KR102138284B1 - 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기 - Google Patents

기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기 Download PDF

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Abstract

개시되는 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 기화냉각수(110)와 기화냉각 패드(120) 및 상기 기화냉각 패드(120)의 상층부에 상기 기화냉각수(110)를 분사하는 냉각수분사기(130)를 구비하는 기화식 냉각장치(100); 제1 압축기(210-1)와 상기 제1 압축기(210-1)에 연결되는 제1 응축기(220-1)와, 상기 제1 응축기(220-1)에 연결되는 제1 팽창밸브(230-1, 미도시) 및 상기 제1 팽창밸브(230-1, 미도시)에 연결되는 제1 증발기(240-1)로 구성되어, 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 상기 기화냉각수(110)의 온도를 조절하는 제1 증발식 냉각장치(200-1); 제2 압축기(210)와 상기 제2 압축기(210)에 연결되는 제2 응축기(220)와, 상기 제2 응축기(220)에 연결되는 제2 팽창밸브(230, 미도시) 및 상기 제2 팽창밸브(230, 미도시)에 연결되는 제2 증발기(240)로 구성되어, 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 상기 기화식 냉각장치(100)를 통과한 공기를 냉각시키는 제2 증발식 냉각장치(200); 및 상기 기화식 냉각장치(100)와 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)가 내부에 배치되는 케이스(300);를 포함한다.

Description

기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기{Air Conditioner Having Double Cooling System}
본 발명(Disclosure)은, 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기에 관한 것으로서, 에너지 효율이 높고 사용환경에 따른 에너지 사용을 최소화할 수 있으며, 실내 환경에 따라서 냉방 및 제습 기능을 선택적으로 작동함으로써 낮은 운영비용으로 쾌적한 생활 및 업무 환경을 유지할 수 있는 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
최근의 우리나라의 여름철은, 일부 사람들의 생명을 위협할 정도로 극심한 폭염이 수십 일간 지속 된다. 생업활동은 물론이고, 일상생활도 어려울 정도이다.
일반적으로, 사무실이나 일반 주거용 건물 등에서는 실내 온도나 습도를 조절하기 위해서 여러 가지 형태의 냉방 장치를 설치하여 사용한다. 최근의 여름철 폭염은, 각종 냉방 장치의 보급률을 높이고 있으며, 동시에 여름철 급격한 에너지 소비량 증가의 원인을 제공하고 있다.
가장 일반적인 냉방 장치는 압축-응축-팽창-증발의 냉방 사이클을 이용한 증발식냉각장치의 일종인 에어컨이다. 밀폐된 공간에서 냉각효율이 높고, 특히 일반 가정과 같이 개별적 공간에 적합하다. 증발과정에서 필요한 냉매의 압축과 증발에 필요한 많은 에너지, 즉 전기 에너지의 사용량이 많다. 증발과정과 압축-증발과정사이의 냉매 이동 거리가 길어지면, 냉각효율이 낮아지므로, 대형건물에는 적합하지 않은 단점도 있다.
최근에 주목받고 있는 또 다른 냉방 장치는 물의 자연적인 상태변화를 이용한 기화식 냉각장치, 또는 기화식냉풍기이다. 물이 끓는점 미만에서 기화(氣化)되는 현상인 증발(vaporization)현상을 이용하는 것이다.
물이 액체에서 기체로 상전이 하는 방법은 크게 증발과 끓음이 있다. 물을 100℃로 끓이면, 물 분자 하나 하나에 열에너지가 전달된다. 물 분자 사이의 결합에너지를 극복할 만큼 충분한 에너지가 축적되면 기체로 상전이 한다. 이때에는 액체 상태인 물 내부에서도 기체로 기화할 수 있다.
