KR20010112340A - 공기조화장치 - Google Patents
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Abstract
압축기(21)와 수증기 분리기(55)와 열교환기(30)와 팽창기(22)를 차례로 접속시켜 제 1 계통(20)을 구성한다. 제 1 계통(20)에서는 내기를 제 1 공기로서 도입하여 실외로 배출한다. 열교환기(30)에 제 2 입구 통기관(43)과 제 2 출구 통기관(44)을 접속시켜 제 2 계통(40)을 구성한다. 제 2 계통(40)에서는 외기를 제 2 공기로서 도입하여 실내로 공급한다. 수증기 분리기(55)에는 진공펌프(36)를 접속한다. 수증기 분리기(55)는 압축된 제 1 공기로부터 수증기를 분리하여, 제 1 공기를 외기의 절대습도 이하로 제습한다. 수증기 분리기(55)로부터의 수증기는, 일부가 제 2 출구 통기관(44) 내의 제 2 공기로 공급된다. 그리고 가습된 제 2 공기를 실내로 공급한다.
Description
종래, 공기순환을 행하는 냉동기는, 예를 들어 일본냉동협회 발행「신판 냉동공조편람 제 4 판 기초편」p.45~p.48에 개시되어 있다. 또 공기순환을 이용하여 히트펌프를 구성하는 난방장치가, The Australian Institute of Refrigeration Air Conditioning and Heating 발행 「AIRAH JOURNAL 1997년 6월호」p.16~p.21에 개시되어 있다. 이하 이 난방장치에 대하여 설명한다.
도 9에 나타낸 바와 같이 상기 난방장치는 열원측 계통(a)과, 이용측 계통(f)을 구비한다. 이 열원측 계통(a)은 압축기(b)와, 제 1 열교환기(c)와, 제 2 열교환기(d)와, 팽창기(e)를 차례로 접속시켜 이루어지며, 공기냉동순환을 행하도록 구성된다. 한편 이용측 계통(f)은 제 2 열교환기(d)와, 가습기(g)와, 제 1 열교환기(c)를 차례로 접속시켜 구성된다.
그리고 열원측 계통(a)에서는 압축기(b)를 구동시키면, 환기를 위해 실외로 배출되는 내기가 압축기(b)로 도입되어 이 내기가 압축기(b)에서 압축된다. 압축된 공기는 제 1 열교환기(c), 제 2 열교환기(d) 순으로 흘러 팽창기(e)에서 팽창된 후에 실외로 배출된다. 한편, 이용측 계통(f)에서는 환기를 위해 실내로 보내지는외기가 도입되고, 이 외기가 차례로 제 2 열교환기(d), 가습기(g), 제 1 열교환기(c)로 흐른다. 그 사이 외기는, 양 열교환기(d, c)에서 열원측 계통(a)의 공기와 열교환을 하여 더워짐과 동시에, 가습기(g)에서 가습된다. 그리고 이용측 계통(f)으로 도입된 외기를 가열하고, 또 가습시켜 실내로 공급하여 난방을 하게 된다.
- 해결과제 -
상술한 바와 같이 종래의 난방장치에서는, 열원측 계통(a)으로 도입된 내기가 압축기(b), 양 열교환기(c, d), 팽창기(e)의 순서로 흐를 뿐이기 때문에 다음과 같은 문제가 있다.
즉 실제 공기에는 어느 정도 수분이 함유되어 있다. 한편, 팽창기에서 팽창됨으로써 공기는 저온으로 된다. 때문에 공기 중의 수분이 응축되어, 팽창기로부터 공기와 함께 물방울이 분출되게 된다. 또 히트펌프로서 운전할 때는 팽창할 때의 공기온도가 빙점 이하로 되는 경우가 많으며, 이 경우 공기 중의 수분이 응고되어 얼음이 되고, 공기와 함께 결정상태로 되어 분출될 우려가 있다.
특히, 상술한 난방장치와 같이 압축기로 내기를 공급하는 구성으로 할 경우, 이 문제는 현저해진다. 즉 난방 시에, 실내 내기의 절대습도는 실외 외기의 절대습도보다 높은 것이 통상적이다. 때문에 외기보다 절대습도가 높은 공기가 팽창기로부터 분출되어, 팽창될 때 공기 중에서 수분이 응축할 뿐만 아니라, 팽창기로부터 공기가 분출된 후에도 이 공기 중에서 수분이 응축되어 분무될 우려가 있다.
따라서 종래의 난방장치에서는, 팽창기로부터 공기와 함께 분출되는 물방울이나 얼음을 처리하기 위한 구성이 필요했다. 특히 빙결된 경우에는 녹인 후에 배수하는 등의 처리를 요하며, 이와 같은 처리를 행하기 위한 기기가 필요해져 구성이 복잡해진다는 문제가 있다.
한편, 팽창기 입구에서의 공기온도를 높여 팽창기 출구에서의 공기온도를 상승시킨다면, 팽창기로부터의 공기 중의 수분 응축을 방지하여 상술한 문제를 회피할 수 있다. 그러나 이것으로는 난방능력을 확보하기 위하여 압축기로의 입력을 늘릴 필요가 있어 COP(성적계수) 저하를 초래한다는 문제가 있다.
그래서 예를 들어, 상술한 난방장치와 같이 압축된 공기의 냉각을 위해 열교환기로 외기를 공급하는 구성으로 할 경우, 난방 시의 외기는 비교적 저온인 것이 통상적이므로, 팽창기 입구에서의 공기 온도를 저하시켜 COP를 향상시킬 수 있는 가능성이 있다. 그러나 상술한 바와 같은 수분 응축에 따른 문제를 회피하기 위해 팽창기 출구의 공기 온도를 충분히 저온으로 할 수가 없어, 팽창기 입구에서의 공기 온도를 저온으로 설정하여 COP 향상을 도모할 수가 없었다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 COP를 높이 유지하면서 배수처리나 배설(排雪)처리를 불필요하게 하여 구성의 간소화를 도모하는 것이다.
본 발명은 공기순환을 이용한 공기조화장치에 관한 것이다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 개략구성도;
도 2는 제 1 실시형태에 관한 공기조화장치의 동작을 나타내는 공기선도;
도 3은 제 2 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 개략구성도;
도 4는 제 2 실시형태에 관한 공기조화장치의 동작을 나타내는 공기선도;
도 5는 제 2 실시형태의 변형예에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 개략구성도;
도 6은 제 3 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 개략구성도;
도 7은 제 3 실시형태에 관한 공기조화장치의 동작을 나타내는 공기선도;
도 8은 제 3 실시형태의 변형예에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 개략구성도; 및
도 9는 종래의 공기순환을 이용하여 히트펌프동작을 실행하는 난방장치의 구성을 나타내는 개략구성도이다.
본 발명은 공기순환을 행하는 공기를 팽창기(22)보다 상류에서 외기의 절대습도 이하까지 제습하도록 한 것이다.
구체적으로 본 발명이 강구한 제 1 해결수단은, 압축기(21)와 열교환기(30)와 팽창기를 구비한 공기순환회로(20)가 구성되며, 상기 열교환기(30)에서 공기순환회로(20)의 제 1 공기와의 열교환으로 제 2 공기를 가열하고, 가열된 제 2 공기를 실내로 공급함으로써 난방을 행하는 공기조화장치를 대상으로 한다. 그리고 상기 공기순환회로(20)의 팽창기(22) 상류 쪽에 배치되어, 제 1 공기의 절대습도가 외기의 절대습도 이하로 되도록 이 제 1 공기를 제습하는 제습수단(55, 60)을 구비하는 것이다.
