KR20110132234A - 데시칸트 공조기 - Google Patents
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Abstract
[과제] 본 발명은 환기에 의한 에너지 소실이 없고, 에너지 효율이 높은 데시칸트 공조기를 제공하도록 하는 것이다.
[해결 수단] 본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 습기 흡착제와 이산화탄소 흡착제와 질소 흡착제를 담지한 허니컴 로터를 갖고, 허니컴 로터를 적어도 흡착 존과 탈착 존으로 분할하고, 실내 공기를 흡착 존에 통과시키고, 흡착 존을 통과한 공기를 다시 실내로 리턴시키도록 하며, 탈착 존을 통과한 공기를 외기 방출하도록 했기 때문에 실내 공기 중의 이산화탄소와 산소 소비량에 상응하는 질소의 일부는 습기를 동반해 실외로 방출할 수 있고, 이에 따라 환기를 하지 않고 실내의 이산화탄소를 제거해서 산소 농도를 유지하도록 한다.
[해결 수단] 본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 습기 흡착제와 이산화탄소 흡착제와 질소 흡착제를 담지한 허니컴 로터를 갖고, 허니컴 로터를 적어도 흡착 존과 탈착 존으로 분할하고, 실내 공기를 흡착 존에 통과시키고, 흡착 존을 통과한 공기를 다시 실내로 리턴시키도록 하며, 탈착 존을 통과한 공기를 외기 방출하도록 했기 때문에 실내 공기 중의 이산화탄소와 산소 소비량에 상응하는 질소의 일부는 습기를 동반해 실외로 방출할 수 있고, 이에 따라 환기를 하지 않고 실내의 이산화탄소를 제거해서 산소 농도를 유지하도록 한다.
Description
본 발명은 예를 들면 실리카겔이나 제올라이트 등의 습기 흡착제를 사용한 데시칸트 공조기에 관한 것으로서, 특히 환기를 하지 않고 실내 공기의 질을 높일 수 있는 데시칸트 공조기를 제공하는 것에 관한 것이다.
데시칸트 공조기는 습기 흡착제를 사용함으로써 건조 공기를 만드는 것으로, 냉동식의 제습기와 비교해서 저노점의 공기를 만들 수 있다. 또한, 습기 흡착제의 탈착에 내연 기관 등의 폐열을 사용할 수 있고, 이러한 경우에는 에너지 절약 효과가 높아지게 된다.
또한, 건조 공기를 만들 경우에 고습 공기도 만들어지기 때문에 이 고습 공기를 실내로 공급함으로써 가습을 행하는 것도 가능하다.
이러한 데시칸트 공조기는 건축물의 실내 공조에 사용되거나 최근에는 하이브리드 자동차의 공조 장치로서 연구가 이루어지고 있다. 즉, 하이브리드 자동차는 전체적인 에너지 효율이 높기 때문에 폐열량이 적고 난방 장치로부터 배출되는 공기의 온도가 낮아서 창의 방담(防曇)이 충분하게 행하여지지 않는다는 문제가 있었다. 이러한 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 것이 있다.
특허문헌 1에 개시된 것은 차량용 공조 장치에 관한 것으로서, 실내 공기를 순환시킴으로써 환기에 의한 에너지의 소실을 방지하고 실내의 이산화탄소의 증가를 방지하기 위해 필요한 공기량만 환기를 행하도록 한 것이다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 것은 여전히 환기를 행할 필요가 있기 때문에 이것에 의한 에너지의 소실이 있다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 것은 차량용 공조 장치에 관한 것으로서, 에너지 절약으로 제습 성능을 향상시킨 것이다. 예를 들면, 단락 0003에 환기를 행하는 것의 문제점이 기재되어 있다. 이 때문에, 단락 0004에 실내 공기의 환기량을 저감하는 것이 기재되어 있다.
그렇지만 여전히 환기를 행하고 있어 환기에 의한 에너지의 손실은 해소되지 않고 있다는 문제가 있다.
그리고, 특허문헌 3에 개시된 것은 실내 공기 중의 유해 가스나 이산화탄소를 허니컴 로터에 흡착시켜서 배출하는 것이다. 이것에 개시된 것은 이산화탄소나 유해 가스만을 배출하기 때문에 환기에 의해 유해 가스 등의 실내 농도를 저감하는 것보다 현격하게 에너지 절약 효과가 높다.
