본 발명은 건물실내의 냉방, 난방, 환기, 제습, 가습등의 공기조화를 수행하는 공기조화시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 유입되는 신선외기에 배출되는 배기공기의 열에너지를 흡수하여 재사용함으로서 기존의
공기조화시스템보다 운전비를 절감하여 공기조화를 할 수 있음과 동시에 하나의 시스템으로 냉방, 난방, 제습, 가습, 환기등 각종 공기조화를 개별적으로 수행할 수도 있으며, 2-3가지의 공기조화를 복합적으로 수행하여 가장 쾌적한 공기를 얻을 수 있는 공기조화시스템에 관한 것이다.

지금까지의 일반적인 공기조화 기기는 각각의 목적에 맞게 설계되고 제작되어 각각의 기능을 갖춘 공기조화 기기를 목적에 부합되도록 구비해야 했기 때문에 경제적부담 및 에너지 손실을 감수해야만 했다.

특허 기술 설명

이와 같은 것을 감안하여 본 발명에 있어서는 하나의 공기조화시스템에 여러가지의 공기조화를 개별적으로 혹은 복합적으로 수행하여 경제적 부담을 절감함을 물론 기존의 에어콘 시스템에서는 프레온계 냉매를 사용함으로서 환경오염에 심각한 문제를 유발시키고 있으나, 본 공기조화시스템은 프레온계 냉매를 사용하지 않고, 물을 냉매로 사용함으로서 환경오염을 유발하지 않음은 물론, 주기적으로 냉매를 재충전하는 작업등을 간소화할 수 있어 효과적인 공기조화시스템이라 할 수 있다.

본 공기조화시스템에 사용되는 에너지원으로 엔진의 배기열, 열병합 발전소에서 발생되는 폐열, 소각로의 소각열, 건물의 배기열등의 폐열이나 태양열, 지하수, 지열등 자연계에 존재하는 에너지를 열원으로 이요할 수 있게 하여 보다 경제적으로 시스템을 운용할 수 있게 한 것이다.

즉, 일반적으로 건물의 냉난방에 이용되는 열에너지는 고온으로 이루어지는 것과는 달리 대개 섭씨 100℃이하의 중, 저온을 대부분 이용하기 때문에 상기에서 언급한 대로 폐열이나 주변의 자연환경에 서 쉽게 얻을 수 있는 열원을 이용할 수 있도록 본 공기조화시스템에 응용 적용한 것이다.

본 발명 공기조화시스템은 시스템에 유입된 신선외기 중에 포함된 습기를 흡착식으로 제습하여 공기중의 잠열비를 낮추어 적은 에너지로 쉽게 열교환이 이루어질 수 있게 흡착식 공기조화시스템이라 말할 수 있다.

즉, 열공식

δQ=GCdt

Q=GC(t2-t1)

(G : 질량, Q : 에너지, C : 비열, t : 온도)에서 보는 바와 같이 공기중의 포함된 습기를 제거하게 되면 공기는 비중이 감소됨과 동시에 비열이 낮아져 적은 열량으로 쉽게 가열 또는 냉각되어진다.

따라서, 본 시스템은 급기통로의 입구에 제습장치를 설치하여 흡입되는 공기를 제습하여 공기의 비열을 낮춘 다음 공기중에 포함된 열에너지를 현열교환기를 통해 1차 열교환시켜 냉각 또는 가열시킨 다음, 2차 열교환과정에서 요구하는 공기조화, 즉 냉방, 난방, 제습, 가습등의 공정을 거친 후 실내로 공기를 공급시키고, 실내의 탁한 배기공기를 다시 배기측의 현열교환기와 제습장치를 거치는 동안 배기공기 중의 열에너지를 현열교환로우터에서 회수하여 재사용되며, 외기로 방출되는 배기공기중에는 열에너지를 거의 포함되지 않도록 회수처리한 것으로 이를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

발명의 구성
도1)

 급기측 통로(A)와 배기측 통로(B) 사이에 원통형 제습로우터(2) 및 원통형 현열교환로우터(3)가 설치되며, 급기측 통로(A)에는 입구에 필터(1)가 설치되며, 상기 원통형 현열교환로우터(3) 후방으로 급기팬(4), 가열코일(5) 및 급기측 냉각장치(6)가 설치되며, 상기 배기측 통로(B)에는 원통형 제습로우터(2)와 원통형 현열교환로우터(3) 후방으로 배기팬(8) 및 배기측 냉각장치(7)가 설치되도록 하며, 상기 원통형 제습로우터(2) 및 원통형 현열교환로우터(3) 의 중앙에는 축(21) 및 베어링(22)을 삽치하며, 그외측에는 벨트(23)에 의해 또는 기어에 의해 일방향으로 회전가능하게 급기측 통로(A)와 배기측 통로(B) 사이에 설치되어진다.