증발은 액체 표면에서 나타나는 현상이다. 즉, 물의 표면에서 일부의 물분자는, 공기 또는 물을 수용하는 용기와 접촉하여 에너지를 흡수한다. 이렇게 흡수된 에너지가 일부 물분자를 기체 상태로 상전이 시키기에 충분하게 증가하면, 물분자는 기화하여 증발된다. 이러한 현상은 습도가 포화상태 이하에서는 지속적으로 나타날 수 있다. 물이 증발하면 남은 분자들의 평균에너지가 낮아지기 때문에, 증발하지 않은 물의 온도는 낮아진다.
따라서, 특정한 고체 표면의 물이 증발하면, 해당 고체의 온도는 낮아질 수 있다. 여름철에 땀이 바람에 마르는 현상은 땀의 수분이 증발하는 현상이며, 이때 증발하는 수분이 증발에 필요한 만큼의 열을 가지고 기화하기 때문에, 해당 부위의 피부는 시원함을 느낄 수 있다.
기화식 냉각장치는, 물이 증발하기 용이한 구조체를 형성하고, 해당 구조체에 물을 공급하기 위한 에너지, 그리고 해당 구조체에 공기를 통과시키기 위한 에너지만 필요하다, 즉, 일반적인 증발식냉각장치에서, 압축 및 증발에 필요한 많은 에너지가 필요치 않다. 에너지 소모가 적고 실내외기의 설치과정이 필요하지 않아서 초기 비용이 저렴한 장점이 있어서, 최근에 국내에서 신제품 개발이 이어지고 있으며, 소비자들의 관심도 증가하고 있는 상황이다.
그러나 기화식 냉각장치는, 냉각효율이 공기의 상대습도에 크게 영향을 받는다는 단점이 있다. 공기중의 상대습도 낮으면, 증발현상이 둔화 되어 냉각효율이 저하된다. 또한, 증발에 사용되는 물의 온도가 높으면, 물분자가 증발할 때 물분자가 공기중으로부터 뺏는 열에너지량이 적어지므로, 또한 냉각효율이 낮아진다.
또한, 기화식 냉각장치는, 물분자의 일부가 기화되는 현상을 이용하기 때문에, 냉각된 공기는 냉각되기 전 보다 습도가 증가할 수 있다.
냉방 원리를 기반으로 한 기화식 냉각장치의 최적 사용 환경은, 고온 저습한 환경이다. 사막환경과 같은 내륙성 열대 기후의 여름철에 적합하다. 그러나 우리나라의 여름철 날씨는 고온 고습하다. 기화식 냉각장치의 우수한 에너지 효율이 나타날 수 있는 기후적 조건이 충족되지 못하는 상황이다.
따라서, 폭염 지속 기간이 점차 길어지고 있는 우리나라의 기후에 적합한, 에너지 효율이 높으면서 제습 기능을 갖추고 있으며, 많은 초기 비용이 요구되지 않는 국소냉방공조기의 개발이 시급한 실정이다.
