KR100673311B1 - 칠러 겸용 항온항습기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칠러(chiller) 겸용 항온항습기에 관한 것으로, 제 1 압축기 및 제 2 압축기; 상기 제 1 압축기에 연결되어 제 1의 냉매순환사이클을 형성하는 제 1 실외기 및 제 1 증발기; 상기 제 2 압축기에 연결되어 제 2의 냉매순환사이클을 형성하는 제 2 실외기 및 제 2 증발기; 및 상기 제 2 압축기와 제 2 실외기 사이에 상기 제 2 증발기와 병렬로 설치되어 제 3의 냉매순환사이클을 형성하고, 발열 장비의 냉각에 필요한 냉각수를 생성하는 열교환기;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 적은 비용으로 칠러 및 항온항습기를 제조 및 설치할 수 있고, 설치 공간이 협소한 방에도 칠러 및 항온항습기를 설치할 수 있게 되며, 적은 소비 전력으로 청결한 가습 및 효과적인 난방을 할 수 있을 뿐만 아니라, 증발기 및 열교환기의 코일의 결빙을 용이하게 해빙할 수 있는 장점이 있다.
항온항습기, 칠러, 열교환기, 증발기, 가습기

Description

칠러 겸용 항온항습기{COMBINED THERMO-HYGROSTAT AND CHILLER}
도 1은 본 발명에 따른 칠러 겸용 항온항습기의 블럭도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 제 1 압축기 3 : 제 2 압축기
5 : 제 1 콘덴서 7 : 제 2 콘덴서
6, 8 : 냉각팬 9 : 제 1 증발기
11 : 제 2 증발기 13 : 열교환기
14. 16 : 발열장비 연결부 15 : 펌프
17 : 냉각수 탱크 19 : 송풍기
21, 23 : 세라믹히터 25 : 제어부
27 : 프리카본필터 29 : 자외선램프관
31 : 노즐 33 : 기화식 가습 엘레먼트
35 : 온습센서 37 : 공기흡입구
39a : 하우징 본체 39b : 상부덕트
39c : 냉각수 탱크 수납부 E1 ~ E3 : 팽찰밸브
P1~P18 : 냉매관 S1 ~ S6 : 솔레노이드밸브
W1 ~ W10 : 냉각수배관 C1 ~ C6 : 코크
본 발명은 칠러(chiller) 겸용 항온항습기에 관한 것으로, 더 상세하게는 실내 공기의 온도 및 습도를 일정하게 유지시켜 줄 뿐 만 아니라, MRI, CT 등 발열장비에 냉각수를 순환시켜 이들 장비를 냉각시켜 줄 수 있는 칠러 겸용 항온항습기에 관한 것이다.
항온항습기는 냉매순환사이클(압축기, 콘덴서, 증발기 등으로 구성됨), 가습기 및 히터를 구비하여 냉방 운전, 제습운전, 가습 운전 및 제습 운전을 통하여 실내 공기의 온도 및 습도를 일정한 상태로 유지하는 데 사용한다.
칠러는 MRI(Magnetic Resonance Imaging), CT(Computed Tomography) 등 발열장비(이하, 단순히 "발열장비"라고 함)의 냉각에 필요한 냉각수를 생성하여 공급하는 장치로, 압축기, 콘덴서, 열교환기 등을 하우징 내부에 배치하여 이루어 지고, 냉매순환사이클을 통하여 열교환기에서 냉각수를 생성한 후 이를 발열장비에 순환시킴으로서 발열장비를 냉각한다.
