KR200282052Y1 - 공조유니트의 워터쿨러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 스프레이(22), 필러(26), 저수조(28), 쿨링팬(32)을 구비하는 대향류 방식의 워터쿨러에 관련되며, 응축기(42), 시라우드(46), 필터(44)가 내부에 구성되는 특징을 지닌다. 응축기(42)는 상기 필러(26)를 거치지 않은 공기에 의한 열교환이 수행되도록 상기 쿨링팬(32)의 하측 벽면에 장착되고, 시라우드(46)는 상기 응축기(42)를 거친 고온 공기가 머무는 공간을 형성하도록 상기 스프레이(22)의 상측으로 설치되고, 필터(44)는 상기 필러(26)를 거친 공기에서 물방울을 걸러 통과하도록 상기 시라우드(46)의 상측으로 설치된다.

이에 따라 흡입공기의 온도 상승에 의한 건공기화를 유도하여 외부로 냉각수의 물방울이 비산되는 것을 최소화하는 효과가 있다.

Description

공조유니트의 워터쿨러 {Water cooler for air conditioning unit}

본 고안은 워터쿨러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡입공기의 온도 상승에 의한 건공기화를 유도하여 외부로 냉각수의 물방울이 비산되는 것을 최소화하는 공조유니트용 워터쿨러에 관한 것이다.

통상적으로 공조유니트는 온도, 습도, 기류, 청정도 등 열환경을 조절하기 위한 수단이며, 용도와 규모에 따라 구성의 차이 있으나 근본적인 열교환의 원리는 동일성이 있다. 본 고안의 공조유니트는 수냉식 일체형 공조기(또는 水냉각 방식이 주류를 이루되, 일부의 공냉각 방식도 추가적으로 이용되는 에어컨)에 적용되는 것으로서 사무실, 전산실, 개인점포 등의 개별 냉방기에 적합하지만 중앙공조 또는 그 예비 냉방수단으로 이용될 수도 있다.

도 1은 종래의 공조유니트에서 워터쿨러를 나타내는 도식도가 도시된다.

종래의 공조유니트는 스프레이(22), 필러(26), 저수조(28), 펌프(24), 열교환기(14)로 구성되는 물순환 장치와, 응축기(12), 열교환기(14), 증발기(16), 압축기(18)로 구성되는 냉매순환 장치를 구비한다. 이중 응축기(12), 스프레이(22), 저수조(28) 및 쿨링팬(32)은 워터쿨러에 설치되고, 열교환기(14)는 물순환 및 냉매순환 경로를 모두 구비한다. 응축기(12)는 PF 컨덴서 또는 핀튜브(Fin Tube) 컨덴서를 사용한다. 도시에서 A는 공기, C는 냉매, W는 물의 순환경로를 나타내는데, 워터쿨러는 응축기(12)와 열교환을 위한 냉각수를 재사용하기 위하여 대기와 접촉시켜 물을 냉각하는 기능을 수행한다.

한편 통상 이러한 공조유니트는 부하측이 다양하고 냉각온도 변화가 다소 불규칙한 곳에도 적합하기 때문에 빌딩과 같은 대규모 시설물의 중앙공조는 물론, 사출기 금형 등 공장의 기계장치의 냉각을 위한 용도로도 적용 가능하다. 이때 상기한 워터쿨러는 냉각탑(cooling tower)의 기능을 수행하도록 대체로 시설물의 옥상에 설치된다. 부하측 변화에 관계없이 일정한 유량을 유지하여 고효율 운전을 보장할 수 있고 용량제어와 증설이 용이한 장점도 지닌다.

반면 상기한 어느 용도에 있어서나, 스프레이(22)를 통해 토출된 냉각수가 필러(26)와 저수조(28)로 하향하는 동안 대향류로 상승되는 공기에 의해 상부의 쿨링팬(32)을 통하여 외부로 비산된다. 대부분의 미세 물방울은 쿨링팬(32)의 송풍구를 통해 비산되며, 극히 일부만 저수조(28) 상측의 공기흡입구로 비산된다.

이에 따라 워터쿨러 주변에 항시 물방울이 비산되어 불쾌감을 주게 되므로 쾌적한 실내 냉방을 실현할 수 없다. 냉각탑으로 이용하는 경우에도 물이 고여 위생상 문제를 유발하고 주변의 작업자는 물론 바람의 영향으로 비교적 먼거리의 통행자에게도 불쾌감을 줄 수 있다. 이와 같이 워터쿨러에서 발생되는 비산이 환경에 미칠 수 있는 영향을 고려하여 미국을 비롯한 선진국의 환경 규정기관들은 1970년대부터 비산을 환경 문제로 다루기도 한다.