1. 한국공개특허 10-2013-0122490
본 발명(Disclosure)은, 에너지효율이 높은 기화열을 이용한 냉각기와 제습과 냉각효율이 높은 증발열을 이용한 냉각기를 병행 운영할 수 있는 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 공기의 온습도에 따라서 기화식냉각과 증발식냉각을 선택적으로 운전할 수 있는 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 기화식 냉각장치의 냉각효율을 극대화할 수 있는 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 기화냉각수(110)와 기화냉각 패드(120) 및 상기 기화냉각 패드(120)의 상층부에 상기 기화냉각수(110)를 분사하는 냉각수분사기(130)를 구비하는 기화식 냉각장치(100); 제1 압축기(210-1)와 상기 제1 압축기(210-1)에 연결되는 제1 응축기(220-1)와, 상기 제1 응축기(220-1)에 연결되는 제1 팽창밸브(230-1, 미도시) 및 상기 제1 팽창밸브(230-1, 미도시)에 연결되는 제1 증발기(240-1)로 구성되어, 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 상기 기화냉각수(110)의 온도를 조절하는 제1 증발식 냉각장치(200-1); 제2 압축기(210)와 상기 제2 압축기(210)에 연결되는 제2 응축기(220)와, 상기 제2 응축기(220)에 연결되는 제2 팽창밸브(230, 미도시) 및 상기 제2 팽창밸브(230, 미도시)에 연결되는 제2 증발기(240)로 구성되어, 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 상기 기화식 냉각장치(100)를 통과한 공기를 냉각시키는 제2 증발식 냉각장치(200); 및 상기 기화식 냉각장치(100)와 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)가 내부에 배치되는 케이스(300);를 포함한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기에서, 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)는 정지된 상태에서, 상기 케이스(300) 외부 공기(3)를 상기 기화식 냉각장치(100)에 의해 냉각하여 상기 케이스(300) 외부로 배출시키는 기화식 냉각모드; 상기 기화식 냉각장치(100) 및 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1)가 가동하여, 상기 기화냉각수(110)가 냉각되어 상기 기화식 냉각장치(100)로 공급되는 기화냉각수 온도 조절모드; 및 상기 기화식 냉각장치(100) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)를 가동하여, 상기 기화식 냉각장치(100)에 의해 냉각된 공기를 상기 제2 증발기(240)에 의해 다시 냉각하는 온도습도 조절모드;로 구성되는 운전모드 중 적어도 어느 하나의 운전모드로 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기에서, 기화냉각수 온도 조절모드는, 상기 기화냉각수(110)가 상기 제1 증발기(240-1)와 열교환하여 냉각된 상태에서 상기 기화냉각 패드(120)에 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기에서, 상기 온도습도 조절모드는, 상기 케이스(300)의 내부로 유입되는 외부 공기(3)가 상기 기화냉각 패드(120)를 통과하여 제1 냉각공기(10)를 형성하고, 상기 제1 냉각공기(10)는 상기 제2 증발기(240)를 통과하여 냉각 및 제습되어 제2 냉각공기(20)를 형성하여, 상기 제2 냉각공기(20)를 배출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기에서, 상기 기화냉각수(110)를 수용하며, 수용되는 상기 기화냉각수(110)를 상기 제1 증발기(240-1)를 이용하여 냉각하는 냉각수조(320); 및 상기 냉각수조(320)와 상기 냉각수분사기(130)를 연결하여 상기 냉각수조(320)에 수용된 상기 기화냉각수(110)를 상기 냉각수분사기(130)로 이송하는 냉각수-공급관(321);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 상기 냉각수조(320)에 수용된 상기 기화냉각수(110)의 온도를 측정하는 냉각수-온도센서(322); 및 상기 냉각수-온도센서(322)에서 측정된 온도값을 기준으로 하여, 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1)의 작동을 제어하는 냉각수온도-제어기(미도시);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 상기 기화냉각 패드(120) 하측에 배치되어, 낙하하는 상기 기화냉각수(110)를 수용하는 회수수조(330); 상기 회수수조(330)와 상기 냉각수조(320)를 연결하여, 상기 회수수조(330)에 수용된 상기 기화냉각수(110)를 상기 냉각수조(320)로 이송하는 냉각수-회수관(331); 및 상기 회수수조(330)에 수용된 상기 기화냉각수(110)를 상기 냉각수-회수관(331)으로 펌핑하는 회수펌프(332);를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 상기 외부 공기(3)의 상대습도인 외부상대습도 및 상기 제1 냉각공기의 상대습도인 제1상대습도를 측정하는 습도센서(410); 상기 외부 