KR102291575B1 - 공조 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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최종민
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한밭대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 냉각 열교환기에서의 적상을 방지할 수 있는 공조 시스템에 관한 것으로, 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행하는 냉각 열교환기, 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열하는 열회수 열교환기, 열회수 열교환기를 거친 공기를 가열하여 공기의 온도가 설정 온도가 되도록 조절하는 가열 열교환기, 및 가열 열교환기를 거친 공기를 가습하여 공기의 습도가 설정 습도가 되도록 조절하는 가습기를 포함하는 공조기와, 압축기, 제1 응축기, 제2 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관을 구비하는 냉동기와, 증발기에서 냉매와 열교환하여 냉각된 제1 열매체를 냉각 열교환기로 흐르게 하여 공기를 냉각시킨 후 증발기로 순환하도록 하는 냉각 배관과, 제2 응축기와 제1 응축기를 순차적으로 통과하면서 냉매와 열교환하여 가열된 제2 열매체를 열회수 열교환기로 흐르게 하여 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열한 후 방열기를 거쳐 제2 응축기로 순환하도록 하는 열회수 배관을 포함하며, 열회수 배관은, 방열기로부터 유출된 제2 열매체가 제1 응축기와 제2 응축기 중 어느 하나를 통과한 후 열회수 열교환기로 흐르도록 하는 제1 분기 배관을 구비한다.

Description

공조 시스템 및 그 제어 방법{Air-Conditioning System and Control Method thereof}
본 발명은 냉각 열교환기에서의 적상을 방지할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 클린룸 등 공조의 대상이 되는 공간으로 공급되는 공기에 대해서 냉각 및 제습하기 위해서 마련된 냉각 열교환기에서 적상이 발생하는 것을 방지하도록 하는 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 또는 디스플레이 제조 공정은 높은 청정도가 요구되는 클린룸(Clean room) 내에서 이루어지며, 이러한 클린룸은 유입되는 공기의 온도와 습도를 최적의 조건으로 유지하기 위하여 공조 시스템이 사용되고 있다.
종래의 공조 시스템을 개략적으로 나타내는 도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 공조 시스템은. 클린룸(1)에 대해서 미리 설정된 온도와 습도를 가지는 공기를 공급하기 위한 공조기(10)와, 공기에 대해서 냉각 및 가습을 행하기 위한 냉동기(30)와, 공기에 대해서 가열 및 가습을 행하기 위한 가열가습 장치(50)를 포함하고 있다.
공조기(10)는 에어 필터(11), 냉각 열교환기(12), 가열 열교환기(13), 가습기(14) 및 팬(15)이 덕트(16) 내에 순차적으로 마련된다. 팬(15)의 작동에 의해서 덕트(16) 내를 통과한 공기(SA)가 클린룸(1)으로 유입되고, 클린룸(1)을 거친 공기(SA) 중 일부는 외부로 배기(EA)로서 외부로 배출되며, 다른 일부는 환기(RA)로서 다시 클린룸(1)으로 유입된다.
외부로부터 유입되는 외기(OA)와 환기(RA)가 혼합된 공기(SA)는, 덕트(16)를 통과하면서 에어 필터(11), 냉각 열교환기(12), 가열 열교환기(13), 가습기(14) 및 팬(15)을 거쳐 클린룸(1)으로 유입된다.
에어 필터(11)에서는 덕트(16)를 통해서 클린룸(1)으로 유입되는 공기(SA) 내의 이물질을 제거하고, 냉각 열교환기(12)에서는 냉동기(30)의 증발기(31)에서 냉매와의 열교환에 의해서 냉각된 열매체가 통과하면서 공기(SA)와 열교환하여 공기(SA)에 대해서 냉각 및 제습을 행하며, 가열 열교환기(13)에서는 가열가습 장치(50)의 가열기(51)에서 가열된 수증기가 통과하면서 공기(SA)를 가열하고, 가습기(14)는 가열가습 장치(50)의 가열기(51)에서 가열된 수증기가 공기(SA)에 공급되어 가습을 행한다.
냉동기(30)는 압축기(32), 응축기(33), 팽창 장치(34) 및 증발기(31)의 순서로 냉매가 순환하며, 응축기(33)에서 냉매와 열교환된 고온의 열매체는 방열기(40, 냉각탑)에서 냉각된다.
또한 가열가습 장치(50)는 전기 히터 등에 의해서 물을 가열하는 가열기(51)를 구비하며, 가열기(51)에서 가열된 고온의 수증기는 앞서 설명한 것과 같이 가열 열교환기(13)를 통과하면서 공기(SA)와의 열교환에 의해서 공기(SA)를 가열하고, 또한 고온의 수증기의 일부는 가습기(14)를 통해서 공기(SA)에 공급되어 가습을 행한다.
이러한 종래의 공조 시스템은, 클린룸(1) 내의 냉방 부하량 또는 난방 부하량과 무관하게 최대 냉방 부하를 제공할 수 있도록 냉동기(30)가 운전되고, 최대 난방 부하 및 가습량을 제공할 수 있도록 가열가습 장치(50)가 운전된다. 냉각 열교환기(12)를 통과한 공기(SA)의 온도 및 습도가 클린룸의 설정 온도 및 설정 습도보다 크게 낮아지게 되어 가열가습 장치(50)에서 가열 및 가습을 위한 에너지 소비량이 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한 외기의 온도가 낮은 경우 냉동기의 증발기(13)의 냉매 증발온도가 낮아서 냉각 열교환기(12)를 순환하는 저온의 열매체 온도가 공기(SA)의 동결 온도이하로 낮아지는 경우가 발생하며, 그 결과 냉각 냉각 열교환기(12)에서 적상(積霜)이 발생하게 된다. 냉각 열교환기(12)에 적상이 발생하게 되면 냉각 열교환기(12)를 통과하는 공기(SA)의 유동 저항이 증가하여 풍량이 감소하고 팬의 소비 동력이 증가하며, 온도 및 습도가 클린룸의 설정 온도 및 설정 습도보다 크게 낮아지게 되어 가열가습 장치(50)에서 가열 및 가습을 위한 에너지 소비량이 증가하게 되는 문제점이 있다. 또한 이 경우 증발기(31)와 냉각 열교환기(12)를 순환하는 저온의 열매체로 물을 사용할 경우 증발기(31)와 냉각 열교환기(12) 및 연결 배관에 동파가 발생하여 손상될 수 있다. 그러므로, 저온의 열매체로서 부동액을 사용해야 되므로, 저온의 열매체에 대한 유지 관리의 어려움이 발생한다.
