KR100416348B1 - 항온 항습 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항온 항습 시스템에 관한 것으로서, 실험대상물이 배치되는 챔버(20)와; 챔버(20) 내부의 온도를 상승시키기 위한 가온히터(21)와; 챔버(20) 내부에서 공기를 순환시키는 송풍기(23)와; 챔버(20) 내부에 배치되어 냉각 및/또는 제습을 하기 위한 증발관(24), 증발관(24)을 경유한 냉매를 압축하는 압축기(27), 압축기(27)에 의하여 압축된 냉매로부터 열을 방출하는 방열기(28), 증발관(24)으로 유입되는 냉매의 증발을 유도하는 제1증발변(32)을 가지는 공조시스템;을 구비하여 된 항온 항습 시스템에 있어서, 증발관(24)은, 송풍기(23)에 근접한 지점에 설치되는 제1증발관(25)과, 그 제1증발관(25)과 직렬로 연결되어 상기 송풍기(23)에서 먼 지점에 설치되는 제2증발관(26)을 포함하고, 제1증발관(25)에는 냉매의 고압증발을 유도하기 위한 적어도 하나 이상의 제2,3증발변(33)(34)이 설치된 것을 특징으로 한다. 이러한 구조의 항온 항습 시스템은, 가동을 하는 과정에서 제상 과정을 필요로 하지 않는다는 효과가 있다.

Description

항온 항습 시스템{System for maintaining Constant temperature and humidity}

본 발명은 온도 조절이나 또는 온/습도의 조절이 가능한 항온 항습 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 보다 제상을 할 필요가 없는 항온 항습 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 항온 항습 시스템의 제1실시예의 구성도이고, 도 2는 도 1에 채용되는 냉각시스템의 구성도이며, 도 3은 종래 항온 항습 시스템의 제2실시예의 구성도이고, 도 4는 도2에 채용되는 냉각시스템의 구성도이다.

도 1,2를 참조하면, 항온 항습 시스템의 제1실시예는, 실험대상물이 배치되는 챔버(10)와, 챔버(10) 내부의 온도조절을 위한 가온히터(11)와, 챔버(10) 내부 공기의 순환을 위한 송풍기(13)와, 챔버(10) 내부의 온도를 조절하기 위한 냉각시스템으로 구성된다.

냉각시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(10)의 내부에 설치되는 것으로서 방열핀이 다수 설치되며 주위의 온도를 흡열하는 증발관(14)과, 상기 증발관(14)을 경유한 고온저압의 냉매 기체를 고압기체로 압축하는 압축기(15)와, 고온고압의 냉매기체를 고압의 액상냉매로 변화시키면서 냉매의 열을 응축열로써 외기로 방출하는 방열기(16)를 포함하고, 증발관(14)으로 유입되는 고압의 액상냉매가 증발이 용이해지도록 압력을 낮추어주는 증발변(17)을 더 포함한다.

도 3,4를 참조하면, 항온 항습 시스템의 제2실시예는, 도1,2에 도시된 구성에 가습기(12)를 설치함으로써 구현된다. 가습기(12)는 물이 수용되는 수조(12b)와 그 내부에 배치되어 물을 가열하는 가습히터(12a)로 구성된다. 가열된 물은 그 표면을 흐르는 공기에 의해 기화되어 챔버(10) 내의 습도가 증가된다.

상기한 도 1 내지 도 4 에 도시된 냉각시스템은, 방열기(16)에서 유출되는 고압의 액상냉매는 증발변(17)을 통과하면서 증발관(14)에서 증발되어 주위의 잠열을 흡수하고, 이에 따라 증발관(14)은 챔버(10) 내부의 온도 및/또는 습도를 낮추게 된다. 이후, 열을 흡수한 고온 저압의 기체 냉매는 압축기(15)를 통하면서 고온 고압의 기체가 되어 방열기(16)를 통과하고, 고온의 열은 외기에 의하여 식혀지면서 고압의 액상 상태가 되는 쿨링 사이클을 이루게 된다. 이 과정을 통하여 챔버(10) 내부의 공기로부터 열이 흡수되고 수증기가 제거됨에 따라 온도 및/또는습도가 낮아지게 된다.

