KR101857500B1 - 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상 공간의 공기를 일 방향으로 유입 및 배출하기 위한 송풍팬, 작동 유체가 내부로 유동하며 상기 송풍팬에 의해 유입된 공기와의 상호 열교환이 이루어지도록 하는 증발기, 상기 증발기의 후단에 위치하여 증발기를 통과한 냉각공기에 대하여 재열을 실시하기 위한 재열코일 및 상기 재열코일과 연결되어 재열코일로 온수를 공급 및 회수하기 위한 물순환 라인으로 구성되는 실내기 장치를 포함하는 항온항습 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 실내기 장치에 설치된 상기 증발기의 통과 공기에 대한 온도 정보를 통합 제어부에서 수집하는 단계; 상기 통합 제어부에서 수집된 온도 정보를 기설정된 기준 온도 정보와 비교 분석하는 단계; 및 상기 통합 제어부의 비교 분석 결과에 따라 상기 증발기의 후단에 설치되는 재열코일의 재열 구동을 선택적으로 제어하는 단계;를 포함하되, 상기 실내기 장치는, 상기 증발기에서 배출되는 작동 유체를 압축하여 고온, 고압 상태로 변환하고 이를 토출 라인을 통해 토출하는 압축기 및 상기 압축기의 토출 라인과 상기 물순환 라인의 온수가 상호 열교환이 실시되도록 하는 온수열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

Description

물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법{Controlling Method for a thermo-hygrostat system using hydrologic cycle}

본 발명은 항온항습 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 상세하게는 온도 제어를 위해 요구되는 재열수단을 경제적이며 효율적으로 운용할 수 있는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공조장치란 냉방, 난방, 감습 또는 제습, 가습, 공기의 정화 등을 포함하는 공기조화의 목적을 달성하기 위해 필요한 장치를 총칭하는 것으로, 기본 장치인 공기조화기와 열원 장치인 보일러·냉동기 등, 열 운반 장치인 송풍기·펌프·덕트·배관·분출구·흡입구·방열기 등과 말단장치, 그리고 이런 장치들이 공기조화의 조건을 충족시킬 수 있도록 하는 자동제어장치 등을 포함한다.

이러한 공조 장치 중 온도 및 습도 제어를 수행하는 항온항습장치의 경우 전산실, 정밀측정실, 엔진실험실, 반도체 공장의 크린룸, 전자기판생산실 및 제약공장의 크린룸 등 주로 열이 많이 발생되는 시스템이나 장치가 설치된 각 공간에 설치되는 것으로, 해당 공간 내부의 온도를 조절하기 위한 냉/난방운전, 공간 내부의 습도를 조절하기 위한 가습 및 제습운전, 공간 내부의 청정 공기를 유지하기 위한 공기정화운전 등을 통하여 이들 시스템이나 장치 주변의 온도 및 습도가 항상 일정한 범위 내에 머물도록 하는데 사용되며 특히 전 외기를 도입하는 외기조화기에서는 더 큰 효과를 누릴 수 있다.

그러나 종래의 항온항습장치는 물론 항온제습장치 및 공기조화장치의 경우, 습도를 조절함에 있어 기기로 유입되는 공기를 냉각 및 감습시키고 이를 다시 재열하여 온도와 습도를 설정치에 도달하도록 하는 방식으로 운용되기 때문에 에너지를 과소비하는 저효율적인 방법이었다.

즉, 종래 항온항습장치에서는 온도는 설정치에 도달하였으나 습도가 높을 경우, 습도를 떨어트리기 위하여 냉각코일에서 통과된 공기를 과냉각시켜 절대습도를 떨어트린 후, 냉각된 온도를 다시 상승시키기 위해 후공정으로서 재열을 실시는 등 악순환으로 다량의 에너지를 소비함은 물론 냉각과 재열을 실시하기 위해 별도의 냉각수단 및 재열수단이 구비되어야 하는 등 시스템을 비효율적으로 운용하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제0917835호

따라서 본 발명의 목적은 증발기의 후단에 온수의 순환을 이용한 재열수단을 설치 적용함으로써 에너지의 소비를 저감시키고 효율적인 운용이 가능한 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법을 제공하고자 함이다.

