KR101250050B1

KR101250050B1 - 냉각유체의 증발냉각 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101250050B1
Application number: KR1020110039776A
Authority: KR
Inventors: 민태식
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-04-02
Also published as: WO2012148111A2; EP2703762A2; WO2012148111A3; EP2703762A4; CN103502760A; KR20120121777A; CN103502760B

Abstract

본 발명은 냉각탑과 같은 냉각유체 냉각장치에 있어서 현열 열교환부와 증발 냉각부를 적절히 조합하여 증발 냉각부로 유입되는 공기의 습구온도를 떨어뜨려 냉각유체의 냉각온도를 낮춤과 동시에 증발 냉각부를 통과한 저온의 포화공기의 온도만 올려 상대습도를 떨어뜨린 후 다시 냉각유체를 증발 냉각시키는 방법을 반복 수행함으로써 냉각유체의 냉각효율을 극대화시킬 수 있는 냉각유체의 증발냉각 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 냉각유체의 증발냉각 장치는, 냉각유체와 공기 간에 현열 열교환이 이루어지는 복수의 현열 열교환부; 및 상기 냉각유체의 증발 잠열을 이용하여 상기 냉각유체와 통과하는 공기의 온도를 떨어뜨리는 복수의 증발 냉각부;를 포함하되, 상기 공기는 상기 복수의 현열 열교환부와 상기 복수의 증발 냉각부를 교번으로 순차 경유하고, 상기 냉각유체는 상기 공기가 경유하는 상기 복수의 현열 열교환부를 역순으로 경유한 후, 상기 공기가 경유하는 상기 증발 냉각부를 역순으로 경유하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각유체의 증발냉각 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EVAPORATIVE COOLING OF COOLANT}

본 발명은 냉각유체의 증발냉각 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매를 사용하는 기존의 냉동기 없이 물의 증발 잠열을 이용하여 주위공기의 습구온도보다 저온의 물을 얻기 위한 냉각유체의 증발냉각 장치 및 방법에 관한 것이다.

공기조화설비 및 냉동·냉장장치 등에서 냉동기나 산업용 열교환기기는 제거되어야 하는 폐열을 수반하며, 이 폐열을 제거하기 위해서는 냉각매체를 이용하여 폐열을 대기로 방출하여야 한다. 이러한 냉각매체의 공급을 위한 장치로서 물의 증발 잠열을 이용하여 물을 냉각시키는 냉각탑이 알려져 있다.

냉각탑의 냉각방식은, 피냉각유체보다 온도가 낮은 대기상의 공기를 강제 대류시켜 현열냉각을 하는 공랭식 냉각과, 냉각수와 공기의 접촉에 의한 증발 잠열을 이용하여 냉각하는 증발식 냉각으로 구분되며, 현재 냉각탑은 어떤 다른 냉각장치보다 경제적이고 냉각효과가 크기 때문에 널리 사용되고 있다.

통상의 냉각탑은 냉각수와 공기의 유동형태에 따라 대향류형(counterflow type) 냉각탑, 직교류형(cross flow type) 냉각탑, 대향류 직교류 겸용형 냉각탑으로 구분된다.

도 1은 종래 냉각유체의 증발 냉각장치의 일례를 나타낸 개략도로서, 대한민국 공개특허공보 제2003-0032240호에 개시된 냉각탑(1)을 나타낸 것이다.

냉각탑(1)은 본체(2)의 상부에 통풍팬(5)이 설치되고, 중간부에는 증발 냉각부(3)가 설치되며, 증발 냉각부(3)의 상측에는 냉각유체를 분무시키기 위한 스프링쿨러(4)가 설치된다. 또한 본체(2)의 하부에는 집수조(7)가 설치되고, 집수조(7)에는 소모되는 냉각유체를 보충하기 위한 보충수관(8)이 설치된다.

