KR100702907B1

KR100702907B1 - 에너지절약형 공, 수랭식 히트펌프 항온항습기

Info

Publication number: KR100702907B1
Application number: KR1020060085162A
Authority: KR
Inventors: 황도섭; 황대섭
Original assignee: 황도섭
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2007-04-03
Also published as: WO2008030008A1

Abstract

본 발명은 사계절의 외기온습도 변화에 관계없이 실내의 조건을 항상 일정하게 온습도를 유지, 제어하는 항온항습기에 관한 것으로서, 별도의 난방 및 재열용 전기히터나 가습기용 전기히터가 필요 없이 히트펌프방식의 압축냉동장치로 하절기에 양질의 냉각기능과 재열기능으로 운전 가동됨과 동시에 동절기에 가습기능과 난방기능으로도 가동하여 현저하게 에너지를 절감 할 수 있도록 하는 에너지절약형 공, 수랭식 히트펌프 항온항습기에 관한 것이다.

본 발명의 공랭식 히트펌프 항온항습기는 고온고압의 액 냉매를 저온저압의 냉매로 단열팽창시키는 팽창변(EX1)(EX2), 상기 팽창변(EX1)(EX2)을 통과한 냉매와 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(11), 상기 증발기(11)를 통과하면서 냉매와의 열교환에 의하여 냉각된 공기에 대하여 난방 및 제습을 하기 위하여 상기 고온고압의 액 냉매의 일부를 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 상기 고온고압의 액 냉매와 공기와의 열교환 작용에 의하여 공기의 온습도를 제어하는 재열응축기(12), 내부에 물이 저장되어 있고 전술한 고온고압의 액 냉매의 일부가 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 고온고압의 액 냉매에 의하여 저장된 물을 증발시키는 가습기(13), 순수하게 액 냉매를 상기 팽창변(EX1)(EX2)으로 보내는 수액기(16), 공기가 전술한 증발기(11), 재열응축기(12) 및 가습기(13)를 통과하도록 하고 실내를 순환시키는 송풍기(17), 난방운전시 상기 고온고압의 액 냉매를 상기 재열응축기(12) 또는 상기 재열응축기(12) 및 가습기(13)로만 흐르게 하는 전자변(SV6)(SV10)(SV11) 및 역지변(CV7)을 포함하는 실내기(10); 냉각운전시 전술한 실내기(10)의 증발기(11)를 통과하여 저압가스로 된 후 유입되는 저압의 냉매가스에 함유된 냉매 액을 분리하고 난방운전시 과냉각과열기(SRH)에서 과열된 냉매가스에 포함되어 있는 액을 분리하는 액 분리기(ACC), 상기 액 분리기(ACC)로부터 유입된 냉매가스를 압축하여 고온고압의 가스로 변화시키는 압축기(COM1)(COM2), 냉각운전시 상기 압축기(COM1)(COM2)로부터 유입된 냉매가스를 응축하여 고온고압의 액 냉매로 응축하고, 난방운전시 외기온도보다 차가운 상태로 유입되는 냉매와 공기가 열교환하여 냉매를 증발시키는 응축 및 증발기(21), 상기 응축 및 증발기(21)에 공기를 흐르게 하는 프로펠러 펜(22), 난방운전시 상기 실내기로부터 유입하는 고압 액 냉매와 상기 응축 및 증발기(21)로부터 유입하는 차가운 저온저압 냉매가스에 대하여 과냉각 및 과열 작용을 행하는 과냉각과열기(SRH), 난방운전시 상기 과냉각과열기(SRH)에서 과냉각된 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 외기온도보다 차가운 냉매로 변화시켜 상기 응축 및 증발기(22)로 보내는 팽창변(EX3)을 포함하는 실외기(20); 그리고 상기 실내기(10)와 실외기(20) 사이의 냉매를 연결하는 냉매공급배관(31) 및 냉매복귀배관(32)으로 구성되어 있다.

실내기, 실외기, 재열응축기, 가습기, 히트펌프, 항온항습기

Description

에너지절약형 공, 수랭식 히트펌프 항온항습기{energy saving air cooled ＆ water cooled type heat pump device for thermo - hygrostat}

도 1 는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지절약형 공랭식 히트펌프항온항습기의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 냉각운전시의 냉매 사이클 계통도,

도 3은 본 발명의 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 냉각 및 제습운전시의 냉매 사이클 계통도,

도 4는 본 발명의 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 난방운전시의 냉매 사이클 계통도,

도 5는 본 발명의 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 가습 및 난방운전시의 냉매 사이클 계통도,

도 6은 본 발명의 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 증발기 및 응축기전환용 일체형 실외기의 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 증발기 및 응축기전환용 분리형 실외기의 구성도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지절약형 수랭식 히트펌프 항온항 습기의 구성도이다.

<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 10' : 실내기

11: 증발기 12 : 재열응축기

13: 가습기 16 : 수액기

17: 송풍기

AF : 공기여과기 FD : 필터드라이어

SG : 액 면 계 SV : 전 자 변

EX : 팽 창 변 CV : 역 지 변

20, 20': 실외기

21: 증발 및 응 축 기 21': 냉각수코일

22 : 프로펠라 펜

COM : 압 축 기 OS : 유-분리기

SRH : 과냉각과열기 ACC : 액-분리기

31: 냉매 액 배관 32 : 냉매 가스 배관

40: 수냉식 열교환기 41 : 냉각수 배관

42: 냉각수순환펌프

본 발명은 사계절의 외기온습도 변화에 관계없이 실내의 조건을 항상 일정하게 온습도를 유지, 제어하는 항온항습기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 난방 및 재열용 전기히터나 가습기용 전기히터가 필요 없이 히트펌프방식의 압축냉동장치로 하절기에 양질의 냉각기능과 재열기능으로 운전 가동됨과 동시에 동절기에 가습기능과 난방기능으로도 가동하여 현저하게 에너지를 절감할 수 있도록 하는 에너지절약형 공, 수랭식 히트펌프 항온항습기에 관한 것이다.