본 발명의 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법은, 대상 공간의 공기를 일 방향으로 유입 및 배출하기 위한 송풍팬, 작동 유체가 내부로 유동하며 상기 송풍팬에 의해 유입된 공기와의 상호 열교환이 이루어지도록 하는 증발기, 상기 증발기의 후단에 위치하여 증발기를 통과한 냉각공기에 대하여 재열을 실시하기 위한 재열코일 및 상기 재열코일과 연결되어 재열코일로 온수를 공급 및 회수하기 위한 물순환 라인으로 구성되는 실내기 장치를 포함하는 항온항습 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 실내기 장치에 설치된 상기 증발기의 통과 공기에 대한 온도 정보를 통합 제어부에서 수집하는 단계; 상기 통합 제어부에서 수집된 온도 정보를 기설정된 기준 온도 정보와 비교 분석하는 단계; 및 상기 통합 제어부의 비교 분석 결과에 따라 상기 증발기의 후단에 설치되는 재열코일의 재열 구동을 선택적으로 제어하는 단계;를 포함하되, 상기 실내기 장치는, 상기 증발기에서 배출되는 작동 유체를 압축하여 고온, 고압 상태로 변환하고 이를 토출 라인을 통해 토출하는 압축기 및 상기 압축기의 토출 라인과 상기 물순환 라인의 온수가 상호 열교환이 실시되도록 하는 온수열교환기를 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 재열코일의 재열 구동을 선택적으로 제어하는 단계는, 통합 제어부의 비교 분석 결과에 따라 가열 명령 신호가 생성되는 단계; 상기 가열 명령 신호에 의해 워터펌프가 가동되어 수용탱크에 수용된 온수가 상기 재열코일로 공급되어 재열 구동을 실시하고 통과 공기와의 열교환이 수행되는 단계; 상기 재열코일 통과 공기와의 열교환이 수행된 후 배출되는 온수가 회수관을 통해 상기 수용탱크에 회수되는 단계; 및 상기 통합 제어부의 정지 명령 신호가 생성되기 전까지 상기 공정을 반복적으로 실시하여 온수가 수용탱크와 재열코일 간을 순환하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 열교환이 수행된 후 배출되는 온수가 수용탱크에 회수되는 단계 이후, 상기 실내기 장치에서 상기 온수열교환기를 통해 고온의 작동 유체와 수용탱크에 수용된 온수 간 상호 열교환이 실시되는 단계;를 포함하되, 상기 온수열교환기는, 상기 압축기의 토출 라인의 일부가 상기 물순환 라인의 수용탱크 내부에 수용되도록 구성되어 압축기로부터 토출되는 고온의 작동 유체와 수용탱크 내부의 온수가 상호 열교환 되도록 하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 수용탱크 내부에 수용되는 압축기의 토출 라인 일부는 나선형 구조를 갖는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 수용탱크는, 상기 토출 라인의 일부가 수용되는 제 1구역 및 상기 제 1구역으로부터 상단과 하단에 마련되면서 상기 공급관과 회수관이 각각 연통하는 제 2구역을 포함하며, 상기 제 1구역에 복수의 다공성 축열볼이 내재되고, 상기 제 1구역과 제 2구역의 경계 영역에는 상기 다공성 축열볼보다 입경이 작은 복수의 통공으로 구성되는 여과망이 설치되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 다공성 축열볼은, 펄라이트 100중량부에 대해 이산화티탄 10 내지 20중량부, 고화재 10 내지 20중량부를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 수용탱크는, 상기 제 1구역을 향해 조사되도록 배치되며 복수의 LED소자로 구성되는 광원부를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 실내기 장치로 유입되는 공기의 온도 또는 습도 정보를 상기 통합 제어부에서 수집하는 단계; 및 상기 통합 제어부에서 수집된 유입 공기의 온도 또는 습도 정보에 비례해서 실내기 장치에 설치되는 송풍팬의 속도를 선택적으로 제어하여 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 실외기 장치에 설치되는 응축기의 압력 또는 온도 정보를 상기 통합 제어부에서 수집하는 단계; 및 상기 통합 제어부에서 수집된 응축기의 압력 또는 온도 정보에 비례해서 실외기 장치에 설치되는 냉각팬의 속도를 선택적으로 제어하여 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것이 특징이다.

상술한 바에 따르면 본 발명의 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법은 증발기의 후단에 온수의 순환을 이용한 재열수단을 설치 적용하고 재열 가동이 요구되는 경우 온수를 순환시켜 증발기를 통과하는 냉각 공기에 대하여 재열을 실시함으로써 요구되는 온도 조건을 만족할 수 있도록 한다.

특히 본 발명에서는 실내기 장치 내에 작동 유체를 고온, 고압으로 변환시키기 위한 압축기 및 상기 압축기와 물순환 라인이 상호 열교환되도록 구성되는 온수열교환기를 구비하여 재열을 위한 온수의 열원으로 활용되도록 하면서 응축기의 응축 부하를 저감시키는 등 에너지 소비를 최소화하여 경제적이면서도 효율적인 운용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온항습 시스템을 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내기 장치의 구성을 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온항습 시스템의 전체 구성을 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수열관기의 구성을 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광원부의 구성을 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 제어부의 구성을 나타내는 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내기 장치 및 실외기 장치의 센서 구성을 나타내는 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온항습 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 제어부의 제어에 의한 온수의 순환 과정을 설명하기 위한 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법에 대하여 상세히 명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온항습 시스템을 설명하기 위한 개략도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내기 장치의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온항습 시스템의 전체 구성을 나타내는 개략도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수열관기의 구성을 나타내는 개략도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광원부의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.

본 발명의 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법은 항온항습 시스템을 경제적이면서도 효율적으로 운용하기 위한 제어방법에 관한 것으로, 이를 설명하기에 앞서 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온항습 시스템의 구성을 설명하기로 한다.

상기 물순환을 이용한 항온항습 시스템(이하 '항온항습 시스템'이라 함)은 항온/항습이 요구되는 대상 공간에 구비되어 항온 및 항습 가동을 실시하는 실내기 장치(10), 그리고 상기 실내기 장치(10)와 연결되며 실내기 장치(10)에서 열교환 후 토출되는 냉매(이하 '작동 유체'라 칭함)를 회수하여 반복적인 작동 유체의 열교환이 실시될 수 있도록 하는 실외기 장치(20)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 실내기 장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 열교환을 수행하여 냉각 공기를 생성하기 위한 증발기(200)와 상기 증발기(200)의 후단에 배치되어 증발기(200)를 통과하는 냉각 공기에 대하여 온도를 제어하는 재열코일(300)을 포함할 수 있다.

여기서 상기 증발기(200)는 이하에서 설명하는 실외기 장치(20)로부터 전달되는 작동 유체가 유입되고, 작동 유체와 통과 공기 간의 열교환을 실시함에 따라 유입 공기를 냉각하여 항온 및 항습이 요구되는 공간으로 제공하게 된다.