이에 따라 본 고안은 흡입공기의 온도 상승에 의한 건공기화를 유도하여 외부로 냉각수의 물방울이 비산되는 것을 최소화하는 공조유니트의 워터쿨러를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 공조유니트에서 워터쿨러를 나타내는 도식도,

도 2는 본 고안에 따른 공조유니트에서 워터쿨러를 나타내는 도식도,

도 3은 본 고안에 따른 워터쿨러의 내부를 투시하여 나타내는 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

12: 응축기(condenser) 14: 열교환기(PHE)

16: 증발기 18: 압축기

22: 스프레이 24: 펌프

26: 필러(filler) 28: 저수조

32: 쿨링팬 34, 44: 필터

42: 응축기 46: 시라우드

이러한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 스프레이(22), 필러(26), 저수조(28), 쿨링팬(32)을 구비하는 대향류 방식의 워터쿨러에 있어서,

상기 필러(26)를 거치지 않은 공기에 의한 열교환이 수행되도록 상기 쿨링팬(32)의 하측 벽면에 장착되는 응축기(42); 상기 응축기(42)를 거친 고온 공기가 머무는 공간을 형성하도록 상기 스프레이(22)의 상측으로 설치되는 시라우드(46); 및 상기 필러(26)를 거친 공기에서 물방울을 걸러 통과하도록 상기 시라우드(46)의 상측으로 설치되는 필터(44)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 특징으로서, 상기 응축기(42)는 흡입공기의 유로저항을 줄이도록 중앙으로 통기구(42a)를 지니는 형태로 형성된다.

본 고안의 또 다른 특징으로서, 상기 응축기(42)는 전방, 후방, 양측방향 중 적어도 일방향으로 설치된다.

워터쿨러의 비산이 새로운 환경오염 유발요인으로 지목되면서 선진국에서는 비산손실(drift loss)을 0.001% 까지 억제하기 위해 고효율 엘리미네이터(eliminator)를 적용하기도 한다. 비산손실을 줄이는 것은 환경개선의 측면에서 효과적이나 반대로 에너지 효율면에서 불리한 측면도 있다. 더구나 엘리미네이터만 고효율로 개선하더라도 비산 문제가 완전히 해결되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 공조유니트에서 워터쿨러를 나타내는 도식도이다.

본 고안은 스프레이(22), 필러(26), 저수조(28), 쿨링팬(32)을 구비하는 대향류 방식의 워터쿨러에 관련되며, 응축기(42), 시라우드(46), 필터(44)를 포함하여 이루어진다. 통상적으로 워터쿨러는 공기의 접촉법에 따라 대향류 방식과 직교류 방식으로 분류된다. 전자의 방식에서는 펌프(24)에 의해 저수조(28)로부터 이송되는 물이 낙하되어 필러(26)를 거치는 동시에 쿨링팬(32)으로 강제 송풍되는 공기가 반대로 필러(26)를 거쳐 상승되면서 열교환이 수행된다.

본 고안에 따른 응축기(42)는 상기 필러(26)를 거치지 않은 공기에 의한 열교환이 수행되도록 상기 쿨링팬(32)의 하측 벽면에 장착된다. 응축기(42)는 압축기(18)를 거친 고온 고압의 냉매를 증기상에서 액체상으로 일차변환하여 열교환기(14)로 보낸다. 종래와 같이 응축기(42)를 워터쿨러 본체 중앙에 두지 않고 벽면에 설치하여 외부의 공기(A)가 직접 유입되도록 한다. 응축기(42)는 가장 핵심적인 설계인자인 증발 및 응축 열전달계수에 있어 동일성을 유지하며, 그 상세한 구성은 후술하는 도 3을 참조한다.

또, 본 고안에 따른 시라우드(46)는 상기 응축기(42)를 거친 고온 공기가 머무는 공간을 형성하도록 상기 스프레이(22)의 상측으로 설치된다. 시라우드(46)는 상단이 좁고 하단이 넓은 깔대기 형태이고 하단에서 워터쿨러의 벽면과 접합되도록 한다. 시라우드(46)의 상단에는 개구를 형성하여 필러(26)를 거쳐 상승하는 공기가 통과되도록 한다.

워터쿨러에 있어서 가장 중요한 부분은 필러(26)로서 물과 공기의 접촉면을 최대화하거나 접촉시간을 최대화하는 방식으로 워터쿨러의 효율이 향상한다. 필러(26)는 스프레쉬형(Splash type)과 필름형(Film type)의 두 가지가 있으며, 본 고안의 구성은 어느 방식에나 적용이 가능하다. 전자는 충진재를 평행하게 상하로 교차시켜 냉각수에 유동저항을 주어 작은 물방울 상태로 흐르게 하고, 후자는 표면적을 넓힌 수직형태의 충진재를 사용해서 냉각수가 얇은 막의 형태로 흐르게 한다.

