KR102604443B1 - 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템 - Google Patents

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송덕용
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Abstract

냉각탑 공기 흡입구를 통해서 유입된 공기를 이용하여 냉각수를 열교환한 후, 냉각탑 공기 토출구로 공기를 토출하는 냉각탑; 상기 냉각탑에서 냉각된 냉각수를 이용하여 냉수를 냉각하는 냉동기; 상기 냉동기에서 공급된 냉수를 이용하여 냉난방코일을 통해 열교환된 실내측 공급공기를 실내측 토출구를 통해 공급하는 공조기; 및 상기 공조기의 실내측 흡입구를 통해 흡입된 실내측 회수공기를 상기 냉각탑 공기 흡입구에 연결하는 제 1 실내공기 연결유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템이 개시된다. 따라서, 실내의 환기를 위해서 배출하는 습구온도가 낮은 실내공기를 제 1 실내공기 연결유로를 통해서, 습구온도가 높은 실외공기와 혼합하여 냉각탑의 열교환부에 공급함으로써, 냉각탑의 성능을 향상 시킬 수 있다.

Description

냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템{Air conditioner system integrated with refrigerator, cooling tower and air conditioner}
본 발명은 공조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내 공기를 환기 및 냉난방 할 수 있도록 공조기, 냉각탑 및 냉동기를 포함하는 공조시스템에 관한 것이다.
본 발명은 주거용 아파트, 주상복합건축물, 업무용 빌딩, 호텔, 병원 등과 같은 일반건물에 설치되는 공조 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 산업화의 급속한 진전에 따른 도시화의 영향으로 대도시에서는 가용공간을 확보하기 위하여 건물의 고층화와 지하공간의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 최근 증가추세에 있는 초고층 주상복합건물, 초고층아파트는 건물의 높이가 증가함으로써 건축공사비의 증가는 물론, 건물의 초고층화로 인하여 열원에서 공조기까지, 또한 공조기에서 실내기까지의 수직거리가 길어지게 되어 연장된 공조덕트 및 배관의 길이로 인해 반송동력비가 크게 상승하는 문제점을 가지고 있다.
특히, 공조시스템은 건물의 LCC(Life Cycle Cost)에서 가장 커다란 비중을 차지하는 에너지 비용과 직접적인 관련이 있기 때문에, 설계 초기단계에서부터 건물의 특성에 적합한 시스템이 선정되도록 신중하게 고려되어야 한다. 상기 공조시스템에는 냉동기, 보일러, 공조기 등이 설치된 중앙 기계실로부터 공조에 필요한 공기를 덕트를 통하여 소요처나 실내에 공급하는 중앙식 공조시스템과, 각 소요처마다 개별적으로 공조기와 실외기를 설치하여 냉난방을 실시하는 개별식 공조시스템이 있다.
상기 중앙식 공조시스템은 크게 열원설비, 반송설비 및 제어설비로 구분할 수 있다. 공기조화용으로 소비 되는 에너지양은 건물의 용도에 따라 차이가 있지만, 현대식 건물의 경우 건물 전체 에너지소비량의 40 ~ 50% 정도이고, 이 중에서 송풍 동력이 차지하는 비율이 약 40% 정도로서 전체 건물 에너지 소비량의 약 16~20%에 이르고 있다. 최근 초고층 건물 등 대규모의 건물이 활발하게 건설되면서 에너지의 반송시스템을 개선하여 유지관리비를 절감하고 공조시스템 설치에 필요한 공간의 축소를 통해 건물의 경제적인 가치를 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 공조시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 냉각탑, 냉동기 및 공조기를 일체로 형성하여 공간 및 설치비용을 획기적으로 절감한 일체형 공조 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 냉각탑 공기 흡입구를 통해서 유입된 공기를 이용하여 냉각수를 열교환 후, 냉각탑 공기 토출구로 공기를 토출하는 냉각탑; 상기 냉각탑에서 냉각된 냉각수를 이용하여 냉수를 냉각하는 냉동기; 상기 냉동기에서 공급된 냉수를 이용하여 냉난방코일을 통해 열교환된 실내측 공급공기를 실내측 토출구를 통해 공급하는 공조기; 및 상기 공조기의 실내측 흡입구를 통해 흡입된 실내측 회수공기를 상기 냉각탑 공기 흡입구에 연결하는 제 1 실내공기 연결유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템을 제공한다.
