KR101231810B1 - 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치에 관한 것으로 특히, 공지된 제습장치에 있어서, 상기 프리 쿨러에 제 1 및 제 2 냉각 코일을 설치하되, 출구가 리 히터의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일의 입구는 제 2 온도식 팽창변과 응축기를 통해 압축기의 출력 측과 연결하고, 입구가 리 히터의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일의 출구는 상기 압축기의 입구 측에 연결한 것을 특징으로 한다.
따라서, 프리 쿨러에서 작동 유체가 2중으로 기화가 이루어지게 되므로 히트 파이프 형태로 상호 연결된 프리 쿨러와 리 히터 사이에 설치된 메인 쿨러를 통한 제습 효율을 대폭 증대시킬 수 있고, 또한 상기 증발압력 조정밸브를 통해 작동 유체 압력을 조정하여 메인 쿨러의 출구 공기 온도에서 작동 유체가 응축을 할 수 있도록 제어하여 히트 파이프 역할을 하게 하며, 제 1 및 제 2 온도식 팽창변으로 작동 유체의 유동량 제어가 가능하여 메인 쿨러를 통한 제습과 동시에 실내 온도제어가 가능할 뿐만 아니라 압축기의 부하를 크게 줄일 수 있어 전기 에너지도 절감할 수 있고, 특히 제품 자체에 대한 성능과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치{Energy-saving type dehumidifier using heat pipe}
본 발명은 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 증발기의 기능을 갖고 외부의 공기를 1차적으로 냉각시켜 주는 프리 쿨러(Per-cooler)의 코일 구조를 메인 쿨러(Main cooler)와 연결된 압축기의 동력에 의해 응축기를 통해 공급되어 오는 작동 유체(즉, 액체 냉매)와 리 히터(Re-heater)에서 응축되어 모세관 현상에 의해 무동력으로 공급되어 오는 작동 유체를 각각 2중으로 기화시켜 주는 구조로 개선하여 히트 파이프 형태로 상호 연결된 형태를 갖는 프리 쿨러와 리 히터 사이에 설치된 메인 쿨러를 통한 제습 효율을 대폭 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지를 크게 절약할 수 있도록 발명한 것이다.
다시 말해서, 히트 파이프가 작동하기 위해서는 반드시 열원의 온도차이 있어야 하는데 일반적으로 제습을 하기 위해서 저온으로 공기를 냉각시키고 재열을 해주어야 하므로 입구공기의 높은 열과 냉각코일 출구공기의 낮은 열을 이용하여 열 교환을 하도록 환 구조로 연결하고, 리턴(Return) 되는 작동 유체가 모세관 현상에 의하여 작동되도록 한 그루부 형태(groove type)의 히트 파이프 형태를 갖도록 하되, 이때 재열 온도가 너무 높게 올라가는 것을 방지하고자, 프리 쿨러에 응축기에서 오는 냉매 일부를 증발시켜 프리 쿨러의 기능을 강화시키고 재열 기능을 제어하며, 또한 냉동기가 연결된 구조의 프리 쿨러에서 히트파이프 작용을 하려면 프리 쿨러에서 증발된 기체가 메인 쿨러 후단의 응축기(Re heater)에서 응축이 되고 이것이 프리 쿨러로 모세관 현상에 의해 이송이 되며, 여기서 증발작용으로 열을 흡수하게 되는데 프리 쿨러는 메인 쿨러에 비해서 압력이 높아야 되므로 이는 냉동기의 응축기 압력 (고압)과 증발기 압력(저압)의 압축비가 낮아져 에너지를 절감할 수 있는데 입구 공기를 중 저온(middle temperature) 냉각한 후 메인 쿨러에서 2차 냉각을 수행하게 하여 메인 쿨러를 통한 제습 효율을 대폭 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지를 크게 절약할 수 있도록 발명한 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트 파이프 제습장치는 외부에서 유입되는 공기를 1차적으로 예냉(豫冷)하기 프리 쿨러(Per-cooler)와, 메인 쿨러(Main cooler)를 통해 2차 냉각된 공기를 재열(再熱)하기 위한 리 히터(Re-heater) 부분으로 구성되어 있다.
첫 번째 부분은 공기 조화기의 냉각코일 전면(前面) 유입공기 흐름 쪽에 위치하게 되는데, 더운 공기가 첫 번째 부분인 프리 쿨러를 통과하면 액체 냉매가 증발하여 냉각 코일의 후부(後部) 쪽에 위치하고 있는 두 번째 부분인 리 히터로 열을 이동시킨다.
