KR100947617B1 - 공기 조화기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 공기조화기는 실내 공기가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실내 공기 유로와 실외 공기가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실외 공기 유로가 구획 형성된 케이스, 상기 실내 공기 유로와 상기 실외 공기 유로에 배치된 제습 로터, 상기 제습 로터를 통과를 통과하면서 제습된 공기가 냉각되게 상기 실내 공기 유로에 설치된 냉각기, 상기 냉각기를 통과한 공기가 냉매를 증발시키면서 냉각되도록 상기 실내 공기 유로에 설치된 증발기 및 실외 공기 유로로 흡입된 실외 공기가 냉매를 응축시키면서 가열되도록 상기 실외 공기 유로에 설치된 응축기를 포함한다. 따라서 소비 전력을 최소화하면서 실내를 고효율로 제습 및 냉방 시킬 수 있다는 이점이 있다.
공기 조화기, 실내 공기 유로, 실외 공기 유로, 제습 로터, 히터, 응축기, 증발기
Description
본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제습 로터와 냉동 사이클을 이용하여 실내를 제습 및 냉각시키는 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기로 이루어지는 냉매의 냉동사이클을 이용하여 실내를 냉난방 시키거나 공기를 정화시키는 것으로, 크게 분리형과 일체형으로 구분된다.
상기한 분리형과 일체형은 기능적으로는 같지만 분리형은 실내기에 냉각/방열 장치를 설치하고 실외기에 방열/냉각 및 압축 장치를 설치하여 서로 분리된 실내기와 실외기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이고, 일체형은 냉각 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 직접 설치한 것이다.
상기와 같은 공기조화기는 실내 공기가 공기조화기 내부로 흡입된 후 증발기와 접촉되어 증발기를 통과하는 저온저압의 냉매로 열을 빼앗기는 것에 의해 온도가 내려가고, 이때 공기 중의 수분이 증발기 표면에 응축되며, 이후 공기조화기 외부로 토출된다.
한편, 등록특허공보 10-0598214에는 공기가 데시컨트를 통과하면서 데시컨트로 수분을 빼앗기고, 데시컨트에 흡착된 수분이 히터의 열에 의해 증발되어 데시컨트가 재생되는 데시컨트를 이용한 가습 및 제습 장치가 개시되어 있다.
상기와 같은 데시컨트를 이용한 가습 및 제습 장치는, 히터에 의해 가열된 실내 공기가 데시컨트를 통과하여 데시컨트에 흡착된 수분을 간접 가열방식으로 증발시키거나, 전기 히터를 데시컨트와 일체화하여 데시컨트의 수분을 전기히터의 직접 가열방식으로 증발시킨다.
그러나, 상기와 같이 구성된 데시컨트를 이용한 가습 및 제습 장치는, 단순히 제습 기능만을 수행할 수 있으므로 실내를 제습시키면서 냉방시키는 경우 실내에 냉방 기능을 갖는 공기조화기와 함께 설치되어야 하는 문제점이 있고, 데시컨트의 재생을 위한 별도의 전기 히터가 필요하여 화재 위험성이 클 뿐만 아니라 전기 히터의 전력 사용에 따른 유지비가 높은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 안정성이 높고 소비 전력을 최소화하면서 실내를 고효율로 제습하면서 냉방시킬 수 있는 공기 조화기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제습로터를 재생시키기 위한 공기를 기존의 열원을 이용하여 복수 회 가열하여, 에너지 효율을 증가시키면서 제습성능을 향상시키기 위한 공기 조화기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제습로터를 통과한 실내공기를 복수 회 냉각하여, 에너지 효율을 증가시키면서 제습성능을 향상시키기 위한 공기 조화기를 제공함에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는, 실내 공기가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실내 공기 유로와 실외 공기가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실외 공기 유로가 구획 형성된 케이스, 상기 실내 공기 유로와 상기 실외 공기 유로에 배치된 제습 로터, 상기 제습 로터를 통과를 통과하면서 제습된 공기가 냉각되게 상기 실내 공기 유로에 설치된 냉각기, 상기 냉각기를 통과한 공기가 냉매를 증발시키면서 냉각되도록 상기 실내 공기 유로에 설치된 증발기 및 실외 공기 유로로 흡입된 실외 공기가 냉매를 응축시키면서 가열되도록 상기 실외 공기 유로에 설치된 응축기를 포함한다. 그리고 상기 냉각기는 제습로터와 증발기 사이에 위치한다.
여기서 냉각기는 실내 공기가 통과하는 방열유로와 실외 공기가 통과하는 흡열유로가 형성된 열교환기이다. 그리고 상기 냉각기는 상기 실외 공기 유로와 상기 흡열 유로를 연통시키는 실외 공기 유로 연결부와 상기 실외 공기 유로의 실외 공기를 상기 실외 공기 유로 연결부를 통해 상기 흡열 유로로 송풍시키도록 설치된 냉각 팬을 더 포함한다. 또한 상기 냉각기는 상기 흡열 유로에 물을 분사하는 급수부를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 급수부는 상기 열교환기의 하측에 설치되어 상기 열교환기에서 낙하된 물을 받는 물받이, 상기 물 받이에 낙하된 물을 상기 흡열 유로로 급수하도록 일단이 상기 물 받이에 연결되고 타단이 상기 흡열 유로의 상측에서 상기 흡열 유로로 물을 급수하게 배치된 물 급수 라인 및 상기 물 급수 라인에 설치된 물 펌프를 더 포함한다.
