KR100607204B1

KR100607204B1 - 냉각유체의 증발 냉각방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100607204B1
Application number: KR1020040045559A
Authority: KR
Inventors: 이대영; 임진구; 문현기
Original assignee: (주) 위젠글로벌
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-08-01
Also published as: KR20050120275A; US7234309B2; US20050279115A1

Abstract

냉각유체의 온도를 현저하게 낮춰 증발 냉각기의 부피를 줄일 수 있는 냉각유체의 증발 냉각방법 및 그 장치가 개시되어 있다. 본 냉각유체의 증발 냉각장치는 피 냉각장치를 순환한 후 증발 냉각부를 통과하면서 외부공기에 의해 증발 냉각된 제 1냉각유체를 피 냉각장치로 순환시키고, 제 1냉각유체에서 나뉘어진 제 2냉각유체를 흡입구에 설치되는 현열 냉각부로 통과시켜 흡입되는 외부공기를 현열 냉각시키며, 현열 냉각된 제 2냉각유체를 다시 증발 냉각부로 순환시키고, 상기 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체를 상기 현열 냉각된 외부공기로 증발 냉각시키는 과정을 반복적으로 되풀이 한다. 따라서, 증발 냉각된 제 2냉각유체가 순환하면서 외부공기를 현열 냉각시키고, 현열 냉각된 외부공기가 다시 냉각유체를 증발 냉각시키게 되므로 냉각효율을 극대화 시킬 수 있고, 제 2냉각유체가 외부공기와 간접적으로 접촉되므로 외부공기를 습도의 증가 없이 현열 냉각하여 증발부로 흡입되는 공기의 습구온도를 감소시킴으로써 냉각유체를 더욱 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 효과가 제공된다. 또한, 상기와 같은 구조에 의해 보다 낮은 온도의 냉각유체를 얻을 수 있기 때문에 냉각탑이나 실외기 등의 부피를 현저하게 줄일 수 있게 된다.

재생형, 증발식, 냉각탑, 냉방기, 냉각유체

Description

냉각유체의 증발 냉각방법 및 그 장치{METHOD FOR EVAPORATIVE COOLING OF COOLANT AND APPARATUS THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 냉각유체 증발 냉각방법을 설명하기 위한 개략적 블록도.

도 2는 본 발명의 바람직한 제 1실시 예에 따른 냉각유체 증발 냉각장치를 도시한 개략도.

도 3a,3b는 도 2에 도시 된 현열 냉각부의 구조를 도시한 개략적 도면으로, 3a는 개략적 단면도이고, 3b는 개략적 사시도.

도 4a,4b는 도 2에 도시 된 냉각유체 증발 냉각장치의 작용을 설명하기 위한 그래프.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2실시 예에 따른 냉각유체 증발 냉각장치를 도시한 개략적 구성도.

도 6은 본 발명의 바람직한 제 3실시 예에 따른 냉각유체 증발 냉각장치를 도시한 개략적 블록도.

도 7은 본 발명의 바람직한 제 4실시 예에 다른 냉각유체 증발 냉각장치를 도시한 개략적 구성도.

도 8은 본 발명의 제 5실시 예를 도시한 개략적 구성도.

도 9a,9b,9c는 종래기술에 의한 증발 냉각기의 일 예를 도시한 개략적 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 냉각탑 12 : 통풍팬

16 : 흡입구 20 : 냉각유체 공급관

22 : 분사관 30 : 증발 냉각부

32 : 증발 열 교환부재 40 : 현열 냉각부

42 : 열 교환부재 44 : 냉각핀

50 : 순환부재 52 : 순환펌프

60 : 제어밸브 70 : 증발수 순환 파이프

90 : 에어컨 92 : 보조 현열 냉각부

94 : 에어컨 흡입구 EV : 팽창밸브

OA : 외부공기 CP : 압축기

CL : 냉각유체 CL1 : 제 1냉각유체

CL2 : 제 2냉각유체 EW : 증발수

본 발명은 냉각유체의 증발 냉각방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 냉각탑이나 일반 에어컨의 실내기, 실외기 등에서 피 냉각장치를 순환하면서 열 교환을 통해 온도가 상승한 냉각유체를 효과적으로 냉각시켜 냉각효율을 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 냉각탑과 같은 증발 냉각기의 부피를 현저하게 줄일 수 있는 냉각유체의 증발 냉각방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉방기는 냉각유체를 순환시키면서 냉각유체와 피 냉각체와의 열 교환으로 열을 빼앗고, 이러한 과정으로 온도가 상승된 냉각유체를 열 교환을 통하여 냉각시킨 후 다시 순환시켜 실내 또는 특정 피 냉각체를 냉각(냉방)시키도록 구성되어 있다. 이때, 온도가 상승된 냉각유체를 냉각시켜 다시 피 냉각체로 순환시키는 장치는 건물의 옥상에 설치되어 피 냉각장치를 순환한 냉각유체를 증발식으로 냉각시키는 증발 냉각기로 이루어진다. 일반적인 증발 냉각기로는 냉각탑이 있다.

특히, 냉각탑은 대향류형, 밀폐형, 직교류형, 대향류 직교류 겸용형으로 구분될 수 있는 것이다.

