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KR101655370B1 - 제습냉방 시스템 - Google Patents

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KR101655370B1
KR101655370B1 KR1020140164432A KR20140164432A KR101655370B1 KR 101655370 B1 KR101655370 B1 KR 101655370B1 KR 1020140164432 A KR1020140164432 A KR 1020140164432A KR 20140164432 A KR20140164432 A KR 20140164432A KR 101655370 B1 KR101655370 B1 KR 101655370B1
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South Korea
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water
air
dehumidifying
dehumidification
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이대영
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 관한 제습냉방 시스템은, 외부로부터 유입된 공기가 통과하는 제습냉각통로와, 제습냉각통로에 배치되어 공기를 통과시키며 공기의 습기를 제거하는 제습로터와, 제습로터를 통과한 고온저습한 공기를 이용하여 냉각수를 냉각하는 수냉각부를 구비하는 제습냉각기와, 수냉각부에 의해 냉각된 냉각수에 의해 냉각되도록 배치되어 내부에 흐르는 냉매를 응축하는 수냉응축기를 구비하며 수냉응축기에 냉매를 순환시키는 증기압축식 냉방기를 구비한다.

Description

제습냉방 시스템{Desiccant cooling system}
실시예들은 제습냉방 시스템에 관한 것으로, 제습냉각기의 냉방 출력으로 냉각수를 생산하고, 생산된 냉각수를 이용하여 증기압축식 냉방기의 수냉응축기를 냉각하는 제습냉방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 제습냉방 시스템은 열을 흡수하여 재생되는 제습로터를 구비하여 실외공기가 제습로터를 지나면서 고온저습한 상태가 되도록 하고, 이러한 고온저습의 공기는 다시 현열로터나 재생 증발식 냉각기를 지나 저온저습한 상태로 변화되어 실내로 공급된다.
이러한 제습냉방 시스템은 일체화된 장치 내에서 제습냉각된 공기를 생산하여 실내에 공급하는 방식으로, 일체화된 장치는 기계실에 설치되고, 제습냉각된 공기는 덕트를 통해 실내로 공급된다. 따라서 기존의 제습냉방 시스템을 사무실 또는 주거건물에 적용하려 할 경우, 해당 건물에 이러한 일체화된 장치와 실내공간을 연결하는 별도의 덕트를 추가로 설치하여야 하므로 설치비용이 증가하고, 덕트 소음 및 송풍동력이 증가하는 문제가 있다.
실시예들의 목적은 제습냉각기의 냉방 출력으로 냉각수를 생산하여 이를 증기압축식 냉방기의 수냉응축기를 냉각하는 데 이용하는 제습냉방 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 관한 제습냉방 시스템은, 외부로부터 유입된 공기가 통과하는 제습냉각통로와, 제습냉각통로에 배치되어 공기를 통과시키며 공기의 습기를 제거하는 제습로터와, 제습로터의 하류 측에 배치되어 제습로터를 통과하며 제습된 고온 저습한 공기를 이용하여 냉각수를 냉각하는 수냉각부를 구비하는 제습냉각기와, 냉매를 압축시키는 압축기와, 수냉각부에 의해 냉각된 냉각수에 의해 냉각되도록 배치되어 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축하는 수냉응축기와, 수냉응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시킨 후 압축기로 냉매를 전달하되, 냉매의 증발잠열을 이용하여 실내에 냉방을 공급하는 증발기를 구비하는 증기압축식 냉방기를 구비하고, 증발기는 제습냉각기의 외측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제습냉각기는 외부로부터 유입된 공기가 통과하는 재생통로를 더 구비하고, 제습로터의 일측은 제습냉각통로에 배치되고 제습로터의 타측은 재생통로에 배치되며, 제습로터는 제습로터를 제습냉각통로와 재생통로를 가로지르는 방향에서 회전시키는 회전축을 구비하여 제습로터가 회전축에 의해 회전함으로써 제습냉각통로와 재생통로에 위치하는 제습로터의 일측과 타측이 변경될 수 있다.
또한, 수냉각부는 수냉응축기를 냉각한 냉각수를 전달받아 냉각수를 냉각하여 수냉응축기로 전달하는 잠열교환기와, 잠열교환기에 증발수를 분사하는 증발수분사기를 구비할 수 있다.
또한, 수냉각부는 잠열교환기에서 수냉응축기로 전달되는 냉각수의 일부를 분기시켜 통과시키도록 증발수분사기보다 제습냉각통로의 상류측에 배치되는 현열교환기를 더 구비할 수 있다.
또한, 잠열교환기로부터 현열교환기로 공급되는 냉각수는 제습로터의 일측을 통과한 고온저습한 공기의 열용량에 대응하는 열용량을 가질 수 있다.
또한, 잠열교환기를 통과하며 냉각된 냉각수의 1/4 내지 1/3을 현열교환기로 분기하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 수냉각부는, 제습로터를 통과한 고온건조한 공기를 통과시키는 건채널과, 건채널을 통과한 공기를 회수하여 외부로 배출하는 습채널과, 습채널에 증발수를 분사하는 증발수분사기와, 수냉응축기로부터 유입되는 냉각수를 냉각하여 다시 수냉응축기로 전달하는 냉각수관을 구비할 수 있다.
