KR100351731B1 - 항온 항습장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항온항습장치에 관한 것으로서, 실험대상물이 배치되는 항온항습조(100); 항온항습조(100)의 온도를 상승시키기 위한 가온히터(110); 항온항습조 내부 습도의 조절을 위한 가습기(120); 항온항습조(100) 내부 공기의 순환을 위한 송풍기(130); 항온항습조(100) 내부에 설치되며 방열핀(150a)이 설치된 냉각용증발관(150)과, 유입되는 냉매를 압축하는 압축기(220) 및 냉매의 열을 방출하는 응축기(230)와, 냉각용증발관(150)과 응축기를 연결하는 유입관(R1)과, 냉각용증발관(150)과 압축기(220)를 연결하는 유출관(R2)을 가지는 공조시스템;을 구비하여 된 항온항습장치에 있어서, 열매체(144)가 수용되는 열매체수조(140)와, 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 상기 열매체수조(140)에 설치된 열매체냉각관(210)과, 항온항습조(100)의 내부에 설치되며 열매체(144)가 순환되는 열매체순환관(160)을 포함한다. 이러한 구조에 의하여, 넓은 범위의 온도 및 습도 조절이 가능하고, 소모되는 에너지를 줄일 수 있다.

Description

항온항습장치{Constant temperature-humidity oven}
본 발명은 항온항습장치에 관한 것으로서, 상세하게는 보다 넓은 영역의 온도/습도 제어가 가능하고, 소모되는 에너지를 줄일 수 있는 항온항습장치에 관한 것이다.
항온항습장치는 실험대상물이 배치되는 공간에 특정 온도 및 습도의 환경을 제공하는 장치이다.
도 1은 종래 항온항습장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 채용되는 공조시스템의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 항온항습장치는, 실험대상물이 배치되는 항온항습조(10)와, 항온항습조(10) 내부의 온도조절을 위한 가온히터(11)와, 항온항습조 내부 습도를 조절하기 위한 가습기(12)와, 항온항습조(10) 내부 공기의 순환을 위한 송풍기(13)와, 항온항습조(10) 내부의 온도 및 습도를 조절하기 위한 공조시스템으로 구성된다. 가습기(12)는 물이 수용되는 수조(12b)와 수조(12b) 내부에 배치되어 물을 가열하는 가습히터(12a)로 구성된다. 가열된 물은 그 표면을 흐르는 공기에 의해 기화되어 항온항습조(10)로 유입되고 이로써 항온항습조(10)의 습도가 증가된다.
공조시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 항온항습조(10)의 내부에 설치되는 것으로서 방열핀이 다수 설치되며 주위를 흡열/제습하는 흡열/제습증발관(14)과, 상기 흡열/제습증발관(14)을 경유한 고온저압의 냉매 기체를 고압기체로 압축하는 압축기(15)와, 고압고온의 냉매기체를 고압의 액체로 변화시키면서 냉매의 열을 응축열로써 외기로 방출하는 응축기(16)를 포함한다.
또, 흡열/제습증발관(14)으로 유입되는 고압의 냉매 액체가 증발이 용이해지도록 압력을 낮추어주는 팽창밸브(17)를 구비하고, 응축기(16)에서 유출되는 냉매를 곧바로 압축기(15)로 안내하는 바이패스밸브(by-pass valve)(18)를 포함한다.
이러한 공조시스템은, 응축기(16)에서 유출되는 고압의 액체 냉매가 팽창밸브(17)를 통과하여 저압으로 되어 흡열/제습증발관(14)에서 증발되면서 주위의 잠열을 흡수하고, 이에 따라 흡열/제습증발관은 항온항습조(10) 내부의 온도 및 습도를 떨어뜨린다. 이후, 열을 흡수한 고온 저압의 기체 냉매는 압축기(15)를 통하면서 고온 고압의 기체가 되어 응축기(16)를 통과하고, 고온의 열은 외기에 의하여 식혀지면서 고압의 액체상태가 되는 쿨링 사이클을 이루게 된다. 이 과정을 통하여항온항습조(10) 내부의 공기로부터 열이 흡수되고 수증기가 제거됨에 따라 온도 및 습도가 떨어지게 된다.
이와 같은 구조의 항온항습장치에 있어서, 온도조절은 가온히터(11)와 흡열/제습증발관(14)을 동시에 가동하여 이루어진다. 일반적으로 공조시스템에 있어서 흡열에 의한 냉각능력은 조절하기 힘드므로 흡열/제습증발관(14)을 일정하게 가동시키면서 가온히터(11)에 가해지는 전력량을 조절하여 온도의 조절이 이루어진다. 또한, 습도조절은, 흡열/제습증발관(14)을 일정하게 가동시키면서 가습히터(12a)의 발열량을 조절하여 가습량을 변화시키는 것에 의해 이루어진다. 즉, 온도와 습도의 조절은 흡열/제습증발관(14)을 일정하게 가동시킨 상태에, 가온히터(11)의 발열량 조절과 가습기(12)의 가습량을 조절함으로서 진행되는 것이다.
