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KR100510774B1 - 복합식 제습냉방시스템 - Google Patents

복합식 제습냉방시스템 Download PDF

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KR100510774B1
KR100510774B1 KR10-2003-0033312A KR20030033312A KR100510774B1 KR 100510774 B1 KR100510774 B1 KR 100510774B1 KR 20030033312 A KR20030033312 A KR 20030033312A KR 100510774 B1 KR100510774 B1 KR 100510774B1
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Abstract

본 발명은 복합식 제습냉방시스템에 관한 것으로, 압축식 냉방시스템과 액체 건조제 제습시스템을 결합하여 잠열부하를 효과적으로 처리하고 냉방시스템 및 제습시스템의 효율을 동시에 높이도록 한 것이다.
본 발명은 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 이루어진 냉매압축 사이클과 재생기 및 제습기로 이루어진 제습 사이클이 일체로 결합된 복합식 제습 냉방시스템에 있어서, 하부일측에 실내공기 유입구 및 희용액 출구를 갖는 제습기 탱크로 구성되며, 상기 실내기 유입구 및 희용액 출구 사이로 희용액 저장부가 형성되고, 상부에는 분사공이 다수 형성된 저온용액분배기와 처리공기 배출구가 구비된 실내 제습기와 하부일측에 실외공기 유입구 및 농용액 출구를 갖는 재생기 탱크로 구성하되, 상기 실외기 유입구 및 농용액 출구 사이로 농용액 저장부를 형성하고, 상부에는 분사공이 다수 형성된 고온용액분배기와 처리공기 배출구가 구비된 실외 재생기와 상기 희용액 펌프와 재생기 사이에 설치되어 외부공기와 열교환하는 희용액-공기 열교환기와 상기 응축기는 포화증기응축부와 과열증기응축부로 분리하며 상기 과열증기응축부는 재생기의 고온용액분배기 하부에 위치되고, 상기 포화증기 응축부는 상기 희용액-공기 열교환기의 하류측에 위치되며, 상기 증발기는 제습기의 저온용액분배기 하부에 위치되는 것을 특징으로 한다.

Description

복합식 제습냉방시스템 {Hybrid dehumidified cooling system}
본 발명은 복합식 제습 냉방시스템에 관한 것으로, 보다 자세히는 잠열 및 현열 냉방부하를 효과적으로 처리함과 동시에 압축식 냉동사이클 및 액체식 제습사이클의 효율을 높이는 복합식 제습 냉방시스템에 관한것이다.
일반적으로 압축식 냉방시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 배관, 송풍기로 구성되어 증발기에서의 냉매 증발을 이용하여 처리공기로부터 열을 탈취하여 차가워진 처리공기로 건물의 냉방에 이용하고, 탈취된 열은 응축기를 통하여 외기로 방출되도록 사이클이 구성되어 있다.
그러나, 상기한 압축식 냉방시스템은 처리할 공기의 냉방부하 중 잠열부하가 늘어나게 되면 공기중의 수분을 응축시켜서 배출시키기 위해 실내에서 요구되는 쾌적한 공기온도보다 증발기 온도를 공기노점온도 이하로 과도하게 낮추어야 한다. 이로 인해 냉동사이클 효율감소 및 쾌적감 저하의 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 응축기에서는 외기를 이용하여 냉매가 응축할 때 발생되는 응축열을 배출하여야 하나 하절기에 외기온도가 높아질수록 냉매에서 열교환기를 통하여 외기로 열을 배출하기가 어려워지는 단점이 있다.
액체 제습제를 사용하여 공기중의 수분 제거에 활용하는 액체 건조제 제습시스템은 제습부, 재생부, 용액 열교환기, 용액 펌프, 용액 분배기 및 건조제 용액의 비산으로 인한 손실을 방지하기 위한 엘리미네이터로 구성된다.
