KR20020045518A

KR20020045518A - 냉각시스템

Info

Publication number: KR20020045518A
Application number: KR1020010070311A
Authority: KR
Inventors: 오카와라요시오
Original assignee: 요시다 미노루; 이노텍 가부시기가이샤
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2002-06-19
Also published as: JP2002174438A; US6508068B2; US20020066280A1; TW504562B; JP3504608B2; SG91942A1

Abstract

본 발명의 과제는 에너지 소비량을 작게할 수 있고 또한 에너지 손실이 적은 냉각시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 부하(H)와, 이 부하를 냉매에 의해 냉각하는 냉각회로(A)와, 이 냉각회로(A)의 냉매의 열을 외부로 방열하는 방열기구(5)와, 냉각회로(A)에 합류밸브(13)를 통해 접속한 냉매탱크(8)와, 냉매탱크(8)내의 냉매를 소정온도로 유지하는 냉각장치(11)와, 합류밸브(13)의 개방각도를 제어하는 콘트롤러(12)와, 냉각회로(A)의 냉매의 온도를 검출하는 온도센서(14)를 구비하며, 콘트롤러(12)는 온도센서(14)에 의해 검출된 냉각회로(A)내의 냉매의 온도가 소정의 온도보다도 높을 때 합류밸브(13)를 열고 냉매탱크(8)내의 냉각회로(A)에 합류시키는 한편 냉각장치(11)는 냉매탱크(8)내의 냉매의 온도가 소정 범위내로 유지될 때 그 작동을 정지한다.

Description

냉각시스템{CHILLING SYSTEM}

본 발명은 냉각을 이용하여 부하를 냉각하는 냉각시스템에 관한 것이다.

도 3에 도시하는 종래의 시스템은 발열하는 부하(H)에 냉각회로(a)를 접속하고 있다.

이 냉각회로(a)는 이 회로(a)내의 2차냉각수를 순환시키는 펌프(p)와, 2차냉각수를 일시적으로 축적하는 버퍼탱크(t)를 구비하고 있다. 그리고 상기 부하(H)내에 2차냉각수를 통과시키는 과정에 있어서 열교환을 행하고 부하(H)가 발생하는 열을 뺏도록 하고 있다.

또 상기와 같이 하여 부하(H)의 열을 뺏는 것으로 2차냉각수의 온도가 상승하지만 이 2차냉각수의 열을 다음에 설명하는 냉각장치(b)에 의해 방열하도록 하고 있다.

냉각장치(b)는 상기 회로(a)에 접속한 메인열교환기(1)와, 이 메인열교환기(1)에 접속함과 동시에 냉매가스를 순환시키는 순환회로(2)와, 이 순환회로(2)에 접속한 콤프렛서(C)와, 냉매가스의 열을 외부로 방출하는 방열용 열교환기(2)로 구성된다.

또 상기 방열용 열교환기(3)에는 배관(4)을 접속하고, 이 배관(4)을 통해 1차냉각수를 이끌도록 하고 있다. 이 1차냉각수로서는 수도물이나 쿨링타워에 의해 차가와진 공업용수등이 있고, 그 수온은 계절에 따라 차이가 있지만 10도 ~ 30도의 범위로 유지되고 있다. 그리고 이 1차냉각수의 공급유량을 도시하지 않은 밸브에 의해 제어함으로써 냉매가스를 소정온도까지 차게하도록 하고 있다.

상기와 같이 한 냉각장치(b)는 콤프렛서(C)에 의해 냉매가스를 고압고온으로 한다. 이 고압고온이 된 냉매가스를 방열용 열교환(3)에 의해 응축하여 액화한다. 이 액화된 냉매를 메인열교환기(1)에 있어 증발시키고 2차냉각수의 열을 뺏는다.

이와같이 하면 부하(H)의 열을 뺏아아 고온이 된 2차냉각수를 차게할 수 있다.

