KR101399821B1

KR101399821B1 - 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치

Info

Publication number: KR101399821B1
Application number: KR1020120084261A
Authority: KR
Inventors: 김재휘
Original assignee: 김재휘
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-05-27
Also published as: KR20140017348A

Abstract

본 발명은 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치에 관한 것이다. 본 발명은 시설하우스의 내부에 구비되며 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 하나의 사이클을 이루도록 연결되고 상기 냉매순환라인에는 압축기에서 제1 또는 제2열교환기로 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브를 포함하는 시설하우스 제습기에 있어서, 상기 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에는 수열 교환하는 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기에 열매체순환라인을 통해 순환되게 연결된 수열탱크가 마련되어 있으며, 상기 열매체순환라인에는 수열탱크 내의 열매체를 수열탱크로부터 열매체순환라인, 제3열교환기 및 열매체순환라인을 통해 다시 수열탱크로 순환시키는 열매체순환펌프가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 주간의 태양복사열로 인한 시설하우스의 온도가 일정온도(20℃)이상으로 올라가서 제열(냉방)모드로 가동시킬 때 제습기의 압축기가 냉매를 압축하는 과정에서 발생되는 고온의 폐열을 제3열교환기를 통하여 회수한 후 이를 수열탱크에 저장하고 야간에 시설하우스의 온도가 떨어져 난방이 필요할 때 수열탱크에 저장된 열매체가 가지는 폐열을 이용하여 압축기로 인입되는 냉매가스의 과열도를 높여 제습기의 난방능력증대 및 제습효율을 증가시키는데 유용하게 이용할 수 있다.

Description

시설하우스 제습기의 폐열이용 장치{waste heat utilizing apparatus of dehumidifier for installation house}

본 발명은 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 주간의 태양복사열로 인한 시설하우스의 내부온도가 일정온도(20℃)이상으로 올라가면 제습기를 활용하여 제열(냉방)가동시킬 수 있으며, 이때 제습기의 압축기에서 냉매를 압축하는 과정에서 발생되는 고온의 폐열을 제3열교환기를 통하여 회수한 후 이를 수열탱크에 저장하였다가 시설하우스의 온도가 떨어져 난방이 필요할 때 수열탱크에 저장된 열매체가 가지는 폐열을 이용하여 압축기로 인입되는 냉매가스의 과열도를 높여 제습기의 난방능력 및 난방효율을 증대시킬 수 있는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 시설하우스는 냉해를 방지하면서 농작물의 생장조건을 왕성하게 하여 촉성재배하고 열대성 식물이나 농작물 등을 재배하기 위한 시설물이다. 이러한 시설하우스에서 열대성 식물이나 농작물을 재배함에 있어, 토양이 마르지 않도록 충분한 급수가 필요하고 온도저하로 인한 냉해, 특히 동절기의 냉해를 방지하기 위하여 난방은 필수적으로 행하여지고 있다.

이러한 시설하우스의 난방을 행할 때, 시설하우스의 내부공기는 농작물에 공급한 급수로 인하여 상대습도가 80~100%로서 거의 현재온도의 포화수증기량에 도달하기 쉬운 상태로 온도가 조금이라도 내려가면 시설하우스의 내면은 물론 식물이나 농작물의 표면에 이슬이 부착되어 맺히게 되고, 온도가 낮아지면 질수록 더욱 심하게 이슬이 발생되게 된다.

이러한 발생된 이슬은 농작물이나 식물의 부패요인은 물론 병충해를 유발시키는 요인이 되었고, 이로 인하여 농약사용량이 증대됨은 물론 작물과 식물에 병충해가 발생하거나 부패되게 되면 상품으로서의 가치가 없어 판매할 수 없으며, 부주의로 인하여 시설하우스 내의 온도가 영하로 떨어지면 농작물이나 식물의 표면에 맺힌 이슬이 얼어붙어 냉해가 더욱 심각하게 발생된다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 조금이나마 해결하기 위하여 시설하우스의 내부공기가 가지고 있는 수분, 즉 습기를 제거할 수 있는 수단이 요구되었다. 이러한 시설하우스 내부의 습기제거를 위한 것으로 특허문헌에 제시하였다.

상기 특허문헌의 기술은 비닐하우스의 하부에 직립형으로 설치하는 것인바 하우스의 하층공기를 흡입하여 제습장치부와 살균부에 의하여 건조 살균시킨 후 상층부의 배출닥트를 통해 배출시킴은 물론 필요에 따라 발열기를 사용하여 보조적으로 온도를 높일 수도 있는 것이다.

그리고 일반적인 제습기를 이용한 제습과정을 설명하면, 주간의 햇볕에 의한 복사열로 하우스온도가 급격히 상승되는 경우 단순히 환풍기를 이용하여 환기시키거나 심한(실내온도가 30℃ 이상) 경우 제습기를 이용하여 제열(냉방)시켜야 하나, 제습기의 특성상 히트펌프와 마찬가지로 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브, 및 제2열교환기가 하나의 사이클을 이루는 것이어서 제2열교환기를 통과하는 공기온도를 이슬점이하로 낮춤으로 인하여 공기 중의 수분을 이슬로 응축시켜 절대습도를 낮춘 다음 제1열교환기에서 가열하여 건조된 공기로 배출 공급하는 것이었다.

