KR102546351B1 - 냉각탑의 냉각수 온도 제어 장치 - Google Patents

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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 냉각탑의 냉각수 온도 제어 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치는 냉각탑(CT)에서 외기(OA)와의 열교환을 통해 1차 냉각되어 시설물의 열교환기(HC)로 공급되는 냉각수(1)를 2차 냉각하는 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 펠티어 소자(11), 및 상기 펠티어 소자(peltier element, 11)에 전류를 공급하는 전원부(13)를 포함하여, 전류가 공급될 때에 펠티어 소자(11)의 저온 측은 냉각되고, 펠티어 소자(11)의 고온 측은 방열되는 열전모듈(10), 폐루프 형태로, 냉각탑(CT), 및 펠티어 소자(11)의 고온 측을 통과하고, 1차 냉각된 냉각수(1) 중 일부인 제1 냉각수(3)를 순환시키는 제1 순환관로(20), 및 폐루프 형태로, 열교환기(HC), 및 펠티어 소자(11)의 저온 측을 통과하고, 1차 냉각된 냉각수(1) 중 나머지인 제2 냉각수(5)를 순환시키는 제2 순환관로(30)를 포함한다.

Description

냉각탑의 냉각수 온도 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING COOLING WATER TEMPRERATURE OF COOLING TOWER}
본 발명은 냉각탑의 냉각수 온도 제어 장치에 관한 것으로서, 펠티어 소자를 이용해 냉각탑으로부터 배출된 냉각수의 온도를 보조적으로 제어하는 보조 냉각 장치에 관한 것이다.
빌딩이나 사무실, 공장 등에는 다양한 종류의 냉난방 및 온수시설, 냉동기 등이 갖추어져 있고, 여기에 사용되는 주요한 장치로서 열교환기가 사용된다. 열교환기는 고열량의 물체와 저열량의 물체가 상호 열을 교환할 수 있도록 만들어진 기계장치이다. 일반적으로 열교환 매체인 저열량의 물체로 냉각수가 이용되는데, 다량의 냉각수를 대량으로 공급하기 곤란하므로, 시설물의 열교환기를 통과하여 온도가 올라간 냉각수를 냉각해서 다시 사용한다. 이때, 대규모의 냉각 조작을 위해 냉각탑이 이용된다. 냉각탑은 냉각수를 재사용하기 위해 냉각수와 외기를 직접 접촉시켜 냉각하는 열교환 방식을 취한다.
하기 선행기술문헌의 특허문헌을 참고로, 냉각탑은 온도가 올라간 냉각수를 상부에서 하부로 흘려보내고, 하부에서 외기를 불어 넣어, 냉각수와 외기를 접촉시킨다. 이때, 냉각수와 외기 사이에 열교환이 일어나 냉각수가 냉각되어 시설물 내의 열교환기로 공급되고, 외기는 냉각탑의 팬에 의해 상부로 배출된다.
다만, 냉각수와 외기의 열교환을 이용하는 종래 냉각탑의 경우, 냉각수는 최대 외기의 습구온도까지밖에 냉각될 수 없는 한계가 있다. 따라서, 외기의 습구온도가 과도하게 높은 상황, 즉 고온 다습한 환경에서, 외기의 조건에 의존적인 종래 냉각탑은 목표 온도까지 냉각수를 냉각할 수 없는 문제가 발생한다.
이에 종래 냉각탑의 문제를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있다.
