KR20180115491A - 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템 - Google Patents

멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템 Download PDF

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Abstract

멤브레인을 이용한 제습 공조시스템을 제공하는, 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 케이스에 공급된 공기를 혼합, 여과, 냉각 및 제습, 가열, 가습 과정을 거쳐 실내로 유입하는 공기조화기; 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하여 상기 케이스에 유입된 공기의 냉각 및 제습에 사용한 후 상기한 과정을 반복하는 냉동장치; 태양열을 이용하여 열매체유를 고온으로 가열하는 집열장치; 상기 집열장치와 배관으로 연결되어 고온으로 가열된 열매체유와 물의 열교환에 의해 내부에서 순한되는 물을 온수로 만드는 제1 열교환기가 내부에 구비되는 축열조; 다수의 멤브레인 부재로 구성되어 혼합 공기의 절대 습도를 저감시키는 멤브레인 필터모듈; 및, 혼합 공기를 여과시키는 사이클론 여과기를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 냉난방 시스템에 의하여, 멤브레인 제습 장치를 이용하여 냉난방 시스템의 최적화를 바탕으로 국내외 환경 및 건물 내부 환경을 고려한 실증을 바탕으로 세분화된 시스템 구축 가능하며, 그린빌딩, 제로에너지하우스 등 고효율 건축물의 요소기술을 적용할 수 있다.

Description

멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템{A radiation cooling and heating system with a solar heat pump by using the membrane type dehumidifier}
본 발명은 멤브레인을 이용한 제습 공조시스템을 제공하고, 크기가 컴팩트(Compact)하고 경제적이면서 저온 신뢰성의 온수용 히트펌프를 제공하고, 유압 유닛(Hydraulic Unit)을 장착하지 않고, 응축기와 히트펌프를 일체화로 구성하고, 고효율 MCHX 증발기의 기능을 구비하고, EVI 히트펌프 사이클 및 스크롤(scroll) 압축기 적용을 위해 최적 설계하는, 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 냉난방 및 가습, 제습의 기능이 포함된 히트펌프 복사 냉난방 시스템(또는 복합 공조시스템)과 일정한 온습도를 유지하게 하는 항온항습 시스템에서는, 지금까지 주로 전기를 사용하여 성능을 발휘 및 유지하여 왔다.
상기와 같은 복사 냉난방 시스템은 공급되는 공기의 상태를 조절하기 위해 여러 장비를 유닛화한 것으로, 실내에서 재순환되는 환기와 신선한 외기를 도입하여 이를 혼합시키는 혼합기, 공기를 가열 및 냉각, 제습을 하기 위한 가열코일 및 냉각코일, 공기 중의 불순물을 제거하기 위한 공기여과기, 필요 시 가습을 위해 물의 분무나 증기를 발생시키는 가습 시스템과 제어 시스템의 조합으로 이루어진다.
히트펌프 복사 냉난방 시스템은 겨울철 외기 온도 저하에 따라 난방 능력 및 온수 생산 능력이 저하된다. 소비자들은 높은 초기 비용을 감수하고 그동안의 보일러 등의 효율보다 월등한 증기 압축기 사이클의 히트펌프 온수기를 선택한다. 그러나 겨울철 외기 온도가 저하되었을 때 따뜻한 온수를 공급받지 못하는 현실적인 문제에 접하게 되어, 소비자들의 불만이 팽배하게 되었다.
외기 온도 저하는 시스템의 증발 온도 저하를 초래하게 되고 이로 인한 난방 능력 저하는 압축기 작동 선도(Operating envelope, polygon)로 확인 가능하다.
히트펌프 복사 냉난방 시스템은 압축기 자체의 작동 선도 개선과 외기 저하시 소형 이코노마이저(economizer)(예를 들어, Swep BPHX, Brazed Plate Heat eXchanger)의 적용으로 EVI(Enhanced Vapor Injection) 시스템이다. 이러한 시스템에서 적용되는 판형 열교환기를 통상 중간 기체 보충 열교환기, 엔탈피 증가 열교환기, 서브쿨러(subcooler), 이코노마이저(economizer) 등으로 표현하나, 그 역할상 이코노마이저(economizer)로 보는 것이 타당할 것이다. 이 경우 이코노마이저(economizer)로 바이패스(bypass) 되어 압축기 토출구로 이동하는 작동 유체(냉매)의 제어(control)는 EEV로 구현된다.
