KR100885061B1 - 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방 및 제습 기능을 가진 항온 항습장치에 관한 것으로서, 실내의 습도를 조절할 수 있도록 하고, 난방시 실외증발기에 발생되는 성애를 별도의 제상용 열교환기에 의하여 성애를 제거하고 다시 그 열을 활용할 수 있도록 하여 열효율을 높이기 위하여 개발된 것으로;

실내에 송풍팬이 구비된 증발기에서 압축기를 거쳐 실외기팬이 구비되는 응축기를 지나 다시 증발기로 반복 순환하도록 하는 냉방싸이클과;

상기 냉방싸이클의 압축기에서 응축기로 가는 경로에서 분기되어, 실내에 추가로 형성되어 상기 송풍팬의 영향을 받는 보조열교환기를 거쳐 상기 냉방싸이클의 응축기에서 응축액화한 냉매액과 팽창변 전에서 합류하여 증발기로 이어지는 제습싸이클과;

응축기에서 압축기를 거쳐 보조열교환기와 실외의 응축기에 인접하여 상기 응축기의 성애를 제거하도록 하는 제상용열교환기로 분기되며, 상기 보조열교환기 및 제상용열교환기를 지나 다시 합류되어 팽창밸브 전에서 상기 응축기로 합류되는 난방싸이클로 구성됨을 특징으로 하는 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치에 관한 것이다.

냉방, 난방, 제습, 제상용열교환기

Description

냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치{The thermo-hygrostat that have a air-conditioning and heating and dehumidification}

본 발명은 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 냉, 난방에 의한 항온기능뿐만 아니라 제습의 기능이 냉방과 동시에 가동이 되고 겨울철 난방중에는 실외기에 성애가 끼는 것을 방지하기 위하여 개발된 에너지 절약형 항온항습장치에 관한 것이다.

각종 정밀 의약품, 정밀화학약품제조, 정밀분석 실험실, 반도체제조와 같은 초정밀 가공 제조 시설은 물론이고 고서(古書) 보관실, 문헌정보 보관실, 필름보관실 등에는 각각의 특성에 맞는 일정한 온도와 습도의 제어가 되어야만 원하는 시험 제조 혹은 보관 기능이 발휘된다.

이러한 항온 제습을 위하여 일반적으로 사용되는 방식으로 항온은 일반적인 냉매에 의한 냉, 난방장치를 이용하고, 제습에는 냉각제습, 고체 혹은 액체로 구성된 흡습제에 의한 제습, 건식제습법 등이 함께 이용되어 오고 있다.

이중에서 냉각 제습법이 공기중에 포함되어 있는 습기를 냉각되어진 열교환기를 거치면서 이슬로 맺혀지게 하는 방식이 가장 흔하게 사용되어왔지만 출구공기 를 섭씨 5도 이하로 낮추지 못하고 특히 상온에서 습도를 40%이하로 낮추는데 어려움이 많았다.

이러한 단점을 개선하여 실리카겔, 알루미나화합물 등으로 구성된 흡습제를 배치하여 이곳에 공기가 통과하면서 습기를 흡수하도록 하는 방식이 습도를 원하는 수준으로 낮출 수 있다.

그러나 이러한 화학적 약품을 이용하는 것은 흡습제가 고가이며, 일정시간이 지나면 교체작업이 필요하며, 항온 항습실이 대규모인 경우 상대적으로 관리시설도 대형화되면서 유지보수비용이 천문학적으로 증가하는 단점이 있다.

특히 문제로 되는 것은 고가의 약제(흡습제)와 관련 운전 장비시설의 운영비용이다.