공기(3)의 온도인 외부온도 및 상기 제1 냉각공기의 온도인 제1온도를 측정하는 온도센서(420); 및 상기 외부상대습도 또는 상기 제1상대습도 또는 그 차이 및 상기 외부온도 또는 상기 제1온도 또는 그 차이를 기반으로 하여 상기 기화식냉각장치(100) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)의 작동을 제어하는 냉각모드-제어기(미도시);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 상기 제2 증발기(240) 표면에 응결되는 응축수를 집수하여, 상기 냉각수조(320)로 이송하는 응축수회수관(323, 미도시)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 실온의 공기중에서 물이 기화하는 증발현상을 이용한 기화식 냉각장치(100)와, 폐쇄 관로에서에 유동하는 냉매의 냉방사이클을 이용한 제2 증발식 냉각장치(200)를, 캐스케이드(Casecade) 방식으로 결합함으로써 에너지 효율이 높고 사용환경에 따른 에너지 사용을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실내 공기의 온습도 환경에 따라 기화식 냉각장치(100)와 제2 증발식 냉각장치(200)를 선택적으로 운전함으로써, 에너지효율과 냉각효율을 극대화하면서 냉방과 제습 기능을 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기화식 냉각장치(100)에 사용되는 기화냉각수(110)와 제2 증발식 냉각장치(200-1)에서 생성되는 응축수를 상호 순환시킴으로써, 기화식 냉각장치(100)의 냉각효율 개선과 제습 강화 기능을 동시에 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 일 실시 형태를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 운전 모드중 기화식 냉각모드를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 운전 모드중 기화냉각수 온도 조절모드를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 운전 모드중 온도습도 조절모드를 설명하는 도면.
이하, 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 본 개시와 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시 형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함됨을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 기술적 내용을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 일 실시 형태를 보인 도면이며, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 운전 모드을 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 구성과 작동을 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 기화식 냉각장치(100)와 제1 증발식 냉각장치(200-1)와 제2 증발식 냉각장치(200) 및 케이스(300)를 포함한다.
기화식 냉각장치(100)는, 기화냉각수(110)와 기화냉각 패드(120) 및 기화냉각 패드(120)의 상층부에 기화냉각수(110)를 분사하는 냉각수분사기(130)를 구비한다.
제1 증발식 냉각장치(200-1)는, 제1 압축기(210-1)와 제1 압축기(210-1)에 연결되는 제1 응축기(220-1)와, 제1 응축기(220-1)에 연결되는 제1 팽창밸브(230-1, 미도시) 및 제1 팽창밸브(230-1, 미도시)에 연결되는 제1 증발기(240-1)로 구성된다. 제1 증발식 냉각장치(200-1)는 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 기화냉각수(110)의 온도를 조절하한다.
제2 증발식 냉각장치(200)는, 제2 압축기(210)와 제2 압축기(210)에 연결되는 제2 응축기(220)와, 제2 응축기(220)에 연결되는 제2 팽창밸브(230, 미도시) 및 제2 팽창밸브(230, 미도시)에 연결되는 제2 증발기(240)로 구성된다. 제2 증발식 냉각장치(200)는, 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 기화식 냉각장치(100)를 통과한 공기를 냉각시키며 동시에 제습한다.
케이스(300)는, 기화식 냉각장치(100)와 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 제2 증발식 냉각장치(200)가 내부에 배치된다.
양 측면에 형성되는 한 쌍의 공기유입부(301) 및 상면에 형성되는 팬(310)이 형성된다.
케이스(300)의 하측에 기화식 냉각장치(100)가 배치되되, 한 쌍의 공기유입부(301) 사이에 배치된다.
케이스(300)의 상측에 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 제2 증발식 냉각장치(200)가 내부에 배치되되, 팬(310)의 하측, 기화냉각패드의 상측에 제2 증발기(240)가 배치된다.
팬(310)의 작동에 따라, 외부공기(3)가 공기흐름(2)을 따라 케이스(300)로 유입된후 상측으로 배출된다. 공기흐름(2)을 따라 이동하는 공기는 기화냉각 패드(120)를 통과한 후, 다시 제2 증발기(220)를 통과한다.
