KR20090122890A - Constant temperature bath - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 항온조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 수조 내의 유체에 대한 항온 유지를 위한 냉동 시스템을 냉동 사이클 또는 히트펌프 사이클로 동작할 수 있도록 구성하여 항온 온도를 저온 영역에서 고온 영역으로 변경하는 동안에는 히트펌프 사이클을 통해 수조 내의 유체에 열을 공급하고 이에 따라 수조 내의 유체 온도에 대한 승온 시간을 단축할 수 있고 유지 관리비가 저렴하며 신뢰성이 높은 항온조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermostat device. More specifically, the refrigeration system for maintaining the constant temperature of the fluid in the tank can be operated as a refrigeration cycle or a heat pump cycle to heat the fluid in the tank through the heat pump cycle while changing the constant temperature from the low temperature region to the high temperature region. The present invention relates to a thermostat device capable of supplying and reducing the temperature increase time for the fluid temperature in the water tank, and having low maintenance costs and high reliability.
일반적으로 항온조 장치는 실험실 등에서 특정 온도의 유지를 위해 널리 사용되는 것으로, 단열재로 형성된 수조 내에 유체가 저장된 상태에서 수조 내에 저장된 유체의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 별도의 온도 조절 장치가 장착되는 방식으로 구성된다.In general, a thermostat device is widely used for maintaining a specific temperature in a laboratory and the like, and a method in which a separate temperature control device is mounted to maintain a constant temperature of the fluid stored in the tank while the fluid is stored in the tank formed of the heat insulator. It consists of.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 항온조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram conceptually showing a configuration of a general thermostat device according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 항온조 장치는 단열재로 형성된 수조(60) 의 내부에 유체가 저장되며, 이러한 유체의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있도록 수조(60) 내의 유체와 열교환하는 히터(70) 및 냉동 시스템이 장착된다.As shown in FIG. 1, in a general thermostat apparatus, a fluid is stored in an inside of a
수조(60)에는 수조(60) 내의 유체를 필요에 따라 인입 및 배출시킬 수 있도록 인입구(61) 및 배출구(62)가 형성되며, 수조(60)의 내부에는 수조(60) 내의 유체가 전체 공간에서 균일한 온도로 유지될 수 있도록 유체를 혼합하는 교반기(80)가 장착된다. 교반기(80)는 구동 모터(81)에 의해 구동되는 회전 날개(82)의 형태로 구성된다. 또한, 히터(70)는 수조(60) 내에서 열을 발산하도록 장착되어 수조(60) 내의 유체에 열을 공급하도록 구성되며, 냉동 시스템은 냉매가 흡열 반응을 하며 수조(60) 내의 유체로부터 열을 흡수하도록 구성된다. 즉, 냉동 시스템은 하나의 냉동 사이클을 이루도록 압축기(10), 응축기(20), 팽창 장치(30) 및 증발기(40)로 구성되며, 각각의 장치에 냉매가 순환되도록 메인 배관 라인(L)을 통해 순차적으로 연결되는데, 응축기(20)는 수조(60) 외부에 배치되어 외기와 열교환하도록 구성되고, 증발기(40)는 수조(60) 내부에 배치되어 수조(60) 내의 유체와 열교환하도록 구성된다.An
따라서, 수조(60) 내의 유체는 냉동 시스템의 증발기(40)와 열교환하며 열을 빼앗김과 동시에 이에 대한 보상으로 히터(70)를 통해 열을 제공받아 계속적으로 일정한 온도가 유지된다.Therefore, the fluid in the
