KR102136048B1 - 냉방 운전 중 동시 제상이 가능한 항온 공조기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 제1수용공간 및 제2수용공간을 형성하는 형성하는 케이스; 상기 제1수용공간에 배치되고 공기가 유입되는 상기 케이스의 전방에 배치되는 압축기; 상기 제1수용공간에 배치되고 상기 압축기에 공급유로로 연결되며 상기 압축기의 상부에 배치되는 응축기; 상기 케이스의 상면에 배치되고 상기 응축기에 대향되게 배치되며 상기 응축기를 방열시키는 방열팬; 상기 응축기에 상기 공급유로로 연결되는 팽창밸브; 상기 제1수용공간에 배치되고, 상기 팽창밸브에 전방공급유로로 연결되는 전방증발기; 상기 제1수용공간에 배치되고 상기 전방증발기의 후방에 배치되며, 상기 팽창밸브에 후방공급유로로 연결되는 후방증발기; 상기 공급유로를 상기 전방공급유로 또는 상기 후방공급유로에 연결시키는 유로전환부; 및 상기 유로전환부를 제어하는 제어부; 를 포함한다.

Description

냉방 운전 중 동시 제상이 가능한 항온 공조기{air conditioner capable of defrosting simultaneously during cooling operation}
본 발명은 항온 공조기에 관한 것으로, 공간 확보가 용이하고 냉방 운전 중에 별도의 핫가스를 공급하여 제상 운전을 수행하지 않고 제상이 가능한 냉방 운전 중 동시 제상이 가능한 항온 공조기에 관한 것이다.
항온 공조기는 특정한 장소의 온도를 일정하게 유지하는 공기조화기로 온도를 일정하게 유지하는 정온성이 중요한 장치이고, 주로 정온성이 필요한 실험실 환경에서 사용되기 때문에 협소한 공간을 활용할 수 있도록 되도록 콤팩트(compact)하게 구성되어야 한다.
일반적으로 항온 공조기는 실험실 환경에서 사용자가 특정 온도를 목표 온도로 설정하게 되면 항상 목포 온도를 실제 온도로 유지하게 작동되는데, 통상적으로 0℃ ~ 50℃ 범위 내의 특정 온도를 목표 온도로 설정되어 사용되며, 해당 목표 온도에서 ±1℃ 이내로 오차가 제어되어야 한다.
그러나, 일반적인 공기조화기를 냉방 운전하게 되는 경우, 증발기(60)(evaporator)에 서리(frost)가 착상되는 착상 현상이 발생하여 정밀 온도 제어가 안되거나 에너지 효율이 감소되므로 별도의 제상(defrosting) 운전을 수행하여 착상된 서리를 제거한다.
이때, 제상 운전은 응축기(condenser)에서 고온 고압 상태의 냉매를 핫가스(hot gas)로 이용하여 증발기로 유동시켜 증발기에 착상된 서리를 제거하는 운전으로, 이러한 제상 운전이 수행되는 도중에는 냉방 운전이 중지되어 온도의 변화량이 커지고, 에너지 효율 또한 감소하게 된다.
특히, 항온 공조기가 사용되는 실험실 환경에서는 정온성이 매우 중요한데, 이러한 제상 운전에 따른 온도 변화량이 커지게 되면 실험실 환경에서 사용되는 시료, 부품에 변화가 발생할 수도 있어, 제상 운전에 따른 피해가 발생할 수도 있다.
따라서, 협소한 실험실 환경에서 공간을 최소한으로 사용하여 공간 확보가 용이하며, 냉방 운전을 그대로 유지하면서 동시에 제상이 가능한 항온 공조기의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공간 확보가 용이하고 냉방 운전 중에 별도의 핫가스를 공급하여 제상 운전을 수행하지 않고 제상이 가능한 냉방 운전 중 동시 제상이 가능한 항온 공조기를 제공하는데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 제1수용공간 및 제2수용공간을 형성하는 케이스; 상기 제1수용공간에 배치되고 공기가 유입되는 상기 케이스의 전방에 배치되는 압축기; 상기 제1수용공간에 배치되고 상기 압축기에 공급유로로 연결되며 상기 압축기의 상부에 배치되는 응축기; 상기 케이스의 상면에 배치되고 상기 응축기에 대향되게 배치되며 상기 응축기를 방열시키는 방열팬; 상기 응축기에 상기 공급유로로 연결되는 팽창밸브; 상기 제1수용공간에 배치되고, 상기 팽창밸브에 전방공급유로로 연결되는 전방증발기; 상기 제1수용공간에 배치되고 상기 전방증발기의 후방에 배치되며, 상기 팽창밸브에 후방공급유로로 연결되는 후방증발기; 상기 공급유로를 상기 전방공급유로 또는 상기 후방공급유로에 연결시키는 유로전환부; 및 상기 유로전환부를 제어하는 제어부; 를 포함한다.