이러한 증발기(200)는 응축기, 압축기 및 증발기 등을 포함하는 일반적인 공조장치에서는 통상의 증발기가 적용될 수 있으며, 외부의 냉동기에서 제조된 냉수 또는 브라인을 열원으로 사용하는 공조장치의 경우에는 증발기 대신에 냉각코일이 적용될 수 있다.

이하에서는 일반적인 공조장치에서의 증발기(200)를 예로써 설명하지만, 본 발명이 상술한 증발기에 한정되는 것이 아니라 앞서 설명한 바와 같이 냉수 또는 브라인을 열원으로 사용하여 냉각 작용을 수행하는 냉각코일 역시 적용될 수 있음은 당연하다.

또한 본 발명에 있어 증발기(200)의 전단이라 함은 도 2에 도시된 바와 같이 외부로부터 유입되는 공기가 상기 증발기(200)를 통과하는 방향을 기준으로 상기 공기가 유입되는 측을 의미하며, 증발기(200)의 후단이라 함은 반대로 공기가 증발기(200)를 통과하여 배출되는 측을 의미한다.

한편 본 발명의 일 구성인 상기 재열코일(300)의 경우 에너지가 많이 소모되는 통상의 히팅 시스템을 적용하여 직접적으로 코일을 가열하는 방식에 따른 단점을 보완하고자 온수가 코일 내부를 순환하도록 함으로써 통과 공기에 대한 재열 작용이 실시될 수 있도록 한다.

이를 구현하기 위한 구성으로서 본 발명에 따른 항온항습 시스템의 실내기 장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 송풍팬(100)과 증발기(200)와 재열코일(300)과 물순환 라인(400)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 송풍팬(100)은 실내기 장치(10) 내부에 구비되어 실내기 장치(10)가 설치된 항온 항습 대상 공간의 공기가 일 방향으로 유입되도록 함과 더불어 상기 증발기(200)를 통과하여 냉각된 공기를 상기 대상 공간으로 배출하도록 한다.

이러한 송풍팬(100)은 이하에서 설명하는 통합 제어부(600)의 제어신호에 의해 제어될 수 있는 바, 일 예로 통합 제어부(600)에서는 유입되는 공기의 온도 또는 습도에 비례해서 상기 송풍팬(100)의 속도를 제어함으로써 증발기(200)와의 열교환 및 공기 접촉 시간 등을 조절할 수 있다.

상기 증발기(200)는 앞서 설명한 바와 같이 작동 유체가 내부로 유동하게 되는데, 이때 상기 송풍팬(100)에 의해 유입된 공기와 상호 열교환이 이루어지도록 함으로써 냉각된 공기를 생성하게 되며 이를 배출할 수 있게 된다.

구체적으로 상기 증발기(200)는 유입 공기에 대하여 냉각 및 감습이 요구되는 경우, 상기 실외기 장치(20)에 구비된 응축기(800)에서 액화된 고온, 고압의 작동 유체가 증발기(200)의 전단에 설치된 팽창밸브(210)를 통과하면서 저온, 저압의 작동 유체로 변화하게 되고, 피 냉각체(유동하는 공기)와의 열교환이 되면서 작동 유체가 증발되어 피 냉각체의 열을 흡수하게 되며 이러한 증발 작용으로 피 냉각체에 대한 냉각 및 감습이 실시하게 되는 것이다.

이렇게 증발 작용에 따른 열교환으로 냉각된 피 냉각체 즉, 냉각 및 감습된 공기는 상기 송풍팬(100)을 이용하여 항온, 항습이 요구되는 대상 공간으로 토출하게 되는 것이며, 이러한 증발기(200)는 그 관 외부를 감싸는 복수의 핀 구조로 구성되어 통과하는 공기로 열전달을 원활히 하며 단시간에 유입된 공기를 냉각할 수 있도록 함이 바람직하다.

여기서, 상기 작동 유체는 사용 온도에 적합하게 다양한 열전달 유체가 사용될 수 있으며, 최종적으로 열 교환 작용에 따른 온도는 상기 작동 유체의 종류 및 상기 증발기(200)에서 열 교환되는 작동 유체 량의 증감 그리고 송풍팬(100)의 속도 제어에 의한 공기의 통과 시간 등에 따라 결정될 수 있다.

상기 물순환 라인(400)은 상기 재열코일(300)과 연결되어 있으며 상기 재열코일(300)로 온수를 공급하거나 재열코일(300)을 순환하여 배출되는 온수 즉 배출수를 회수 및 수용하도록 한다.

일 예로 상기 물순환 라인(400)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 온수를 수용하는 수용탱크(450)와, 상기 수용탱크(450)의 온수를 재열코일(300)로 공급하기 위한 공급관(410)과, 상기 재열코일(300)을 통과한 온수를 상기 수용탱크(450)로 회수하기 위한 회수관(420) 및 상기 수용탱크(450)로부터 온수를 순환시키기 위한 워터펌프(430)를 포함하여 구성될 수 있다.

일반적으로 감습이 요구되는 조건인 경우, 습도 조건을 만족하기 위하여 상기 증발기(200)에서는 열교환 과정에 의해 공기의 온도가 낮아지도록 냉각을 실시하게 되고, 이에 따라 상대적으로 설정된 온도 조건보다 상대적으로 낮아진 온도를 제어하기 위하여 선택적으로 재열 과정이 수행되어야 하는 바, 본 발명에서는 재열 가동을 위하여 재열 코일(300)을 상기 증발기(200)의 후단에 배치하고 물순환 라인(400)에 의해 순환하는 온수를 상기 재열 코일(300)로 공급함으로써, 증발기(200)를 통과한 공기에 대하여 재열이 실시될 수 있도록 하고 이에 의한 온도 제어가 수행될 수 있도록 하는 것이다.

