KR20100066847A - 공기열원 히트펌프 제습 건조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍량 가변형 공기열원 히트펌프 제습 건조기에 관한 것으로 더 상세하게는 건조실 내에서 순환되는 일부의 공기를 히트펌프에서 저온 저압 상태의 냉매와 열 교환하여 응축시켜 제습하고 다시 히트펌프의 응축기에서 고온 고압 상태의 냉매와 열교환하여 가온되어 건조실 내로 재순환하도록 하여 건조기의 건조효율과 히트펌프의 안정성을 항상시키도록 한 것이다.

본 발명은, 건조실을 구비하는 건조기와, 상기 건조기의 건조 기능을 수행하기 위하여 건조실 내부에서 순환하는 냉매에 대하여 압축기능을 하는 압축기, 상기 압축기로부터 압축된 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기로 부터 응축된 고온 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브로부터 팽창된 고온 고압의 냉매를 증발시켜 저온 저압의 냉매로 전환하는 증발기 및 팬을 구비하는 공기열원 히트펌프에 있어서, 상기 응축기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로상에 설치되어 응축기를 통하여 응축된 냉매를 1차 응축 후 여분의 열량을 2차로 응축하는 보조응축기와, 상기 보조응축기와 실외공기의 열교환을 위하여 상기 보조응축기 주변부에 설치되는 팬과, 상기 응축기와 상기 증발기의 열 교환을 위하여 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 설치되어 건조실 내부 설정온도 조건과 변화에 따라 풍량을 가변시켜 풍량조절을 유도하는 인버터 형식의 풍량 가변형 팬으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

공기열원, 히트펌프, 냉난방사이클, 제습건조기

Description

공기열원 히트펌프 제습 건조기 {Dehumidified dryer for Heat pump}

본 발명은 풍량 가변형 공기열원 히트펌프 제습 건조기에 관한 것으로 더 상세하게는 건조실 내에서 순환되는 일부의 공기를 히트펌프에서 저온 저압 상태의 냉매와 열 교환하여 응축시켜 제습하고 다시 히트펌프의 응축기에서 고온 고압 상태의 냉매와 열교환하여 가온되어 건조실 내로 재순환하도록 하여 건조기의 건조효율과 히트펌프의 안정성을 항상시키도록 한 것이다.

일반적으로 열에너지를 얻는 방법으로는 가연물질을 연소시키거나 전기, 화학적 작용 및 반응 등을 이용하고 있다.

이러한 연소 및 작용 및 반응에 의하여 열에너지를 얻는 방법들은 얻어진 열에너지를 축열장치에 축열 시키거나 이용 가능한 상태로 변환시킨 후 이를 건조나 냉,난방 또는 가열을 위한 수단으로 이용하게 되는데 연소에 의한 방법은 가연물질을 준비해야 하고, 또한 연소시키면서 열에너지를 얻어야 하기 때문에 가연물질을 연소시키기 위한 장치의 필요성과 더불어 가연물질 연소로 인한 환경오염물질 생성과 배출 문제가 있다.

전기적, 화학적 작용에 의하여 열에너지를 얻는 방법은 가연물질을 연소시키 는 방법에 비하여 오염물질의 생성이 현저하게 적게 되지만, 반응을 위한 물질이나 장치를 필요로 하기 때문에 많은 양의 열에너지를 얻고자 할 때에는 이에 따른 장치의 부피가 커지는 문제가 있고, 안전성을 구비해야 함으로써 이를 위한 장치가 복잡하고 비대해지는 결점이 있으며, 시설물의 부피에 비하여 얻어지는 열에너지가 작은 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결할 수 있는 것으로 외기열원 및 공기열원 히트펌프가 알려져 있다.

히트펌프는 공기중에서 열을 흡수하여 압축기에서 압축과정을 거쳐 축동력을 포함한 높은온도의 압축가스를 생성하여 물의 온도를 높이거나 열교환된 응축열을 대기로 방열하도록 하는 열원 장비로서, 사이클의 구성은 저온유지에서는 증발열을 이용하는 냉동사이클과 동일하며, 고온유지에서는 반대로 응축열을 이용하는 역사이클로 구성된다.

이러한 히트펌프 시스템을 제습 건조기에 적용한 기술도 알려져 있다.