삭제
또한, 제습냉각기는, 제습냉각통로의 일측에 형성되어 실외로부터 공기를 제습냉각통로에 흡기하는 흡기구와, 제습냉각통로의 타측에 형성되어 수냉각부를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 제1 배출구와, 흡기구와 제1 배출구 중 적어도 하나에 각종 이물질이나 세균을 필터링하는 필터를 더 구비할 수 있다.
또한, 제습냉각기는, 재생통로의 일측에 형성되어 실외로부터 공기를 급기하는 급기구와, 재생통로의 타측에 형성되어 제습로터를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 제2 배출구와, 급기구와 제2 배출구 중 적어도 하나에 각종 이물질이나 세균을 필터링하는 필터를 더 구비할 수 있다.
또한, 재생통로 내의 제습로터의 상류측에 배치되어 공기가 제습로터를 통과하기 이전에 공기를 가열하는 가열장치를 더 구비할 수 있다.
또한, 가열장치는 전기에 의해 가열되는 히팅 코일일 수 있다.
또한, 가열장치는 온수 열교환기일 수 있다.
또한, 제습냉각기는, 제습냉각통로에 형성되어 현열교환기를 통과한 공기의 일부를 실내로 공급하는 환기급기구를 더 구비할 수 있다.
또한, 제습냉각통로에 형성되어 건채널을 통과한 공기의 일부를 실내로 공급하는 환기급기구를 더 구비할 수 있다.
또한, 제습냉각기는, 제습냉각통로에 형성되어 실내의 상기 공기를 현열교환기와 잠열교환기의 사이로 유입시키는 환기유입구를 더 구비할 수 있다.
또한, 제습냉각기는, 재생통로에 형성되어 실내의 공기를 급기구와 제습로터의 사이로 유입하는 환기전용유입구를 더 구비할 수 있다.
또한, 제습냉각기는, 제습냉각통로에 형성되어 제습로터를 통과하는 공기의 일부를 실내로 공급하는 환기전용급기구를 더 구비할 수 있다.
또한, 수냉각부의 작동을 정지시켜 제습냉각기가 실내를 환기시키는 것을 특징으로 할 수 있다..
다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템은, 외부로부터 유입된 공기가 통과하는 제습냉각통로와, 제습냉각통로에 배치되어 공기를 통과시키며 공기의 습기를 제거하는 제습로터와, 제습로터의 하류 측에 배치되어 제습로터를 통과하며 제습된 고온 저습한 공기를 이용하여 냉매를 냉각하는 재생 증발식 냉각기를 구비하는 제습냉각기와, 냉매를 압축시키는 압축기와, 재생 증발식 냉각기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시킨 후 압축기로 냉매를 전달하되, 냉매의 증발잠열을 이용하여 실내에 냉방을 공급하는 증발기를 구비하는 증기압축식 냉방기를 구비하고, 증발기는 제습냉각기의 외측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 재생 증발식 냉각부는, 제습로터를 통과한 고온건조한 공기를 통과시키는 건채널과, 건채널을 통과한 공기를 회수하여 외부로 배출하는 습채널과, 습채널에 증발수를 분사하는 증발수분사기와, 압축기로부터 유입되는 냉매를 냉각하여 팽창밸브로 전달하는 냉매관을 구비할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 제습냉방 시스템은, 제습냉각기의 냉방 출력으로 냉각수를 생산하여 이를 증기압축식 냉방기의 수냉응축기를 냉각하는 데 이용함으로써 제습냉각기의 소요풍력을 낮추는 동시에 증기압축식 냉방기의 효율을 증가시킬 수 있으며, 아울러 기존 제습냉방 시스템에 별도로 덕트를 추가 설치하지 않고도 실내에 냉방을 공급할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 관한 제습냉방 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 수냉각부가 재생 증발식 냉각기인 경우를 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1의 냉매관을 순환하는 냉매(R410A)의 P-h 선도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 수냉응축기의 응축온도 변화에 따른 증기압축식 냉방기의 성적계수(COP)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1의 제습로터의 재생온도의 변화에 따라 냉방출력 10kW를 공급하기 위해 필요한 소요 풍량을 나타내는 그래프이다.
도 7은 또 실시예에 관한 제습냉방 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 제습냉방 시스템의 구성과 작용을 상세히 설명한다. 설명 중에 사용되는 '및 /또는' 의 표현은 관련 요소들의 하나 또는 요소들의 조합을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 관한 제습냉방 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이며, 도 2는 도 1의 수냉각부가 재생 증발식 냉각기인 경우를 나타내는 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 제습냉방 시스템(10)은 제습냉각기(100)와 증기압축식 냉방기(200)로 구성되어 있으며, 내부가 격벽(40)에 의해 제습냉각통로(20)와 재생통로(30)로 구분된 제습냉각기(100)는 제습로터(110)와 수냉각부(120)를 구비하고, 증기압축식 냉방기(200)는 압축기(210), 수냉응축기(220), 팽창밸브(230) 및 증발기(240)를 구비한다.
