KR101303081B1 - 냉각탑 시스템 - Google Patents

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KR101303081B1
KR101303081B1 KR1020120135035A KR20120135035A KR101303081B1 KR 101303081 B1 KR101303081 B1 KR 101303081B1 KR 1020120135035 A KR1020120135035 A KR 1020120135035A KR 20120135035 A KR20120135035 A KR 20120135035A KR 101303081 B1 KR101303081 B1 KR 101303081B1
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장동룡
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미륭이씨오 주식회사
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Abstract

냉동기의 냉각용수를 냉각하기 위한 냉각탑 시스템은, 냉동기로부터 냉각탑으로 이송되는 냉각용수의 회수경로를 제공하는 냉각용수 회수배관, 냉각탑으로부터 냉동기로 이송되는 냉각용수의 공급경로를 제공하는 냉각용수 공급배관, 및 냉각용수 회수배관의 회수경로 상에 배치되어 냉각용수를 플라즈마를 이용하여 살균 처리하기 위한 살균처리장치를 포함할 수 있으며, 살균처리장치에서 플라즈마 발생 시 발생하는 열을 냉각용수 회수배관을 통과하는 냉각용수를 이용하여 처리할 수 있다.

Description

냉각탑 시스템{COOLING TOWER SYSTEM}
본 발명은 냉동기의 냉각용수를 살균 처리할 수 있는 냉각탑 시스템에 관한 것이다.
냉각탑은 냉동기의 응축기에 사용하는 냉각용수를 재차 사용하기 위하여 실외공기와 직접 접속시켜 이 물을 냉각하는 일종의 열교환장치이다. 예를 들어, 화력발전소나 화학공장에서는 다량의 냉각용수를 필요로 하는데, 양질의 공업용수를 대량으로 계속해서 공급하기란 곤란한 점이 많기 때문에, 일반적으로 일단 사용하여 온도가 올라간 물을 냉각해서 재사용하고 있다. 이때 대규모의 냉각조작을 위해 냉각탑이 사용된다.
그런데 냉각탑은 고온 다습한 환경을 가지고 있기 때문에 세균이나 바이러스의 온상이 될 수 있다. 실지로 화력발전소, 화학공장, 대형 목욕탕, 종합병원, 및 복지시설 등과 같이 대형 냉각탑을 보유한 시설에서는 기준치 이상의 세균이 검출되는 경우가 많고, 심지어 레지오넬라균(Legionella)까지 검출되고 있는 실정이다.
특히, 레지오넬라균은 건물 냉방기의 냉각탑수나 배관시설의 오염된 물에 있는 균으로 호흡기를 통해 전파될 수 있으며, 이 병에 일단 감염되면 감기처럼 목이 붓고 고열 및 설사 등의 증세를 보이며, 노약자는 이 균에 의한 폐렴으로 발전할 경우 치사율이 매우 높은 것으로 보고되고 있다.
따라서, 냉각탑은 항시 규칙적인 살균 점검을 하고, 기준치 이상의 세균이 검출되지 않도록 주기적인 살균 관리가 필요한 실정이다.
하지만, 현재 대부분의 건물에서 냉각탑의 냉각용수는 약품에 의한 살균 처리를 하고 있고, 약품 처리된 냉각용수는 환경을 오염시킬 수 있는 문제를 안고 있다. 물론, 일부에서는 냉각용수의 살균처리를 위해서 차아염소산(NaOCl), 자외선 처리(UV irradiation), 및 오존 처리(ozonation) 방법 등을 이용하고 있기는 하다.
다만, 차아염소산은 자극성이 있어 독성이 어류 및 다른 수중 생물에도 직접적인 영향을 주는 문제가 있고, 자외선 처리 방법은 자외선의 침투 깊이에 한계가 있어 대량의 냉각용수 처리에 부적합하고, 미생물 별로 적정 에너지밀도와 파장이 달라 살균 효과가 좋지 못하며, 자외선 램프의 수명이 짧아 유지 비용이 적지 않은 단점이 있다.
또한, 오존의 주입 방법은 미생물을 사멸하는 효과가 우수하나 오존은 고온에서 빠르게 분해되어 냉각용수를 낮은 수온으로 유지해야 하며, 초기 설비 투자 비용 및 유지 비용이 높다.
본 발명은 냉각용수의 살균 처리를 플라즈마를 통해서 구현하는 냉각탑 시스템을 제공한다.
본 발명은 플라즈마 발생시 발생하는 열을 별도의 냉각시설 없이 처리할 수 있는 냉각탑 시스템을 제공한다.