외기열원 히트펌프식 제습 건조기는 겨울철 외기온도가 영하로 떨어지면 난방효율이 급격히 저하될 뿐만 아니라 제상 운전이 필요하고, 이에 따라 제상 운전을 위한 복잡한 배관 설비를 필요로 하며, 복잡한 배관 설비로 인한 압력강하로 시스템 효율이 저하되고, 습공기의 배출 및 외기도입에 따른 시스템 효율이 저하되는 문제가 있다.

이에 비하여 공기열원 히트펌프 제습 건조기는 압축기, 응축기, 증발기, 팽창변, 팬(Fan) 등으로 비교적 간단하게 구성하여 히트펌프 시스템으로 구성할 수 있는 장점이 있고, 건조방식도 여러가지 방식을 채택할 수 있다. 크게 배치식과 연속식으로 나눌 수 있으며, 건조열원의 유무에 따라 열풍 및 자연건조로 나뉜다. 열풍에 의한 건조 원리는 열원에 의해 가열된 공기를 건조물과 접촉시켜 열교환을 일으키고 에너지를 얻은 수분은 증발을 통해 건조물을 이탈하여 공기로 혼합되는 것이다.

이와 같이 공기열원 히트펌프 제습 건조기는 압축기, 응축기, 증발기, 팽창변, 팬(Fan)으로 비교적 간단하게 구성될 수 있지만, 이러한 공기열원 히트펌프 시스템을 이용하는 경우 1차 응축기에서 열 교환된 냉매가 충분히 응축되지 않으면 히트펌프의 성능저하를 가져올 수 있는 문제점이 있다.

또한 압축기에서 흡입되는 냉매의 온도는 냉매의 종류에 따라 최대 흡입온도가 설정되어 있어, 이러한 설정 온도치를 넘어설 경우 압축기가 파손되는 결과와 같이 안정성이 확보되지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 공기열원 히트펌프 제습 건조기에 있어서, 응축기를 통하여 냉매를 1차 응축후 여분의 열량을 보조응축기에서 열 교환하여 충분히 응축시켜 팽창, 증발, 압축, 1차 응축, 2차 응축하는 사이클로 공기열원 히트펌프를 구성함으로서 건조기의 건조효과를 항상시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 공기열원 히트펌프 제습 건조기에 있어서, 증발기에 흡입되는 공기의 온도에 따라 풍량을 조절하는 입버터 팬의 장착을 통해 설정온도 조건에 따라 풍량이 가변되도록 함으로서 시스템 효율과 안정성이 유지되도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기열원 히트펌프 제습 건조기는,

건조실을 구비하는 건조기와, 상기 건조기의 건조 기능을 수행하기 위하여 건조실 내부에서 순환하는 냉매에 대하여 압축기능을 하는 압축기, 상기 압축기로부터 압축된 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기로 부터 응축된 고온 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브로부터 팽창된 고온 고압의 냉매를 증발시켜 저온 저압의 냉매로 전환하는 증발기 및 팬을 구비하는 공기열원 히트펌프에 있어서,

상기 응축기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로상에 설치되어 응축기를 통하 여 응축된 냉매를 1차 응축 후 여분의 열량을 2차로 응축하는 보조응축기와,

상기 보조응축기와 실외공기의 열교환을 위하여 상기 보조응축기 주변부에 설치되는 팬과,

상기 응축기와 상기 증발기의 열 교환을 위하여 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 설치되어 건조실 내부 설정온도 조건과 변화에 따라 풍량을 가변시켜 풍량조절을 유도하는 인버터 형식의 풍량 가변형 팬으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 건조실을 구비하는 건조기와, 상기 건조기의 건조 기능을 수행하기 위하여 건조실 내부에서 순환하는 냉매에 대하여 압축기능을 하는 압축기, 상기 압축기로부터 압축된 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기로 부터 응축된 고온 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브로부터 팽창된 고온 고압의 냉매를 증발시켜 저온 저압의 냉매로 전환하는 증발기 및 팬을 구비하는 공기열원 히트펌프에 있어서,

상기 응축기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로상에 설치되어 응축기를 통하여 응축된 냉매를 1차 응축 후 여분의 열량을 2차로 응축하는 보조응축기와,

상기 보조응축기와 실외공기의 열교환을 위하여 상기 보조응축기 주변부에 설치되는 팬과,

상기 응축기와 상기 증발기의 열 교환을 위하여 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 설치되어 풍량을 가변시켜 풍량조절을 유도하는 인버터 형식의 풍량 가변형 팬과,

