KR101429084B1 - 상부공기흡입타입 제습냉난방장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치에 관한 것이다. 본 발명은 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 연결되어 하나의 사이클을 이루되 상기 압축기 전후의 냉매순환라인에 제1열교환기 또는 제2열교환기로 냉매흐름을 전환시키기 위한 사방밸브가 마련되고, 상기 제2열교환기와 병렬로 연결되게 제2열교환기 전후방의 냉매순환라인에서 분기된 제1분기라인에 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기는 제1열교환기에 근접 배치되며, 상기 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브, 사방밸브 및 제2, 제3열교환기가 유입구와 배출구를 갖는 함체 내에 구비되되 상기 함체의 배출구에는 송풍기가 마련되며, 상기 송풍기의 전방위치인 함체 내부에 기열교환방식으로 제1, 제3열교환기가 구비되고, 상기 제2열교환기에는 이 제2열교환기와 수열교환을 위한 열매체가 순환되고 상기 냉매순환라인과는 별개인 열매체순환라인이 마련되는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은 하나의 냉동사이클을 이루는 냉매순환라인에 3개의 열교환기를 마련하되 상열교환기들 중에서 제1, 제3열교환기는 한쪽에 배치하고, 제2열교환기는 다른 한쪽에 배치하여 하나의 열교환기유닛을 이루도록 마련함으로써 보다 콤팩트한 냉난방장치를 얻을 수 있음은 물론, 상부로부터 공기를 흡입하면서 한쪽측면으로 배출하여 제습, 제상, 난방, 냉방 및 축열을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

상부공기흡입타입 제습냉난방장치{upper air inhale type Dehumidifying cooling and heating apparatus}
본 발명은 상부공기흡입타입 제습냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 공조기의 하나인 히트펌프에서 하나의 냉동사이클을 이루는 냉매순환라인에 3개의 열교환기를 마련하되 이들 열교환기 중에서 제1, 제3열교환기는 한쪽에, 제2열교환기는 다른 한쪽에 하나의 열교환기유닛을 이루도록 마련함으로써 상부로부터 공기를 흡입하면서 제습, 제상, 난방은 물론 냉방 및 축열을 효율적으로 수행할 수 있는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치에 관한 것이다.
일반적으로, 시설하우스는 작물의 냉해를 방지하면서 작물의 생장조건을 왕성하게 하여 촉성재배하고 열대성 식물이나 작물을 재배하기 위한 시설물이다. 이러한 시설하우스에서 열대성 식물이나 작물을 재배함에 있어, 토양이 마르지 않도록 충분한 급수가 필요하고 온도저하로 인한 냉해, 특히 동절기의 냉해를 방지하기 위하여 난방은 필수적으로 행하여지고 있다.
이러한 시설하우스의 난방을 행할 때, 시설하우스의 내부공기는 작물에 뿌려주는 급수 중의 일부가 증발하기 때문에 상대습도가 65~90%로 되고, 이는 거의 현재온도의 포화증기량에 도달하기 쉬운 상태이다. 이에 따라서, 시설하우스의 온도가 조금이라도 내려가면 시설물인 하우스의 내부벽면은 물론 작물의 표면에 수분이 부착되어 물방울로 맺히게 되고, 온도가 낮아질수록 더욱 심하게 발생된다.
이러한 수분은 작물의 부패요인이 되고 병충해의 유발요인이 되었으며, 이로 인하여 작물에 병충해가 발생되거나 부패되게 되면 상품으로서의 가치가 없어 판매할 수 없으며, 특히 부주의로 인하여 시설하우스 내의 온도가 영하로 떨어지면 작물의 표면에 맺힌 수분이 얼어붙어 냉해가 더욱 심각하게 발생된다는 문제점이 있었다.
위와 같이 시설하우스의 제습 및 냉난방은 통상 히트펌프를 이용하여 해결하고 있다. 이러한 기존의 히트펌프는 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 하나의 사이클을 이루도록 냉매순환라인이 연결되며, 상기 압축기 전후의 냉매순환라인에는 냉난방모드에 따라 제1열교환기 또는 제2열교환기로 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브가 마련된 것이다.