즉, 팬(310)의 작동에 따라 케이스(300)의 외부공기(3)가, 한 쌍의 공기유입부(301)를 통하여 케이스(300) 내부로 유입된다. 유입된 공기는 케이스(300)의 내측을 향하여 측방향으로 이동하고, 이때 기화냉각 패드(120)를 통과한다.
기화냉각패드(120)을 통과한 후 상승하고, 제2 증발기(240)를 통과한 후 팬(310)을 통하여 케이스(300)의 외부로 배출된다.
외부공기(3)는, 기화냉각패드(120)를 통과하면서, 기화냉각수(110)의 증발 현상으로 인해 냉각되어 제1 냉각공기(10)를 형성한다.
제1 냉각공기는 다시 제2 증발기(220)를 통과하면서 냉각되며 동시에 제습되어 제2 냉각공기(20)를 형성한 후 배출된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 실온의 공기중에서 물이 기화하는 증발현상을 이용한 기화식 냉각장치(100)와, 폐쇄 관로에서에 유동하는 냉매의 냉방사이클을 이용한 제2 증발식 냉각장치(200)를, 캐스케이드(Casecade) 방식으로 결합함으로써 에너지 효율이 높고 사용환경에 따른 에너지 사용을 최소화할 수 있다.
기화식 냉각방식은, 냉매로 사용하는 물의 끓는점 이하에서의 기화 현상을 이용한 것이다. 기화냉각수(110)의 온도가 높으면, 기화식 냉각장치(100)의 냉각효율을 떨어진다. 제1 증발식 냉각장치(200-1)는 기화냉각수(110)를 냉각하여 기화식 냉각장치(100)의 냉각효율 저하를 방지한다. 제1 증발식 냉각장치(200-1)는, 냉방 기능에 관여하지 않으므로, 제2 증발식 냉각장치(200)보다 작은 용량으로 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 기화냉각수(110)를 수용하며 수용되는 기화냉각수(110)를 제1 증발기(240-1)를 이용하여 냉각하는 냉각수조(320) 및 냉각수조(320)와 냉각수분사기(130)를 연결하여 상기 냉각수조(320)에 수용된 기화냉각수(110)를 냉각수분사기(130)로 이송하는 냉각수-공급관(321)을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 증발식 냉각장치(200-1)는, 기화냉각수(110)를 냉각한다. 기화냉각수(110)가 수용되는 냉각수조(320)를 구성함으로써, 제1 증발기(220-1)가 기화냉각수(110)를 냉각하는 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 특히 냉각수조(320)를 단열성의 재질로 형성하고, 제1 증발기(220-1)를 관통시키면, 제1 증발식 냉각장치(200-1)의 가동을 최소화 하면서, 기화식 증발기(100)의 냉각효율을 극대화 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 회수수조(330)와 냉각수-회수관(331) 및 회수펌프(332)를 더 구비할 수 있다.
회수수조(330)는, 기화냉각 패드(120) 하측에 배치되어, 증발하지 않고 기화 냉각패드(120)를 따라 낙하하는 기화냉각수(110)를 수용한다. 냉각수-회수관(3310은, 회수수조(330)와 냉각수조(320)를 연결하여, 회수수조(330)에 수용된 기화냉각수(110)를 냉각수조(320)로 이송한다. 또한, 회수펌프(332)는, 회수수조(330)에 수용된 기화냉각수(110)를 냉각수-회수관(331)으로 펌핑하여, 하측에 회수수조로 부터 상측에 배치되는 냉각수조(320)로 기화냉각수(110)를 용이하게 이송할 수 있다.
증발하지 않고 낙하하는 기화냉각수(110)를 재활용함으로써, 기화식 냉각장치(100)의 에너지 소비를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는, 제2 증발기(240) 표면에 응결되는 응축수를 집수하여, 냉각수조(320)로 이송하는 응축수회수유닛(323, 미도시)을 더 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제2 증발기(240)는 공기흐름(2)의 유로에 배치되어 기화식 냉각장치(100)에 의해 냉각된 제1 냉각공기(10)를, 재차 냉각한다. 기화식 냉각장치(100)는 물의 증발열을 이용하여 에너지 효율이 높으나, 증발된 물을 포함함으로 제1 냉각공기(10)는 습도가 높아질 수 있다.