KR 10-2019-0091862 A
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 냉각탑에서 외기와의 열교환을 통해 1차 냉각된 냉각수가 목표 온도까지 냉각되지 못한 경우에 펠티어 소자를 이용해 시설물의 열교환기로 공급되는 냉각수를 보조적으로 냉각하는 냉각탑의 냉각수 온도 조절 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치는 냉각탑에서 외기와의 열교환을 통해 1차 냉각되어 시설물의 열교환기로 공급되는 냉각수를 2차 냉각하는 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 펠티어 소자, 및 상기 펠티어 소자에 전류를 공급하는 전원부를 포함하여, 상기 전류가 공급될 때에 상기 펠티어 소자의 저온 측은 냉각되고, 상기 펠티어 소자의 고온 측은 방열하는 열전모듈; 폐루프 형태로, 상기 냉각탑, 및 상기 펠티어 소자의 고온 측을 통과하고, 1차 냉각된 상기 냉각수 중 일부인 제1 냉각수를 순환시키는 제1 순환관로; 및 폐루프 형태로, 상기 열교환기, 및 상기 펠티어 소자의 저온 측을 통과하고, 1차 냉각된 상기 냉각수 중 나머지인 제2 냉각수를 순환시키는 제2 순환관로;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 제1 냉각수가 상기 냉각탑에서 상기 펠티어 소자의 고온 측으로 유동하는 상기 제1 순환관로의 제1 영역과, 상기 제2 냉각수가 상기 펠티어 소자의 저온 측에서 상기 열교환기로 유동하는 상기 제2 순환관로의 제1 영역을 서로 연결하는 제1 연결관로; 상기 제1 냉각수가 상기 펠티어 소자의 고온 측에서 상기 냉각탑으로 유동하는 상기 제1 순환관로의 제2 영역과, 상기 제2 냉각수가 상기 열교환기에서 상기 펠티어 소자의 저온 측으로 유동하는 상기 제2 순환관로의 제2 영역을 서로 연결하는 제2 연결관로; 및 상기 펠티어 소자를 우회하여 상기 냉각수가 흐르도록, 상기 제1 연결관로, 및 상기 제2 연결관로를 개방하는 밸브부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 밸브부는, 상기 제1 연결관로를 개폐하는 제1 밸브; 상기 제1 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제1 순환관로를 개폐하는 제2 밸브; 상기 제1 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제2 순환관로를 개폐하는 제3 밸브; 상기 제2 연결관로를 개폐하는 제4 밸브; 상기 제2 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제1 순환관로를 개폐하는 제5 밸브; 및 상기 제2 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제2 순환관로를 개폐하는 제6 밸브;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 냉각탑에서 배출된 상기 냉각수의 배출온도를 측정하는 냉각수 배출온도 측정부; 및 측정된 상기 냉각수의 배출온도가 기설정된 임계 냉각수 배출온도 이하일 때에 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하고, 상기 임계 냉각수 배출온도를 초과할 때에 상기 냉각수가 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어하는 밸브제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 냉각탑으로 유입되는 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도 측정부; 상기 냉각탑으로 유입되는 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 상대습도 측정부; 측정된 상기 외기의 온도 및 상대습도를 기반으로 상기 외기의 습구온도를 산출하는 외기 습구온도 산출부; 및 산출된 상기 외기의 습구온도를 기반으로, 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하거나, 또는 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어하는 밸브제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 밸브제어부는, 산출된 상기 외기의 습구온도가 기설정된 임계 외기 습구온도 이하일 때에 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하고, 상기 임계 외기 습구온도를 초과할 때에 상기 냉각수가 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 밸브제어부는, 산출된 산기 외기의 습구온도에 가중치를 반영하여 상기 냉각수의 예상온도를 산출하고, 산출된 상기 냉각수의 예상온도가 기설정된 임계 냉각수 배출온도 이하일 때에 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하고, 상기 임계 냉각수 배출온도를 초과할 때에 상기 냉각수가 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 열교환기로 유입되는 상기 제2 냉각수의 유입온도를 측정하는 냉각수 유입온도 측정부; 및 측정된 상기 제2 냉각수의 유입온도를 기반으로, 상기 전류의 공급을 제어하는 전원제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 상기 전원제어부는, 측정된 상기 제2 냉각수의 유입온도가, 기설정된 임계 냉각수 유입온도를 초과할 때에, 공급되는 상기 전류의 양을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 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.
본 발명에 따르면, 냉각탑에서 외기와의 열교환을 통해 1차 냉각된 냉각수가 목표(설정) 온도까지 냉각되지 못한 경우에 펠티어 소자를 이용해 시설물의 열교환기로 공급되는 냉각수를 보조적으로 냉각함으로써, 외기의 습구온도가 과도하게 높은 상황에서도 냉각수를 목표(설정) 온도까지 냉각할 수 있다.