그러나 이러한 기존의 냉난방장치에 있어서는, 사용자의 선택모드, 즉 냉방 또는 난방모드에 따라 제1, 제2열교환기가 각각 상대적으로 응축기와 증발기의 기능을 수행하는 것일 뿐이어서 제1, 제2열교환기가 고온고압의 기상냉매를 소정온도의 액상냉매로 응축시키고 액상냉매를 기상냉매로 증발(기화)시키는 응축기와 증발기는 이와 열교환하는 유입외기 및 열매체의 온도가 최적온도인 경우엔 별다른 문제가 없으나 유입외기 및 열매체의 온도가 높아지거나 낮아지면 악영향을 받을 수밖에 없으며, 이로 인하여 응축기와 증발기가 갖는 최적의 성능을 수행함에 한계가 있고 히트펌프가 가지는 최적의 냉방효율 또는 난방효율을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구개발한 것으로, 그 목적은 하나의 냉동사이클을 이루는 냉매순환라인에 3개의 열교환기를 마련하되 이들 열교환기 중에서 제1, 제3열교환기는 한쪽에 배치하고, 제2열교환기는 다른 한쪽에 배치하여 하나의 열교환기유닛을 이루도록 마련함으로써 보다 콤팩트한 냉난방장치를 얻을 수 있음은 물론, 상부로부터 공기를 흡입하면서 한쪽측면으로 배출하여 제습, 제상, 난방, 냉방 및 축열을 효율적으로 수행할 수 있도록 한 상부공기흡입타입 제습냉난방장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 함체의 송풍기에 다수의 분배통공을 갖는 분배튜브를 마련하고 이 분배튜브의 입구부분에 하우스의 내부 혹은 외부공기를 선택전환하기 위한 기류전환댐퍼를 마련함으로써 열교환이 이루어진 공기를 하우스 내에 골고루 분배할 수 있음은 물론 열교환이 이루어진 내부공기를 운전조건에 따라 순환, 방출할 수 있도록 한 상부공기흡입타입 제습냉난방장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상부공기흡입타입 제습냉난방장치는, 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 연결되어 하나의 사이클을 이루되 상기 압축기 전후의 냉매순환라인에 제1열교환기 또는 제2열교환기로 냉매흐름을 전환시키기 위한 사방밸브가 마련되고, 상기 제2열교환기와 병렬로 연결되게 제2열교환기 전후방의 냉매순환라인에서 분기된 제1분기라인에 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기는 제1열교환기에 근접 배치되며, 상기 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브, 사방밸브 및 제2, 제3열교환기가 유입구와 배출구를 갖는 함체 내에 구비되되 상기 함체의 배출구에는 송풍기가 마련되며, 상기 송풍기의 전방위치인 함체 내부에 기열교환방식으로 제1, 제3열교환기가 구비되고, 상기 제2열교환기에는 이 제2열교환기와 수열교환을 위한 열매체가 순환되고 상기 냉매순환라인과는 별개인 열매체순환라인이 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상부공기흡입타입 제습냉난방장치에 있어서, 상기 제1분기라인의 제3열교환기 전방에는 제1차단밸브가 마련되고 제3열교환기의 후방에는 제2차단밸브가 마련되며, 상기 팽창밸브 전방위치의 냉매순환라인에는 제1체크밸브가 마련되고, 상기 팽창밸브 후방위치의 냉매순환라인에는 제2체크밸브와 제3차단밸브가 마련되며, 상기 제2체크밸브 전방위치의 냉매순환라인에서 제1열교환기의 후방위치에 이르기까지 분기되어 연결되는 제2분기라인에 제3체크밸브가 마련되고, 상기 제1체크밸브와 팽창밸브 사이의 냉매순환라인에서 상기 제2체크밸브 후방의 제1분기라인 분기점 위치와 제3차단밸브 사이의 냉매순환라인에 이르기까지 분기되어 연결되는 제3분기라인에 제4체크밸브가 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제3차단밸브들은 제어가 용이하도록 모두 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2열교환기의 열매체순환라인에는 지열교환기나 열매체저장조가 연결되고 상기 지열교환기 및 열매체저장조의 열매체를 순환시키기 위한 열매체펌프가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열매체순환라인에는 열매체저장조로 유입됨 없이 제2열교환기로 귀환시켜 순환시키기 위한 바이패스라인이 마련되고 이 바이패스라인에는 솔레노이드밸브가 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 열매체저장조를 제외한 본 발명의 제습냉난방장치를 시설하우스 내에 설치하고, 상기 제습냉난방장치의 송풍기로부터 토출되는 공기를 안내하고 균일하게 배출하도록 함체나 송풍기에 분배튜브가 연결되며, 이 분배튜브는 다수의 분배통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 분배튜브의 입구부분에는 시설하우스의 외부와 연통되게 분기분배튜브가 마련되고, 상기 분배튜브 및 분기분배튜브에는 공기토출제어를 위한 기류전환댐퍼가 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 열매체저장조에는 제2열교환기의 열원만으로 열매체저장조의 열매체를 가열 내지 냉각시키기 위한 열원이 부족할 때 활용할 수 있는 공기열원 히트펌프, 보일러, 전기히터, 등의 보조가열기가 마련될 수도 있다.
상기 열매체저장조에는 이 열매체저장조로부터 시설하우스에 이르기까지 열매체저장조의 열매체를 방열펌프로 순환시킬 수 있는 방열라인이 연결되고, 이 방열라인에는 난방 및 냉각할 때, 보조적인 방열 및 방냉을 위한 방열기가 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 열매체저장조에는 시설하우스의 지붕에 내리는 우수를 모아 활용할 수 있는 집수시설이 마련되되, 이 집수시설은 시설하우스의 지붕에 내리는 우수를 모으는 물받이가 시설하우스의 처마에 마련되고 상기 물받이로부터 열매체저장조에 이르기까지 우수라인이 연결되며, 상기 열매체저장조에는 그 내부의 열매체인 용수를 작물의 급수로 활용할 수 있도록 살수펌프를 갖는 용수라인이 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상부공기흡입타입 제습냉난방장치는 하나의 냉동사이클을 이루는 냉매순환라인에 3개의 열교환기를 마련하되 이들 열교환기 중에서 제1, 제3열교환기는 한쪽에 배치하고, 제2열교환기는 다른 한쪽에 배치하여 하나의 열교환기유닛을 이루도록 마련함으로써 보다 콤팩트한 냉난방장치를 얻을 수 있음은 물론, 상부로부터 공기를 흡입하면서 한쪽측면으로 배출하여 제습, 제상, 난방, 냉방 및 축열을 효율적으로 수행할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 함체의 송풍기에 다수의 분배통공을 갖는 분배튜브를 마련하고 이 분배튜브의 입구부분에 하우스의 내부 혹은 외부공기를 선택전환하기 위한 기류전환댐퍼를 마련함으로써 열교환이 이루어진 공기를 하우스 내에 골고루 분배할 수 있음은 물론 열교환이 이루어진 내부공기를 운전조건에 따라 순환, 방출할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 바람직한 상부공기흡입타입 제습냉난방장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 상부공기흡입타입 제습냉난방장치를 함체 내에 적용 배치한 상태의 도면이다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 상부공기흡입타입 제습냉난방장치들을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제습냉난방장치를 시설하우스에 적용하여 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제습냉난방장치가 각 모드에서의 작동상태를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 내지 도 10은 도 5의 제습냉난방장치에 대한 각각의 다른 실시 예들을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 상부공기흡입타입 제습냉난방장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하고자 한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현될 수 있고, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 상기 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 상부공기흡입타입 제습냉난방장치의 바람직한 일실시예를 나타낸 도면이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제습냉난방장치(100)는 압축기(105), 제1열교환기(110), 팽창밸브(115) 및 제2열교환기(120)가 하나의 사이클을 이루도록 냉매순환라인(RL)을 통해 연결되되, 상기 압축기(105) 전후의 냉매순환라인(RL)에 제1열교환기(110) 또는 제2열교환기(120)로 냉매흐름을 전환시키기 위한 사방밸브(116)가 마련되어 있고, 상기 제2열교환기(120)와 병렬로 연결되게 제2열교환기(120) 전후방의 냉매순환라인(RL)에서 분기된 제1분기라인(RL1)에 제3열교환기(130)가 마련되고 상기 제3열교환기(130)는 제1열교환기(110)에 근접 배치되게 마련된다.
