KR20180102706A

KR20180102706A - 냉각탑을 채용한 냉각장치를 위한 써모싸이폰 냉각기

Info

Publication number: KR20180102706A
Application number: KR1020187026158A
Authority: KR
Inventors: 제임스 더블유. 펄롱; 죠세프 더블유. 필리스; 델마 이. 레만
Original assignee: 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2018-09-17
Also published as: US20160348979A1; AU2010354078B2; US10451351B2; BR112012030204A2; EP2577205A2; KR20130031300A; US10302363B2; JP5800894B2; WO2011149487A3; CN110118493A; US20110289951A1; US9939201B2; WO2011149487A2; DK2577205T3; ZA201208280B; AU2010354078A1; BR112012030204B1; JP2013528277A; KR20160027208A; CN103282734A

Abstract

일 실시 예에 있어서, 냉각장치는 건식 냉각을 통해서 유동하는 냉각 유체를 냉각시키는 써모싸이폰 냉각기과, 증발식 냉각을 통해서 냉각 유체를 냉각시키는 냉각탑를 포함할 것이다. 써모싸이폰 냉각기는 쉘 및 튜브 증발기와 공랭식 응축기 사이에서 냉매를 순환시키기 위해 자연적인 대류를 이용할 것이다. 써모싸이폰 냉각기는 냉각탑과 병행하여 냉각장치 상류에 위치하고, 써모싸이폰 냉각기가 냉각탑을 작동시키는 것보다 경제적이고 및/또는 효율적인 재원인 경우에 작동될 것이다. 따라서, 어떤 실시 예들에 있어서, 다른 것들 중에서 주위온도, 전기의 단가, 및 물의 단가와 같은 요소들이 써모싸이폰 냉각기, 냉각탑 또는 이들 모두를 작동시켜야 하는지 여부를 결정하는데 사용될 것이다.

Description

냉각탑을 채용한 냉각장치를 위한 써모싸이폰 냉각기{THERMOSYPHON COOLERS FOR COOLING SYSTEMS WITH COOLING TOWERS}

관련출원의 상호참조

본 출원은 "THERMOSYPHON COOLERS FOR COOLING SYSTEMS WITH COOLING TOWERS"라는 발명의 명칭으로 2010년 5월 27일자로 출원된 미국 임시출원번호 제 61/349,080 호의 우선권을 주장하며, 상기 특허문헌은 여기에서는 참조로서 통합된 것이다.

본 발명은 써모싸이폰 냉각기(thermosyphon coolers)에 관한 것으로, 특히 냉각탑을 채용하는 냉각장치에서 사용하기 위한 써모싸이폰 냉각기에 관한 것이다.

냉각탑은 가열, 통기, 공기조화(HVAC) 시스템, 파워 플랜트 및 산업용 공정으로부터 나오는 열을 제거하는데 자주 사용된다. 일반적으로, 냉각탑은 냉각탑을 통해서 물을 아래로 향하게 하는 노즐들과, 냉각탑을 통해서 공기를 위로 향하게 하거나 자유로이 순환하게 하는 팬을 포함할 것이다. 공기와 물 사이의 상호작용은 물의 증발을 증진하게 되고, 이에 의해서 나머지 물이 냉각된다. 개방된 루프의 냉각탑에 있어서, 냉각탑 물은 냉각장치를 통해서 직접적으로 순환될 것이며, 이에 반해서, 폐쇄된 루프의 냉각탑에 있어서, 냉각탑 물은 열교환기 코일을 통해서 이동될 것이며, 이것은 냉각 유체의 별도 유동을 냉각시키게 되고, 상기 냉각 유체는 다시 냉각장치를 통해서 순환하게 된다.

증발과정 동안에, 물은 냉각탑으로부터 손실될 것이며, 소금이나 다른 용해된 고체들과 같은 불순물들이 냉각탑 내에 집중될 것이다. 집중된 불순물들을 함유하는 냉각탑의 부분은 블로우 다운(blowdown)에 의해서 제거될 것이다. 증발과 블로우 다운에 의해서 야기된 물 손실을 보완하기 위해서, 냉각탑에는 보급수가 추가될 것이다. 따라서, 냉각탑은 상당한 양의 물을 소모하는데, 몇몇의 경우에는 연간 백만 갤런의 물이 소모되고, 공정 내에서 물의 최대 소비처중 하나가 될 것이다.

본 발명은 냉각탑을 사용하는 냉각장치에 채용될 써모싸이폰 냉각기에 관한 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "냉각탑"은 물과 같은 유체를 주위 공기를 사용하는 증발식 냉각에 의해서 냉각시키는 개방된 루프와 폐쇄된 루프의 냉각탑을 포함한다. 냉각탑은 상대적인 저온에 의해 공정유체를 냉각시키는데 특히 유용할 것이며, 이것은 건식 냉각과 비교해서 증발식 냉각에 의해서 달성될 것이다. 또한, 냉각탑은 냉각되는 빌딩의 근처나 다른 목적을 위해서 사용될 공정의 근처에서 부동산으로서 공정으로부터 멀리 떨어져서 위치함으로써, 장치 레이아웃을 결정하는데 있어서 유연성을 제공할 것이다. 그러나, 증발식 냉각으로 인하여, 냉각탑은 많은 양의 물을 소비할 것이다. 물을 보전하기 위해서, 특히 물이 단거리에 걸쳐서 및/또는 저렴하게 공급되는 영역에서, 냉각탑과 연관된 다른 형식의 냉각장치들을 채용하는 것이 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명은 냉각탑을 포함하는 냉각장치에서 추가적인 및/또는 대안적인 냉각을 제공하도록 채용될 써모싸이폰 냉각기와 같은 건식 방열장치에 관한 것이다. 써모싸이폰 냉각기는 냉각탑의 상류에서 냉각장치에 위치할 것이며, 냉각탑과 직렬을 이루고, 냉각탑보다 경제적으로 및/또는 효율적으로 작동될 것이다. 예를 들면, 주위온도가 낮은 경우에, 냉각탑의 물 소비를 감소시키기 위해서 써모싸이폰 냉각기를 작동시키는 것이 바람직할 것이다. 주위온도가 높은 경우에는, 증발식 냉각을 통해서 달성될 낮은 공정 냉각 유체 온도를 제공하기 위해서 냉각탑을 작동시키는 것이 바람직할 것이다. 몇몇 실시 예들에 따르면, 다른 것들 중에서 주위온도, 전기 단가, 물 단가, 공정 열교환기를 빠져나가는 가열된 냉각 유체의 온도, 및 공정 열교환기로 들어오는 냉각 유체의 원하는 온도와 같은 요소들은, 써모싸이폰 냉각기, 냉각탑 또는 이둘 모두의 작동여부를 결정하는데 사용될 것이다. 바람직한 배열에 있어서, 써모싸이폰 냉각기는 쉘과 튜브 증발기 및 공랭식 응축기를 포함할 것이다. 냉각탑 물은 증발기의 튜브들을 통해서 유동하고, 튜브 증발기와 공랭식 응축기 사이에서 순환하는 냉매로 열을 전달할 것이다. 써모싸이폰 냉각기는 냉각장치 내에서 압력강하를 최소화하여 냉매가 증발기와 응축기 사이에서 자연적인 대류에 의하여 순환하도록 설계될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "자연적인 대류"는 기계적인 힘, 예를 들어 펌프나 압축기에 의해서 제공되는 기계적인 힘을 가하지 않은 유체의 순환을 의미한다. 어떤 실시 예들에 따르면, 공랭식 응축기와 증발기 사이에서 가열된 냉매의 부양과 높이 차는 자연적인 대류를 통해서 냉매를 순환시키기 위한 구동력을 제공할 것이다. 왜냐하면, 냉매는 자연적인 대류를 사용하여 순환될 것이고, 응축기 팬들과 그들의 모터(들)은 써모싸이폰 냉각기에서 단지 가동부분이 될 것이기 때문이다. 따라서, 써모싸이폰 냉각기는 펌프식 동파방지 냉각루프를 수행하는 종래의 건식 냉각기들과 비교했을 때 에너지 소비와 유지보수의 비율이 상대적으로 낮을 것이다.

써모싸이폰 냉각기 내의 증발기는 증발기 튜브의 내부가 세척될 수 있게 하는 접근가능한 덮개 및/또는 제거가능한 부품들을 포함할 것이다. 따라서, 써모싸이폰 냉각기는 물이 용해된 고체들과 다른 오염물질들에 노출되는 개방된 루프의 냉각탑 장치에서 냉각탑 물을 순환하기에 특히 적합할 것이다. 또한, 써모싸이폰 냉각기는 글리콜과 같은 동파방지제를 함유하는 별도의 루프를 채용하기보다는 써모싸이폰 냉각기로 하여금 냉각탑 물을 직접적으로 냉각할 수 있게 하는 동파방지장치를 포함할 것이다.

본 발명은 냉각탑을 사용하는 냉각장치에 채용될 써모싸이폰 냉각기에 관한 것이다. 물과 같은 유체를 주위 공기를 사용하는 증발식 냉각에 의해서 냉각시키는 개방된 루프와 폐쇄된 루프의 냉각탑은 상대적인 저온에 의해 공정유체를 냉각시키는데 특히 유용할 것이며, 이것은 건식 냉각과 비교해서 증발식 냉각에 의해서 달성될 것이다. 또한, 냉각탑은 냉각되는 빌딩의 근처나 다른 목적을 위해서 사용될 공정의 근처에서 부동산으로서 공정으로부터 멀리 떨어져서 위치함으로써, 장치 레이아웃을 결정하는데 있어서 유연성을 제공할 것이다.