한편, 상기 냉각기는 상기 흡열 유로가 수직 방향으로 개구되고, 상기 방열유로가 수평방향으로 개구된다. 그리고 상기 방열 유로와 상기 흡열 유로는 복수개의 유로가 각각 병렬로 연결되고, 병렬로 연결된 수직 방향의 방열 유로들 사이에 수평방향의 응축 유로들이 병렬로 위치한다. 그리고 상기 방열 유로와 상기 흡열 유로는 딤플이 형성된다.
한편, 상기 냉각기는 쿨링 타워와 연결되어 상기 제습로터를 통과한 실내공기를 냉각시키는 냉각코일로 이루어질 수도 있다.
여기서 상기 공기 조화기는 상기 응축기에서 가열된 실외 공기를 재가열한 후 상기 제습 로터를 재생시키도록 상기 실외 공기 유로에 설치된 히팅기구를 더 포함한다. 상기 히팅기구는 상기 응축기와 제습로터 사이에 위치한다. 그리고 상기 히팅기구는 외부 온수 공급원에 온수 배관으로 연결되어 외부 온수 공급원에서 공급된 온수가 통과하는 히팅 코일으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 제습 로터는 저온 재생이 가능한 데시칸트 소재를 이용한다. 상기 데시컨트는 메조 실리카를 포함한다.
한편, 상기 공기 조화기는 실외에 위치하고, 상기 케이스에는 실내 공기를 상기 실내 공기 유로로 흡입 안내하는 실내 흡입 덕트와 상기 실내 공기 유로를 통과한 공기를 토출 안내하는 실내 토출 덕트를 포함한다.
그리고 상기 공기 조화기는 실외에 위치하고, 상기 케이스는 상기 실외 공기 유로로 실외 공기가 흡입되는 실외 공기 흡입구와 상기 실외 공기 유로를 통과한 실외 공기가 실외로 배출되는 실외 공기 배출구를 포함한다.
상기 증발기에서 증발된 냉매를 압축하고 압축된 냉매를 상기 응축기로 토출하고 상기 케이스 내부에 설치된 압축기와 상기 응축기에서 응축된 냉매가 상기 압축기에서 압축되기 전에 팽창되고 상기 케이스 내부에 설치된 팽창기구를 포함한다.
상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 마감재 모듈은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제습 로터에 의해 제습된 실내 공기가 냉동 사이클의 증발기에 의해 냉각된 후 실내로 공급되고, 실외공기가 냉동 사이클의 응축기에 의해 가열된 후 제습 로터를 재생시킨다. 따라서 실내를 효율적으로 제습시키면서 냉방시킬 수 있다.
둘째, 본 발명의 공기조화기는 응축기를 통과하면서 가열된 실외 공기가 히팅 기구에 의해 재차 가열되어 제습 로터를 재생시킨다. 따라서 제습 로터의 재생에 필요한 충분한 열을 확보할 수 있고, 제습 로터를 보다 효율적으로 재생시킬 수 있다.
셋째, 히팅기구가 외부 온수 공급원에 온수 배관으로 연결되어 외부 온수 공급원에서 공급된 온수가 통과하는 히팅 코일로 이루어진다. 따라서 전열 히터의 경우 보다 안전성이 높고, 제습 히터의 재생에 필요한 열이 안정적으로 공급될 수 있는 이점이 있다.
넷째, 제습기를 통과한 실내공기를 냉각기와 증발기와 2회 냉각을 하여 실내공기의 냉각효율을 증가시키는 이점이 있다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공기 조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도이고, 도 2는 제1 실시예의 개략 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 공기 조화기는 케이스(2), 제습로터(6), 냉동 사이클(4) 및 냉각기(90)를 포함한다.
케이스(2)는 공기조화기의 외관을 형성한다. 그리고 실내 공기(I)가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실내 공기 유로(11)와, 실외 공기(O)가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실외 공기 유로(12)가 구획 형성된다.
한편, 본 발명의 공기조화기는 실내에 설치되고 실외 공기 유로(12)와 실외가 실외 덕트로 연통되는 것이 가능하다. 또한 실외에 설치되고 실내 공기 유로(11)와 실내를 실내 덕트로 연통되는 것도 가능하다. 그리고 창문이나 벽에 관통되게 설치되고 실내 공기 유로(11)가 실내와 통하며 실외 공기 유로(12)가 실외와 통하는 것도 가능하다.
한편, 냉동 사이클(4)의 압축기(21)나 후술하는 실내 송풍기(30) 및 실외 송풍기(40) 등의 소음과 실내 공간 활용도 등을 고려할 때 실외에 설치되는 것이 바람직하다.