본 발명이 강구한 제 2 해결수단은, 상기 제 1 해결수단에서 제 1 공기는, 실내로부터 실외로 배출되는 배기 또는 이 배기와 외기의 혼합공기로서 팽창기(22)로부터 실외로 배출되는 한편, 제 2 공기는 실외로부터 실내로 공급되는 급기 또는 이 급기와 내기의 혼합공기로서 제습수단(55, 60)으로부터 실내로 공급되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 3 해결수단은, 상기 제 2 해결수단에서 제습수단(55, 60)은 제 1 공기로부터 제거된 수분을 제 2 공기로 공급하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 4 해결수단은, 상기 제 1~제 3 중 어느 하나의 해결수단에서 제습수단(55)은 공기순환회로(20)의 압축기(21)와 팽창기(22) 사이에 배치되며, 압축기(21)에서 압축된 제 1 공기를 제습하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 5 해결수단은, 상기 제 4 해결수단에서 제습수단(55)은 공기 중의 수증기가 수증기분압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 투과 가능하게 구성된 분리막을 가지며, 제 1 공기 중의 수증기를 응축시키지 않고 이 제 1 공기로부터 분리하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 6 해결수단은, 상기 제 5 해결수단에서 분리막은 고분자막으로 이루어지며 물분자의 막 내부확산에 의하여 수증기가 투과하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 7 해결수단은, 상기 제 5 해결수단에서 분리막은 분자자유행정과 같은 정도 크기의 구멍을 다수 가지며, 물분자의 모세관응축과 확산에 의하여 수증기가 투과하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 8 해결수단은, 상기 제 5 해결수단에서 제습수단(55)은 분리막의 한쪽 표면과 압축된 제 1 공기를 접촉시키며, 또 다른 쪽 표면과 제 2 공기를 접촉시켜 이 제 1 공기 중의 수증기를 이 제 2 공기로 이동시키도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 9 해결수단은, 상기 제 5 해결수단에서 제습수단(55)의 분리막 양쪽에서의 수증기분압차를 확보하기 위해 이 분리막의 한쪽을 감압하는 감압수단(36)을 구비하는 것이다.
본 발명이 강구한 제 10 해결수단은, 상기 제 1~제 3 중 어느 하나의 해결수단에서 제습수단(55)은, 공기순환회로(20)의 압축기(21) 상류 쪽에 배치되어 압축기(21)로 공급되는 제 1 공기를 제습하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 11 해결수단은, 상기 제 10 해결수단에서 제습수단(60)은 공기와의 접촉으로 흡습과 방습을 행하는 습도매체를 구비하며 압축기(21)로 공급되는 제 1 공기 중의 수분을 습도매체로 흡습시키는 한편, 습도매체의 수분을 제 2 공기로 방습시켜 연속적으로 제 1 공기의 제습을 행하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 12 해결수단은, 상기 제 11 해결수단에서 제습수단(60)의 습도매체에는 수분을 흡착하는 고체흡착제를 구비하는 것이다.
본 발명이 강구한 제 13 해결수단은, 상기 제 12 해결수단에서 제습수단(60)의 습도매체를, 원판형이며 두께방향으로 공기가 통과 가능하게 형성되어 통과하는 공기와 고체흡착제를 접촉시키는 회전부재(61)로 구성하는 한편, 제습수단(60)에는 상기 회전부재(61)가 제 1 공기와 접촉하여 제 1 공기 중의 수분을 흡습하는 흡습부(62)와, 상기 회전부재(61)가 제 2 공기와 접촉하여 제 2 공기에 방습하는 방습부(63)와, 상기 회전부재(61)가 흡습부(62)와 방습부(63) 사이에서 이동하도록 이 회전부재(61)를 회전구동하는 구동기구를 구비하는 것이다.
본 발명이 강구한 제 14 해결수단은 상기 제 12 해결수단에 있어서, 고체흡착제를 다공성 무기산화물로 구성하는 것이다.
본 발명이 강구한 제 15 해결수단은 상기 제 11 해결수단에 있어서, 제습수단(60)의 습도매체를, 수분을 흡수하는 액체흡수제로 구성하는 것이다.
본 발명이 강구한 제 16 해결수단은 상기 제 11 해결수단에 있어서, 제습수단(60)의 습도매체를 수분을 흡수하는 액체흡수제로 구성하는 한편, 제습수단(60)은 액체흡수제가 제 1 공기로부터 흡습한 수분을 제 2 공기로 방습시키기 위하여 이 액체흡수제를 압축기(21)로부터의 제 1 공기에 의하여 가열하도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 17 해결수단은 상기 제 15 및 제 16 해결수단에 있어서, 제습수단(60)은 수분이 투과 가능한 소수성 다공막을 구비하며, 이 소수성 다공막을 개재하고 액체흡수제와 제 1 공기를 접촉시키도록 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 18 해결수단은 상기 제 15 및 제 16 해결수단에 있어서, 액체흡수제는 친수성 유기화합물 수용액으로 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 19 해결수단은 상기 제15 및 제 16 해결수단에 있어서, 액체흡수제는 금속할로겐화물의 수용액으로 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 20 해결수단은 상기 제 15 및 제 16 해결수단에 있어서, 제습수단(60)은 액체흡수제와 제 1 공기를 접촉시키는 흡습부(65), 및 액체흡수제와 제 2 공기를 접촉시키는 방습부(66)를 구비하여 상기 흡습부(65)와 방습부(66) 사이에서 액체흡수제를 순환시키는 순환회로(64)로 구성되는 것이다.
본 발명이 강구한 제 21 해결수단은 상기 제 11 내지 제 20 중 어느 하나의 해결수단에 있어서, 제습수단(60)으로 공급된 제 2 공기의 일부를, 습도매체로부터 방습되는 수분의 일부를 부여한 후에 실내로 공급하는 한편, 이 제 2 공기의 나머지를, 습도매체로부터 방습되는 나머지 수분을 부여하고, 또 열교환기(30)로 공급되기 전의 제 2 공기와의 열교환으로 냉각시켜 제습한 후에 실내로 공급하는 습도조절수단(90)을 구비하는 것이다.
-작용-
상기 제 1 해결수단에서는 공기순환회로(20)에 있어서, 압축기(21), 열교환기(30), 팽창기(22) 순으로 제 1 공기가 흘러 공기순환을 행한다. 열교환기(30)에서는 제 2 공기와 압축된 제 1 공기가 열교환을 하여 제 2 공기가 가열된다. 그리고 가열된 제 2 공기가 실내로 공급되어 난방이 실행된다. 한편 제 1 공기는 제습수단(55, 60)에 의하여, 팽창기(22)에 다다를 때까지 외기의 절대습도 이하로 되도록 제습된다. 이 때문에 팽창기(22) 출구의 제 1 공기온도를 외기온도보다 낮게 설정한 경우라도, 팽창기(22) 출구의 제 1 공기 중에서 물방울이나 얼음의 생성이 방지된다.
상기 제 2 해결수단에서는, 적어도 실내로부터의 배기를 포함하는 공기가 제 1 공기로서 도입되어, 압축기(21), 열교환기(30), 팽창기(22) 순으로 흐른 후에 실외로 배출된다. 또 이 공기는 팽창기(22)에 이를 때까지 제습수단(55, 60)에 의하여 제습된다. 또 적어도 실외로부터의 급기를 포함하는 공기가 제 2 공기로서 도입되며, 이 제 2 공기는 열교환기(30)에서 제 1 공기와 열교환하여 가열된 후에 실내로 공급된다.
상기 제 3 해결수단에서는, 제습수단(55, 60)이 제 1 공기로부터의 수분 제거와, 이 수분의 제 2 공기로의 공급을 행한다. 즉 제습수단(55, 60)에서는 제 1 공기로부터 제거된 수분을 이용하여 제 2 공기의 가습이 행해진다.
상기 제 4 해결수단에서는, 제습수단(55)에 의하여 압축기(21)에서 압축된 제 1 공기로부터 수분이 제거된다.
상기 제 5 해결수단에서는, 제습수단(55)이 소정의 분리막을 가지므로, 압축된 제 1 공기 중의 수분은 수증기 상태를 유지한 채 분리된다.
상기 제 6 해결수단 및 제 7 해결수단에서는, 분리막이 소정 과정에 의하여 수증기를 투과시키도록 구성된다.
상기 제 8 해결수단에서는, 분리막의 한쪽 표면과 압축된 제 1 공기가 접촉하고, 다른 쪽 표면과 제 2 공기가 접촉한다. 따라서 제 2 공기의 수증기분압이 이 제 1 공기의 수증기분압보다 낮은 운전상태에서는, 외부로부터 어떤 작용을 추가시키지 않아도 제 1 공기 중의 수분이 제 2 공기로 이동한다.
상기 제 9 해결수단에서는, 감압수단(36)에 의하여 분리막 양쪽의 수증기분압차가 확보된다. 즉 분리막의 한쪽 표면이, 압축된 제 1 공기와 접촉하고 다른 쪽 표면측이 감압수단(36)에 의하여 감압된다. 따라서 분리막의 다른 쪽 표면측 수증기분압은 이 제 1 공기의 수증기분압보다 낮게 유지된다.
상기 제 10 해결수단에서는, 제습수단(55)에 의하여 제습된 제 1 공기가 압축기(21)로 공급된다.