이러한 기존의 제습기들은 시설하우스 내의 공기가 가지고 있는 수분을 제거하고 가온할 수 있어 하우스의 습도를 낮추고 대기온도가 낮은 야간(동절기포함)엔 냉해피해를 막을 수는 있으나, 주간일조시간에 시설하우스 온도가 상승할 때 제열(냉방)하여 시설하우스 내부온도를 낮출 수는 없는 것이다.

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200259241

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그러나 상기한 선행기술의 하우스 제습장치에 있어서는, 제2열교환기를 통과하는 공기온도를 이슬점이하로 낮춤으로 인하여 공기 중의 수분을 이슬로 응축시켜 절대습도를 낮춘 다음 제1열교환기에서 가열하여 건조된 공기로 배출 공급할 수밖에 없는 것이어서 시설하우스의 실내온도가 일정온도(20℃) 이상으로 올라가더라도 제열(냉방)기능으로는 활용할 수 없으며, 이로 인하여 제습기의 활용도가 떨어지고 시설하우스의 공간만 점유할 뿐 제습기의 제1열교환기에서 발생되는 폐열을 회수하고 활용하기 위한 수단이 전혀 없어 열원손실과 낭비가 더욱 심각하다는 문제점이 있었다.

또한, 제습기가 사방밸브를 갖는 히트펌프방식인 경우 역사이클 기능으로 가동시킬 수 있으나 제습기가 가동될 때 발생되는 제2열교환기에서 발생된 폐열만큼 제습되는 공기의 온도가 올라가고 상대습도가 낮아져 제2열교환기를 통과한 공기가제1열교환기를 통과할 때 제습이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구개발한 것으로서, 그 목적은 시설하우스 내에 히트펌프방식의 제습기를 마련하되 상기 제습기가 하나의 사이클을 이루는 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에 수열 교환하는 제3열교환기를 마련하고 상기 제3열교환기와 열매체순환유로를 통해 순환되게 연결된 수열탱크를 마련함으로써 주간의 태양복사열로 인한 시설하우스의 내부온도가 일정온도(20℃)이상으로 올라가서 제열(냉방)모드로 가동시킬 때 제습기의 압축기에서 냉매를 압축하는 과정에서 발생되는 고온의 폐열을 제3열교환기를 통하여 회수한 후 이를 수열탱크에 저장하고 야간에 시설하우스의 온도가 떨어져 난방이 필요할 때 수열탱크에 저장된 열매체가 가지는 폐열을 이용하여 압축기로 인입되는 냉매가스의 과열도를 높여 제습기의 난방능력을 증대시킴은 물론 제습기의 효율을 증가시킬 수 있도록 한 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제3열교환기에 공급되는 열매체를 차단하고 빼낼 수 있는 차단밸브와 배수밸브를 마련하거나 상기 제3열교환기를 우회할 수 있는 냉매우회라인을 마련함으로써 제3열교환기를 사용하지 않을 때 팽창밸브를 거쳐 제2열교환기를 통과한 저온저압의 가스냉매가 갖는 냉기(-21~0℃)에 의해 제3열교환기의 열매체가 얼음으로 인한 제3열교환기의 동파를 방지할 수 있도록 한 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제습기의 함체에서 제3열교환기를 분리 또는 부착가능하게 마련함으로써 제습기의 내부 공간 활용도를 높여 소형화할 수 있으며 제3열교환기를 사용하지 않을 때 팽창밸브를 거쳐 제2열교환기를 통과한 저온저압의 가스냉매를 곧바로 압축기로 우회시킬 수 있도록 한 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제2열교환기 전후의 냉매순환라인에서 분기된 냉매우회라인을 마련함으로써 필요에 따라 제습기를 보다 효율적인 냉방기로 활용할 수 있도록 한 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수열탱크에 공기열원 히트펌프나 가열장치를 연결하여 수열탱크 내의 열매체온도가 낮을 경우 가열할 수 있도록 한 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수열탱크를 시설하우스에 내리는 우수를 받아 이용 가능한 우수저장조로 활용할 수 있음은 물론 우수가 갖는 현열을 가스냉매의 과열도를 높이는데 활용할 수 있고 또한 수열탱크에 저장된 우수를 농업용수로 활용할 수 있도록 한 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시설하우스의 내부에 구비되며 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 하나의 사이클을 이루도록 연결되고 상기 냉매순환라인에는 압축기에서 제1 또는 제2열교환기로 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브를 포함하는 시설하우스 제습기에 있어서, 상기 제2열교환기와 압축기 사이의 냉매순환라인에는 수열 교환하는 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기에 열매체순환라인을 통해 순환되게 연결된 수열탱크가 마련되어 있으며, 상기 열매체순환라인에는 수열탱크 내의 열매체를 열매체순환라인, 제3열교환기 및 열매체순환라인을 통해 다시 수열탱크로 순환시키는 열매체순환펌프가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 열매체순환라인에는 열매체 순환펌프를 가동하지 않을 때 제1열교환기, 팽창밸브, 제2열교환기를 통과한 후 저온저압의 가스냉매가 갖는 냉기에 의하여 제3열교환기의 동파를 방지할 수 있도록 열매체의 공급을 차단할 수 있는 차단밸브가 마련되고 상기 제3열교환기 내의 열매체를 빼낼 수 있는 배수밸브가 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 제3열교환기 전후방의 냉매순환라인에는 제1열교환기, 팽창밸브, 제2열교환기를 통과한 후 냉매가 제3열교환기를 거침없이 우회하도록 하는 제1냉매우회라인이 마련되고 이 제1냉매우회라인과 냉매순환라인에는 냉매유로전환을 위한 제1전환밸브가 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치에 있어서, 상기 제습기 내부의 공간활용도를 높여 소형화할 수 있도록 제습기함체의 외부로 냉매순환라인을 인출하고 이렇게 인출된 냉매순화라인에 제3열교환기를 제습기함체의 외부에 마련하거나, 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에 차단밸브를 마련하고 상기 차단밸브의 전후방에서 분기된 냉매분기라인에 각각 차단밸브을 마련하되 상기 냉매분기라인의 끝단인 제습기함체의 외부에 제3열교환기를 연결 설치한 것을 특징으로 한다.