따라서 본 실시예의 공기 조화기는 실외에 설치된다. 그리고 실내 공기 유로(11)에 실내공기의 흡입을 안내하는 실내 공기 흡입 덕트(13)와 실내 공기 유로(11)를 통과한 공기를 실내로 토출 안내하는 실내 공기 토출 덕트(14)가 연결된다.
그리고 케이스(2)에는 실내 공기 흡입 덕트(13)가 연결되는 실내 공기 흡입구(15)와 실내 공기 토출 덕트(14)가 연결되는 실내 공기 토출구(16)가 형성된다.
또한, 케이스(2)에는 실외 공기 유로(12)로 실외 공기(O)가 흡입되는 실외 공기 흡입구(17)와 실외 공기 유로(12)를 통과한 실외 공기(O)가 실외로 배출되는 실외 공기 토출구(18)가 형성된다.
한편, 케이스(2)에는 실내 공기 유로(11)와 실외 공기 유로(12)를 구획하는 베리어(19)가 형성된다. 케이스(2)는 직사각형 형상으로 형성되고, 베리어(19)는 케이스(2)의 장방향으로 길게 배치된다.
베리어(19)는 케이스(2)에 설치되어 실내 공기 유로(11) 및 실외 공기 유로(12)를 형성하는 에어 가이드 역할을 한다. 따라서 케이스(2)의 내부를 증발기(24) 등이 설치되는 제 1 공간과 응축기(22) 등이 설치되는 제 2 공간으로 구획한다. 결국 베이러(19)는 실내 공기(I)와 실외 공기(O)가 섞이지 않도록 구획하는 역할을 한다.
냉동 사이클(4)은 압축기(21), 응축기(22), 팽창기구(23) 및 증발기(24)를 포함한다. 그리고 냉매가 압축기(21), 응축기(22), 팽창기구(23) 및 증발기(24)를 순환하면서 응축기(22)에서 방열되고, 증발기(24)에서 흡열된다. 그리고 냉동 사이클(4)은 케이스(2)에 설치된다.
압축기(21)는 증발기(24)에서 증발된 냉매를 압축하여 압축된 냉매를 응축기(22)로 토출한다. 그리고 실내 공기 유로(11)에 설치될 경우, 압축기(21)에서 방열되는 열에 의해 실내 공기(I)의 온도가 상승 될 수 있으므로, 실외 공기 유로(12)에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 케이스(2) 내부에 실내 공기 유로(11) 및 실외 공기 유로(12)와 별도로 구획 형성된 기계실에 설치되는 것도 가능하다.
응축기(22)는 실외 공기(O)가 통과하면서 가열되도록 실외 공기 유로(12)에 설치된다. 구체적으로 응축기(22)는 응축기(22)에 의해 가열된 실외 공기(O)가 제습 로터(6)를 통과하면서 제습 로터(6)를 재생시키도록 제습 로터(6)와 실외 공기 흡입구(17) 사이에 설치된다.
팽창기구(23)는 응축기(22)에서 응축된 냉매를 압축기(21)에서 압축되기 전에 팽창시키는 기능을 한다. 그리고 실내 공기 유로(11) 또는 실외 공기 유로(12)에 설치되는 것도 가능하고, 케이스(2) 내부에 실내 공기 유로(11) 및 실외 공기 유로(12)와 별도로 구획 형성된 기계실에 설치되는 것도 가능하다.
증발기(24)는 실내 공기(I)가 통과하면서 냉각되도록 실내 공기 유로(11)에 설치된다. 구체적으로 증발기(24)는 제습 로터(6)를 통과하면서 제습된 실내 공기(O)가 증발기(24)에 의해 냉각되도록 제습 로터(6)와 실내 공기 토출구(16) 사이에 위치한다.
한편, 제습 로터(6)는 실내 공기 흡입구(15)로 흡입된 실내 공기(I)가 통과하면서 실내 공기(I)의 수분을 흡착하는 기능을 한다. 그리고 통과하는 공기중의 수분을 흡습하는 데시컨트(7)와 데시컨트(7)를 회전시키는 데시컨트 회전기구(8)를 포함한다.
데시컨트(7)는 세라믹 섬유질의 평면지와 파형지를 번갈아 원통형 형상으로 감아 올리고, 기공 및 표면적이 매우 발달돼 있어 흡습 특성이 우수하다. 그리고 대략 60℃ 이하인 저온에서도 재생 즉, 수분 제거가 가능한 메조 실리카(Meso-Silica(SiO2))가 포함된다.
여기서, 메조 실리카는 메조 다공성 실리카로서, 입경이 10～1000nm인 구형의 실리카 입자 및 실리카 전구체와 계면활성제를 용매하에서 반응시켜 구형의 실리카 입자 표면에 실리카와 계면 활성제 성분으로 이루어진 셀부를 성장시킨다. 그리고 상기 쉘부가 형성된 결과물을 열처리하여 상기 쉘부의 계면활성제 성분을 제거하면, 계면활성제가 제거된 자리에 소정 직경의 기공들이 형성된 실리카 쉘부가 형성된다.