이와 같은 종래 기술에 의한 항온조 장치는 일반적으로 수조(60) 내에 저장된 유체의 항온 온도에 대한 설정을 저온 영역 또는 고온 영역 등의 범위로 다양하게 설정할 수 있는데, 이때 유체의 항온 온도 설정을 저온 영역에서 고온 영역으로 변화시키는 경우, 예를 들어 항온 온도를 -20℃에서 30℃로 변화시키는 경우, 수조(60) 내의 유체 온도를 승온시키기 위해서는 히터(70) 만을 작동하여 열을 제공해야 하기 때문에, 승온 시간이 상당히 길게 소요되는 문제가 있었다. 또한, 이러한 승온 시간의 단축을 위해 히터(70)의 용량을 증가시키는 경우에는 히터(70) 과부하의 문제가 발생되며, 수조(60)의 용량을 축소시키는 경우에는 항온 능력이 저감되는 문제가 발생된다. 특히, 전기 히터의 경우에는 승온 시간 단축을 위해 히터(70)의 부하를 초기부터 정격으로 인가하는 경우 히터(70)가 단선되는 등의 문제가 발생하여 유지 관리에 어려움이 있었다.Such a thermostat device according to the related art can generally set various settings for the constant temperature of the fluid stored in the
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 수조 내의 유체에 대한 항온 유지를 위한 냉동 시스템을 냉동 사이클 또는 히트펌프 사이클로 동작할 수 있도록 구성하여 항온 온도를 저온 영역에서 고온 영역으로 변경하는 동안에는 히트펌프 사이클을 통해 수조 내의 유체에 열을 공급하고 이에 따라 수조 내의 유체 온도에 대한 승온 시간을 단축할 수 있고 유지 관리비가 저렴하며 신뢰성이 높은 항온조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is invented to solve the problems of the prior art, it is configured to operate the refrigeration system for maintaining the constant temperature of the fluid in the tank as a refrigeration cycle or a heat pump cycle to change the constant temperature from the low temperature region to the high temperature region In the meantime, the object of the present invention is to provide heat to the fluid in the tank through the heat pump cycle, thereby shortening the temperature increase time for the fluid temperature in the tank, and providing a low-cost maintenance cost and a reliable thermostat device.
본 발명은, 유체가 저장된 수조; 및 상기 수조 내의 유체의 온도를 조절하는 히터 및 냉동 시스템을 포함하고, 상기 냉동 시스템은 냉매가 순환되도록 배관 라인을 통해 순차적으로 연결되는 압축기, 외부 열교환기, 팽창 장치 및 내부 열교환기; 상기 압축기, 외부 열교환기 및 내부 열교환기에 각각 연결되어 상호 간의 냉매 유로를 변경하는 유로 변경 수단을 포함하고, 상기 유로 변경 수단에 의한 냉매 유로의 변경에 따라 냉동 사이클 또는 히트펌프 사이클을 이루도록 동작하고 상기 내부 열교환기를 통해 상기 수조 내의 유체와 열교환하는 것을 특징으로 하는 항온조 장치를 제공한다.The present invention, the fluid tank is stored; And a heater and a refrigeration system for controlling the temperature of the fluid in the water tank, wherein the refrigeration system comprises: a compressor, an external heat exchanger, an expansion device, and an internal heat exchanger, which are sequentially connected through a pipe line to circulate the refrigerant; And a flow path changing means connected to the compressor, an external heat exchanger, and an internal heat exchanger, respectively, to change refrigerant flow paths between the compressor, an external heat exchanger, and an internal heat exchanger. It provides a thermostat device characterized in that the heat exchange with the fluid in the tank through an internal heat exchanger.
이때, 상기 유로 변경 수단은 4개의 밸브 단자가 형성된 사방 밸브를 포함하여 구성될 수 있다.In this case, the flow path changing means may include a four-way valve formed with four valve terminals.