이 액체 건조제 제습기는 공기 중의 수분에 대해 매우 큰 친화성을 갖고 있는 염화 리튬 수용액, 트리에틸렌글리콜 수용액, 염화 칼슘 수용액, 리튬 브로마이드 수용액 등의 액체 건조제를 이용하여 시스템의 제습부에서 처리공기와 직접 접촉시켜서 공기중의 수분을 제거하여 제습공기조화를 하는 것이다.
액체 건조제 제습시스템의 작동은 액체 건조제의 증기압과 공기중 수증기 분압의 증기압력차를 수분 흡수 또는 배출의 물질 전달 구동력으로 하며, 제습용액으로 사용되는 액체 건조제의 증기압은 용액의 온도와 농도에 의존하게 된다.
액체 건조제 제습시스템에서 제습부에서의 공기제습과정 시 열 및 물질 전달능력 향상을 통해 제습기의 시스템 효율을 향상시키기 위해서는 공기와 액체 건조제와의 접촉면적 및 접촉시간의 증대가 중요하고, 액체 건조제로의 공기 중 수분 흡수 시에 발생되는 응축잠열, 흡수열 등의 제거를 통한 등온제습이 제습기 시스템 효율향상에 중요한 역할을 하게 된다.
제습부에서 공기 중의 수분을 흡수하여 묽어진 제습용액은 재생부에서 용액을 가열하여 재생공기로 수분을 배출시킴으로써 다시 농용액으로 바뀌어 재사용할 수 있게 된다. 현재 액체 건조제 제습기는 정밀한 습도제어 또는 저습도가 요구되는 산업용 공기조화 분야에 많이 적용되고 있다.
본 발명의 발명자는 이미 등록특허공보(10-208627호)에서 복합식 공기열원히트펌프를 이용한 냉난방 시스템에 대해 제안하였다. 상기 발명은 한대의 기기로서 건물의 냉방, 난방, 제습, 가습의 공기조화를 동시에 수행하는 복합식 공기열원 히트펌프를 이용한 냉난방 기기에 관한 것으로 실내기의 압축 사이클은 증발기, 제습용액 사이클은 제습기로 가동되고, 실외기의 압축사이클은 응축기, 제습용사이클은 재생기로 가동되며 흡수제습과 현열냉방이 동시에 가동되는 복합식 공기열원 히트펌프를 이용한 냉난방기기이다.
또한 등록실용신안공보(20-300297호)에서는 액체제습식 히트펌프를 이용한 냉방장치로서 상기 10-208627호과 마찬가지로 재생기와 제습냉각기를 구비하고 압축사이클의 응축기를 통과한 고온용액이 상기 재생기에서 재생되고 증발기를 통과한 저온용액으로 흡수식 제습을 하게 된다.
그러나 이러한 압축식 냉방시스템과 액체 건조제 제습시스템을 단순히 결합해서는 압축식 냉방시스템의 응축기 배열을 충분히 활용하기 어려워 제습희용액의 재생에 충분한 온도까지 상승시키기 어렵고, 냉각부, 제습 재생충전탑 등이 별도로 위치하게 되어 시스템의 크기가 커지는 문제점이 있으므로 이에 대한 해결책이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위해 구현된 것으로 압축식 냉방시스템과 액체 건조제를 이용하는 액체식 제습기의 장점을 결합하여 냉방과 제습을 동시에 수행하는 효율적인 복합식 제습 냉방시스템을 제공하되, 상기 복합식 제습 냉방시스템은 응축부를 과열증기응축부와 포화증기 응축부로 구분하여 과열증기 응축부에서 재생에 필요한 온도까지 충분히 상승할 수 있도록 하였다.