보통 압축기 작동선도에서 사용되는 증발/응축온도 대신에 외기/출수 온도를 적용할 것이다. 압축기에서 간혹 나타나는 배출 온도(discharge temperature)의 상승으로 인한 OLP(OverLoad Protector) 트리핑(tripping)을 개선한다.
한편, 외기 온도 저하에 따른 또 다른 문제는 잦은 착/제상에 따른 난방 운전율의 저하이다. 보통 난방 운전율을 80% 이상을 그 목표치로 하고 있으며 상용화된 시간 제상(time defrost)이나 요구 제상 로직(demand defrost logic)을 적용할 필요가 있다. 또한, 센서리스 제상로직(sensorless defrost logic)을 구현할 필요가 있다. 이를 통해 실외 열교환기 센서를 삭제할 수 있기 때문이다. 이는 영상 착상과 영하 비착상 영역까지 고려하여 오류 제상(false defrost)을 방지할 수 있는 제상로직(defrost logic)이라 할 수 있다.
또한, 습도가 쾌적성을 결정짓는 중요한 요소이므로, 종래기술에 의해 제습장치가 제안되고 있다. 제습장치의 운용에 필요한 에너지를 개선하는 방향으로 연구가 행해지고 있다. 제습은 주로 여름철에 필요하므로 냉방장치와 연계되어 있다. 에너지이용에 관한 효율성 증대 문제, 오존층 파괴문제, 지구온난화 등과 같은 환경문제로 인하여 대체 냉방기기가 연구되고 있다.
특히, 데시컨트를 이용한 공조기술이 유망한 기술로 각광받고 있다. 데시컨트는 고체 또는 액체물질의 형태를 가지며, 자기 중량에 비해 큰 습기보유용량을 가진 물질을 의미한다. 또한, 데시컨트는 증기를 빨아들이는 경우 습도는 감소하나 현열이 증가하는 특성을 나타낸다. 이러한 경우 현열교환 및 증발냉각을 통하여 낮은 엔탈피 상태로 만들 필요가 있다.
따라서 멤브레인을 적용하여 습공기선도 상의 감습 방향을 수직 하향으로 이동 가능하게 함으로써 냉각효율을 증대시키는 기술이 필요하다.
또한, 냉각식 제습 방법은 냉동기를 이용하여 제습하고자 하는 공기를 노점온도 이하의 냉각코일 표면과 접촉시켜 공기 중의 수분을 응축하여 습도를 낮추는 방법으로서 도 8에서 나타낸 바와 같이 ① → ②로 제습하는 과정에서 공기의 온도와 습도는 감소하는 것이 가능하나 이를 위한 압축기와 팬의 동력이 소비되는 문제를 가지고 있다.
그러나 기존 경험 축적 등의 이유로 현재 일반 건축물의 냉방 시 공조용으로 가장 널리 사용되는 방법이다. 제습과정에서 흡착제를 이용하는 방법은 실리카겔이나 활성알루미나 등의 흡착제가 수분을 흡착하는 원리를 이용하는 것으로 ① → ④으로 공기설도 상에서 변화하며, 공기는 등습구선을 따라 이동하는 과정에서 흡착제 표면에 흡착열이 발생하므로 발생열 제거를 위한 냉각열량을 추가로 필요로 한다. 이에 비하여 본 발명에서 적용하고자 하는 멤브레인을 이용한 시스템은 도 1. 공기선도 상의 이동방향 ① → ③으로 이동하므로 추가적인 냉각열량 및 전기적인 소요동력이 필요하지 않게 된다. 일반적으로 습공기 중의 수증기는 큰 극성을 가지기 때문에 투과상수가 매우 크게 나타난다. 따라서 수증기는 상대적으로 공기(산소, 질소)의 기타 성분에 비하여 큰 투과도를 나타낸다.
이를 이용한 제습방법이 본 발명에 따른 멤브레인을 이용한 제습공조시스템이다. 우선적으로 시스템의 최적 형상 설계를 위하여 내부 기류의 압력손실 및 유동특성을 분석해야 한다.
