KR101955997B1 - 히트파이프를 이용한 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트파이프와 냉동기를 포함하는 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치에 관한 것으로, 외부온도의 변화, 즉 외부 온도가 25℃ 이하인 봄, 가을, 겨울의 계절에는 히트파이프를 이용한 냉각을 하고, 여름철의 외부 온도가 25 내지 35℃인 경우는 히트파이프와 냉동기를 동시에 이용한 냉각을 하고, 외부 온도가 더 더운 35℃ 이상인 경우는 냉동기만을 가동하여 냉각을 하고, 또한 증발 및 응측용 팬모터에 각각 BLDC 인버터 조절기에 의해 작동되는 BLDC 팬모터를 적용하기 때문에 전력소모를 크게 절감할 수 있으며, 냉각부와 증발부를 분리함으로써 공간활용성과 경량화 및 슬림화를 크게 개선하였다. 본 발명의 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치는 비록 온도가 낮지만 외부 습도가 높아 제어반 내의 습도가 상승할 때에도 제습의 효과를 발휘할 수 있다.

Description

히트파이프를 이용한 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치{Hybrid Temperature And Humidity Control System For Control Panel Using Heat Pipe}

본 발명은 NC 공작기계, 머시닝센터, 로봇 및 공장자동화기기, 통신장비의 옥외함체, 공장설비 등의 각종 제어반에서 발생되는 열을 냉각하는 히트파이프를 이용한 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치에 관한 것이다.

히트파이프는 주지된 바와 같이, 밀폐된 용기 내에서 작동유체를 주입한 후 진공배기한 것으로 작동유체의 증발과 응축이 별도의 외부 동력없이 잠열을 이용하여 열을 전달하는 기구로 적은 온도차로도 대량의 열을 수송할 수 있는 것이 특징이며, 히트파이프를 이용한 열교환기의 경우 실내공기와 외부공기가 서로 격리되어 있기 때문에 누설이 없고 내부가 진공으로 유지되어 실내공기 및 외부공기의 미세한 온도차에 의해서도 작동유체의 증발과 응축이 쉽게 일어나 열전달 효율이 높다는 장점이 있다.

최근, 공장설비 증가에 따른 제어반의 수량과 통신설비 및 ESS(Energy Storage System)장치의 증가에 따른 옥외 함체가 증가하고 있으며, 이들 제어반 등은 안정성을 유지하기 위해서 온도와 습도를 일정하게 유지하도록 패널에어컨에 의해 냉각을 하여야 하는데, 패널에어컨의 슬림화가 필요함은 물론 냉각을 위한 에너지의 소비가 매우 크기 때문에 에너지가 적게 드는 온ㆍ습도 제어장치가 필요한 상황이다.

공개특허공보 제10-2015-0052055호

종래의 공개특허공보 제10-2015-0052055호는 히트파이프를 이용하여 스위치 캐비닛 냉각을 위한 열교환기로서, 제1 냉각제를 위한 제1 파이프 시스템과 제1 파이프 시스템으로부터 유체적으로 분리된 제2 냉각제를 위한 제2 파이프 시스템을 포함하고, 제1 파이프 시스템과 제2 파이프 시스템이 서로 결합되어 있는 일체형 냉각장치에 대해서 기재하고 있으나, 냉각장치는 응축부와 증발부가 일체형으로 되어 있어 규모가 매우 크기 때문에 공간의 활용성과 에너지효율이 낮은 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 종래의 이러한 점들을 감안하여 발명된 것으로서, 그 목적은 히트파이프와 인버터드라이버를 사용하고, 히트파이프의 응축부와 증발부를 분리함과 동시에 히트파이프의 응축부와 냉동기의 응축기 및 히트파이프의 증발부와 냉동기의 증발기를 각각 한 몸체로 되게 하고, 작동은 독립적으로 이루어지게 함으로써 공간활용성과 경량화 및 슬림화와, 더 나아가 제작의 편리성을 도모할 수 있는 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해. 응축부와 증발부가 분리된 히트파이프와, 응축기와 증발기가 분리된 냉동싸이클(증발→압축→응축→팽창)의 일반 냉동기(이하, '냉동기'라 함) 및 가변형 인버터드라이버를 이용함으로써 전력소모를 크게 줄일 수 있는 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치는, 다음과 같이 구성된다,