제2 증발기(240)는, 제1 냉각공기(10)를 재차 냉각하며 동시에 그 표면에느는 제1 냉각공기(10)의 수분이 응결되어 응축수가 형성된다. 응축수는 저온의 제2증발기(240)의 표면에서 응결되므로 온도가 낮으며, 기화식 냉각장치(100)가 가동되는 동안에 응축수 응결 현상은 지속된다.
응축수회수유닛(323, 미도시)은 제2 증발기(240) 표면에 응결된 응축수가 용이하게 낙하하도록 유도하는 응축수집수장치와 낙하된 응축수를 집수하여 냉각수조(320)로 이송하는 응축수회수관으로 구성될 수 있다. 응축수집수장치는, 루버핀 구조일 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 운전 모드를 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 운전 모드는, 기화식 냉각모드와 기화냉각수 온도 조절모드 및 온도습도 조절모드 중 적어도 어느 하나이다.
기화식 냉각모드에서는, 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 제2 증발식 냉각장치(200)는 가동되지 않으며, 기화식 냉각장치(100)만 가동된다. 외부 공기(3)는 기화식 냉각장치에 의해 냉각되어 제1 냉각공기(10)를 형성한후, 공기흐름(2)을 따라 케이스(300) 외부로 배출된다. 제2 증발식 냉각장치(200)는 작동하지 않으므로, 제2증발기(240)를 통과하는 제1 냉각공기(10)는 더 냉각되거나 제습되지 않는다.
기화냉각수 온도 조절모드는, 제1 증발식 냉각장치(100)에 의해 기화냉각수(110)가 냉각되어 기화식 냉각장치(100)로 공급된다. 기화냉각수(110)를 냉각하여, 기화냉각장치(100)의 냉각효율을 향상시키고, 기화냉각수(110)만 냉각하는 저 용량의 제1 증발식 냉각장치(200-1)를 구성함으로써, 에너지 소비를 최소화 하면서, 냉방할 수 있다.
온도습도 조절모드는, 기화식 냉각장치(100) 및 제2 증발식 냉각장치(200)를 가동하여, 기화식 냉각장치(100)에 의해 냉각된 공기를 제2 증발기(240)에 의해 다시 냉각한다. 증발식 냉각방식은 에너지 소모가 크므로, 기화식 냉각방식을 병행하여 가동함으로써, 에너지 소비를 최소화할 수있다. 기화식 냉각장치(100)로 냉각된 공기는 기화냉각 패드(120)를 통과하는 동안에 습도가 상승할 수 있으나, 온도는 3~4도 이상 낮아질 수 있다. 에너지 소비가 많은 제2 증발식 냉각장치(200)는, 기화식 냉각장치(100)에 의해 1차 냉각된 공기가 유입되므로 에너지 소비가 크게 감소할 수 있다. 또한, 수분을 제거하여 저온 저습 상태의 공기를 케이스 외부로 배출 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 온도 조절모드는, 기화냉각수(100)가 제1 증발기(240-1)와 열교환하여 냉각된 상태에서 기화냉각 패드에 공급될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기의 온도 조절모드는, 케이스(300)의 내부로 유입되는 외부 공기(3)가 기화냉각 패드(120)를 통과하여 제1 냉각공기(10)를 형성하고, 제1 냉각공기(10)는 제2 증발기(240)를 통과하여 냉각 및 제습되어 제2 냉각공기(20)를 형성하여 배출된다.
또한, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는,냉각수조(320)에 수용된 기화냉각수(110)의 온도를 측정하는 냉각수-온도센서(322) 및 냉각수-온도센서(322)에서 측정된 온도값을 기준으로 하여, 제1 증발식 냉각장치(200-1)의 작동을 제어하는 냉각수온도-제어기를 더 포함할 수 있다.
