KR100791424B1 - 냉수 제조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉수 제조 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉수를 제조하는데 요구되는 전력 낭비를 최소화하고 전력의 균형적인 사용을 가능하게 하는 냉수 제조 시스템이다. 본 발명은, 열교환기(10, 20); 냉각탑(30, 40)을 구비하여 상기 냉각탑에서 냉각수를 축냉하고, 축냉된 냉각수를 상기 열교환기에 보내 방냉시킨 후, 다시 냉각탑으로 돌려보내는, 냉각수 순환부; 저장조(50)를 구비하여 냉장수를 저장하고, 저장된 냉장수를 상기 열교환기에 보내 열교환시킨 후, 다시 저장조(50)로 돌려보내는, 냉장수 순환부; 및 냉수 사용 공정으로부터 방냉되어 돌아온 냉수를, 동절기에는 상기 열교환기에서 냉각수와 열교환시켜 축냉시키고, 하절기에는 상기 열교환기에서 냉장수와 열교환시켜 축냉시킨 후, 다시 냉수 사용 공정으로 돌려보내는 냉수 순환부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템을 제공한다.

Description

냉수 제조 시스템{SYSTEM FOR PRODUCING CHILLED WATER}
도 1 내지 도 10b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 1a는 동절기 제1 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 1b는 동절기 제1 온도조건에서 수행되는 냉장수 축냉 공정을 도시한 도면이다.
도 2는 동절기 제2 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 3은 동절기 제3 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 4는 환절기 제4 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 5는 환절기 제5 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 6은 하절기 저녁 및 아침에 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 7은 하절기 심야 시간대에 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 8은 하절기 주간에 평상시 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 9는 하절기 주간에 냉수의 온도가 설정 온도보다 높을 때 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 하절기 주간에 냉장수의 온도가 설정 온도보다 높을 때 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 제1열교환기 20: 제2열교환기
30: 제1냉각탑 40: 제2냉각탑
50: 저장조 121: 3웨이 밸브
본 발명은 냉수 제조 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉수를 제조하는데 요구되는 전력 낭비를 최소화하고 전력의 균형적인 사용을 가능하게 하는 냉수 제조 시스템이다.
최근 정보통신 및 반도체 산업, 바이오 산업, 중화학 공업, 등의 발전에 따라 항온 항습기용, 정밀 화학 반응기용, 등으로 일정한 온도의 냉수(4 ~ 10℃ 범위)의 수요가 급증하는 추세이다.
이러한 냉수를 얻기 위한 방법으로 몇 가지 방법이 제시되고 있는바, 냉각탑에서 얻어진 냉각수를 직접 냉수 사용 공정에 공급하여 냉수로 사용하는 방법이 있다.
그러나 냉각수는 계절적으로 온도의 변화가 크므로, 반응속도 변화 및 반응온도 변화에 의한 불량률 증가 또는 생산성 저하를 야기하는 문제점을 가진다.
또한 하절기에 생산 공정이나 냉동기, 공기압축기, 등에서 사용하는 냉각탑(cooling tower)의 냉각수는 20 ~ 35℃의 높은 온도를 가지므로, 4 ~ 10℃의 온도 범위의 냉수를 제조하는데 적합하지 않다.
또한 동절기에 냉각탑의 결빙으로 인하여 냉각탑을 저온으로 운영할 수 없는 한계를 가진다.
따라서 냉수를 얻기 위한 종래의 또 다른 방법으로, 냉동기를 이용하여 4 ~ 10℃의 온도 범위의 냉수를 직접 제조하여 냉수 사용 공정에 공급하는 방법이 많이 채용되고 있다.
냉동기에서는, 가스상의 냉매(R22, R11, R134, 등)가 압축기에서 압축되고, 압축된 고압, 고온의 냉매가 응축탱크에서 냉각수와 열 교환하여 응축(액화)되고, 액화된 냉매가 팽창 밸브를 통해 팽창탱크의 냉수의 열을 흡수하여 기화된 후, 다시 압축기로 순환된다.
즉 기체 냉매가 압축 및 응축과정을 거치면서 열을 냉각수로 방출하고, 액화된 냉매가 팽창 기화하면서 냉수의 열을 흡수하여, 냉수의 온도를 떨어뜨린다.
그러나 냉동기를 이용하여 냉수를 제조하는 냉수 제조 방법은, 동절기에 냉 동기를 가동하여 요구온도(4 ~ 10℃ 범위)의 냉수를 제조 공급함으로써 냉매를 압축하는 과정에서 많은 전력이 소비되어야 하고, 폐열을 냉각탑으로 방출하기 위하여 많은 물이 소비되어야 하며, 냉각탑을 유지 관리하는데 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 하절기 냉동기 가동에 따라 주야간 전력사용량의 불균형으로 많은 발전 설비를 건설하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 동절기에는 냉각탑으로 대기 온도를 효율적으로 회수하여 냉동기를 대체 사용함으로써 전력 및 냉각탑의 물의 낭비 및 유지 관리 비용을 획기적으로 감소시키며, 하절기에는 주야간 균형적인 전력 사용을 유도함으로써 국가적으로 발전 설비의 효율적인 운용을 가능하게 하는데 있다.
또한 본 발명은 냉각탑의 결빙을 방지함으로써, 안정적인 냉각탑의 관리와 냉수 품질을 향상시킬 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 열교환기; 냉각탑을 구비하여 상기 냉각탑에서 냉각수를 축냉하고, 축냉된 냉각수를 상기 열교환기에 보내 방냉시킨 후, 다시 냉각탑으로 돌려보내는, 냉각수 순환부; 저장조를 구비하여 냉장수를 저장하고, 저장된 냉장수를 상기 열교환기에 보내 열교환시킨 후, 다시 저장조 로 돌려보내는, 냉장수 순환부; 및 냉수 사용 공정으로부터 방냉되어 돌아온 냉수를, 동절기에는 상기 열교환기에서 냉각수와 열교환시켜 축냉시키고, 하절기에는 상기 열교환기에서 냉장수와 열교환시켜 축냉시킨 후, 다시 냉수 사용 공정으로 돌려보내는 냉수 순환부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 열교환기는 제1열교환기 및 제2열교환기를 구비하고, 냉수에 대한 냉각수의 상대 온도가 낮은 순서에 따라, 제1 온도조건, 제2 온도조건 및 제3 온도조건으로 나눌 때, 제1 온도조건에서, 냉수와 냉각수의 열교환은 제1열교환기 또는 제2열교환기에서만 수행되고, 제2 온도조건에서, 냉수는 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거치고, 냉각수는 제1열교환기 및 제2열교환기를 순차적으로 거치면서, 열교환이 수행되고, 제3 온도조건에서, 냉수는 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거치고, 냉각수는 일부는 제1열교환기만을 나머지 일부는 제2열교환기만을 거치면서, 열교환이 수행된다.
