KR20140019527A

KR20140019527A - 초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20140019527A
Application number: KR1020120085637A
Authority: KR
Inventors: 이선민; 이남경; 김상기; 안재영; 정은호
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-17
Also published as: KR101971046B1

Abstract

본 발명은, 대상공간의 실시간 습도를 감지하는 습도센서와; 외기와 상기 대상공간의 환기가 혼합되는 혼합실을 구비하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되고, 급기가 상기 대상공간으로 유입되도록 하는 공기흐름을 생성하는 팬과; 상기 환기에 분무수를 공급하고, 각각이 독립적으로 개별제어 되는 다수의 진동자를 구비하는 초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치를 제공한다.

Description

초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치 및 그 제어방법 {Humidity Control Apparatus Including Ultrasonic Humidifier And Method Of Controlling The Same}

본 발명은 습도제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정밀 및 대용량의 산업용 초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

습도는 온도, 기류, 청정도 등과 더불어 거주공간에서의 쾌적한 환경 조성 및 생산시설에서의 제품의 품질유지를 위해 매우 중요한 요소로 거론 되어 왔다.

습도량이 부족하여 실내공기가 과도하게 건조할 경우 감기, 후두염 및 기타 호흡기 질환을 유발하는 여러 가지 병원균의 이상적인 환경을 형성하게 된다. 이외에도 건조한 공기는 나무, 종이, 직물, 음식물 등에 함유된 습기를 흡수하여 형태의 변형을 초래하고, 정전기를 발생시켜 기기의 운전에 좋지 않은 영향을 미치며, 특히 폭발위험이 높은 장소에서의 정전기 발생은 매우 위험한 상황을 초래할 수 있다.

한편, 실내 공기 내에 포함된 습도량이 과다할 경우 결로가 발생할 수 있으며, 습도 제어에 민감한 제품 생산 및 보관 시 품질의 저하를 가져올 수 있다.

공조 대상을 기준하여 공기조화를 분류하면 보건용 공조와 산업용 공조로 나뉠 수 있다.

보건공조는 사람이 거주하는 영역에서의 온도, 습도, 기류, 청정도 등을 적정수준으로 유기하여 재실자의 쾌적성 및 작업능률을 향상하는 것을 목적으로 하기 때문에, 온도와 습도를 일정하게 유지할 필요는 없다. 이는 각각의 사람마다 온열요소 별로 쾌적감을 느끼는 범위가 다양하고, 의복에 의해 개인별로 최적의 조건을 조절할 수 있기 때문이다.

반면, 제품을 대상으로 하는 산업공조는 생산되는 제품의 종류가 매우 다양하며, 각 제품별 저장, 제조 등에 필요한 일정한 온습도가 정해져 있다. 이러한 조건들은 흡습 수분함유율, 화학 반응속도, 생화학 반응속도, 결정 생성속도, 제품정도와 균일성, 고급 다듬질 표면의 부식 또는 녹 등의 손상, 정전기, 공기청정도, 최적 생산조건 등을 고려하여 결정되어야 한다.

공장, 전산센터, 연구시설, 보관창고 등과 같은 산업용시설은 건물 별 특성에 적합한 온도, 습도, 기류, 공기질, 청정도 등이 유지되어야 하므로, 산업용 습도제어장치는 공정 및 환경조건을 고려하여 설계가 이루어져야 하는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래의 습도제어장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 습도제어장치(10)는, 외기덕트(50)를 통하여 외기(outside air)를 공급받고, 급기덕트(52)를 통하여 대상공간(80)으로 급기(supply air)를 공급하고, 환기덕트(54)를 통하여 대상공간(80)으로부터 환기(return air)를 회수하며, 회수된 환기는 외기와 혼합되어 다시 급기로 제공된다.

이를 위하여 습도제어장치(10)는, 필터(filter: 30), 냉각코일(cooling coil: 32), 가열코일(heating coil: 34), 가습노즐(36) 및 팬(fan: 38)을 포함하고, 냉각코일(32), 가열코일(34) 및 가습노즐(36)는 각각 제1, 제2 및 제3밸브(40, 42, 44)와 연결된다.