상기 제 1 실내공기 연결유로에 공급되는 상기 실내측 회수 공기량을 조절하는 제 1 실내공기 조절 댐퍼;를 더 포함한다.
상기 냉각탑 공기 흡입구 측에 설치되어 상기 냉각탑 공기 흡입구로 유입되는 공기를 예냉하는 냉각탑 예냉코일; 및 상기 냉난방 코일에서 발생한 응축수를 상기 냉각탑 예냉코일의 냉매로 공급하는 응축수 공급부;를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 응축수 공급부는, 상기 냉난방 코일의 응축수 저수조에 일단이 연결된 제 1 응축수 공급라인; 상기 제 1 응축수 공급라인의 타단에 일단이 연결되고, 상기 냉각탑 예냉코일의 냉매 유입구에 타단이 연결된 제 2 응축수 공급라인; 및 상기 제 1 응축수 공급라인 및 상기 제 2 응축수 공급라인 중 적어도 어느 하나에 설치된 응축수 펌프;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공조기는, 상기 공조기의 실외측 흡입구측에 설치된 공조기 예냉코일; 을 더 포함하고, 상기 응축수 공급부는, 상기 냉난방 코일에서 발생한 응축수를 상기 공조기 예냉코일에 냉매로 공급하는 것이 효과적이다.
상기 응축수 공급부는, 상기 제 1 응축수 공급라인의 타단에 일단이 연결되고, 상기 공조기 예냉코일의 냉매 유입구에 타단이 연결된 제 3 응축수 공급라인;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공조기와, 상기 냉각탑 및 상기 냉동기는 서로 면접하여 일체로 설치된 것이 효과적이다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
하나의 하우징 내부에 공조기, 냉각탑 및 냉동기를 일체화함으로써, 이들 간의 배관공사비가 감소하고, 냉각수 및 냉수 라인의 길이가 짧아져, 이들을 구동하는 펌프를 소형화할 수 있어, 운전비를 절감할 수 있다. 또한, 실외 또는 실내 어디에도 설치가 가능하여 별도의 기계실 및 공조기실이 불필요하게 되므로 건축비용을 절감할 수 있다.
실내의 환기를 위해서 배출되는 실내공기를 제 1 실내공기 연결유로를 통해서 냉각탑에 공급할 수 있다. 따라서, 실내의 환기를 위해서 배출하는 습구온도가 낮은 실내공기를 제 1 실내공기 연결유로를 통해서, 습구온도가 높은 실외공기와 혼합하여 냉각탑의 열교환부에 공급함으로써, 냉각탑의 성능을 향상 시킬 수 있다.
더구나, 공조기의 냉난방코일에서 발생하는 응축수를 제 1 응축수 공급라인, 제 2 응축수 공급라인 및 제 3 응축수 공급라인을 통해서, 공조기 예냉코일 및 냉각탑 예냉코일에 냉매로 공급한다. 그 결과, 냉각탑에 공급되는 공기의 습구온도를 더욱 낮출 수 있어, 냉각탑의 효율을 보다 증대시킬 수 있다.
또한, 공조기 예냉코일을 이용하여 공조기에 유입된 외부공기를 미리 냉각함으로써, 공조기의 효율도 보다 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 일체형 공조시스템의 개념도
도 2는 도 1의 일체형 공조시스템의 계통도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 일체형 공조시스템의 개념도, 도 2는 도 1의 일체형 공조시스템의 계통도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템은, 냉각탑 공기 흡입구(121)를 통해서 유입된 공기를 이용하여 냉각수를 열교환한 후, 냉각탑 공기 토출구(122)로 공기를 토출하는 냉각탑(100)과, 상기 냉각탑(100)에서 냉각된 냉각수를 이용하여 냉수를 냉각하는 냉동기(200)와, 상기 냉동기(200)에서 공급된 냉수를 이용하여 냉난방코일(311)을 통해 열교환된 실내측 공급공기를 실내측 토출구(301)를 통해 공급하는 공조기(300)와, 상기 공조기(300)의 실내측 흡입구(302)를 통해 흡입된 실내측 회수공기를 상기 냉각탑 공기 흡입구(121)에 연결하는 제 1 실내공기 연결유로(351)를 포함한다.