제습냉각기(100)에는 상술한 바와 같이 내부에 제습냉각통로(20)와 재생통로(30)가 형성되어 있으며, 일측이 제습냉각통로(20)에 배치되고 타측이 재생통로(30)에 배치되는 제습로터(110)와, 제습냉각통로(20) 측의 제습로터(110)를 통과하며 습기가 제거된 고온 저습의 공기를 이용하여 냉각수관(124)을 흐르는 냉각수를 냉각하는 수냉각부(120)를 구비한다.
아울러, 제습냉각기(100)는 제습냉각통로(20)의 상류측에 형성되어 실외로부터 공기를 제습냉각통로(20)에 흡기하는 흡기구(141)와, 제습냉각통로(20)의 하류측에 형성되어 수냉각부(120)를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 제1 배출구(142)를 구비한다. 또한, 흡기구(141)와 제1 배출구(142)의 주위 또는 흡기구(141)와 제1 배출구(142)와 일체로 각종 이물질이나 세균을 필터링하는 필터(145, 146)가 더 구비될 수 있다.
다음으로, 제습냉각기(100)는 재생통로(30)의 상류측에 형성되어 실외로부터 공기를 급기하는 급기구(143)와, 재생통로(30)의 하류측에 형성되어 제습로터(110)를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 제2 배출구(144)를 구비한다. 또한, 급기구(143)와 제2 배출구(144)의 주위 또는 급기구(143)와 제2 배출구(144)와 일체로 각종 이물질이나 세균을 필터링하는 필터(147, 148)가 더 구비될 수 있다.
제습냉각기(100)는 제습로터(110)와 급기구(143) 사이에 가열장치(130)를 더 구비할 수 있으며, 가열장치(130)는 재생통로(30)의 급기구(143)로 흡입되는 공기를 제습로터(110)의 재생에 소요되는 온도까지 가열하는 역할을 수행한다. 이러한 가열장치(130)에는 전기에 의해 가열되는 히팅 코일이나 온수 열교환기 등 다양한 변형예가 가능하다.
상세히, 가열장치(130)로 온수 열교환기를 사용할 경우, 온수를 제공하기 위하여 각종 발전시설이나 산업시설에서 쓰고 남은 폐열을 이용할 수 있다. 특히 열 부하보다 냉방 부하가 월등히 높은 여름철에 폐열을 이용하여 온수 열교환기에 온수를 공급하게 되면, 결과적으로 폐기되는 열 에너지를 냉방에 이용하게 되어 국가적으로 에너지 사용 효율을 극대화할 수 있다. 이밖에, 태양열이나 지열 또는 가스를 열원으로 이용하여 온수를 공급할 수도 있다.
제습로터(110)는 바람직하게는 세라믹 재질의 종이로 구성된 허니컴(Honeycomb) 형상의 다공구조로 형성되며, 세라믹 종이 표면에 실라카겔과 같은 제습제가 안정적으로 코팅되어 있다. 또한, 제습로터(110)는 제습냉각통로(20)와 재생통로(30)를 나누는 격벽(40) 부근에 설치되는 회전축(115)에 의해 회전할 수 있는데, 회전축(115)에 의해 회전하는 제습로터(110)의 일부분이 제습냉각통로(20)를 통과하는 동안에는 흡기구(141)를 통해 유입되는 공기 중의 수증기를 흡수하는 제습 기능을 수행한다.
한편, 제습냉각통로(20)에 위치한 제습로터(110)에서 제습이 수행되는 동안, 재생통로(30)를 지나는 제습로터(110)의 다른 부분에서는 급기구(143)를 통해 유입되어 가열장치(130)를 지나며 가열된 공기에 의해 제습로터(110)의 재생이 수행된다. 이렇게 재생 과정을 거친 제습로터(110)의 상기 다른 부분은 다시 회전축(115)의 회전에 의해 제습냉각통로(20)로 진입하여 제습 기능을 지속적으로 수행한다.
다음으로, 제습냉각통로(20)의 하류 측에 위치하여 상류 측의 제습로터(110)를 통과하며 제습된 고온 저습한 공기를 이용하여 냉각수를 냉각하는 수냉각부(120)에 대해 자세히 설명한다.
수냉각부(120)는 잠열교환기(121)와 증발수분사기(122)를 구비한다. 여기에서, 잠열교환기(121)의 내부에는 피냉각체인 냉각수가 흐르는 냉각수관(124)이 배치되며, 이러한 냉각수관(124)은 증기압축식 냉방기(200)의 수냉응축기(220)와 연결되므로, 냉각수관(124) 내로 흐르는 냉각수는 잠열교환기(121)와 수냉응축기(220)를 왕복하며 순환하게 된다.
다음으로, 증발수분사기(122)는 잠열교환기(121)에 인접하도록 설치되어 잠열교환기(121) 방향으로 증발수를 분사하는 역할을 수행한다. 이렇게 증발수분사기(122)에 의해 분사된 증발수는, 제습냉각통로(20)에 위치하는 제습로터(110)의 일측을 통과하는 고온저습한 공기에 의해 증발이 촉진되고, 이때 증발수는 잠열교환기(121) 내부에 배치된 냉각수관(124)을 흐르는 냉각수의 열을 빼앗아 증발하게 되며, 이는 결과적으로 냉각수의 온도를 낮추게 된다.