히트파이프 증발부 및 히트파이프 응축부가 상하로 분리되고, 상기 히트파이프 증발부의 하부와 히트파이프 응축부의 하부는 히트파이프 액관에 의해 연결되며, 상기 히트파이프 응축부의 상부와 상기 히트파이프 증발부의 상부는 히트파이프 가스관에 의해 연결되는 히트파이프와;

상기 히트파이프 증발부와 한 몸체를 이루게 결합되는 냉동기 증발기 및 상기 히트파이프 응축부와 한 몸체를 이루도록 결합되는 냉동기 응축기를 구비하는 구조로 되며, 증발기와 압축기는 저압의 냉동가스관으로 연결되고, 압축기와 응축기사이는 고압의 냉동가스관으로 연결되며, 응축기와 팽창밸브는 고압의 액관으로 연결되고, 팽창밸브와 증발기사이는 저압의 액관으로 연결되는 냉동 싸이클로 구성 되며, 상기 히트파이프와 냉동기는 독립적으로 작동하는 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 히트파이프 증발부 및 냉동기 증발기에 증발팬이 구비되고, 상기 히트파이프 응축부 및 냉동기 응축기에 응축팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 히트파이프 응축부와 냉동기 응축기측의 공기흡입구에 롤필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치를 제공한하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 압축기에 모터의 회전수를 제어하기 위한 BLDC 인버터가 구비되고, 제어반 내부의 습도제어와 부하변동에 따른 신속한 대응 및 외기온도가 높은 경우에 대한 대비가 가능하도록 증발팬 및 응축팬에도 각각 BLDC 모터가 적용된 팬을 설치하는 것을 특징으로 하는 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명에 따른 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치는, 외부온도의 변화, 즉 외부 온도가 25℃ 이하인 봄, 가을, 겨울의 계절에는 히트파이프를 사용하여 냉각을 하고, 외부 온도가 25 내지 35℃인 여름의 계절에는 히트파이프와 냉동기(압축기)를 동시에 사용한 냉각을 하며, 외부 온도가 더 더운 35℃ 이상인 경우에는 냉동기만을 사용하여 냉각을 하고, 증발 및 응측용 팬모터에 각각 BLDC 인버터에 의해 작동되는 BLDC 팬모터를 적용하여 에너지를 절약함으로써 전력소모를 크게 절감할 수 있으며, 또한 비록 온도는 낮지만 외부 습도가 높아 제어반 내의 습도가 상승할 때 제습의 효과도 얻게 된다.

또한, 히트파이프 및 냉동기의 증발기와 응축기를 분리함으로써 공간활용성과 경량화 및 슬림화와 제작의 편리성을 크게 개선하였다.

도 1은 본 발명에 따른 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치가 적용된 열교환기의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치를 발췌하여 보인 측면도
도 3은 본 발명에 따른 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치에서 일부를 생략하고 보인 측면도
도 4는 도 3에서 증발부와 응축부를 발췌하여 보인 사시도

이하, 본 발명에 따른 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치첨부를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4의 본 발명에 따른 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치는, 본체(100)에 내장되며 동력없이 작동되는 히트파이프(200)와, 동력에 의해 능동적으로 작동되는 냉동기(300) 및 응축공기 흡입구에 설치되어 흡입되는 주변 공기 중의 이물질을 차단하여 응축기(300C)를 보호하게 설치되는 롤필터(800)를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치는 냉동기(300)를 작동시키는 압축기(400)와, 상기 냉동기의 운전시 발생되는 제어반 내부의 습기가 유입되면 가열증발시켜 외부로 방출하는 제습수 증발기능을 갖는 제습수 증발장치(500) 및 인버터 조절기(900)를 더 포함하여 구성된다.

히트파이프(200)는 히트파이프 증발부(200E)와 히트파이프 응축부(200C)로 분리되며, 상기 히트파이프의 증발부와 히트파이프 응축부는 각각 평행흐름으로서 도 4에서와 같이 상하 관의 사이에 다수의 관으로 연결되어 열을 흡입/방출 하는 열교환기 역할을 하므로 온ㆍ습도 제어장치의 두께를 얇게 할 수 있어 공간활용성을 높일 수 있게 됨과 동시에 열전달 효율도 일체형보다 훨씬 높고, 상기 히트파이프 응축부는 히트파이프 증발부의 상부에 위치하며, 상기 히트파이프 증발부의 하부와 히트파이프 응축부의 하부는 히트파이프 액관(201)으로 연결되고, 상기 히트파이프 응축부의 상부와 상기 히트파이프 증발부의 상부는 히트파이프 가스관(202)에 의해 연결된다.