특히, 열교환기에 최대부하가 발생하는 여름철에도, 외기 조건에 무관하게 냉각수 온도를 조절할 수 있으므로, 냉열원을 요구하는 열교환기의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 펠티어 소자를 보조냉각에 사용하므로, 공간적 제약이 크지 않고, 저비용으로 설비 구축이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치는 냉각탑(CT)에서 외기(OA)와의 열교환을 통해 1차 냉각되어 시설물의 열교환기(HC)로 공급되는 냉각수(1)를 2차 냉각하는 냉각수 온도 조절 장치에 있어서, 펠티어 소자(11), 및 상기 펠티어 소자(peltier element, 11)에 전류를 공급하는 전원부(13)를 포함하여, 전류가 공급될 때에 펠티어 소자(11)의 저온 측은 냉각되고, 펠티어 소자(11)의 고온 측은 방열되는 열전모듈(10), 폐루프 형태로, 냉각탑(CT), 및 펠티어 소자(11)의 고온 측을 통과하고, 1차 냉각된 냉각수(1) 중 일부인 제1 냉각수(3)를 순환시키는 제1 순환관로(20), 및 폐루프 형태로, 열교환기(HC), 및 펠티어 소자(11)의 저온 측을 통과하고, 1차 냉각된 냉각수(1) 중 나머지인 제2 냉각수(5)를 순환시키는 제2 순환관로(30)를 포함한다.
본 발명은 냉각탑(CT)에서 외기(OA)와의 열교환을 통해 1차 냉각된 후 시설물의 열교환기(HC)를 공급되는 냉각수(1)를 2차 냉각하는 냉각탑의 냉각수 온도 조절 장치에 관한 것이다. 시설물의 열교환기(HC)의 냉열원으로 사용되어 온도가 올라간 냉각수(1)와 외기(OA)와의 접촉을 유도하는 냉각탑(CT)의 경우에 냉각수(1)의 냉각온도가 외기(OA)의 조건에 의존적이므로, 외기(OA)의 습구온도가 과도하게 높은 상황에서는 냉각수(1)를 목표(설정) 온도까지 냉각할 수 없는 문제가 있는바, 이에 대한 해결방안으로서 본 발명이 안출되었다.
여기서, 시설물의 열교환기(HC)는 빌딩이나 사무실, 공장, 기타 건축물의 냉난방, 온수시설, 냉동기 등과 같은 시설물에 사용되고, 냉각수(1)를 냉열원으로 하는 열교환 기계장치이다. 여기서, 고온 유체는 열교환기(HC)로 유입되어, 냉각수(1)와 열교환된 후 배출된다(저온 유체).
일반적인 냉각탑(CT)은 온도가 올라간 냉각수(1)를 상부에서 하부로 흘려보내고, 하부에서 외기(OA)를 불어 넣어, 냉각수(1)와 외기(OA)를 직접 접촉시킴으로써, 냉각수(1)를 냉각하는데, 본 발명에 따른 냉각수 온도 조절 장치가 적용되는 냉각탑(CT)이 반드시 상기 구조에 한정되는 것은 아니고, 냉각수(1)와 외기(OA)의 접촉에 의한 열교환을 기반으로 냉각수(1)를 냉각하기만 하면 특별한 제한이 없다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치는 열전모듈(10), 제1 순환관로(20), 및 제2 순환관로(30)를 포함한다.
열전모듈(10)은 펠티어 소자(11), 및 전원부(13)를 포함할 수 있다. 펠티어 소자(11)는 서로 이격 배열되는 적어도 하나 이상의 N형 반도체와 P형 반도체를 포함하고, 서로 인접한 N형 반도체와 P형 반도체를 한 쌍으로, 제1 전도성 부재가 N형 반도체와 P형 반도체 각각의 일단을 하나로 연결하며, 2개의 제2 전도성 부재가 N형 반도체와 P형 반도체 각각의 타단에 하나씩 연결되는 구조로 구현될 수 있다.
전원부(13)는 펠티어 소자(11)에 전류를 공급하는 전력 공급장치로서, 상기 N형 반도체와 P형 반도체에 전류를 공급한다. 펠티어 소자(11)의 N형 반도체와 P형 반도체에 전류가 공급되면, 펠티어 효과로 인해, 펠티어 소자(11)의 저온 측에서 열이 빠져나가고, 펠티어 소자(11)의 고온 측에 열이 모이게 되어, 펠티어 소자(11)의 양단에 온도차(TH > TL)가 발생하게 된다. 한편, 펠티어 소자(11)에 공급되는 전류가 증가할수록, 펠티어 소자(11)의 저온 측은 냉각되어 온도(TL)가 하강하고, 펠티어 소자(11)의 고온 측 온도(TH)는 상승하게 된다.