종래, 발열장비가 설치된 방이나 이에 인접한 방에는 칠러가 설치되어 발열장비에 필요한 냉각수를 공급한다. 그러나, 발열장비와 칠러가 함께 설치된 방이나, 칠러가 설치된 방에는 발열장비의 정상적인 동작을 위하여 또는 발열장비의 사용자를 위하여 항상 일정한 온도 및 습도를 유지할 필요가 있다. 이를 위하여, 항온항습기를 발열장비와 칠러가 함께 설치된 방이나, 칠러가 설치된 방에 별도로 설치하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 칠러와 항온항습기를 별도로 설치할 경우 지나치게 많은 설치 공간을 차지하게 되고, 설치작업이 번거로울 뿐만 아니라, 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다. 발열장비 또는 칠러가 설치된 방의 공간이 협소한 경우에는 칠러 외에 항온항습기를 설치하는 것은 단념하여야 하는 문제점도 있다. 더구나, 항온항습기와 칠러를 별도로 설치할 경우, 발열장비의 발열량이 비교적 적어 칠러의 사용이 간헐적인 경우에도, 항온항습기는 칠러의 냉매순환사이클을 사용하여 냉방 기능을 강화하지 못하고, 실내 공기의 냉방에 필요한 대용량의 압축기를 사용하는 문제점도 있다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명은 설치 공간을 최소화하고 제작 비용을 절약하면서, 발열장비에 대한 냉각수 공급과 실내 공기의 항온 항습 기능을 효과적으로 수행할 수 있는 칠러 겸용 항온항습기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 적은 소비 전력으로 청결한 가습을 할 수 있는 칠러 겸용 항온항습기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 적은 소비 전력으로 효과적으로 난방할 수 있는 칠러 겸용 항온항습기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 증발기 및 열교환기의 코일이 결빙되어 냉매 순환이 원활하지 않을 경우, 용이하게 결빙을 해소하여 냉매 순환을 정상화할 수 있는 칠러 겸용 항온항습기를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 칠러 겸용 항온항습기는
제 1 압축기 및 제 2 압축기;
상기 제 1 압축기에 연결되어 제 1의 냉매순환사이클을 형성하는 제 1 실외기 및 제 1 증발기;
상기 제 2 압축기에 연결되어 제 2의 냉매순환사이클을 형성하는 제 2 실외기 및 제 2 증발기; 및
상기 제 2 압축기와 제 2 실외기 사이에 상기 제 2 증발기와 병렬로 설치되어 제 3의 냉매순환사이클을 형성하고, 발열 장비의 냉각에 필요한 냉각수를 생성하는 열교환기;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 가습을 위하여, 상기 증발기와 인접하여 설치되고, 증발기를 지난 유입 공기가 통과하면서 물을 기화시켜 가습될 수 있는 기화식 가습 엘레먼트를 구비한다.
또한, 상기 기화식 가습 엘레먼트를 통과한 공기가 실내에 배출되기 직전에 가열될 수 있게 공기 배출구에는 판형의 세라믹히터를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 증발기, 제 2 증발기 및 열교환기의 팽창밸브에는 팽창밸브와 병렬로 바이패스관과 바이패스관을 개폐할 수 있는 솔레노이드밸브를 더 구비하여, 상기 증발기 또는 열교환기의 코일이 결빙될 경우 코일에 고압 액체 냉매를 직접 투입함으로써, 결빙을 해소할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 칠러 겸용 항온항습기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 칠러 겸용 항온항습기의 블럭도이다.