또한, 상기 사방 밸브에는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 밸브 단자가 형성되고, 상기 제 1 및 제 3 밸브 단자는 각각 상기 내부 열교환기 및 외부 열교환기에 각각 연결되고, 상기 제 2 및 제 4 밸브 단자는 각각 상기 압축기의 출구 포트 및 입구 포트에 각각 연결되며, 상기 냉동 시스템이 냉동 사이클을 이루며 동작하는 경우에는 상기 제 2 밸브 단자는 상기 제 3 밸브 단자, 상기 제 1 밸브 단자는 상기 제 4 밸브 단자와 각각 연통되고, 상기 냉동 시스템이 히트펌프 사이클을 이루며 동작하는 경우에는 상기 제 1 밸브 단자는 상기 제 2 밸브 단자, 상기 제 3 밸브 단자는 상기 제 4 밸브 단자와 각각 연통되게 구성될 수 있다.In addition, the four-way valve is formed with first, second, third and fourth valve terminals, and the first and third valve terminals are respectively connected to the internal heat exchanger and the external heat exchanger, respectively. Four valve terminals are respectively connected to the outlet port and the inlet port of the compressor, and when the refrigeration system operates in a refrigeration cycle, the second valve terminal is the third valve terminal, and the first valve terminal is the first valve. Respectively communicating with four valve terminals, wherein the first valve terminal is configured to communicate with the second valve terminal, and the third valve terminal is configured to communicate with the fourth valve terminal, respectively, when the refrigeration system operates in a heat pump cycle. Can be.
또한, 상기 항온조 장치는 상기 수조 내의 유체 온도 설정을 위한 온도 스위치; 상기 수조 내의 유체 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 히터 및 냉동 시스템의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 스위치에 의해 설정된 설정 온도와 상기 온도 센서에 의해 측정된 측정 온도를 비교하여 설정 온도가 측정 온도보다 기준 온도차 이상 높게 설정된 경우 상기 유로 변경 수단을 조절하여 상기 냉동 시스템이 히트펌프 사이클을 이루며 동작하도록 제어할 수 있다.In addition, the thermostat device comprises a temperature switch for setting the fluid temperature in the tank; A temperature sensor for measuring a fluid temperature in the tank; And a controller for controlling the operation of the heater and the refrigeration system, wherein the controller compares the set temperature set by the temperature switch with the measured temperature measured by the temperature sensor, so that the set temperature is greater than or equal to the measured temperature. If it is set high, the flow path changing means may be adjusted to control the refrigeration system to operate in a heat pump cycle.
또한, 상기 팽창 장치는 냉매의 과열도에 따라 냉매의 유량을 조절할 수 있는 전자식 팽창 밸브가 적용되고, 상기 전자식 팽창 밸브는 상기 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.In addition, the expansion device may be an electronic expansion valve that can adjust the flow rate of the refrigerant in accordance with the degree of superheat of the refrigerant, the electronic expansion valve may be controlled by the control unit.
본 발명에 의하면, 수조 내의 유체에 대한 항온 유지를 위한 냉동 시스템을 냉동 사이클 또는 히트펌프 사이클로 동작할 수 있도록 구성함으로써, 항온 온도를 저온 영역에서 고온 영역으로 변경하는 동안에는 히트펌프 사이클을 통해 수조 내의 유체에 열을 공급하고 이에 따라 수조 내의 유체 온도에 대한 승온 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by configuring the refrigeration system for maintaining the constant temperature of the fluid in the tank to operate as a refrigeration cycle or a heat pump cycle, the fluid in the tank through the heat pump cycle during the change of the constant temperature from the low temperature region to the high temperature region There is an effect that can supply heat to shorten the temperature increase time for the fluid temperature in the tank accordingly.
또한, 냉동 시스템을 통해 항온 온도의 승온 시간을 단축할 수 있기 때문에, 항온 온도의 승온 변경시 별도의 열원 제공이 불필요하고, 히터의 용량 및 수조의 용량 변경이 불필요하여 유지 관리가 용이하게 수행되는 효과가 있다.In addition, since it is possible to shorten the temperature increase time of the constant temperature through the refrigeration system, it is not necessary to provide a separate heat source when changing the temperature increase of the constant temperature, and it is not necessary to change the capacity of the heater and the capacity of the water tank, so that maintenance is easily performed. It works.