여기서, 프리 쿨러에 구비된 냉각코일 전면에 위치한 증발코일(豫冷 히트파이프)로 유입되는 공기로부터 열이 제거되며 계속해서 공기는 냉각 코일을 통과함으로써 더욱더 낮은 온도로 강하하여 더 많은 응축수가 제거되며, 과냉(過冷) 공기가 히트 파이프의 두 번째 부분인 리 히터(再熱 히트 파이프)를 통과할 때는 원래 첫 번째 프리 쿨러에서 흡수한 동일 열량을 이용하여 재 가열(再 加熱)해 줌으로써 쾌적한 온도 및 낮은 상대습도를 유지할 수 있게 된다.
이와 같은 구성의 히트 파이프를 이용한 제습장치는 움직이는 부분이 없고, 펌프 기타 추가적인 에너지의 공급 없이 수동적으로 습기를 제거할 수 있는 시스템으로 증명된 히트 파이프 제습장치 원리를 사용하여 유입되는 공기를 즉석에서 4~7℃ 예냉시켜 냉각코일이 노점온도에 빨리 도달할 수 있게 함으로써 한층 제습 효율을 향상시킬 수 있으며, 특히 히트 파이프 제습 시스템의 가장 가치 있는 장점 중의 하나는 히트 파이프의 예냉 부분에서 추출한 열을 재가열 과정에 그대로 사용할 수 있는 것이다.
즉, 히팅 파이프는 열의 온도 차에 의해서 동작하는 것으로, 열원이 없는 곳에서는 작동을 하지 않으며, 또한 히팅 파이프의 내부에는 작동 유체의 상태 변화(즉, 증발 → 응축 → 증발)의 숨은 열(즉, 잠열)로 열을 흡수하고 방출하는 기능을 수행하게 된다.
이와 같은 히트 파이프 원리를 이용한 제습장치는 첫째 전기식 재열 히터를 대체할 수 있고, 수동적 재열 과정으로 실내에 냉방부하를 추가하지 않으며, 펌프 등 기타 기계적인 장치를 사용하지 않아도 되고, 히트 파이프는 수동적이며 공기의 온도 차에 의해 작동되기 때문에 기존의 공기 조화 시스템에 방해를 주지 않고 작동하며, 압력손실이 적고, 전체적인 공기조화 시스템의 용량을 축소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
이와 같은 히팅 파이프 원리를 이용한 종래 단일 조립체형 열전달장치로는 국내 등록특허공보 10-0309937호(2001년 09월 12일)로 제시된 바 있는데, 이는 단순히 환경제어장치에 설치되는 단일 조립체형 열전달 장치에 있어서, 일차 증발기와; 사행형 증발기 부분, 사행형 응축기 부분, 증기라인 및 냉매 복귀라인을 갖는 히트 파이프와; 상기 일차 증발기와 증발기 부분 및 응축기 부분이 각각의 단부판에 장착됨으로써 단일 조립체를 형성하게 되는 제1 및 제2단부판을 포함하고, 상기 증기라인과 냉매 복귀라인이 각각 상기 증발기 부분과 응축기 부분을 서로 연결하여 이분할 히트 파이프를 형성하고, 상기 히트 파이프는 상기 증발기 부분과 응축기 부분이 상기 일차 증발기의 대향측에 배치되도록 상기 일차 증발기 주위에 감겨 있는 구성으로 되어 있다.
한편, 종래 일반적인 히트 파이프를 이용한 제습장치의 원리를 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도시 생략한 히트 파이프 증발기에서 고온 고습의 공기가 프리 쿨러(1) 측으로 유입되면 상기 프리 쿨러(1)의 냉각 코일 내에 충진된 작동 유체(즉, 액체 냉매)가 기화되며 열을 흡수(기화 잠열)하게 됨(즉, 프리 쿨러가 증발기의 기능을 수행함)은 물론 코일 내부의 압력이 상승하게 되어 기화된 기체가 저온 측의 리 히터(2) 측으로 흐르게 된다.
또한, 제 1 온도식 팽창변(5)과 응축기(7) 및 압축기(8)와 연결된 상태에서 프리 쿨러(1)와 리 히터(2) 사이에 설치되어 있는 냉동 사이클의 메인 쿨러(4)에서는 노점온도 이하의 온도를 갖고 고온 고습의 공기가 상기 프리 쿨러(1)를 통해 1차 예냉된 상태에서 유입되면 유입된 공기를 2차 냉각시킴과 동시에 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거(즉, 제습)하게 된다.