상기 압축기(105), 제1열교환기(110), 팽창밸브(115), 사방밸브(116) 및 제2, 제3열교환기(120,130)들은 함체(140) 내에 마련되어 있으며, 상기 함체(140)에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 유입구(141)와 배출구가 구비되되 상기 유입구(141)는 제1 내지 제3열교환기(110,120,130)의 상부인 함체(140)의 상면에 형성되고, 상기 배출구는 함체(140)의 한쪽측면에 마련되어 송풍기(143)가 설치된다.
상기 송풍기(143)의 전방위치인 함체(140) 내부에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 기열교환방식으로 열교환하는 제1, 제3열교환기(110,130)가 구비되어 있으며, 상기 제2열교환기(120)에는 수열교환방식으로 열교환하도록 열매체가 열매체펌프(172)에 의해 순환되고 냉매순환라인(RL)과는 별개인 열매체순환라인(TML)이 마련되고 상기 열매체순환라인(TML)의 끝단에는 열매체저장조(170)가 마련되어 있다.
상기 제1분기라인(RL1)의 제3열교환기(130) 전방에는 제1차단밸브(151)가 마련되고 제3열교환기(130)의 후방에는 제2차단밸브(152)가 마련되어 있으며, 상기 팽창밸브(115) 전방위치의 냉매순환라인(RL)에는 제1체크밸브(161)가 마련되고, 상기 팽창밸브(115) 후방위치의 냉매순환라인(RL)에는 제2체크밸브(162)와 제3차단밸브(153)가 마련되어 있다.
또한, 상기 제2체크밸브(162) 전방위치의 냉매순환라인(RL)에서 제1열교환기(110)의 후방위치에 이르기까지 제2분기라인(RL2)이 분기되어 연결되고, 상기 제2분기라인(RL2)에는 제3체크밸브(163)가 마련되어 있다.
상기 제1체크밸브(161)와 팽창밸브(115) 사이의 냉매순환라인(RL)에서 상기 제2체크밸브(162) 후방의 제1분기라인(RL1) 분기점 위치와 제3차단밸브(153) 사이의 냉매순환라인(RL)에 이르기까지 제3분기라인(RL3)이 분기되어 연결되고, 상기 제3분기라인(RL3)에는 제4체크밸브(164)가 마련되어 있다.
상기 제1 내지 제3차단밸브(151~153)들은 가동모드에 따른 자동제어가 용이하도록 모두 솔레노이드밸브로 마련될 수도 있다.
상기 열매체순환라인(TML)에는 도 3에 나타낸 바와 같이, 열매체펌프(172)에 의해 순환되는 열매체 전부 또는 일부를 열매체저장조(170)로 유입됨 없이 제2열교환기(120)로 귀환시켜 순환시키기 위한 바이패스라인(TMBL)이 마련되고, 이 바이패스라인(TMBL)에는 열매체의 흐름을 개폐시키는 솔레노이드밸브(SV)가 마련될 수도 있다.
이와 같이 구성하는 이유는, 제2열교환기(120)가 응축기와 증발기의 기능을 수행할 때, 냉방 및 축열모드에선 응축기로 유입되는 열매체의 온도를 적정온도인 30~40℃로, 난방모드에선 증발기로 유입되는 열매체의 온도를 적정온도인 20℃내외로 인위적으로 유지시키기 위함이다.
다시 말해서, 축열모드에서 열매체의 온도가 30℃미만의 저온이면 사이클 전체가 저압이 되고, 난방모드에서 열매체의 온도가 20℃를 초과하여 고온이면 저압이 너무 높아져 사이클 전체가 압력상승으로 이어져 제습냉난방장치의 효율저하가 발생되는바, 이러한 제습냉난방장치의 효율저하를 방지하기 위해서이다.