바람직하게는, 상기 제1 온도조건은 (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 4℃ ) ≤ (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도)이고, 상기 제2 온도조건은 (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 2℃ ) ≤ (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도) ＜ (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 4℃ ) 이고, 상기 제3 온도조건은 (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도) ＜ (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 2℃ )이다.
바람직하게는, 상기 냉각탑은 냉각수를 분사하는 노즐과 분사된 냉각수에 공 기를 불어넣어 냉각시키는 냉각팬을 구비하고, 동절기에, 냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도가 설정 온도보다 높아지면, 상기 냉각수 순환부는 냉각팬의 회전 속도 및 냉각수의 순환 유량을 증가시키고, 냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도가 설정 온도보다 낮아지면, 상기 냉각수 순환부는 냉각팬의 회전 속도 및 냉각수의 순환 유량을 감소시킨다.
바람직하게는, 동절기에, 냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 온도가 요구 온도보다 높아지면, 상기 냉각수 순환부는 냉각수의 순환 유량을 증가시키고, 냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 온도가 요구 온도보다 낮아지면 상기 냉각수 순환부는 냉각수의 순환 유량을 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 냉각탑은 냉각수를 분사하는 노즐과 분사된 냉각수에 공기를 불어넣어 냉각시키는 냉각팬을 구비하고, 동절기에 기온이 결빙 온도 이하이면, 상기 냉각수 순환부는 상기 냉각팬의 가동을 정지시키고, 냉각수의 일부를 상기 노즐로 공급하여 분사함으로써 해빙시킨다.
바람직하게는, 동절기와 하절기 사이의 환절기에, 상기 냉수 순환부는 냉수를 상기 열교환기에서 냉각수 및 냉장수와 순차적으로 열교환시켜 축냉시킨다.
바람직하게는, 상기 열교환기는 제1열교환기 및 제2열교환기를 구비하고, 상기 냉수 순환부는 제1냉동기를 구비하고, 동절기와 하절기 사이의 환절기에, 상기 냉수 순환부는 냉수를 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거친 후 상기 제1냉동기를 거쳐 축냉시킨 후, 냉수 사용 공정으로 돌려보내고, 상기 냉장수 순환부는 냉장수의 일부는 제1열교환기만을 나머지 일부는 제2열교환기만을 거쳐 냉수와 열교환시킨다.
바람직하게는, 상기 냉장수 순환부는 냉동기를 구비하고, 냉장수는, 동절기에는 냉각수와 열교환되어 축냉된 후, 상기 저장조에 저장되고, 하절기에는, 심야 시간대에 상기 냉동기를 거쳐 축냉된 후 상기 저장조에 저장되고, 주간에 상기 열교환기에 보내져 냉수와 열교환된다.
바람직하게는, 상기 열교환기는 제1열교환기 및 제2열교환기를 구비하고, 하절기 주간에, 상기 냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 온도가 설정 온도보다 높아지면, 상기 냉수 순환부는 냉수를 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거치게 하고, 상기 냉장수 순환부는 냉장수의 일부는 제1열교환기만을 나머지 일부는 제2열교환기만을 거치면서 냉수와 열교환이 수행되도록 한다.
바람직하게는, 상기 저장조는 상부노즐과 하부노즐을 구비하고, 상기 상부노즐은 상기 저장조의 단면적보다 작은 면적을 가지는 제1하판 및 제1상판을 구비하되, 상기 제1하판에는 하방으로부터 냉장수 유출입 배관이 연결되고, 상기 제1상판은 상기 제1하판 위에 일정한 간격으로 이격되어 구비되되 상기 제1하판보다 작은 면적을 가져, 하방으로부터 상기 제1하판과 상기 제1상판 사이에 유입된 냉장수가 측방으로 흐르도록 유도하고, 상기 하부노즐은 상기 저장조의 단면적보다 작은 면적을 가지는 제2상판 및 제2하판을 구비하되, 상기 제2상판에는 상방으로부터 냉장수 유출입 배관이 연결되고, 상기 제2하판은 상기 제2상판 밑에 일정한 간격으로 이격되어 구비되어, 상방으로부터 상기 제2상판과 상기 제2하판 사이에 유입된 냉장수가 측방으로 흐르도록 유도하고, 상기 냉장수 순환부는, 상기 저장조로 돌려보 내지는 냉장수의 온도가 설정 온도 이상이면 상기 상부노즐을 거쳐 상기 저장조 상부로 냉장수가 유입되도록 하고, 설정 온도 미만이면 상기 하부노즐을 거쳐 상기 저장조 하부로 냉장수가 유입되도록 하여, 온도 성층화에 의하여 높은 온도의 냉장수와 낮은 온도의 냉장수가 혼합되지 않도록 한다.
바람직하게는, 상기 냉장수 순환부는, 상기 상부노즐 및 상기 하부노즐로부터 상기 냉동기 사이의 냉장수 순환 경로 상에 3웨이 밸브를 구비하여, 상기 3웨이 밸브를 이용하여 저장조 상부의 높은 온도의 냉장수와 하부의 낮은 온도의 냉장수를 조절하여 혼합한 후 일정한 온도의 냉장수를 냉동기로 보내 냉동기의 부하를 일정하게 유지한다.
바람직하게는, 상기 냉각탑은 제1냉각탑 및 제2냉각탑을 구비하고, 동절기에는 제1냉각탑 또는 제2냉각탑 하나만 냉수 축냉용으로 사용되고, 하절기에는 제1냉각탑 및 제2냉각탑 모두 상기 냉동기의 냉매의 축냉용으로 사용된다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 10b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
본 발명의 냉수 제조 시스템은 열교환기(10, 20), 냉각수 순환부, 냉장수 순환부 및 냉수 순환부를 포함하여 이루어진다.
열교환기는 제1열교환기(10) 및 제2열교환기(20)를 구비한다. 열교환기로는 충분한 열교환 면적을 보유할 수 있도록 판형 열교환기가 사용된다.
냉각수 순환부는 냉각탑(30, 40)에서 냉각수를 축냉하고, 축냉된 냉각수를 열교환기에 보내 방냉시킨 후 다시 냉각탑으로 돌려보낸다.