본 발명은 이와 같은 종래의 공조 시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각 열교환기에서 적상이 발생하는 것을 방지함과 아울러, 냉동기에서의 응축열을 공기를 가열하기 위한 열원으로 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 외기의 온도가 낮은 경우에 저온의 외기를 이용하여 공기를 냉각할 수 있도록 하면서도, 냉각 열교환기에서의 적상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 공조 시스템에 관한 것으로, 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행하는 냉각 열교환기, 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열하는 열회수 열교환기, 상기 열회수 열교환기를 거친 공기를 가열하여 공기의 온도가 설정 온도가 되도록 조절하는 가열 열교환기, 및 상기 가열 열교환기를 거친 공기를 가습하여 공기의 습도가 설정 습도가 되도록 조절하는 가습기를 포함하는 공조기와, 압축기, 제1 응축기, 제2 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관을 구비하는 냉동기와, 상기 증발기에서 상기 냉매와 열교환하여 냉각된 제1 열매체를 상기 냉각 열교환기로 흐르게 하여 공기를 냉각시킨 후 상기 증발기로 순환하도록 하는 냉각 배관과, 상기 제2 응축기와 상기 제1 응축기를 순차적으로 통과하면서 상기 냉매와 열교환하여 가열된 제2 열매체를 상기 열회수 열교환기로 흐르게 하여 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열한 후 방열기를 거쳐 상기 제2 응축기로 순환하도록 하는 열회수 배관을 포함하며, 상기 열회수 배관은, 상기 방열기로부터 유출된 상기 제2 열매체가 상기 제1 응축기와 상기 제2 응축기 중 어느 하나를 통과한 후 상기 열회수 열교환기로 흐르도록 하는 제1 분기 배관을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행하는 냉각 열교환기, 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열하는 열회수 열교환기, 상기 열회수 열교환기를 거친 공기를 가열하여 공기의 온도가 설정 온도가 되도록 조절하는 가열 열교환기, 및 상기 가열 열교환기를 거친 공기를 가습하여 공기의 습도가 설정 습도가 되도록 조절하는 가습기를 포함하는 공조기와, 압축기, 제1 응축기, 제2 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관을 구비하는 냉동기와, 상기 증발기에서 상기 냉매와 열교환하여 냉각된 제1 열매체를 상기 냉각 열교환기로 흐르게 하여 공기를 냉각시킨 후 상기 증발기로 순환하도록 하는 냉각 배관과, 상기 제2 응축기와 상기 제1 응축기를 순차적으로 통과하면서 상기 냉매와 열교환하여 가열된 제2 열매체를 상기 열회수 열교환기로 흐르게 하여 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열한 후 방열기를 거쳐 상기 제2 응축기로 순환하도록 하는 열회수 배관을 포함하는 공조 시스템의 제어 방법으로서, 외기의 온도와 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도를 대비하는 S1 단계와, 상기 S1 단계에서 외기의 온도가 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도와 같거나 높은 경우, 상기 냉동기를 가동하고, 상기 냉각 배관 및 상기 열회수 배관 각각을 통해서 상기 제1 열매체 및 상기 제2 열매체가 순환하도록 하는 S2 단계와, 상기 S2 단계 후, 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1와 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도를 대비하는 S3 단계와, 상기 S3 단계에서 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1가 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 상기 열회수 배관에서 상기 방열기로부터 유출된 상기 제2 열매체가 상기 제1 응축기 및 상기 제2 응축기 중 어느 하나만을 통과한 후 상기 열회수 열교환기로 유입되도록 하는 S4 단계를 포함하는 것을 특징한다.
또한 본 발명은, 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행하는 냉각 열교환기, 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열하는 열회수 열교환기, 상기 열회수 열교환기를 거친 공기를 가열하여 공기의 온도가 설정 온도가 되도록 조절하는 가열 열교환기 및 상기 가열 열교환기를 거친 공기를 가습하여 상기 공기의 습도가 설정 습도가 되도록 조절하는 가습기를 포함하는 공조기와, 압축기, 제1 응축기, 제2 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관을 구비하는 냉동기와, 상기 증발기에서 상기 냉매와 열교환하여 냉각된 제1 열매체를 상기 냉각 열교환기로 흐르게 하여 공기를 냉각시킨 후 상기 증발기로 순환하도록 하는 냉각 배관과, 상기 제2 응축기와 상기 제1 응축기를 순차적으로 통과하면서 상기 냉매와 열교환하여 가열된 제2 열매체를 상기 열회수 열교환기로 흐르게 하여 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열한 후 방열기를 거쳐 상기 제2 응축기로 순환하도록 하는 열회수 배관과, 상기 열회수 배관에서의 상기 방열기와 상기 제2 응축기 사이의 일지점에서 분기되고, 상기 냉각 배관에서의 상기 증발기와 상기 냉각 열교환기 사이의 일지점에서 합류하는 제1 연결 배관과, 상기 냉각 배관에서의 상기 냉각 열교환기와 상기 증발기 사이의 일지점에서 분기되고, 상기 열회수 배관에서의 상기 열회수 열교환기와 상기 방열기 사이의 일지점에서 합류하는 제2 연결 배관을 포함하는 공조 시스템의 제어 방법으로서, 외기의 온도와 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도를 대비하는 S1 단계와, 상기 S1 단계에서 외기의 온도가 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도보다 낮은 경우, 상기 냉동기의 가동을 정지하고, 상기 열회수 배관에서 상기 방열기로부터 유출된 상기 제2 열매체가 상기 제1 연결 배관을 거쳐 상기 냉각 열교환기를 통과하면서 공기를 냉각한 후, 상기 제2 연결 배관을 거쳐 상기 방열기로 유입되도록 하는 S11 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공조 시스템 및 그 제어 방법은, 냉동기의 제1 응축기 및 제2 응축기와 열교환된 제2 열매체의 열회수 배관에서의 공기와의 열교환에 의해서 공기를 가열할 수 있으며, 또한 냉각 배관에서 냉각 열교환기로 유입되는 제1 열매체의 온도가 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 방열기로부터 유출된 제2 열매체가 제1 응축기와 제2 응축기 중 어느 하나에서만 열교환하도록 함으로써, 냉동기의 응축 온도 및 증발 온도를 높일 수 있고, 그 결과 증발기에서 열교환되어 냉각 열교환기로 유입되는 제1 열매체의 온도를 높여, 에너지를 절감하면서도 냉각 열교환기에서의 적상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 공조 시스템 및 그 제어 방법은, 자연 냉각 모드에서 냉각 배관에서 냉각 열교환기로 유입되는 제2 열매체의 온도가 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 냉각 열교환기를 거친 제2 열매체의 일부가 방열기로 유입되지 않고 우회도록 하는 것에 의해서 냉각 열교환기로 유입되는 제2 열매체의 온도를 높여, 냉각 열교환기에서의 적상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 공조 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르는 공조 시스템의 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따르는 공조 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 공조 시스템의 실시형태의 강제 냉각 모드를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르는 공조 시스템의 실시형태의 강제 냉각 모드를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따르는 공조 시스템의 실시형태의 강제 냉각 모드를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따르는 공조 시스템의 실시형태의 자연 냉각 모드를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따르는 공조 시스템의 실시형태의 자연 냉각 모드를 설명하는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면 본 실시형태에 따르는 공조 시스템은, 미리 정해진 설정 온도 및 설정 온도로 유지되는 클린룸(100)과, 클린룸으로 유입되는 공기(SA)의 온도 및 습도를 설정 온도 및 설정 습도로 맞추기 위한 공조기(200), 냉동기(300), 가열가습 장치(400)를 구비하고 있다.