그런데, 저온 고습의 경우, 저온 상태를 유지하기 위하여 흡열/제습증발관(14)의 흡열량을 크게 하면 주위의 습도도 함께 떨어지게 된다. 따라서, 습도의 강하를 상쇄시키고 고습으로 유지시키기 위하여 가습기(12)의 가습량을 매우 크게 하여야 한다. 이때, 저온 상태에서는 가습기(12)의 물이 잘 증발되지 않게 되므로, 고습을 위한 증발을 유도하기 위하여 가습히터(12a)의 발열량을 크게 하여야 한다. 즉, 가습기(12)의 가습량을 크게 할 때 이 과정에서 많은 에너지가 소모될 뿐 아니라 온도가 상승되므로, 저온 고습 상태를 유지하기 어렵게 된다.
또, 고온 저습의 경우, 저습 상태를 유지하기 위하여 흡열/제습증발관(14)의 흡열량을 크게 하여 제습량이 많아지게 하면 주위의 온도도 함께 떨어지게 된다. 따라서, 온도의 강하를 상쇄시키고 고온으로 유지시키기 위하여 가온히터(11)의 발열량을 매우 크게 하여야 한다. 이때, 고온이 됨에 따라 가습기(12)의 물이 쉽게 자연 증발하므로, 이러한 자연증발에 의해 발생되는 수증기를 제거하기 위하여 흡열/제습증발관(14)의 제습 능력을 더욱 크게 하여야 한다. 즉, 가온히터(11)의 발열량을 크게 하고 흡열/제습증발관(14)의 제습량을 크게 하여야 하는데, 이 과정에서 많은 에너지가 소모될 뿐 아니라 온도도 낮아지므로, 고온 저습 상태를 유지하기 어렵게 된다는 문제가 있다.
한편, 저온 저습의 경우, 예를 들면 약 10℃ 부근의 저온에서 습도 조절을 할 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 10℃에서 포화수증기압이 9.2mmHg 이므로 만약 50% 정도로 습도를 조절하고자 하면 흡열/제습증발관(14)의 표면온도에서 포화수증기압이 4.6 mmHg 이하가 되도록 하여야 한다. 그런데, 4.6mmHg 이하에서는 흡열/제습증발관(14)의 표면온도가 0℃ 이하로 내려가고 이에 따라 표면에 성애가 성장하게 된다. 그러면, 성장한 성애로 인하여 공기의 순환에 장애를 가져오며 이러한 성애를 제거하기 위하여 흡열/제습증발관(14)에 제상기(미도시)를 구성하여야 했다. 그러나 제상시, 결빙된 성애가 녹음으로 인해 습도는 상승하게 되고 연속적으로 오랜 시간의 저온, 저습 상태의 유지가 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 저온 저습, 저온 고습, 고온 저습, 또는 고온 고습 상태를 정확하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 소모되는 에너지량을 최소화할 수 있는 항온항습장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래 항온항습장치의 구성도,
도 2는 도 1에 채용되는 공조시스템의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 항온항습장치의 구성도,
도 4는 도 3에 채용되는 공조시스템의 제1실시예의 구성도,
도 5는 도 4에 채용되는 관체노즐의 단면도,
도 6은 도 3에 채용되는 공조시스템의 제2실시예의 구성도,
도 7은 도 3에 채용되는 공조시스템의 제3실시예의 구성도,
도 8은 온도에 따른 물의 증기압력을 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 ... 항온항습조 110 ... 가온히터
120 ... 가습기 121 ... 가습조
122 ... 가습히터 130 ... 송풍기
140 ... 열매체수조 141 ... 열매체히터
142 ... 팬 143 ... 모터
144 ... 열매체 150 ... 냉각용증발관
160 ... 열매체순환관 170 ... 제1제습용증발관
180 ... 제2제습용증발관 190 ... 제1가습조증발관
200 ... 제2가습조증발관 210 ... 열매체냉각관
220 ... 압축기 230 ... 응축기
240 ... 바이패스밸브
151, 153, 171, 173, 175, 181, 191, 201, 211, 241 ... 관체노즐
152, 154, 172, 176, 182, 192, 202, 212, 242 ... 솔레노이드밸브
251, 253, 271, 273, 275, 281, 291, 301, 311, 341 ... 관체노즐
452, 454, 472, 476, 482, 492, 502, 522, 540 ... 다이아프램형 니들밸브
R1 ... 유입관 R2 ... 유출관
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 항온항습장치는, 실험대상물이 배치되는 항온항습조(100); 상기 항온항습조(100)의 온도를 상승시키기 위한 가온히터(110); 상기 항온항습조 내부 습도의 조절을 위한 가습기(120); 상기 항온항습조(100) 내부 공기의 순환을 위한 송풍기(130); 상기 항온항습조(100) 내부에 설치되며 방열핀(150a)이 설치된 냉각용증발관(150)과, 유입되는 냉매를 압축하는 압축기(220) 및 냉매의 열을 방출하는 응축기(230)와, 상기 냉각용증발관(150)과 상기 응축기를 연결하는 유입관(R1)과, 상기 냉각용증발관(150)과 상기 압축기(220)를 연결하는 유출관(R2)을 가지는 공조시스템;을 구비하여 된 항온항습장치에 있어서, 열매체(144)가 수용되는 열매체수조(140)와, 상기 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 상기 열매체수조(140)에 설치된 열매체냉각관(210)과, 상기 항온항습조(100)의 내부에 설치되며 상기 열매체(144)가 순환되는 열매체순환관(160)을 포함한다.