또한, 상기 열매체순환라인(TML)에는 도 1과 같이, 열매체저장조(170)를 연결 설치한 것으로 설명하였으나, 도 4와 같이 지중에 매설되는 지열교환기(175)를 연결 설치할 수도 있으며, 상기 지열교환기(175)는 제2열교환기(120)와의 열 교환에 필요한 열원을 지중의 천연열원으로 공급하거나 제2열교환기(120)의 열을 지중에 축적할 수도 있는 것이다. 상기 지열교환기(175)는 시설하우스 내에 설치되는 경우, 시설하우스의 바닥 전체에 걸쳐 마련하여 토양온도상승을 위한 지중가온장치로도 활용할 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 상부공기흡입타입 제습냉난방장치는, 도 5와 같이, 기본적으로 시설하우스(180) 내에 설치하여 사용한다는 전제하에서 설명하고자 한다. 이때, 열매체저장조(170)는 시설하우스(180)의 외부에 위치되게 설치될 수 있다. 상기 함체(140)에는 제1, 제3열교환기(110,130)와 열 교환된 공기가 송풍기(143)에 의해 배출되게 되면 시설하우스(180)의 필요한 위치가지 안내하는 분배튜브(190)가 마련되어 있고, 이 분배튜브(190)에는 시설하우스(180)의 내부에 골고루 배출시키기 위한 다수의 분출공(192)이 천공되어 있다.
이와 같이 설치된 본 발명의 상부공기흡입타입 제습냉난방장치는, 햇볕이 내리쬐는 주간에 시설하우스(180)의 기온이 20~30℃이고 습도가 90%이상으로 적온 다습한 경우이면 제습모드로 선택 가동되게 되고, 저녁엔 시설하우스(180)의 기온이 5~15℃이고 습도80% 이상으로 저온 다습한 경우이면 난방모드로 선택 가동되게 된다.
이외에도 본 발명의 상부공기흡입타입 제습냉난방장치가 설치된 실내를 소정온도로 냉방시키면서 냉방 겸 축열하는 냉방모드와, 성에를 제거하는 제상모드가 선택적으로 가동될 수 있다.
먼저, 제습모드로 선택 가동되면, 제1분기라인(RL1)의 제1, 제2차단밸브(151,152)는 개방되고 냉매순환라인(RL)의 제3차단밸브(153)는 차단되게 된다. 이러한 상태에서 제습냉난방장치가 가동되면 도 6a와 같이, 압축기(105)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매가 사방밸브(116)를 통해 제1열교환기(응축기로서의 기능, 110)로 안내된 후, 제1체크밸브(161), 팽창밸브(115), 제2체크밸브(162), 제1분기라인(RL1)의 제1차단밸브(151), 제1분기라인(RL1)의 제3열교환기(증발기로서의 기능, 130), 제2차단밸브(152) 및 사방밸브(116)를 통해 압축기(105)로 되돌아오는 과정이 지속적으로 이루어지게 된다.
이렇게 사방밸브(116)가 전환된 상태에서 압축기(105)가 가동됨에 따라 고온고압의 가스냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 제1열교환기(110)로 압송되며, 고온고압의 가스냉매가 제1열교환기(110)를 통과되는 동안 열 교환(방열)하여 제1열교환기(110) 주위를 가온시키면서 고온고압의 액상냉매로 응축되게 된다.
이렇게 응축된 액상냉매는 팽창밸브(115)에서 저압상태로 변형되어 제3열교환기(130)에서 증발되게 되고, 이렇게 제3열교환기(130)에서 액상냉매가 증발(기화)됨에 따라 기화에 필요한 냉매의 기화열을 외부로부터 흡수하므로 제3열교환기(130)의 주위는 냉각되게 된다.
상기 제3열교환기(130)를 통과한 저온저압의 가스냉매는 압축기(105)에 의해 흡입 압축되어 상기에서 언급한 바와 같은 과정을 반복적으로 수행하는 동안 제3열교환기(130)에서 지속적인 열 교환이 이루어지게 되는 것이다.
이렇게 압축기(105)가 가동되는 동안에는, 함체(140)의 송풍기(143)가 가동되므로 함체(140) 상면의 흡입구(141)로부터 시설하우스(180)의 상부에 존재하는 공기가 유입되게 되고, 이렇게 함체(140) 내부로 유입된 공기는 제3, 제1열교환기(130,110)를 거쳐 송풍기(143)에 의해 함체(140)외부로 배출되게 된다.
이때, 제습냉난방장치(100)의 제3열교환기(130)는 이 제3열교환기(130) 내의 냉매가 증발(기화)에 필요한 냉매의 기화열을 공기로부터 흡수하므로 제3열교환기(130)의 주위는 냉각되어있는 상태인바, 함체(140)의 배출구 전방에 마련된 제3열교환기(130)를 통과하는 동안 공기는 10℃정도로 떨어지고, 이로 인하여 공기 중의 수분은 대부분 응결되어 물방울(응결수)로 맺혀 제거되므로 절대습도가 떨어져 제습되게 된다.
이후에, 곧바로 제1열교환기(110)를 통과하는 동안 냉매가 가지고 있는 열을 방열하여 제1열교환기(110) 주위가 가온된 상태이므로, 제3열교환기(130)에 의해 제습이 이루어진 공기는 제1열교환기(110)를 통과하는 동안 가온되게 되고, 이렇게 제습되고 가온된 공기는 송풍기(143)에 의해 배출되므로 작물 또는 과수가 생장하는데 적합한 온도는 물론이고 습도로 유지시켜 줄 수 있는 것이다.
또한, 이렇게 제습모드로 가동되는 동안에는 후술되는 냉방 겸 축열모드나 제상모드로 가동될 때, 제1열교환기(110)에 생성된 성에가 녹아내리게 되므로 자연스럽게 제거된다.
상기와 같이 제습모드로 사용하다가 시설하우스(180)의 기온이 15℃이하로 떨어지면 난방모드로 제습냉난방장치(100)를 가동시킨다. 이렇게 난방모드로 선택 가동되면, 제1분기라인(RL1)의 제1, 제2차단밸브(151,152)는 차단되고 냉매순환라인(RL)의 제3차단밸브(153)는 개방되게 된다.