필터(30)는 외기와 환기의 혼합공기로부터 불순물을 걸러주는 역할을 하고, 냉각코일(32)은 혼합공기를 냉각하고 감습하는 역할을 하고, 가열코일(34)은 냉각된 혼합공기를 적정온도로 가열하는 역할을 한다.

가습노즐(36)은 적정온도의 혼합공기에 습기를 부가하여 적정습도가 되도록 하는 역할을 하고, 팬(38)은 적정온도 및 적정습도의 급기가 대상공간(80)에 유입될 수 있는 흐름을 제공하는 역할을 한다.

그리고, 냉각코일(32), 가열코일(34) 및 가습노즐(36)의 냉각량, 가열량 및 가습량은 각각 제1, 제2 및 제3밸브(40, 42, 44)에 의하여 조절된다.

가습노즐(36)은 제3밸브(44)를 통하여 증기생성부(60)로부터 증기(steam)를 공급받는데, 증기생성부(60)는 물을 가열하여 증기를 생성한다.

대상공간(80)의 습도를 제어하기 위하여, 습도제어장치(10)는 대상공간(80)의 습도를 감지하고, 감지된 습도에 따라 제3밸브(44)를 개폐하여 가습량을 조절함으로써, 급기의 습도를 제어한다.

그런데, 이와 같은 종래의 습도제어장치(10)는, 가습을 위하여 증기를 사용하기 때문에 에너지 소비가 과다하고 유지비용이 높다는 단점이 있다.

이에 따라 증기생성부(60)를 대체할 수단으로 초음파 가습기를 고려할 수 있는데, 종래의 초음파 가습기는 주로 실내에서 사용되는 소용량의 일반 가정용으로 활용되고 있어서 대용량 산업용에 적용하는데 어려움이 있다.

또한, 가정용 초음파 가습기는, 진동자 전체의 온/오프(on/off) 방식으로 습도를 제어하므로, 제어능력이 부족한 단점이 있다.

예를 들어, 가정용 초음파 가습기는, 대상공간의 습도가 설정습도 미만일 경우 진동자 전체가 작동(on)하고, 대상공간의 습도가 설정습도 이상일 경우 진동자 전체가 작동중지(off)되어 가습량을 조절한다.

따라서, 습도를 정밀하게 제어하여야 하는 대상공간인 경우, 예를 들어 클린룸 등과 같은 제조라인의 경우에는 설정습도를 유지하지 못하고 범위를 이탈하는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 인접한 진동자 사이의 이격거리를 분무수의 측면확산거리의 2배 이상으로 설정함으로써, 대용량의 산업용 초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 다수의 진동자를 독립적으로 온/오프(on/off) 제어함으로써, 고정밀의 산업용 초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것으로 다른 목적으로 한다.

위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 대상공간의 실시간 습도를 감지하는 습도센서와; 외기와 상기 대상공간의 환기가 혼합되는 혼합실을 구비하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되고, 급기가 상기 대상공간으로 유입되도록 하는 공기흐름을 생성하는 팬과; 상기 환기에 분무수를 공급하고, 각각이 독립적으로 개별제어 되는 다수의 진동자를 구비하는 초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치를 제공한다.

여기서, 상기 다수의 진동자의 인접한 2개 사이의 이격거리는, 상기 분무수가 전방으로 최대 기화거리까지 이동하는 동안 좌우로 확산되는 측면확산거리의 2배 이상일 수 있다.

그리고, 상기 챔버와 상기 대상공간 사이에는 급기덕트가 연결되고, 상기 대상공간과 상기 혼합실 사이에는 환기덕트가 연결되고, 상기 혼합실에는 외기덕트가 연결되고, 상기 초음파 가습기와 상기 환기덕트 사이에는 습기덕트 및 댐퍼가 연결될 수 있다.

