KR20060106128A

KR20060106128A - 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치

Info

Publication number: KR20060106128A
Application number: KR1020050028565A
Authority: KR
Inventors: 정영찬
Original assignee: 정영찬
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-12

Abstract

본 발명은 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉방 부하측으로부터 환수되는 냉수를 냉각탑을 이용하여 냉각시켜줌으로써 동절기에 저온의 외기를 냉방에 적극 활용하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 외기냉방장치에 관한 것이다.

본 발명의 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는, 압축기, 응축기 및 증발기로 구성되어 증발기를 통과하는 냉수를 냉각시키는 냉동기와, 냉방 부하측으로부터 냉수를 환수하는 환수헤더와, 상기 냉방 부하측으로 냉수를 공급하는 공급헤더로 구성되어 냉수를 순환시키는 냉수 회로와; 상기 냉동기와, 냉각수를 외기와 열교환하여 냉각시키는 냉각탑으로 구성되어 냉각수를 상기 냉동기의 응축기를 통과하여 순환시키는 냉각수 회로;로 구성되는 냉각탑을 이용한 냉방장치에 있어서, 상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 입구측에 접속하여 냉각수를 유출시키는 냉각수유출관과; 상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 출구측에 접속하여 냉각수를 유입시키는 냉각수유입관과; 상기 냉수 회로 중 상기 환수헤더 측에 차례로 접속하여 냉수를 유출 및 유입시키는 냉수유출관 및 냉수유입관과; 상기 냉각수유출관 및 상기 냉수유출관과 연결되어 냉각수와 냉수를 공급받아 서로 열교환시키고 각각 상기 냉각수유입관과 상기 냉수유출관을 통하여 배출시키는 열교환기와; 상기 냉각수 회로에 구비되어 상기 냉각수유출관으로 유출시키는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 유량조절수단과; 상기 냉수 회로에 구비되어 상기 냉수유출관으로 유출시키는 냉수의 유량을 조절하는 냉수 유량조절수단;을 더 포함하여 구성되는 점을 특징으로 한다.

냉방장치, 냉각탑, 열교환기, 냉동기

Description

동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치{Apparatus for air-cooling using a cooling tower in winter season}

도 1은 종래의 전기압축식 냉동기를 구비한 냉방장치를 보여주는 도면.

도 2는 종래의 수축열식 냉방장치를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면.

도 4은 본 발명의 제 2실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면.

도 5은 본 발명의 제 3실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면.

도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10, 110, 210, 310, 410, 510 : 냉동기

20, 120, 220, 320, 420, 520 : 냉각탑

130, 330, 530 : 축열조 250, 350 : 열교환기

460, 560 : 밀폐식 냉각탑

RH : 환수헤더 SH : 공급헤더

D201, D301 : 냉각수유출관 D202, D302 : 냉각수유입관

D211, D311, D411, D511 : 냉수유출관 D212, D312, D412, D512 : 냉수유입관

P103, P503 : 축열펌프 C103, C503 : 축열 회로

V101, V202, V203, V302, V303, V402, V502 : 삼방변

P1, P101, P201, P301, P401, P501 : 냉각수펌프

P2, P102, P202, P302, P402, P502 : 냉수펌프

C1, C101, C201, C301, C401, C501 : 냉각수 회로

C2, C102, C202, C302, C402, C502 : 냉수 회로

T202, T203, T301, T302, T303, T402, T501, T502 : 온도센서

M202, M203, M301, M302, M303, M402, M501, M502 : 온도조절기

최근 석유수출국기구(OPEC)의 지속적인 감산정책과 세계 경기의 침체 및 투 기자금의 원유시장 유입으로 국제 유가가 계속적으로 증가함에 따라, 에너지 절약 시설에 대한 관심이 더욱 증대되고 있다.

특히, 정밀 부품을 생산하는 공장이나 대용량 전산장비들을 갖춘 전산실 등에서는 항온·항습을 유지하기 위하여 냉방장치를 연중 무휴로 가동하고 있는 바, 이러한 냉방장치의 에너지 효율을 높이기 위한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

종래의 냉방장치로는 가장 기본적인 형태로서 도 1에 도시된 전기압축식 냉동기를 구비한 냉방장치가 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기압축식 냉동기를 구비한 냉방장치는 냉각수펌프(P1), 냉동기(10) 및 냉각탑(20)으로 이루어지는 냉각수 회로(C1)와 환수헤더(RH), 냉수펌프(P2), 냉동기(10) 및 공급헤더(SH)로 이루어지는 냉수 회로(C2)로 구성된다. 여기서, 냉동기(10)는 전기압축식 냉동기인데, 먼저 그 구성과 작동원리를 간략히 설명하기로 한다.