상기 제2열교환기 전후방의 냉매순환라인에는 제3열교환기를 통과한 고온고압의 냉매가 제2열교환기를 거침없이 우회하도록 하는 제2냉매우회라인이 마련되고 이 제2냉매우회라인과 냉매순환라인에는 냉매유로전환을 위한 제2전환밸브가 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 제습기함체 근처의 시설하우스 내부에 방열기가 마련되고 상기 방열기는 수열탱크의 열매체를 방열펌프에 의해 순환시킬 수 있도록 방열라인으로 연결될 수 있다.

상기 수열탱크에는 제3열교환기의 열원이 부족한 경우를 대비하여 수열탱크의 열매체를 가열하기 위한 지열교환기, 공기열원 히트펌프, 온수생산용 보일러, 전기히터 등으로 된 보조가열기를 연계 마련할 수도 있다.

본 발명에 따른 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치에 있어서, 상기 수열탱크를 시설하우스에 내리는 우수를 받아 우수이용시설인 우수저장조로 활용할 수 있도록 시설하우스의 처마에 우수를 집수할 수 있는 물받이와 이 물받이로부터 수열탱크에 이르기까지 우수라인이 연결되어 있고, 농작물의 급수로 활용할 수 있도록 살수펌프를 갖는 급수라인이 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치는 시설하우스 내에 히트펌프방식의 제습기를 마련하되 상기 제습기가 하나의 사이클을 이루는 제2열교환기와 압축기 사이의 냉매순환라인에 수열 교환하는 제3열교환기를 마련하고 상기 제3열교환기와 열매체순환라인을 통해 순환되게 연결된 수열탱크를 마련함으로써 주간의 태양복사열로 인한 시설하우스의 내부온도가 일정온도(20℃) 이상으로 올라가서 제열(냉방)모드로 가동시킬 때 제습기의 압축기가 냉매를 압축하는 과정에서 발생되는 고온의 폐열을 제3열교환기를 통하여 회수한 후 이를 수열탱크에 저장하고 야간에 시설하우스의 온도가 떨어져 난방이 필요할 때 수열탱크에 저장된 열매체가 가지는 폐열을 이용하여 압축기로 인입되는 냉매가스의 과열도를 높여 제습기의 난방능력을 증대시킴은 물론 제습효율을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명은 제3열교환기에 공급되는 열매체를 차단하고 빼낼 수 있는 차단밸브와 배수밸브를 마련하거나 상기 제3열교환기를 우회할 수 있는 제1냉매우회라인을 마련함으로써 제3열교환기를 사용하지 않을 때 제1열교환기, 팽창밸브, 제2열교환기를 통과한 가스냉매가 갖는 냉기(-21~0℃)에 의해 제3열교환기의 열매체가 얼음으로 인한 제3열교환기의 동파를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 제습기의 함체에서 제3열교환기를 분리 또는 부착가능하게 마련함으로써 제습기의 내부 공간 활용도를 높여 소형화할 수 있으며 제3열교환기를 사용하지 않을 때 제2열교환기의 가스냉매를 곧바로 압축기로 우회시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

본 발명은 제2열교환기 전후의 냉매순환라인에서 분기된 제2냉매우회라인을 마련함으로써 필요에 따라 제습기를 보다 효율적인 냉방기로 활용할 수 있으며, 수열탱크에 공기열원 히트펌프나 가열장치를 연결하여 수열탱크 내의 열매체온도가 낮을 경우 가열할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

본 발명은 수열탱크를 시설하우스에 내리는 우수를 받아 이용 가능한 우수저장조로 활용할 수 있음은 물론 우수가 갖는 현열을 가스냉매의 과열도를 높이는데 활용할 수 있으며 이로 인하여 수열탱크에 저장된 우수를 농업용수로 활용할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 바람직한 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 장치에서 요부인 제습기를 발췌하여 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 장치에서 요부인 제습기에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치의 바람직한 일실시예를 나타낸 도면이다.

제습기(10)는 시설하우스(20)에 그 내부공기 중의 수분을 이슬점이하로 낮춤으로써 물방울로 응결시켜 제습하고 이렇게 제습되면서 차가워진 공기를 가온하여 건조된 공기로 배출하는 장비이다. 이러한 제습기(10)는 히트펌프방식의 제습 사이클을 설치하기 위한 제습기함체(11)가 구비되되, 상기 제습기함체(11)에는 한쪽에 유입구(12)가 마련되고 다른 한쪽에 배출구(13)가 마련되어 있고 상기 함체(11)의 내부에 제습 사이클이 마련되어 있으며, 상기 배출구(13)에는 제습기함체(11)의 유입구(12)로부터 하우스공기를 흡입하여 배출구(13)을 통해 배출하기 위한 기류유동 팬(14)가 마련되어 있다.