이러한 냉각탑은 도 9a에 도시된 바와 같이 본체(2)의 상부에 통풍팬(5)이 설치되고, 중간부에는 증발 냉각부(3)가 설치되며, 증발 냉각부(3)의 상부측에는 냉각유체를 분무 시키기 위한 스프링쿨러(4)가 설치된다. 또한, 본체(2)의 하부에는 집수조(7)가 설치되고 집수조(7)에는 소모되는 냉각유체를 보충 시키기 위한 보충수관(8)이 설치된다.

이와 같이 구성된 냉각탑은 외부공기를 증발 냉각부(3)로 통과시키면서 스프링쿨러(4)로 냉각유체를 분사하게 되면 냉각유체가 증발 냉각부(3)를 통과하면서 증발되어 증발 냉각되는 것이다. 상기한 과정으로 증발 냉각된 냉각유체는 실내측의 피 냉각장치로 순환되는 것이며, 이러한 작용은 반복적으로 이루어진다.

그러나, 이와 같은 종래기술에 의한 냉각탑은 흡입공(6)으로 유입되는 외부공기가 증발 냉각부(3)를 통과하여 통풍팬(5) 측으로 이동하는 과정에서 스프링쿨러(4)를 통하여 분사되는 냉각유체와의 접촉으로 냉각유체의 증발을 유도하여 증발 냉각시키도록 구성되어 있었기 때문에 피 냉각장치를 순환한 냉각유체의 열을 신속하게 증발 냉각시키기 위해서는 증발 냉각부(3)를 구성하는 충진재 및 통풍팬(5)을 대형화해야 하는 문제점이 있었다.

즉, 도 9b에 도시 된 바와 같이 외부로부터 유입되는 흡입공기의 입구건구온도(Tdbi)는 온도의 변화없이 증발 냉각부로 유입(Tdbi1)되어 냉각유체를 증발 냉각시킨 후 출구건구온도(Tdbo)가 상승된 상태로 배출되고, 이로 인하여 냉각유체의 온도는 입구냉각유체온도(Tfi)에서 출구냉각유체온도(Tfo)로 냉각되는 것이다. 따라서, 냉각유체의 증발 냉각 온도는 흡입공기의 습구온도(Twbi)로 제한되는 것이다.

이러한 문제점은 도 9c에 도시 된 바와 같이 대한민국 공개특허공보 제2003-0032240호(공개일자 2003년 4월 26일)의 본체(2) 흡입공(6)에 예냉기(9)를 설치하여 흡입되는 외부공기를 1차적으로 냉각시킨 후 그 냉각된 외부공기를 증발 냉각기(3)로 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시킴으로써 다소 해소될 수 있었다.

그러나, 상기와 같이 예냉기(9)를 갖는 대한민국 공개특허공보 제2003-0032240호는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 보충수의 온도가 냉각유체의 온도보다 10 ℃ 정도 낮고, 증발 냉각부(3)에서 냉각유체가 5 ℃ 정도 냉각되는 것으로 가정할 경우, 증발량은 냉각 유체 전체 순환량의 1%에 불과하므로, 보충되는 보충수는 전체 냉각유체의 1%에 불과할 뿐만 아니라, 이러한 과정으로 집수조(7)로 공급되는 보충수의 일부를 예냉기(9)로 순환시키게 되므로 그로 인한 냉각효과는 미미할 수밖에 없었던 것이다. 즉, 냉각유체가 증발 냉각부(3)에서 증발하여 손실된 양 만큼만 보충수가 보충되기 때문에 소량의 보충수로 외부공기를 충분히 냉각시킬 수 없었던 것이다.

둘째, 대한민국 공개특허공보 제2003-0032240호는 도 9c에 도시 된 바와 같이 예냉기(9)의 내부서 보충수가 기름종이로 된 충진재(9-1)에 분사되어 외부공기와 직접 접촉되고 있었기 때문에 증발 냉각부(3)로 공급되는 외부공기의 습도가 상승하여 냉각유체의 증발을 극대화 시킬 수 없었던 것이다.

한편, 대한민국특허 제133007호(공개일자 : 1995.01.03, 미국특허출원 제8/078,629), 대한민국특허 제196791호(공고일자 : 1999.06.15, 미국특허출원 8/426,029) 및 대한민국특허 제376749호(공고일자 : 2003.03.19, 미국특허출원 09/265,504)가 개시되어 있으나, 상기 각 특허는 외기의 조건에 따라 건식과 습식을 병행 또는 건식으로 운전하여 증발수의 소모량을 줄이도록 구성되어 있다.

상기의 특허들은 외부로부터 유입되는 흡입공기가 온도의 변화 없이 증발 냉각부로 유입되기 때문에 냉각유체의 증발 냉각 온도는 흡입공기의 습구온도로 제한된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술에 의한 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 냉각탑과 같은 냉각유체 냉각장치의 증발 냉각부 에서 증발 냉각된 냉각유체의 일부를 이용하여 유입되는 외부공기를 습도의 증가 없이 현열 냉각시켜 증발 냉각부로 유입되는 공기의 습구온도를 감소시킴으로써 냉각유체의 냉각효율을 극대화 시킬 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해소하기 위한 본 발명은 a) 증발 냉각부를 통과하면서 외부공기에 의해 증발 냉각된 냉각유체를 제 1냉각유체와 제 2냉각유체로 나누어 제 1냉각유체는 다시 피 냉각장치로 순환시키는 단계;

b) 상기 제 2냉각유체는 외부공기 흡입구에 설치되는 현열 냉각부로 순환시켜 흡입되는 외부공기를 현열 냉각시키는 단계;

c) 상기 현열 냉각부를 순환한 제 2냉각유체와 피 냉각장치를 순환한 제 1냉각유체를 다시 증발 냉각부로 통과시키는 단계; 및

d) 제 1,2냉각유체로 이루어져 상기 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체를 상기 현열 냉각부에 의해 현열 냉각된 외부공기로 증발 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각방법을 제공한다.