도면중 미설명부호 10은 공기조화 대상 실내이며, 11은 순환관, 12는 배기관이며, 25는 모타, 26은

감속기이다.

이와 같은 발명의 구성을 보다 상세히 설명함과 동시에 그 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

급기측 통로(A)로 유입되는 신선외기는 입구의 필터(1)를 거쳐 먼지등 이물질이 제거된 후 제습장치인 원통형 제습로우터(2)에 의해 습기가 제거된다.

그후 제1차 열교환장치인 원통형 현열교환로우터(3)를 거친다음 냉각 또는 가열이 되며, 제2차 열교환장치인 가열코일(5)(난방시) 또는 냉각장치(6)(냉방시)를 통해 실내로 유입되고 실내의 탁한 배기공기는 배기측의 냉각장치(7)를 거쳐 재차 냉각되고(냉방시) 배기중에 포함된 열에너지를 배기측 통로(B)의 원통형 현열교환로우터(3)를 통해 회수(난방시) 또는 방출(냉방시)한 다음 원통형 제습로우터(2)를 통과하여 외부로 배출토록 한것이며, 급기측 통로(A)와 배기측 통로(B)에는 각각의 송풍팬(4)(8)을 설치토록 한 공기조화시스템에 관한 것이다.

상기의 원통형 제습로우터(2)는 급기측 통로(A)와 배기측 통로(B)의 가운데에 설치되며, 중앙에 삽치된 축(21)과 베어링(22)에 의해 일방향으로 회전하면서 급기측 통로(A)로 공급되는 신선외기를 제습하고, 배기측 통로(B)에서는 흡수한 물기를 탈수시켜 원통형 제습로우터(2) 재생시킨 후 다시 급기측 통로(A)로 회전이 되도록 한 것이다.

따라서, 배기측 통로(B)에는 원통형 제습로우터(2)의 습기를 제거하는 재생수단으로 열을 방사하는 재생코일(9) 또는 가열장치가 구비되어진다.

이와 같이 회전하는 원통형상의 제습로우터(2)는 폴리에스테르 필름, 세라믹, 알루미늄 박판 또는 이들의 합성 재질로 된 판지를 벌집모양(Honeycomb type)이나 둥글게 말아 수평타입(Parallel type)으로 구성하고, 이에 화학제습제인 실리카겔 혹은 Nox, 염화리듐등의 제습물질을 코팅처리하였다.

또한, 상기의 원통형 현열교환로우터(3)는 원통형 제습로우터(2)와 마찬가지로 급기측 통로(A)로 배출되는 탁한 배기 공기중의 열에너지를 회수 또는 방출하여 급기측 통로(A)로 유입되는 신선외기에 흡수된 열에너지를 교환하여 제1차 열교환이 이루어지게 한 것이다.

이와 같은 원통형 현열교환로우터(3)는 원통형 제습로우터(2)와 마찬가지로 폴리에스테르 필름과 알루미늄 박판등과 같은 판지를 벌집모양(Honeycomb type)이나 수평 타입(Parallel type)으로 구성토록 하였다.

급기측 통로(A)의 가열코일(5)은 제2차 열교환수단으로 난방시 공기를 가열하며 급기측 통로(A)의 재생코일(9)은 원통형 제습로우터(2)를 가열하여 급기측 통로(A)에서 흡수한 수분을 증발시켜 재생하는 것으로, 가열코일(5)과 재생코일(9)의 열원으로는 가스나 전기등을 사용한 보일러를 이용하여 직접 가열 시켜주는 방법과 소각로의 소각열, 열병합발전소의 폐열, 건물의 배기열등 폐열을 이용하거나 태양열, 지열등 자연계에 존재하는 에너지를 열원으로 이용할 수 있다.

또한, 급기측 통로(A)와 배기측 통로(B)에 각각 설치된 냉각장치(6)(7)는 냉장고등에서 볼 수 있는 보통프레온식 냉각기를 사용할 수도 있지만, 지하수를 이용한 증발식냉각기를 이용하거나, 일반용수를 이용한 증발식냉각기를 사용한 냉각장치를 이용할 때 에너지를 보다 절약할 수 있게 된다.

또한, 본 시스템의 급기측 통로(A)와 배기측 통로(B)에는 공기를 송풍하는 각각의 송풍팬(4)(8)이 설치되며, 필요에 따라 송풍팬의 갯수를 증가하거나 그 위치를 변경시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 공기조화시스템으로 여름철 냉방을 할 경우를 설명하면 다음과 같다. 즉, 고온 다습한 외기가 필터(1)를 통해 먼지등 이물질이 제거되어 급기측 통로(A)로 유입되는 신선외기가 원통형 제습로우터(2)에 습기가 제거되어 저습한 공기로 된다.

상기 원통형 제습로우터(2)를 통과한 직후의 공기는 흡입되는 초기 공기의 온도보다 약간 상승하게된다.