그런데, 상기와 같은 구조의 항온 항습 시스템에 있어서, 증발관(14)이 냉각과 제습을 동시에 수행하므로, 만약 증발관(14)의 온도가 영하로 내려가면 챔버(10)의 수분이 증발관(14)에 결빙되며, 시간이 지남에 따라 결빙의 크기가 자라면 공기의 순환을 방해되어 결국 냉각 혹은 제습 효과가 낮아진다. 따라서, 일정시간마다 여러 가지의 방법으로 증발관(14)을 데워서 형성된 결빙을 제거하는 제상 과정을 실시하였다. 이 제상과정에서 온도 혹은 습도의 심한 변화가 있다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 제상 과정이 필요없는 항온 항습 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 다른 목적은, 상온 이상의 고온 영역에서 온도 및/또는 습도 조절을 용이하게 할 수 있는 항온 항습 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 항온 항습 시스템의 제1실시예의 구성도,

도 2는 도 1에 채용되는 냉각시스템의 구성도,

도 3은 종래 항온 항습 시스템의 제2실시예의 구성도,

도 4는 도2에 채용되는 냉각시스템의 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 항온 항습 시스템의 제1실시예의 구성도,

도 6은 도 5에 채용되는 냉각시스템의 구성도,

도 7은 도 5에 채용되는 냉각시스템에 있어서, 증발관에 방열핀이 설치된 상태를 도시한 도면,

도 8은 본 발명에 따른 항온 항습 시스템의 제2실시예의 구성도,

도 9는 도 8에 채용되는 냉각시스템의 구성도,

도 10은 소정 직경의 관통공(d1)이 형성된 관체노즐,

도 11은 소정 직경의 관통공(d2)이 형성된 모세관,

도 12는 소정 직경의 관통공(d3)이 형성된 오리피스.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

20 ... 챔버 21 ... 가온히터

22 ... 가습기 22a ... 가습조

22b ... 가습히터 23 ... 송풍기

24 ... 증발관 25 ... 제1증발관

25a ... 방열핀 26 ... 제2증발관

27 ... 압축기 28 ... 방열기

29 ... 바이패스라인 31 ... 제1솔레노이드밸브

32 ... 제1증발변 33,34 ... 제2,3증발변

35 ... 제4증발변 36 ... 제2솔레노이드밸브

37 ... 센서 38 ... 온도조절기

R1, R2 ... 냉매흐름관

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 항온 항습 시스템은,실험대상물이 배치되는 챔버(20)와; 상기 챔버(20) 내부의 온도를 상승시키기 위한 가온히터(21)와; 상기 챔버(20) 내부에서 공기를 순환시키는 송풍기(23)와; 상기 챔버(20) 내부에 배치되어 냉각 및/또는 제습을 하기 위한 증발관(24), 상기 증발관을 경유한 냉매를 압축하는 압축기(27), 상기 압축기(27)에 의하여 압축된 냉매로부터 열을 방출하는 방열기(28), 상기 증발관(24)으로 유입되는 냉매의 증발을 유도하는 제1증발변(32)을 가지는 냉각시스템;을 구비하여 된 항온 항습 시스템에 있어서,상기 증발관(24)은, 상기 송풍기(23)에 근접한 지점에 설치되는 제1증발관(25)과, 그 제1증발관(25)과 직렬로 연결되어 상기 송풍기(23)에서 먼 지점에 설치되는 제2증발관(26)을 포함하고;상기 제1증발관(25)에는, 냉매의 고압증발을 유도하기 위한 적어도 하나 이상의 제2,3증발변(33)(34)이 설치되며;상기 압축기(27)와 상기 방열기(28) 사이에는, 그 방열기(28)를 경유한 냉매를 증발시켜 상기 압축기(27)로 안내하는 바이패스라인(29)이 설치되고;상기 제2증발관(26)과 연결된 냉매흐름관(R2)에는 그 제2증발관(26)을 경유한 냉매의 온도를 감지하기 위한 센서(37)가 설치되며;상기 바이패스라인(29)에는, 흐르는 냉매량을 일정하게 하는 제4증발변(35)과, 상기 센서(37)에서 감지한 온도에 의하여 상기 제4증발변(35)으로 흐르는 냉매량을 제어하는 제2솔레노이드밸브(36);가 설치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 냉각시스템은, 상기 챔버(20) 내부의 습도를 조절하기 위한 것으로서, 상기 제2증발관(26)에 근접하게 설치되며, 액체가 수용되는 가습조(22a)와 그 액체 내부에 설치된 가습히터(22b)로 구성되는 가습기(22)를 더 포함한다. 이때, 상기 액체 내부에 설치되는 것으로서, 상기 제2증발관(26)으로부터 분기되는 가습조증발관(26a)을 더 포함한다.