온습도에 민감한 전산시스템이나 전산실, 통신실, 정밀측정실, 문서보관실, 지적서고 등 전산시스템장치의 장애발생을 방지하기 위하여 이러한 실내는 일정한 온습도의 범위를 유지하는 것이 중요하며, 또한 반도체, 전자, 제약, 화학, 섬유, 제지, 펄프 등의 각종 산업제조분야에서 생산제품의 품질을 향상시키고 제품의 불량률을 방지하기 위하여 제품의 특성에 따라 생산 공장 내부를 일정한 온습도의 범위로 유지하는 것이 중요하다.

일반적으로 종래의 항온항습기는 냉각기능으로 일반적인 압축냉동장치가 구성되어 있고 하절기에 온도보상 및 제습기능을 위하여 전기히터방식의 재열기가 구성되어 있으며, 동절기에는 실내의 적정한 습도유지를 위해 전기히터방식의 전극봉식 가습기로 구성되어 있다.

항온항습기의 사계절 운전가동상태로 보면 중간기(봄, 가을)에는 외기부하가 떨어져 냉각용량이 감소한 상태에서 냉각기능만 가동되고 운전가동비율이 적어 에너지소비가 적게 소요되며, 하절기(여름)에는 냉각기능으로 인한 외기의 잠열부하와 제습부하의 증가로 에너지소모가 많이 소요된다.

그리고 동절기(겨울)에는 영하의 외기조건으로 인하여 외기부하가 현격하게 증가하므로 가습기능 및 난방기능으로 운전가동 되는데, 난방기능으로 전기히터방식의 재열기가 가동되고 가습기능으로 전기히터방식의 가습기가 가동되어 전기에너지 소비가 현격하게 증가하여 최대의 에너지가 소비된다.

이러한 종래의 항온항습기의 단점은 우선 에너지소비가 많이 소비되어 유지관리비가 상승되는 문제점을 유발하며, 또한 전기히터방식의 전극봉식 가습기는 전기히터의 표면온도가 높아 수질속의 광물질이 변하여 스케일이 발생하여 히터가 소손되어 빈번한 서비스가 이루어져야 하고 전기합선으로 인한 위험이 상당부분 내포하고 있으며 이러한 이유로 인하여 내구성이 떨어져 동절기만 지나면 교체되는 악순환이 계속되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 일반적으로 종래 항온항습기의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히트펌프식의 압축냉동기장치로 하절기에 종래의 전기히터방식의 재열기(reheating coil)가 담당하는 온도보상 및 제습(de-humidity)기능을 하도록 하고 또한 동절기에는 실내의 적정한 습도를 유지하기 위하여 종래의 전기히터방식의 전극봉식가습기가 담당하는 가습(humidity)기능을 하도록 함으로써, 하절기 및 동절기 에너지 부담을 최소화하고, 동절기 저온의 공기에서 열원을 흡수하여 실시간으로 제습과 난방 및 상시가습용으로 외부에너지를 사용하므로 별도의 전기에너지를 사용치 않아 운영비를 현저하게 절감하고 에너지의 손실을 최대한 방지하는 에너지절약형 공랭식 히트펌프 항온항습기를 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 공랭식 히트펌프 항온항습기의 기능을 모두 행할 수 있으며, 항온항습기의 용량이 대형으로 구성되어지는 현장과 실내기와 실외기간에 냉매배관거리가 장거리로 공랭식 방식으로 도저히 적용할 수가 없는 현장에 적용할 수 있는 에너지절약형 수랭식 히트펌프 항온항습기를 제공하는데 있다.

상기 한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공랭식 히트펌프 항온항습기는 고온고압의 액 냉매를 저온저압의 냉매로 단열팽창시키는 팽창변, 상기 팽창변을 통과한 냉매와 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기, 상기 증발기를 통과하면서 냉매와의 열교환에 의하여 냉각된 공기에 대하여 난방 및 제습을 하기 위하여 상기 고온고압의 액 냉매의 일부를 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 상기 고온고압의 액 냉매와 공기와의 열교환 작용에 의하여 공기의 온습도를 제어하는 재열응축기, 내부에 물이 저장되어 있고 전술한 고온고압의 액 냉매의 일부가 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 고온고압의 액 냉매에 의하여 저장된 물을 증발시키는 가습기, 순수하게 액 냉매를 상기 팽창변으로 보내는 수액기, 공기가 상기 증발기와 재열응축기 및 가습기를 통과하도록 하고 실내를 순환시키는 송풍기, 난방운전시 상기 고온고압의 액 냉매가 상기 팽창변 및 증발기로 흐르지 않게 하는 전자변 및 역지변을 포함하는 실내기; 냉각운전시 전술한 실내기의 증발기를 통과하여 저압가스로 된 후 유입되는 저압의 냉매가스에 함유된 냉매 액을 분리하고 난방운전시 과냉각과열기에서 과열된 냉매가스에 포함되어 있는 액을 분리하는 액 분리기, 상기 액 분리기로부터 유입된 냉매가스를 압축하여 고온고압의 가스로 변화시키는 압축기, 냉각운전시 상기 압축기로부터 유입된 냉매가스를 응축하여 고온고압의 액 냉매로 응축하고, 난방운전시 외기온도보다 차가운 상태로 유입되는 냉매와 공기가 열교환하여 냉매를 증발시키는 응축 및 증발기, 상기 응축 및 증발기에 공기를 흐르게 하는 프로펠러 펜, 난방운전시 상기 실내기로부터 유입하는 고압 액 냉매와 상기 응축 및 증발기로부터 유입하는 차가운 저온저압 냉매가스에 대하여 과냉각 및 과열 작용을 행하는 과냉각과열기, 난방운전시 상기 과냉각과열기에서 과냉각된 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 외기온도보다 차가운 냉매로 변화시켜 상기 응축 및 증발기로 보내는 팽창변을 포함하는 실외기; 그리고 상기 실내기와 실외기를 연결하는 냉매공급배관 및 냉매복귀배관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 공랭식 히트펌프 항온항습기는 상기 실외기의 압축기, 응축 및 증발기, 그리고 프로펠러 펜이 각각 2개가 병렬로 되어 있으며, 이들 부품들이 모두 일체로 구성된 일체형인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 공랭식 히트펌프 항온항습기는 상기 실외기의 압축기, 응축 및 증발기, 그리고 프로펠러 펜이 각각 2개가 병렬로 되어 있으며, 이들 부품들은 종류별로 2개로 분리하여 구성된 분리형인 것을 특징으로 한다.

