가 동시에 수행될 수 있는 종합 공기 조화 시스템을 제공하는 것으로, 제습/가습은 제습부의 제습 로터 혹은 가습 패드를 통하여 수행되며, 냉방/난방은 실내기 및 실외기에 배치되며 응축, 팽창, 증발, 압축을 포함하는 냉난방 사이클에 의해서 수행되되 제습 공기가 냉난방 사이클의 열교환기로 직접 혹은 간접 공급됨으로써, 실내에 원하는 습도와 원하는 온도의 공기를 제공하여 사용자에게 만족을 줄 수 있다. 또한, 상기 제습/가습은 순환되는 실내 공기 혹은 외기로 수행될 수 있다. 제습부는 실외기 혹은 실외기와는 별도 공간에 배치될 수도 있으며 별도 공간에 배치되는 경우에 공기 흐름은 덕트에 의해서 유도될 수 있다.
본 발명에서 공기의 흐름은 팬에 의해서 수행되며, 공기의 자연스러운 흐름을 제외하고는 도시되지 않은 팬에 의해서 공기 흐름이 형성된다. 또한, 분기점 혹은 합류점에서는 분기 혹은 합류를 결정하는 밸브가 설치될 수 있으며, 합류의 차단 혹은 분기 방향의 결정은 상기 밸브에 의해서 결정될 수 있다.
도 3 내지 7 에는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 조화 시스템이 개시되어 있다. 구체적으로 도 3 에는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 조화 시스템의 개략도가 도시되어 있으며, 도 4 에는 도 3 의 공기 조화 시스템에서 제습 및 냉방이 수행되는 모습의 개략도가 도시되어 있으며, 도 5 에는 도 3 의 공기 조화 시스템에서 환기, 제습 및 냉방이 수행되는 모습의 개략도가 도시되어 있고, 도 6 에는 도 3 의 공기 조화 시스템에서 난방이 수행되는 모습의 개략도가 도시되어 있으며, 도 7 에는 도 3 의 공기 조화 시스템에서 환기, 가습 및 난방이 수행되는 모습의 개략도가 도시되어 있다.
도 3 내지 7 의 실시예의 공기 조화 시스템(100)은 실외기(101), 실내기(102a, 102b)를 포함하며, 실외기(101) 내부에 제습 로터(121)가 배치된다. 실외기(101)와 실내기(102a, 102b)는 각각 복수 개일수도 있으며, 이 실시예에서는 하나의 실외기(101)에 2개의 실내기(102a, 102b)가 연결된 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
각 공간에는 실내 공기 유입부(106a, 106b)와 실내 공급부(105a, 105b)가 배치되며, 실내 공기 유입부(106a, 106b)와 실내 공급부(105a, 105b)는 각각 덕트(105, 106)를 통하여 상기 실외기(101)의 제습 로터(121) 혹은 제 2 실외 공기 유입부와 연결되는 실외 공기 유입로(A11b), 혹은 실외로 배출되는 실외 배출로(A11c)와 연결된다. 상기 덕트(105)는 제습/가습 유로(A11)에 연결되며, 상기 덕트(106)는 상기 덕트(106)를 실외 배출로(A11c)나 상기 제습/가습 유로(A11)에 연결되도록 조절하는 제 2 유로 전환 밸브(140)에 연결된다. 실내 공기 유입부(106a, 106b), 실내 공급부(105a, 105b)에는 공기의 유입을 허용/차단하는 댐퍼가 구비된다.
제 2 유로 전환 밸브(140)는 내부 순환이 필요한 경우에는 덕트(106)를 통과하는 실내 공기 유입로(A11a)를 제습/가습 유로(A11)에 연결시키며, 환기가 필요한 경우에는 실내 공기 유입로(A11a)를 실외 배출로(A11c)로, 실외 공기 유입로(A11b)를 제습/가습 유로(A11)에 연결한다.
공기 조화 시스템(100)은 냉매가 순환하는 냉매 싸이클을 포함하는데, 상기 냉매 싸이클은 제 1 열교환기(113a, 113b), 압축기(114), 제 2 열교환기(111) 및 팽창 밸브(112a, 112b), 및 압축기(114)로 공급되는 냉매와 압축기(114)에서 토출되는 냉매의 공급방향을 정하는 제 1 유로 전환 밸브(130)를 포함한다. 또한, 냉방 싸이클은 상기 실내기(102a 102b)로 냉매가 분리 공급 및 합류하기 위해서 냉매 분기점(P4)과 합류점(P5)을 포함한다.