상기 풍량 가변형 팬의 풍량 조절을 위하여 상기 압축기의 흡입부에 압력센서를 부착하여 상기 압력센서에서 감지된 흡입압력에 따라 풍량을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 보조응축기 주변부에 설치되는 팬은 건조실 외부에 설치되고, 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 설치되는 풍량 가변형 팬은 건조실의 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공기열원 히트펌프 제습 건조기는, 증발기에 유입되는 고온 다습한 공기를 팽창 후 차가워진 냉매와 증발기에서 열교환하면서 냉각되어 제습 건조시키고 냉매는 습공기의 열을 흡수하여 기화되도록 하며, 압축기에서 고온 고압의 상태로 바뀌어 응축기에서 건조된 공기의 온도를 상승시켜 건조실 내로 보내 다시 건조물을 건조시키도록 함으로서 일반 건조기 시스템과는 달리 외기를 가온시켜 공급하지 않음으로서 건조기의 건조효과를 상승시키는 효과가 있다.

또한 보조응축기를 통한 냉매의 2차 응축을 통해 보조 냉각 시킴으로서 히트펌프의 효율을 상승시킬 수 있는 효과가 있으며, 풍량 가변형 팬을 통해 건조 온도에 적합한 풍량을 설정함으로서 시스템 효율과 안정성이 유지되도록 하는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 공기열원 히트펌프 제습 건조기는, 도 1 및 도 2와 같이, 건조실(11)을 구비하는 건조기(10)와, 상기 건조기(10)의 건조 기능을 수행하기 위하여 건조실(11) 내부에서 순환하는 냉매에 대하여 압축기능을 하는 압축기(20), 상기 압축기(20)로부터 압축된 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기(30), 상기 응축기(30)로 부터 응축된 고온 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(40), 상기 팽창밸브(40)로부터 팽창된 고온 고압의 냉매를 증발시켜 저온 저압의 냉매로 전환하는 증발기(50) 및 팬을 구비한다.

주요 부분은, 상기 응축기(30)와 상기 팽창밸브(40)를 연결하는 유로상에 설치되어 응축기(30)를 통하여 응축된 냉매을 1차 응축 후 여분의 열량을 2차로 응축하는 보조응축기(70)와, 상기 보조응축기(70)와 실외공기의 열교환을 위하여 상기 보조응축기(70) 주변부에 설치되는 팬(60)과, 상기 응축기(30)와 상기 증발기(50)의 열 교환을 위하여 순환공기의 유입을 위한 풍량 가변형 팬(80)을 설치하여 구성된다. 여기서, 풍량 가변형 팬(80)은 건조실(11)의 내부 순환공기의 온도 조건에 따라 작동하는 인버터 형식의 팬이 적당하다.

또한 풍량 가변형 팬(80)의 풍량 조절을 위하여 압축기(20)의 흡입부에 압력센서를 설치하여 풍량이 제어될 수 있도록 구성된다. 여기서 압력센서는 압력 변동을 풍량 가변형 팬(80)에 전달하여 풍량 가변형 팬의 구동이 제어되도록 구성할 수 있다.

밀폐형 공기열원 히트펌프 제습 건조기에 있어서, 상기 보조응축기(70) 주변부에 설치되는 팬(60)은 건조실(11) 내부 응축기(30)에서 1차 응축된 냉매를 실외 공기로 2차 응축시키기 위하여 건조실(11)의 외부에 설치하는 것이 바람직하다.

밀폐형 공기열원 히트펌프 제습 건조기에 있어서, 상기 증발기(50)와 상기 응축기(30) 사이에 설치되는 풍량 가변형 팬(80)의 풍량 조절을 위하여 압축기(20)에 구성되는 흡입부측에 압력센서를 부착하여 흡입압력에 변동에 따라 풍량이 제어되거나 조절되도록 구성할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기열원 히트펌프 제습 건조기는, 건조실 (11) 내에서 순환되는 일부의 공기는 히트펌프의 증발기(50)에서 저온 저압 상태의 냉매와 열 교환하면서 가온되어 건조실(11) 내로 재순환되는 구조로 이루어진다.