이때 본 발명에서는 상기 온수를 일정 온도로 가열 및 유지함에 있어 에너지 소비를 최소화할 수 있도록 구성됨에 특징이 있다.

구체적으로 상기 실내기 장치(10)는 상기 증발기(20)에서 배출되는 작동 유체를 압축하여 고온, 고압 상태로 변환하고 이를 토출 라인(710)을 통해 상기 실외기 장치(20)로 토출하는 압축기(700)와, 상기 압축기(700)의 토출 라인(710)과 상기 물순환 라인(400)의 온수가 상호 열교환이 실시되도록 하는 온수열교환기(A)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 압축기(700)는 상기 증발기(200)로부터 이동되는 기체 상태의 저압 작동 유체를 압축하여 고온, 고압 상태로 변환하고 이렇게 압축된 고온, 고압의 작동 유체를 상기 토출 라인(710)으로 토출하여 실외기 장치(20)에 구비되는 응축기(800)로 전달하게 된다.

이러한 압축기(700)는 통상 실외기에 구비되는데 반하여 본 발명에서는 실내기 장치(10)에 구비되도록 함으로써 상기 온수열교환기(A)와의 연결 라인을 짧게 형성할 수 있어 온수의 열원으로 활용되는 작동 유체의 열손실과 부하변동을 최소화할 수 있도록 한다.

뿐만 아니라 실외기 장치(20)에 위치하는 응축기(800)와의 연결에 있어서도 상기 압축기(700)로부터 토출되는 작동 유체는 온수와의 열교환으로 인해 일부의 열이 회수되어 상대적으로 작동 유체의 온도가 저감 되고, 이는 고온의 작동 유체를 응축하기 위한 응축기(800)의 응축 부하를 저감시키도록 작용할 수 있게 된다.

상기 온수열교환기(A)는 압축기(700)의 열이 온수와 열교환할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이 상기 압축기(700)의 토출 라인(710)의 일부(711)가 상기 물순환 라인(400)의 수용탱크(450) 내부에 수용되도록 구성되어 압축기(700)에서 토출되는 고온의 작동 유체의 열이 수용탱크(450) 내부의 온수와 상호 열교환 되도록 할 수 있다.

즉, 상기 압축기(700)의 토출 라인(710)을 통해 토출되는 작동 유체는 앞서 설명한 바와 같이 고온 상태가 유지되는데, 이러한 고온의 작동 유체의 열이 상기 온수열교환기(A)의 구조를 통해 수용탱크(450) 내부에서 온수로 전달되도록 함으로써, 온수의 가열 또는 온도 유지하기 위하여 구비되는 가열 수단(미도시)의 에너지 소비를 최소화할 수 있게 된다.

이때 상기 수용탱크(450) 내부에 수용되는 압축기(700)의 토출 라인(710) 일부(711)는 나선형 구조를 갖도록 구성되어 온수와의 충분한 접촉 면적이 확보되도록 하여 열전달 효율이 향상될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따르면, 상기 수용탱크(450)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 토출 라인(710)의 일부(711)가 수용되는 제 1구역(451) 및 상기 제 1구역(451)으로부터 상단과 하단에 마련되면서 상기 공급관(410)과 회수관(420)이 각각 연통하는 제 2구역(452)을 포함하며, 상기 제 1구역(451)에는 복수의 다공성 축열볼(454)이 내재되고, 상기 제 1구역(451)과 제 2구역(452)의 경계 영역에는 상기 다공성 축열볼(454)보다 입경이 작은 복수의 통공으로 구성되는 여과망(453)이 설치될 수 있다.

상기 다공성 축열볼(454)은 다공성 재질로 상기 제 1구역(451)에서 산재하고 있어 상기 토출 라인(710)과의 접촉 면적을 넓게 가져가 열교환 효율이 향상될 수 있도록 하면서, 상기 토출라인(710)을 유동하는 고온의 작동 유체의 열을 흡수 및 축적될 수 있도록 하고 상기 제 1구역(451)에서 축적된 열이 온수로 전달될 수 있도록 한다.

뿐만 아니라 상기 물순환라인(400)을 통해 온수가 순환하는 과정에서는 공급관(410) 또는 회수관(420)에 침적된 이물질이 탈리되면서 온수에 포함되어 상기 수용탱크(450)로 유입될 수 있는데, 이 경우 상기 다공성 축열볼(454)의 공극에 상기 이물질을 흡착할 수 있게 되므로 이물질로 인한 물 순환 기능의 저하는 물론 워터펌프(430)의 막힘 현상 등이 방지될 수 있다.

이러한 다공성 축열볼(454)은 일반적으로 축열 기능을 갖는 재료로 널리 알려진 펄라이트가 사용될 수 있으며, 상기 펄라이트를 볼 형태로 제조하기 위하여 본 발명에서는 상기 다공성 축열볼(454)이 펄라이트 100중량부에 대해 고화재 10 내지 20중량부를 포함하여 구성되는 예를 제시한다.

상기 여과망(453)은 상기 제 1구역(451)과 제 2구역(452)의 경계 영역에 설치되어 제 1구역(451) 내부에 내재된 다공성 축열볼(454) 또는 상기 다공성 축열볼(454)들이 상호 충돌하여 분쇄되는 분쇄 물질들이 상기 제 2구역(452)으로 통과되지 않도록 함으로써, 상기 제 2구역(452)에 각각 연통하는 공급관(410) 또는 회수관(420)으로 상기 다공성 축열볼(454) 내지 분쇄물질이 유입되지 않도록 하며, 앞서 언급된 공급관(410) 또는 회수관(420) 등으로부터 발생하게 되는 이물질에 있어 상대적으로 입자가 큰 이물질을 여과하여 물 순환 라인(400)에서 순환하지 않도록 하는 기능으로도 활용될 수 있다.