여기서, 상기 공조시스템은, 상기 냉각용증발관(150)과 상기 응축기(230) 사이에 병렬로 설치되어 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 적어도 하나 이상의 냉매흐름량조절수단을 더 포함한다.
또한, 상기 공조시스템은, 상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단과그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되는 제1제습용증발관(170) 및 상기 제1제습용증발관을 경유한 냉매의 증발 압력을 제어하는 냉매증발압력조절수단과;상기 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되어 상기 응축기(230)에서 유출되는 냉매를 곧바로 압축기(220)로 안내하는 바이패스밸브(240)를 더 포함한다.
또, 상기 공조시스템은, 상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 제1제습용증발관(170)과 상기 가습기(120)의 사이에 설치되는 제2제습용증발관(180);을 더 포함한다.
한편, 상기 공조시스템은, 상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 상기 가습기(120)의 유체 표면에 설치되는 제1가습조증발관(190)과; 상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 상기 가습기(120)의 유체 내부에 설치되는 제2가습조증발관(200);을 더 포함한다.
또, 상기 공조시스템은, 상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 제1제습용증발관(170)과 상기 가습기(120)의 사이에 설치되는 제2제습용증발관(180);을 더 포함한다.
이때, 상기 냉매증발압력조절수단은, 냉매의 고압증발을 유도하기 위한 관체노즐(173)과, 그 관체노줄(173)과 병렬로 연결된 상태에서 직렬로 연결되는 관체노즐(175) 및 솔레노이드밸브(176)로 구성되거나, 냉매의 고압증발을 유도하기 위한 모세관(373)과, 그 모세관(373)과 병렬로 연결된 상태에서 직렬로 연결되는 모세관(375) 및 솔레노이드밸브(376)로 구성되거나, 냉매의 고압증발을 유도하기 위한 관체노즐(173)과, 그 관체노줄(173)과 병렬로 연결되는 스태핑모터가 설치된 다이이프램형 니들밸브(276)로 구성된다.
또한, 상기 냉매흐름량조절수단은, 냉매를 일정하게 흐르게 하는 관체노즐(151)(153)(171)(181)(191)(201)(221) 또는 모세관(251)(253)(271)(281)(291)(301)(321)과, 그 관체노즐 또는 모세관과 직렬로 연결된 솔레노이드밸브(152)(154)(172)(182)(192)(202)(222)로 구성되거나, 스태핑모터가 설치된 다이이프램형 니들밸브(452)(454)(472)(482)(492)(502)(540)로 된다.
이때, 상기 바이패스밸브(240)는, 냉매를 일정하게 흐르게 하는 관체노즐(241) 또는 모세관(341)과, 그 관체노즐 또는 모세관과 직렬로 연결된 솔레노이드밸브(242)로 구성거나, 스태핑모터가 설치된 다이이프램형 니들밸브(540)로 된다.
그리고, 상기 가습기(120)는, 유체의 내부에 설치되는 가습히터(122)를 포함한다.
다음, 본 발명에 따른 항온항습장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 항온항습장치의 구성도이고, 도 4는 도 3에 채용되는 공조시스템의 제1실시예의 구성도이며, 도 5는 도 4에 채용되는 관체노즐의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 항온항습장치는, 실험대상물이 배치되는 항온항습조(100)와, 항온항습조(100) 온도를 상승시키기 위한 가온히터(110)와, 항온항습조(100)내부의 습도 조절을 위한 가습기(120)와, 항온항습조(100) 내부에서 공기를 순환시키는 송풍기(130)와, 항온항습조(100) 내부의 온도를 일정하게 유지시키는데 사용되는 열매체(144)를 공급하는 열매체수조(140)와, 항온항습조(100) 내부의 온도 및 습도의 조절과 함께 열매체(144)의 온도를 조절하기 위한 공조시스템을 갖는다.
공조시스템은 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에 설치되며 직렬로 연결된 공지의 압축기(220) 및 응축기(230)를 포함한다. 압축기(220)는 유입되는 고온 저압인 냉매 기체를 고압 기체로 압축하고, 응축기(230)는 고압 고온의 냉매기체를 고압의 액체로 변화시키면서 냉매의 열을 응축열로써 외기로 방출한다.
가습기(120)는 물이 수용되는 가습조(121)와 가습조(121)에 설치되어 물을 가열시키는 가습히터(122)로 구성된다. 물은 가습히터(122)에 의하여 증발됨으로써 항온항습조(100)의 습도를 증가시킨다. 이때, 상기 가습기(120)는 물의 증발을 초음파 소자를 이용하여 할 수도 있다.
