KR101624173B1 - 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매를 이용한 항온항습장치에 관한 것이다.
본 발명은 특히 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치에 관한 것이다.
본 발명자는 버려지는 응축기의 폐열을 보조열교환기에 순환시킴에 따라 냉방시 실내에 인입되는 습기를 낮추어지도록 하였다. 이러한 보조열교환기의 폐열 재활용으로 냉방장치의 효율을 높이는 효과를 거두어 사용되면서, 발명이 요하는 기대효율이상의 효율이 높아지지 않는 점이 발견되어 효율을 보다 높이는 다양한 연구를 하였다. 그결과 보조열교환기를 통과한 냉매와 주냉매의 사이에 압력차가 있음에 따라 일부 냉매가 보조열교환기에 잔류하는 현상이 발생하였다. 이러한 잔류는 냉매부족으로 인하여 효율이 낮아지는 결과를 보여주었다.
본 발명은 실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C1)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,
상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급 하여 상기 실내에 설치된 열교환기(10)0)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,
상기 2차냉매로를 통하여 공급된 보조열교환기(1)를 통과한 2차냉매가 주냉매로(50)와 합류하여 상기 증발기(10)에 공급하는 합류부(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치를 개발하였다.
본 발명의 새로운 냉방 제습사이클로 인하여 주냉매로의 냉매와 2차냉매의 사이에 압력차이가 없어지면서 보조열교환기에서 나온 냉매가 주냉매의 냉매와 완벽하게 혼입되어 효율이 원하는 수준으로 극대화되었다.

Description

실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치{Dehumidifying system with refrigerator using the waste heat of outdoor condensor}

본 발명은 냉매를 이용한 항온항습장치에 관한 것이다.

본 발명은 특히 냉매를 이용한 항온항습장치에서, 실외기에서 버려지는 열을 재활용하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치에 관한 것이다.

본 발명은 온도조절과 제습이 정밀하게 제어되는 항온항습장치와 함께 제습과 가습이 동시에 가능한 항온항습장치으로, 특히 제습기능이 우수한 항온항습기능을 겸비한 제습장치에 관한 것이다.

사람이 거주하는 공간은 물론이고 각종 실험실, 보관실, 정밀제어장치들, 서버장치들, 정밀제품 생산시설 등에 대한 온도와 습도의 정밀한 제어가 필요하다. 그 이유는 물질의 변화는 온도의 변화에 따라 거주공간 내의 각종 거주자, 동식물, 물품들이 영향을 받는다. 또한 온도와 함께 상대습도에 의한 영향도 크다. 즉, 실내거주자와 이곳에 보관되는 각종물품과 동식물에 대한 온도와 습도의 영향은 거주자의 생활의 쾌적성확보를 보장하는 것이며, 보관실의 경우 보관물품의 변질성에 큰 영향을 준다. 특히 고가의 서화류, 책자, 반도체, 실험기구, 초정밀 제어장치들.. 등 무수히 많은 것들이 온도와 습도에 따라 어떤 것은 치명적인 변화의 요인으로 작용하게 되어있다.

이러한 관계로 본 발명자는 실내의 냉난방을 조절하는 공조시스템을 개발하여 제작 및 설치를 진행하여 오던 중, 실내의 습도가 온도와 함께 심각한 영향을 준다는 점을 감안하여 습도조절이 가능한 냉난방 장치를 개발하였다. 특히 보관물의 변화를 막고자 습도를 제어하는 제습기능을 갖춘 냉난방장치를 개발하였다. 이중에서 제습을 위하여 냉매를 압축하는 콘덴서에서 발생하는 폐열을 이용하고자, 고온 고압 냉매의 일부를 실내로 재순환시켜 보조열교환기에 의하여 냉매를 응축하면서 응축시 발생하는 열에 의하여 실내공기의 습도를 제거하도록 하였다.

이러한 냉매의 응축열을 재사용하여 제습을 하는 것으로 막대한 에너지절감효과를 얻게 되었다. 그러나 이러한 제습외에 초정밀한 습도와 온도제어를 위하여 가습(加濕)의 필요성도 크게 대두하였다. 항온과 항습을 위해서는 제습도 중요하지만 역으로 가습도 함께 동작하여야 목적한 초정밀 항온항습이 가능한 것이다.