상기 제습 사이클은 압축기(21), 제1열교환기(22), 팽창밸브(23) 및 제2열교환기(24)가 냉매순환라인(25)을 통해 연결되어 하나의 사이클을 이루고 구비되어 있으며, 상기 압축기(21) 전후방의 냉매순환라인(25)에는 압축기(21)로 흡입되고 압축 토출되는 방향을 제1, 제2열교환기(21,24)로 전환시킬 수 있도록 압축기(21) 전후방의 냉매순환라인(25)을 하나로 연결되었다가 다시 분기시키는 사방밸브(26)가 마련되어 있다.

상기 사방밸브(26)는 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 가스냉매를 제1열교환기(22)로 보내어 정상적인 제습 사이클로 사용하다가, 제2열교환기(24)와 열 교환을 위해 유입되는 시설하우스(20)의 공기온도가 너무 낮아 제2열교환기(24)에 결상(성에)이 발생되었을 때 압축기(21)에 의해 압축된 고온고압의 가스냉매를 제습 사이클의 역방향 사이클인 제2열교환기(24)로 보내어 제2열교환기(24)의 성에를 제거할 수 있고 제열(냉방)사이클로도 사용하기 위함이다.

상기에서 설명한 바와 같이 제습기(10)는 공기 중의 수분을 이슬점이하로 낮춤으로써 물방울로 응결시켜 제습하고 이렇게 제습되면서 차가워진 공기를 가온하여 건조된 공기로 배출하여야 하므로, 상기 제습 사이클의 제2열교환기(24)는 함체(11)의 유입구(12)에 마련하고, 제습 사이클의 제1열교환기(22)는 함체(11)의 배출구(13) 측에 마련하여야 한다.

상기 압축기(21)와 제2열교환기(24) 사이의 냉매순환라인(25), 좀 더 정확하게는 사방밸브(26)와 제2열교환기(24) 사이의 냉매순환라인(25)에는 수열 교환하는 제3열교환기(27)가 마련되어 있고 상기 제3열교환기(27)에 열매체순환라인(41)을 통해 순환되는 수열탱크(40)가 마련되어 있으며, 상기 열매체순환라인(41)에는 수열탱크(40) 내의 열매체를 이로부터 열매체순환라인(41), 제3열교환기(27) 및 열매체순환라인(41)을 통해 다시 수열탱크(40)로 순환시킬 수 있는 열매체순환펌프(42)가 마련되어 있다. 이때, 상기 수열탱크(40)는 시설하우스(20)의 외부에 마련된 것으로 도시하였으나 시설하우스(20)의 내부에 마련할 수도 있다.

상기 팽창밸브(23)는 제1, 제2열교환기(22,24) 사이의 냉매순환라인(25)에 마련되나 사방밸브(26)에 의해 냉매의 흐름방향이 바뀌더라도 감압이 제대로 이루어지도록 밸브유닛(28)과 함께 마련되어 있다. 상기 밸브유닛(28)은 냉매순환라인이 2개로 분기되었다가 만나는 각각의 분기라인(28a,28b)에 2개의 체크밸브(28c,28d)를 한 방향으로만 흐르도록 마련되고 상기 각각의 분기라인(28a,28b)에 마련된 2개의 체크밸브(28c,28d) 사이에서 분기되어 만나는 분기순환라인(28e)에 팽창밸브(23)가 마련되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치는, 시설하우스(10) 내에 설치된 제습 사이클을 가동시키되 시설하우스(20) 내의 여건에 따라 선택적으로 가동되게 된다. 이때, 제습기(11)의 가동조건은 햇볕이 내리쬐는 주간엔 시설하우스의 온도가 일정온도(20℃) 이상인 경우 제습보다는 제열(냉방)에 목적이 있으며, 시설하우스의 온도가 30℃이고 습도가 90%이상으로 고온다습한 경우 또한 마찬가지이다.

이와 같이 제열(냉방)모드로 가동되면, 사방밸브(26)에 의해 압축기(21)를 통과한 냉매가 제3, 제2열교환기(27,24)를 거쳐 밸브유닛(28), 팽창밸브(23), 제1열교환기(22) 및 압축기(21)로 순환되게 전환된다. 이때, 열매체순환라인(41)상의 열매체순환펌프(42)가 구동되어 수열탱크(40) 내의 열매체가 열매체순환라인(41), 제3열교환기(27) 및 열매체순환라인(41)을 통해 다시 수열탱크(40)로 순환되는 상태이다.

이렇게 제습 사이클이 가동되면 압축기(21)가 가동됨에 따라서 고온고압의 가스냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 제3열교환기(27)로 압송되어 제3열교환기(27)를 통과되는 동안 열매체가 고온고압의 냉매와 열 교환하여 열매체가 가온되게 되며, 이렇게 가온된 열매체는 열매체순환라인(41)을 따라 안내되어 수열탱크(40)에 열이 축적되는 과정이 지속적으로 이루어지게 된다.

이로 인하여 제3열교환기(27)에서 열매체와 수열 교환하는 과정에서 방열되어 고온고압의 액상냉매로 응축되고 이렇게 응축된 냉매는 다시 제2열교환기(24)로 이동되어 그 주위를 가온시키면서 제3열교환기(27)보다 더 낮은 온도의 액상냉매로 응축되게 된다.