이와 같이 구성된 냉각탑(1)은 외부공기를 증발 냉각부(3)로 통과시키면서 스프링쿨러(4)로 냉각유체를 분사하게 되면 냉각유체가 증발 냉각부(3)를 통과하면서 증발되어 냉각되는 구조로 되어 있다. 상기의 과정으로 증발 냉각된 냉각유체는 피냉각장치로 보내져 피냉각장치를 냉각시킨 후 다시 순환하는 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

그러나 상기 냉각탑(1)은 흡인된 외부공기가 증발 냉각부(3)를 통과하면서 스프링쿨러(4)를 통하여 분사되는 냉각유체와의 접촉으로 냉각유체의 증발을 유도하여 증발 냉각시키도록 구성되어 있기 때문에 냉각유체의 냉각효과는 흡입공기의 습구온도(Twbi)로 제한될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 본체(2)의 흡입공(6)에 예냉기(9)를 설치하여 흡입되는 외부공기를 1차적으로 냉각시킨 후 그 냉각된 외부공기를 증발 냉각부(3)로 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시키도록 구성되어 있다. 그러나 이러한 구성에 의할 경우, 보충수를 이용하여 흡입공기를 예냉시키므로 보충수의 온도와 냉각유체의 온도 간에 차이가 없거나, 증발량이 냉각유체 전체 순환량에 비해 적을 경우에는 냉각유체의 냉각이 효과적으로 이루어질 수 없는 문제점이 있다.

도 2는 종래 냉각유체의 증발 냉각장치의 다른 예를 나타낸 개략도로서, 대한민국 공개특허공보 제2005-0120275호에 개시된 냉각탑(1a)을 나타낸 것이다.

냉각탑(1a)의 흡입구(2a)에 현열 냉각부(3a)를 설치하고 냉각된 물의 일부를 현열 냉각부(3a)로 통과시켜 흡입되는 외부공기를 1차적으로 냉각시킨 다음에 증발 냉각부(4a)로 통과시켜 냉각유체의 증발 잠열을 이용하여 냉각유체의 온도를 외부에서 흡입되는 공기의 습구온도 이하로 냉각시키도록 구성되어 있다.

