KR101681655B1

KR101681655B1 - 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템

Info

Publication number: KR101681655B1
Application number: KR1020150099832A
Authority: KR
Inventors: 유종이
Original assignee: 유종이
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-12-01

Abstract

본 발명은 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템에 관한 것으로, 글리콜쿨러(110); 냉각수공급 순환관(111); 냉방사이클(120); 공급되는 냉수에 의해서 실내공기와 열교환하여 냉기를 생성하는 냉수코일(130); 냉수코일(130)과 증발기(124)를 순환하는 냉수공급 순환관(131); 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수에 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수를 혼합시키기 위해서 일측이 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)에서 분기되어서 연결되고 타측이 상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 환수관(111b)에서 분기되어서 연결되는 혼합 연결관(140); 일측이 상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 공급관(111a)에서 분기되고 타측이 상기 냉수코일(130)에 연결되어서 글리콜쿨러(110)의 냉수를 냉수코일(130)로 바로 공급하는 냉수 직결관(150); 혼합 연결관(140)과 냉수 출수관(131b)의 분기점인 제2 분기점(N2)과 증발기(124) 사이에서 상기 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)에 설치되는 제2 전자밸브(162); 혼합 연결관(140)에 설치되는 제3 전자밸브(163); 냉수 직결관(150)에 설치되는 제4 전자밸브(164); 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 공급관(111a)과 냉수 직결관(150)의 분기점인 제1 분기점(N1)과 수냉식 응축기(122) 사이에서 상기 냉각수공급 순환관(111의 냉각수 공급관(111a)에 설치되는 제1 전자밸브(161); 실내온도센서(181); 외기온도센서(182); 압축기구동부(183); 제1 분기점(N1)과 글리콜쿨러(110) 사이에서 냉각수 공급관(111a)에 설치되어서 상기 냉각수 공급관(111a)을 통해서 냉각수가 순환하도록 하는 제1 펌프(171); 증발기(124)와 냉수코일(130) 사이에서 냉수 입수관(131a)에 설치되어서 냉수코일(130)로 유입되는 냉수가 냉수공급 순환관(131)을 순환하도록 하는 제2 펌프(172); 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)와 제2 설정 외기온도(Tos2)의 사이 온도인 경우, 압축기구동제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1,3,4 전자밸브(161,163,164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 출력하며, 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 출력하며, 제1,2 펌프(171,172)를 구동하기 위해서 펌프구동제어신호를 출력하는 제어부(180);를 포함하여 구성되고, 냉방시스템의 전력 소모를 줄여서 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템{ECO-FRIENDLY ENERY SAVING MIXING COOLING SYSTEM}

본 발명은 사계절형 수냉식 냉방 시스템에 관한 것으로, 특히 냉방시스템의 전력 소모를 줄여서 에너지를 절감할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 실내 냉방을 하기 위해서는 실내의 열을 흡수하여 냉각된 냉기를 공급하는 실내기와 실내기에서 공급되는 냉매가스를 다시 냉매액으로 상변화시키면서 고온고압의 폐열을 방출하는 실외기로 구성된다.

실외기에는 응축기를 냉각하는 방식에 따라서 공기로 냉각하는 공냉식과 물(냉각수)로 냉각하는 수냉식이 있다.

공냉식 응축기는 개별운전방식으로 사용하고 있으며 배관거리가 짧은 환경에 적합한 냉방방식이나, 배관 거리가 긴 경우에는 효율 저하 등의 문제점이 있어서 대형 건물에는 적합하지 않은 냉각방식이다.

수냉식 응축기의 경우 냉각수를 공급하는 수단에 따라서 개방 형태의 쿨링 타워(Cooling Tower)형과 밀폐 형태의 글리콜쿨러형이 있다.

글리콜쿨러를 사용하는 경우에는 겨울에도 수냉식 냉방을 수행할 수 있으나 이 경우에는 압축기가 구동되므로 많은 전력 소모가 있었다.

이러한 종래의 수냉식 냉방시스템을 해결하기 위해서 제안된 기술이 본원발명의 출원인에 의해서 출원되고 등록된 특허등록번호 제10-1321979호(공고일: 2013년 10월 28일)에 의한 "냉각수를 활용한 수냉식 냉방장치"가 알려져 있다.

위 특허등록번호 제10-1321979호의 "냉각수를 활용한 수냉식 냉방장치"는, 여름에는 압축기 구동에 의한 기존의 수냉식 냉방사이클을 그대로 운전하여서 냉방하고 겨울에는 글리콜쿨러에서 공급하고 있었던 냉각수를 냉각수 코일로 공급하여 냉방할 수 있도록 함으로써 압축기의 구동 없이 또한 별도의 냉방 구동원을 구비하지 않고도 기존에 존재하던 냉각수를 활용하여 냉방할 수 있어서 압축기를 구동하지 않는 만큼 에너지를 절약할수 있도록 하는 기술이다.

그러나, 위 특허등록번호 제10-1321979호의 기술은 여름과 겨울 외에 춘추기(간절기)에 해당하는 실외온도에서의 적정한 냉방 기술이 제시하지 못하고 있다는 기술적 한계가 있었다.

즉, 여름에는 냉방사이클을 돌려서 냉방하고, 겨울에는 냉각수를 이용하여 냉방하는 시스템으로서 하절기와 동절기만 구분하였다.

또한 여름에는 일반적인 냉방사이클의 운전에 의해서 냉방하므로 여름의 경우 에너지 절감이 이루어 지지 않는다는 문제점이 있었다.

그리고, 본원발명의 출원인에 의해서 출원되어서 등록된 등록특허공보 제10-1105518호(2012년 01월 13일)에 의한 "친환경 에너지절약 사계절용 냉방시스템"이 제안되어 있다.

위 등록특허공보 제10-1105518호에 의한 "친환경 에너지절약 사계절용 냉방시스템"은 실외에 내부냉각기와 연동되는 외부냉각기를 설치하여 동절기와 춘추절기의 상온보다 낮을 경우 가동되어 내부냉각기에 냉각수를 공급함으로써 에너지를 절감할 수 있도록 하는 기술이다.

그러나, 위 등록특허공보 제10-1105518호에 의한 기술은 실내에는 내부냉각기를 구비하고 실외에는 외부 냉각기를 구비하는 이중의 설치가 필요로 하므로, 초기 냉방시스템 설치 비용이 증가하는 문제가 있었다.