그리고, 상기 제1,2,3,4증발변(32)(33)(34)(35)은, 소정 직경의 관통공(d1)이 형성된 관체노즐 또는 관통공(d2)이 형성된 모세관 또는 관통공(d3)이 형성된오리피스인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 항온 항습 시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 항온 항습 시스템의 제1실시예의 구성도이고, 도 6은 도 5에 채용되는 냉각시스템의 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 항온 항습 시스템은, 실험대상물이 배치되는 챔버(20)와, 챔버(20)내의 온도를 상승시키기 위한 가온히터(21)와, 챔버(20) 내부에서 공기를 순환시키는 송풍기(23)와, 챔버(20) 내부의 온도를 조절하기 위한 냉각시스템을 갖는다. 챔버(20)는 외부와의 열전달을 최대한 방지하기 위하여 단열이 되어 있고, 가온히터(21)는 공급되는 전기에 의하여 발열하는 것을 사용한다.

냉각시스템은, 도시된 바와 같이, 챔버(20) 내부의 온도를 낮추기 위한 것으로서, 챔버(20) 내부에 배치되어 냉각 및/또는 제습을 하기 위한 증발관(24)과, 증발관(24)을 경유한 냉매를 압축하는 압축기(27)와, 압축기(27)에 의하여 압축된 냉매로부터 열을 방출하는 방열기(28)와, 방열기(28)를 경유한 냉매를 외부에서 증발시켜 압축기(27)로 안내하는 바이패스라인(by-pass line)(29)과, 증발관(24)으로 유입되는 냉매의 증발을 유도하는 제1증발변(32) 및 제1증발변(32)으로 흐르는 냉매량을 제어하는 제1솔레노이드밸브(31)를 포함한다.

증발관(24)은, 송풍기(23)에 근접한 지점에 설치되는 제1증발관(25)과, 그 제1증발관(25)과 직렬로 연결되어 상기 송풍기(23)에서 먼 지점에 설치되는 제2증발관(26)을 포함한다.

제1증발관(25)은 공기를 냉각시키기 위한 냉각용 증발관으로써, 공기중의 습기가 증발관에 결빙되는 현상을 방지하고 냉매의 고압증발을 유도하기 위하여 적어도 하나 이상, 본 실시예에서는 2개의 제2,3증발변(33)(34)이 설치되어 있다. 제1증발관(25)은 송풍기(23)의 근접된 위치, 즉 공기의 흐름이 생성되는 위치에 설치됨으로써 공기를 냉각시키는데 사용된다. 이때, 상기 제1증발관(25)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 방열핀(25a)을 설치할 수도 있다.