이러한 단점을 개선하고자 본 발명자는 특허 제 572917호에서는 응축기(=콘덴서)에서 발생 방열되는 폐열을 이용하여 리히팅 회로부를 구성하므로서 냉각시 발생하는 습기를 보다 원활하게 제거할 수 있고, 제습에 별도의 에너지 소모가 없는 절전형 냉각 제습회로를 개발하였으며, 특허 제 795479호에서는 기존의 냉각 제습 장치가 갖는 제습의 한계인 상온에서 40%이하로 습도를 낮출 수 없던 한계를 냉각응축과 가열을 반복하면서 가능하게 하고, 기존의 실외기에서만 냉매의 응축이 되는 것이 아니라 실내기에서도 냉매의 응축이 되고 이 응축시 사용되는 에너지원은 그대로 공기의 제습용으로 재활용할 수 있는 항온 제습장치를 개발하였다.

하지만 장치에 구비되는 열교환기의 수가 증가함에 따라 에너지의 효율은 감소되고 난방시 실외에 위치한 열교환기에서 발생하는 성애의 경우 외부 공기와의 원활한 접촉을 방해하여 종래에는 별도의 전기를 끌어 전기히터를 가동해야만하는 문제점에 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 냉방시에는 실내에 위치한 두 개의 열교환기에 의하여 실내의 냉방과 제습을 하도록 하되 제습시 응축되면서 냉각된 냉매와 실외에 형성되는 응축기의 냉매가 혼합되어 냉방기능을 하도록 하고 고온고압의 냉매 일부를 리히팅 열로 다시 제습에 사용 순환 되도록 하는 항온항습장치를 개발하는 것이다.

또한 난방시 실외기에서 발생하는 성애를 실외증방기의 센서에 의하여 고온고압의 냉매가스를 제상용열교환기로 보내 뜨거운 열로 인하여 성애를 제거할 수 있는 항온항습장치를 개발하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실내에 송풍팬이 구비된 증발기에서 압축기를 거쳐 실외기팬이 구비되는 응축기를 지나 다시 증발기로 반복 순환하도록 하는 냉방싸이클과;

상기 냉방싸이클의 압축기에서 응축기로 가는 경로에서 분기되어, 실내에 추가로 형성되어 상기 송풍팬의 영향을 받는 보조열교환기를 거쳐 상기 냉방싸이클의 응축기에서 응축액화한 냉매액과 팽창변 전에서 합류하여 증발기로 이어지는 제습싸이클과;

응축기에서 압축기를 거쳐 보조열교환기와 실외의 응축기에 인접하여 상기 응축기의 성애를 제거하도록 하는 제상용열교환기로 분기되며, 상기 보조열교환기 및 제상용열교환기를 지나 팽창밸브 전에서 다시 합류되어 상기 응축기로 합류되는 난방싸이클로 구성됨을 특징으로 한다.

아울러, 상기 냉방싸이클은 상기 증발기에서 압축기와 연결하되 그 중간에 항상 압축기 방향으로 냉매가 이송되도록 하는 제1 역지변를 구비한 제1 유로와;

상기 압축기에서 응축기로 각각 제1 밸브를 거치도록 하는 제2 유로와;

상기 응축기에서 증발기로 각각 제2 밸브와 제1 팽창밸브를 거치도록 하는 제3 유로로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제습싸이클는 상기 냉방싸이클을 포함하고;

상기 제2 유로의 압축기와 제1 밸브 사이에 형성되는 제1 3방밸브에 의하여 일부 냉매가 분기되어 실내 습도에 따라 자동으로 유량을 조절하는 자동 유량밸브를 거쳐 상기 보조열교환기로 연결되는 제4 유로와;

상기 보조열교환기에서 유량을 조절하는 제3 밸브를 거쳐 상기 제3 유로의 제2 밸브와 제1 팽창밸브의 사이에 형성되는 제2 3방밸브에 의하여 상기 제3 유로에 합류되도록 하는 제5 유로가 추가로 형성되어 이루어짐을 특징으로 한다.

