KR101157498B1 - 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템에 관한 것으로 특히, 공지된 클린룸용 공조시스템에 있어서, 환기유닛 내에는 냉방작동시 응축기의 기능을 수행하고 난방작동시에는 증발기의 기능을 수행하는 제 3 코일을 부가 설치하고, 액분리기와 제 1 분지 헤더 및 제 1 코일 사이에는 냉방작동시 제어부의 제어를 받아 액분리기에서 배출되는 냉매를 제 1 및 제 2 분지 헤더와 수액기를 통해 실외기와 환기유닛 내의 제 3 코일, 급기유닛 내의 제 2 코일 및 제 1 코일로 공급시켜 주고 최종 제 1 코일을 통해 리턴되는 냉매는 액분리기 측으로 전달하고, 난방작동시에는 액분리기에서 배출되는 냉매를 급기유닛 내의 제 1 코일과 수액기를 거친 후 제 2 및 제 1 분지 헤더를 통해 환기유닛 내의 제 3 코일 및 실외기로 공급시켜 주고 최종 제 1 분지 헤더를 통해 리턴되는 냉매는 액분리기 측으로 전달하는 4방 밸브를 부가 설치하며, 실외기와 제 1 내지 제 3 코일에 각각 설치되는 수개의 입,출구 배관에는 제어부의 출력신호에 부응하여 개폐되며 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 배출용 솔레노이드밸브를 부가 설치하되, 상기 실외기와 제 1 및 제 3 코일의 입,출구 배관에 설치된 냉매 공급용 솔레노이드밸브의 입,출구 사이에는 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 서로 직렬 연결시킨 형태로 부가 설치한 것을 특징으로 하는 한다.
이와 같이 클린룸에서 사용되는 공조시스템을 통해 외부로 버려지는 배기의 열 에너지를 히트펌프를 이용하여 열 회수를 함은 물론 이를 실내로 공급하는 급기의 열 환경 조성에 이용하여 줌으로써 에너지 자체를 대폭 절약할 수 있고, 특히 공조시스템 자체를 냉방 및 난방겸용으로 제어하여 클린룸 내부의 공기 열 환경을 24시간, 365일 내내 온도 23~24℃, 습도 50%로 유지시켜야 하는 조건을 만족시킬 수 있도록 함으로써 일반적으로 사용되는 공조시스템의 실외기 용량을 대폭 줄일 수 있음과 동시에 냉동사이클의 효율을 비약적으로 높일 수 있고, 겨울철 보일러의 설치가 필요 없어 시설비와 가스비의 지출이 전혀 필요 없는 것이다.
이와 같이 클린룸에서 사용되는 공조시스템을 통해 외부로 버려지는 배기의 열 에너지를 히트펌프를 이용하여 열 회수를 함은 물론 이를 실내로 공급하는 급기의 열 환경 조성에 이용하여 줌으로써 에너지 자체를 대폭 절약할 수 있고, 특히 공조시스템 자체를 냉방 및 난방겸용으로 제어하여 클린룸 내부의 공기 열 환경을 24시간, 365일 내내 온도 23~24℃, 습도 50%로 유지시켜야 하는 조건을 만족시킬 수 있도록 함으로써 일반적으로 사용되는 공조시스템의 실외기 용량을 대폭 줄일 수 있음과 동시에 냉동사이클의 효율을 비약적으로 높일 수 있고, 겨울철 보일러의 설치가 필요 없어 시설비와 가스비의 지출이 전혀 필요 없는 것이다.
Description
본 발명은 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 전외기 방식이나 24시간 공조 등의 특성을 가지는 클린룸 공조시스템에서 배기로 배출되는 에너지를 히트펌프를 이용하여 회수하여 공조 시스템에서 소비되는 막대한 양의 에너지를 대폭 절감할 수 있도록 발명한 것이다.
일반적으로 클린룸용 공조시스템은 클린룸의 특성상 환기의 개념이 없으므로 사용되는 공기를 모두 외부공기를 이용하고, 24시간 365일 동안 정지 없이 기동시켜야 하며, 또한 실내환경 조건의 까다로움 등이 있는 특징을 가지고 있고, 클린룸 특성상 필요한 공조시스템의 차압 조절 및 밀폐성에 대한 요건만이 강조되는 실정이다.
그런데 실제 현장에서는 클린룸에서 사용되는 많은 에너지 비용으로 운영 측면에서 많은 부담이 되고 있다, 따라서 일부 클린룸용 공조시스템에서 에너지 사용을 줄이기 위하여 동물실험실 등 한정된 현장에는 현열 교환기를 도입하고 있으나, 그 효율이 적으며, 사용에 따라 효율이 점차적으로 떨어지는 단점을 가지고 있다.
즉, 클린룸용 공조시스템에서 에너지 사용량 절감을 위한 시스템으로는 현열 교환기와 히트파이프 등의 사용을 고려할 수 있으나, 현행법상으로 인하여 적용이 어렵고, 일부 적용하는 경우에도 그 효율이 현저하게 떨어진다.