그러나 상기와 같은 냉각탑(1a)의 구성에 의하면, 현열 냉각부(3a)를 통과한 공기의 절대습도는 일정하더라도 냉각된 공기의 상대습도는 오히려 높아지게 되어 증발 냉각부(4a)에서 증발이 충분하게 일어나지 못하는 경우가 발생한다. 또한, 증발 냉각부(4a) 통과 후의 공기는 습도는 포화되었으나 저온의 상태로 버려지게 되므로 그만큼 효율이 저하되고 에너지의 낭비가 될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술에 의한 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 냉각탑과 같은 냉각유체 냉각장치에 있어서 현열 열교환부와 증발 냉각부를 적절히 조합하여 증발 냉각부로 유입되는 공기의 습구온도를 떨어뜨려 냉각유체의 냉각온도를 낮춤과 동시에 증발 냉각부를 통과한 저온의 포화공기의 온도만 올려 상대습도를 떨어뜨린 후 다시 냉각유체를 증발 냉각시키는 방법을 반복 수행함으로써 냉각유체의 냉각효율을 극대화시킬 수 있는 냉각유체의 증발냉각 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 냉각유체의 증발냉각 장치는, 냉각유체와 공기 간에 현열 열교환이 이루어지는 복수의 현열 열교환부; 및 상기 냉각유체의 증발 잠열을 이용하여 상기 냉각유체와 통과하는 공기의 온도를 떨어뜨리는 복수의 증발 냉각부;를 포함하되, 상기 공기는 상기 복수의 현열 열교환부와 상기 복수의 증발 냉각부를 교번으로 순차 경유하고; 상기 냉각유체는 상기 공기가 경유하는 상기 복수의 현열 열교환부를 역순으로 경유한 후, 상기 공기가 경유하는 상기 증발 냉각부를 역순으로 경유하며; 상기 증발 냉각부는 상하로 배치된 1차 증발 냉각부, 2차 증발 냉각부 및 3차 증발 냉각부로 이루어지고; 상기 현열 열교환부는 상기 3차 증발 냉각부의 공기 입구측에 배치된 1차 현열 열교환부, 상기 3차 증발 냉각부의 공기 출구측과 상기 2차 증발 냉각부의 공기 입구측 사이에 배치된 2차 현열 열교환부, 상기 2차 증발 냉각부의 공기 출구측과 상기 1차 증발 냉각부의 공기 입구측 사이에 배치된 3차 현열 열교환부, 및 상기 1차 증발 냉각부의 공기 출구측에 배치된 4차 현열 열교환부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 공기는 상기 1차 현열 열교환부, 3차 증발 냉각부, 2차 현열 열교환부, 2차 증발 냉각부, 3차 현열 열교환부, 1차 증발 냉각부 및 4차 현열 열교환부를 순차로 경유하고, 상기 냉각유체는 상기 1차 현열 열교환부, 4차 현열 열교환부, 3차 현열 열교환부, 2차 현열 열교환부를 거친후, 분사장치에 의해 상기 1차 증발 냉각부 내로 뿌려져 상기 2차 증발 냉각부와 3차 증발 냉각부를 순차로 통과하는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 3차 증발 냉각부를 통과한 냉각유체는 저수조에 집수된 후, 순환펌프에 의해 압송되어 피냉각장치를 냉각시킨 후에 상기 1차 현열 열교환부로 환수되는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 1차 현열 열교환부의 공기 유입측에는 외기 흡입구와 연통되는 제습통로가 구비되고, 상기 제습통로에는 상기 외기 흡입구를 통해 급기되는 외부 공기 중에 포함된 습기를 제거하기 위한 제습로터가 구비된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 제습통로와 나란하게 상기 제습로터의 재생을 위한 재생통로가 구비되고, 상기 제습로터는 상기 제습통로와 재생통로에 걸쳐 배치된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 재생통로에는 상기 제습로터의 재생을 위해 공급되는 공기를 가열시켜 공급하는 가열수단과 재생팬이 구비된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 재생통로에는 냉매 압축식 냉각장치의 응축기가 구비되고, 상기 저수조에는 상기 냉매 압축식 냉각장치의 증발기가 구비된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 1차 현열 열교환부의 입구측에는 상기 3차 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체의 온도를 더욱 낮추기 위한 보조 냉각장치가 추가로 구비된 것으로 구성될 수 있다.

본 발명의 냉각유체의 증발냉각 방법은, (a) 공기를 복수의 현열 열교환부와 복수의 증발 냉각부를 교번으로 순차 경유시키는 단계; (b) 냉각유체를 상기 공기가 경유하는 상기 복수의 현열 열교환부를 역순으로 경유시킨 후, 상기 공기가 경유하는 상기 증발 냉각부를 역순으로 순차 경유시키는 단계;를 포함하되, 상기 (a) 단계는, 증발 냉각에 사용하기 위한 외부 공기를 외기 흡입구에 설치된 1차 현열 열교환부로 현열 냉각시키는 단계; 상기 현열 냉각된 공기를 3차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계; 상기 3차 증발 냉각부를 지나서 포화된 공기를 2차 현열 열교환부로 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추는 단계; 상기 2차 현열 열교환부를 지나 온도는 상승하고 상대습도가 낮아진 공기를 2차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계; 상기 2차 증발 냉각부를 지나서 포화된 공기를 3차 현열 열교환부로 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추는 단계; 상기 3차 현열 열교환부를 지나 온도는 상승하고 상대습도가 낮아진 공기를 1차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계; 및 상기 1차 증발 냉각부를 지난 공기를 4차 현열 열교환부를 통과시켜 상기 4차 현열 열교환부를 지나는 냉각유체를 냉각시키는 단계를 포함한다.