또한, 상기 습기덕트의 하부에는 구배가 형성되고, 상기 구배의 일단은 드레인에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 초음파 가습기의 상기 분무수 분출구로부터 상기 혼합실까지의 거리는 상기 분무수의 상기 최대 기화거리의 2배 이상일 수 있다.

또한, 상기 습도제어장치는, 상기 외기와 상기 환기의 혼합공기의 불순물을 제거하는 필터와; 상기 혼합공기를 냉각하는 냉각코일과; 상기 혼합공기를 가열하는 가열코일과; 상기 냉각코일 및 상기 가열코일을 각각 조절하는 제1 및 제2밸브를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 초음파 가습기는, 상기 팬의 풍량에 따른 상기 실시간 습도와 목표습도를 비교하여 가습량 및 가습량 편차를 산출하고, 상기 가습량 편차에 따라 최적 제어스텝을 결정하고, 상기 최적 제어스템에 대응되는 개별제어신호를 생성하는 제어부와; 상기 개별제어신호에 따라 상기 다수의 진동자를 독립적으로 온/오프 제어하는 메인패널을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은, 환기의 실시간 습도를 파악하는 단계와; 풍량에 따른 상기 실시간 습도와 목표습도를 비교하여 상기 환기로 공급할 가습량 및 가습량 편차를 산출하는 단계와; 풍량과 상기 가습량에 따라 다수의 진동자를 독립적으로 제어하기 위한 최적 제어스텝을 결정하는 단계와; 상기 최적 제어스텝에 따라 상기 다수의 진동자를 독립적으로 온/오프 제어하는 단계를 포함하는 습도제어장치의 제어방법을 제공한다.

여기서, 상기 최적제어스텝을 결정하는 단계는, 시뮬레이션을 통하여 상기 가습량 편차에 대응되는 상기 다수의 진동자의 최적 제어대수를 결정하는 단계와, 상기 최적 제어대수에 대응되는 개별제어신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 다수의 진동자를 독립적으로 온/오프 제어하는 단계는, 상기 개별제어신호에 따라 상기 다수의 진동자를 상기 최적 제어대수 단위로 온/오프 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은, 초음파 가습기의 다수의 진동자의 인접한 2개 사이의 이격거리를 분무수의 측면확산거리의 2배 이상으로 설정함으로써, 증기 대신 대용량 초음파 가습기의 분무수를 제공하여 에너지를 절약하고 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 초음파 가습기의 다수의 진동자를 독립적으로 개별제어 함으로써, 대상공간의 습도를 초정밀로 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 습도제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 다수의 진동자 사이의 이격거리에 따른 분무수의 확산정도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 초음파 가습기의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 초음파 가습기의 제어방법을 도시한 순서도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치를 이용한 습도제어 결과를 도시한 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초음파 가습기를 포함하는 습도제어장치 및 그 제어방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치(110)는, 외기덕트(150)를 통하여 외기(outside air)를 공급받고, 급기덕트(152)를 통하여 대상공간(180)으로 급기(supply air)를 공급하고, 환기덕트(154)를 통하여 대상공간(80)으로부터 환기(return air)를 회수하며, 회수된 환기는 혼합실(MA)에서 외기와 혼합되어 다시 급기로 제공된다.

이를 위하여 습도제어장치(10)는, 혼합실(MA)을 포함하는 챔버(120)와, 챔버(120) 내에 설치되는 필터(filter: 130), 냉각코일(cooling coil: 132), 가열코일(heating coil: 134) 및 팬(fan: 136)과, 냉각코일(132) 및 가열코일(134)에 각각 연결되는 제1 및 제2밸브(140, 142)를 포함한다.

필터(130)는 외기와 환기의 혼합공기로부터 불순물을 걸러주는 역할을 하고, 냉각코일(132)은 혼합공기를 냉각하고 감습하는 역할을 하고, 가열코일(134)은 냉각된 혼합공기를 적정온도로 가열하는 역할을 하고, 팬(136)은 적정온도 및 적정습도의 급기가 대상공간(180)에 유입될 수 있는 흐름을 생성하는 역할을 한다.