아울러, 상기 난방싸이클은 제3 유로의 상기 응축기에서 제2 밸브의 사이에 형성되는 제3 3방밸브와, 제1 유로의 제1 역지변와 압축기의 사이에 형성되는 제4 3방밸브에 의하여 응축기에서 압축기로 냉매가 이송되도록 하는 제6유로와;

압축기에서 제2 유로를 따라 이송되다가 제1 3방밸브에 의하여 제4 유로를 통하여 상기 보조열교환기로 연결되도록 하되 상기 자동유량밸브를 거친 후 형성되는 제5 3방밸브에 의하여 응축기에 추가로 구비되는 센서에 생애의 정도가 감지되면 고온고압의 냉매가스를 분기하여 제4 밸브를 거쳐 제상용열교환기와 연결되도록 하는 제 7유로와;

상기 제상용열교환기에서 각각 제2 팽창밸브와 제3 역지변을 거쳐 상기 응축기와 연결되도록 하는 제8 유로와;

상기 보조열교환기에서 제5 유로를 따라 이송되는 냉매는 상기 제3 밸브 전에 형성되는 제7 3방밸브와, 상기 제8 유로의 응축기와 제2 팽창밸브 사이에 형성되는 제6 3방밸브에 의하여 응축기와 연결되도록 하되 그 중간에 제5 밸브를 구비하는 제9 유로로 구성됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기존에 고가의 제습장비를 설치하고 아울러 항온장치를 설치하던 것에서 하나의 장치로 항온 및 제습을 이루어지도록 하여 설치 비용을 절감하는 효과가 있다.

또한, 기존의 난방시 실외기에 성애가 발생하는 문제를 별도의 전기히터를 사용하여 제거하던 것을 내부 냉매을 이용하여 성애를 효과적으로 제거하여 장치 가동에 필요한 에너지 소모를 줄이는 효과가 있다.

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치의 구성도로서, 실내에 송풍팬(11)이 구비된 증발기(1)에서 압축기(2)를 거쳐 실외기팬(3')이 구비되는 응축기(3)를 지나 다시 증발기(1)로 반복 순환하도록 하는 냉방싸이클(4)과;

상기 냉방싸이클(4)의 압축기(2)에서 응축기(3)로 가는 경로에서 분기되어, 실내에 추가로 형성되어 상기 송풍팬(11)의 영향을 받는 보조열교환기(31)를 거쳐 상기 냉방싸이클(4)의 응축기(3)에서 응축액화한 냉매액과 팽창변 전에서 합류하여 증발기(1)로 이어지는 제습싸이클과;

응축기(3)에서 압축기(2)를 거쳐 보조열교환기(31)와 실외의 응축기(3)에 인접하여 상기 응축기(3)의 성애를 제거하도록 하는 제상용열교환기(32)로 분기되며, 상기 보조열교환기(31) 및 제상용열교환기(32)를 지나 다시 합류되어 상기 응축기(3)로 합류되는 난방싸이클(6)로 구성됨을 특징으로 하는 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치를 나타내었다.

이때 증발기(1), 응축기(3), 보조열교환기(31) 및 제상용열교환기(32)는 통상의 열교환기로서 그 기능에 따라 명칭을 구분하였으나 응축기가 증발기의 역활 또는 증발기가 응축기의 역할을 할 수 있다.

다시말하면 상기 응축기(3)는 냉방 및 제습 기능에서는 응축기의 기능을 하나 난방싸이클에서는 증발기의 역할을 하는 것이다.

이에 본 발명에 따른장치의 작동을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉방싸이클을 나타낸 개념도로서, 상기 냉방싸이클(4)은 상기 증발기(1)에서 압축기(2)와 연결되되 그 중간에 항상 압축 기(2) 방향으로 냉매가 이송되도록 하는 제1 역지변(41)를 구비한 제1 유로(42)와;

상기 압축기(2)에서 응축기(3)로 각각 제1 밸브(43)를 거치도록 하는 제2 유로(45)와;

상기 응축기(3)에서 증발기(1)로 각각 제2 밸브(46)와 제1 팽창밸브(47)를 거치도록 하는 제3 유로(48)로 구성된다.