상기와 같은 메조 실리카는 기공 크기가 2㎚～50nm로 이루어진다.
| 시료 | 흡습성(mL/g) | 재생온도(℃) | 표면적BET |
| 지올라이트 | 0.37 | 153 | 780 |
| 알루미나 | 0.47 | 80 | 327 |
| 메조 실리카 | 0.63 | 48 | 609 |
표 1은 데시컨트의 재생 영역을 시험하여 크기가 200nm이고 기공이 2㎚～50nm인 메조 실리카를 지올라이트와 알루미나와 비교한 결과이다. 표 1에 도시된 바와 같이, 메조 실리카는 지올라이트나 알루미나의 경우 보다 시료 1g당 수분 흡수량이 많아 제습 능력이 상대적으로 높고, 재생 온도가 상대적으로 낮아 상대적으로 낮은 열풍으로 재생이 가능하게 된다.
즉 본 발명의 공기 조화기는 저온 재생이 가능한 데시컨트(7)를 사용하기 때문에 후술하는 바와 같이 재생을 위한 열원으로 히터, 콘덴서 응축열 또는 지역 난방수의 고온 폐열 등을 이용할 수 있다.
한편, 데시컨트(7)는 일부가 실내 공기 유로(11)가 위치되고 나머지가 실외 공기 유로(12)에 위치되게 배치된다. 따라서 실내 공기 유로(11)에 위치되어 실내 공기(I)가 통과하면서 수분이 흡착되는 부분이 실외 공기 유로(12)로 이동되어 실외 공기(O)에 의해 재생된다.
구체적으로 데시컨트(7)는 실내 공기 유로(11)와 실외 공기 유로(12)에 걸쳐 배치된다. 따라서 실내 공기(I)가 통과하면서 수분이 흡착되는 부분(이하, '흡착부'라 칭함)과 실외 공기(O)가 통과하면서 수분이 증발되는 부분(이하, '재생부'라 칭함)이 교대로 바뀌면서 수분이 흡착/증발된다.
데시컨트 회전기구(8)는 데시컨트(7)의 회전중심에 회전축이 축설된 모터로 이루어지는 것도 가능하고, 데시컨트(7)의 외주면에 감긴 벨트와, 벨트를 회전시키는 모터로 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 상기와 같은 공기조화기는 실내 송풍기(30)와 실내 송풍기(40)를 더 포함한다. 실내 송풍기(30)는 실내 공기(I)를 실내 공기 흡입구(15)로 흡입하여 실내 공기 유로(11)를 통과시킨 후 실내 공기 토출구(16)를 통해 토출시킨다. 그리고 실외 송풍기(40)는 실외 공기(O)를 실외 공기 흡입구(17)로 흡입하여 실외 공기 유로(12)를 통과시킨 후 실외 공기 토출구(18)를 통해 토출시킨다.
실내 송풍기(30)와 실외 송풍기(40)는 하나의 구동원에 의해 함께 회전되는 것도 가능하고, 각각의 구동원에 의해 회전되는 것도 가능하며, 이하 각각이 구동원을 갖는 것으로 설명한다.
구체적으로 실내 송풍기(30)는 실내 공기 유로(11)에 배치되고, 실내 팬(32)과, 실내 팬(32)을 회전시키는 실내 팬모터(34)를 포함한다. 그리고 실외 송풍기(40)는 실외 공기 유로(12)에 배치되고, 실외 팬(42)와, 실외 팬(42)을 회전시키는 실외 팬모터(44)를 포함한다.
한편, 냉동 사이클은 응축기(22)의 방열 열량이 증발기(24)의 흡열 열량보다 많기 때문에 응축기(22)의 크기가 증발기(24)의 크기 보다 형성된다. 그리고 응축기(22)로 송풍되는 실외 공기(O)의 송풍량이 증발기(24)로 송풍되는 실내 공기(I)의 송풍량 보다 많도록 실내 팬모터(34)와 실외 팬모터(44)가 구동된다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 실외 공기 유로(12)에 히팅기구(70)가 설치될 경우, 응축기(22)를 통과하면서 가열된 실외 공기가 히팅기구(70)에 의해 재가열된 후 제습로터(6) 특히 데시컨트(7)의 재생부를 가열 재생시킨다. 구체적으로 히팅기구(70)은 제습로터(6)와 응축기(22)사이에 위치한다.
그리고 히팅기구(70)는 외부 온수 공급원에 온수 배관(72)(74)으로 연결되어 외부 온수 공급원에서 공급된 온수가 통과하는 히팅 코일로 이루어진다.