한편, 본 발명은 증발 냉각기의 내부에 설치되어 냉각유체를 증발 냉각시키기 위한 증발 냉각부;

상기 증발 냉각기의 공기 흡입구에 설치되어 증발 냉각부에서 증발 냉각된 제 1냉각유체로부터 분기된 제 2냉각유체를 통과시킴으로써 흡입되는 외부공기를 현열 냉각시키기 위한 현열 냉각부; 및

상기 현열 냉각부를 통과하면서 온도가 상승된 제 2냉각유체를 다시 증발 냉 각부로 순환시키도록 배관되는 순환부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치를 제공한다.

본 발명에 의한 증발 냉각기는 건물용 또는 산업용 냉각탑 및 일반 에어컨용 실외기를 포함하고, 에어컨의 실내기에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 냉각유체와 외부공기가 직접 접촉되는 직접 접촉 습식 열 교환 방식 및 냉각유체와 외부공기가 간접 접촉되는 간접 접촉 습식 열 교환 방식을 갖는 냉각탑 및 실외기에 적용되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은 증발 냉각기의 흡입구에, 1차로 증발 냉각된 냉각유체로 유입되는 외부공기를 현열 냉각시킬 수 있는 현열 냉각부를 설치함으로써, 외부공기가 습도의 증가 없이 현열 냉각되고, 현열 냉각된 외부공기로 냉각유체를 다시 증발 냉각시키며, 냉각된 냉각유체로 외부공기를 다시 현열 냉각시키는 과정이 반복적으로 이루어지게 된다.

이와 같이 증발 냉각된 냉각유체가 순환하면서 유입되는 외부공기를 현열 냉각시키고, 현열 냉각된 외부공기가 냉각유체를 다시 증발 냉각시키게 되는 과정이 반복적으로 이루어짐으로써 흡입되는 외부공기를 냉각시켜 습구온도를 현저하게 낮출 수 있게 된다.

즉, 흡입되는 외부공기가 습도의 증가 없이 냉각유체에 의해 현열 냉각되어 증발 냉각부를 통과하게 되므로 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체의 온도를 더욱 낮은 온도까지 증발 냉각시킬 수 있고, 이와 같이 낮은 온도로 냉각된 냉각유체로 흡입되는 외부공기를 습도의 증가 없이 다시 현열 냉각하게 되므로 흡입되는 외부 공기가 더욱 낮은 온도로 냉각될 수 있게 된다.

이와 같이 냉각된 냉각유체가 계속 순환되면서 점차 낮은 습구온도로 냉각되므로 최적인 상태에서 흡입공기의 이슬점 온도까지 냉각이 가능하게 되는 것이다.

한편, 현열 냉각부로 공급되는 냉각유체의 유량을 제어밸브로 제어하게 되면 현열 냉각부에서 현열 냉각되는 외부공기의 온도를 제어할 수 있게 된다. 즉, 필요에 따라 외부공기의 냉각온도를 제어할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 각 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서 도 1은 본 발명에 따른 냉각유체 증발 냉각방법을 설명하기 위한 개략적 블록도 이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제 1실시 예에 따른 냉각유체 증발 냉각장치를 도시한 개략도이며, 도 3a,3b는 도 2에 도시 된 현열 냉각부의 구조를 도시한 개략적 도면으로, 3a는 개략적 단면도이고, 3b는 개략적 사시도 이다. 본 실시 예에서는 증발 냉각기가 냉각탑(10)인 것을 기준으로 설명한다.

도 1 내지 도 3b에 도시 된 바와 같이 본 실시 예에 의한 냉각유체 증발 냉각장치는 냉각탑(10)(증발 냉각기)의 흡입구에 설치되는 현열 냉각부(40), 및 냉각유체(CL : COOLING LIQUID)의 일부를 현열 냉각부(40)를 통하여 반복적으로 순환시키기 위한 순환부재(50)로 이루어진다. 여기에서 증발 냉각부(30)를 통과하면서 증발 냉각된 냉각유체(CL)는 피 냉각장치를 순환하는 제 1냉각유체(CL1)와 현열 냉각부(40)를 순환하는 제 2냉각유체(CL2)로 나누어져 구분된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 실시 예가 적용되는 냉각탑(10)은 하부에 집수조(18)가 형성되고 하부 측부에 흡입구(16)가 형성되며, 상부에는 통풍팬(12)이 설치된다. 또한, 내부 중간에는 증발 냉각부(30)가 설치되며, 이 증발 냉각부(30)의 상부측에는 분사관(22)이 설치되고, 이 분사관(22)은 피 냉각장치(도시 되지 않음)와 연결된 냉각유체 공급관(20)과 결합된다. 따라서, 피 냉각장치를 순환한 제 1냉각유체(CL1)는 냉각유체 공급관(20)을 통하여 분사관(22)으로 공급되고, 분사관(22)에서는 공급된 제 1냉각유체(CL1)를 증발 냉각부(30)로 미세하게 분사하도록 구성된 것이다.