이에 따라 실질적으로 클린룸 현장에 에너지 절감을 위한 장치를 마련한 곳은 거의 없으며, 생물학적 안전을 위한 엄격한 법으로 인하여 에너지 절감 장치 마련이 어려운 실정이다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 클린룸에서 외부로 버려지는 공조시스템의 배기 열 에너지를 히트펌프를 이용하여 열 회수를 함은 물론 이를 실내로 공급하는 급기의 열 환경 조성에 이용하여 에너지 자체를 대폭 절약할 수 있는 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 공조시스템 자체를 냉방 및 난방겸용으로 제어하여 클린룸 내부의 공기 열 환경을 24시간, 365일 내내 온도 23~24℃, 습도 50%로 유지시켜야 하는 조건을 히트펌프를 통하여 만족시킴으로써 일반적으로 사용되는 공조시스템의 실외기(CDU, Condensing Unit) 용량을 대폭 줄일 수 있음과 동시에 냉동사이클의 효율을 비약적으로 높일 수 있고, 겨울철 보일러 등과 같은 열원설비의 설치가 필요 없어 시설비와 가스비의 지출을 줄일 수 있는 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템을 제공하는데 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 액분리기에서 유입되는 냉매가스를 정해진 고온 고압으로 압축시켜 유분리기 측으로 배출하는 하나 이상의 압축기와; 상기 압축기에서 고온 고압으로 압축된 후 배출되는 냉매 중에 포함되어 있는 윤활유를 분리하고 순수 냉매만 배출하는 유분리기와; 상기 유분리기 또는 제 1 및 제 2 코일 및 실외기에서 유입되는 냉매 중에 남아 있는 습증기를 분리시켜 주는 액분리기와; 상기 액분리기를 통해 배출되는 냉매를 실외기 및 제 1 및 제 2 코일로 분기시켜 줌은 물론 이들을 통과하고 리턴되는 냉매를 포집하여 액분리기 측으로 전달하는 제 1 및 제 2 분지 헤더와; 헤더들을 통해 유입되는 고온 고압의 냉매를 응축시켜 액화하는 실외기와; 급기유닛 내에 설치되어 상기 고온 고압의 냉매를 통해 주변의 열을 흡수하며 급기팬을 통해 외부에서 강제로 유입된 후 실험실 내로 배출되는 공기를 차가운 공기로 냉각시켜 주는 제 1 및 제 2 코일과; 배기팬을 구비하고 실내공기를 외부로 강제 배기시켜 주는 환기유닛과; 실외기와 제 1 및 제 2 코일을 통해 저온의 액체로 변환된 냉매를 충진하였다가 방출시켜 주는 수액기와; 시스템의 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부;를 구비한 클린룸용 공조시스템에 있어서,
상기 환기유닛 내에는 냉방작동시 응축기의 기능을 수행하고 난방작동시에는 증발기의 기능을 수행하는 제 3 코일을 부가 설치하고,
상기 액분리기와 제 1 분지 헤더 및 제 1 코일 사이에는 냉방작동시 제어부의 제어를 받아 액분리기에서 배출되는 냉매를 제 1 및 제 2 분지 헤더와 수액기를 통해 실외기와 환기유닛 내의 제 3 코일, 급기유닛 내의 제 2 코일 및 제 1 코일로 공급시켜 주고 최종 제 1 코일을 통해 리턴되는 냉매는 액분리기 측으로 전달하고, 난방작동시에는 액분리기에서 배출되는 냉매를 급기유닛 내의 제 1 코일과 수액기를 거친 후 제 2 및 제 1 분지 헤더를 통해 환기유닛 내의 제 3 코일 및 실외기로 공급시켜 주고 최종 제 1 분지 헤더를 통해 리턴되는 냉매는 액분리기 측으로 전달하는 4방 밸브를 부가 설치하며,
상기 실외기와 제 1 내지 제 3 코일에 각각 설치되는 수개의 입,출구 배관에는 제어부의 출력신호에 부응하여 개폐되며 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 배출용 솔레노이드밸브를 부가 설치하되, 상기 실외기와 제 1 및 제 3 코일의 입,출구 배관에 설치된 냉매 공급용 솔레노이드밸브의 입,출구 사이에는 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 서로 직렬 연결시킨 형태로 부가 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 냉매 배출 및 공급용 솔레노이드밸브는 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 개폐량이 결정되는 밸브로, 실외기와 제 1 내지 제 3 코일의 열량에 따라 제어부로부터 서로 다른 형태로 출력되는 제어신호에 부응하여 냉매의 흐름을 허용 및 차단하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전자식 팽창변는 일반적인 냉동시스템에서 사용되는 온도검출식 팽창밸브와 다르게 별도의 제어기를 통하여 다양한 옵션을 부여 가능하며, 과열도 제어에 대한 기능으로 팽창밸브 개도를 변경하여 설정온도 안에서 증발온도가 유지되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수액기는 냉매 흡입 및 토출 배관의 단부를 모두 수액기 내의 바닥면에 근접시킬 수 있도록 연장 형성시켜 냉매의 흡입과 토출 방향이 냉/난방 제어모드에 따라 서로 바꿀 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제 2 코일은 냉방전용으로 작동시켜 클린룸용 공조시스템이 냉방기능으로 작동할 때 급기유닛 내의 제 1 및 제 2 코일과 환기유닛 내의 제 3 코일 모두가 작동하고, 난방기능으로 작동할 때에는 급기유닛 내의 제 1 코일과 환기유닛 내의 제 3 코일만 작동되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클린룸용 공조시스템이 냉방기능으로 작동할 때 4방 밸브를 통해 공급되는 냉매가 제 1 분지 헤더를 통해 분기되어 제 3 코일과 냉매 배출용 솔레노이드밸브를 거쳐 제 2 분지 헤더로 유입되며 상기 제 3 코일이 응축기의 기능을 수행하도록 