KR20170070865A - 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템 - Google Patents

에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항온항습기에서 냉각제습시, 지속적인 냉각제습으로 공기의 온도가 사전설정온도가 낮게 되는 경우, 기존처럼 별도의 가열장치를 사용하지 않고, 냉매 시스템에 선택적으로 냉각제습시에만 사용이 가능한 재열응축기를 구비시켜, 2개의 응축기 상호간의 응축용량을 대응시켜 조절시켜 공기의 온도를 사전설정온도로 높히는 것으로, 재열응축기가 제습에 따른 온도강하를 보상하는 역할을 하여 재열기능을 할 수 있도록 한 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템에 관한 것이다.

Description

에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템{REHEAT CONTROL SYSTEM FOR COOLING AND DEHUMIDIFICATION OF THERMOHYGROSTAT USING ENERGY SAVING TYPE}
본 발명은 항온항습기에서 냉각제습시, 사전설정온도보다 하강된 실내유입공기의 온도를 별도의 가열수단을 이용하지 않고, 냉방사이클만으로 사전설정온도까지 재열시킬 수 있도록 한 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 항온항습기는 제어부(이를 핫 가스 콘트롤러(hot gas controller)라고도 함)를 구비하여 룸(room)의 온도 또는 습도가 설정 온도 또는 설정 습도 보다 오차 범위 이상으로 벗어나면 이를 감지하여 자동으로 냉방, 난방, 제습 또는 가습 운전을 하게 된다.
항온항습기가 설치되는 장소는 주로, 의료 장비실, 전산실, 정밀 측정실, 엔진실험실, 반도체 공장의 크린룸, 전자기판생산실 등 주로 열을 많이 발생하는 시스템이나 장치가 설치된 룸이기 때문에 냉방 운전, 제습 운전 및 가습 운전이 주를 이루지만 동절기에는 필요에 따라 난방 운전을 하기도 한다.
종래 항온항습기에서, 난방 운전은 냉동 사이클을 정지시키고 가열히터만을 동작킨 후 송풍기에 의하여 실내 공기를 순환시키는 방법에 의하여 이루어졌다. 그러나 이러한 가열히터식 난방은 설정 온도에 도달하는 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 효율이 떨어져 많은 전력을 소비하는 단점이 있었다.
종래의 항온항습기에서, 냉방은 냉매를, 통상의 냉동 싸이클에 따라 실외기에 구비되고 가스냉매를 고온 고압으로 압축시키는 압축기, 실외기에 구비되고 압축기에서 압축되어 인입되는 고온/고압의 가스냉매로부터 응축잠열을 방출케 하여 고압의 액체 냉매로 상 변화시키고 이를 실내열교환기로 유입시키는 실외열교환기, 고압의 액체냉매를 실내열교환기에 보내기 전에 액체 냉매의 압력을 미리 떨어 뜨려 실내열교환기에서 증발하기 쉬운 저압의 액체 냉매로 바꾸는 팽창밸브, 유입된 냉매를 기화시키면서 주변을 통과하는 공기로부터 증발잠열을 빼앗아 주변 공기를 냉각시키는 실내열교환기를 순차적으로 순환시키면서, 송풍기에 의하여 실내 공기를 실내열교환기에 유입시켜 열을 제거한 후 다시 실내에 유입시키는 방법으로 이루어진다.
종래의 항온항습기에서, 제습은 상술한 냉방 운전을 하면서 실내 공기가 실내열교환기에서 냉각되어 노점 현상에 의하여 응결하도록 하고 이를 드레인팬(drain pan)에 모아 드레인(drain)을 통하여 배출하는 방법을 이용하는데, 이때 공기 온도가 설정 실내 습도의 노점 온도 이하(통상 12℃내외)로 냉각되므로, 이를 다시 설정 실내온도(통상 22℃ 내외)까지 재열(reheat)하여 실내에 내보내야 한다.