전술한 다른 목적을 달성하기 수랭식 히트펌프 항온항습기는 고온고압의 액 냉매를 저온저압의 냉매로 단열팽창시키는 팽창변, 상기 팽창변을 통과한 냉매와 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기, 상기 증발기를 통과하면서 냉매와의 열교환에 의하여 냉각된 공기에 대하여 난방 및 제습을 하기 위하여 상기 고온고압의 액 냉매의 일부를 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 상기 고온고압의 액 냉매와 공기와의 열교환 작용에 의하여 공기의 온도를 제어하는 재열응축기, 내부에 물이 저장되어 있고 전술한 고온고압의 액 냉매의 일부가 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 고온고압의 액 냉매에 의하여 저장된 물을 증발시키는 가습기, 순수하게 액 냉매를 상기 팽창변으로 보내는 수액기, 공기가 상기 증발기와 재열응축기 및 가습기를 통과하도록 하고 실내를 순환시키는 송풍기, 난방운전시 상기 고온고압의 액 냉매가 상기 팽창변 및 증발기로 흐르지 않게 하는 전자변 및 역지변, 냉각운전시 상기 실내기의 증발기를 통과하여 저압가스로 된 후 유입되는 저압의 냉매가스에 함유된 냉매 액을 분리하고 난방운전시 과냉각과열기에서 과열된 냉매가스에 포함되어 있는 액을 분리하는 액 분리기, 상기 액 분리기로부터 유입된 냉매가스를 압축하여 고온고압의 가스로 변화시키는 압축기, 냉각운전시 상기 압축기로부터 유입된 냉매가스를 응축하여 고온고압의 액 냉매로 응축하고, 난방운전시 외기온도보다 차가운 상태로 유입되는 냉매와 냉각수가 열교환하여 냉매를 증발시키는 수냉식 열교환기, 난방운전시 상기 실내기로부터 유입하는 고압 액 냉매와 상기 수냉식 열교환기로부터 유입하는 차가운 저온저압 냉매가스에 대하여 과냉각 및 과열 작용을 행하는 과냉각과열기, 난방운전시 상기 과냉각과열기에서 과냉각된 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 외기온도보다 차가운 냉매로 변화시켜 상기 수냉식 열교환기로 보내는 팽창변을 포함하는 실내기; 냉각수를 냉각시키는 냉각수 코일, 상기 냉각수 코일에 공기를 흐르게 하는 프로펠러 펜을 포함하는 실외기; 그리고 상기 실내기의 수냉식 열교환기와 실외기의 냉각수 코일을 연결하는 냉각수 배관 및 상기 냉각수 배관에 설치된 냉각수 순환펌프로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 구성을 나타내고 있다. 본 발명의 공랭식 히트펌프 항온항습기는 크게 실내기(10)와 실외기(20)로 구성되어있다. 실내기(10)는 항온항습실내에 설치되고 실외기(20)는 건물외부에 설치되며, 실내기(10)와 실외기(20) 사이에는 냉매공급배관(31)과 냉매복귀배관(32)이 연결되어 냉매가 이동하게 되면서 실내의 온습도 조건을 일정하게 유지한다.

실내기(10)는 고온고압의 액 냉매를 저온저압의 냉매로 단열팽창시키는 팽창변(EX1)(EX2), 상기 팽창변(EX1)(EX2)을 통과한 냉매와 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(11), 상기 증발기(11)를 통과하면서 냉매와의 열교환에 의하여 냉각된 공기에 대하여 난방 및 제습을 하기 위하여 상기 고온고압의 액 냉매의 일부를 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 상기 고온고압의 액 냉매와 공기와의 열교환 작용에 의하여 공기의 온습도를 제어하는 재열응축기(12), 내부에 물이 저장되어 있고 전술한 고온고압의 액 냉매의 일부가 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 고온고압의 액 냉매에 의하여 저장된 물을 증발시키는 가습기(13), 순수하게 액 냉매를 상기 팽창변(EX1)(EX2)으로 보내는 수액기(16), 공기가 상기 증발기(11)와 재열응축기(12) 및 가습기(13)를 통과하도록 하고 실내를 순환시키는 송풍기(17), 난방운전시 상기 고온고압의 액 냉매를 상기 재열응축기(12) 또는 상기 재열응축기(12) 및 가습기(13)로만 흐르게 하는 전자변(SV6)(SV10)(SV11) 및 역지변(CV7)을 포함한다.

설명하지 않은 부호 SV7, SV8, SV8'은 각각 전자변이고, CV2,3는 역지변이며, AF는 공기여과기, FD는 필터드라이어, SG는 액면계 이다.