또한, 상기 유로전환부는 3방밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전방증발기는 상기 후방증발기에 병렬로 인접되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 전방증발기는 상기 전방증발기의 상부에 구비되는 전방상부 증발유로 및 상기 전방증발기의 하부에 구비되는 전방하부 증발유로를 포함하고, 상기 후방증발기는 상기 후방증발기의 상부에 구비되는 후방상부 증발유로 및 상기 후방증발기의 하부에 구비되는 후방하부 증발유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전방하부 증발유로는 상기 전방공급유로에 연결되고, 상기 후방하부 증발유로는 상기 후방공급유로에 연결될 수 있다.
또한, 상기 전방하부 증발유로를 상기 후방상부 증발유로에 연결하는 제1교차유로; 및 상기 후방하부 증발유로를 상기 전방상부 증발유로에 연결하는 제2교차유로; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전방증발기의 하부에 착상이 감지되면, 상기 유로전환부를 제어하여 상기 전방공급유로를 폐쇄하고, 상기 후방공급유로를 개방할 수 있다.
또한, 상기 냉매는 상기 후방공급유로로 유동되어, 상기 후방하부 증발유로에서 상기 제2교차유로를 거쳐 상기 전방상부 증발유로로 유동될 수 있다.
또한, 상기 공급유로는, 상기 압축기를 상기 응축기에 연결하는 제1공급유로; 및 상기 팽창밸브를 상기 유로전환부에 연결하는 제2공급유로; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1공급유로에서 분기되어 상기 제2공급유로에 연결되는 핫가스유로를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 케이스(10)의 제1수용공간(S1) 및 제2수용공간(S2)에 냉동 싸이클이 컴팩트(compact)하게 구성되어, 협소한 실험실 환경에 설치가 용이하고, 공간 활용을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 전방증발기(610)의 하부(610a)에 착상이 발생하는 경우, 냉매가 제2유동경로를 따라 유동되어 연속적으로 냉방 운전이 실시되면서 제1유동경로에 냉매를 유동시키지 않고 제상을 실시하므로, 냉방 운전 중에 별도의 핫가스를 공급하여 제상 운전을 수행하지 않으면서 제상이 가능하게 되고, 정온성을 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 전방 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 후방 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 내부가 도시된 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 상측 내부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 내부 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 하측 내부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 개략도이다.
도 10의 (a)는 일반적인 공조기의 핫가스 제상 운전 시 온도변화를 나타내는그래프이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 제상 운전 시 온도변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로전환부(70)의 개략도이다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 조작자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 전방 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 후방 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 내부가 도시된 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 제1수용공간(S1) 및 제2수용공간(S2)을 형성하는 케이스(10), 제1수용공간(S1)에 배치되고 공기가 유입되는 케이스(10)의 전방에 배치되는 압축기(30), 제1수용공간(S1)에 배치되고 압축기(30)에 공급유로(L)로 연결되며 압축기(30)의 상부에 배치되는 응축기(40), 케이스(10)의 상면에 배치되고 응축기(40)에 대향되게 배치되며 응축기(40)를 방열시키는 방열팬(110), 응축기(40)에 공급유로(L)로 연결되는 팽창밸브(50), 제1수용공간(S1)에 배치되고 팽창밸브(50)에 전방공급유로(LF)로 연결되는 전방증발기(610), 제1수용공간(S1)에 배치되고 전방증발기(610)의 후방에 배치되며, 팽창밸브(50)에 후방공급유로(LR)로 연결되는 후방증발기(620), 공급유로(L)를 전방공급유로(LF) 또는 후방공급유로(LR)에 연결시키는 유로전환부(70), 및 유로전환부(70)를 제어하는 제어부(20)를 포함한다.
케이스(10)는 외관을 형성한다. 케이스(10)는 전면 케이스(101), 후면 케이스(105), 상면 케이스(10), 하면 케이스(10) 및 측면 케이스(103)를 포함할 수 있다. 전면 케이스(101) 또는 측면 케이스(103)에는 슬릿(107)이 형성될 수 있다. 슬릿(107)에는 공기가 유동된다. 이 경우, 케이스(10)의 외부 공기 또는 내부 공기가 슬릿(107)을 통해 유동될 수 있다.
공기는 전면 케이스(101)에서 후면 케이스(105) 방향으로 유동된다. 여기서, 공기는 도 1 내지 도 3에 도시된 화살표 방향으로 유입(in)된 후 토출(out)될 수 있다. 이하에서, 도 1 내지 도 3에 도시된 화살표 방향을 기준으로 공기의 유입방향(in) 및 공기의 토출방향(out)을 정의한다. 또한, 공기의 유입방향을 전방, 공기의 토출방향을 후방으로 정의한다.
케이스(10)는 내부에 제1수용공간(S1) 및 제2수용공간(S2)을 형성한다. 제1수용공간(S1)은 제2수용공간(S2)에 연통된다. 이 경우, 케이스(10)는 내부에 제1수용공간(S1) 및 제2수용공간(S2)을 구분시키는 내부 프레임(140)이 구비될 수 있다.
제1수용공간(S1)은 케이스(10)의 전방에 위치한다. 공기는 케이스(10)의 전방으로 유입된다. 이 경우, 공기는 전면 케이스(101) 및 측면 케이스(103)를 통해 유입될 수 있다.
압축기(30)(compressor), 응축기(40)(condenser), 팽창밸브(50)(expansion valve) 및 증발기(60)(evaporator)는 냉동 싸이클을 구성한다.