한국등록특허 제10-1121824호(2012.03.19. 공고)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 멤브레인을 이용한 제습 공조시스템을 제공하고, 크기가 컴팩트(Compact)하고 경제적이면서 저온 신뢰성의 온수용 히트펌프를 제공하고, 유압 유닛(Hydraulic Unit)을 장착하지 않고, 응축기와 히트펌프를 일체화로 구성하고, 고효율 MCHX 증발기 기능을 구비하고, EVI 히트펌프 사이클 및, 스크롤(scroll) 압축기 적용을 위해 최적 설계하는, 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 멤브레인을 적용하여 습공기선도 상의 감습 방향을 수직 하향으로 이동 가능하게 함으로써 냉각효율을 증대시키는, 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 케이스에 공급된 공기를 혼합, 여과, 냉각 및 제습, 가열, 가습 과정을 거쳐 실내로 유입하는 공기조화기; 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하여 상기 케이스에 유입된 공기의 냉각 및 제습에 사용한 후 상기한 과정을 반복하는 냉동장치; 태양열을 이용하여 열매체유를 고온으로 가열하는 집열장치; 상기 집열장치와 배관으로 연결되어 고온으로 가열된 열매체유와 물의 열교환에 의해 내부에서 순한되는 물을 온수로 만드는 제1 열교환기가 내부에 구비되는 축열조; 다수의 멤브레인 부재로 구성되어 혼합 공기의 절대 습도를 저감시키는 멤브레인 필터모듈; 및 혼합 공기를 여과시키는 사이클론 여과기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템에 의하면, 멤브레인 제습 장치를 이용하여 냉난방 시스템의 최적화를 바탕으로 시스템 통합 기술 확보 및 저가화할 수 있고, 국내외 환경 및 건물 내부 환경을 고려한 실증을 바탕으로 세분화된 시스템 구축 가능하며, 그린빌딩, 제로에너지하우스 등 고효율 건축물의 요소기술 적용할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 부재의 투영 사시도.
도 3은 도 2의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 필터모듈의 개략적 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 필터모듈의 설치 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 필터모듈의 형상도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사이클론 여과기에 대한 구성도.
도 8은 본 발명에서 이용하는 공기선도 상의 제습 프로세스를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 냉난방 공조시스템(10)은 집열장치(100), 축열조(200), 냉동장치(300), 공기조화기(400), 멤브레인 필터모듈(500), 및 사이클론 여과기(600)를 포함하여 구성된다.
집열장치(100)는 태양 에너지를 집광하여 열매체유를 고온으로 가열하고, 상기 집열장치(100)는 열매체유배관(150)을 통해 축열조(200) 내부의 중간에 위치한 열교환기(210a)에 연결되어, 열매체유는 집열장치(100)와 축열조(200)를 순환하면서 집열장치(100)에서 고온으로 가열되고 축열조(200)에서 물과의 열교환에 의해 온수를 만든다.
이때 축열조(200)에서 물과 열교환에 사용된 열매체유를 집열장치(100)에 순환하는 열매체유배관(150)에는 열매체유 순환펌프(152)가 구비되며, 열매체유로는 예를 들어 합성 열매체유인 Therminol 55가 사용된다.
상기 집열장치(100)에 추적(tracking)수단(160) 즉, 상기 집열장치(100)의 본체(102)에 고정되어 집열관(110)을 수평방향으로 회전하는 수평 회전부(162)와, 상기 집열관(110)의 경사각을 조절하는 경사각 조절부(164) 및 내부에 집속되는 태양열의 온도를 감지하여 태양의 이동 궤도를 추적할 수 있도록 하는 태양추적센서(166)를 구비하여, 태양의 이동 궤적을 따라가면서 집열관(110)의 수평 회전과 경사각이 조절된다. 고정식 집열장치보다는 상기 추적수단(160) 설치로 인해 집광(집열) 효율을 높일 수 있다.
상기 축열조(200) 내부의 아래에 위치한 열교환기(210b)는 냉동장치(300)의 냉매순환배관(350)으로 연결되어 냉동장치(300)의 응축기(320)에서 대기중으로 버려지는 응축열이 축열조(200)에 공급되어 물과 열교환 한다. 즉, 축열조(200) 하부 물의 온도는 냉동장치(300)에 의해 유지를 하고 상부 물의 온도는 태양열을 이용하여 승온하게 된다. 이렇게 축열조 내부의 물이 축열조(200)에 공급된 열(응축열과 태양열)과 열교환기(210a, 210b)에서의 열교환에 의해 온수가 되고 이 온수를 공기조화기(400)와 연계함으로써 에너지를 절감할 수 있다.
