KR102143351B1 - 소화 기능을 갖는 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

소화 기능을 갖는 냉각 시스템이 개시된다. 소화 기능을 갖는 냉각 시스템은 냉매가 증발기, 압축기, 응축기, 그리고 팽창 밸브를 순차적으로 순환하는 냉매 순환 유로; 대상체에 화재 발생 여부를 감지하는 화재 감지 센서; 및 상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로에 연결되며, 상기 대상체에 화재 발생 시 상기 냉매 순환 유로를 순환하는 냉매를 상기 대상체에 분사하는 냉매 분사부를 포함한다.

Description

소화 기능을 갖는 냉각 시스템{Cooling system including fire-fighting function}

본 발명은 소화 기능을 갖는 냉각 시스템에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 반도체 또는 디스플레이 제조 장치, 또는 에너지 변환 장치나 에너지 저장 장치에 화재발생시 이를 신속하게 진화할 수 있는 냉각 시스템에 관한 것이다.

반도체 또는 디스플레이 제조를 위한 공정, 또는 에너지 변환 장치나 에너지 저장 장치에서는 공정 수행 시 과도한 열이 발생되며, 이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템이 요구된다. 일반적인 냉각 시스템은 냉매를 사용하며, 냉매가 냉매 순환 유로를 순환하며 압축, 응축, 팽창, 그리고 증발의 냉동 사이클 과정을 거치며, 냉각 대상체와 열교환한다.

기존의 냉각 시스템은 냉각 공정만 수행가능하였다. 때문에 공정 과열로 냉각 대상체에 화재가 발생할 경우, 화재 진압을 위한 별도의 장치가 요구되며, 화재 진압에 오랜 시간이 소요되는 한계가 있다.

한국등록번호 제10-1842605호

본 발명은 냉각 공정과 함께 화재 진압 수단으로 활용가능한 냉각 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템은 냉매가 증발기, 압축기, 응축기, 그리고 팽창 밸브를 순차적으로 순환하는 냉매 순환 유로; 대상체에 화재 발생 여부를 감지하는 화재 감지 센서; 및 상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로에 연결되며, 상기 대상체에 화재 발생 시 상기 냉매 순환 유로를 순환하는 냉매를 상기 대상체에 분사하는 냉매 분사부를 포함한다.

또한, 상기 냉매 분사부는, 상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로에 설치되며, 내부에 냉매를 저장할 수 있는 버퍼 공간을 갖는 수액기; 상기 수액기와 연결되며, 상기 버퍼 공간으로부터 냉매가 유출되는 유로를 제공하는 제1분기 유로; 상기 제1분기 유로에 설치되는 제1밸브; 및 상기 제1분기 유로의 끝단에 제공되며, 상기 대상체에 상기 냉매를 분사하는 매니 폴드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉매 분사부는, 상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로에서 분기되는 제1분기 유로; 상기 제1분기 유로 상에 설치되며, 내부에 버퍼 공간이 형성된 수액기; 상기 냉매 순환 유로와 상기 제1분기 유로의 연결 영역과 상기 수액기 사이 구간에서 상기 제1분기 유로 상에 설치되는 밸브; 및 상기 제1분기 유로의 끝단에 제공되며, 상기 제1분기 유로를 통해 공급된 냉매를 상기 대상체에 분사하는 매니 폴드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉매 분사부는, 일단이 상기 응축기와 상기 압축기 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로와 연결되고, 타단이 상기 제1분기 유로와 연결되며, 상기 압축기에서 배출된 냉매를 상기 제1분기 유로로 공급하는 제2분기 유로; 및 상기 제2분기 유로에 설치되는 제2밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉매 분사부는, 일단이 상기 응축기와 상기 압축기 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로와 연결되고, 타단이 상기 매니 폴드와 연결되며, 상기 압축기에서 배출된 냉매를 상기 매니폴드에 공급하는 제2분기 유로; 및 상기 제2분기 유로에 설치되는 제2밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉매 분사부는 상기 제1분기 유로 상에 설치되는 펌프를 더 포함하고, 상기 소화 기능을 갖는 냉각 시스템은, 상기 대상체에 분사된 냉매를 회수하는 냉매 회수 용기; 및 일단이 상기 냉매 회수 용기와 연결되고, 타단이 상기 펌프와 연결되는 냉매 회수 유로를 더 포함하되, 상기 냉매 회수 유로는 상기 팽창 밸브와 상기 증발기 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로 복수 회 감겨 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 정상 운전 상태에서 냉매가 순환하며 대상체를 냉각하고, 대상체에 화재가 발생할 경우, 냉매를 대상체에 분사하여 신속하게 화재를 진압할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 소화 기능을 갖는 냉각 시스템(10)은 냉각 유닛(20)과 화재 예방 유닛(30)을 포함한다. 냉각 유닛(10)은 대상체(50)와의 열교환으로 대상체(50)로부터 열을 제거한다. 대상체(50)는 냉각 유닛(20)과의 열 교환으로 온도 조절을 필요로 하는 다양한 장치가 제공될 수 있다. 실시 예에 의하면, 대상체(50)는 반도체 또는 디스플레이 제조 장치일 수 있다. 또는 대상체(50)는 에너지 변환 장치나 에너지 저장 장치(예컨대 배터리팩)일 수 있다.