외부 온수 공급원은 본 실시예에 따른 공기조화기와 동일 건물에 설치되고 온수 배관(72)(74)이 연결된 보일러로 이루어지는 것도 가능하고, 지역난방공사의 난방수의 고온 폐열을 이용하는 것도 가능하다. 즉 상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 데시컨트(7)는 저온 재생이 가능한 메조 실리카를 포함한다. 따라서 본 실시예에서는 상기 동일 건물의 온수 배관 또는 지역난방공사의 폐열을 이용하여 실외공기(O)의 온도를 상승시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 공기조화기에서는 실외공기(O)가 냉각 시스템(4)의 응축기(22)를 통과하면서 온도가 1차 상승된다. 그리고 히팅 기구(70)을 통과하면서 실외공기(0)의 온도가 2차 상승하게 된다. 결국 2단계의 온도 상승과정을 통해서 실외공기(O)는 데시컨트(7)를 재생시킬 수 있는 온도까지 상승을 하게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 공기조화기는 실내 공기 유로(11)에 별도로 실내 공기(I)를 냉각시키는 냉각기(80)가 설치된다. 따라서 데시컨트(7)를 통과한 실내 공기는 냉각기(80)와 증발기(24)에 의해 다단 냉각될 수 있게 된다.
냉각기(80)는 증발기(24)와 실내 공기 토출구(16) 사이에 위치되게 설치되어 데시컨트(7)에 의해 제습된 후 증발기(24)에 의해 냉각된 실내 공기를 재차 냉각시키는 것도 가능하다. 하지만 본 실시예에서는 제습 로터(6)와 증발기(24) 사이에 설치되어 데시컨트(7)에 의해 제습된 실내 공기가 증발기(24)에서 냉각되기 전에 냉각시킨다.
또한, 본 실시예에서의 냉각기(80)는 실내 공기(I)가 실외 공기(O)와 물 중 적어도 하나와 간접적으로 열교환되어 냉각되는 간접 증발 냉각기로 이루어진다.
본 실시예에서의 냉각기(80)는 실내 공기(I)가 통과하는 방열 유로(82)와, 실외 공기(O)가 통과하는 흡열 유로(84)가 형성된다. 즉 방열 유로(82)를 통과하는 실내 공기(I)가 흡열 유로(84)를 통과하는 실외 공기(O)와 열교환되어 냉각되는 열교환기(86)를 포함한다.
냉각기(80)는 제습 로터(6)를 통과하면서 제습된 실내 공기(I)가 냉각되게 실내 공기 유로(11)에 설치된다.
냉각기(80)는 실내 공기(I)가 통과하는 방열 유로(82)와, 실외 공기(O)가 통과하는 흡열 유로(84)가 형성되고, 방열 유로(82)를 통과하는 실내 공기(I)가 흡열 유로(84)를 통과하는 실외 공기(O)와 열교환되어 냉각되는 열교환기(86)를 포함한다.
그리고 냉각기(80)는 냉각 팬(88), 흡입유로(87A), 배기유로(87B) 및 열교환기 커버(87C)를 더 포함한다.
냉각 팬(88)은 실외 공기(O)를 냉각기(80)의 흡열유로(84)로 송풍시킨다. 그리고 흡입유로(87A)에 연통되게 설치된다.
흡입유로(87A)는 일단이 흡열 유로(88)과 연통되게 설치되고, 타단은 냉각 팬(88)과 연통된다. 그리고 냉각 팬(88)이 송풍한 실외 공기(O)를 흡열 유로(84)로 유동시킨다.
한편, 흡입유로(87)는 케이스(2) 외부의 실외 공기가 흡열 유로(84)로 흡입되도록 케이스(2) 외부와 흡열 유로(84)를 연통시키게 설치될 수 있다.
그리고 실외 공기 유로(12)내에 설치되어 실외 공기 유로(12)를 유동하는 실외 공기(O)를 유입할 수도 있다. 구체적으로 흡입유로(87A)는 실외 공기 유로(12) 중에서 응축기(22)와 실외 공기 흡입구(17) 사이에 설치되어 응축기(22)를 통과하기 이전의 실외 공기(O)를 흡입할 수 있다. 또한 응축기(22)와 히팅기구(70)사이에 위치하여 응축기(22)를 통과한 실외 공기(O)를 흡입할 수도 있다.
본 실시예에서의 흡입유로(87A)는 응축기(22)와 히팅기구(70)사이에 위치하여 응축기(22)를 통과한 실외 공기(O)를 흡입할 수도 있다.
배출유로(87B)는 흡열 유로(84)를 통과한 실외 공기가 케이스(2) 외부로 배기되도록 케이스(2) 외부와 흡열 유로(84)가 연통되게 설치되는 것도 가능하고, 흡열 유로(84)를 통과한 실외 공기가 실내 공기 유로(11)로 배기되도록 실내 공기 유로(11)와 흡열 유로(84)가 연통되게 설치되는 것도 가능하며, 흡열 유로(84)를 통과한 실외 공기가 실외 공기 유로(12)로 배기되도록 실외 공기 유로(12)와 흡열 유로(84)가 연통되게 설치되는 것도 가능하다.
배출유로(87B)는 일단이 냉각기(80)의 흡열 유로(84)와 통하게 설치되고 타단이 케이스(2) 외부와 실내 공기 유로(11)와 실외 공기 유로(12) 중 하나와 통하게 설치된 덕트로 이루어진다.
