KR20080034296A - 재활용 응축수를 사용하는 공기조화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축수를 재활용하는 공기조화 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 공기가 냉각될 때 발생하는 응축수를 재활용하여 냉각탑의 보충수로 활용하는 비용절감형 공기조화기에 관한 것이다.

본 발명은 냉각탑과 냉동기사이의 냉각시스템을 형성하는 1차 냉각수 순환계통과 냉동기와 냉각된 공기를 제공하는 공기조화기 사이에 형성된 2차 냉각수 순환계통을 포함하여 간접팽창식 냉각시스템이 형성되되, 상기 공기조화기를 관통하여 공급되는 공기와 2차 냉각수 순환계통과의 열교환에 의해 응축되는 대기중의 물방울을 저장하는 응축수 저장탱크가 냉각탑과 공기조화기 사이에 배관에 의해 연결되며, 상기 응축수 저장탱크에 저장된 응축수가 상기 냉각탑의 보충수로 사용되는 것을 특징으로 한다.

공기조화시스템, 응축수 재활용, 냉각탑

Description

재활용 응축수를 사용하는 공기조화 시스템{AN AIR CONDITIONING SYSTEM USING RECYCLED CONDENSATE}

도 1은 종래의 공기조화 시스템의 개략도.

도 2는 본 발명의 공기조화 시스템의 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉각탑 2 : 냉동기

3 : 공기조화기 4 : 1차 냉각수 순환 계통

5 : 2차 냉각수 순환계통 6 : 상수도

7 : 응축수 저장탱크 8 : 응축수 공급펌프

9,10 : 배관

본 발명은 응축수를 재활용하는 공기조화 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 공기가 냉각될 때 발생하는 응축수를 재활용하여 냉각탑의 보충수로 활용하는 비용절감형 공기조화기에 관한 것이다.

종래 여름철에 지하철 역과 같은 대형 구조물의 내부 공기를 순환하고 냉공기를 공급하는 공기조화시스템은 도 1 과 같은 구조를 가지고 있다.

도 1에서 냉각탑(1)과 냉동기(2) 사이에서 순환하는 1차 냉각수 순환 계통(4)은 냉각탑에서 저온의 냉각수가 나와서 냉동기에서 열교환을 하게 되고, 냉동기는 자체의 냉각 시스템에 의해 2차 냉각수 순환 계통(5)으로부터 열을 흡수하여 1차 냉각수 순환계통으로 열을 전달하여, 상기 1차 냉각수 순환 계통은 결과적으로 2차 냉각수 순환 계통으로부터 열을 흡수하여 고온의 냉각수가 되어 냉각탑으로 들어가게 된다.

상기 2차 냉각수 순환 계통(5)은 덕트에 의해 지하철 역과 연결되어 냉공기를 공급하는 공기조화기(3)와 연결되어 있다. 2차 냉각수는 냉동기(2)를 통과하면서 열교환을 통해 열을 방출하여 저온의 냉각수가 되어 공기조화기(3)를 통과하는 공기와 열교환을 하게 된다.

상기 공기조화기에서는 외기를 받아들여 열교환기에서 저온의 냉각수와 열교환이 이루어지게 하여, 외기의 온도를 하강시켜 냉공기가 되게 하고 냉각수는 공기에서 방출된 열을 흡수하여 고온의 냉각수가 되게 한다.

이때, 외기는 저온의 냉각수와 열교환을 하게 되면 기온이 하강하면서 외기의 포화수증기량이 감소하게 되어 수증기가 응축되어 응축수가 발생하게 된다.

상기 1차 냉각수 순환계통(4)에서 고온이 된 냉각수는 냉각탑에서 분무되어 외기와의 열교환에 의해 기온이 하강하게 된다. 이 경우, 분무시에 다수의 냉각수 가 외기에 의해 증발되거나 산포되어 다량의 냉각수의 손실이 발생하게 된다.

한편, 상기 공기조화기에서 발생한 응축수는 자연히 증발되거나 모아져서 버려지게 된다.

일반적으로 냉동 시스템에서 피냉각물체로부터 직접 냉매와의 열교환에 의해 열을 흡수하는 증발기를 가진 것을 직접팽창식이라고 하고 2차 냉매를 이용하여 물 또는 공기의 잠열을 이용하는 것을 간접팽창식이라고 하며, 보통 간접팽창식이 대용량으로 저비용이 드는 장점이 있다..

상기와 같은 구성은 2차 냉매를 사용하는 간접팽창식이며, 상기와 같은 공기조화 시스템을 운영하는 경우 냉각탑에서의 냉각수 손실을 보충하기 위해 보충수를 계속해서 공급해야 한다. 보충해 주어야 할 보충수의 양으로 지하철 역과 같은 대형 공간의 냉방에 필요한 양은 하루 평균 25톤에 달한다.