아울러, 냉각수의 냉각 효과를 더욱 증대시키기 위해, 수냉각부(120)는 잠열교환기(121)의 내부에 흐르는 냉각수의 일부를 분기시켜 통과시키도록 증발수분사기(122)보다 제습냉각통로(20)의 상류측에 배치되는 현열교환기(123)를 더 구비할 수 있다. 현열교환기(123)는 제습로터(110)보다는 하류측에 위치하며, 제습로터(110)의 일측을 통과한 고온저습한 공기가 증발수분사기(122)를 거쳐 잠열교환기(121)로 유입되기 이전에 공기를 먼저 냉각시키는 역할을 수행한다.
이렇게 현열교환기(123)로 제습로터(110)에서 유입되는 고온저습한 공기를 먼저 냉각하게 되면, 잠열교환기(121) 측에서 냉각수를 더 낮은 온도까지 냉각할 수 있으며, 또한 증발 냉각 효과에 의하여 현열교환기(123)에 공급되는 냉각수 유량의 3 내지 4배 정도의 유량을 냉각할 수 있다. 따라서, 잠열교환기(121) 측에서 냉각된 냉각수의 1/4 내지 1/3을 현열교환기(123)로 분기시키는 것이 바람직하며, 현열교환기(123) 측으로 공급되는 냉각수의 일부를 제외한 나머지 2/3 내지 3/4를 수냉응축기(220) 측으로 공급하여 수냉응축기(220)의 냉각에 이용할 수 있다.
이때, 잠열교환기(121)와, 현열교환기(123)와, 수냉응축기(220)는 서로 냉각수관(124)로 연결되어 순환 싸이클을 이루며, 냉각수가 냉각수관(124)을 따라 잠열교환기(121), 현열교환기(123) 및 수냉응축기(220)를 순환하며 수냉응축기(220)에 냉각수를 공급하게 된다.
다음으로, 증기압축식 냉방기(200)는 기존의 전기 에어컨과 동일한 구성으로, 냉매를 압축하는 압축기(210)와, 압축기(210)에 의해 압축된 냉매를 응축하는 수냉응축기(220)와, 수냉응축기(220)에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(230)와, 팽창밸브(230)에 의해 팽창된 냉매를 증발시킨 후 다시 압축기(210)로 냉매를 전달하되, 냉매의 증발잠열을 이용하여 실내에 냉방을 공급하는 증발기(240)를 구비한다. 여기서, 증발기(240)는 제습냉방기(100)의 외측에 설치될 수 있다.
이때, 압축기(210), 수냉응축기(220), 팽창밸브(230)와 증발기(240)는 서로 냉매관(250)으로 연결되어 하나의 냉방 싸이클을 이루며, 냉매가 냉매관(250)을 따라 압축기(210), 수냉응축기(220), 팽창밸브(230)와 증발기(240)를 순환하며 실내에 냉방을 공급한다.
여기에서, 증기압축식 냉방기(200)의 수냉응축기(220)는 상술한 바와 같이 냉각수관(124)을 통해 수냉각부(120)와 연결되고, 수냉각부(120)를 통과하며 냉각된 냉각수에 의해 냉각되며, 수냉응축기(220)를 냉각시킨 냉각수는 다시 냉각수관(124)을 통해 수냉각부(120)로 전달된다.
한편, 수냉각부(120)는 도 2에 나타난 바와 같이 재생 증발식 냉각기(1200)로 구성될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 재생 증발식 냉각기(1200)는 제습로터(110)를 통과한 고온건조한 공기를 통과시키는 건채널(1230)과, 건채널(1230)을 통과한 공기를 회수하여 외부로 배출하는 습채널(1210)과, 습채널(1210)에 증발수를 분사하는 증발수분사기(1220)와, 수냉응축기(220)로부터 유입되는 냉각수가 냉각되어 다시 수냉응축기(220)로 흘려보내는 냉각수관(1240A)을 구비할 수 있다.
상세히, 제습로터(110)를 통과한 고온건조한 공기는 참조부호 α의 방향에서 건채널(1230) 입구로 진입하며, 습채널(1210)을 거쳐 가이드부(1250)로 인도되어 참조부호 α'의 방향으로 배출된다. 한편, 수냉응축기(220)에서 회수되는 냉각수는 참조부호 β의 방향에서 냉각수관(1240A)으로 진입하며, 냉각수관(1240A)에 진입한 냉각수는 냉각수관(1240A)을 따라 인도되어, 습채널(1210)의 증발냉각 효과에 따라 냉각되어 참조부호 β'의 방향으로 빠져나와 다시 수냉응축기(220)로 전달된다.