하고, 여분의 냉매는 실외기와 제 2 코일 및 냉매 배출용 솔레노이드밸브을 통해 제 2 분지 헤더로 유입되며 실외기와 제 2 코일이 응축기의 기능을 수행하도록 하며, 상기 제 2 분지 헤더에 모여진 냉매는 수액기와 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 통해 제 1 코일을 거친 다음 4방 밸브를 통해 액분리기 측으로 리턴되도록 하여 상기 제 1 코일이 증발기의 기능을 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 클린룸용 공조시스템이 난방기능으로 작동할 때 4방 밸브를 통해 공급되는 냉매는 제 1 코일을 통과한 다음 냉매 배출용 솔레노이드밸브와 수액기를 거쳐 제 2 분지 헤더로 유입되도록 하여 상기 제 1 코일이 응축기의 기능을 수행하도록 하고, 상기 제 2 분지 헤더로 유입된 냉매는 분기된 후 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 통해 제 3 코일을 거쳐 제 1 분지 헤더로 유입되도록 하여 상기 제 3 코일이 증발기의 기능을 수행하도록 하며, 또 나머지 일부는 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 통해 실외기를 거쳐 제 1 분지 헤더로 유입되어 합쳐진 후 4방 밸브를 통해 액분리기 측으로 리턴되도록 하여 상기 실외기도 증발기의 기능을 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템에 의하면, 클린룸에서 외부로 버려지는 공조시스템의 배기 열 에너지를 히트펌프를 이용하여 열 회수를 함은 물론 이를 실내로 공급하는 급기의 열 환경 조성에 이용하여 줌으로써 에너지 자체를 대폭 절약할 수 있고, 특히 공조시스템 자체를 냉방 및 난방겸용으로 제어하여 클린룸 내부의 공기 열 환경을 24시간, 365일 내내 온도 23~24℃, 습도 50%로 유지시켜야 하는 조건을 히트펌프를 통해 만족시켜 줌으로써 일반적으로 사용되는 공조시스템의 실외기 용량을 대폭 줄일 수 있음과 동시에 냉동사이클의 효율을 비약적으로 높일 수 있고, 겨울철 보일러 등과 같은 열원설비의 설치가 필요 없어 시설비와 가스비의 지출을 대폭 줄일 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템의 블록 구성도.
도 2의 (a)(b)는 종래 수액기와 본 발명의 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템에서 사용된 수액기의 개략적인 종 단면도.
도 3은 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템이 냉방 시스템으로 작동할 때의 냉매 흐름도.
도 4는 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템이 난방 시스템으로 작동할 때의 냉매 흐름도.
도 2의 (a)(b)는 종래 수액기와 본 발명의 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템에서 사용된 수액기의 개략적인 종 단면도.
도 3은 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템이 냉방 시스템으로 작동할 때의 냉매 흐름도.
도 4는 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템이 난방 시스템으로 작동할 때의 냉매 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템의 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 2의 (a)(b)는 종래 수액기와 본 발명의 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템에서 사용된 수액기의 개략적인 종 단면도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템이 냉방 시스템으로 작동할 때의 냉매 흐름도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템이 난방 시스템으로 작동할 때의 냉매 흐름도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명은,
액분리기(3)에서 유입되는 냉매가스를 정해진 고온 고압으로 압축시켜 유분리기(2) 측으로 배출하는 하나 이상의 압축기(1)와; 상기 압축기(1)에서 고온 고압으로 압축된 후 배출되는 냉매 중에 포함되어 있는 윤활유를 분리하고 순수 냉매만 배출하는 유분리기(2)와; 상기 유분리기(2) 또는 제 1 및 제 2 코일(7)(8) 및 실외기(6)에서 유입되는 냉매 중에 남아 있는 습증기를 분리시켜 주는 액분리기(3)와; 상기 액분리기(3)를 통해 배출되는 냉매를 실외기(6) 및 제 1 및 제 2 코일(7)(8)로 분기시켜 줌은 물론 이들을 통과하고 리턴되는 냉매를 포집하여 액분리기(3) 측으로 전달하는 제 1 및 제 2 분지 헤더(4)(5)와; 헤더들을 통해 유입되는 고온 고압의 냉매를 응축시켜 액화하는 실외기(6)와; 급기유닛(A) 내에 설치되어 상기 고온 고압의 냉매를 통해 주변의 열을 흡수하며 급기팬을 통해 외부에서 강제로 유입된 후 실험실 내로 배출되는 공기를 차가운 공기로 냉각시켜 주는 제 1 및 제 2 코일(7)(8)과; 배기팬을 구비하고 실내공기를 외부로 강제 배기시켜 주는 환기유닛(B)과; 실외기(6)와 제 1 및 제 2 코일(7)(8)을 통해 저온의 액체로 변환된 냉매를 충진하였다가 방출시켜 주는 수액기(10)와; 시스템의 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부(11);를 구비한 클린룸용 공조시스템에 있어서,
상기 환기유닛(B) 내에는 냉방작동시 응축기의 기능을 수행하고 난방작동시에는 증발기의 기능을 수행하는 제 3 코일(9)을 부가 설치하고,