본 발명의 다른 목적은 압축식 냉방시스템의 압축기 출구 측의 고온, 고압의 냉매 배열을 이용하여 액체 제습용액을 재생함과 동시에 액체 제습용액을 이용한 압축 냉방시스템 재생기의 저온희용액을 예열하는 동시에 고온 농용액을 예냉하여 제습시스템의 효율을 향상하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 이루어진 냉매압축 사이클과 재생기 및 제습기로 이루어진 제습 사이클이 일체로 결합된 복합식 제습 냉방시스템에 있어서, 하부일측에 실내공기 유입구 및 희용액 출구를 갖는 제습기 탱크로 구성되며, 상기 실내기 유입구 및 희용액 출구 사이로 희용액 저장부가 형성되고, 상부에는 분사공이 다수 형성된 저온용액분배기와 공기배출구가 구비된 실내 제습기와, 하부일측에 실외공기 유입구 및 농용액 출구를 갖는 재생기 탱크로 구성하되, 상기 실외기 유입구 및 농용액 출구 사이로 농용액 저장부를 형성하고, 상부에는 분사공이 다수 형성된 고온용액분배기와 공기배출구가 구비된 실외 재생기와, 상기 제습기의 희용액 출구와 일단이 배관연결되고, 타단은 상기 재생기의 고온용액분배기와 배관연결되는 희용액 펌프와 상기 재생기의 농용액 출구와 일단이 배관연결되고, 타단은 상기 제습기의 저온용액분배기와 배관연결되는 농용액 펌프와, 상기 희용액 펌프와 재생기 사이에 설치되어 외부공기와 열교환하는 희용액-공기 열교환기와, 상기 응축기는 포화증기응축부와 과열증기응축부로 분리하며 상기 과열증기응축부는 재생기의 고온용액분배기 하부에 위치되고, 상기 포화증기 응축부는 상기 희용액-공기 열교환기의 하류측에 위치되며, 상기 증발기는 제습기의 저온용액분배기 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 복합식 제습 냉방시스템을 제공한다.
상기 복합식 제습 냉방시스템은 상기 희용액-공기 열교환기를 통과한 희용액
과 상기 농용액 펌프에서 배출된 농용액을 상호 열교환시키는 농용액-희용액 열교환기가 더 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 복합식 제습 냉방시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 복합식 제습 냉방시스템의 전체 계통도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 복합냉방시스템은 크게 냉방시스템과, 액체제습시스템으로 구성된다.
여기서, 가장 굵은 선은 제습희용액 배관을 나타내고, 중간 굵기 선은 제습농용액 배관을 나타내며, 가장 얇은 선은 냉매 배관을 나타낸다.
상기 냉방시스템은 압축식 냉방사이클을 이용한 것으로 냉매를 고온 고압의 가스로 만드는 압축기(3)와, 상기 액체제습시스템의 재생기(40)에 설치되는 과열증기 응축부(4)와, 포화냉매를 응축시키는 포화증기 응축부(5)와, 상기 액체제습시스템의 제습기(70)에 설치되는 증발기(7)와, 상기 증발기(7)와 포화증기 응축부(5) 사이에 설치되는 팽창밸브(6)로 구성된다.
또한, 상기 액체제습시스템은 재생기(40)와 제습기(70), 제습기의 차가운 제습 희용액을 이용하여 포화증기 응축부(5)로의 실외기 온도를 낮추는 희용액-공기 열교환기(10), 및 저온의 희용액과 고온의 농용액을 열교환시키는 농용액-희용액 열교환기(11)와, 용액을 구동하여 분사시키는 용액분배기(23,24), 용액펌프(8,9), 용액 배관 및 용액의 비산을 방지하는 엘리미네이터(34,35)로 구성된다.
먼저, 냉방시스템에 대해 살펴보면, 상기 압축기(3)는 냉매배관(12)에 의해 일측이 과열증기 응축부(4)와 연결되고 타측은 증발기(7)와 냉매배관(16)에 의해 연결된다.
상기 과열증기 응축부(4)는 냉매배관(13)에 의해 포화증기 응축부(5)와 연결되며, 상기 포화증기 응축부(5)는 상기 액체제습시스템의 희용액-공기 열교환기(10)를 통과한 공기와 접촉하도록 상기 열교환기(10)의 실외기 출구측에 위치되며 배관(14)을 통해 팽창밸브(6)와 연결된다.
상기 팽창밸브(6)는 상기 증발기(7)와 연결(15)되어 냉방시스템의 루프가 완성된다.