습도는 자신의 크기를 변화시키면서, 습기를 빨아들이는 물질을 ‘흡수성 물질’, 이에 반해 크기의 변화 없이 내부로 물을 빨아 들이는 물질을 ‘친수성(물과 친화적인) 물질’이라고 한다. 흡수성 물질은 주변 환경과의 균형을 이루려는 경향이 있어, 만일 습도가 높은 외부 공기에서 습기를 머금은 목재를 상대적으로 습도가 낮은 난방이 된 실내로 가져오게 되면, 그 목재는 머금고 있던 습기를 공기 중으로 방출하게 된다. 그 과정에서 갈라지거나, 구부러지는 등의 형태의 변화가 일어나게 된다. 이와 같은 손상의 경우는 종이, 옷감, 기타 플라스틱 제품, 왁스, 과일, 채소 외 기타 물질에서도 흔히 찾아볼 수 있는데, 이는 온도보다 더욱 심각하게 제품 생산에 악영향을 미치게 된다.

냉방과 난방을 동시에 구현하여 설치장소에 대한 항온(恒溫)과 항습(恒濕)을 유지하면서, 보관물의 특이성에 기인한 종자류, 식물, 박물관의 유물 등의 경우 제습의 필요성이 대두하면서, 동시에 적절한 습도를 유지하여야 하는 가습과 제습의 동시적인 필요성이 발생하게 되었다. 즉, 종자를 보존할 경우 단순히 항온 항습만이 아니라 종자의 활성을 일정하게 유지하기 위하여 적절한 습도를 함께 유지하여야 하는 것이다. 즉, 제습이 일정하게 이루어지면서 일정 수준이하로 습도가 낮아지면 동시에 적절한 습도의 공급이라는 상당히 복잡한 시스템의 구성이 요구되어 지는 것이다.

동일한 형태로 고서화, 도서, 조각품, 생활민예품 등의 경우 항온기능과 함께 적절한 습도의 유지를 함께 병행하여야만 그 보관물품의 최적상황을 유지할 수 있게 되었다.

이러한 문제점을 해소하고자 본 발명자의 특허 등록 제 10-0885061호는 도 1에 도시하듯이 "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 성에를 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."를 개발하여 항온 항습이 가능하게 하되 특히 보조 열교환기를 통하여 냉매의 열을 재활용함에 따라 절전효과를 극대화하였다.

상기한 본 발명자의 특허에 의한 항온항습이 이루지면서 어느 정도 일정한 항습효과를 거두기는 하였지만 보다 정밀하고 효율적인 가습효과를 이루고자 본 발명자는 특허등록제 10-1135424호 에서 "실내측에서 고온고압의 냉매가 필터드라이어(21), 팽창밸브(70)를 거쳐 열교환부(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 4방밸브(77)에 의하여 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C1)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 콘덴서(C)에 의하여 응축액화하는 사이클로 구성한 냉방사이클, 상기한 냉방사이클과 반대로 실내측에서 고온고압의 냉매를 열교환부(10)에서 실내공기와 열교환하여 응축액화 하며, 이 응축액화된 냉매는 실외측의 팽창밸브(70a)와 콘덴서(C)를 거쳐 저온저압으로 상변화하도록 구성한 난방사이클, 상기한 냉방사이클에서 실외측 콘덴서(C)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환부(10)로 직접 공급하도록 하여 증발기를 통과한 공기의 상대습도를 낮추도록 구성한 제습사이클,상기한 냉방 및 난방 사이클에서 실내측 열교환부(30)의 후면측에 보조열교환부(10)와 기화식가습부(100)를 순환풍(가)이 모두 관통하도록 병렬설치하여 가습동작이 이루어지도록 구성한 가습사이클로 구성되는 정밀 습도제어와 온도조절이 동시에 가능한 항온항습장치."를 개발하였다. 위 등록특허 제10-1135424호는 가습장치에 기화식가습부라는 장치를 부가함에 따라 현존하는 가습장치중 가장 정밀하면서도 경제적인 가습으로 항온항습이 보다 정밀하게 이루어지게 되었다.

제습운전시 냉방사이클이 운전되면서 열교환기에서 노점이하의 결로습(절대습)은 응축되어 배출, 드레인되고, 열교환기를 통과한 차가운 습공기를 본 발명의 보조열교환기의 열원으로 건조하면서 상대습도를 조절하는 것이다. 이러한 제습에 있어 본 발명은 상기하듯이 버려지는 뜨거운 실외기의 열원을 이용하여, 실내의 습도(상대습도)를 설정습도에 맞게 관리하여 일정한 장소의 피 제습물체의 상품 변질, 오염, 냄새 기타 피해와 장비의 오작동을 방지하게 되었다.