또한 상기 (b) 단계는, 피냉각장치를 냉각시킨 후의 냉각유체를 1차 현열 열교환부로 통과시켜 흡입된 외부 공기를 현열 냉각시키는 단계; 상기 1차 현열 열교환부를 통과하면서 온도가 상승된 냉각유체를 4차 현열 열교환부를 통과시켜 온도를 낮추는 단계; 상기 4차 현열 열교환부를 통과시킨 냉각유체를 3차 현열 열교환부를 통과시켜 온도를 더욱 낮추는 단계; 상기 3차 현열 열교환부를 통과시킨 냉각유체를 2차 현열 열교환부를 통과시켜 온도를 더욱 낮추는 단계; 상기 2차 현열 열교환부를 통과시킨 냉각유체를 분사장치를 이용하여 1차 증발 냉각부에 뿌려 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계; 상기 1차 증발 냉각부를 지난 냉각유체를 2차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체의 온도를 더욱 낮추는 단계; 및 상기 2차 증발 냉각부를 지난 냉각유체를 3차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체의 온도를 더욱 낮추는 단계;를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 증발 냉각에 사용하기 위한 외부 공기를 외기 흡입구에 설치된 1차 현열 열교환부로 현열 냉각시키는 단계는, 상기 외기 흡입구로 유입되는 공기를 제습처리하는 단계를 거친 후에 실시되는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 3차 증발부를 통과한 냉각유체는 저수조에 집수되고, 상기 저수조 내부에 설치된 냉매 압축식 냉각장치의 증발기에 의해 재차 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 냉각유체의 증발냉각 장치 및 방법에 의하면, 물의 증발 잠열을 이용하여 물을 냉각시키는 종래의 냉각탑과 비교하여 다수의 현열 열교환부와 증발 냉각부를 적절히 조합하여 증발 냉각부로 유입되는 공기의 습구온도를 떨어뜨려 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체의 냉각온도를 낮춤과 동시에 증발 냉각부를 통과한 저온의 포화공기의 온도만 상승시켜 상대습도를 떨어뜨린 후 다시 냉각유체를 증발시키는데 사용함으로써 에너지의 낭비를 최소화하고 동시에 냉각유체를 더욱 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 냉각유체의 증발 냉각장치의 일례를 나타낸 개략도,
도 2는 종래 냉각유체의 증발 냉각장치의 다른 예를 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체의 증발 냉각장치에서 공기의 흐름경로를 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각유체의 증발 냉각장치에서 냉각유체의 흐름경로를 나타낸 개략도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각유체의 증발 냉각장치를 나타낸 개략도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각유체 증발 냉각장치는 공기 유로와 냉각유체 유로로 구분되어 진다.

도 3을 참조하면, 공기 유로는 공기 유동 통로에 외부공기를 흡입하는 외기 흡입구(120), 공기의 유동을 발생시키는 팬(110), 외부 공기를 현열 냉각시키는 1차 현열 열교환부(10), 3차 증발 냉각부(70), 2차 현열 열교환부(20), 2차 증발 냉각부(60), 3차 현열 열교환부(30), 1차 증발 냉각부(50) 및 4차 현열 열교환부(40)를 순차로 경유한 후 배기구(130)를 통해 배출되는 것으로 구성된다.

도 4를 참조하면, 피냉각장치를 냉각시키고 순환된 냉각유체는 외부공기를 현열 냉각시키는 1차 현열 열교환부(10)를 지나면서 온도가 더욱 상승된 후 4차 현열 열교환부(40), 3차 현열 열교환부(30), 2차 현열 열교환부(20)를 지나면서 다시 냉각되게 된다. 현열 냉각된 냉각유체는 분사장치(80)에 의해 1차 증발 냉각부(50)로 뿌려지게 되고, 1차 증발 냉각부(50)를 지나는 공기에 의해 증발 냉각된 냉각유체는 2차 증발 냉각부(60)와 3차 증발 냉각부(70)를 순차 통과하면서 더욱 냉각된 후 저수조(90)에 저장되며, 저수조(90)에 모인 냉각유체는 냉각수 순환펌프(100)에 의해 피냉각장치로 순환하게 된다.

냉각유체 유로는 상기와 같이 1차 현열 열교환부(10), 4차 현열 열교환부(40), 3차 현열 열교환부(30), 2차 현열 열교환부(20), 분사장치(80), 1차 증발 냉각부(50), 2차 증발 냉각부(60), 3차 증발 냉각부(70), 저수조(90), 냉각수 순환펌프(100) 및 피냉각장치를 순차로 경유하도록 구성된다.