도 1은 써모싸이폰 냉각기 및 개방된 루프 냉각탑을 채용하는 냉각장치의 실시 예의 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 도 1에 도시된 써모싸이폰 냉각기의 실시 예의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 써모싸이폰 냉각기의 실시 예의 개략적인 다이어그램이다.
도 4는 써모싸이폰 냉각기 및 개방된 루프 냉각탑을 채용하는 냉각장치의 다른 실시 예의 개략적인 다이어그램이다.
도 5는 써모싸이폰 냉각기 및 폐쇄된 루프 냉각탑을 채용하는 냉각장치의 실시 예의 개략적인 다이어그램이다.
도 6은 써모싸이폰 냉각기의 작동방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 6에 도시된 써모싸이폰 냉각기의 작동방법을 계속 나타내는 흐름도이다.
도 8은 써모싸이폰 냉각기를 작동시키도록 채용되는 입력과 출력을 나타내는 챠트이다.
도 9는 건식 방열장치 및 개방된 루프 냉각탑을 채용하는 냉각장치의 실시 예의 개략적인 다이어그램이다.
도 10은 건식 방열장치의 작동방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 써모싸이폰 냉각기 및 개방된 루프 냉각탑을 채용하는 냉각장치의 다른 실시 예의 개략적인 다이어그램이다.

도 1은 써모싸이폰 냉각기(12)와 냉각탑(14)을 채용하는 냉각탑(14)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 냉각장치(10)는 빌딩(16) 또는 어는점 이상의 온도로 유지되는 지역 내에 주로 위치한다. 그러나, 써모싸이폰 냉각기(12)와 냉각탑(14)과 같이 냉각장치(10)의 어떤 부품들은 예를 들어 빌딩(16)의 지붕과 같이 빌딩(16)의 외부에 위치할 것이다. 또한, 다른 실시 예들에 있어서, 냉각탑(14)은 빌딩(16)이나 공정영역으로부터 일정거리만큼 떨어져서 위치할 것이며, 어떤 실시 예들에 있어서는 지면에 위치하게 될 것이다.

냉각장치(10)는 공정 루프(20)로부터 나오는 열을 냉각장치 루프(22)로 전달하도록 사용될 공정 열교환기(18)를 포함한다. 어떤 실시 예들에 따르면, 공정 루프(20)는 냉매, 수증기 또는 다른 증기와 같은 응축될 공정유체를 순환시킬 것이다. 예를 들면, 공정 루프(20)는 응축될 압축 냉매 증기를 수냉각기로부터 순환시킬 것이다. 다른 예에 있어서, 공정 루프(20)는 응축될 수증기를 증기 터어빈으로부터 순환시킬 것이다. 다른 예에 있어서, 공정 루프(20)는 냉각이 필요한 산업용 공정을 위한 공정유체를 순환시킬 것이다.

냉각장치 루프(22)는 물 또는 물과 다른 성분들의 혼합물과 같이 냉각될 유체를 순환시킬 것이다. 냉각 유체가 공정 열교환기(18)를 통해서 유동함에 따라서, 냉각 유체는 공정유체로부터 열을 흡수할 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 냉매과 같은 중간 유체는 공정 루프(20) 내의 공정유체로부터 냉각장치 루프(22) 내의 냉각 유체로 열을 전달하는데 사용될 것이다. 예를 들면, 어떤 실시 예들에 있어서, 공정 열교환기(18)는 공정루프(20)로부터 냉각장치 루프(22)로 열을 전달하기 위해서 냉매를 순환시키는 냉각기의 일부인 수냉식 응축기가 될 것이다. 이러한 실시 예들에 있어서, 공정유체는 냉각기의 증발기를 통해서 유동할 것이다. 그러나, 다른 실시 예에 있어서, 중간유체는 생략될 수 있고, 공정 열교환기(18)는 공정유체로부터 냉각 유체로 열을 직접적으로 전달하는데 사용될 수 있다. 또한, 다른 실시 예들에 있어서, 공정 열교환기(18)는 생략될 수 있고, 냉각장치 루프(22) 내의 냉각 유체는 냉각될 공정으로 직접적으로 순환될 수 있다.

냉각 유체가 공정 열교환기(18)를 통해서 유동함에 따라서, 냉각 유체는 공정유체로부터 열을 흡수할 것이다. 따라서 가열된 냉각 유체는 공정 열교환기(18)를 빠져나가고 냉각장치 루프(22)와 밸브(24)를 통해서 써모싸이폰 냉각기(12)로 유동할 것이다. 어떤 실시 예들에 있어서, 냉각 유체를 밸브(24)로부터 써모싸이폰 냉각기(12)로 순환시키기 위해서 펌프가 포함될 수 있다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 펌프는 생략될 수 있다.

가열된 냉각 유체는 써모싸이폰 냉각기(12)로 들어갈 것이며, 여기에서 냉각 유체는 냉각될 것이다. 도 2와 3을 참조하여 하기에서 설명하는 바와 같이, 써모싸이폰 냉각기(12)는 쉘 및 튜브 증발기(76)와 공랭식 응축기(78)를 포함할 것이다. 쉘 및 튜브 증발기(76)를 통해서 유동하는 냉각 유체로부터 공랭식 응축기(78)로 열을 전달하기 위해서 냉매 루프(80)가 채용될 것이다. 써모싸이폰 냉각기(12)로부터 주위 공기를 통해서 공랭식 응축기(78)로 전달되는 열은, 하나 또는 그 이상의 모터(28)에 의해서 구동되는 하나 또는 그 이상의 팬(26)에 의해서 차단될 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 모터(28)는 써모싸이폰 냉각기(12)에 의해서 제공된 냉각의 양을 증가 및 감소시키도록 팬(26)의 속도를 조정될 수 있게 허용하는 가변속 드라이브(VSD's)를 통합할 것이다. 냉각 유체는 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나와서 밸브(30,32)를 통해서 냉각탑(14)으로 유동할 것이며, 여기에서 냉각 유체는 증발식 냉각을 통해서 한층 더 냉각될 것이다.

냉각탑(14)내에서, 냉각 유체는 주위 공기와의 증발식 냉각을 통해서 냉각될 것이다. 냉각 유체는 노즐들(34)을 통해서 냉각탑(14)으로 들어가는데, 이때 상기 노즐들은 냉각탑(14)을 통해서 스플래시 바들(splash bars), 시이트 충진 팩들 또는 다른 적당한 표면과 같은 충진재료(36) 위로 하방향을 향하게 한다. 모터(40)에 의해서 구동되는 팬(38)은 공기가 냉각탑(14)을 통해서 위를 향하게 하고, 그래서 공기는 증발식 냉각을 증진시키도록 냉각탑(14)을 통해서 유동하는 냉각 유체와 혼합된다. 어떤 실시 예들에 따르면, 팬(38)은 VSD에 의해서 구동되는 원심형 또는 축방향 팬일 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 팬(38)은 생략될 수 있고, 냉각탑 내의 공기 움직임은 자연적인 대류에 의해서 유도될 수 있다. 냉각탑(14)은 직교류식 또는 역류식 냉각탑일 것이다. 또한, 비록 유인 통풍 냉각탑으로 도시되었지만, 다른 실시 예들에 있어서, 냉각탑(14)은 강압식 냉각탑일 것이다.

냉각된 냉각 유체는 냉각탑(14)을 빠져나가서 섬프(42) 내에 수집될 것이다. 도시된 바와 같이, 섬프(42)는 빌딩(16) 내에 위치하고, 몇몇 실시 예에 있어서, 섬프(42) 내의 냉각 유체의 결빙을 방지한다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 섬프(42)는 냉각탑(14)의 일체형 부분이 될 것이고, 도 4를 참조하여 하기에서 설명하는 바와 같이 빌딩(16)의 외부에 위치할 것이다.

냉각 유체가 냉각탑(14)을 통해서 유동하고 주위 공기와 접촉함에 따라서, 고체와 다른 오염물질들이 냉각 유체 내에 포획되거나 비말동반된다. 추가적으로 미네랄, 염류 및 다른 오염물질들이 보충수와 함께 냉각 유체로 들어갈 것이다. 증발을 통해서 순수한 물이 냉각 유체로부터 제거됨에 따라서, 그러한 오염물질의 농도는 냉각 유체 내에서 증가될 것이다. 따라서, 미립자들, 용해된 고체들 및/또는 오염물질들을 함유할 냉각 유체의 일부분이 밸브(46)를 개방하여 블로다운(blowdown)에 의해서 제거될 것이다. 블로다운과 증발로 인하여 냉각 유체에서의 손실들을 고려하여 보충 냉각 유체를 섬프(42) 내로 향하게 하기 위해서 밸브(44)가 또한 개방될 것이다. 섬프(42)로부터 나오는 냉각된 냉각 유체는 펌프(48)를 거쳐서 공정 열교환기(18)로 복귀할 것이며, 이때 냉각 유체는 공정유체 루프(20) 내에서 순환하는 공정유체로부터 열을 다시 흡수할 것이다.

냉각장치(10)는 냉각장치(10)의 작동을 조절하는 컨트롤러(50)를 또한 포함한다. 컨트롤러(50)는 도 8에 도시된 바와 같이 아날로그 및/또는 디지털 입력의 형태인 장치(10) 내의 센서들 및 밸브들과 같은 부품들로부터 입력 신호(52)를 수신한다. 입력신호를 기초하여, 컨트롤러(50)는 냉각장치(10)의 작동을 변화시키기 위해서 도 8에 도시된 바와 같이 아날로그 및/또는 디지털 출력의 출력신호(54)를 송신한다. 도 6 및 7을 참조하여 하기에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 컨트롤러(50)는 냉각탑(14)에 추가하여 또는 대신에 써모싸이폰 냉각기(12)를 효율적으로 작동시킬 때는 언제나 써모싸이폰 냉각기(12)의 작동을 가능하게 하기 위하여 입력 및 출력 신호들(52,54)을 사용한다.