냉각수 온도에 따라서 제1 증발식 냉각장치(200-1)의 가동을 제어함으로써, 에너지 소비를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기는,외부 공기(3)의 상대습도인 외부상대습도 및 제1 냉각공기(10)의 상대습도인 제1상대습도를 측정하는 습도센서(410)와, 외부 공기(3)의 온도인 외부온도 및 제1 냉각공기(10)의 온도인 제1온도를 측정하는 온도센서(420) 및 외부상대습도 또는 제1상대습도 또는 그 차이 및 외부온도 또는 제1온도 또는 그 차이를 기반으로 하여, 기화식 냉각장치(100) 및 제2 증발식 냉각장치(200)의 작동을 제어하는 냉각모드-제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기, 외부 공기(3)의 조건에 따라서, 자동으로 운전모드가 설정될 수 있다.
1. 국소냉방공조기
2. 공기흐름
3. 외부 공기
10. 제1 냉각공기
20. 제2 냉각공기
100. 기화식 냉각장치
110. 기화냉각수
120. 기화냉각패드.
130. 냉각수분사기
200-1. 제1 증발식 냉각장치
210-1. 제1 압축기
220-1. 제1 증발기
230-1. 제1 팽창밸브
240-1. 제1 증발기
200. 제2 증발식 냉각장치
210. 제2 압축기
220. 제2 증발기
230. 제2 팽창밸브
240. 제2 증발기
300. 케이스
301. 공기유입부
310. 팬
320. 냉각수조
321. 냉각수-공급관
322. 냉각수-온도센서
323. 응축수회수유닛
330. 회수수조
331. 냉각수-회수관
332. 회수펌프
410. 습도센서
420. 온도센서.

Claims (9)

  1. 기화냉각수(110)와 기화냉각 패드(120) 및 상기 기화냉각 패드(120)의 상층부에 상기 기화냉각수(110)를 분사하는 냉각수분사기(130)를 구비하는 기화식 냉각장치(100);
    제1 압축기(210-1)와 상기 제1 압축기(210-1)에 연결되는 제1 응축기(220-1)와, 상기 제1 응축기(220-1)에 연결되는 제1 팽창밸브(230-1, 미도시) 및 상기 제1 팽창밸브(230-1, 미도시)에 연결되는 제1 증발기(240-1)로 구성되어, 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 상기 기화냉각수(110)의 온도를 조절하는 제1 증발식 냉각장치(200-1);
    제2 압축기(210)와 상기 제2 압축기(210)에 연결되는 제2 응축기(220)와, 상기 제2 응축기(220)에 연결되는 제2 팽창밸브(230, 미도시) 및 상기 제2 팽창밸브(230, 미도시)에 연결되는 제2 증발기(240)로 구성되어, 내부에 냉매가 유동하며, 선택적으로 동작되어 상기 기화식 냉각장치(100)를 통과한 공기를 냉각시키는 제2 증발식 냉각장치(200); 및
    양 측면에 형성되는 한 쌍의 공기유입부(301) 및 상면에 형성되는 팬(310)이 형성되고, 하측에 상기 기화식 냉각장치(100)가 상기 한 쌍의 공기유입부(301) 사이에 배치되고, 상측에 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)가 내부에 배치되고, 상기 팬의 하측 및 상기 기화냉각패드의 상측에 상기 제2 증발기(240)가 배치되는 케이스(300);를 포함하고,
    상기 기화냉각수(110)를 수용하며, 수용되는 상기 기화냉각수(110)를 상기 제1 증발기(240-1)를 이용하여 냉각하는 냉각수조(320); 및
    상기 냉각수조(320)와 상기 냉각수분사기(130)를 연결하여 상기 냉각수조(320)에 수용된 상기 기화냉각수(110)를 상기 냉각수분사기(130)로 이송하는 냉각수-공급관(321);를 포함하고,