이하, 상기 구성을 모두 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각유체의 증발 냉각장치를 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 실시예에 따른 냉각유체의 증발 냉각장치는, 외기 흡입구(120a,120)를 연결하는 공기 유입 유로에는 외부공기를 제습할 수 있는 제습통로(205)를 구성하고, 제습통로(205)와 나란하게 제습로터(200)의 재생을 위한 재생통로(206)를 구성하며, 상기 제습통로(205)와 재생통로(206) 사이에는 제습로터(200)가 회전 가능하게 설치한다.

제습로터(200)는 회전하는 과정에서 제습통로(205)에서는 외기 흡입구(120a)를 통해 인입된 공기의 습기를 흡습하고, 재생통로(206)에서는 외기에 의해 건조됨으로써 계속하여 위와 같이 습기를 흡습하는 것으로, 실리카겔(silicagel)이나 제올라이트(zeolite) 등의 제습재가 내장되어 있으며, 상기 제습재는 소정 패턴(예: 벌집 패턴 등)으로 구성되어 있고, 제습로터(200)의 반지름이 대략 제습통로(205) 및 재생통로(206)의 폭에 대응하는 길이로 이루어져 있어서 제습통로(205) 및 재생통로(206)를 따라 유동하는 공기가 당해 제습로터(200)를 통과하도록 구성되어 있다.

따라서, 회전중인 제습로터(200)의 일부분이 제습통로(205) 부분에 위치하는 경우에는 당해 부분에서 공기의 습기를 흡습하고, 계속 회전하여 습기를 흡습한 상기 제습로터(200)의 부분이 재생통로(206) 측으로 이동되면 외기에 의해 다시 건조되며, 회전을 통하여 이러한 흡습 및 재생과정을 반복한다.

즉, 상기 재생통로(206) 일단의 재생 외기 흡입구(240)로 유입된 공기는, 재생팬(230)에 의해 흡입되어, 예열수단인 응축기(320)와 가열수단인 히터(220)를 지나면서 고온 상태로 변화된 후 재생통로(206)를 통과하면서 제습로터(200)에 흡착된 습기를 증발시켜 제습로터(200)를 재생하고 배기구(250)를 통해 배출되도록 구성되어 있다.

상기 제습통로(205)로 유입되어 제습로터(200)를 지나면서 제습된 고온 저습 상태의 급기공기는 팬(110)에 의해 1차 현열 열교환부(10)를 통과하면서 피냉각장치를 냉각시키고 순환된 냉각유체에 의해 습도 증가 없이 현열 냉각되고, 현열 냉각된 공기는 3차 증발 냉각부(70)로 공급된다. 즉, 3차 증발 냉각부(70)로 공급되는 공기는 온도가 현저히 낮아진 상태로 공급되는 것이다.

이 경우 상기 제습통로(205)에는 외기 공기를 냉각시키는 보조 냉각장치(210)가 추가로 구비될 수 있다.

또한 냉각유체는 4차 현열 열교환부(40), 3차 현열 열교환부(30), 2차 현열 열교환부(20)를 지나면서 현열 냉각된 후 1차 증발 냉각부(50), 2차 증발 냉각부(60)를 지나면서 증발 냉각되어 냉각유체의 온도가 충분히 낮아져 있는 상태에서 3차 증발 냉각부(70)로 유입된다. 이 경우 냉각유체는 3차 증발 냉각부(70)를 통과하면서 다시 증발되어 이론적으로는 입구 공기의 이슬점 온도까지 냉각유체의 온도를 낮출 수가 있으므로, 이 냉각유체는 피냉각장치의 냉각수용 뿐만 아니라 제습로터(200)를 사용하여 입구 공기의 습도를 충분히 낮추어 준다면 냉방용 냉수로도 사용할 수 있다.

상기 3차 증발 냉각부(70)를 통과한 공기는 온도는 매우 낮으나 포화되어 더 이상 증발 냉각용으로는 사용할 수가 없으므로, 2차 증발 냉각용 공기로 사용하기 위해서 2차 현열 열교환부(20)를 통과시켜 공기의 온도를 상승시킴으로써 상대습도를 떨어뜨린다.