상기 공기조화기(400)는 케이스(410) 내부에 믹스실(420), 공기여과기(430), 냉각코일(440), 가열코일(450), 가습기(460) 및 송풍기(470)가 구비되어 이루어진다.
믹스실(420)에서는 실내 순환공기와 외부의 신선한 공기가 유입되어 혼합되며, 믹스실(420) 후단에 설치된 공기 여과기(430)를 통해 공기가 여과된다.
상기 여과된 공기는 냉각코일(440)에 의해 냉각 및 제습되고 가열코일(450)에 의해 가열되며, 이때 냉각 및 가열코일(440,450)은 열전달 능력을 향상시키기 위해 동관 외부에 알루미늄 핀을 강제적 확관으로 밀착시켜 제작한다.
냉동장치(300)의 팽창밸브(330)를 통과한 저온저압의 액체 냉매가 냉각코일(440)의 동관에 공급되는 경우 여과된 공기와 열교환되면서 공기는 냉각 및 제습되고, 냉매는 저온저압의 기체로 상변환되어 냉매순환배관(350)을 통해 냉동장치(300)의 압축기(310)에 공급된다.
이때 사용되는 냉매는 성능에 따라 R-22나 그 대체 냉매가 사용된다. 상기 가열코일(450)의 동관이 축열조(200)와 난방배관(220)으로 연결되어 상기 축열조(200)의 온수가 가열코일(450)에 공급되는 경우, 냉각된 공기와 열교환되면서 공기는 가열되어 가습기(460) 쪽으로 이동하고 온수는 냉각되어 난방순환펌프(240)에 의해 다시 축열조(200)에 공급 순환된다.
상기 가열코일(450)을 통해 승온된 공기는 가습기(460)에 의해 가습되어 습도가 증가된 채 실내측 토출구에 설치된 송풍기(470)를 통해 실내에 공급된다.
만일 실내의 상대습도가 목표치보다 높은 경우에는 정상적인 냉각 제습 작동을 통해 실내의 상대습도를 낮추면 된다.
상기 냉동장치(300)는 압축기(310), 응축기(320), 팽창밸브(330), 유분리기(340) 및 액분리기(360)를 포함하여 구성되고 냉매순환배관(350)을 통해 연결된다.
압축기(310)는 증발된 R-22나 그 대체 냉매 가스를 고온고압의 기체상태로 압축한다.
일반적인 냉동장치(300)에서 냉매는 배관 내를 순환하면서 증발기에서 열교환후 저온저압의 기체로 나와 압축기(310)에 흡인된 후. 고온고압의 가스상태가 되어 대기중의 공기와 응축기(320)에서 열교환 응축되어 대기 중에서 이 열이 버려지나, 본 발명에서는 축열조(200)의 하부로 보내져 낮은 온도의 물과 열교환되어 1차로 버려지는 열을 회수하고, 이를 축열조(200) 하부의 열교환기(210b)에서 열교환한 후 액체냉매를 응축기(320)로 보낸다.
상기 응축기(320)는 실외공기와 열교환시켜 기체상태의 냉매를 액체상태로 응축하며, 팽창밸브(330)는 상기 응축기(320)를 통과한 액체냉매를 교축작용에 의해 저온저압의 액체냉매로 감압시킨다.
상기 팽창밸브(330)를 통과하면서 저온저압으로 감압된 냉매는 상기 공기조화기(400)의 냉각코일(440)에 공급되어 여과된 공기와 열교환된 후, 다시 냉매순환배관(350)을 통해 압축기(310)에 공급되어 순환된다.
상기 압축기(310)를 중심으로 냉각코일(440)과 축열조(200) 사이의 냉매순환배관(350) 경로상에 각각 액분리기(360)와 유분리기(340)를 각각 설치하여, 액분리기(360)는 압축기(310)에 흡입되는 기체 중의 냉매액을 분리하여 액압축을 방지하고, 유분리기(340)는 압축기(310)에서 토출된 냉매 가스에 혼합되어 순환하는 냉동유를 회수하여 압축기를 보호할 수 있도록 한다.