제 1 열교환기(113a, 113b), 압축기(114), 제 2 열교환기(111), 팽창 밸브(112a, 112b), 및 제 1 유로 전환 밸브(130)는 히트 펌프 사이클과 동일하게 배치되며, 제 1 유로 전환 밸브(130)가 난방을 수행하는 경우 상기 압축기(114)로부터의 냉매를 실내기(102a, 102b)에 위치하는 상기 제 1 열교환기(113a, 113b) 방향으로 공급하고 상기 제 2 열교환기(111)로부터의 냉매를 압축기로 공급하며, 냉방을 수행하는 경우 상기 압축기(114)로부터의 냉매를 상기 제 2 열교환기(111) 방향으로 공급하며 상기 제 1 열교환기(113a, 113b)로부터의 냉매를 압축기(114)로 공급하도록 동작한다.
제 1 열교환기(113a, 113b)로 실내 공기가 유동하면서 냉매와 열교환하며, 상기 제 1 열교환기(113a, 113b)는 냉각 모드일 때는 실내 공기의 열을 뺏으며, 난방 모드일 때는 실내 공기로 열을 제공한다.
제 2 열교환기(111)는 실외기(101)에 배치되며, 외부로부터 유입되어 외부로 배출되는 공기 유로(A1)를 통과하는 외기와 냉매가 열교환한다. 냉각 모드일 때는 냉매의 응축기의 역할을 수행하며, 난방 모드일 때는 냉매의 증발기의 역할을 수행한다.
제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 2 열교환기(111)-팽창 밸브(112a, 112b)-제1열교환기(113a, 113b)와 연결되는 제 1 냉매유로(R1), 압축기(114)의 출구(고압측)과 연결된 제 2 냉매유로(R2), 압축기(114)의 입구(저압측)와 연결되는 제 3 냉매유로(R3), 제 3 열교환기(115)와 연결되는 제 4 냉매유로(R4)와 연결되며, 압축기(114)의 입구와 출구에 연결되는 유로를 변경한다. 실내에 냉방이 필요한 경우에는 제 1 냉매유로(R1)를 제 3 냉매유로(R3)에 연결시키고 제 2 냉매유로(R2)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 실내에 난방이 필요한 경우에 제 1 냉매유로(R1)를 제 2 냉매유로(R2)에 연결시키고 제 3 냉매유로(R3)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시킨다.
한편, 제 2 열교환기(111)와 압축기(114) 사이에 배치되는 제 3 열교환기(115)는 상기 제습 로터(121)를 통과하는 재생 유로(A12) 상에 위치하며, 제 1 열교환기(113a, 113b)와 압축기(114)에 배치되는 제 4 열교환기(116)는 상기 제습 로터(121)를 통과하는 제습/가습 유로(A11) 상에 위치한다.
제습부는 제 1 실외 공기 유입부와 실외 배출부를 연결하며 제 3 열교환기(115) 및 제습 로터(121)를 통과하는 재생 유로(A12), 실내 공기 유입부(106a, 106b)와 연결된 실내 공기 유입로(A11a) 또는 제 2 실외 공기 유입부와 연결된 실외 공기 유입로(A11c)와 실내 공급부(105a, 105b)를 연결하며 제 4 열교환기(116) 및 제습 로터(121)를 통과하는 제습/가습 유로(A11), 및 상기 재생 유로(A12)와 상기 제습/가습 유로(A11) 사이에 걸쳐서 배치되는 제습 로터(121)를 포함한다.
상기 제습부의 재생 유로(A12)는 냉매 싸이클의 냉매 경로 중 상기 압축기(114)와 상기 제 1 열교환기(111) 사이에 배치되는 제 3 열교환기(115)을 통과하며, 제습/가습 유로(A11)는 냉매 싸이클의 냉매 경로 중 상기 압축기(114)와 상기 제 2 열교환기(113a, 113b) 사이에 배치되는 제 4 열교환기(116)를 통과한다.
한편, 제습부는 제습/가습 유로(A11) 상에서 제습 로터(121)를 통과한 공기를 가습하는 가습 패드(118)를 포함한다. 가습 패드(118)는 물 공급원에 연결되어 공기로 수분을 제공하여 가습하는 구성이다. 가습 패드(118)의 경우에 실외기(101)에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 실외기(101)가 아닌 덕트(105) 상에 배치될 수 있다.
