KR100392763B1 - 하이브리드형 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑을 복합시킨 하이브리드형 냉각탑에 관한 것이다.

본 발명에서, 직교류형 충전재는 우향 경사부와 이보다 상대적으로 길이가 긴 좌향 경사부가 상하 지그재그형으로 연속된 산형돌조 형상으로 이루어지되, 상기 산형돌조의 좌향 경사부가 피라미드 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 쐐기형 차단벽면에 외부공기가 유입될 수 있는 통기구가 구비되며, 직교류형 충전재의 하단부에는 외부 공기가 유입될 수 있는 공간부가 형성되고, 공기흡입구에 설치되는 X형 턴버클과 쐐기형 차단벽에 의해 지지되면서 철재프레임없이 케이싱만으로 구축되는 구조를 갖는다.

이에 따라, 냉각능력과 냉각효율이 크게 향상되며, 부식과 진동이 저감되고, 저렴한 비용으로 용이하게 조립할 수 있는 효과를 나타낸다.

Description

하이브리드형 냉각탑{Hybrid Type Cooling Tower}

본 발명은 냉동기, 열교환기 및 공기조화설비의 용수를 냉각시키기 위한 냉각탑에 관한 것으로서, 특히 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑을 복합시킨 하이브리드형 냉각탑에 관한 것이다.

냉동기, 열교환기 및 공기조화설비에 있어서 양질의 냉각수를 지속적으로 공급하는 데에는 어려움이 많기 때문에 고온 상승된 냉각수를 다시 저온으로 냉각시켜 재사용할 수 있도록 하기 위하여 대량의 냉각조작을 행하는 장치로 고안된 것이 냉각탑이다.

이러한 냉각탑의 유형에는 열교환 방식에 따라 향류형과 직교류형이 있으며, 내부에는 염화비닐, 폴리에스테르 수지, 석면판과 같은 충전재료가 충전되는 것이 일반적이다.

특히, 상기 향류형 냉각탑은 충전재를 타고 흘러내리는 고온의 냉각수가 외부로부터 흡입된 공기와 서로 역방향으로 마주치면서 냉각되는 방식을 채용하고 있으며, 상기 직교류형 냉각탑은 충전재를 타고 흘러내리는 고온의 냉각수가 외부로부터 흡입된 공기와 직교형으로 교차하면서 냉각되는 방식을 갖고 있다.

이들 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑은 냉각효율이나 동력효율, 보수의 용이성 등에서 각각 장단점이 있으며, 이에 대해서는 본 발명의 출원인이 2000년 8월 11일자로 출원한 등록실용신안 제210718호에 상세히 언급되어 있다.

상기 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑의 장단점을 서로 보완하기 위하여 상기 등록실용신안 제210718호는 루버의 내측과 향류형 충전재의 하부면에 직교류형 충전재를 설치하고, 향류형 충전재의 하부 및 직교류형 충전재의 중앙부에 쐐기형 차단벽을 설치함으로써 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑이 복합된 하이브리드형 냉각탑을 개시하고 있다.

그런데, 상기 등록실용신안 제210718호에서 개시하고 있는 하이브리드형 냉각탑에 있어서, 외부로부터 흡입되는 공기에 의한 냉각수의 편향낙하와 충전재 중앙부로의 냉각수 낙하를 방지하기 위한 수단을 강구함으로써 냉각능력의 저하를 방지해야 할 필요성이 제기되고 있다.

또, 고온의 냉각수를 냉각시키기 위한 외부공기의 흡입이 보다 원활하게 이루어지도록 함으로써 더욱 향상된 냉각효율을 실현할 필요성이 있다.

한편, 종래 냉각탑의 구축구조는, 도 8과 같이, 하부케이싱(100)과 볼팅되는 하부수조(200)의 하측에 "ㄷ"형강의 기초가대(300)와 콘크리트기초(400)를 설치하고, 하부케이싱(100)과 하부수조(200)에 걸쳐서 철재프레임(500)을 배치한 후 이들을 볼트(600,600')로 체결한 구조로 이루어짐으로써, 부식과 진동이 발생하는 문제점을 안고 있으며, 조립이 곤란하고 비용 상승의 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 제반 필요성과 문제점들을 감안하여 안출된 것으로서, 외부 흡입 공기에 의한 냉각수의 편향낙하와 충전재 중앙부로의 냉각수 낙하를 방지함으로써 향상된 냉각능력을 갖는 하이브리드형 냉각탑을 제공하는 데에 목적이 있다.