이상과 같이 상기 냉각장치(b)는 냉매가스에 의해 냉각회로(a)의 2차냉각수를 차게하는 구성으로 했기 때문에 냉매가스의 온도를 늘 2차냉각수의 온도보다도 낮게 유지해 둘 필요가 있다. 그 때문에 이 종래의 시스템에서는 콤프렛서(C)를 늘 작동시키고 있다.

상기 종래의 시스템에서는 냉각장치(b)의 콤프렛서(C)를 늘 작동시켜두어야 하기 때문에 소비에너지가 많이 걸린다는 문제가 있었다.

한편 겨울 등 바깥기온이 낮아지면 그에 따라 1차냉각수의 수온이 낮아지므로 방열용 열교환기(3)의 능력만으로 냉매가스를 소정의 온도까지 차갑게 할 수 있다.

그러나 이와같은 경우에서도 종래의 시스템에서는 냉각장치(b)의 콤프렛서(C)를 작동시키고 있기 때문에 에너지를 쓸데없이 소비하게 되었다.

본 발명의 목적은 에너지 소비량을 적게할 수 있고 또한 에너지 손실이 적은 냉각시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 제 1실시예의 회로도.

도 2는 제 2실시예의 회로도.

도3은 종래예의 회로도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

H: 부하A,B: 냉각회로

5: 본 발명의 방열기구에 상당하는 방열용 열교환기

8: 냉매탱크11: 냉각장치

12: 콘트롤러13: 합류밸브

14: 온도센서

제 1의 발명은 부하와, 이 부하를 냉매에 의해 냉각하는 냉각회로와, 이 냉각회로의 냉매의 열을 외부로 방열하는 방열기구와, 상기 냉각회로에 합류밸브를통해 접속한 냉매탱크와, 이 냉매탱크내의 냉매를 소정온도로 유지하는 냉각장치와, 상기 합류밸브의 개방각도를 제어하는 콘트롤러와, 상기 냉각회로의 냉매의 온도를 검출하는 온도센서를 구비하고, 상기 콘트롤러는 온도센서에 의해 검출된 냉각회로내의 냉매의 온도가 소정의 온도보다도 높을 때 상기 합류밸브를 열어 냉매탱크내의 냉매를 냉각회로에 합류시키는 한편 상기 냉각장치는 냉매탱크내의 냉매의 온도가 소정의 범위내로 유지되고 있을 때 그 작동을 정지하는 구성으로 한 것을 특징으로 한다.

제 2의 발명은 상기 제 1발명에 있어서 방열기구를 수냉식으로 하고 냉각수로서 공업용수나 수도물을 이끄는 구성으로 한 것을 특징으로 한다.

(실시예)

도 1에 도시하는 제 1실시예는 발열하는 부하(H)에 냉각회로(A)를 접속하고 있다.

이 냉각회로(A)는 이 냉각회로(A)내의 2차냉각수를 순환시키는 펌프(P)와, 2차냉각수를 일시적으로 축적하는 버퍼탱크(T)와, 본 발명의 방열기구에 상당하는 방열용 열교환기(5)를 구비하고 있다.

상기 방열용 열교환기(5)에는 배관(6)을 접속하고 이 배관(6)을 통해 1차냉각수를 이끌도록 하고 있다. 이 1차냉각수로서는 상기 종래예와 마찬가지로 공업용수나 수도물 등이다. 단 이 1차냉각수는 여름과 겨울에 온도차가 있어 10도 ~ 30도 범위로 변화한다.

상기 냉각회로(A)를 순환하는 2차냉각수는 부하(H)내를 통과하는 과정에서열교환을 행하고 부하(H)의 열을 뺏는다. 이와같이 부하(H)의 열을 뺏아아 온도가 상승한 2차냉각수는 그 빼앗은 열을 방열용 열교환기(5)에 의해 외부로 방출한다. 이와같이 함으로써 2차냉각수를 소정의 온도까지 차갑도록 하고 있다.