또한 냉각유체는 상기 2차 현열 열교환부(20)를 지나면서 2차 현열 열교환부(20)를 통과하는 공기의 온도를 상승시키고, 냉각유체는 더욱 냉각되어 분사장치(80)로 이동하게 된다.

상기 2차 현열 열교환부(20)를 통과한 온도가 상승된 공기는 2차 증발 냉각부(60)로 유입된다. 공기는 2차 증발 냉각부(60)를 통과하면서 2차 증발 냉각부(60)를 흐르는 냉각유체를 증발 냉각시키고 다시 포화상태가 되어 3차 현열 열교환부(30)로 이동하게 된다.

또한 상기 1차 증발 냉각부(50)를 통과한 냉각유체는 상기 2차 증발 냉각부(60)를 통과하면서 더욱 증발 냉각된 후 3차 증발 냉각부(70)로 이동하게 된다.

3차 현열 열교환부(30)로 이동한 포화상태의 공기는 3차 현열 열교환부(30)를 통과하는 냉각유체와의 열교환에 의해 온도가 상승되면서 상대습도는 낮아지게 된다.

또한 냉각유체는 상기 3차 현열 열교환부(30)를 지나면서 공기의 온도를 상승시키고 더욱 냉각된 후 2차 현열 열교환부(20)로 이동하게 된다.

상기 3차 현열 열교환부(30)를 통과한 온도가 상승된 공기는 1차 증발 냉각부(50)로 유입된다. 공기는 1차 증발 냉각부(50)를 통과하면서 상기 1차 증발 냉각부(50)를 흐르는 냉각유체를 증발 냉각시키고 다시 포화상태가 되어 4차 현열 열교환부(40)로 이동하게 된다.

또한 냉각유체는 상기 1차 증발 냉각부(50)를 통과하면서 증발 냉각된 후 추가 증발 냉각을 위해 2차 증발 냉각부(60)로 이동하게 된다.

상기 1차 증발 냉각부(50)를 지난 공기는 습도가 포화되어 더 이상 증발 냉각용으로는 사용할 수가 없으나 온도는 외기에 비해 충분히 낮은 상태이므로 바로 버리지 않고 4차 현열 열교환부(40)를 통과시켜 상기 4차 현열 열교환부(40)를 지나는 냉각유체를 냉각시킨 후 외부로 배기하게 된다.

이를 냉각유체의 흐름 순서에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 4를 참조하면, 피냉각장치를 냉각시키고 환수된 냉각유체는 1차 현열 열교환부(10)를 지나면서 외부공기를 현열 냉각시키고 온도가 더욱 상승된 후 4차 현열 열교환부(40)로 이동하게 된다.

상기 4차 현열 열교환부(40)로 이동한 냉각유체는 1차 증발 냉각부(50)를 지난 공기에 의해 냉각되고, 그 후 3차 현열 열교환부(30)를 통과하면서 2차 증발 냉각부(60)를 지난 공기에 의해 더욱 냉각되며, 그 후 2차 현열 열교환부(20)를 통과하면서 3차 증발 냉각부(70)를 지난 공기에 의해 더욱 냉각된다.

상기 4차 현열 열교환부(40), 3차 현열 열교환부(30) 및 2차 현열 열교환부(20)를 통과하면서 현열 냉각된 냉각유체는 분사장치(80)에 의해 1차 증발 냉각부(50)로 뿌려지며, 이때 1차 증발 냉각부(50)를 지나는 공기에 의해 증발 냉각되어 차가워진 냉각유체는 2차 증발 냉각부(60)와 3차 증발 냉각부(70)를 통과하면서 이를 통과하는 공기에 의해 증발 냉각된 후 저수조(90)에 저장된다.