한편, 재생 증발식 냉각기(1200)의 냉각수관(1240A) 대신 증기압축식 냉방기(200)의 냉매관(250)으로 하여금 재생 증발식 냉각기(1200)를 관통하도록 배치할 수도 있다. 이러한 경우는 도 3에 나타나 있는 바, 이어서 도 3을 참조하여 냉각수 대신 증기압축식 냉방기(200) 내를 순환하는 냉매를 냉각할 수 있는 제습냉방 시스템(11)의 구조에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 3에 나타난 제습냉방 시스템(11)은 도 2에 나타난 재생 증발식 냉각기(1200)를 제습냉각기(100)의 제습냉각통로(20)의 하류 측에 구비한다. 여기서, 도 3에 나타나지는 않았으나 재생 증발식 냉각기(1200)의 내부 구조는 도 2에 나타난 바와 동일하다. 따라서, 도 2에 나타난 바와 같이 제습로터(110)를 통과한 고온건조한 공기는 참조부호 α의 방향을 따라 재생 증발식 냉각기(1200)의 건채널(1230) 입구로 진입하며, 습채널(1210)을 거쳐 가이드부(1250)로 인도되어 참조부호 α'의 방향으로 배출된다.
한편, 전술한 바와 같이 도 3에 나타난 재생 증발식 냉각기(1200)에는 도 2에 나타난 냉각수관(1240A) 대신 냉매관(1240B)이 배치될 수도 있다. 따라서, 증기압축식 냉방기(200')의 압축기(210)로부터 전달되는 냉매는 냉매관(1240B)을 통해 참조부호 β의 방향으로 재생 증발식 냉각기(1200)에 유입되며, 냉매관(1240B)을 따라 인도되어, 습채널(1210)의 증발냉각 효과에 따라 냉각되어 참조부호 β'의 방향으로 유동하여 증기압축식 냉방기(200')의 팽창밸브(230) 측으로 전달된다.
이러한 방법은 수냉응축기(220)를 냉각하는 냉각수의 온도를 낮춰 냉방 효과를 개선하는 대신, 증발기(240)에서 증발되며 그 증발잠열로 냉방을 생산하는 냉매를 냉각하는 것으로, 전술한 수냉응축기(220)를 지나는 냉각수를 냉각하는 방법과 같이 증기압축식 냉방기(200)의 냉방 효과를 개선할 수 있는 제습냉방 시스템(11)을 제공할 수 있다.
다음으로, 도 4 내지 도 6을 참조하여 수냉각부(120)에서 생산되는 냉각수로 증기압축식 냉방기(200)의 수냉응축기(220)를 냉각시킨 경우 그 효과에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 도 1의 냉매관을 순환하는 냉매(R410A)의 P-h 선도를 나타내는 그래프이고, 도 5는 도 1의 수냉응축기의 응축온도 변화에 따른 증기압축식 냉방기의 성적계수(COP)의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 6은 도 1의 제습로터의 재생온도의 변화에 따라 냉방출력 10kW를 공급하기 위해 필요한 소요 풍량을 나타내는 그래프이다.
먼저 도 4를 참조하면, 참조부호 A는 수냉응축기(220)의 응축온도가 30℃일 경우 증기압축식 냉방기(200)의 엔탈피에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프이고, 참조부호 B는 수냉응축기(220)의 응축온도가 50℃일 경우 증기압축식 냉방기(200)의 엔탈피에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프이다. 여기에서, 참조부호 a와 참조부호 a'는 냉매가 압축기(210)를 지나면서 압축되는 상태를 나타내고, 참조부호 b와 참조부호 b'는 압축된 냉매가 수냉응축기(220)를 지나면서 응축되는 상태를 나타내며, 참조부호 c와 참조부호 c'는 응축된 냉매가 팽창밸브(230)를 거치면서 팽창되는 상태를 나타내고, 참조부호 d와 참조부호 d'는 팽창된 냉매가 증발기(240)를 지나면서 증발되는 상태를 나타낸다.
여기에서, 참조부호 a와 참조부호 a'를 참고하여 해당 냉방 싸이클에 필요한 압축기(210)의 소요 동력을 결정할 수 있으며, 증기압축식 냉방기(200)의 냉방 능력은 참조부호 d와 참조부호 d'의 길이를 통해 확인할 수 있다. 즉, 참조부호 a'의 길이가 참조부호 a의 길이보다 길다는 것은, 수냉응축기(220)의 응축온도가 30℃일 때(참조부호 A)보다 50℃일 때(참조부호 B) 압축기(210)의 소요 동력이 더 크다는 뜻이며, 참조부호 d의 길이가 참조부호 d'의 길이보다 길다는 것은, 수냉응축기(220)의 응축온도가 30℃일 때(참조부호 A) 증기압축식 냉방기(200)의 냉방 능력이 수냉응축기(220)의 응축온도가 50℃일 때(참조부호 B)보다 크다는 것을 의미한다.
따라서, 수냉응축기(220)의 응축온도가 30℃일 경우(참조부호 A), 응축온도가 50℃일 경우(참조부호 B)와 비교했을 때 더 적은 압축기(210)의 입력(참조부호 a)으로 더 많은 냉방 능력(참조부호 d)을 얻을 수 있음을 의미한다.