문헌1. 특허등록번호 제10-1321979호(공고일: 2013년 10월 28일) 문헌2. 등록특허공보 제10-1105518호(공고일: 2012년 01월 13일)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템의 목적은,

첫째, 혼합 연결관과 냉수 직결관을 채택하고, 간절기에는 냉수코일에서 출수되는 저온(7 ~ 10 ℃)의 냉수와 수냉식 응축기에서 냉매가스와 열교환된 고온(30 ~ 35 ℃)의 냉각수를 혼합시켜서 환수되는 냉각수의 온도를 중온(15 ~ 20 ℃)으로 낮추어서 글리콜쿨러로 환수되도록 함으로써, 전체적으로 냉방시스템의 전력소모를 줄일 수 있도록 하고,

둘째, 냉수코일에서 열교환된 저온(7 ~ 10 ℃)의 냉수와 수냉식 응축기에서 열교환된 고온(30 ~ 35 ℃)의 냉각수의 혼합에 의한 중온(15 ~ 20 ℃)의 냉각수를 이용하여 글리콜쿨러가 6 ~ 9 ℃의 냉수를 냉수 직결관으로 공급하고, 냉수 직결관의 교차점에서 일부는 증발기로 공급하고 나머지는 냉수코일로 곧바로 입수되도록 함으로써, 냉방시스템의 에너지를 절약할 수 있도록 하며,

셋째, 냉방대상인 실내에 구비되는 실내기로서 일반적인 증발기를 채택하지 않고 순수한 냉수코일을 채택하고, 냉방사이클에서는 냉수 및 냉각수와 열교환할 수 있는 판형 열교환기를 채택함으로써 냉방시스템 설치 비용을 줄일 수 있도록 하고 또한 점유 공간을 최소화할 수 있도록 하며,

넷째, 간절기에 글리콜쿨러에서 나오는 6 ~ 9 ℃의 냉수를 냉수 직결관과 냉수 입수관을 통해서 증발기로 공급하여서 이 낮은 온도(6 ~ 9 ℃)의 냉수로서 증발기에서 열교환을 수행하도록 함으로써 열교환 효율을 높일 수 있도록 하고 그리하여 에너지를 절약할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 수냉식 응축기를 냉각시키기 위한 냉각수와 냉수코일의 실내공기와의 열교환에 필요한 냉수를 공급하는 글리콜쿨러; 글리콜쿨러에서 공급되는 냉각수를 수냉식 응축기로 공급하는 냉각수 공급관; 수냉식 응축기에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수를 글리콜쿨러로 다시 환수하기 위한 냉각수 환수관으로 구성되고 글리콜쿨러에서 공급되는 냉각수를 수냉식 응축기로 공급하여 수냉식 응축기를 응축시키는 냉각수공급 순환관; 냉매가스를 고온 고압으로 압축하는 압축기와, 상기 냉각수공급 순환관을 통해서 냉각수를 공급받고 상기 압축기를 통과한 냉매가스를 냉매액으로 응축하는 수냉식 응축기와, 상기 수냉식 응축기에서 응축된 냉매액을 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 냉매액과 냉수코일에서 출수되는 냉수를 열교환하는 증발기로 이루어지는 냉방사이클; 냉방대상인 실내에 구비되고 상기 글리콜쿨러로부터 직접 공급되는 냉수 또는 상기 증발기에서 냉매액과 열교환된 냉수를 공급받아서 냉방대상인 실내의 실내공기와 열교환하여 냉기를 생성하여 실내를 냉방하는 냉수코일; 냉수코일에서 출수되는 냉수를 상기 증발기로 안내하는 냉수 출수관; 상기 증발기에서 냉매액과 열교환된 냉수를 냉수코일로 공급하기 위한 냉수 입수관으로 구성되고 상기 냉수코일로부터 출수되는 냉수를 상기 증발기로 안내하고 이후 상기 증발기에서 냉매액과 열교환된 냉수를 상기 냉수코일로 공급하는 냉수공급 순환관; 상기 수냉식 응축기에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수에 상기 냉수코일에서 출수되는 냉수를 혼합시키기 위해서 일측이 상기 냉수공급 순환관의 냉수 출수관에서 분기되어서 연결되고 타측이 상기 냉각수공급 순환관의 냉각수 환수관에서 분기되어서 연결되는 혼합 연결관; 일측이 상기 냉각수공급 순환관의 냉각수 공급관에서 분기되고 타측이 상기 냉수코일에 연결되어서 글리콜쿨러의 냉수를 상기 냉수코일로 바로 공급하는 냉수 직결관과, 상기 혼합 연결관과 냉수 출수관의 분기점인 제2 분기점과 상기 증발기 사이에서 상기 냉수공급 순환관의 냉수 출수관에 설치되는 제2 전자밸브; 상기 혼합 연결관에 설치되는 제3 전자밸브; 상기 냉수 직결관에 설치되는 제4 전자밸브; 상기 냉각수공급 순환관의 냉각수 공급관과 냉수 직결관의 분기점인 제1 분기점과 수냉식 응축기 사이에서 상기 냉각수공급 순환관의 냉각수 공급관에 설치되는 제1 전자밸브; 냉방대상인 실내에 구비되어서 실내온도를 측정하는 실내온도센서; 실외에 구비되어서 외기온도를 측정하는 외기온도센서; 제어부로부터 수신한 제어신호를 기초로 상기 압축기를 구동시키거나 구동을 정지하는 압축기구동부; 제1 분기점과 글리콜쿨러 사이에서 냉각수 공급관에 설치되어서 상기 냉각수 공급관을 통해서 냉각수가 순환하도록 하는 제1 펌프; 상기 증발기와 냉수코일 사이에서 냉수 입수관에 설치되어서 냉수코일로 유입되는 냉수가 냉수공급 순환관을 순환하도록 하는 제2 펌프; 및 제어부를 포함하여 구성되고,

상기 제어부는, 현재 실내온도가 설정 실내온도 이상이고 현재 외기온도가 제1 설정 외기온도와 제2 설정 외기온도의 사이 온도인 경우에는,

상기 냉수코일에서 출수되는 냉수와 상기 수냉식 응축기에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수를 혼합시켜서 글리콜쿨러로 환수되는 냉각수의 온도를 중온으로 낮추어서 글리콜쿨러로 환수되도록 하며, 이 중온으로 낮아진 냉각수를 수냉식 응축기를 응축하고 냉방사이클의 증발기의 열교환에 이용하도록 하기 위해서,

상기 압축기를 구동시켜서 냉방사이클을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부로 출력하고, 상기 제1 전자밸브와 제3 전자밸브와 제4 전자밸브를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 3, 4 전자밸브로 출력하며, 상기 제2 전자밸브를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제2 전자밸브로 출력하며,