이때, 배출구(13)측의 기류유동 팬(14)에 의하여 제2열교환기(24)를 통과하는 공기는 제3열교환기(27)에서 1차로 열 교환하여 방열한 냉매와 2차로 열 교환하는 것이므로 제2열교환기(24) 주위를 1~2℃정도 가온되게 된다.

이렇게 응축된 액상냉매는 밸브유닛(28)을 통과한 팽창밸브(23)에서 저압상태로 되어 제1열교환기(22)에서 증발되게 되고, 이렇게 제1열교환기(22)에서 냉매가 증발(기화)됨에 따라 기화에 필요한 냉매의 기화열을 기류유동 팬(14)에 의하여 제1열교환기(22)를 통과하는 공기로부터 흡수하므로 제1열교환기(22)의 주위는 냉각되게 된다.

상기 제1열교환기(22)를 통과한 저온저압의 가스냉매는 압축기(21)에 의해 흡입 압축된 후, 상기에서 언급한 바와 같은 과정을 반복적으로 수행하는 동안 제3열교환기(27)에서 지속적인 수열 교환이 이루어져 수열탱크(40)의 열매체에 열이 축적되는 것이다.

이렇게 제습기(10)의 제습 사이클이 제열(냉방)모드로 가동되는 동안에는 배출구(13)의 기류유동 팬(14) 또한 가동되게 되므로 제습기함체(11)의 유입구(12)를 통해 온도가 20℃ 이상이고 습도가 65%이상인 시설하우스(20) 내의 공기가 유입되어 함체(11)의 배출구(13)를 통해 시설하우스(20)로 배출되게 된다.

위와 같이 상기 함체(11)의 유입구(12) 측에 설치된 제2열교환기(24)의 주위가 1~2℃정도 가온된 상태인바 기류유동 팬(14)의 흡입력으로 인하여 제2열교환기(24)를 통과하는 공기는 21~22℃ 정도로 최소한으로 가열되게 된다.

이렇게 가열된 공기는 함체(11)의 배출구(13)측에 마련되는 제습 사이클의 제1열교환기(22)으로 이동되고 상기 제1열교환기(22)를 통과하는 동안 16~17℃정도로 되고, 이로 인하여 공기 중의 일부의 수분이 응결되어 물방울(응결수)로 맺혀 제거되므로 절대습도를 낮춤은 물론 제열(냉방)을 행하게 되는 것이다.

이와 같이 제습 및 제열(냉방)되면서 16~17℃정도의 공기가 시설하우스(20) 내부로 공급되기 때문에 시설하우스(20) 내에서 재배하는 농작물 또는 과수가 생장하는데 적합한 온도와 습도로 유지시켜줄 수 있는 것이다.

이와 같이 제열(냉방)모드로 가동하다가 저녁엔 하우스의 온도가 일정온도(10℃) 이하이고 습도가 65% 이상으로 저온 다습한 경우 제습모드로 가동되게 된다. 이렇게 제습모드로 가동하게 되면, 사방밸브(26)에 의해 압축기(21)를 통과한 냉매가 제1열교환기(22)를 거쳐 밸브유닛(28), 팽창밸브(23), 제2열교환기(24), 제3열교환기(27) 및 압축기(21)로 순환되게 전환된다.

이렇게 제습 사이클이 가동되면 압축기(21)가 가동됨에 따라서 고온고압의 가스냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 제1열교환기(22)로 압송되어 제1열교환기(22)를 통과되는 동안 기류유동 팬(14)에 의하여 제1열교환기(22)를 통과하는 공기와 열 교환(방열)하여 제1열교환기(22) 주위를 가온시키면서 고온고압의 액상냉매로 응축된다.

이렇게 제1열교환기(22)에서 응축된 고온고압의 액상냉매는 밸브유닛(28)을 통해 팽창밸브(23)를 거치면서 저압상태로 되어 제2열교환기(24)에서 증발되게 되고, 이렇게 제2열교환기(24)에서 냉매가 증발(기화)됨에 따라 기화에 필요한 냉매의 기화열을 기류유동 팬(14)에 의하여 제2열교환기(24)를 통과하는 공기로부터 흡수하므로 제2열교환기(24)의 주위는 수분의 이슬점이하로 냉각되게 된다.

상기 제2열교환기(24)를 통과한 저온저압의 가스냉매는 제3열교환기(27)에서 가온된 후 압축기(21)로 흡입되게 된다. 이때, 열매체순환라인(41)상의 열매체순환펌프(42)가 가동되고 있으므로 수열탱크(40) 내의 열매체가 제3열교환기(27)를 통과하면서 제3열교환기(27)를 통과하는 저온의 가스냉매와 열 교환한다.

다시 말해서, 제열(냉방)모드로 가동시 열이 축적되었던 수열탱크(40) 내의 열매체가 압축기(21)로 흡입되는 저온의 냉매가스를 가온시켜 냉매가스의 과열도를 높여주고, 이렇게 냉매가스의 과열도를 높인 만큼 압축기(21)에서 더욱 고온고압으로 압축되어 제1열교환기(22)에서의 방열열량이 증대되므로 제습과 동시에 난방효과가 상승되게 된다.

이렇게 제습기(10)의 제습 사이클이 가동되는 동안에는 배출구(13)의 기류유동 팬(14) 또한 가동되고 있으므로 함체(11)의 유입구(12)를 통해 일정온도(10℃) 이하이고 습도가 65% 이상인 시설하우스(20) 내의 공기가 유입된 후 함체(11)의 배출구(13)를 통해 시설하우스(20)로 배출되게 된다.