이와 같이 상기 메인 쿨러(4)를 통과하며 제습된 차가운 공기가 리 히터(2) 코일을 통과하게 되면 상기 리 히터(2)에서는 응축 작용을 하게 되므로 인해 상기 프리 쿨러(1)에서 기화된 상태로 공급되어 온 작동 유체가 상기 리 히터(2)의 코일을 통과하며 액체로 응축되고 열을 공기 중에 발산하며 공기를 재가열하게 된다.
상기 프리 쿨러(1)와 메인 쿨러(4) 및 리 히터(2)와 상기와 같은 작용을 지속하는 가운데 공기가 계속해서 흐르고 메인 쿨러(4)에 연결된 압축기(8)가 계속 가동하게 되면 상기 프리 쿨러(1)와 리 히터(2)로 구성된 히트 파이프는 입출구 온도 차에 의해 계속 작동하게 되므로 별도의 동력은 필요없이 기화와 응축 작동이 반복적으로 이루어지게 된다.
그러나 상기와 같은 구성을 갖는 종래 히트 파이프를 이용한 제습장치는 여름철 건물 내부 냉각시 메인 쿨러(4)의 후단에 설치되어 있는 리 히터(2) 코일에 의해 작동 유체가 응축되면서 많은 열이 발산되며 재가열 과정에서 히트 파이프의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안(즉, 히트 파이프의 효율을 높이기 위한 방안)으로 일부에서는 코일의 로우(Row) 수를 증가시키는 경우가 있는데, 이 경우 리 히터 코일의 출구 온도가 더욱 상승하게 되므로 이로 인해 더욱더 크게 하여도 건물 냉방 효과가 감소되는 문제점이 있다.
또한, 종래 히트 파이프 구조에서는 자연 증발과 응축이 일어나는 작동 유체로 입축구 온도차가 적을수록 효과가 떨어지는 패시시브(Passive) 형으로 액티브(Active) 형보다 감소되는 문제점이 있고, 또 온도제어가 어려워 정밀한 온도제어를 필요로 하는 곳에 적용하기 어려울 뿐만 아니라 단순히 제습 기능의 효과만 갖고 있어 호환성이 결여되는 등의 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 10-0309937호(2001년 09월 12일) 3. 대한민국 공개특허공보 10-2004-0040034호(2004년 05월 12일) 3. 대한민국 등록실용신안공보 20-0300918호(2003년 01월 02일) 4. 대한민국 등록특허공보 10-0430278호(2004년 04월 23일)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 증발기의 기능을 갖고 외부의 공기를 1차적으로 냉각시켜 주는 프리 쿨러에 제 1 및 제 2 냉각 코일을 설치하되, 출구가 리 히터의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일의 입구는 제 2 온도식 팽창변과 응축기를 통해 압축기의 출력 측과 연결하고, 입구가 리 히터의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일의 출구는 증발압력 조정밸브를 통해 압축기의 입구 측에 연결하여,히트 파이프 원리에 의해 프리 쿨러의 제 1 냉각 코일 내에서 1차 증발 기화된 기체가 리 히터 코일로 공급되어 액화상태로 응축된 다음 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일로 무동력(grooved copper tube에 의한 모세관 현상)으로 리턴된 후 다시 제 2 냉각 코일을 통해 기화된 다음 증발압력 조정밸브를 통해 압력이 조절된 형태에서 압축기 측으로 공급되도록 함으로써 프리 쿨러에서 작동 유체가 2중으로 기화가 이루어지게 되므로 히트 파이프 형태로 상호 연결된 프리 쿨러와 리 히터 사이에 설치된 메인 쿨러를 통한 제습 효율을 대폭 증대시킬 수 있고, 또한 상기 증발압력 조정밸브를 통해 작동 유체 압력을 조정하여 메인 쿨러의 출구 공기 온도에서 작동 유체가 응축을 할 수 있도록 제어하여 히트 파이프 역할을 하게 하며, 제 1 및 제 2 온도식 팽창변으로 작동 유체의 유동량 제어가 가능하여 메인 쿨러를 통한 제습과 동시에 실내 온도제어가 가능할 뿐만 아니라 압축기의 부하를 크게 줄일 수 있어 전기 에너지도 절감할 수 있는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치는, 고온 고습의 공기가 유입되면 내부의 작동 유체가 기화되며 발생하는 기화 잠열을 이용하여 공기를 1차 냉각시켜 주는 프리 쿨러와; 입,출구 사이에 압축기와 응축기 및 제 1 온도식 팽창변이 순차적으로 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러를 통해 1차 냉각된 상태에서 유입되는 공기를 2차 냉각하며 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 메인 쿨러와; 작동 유체 입,출구가 상기 프리 쿨러의 작동 유체 출,입구와 히트 파이프를 통해 교차되게 