즉, 상기 압축기(310)를 통과한 오일과 냉매는 배관을 통해 유분리기(340) 및 축열조(200)로 이송되는데, 이때 상기 오일은 유분리기(340)의 내부 밸브작동에 의해 다시 압축기(310)로 돌아가고 순수 냉매는 응축기(320)로 이동한다.
또한, 상기 냉각코일(440)을 통과하며 열교환되어 액상에서 기상으로 상변화 과정 중 증발이 안 된 액체냉매는 액분리기(360)로 유입되며, 상기 액분리기(360)는 압축기(310) 보호를 위하여 액체상태의 냉매가 유입되는 것을 방지한다.
여기에서, 상기 응축기(320)로부터 연장되어서 팽창밸브(330) 측으로 향하는 냉매순환배관(350)의 경로 상에 필터 드라이어(370)를 설치하여서, 상기 응축기(320)로부터 이송되는 냉매에 포함된 수분을 건조시켜 팽창밸브의 교축작용 부분에 수분이 결빙되는 것을 예방한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 필터모듈(500)을 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 2는 멤브레인 부재(34)의 투영 사시도이며, 도 3은 도 2의 단면도이다.
멤브레인 필터모듈(500)은 혼합 공기의 절대 습도를 저감시킨다. 특히, 외기가 고온 다습한 경우 혼합 공기에는 다량의 수분이 포함되며 이런 혼합 공기를 사용자에 의해 미리 설정되는 급기의 온도 및 습도로 조절하기 위해서는 요구되는 냉동기의 동력이 증가하게 된다. 여기서, 필터모듈은 혼합 공기에서 수분을 제거하여 이를 냉각코일(440) 또는 가열코일(450)로 제공함으로써 냉동기의 동력을 절감할 수 있도록 한다.
구체적으로, 멤브레인 필터모듈(500)은 예를 들어, 멤브레인 부재(534)로 이루어진다. 멤브레인 부재(534)는 유체에서 입자 크기가 다른 물질을 분리할 수 있는 분리막의 형태로 이루어진다. 이런 멤브레인 부재(534)는 구조, 소재, 멤브레인 부재(534)를 통과하는 물질의 이동 원리 등에 대한 제한은 없으며, 물질의 선택적 이동이 일어날 수 있다면 어떤 것이라도 무방하다.
멤브레인 부재(534)는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 멤브레인 부재(534)는 냉각코일(440) 전방에 혼합 공기의 이동 방향으로 수직을 이루도록 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
구체적으로, 멤브레인 부재(534)는 수직 방향으로 누워 있어, 유입되는 혼합 공기가 부재의 측면 방향으로 통과하면서 냉각코일(440) 측으로 이동될 수 있도록 배치된다. 이때, 멤브레인 부재(534)는 원통 형상의 외측을 둘러싸는 외주면을 통해 혼합 공기에서 수분을 선택적으로 흡수할 수 있다. 그 결과, 다습한 공기는 절대 습도의 수치가 크게 감소되는 건조한 공기로 변화될 수 있다.
또한, 멤브레인 부재(34)는 내측에 원통의 중공을 형성한다. 그리고 브레인 부재(534)를 통과하면서 흡수된 수분들은 멤브레인 부재(534)의 내측 중공에 모여서 중공의 측면을 통해 외부로 배출된다.
또한, 다른 실시 예로서, 멤브레인 부재(534)의 외주면의 표면이 울퉁불퉁하게 또는 나선형으로 굴곡지게 형성될 수 있다. 즉, 멤브레인 부재(534)는 길이가 동일해도 유입 공기와 맞닿는 면을 더 넓게 하는 효과로 인해 수분 흡수 효과가 상승된다.
한편, 다습한 혼한 공기가 멤브레인 부재(534)를 통과하면 멤브레인 부재(534)에는 수분이 축적된다. 이 때, 축적되는 수분은 일정 정도 제거되어야 멤브레인 부재(534)를 통한 수분 흡수가 지속적으로 이루어질 수 있다.
이를 위해, 멤브레인 부재(534)의 측면을 통과하여 중공에 들어가는 건조한 공기는 다시 통과하여 멤브레인 부재(534) 외부로 빠져나온다. 이때, 수분은 다시 통과되는 건조한 공기와 혼합되어 습한 공기로 변화되고, 이는 멤브레인 부재(534) 중공을 통해 케이스(410) 외부로 배출되어 멤브레인 부재(534)에 축적되어 있던 수분은 제거된다.