상기 제1 펌프와 제2 펌프를 구동하기 위해서 제1 펌프와 제2 펌프로 펌프구동제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 냉수 직결관은 상기 냉수 출수관과 교차점에서 상호 교차하며, 상기 제2 전자밸브는 상기 혼합 연결관과 냉수 출수관의 제2 분기점과 상기 냉수 직결관과 냉수 출수관과의 교차점 사이에서 상기 냉수공급 순환관의 냉수 출수관에 설치되며, 상기 제4 전자밸브는 상기 냉수 직결관과 냉각수 공급관과의 제1 분기점과 상기 냉수 직결관과 냉수 출수관과의 교차점 사이에서 상기 냉수 직결관에 설치되며, 현재 실내온도가 설정 실내온도 이상이고 현재 외기온도가 제1 설정 외기온도와 제2 설정 외기온도의 사이 온도인 경우에는, 상기 글리콜쿨러에서 냉수 직결관을 통해서 공급되는 냉수 중에서 그 일부는 교차점에서 냉수 출수관을 따라서 상기 증발기로 공급되고, 그 나머지는 교차점에서 냉수코일로 곧바로 입수되는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 제어부는, 현재 실내온도가 설정 실내온도 이상이고 현재 외기온도가 제1 설정 외기온도 이하인 경우에는, 상기 글리콜쿨러로부터 공급되는 냉수가 냉수 직결관을 통해서 곧바로 냉수코일로 공급되고, 상기 냉수코일에서 출수되는 냉수는 곧바로 글리콜쿨러로 환수되도록 함으로써 글리콜쿨러와 냉수코일 간에 냉수가 순환하는 냉수 유로를 형성하도록 하기 위해서, 압축기의 구동을 정지하여서 냉방사이클의 운전을 정지하기 위한 압축기구동정지제어신호를 압축기구동부로 출력하고, 제1 전자밸브와 제2 전자밸브를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제1, 2 전자밸브로 출력하며, 제3 전자밸브와 제4 전자밸브를 온하기 위한 밸브제어신호를 제3, 4 전자밸브로 출력하며, 상기 제1 펌프와 제2 펌프의 구동을 정지하기 위해서 제1 펌프와 제2 펌프로 펌프구동정지제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 제어부는, 현재 실내온도가 설정 실내온도 이상이고 현재 외기온도가 제2 설정 외기온도 이상인 경우에는, 글리콜쿨러로부터 공급되는 냉각수가 냉각수공급 순환관을 순환하여서 수냉식 응축기가 응축되고, 냉방사이클이 운전되며, 냉방사이클의 증발기에서 냉매액과 열교환된 냉수가 냉수코일에서 실내공기와의 열교환에 의해서 실내가 냉방되도록 하기 위해서, 압축기를 구동시켜서 냉방사이클을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부로 출력하고, 제1 전자밸브와 제2 전자밸브를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 2 전자밸브로 출력하며, 제3 전자밸브와 제4 전자밸브를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제3, 4 전자밸브로 출력하며, 상기 제1 펌프와 제2 펌프를 구동하기 위해서 제1 펌프와 제2 펌프로 펌프구동제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 증발기와 수냉식 응축기는 판형 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 글리콜쿨러 또는 냉각수공급 순환관의 냉각수 환수관 후단부에 구비되고, 냉각수 환수관 후단부를 통과하여 글리콜쿨러로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하여 이를 제어부로 출력하는 냉각수온도센서와, 상기 글리콜 쿨러에 구비되어서 글리콜 쿨러의 냉각수를 냉각하는 냉각팬과, 제어부로부터 입력되는 인버터제어신호를 기초로 냉각팬구동부의 운전전압과 운전주파수를 산출하고, 산출된 상기 운전전압과 운전주파수에 기초하여 제어전력을 냉각팬구동부로 출력하는 인버터와, 상기 인버터로부터 수신되는 제어전력에 의하여 구동하여 냉각팬을 회전시키는 냉각팬구동부가 더 포함되어서 구성되고, 상기 제어부는 냉각수온도센서로부터 수신한 냉각수의 온도가 설정온도 이상인 경우에는 수신한 온도값을 인버터제어신호로 변환하여서 인버터로 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 인버터제어신호는 인버터의 동작주파수를 제어하기 위한 것으로서 예컨대 수신한 온도값을 펄스폭변조신호를 변환하여 생성한 후에 이를 인버터로 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 인버터(191)의 운전전압과 운전주파수의 산출은 상기 냉각수온도에 비례하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 혼합 연결관과 냉수 직결관을 채택하고, 간절기에는 냉수코일에서 출수되는 비교적 저온(7 ~ 10 ℃)의 냉수와 수냉식 응축기에서 냉매가스와 열교환된 고온(30 ~ 35 ℃)의 냉각수를 혼합하여서 냉각수의 온도를 중온(15 ~ 20 ℃)으로 낮추어서 글리콜쿨러로 환수되도록 함으로써, 전체적으로 냉방시스템의 전력소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

둘째, 실내공기와 열교환된 저온의 냉수와 응축기에서 열교환된 고온(30 ~ 35 ℃)의 냉각수의 혼합에 의한 중온(15 ~ 20 ℃)의 냉각수를 이용하여 글리콜쿨러가 6 ~ 9 ℃의 냉수를 냉수 직결관으로 공급하고, 냉수 직결관의 교차점에서 일부는 냉수 출수관을 따라서 증발기로 공급하고 나머지는 냉수코일로 곧바로 입수되도록 함으로써, 냉방시스템의 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 냉방대상인 실내에 구비되는 실내기로서 일반적인 증발기를 채택하지 않고 순수한 냉수코일을 채택하고, 냉방사이클에서는 냉수 및 냉각수와 열교환할 수 있는 판형 열교환기를 채택함으로써 냉방시스템 설치 비용을 줄일 수 있도록 하고 또한 점유 공간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 간절기에 글리콜쿨러에서 나오는 6 ~ 9 ℃의 냉수를 냉수 직결관과 냉수 입수관을 통해서 증발기로 공급하여서 이 낮은 온도(6 ~ 9 ℃)의 냉수로서 증발기에서 열교환을 수행하도록 함으로써 열교환 효율을 높일 수 있는 효과가 있고, 그 결과 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템에 있어서 주요부 블록 구성도이다.
도 3은 하절기에서의 냉방 시스템의 동작 흐름도이다.
도 4는 동절기에서의 냉방 시스템의 동작 흐름도이다.
도 5는 간절기에서의 냉방 시스템의 동작 흐름도이다.
도 6은 인버터(191)를 이용하여 냉각팬을 제어하기 위한 냉각수온도와 인버터의 동작주파수 상관 그래프이다.

다음은 본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 글리콜쿨러(110)와 냉각수공급 순환관(111)과 냉방사이클(120)과 냉수코일(130)과 냉수공급 순환관(131)과 혼합 연결관(140)과 냉수 직결관(150)과 제1 전자밸브(161)와 제2 전자밸브(162)와 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)와 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)와 실내온도센서(181)와 외기온도센서(182)와 압축기구동부(183)와 제어부(180)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 글리콜쿨러(110)는 수냉식 응축기(122)를 냉각시키기 위한 냉각수, 그리고 냉수코일(130)이 실내공기와의 열교환에 필요한 냉수를 공급하는 냉수 및 냉각수 공급수단이다.

여기서, 냉수 및 냉각수의 용어에 대해서 설명한다.

글리콜쿨러(110)에서 수냉식 응축기(122)와 냉수코일(130)로 공급되는 찬물은 모두 같은 것인데, 다만 냉각수공급 순환관(111)을 통해서 수냉식 응축기(122)로 공급되는 찬물을 "냉각수"라고 명명하고, 냉수 직결관(150)을 통해서 냉수코일(130)로 공급되는 찬물을 "냉수"라고 명명했는데, 이는 글리콜쿨러(110)가 공급하는 찬물이 사용되는 용도(또는 공급되는 대상)에 따라서 단순히 이름을 달리한 것에 불과하다.

즉, 수냉식 응축기(122)를 응축하는 경우에는 "냉각수"로 이름붙였고 냉수코일(130)로 바로 보내는 경우에는 냉수코일(130)에서의 실내공기와의 열교환에 이용되므로 이 경우에는 "냉수"라고 명명한 것에 불과하며, 그 실체는 동일한 찬물이다.

상기 냉각수공급 순환관(111)은 글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉각수를 수냉식 응축기(122)로 공급하는 냉각수 공급관(111a)과, 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수를 글리콜쿨러(110)로 다시 환수하기 위한 냉각수 환수관(111b)으로 구성되고, 글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉각수를 수냉식 응축기(122)로 공급하여 수냉식 응축기(122)를 응축시키기 위해서 안내하는 파이프이다.