이렇게 여과망(453)을 통해 여과된 이물질이나 상기 다공성 축열볼(454) 등은 수용탱크(450)과 연통되도록 설치되는 배출관을 이용하여 추후 세척과정에서 온수와 함께 배출될 수 있도록 한다.

한편 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 다공성 축열볼(454)은 펄라이트 100중량부에 대해 이산화티탄 10 내지 20중량부 및 고화재 10 내지 20중량부를 포함하며, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 수용탱크(450)에는 상기 제 1구역(451)을 향해 조사되도록 배치되는 복수의 LED소자로 구성되는 광원부(455)를 포함하는 예를 제시한다.

즉, 상기 이산화티탄은 다공성 재질로 상기 펄라이트와 함께 축열 기능을 수행하면서 상기 광원부(455)의 LED소자를 통해 발현되는 빛에 포함되어 있는 자외선에 의해 활성산소를 발생시켜 강력한 산화환원작용을 나타내어 유기물을 분해하고 살균 작용을 수행하게 되는 바, 이러한 광촉매 반응을 통하여 상기 제 1구역(451)에서 다공성 축열볼(454)에 흡착된 유기물은 물론 상기 여과망(453)의 통공에 침적된 유기물 등을 분해함으로써 상기 여과망(453)의 폐색현상이나 온수의 순환 과정에서 그 기능이 저하되는 것을 차단할 수 있도록 한다.

이처럼 본 발명에서는 온수의 열에너지로 활용될 수 있는 온수열교환기(A) 구성과 열교환 효율을 극대화할 수 있는 다공성 축열볼(454) 등의 구성으로 인해 물순환 라인(400)을 통해 순환하는 온수의 온도를 일정하게 유지시키면서 별도의 에너지가 소비되는 가열 수단의 구동을 최소화할 수 있으며, 특히 압축기(700)가 실내기 장치(10)에 구비됨으로써 응축기(800)의 응축 부하를 저감시킬 수 있는 등, 결과적으로 항온 항습 시스템을 운용함에 있어 에너지 소비를 최소화하여 경제적이면서도 효율적인 운용이 가능해지도록 한다.

한편 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 물순환 라인(400)은 상기 재열코일(300) 전단에서 상기 공급관(410)과 회수관(420) 간이 연통되도록 공급관(410)의 유체 흐름을 제어하기 위한 밸브(440)를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 밸브(440)는 온수의 흐름을 제어하기 위한 것으로 이방 또는 삼방 밸브가 적용될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 재열코일(300)의 전단에 위치함으로써 상기 공급관(410)의 온수가 밸브(440)의 선택적인 작동에 의해 상기 재열코일(300)로 공급되거나 바로 회수관(420)을 통해 수용탱크(450)로 회수될 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 밸브(440)의 작동은 이하에서 설명하는 통합 제어부(600)의 제어신호 즉 전기적 신호에 의해 이루어질 수 있도록 전자식 밸브를 적용함이 바람직하다.

상기 밸브(440)를 통한 온수의 흐름 제어는 항온, 항습 설정에 따라 선택적으로 이루어질 수 있는 바, 예를 들면 앞서 설명한 바와 같이 설정 온도와 대비하여 온도가 낮아지게 되면 재열 가동이 요구되는데 이러한 재열 가동을 위해 상기 밸브(440)를 공급관(410)과 재열코일(300)이 연통되도록 조작하여 재열코일(300)로 온수가 공급되게 할 수 있다.

반대로 온도가 설정 온도로 유지되거나 높을 경우 재열코일(300)을 통한 재열 가동은 불필요하기 때문에 온수가 재열코일(300)로 순환되지 않도록 상기 밸브(440)의 밸브 방향을 공급관(410)과 회수관(420)이 연통되도록 조작하여 재열코일(300) 전단에서 온수가 회수될 수 있도록 할 수 있다.

이를 위해 발명의 일 실시 예에 따른 실내기 장치(10)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 밸브(440) 등을 제어하기 위한 통합 제어부(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 통합 제어부(600)는 온도 내지 습도 등을 항온항습 시스템의 구동 조건 즉 항온항습 시스템의 온도 및 습도 등에 대한 설정 조건을 입력하기 위한 설정부(610)를 포함할 수 있으며, 이러한 설정부(610)의 입력 신호에 따라 상기 밸브(440) 등을 제어할 수 있다.

예를 들면 상기 통합 제어부(600)는 상기 재열 코일(300)을 통과하는 공기의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(320) 및 상기 온도 센서(320)에서 감지된 온도 정보를 입력받고 이를 상기 설정부(610)에서 설정된 온도 조건에 따른 기준 온도와 비교 분석하여 상기 밸브(440)를 선택적으로 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 비교분석부(620)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 통합 제어부(600)는 상기 온도 센서(320)의 입력 신호를 비교 분석할 수 있으며 설정 조건을 만족할 수 있는 온도 환경을 조성하기 위하여 재열코일(300)에 대한 온수의 공급 내지 순환을 조절할 수 있는 제어 신호를 출력하게 되는 것이다.

한편 본 발명의 항온항습 시스템은 앞서 설명한 바와 같이 실외기 장치(20)를 더 포함하게 되는 바, 상기 실외기 장치(20)는 상기 실내기 장치(10)에서 열교환이 완료된 작동 유체를 회수하여 이를 압축 및 냉각하고, 압축 및 냉각 시 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 것으로 통상 항온 항습이 요구되는 대상 공간으로부터 외부에 배치되어 있다.