어떤 실시 예들에 따르면, 컨트롤러(50)는 냉각장치(10) 내에 포함된 동파방지장치(56)의 작동을 조절할 것이다. 동파방지장치(56)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 들어가고 나가는 냉각 유체의 압력차를 측정하는 차동압력 스위치(58) 및 증발기(76)의 쉘측 내에서 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(57)를 포함할 것이다. 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 냉각 유체가 유동하는지를 결정하기 위해서 차동압력 스위치(58)로부터 수신하는 입력신호(52)를 이용할 것이다. 만일 컨트롤러(50)가 차동압력 스위치(58)로부터 수신하는 입력신호를 기초하여 냉각 유체의 유동이 존재하지 않는다고 탐지하면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12) 내에서 사용된 냉각 유체의 결빙을 방지할 동파방지장치(56)의 저온 보호모드를 개시할 것이다. 저온 보호모드를 개시하기 위해서, 컨트롤러(50)는 응축기(78) 내에서 냉매의 수집을 증진하도록 밸브(97)을 폐쇄할 것이다. 증발기(76)로의 냉매 유동의 결핍은 증발기(76) 내에서 냉각 유체의 결빙을 방지할 것이다. 컨트롤러(50)는 증발기(76) 내에 포함된 냉각 유체의 결빙을 방지하기 위해서 증발기(76)로 열의 유입을 제공하도록 증발기(76)에 대한 보충 열공급 히터를 켜게 될 것이다.

컨트롤러(50)는 동파방지장치(56)의 작동을 조절하기 위해서 온도센서(57)로부터 수신되는 입력을 사용할 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)가 증발기(76) 내의 온도가 일정한 설정 포인트 아래인 것을 나타내는 입력을 온도센서(57)로부터 수신하는 경우에, 컨트롤러(50)는 동파방지장치(56)의 동파방지모드를 개시할 것이며, 동파방지장치는 써모싸이폰 냉각기(12)로부터 냉각 유체를 배수하고 써모싸이폰 냉각기(12) 주위로 흐르는 냉각 유체의 유동을 방향전환 시킬 것이다. 써모싸이폰 냉각기(12)로부터 냉각 유체를 배수하기 위해서, 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 드레인 라인(64)을 향하도록 밸브(60,62)를 개방할 것이다. 도시된 바와 같이, 드레인 라인(64)은 냉각 유체를 섬프(42)로 향하게 할 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 예를 들면, 섬프(42)는 빌딩(16)의 외부에 위치하고, 드레인 라인(64)은 하수관이나 수집 저장소에 연결될 것이다.

컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나가는 냉각 유체를 밸브(62)를 통해서 드레인 라인(64)으로 향하게 하도록 밸브(30)를 폐쇄할 것이다. 또한, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)로부터의 냉각 유체의 배수를 용이하게 하기 위하여 공기를 써모싸이폰 냉각기(12) 내로 주입하도록 밸브(66)를 개방할 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 밸브(66)는 증발기 튜브들로부터 냉각 유체를 이동시키기 위해서 써모싸이폰 냉각기(12)의 증발기 튜브들 내로 공기를 주입하도록 설계될 것이다. 써모싸이폰 냉각기(12) 내로의 냉각 유체의 추가적인 유입을 방지하기 위해서, 컨트롤러(50)는 공정 열교환기(18)로부터 나오는 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 바이패스하여 밸브(32)로 직접적으로 유동하도록 밸브(24)의 위치를 변화시킬 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 밸브들(60,62,66)은 개방된 위치에서 페일(fail)하도록 설계된 솔레노이드 밸브일 것이며, 정전의 경우에 동파방지장치(56)를 자동적으로 활성화시킬 것이다.

냉각장치(10)는 냉각장치(10)의 작동을 제어하기 위해서 컨트롤러(50)에 의해서 사용된 온도를 탐지하기 위해 사용될 온도 센서들(68,70,72,74)을 포함할 것이다. 예를 들면, 온도 센서(68)는 주위 공기온도를 탐지할 것이고, 온도 센서(70)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도를 탐지할 것이고, 온도 센서(72)는 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도를 탐지할 것이고, 온도 센서(74)는 공정 열교환기(18)로 들어가는 냉각 유체의 온도를 탐지할 것이다. 온도 센서들(68,70,72,74)은 입력신호(52)의 형태로 컨트롤러(50)에 온도를 제공할 것이며, 이것은 냉각장치(10)의 작동을 제어하는데 사용될 것이다.

어떤 실시 예들에 따르면, 컨트롤러(50)는 동파방지장치(56)를 언제 활성화할지 결정하기 위해서 온도 센서들(68,70,72,74)의 일부 또는 전부에 의해 감지된 온도를 사용할 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 차압 스위치(58)에 의해서 감지된 바와 같이 유동이 없는 경우에 그리고 센서(68)에 의해서 탐지된 바와 같이 주위온도가 설정한 주위온도보다 낮은 경우에 동파방지장치(56)의 저온 작동모드를 개시할 것이다. 다른 예에 있어서, 컨트롤러(50)는 센서(70)에 의해서 탐지된 바와 같이 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도가 설정한 중간온도보다 높은 경우에 동파방지장치(56)의 동파보호모드를 비활성화시킬 것이다.

컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)의 작동 매개변수들을 결정하기 위해서 온도 센서들(68,70,72,74)의 일부 또는 전부에 의해 감지된 온도를 또한 사용할 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 냉각장치(10)는 공정 열교환기(18)로 들어가는 냉각 유체를 냉각장치 온도 설정포인트로서 언급될 특정온도로 냉각시키도록 설계될 것이다. 만약 공정 열교환기(18)로 들어가는 냉각 유체의 온도가 센서(74)에 의해서 탐지된 바와 같이 냉각장치 온도 설정포인트 이상이 되면, 컨트롤러(50)는 응축기 팬(26)의 속도를 증가시키기 위해서 모터(28)로 출력신호를 제공할 것이다. 마찬가지로, 만약 공정 열교환기(18)로 들어가는 냉각 유체의 온도가 센서(74)에 의해서 탐지된 바와 같이 냉각장치 온도 설정포인트 이하가 되면, 컨트롤러(50)는 응축기 팬(26)의 속도를 감소시키기 위해서 모터(28)로 출력신호를 제공할 것이다.

컨트롤러(50)는 냉각탑(14)을 언제 작동시킬지 결정하기 위해서 온도 센서들(57,68,70,72,74)의 일부 또는 전부에 의해 감지된 온도를 사용할 것이다. 예를 들면, 만일 써모싸이폰 냉각기(12)의 온도가 센서(70)에 의해서 탐지된 바와 같이 냉각장치 온도 설정포인트보다 같거나 작으면, 컨트롤러(50)는 밸브(32)의 위치를 변화시켜서 냉각 유체가 냉각탑(14)을 바이패스하여 섬프(42)로 직접 진행하도록 밸브(32)에 출력신호를 제공할 것이다. 이러한 작동모드에 있어서, 써모싸이폰 냉각기(12)는 냉각장치 온도 설정포인트를 달성하기에 충분한 냉각 용량을 제공할 수 있으며, 따라서 냉각장치(10)는 냉각탑(14)을 채용함이 없이 작동될 것이고, 이에 의해서 냉각장치(10) 내의 물소비가 줄어들게 된다.

도 6 및 7을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 언제 작동시킬지 결정하기 위해서 온도 센서들(57,68,70,72,74)의 일부 또는 전부에 의해 감지된 온도를 사용할 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체와 주위공기 사이의 온도차를 결정하기 위해서 센서들(72,68)에 의해서 감지된 온도를 사용할 것이다. 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 작동하는데 경제적 및/또는 효율적인 경우가 언제인지를 결정하기 위해서 물 및 전기 등급과 관련된 온도차를 이용하게 된다.

도 2와 3은 써모싸이폰 냉각기(12)의 실시 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 써모싸이폰 냉각기(12)는 쉘 및 튜브 증발기(76) 그리고 공랭식 응축기(78)를 포함한다. 쉘 및 튜브 증발기(76)는 공정 열교환기(18)(도 1 참조)로부터 가열된 냉각 유체를 수용하고, 냉각 유체로부터 나오는 열을 증발기(76)를 통해서 유동하는 냉매에 전달할 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 냉매는 HFC나 HFO 타입 냉매일 것이지만, 다른 실시 예들에 있어서 적당한 소정의 냉매가 채용될 수 있다. 가열된 냉매는 냉매 루프(80)의 배관을 통해서 응축기(78)로 향하는데, 이때 냉매는 팬(26)에 의해서 응축기(78)를 통과하면서 냉각될 것이다. 그러면, 냉각된 냉매는 냉매 루프(80)를 통해서 증발기(76)로 복귀하게 된다. 어떤 실시 예들에 따르면, 증발기(76)와 응축기(78)는 써모싸이폰 냉각기(12)가 단일의 집적된 패키지로서 팔릴 수 있게 하는 공통의 프레임(82) 내에 포함될 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 증발기(76)와 응축기(78)는 별도 프레임 내에 배치되거나 또는 냉각장치(10)의 별도 부분 내에 설치될 것이다. 또한, 비록 도 2 및 3에 나타낸 실시 예는 쉘 및 튜브 증발기로서 증발기(76)를 보여주고 있지만, 다른 실시 예들은 쉘 및 튜브 디자인 대신에 판 증발기 디자인과 같은 다른 형태의 증발기를 포함할 것이다.