그리고, 냉각코일(132) 및 가열코일(134)의 냉각량 및 가열량은 각각 제1 및 제2밸브(140, 142)에 의하여 조절된다.

여기서, 습도제어장치(110)는 환기에 분무수를 공급하기 위한 초음파 가습기(160)와 환기의 습도를 감지하기 위한 습도센서(170)를 더 포함한다.

초음파 가습기(160)는 습기덕트(156)를 통하여 환기덕트(154)에 연결되는데, 습기덕트(156)와 환기덕트(154) 사이에는 초음파 가습기(160)로부터 제공되는 분무수의 양을 조절하기 위한 댐퍼(damper: 172)가 설치될 수 있다.

이러한 초음파 가습기(160)는, 물을 담는 수조와, 수조 바닥에 나란히 설치되는 다수의 진동자를 포함하는데, 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.

습도센서(170)는 습기덕트(156)와의 연결부 선단의 환기덕트(154)에 설치되어, 환기로부터 대상공간(180)의 습도를 실시간으로 감지하여 초음파 가습기(160)로 전달하고, 초음파 가습기(160)는 실시간 습도를 미리 정해진 목표습도와 비교하여 가습량을 결정하고 이에 따른 가습량을 환기로 공급한다.

이와 같은 습도제어장치(110)는, 공조기 팬(136)의 이용 및 인접 진동자 사이의 이격거리 확보에 의하여 충분한 가습량을 제공하고, 충분한 기화거리 확보, 엘리미네이터(eliminator) 사용 및 습기덕트(156)의 구배(174) 형성에 의하여 결로발생을 방지하고, 초순수(deionized water: DI) 사용 및 필터(130) 사용에 의하여 오염을 방지하고, 다수의 진동자의 독립적 개별제어에 의하여 습도를 정밀하게 제어할 수 있다.

더 상세히 설명하면, 첫째로, 산업용 공조기에 사용되는 팬(136)의 대용량의 풍량을 이용하여 분무수가 제공되므로, 충분한 가습량을 제공할 수 있으며, 초과되는 가습량은 댐퍼(172)에 의하여 조절될 수 있다.

또한, 초음파 가습기(160)의 내부에 설치되는 다수의 진동자의 인접한 2개 사이의 이격거리를 분무수의 측면확산거리의 2배 이상으로 설정함으로써, 분무수의 교차 중첩에 의한 결로수를 방지하고 충분한 가습량을 제공할 수 있는데, 이에 대해서는 뒤(도 3a 및 도 3b)에서 다시 상세히 설명한다.

둘째로, 초음파 가습기(160)의 분무수 분출구(160a)로부터 혼합실(MA)까지의 거리를 분무수의 최대 기화거리 이상, 예를 들어 약 4m 이상으로 설정함으로써, 충분한 기화거리를 확보하여 분무수의 결로를 방지할 수 있다.

또한, 기화거리를 충분히 확보할 수 없는 상황인 경우에는, 알루미늄 또는 사란(saran)으로 이루어진 엘리미네이터를 설치하여 분무수의 결로를 방지할 수 있다.

그리고, 습기덕트(156)의 하부에 구배(174)를 형성하고 구배(174) 일단에 드레인(drain)(176)을 설치하여 분무수의 결로를 배출함으로써, 결로가 환기로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

셋째로, 분무수 생성을 위하여 다수의 진동자가 설치된 수조에 초순수를 공급함으로써, 다수의 진동자의 오염을 방지할 수 있다.

또한, 필터(130)를 설치하여 혼합공기의 오염을 최소화하고 청정상태를 유지할 수 있다.

넷째로, 다수의 진동자를 독립적으로 개별제어 함으로써, 대상공간(180)의 습도편차를 ±2% 이하로 정밀하게 조절할 수 있다.