상기 액분리기(3)와 제 1 분지 헤더(4) 및 제 1 코일(7) 사이에는 냉방작동시 제어부(11)의 제어를 받아 액분리기(3)에서 배출되는 냉매를 제 1 및 제 2 분지 헤더(4)(5)와 수액기(10)를 통해 실외기(6)와 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9), 급기유닛(A) 내의 제 2 코일(8) 및 제 1 코일(7)로 공급시켜 주고 최종 제 1 코일(7)을 통해 리턴되는 냉매는 액분리기(3) 측으로 전달하고, 난방작동시에는 액분리기(3)에서 배출되는 냉매를 급기유닛(A) 내의 제 1 코일(7)과 수액기(10)를 거친 후 제 2 및 제 1 분지 헤더(5)(4)를 통해 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9) 및 실외기(6)로 공급시켜 주고 최종 제 1 분지 헤더(4)를 통해 리턴되는 냉매는 액분리기(3) 측으로 전달하는 4방 밸브(12)를 부가 설치하며,
상기 실외기(6)와 제 1 내지 제 3 코일(7)-(9)에 각각 설치되는 수개의 입,출구 배관에는 제어부(11)의 출력신호에 부응하여 개폐되며 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)를 부가 설치하되, 상기 실외기(6)와 제 1 및 제 3 코일(7)(9)의 입,출구 배관에 설치된 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)의 입,출구 사이에는 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)와 전자식 팽창변(15)을 서로 직렬 연결시킨 형태로 부가 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 냉매 배출 및 공급용 솔레노이드밸브(13)(14)는 제어부(11)에서 출력되는 제어신호에 따라 개폐량이 결정되는 밸브로, 실외기(6)와 제 1 내지 제 3 코일(7)-(9)의 열량에 따라 제어부(11)로부터 서로 다른 형태로 출력되는 제어신호에 부응하여 냉매의 흐름을 허용 및 차단하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전자식 팽창변(15)은 일반적인 냉동시스템에서 사용되는 온도검출식 팽창밸브와 다르게 별도의 제어기를 통하여 다양한 옵션을 부여 가능하며, 과열도 제어에 대한 기능으로 팽창밸브 개도를 변경하여 설정온도 안에서 증발온도가 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수액기(10)는 냉매 흡입 및 토출 배관(10a)(10b)의 단부를 모두 수액기 내의 바닥면에 근접시킬 수 있도록 연장 형성시켜 냉매의 흡입과 토출 방향이 냉/난방 제어모드에 따라 서로 바꿀 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제 2 코일(8)은 냉방전용으로 작동시켜 클린룸용 공조시스템이 냉방기능으로 작동할 때 급기유닛(A) 내의 제 1 및 제 2 코일(7)(8)과 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9) 모두가 작동하고, 난방기능으로 작동할 때에는 급기유닛(A) 내의 제 1 코일(7)과 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9)만 작동되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클린룸용 공조시스템이 냉방기능으로 작동할 때 4방 밸브(12)를 통해 공급되는 냉매가 제 1 분지 헤더(4)를 통해 분기된 후 제 3 코일(9)과 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)를 거쳐 제 2 분지 헤더(5)로 유입되며 상기 제 3 코일(9)이 응축기의 기능을 수행하도록 하고,
여분의 냉매는 실외기(6)와 제 2 코일(8) 및 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)들을 통해 제 2 분지 헤더(5)로 유입되며 실외기(6)와 제 2 코일(8)이 응축기의 기능을 수행하도록 하며,
상기 제 2 분지 헤더(5)에 모여진 냉매는 수액기(10)와 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)와 전자식 팽창변(15)을 통해 제 1 코일(7)을 거친 다음 4방 밸브(12)를 통해 액분리기(3) 측으로 리턴되도록 하여 상기 제 1 코일(7)이 증발기의 기능을 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 클린룸용 공조시스템이 난방기능으로 작동할 때 4방 밸브(12)를 통해 공급되는 냉매는 제 1 코일(7)을 통과한 다음 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)와 수액기(10)를 거쳐 제 2 분지 헤더(5)로 유입되도록 하여 상기 제 1 코일(7)이 응축기의 기능을 수행하도록 하고,
상기 제 2 분지 헤더(5)로 유입된 냉매는 분기되어 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)와 전자식 팽창변(15)을 통해 제 3 코일(9)을 거쳐 제 1 분지 헤더(4)로 유입되도록 하여 상기 제 3 코일(9)이 증발기의 기능을 수행하도록 하며,
또 나머지 일부는 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)와 전자식 팽창변(15)을 통해 실외기(6)를 거쳐 제 1 분지 헤더(4)로 유입되어 합쳐진 후 4방 밸브(12)를 통해 액분리기(3) 측으로 리턴되도록 하여 상기 실외기(6)도 증발기의 기능을 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.