더 상세하게 설명하면, 기존의 공랭식 증기압축식 냉방기(미도시)는 일 실시예와 같이 제습냉각기(100)에서 공급되는 냉각 공기가 아닌 실외공기로 응축기(미도시)를 냉각시키며, 이때, 실외공기가 35℃, 40%RH 인 경우 공랭식에 의한 응축기(미도시)의 응축온도는 대략 50℃가 된다. 따라서, 응축기(미도시)의 냉각에 실외공기를 이용하는 공랭식 증기압축식 냉방기(미도시)의 경우, 도 3의 참조부호 B와 같은 냉방 싸이클의 형태를 띠게 된다.
한편, 수냉각부(120)에서 얻어지는 냉각수의 온도는 20℃ 정도로, 이러한 수냉각부(120)에서 얻어지는 냉각수를 이용하여 증기압축식 냉방기(200)의 수냉응축기(220)를 냉각할 경우, 수냉응축기(220)의 응축 온도를 종래의 공랭식 증기압축식 냉방기(미도시)에 비하여 약 20℃ 정도 낮출 수 있다.
따라서, 수냉각부(120)에서 얻어지는 냉각수를 증기압축식 냉방기(200)의 수냉응축기(220)를 냉각하는데 이용할 경우 도 3의 참조부호 A와 같은 냉방 싸이클의 형태를 띠게 되며, 이는 결과적으로 더 작은 압축기 입력으로 더 큰 냉방 출력을 얻을 수 있음을 의미한다.
다음으로, 도 5를 참조하여 수냉응축기(220)의 응축온도 변화에 따라 증기압축식 냉방기(200)의 냉방싸이클 효율, 즉 성적계수(COP)가 어떻게 변화하는지 알아보도록 한다.
도 5를 참조하면, 냉매가 R410A이고, 증발온도 10℃, 과열도 5℃, 과냉도 5℃, 압축기 효율이 0.7이고 응축온도가 50℃인 경우(B), 기존의 공랭식 증기압축식 냉방기(미도시)의 성적계수는 3.8이다. 한편, 일 실시예와 같이 수냉각부(120)에서 얻어지는 냉각수를 수냉응축기(220)를 냉각하는데 이용할 경우(참조부호 A), 예를 들어 응축온도가 30℃인 경우에는 증기압축식 냉방기(200)의 성적계수는 8.8로, 기존의 공랭식 증기압축식 냉방기(미도시)의 성적계수인 3.8보다 두 배 이상 증가함을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 제습로터(110)의 재생온도의 변화에 따라 냉방출력 10kW를 공급하기 위한 소요 풍량의 변화를 간략히 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 참조부호 C는 일 실시예의 제습냉방 시스템(10)으로 냉방을 공급하는 경우를 나타내며, 참조부호 D는 기존의 하이브리드 제습 냉방 시스템(미도시)로 냉방을 공급하는 경우를 나타낸다. 참조부호 C와 참조부호 D 두 경우 모두 제습로터(110)의 재생온도가 높아질수록 소요 풍량이 감소하는 것을 확인할 수 있으나, 특히 참조부호 C의 경우, 즉 일 실시예에 의한 제습냉방 시스템(10)이 기존의 하이브리드 제습 냉방 시스템(미도시)보다 소요 풍량이 절반 정도인 것을 알 수 있다.
이는, 상술한 바와 같이 일 실시예의 경우 수냉각부(120)에서 냉각된 냉각수가 수냉응축기(220)의 냉각에 사용됨으로써 냉방 성능이 향상되고, 이에 따라 기존의 하이브리드 제습 냉방 시스템(미도시)보다 적은 소요 풍량으로도 동일한 냉방 출력을 낼 수 있음을 의미한다.
이와 같이 소요 풍량이 적으면, 제습로터(110)를 포함한 제습냉방 시스템(10)의 주요부품들의 용량이 작아지며, 이에 따라 소요 동력과 재생열량도 작아진다.
다음으로, 도 7을 참조하여 제습냉각기(100)에서 생산되는 공기를 필요에 따라 환기목적으로 실내(15)로 직접 공급할 수 있는 제습냉방 시스템(12)에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 7을 참조하면, 제습냉각기(100)는 제습냉각통로(20)에 형성되어 현열교환기(123)를 통과한 공기의 일부를 실내(15)로 공급하는 환기 급기구(150)와, 제습냉각통로(20)에 형성되어 실내(15)의 공기를 현열교환기(123)와 잠열교환기(121) 사이로 유입시키는 환기 유입구(160)를 더 구비할 수 있다.
이러한 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템(12)은 냉방 운전 중 실내 환기를 위한 신선한 외기를 실내(15)에 공급할 수 있는 구조로써, 제습로터(110)와 현열교환기(123)를 거쳐 제습, 냉각된 공기의 일부를 실내(15)으로 공급하며, 실내(15)에서 회수된 공기는 잠열교환기(121)의 직전으로 다시 유입되어 잠열교환기(121)를 증발 냉각시키는데 이용된다. 이때, 일반 주택에서 필요한 환기량은 4~5CMM 정도로, 냉방용량이 10kW인 제습냉방 시스템(10)의 공급풍량 중 30~40%의 풍량을 환기에 이용할 수 있다.