제2증발관(26)은 제습을 위한 제습용 증발관으로 사용된다. 제2증발관(26)에는 상기와 같은 제2,3증발변(33)(34)이 설치되어 있지 않음으로써 냉매가 저압증발되고, 따라서 그 증발온도가 냉매의 증발온도까지 내려가므로, 실질적으로 제2증발관(26)의 온도는 제1증발관(25)에 비하여 낮아진다. 제2증발관(26)은 송풍기(23)에서 먼 위치나 챔버의 벽면에 설치됨으로써 성애가 많이 발생하더라도 공기의 흐름을 방해하지 않는다.

바이패스라인(29)에는, 흐르는 냉매량을 일정하게 하는 제4증발변(35)과, 그 제4증발변(35)으로 흐르는 냉매량을 제어하는 제2솔레노이드밸브(36)를 포함한다.

제2증발관(26)과 연결되어 냉매가 흐르는 냉매흐름관(R2)에는, 제2증발관(24)을 경유하는 냉매의 온도를 감지하기 위한 센서(37)와, 그 감지된 온도에 따라 제2솔레노이드밸브(36)의 개폐를 제어하는 온도조절기(38)를 더 포함한다. 냉매의 온도가 적정온도 이상일 경우에, 센서(37)는 이를 감지하여 제2솔레노이드밸브(36)를 개방함으로서, 제4증발변(35)을 거쳐 증발된 저온의 냉매를 냉매흐름관(R2)으로 유입시켜 압축기(27)로 유입되는 냉매의 온도를 낮춘다.

상기와 같은 구조의 항온 항습 시스템의 제1실시예의 동작을 설명한다.

항온 항습 시스템의 제1실시예는, 제1증발관(25)에서 냉매가 제2,3증발변(33)(34)에 의하여 고압 증발되고, 따라서, 상대적으로 높은 증발온도(0℃ 부근)를 얻을 수 있다. 따라서, 제1증발관(25)에는 결빙이나 성애가 자라지 않게 된다. 이러한 제1증발관(25)은 송풍기(23)의 공기순환 경로에 넓게 위치시켜 공기의 냉각용으로 사용한다.

한편, 제2,3증발변(33)(34)이 채용되지 않은 제2증발관(26)에서는 냉매는 저압 증발되고, 제2증발관(26)의 온도는 냉매의 증발온도까지 내려간다. 즉, 제2증발관(26)의 온도는 제1증발관(25)에 비하여 매우 낮아지는 것이다. 따라서, 제2증발관(26)에서 성애가 자랄 수 있지만, 제2증발관(26)은 송풍기에서 먼 위치나 챔버의 벽면부위에 설치되므로, 성애가 크게 발생하더라도 공기의 흐름을 방해하지 않게 된다.

만약, 제1증발관(25)의 온도가 영하의 온도가 되어 그 표면에 성애가 일부 발생한다 하더라도, 제2증발관(26)의 온도는 항상 제1증발관(25)의 온도보다 낮아지므로, 성애의 대부분은 제2증발관(26)에 발생하게 된다. 제1증발관(25)에 발생한 성애는 챔버(20) 내부의 습도가 낮으므로 곧 승화되는데, 승화된 증기는 공기와 함께 순환된 후 제2증발관(26)에 의하여 포집되므로, 결과적으로 제1증발관(25)에서는 더 이상 성애가 자라지 않게 된다.

특히, 제2증발관(26)에서 성애가 성장하여 어느정도 이상의 두께로 자라나면, 성애 표면의 온도는 더 이상 제2증발관(26)에 의하여 낮아지지 않게 되고, 성애 표면의 온도는 주변을 흐르는 공기의 온도와 평형을 이루어 더 이상 성애가 성장하지 않게 된다.

챔버(20)가 외부와 완전히 차단될 경우에는, 외부로부터 습기의 공급이 차단되므로 저온의 제2증발관(26)이 그대로 공기 흐름속에 노출된다. 이때부터 챔버(20) 내부를 영하로 냉각할 수 있게 된다.