또 상기 방열용 열교환기(5)에 의해 냉각되는 2차냉각수의 온도는 이 방열용 열교환기(5)에 공급되는 1차냉각수의 수온과 유량에 의해 정해진다. 그래서 이 실시예에서는 2차냉각수가 소정의 온도로 차가와지도록 1차냉각수의 유량을 배관(6)에 배치한 도시하지 않은 밸브에 의해 제어하도록 하고 있다.

또한 이 밸브는 수동으로 제어하도록 해도 좋고, 자동으로 제어하도록 해도 좋다. 자동제어의 경우에는 1차냉각수와 2차냉각수와의 온도를 센서에 의해 검출하고 이들 양 냉각수의 온도를 기초로 도시하지 않은 서보밸브의 개방각도를 콘트롤러에 의해 조절하도록 하면 된다.

또 상기와 같이 1차냉각수에 의해 2차냉각수를 차갑게 하므로 방열용 열교환기(5)에 공급되는 1차냉각수의 수온은 부하(H)의 열을 뺏은 후 2차냉각수의 수온보다도 낮게 하고 있다.

상기 냉각회로(A)에는 배관(7)을 통해 냉매탱크(8)를 접속하고 있다. 이 냉매탱크(8)는 상기 버퍼탱크(T)보다도 용량이 큰 것으로 그 내부에는 버퍼탱크(T)에 축적된 양보다도 몇 배 많은 양의 2차냉각수를 축적하고 있다.

또 이 냉매탱크(8)에는 증발기(9)를 조립함과 동시에 이 증발기(9)에 배관(10)을 통해 냉각장치(11)를 접속하고 있다. 그리고 냉각장치(11)로부터 차가워진 냉매가스를 증발기(9)로 이끌고 냉매탱크(8)안의 2차냉각수를 소정의 온도로차갑게 하고 있다.

또 상기 냉각장치(11)는 냉매탱크(8)내의 2차냉각수를 소정의 온도범위로 유지하는 것으로 필요에 따라 작동한다. 즉 냉매탱크(8)내의 2차냉각수의 수온을 예를들면 5~10℃의 범위로 제어하도록 설정한 경우 냉각장치(11)는 2차냉각수를 5℃까지 차갑게 하면 그 작동을 일단 정지한다. 그 후 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도가 상승하여 10℃를 넘으면 작동한다. 그리고 2차냉각수를 5℃까지 차갑게 하면 다시 정지한다.

즉 이 냉각장치(11)는 냉매탱크(8)안의 온도가 소정의 온도범위로 유지되는 동안 작동을 정지하여 에너지를 소비하지 않도록 하고 있다.

그리고 이와같이 한 냉각장치(11)는 공냉식이거나 수냉식이라도 좋다. 공냉식의 경우에는 장치 자체에 팬을 부착하게 된다. 또 수냉식의 경우에는 상기 배관(6)에 분기관을 접속하고 이 분기관을 통해 1차냉각수를 이끌도록 하면 된다.

상기 냉각장치(11)에는 이 장치(11)를 제어하는 콘트롤러(12)를 접속하고 있다.

또 상기 냉매탱크(8)와 냉각회로(A)를 접속하는 배관(7)에는 합류밸브(13)를 접속하고 있다. 이 합류밸브(13)의 개방각도도 상기 콘트롤러(12)에 의해 제어하도록 하고 있다. 그리고 이 합류밸브(13)를 여는 것으로 그 개방각도에 따른 유량을 냉매탱크(8)로부터 냉각회로(A)에 합류시키도록 하고 있다.

또한 이와같이 냉매탱크(8)로부터 2차냉각수를 방출하면 그 만큼 이 냉매탱크(8)안의 용량이 줄어든다. 이 줄어든 만큼은 배관(15)을 통해 버퍼탱크(T)로부터 보충하도록 하고 있다. 따라서 냉매탱크(8)안에는 늘 일정정량의 2차냉각수가 축적되고 있다.