냉매와 냉각 유체는 도 3에 도시된 바와 같이 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 순환될 것이다. 쉘 및 튜브 증발기(76)는 냉매가 증발기(76)를 통해서 유동함에 따라서 냉매를 함유하는 쉘(84)을 포함할 것이다. 쉘(84)은 증발기(76)를 통해서 냉각 유체를 순환시키는 튜브들(86)을 에워쌀 것이다. 냉각 유체는 쉘(84)에 배치된 유입구(87)를 통해서 튜브들(86)로 들어가고, 쉘(84)에 배치된 배출구(89)를 통해서 튜브들(86)을 빠져나갈 것이다. 냉각 유체가 튜브들(86)을 통해서 유동함에 따라서, 냉각 유체는 쉘(84) 내에서 유동하는 냉매에 열을 전달할 것이다. 냉매가 열을 흡수함에 따라서, 냉각된 냉매보다 더 부유하는 가열된 냉매는 파이프들(80)을 통해서 증발기(76)보다 낮은 온도하에 있는 응축기(78) 내로 자연적인 대류에 의해서 취출될 것이다. 가열된 냉매는 응축기(78) 내에 포함된 열전달 코일(88)을 통해서 유동할 것이며, 팬들(26)은 코일(88) 내에서 유동하는 냉매를 냉각시키도록 코일(88)에 걸쳐서 환경적인 공기를 뽑아낼 것이다. 냉각된 냉매는 중력에 의해서 쉘(84)로 복귀하고, 여기에서 냉매는 튜브들(86) 내의 냉각 유체로부터 열을 다시 흡수하게 된다.

냉각된 냉매가 증발기(76)로 복귀하는 것을 증진하기 위하여, 응축기(78)는 증발기(76) 위 일정 높이(90)로 배치될 것이다. 응축기(78), 증발기(76) 그리고 냉매 루프(80)의 배관은 써모싸이폰 냉각기(12) 내의 압력 강하를 최소화하도록 크기가 결정될 것이며, 이에 의해서 냉매를 응축기(78)로부터 자연적인 대류를 통해서 증발기(76)로 복귀시키도록 낮은 높이(90)가 채용될 수 있다. 몇몇 실시 예들에 따르면, 써모싸이폰 냉각기(12)가 종래의 트럭에 실린 단일 집적 패키지와 같이 운반될 수 있게 높이(90)는 약 10 내지 12피트보다 작을 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 높이(90)는 적당한 높이가 될 것이다. 어떤 실시 예들에 있어서, 증발기(76)는 증발기(76)로부터의 냉각 유체의 배수를 증진하기 위해서 소정 각도로 배치될 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 증발기(76)는 수평에 대하여 약 5도 각도로 기울어질 것이다.

증발기(76)는 세척가능한 증발기로서 설계될 것이며, 여기에서는 튜브들(86)의 내부는 냉각 유체와 함께 튜브들(86)내로 들어가는 미립자들 및/또는 용해된 고체들이 축적된 오염물질들을 제거하도록 세척하기 위해서 접근할 수 있다. 예를 들면, 냉각 유체는 냉각탑(14)에서 냉각 유체와 접촉하는 환경적인 공기로부터 고체들을 흡수한다. 튜브들(86)에 대한 접근성을 제공하기 위해서, 증발기(76)는 튜브들(86) 내로의 개구부들을 노출시키기 위해서 제거될 수 있는 접근 커버(92)를 포함할 것이다. 또한, 다른 실시 예들에 있어서, 제거가능한 접근 커버(92) 대신에 또는 그에 추가하여, 증발기(76)는 세척을 위해서 튜브들(86)에 대한 접근을 가능하게 하는 제거가능한 헤드구간(94)을 포함할 것이다.

어떤 실시 예들에 있어서, 증발기(76)는 증발기(76) 내에서 냉각 유체의 수위를 탐지하도록 설계된 광학 센서와 같은 센서(95)를 포함할 것이다. 이러한 실시 예들에 있어서, 센서(95)는 동파방지장치(56)의 동파보호모드가 활성화되는 경우에 냉각 유체가 증발기(76)로부터 배수되는 것을 보장하도록 동파방지장치(56)와 연관되어 사용될 것이다. 또한, 어떤 실시 예들에 있어서, 써모싸이폰 냉각기(12)는 냉매 루프(80)를 통한 냉매의 유동을 멈추기 위해서 냉매 루프(80)의 배관 내에 배치된 밸브(97)를 포함할 것이다. 이러한 실시 예들에 있어서, 밸브(97)는 예를 들어 온도센서(95)에서 측정된 낮은 주위온도, 낮은 증발기 온도와 같은 상태를 탐지할 때 및/또는 써모싸이폰 냉각기(12) 내에 유동이 없어서 동파를 초래할 때 컨트롤러(50)에 의해서 폐쇄될 것이다. 폐쇄되는 경우에, 밸브(97)는 응축기(78)의 코일(88) 내에 냉매의 수집을 증진시킬 것이고, 회로(80) 내에서 냉매의 순환을 방지하고 증발기(76)로의 냉매의 순환을 금지하게 된다. 이러한 실시 예들에 있어서, 증발기(76)는 잠재적인 동파조건을 탐지할 때 열이 증발기(76)로 유입되도록 보충 가열 및/또는 단열을 통합할 것이다.

도 4는 써모싸이폰 냉각기(12) 및 개방된 루프 냉각탑(14)을 포함하는 냉각장치(10)의 다른 실시 예를 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 냉각장치(10)의 실시 예는 도 1을 참조하여 위에서 설명한 냉각장치(10)의 실시 예와 유사하다. 그러나, 도 4에 도시된 냉각탑(14)은 도 1에 도시된 바와 같이 빌딩(16) 내에 배치된 섬프보다 집적된 섬프(42)를 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 유체는 써모싸이폰 냉각기(12) 내에서 냉각될 것이다. 써모싸이폰 냉각기(12)는 도 1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 작동하는 동파방지장치(56)를 포함한다. 그러나, 드레인 라인(64)은 섬프(42) 보다는 하수관이나 수집 저장소를 향하게 된다. 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나가는 냉각 유체는 밸브(32)를 통해서 냉각탑(14)으로 유동할 것이다. 냉각탑(14) 내에서, 냉각 유체는 노즐들(34)에 의해서 충진재료(36) 위를 향하게 되고, 냉각탑(14)의 하부에 위치할 섬프(42) 내에 수집될 것이다. 밸브(44)는 블로우다운과 증발로 인한 냉각 유체에서의 손실을 보완하기 위해서 보충 냉각 유체가 섬프(42) 내로 향하게 하도록 개방될 것이다. 밸브(46)는 냉각탑(14)으로부터의 블로우다운을 제거하도록 개방될 것이다. 섬프(42)로부터 나오는 냉각된 냉각 유체는 펌프(48)를 거쳐서 공정 열교환기(18)로 복귀할 것이다. 공정 열교환기(18) 내에서, 냉각 유체는 공정유체 루프(20) 내에서 순환하는 공정유체로부터 열을 다시 흡수할 것이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 써모싸이폰 냉각기(12)는 개방된 루프 냉각탑을 포함하는 냉각장치(10)에 채용될 것이며, 여기에서는 환경적인 공기가 냉각장치(10)를 통해서 유동하는 냉각 유체와 직접적으로 접촉하게될 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 써모싸이폰 냉각기(12)는 도 5에 도시된 바와 같은 폐쇄회로 냉각탑 내에 채용될 것이다. 폐쇄회로 냉각탑은 냉각 유체에 있는 오염물질들을 감소시키는 것이 바람직한 장치들에서 특히 유용할 것이다.

도 5에 도시된 냉각장치(10)의 실시 예는 도 1을 참조하여 위에서 설명한 냉각장치와 유사할 것이다. 그러나, 냉각장치 루프(22) 내의 냉각 유체가 도 1에 도시된 바와 같이 냉각탑(14) 내의 주위 공기에 직접적으로 노출될 수 있게 하는 것보다는, 도 5에 도시된 냉각장치(10)는 냉각탑(14) 대신에 폐쇄회로 냉각탑(91)에 의해서 주위공기와 접촉하는 것으로부터 고립된다. 폐쇄회로 냉각탑(91) 내에서, 냉각장치 루프(22)를 통해서 유동하는 냉각 유체는 폐쇄회로 냉각탑(91)과 일체를 이루고 있는 스프레이 워터 루프(102)로 열을 전달하게될 폐쇄회로 냉각탑 냉각코일(98)을 통해서 냉각될 것이다. 스프레이 워터 루프(93) 내에서 순환하는 스프레이 워터는 주위공기와 함께 증발식 냉각을 통해서 냉각될 것이고, 그러므로 냉각장치 루프(22)를 통해서 유동하는 냉각 유체는 개방된 냉각장치 루프와 연관되는 하늘에 떠있는 오염물질과 보충수에 떠있는 오염물질들에 노출될 수 있게 된다. 스프레이 워터 루프는 노즐들(34)을 포함하는데, 이 노즐들은 스프레이 워터를 폐쇄회로 냉각탑 냉각코일(98), 스프레이 워터를 수집하기 위한 섬프(42), 스프레이 워터 배관(99) 및 스프레이 워터 펌프(101)를 향하게 한다. 모터(40)에 의해서 구동되는 팬(38)은 스프레이 워터의 증발식 냉각을 증진하기 위해서 폐쇄회로 냉각탑(91)을 통해서 공기가 위쪽을 향하게 한다. 블로우다운 밸브(46)는 스프레이 워터 루프(93)로부터 오염물질들을 제거하는데 사용될 것이며, 보충수 밸브(44)는 블로우다운 및 증발로 인하여 스프레이 워터에서의 손실을 보완하기 위해서 보충 스프레이 워터를 섬프(42)쪽으로 향하게 하는데 사용될 것이다.