저수조(90)에는 상기 증발 냉각부(50,60,70)에서 증발된 증발수를 보충하기 위한 급수라인(91)과 미사용시 혹은 이상 발생시 물을 배수하기 위한 배수라인(92)이 설치된다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(310), 응축기(320), 팽창기(330) 및 증발기(340)로 구성된 냉매 압축식 냉각장치(300)를 추가로 설치하되, 상기 응축기(320)는 재생통로(206)의 유입구 측에 설치하여 제습로터(200)를 재생시키는 재생공기를 예열하는데 사용할 수 있고, 상기 증발기(340)는 저수조(90) 내부에 설치하여 저수조(90) 내부의 냉각유체를 더욱 냉각시키는데 사용할 수 있다.

또한 상기 증발 냉각부(50,60,70)를 통과한 저온 상태의 공기의 일부를 분기하여 실내 냉방용으로 사용할 수도 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

10 : 1차 현열 열교환부 20 : 2차 현열 열교환부
30 : 3차 현열 열교환부 40 : 4차 현열 열교환부
50 : 1차 증발 냉각부 60 : 2차 증발 냉각부
70 : 3차 증발 냉각부 80 : 분사장치
90 : 저수조 100 : 냉각수 순환펌프
110 : 팬 120,120a : 외기 흡입구
130 : 배기구 200 : 제습로터
205 : 제습통로 206 : 재생통로
210 : 보조 냉각장치 220 : 히터
230 : 재생팬 240 : 재생외기 흡입구
250 : 배기구 300 : 냉매 압축식 냉각장치
310 : 압축기 320 : 응축기
330 : 팽창기 340 : 증발기