상세히, 도 7에 나타나는 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템(12)은 실내(15)에 냉방을 공급하면서 동시에 제습냉각기(100)의 큰 장점인 환기, 탈취, 향균 등의 특성을 그대로 활용할 수 있다. 또한 환기 목적으로 소량의 풍량만 공급하면 되므로, 별도의 덕트를 설치할 필요가 없이 이미 실내(15)에 설치되어 있는 환기용 덕트를 그대로 활용할 수 있다.
이때, 실내(15) 로부터 잠열교환기(121) 직전으로 다시 유입되는 공기는 실내(15)으로부터 배기되는 공기로, 제습로터(110)와 현열교환기(123)를 거치며 제습 냉각된 공기보다 습구온도가 높을 수 밖에 없다. 하지만 이러한 경우에도, 만약 실내(15) 내 공기의 온도가 27℃, 습도가 50%RH인 경우 잠열교환기(121) 입구의 습구온도 상승은 1℃에 불과하여 수냉각부(120)의 냉방 출력에는 큰 영향을 미치지는 않는다.
이하, 도 8을 참조하여 냉방 운전 이외에 봄, 가을 등 간절기에 에너지 회수 환기장치로 운전할 수 있는 제습냉방 시스템(13)의 구조에 대해 설명하도록 한다.
도 8은 또 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 제습냉각기(100)는 재생통로(30)에 형성되어 실내(15)에서 공기를 회수하여 급기구(143)와 제습로터(110) 사이로 유입하는 환기전용 유입구(170)와, 제습냉각통로(20)에 형성되어 제습로터(110)를 통과한 공기를 실내(15)로 공급하는 환기전용 급기구(180)를 더 구비할 수 있다.
이러한 또 다른 실시예에 관한 제습냉방 시스템(13)은 냉방이 필요하지 않을 경우 환기전용으로 운전되는 경우로써, 이러한 경우 제습냉각기(100)의 수냉각부(120)와 증기압축식 냉방기(200)는 작동하지 않으며, 제습로터(110)는 제습 기능을 수행하지 않고 전열교환기로 운전된다.
상세히, 환기운전은 다음과 같이 수행된다. 먼저, 실내(15)로부터 회수된 공기는 환기전용 유입구(170)로 유입되어 재생통로(30)를 따라 제습로터(110)를 지나며 공기의 현열과 잠열을 제습로터(110)에 전달한다. 다음으로, 이렇게 실내(15)에서 회수된 공기로부터 제습로터(110)에 전달된 현열과 잠열은, 제습로터(110)의 회전에 따라 흡기구(141)로 유입되어 제습냉각통로(20)를 지나는 외부 공기에 전달되고, 현열과 잠열을 전달받은 이러한 외부 공기는 환기전용 급기구(180)를 거쳐 다시 실내(15)로 유입된다.
따라서, 냉방이 필요하지 않을 경우 제습냉방 시스템(13)의 제습냉각기(100)는 에너지회수형 환기장치로 이용될 수 있으며, 냉방이 필요하지 않으므로 이때에는 물론 증기압축식 냉방기(200)는 작동하지 않는다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 11, 12, 13: 제습냉방 시스템 142: 제1 배출구
15: 실내 143: 급기구
20: 제습냉각통로 144: 제2 배출구
30: 재생통로 145, 146, 147, 148: 필터
40: 격벽 150: 환기 급기구
100: 제습냉각기 160: 환기 유입구
110: 제습로터 170: 환기전용 유입구
115: 회전축 180: 환기전용 급기구
120: 수냉각부 200: 증기압축식 냉방기
121: 잠열교환기 210: 압축기
122: 증발수분사기 220: 수냉응축기
123: 현열교환기 230: 팽창밸브
124: 냉각수관 240: 증발기
130: 가열장치 250: 냉매관
141: 흡기구

Claims (20)

  1. 외부로부터 유입된 공기가 통과하는 제습냉각통로와, 상기 제습냉각통로에 배치되어 공기를 통과시키며 공기의 습기를 제거하는 제습로터와, 상기 제습로터의 하류 측에 배치되어 상기 제습로터를 통과하며 제습된 고온 저습한 공기를 이용하여 냉각수를 냉각하는 수냉각부를 구비하는 제습냉각기; 및
    냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 수냉각부에 의해 냉각된 상기 냉각수에 의해 냉각되도록 배치되어 상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축하는 수냉응축기와, 상기 수냉응축기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시킨 후 상기 압축기로 냉매를 전달하되, 냉매의 증발잠열을 이용하여 실내에 냉방을 공급하는 증발기를 구비하는 증기압축식 냉방기;를 구비하고,
    상기 증발기는 상기 제습냉각기의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 제습냉방 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제습냉각기는 외부로부터 유입된 공기가 통과하는 재생통로를 더 구비하고, 상기 제습로터의 일측은 상기 제습냉각통로에 배치되고 상기 제습로터의 타측은 상기 재생통로에 배치되며, 상기 제습로터는 상기 제습로터를 상기 제습냉각통로와 상기 재생통로를 가로지르는 방향에서 회전시키는 회전축을 구비하여 제습로터가 상기 회전축에 의해 회전함으로써 상기 제습냉각통로와 상기 재생통로에 위치하는 상기 제습로터의 상기 일측과 상기 타측이 변경되는, 제습냉방 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 수냉각부는 상기 수냉응축기를 냉각한 상기 냉각수를 전달받아 상기 냉각수를 냉각하여 상기 수냉응축기로 전달하는 잠열교환기와,