위와 같이 제습기(10)를 통과하는 시설하우스(20)내의 공기는 상기 함체(11)의 유입구(12) 측에 설치된 제2열교환기(24)의 주위가 이슬점이하로 낮아져있으므로 제2열교환기(24)를 통과하는 동안 열을 빼앗겨 5℃정도로 되고, 이로 인하여 공기 중의 수분은 대부분 응결되어 물방울(응결수)로 맺혀 하부로 떨어지므로 절대습도를 낮추어 제습을 행하는 것이다.

이렇게 제2열교환기(24)에 의해 제습이 이루어진 5℃ 정도의 공기는 함체(11)의 배출구(13)측에 마련되는 제습 사이클의 제1열교환기(22)으로 이동되고 상기 제1열교환기(22)를 통과하는 동안 일정온도(15℃) 이상으로 가온되고 건조된 공기로 배출구(13)를 통해 토출되게 된다.

이와 같이 제습되면서 일정온도(15℃) 이상의 공기가 시설하우스(20) 내부로 공급되기 때문에 시설하우스(20) 내에서 재배하는 농작물 또는 과수가 생장하는데 적합한 온도는 물론이고 습도로 유지시켜줄 수 있는 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주간의 태양복사열로 인한 시설하우스의 내부온도가 일정온도(20℃) 이상으로 올라가서 제열(냉방)모드로 가동시킬 때 제습기의 압축기가 냉매를 압축하는 과정에서 발생되는 고온의 폐열을 제3열교환기를 통하여 회수한 후 이를 수열탱크에 저장하고 야간에 시설하우스의 온도가 일정온도(10℃) 이하로 떨어져 난방이 필요할 때 수열탱크에 저장된 열매체가 가지는 폐열을 이용하여 압축기로 인입되는 냉매가스의 과열도를 높여 제습기의 난방능력을 증대시킴은 물론 제습기의 효율을 증가시킬 수 있는 것이다.

도 3 및 도 4는 도 2의 제습기에서 요부인 제3열교환기에 대한 다른 실시 예들을 나타낸 것으로서, 상기 제습기(10)를 제습모드로 가동하고 수열탱크(40)의 열매체를 사용하지 않는 경우, 제2열교환기(24)를 통과한 후 저온저압의 가스냉매가 갖는 냉기에 의한 제3열교환기의 동파를 방지하기 위한 것이다.

도 3은 제3열교환기(27)의 열매체순환라인(41)에 열매체의 공급을 차단할 수 있는 차단밸브(41a)를 마련하고 상기 제3열교환기(27)의 열매체를 빼낼 수 있는 배수밸브(41b)를 마련한 것이며, 도 4는 제3열교환기(27)의 전후위치인 냉매순환라인(25)에 제1냉매우회라인(29)을 마련하고 이 제1냉매우회라인(29)과 냉매순환라인(25)에는 냉매유로전환을 위한 제1전환밸브(30)를 마련한 것이다.

상기와 같은 구성에 의하면, 제습기(10)가 가동되는 상태에서 제3열교환기(27)를 사용하지 않을 때에는 열매체순환라인(41)의 차단밸브(41a)를 잠그고 배수밸브(41b)를 통해서 제3열교환기(27) 내의 열매체를 빼내거나 제3열교환기(27)로 냉매가 통과되지 않고 제1냉매우회라인(29)을 통해서만 흐르도록 제1전환밸브(30)를 개폐시키면 된다.

이렇게 제3열교환기(27) 내의 열매체를 빼내거나 냉매가 통과되지 않으므로 제2열교환기(24)를 통과한 가스냉매가 갖는 냉기온도는 대략 -21~-10℃이라 하더라도 제3열교환기(27)가 얼을 염려가 없으며 이로 인하여 제3열교환기(27)의 동파를 미연에 방지할 수 있는 것이다.

도 5는 제2열교환기(24)와 사방밸브(26) 사이의 냉매순환라인(25)을 제습기함체(11)의 외부로 인출하고 이렇게 인출된 냉매순환라인(25)에 제3열교환기(27)를 제습기함체(11)의 외부에 마련한 것을 제외하고는 도 1의 구성과 동일하다. 상기와 같이 제습기함체(11)의 외부에 제3열교환기(27)가 마련되기 때문에 제습기함체(11)내부의 공간활용도를 높일 수 있고 소형화할 수 있는 것이다.

도 6은 제습기(10) 내부의 공간활용도를 높여 소형화할 수 있도록 제2열교환기(24)와 사방밸브(26) 사이의 냉매순환라인(25)에 차단밸브(31)를 마련하고 상기 차단밸브(31)의 전후방에서 분기된 냉매분기라인(32)에 각각 차단밸브(33)을 마련하되 상기 냉매분기라인(32)의 끝단인 제습기함체(11)의 외부에 제3열교환기(27)를 연결 설치한 것을 제외하고는 도 1의 구성과 동일하다.

상기와 같이 제3열교환기(27)를 제습기함체(11)의 외부에 마련되므로 제습기함체(11)내부의 공간활용도를 높여 소형화할 수 있음은 물론 제3열교환기(27)를 사용하지 않을 때 냉매분기라인(32)의 차단밸브(33)는 잠그고 냉매순환라인(25)의 차단밸브(31)를 개방시켜 제습기(10)본래의 기능으로 사용할 수 있는 것이다.