그리고, 냉각수 환수관(111b)은 수냉식 응축기(122)부터 제3 분기점(N3) 사이의 부분을 냉각수 환수관 전단부(111b')라고 하고, 제3 분기점(N3)부터 글리콜쿨러(110) 사이를 냉각수 환수관 후단부(111b")라고 하며, 이 냉각수 환수관 후단부(111b")에서 후술하는 바와 같이 냉각수 환수관 전단부(111b')에서 유입되는 고온의 냉각수와 혼합 연결관(140)에서 유입되는 저온의 냉수가 혼합된다.

상기 냉방사이클(120)은 냉매가스를 고온 고압으로 압축하는 압축기(121)와, 상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 공급관(111a)을 통해서 냉각수를 공급받고 상기 압축기(121)를 통과한 냉매가스를 냉매액으로 응축하는 수냉식 응축기(122)와, 상기 수냉식 응축기(122)에서 응축된 냉매액을 팽창시키는 팽창밸브(123)와, 상기 팽창밸브(123)를 통과한 냉매액과 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수[실내공기와 열교환된 비교적 저온(예컨대 7 ~ 10 ℃)의 냉수임]를 열교환(이때 냉매액은 냉매가스로 상변화됨)하여 냉수의 온도를 낮추는 증발기(124)로 이루어진다. 그리고, 증발기(124)에서 열교환되어서 냉수코일(130)로 입수되는 냉수의 온도는 5 ~ 7 ℃이다.

본 실시예에 있어서의 상기 냉방사이클(120)은 실내공기와의 직접적인 열교환에 이용되는 것이 아니고 냉수의 온도를 낮추기 위한 것에 사용되므로 실제로는 전력소모가 일반적인 냉방사이클보다 적고 이것이 본원발명의 특징 중의 하나이다.

그리고, 증발기(124)와 수냉식 응축기(122)는 판현 열교환기로 구성됨이 바람직하다. 그 결과, 점용 공간이 작아진다는 이점이 있다.

상기 냉수코일(130)은 종래기술과 차별되는 구성 중의 하나인데, 냉방대상인 실내(R)에 구비되고, 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs) 이상인 경우에, 냉수 직결관(150)을 통해서 글리콜쿨러(110)로부터 직접 냉수를 공급받거나 또는 상기 증발기(124)에서 냉매액과 열교환된 냉수를 공급받아서 냉방대상인 실내(R)의 고온의 실내공기와 열교환하여 냉기를 생성하여 실내(R)를 냉방하는 구성이다.

한편, 실시예에 따라서는 냉수코일(130)에서 냉수와 열교환되어서 생성된 냉기를 실내로 강제로 송품하기 위한 송풍팬(미도시)이 냉수코일(130)로부터 인접하여서 구비될 수도 있을 것이다.

상기 냉수공급 순환관(131)은 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수[이때 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수는 실내공기와 열교환된 냉수임은 물론이다.]를 증발기(124)로 안내하는 냉수 출수관(131b)과, 상기 증발기(124)에서 냉매액과 열교환된 냉수를 냉수코일(130)로 공급하기 위한 냉수 입수관(131a)으로 구성되고, 냉수코일(130)로부터 출수되는 저온(7 ~ 10 ℃)의 냉수를 증발기(124)로 안내하고 이후 증발기(124)에서 냉매액과 열교환된 냉수(5 ~ 7 ℃)를 냉수코일(130)로 공급하는 구성이다.

상기 혼합 연결관(140)은 본원발명의 핵심 구성 중의 하나인데, 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수에 상기 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수[이때 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수는 실내공기와 열교환된 냉수임은 물론이다.]를 혼합시키기 위해서, 일측이 상기 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)의 제2 분기점(N2)에서 분기되어서 연결되고, 타측이 상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 환수관(111b)의 제3 분기점(N3)에서 분기되어서 연결되는 구성이다.

상기 혼합 연결관(140)과 냉각수 환수관(111b)의 제3 분기점(N3)에서의 연결은 T자 연결관(미도시)에 의해서 연결 구성될 수 있을 것이고, 또는 3웨이밸브에 의해서 연결 수도 있을 것이며, 어느 경우에나 본원발명의 기술적 범위에 속한다.

상기 혼합 연결관(140)과 냉수 출수관(131b)의 제2 분기점(N2)에서의 연결은 T자 연결관(미도시)에 의해서 연결 구성될 수 있을 것이고, 또는 3웨이밸브에 의해서 연결 수도 있을 것이며, 어느 경우에나 본원발명의 기술적 범위에 속한다.

상기 냉수 직결관(150)은 일측이 상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 공급관(111a)의 제1 분기점(N1)에서 분기되고, 타측이 상기 냉수코일(130)에 연결되어서 글리콜쿨러(110)의 냉수를 상기 냉수코일(130)로 바로(directly) 공급하는 구성이다.

상기 냉수 직결관(150)과 냉각수 공급관(111a)의 제1 분기점(N1)에서의 연결은 T자 연결관(미도시)에 의해서 연결 구성될 수 있을 것이고, 또는 3웨이밸브에 의해서 연결 수도 있을 것이며, 어느 경우에나 본원발명의 기술적 범위에 속한다.

상기 제1 전자밸브(161)는 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 공급관(111a)과 냉수 직결관(150)의 분기점인 제1 분기점(N1)과, 수냉식 응축기(122) 사이에서 상기 냉각수공급 순환관(111의 냉각수 공급관(111a)에 설치되어서, 글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉수(냉각수)가 냉각수공급 순환관(111)이나 냉수 직결관(150)으로 공급되는 것을 단속하는 밸브이다.

상기 제2 전자밸브(162)는 혼합 연결관(140)과 냉수 출수관(131b)의 분기점인 제2 분기점(N2)과 상기 증발기(124) 사이에서 상기 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)에 설치되는 구성이다.

상기 제3 전자밸브(163)는 혼합 연결관(140)에 설치되어서 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수가 냉각수 환수관(111b)으로 유입되는 것을 단속하는 구성이다.

상기 제4 전자밸브(164)는 냉수 직결관(150)에 설치되어서 글리콜쿨러(110)로부터 냉수코일(130)로의 냉수 공급을 단속하는 구성이다.

상기 실내온도센서(181)는 냉방대상인 실내(R)에 구비되어서 실내온도를 측정하여 이를 제어부(180)로 출력하는 구성이다.

상기 외기온도센서(182)는 실외에 구비되어서 외기온도를 측정하여 이를 제어부(180)로 출력하는 구성이다.

상기 압축기구동부(183)는 제어부(180)로부터 수신한 제어신호를 기초로 상기 압축기(121)를 구동시키거나 구동을 정지하는 구성이다.

상기 제1 펌프(171)는 제1 분기점(N1)과 글리콜쿨러(110) 사이에서 냉각수 공급관(111a)에 설치되어서 상기 냉각수 공급관(111a)을 통해서 냉각수가 순환하도록 하는 구성이다.