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러에서 기화되며 발생되는 압력에 의해 자동 공급되어 오는 작동 기체를 응축시키며 발생하는 열로 공기를 재가열시켜 주는 리 히터;로 구성된 제습장치에 있어서, 상기 프리 쿨러에 제 1 및 제 2 냉각 코일을 설치하되, 출구가 리 히터의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일의 입구는 제 2 온도식 팽창변과 응축기를 통해 압축기의 출력 측과 연결하고, 입구가 리 히터의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일의 출구는 상기 압축기의 입구 측에 연결한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 리 히터의 출구가 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일 입구보다 높도록 상기 리 히터를 프리 쿨러보다 높게 설치하거나 또는 상기 리 히터의 출구와 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일 입구 사이를 연결시켜 주는 히트 파이프를 설치할 때, 리 히터의 출구 측이 더 높도록 경사지게 설치한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일 출구와 압축기의 입구 사이에는 공기의 온도변화에 대응하여 변화되는 작동 유체의 기화 압력에 부응하여 기체의 통과량을 자동 조절해 주는 증발압력 조정밸브를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 압축기의 동력에 의해 응축기와 제 2 온도식 팽창변을 통해 프리 쿨러의 제 1 냉각 코일로 공급된 작동 유체는 제 1 냉각 코일을 통해 기화된 후 모세관 현상에 의해 무동력으로 리 히터로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리 히터에 의해 액화상태로 응축된 다음 무동력으로 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일로 리턴된 작동 유체는 다시 제 2 냉각 코일을 통해 기화된 다음 증발압력 조정밸브를 통해 압력이 조절된 형태에서 압축기의 흡입동력에 의해 다시 응축기와 제 2 온도식 팽창변을 통해 프리 쿨러의 제 1 냉각 코일로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 프리 쿨러의 증발압력이 메인 쿨러의 증발압력보다 높도록 증발압력 조정밸브를 통해 세팅시켜 응축압력과 압축기의 압축비를 낮출 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 히트 파이프는 그루부 타입(grooved copper tube)의 코일을 적용한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치에 의하면, 외부의 공기를 1차적으로 냉각시켜 주는 프리 쿨러에 제 1 및 제 2 냉각 코일을 설치하되, 출구가 리 히터의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일의 입구는 제 2 온도식 팽창변과 응축기를 통해 압축기의 출력 측과 연결하고, 입구가 리 히터의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일의 출구는 증발압력 조정밸브를 통해 압축기의 입구 측에 연결하여, 히트 파이프 원리에 의해 프리 쿨러의 제 1 냉각 코일 내에서 1차 증발 기화된 기체가 리 히터 코일로 공급되어 액화상태로 응축된 다음 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일로 무동력(grooved copper tube에 의한 모세관 현상)으로 리턴된 후 다시 제 2 냉각 코일을 통해 기화된 다음 증발압력 조정밸브를 통해 압력이 조절된 형태에서 압축기 측으로 공급되도록 함으로써 프리 쿨러에서 작동 유체가 2중으로 기화가 이루어지게 되므로 히트 파이프 형태로 상호 연결된 프리 쿨러와 리 히터 사이에 설치된 메인 쿨러를 통한 제습 효율을 대폭 증대시킬 수 있고, 또한 상기 증발압력 조정밸브를 통해 작동 유체 압력을 조정하여 메인 쿨러의 출구 공기 온도에서 작동 유체가 응축을 할 수 있도록 제어하여 히트 파이프 역할을 하게 하며, 제 1 및 제 2 온도식 팽창변으로 작동 유체의 유동량 제어가 가능하여 메인 쿨러를 통한 제습과 동시에 실내 온도제어가 가능할 뿐만 아니라 압축기의 부하를 크게 줄일 수 있어 전기 에너지도 절감할 수 있고, 특히 제품 자체에 대한 성능과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 종래 히트 파이프를 이용한 제습장치의 개략적인 블록 구성도.