이러한 상태에서 제습냉난방장치(100)가 가동되면 도 6b와 같이, 압축기(105)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매가 사방밸브(116)를 통해 제1열교환기(응축기로서의 기능, 110)로 안내된 후, 제1체크밸브(161), 팽창밸브(115), 제2체크밸브(162), 제3차단밸브(153), 제2열교환기(증발기로서의 기능, 120) 및 사방밸브(116)를 통해 압축기(105)로 되돌아오는 과정이 지속적으로 이루어지게 된다.
이렇게 사방밸브(116)가 전환된 상태에서 압축기(105)가 가동됨에 따라 고온고압의 가스냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 제1열교환기(110)로 압송되며, 고온고압의 가스냉매가 제1열교환기(110)를 통과되는 동안 열교환(방열)하여 제1열교환기(110) 주위를 가온시키면서 고온고압의 액상냉매로 응축되게 된다.
이렇게 응축된 고온고압의 액상냉매는 팽창밸브(115)에서 저압상태로 변형되어 제2열교환기(120)에서 증발되게 되고, 이렇게 제2열교환기(120)에서 냉매가 증발(기화)에 필요한 냉매의 기화열을 외부로부터 흡수하므로 제2열교환기(120)의 주위는 냉각된다.
상기 제2열교환기(120)를 통과한 저온저압의 가스냉매는 압축기(105)에 의해 흡입 압축되어 상기에서 언급한 바와 같은 과정을 반복적으로 수행하는 동안 제2열교환기(120)에서 지속적인 열교환이 이루어지게 되는 것이다.
이렇게 제습냉난방장치(100)가 가동되는 동안에는, 함체(140)의 송풍기(143)가 가동되므로 함체(140) 상면의 흡입구(141)로부터 온도가 5~15℃이고 습도가 80% 이상인 시설하우스(180)의 상부에 존재하는 공기가 유입되고, 이렇게 함체(140)내부로 유입된 공기는 제1열교환기(110)를 거치면서 가온된 후 송풍기(143)에 의해 함체(140) 외부로 배출되게 된다.
이와 같이 제1열교환기(110)에 의해 가온된 공기가 시설하우스(180) 내부로 배출 공급되기 때문에, 시설하우스(180) 내에 보관하거나 재배작물 또는 과수가 생장하는데 적합한 온도는 물론이고 습도로 유지시켜줄 수 있다.
이때, 제습냉난방장치(100)의 제2열교환기(120)는 이 제2열교환기(120) 내의 냉매가 증발(기화)에 필요한 냉매의 기화열을 열매체순환라인(TML)의 열매체로부터 흡수하므로 제2열교환기(120)는 냉각되어있는 상태이다.
이에 따라서, 제2열교환기(120)를 통과하는 동안, 열매체순환라인(TML)의 열매체는 5~10℃정도로 되고, 이렇게 제습냉난방장치(100)가 지속적으로 가동되면서 열매체저장조(170)내의 열매체 온도가 5~10℃정도인 냉수로 되며, 이 냉수는 과수나 작물의 용수로 활용할 수 있는 것이다.
상기와 같이 가동되다가 제상모드로 선택 가동되면, 먼저 사방밸브(116)가 전환되되, 제1분기라인(RL1)의 제1, 제2차단밸브(151,152)는 개방되고 냉매순환라인(RL)의 제3차단밸브(153)는 차단되므로 압축기(105)의 압축냉매가 제3열교환기(130)로 공급되게 전환된다.
이러한 상태에서 제습냉난방장치(100)가 가동되면 도 6c와 같이, 압축기(105)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매가 사방밸브(116)를 통해 제1분기라인(RL1)의 제2차단밸브(152), 제3열교환기(응축기로서의 기능, 130)로 안내된 후, 제1차단밸브(151), 제4체크밸브(164), 팽창밸브(115) 및 제3체크밸브(163)를 거쳐 제1열교환기(증발기로서의 기능, 110)로 통과한 다음, 사방밸브(116)를 통해 압축기(105)로 되돌아오는 과정이 지속적으로 이루어지게 된다.
이렇게 사방밸브(116)가 전환된 상태에서 압축기(105)가 가동됨에 따라 고온고압의 가스냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 제3열교환기(130)로 압송되며, 고온고압의 가스냉매가 제3열교환기(130)를 통과되는 동안 열 교환(방열)하여 제3열교환기(130) 주위를 가온시키면서 고온고압의 액상냉매로 응축되게 된다.
이렇게 응축된 고온고압의 액상냉매는 팽창밸브(115)에서 저압상태로 변형되어 제1열교환기(110)에서 증발되게 되고, 이렇게 제1열교환기(110)에서 냉매가 증발(기화)에 필요한 냉매의 기화열을 외부로부터 흡수하므로 제1열교환기(110)의 주위는 냉각된다.
상기 제1열교환기(110)를 통과한 저온저압의 가스냉매는 압축기(105)에 의해 흡입 압축되어 상기에서 언급한 바와 같은 과정을 반복적으로 수행하는 동안 제1열교환기(110)에서 지속적인 열 교환이 이루어지게 되는 것이다.
이렇게 제습냉난방장치(100)가 제상모드로 가동되는 동안에는 함체(140)의 송풍기(143)가 가동되므로 함체(143) 상면의 흡입구(141)로부터 온도가 30℃이상이고 습도가 65%이상인 시설하우스(180)의 상부에 존재하는 공기가 유입되고, 이렇게 함체(140)내부로 유입된 공기는 제1열교환기(110)를 거치면서 냉각된 후 송풍기(143)에 의해 함체(140)외부로 배출되게 된다.