상기 제2 펌프(172)는 증발기(124)와 냉수코일(130) 사이에서 냉수 입수관(131a)에 설치되어서 냉수코일(130)로 유입되는 냉수가 냉수공급 순환관(131)을 순환하도록 하는 구성이다.

그리고, 제1, 2 펌프(171, 172)에는 펌프구동부가 함께 구비되어 있을 수 ㅇ있다.

상기 제어부(180)는 외기온도값에 따라서 각 구성들을 제어하는 방식이 상이한데 이를 순차 설명한다.

상기 제어부(180)는 상기 실내온도센서(161)로부터 현재 실내온도(Trp)를 수신하고 외기온도센서(162)로부터 현재 외기온도(Top)를 수신하며, 수신한 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs)(예컨대 20 ℃) 이상이고, 수신한 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)[예컨대 5 ~ 7 ℃)]와 제2 설정 외기온도(Tos2)[예컨대 15 ℃)]의 사이 온도[상기 예에서의 (5 ~ 7) ~ 15 ℃]인 경우에는, 상기 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수(실내공기와 열교환된 냉수)와 상기 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수를 혼합시켜서 글리콜쿨러(110)로 환수되는 냉각수의 온도를 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)으로 낮추어서 글리콜쿨러(110)로 환수되도록 하며, 이 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)으로 낮아진 냉각수를 글리콜쿨러(110)에서 강온한 후에 수냉식 응축기(122)를 응축하고 냉방사이클(120)의 증발기(124)의 열교환에 이용하도록 하기 위해서, 압축기(121)를 구동시켜서 냉방사이클(120)을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1 전자밸브(161)와 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 3, 4 전자밸브(161,163,164)로 출력하며, 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제2 전자밸브(162)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)를 구동하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동제어신호를 출력한다.

상기와 같이 혼합 연결관(140)과 냉수 직결관(150)을 채택하고, 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)[예컨대 5 ~ 7 ℃)]와 제2 설정 외기온도(Tos2)[예컨대 15 ℃)]의 사이 온도[상기 예에서의 (5 ~ 7) ~ 15 ℃]인 경우에는 제1,3,4 전자밸브(161,163,164)를 온하고 제2 전자밸브(162)를 오프함으로써, 냉수코일(130)에서 출수되는 저온(7 ~ 10 ℃)의 냉수(실내공기와 열교환된 냉수)와 수냉식 응축기(122)에서 열교환된 고온(30 ~ 35 ℃)의 냉각수를 혼합시켜서 글리콜쿨러(110)로 환수되는 냉각수의 온도를 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)으로 낮추어서 글리콜쿨러(110)로 환수되도록 할 수 있고, 이렇게 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)으로 낮아진 환수되는 냉각수를 이용하여 글리콜쿨러(110)에서 냉수(냉각수)를 냉각수 공급관(111a)과 냉수 직결관(150)으로 공급하게 되므로, 글리콜쿨러(110)의 냉수(냉각수)를 만들기 위한 전력 소모를 줄일 수 있어서 전체적으로 냉방시스템의 에너지를 절약할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템에 있어서, 상기 냉수 직결관(150)은 상기 냉수 출수관(131b)과 교차점(M1)에서 상호 교차[상호 연통되어서 교차된다는 의미]하도록 설치되며, 상기 제2 전자밸브(162)는 상기 혼합 연결관(140)과 냉수 출수관(131b)의 제2 분기점(N2)과 상기 냉수 직결관(150)과 냉수 출수관(131b)과의 교차점(M1) 사이에서 상기 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)에 설치되며, 상기 제4 전자밸브(164)는 상기 냉수 직결관(150)과 냉각수 공급관(111a)과의 제1 분기점(N1)과 상기 냉수 직결관(150)과 냉수 출수관(131b)과의 교차점(M1) 사이에서 상기 냉수 직결관(150)에 설치되며, 상기 제어부(180)는 수신한 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs)(예컨대 20 ℃) 이상이고 수신한 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)[예컨대 5 ~ 7 ℃)]와 제2 설정 외기온도(Tos2)[예컨대 15 ℃)]의 사이 온도[상기 예에서의 (5 ~ 7) ~ 15 ℃]인 경우, 압축기(121)를 구동시켜서 냉방사이클(120)을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1 전자밸브(161)와 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 3, 4 전자밸브(161,163,164)로 출력하며, 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제2 전자밸브(162)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)를 구동하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동제어신호를 출력함으로써, 글리콜쿨러(110)에서 냉수 직결관(150)을 통해서 공급되는 냉수 중에서 그 일부는 교차점(M1)에서 냉수 출수관(131b)을 따라서 증발기(124)로 공급되고, 그 나머지는 교차점(M1)에서 냉수코일(130)로 곧바로 입수되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하면, 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)의 냉각수를 이용하여 글리콜쿨러(110)가 6 ~ 9 ℃의 냉수를 냉수 직결관(150)으로 공급하게 되면, 냉수 직결관(150)의 교차점(M1)에서 일부(약 50 %)는 냉수 출수관(131b)을 따라서 증발기(124)로 공급되지만 그 나머지(나머지 50 %)는 냉수코일(130)로 곧바로 입수되므로, 중온의 냉각수를 이용한 저온(6 ~ 9 ℃)의 냉수를 곧바로 냉수코일(130)로 보내서 냉방사이클(120)에 의하지 않고 곧바로 냉방에 이용할 수 있도록 함으로써 냉방사이클(120)을 운전하지 않는 만큼의 에너지를 절약할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템에 있어서, 상기 제어부(180)는, 동절기의 경우와 같이 실내온도센서(161)로부터 수신한 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs)(예컨대 20 ℃) 이상이고 외기온도센서(162)로부터 수신한 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)[예컨대 5 ~ 7 ℃)] 이하인 경우에는, 글리콜쿨러(110)로부터 공급되는 냉수가 냉수 직결관(150)을 통해서 곧바로 냉수코일(130)로 공급되고, 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수는 곧바로 글리콜쿨러(110)로 환수되도록 함으로써 글리콜쿨러(110)와 냉수코일 간에 냉수가 순환하는 냉수 순환 유로를 형성하도록 하기 위해서, 압축기(121)의 구동을 정지하여서 냉방사이클(120)의 운전을 정지하기 위한 압축기구동정지제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1 전자밸브(161)와 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제1, 2 전자밸브(161,162)로 출력하며,제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제3, 4 전자밸브(163,164)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)의 구동을 정지하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동정지제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템에 있어서, 상기 제어부(180)는, 하절기의 경우와 같이 실내온도센서(161)로부터 수신한 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs)(예컨대 20 ℃) 이상이고 외기온도센서(162)로부터 수신한 현재 외기온도(Top)가 제2 설정 외기온도(Tos2)(예컨대 15 ℃) 이상인 경우에는, 글리콜쿨러(110)로부터 공급되는 냉각수가 냉각수공급 순환관(111)을 순환하여서 수냉식 응축기(122)가 응축되고, 냉방사이클(120)이 운전되며, 냉방사이클(120)의 증발기(124)에서 냉매액과 열교환된 냉수가 냉수코일(130)에서 실내공기와의 열교환에 의해서 실내(R)가 냉방되도록 하기 위해서, 압축기(121)를 구동시켜서 냉방사이클(120)을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1 전자밸브(161)와 제2 전자밸브(162)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 2 전자밸브(161,162)로 출력하며, 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제3, 4 전자밸브(163,164)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)를 구동하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은 온도설정부(184)와 표시부(185)가 더 포함되어서 구성될 수 있다.