도 1에서 제 1 증발기(9) 우측에 도시된 점선은 공기흡입구(37)를 나타내고, 여기에서 연장되어 도시된 실선은 하우징을 나타낸다. 하우징은 하우징 본체(39a), 상기 하우징 본체(39a)와 송풍기(19)를 통하여 연결되고 공기 배출구가 형성된 상 부 덕트(39b) 및 냉각수 탱크 수납부(39c)로 구성된다. 상기 하우징 본체(39a)에는 증발기(9, 11), 열교환기(13), 기화식 가습 엘레먼트(33)가 구비되며, 콘덴서(5, 7)는 실외에 배치된다. 도 1에는 제 1 압축기(1) 및 제 2 압축기(3)가 하우징 본체(39a)에 내부에 구비된 경우를 도시하고 있지만, 필요에 따라서는 실외기에 콘덴서(5, 7)와 함께 설치할 수도 있다. 냉매순환사이클에는 오일분리기(Oil Seperator), 수액기(Liquid Receiver), 필터드라이어(Filter Dryer), 축압기(Accumulator) 등이 더 구비될 수 있으나, 도 1에는 이들 부품들은 생략하고 도시하였다. 그러나, 당업자라면 누구라도 필요에 따라 이들 부품을 더 추가하여 냉매순환사이클을 구성할 수 있는 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 특징은 비교적 용량이 크지 않은 2개의 압축기(1, 3), 2개의 콘덴서(5, 7), 2개의 증발기(9, 11) 및 1개의 열교환기(13)를 이용하여, 3개의 냉매순환사이클을 형성하고, 각 냉매순환사이클을 필요에 따라 선택적으로 또는 동시적으로 운전할 수 있게 한 데 특징이 있다. 2개의 콘덴서(5,7)는 방열량이 큰 1개의 콘덴서로 대체하여 사용하는 것이 가능하며, 그러한 경우에도 본원 발명과 균등한 것에 지나지 않는다. 여기에서, 2개의 증발기(9, 11)는 냉방 운전 및 제습 운전에 사용되고, 1개의 열교환기(13)는 냉각수 탱크(17)의 물을 유입하여 냉각한 후 발열장비(도면 미도시)에 공급하는데 사용한다.
3개의 냉매순환사이클 가운데 제 1의 냉매순환사이클은 제 1 압축기(1)->냉 매관 P1->제 1 콘덴서(5)->냉매관 P2->팽창밸브 E1-> 냉매관 P3 및 P5->제 1 증발기(9)->냉매관 P6->제 1 압축기(1)을 경유하는 사이클이며, 이러한 냉매순환사이클은 냉방 운전 및 제습 운전시 가동된다.
본 발명의 특징은 제 2 압축기(3)를 이용하여 2개의 냉매순환사이클을 형성한 데 있다. 즉, 제 2 압축기(3)와 제 2 콘덴서(7) 사이에 제 2 증발기(11)와 연결되는 제 2의 냉매순환사이클과, 열교환기(13)와 연결되는 제 3의 냉매순환사이클을 병렬로 구비하여, 이들 2개의 냉매순환사이클을 선택적으로 또는 동시적으로 사용할 수 있게 특징이 있는 것이다.
이러한 구성에 의하면, 상기 제 2의 냉매순환사이클은 제 2 압축기(3)->냉매관 P7->제 2 콘덴서(7)->냉매관 P8->냉매관 P9->팽창밸브 E2->냉매관 P10-> 및 P12->제2증발기(11)->냉매관 P13->냉매관 P18->제 2 압축기(3)를 경유하게 되며, 이 사이클을 통한 냉매의 순환은 냉매관 P9에 구비된 솔레노이드밸브 S6에 의하여 단속된다. 즉, 상기 제 1의 냉매순환사이클에 의한 냉방운전 및 제습 운전만으로는 충분한 냉방 운전 및 제습 운전이 이루어 지지 않는 경우, 보충적으로 상기 솔레노이드밸브 S6을 열어 제 2의 냉매순환사이클도 동작하게 하는 것이다.