도 6은 도 1 및 4에 도시된 바와 같이 개방된 루프 냉각탑 또는 도 5에 도시된 바와 같이 폐쇄된 루프 냉각탑을 포함하는 냉각장치(10)의 작동을 제어하기 위해서 채용되는 방법(100)을 나타낸 것이다. 방법(100)은 냉각장치(10)의 작동개시를 결정하는 단계(블록 102)로 시작된다. 예를 들면, 냉각장치(10)는 공정 열교환기(18)의 시동시 작동을 시작하게 된다. 만약 냉각장치(10)가 작동을 시작하면, 컨트롤러(50)는 동파방지장치(56)의 동파보호모드를 개시한다(블록 103). 동파보호모드를 개시하기 위해서, 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 바이패스하도록 밸브(24)를 제어할 것이다. 컨트롤러(50)는 밸브들(60,62,66)을 개방위치로 유지할 것이다. 또한, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)의 냉각루프(80) 내에서 냉매의 유동을 멈추도록 밸브(97)를 폐쇄할 것이다.

만일 냉각장치(10)가 작동을 개시하지 않으면, 컨트롤러(50)는 동파방지장치(56)의 저온보호모드를 개시할지 여부를 결정할 것이다(블록 104). 예를 들면, 컨트롤러(50)는 온도센서(68)로부터의 입력으로서 주위온도를 받고, 주위온도가 몇몇 실시 예에서는 36°F인 주위온도 설정 포인트 아래인지 여부를 결정하게 된다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 주위온도 설정 포인트는 변할 수 있다. 만약 주위온도가 주위온도 설정 포인트보다 낮으면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 통한 유동이 존재하는지를 결정하게 된다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 차압 스위치(58)를 사용하여 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 흐르는 유동을 탐지할 것이다.

만일 컨트롤러(50)가 써모싸이폰 냉각기(12)를 통한 유동이 존재하지 않는다고 결정하면, 컨트롤러(50)는 동파방지장치(56)의 저온보호모드를 개시하게 된다(블록 105). 저온보호모드는 낮은 주위온도의 비교적 짧은 기간동안 및/또는 냉각장치(10)의 작동중지의 비교적 짧은 기간동안에 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12) 내에 보유될 수 있게 한다. 예를 들면, 공정 열교환기(18)로부터의 냉각 수요가 존재하지 않는 경우에 냉각장치(10)가 밤새 작동중지할 때 저온보호모드가 개시될 것이다.

저온보호모드를 개시하기 위해서, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12) 내의 냉각 유체를 결빙으로부터 보호하기 위해서 냉각장치(10)의 작동을 조정할 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기 팬(26)을 끄게될 것이다. 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 유동하는 것을 허용하기 위해서 밸브들(24,30)이 개방되는 것을 보장할 것이다. 또한, 컨트롤러(50)는 냉매 루프(80)를 통해서 냉매가 유동하는 것을 멈추도록 밸브(97)를 폐쇄할 것이다. 밸브(97)를 폐쇄하면 냉매가 응축기(78)내에 수집될 수 있고, 이에 의해서 증발기(76) 내에서 냉각 유체의 결빙을 방지하게 된다. 컨트롤러(50)는 증발기(76)에 대한 보충 히터를 켜게 될 것이며, 이것은 증발기(76) 내에 포함된 냉각 유체의 결빙을 방지하도록 증발기(76)에 열을 제공하게 된다.

만약 써모싸이폰 냉각기(12)를 통한 유동이 존재하고 및/또는 주위온도가 주위온도 설정 포인트보다 높으면, 컨트롤러(50)는 증발기 온도가 증발기 온도 설정포인트보다 낮은지의 여부를 결정하게 된다(블록 106). 예를 들면, 컨트롤러(50)는 온도센서(57)로부터의 입력으로서 증발기 온도를 수신하는데, 이것은 증발기(76)의 쉘측 내에서 냉매의 온도를 나타낸다. 어떤 실시 예에 따르면, 증발기 온도 설정포인트는 33°F가 될 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 증발기 온도 설정포인트는 변할 것이다.

만약 증발기 온도가 증발기 온도 설정포인트보다 낮다고 컨트롤러(50)가 결정하면, 컨트롤러(50)는 동파방지장치(56)의 동파보호모드를 개시한다(블록 108). 동파보호모드를 개시하기 위해서, 컨트롤러(50)는 냉각장치(10)의 작동을 조정하고, 그래서 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 바이패스하게 된다. 특히, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기 팬들(26)을 끄게 되고, 밸브(24)를 사용하여 물을 써모싸이폰 냉각기(12)로부터 방향을 바꾸게 된다. 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나오는 냉각 유체가 섬프(42)로 직접 향하도록 밸브(32)를 제어한다. 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)로부터 배수된 후에, 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 냉각탑(14)을 통해서 유동할 수 있도록 밸브(32)를 제어하고, 여기에서 냉각 유체는 증발식 냉각에 의해서 냉각될 것이다.

동파보호모드에 있어서, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)로부터 냉각 유체를 배수시킬 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 밸브(30)를 폐쇄하고 밸브들(60,62)을 개방하여 써모싸이폰 냉각기(12) 내의 냉각 유체가 드레인 라인(64)을 향하게 한다. 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)로부터의 냉각 유체의 배추를 더욱 증진하기 위해서 공기를 써모싸이폰 냉각기(12) 내로 주입하도록 밸브(66)를 또한 개방시킨다. 어떤 실시 예들에 따르면, 동파보호모드에 있어서 써모싸이폰 냉각기(12)로부터 냉각 유체를 배수하는 것은 냉각 유체의 팽창 및/또는 결빙으로 인하여 튜브들(86)이 손상되는 것을 방지하게 된다.

만약 동파보호모드가 개시되지 않았다고 컨트롤러(50)가 결정하면, 컨트롤러(50)는 동파보호모드가 불능화되었는지 여부를 결정한다(블록 110). 먼저, 컨트롤러(50)는 예를 들어 밸브들(24, 60, 62, 66, 30)의 위치를 기초하여 동파보호모드가 불능화되었는지 여부를 결정한다. 만약 동파보호모드가 현재 불능화되었으면, 컨트롤러(50)는 온도센서(70)에 의해서 측정한 바와 같이 중간온도(써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도)가 어떤 실시 예들에서는 약 50°F인 중간 온도 설정포인트보다 높은지의 여부를 결정할 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 중간온도 설정 포인트는 변할 것이다.

만약 중간온도가 중간 온도 설정포인트보다 높지 않으면, 컨트롤러(50)는 냉각장치(10)가 동파보호모드로 계속 작동할 수 있게 허용한다. 그러나, 만약 중간온도가 중간 온도 설정포인트보다 높으면, 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 유동할 수 있게 동파 재가동 절차를 개시할 것이다(블록 112). 특히, 컨트롤러(50)는 드레인 밸브들(60,62)를 폐쇄하고 통기 밸브(66)를 또한 폐쇄할 것이다. 또한, 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 유동할 수 있도록 허용하기 위해서 밸브들(24,30)의 위치를 조정할 것이다. 따라서, 냉각장치(10)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 유동하는 냉각 유체가 주위 공기에 의해서 냉각되는 공정 냉각모드로 작동하게될 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 방법(100)은 냉각장치(10)가 공정 냉각모드로 작동하는지의 여부를 결정하게 된다(블록 114). 공정 냉각모드에 있어서, 냉각장치(10)가 설정될 것이고 그래서 냉각 유체는 써모싸이폰 냉각기(12)와 냉각탑(14)을 향하게 된다. 따라서, 컨트롤러(50)는 모터들(28,40)과 밸브들(24,32)로부터의 입력을 기초하여 공정 냉각모드에서의 작동을 탐지한다. 만약 냉각장치(10)가 공정 냉각모드로 작동하지 않음을 컨트롤러(50)가 탐지하면, 컨트롤러(50)는 냉각장치(10)를 그것의 현재모드로 작동하게 할 것이다. 예를 들면, 만약 냉각장치(10)가 공정 냉각모드로 작동하지 않으면, 냉각장치(10)는 동파보호모드나 저온모드로 작동하게될 것이다.

만약 냉각장치(10)가 공정 냉각모드로 작동하면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)를 통한 냉각이 활성화되었는지의 여부를 결정하기 위해서(블록 118) 사용될 연산을 수행할 것이다(블록 116). 예를 들면, 컨트롤러(50)는 TEPCL(= thermosyphon eonomic power consumption limit)을 계산할 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, TEPCL은 회피된 물 단가 써모싸이폰 냉각기(12)를 작동시키는데 사용된 증가한 전기 단가보다 큰 것을 보장하기 위해서 써모싸이폰 냉각기(12)에 의해 달성된 냉각 유체 온도강하 정도 당 응축기 팬들(26)에 의해서 사용되는 최대 킬로와트의 전기가 될 것이다.

TEPCL은 다른 것들 중에서 물의 단가, 전기의 단가, 주위 습식 벌브 및 건식 벌브 온도, 냉각탑 용법, 폐수의 단가, 수처리 비용 및/또는 냉각탑 팬 전력소비와 같은 입력들을 사용하여 계산될 것이다. 물과 전기의 단가는 오퍼레이터에 의해서 입력되거나 네트워크 연결을 통해서 컨트롤러(50)에 의해 얻어질 것이다. 물과 전기의 등급을 사용하여, 컨트롤러(50)는 센서(72)에 의해서 측정되는 바와 같이 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도와 센서(70)에 의해서 측정되는 바와 같이 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도(즉, 중간온도) 사이의 온도차에 의해서 측정되는 바와 같이, 냉각의 정도 당 응축기 팬 모터(28)에 의해서 사용되는 TEPCL을 최대 킬로와트로서 계산할 것이다.