열매체수조(140)에는 열매체(144)에는 온도를 상승시키기 위한 열매체히터(141)와, 열매체(144)를 후술하는 열매체순환관(160)으로 강제 압송하기 위한 압송펌프가 설치된다. 압송펌프는 열매체(144)에 잠겨져 회전되는 팬(142)과, 그 팬(142)을 회전시키는 모터(143)로 구성된다.
공조시스템은, 도4에 도시된 바와 같이, 열매체(144)의 온도를 하강시키기 위한 열매체냉각관(210)과, 항온항습조(100)의 내부에 설치되는 열매체순환관(160)을 가진다.
열매체냉각관(210)은 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단과 직렬로 연결된 상태에서 유입관(R1) 및 유출관(R2)과 연결된다. 여기서, 냉매흐름량조절수단은, 관체노즐(211)과, 그 관체노즐(211)과 직렬로 연결된 솔레노이드밸브(212)로 구성되어 있다. 상기 212 솔레노이드밸브를 조절하면 유입관(R1)을 통해 유입되는 냉매의 흐름량은 조절할 수 있어 열매체(144)의 낮출 수 있다. 이때, 열매체(144)의 냉각 온도범위는 영상의 온도에서 0 ℃ 에 근접하게 조절한다).
열매체순환관(160)에는 영상의 온도 범위내에서 냉각된 열매체(144)가 팬(142)에 의하여 이송되어 순환된다. 이때, 열매체의 온도는 항온항습조(100) 내부의 설정온도보다 조금 낮은 온도(0℃ 이상)로 냉각되었기 때문에, 열매체순환관(160)의 표면에는 성애가 끼지 않는다. 따라서, 열매체순환관(160)은 주위 공기의 온도를 낮추지만 공기속에서 습기를 제거하는 제습능력은 매우 작다. 따라서 고습상태를 유지하는데 효과가 있다.
여기서, 열매체수조(140)에는 센서(145)가 설치되는데, 이 센서(145)는 열매체의 온도를 일정하게 유지하기 위한 것으로서, 열매체의 온도가 떨어지면 열매체히터(141)를 가동시키는 신호를 발생하고, 열매체의 온도가 올라가면 열매체냉각관(210)을 가동시키는 신호를 발생한다. 이 신호는 도시하지 않은 제어기로 전송되어 열매체히터(141) 또는 열매체냉각관(210)을 작동시키는 신호로 사용된다.
공조시스템은, 항온항습조(100)의 내부에 설치되는 냉각용증발관(150), 제1제습용증발관(170), 제2제습용증발관(180)과, 가습조(121)의 내부에 설치되는 제1,2가습조증발관(190)(200)을 가진다. 이러한 냉각용증발관(150), 제1,2제습용증발관(170)(180), 제1,2가습조증발관(190)(200), 열매체냉각관(210)은 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에 병렬로 설치된다.
냉각용증발관(150)은 항온항습조(100)의 온도를 냉각시키는 냉각전용 증발관으로서 주위의 온도를 영하의 범위에서 조절한다. 냉각용증발관(150)에는 공기와의 접촉면적을 높이기 위하여 다수개의 면상의 방열핀(150a)이 설치되어 있다. 이러한 냉각용증발관(150)은 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단과 직렬로 연결된 상태에서 유입관(R1) 및 유출관(R2)과 연결된다. 이때, 냉매흐름량조절수단은 적어도 하나 이상이 병렬로 설치되는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 2개의 냉매흐름량조절수단을 채용하였다. 각각의 냉매흐름량조절수단은, 직렬로 연결된 관체노즐(151) 및 솔레노이드밸브(152)와, 제2관체노즐(153) 및 제2솔레노이드밸브(154)로 구성된다.
제1제습용증발관(170)의 일측에는 상술한 구조와 동일한 냉매흐름량조절수단이 설치되고, 타측에는 액상 냉매의 증발압력을 조절함으로써 냉매 증발 온도를 조정하는 냉매증발압력조절수단이 설치된다. 냉매증발압력수단, 제1제습용증발관(170) 및 냉매흐름량조절수단이 직렬로 연결된 상태에서 유입관(R1) 및 유출관(R2)과 연결된다.
냉매흐름량조절수단은 상술한 구조와 동일한 관체노즐(171) 및 솔레노이드밸브(172)로 구성된다. 이러한 제1제습용증발관(170)에는 냉각용증발관과는 달리 방열핀이 마련되어 있지 않다. 냉매증발압력조절수단은 관체노즐(173)과, 그 관체노즐(173)과 병렬로 연결된 상태에서 직렬로 연결된 관체노즐(175) 및 솔레노이드밸브(176)로 구성된다.
냉매증발압력조절수단의 173 관체노즐을 통하여 냉매가 조금씩 흐름에 따라 온도의 급격한 하강으로 인해 제1제습용증발관(170)에 성애가 성장하는 것을 방지하고, 176 솔레노이드밸브를 조절함으로써 액상냉매의 단계적인 증발을 유도하여 제1제습용증발관(170) 전체에 걸쳐 온도 및 흡열량의 분포를 좋게 하였다. 여기서, 173, 175 관체노즐의 내경은 후술할 다른 관체노즐에 비하여 큰 것이 바람직하고, 176 솔레노이드밸브 역시 내경이 후술할 다른 솔레노이드밸브에 비하여 큰 것이 바람직하다. 이는, 제1제습용증발관(170)의 증발 범위를 상대적으로 크게 하여 온도의 제어범위를 넓게 하기 위함이다.