본 발명은 또, 외부공기의 흡입이 보다 원활하게 이루어져 더욱 더 향상된 냉각효율을 갖게 되는 하이브리드형 냉각탑을 제공하는 데에도 목적이 있다.

본 발명은 또한, 부식과 진동이 저감되고, 저렴한 비용으로 용이하게 조립할 수 있는 하이브리드형 냉각탑을 제공하는 것도 목적으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드형 냉각탑의 일례를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명이 적용되는 하이브리드형 냉각탑의 다른 예를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 냉각탑에 구비되는 직교류형 충전재의 구조를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 직교류형 충전재에 의한 냉각수의 흐름을 설명하는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 하이브리드형 냉각탑의 실시예를 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 하이브리드형 냉각탑의 정면도,

도 7은 도 6의 하이브리드형 냉각탑의 측면도,

도 8은 종래 냉각탑의 구축구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 루버 11 :향류형 충전재

12 : 직교류형 충전재 12a, 12a' : 강도보강부

12b : 지지파이프 13 : 수분배장치

14 : 쐐기형 차단벽 14a,16a : 수적음 방지판

14b: 점검도어 14c,17a : 보강부

15 : 하부수조 16 : 공간부

17 : 하부케이싱 17b : 공기흡입구

18 : X형 턴버클 19 : 상부케이싱

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 향류형 충전재의 하부면에 연이어 직교류형 충전재가 설치되고 이 직교류형 충전재의 중앙부에 쐐기형 차단벽이 설치된 하이브리드형 냉각탑에 있어서, 상기 직교류형 충전재는 우향 경사부와 이보다 상대적으로 길이가 긴 좌향 경사부가 상하 지그재그형으로 연속된 산형돌조 형상으로 이루어지되, 상기 산형돌조의 우향 경사부가 피라미드 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 쐐기형 차단벽면에는 외부 공기가 유입될 수 있는 통기구가 형성될 수 있다.

특히, 상기 직교류형 충전재와 상기 쐐기형 차단벽의 사이에 비산방지용 엘리미네이터가 설치될 수도 있다.

또, 상기 쐐기형 차단벽면에 수적음 방지판이 설치될 수도 있다.

본 발명은 또한, 상기 직교류형 충전재의 하단부에 외부 공기가 유입될 수 있는 공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공간부는 충전재 총 높이의 30%이내의 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 공간부의 상단에는 수적음 방지판이 설치될 수도 있다.

또, 상기 직교류형 충전재중에 지지파이프와 간격유지돌기가 설치되고, 상기 직교류형 충전재의 상단과 하단부에는 강도보강부가 부설될 수도 있다.

또한, 상기 직교류형 충전재는 이음매가 없는 단일 시트로 이루어질 수도 있다.

본 발명은 또한, 상기 직교류형 충전재의 중앙부에 설치되는 쐐기형 차단벽과; 상기 직교류형 충전재로 외부 공기를 유입시키는 공기흡입구에 설치되는 X형 턴버클;에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명은 상기 쐐기형 차단벽 및 X형 턴버클과, 2피스의 상부케이싱과, 4피스의 하부케이싱과, 1피스의 하부수조 및 기초가대로 구축될 수 있다.

또한, 상기 하부케이싱과 쐐기형 차단벽의 표면에는 요철 보강부가 형성될 수도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하며 상세히 설명하되, 동일구조의 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명이 적용되는 하이브리드형 냉각탑의 단면도로서, 이들의 구성 및 작용은 전술한 등록실용신안 제210718호에도 상술되어 있는 바, 본 발명의 이해를 돕기 위해 각각의 구조를 개략적으로 언급하면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 하이브리드형 냉각탑은, 종래의 향류형 냉각탑에 대해 루버(10)의 내측과 향류형 충전재(11)의 하부면에 연이어 직교류형 충전재(12)를 설치함으로써, 수분배장치(13)로부터 분사되는 고온상태의 냉각수가 루버(10)를 통해 유입된 외부공기에 의해 향류형 충전재(11)와 직교류형 충전재(12)에서의 2차에 걸친 열교환으로 냉각이 이루어지도록 한 것이다.