실외기(20)는 냉각운전시 전술한 실내기(10)의 증발기(11)를 통과하여 저압가스로 된 후 유입되는 저압의 냉매가스에 함유된 냉매 액을 분리하고 난방운전시 과냉각과열기(SRH)에서 과열된 냉매가스에 포함되어 있는 액을 분리하는 액 분리기(ACC), 상기 액 분리기(ACC)로부터 유입된 냉매가스를 압축하여 고온고압의 가스로 변화시키는 압축기(COM1)(COM2), 냉각운전시 상기 압축기(COM1)(COM2)로부터 유입된 냉매가스를 응축하여 고온고압의 액 냉매로 응축하고, 난방운전시 외기온도보다 차가운 상태로 유입되는 냉매와 공기가 열교환하여 냉매를 증발시키는 응축 및 증발기(21), 상기 응축 및 증발기(21)에 공기를 흐르게 하는 프로펠러 펜(22), 난방운전시 상기 실내기로부터 유입하는 고압 액 냉매와 상기 응축 및 증발기(21)로부터 유입하는 차가운 저온저압 냉매가스에 대하여 과냉각 및 과열 작용을 행하는 과냉각과열기(SRH), 난방운전시 상기 과냉각과열기(SRH)에서 과냉각된 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 외기온도보다 차가운 냉매로 변화시켜 상기 응축 및 증발기(22)로 보내는 팽창변(EX3)을 포함한다.

설명하지 않은 부호 OS1, OS2는 냉매가스에서 오일을 분리하는 유-분리기, SV1, 2, 3, 4, 5, 9, 12는 전자변이고, CV1, 4, 5, 6은 역지변이다.

그리고 상기 냉매공급배관(31) 및 냉매복귀배관(32)은 실내기(10)와 실외기(20)를 연결하는 냉매관이다.

본 발명의 항온항습기는 냉각운전시에는 냉매가스가 실내기(10)의 증발기(11)를 통과하면서 공기를 차갑게 냉각시키고 이때 냉매가스가 흡수한 증발열과 압축열과 함께 실외기(20)의 응축 및 증발기(21)에서 냉매가스가 열을 방출하여 응축된 후 다시 실내기(10)의 증발기(11)로 보내지는 것을 반복하면서 냉각기능을 한다.

또한 냉각제습기능시 실외기(20)의 응축 및 증발기(21)에서 응축되어 공급되는 고온고압의 액 냉매의 내부에 함유되어 있는 내부에너지의 열을 이용하여 재열응축기(12)를 통하여 제습 및 온도보상 작용을 한다.

따라서 본 발명의 항온항습기는 제습을 위하여 별도의 전기에너지를 사용하지 않으므로 에너지가 절감되고 아울러 액 냉매의 열방출로 인한 과냉각 사이클이 유지되어 냉각능력도 상승되고 하절기 무더운 외기날씨에 응축능력도 상승되는 효과를 나타낸다.

그리고 동절기 난방기능시 열펌프(heat pump)식으로 실외기(20)의 응축 및 증발기(21)의 기능이 응축기에서 증발기로 전환되어 저온의 공기에서 열원을 흡수하여 실내기(10)의 재열응축기(12)로 공급되어 실내의 공기를 뜨겁게 하여 난방기능을 유지하게 된다.

그리고 동절기 난방운전과 더불어 가습운전을 하는 경우에는 냉매가스가 가 습기(13)와 재열응축기(12)로 동시에 공급되어 상시 가습기능으로 실내습도를 유지하고 실내난방온도를 유지하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 히트펌프 항온항습기의 작용에 대하여 설명한다.

먼저 도 2를 참조하여 냉각운전시의 작용을 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 냉각운전시의 냉매 사이클 계통을 나타내고 있다. 공랭식 히트펌프 항온항습기의 냉각운전은 주로 하절기와 중간기 시기에 실내의 냉각부하열량에 따라 가동된다.

처음에 실외기(20)의 압축기(COM1)(COM2)에서 냉매가스를 압축하게 되면 고온고압의 핫-가스로 변화되어 유-분리기(OS1)(OS2)에서 냉매가스와 냉동오일을 분리하여 냉동오일은 회수하여 압축기(COM1)(COM2)로 다시 보내고, 전자변(SV1)(SV2)의 차단과 전자변(SV3)(SV4)의 열림에 의하여 응축기의 기능을 하는 응축 및 증발기(21)로 공급된다.

응축 및 증발기(21)에서 냉매가스는 프로펠러펜(22)에 의해 공기로 응축열을 방출 후 고온고압의 액 냉매로 응축되어 역지변(CV1)을 지나 냉매공급배관(31)을 통하여 실내기(10)로 유입된다.

냉매는 실내기(10)의 전자변(SV6)의 열림과 역지변(CV2)의 닫힘으로 인하여 순수한 냉매 액을 저장하는 수액기(16)를 지나서 필터드라이어(FD)를 지나고 액면계(SG)를 지나서 전자변(SV7)의 차단과 전자변(SV8)의 열림으로 인하여 팽창변(EX1)(EX2)으로 유입하고 팽창변(EX1)(EX2)에서 저온저압으로 단열팽창되어 매우 차가운 냉매가스로 변하여 증발기(11)로 투입된다.

실내기(10)의 송풍기(17)에 의하여 순환되는 공기는 상기 증발기(11)를 통과하므로 실내공기는 증발기(11)에서 열교환되어 냉각되고 냉매는 증발한다. 그 후 냉매는 역지변(CV3)을 통과하여 냉매복귀배관(32)을 통하여 실외기(20)로 유입한다.

실외기(20)에서 냉매는 전자변(SV9)을 통과하여 냉매 액을 분리하여 순수한 냉매가스만 보내는 액 분리기(ACC)를 통과하여 압축기(COM1)(COM2)로 흡입되어 전술한 과정을 반복하면서 냉각운전이 이루어진다.

여기서 매우 특이한 것은 실내외기간 냉매공급배관(31)과 냉매복귀배관(32)은 각각 하나로 이루어지나 실내기(10)의 전자변(SV8)(SV8'), 팽창변(EX1)(EX2), 및 증발기(11)의 열교환기는 각각 두개가 병렬로 구성하여 이중 사이클(dual cycle)로 구성된 것과, 실외기(20)의 압축기(COM1)(COM2)와 응축 및 증발기(21)까지도 병렬로 연결된 이중 사이클로 구성되어 있다는 점이다. 따라서 계절적인 부하변동에 따라 효율적으로 운영할 수 있다.