화재 예방 유닛(30)은 대상체(50)에 화재 발생시 신속히 화재를 진화한다.

냉각 유닛(20)은 냉매 순환 유로(110), 증발기(120), 압축기(130), 응축기(140), 그리고 팽창 밸브(150)를 포함한다. 냉매 순환 유로(110)는 냉매가 순환할 수 있는 유로를 제공한다. 냉매는 불연성 냉매가 사용된다. 실시 예에 의하면, 냉매는 물, 이산화탄소, 탄화수소가스 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

냉매 순환 유로(110)에는 증발기(120), 압축기(130), 응축기(140), 그리고 팽창 밸브(150)가 순차적으로 위치한다. 증발기(120)에는 저온저압의 액체 냉매가 유입되고, 저온저압의 기체 냉매가 배출된다. 압축기(130)에는 저온저압의 기체 냉매가 유입되고 고온고압의 기체 냉매가 배출된다. 응축기(140)에는 고온고압의 기체 냉매가 유입되고 고온고압의 액체 냉매가 배출된다. 팽창밸브(150)에는 고온고압의 액체 냉매가 유입되고 저온저압의 액체 냉매가 배출된다. 증발기(120)에서 저온저압의 액체 냉매가 대상체(50)와의 열 교환으로 저온저압의 기체 냉매로 상태 변환된다.

화재 예방 유닛(30)은 화재 감지 센서(210)와 냉매 분사부(220)를 포함한다.

화재 감지 센서(210)는 대상체(50) 또는 대상체(50) 주변에 설치되며, 대상체(50)에 화재 발생 여부를 감지한다.

냉매 분사부(220)는 냉매 순환 유닛(20)으로부터 냉매를 공급받아 화재가 발생한 대상체(50)에 냉매를 분사한다.

냉매 분사부(220)는 수액기(221), 제1분기 유로(222), 펌프(223), 제1밸브(224), 매니 폴드(225), 그리고 제어부(미도시)를 포함한다.

수액기(221)는 응축기(140)와 팽창 밸브(150) 사이 구간에서 냉매 순환 유로(110)에 설치된다. 수액기(221)는 내부에 버퍼 공간(221a)이 형성된다. 버퍼 공간(221a)은 냉매 순환 유로(110)를 따라 순환하는 냉매가 일정량 머무를 수 있는 공간으로 제공된다.

제1분기 유로(222)는 일 단이 수액기(221)와 연결되고, 타단이 매니폴드(225)와 연결된다. 제1분기 유로(222)는 냉매 순환 유로(110)와 동일한 직경의 유로를 가질 수 있다.

펌프(223)는 제1분기 유로(222) 상에 설치되며, 제어부의 제어에 의해 구동된다. 펌프(223)의 구동 시, 냉매 순환 유로(110)를 따라 순환하는 냉매가 제1분기 유로(222)로 유입된다.

제1밸브(224)는 제1분기 유로(222) 상에 설치되며, 제어부에 의해 개폐조절된다.

매니 폴드(225)는 대상체(50)의 상부에 위치하며, 제1분기 유로(222)의 끝단과 연결된다. 매니 폴드(225)의 저면에는 냉매를 분사할 수 있는 분사홀들이 형성된다.

냉각 시스템(10)의 정상 구동 시, 제어부는 펌프(223)를 구동하지 않고, 제1밸브(224)를 차단한다. 냉매는 냉매 순환 유로(110)를 따라 순환하며 대상체(50)와 열교환한다.