또, 도 2에 도시된 하이브리드형 냉각탑은, 상기 도 1의 냉각탑에서 향류형 충전재(11)의 하부 및 직교류형 충전재(12)의 중앙부에 쐐기형 차단벽(14)을 설치함으로써, 하부수조(15)로의 진입을 용이하게 하여 운전중의 보수점검이 가능하게 함과 아울러 루버(10)를 통해 유입되는 공기의 상승을 원활하게 하여 동력손실을 줄이게 되는 것이다.

본 발명은 이와 같은 하이브리드형 냉각탑에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 직교류형 충전재(12)가 우향 경사진 "a부분"과 이보다 상대적으로 길이가 길면서 좌향 경사진 "b부분"이 상하 지그재그형으로 굴곡(또는 절곡)된 산형돌조형(山形突條形)으로 이루어지되, 상기 "a부분"이 단속적으로 끊어져 피라미드 형상으로 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

이에 대해 보다 상세히 부연 설명하면 다음과 같다.

통상적으로, 직교류형 충전재가 설치된 냉각탑에서 충전재의 열교환 효율을 높이기 위해서는 고온상태인 냉각수가 외부로부터 흡입되는 공기와 많은 면적에서 오랫동안 접촉되도록 할 필요가 있으나, 흡입되는 공기는 저항에 의해 직교류형 충전재의 중심부에는 적게 흐르게 되는 반면, 직교류형 충전재를 향해 흘러내리는 냉각수는 흡입풍속에 의해 중앙부로 편향되어 흐름으로써 냉각능력이 저하되고 만다.

이와 같은 냉각수의 편향을 방지하기 위해 본 발명의 출원인은 특허등록 제265176호에서 충전재의 형상을 산형돌조형으로 제시한 바 있다.

이는 직교류형 충전재의 산형돌조의 "a부분"과 "b부분"에 대한 길이비를 다르게 구성(예컨대, 1:1.3∼1.6)함으로써, 충전재의 표면과 접촉하며 흘러내리는 냉각수가 흡입공기의 흐름에 의해 도 4에서와 같이 "A"방향으로 편향되려는 것이 수직방향인 "B"방향으로 흐르게 되어 냉각능력의 향상을 가져오는 것이다.

그러나, 직교류형 충전재의 중앙부 즉, "가"영역은 흡입되는 공기의 흐름이 적고, 특히 이 부분에 쐐기형 차단벽(후술내용 참조)이 설치되는 경우에는 냉각수가 공기와 전혀 접촉하지 못하고 낙하하게 된다.

따라서, 이를 방지하기 위해 산형돌조형상인 직교류형 충전재의 "a부분"을 "b부분"의 골모양을 따라 깎아냄으로써 그 형상을 피라미드형으로 하게 되면, 낙하하는 냉각수의 방향은 보다 큰 벡터를 받게 되어 공기흐름의 반대방향으로 편향시킬 수 있게 되는 것이다.

즉, 도 4에서 "나"영역으로 표시된 피라미드형상의 충전재 영역에서 냉각수의 흐름이 "C"방향으로 편향되어 흡입공기와 보다 많이 접촉됨으로써 냉각능력이 훨씬 높아지게 된다.

본 발명의 출원인이 실시한 실험에 따르면, 냉각탑 단면 풍속이 2.2∼3.4m/sec인 상태에서 산형돌조의 "a부분"과 "b부분"의 길이비(b/a)가 1.333(1.3∼1.6), 경사각 α= 33.3˚(25∼35˚)일때가 적합하며, 산의 각도 β는 큰 영향은 없으나 대략 60∼90˚가 적당하다는 결과를 얻었다.

또, 단속적으로 끊은 피라미드형상부의 면적(도 4의 "D"면적)은 최적의 냉각효과를 위해 적절하게 조절할 수가 있는데, 이는 충전재의 치수와 연관되지만, 직교류형 충전재의 중앙부(특히, 쐐기형 차단벽이 위치하는 부분)인 "가"영역의 하단부를 기점으로 한 수직선(ℓ1)이 피라미드형상부 영역의 좌측 경계선(ℓ2)과 만나고, 이 경계선(ℓ2)은 "가"영역의 경계선(ℓ3)에 대해 ±15˚의 각도를 갖도록 하는 것이 적당하다.

다음, 첨부도면 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드형 냉각탑의 실시예를 나타낸 단면도로서, 외부공기의 흡입을 보다 원활히 하고 냉각성능을 향상시키기 위한 수단을 설명한다.