본 실시예에서의 배출유로(87B)는 실내 공기 유로(11)와 연통되게 설치된다. 따라서 배출유로(87B)를 통과한 실외 공기가 실내 공기 유로(11)로 흡입되어 제습 로터(6)에 의해 제습된 실내 공기(I)와 혼합된 후 증발기(24)에서 냉각되어 실내로 토출되므로, 실내를 환기시킬 수 있게 된다.
열교환기 커버(87C)는 흡열 유로(84)의 상측을 덮으면서 흡열 유로(84)를 실내 공기 유로(11)와 차단한다. 그리고 열교환기 커버(87C)에 덕트형의 배출유로(87B) 연결된다.
냉각기(80)는 흡열 유로(84)로 물을 급수하는 급수부(90)를 더 포함한다.
여기서, 흡열 유로(84)로 급수되는 물은 흡열 유로(84)를 통과하는 실외 공기를 냉각시키는 작용뿐만 아니라 냉각기(80) 자체 온도를 낮추는 작용을 한다.
즉, 냉각기(80)는 급수부(90)에서 급수된 물과 실외 공기 유로(12)에서 흡입된 실외 공기가 실내 공기(I)를 간접적으로 냉각시키는 수/공냉 간접 증발 냉각기로서, 급수부(90)에서 급수된 물의 흐름 및 배수가 용이하도록 흡열 유로(84)는 수직 방향으로 개구되고, 방열 유로(82)는 수평 방향으로 개구된다.
급수부(90)는 열교환기(86)의 하측에 설치되어 열교환기(86)에서 낙하된 물을 받는 물 받이(92)와, 물 받이(92)에 낙하된 물을 흡열 유로(84)의 상측으로 유도하도록 물 받이(92)에 일단이 연결되고 타단이 흡열 유로(84)의 상측에 위치되는 물 급수 라인(94) 또는 물 받이(92)에 설치된 물 펌프(96)를 더 포함한다.
물 받이(92)은 상부 일측에 흡열 유로 흡입유로(87A)가 관통되는 관통부가 개구 형성된다.
물 급수 라인(94)은 타단에 흡열 유로(84)를 향해 물을 분사하는 노즐 등의 물 분사부가 형성된다.
노즐 등의 물 분사부는 열교환기 커버(87C)와 열교환기(86) 사이에 위치된 상태에서 흡열 유로(84)를 향해 물을 분사하도록 설치되고, 흡열 유로(84)의 개수와 같거나 더 많게 형성된다.
도 3은 도 2에 도시된 냉각기의 일부 절결 사시도이다.
냉각기(80)는 실내 공기가 통과하는 방열 유로(82)와 실외 공기(O)와 물(W)이 통과하는 흡열유로(84)가 복수개의 열교환판(100)에 의해 형성된다.
냉각기(80)는 복수개의 열교환판(100)이 복수개 일정 간격으로 이격 배치되고, 외측에 위치하는 외측 열교환판(100A)(100B)과, 외측 열교환판(100A)(100B) 사이에 일정 간격으로 배치된 복수개의 내측 열교환판(100C)을 포함한다.
외측 열교환판(100A)(100B)은 일면이 외관을 형성하고 타면이 방열 유로(82)와 흡열 유로(84) 중 하나를 구성한다.
내측 열교환판(100C)은 일면이 방열 유로(82)를 구성하고 타면이 흡열 유로(84)를 구성한다.
냉각기(80)는 방열 유로(82)와 흡열 유로(84)가 내측 열교환판(100C)을 사이에 두고 교대 형성된다.
흡열 유로(84)는 물(W)과 실외 공기(O)가 상하 방향으로 통과하도록 수직 방향으로 개구되고, 방열 유로(82)는 흡열 유로(84) 교차하는 방향인 수평 방향으로 개구된다.
복수개의 열교환판(100)은 합성수지물이나 알루미늄으로 이루어지고, 그 외표면에는 친수층(101)이 코팅된다.
여기서, 친수층(101)은 복수개의 열교환판(100) 표면에 형성되어 물이 신속하게 흐르게 하는 일종의 막으로서, 실내 공기(I)는 흡열 유로(84)로 유입된 물(W)이 친수층(101)에 의해 신속하게 흐르면서 열교환판(100)을 통해 열교환되므로 물(W)이 흡열 유로(84)를 따라 천천히 흐를 때 보다 빠르게 냉각된다.
친수층(101)은 복수개의 열교환판(100) 모두의 양면에 각각 형성되는 것도 가능하고, 복수개의 열교환판(100) 중 흡열 유로(84)를 형성하는 열교환판의 일면에만 형성되는 것도 가능하다.
냉각기(80)는 복수개의 열교환판(100)에 친수층(101)을 코팅한 후 복수개의 열교환판(100)을 결합하는 것도 가능하고, 복수개의 열교환판(100)을 결합한 후 그 전체에 친수층(101)을 코팅하는 것도 가능하다.