    상기 팬(310)의 작동에 따라 상기 케이스(300)의 외부공기(3)가, 상기 한 쌍의 공기유입부(301)를 통하여 상기 케이스(300)의 내부로 유입되고 상기 케이스의 내측을 향하여 측방향으로 이동하며 상기 기화냉각 패드(120)를 통과한 후 상승하고, 상기 제2 증발기(240)를 통과한 후 상기 팬(310)을 통하여 상기 케이스(300)의 외부로 배출되고,
    상기 제1 증발식 냉각장치(200-1) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)는 정지된 상태에서, 상기 케이스(300)의 외부 공기(3)를 상기 기화식 냉각장치(100)에 의해 냉각하여 상기 케이스(300)의 외부로 배출시키는 기화식 냉각모드;
    상기 기화식 냉각장치(100) 및 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1)가 가동하여, 상기 기화냉각수(110)가 냉각되어 상기 기화식 냉각장치(100)로 공급되는 기화냉각수 온도 조절모드; 및
    상기 기화식 냉각장치(100) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)를 가동하여, 상기 기화식 냉각장치(100)에 의해 냉각된 공기를 상기 제2 증발기(240)에 의해 다시 냉각하는 온도습도 조절모드;로 구성되는 운전모드 중 적어도 어느 하나의 운전모드로 제어되고,
    상기 기화냉각수 온도 조절모드는,
    상기 기화냉각수(110)가 상기 제1 증발기(240-1)와 열교환하여 냉각된 상태에서 상기 기화냉각 패드(120)에 공급되며,
    상기 온도습도 조절모드는,
    상기 케이스(300)의 내부로 유입되는 외부 공기(3)가 상기 기화냉각 패드(120)를 통과하여 제1 냉각공기(10)를 형성하고, 상기 제1 냉각공기(10)는 상기 제2 증발기(240)를 통과하여 냉각 및 제습되어 제2 냉각공기(20)를 형성하여, 상기 제2 냉각공기(20)를 배출하고,
    상기 냉각수조(320)에 수용된 상기 기화냉각수(110)의 온도를 측정하는 냉각수-온도센서(322); 및
    상기 냉각수-온도센서(322)에서 측정된 온도값을 기준으로 하여, 상기 제1 증발식 냉각장치(200-1)의 작동을 제어하는 냉각수온도-제어기(미도시);를 더 포함하며,
    상기 기화냉각 패드(120)의 하측에 배치되어, 낙하하는 상기 기화냉각수(110)를 수용하는 회수수조(330);
    상기 회수수조(330)와 상기 냉각수조(320)를 연결하여, 상기 회수수조(330)에 수용된 상기 기화냉각수(110)를 상기 냉각수조(320)로 이송하는 냉각수-회수관(331); 및
    상기 회수수조(330)에 수용된 상기 기화냉각수(110)를 상기 냉각수-회수관(331)으로 펌핑하는 회수펌프(332);를 더 구비하고,
    상기 제2 증발기(240)의 표면에 응결되는 응축수를 집수하여, 상기 냉각수조(320)로 이송하는 응축수회수관(323, 미도시)을 더 구비하며,
    상기 외부 공기(3)의 상대습도인 외부상대습도 및 상기 제1 냉각공기의 상대습도인 제1상대습도를 측정하는 습도센서(410);
    상기 외부 공기(3)의 온도인 외부온도 및 상기 제1 냉각공기의 온도인 제1온도를 측정하는 온도센서(420); 및
    상기 외부상대습도 또는 상기 제1상대습도 또는 그 차이 및 상기 외부온도 또는 상기 제1온도 또는 그 차이를 기반으로 하여 상기 기화식냉각장치(100) 및 상기 제2 증발식 냉각장치(200)의 작동을 제어하는 냉각모드-제어기(미도시);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화열과 증발열을 이용한 2중 냉각 방식 공조기.
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