공조기(200)는 클린룸(100)에 유입되는 공기(SA)가 흐르는 덕트(210)를 구비하고 있다. 공조기(200)는 클린룸(100)으로 공급된 공기(SA)가 클린룸(100)으로부터 배출된 후 일부는 배기(EA)로서 외부로 배출되고, 일부는 환기(RA)로서 다시 덕트(200)로 유입될 수 있으며, 또한 외부로부터 외기(OA)가 유입되도록 하는 구조를 가지고 있다. 한편, 덕트(200)에는 외기(OA)와 환기(RA)가 혼합되는 혼합 공간(211)이 마련되어 있다.
덕트(210)에는 공기(SA)가 흐르는 방향을 따라서 혼합 공간(211), 냉각 열교환기(220), 열회수 열교환기(230), 가열 열교환기(240), 가습기(250) 및 팬(260)이 이 순서대로 배치되어 있다. 냉각 열교환기(220)는 덕트(210)를 흐르는 공기(SA)에 대해서 냉각 및 제습을 행하며, 열회수 열교환기(230)는 냉각 열교환기(220)를 거친 공기(SA)를 가열한다. 또한 가열 열교환기(240)는 열회수 열교환기(230)를 거친 공기(SA)가 설정 온도에 도달하지 않은 경우 공기(SA)의 온도가 설정 온도에 이를 수 있도록 가열한다. 가습기(250)는 가열 열교환기(240)를 거친 공기(SA)가 설정 습도에 도달하지 않은 경우 공기(SA)의 습도가 설정 습도에 이를 수 있도록 가습을 행한다. 팬(260)은 덕트(210) 내에서 공기가 냉각 열교환기(220), 열회수 열교환기(230), 가열 열교환기(240) 및 가습기(250)를 클린룸(100)으로 흐르도록 한다.
또한 열회수 열교환기(230)와 가열 열교환기(240)와의 사이에는 온도 센서(630)가 마련되어 있으며, 온도 센서(630)에 의해서 열회수 열교환기(230)를 거친 공기(SA)의 온도 TR2가 측정된다. 이에 대해서는 이후 상세하게 설명한다.
냉각 열교환기(220), 열회수 열교환기(230) 및 가열 교환기(240)와 공기(SA)와 열교환하는 방식은 2개의 유체가 열교환하기 위해서 통상적으로 사용하는 방법을 채용할 수 있으며, 예를 들면 코일 형상의 냉각 열교환기(220), 열회수 열교환기(230) 및 가열 교환기(240)의 내측을 열매체가 흐르는 상태에서 공기(SA)가 그 외측을 흐르면서 열교환하는 방식을 채용할 수 있다.
냉동기(300)는 냉매가 순환하는 냉매 배관(L300)을 구비하며, 냉매 배관(L300)에는 냉매를 압축하는 압축기(310), 압축기(310)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기로서의 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(320b), 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(320b)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 장치(330), 팽창 장치(330)에서 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(340)이 이 순서대로 배치되어 있다.
본 실시형태의 공조 시스템은, 제1 열매체가 공조기(200)의 냉각 열교환기(220)와 냉동기(300)의 증발기(340)를 순환하도록 하는 냉각 배관(L600)을 구비한다. 냉각 배관(L600)에는 제1 열매체를 순환시키는 순환 펌프(610)가 마련되어 있다. 제1 열매체로는 물이나 브라인 등의 유체를 사용할 수 있다.
냉각 배관((L600)을 흐르는 제1 열매체는 증발기(340)에서 저온의 냉매와 열교환한 후 저온이 되고, 이후 저온의 제1 열매체는 냉각 열교환기(220)를 흐르면서 공기(SA)와의 열교환에 의해 공기(SA)를 냉각시키고 제습을 행한다. 또한 냉각 배관(L600)에서 냉각 열교환기(220)의 입구측에는 온도 센서(620)가 마련되어 있다. 온도 센서(620)는 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1를 측정한다.
본 실시형태의 공조 시스템에서는, 제2 열매체가 공조기(300)의 열회수 열교환기(230)와 냉동기(300)의 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(320b), 그리고 방열기(500)를 순환하도록 하는 열회수 배관(L500)을 포함한다. 열회수 배관(L500)에는 제2 열매체를 순환시키는 순환 펌프(510)가 마련되어 있다. 제2 열매체로서는 물이나 브라인 등의 유체를 사용할 수 있으며, 제1 열매체와 동일한 것을 사용할 수 있다.
열회수 배관(L500)은 제1 응축기(320a)의 출구의 일지점(A1)에서 분기되어 열회수 열교환기(230)와 방열기(500)로 각각 연장되어 있다. 열회수 열교환기(230)로 연장된 열회수 배관(L500)은 열회수 열교환기(230)를 거쳐 방열기(500)로 연장된다. 열회수 배관(L500)에서의 일지점(A1)과 열회수 열교환기(230)과의 사이에는 밸브(521)가 마련되어 있으며, 밸브(521)의 개도를 조절함으로써 열회수 열교환기(230)로 유입되는 제2 열매체의 유량을 조절할 수 있다.
열회수 배관((L500)을 흐르는 제2 열매체는, 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(320b)에서 고온의 냉매와 열교환한 후 고온이 되고, 이후 밸브(521)의 개도를 조절함에 따라서 일부는 열회수 열교환기(230)를 흐르면서 공기(SA)와 열교환하면서 공기(SA)를 가열한다. 이로 인해서 종래의 공조 시스템과 다르게 본 실시형태의공조 시스템에서는 냉동기(300)의 응축열을 이용하여 열회수 열교환기(230)에서 공기(SA)를 1차적으로 가열할 수 있으므로, 공기(SA)를 가열하여 설정 온도에 이르게 하는데 요구되는 에너지를 절감할 수 있다.
특히 동절기 등 외기의 온도가 낮아 냉방 부하량이 적은 경우 종래의 공조 시스템의 경우 최대 냉방 부하를 제공할 수 있도록 냉동기가 운전되기 때문에 냉각 열교환기를 통과한 공기(SA)의 온도 및 습도가 클린룸의 설정 온도 및 설정 습도보다 크게 낮아지게 되어 가열가습 장치에서 가열 및 가습을 위한 에너지 소비량이 증가하게 되는데, 본 실시형태의 공조 시스템에서는 냉동기(300)의 응축열을 이용하여 열회수 열교환기(230)에서 공기(SA)를 1차적으로 가열하여 에너지를 절감할 수 있으므로 유효하다.
또한 열회수 배관(L500)은, 열회수 배관(L500)에서의 제1 응축기(320a)와 제2 응축기(320b)와의 사이의 일지점(A2)에서 분기되어 제1 응축기(320a)와 방열기(500)과의 사이의 일지점(A1)에서 합류되는 제1 분기 배관(L510)이 마련되어 있다. 일지점(A2)과 제1 응축기(320a)와의 사이의 열회수 배관(L500)에는 제2 열매체의 흐름을 제어하기 위한 밸브(522)가 마련되어 있으며, 일지점(A2)과 일지점(A2)과의 사이의 제1 분기 배관(L510)에는 제2 열매체의 흐름을 제어하기 위한 밸브(523)가 마련되어 있다.