상기 공조기(300)와, 상기 냉각탑(100) 및 상기 냉동기(200)는 서로 면접하여 일체로 설치된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조기(300)의 일면에 냉각탑(100) 및 냉동기(200)가 적층되어 면접하도록 배치된다. 이와 같이, 공조기(300), 냉각탑(100) 및 냉동기(200)가 서로 면접하여 있으며, 하나의 하우징으로 이들을 감싼다. 그 결과, 하우징 비용이 절감된다. 즉, 하나의 하우징 내부에 공조기(300), 냉각탑(100) 및 냉동기(200)를 일체화함으로써, 이들 간의 배관공사비가 감소하고, 냉각수 및 냉수 라인의 길이가 짧아져, 이들을 구동하는 펌프를 소형화할 수 있어, 운전비를 절감할 수 있다. 또한, 실외 또는 실내 어디에도 설치가 가능하여 별도의 기계실 및 공조기실이 불필요하게 되므로 건축비용을 절감할 수 있다.
공조기(300)는, 실내측 공기를 흡입하는 실내측 흡입구(302)와, 실내측으로 냉난방된 공기를 토출하는 실내측 토출구(301)와, 외부로 공기를 배출하는 실외측 토출구(303)와, 외부에서 공기가 유입되는 실외측 흡입구(304)가 형성되며, 실내측 토출구(301)에 유입되는 공기를 냉동기(200)에서 공급되는 냉수를 이용하여 열교환(냉각)하는 냉난방 코일(311)과, 냉난방 코일(311)에 발생하는 응축수를 저수하는 응축수 저수조(312)와, 상기 공조기의 실외측 흡입구측(304)에 설치된 공조기 예냉코일(320)과, 실내측 토출구(301)에 설치된 실내측 송풍팬(360) 및 실외측 토출구(303)에 설치된 실외측 송풍팬(340)을 포함한다.
공조기(300)에 형성된 공기 유로는, 실내측 흡입구(302)와 실외측 토출구(303)를 연결하는 공기 배출유로(361)와, 실외측 흡입구(304)와 실내측 토출구(301)를 연결하는 공기 흡입유로(362)와, 공조기 예냉코일(320)의 상류측 공기 흡입유로(362)와 공기 배출유로(361)를 연결하는 공기 회수유로(363)를 포함한다. 또한, 각 공기 유로에는 공기 유동량을 조절할 수 있는 댐퍼가 설치된다. 공조기에 설치된 댐퍼는, 공기 배출유로(361)에 설치된 배출량 조절 댐퍼(352)와, 공기 회수유로(363)에 설치된 회수량 조절 댐퍼(364)와, 공기 흡입유로(362)에 설치된 흡입량 조절 댐퍼(365)를 포함한다.
공조기 예냉코일(320)은, 응축수를 냉매로 사용하는 것으로서, 실외측 흡입구(304)를 통해서 유입되는 공기와 분리된 유로로 응축수가 유입되어 열교환된다. 이때, 응축수의 증발을 돕기 위해서 응축수가 유입되는 유로에 증발용 공기를 송풍하는 예냉용 송풍기(330)가 설치된다. 공조기 예냉코일(320)은 간접식 증발냉각기등의 형태로 구성되며, 응축수의 현열 및 잠열로 공조기 예냉코일(320)로 유입되는 공기의 엔탈피를 떨어뜨려, 냉난방코일(311)의 부하 및 냉동기(200)의 부하를 저감할 수 있다.
냉각탑(100)은 냉각수를 외부 공기를 이용해서 열교환(냉각)한 후, 열교환된 냉각수를 냉동기에 공급하는 역할을 한다. 따라서, 냉각탑(100)은 냉각수와 외부 공기가 열교환되는 열교환부와, 열교환부에 공급되는 외부 공기를 예냉하는 예냉부를 포함한다.