이러한 실외기 장치(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 응축기(800)를 포함하며 앞서 설명한 증발기(200) 및 압축기(700) 등을 포함한 상기 실내기 장치(10)와 열교환 과정을 수행함에 따라 기화와 액화를 반복하며 상호 작동 유체가 순환되는 구조로 구성된다.

상기 응축기(800)는 상기 압축기(700)로부터 토출되는 고온, 고압의 작동유체를 냉각함으로써 열을 빼앗아 응축 변화시킴으로써 기체 상태의 작동 유체를 액화하도록 한다.

이때, 상기 응축기(800)의 냉각 방식은 수냉식 또는 공냉식 등 공지기술 등을 통해 다양하게 실시될 수 있으나, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 냉각팬(950)과 상기 응축기(800)의 유체관을 감싸도록 구성되며 상기 냉각팬(950)의 냉각 공기로 인해 상기 유체관을 냉각하는 복수의 냉각핀을 구비하고 이러한 냉각팬(950)과 냉각핀들을 통해 냉각을 실시하는 공냉식 냉각 방식을 일 예로 제시하고 있다.

그리고, 상기 응축기(800)에서 액화 변환된 작동 유체는 수액기(900)로 이동되어 일시 저장될 수 있다.

상기 수액기(900)는 상기 응축기(800)와 상기 실내기 장치(10)에 구비된 증발기(200) 사이에 설치되며, 상기 증발기(200)의 부하 변동에 따른 작동 유체 량의 변화를 흡수하여 본 발명의 항온항습 시스템의 운전을 원활하게 하는 것으로, 이러한 수액기(900)는 선택적으로 적용될 수 있음은 당연하다.

상술한 응축기(800)에서 액화된 고온, 고압의 작동 유체는 이후 실내기 장치(10)로 토출되어 상기 증발기(200)에 설치된 팽창밸브(210)를 통과하게 되므로 증발기(200)에서 열교환이 실시되어 대상 공간으로부터 유입된 공기를 냉각할 수 있게 되는 것이다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내기 장치 및 실외기 장치의 센서 구성을 나타내는 블록도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온항습 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 통합 제어부의 제어에 의한 온수의 순환 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

한편 상술한 실시 예의 항온항습 시스템은 상기 통합 제어부(600)에 의해 제어될 수 있으며, 구체적으로는 설정부(610)의 입력 조건에 의해 실내기 장치(10) 및 실외기 장치(20)가 독립적으로 제어되어 구동될 수 있다.

먼저 본 발명의 항온항습 시스템의 제어방법은, 다양한 입력 조건 내지 외부 환경 등을 상기 통합 제어부(600)에서 실시간으로 감지하게 되고 각각의 상황에 따라 그에 대응하는 제어 신호를 생성 및 출력함으로써 실내기 장치(10) 또는 실외기 장치(20) 각각의 구성들을 선택적으로 제어하도록 한다.

일 예로, 대상 공간에 대하여 냉각 및 감습 환경이 조성되어야 하는 경우 상기 통합 제어부(600)의 제어 과정을 살펴보면, 먼저 상기 통합 제어부(600)는 실내기 장치(10)를 통해 냉각 공기를 생성할 수 있도록 증발기(200) 및 압축기(700) 등을 가동시키도록 제어할 수 있다.

그리고 상기 통합 제어부(600)는 냉각 공기를 대상 공간에 배출함에 있어 온도 정보를 계측하고 계측된 온도 정보에 따라 선택적으로 재열 구동을 실시할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 상기 통합 제어부(600)에서는 증발기(200)의 통과 공기 즉 냉각 공기에 대한 온도 정보를 수집하게 된다.(S100) 이때, 상기 증발기(200)의 통과 공기에 대한 온도 정보는 앞서 설명한 온도 센서(320)에 의해 계측될 수 있다.

그리고 상기 통합 제어부(600)는 수집된 온도 정보와 기설정된 기준 온도 정보를 비교 분석하게 되고(S200), 그 결과 수집된 온도가 기준 온도 미만인 경우(S300) 통과 공기에 대한 재열이 요구됨을 인지하여 가열 명령 신호를 생성 및 출력함으로써 증발기(200)의 후단에 설치된 재열 코일(300)을 통해 재열 구동이 수행될 수 있도록 제어할 수 있다.(S400)

구체적으로, 상기 재열 코일(300)을 이용한 재열 구동을 설명하자면 도 9에 도시된 바와 같이 상기 통합 제어부(600)에서는 상기 비교 분석 결과에 따라 가열 명령 신호를 생성하여 출력하도록 한다.(S410)

이후 상기 통합 제어부(600)로부터 출력된 가열 명령 신호는 물순환 라인(400)의 워터펌프(430)으로 전송되어 가동되는 바, 상기 수용탱크(450)에 수용된 온수가 공급관(410)을 통해 재열 코일(300)로 공급됨으로써 재열 구동을 실시할 수 있게 되고, 상기 증발기(200)의 통과 공기와의 열교환이 수행되어 통과 공기를 가열함으로써 낮아진 통과 공기의 온도를 제어할 수 있게 되는 것이다.(S420)

여기서 상기 재열 코일(300)의 통과 공기와의 열교환이 수행된 후 배출되는 배출수(온수)는 회수관(420)을 통해 상기 수용탱크(450)에 회수될 수 있는데(S430), 본 발명에 따른 항온항습 시스템은 앞서 설명한 바와 같이 온수열교환기(A)가 온수의 열원으로 활용되도록 함으로써 별도의 열에너지가 요구되는 가열 수단의 구동을 최소화할 수 있게 된다.(S440)

이는 앞서 설명한 바와 같이 상기 실내기 장치(10)에서 상기 증발기(200)와 연결되도록 설치되는 압축기(700)의 토출라인(710)과 상기 수용탱크(450) 간에 열교환이 수행되도록 구성되는 온수열교환기(A)를 통해 구현 가능한 바, 고온의 작동 유체의 열에너지가 수용탱크에 수용된 온수로 전달되게 하고 가열된 온수는 수용탱크(450)에서 상기 재열코일(300)로 재공급되는 등 반복적으로 온수가 일정한 온도를 유지하면서 순환이 이루어지게 되는 것이다.