상기 제 3 열교환부(115)는 도 2 에서와 같이 냉매의 압축에 의해서 90℃ 정도까지 상승한 냉매와 외부 공기를 열교환시켜서 상기 외부 공기를 가열하며, 냉매의 온도는 떨어트린다. 이렇게 가열된 외부 공기는 제 2 열교환기(111)를 통과하는 공기 유로(A1)와 달리 바로 배출되지 않으며, 제습 로터(121)를 재생하는데 사용된다. 즉, 상기 제 3 열교환부(115)는 재생 유로(A12) 상에서 상기 제습 로터(121) 전에 배치되며, 통과하는 공기를 가열하여 제습 로터(121)를 재생에 필요한 온도로 가열한다. 이때 제 3 열교환부(115)는 상기 제 2 열교환기(111)와는 별도의 구성으로 구성될 수 있으나, 하나의 장치로 구성될 수도 있으며, 이경우에 공기 유로(A1)가 재생 유로(A12)가 될 수 있다.
제습 로터(121)의 경우에는 상대적으로 제한된 온도로 재생 유로(A12)의 온도가 상승하기 때문에, 제습 로터(121)에 코팅되는 제습제 역시 상대적으로 저온에서 재생이 가능한 제습제가 사용되는 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 제습 로터(121)를 재생시키기 위한 열원이 별도의 가열원을 가지지 않고 압축기(114)에서 압축된 냉매를 활용하기 때문에 추가 에너지가 소요되지 않으며 제 2 열교환기(111)에서 냉각해야 할 냉각 부하를 감소시킬 수 있어서 공기 조화 시스템(100)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 3 열교환기(115)는 난방이 수행되는 경우에 증발기로서의 역할을 수행하며, 제 2 열교환기(111)와 함께 외부 공기와의 열교환을 도울뿐만 아니라 난방 모드에서 외기의 온도를 떨어트려 제습 로터(121)를 통하여 습기를 전달하기에 용이하게 한다.
제 4 열교환기(116)는 냉방이 수행될 때에는 제습/가습 유로에서 증발기 역할을 수행하면서 공기의 온도를 떨어트리며, 상대 습도를 높게 하여 제습 로터(121)로 습기를 전달하기 용이하게 하며, 실내로 공급되는 온도도 낮출 수 있다.
또한, 제 4 열교환기(116)은 난방이 수행될 때에는 응축기 역할을 수행하여 공기의 온도를 상승시켜 제습 로터(121)로부터 습기를 전달받기 용이하게 하며, 실내 공급부(105a, 105b)를 통하여 공급되는 공기의 온도를 상승시킨다.
제 4 열교환기(116)의 경우도 제 3 열교환기(115)와 동일하게 별도의 동력 없이 압축기(114)에서 압축된 냉매를 활용하기 때문에 추가 에너지가 소요되지 않으면서도 제습/가습을 도울 수 있어서, 공기 조화 시스템(100)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 여름철에는 고온 다습한 환경에서 공기 조화 시스템(100)을 통하여 냉방과 제습을 제공하거나, 겨울철에는 저온 건조한 환경에서, 공기 조화 시스템(100)을 통하여 가열과 가습을 제공하는데 에너지를 효율적으로 활용하게 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 공기 조화 시스템(100)은 냉방과 제습을 동시에 수행하는 환기-제습-냉방 모드와 제습-냉방 모드 혹은 난방 모드와 가습-난방 모드로 동작할 수 있으며, 설명한 모드 외에도 다양한 모드, 예를 들면 환기-제습/환기 난방 모드로 동작될 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 각 가동 구성들은 제어부와 연결되며, 제어부는 자동적으로 외부 혹은 내부 환경을 측정하여 모드를 변경하거나, 사용자의 조작에 따라서 상술한 모드 중 하나를 수행할 수 있다.
또한, 제습부는 제습 동작이 없는 경우에 환기 모드를 수행할 수도 있으며, 실내기(102)와 연동하여 환기-냉방 모드를 수행하는 것도 가능하다. 반대로, 실내기(102)의 동작 없이 제습 로터(121)를 동작시키면서 실내 공기를 제습부로 순환시켜 실내 공기의 제습만 수행하는 실내 제습 모드를 수행하는 것도 가능하다.
환기 모드의 경우에는 제습 로터(121)의 동작 없이 덕트(105)를 통하여 외부 공기를 실내로 유입시키며, 덕트(106))를 통하여 배기시킨다.