다음으로, 제습시스템에 대해 살펴보면, 상기 제습기(70)에는 상기 냉방시스템의 증발기(7)가 상측에 설치되며, 그 위쪽으로 용액분배기(23)와, 엘리미네이터(34)가 차례로 설치된다. 또한, 하측에는 실내기 유입구(17) 및 희용액 저장부(26)이 형성되며 상기 희용액 저장부 하단일측에는 희용액출구가 형성된다.
상기 재생기(40)에는 상기 냉방시스템의 과열증기 응축부(4)가 상측에 설치되며, 그 위쪽으로 용액분배기(24)와, 엘리미네이터(35)가 차례로 설치된다. 또한, 하측에는 실외기 유입구(18) 및 농용액 출구가 형성되며 그 사이로 농용액 저장부(27)가 형성된다.
여기서, 상기 제습기(70)의 일측에는, 증발기를 거쳐 용액분배기(34)에 의해 냉각, 제습된 공기를 배출시키도록 공기배출구(19) 및 송풍기(21)이 설치된다. 또한 상기 재생기(40)의 일측에는, 응축기를 거쳐 용액분배기(35)에 의해 수분을 흡수한 공기를 배출시키도록 공기배출기(20) 및 송풍기(22)가 설치된다.
한편, 상기 제습기(70)와 재생기(40)사이에는 압력이 동일하도록 용액 균압관(25)이 설치된다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 복합식 제습 냉방시스템의 동작을 살펴본다.
먼저, 냉방시스템의 압축기(3)에서 고온고압으로 압축된 냉매가 냉매 배관(12)을 통하여 과열증기 응축부(4)를 통과하면서 재생되어야 할 제습희용액과 재생공기에 열을 배출하며 일부 응축하고, 계속하여 냉매배관(13)을 통하여 포화증기 응축부(5)를 통과하면서 희용액-공기 열교환기(10) 출구의 공기에 열을 배출하여 응축된다.
이후, 상기 냉매는 팽창밸브(6)를 통과하면서 감압되어 증발기(7)에서 제습농용액과 제습공기로부터 열을 빼앗아 증발되어 냉매배관(16)을 통하여 압축기(3)로 들어와서 하나의 사이클을 이루게 된다.
한편, 제습시스템에서는 상기 냉방시스템의 증발기(7)의 표면에 농용액-희용액 열교환기(11)를 통과한 제습농용액이 용액분배기(23)에 의해 산포되어 액막을 형성하면서 처리공기와 직접 접촉하여 공기중의 수분을 흡수하는 제습작용이 발생하는 동시에 냉매의 증발효과에 의한 현열 냉각이 발생하게 된다. 제습 및 냉각이 이루어진 처리공기는 엘리미네이터(34)에서 비산된 제습용액을 완전히 제거한 후 실내로 보내지게 된다.
제습과정에서 수분을 흡수하여 묽어진 제습용액은 희용액 저장부(26)에 모여지고, 용액펌프(8)를 통해 포화증기 응축부(5)와 병렬로 나란히 설치된 희용액-공기 열교환기(10)를 통과하면서 포화증기 응축부(5)로 보내지는 실외기를 냉각한 후에 농용액-희용액 열교환기(11)를 통과하면서 농용액 저장부(27)에서 나온 고온의 농용액과 열교환하여 온도가 상승하게 된다. 이후, 용액분배기(24)에 의해 과열증기응축부(4)의 표면에 산포되어 가열되고 재생공기로 습기를 배출하여 농용액으로 재생되어 저장부(27)에 모여지고 다시 용액펌프(9)를 통해 이송되어 사이클을 완성시킨다.
본 발명의 복합식 제습 냉방시스템은 전술한 바와 같이 포화증기 응축부(5)와 희용액-공기 열교환기(10)를 나란히 설치함으로써, 상기 포화증기 응축부(5)의 열에 의해 희용액이 예열되어 과열증기 응축부(4)에서 재생에 필요한 온도까지 충분히 상승될 수 있도록 하여 제습시스템의 효율을 향상시키는 동시에 상기 희용액-공기 열교환기(10)에 의해 냉각된 외기가 상기 포화증기 응축부(5)로 공급되도록 하여 냉방시스템의 효율을 상승시키게 된다.