상기 온도설정부(184)는 실내온도 설정을 위한 입력버튼이 구비된 사용자 인터페이스이고, 상기 표시부(185)는 현재 외기온도, 현재 실내온도, 현재 냉각수 온도를 비롯한 다수의 정보를 사용자에게 알려주기 위해서 표시하는 구성이다.

다음은 글리콜쿨러로 환수되는 냉각수(또는 냉수)의 온도가 설정된 온도 이상인 경우에 냉각팬(192)을 인버터 제어하는 구성에 대해서 설명한다.

본 발명인 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템은, 상기 글리콜쿨러(110) 또는 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 환수관 후단부(111b")에 구비되고, 냉각수 환수관 후단부(111b")를 통과하여 글리콜쿨러(110)로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하여 이를 제어부(180)로 출력하는 냉각수온도센서(183)와, 상기 글리콜쿨러(110)에 구비되어서 글리콜 쿨러의 냉각수를 냉각하는 냉각팬(110a)과, 제어부(180)로부터 입력되는 인버터제어신호를 기초로 냉각팬구동부(192)의 운전전압과 운전주파수(Hz)를 산출하고, 산출된 상기 운전전압과 운전주파수에 기초하여 제어전력을 냉각팬구동부(192)(예컨대 팬 모터)로 출력하는 인버터(191)와, 상기 인버터(191)로부터 수신되는 제어전력에 의하여 구동하여 냉각팬(110a)을 회전시키는 냉각팬구동부(192)가 더 포함되어서 구성되고, 상기 제어부(180)는 냉각수온도센서(183)로부터 수신한 냉각수의 온도가 설정온도 이상인 경우에는 수신한 온도값을 인버터제어신호로 변환하여서 인버터(191)로 출력하는 것을 특징으로 한다.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 의한 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템의 동작에 대하여 기술한다.

먼저, 도 3을 기초로 하절기의 냉방 동작에 대해서 설명한다.

제어부(180)는 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs)(예컨대 20 ℃) 이상이고 현재 외기온도(Top)가 제2 설정 외기온도(Tos2)(예컨대 15 ℃) 이상인 경우에는, 수냉식 응축기(122)가 응축하기 위해서 글리콜쿨러(110)로부터 공급되는 냉각수가 냉각수공급 순환관(111)을 순환하도록 제어하고, 냉방사이클(120)이 운전되도록 제어하며, 냉수코일(130)과 증발기(124)에서 각각 열교환이 수행되도록 냉수가 냉수공급 순환관(131)을 순환하도록 제어한다.

구체적으로 제어부(180)는 압축기(121)를 구동시켜서 냉방사이클(120)을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1 전자밸브(161)와 제2 전자밸브(162)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 2 전자밸브(161,162)로 출력하며, 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제3, 4 전자밸브(163,164)로 출력하며, 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)를 구동하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동제어신호를 출력한다.

제어부(180)의 상기와 같은 제어신호 출력하게 되면, 3 개의 순환 유로가 생성되는데, 냉각수공급 순환관(111)을 통해서 냉각수가 순환하면서 수냉식 응축기(122)를 응축시키고, 냉매가 순환하면서 냉방사이클이 운전되고, 냉수공급 순환관(131)을 냉수가 순환하면서 증발기에서 열교환하고 냉수코일에서 열교환된다.

예를 들어서 구체적으로 기술한다.

여름의 경우 글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉각수의 출수온도는 약 30 ~ 35 ℃이고, 이 출수온도 30 ~ 35 ℃의 냉각수는 냉각수공급 순환관(111)을 통해서 수냉식 응축기(122)로 공급된다.

수냉식 응축기(122)의 응축온도는 35 ~ 40 ℃이면 충분하므로 냉각수공급 순환관(111)으로부터 공급된 30 ~ 35 ℃의 냉각수를 이용하여 수냉식 응축기(122)를 냉각할 수 있는 것이다.

증발기(124)는 냉수코일(130)로부터 출수되는 비교적 저온인 약 7 ~ 10 ℃의 냉수를 저온의 냉매액과 열교환에 의해서 냉각시켜서 약 5 ~ 7 ℃의 냉수를 만들고, 증발기(124)에 의해서 냉각된 5 ~ 7 ℃의 냉수는 냉수 입수관(131a)을 통해서 냉수코일(130)로 입수된다.

냉수 입수관(131a)을 통해서 약 5 ~ 7 ℃의 냉수를 공급받은 냉수코일(130)은 실내 공기와 열교환에 의해서 실내공기의 열을 빼앗아서 실내(R)를 냉방한다.

다음으로 도 4를 기초로 동절기의 냉방 동작에 대해서 기술한다.

상기 제어부(180)는 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs) 이상이고 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)(예컨대 5 ~ 7 ℃) 이하인 경우에는, 글리콜쿨러(110)와 냉수코일(130) 간에 냉수가 순환하는 냉수 순환 유로를 형성하도록 하기 위해서, 냉방사이클(120)의 운전을 정지하고, 냉수공급 순환관(131)을 통한 냉수의 순환을 정지하며, 냉각수공급 순환관(111)을 통한 냉각수의 순환을 정지하며, 글리콜쿨러(110)로부터 공급되는 냉수가 냉수 직결관(150)을 통해서 곧바로 냉수코일(130)로 공급되고, 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수(실내공기와 열교환된 냉수)는 곧바로 글리콜쿨러(110)로 환수되도록 제어한다.

즉, 제어부(180)는 압축기(121)의 구동을 정지하여서 냉방사이클(120)의 운전을 정지하기 위한 압축기구동정지제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1 전자밸브(161)와 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제1, 2 전자밸브(161,162)로 출력하며, 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제3, 4 전자밸브(163,164)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)의 구동을 정지하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동정지제어신호를 출력한다.

예를 들어서 더욱더 구체적으로 설명한다.

겨울의 경우 글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉수의 출수온도는 외기의 온도에 의존하므로 5 ~ 7 ℃ 이하이고, 이 출수온도 5 ~ 7 ℃ 이하의 냉수는 냉수 직결관(150)을 통해서 곧바로 냉수코일(130)로 공급되며, 5 ~ 7 ℃ 이하의 냉수를 공급받은 냉수코일(130)은 실내 공기와 열교환에 의해서 실내공기의 열을 빼앗아서 실내(R)를 냉방한다.

냉수코일(130)에서 출수되는 7 ~ 10 ℃의 냉수는 냉수 출수관(131b) -> 혼합 연결관(140) -> 냉각수 환수관(111b)을 통해서 글리콜쿨러(110)로 입수된다.

다음으로 도 5를 기초로 간절기의 냉방 동작에 대해서 설명한다.