본 발명은 냉각용수의 살균처리를 위한 살균처리장치의 회수 및 교환이 간편한 냉각탑 시스템을 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 냉동기(refrigerator)의 냉각용수를 냉각하기 위한 냉각탑 시스템(cooling tower system)은, 냉동기로부터 냉각탑으로 이송되는 냉각용수의 회수경로를 제공하는 냉각용수 회수배관, 냉각탑으로부터 냉동기로 이송되는 냉각용수의 공급경로를 제공하는 냉각용수 공급배관, 및 냉각용수 회수배관의 회수경로 상에 배치되어 냉각용수를 플라즈마를 이용하여 살균 처리하기 위한 살균처리장치를 포함할 수 있으며, 살균처리장치에서 플라즈마 발생 시 발생하는 열을 냉각용수 회수배관을 통과하는 냉각용수를 이용하여 처리할 수 있다.
별도의 약품을 사용하지 않고 플라즈마를 이용하여 냉각용수를 살균 처리하여 환경오염 문제가 없고, 플라즈마 발생시 발생하는 고온의 열을 냉동기에서 냉각탑으로 회수되는 냉각용수를 이용하여 자연스럽게 처리할 수 있다. 이에, 별도의 냉각시설 설치가 필요하지 않다.
경우에 따라서, 살균처리장치는 냉각용수 공급배관이나 여타의 다른 배관, 및 냉각탑에 제공하는 것도 불가하지는 않다. 다만, 냉각용수가 살균처리장치를 통과하는 과정에서 온도 상승이 발생할 수 있기 때문에 냉각용수가 냉각탑으로 돌아가는 냉각용수 회수배관에 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각탑 시스템은 살균처리장치를 사이에 두고 냉각용수 회수배관의 회수경로를 우회하는 바이패스경로를 제공하는 냉각용수 바이패스관을 포함할 수 있다.
그리고, 냉각용수 바이패스관 상에 제공되는 바이패스관 조절밸브를 포함할 수 있으며, 바이패스관 조절밸브를 이용하여 살균처리장치로 공급되는 냉각용수의 양을 조절할 수 있다.
또한, 냉각탑 시스템은 바이패스관의 입구 후방과 살균처리장치 전방 사이의 냉각용수 회수배관 상에 제공되는 제1 회수배관 조절밸브를 포함할 수 있고, 제1 회수배관 조절밸브를 이용하여 살균처리장치로 공급되는 냉각용수의 양을 조절하거나 차단할 수 있다.
특히, 냉각탑 시스템은 바이패스관의 출구 전방과 살균처리장치 후방 사이의 냉각용수 회수배관 상에 제공되는 제2 회수배관 조절밸브를 더 포함할 수 있고, 제1 회수배관 조절밸브와 함께 제2 회수배관 조절밸브를 모두 차단하여 살균처리장치의 회수 및 교환이 가능하다.
즉, 노후로 인한 살균처리장치의 교체나 불시적인 고장으로 인한 살균처리장치의 교환 시에 제1 및 제2 회수배관 조절밸브를 모두 차단하여 냉각탑 시스템을 정지시키지 않고도 교체가 가능하다.
이상 본 발명의 냉각탑 시스템의 주요 구성요소를 살펴보았으며, 이하 본 냉각탑 시스템에 적용될 수 있는 살균처리장치에 대해서 상세히 설명한다.
살균처리장치는, 냉각용수 회수배관 상에 배치되어 회수경로 내의 냉각용수가 통과하는 냉각용수 배관, 냉각용수 배관 내측에 배치되며, 냉각용수 배관을 통과하는 냉각용수와 분리되는 기체 유입구 및 냉각용수 배관을 통과하는 냉각용수와 연통되는 기체 배출구가 형성되는 유전체관; 냉각용수로부터 격리되게 유전체관 내측에 배치되는 코어전극, 기체 배출구에 장착되어 기체 배출구를 통해서 냉각용수가 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하는 차단부재를 포함할 수 있으며, 기체 유입구를 통해서 공급되는 기체는 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 방전에 노출되며, 플라즈마 방전에 노출되어 플라즈마 생성물을 포함하는 기체는 기체 배출구를 통해서 냉각용수로 공급될 수 있다.
플라즈마 발생 시 코어전극 주변은 상당한 온도로 올라가게 되는데, 냉각용수 회수배관과 유전체관 사이로 지속적으로 냉각용수가 공급되기 때문에 자연스러운 냉각 효과가 발생한다.
유전체관은 다양한 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 석영(quartz), 유리, 유리 적층물(laminate)과 같은 세라믹 재료를 사용할 수도 있고, 경우에 따라서, 전기 절연성이 좋아 전기 부품으로 많이 사용되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 합성수지를 사용할 수도 있으며, 에폭시(epoxy)로 충전된 유리 적층물을 사용할 수도 있다. 물론, 유전체관의 재료는 상술한 재료에 제한되지 않으며, 유전체관은 절연성과 내열성이 좋은 임의의 유전체로 만들어질 수 있다.
다만, 냉각용수 배관은 유전체관 내측에서 발생하는 플라즈마를 관찰할 수 있게 적어도 일부가 투명한 투명부를 포함할 수 있는데, 이 경우 유전체관 역시 투명한 재질로 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 냉동기를 향하는 유전체관의 전방은 유선형으로 제공되어 유전체관 외측으로 지나가는 냉각용수와의 마찰을 최소화하도록 할 수 있다.