냉각수 순환부는 냉각탑, 냉각수 펌프(102a), 해빙 펌프(102b), 등을 구비한다.
냉각탑은 냉각팬, 상부 스프레이 노즐, 냉각수조, 등을 구비한다. 냉각탑은 상부 스프레이 노즐을 통해 분사되는 냉각수를 냉각팬으로 공기를 불어넣어 접촉시켜 대기온도와의 열교환 작용과 물의 증발열로 냉각수의 열에너지를 냉각탑으로 방출시킨다.
냉각탑의 에너지 용량은 고도, 위도 등 지역적 특성에 따라 냉각탑을 이용할 수 있는 기간이나 냉수의 요구온도와 경제성을 감안하여 요구열량의 200 ~ 400%로 구성한다. 예컨대 요구열량이 1000usRT이면, 2000 ~ 4000usRT 에너지 용량의 냉각탑으로 구성한다.
기존에 설치되어 있는 냉각탑은 하절기 최대 용량으로 설치되므로, 동절기에 냉수를 제조하는데 충분한 열용량을 보유하고 있는 것이 대부분이다. 따라서 냉각탑을 두 개로 나누어 운영한다.
동절기에는, 하나의 냉각탑은 냉동기를 대체하기 위해 4 ~ 10℃의 저온 냉각수를 제조하여 열교환에 의하여 냉수를 축냉시키는 냉각탑으로 사용하고, 다른 하나의 냉각탑은 높은 온도의 냉각수를 요구하는 공정 또는 공기압축기를 위한 20 ~ 35℃의 높은 온도의 냉각수를 제조하는 냉각탑으로 사용한다.
하절기에는 상기 두 개의 냉각탑을 통합하여 운영하여 냉동기의 냉매를 축냉시키는데 사용한다.
냉장수 순환부는 저장조(50)를 구비하여 냉장수를 저장하고, 저장된 냉장수를 열교환기에 보내 열교환시킨 후, 다시 저장조(50)로 돌려보낸다. 냉장수 순환부는 저장조(50) 외에 펌프(103a), 펌프(103b), 펌프(104), 제2 냉동기, 제3 냉동기, 등을 구비한다.
저장조(50)는 50mm 우레탄 폼 보온재를 사용하여 보냉시키며, 8시간 ~ 14 시간 사용할 수 있는 용량을 가진다.
저장조(50)는 상부에 설치되는 상부노즐과 하부에 설치되는 하부노즐을 구비한다.
상부노즐은 상부면으로부터 250mm 아래에 3m2 당 1개가 설치된다.
상부노즐은 저장조(50)의 단면적보다 작은 면적을 가지는 스테인레스 재질의 제1하판 및 제1상판을 구비한다. 제1하판은 1200mm의 직경을 가지고, 제1상판은 900mm의 직경을 가진다. 제1상판은 제1하판의 위에 20cm 간격으로 이격되어 조립된다. 제1하판의 저면에는 플랜지가 조립되어 냉장수 유출입 배관이 연결된다. 상부노즐에 연결된 냉장수 유출입 배관을 거쳐, 펌프(103b) 및 펌프(104)의 흡입에 의하여 냉장수가 저장조(50)로부터 유출되고, 밸브(114)를 거쳐 돌아오는 냉장수가 저장조(50)로 유입된다.
상기와 같은 구조로 인하여, 펌프(103b) 및 펌프(104)에서 냉장수를 흡입할 때, 저장조(50) 상부의 공기가 펌프로 빨려들어가 캐비테이션(cavitation)을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
또한 하방으로부터 제1하판과 제1상판 사이에 냉장수가 유입되면 냉장수가 측방으로 퍼져 냉장수가 수직 이동함이 없이 수평 이동을 할 수 있게 된다.
또한 제1상판의 면적이 작기 때문에, 저장조(50) 상부면에까지 냉장수를 채움으로써 열저장량을 최대한 활용할 수 있다.
하부노즐은 3m2 당 1개가 설치된다.
하부노즐은 저장조(50)의 단면적보다 작은 면적을 가지는 스테인레스 재질의 제2상판 및 제2하판을 구비한다. 제2상판 및 제2하판은 1000mm의 직경을 가진다. 제2상판의 아래에 20cm 간격으로 이격되어 제2하판이 조립된다. 제2상판의 상면에는 플랜지가 조립되어 냉장수 유출입 배관이 연결된다. 하부노즐에 연결된 냉장수 유출입 배관을 거쳐, 펌프(103a) 및 펌프(104)의 흡입에 의하여 냉장수가 저장조(50)로부터 유출되고, 압력방출밸브(131)를 거쳐 돌아오는 냉장수와 밸브(113)을 거쳐 돌아오는 냉장수가 저장조(50)로 유입된다.
상방으로부터 제2상판과 제2하판 사이에 냉장수가 유입되면 냉장수가 측방으로 퍼져 냉장수가 수직 이동함이 없이 수평 이동을 할 수 있게 된다.
냉장수 순환부는, 온도콘트롤러(143)에 의해 저장조(50)로 돌려보내지는 냉장수의 온도가 설정 온도 이상이면 상부노즐을 거쳐 저장조(50) 상부로 냉장수가 유입되도록 하고, 설정 온도 미만이면 하부노즐을 거쳐 저장조(50) 하부로 냉장수가 유입되도록 한다.
이와 같이 저장조(50) 상하부에 냉장수가 혼합되지 않도록 설치된 노즐과, 4 ℃의 물의 비중이 1로 가장 무거워 하부에 쌓이고 온도가 올라가 비중이 가벼운 고온의 물은 상부에 위치하는 온도 성층화 원리에 의하여 높은 온도의 냉장수와 낮은 온도의 냉장수가 혼합되지 않고 하나의 저장조(50)로 두 가지 온도의 물을 분리 저장할 수 있도록 한다.
냉장수 순환부는, 동절기에는 냉각수와 열교환하여 냉장수를 축냉하고, 하절기에는 냉동기를 가동하여 냉장수를 축냉한다. 축냉된 냉장수는 하부노즐을 통해 저장조(50)로 유입된다. 이때 저장조(50) 내의 냉장수의 전체적인 수위의 변화는 없고, 하부의 4 ~ 5℃ 온도의 냉장수와 상부의 높은 온도의 냉장수의 경계 라인이 점진적으로 상부로 올라가, 4 ~ 5℃ 온도로 저장조(50) 상부까지 채워 저장한다.