이게 기존에는 상기와 같이 냉각되어 습기가 제거된 공기를 재열하기 위하여, 냉각된 공기가 배출되는 장치의 내측 또는 외측에 스팀, 온수, 전기 등을 이용한 가열장치가 별도를 함께 장착시켜, 배출되는 공기를 재열시키는 방법을 사용하였기에, 추가적인 재열용 에너지가 필요할뿐만 아니라, 재열용 장치의 부가적인 장착이 필요했다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 항온항습기에서 냉각제습시 사전설정온도보다 공기의 온도가 하강되는 경우, 이를 위해 기존처럼 별도의 가열장치를 구비하여 추가적인 에너지를 사용하지 않아도, 재열응축기를 하나 더 구비한 항온항습기의 구성만으로 제습에 따른 온도강하를 보상해줘 재열기능이 수행될 수 있도록 함으로써, 기존에 비해 에너지 절약 효과가 큰 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(10), 압축된 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기(20), 응축된 냉매를 팽창시켜 저온저압의 형태로 만드는 팽창밸브(50), 팽창밸브(50)를 거친 냉매를 증발시켜 압축기(10)로 순환시키는 증발기(60)로 구성되어 냉방 및 냉각제습이 이루어지는 항온항습기의 제어시스템에 있어서, 응축기(20)와 팽창밸브(50) 사이에서, 실내측 증발기(60)와 병렬로 대향설치하여 증발기(60)의 배출공기 유로상에 위치되도록하고, 상기 응축기(20) 이후에 냉매가 연속통과되도록 함으로써, 지속적인 냉각제습으로 인하여 실내유입공기(RA)의 온도가 사전설정온도보다 낮아진 경우, 응축기(20)와 함께 동시에 상호간 응축용량이 제어되면서, 실내유입공기가 사전설정된 온도가 되도록 재열용으로 사용되는 재열응축기(30); 가 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 항온항습기에서 냉각제습시, 사전설정온도보다 낮아진 공기온도를, 별도의 가열장치를 사용하지 않고, 냉방사이클에서 선택구동가능토록 한 2개의 응축기를 사용하는 것만으로, 사전설정온도로 올리는 재열 기능을 가질 수 있도록 한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별도의 가열장치를 사용하지 않기에, 추가적인 에너지 낭비가 발생되지 않아 에너지절약 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구성이 간단하여 제조 및 설치가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템의 냉각시 냉매 유동을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템의 냉각제습시 냉매 유동을 나타낸 흐름도.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이를 위한 본 발명의 일실시예를 살펴보면, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(10), 압축된 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기(20), 응축된 냉매를 팽창시켜 저온저압의 형태로 만드는 팽창밸브(50), 팽창밸브(50)를 거친 냉매를 증발기(60)로 증발시켜 압축기(10)로 순환시키는 구성으로 냉방 및 냉각제습이 이루어지는 항온항습기의 제어시스템에 있어서, 응축기(20)와 팽창밸브(50) 사이에서, 실내(A)측 증발기(60)와 병렬로 대향설치하여 증발기(60)의 배출공기 유로상에 위치되도록하고, 상기 응축기(20) 이후에 냉매가 연속통과되도록 함으로써, 지속적인 냉각제습으로 인하여 실내유입공기(RA)의 온도가 사전설정온도보다 낮아진 경우, 응축기(20)와 함께 동시에 상호간 응축용량이 제어되면서, 실내유입공기가 사전설정된 온도가 되도록 재열용으로 사용되는 재열응축기(30); 가 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실내유입공기(RA)의 온도에 따라, 응축기(20)에 설치된 송풍장치의 회전속도를 조절하여 응축잠열이 조절된 냉매를 재열응축기(30)을 통하여 응축잠열을 조절함으로써, 실내유입공기의 온도가 사전설정온도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 응축기(20)와 재열응축기(30)는 응축기(20)가 재열응축기(30)보다 상대적으로 큰 응축용량으로 구동되며, 상기 응축기(20)의 응축용량을 감소시키면서 감소된 만큼의 응축용량은 재열응축기(30)가 담당하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 사전설정온도보다 낮아진 실내유입공기의 온도를 사전설정온도가 되도록 재열시, 응축기(20)와 재열응축기(30) 상호간의 응축용량 비율을 변화시키며 연속구동시켜, 실내유입공기가 사전설정온도가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템은 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(50), 증발기(60), 재열응축기(30)를 포함한다.
상기 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(50), 증발기(60)는 기존의 공지된 냉매 사이클에서 사용되는 것과 동일한 것이며, 그 역할 또한 동일한 것이다.
압축기(10)는 기체냉매를 고온고압으로 압축시키고, 응축기(20)는 고온고압의 액체 냉매를 응축시켜 저온고압의 액체상태로 만들며, 응축기(20)의 저온고압 액상냉매는 팽창밸브(50)에서 팽창되어 저온저압 상태가 된 후, 증발기(60)에서 주변을 통과하는 공기(실내로 공급되는 외기)로부터 증발잠열을 빼앗겨 증발되면서 기화시키는 것으로, 이러한 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(50), 증발기(60) 순으로 냉매가 순환되는 냉매 사이클을 가지며 냉방을 하게 된다.
냉각제습은 상기의 냉방 구동때와 동일한 작동을 하되, '발명의 배경이 되는 기술'에도 상세히 언급했듯이, 냉방 운전시 실내 공기가 실내열교환기인 증발기(60)에서 냉각되어 노점 현상에 의하여 응결하도록 하고, 이를 드레인을 통하여 외부로 배출하는 것이다.