제습-냉방 모드와 환기-제습-냉방 모드 혹은 난방 모드와 가습-난방 모드는 도 4 내지 7 에 도시되어 있으므로 도 4 내지 7을 참고하여 설명하도록 한다.
도 4 에는 제습-냉방 모드가 도시되어 있다. 도 4 에서 보이듯이, 공기 조화 시스템(100)에서 제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 1 냉매유로(R1)를 제 3 냉매유로(R3)에 연결시키고 제 2 냉매유로(R2)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 제 2 유로 전환 밸브(140)는 덕트(106)를 통과하는 실내 공기 유입로(A11a)를 제습/가습 유로(A11)에 연결시킨다. 제습 로터(121) 및 압축기(114)가 동작하며, 유로(A1, A10, A11, A12)로 공기 흐름을 형성시킨다.
압축기(114)에서 토출되는 고온의 냉매는 제 3 열교환기(115)로 이동되며, 제 3 열교환기(115) 및 제 2 열교환기(111)를 통과하면서 공기 유로(A1, A12)와 열교환하면서 응축된 후 팽창 밸브(112a, 112b)를 통과하고, 제 1 열교환기(113a, 113b)가 증발기 역할을 수행하면서 에어컨과 같이 순환 흐름(A10)을 냉각시킨다. 이와 동시에 실내 공기 유입부(106a, 106b)의 공기는 실내 공기 유입로(A11a), 제 4 열교환기(116)를 통과하면서 온도가 낮아진 후 제습 로터(121)를 통과하면서 제습되고 제습/가습 유로(A11) 및 실내 공급부(105a, 105b)를 통해서 실내로 다시 돌아온다.
따라서, 제습-냉방의 경우에 실내 공기는 제습 로터(121)를 통한 제습이 수행되면서 동시에 실내기의 제 1 열교환기(113a, 113b)에 의한 냉방이 수행된다. 따라서, 습도와 온도가 각각 독립적으로 제어되면서도 습도와 온도에 들어가는 에너지는 냉방 단독으로 들어가는 정도의 에너지만 필요하며, 구성에 있어서도 많은 구성이 생략될 수 있어서 각 장치의 구성하는 것 대비 소형화가 가능하다. 또한, 제 1 열교환기(113a, 113b)에는 저습도의 실내 공기가 유입되므로, 제 1 열교환기(113a, 113b)에서 실내 공기의 수분이 응축이 저감될 수 있으며 제 1 열교환기(113, 113b)에 습도가 조절된 공기가 제공되어 건조가 빠르거나 필요없을 수 있어 제 1 열교환기(113a, 113b)에서 습기로 인하여 발생할 수 있는 곰팡이나 세균의 번식이 저감/방지될 수 있으므로, 사용자에게 건강한 공기를 제공하는 것도 가능하다.
도 5 에는 환기-제습-냉방 모드가 도시되어 있다. 도 5 에서 보이듯이, 공기 조화 시스템(100)에서 제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 1 냉매유로(R1)를 제 3 냉매유로(R3)에 연결시키고 제 2 냉매유로(R2)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 제 2 유로 전환 밸브(140)는 실내 공기 유입로(A11a)를 실외 배출로(A11c)로, 실외 공기 유입로(A11b)를 제습/가습 유로(A11)에 연결시킨다. 제습 로터(121) 및 압축기(114)가 동작하며, 유로(A1, A10, A11, A12)로 공기 흐름을 형성시킨다.
압축기(114)에서 토출되는 고온의 냉매는 제 3 열교환기(115)로 이동되며, 제 3 열교환기(115) 및 제 2 열교환기(111)를 통과하면서 공기 유로(A1, A12)와 열교환하면서 응축된 후 팽창 밸브(112a, 112b)를 통과하고, 제 1 열교환기(113a, 113b)가 증발기 역할을 수행하면서 에어컨과 같이 순환 흐름(A10)을 냉각시킨다. 이와 동시에 실내 공기 유입부(106a, 106b)의 공기는 실내 공기 유입로(A11a), 실외 배출로(A11c)를 통하여 외부로 배기되고, 실외 공기 유입로(A11b)를 통하여 외기가 유입되어 제 4 열교환기(116)를 통과하면서 온도가 낮아진 후 제습 로터(121)를 통과하면서 제습되고 제습/가습 유로(A11) 및 실내 공급부(105a, 105b)를 통해서 실내로 다시 돌아온다.