따라서, 멤브레인 부재(534)의 내주면은 습한 공기가 배출될 수 있는 분리막으로 형성된다. 그 결과, 습한 공기는 멤브레인 부재(534)의 내주면을 통과하여 제거될 수 있다. 그리고 수분은 멤브레인 부재(534)의 중공에 모이게 되어, 외부로 배출된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 필터모듈(500)의 구성을 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4에서 보는 바와 같이, 멤브레인 필터모듈(500)은 하우징(532), 멤브레인 부재(534), 드레인관(536) 및 확관(538)을 포함할 수 있다. 하우징(532)은 복수 개의 멤브레인 부재(534)가 옆으로 나란하게 정렬되도록 한다.
이를 위해, 하우징(532)은 내부가 빈 공간으로 형성되고, 대향하는 양 측면에 복수 개의 통공이 대칭적으로 형성된다. 한편, 하우징(532)의 양 측면에는 단면적의 크기가 점진적으로 증가하는 확관(538)이 결합될 수 있다. 확관(538)은 냉각코일(440)과 하우징(532)의 단면적 차이에 의해 서로 연통될 수 없을 때 그 중간에 배치된다.
그리고 멤브레인 부재(534)가 통공을 통해 각각 수직하게 옆으로 삽입된다. 즉, 멤브레인 부재(534)는 하우징(532) 내에 복수 개 배치될 수 있다. 이때, 멤브레인 부재(534)는 통형으로 형성되고 양단부가 하우징(532)의 좌우 측면에 위치하도록 설치된다. 다수의 멤브레인 부재(534)의 측면을 통해 관통하여, 혼합 공기가 유입 및 유출될 수 있다.
멤브레인 부재(534)를 통과하는 건조한 공기는 멤브레인 부재(534)의 중공을 지나서 멤브레인 부재(534)의 외부로 배출된다. 이때, 멤브레인 부재(534) 내에 축적되어 있는 수분과 혼합된다. 그러면, 그 공기는 습한 공기로 변화되어 멤브레인 부재(534)의 내측 중공으로 머물게 된다. 즉, 수분을 함유하는 공기가 멤브레인 부재(534)의 중공 내에 저장된다.
드레인관(536)은 하우징(532)의 좌우 일측면 또는 양측면에 연결되고, 특히, 멤브레인 부재(534)의 중공의 양 단부와 연결된다. 또한, 드레인관(536)의 타단이 케이스(410)의 외측에 노출되도록 배치된다. 그 결과, 하우징(532)에 저장되어 있던 습한 공기가 케이스(410)의 외측으로 배출될 수 있다. 한편, 드레인관(536)에는 습한 공기의 배출을 원활하게 하는 펌프(미도시) 등이 더 설치될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 멤브레인 필터모듈(500)의 설치 구성 및 형상을 도 5 내지 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5와 같이, 멤브레인 필터모듈(500)의 설치 구성은 레귤레이터, 콘트롤러, 진공펌프, 및 필터모듈로 구성된다.
또한, 멤브레인 필터모듈(500)의 형상은 도 6과 같다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사이클론 여과기(600)의 구성을 도 7를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 7a 및 도 7b에서 보는 바와 같이, 사이클론 여과기(600)는 원통부(610), 원추부(620), 유입부(630), 유출부(640) 및 수집부(650)를 포함하여 구성된다.
원통부(610)는 믹스실(420)로부터 유입된 공기가 내벽면을 따라 선회할 수 있도록 소정의 직경을 갖고, 원추부(620)는 상기 원통부(610)의 하측에 아래로 갈수록 점진적으로 직경이 축소되도록 형성된다.
유입부(630)는 상기 원통부(610)의 일측에 원통부(610)의 내부로 유입되는 린트를 함유한 공기가 선회할 수 있도록 접선방향을 따라 상호 연통되게 형성되고, 유출부(640)는 여과된 공기를 외부로 유도하기 위해 축심 상부에 파이프 형상으로 축선방향을 따라 형성된다.
상기 원추부(620)의 하단에는 순환공기로부터 분리된 여과물 등이 배출되는 배출구(621)가 개방 형성된다.
상기 원통부(610), 원추부(620) 및 유입부(630) 중에서 선택된 하나 이상은 사이클론의 제습작용이 더욱 용이해 지도록 열전소자로 구성하는 것이 바람직하다.