즉 응축기(3)에서 응축되면서 냉매는 냉각되고 냉각된 냉매는 상기 증발기(1)에 전달되어 차가운 공기가 송풍팬(11)에 의하여 실내로 유입되는 것이다.

이러한 원리는 일반적으로 사용되는 원리로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

여기서 역지변은 역지변(체크밸브)의 다른 말로 유체를 일정한 방향으로만 이송되도록 하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제습싸이클을 나타낸 개념도로서, 상기 제습싸이클(5)는 상기 냉방싸이클(4)을 포함하고;

상기 제2 유로(45)의 압축기(2)와 제1 밸브(43) 사이에 형성되는 제1 3방밸브(51)에 의하여 일부 냉매가 분기되어 실내 습도에 따라 자동으로 유량을 조절하는 자동 유량밸브(52)를 거쳐 상기 보조열교환기(31)로 연결되는 제4 유로(53)와;

상기 보조열교환기(31)에서 연결되는 제3 밸브(54)를 거쳐 응축기(3)에서 응축액화한 냉매액이 상기 제3 유로(48)의 제2 밸브(46)와 제1 팽창밸브(47)의 사이에 형성되는 제2 3방밸브(55)에 의하여 상기 제3 유로(48)에 합류되도록 하는 제5 유로(56)가 추가로 형성되어 이루어짐을 특징으로 한다.

즉 기존의 냉방은 지속되되 상기 증발기(1; 압축기의 역할을 함)에 의하여 고온고압의 냉매가 응축기(3)로 가기 전에 일부가 제4 유로(53)에 의하여 보조열교환기(31)로 공급되며 상기 보조열교환기(31)에서 실내에 포함되어 있는 수증기를 응축제거하도록 하고 제1 3방밸브(51)를 지난 고온고압의 냉매는 제1 밸브(43)를 통과하여 응축기(3)에서 응축 액화한 냉매는 제3 3방밸브(61)로, 제2 밸브(46)을 지나 냉각된 냉매는 상기 증발기(1)로 들어가는 제3 유로(48)를 통하여 제2 3방밸브(55)에서 합류하여 냉방에 사용되도록 하는 것이다.

이때 상기 자동 유량밸브(52)는 실내 제습 부하의 필요한 양만큼 냉매가 상기 보조열교환기(31)로 이동하도록 하여 상기 자동 유량밸브(52)에 따라 실내에 설정한 습도를 조절할 수 있도록 한 것이다.

여기서 3방 밸브는 통상의 3방 밸브로 사용할 수도 있고 3가지의 배관을 여닫는 기능과 냉매가 공급되는 두 개의 배관은 한 곳으로 보내거나, 또는 공급되는 하나의 배관에서 두 개의 배관으로 나누어 분기되도록 하는 것으로 개념상으로는 통상의 3방 밸브이다.

즉 각 밸브의 열리고 닫힘에 따라 냉매의 이동경로를 제어하는 것으로 상기 3방 밸브의 명칭은 분기밸브 또는 합기부라고 할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 난방싸이클을 나타낸 개념도로서, 상기 난방싸이클(6)은 제3 유로(48)의 상기 응축기(3)에서 제2 밸브(46)의 사이에 형성 되는 제3 3방밸브(61)와, 제1 유로(42)의 제1 역지변(41)와 압축기(2)의 사이에 형성되는 제4 3방밸브(62)에 의하여 응축기(3)에서 압축기(2)로 냉매가 이송되도록 하는 제6 유로(63)와;

압축기(2)에서 제2 유로(45)를 따라 이송되다가 제1 밸브(43)가 닫히면 제1 3방밸브(51)에 의하여 제4 유로(53)를 통하여 상기 보조열교환기(31)로 연결되도록 하되 상기 자동유량밸브(52)를 거친 후 형성되는 제5 3방밸브(64)에 의하여 응축기(3)에 추가로 구비되는 센서에 성애의 정도가 감지되면 고온고압의 냉매가스를 분기하여 제4 밸브(65)를 거쳐 제상용열교환기(32)와 연결되도록 하는 제7 유로(66)와;