한편, 복수개의 열교환판(100)은 열전달면적이 확대되고 공기의 난류를 유도하여 열전달 성능이 높도록 딤플(102)이 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기 제 1 실시예에 따른 온도 변화와 습도 변화가 도시된 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 공기조화기의 작용을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공기조화기의 운전시, 실내 송풍기(30)와 실외 송풍기(40)가 구동되고, 압축기(21)가 구동되며, 냉각 팬(88) 및 급수 펌프(96)가 구동되며, 데시컨트 회전기구(8)가 데시컨트(7)를 회전시킨다.
압축기(21)의 구동시, 냉매는 압축기(21)와 응축기(22)와 팽창기구(23)와 증발기(24)를 순환한다.
실내 송풍기(30)의 구동시, 실내 공기는 실내 공기 흡입 덕트(13)와 실내 공기 흡입구(15)를 차례로 통과해 실내 공기 유로(11)로 흡입되고, 제습 로터(6), 특히, 데시컨트(7)의 제습부를 통과한다. 실내 공기(I)는 도 4에 도시된 바와 같이, 데시컨트(7)의 제습부를 통과하면서 수분이 흡착되어 습도가 낮아지고 온도가 상승된다(P1->P2). 상기와 같이 데시컨트(7)의 제습부를 통과한 실내 공기(I)는 간접 증발 냉각기(80)의 방열 유로(82)를 통과하면서 흡열 유로(84)를 통과하는 실외 공기와 물로 열을 빼앗겨 냉각된다(P2->P3). 상기와 같이 간접 증발 냉각기(80)의 방열 유로(82)를 통과한 실내 공기는 이후 증발기(24)에 의해 재차 냉각된 후 실내 공기 토출구(16)와 실내 공기 토출 덕트(14)를 차례로 통과해 실내로 토출된다(P3->P4).
실외 송풍기(40)의 구동시, 실외 공기(O)는 실외 공기 흡입구(17)를 통해 실외 공기 유로(12) 흡입되고, 응축기(22)에 의해 가열된다(S1->S2). 응축기(22)에 의해 가열된 실외 공기(O)의 일부는 히팅 기구(70)를 통과하면서 재차 가열된다(S2->S3). 상기와 같이, 응축기(22)와 히팅 기구(70)에 의해 다단 가열된 실외 공기(O)는 제습 로터(6) 특히 데시컨트(7)의 재생부를 통과하면서 데시컨트(7)를 재생시킨다. 상기와 같이 데시컨트(7)를 재생시킨 실외 공기(O)는 데시컨트(7)를 통과하면서 수분이 증대됨과 아울러 온도가 하강된 후 실외 공기 토출구(18)를 통과해 실외로 토출된다(S3->S4).
한편, 응축기(22)를 통과한 실외 공기(O) 중 일부는 냉각 팬(88)에 의해 흡입유로(87A)로 흡입된다. 그리고 냉각기(80)의 흡열 유로(84)에서 실내 공기(I)와 열교환된다. 그리고 열교환기 커버(87C) 및 배기유로(87B)를 통과하여 실내 공기 유로(11)로 배기된다.
제2실시예
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 5에 도시된 바와 같이 흡입유로(87A)가 실외 공기 유로(12) 중 응축기(22)와 실외 공기 흡입구(17) 사이에 연통되게 설치된다. 그리고 기타 구성 및 작용은 본 발명의 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
흡입유로(87A)가 실외 공기 유로(12) 중 응축기(22)와 실외 공기 흡입구(17) 사이에 연통되게 설치될 경우, 흡입유로(87A)로 흡입되는 실외 공기는 응축기(22)와 열교환되지 않은 상태이다. 따라서 응축기(22)와 히팅 기구(70)사이에 흡입유로(87A)가 위치하는 경우보다 상대적으로 저온의 실외 공기가 냉각기(80)의 흡열 유로(84)로 흡입되고, 냉각기(80)의 냉각 성능은 높게 된다.
제3실시예
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 공기조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 6에 도시된 바와 같이 배기유로(87B)가 실외 공기 유로(12)와 연통되게 설치된다. 그리고 기타 구성 및 작용은 본 발명의 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
즉, 흡열 유로(84)를 통과하면서 고온의 실내 공기(I)와 열교환되면서 온도가 상승한 실외 공기(O)를 실외 공기 유로(12)로 배기시킨다. 따라서 히팅기구(70)를 통과하기 전의 실외 공기(O)의 전체적인 온도를 상승 시킬 수 있다.
제4실시예
도 7 본 발명의 제4실시예에 따른 공기조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도이다.
