KR100731159B1 - 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑에 관한 것으로서, 냉각수의 비산을 방지하여 실내공기의 오염을 예방 즉, 냉방병의 주원인인 레지오넬라균의 침입에 따른 레지오넬라 감염증 유발을 억제하도록 한 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정수위만큼 냉각수가 집수되는 밀폐형의 집수조와; 상기 집수조의 상부에 설치되는 것으로서, 응축기와 공급라인으로 연결되어 상기 응축기를 통과한 냉각수가 살수되기 위한 살수노즐과; 상기 집수조에서 열교환된 냉각수를 응축기로 환수시키기 위한 환수관과; 상기 집수조의 저부에 설치되고 복수의 노즐을 갖는 헤더와; 상기 헤더에 공기를 공급하기 위한 루츠 블로어를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

냉각탑, 냉각수

Description

비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑{Shut tight type cooling tower}

도 1은 종래의 여러 냉각탑들 중, 직교류형 냉각탑을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑의 구조적 연결관계 및 그 구성을 나타낸 구성도.

도 3은 도 2에서 냉각탑의 구성을 개략적으로 도시한 사시도.

도 4는 냉각수와 공기의 온도관계 선도를 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 밀폐형 냉각탑 12 : 집수조

20 : 응축기 22 : 공급라인

26 : 환수라인 30 : 헤더

32 : 노즐 40 : 배기덕트

50 : 루츠 블로어 52 : 체크밸브

60 : 공기압력탱크 62 : 공기압축기

64 : 전자밸브

본 발명은 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수의 비산을 방지하여 실내공기의 오염을 예방함은 물론, 그 구조가 간단하여 설치가 쉽고 설비비용이 저감되도록 한 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑에 관한 것이다.

일반적으로, 건물의 실내 냉난방을 위하여 사용되는 공기조화기나 산업용으로 사용되는 냉각장치는 열교환기(응축기)에서 열교환되어 가열된 고온의 냉각수를 지상이나 옥상에 설치된 냉각탑에 의해 외부공기와 접촉시켜 온도를 낮춘 후 순환시켜 다시 열교환되도록 하고 있다.

상기 냉각탑은 냉각수와 공기의 유동형태에 따라 대향류형(counter flow type)냉각탑, 직교류형(cross flow type)냉각탑 및 평행류형(parallel flow type)냉각탑으로 대별된다.

도 1은 종래의 여러 냉각탑들 중, 직교류형 냉각탑을 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 양측면에 외부공기를 유입시키도록 하는 공기유입구(1a)가 형성된 집수조(1)와, 이 집수조(1)의 내부 양측에 상기 공기유입구(1a)와 인접되도록 수직설치된 다수개의 필러(2)와, 상기 집수조(1)의 상면 양측에 설치되어 필러(2)에 고온의 냉각수를 자중에 의해 분사하도록 저면에 다수개의 살수노즐(3a)이 구비된 살수수조(3)와, 상기 집수조(1)의 상측 중앙부에 설치되어 외부공기가 공기유입구(1a)와 필러(2)를 통과하면서 고온의 냉각수와 열교환되어 외부로 배출되도록 하는 냉각팬(4)과, 상기 집수조(1)의 하측에 구비되어 필러(2)를 타고 흘러 내리면서 외부공기에 의해 냉각된 저온의 냉각수를 수집하는 집수조(5)로 구성되어 있다.

도면 중, 미설명부호 (6)은 열교환기(7)에서 열교환된 고온의 냉각수를 상기 살수수조(3)로 이송시키는 공급관이고, (8),(9)는 상기 집수조(5)에 연결되어 열교환되어 냉각된 냉각수를 열교환기(7)로 이송시키는 배출관 및 펌프를 나타낸 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 냉각탑은 고온의 냉각수가 필러를 통과하면서 공기와 접촉하여 냉각되는 구성이며, 이때 상기 공기가 흡입되도록 냉각팬이 작동되고, 이에 따라 공기가 필러를 지나는 냉각수를 비산시키게 된다.

따라서, 냉각수가 공기에 의해 비산되어 건축물의 실내 등으로 유입될 우려가 많았으며, 이로 인하여 냉방병의 일종인 레지오넬라 감염증을 유발하는 원인이 되는 문제점이 있었다.

레지오넬라균은 1976년 미국 필라델피아호텔에서 열린 '재향군인(레지오네르)의 모임'에서 이 세균 때문에 220명의 환자가 발생해 34명이 사망한뒤 붙여진 이름으로서, 호텔, 백화점 등 대형 건물 냉방장치에 사용되는 냉각수의 청결상태가 불량할 때 저수탱크나 냉각탑에 서식하다가 상기와 같은 비산에 의해 뿜어져나와 인체의 호흡기를 통해 전염되는 것으로 밝혀지고 있다.

상기한 레지오넬라 감염증은 2-12일의 잠복기를 거쳐 고열, 기침, 근육통 등 독감과 같은 증상으로 시작하여 폐렴 증상을 나타내고 급속히 악화되어 사망에 이르는 경우도 있으며 의식장애, 심부전 등 여러 장기에 장애를 동반하기도 하는 것 으로서, 매우 위험한 질환의 하나이다.