상기 제 11 해결수단에서, 제습수단(60)의 습도매체는 제 1 공기 중의 수분을 흡습하는 한편, 흡습한 수분을 제 2 공기에 대하여 방습한다. 즉 제 1 공기 중의 수분이 습도매체를 개재하고 제 2 공기로 연속적으로 이동하며, 이로써 제 1 공기의 제습과 제 2 공기의 가습이 계속 실행된다.
상기 제 12 해결수단에서는, 수분이 고체흡착제에 흡착됨으로써 습도매체가 흡습을 실행한다. 또 수분이 고체흡착제에서 탈착됨으로써 습도매체는 방습을 실행한다.
상기 제 13 해결수단에서는, 원판형 회전부재(61)에 의하여 습도매체가 구성된다. 회전부재(61)의 일부가 흡습부(62)에서 제 1 공기와 접촉하여 수분을 흡습한다. 회전부재(61)는 구동기구로 회전구동 되어 회전부재(61)의 흡습한 부분이 방습부(63)로 이동한다. 방습부(63)에서는 회전부재(61)가 제 2 공기와 접촉하여수분을 방습한다. 이로써 습도매체인 회전부재(61)가 재생된다. 그 후 회전부재(61)의 재생된 부분이 다시 흡습부(62)로 이동하며, 이 동작을 반복한다.
상기 제 14 해결수단에서는 고체흡착제가 다공성 무기산화물로 구성된다. 여기서 고체흡착제는 소정의 무기산화물만으로 이루어진 것이 아니라도 되며, 이 무기산화물을 주성분으로 하는 것이라도 된다.
상기 제 15 해결수단에서는, 수분이 액체흡수제로 흡수됨으로써 습도매체는 흡습을 실행한다. 또 수분이 액체흡수제로부터 탈착 됨으로써 습도매체는 방습을 실행한다.
상기 제 16 해결수단에서는, 압축기(21)로 공급되기 전의 제 1 공기로부터 액체흡수제가 수분을 흡수한다. 이 액체흡수제는 압축기(21)에서 압축된 고온의 제 1 공기에 의하여 가열, 방습하기 쉬운 상태로 되어 제 2 공기에 방습한다. 이 방습에 의하여 액체흡수제가 재생된다.
상기 제 17 해결수단에서는, 제 1 공기와 액체흡수제가 소수성 다공막을 끼고 간접적으로 접촉한다. 그리고 제 1 공기 중의 수분이 소수성 다공막을 투과하여 액체흡수제로 흡수되며, 이로써 제 1 공기가 제습된다.
상기 제 18 해결수단에서는, 액체흡수제가 친수성 유기화합물 수용액으로 구성된다. 이런 종류의 유기화합물로는 에틸렌글리콜, 글리세린, 흡수성수지 등이 예시된다.
상기 제 19 해결수단에서는, 액체흡수제가 금속 할로겐화물 수용액으로 구성된다. 이런 종류의 금속 할로겐화물로는 염화리튬(LiCl), 브롬화리튬(LiBr), 염화칼슘(CaCl2) 등이 예시된다.
상기 제 20 해결수단에서는, 액체흡수제가 흡습부(65)에서 제 1 공기의 수분을 흡수하고, 이로써 제 1 공기가 제습된다. 이 액체흡수제는 순환회로(64) 내를 흘러 방습부(66)에 이른다. 방습부(66)에서는 액체흡수제가 제 2 공기에 대하여 방습하고, 이로써 액체흡수제가 재생됨과 동시에 제 2 공기가 가습된다. 재생된 액체흡수제는 순환회로(64) 내를 흘러 다시 흡습부(65)에 이르며, 이 순환을 반복한다.
상기 제 21 해결수단에서는, 제습수단에서 습도매체가 제 2 공기에 대하여 방습하고, 이로써 습도매체가 재생됨과 동시에 제 2 공기가 가습된다. 그리고 가습된 제 2 공기는, 습도조정수단(90)을 통하여 실내로 공급된다. 이때 제 2 공기의 일부는 습도매체가 방습하는 수분의 일부를 받은 후에 그대로 실내로 공급된다. 한편, 나머지 제 2 공기는, 습도매체가 방습하는 수분의 나머지를 받은 후에 열교환기(30)로 공급되기 전의 제 2 공기와 열교환하여 냉각되고, 이 제 2 공기 중의 수분이 응축하여 제거된 상태에서 실내로 공급된다. 즉 습도매체로부터 방습된 수분의 일부만이 제 2 공기와 함께 실내로 공급된다.
-효과-
따라서 본 발명에 의하면, 제습수단(55, 60)에 의하여 외기의 절대습도 이하까지 제습된 제 1 공기가 팽창기(22)에서 팽창되므로, 팽창기(22) 출구의 제 1 공기 중의 물방울이나 얼음의 생성을 방지하고, 나아가 팽창기(22)로부터 분출된 후의 수분 응축을 방지하면서, 팽창기(22) 출구의 제 1 공기온도를 외기온도보다 낮게 설정할 수 있다. 때문에 팽창기(22) 입구의 제 1 공기온도를 한층 낮게 설정할 수 있어, 열교환기(30)에서 제 2 공기에 부여되는 열량을 유지하면서 압축기(21)로의 입력을 삭감할 수 있다. 그 결과 COP 향상을 도모할 수 있으며, 이와 동시에 팽창기(22)로부터의 제 1 공기 중에서의 물방울 등의 생성을 방지하여 배수처리나 배설처리를 불필요하게 하고, 이로써 구성의 간소화를 도모할 수 있다.
특히 상기 제 2 해결수단에서는, 실외로부터의 급기를 포함하는 공기를 제 2 공기로 한다. 여기서 난방 시에 실외기온은 비교적 저온인 것이 통상적이므로, 실외로부터의 급기를 포함하는 저온의 공기가 제 2 공기로서 열교환기(30)로 공급된다. 때문에 열교환기(30)에서 제 1 공기를 저온까지 냉각할 수 있어, 팽창기(22) 입구에서의 제 1 공기온도를 저온으로 설정할 수 있다. 그 결과 열교환기(30)에서 제 2 공기로 주어지는 열량을 유지하면서 압축기(21)로의 입력을 삭감하여, COP를 한층 확실하게 향상시킬 수 있다. 이 경우에도 제습수단(55, 60)에 의하여 제 1 공기를 외기의 절대습도 이하까지 제습하므로, 배수처리나 배설처리를 생략하여 구성을 간소화할 수 있다.
또 상기 제 2 해결수단에서는 실내로부터의 배기를 포함하는 공기를 제 1 공기로 하고, 실외로부터의 급기를 포함하는 공기를 제 2 공기로 하는 점에서, 공조를 실행하는 동시에 환기도 실행할 수 있다. 또한 배기를 포함하는 제 1 공기를 압축기(21)에서 압축하고, 압축된 제 1 공기와 급기를 포함하는 제 2 공기를 열교환기(30)에서 열교환시키므로, 환기를 위해 실외로 배출되는 배기에 포함되는 온열을 회수할 수 있다. 그 결과 환기에 따르는 에너지 손실의 삭감이 가능해진다.
또한 상기 제 3 해결수단에 의하면, 제 1 공기로부터 제거한 수분을 이용하여 제 2 공기의 가습을 행할 수 있다. 때문에 제 2 공기의 가습을 위해 별도로 수분을 공급할 필요가 없어져 구성의 간소화를 도모할 수 있다. 또 제 1 공기로부터 제거한 수분을 모두 제 2 공기로 공급할 경우에는 이 수분을 드레인으로 처리할 필요가 없어져 이로써도 구성의 간소화를 도모할 수 있다.
또 상기 제 5~제 9 해결수단에 의하면, 제 1 공기 중의 수분을 응축시키는 일없이 분리할 수 있다. 때문에 제 1 공기의 제습이 요하는 에너지를, 수분을 응축시켜 제거하는 경우에 비해 대폭 삭감시킬 수 있어 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.
특히 상기 제 8 해결수단에 의하면, 압축된 제 1 공기 중의 수분을 수증기 상태로 유지한 채로 제 2 공기에 공급할 수 있다. 따라서 제 2 공기를 가습할 때 제 2 공기 중에서 수분이 증발하는 일없이, 제 1 공기 중의 수증기가 갖는 에너지를 제 2 공기로 회수함으로써 난방능력을 향상시킬 수 있어 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한 상기 제 9 해결수단에 의하면, 운전상태와는 관계없이 감압수단(36)에 의하여 분리막 양쪽에서의 수증기분압차를 확보할 수 있으며, 압축된 제 1 공기로부터 수분제거수단으로 항상 수증기를 분리하여, 제 1 공기의 제습을 실행할 수 있다.