TEPCL은 TST(=thermosyphon start threshold)을 계산하기 위해서 사용될 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 응축기 팬(26)이 낮은 팬속도로 작동하는 경우에 써모싸이폰 냉각기(12)가 TEPCL 아래 수준의 경제적인 전력소비로 작동할 수 있도록 하기 위하여, TST는 온도센서(72)에 의해서 측정되는 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도와 온도센서(68)에 의해서 측정되는 주위 공기온도 사이에 존재하는 최소 온도차가 될 것이다.

컨트롤러(50)는 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체와 주위 공기온도 사이의 실제적인 온도차가 TST보다 큰지 여부를 결정하기 위해서 계산된 TST를 사용할 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 센서들(70,68)로부터 수신된 온도들을 기초하여 실제적인 온도차를 계산하게될 것이다. 만약, 실제적인 온도차가 TST보다 작으면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)의 작동을 블능화할 것이다(블록 120). 예를 들면, 컨트롤러(50)는 위치밸브(24)여서 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 바이패스하게 된다. 또한, 몇몇 실시 예들에 있어서, 컨트롤러(50)는 응축기 팬(26)을 끄게될 것이다.

또한, 어떤 실시 예들에 있어서, 컨트롤러(50)는 주위온도가 고온 설정포인트 이상인지 여부를 결정할 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 주위온도를 나타내는 온도센서(68)로부터의 입력을 수신한다. 만약, 주위온도가 고온 설정포인트보다 높으면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)의 작동을 블능화할 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 고온 설정포인트는 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 유동하는 냉각 유체에 열이 추가될 주위온도 이상이 될 것이다. 따라서, 몇몇 실시 예들에 있어서, 고온 설정포인트는 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도에 의존할 것이며, 이때 상기 냉각 유체의 온도는 온도센서(72)에 의해서 탐지될 것이다. 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도에 비해서 주위온도가 같거나 높은 경우에, 주위온도로부터 냉각 유체로 열이 추가되는 것을 회피하기 위하여 써모싸이폰 냉각기(12)를 바이패스하는 것이 바람직할 것이다.

한편, 만약 컨트롤러(50)는 주위온도가 고온 설정포인트보다 낮은지 및/또는 실제적인 온도차가 TST보다 큰지를 결정하면(블록 118), 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)의 작동을 가능하게 한다(블록 122). 예를 들면, 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 유동할 수 있도록 하는 위치밸브(24)가 될 것이다. 따라서, 냉각 유체는 써모싸이폰 냉각기(12)를 통해서 유동하면서 주위온도에 의해서 냉각될 것이다.

써모싸이폰 냉각기(12)가 사용 가능해진 후에, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)에 의해서 제공되는 냉각의 양을 변화시키기 위해서 팬들(26)의 작동을 조정할 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 팬들(26)의 작동은 원하는 양의 냉각을 제공하면서 전기의 소비는 최소화하도록 조정될 것이다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 온도센서(70)에 의해서 측정되는 중간온도가 냉각장치 온도 설정포인트보다 낮은지 여부를 결정할 것이다(블록 124). 중간온도가 공정 열교환기(18)로 들어가는 냉각 유체의 원하는 온도인 냉각장치 온도 설정포인트와 같거나 또는 그보다 작은 경우, 냉각탑(14)으로부터의 추가적인 냉각없이, 써모싸이폰 냉각기(12)는 냉각장치 온도 설정포인트를 달성하기에 충분한 냉각을 제공할 수 있을 것이다. 또한, 중간온도가 냉각장치 온도 설정포인트보다 낮은 경우에, 써모싸이폰 냉각기(12)는 냉각 유체를 과냉각시키고, 따라서 응축기 팬(26)의 속도가 감소할 것이다.

만약 중간온도가 냉각장치 온도 설정포인트보다 낮으면, 컨트롤러(50)는 응축기 팬이 최소속도로 작동하는지의 여부를 결정할 것이다(블록 126). 만약 응축기 팬이 최소속도로 작동하면, 컨트롤러(50)는 응축기 팬들을 끄게될 것이다(블록 128). 이러한 실시 예들에 있어서, 주위공기의 온도는 팬들을 작동시키기 위해서 전기를 사용함이 없이 냉각 유체를 냉각장치 온도 설정포인트로 냉각시키기에 충분히 낮아질 것이다. 이러한 작동모드에 있어서, 써모싸이폰 냉각기(12)는 전기소모없이 작동할 것이다. 다른 한편으로, 만일 컨트롤러(50)가 팬들이 최소속도로 작동하지 않는다고 결정하면(블록 126), 컨트롤러(50)는 팬 속도를 감소시키게 된다(블록 130). 팬속도를 감소시키면 결국 써모싸이폰 냉각기(12)의 전기 소모량을 감소시키게 된다.

만약 중간온도가 냉각장치 온도 설정포인트보다 높은 것으로 컨트롤러(50)가 결정하면(블록 124), 써모싸이폰 냉각기(12)는 냉각장치 온도 설정포인트를 달성하기에 충분한 냉각을 제공하지 않을 것이다. 따라서, 컨트롤러(50)는 응축기 팬들의 속도를 조정함으로써, 써모싸이폰 냉각기(12)의 냉각 용량을 증가시킬지 여부를 결정하게 된다. 먼저, 컨트롤러(50)는 응축기 팬들이 작동하는지의 여부를 결정한다(블록 132). 만약 응축기 팬들이 작동하면, 컨트롤러(50)는 응축기 팬들이 경제적으로 효율적인 방식으로 작동하는지의 여부를 결정한다(블록 134). 어떤 실시 예들에 따르면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)에 의해서 사용된 현재의 TEPC(=thermosyphon economic power consumption)를 계산하게 된다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 모터(28)에 의해서 사용되는 현재의 킬로와트를 계산하고, 온도센서(72)에 의해서 측정되는 공정 열교환기(18)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도와 온도센서(70)에 의해서 측정되는 써모싸이폰 냉각기(12)를 빠져나가는 냉각 유체의 온도 사이의 온도차에 의해서 이러한 킬로와트를 나눈다.

컨트롤러(50)는 실제의 TEPC를 TEPCL과 비교한다. 만약 TEPC가 TEPCL보다 높으면, 컨트롤러(50)는 팬 속도를 감소시킨다(블록 135). 팬속도를 감소시키면, 써모싸이폰 냉각기(12)에 의해서 제공되는 냉각의 양이 감소하고, 따라서 냉각탑(14)에 의해서 더욱 강한 냉각이 제공된다. 이러한 경우에 있어서, 컨트롤러(50)는 추가적인 냉각 용량을 제공하기 위해서 냉각탑 팬(38)의 속도를 증가시킬 것이다. 한편으로, 만약 TEPC가 TEPCL보다 낮으면, 컨트롤러(50)는 써모싸이폰 냉각기(12)에 의해서 제공되는 냉각의 양을 증가시키기 위해서 응축기 팬의 속도를 증가시킨다(블록 136). 또한, 만약 팬들이 작동하지 않는다고 컨트롤러(50)가 결정하면(블록 132), 컨트롤러(50)는 팬을 최소 팬속도로 켜게 된다(블록 138). 컨트롤러(50)는 중간온도가 냉각장치 온도 설정포인트보다 낮은지의 여부를 다시 결정하고(블록 124), 블록(126,138)과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이 응축기 팬들의 작동을 조정한다.

알 수 있는 바와 같이, 응축기 팬들의 작동이 변하는 경우에 일정량의 히스테리시스가 채용된다. 예를 들면, 어떤 실시 예들에 있어서, 컨트롤러(50)는 온도센서(70)에 의해서 측정되는 중간온도에서의 임계량의 변화를 탐지한 후에 응축기 팬의 작동을 조정한다.

도 8은 냉각장치(12)의 작동을 제어하기 위해서 컨트롤러(50)에 의해서 사용될 다양한 입력과 출력을 나타낸다. 위에서 언급한 바와 같이, 상기 입력과 출력은 아날로그 및/또는 디지털 출력이 될 것이고, 동파방지장치(56)를 작동시키고 써모싸이폰 냉각기(12)와 냉각탑(14)의 작동을 제어하기 위해서 컨트롤러(50)에 의해서 사용될 것이다. 또한, 어떤 실시 예들에 있어서, 도 7에 나타낸 입력과 출력은 냉각 유체로 하여금 언제 써모싸이폰 냉각기(12)나 냉각탑(14)을 향하게 할지 또는 써모싸이폰 냉각기(12)와 냉각탑(14) 모두를 향하게 할지를 결정하기 위해서 컨트롤러(50)에 의해서 채용될 것이다.

비록 도 6과 7에서는 써모싸이폰 냉각기의 관점에서 방법(100)을 기술하였지만, 다른 실시 예들에 있어서, 방법(100)의 일부는 냉매를 방열장치로 직접적으로 순환시키는 장치에서 증발식 응축기와 병행하여 사용되는 공랭식 응축기와 같은 다른 타입의 건식 방열장치를 갖는 냉각장치를 제어하기 위해서 채용될 것이다.