먼저, 직교류형 충전재(12)의 중앙부를 관통하도록 쐐기형 차단벽(14)이 설치되는데, 이 쐐기형 차단벽(14)의 벽면에는 펀칭플레이트나 망(網)과 같은 구조에 의해 공기가 유통될 수 있는 통기구(도시되어 있지 않음)가 형성되며, 냉각탑 케이싱의 전후면부쪽으로 노출된 부위에 구비된 점검도어(도 6의 부호 14b 참조)측에도통기구가 형성됨으로써, 이 통기구와 개방된 점검도어(14b)를 통해 공기가 원활하게 흡입됨에 따라 냉각성능이 크게 향상된다.

아울러, 직교류형 충전재(12)의 상기 쐐기형 차단벽(14)과 접하는 경사면에 등록실용신안 제54299호에 제시된 비산방지용 엘리미네이터를 일체화시킴으로써 낙하하는 냉각수가 쐐기형 차단벽(14)을 통과하지 않고 흘러내리도록 하여 점검도어(14b)로부터의 진입시 물에 젖는 것을 방지할 수도 있다.

한편, 냉각성능을 보다 더 향상시키기 위한 구조로서, 직교류형 충전재(12)의 하단부에 공간부(16)를 형성시킬 수 있다.

즉, 직교류형 충전재(12)의 하단부를 잘라내어 형성한 공간부(16)에서는 공기저항이 상대적으로 적기 때문에 냉각탑 중앙부로의 공기흐름을 더욱 많이 유도하게 됨으로써 냉각성능이 향상되는 것이다.

그러나, 이 공간부(16)의 높이가 지나치게 커질 경우에는 이에 비례하여 수적음(水滴音 : 하부수조로의 냉각수 낙하로 인한 소음)이 커지고, 일반적인 향류형 냉각탑에서와 같이 탑의 높이가 높아지면서 공간효율은 낮아지게 되므로, 상기 공간부(16)의 높이는 충전재 총 높이의 30%이내로 형성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 직교류형 충전재(12)를 이음매가 없이 단일 시트로 하게 되면 공기 저항이 최소화되어 냉각성능이 더욱 더 향상된다.

또, 상기 공간부(16)의 상단에 수적음 방지판(16a)을 설치함으로써 직교류형 충전재(12)를 타고 흘러내리는 냉각수로 인한 수적음을 방지할 수 있으며, 이와 더불어 상기 쐐기형 차단벽(14)의 벽면에도 수적음을 방지하기 위한 하니콘형의 수적음 방지판(14a)을 설치하는 것이 좋다.

한편, 상기 직교류형 충전재(12)의 강도유지와 직교류형 충전재(12)의 상측에 위치한 향류형 충전재(11)의 지지 및 냉각수 분배의 개선을 위해 직교류형 충전재(12)의 상단과 하단부에 강도보강부(12a,12a')를 부설할 수 있으며, 직교류형 충전재(12)의 굴곡과 변형을 방지하기 위한 지지파이프(12b)와 간격유지를 위한 간격유지돌기(도시 안됨)를 설치할 수도 있다.

다음, 첨부도면 도 6 및 도 7을 참조하며 본 발명에 따른 하이브리드형 냉각탑의 구축구조를 설명한다.

먼저, 도 6에 제시된 정면도로부터 알 수 있듯이, 하부수조(15)의 상측에 위치하는 하부케이싱(17)의 중앙부에 유리섬유강화플라스틱과 같은 재질의 쐐기형 차단벽(14)이 설치된다.

이 쐐기형 차단벽(14)은 정면부와 대칭을 이루는 냉각탑의 배면부에도 설치되며, 대략 "∧"형을 이루는 쐐기형 차단벽(14)은 전후면의 하부케이싱(17)에 볼트 등으로 고정되어 케이싱을 탄탄한 구조체화하게 되는데, 그 형상은 정삼각형이 유리하지만 공기역학적으로 또는 진입 및 점검용이성을 고려할 때 "∩", "", ""등으로 변형실시할 수도 있다.

아울러, 하부케이싱(17)과 쐐기형 차단벽(14)의 표면에 엠보싱처리 등으로 요철 보강부(17a,14c)를 형성함으로써 강성을 더욱 보강할 수도 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각탑의 측면부에는 하부케이싱(17)의 대부분이 개구되어 하부수조(15)와의 사이에서 공기흡입구(17b)를 형성하고 있는데, 이 공기흡입구(17b)측에서의 강도를 유지하기 위한 수단으로서 본 발명에서는 환봉을 "X"자로 교차시켜 턴버클로 고정하는 구조를 개시하고 있으며, 이를 편의상 "X형 턴버클"(18)이라 칭한다.