이러한 작동이 일정시간 동안, 제습모드로 가동될 때 제3열교환기(130)에 생성된 성에는 녹아내려 제거되는 것이다.
상기에서 설명한 모드 이외의 모드로 냉방 겸 축열모드가 있는데, 이 냉방 겸 축열모드는 시설하우스(180)의 기온이 급격히 상승하여 작물의 생장에 악영향을 주는 경우에 선택 가동되게 된다.
이렇게 냉방모드로 선택 가동되면, 제상모드와 같은 상태로 사방밸브(116)가 전환되되, 제1분기라인(RL1)의 제1, 제2차단밸브(151,152)는 차단되고, 냉매순환라인(RL)의 제3차단밸브(153)는 개방되게 되므로, 압축기(105)의 압축냉매가 제2열교환기(120)로 공급되게 전환된다.
이러한 상태에서 제습냉난방장치(100)가 가동되면, 도 6d와 같이, 압축기(105)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매가 사방밸브(116)를 통해 제2열교환기(응축기로서의 기능, 120)로 안내된 후, 제3차단밸브(153), 제4체크밸브(164), 팽창밸브(115) 및 제3체크밸브(163)를 거쳐 제1열교환기(증발기로서의 기능, 110)로 통과한 다음, 사방밸브(116)를 통해 압축기(105)로 되돌아오는 과정이 지속적으로 이루어지게 된다.
이렇게 사방밸브(116)가 전환된 상태에서 압축기(105)가 가동됨에 따라 고온고압의 가스냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 제2열교환기(120)로 압송되며, 고온고압의 가스냉매가 제2열교환기(120)를 통과되는 동안 열 교환(방열)하여 제2열교환기(120) 주위를 가온시키면서 고온고압의 액상냉매로 응축되게 된다.
이렇게 응축된 고온고압의 액상냉매는 팽창밸브(115)에서 저압상태로 변형되어 제1열교환기(110)에서 증발되게 되고, 이렇게 제1열교환기(110)에서 냉매가 증발(기화)에 필요한 냉매의 기화열을 외부로부터 흡수하므로 제1열교환기(110)의 주위는 냉각된다.
상기 제1열교환기(110)를 통과한 저온저압의 가스냉매는 압축기(105)에 의해 흡입 압축되어 상기에서 언급한 바와 같은 과정을 반복적으로 수행하는 동안, 제1열교환기(110)에서 지속적인 열 교환이 이루어지게 되는 것이다.
이렇게 제습냉난방장치(100)가 냉방모드로 가동되는 동안에는, 함체(140)의 송풍기(143)가 가동되므로 함체(143) 상면의 흡입구(141)로부터 온도가 30℃이상이고 습도가 65%이상인 시설하우스(180)의 상부에 존재하는 공기가 유입되고, 이렇게 함체(140)내부로 유입된 공기는 제1열교환기(110)를 거치면서 냉각된 후 송풍기(143)에 의해 함체(140)외부로 배출되게 된다.
이와 같이 제1열교환기(110)에 의해 냉각된 공기가 시설하우스(180) 내부로 배출 공급되기 때문에, 시설하우스(180) 내에 보관하거나 재배작물 또는 과수가 생장하는데 적합한 온도와 습도로 유지시켜줄 수 있는 것이다.
이때, 제습냉난방장치(100)의 제2열교환기(120)는 압축기(105)로부터 공급되는 냉매가 고온고압이므로 제2열교환기(120)를 통과하는 동안, 냉매가 가지고 있는 열을 발산(방열)하여 50~55℃로 가온된 상태이다. 이러한 상태에서 열매체순환라인(TML)의 열매체펌프(172)가 가동되므로 열매체순환라인(TML)의 열매체가 순환되면서 제2열교환기(120)를 통과하는 동안 가온되게 되고, 이렇게 가온된 열매체가 열매체저장조(170)에 저장 내지 지속적으로 통과되므로 열매체저장조(170)의 열매체 온도는 50℃정도로 가온되어 축열되게 된다.
또한, 제상모드는 제습냉난방장치(100)를 이루는 제1, 제3열교환기(110,130)에 성에가 발생되어 열교환기로서의 제기능을 발휘하지 못할 때 선택 가동되게 되며, 그 가동시간은 대략 10여분 정도이다. 이렇게 제상모드를 선택하면 사방밸브(116)가 전환되어 압축기(105)의 압축냉매가 제3열교환기(130)로 공급되게 전환됨과 동시에, 제1분기라인(RL1)의 제1, 제2차단밸브(151,152)는 개방되고 냉매순환라인(RL)의 제3차단밸브(153)는 차단되게 된다.
또한, 상기 분배튜브(190)의 입구부분에는 도 7에 나타낸 바와 같이, 시설하우스(180)의 외부와 연통되게 분기분배튜브(195)가 마련되고, 상기 분배튜브(190) 및 분기분배튜브(195)에는 각각의 공기토출을 제어하기 위한 제1, 제2기류전환댐퍼(196,197)가 마련되는 것을 제외하고는 도 5의 구성과 동일하게 구성된다.
위와 같이 기류전환댐퍼(196,197)가 설치되는 다른 실시예의 구성에 의하면, 제습모드, 난방모드, 냉방 및 축열모드는 물론 제상모드로 가동시킬 때에는 분배튜브(190)의 제1기류전환댐퍼(196)는 개방하고 분기분배튜브(195)의 제2기류전환댐퍼(197)를 차단(폐쇄)시킨 상태로 가동시킨다. 이러한 상태에선 시설하우스(180)의 상부에 존재하는 공기를 함체(140)의 유입구(141)로부터 흡입한 후, 제1, 제3열교환기(110,130)를 통과하는 동안, 열교환이 이루어진 공기가 송풍기(143)에 의해 분배튜브(190)를 따라 안내되면서 분배튜브(190)의 분출공(192)을 통해 배출되게 된다.