밸브(522)가 개방되고 밸브(523)가 폐쇄되는 경우에는, 열회수 배관(L500)에서 방열기(500)로부터 유출되는 제2 열매체는 제2 응축기(320b) 및 제1 응축기(320a)를 거친 후 밸브(521)의 개구 조절에 의해서 그 일부가 열회수 열교환기(230)로 유입된다. 또한 밸브(522)가 폐쇄되고 밸브(523)가 개방되는 경우에는, 열회수 배관(L500)에서 방열기(500)로부터 유출되는 제2 열매체는 제2 응축기(320b)만을 거친 후 제1 분기 배관(L510)을 통과한 후, 밸브(521)의 개구 조절에 의해서 그 일부가 열회수 열교환기(230)로 유입된다.
본 실시형태에서는 종래의 공조 시스템과 다르게 2개의 응축기인 제1 응축기(320a)와 제2 응축기(320b)를 마련하고, 제2 열매체가 제1 응축기(320a)와 제2 응축기(320b) 모두를 거치도록 하거나 제1 응축기(320a)와 제2 응축기(320b) 중 하나인 제2 응축기(320b)만을 거치도록 할 수 있다. 이렇게 제2 열매체가 통과하는 응축기 개수를 줄여 제2 열매체가 제2 응축기(320b)만을 거치도록 하는 경우, 냉동기(300)의 응축기에서 냉매로부터 제2 열매체로 열교환되는 열교환량이 줄어 들게 되어, 냉매 배관(L300)을 흐르는 냉매의 응측 온도가 상승하고 그 결과 증발 온도도 상승하게 된다. 냉매의 증발 온도가 상승하게 되면 증발기(340)에서 냉매와 열교환되어 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도가 상승하게 된다.
한편, 본 실시형태의 공조 시스템에서는 제2 열매체가 제1 응축기(320a)와 제2 응축기(320b) 중 하나인 제2 응축기(320b)만을 거치도록 하고 있으나, 제2 열매체가 거치는 응축기의 개수를 줄이는 것이라면, 제1 분기 배관(L510)의 구조를 변경하여 제1 응축기(320a)와 제2 응축기(320b) 중 제1 응축기(320a)만을 거치도록 할 수도 있다.
또한 본 실시형태의 공조 시스템에서, 열회수 배관(L500)은 열회수 열교환기(230)와 방열기(500)와의 사이의 일지점(A3)에서 분기되고, 방열기(500)와 제2 응축기(320b)와의 사이의 일지점(A4)에서 합류되는 제2 분기 배관(L520)을 더 포함한다. 제2 분기 배관(L520)에는 밸브(524)가 마련되어 있으며, 밸브(524)의 개도를 조절함으로써 제2 분기 배관(L520)를 따라 흐르는 제2 열매체의 유량을 조절할 수 있다.
밸브(524)의 개도 조절에 의해서 열회수 열교환기(230)를 거쳐 방열기(500)로 유입되는 제2 열매체의 유량을 적게 하는 경우, 방열기(500)에서 외기와 열교환에 의해서 방열되지 않고 제2 응축기(320b)로 유입되는 제2 열매체의 유량이 증가하게 된다. 이 경우 냉매 배관(L300)을 흐르는 냉매의 응측 온도 및 증발 온도가 상승하게 된다. 냉매의 증발 온도가 상승하게 되면 증발기(340)에서 냉매와 열교환되어 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 실시형태의 공조 시스템에서는 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1가, 냉각 열교환기(220)를 흐르는 공기(SA)의 동결 온도(예를 들면, 0℃)와 같거나 작은 경우 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생할 수 있다. 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생하는 경우 냉각 열교환기(220)를 통과하는 공기(SA)의 유동 저항이 증가하여 풍량이 감소하고 팬의 소비 동력이 증가하며, 온도 및 습도가 클린룸의 설정 온도 및 설정 습도보다 크게 낮아지게 되어 가열 및 가습을 위한 에너지 소비량이 증가하게 되는 문제점이 있습니다.
본 실시형태의 공조 시스템은 위에서 살펴본 바와 같이 열회수 배관(L500)에서 방열기(500)로부터 유출된 제2 열매체가 제1 분기 배관(L510)을 통해서 제2 응축기(320b)만을 거치도록 하거나, 열회수 열교환기(230)로부터 유출된 제2 열매체의 일부가 방열기(500)를 거치지 않고 제2 분기 배관(L520)을 통해서 흐르게 하는 것에 의해서 냉매의 응축 온도 및 증발 온도를 높일 수 있다. 이로 인해서 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1가 냉각 열교환기(220)를 흐르는 공기(SA)의 동결 온도보다 높게 되도록 하여 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시형태의 공조 시스템은, 냉각 배관(L600)과 열회수 배관(L500)을 선택적으로 연결하는 제1 연결 배관(L530)과 제2 연결 배관(L540)을 구비하고 있다. 구체적으로 제1 연결 배관(L530)은 열회수 배관(L500)에서의 방열기(500)와 제2 응축기(320b)와의 사이의 일지점(B1)에서 분기되고, 냉각 배관(L600)에서의 증발기(340)와 냉각 열교환기(220)과의 사이의 일지점(B2)에서 합류하는 배관이다. 열회수 배관(L500)에서의 일지점(B1)과 제2 응축기(320b)와의 사이에는 밸브(525)가 마련되어 있고, 제1 연결 배관(L530)에는 밸브(526)가 마련되어 있다.
제2 연결 배관(L540)은 냉각 배관(L600)에서의 냉각 열교환기(220)와 증발기(340)와의 사이의 일지점(B3)에서 분기되고, 열회수 배관(L500)에서의 열회수 열교환기(230)와 방열기(500)와의 사이의 일지점(B4)에서 합류하는 배관이다. 또한 일지점(B4)은 앞서 살펴본 제2 분기 배관(524)의 분기점인 일지점(A3)보다 열회수 열교환기(23)측에 위치한다. 또한 냉각 배관(L500)에서의 일지점(B3)과 증발기(340)과의 사이에는 밸브(527)가 마련되어 있고, 제2 연결 배관(L540)에는 밸브(528)가 마련되어 있다.
냉동기(300)가 가동되는 상태에서, 밸브(525)가 개방되고 밸브(526)이 폐쇄되며, 밸브(527)이 개방되고 밸브(528)이 폐쇄되는 경우, 증발기(340)에서 냉매와 열교환된 제1 열매체는 냉각 배관(L600)을 순환하면서 냉각 열교환기(220)에서 공기(SA)를 냉각 및 제습시키며, 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(32b)에서 냉매와 열교환된 제2 열매체는 열회수 배관(L500)을 순환하면서 열회수 열교환기(230)에서 공기(SA)를 가열한다('강제 냉각 모드'로 도 4 내지 도 6 참조).