도 7은 제2열교환기(24) 전후방의 냉매순환라인(25)에 제3열교환기(27)를 통과한 냉매가 제2열교환기(24)를 거침없이 우회하도록 하는 제2냉매우회라인(34)이 마련되어 있고 상기 제2냉매우회라인(34)과 냉매순환라인(25)에는 냉매유로전환을 위한 제2전환밸브(35)가 마련되는 것을 제외하고는 도 1의 구성과 동일하다.

상기와 같은 구성에 의하면 시설하우스(20)의 내부온도가 일정온도(20℃) 이상으로 되는 경우, 제2열교환기(24) 전방의 제2전환밸브(35)를 잠그고 제2냉매우회라인(34)의 제2전환밸브(35)를 개방시킨 상태에서 제열(냉방)모드로 제습기를 가동시키면 된다. 이 경우는 도 1의 제열(냉방)모드로 작동되는 과정과 동일하나, 다만 제3열교환기(27)가 응축기로서의 기능을 수행한다는 점에서만 차이가 있으므로 그 구체적인 작동과정은 생략한다.

다시 말해서, 상기 제3열교환기(27)가 제2열교환기(24)의 역할인 응축기로서의 기능을 수행하므로 제3열교환기(27)에서 수열 교환하여 얻은 폐열을 수열탱크(40)의 열매체에 축적하게 되며, 제습기(10)의 흡입구(12)로 인입되는 공기는 전혀 가열함이 없어 보다 효율적인 제습 및 냉방이 가능하게 되는 것이다.

또한, 상기 제3열교환기(27)는 도시하진 않았지만 제2열교환기(24)와 병렬로 마련된 것처럼 제2냉매우회라인(34)에 마련할 수도 있다.

도 8은 제습기함체(11) 근처의 시설하우스(20) 내부에 방열기(43)를 마련하고 상기 방열기(43)는 수열탱크(40)의 열매체를 방열펌프(44)에 의해 순환시킬 수 있도록 방열라인(45)이 열매체순환라인(41)과 연결된 것을 제외하고는 도 1의 구성과 동일하다.

상기와 같은 구성에 의하면, 시설하우스(20)의 온도가 일정온도(10℃) 이하로 낮은 경우 제습기(10)의 가동과는 별개로 방열라인(45)상의 방열펌프(44)만을 가동시킬 수 있으며, 이렇게 방열펌프(44)를 가동시키면 수열탱크(40)내의 열매체가 열매체순환라인(41)과 방열라인(45) 및 방열기(43)를 거쳐 순환되면서 방열기(43)에 열매체가 가지고 있는 열을 방열하므로 시설하우스(20)의 난방이 이루어지게 된다.

도 9는 수열탱크(40)에 제3열교환기(27)의 열원이 부족한 경우를 대비하여 수열탱크(40)의 열매체를 가열할 수 있는 지열교환기(50)가 연계 마련된 것을 제외하고는 도 1의 구성과 동일하다.

상기와 같은 구성에 의하면 제2열교환기(24)를 통과하고 제3열교환기(27)에 도달한 저온저압의 냉매의 온도가 지중온도보다 낮은 상태에서 제습기(10)를 제습모드로 사용하는 경우 지열교환기(50)를 가동시켜 수열탱크(40)내의 열매체를 지중온도로 가온하고 이렇게 가온된 만큼 축열된 열매체를 제3열교환기(27)에서 필요로 하는 열원으로 활용할 수 있는 것이다.

상기 지열교환기(50)는 공기열원 히트펌프, 온수생산용 보일러, 전기히터 등으로 대체하여 마련할 수도 있으며, 이러한 경우엔 수열탱크(40)의 온도를 지중온도보다 더 가온시킬 수 있는 이점이 있다.

도 10은 수열탱크(40)를 시설하우스(20)에 내리는 우수를 받아 우수이용시설인 우수저장조로 활용할 수 있도록 시설하우스(20)의 처마에 우수를 집수할 수 있는 물받이(51)와 이 물받이(51)로부터 수열탱크(40)에 이르기까지 우수라인(52)을 연결하고, 농작물의 급수로 활용할 수 있도록 살수펌프(54)를 갖는 급수라인(53)이 마련된 것을 제외하고는 도 1의 구성과 동일하다.

상기와 같은 구성에 의하면, 우수(빗물)을 물받이(51)와 우수라인(52)을 통해 수열탱크(40)로 집수 저장되게 되면 수열탱크(40)에 저장된 우수가 갖는 현열을 제3열교환기(27)의 열원으로 활용할 수 있으며, 급수라인(53)의 살수펌프(54)를 통해 농작물에 뿌려줄 수 있어 농작물용수로도 활용이 가능한 것이다.

본 발명은 시설하우스에서 농작물이나 과채류를 재배에 적합한 온습도로 유지시키고자 하는 제습 및 난방은 물론 제열(냉방)장치분야에 유용하게 이용할 수 있는 것이다.