저장된 냉장수를 뽑아 열교환기에서 열교환시킴으로써 온도가 올라간 냉장수를 저장조(50) 상부로 순환되면, 저장조(50) 내의 냉장수의 전체적인 수위는 일정하게 유지되며, 하부의 4 ~ 5℃ 온도의 냉장수와 상부의 높은 온도의 냉장수의 경계 라인이 점진적으로 하부로 내려가 높은 온도의 냉장수가 저장조(50) 하부에 설치된 온도콘트롤러(149)까지 채워지게 된다.
제2 냉동기는 24시간 사용 가능한 일반 전력 축냉 냉동기로, 제3 냉동기는 심야 전력 축냉 냉동기로 구성한다. 제3냉동기는 하절기 심야 시간대에 가동되어 냉장수를 축냉하는데, 축냉된 냉장수는 저장조(50)에 저장되고, 하절기 주간에 열교환기에 보내어져 냉수와 열교환 된다.
냉장수 순환부는 상부노즐 및 하부노즐로부터 냉동기(제2냉동기 및 제3냉동기) 사이의 냉장수 순환 경로 상에 3웨이 밸브를 구비한다. 3웨이 밸브를 이용하여 저장조(50) 상부의 높은 온도의 냉장수와 하부의 낮은 온도의 냉장수를 조절하여 혼합한 후 냉동기에 공급되는 냉장수의 온도를 일정하게 조절함으로써 냉동기의 부하를 일정하게 유지 안정화하고, 최대 부하로 가동함으로써 짧은 시간 내에 저장조(50)의 냉장수를 축냉시킴으로써, 냉동기의 기계적 손에 의한 에너지 소비를 감소시키고, 냉동기에서 냉각 가능한 최저온도의 냉각수를 저장할 수 있다.
냉수 순환부는 제1 냉동기, 등을 구비한다. 제1 냉동기는 24시간 사용 가능한 일반 전력 냉동기로 구성한다.
냉수 순환부는 압력콘트롤러(152)에 의하여 가변되는 인버터 펌프(101)로 냉수 사용 공정으로부터 방냉되어 돌아온 냉수를 열교환기에 보내, 동절기에는 열교환기에서 냉각수와 열교환시켜 축냉시키고, 하절기에는 열교환기에서 냉장수와 열교환시켜 축냉시킨 후, 다시 냉수 사용 공정으로 돌려보낸다.
냉각탑에서 냉각수의 온도 변화가 있어도, 냉각팬의 회전 속도와 순환수 유량을 조절하여 냉수의 온도를 일정하게 유지 관리할 수 있으며, 온도 조절 범위를 벗어나는 경우에는 펌프(103a)를 가동하거나 냉동기를 가동하여 저온의 냉장수를 열교환기에 공급함으로써 냉수의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
도 1a는 동절기 제1 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
냉수에 대한 냉각수의 상대 온도가 낮은 순서에 따라, 동절기를 제1 온도조건, 제2 온도조건 및 제3 온도조건으로 나눌 때, 외기 온도가 극히 낮은 제1온도 조건에서 냉수 제조 공정은 도 1a와 같이 수행된다.
이러한 온도조건은 1월 ~ 2월경의 온도조건에 해당되며, (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 4℃) ≤ (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도)를 만족한다.
이슬점은 대기 온도와 습도에 의해 변화되는데, 동절기에는 대기 온도보다 상당히 낮은 이슬점이 유지되고 있어 냉각탑에서 대기 온도와의 열교환과 물의 증발열로 대기 이슬점에 근접한 냉각수의 온도를 얻을 수 있다. 따라서 냉수 사용 공정에서 요구하는 냉수의 온도보다 낮은 온도(4 ~ 10℃)의 냉각수를 얻을 수 있게 된다. 이 저온의 냉각수로 냉동기를 대체하여 4 ~ 10℃ 온도 범위의 냉수를 제조할 수 있다.
동절기 제1 온도조건에서, 냉수와 냉각수의 열교환은 제1열교환기(10)에서만 수행된다. 냉각수 및 냉수의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.
냉각수 순환: 펌프(102a) ⇒ T1밸브⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐⇒ T2밸브 ⇒ 밸브(111) ⇒ 온도콘트롤러(141)에 의하여 측정된 냉각수의 온도가 낮은 경우에는 밸브(117) 및 밸브(118) 중 한 개만 개방되며, 온도가 높은 경우 모두 개방 ⇒ 제1냉각탑(30) 및/또는 제2냉각탑(40).
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C1밸브⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
동절기에, 냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도가 설정 온도보다 높아지면, 온도콘트롤러(141)에 의하여 냉각팬의 회전 속도 및 냉각수의 순환 유량을 증가시키고, 설정 온도보다 낮아지면, 냉각팬의 회전 속도 및 냉각수의 순환 유량을 감소시 킨다.
또한, 동절기에, 온도콘트롤러(142)에 의하여 냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 온도가 요구 온도보다 높아지면, 냉각수 순환부는 냉각수의 순환 유량을 증가시키고, 요구 온도보다 낮아지면 냉각수의 순환 유량을 감소시킨다.
냉각수 순환부는 결빙으로 인해 일어나는 부작용을 방지하기 위하여, 대기온도를 측정하여, 결빙 온도 이하이면 다음의 두 가지 방법으로 얼음을 해빙한다.
첫 번째는, 냉각팬을 정지시킨 상태에서 냉각수 펌프(102a)에서 일부 유량을 바이-패스(by-pass) 하여 상부 스프레이 노즐에서 분사유량을 증가시켜 해빙시킨다.
두 번째는, 제1냉각탑(30)은 냉각팬의 속도를 조절하면서 열교환기로 순환수를 통수시켜 냉각수를 정상 공급하고, 제2냉각탑(40)은 냉각팬을 정지한 상태에서 해빙 펌프(102b)로 냉각수조의 냉각수를 직접 상부 스프레이 노즐에 공급하여 떨어뜨리면서 해빙한다.
이를 통하여 안정적인 냉각탑의 관리와 냉수의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1b는 동절기 제1 온도조건에서 수행되는 냉장수 축냉 공정을 도시한 도면이다.
동절기 제1 온도조건에 4 ~ 5℃의 냉장수를 모두 소진하여 저장조(50) 내의 냉장수의 온도가 높게 올라가 있는 경우, 도 1a의 공정에 따라 냉수를 제조하는 한편, 냉장수를 냉각수와 열교환시켜 저온의 냉장수로 저장조(50)에 저장하여둔다.