한편, 동절기 등과 같이 외기의 온도가 낮은 경우 본 실시형태는 냉동기(300)를 가동하지 않고 저온의 외기를 이용하여 공기(SA)를 냉각 및 제습시킬 수 있다('자연 냉각 모드'로 도 7 및 도 8 참조). 구체적으로는 외기의 온도가 덕트(200)를 통해서 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도과 같거나 낮은 경우, 냉동기(300)의 작동을 정지하고, 밸브(525)를 폐쇄하고, 밸브(526)을 개방하며, 밸브(527)을 폐쇄하고, 밸브(528)을 개방한다. 또한 순환 펌프(610)의 가동을 정지하고 순환 펌프(510)는 가동 상태를 유지한다. 이렇게 하는 경우, 방열기(500)에서 저온의 외기와 열교환한 제2 열매체는 방열기(500)와 일지점(B1) 사이의 열회수 배관(L500), 제1 연결 배관(L530), 일지점(B2)과 냉각 열교환기(220) 사이의 냉각 배관(L600), 냉각 열교환기(220)과 일지점(B3) 사이의 냉각 배관(L600), 제2 연결 배관(L540) 그리고 일지점(B4)과 방열기(500) 사이의 열회수 배관(L500)을 통과하면서 순환하게 된다. 따라서 방열기(500)에서 방열되어 외기의 온도로 냉각된 제2 열매체는 냉각 열교환기(220)로 흐르게 되고, 냉각 열교환기(220)에서 공기(SA)에 대해서 냉각 및 제습을 행하게 된다(도 7 참조).
또한 만약 외기의 온도가 더 낮아지게 되어, 방열기(500)에서 저온의 외기와 열교환하고 냉각 열교환기로 유입되는 제2 열매체의 온도(즉, 온도 센서(620)에서 측정한 제2 열매체의 온도 TR3)가 냉각 열교환기(220)를 흐르는 공기(SA)의 동결 온도와 같거나 낮게 되는 경우, 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생할 가능성이 있다. 이러한 경우에는 밸브(524)를 개방하고 개도를 조절하여 냉각 열교환기(220)으로부터 유출된 제2 열매체에 대해서 일부가 방열기(500)로 흐르지 않고 제2 분기 배관(L520)으로 흐르도록 한다. 이렇게 하면, 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제2 열매체의 온도가 상승하여 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생하지 않도록 한다(도 8 참조).
한편, 방열기(500)는 냉각탑, 건식 열교환기 등 주지의 것이 사용될 수 있다.
본 실시형태의 공조 시스템에서의 가열가습 장치(400)는 보일러 또는 가열 히터 등과 같이 물을 가열하여 수증기로 변화시키는 가열기(410)를 구비하며, 가열기(410)에서 생성된 수증기를 가열 열교환기(240) 및 가습기(250)에 공급하기 위한 가열가습 배관(L400)을 구비한다. 또한 가열가습 배관(L400)에는 순환 펌프(420)가 마련되어 있으며, 가열기(410)와 가열 열교환기(240)와의 사이 및 가열기(410)와 가습기(250)의 사이에는 각각 가열 열교환기(240)과 가습기(250)로공급되는 수증기의 양을 조절하기 위한 밸브(411) 및 밸브(412)가 마련되어 있다.
가열 열교환기(240)에서는 열회수 열교환기(230)에서 1차적으로 가열된 공기(SA)에 대해서 설정 온도가 되도록 2차적으로 가열하며, 가습기(250)에서 가열 열교환기(240)를 거친 공기(SA)에 대해서 설정 습도가 되도록 가습을 행한다.
이하 도 3 내지 도 8을 참조하면서, 본 실시형태의 공조 시스템의 제어 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 것과 같이, 방열기(500), 가열가습 장치(400)을 가동한 상태에서 외기의 온도와 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도와 대비를 한다(S1 단계). 여기서 설정 온도는 사용자에 의해서 미리 설정되는 클린룸(100)에 대해서 요구되는 온도이다.
S1 단계에서 외기의 온도가 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도와 같거나 높은 경우(S1 단계에서 'NO'인 경우)에는 냉동기(300)를 가동하고 '강제 냉각 모드'로 운전한다(S2 단계). 강제 냉각 모드는 냉각 배관(L600) 및 열회수 배관(L500) 각각을 통해서 제1 열매체 및 제2 열매체가 순환하도록 하는 운전 모드이다. 강제 냉각 모드에서는 도 4에 도시된 것과 같이 순환 펌프(610) 및 순환 펌프(510)가 가동되며, 밸브(521), 밸브(522), 밸브(525) 및 밸브(527)는 개방되고, 밸브(523), 밸브(524), 밸브(526) 및 밸브(528)는 폐쇄된다. 이 상태에서는 냉동기(300)의 증발기(340)에서 열교환된 저온의 제1 열매체가 냉각 열교환기(220)에서 공기(SA)에 대해서 냉각 및 제습을 행하며, 냉동기의 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(320b)에서 열교환된 고온의 제2 열매체가 열회수 열교환기(230)에서 공기(SA)에 대해서 가열을 행한다.
이후, 냉각 배관(L600)에서 온도 센서(620)에 의해서 측정된 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1와 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기의 동결 온도를 대비한다(S3 단계). 여기서 동결 온도는 예를 들면 0℃이며, 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체가 동결 온도와 같거나 작은 경우에는 냉각 열교환기(220)에서 적상이 생길 가능성이 있다. 즉 S3 단계에서는 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생하는 여부를 판단한다.
S3 단계에서 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우(S3에서 'NO'인 경우)에는, 열회수 배관(L500)에서 방열기(500)로부터 유출된 제2 열매체가 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(320b) 중 어느 하나만을 통과한 후 열회수 열교환기(230)로 유입되도록 한다(S4 단계). 즉 제2 열매체가 통과하는 응축기의 개수를 감소시킨다. 본 실시형태에서는 도 5에 도시된 것과 같이 열회수 배관(L500)에서 방열기(500)로부터 유출된 제2 열매체가 제1 응축기(320a) 및 제2 응축기(320b) 중 제2 응축기(320b)로만 흐르도록 하며, 이를 위해서 밸브(522)를 폐쇄하고 밸브(523)을 개방하여 제2 응축기(320b)를 통과한 제2 열매체가 제1 분기 배관(L510)을 통과하여 열회수 열교환기(230)로 흐르도록 한다.
이와 같이 제2 열매체가 제2 응축기(320b)만을 통과하도록 하는 경우, 냉동기(300)의 응축기에서 냉매로부터 제2 열매체로 열교환되는 열교환량이 줄어 들게 되며, 이 경우 냉매 배관(L300)을 흐르는 냉매의 응측 온도 및 증발 온도가 상승하게 된다. 냉매의 증발 온도가 상승하게 되면 증발기(340)에서 냉매와 열교환되어 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도를 상승시킬 수 있어 냉각 열교환기(220)에서의 적상을 방지할 수 있다.
S4 단계 이후, 냉각 배관(L600)에서 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1와 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기(SA)의 동결 온도를 다시 대비한다(S5 단계). 즉, S5 단계에서는 S4 단계에서 제2 열매체가 통과하는 응축기의 수를 감소시켰음에도 불구하고 여전히 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생하는지 여부를 판단한다.