하지만, 이러한 냉각제습을 지속적으로 사용할 시, 실내로 공급되는 공기(Return air, RA)의 온도를 사전설정된 온도 이하로 더 낮아지게 되기에, 재열(reheat)하여 실내에 내보내야 한다.
이에, 본 발명에서는 기존에 이러한 재열기능을 위해 스팀, 온수, 전기 등을 이용한 별도의 가열장치를 사용하는 것이 아니라,
냉방 사이클에 사용되는 응축기(20) 외에 또 다른 응축기인, 재열응축기(30)를 하나 더 사용하여, 총 2개의 응축기(20, 30)를 사용하는 구성을 가지도록 한 것이다.
즉 도 1은 본 발명에서 냉방이 이루어지는 냉방 사이클시 냉매의 순환도이고, 도 2는 냉각제습이 이루어지는 냉각제습시 냉매의 순환도이다.
다시말해, 냉각제습시에는 냉매가 팽창밸브(50)로 바로 이동하지 않도록, 제 2밸브(V2)를 OFF 시키고, 제 3밸브(V3)를 ON시켜, 응축기(20)를 거친 냉매가 다시 2차 응축기인 재열응축기(30)를 거친 후 팽창밸브(50)로 이동토록 냉매유로를 더 구비한 것이다.
이로써, 냉방시에는 제 3밸브(V3)OFF, 제 1, 2밸브가 ON상태를 가짐으로써, 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(50), 증발기(60) 순으로 냉매가 순환되되, 제습냉각시에는 제 1, 3밸브 ON, 제 2밸브(V2)는 OFF가 되도록 하여, 압축기(10), 응축기(20), 재열응축기(30), 팽창밸브(50), 증발기(60) 순으로 냉매가 순환되도록 한 것이다.
또한, 본 발명에서는 마이컴(MICOM, 80), 스피드 컨트롤러(90)가 더 구비되는데, 냉각제습시에, 재열응축기(30), 팽창밸브(50), 증발기(60)가 설치된 실내측(A)에는 실내로 공급되는 공기(RA)의 온도를 온/습도센서(70)가 측정하고, 이렇게 측정된 실내공급공기 온도는 마이컴(80)에서 사전설정온도와 비교된, 그에 따라 스피드 컨트롤러(90)를 이용해 응축기(20)의 응축팬(F1) 구동속도를 제어하여, 응축기(20)의 응축용량을 제어하는 것이다. (냉방시에는 관로의 압력을 측정(압력센서 이용)하여 그에 따라 응축기(20)의 응축용량을 제어한다,)
본 발명에서는 전술된 바와 같이 복수개의 응축기(20, 30), 즉 압축기(10) 다음으로 사용되는 응축기(20)와, 재열응축기(30)가 사용된다.
이에, 온/습도센서(70)로 측정되어 마이컴(80)으로 전달된 실내공급공기의 온도가, 지속적인 냉각제습으로 인하여, 사전설정온도보다 더 낮아진 경우, 제 3밸브(V3)를 ON, 제 1밸브(V1)를 OFF 시켜, 냉매가 응축기(20)를 1차로 거친 후, 재열용으로 사용되는 재열응축기(30)를 2차로 거치도록 한 것인데, 일실시예로 응축기(20)의 응축용량을 90%(응축기(20)가 풀가동시의 응축용량 100%에 대비하여 또는 지속적인 냉각제습으로 실내공급공기의 온도가 사전설정온도 이하로 내려갔을 당시(재열이 필요한 시점)에 구동되던 응축기(20)의 응축용량을 100%라 가정했을시 그에 대비하여)만 사용토록 구동시키고, 재열응축기(30)는 10%(재열응축기(30)가 풀가동시의 응축용량 100%에 대비하여, 또는 응축기(20)의 100%응축용량에서 모자란 나머지 응축용량만큼)만 구동시켜서 온/습도센서(70)를 통해 실내로부터 유입되는 공기의 온도를 측정하고, 측정된 온도가 아직 사전설정온도로 높아지지 않으면, 메인으로 사용되는 응축기(20)의 응축용량을 80%만 사용하여 구동하고, 재열응축기(30)는 20%로 증가시켜 구동시는 반복을 계속 하여, 사전설정온도보다 낮아진 실내로부터 유입되는 공기의 온도가 사전설정온도가 될 때까지 구동하는 것이다.