인접 진동자 사이의 이격거리와 가습량과의 관계를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 다수의 진동자 사이의 이격거리에 따른 분무수의 확산정도를 도시한 도면이다.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 초음파 가습기(도 2의 160)의 수조 바닥면(164)에는 다수의 진동자(162)가 서로 이격되어 나란히 설치되는데, 다수의 진동자(162) 각각으로부터 생성되는 분무수는 전방으로 최대 기화거리(AED)(예를 들어, 약 4m)까지 이동하는 동안 진동자(162) 일단으로부터 측면확산거리(SDD)만큼 좌우 측면으로 확산된다.

예를 들어, 측면확산거리(SDD)는 약 2.5cm 일 수 있다.

이에 따라, 도 3a에 도시한 바와 같이, 다수의 진동자(162) 중 인접한 2개를 각각의 일단으로부터 측면확산거리(SDD)의 2배 보다 작은 제1거리(d1) 만큼 이격한 경우에는 인접한 2개의 진동자(162)로부터 확산된 분무수가 서로 교차하여 중첩영역(OA)을 형성하는데, 중첩영역(OA)에서는 분무수가 기화되지 못하고 결로하여 가습량에 기여하지 못한다.

예를 들어, 목표 가습량을 약 40kg/hr로 설정하고, 인접한 2개의 진동자(162)가 약 2cm의 제1거리(d1) 만큼 이격된 초음파 가습기(160)를 사용하여 분무수를 공급할 경우에는 실제 가습량이 약 26kg/hr로 측정되어 충분한 가습량을 확보할 수 없다.

반면에, 도 3b에 도시한 바와 같이, 다수의 진동자(162) 중 인접한 2개를 각각의 일단으로부터 측면확산거리(SDD)의 2배 이상인 제2거리(d2) 만큼 이격한 경우에는 인접한 2개의 진동자(162)로부터 확산된 분무수가 서로 교차하지 않아서 중첩영역(OA)을 형성하지 않으며, 이에 따라 분무수는 모두 기화되어 가습량에 기여하고, 그 결과 충분한 가습량을 확보할 수 있다.

예를 들어, 목표 가습량을 약 30kg/hr로 설정하고, 인접한 2개의 진동자(162)가 약 5cm의 제2거리(d2) 만큼 이격된 초음파 가습기(160)를 사용하여 분무수를 공급할 경우에는 실제 가습량이 약 52kg/hr로 측정되어 충분한 가습량을 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치(110)의 초음파 가습기(160)에서는 다수의 진동자(162) 중 인접한 2개를 각각의 일단으로부터 측면확산거리(SDD)의 2배 이상의 이격거리 만큼 이격하여 설치함으로써, 분무수의 교차 중첩에 의한 결로를 방지하고 충분한 가습량을 확보할 수 있다.

다수의 진동자에 대한 독립적 개별제어에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 초음파 가습기의 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치의 초음파 가습기의 제어방법을 도시한 순서도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치(도 2의 110)의 초음파 가습기(160)는, 습도센서(170)에 연결되는 제어부(166), 제어부에 연결되는 메인패널(168), 메인패널(168)에 연결되어 교류전원을 공급받는 다수의 진동자(162)를 포함한다.

습도센서(170)는 환기의 실시간 습도를 감지하여 이에 대응되는 습도신호를 제어부(166)로 전달한다.

제어부(166)는, 습도신호의 실시간 습도와 미리 설정된 목표습도를 비교하여 가습량을 산출하고, 산출된 가습량에 따른 최적 제어스텝을 결정하고, 최적 제어스텝에 대응되는 다수의 진동자(162)에 대한 개별제어신호를 생성하여 메인패널(168)에 전달한다.

메인패널(168)은 개별제어신호에 따라 다수의 진동자(162)를 독립적으로 온/오프(on/off) 하는데, 다수의 진동자(162)의 공진주파수에 해당하는 고주파 교류를 다수의 진동자(162)에 공급한다.

다수의 진동자(162)는 각각 최적 제어스텝에 대응되는 개별제어신호에 따라 메인패널(168)로부터 교류전원을 공급받아서 독립적으로 온/오프(on/off) 되어 분무수를 생성하여 환기로 공급한다.