또한, 열교환기 역할을 하는 히트파이프 증발부(200E)와 히트파이프 응축부(200C)의 상기 열교환기는 마이크로채널 열교환기로 이루어지는 것이 바람직하며, 제어반 내부의 온도에 의해 상기 히트파이프 증발부가 가열되면 그 내부에 있는 냉매가 기화되어 히트파이프 가스관(202)을 통해 상기 히트파이프 응축부로 이동하여 열을 외부로 방출하므로 액화되고, 액화된 냉매는 히트파이프 액관(201)을 통해 다시 상기 히트파이프 증발부로 복귀하게 되는데, 이때 응축된 냉매는 상기 히트파이프 응축부가 히트파이프 증발부보다 높은 위치에 있기 때문에 액위차로 인한 자중에 의해 낙하하므로 동력없이도 히트파이프 증발부로 흘러가게 된다.

이러한, 히트파이프(200)는 외부 온도가 25℃ 이하인 봄·가을·겨울의 계절에 바람직하게 작동되는데, 이때는 동력없이 가동되기 때문에 기존의 전력을 이용한 냉동기로만 가동하는 경우에 비해 전력을 크게 절감할 수 있게 되며, 또한 외부 온도가 25 내지 35℃인 여름의 계절에는 상기 히트파이프와 냉동기(300)를 동시에 사용하여 냉각을 하고, 외부 온도가 더 더운 35℃ 이상인 경우에는 상기 냉동기만을 가동하여 냉각을 하게 이루어진다.

한편, 냉동기(300)의 작동 원리는 일반적인 에어컨과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하며, 다만, 본 발명에서의 상기 냉공기는 분리된 냉동기 증발기(300E)의 하부와 냉동기 응축기(300C)의 하부는 냉동기 액관(301)으로 연결되고, 상기 냉동기 응축기의 상부와 냉동기 증발기의 상부는 냉동기 가스관(302)으로 연결되며, 상기 냉동기 증발기는 히트파이프 증발부(200E)와 그리고 상기 냉동기 응축기는 히트파이프 응축부(200C)와 각각 한 몸체로 이루어지고, 상기 히트파이프와 냉동기의 작동은 각각 독립적으로 이루어지게 구성되므로 활용성면이나 작동 효율성면에서 바람직하게 된다.

또한, 열전달 효율을 높이기 위해 히트파이프 증발부(200E)와 냉동기 증발기(300E)에는 증발팬(600)이 설치되고, 히트파이프 응축부(200C)와 냉동기 응축기(300C)에는 응축팬(700)이 설치된다.

한편, 발명에는 공장 내부나 외부에서 미세 기름입자나 이물질들이 공기 흡입구를 통해 온ㆍ습도 제어장치 내로 들어가서 라디에이터 사이에 부착되면 기기의 효율저하 및 기기의 고장원인이 되므로 이들 미세 기름입자나 이물질을 제거하는 작업이 매우 복잡하고 어렵기 때문에 본체(100)의 공기흡입구에 롤필터(800)가 설치되며, 이러한 상기 롤필터는 본원 출원인의 등록특허 제10-1752664호에 상세하게 기재되어 있어 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 본 발명에는 압축기(400)에 모터의 회전수를 제어하기 위한 BLDC 인버터 조절기(900)가 설치된다.

즉, 쿨러의 운전 조건을 고려할 때 한 여름철을 제외하면 대부분의 시간에서는 주위온도가 설계된 설정온도보다 낮은 온도 하에서 운전을 하게 되어 쿨러에는 부분부하에서 운전을 하게 되는데, 이러한 경우 압축기(400)의 모터 회전수를 제어하여 쿨러에 소비되는 전력소모량을 감소시켜 에너지를 절감하면서 최적의 조건에서 운전될 수 있도록 하기 위해 본 발명에서는 인버터 조절기(900)를 사용하여 일정한 온도를 지속적으로 유지함과 동시에 습도도 일정 이하의 수준까지 유지시켜 주므로 ON/OFF 제어시 발생하는 핫스팟(Hot Spot)의 발생을 대폭 줄여 줌으로써 내부 부품의 수명이 연장되게 하는 것이며, 상기 BLDC 인버터 조절기는 주파수를 조절함으로써 BLDC 모터 및 팬의 회전을 원활하게 조절한다.