냉각탑 열교환부는, 충진재(120)와, 충진재(120)에 냉각수를 살포하는 냉각수 살포 노즐(110)과, 냉각수 살포 노즐(110)에서 살포된 냉각수가 충진재(120)를 거쳐서 저수되는 냉각수 저수조(130)와, 공기가 유입되는 냉각탑 공기 흡입구(121)와, 냉각탑 공기 흡입구(121)에서 흡입된 공기를 이용하여 충진재(120)에서 냉각수와 열교환 후, 토출되는 냉각탑 공기 토출구(122)와, 냉각탑 공기 흡입구(121)에 공기를 송풍하는 송풍기(140)를 포함한다. 또한, 냉각수 저수조(130)에 저수된 냉각수를 냉동기(200) 측으로 공급하는 냉각수 공급파이프(101)와, 냉동기에서 열교환된 냉각수를 냉각수 살포 노즐(110)로 연결하는 냉각수 회수파이프(102)를 더 포함한다.
예냉부는, 상기 냉각탑 공기 흡입구(121) 측에 설치되어 상기 냉각탑 공기 흡입구(121)로 유입되는 공기를 예냉하는 냉각탑 예냉코일(150)과, 상기 냉난방코일(311)에서 발생한 응축수를 상기 냉각탑 예냉코일(150)의 냉매로 공급하는 응축수 공급부(170)를 포함한다. 예냉코일(150)은, 응축수를 냉매로 사용하는 것으로서, 냉각탑 공기 흡입구(121)로 유입되는 공기와 분리된 유로로 응축수가 유입되어 열교환된다. 이때, 응축수의 증발을 돕기 위해서 응축수가 유입되는 유로에 증발용 공기를 송풍하는 예냉용 송풍기(160)가 설치된다.
상기 응축수 공급부(170)는, 상기 냉난방 코일(311)의 응축수 저수조(312)에 일단이 연결된 제 1 응축수 공급라인(171)과, 상기 제 1 응축수 공급라인(171)의 타단에 일단이 연결되고, 상기 냉각탑 예냉코일(150)의 냉매 유입구(151)에 타단이 연결된 제 2 응축수 공급라인(172)과, 상기 제 1 응축수 공급라인(171) 및 상기 제 2 응축수 공급라인(172) 중 적어도 어느 하나에 설치된 응축수 펌프(174)와, 상기 제 1 응축수 공급라인(171)의 타단에 일단이 연결되고, 상기 공조기 예냉코일(320)의 냉매 유입구(321)에 타단이 연결된 제 3 응축수 공급라인(173)을 포함한다.
제 1 실내공기 연결유로(351)는, 일단이 공기 배출유로(361)에 연결되며, 타단이 냉각탑 공기 흡입구(121)와 연결된 냉각탑 흡입유로(123)의 냉각탑 예냉코일(150)의 상류측에 연결된다. 제 1 실내공기 조절 댐퍼(353)는 냉각탑 흡입유로(123) 상에 설치되어, 실내측 회수공기량을 조절한다.
냉동기(200)는 일반적인 냉동기의 구성으로서, 압축기(250), 응축기(220), 팽창밸브(260) 및 증발기(230)로 이루어지며, 응축기(220)에 냉각수를 공급하기 위해 설치된 냉각수 펌프(210) 및 증발기(230)에 냉수를 순환하기 위한 냉수 펌프(240)를 포함한다.
이하, 본 발명의 일실예의 동작 및 효과에 대해서 기술한다.
하나의 하우징 내부에 공조기(300), 냉각탑(100) 및 냉동기(200)를 일체화함으로써, 이들 간의 배관공사비가 감소하고, 냉각수 및 냉수 라인의 길이가 짧아져, 이들을 구동하는 펌프를 소형화할 수 있어, 운전비를 절감할 수 있다. 또한, 실외 또는 실내 어디에도 설치가 가능하여 별도의 기계실 및 공조기실이 불필요하게 되므로 건축비용을 절감할 수 있다.
제 1 실내공기 조절 댐퍼(353) 및 배출량 조절 댐퍼(352)를 사용하여 실내의 환기를 위해서 배출되는 실내공기를 제 1 실내공기 연결유로(351)를 통해서 냉각탑(100)에 공급할 수 있다. 따라서, 실내의 환기를 위해서 배출하는 습구온도가 낮은 실내공기를 제 1 실내공기 연결유로(351)를 통해서, 습구온도가 높은 실외공기와 혼합하여 냉각탑의 열교환부에 공급함으로써, 냉각탑의 성능을 향상 시킬 수 있다.