상기 본 발명의 제습운전을 운용하면서, 실외의 온도가 상승하게 되면, 특히 하절기 고온다습의 경우, 응축기에서 팬방식으로 냉각한 경우 응축기를 통과한 냉매 역시 고온으로 유지된 채 공급되면서 팽창밸브까지 공급되어져 냉방효과가 떨어진다. 이러한 고온다습의 하절기에 제습운전을 하면 외기온도가 30 에서 35℃ 에 되는 뜨거운 경우 응축기의 냉매온도가 어떤 경우에는 40 ℃를 넘는 경우도 있다. 이때 제습동작으로 외기온도는 30 에서 35℃의 뜨거운 공기로 냉각하지만 제습을 위한 컴프레서에서 공급되는 고온고압의 냉매는 실내의 열교환기뒤의 보조열교환기에 유입되어, 뜨거운 실내공기는 열교환기를 통과하면서 노점이하의 결로습(절대습)은 응결되어 배출, 드레인 되고 다시 이 공기는 10 내지 13 ℃의 포화된 차가운 습공기로 제습하기 위하여 유입되는 상기 컴프레서 통과한 고온고압의 냉매가 통과하는 보조열교환기로 제습하게 된다. 이러한 제습은 모리엘 선도상의 과냉각도를 낮게 하게 됨으로 제습시 실내증발원으로 응축한 냉매온도는 15 내지 18 ℃가 되므로 과냉각도를 낮추게 된다.

본 발명의 상기한 특허들은 실외공기 30 내지 35 ℃의 공기로 냉각한 응축냉매온도가 40 ℃이상의 고온고압의 냉매와 실내 열교환기를 통과한 10 내지 13 ℃의 포화된 차가운 습공기로 제습을 하기 위하여 열교환시킨 액 냉매의 온도 15 내지 18 ℃ 을 팽창밸브 입구에서 혼합하여 주면서 냉매온도가 25 내지 28 ℃ 가 되어 냉방 운전을 하던 사이클 보다 제습효과가 좋아지고 냉방효과도 높아지게 되었다.

상기한 본 발명의 특허발명을 진행함에 있어 실외기에 설치한 열교환기에서 버려지는 냉매의 에너지를 재활용함에 있어 이론상으로 얻어질 효율과 실제 측정된 효율에 괴리가 발생하였다. 즉, 이론상의 목적한 효율보다 낮은 효율, 특히 하절기 고온다습한 기온에서 운전시 효율이 더욱 낮아지는 이상현상을 종종 발견하였다.

이러한 문제를 해결하고자 다양한 연구를 진행하던 중, 컴프레서로 압축된 냉매가 실외기의 응축기를 통과하면 통상적으로 고온고압(40 내지 43 ℃. 17 내지 18 ㎏/㎠이상) 의 상태로 운전되며, 실내의 본 발명의 보조열교환기를 통과한 냉매는 실외기에서 응축액화한 온도보다 낮은 15 내지 18 ℃와 실외기에서 응축액화한 압력보다 0.1 내지 0.2 ㎏/㎠ 낮게 형성된다는 사실을 발견하였다. 따라서 이러한 압력차로 인하여 고압의 냉매에 저압의 냉매가 혼합되지 못하는 현상이 발견된다는 사실을 발견하고 본 발명을 개발하였다.

본 발명은 실외기의 버려지는 냉매가 갖는 에너지를 재활용함에 있어 이론적으로 얻어질 효율에 가장 근접한 실외기 폐열을 재활용하는 항온항습 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 특히 외기의 온도가 높아지는 하절기에 제습사이클 운영중, 냉방효율과 제습효율이 예상외로 낮아지는 현상을 발견하고, 주냉매로의 냉매와 보조열교환기를 통과한 냉매의 압력차가 커지면서 사이클의 균형이 깨지면서 발생하는 냉매의 역류현상으로 인한 냉각효율저하의 문제와,

냉매가 보조열교환기로 모여 사이클내에 순환되는 냉매가 적어져 부족현상이 일어나면서 냉방과 제습운전을 할 수 없게 되는 현상을 해소하고자 한다.