압축기(30)는 냉매를 고온 고압 상태로 압축시킨다. 응축기(40)는 압축기(30)와 공급유로(L)로 연결된다. 응축기(40)는 압축기(30)에서 압축된 냉매를 외부와 열교환시켜, 저온 고압 상태로 냉각시킨다. 팽창밸브(50)는 증발기(60)와 공급유로(L)로 연결된다. 팽창밸브(50) 증발기(60)에서 냉각된 냉매를 저온 저압 상태로 팽창시킨다. 증발기(60)는 팽창밸브(50)와 연결된다.
증발기(60)의 일단은 팽창밸브(50)와 공급유로(L)로 연결된다. 증발기(60)는 팽창밸브(50)에서 팽창된 냉매를 열교환시켜 기화시킨다. 이 경우, 증발기(60)에 접촉된 외부 공기는 냉각된다.
증발기(60)의 타단은 압축기(30)와 회수유로(R)로 연결된다. 증발기(60)에서 열교환된 냉매를 회수유로(R)를 통해 다시 압축기(30)로 유동되어, 하나의 냉동 싸이클을 구성하게 된다.
여기서, 압축기(30)는 제1수용공간(S1)에 배치된다. 압축기(30)는 공기가 유입되는 케이스(10)의 전방에 배치된다.
응축기(40)는 케이스(10)의 내부에 배치될 수 있다. 응축기(40)는 제1수용공간(S1)에 배치된다. 응축기(40)는 제1수용공간(S1)의 효과적인 활용을 위해 압축기(30)의 상부에 배치될 수 있다. 이 경우, 응축기(40)는 별도의 실외기를 구성하지 않고 케이스(10)에 일체형으로 구비되므로, 항온 공조기의 설치가 용이해진다.
응축기(40)는 압축기(30)와 공급유로(L)로 연결된다. 응축기(40)는 고온 고압 상태의 냉매를 외부와 열교환시켜 방열해야 하므로, 공기의 유동이 원활한 곳에 배치되어야 한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기(40)는 공기가 유입되는 케이스(10)의 전방에 배치될 수 있다. 이때, 슬릿(107)을 통해 제1수용공간(S1)으로 공기가 유동되고, 응축기(40)에 외부 공기가 접촉될 수 있다.
방열팬(110)은 케이스(10)의 상면에 배치된다. 이 경우, 방열팬(110)은 응축기(40)에 대향되게 배치된다. 방열팬(110)은 외부 배관에 연결되어, 방열된 공기가 외부로 배출될 수 있다. 또한, 방열팬(110)이 별도의 외부 배관에 연결되지 않고 그대로 노출될 경우, 케이스(10)는 실험실 환경에 분리된 외부 공간에 배치될 수 있다.
방열팬(110)은 응축기(40)를 방열시킨다. 방열팬(110)은 응축기(40)에 공기를 유동시켜 응축기(40)가 방열되도록 한다. 이 경우, 응축기(40)는 공냉될 수 있다.
팽창밸브(50)는 응축기(40)에 공급유로(L)로 연결된다. 팽창밸브(50)는 상술한 것과 같이 냉매를 저온 저압 상태로 팽창시킨다. 팽창밸브(50)에서 팽창된 냉매는 증발기(60)로 유동된다. 팽창밸브(50)와 응축기(40) 사이에는 응축기(40)에서 기화된 냉매만을 공급유로(L)로 유동시키는 기액분리기(80)가 구비될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기(60)는 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)를 포함한다. 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)는 표면에 접촉된 외부 공기를 냉각시킨다.
전방증발기(610)는 제1수용공간(S1)에 배치된다. 전방증발기(610)는 공기의 유입방향을 기준으로 전방에 배치된다. 전방증발기(610)에는 후술하는 전방공급유로(LF)가 구비될 수 있다. 이 경우, 팽창밸브(50)는 전방증발기(610)의 전방공급유로(LF)에 연결될 수 있다.
전방증발기(610)에는 증발유로(611, 613)가 구비된다. 증발유로(611, 613)는 냉매가 유동하는 금속 튜브로 실시될 수 있다. 증발유로(611, 613)는 전방증발기(610)의 하부(610a)에서 상부(610b)까지 냉매가 유동되게 구비된다. 이 경우, 증발유로(611, 613)의 일단은 전방공급유로(LF)에 연결되고, 증발유로(611, 613)의 타단은 전방회수유로(RF)에 연결될 수 있다.
후방증발기(620)는 제1수용공간(S1)에 배치된다. 후방증발기(620)는 전방증발기(610)의 후방에 배치될 수 있다. 후방증발기(620)에는 후술하는 후방공급유로(LR)가 구비될 수 있다. 이 경우, 팽창밸브(50)는 후방증발기(620)의 후방공급유로(LR)에 연결될 수 있다.
후방증발기(620)에는 전방증발기(610)와 마찬가지로 증발유로(621, 623)가 구비된다. 증발유로(621, 623)는 후방증발기(620)의 하부(620a)에서 상부(620b)까지 냉매가 유동되게 구비된다. 이 경우, 증발유로(621, 623)의 일단은 후방공급유로(LR)에 연결되고, 증발유로(621, 623)의 타단은 후방회수유로(RR)에 연결될 수 있다.