그러나, 이 특허문헌 3에 개시된 것은 장시간 사용하면 실내의 산소 농도는 점차로 내려간다는 문제가 있다. 본 발명은 환기를 행하지 않고 에너지의 손실을 억제하면서 실내의 공기를 정화할 수 있는 데시칸트 공조기를 제공하도록 하는 것이다.
본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 적어도 습기 흡착제 및 이산화탄소 흡착제와 질소 흡착제를 담지한 허니컴 로터를 갖고, 이 허니컴 로터를 적어도 흡착 존과 탈착 존으로 나누고, 흡착 존에 실내 공기를 순환시켜서 통과시키고 탈착 존을 통과한 공기를 외기 방출하도록 했다.
<발명의 효과>
본 발명의 데시칸트 공조기는 상기와 같이 구성했으므로 실내에서 사람이 발생하는 이산화탄소는 허니컴 로터에 흡착되고 탈착 존에서 탈착되어서 외기로 방출된다. 여기서, 실내 공기 중의 산소가 소비되지만 질소 흡착제를 담지하고 있으면 동시에 질소도 흡착 배기되므로 공기 중의 산소 농도는 저하되지 않는다. 덧붙여서 말하면, 대기의 조성은 질소 약 78%, 산소 약 21%, 기타 약 1%로 성립되어 있지만 실내에서 소비된 산소에 대응하는 대기 조성비, 즉 이산화탄소 1에 대해서 4배량의 질소를 배출할 수 있으면 산소 농도를 21% 전후로 유지할 수 있다.
한편, 이산화탄소의 농도는 허용값이 건축 기준법에서는 0.1%(미국 국립 직업 안전 위생 연구소 및 미국 산업 위생 전문가 회의에 의한 허용값 0.5%)로 되어 있고, 공기 중에 조금 증가하는 것만으로 사람의 건강에 영향을 초래하기 때문에 재실(在室) 인원 1인당 30㎥/H의 환기가 필요하게 되지만 실내로부터 이산화탄소와 소비된 산소에 대응하는 질소의 일부를 배출할 수 있으면 30㎥/H의 환기를 하지 않아도 실내 환경의 탄산 가스 농도, 산소 농도 모두 유지된다.
예를 들면, 1인당의 탄산 가스 발생량은 0.02㎥/H이므로 질소 가스 0.08㎥/H와 합쳐서 0.1㎥/H 환기하면 좋다. 따라서, 건축 기준법에 의거하여 환기에 의해 이산화탄소 농도를 소정값 이하로 유지하도록 할 경우와 비교해서 환기량이 300분의 1이 된다.
또한, 본 발명의 데시칸트 공조기는 습기 흡착제도 허니컴 로터에 담지하고 있기 때문에 실내의 제습도 동시에 행할 수 있다.
또한, 허니컴 로터에 유기용제 가스(이하 VOC라고 씀)의 흡착제도 담지함으로써 실내로부터 VOC를 배출할 수 있고, 이 경우에는 더욱 실내 환경을 향상시킬 수 있다.
특히 최근, 광화학 스모그 등의 발생이 도시권에서 잇따르고, 이러한 경우에는 환기를 행함으로써 실내에 광화학 스모그가 들어오는 것이 염려된다. 또한, 간선 도로를 따라서는 자동차의 배기 가스가, 번화가에서는 조리 배기에 의한 악취가 환기에 의해 실내에 들어올 가능성이 있다. 그러나, 본 발명의 데시칸트 공조기이면 환기를 행하지 않고 실내 공기를 정화할 수 있기 때문에 이러한 문제는 없다.
도 1은 본 발명의 데시칸트 공조기의 실시예를 나타내는 흐름도이다.(실시예 1)
도 2는 본 발명의 데시칸트 공조기의 실시예를 나타내는 흐름도이다.(실시예 2)
도 3은 본 발명의 데시칸트 공조기의 실시예를 나타내는 흐름도이다.(실시예 3)
도 2는 본 발명의 데시칸트 공조기의 실시예를 나타내는 흐름도이다.(실시예 2)
도 3은 본 발명의 데시칸트 공조기의 실시예를 나타내는 흐름도이다.(실시예 3)
본 발명의 청구항 1에 기재된 발명은 캠 로터, 적어도 습기 흡착 또는 흡수 기능과 이산화탄소 흡착 또는 흡수 기능과 질소 흡착을 겸비하는 허니컴을 갖고, 허니컴 로터를 적어도 흡착 존과 탈착 존으로 분할하고, 실내 공기를 흡착 존에 통과시키고, 흡착 존을 통과한 공기를 다시 실내로 리턴시키도록 하며, 탈착 존을 통과한 공기를 외기 방출하도록 했기 때문에 실내 공기 중의 이산화탄소와 질소의 일부는 습기를 동반해 실외로 방출하여 실내의 탄산 가스 농도와 산소 농도를 유지할 수 있다는 작용을 갖는다.