또한, 상기 제 3의 냉매순환사이클은 제 2 압축기(3)->냉매관 P7->제 2 콘덴서(7)->냉매관 P8->냉매관 P14->팽창밸브 E3->냉매관 P15-> 열교환기(13)->냉매관 P17->냉매관 P18->제 2 압축기(3)을 경유하게 되며, 이 사이클을 통한 냉매의 순환은 냉매관 P14에 구비된 솔레노이드밸브 S5에 의하여 단속된다. 즉, 냉각수배관 W1, 펌프(15) 및 냉각수배관 W2에 의하여 상기 열교환기(13)에 연결된 냉각수 탱크(17)에 온도 센서(18)를 구비하고, 상기 냉각수 탱크의 냉각수 온도가 일정 온도 이하로 떨어지면, 제어부(25)는 상기 제 2 압축기(3)를 가동함 아울러 솔레노이드밸브 S5를 열고, 제 3의 냉매순환사이클로 냉매가 순환되게 하며, 이러한 운전에 의하여 상기 열교환기(13)에서 냉각수가 생성되게 된다. 이렇게 생성된 냉각수는 열교환기(13)->냉각수배관 W4->냉각수배관 W5->냉각수배관 W6->발열장비 연결부(14)를 거쳐 발열장비에 공급되고, 발열장비에서 냉각에 사용된 냉각수는 발열장비 연결부(16)->냉각수배관 W10->냉각수배관 W9->냉각수배관 W8을 경유하여 냉각수 탱크(17)에 저장되고, 상기 제어부(25)에 의하여 제어되는 펌프(15)의 구동에 의하여 냉각수배관 W1->펌프(15)->냉각수배관 W2-> 냉각수배관 W3를 경유하여 열교환기에 유입된다. 상기 각 냉각수배관(W1~W10)들 사이에는 냉각수를 차단할 수 있는 코크(C2~C5)를 구비하며, 정상적인 냉각수 순환 고정에서 코크 C5는 닫혀 있고 나머지 코크(C2~C3)는 열려 있다.코크 C5는, 발열장비측으로 공급하는 냉각수의 양을 줄일 필요가 있는 경우, 약간 열어 열교환기(13)에서 생성된 냉각수를 바로 냉각수 냉크(17)에 저장하는 데 사용한다.
본 발명의 다른 특징은 상기 증발기(9, 11)에 인접하여 기화식 가습 엘레먼트(33)를 설치하고, 상기 기화식 가습 엘레먼트(33)에 정수 및 살균된 물을 분사할 수 있는 살수장치를 구비하여, 증발기를 지난 유입 공기가 기화식 가습 엘레먼트(33)를 통과하면서 물을 증발하게 함으로써 가습이 이루어 질 수 있게 한 데 있다.
상기 기화식 가습 엘레먼트(33)는 상 방향의 경사를 갖는 주름이 형성된 시트와 하 방향의 경사를 갖는 주름이 형성된 시트를 교대로 다수 중첩하여 판상형으로 만든 기화식 가습 엘레먼트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 시트는 셀룰로스, 수지함침 셀룰로스, 석면사, 유리섬유, 수지함침 유리섬유, 합성 수지사 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 소재로 성형될 수 있다.
상기 살수장치는 상수도 등 직수에 연결된 호스(H1~H5)와, 상기 호스의 중간에 연결되어 중금속을 흡착함으로써 수도물을 정수하는 프리카본필터(27)와, 상기 프리카본필터(27)를 경유한 물에 남아 있는 대장균 등 병원균을 살균하여 위생적인 청정수를 만드는 자외선램프관(29)과, 상기 호스의 선단에 구비되고 상기 기화식 가습 엘레먼트(33)의 상부에 배치되어 물을 뿌리는 노즐(31)을 포함하여 구성된다. 상기 호스에는 솔레노이드밸브 S4를 구비하고, 제어부는 온습센서(35)에서 읽어 들인 현재 습도값과 설정 습도값을 비교하여, 현재 습도가 설정 습도보다 낮으면 상기 솔레노이드밸브 S4를 열어 가습 운전을 하게 된다.
상기 제어부(25)가 상기 송풍기(19)를 구동하면, 공기흡입구(37)를 통과한 공기는 증발기(9, 11) 및 기화식 가습 엘레먼트(33)를 거친 후 송풍기(19)를 지나 하우징의 상부 덕트(39b)로 유입된다. 본 발명의 또 다른 특징은 상기 상부 덕트(39b)의 공기 배출구에 공기 배출구의 크기와 일치하는 면적을 가진 판형의 세라믹히터(21, 23)를 구비하고, 난방 운전시, 상기 제어부(25)의 제어에 의하여 송풍기(19)의 구동과 더불어 방열하게 한 데 있다. 상기 세라믹 히터(21, 23)는 띠상의 방열판을 다수 접철하여 배치함으로써 그 틈 사이로 공기가 통과할 수 있게 한 것으로, 방열판 중간에 세라믹이 충진되어 방열시 원적외선이 방출된다. 외부로 배출되는 모든 공기는 방열판 사이를 통과하게 되므로, 매우 효과적인 난방이 가능하게 된다.