한편, 압축기(27)로 유입되는 냉매의 온도가 과도하게 높을 때에는, 냉매흐름관(R2)에 설치된 센서(37)가 이를 감지하여 온도에 관한 신호를 온도조절기(38)로 전송하고, 온도조절기(38)는 감지된 온도에 따라 제2솔레노이드밸브(36)의 개방한다. 그러면, 방열기(28)를 경유한 냉매는 제4증발변(35)을 거쳐 증발된 후 저온 상태가 되고, 저온 상태의 냉매는 냉매흐름관(R2)으로 유입되어 증발관(24)으로부터 유입되는 과도하게 높은 온도의 냉매를 낮추어 압축기(27)로 흐르게 한다. 따라서, 고온의 냉매로 인한 압축기의 과부하를 방지하여 파손을 방지하고 수명을 연장한다.

다음, 본 발명에 따른 항온 항습 시스템의 제2실시예를 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 항온 항습 시스템의 제2실시예의 구성도이고, 도 9는 도 8에 채용되는 냉각시스템의 구성도이다. 여기서, 도 5 내지 도 7에서와 동일한 참조 부호는 동일 기능을 하는 동일한 부재이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 항온 항습 시스템은, 제1실시예의 구성에 가습기(22)를 더 구비하는 것에 있다. 즉, 챔버(20) 내부의 습도를 조절하기 위한 것으로서, 제2증발관(26)에 근접하게 가습기(22)가 설치되는 것이다. 가습기(22)는 액체, 본 실시예서는 물이 수용되는 가습조(22a)와 그 물 내부에 설치된 가습히터(22b)로 구성된다. 이때, 물의 내부에는 제2증발관(26)으로부터 분기되는 가습조증발관(26a)이 설치된다.

가습조증발관(26a)은 제2증발관(26)의 마지막 부분에서 2개의 관으로 병렬 연결하여 제2증발관(26) 하부에 설치하는데, 제2증발관(26)에서 미처 증발하지 못한 액상냉매는 자연 낙하되어 가습조증발관(26a)으로 흐르게 된다. 따라서, 가습조증발관(26a)은 가습조(22a)의 물의 냉각시킴으로써, 가습조 표면을 흐르는 공기로부터 증발열을 공급받아 증발하는 수증기의 발생을 억제하므로, 예전에는 불가능하였던 저습 영역의 습도조절이 별도의 기구를 갖추지 않고 가능하게 되었다.

가습조증발관(26a)은 챔버(20)를 순환되는 공기의 에너지에 의한 물의 자연증발을 억제하고, 제습용증발관(26)의 표면온도보다 물의 온도를 낮춤으로써 제습용증발관(26)에 성애가 발생하는 것을 억제하는 증발관이다. 가습조증발관(26a)은 제습용증발관(26)에서 분기되어 가습조(22a)의 내부에 배치되며, 가습조(22a)내의 물의 표면에 접촉되게 배치되는 것이 바람직하다.

도 10은 소정 직경의 관통공(d1)이 형성된 관체노즐이고, 도 11은 소정 직경의 관통공(d2)이 형성된 모세관이며, 도 12는 소정 직경의 관통공(d3)이 형성된 오리피스이다. 상기한 항온 항습 시스템의 제1,2실시예에서의 제1,2,3,4증발변(32)(33)(34)(35)은, 도 10의 관체노즐이나, 도 11의 모세관이나 도 12의 오리피스로 구현할 수 있다. 그러나, 증발변은 냉매의 증발을 유도하고 흐르는 냉매의 양을 일정하게 한다면 다른 구조로 실현할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 항온 항습 시스템은, 다양한 분야에서 적용할 수 있는데, 예를 들면 동,식물을 양육하기 위한 인큐베이터나, 세균등을 배양하기 위한 배양기, 또는 그 이외에 항온과 항습상태를 필요로 하는 분야에 직접 적용할 수 있다.