또 상기 제 11~제 20 해결수단에 의하면, 제습수단(60)의 습도매체에 의하여 제 1 공기 중의 수분을 제 2 공기로 연속적으로 이동시킬 수 있어, 제 1 공기의 제습과 제 2 공기의 가습을 계속 실행할 수 있다. 특히 제 12~제 20 해결수단에 의하면, 제습수단(60)의 습도매체를, 고체흡착제나 액체흡수제를 이용하여 구성할 수 있으며, 더욱이 제 13, 제 20 해결수단에 의하면, 각각의 습도매체에 대응하여 제습수단(60)을 구성할 수 있다.
또한 상기 제 21 해결수단에 의하면, 제습수단(60)의 습도매체가 제 2 공기에 방습하는 수분의 일부만을 실내로 공급할 수 있다. 여기서 습도매체로부터의 수분을 받은 제 2 공기는, 그 절대습도가 내기의 절대습도보다 높아지는 일이 있다. 그리고 이와 같은 경우에 제 2 공기를 그대로 실내로 공급하면, 실내 습도가 상승하여 실내에 있는 사람에게 불쾌감을 줄 우려가 있다. 이에 반해, 본 해결수단에 의하면 습도매체가 방습하는 수분 중, 실내 습도를 유지하는 데 필요한 만큼만 실내로 공급할 수 있어, 실내의 쾌적한 유지가 가능해진다.
이하 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1에 나타낸 바와 같이 본 실시형태의 공기조화장치(10)는, 제 1 계통(20)과, 제 2 계통(40)과, 제습수단인 수증기 분리기(55)를 구비하며, 난방을 실행하도록 구성된다.
상기 제 1 계통(20)은 압축기(21)와, 수증기 분리기(55)와, 열교환기(30)와, 팽창기(22)가 차례로 통기관 접속으로 이루어지며, 공기냉동 순환동작을 실행하는 공기순환회로에 구성된다. 이 제 1 계통(20)은 압축기(21)의 입구 쪽에 접속되는 제 1 입구 통기관(23)과, 팽창기(22)의 출구 쪽에 접속되는 제 1 출구 통기관(24)을 구비한다. 제 1 입구 통기관(23)은, 한끝이 실내로 개구되어 내기를 제 1 공기로서 도입한다. 이 제 1 입구 통기관(23)으로부터 도입되는 내기는, 환기를 위해 실내로부터 배출되는 배기이다. 제 1 출구 통기관(24)은, 한끝이 실외로 개구되어 팽창기(22)로부터의 저온의 제 1 공기를 실외로 유도한다.
상기 제 2 계통(40)은 열교환기(30) 입구 쪽에 제 2 입구 통기관(43)을, 출구 쪽에 제 2 출구 통기관(44)을 각각 접속시켜 구성된다. 제 2 입구 통기관(43)은, 한 끝이 실외로 개구되어 외기를 제 2 공기로서 도입한다. 이 제 2 입구 통기관(43)으로부터 도입되는 외기는 환기를 위해 실내로 공급되는 급기이다. 제 2 출구 통기관(44)은, 한끝이 실내로 개구되어 열교환기(30)로부터의 고온의 제 2 공기를 실내로 공급한다.
상기 압축기(21)에는 모터(35)가 연결된다. 또 이 압축기(21)는 상기 팽창기(22)와 연결된다. 그리고 압축기(21)는 모터(35)의 구동력과, 팽창기(22)에서 공기가 팽창될 때의 팽창작용에 의하여 구동된다.
상기 열교환기(30)에는 방열측 통로(31)와 흡열측 통로(32)가 구획 형성된다. 방열측 통로(31)는 한 끝이 상기 수증기 분리기(55)와, 다른 끝이 팽창기(22)와 각각 통기관 접속되어 제 1 공기가 내부를 흐른다. 흡열측 통로(32)는 한 끝에 제 2 입구 통기관(43)이, 다른 끝에 제 2 출구 통기관(44)이 각각 접속되어 제 2 공기가 내부를 흐른다. 그리고 이 열교환기(30)는 방열측 통로(31)의 제 1 공기와 흡열측 통로(32)의 제 2 공기를 열교환시키며, 이로써 제 2 공기를 가열시키도록 구성된다.
상기 수증기 분리기(55)는, 분리막을 가지며 이 분리막에 의하여 나뉘어진 고압공간과 저압공간을 구비한다. 고압공간의 입구 쪽에는 압축기(21)가 접속되며, 출구 쪽에는 열교환기(30)의 방열측 통로(31)가 접속되고, 고압공간에는 압축기(21)에서 압축된 제 1 공기가 흐른다. 그리고 이 수증기 분리기(55)는 이 제 1 공기 중의 수증기가 상기 분리막을 투과하여 고압공간에서 저압공간으로 이동함으로써 제 1 공기의 제습을 실행하도록 구성된다. 이 수증기 분리기(55)는, 제 1 공기의 절대습도가 외기의 절대습도 이하로 되도록 제 1 공기의 제습을 행하여 제습수단을 구성한다.
상기 분리막은 불소수지 등의 고분자막으로 형성된다. 그리고 이 분리막은, 물분자의 막 내부확산에 의하여 수증기가 투과하도록 구성된다. 여기서 이 분리막을 크세로겔 등으로 이루어지는 가스분리용 다공막으로 형성해도 된다. 이 경우 공기 중의 수증기는 물분자의 모세관응축과 확산에 의하여 분리막을 투과한다.
상기 수증기 분리기(55)의 저압공간에는 진공펌프(36)가 접속된다. 이 진공펌프(36)는 이 저압공간을 감압하기 위한 것으로, 저압공간과 고압공간의 수증기분압차를 확보하는 감압수단을 구성한다.
상기 진공펌프(36)의 출구 쪽에는 배수관(51)의 한끝이 접속된다. 배수관(51)의 다른 끝은 제 1 분기관(52)과 제 2 분기관(53)으로 분기된다. 제 1 분기관(52)은 제 2 출구 통기관(44)에 접속되어, 진공펌프(36)로부터 배출되는 수분의 일부를 제 2 공기에 공급한다. 제 2 분기관(53)은 실외까지 연장되고 실외로 개구되어, 진공펌프(36)로부터의 나머지 수분을 실외로 배출한다.
-운전동작-
다음으로 상기 공기조화장치(10)의 운전동작에 대하여 도 2의 공기선도를 참조하면서 설명하기로 한다.
제 1 계통(20)에서는 점 A 상태의 내기가 제 1 입구 통기관(23)으로부터 제 1 공기로서 도입된다. 이 제 1 공기는 압축기(21)로 흡입되어 압축되며, 절대습도는 일정한 채로 온도 및 압력이 상승하여 점 B의 상태로 된다. 점 B 상태의 제 1공기는, 수증기 분리기(55)로 들어가 고압공간을 흐른다. 그 사이 제 1 공기 중의 수증기가 분리막을 투과하여 저압공간으로 이동하고, 제 1 공기는 온도가 일정한 채로 절대습도가 저하되어 점 C의 상태로 된다. 이 상태에서 제 1 공기의 절대습도는 외기의 절대습도보다 낮아진다.
점 C 상태의 제 1 공기는 열교환기(30)로 들어가 방열측 통로(31)를 흘러, 흡열측 통로(32)의 제 2 공기와 열교환한다. 제 1 공기는 이 열교환에 의하여 냉각되어 절대습도는 일정하고 온도가 저하되어 점 D의 상태로 된다. 점 D 상태의 제 1 공기는 팽창기(22)에서 팽창되어, 절대습도는 일정한 채로 온도 및 압력이 저하되어 점 E의 상태로 된다. 그리고 점 E 상태의 제 1 공기가 제 1 출구 통기관(24)을 통해 실외로 배출된다.
수증기 분리기(55)에서 제 1 공기로부터 분리된 수증기는, 진공펌프(36)를 통해 배수관(51)으로 흐른다. 이 수증기는 그 사이에 일부가 응축되어 제 1 분기관(52)과 제 2 분기관(53)으로 분류된다. 제 1 분기관(52)에는 주로 수증기 상태의 수분이 유입되며, 이 수분은 제 2 출구 통기관(44) 내의 제 2 공기에 공급된다. 제 2 분기관(53)에는 주로 응축된 수분이 유입되며, 이 수분은 드레인수로서 실외로 배출된다.