비록 도 6과 7에서는 써모싸이폰 냉각기의 관점에서 방법(100)을 기술하였지만, 다른 실시 예들에 있어서, 방법(100)의 일부는 동파방지 냉각수와 연관하여 사용되는 건식 냉각기와 같은 다른 타입의 건식 방열장치를 갖는 냉각장치를 제어하기 위해서 채용될 것이다. 도 9는 건식 냉각기(142)와 열교환기(143)를 포함하는 냉각장치(10)의 다른 실시 예를 나타낸다. 어떤 실시 예들에 따르면, 건식 냉각기(142)는 써모싸이폰 냉각기(12) 내에 채용된 공랭식 응축기(78)와 유사할 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 적당한 공랭식 응축기나 다른 타입의 건식 방열장치가 사용될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "건식 방열장치"는 습식 또는 증발식 냉각을 채용하지 않는 열전달장치를 언급한다. 어떤 실시 예들에 따르면, 열교환기(143)는 써모싸이폰 냉각기(12)에 채용된 증발기(76)와 유사하다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서, 플레이트형 열교환기와 같은 다른 적당한 타입의 열교환기가 채용될 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 냉각장치(10)는 건식 방열장치를 포함하는데, 상기 건식 방열장치는 열교환기(143), 건식 냉각기(142), 글리콜이나 브라인 루프(138)와 같은 동파방지 냉각수 루프, 및 펌프(140)를 포함한다. 공정 열교환기(18)로부터 나오는 냉각 유체는 열교환기(143)를 통해서 유동하는데, 여기에서 냉각 유체는 열교환기(143)를 통해서 유동하는 글리콜이나 브라인과 같은 동파방지 냉각수로 열을 전달할 것이다. 냉각 유체는 열교환기(143)를 빠져나가서 냉각탑(14)으로 동하는데, 상기 냉각탑에서 냉각 유체는 도 1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 한층 냉각된다. 어떤 실시 예들에 있어서, 열교환기(143)는 쉘 및 튜브 열교환기이고, 글리콜이나 브라인과 같은 동파방지 냉각수가 열교환기(143)의 쉘쪽을 통해서 유동하는 동안에 냉각 유체는 열교환기(143)의 튜브들을 통해서 유동한다.

건식 방열장치내에서, 열교환기(143)로부터 나오는 가열된 동파방지 냉각수는 냉각수 루프(138)를 통해서 펌프(140)를 거쳐서 건식 냉각기(142)로 유동할 것이다. 비록 도시되지는 않았지만, 펌프(140)는 하나 또는 그 이상의 모터에 의해서 구동된다. 건식 냉각기(142) 내에서, 동파방지 냉각수는 팬(26)에 의해서 건식 냉각기(142)쪽을 향하는 공기에 의해서 냉각된다. 냉각된 냉각수는 건식 냉각기(142)를 빠져나가고 열교환기(143)로 복귀하며, 열교환기에서 냉각수는 열교환기(143)를 통해서 유동하는 냉각 유체로부터 열을 다시 흡수한다.

추가적인 동파방지 냉각수 루프(138)로 인하여, 냉각 유체는 빌딩(16) 내에 포함될 것이며, 주위 공기에 노출되지 않을 것이다. 따라서, 냉각장치가 빌딩(16)에 의해서 주위온도로부터 보호되기 때문에, 동파방지장치는 채용되지 않을 것이다. 따라서, 도 9에 도시된 냉각장치의 실시 예를 작동하는 경우에, 방법(100)(도 6 참조)의 블록(102 내지 112)은 생략될 것이다. 그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, 도 7의 블록들(114 내지 138)과 유사한 방법(146)은 도 9에 도시된 건식 동파방지장치를 작동시키도록 채용될 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 방법(146)은 냉각장치(10)가 공정 냉각모드로 작동하는 것을 탐지함으로써(블록 148) 다시 시작된다. 예를 들면, 컨트롤러(50)는 밸브들(24,32)의 위치를 기초하여 공정 냉각모드로 작동하는 것을 탐지할 것이다. 만약 냉각장치(10)가 공정 냉각모드로 작동하는 것을 컨트롤러(50)가 탐지하면, 컨트롤러(50)는 DEPCL(=dry heat rejection economic power consumption limit)을 계산할 것이다(블록 150).

DEPCL은 도 5 내지 도 7을 참조하여 위에서 설명하 TEPCL과 유사하다. 예를 들면, DEPCL은 회피된 물 단가가 건식 방열장치를 작동시키는데 사용되는 증가한 전기 단가보다 높은 것을 보장하기 위해서, 건식 방열장치에 의해서 달성되는 냉각 유체 온도강하의 도 당 건식 방열장치에 의해서 사용된 전기의 최대 킬로와트가 될 것이다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 전기 단가는 펌프(140)를 구동하는 모터에 의해서 사용된 전기 뿐만아니라, 팬들(26)을 구동시키는데 사용되는 모터(28)의 전기소비를 기초할 것이다.

컨트롤러(50)는 DST(=dry heat rejection system start threshold)를 계산할 것이다(블록 152). DST는 도 5 내지 도 7을 참조하여 위에서 설명한 TST와 유사할 것이다. 예를 들면, DST는 센서(72)에 의해서 측정되는 공정 열교환기를 빠져나가는 냉각 유체의 온도와 센서(68)에 의해서 측정되는 주위온도 사이에 존재하는 최소 온도차가 될 것이며, 건식 방열장치의 실제적인 전력소비를 가능하게 하는 것으로 알려져 있으며, DEPCL 보다 낮다.

컨트롤러(50)는 공정 열교환기를 빠져나가는 냉각 유체와 주위 공기 사이의 실제적인 온도차가 DST보다 큰지 여부를 결정하기 위해서(블록 154) 계산된 DST를 사용하게될 것이다. 만약 실제적인 온도차가 DST보다 작으면, 컨트롤러(50)는 건식 방열장치의 작동을 불능화시킨다(블록 156). 예를 들면, 컨트롤러(50)는 냉각 유체가 열교환기(143)를 바이패스하도록 하고 밸브(32)를 통해서 냉각탑(14)으로 유동하게 밸브(24)를 제어할 것이다. 또한, 어떤 실시 예들에 있어서, 컨트롤러(50)는 팬들(26)과 펌프(140)를 끄게될 것이다.

다른 한편으로, 만일 실제적인 온도차가 DST보다 큰 것으로 컨트롤러(50)가 결정하면(블록 154), 컨트롤러(50)는 건식 방열장치를 작동 가능하게 한다(블록 158). 예를 들면, 컨트롤러(50)는 냉각 유체로부터 나오는 열을 건식 냉각기(142)를 통해서 유동하는 동파방지 냉각수로 전달하도록 냉각 유체가 열교환기(143)를 통해서 유동하게 밸브(24)를 제어할 것이다. 또한, 컨트롤러(50)는 팬들(26)과 펌프(140)를 켜게될 것이다. 또한, 건식 방열장치가 작동하는 동안에, 컨트롤러(50)는 블록 124 내지 블록 138과 연관시켜서 도 6에 나타낸 바와 같이 팬들(26)의 작동을 제어한다.

도 11은 써모싸이폰 냉각기(12)와 자연통풍식 냉각탑인 개방된 루프 냉각탑(160)을 포함하는 냉각장치(10)의 다른 실시 예를 나타낸다. 터빈으로부터 냉각장치 루프(22)로 열을 전달하기 위해서 증기 응축기(162)가 사용될 것이다. 어떤 실시 예들에 따르면, 냉각장치(10)는 동력장치로 냉각을 제공하기 위해서 사용될 것이다. 도 11에 도시된 냉각장치(10)는 도 1을 참조하여 위에서 설명한 냉각장치와 유사하게 작동될 것이며, 도 6과 7을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 냉각장치를 작동시키기 위해서 방법(100)이 채용될 것이다.

본 발명의 어떤 특징들과 실시 예들이 도시되고 설명되었지만, 특허청구범위에서 언급된 주제의 신규한 특징과 장점으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변경(크기, 치수, 구조, 형성 및 다양한 요소들의 비율, 매개변수들(예를 들어, 온도, 압력 등)의 값, 장착 배열, 재료, 색채 및 배향의 사용 등에서의 변화)이 이루어질 수 있음을 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 공정이나 방법상의 순서나 절차는 대안적인 실시 예들에 따라서 변화되거나 재-순서화될 수 있다. 또한, 비록 여기에서는 개별적인 실시 예들이 설명되었지만, 이러한 설명은 상기 실시 예들의 모든 조합을 커버하도록 의도된 것이다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진실한 사상 내에서의 모든 변형과 변화를 커버하도록 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 예시적인 실시 예들의 간결한 설명을 제공하기 위해서, 실제적인 이행상의 모든 특징들(예를 들어, 본 발명을 수행하는데 현재 최선의 모드와 관련되지 않거나 또는 청구한 발명을 가능하게 하는데 관련되지 않은 것들)이 설명되지는 않았다. 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트, 다수의 이행상의 특정한 결정들이 이루어질 수 있음을 그러한 실제적인 이행상의 발전에 있어서 고려되어야 한다. 그러한 발전상의 노력은 복잡하고 시간소모가 많으나, 그럼에도 불구하고 해당 기술분야의 숙련된 당업자가 지나친 실험없이 본 명세서상의 잇점을 활용한 설계, 조립 및 제조의 일상적인 작업이라고 할 수 있다.