코어전극은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐(tungsten)이나 티타늄(titanium) 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있다.
코어전극에 교류 고전압 즉, 전원이 인가되면 코어전극 및 유전체관 사이에 방전이 유도된다. 이때, 유전체관의 내부로 강제로 공급되는 기체로부터 다양한 플라즈마 생성물이 발생되며, 플라즈마 생성물은 액상의 냉각용수로 공급되어 냉각용수를 살균 처리할 수 있다.
한편, 냉각용수 자체가 그라운드 전극 역할을 하거나 그라운드 전극과 연결될 수 있으며, 냉각용수가 그라운드 전극의 역할을 함으로써, 금속 전극을 사용할 때와 다르게 부식 문제를 해결할 수 있다.
또한, 코어전극은 유전체관 내에 배치되어 냉각용수와 직접 접촉하지 않으며, 이에 냉각용수의 전기 전도로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 차단부재는 기체 배출구에 장착되어 기체 배출구를 통해서 냉각용수가 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하는데, 차단부재는 단순하게 유전체관 내측에서 외측으로 기체만을 배출할 수 있는 밸브일 수도 있지만, 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 기포 상태로 냉각용수로 공급하는 디퓨저(diffuser)일 수 있으며, 기체를 기포 상태로 냉각용수에 공급함으로써, 플라즈마 생성물의 냉각용수 처리 효과를 향상시킬 수 있다.
차단부재가 디퓨저인 경우, 디퓨저는 냉각탑을 향하는 유전체관의 후방에 제공되어 배출되는 기포가 자연스럽게 냉각용수에 제공될 수 있고, 과도하게 배출되는 기포는 일부 냉각용수에 녹아 냉각탑에서 공기 중으로 분산 될 수 있다. 즉, 과량의 활성종 기체는 냉각수의 배관 속에서 냉각용수에 녹아들 수 있고, 냉각탑 낙차부위에서 대기 중으로 분산 및 확산될 수 있다.
또한, 일정 전압 이상의 고전압이 인가된 코어전극 및 유전체관 사이로 기체가 통과하게 되면 유전체관 내부의 절연 상태가 파괴되면서 플라즈마 상태가 발생하는데, 이때 다양한 종류의 플라즈마 생성물(예를 들면, 오존, 라티칼, 이온, 전자, 및 여기된 분자와 같은 활성 성분들)이 발생됨과 동시에 플라즈마 상태에서는 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선이 방출된다.
따라서, 유전체관을 외부에서 수용하는 중공의 원기둥 형태의 광촉매(photocatalyst) 다공망을 더 제공할 수 있고, 광촉매 다공망에 사용되는 광촉매는 TiO2 및 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
경우에 따라선, 유전체관의 내면이나 외면 중 적어도 어느 일측을 포함하는 표면에 광촉매를 포함하는 광촉매 코팅층을 제공할 수도 있다.
한편, 코어전극은 코어전극 고정부재에 의해서 유전체관 내측 중심에 배치 고정될 수 있으며, 코어전극 고정부재에는 유전체관으로 유입되는 기체가 통과할 수 있도록 삼각지지 형상으로 제공될 수 있다.
코어전극 고정부재는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)로 제조할 수 있으며, 폴리테트라플루오르에틸렌은 용융 알칼리 금속, 고온의 불소 가스 이외의 모든 약품에 침식되지 않으며, 내열성이 좋은 불연성 소재인데다, 전기 절연성도 양호하여, 코어전극과 직접 접촉되어도 성질이 변화하지 않기 때문에 코어전극을 유전체관에 고정할 수 있는 유용한 재료이다. 그 외에 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리에텔에텔케톤(polyetherether ketone; PEEK), 테플론, 및 우레탄 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
한편, 유전체관을 냉각용수 배관 내측 중심에 배치 고정하도록 유전체관 고정부재를 제공할 수 있으며, 이 역시 고온에 노출되어도 변형 훼손되지 않게 코어전극 고정부재와 동일하거나 유사한 재질로 제공할 수 있다.
또한, 유전체관 고정부재는 유전체관의 외주면을 감싸는 중심부 및 중심부에서 냉각용수 배관 내측까지 연장되는 적어도 하나 이상의 봉상의 지지부를 포함할 수 있다.
그리고, 지지부는 중공으로 제공될 수 있고, 일 단부는 유전체관 내측과 연결되며, 타 단부는 냉각용수 배관 외측으로 노출되게 할 수 있다.
그래서, 냉각용수 배관 외측에 배치되는 전원 공급부는 지지부의 중공을 통해서 코어전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 냉각용수 배관 외측에 배치되는 기체 공급부로부터 공급되는 기체가 지지부의 중공을 통해서 기체 유입구로 전달될 수 있다. 기체 공급부는 대기 중 공기를 제공할 수도 있지만, 특정 기체를 공급할 수도 있고, 특히, 공급되는 기체가 순수한 산소인 경우에는 플라즈마 처리를 통해서 산소로부터 오존이 발생할 수 있고, 이 오존은 냉각용수의 살균 처리에 보다 효율적일 수 있다.