제 2 계통(40)에서는, 점 F 상태의 외기가 제 2 입구 통기관(43)으로부터 제 2 공기로서 도입된다. 이 제 2 공기는 열교환기(30)로 들어가 흡열측 통로(32)를 흘러 방열측 통로(31)의 제 1 공기와 열교환한다. 제 2 공기는 이 열교환에 의하여 가열되어, 절대습도는 일정하고 온도가 상승하여 점 G의 상태로 된다.
점 H 상태의 제 2 공기는 흡열측 통로(32)에서 나와 제 2 출구 통기관(44) 내를 흐른다. 그 사이 제 2 출구 통기관(44) 내의 제 2 공기에는 제 1 분기관(52)을 통해 수증기 상태의 수분이 공급된다. 이 때문에 점 G 상태의 제 2 공기는 온도가 거의 일정하고 절대습도가 상승하여 점 H의 상태로 된다. 그리고 점 H 상태의 제 2 공기는 제 2 출구 통기관(44)을 통해 실내로 공급된다.
-제 1 실시형태의 효과-
본 제 1 실시형태에 의하면, 제 1 입구 통기관(23)으로부터 내기를 제 1 공기로서 도입하고, 이 제 1 공기를 수증기 분리기(55)에서 제습하므로, 팽창기(22) 입구의 제 1 공기의 절대습도를 외기의 절대습도보다 낮게 할 수 있다. 때문에 제 1 공기 중에서의 물방울이나 얼음 생성을 방지하면서, 팽창기(22) 출구의 제 1 공기온도를 외기온도보다 낮게 설정할 수 있다. 특히 본 실시형태에서는 제 2 입구 통기관(43)으로부터 저온의 외기만을 제 2 공기로서 도입한다. 이로써 열교환기(30)에서는 저온의 제 2 공기와의 열교환에 의하여 제 1 공기가 더욱 저온으로 냉각된다.
따라서 본 실시형태에 의하면, 팽창기(22) 입구의 제 1 공기온도를 한층 낮게 설정하는 것이 가능해져, 열교환기(30)에서 제 2 공기에 주어지는 열량을 유지하면서 압축기(21)로의 입력을 삭감할 수 있다. 그 결과 COP 향상을 도모할 수 있으며, 이와 동시에 팽창기(22)로부터의 제 1 공기 중에서의 물방울 등의 생성을 방지하여 배수처리나 배설처리를 불필요하게 하고, 이로써 구성의 간소화를 도모할 수 있다.
또 실내로부터의 배기를 제 1 공기로 하고 실외로부터의 급기를 제 2 공기로 하는 점에서, 공조를 행하는 동시에 환기도 행할 수 있다. 더욱이 배기로 이루어지는 제 1 공기를 압축기(21)에서 압축하고, 압축된 제 1 공기와 급기로 이루어지는 제 2 공기를 열교환기(30)에서 열교환시키므로, 환기를 위해 실외로 배출되는 배기에 포함되는 온열을 회수할 수 있다. 그 결과 환기에 따르는 에너지 손실의 삭감이 가능해진다.
또한 수증기 분리기(55)에서 제 1 공기로부터 제거된 수분을 제 2 공기의 가습에 이용할 수 있다. 때문에 제 2 공기의 가습을 위해 별도로 수분을 공급할 필요가 없어져, 구성의 간소화를 도모할 수 있다.
또 수증기 분리기(55)에서는 분리막을 이용하여 제 1 공기로부터 수증기를 분리하므로, 제 1 공기 중의 수분을 응축시키는 일없이 분리할 수 있다. 때문에 제 1 공기의 제습에 필요한 에너지를, 수분을 응축시켜 제거하는 경우에 비해 대폭 삭감할 수 있어 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한 진공펌프(36)에 의하여 수증기 분리기(55)의 저압공간을 감압하므로, 운전상태와는 관계없이 수증기 분리기(55) 분리막 양쪽에서의 수증기분압차를 확보할 수 있다. 그 결과 수증기 분리기(55)에서 항상 확실하게 제 1 공기의 제습을 행할 수 있다.
-제 1 실시형태의 변형예-
상기 실시형태에서는, 수증기 분리기(55)의 저압공간을 진공펌프(36)로 감압하고, 이로써 수증기 분리기(55)에서 제 1 공기로부터 수증기를 분리하도록 한다.이에 반해 진공펌프(36)를 설치하지 않고, 수증기 분리기(55)의 구성을 변경하여 이 수증기 분리기(55)를 제 1 공기 중의 수증기가 분리막을 투과하여 제 2 공기로 이동하도록 구성해도 된다.
즉 본 변형예의 수증기 분리기에는 분리막으로 나뉘어진 제 1 공간과 제 2 공간을 형성한다. 상기 제 1 계통(20)의 압축기(21)와 열교환기(30) 사이에 제 1 공간을 접속한다. 이 제 1 공간에는 압축기(21)로부터의 제 1 공기가 흐른다. 상기 제 2 계통(40)의 제 2 입구 통기관(43) 중간에 제 2 공간을 접속한다. 제 2 공간에는 열교환기(30)로부터의 제 2 공기가 흐른다. 그리고 제 1 공간과 제 2 공간의 수증기분압차에 의하여 제 1 공기 중의 수증기가 분리막을 투과하여 제 2 공기로 이동하고, 이 분리된 수증기가 제 2 공기와 함께 실내로 공급되어 실내의 가습에 이용된다.
본 변형예에 의하면, 압축된 제 1 공기 중의 수분을 수증기 상태로 유지한 채로 제 2 공기로 공급할 수 있다. 따라서 제 2 공기를 가습할 때 제 2 공기 중에서 수분이 증발하는 일없이, 제 1 공기 중의 수증기가 갖는 에너지를 제 2 공기로 회수함으로써 난방능력을 향상시킬 수 있어, 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태는 상기 제 1 실시형태에 있어서, 수증기분리기(55) 대신에 제습수단으로서 제습기구(60)를 구비하는 것이다. 그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이며, 이하 제 1 실시형태와 다른 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도 3에 나타낸 바와 같이 상기 제습기구(60)는 제 1 입구 통기관(23) 및 제 2 출구 통기관(44)의 중간에 배설된다. 이 제습기구(60)는 회전부재(61), 흡습부(62) 및 방습부(63)를 구비하는 이른바 회전식 제습기와 마찬가지로 구성된다.
상기 회전부재(61)는 원판형이며 두께방향으로 공기를 통과시키도록 형성된다. 이 회전부재(61)는 수분을 흡착하는 고체흡착제를 구비하며, 통과하는 공기를 고체흡착제와 접촉시키는 습도매체를 구성한다. 또 회전부재(61)에는, 도시하지 않지만 구동기구인 구동모터가 연결되며, 구동모터로 회전구동되어 흡습부(62)와 방습부(63) 사이를 이동한다. 회전부재(61)의 고체흡착제는 다공성 무기화합물을 주성분으로 하여 구성된다. 이 무기화합물은 세공 지름이 0.1~20㎚ 정도로 수분을 흡착하는 것이 선택된다.
상기 흡습부(62)는 제 1 입구 통기관(23) 중간에 배치된다. 흡습부(62)에서는 제 1 입구 통기관(23) 내의 제 1 공기가 회전부재(61)를 통과하며, 이 제 1 공기 중의 수분이 회전부재(61)의 고체흡착제에 흡착된다. 이로써 제 1 공기가 제습된다.
상기 방습부(63)는 제 2 출구 통기관(44) 중간에 배치된다. 방습부(63)에서는 제 2 출구 통기관(44) 내의 제 2 공기가 회전부재(61)를 통과하여, 회전부재(61)의 고체흡착제에 흡착된 수분이 탈착하여 이 제 2 공기 중으로 방습된다. 이로써 고체흡착제가 재생됨과 함께 제 2 공기가 가습된다.
상술한 바와 같이 회전부재(61)는, 구동모터로 구동되어 흡습부(62)와 방습부(63) 사이를 이동한다. 그리고 흡습부(62)에서 제 1 공기로부터 흡습한 회전부재(61)의 부분은, 회전부재(61)의 회전에 따라 방습부(63)로 이동한다. 방습부(63)에서는 회전부재(61)의 고체흡착제로부터 수분이 탈착되어 재생된다. 즉 회전부재(61)가 제 2 공기에 대하여 방습한다. 그 후, 회전부재(61)의 재생된 부분은 다시 흡습부(62)로 이동한다. 이상의 동작을 반복함으로써 제습기구(60)가 연속적으로 제 1 공기의 제습과 제 2 공기의 가습을 실행한다.
-운전동작-
다음으로 상기 공기조화장치(10)의 운전동작에 대하여 도 4의 공기선도를 참조하면서 설명하기로 한다.