따라서, 환기-제습-냉방 모드에서는 냉방을 위한 압축기(114)의 구동에 제습 로터(121)와 공기 흐름 형성을 위한 팬의 구동을 추가하는 것으로 별도 가열원의 제공 없이 환기-제습-냉방을 달성할 수 있다.
또한, 환기와 제습 및 냉방이 동시에 수행되며, 고온 다습한 외부 환경이 있더라도 실내에는 냉방이 수행되면서 제습된 공기가 공급되므로, 사용자에게 불쾌감을 주지 않고 환기가 수행될 수 있다. 상기 실내 공기 유입부(106a, 106b), 실내 공급부(105a, 105b)는 천정에 배치될 수 있는데, 이 경우에 상대적으로 온도가 높은 공기가 실내 공급부(105a, 105b)를 통하여 실내로 유입된다고 하더라도 실내 공기와의 온도차에 의해서 바로 사용자에게 접촉되지 않으며, 기존의 냉각된 실내 공기와 섞인 후에 사용자와 접촉하기 때문에 사용자에게 환기 공기가 체감되지 않을 수 있다.
도 6 에는 난방 모드가 도시되어 있다. 도 6 에서 보이듯이, 공기 조화 시스템(100)에서 제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 1 냉매유로(R1)를 제 2 냉매유로(R2)에 연결시키고 제 3 냉매유로(R3)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 제습/가습은 수행되지 않으므로, 제 2 유로 전환 밸브(140)로는 공기 흐름이 형성되지 않으며, 제습 로터(121)는 동작하지 않고, 압축기(114)가 동작하고, 유로(A1, A10)로 공기 흐름을 형성시킨다.
압축기(114)에서 토출되는 고온의 냉매는 제 4 열교환기(116)로 이동되나, 제 4 열교환기(116)를 통과하는 공기 흐름이 형성되지 않기 때문에, 온도 하락 없이 제 1 열교환기(113a, 113b)로 고온의 냉매가 흘러간다. 제 1 열교환기(113a, 113b)에서는 실내 순환 흐름(A10)으로 열을 전달하며, 그 후 팽창 밸브(112a, 112b), 제 2 열교환기(111)를 통과하면서 증발된 후 압축기(114)로 다시 들어온다. 압축기(114) 유입 전에 제 3 열교환기(115)를 통과하나, 제 4 열교환기(116)과 마찬가지로 공기 흐름이 형성되어 있지 않아서 냉매는 온도 변화 없이 제 3 열교환기(115)를 통과한다.
도 7 에는 가습-난방 모드가 도시되어 있다. 도 7 에서 보이듯이, 공기 조화 시스템(100)에서 제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 1 냉매유로(R1)를 제 2 냉매유로(R2)에 연결시키고 제 3 냉매유로(R3)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 실내가 순환되면서 가습이 수행되므로, 제 2 유로 전환 밸브(140)는 덕트(106)를 통과하는 실내 공기 유입로(A11a)를 제습/가습 유로(A11)에 연결시키며, 제습 로터(121)와 압축기(114)가 동작하고, 유로(A1, A10, A11, A12)로 공기 흐름을 형성시킨다.
압축기(114)에서 토출되는 고온의 냉매는 제 4 열교환기(116)로 이동되며, 제 4 열교환기(116)를 통과하는 공기 흐름과 열교환하면서 습도 조절을 위하여 순환되는 공기를 가열한다. 그 후 냉매는 제 1 열교환기(113a, 113b)로 흘러간다. 제 1 열교환기(113a, 113b)에서는 실내 순환 흐름(A10)으로 열을 전달하며, 그 후 팽창 밸브(112a, 112b), 제 2 열교환기(111)를 통과하면서 증발된 후 압축기(114)로 다시 들어온다. 압축기(114) 유입 전에 제 3 열교환기(115)를 통과하면서 추가 증발이 수행될 수 있다.
또한, 재생 유로(A12)에서는 재생이 아닌 제습이 수행되며, 제습/가습 유로(A11)에서는 상기 재생 유로(A12)에서 제습 로터(121)를 통하여 전달되는 수분을 흡수하여 가습이 수행된다. 즉, 냉방 모드에서와 반대로 제습 로터(121)가 동작하며 재생 유로(A12)의 수분을 제습/가습 유로(A11)로 전달한다. 제습/가습 유로(A11)는 습기를 잘 전달받을 수 있도록 상기 제 4 열교환기(116)에서 가열된 후 제습 로터(121)로 흘러간다. 하지만, 외기에 습도가 낮은 경우에는 위와 같은 제습 로터(121)의 동작으로도 가습이 충분하지 않을 수 있으므로, 가습-난방 모드에서는 상기 제습/가습 유로(A11)에 배치된 가습 패드(118)를 가동시켜서 부족한 수분을 추가로 제공하는 것이 가능하다.