제2제습용증발관(180)은 제1제습용증발관(170)과 가습기(120) 사이에 설치된다. 제2제습용증발관(180)은 상술한 동일한 구조의 냉매흐름량조절수단과 직렬로 연결된 상태에서 유입관(R1) 및 유출관(R2)과 연결되며, 냉매흐름량조절수단은 직렬로 연결된 관체노즐(181) 및 솔레노이드밸브(182)로 구성된다.
제2제습용증발관(180)은 강력한 제습능력을 갖도록 냉매가 가진 가능한 최저온의 증발온도를 구사하도록 한다. 이때, 도 8에 도시된 그래프에 따르면, 저온 부위에서 포화수증기량이 매우 작으므로 제2제습용증발관(180)에 성애가 발생할 수있다. 이 경우 공기의 흐름에 장애가 없도록 하기 위하여 가습기(120)의 상부에 공기가 흐를 수 있는 충분한 공간에 설치한다. 제2제습용증발관(180)에 성장한 성애의 두께가 어느정도 두꺼워지면 성애 표면을 흐르는 공기의 온도와 성애의 표면에 전달되는 제2제습용증발관(180)의 온도가 평형을 이루게 되어 더 이상 두꺼워지지 않는다. 이러한 제2제습용증발관(180)은 저습영역의 조절에 사용된다.
제1가습조증발관(190)은 가습기(120)에 수용된 물의 표면에 접촉되게 설치된다. 제1가습조증발관(190)은 상술한 동일 구조의 냉매흐름량조절수단과 직렬로 연결된 상태에서 유입관(R1) 및 유출관(R2)과 연결된다. 이러한 냉매흐름량조절수단은 직렬로 연결된 관체노즐(191) 및 솔레노이드밸브(192)로 구성된다. 제1가습조증발관(190)은 가습기(120)의 물의 표면의 일부분을 선택적으로 냉각시키거나 얼림으로써 미세한 습도조절을 가능하게 하며, 특히 저습 조절을 용이하게 한다.
제2가습조증발관(200)은 가습기(120)의 가습히터(122)의 아래쪽에 위치된다. 제2가습조증발관(200)은 상술한 동일 구조의 냉매흐름량조절수단과 직렬로 연결된 상태에서 유입관(R1) 및 유출관(R2)과 연결되고, 냉매흐름량조절수단은 직렬로 연결된 관체노즐(201) 및 솔레노이드밸브(201)로 구성된다. 제2가습조증발관(200)은 가습기(120) 내의 물을 전체적으로 냉각시킴으로써 미세한 습도조절을 가능하게 한다.
도 8에 도시된 그래프에 따르면, 저온 부위에서 포화수증기량이 매우 작으므로 제2제습용증발관(180)에 성애가 발생할 수 있다. 이 경우 제1가습조증발관(190)의 온도를 제2제습용증발관(180)의 온도보다 더 낮추게 되면 성애는 물과 접촉되어있는 제1가습조증발관(190)에 형성되고, 제2제습용증발관(180)에는 성애가 발생되지 않는다. 즉, 미세한 가습량의 조절은 제1가습조증발관(190)에 의하여 물의 표면에 얼음을 형성함으로써 가능하다. 이때, 저습제어를 좀더 용이하게 하기 위하여, 제2가습조증발관(200)이 물의 전체 온도를 냉각시킬 수도 있다. 또한, 제1,2가습조증발관(190)(200)은 항온항습조(100)를 순환되는 공기의 에너지에 의한 물의 자연증발을 억제하고, 또, 제2제습용증발관(180)의 표면온도보다 물의 온도를 낮춤으로써 제2제습용증발관(180)에 성애가 발생하는 것을 억제한다. 상기와 같은 구조에 의하여, 설령 제2제습용증발관(180)에 성애가 발생하더라도 소량 발생하고 더 이상 증가하지 않으며, 따라서 성애를 제거하기 위해 종래에 채용하였던 제상기의 사용을 배제할 수 있다.
그리고, 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에는, 응축기(230)에서 유출되는 냉매를 곧바로 압축기(220)로 안내하는 바이패스밸브(240)가 설치된다. 바이패스밸브(240)는 냉매흐름량조절수단과 동일한 구조로서 직렬로 연결된 관체노즐(241)과 솔레노이드밸브(242)로 구성된다. 상기한 바이패스밸브(240)는 고온의 온도상태를 제어하기 위한 것이다. 또한, 바이패스밸브(240)는 냉각용증발관(150) 또는 제1,2제습용증발관(170)(180), 제1,2가습조증발관(190)(200)을 경유한 고온의 냉매가스가 압축기(220)로 곧바로 유입될 경우 발생할 수 있는 과부하에 의한 압축기(220)의 파손을 방지하기 위하여, 응축기(230)에서 식혀진 냉매가스를 유출로(R2)에서 상기한 증발관(150)(170)(180)(190)(200)을 경유한 고온의 냉매가스와 적당히 혼합시켜 온도를 낮추어 압축기(220)로 유입되게 한다. 이에 따라 고온으로 인한 과부하를 방지할 수 있어 압축기(220)의 파손을 방지한다.