전방증발기(610)는 후방증발기(620)에 병렬로 배치될 수 있다. 전방증발기(610)는 후방증발기(620)와 인접되게 배치될 수 있다. 전방증발기(610)는 후방증발기(620)에 접촉되게 배치될 수 있다. 전방증발기(610)와 후방증발기(620)가 병렬로 인접되게 배치되어, 케이스(10)의 제1수용공간(S1)을 효과적으로 사용할 수 있게 된다.
유로전환부(70)는 팽창밸브(50)와 증발기(60) 사이에 구비된다. 이 경우, 유로전환부(70)는 팽창밸브(50)와 전방증발기(610) 또는 후방증발기(620) 사이에 구비될 수 있다.
유로전환부(70)의 일단은 공급유로(L)에 연결된다. 유로전환부(70)의 타단은 전방공급유로(LF) 및 후방공급유로(LR)에 연결된다.
유로전환부(70)는 공급유로(L)는 전방공급유로(LF) 또는 후방공급유로(LR)에 선택적으로 연결시킨다. 즉, 유로전환부(70)는 공급유로(L)를 전방공급유로(LF)에 연결하거나, 공급유로(L)를 후방공급유로(LR)에 연결시켜, 냉매가 유동되도록 한다. 이 경우, 공급유로(L)와 연결되지 않은 전방공급유로(LF) 또는 후방공급유로(LR)에는 냉매가 유동되지 않게 된다.
유로전환부(70)는 실시예에 따라 3방밸브(3-way valve)로 실시될 수 있다. 이 경우, 공급유로(L) 측은 항상 개방 상태이고, 전방공급유로(LF) 측 또는 후방공급유로(LR) 측 중 어느 하나는 폐쇄(off)하고 나머지 하나는 개방(on)시킬 수 있다.
회수유로(R)는 증발기(60)의 상부에 구비된다. 회수유로(R)는 증발기(60)에서 열교환된 냉매가 유동된다. 회수유로(R)는 압축기(30)와 연결된다. 이에 따라, 증발기(60)에서 열교환된 냉매가 압축기(30)로 유동된다.
송풍팬(150)은 제2수용공간(S2)에 배치된다. 송풍팬(150)은 전방증발기(610) 또는 후방증발기(620)에 의해 냉각된 공기를 유동시킨다. 여기서, 송풍팬(150)이 제2수용공간(S2)에 배치되어 있어, 냉방 효율이 향상된다.
즉, 제1수용공간(S1) 내에는 응축기(40)에 접촉되어 가열된 공기가 유동되는데, 송풍팬(150)은 제1수용공간(S1)과 이격된 제2수용공간(S2)에 배치되어 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)에 의해 냉각된 공기를 송풍하고, 응축기(40)에 의해 가열된 공기를 최소한으로 송풍한다. 이에 따라, 토출구(120)로 토출되는 공기의 온도를 사용자가 설정한 목표 온도에 도달한 공기로 송풍되게 하여, 냉방 효율을 향상시킨다.
토출구(120)는 케이스(10)의 후방에 배치된다. 이 경우, 토출구(120)는 후면 케이스(105)에 노출되게 구비될 수 있다. 토출구(120)는 송풍팬(150)에 의해 냉각된 공기를 외부로 토출시킨다. 이때, 냉각된 공기는 토출구(120)에 연결된 배관을 따라 실험실 환경으로 토출된다.
제어부(20)는 냉동 싸이클을 제어한다. 제어부(20)는 센서부(미도시)로부터 감지된 온도, 착상(frost), 전류, 전압을 감지하여 냉동 싸이클의 작동을 제어할 수 있다.
조작부(130)는 케이스(10)의 후방에 구비된다. 조작부(130)는 후면 케이스(105)에 구비될 수 있다. 사용자는 조작부(130)를 통해 항온 공조기의 목표 온도, 운전시간, 온/오프를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 케이스(10)의 제1수용공간(S1) 및 제2수용공간(S2)에 냉동 싸이클이 컴팩트(compact)하게 구성되어, 협소한 실험실 환경에 설치가 용이하고, 공간 활용을 극대화시킬 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 구조 및 동작에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 상측 내부 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 내부 측면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 하측 내부 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)의 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)의 측면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 개략도이며, 도 10의 (a)는 일반적인 공조기의 핫가스 제상 운전 시 온도변화를 나타내는 그래프이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기의 제상 운전 시 온도변화를 나타내는 그래프이다.
도 4 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 전방증발기(610) 및 후방증발기(620)를 포함한다.
여기서, 전방증발기(610)는 전방증발기(610)의 상부(610b)에 구비되는 전방상부 증발유로(613) 및 전방증발기(610)의 하부(610a)에 구비되는 전방하부 증발유로(611)를 포함하고, 후방증발기(620)는 후방증발기(620)의 상부(620b)에 구비되는 후방상부 증발유로(623) 및 후방증발기(620)의 하부(620a)에 구비되는 후방하부 증발유로(621)를 포함한다.