도 8 에는 본 발명의 다른 실시예의 공기 조화 시스템(100)의 개략도가 도시되어 있으며, 도 9 에는 도 8 의 공기 조화 시스템(100)의 가습-난방이 수행되는 모습이, 도 10 에는 도 8 의 공기 조화 시스템(100)의 환기-제습-냉방이 수행되는 모습이 도시되어 있다.
도 8 의 실시예의 공기 조화 시스템(100)은 도 3 의 공기 조화 시스템(100)과 실내 구성 및 제 2 유로 전환 밸브(140)의 구성은 동일하므로, 도 3 의 해당 부분에 대한 설명으로 대체하며, 도 3 의 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하도록 한다.
공기 조화 시스템(100)은 실외기(101), 실내기(102a, 102b)를 포함하며, 실외기(101) 내부에 제습 로터(121)가 배치된다.
공기 조화 시스템(100)은 냉매가 순환하는 냉매 싸이클을 포함하는데, 상기 냉매 싸이클은 제 1 열교환기(113a, 113b), 압축기(114), 제 2 열교환기(111) 및 팽창 밸브(112a, 112b), 및 압축기(114)로 공급되는 냉매와 압축기(114)에서 토출되는 냉매의 공급방향을 정하는 제 1 유로 전환 밸브(130)를 포함한다. 또한, 냉방 싸이클은 상기 실내기(102a 102b)로 냉매가 분리 공급 및 합류하기 위해서 냉매 분기점(P4)과 합류점(P5)을 포함한다.
제 1 열교환기(113a, 113b), 압축기(114), 제 2 열교환기(111), 팽창 밸브(112a, 112b), 및 제 1 유로 전환 밸브(130)는 히트 펌프 사이클과 동일하게 배치되며, 제 1 유로 전환 밸브(130)가 난방을 수행하는 경우 상기 압축기(114)로부터의 냉매를 실내기(102a, 102b)에 위치하는 상기 제 1 열교환기(113a, 113b) 방향으로 공급하고 상기 제 2 열교환기(111)로부터의 냉매를 압축기로 공급하며, 냉방을 수행하는 경우 상기 압축기(114)로부터의 냉매를 상기 제 2 열교환기(111) 방향으로 공급하며 상기 제 1 열교환기(113a, 113b)로부터의 냉매를 압축기(114)로 공급하도록 동작한다.
제 1 및 제 2 열교환기(113a, 113b, 111)의 경우에 도 3 의 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 1 열교환기(113a, 113b)와 연결되는 제 1 냉매유로(R1), 압축기(114)의 출구(고압측)와 연결된 제 2 냉매유로(R2), 압축기(114)의 입구(저압측)와 연결되는 제 3 냉매유로(R3), 제 2 열교환기(111)와 연결되는 제 4 냉매유로(R4)와 연결되며, 압축기(114)의 입구와 출구에 연결되는 유로를 변경한다. 실내에 냉방이 필요한 경우에는 제 1 냉매유로(R1)를 제 3 냉매유로(R3)에 연결시키고 제 2 냉매유로(R2)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 실내에 난방이 필요한 경우에 제 1 냉매유로(R1)를 제 2 냉매유로(R2)에 연결시키고 제 3 냉매유로(R3)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시킨다.
상기 제 2 냉매유로(R2)에서 상기 제 1 유로 전환 밸브(130)와 상기 압축기(114) 사이에는 제 5 열교환기(117)가 배치된다. 제 5 열교환기(117)는 제습 로터(121)로 흐르는 재생 유로(A12)에서 상기 제습 로터(121) 전에 배치된다. 따라서, 제 5 열교환기(117)로는 항상 고온의 냉매가 공급된다.
제습부는 제 1 실외 공기 유입부와 실외 배출부를 연결하며 제 5 열교환기(117) 및 제습 로터(121)를 통과하는 재생 유로(A12), 실내 공기 유입부(106a, 106b)와 연결된 실내 공기 유입로(A11a) 또는 제 2 실외 공기 유입부와 연결된 실외 공기 유입로(A11c)와 실내 공급부(105a, 105b)를 연결하며 제습 로터(121)를 통과하는 제습/가습 유로(A11), 상기 재생 유로(A12)와 상기 제습/가습 유로(A11) 사이에 걸쳐서 배치되는 제습 로터(121) 및 상기 제습/가습 유로(A11) 상에서 제습 로터(121)를 통과한 공기를 가습하는 가습 패드(118)를 포함한다.