더구나, 공조기(300)의 냉난방코일(311)에서 발생하는 응축수를 제 1 응축수 공급라인(171), 제 2 응축수 공급라인(172) 및 제 3 응축수 공급라인(173)을 통해서, 공조기 예냉코일(320) 및 냉각탑 예냉코일(200)에 냉매로 공급한다. 그 결과, 냉각탑(100)에 공급되는 공기의 습구온도를 더욱 낮출 수 있어, 냉각탑의 효율을 보다 증대시킬 수 있다. 또한, 공조기 예냉코일(320)을 이용하여 공조기(300)에 유입된 외부공기를 미리 냉각함으로써, 공조기의 효율도 보다 증대시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100 : 냉각탑 121 : 냉각탑 공기 흡입구
122 : 냉각탑 공기 토출구 123 : 냉각탑 흡입유로
150 : 냉각탑 예냉코일 151 : 냉매 유입구
170 : 응축수 공급부 171 : 제 1 응축수 공급라인
172 : 제 2 응축수 공급라인 173 : 제 3 응축수 공급라인
174 : 응축수 펌프 200 : 냉동기
300 : 공조기 301 : 실내측 토출구
302 : 실내측 흡입구 311 : 냉난방코일
312 : 응축수 저수조 320 : 공조기 예냉코일
321 : 냉매 유입구 351 : 제 1 실내공기 연결유로
352 : 배출량 조절 댐퍼 353 : 제 1 실내공기 조절 댐퍼
360 : 실내측 송풍팬 361 : 공기 배출유로
362 : 공기 흡입유로 364 : 회수량 조절 댐퍼
365 : 흡입량 조절 댐퍼 340 : 실외측 송풍팬

Claims (7)

  1. 냉각탑 공기 흡입구(121)를 통해서 유입된 공기를 이용하여 냉각수를 열교환한 후, 냉각탑 공기 토출구(122)로 공기를 토출하는 냉각탑(100);
    상기 냉각탑(100)에서 냉각된 냉각수를 이용하여 냉수를 냉각하는 냉동기(200);
    상기 냉동기(200)에서 공급된 냉수를 이용하여 냉난방코일(311)을 통해 열교환된 실내측 공급공기를 실내측 토출구(301)를 통해 공급하는 공조기(300);
    상기 공조기(300)의 실내측 흡입구(302)를 통해 흡입된 실내측 회수공기를 상기 냉각탑 공기 흡입구(121)에 연결하는 제 1 실내공기 연결유로(351);
    상기 냉각탑 공기 흡입구(121) 측에 설치되어 상기 냉각탑 공기 흡입구(121)로 유입되는 공기를 예냉하는 냉각탑 예냉코일(150); 및
    상기 냉난방코일(311)에서 발생한 응축수를 상기 냉각탑 예냉코일(150)의 냉매로 공급하는 응축수 공급부(170);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실내공기 연결유로(351)에 공급되는 상기 실내측 회수공기량을 조절하는 제 1 실내공기 조절 댐퍼(353);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축수 공급부(170)는,
    상기 냉난방 코일(311)의 응축수 저수조(312)에 일단이 연결된 제 1 응축수 공급라인(171);
    상기 제 1 응축수 공급라인(171)의 타단에 일단이 연결되고, 상기 냉각탑 예냉코일(150)의 냉매 유입구(151)에 타단이 연결된 제 2 응축수 공급라인(172); 및
    상기 제 1 응축수 공급라인(171) 및 상기 제 2 응축수 공급라인(172) 중 적어도 어느 하나에 설치된 응축수 펌프(174);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공조기(300)는,
    상기 공조기의 실외측 흡입구측(304)에 설치된 공조기 예냉코일(320);
    을 더 포함하고,
    상기 응축수 공급부(170)는, 상기 냉난방 코일(311)에서 발생한 응축수를 상기 공조기 예냉코일(320)에 냉매로 공급하는 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 응축수 공급부(170)는,
    상기 제 1 응축수 공급라인(171)의 타단에 일단이 연결되고, 상기 공조기 예냉코일(320)의 냉매 유입구(321)에 타단이 연결된 제 3 응축수 공급라인(173);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4항, 제 5항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공조기(300)와, 상기 냉각탑(100) 및 상기 냉동기(200)는 서로 면접하여 일체로 설치된 것을 특징으로 하는 냉동기 냉각탑 공조기 일체형 공조시스템.
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