일례로, 펠티어 소자(11)는 박스형 패널에 내장되고, 박스형 패널에 전류를 공급하기 위한 접속단자가 구비되며, 그 접속단자와 전원부(13)가 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 순환관로(20)는 냉각수(1)가 흘러가는 통로를 제공한다. 제1 순환관로(20)는 냉각수(1)가 냉각탑(CT)에서부터 배출되어 냉각탑(CT)으로 다시 흘러가도록, 폐루프 형태로 형성되고, 펠티어 소자(11)의 고온 측을 통과한다. 여기서, 제1 순환관로(20)를 따라 흐르는 냉각수(1)는 냉각탑(CT)에서 1차 냉각된 냉각수(1) 중 일부인 제1 냉각수(3)로서, 펠티어 소자(11)의 고온 측을 통과하면서 가열되고, 다시 냉각탑(CT)을 거쳐 냉각된다. 펠티어 소자(11)의 고온 측을 통과하는 제1 순환관로(20)는 펠티어 소자(11)에 직접 접촉되거나, 열전도가 우수한 열전도 부재를 매개로 간접적으로 펠티어 소자(11)에 접촉될 수 있다.
제2 순환관로(30)는 냉각수(1)를 열교환기(HC)로 안내하는 통로를 제공한다. 이러한 제2 순환관로(30)는 폐루프 형태로 형성되어, 펠티어 소자(11)의 저온 측 및 열교환기(HC)를 통과한다. 제2 순환관로(30)를 따라 흐르는 냉각수(1)는 냉각탑(CT)을 거쳐 1차 냉각된 냉각수(1) 중 제1 냉각수(3)를 제외한 나머지인 제2 냉각수(5)이다. 제2 냉각수(5)는 최초에는 냉각탑(CT)을 통과하면서 1차 냉각되고, 냉각탑(CT)으로부터 공급되지만, 펠티어 소자(11)를 거치는 경우에는 냉각탑(CT)을 통과하지 않고, 제2 순환관로(30)를 따라서만 유동한다. 여기서, 제2 냉각수(5)는 냉각탑(CT)에서 1차 냉각된 상태에서 열교환기(HC)를 거치면서 온도가 상승되지만, 펠티어 소자(11)의 저온 측을 통과하면서 2차 냉각된다. 결국, 제2 순환관로(30)로 유입된 냉각수(1)는 냉각탑(CT)에서 1차 냉각된 상태로 열교환기(HC)를 통과하지만, 이후에는 펠티어 소자(11)의 저온 측에서 냉각되어 열교환기(HC)로 공급된다.
여기서, 제2 냉각수(5)는 냉각탑(CT)에서 직접 제2 순환관로(30)로 공급되거나, 또는 제1 순환관로(20)에서 분기되어 제2 순환관로(30)로 공급될 수 있다. 이하에서는 냉각수(1)가 제1 순환관로(20)에서 분기되어 제2 순환관로(30)로 공급되는 경우에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치는, 상기 제1 실시예에 더해, 제1 연결관로(40), 제2 연결관로(50), 및 밸브부(60)를 더 포함할 수 있다.
제1 연결관로(40)는 제1 순환관로(20)와 제2 순환관로(30)를 연결하는 관로이다. 여기서, 제1 연결관로(40)의 일단은, 상기 제1 냉각수(3)가 냉각탑(CT)에서부터 펠티어 소자(11)의 고온 측으로 유동하는 제1 순환관로(20)의 제1 영역에 연결된다. 한편, 제1 연결관로(40)의 타단은, 상기 제2 냉각수(5)가 펠티어 소자(11)의 저온 측에서부터 열교환기(HC)로 유동하는 제2 순환관로(30)의 제1 영역에 연결된다.
제2 연결관로(50)는 제1 연결관로(40)와 함께, 냉각수(1)가 펠티어 소자(11)를 우회하도록 안내하는 관로이다. 여기서, 제2 연결관로(50)의 일단은, 상기 제1 냉각수(3)가 펠티어 소자(11)의 고온 측으로부터 냉각탑(CT)으로 유동하는 제1 순환관로(20)의 제2 영역에 연결된다. 한편, 제2 연결관로(50)의 타단은, 상기 제2 냉각수(5)가 열교환기(HC)에서부터 펠티어 소자(11)의 저온 측으로 유동하는 제2 순환관로(30)의 제2 영역에 연결된다.