여기서 미 설명부호 P는 전자식 및 기계식 압력계이고, G는 수동 볼 밸브이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 하나 이상의 압축기(1)와 유분리기(2), 액분리기(3), 제 1 및 제 2 분지 헤더(4)(5), 실외기(6), 제 1 및 제 2 코일(7)(8)이 구비된 급기유닛(A), 환기유닛(B), 수액기(10) 및 제어부(11)를 구비한 공지된 클린룸용 공조시스템에 있어서, 환기유닛(B) 내에 제 3 코일(9)을 부가 설치하고, 액분리기(3)와 제 1 분지 헤더(4) 및 제 1 코일(7) 사이에는 4방 밸브(12)를 부가 설치하며, 상기 실외기(6)와 제 1 내지 제 3 코일(7)-(9)에 각각 설치되는 수개의 입,출구 배관에는 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)와 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14) 및 전자식 팽창변(15)을 부가 설치하여 클린룸용 공조시스템 자체를 냉/난방 겸용으로 작동시킬 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.
이때, 공지된 클린룸용 공조시스템에 포함되어 있는 하나 이상의 압축기(1)는 액분리기(3)에서 유입되는 냉매가스를 정해진 고온 고압으로 압축시켜 유분리기(2) 측으로 배출하는 기능을 수행하게 되는데, 상기 압축기(1)는 제어부(11)의 제어를 받는 인버터를 통한 용량제어가 이루어져 히트펌프 공조시스템에서 냉매 고압 및 저압을 안정적인 수준으로 유지시킬 수 있으며, 상기 제어부(11)에서는 유분리기(2) 출력부와 액분리기(3) 입력부에 설치된 전자식 압력센서(P)들을 통해 감시하는 압력 값을 읽어들여 압축기의 용량을 제어하게 된다.
또한, 상기 유분리기(2)는 압축기(1)에서 고온 고압으로 압축된 후 배출되는 냉매 중에 포함되어 있는 윤활유를 분리하고 순수 냉매만 배출하는 기능을 수행하며, 상기 액분리기(3)는 유분리기(2) 또는 제 1 및 제 2 코일(7)(8) 및 실외기(6)에서 유입되는 냉매 중에 남아 있는 습증기를 분리시켜 주는 기능을 수행하게 된다.
또, 상기 제 1 및 제 2 분지 헤더(4)(5)는 액분리기(3)를 통해 배출되는 냉매를 실외기(6) 및 제 1 및 제 2 코일(7)(8)로 분기시켜 줌은 물론 이들을 통과하고 리턴되는 냉매를 포집하여 액분리기(3) 측으로 전달하는 기능을 수행하고, 상기 실외기(6)는 헤더들을 통해 유입되는 고온 고압의 냉매를 응축시켜 주는 기능을 수행하는 것을 기본으로 하나 본 발명이 적용된 실외기는 난방시 증발기의 기능도 병행하게 된다.
또한, 상기 급기유닛(A)은 배기팬과 제 1 및 제 2 코일(7)(8)을 포함한 필터 등을 구비하고 제 1 및 제 2 코일(7)(8)을 통해 고온 고압의 냉매가 통과될 때 주변의 열을 흡수하며 급기팬을 통해 외부에서 강제로 유입된 후 실험실 내로 배출되는 공기를 차가운 공기로 냉각시켜 주는 기능을 수행하는 것을 기본으로 하나, 본 발명이 적용된 상기 제 1 코일(7)은 난방 작동시 응축기의 기능도 병행하게 된다.
즉, 상기 급기유닛(A) 내에 설치된 제 1 코일(7)은 일반적인 냉동시스템에서는 냉각코일에 해당하는 코일인데, 본 발명에서는 상기 제 1 코일(7)은 냉방시 증발기의 역할을 하고, 난방시에는 응축기의 역할을 하도록 하였으며, 또한 부하에 따른 열교환량을 제어하기 위하여 제 1 코일(7)의 구성은 3개의 구역으로 분할되고, 열교환 공기의 균일한 온도분포를 위하여 각각의 교차되는 분지 배관을 가진다.
그리고, 상기 급기유닛(A) 내의 제 2 코일(8)은 일반적인 냉동시스템에서는 재열코일에 해당하는 코일로써, 본 발명에서 제 2 코일(8)은 냉방시 제 1 분지 헤더(4)를 통해 냉매를 받아 응축기 역할을 하여 재열을 하고, 난방시에는 사용하지 않으며, 또한 부하에 따른 열교환량을 제어하기 위하여 제 2 코일(8)의 구성은 3개의 구역으로 분할되고, 열교환 공기의 균일한 온도분포를 위하여 각각의 교차되는 분지 배관을 가진다.