또한, 지지부의 중공에 연결되어 유전체관 내측으로 공급되는 기체의 압력을 측정하는 압력계를 포함할 수 있다.
또한, 냉각용수 회수배관 사이를 연결하는 살균처리 장치에는 고온의 전압이 걸리는 관계로 안정상 냉각용수 회수배관과 전기적으로 절연되어야 한다.
이를 위해서 냉각용수 배관의 양 단은 각각 전기적으로 절연성을 갖는 팩킹부재에 의해서 냉각용수 회수배관과 결합될 수 있다.
팩킹부재는, 냉각용수 회수배관의 일 단에 제공되는 제1 플랜지(flange), 상기 제1 플랜지에 대응하여 상기 냉각용수 배관의 일단에 제공되는 절연성 제2 플랜지, 제1 및 제2 플랜지 사이에 배치되는 가스킷(gasket), 및 제1 및 제2 플랜지를 관통하여 결합시키는 복수개의 절연성 볼트를 포함할 수 있다.
참고로, 살균처리장치를 지나가는 냉각용수의 유속이나 유량에 따라서 코어전극에 제공되는 전압의 세기가 전원 공급부에서 조절될 수 있으며, 배관에 직접 연결하는 살균처리장치는 컴팩트한 구조로 설치 및 관리가 용이하고, 시간당 1톤 가량의 냉각용수를 0.2kw/hr정도의 소비 전력으로 처리가 가능하여 운용 비용 부담이 적다.
본 발명의 냉각탑 시스템은, 별도의 약품을 사용하지 않고 플라즈마를 이용하여 냉각용수를 살균 처리하여 환경오염 문제가 없고, 플라즈마 발생시 발생하는 고온의 열을 냉동기에서 냉각탑으로 회수되는 냉각용수를 이용하여 자연스럽게 처리할 수 있다. 이에, 고온의 살균처리장치를 위한 별도의 냉각시설 설치가 필요하지 않다.
본 발명의 냉각탑 시스템은 바이패스관의 출구 전방과 살균처리장치 후방 사이의 냉각용수 회수배관 상에 제공되는 제2 회수배관 조절밸브를 더 포함할 수 있고, 제1 회수배관 조절밸브와 함께 제2 회수배관 조절밸브를 모두 차단하여 살균처리장치의 회수 및 교환이 가능하다.
즉, 노후로 인한 살균처리장치의 교체나 불시적인 고장으로 인한 살균처리장치의 교환 시에 제1 및 제2 회수배관 조절밸브를 모두 차단하여 냉각탑 시스템을 정지시키지 않고도 교체가 가능하다.
본 발명의 냉각탑 시스템은 유전체관 외측으로 직접 냉각용수가 지나가며, 유전체관 내측으로 기체를 공급하고, 코어전극에 전압만 인가함으로써, 즉각적인 살균 처리가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각탑 시스템에서 살균처리장치 및 그 주변을 확대한 확대도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 냉각탑 시스템에서 살균처리장치를 확대한 확대도면이다.
도 4는 도 3에서 유전체관을 양 단에서 고정하기 위한 유전체관 고정부재를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑 시스템에서 살균처리장치를 확대한 확대도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑 시스템의 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 냉각탑 시스템에서 살균처리장치 및 그 주변을 확대한 확대도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 냉각탑 시스템에서 살균처리장치를 확대한 확대도면이며, 도 4는 도 3에서 유전체관을 양 단에서 고정하기 위한 유전체관 고정부재를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 냉각탑 시스템(100)은 냉동기(110)의 냉각용수를 냉각할 수 있으며, 냉동기(110), 공기 조화기(120), 냉각용수 회수배관(130), 냉각용수 공급배관(140), 및 살균처리장치(200)를 포함할 수 있다.
냉동기(110)는 냉매에 의하여 저온을 얻어 액체를 냉각 또는 냉동시키는 기계를 두루 지징하는 것으로서, 넓은 의미에서 열교환장치를 포함할 수 있고, 이미 널리 사용되는 냉동기의 주요부는 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 포함하고 있다.
또한, 공기 조화기(air conditioner)(120)는 공기를 흡입하여 이것을 냉동기(110)에서 제공되는 냉매를 이용하여 통해서 공기를 조화해서 내보내는 장치를 통칭하는 것으로, 장치 내에 공기 정화, 공기 냉각 및 감퇴, 공기 가열 및 가습의 기능을 가진, 각종의 기기가 케이싱에 수납될 수 있다. 본 실시예에서 공기 조화기(120)는 2개가 제공되나, 그 개수는 얼마든지 변경될 수 있다.
상기 냉매는 이하 냉각용수로 지칭해서 설명하며, 냉각용수 회수배관(130)은 냉동기(110)로부터 냉각탑(105)으로 이송되는 냉각용수의 회수경로(132)를 제공한다.