또 상기 냉각회로(A)의 펌프(P)의 하류측에는 온도센서(14)를 배치하고 있다. 이 온도센서(14)는 부하(H)에 공급되는 2차냉각수의 온도를 측정하고 그 온도신호를 상기 콘트롤러(12)로 이끄는 것이다. 콘트롤러(12)는 이 센서(14)로부터의 온도신호가 미리 설정된 온도보다도 높은 경우에만 합류밸브(13)를 벌리고 냉매탱크(8)안의 2차냉각수를 냉각회로(A)에 합류시킨다.

또한 상기 펌프(P)와 부하(H) 사이에 분기관(17)의 일단을 접속하고 이 분기관(17)의 타단을 버퍼탱크(T)에 접속하고 있다. 그리고 펌프(P)로부터 뿜어나오는 유량이 과잉으로 된 경우에는 과잉유량을 분기관(17)을 통해 버퍼탱크(T)로 되돌리도록 하고 있다.

또 도면 중 부호 16은 분기관에 배치한 밸브로서 이 밸브(16)에 의해 버퍼탱크(T)로 되돌리는 유량을 조절가능하게 하고 있다.

다음 이 제 1실시예의 작용을 설명한다.

예를들면 25℃의 2차냉각수에 의해 부하(H)의 온도를 일정하게 제어하고 있을 때 이 부하(H)의 열을 빼앗은 2차냉각수의 온도를 31℃로 하면 이 31℃로 된 2차냉각수는 방열용 열교환기(5)에 의해 차가와진다. 이 때 방열용 열교환기(5)로 이끄는 1차냉각수의 온도가 10℃와 같이 매우 낮은 경우에는 이 방열용 열교환기(5)의 기능만으로 2차냉각수를 31℃에서 25℃로 냉각할 수 있다. 즉 방열용 열교환기(5)만으로 충분한 냉각능력을 얻을 수 있다.

따라서 이와같은 경우에는 콘트롤러(12)는 합류밸브(13)를 닫은 상태를 유지한다.

한편 냉각장치(11)는 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도가 10℃이하로 유지되면 정지하고 있다.

따라서 이 때 냉각장치(11)의 소비하는 에너지분만큼 에너지소비량을 적게 억제할 수 있다.

한편 여름 등 바깥기온의 상승에 따라 1차냉각수의 온도도 높아지면 방열용 열교환기(5)의 능력만으로는 냉각회로(A)내의 2차냉각수의 온도를 25℃까지 차게할 수 없게 되는 경우가 있다.

이와같은 경우 콘트롤러(12)는 온도센서(14)로부터의 온도정보를 기초로 2차냉각수의 수온이 설정온도보다도 높아진다고 판단한다. 그리고 콘트롤러(12)로부터의 신호를 기초로 합류밸브(13)를 열고 냉매탱크(8)안에 저장된 2차냉각수를 냉각회로(A)에 합류시킨다.

이와같이 냉매탱크(8)로부터 10℃이하로 차가와진 2차냉각수를 냉각회로(A)에 합류시키면 부하(H)에 공급되는 2차냉각수의 온도를 내릴 수 있다.

단 이 때 냉매탱크(8)안의 2차냉각수는 5℃~10℃의 범위로 차가와 지고 있기 때문에 콘트롤러(12)는 그 시점에서의 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도와, 부하(H)에 공급되는 2차냉각수의 온도 및 공급유량에서 냉각회로(A)측으로 합류시키는 2차냉각수의 유량을 결정한다. 즉 콘트롤러(12)에 의해 방열용 열교환기(5)의 냉각능력의 부족분을 판단하고 그 부족분에 상당하는 유량을 냉매탱크(8)로부터합류시킴으로써 부하(H)에 공급되는 2차냉각수의 온도를 25℃로 유지하도록 하고 있다.