[실시예 1]
이하 본 발명의 데시칸트 공조기의 실시예에 대해서 도면을 따라 상세하게 설명한다. 1은 허니컴 로터이며, 세라믹 섬유지 등의 불연성의 시트를 콜게이트(corrugate)(주름 형성) 가공해 로터 형상으로 한 것이고, 또한 예를 들면 실리카겔이나 친수성 제올라이트 등의 무기계 습기 흡착제, 또는 이온 교환 수지나 고분자 흡수제(吸水劑) 등의 고분자계 습기 흡착제 또는 염화리튬 등의 흡습제가 담지되어 있다.
또한, 허니컴 로터(1)에는 탄산 칼륨(중탄산 칼륨), 탄산 나트륨(중탄산 나트륨), 트리에탄올·아민, 모노에탄올·아민, 하이드로탈사이트, 이온 교환 수지 등의 이산화탄소 흡착제가 담지되어 있다. 제올라이트의 CaA, NaX, CaX, LiLSX, 및 NaLSX계도 탄산 가스를 흡착하지만 습기를 우선적으로 흡착하고, 습기를 흡착하면 탄산 가스를 흡착하지 않게 되고, 또한 습기의 탈착에 고온을 필요로 하기 때문에 이들 흡착제는 처리 공기의 출구측에 많아지도록 함침하거나, 각각의 로터로 해서 조합시켜서 일체화할 수도 있다.
또한, CaA, NaX, CaX, LiLSX, 및 NaLSX계의 제올라이트는 질소도 흡착하므로 탄산 가스와 동시에 질소도 흡착할 수 있지만, 상술한 바와 같이 습기를 우선적으로 흡착해서 질소 가스도 흡착하지 않게 된다.
바람직한 형태로서는 처리 공기 입구측에 습기와 함께 탄산 가스를 흡착하는 약염기성 이온 교환 수지를 담지하고, 출구측에 CaA계, CaX계, LiLSX계의 제올라이트를 담지하면 입구측의 이온 교환 수지가 습기와 탄산 가스를 흡착한 후 출구측에 대부분 담지한 제올라이트로 주로 탄산 가스와 질소 가스를 흡착할 수 있다. 이러한 형태로 함으로써 제올라이트는 습기의 영향을 적고, 효율적으로 질소 가스 및 탄산 가스를 흡착할 수 있다. 질소 흡착제로서 분자체(分子篩) 활성탄 등을 사용할 수도 있다.
이것에 추가해서 허니컴 로터(1)에 활성탄, 소수성 제올라이트를 담지해도 좋다. 이 경우에는 허니컴 로터는 실내의 악취나 VOC를 흡착하는 기능도 갖게 된다.
허니컴 로터(1)는 탈착 존(2), 퍼지 존(purge zone)(3), 흡착 존(4)으로 분할되어 있다. 퍼지 존(3) 및 흡착 존(4)에는 실내 공기가 블로어 등(일반적이므로 도시 생략)으로 공급된다.
실내(7) 공기는 허니컴 로터(1)의 흡착 존(4)을 통과한 후에 퍼지 존(3)으로의 관로와 실내(7)로의 공급로로 분기된다.
퍼지 존(3)을 통과한 공기는 히터(5)에 의해 가열되고 탈착 존(2)을 통과해서 외기로 방출된다. 흡착 존(4)을 통과한 공기는 흡착열에 의해 온도가 지나치게 오를 경우에는 이배퍼레이터(evaporator)나 쿨링 코일 등의 냉각 수단(6)에 의해 냉각되어서 실내(7)로 다시 리턴된다.
본 발명의 데시칸트 공조기는 이상과 같이 구성되고, 이하 그 동작에 대해서 설명한다.