화재 감지 센서(210)에서 대상체(50)의 화재 발생이 감지될 경우, 화재 감지 신호가 제어부에 전송된다. 제어부는 화재 감지 신호가 수신될 경우, 펌프(223)를 구동하고, 제1밸브(224)를 개방한다. 펌프(223)의 구동으로 냉매 순환 유로(110)를 따라 흐르는 냉매는 제1분기 유로(222)를 따라 흐르고 매니 폴드(225)를 통해 대상체(50)에 분사된다. 냉매는 응축기(140)에서 배출된 고온고압의 액체 냉매가 제1분기 유로(222)로 유입되므로, 냉매 자체의 압력에 의해 매니 폴드(225)에 신속히 공급될 수 있다. 본 실시 예에서는, 제1분기 유로(222)에 펌프(223)가 설치되는 것으로 설명하였으나, 펌프(223)가 제공되지 않더라도 냉매 자체의 압력에 의해 매니 폴드(225)에 냉매가 공급될 수 있다. 또한, 고압의 냉매는 매니 폴드(225)의 분사홀에서 토출되면서 미세 입자로 분쇄되고, 넓은 영역으로 분사된다. 때문에 대상체(50)의 화재를 신속하게 진압할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 냉매 분사부(220)는 제2분기 유로(231)와 제2밸브(232)를 더 포함한다.

제2분기 유로(231)는 일단이 압축기(130)와 응축기(140) 사이 구간에서 냉매 순환 유로(110)와 연결되고, 타단이 매니 폴드(225)와 연결된다. 제2분기 유로(231)는 냉매 순환 유로(110)보다 작은 직경의 유로를 갖는다. 때문에, 냉매 순환 유로(110)를 따라 흐르는 고온고압의 기체 냉매 중 일부가 유입될 수 있다.

제2밸브(232)는 제2분기 유로(231) 상에 설치되며, 제어부에 의해 개폐조절된다.

화재 감지 신호의 수신 시 제어부는 제2밸브(232)를 개방한다. 이로 인해 압축기(130)에서 배출된 고온고압의 기체 냉매 중 일부가 제2분기 유로(110)를 통해 매니 폴드(225)로 유입된다. 매니 폴드(225)에는 제1분기 유로(222)를 통해 공급된 고온고압의 액체 냉매와 제2분기 유로(231)를 통해 공급된 고온고압의 기체 냉매가 혼합되어 분사홀을 통해 분사된다. 고온고압의 기체 냉매는 고온고압의 액체 냉매를 보다 작은 입자로 분쇄하고, 보다 넓은 영역으로 분사될 수 있도록 돕는다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 소화 기능을 갖는 냉각 시스템(10)은 제1분기 유로(222)의 일단이 응축기(140)와 팽창 밸브(150) 사이 구간에서 냉매 순환 유로(110)에 연결된다. 그리고 수액기(221)는 제1분기 유로(222) 상에 설치된다. 제1분기 유로(222)의 분기 지점과 수액기(221) 사이 구간에서 제1분기 유로(222)에는 제3밸브(226)가 설치되고, 제1분기 유로(222)의 분기 지점과 팽창 밸브(150) 사이 구간에서 냉매 순환 유로(110)에는 제4밸브(227)가 설치된다.

화재 감지 센서(210)에서 대상체(50)의 화재 발생이 감지될 경우, 제어부는 펌프(223)를 구동하고, 제1밸브(224)와 제2밸브(232), 그리고 제3밸브(226)를 개방하고 제4밸브(227)를 차단한다. 이에 의해 응축기(140)에서 배출되는 고온고압의 액체 냉매는 제1분기 유로(222)를 따라 매니폴드(225)에 공급되고, 압축기(130)에서 배출되는 고온고압의 기체 냉매 중 일부는 제2분기 유로(231)를 따라 매니폴드(225)에 공급된다.

본 실시 예에서는 도 1 및 도 2의 냉각 시스템과 달리, 수액기(221)가 냉매 순환 유로(110)가 아닌 제1분기 유로(222)에 설치된다. 도 1 및 도 2의 냉각 시스템의 경우, 수액기(221)의 버퍼 공간(221a)으로 인해 응축기(140)에서 배출된 고온고압의 액체 냉매에 압력손실이 발생될 수 있다. 그러나 본 실시 예에서는 수액기(221)가 제1분기 유로(222)에 설치됨으로써, 상술한 압력손실 발생이 예방될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 소화 기능을 갖는 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 소화 기능을 갖는 냉각 시스템(10)은 냉매 회수 유닛(40)을 더 포함할 수 있다. 냉매 회수 유닛(40)은 대상체(50)에 분사된 냉매를 회수하고, 이를 제1분기 유로(222)에 재공급하여 대상체(50)에 발생한 화재가 완전히 진압될 때까지 냉매를 순환시킨다. 본 실시 예에서는 냉매로 물이 사용되는 경우를 예를 들어 설명한다.