다음에 도 3을 참조하여 냉각운전과 더불어 제습운전도 하는 과정을 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 냉각제습운전시의 냉매 사이클 계통을 나타내고 있다.

냉각제습운전은 하절기 때 실내의 발열 부하량과 습도가 매우 높은 시기에 필요한 기능으로서 적정한 실내의 온도 및 습도를 유지하게 한다. 우선 전술한 도 2에서 설명한 바와 같은 동일한 냉각운전을 하는데, 차가운 증발기(11)에서 실내공 기와 열교환이 이루어지면 공기 중에 있는 습기는 노점온도(이슬점)에 도달하여 결로가 이루어지면서 응축수가 발생되어 실내의 습도는 떨어지게 되며 이 응축수는 배수배관으로 배수처리 한다.

그런데 실내기(10)의 공기토출온도가 실내의 적정온도보다 하강하면 온도보상을 하면서 제습을 하여야 하는데, 이때 종래의 방법은 온도보상과 제습용으로 전기히터 방식의 재열기가 가동되어 실내의 적정한 온도와 습도를 유지하게 한다.

그러나 본 발명은 온도보상과 제습운전가동 시에는 전자변(SV10)의 닫힘과 전자변(SV11)의 열림으로 인하여 실외기(20)의 응축 및 증발기(21)에서 응축되어 공급되는 액 냉매가 재열응축기(12)쪽으로 일부 공급되어 고온고압의 액 냉매의 내부에너지 열원을 이용하여 온도보상과 제습운전으로 적정한 실내의 온습도를 유지한다.

이와 같이 본 발명은 재열응축기(12)에 의하여 고온고압의 액 냉매의 내부에너지의 열원을 이용하여 재활용함으로써 별도의 전기히터방식의 전기장치가 필요치 않으므로 종래의 전기히터 방식보다 현저하게 전기에너지를 절감할 수 있다.

다음에 도 4를 참조하여 난방운전시의 작용을 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 난방운전시의 냉매 사이클 계통도를 나타내고 있다. 난방운전은 동절기와 중간기 때 실외온도가 실내온도보다 낮아지고 실내발열량의 영향에 따라 적정한 실내온도를 높이기 위하여 행한다.

난방운전가동 시에 항온항습기는 히트펌프(열펌프)방식으로 운전가동되며 실외기(20)의 공랭식열교환기인 응축 및 증발기(21)가, 냉각운전기능과 냉각제습운전 기능의 응축기 기능에서 증발기기능으로 전환된다.

처음 난방운전 가동 시 압축기(COM1)(COM2)에서 냉매가스를 압축하면 고온고압의 핫-가스(hot gas)로 변하여 적정한 냉매와 오일을 분리하여 오일을 다시 압축기로 복귀시키는 유 분리기(OS1)(OS2)을 거치고, 냉매 가스는 전자변(S3)(S4)의 닫힘과 전자변(S1)(S2)의 열림으로 냉매가스배관(32)을 통하여 실내기(10)로 유입된다.

실내기(10)에서는 전자변(SV6)(SV10)의 닫힘과 전자변(SV11)의 열림으로 인하여 냉매가스가 재열응축기(12)로 공급되며, 실내기의 송풍기(17)에 의해 순환되는 공기와 열교환되어 공기는 뜨거워져 난방이 되고 냉매는 열방출로 응축된다.

난방열량의 용량제어는 압축기(COM1)(COM2)의 두 대가 번갈아 정지와 가동을 하면서 행한다. 냉매는 역지변(CV2)을 통하여 수액기(16)로 공급을 받아 필터드라이어(FD)와 액면계(SG)를 지나서, 두개의 전자변(SV8)과 역지변(CV3)의 닫힘과 전자변(SV7)의 열림으로 인하여 냉매 액 배관(31)을 통과하여 실외기(20)로 복귀한다.

실외기(20)에서는 전자변(SV9)의 닫힘으로 인하여 냉매는 과냉각과열기(SRH)로 공급되며 전자변(SV12)의 열림으로 인하여 팽창변(EX3)으로 흐르고 팽창변(EX3)에서 저온저압으로 냉매가스를 팽창시키면 외기온도보다 낮은 차가운 냉매온도로 변하여 응축 및 증발기(21)에서 영하의 공기와 열교환 되어 냉매는 증발한 후 전자변(SV5)의 열림으로 다시 과냉각과열기(SRH)로 공급된다.

과냉각과열기(SRH)에서 과열된 냉매가스는 역지변(CV6)을 통과하여 액-분리 기(ACC)로 공급된다. 액-분리기(ACC)는 냉매가스에서 액을 분리하여 압축기(COM1)(COM2)로 순수한 냉매가스만 흐르게 한다. 이와 같은 과정을 반복하면서 난방기능이 이루어진다.

본 발명은 실외기(20)의 증발기 기능을 하는 응축 및 증발기(21)에서 영하의 외기온도와 열교환으로 증발하여 과냉각과열기(SRH)로 들어오는 영하의 차가운 저온저압냉매가스와, 실내기(10)에서 과냉각과열기(SRH)로 유입되는 액-냉매 사이에 열교환이 이루어지므로 , 압축기(COM1)(COM2)로 흐르는 저온의 냉매가스를 영상으로 냉매가스온도로 높여 액-분리기(ACC) 및 압축기(COM1)(COM2)의 결빙을 방지하고 액-햄머(liquid hammer)를 근본적으로 차단하여 압축기의 파손을 사전에 예방하고 과냉각 사이클과 과열 사이클을 동시에 유지하여 장비의 성능계수(cop)를 상승시키고 기기의 안전성과 효율적인 운전가동을 확보한다.

이와 같이 난방운전은 영하의 차가운 외기온도 조건에서 저온의 공기에서 현열과 잠열의 열원을 흡수하여 압축기(COM1)(COM2)의 일의 열량과 함께 실내기(10)의 재열응축기(12)로 공급하여 난방열량으로 사용함으로써 별도의 전기히터방식의 난방장치가 필요치 않아 장비의 전체 소요전력이 줄어든다.