우선, 겨울철에 결로를 방지할 경우나 실내에서 세탁물을 건조시킬 경우 등 실내 공기를 건조시킬 필요가 있다. 이러한 경우에는 허니컴 로터(1)를 회전시키면서 실내 공기를 흡착 존(4) 및 퍼지 존(3)에 통과시킨다. 흡착 존(4)을 통과한 공기는 건조되고, 이산화탄소와 질소의 일부가 제거되어서 실내로 다시 리턴된다. 동시에 히터(5)에 통전하고, 가열된 공기는 탈착 존(2)을 통과해서 흡착된 습기와 이산화탄소와 질소의 일부를 탈착해서 외기로 방출된다.
이와 같이 해서 실내 공기는 건조되고 실내 공기 중의 이산화탄소와 질소의 일부는 실외로 방출된다. 그리고, 흡착 존(4)을 통과한 공기는 흡착열에 의해 온도가 상승하여 난방 효과도 발휘된다.
여름철이나 장마시에 실내를 제습하도록 할 경우에는 실내 공기를 흡착 존(4)에 통과시킴으로써 온도가 상승하지만 흡착 존(4)을 통과한 공기는 냉각 수단(6)에 의해 냉각되어 건조한 찬 공기가 되어서 실내로 공급된다.
냉각 수단(6)을 통과하는 공기는 건조되어 있기 때문에 냉각 수단(6)에 의한 잠열 부하(공기 중의 수분을 결로시킴에 의한 부하)가 없다. 따라서, 냉각 수단(6)의 능력은 작은 것이어도 좋다. 히트 펌프를 이용하여 냉각 수단(6)을 이배퍼레이터로 하고 히터(5)를 라디에이터로 하면 전체의 에너지 소비는 적어진다.
실내에 새로운 가구를 반입하거나 벽지를 새로 바름으로써 실내에 유기용제 가스(이하 「VOC」라고 씀)가 방출될 경우가 있다. 이러한 경우에, 실내 공기 중의 VOC는 허니컴 로터(1)에 흡착되어 탈착 존(2)에서 탈착되어서 외기로 배출된다.
이상의 설명과 같이, 환기를 행하지 않아도 실내의 이산화탄소와 질소 가스의 일부나 VOC가 배출되어 환기에 의한 에너지의 소실을 방지할 수 있다. 또한, 외기 중에 오염 물질이 함유되어 있어도 환기를 행하지 않기 때문에 문제가 없고, 혹시 오염 물질이 침입해도 허니컴 로터(1)에 의해 흡착 제거되므로 실내 공기는 청정하게 유지된다.
또한, 외기가 오염되어 있는 경우에는 실내(7) 공기를 청정하게 유지하기 위해 공기 청정기를 사용한다. 이러한 경우에 실내(7)에 다수의 사람이 있어서 호기로부터 이산화탄소가 배출될 경우에 본 발명의 공조 장치에 의해 이산화탄소가 실외로 배출되어 실내(7)의 산소 농도도 확보된다. 또한, 실내(7)에 들어오는 공기량은 허니컴 로터로 흡착 제거한 이산화탄소와 질소 가스의 양과 같고, 양이 적기 때문에 공기 청정기에 의한 정화를 기대할 수 있다.
[실시예 2]
도 2에 본 발명의 실시예 2의 흐름도를 나타낸다. 상기 실시예 1에서는 실내 공기를 퍼지 존(3)에 통과시키도록 했다. 이에 대해서 실시예 2에서는 외기를 퍼지 존(3)에 통과시킨다. 실시예 2의 것은 실내 공기의 감소는 허니컴 로터(1)에 흡착되어 탈착 존(2)에서 탈착된 이산화탄소와 질소의 양만큼이다.
이 때문에, 실시예 2의 것은 실시예 1의 것보다 더욱 환기량이 적어지고 외기가 실내에 들어가는 양이 감소한다. 이 실시예 2의 것은 특히 외기가 오염되어 있을 경우에 적합하다.
자동차의 경우 겨울철 창의 결로를 방지하기 위해서 환기 난방하는 것이 바람직하지만 환기하면 난방 에너지의 대부분이 소실된다. 또한, 장마시의 결로 방지나 여름철의 냉방 제습 공조이어도 탄산 가스 농도를 낮추기 위해서 환기가 필요하여 냉방 에너지가 소실된다.
