KR20100048419A

KR20100048419A - 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치

Info

Publication number: KR20100048419A
Application number: KR1020080107556A
Authority: KR
Inventors: 이근수; 오종필; 전상민
Original assignee: 에이티에스코리아 주식회사
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-11
Also published as: KR100997762B1

Abstract

본 발명은 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체를 나누어 냉각기에서 일부 유체는 냉각하는 동시에 나머지 유체는 냉각기의 폐열을 이용하여 가열함으로써 히터에 의한 가열 없이 외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 상기 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체의 일부를 냉각시키는 예냉 수단과, 상기 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체의 일부를 가열시키는 예열 수단과, 상기 예냉 수단 및 상기 예열 수단으로 들어가는 유체의 양을 조절하는 유량조절 수단과, 상기 예냉 수단 및 상기 예열 수단으로부터 나오는 유체를 저장하는 유체 저장 수단을 포함하여, 상기 유체 저장 수단에 저장된 유체가 상기 외부 열 부하 장치로 유입되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이, 본 발명은 히터를 사용하지 않고 냉각기 내의 압축기의 폐열을 이용하여 유체를 가열시킬 수 있기 때문에 전력 소모량을 줄일 수 있으며 유체의 급격한 열상승에 의한 부품의 부식 및 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

온도조절 장치, 유체, 예열, 열교환, 냉매

Description

예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치{TEMPERATURE CONTROL UNIT HAVING PRECOOLING AND PREHEATING FUNCTION}

본 발명은 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체를 나누어 냉각기에서 일부 유체는 냉각하는 동시에 나머지 유체는 냉각기의 폐열을 이용하여 가열함으로써 히터에 의한 가열 없이 외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치에 관한 것이다.

통상 칠러(Chiller)라고 알려져 있는 온도조절 장치는 냉각기, 가열기, 외부 열 부하 장치 및 각 장치 사이를 연결하는 고리 형상의 관로(closed-loop)로 구성되어 있다. 고리 형상의 관로를 따라 유체가 순환하면서 외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지한다. 외부 열 부하 장치에서 열을 흡수한 유체는 냉각기로 들어가 과냉각되고 과냉각된 유체는 가열기로 들어가 외부 열 부하 장치가 요구하는 설정온도까지 가열되어 다시 외부 열부하 장치로 공급된다.

도 1은 종래 온도조절 장치의 구성을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 온도조절 장치는 유체를 과냉각하는 냉각기(100), 과냉각된 유체를 설정온도까지 가열하는 가열기(200), 설정온도까지 가열된 유체를 외부 열 부하 장치(400)로 공급하는 펌프(300), 펌프(300)를 통해 유체를 공급받아 일정한 온도를 유지하는 외부 열 부하 장치(400) 및 유체를 순환시키는 관로(500)를 포함한다.

냉각기(100)는 냉매를 압축하여 고온고압 기체냉매를 만드는 압축기(110)와, 압축된 고온고압 기체냉매를 냉각수에 의해 액화시키는 응축기(120)와, 액화된 저온고압 냉매를 좁은 공간에서 넓은 공간으로 통과시키면서 압력을 낮추는 팽창 밸브(130)와, 팽창 밸브(130)를 통해 나오는 냉매가 압력이 낮아지면서 증발되는 증발기(140)를 포함한다.

증발기(140)에서는 압력이 낮아지면서 끓는 점이 낮아지고 이로 인해 냉매가 증발하면서 주위의 열을 흡수하기 때문에 증발기(140)의 내부 온도가 급격하게 하강하고 증발기(140)로 들어오는 유체와 열 교환이 이루어지면서 유체를 냉각한다. 증발기(140)에서의 유체 냉각은 과냉각이며, 과냉각된 유체는 가열기(200)에서 설정온도까지 가열되어 펌프(300)를 통해 외부 열 부하 장치(400)로 유입된다. 외부 열 부하 장치(400)는 일정한 온도의 유체를 계속적으로 공급받으면서 내부 온도를 일정하게 유지한다.

그러나 종래 온도조절 장치는 과냉각된 유체를 가열하기 위한 가열기(200)로서 히터를 사용하기 때문에 전력 소모량이 크고 유체의 급격한 열상승에 의한 열분해 현상으로 인하여 관로(500) 등의 유체가 접촉하는 부품을 부식시켜 장치의 고장을 유발시킬 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 히터의 용량이 축소된 온도조절 장치를 제안하였고, 도 2는 이러한 종래 다른 온도조절 장치의 구성을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 다른 온도조절 장치는 냉각기(100')의 일부 구성을 제외하고, 도 1의 온도조절 장치와 동일하다.