이러한 냉각탑(10)은 직접 접촉 습식 열 교환 방식이다. 즉, 실내측 피 냉각장치를 순환한 제 1냉각유체(CL1)가 증발 냉각부(30)를 통과하면서 유입된 외부공기(OA)와 직접 접촉되는 방식인 것이다.

상기 현열 냉각부(40)는 증발 냉각부(30)를 통과하면서 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 통과하면서 외부공기(OA)를 현열 냉각시키기 위한 것이다.

이러한 현열 냉각부(40)는 도 3a,3b에 도시 된 바와 같이 제 2냉각유체(CL2)가 다중 통과(MULTI PASS : 간격은 좁고 폭은 넓은 중공형 판 형태의 열 교환부재(42) 내부로 유입된 냉각유체(CL2) 전체가 한꺼번에 지그재그 형태로 통과되는 것)되도록 다수개의 열 교환부재(42)가 여러 겹으로 겹쳐지게 배열된 상태에서 서로의 반대방향 끝단이 연통되게 결합되어 이루어진다. 다시 설명하면, 서로 겹쳐진 각 열 교환부재(42)의 각 끝단이 지그재그 형태로 연통되도록 도 3a에 도시된 바와 같이 연결 결합된 구조를 갖는 것이고, 이러한 열 교환부재(42)에는 다수의 냉각핀(44) 이 설치된 구조를 갖는 것이다.

즉, 도 3a,3b에 도시 된 바와 같이 첫번째 열 교환부재(42)의 입구로 유입된 제 1냉각유체(CL2) 전체가 출구 측으로 이동하고, 출구 측과 두번째 열 교환부재(42)의 입구 측이 연결되어 있기 때문에 상기 제 2냉각유체(CL2)는 두번째 열 교환부재(42)로 유입되어 다시 그 출구 측으로 이동하게 된다. 이러한 과정은 연속적으로 반복되며, 이와 같이 현열 냉각부(40)로 유입된 제 2냉각유체(CL2)는 각 열 교환부재(42)를 차례로 통과하면서 각 열 교환부재(42)가 겹쳐진 방향으로 이동하게 되는 것이다.

이와 같은 구조의 현열 냉각부(40)는 제 2냉각유체(CL2)의 전체적인 이동방향과 외부공기(OA)의 진행방향이 대향류 형태를 이루도록 냉각탑(10)의 흡입구(16)에 설치되는 것이다.

다시 설명하면, 하나의 열 교환부재(42)를 통과하는 제 2냉각유체(CL2)의 이동방향은 외부공기(OA)의 진행방향과는 직교류 형태이다. 그러나, 제 2냉각유체(CL2)가 각각의 열 교환부재(42)를 차례로 통과할 때의 이동방향은 외부공기(OA)의 진행방향과는 대향류 형태를 이루는 것이다. 즉, 제 2냉각유체(CL2)가 각 열 교환부재(42)를 지그재그로 다중 통과되면서 각 열 교환부재(42)의 겹쳐진 방향으로 이동하게 되고, 외부공기(OA)는 제 2냉각유체(CL2)의 이동방향과 마주보는 방향으로 유입되므로 제 2냉각유체(CL2)와 외부공기(OA)는 대향류 형태를 이루게 되어 대향류 효과를 얻을 수 있는 것이다.

상기 열 교환부재(42)의 외주연에 설치되는 다수개의 냉각핀(44)은 흡입되 는 외부공기(OA)와 보다 넓은 접촉면을 형성하여 보다 효율적인 열 교환이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 제 2냉각유체(CL2)가 열 교환부재(42)의 내부를 순환하여 통과되므로 제 2냉각유체(CL2)와 유입되는 외부공기(OA)는 간접적으로 접촉되는 것이고, 이로 인하여 제 2냉각유체(CL2)에 의해 냉각되는 외부공기(OA)는 습도의 증가 없이 현열 냉각될 수 있는 것이다.

상기 순환부재(50)는 증발 냉각부(30)를 통과한 제 2냉각유체(CL2)를 현열 냉각부(40)로 통과시켜 순환시킨 후 현열 냉각부(40)를 순환한 제 2냉각유체(CL2)를 다시 증발 냉각부(30)로 순환시키도록 배관된 것이다. 이러한 순환부재(50)는 집수조(18)에 설치된 순환펌프(52)와 현열 냉각부(40)의 열 교환부재(42) 일단을 연결하고, 다른 열 교환부재(42)의 일단과 냉각유체 공급관(20)을 연결하는 파이프로 구성된 것이다.

따라서, 상기 집수조(18)로 집수된 냉각유체(CL)는 제 1,2냉각유체(CL1,CL2)로 나뉘어 제 1냉각유체(CL1)는 피 냉각장치로 공급되어 순환되고, 제 2냉각유체(CL2)는 순환펌프(52)와 순환부재(50)에 의해 현열 냉각부(40)로 공급되어 통과된 후 다시 냉각유체 공급관(20)으로 순환될 수 있는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 1실시 예의 작용과 냉각방법을 병행하여 도 1 및 도 2를 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

실내측 피 냉각장치를 순환한 제 1냉각유체(CL1)와 현열 냉각부(40)를 순환한 제 2냉각유체(CL2)는 서로 혼합되어 냉각유체 공급관(20)의 분사관(22)을 통하 여 증발 냉각부(30)에 분사된다.