밸브부(60)는 제1 연결관로(40), 및 제2 연결관로(50)를 개폐하는 밸브 장치로서, 제1 연결관로(40) 및 제2 연결관로(50)를 개방하여, 냉각수(1)가 펠티어 소자(11)를 우회하여 흐르도록 냉각수(1)의 유동 방향을 제어한다.
밸브부(60)에 의해, 냉각수(1)는 제1 모드(MODE 1) 또는 제2 모드(MODE 2)에 따라 유동하게 된다. 여기서, 제1 모드(MODE 1)는 냉각탑(CT)에서 냉각된 냉각수(1)가 제1 순환관로(20)의 제1 영역, 제1 연결관로(40), 제2 순환관로(30)의 제1 영역, 열교환기(HC), 제2 순환관로(30)의 제2 영역, 제2 연결관로(50), 및 제1 순환관로(20)의 제2 영역을 거쳐 다시 냉각탑(CT)으로 유입되는 방식으로 계속 순환된다. 즉, 제1 모드(MODE 1)에서는 냉각수(1)가 열전모듈(10)을 우회하여 흐른다. 냉각탑(CT)에서 냉각수(1)가 목표(설정) 온도 이하로 냉각 가능한 환경일 때에, 제1 모드(MODE 1)로 운전될 수 있다. 한편, 제2 모드(MODE 2)는, 제1 모드(MODE 1)에 따라 냉각수(1)가 유동하다가, 냉각탑(CT)에서 목표(설정) 온도까지 냉각수(1)를 냉각할 수 없는 환경, 예를 들어 고온 다습한 외기(OA)가 냉각탑(CT)으로 유입되는 상황에서, 제1 연결관로(40) 및 제2 연결관로(50)가 폐쇄되어, 냉각수(1) 중 일부인 제1 냉각수(3)는 제1 순환관로(20)를 따라 펠티어 소자(11)의 고온 측을 통과해 다시 냉각탑(CT)으로 유입되는 방식으로 순환하고, 냉각수(1) 중 나머지인 제2 냉각수(5), 즉 제1 모드(MODE 1)에서 제2 순환관로(30)를 따라 흐르던 냉각수(1)는 펠티어 소자(11)의 저온 측에서 냉각되어 열교환기(HC)를 통과하는 방식으로 순환하게 된다.
이러한 냉각수(1)의 유동 방향을 제어하는 밸브부(60)의 실시예로서, 밸브부(60)는 제1 내지 제6 밸브(61 내지 66)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 밸브(61)는 제1 연결관로(40)를, 제2 밸브(62)는 제1 연결관로(40)와 펠티어 소자(11) 사이의 제1 순환관로(20)를, 제3 밸브(63)는 제1 연결관로(40)와 펠티어 소자(11) 사이의 제2 순환관로(30)를, 제4 밸브(64)는 제2 연결관로(50)를, 제5 밸브(65)는 제2 연결관로(50)와 펠티어 소자(11) 사이의 제1 순환관로(20)를, 제6 밸브(66)는 제2 연결관로(50)와 펠티어 소자(11) 사이의 제2 순환관로(30)를 각각 개폐할 수 있다. 이러한 밸브부(60)의 경우, 제1 모드(MODE 1)에서는 제1 밸브(61), 및 제4 밸브(64)가 개방되고, 나머지 밸브(62, 63, 65, 66)는 폐쇄되며, 제2 모드(MODE 2)에서는 제1 밸브(61), 및 제4 밸브(64)가 폐쇄되고, 나머지 밸브(62, 63, 65, 66)가 개방된다. 다만, 제1 내지 제6 밸브(61 내지 66)를 포함하는 밸브부(60)는 일실시예에 불과하고, 상기 제1 모드(MODE 1) 및 제2 모드(MODE 2)와 동일한 냉각수(1)의 유동 방향을 제어할 수 있기만 하면 밸브부(60)에 특별한 제한은 없다.
한편, 밸브부(60)의 작동은, 냉각탑(CT)에서 배출된 냉각수(1)의 배출온도에 기반할 수 있다. 이를 위해, 냉각수(1)의 배출온도를 측정하는 냉각수 배출온도 측정부(70)가 마련될 수 있다. 냉각수 배출온도 측정부(70)는 유체의 온도를 측정할 수 있는 온도센서로 구현될 수 있고, 냉각탑(CT)의 냉각수 배출구, 제1 순환관로(20), 제1 연결관로(40), 제2 순환관로(30) 등에 장착될 수 있다.