또한, 냉각용수 공급배관(140)은 냉각탑(105)으로부터 냉동기(110)로 이송되는 냉각용수의 공급경로(142)를 제공한다.
그리고, 살균처리장치(200)는 냉각용수 회수배관(130)의 회수경로(132) 상에 배치되어 냉각용수를 플라즈마를 이용하여 살균 처리할 수 있다.
살균처리장치(200)에서 플라즈마 발생 시 발생하는 열을 냉각용수 회수배관(130)을 통과하는 냉각용수를 이용하여 처리할 수 있다. 따라서, 별도의 약품을 사용하지 않고 플라즈마를 이용하여 냉각용수를 살균 처리하여 환경오염 문제가 없고, 플라즈마 발생시 발생하는 고온의 열을 냉동기(110)에서 냉각탑(105)으로 회수되는 냉각용수를 이용하여 자연스럽게 처리할 수 있다. 이에, 별도의 냉각시설 설치가 필요하지 않다.
또한, 냉각탑 시스템(100)은 살균처리장치(200)를 사이에 두고 냉각용수 회수배관(130)의 회수경로(132)를 우회하는 바이패스경로(152)를 제공하는 냉각용수 바이패스관(150)을 포함할 수 있다.
또한, 냉각용수 바이패스관(150) 상에 바이패스관 조절밸브(154)를 제공하며, 바이패스관 조절밸브(154)를 이용하여 살균처리장치(200)로 공급되는 냉각용수의 양을 조절할 수 있다.
또한, 냉각탑 시스템(100)은 냉각용수 바이패스관(150)의 입구(156) 후방과 살균처리장치(200) 전방 사이의 냉각용수 회수배관(130) 상에 제공되는 제1 회수배관 조절밸브(134)를 포함할 수 있고, 제1 회수배관 조절밸브(134)를 이용하여 살균처리장치(200)로 공급되는 냉각용수의 양을 조절하거나 차단할 수 있다.
특히, 본 실시예에서 냉각탑 시스템(100)은 냉각용수 바이패스관(150)의 출구(158) 전방과 살균처리장치(200) 후방 사이의 냉각용수 회수배관(130) 상에 제공되는 제2 회수배관 조절밸브(136)를 더 포함하며, 제1 회수배관 조절밸브(134)와 함께 제2 회수배관 조절밸브(136)를 모두 차단하여 살균처리장치(200)의 회수 및 교환이 가능하다.
즉, 노후로 인한 살균처리장치(200)의 교체나 불시적인 고장으로 인한 살균처리장치(200)의 교환 시에 제1 및 제2 회수배관 조절밸브(134, 136)를 모두 차단하여 냉각탑 시스템(100)을 정지시키지 않고도 교체가 가능하다.
이상 본 발명의 냉각탑 시스템의 주요 구성요소를 살펴보았으며, 이하 본 냉각탑 시스템에 적용될 수 있는 살균처리장치에 대해서 상세히 설명한다.
살균처리장치(200)는, 냉각용수 회수배관(130) 상에 배치되어 회수경로(132) 내의 냉각용수가 통과하는 냉각용수 배관(210), 냉각용수 배관(210) 내측에 배치되며, 냉각용수 배관(210)을 통과하는 냉각용수와 분리되는 기체 유입구(222) 및 냉각용수 배관(210)을 통과하는 냉각용수와 연통되는 기체 배출구(224)가 형성되는 유전체관(220), 냉각용수로부터 격리되게 유전체관(220) 내측에 배치되는 코어전극(230), 기체 배출구(224)에 장착되어 기체 배출구(224)를 통해서 냉각용수가 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하는 차단부재(250)를 포함할 수 있으며, 기체 유입구(222)를 통해서 공급되는 기체는 코어전극(230)에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 방전에 노출되며, 플라즈마 방전에 노출되어 플라즈마 생성물을 포함하는 기체는 기체 배출구(224)를 통해서 냉각용수로 공급될 수 있다.
플라즈마 발생 시 코어전극 주변은 상당한 온도로 올라가게 되는데, 냉각용수 회수배관(130)과 유전체관(220) 사이로 지속적으로 냉각용수가 공급되기 때문에 자연스러운 냉각 효과가 발생한다.
유전체관(220)은 다양한 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 석영, 유리, 유리 적층물과 같은 세라믹 재료를 사용할 수도 있고, 경우에 따라서, 전기 절연성이 좋아 전기 부품으로 많이 사용되는 폴리카보네이트 및 폴리에틸렌과 같은 합성수지를 사용할 수도 있으며, 에폭시로 충전된 유리 적층물을 사용할 수도 있다. 물론, 유전체관의 재료는 상술한 재료에 제한되지 않으며, 유전체관은 절연성과 내열성이 좋은 임의의 유전체로 만들어질 수 있다.