다수의 진동자(162) 각각은 원판 형태의 압전세라믹 진동자가 다수 설치된 사각형판으로 구성되며, 예를 들어 1.65MHz의 공진주파수를 가질 수 있다.

이러한 초음파 가습기(160)의 제어방법을 구체적으로 설명하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 제어부(도 4의 166)는 습도센서(도 4의 170)으로부터 수신한 습도신호로부터 환기의 실시간 습도를 파악한다(ST10).

그리고, 제어부(166)는 파악된 실시간 습도를 미리 설정된 목표습도와 비교하여 환기로 공급할 가습량을 산출한다(ST20).

예를 들어, 실시간 습도와 외기의 습도로부터 혼합공기의 습도를 산출할 수 있으며, 혼합공기의 습도와 목표습도의 차이(절대습도차)와 팬(136)의 풍량으로부터 가습량을 산출할 수 있다.

또한, 제어부(166)는 산출된 가습량에 대응되는 분무수를 생성하기 위한 다수의 진동자(도 4의 162)의 최적제어스텝을 결정하고, 최적제어스텝에 대응되는 개별제어신호를 생성한다(ST30).

여기서, 최적제어스텝은 대상공간(도 2의 180)의 습도편차를 미리 정해진 기준 이하로 유지하면서 산출된 가습량에 대응되는 분무수를 생성하고자 할 때, 다수의 진동자(도 4의 162) 중 작동(on)시킬 진동자의 최적 제어대수를 의미하는 것으로, 팬(136)의 풍량 및 절대습도차 등에 의하여 결정될 수 있다.

예를 들어, 시뮬레이션을 통하여 팬(136)의 풍량 및 절대습도차에 따른 가습량을 산출하고, 산출된 가습량으로부터 가습량 편차를 산출한 후, 가습량 편차에 대응되는 진동자의 수를 최적 제어대수로 결정할 수 있다.

표 1 내지 표 4는 시뮬레이션을 통하여 산출한 풍량 및 진동자의 제어대수에 따른 목표습도과 가습량의 관계를 도시한 표이다.

풍량: 15,000CMH, 진동자의 최적 제어대수: 1대

구분	절대습도 (kg/kg')	절대습도차 (kg/kg')	가습량 (kg/hr)	가습량 편차 (kg/hr)
혼합점	0.00835	외기: 22℃/40%, 환기: 23℃/50%
상대습도 55%	0.00963	0.00128	23.04	3.24
상대습도 54%	0.00945	0.0011	19.8	3.24
상대습도 53%	0.00927	0.00092	16.56	3.24
상대습도 52%	0.00909	0.00074	13.32	3.06
상대습도 51%	0.00892	0.00057	10.26	3.24
상대습도 50%	0.00874	0.00039	7.02	3.24
상대습도 49%	0.00856	0.00021	3.78	-

풍량: 30,000CMH, 진동자의 최적 제어대수: 2대

구분	절대습도 (kg/kg')	절대습도차 (kg/kg')	가습량 (kg/hr)	가습량 편차 (kg/hr)
혼합점	0.00835	외기: 22℃/40%, 환기: 23℃/50%
상대습도 55%	0.00963	0.00128	46.08	6.48
상대습도 54%	0.00945	0.0011	39.6	6.48
상대습도 53%	0.00927	0.00092	33.12	6.48
상대습도 52%	0.00909	0.00074	26.64	6.12
상대습도 51%	0.00892	0.00057	20.52	6.48
상대습도 50%	0.00874	0.00039	14.04	6.48
상대습도 49%	0.00856	0.00021	7.56	-