S5 단계에서 냉각 배관(L600)에서 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기(SA)의 동결 온도와 같거나 작은 경우(즉, S5 단계에서 'NO'인 경우)에는, 열회수 배관(L500)에서 열회수 열교환기(230)로부터 유출되는 제2 열매체의 일부가 방열기(500)를 우회하도록 한다(S6 단계). 구체적으로는 도 6에 도시된 것과 같이 밸브(524)를 개방하여, 열회수 열교환기(230)로부터 유출되는 제2 열매체의 일부가 제2 분기 배관(L520)을 통해서 방열기(500)를 거치지 않도록 하며, 이후 방열기(500)를 거친 제2 열매체와 합류하여 제2 응축기(320b)로 유입되도록 한다. 이와 같이, 열회수 열교환기(230)로부터 유출되는 제2 열매체의 일부가 제2 분기 배관(L520)을 통해서 방열기(500)를 거치지 않는 경우, 냉매 배관(L300)을 흐르는 냉매의 응측 온도 및 증발 온도가 상승하게 된다. 또한 냉매의 증발 온도가 상승하게 되면 증발기(340)에서 냉매와 열교환되어 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도를 상승시킬 수 있어, 냉각 열교환기(220)에서의 적상을 방지할 수 있다.
또한 S6 단계에서는 열회수 배관(L500)에서 열회수 열교환기(230)로부터 유출되는 제2 열매체의 일부가 방열기(500)를 우회하도록 한 후 다시 S5 단계로 되돌아가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기(SA)의 동결 온도와 같거나 작은 경우에는 밸브(524)의 개도를 조절하여 방열기(500)를 우회하는 제2 열매체의 유량이 증가하도록 할 수 있다.
한편 S3 단계에서 온도 센서(620)에 의해서 측정되는 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기의 동결 온도보다 큰 경우(S3 단계에서 'YES'의 경우) 또는 S5 단계에서 온도 센서(620)에 의해서 측정되는 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제1 열매체의 온도 TR1가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기의 동결 온도보다 큰 경우(S5 단계에서 'YES'의 경우)에는, 설정 온도의 허용 범위가 소정의 기준 허용 범위(예를 들면, ±0.5℃)보다 큰 일반 모드인지 설정 온도의 허용 범위가 소정의 기준 온도 범위보다 작은 미세 모드인지 판단한다(S7 단계).
일반 모드는 클린룸(100)에 대해서 미리 설정되는 설정 온도의 허용 범위가 기준 허용 범위(예를 들면, ±0.5℃)보다 크기 때문에 미세하게 온도를 조절하지 않아도 되는 운전 모드이며, 이는 사용자에 의해서 미리 설정된다. 일반 모드의 경우, 본 실시형태에서는 미세한 온도 조절을 위한 가열 열교환기(240)를 사용하지 않고 열회수 열교환기(230)만을 이용하여 공기(SA)를 가열함으로써 에너지를 절감할 수 있다.
이를 위해서 본 실시형태는 S7 단계에서 NO인 경우, 즉 일반 모드인 경우, 본 실시형태에서는 열회수 열교환기(230)에 의해서만 공기(SA)를 가열한다(S8 단계). 구체적으로 S8 단계는 가열가습 장치(400)에서 가열 열교환기(240)로 수증기의 공급을 차단하여 가열 열교환기(240)에서의 공기(SA)와의 열교환을 정지하고(S8a 단계), 열회수 열교환기(230)로 유입되는 제2 열매체의 유량을 조절하여, 열회수 열교환기(230)에서의 공기(SA)와의 열교환에 의해서만 공기(SA)를 가열한다(S8b 단계). 또한 S8b 단계에서는 열회수 배관(L500)에 마련된 밸브(521)의 개도를 조절하여 열회수 열교환기(230)로 유입되는 제2 열매체의 유량을 조절하는 것에 의해서 열회수 열교환기(230)에서 열교환되는 공기(SA)의 온도를 조절한다.
이후 가습기(250)에서는 열회수 열교환기(230)를 거친 공기(SA)에 대해서 설정 습도에 이르도록 가습을 행한다(S10 단계).
또한 S7 단계에서 'YES'인 미세 모드인 경우에는, 열회수 열교환기(230) 및 가열 열교환기(240)에 의해서 공기(SA)를 가열한다(S9 단계). 즉, S9 단계에서는 열회수 열교환기(230)에서의 제2 열매체와의 열교환에 의해 1차적으로 러프하게 공기(SA)의 온도를 조절하고, 가열 열교환기(240)에서의 수증기와의 열교환에 의해 2차적으로 미세하게 공기(SA)의 온도를 조절한다.
구체적으로 S9 단계는 설정온도와, 온도 센서(630)에 의해서 측정된 열회수 열교환기(230)를 거친 공기(SA)의 온도 TR2와의 차이가 소정의 기준 범위(예를 들면, 3℃)와 같거나 작은지 여부를 대비하고(S9a 단계), 설정 온도와 열회수 열교환기(230)를 거친 공기(SA)의 온도 TR2의 차이가 소정의 기준 범위보다 큰 경우(S9a 단계에서 'NO'인 경우)에는 밸브(521)의 개도를 조절하여 열회수 열교환기(230)로 유입되는 제2 열매체의 유량을 조절하여 1차적으로 공기(SA)를 가열하여 공기(SA)의 온도를 러프하게 조절하고(S9b 단계), 설정 온도와 열회수 열교환기(230)를 거친 공기(SA)의 온도 TR2와의 차이가 소정의 기준 범위와 같거나 작은 경우(S9a 단계에서 'YES'인 경우)에는 가열 열교환기(240)에서 열회수 열교환기(230)를 거친 공기(SA)를 2차적으로 가열하여 공기(SA)의 온도를 미세 조절한다(S9c 단계). 이로 인해서 가열 열교환기(240)를 거친 공기(SA)는 설정 온도로 맞추어지게 된다.
이후 가습기(250)에서는 가열 열교환기(240)를 거친 공기(SA)에 대해서 설정 습도에 이르도록 가습을 행한다(S10 단계).
한편 S1 단계에서 외기의 온도가 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도보다 낮은 경우(즉, S1 단계에서 'YES'인 경우)에는, 냉동기(300)의 가동을 정지하고, '자연 냉각 모드'에 의해서 운전되도록 한다(S11 단계). S11 단계에는 저온의 외기에 의해서 냉각 열교환기(220)에서 공기(SA)를 냉각시키고 제습을 행하게 된다.
구체적으로 본 실시형태에서는 도 7에 도시된 것과 같이, 냉동기(300)의 가동이 정지된 상태에서 밸브(525)를 폐쇄하고, 밸브(526)를 개방하고, 밸브(527)를 폐쇄하고, 밸브(528)를 개방하며, 또한 순환 펌프(610)의 가동을 멈추고 순환 펌프(510)는 가동 상태를 유지한다. 이 경우, 방열기(500)에서 방열되어 저온으로 된 제2 열매체는 방열기(500)와 일지점(B1) 사이의 열회수 배관(L500), 제1 연결 배관(L530), 그리고 일지점(B2)과 냉각 열교환기(220) 사이의 냉각 배관(L600)를 거쳐 냉각 열교환기(220)로 유입되고, 냉각 열교환기(220)에서 열교환에 의해 공기(SA)를 냉각한 후, 냉각 열교환기(220)과 일지점(B3) 사이의 냉각 배관(L600), 제2 연결 배관(L540) 그리고 일지점(B4)과 방열기(500) 사이의 열회수 배관(L500)을 통과하여 방열기(500)로 유입된다. 따라서 자연 냉각 모드에서는 방열기(500)에서 방열된 저온의 제2 열매체는 냉각 열교환기(220)에서 공기(SA)에 대해서 냉각 및 제습을 행하게 된다.