본 발명은 또한 실내 송풍기의 회전수를 조절하여 실내 습공기가 충분한 열교환을 일으켜 제습효과를 높이고 팽창밸브의 감압정도를 조절하여 노점온도를 낮게 유지하면서 습공기에 포화된 습기를 많이 결로시켜 제습효과를 높이고자 한다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하고자 본 발명자의 종래 제습사이클에 대한 면밀한 연구검토의 결과,

실내측의 팽창밸브, 열교환기, 실외측의 어큐뮤레이터,콤프레서, 응축기의 냉방사이클;상기 냉방사이클에서 보조열교환기로 열교환기를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되, 상기 2차냉매로를 통하여 공급된 2차냉매가 주냉매로의 냉매와 합쳐지는 합류부를 더 포함하도록 항온항습장치를 개발하였다.

본 발명은 특히 합류부를 Y자형 분지부로 구성하여, 주냉매로에 2차냉매가 경사방향으로 합류토록 하여 합류가 용이하게 하였다.

본 발명은 더 나아가서 실내 증발열에 의하여 응축액화 된 보조열교환기를 통과한 냉매는 실외 공기로 응축액화한 냉매 온도와 압력차에 의하여 팽창변 전에서 잘 합류되지 않는 방법을 개선하였다.

본 발명은 실내 증발열에 의하여 응축액화 된 보조열교환기를 통과한 냉매를 팽창변 전에서 합류시키지 않고 별도의 팽창밸브를 설치하여 감압과 증발기에서 필요량의 냉매량을 조절을 할 수 있도록 하고 실외 응축기에서 응축액화하여 주냉매회로 팽창변 후면의 저온 저압측에 합류토록하여 보조응축기에 냉매가 역류하여 적체되는 현상을 방지하고 실내 보조응축기에서 응축하는 액냉매 온도가 낮아지면서 냉방효과와 함께 제습효과가 높아지는 결과를 얻었다.

본 발명은 제습효과를 높이기 위하여 공기 순환장치의 송풍기의 회전수를 조절하여 실내 습공기를 실내 열교환기에 충분히 결로 될 수 있도록 송풍량을 조절하여 제습효과를 높이도록 하였다.

본 발명은 실내 제습효과를 높이기 위하여 실내 증발기(열교환기)에서 증발온도를 낮게 유지하여 결로현상을 많게 할 수 있는 방법, 노점온도를 낮게 유지 함으로 결로수를 많게 할 수 있는 방법, 팽창변의 압력을 감압시켜 실내공기가 노점온도가 낮은 증발기(열교환기)를 통과하면서 많은 결로현상을 일으키게 함으로 제습효과를 높였다.

본 발명의 청구항 3 은 Y자형 분지부를 갖는 합류부에 2차냉매용 팽창밸브를 병용하여 보다 정확하고 안정된 주냉매와 2차냉매의 합류로 효율을 높여 주었다.

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본 발명의 청구항 5 는 Y자형의 합류부의 구성이 어려운 경우에 일반적인 T형 죠인트로 합류하면서 2차냉매용 팽창밸브를 병용하여 안정된 2차냉매가 상변화되어 공급함에 따라 효율을 더욱 높이게 하였다.
본 발명의 청구항 6 은 제습용 팽창밸브(TEV3)를 병용하여 제습전용로의 설치로 제습효과을 더욱 높이게 하였다.
본 발명의 청구항 7 은 냉방동작시 팬회전속도를 낮춤에 따라 열교환효율을 높이게 되어 제습 효율은 물론 냉방효율도 높이도록 하였다.
본 발명의 청구항 8 은 Y형 분지관에 설치한 팽창밸브(TEV)에 의하여 증발기(10)로 공급되는 냉매가 2단의 서로 다른 압력으로 공급되어 효율을 높였다.

도 1 은 종래 본 발명자의 특허 등록 제 10-0885061호의 대표적 냉난방제습사이클 회로도,
도 2 는 본 발명자의 또 다른 특허 등록 제 10-1135424호의 대표적인 항온항습 사이클 회로도,
도 3 은 본 발명의 항온항습장치에서 제습동작을 하는 사이클의 회로도,
도 4 는 본 발명의 항온항습장치에서 제습동작을 하는 또 다른 사이클의 회로도,
도 5 는 본 발명의 항온항습장치에서 제습동작을 하는 또 다른 사이클의 회로도,
도 6 은 본 발명의 항온항습장치에서 냉방과 제습동작을 최적으로 구현한 회로도,
도 7 은 본 발명의 제습전용동작을 위한 또 다른 실시예의 회로도,
도 8 은 본 발명의 제습전용동작시 실내측팬의 속도조절부의 회로도임.

이하 본 발명의 대표적인 실시예를 첨부한 도면에 의하여 설명한다.