그리고 상기 환기유닛(B)은 배기팬과 필터 등을 구비하고 실내공기를 외부로 강제 배기시켜 주는 기능을 수행하고, 상기 수액기(10)는 실외기(6)와 제 1 및 제 2 코일(7)(8)을 통해 저온의 액체로 변환된 냉매를 충진하였다가 방출시켜 주는 기능을 기본으로 하나 본 발명이 적용된 수액기는 난방 작동시 제 1 코일(7)을 통과한 냉매응 제 1 및 제 2 분지 헤더(4)(5)를 통해 후술하는 제 3 코일(9)과 실외기(6)로 공급시켜 주는 기능도 병행하며, 상기 제어부(11)는 시스템의 전반적인 제어기능을 수행하게 된다.
한편, 본 발명에서 환기유닛(B) 내에 부가 설치한 상기 제 3 코일(9)은 냉방작동시에는 응축기의 기능을 수행하고 난방작동시에는 증발기의 기능을 수행하는 하게 된다.
즉, 제 3 코일(9)은 일반적인 냉동시스템의 환기유닛(B)에서는 없는 코일로써 열회수 코일이라고 명할 수 있는데, 본 발명에서 부가시킨 제 3 코일(9)은 냉방시 응축기 역할을 하고, 난방시 증발기의 역할을 하며, 또한 부하에 따른 열교환량을 제어하기 위하여 제 3 코일(9)의 구성은 3개의 구역으로 분할되고, 열교환 공기의 균일한 온도분포를 위하여 각각의 교차되는 분지 배관을 가진다.
다시 말해서, 상기 제 2 코일(8)은 냉방전용으로 작동시켜 클린룸용 공조시스템이 냉방기능으로 작동할 때 급기유닛(A) 내의 제 1 및 제 2 코일(7)(8)과 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9) 모두가 작동하고, 난방기능으로 작동할 때에는 급기유닛(A) 내의 제 1 코일(7)과 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9)만 작동되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 4방 밸브(12)는 액분리기(3)와 제 1 분지 헤더(4) 및 제 1 코일(7) 사이에 설치되어 냉매의 순환방향을 절체시켜 냉/난방 절환을 실시하게 것으로, 냉방작동시에는 제어부(11)의 제어를 받아 액분리기(3)에서 배출되는 냉매를 제 1 및 제 2 분지 헤더(4)(5)와 수액기(10)를 통해 실외기(6)와 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9), 급기유닛(A) 내의 제 2 코일(8) 및 제 1 코일(7)로 공급시켜 주고 최종 제 1 코일(7)을 통해 리턴되는 냉매는 액분리기(3) 측으로 전달하게 되며, 난방작동시에는 액분리기(3)에서 배출되는 냉매를 급기유닛(A) 내의 제 1 코일(7)과 수액기(10)를 거친 후 제 2 및 제 1 분지 헤더(5)(4)를 통해 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9) 및 실외기(6)로 공급시켜 주고 최종 제 1 분지 헤더(4)를 통해 리턴되는 냉매는 액분리기(3) 측으로 전달하는 기능을 수행하게 된다.
또, 상기 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)들은 실외기(6)와 제 1 내지 제 3 코일(7)-(9)에 각각 설치되는 수개의 입,출구 배관에 각각 설치되어 제어부(11)의 출력신호에 부응하여 개폐되며 냉매의 흐름을 제어하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 상기 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)와 전자식 팽창변(15)은 상호 직렬 연결된 형태에서 상기 실외기(6)와 제 1 및 제 3 코일(7)(9)의 입,출구 배관에 설치되어 있는 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)의 입,출구 사이에는 병렬 연결된 형태를 갖고 냉방 작동시에는 수액기(10)로 모여진 냉매가 제 1 코일(7)로 공급되도록 하고, 난방 작동시에는 제 1 및 제 2 분지 헤더(4)(5)에 의해 분기된 냉매가 실외기(6)와 제 3 코일(9)로 공급되도록 하는 기능을 수행하게 된다.
뿐만 아니라, 상기 냉매 배출 및 공급용 솔레노이드밸브(13)(14)는 제어부(11)에서 출력되는 제어신호에 따라 개폐량이 결정되는 밸브로, 실외기(6)와 제 1 내지 제 3 코일(7)-(9)의 열량에 따라 제어부(11)로부터 서로 다른 형태로 출력되는 제어신호에 부응하여 냉매의 흐름을 허용 및 차단하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전자식 팽창변(15)는 일반적인 냉동시스템에서 사용되는 온도검출식 팽창밸브와 다르게 별도의 제어기를 통하여 다양한 옵션을 부여 가능하며, 과열도 제어에 대한 기능으로 팽창밸브 개도를 변경하여 설정온도 안에서 증발온도가 유지되도록 하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 일반적인 냉동시스템에서 사용되고 있는 수액기(10)는 도 2의 (a)와 같이 한 방향으로만 냉매의 흐름이 지정되어 있어 냉매 흡입 배관(10a)은 짧고 내매 토출 배관(10b)은 수액기 내부 바닥에 근접하도록 길어 만액이 된 냉매를 내보내게 되나, 본 발명이 적용된 수액기(10)는 흡입과 토출 방향이 냉/난방에 따라 서로 바뀌게 되므로, 도 2의 (b)와 같이 냉매 흡입 및 토출 배관(10a)(10b) 모두를 수액기(10) 내부 바닥에 근접하도록 길게 형성시킨 구조를 갖는다.