냉각기(100')는 압축기(110)에서 나온 고온고압 기체냉매의 일부를 증발기(140)로 바로 보내는 용량조절 밸브(150)를 더 포함한다. 용량조절 밸브(150)의 개폐 정도에 따라 증발기(140)로 보내지는 고온고압 기체냉매의 양이 제어되며 이에 따라 증발기(140)의 내부 온도를 조정할 수 있다. 즉, 증발기(140)에서는 냉매 증발에 의한 급격한 냉각이 이루어지는데 압축기(110)의 고온고압 기체냉매가 혼합되면서 과냉각의 정도를 낮출 수 있기 때문에 가열기(200')의 용량을 어느 정도 줄일 수 있게 된다.

그러나 가열기(200')로서 여전히 히터를 사용하므로 히터에 의한 전력 소모량 및 열적 스트레스에 의한 열분해 현상은 그 정도가 다소 경감되었다 하더라도 여전히 존재하고 있으며, 더욱이 냉각기(100') 내의 냉매 순환 사이클의 압력 변화 및 증발기(140)에서 고온고압 기체냉매와의 열교환으로 인하여 반응속도가 느려져서 온도제어의 안정도가 크게 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전력 소모량이 큰 히터를 사용하지 않고 관로를 순환하는 유체의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 온도조절 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명은 외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지하기 위한 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치로서,

상기 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체의 일부를 냉각시키는 예냉 수단과, 상기 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체의 일부를 가열시키는 예열 수단과, 상기 예냉 수단 및 상기 예열 수단으로 들어가는 유체의 양을 조절하는 유량조절 수단과, 상기 예냉 수단 및 상기 예열 수단으로부터 나오는 유체를 저장하는 유체 저장 수단을 포함하여, 상기 유체 저장 수단에 저장된 유체가 상기 외부 열 부하 장치로 유입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체에 대하여 예냉 및 예열 동작을 수행하여 외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치로서,

고온고압 기체냉매를 생성하는 압축기와, 상기 압축기의 고온고압 기체냉매의 일부를 액화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 액화된 냉매의 압력을 감소시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 증발시켜 상기 유체의 일부를 냉각시키는 증발기와, 상기 응축기와 병렬로 연결되어 상기 고온고압 기체냉매의 일부와 상기 유체의 일부 간에 열교환을 수행하여 상기 유체의 일부를 가열시키는 열교환기와, 상기 증발기에서 냉각된 유체 및 상기 열교환기에서 가열된 유체를 저장하는 유체 저장부와, 상기 유체 저장부로 유입되는 상기 증발기 및 상기 열교환기의 유체의 양을 조절하는 유량조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

고온고압 기체냉매를 생성하는 압축기와, 상기 고온고압 기체냉매와 상기 유체의 일부 간에 열교환을 수행하여 상기 유체의 일부를 가열시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 나온 기체냉매를 액화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 액화된 냉매의 압력을 감소시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 증발시켜 상기 유체의 일부를 냉각시키는 증발기와, 상기 증발기에서 냉각된 유체 및 상기 열교환기에서 가열된 유체를 저장하는 유체 저장부와, 상기 유체 저장부로 유입되는 상기 증발기 및 상기 열교환기의 유체의 양을 조절하는 유량조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 본 발명은 히터를 사용하지 않고 냉각기 내의 압축기의 폐열을 이용하여 유체를 가열시킬 수 있기 때문에 전력 소모량을 줄일 수 있으며, 유체의 급격한 열상승에 의한 부품의 부식 및 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치의 구성을 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 온도조절 장치는 유체를 나누어 일부는 예냉하고 일부는 예열하는 냉각기(10), 예냉 또는 예열되는 유체의 양을 조절하는 유량조절 밸브(20), 예냉 및 예열된 유체를 저장하는 유체 저장부(30), 유체 저장부(30)에 저장된 유체를 외부 열 부하 장치(50)로 공급하는 이송펌프(40), 이송펌프(40)를 통해 유체를 공급받아 내부 온도를 일정하게 유지하는 외부 열 부하 장치(50), 각 부품을 연결하며 유체를 순환시키는 관로(60) 및 외부 열 부하 장치(50)에서 유출되는 유체의 일부를 외부 열 부하 장치(50)로 바로 유입시키기 위한 바이패스 밸브(70)를 포함한다.

냉각기(10)는 고온고압 기체냉매를 생성하는 압축기(11)와, 압축기(11)의 고온고압 기체냉매의 일부를 액화시키는 응축기(12)와, 응축기(12)에서 액화된 냉매의 압력을 감소시키는 팽창밸브(13)와, 팽창밸브(13)를 통과한 냉매를 증발시켜 유체의 일부를 냉각시키는 증발기(14)와, 응축기(12)와 병렬로 연결되어 고온고압 기체냉매의 일부와 유체의 일부 간에 열교환을 수행하여 유체의 일부를 가열시키는 열교환기(15)를 포함한다.