다만, 냉각용수 배관(210)은 유전체관(220) 내측에서 발생하는 플라즈마를 관찰할 수 있게 적어도 일부가 투명한 투명부(212)를 포함하며, 본 실시예에서는 유전체관(220) 역시 투명한 재질로 제공되어 플라즈마 방전이 제대로 이루어지는 지를 외부에서 확인할 수 있다.
또한, 냉동기(110)를 향하는 유전체관(220)의 전방 부분(C)은 유선형으로 제공되어 유전체관(220) 외측으로 지나가는 냉각용수와의 마찰을 최소화하도록 할 수 있다. 본 실시예에서는 유전체관 고정부재의 중심부가 유전체관(220)의 전방 부분(A)을 커버하고 있어서 유선형의 중심부가 냉각용수와의 마찰을 최소화하고 있으나, 경우에 따라서, 유전체관 전방 자체를 유선형 혹은 원뿔형 등과 같이 선단의 단면적을 줄여 마찰을 줄이는 것도 가능하다.
코어전극(230)은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐이나 티타늄 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있다.
코어전극(230)에 교류 고전압 즉, 전원이 인가되면 코어전극(230) 및 유전체관(220) 사이에 방전이 유도된다. 이때, 유전체관(220)의 내부로 강제로 공급되는 기체로부터 다양한 플라즈마 생성물이 발생되며, 플라즈마 생성물은 액상의 냉각용수로 공급되어 냉각용수를 살균 처리할 수 있다.
한편, 냉각용수 자체가 그라운드 전극 역할을 하거나 그라운드 전극과 연결될 수 있으며, 냉각용수가 그라운드 전극의 역할을 함으로써, 금속 전극을 사용할 때와 다르게 부식 문제를 해결할 수 있다.
또한, 코어전극(230)은 유전체관(220) 내에 배치되어 냉각용수와 직접 접촉하지 않으며, 이에 냉각용수의 전기 전도로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 차단부재(250)는 기체 배출구(224)에 장착되어 기체 배출구(224)를 통해서 냉각용수가 유전체관(220) 내측으로 유입되는 것을 방지하는데, 차단부재는 단순하게 유전체관 내측에서 외측으로 기체만을 배출할 수 있는 밸브일 수도 있지만, 본 실시예에서는 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 기포 상태로 냉각용수로 공급하는 디퓨저를 사용한다. 기체를 기포 상태로 냉각용수에 공급함으로써, 플라즈마 생성물의 냉각용수 처리 효과를 향상시킬 수 있다.
디퓨저는 냉각탑을 향하는 유전체관(220)의 후방에 제공되어 배출되는 기포가 자연스럽게 냉각용수에 제공될 수 있고, 과도하게 배출되는 기포는 일부 냉각용수에 녹아 냉각탑(105)에서 공기 중으로 분산 될 수 있다.
또한, 일정 전압 이상의 고전압이 인가된 코어전극(230) 및 유전체관(220) 사이로 기체가 통과하게 되면 유전체관(220) 내부의 절연 상태가 파괴되면서 플라즈마 상태가 발생하는데, 이때 다양한 종류의 플라즈마 생성물(예를 들면, 오존, 라티칼, 이온, 전자, 및 여기된 분자와 같은 활성 성분들)이 발생됨과 동시에 플라즈마 상태에서는 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선이 방출된다. 따라서, 발생된 자외선은 유전체관(220) 외측을 지나는 냉각용수를 살균하는 효과가 있다.
한편, 코어전극(230)은 코어전극 고정부재에 의해서 유전체관 내측 중심에 배치 고정될 수 있으며, 도면상 도시하지는 않지만 코어전극 고정부재는 유전체관으로 유입되는 기체가 통과할 수 있도록 유전체관 고정부재(260)와 유사하게 삼각지지 형상으로 제공될 수 있다.
코어전극 고정부재는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리에텔에텔케톤, 테플론, 및 우레탄 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있고, 코어전극 고정부재의 재질은 유전체관 고정부재의 재료로도 사용될 수 있다.
로 제조할 수 있으며, 폴리테트라플루오르에틸렌은 용융 알칼리 금속, 고온의 불소 가스 이외의 모든 약품에 침식되지 않으며, 내열성이 좋은 불연성 소재인데다, 전기 절연성도 양호하여, 코어전극과 직접 접촉되어도 성질이 변화하지 않기 때문에 코어전극을 유전체관에 고정할 수 있는 유용한 재료이다.
한편, 유전체관(220)을 냉각용수 배관(210) 내측 중심에 배치 고정하도록 도 3과 같이 유전체관 고정부재(260)를 유전체관(220)의 양 단부에 각각 제공하는데, 이 역시 고온에 노출되어도 변형 훼손되지 않게 코어전극 고정부재와 동일하거나 유사한 재질로 제공할 수 있다.