전기압축식 냉동기(10)는 압축기, 응축기 및 증발기로 구성되어 있는데, 기체 상태인 냉매를 압축기로 압축하여 응축기로 보내주고, 응축기에서는 냉각수펌프(P1)를 통하여 공급되는 냉각수로 상기 압축기에서 보내주는 압축된 냉매를 냉각하여 액화시키며, 상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창밸브로 증발기에 분사시키면, 증발기에서는 분사된 냉매가 급팽창하여 주위의 열을 흡수하며 증발하게 된다.

이하, 전기압축식 냉동기를 구비한 냉방장치의 각 회로에 대하여 설명하면 다음과 같다.

냉각수 회로(C1)는 상기 냉동기를 통과하며 온도가 상승한 냉각수를 냉각탑(10)에서 외기와 열교환시켜 냉각한 후 냉각수펌프(P1)을 통하여 다시 냉동기(10) 로 공급하는 방식으로 냉각수를 순환시킨다.

냉수 회로(C2)는 환수헤더(RH)에서 냉방부하측으로부터 냉수를 환수하고 환수된 냉수를 냉수펌프(P2)를 통하여 상기 냉동기(10)의 증발기 내부관으로 유입시켜 냉각하며, 여기서 냉각된 냉수를 공급헤더(SH)를 통하여 냉방부하측으로 공급하는 방식으로 냉수를 순환시킨다.

이와 같은 냉방장치는 냉방부하측의 냉수를 냉각하기 위하여 항상 냉동기를 가동해야 하므로, 전력 소모량이 높고 냉동기의 수명이 짧아지는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 심야 시간대에 저가로 공급되는 심야 전력으로 냉동기를 운전하여 축열재인 물이나 얼음으로 축열조에 냉기를 저장하였다가 주간에 냉방이 필요하면 축열조의 냉기를 냉방에 활용하는 축열식 냉방장치가 각광을 받고 있다. 그 중 축열재로서 물을 이용하는 수축열식 냉방장치가 도 2에 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 수축열식 냉방장치는 전술한 전기압축식 냉동기를 구비한 냉방장치를 개선한 냉방장치로서, 냉각수펌프(P101), 냉동기(110) 및 냉각탑(120)으로 이루어지는 냉각수 회로(C101)와 냉수펌프(P102), 냉동기(110) 및 축열조(130)로 이루어지는 축열 회로(C103), 그리고 환수헤더(RH), 축열조(130) 및 공급헤더(SH)로 이루어지는 냉수 회로(C102)로 구성된다. 여기서, 축열조(130)는 물의 온도에 따른 밀도차를 이용하여 낮은 온도의 물과 높은 온도의 물을 상하로 분리하여 저장하는 물분배기(diffuser) 기술로 설계되어, 유입되는 냉수를 온도에 따라 상부와 하부에 나누어 저장할 수 있다.

이하, 수축열식 냉방장치의 각 회로에 대하여 설명하면 다음과 같다.

냉각수 회로(C101)는 도 1의 냉각수 회로(C1)와 구성 및 기능이 동일하므로 설명을 생략한다.

축열 회로(C103)는 심야 시간대에 축열조(130)에 냉수를 축열시키기 위하여 작동되는데, 축열조(130)의 상부에 저장되어 있는 고온의 냉수는 축열펌프(P103)를 통하여 냉동기(110)로 공급되고, 이 냉수를 냉동기(110)에서 냉각하여 다시 축열조(130)에 공급하면 저온으로 냉각된 냉수는 축열조(130)의 하부에 저장된다. 여기서, 양 단이 축열조(130)의 입구측과 출구측에 접속하는 우회관(D122)을 구비하여 냉동기(110)에서 냉각된 냉수의 일부를 축열조(130)로 공급하지 않고 냉동기(110) 측으로 우회시킨다. 또한, 우회관(D122)이 축열조(130)의 출구 측과 접속하는 지점에 삼방변(V105, 3-way valve)을 설치하여 축열조(130)를 경유하지 않고 바로 냉동기(110)로 공급되는 냉수의 유량과 축열조(130)로부터 냉동기(110)로 공급되는 냉수의 유량을 조절한다. 또한, 삼방변(V105)과 냉동기(110) 사이의 배관 상에 온도센서(T105)를 연결하고 온도센서(T105)의 온도 신호를 입력받아 삼방변(V105)의 각 접속구에 흐르는 유량을 제어하는 온도조절기(M105)를 설치한다. 여기서 온도조절기(M105)는 온도센서(T105)에서 검출된 냉수의 온도에 비례하여, 축열조(130)에서 유입되는 유량은 감소시키고 우회관(D122)으로부터 유입되는 유량을 증가시키도록 삼방변(V105)을 제어하여 냉동기(110)로 공급되는 냉수의 온도를 설정 온도, 예를 들면 9℃로 유지시킴으로써 냉동기(110)의 냉각 효율을 증대시킨다. 이와 같이 냉동기(110)를 계속 가동하여 축열조(130)의 상부에 저장되어 있는 고온의 냉수를 순 환 냉각시키면 축열조(130) 내부는 저온의 냉수만으로 모두 채워지게 되는데 이 때 냉동기(110) 및 축열펌프(P103)의 가동을 중지시킨다. 이렇게 축열조(130) 내부에 저장된 저온의 냉수는 주간에 축열재로서 작용을 한다.