본 발명에서 미도시하였지만, 주냉매로 순환사이클에는 상기 어큐뮤레이터(A)와 콤프레서(C), 열교환기, 응축기 외에도, 냉매정류용 수액기, 열교환기에 대한 냉매의 균질공급을 위한 디스트리뷰터, 콤프레서와 인접설치하는 오일 세퍼레이터, 수분을 제거하는 필터드라이어, 에어를 배출하는 에어벤트 등의 구성부품에 대한 도시와 설명은 공지된 기술이므로 생략하였다.

본 발명의 항온항습장치에서 제습동작을 하는 사이클의 회로도를 도 3에 도시하며, 도 4 는 본 발명의 본 발명의 항온항습장치에서 제습동작을 하는 또 다른 사이클의 회로도이다.

본 발명은 실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,

상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,

상기 2차냉매로를 통하여 공급된 보조열교환기(1)를 통과한 2차냉매가 주냉매로(50)와 합류하여 상기 증발기(10)에 공급하는 합류부(100)를 포함하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 항온항습장치에 관한 것이다.

본 발명에서 상기한 주냉매로(50)는 응축기(20)에서 실내의 증발기(10)를 거쳐 다시 실외의 어큐뮤레이터(A)와 콤프레서(C)로 압축하여 다시 상기 응축기로 순환하는 주요 냉방사이클의 냉매순환회로를 의미하며, 본 발명자의 선등록 특허에서 사용한 제습사이클은 상기 실내의 열교환기에 인접하여 별도의 보조 열교환기(1)를 설치하고, 이 보조열교환기에 응축기(20)의 일부 냉매를 공급하여 실내로 공급되는 공기중의 상대습도를 낮추어 버려지는 폐열을 이용하여 제습기능이 발휘하도록 하였다. 그리고 보조열교환기를 통과한 냉매(통상 본 발명에서는 2차냉매라고함)는 다시 주냉매로에 공급, 합류하여 본래의 냉방사이클용으로 순환하는 구성이 본 발명자의 선등록특허들이었다.

본 발명은 이상의 주냉매로를 순환하는 냉매는 콤프레서(C)를 거치면서 고온고압으로 되며, 본 발명은 이 고온고압의 냉매의 일부를 보조열교환기(1)로 순환시켜, 내부에 인입되는 공기의 상대습도를 낮추도록 하여 제습동작이 이루어진다. 이러한 제습동작으로 인하여 냉방동작시 실내습도의 낮춤으로 인한 쾌적함은 물론이고 버려지는 폐열을 재활용함에 따라 냉방기의 효율이 극대화되는 효과를 거두게 되었다. 그런데 이러한 본 발명자의 제습사이클의 동작시 외부와 실내의 온도차이가 심하거나 습도가 대단히 높을 경우 제습사이클의 동작이 불량해지는 문제점을 발견하게 되었으며, 그 문제를 해결하고자 개발한 것이 본 발명이다.

본 발명자는 이러한 오동작의 원인을 다양하게 분석연구한 결과, 콤프레서를 거친 냉매가 실외기에 설치한 실외기팬(F2)으로 냉각되는 응축기(20)를 거치면서 어느 정도 압력과 온도가 낮아지게 되지만 보조열교환기(1)를 통과한 2차냉매(여기서 2차냉매란 상기 실외기를 통과한 냉매를 1차냉매로 명명하며, 상기 실내측 보조열교환기를 통과한 것으로 편의상 양자를 구분하기 위하여 별도의 명칭인 2차 냉매라는 명칭을 부가한 것임)보다는 높아져 있는 상태이다. 따라서 주냉매로를 흐르는 냉매(1차냉매)에 보조열교환기를 거친 2차냉매가 압력차에 의하여 용이하게 혼합되지 못하는 현상이 발견되면서 냉매의 일부가 보조열교환기에 축적되는 현상이 발견되었다.

본 발명은 주냉매로와 2차냉매로의 합류부(100)에는 주냉매로의 팽창밸브(TEV)의 출구측에 Y형 분지관(101)을 설치하며,

상기 Y형 분지관의 일측에 상기 2차냉매로의 말단을 타단에는 2차냉매로의 일단이 합류하여, 상기 주냉매로와 2차냉매로의 합류된 냉매가 상기 팽창변(TEV)를 지나 증발기(10)로 공급되도록 하였다.

본 발명은 상기 Y형 분지관에 의하여 주냉매로(50)와 2차냉매로의 사이에 경사각(A)을 갖게 하였다. 이러한 구성으로 인하여 주냉매로의 1차냉매가 고압으로 흐르는 냉매압에 연동하여 2차냉매가 용이하게 혼입하게 되었다.