이후 상기 통합 제어부(600)는 사용자의 구동 정지 설정 또는 상기 수집된 온도가 기준 온도 범위를 만족하는 경우 정지 명령 신호를 생성 및 출력할 수 있으며, 이러한 정지 명령 신호가 워터펌프(430)로 입력되면 워터펌프(430)의 구동이 정지되어 온수의 순환 과정 종료 또는 재열 코일(300)로 온수의 공급이 종료됨으로써 재열 코일(300)에 의핸 재열 가동 역시 정지할 수 있게 된다.(S450)

한편, 본 발명의 항온항습 시스템의 제어방법은 실내기 장치(10) 및 실외기 장치(20)에 대하여 독립적인 제어를 수행함에 있어, 실내기 장치(10) 및 실외기 장치(20)에 구성된 다양한 센서들의 수집 데이터를 활용할 수 있다.

도 7를 참조하면, 상기 통합 제어부(600)는 실내기 장치(10) 및 실외기 장치(20)에 적어도 하나 이상의 센서를 포함한 센서 네트워크를 구축하고 센서들로부터 수집되는 센싱 데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있다.

이러한 수집 데이터는 이후 상기 실내기 장치(10) 및 실외기 장치(20) 각각에 대하여 독립적인 제어를 수행하기 위한 요소 데이터로 활용될 수 있다.

예를 들면, 상기 실내기 장치(10)는 외기 즉, 송풍팬(100)를 통해 대상 공간으로부터 유입되는 공기에 대하여 온도 정보 및 습도 정보를 수집하기 위한 온도 센서(630)와 습도 센서(640)를 포함할 수 있으며, 상기 온도 센서(630) 및 습도 센서(640)로부터 계측되는 실시간 센싱 데이터를 상기 통합 제어부(600)로 전송하도록 하고 상기 통합 제어부(600)에서는 상기 실내기 장치(10)로부터 수집되는 센싱 데이터를 저장하여 이를 비교 분석하여 송풍팬(100)의 속도 제어에 활용할 수 있다.

즉, 상기 통합 제어부(600)에서는 실내기 장치(10)의 유입 공기의 온도 및 습도에 비례해서 송풍팬(100)의 속도를 제어하게 되는 것이며, 이는 송풍팬(100)의 속도 제어를 통해 유입공기와 증발기(200) 간의 열교환 및 공기 접촉 시간 등을 조절하도록 하는 것이다.

예를 들면 대상 공간에 요구되는 항온 온도가 20℃이며, 유입 공기의 온도가 28℃ 경우 상기 통합 제어부(600)는 요구되는 항온 온도가 유지될 수 있도록 상기 송풍팬(100)의 속도를 상대적으로 느리게 회전시켜 열교환 및 접촉 시간을 높이고 그에 따라 유입 공기가 급속히 냉각되어 배출될 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명의 제어방법에서는 증발기(200), 압축기(700), 응축기(800) 등의 구성을 입력 조건에 따라 구동을 달리 제어하지 않고 송풍팬(100)의 속도 제어만으로 유입 공기에 대한 냉각을 실시할 수 있기 때문에 각 구성들의 부하를 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있는 것이다.

또한 상기 실외기 장치(20)의 경우도 마찬가지로 상기 응축기(800)의 압력 정보 및 온도 정보를 수집하기 위한 압력 센서(650) 및 온도 센서(660)를 포함할 수 있으며, 상기 압력 센서(650) 및 온도 센서(660)로부터 계측되는 실시간 센싱 데이터를 상기 통합 제어부(600)로 전송할 수 있다.

상기 통합 제어부(600)는 상기 실외기 장치(20)로부터 수집되는 센싱 데이터를 저장하며 이를 비교 분석하여 응축기(800)의 압력 및 온도의 변화, 응축 부하 등을 실시간으로 감시할 수 있게 되고, 이에 대응하여 상기 냉각팬(950)의 속도를 제어할 수 있도록 상기 센싱 데이터를 활용할 수 있다.

이러한 실외기 장치(20)의 제어방법은 상기 응축기(800)의 압력 또는 온도 정보에 비례해서 실외기 장치(20)에 설치되는 냉각팬(950)의 속도를 선택적으로 제어하여 구동시키는 것으로, 응축기(800)의 압력 또는 온도 정보에 따라 응축기(800)의 구동을 조절하는 것이 아니라 이 역시 상기 냉각팬(950)의 회전 속도를 제어하는 것만으로 응축기(800)의 응축 부하를 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 통합 제어부(600)에 의한 송풍팬(100) 또는 냉각팬(950)의 속도 제어는 공지 기술에 따라 다양한 모터 속도 제어 방식이 적용될 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : 실내기 장치 20 : 실외기 장치
100 : 송풍팬 200 : 증발기
300 : 재열코일 400 : 물순환 라인
600 : 통합제어부 700 : 압축기
800 : 응축기 900 : 수액기
950 : 냉각팬