풍량: 50,000CMH, 진동자의 최적 제어대수: 3대

구분	절대습도 (kg/kg')	절대습도차 (kg/kg')	가습량 (kg/hr)	가습량 편차 (kg/hr)
혼합점	0.00835	외기: 22℃/40%, 환기: 23℃/50%
상대습도 55%	0.00963	0.00128	76.8	10.8
상대습도 54%	0.00945	0.0011	66.0	10.8
상대습도 53%	0.00927	0.00092	55.2	10.8
상대습도 52%	0.00909	0.00074	44.4	10.2
상대습도 51%	0.00892	0.00057	34.2	10.8
상대습도 50%	0.00874	0.00039	23.4	10.8
상대습도 49%	0.00856	0.00021	12.6	-

풍량: 70,000CMH, 진동자의 최적 제어대수: 5대

구분	절대습도 (kg/kg')	절대습도차 (kg/kg')	가습량 (kg/hr)	가습량 편차 (kg/hr)
혼합점	0.00835	외기: 22℃/40%, 환기: 23℃/50%
상대습도 55%	0.00963	0.00128	107.52	15.12
상대습도 54%	0.00945	0.0011	92.4	15.12
상대습도 53%	0.00927	0.00092	77.28	15.12
상대습도 52%	0.00909	0.00074	62.16	14.28
상대습도 51%	0.00892	0.00057	47.88	15.12
상대습도 50%	0.00874	0.00039	32.76	15.12
상대습도 49%	0.00856	0.00021	17.64	-

표 1 내지 표 4에서, 제1열은 목표습도의 상대습도 값을 나타내고, 제2열은 해당 상대습도의 절대습도 값을 나타내며, 제3열은 목표습도와 혼합습도의 차이의 절대습도 값을 나타낸다.

그리고, 제4열은 풍량과 절대습도차를 곱하여 산출한 가습량을 나타내며, 제5열은 목표습도 1% 차이에 대한 가습량 편차를 나타낸다

표 1 내지 표4로부터 진동자의 최적 제어대수를 선정하여 최적 제어스텝을 결정할 수 있다.

예를 들어, 진동자 1대가 공급할 수 있는 가습량이 약 3Kg/hr 일 수 있는데, 팬(136)의 풍량이 15,000CMH인 경우 가습량 편차는 약 3.06kg/hr ~ 약 3.24kg/hr (진동자 1대의 가습량과 유사)이므로, 진동자를 1대 단위로 제어하는 것이 습도편차가 ±2% 이하로 유지되도록 하면서 목표습도에 도달할 수 있는 최적 제어스텝이 될 수 있다.

따라서, 팬(136)의 풍량이 15,000CMH인 경우 진동자의 최적 제어대수를 1대로 결정할 수 있다.

마찬가지로, 팬(136)의 풍량이 30,000CMH인 경우 가습량 편차는 약 6.12kg/hr ~ 약 6.48kg/hr (진동자 2대의 가습량과 유사)이므로, 진동자의 최적 제어대수를 2대로 결정할 수 있고, 팬(136)의 풍량이 50,000CMH인 경우 가습량 편차는 약 10.2kg/hr ~ 약 10.8kg/hr (진동자 3대의 가습량과 유사)이므로, 진동자의 최적 제어대수를 3대로 결정할 수 있고, 팬(136)의 풍량이 70,000CMH인 경우 가습량 편차는 약 14.28kg/hr ~ 약 15.12kg/hr (진동자 5대의 가습량과 유사)이므로, 진동자의 최적 제어대수를 5대로 결정할 수 있다.

이후, 메인패널(168)은 제어부(166)의 개별제어신호에 따라 다수의 진동자(162)를 최적 제어대수 단위로 각각 독립적으로 온/오프 제어한다(ST40).