상기 제상용열교환기(32)에서 각각 제2 팽창밸브(67)와 제3 역지변(68)을 거쳐 상기 응축기(3)와 연결되도록 하는 제8 유로(69)와;

상기 보조열교환기(31)에서 제5 유로(56)를 따라 이송되는 냉매는 상기 제3 밸브(54) 전에 형성되는 제7 3방밸브(73)와, 상기 제8 유로(69)의 응축기(3)와 제2 팽창밸브(67) 사이에 형성되는 제6 3방밸브(70)에 의하여 응축기(3)와 연결되도록 하되 그 중간에 제5 밸브(71)를 구비하는 제9 유로(72)로 구성된다.

이때 상기 응축기(3)는 난방시 증발기의 역할을 하여 고온고압의 냉매는 상기 보조열교환기(31)에 의하여 실내를 난방하도록 하는 것이며, 상기 응축기(3)에서 주변의 공기중 수증기가 응결되어 성애가 발생하게 된다.

따라서 본 발명에서는 이러한 성애를 제거하기 위하여 일부 열을 상기 보조열교환기(32)로 보내어 성애를 제거하도록 하여 별도의 장치를 두지 않고도 성애를 제거할 수 있도록 하였다.

또한 상기 제6 유로(63)에는 제6 밸브(74)가 구비된다.

도 5은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구성을 나타낸 개념도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 요부 확대도로서, 본 발명에서 응축기(3)과 제상용열교환기(32)가 합쳐진 실시 예를 나타낸 것이다.

즉 상기 실시 예에서 난방시에는 응축기(3)는 증발기의 역할을 하게 될때 내부 배관라인(33)과 제상용열교환기(32)의 역할을 하는 배관라인(34)이 같은 경로로 인접하여 배치되는 실시 예를 나타낸 것이다.

따라서 응축기(3; 난방시 응축기의 역할이 아니라 증발기의 역할을 하는 것임)에서 성애가 발생할 때 인접한 제상용열교환기의 배관라인(34)이 이러한 성애를 실시간으로 제거해주게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구성을 나타낸 개념도

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각싸이클을 나타낸 개념도

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제습싸이클을 나타낸 개념도

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 난방싸이클을 나타낸 개념도

도 5은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구성을 나타낸 개념도

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 요부 확대도

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 증발기

11 : 송풍팬

2 : 압축기

3 : 응축기

3' : 실외기팬 31 : 보조열교환기

32 : 제상용열교환기

4 : 냉방싸이클

41 : 제1 역지변 42 : 제1 유로

43 : 제1 밸브

45 : 제2 유로 46 : 제2 밸브

47 : 제1 팽창밸브 48 : 제3 유로

5 : 제습싸이클

51 : 제1 3방밸브 52 : 자동 유량밸브

53 : 제4 유로 54 : 제3 밸브

55 : 제2 3방밸브 56 : 제5 유로

6 : 난방싸이클

61 : 제3 3방밸브 62 : 제4 3방밸브

63 : 제6 유로 64 : 제5 3방밸브

65 : 제4 밸브 66 : 제7 유로

67 : 제2 팽창밸브 68 : 제3 역지변

69 : 제8 유로 70 : 제6 3방밸브

71 : 제5 밸브 72 : 제9 유로

73 : 제7 3방밸브 74 : 제6 밸브

Claims (4)

1. 실내에 송풍팬(11)이 구비된 증발기(1)에서 압축기(2)를 거쳐 실외기팬이 구비되는 응축기(3)를 지나 다시 증발기(1)로 반복 순환하도록 하는 냉방싸이클(4)과;