수집부(650)는 낙하하는 여과물 등을 저장하기 위해 상기 원추부(620) 하단 배출구(621)의 하부에 구비되며, 바람직하게는 낙하된 여과물의 이탈을 방지하기 위해 그 내부공간에 물이 소정의 높이로 충진된다.
이와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조시스템의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 전기의 공급에 의해 공기조화기(400)와 냉동장치(300)가 구동되는 한편, 집열장치(100)는 태양추적센서(166)와 수평 회전부(162) 및 경사각 조절부(164)가 서로 연계하여 태양의 이동 궤적을 추적하면서 집열관(110)에서 태양빛을 집광하여 열매체유를 고온으로 가열하고, 태양광모듈(130)에서 태양광을 이용해 전압을 발생하여 집열장치(100)의 자체 동력으로 사용한다.
상기 고온으로 가열된 열매체유는 열매체유배관(150)을 통해 축열조(200) 중간의 열교환기(210a)에 공급되어 열교환에 의해 저장된 물을 온수로 만든다.
한편, 상기 냉동장치(300)는 압축기(310)의 압축, 응축기(320)의 응축, 팽창밸브(330)의 팽창, 공기조화기(400)를 구성하는 냉각코일(440)의 증발 과정을 반복하면서 냉매가 순환하고, 공기조화기(400)의 케이스(410)에 공급된 공기는 믹스실(420)의 혼합, 멤브레인 필터모듈(500)의 제습, 사이클론 여과기(600)의 여과, 공기여과기(430)의 여과, 냉각코일(440)의 냉각 및 제습, 가열코일(450)의 가열, 가습기(460)의 가습 과정을 거쳐 실내로 유입된다.
이때 상기 냉동장치(300)를 순환하면서 압축기(310)를 통과한 고온고압의 냉매가 보유한 열은 응축기(320)로 직접 보내지지 않고 냉매순환배관(350)을 통해 축열조(200) 하부의 열교환기(210b)에 모아져 축열조(200) 하부의 물을 가열한 후 액화되어 응축기(320)로 보내지며, 상기 축열조(200)의 온수는 가습배관(230)을 통해 가습기(460)로 급수되어 실내로 유입되는 공기의 가습에 사용되고, 또한 온수는 난방배관(220)을 통해 가열코일(450) 또는 재열코일에 공급되어 상기 실내로 유입되는 공기의 가열 또는 재열에 사용된다.
상기 가열코일(450) 또는 재열코일에 공급되어 공기의 가열 또는 재열에 사용된 온수는 난방배관(220)에 설치된 난방순환펌프(240)를 통해 다시 축열조(200)에 공급되어 순환된다.
이와 같이 공기조화기(400)와 냉동장치(300)로 이루어진 공조시스템에서 응축기(320)로 버려지는 응축폐열을 일차적으로 회수하고, 집열장치(100)를 이용해 얻어지는 온수를 축열조(200) 내에서 분리하여 공기조화기(400)의 가습기(460)와 가열코일(450) 또는 재열코일에 공급함으로써 냉난방 공조시스템(10)을 효율적으로 운용할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10: 공조시스템 100: 집열장치
110: 집열관 120: 열매체유헤더
130: 태양광모듈 166: 태양추적센서
160: 추적수단 200: 축열조
300: 냉동장치 400: 공기조화기
500: 멤브레인 필터모듈 600 : 사이클론 여과기

Claims (1)

  1. 케이스에 공급된 공기를 혼합, 여과, 냉각 및 제습, 가열, 가습 과정을 거쳐 실내로 유입하는 공기조화기;
    냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하여 상기 케이스에 유입된 공기의 냉각 및 제습에 사용한 후 상기한 과정을 반복하는 냉동장치;
    태양열을 이용하여 열매체유를 고온으로 가열하는 집열장치;
    상기 집열장치와 배관으로 연결되어 고온으로 가열된 열매체유와 물의 열교환에 의해 내부에서 순한되는 물을 온수로 만드는 제1 열교환기가 내부에 구비되는 축열조;
    다수의 멤브레인 부재로 구성되어 혼합 공기의 절대 습도를 저감시키는 멤브레인 필터모듈; 및
    혼합 공기를 여과시키는 사이클론 여과기를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 방식의 제습장치를 이용한 태양열 히트펌프 복사 냉난방 시스템.
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