S11 단계 이후, 온도 센서(620)에 의해서 측정된 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제2 열매체의 온도 TR3와 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기(SA)의 동결 온도를 대비한다(S12 단계).
S12 단계에서 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제2 열매체의 온도가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우(S12 단계에서 'NO'인 경우)에는, 냉각 열교환기(220)를 거쳐 방열기(500)로 유입되는 제2 열매체의 일부가 방열기(500)로 유입되지 않고 우회하도록 한다(S13 단계). 구체적으로 도 8에 도시된 것과 같이 S13 단계에서는 밸브(524)를 개방하는 것에 의해서 냉각 열교환기(220)으로부터 유출된 제2 열매체에 대해서 그 일부가 방열기(500)로 흐르지 않고 제2 연결 배관(L540)으로 흐르도록 한다. 또한 S13 단계에서는 밸브(524)의 개도를 조절하는 것에 의해서 방열기(500)를 우회하는 제2 열매체의 유량을 조절하고 다시 S12 단계를 거치도록 할 수 있다. 이와 같이 하는 것에 의해 방열기(500)로부터 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제2 열매체의 온도를 상승시켜 냉각 열교환기(220)에서 적상이 발생하지 않도록 한다.
또한 S12 단계에서 냉각 열교환기(220)로 유입되는 제2 열매체의 온도 TR3가 냉각 열교환기(220)로 유입되는 공기의 동결 온도보다 큰 경우(S12 단계에서 'YES'인 경우)에는 가열 열교환기(240)에서 공기(SA)를 가열하고(S14 단계), 가습기(250)에서 공기(SA)에 대해서 가습을 행하여(S15 단계), 공기(SA)가 설정 온도 및 설정 습도에 이르도록 한 후 클린룸(100)으로 유입되도록 한다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 냉동기의 제1 응축기 및 제2 응축기와 열교환된 제2 열매체의 열회수 배관에서의 공기와의 열교환에 의해서 공기를 가열할 수 있으며, 또한 냉각 배관에서 냉각 열교환기로 유입되는 제1 열매체의 온도가 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 방열기로부터 유출된 제2 열매체가 제1 응축기와 제2 응축기 중 어느 하나에서만 열교환하도록 함으로써, 냉동기의 응축 온도 및 증발 온도를 높일 수 있고, 그 결과 증발기에서 열교환되어 냉각 열교환기로 유입되는 제1 열매체의 온도를 높여, 에너지를 절감하면서도 냉각 열교환기에서의 적상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 냉각 배관에서 냉각 열교환기로 유입되는 제1 열매체의 온도가 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 열회수 열교환기를 거친 제2 열매체의 일부가 방열기로 유입되지 않고 우회도록 하는 것에 의해서 냉동기의 응축 온도 및 증발 온도를 높일 수 있고, 그 결과 증발기에서 열교환되어 냉각 열교환기로 유입되는 제1 열매체의 온도를 높여, 냉각 열교환기에서의 적상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 외기의 온도가 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 이슬점 온도보다 낮은 경우, 냉동기를 가동하지 않는 자연 냉각 모드로 전환 가능하며, 자연 냉각 모드에서는 열회수 배관에서 방열기로부터 유출된 저온의 제2 열매체에 의해서 냉각 열교환기에서 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행할 수 있으므로, 에너지를 절감할 수 있다.
또한 본 발명은 자연 냉각 모드에서 냉각 배관에서 냉각 열교환기로 유입되는 제2 열매체의 온도가 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 냉각 열교환기를 거친 제2 열매체의 일부가 방열기로 유입되지 않고 우회도록 하는 것에 의해서 냉각 열교환기로 유입되는 제2 열매체의 온도를 높여, 냉각 열교환기에서의 적상을 방지할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시형태는 본 발명의 기술 사상을 구체화한 예에 불과한 것으로, 본 발명은 위에서 설명한 실시형태에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 기술 사상의 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.
100 : 클린룸 200 : 공조기
210 : 덕트 220 : 냉각 열교환기
220 : 열회수 열교환기 240 : 가열 열교환기
250 : 가습기 300 : 냉동기
310 : 압축기 320a : 제1 응축기
320b : 제2 응축기 330 : 팽창 장치
340 : 증발기 400 : 가열가습 장치
410 : 가열기 500 : 방열기
L300 : 냉매 배관 L400 : 가열가습 배관
L500 : 열회수 배관 L510 : 제1 분기 배관
L520 : 제2 분기 배관 L530 : 제1 연결 배관
L540 : 제2 연결 배관 L600 : 냉각 배관

Claims (12)

  1. 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행하는 냉각 열교환기, 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열하는 열회수 열교환기, 상기 열회수 열교환기를 거친 공기를 가열하여 공기의 온도가 설정 온도가 되도록 조절하는 가열 열교환기, 및 상기 가열 열교환기를 거친 공기를 가습하여 공기의 습도가 설정 습도가 되도록 조절하는 가습기를 포함하는 공조기와,
    압축기, 제1 응축기, 제2 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관을 구비하는 냉동기와,
    상기 증발기에서 상기 냉매와 열교환하여 냉각된 제1 열매체를 상기 냉각 열교환기로 흐르게 하여 공기를 냉각시킨 후 상기 증발기로 순환하도록 하는 냉각 배관과,
    상기 제2 응축기와 상기 제1 응축기를 순차적으로 통과하면서 상기 냉매와 열교환하여 가열된 제2 열매체를 상기 열회수 열교환기로 흐르게 하여 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열한 후 방열기를 거쳐 상기 제2 응축기로 순환하도록 하는 열회수 배관을 포함하며,
    상기 열회수 배관은, 상기 방열기로부터 유출된 상기 제2 열매체가 상기 제1 응축기와 상기 제2 응축기 중 어느 하나를 통과한 후 상기 열회수 열교환기로 흐르도록 하는 제1 분기 배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열회수 배관은, 상기 열회수 열교환기와 상기 방열기 사이의 일지점에서 분기되고, 상기 방열기와 상기 제2 응축기 사이의 일지점에서 합류되며, 상기 열회수 열교환기로부터 유출된 상기 제2 열매체의 일부에 대해서 상기 방열기를 우회하도록 하는 제2 분기 배관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열회수 배관에서의 상기 방열기와 상기 제2 응축기 사이의 일지점에서 분기되고, 상기 냉각 배관에서의 상기 증발기와 상기 냉각 열교환기 사이의 일지점에서 합류하는 제1 연결 배관과,
    상기 냉각 배관에서의 상기 냉각 열교환기와 상기 증발기 사이의 일지점에서 분기되고, 상기 열회수 배관에서의 상기 열회수 열교환기와 상기 방열기 사이의 일지점에서 합류하는 제2 연결 배관을 더 포함하며,