항온항습기의 실제적인 사계절 운전가동을 살펴보면 냉각기능에 필요한 소요전력 보다 난방 및 가습에 필요한 소요전력소비가 약 세배이상으로 전력이 더 소비되는 것으로 나타나고 있으며 이러한 결과로 보면 본원 발명의 방식이 종래의 방식보다 절반이상의 전기에너지를 절감할 수 있는 것이다.

다음에 도 5를 참조하여 난방운전을 하면서 동시에 가습작용을 하는 과정을 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프항온항습기의 가습 및 난방운전시의 냉매 사이클 계통도를 나타내고 있다.

가습 및 난방운전은 동절기와 중간기 때 실외온도가 실내온도보다 낮아지고 실외습도가 낮아서 실내발열량과 저습도의 영향에 따라 실내온습도를 적정하게 높이는 운전방식이다.

가습 및 난방운전가동 시에도 난방운전가동 시와 마찬가지로 히트펌프(열펌프)방식으로 운전가동 되고 실외기(20)의 응축 및 증발기(21)가 응축기기능에서 증발기기능으로 전환된다.

상기 도 4에서 설명한 난방운전기능과 동일하게 운전가동 되나 실외기(20)에 서 공급되는 냉매가스가 실내기(10)의 전자변(SV6)의 닫힘과 전자변(SV10)(SV11)의 열림으로 가습기(13)와 재열응축기(12)로 동시에 공급된다.

가습기(13)는 수조에 있는 물을 데워 증발시켜 상시 가습이 되도록 하는 것이며, 냉매 가스는 여기서 응축되어 역지변(CV7)을 통과 하고 재열응축기(12) 전단에서 전자변(SV11)이 열림으로 가습기(13)를 통과하지 않는 냉매가스와 합류하여 재열응축기(12)로 공급된다.

실내기(10)의 송풍기(17)에 의해 순환되는 공기와 열교환후 난방이 이루어지며 냉매 가스는 다시 응축되어 역지변(CV2)을 통과하여 수액기(16)에 저장 후 필터드라이어(FD)와 액면계(SG)를 지나 냉매복귀배관(32)을 통해 실외기(20)로 이동한다. 실내기(20)에서의 작용은 전술한 난방 운전시와 같다.

그리고 가습 및 난방 제어방식으로는 우선적으로 가습 운전가동이 되도록 하 여 가습 시에도 증발된 가습열량으로 가습과 동시에 난방이 되게 하며, 난방부하가 부족한 경우 재열응축기(12)가 운전가동이 되도록 하여 가습과 동시에 난방이 되도록 한다. 이와 같이 가습과 난방은 전적으로 외부공기열원을 사용하게 되므로 현저하게 에너지를 절감하여 운영비를 줄일 수 있다.

또한 종래의 전기히터방식으로 전극봉식 가습기에 대한 스케일발생으로 전극봉식 히터의 소손으로 인한 빈번한 서비스와 가습기수리로 인한 운영자에 부담을 최소화하여 운영자에게 장비의 신뢰를 회복할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프 항온항습기의 일체형 실외기를 나타내고 있다.

일체형 실외기(20)는 압축기(COM1)(COM2), 응축 및 증발기(21), 그리고 프로펠러 펜(22)이 각각 2개가 병렬로 되어 있으며, 이들 부품들이 모두 일체로 구성되어 있다.

종래의 항온항습기의 실외기는 단지 냉각운전기능으로 인한 실내기 증발기에서 취득한 냉각열원과 압축기 일의열량을 함께 방출하여 냉매가스를 응축시키는 단조로운 역할의 기능만 가지고 있으나, 본 발명의 히트펌프항온항습기의 실외기(20)는, 동절기 때 히트펌프용으로 공기열원을 취득하는 증발기 운전기능과, 하절기 때 실내의 냉각운전기능으로 실내기(10)의 증발기(11)에서 취득한 냉각열원과 압축기(COM1)(COM2)의 일의 열량을 함께 방출하여 냉매가스를 응축하는 응축기운전기능을 수행할 수 있다.

본 일체형 실외기 내부의 자세한 구조 및 작용에 대해서는 앞서 설명하였으 므로 생략한다. 이러한 일체형 실외기의 특징은 하나의 기계로 통합하여 제작함으로써 현장의 설치면적을 작게 차지하고 제작생산원가를 절감하는 효과가 있다.

도 7은 본 발명에 따른 공랭식 히트펌프 항온항습기의 분리형 실외기를 나타낸다.

분리형 실외기(20)는 압축기(COM1)(COM2), 응축 및 증발기(21), 그리고 프로펠러 펜(22)이 각각 2개가 병렬로 되어 있으며, 이들 부품들은 종류별로 2개로 분리하여 구성되어 있다.

분리형 실외기는 상기 일체형 실외기에서 설명한 운전기능과 구성부품 모두가 동일하다.

분리형 실외기는 현장의 설치면적은 용이하나 장비반입이 매우 어려운 장소에 적합한 방법으로서 일체형 실외기보다 분리형실외기의 외형크기를 절반정도로 작게 할 수가 있으므로 출입구가 작은 현장여건에서 수용할 수 있다.

다음에 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 수랭식 히트펌프항온항습기에 대하여 설명한다.