또한, 냉매의 과열도에 따라 냉매량을 조절할 수 있는 전자식 팽창 밸브를 사용함으로써, 히트펌프 사이클을 이루며 동작하는 경우에도 압축기 입구측에서 냉매의 과열도를 확보할 수 있고 이에 따라 냉동 시스템의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.In addition, by using an electronic expansion valve that can adjust the amount of refrigerant in accordance with the degree of refrigerant superheat, it is possible to ensure the superheat of the refrigerant at the inlet side of the compressor even when operating in the heat pump cycle, thereby improving the reliability of the refrigeration system It is effective.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치의 냉동 시스템에 대한 압력-엔탈피 선도이다.Figure 2 is a block diagram conceptually showing the configuration of a thermostat device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a pressure-enthalpy diagram for the refrigeration system of the thermostat device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치는 유체가 저장되는 수조(60)와, 수조(60) 내의 유체의 온도를 조절하는 히터(70) 및 냉동 시스템을 포함하여 구성된다.The thermostat device according to an embodiment of the present invention includes a
수조(60)는 내부에 저장된 유체가 외부와 열교환되는 것을 방지하고 유체의 항온 상태가 더욱 원활하게 유지될 수 있도록 단열재로 형성되는 것이 바람직하며, 수조(60)의 일측에는 필요에 따라 수조(60) 내부의 유체를 인입 및 배출할 수 있도록 인입구(61) 및 배출구(62)가 형성된다.The
히터(70)는 수조(60)의 내부에 배치되어 수조(60) 내에 저장된 유체에 열을 공급하며 유체의 온도를 조절하고, 냉동 시스템은 내부 순환하는 냉매가 수조(60) 내에 저장된 유체와 열교환하며 유체의 온도를 조절하도록 배치된다. 또한, 수조(60) 내에는 히터(70)와 냉동 시스템에 의해 온도 조절되는 유체가 수조(60) 내의 전체 공간에서 균일한 온도 분포를 나타낼 수 있도록 유체를 혼합하는 교반기(80)가 배치된다. 교반기(80)는 도 2에 도시된 바와 같이 수조(60) 내에 배치되어 회전하며 유체 유동을 발생시키는 회전 날개(82)와, 이러한 회전 날개(82)를 회전 구동하는 구동 모터(81)를 포함하여 구성된다. 따라서, 수조(60) 내의 유체는 이러한 교반기(80)를 통해 수조(60) 내에서 고르게 혼합되어 전체 공간에서 균일한 온도 분포를 갖는다. 이때, 수조(60) 내에 배치되는 히터(70) 및 교반기(80)는 후 술하는 제어부(50)로부터 인가되는 제어 신호를 통해 자동으로 유체의 온도를 일정하게 유지시키도록 작동되는 것이 바람직하며, 이에 따라 히터(70) 및 교반기(80)의 구동 모터(81)는 전기적 신호에 의해 작동하는 전기 히터 및 전기 모터 방식으로 구성되는 것이 바람직하다.The
냉동 시스템은 냉매가 순환되도록 배관 라인(L)을 통해 순차적으로 연결되는 압축기(10), 외부 열교환기(20), 팽창 장치(30) 및 내부 열교환기(40)가 하나의 냉동 사이클을 이루도록 구성되며, 또한 본 발명의 일 실시예에 따라 압축기(10), 외부 열교환기(20) 및 내부 열교환기(40)에 각각 연결되어 상호 간의 냉매 유로를 변경하는 유로 변경 수단을 포함하여 구성된다.The refrigeration system is configured such that the
압축기(10), 외부 열교환기(20), 팽창 장치(30) 및 내부 열교환기(40)는 외부 열교환기(20)가 응축기로서 작동하고 내부 열교환기(40)가 증발기로서 작동함으로써 일반적인 냉동 사이클을 이루도록 구성되며, 내부 열교환기(40)는 수조(60) 내부에 배치되어 수조(60) 내의 유체와 열교환하고 외부 열교환기(20)는 수조(60) 외부에 배치되어 외기와 열교환하도록 구성된다. 이러한 각 구성요소는 냉매가 순환되도록 배관 라인(L)을 통해 순차적으로 연결되는데, 증발기로 작동하는 내부 열교환기(40)를 통과한 저온 저압의 기상 냉매가 압축기(10)를 통해 고온 고압의 기상 냉매로 압축되고, 응축기로 작동하는 외부 열교환기(20)를 통해 고온 고압의 액상 냉매로 응축되며, 팽창 장치(30)를 통해 저온 저압의 액상 냉매로 팽창한 후 다시 내부 열교환기(40)를 통해 저온 저압의 기상 냉매로 증발되는 과정을 순환하도록 구성된다.The