전방증발기(610)는 후술하는 제1교차유로(615) 또는 제2교차유로(625)를 기준으로 상부(610b)와 하부(610a)로 구분될 수 있다.
이때, 전방상부 증발유로(613)는 전방증발기(610)의 상부(610b)에 구비된다. 전방하부 증발유로(611)는 전방증발기(610)의 하부(610a)에 구비된다. 이 경우, 전방하부 증발유로(611)는 전방공급유로(LF)에 연결되고, 전방상부 증발유로(613)는 전방회수유로(RF)에 연결된다.
후방증발기(620)는 전방증발기(610)와 마찬가지로 후술하는 제1교차유로(615) 또는 제2교차유로(625)를 기준으로 상부(620b)와 하부(620a)로 구분될 수 있다.
이때, 후방상부 증발유로(623)는 후방증발기(620)의 상부(620b)에 구비된다. 후방하부 증발유로(621)는 후방증발기(620)의 하부(620a)에 구비된다. 이 경우, 후방하부 증발유로(621)는 후방공급유로(LR)에 연결되고, 후방상부 증발유로(623)는 후방회수유로(RR)에 연결된다.
제1교차유로(615)는 전방하부 증발유로(611)를 후방상부 증발유로(623)에 연결한다. 이 경우, 전방하부 증발유로(611)에 유동된 냉매는 후방상부 증발유로(623)로 유동된다. 즉, 제1교차유로(615)는 냉매가 전방증발기(610)의 하부(610a)로 유동된 후 후방증발기(620)의 상부(620b)로 유동되게 한다.
제1교차유로(615)에 의해 냉매가 전방증발기(610)의 전방하부 증발유로(611)를 거쳐 후방증발기(620)의 후방상부 증발유로(623) 유동되어, 냉방 운전 중에 증발기(60)에 발생하는 착상 현상을 전방증발기(610)에 전체에 발생시키기 않고 후방증발기(620)로 일부 전달하므로, 후술하는 것과 제상 효율이 향상된다.
제2교차유로(625)는 후방하부 증발유로(621)를 전방상부 증발유로(613)에 연결한다. 이 경우, 후방하부 증발유로(621)에 유동된 냉매는 전방상부 증발유로(613)로 유동된다. 즉, 제2교차유로(625)는 냉매가 후방증발기(620)의 하부(620a)로 유동된 후 전방증발기(610)의 상부(610b)로 유동되게 한다.
제1교차유로(615)와 마찬가지로, 제2교차유로(625)가 냉방 운전 중에 증발기(60)에 발생하는 착상 현상을 후방증발기(620)에 전체에 발생시키기 않고 전방증발기(610)로 일부 전달하므로, 후술하는 것과 제상 효율이 향상된다.
여기서, 종래기술에서 상술한 것과 같이, 항온 공조기의 경우 목표 온도에서 ±1℃ 이내로 오차가 제어되어야 하는데, 일반적인 공기조화기를 냉방 운전하게 되는 경우 증발기(evaporator)에 서리(frost)가 착상되는 착상 현상이 발생하여 정밀 온도 제어가 안되므로, 별도의 제상(defrosting) 운전을 수행하여 착상된 서리를 제거한다.
이 경우, 제상 운전은 응축기에서 고온 고압 상태의 냉매를 핫가스(hot gas)로 이용하여 증발기로 유동시켜 증발기에 착상된 서리를 제거하는 운전으로, 이러한 제상 운전이 수행되는 도중에는 냉방 운전이 중지되어 온도의 변화량이 커지고, 에너지 효율 또한 감소하게 된다.
여기서, 도 10의 (a)에 도시된 것과 같이, 종래의 공조기에서 별도의 핫가스를 증발기로 유동시켜 제상하는 경우, 온도 변화량이 커지게 된다. 즉, 항온 공조기의 경우 목표 온도에서 ±1℃ 이내로 오차가 제어되어야 하는데, 핫가스로 제상하는 경우, 냉방 운전이 정지되고 핫가스가 증발기(60)를 가열시키므로, 제상 운전 시점(Dh)에서 +2℃ 이상의 온도 변화가 발생될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 도 10의 (a)와 같이 +2~3℃ 온도변화가 발생한다. 이에 따라, 항온 공조기가 사용되는 실험실 환경에서 사용되는 시료, 부품에 변화가 발생할 수도 있어, 제상 운전에 따른 피해가 발생할 수도 있다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 전방증발기(610) 또는 후방증발기(620)에 착상이 감지되는 경우, 냉매의 유동경로를 제어하여 별도의 제상 운전을 수행하지 않고, 냉방 운전을 연속적으로 수행하면서 제상 기능을 수행한다.
먼저, 냉매가 공급유로(L)로 유동되어 유로전환부(70)를 거쳐 전방공급유로(LF)로 유동되는 경우에 대하여 설명한다.
유로전환부(70)가 3방밸브로 실시되는 경우, 유로전환부(70)는 공급유로(L)로 유동된 냉매를 전방공급유로(LF) 또는 후방공급유로(LR) 중 어느 하나로 유동시키고, 나머지 하나로 유동되지 않게 한다.