수랭식 히트펌프 항온항습기의 실내기(10')는 고온고압의 액 냉매를 저온저압의 냉매로 단열팽창시키는 팽창변(EX1)(EX2), 상기 팽창변(EX1)(EX2)을 통과한 냉매와 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(11), 상기 증발기(11)를 통과하면서 냉매와의 열교환에 의하여 냉각된 공기에 대하여 난방 및 제습을 하기 위하여 상기 고온고압의 액 냉매의 일부를 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 상기 고온고압의 액 냉매와 공기와의 열교환 작용에 의하여 공기의 온도를 제어하는 재열응축기(12), 내부에 물이 저장되어 있고 전술한 고온고압의 액 냉매의 일부가 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 고온고압의 액 냉매에 의하여 저장된 물을 증발시키는 가습기(13), 순수하게 액 냉매를 상기 팽창변(EX1)(EX2)으로 보내는 수액기, 공기가 전술한 증발기(11), 재열응축기(12) 및 가습기(13)를 통과하도록 하고 실내를 순환시키는 송풍기(17), 난방운전시 상기 고온고압의 액 냉매가 상기 재열응축기(12) 또는 상기 재열응축기(12) 및 가습기(13)로만 흐르게 하는 전자변(SV6)(SV10)(SV11) 및 역지변(CV7), 냉각운전시 상기 증발기(11)를 통과하여 저압가스로 된 후 유입되는 저압의 냉매가스에 함유된 냉매 액을 분리하고 난방운전시 과냉각과열기에서 과열된 냉매가스에 포함되어 있는 액을 분리하는 액 분리기(ACC), 상기 액 분리기(ACC)로부터 유입된 냉매가스를 압축하여 고온고압의 가스로 변화시키는 압축기(COM1)(COM2), 냉각운전시 상기 압축기로부터 유입된 냉매가스를 응축하여 고온고압의 액 냉매로 응축하고, 난방운전시 외기온도보다 차가운 상태로 유입되는 냉매와 냉각수가 열교환하여 냉매를 증발시키는 수냉식 열교환기(40), 난방운전시 상기 실내기로부터 유입하는 고압 액 냉매와 상기 수냉식 열교환기로부터 유입하는 차가운 저온저압 냉매가스에 대하여 과냉각 및 과열 작용을 행하는 과냉각과열기(SRC), 난방운전시 상기 과냉각과열기에서 과냉각된 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 외기온도보다 차가운 냉매로 변화시켜 상기 수냉식 열교환기(40)로 보내는 팽창변(EX3)을 포함한다.

실외기(20')는 냉각수를 냉각시키는 냉각수 코일(21'), 상기 냉각수 코일(21')에 공기를 흐르게 하는 프로펠러 펜(22)을 포함한다.

그리고 상기 실내기(10')의 수냉식 열교환기(40)와 실외기(20')의 냉각수 코일(21')을 연결하는 냉각수 배관(41) 및 상기 냉각수 배관(41)에 설치된 냉각수 순환펌프(42)가 구성되어 있다.

수랭식 항온항습기는 공랭식 히트펌프의 기능을 하는 압축냉동장치가 실내기(10')에 구성되고, 실외기(20')의 냉각수를 이용하여 응축열을 방출하는 응축기기능과 그리고 냉각수의 현열을 흡수하는 증발기기능으로도 사용가능한 수랭식열교환기(40)가 실내기(10')에 추가되는 것이 공랭식 항온항습기와 다르다.

설명하지 않은 부품들은 전술한 공랭식 히트펌프 항온항습기의 구성과 작용이 같으므로 이에 대한 설명을 생략한다.

수랭식 히트펌프 항온항습기는 항온항습기의 용량이 대형으로 구성되어지는 현장과 실내기와 실외기간에 냉매배관거리가 장거리로 공랭식 방식으로 도저히 적용할 수가 없는 현장에 적용하는 수랭식방법의 하나로서 어떠한 현장의 조건이라도 수용할 수 있도록 하는 것이다.

수랭식 실외기(20')는 밀폐 구조로 동절기 저온의 공기열원에서 열을 흡수하기 위하여 냉각수에 부동액(ethylene glycol)을 투입하여 영하의 차가운 온도에서도 냉각수의 빙점을 낮추어 히트펌프 사이클 운전이 가능하도록 한다.

그리고 하절기에는 냉각기능과 냉각제습기능을 위하여 수랭식실외기(20')는 냉각수 코일(21')에서 열원을 방출하는 기능과, 실내기(10')의 수랭식열교환기(40)가 증발기기능과 응축기기능으로 겸용으로 사용되는 것이 특이한 점이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 공랭식 히트펌프 항온항습기는 히트펌프식의 압축냉동기장치로 하절기에 종래의 전기히터방식의 재열기(reheating coil)가 담당하는 온도보상 및 제습(de-humidity)기능을 하도록 하고 또한 동절기에는 실내의 적정한 습도를 유지하기 위하여 종래의 전기히터방식의 전극봉식가습기가 담당하는 가습(humidity)기능을 하도록 함으로써, 하절기 및 동절기 에너지 부담을 최소화하고, 동절기 저온의 공기에서 열원을 흡수하여 실시간으로 제습과 난방 및 상시가습용으로 외부에너지를 사용하므로 별도의 전기에너지를 사용치 않아 운영비를 현저하게 절감하고 에너지의 손실이 최대한 방지하는 효과를 발휘한다.

본 발명의 수랭식 히트펌프 항온항습기는 공랭식 히트펌프 항온항습기의 기능을 모두 행할 수 있으며, 항온항습기의 용량이 대형으로 구성되어지는 현장과 실내기와 실외기간에 냉매배관거리가 장거리로 공랭식 방식으로 도저히 적용할 수가 없는 현장에 적용할 수 있는 효과를 발휘한다.