이 X형 턴버클(18)과 상기 쐐기형 차단벽(14)에 의해 케이싱의 강도가 유지되므로, 종래 냉각탑에서 필요로 하던 철재프레임이 배제되며, 이에 따라 종래의 프레임을 이용한 냉각탑보다 케이싱에서의 진동 흡수가 더 양호해지고, 철재의 부식문제가 저감되며, 조립작업과 비용적인 측면에서도 보다 유리해지게 된다.

이렇게 쐐기형 차단벽(14)과 X형 턴버클(18)에 의해 강도가 유지되는 본 발명의 냉각탑은, 하부케이싱(17)이 사방 각 한면씩 총4피스(piece)로만 구성되어 모든 연결부위가 ""의 형태로 보강 및 볼트이음되며, 수분배장치와 엘리미네이터 및 팬 실린더를 포함하는 상부케이싱(19)은 전후면 2피스로 구성되어 상기 하부케이싱(17)에 볼트이음된다.

특히, 상부케이싱(19)의 상단부는 병의 입구와 같이 구경이 감소되어 원형의 팬실린더를 형성함으로써 강도높은 구조체를 이루게 된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 냉각탑은 철재프레임이 배제되고, 그 대신 2피스의 상부케이싱(19), 4피스의 하부케이싱(17)과 쐐기형 차단벽(14) 및 X형 턴버클(18), 1피스의 하부수조(15), 그리고 기초가대로 구축됨으로써, 팬으로부터의 진동이 케이싱을 통해 기초로 전달되므로 진동의 흡수율이 높아지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 냉각탑은 다음과 같은 효과를 나타낸다.

첫째, 외부 흡입 공기에 의한 냉각수의 편향낙하와 충전재 중앙부로의 냉각수 낙하를 방지함으로써 향상된 냉각능력을 발휘한다.

둘째, 외부공기의 흡입이 보다 원활하게 이루어져 더욱 더 향상된 냉각효율을 나타낸다.

셋째, 종래 철재프레임의 사용을 배제하여 부식과 진동이 저감되고, 저렴한 비용으로 용이하게 조립할 수 있게 된다.

Claims (12)

1. 향류형 충전재의 하부면에 연이어 직교류형 충전재가 설치되고 이 직교류형 충전재의 중앙부에 쐐기형 차단벽이 설치된 하이브리드형 냉각탑에 있어서,

   상기 직교류형 충전재는 우향 경사부와 이보다 상대적으로 길이가 긴 좌향 경사부가 상하 지그재그형으로 연속된 산형돌조 형상으로 이루어지되, 상기 산형돌조의 우향 경사부가 피라미드 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
2. 제1항에 있어서,

   상기 쐐기형 차단벽면에는 외부 공기가 유입될 수 있는 통기구가 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
3. 제2항에 있어서,

   상기 직교류형 충전재와 상기 쐐기형 차단벽의 사이에 비산방지용 엘리미네이터가 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
4. 제2항에 있어서,

   상기 쐐기형 차단벽면에 수적음 방지판이 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 직교류형 충전재의 하단부에 외부 공기가 유입될 수 있는 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
6. 제5항에 있어서,

   상기 공간부는 충전재 총 높이의 30%이내의 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
7. 제5항에 있어서,

   상기 공간부의 상단에 수적음 방지판이 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
8. 제5항에 있어서,

   상기 직교류형 충전재중에 지지파이프와 간격유지돌기가 설치되고, 상기 직교류형 충전재의 상단과 하단부에는 강도보강부가 부설된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 직교류형 충전재는 이음매가 없는 단일 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
10. 제1항에 있어서,

    상기 직교류형 충전재의 중앙부에 설치되는 쐐기형 차단벽과; 상기 직교류형 충전재로 외부 공기를 유입시키는 공기흡입구에 설치되는 X형 턴버클;에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
11. 제10항에 있어서,

    상기 쐐기형 차단벽 및 X형 턴버클과, 2피스의 상부케이싱과, 4피스의 하부케이싱과, 1피스의 하부수조 및 기초가대로 구축되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
12. 제11항에 있어서,

    상기 하부케이싱과 쐐기형 차단벽의 표면에 요철 보강부가 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.