상기한 본 발명의 Y형 분지관은 비교적 고압으로 이송하는 주냉매로의 1차냉매의 흐름에 경사각을 갖고 접하므로, 일종의 벤츄리와 같은 구조로 인하여 흡입동력이 발생하여 비교적 압력이 낮은 2차냉매로의 냉매가 주냉매로의 냉매와 혼합이 용이하도록 한 것이다.

본 발명의 상기한 구성으로 인하여, 주냉매로(50)의 1차냉매가 고압이므로 진행하는 속도가 2차냉매로(30)보다는 상대적으로 빠르게 진행하므로, 종래와 같이 2차냉매를 단순히 T형의 합류관으로 인한 수직체결과 달리 비교적 압력이 낮은 2차냉매가 1차냉매의 빠른 흐름에 의하여 보다 용이하게 인입하면서 서로 다른 2개의 냉매가 용이하게 하나로 합류될 수 있게 되었다.

본 발명의 또 다른 실시예로 도 4에 도시하듯이 1차냉매와 2차냉매의 합류부(100)에는 2차냉매로(31)가 주냉매로에 합류되기 직전에 2차냉매용 팽창밸브(TEV2)와 첵크밸브(CV)와 같은 상변화수단을 포함하도록 하였다. 즉,2차냉매를 팽창밸브를 통과하면서 팽창이 된 저온저압의 냉매는 주냉매로의 팽창변(TEV)를 통과한 저온저압의 냉매가 주팽창변(TEV)뒤 증발기(10) 입구에서 합류하여 증발기(10)에서 피 냉각물체로부터 열을 흡수하며 증발한 저온저압의 냉매가스는 압축기의 흡입압력에 의하여 압축기로 유입되며 냉방사이클을 구성하면서 냉방과 제습을 할 수 있게 되는 것이다.

합류부의 구성을 경사각을 갖는 구성으로 어느 정도 1차냉매와 2차냉매의 혼입이 용이하게 되었지만, 보다 완벽한 혼입을 위하여 별도의 2차냉매용 팽창밸브를 설치하여, 상변화를 시켜 저온저압의 냉매를 증발기(10)에서 열교환할 수 있도록 하면서 냉방효과와 제습효과를 높일 수 있도록 하였다. 즉, 1차냉매와 2차냉매의 압력이 서로 동일하거나 혹은 2차냉매를 1차냉매보다 약간 높게 함으로써, 2차냉매가 1차냉매와 완벽하게 혼합하도록 유도한 것이다.

상기 2차냉매용 팽창밸브는 주냉매로를 흐르는 1차 냉매압력에 따라 혼합에 최적의 압력을 갖도록, 정압식 팽창밸브, 온도식 팽창밸브, 전자식 팽창밸브, 모세관형 팽창밸브와 같은 다양한 구성의 팽창밸브를 채용하였다. 예를 들어 주냉매로 팽창밸브를 통과한 냉매는 증발기(10) 출구측에 감지부를 설치하고, 이 감지부에서 공급되는 신호값인 온도, 압력에 맞추어 팽창밸브의 벨로우즈나 다이어프램과 같은 작동부를 구동시켜 최적의 압력으로 밸브를 개방 혹은 폐쇄토록 하였다.

본 발명의 또 다른 실시예로 도 5에 도시하듯이 실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,

상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급 하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 습공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,

주냉매로와 2차냉매로의 합류부(100)에는 주냉매로의 팽창밸브(TEV)의 출구측에 Y형 분지관(101)을 설치하며,

상기 Y형 분지관의 일측에 상기 2차냉매로의 말단을 타단에는 2차냉매로의 일단이 합류하되,

상기 합류부의 2차냉매로에 2차냉매용팽창밸브(TEV2)를 설치하여 주냉매로 팽창밸브(TEV)의 출구측과 합류하여 증발기(10)로 공급되는 것을 특징으로 하는 항온항습장치이다.

상기한 Y 자형 분지관과 함께 팽창밸브와 첵크밸브를 함께 혼용함에 따라 더욱 완벽한 주냉매와 2차냉매의 혼합으로 냉방과 제습효율을 높이게 되었다.