Claims

냉각유체와 공기 간에 현열 열교환이 이루어지는 복수의 현열 열교환부; 및
상기 냉각유체의 증발 잠열을 이용하여 상기 냉각유체와 통과하는 공기의 온도를 떨어뜨리는 복수의 증발 냉각부;를 포함하되,
상기 공기는 상기 복수의 현열 열교환부와 상기 복수의 증발 냉각부를 교번으로 순차 경유하고;
상기 냉각유체는 상기 공기가 경유하는 상기 복수의 현열 열교환부를 역순으로 경유한 후, 상기 공기가 경유하는 상기 증발 냉각부를 역순으로 경유하며;
상기 증발 냉각부는 상하로 배치된 1차 증발 냉각부, 2차 증발 냉각부 및 3차 증발 냉각부로 이루어지고;
상기 현열 열교환부는 상기 3차 증발 냉각부의 공기 입구측에 배치된 1차 현열 열교환부, 상기 3차 증발 냉각부의 공기 출구측과 상기 2차 증발 냉각부의 공기 입구측 사이에 배치된 2차 현열 열교환부, 상기 2차 증발 냉각부의 공기 출구측과 상기 1차 증발 냉각부의 공기 입구측 사이에 배치된 3차 현열 열교환부, 및 상기 1차 증발 냉각부의 공기 출구측에 배치된 4차 현열 열교환부로 이루어진 것;
을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 공기는 상기 1차 현열 열교환부, 3차 증발 냉각부, 2차 현열 열교환부, 2차 증발 냉각부, 3차 현열 열교환부, 1차 증발 냉각부 및 4차 현열 열교환부를 순차로 경유하고;
상기 냉각유체는 상기 1차 현열 열교환부, 4차 현열 열교환부, 3차 현열 열교환부, 2차 현열 열교환부를 거친후, 분사장치에 의해 상기 1차 증발 냉각부 내로 뿌려져 상기 2차 증발 냉각부와 3차 증발 냉각부를 순차로 통과하는 것;
을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 장치.
제3항에 있어서,
상기 3차 증발 냉각부를 통과한 냉각유체는 저수조에 집수된 후, 순환펌프에 의해 압송되어 피냉각장치를 냉각시킨 후에 상기 1차 현열 열교환부로 환수되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 장치.
제4항에 있어서,
상기 1차 현열 열교환부의 공기 유입측에는 외기 흡입구와 연통되는 제습통로가 구비되고, 상기 제습통로에는 상기 외기 흡입구를 통해 급기되는 외부 공기 중에 포함된 습기를 제거하기 위한 제습로터가 구비된 것을 특징으로 냉각유체의 증발냉각 장치.
제5항에 있어서,
상기 제습통로와 나란하게 상기 제습로터의 재생을 위한 재생통로가 구비되고, 상기 제습로터는 상기 제습통로와 재생통로에 걸쳐 배치된 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 장치.
제6항에 있어서,
상기 재생통로에는 상기 제습로터의 재생을 위해 공급되는 공기를 가열시켜 공급하는 가열수단과 재생팬이 구비된 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 장치.
제7항에 있어서,
상기 재생통로에는 냉매 압축식 냉각장치의 응축기가 구비되고,
상기 저수조에는 상기 냉매 압축식 냉각장치의 증발기가 구비된 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 장치.
제3항에 있어서,
상기 1차 현열 열교환부의 입구측에는 상기 3차 증발 냉각부를 통과하는 냉각유체의 온도를 더욱 낮추기 위한 보조 냉각장치가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 장치.
(a) 공기를 복수의 현열 열교환부와 복수의 증발 냉각부를 교번으로 순차 경유시키는 단계;
(b) 냉각유체를 상기 공기가 경유하는 상기 복수의 현열 열교환부를 역순으로 경유시킨 후, 상기 공기가 경유하는 상기 증발 냉각부를 역순으로 순차 경유시키는 단계;를 포함하되,
상기 (a) 단계는,
증발 냉각에 사용하기 위한 외부 공기를 외기 흡입구에 설치된 1차 현열 열교환부로 현열 냉각시키는 단계;
상기 현열 냉각된 공기를 3차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계;
상기 3차 증발 냉각부를 지나서 포화된 공기를 2차 현열 열교환부로 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추는 단계;
상기 2차 현열 열교환부를 지나 온도는 상승하고 상대습도가 낮아진 공기를 2차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계;
상기 2차 증발 냉각부를 지나서 포화된 공기를 3차 현열 열교환부로 온도를 상승시켜 상대습도를 낮추는 단계;
상기 3차 현열 열교환부를 지나 온도는 상승하고 상대습도가 낮아진 공기를 1차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계; 및
상기 1차 증발 냉각부를 지난 공기를 4차 현열 열교환부를 통과시켜 상기 4차 현열 열교환부를 지나는 냉각유체를 냉각시키는 단계;를 포함하는 냉각유체의 증발냉각 방법.
삭제
제10항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
피냉각장치를 냉각시킨 후의 냉각유체를 1차 현열 열교환부로 통과시켜 흡입된 외부 공기를 현열 냉각시키는 단계;
상기 1차 현열 열교환부를 통과하면서 온도가 상승된 냉각유체를 4차 현열 열교환부를 통과시켜 온도를 낮추는 단계;
상기 4차 현열 열교환부를 통과시킨 냉각유체를 3차 현열 열교환부를 통과시켜 온도를 더욱 낮추는 단계;
상기 3차 현열 열교환부를 통과시킨 냉각유체를 2차 현열 열교환부를 통과시켜 온도를 더욱 낮추는 단계;
상기 2차 현열 열교환부를 통과시킨 냉각유체를 분사장치를 이용하여 1차 증발 냉각부에 뿌려 냉각유체를 증발 냉각시키는 단계;
상기 1차 증발 냉각부를 지난 냉각유체를 2차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체의 온도를 더욱 낮추는 단계; 및
상기 2차 증발 냉각부를 지난 냉각유체를 3차 증발 냉각부를 통과시켜 냉각유체의 온도를 더욱 낮추는 단계;를 포함하는 냉각유체의 증발냉각 방법.
제10항에 있어서,
상기 증발 냉각에 사용하기 위한 외부 공기를 외기 흡입구에 설치된 1차 현열 열교환부로 현열 냉각시키는 단계는,
상기 외기 흡입구로 유입되는 공기를 제습처리하는 단계를 거친 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 방법.
제12항에 있어서,
상기 3차 증발부를 통과한 냉각유체는 저수조에 집수되고, 상기 저수조 내부에 설치된 냉매 압축식 냉각장치의 증발기에 의해 재차 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각유체의 증발냉각 방법.