냉매 회수 유닛(50)은 냉매 회수 용기(311), 냉매 회수 유로(312), 그리고 필터(313)를 포함한다.

냉매 회수 용기(311)는 대상체(50)의 하부에 위치하며, 매니 폴드(225)에서 대상체(50)로 분사된 냉매를 회수한다.

냉매 회수 유로(312)는 일단이 냉매 회수 용기(311)와 연결되고, 타단이 펌프(223)와 연결된다. 냉매 회수 유로(312)는 일부 구간(312a)이 팽창 밸브(150)와 증발기(120) 사이 구간의 냉매 순환 유로(110)에 복수 회 감겨 제공될 수 있다. 냉매 회수 용기(311)에 회수된 냉매는 화재를 진압하는 과정에서 고온으로 가열되는데, 팽창 밸브(150)에서 배출된 저온저압의 액체 냉매가 흐르는 냉매 순환 유로(110) 주변을 따라 흐름으로써, 저온저압의 액체 냉매와 열 교환되어 냉각될 수 있다. 때문에 냉매 회수 유로(312)를 통해 보다 낮은 온도의 냉매가 제1분기 유로(222)에 유입될 수 있다.

필터(313)는 냉각 회수 유로(312)에 설치된다. 필터(313)는 냉매 회수 용기(311)에 회수된 냉매에 포함된 불순물을 제거한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10: 냉각 시스템
20: 냉각 유닛
30: 화재 예방 유닛
40: 냉매 회수 유닛
50: 대상체
110: 냉매 순환 유로
120: 증발기
130: 압축기
140: 응축기
150: 팽창 밸브
210: 화재 감지 센서
220: 냉매 분사부
221: 수액기
222: 제1분기 유로
223: 펌프
224: 제1밸브
225: 매니 폴드

Claims (5)

1. 냉매가 증발기, 압축기, 응축기, 그리고 팽창 밸브를 순차적으로 순환하는 냉매 순환 유로;
   대상체에 화재 발생 여부를 감지하는 화재 감지 센서; 및
   상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로에 연결되며, 상기 대상체에 화재 발생 시 상기 냉매 순환 유로를 순환하는 냉매를 상기 대상체에 분사하는 냉매 분사부를 포함하되,
   상기 냉매 분사부는,
   상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로에 설치되며, 내부에 냉매를 저장할 수 있는 버퍼 공간을 갖는 수액기;
   상기 수액기와 연결되며, 상기 버퍼 공간으로부터 냉매가 유출되는 유로를 제공하는 제1분기 유로;
   상기 제1분기 유로 상에 설치되는 펌프;
   상기 제1분기 유로에 설치되는 제1밸브; 및
   상기 제1분기 유로의 끝단에 제공되며, 상기 대상체에 상기 냉매를 분사하는 매니 폴드를 포함하는 소화 기능을 갖는 냉각 시스템은,
   상기 대상체에 분사된 냉매를 회수하는 냉매 회수 용기; 및
   일단이 상기 냉매 회수 용기와 연결되고, 타단이 상기 펌프와 연결되는 냉매 회수 유로; 및
   상기 냉매 회수 유로에 설치되며, 상기 냉매 회수 유로로 회수되는 냉매에 포함된 불순물을 제거하는 필터를 더 포함하되,
   상기 냉매 회수 유로는 상기 팽창 밸브와 상기 증발기 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로 복수 회 감겨 제공되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소화 기능을 갖는 냉각 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉매 분사부는,
   일단이 상기 응축기와 상기 압축기 사이 구간에서 상기 냉매 순환 유로와 연결되고, 타단이 상기 제1분기 유로와 연결되며, 상기 압축기에서 배출된 냉매를 상기 제1분기 유로로 공급하는 제2분기 유로; 및
   상기 제2분기 유로에 설치되는 제2밸브를 더 포함하는 소화 기능을 갖는 냉각 시스템.
5. 삭제

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