도 2는 본 발명 장치의 블록 구성도.
도 3은 본 발명 장치의 작동상태를 설명하기 위한 개념 블록 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명 장치의 작동상태를 설명하기 위한 개념 블록 구성도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명 장치는,
고온 고습의 공기가 유입되면 내부의 작동 유체가 기화되며 발생하는 기화 잠열을 이용하여 공기를 1차 냉각시켜 주는 프리 쿨러(1)와; 입,출구 사이에 압축기(8)와 응축기(7) 및 제 1 온도식 팽창변(5)이 순차적으로 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러(1)를 통해 1차 냉각된 상태에서 유입되는 공기를 2차 냉각하며 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 메인 쿨러(4)와; 작동 유체 입,출구가 상기 프리 쿨러(1)의 작동 유체 출,입구와 히트 파이프(3)를 통해 교차되게 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러(1)에서 기화되며 발생되는 압력에 의해 자동 공급되어 오는 작동 기체를 응축시키며 발생하는 열로 공기를 재가열시켜 주는 리 히터(2);로 구성된 제습장치에 있어서,
상기 프리 쿨러(1)에 제 1 및 제 2 냉각 코일(11)(12)을 설치하되,
출구가 리 히터(2)의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일(11)의 입구는 제 2 온도식 팽창변(6)과 응축기(7)를 통해 압축기(8)의 출력 측과 연결하고,
입구가 리 히터(2)의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일(12)의 출구는 압축기(8)의 입구 측에 연결한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 리 히터(2)의 출구가 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12) 입구보다 높도록 상기 리 히터(2)를 프리 쿨러(1)보다 높게 설치하거나, 또는 상기 리 히터(2)의 출구와 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12) 입구 사이를 연결시켜 주는 히트 파이프(3)를 설치할 때, 리 히터(2)의 출구 측이 더 높도록 경사지게 설치한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12) 출구와 압축기(8)의 입구 사이에는 공기의 온도변화에 대응하여 변화되는 작동 유체의 기화 압력에 부응하여 기체의 통과량을 자동 조절해 주는 증발압력 조정밸브(9)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 압축기(8)의 동력에 의해 응축기(7)와 제 2 온도식 팽창변(6)을 통해 프리 쿨러(1)의 제 1 냉각 코일(11)로 공급된 작동 유체는 제 1 냉각 코일(11)을 통해 기화된 후 모세관 현상에 의해 무동력으로 리 히터(2)로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리 히터(2)에 의해 액화상태로 응축된 다음 무동력으로 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12)로 리턴된 작동 유체는 다시 제 2 냉각 코일(12)을 통해 기화된 다음 증발압력 조정밸브(9)를 통해 압력이 조절된 형태에서 압축기(8)의 흡입동력에 의해 다시 응축기(7)와 제 2 온도식 팽창변(6)을 통해 프리 쿨러(1)의 제 1 냉각 코일(11)로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 프리 쿨러(1)의 증발압력이 메인 쿨러(4)의 증발압력보다 높도록 증발압력 조정밸브(9)를 통해 세팅시켜 응축압력과 압축기(8)의 압축비를 낮출 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 히트 파이프(3)는 그루부 타입(grooved copper tube)의 코일을 적용한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명 장치는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 프리 쿨러(1)와, 압축기(8)와 응축기(7), 제 1 온도식 팽창변(5), 메인 쿨러(4) 및 리 히터(2)로 구성된 공지의 제습장치 중 상기 프리 쿨러(1)에 제 1 및 제 2 냉각 코일(11)(12)을 설치하여 히트 파이프 원리에 의해 프리 쿨러(1)의 제 1 냉각 코일(11) 내에서 1차 증발 기화된 기체가 리 히터(2) 코일로 공급되어 액화상태로 응축된 다음 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12)로 무동력으로 리턴된 후 다시 제 2 냉각 코일(12)을 통해 기화된 다음 압축기(8) 측으로 공급되도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.