여기서, 냉매가 공급유로(L)로 유동되어 유로전환부(70)를 거쳐 전방공급유로(LF)로 유동되는 경우에는 전방증발기(610)의 전방하부 증발유로(611)로 냉매가 공급되고 후방공급유로(LR)로에는 냉매가 공급되지 않게 된다. 이 경우, 냉매는 전방하부 증발유로(611)에서 유동된 후 제1교차유로(615)를 거쳐 후방상부 증발유로(623)로 유동된다. 후방상부 증발유로(623)로 유동된 냉매는 후방회수유로(RR)로 유동된다. 즉, 냉매는 전방증발기(610)의 하부(610a)로 유동된 후 후방증발기(620)의 상부(620b)로 유동되어 회수된다(이하, '제1유동경로').
이때, 착상 현상은 전방증발기(610)의 하부(610a) 및 후방증발기(620)의 상부(620b)에 발생할 수 있다. 즉, 냉매가 유동되어 냉방 운전이 수행되면, 착상은 냉매가 팽창되는 증발기(60)의 표면에 발생하는데, 냉매가 팽창되기 시작하는 전방증발기(610)의 하부(610a)에 착상이 주로 형성될 수 있다. 이 경우, 전방하부 증발유로(611) 및/또는 전방증발기(610)의 하부(610a)에 착상이 발생할 수 있다.
제어부(20)는 전방증발기(610)의 하부(610a)에 착상이 발생된 것을 감지할 수 있다. 제어부(20)는 전방하부 증발유로(611)에 착상이 발생된 것을 감지할 수 있다. 이 경우, 전방증발기(610)의 하부(610a)에는 착상을 감지하는 착상감지센서(미도시)가 구비될 수 있다.
착상은 냉매가 유동되는 경로인 후방증발기(620)의 상부(620b)에 발생할 수도 있다. 이 경우, 후방상부 증발유로(623)에 착상이 발생될 수 있다. 이 경우, 후방증발기(620)의 상부(620b)에는 착상을 감지하는 착상감지센서(미도시)가 구비될 수 있다.
제어부(20)는 전방증발기(610)의 하부(610a)에 착상이 감지되면, 유로전환부(70)를 제어하여 전방공급유로(LF)를 폐쇄하고, 후방공급유로(LR)를 개방한다.
즉, 냉매가 제1유동경로로 유동되어 전방증발기(610)의 하부(610a)에 착상이 발생하는 경우, 제어부(20)는 유로전환부(70)를 제어하여 전방공급유로(LF)를 폐쇄한다. 이 경우, 제어부(20)는 유로전환부(70)를 제어하여 공급유로(L)와 전방공급유로(LF)를 차단(off)한다. 이에 따라, 제1유동경로로 냉매가 유동되지 않게 된다.
이때, 유로전환부(70)는 후방공급유로(LR)를 개방한다. 이 경우, 유로전환부(70)는 공급유로(L)를 후방공급유로(LR)에 연결한다. 냉매는 공급유로(L)로 유동되어 유로전환부(70)를 거쳐 후방공급유로(LR)로 유동된다. 이 경우, 냉매는 후방하부 증발유로(621)에서 유동된 후 제2교차유로(625)를 거쳐 전방상부 증발유로(613)로 유동된다. 전방상부 증발유로(613)로 유동된 냉매는 전방회수유로(RF)로 유동된다. 즉, 냉매는 후방증발기(620)의 하부(620a)로 유동된 후 전방증발기(610)의 상부(610b)로 유동되어 회수된다(이하, '제2유동경로').
냉매가 제2유동경로를 따라 유동되는 동안 냉방 운전이 수행된다. 이 경우, 제1유동경로에는 냉매가 유동되지 않으므로, 실온의 외부 공기에 의한 제상이 실시된다.
이때, 상술한 것과 같이, 전방증발기(610)의 하부(610a) 및/또는 후방증발기(620)의 상부(620b)에 착상이 발생되어 있으므로, 하나의 전방증발기(610)에 착상이 발생되는 경우와 달리 착상이 각 증발기에 분리되어 발생된다.
만약, 전방증발기(610)의 상부(610b) 및 하부(610a) 전체에 착상이 발생되어 있으면, 전방증발기(610) 전체가 제상 가능한 온도로 상승하여야 제상이 가능해지므로 제상 시간이 장시간 소요된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 전방증발기(610)의 하부(610a) 및 후방증발기(620)의 상부(620b)에 착상이 분리되어 발생되어 있으므로, 냉매가 제2유동경로를 따라 후방증발기(620)의 하부(620a)로 유동된 후 전방증발기(610)의 상부(610a)로 유동되어 냉방 운전이 진행되는 동안, 냉매가 유동되지 않는 전방증발기(610)의 하부(610a) 및 후방증발기(620)의 상부(620b)의 착상이 실온에 의해 제거된다.
이에 따라, 하나의 전방증발기(610) 또는 후방증발기(620) 전체를 제상하는 경우보다 제상 가능한 온도로 상승하는데 소요시간이 단축되어 신속하게 제상이 가능하게 되며, 냉방 운전을 지속적으로 수행할 수 있게 된다.