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 항온 항습 시스템은, 송풍기에 근접되게 설치된 제1증발관과 그 송풍기에서 멀리 떨어지고 가습기에 근접하게 설치된 제2증발관을 채용하고, 이때 제1증발관에는 고압증발을 유도하는 제2증발변을 채용하였다. 따라서, 제1증발관의 냉매의 증발온도가 제2증발관의 냉매의 증발온도보다 높게 구현함으로써, 공기를 냉각시키는 역할을 하는 제1증발관에 성애가 발생하는 것을 억제하여 별도의 제상 과정을 필요없게 할 수 있다는 효과가 있다.

설령 제1증발관에 성애가 발생하더라도 곧이어 제1증발관보다 낮은 온도를 가지는 제2증발관으로 승화되므로 더 이상 성애가 증가하지 않으며, 따라서 성애를 제거하기 위해 종래에 채용하였던 제상기의 사용을 배제할 수 있다

또, 센서 및 온도조절기를 채용하여 바이패스밸브를 가동함으로써 고온의 냉매의 유입으로 인한 압축기의 파손을 방지하고 수명을 연장할 수 있다.

Claims (5)

1. 실험대상물이 배치되는 챔버(20)와; 상기 챔버(20) 내부의 온도를 상승시키기 위한 가온히터(21)와; 상기 챔버(20) 내부에서 공기를 순환시키는 송풍기(23)와; 상기 챔버(20) 내부에 배치되어 냉각 및/또는 제습을 하기 위한 증발관(24), 상기 증발관을 경유한 냉매를 압축하는 압축기(27), 상기 압축기(27)에 의하여 압축된 냉매로부터 열을 방출하는 방열기(28), 상기 증발관(24)으로 유입되는 냉매의 증발을 유도하는 제1증발변(32)을 가지는 냉각시스템;을 구비하여 된 항온 항습 시스템에 있어서,

   상기 증발관(24)은,

   상기 송풍기(23)에 근접한 지점에 설치되는 제1증발관(25)과, 그 제1증발관(25)과 직렬로 연결되어 상기 송풍기(23)에서 먼 지점에 설치되는 제2증발관(26)을 포함하고;

   상기 제1증발관(25)에는, 냉매의 고압증발을 유도하기 위한 적어도 하나 이상의 제2,3증발변(33)(34)이 설치되며;

   상기 압축기(27)와 상기 방열기(28) 사이에는, 그 방열기(28)를 경유한 냉매를 증발시켜 상기 압축기(27)로 안내하는 바이패스라인(29)이 설치되고;

   상기 제2증발관(26)과 연결된 냉매흐름관(R2)에는 그 제2증발관(26)을 경유한 냉매의 온도를 감지하기 위한 센서(37)가 설치되며;

   상기 바이패스라인(29)에는, 흐르는 냉매량을 일정하게 하는 제4증발변(35)과, 상기 센서(37)에서 감지한 온도에 의하여 상기 제4증발변(35)으로 흐르는 냉매량을 제어하는 제2솔레노이드밸브(36);가 설치되는 것을 특징으로 하는 항온 항습 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 냉각시스템은,

   상기 챔버(20) 내부의 습도를 조절하기 위한 것으로서, 상기 제2증발관(26)에 근접하게 설치되며, 액체가 수용되는 가습조(22a)와 그 액체 내부에 설치된 가습히터(22b)로 구성되는 가습기(22)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온 항습 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 액체 내부에 설치되는 것으로서, 상기 제2증발관(26)으로부터 분기되는 가습조증발관(26a)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온 항습 시스템.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증발변(32)(33)(34)(35)은, 소정 직경의 관통공(d1)이 형성된 관체노즐 또는 관통공(d2)이 형성된 모세관 또는 관통공(d3)이 형성된 오리피스인 것을 특징으로 하는 항온 항습 시스템.