도 8 의 실시예는 도 3 의 실시예와 달리 압축기(114)에서 토출된 냉매는 항상 제 5 열교환기(117)로 공급되며, 그 후에 제 1 유로 전환 밸브(130)에 의해서 제 1 열교환기(113a, 113b)로 공급될 것인지 제 2 열교환기(111)로 공급될지 결정된다. 따라서, 재생 유로(A12)가 재생이 아닌 제습의 역할을 수행할 수는 없고 가습은 제습 로터(121)의 사용없이 가습 패드(118)에 의해서만 수행된다. 하지만, 열교환기의 수가 감소하며 구성이 더 간단해져서 실외기(101)가 작아질 수 있으며, 투입되는 에너지도 감소되어 효율은 더 상승될 수 있다.
도 9 에는 가습-난방 모드로 동작하는 모습이 도시되어 있다. 도 9 에서 보이듯이 공기 조화 시스템(100)에서 제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 1 냉매유로(R1)를 제 2 냉매유로(R2)에 연결시키고 제 3 냉매유로(R3)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 실내가 순환되면서 가습이 수행되므로, 제 2 유로 전환 밸브(140)는 덕트(106)를 통과하는 실내 공기 유입로(A11a)를 제습/가습 유로(A11)에 연결시키며, 압축기(114)가 동작하고, 유로(A1, A10, A11)로 공기 흐름을 형성시킨다.
압축기(114)에서 토출되는 고온의 냉매는 제 5 열교환기(117)로 이동되나, 제 5 열교환기(117)를 통과하는 공기 흐름(A12)이 형성되지 않기 때문에, 온도 하락 없이 제 1 열교환기(113a, 113b)로 고온의 냉매가 흘러간다. 제 1 열교환기(113a, 113b)에서는 실내 순환 흐름(A10)으로 열을 전달하며, 그 후 팽창 밸브(112a, 112b), 제 2 열교환기(111)를 통과하면서 증발된 후 압축기(114)로 다시 들어온다.
또한, 제습/가습 유로(A11)에서는 실내에서 환기된 공기가 흐르는데 제습/가습 유로(A11)를 통과하는 공기에 가습 패드(118)를 가동시켜서 수분을 제공한 후 다시 실내로 공급한다. 따라서, 난방과 가습이 동시에 수행될 수 있다.
도 10 에는 환기-제습-냉방 모드가 도시되어 있다. 도 10 에서 보이듯이, 공기 조화 시스템(100)에서 제 1 유로 전환 밸브(130)는 제 1 냉매유로(R1)를 제 3 냉매유로(R3)에 연결시키고 제 2 냉매유로(R2)를 제 4 냉매유로(R4)에 연결시키며, 제 2 유로 전환 밸브(140)는 실내 공기 유입로(A11a)를 실외 배출로(A11c)로, 실외 공기 유입로(A11b)를 제습/가습 유로(A11)에 연결시킨다. 제습 로터(121) 및 압축기(114)가 동작하며, 유로(A1, A10, A11, A12)로 공기 흐름을 형성시킨다.
압축기(114)에서 토출되는 고온의 냉매는 제 5 열교환기(117)로 이동되며, 제 5 열교환기(117) 및 제 2 열교환기(111)를 통과하면서 공기 유로(A1, A12)와 열교환하면서 응축된 후 팽창 밸브(112a, 112b)를 통과하고, 제 1 열교환기(113a, 113b)가 증발기 역할을 수행하면서 에어컨과 같이 순환 흐름(A10)을 냉각시킨다. 이와 동시에 실내 공기 유입부(106a, 106b)의 공기는 실내 공기 유입로(A11a), 실외 배출로(A11c)를 통하여 외부로 배기되고, 실외 공기 유입로(A11b)를 통하여 외기가 유입되어 제습 로터(121)를 통과하면서 제습되고 제습/가습 유로(A11) 및 실내 공급부(105a, 105b)를 통해서 실내로 다시 돌아온다.
따라서, 환기-제습-냉방 모드에서는 냉방을 위한 압축기(114)의 구동에 제습 로터(121)와 공기 흐름 형성을 위한 팬의 구동을 추가하는 것으로 별도 가열원의 제공 없이 환기-제습-냉방을 달성할 수 있다.