이와 같이 냉동 사이클을 이루며 구성되는 압축기(10), 외부 열교환기(20), 팽창 장치(30) 및 내부 열교환기(40)는 본 발명의 일 실시예에 따라 전술한 유로 변경 수단을 통해 냉매의 순환 경로가 변경된다. 즉, 유로 변경 수단은 압축기(10), 외부 열교환기(20) 및 내부 열교환기(40)에 각각 연결되며, 냉매의 순환 경로가 압축기(10), 내부 열교환기(40), 팽창 장치(30) 및 외부 열교환기(20)로 진행되도록 냉매의 유로를 변경하며, 이에 따라 냉매의 순환 경로는 전술한 냉동 사이클과 반대 순환 경로를 나타내며 히트펌프 사이클을 이루게 된다. 따라서, 이러한 히트펌프 사이클에서는 내부 열교환기(40)가 응축기로서 작동하고 외부 열교환기(20)가 증발기로서 작동하게 된다.As such, the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치는 냉매 사이클 또는 히트펌프 사이클을 이루도록 동작하며, 이에 따라 수조(60) 내부에 배치된 내부 열교환기(40)가 증발기 또는 응축기로서 작동한다. 내부 열교환기(40)가 증발기로서 작동하는 경우에는 내부 열교환기(40)를 통해 냉매가 증발하며 수조(60) 내의 유체로부터 열을 빼앗기 때문에, 수조(60) 내부의 유체 온도는 하강하게 되고, 내부 열교환기(40)가 응축기로서 작동하는 경우에는 내부 열교환기(40)를 통해 냉매가 응축하며 수조(60) 내의 유체에 열을 제공하기 때문에, 수조(60) 내부의 유체 온도는 상승하게 된다.Therefore, the thermostat device according to an embodiment of the present invention operates to achieve a refrigerant cycle or a heat pump cycle, and thus the
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치는 일반적으로 항온 유지 상태로 작동하는 경우에는 전술한 바와 같이 냉동 시스템이 냉동 사이클을 이루며 동작하여 수조(60) 내의 유체로부터 열을 빼앗고 이에 대한 열 보상으로 히터(70)가 동작하여 유체에 열을 제공함으로써 유체의 항온 온도를 유지하도록 구성된다. 이와 반대로 유체의 항온 온도의 설정을 저온 영역에서 고온 영역으로 변경하는 경우에는 냉동 시스템이 히트펌프 사이클을 이루며 동작하여 수조(60) 내의 유체에 열을 제공함으로써 수조(60) 내의 유체 온도가 상승하도록 구성된다.According to this structure, the thermostat device according to an embodiment of the present invention generally operates in a refrigerating state, as described above, the refrigeration system operates in a refrigerating cycle to remove heat from the fluid in the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치는 유체의 항온 온도 설정을 저온 영역에서 고온 영역으로 승온 변경하는 경우 히터(70)의 작동에 의한 열 제공에 더하여 히트펌프 사이클을 이루는 내부 열교환기(40)를 통해 수조(60) 내의 유체에 열이 제공되기 때문에, 유체에 대한 승온 시간이 현저히 단축되는 구조이다. 따라서, 승온 시간 단축을 위해 별도의 열원 공급이 필요없으며, 히터의 용량 변경이나 수조의 용량 변경 등이 불필요하여 항온 온도에 대한 안정적인 승온 변경이 가능하다.Therefore, the thermostat device according to an embodiment of the present invention is an internal heat exchanger that forms a heat pump cycle in addition to providing heat by the operation of the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 변경 수단은 도 2에 도시된 바와 같이 2개씩 서로 연통되도록 선택적 유로 변경이 가능한 4개의 밸브 단자(91,92,93,94)가 형성된 사방 밸브(90)를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the flow path changing means according to an embodiment of the present invention is a four-
좀 더 자세히 살펴보면, 사방 밸브(90)에는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 밸브 단자(91,92,93,94)가 형성되고, 제 1 및 제 3 밸브 단자(91,93)는 각각 내부 열교환기(40) 및 외부 열교환기(20)에 각각 연결되고, 제 2 및 제 4 밸브 단자(92,94)는 각각 압축기(10)의 출구 포트 및 입구 포트에 각각 연결된다.In more detail, the four-