본 발명을 자동차의 공조에 적용하면 차 실내를 공조·제습하면서 탄산 가스와 산소 소비량에 상응하는 질소 가스의 일부를 배출할 수 있으므로 실내의 탄산 가스 농도와 산소 농도가 필요 농도로 유지되기 때문에 허니컴 로터로 흡착 배기한 탄산 가스와 질소 가스만큼의 소량의 공기를 도입시키기만 하면 되어 난방·냉방 에너지를 소실(로스)하지 않고 결로 방지와 탄산 가스 농도 저감과 산소 농도 유지의 목적을 달성할 수 있다.
가솔린 엔진을 사용한 자동차의 경우에는 다량의 폐열이 나오기 때문에 난방을 위해 특별한 열원이 필요하지 않았지만 전기 자동차의 경우에는 큰 폐열원이 없기 때문에 난방 에너지를 가능한 한 절약할 필요가 있다. 이러한 경우에 가능한 한 환기량을 적게 해서 따뜻하게 한 공기가 차 외부로 배출되지 않도록 하는 것이 중요하다. 이러한 경우에 본 발명의 공조 장치를 사용하면 최소의 환기량이면 되기 때문에 에너지가 절약되게 된다.
[실시예 3]
도 3에 본 발명의 실시예 3의 흐름도를 나타낸다. 상기 실시예 1 및 실시예 2에서는 허니컴 로터(1)에 퍼지 존(3)을 설치했다. 이에 대해서 실시예 3에서는 퍼지 존(3)을 설치하지 않고 외기를 탈착 존(2)에 통과시킨다. 실시예 3의 것도 실시예 2와 같이 실내 공기의 감소는 허니컴 로터(1)에 흡착되고, 탈착 존(2)에서 탈착된 이산화탄소와 질소의 양만큼이다.
이 실시예 3의 것도 히터(5)와 냉각 수단(6)은 히트 펌프의 라디에이터와 이배퍼레이터를 사용함으로써 소비 에너지를 적게 할 수 있다.
상기 각 실시예 모두 실내로부터 배출되는 이산화탄소와 질소의 비율은 히터(5)의 온도에 의해 제어될 수 있다. 즉, 허니컴 로터(1)에 흡착된 이산화탄소와 질소의 탈착 온도가 다르게 되어 있고, 히터의 온도를 조절함으로써 이산화탄소와 질소의 탈착량을 조정할 수 있다.
본 발명은 환기를 행하지 않아도 실내의 이산화탄소와 산소 소비량에 상응하는 질소 가스를 외기 방출해서 실내의 탄산 가스 농도와 산소 농도를 유지하는 것이 가능한 데시칸트 공조기를 제공하는 것이고, 따라서 환기에 의한 에너지 소실을 방지할 수 있는 데시칸트 공조기를 제공할 수 있다.
1 : 허니컴 로터 2 : 탈착 존
3 : 퍼지 존 4 : 흡착 존
5 : 히터 6 : 냉각 수단
7 : 실내
3 : 퍼지 존 4 : 흡착 존
5 : 히터 6 : 냉각 수단
7 : 실내
Claims (3)
- 적어도 습기 흡착 또는 흡수 기능과 이산화탄소 흡착 또는 흡수 기능과 질소 흡착 기능을 겸비하는 허니컴 로터를 갖고, 상기 허니컴 로터를 적어도 흡착 존과 탈착 존으로 분할하고, 실내 공기를 상기 흡착 존에 통과시키고, 상기 흡착 존을 통과한 공기를 다시 실내로 리턴시키도록 하며, 상기 탈착 존을 통과한 공기를 외기 방출하도록 한 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
- 적어도 습기 흡착 또는 흡수 기능을 갖는 허니컴 로터와 이산화탄소 흡착 또는 흡수 기능과 질소 흡착 기능을 갖는 허니컴 로터를 갖고, 상기 각각의 허니컴 로터를 적어도 흡착 존과 탈착 존으로 분할하고, 실내 공기를 상기 흡착 존에 각각 통과시키고, 상기 흡착 존을 통과한 공기를 다시 실내로 리턴시키도록 하며, 상기 각각 탈착 존을 통과한 공기를 외기 방출하도록 한 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 허니컴 로터에 퍼지 존을 설치하여 실내 공기를 상기 퍼지 존에 통과시키고, 상기 퍼지 존을 통과한 공기를 가열해서 탈착 존에 통과시키고, 상기 탈착 존을 통과한 공기를 실외로 방출하도록 한 것을 특징으로 하는 데시칸트 공조기.
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