제 1 계통(20)에서는 점 I 상태의 내기가 제 1 입구 통기관(23)으로부터 제 1 공기로서 도입된다. 이 제 1 공기는 제습기구(60)의 흡습부(62)에서 회전부재(61)와 접촉하여 제습되고, 등엔탈피 변화에 의하여 절대습도가 저하하여 온도가 상승하며, 등엔탈피 선을 따라 점 I 상태로부터 점 J 상태로 된다. 이 상태에서 제 1 공기의 절대습도는 외기의 절대습도보다 낮아진다.
점 J 상태의 제 1 공기는 압축기(21)에서 압축되어, 절대습도는 일정한 채로 온도 및 압력이 상승하여 점 K 상태로 된다. 점 K 상태의 제 1 공기는 열교환기(30)로 들어가 방열측 통로(31)를 흘러, 흡열측 통로(32)의 제 2 공기와 열교환을 실행한다. 제 1 공기는 이 열교환으로 냉각되고, 절대습도는 일정하며 온도가 저하되어 점 L 상태로 된다. 점 L 상태의 제 1 공기는 팽창기(22)에서 팽창되어, 절대습도는 일정한 채로 온도 및 압력이 저하하여 점 M 상태로 된다. 그리고 점 M 상태의 제 1 공기가 제 1 출구 통기관(24)을 통하여 실외로 배출된다.
제 2 계통(40)에서는 점 N 상태의 외기가 제 2 입구 통기관(43)으로부터 제 2 공기로서 도입된다. 점 N 상태의 제 2 공기는 열교환기(30)로 들어가 흡열측 통로(32)를 흐른다. 그 사이 이 제 2 공기는 방열측 통로(31)의 제 1 공기와 열교환을 실행하여, 절대습도는 일정하고 온도가 상승하여 점 O 상태로 된다.
점 O 상태의 제 2 공기는 제 2 출구 통기관(44)을 통하여 제습기구(60)의 방습부(63)로 들어간다. 방습부(63)에서는 제 2 공기와 회전부재(61)가 접촉하여, 회전부재(61)가 제 2 공기에 대하여 방습한다. 제 2 공기는 등엔탈피 변화에 의하여 절대습도가 상승하여 온도가 저하하며, 등엔탈피 선을 따라 점 O 상태에서 점 P 상태로 된다. 점 P 상태의 제 2 공기는 제 2 출구 통기관(44)을 통하여 실내로 공급된다.
제습기구(60)에서는 회전부재(61)가 회전 구동된다. 그리고 이 회전부재(61)가 흡습부(62)와 방습부(63) 사이를 이동하여, 흡습부(62)에서의 흡습과 방습부(63)에서의 방습을 반복한다. 이로써 제 1 공기의 제습과 제 2 공기의 가습이 연속적으로 실행된다.
-제 2 실시형태의 효과-
본 제 2 실시형태에 의하면, 제습기구(60)에 의하여 제습된 제 1 공기를 압축기(21)로 공급하므로, 팽창기(22)에 이르기까지 제 1 공기의 제습에 의한 효과를 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 얻을 수 있다.
-제 2 실시형태의 변형예-
상기 실시형태에서는 고체흡착제를 이용하여 제습기구(60)를 구성하도록 했지만, 이 대신에 액체흡수제를 이용하여 제습기구(60)를 구성하도록 해도 된다.
도 5에 나타낸 바와 같이 액체흡수제를 이용한 제습기구(60)는 흡습부(65)와 방습부(66)와 펌프(67)를 차례로 액배관(68)으로 접속시켜 이루어지는 순환회로(64)로 구성된다. 이 순환회로(64)에는 액체흡수제로서 금속할로겐화물 수용액이 충전된다. 이러한 종류의 금속할로겐화물로는, 염화리튬(LiCl), 브롬화리튬(LiBr), 염화칼슘(CaCl2) 등이 예시된다. 또 이 액체흡수제를 친수성 유기화합물 수용액으로 해도 된다. 이런 종류의 유기화합물로는 에틸렌글리콜, 글리세린, 흡수성수지 등이 예시된다.
상기 흡습부(65)는 제 1 입구 통기관(23) 중간에 배치된다. 흡습부(65)에는 수분이 투과 가능한 소수성 다공막이 배설되며, 이 소수성 다공막을 사이에 두고 공기 쪽 공간과 액체 쪽 공간이 구획 형성된다. 공기 쪽 공간에는 제 1 입구 통기관(23)이 접속되어, 그 내부를 제 1 공기가 흐른다. 이 액체 쪽 공간에는 액배관(68)이 접속되어, 그 내부를 액체흡수제가 흐른다. 그리고 흡습부(65)에서는 공기 쪽 공간의 제 1 공기와 액체 쪽 공간의 액체흡수제가 소수성 다공막을 개재하고 간접적으로 접촉하며, 이 제 1 공기에 포함되는 수분이 소수성 다공막을 투과하여 이 액체흡수제로 흡수된다. 이로써 흡습부(65)는 제 1 공기의 제습을 행한다.
상기 방습부(66)는 열교환기(30)에 배치된다. 방습부(66)에는 수분이 투과가능한 소수성 다공막이 배설되고, 소수성 다공막의 한쪽에 액체 쪽 공간이 형성됨과 동시에, 소수성 다공막을 사이에 두고 액체 쪽 공간의 반대쪽은 열교환기(30)의 흡열측 통로(32)에 구성된다. 이 액체 쪽 공간에는 액배관(68)이 접속되어, 그 내부를 액체흡수제가 흐른다. 그리고 방습부(66)에서는 액체 쪽 공간의 액체흡수제가 흡열측 통로(32)의 제 2 공기와 열교환하여 가열됨과 동시에, 액체 쪽 공간의 액체흡수제와 흡열측 통로(32)의 제 2 공기가 소수성 다공막을 개재하고 간접적으로 접촉하며, 이 액체흡수제에 포함되는 수분이 소수성 다공막을 투과하여 이 제 2 공기에 공급된다. 이로써 방습부(66)에서는 액체흡수제가 제 2 공기에 대하여 방습한다.
상기 순환회로(64)에서는 펌프(67)에 의하여 내부를 액체흡수제가 순환하여 제 1 공기의 제습이 연속적으로 실행된다. 즉 흡습부(65)에서 제 1 공기 중의 수분을 흡수한 액체흡수제는 액배관(68)을 흘러 방습부(66)로 들어간다. 방습부(66)에서, 액체흡수제는 가열됨과 동시에 제 2 공기에 대하여 방습을 한다. 이로써 액체흡수제가 재생된다. 재생된 액체흡수제는 액배관(68)을 흘러 다시 흡습부(65)로 들어가며, 이 순환을 반복한다.
(제 3 실시형태)
본 발명의 제 3 실시형태는 상기 제 2 실시형태에서, 습도조절기(91)를 배설함과 동시에 제습기구(60)의 구성을 변경한 것이다. 이하 제 2 실시형태와 다른 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 습도조절기(91)에는 저온측 통로(92)와 고온측 통로(93)가 구획형성 된다. 저온측 통로(92)는 제 2 계통(40)의 제 2 입구 통기관(43) 중간에 접속된다. 이 저온측 통로(92)에는 제 2 입구 통기관(43)으로부터 제 2 공기로서 도입된 저온의 외기가 흐른다. 고온측 통로(93)는 제 2 계통(40) 제 2 출구 통기관(44)의 제습기구(60) 하류에 접속된다. 이 고온측 통로(93)에는 제습기구(60)의 방습부(63)에서 가습된 제 2 공기의 일부가 보내진다.
습도조절기(91)에서는 저온측 통로(92)의 저온 제 2 공기와 고온측 통로(93)의 고온이며 고습도의 제 2 공기가 열교환을 하며, 고온측 통로(93)의 제 2 공기가 냉각되어 이 제 2 공기 중 수증기의 일부가 응축된다. 그리고 습도조절기(91)는 고온측 통로(93) 내 제 2 공기의 절대습도가 내기의 절대습도와 동등해지도록 이 제 2 공기의 습도를 조절하도록 구성된다.
본 실시형태의 제습기구(60)는 이른바 회전식 제습기와 마찬가지로 구성된다. 이 점은 제 2 실시형태와 마찬가지이다. 한편, 본 실시형태의 제습기구(60)는 제 1 회전부재(61a)와 제 2 회전부재(61b)를 구비한다.