동절기에 비가 오거나 습도가 높은 경우에 냉각탑의 냉각수 온도가 설정 온도보다 높아지면, 저장된 저온의 냉장수를 냉수와 열교환시킨다.
냉각수 및 냉장수의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.
냉각수 순환: 펌프(102a) ⇒ T5밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ T6밸브 ⇒ 밸브(111) ⇒ 밸브(117) 또는 밸브(118) ⇒ 제1냉각탑(30) 또는 제2냉각탑(40).
냉장수 순환: 펌프(103b) ⇒ S3밸브⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ S4밸브 ⇒온도콘트롤러(143) ⇒ 밸브(113) 또는 밸브(114) ⇒ 저장조(50)의 하부노즐 또는 상부노즐을 통해 저장조(50)에 저장.
도 2는 동절기 제2 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
동절기 제2온도 조건에서 냉수 제조 공정은 도 2와 같이 수행된다.
이러한 온도조건은 1월 ~ 2월경의 온도조건에 해당되며, (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 2℃) ≤ (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도) ＜ (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 4℃)를 만족한다.
냉수는 제2열교환기(20) 및 제1열교환기(10)를 순차적으로 거치고, 냉각수는 제1열교환기(10) 및 제2열교환기(20)를 순차적으로 거치면서, 열교환이 수행된다. 냉각수 및 냉수의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.
냉각수 순환: 펌프(102a) ⇒ T1밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐⇒ S5밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐⇒ T4밸브 ⇒ 밸브(111) ⇒ 밸브(117) 또는 밸브(118) ⇒ 제1냉각탑(30) 또는 제2냉각탑(40).
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
외기온도가 떨어져 냉수 사용 공정으로 공급되는 냉수가 과냉각될 때에는, 펌프(102a)를 감속하여 냉각수 유량을 감소시켜 공급되는 냉수 온도가 요구 온도보다 낮게 공급되는 것을 방지하거나, 도 1a의 제조 공정으로 전환하여 운전할 수 있다.
반대로, 겨울비가 오거나 기온이 급격히 상승하여 이슬점이 높아져 냉각탑의 냉각수 온도가 상승하는 경우 후술하는 도 3의 제조 공정으로 전환하여 가동하고, 공급되는 냉수 온도(온도콘트롤러(142)에서 측정된 냉수의 온도)에 영향을 미치게 되면 도 4의 제조 공정으로 전환하여 운전할 수 있다.
도 3은 동절기 제3 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
동절기 제3온도 조건에서 냉수 제조 공정은 도 3과 같이 수행된다.
이러한 온도조건은 3월 및 12월경의 온도조건에 해당되며, (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도) ＜ (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 2℃)를 만족한다. 냉수 사용 공정으로 공급되는 냉수의 온도와 냉각탑의 냉각수의 온도의 차가 적은 경우이다.
냉수는 제2열교환기(20) 및 제1열교환기(10)를 순차적으로 거치고, 냉각수는 일부는 제1열교환기(10)만을 나머지 일부는 제2열교환기(20)만을 거치면서 열교환이 수행된다. 냉각수 순환부는, 냉각수를 제1열교환기(10) 및 제2열교환기(20)를 동시에 통과시키고, 펌프(102a)의 냉각수 유량을 증가시켜 열교환기 능력을 최대화한다.
냉각수 및 냉수의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.
냉각수 순환: 다음의 두 순환 유동이 동시에 수행된다.
1) 펌프(102a) ⇒ T1밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐 ⇒ T2밸브 ⇒ 밸브(111) ⇒ 밸브(117) 및 밸브(118) ⇒ 제1냉각탑(30) 및 제2냉각탑(40).
2) 펌프(102a) ⇒ T3밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ T4밸브 ⇒ 밸브(111) ⇒ 밸브(117) 및 밸브(118) ⇒ 제1냉각탑(30) 및 제2냉각탑(40)
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
도 4는 환절기 제4 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
환절기에는 (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도) ≤ (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도) ＜ (냉수 사용 공정으로부터 방냉되어 돌아온 냉수의 온도)를 만족한다.
환절기의 4월 및 11월경의 제4 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정은 도 4와 같이 수행된다.
냉수는 제1열교환기(10)에서 냉각수와 1차 열교환하고, 제2열교환기(20)에서 냉장수와 2차 열교환하여 냉수 사용 공정에 공급된다.
냉각수, 냉장수 및 냉수의 순환 경로는 다음과 같다.
냉각수 순환: 펌프(102a) ⇒ T3밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ T4밸브 ⇒ 밸브(111) ⇒ 밸브(117), 밸브(118) ⇒ 제1냉각탑(30), 제2냉각탑(40).
냉장수 순환: 펌프(103a) ⇒ S1밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐 ⇒ S2밸브 ⇒ 밸브(114) ⇒ 저장조(50)의 상부노즐로 순환하면서 냉각탑으로 방출하지 못한 냉수의 열에너지를 저장조(50) 상부에 저장.
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
저장조(50)에 저장된 열에너지는 냉동기를 통해 냉각탑으로 방출하거나 냉각탑으로 직접 방출하여 축냉시킨다.
도 5는 환절기 제5 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
환절기의 5월 초 및 10월 말 경의 제5 온도조건에서 수행되는 냉수 제조 공정은 도 5와 같이 수행된다.
냉각수 및 냉수의 순환 경로는 다음과 같다.
냉각수 순환:
1) 펌프(102a)의 유량 50% ⇒ T1밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐 ⇒ 밸브(111) ⇒ 밸브(117) 및 밸브(118) ⇒ 제1냉각탑(30) 및 제2냉각탑(40).
2) 펌프(102a)의 나머지 유량 50% ⇒ T3밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ 밸브(111) ⇒ 밸브(117) 및 밸브(118) ⇒ 제1냉각탑(30) 및 제2냉각탑(40).
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 온도콘트롤러(142)에 의해 밸브(120)가 열리고 밸브(112)가 닫혀 제1냉동기로 공급한다.
도 6은 하절기 저녁 및 아침에 수행되는 냉수 제조 공정을 도시한 도면이다.
5월 ~ 10월경의 하절기에는 (냉수 사용 공정으로부터 방냉되어 돌아온 냉수의 온도) ≤ (냉각탑에서 축냉되는 냉각수의 온도)의 조건이 만족된다.
대기온도가 높은 여름철에는 동시 축.방냉 방법으로 가동하되 부하시간대별 타이머에 의해 펌프(104)의 속도가 가변되어 유량이 증감되도록 하여 운전한다.