또한, 전방증발기(610)가 후방증발기(620)에 병렬로 인접되어 배치되는 경우, 전방증발기(610)의 하부(610a) 및 후방증발기(620)의 상부(620b)에 착상이 분리되어 발생되어 있으므로, 외부 공기와 착상이 발생한 증발유로와의 접촉 효율이 향상되어, 제상 시간이 단축되게 된다.
마찬가지로, 제어부(20)는 후방증발기(620)의 하부(620a)에 착상이 감지되면, 유로전환부(70)를 제어하여 후방공급유로(LR)를 폐쇄하고, 전방공급유로(LF)를 개방한다.
이 경우, 상술한 실시예와 마찬가지로 제2유동경로로 냉매가 유동되지 않게 되고, 제1유동경로로 냉매가 유동된다. 제1유동경로로 냉매가 유동되는 동안 후방증발기(620)의 하부(620a) 및/또는 전방증발기(610)의 상부(610b)에 발생된 착상이 제상된다.
여기서, 도 10의 (b)에 도시된 것과 같이, 별도의 핫가스를 증발기(60)로 유동시키지 않고 냉방 운전 중에 제상하므로 온도 변화량이 작아지게 된다. 즉, 항온 공조기의 경우 목표 온도에서 ±1℃ 이내로 오차가 제어되어야 하는데, 냉방 운전 중에 별도의 핫가스를 사용하지 않고 제상을 실시하므로, 유로전환부에서 제1유동경로에서 제2유동경로로 유로를 전환하는 시점(P1) 또는 제2유동경로에서 제1유동경로로 유로를 전환하는 시점(P2)에서, 도 10의 (b)와 같이 +0.5℃ 온도변화가 발생한다. 이에 따라, 항온 공조기가 사용되는 실험실 환경에서 정온성을 유지하게 된다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 전방증발기(610)의 하부(610a)에 착상이 발생하는 경우, 냉매가 제2유동경로를 따라 유동되어 연속적으로 냉방 운전이 실시되면서 제1유동경로에 냉매를 유동시키지 않고 제상을 실시하므로, 냉방 운전 중에 별도의 핫가스를 공급하여 제상 운전을 수행하지 않으면서 제상이 가능하게 되고, 정온성을 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 압축기(30)를 응축기(40)에 연결하는 제1공급유로(L1), 및 팽창밸브(50)를 유로전환부(70)에 연결하는 제2공급유로(L2)를 포함한다.
공급유로(L)는 분리되어 실시될 수 있다. 제1공급유로(L1)는 압축기(30)를 응축기(40)에 연결한다. 제2공급유로(L2)는 팽창밸브(50)를 유로전환부(70)에 연결한다. 응축기(40)와 팽창밸브(50)는 제3공급유로(L3)로 연결될 수 있다. 이 경우, 제3공급유로(L3)에는 기액분리기(80)가 구비될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 제1공급유로(L1)에서 분기되어 제2공급유로(L2)에 연결되는 핫가스유로(LH)를 더 포함한다.
핫가스유로(LH)는 제1공급유로(L1)에서 분기된다. 핫가스유로(LH)에는 압축기(30)에서 압축된 고온 고압 상태의 냉매인 핫가스(hot gas)가 유동된다.
핫가스유로(LH)에는 핫가스밸브(90)가 구비된다. 핫가스밸브(90)는 핫가스유로(LH)를 개방 또는 폐쇄한다.
토출온도 감지센서(So)는 토출구(120) 또는 송풍팬(150)의 일단에 구비될 수 있다. 토출온도 감지센서(So)는 냉각되어 토출되는 공기의 토출온도를 감지하여, 제어부(20)로 전송한다.
제어부(20)는 토출온도 감지센서(So)에서 감지된 토출온도가 목표 온도의 오차 범위 미만으로 과냉각된 경우, 핫가스밸브(90)를 개방한다. 이 경우, 고온 고압 상태의 핫가스가 제2공급유로(L2)로 유동된다. 이때, 팽창밸브(50)에서 팽창된 냉매와 핫가스가 혼합될 수도 있다.
제2공급유로(L2)로 유동된 핫가스는 증발기(60)로 유동된다. 핫가스는 전방증발기(610) 또는 후방증발기(620)로 유동될 수 있다.
핫가스는 증발기(60)의 온도를 상승시킨다. 즉, 증발기(60)가 과냉각되어 토출온도가 목표 온도의 오차 범위를 벗어나게 되는 경우, 증발기(60)의 온도를 상승시켜, 증발기(60)에서 공기가 목표 온도의 오차 범위 내로 냉각되게 한다.
이에 따라, 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온 공조기는 연속적으로 냉방 운전이 실시되면서, 별도의 핫가스를 증발기(60)의 과냉각 현상을 방지하여 목표 온도 제어를 위해서만 사용하므로, 정온성을 유지하게 된다.
이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로전환부(70)의 구조 및 동작에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로전환부(70)의 개략도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로전환부(70)는 공급유로(L)와 전방공급유로(LF) 사이에 구비되어, 공급유로(L)를 개폐하는 제1솔밸브(SV1), 공급유로(L)에서 분기되는 분기유로(LB), 및 분기유로(LB)와 후방공급유로(LR) 사이에 구비되어 분기유로(LB)를 개폐하는 제2솔밸브(SV2)를 포함한다.