냉수 회로(C102)는 주간에 냉방부하측의 냉수를 냉각시키기 위해 작동되는데, 환수헤더(RH)에서 냉방부하측으로부터 냉수를 환수하고 환수된 냉수를 축열조(130)의 상부에 공급하고 축열조(130)의 하부에 저장되어 있는 저온의 냉수를 냉수펌프(102)을 통하여 공급헤더(SH)에 공급하는 방식으로 냉수를 순환시킨다. 여기서, 양 단이 축열조(130)의 입구측과 출구측에 접속하는 우회관(D121)을 구비하여 냉수의 일부를 축열조(130)를 통하지 않고 바로 공급헤더(SH) 측으로 우회시킨다. 또한, 우회관(D121)이 축열조(130)의 출구 측과 접속하는 지점에 삼방변(V103)을 설치하여 환수헤더(RH) 측으로부터 축열조(130)를 경유하지 않고 공급헤더(SH)로 바로 공급되는 냉수의 유량과 축열조(130)에 축열재로 저장되어 있다가 공급헤더(SH)로 공급되는 냉수의 유량을 조절한다. 또한, 삼방변(V103)과 공급헤더(SH) 사이의 배관 상에 온도센서(T101)를 연결하고 온도센서(T101)의 온도 신호를 입력받아 삼방변(V101)의 각 접속구에 흐르는 유량을 제어하는 온도조절기(M101)를 설치한다. 여기서 온도조절기(M101)는 온도센서(T101)에서 검출된 냉수의 온도에 비례하여, 축열조(130)에서 유입되는 유량은 증가시키고 우회관(D121)으로부터 유입되는 유량을 감소시키도록 삼방변(V103)을 제어하여 공급헤더(SH)로 공급되는 냉수의 온도를 설정 온도, 예를 들면 7℃로 유지시킨다.

이와 같이 수축열식 냉방장치는 심야 시간대에 저가로 공급되는 심야 전력으 로 냉동기를 운전하고 주간 냉방시에 냉동기의 운전을 최소화함으로써 전술한 전기압축식 냉동기를 구비한 냉방장치에 비하여 전력 비용을 감소시키고 냉동기의 수명을 연장할 수 있는 잇점이 있다. 그러나, 수축열식 냉방장치 역시 연중 무휴로 냉방이 필요한 시설에서 가동되는 경우에, 동절기에도 하절기와 거의 동일한 전력을 소비하므로 연간 소비되는 전력 비용을 절감하는 데에는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 냉방장치가 지닌 문제점을 해결하는 데에 있다. 즉, 외기의 온도가 낮은 동절기에, 냉각탑을 통하여 냉방 부하측으로부터 환수하는 냉수를 냉각시켜줌으로써, 냉동기의 가동을 최소화하여 에너지 효율을 향상시키고, 냉동기의 부하를 감소시켜 냉동기의 수명을 연장시킬 수 있는 외기냉방장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 기존의 냉방장치를 완전히 교체할 필요 없이 일부 배관만을 수정하고 기존의 냉각탑을 이용하는 열교환기나 별도의 밀폐식 냉각탑을 추가하여 구성함으로써, 제품의 단가 및 설치비가 저렴한 외기냉방장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은 압축기, 응축기 및 증발기로 구성되어 증발기를 통과하는 냉수를 냉각시키는 냉동기와, 냉방 부하측으로부터 냉수를 환수하는 환수헤더와, 상기 냉방 부하측으로 냉수를 공급하는 공급헤더로 구성되어 냉수를 순환시키는 냉수 회로와; 상기 냉동기와, 냉각수를 외기와 열교환하여 냉각시키는 냉각탑으로 구성되어 냉각수를 상기 냉동기의 응축기 를 통과하여 순환시키는 냉각수 회로;로 구성되는 냉각탑을 이용한 냉방장치에 있어서, 상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 입구측에 접속하여 냉각수를 유출시키는 냉각수유출관과; 상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 출구측에 접속하여 냉각수를 유입시키는 냉각수유입관과; 상기 냉수 회로 중 상기 환수헤더 측에 차례로 접속하여 냉수를 유출 및 유입시키는 냉수유출관 및 냉수유입관과; 상기 냉각수유출관 및 상기 냉수유출관과 연결되어 냉각수와 냉수를 공급받아 서로 열교환시키고 각각 상기 냉각수유입관과 상기 냉수유출관을 통하여 배출시키는 열교환기와; 상기 냉각수 회로에 구비되어 상기 냉각수유출관으로 유출시키는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 유량조절수단과; 상기 냉수 회로에 구비되어 상기 냉수유출관으로 유출시키는 냉수의 유량을 조절하는 냉수 유량조절수단; 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는 전술한 종래의 전기압축식 냉동기를 구비한 냉방장치에 열교환기(250)를 추가로 구비하여 구성된다.