이렇듯이 하루 소비되는 상수도의 양이 적지 않기 때문에 수도요금으로 나가는 비용이 많게 된다. 비록 날이 더운 4개월 정도를 사용하지만, 이렇게 많은 양의 상수도량과 상수도 비용은 부담이 되지 않을 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 지하철 역에 사용되는 종래의 공기조화 시스템에서 발생하는 과다한 상수도의 사용과 고비용의 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 상수도의 사용을 줄여서 비용을 절감하기 위하여 역내로 유입되는 냉공기의 생성시 공기조화기에서 발생하는 응축수를 재활용 하고자 하는 것을 목적 으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 달성하기 위하여 다음과 같이 구성된다.

냉각탑(1)과 냉동기(2)사이의 냉각시스템을 형성하는 1차 냉각수 순환계통(4)과 냉동기(2)와 냉각된 공기를 제공하는 공기조화기(3) 사이에 형성된 2차 냉각수 순환계통(5)을 포함하여 간접팽창식 냉각시스템이 형성되되,

상기 공기조화기(3)를 관통하여 공급되는 공기와 2차 냉각수 순환계통(5)과의 열교환에 의해 응축되는 대기중의 물방울을 저장하는 응축수 저장탱크(7)가 냉각탑(1)과 공기조화기(3) 사이에 배관(9,10)에 의해 연결되며,

상기 응축수 저장탱크에 저장된 응축수가 상기 냉각탑(1)의 보충수로 사용되는 것을 특징으로 한다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 자세하게 살펴보도록 한다.

본 발명의 실시예는 도 2와 같이 구성되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 1차 냉각수 순환 계통과 2차 냉각수 순환 계통 및 냉각탑과 냉동기와 공기조화기로 구성되되 응축수를 재활용 할 수 있는 응축수 저장탱크가 부가된 구성을 가진다.

상기 냉각탑(1)은 1차 냉각수를 냉각하여 저온이 되도록 하는 장치로, 물을 찬 공기에 접촉시키면 물의 일부가 증발하며 증발에 필요한 열을 주변의 물로부터 빼앗아 수온을 내리는 현상을 이용한다. 이러한 현상을 이용하여, 탑 위에서 물을 흘러내려 비산시키고 밑에서 공기를 물어넣어 물을 잘 증발하도록 한다.

냉각탑은 물이 계속적으로 증발하며 냉각 효과를 발생시키기 때문에 보충수를 계속적으로 공급해 주어야 하며, 주로 상수도를 사용하여 보충수를 충당하여 준다.

상기 냉동기(2)는 일반적인 냉동기로 자체 냉각수 순환 시스템이 있으며, 고온의 2차 냉각수로부터 열을 흡수하여 1차 냉각수에 열을 전달하여 1차 냉각수를 고온의 냉각수로 만든다. 즉, 주된 기능은 2차 냉각수를 저온의 냉각수로 전환시키는 것이다.

이러한 경우, 상온에서 냉각탑과 냉동기를 가동할 때, 1차 냉각수는 고온일때 약 37℃ 이고 저온일때 약 32℃가 되며, 2차 냉각수는 고온일때 약 12℃ 이고 저온일때 약 7℃ 로 순환하게 된다.

상기 공기조화기(3)는 외기를 흡수하고 냉각된 냉기를 토출하는 통풍구를 구비하며, 외기와 2차 냉각수의 열교환을 통해 외기가 열을 빼앗겨 냉기로 되게 한다. 일반적인 경우 외기와 냉각수의 열교환은 표면적이 넓은 열교환기에서 이루어지게 된다.

상기 열교환기는 내부에 저온의 냉각수가 흐르고 외부에 공기가 흐르기 때문에 공기는 열을 빼앗기게 되고, 열을 빼앗기며 공기는 온도가 낮아지며 포화수증기량도 감소하게 되어 열교환기의 표면에 물방울이 맺히게 된다.

상기 응축수 저장탱크(7)는 방열기의 하부에 집수관을 설치하여 상기 열교환 기에 맺힌 물방울들인 응축수를 집수하여 배관에 의해 모아서 저장하기 위한 장소이다. 이렇게 모여진 응축수들은 응축수 저장탱크에 연결된 배관(9,10))을 통해 냉각탑으로 보내진다.

상기 응축수를 냉각탑에 보내는 경우에 필요한 수압을 형성하기 위하여 응축수 저장탱크와 냉각탑 사이에 있는 배관에 응축수 공급펌프(8)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 상기 펌프의 공급되는 응축수의 양을 충분히 확보하기 위해서는 응축수 저장탱크의 용량도 충분히 큰 것으로 하는 것이 펌프에 부담을 주지 않아 바람직하다.