또한, 상기 희용액-공기 열교환기(10)를 통과한 저온 희용액과 재생기(40)에서 재생된 고온 농용액이 열교환되는 농용액-희용액 열교환기(11)를 설치함으로써, 희용액을 2차적으로 예열하는 동시에 농용액을 예냉하여 제습시스템의 효율을 향상시키게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합식 제습 냉방시스템은 압축식 냉방시스템과 액체 건조제를 이용하는 액체식 제습기의 장점을 결합하여 냉방과 제습을 동시에 수행하는 효율적인 복합식 제습 냉방시스템을 제공하고, 상기 복합식 제습 냉방시스템은 응축부를 과열증기응축부와 포화증기 응축부로 구분하여 과열증기 응축부에서 재생에 필요한 온도까지 충분히 상승할 수 있다.
또한, 포화증기 응축부로 공급되는 공기의 온도를 낮추는 동시에 희용액이 예열되도록 함으로써 압축식 냉방시스템 및 제습시스템의 효율이 동시에 향상되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합식 제습냉방시스템의 전체 계통도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3. 압축기 4. 과열증기 응축부
5. 포화증기 응축부 6. 팽창밸브
7. 증발기 8,9. 용액펌프
10. 희용액-공기 열교환기 11. 농용액-희용액 열교환기
12,13,14,15,16. 냉매배관 17,18. 공기유입구
19,20. 공기배출구 21,22. 송풍기
23,24. 용액분배기 25. 용액 균압관
28,29,30,31,32,33. 용액배관

Claims (3)

  1. 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 이루어진 냉매압축 사이클과 재생기 및 제습기로 이루어진 제습 사이클이 일체로 결합된 복합식 제습 냉방시스템에 있어서,
    하부일측에 실내공기 유입구(17) 및 희용액 출구를 갖는 제습기 탱크로 구성되며, 상기 실내기 유입구 및 희용액 출구 사이로 희용액 저장부(26)가 형성되고, 상부에는 분사공이 다수 형성된 저온용액분배기(23)와 공기배출구(19)가 구비된 실내 제습기(70)와;
    하부일측에 실외공기 유입구(18) 및 농용액 출구를 갖는 재생기 탱크로 구성하되, 상기 실외기 유입구 및 농용액 출구 사이로 농용액 저장부(27)를 형성하고, 상부에는 분사공이 다수 형성된 고온용액분배기(24)와 공기배출구(20)가 구비된 실외 재생기(40)와;
    상기 제습기의 희용액 출구와 일단이 배관연결되고, 타단은 상기 재생기의 고온용액분배기와 배관연결되는 희용액 펌프(8)와;
    상기 재생기의 농용액 출구와 일단이 배관연결되고, 타단은 상기 제습기의 저온용액분배기와 배관연결되는 농용액 펌프(9)와;
    상기 희용액 펌프와 재생기 사이에 설치되어 희용액과 외부공기가 열교환하는 희용액-공기 열교환기(10)와;
    상기 응축기는 포화증기응축부(5)와 과열증기응축부(4)로 분리하며 상기 과열증기응축부는 재생기의 고온용액분배기 하부에 위치되고 재생기의 하부에는 실외공기유입구(18)가 형성되며, 상기 포화증기 응축부는 상기 희용액-공기 열교환기의 하류측에 위치되어 상기 희용액-공기 열교환기(10)의 출구의 공기에 열을 배출하여 응축하며, 상기 증발기는 제습기의 저온용액분배기 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 복합식 제습 냉방시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합식 제습 냉방시스템은 상기 희용액-공기 열교환기를 통과한 희용액과 상기 농용액 펌프에서 배출된 농용액을 상호 열교환시키는 농용액-희용액 열교환기(11)가 포함된 것을 특징으로 하는 복합식 제습 냉방시스템.
  3. 삭제
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