열교환기(250)에는 냉각수 회로(C201) 중 냉동기(210) 입구측 및 출구측에 각각 접속하는 냉각수유출관(D201) 및 냉각수유입관(D202)이 연결되어, 냉각탑(220)에 의하여 냉각되는 냉각수가 열교환기(250)의 열교환 회로를 통하여 순환하게 된다. 또한, 냉수 회로(C202) 중 환수헤더(RH) 측에 차례로 접속하는 냉수유출관(D211) 및 냉수유입관(D212)이 열교환기(250)에 연결되어, 냉동부하측에서 환수헤더(RH)를 통하여 환수되는 냉수가 열교환기(250)의 열교환 회로를 통하여 순환하게 된다. 여기서, 열교환기(250)는 바람직하게는 판형(plate type) 열교환기인 것이 좋으며, 내부의 열교환 회로를 흐르는 냉각수와 냉수를 열전달판을 경유하여 간접적으로 열교환시켜 냉수를 냉각하고 냉각된 냉수를 공급헤더(SH)를 통하여 냉동부하측에 공급하게 된다.

또한, 냉각수유출관(D201)으로 공급되는 유량과 냉각수 회로(C201)를 따라 흐르는 유량을 조절하는 삼방변(V202)을 냉각수 회로(C201) 중 냉각수유출관(D201)의 접속지점에 설치하고, 냉수의 온도를 측정하는 온도센서(T202)를 냉수유입관(D211)에 설치한다. 이 온도센서(T202)와 연결되는 온도조절기(M202)를 구비하여 온도센서(T202)에서 검출된 냉수의 온도에 따라 삼방변(V202)을 제어하여 냉각수유출관(D201)으로 유출되는 냉각수의 유량을 조절한다.

또한, 냉수 회로(C202) 중 냉수유출관(D211)의 접속 지점에 냉수유출관(D211)으로 공급되는 유량과 냉수 회로(C202)를 따라 흐르는 유량을 조절하는 삼방변(V203)을 설치하여 환수헤더(RH)로부터 환수된 냉수를 냉수유출관(D211)으로 우회시킨다.

또한, 냉각수 회로(C201)의 냉동기(210) 입구측에 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서(T203)를 구비하고, 이 온도센서(T203)와 연결되는 온도조절기(M203)를 구비하여 온도센서(T203)에서 검출된 냉각수의 온도에 따라 냉각탑(220)의 팬을 가동 또는 정지시킨다.

이와 같이 구성된 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 가동하여 냉동부하측의 냉수를 냉각하는 운전 방법에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 냉수 회로(C202)에 구비된 삼방변(V203)의 냉동기(210) 측 개도를 폐쇄하고 냉수유출관(D211) 측 개도를 개방하여 환수헤더(RH)로 환수되는 냉수가 전부 열교환기(250)를 통과하여 순환하도록 하고, 냉각수 회로(C201)에 구비된 삼방변(V202)의 냉동기(210) 측 개도를 폐쇄하고 냉각수유출관(D201) 측 개도를 개방하여 냉각탑(220)에 의하여 냉각된 냉각수가 냉동기(210)를 거치지 않고 전부 열교환기(250)를 통과한 후 다시 냉각탑(220)으로 공급되도록 초기 상태를 설정한다.

냉각수펌프(P201)와 냉수펌프(P202)를 가동하여 냉방 운전을 개시하면, 삼방변(V202)과 연결된 온도조절기(M202)는 온도센서(T202)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃ 이하인 경우는 냉수의 온도가 설정 온도로 유지되도록 삼방변(V202)의 각 개도를 제어하여 열교환기(250)로 유입되는 냉각수의 유량을 자동으로 조절한다.

또한, 냉각탑(220)과 연결된 온도조절기(M203)는 온도센서(T203)에서 검출된 냉각수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 5℃를 초과하는 경우 냉각탑(220)의 팬을 가동시켜 냉각수의 온도를 조절해 준다. 여기서, 냉각수는 열교환기(250)에서 냉수의 열을 흡수하여 냉수를 냉각시켜야 하므로 냉각수의 설정 온도는 냉수의 설정 온 도보다 약 2℃ 가량 낮게 설정하는 것이 좋다.