또한, 도 3의 ‘A’와 ‘B’에 각각 배치되는 2개의 유전체관 고정부재를 설명하기 위하여, 도 4에서는 유전체관을 유전체관의 길이방향에 수직하게 절개하여 도시하며, 유전체관 고정부재(260)는 유전체관(220)의 외주면을 감싸는 중심부(262) 및 중심부(262)에서 냉각용수 배관 내측까지 연장되는 적어도 하나 이상의 봉상의 지지부(264)를 포함할 수 있으며, 본 실시예에서는 3개의 지지부(264)가 제공된다.
그리고, 지지부(264)는 중공으로 제공되며, 일 단부는 유전체관(220)의 기체 유입구(222)를 통해서 유전체관(220) 내측과 연결되며, 타 단부는 냉각용수 배관(210) 외측으로 노출되게 연장된다.
그래서, 냉각용수 배관(210) 외측에 배치되는 전원 공급부(300)는 지지부(264)의 중공을 통해서 코어전극(230)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 냉각용수 배관(210) 외측에 배치되는 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체가 지지부(264)의 중공을 통해서 기체 유입구(222)로 전달될 수 있다.
또한, 지지부(264)의 중공에 연결되어 유전체관(220) 내측으로 공급되는 기체의 압력을 측정하는 압력계(500)를 포함할 수 있으며, 본 실시예에 압력계(500)는 유전체관(220)의 후방에 배치되는 지지부(264)를 통해서 유전체관(220) 내측의 기체 압력을 측정한다.
또한, 냉각용수 회수배관(130) 사이를 연결하는 살균처리장치(200)에는 고온의 전압이 걸리는 관계로 안전상 냉각용수 회수배관(130)과 전기적으로 절연되어야 한다.
이를 위해서 냉각용수 배관(210)의 양 단은 각각 전기적으로 절연성을 갖는 팩킹부재(270)에 의해서 냉각용수 회수배관(130)과 결합될 수 있다.
팩킹부재(270)는, 냉각용수 회수배관의 일 단에 제공되는 제1 플랜지(272), 제1 플랜지(272)에 대응하여 냉각용수 배관(210)의 일단에 제공되는 절연성 제2 플랜지(274), 제1 및 제2 플랜지(272, 274) 사이에 배치되는 가스킷(276), 및 제1 및 제2 플랜지(272, 274)를 관통하여 결합시키는 복수개의 절연성 볼트(278)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑 시스템에서 살균처리장치를 확대한 확대도면이다.
도 5에 도시된 살균처리장치는 사실상 앞선 실시예에 따른 살균처리장치와 동일하다. 이에, 본 실시예에서는 앞서 실시예에서 추가되는 구성요소를 중심으로 설명하며, 앞선 실시예에서 이미 설명한 구성요소에 대해서는 설명을 생략할 수 있다. 또한, 앞선 실시예와 동일한 구성요소들은 도면부호를 동일하게 사용한다.
도 5를 참조하면, 일정 전압 이상의 고전압이 인가된 코어전극(230) 및 유전체관(220) 사이로 기체가 통과하게 되면 유전체관(220) 내부의 절연 상태가 파괴되면서 플라즈마 상태가 발생하는데, 이때 다양한 종류의 플라즈마 생성물이 발생됨과 동시에 플라즈마 상태에서는 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선이 방출된다.
따라서, 유전체관(220)을 외부에서 수용하는 중공의 원기둥 형태의 광촉매 다공망을 더 제공할 수 있고, 광촉매 다공망(280)에 사용되는 광촉매는 TiO2 및 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 경우에 따라선, 유전체관의 내면이나 외면 중 적어도 어느 일측을 포함하는 표면에 광촉매를 포함하는 광촉매 코팅층을 제공할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100：냉각탑 시스템 105：냉각탑
110：냉동기 120：공기 조화기
130：냉각용수 회수배관 132：회수경로
134：제1 회수배관 조절밸브 136：제2 회수배관 조절밸브
140：냉각용수 공급배관 142：공급경로
150：냉각용수 바이패스관 152：바이패스경로
154：바이패스관 조절밸브 200：살균처리장치
210：냉각용수 배관 212：투명부
220：유전체관 222：기체 유입구
224：기체 배출구 230：코어전극
250：차단부재 260：유전체관 고정부재
262：중심부 264：지지부
270：팩킹부재 272：제1 플랜지
274：제2 플랜지 276：가스킷
278：볼트 280：광촉매 다공망
274：제2 플랜지 276：가스킷
300：전원 공급부 400：기체 공급부
500：압력계

Claims (23)

  1. 냉동기(refrigerator)의 냉각용수를 냉각하기 위한 냉각탑 시스템(cooling tower system)에 있어서,
    상기 냉동기로부터 상기 냉각탑으로 이송되는 상기 냉각용수의 회수경로를 제공하는 냉각용수 회수배관;
    상기 냉각탑으로부터 상기 냉동기로 이송되는 상기 냉각용수의 공급경로를 제공하는 냉각용수 공급배관; 및
    상기 냉각용수 회수배관의 회수경로 상에 배치되어 상기 냉각용수를 플라즈마를 이용하여 살균 처리하기 위한 살균처리장치;
    를 포함하며, 상기 살균처리장치에서 플라즈마 발생 시 발생하는 열을 상기 냉각용수 회수배관을 통과하는 상기 냉각용수를 이용하여 처리하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 살균처리장치를 사이에 두고 상기 냉각용수 회수배관의 회수경로를 우회하는 바이패스경로를 제공하는 냉각용수 바이패스관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각용수 바이패스관 상에 제공되는 바이패스관 조절밸브를 포함하며,
    상기 바이패스관 조절밸브를 이용하여 상기 살균처리장치로 공급되는 상기 냉각용수의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 바이패스관의 입구 후방과 상기 살균처리장치 전방 사이의 상기 냉각용수 회수배관 상에 제공되는 제1 회수배관 조절밸브를 포함하며,