본 실시예에 따른 공기 조화기의 냉각기는 상기 실시예와 달리 냉각코일로 이루어지고, 냉각 코일은 건물에 설치된 쿨링 타워와 연결되어 냉각수가 흐른다. 그리고 기타 구성 및 작용은 본 발명의 제 1 실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
따라서 건물에 다수개의 공기 조화기를 설치하는 경우, 각 공기 조화기는 별도의 냉각기를 구비하지 않고, 냉각 코일만을 구비하고 상기 냉각타워를 통하여 유입/유출되는 냉각수를 통하여 실내공기(I)를 1차 냉각시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기 개략 구성도;
도 3은 도 2에 도시된 냉각기의 일부 절결 사시도
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 온도 및 습도 변화가 도시된 그래프;
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제습 및 냉각 원리가 도시된 도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2: 케이스 4: 냉동 사이클
6: 제습 로터 7: 데시컨트
8: 데시컨트 회전기구 11: 실내 공기 유로
12: 실외 공기 유로 13: 실내 공기 흡입 덕트
14: 실내 공기 토출 덕트 15: 실내 공기 흡입구
16: 실내 공기 토출구 17: 실외 공기 흡입구
18: 실외 공기 토출구 21: 압축기
22: 응축기 23: 팽창기구
24: 증발기 30: 실내 송풍기
40: 실외 송풍기 70: 히팅기구
80: 냉각기 82: 방열유로
84: 흡열유로 86: 열교환기
87A: 흡입유로 87B: 배기 유로
87C: 열교환기 커버 88: 냉각 팬
90: 급수부 92: 물받이
94: 물 급수 라인 96: 물 펌프
100: 열교환부
Claims (18)
- 실내 공기가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실내 공기 유로와 실외 공기가 흡입되어 통과한 후 배출되는 실외 공기 유로가 구획 형성된 케이스;상기 실내 공기 유로와 상기 실외 공기 유로에 배치된 제습 로터;상기 제습 로터를 통과하면서 제습된 공기가 냉각되게 상기 실내 공기 유로에 설치된 냉각기;상기 냉각기를 통과한 공기가 냉매를 증발시키면서 냉각되도록 상기 실내 공기 유로에 설치된 증발기; 및실외 공기 유로로 흡입된 실외 공기가 냉매를 응축시키면서 가열되도록 상기 실외 공기 유로에 설치된 응축기;를 포함하고,상기 냉각기는 실내 공기가 통과하는 방열유로와 실외 공기가 통과하는 흡열유로가 형성된 열교환기인 공기 조화기.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 냉각기는 상기 실외 공기 유로와 상기 흡열 유로를 연통시키는 흡입유로; 및상기 실외 공기 유로의 실외 공기를 상기 흡입유로를 통해 상기 흡열 유로로 송풍시키도록 설치된 냉각팬을 더 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 냉각기는 상기 흡열 유로에 물을 분사하는 급수부를 더 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 4에 있어서,상기 급수부는 상기 열교환기의 하측에 설치되어 상기 열교환기에서 낙하된 물을 받는 물받이;상기 물 받이에 낙하된 물을 상기 흡열 유로로 급수하도록 일단이 상기 물 받이에 연결되고 타단이 상기 흡열 유로의 상측에서 상기 흡열 유로로 물을 급수하게 배치된 물 급수 라인; 및상기 물 급수 라인에 설치된 물 펌프;를 더 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 냉각기는 상기 흡열 유로가 수직 방향으로 개구되고, 상기 방열유로가 수평방향으로 개구된 공기 조화기.
- 청구항 6에 있어서,상기 방열 유로와 상기 흡열 유로는 복수개의 유로가 각각 병렬로 연결되고,병렬로 연결된 수직 방향의 방열 유로들 사이에 수평방향의 응축 유로들이 병렬로 위치하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 방열 유로와 상기 흡열 유로는 딤플이 형성된 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,쿨링 타워와 연결되어 상기 제습로터를 통과한 실내공기를 냉각시키는 냉각코일을 더 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 공기 조화기는 상기 응축기에서 가열된 실외 공기를 재가열한 후 상기 제습 로터를 재생시키도록 상기 실외 공기 유로에 설치된 히팅기구를 더 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 10에 있어서,상기 히팅기구는 상기 응축기와 제습로터 사이에 위치하는 공기 조화기.
- 청구항 10에 있어서,상기 히팅기구는 외부 온수 공급원에 온수 배관으로 연결되어 외부 온수 공급원에서 공급된 온수가 통과하는 히팅 코일인 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 제습 로터는 저온 재생이 가능한 데시칸트 소재를 이용하는 공기 조화기.
- 청구항 13에 있어서,상기 데시컨트는 메조 실리카를 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 공기 조화기는 실외에 위치하고,상기 케이스에는 실내 공기를 상기 실내 공기 유로로 흡입 안내하는 실내 흡입 덕트와 상기 실내 공기 유로를 통과한 공기를 토출 안내하는 실내 토출 덕트를 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 공기 조화기는 실외에 위치하고,상기 케이스는 상기 실외 공기 유로로 실외 공기가 흡입되는 실외 공기 흡입구와 상기 실외 공기 유로를 통과한 실외 공기가 실외로 배출되는 실외 공기 배출구를 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 증발기에서 증발된 냉매를 압축하고 압축된 냉매를 상기 응축기로 토출하고 상기 케이스 내부에 설치된 압축기와 상기 응축기에서 응축된 냉매가 상기 압축기에서 압축되기 전에 팽창되도록 하는 상기 케이스 내부에 설치된 팽창기구를 포함하는 공기 조화기.
- 청구항 1에 있어서,상기 냉각기는 제습로터와 증발기 사이에 위치하는 공기 조화기.
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