증발 냉각부(30)로 분사되는 냉각유체(CL)는 증발 냉각부(30)를 통과하면서 상기 흡입구(16)를 통하여 유입된 외부공기(OA)와 접촉되어 증발하게 되고, 이 과정에서 증발작용에 의해 냉각되는 상태가 된다.

이 과정으로 증발 냉각된 냉각유체(CL)는 집수조(18)에 모인 후 제 1냉각유체(CL1)와 제 2냉각유체(CL2)로 나뉘어져 제 1냉각유체(CL1)는 다시 피 냉각장치로 순환된다. a) 단계

이때, 집수조(18)의 전체 냉각유체(CL) 중에서 20% - 50%에 해당하는 제 2냉각유체(CL2)는 제 1냉각유체(CL1)와는 분리되어 순환펌프(52)에 의해 순환부재(50)를 통하여 흡입구(16)에 설치된 현열 냉각부(40)로 강제 공급된다. b) 단계

상기 현열 냉각부(40)로 공급된 제 2냉각유체(CL2)는 다수개의 열 교환부재(42)를 멀티패스 형태로 통과하게 되고, 이 과정에서 통풍팬(12)에 의해 냉각탑(10)(증발 냉각기)내부로 유입되는 외부공기(OA)는 각 냉각핀(44)과 열 교환부재(42)에 접촉되면서 열 교환이 이루어진다. b-1) 단계

즉, 외부공기(OA)보다 낮은 온도로 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 현열 냉각부(40)의 각 열 교환부재(42)를 통과하게 되고, 각 열 교환부재(42)에 부착된 냉각핀(44)과 외부공기(OA)가 접촉됨으로써, 현열 냉각부(40)를 통과하여 냉각탑(10) 내부로 유입되는 외부공기(OA)는 현열 냉각되는 것이다.

이때, 각 열 교환부재(42)를 차례로 통과하는 제 2냉각유체(CL2)의 전체적 진행방향과 외부공기(OA)의 유입방향이 마주보게 되므로 제 2냉각유체(CL2)와 외부공기(OA)가 대향류 형태를 이루게 되어 대향류 형태에서 기대할 수 있는 냉각효율 향상 효과를 얻게 된다.

또한, 상기 제 2냉각유체(CL)와 외부공기(OA)가 간접 접촉되므로 현열 냉각부(40)를 통과하는 외부공기(OA)의 습도는 증가하지 않는다.

즉, 도 4a에 도시 된 바와 같이 외부공기(OA)가 35 ℃, 상대습도 40%(Tdbi)이고, 증발 냉각에 의해 냉각된 제 2냉각유체(CL2)의 온도가 27℃ 일(Tfo) 때, 외부공기(OA)는 습도의 변화없이 'Tdbi'에서 'Tdbi1'로 현열 냉각이 가능하게 되는 것이다. 즉, 외부공기(OA)의 습구온도는 'Tdbi' 상태보다 더 낮은 'Tdbi1' 상태가 되는 것이다.

그러나, 상기 외부공기(OA)가 현열 냉각되지 않는다면, 35℃, 상대습도 40% 상태의 외부공기(OA)는 'Tdbi' 상태에서 'Twbi' 상태로 증발 냉각된다.

따라서, 본 발명에 의하여 현열 냉각된 외부공기(OA)는 종래기술에 의한 흡입공기의 습구온도(Twbi)에 비하여 현저하게 낮은 습구온도(Twbi1)로 현열 냉각될 수 있는 것이며, 특히 습도의 증가없이 현열 냉각되는 것이다.

이와 같이 냉각탑(10) 내부로 흡입되는 외부공기(OA)가 현열 냉각부(40)를 통과하면서 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)에 의해 현열 냉각되고, 현열 냉각된 외부공기(OA)는 증발 냉각부(30)로 공급된다.

따라서, 냉각탑(10) 내부의 증발 냉각부(30)로 유입되는 외부공기(OA)의 습구온도는 현저하게 낮아진 상태로 유입되는 것이다.

이러한 과정으로 현열 냉각부(40)를 통과하면서 현열 냉각된 외부공기(OA)는 증발 냉각부(30)를 통과하게 되고, 이 과정에서 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)를 증발 냉각시키게 된다.

그리고, 현열 냉각부(40)를 통과한 제 2냉각유체(CL2)는 순환부재(50)에 의해 냉각유체 공급관(20)으로 공급되어 피 냉각장치를 순환한 제 1냉각유체(CL1)와 함께 분사관(22)에 의해 분사되어 다시 증발 냉각부(30)로 공급되는 것이다. c) 단계

한편, 증발 냉각부(30)를 통과하면서 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)에 의해 현열 냉각되어 증발 냉각부(30)로 유입되는 외부공기(OA)는 다시 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)를 증발 냉각시키게 되는 것이다. d) 단계

즉, 제 1,2냉각유체(CL1,CL2)가 증발 냉각부(30)와 현열 냉각부(40)및 증발 냉각부(30)와 피 냉각장치를 반복적으로 순환하고, 이 과정에서 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 외부공기(OA)를 현열 냉각시키며, 현열 냉각된 외부공기(OA)는 증발 냉각부(30)로 유입되어 냉각유체(CL)를 증발 냉각시키는 과정을 되풀이 하게 되는 것이다.