Claims

냉각장치로서,
냉각 유체로부터 주위 공기로 건식 냉각을 통해서 열을 전달하도록 구성되고, 밸브장치가 폐쇄상태에서 써모싸이폰 냉각기를 통과하는 냉매의 유동을 차단하도록 구성되는 밸브장치로 구성되는 써모싸이폰 냉각기;상기 냉각 유체에 관한 상기 써모싸이폰 냉각기의 하류에 배치되고, 상기 냉각 유체로부터 주위 공기로 증발식 냉각을 통해서 열을 전달하도록 구성된 냉각탑;
건조 벌브(bulb) 주위의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 센서;
상기 써모싸이폰 냉각기로 들어오는 상기 냉각 유체의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 센서; 및
상기 제1 온도 센서와 상기 제2 온도 센서를 통신 연결하는 컨트롤러;
를 포함하고,
상기 컨트롤러는 건조 벌브 주위의 온도를 측정하기 위한 상기 제1 온도 센서와 상기 써모싸이폰 냉각기로 들어오는 상기 냉각 유체의 온도를 측정하기 위한 상기 제2 온도 센서로부터 피드백(feedback)을 수신하고, 물 단가, 전기 단가 및 상기 피드백의 적어도 일부에 기초하여 상기 써모싸이폰 냉각기의 팬 속도를 조정하도록 구성되며,
상기 컨트롤러는 상기 써모싸이폰 냉각기로 유입되는 상기 냉각 유체의 온도를 기반으로 상기 써모싸이폰 냉각기의 밸브장치를 폐쇄상태로 조정하도록 구성되며,
상기 써모싸이폰 냉각기는 상기 냉각 유체가 기계적인 순환장치 없이 상기 써모싸이폰 냉각기를 순환하도록 구성되는 냉각장치.
제 1 항에 있어서, 상기 써모싸이폰 냉각기는,
냉각 유체의 열을 유동하는 냉매로 전달하도록 구성된 쉘 및 튜브 증발기;
상기 냉매로부터 주위 공기로 열을 전달하도록 구성된 공랭식 응축기; 및
자연적인 대류를 기초하여 상기 쉘과 상기 튜브 증발기 사이에서 상기 공랭식 응축기로 냉매를 순환하도록 크기가 결정되는 배관을 포함하는 냉각장치.
제 2 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 쉘 및 튜브 증발기 내의 냉매 온도가 온도 설정포인트보다 낮은 것을 탐지하는 것에 반응하여, 상기 써모싸이폰 냉각기로부터 냉각 유체를 배수하기 위해서 상기 밸브장치를 조정하도록 구성된 냉각장치.
제 2 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 주위온도, 냉매온도, 또는 냉각 유체 온도 또는 이들의 조합이 온도 설정포인트보다 낮은 것을 탐지하는 것에 반응하여, 냉매의 유동이 상기 배관내에서 멈추게 하기 위해서 상기 밸브장치를 폐쇄상태로 조정하도록 구성된 냉각장치.
제 1 항에 있어서, 상기 냉각탑은 개방된 루프 냉각탑으로 이루어지고, 상기 냉각 유체는 물로 이루어진 냉각장치.
제 1 항에 있어서, 상기 써모싸이폰 냉각기는,
상기 냉각 유체의 열을 순환하는 동파방지냉매로 전달하도록 구성된 쉘 및 튜브 증발기;
상기 동파방지냉매로부터 주위 공기로 열을 전달하도록 구성된 공랭식 응축기; 및
상기 쉘과 상기 튜브 증발기 및 상기 공랭식 응축기 사이에서 냉매를 순환하도록 펌프로 구성된 냉각장치.
써모싸이폰 냉각기로서,
냉각 유체의 열을 냉매로 전달하도록 구성된 쉘 및 튜브 증발기 - 상기 쉘 및 튜브 증발기를 세척하기 위한 분리가 가능한 구간을 포함함-;
상기 냉매로부터 주위 공기로 열을 전달하도록 구성되고, 열이 교환된 상기 냉매가 다시 상기 쉘 및 튜브 증발기로 복귀되도록 구성된 공랭식 응축기;
상기 쉘과 상기 튜브 증발기 사이로부터 공랭식 응축기로 자연적인 대류를 기초하여 냉매를 순환하도록 크기가 결정된 배관;
상기 배관을 따라 위치하고, 폐쇄상태에서 상기 쉘과 상기 튜브 증발기와 공랭식 응축기 사이로부터 냉매의 순환을 차단하도록 구성되는 밸브 및
써모싸이폰 경제적 전력 소비제한(thermosyphon economic power consumption limit: TEPCL)을 통해 물 등급, 전기 등급, 주위의 건식 벌브 온도 및 상기 써모싸이폰 냉각기로 유입되는 냉각 유체의 온도의 적어도 일부에 기초하여 상기 써모싸이폰 냉각기의 팬 속도를 조정하도록 구성되고, 상기 써모싸이폰 냉각기를 통한 상기 냉각 유체의 유동이 존재하지 않는 경우, 상기 써모싸이폰 냉각기의 팬을 작동하지 않도록 구성된 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 밸브의 위치를 냉각 유체의 온도를 나타내는 피드백에 기인하여 개방상태로부터 폐쇄상태로 조정하도록 구성되며,
상기 써모싸이폰 냉각기는 기계적인 순환장치 없이 상기 냉각 유체가 상기 써모싸이폰 냉각기를 순환하도록 구성되는 써모싸이폰 냉각기.
제 7 항에 있어서, 상기 써모싸이폰 냉각기는 상기 쉘 및 튜브 증발기, 상기 배관 및 상기 공랭식 응축기를 포함하는 단일 프레임을 포함하는 써모싸이폰 냉각기.
제 7 항에 있어서, 상기 분리가 가능한 구간은 상기 쉘 및 튜브 증발기의 헤드단부로부터 분리가 가능하여 내부로 접근이 가능한 덮개를 포함하는 써모싸이폰 냉각기.
제 7 항에 있어서, 상기 분리가 가능한 구간은 상기 쉘 및 튜브 증발기의 분리가 가능한 헤드단부를 포함하는 써모싸이폰 냉각기.
제 7 항에 있어서, 상기 쉘 및 튜브 증발기는 냉매를 순환시키도록 구성된 쉘을 포함하며, 상기 튜브들은 냉각 유체를 순환하도록 구성된 써모싸이폰 냉각기.
제 7 항에 있어서, 상기 튜브들에 결합되고 상기 튜브들로부터 냉각 유체를 배수하기 위해서 주위 공기가 상기 튜브들로 들어갈 수 있도록 구성된 공기 주입밸브를 포함하는 써모싸이폰 냉각기.
제 7 항에 있어서, 상기 쉘 및 튜브 증발기로부터 냉각 유체를 배수하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 밸브들의 밸브장치를 포함하는 써모싸이폰 냉각기.
냉각장치의 작동방법으로서,
경제적인 전력 소비 한계(economic power consumption limit)가 써모싸이폰 냉각기를 작동시키는데 미리 설정된 효과적인 비용보다 낮은지를 결정하는 단계 - 상기 경제적인 전력 소비 한계는 물 단가, 전기 단가, 주위 습식 벌브 및 건식 벌브 온도, 냉각탑 용법, 폐수의 단가, 수처리 비용 및 냉각탑 팬 전력소비 입력의 적어도 일부에 기초하여 결정됨 -;
상기 경제적인 전력 소비 한계를 사용하여, 상기 냉각장치에 의해서 공정 열교환기를 빠져나가는 냉각 유체의 제 1 온도와 주위온도 사이의 원하는 온도차를 결정하는 단계;
상기 제 1 온도와 상기 주위온도 사이의 감지된 온도차가 상기 원하는 온도차보다 큰 경우, 상기 써모싸이폰 냉각기의 팬 속도를 조정하는 단계; 및
냉각 매체의 온도에 기인하여 상기 써모싸이폰 냉각기의 밸브를 조정하는 단계;를 포함하고,
상기 밸브는 상기 써모싸이폰 냉각기의 배관에 위치하고 상기 밸브가 폐쇄상태에서 상기 써모싸이폰 냉각기를 통과하는 냉매의 유동을 차단하도록 구성되며,
상기 공정 열교환기는 공정루프로부터 냉각장치 루프로 열을 전달하도록 구성되며, 상기 써모싸이폰 냉각기는 기계적인 순환장치 없이 상기 냉각 유체가 상기 써모싸이폰 냉각기를 순환하도록 구성되는 냉각장치의 작동방법.
제 14 항에 있어서, 상기 써모싸이폰 냉각기의 작동을 가능하게 하는 단계는, 상기 써모싸이폰 냉각기를 통해서 냉각 유체가 순환하도록 하나 또는 그 이상의 추가 밸브들을 위치제어하는 단계를 포함하는 냉각장치의 작동방법.
제 14 항에 있어서, 실제적인 전력 소비가 상기 경제적인 전력 소비한계를 초과하는 것을 탐지하는 것에 반응하여 상기 팬 속도를 감소시키는 단계를 포함하는 냉각장치의 작동방법.
제 14 항에 있어서, 냉매 온도가 동파방지 온도 설정포인트보다 낮은 것을 탐지하는 것에 반응하여 동파방지모드를 가능하게 하는 단계를 포함하는 냉각장치의 작동방법.
제 17 항에 있어서, 상기 동파방지모드를 가능하게 하는 단계는 상기 써모싸이폰 냉각기로부터 냉각 유체를 배수하기 위해서 하나 또는 그 이상의 추가 밸브들의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 냉각장치의 작동방법.
제 17 항에 있어서, 상기 동파방지모드를 가능하게 하는 단계는 상기 써모싸이폰 냉각기로부터 냉각 유체를 배수하기 위해서 상기 써모싸이폰 냉각기 내로 주위공기를 주입하도록 추가 밸브를 개방시키는 단계로 이루어진 냉각장치의 작동방법.
제 14 항에 있어서,
상기 써모싸이폰 냉각기를 빠져나가는 냉각 유체의 중간온도를 탐지하는 단계; 그리고
상기 중간온도가 공정 열교환기로 들어오는 상기 냉각 유체에 대한 온도 설정포인트보다 큰 것을 탐지하는 것에 반응하여 상기 냉각탑의 작동을 가능하게 하는 단계를 포함하는 냉각장치의 작동방법.