부언하자면, 시설하우스(180)의 공기를 흡입하여 열 교환한 후 다시 시설하우스(180)로 배출시켜 순환시키는 과정이 지속적으로 이루어지게 된다.
이와는 다르게, 본 발명의 제습냉난방장치(100)를 가동시키되, 분배튜브(190)의 제1기류전환댐퍼(196)는 차단하고 분기분배튜브(195)의 제2기류전환댐퍼(197)를 개방시킨 상태로 가동시킬 수 있다. 이러한 경우는 냉방은 요하지 않고 축열이 필요한 경우이다.
이러한 상태에서 본 발명의 제습냉난방장치(100)가 가동되게 되면, 냉방모드와 동일한 순서로 압축기(105), 사방밸브(116), 제2열교환기(120), 팽창밸브(115), 제1열교환기(110)를 따라 냉매가 압축되고 응축된 후 증발되었다가 다시 압축되는 과정이 지속적으로 이루어지게 된다.
이러한 상태에선 제2열교환기(120)는 응축기로서의 기능을 수행하고, 제1열교환기(110)는 증발기로서의 기능을 수행하기 때문에 함체(140)의 유입구(141)를 통해 시설하우스(180)의 공기가 유입되어 제13열교환기(110)를 통과하는 동안 냉각되고, 이렇게 냉각된 공기는 송풍기(143)에 의해 분배튜브(190)입구의 분기분배튜브(195)를 통해 외부로 배출되게 된다.
이와 동시에, 제2열교환기(120)는 응축기로서의 기능을 수행하는데, 이 과정에서 냉매가 가지고 있는 열을 발산(방열)하는 상태이다. 이때, 열매체순환라인(TML)의 열매체펌프(172)가 가동되므로 열매체순환라인(TML)의 열매체가 순환되면서 제2열교환기(120)를 통과하는 동안 가온되게 되고, 이렇게 가온된 열매체가 열매체저장조(170)에 저장 내지 지속적으로 통과되므로 열매체저장조(170)의 열매체 온도는 50℃정도로 가온되어 축열이 이루어지게 된다.
한편, 상기 열매체저장조(170)에는 도 8에 나타낸 바와 같이, 열매체저장조(170)의 열원만으로 제2열교환기(120)의 열매체를 가열 내지 냉각시키기 위한 열원이 부족할 때 활용할 수 있는 보조가열기(175)가 마련될 수 있으며, 상기 보조가열기(175)는 공기열원 히트펌프, 보일러, 전기히터 등으로 마련될 수 있다.
상기와 같은 다른 실시예의 구성에 의하면, 예를 들어, 난방모드로 가동될 때 열매체저장조(170)의 열매체 온도가 5℃이하로 떨어지면 증발기로서의 역할을 수행하는 제2열교환기(120)에서 충분한 열을 흡열하지 못하여 제대로 증발되지 않고, 이로 인하여 제습냉난방장치(100)의 열효율이 급격하게 저하되게 된다.
이와 같이 제습냉난방장치(100)의 열효율이 저하되는 것을 방지하기 위해서, 보조가열기(175)를 가동시켜 열매체저장조(170)의 열매체온도가 10℃이상이 되도록 가온시키며, 이렇게 10℃이상의 온도로 열매체가 가온되면 제습냉난방장치(100)의 열효율이 향상된 상태로 유지시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 열매체저장조(170)에는 도 9에 나타낸 바와 같이, 열매체저장조(170)로부터 시설하우스(180)에 이르기까지 열매체저장조(170)의 열매체를 방열펌프(182)로 순환시킬 수 있는 방열라인(181)이 연결되어 있으며, 상기 방열라인(181)에는 난방 및 냉각할 때, 보조적인 방열 및 방냉을 위한 방열기(183)가 마련될 수도 있다.
상기한 바와 같은 다른 실시예의 구성에 의하면, 제습냉난방장치(100)를 가동시키면서 열매체저장조(170)의 열매체를 가온 또는 냉각시킴에 따라 열원이 축적되게 되고, 이렇게 열원이 축적된 상태에서 제습냉난방장치(100)를 가동시킴 없이 단순히 방열라인(181)의 방열펌프(182)를 가동시키면 방열기(183)에서 열매체저장조(170)의 열매체가 가지고 있는 열을 방열함으로써 난방 또는 냉방을 수행할 수 있는 것이다.
상기 열매체저장조(170)에는 도 10에 나타낸 바와 같이, 시설하우스(180)의 지붕에 내리는 우수를 모아 활용할 수 있는 집수시설을 마련한 것이다. 상기 집수시설은 시설하우스(180)의 지붕에 내리는 우수를 모으는 물받이(184)가 시설하우스(180)의 처마에 마련되고, 상기 물받이(184)로부터 열매체저장조(170)에 이르기까지 우수라인(185)이 연결되어 있으며, 상기 열매체저장조(170)에는 그 내부의 열매체인 용수를 작물의 급수로 활용할 수 있도록 살수펌프(187)를 갖는 용수라인(186)이 마련될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 시설하우스(180)에 내리는 비, 즉 우수를 물받이(184)로 받아 모은 후, 우수라인(185)을 통해 열매체저장조(170)에 저장하여 열매체로 활용할 수 있다. 이렇게 열매체저장조(170)에 저장된 우수는 본 발명의 제습냉난방장치(100)가 가동되면서 시설하우스(180)내의 과수나 작물의 급수에 적합한 온도로 가온할 수 있고, 이렇게 가온된 열매체저장조(170)의 용수는 용수라인(186)의 살수펌프(187)를 가동시킴으로써 과수나 작물의 급수로 활용할 수 있어 동절기의 작물관리에 보다 효과적으로 이용할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시 예는 물론 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명은 시설하우스에서 과수나 작물의 재배는 물론 보관 내지 저장할 때 적합한 온도와 습도로 유지시키고자 하는 제습 및 냉난방장치분야에 유용하게 이용할 수 있는 것이다.