한편, 온도센서(T202)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃를 초과하면 외기의 온도가 너무 높아서 냉각탑(220)과 열교환기(250)만을 이용하는 외기냉방으로는 충분한 냉방을 할 수 없는 상태이므로, 각 삼방변(V202, V203)의 각 유출관(D201, D211) 측 개도를 폐쇄하고 나머지 개도를 개방하며 각 온도조절기(M202, M203)의 작동을 중지하여, 외기냉방의 가동을 중지하고 냉동기(210)를 가동하여 냉동기에 의한 냉방으로 전환한다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는 전술한 종래의 수축열식 냉방장치에 열교환기(350)를 추가로 구비하여 구성된다.

본 실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 구성함에 있어서 열교환기(350), 냉각수유출관(D301), 냉각수유입관(D302), 냉수유출관(D311), 냉수유입관(D312), 삼방변(V302, V303), 온도센서(T302, T303) 및 온도조절기(M302, M303)의 구성 방법과 기능은 전술한 제 1실시예와 동일하므로 이에 대한 설명을 생략하고 냉동부하측의 냉수를 냉각하는 운전 방법에 대해서만 설명하기로 한다.

먼저, 냉수 회로(C302)에 구비된 삼방변(V303)의 냉동기(310) 측 개도를 폐쇄하고 냉수유출관(D311) 측 개도를 개방하여 환수헤더(RH)로 환수되는 냉수가 전 부 열교환기(350)를 통과하여 순환하도록 하고, 냉각수 회로(C301)에 구비된 삼방변(V302)의 냉동기(310) 측 개도를 폐쇄하고 냉각수유출관(D301) 측 개도를 개방하여 냉각탑(320)에 의하여 냉각된 냉각수가 냉동기(310)를 거치지 않고 전부 열교환기(350)를 통과한 후 다시 냉각탑(320)으로 공급되도록 한다. 또한, 냉수 회로(C302)에 설치된 삼방변(V301)의 축열조(330) 측 개도를 폐쇄하고 우회관(D321) 측 개도를 개방하여 열교환기(350)에 의하여 냉각된 냉수가 축열조(330)를 거치지 않고 바로 공급헤더(SH)로 공급되도록 초기 상태를 설정한다.

냉각수펌프(P301)와 냉수펌프(P302)를 가동하여 냉방 운전을 개시하면, 삼방변(V302)과 연결된 온도조절기(M302)는 온도센서(T302)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃ 이하인 경우는 냉수의 온도가 설정 온도로 유지되도록 삼방변(V302)의 각 개도를 제어하여 열교환기(350)로 유입되는 냉각수의 유량을 자동으로 조절한다.

또한, 냉각탑(320)과 연결된 온도조절기(M303)는 온도센서(T303)에서 검출된 냉각수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 5℃를 초과하는 경우 냉각탑(220)의 팬을 가동시켜 냉각수의 온도를 조절해 준다. 여기서, 냉각수는 열교환기(250)에서 냉수이 열을 흡수하여 냉수를 냉각시켜야 하므로 냉각수의 설정 온도는 냉수의 설정 온도보다 약 2℃ 가량 낮게 설정하는 것이 좋다.

또한, 냉수 회로(C302)에 설치된 온도센서(T301)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃를 초과하면 전술한 종래의 수축열식 냉방장치에서와 같이 축열조(330)를 이용하여 추가적으로 냉수를 냉각하여 준다. 즉, 온도조절기 (M301)는 온도센서(T301)에서 검출된 냉수의 온도에 비례하여, 삼방변(V303)의 축열조(330) 측 개도를 확장하고 우회관(D321) 측 개도를 축소시켜 축열조(330)에 저장되어 있는 저온의 축열재와 열교환기(350)에 의해 일차적으로 냉각된 냉수를 혼합하여 설정 온도로 맞춘 후 공급헤더(SH)로 공급하여 준다.

이상에서 설명한 본 발명의 제 1실시예 및 제 2실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는 종래의 기술에 따른 기존의 냉방장치에 일부의 배관만을 수정하고 열교환기, 밸브, 온도센서 및 온도제어기를 추가로 구비하면 구현이 가능하므로 제품의 단가가 저렴하고 설치가 용이하다. 또한, 동절기에 냉각탑으로 저온의 외기를 이용하여 냉각수를 냉각하고 이 냉각수를 냉방부하측으로부터 환수헤더를 통하여 환수되는 냉수와 열교환 시켜줌으로써, 냉동기를 전혀 가동하지 않거나 최소한으로만 가동하여 냉방이 가능하므로 에너지 효율이 향상된다. 실제로 제 2실시예에 따른 외기냉방장치를 가동하여 실험하여 본 결과, 종래의 수축열식 냉방장치에 비하여 20% 정도의 전력을 절감할 수 있었다.