상기 관체노즐(151)(153)(171)(173)(175)(181)(191)(201)(211)(241)은 모두 동일 구조를 가지고 있는 것으로서, 이중 도 5에 도시된 바와 같이, 151 관체노즐을 발췌하여 설명하면, 관체노즐(151)은 관체(151a)에 관통공(151b)이 형성된 구조이다. 관체노즐(151)을 지나는 냉매의 저항은 내경(D)과 길이(L)에 따라 다르므로 공조시스템의 용량이나 용도에 따라 관체노즐(151)의 규격을 적절하게 설정한다. 본 실시예서 관체노즐은 내경(d) 0.3mm ∼ 2mm 정도이고, 길이(L)는 0.5mm ∼ 30mm 인 것을 사용한다. 이러한 관체노즐의 기능적 품질을 모두 동일하므로, 관체노즐을 채용한 항온항습장치의 기능적 품질 또한 모두 동일하다.
상기 솔레노이드밸브(152)(154)(172)(176)(182)(192)(202)(212)(242)는 냉매의 흐름량을 조절하는 것으로서 공조시스템에 통상적으로 사용하는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 도 3에 채용되는 공조시스템의 제2실시예의 구성도이고, 도 7은 도 3에 채용되는 공조시스템의 제3실시예의 구성도이다. 여기서, 도 4에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
공조시스템의 제2실시예가 제1실시예와 다른 점은, 관체노즐(151)(153)(171)(173)(176)(181)(191)(201)(221) 대신 내부에 구멍이 형성된 공지의 모세관(251)(253)(271)(273)(276)(281)(291)(301)으로 대치한 것이다.
공조시스템의 제3실시예가 제1실시예와 다른점은, 냉매흐름량조절수단, 냉매증발압력조절수단, 바이패스밸브가 스태핑모터가 설치된 다이이프램형니들밸브(452)(454)(472)(476)(482)(492)(502)(522)(540)로 대치되는 것이다. 다이아프램형 니들밸브는 인가되는 전원에 의하여 냉매의 흐름을 조정하는 매우 일반적인 밸브이므로 상세한 설명을 생략한다. 상기한 공조시스템의 제2,3실시예를 채용한 항온항습장치는 그 동작이 제1실시예에서 설명한 것과 대동소이하다.
다음, 이와 같은 구조의 항온항습장치의 동작을 설명한다.
1) 고온 고습의 경우
실온과 온도 차이가 큰 고온 상태에서는 냉각이 없거나 적어야 가온에 필요한 히터 소요 전력량을 최소로 할 수 있다. 그리고, 고습 상태에서는 제습이 없거나 적어야 가습에 필요한 히터 소요 전력량이 최소가 된다. 이를 만족하는 냉각증발관(150)의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 다르지만, 예를 들면,
a. 증발관들(150)(170)(180)(190)(200)로의 냉매 공급을 완전히 중단하고, 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
b. 제1제습용증발관(170)을 고압증발상태(176 솔레노이드밸브 off)로 두어 증발온도를 높게하여 흡열량을 작게한 다음, 가온, 가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
2) 고온 중습의 경우
실온과 온도 차이가 큰 고온 상태에서는 냉각이 없거나 적어야 가온에 필요한 히터 소요 전력량이 최소가 된다. 그리고, 중습상태에서는 제습능력이 가습조(121)의 자연증발된 가습상태보다는 커야 하므로 적당한 제습을 위한 제습용증발관의 작동이 요구된다. 이를 만족하는 제습용증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면,
a. 제1제습용증발관(170)을 고압증발상태(176 솔레노이드밸브 off)로 두어 증발온도를 높게 하여 흡열량을 작게한 다음, 가온, 가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
b. 제1제습용증발관(170)을 저압증발상태(176 솔레노이드밸브 on)로 두어 증발온도를 낮게 하여 흡열량을 크게 한 다음, 가온, 가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
3) 고온 저습의 경우
실온과 온도 차이가 큰 고온 상태에서는 냉각이 없거나 적어야 가온에 필요한 히터 소요 전력량이 최소가 된다. 그리고, 저습 상태에서는 제습 능력을 크게 하거나, 가습조(121)에 있는 물의 증발 에너지를 작게해야 한다. 이를 만족하는 제습용증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면,
a. 저온 전용의 제2제습용증발관(180)을 작동시켜 강력한 제습을 시행한 다음, 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
b. 가습조(121)내의 제1,2가습조증발관(190)(200)중 하나를 작동시켜 가습조(121) 내의 물의 증발에너지를 제거하여 자연증발을 억제한 다음, 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
4) 중온 고습의 경우
실온과 온도차이가 크지 않는 중온의 상태에서는 소량의 냉각과 가열을 함께 하여야 정확한 온도조절이 가능하고, 고습상태는 제습용증발관의 온도가 낮지 않은것이 좋다. 이를 만족하는 제습용증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면,