다시 설명하면, 증발 냉각부(30)를 통과하면서 저온으로 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 현열 냉각부(40)를 통과하여 냉각탑(10) 내부로 유입되는 외부공기(OA)를 현열 냉각시키기 때문에 냉각탑(10) 내부로 유입된 외부공기(OA)는 냉각탑(10) 외부의 온도보다 낮은 습구온도가 되고, 이로 인하여 증발 냉각부(30)에서 최저 냉각온도가 낮아지게 되며, 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)는 이와 같이 낮은 온도의 외부공기(OA)에 의해 증발작용이 일어나면서 외기(냉각탑(10) 외부의 공기)의 습구온도 보다 낮게 증발 냉각되며, 이러한 작용을 반복적으로 이루어진다.

이와 같이 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 냉각탑(10)(증발 냉각기) 내부로 유입되는 외부공기(OA)를 현열 냉각시키고, 냉각된 외부공기(OA)는 자신을 냉각시킬 냉각유체(CL)를 더욱더 증발 냉각시키며, 이러한 과정이 반복적으로 이루어지게 됨으로써, 냉각유체(CL)는 종래의 냉각탑에 비하여 현저하게 낮은 온도로 냉각될 수 있는 것이다.

이를 첨부된 도면 중에서 도 4b를 토대로 설명하면 다음과 같다.

도 4b에 도시된 바와 같이 흡입공기(OA)가 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)에 의해 'Tdbi'에서 'Tdbi1' 상태로 예냉(현열 냉각)된다.

이와 같이 예냉된 외부공기(OA)는 증발 냉각부(30)로 유입되어 현열 냉각부(40)와 피 냉각장치를 각각 순환한 제 1,2냉각유체(CL1,CL2)로 이루어진 냉각유체(CL)를 증발 냉각시키게 되므로, 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)의 온도는 입구냉각유체온도(Tfi)에서 출구냉각유체온도(Tfo)로 냉각되는 것이다. 따라서, 도 4b에 도시 된 바와 같이 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)의 최저 냉각온도는 흡입공기(OA)의 습구온도(Twbi)보다 현저하게 낮은 'Tdbi1' 상태가 되는 것이다.

상기와 같은 과정, 즉 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 증발 냉각부(30)로 유입되는 외부공기(OA)를 습도의 증가 없이 현열 냉각시키고, 현열 냉각된 외부공 기(OA)가 증발 냉각부(30)로 유입되어 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)를 증발 냉각시킴으로써, 종래기술에 의한 냉각탑에서 보다 현저하게 낮은 온도의 냉각유체(CL)를 얻을 수 있게 된다.

또한, 최적인 상태 즉, 상기와 같이 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 증발 냉각부(30)로 유입되는 외부공기(OA)를 현열 냉각시키고, 현열 냉각된 외부공기(OA)가 증발 냉각부(30)로 유입되어 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)를 증발 냉각시키는 과정이 연속적으로 되풀이 된다면, 냉각유체(CL)는 흡입공기(OA)의 이슬점 온도까지 냉각될 수도 있을 것이다.

이는 냉각유체(CL)의 냉각효율이 현저하게 상승하게 됨을 의미하게 되는 것이고, 이로 인하여 냉각탑(10)의 크기 등이 줄어들 수 있는 효과가 기대될 수 있을 것이다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 바람직한 제 2실시 예를 도시하고 있다.

도 5에 도시 된 바와 같이 냉각유체(CL)가 증발 냉각부(30)에서 외부공기(OA)와 간접 접촉되도록 구성된 것을 제외하고는 제 1실시 예와 동일한 구성 및 작용을 갖는다.

즉, 도 5에 도시 된 바와 같이 증발수(EW)는 증발수 순환펌프와 증발수 순환파이프(70)에 의해 분사관(22)으로 공급되어 증발 냉각부(30)에 분사되어 통과되는 과정을 되풀이 하면서 순환하게 된다.

증발 냉각부(30)에 설치된 증발 열 교환부재(32)를 통과하면서 증발수(EW)와 간접 접촉되어 증발 냉각된 냉각유체(CL)는 제 1냉각유체(CL1)와 제 2냉각유체(CL2)로 나뉘고, 제 1냉각유체(CL1)는 피 냉각장치를 순환하고, 제 2냉각유체(CL2)는 현열 냉각부(40)를 순환한 후 냉각유체 공급관(20)에서 합쳐진 후 다시 증발 냉각부(30)에 내설된 증발 열 교환부재(32)로 공급되어 순환하게 된다. 즉, 증발 열 교환부재(32)를 순환하면서 증발수(EW)에 의해 간접적으로 증발 냉각된다.

다시 설명하면, 증발 냉각된 제 1냉각유체(CL1)는 피 냉각장치로 순환하고, 제 2냉각유체(CL2)는 순환부재(50)에 의해 흡입구(16)에 설치된 현열 냉각부(40)를 순환하면서 유입되는 외부공기(OA)를 현열 냉각시킨 후 다시 순환부재(50)에 의해 상기 냉각유체 공급관(20)으로 공급되어 피 냉각장치를 순환한 제 1냉각유체(CL1)와 함께 다시 증발 냉각부(30)에 내설된 증발 열 교환부재(32)를 순환하면서 냉각된다.

본 실시 예는 냉각유체(CL)와 증발수(EW)가 분리되어 각각 서로 다른 부분을 순환한다는 점을 제외하고는 그 작용 및 효과가 제 1실시 예와 동일하다.

도 6은 본 발명에 따른 바람직한 제 3실시 예를 도시하고 있다.