밀폐식 히트펌프 제습 건조기는 다른 형식의 히트펌프 제습 건조기와는 달리 포화습공기를 배기시키지 않고 증발기(50)에서 냉매가 흡열함으로 포화 습공기를 응축시켜 제습하고 이 흡수된 열원을 압축하여 다시 실내공기를 가온함으로 제습과 가온을 히트펌프 건조기 시스템 내에서 동시에 만족시킴으로 60% 이상의 연료절감 효과를 가져올 수 있다.

이러한 시스템을 유지하기 위해서는 증발기(50)와 응축기(30) 및 압축기(20)에서의 냉매 조건을 항상 만족시킬 수 있는 히트펌프 시스템 설계가 필요하다.

설계조건으로는 증발기(50)에 유입되는 공기의 온도에 따른 적정 풍량의 설계와 1차 실내 응축 후 남은 응축열량을 충분히 버릴 수 있는 2차 보조응축기(70)의 설계 등이 필수적으로 고려되어야 하며, 또한 적절한 풍량을 공급할 수 있는 인버터형식의 팬의 설계를 필요로 한다.

본 발명은 히트펌프의 난방 사이클을 기본으로 하는 밀폐식 제습 건조기로 서, 압축기(20)에서 고온 토출된 냉매는 실내에 있는 응축기(30)를 통해 1차 응축되어 실내 순환 공기와 열교환이 이루어지고, 설정된 온도를 넘게 되면 실외에 있는 보조응축기(70)가 가동되면서 2차 응축을 통하여 여분의 열량을 방출하여 열량의 평형을 유지한다. 연속적으로 냉매가 팽창밸브(40)에서 팽창되면서 차가워진 냉매는 증발기(50)에서 고온 다습해진 실내공기와 열 교환한다. 이 때 고온 다습한 실내공기는 가지고 있는 습기를 응축수로 배출하여 건조해지고 다시 응축기(30)에서 가열되어 실내를 순환하는 과정을 거치면서 식품이나 의류 등을 건조시킨다.

일반적으로 공기열원 히트펌프는 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브, 팬으로 구성되는데 이러한 공기열원 히트펌프의 경우 응축기에서 1차 응축된 열교환된 냉매가 충분히 응축되지 않을 경우 히트펌프의 성능저하를 가져올 수 있다.

본 발명에 따른 공기열원 히트펌프 제습 건조기는, 응축기(30)를 통한 냉매의 1차 응축 후 여분의 열량을 보조응축기(70)에서 2차 응축을 통하여 열 교환하여 충분히 응축한다. 즉, 팽창 - 증발 - 압축 - 1차 응축 - 2차 응축하는 사이클로 건조실(11) 내부에 대하여 제습 기능을 한다.

또한 건조실(11) 내에서 순환되는 일부의 공기는 히트펌프의 증발기(50)에서 저온 저압 상태의 냉매와 열교환하면서 응축되면서 제습되고, 다시 히트펌프의 응축기(30)에서 고온 고압 상태의 냉매와 열교환하여 가온되어 건조실(11) 내로 재순환되는 밀폐식 구조로 운전이 가능하다.

또한 압축기(20)에서 흡입되는 냉매의 온도는 냉매의 종류에 따라 최대 흡입온도가 설정되어 있어, 이러한 설정 온도를 넘어설 경우 압축기(20)가 파손되는 결 과를 낳을 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 증발기(50)에 흡입되는 공기의 온도에 따라 풍량을 조절하는 인버터 형식의 풍량 가변형 팬(80)을 장착하여 풍량 조절을 유도함으로서 압축기(20)의 파손을 방지하고 사이클의 운전 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명은 히트펌프의 난방 운전을 통한 건조물의 건조시 압축기(20)에서 토출된 고온 고압의 냉매(R-134a)를 응축기(30)에서 1차 응축하여 1차 응축과정을 거친 후 보조응축기(70)를 통하여 2차 응축과정을 추가적으로 거쳐 열교환시켜 과냉되도록 함으로서 히트펌프 시스템 효율을 항상 시키고, 이후 팽창밸브(40)를 거치도록 한 후 증발기(50)에서 열교환이 이루어지도록 한다.

냉매 압축기(20)의 경우 최대 냉매 흡입온도는 20℃ 이하의 조건으로 설계되어 있다. 따라서 증발기(50)에 유입되는 순환공기의 풍량은 순환공기의 온도에 따라 조절되어져야 하는 바, 이 때 순환공기와 열교환된 후 냉매의 온도는 20℃ 이하를 유지하여 압축기(20)에 흡입되도록 한다.