이때, 냉동 시스템이 냉동 사이클을 이루며 동작하는 경우에는 사방 밸브(90)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 제 2 밸브 단자(92)가 제 3 밸브 단 자(93)와 연통되고 제 1 밸브 단자(91)는 제 4 밸브 단자(94)와 연통되도록 내부 유로가 변경된다. 따라서, 이 경우 냉매의 순환 경로는 압축기(10), 외부 열교환기(20), 팽창 장치(30) 및 내부 열교환기(40)의 순서로 진행하게 된다. 반면, 냉동 시스템이 히트펌프 사이클을 이루며 동작하는 경우에는 사방 밸브(90)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 제 1 밸브 단자(91)가 제 2 밸브 단자(92)와 연통되고 제 3 밸브 단자(93)는 제 4 밸브 단자(94)와 연통되도록 내부 유로가 변경된다. 따라서, 이 경우 냉매의 순환 경로는 압축기(10), 내부 열교환기(40), 팽창 장치(30) 및 외부 열교환기(20)의 순서로 진행하게 된다.At this time, when the refrigeration system operates in a refrigeration cycle, the four-
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 수조(60) 내에 저장된 유체의 온도를 설정할 수 있도록 사용자에 의해 조작 가능한 온도 스위치(64)와, 수조(60) 내에 저장된 유체의 온도를 측정하는 온도 센서(65)를 더 포함하여 구성되며, 또한, 전술한 바와 같이 히터(70) 및 교반기(80)의 동작을 제어하는 제어부(50)가 구비되고, 이러한 제어부(50)는 온도 스위치(64) 및 온도 센서(65)로부터 설정 온도 및 측정 온도에 대한 신호를 인가받아 냉동 시스템의 동작을 제어하도록 구성된다.On the other hand, the thermostat according to an embodiment of the present invention is a
좀 더 자세히 살펴보면, 사용자가 온도 스위치(64)를 통해 수조(60) 내의 유체의 항온 온도를 설정하게 되면, 제어부(50)는 온도 스위치(64)에 의해 설정된 설정 온도와 온도 센서(65)에 의해 측정된 측정 온도를 비교하여 설정 온도가 측정 온도보다 기준 온도차 이상 높게 설정된 경우에는 유로 변경 수단을 조절하여 냉동 시스템이 히트펌프 사이클을 이루며 동작하도록 제어한다. 이때, 기준 온도차는 사 용자의 필요에 따라 또는 냉동 시스템의 운전 특성에 따라 미리 설정된 값으로 다양하게 설정될 수 있을 것이다.In more detail, when the user sets the constant temperature of the fluid in the
다시 말하면, 사용자가 온도 스위치(64)를 통해 유체의 항온 온도를 현재 온도보다 기준 온도차 이상 높은 고온 영역으로 설정하게 되면, 유체의 온도가 고온 영역으로 승온되는 과정에서는 냉동 시스템이 히트펌프 사이클을 이루도록 제어부(50)에 의해 제어되는데, 전술한 사방 밸브(90)의 경우 제 1 및 제 2 밸브 단자(91,92)가 서로 연통되고 제 3 및 제 4 밸브 단자(93,94)가 서로 연통되도록 제어된다. 따라서, 내부 열교환기(40)가 응축기로서 작동하여 수조(60) 내의 유체의 온도가 상승하게 된다. 이러한 과정을 통해 유체의 온도가 설정 온도까지 상승하게 되면, 제어부(50)는 다시 유로 변경 수단을 조절하여 냉동 시스템이 냉동 사이클을 이루도록 제어하며, 이를 통해 수조(60) 내의 유체 온도는 온도 스위치(64)를 통해 설정된 설정 온도에서 일정하게 항온 유지될 것이다.In other words, when the user sets the constant temperature of the fluid to a high temperature region that is higher than the current temperature by a
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치는 유체의 항온 온도가 저온 영역에서 고온 영역으로 변경되는 동안 히터(70)의 작동에 의해 수조(60) 내의 유체에 열이 공급될 뿐만 아니라 냉동 시스템이 히트펌프 사이클을 이루어 응축기로 작동하는 내부 열교환기(40)에 의해서도 열이 공급되므로, 유체의 항온 온도에 대한 승온 변경시 승온 시간이 현저히 단축된다.Accordingly, the thermostat device according to an embodiment of the present invention is not only supplied heat to the fluid in the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창 장치(30)는 사방 밸브(90)에 의한 냉매 흐름의 