한편, 본 발명이 적용된 상기 클린룸용 공조시스템이 사용자의 요구나 주변의 검출온도 등에 대응하여 냉방기능으로 작동할 때에는, 도 3과 같이 압축기(1)에서 배출되는 고온 고압의 냉매가 유분리기(2) → 액분리기(3) → 4방 밸브(12)를 통해 제 1 분지 헤더(4)로 이동되어 분배된 다음, 우선 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9)을 통해 열을 방출하며 응축 → 여분의 응축은 급기유닛(A) 내의 제 2 코일(8)을 통해 실시 → 응축 용량이 더 필요할 경우에는 실외기(6)를 통해 3차 응축된 후, 응축된 냉매는 제 3 및 제 2 코일(8)과 실외기(6)에 각각 연결된 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)들을 통해 제 2 분지 헤더(5)로 모인 다음, 수액기(10)와 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14) 및 전자식 팽창변(15)을 통해 급기유닛(A) 내의 제 1 코일(7)을 통과하며 저온 저압으로 팽창 → 제 1 코일(7)에서 열을 흡수하며 증발 → 4방 밸브(12) → 액분리기(3) → 압축기(1)로 리턴되는 과정을 반복하며 클린룸 내의 냉방이 이루어짐은 물론 일부 열이 제 3 코일(9) 등을 통해 응축 회수되게 된다.
또한, 본 발명이 적용된 상기 클린룸용 공조시스템이 사용자의 요구나 주변의 검출온도 등에 대응하여 난방기능으로 작동할 때에는, 도 4와 같이 압축기(1)에서 배출되는 고온 고압의 냉매가 유분리기(2) → 액분리기(3) → 4방 밸브(12)를 통해 급기유닛(A) 내의 제 1 코일(7)을 통과하며 외기로 응축된 다음 냉매 배출용 솔레노이드밸브(13)와 수액기(10)를 거쳐 제 2 분지 헤더(5)로 유입되어 분배된 후, 우선적으로 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)와 전자식 팽창변(15)을 통해 환기유닛(B) 내의 제 3 코일(9)로 유입되어 열을 흡수 증발 → 여분의 증발은 냉매 공급용 솔레노이드밸브(14)와 전자식 팽창변(15)을 통해 실외기(6)로 공급되어 추가 증발된 다음 제 1 분지 헤더(4)를 통해 모여진 다음 4방 밸브(12) → 액분리기(3) → 압축기(1)로 리턴되는 과정을 반복하며 클린룸 내의 난방이 이루어짐은 물론 일부 열이 제 3 코일(9) 등을 통해 증발 회수되게 된다.
이와 같이 본 발명의 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템에 따르면 1년 365일, 24시간 동안 운영되는 특수 실험실에서 배출되는 공기를 활용하여 냉/난방이 자동으로 이루어지게 되므로 기존의 지열 히트펌프 등의 여타의 히트펌프보다 높은 성능의 히트펌프 운전이 가능하고, 클린룸 공조시스템에서 일반적으로 사용하는 실외기(CDU; Condensing Unit)의 용량보다 배기열 회수코일인 제 3 코일(9)을 배기덕트에 설치하여 줌으로써 실외기의 용량을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 실외기에서 사용하는 에너지보다 훨씬 적은 에너지를 사용하게 된다.
또한, 본 발명이 적용된 공조시스템의 기본은 히트펌프를 사용하나 일반적으로 사용하는 단일적인 히트펌프 시스템이 아닌 하나의 시스템으로 여러 대상을 냉난방 가능하며, 에너지 절약형 공조시스템으로 적은 에너지 사용으로 기존보다 높은 에너지 효율을 가지는 장점이 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
1 : 압축기 2 : 유분리기
3 : 액분리기 4,5 : 제 1 및 제 2 분지 헤더
6 : 실외기 7-9 : 제 1 내지 제 3 코일
10 : 수액기 10a, 10b : 냉매 흡입 및 토출 배관
11 : 제어부 12 : 4방 밸브
13 : 냉매 배출용 솔레노이드밸브
14 : 냉매 공급용 솔레노이드밸브
15 : 전자식 팽창변
A : 급기유닛 B : 환기유닛
3 : 액분리기 4,5 : 제 1 및 제 2 분지 헤더
6 : 실외기 7-9 : 제 1 내지 제 3 코일
10 : 수액기 10a, 10b : 냉매 흡입 및 토출 배관
11 : 제어부 12 : 4방 밸브
13 : 냉매 배출용 솔레노이드밸브
14 : 냉매 공급용 솔레노이드밸브
15 : 전자식 팽창변
A : 급기유닛 B : 환기유닛
Claims (7)
- 하나 이상의 압축기와 유분리기, 액분리기, 제 1 및 제 2 분지 헤더, 실외기, 배기팬과 제 1 및 제 2 코일을 구비한 급기유닛, 배기팬을 구비한 환기유닛, 수액기 및 제어부;로 구성된 클린룸용 공조시스템에 있어서,
상기 환기유닛 내에는 냉방작동시 응축기의 기능을 수행하고 난방작동시에는 증발기의 기능을 수행하는 제 3 코일을 부가 설치하고,