도 5은 본 발명의 제 3실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는 전술한 종래의 전기압축식 냉동기(410)를 구비한 냉방장치에 밀폐식 냉각탑(460)를 추가로 구비하여 구성된다.

밀폐식 냉각탑(460)은 냉수 회로(C402) 중 환수헤더(RH) 측에 차례로 접속하 는 냉수유출관(D411) 및 냉수유입관(D412)에 각각 연결된다. 여기서, 밀폐식 냉각탑(460)은 냉수유출관(D411)을 통하여 공급되는 냉수를 상부에서 하부 방향으로 내부관 속을 따라 흐르게 하고, 내부에 저장된 냉각수를 냉각탑펌프(P404)를 이용하여 상부로 끌어올려 내부관 표면에 분사시키며, 상부에 설치된 팬을 가동하여 내부관 표면의 냉각수를 증발시켜 내부관 속을 흐르는 냉수를 냉각시켜 준다.

또한, 냉수유출관(D411)으로 유출되는 유량과 냉수 회로(C402)를 따라 흐르는 유량을 조절하는 삼방변(V402)을 냉수 회로(C402) 중 냉수유출관(D411)이 접속 지점에 설치하고, 냉수의 온도를 측정하는 온도센서(T402)를 냉수유입관(D412)을 통해 유입되는 냉수가 냉수 회로(C402)로 합류하는 지점에 설치한다. 이 온도센서(T402)와 연결되는 온도조절기(M402)는 온도센서(T402)에서 검출된 냉수의 온도에 따라 삼방변(V402)을 제어하여 냉수유출관(D411)으로 유출되는 냉각수의 유량을 조절한다.

냉수펌프(P402)를 가동하여 냉방 운전을 개시하면, 삼방변(V402)과 연결된 온도조절기(M402)는 온도센서(T402)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃ 이하인 경우는 냉수의 온도가 설정 온도로 유지되도록 삼방변(V402)의 각 개도를 제어하여 밀폐식 냉각탑(460)으로 유입되는 냉수의 유량을 자동으로 조절한다. 즉, 검출된 냉수의 온도에 비례하여, 삼방변(V402)의 밀폐식 냉각탑(460) 측 개도를 확장하고 냉동기(410) 입구 측 개도를 축소시켜 밀폐식 냉각탑(460)에 의하 여 냉각된 냉수와 밀폐식 냉각탑(460)을 경유하지 않고 냉수 회로(C402)를 따라 흐르는 냉수를 혼합하여 설정 온도로 맞추어 준다.

한편, 온도센서(T402)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃를 초과하면 밀폐식 냉각탑(460) 만으로는 충분한 냉방을 할 수 없는 상태이므로, 냉동기(410)와 냉각수펌프(P401) 및 냉각탑(420)을 가동하여 밀폐식 냉각탑에 의하여 일차적으로 냉각된 냉수를 냉동기에서 다시 한번 냉각시켜 공급헤더(SH)로 공급하여 준다.

도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 보여주는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는 전술한 종래의 수축열식 냉방장치에 밀폐식 냉각탑(460)를 추가로 구비하여 구성된다.

본 실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치를 구성함에 있어서 밀폐식 냉각탑(560), 냉수유출관(D511), 냉수유입관(D512), 삼방변(V502), 온도센서(T502) 및 온도조절기(M502)의 구성 방법과 기능은 전술한 제 3실시예와 동일하므로 이에 대한 설명을 생략하고 냉동부하측의 냉수를 냉각하는 운전 방법에 대해서만 설명하기로 한다.

냉수펌프(P502)를 가동하여 냉방 운전을 개시하면, 삼방변(V502)과 연결된 온도조절기(M502)는 온도센서(T502)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃ 이하인 경우는 냉수의 온도가 설정 온도로 유지되도록 삼방변(V502)의 각 개도를 제어하여 밀폐식 냉각탑(560)으로 유입되는 냉수의 유량을 자동으로 조절한다. 즉, 검출된 냉수의 온도에 비례하여, 삼방변(V502)의 밀폐식 냉각탑(560) 측 개도를 확장하고 냉동기(510) 입구 측 개도를 축소시켜 밀폐식 냉각탑(560)에 의하여 냉각된 냉수와 밀폐식 냉각탑(560)을 경유하지 않고 냉수 회로(C502)를 따라 흐르는 냉수를 혼합하여 설정 온도로 맞추어 준다.