전환에도 팽창 장치(30)의 양방향으로 냉매의 흐름이 진행됨과 동시에 냉매의 과열도에 따라 냉매의 유량을 조절할 수 있는 전자식 팽창 밸브가 적용되는 것이 바람직하고, 이러한 전자식 팽창 밸브는 제어부(50)에 의해 동작 제어되는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동 시스템은 냉동 사이클 및 히트펌프 사이클을 이루며 동작하는데, 냉동 사이클을 이루는 경우에는 도 3에 도시된 1-2-3-4-1의 사이클과 같이 압축기 입구측(좌표 1 지점)의 저압단에서 과열도가 확보되어 압축기의 신뢰성을 확보할 수 있으나, 히트펌프 사이클을 이루는 경우에는 사방 밸브(90)에 의한 냉매 흐름 전환에 따라 도 3에 도시된 1'-2'-3'-4'-1'의 사이클과 같이 압축기 입구측(좌표 1' 지점)의 온도가 상승하게 되고 압축기 입구측 저압단의 압력이 상승하여 과열도 확보가 어렵게 된다. 이와 같이 압축기 입구측에서 과열도 확보가 어려우면 압축기(10)에 액상의 냉매가 유입되어 압축기(10)가 손상되고 시스템의 신뢰성이 저하된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창 장치(30)는 이러한 압축기(10) 입구측 저압단에서의 냉매에 대한 과열도 확보를 위해 개도량 조절을 통해 냉매의 유량을 조절할 수 있는 가변 면적 팽창 장치인 전자식 팽창 밸브가 적용된다. 이러한 전자식 팽창 밸브는 제어부(50)에 의해 제어되는 것이 바람직하며, 냉매의 과열도에 따라 전자식 팽창 밸브의 개도량을 조절하여 도 3에 도시된 a'-2'-3'-4'-a'의 사이클을 이루도록 구성된다. 예를 들어, 냉매의 과열도 확보가 어려운 경우 전자식 팽창 밸브의 개도량을 줄이는 방식으로 제어될 수 있을 것이다.That is, the refrigeration system according to an embodiment of the present invention operates in a refrigeration cycle and a heat pump cycle, in the case of the refrigeration cycle as shown in the cycle of 1-2-3-4-1 shown in FIG. The superheat can be secured at the low pressure stage of the side (coordinate 1 point) to ensure the reliability of the compressor. However, in the case of the heat pump cycle, the 1 'shown in FIG. As in the cycle of -2'-3'-4'-1 ', the temperature at the compressor inlet side (point 1') is increased and the pressure at the compressor inlet low pressure stage is increased, making it difficult to secure overheating. As such, if it is difficult to secure overheating at the compressor inlet, liquid refrigerant flows into the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 항온조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도,1 is a block diagram conceptually showing a configuration of a general thermostat device according to the prior art;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도,2 is a block diagram conceptually showing a configuration of a thermostat device according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항온조 장치의 냉동 시스템에 대한 압력-엔탈피 선도이다.3 is a pressure-enthalpy diagram for a refrigeration system of a thermostat device in accordance with one embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 압축기 20: 응축기10: compressor 20: condenser
30: 팽창 장치 40: 증발기30: expansion device 40: evaporator
50: 제어부 60: 수조50: control unit 60: water tank
70: 히터 80: 교반기70: heater 80: stirrer
90: 사방 밸브90: four-way valve
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