    상기 제1 회수배관 조절밸브를 이용하여 상기 살균처리장치로 공급되는 상기 냉각용수의 양을 조절하거나 차단하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 바이패스관의 출구 전방과 상기 살균처리장치 후방 사이의 상기 냉각용수 회수배관 상에 제공되는 제2 회수배관 조절밸브를 포함하며,
    상기 제1 회수배관 조절밸브와 함께 상기 제2 회수배관 조절밸브를 모두 차단하여 상기 살균처리장치의 회수 및 교환이 가능한 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 살균처리장치는,
    상기 냉각용수 회수배관 상에 배치되어 상기 회수경로 내의 상기 냉각용수가 통과하는 냉각용수 배관;
    상기 냉각용수 배관 내측에 배치되며, 상기 냉각용수 배관을 통과하는 상기 냉각용수와 분리되는 기체 유입구 및 상기 냉각용수 배관을 통과하는 상기 냉각용수와 연통되는 기체 배출구가 형성되는 유전체관;
    상기 냉각용수로부터 격리되게 상기 유전체관 내측에 배치되는 코어전극;
    상기 기체 배출구에 장착되어 상기 기체 배출구를 통해서 상기 냉각용수가 상기 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하는 차단부재;
    를 포함하며, 상기 기체 유입구를 통해서 공급되는 기체는 상기 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 방전에 노출되며, 상기 플라즈마 방전에 노출되어 플라즈마 생성물을 포함하는 기체는 상기 기체 배출구를 통해서 상기 냉각용수로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차단부재는 상기 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 기포 상태로 상기 냉각용수로 공급하는 디퓨저(diffuser)인 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디퓨저는 상기 냉각탑을 향하는 상기 유전체관의 후방에 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 냉각용수 배관 내부에 상기 유전체관을 배치하기 위한 유전체관 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유전체관 고정부재는 상기 유전체관의 외주면을 감싸는 중심부 및 상기 중심부에서 상기 냉각용수 배관 내측까지 연장되는 적어도 하나 이상의 봉상의 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지부는 중공으로 제공되며, 일 단부는 상기 유전체관 내측과 연결되며, 타 단부는 상기 냉각용수 배관 외측으로 노출되는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각용수 배관 외측에 배치되는 전원 공급부는 상기 지지부의 중공을 통해서 상기 코어전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 냉각용수 배관 외측에 배치되는 기체 공급부로부터 공급되는 기체가 상기 지지부의 중공을 통해서 상기 기체 유입구로 전달되는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지지부의 중공에 연결되어 상기 유전체관 내측으로 공급되는 기체의 압력을 측정하는 압력계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 냉동기를 향하는 상기 유전체관의 전방은 유선형으로 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  16. 제6항에 있어서,
    각각의 상기 유전체관을 외부에서 수용하는 중공의 원기둥 형태의 광촉매 다공망을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광촉매 다공망에 사용되는 광촉매는 TiO2 및 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 유전체관은 석영, 유리, 및 세라믹 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  19. 제6항에 있어서,
    상기 코어전극을 상기 유전체관 내측에 고정하며,
    상기 유전체관으로 유입되는 상기 기체의 원활한 통과성을 위해 삼각지지 형상의 코어전극 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 코어전극 고정부재는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리에텔에텔케톤(polyetherether ketone; PEEK), 테플론, 및 우레탄 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  21. 제6항에 있어서,
    상기 냉각용수 배관은 적어도 일부가 투명한 투명부를 포함하며,
    상기 투명부를 통해서 상기 유전체관 내측에서 플라즈마가 발생하는 여부를 확인 가능한 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  22. 제6항에 있어서,
    상기 냉각용수 배관의 양 단은 각각 팩킹부재에 의해서 각각 상기 냉각용수 회수배관과 전기적으로 분리되게 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 팩킹부재는, 상기 냉각용수 회수배관의 일 단에 제공되는 제1 플랜지(flange); 상기 제1 플랜지에 대응하여 상기 냉각용수 배관의 일단에 제공되는 절연성 제2 플랜지; 상기 제1 및 제2 플랜지 사이에 배치되는 가스킷(gasket); 및 상기 제1 및 제2 플랜지를 관통하여 결합시키는 복수개의 절연성 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 시스템.
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