즉, 90%의 응축용량으로 가동된 응축기(20)를 거친 냉매는 바로 팽창밸브(50)로 가지않고, 증발기(60)와 대향설치되어 증발기(60)의 배출공기 유로상에 위치되면서 10%의 응축용량으로 가동되는 재열응축기(30)를 연속적으로 거치면서 재열되도록 한 것으로, 냉방시 단일로 사용된 응축기(20)의 응축용량을 줄이면서, 줄인만큼의 응축용량을 증발기(60)의 배출공기 유로상에 위치된 재열응축기(30)가 담당하며 구동하도록 한 것이다.
이때, 이러한 응축기(20)와 재열응축기(30)의 응축용량은 각각 설치된 송풍장치(응축팬(F1, F2))의 회전속도를 각각 조절함으로써 이루어지는 것이며, 응축기(20)가 재열응축기(30)보다 큰 응축용량을 담당하며 구동되도록 하되, 냉각제습시 재열을 하는 경우, 상기 응축기(20)의 응축용량을 감소시키면서 그 감소된 만큼의 응축용량은 증발기(60)와 대향되도록 병렬로 설치되면서 증발기(60)의 배출공기 유로상에 위치되는 재열응축기(30)가 담당하도록 하여, 응축기(20)와 재열응축기(30) 응축용량 비율을 연계적으로 변화(ex: 9:1, 8:2, 7:3 … 등)시키며 연속구동시켜, 실내유입공기가 사전설정온도에 도달하도록 재열(2개의 응축기(20) 응축용량을 제어하여, 사전설정온도보다 더 낮은 온도가 된 실내공급공기의 온도가 사전설정온도로 올라가도록)하는 것이다.
더불어, 본 발명에서의 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템에서는 응축기(20)와 팽창밸브(50) 사이에 수액기(40)가 구비되고, 증발기(60)와 압축기(10) 사이에는 액분리기(41)가 설치될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉방시에는 재열응축기(30)로 냉매가 유동되지 않도록 하되, 냉각제습시에는 냉매가 곧바로 팽창밸브(50)로 유동하지 않고 재열응축기(30)를 거친 후 팽창밸브(50)를 거칠 수 있도록 하기 위해, 응축기(20)의 단부의 관로를 분기하여 하나는 재열응축기(30)로 하나는 수액기(40)로 연결시키고, 이러한 재열응축기(30) 관로에 제 3밸브(V3)를 설치하고, 수액기(40)와 연결되는 관로에는 제 2밸브(V2)를 설치하여, 수액기(40)와 팽창밸브(50) 사이에는 제 1밸브(V1)를 설치하여, 제 1, 2, 3밸브(V1, V2, V3)가 마이컴(80)에 의해 제어될 수 있도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 압축기 20: 응축기
30: 재열응축기 40: 수액기
41: 액분리기 50: 팽창밸브
60: 증발기 70: 온/습도센서
80: 마이컴 90: 스피드 컨트롤러
A: 실내 B: 실외
V1: 제 1밸브 V2: 제 2밸브
V3: 제 3밸브 F1, F2: 응축팬

Claims (4)

  1. 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(10), 압축된 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기(20), 응축된 냉매를 팽창시켜 저온저압의 형태로 만드는 팽창밸브(50), 팽창밸브(50)를 거친 냉매를 증발시켜 압축기(10)로 순환시키는 증발기(60)로 구성되어 냉방 및 냉각제습이 이루어지는 항온항습기의 제어시스템에 있어서,
    응축기(20)와 팽창밸브(50) 사이에서, 실내측 증발기(60)와 병렬로 대향설치하여 증발기(60)의 배출공기 유로상에 위치되도록하고, 상기 응축기(20) 이후에 냉매가 연속통과되도록 함으로써, 지속적인 냉각제습으로 인하여 실내유입공기(RA)의 온도가 사전설정온도보다 낮아진 경우, 응축기(20)와 함께 동시에 상호간 응축용량이 제어되면서, 실내유입공기가 사전설정된 온도가 되도록 재열용으로 사용되는 재열응축기(30);
    가 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실내유입공기(RA)의 온도에 따라,
    응축기(20)와 재열응축기(30)에 각각 설치된 송풍장치의 회전속도를 조절함으로써, 실내유입공기의 온도가 사전설정온도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 응축기(20)와 재열응축기(30)는
    응축기(20)가 재열응축기(30)보다 상대적으로 큰 응축용량으로 구동되며,
    상기 응축기(20)의 응축용량을 감소시키면서 감소된 만큼의 응축용량은 재열응축기(30)가 담당하도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템.

  4. 제 1항에 있어서,
    사전설정온도보다 낮아진 실내유입공기의 온도를 사전설정온도가 되도록 재열시, 응축기(20)와 재열응축기(30) 상호간의 응축용량 비율을 변화시키며 연속구동시켜, 실내유입공기가 사전설정온도가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 항온항습기의 냉각제습용 재열제어시스템.
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