그리고, 본 발명에서는 여름철의 외부 온도가 약 25 내지 35℃인 경우에는 히트파이프(200)와 냉동기(300)를 동시에 사용하여 냉각하고, 외부 온도가 더 더운 35℃ 이상인 경우에는 냉동기(300)만을 사용하여 냉각을 하기 때문에 전력소모를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

100 : 본체 200 : 히트파이프
200E : 히트파이프 증발부 200C : 히트파이프 응축부
201 : 히트파이프 액관 202 : 히트파이프 가스관
300 : 냉동기 300E : 냉동기 증발기
300C : 냉동기 응축기 301 : 냉동기 액관
302 : 냉동기 가스관 400 : 압축기
500 : 제습수 증발장치 600 : 증발팬
700 : 응축팬 800 : 롤필터
900 : 인버터 조절기

Claims (5)

1. 본체(100) 내에 설치되며, 상하로 분리되는 히트파이프 응축부(200C) 및 히트파이프 증발부(200E)와 상기 히트파이프 증발부(200E) 및 히트파이프 응축부(200C)의 하부를 연결하는 히트파이프 액관(201)과 상기 히트파이프 응축부(200C) 및 히트파이프 증발부(200E)의 상부를 연결하는 히트파이프 가스관(202)을 구비하는 히트파이프(200)와, 상기 히트파이프(200)와 독립적으로 작동하며 상기 히트파이프 증발부(200E)와 한 몸체를 이루는 냉동기 증발기(300E) 및 상기 히트파이프 응축부(200C)와 한 몸체를 이루는 냉동기 응축기(300C)가 상하로 분리되고 상기 냉동기 증발기(300E)와 냉동기 응축기(300C)의 하부를 연결하는 냉동기 액관(301)과 상기 냉동기 응축기(300C)와 냉동기 증발기(300E)의 상부를 연결하는 냉동기 가스관(302)을 구비하는 냉동기(300)와, 상기 냉동기 증발기(300E)와 냉동기 응축기(300C) 사이에 냉동기 액관(301)과 냉동기 가스관(302)으로 연결되는 압축기(400)와, 상기 히트파이프 증발부(200E)와 냉동기 증발기(300E)에 구비되는 증발팬(600)과, 상기 히트파이프 응축부(200C)와 냉동기 응축기(300C)에 구비되는 응축팬(700)을 포함하여 구성되는 히트파이프를 이용한 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치에 있어서,
   상기 히트파이프(200)와 냉동기(300)는, 외부 온도가 25℃ 이하인 봄, 가을, 겨울의 계절에는 상기 히트파이프(200)를 사용하여 냉각을 하며, 외부 온도가 25 내지 35℃인 여름의 계절에는 상기 히트파이프(200)와 냉동기(300)를 동시에 사용하여 냉각을 하고, 외부 온도가 더 더운 35℃ 이상인 경우에는 냉동기(300)만을 사용하여 냉각을 하게 이루어지며;
   상기 히트파이프 증발부(200E)와 히트파이프 응축부(200C)는, 각각 상하 관의 사이에 다수의 관이 연결되어 열을 흡입/방출 하는 마이크로채널 열교환기로 이루어지고;
   상기 압축기(400)의 모터 회전수를 제어하기 위해 설치되는 BLDC 인버터 조절기(900)와, 제어반 내부의 습도제어와 부하변동에 따른 신속한 대응 및 외기온도가 높은 경우에 대한 대비가 가능하게 상기 증발팬(600) 및 응축팬(700)에 각각 적용되는 BLDC 모터; 및
   상기 본체(100) 내에 설치되며, 냉동기 증발기(300E)에서 제거되는 제어반 내부의 습기가 유입되면 가열하여 증발시켜 외부로 방출되게 하는 제습수 증발장치(500)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 제어반용 하이브리드 온ㆍ습도 제어장치.
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