또 상기와 같이 하여 냉매탱크(8)로부터 냉각회로(A)측에 2차냉각수를 방출하면 버퍼탱크(T)로부터 배관(15)을 통해 방출한 유량이 냉매탱크(8)로 공급된다. 이와같이 버퍼탱크(T)로부터 냉매탱크(8)안으로 2차냉각수가 공급되면 이 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도가 상승한다.

단 이 냉매탱크(8)에는 5℃~10℃로 유지된 대량의 2차냉각수가 축적되고 있기 때문에 그 온도가 급격히 상승하지 않는다. 또한 10℃를 넘을 때 까지는 냉각장치(11)가 정지하고 있기 때문에 그동안의 소비에너지도 적게 유지할 수 있다.

한편 상기 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도가 10℃를 넘으면 냉각장치(11)가 작동한다. 그리고 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도가 5℃까지 차가와 지면 냉각장치(11)의 작동을 정지한다.

이상과 같이 이 실시예에 의하면 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도가 10℃이하이면 냉각장치(11)를 정지하고 있기 때문에 냉각장치(11)를 늘 작동시킬 경우에 비해 소비에너지를 적게할 수 있다.

또 방열용 열교환기(5)의 냉각능력만으로 충분한 경우에는 냉매탱크(8)로부터 2차냉각수를 합류시킬 필요도 없기 때문에 냉매탱크(8)안의 2차냉각수의 온도상승을 장시간 억제할 수 있다. 따라서 에너지 손실도 억제할 수 있다.

또한 이 제 1실시예에서는 방열용 열교환기(5)로 이끈 1차냉각수에 의해 2차냉각수를 차게하는 구성으로 하고 있지만 1차냉각수 대신에 냉각팬을 이용하여 2차냉각수를 차게하도록 해도 좋다. 즉 방열용 열교환기(5)를 공냉식으로 해도 좋다.

단 이 제 1실시예와 같이 방열용 열교환기(5)를 수냉식으로 하면 공업용수나 수도물 등의 1차냉각수를 이용할 수 있기 때문에 냉각팬을 작동시키는 경우에 비해 소비에너지를 작게할 수 있다.

또 이 제 1실시예에서는 냉각장치(11)의 냉매로서 가스를 이용하고 있지만 액체라도 좋다.

도 2에 도시한 제 2실시예는 1차냉각수의 수온이 일정하게 유지되는 경우 또는 그 수질이 좋은 경우에 이 1차냉각수를 부하(H)로 직접 이끄는 구성으로 한 것이다. 즉 1차냉각수를 이끄는 배관(6)으로부터 분기시킨 배관(6a)을 3방밸브(20)를 통해 버퍼탱크(T)와 펌프(P)를 접속하는 배관(21)에 접속하고 있다.

또 부하(H)와 방열용 열교환기(5)를 접속하는 배관(22) 중간에 밸브(23)를 접속하고 이 밸브(23)의 상류측에서 분기시킨 복귀배관(24)을 1차냉각수의 복귀측에 접속하고 있다.

또한 상기 복귀배관(24)에 보급용 배관(25)을 접속하고, 이 보급용 배관(25)을 통해 버퍼탱크(T)와 복귀배관(24)을 접속하고 있다. 이 보급용 배관(25)에는 밸브(26)를 배치하고 이 밸브(26)의 개폐를 콘트롤러(12)에 의해 제어하도록 하고 있다.

또한 1차냉각수를 방열용 열교환기(5)로 이끄는 배관(6b)에도 밸브(27)를 배치하고 있다.

다음 이 제 2실시예의 작용을 설명한다.

우선 밸브(23)(26)(27)를 닫음과 동시에 3방밸브(20)를 변환하고 냉매탱크(T)와 펌프(P)와의 연통을 차단하여 분기관(6a)과 펌프(P)를 연통시킨다.

이와같이 하면 배관(6)으로부터의 1차냉각수가 분기관(6a)->3방밸브(20)->배관(21)->펌프(P)를 통해 부하(H)에 직접 이끌린다. 그리고 이 부하(H)로 이끈 1차냉각수는 복귀배관(24)을 통해 1차냉각수의 복귀측으로 배출된다.