    상기 잠열교환기에 증발수를 분사하는 증발수분사기를 구비하는, 제습냉방 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 수냉각부는 상기 잠열교환기에서 상기 수냉응축기로 전달되는 상기 냉각수의 일부를 분기시켜 통과시키도록 상기 증발수분사기보다 상기 제습냉각통로의 상류 측에 배치되는 현열교환기를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 잠열교환기로부터 상기 현열교환기로 공급되는 상기 냉각수는 상기 제습로터의 일측을 통과한 고온저습한 공기의 열용량에 대응하는 열용량을 가지는, 제습냉방 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 잠열교환기를 통과하며 냉각된 상기 냉각수의 1/4 내지 1/3을 상기 현열교환기로 분기하는 것을 특징으로 하는, 제습냉방 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 수냉각부는,
    상기 제습로터를 통과한 고온건조한 공기를 통과시키는 건채널과,
    상기 건채널을 통과한 공기를 회수하여 외부로 배출하는 습채널과,
    상기 습채널에 증발수를 분사하는 증발수분사기와,
    상기 수냉응축기로부터 유입되는 냉각수를 냉각하여 다시 상기 수냉응축기로 전달하는 냉각수관을 구비하는, 제습냉방 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제습냉각기는,
    상기 제습냉각통로의 일측에 형성되어 실외로부터 공기를 상기 제습냉각통로에 흡기하는 흡기구와, 상기 제습냉각통로의 타측에 형성되어 상기 수냉각부를 통과한 상기 공기를 외부로 배출시키는 제1 배출구와, 상기 흡기구와 상기 제1 배출구 중 적어도 하나에 각종 이물질이나 세균을 필터링하는 필터를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 제습냉각기는,
    상기 재생통로의 일측에 형성되어 실외로부터 공기를 급기하는 급기구와, 상기 재생통로의 타측에 형성되어 상기 제습로터를 통과한 상기 공기를 외부로 배출시키는 제2 배출구와, 상기 급기구와 상기 제2 배출구 중 적어도 하나에 각종 이물질이나 세균을 필터링하는 필터를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 재생통로 내의 상기 제습로터의 상류 측에 배치되어 공기가 상기 제습로터를 통과하기 이전에 공기를 가열하는 가열장치를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 가열장치는 전기에 의해 가열되는 히팅 코일인, 제습냉방 시스템.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 가열장치는 온수 열교환기인, 제습냉방 시스템.
  13. 제4 항에 있어서,
    상기 제습냉각기는,
    상기 제습냉각통로에 형성되어 상기 현열교환기를 통과한 상기 공기의 일부를 실내로 공급하는 환기급기구를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  14. 제7 항에 있어서,
    상기 제습냉각통로에 형성되어 상기 건채널을 통과한 상기 공기의 일부를 실내로 공급하는 환기급기구를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제습냉각기는,
    상기 제습냉각통로에 형성되어 상기 실내의 상기 공기를 상기 현열교환기와 상기 잠열교환기의 사이로 유입시키는 환기유입구를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 제습냉각기는,
    상기 재생통로에 형성되어 실내의 상기 공기를 상기 급기구와 상기 제습로터의 사이로 유입하는 환기전용유입구를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제습냉각기는,
    상기 제습냉각통로에 형성되어 상기 제습로터를 통과하는 상기 공기의 일부를 상기 실내로 공급하는 환기전용급기구를 더 구비하는, 제습냉방 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 수냉각부의 작동을 정지시켜 상기 제습냉각기가 상기 실내를 환기시키는 것을 특징으로 하는, 제습냉방 시스템.
  19. 외부로부터 유입된 공기가 통과하는 제습냉각통로와, 상기 제습냉각통로에 배치되어 공기를 통과시키며 공기의 습기를 제거하는 제습로터와, 상기 제습로터의 하류 측에 배치되어 상기 제습로터를 통과하며 제습된 고온 저습한 공기를 이용하여 냉매를 냉각하는 재생 증발식 냉각기를 구비하는 제습냉각기; 및
    냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 재생 증발식 냉각기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시킨 후 상기 압축기로 냉매를 전달하되, 냉매의 증발잠열을 이용하여 실내에 냉방을 공급하는 증발기를 구비하는 증기압축식 냉방기;를 구비하고,
    상기 증발기는 상기 제습냉각기의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 제습냉방 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 재생 증발식 냉각기는,
    상기 제습로터를 통과한 고온건조한 공기를 통과시키는 건채널과,
    상기 건채널을 통과한 공기를 회수하여 외부로 배출하는 습채널과,
    상기 습채널에 증발수를 분사하는 증발수분사기와,
    상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 냉각하여 상기 팽창밸브로 전달하는 냉매관을 구비하는, 제습냉방 시스템.
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