현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs) 이상이고, 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)[예컨대 5 ~ 7 ℃)]와 제2 설정 외기온도(Tos2)[예컨대 15 ℃)]의 사이 온도[상기 예에서의 (5 ~ 7) ~ 15 ℃]인 경우에 제어부(180)는, 냉수코일(130)에서 출수되는 저온(7 ~ 10 ℃)의 냉수와 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온(30 ~ 35 ℃)의 냉각수를 혼합시켜서 글리콜쿨러(110)로 환수되는 냉각수의 온도를 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)으로 낮추어서 글리콜쿨러(110)로 환수되도록 하고, 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)으로 낮아진 냉각수를 이용하여 글리콜쿨러(110)에서 이를 6 ~ 9 ℃로 온도 강하한 후에 수냉식 응축기(122)를 응축하기 위해서 일부는 냉각수 공급관(111a)으로 보내고, 나머지는 냉수 직결관(150)으로 공급하고, 글리콜쿨러(110)에서 냉수 직결관(150)을 통해서 공급되는 냉수 중에서 50 %는 교차점(M1)에서 냉수 출수관(131b)을 따라서 상기 증발기(124)로 공급되도록 하고, 그 나머지 50 %는 교차점(M1)에서 냉수코일(130)로 곧바로 입수되도록 하는 제어동작을 수행한다.

구체적으로, 제어부(180)는 압축기(121)를 구동시켜서 냉방사이클(120)을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 제1 전자밸브(161)와 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 3, 4 전자밸브(161,163,164)로 출력하며, 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제2 전자밸브(162)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)를 구동하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동제어신호를 출력한다.

예를 들어서 설명한다.

간절기의 경우 글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉각수의 출수온도는 약 6 ~ 9 ℃이고, 글리콜쿨러(110)에서 이렇게 낮은 출수온도를 유지할 수 있는 이유는 전술한 바와 같이 냉수코일(130)에서 출수되는 저온(7 ~ 10 ℃)의 냉수와 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온(30 ~ 35 ℃)의 냉각수를 혼합시키고 이 중온(예컨대 15 ~ 20 ℃)으로 혼합된 냉각수를 글리콜쿨러(110)로 환수받았기 때문이다.

이 출수온도 6 ~ 9 ℃의 냉각수는 제1 분기점에서 분기되어서, 일부(예컨대 50 %) 냉각수공급 순환관(111)을 통해서 수냉식 응축기(122)로 공급되고, 나머지 50 %는 냉수 직결관(150)으로 공급된다.

수냉식 응축기(122)에서 열교환된 냉각수는 고온(30 ~ 35 ℃)으로 되어서 제3 분기점에서 혼합된다.

냉수 직결관(150)으로 공급되는 6 ~ 9 ℃의 냉수는 교차점(M1)에서 증발기(124)와 냉수코일(130)로 각각 반반씩 분기된다.

즉, 냉수 입수관(131a)의 6 ~ 9 ℃의 냉수는 증발기(124)에서 열교환되는데, 냉수 입수관(131a)의 냉수의 온도가 6 ~ 9 ℃으로서 여름의 냉수의 온도인 7 ~ 10 ℃보다 1 ℃ 낮으므로 그 만큼 열교환 효율이 높아지고 따라서 그만큼 에너지를 절약할 수 있게 되는데, 이점이 본원발명의 또 다른 특징으로서 작용한다.

그리고, 교차점(M1)에서 냉수코일(130)로 공급된 6 ~ 9 ℃의 냉수는 증발기(124)에서 열교환된 5 ~ 7 ℃의 냉수와 함께 실내공기와 열교환되어서 냉기를 생성한다.

다음으로 글리콜쿨러로 환수되는 냉각수 또는 냉수의 온도가 올라간 경우의 냉각수의 온도를 낮추기 위해서 냉각팬을 인버터 제어하는 동작에 대해서 설명한다.

응축기에서 열교환한 냉각수의 온도가 올라갈 수 있는데, 이 경우 냉각수온도가 설정된 온도보다 높은 경우에는 글리콜쿨러(110)의 냉각팬(110a)을 동작시켜서 냉각수의 온도를 낮춘 후에 냉각수를 공급하는데, 이에 의하면 냉각수의 온도가 상승하더라도 압축기를 구동시키지 않은 상태에서도 냉각수의 온도를 낮추어서 냉각수에 의한 냉방을 계속 수행할 수가 있어서 에너지를 절약할 수 있게 되는 것이다.

이하 동작을 구체적으로 설명한다.

냉각수온도센서(183)로부터 수신한 냉각수의 온도가 설정온도 이상인 경우에는 제어부(180)는 수신한 온도값을 인버터제어신호로 변환하여서 인버터(191)로 출력한다.

제어부(180)로부터 인버터제어신호를 수신한 인버터(191)는 이를 기초로 냉각팬구동부(192)의 운전전압과 운전주파수(Hz)를 산출하고, 산출된 상기 운전전압과 운전주파수에 기초하여 제어전력을 냉각팬구동부(192)로 출력한다.

그리고, 냉각팬구동부(192)는 인버터(191)로부터 수신되는 제어전력에 의하여 구동하여 냉각팬(110a)을 회전시킨다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

110 : 글리콜쿨러 110a : 글리콜 팬
111 : 냉각수공급 순환관
111a : 냉각수 공급관 111b : 냉각수 환수관
120 : 냉방사이클 121 : 압축기
122 : 수냉식 응축기 123 : 팽창밸브
124 : 증발기 R : 실내
130 : 냉수코일 131 : 냉수공급 순환관
131b : 냉수 출수관 131a : 냉수 입수관
140 : 혼합 연결관 150 : 냉수 직결관
N1 : 제1 분기점 N2 : 제2 분기점
N3 : 제3 분기점 M1 : 교차점
161 : 제1 전자밸브 162 : 제2 전자밸브
163 : 제3 전자밸브 164 : 제4 전자밸브
171 : 제1 펌프 172 : 제2 펌프
180 : 제어부 181 : 실내온도센서
182 : 외기온도센서 183 : 냉각수온도센서
184 : 온도설정부 185 : 표시부
186 : 압축기구동부 191 :인버터
192 : 냉각팬구동부