또한, 온도센서(T501)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도, 예를 들면 7℃를 초과하면 밀폐식 냉각탑(560) 만으로는 충분한 냉방을 할 수 없는 상태이므로, 전술한 종래의 수축열식 냉방장치에 대한 설명에서와 같이, 온도조절기(M501)가 온도센서(T501)에서 검출된 냉수의 온도에 비례하여, 축열조(530)에서 유입되는 유량은 증가시키고 우회관(D521)으로부터 유입되는 유량을 감소시키도록 삼방변(V503)을 제어하여 공급헤더(SH)로 공급되는 냉수의 온도를 설정 온도로 맞춰 준다. 여기서, 축열조(530)를 이용한 추가적인 냉방으로도 온도센서(T501)에서 검출된 냉수의 온도가 설정 온도를 초과하게 되면, 냉동기(510), 냉각탑(520), 냉각수펌프(P501) 및 축열펌프(P503)를 가동하여 냉각수 회로(C501)와 축열 회로(C503)를 통해 축열조(530) 내부의 냉수를 냉각시켜 줄수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 제 3실시예 및 제 4실시예에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는 종래의 기술에 따른 기존의 냉방장치에 일부의 배관만을 수정하고 밀폐식냉각탑, 밸브, 온도센서 및 온도제어기를 추가로 구비하면 구현이 가능하므로 설치가 용이하고 비용이 절감될 수 있다. 또한, 냉각수 회로의 냉각탑에 의하여 냉각되는 냉각수를 이용하지 않고 별도의 밀폐식 냉각탑으로 냉방부하측에 공급할 냉수를 냉각하므로 외기의 온도가 충분히 낮지 않아 냉각탑을 이용한 외기냉방만으로 냉수가 설정 온도로 냉각되지 않을 때 밀폐식 냉각탑을 이용한 외기 냉방과 기존 방식의 냉동기 및 축열조를 이용한 냉방을 병행하여 운전할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치는 동절기에 저온의 외기를 냉방에 적극 활용함으로써 냉동기의 가동을 최소화하여 소비 전력을 감소시키고, 냉동기의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존의 냉방장치를 이용하여 구현하기가 용이하므로 냉방장치의 단가 및 설치비를 절감할 수 있는 효과도 있다.

Claims

압축기, 응축기 및 증발기로 구성되어 증발기를 통과하는 냉수를 냉각시키는 냉동기와, 냉방 부하측으로부터 냉수를 환수하는 환수헤더와, 상기 냉방 부하측으로 냉수를 공급하는 공급헤더로 구성되어 냉수를 순환시키는 냉수 회로와; 상기 냉동기와, 냉각수를 외기와 열교환하여 냉각시키는 냉각탑으로 구성되어 냉각수를 상기 냉동기의 응축기를 통과하여 순환시키는 냉각수 회로;로 구성되는 냉각탑을 이용한 냉방장치에 있어서,

상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 입구측에 접속하여 냉각수를 유출시키는 냉각수유출관과;

상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 출구측에 접속하여 냉각수를 유입시키는 냉각수유입관과;

상기 냉수 회로 중 상기 환수헤더 측에 차례로 접속하여 냉수를 유출 및 유입시키는 냉수유출관 및 냉수유입관과;

상기 냉각수유출관 및 상기 냉수유출관과 연결되어 냉각수와 냉수를 공급받아 서로 열교환시키고 각각 상기 냉각수유입관과 상기 냉수유출관을 통하여 배출시키는 열교환기와;

상기 냉각수 회로에 구비되어 상기 냉각수유출관으로 유출시키는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 유량조절수단과;

상기 냉수 회로에 구비되어 상기 냉수유출관으로 유출시키는 냉수의 유량을 조절하는 냉수 유량조절수단;

을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치.
압축기, 응축기 및 증발기로 구성되어 증발기를 통과하는 냉수를 냉각시키는 냉동기와, 상기 냉동기에 의해 냉각된 냉수를 축열재로 저장하여 두는 축열조로 구성되는 축열 회로와; 냉방 부하측으로부터 냉수를 환수하는 환수헤더와, 상기 축열조와, 상기 냉방 부하측으로 냉수를 공급하는 공급헤더로 구성되어 냉수를 순환시키는 냉수 회로와; 상기 냉동기와, 냉각수를 외기와 열교환하여 냉각시키는 냉각탑으로 구성되어 상기 냉동기의 응축기를 경유하도록 냉각수를 순환시키는 냉각수 회로;로 구성되는 축열조를 이용한 냉방장치에 있어서,

상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 입구측에 접속하여 냉각수를 유출시키는 냉각수유출관과;

상기 냉각수 회로 중 상기 냉동기 출구측에 접속하여 냉각수를 유입시키는 냉각수유입관과;

상기 냉수 회로 중 상기 환수헤더 측에 차례로 접속하여 냉수를 유출 및 유입시키는 냉수유출관 및 냉수유입관과;