밸브부(60)는 밸브제어부(80)에 의해 제어될 수 있는데, 여기서 밸브제어부(80)는 냉각수 배출온도 측정부(70)에서 측정한 냉각수 배출온도를 수신하고, 기설정된 임계 냉각수 배출온도와 수신한 냉각수 배출온도를 비교하여, 임계 냉각수 배출온도 이하일 때에는 냉각수(1)가 펠티어 소자(11)를 우회하는 제1 모드(MODE 1)로 유동되도록 밸브부(60)를 작동시킬 수 있다. 반면, 수신한 냉각수 배출온도가 임계 냉각수 배출온도를 초과하는 경우에는 제2 모드(MODE 2)로 밸브부(60)를 작동시켜, 제1 냉각수(3)가 제1 순환관로(20)를 따라 흐르고, 제2 냉각수(5)가 제2 순환관로(30)를 따라 흐르도록 유도할 수 있다. 이러한 밸브제어부(80)는 소정의 소프트웨어와 하드웨어로 구성된 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다.
다만, 밸브제어부(80)가 반드시 냉각수 배출온도에 기반하여 밸브부(60)를 제어해야 하는 것은 아니고, 외기(OA)의 조건을 기반으로도 제어가 가능하므로, 이하에서 이에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참고로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치는 외기(OA)의 습구온도를 기반으로, 제1 모드(MODE 1) 또는 제2 모드(MODE 2)로 냉각수(1)를 유동시킬 수 있고, 이를 위해서, 외기 온도 측정부(90), 외기 상대습도 측정부(100), 및 외기 습구온도 산출부(110)를 더 포함할 수 있다.
외기 온도 측정부(90)는 유체의 온도를 측정할 수 있는 온도센서로서, 냉각탑(CT)에 장착되어 냉각탑(CT)으로 유입되는 외기(OA)의 온도를 측정한다.
외기 상대습도 측정부(100)는 외기(OA)의 상대습도를 측정하는 습도센서이고, 냉각탑(CT)에 장착되어 냉각탑(CT)으로 유입되는 외기(OA)의 상대습도를 측정한다.
외기 습구온도 산출부(110)는 일종의 컴퓨팅 장치로 구현되고, 측정된 외기(OA)의 온도 및 상대습도를 수신하여, 외기(OA)의 습구온도를 산출한다. 냉각탑(CT)에서 외기(OA)와의 접촉에 의해 냉각되는 냉각수(1)의 온도는 외기(OA)의 습구온도 이상이므로, 외기(OA)의 습구온도를 산출함으로써, 냉각탑(CT)에서 배출되는 냉각수(1)의 배출온도를 예상할 수 있다.
이렇게 외기 습구온도가 산출되면, 밸브제어부(80)가 외기(OA)의 습구온도를 수신하고, 이를 기반으로 냉각수(1)가 펠티어 소자(11)를 우회하는 제1 모드(MODE 1), 또는 냉각수(1)가 제1 순환관로(20) 및 제2 순환관로(30)를 따라 독립적(제1 냉각수(3)와 제2 냉각수(5)로 분리)으로 펠티어 소자(11)를 통과하는 제2 모드(MODE 2)로 밸브부(60)를 제어할 수 있다.
일례로, 밸브제어부(80)에 임계 외기 습구온도가 기설정되고, 밸브제어부(80)가 기설정된 임계 외기 습구온도와 산출된 외기 습구온도를 비교하여, 외기 습구온도가 임계 외기 습구온도 이하일 때에 제1 모드(MODE 1)로, 임계 외기 습구온도를 초과할 때에 제2 모드(MODE 2)로 각각 냉각수(1)를 유동시킬 수 있다.
다른 예로, 밸브제어부(80)에 임계 냉각수 배출온도가 기설정되고, 밸브제어부(80)가 외기 습구온도에 가중치를 반영하여 냉각수(1)의 예상온도를 산출하고, 임계 냉각수 배출온도와 산출된 냉각수 예상온도를 비교하여, 냉각수 예상온도가 임계 냉각수 배출온도 이하일 때에 제1 모드(MODE 1)로, 임계 냉각수 배출온도를 초과할 때에 제2 모드(MODE 2)로 각각 냉각수(1, 3, 5)를 유동시킬 수 있다. 여기서, 가중치는 외기 습구온도에 곱해질 때에, 냉각탑(CT)에서 냉각되는 냉각수(1)의 온도를 산출할 수 있는 값이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각수 온도 조절 장치는 제2 모드(MODE 2)에서 제2 냉각수(5)의 온도를 파악하고 이를 조절하기 위한 수단으로서, 냉각수 유입온도 측정부(120), 및 전원제어부(130)를 더 포함할 수 있다.