a. 제1제습용증발관(170)을 고압증발상태(176 솔레노이드밸브 off)로 두어 증발온도를 높게하여 흡열량을 작게한 다음, 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
b. 열매체순환과(160)속을 흐르는 열매체의 온도를 설정온도보다 약간(0.5∼5℃정도) 낮게 하여 작동시키고 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
5) 중온 중습의 경우
실온과 온도차이가 크지 않은 중온의 상태에서는 소량의 냉각과 가열을 함께 하여야 정확한 온도조절이 가능하고, 중습상태에서는 제습용증발관의 온도가 비교적 낮아야 한다. 이를 만족하는 제습용증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면 제1제습용증발관(170)을 저압증발상태(176 솔레노이드밸브 on)로 두어 증발온도를 낮게 하여 흡열량을 크게한 다음, 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
6) 중온 저습의 경우
실온과 온도차이가 크지 않는 중온의 상태에서는 소량의 냉각과 가열을 함께 하여야 정확한 온도조절이 가능하고, 저습상태는 제습용증발관의 온도가 상당히 낮거나, 가습조(122)에 있는 물의 증발에너지를 작게하여야 한다. 이를 만족하는 제습용증발관 또는 가습조증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면,
a. 제1제습용증발관(170)을 고압증발상태(176 솔레노이드밸브 off)로 두어 증발온도를 높게하여 흡열량을 작게한 다음 가온,가습히터(110)(122)를 작동시켜 조절하고, 가습조(122) 내의 제1,2가습조증발관(190)(200) 중 하나를 작동시켜 가습조(121)내의 물의 증발에너지를 제거하여 자연증발을 억제한 다음 가습히터(122)를 작동시켜 습도를 조절한다.
b. 저온전용의 제2제습용증발관(180)을 작동시켜 강력한 제습을 시행한 다음 가온, 가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
7) 저온 고습의 경우
실온보다 낮은 온도의 저온의 상태에서는 냉각과 가열을 함께 하여야 정확한 온도조절이 가능하고, 고습상태에서는 제습효과가 작은 증발관을 작동시켜야 한다. 이를 만족하는 증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면,
a. 열매체순환과(160) 내를 흐르는 열매체의 온도를 설정온도보다 약간(0.5∼5℃ 정도, 0℃ 이상) 낮게 하여 작동시키고 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
b. 제1제습용증발관(170)을 고압증발상태(176 솔레노이드밸브 off, 그러나 증발온도는 설정온도보다 높아야 한다)로 두어 증발온도를 높게하여 흡열량을 작게한 다음 가온, 가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
8) 저온 중습의 경우
실온보다 낮은 온도의 저온의 상태에서는 냉각과 가열을 함께 하여야 정확한온도조절이 가능하고, 저온의 중습상태에서는 제습효과가 비교적 큰 증발관을 사용하여야 한다. 이를 만족하는 증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면,
a. 제1제습용증발관(170)을 저압증발상태(176 솔레노이드밸브 on)로 두어 증발온도를 낮게 하여 흡열량을 크게 한 다음, 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
b. 저온전용의 제2제습용증발관(180)을 작동시켜 강력한 제습과 흡열을 시행한 다음 가온,가습히터(110)(122)를 작동시킨다.
c. 제1제습용증발관(170)을 저압증발상태(176 솔레노이드밸브 on)로 두어 증발온도를 낮게 하고, 가온히터(110)를 작동시켜 온도를 조절하고, 가습조(121) 내의 제1,2가습조증발관(190)(200)중 하나를 작동시켜 가습조(121) 내의 물의 증발에너지를 제거하여 자연증발을 억제한 다음 가습히터를 작동시켜 습도를 조절한다.
9) 저온 저습의 경우
실온보다 낮은 온도의 저온의 상태에서는 냉각과 가열을 함께 하여야 정확한 온도조절이 가능하고, 저온의 저습상태에서는 제습효과가 상당히 큰 증발관을 사용하여야 한다. 이를 만족하는 증발관의 상태를 만들려면 온,습도 설정에 따라 조금씩 다르지만, 예를 들면,
a. 제1제습용증발관(170)을 저압증발상태(176 솔레노이드밸브 on)로 두어 증발온도를 낮게 하고, 가온히터(110)를 작동시킨다. 저온전용의 제2제습용증발관(180)을 작동시켜 강력한 제습을 시행한 다음 가습히터(122)를 작동시킨다.
b. 제1제습용증발관(170)을 저압증발상태(176 솔레노이드밸브 on)로 두어 증발온도를 낮게 하고, 가온히터(110)를 작동시킨다. 가습조(121) 내의 제1,2가습조증발관(190)(200)중 하나를 작동시켜 가습조(121) 내의 물의 증발에너지를 제거하여 자연증발을 억제한 다음 저온전용의 제2제습용증발관(180)을 작동시켜 강력한 제습을 시행한 다음 가습히터(122)를 작동시킨다.