상기 냉각수유출관 및 상기 냉수유출관과 연결되어 냉각수와 냉수를 공급받아 서로 열교환시키고 각각 상기 냉각수유입관과 상기 냉수유출관을 통하여 배출시키는 열교환기와;

상기 냉각수 회로에 구비되어 상기 냉각수유출관으로 유출시키는 냉각수의 유량을 조절하는 냉각수 유량조절수단과;

상기 냉수 회로에 구비되어 상기 냉수유출관으로 유출시키는 냉수의 유량을 조절하는 냉수 유량조절수단;

을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 냉각수 유량조절수단은,

상기 냉각수유출관의 접속지점에 설치되어 상기 냉각수유출관으로 공급되는 유량과 상기 냉각수 회로를 따라 흐르는 유량을 조절하는 삼방변(3-way valve)과;

상기 냉수 유입관에 구비되어 냉수의 온도를 측정하는 온도센서와;

상기 온도센서와 연결되어 측정된 냉수의 온도에 따라 상기 삼방변의 개폐를 제어하는 온도조절기;를 포함하여 구성되고,

상기 냉수 유량조절수단은,

상기 냉수유출관의 접속지점에 설치되어 상기 냉수유출관으로 공급되는 유량과 상기 냉수 회로를 따라 흐르는 유량을 조절하는 삼방변(3-way valve)인 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 냉각수 회로 중 상기 냉각수유출관의 접속지점과 상기 냉각탑 출구 사이에 구비되어 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서와;

상기 온도센서와 연결되어 측정된 냉각수의 온도가 설정된 온도 이상인 경우에만 상기 냉각탑의 팬을 가동시키는 온도조절기;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치.
압축기, 응축기 및 증발기로 구성되어 증발기를 통과하는 냉수를 냉각시키는 냉동기와, 냉방 부하측으로부터 냉수를 환수하는 환수헤더와, 상기 냉방 부하측으로 냉수를 공급하는 공급헤더로 구성되어 냉수를 순환시키는 냉수 회로와; 상기 냉동기와, 냉각수를 외기와 열교환하여 냉각시키는 냉각탑으로 구성되어 냉각수를 상기 냉동기의 응축기를 통과하여 순환시키는 냉각수 회로;로 구성되는 냉각탑을 이용한 냉방장치에 있어서,

상기 냉수 회로 중 상기 환수헤더 측에 차례로 접속하여 냉수를 유출 및 유입시키는 냉수유출관 및 냉수유입관과;

상기 냉수유출관 및 상기 냉수유입관 사이에 연결되어 유입된 냉수를 냉각시켜 공급해주는 밀폐식 냉각탑과;

상기 냉수 회로에 구비되어 상기 냉수유출관으로 유출시키는 냉수의 유량을 조절하는 냉수 유량조절수단;

을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치.
압축기, 응축기 및 증발기로 구성되어 증발기를 통과하는 냉수를 냉각시키는 냉동기와, 상기 냉동기에 의해 냉각된 냉수를 축열재로 저장하여 두는 축열조로 구성되는 축열 회로와; 냉방 부하측으로부터 냉수를 환수하는 환수헤더와, 상기 축열조와, 상기 냉방 부하측으로 냉수를 공급하는 공급헤더로 구성되어 냉수를 순환시키는 냉수 회로와; 상기 냉동기와, 냉각수를 외기와 열교환하여 냉각시키는 냉각탑으로 구성되어 상기 냉동기의 응축기를 경유하도록 냉각수를 순환시키는 냉각수 회로;로 구성되는 축열조를 이용한 냉방장치에 있어서,

상기 냉수 회로 중 상기 환수헤더 측에 차례로 접속하여 냉수를 유출 및 유입시키는 냉수유출관 및 냉수유입관과;

상기 냉수유출관 및 상기 냉수유입관 사이에 연결되어 유입된 냉수를 냉각시켜 공급해주는 밀폐식 냉각탑과;

상기 냉수 회로에 구비되어 상기 냉수유출관으로 유출시키는 냉수의 유량을 조절하는 냉수 유량조절수단;

을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치.
제 5항 및 제 6항에 있어서,

상기 냉수 유량조절수단은,

상기 냉수유출관의 접속지점에 설치되어 상기 냉수유출관으로 공급되는 유량 과 상기 냉수 회로를 따라 흐르는 유량을 조절하는 삼방변(3-way valve)과;

상기 냉수유입관을 통해 유입되는 냉수가 상기 냉수 회로에 합류하는 지점에 구비되어 냉수의 온도를 측정하는 온도센서와;

상기 온도센서와 연결되어 측정된 냉수의 온도에 따라 상기 삼방변의 개폐를 제어하는 온도조절기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동절기 냉각탑을 이용한 외기냉방장치.