냉각수 유입온도 측정부(120)는, 열교환기(HC)로 유입되는 제2 냉각수(5)의 유입온도를 측정하는 기기이다. 일례로, 유체의 온도를 측정하는 온도센서일 수 있고, 냉각수(1)가 펠티어 소자(11)로부터 열교환기(HC)로 유입되는 제2 순환관로(30)에 장착될 수 있다. 이러한 냉각수 유입온도 측정부(120)는 열교환기(HC)로 유입되는 제2 냉각수(5)의 유입온도가 목표(설정) 온도 이하로 유지되는지를 감시한다.
전원제어부(130)는 전원부(13)의 전류 공급을 제어하는 컴퓨팅 장치로서, 냉각수 유입온도 측정부(120)에 측정된 제2 냉각수(5)의 유입온도를 수신하고, 이를 기반으로 전원부(13)가 펠티어 소자(11)에 공급되는 전류의 양을 조절한다. 여기서, 펠티어 소자(11)에 공급되는 전류의 양이 증가하면, 펠티어 소자(11)의 저온 측의 온도가 내려가므로, 펠티어 소자(11)의 저온 측을 통과하는 제2 냉각수(5)의 온도가 더욱 하강하게 된다. 반대로, 펠티어 소자(11)에 공급되는 전류의 양이 감소하면, 제2 냉각수(5)의 온도는 상승하게 된다.
일례로, 전원제어부(130)에 임계 냉각수 유입온도가 기설정되고, 전원제어부(130)가 제2 냉각수(5)의 유입온도와 임계 냉각수 유입온도를 비교하여, 제2 냉각수(5)의 유입온도가 임계 냉각수 유입온도를 초과할 때에, 펠티어 소자(11)에 공급되는 전류의 양이 증가되도록 전원부(13)를 제어할 수 있다.
종합적으로, 본 발명에 따르면, 냉각탑(CT)에서 외기(OA)와의 열교환을 통해 1차 냉각된 냉각수(1)가 목표(설정) 온도까지 냉각되지 않은 경우에 펠티어 소자(11)를 이용해 시설물의 열교환기(HC)로 공급되는 냉각수(1)를 보조적으로 냉각함으로써, 외기(OA)의 습구온도가 과도하게 높은 상황에서도 냉각수(1)를 목표(설정) 온도까지 냉각할 수 있다. 특히, 열교환기(HC)에 최대부하가 발생하는 여름철에도, 외기(OA) 조건에 무관하게 냉각수(1)의 온도를 조절할 수 있으므로, 냉열원을 요구하는 열교환기(HC)의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 펠티어 소자(11)를 보조냉각에 사용하므로, 공간적 제약이 크지 않고, 저비용으로 설비 구축이 가능하다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 냉각수 3: 제1 냉각수
5: 제2 냉각수 10: 열전모듈
11: 펠티어 소자 13: 전원부
20: 제1 순환관로 30: 제2 순환관로
40: 제1 연결관로 50: 제2 연결관로
60: 밸브부 61: 제1 밸브
62: 제2 밸브 63: 제3 밸브
64: 제4 밸브 65: 제5 밸브
66: 제6 밸브 70: 냉각수 배출온도 측정부
80: 밸브제어부 90: 외기 온도 측정부
100: 외기 상대습도 측정부 110: 외기 습구온도 산출부
120: 냉각수 유입온도 측정부 130: 전원제어부
CT: 냉각탑 OA: 외기
HC: 열교환기

Claims (9)

  1. 냉각탑에서 외기와의 열교환을 통해 1차 냉각되어 시설물의 열교환기로 공급되는 냉각수를 2차 냉각하는 냉각수 온도 조절 장치에 있어서,
    펠티어 소자, 및 상기 펠티어 소자에 전류를 공급하는 전원부를 포함하여, 상기 전류가 공급될 때에 상기 펠티어 소자의 저온 측은 냉각되고, 상기 펠티어 소자의 고온 측은 방열하는 열전모듈;
    폐루프 형태로, 상기 냉각탑, 및 상기 펠티어 소자의 고온 측을 통과하고, 1차 냉각된 상기 냉각수 중 일부인 제1 냉각수를 순환시키는 제1 순환관로; 및
    폐루프 형태로, 상기 열교환기, 및 상기 펠티어 소자의 저온 측을 통과하고, 1차 냉각된 상기 냉각수 중 나머지인 제2 냉각수를 순환시키는 제2 순환관로;를 포함하고,
    상기 제1 냉각수가 상기 냉각탑에서 상기 펠티어 소자의 고온 측으로 유동하는 상기 제1 순환관로의 제1 영역과, 상기 제2 냉각수가 상기 펠티어 소자의 저온 측에서 상기 열교환기로 유동하는 상기 제2 순환관로의 제1 영역을 서로 연결하는 제1 연결관로;
    상기 제1 냉각수가 상기 펠티어 소자의 고온 측에서 상기 냉각탑으로 유동하는 상기 제1 순환관로의 제2 영역과, 상기 제2 냉각수가 상기 열교환기에서 상기 펠티어 소자의 저온 측으로 유동하는 상기 제2 순환관로의 제2 영역을 서로 연결하는 제2 연결관로; 및