상기한 구성은 경사구조에 의한 용이한 혼합동작의 유도라는 물리적 구조의 장점과 상술한 팽창밸브와 같은 상변화수단의 혼용으로 1차와 2차냉매의 혼합이 보다 용이하게 이루어지게 되는 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예로 도 6에 도시한 것은

실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,

상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,

상기 2차냉매로를 통하여 공급된 보조열교환기(1)를 통과한 2차냉매가 주냉매로(50)의 1차냉매와 합류하여 상기 증발기(10)에 공급하는 합류부(100)를 포함하면서,

상기 합류부에 주냉매로용 온오프밸브(151)와 제습전용로 온오프밸브(153)을 설치하는 동시에 제습용 팽창밸브(TEV3)를 설치한 제습전용로(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치이다.

본 발명의 장치는 항온, 항습 기능을 기본적으로 구비하였으며, 냉방작동시에 실내습도가 높아지면 냉방효과가 낮아지는 것을 방지하고자, 제습기능을 냉방작동하면서 동시에 진행한다.

본 발명은 상기한 냉방동작시의 제습보다 더욱 효율적인 제습기능을 발휘하고자 제습전용로(150)를 설치하고, 이 제습전용로에 주냉매로용 온오프밸브(151)과 제습용 팽창밸브(TEV3)를 설치하여, 실내의 증발기(10)에 통상적인 냉방용으로 동작시의 냉매공급온도보다 적어도 5℃가 낮아지도록 제습용 팽창밸브를 설정하여 주어, 압력을 강하시켜 낮은 노점온도에 의하여 실내 습공기를 최대로 결로시키고 리히팅부하를 실외응축열로 사용함으로 에너지절감과 제습효율을 극대화하였다.

보다 구체적으로 제습용 팽창밸브(TEV3)는 제습동작시, 실내에 설치된 증발기(10)가 냉방동작시의 온도보다 2 내지 5 ℃ 낮아지도록 설정하여 주는 것이다. 통상적인 냉방동작시 열교환기의 증발온도를 0℃ 안팎으로 조절하지만, 본원 발명에서는 이보다 낮은 온도인 -1 내지 - 4 ℃로 설정하여 주었다.

본 발명은 또한 도 8에 도시하듯이, 실내측에 설치한 실내측팬(F)를 제습동작시에 본래의 전원공급부(P)와 직결된 접점(Q)와의 전원공급을 차단하고, 가변저항(H)를 통하여 전원공급이 콘트롤유닛(CU)에 의하여 조절되는 조절접점(G)에 의하여 실내측팬의 회전동작을 제어하였다. 냉방동작시의 팬회전속도보다 5 내지 15%를 낮추어 회전처리하였다. 제습동작은 냉방동작과 달리 실내 전체의 냉방이 아니라 주변 습도를 가능한 단시간안에 제거하는 것이므로, 가능한 주변의 수분이 접하는 증발기(10)에서 통과하는 시간을 늘려주어 결로현상을 높이기 위한 것이다. 팬회전속도를 5%보다 낮게 하면 결로효율이 정상적인 팬회전속도와 별 차이가 없으며, 반대로 15%보다 더 낮게 하면 결로현상이 냉방을 위한 공기 순환이 낮아져 냉방 효율이 낮아진다. 본 발명의 실내측팬의 적절한 속도조절로 실내측의 제습효과가 크게 상승하게 되었다.

본 발명의 또 다른 실시예로 도 7에 도시하듯이,

실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,

상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급 하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,

주냉매로와 2차냉매로의 합류부(100)에는 주냉매로의 팽창밸브(TEV)의 출구측에 Y형 분지관(101)을 포함하며,

상기 Y형 분지관의 일측에 상기 2차냉매로의 말단을 타단에는 2차냉매로의 일단이 합류하도록 설치하되,

주냉매로에 흐르는 1차냉매가 Y형 분지관에 설치한 전자조절형팽창밸브(EEV)에 의하여 2단의 서로 다른 압력으로 증발기(10)로 공급하는 것을 특징으로 하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치이다.

미도시한 콘트롤부에서 상기 전자조절형 팽창밸브(EEV)를 냉방동작시(1단제어 냉방전용)와 제습동작시(2단제어 제습전용)를 분리하여 작동하도록 유도하였다. 즉, 냉방동작이 아닌 제습동작시에는 증발기(10)의 온도를 상술하듯이 냉방동작시보다 낮게 구현하도록 팽창밸브를 설정조절하여 제습운전시 최고의 제습효과를 높이고, 제습효과의 상승으로 냉방효과도 함께 높아지도록 하는 것이다.