10) 영하의 온도조절의 경우
가습조(121) 내의 물을 비운 후, 냉각전용의 냉각용증발관(150)을 작동시킨 다음 가온히터(110)로 조절한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 항온항습장치에 따르면, 냉각용증발관, 제1,2,3,4제습용증발관, 열매체순환관, 냉매흐름량조절수단 및 냉매증발압력조절수단을 채용함으로써 항온항습장치 내부의 온도 및 습도를 넓은 범위에서 제어할 수 있으며, 또 소모되는 에너지를 줄일 수 있다.
또, 물의 수면에 접촉되게 설치된 제1가습조증발관 및 물의 내부에 설치되는 제2가습조증발관을 채용하여, 종래에 불가능하였던 0℃ 이하, 또는 100℃ 이상일 경우의 습도 조절이 가능하게 된다는 효과가 있다.
또한, 성애가 거의 형성되지 않으므로, 성애를 제거하기 위한 제상기의 사용을 배제할 수 있다는 등의 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 실험대상물이 배치되는 항온항습조(100); 상기 항온항습조(100)의 온도를 상승시키기 위한 가온히터(110); 상기 항온항습조 내부 습도의 조절을 위한 가습기(120); 상기 항온항습조(100) 내부 공기의 순환을 위한 송풍기(130); 상기 항온항습조(100) 내부에 설치되며 방열핀(150a)이 설치된 냉각용증발관(150)과, 유입되는 냉매를 압축하는 압축기(220) 및 냉매의 열을 방출하는 응축기(230)와, 상기 냉각용증발관(150)과 상기 응축기를 연결하는 유입관(R1)과, 상기 냉각용증발관(150)과 상기 압축기(220)를 연결하는 유출관(R2)을 가지는 공조시스템;을 구비하여 된 항온항습장치에 있어서,
    열매체(144)가 수용되는 열매체수조(140)와, 상기 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 상기 열매체수조(140)에 설치된 열매체냉각관(210)과, 상기 항온항습조(100)의 내부에 설치되며 상기 열매체(144)가 순환되는 열매체순환관(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공조시스템은,
    상기 냉각용증발관(150)과 상기 응축기(230) 사이에 병렬로 설치되어 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 적어도 하나 이상의 냉매흐름량조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공조시스템은,
    상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단과 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되는 제1제습용증발관(170) 및 상기 제1제습용증발관을 경유한 냉매의 증발 압력을 제어하는 냉매증발압력조절수단과;
    상기 유입관(R1)과 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되어 상기 응축기(230)에서 유출되는 냉매를 곧바로 압축기(220)로 안내하는 바이패스밸브(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공조시스템은,
    상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 제1제습용증발관(170)과 상기 가습기(120)의 사이에 설치되는 제2제습용증발관(180);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공조시스템은,
    상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 상기 가습기(120)의 유체 표면에 설치되는 제1가습조증발관(190)과;
    상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 상기 가습기(120)의 유체 내부에 설치되는 제2가습조증발관(200);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공조시스템은,
    상기 유입관(R1)과 상기 유출관(R2) 사이에 직렬로 연결되는 것으로서, 유입되는 냉매의 흐름량을 조절하는 냉매흐름량조절수단 및 그 냉매흐름량조절수단을 경유한 냉매가 유입되며 제1제습용증발관(170)과 상기 가습기(120)의 사이에 설치되는 제2제습용증발관(180);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉매증발압력조절수단은,
    냉매의 고압증발을 유도하기 위한 관체노즐(173)과, 그 관체노줄(173)과 병렬로 연결된 상태에서 직렬로 연결되는 관체노즐(175) 및 솔레노이드밸브(176)로구성된 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉매증발압력조절수단은,
    냉매의 고압증발을 유도하기 위한 모세관(373)과, 그 모세관(373)과 병렬로 연결된 상태에서 직렬로 연결되는 모세관(375) 및 솔레노이드밸브(376)로 구성된 것을 특징으로 하는 항온항습장치. 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 냉매증발압력조절수단은,
    냉매의 고압증발을 유도하기 위한 관체노즐(173)과, 그 관체노줄(173)과 병렬로 연결되는 스태핑모터가 설치된 다이이프램형 니들밸브(276)로 구성된 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  10. 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매흐름량조절수단은, 냉매를 일정하게 흐르게 하는 관체노즐(151)(153)(171)(181)(191)(201)(221) 또는 모세관(251)(253)(271)(281)(291)(301)
    (321)과, 그 관체노즐 또는 모세관과 직렬로 연결된 솔레노이드밸브(152)(154)(172)(182)(192)(202)(222)로 구성된 것을 특징으로 하는항온항습장치.
  11. 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매흐름량조절수단은, 스태핑모터가 설치된 다이이프램형 니들밸브(452)(454)(472)(482)(492)(502)(540)인 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 바이패스밸브(240)는, 냉매를 일정하게 흐르게 하는 관체노즐(241) 또는 모세관(341)과, 그 관체노즐 또는 모세관과 직렬로 연결된 솔레노이드밸브(242)로 구성된 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 바이패스밸브(540)는, 스태핑모터가 설치된 다이이프램형 니들밸브(540)인 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 가습기(120)는, 유체의 내부에 설치되는 가습히터(122)를 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 가습기(120)는, 유체의 내부에 설치되는 가습히터(122)를 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치.
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