본 발명의 또 다른 특징은 제 1 증발기(9)용 팽창밸브(E1), 제 2 증발기(11)용 팽창밸브(E2) 및 열교환기(13)용 팽창밸브(E3)에 이들 팽창밸브(E1, E2, E3)와 병렬로 바이패스관(P4, P11, P16) 및 바이패스관을 개폐할 수 있는 솔레노이드밸브(S1, S2, S3)를 구비하고, 증발기(9, 11)와 열교환기(13)의 냉매출력관(P6, P13, P17)의 압력이 지나치게 저하된 경우 또는 증발기(9, 11)와 열교환기(13)의 냉매입력(P2, P8, P14)의 압력이 지나치게 증가된 경우, 증발기(9, 11)의 코일 또는 열교환기(13)의 코일이 결빙된 것으로 판단하여, 상기 솔레노이드밸브(S1, S2, S3)를 열어 주도록 구성한 점에 있다. 이렇게 함으로써, 압력이 저하되지 않은 냉매액을 직접 증발기(9, 11)의 코일 또는 열교환기(13)의 코일에 투입하게 되어 빠른 해빙이 이루어 지게 된다. 항온항습기에는 일반적으로 증발기(9, 11)와 열교환기(13)의 냉매출력관(P6, P13, P17) 또는 냉매입력(P2, P8, P14)의 압력을 측정하는 압력계( 도면 미도시)가 구비되며, 제어부(25)는 이 압력을 읽어 들여 증발기 코일 또는 열교환기 코일의 결빙을 판단하게 되고, 상기 솔레노이드밸브(S1, S2, S3)를 개폐 제어한다.
본 발명에 의하면, 적은 비용으로 칠러 및 항온항습기를 제조 및 설치할 수 있고, 설치 공간이 협소한 방에도 칠러 및 항온항습기를 설치할 수 있게 되며, 적은 소비 전력으로 청결한 가습 및 효과적인 난방을 할 수 있을 뿐만 아니라, 증발기 및 열교환기의 코일의 결빙을 용이하게 해빙할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명에 따른 칠러 겸용 항온항습기를 도면에 도시된 실시 예에 의하여 설명하였지만, 본 발명의 보호 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여서만 결정되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 제 1 압축기 및 제 2 압축기, 상기 제 1 압축기에 연결되어 제 1의 냉매순환사이클을 형성하는 제 1 콘덴서 및 제 1 증발기, 상기 제 2 압축기에 연결되어 제 2의 냉매순환사이클을 형성하는 제 2 콘덴서 및 제 2 증발기, 상기 제 2 압축기와 제 2 콘덴서 사이에 상기 제 2 증발기와 병렬로 설치되어 제 3의 냉매순환사이클을 형성하고, 발열 장비의 냉각에 필요한 냉각수를 생성하는 열교환기 및 상기 제 2 증발기와 인접하여 설치되고 제 2 증발기를 지난 유입 공기가 통과하면서 물을 기화시켜 가습될 수 있는 기화식 가습 엘레먼트를 갖는 칠러 겸용 항온항습기에 있어서,
    상기 기화식 가습 엘레먼트를 통과한 공기가 실내에 배출되기 직전에 가열될 수 있게 공기 배출구에는 판형의 세라믹히터를 구비한 것을 특징으로 하는 칠러 겸용 항온항습기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 증발기, 제 2 증발기 및 열교환기의 팽창밸브에는 팽창밸브와 병렬로 바이패스관과 바이패스관을 개폐할 수 있는 솔레노이드밸브를 더 구비하여, 상기 증발기 또는 열교환기의 코일이 결빙될 경우 코일에 고압 액체 냉매를 직접 투입할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 칠러 겸용 항온항습기.
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