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치(도 2의 110)에서는, 다수의 진동자(162)를 독립적으로 개별제어 함으로써, 대상공간(180)의 습도를 정밀하게 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치를 이용한 습도제어 결과를 도시한 도면으로, 비교를 위하여 종래의 습도제어장치를 이용한 습도제어 결과를 함께 도시한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 종래의 습도제어장치를 이용할 경우 대상공간의 습도는 최소 45.29%, 최고 50.84%, 편차 5.55%로 제어되는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치(도 2의 110)를 이용할 경우 대상공간(도 2의 180)의 습도는 최소 51.06%, 최고 52.6%, 편차 1.54%로 제어될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치(110)를 이용할 경우 대상공간(180)의 습도를 편차 ±2% 이하로 정밀하게 제어할 수 있으며, 그 결과 본 발명의 실시예에 따른 습도제어장치(110)는 클린룸과 같은 정밀공간에도 적용할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 습도제어장치 130: 필터
132: 냉각코일 134: 가열코일
136: 팬 150: 외기덕트
152: 급기덕트 154: 환기덕트
156: 습기덕트 160: 초음파 가습기
170: 습도센서 180: 대상공간

Claims

대상공간의 실시간 습도를 감지하는 습도센서와;
외기와 상기 대상공간의 환기가 혼합되는 혼합실을 구비하는 챔버와;
상기 챔버 내부에 설치되고, 급기가 상기 대상공간으로 유입되도록 하는 공기흐름을 생성하는 팬과;
상기 환기에 분무수를 공급하고, 각각이 독립적으로 개별제어 되는 다수의 진동자를 구비하는 초음파 가습기
를 포함하는 습도제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 진동자의 인접한 2개 사이의 이격거리는, 상기 분무수가 전방으로 최대 기화거리까지 이동하는 동안 좌우로 확산되는 측면확산거리의 2배 이상인 습도제어장치.
제 2 항에 있어서,
상기 챔버와 상기 대상공간 사이에는 급기덕트가 연결되고, 상기 대상공간과 상기 혼합실 사이에는 환기덕트가 연결되고, 상기 혼합실에는 외기덕트가 연결되고, 상기 초음파 가습기와 상기 환기덕트 사이에는 습기덕트 및 댐퍼가 연결되는 습도제어장치.
제 3 항에 있어서,
상기 습기덕트의 하부에는 구배가 형성되고, 상기 구배의 일단은 드레인에 연결되는 습도제어장치.
제 3 항에 있어서,
상기 초음파 가습기의 상기 분무수 분출구로부터 상기 혼합실까지의 거리는 상기 분무수의 상기 최대 기화거리의 2배 이상인 습도제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 외기와 상기 환기의 혼합공기의 불순물을 제거하는 필터와;
상기 혼합공기를 냉각하는 냉각코일과;
상기 혼합공기를 가열하는 가열코일과;
상기 냉각코일 및 상기 가열코일을 각각 조절하는 제1 및 제2밸브
를 더 포함하는 습도제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 가습기는,
상기 팬의 풍량에 따른 상기 실시간 습도와 목표습도를 비교하여 가습량 및 가습량 편차를 산출하고, 상기 가습량 편차에 따라 최적 제어스텝을 결정하고, 상기 최적 제어스템에 대응되는 개별제어신호를 생성하는 제어부와;
상기 개별제어신호에 따라 상기 다수의 진동자를 독립적으로 온/오프 제어하는 메인패널
을 더 포함하는 습도제어장치.
환기의 실시간 습도를 파악하는 단계와;
풍량에 따른 상기 실시간 습도와 목표습도를 비교하여 상기 환기로 공급할 가습량 및 가습량 편차를 산출하는 단계와;
상기 가습량 편차에 따라 다수의 진동자를 독립적으로 제어하기 위한 최적 제어스텝을 결정하는 단계와;
상기 최적 제어스텝에 따라 상기 다수의 진동자를 독립적으로 온/오프 제어하는 단계
를 포함하는 습도제어장치의 제어방법.
제 8 항에 있어서,
상기 최적제어스텝을 결정하는 단계는, 시뮬레이션을 통하여 상기 가습량 편차에 대응되는 상기 다수의 진동자의 최적 제어대수를 결정하는 단계와, 상기 최적 제어대수에 대응되는 개별제어신호를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 다수의 진동자를 독립적으로 온/오프 제어하는 단계는, 상기 개별제어신호에 따라 상기 다수의 진동자를 상기 최적 제어대수 단위로 온/오프 제어하는 단계를 포함하는 습도제어장치의 제어방법.