이상과 같이 하여 1차냉각수를 이끄는 회로(B)가 구성되지만 이 회로(B)가 본 발명의 냉각회로가 된다.

상기와 같이 하여 1차냉각수를 부하(H)로 직접 이끌면 이 1차냉각수에 의해 부하(H)의 열을 빼앗을 수 있다. 그 때문에 이 1차냉각수의 공급량을 제어하면 부하(H)의 온도를 일정하게 제어할 수 있다.

한편 1차냉각수의 온도가 높을 경우에는 이 1차냉각수를 공급하는 것만으로는 충분한 냉각능력을 얻을 수 없게 된다. 또 배관(6)으로부터 이끈 1차냉각수의 온도에 불균일이 있는 경우에는 안정된 온도제어가 불가능하게 된다.

그래서 상기와 같은 경우에는 합류밸브(13)를 열고 냉매탱크(8)내의 2차냉각수를 합류시킨다. 이와같이 2차냉각수를 합류시키면 냉각능력의 부족분을 보충할 수 있다. 또 1차냉각수의 온도의 불균일도 안정화시킬 수 있다.

또한 냉매탱크(8)내의 2차냉각수를 차갑게하는 냉각장치(11)는 상기 제 1실시예와 마찬가지로 소정 온도이상이 되었을 때만 작동하도록 하고 있다.

또 상기와 같이 냉매탱크(8)내의 2차냉각수를 합류시키면 이 냉매탱크(8)에 2차냉각수를 보충하는 버퍼탱크(T)내의 수위도 줄어든다. 이 버퍼탱크(T)내의 수위는 상기 콘트롤러(12)에 접속한 도시하지 않은 센서에 의해 검지하도록 하고 있다. 그리고 버퍼탱크(T)내의 2차냉각수가 소정의 수위보다도 적어지면 이 센서로부터 출력되는 신호를 기초로 콘트롤러(12)가 밸브(26)를 연다. 이와같이 밸브(26)를 열면 냉매탱크(8)로부터 방출된 유량을 보충할 수 있다.

또한 이 제 2실시예에서는 1차냉각수에 2차냉각수를 합류시키는 관계상, 1차냉각수와 2차냉각수를 같은 성질의 것으로 하고 있다.

제 1발명에 의하면 냉매탱크내의 냉매의 온도가 소정의 온도로 유지되어 있으면 냉각장치를 정지하므로 냉각장치의 콤프렛서를 늘 작동시켜야 하는 종래의 시스템에 비해 에너지를 줄일 수 있다.

제 2발명에 의하면 방열용 열교환기의 냉매로서 공업용수나 수도물을 이용하고 있기 때문에 특별한 동력원을 필요로 하지 않는 만큼 소비에너지를 억제할 수 있다.

Claims

부하와, 이 부하를 냉매에 의해 냉각하는 냉각회로와, 이 냉각회로의 냉매의 열을 외부로 방열하는 방열기구와, 상기 냉각회로에 합류밸브를 통해 접속한 냉매탱크와, 이 냉매탱크안의 냉매를 소정온도로 유지하는 냉각장치와, 상기 합류밸브의 개방각도를 제어하는 콘트롤러와, 상기 냉각회로의 냉매의 온도를 검출하는 온도센서를 구비하고, 상기 콘트롤러는 온도센서에 의해 검출된 냉각회로내의 냉매의 온도가 소정의 온도보다도 높을 때 상기 합류밸브를 열어 냉매탱크내의 냉매를 냉각회로에 합류시키는 한편, 상기 냉각장치는 냉매탱크내의 냉매의 온도가 소정의 범위내로 유지되었을 때 그 작동을 정지하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
제 1항에 있어서,

방열기구를 수냉식으로 하고 냉각수로서 공업용수나 수도물을 이끄는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 냉각시스템.