도 6은 하절기 저녁, 중간전력부하시간대(17 ~ 22시)에 수행되는 냉수 제조 공정을 보여주는데, 냉장수 순환부는 펌프(104)의 유량을 감소시켜 운전한다. 유량이 감소되면, 온도콘트롤러(143)에 의해 밸브(114)가 완전히 개방되고, 압력콘트롤러(151)의 압력이 떨어지게 되면 압력방출밸브(131)가 완전히 닫혀 제2냉동기에서 축냉된 냉장수 전량이 제1열교환기(10)로 공급된다.
하절기 심야시간대에는 후술하는 도 7의 공정이 수행되고, 다시 중간전력부하시간(08 ~ 10시)에는 펌프(104)의 유량을 감소시켜 도 6의 공정으로 전환된다.
냉수 및 냉장수의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
냉장수 순환: 3웨이 밸브(121) (온도콘트롤러(144)에 의하여 측정된 냉장수의 온도가 설정 온도(8 ~ 12℃)보다 고온인 경우 하부노즐의 밸브가 많이 열리고 상부노즐의 밸브를 닫는다) ⇒ 펌프(104) ⇒ 제2냉동기 ⇒ S6밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐 ⇒ S5밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ S4밸브 ⇒ 밸브(114) ⇒ 저장조(50) 상부에 저장 및 3웨이 밸브(121) ⇒ 펌프(104) ⇒ 제2냉동기.
도 7은 하절기 심야 시간대에 수행되는 냉수 제조 공정이다.
하절기 심야시간대(22시 ~ 익일 08시)에는, 저장조(50) 내 온도콘트롤러(145)의 온도가 4 ~ 5℃가 되도록 펌프(104)의 유량을 증가시켜 운전한다.
야간전력 부하시간에 유량이 증가되면 온도콘트롤러(143)에 의해 밸브(114)의 일부가 닫혀 압력콘트롤러(151)의 압력이 상승하고 압력방출밸브(131)가 개방되어 냉동기에서 축냉된 냉장수의 일부는 제1열교환기(10)로 공급되고, 일부는 압력방출밸브(131)를 거쳐 저장조(50)의 하부노즐을 통해 저장조(50)의 하부에 저장된 다.
냉장수 및 냉수의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
냉장수 순환: 3웨이 밸브(121) (온도콘트롤러(1441)가 설정 온도(8 ~ 12℃)보다 고온인 경우 하부노즐의 밸브가 많이 열리고 상부노즐의 밸브가 닫힌다) ⇒ 펌프(104) ⇒ 냉동기 (주로 제2냉동기) ⇒ S6밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐 ⇒ S5밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ S4밸브 ⇒ 밸브(114) ⇒ 저장조(50) 상부에 저장 및 3웨이 밸브(121) 및 펌프(104)를 통해 냉동기(주로 제2냉동기).
상기의 야간전력(22시 ~ 익일 08시) 시간대에 저장조(50) 내 온도콘트롤러(145)까지 온도가 4 ~ 5℃가 되도록 축냉이 이루어져야 하나 축냉이 충분히 이루어지지 못하는 경우 또 다른 냉동기인 제3냉동기에 의해 냉장수를 축냉하여 저장조(50) 하부에 저장한다. 이때, 냉장수의 순환 경로는 다음과 같다.
냉장수 순환: 3웨이 밸브(121) ⇒ 펌프(104) ⇒ 제3냉동기 ⇒ 압력방출밸브(131) ⇒ 저장조(50) 하부노즐을 통해 저장조(50) 하부로 공급되어 수위의 변화가 없이 하부의 낮은 온도와 상부의 높은 온도의 경계 라인이 점진적으로 상부로 올라간다.
도 8은 하절기 주간의 평상시에 수행되는 냉수 제조 공정이다.
하절기 주간의 평상시에는 냉수 및 냉장수는 다음과 같이 순환한다.
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
냉장수 순환: 펌프(103) ⇒ S1밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐 ⇒ S5밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ S4밸브 ⇒ 밸브(114) ⇒ 저장조(50)의 상부노즐을 통해 저장조(50) 상부에 저장.
그러나 부득이한 상황에서는 도 9 및 도 10의 공정을 선택 적용할 수 있다.
도 9는 하절기 주간에 냉수의 온도가 설정 온도보다 높을 때 수행되는 냉수 제조 공정이다.
하절기 주간에 냉수 사용 공정에서 필요로 하는 냉수의 양이 증가되어 온도콘트롤러(142)의 온도가 설정 온도보다 높게 올라가는 경우에는 냉수 제조 시스템은 다음과 같이 운전된다.
냉장수 순환:
1) 펌프(103a) ⇒ S1밸브 ⇒ N1노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ N2노즐 ⇒ S2밸브 ⇒ 밸브(114) ⇒ 저장조(50) 상부에 저장.
2) 펌프(103b) ⇒ S3밸브 ⇒ N3노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ N4노즐 ⇒ S4밸브 ⇒ 밸브(113) 또는 밸브(114) ⇒ 저장조(50)의 상부노즐 또는 하부노즐을 통해 냉열에너지가 저장조(50)에 저장.
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
도 10a 및 도 10b는 하절기 주간에 냉장수의 온도가 설정 온도보다 높을 때 수행되는 냉수 제조 공정이다.
하절기 주간에, 저장조(50)에 저온(4 ~ 5℃)으로 저장된 냉장수를 모두 소진하여 저장조(50) 내의 냉장수의 온도가 올라가 있는 경우, 냉수 제조 시스템은 도 10a 또는 도 10b와 같이 운전된다.
냉수 순환: 펌프(101) ⇒ C3밸브 ⇒ n1노즐 ⇒ 제2열교환기(20) ⇒ n2노즐 ⇒ C5밸브 ⇒ n3노즐 ⇒ 제1열교환기(10) ⇒ n4노즐 ⇒ C2밸브 ⇒ 밸브(112) ⇒ 냉수 사용 공정.
냉장수는 도 10a 또는 도 10b의 경로로 순환되는데, 도 10a의 냉장수 순환 경로는 다음과 같다.
냉장수 순환: 3웨이 밸브(121) ⇒ 펌프(104) ⇒ 제2냉동기 ⇒ 제1열교환기(10) 및 제2열교환기(20)를 순차적으로 거쳐 저장조(50) 상부에 저장.
도 10b의 냉장수 순환 경로는 다음과 같다.