    상기 방열기로부터 유출된 상기 제2 열매체가 상기 제1 연결 배관을 거쳐 상기 냉각 열교환기를 통과한 후 상기 제2 연결 배관을 거쳐 상기 방열기로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 분기 배관은, 상기 냉각 열교환기를 통과한 후 상기 제2 연결 배관을 거친 상기 제1 열매체의 일부가 상기 방열기를 우회하여 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  5. 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행하는 냉각 열교환기, 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열하는 열회수 열교환기, 상기 열회수 열교환기를 거친 공기를 가열하여 공기의 온도가 설정 온도가 되도록 조절하는 가열 열교환기, 및 상기 가열 열교환기를 거친 공기를 가습하여 공기의 습도가 설정 습도가 되도록 조절하는 가습기를 포함하는 공조기와, 압축기, 제1 응축기, 제2 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관을 구비하는 냉동기와, 상기 증발기에서 상기 냉매와 열교환하여 냉각된 제1 열매체를 상기 냉각 열교환기로 흐르게 하여 공기를 냉각시킨 후 상기 증발기로 순환하도록 하는 냉각 배관과, 상기 제2 응축기와 상기 제1 응축기를 순차적으로 통과하면서 상기 냉매와 열교환하여 가열된 제2 열매체를 상기 열회수 열교환기로 흐르게 하여 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열한 후 방열기를 거쳐 상기 제2 응축기로 순환하도록 하는 열회수 배관을 포함하는 공조 시스템의 제어 방법으로서,
    외기의 온도와 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도를 대비하는 S1 단계와,
    상기 S1 단계에서 외기의 온도가 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도와 같거나 높은 경우, 상기 냉동기를 가동하고, 상기 냉각 배관 및 상기 열회수 배관 각각을 통해서 상기 제1 열매체 및 상기 제2 열매체가 순환하도록 하는 S2 단계와,
    상기 S2 단계 후, 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1와 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도를 대비하는 S3 단계와,
    상기 S3 단계에서 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1가 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 상기 열회수 배관에서 상기 방열기로부터 유출된 상기 제2 열매체가 상기 제1 응축기 및 상기 제2 응축기 중 어느 하나만을 통과한 후 상기 열회수 열교환기로 유입되도록 하는 S4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 S4 단계 후, 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1와 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 대비하는 S5 단계와,
    상기 S5 단계에서 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1가 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우 상기 열회수 배관에서 상기 열회수 열교환기로부터 유출되는 상기 제2 열매체의 일부가 상기 방열기를 우회하도록 하고 우회하는 상기 제2 열매체의 유량을 조절하는 S6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 S3 단계에서 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1가 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도보다 큰 경우 또는 상기 S5 단계에서 상기 냉각 배관에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제1 열매체의 온도 TR1가 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도보다 큰 경우에, 설정 온도의 허용 범위가 소정의 기준 허용 범위보다 큰 일반 모드인지 설정 온도의 허용 범위가 소정의 기준 온도 범위와 같거나 작은 미세 모드인지 판단하는 S7 단계와,
    상기 S7 단계에서 일반 모드인 경우, 상기 가열 열교환기에서의 열교환을 정지하고, 상기 열회수 열교환기로 유입되는 상기 제2 열매체의 유량을 조절하는 S8 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 S7 단계에서 미세 모드인 경우, 상기 열회수 열교환기에서의 열교환에 의해 1차적으로 공기의 온도를 조절한 후, 상기 가열 열교환기에서의 열교환에 의해 2차적으로 공기의 온도를 조절하는 S9 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 S9 단계는,
    상기 설정 온도와 상기 열회수 열교환기를 거친 공기의 온도 TR2와의 차이와 소정의 기준 범위를 대비하는 S9a 단계와,
    상기 S9a 단계에서 상기 설정 온도와 상기 열회수 열교환기를 거친 공기의 온도 TR2와의 차이가 소정의 기준 범위보다 큰 경우, 상기 열회수 열교환기로 유입되는 상기 제2 열매체의 유량을 조절하는 S9b 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 S9 단계는,
    상기 S9a 단계에서 상기 설정 온도와 상기 열회수 열교환기를 거친 공기의 온도 TR2와의 차이가 소정의 기준 범위와 같거나 작은 경우, 상기 가열 열교환기를 가동하여 공기의 온도를 상기 설정 온도에 이르도록 조절하는 S9c 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
  11. 공기에 대해서 냉각 및 제습을 행하는 냉각 열교환기, 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열하는 열회수 열교환기, 상기 열회수 열교환기를 거친 공기를 가열하여 공기의 온도가 설정 온도가 되도록 조절하는 가열 열교환기 및 상기 가열 열교환기를 거친 공기를 가습하여 상기 공기의 습도가 설정 습도가 되도록 조절하는 가습기를 포함하는 공조기와, 압축기, 제1 응축기, 제2 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 냉매가 순환하도록 하는 냉매 배관을 구비하는 냉동기와, 상기 증발기에서 상기 냉매와 열교환하여 냉각된 제1 열매체를 상기 냉각 열교환기로 흐르게 하여 공기를 냉각시킨 후 상기 증발기로 순환하도록 하는 냉각 배관과, 상기 제2 응축기와 상기 제1 응축기를 순차적으로 통과하면서 상기 냉매와 열교환하여 가열된 제2 열매체를 상기 열회수 열교환기로 흐르게 하여 상기 냉각 열교환기를 거친 공기를 가열한 후 방열기를 거쳐 상기 제2 응축기로 순환하도록 하는 열회수 배관과, 상기 열회수 배관에서의 상기 방열기와 상기 제2 응축기 사이의 일지점에서 분기되고, 상기 냉각 배관에서의 상기 증발기와 상기 냉각 열교환기 사이의 일지점에서 합류하는 제1 연결 배관과, 상기 냉각 배관에서의 상기 냉각 열교환기와 상기 증발기 사이의 일지점에서 분기되고, 상기 열회수 배관에서의 상기 열회수 열교환기와 상기 방열기 사이의 일지점에서 합류하는 제2 연결 배관을 포함하는 공조 시스템의 제어 방법으로서,
    외기의 온도와 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도를 대비하는 S1 단계와,
    상기 S1 단계에서 외기의 온도가 상기 설정 온도에 해당하는 이슬점 온도보다 낮은 경우, 상기 냉동기의 가동을 정지하고, 상기 열회수 배관에서 상기 방열기로부터 유출된 상기 제2 열매체가 상기 제1 연결 배관을 거쳐 상기 냉각 열교환기를 통과하면서 공기를 냉각한 후, 상기 제2 연결 배관을 거쳐 상기 방열기로 유입되도록 하는 S11 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 S11 단계 후, 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제2 열매체의 온도TR3와 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도를 대비하는 S12 단계와,
    상기 S12 단계에서 상기 냉각 열교환기로 유입되는 상기 제2 열매체의 온도 TR3가 상기 냉각 열교환기로 유입되는 공기의 동결 온도와 같거나 작은 경우, 상기 냉각 열교환기로부터 유출되어 상기 방열기로 유입되는 상기 제2 열매체의 일부가 상기 방열기를 우회하도록 하고 우회하는 상기 제2 열매체의 유량을 조절하는 S13 단계를 더 포함하는 공조 시스템의 제어 방법.
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