도 6에 도시 된 바와 같이 순환부재(50)에 제 2냉각유체(CL2)의 유량을 조절하기 위한 조절밸브(60)가 설치된 것을 제외하고는 제 1실시 예 및 제 2실시 예와 동일한 구성 및 작용 효과를 갖는다.

상기 조절밸브(60)는 바람직하게는 현열 냉각부(40)로 분기된 제 2냉각유체(CL2)의 유량을 제어하도록 순환펌프(52)와 현열 냉각부(40) 사이의 순환부재(50)에 설치되는 것으로, 별도의 제어수단에 의해 제어된다. 이러한 조절밸브(60)는 유량을 조절하도록 구성된 공지의 밸브로 구성된다.

이와 같이 현열 냉각부(40)로 공급되는 제 2냉각유체(CL2)의 유량을 조절하게 되면, 증발 냉각부(30)로 유입(흡입)되는 외부공기(OA)의 현열냉각정도를 제어할 수 있음으로써, 결국 증발 냉각부(30)를 통과하는 냉각유체(CL)의 온도를 제어할 수 있게 되는 것이다.

첨부된 도면 중에서 도 7은 본 발명의 제 4실시 예를 도시하고 있다.

도 7에 도시 된 바와 같이 제 4실시 예는 현열 냉각부(40)를 통과하면서 현열 냉각된 외부공기(OA)에 의해 증발 냉각된 제 1냉각유체(CL1)를 에어컨의 실내기(90)로 순환시켜 실내기(90) 내부로 유입되는 외부공기를 현열 냉각시키기 위한 것이다.

즉, 증발 냉각부(30)를 통과하면서 외부공기(OA)에 의해 증발 냉각된 제 1냉각유체(CL1)를 에어컨 실내기(90)의 공기 흡입구(94)에 설치된 보조 현열 냉각부(92)로 이루어진 피 냉각장치로 순환시켜 실내기(90) 내부로 유입되는 외부공기를 현열 냉각시키도록 구성된 것이다. a-1) 단계

이러한 제 4실시 예는 피 냉각장치가 에어컨의 실내기(90)에 설치되는 보조 현열 냉각부(92)인 것을 제외고하는 제 1실시 예 또는 제 2실시 예와 동일한 구성을 갖는다.

즉, 냉각탑(10)(증발 냉각기)에서, 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)가 증발 냉각부(30)로 유입되는 외부공기(OA)를 현열 냉각부(40)에서 습도의 증가 없이 현열 냉각시키고, 현열 냉각된 외부공기(OA)가 증발 냉각부(30)로 유입되어 냉각유체(CL)를 증발 냉각시키는 과정을 되풀이하고, 증발 냉각부(30)를 통과하면서 증발 냉각된 제 1냉각유체(CL1)가 에어컨 실내기(90)의 흡입구(94)에 설치된 보조 현열 냉각부(92)로 순환하게 되므로, 실내기(90)의 내부로 유입된 외부공기는 보조 현열 냉각부(92)를 통과하면서 제 2냉각유체(CL2)에 의해 현열 냉각되는 것이다.

이와 같이 실내기(90)의 흡입구(94)에 예냉 기능을 갖는 보조 현열 냉각부(92)가 설치된 상태에서, 냉각탑(10)(증발 냉각기)에서 얻어진 제 1냉각유체(CL1)로 실내기(90) 내부로 흡입되는 공기의 온도를 현열 냉각시킴으로써, 에어컨에 걸리는 부하가 현저하게 감소될 수 있고, 이로 인하여 소비전력의 감소를 기대할 수 있게 된다.

첨부된 도면 중에서 도 8은 본 발명의 제 5실시 예를 도시한 것이다.

도 8에 도시 된 제 5실시 예는 본 발명이 에어컨의 실외기(13)에 적용된 것을 제외하고는 제 1실시 예 내지 제 3실시 예와 동일한 구성을 갖는 다.

즉, 증발 냉각기가 실외기(13)로 이루어진 것이다.

따라서, 실외기(13)의 증발 냉각부(응축기)(30)를 거쳐 증발 냉각된 냉각유체(CL)의 일부인 제 2냉각유체(CL2)를 흡입구(16)에 설치된 현열 냉각부(40)로 순환시켜 흡입되는 외부공기(OA)를 현열 냉각시킨다. 이어서, 현열 냉각부(40)를 통과하면서 열 교환을 통하여 가열된(온도가 상승된) 제 2냉각유체(CL2)를 실내기에서 유입되는 제 1냉각유체(CL1)와 함께 압축기(CP)를 통과시킨 후 다시 증발 냉각부(30)로 공급하여 증발 냉각시킨다.

이어서, 증발 냉각부(30)를 통과하여 증발 냉각된 제 2냉각유체(CL2)는 다시 현열 냉각부(40)로 분기 시켜 통과시키되, 팽창밸브(EV)를 통과시킨 후 현열 냉각부(40)로 통과시킨다.

이러한 과정으로, 증발 냉각부(30)를 순환하는 냉각유체(CL)가 기존 에어컨의 실외기(13)에서 보다 현저하게 낮은 온도로 냉각될 수 있고, 따라서 에어컨에 적은 부하가 걸리게 되므로 전력 소비를 줄일 수 있게 되며, 이로 인하여 에너지의 절약을 기대할 수 있게 된다.