냉장수 순환: 3웨이 밸브(121) ⇒ 펌프(104) ⇒ 제2냉동기 ⇒ 일부는 제1열교환기(10) 및 제2열교환기(20)를 순차적으로 거쳐 저장조(50) 상부에 저장되고, 남는 잉여 냉장수는 압력방출밸브(131)을 거쳐 저장조(50) 하부에 저장된다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명은 동절기에는 기존의 냉수 사용 공정 또는 냉동기 등에서 사용하고 있는 냉각탑을 이용하여 대기 온도를 효율적으로 회수하여 냉수를 제조함으로써 냉동기를 대체 사용하여 에너지 효율을 극대화하고 냉각탑의 물의 낭비 및 유지 관리 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 하절기에는 저렴한 심야 전력으로 냉동기를 가동하여 저장조에 냉장수를 저장하여 두었다가, 전력 비용이 고가인 주간에 저장된 냉장수를 냉수와 열교환시켜 요구 온도 (4 ~ 10℃) ±2℃의 냉수를 제조함으로써, 주야간 전력 사용량의 균형을 유지하며 국가적으로 발전 설비의 효율적인 운용을 가능하게 한다.
본 발명은 냉각탑에서 냉각수의 온도 변화가 있어도, 냉각팬의 회전 속도와 순환수 유량을 조절하거나 순환 경로를 조정하여 냉수의 온도를 일정하게 유지 관리할 수 있으며, 온도 조절 범위를 벗어나는 경우에는 냉동기를 가동하여 저온의 냉장수를 열교환기에 공급함으로써 냉수의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한 본 발명은 냉각탑의 결빙을 방지함으로써, 안정적인 냉각탑의 관리와 냉수 품질을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 저장조 상하부에 냉장수가 혼합되지 않도록 설치된 노즐과, 온도 성층화 원리에 의하여 높은 온도의 냉장수와 낮은 온도의 냉장수가 혼합되지 않고 두 가지 온도의 냉장수를 하나의 저장조에 분리 저장할 수 있고, 아울러 펌프가 냉장수를 흡입할 때 캐비테이션(cavitation)이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 3웨이 밸브를 이용하여 저장조 상부의 높은 온도의 냉장수와 하부의 낮은 온도의 냉장수를 조절하여 혼합한 후 냉동기에 공급되는 냉장수의 온 도를 일정하게 조절함으로써 냉동기의 부하를 일정하게 유지 안정화하고, 최대 부하로 가동함으로써 짧은 시간내에 저장조의 냉장수를 축냉시켜 축냉 냉동기의 기계적 손에 의한 에너지 소비를 감소시키고, 냉동기에서 냉각 가능한 최저온도의 냉각수를 저장할 수 있다.
또한 본 발명은 냉각탑을 두 개의 냉각탑으로 분리 운영하고, 필요한 냉각탑 처리 용량이 크지 않은 동절기에는 하나의 냉각탑만 가동하고, 상대적으로 큰 냉각탑 처리 용량이 필요한 하절기에는 두 개의 냉각탑을 모두 가동함으로써, 효율적인 냉각탑의 운영이 가능하다.

Claims (13)

  1. 열교환기;
    냉각탑을 구비하여 상기 냉각탑에서 냉각수를 축냉하고, 축냉된 냉각수를 상기 열교환기에 보내 방냉시킨 후, 다시 냉각탑으로 돌려보내는, 냉각수 순환부;
    저장조를 구비하여 냉장수를 저장하고, 저장된 냉장수를 상기 열교환기에 보내 열교환시킨 후, 다시 저장조로 돌려보내는, 냉장수 순환부; 및
    냉수 사용 공정으로부터 방냉되어 돌아온 냉수를, 동절기에는 상기 열교환기에서 냉각수와 열교환시켜 축냉시키고, 하절기에는 상기 열교환기에서 냉장수와 열교환시켜 축냉시킨 후, 다시 냉수 사용 공정으로 돌려보내는 냉수 순환부를 포함하여 구성되고,
    동절기와 하절기 사이의 환절기에는 상기 냉수 순환부는 냉수를 상기 열교환기에서 냉각수 및 냉장수와 순차적으로 열교환시켜 축냉시키는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열교환기는 제1열교환기 및 제2열교환기를 구비하고, 냉수와 냉각수 사이의 온도조건을
    제1온도조건(냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 4℃) ≤ (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도),
    제2온도조건(냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 2℃ ) ≤ (냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도) ＜ (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 4℃ ) 및
    제3온도조건(냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 요구 온도) ＜ (냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도 + 2℃ )으로 나눌 때,
    제1 온도조건에서, 냉수와 냉각수의 열교환은 제1열교환기 또는 제2열교환기에서만 수행되고,
    제2 온도조건에서, 냉수는 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거치고, 냉각수는 제1열교환기 및 제2열교환기를 순차적으로 거치면서, 열교환이 수행되고,
    제3 온도조건에서, 냉수는 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거치고, 냉각수는 일부는 제1열교환기만을 나머지 일부는 제2열교환기만을 거치면서, 열교환이 수행되는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각탑은 냉각수를 분사하는 노즐과 분사된 냉각수에 공기를 불어넣어 냉각시키는 냉각팬을 구비하고,
    동절기에,
    냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도가 설정 온도보다 높아지면, 상기 냉각수 순환부는 상기 냉각팬의 회전 속도 및 냉각수의 순환 유량을 증가시키고,
    냉각탑에서 축냉된 냉각수의 온도가 설정 온도보다 낮아지면, 상기 냉각수 순환부는 냉각팬의 회전 속도 및 냉각수의 순환 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    동절기에,
    냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 온도가 요구 온도보다 높아지면, 상기 냉각수 순환부는 냉각수의 순환 유량을 증가시키고,
    냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 온도가 요구 온도보다 낮아지면 상기 냉각수 순환부는 냉각수의 순환 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각탑은 냉각수조, 냉각수를 냉각수조 내부로 분사하는 노즐과 분사된 냉각수에 공기를 불어넣어 냉각시키는 냉각팬을 구비하고,
    동절기에 기온이 결빙 온도 이하이면, 상기 냉각수 순환부는 상기 냉각탑이결빙되는 것을 방지하기 위해 상기 냉각팬의 가동을 정지시키고, 냉각수의 일부를 상기 노즐로 공급하여 냉각수조에 분사함으로써 냉각탑을 해빙시키는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    동절기와 하절기 사이의 환절기에, 상기 냉수 순환부는 냉수를 상기 열교환기에서 냉각수 및 냉장수와 순차적으로 열교환시켜 축냉시키는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1열교환기 및 제2열교환기를 구비하고,