100: 제습냉난방장치 105: 압축기 110: 제1열교환기
115: 팽창밸브 116: 사방밸브 120: 제2열교환기
130: 제3열교환기 140: 함체 141: 유입구
143: 송풍기 151: 제1차단밸브 152: 제2차단밸브
153: 제3차단밸브 161: 제1체크밸브 162: 제2체크밸브
163: 제3체크밸브 164: 제4체크밸브 170: 열매체저장조
172: 열매체펌프 175: 보조가열기 181: 방열라인
182: 방열펌프 183: 방열기 184: 물받이
185: 우수라인 186: 용수라인 187: 살수펌프
190: 분배튜브 195: 분기분배튜브 196: 제1기류전환댐퍼
197: 제2기류전환댐퍼 RL: 냉매순환라인 TML: 열매체순환라인

Claims (10)

  1. 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 연결되어 하나의 사이클을 이루되 상기 압축기 전후의 냉매순환라인에 제1열교환기 또는 제2열교환기로 냉매흐름을 전환시키기 위한 사방밸브가 마련되고, 상기 제2열교환기와 병렬로 연결되게 제2열교환기 전후방의 냉매순환라인에서 분기된 제1분기라인에 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기는 제1열교환기에 근접 배치되며,
    상기 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브, 사방밸브 및 제2, 제3열교환기가 유입구와 배출구를 갖는 함체 내에 구비되되 상기 함체의 배출구에는 송풍기가 마련되며, 상기 송풍기의 전방위치인 함체 내부에 기열교환방식으로 제1, 제3열교환기가 구비되고, 상기 제2열교환기에는 이 제2열교환기와 수열교환을 위한 열매체가 순환되고 상기 냉매순환라인과는 별개인 열매체순환라인이 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1분기라인의 제3열교환기 전방에는 제1차단밸브가 마련되고 제3열교환기의 후방에는 제2차단밸브가 마련되며, 상기 팽창밸브 전방위치의 냉매순환라인에는 제1체크밸브가 마련되고, 상기 팽창밸브 후방위치의 냉매순환라인에는 제2체크밸브와 제3차단밸브가 마련되며,
    상기 제2체크밸브 전방위치의 냉매순환라인에서 제1열교환기의 후방위치에 이르기까지 분기 연결되는 제2분기라인에 제3체크밸브가 마련되고, 상기 제1체크밸브와 팽창밸브 사이의 냉매순환라인에서 상기 제2체크밸브 후방의 제1분기라인 분기점 위치와 제3차단밸브 사이의 냉매순환라인에 이르기까지 분기 연결되는 제3분기라인에 제4체크밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 내지 제3차단밸브들은 제어가 용이하도록 솔레노이드밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2열교환기와 수열 교환하는 열매체순환라인에는 지열교환기, 열매체저장조 중의 하나가 연결되고 상기 지열교환기 및 열매체저장조의 열매체를 순환시키기 위한 열매체펌프가 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 열매체순환라인에는 열매체저장조로 유입됨 없이 제2열교환기로 귀환시켜 순환시키기 위한 바이패스라인이 마련되고 이 바이패스라인에는 솔레노이드밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 열매체저장조를 제외한 본 발명의 제습냉난방장치가 시설하우스 내에 설치되고, 상기 제습냉난방장치의 송풍기로부터 토출되는 공기를 안내하고 균일하게 배출하도록 함체나 송풍기에 분배튜브가 연결되며, 이 분배튜브는 다수의 분배통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분배튜브의 입구부분에는 시설하우스의 외부와 연통되게 분기분배튜브가 마련되고 상기 분배튜브 및 분기분배튜브에는 각각 공기토출제어를 위한 제1, 제2기류전환댐퍼가 마련되는 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 열매체저장조에는 제2열교환기의 열원만으로 열매체저장조의 열매체를 가열 내지 냉각시키기 위한 열원이 부족할 때 활용할 수 있는 공기열원 히트펌프, 보일러, 전기히터의 보조가열기가 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 열매체저장조에는 열매체저장조로부터 시설하우스에 이르기까지 열매체저장조의 열매체를 방열펌프로 순환시킬 수 있는 방열라인이 연결되고 이 방열라인에는 난방 및 냉각할 때, 보조적인 방열 및 방냉을 위한 방열기가 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 열매체저장조에는 시설하우스의 지붕에 내리는 우수를 모아 활용할 수 있는 집수시설이 마련되며, 이 집수시설은 시설하우스의 지붕에 내리는 우수를 모으는 물받이가 시설하우스의 처마에 마련되고 상기 물받이로부터 열매체저장조에 이르기까지 우수라인이 연결되며, 상기 열매체저장조에는 그 내부의 열매체인 용수를 작물의 급수로 활용할 수 있도록 살수펌프를 갖는 용수라인이 마련되는 것을 특징으로 하는 상부공기흡입타입 제습냉난방장치.
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