Claims (9)

1. 대상 공간의 공기를 일 방향으로 유입 및 배출하기 위한 송풍팬, 작동 유체가 내부로 유동하며 상기 송풍팬에 의해 유입된 공기와의 상호 열교환이 이루어지도록 하는 증발기, 상기 증발기의 후단에 위치하여 증발기를 통과한 냉각공기에 대하여 재열을 실시하기 위한 재열코일 및 상기 재열코일과 연결되어 재열코일로 온수를 공급 및 회수하기 위한 물순환 라인으로 구성되는 실내기 장치를 포함하는 항온항습 시스템의 제어 방법에 있어서,
   상기 실내기 장치에 설치된 상기 증발기의 통과 공기에 대한 온도 정보를 통합 제어부에서 수집하는 단계;
   상기 통합 제어부에서 수집된 온도 정보를 기설정된 기준 온도 정보와 비교 분석하는 단계; 및
   상기 통합 제어부의 비교 분석 결과에 따라 상기 증발기의 후단에 설치되는 재열코일의 재열 구동을 선택적으로 제어하는 단계;를 포함하되,
   상기 실내기 장치는,
   상기 증발기에서 배출되는 작동 유체를 압축하여 고온, 고압 상태로 변환하고 이를 토출 라인을 통해 토출하는 압축기 및 상기 압축기의 토출 라인과 상기 물순환 라인의 온수가 상호 열교환이 실시되도록 하는 온수열교환기를 더 포함하며,
   상기 물순환 라인은,
   상기 온수를 수용하는 수용탱크와, 상기 수용탱크의 온수를 재열코일로 공급하기 위한 공급관과, 상기 재열코일을 통과한 온수를 상기 수용탱크로 회수하기 위한 회수관 및 상기 수용탱크로부터 온수를 순환시키기 위한 워터펌프를 포함하며,
   상기 온수열교환기는,
   상기 압축기의 토출 라인의 일부가 상기 물순환 라인의 수용탱크 내부에 수용되도록 구성되어 압축기로부터 토출되는 고온의 작동 유체와 수용탱크 내부의 온수가 상호 열교환 되도록 하고,
   상기 수용탱크는,
   상기 토출 라인의 일부가 수용되는 제 1구역 및 상기 제 1구역으로부터 상단과 하단에 마련되면서 상기 공급관과 회수관이 각각 연통하는 제 2구역을 포함하며, 상기 제 1구역에 복수의 다공성 축열볼이 내재되고, 상기 제 1구역과 제 2구역의 경계 영역에는 상기 다공성 축열볼보다 입경이 작은 복수의 통공으로 구성되는 여과망이 설치되며, 상기 제 1구역을 향해 조사되도록 배치되고 복수의 LED소자로 구성되는 광원부를 포함하되,
   상기 다공성 축열볼은,
   복수의 공극이 형성된 다공성 재질로 펄라이트 100중량부에 대해 이산화티탄 10 내지 20중량부, 고화재 10 내지 20중량부를 포함하며 상기 수용탱크로 유입된 이물질을 공극을 통해 흡착하면서 축열 기능을 수행하고, 상기 제 1구역을 향해 조사되는 광원부의 빛에 포함된 자외선에 반응하여 공극에 흡착된 이물질을 분해하여 제거하는 것을 특징으로 하는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 재열코일의 재열 구동을 선택적으로 제어하는 단계는,
   a) 통합 제어부의 비교 분석 결과에 따라 가열 명령 신호가 생성되는 단계;
   b) 상기 가열 명령 신호에 의해 워터펌프가 가동되어 수용탱크에 수용된 온수가 상기 재열코일로 공급되어 재열 구동을 실시하고 통과 공기와의 열교환이 수행되는 단계;
   c) 상기 재열코일 통과 공기와의 열교환이 수행된 후 배출되는 온수가 회수관을 통해 상기 수용탱크에 회수되는 단계; 및
   d) 상기 통합 제어부의 정지 명령 신호가 생성되기 전까지 상기 a) 내지 c) 단계를 반복적으로 실시하여 온수가 수용탱크와 재열코일 간을 순환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 열교환이 수행된 후 배출되는 온수가 수용탱크에 회수되는 단계 이후,
   상기 실내기 장치에서 상기 온수열교환기를 통해 고온의 작동 유체와 수용탱크에 수용된 온수 간 상호 열교환이 실시되는 단계;를 포함하되,
   상기 온수열교환기는,
   상기 압축기의 토출 라인의 일부가 상기 물순환 라인의 수용탱크 내부에 수용되도록 구성되어 압축기로부터 토출되는 고온의 작동 유체와 수용탱크 내부의 온수가 상호 열교환 되도록 하는 것을 특징으로 하는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수용탱크 내부에 수용되는 압축기의 토출 라인 일부는 나선형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   실내기 장치로 유입되는 공기의 온도 또는 습도 정보를 상기 통합 제어부에서 수집하는 단계; 및
   상기 통합 제어부에서 수집된 유입 공기의 온도 또는 습도 정보에 비례해서 실내기 장치에 설치되는 송풍팬의 속도를 선택적으로 제어하여 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법.
   
9. 제 1항에 있어서,
   실외기 장치에 설치되는 응축기의 압력 또는 온도 정보를 상기 통합 제어부에서 수집하는 단계; 및
   상기 통합 제어부에서 수집된 응축기의 압력 또는 온도 정보에 비례해서 실외기 장치에 설치되는 냉각팬의 속도를 선택적으로 제어하여 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물순환을 이용한 항온항습 시스템의 제어방법.

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