Claims

수냉식 응축기(122)를 냉각시키기 위한 냉각수와 냉수코일(130)의 실내공기와의 열교환에 필요한 냉수를 공급하는 글리콜쿨러(110);
글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉각수를 수냉식 응축기(122)로 공급하는 냉각수 공급관(111a)과, 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수를 글리콜쿨러(110)로 다시 환수하기 위한 냉각수 환수관(111b)으로 구성되고, 글리콜쿨러(110)에서 공급되는 냉각수를 수냉식 응축기(122)로 공급하여 수냉식 응축기(122)를 응축시키는 냉각수공급 순환관(111);
냉매가스를 고온 고압으로 압축하는 압축기(121)와, 상기 냉각수공급 순환관(111)을 통해서 냉각수를 공급받고 상기 압축기(121)를 통과한 냉매가스를 냉매액으로 응축하는 수냉식 응축기(122)와, 상기 수냉식 응축기(122)에서 응축된 냉매액을 팽창시키는 팽창밸브(123)와, 상기 팽창밸브(123)를 통과한 냉매액과 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수를 열교환하는 증발기(124)로 이루어지는 냉방사이클(120);
냉방대상인 실내(R)에 구비되고, 상기 글리콜쿨러(110)로부터 직접 공급되는 냉수 또는 상기 증발기(124)에서 냉매액과 열교환된 냉수를 공급받아서 냉방대상인 실내(R)의 실내공기와 열교환하여 냉기를 생성하여 실내(R)를 냉방하는 냉수코일(130);
냉수코일(130)에서 출수되는 냉수를 상기 증발기(124)로 안내하는 냉수 출수관(131b)과, 상기 증발기(124)에서 냉매액과 열교환된 냉수를 냉수코일(130)로 공급하기 위한 냉수 입수관(131a)으로 구성되고, 상기 냉수코일(130)로부터 출수되는 냉수를 상기 증발기(124)로 안내하고 이후 상기 증발기(124)에서 냉매액과 열교환된 냉수를 상기 냉수코일(130)로 공급하는 냉수공급 순환관(131);
상기 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수에 상기 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수를 혼합시키기 위해서, 일측이 상기 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)에서 분기되어서 연결되고 타측이 상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 환수관(111b)에서 분기되어서 연결되는 혼합 연결관(140);
일측이 상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 공급관(111a)에서 분기되고 타측이 상기 냉수코일(130)에 연결되어서 글리콜쿨러(110)의 냉수를 상기 냉수코일(130)로 바로(directly) 공급하는 냉수 직결관(150);
상기 혼합 연결관(140)과 냉수 출수관(131b)의 분기점인 제2 분기점(N2)과 상기 증발기(124) 사이에서 상기 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)에 설치되는 제2 전자밸브(162);
상기 혼합 연결관(140)에 설치되는 제3 전자밸브(163);
상기 냉수 직결관(150)에 설치되는 제4 전자밸브(164);
상기 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 공급관(111a)과 냉수 직결관(150)의 분기점인 제1 분기점(N1)과 수냉식 응축기(122) 사이에서 상기 냉각수공급 순환관(111의 냉각수 공급관(111a)에 설치되는 제1 전자밸브(161);
냉방대상인 실내(R)에 구비되어서 실내온도를 측정하는 실내온도센서(181);
실외에 구비되어서 외기온도를 측정하는 외기온도센서(182);
제어부(180)로부터 수신한 제어신호를 기초로 상기 압축기(121)를 구동시키거나 구동을 정지하는 압축기구동부(183);
제1 분기점(N1)과 글리콜쿨러(110) 사이에서 냉각수 공급관(111a)에 설치되어서 상기 냉각수 공급관(111a)을 통해서 냉각수가 순환하도록 하는 제1 펌프(171);
상기 증발기(124)와 냉수코일(130) 사이에서 냉수 입수관(131a)에 설치되어서 냉수코일(130)로 유입되는 냉수가 냉수공급 순환관(131)을 순환하도록 하는 제2 펌프(172);
현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs) 이상이고 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)와 제2 설정 외기온도(Tos2)의 사이 온도인 경우,
상기 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수와 상기 수냉식 응축기(122)에서 냉매가스와 열교환된 고온의 냉각수를 혼합시켜서 글리콜쿨러(110)로 환수되는 냉각수의 온도를 낮추어서 글리콜쿨러(110)로 환수되도록 하며, 이 낮아진 냉각수를 수냉식 응축기(122)를 응축하고 냉방사이클(120)의 증발기(124)의 열교환에 이용하도록 하기 위해서,
상기 압축기(121)를 구동시켜서 냉방사이클(120)을 운전하기 위한 압축기구동제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 상기 제1 전자밸브(161)와 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제1, 3, 4 전자밸브(161,163,164)로 출력하며, 상기 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제2 전자밸브(162)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)를 구동하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동제어신호를 출력하는 제어부(180);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉수 직결관(150)은 상기 냉수 출수관(131b)과 교차점(M1)에서 상호 교차하며,
상기 제2 전자밸브(162)는,
상기 혼합 연결관(140)과 냉수 출수관(131b)의 제2 분기점(N2)과 상기 냉수 직결관(150)과 냉수 출수관(131b)과의 교차점(M1) 사이에서 상기 냉수공급 순환관(131)의 냉수 출수관(131b)에 설치되며,
상기 제4 전자밸브(164)는,
상기 냉수 직결관(150)과 냉각수 공급관(111a)과의 제1 분기점(N1)과 상기 냉수 직결관(150)과 냉수 출수관(131b)과의 교차점(M1) 사이에서 상기 냉수 직결관(150)에 설치되며,
현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs) 이상이고 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1)와 제2 설정 외기온도(Tos2)의 사이 온도인 경우,
상기 글리콜쿨러(110)에서 냉수 직결관(150)을 통해서 공급되는 냉수 중에서 그 일부는 교차점(M1)에서 냉수 출수관(131b)을 따라서 상기 증발기(124)로 공급되고, 그 나머지는 교차점(M1)에서 냉수코일(130)로 곧바로 입수되는 것을 특징으로 하는 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(180)는, 현재 실내온도(Trp)가 설정 실내온도(Trs) 이상이고 현재 외기온도(Top)가 제1 설정 외기온도(Tos1) 이하인 경우에는,
상기 글리콜쿨러(110)로부터 공급되는 냉수가 냉수 직결관(150)을 통해서 곧바로 냉수코일(130)로 공급되고, 상기 냉수코일(130)에서 출수되는 냉수는 곧바로 글리콜쿨러(110)로 환수되도록 함으로써 글리콜쿨러(110)와 냉수코일 간에 냉수가 순환하는 냉수 유로를 형성하도록 하기 위해서,
상기 압축기(121)의 구동을 정지하여서 냉방사이클(120)의 운전을 정지하기 위한 압축기구동정지제어신호를 압축기구동부(183)로 출력하고, 상기 제1 전자밸브(161)와 제2 전자밸브(162)를 오프하기 위한 밸브제어신호를 제1, 2 전자밸브(161,162)로 출력하며, 상기 제3 전자밸브(163)와 제4 전자밸브(164)를 온하기 위한 밸브제어신호를 제3, 4 전자밸브(163,164)로 출력하며, 상기 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)의 구동을 정지하기 위해서 제1 펌프(171)와 제2 펌프(172)로 펌프구동정지제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 글리콜쿨러(110) 또는 냉각수공급 순환관(111)의 냉각수 환수관 후단부(111b")에 구비되고, 냉각수 환수관 후단부(111b")를 통과하여 글리콜쿨러(110)로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하여 이를 제어부(180)로 출력하는 냉각수온도센서(183)와,
상기 글리콜쿨러(110)에 구비되어서 글리콜 쿨러의 냉각수를 냉각하는 냉각팬(110a)과,
제어부(180)로부터 입력되는 인버터제어신호를 기초로 냉각팬구동부(192)의 운전전압과 운전주파수(Hz)를 산출하고, 산출된 상기 운전전압과 운전주파수에 기초하여 제어전력을 냉각팬구동부(192)로 출력하는 인버터(191)와,
상기 인버터(191)로부터 수신되는 제어전력에 의하여 구동하여 냉각팬(110a)을 회전시키는 냉각팬구동부(192)가 더 포함되어서 구성되고,
상기 제어부(180)는 냉각수온도센서(183)로부터 수신한 냉각수의 온도가 설정온도 이상인 경우에는 수신한 온도값을 인버터제어신호로 변환하여서 인버터(191)로 출력하는 것을 특징으로 하는 사계절 친환경 에너지 절약형 혼합 수냉식 냉방 시스템.