상기 1차 냉각수 순환 계통은 전술한 바와 같이 냉각탑과 냉동기를 연결하는 냉각수가 내부에 흐르는 배관이며, 원활한 냉각수의 순환을 위해 1차 냉각수 순환 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 2차 냉각수 순환 계통은 전술한 바와 같이 냉동기와 공기조화기를 연결하며, 내부에 냉각수가 흐르는 배관으로 형성되고 원활한 냉각수의 순환을 위해 2차 냉각수 순환 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 저온의 냉각수가 흐르는 배관에 냉수 공급헤더를 고온의 냉수가 흐르는 배관에 냉수 환수헤더를 포함하는 것이 냉수량을 조절하여 적절한 양의 냉각수를 흐르게 하여 온도의 조절과 2차 냉각수 순환 펌프의 안정적인 운전에 도움이 된다.

또한, 상기 냉수 환수헤더에 밀폐형 팽창탱크를 연결하여 냉각수의 수압을 적절히 조절하여 순환펌프에 들어가기 전에 수압을 떨어뜨려 펌프에 무리가 가지 않도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 구성된 공기조화시스템은 다음과 같이 작동된다.

1차 냉각수 순환계통의 냉각수는 1차 냉각수 순환 펌프의 유압에 의해 저온인 32℃로 냉동기에 유입되고, 냉동기에서 냉동기 자체의 냉각수 순환 시스템에 의해 열을 흡수하여 37℃의 고온의 냉각수로 냉동기를 나오게 된다.

상기에서 냉동기는 2차 냉각수 순환 계통으로부터 열을 흡수하여 1차 냉각수에 열을 방출한 것이고, 2차 냉각수 순환 계통은 2차 냉각수 순환 펌프에서 형성된 유압에 의해 12℃의 고온으로 냉동기로 들어가서 열을 빼앗긴 후 7℃의 저온으로 냉동기를 나오게 된다.

저온의 2차 냉각수는 공기 조화기로 유입된 후 공기조화기 내의 열교환기에서 외기와 열교환을 통해 열을 흡수하여 12℃의 고온의 냉각수로 바뀌게 된다.

상기 공기조화기에서는 외기를 송풍기를 통해 유입하여 열교환기를 거치게 한 후, 냉각수에 의해 열을 빼앗기게 하여 찬 공기로 만들어 송풍기에 의해 덕트를 통해서 지하철 역사 등의 시설로 보내지게 된다.

상기의 열교환기에서 외기와 냉각수의 열교환에 의해 열교환기의 표면에 물방울이 응축되고, 이렇게 모여진 응축수는 배관을 통해 응축수 저장탱크로 유입되어 수집된다. 이렇게 수집된 응축수는 응축수 공급펌프에 의해 냉각탑으로 보내어져 보충수로 사용되어 진다.

한편 상기에서 1차 냉각수는 고온인 상태에서 냉각탑으로 들어가서 냉각탑의 상부에서 하부로 비산되어 공기와의 접촉에 의해 냉각되게 된다. 이때 증발되는 냉각수의 양만큼 보충되는 냉각수가 바로 재활용된 응축수이고 응축수로 부족한 냉각수는 상수도에 의해 보충된다.

상기와 같은 구성과 작동을 하는 공기 조화 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.

대형 구조물에 사용되는 공기조화 시스템에 있어서 필요한 냉각탑은 냉각수를 비산시켜 물의 증발 잠열을 이용하여 냉각효과를 얻게 되며, 그에 따라 증발되는 냉각수를 계속해서 보충해 주어야 한다. 본 발명에서는 이러한 보충수를 공기조화기에서 자연적으로 발생하는 응축수를 재활용하여 냉각탑에 보충해주게 된다.

따라서, 냉각탑에서 필요로 하는 많은 양의 보충수를 응축수를 재활용하여 상수도를 대체할 수 있는 효과가 있어 경제적으로 많은 상수도 비용을 절감할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 냉각탑(1)과 냉동기(2)사이의 냉각시스템을 형성하는 1차 냉각수 순환계통(4)과 냉동기(2)와 냉각된 공기를 제공하는 공기조화기(3) 사이에 형성된 2차 냉각수 순환계통(5)을 포함하여 간접팽창식 냉각시스템이 형성되되,

   상기 공기조화기(3)를 관통하여 공급되는 공기와 2차 냉각수 순환계통(5)과의 열교환에 의해 응축되는 대기중의 물방울을 저장하는 응축수 저장탱크(7)가 냉각탑(1)과 공기조화기(3) 사이에 배관(9,10)에 의해 연결되며,

   상기 응축수 저장탱크(7)에 저장된 응축수가 상기 냉각탑(1)의 보충수로 사용되는 것을 특징으로 하는 재활용 응축수를 사용하는 공기조화 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 응축수 저장탱크(7)와 냉각탑(1) 사이의 배관(10)에 응축수 공급펌프(8)가 연결된 것을 특징으로 하는 재활용 응축수를 사용하는 공기조화 시스템.

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