그 이유는 배기측 통로(B)에 구비된 재생코일(9)에 의해 회전하는 원통형 제습로우터(2)가 배기측 통로(B)에서 재생될 때 가열된 열에 의해 원통형 제습로우터(2)를 통과한 급기측 통로(A)의 공 기는 제습되면서 온도의 상승이 유발되어진다.

그후 제1차 열교환장치인 원통형 현열교환로우터(3)를 통과한 공기는 배기측 통로(B)로부터 열교환이 되어 저온 저습한 공기가 된다.

즉, 배기측 통로(B)의 원통형 현열교환로우터(3)는 급기측 통로(A)의 공기보다 배기측 통로(B)의 공기온도가 낮은 공기가 회전하는 원통형 현열교환로우터(3)를 통과하기 때문에 급기측 통로(A)의 원통형 현열교환로우터(3)를 통과한 공기는 온도가 낮아지게 되는 것이다.

그후 제2차 열교환장치인 냉각장치(6)를 통과하여 급냉된 후 실내로 유입된다. 실내의 탁한 배기공기는 배기측 통로(B)로 유입된과 동시 배기측 통로(B)의 냉각장치(7)에 의해 온도를 강하시키게 되면 온도가 강하된 배기공기는 급기측 통로(A)에서 열을 흡수하여 더워진 배기측 통로(B)의 원통형 현열교환로우터(3)를 냉각시키게 된다.

즉, 배기측 통로(B)의 원통형 현열교환로우터(3)를 통과한 배기공기는 급기측 통로(A)으로 유입된 신선외기에 의해 더워진 배기측 통로(B)의 원통형 현열교환로우터(3)를 냉각시켜 주는 것이다.

그후 배기공기의 일부는 별도의 배기관(11)을 통해 외부로 방출시킨다.

또한, 실내로부터 배기되는 공기는 급기측 통로(A)로 유입되는 신선외기보다 온도가 낮으므로, 배기측 통로(B)의 배기되는 공기중일부를 별도의 순환관(11)을 통해 급기측 통로(A)의 송풍팬(4)으로 공급하여 혼합하므로서 경우에 따라 전부를 순환시킬때 보다 에너지 소비를 줄여서 시스템을 운영할 수 있다.

이하, 본 공기조화시스템으로 겨울철 난방을 할 경우를 설명하면 다음과 같다.

필터(1)를 통해 먼지등 이물질이 제거된 저온의 외기는 급기측 통로(A)의 원통형 제습로우터(2)와 원통형 현열교환로우터(3)의 통과하는 동안 열교환이 이루어져 온도가 상승한다.

난방시에는 원통형제습로우터(2)를 재생시키지 않으므로 원통형 현열교환로우터(3)와 마찬가지의 역할을 수행하게 된다.

그후 제2차 열교환장치인 가열코일(5)에 의해 가열되어 실내로 공급된다. 실내로 순환한 공기는 배기측 통로(B)으로 유입된 후 배기측의 현열교환로우터(3)에서 열교환되어 냉각된다. 즉 실내의 배기공기의 온도는 급기측 통로(A)로 유입되는 신선외기의 온도보다 높기 때문에 배기측 통로(B)의 원통형 현열교환로우터(3)와 원통형 제습로우터(2)는 배출되는 열을 흡수하여 급기측 통로(A)로 공급되는 신선외기에 열을 전달하게 된다.

난방시 배기측 통로(B)의 냉각장치는 가동되지 않으며, 필요시에 가습장치로 이용되어진다.

이와 같이 배기측 통로(B) 원통형 현열교환로우터(3)를 통과한 배기공기는 배기관(12)을 통해 외부로 방출되며, 배기공기의 일부를 순환관(11)을 통해 급기측 통로(A)의 송풍팬(4)으로 공급하여 배기공기중의 열을 유입공기에 혼합 사용함으로서 보 시스템을 운영할 경우 에너지를 절약할 수 있다.

난방시 원통형 제습로우터(2)는 제습장치의 기능보다 현열교환로우터와 마찬가지로 열을 흡수하여급기측 통로(A)로 공급되는 신선외기를 가열하여 주는 현열교환기의 역할을 주로 행하게 된다.

만일주변에 소각로의 소각열이나 엔진의 배기열, 열융합발전소의 폐열이 존재한다면 이를 급기측의 가열코일(5)에 공급함으로서 본 시스템을 경제적으로 이용할 수 있다.

이와 같이 본 발명인 공기조화시스템은 폐열을 이용하여 총체적으로 본 시스템을 운영할 수 있음과동시에 흡기되는 공기를 먼저 제습하여 공기가 포함한 처리부하를 낮추어 단시간내에 공기를 냉각 또는 가열되게 한 것으로 하나의 시스템으로 각종(냉방, 난방, 제습, 환기등) 공기조화를 원활히 수행할 수 있는 아주 유용한 발명인 것이다.

발명자: 강태석, 문인호

대리인: 박만서