제 1 및 제 2 회전부재(61a, 61b)는 제 2 실시형태의 회전부재(61)와 마찬가지로 구성되지만, 제 1 회전부재(61a)는 제 2 회전부재(61b)보다 약간 얇은 원판형으로 형성된다. 그리고 제 1 입구 통기관(23)의 상류측에 제 1 회전부재(61a)가 위치하고 하류측에 제 2 회전부재(61b)가 위치하는 동시에, 제 2 출구 통기관(44)의 상류측에 제 2 회전부재(61b)가 위치하고 하류측에 제 1 회전부재(61a)가 위치하도록 제 1 및 제 2 회전부재(61a, 61b)가 배치된다.
상기 제 1 및 제 2 회전부재(61a, 61b)에는, 구동기구인 구동모터가 연결되며, 구동모터로 회전구동되어 흡습부(62)와 방습부(63) 사이를 이동한다. 이 점은 제 2 실시형태와 마찬가지이다.
상기 제습기구(60)에서는, 2 개의 회전부재(61a, 61b)를 배치함에 따라 흡습부(62) 및 방습부(63)가 이하와 같이 구성된다. 즉, 본 실시형태에서, 흡습부(62)는 제 1 입구 통기관(23)으로부터의 제 1 공기가 제 1 및 제 2 회전부재(61a, 61b)를 통과하도록 구성된다. 또 방습부(63)는 제 2 출구 통기관(44)으로부터의 제 2 공기가 제 1 및 제 2 회전부재(61a, 61b)를 통과하도록 구성된다.
상기 방습부(63)에는 제 1 회전부재(61a)와 제 2 회전부재(61b) 사이에 분기 통기관(45)의 한끝이 접속된다. 분기 통기관(45)의 다른 끝은 제 2 출구 통기관(44) 습도조절기(91)의 하류에 접속된다. 그리고 이 분기 통기관(45)에는 방습부(63)에서 제 2 회전부재(61b)를 통과한 제 2 공기의 일부가 흐르며, 이 제 2 공기의 일부가 분기 통기관(45)을 통과하여 제 1 회전부재(61a)를 바이패스하도록 한다. 이 분기 통기관(45)과 습도조절기(91)가 습도조절수단(90)을 구성한다.
-운전동작-
다음으로, 상기 공기조화장치(10)의 운전동작에 대하여 도 7의 공기선도를 참조하면서 설명하기로 한다. 여기서, 제 1 계통(20)에서의 동작은 상기 제 2 실시형태와 마찬가지이므로 그 설명은 생략한다.
제 2 계통(40)에서는 점 N 상태의 외기가 제 2 입구 통기관(43)으로부터 제 2 공기로서 도입된다. 이 제 2 공기는 습도조절기(91)의 저온측 통로(92)로 흐르며, 고온측 통로(93) 내 공기와 열교환을 하여 점 O 상태로 된다. 점 O 상태의 제 2 공기는 열교환기(30)로 들어가 흡열측 통로(32)를 흐르며, 방열측 통로(31)의 제 1 공기와 열교환을 하여 점 P 상태로 된다. 이상의 제 2 계통(40)에서의 동작은 제 2 실시형태와 마찬가지이다.
점 P 상태의 제 2 공기는 제 2 출구 통기관(44)을 통과하여 제습기구(60)의 방습부(63)로 들어간다. 방습부(63)에서는 제 2 공기와 제 2 회전부재(61b)가 접촉하며, 제 2 회전부재(61b)가 제 2 공기에 대하여 방습한다. 제 2 공기는 등엔탈피 변화에 의하여 절대습도가 상승하여 온도가 저하하며, 등엔탈피선을 따라 점 P 상태로부터 점 S 상태로 된다. 점 S 상태에서는 제 2 공기의 절대습도가 점 I 상태의 내기와 동등하게 된다.
점 S 상태의 제 2 공기는 분류되어 이 제 2 공기의 일부가 분기 통기관(45)으로 흐르며, 나머지가 제 1 회전부재(61a)로 흐른다. 이 때 이 제 2 공기의 대부분을 분류시켜 분기 통기관(45)으로 흐르게 하고, 제 1 회전부재(61a)로 흐르는 제 2 공기의 유량보다 분기 통기관(45)으로 흐르는 제 2 공기의 유량이 많아지도록 한다.
제 1 회전부재(61a)로 흐른 일부의 제 2 공기는 제 1 회전부재(61a)와 접촉하며, 제 1 회전부재(61a)가 이 제 2 공기에 대하여 방습한다. 이 제 2 공기의 일부는 등엔탈피 변화에 의하여 절대습도가 상승하여 온도가 저하하며, 등엔탈피선을 따라 점 S 상태에서 점 T 상태로 된다. 점 T 상태의 제 2 공기는 제 2 출구 통기관(44)을 통과하여 습도조절기(91)의 고온측 통로(93)로 들어간다.
습도조절기(91)에서는, 점 T 상태로 고온측 통로(93)로 들어간 제 2 공기가 점 N 상태로 저온측 통로(92)로 들어간 제 2 공기와의 열교환에 의하여 냉각된다. 고온측 통로(93)에서는 제 2 공기 중의 수증기가 응축하여 제 2 공기의 온도 및 습도가 저하하여 점 U 상태로 된다. 점 U 상태에서는 제 2 공기의 절대습도가 점 I 상태의 내기와 동등하며, 또 제 2 공기의 온도가 점 I 상태의 내기보다 낮아진다.
점 U 상태의 제 2 공기는 제 2 출구 통기관(44) 내를 흘러 분기 통기관(45)으로부터의 제 2 공기와 합류한다. 이 때문에 습도조절기(91)로부터의 점 U 상태의 제 2 공기와 분기 통기관(45)으로부터의 점 S 상태의 제 2 공기가 혼합되어, 점 V 상태로 된다. 그리고 내기와 절대습도가 동등한 점 V 상태의 제 2 공기가 제 2 출구 통기관(44)을 통과하여 실내로 공급된다.
제습기구(60)에서는 제 1 및 제 2 회전부재(61a, 61b)가 회전구동 된다. 그리고 이 양 회전부재(61a, 61b)가 흡습부(62)와 방습부(63) 사이를 이동하여, 흡습부(62)에서의 흡습과 방습부(63)에서의 방습을 반복한다. 이로써 제 1 공기의 제습과 제 2 공기의 가습이 연속적으로 실행된다.
-제 3 실시형태의 효과-
본 제 3 실시형태에 의하면, 제습기구(60)에 의하여 제습한 제 1 공기를 압축기(21)로 공급하므로, 팽창기(22)로 이르기까지 제 1 공기를 제습함에 의한 효과는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 얻을 수 있다.
또 제습기구(60)의 양 회전부재(61a, 61b)가 제 2 공기에 방습하는 수분의 일부만을, 제 2 공기와 함께 실내로 공급할 수 있다. 여기서, 양 회전부재(61a,61b)가 방습하는 수분 모두를 실내로 공급하면, 내기의 습도가 상승하여 실내에 있는 사람에게 불쾌감을 줄 경우가 있다. 이에 반해, 본 실시형태에서는 제 2 회전부재(61b)와 접촉하여 내기와 절대습도가 동등하게 된 제 2 공기의 일부를 분기 통기관(45)으로 분류하는 한편, 나머지 제 2 공기를 제 1 회전부재(61a)와 접촉시킨 후에 습도조절기(91)에서 내기와 절대습도가 동등하게 되도록 제습한다. 그 결과, 내기와 절대습도가 동등하게 된 제 2 공기를 실내로 공급할 수 있으며, 실내 습도를 유지하는 데 필요한 만큼만 실내로 공급함으로써, 실내를 쾌적하게 유지하는 것이 가능해진다.
-제 3 실시형태의 변형예-
상기 실시형태에서는 고체흡착제를 이용하여 제습기구(60)를 구성하도록 했지만, 이 대신에 액체흡수제를 이용하여 제습기구(60)를 구성하도록 해도 된다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 변형예에서 액체흡수제를 이용한 제습기구(60)는 상기 제 2 실시형태의 변형예와 마찬가지로 구성된다. 또 분기 통기관(45)의 한끝은 방습부(66) 흡열측 통로(32)의 중간에 접속된다. 그리고 분기 통기관(45)은 흡열측 통로(32) 내 제 2 공기의 일부를 분류시키며, 습도조절기(91) 하류의 제 2 출구 통기관(44)에서 나머지 제 2 공기와 합류시키도록 구성된다. 그 밖의 구성은 제 2 실시형태와 마찬가지이다.