   상기 냉방싸이클(4)의 압축기(2)에서 응축기(3)로 가는 경로에서 분기되어, 실내에 추가로 형성되어 상기 송풍팬(11)의 영향을 받는 보조열교환기(31)를 거쳐 상기 냉방싸이클(4)의 응축기(3)에서 응축액화한 냉매액과 팽창변 전에서 합류하여 증발기(1)로 이어지는 제습싸이클과;

   응축기(3)에서 압축기(2)를 거쳐 보조열교환기(31)와 실외의 응축기(3)에 인접하여 상기 응축기(3)의 성애를 제거하도록 하는 제상용열교환기(32)로 분기되며, 상기 보조열교환기(31) 및 제상용열교환기(32)를 지나 다시 합류되어 상기 응축기(3)로 합류되는 난방싸이클(6)로 구성됨을 특징으로 하는 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉방싸이클(4)은 상기 증발기(1)에서 압축기(2)와 연결되되 그 중간에 항상 압축기(2) 방향으로 냉매가 이송되도록 하는 제1 역지변(41)를 구비한 제1 유로(42)와;

   상기 압축기(2)에서 응축기(3)로 각각 제1 밸브(43)를 거치도록 하는 제2 유로(45)와;

   상기 응축기(3)에서 증발기(1)로 각각 제2 밸브(46)와 제1 팽창밸브(47)를 거치도록 하는 제3 유로(48)로 구성됨을 특징으로 하는 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제습싸이클(5)는 상기 냉방싸이클(4)을 포함하고;

   상기 제2 유로(45)의 압축기(2)와 제1 밸브(43) 사이에 형성되는 제1 3방밸브(51)에 의하여 일부 냉매가 분기되어 습도에 따라 자동으로 유량을 조절하는 자동 유량밸브(52)를 거쳐 상기 보조열교환기(31)로 연결되는 제4 유로(53)와;

   상기 보조열교환기(31)에서 제3 밸브(54)를 거쳐 상기 제3 유로(48)의 제2 밸브(46)와 제1 팽창밸브(47)의 사이에 형성되는 제2 3방밸브(55)에 의하여 상기 제3 유로(48)에 합류되도록 하는 제5 유로(56)가 추가로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 난방싸이클(6)은 제3 유로(48)의 상기 응축기(3)에서 제2 밸브(46)의 사이에 형성되는 제3 3방밸브(61)와, 제1 유로(42)의 제1 역지변(41)와 압축기(2)의 사이에 형성되는 제4 3방밸브(62)에 의하여 응축기(3)에서 압축기(2)로 냉매가 이송되도록 하는 제6 유로(63)와;

   압축기(2)에서 제2 유로(45)를 따라 이송되다가 제1 밸브(43)가 닫히면 제1 3방밸브(51)에 의하여 제4 유로(53)를 통하여 상기 보조열교환기(31)로 연결되도록 하되 상기 자동유량밸브(52)를 거친 후 형성되는 제5 3방밸브(64)에 의하여 응축기(3)에 추가로 구비되는 센서에 성애의 정도가 감지되면 고온고압의 냉매가스를 분기하여 제4 밸브(65)를 거쳐 제상용열교환기(32)와 연결되도록 하는 제 7유로(66)와;

   상기 제상용열교환기(32)에서 각각 제2 팽창밸브(67)와 제3 역지변(68)을 거쳐 상기 응축기(3)와 연결되도록 하는 제8 유로(69)와;

   상기 보조열교환기(31)에서 제5 유로(56)를 따라 이송되는 냉매는 상기 제3 밸브(54) 전에 형성되는 제7 3방밸브(73)와, 상기 제8 유로의 응축기(3)와 제2 팽창밸브(67) 사이에 형성되는 제6 3방밸브(70)에 의하여 응축기(3)와 연결되도록 하되 그 중간에 제5 밸브(71)를 구비하는 제9 유로(72)로 구성됨을 특징으로 하는 냉, 난방 및 제습기능을 가진 항온항습장치.

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