공급유로(L)는 전방공급유로(LF)에 연결된다. 제1솔밸브(SV1)는 공급유로(L)와 전방공급유로(LF) 사이에 구비된다. 제1솔밸브(SV1)는 제어부(20)의 제어신호에 따라 공급유로(L)를 개폐(on/off)한다.
분기유로(LB)는 공급유로(L)에서 분기된다. 분기유로(LB)는 후방공급유로(LR)에 연결된다. 제2솔밸브(SV2)는 분기유로(LB)와 전방공급유로(LF) 사이에 구비된다. 제2솔밸브(SV2)는 제어부(20)의 제어신호에 따라 분기유로(LB)를 개폐(on/off)한다.
상술한 것과 같이, 제1솔밸브(SV1)가 개방되고 제2솔밸브(SV2)가 폐쇄되면, 냉매는 제1유동경로를 따라 유동된다. 또한, 제1솔밸브(SV1)가 폐쇄되고 제2솔밸브(SV2)가 개방되면, 냉매는 제2유동경로를 따라 유동된다.
이때, 착상 현상은 상술한 것과 같이 전방증발기(610)의 하부(610a) 및/또는 후방증발기(620)의 상부(620b)에 발생할 수 있다. 이 경우, 제어부(20)는 제1솔밸브(SV1)를 폐쇄하고 제2솔밸브(SV2)를 개방하여, 냉매가 제2유동경로로 유동되게 한다.
이에 따라, 상술한 것과 마찬가지로 냉매가 제2유동경로를 따라 유동되는 동안 냉방 운전이 수행된다. 이 경우, 제1유동경로에는 냉매가 유동되지 않으므로, 실온의 외부 공기에 의한 제상이 실시된다.
마찬가지로, 착상 현상은 상술한 것과 같이 후방증발기(620)의 하부(620a) 및/또는 전방증발기(610)의 상부(610b)에 발생할 수 있다. 이 경우, 제어부(20)는 제2솔밸브(SV2)를 폐쇄하고 제1솔밸브(SV1)를 개방하여, 냉매가 제1유동경로로 유동되게 한다.
이에 따라, 상술한 것과 마찬가지로 냉매가 제1유동경로를 따라 유동되는 동안 냉방 운전이 수행된다. 이 경우, 제2유동경로에는 냉매가 유동되지 않으므로, 실온의 외부 공기에 의한 제상이 실시된다.
이상, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 케이스 20 : 제어부
30 : 압축기 40 : 응축기

Claims (2)

  1. 제1수용공간 및 제2수용공간을 형성하는 케이스; 상기 제1수용공간에 배치되고 공기가 유입되는 상기 케이스의 전방에 배치되는 압축기; 상기 제1수용공간에 배치되고 상기 압축기에 공급유로로 연결되며 상기 압축기의 상부에 배치되는 응축기; 상기 케이스의 상면에 배치되고 상기 응축기에 대향되게 배치되며 상기 응축기를 방열시키는 방열팬; 상기 응축기에 상기 공급유로로 연결되는 팽창밸브; 상기 팽창밸브와 상기 응축기 사이에 구비되어 상기 응축기에서 기화된 냉매를 상기 공급유로로 유동시키는 기액분리기; 상기 제1수용공간에 배치되고, 상기 팽창밸브에 전방공급유로로 연결되는 전방증발기; 상기 제1수용공간에 배치되고 상기 전방증발기의 후방에 배치되며, 상기 팽창밸브에 후방공급유로로 연결되는 후방증발기; 상기 공급유로를 상기 전방공급유로 또는 상기 후방공급유로에 연결시키는 유로전환부; 및 상기 유로전환부를 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 전방증발기는 상기 전방증발기의 상부에 구비되는 전방상부 증발유로 및 상기 전방증발기의 하부에 구비되는 전방하부 증발유로를 포함하고, 상기 후방증발기는 상기 후방증발기의 상부에 구비되는 후방상부 증발유로 및 상기 후방증발기의 하부에 구비되는 후방하부 증발유로를 포함하며,
    상기 전방하부 증발유로는 상기 전방공급유로에 연결되고, 상기 후방하부 증발유로는 상기 후방공급유로에 연결되며,
    제1교차유로는 상기 전방하부 증발유로를 상기 후방상부 증발유로에 연결하고, 제2교차유로는 상기 후방하부 증발유로를 상기 전방상부 증발유로에 연결하며,
    상기 제어부는 상기 전방증발기의 하부에 착상이 감지되면 상기 유로전환부를 제어하여, 상기 전방공급유로를 폐쇄하고 상기 후방공급유로를 개방하여, 냉매를 상기 후방하부 증발유로에서 유동시킨 후 상기 제2교차유로를 거쳐 상기 전방상부 증발유로로 유동시켜,
    냉방 운전이 진행되는 동안 상기 전방증발기의 하부 및 상기 후방증발기의 상부의 착상을 실온에 의해 제거시키는 항온 공조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로전환부는 3방밸브를 포함하는 항온 공조기.
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