상기 액분리기와 제 1 분지 헤더 및 제 1 코일 사이에는 냉방작동시 제어부의 제어를 받아 액분리기에서 배출되는 냉매를 제 1 및 제 2 분지 헤더와 수액기를 통해 실외기와 환기유닛 내의 제 3 코일, 급기유닛 내의 제 2 코일 및 제 1 코일로 공급시켜 주고 최종 제 1 코일을 통해 리턴되는 냉매는 액분리기 측으로 전달하고, 난방작동시에는 액분리기에서 배출되는 냉매를 급기유닛 내의 제 1 코일과 수액기를 거친 후 제 2 및 제 1 분지 헤더를 통해 환기유닛 내의 제 3 코일 및 실외기로 공급시켜 주고 최종 제 1 분지 헤더를 통해 리턴되는 냉매는 액분리기 측으로 전달하는 4방 밸브를 부가 설치하며,
상기 실외기와 제 1 내지 제 3 코일에 각각 설치되는 수개의 입,출구 배관에는 제어부의 출력신호에 부응하여 개폐되며 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 배출용 솔레노이드밸브를 부가 설치하되, 상기 실외기와 제 1 및 제 3 코일의 입,출구 배관에 설치된 냉매 공급용 솔레노이드밸브의 입,출구 사이에는 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 서로 직렬 연결시킨 형태로 부가 설치한 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 냉매 배출 및 공급용 솔레노이드밸브는 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 개폐량이 결정되는 밸브로, 실외기와 제 1 내지 제 3 코일의 열량에 따라 제어부로부터 서로 다른 형태로 출력되는 제어신호에 부응하여 냉매의 흐름을 허용 및 차단하는 것을 특징으로 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전자식 팽창변는 일반적인 냉동시스템에서 사용되는 온도검출식 팽창밸브와 다르게 별도의 제어기를 통하여 다양한 옵션을 부여 가능하며, 과열도 제어에 대한 기능으로 팽창밸브 개도를 변경하여 설정온도 안에서 증발온도가 유지되도록 한 것을 특징으로 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수액기는 냉매 흡입 및 토출 배관의 단부를 모두 수액기 내의 바닥면에 근접시킬 수 있도록 연장 형성시켜 냉매의 흡입과 토출 방향이 냉/난방 제어모드에 따라 서로 바꿀 수 있도록 한 것을 특징으로 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 코일은 냉방전용으로 작동시켜 클린룸용 공조시스템이 냉방기능으로 작동할 때 급기유닛 내의 제 1 및 제 2 코일과 환기유닛 내의 제 3 코일 모두가 작동하고, 난방기능으로 작동할 때에는 급기유닛 내의 제 1 코일과 환기유닛 내의 제 3 코일만 작동되도록 한 것을 특징으로 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 클린룸용 공조시스템이 냉방기능으로 작동할 때 4방 밸브를 통해 공급되는 냉매의 일부는 제 1 분지 헤더를 통해 분기되어 실외기를 거친 다음 냉매 배출용 솔레노이드밸브와 제 2 분지 헤더를 거쳐 수액기로 유입되도록 하여 실외기가 응축기의 기능을 수행하도록 하고, 나머지 일부의 냉매는 제 3 및 제 2 코일을 거친 다음 냉매 배출용 솔레노이드밸브와 제 2 분지 헤더를 거쳐 수액기로 유입되도록 하여 제 3 및 제 2 코일이 응축기의 기능을 수행하도록 하며, 상기와 같이 수액기를 통해 합쳐진 냉매는 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 통해 제 1 코일을 거친 다음 4방 밸브를 통해 액분리기 측으로 리턴되도록 하여 상기 제 1 코일이 증발기의 기능을 수행하도록 한 것을 특징으로 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 클린룸용 공조시스템이 난방기능으로 작동할 때 4방 밸브를 통해 공급되는 냉매는 제 1 코일을 통과한 다음 냉매 배출용 솔레노이드밸브와 수액기를 거쳐 제 2 분지 헤더로 유입되도록 하여 상기 제 1 코일이 응축기의 기능을 수행하도록 하고, 상기 제 2 분지 헤더로 유입된 냉매의 일부는 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 통해 제 3 코일을 거쳐 제 1 분지 헤더로 유입되도록 하여 상기 제 3 코일이 증발기의 기능을 수행하도록 하며, 또 나머지 일부는 냉매 공급용 솔레노이드밸브와 전자식 팽창변을 통해 실외기를 거쳐 제 1 분지 헤더로 유입되어 합쳐진 후 4방 밸브를 통해 액분리기 측으로 리턴되도록 하여 상기 실외기도 증발기의 기능을 수행하도록 한 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020110053279A KR101157498B1 (ko) | 2011-06-02 | 2011-06-02 | 에너지 절감형 클린룸용 히트펌프 공조시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2011-06-02 KR KR1020110053279A patent/KR101157498B1/ko active IP Right Grant
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