    상기 펠티어 소자를 우회하여 상기 냉각수가 흐르도록, 상기 제1 연결관로, 및 상기 제2 연결관로를 개방하는 밸브부;를 더 포함하며,
    상기 밸브부는,
    상기 제1 연결관로를 개폐하는 제1 밸브;
    상기 제1 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제1 순환관로를 개폐하는 제2 밸브;
    상기 제1 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제2 순환관로를 개폐하는 제3 밸브;
    상기 제2 연결관로를 개폐하는 제4 밸브;
    상기 제2 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제1 순환관로를 개폐하는 제5 밸브; 및
    상기 제2 연결관로와 상기 펠티어 소자 사이의 상기 제2 순환관로를 개폐하는 제6 밸브;를 포함하는 냉각수 온도 조절 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각탑에서 배출된 상기 냉각수의 배출온도를 측정하는 냉각수 배출온도 측정부; 및
    측정된 상기 냉각수의 배출온도가 기설정된 임계 냉각수 배출온도 이하일 때에 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하고, 상기 임계 냉각수 배출온도를 초과할 때에 상기 냉각수가 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어하는 밸브제어부;를 더 포함하는 냉각수 온도 조절 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각탑으로 유입되는 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도 측정부;
    상기 냉각탑으로 유입되는 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 상대습도 측정부;
    측정된 상기 외기의 온도 및 상대습도를 기반으로 상기 외기의 습구온도를 산출하는 외기 습구온도 산출부; 및
    산출된 상기 외기의 습구온도를 기반으로, 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하거나, 또는 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어하는 밸브제어부;를 더 포함하는 냉각수 온도 조절 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 밸브제어부는,
    산출된 상기 외기의 습구온도가 기설정된 임계 외기 습구온도 이하일 때에 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하고, 상기 임계 외기 습구온도를 초과할 때에 상기 냉각수가 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어하는 냉각수 온도 조절 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 밸브제어부는,
    산출된 산기 외기의 습구온도에 가중치를 반영하여 상기 냉각수의 예상온도를 산출하고, 산출된 상기 냉각수의 예상온도가 기설정된 임계 냉각수 배출온도 이하일 때에 상기 냉각수가 상기 펠티어 소자를 우회하고, 상기 임계 냉각수 배출온도를 초과할 때에 상기 냉각수가 상기 제1 순환관로 및 상기 제2 순환관로를 따라 상기 펠티어 소자를 통과하도록, 상기 밸브부의 작동을 제어하는 냉각수 온도 조절 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기로 유입되는 상기 제2 냉각수의 유입온도를 측정하는 냉각수 유입온도 측정부; 및
    측정된 상기 제2 냉각수의 유입온도를 기반으로, 상기 전류의 공급을 제어하는 전원제어부;를 더 포함하는 냉각수 온도 조절 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전원제어부는,
    측정된 상기 제2 냉각수의 유입온도가, 기설정된 임계 냉각수 유입온도를 초과할 때에, 공급되는 상기 전류의 양을 증가시키는 냉각수 온도 조절 장치.
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