이때, 공지된 제습장치의 구성요소 중 프리 쿨러(1)는 기본적으로 고온 고습의 공기가 유입되면 내부의 작동 유체가 기화되며 발생하는 기화 잠열을 이용하여 공기를 1차 냉각시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 메인 쿨러(4)는 입,출구 사이에 압축기(8)와 응축기(7) 및 제 1 온도식 팽창변(5)이 순차적으로 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러(1)를 통해 1차 냉각된 상태에서 유입되는 공기를 2차 냉각시켜 줌은 물론 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 상기 리 히터(2)는 작동 유체 입,출구가 상기 프리 쿨러(1)의 작동 유체 출,입구와 히트 파이프(3)를 통해 교차되게 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러(1)에서 기화되며 발생되는 압력에 의해 자동 공급되어 오는 작동 기체를 응축시키며 발생하는 열로 공기를 재가열시켜 주는 기능을 수행하게 된다.
한편, 본 발명에서는 상기한 프리 쿨러(1) 내에 제 1 및 제 2 냉각 코일(11)(12)을 설치하되, 출구가 리 히터(2)의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일(11)의 입구는 제 2 온도식 팽창변(6)과 응축기(7)를 통해 압축기(8)의 출력 측과 연결하고, 입구가 리 히터(2)의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일(12)의 출구는 압축기(8)의 입구 측에 연결한 형태를 갖는다.
이때, 상기 리 히터(2) 내에서 응축된 작동 유체가 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12)로 무동력에 의해 원활히 리턴되도록 하기 위하여, 본 발명에서는 상기 리 히터(2)를 프리 쿨러(1)보다 높게 설치하여 상기 리 히터(2)의 출구가 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12) 입구보다 높도록 하거나, 또는 도 3과 같이 상기 리 히터(2)의 출구와 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12) 입구 사이를 연결시켜 주는 그루부 타입(grooved copper tube)의 코일 형태를 갖는 히트 파이프(3)를 설치할 때, 상기 리 히터(2)의 출구 측이 더 높도록 경사지게 설치하여 모세관 현상과 중력에 의한 작동 유체의 리턴이 원활하게 이루어질 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명에서는 상기 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12) 출구와 압축기(8)의 입구 사이에 증발압력 조정밸브(9)를 더 설치하여 공기의 온도변화에 대응하여 변화되는 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12) 내 작동 유체의 기화 압력에 부응하여 압축기(8) 측으로 이송되는 기체의 통과량을 자동 조절해 줄 수 있도록 하였다.
이때, 상기 프리 쿨러(1)의 증발압력이 메인 쿨러(4)의 증발압력보다 높도록 증발압력 조정밸브(9)를 통해 세팅시켜 응축압력과 압축기(8)의 압축비가 낮아지고 이에 따르는 동력비가 절감될 수 있도록 하였다.
한편, 본 발명이 적용된 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치에서 상기 압축기(8)의 동력에 의해 응축기(7)와 제 2 온도식 팽창변(6)을 통해 프리 쿨러(1)의 제 1 냉각 코일(11)로 공급된 작동 유체는 제 1 냉각 코일(11)을 통해 기화된 후 모세관 현상에 의해 무동력으로 리 히터(2)로 공급되게 된다.
또, 상기 리 히터(2)에 의해 액화상태로 응축된 다음 무동력으로 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12)로 리턴된 작동 유체는 다시 제 2 냉각 코일(12)을 통해 기화된 다음 증발압력 조정밸브(9)를 통해 압력이 조절된 형태를 갖고 압축기(8)의 흡입동력에 의해 다시 응축기(7)와 제 2 온도식 팽창변(6)을 통해 프리 쿨러(1)의 제 1 냉각 코일(11)로 공급되는 사이클을 반복하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 외부의 공기를 1차적으로 냉각시켜 주는 프리 쿨러(1)에 제 1 및 제 2 냉각 코일(11)(12)을 설치하되, 출구가 리 히터(2)의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일(11)의 입구는 제 2 온도식 팽창변(6)과 응축기(7)를 통해 압축기(8)의 출력 측과 연결하고, 입구가 리 히터(2)의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일(12)의 출구는 증발압력 조정밸브(9)를 통해 압축기(8)의 입구 측에 연결하여 줌으로써 히트 파이프 원리에 의해 프리 쿨러(1)의 제 1 냉각 코일(11) 내에서 1차 증발 기화된 기체가 리 히터(2) 코일로 공급되어 액화상태로 응축된 다음 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12)로 무동력(grooved copper tube에 의한 모세관 현상)으로 리턴되게 된다.