또, 본 고안에 따르면 상기 필러(26)를 거친 공기에서 물방울을 걸러 통과하도록 상기 시라우드(46)의 상측으로 필터(44)가 설치된다. 필터(44)는 내부식성의 소재를 사용하고 시라우드(46)에 착탈 가능하게 설치하는 것이 좋다. 저수조(28)의 필터(34)에 비하여 메쉬(mesh)의 크기를 작게 한다.

필터(44)의 메쉬는 공기의 유동저항과 관련되고 결국 시스템의 냉각효율에 영향을 준다. 메쉬의 크기가 작을수록 스프레이(22)로부터 상승되는 미세 물방울을 차단하기 유리하지만 공기의 유동량이 감소되므로 시라우드(46)의 개구 및 필터(44)의 크기를 증가시켜야 한다. 만일 필러(26)를 거치는 공기량이 감소하면 저수조(28)의 냉각수 온도가 상승되고 이에 따라 판형 열교환기(14)를 거치는 냉매의 온도가 상승되면서 증발기(16)에서의 열교환량이 저하되어 부하측의 냉각온도가 상승된다. 부하측에서 설정온도에 이르기 위해 압축기(18)와 펌프(24)의 작동시간이 길어지는 등 에너지 소모도 증가된다.

도 3은 본 고안에 따른 워터쿨러의 내부를 투시하여 나타내는 사시도이다.

본 고안의 응축기(42)는 흡입공기의 유로저항을 줄이도록 중앙으로 통기구(42a)를 지니는 형태로 형성된다. 응축기(42)에 통기구(42a)를 두는 것은 외부의 공기를 직접 흡입하기 위함이며, 이에 따라 시라우드(46)의 상측부가 고온 상태로 유지된다. 시스템 용량에 따라 다르기는 하지만 응축기(42)를 거치는 공기는 흡입상태에 비하여 20-30℃의 온도차를 보인다.

공기(A)는 쿨링팬(32)의 작동에 의해 저수조(28), 필러(26), 스프레이(22)를 거치는 제1경로와, 응축기(42)를 거치는 제2경로를 통해 흡입된다. 통기구(42a)의크기가 작으면 제2경로의 공기량이 감소하고 너무 크면 제1경로의 공기량이 줄어든다. 통기구(42a)는 제1경로의 공기량을 유지하면서 응축기(42)에서 신속한 열교환이 일어나는 구조로 되어야 한다. 이를 위해 통기구(42a)의 표면에 전열핀을 부가하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 고안의 응축기(42)는 전방, 후방, 양측방향 중 적어도 일방향으로 설치된다. 도 3은 전방으로 응축기(42)를 설치한 상태이지만, 후방 또는 일측 방향으로 향하도록 설치할 수도 있다. 응축기(42)의 위치는 냉각효율에 있어 큰 차이를 보이지 않으며, 다만 응축기(42)와 연결되는 압축기(18), 열교환기(14) 등 다른 부분과의 배관 용이성을 고려하여 선택될 수 있다.

본 고안의 구성에 따라 응축기(42)를 통과하는 70-80℃의 냉매가 흡입공기의 온도를 상승시켜 시라우드(46) 상측의 공간에서 고온의 상태로 유지되면 시라우드(46)를 거쳐 상승하는 공기와 혼합되어 쿨링팬(32)의 송풍구로 건공기가 배출된다. 그리고 물방울이 비산되는 현상을 방지할 수 있다.

본 고안은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 고안의 실용신안등록청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

이상의 구성 및 작용에 따르면 본 고안의 공조유니트의 워터쿨러는 흡입공기의 온도 상승에 의한 건공기화를 유도하여 외부로 냉각수의 물방울이 비산되는 것을 최소화하는, 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 스프레이(22), 필러(26), 저수조(28), 쿨링팬(32)을 구비하는 대향류 방식의 워터쿨러에 있어서,

   상기 필러(26)를 거치지 않은 공기에 의한 열교환이 수행되도록 상기 쿨링팬(32)의 하측 벽면에 장착되는 응축기(42);

   상기 응축기(42)를 거친 고온 공기가 머무는 공간을 형성하도록 상기 스프레이(22)의 상측으로 설치되는 시라우드(46); 및

   상기 필러(26)를 거친 공기에서 물방울을 걸러 통과하도록 상기 시라우드(46)의 상측으로 설치되는 필터(44)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공조유니트의 워터쿨러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 응축기(42)는 흡입공기의 유로저항을 줄이도록 중앙으로 통기구(42a)를 지니는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 공조유니트의 워터쿨러.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 응축기(42)는 전방, 후방, 양측방향 중 적어도 일방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 공조유니트의 워터쿨러.