1:보조열교환기 10:증발기 20:응축기 31:2차냉매로 50:주냉매로 100:합류부 C:컴프레서 A:어큐뮤레이터 TEV: 주냉매용 팽창밸브 EEV:전자조정형 팽창밸브 TEV2:2차냉매용팽창밸브 TEV3:냉매전용팽창밸브

Claims (8)

1. (삭제)
   
2. (삭제)
   
3. 실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,
   상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급 하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,
   상기 2차냉매로를 통하여 공급된 보조열교환기(1)를 통과한 2차냉매가 주냉매로(50)와 합류하여 상기 증발기(10)에 공급하는 합류부(100)를 포함하면서,
   상기 2차냉매와 1차냉매의 합류부(100)는, 주냉매로 팽창밸브(TEV)의 입구측과 2차냉매로의 2차냉매용팽창밸브(TEV2)의 출구측을 연결하여 2차냉매용팽창밸브로 압력변환처리된 2차냉매가 합류되도록 2차냉매용밸브(TEV2)를 포함하여 설치하는 것을 특징으로 하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치
4. 제 3 항에 있어서
   합류부에 설치하는 팽창밸브가 정압식 팽창밸브, 온도식 팽창밸브, 전자식 팽창밸브, 모세관형 팽창밸브중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치
   
5. 실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,
   상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급 하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,
   주냉매로와 2차냉매로의 합류부(100)에는, 주냉매로의 팽창밸브(TEV)의 출구측과 Y형 분지관의 일단을 연결하고, 반대측단은 상기 2차냉매로의 체크밸브(CV)로 제어된 2차냉매로와 합류하도록 설치하되,
   상기 2차냉매로의 체크밸브(CV)를 통과한 2차냉매가 상변화되어 공급가능하도록 2차냉매용팽창밸브(TEV2)를 포함하여 설치하는 것을 특징으로 하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치
   
6. 실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,
   상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,
   상기 2차냉매로를 통하여 공급된 보조열교환기(1)를 통과한 2차냉매가 주냉매로(50)의 1차냉매와 합류하여 상기 증발기(10)에 공급하는 합류부(100)이고,
   상기 합류부에는, 주냉매로와 제습전용로에 각각 주냉매로용 온오프밸브(151)와 제습전용로 온오프밸브(153)를 설치하는 동시에 제습용 팽창밸브(TEV3)를 함께 설치한 제습전용로(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치
   
7. 제 6 항에 있어서,
   제습용 팽창밸브(TEV3)는 제습동작시, 실내에 설치된 증발기(10)가 냉방동작시의 온도보다 4 내지 5 ℃ 낮아지도록 설정하는 동시에
   실내측에 설치한 실내측팬(F)에 전원공급부(P)와 직결된 접점(Q)와의 전원공급을 차단하고, 가변저항(H)를 통하여 전원공급이 콘트롤유닛(CU)에 의하여 조절되는 조절접점(G)에 의하여 실내측팬의 회전동작을 제어하여, 팬회전속도보다 5 내지 15%를 낮추어 주는 것을 특징으로 하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치.
   
   
8. 실내측에서 고온고압의 냉매가 팽창밸브(70)를 거쳐 증발기(10)에서 저온저압으로 상변화하며, 이 저온저압의 냉매는 실외측의 어큐뮤레이터(A)로 유도하여 콤프레서(C)에 의하여 고온고압으로 압축한 다음 응축기(20)에 의하여 응축액화하는 사이클을 반복하는 냉방사이클로서,
   상기 냉방사이클에서 실외측 응축기(20)의 고온고압의 냉매의 일부를 별도의 2차냉매로(31)를 통하여 증발기의 후면에 위치한 보조열교환기(1)로 직접 공급 하여 상기 실내에 설치된 증발기(10)를 통과한 공기의 상대습도를 낮추는 제습사이클을 포함하되,
   주냉매로와 2차냉매로의 합류부(100)에는 주냉매로의 팽창밸브(TEV)의 출구측에 Y형 분지관(101)을 포함하며,
   상기 Y형 분지관의 일측에 상기 2차냉매로의 말단을, 타단에는 2차냉매로의 일단이 합류하도록 설치하되,
   주냉매로에 흐르는 1차냉매가 Y형 분지관에 설치한 팽창밸브(TEV)에 의하여 2단의 서로 다른 압력으로 증발기(10)로 공급하는 것을 특징으로 하는 실외기의 응축열을 재활용하여 항온항습 및 제습기능을 겸비한 항온항습장치에서 제습효율을 높인 제습장치.
   
   
   
   
   
   
   

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