10: 제습기 11: 함체 12: 유입구
13: 배출구 14: 기류유동 팬 20: 시설하우스
21: 압축기 22: 제1열교환기 23: 팽창밸브
24: 제2열교환기 25: 냉매순환라인 26: 사방밸브
27: 제3열교환기 28: 밸브유닛 29: 제1냉매우회라인
32: 냉매분기라인 34: 제2냉매우회라인 40: 수열탱크
41: 열매체순환라인 42: 열매체순환펌프 43: 방열기
44: 방열펌프 45: 방열라인 50: 지열교환기
51: 물받이 52: 우수라인 53: 급수라인
54: 살수펌프

Claims

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시설하우스의 내부에 구비되며 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 하나의 사이클을 이루도록 연결되고 상기 냉매순환라인에는 압축기에서 제1 또는 제2열교환기로 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브를 포함하는 시설하우스 제습기에 있어서,
상기 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에는 수열 교환하는 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기에 열매체순환라인을 통해 순환되게 연결된 수열탱크가 마련되어 있으며, 상기 열매체순환라인에는 수열탱크 내의 열매체를 수열탱크로부터 열매체순환라인, 제3열교환기 및 열매체순환라인을 통해 다시 수열탱크로 순환시키는 열매체순환펌프가 마련되어 있으며,
상기 열매체순환라인에는 팽창밸브를 거쳐 제2열교환기를 통과한 후 저온저압의 가스냉매가 갖는 냉기에 의하여 제3열교환기의 동파를 방지할 수 있도록 열매체의 공급을 차단할 수 있는 차단밸브가 마련되고 상기 제3열교환기 내의 열매체를 빼낼 수 있는 배수밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.
시설하우스의 내부에 구비되며 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 하나의 사이클을 이루도록 연결되고 상기 냉매순환라인에는 압축기에서 제1 또는 제2열교환기로 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브를 포함하는 시설하우스 제습기에 있어서,
상기 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에는 수열 교환하는 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기에 열매체순환라인을 통해 순환되게 연결된 수열탱크가 마련되어 있으며, 상기 열매체순환라인에는 수열탱크 내의 열매체를 수열탱크로부터 열매체순환라인, 제3열교환기 및 열매체순환라인을 통해 다시 수열탱크로 순환시키는 열매체순환펌프가 마련되어 있으며,
상기 제3열교환기 전후방의 냉매순환라인에는 제2열교환기를 통과한 후 냉매가 제3열교환기를 거침없이 우회하도록 하는 제1냉매우회라인이 마련되고 이 제1냉매우회라인과 냉매순환라인에는 냉매유로전환을 위한 제1전환밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.
시설하우스의 내부에 구비되며 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 하나의 사이클을 이루도록 연결되고 상기 냉매순환라인에는 압축기에서 제1 또는 제2열교환기로 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브를 포함하는 시설하우스 제습기에 있어서,
상기 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에는 수열 교환하는 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기에 열매체순환라인을 통해 순환되게 연결된 수열탱크가 마련되어 있으며, 상기 열매체순환라인에는 수열탱크 내의 열매체를 수열탱크로부터 열매체순환라인, 제3열교환기 및 열매체순환라인을 통해 다시 수열탱크로 순환시키는 열매체순환펌프가 마련되어 있으며,
상기 제습기 내부의 공간활용도를 높여 소형화할 수 있도록 제습기함체의 외부로 상기 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인을 인출하고 이렇게 인출된 냉매순화라인에 제3열교환기를 제습기함체의 외부에 마련한 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.
시설하우스의 내부에 구비되며 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 및 제2열교환기가 냉매순환라인을 통해 하나의 사이클을 이루도록 연결되고 상기 냉매순환라인에는 압축기에서 제1 또는 제2열교환기로 냉매의 흐름을 전환시키기 위한 사방밸브를 포함하는 시설하우스 제습기에 있어서,
상기 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에는 수열 교환하는 제3열교환기가 마련되고 상기 제3열교환기에 열매체순환라인을 통해 순환되게 연결된 수열탱크가 마련되어 있으며, 상기 열매체순환라인에는 수열탱크 내의 열매체를 수열탱크로부터 열매체순환라인, 제3열교환기 및 열매체순환라인을 통해 다시 수열탱크로 순환시키는 열매체순환펌프가 마련되어 있으며,
상기 제습기 내부의 공간활용도를 높여 소형화할 수 있도록 제2열교환기와 사방밸브 사이의 냉매순환라인에 차단밸브를 마련하고 상기 차단밸브의 전후방에서 분기된 냉매분기라인에 각각 차단밸브을 마련하되 상기 냉매분기라인의 끝단인 제습기함체의 외부에 제3열교환기를 연결 설치한 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2열교환기 전후방의 냉매순환라인에는 제3열교환기를 통과한 냉매가 제2열교환기를 거침없이 우회하도록 하는 제2냉매우회라인이 마련되고 이 제2냉매우회라인과 냉매순환라인에는 냉매유로전환을 위한 제2전환밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.
제2항 또는 제4항에 있어서,
상기 제습기 근처의 시설하우스 내부에 방열기가 마련되고 상기 방열기는 수열탱크의 열매체를 방열펌프에 의해 순환시킬 수 있도록 방열라인이 열매체순환라인과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.
제7항에 있어서,
상기 수열탱크에는 제3열교환기의 열원이 부족한 경우를 대비하여 수열탱크의 열매체를 가열하기 위한 지열교환기, 공기열원 히트펌프, 온수생산용 보일러, 전기히터 중의 어느 하나가 수열탱크와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.
제7항에 있어서,
상기 수열탱크를 시설하우스에 내리는 우수를 받아 우수이용시설인 우수저장조로 활용할 수 있도록 시설하우스의 처마에 우수를 집수할 수 있는 물받이와 이 물받이로부터 수열탱크에 이르기까지 우수라인이 연결되어 있고, 농작물의 급수로 활용할 수 있도록 살수펌프를 갖는 급수라인이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 시설하우스 제습기의 폐열이용 장치.