압축기(11)에서 나온 고온고압 기체냉매의 일부는 응축기(12)로 들어가고 나머지 일부는 열교환기(15)로 들어간다. 응축기(12)로 들어간 냉매는 액화된 후 팽창밸브(13)를 거쳐 증발기(14)에서 증발되어 증발기(14)로 들어오는 유체와의 열교환을 통해 유체를 냉각시키고, 열교환기(15)로 들어간 냉매는 열교환기(15)로 들어오는 유체와의 열교환을 통해 유체를 가열시킴으로써, 냉각기(10)로 들어오는 유체 에 대하여 예냉 및 예열 동작을 동시에 수행하게 된다. 증발기(14)에서 나온 냉매와 열교환기(15)에서 나온 냉매는 혼합되어 다시 압축기(11)로 들어간다.

유량조절 밸브(20)는 외부 열 부하 장치(50)로부터 유출되어 냉각기(10)로 들어가는 유체에서 증발기(14)로 들어가는 유체의 양과 열교환기(15)로 들어가는 유체의 양을 조절한다.

유체 저장부(30)는 유량조절 밸브(20)를 통해 들어오는 유체를 저장한다. 증발기(14)에서 냉각된 유체와 열교환기(15)에서 가열된 유체가 유량조절 밸브(20)를 통해 유체 저장부(30)로 들어와 혼합되어 일정한 온도를 유지한다.

유체 저장부(30)에 저장된 유체는 이송펌프(40)를 통해 외부 열 부하 장치(50)로 유입되고 외부 열 부하 장치(50)는 일정한 온도의 유체를 공급받아 내부 온도를 일정하게 유지한다. 외부 열 부하 장치(50)를 거치면서 유체는 외부 열 부하 장치(50)에서 발생한 열을 흡수하고 열을 흡수한 유체는 다시 냉각기(10)로 들어간다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치의 구성을 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2실시예의 온도조절 장치는 냉각기(10')의 구성을 제외하고 제1실시예와 동일하다. 제1실시예의 냉각기(10)에서는 응축기(12)와 열교환기(15)가 병렬로 배치되어 있으나, 제2실시예의 냉각기(10')에서는 응축기(12)와 열교환기(15)가 직렬로 배치되어 있다.

압축기(11)에서 나온 고온고압 기체냉매는 먼저 열교환기(15)로 들어가 열교 환기(15)로 들어오는 유체와의 열교환을 수행하여 유체를 가열시키고, 열교환기(15)를 거쳐 나온 냉매는 응축기(12)로 들어가 액화된 후 팽창밸브(13)를 거쳐 증발기(14)에 증발되어 증발기(14)로 들어오는 유체와의 열교환을 통해 유체를 냉각시킴으로써, 냉각기(10)로 들어오는 유체에 대하여 예냉 및 예열 동작을 동시에 수행하게 된다.

도 3 및 도 4에서는 도시되어 있지 않으나, 본 발명의 온도조절 장치는 온도감지 센서와 제어부를 포함한다. 온도감지 센서는 유체 저장부(30), 외부 열 부하 장치(50) 및 관로(60)에 설치되어 있으며, 제어부는 온도감지 센서가 측정한 온도에 근거하여 유량조절 밸브(20)의 개폐도를 조절함으로써 유체 저장부(30)로 유입되는 증발기(14) 및 열교환기(15)의 유체의 양을 제어한다.

도 5는 본 발명의 온도조절 장치의 동작과정을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 압축기(11)로 들어온 기체냉매가 고온고압의 기체냉매로 바뀐다(S10). 고온고압 기체냉매의 일부는 응축기(12)로 들어가 응축되어 액화되고(S11), 액화된 냉매는 팽창밸브(13)를 통과하면서 분무 팽창되어 압력이 떨어지고(S12), 이어서 증발기(14)로 들어가 냉매가 증발한다(S13). 그리고 고온고압 기체냉매의 일부는 열교환기(15)로 들어간다(S14).

한편, 외부 열 부하 장치(50)를 통과한 유체는 외부 열 부하 장치(50)의 열을 흡수하여 냉각기(10, 10')로 반환된다(S17). 냉각기(10, 10')로 들어가는 유체는 증발기(14)로 들어가는 유체와 열교환기(15)로 들어가는 유체로 나누어지고, 온도 조절 동작에 따라 유량조절 밸브(20)를 통해 유체의 양이 조절된다(S15).