또한, 상기 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12)로 무동력에 의해 리턴된 작동 유체는 다시 제 2 냉각 코일(12)을 통해 기화된 다음 증발압력 조정밸브(9)를 통해 압력이 조절된 형태에서 압축기(8)의 흡입력에 의해 압축기 측으로 공급되므로 프리 쿨러(1)에서 작동 유체가 2중으로 기화가 이루어지게 되어 히트 파이프 형태로 상호 연결된 프리 쿨러(1)와 리 히터(2) 사이에 설치된 메인 쿨러(4)를 통한 제습 효율을 대폭 증대시킬 수 있다.
또, 상기 증발압력 조정밸브(9)를 프리 쿨러(1)의 제 2 냉각 코일(12)을 통해 배출되는 작동 유체의 압력을 임으로 조정할 수 있으므로 상기 메인 쿨러(4)의 출구 공기 온도에서 작동 유체가 응축을 할 수 있도록 제어할 수 있고, 또한 제 1 및 제 2 온도식 팽창변(5)(6)으로 작동 유체의 유동량 제어가 가능하므로 상기 메인 쿨러(4)를 통한 제습과 동시에 실내 온도제어가 가능하게 됨은 물론 상기 압축기(8)의 부하를 크게 줄일 수 있어 전기 에너지도 절감할 수 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 : 프리 쿨러 11, 12 : 제 1 및 제 2 냉각 코일
2 : 리 히터
3 : 히트 파이프
4 : 메인 쿨러
5, 6 : 제 1 및 제 2 온도식 팽창변
7 : 응축기
8 : 압축기
9 : 증발압력 조정밸브

Claims (7)

  1. 고온 고습의 공기가 유입되면 내부의 작동 유체가 기화되며 발생하는 기화 잠열을 이용하여 공기를 1차 냉각시켜 주는 프리 쿨러와; 입,출구 사이에 압축기와 응축기 및 제 1 온도식 팽창변이 순차적으로 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러를 통해 1차 냉각된 상태에서 유입되는 공기를 2차 냉각하며 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 메인 쿨러와; 작동 유체 입,출구가 상기 프리 쿨러의 작동 유체 출,입구와 히트 파이프를 통해 교차되게 연결된 형태를 갖고 상기 프리 쿨러에서 기화되며 발생되는 압력에 의해 자동 공급되어 오는 작동 기체를 응축시키며 발생하는 열로 공기를 재가열시켜 주는 리 히터;로 구성된 제습장치에 있어서,
    상기 프리 쿨러에 제 1 및 제 2 냉각 코일을 설치하되, 출구가 리 히터의 입구에 연결된 상기 제 1 냉각 코일의 입구는 제 2 온도식 팽창변과 응축기를 통해 압축기의 출력 측과 연결하고, 입구가 리 히터의 출구와 연결된 상기 제 2 냉각 코일의 출구는 상기 압축기의 입구 측에 연결한 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리 히터의 출구가 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일 입구보다 높도록 상기 리 히터를 프리 쿨러보다 높게 설치하거나,
    또는 상기 리 히터의 출구와 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일 입구 사이를 연결시켜 주는 히트 파이프를 설치할 때, 리 히터의 출구 측이 더 높도록 경사지게 설치한 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일 출구와 압축기의 입구 사이에는 공기의 온도변화에 대응하여 변화되는 작동 유체의 기화 압력에 부응하여 기체의 통과량을 자동 조절해 주는 증발압력 조정밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기의 동력에 의해 응축기와 제 2 온도식 팽창변을 통해 프리 쿨러의 제 1 냉각 코일로 공급된 작동 유체는 제 1 냉각 코일을 통해 기화된 후 모세관 현상에 의해 무동력으로 리 히터로 공급되는 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 리 히터에 의해 액화상태로 응축된 다음 무동력으로 프리 쿨러의 제 2 냉각 코일로 리턴된 작동 유체는 다시 제 2 냉각 코일을 통해 기화된 다음 증발압력 조정밸브를 통해 압력이 조절된 형태에서 압축기의 흡입동력에 의해 다시 응축기와 제 2 온도식 팽창변을 통해 프리 쿨러의 제 1 냉각 코일로 공급되는 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 프리 쿨러의 증발압력이 메인 쿨러의 증발압력보다 높도록 증발압력 조정밸브를 통해 세팅시켜 응축압력과 압축기의 압축비를 낮출 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 히트 파이프는 그루부 타입(grooved copper tube)의 코일을 적용한 것을 특징으로 하는 히트 파이프를 이용한 에너지 절약형 제습장치.



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