이러한 조건을 만족시키지 못할 경우 압축기(20)가 파손되어 히트펌프 시스템 운영이 불가능하게 된다. 따라서 밀폐식 히트펌프 건조기의 경우 건조실(11) 내부에 풍량을 조절하는 풍량 가변형 팬(80)을 장착함으로서 안정적인 시스템 운영이 가능해지고 최적의 시스템 효율을 유지할 수 있으며, 또한 고온의 건조온도를 필요로 할 경우 보조응축기(70)를 통해 과냉시킴으로서 시스템 효율이 증대된다.

상기 증발기(50)와 응축기(50) 사이에 설치되는 풍량 가변형 팬(80)은 설정온도 조건과 변화에 따라 풍량을 가변시켜 풍량 조절을 유도할 수 있는 인버터 형 식의 팬을 사용할 수 있다. 인버터 형식의 팬은 서미스터(Thermistor)를 구비하여 설정 온도 조건 변화에 따라 동작이 제어되는 통상의 팬이다.

또한 증발기(50)와 상기 응축기(30) 사이에 설치되는 풍량 가변형 팬(80)의 풍량 조절은 압축기(20)에 구성되는 흡입부측에 압력센서를 부착하여 압축기(20)의 흡입압력 변동을 풍량 가변형 팬(80)에 전달하여 풍량을 제어하거나 조절할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시 예와 관련하여 설명 되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 특허청구범위에 기재된 범위에 속한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기열원 히트펌프 제습 건조기의 건조 사이클 구성 을 나타낸 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 공기열원 히트펌프 제습 건조기의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 건조기

11: 건조실

20: 압축기

30: 응축기

40: 팽창밸브

50: 증발기

60: 팬

70: 보조응축기

80: 풍량가변형팬

Claims (3)

1. 건조실을 구비하는 건조기와, 상기 건조기의 건조 기능을 수행하기 위하여 건조실 내부에서 순환하는 냉매에 대하여 압축기능을 하는 압축기, 상기 압축기로부터 압축된 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기로 부터 응축된 고온 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브로부터 팽창된 고온 고압의 냉매를 증발시켜 저온 저압의 냉매로 전환하는 증발기 및 팬을 구비하는 공기열원 히트펌프에 있어서,

   상기 응축기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로상에 설치되어 응축기를 통하여 응축된 냉매를 1차 응축 후 여분의 열량을 2차로 응축하는 보조응축기와,

   상기 보조응축기와 실외공기의 열교환을 위하여 상기 보조응축기 주변부에 설치되는 팬과,

   상기 응축기와 상기 증발기의 열 교환을 위하여 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 설치되어 건조실 내부 설정온도 조건과 변화에 따라 풍량을 가변시켜 풍량조절을 유도하는 인버터 형식의 풍량 가변형 팬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기열원 히트펌프 제습 건조기.
2. 건조실을 구비하는 건조기와, 상기 건조기의 건조 기능을 수행하기 위하여 건조실 내부에서 순환하는 냉매에 대하여 압축기능을 하는 압축기, 상기 압축기로부터 압축된 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기로 부터 응축된 고 온 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브로부터 팽창된 고온 고압의 냉매를 증발시켜 저온 저압의 냉매로 전환하는 증발기 및 팬을 구비하는 공기열원 히트펌프에 있어서,

   상기 응축기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로상에 설치되어 응축기를 통하여 응축된 냉매를 1차 응축 후 여분의 열량을 2차로 응축하는 보조응축기와,

   상기 보조응축기와 실외공기의 열교환을 위하여 상기 보조응축기 주변부에 설치되는 팬과,

   상기 응축기와 상기 증발기의 열 교환을 위하여 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 설치되어 풍량을 가변시켜 풍량조절을 유도하는 인버터 형식의 풍량 가변형 팬과,

   상기 풍량 가변형 팬의 풍량 조절을 위하여 상기 압축기의 흡입부에 압력센서를 부착하여 상기 압력센서에서 감지된 흡입압력에 따라 풍량을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 공기열원 히트펌프 제습 건조기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 보조응축기 주변부에 설치되는 팬은 건조실 외부에 설치되고, 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 설치되는 풍량 가변형 팬은 건조실의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기열원 히트펌프 제습 건조기.

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