Claims

고온고압의 액 냉매를 저온저압의 냉매로 단열팽창시키는 팽창변(EX1)(EX2), 상기 팽창변(EX1)(EX2)을 통과한 냉매와 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(11), 상기 증발기(11)를 통과하면서 냉매와의 열교환에 의하여 냉각된 공기에 대하여 난방 및 제습을 하기 위하여 상기 고온고압의 액 냉매의 일부를 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 상기 고온고압의 액 냉매와 공기와의 열교환 작용에 의하여 공기의 온습도를 제어하는 재열응축기(12), 내부에 물이 저장되어 있고 전술한 고온고압의 액 냉매의 일부가 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 고온고압의 액 냉매에 의하여 저장된 물을 증발시키는 가습기(13), 순수하게 액 냉매를 상기 팽창변(EX1)(EX2)으로 보내는 수액기(16), 공기가 전술한 증발기(11)와 재열응축기(12) 및 가습기(13)를 통과하도록 하고 실내를 순환시키는 송풍기(17), 난방운전시 상기 고온고압의 액 냉매를 상기 재열응축기(12) 또는 상기 재열응축기(12) 및 가습기(13)로만 흐르게 하는 전자변(SV6)(SV10)(SV11) 및 역지변(CV7)을 포함하는 실내기(10);

냉각운전시 전술한 실내기(10)의 증발기(11)를 통과하여 저압가스로 된 후 유입되는 저압의 냉매가스에 함유된 냉매 액을 분리하고 난방운전시 과냉각과열기(SRH)에서 과열된 냉매가스에 포함되어 있는 액을 분리하는 액 분리기(ACC), 상기 액 분리기(ACC)로부터 유입된 냉매가스를 압축하여 고온고압의 가스로 변화시키는 압축기(COM1)(COM2), 냉각운전시 상기 압축기(COM1)(COM2)로부터 유입된 냉매가스를 응축하여 고온고압의 액 냉매로 응축하고, 난방운전시 외기온도보다 차가운 상태로 유입되는 냉매와 공기가 열교환하여 냉매를 증발시키는 응축 및 증발기(21), 상기 응축 및 증발기(21)에 공기를 흐르게 하는 프로펠러 펜(22), 난방운전시 상기 실내기로부터 유입하는 고압 액 냉매와 상기 응축 및 증발기(21)로부터 유입하는 차가운 저온저압 냉매가스에 대하여 과냉각 및 과열 작용을 행하는 과냉각과열기(SRH), 난방운전시 상기 과냉각과열기(SRH)에서 과냉각된 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 외기온도보다 차가운 냉매로 변화시켜 상기 응축 및 증발기(22)로 보내는 팽창변(EX3)을 포함하는 실외기(20); 및

상기 실내기(10)와 실외기(20) 사이의 냉매를 연결하는 냉매공급배관(31) 및 냉매복귀배관(32)

을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공랭식 히트펌프 항온항습기.
제1항에 있어서, 상기 실외기(20)는 압축기(COM1)(COM2), 응축 및 증발기(21), 그리고 프로펠러 펜(22)이 각각 2개가 병렬로 되어 있으며, 이들 부품들이 모두 일체로 구성된 일체형인 것을 특징으로 하는 공랭식 히트펌프 항온항습기.
제1항에 있어서, 상기 실외기(20)는 압축기(COM1)(COM2), 응축 및 증발기(21), 그리고 프로펠러 펜(22)이 각각 2개가 병렬로 되어 있으며, 이들 부품들은 종류별로 2개로 분리하여 구성된 분리형인 것을 특징으로 하는 공랭식 히트펌프 항온항습기.
고온고압의 액 냉매를 저온저압의 냉매로 단열팽창시키는 팽창변(EX1)(EX2), 상기 팽창변(EX1)(EX2)을 통과한 냉매와 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(11), 상기 증발기(11)를 통과하면서 냉매와의 열교환에 의하여 냉각된 공기에 대하여 난방 및 제습을 하기 위하여 상기 고온고압의 액 냉매의 일부를 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 상기 고온고압의 액 냉매와 공기와의 열교환 작용에 의하여 공기의 온도를 제어하는 재열응축기(12), 내부에 물이 저장되어 있고 전술한 고온고압의 액 냉매의 일부가 선택적으로 흐르게 할 수 있도록 되어 있으며 고온고압의 액 냉매에 의하여 저장된 물을 증발시키는 가습기(13), 순수하게 액 냉매를 상기 팽창변(EX1)(EX2)으로 보내는 수액기, 공기가 상기 증발기(11)와 재열응축기(12) 및 가습기(13)를 통과하도록 하고 실내를 순환시키는 송풍기(17), 난방운전시 상기 고온고압의 액 냉매가 상기 재열응축기(12) 또는 상기 재열응축기(12) 및 가습기(13)로만 흐르게 하는 전자변(SV6)(SV10)(SV11) 및 역지변(CV7), 냉각운전시 상기 증발기(11)를 통과하여 저압가스로 된 후 유입되는 저압의 냉매가스에 함유된 냉매 액을 분리하고 난방운전시 과냉각과열기에서 과열된 냉매가스에 포함되어 있는 액을 분리하는 액 분리기(ACC), 상기 액 분리기(ACC)로부터 유입된 냉매가스를 압축하여 고온고압의 가스로 변화시키는 압축기(COM1)(COM2), 냉각운전시 상기 압축기로부터 유입된 냉매가스를 응축하여 고온고압의 액 냉매로 응축하고, 난방운전시 외기온도보다 차가운 상태로 유입되는 냉매와 냉각수가 열교환하여 냉매를 증발시키는 수냉식 열교환기(40), 난방운전시 상기 실내기로부터 유입하는 고압 액 냉매와 상기 수냉식 열교환기로부터 유입하는 차가운 저온저압 냉매가스에 대하여 과냉각 및 과열 작용을 행하는 과냉각과열기(SRC), 난방운전시 상기 과냉각과열기에서 과냉각된 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 외기온도보다 차가운 냉매로 변화시켜 상기 수냉식 열교환기(40)로 보내는 팽창변(EX3)을 포함하는 실내기(10');

냉각수를 냉각시키는 냉각수 코일(21'), 상기 냉각수 코일(21')에 공기를 흐르게 하는 프로펠러 펜(22)을 포함하는 실외기(20'); 및

상기 실내기(10')의 수냉식 열교환기(40)와 실외기(20')의 냉각수 코일(21')을 연결하는 냉각수 배관(41) 및 상기 냉각수 배관(41)에 설치된 냉각수 순환펌프(42)

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수랭식 히트펌프 항온항습기.