증발기(14)로 들어간 유체에 대해서는 증발기(14)의 냉매 증발에 의해 냉각되는 예냉 동작이 수행되고(S13), 열교환기(15)로 들어간 유체에 대해서는 고온고압 기체냉매에 의해 가열되는 예열 동작이 수행된다(S14). 예냉 및 예열된 유체는 유체 저장부(30)로 들어가 혼합되어 저장되고 이송펌프(40)에 의해 외부 열 부하 장치(50)로 공급되어(S16), 다시 외부 열 부하 장치(50)의 온도를 일정하게 유지하는데 사용된다. 예냉 및 예열 동작에서 열교환된 냉매는 다시 압축기(11)로 반환되어 예냉 및 예열 동작을 위해 압축된다.

본 발명의 실시예에서는 냉각기(10, 10') 내의 압축기(11)에 대하여 증발기(14) 및 열교환기(15)가 하나씩 존재하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다수의 증발기(14) 및 열교환기(15)를 설치하여 멀티시스템으로 구성할 수도 있다.

본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하다. 따라서 도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한된다는 것을 알아야 한다.

도 1은 종래 온도조절 장치의 구성도.

도 2는 종래 다른 온도조절 장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치의 구성도.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치의 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치의 동작과정을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10, 10' : 냉각기 11: 압축기

12 : 응축기 13 : 팽창밸브

14 : 증발기 15 : 열교환기

20 : 유량조절 밸브 30 : 유체 저장부

40 : 이송펌프 50 : 외부 열 부하 장치

60 : 관로 70 : 바이패스 밸브

Claims

외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지하기 위한 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치에 있어서,

상기 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체의 일부를 냉각시키는 예냉 수단과,

상기 외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체의 일부를 가열시키는 예열 수단과,

상기 예냉 수단 및 상기 예열 수단으로 들어가는 유체의 양을 조절하는 유량조절 수단과,

상기 예냉 수단 및 상기 예열 수단으로부터 나오는 유체를 저장하는 유체 저장 수단을 포함하여,

상기 유체 저장 수단에 저장된 유체가 상기 외부 열 부하 장치로 유입되는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치.
제1항에 있어서,

상기 유체 저장 수단에 저장된 유체는 상기 예냉 수단에서 냉각된 유체 및 상기 예열 수단에서 가열된 유체가 혼합되어 이루어진 유체로서 일정한 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치.
제1항에 있어서,

상기 유체 저장 수단의 온도 및 상기 외부 열 부하 장치의 온도에 근거하여 상기 유량조절 수단의 개폐도를 제어하는 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치.
외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체에 대하여 예냉 및 예열 동작을 수행하여 외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치에 있어서,

고온고압 기체냉매를 생성하는 압축기와,

상기 압축기의 고온고압 기체냉매의 일부를 액화시키는 응축기와,

상기 응축기에서 액화된 냉매의 압력을 감소시키는 팽창밸브와,

상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 증발시켜 상기 유체의 일부를 냉각시키는 증발기와,

상기 응축기와 병렬로 연결되어 상기 고온고압 기체냉매의 일부와 상기 유체의 일부 간에 열교환을 수행하여 상기 유체의 일부를 가열시키는 열교환기와,

상기 증발기에서 냉각된 유체 및 상기 열교환기에서 가열된 유체를 저장하는 유체 저장부와,

상기 유체 저장부로 유입되는 상기 증발기 및 상기 열교환기의 유체의 양을 조절하는 유량조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치.
제4항에 있어서,

상기 증발기에서 나온 냉매 및 상기 열교환기에서 나온 냉매가 혼합되어 상기 압축기로 들어가는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치.
외부 열 부하 장치로부터 유출되는 유체에 대하여 예냉 및 예열 동작을 수행하여 외부 열 부하 장치의 온도를 일정하게 유지하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치에 있어서,

고온고압 기체냉매를 생성하는 압축기와,

상기 고온고압 기체냉매와 상기 유체의 일부 간에 열교환을 수행하여 상기 유체의 일부를 가열시키는 열교환기와,

상기 열교환기에서 나온 기체냉매를 액화시키는 응축기와,

상기 응축기에서 액화된 냉매의 압력을 감소시키는 팽창밸브와,

상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 증발시켜 상기 유체의 일부를 냉각시키는 증발기와,

상기 증발기에서 냉각된 유체 및 상기 열교환기에서 가열된 유체를 저장하는 유체 저장부와,

상기 유체 저장부로 유입되는 상기 증발기 및 상기 열교환기의 유체의 양을 조절하는 유량조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비 한 온도조절 장치.
제4항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,

상기 유체 저장부의 온도 및 상기 외부 열 부하 장치의 온도에 근거하여 상기 유량조절 밸브의 개폐도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치.
제4항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,

상기 유체 저장부에 저장된 유체는 상기 증발기에서 냉각된 유체 및 상기 열교환기에서 가열된 유체가 혼합되어 이루어진 유체로서 일정한 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 예냉 및 예열 기능을 구비한 온도조절 장치.