    상기 냉수 순환부는 제1냉동기를 구비하고,
    동절기와 하절기 사이의 환절기에,
    상기 냉수 순환부는 냉수를 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거친 후 상기 제1냉동기를 거쳐 축냉시킨 후, 냉수 사용 공정으로 돌려보내고,
    상기 냉장수 순환부는 냉장수의 일부는 제1열교환기만을 나머지 일부는 제2열교환기만을 거쳐 냉수와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스 템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉장수 순환부는 냉동기를 구비하고,
    냉장수는,
    동절기에는 냉각수와 열교환되어 축냉된 후, 상기 저장조에 저장되고,
    하절기에는, 심야 시간대에 상기 냉동기를 거쳐 축냉된 후 상기 저장조에 저장되고, 주간에 상기 열교환기에 보내져 냉수와 열교환되는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1열교환기 및 제2열교환기를 구비하고,
    하절기 주간에, 상기 냉수 사용 공정으로 돌려보내지는 냉수의 온도가 설정 온도보다 높아지면, 상기 냉수 순환부는 냉수를 제2열교환기 및 제1열교환기를 순차적으로 거치게 하고, 상기 냉장수 순환부는 냉장수의 일부는 제1열교환기만을 나머지 일부는 제2열교환기만을 거치면서 냉수와 열교환이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 저장조는 상부노즐과 하부노즐을 구비하고,
    상기 상부노즐은 상기 저장조의 단면적보다 작은 면적을 가지는 제1하판 및 제1상판을 구비하되, 상기 제1하판에는 하방으로부터 냉장수 유출입 배관이 연결되고, 상기 제1상판은 상기 제1하판 위에 일정한 간격으로 이격되어 구비되되 상기 제1하판보다 작은 면적을 가져, 하방으로부터 상기 제1하판과 상기 제1상판 사이에 유입된 냉장수가 측방으로 흐르도록 유도하고,
    상기 하부노즐은 상기 저장조의 단면적보다 작은 면적을 가지는 제2상판 및 제2하판을 구비하되, 상기 제2상판에는 상방으로부터 냉장수 유출입 배관이 연결되고, 상기 제2하판은 상기 제2상판 밑에 일정한 간격으로 이격되어 구비되어, 상방으로부터 상기 제2상판과 상기 제2하판 사이에 유입된 냉장수가 측방으로 흐르도록 유도하고,
    상기 냉장수 순환부는, 상기 저장조로 돌려보내지는 냉장수의 온도가 설정 온도 이상이면 상기 상부노즐을 거쳐 상기 저장조 상부로 냉장수가 유입되도록 하고, 설정 온도 미만이면 상기 하부노즐을 거쳐 상기 저장조 하부로 냉장수가 유입되도록 하여, 온도 성층화에 의하여 높은 온도의 냉장수와 낮은 온도의 냉장수가 혼합되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉장수 순환부는, 상기 상부노즐 및 상기 하부노즐로부터 상기 냉동기 사이의 냉장수 순환 경로 상에 3웨이 밸브를 구비하여, 상기 3웨이 밸브를 이용하여 저장조 상부의 높은 온도의 냉장수와 하부의 낮은 온도의 냉장수를 조절하여 혼합한 후 일정한 온도의 냉장수를 냉동기로 보내 냉동기의 부하를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 냉각탑은 제1냉각탑 및 제2냉각탑을 구비하고,
    동절기에는 제1냉각탑 또는 제2냉각탑 하나만 냉수 축냉용으로 사용되고,
    하절기에는 제1냉각탑 및 제2냉각탑 모두 냉동기의 냉매의 축냉용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 냉수 제조 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102705939A (zh) * 2012-06-20 2012-10-03 江南大学 应用于idc机房的闭式冷却塔制冷系统及其制冷方法
KR20190054587A (ko) * 2017-11-14 2019-05-22 주식회사 포스코 제철소 공기분리설비의 쿨링 타워 및 이를 이용한 운전 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103090584B (zh) * 2011-10-31 2016-05-18 赵秀卿 分立型半导体致冷器制冷系统
US9920997B2 (en) * 2014-03-25 2018-03-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Cooling apparatus and system including the same
KR102200939B1 (ko) * 2014-03-25 2021-01-12 삼성전자주식회사 냉각 장치 및 그를 포함하는 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61128042A (ja) 1984-11-28 1986-06-16 Shinryo Air Conditioning Co Ltd 冷水製造回路を有する空気調和装置
JPS62196534A (ja) 1986-02-21 1987-08-29 Hitachi Ltd 冷水製造設備
JPH06249471A (ja) * 1993-02-24 1994-09-06 Takasago Thermal Eng Co Ltd 冷水製造システム
KR200247433Y1 (ko) 2001-06-14 2001-10-17 이철수 축냉조의 동관 결합구조
KR20030053984A (ko) * 2001-12-24 2003-07-02 주식회사 세기센추리 고온 급탕 열펌프 유닛
KR200412707Y1 (ko) 2005-12-26 2006-03-31 주식회사 성지공조기술 냉각탑 제어시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61128042A (ja) 1984-11-28 1986-06-16 Shinryo Air Conditioning Co Ltd 冷水製造回路を有する空気調和装置
JPS62196534A (ja) 1986-02-21 1987-08-29 Hitachi Ltd 冷水製造設備
JPH06249471A (ja) * 1993-02-24 1994-09-06 Takasago Thermal Eng Co Ltd 冷水製造システム
KR200247433Y1 (ko) 2001-06-14 2001-10-17 이철수 축냉조의 동관 결합구조
KR20030053984A (ko) * 2001-12-24 2003-07-02 주식회사 세기센추리 고온 급탕 열펌프 유닛
KR200412707Y1 (ko) 2005-12-26 2006-03-31 주식회사 성지공조기술 냉각탑 제어시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102705939A (zh) * 2012-06-20 2012-10-03 江南大学 应用于idc机房的闭式冷却塔制冷系统及其制冷方法
KR20190054587A (ko) * 2017-11-14 2019-05-22 주식회사 포스코 제철소 공기분리설비의 쿨링 타워 및 이를 이용한 운전 방법
KR102020501B1 (ko) 2017-11-14 2019-09-10 주식회사 포스코 제철소 공기분리설비의 쿨링 타워 및 이를 이용한 운전 방법

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