한편, 증발수(EW)와 냉각유체(CL)이 간접 접촉되는 밀폐형 증발 냉각기의 증발 냉각부(30)를 순환하는 냉각유체(CL)로는 물, 브라인, 오일 등 다양한 종류의 유체가 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 냉각유체의 증발 냉각방법 및 그 장치는 피 냉각장치를 순환한 후 증발 냉각부를 통과하면서 외부공기에 의해 증발 냉각된 냉각유체를 피 냉각장치로 순환시키고, 피 냉각장치로 순환되는 냉각유체의 일부를 외부공기 흡입구에 설치되는 현열 냉각부로 통과시켜 흡입되는 외부공기를 현열 냉각시키며, 상기 현열 냉각부를 통과한 냉각유체를 다시 증발 냉각부로 순환시키고, 상기 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체를 상기 현열 냉각부에 의해 냉각된 외부공기로 증발 냉각시키는 과정을 반복적으로 되풀이 함으로써 보다 낮은 온도의 냉각유체를 얻을 수 있고, 이로 인하여 냉각유체의 냉각효율을 극대화 시킬 수 있다. 또한, 냉각유체가 외부공기와 간접적으로 접촉되면서 외부공기를 냉각시키게 되므로 외부공기를 습 도의 증가 없이 현열 냉각할 수 있고, 이로 인하여 증발 냉각부로 유입되는 외부공기의 습구온도를 감소시킴으로써 냉각유체를 더욱 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 효과가 제공되는 것이다.

Claims

a) 증발 냉각부를 통과하면서 외부공기에 의해 증발 냉각된 냉각유체를 제 1냉각유체와 제 2냉각유체로 나누어 제 1냉각유체는 다시 피 냉각장치로 순환시키는 단계;

b) 상기 제 2냉각유체는 외부공기 흡입구에 설치되는 현열 냉각부로 순환시켜 흡입되는 외부공기를 현열 냉각시키는 단계;

c) 상기 현열 냉각부를 순환한 제 2냉각유체와 피 냉각장치를 순환한 제 1냉각유체를 다시 증발 냉각부로 통과시키는 단계; 및

d) 제 1,2냉각유체로 이루어져 상기 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체를 상기 현열 냉각부에 의해 현열 냉각된 외부공기로 증발 냉각시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각방법
청구항 1에 있어서, 상기 a) 단계는 증발 냉각부를 통과하면서 외부공기에 의해 증발 냉각된 제 1냉각유체를 에어컨 실내기의 공기 흡입구에 설치된 보조 현열 냉각부로 이루어진 피 냉각장치로 순환시켜 실내기 내부로 유입되는 외부공기를 현열 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각방법.
청구항 1에 있어서, 상기 b) 단계는 현열 냉각부로 공급되는 제 2냉각유체의 양을 제어하여 증발 냉각부로 유입되는 외부공기의 현열냉각정도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각방법.
청구항 1 내지 청구항 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 b) 단계는 현열 냉각부로 유입되는 제 2냉각유체를 멀티패스 형태로 통과시키고, 상기 제 2냉각유체의 진행 방향과 마주보는 방향으로 외부공기를 통과시켜 제 2냉각유체와 외부공기를 대향류 형태로 간접 접촉시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각방법.
청구항 1에 있어서, 상기 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체는 증발 냉각부에서 외부공기와 직접 접촉되어 증발 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각방법.
청구항 1에 있어서, 상기 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체는 증발 냉각부에서 외부공기와 간접 접촉되어 증발 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각방법.
증발 냉각기의 내부에 설치되어 냉각유체를 증발 냉각시키기 위한 증발 냉각부;

상기 증발 냉각기의 공기 흡입구에 설치되어 상기 증발 냉각부에서 증발 냉 각된 제 1냉각유체로부터 분기된 제 2냉각유체를 통과시킴으로써 흡입되는 외부공기를 현열 냉각시키기 위한 현열 냉각부; 및

상기 현열 냉각부를 통과하면서 온도가 상승된 제 2냉각유체를 다시 증발 냉각부로 순환시키도록 배관되는 순환부재;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.
청구항 7에 있어서, 상기 현열 냉각부는,

제 2냉각유체가 다중 통과되도록 다수개의 열 교환부재가 여러 겹으로 겹쳐진 상태에서 인접한 열 교환부재의 끝단이 서로 결합되어 지그재그로 연통되고,

외부공기가 각 열 교환부재의 겹쳐진 방향으로 통과되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 순환부재에는 현열 냉각부로 공급되는 제 2냉각유체의 유량을 제어하기 위한 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.
청구항 7에 있어서, 상기 냉각유체는 증발 냉각부에서 외부공기와 직접 접촉되어 증발 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.
청구항 7에 있어서, 상기 냉각유체는 증발 냉각부에서 증발 열 교환부재를 통과하면서 증발수와 간접 접촉되어 증발 냉각되고, 상기 증발수는 증발수 순환 파이프에 의해 집수조에서 증발 냉각부로 순환되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.
청구항 7에 있어서, 상기 증발 냉각부에 의해 증발 냉각된 제 1냉각유체는 에어컨의 실내기 흡입구에 설치되는 보조 현열 냉각부로 순환되어 실내기 내부로 흡입되는 외부공기를 현열 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.
청구항 7에 있어서, 상기 증발 냉각기는 에어컨의 실외기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.
청구항 13에 있어서, 상기 증발 냉각부와 현열 냉각부 사이의 순환부재에는 팽창밸브가 설치되고,

상기 현열 냉각부와 증발 냉각부 사이의 순환부재에는 압축기가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발 냉각장치.