또한, 환기와 제습 및 냉방이 동시에 수행되며, 고온 다습한 외부 환경이 있더라도 실내에는 냉방이 수행되면서 제습된 공기가 공급되므로, 사용자에게 불쾌감을 주지 않고 환기가 수행될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예로 제한되는 것은 아니며 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
100: 공기 조화 시스템 101: 실외기
102a, 102b: 실내기 105, 106: 덕트
105a, 105b: 실내 공급부 106a, 106b: 실내 공기 유입부
111: 제 2 열교환기 112a, 112b: 팽창 밸브
113a, 113b: 제 1 열교환기 114: 압축기
115: 제 3 열교환기 116: 제 4 열교환기
117: 제 5 열교환기 118: 가습 패드
121: 제습 로터 130: 제 1 유로 전환 밸브
140: 제 2 유로 전환 밸브

Claims (8)

  1. 냉매가 순환하는 압축기, 제 1 열교환기, 팽창밸브, 및 제 2 열교환기;
    상기 제 1 열교환기가 배치되는 실내기;
    상기 제 2 열교환기가 배치되는 실외기; 및
    실내와 연결되는 제습부;를 포함하며,
    상기 제습부는 제 1 실외 공기 유입부와 실외 배출부를 연결하며 제습 로터를 통과하는 재생 유로, 실내 공기 유입부 또는 제 2 실외 공기 유입부와 실내 공급부를 연결하며 제습 로터를 통과하는 제습/가습 유로, 상기 재생 유로와 상기 제습/가습 유로 사이에 걸쳐서 배치되는 제습 로터를 포함하며,
    상기 재생 유로에서 상기 제습 로터와 제 1 실외 공기 유입부 사이에 제 3 열교환기가 배치되며,
    상기 제 3 열교환기는 상기 제 2 열교환기와 압축기 사이의 냉매와 상기 재생 유로에서 상기 제습 로터를 통과하기 전의 공기가 열교환하게 구성되며,
    상기 실외기에는 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제 1 열교환기 방향과 상기 제 2 열교환기 방향 중 어느 한 방향으로 공급하는 제 1 유로 전환 밸브가 배치된 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 전환 밸브는 난방 모드에서는 상기 압축기로부터의 냉매를 상기 제 1 열교환기 방향으로 공급하고 상기 제 2 열교환기로부터의 냉매를 압축기로 공급하며, 냉방 모드에서는 상기 압축기로부터의 냉매를 상기 제 2 열교환기 방향으로 공급하며 상기 제 1 열교환기로부터의 냉매를 압축기로 공급하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제습 로터는 상기 실외기에 배치되며,
    상기 제습 유로에서 상기 실내 공기 유입부와 상기 실내 공급부는 덕트를 통하여 연결되며,
    상기 제습 유로 상에서 상기 제습 로터 전에는 상기 실내 공기 유입부와 제 2 실외 공기 유입부 중 한 쪽의 공기만 상기 제습 로터로 흐르도록 조절하는 제 2 유로 전환 밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 유로 전환 밸브는 상기 제습 로터를 향하는 제습 유로, 상기 실내 공기 유입부와 연결된 실내 공기 유입로, 상기 제 2 실외 공기 유입부 방향와 연결된 실외 공기 유입로, 및 외부와 연결된 실외 배출로와 연결을 조절하며,
    실내 제습 모드가 수행될 때는 상기 제습 유로와 상기 실내 공기 유입로를 연결하며, 환기 제습 모드가 수행될 때는 상기 제습 유로와 상기 실외 공기 유입로를 연결하는 것을 특징으로 하는 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제습 유로 상에서 상기 제습 로터와 상기 실내 공급부 사이에 배치되며, 물공급원과 연결된 가습 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제습 유로 상에서 상기 제습 로터 이전에 배치되며, 상기 제 1 열교환기를 통과한 냉매와 상기 제습 로터를 통과하기 전의 공기가 열교환하는 제 4 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    난방 및 가습 모드가 수행되면,
    상기 제 1 유로 전환 밸브는 상기 압축기로부터의 냉매를 상기 제 1 열교환기 방향으로 공급하며,
    상기 제 2 유로 전환 밸브는 상기 제습 유로와 상기 실내 공기 유입로를 연결하는 것을 특징으로 하는 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 열교환기는 상기 압축기와 상기 제 1 유로 전환 밸브 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 온도와 습도를 조절하는 공기 조화 시스템.


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