(기타 실시형태)
-제 1 변형예-
상기 각 실시형태에서는 제 1 계통(20)으로 내기를 제 1 공기로서 도입하는한편, 제 2 계통(40)으로 외기를 제 2 공기로서 도입하여 난방운전을 하도록 했다. 이에 반해, 다음과 같이 하여 난방운전을 하도록 해도 된다.
먼저, 제 1 계통(20)의 제 1 입구 통기관(23)으로부터 내기를 제 1 공기로서 도입하여 제 1 출구 통기관(24)으로부터 실외로 배출하는 한편, 제 2 계통(40)의 제 2 입구 통기관(43)으로부터 내기와 외기의 혼합공기를 제 2 공기로서 도입하여 제 2 출구 통기관(44)으로부터 실내로 공급하도록 해도 된다.
또 제 1 계통(20)의 제 1 입구 통기관(23)으로부터 내기와 외기의 혼합공기를 제 1 공기로서 도입하여 제 1 출구 통기관(24)으로부터 실외로 배출하는 한편, 제 2 계통(40)의 제 2 입구 통기관(43)으로부터 외기를 제 2 공기로서 도입하여 제 2 출구 통기관(44)으로부터 실내로 공급하도록 해도 된다.
또한 제 1 계통(20)의 제 1 입구 통기관(23)으로부터 내기와 외기의 혼합공기를 제 1 공기로서 도입하여 제 1 출구 통기관(24)으로부터 실외로 배출하는 한편, 제 2 계통(40)의 제 2 입구 통기관(43)으로부터 내기와 외기의 혼합공기를 제 2 공기로서 도입하여 제 2 출구 통기관(44)으로부터 실내로 공급하도록 해도 된다.
여기서, 제 1 입구 통기관(23)으로부터 내기와 외기의 혼합공기를 제 1 공기로서 도입할 경우라도, 수증기 분리기(55) 또는 제습기구(60)에 의하여 제 1 공기를 외기의 절대습도 이하까지 제습하도록 한다.
-제 2 변형예-
상기 각 실시형태에서는 제 2 출구 통기관(44)을 통하여 제 2 공기만을 실내로 공급하도록 했다. 여기서, 운전상태에 따라서는 팽창기(22) 출구에서의 제 2공기 온도가 매우 고온으로 될 경우가 있다. 이러한 경우, 고온의 제 2 공기를 그대로 실내로 분출하면, 오히려 실내에 있는 사람에게 불쾌감을 줄 우려가 있다. 따라서 팽창기(22)로부터의 제 2 공기가 고온으로 될 경우, 미리 제 2 공기와 내기를 혼합시켜, 어느 정도 온도를 내린 후 실내로 공급하도록 해도 된다.
이상과 같이 본 발명에 관한 공기조화장치는, 실내 난방을 위한 것으로서 유용하며, 특히 공기순환에 의한 공기조화를 실행하기에 적합하다.
Claims (21)
- 압축기(21)와 열교환기(30)와 팽창기를 구비한 공기순환회로(20)가 구성되며, 상기 열교환기(30)에서 공기순환회로(20)의 제 1 공기와의 열교환으로 제 2 공기를 가열하고, 가열된 제 2 공기를 실내로 공급함으로써 난방을 행하는 공기조화장치에 있어서,상기 공기순환회로(20)의 팽창기(22) 상류 쪽에 배치되어, 제 1 공기의 절대습도가 외기의 절대습도 이하로 되도록 이 제 1 공기를 제습하는 제습수단(55, 60)을 구비하는 공기조화장치.
- 제 1 항에 있어서,제 1 공기는, 실내로부터 실외로 배출되는 배기 또는 이 배기와 외기의 혼합공기로서 팽창기(22)로부터 실외로 배출되는 한편,제 2 공기는 실외로부터 실내로 공급되는 급기 또는 이 급기와 내기의 혼합공기로서 제습수단(55, 60)으로부터 실내로 공급되는 공기조화장치.
- 제 2 항에 있어서,제습수단(55, 60)은, 제 1 공기로부터 제거된 수분을 제 2 공기로 공급하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,제습수단(55)은, 공기순환회로(20)의 압축기(21)와 팽창기(22) 사이에 배치되며, 압축기(21)에서 압축된 제 1 공기를 제습하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 4 항에 있어서,제습수단(55)은, 공기 중의 수증기가 수증기분압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 투과 가능하게 구성된 분리막을 가지며, 제 1 공기 중의 수증기를 응축시키지 않고 이 제 1 공기로부터 분리하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 5 항에 있어서,분리막은, 고분자막으로 이루어지며 물분자의 막 내부확산에 의하여 수증기가 투과하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 5 항에 있어서,분리막은, 분자자유행정과 같은 정도 크기의 구멍을 다수 가지며, 물분자의 모세관응축과 확산에 의하여 수증기가 투과하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 5 항에 있어서,제습수단(55)은, 분리막의 한쪽 표면과 압축된 제 1 공기를 접촉시키며, 또 다른 쪽 표면과 제 2 공기를 접촉시켜 이 제 1 공기 중의 수증기를 이 제 2 공기로이동시키도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 5 항에 있어서,제습수단(55)의 분리막 양쪽에서의 수증기분압을 확보하기 위해 이 분리막의 한쪽을 감압하는 감압수단(36)을 구비하는 공기조화장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,제습수단(55)은, 공기순환회로(20)의 압축기(21) 상류 쪽에 배치되어 압축기(21)로 공급되는 제 1 공기를 제습하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 10 항에 있어서,제습수단(60)은, 공기와의 접촉으로 흡습과 방습을 행하는 습도매체를 구비하여 압축기(21)로 공급되는 제 1 공기 중의 수분을 습도매체로 흡습시키는 한편, 습도매체의 수분을 제 2 공기로 방습시켜 연속적으로 제 1 공기의 제습을 행하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 11 항에 있어서,제습수단(60)의 습도매체는 수분을 흡착하는 고체흡착제를 구비하는 공기조화장치.
- 제 12 항에 있어서,제습수단(60)의 습도매체는, 원판형이며 두께방향으로 공기가 통과 가능하게 형성되어 통과하는 공기와 고체흡착제를 접촉시키는 회전부재(61)로 구성되는 한편,제습수단(60)은, 상기 회전부재(61)가 제 1 공기와 접촉하여 제 1 공기 중의 수분을 흡습하는 흡습부(62)와, 상기 회전부재(61)가 제 2 공기와 접촉하여 제 2 공기에 방습하는 방습부(63)와, 상기 회전부재(61)가 흡습부(62)와 방습부(63) 사이에서 이동하도록 이 회전부재(61)를 회전구동시키는 구동기구를 구비하는 공기조화장치.
- 제 12 항에 있어서,고체흡착제는 다공성 무기산화물로 구성되는 공기조화장치.
- 제 11 항에 있어서,제습수단(60)의 습도매체는 수분을 흡수하는 액체흡수제로 구성되는 공기조화장치.
- 제 11 항에 있어서,제습수단(60)의 습도매체는 수분을 흡수하는 액체흡수제로 구성되는 한편,제습수단(60)은, 액체흡수제가 제 1 공기로부터 흡습한 수분을 제 2 공기로방습시키기 위하여 이 액체흡수제를 압축기(21)로부터의 제 1 공기에 의하여 가열하도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,제습수단(60)은 수분이 투과 가능한 소수성 다공막을 구비하며, 이 소수성 다공막을 거쳐 액체흡수제와 제 1 공기를 접촉시키도록 구성되는 공기조화장치.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,액체흡수제는 친수성 유기화합물 수용액으로 구성되는 공기조화장치.
- 제15 항 또는 제 16 항에 있어서,액체흡수제는 금속할로겐화물의 수용액으로 구성되는 공기조화장치.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,제습수단(60)은 액체흡수제와 제 1 공기를 접촉시키는 흡습부(65), 및 액체흡수제와 제 2 공기를 접촉시키는 방습부(66)를 구비하여 상기 흡습부(65)와 방습부(66) 사이에서 액체흡수제를 순환시키는 순환회로(64)로 구성되는 공기조화장치.
- 제 11 항에 있어서,제습수단(60)으로 공급된 제 2 공기의 일부를, 습도매체로부터 방습되는 수분의 일부를 부여한 후에 실내로 공급하는 한편, 이 제 2 공기의 나머지를, 습도매체로부터 방습되는 나머지 수분을 부여하고, 또 열교환기(30)로 공급되기 전의 제 2 공기와의 열교환으로 냉각시켜 제습한 후에 실내로 공급하는 습도조정수단(90)을 구비하는 공기조화장치.
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