상기 레지오넬라 감염증을 유발하는 레지오넬라균은 섭씨 25도-42도 정도의 냉각수가 있는 냉각탑에 주로 서식하는 것으로 밝혀져 있는 바, 상기와 같은 냉각작용을 위한 공기와 냉각수의 직접 교류에 의한 비산작용으로 인체의 호흡기를 통해 전염되는 것으로 알려져 있음으로 종래의 냉각탑 구조는 매우 위험한 구조적 취약성을 지니고 있는 문제점이 있었다.

또한, 공기를 흡입하기 위하여 대형 냉각팬이 설치되고, 별도의 필러(충진재)가 설치됨으로써, 그 구조가 복잡하여 설치가 어려울뿐만 아니라 그 설비비용도 많이 소요되는 부가적인 문제점도 있었다.

다시 말해서, 대형 냉각팬의 구동으로 소음 및 진동이 발생되어 건축환경이 불리하고, 주변 건축물의 소음이 발생하게 됨은 물론, 상기 필러(충진재)가 햇빛에 장시간 노출되어 그 내구성이 취약한 등의 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 냉각수의 비산을 방지하여 실내공기의 오염을 예방 즉, 냉방병의 주원인인 레지오넬라균의 침입에 따른 레지오넬라 감염증 유발을 억제하도록 한 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 그 구조가 간단하여 설치가 쉽고 설비비용이 저감되는 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑을 제공하는데에도 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정수위만큼 냉각수가 집수되는 밀폐형의 집수조와; 상기 집수조의 상부에 설치되는 것으로서, 응축기와 공급라인으로 연결되어 상기 응축기를 통과한 냉각수가 살수되기 위한 살수노즐과; 상기 집수조에서 열교환된 냉각수를 응축기로 환수시키기 위한 환수관과; 상기 집수조의 저부에 설치되고 복수의 노즐을 갖는 헤더와; 상기 헤더에 공기를 공급하기 위한 루츠 블로어를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 헤더에는 전자밸브를 사이에 두고 공기압력탱크와 공기압축기가 더 연결될 수도 있다.

또한, 상기 집수조의 상부에는 외부로 통하는 배기덕트가 더 설치될 수도 있다.

또한, 상기 헤더와 루츠 블로어 사이에는 집수조 내의 냉각수가 역류하는 것을 방지하기 위한 체크밸브가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 루츠 블로어와 공기압력탱크 및 공기압축기는 상기 헤더에 대하여 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑의 구조적 연결관계 및 그 구성을 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 2에서 냉각탑의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 4는 냉각수와 공기의 온도관계 선도를 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 밀폐형 냉각탑(10)은 공기와 냉각수의 직접적인 열교환에 의한 냉각수의 냉각이 아니라, 집수조(12) 내부에 냉각수를 일정높이만큼 집수되도록 한 상태에서 상기 냉각수의 저부에서 공기를 불어넣어 기포발생에 의해 냉각수가 냉각되도록 한 원리를 가지고 있다.

따라서, 본 발명에 따른 냉각탑(10)의 집수조(12)는 냉각수가 유입되거나 배출되는 부위만 빼고 공기가 흡입되거나 빠져나가기 위한 통로가 없는 밀폐형으로 이루어져 있으므로, 냉각수의 비산이 없게 되는 것이다.

이에 대한 상세한 구성 및 작용관계는 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑(10)은, 일정수위만큼 냉각수가 집수되는 집수조(12)가 구비되어 있는데, 상기 집수조(12)의 상부측과 하부측에는 각각 응축기(20)와 공급라인(22) 및 환수라인(26)으로 연결되어 있다.

상기 집수조(12)의 상부에 위치하는 공급라인(22)의 끝단에는 복수개의 살수노즐(24)이 설치되어 있다.

상기 집수조(12)의 상부 중앙에는 건축물의 배수구에 연결되기 위한 배기덕트(40)가 설치되어 있고, 집수조(12)내에 일정수위만큼 냉각수를 보충하기 위한 급수공급관(34)과 볼탑(36)이 설치되어 있으며, 상기 집수조(12)내에 냉각수가 과공급되면 이를 다시 배수하기 위한 오버플로어관(38)이 설치되어 있다.

한편, 상기 집수조(12)의 저부에는 복수의 노즐(32)을 갖는 헤더(30)가 설치되어 있으며, 이 헤더(30)는 루츠 블로어(Roots blower)(50)와 체크밸브(52)를 사이에 두고 연결되어 있는 바, 상기 루츠 블로어(50)의 작동에 의해 공기가 공급되 어 기포를 발생하게 되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 상기 헤더(30)에는 루츠 불로어(50)뿐만 아니라 공기압력탱크(60) 및 공기압축기(62)와도 연결되어 있는데, 그 연결관에는 전자밸브(64)가 설치되어서 필요시에 공기를 상기 헤더(30)에 공급하게 된다.

상기 루프 블로어(50)와, 공기압력탱크(60) 및 공기압축기(62)는 병렬로 연결되어서 선택에 따라 어느 하나가 상기 헤더(30)와 연결된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

응축기(20)를 통해 공급라인(22)을 통과하는 냉각수는 대략 37도 정도의 온도인 상태에서 살수노즐(24)을 통해 냉각탑의 집수조(12)에 살수된다.

이때, 루츠 블로어(50)는 집수된 냉각수 저부에 잠겨져 있는 헤더(30)에 공기를 불어넣게 되고, 이에 따라 상기 헤더(30)의 노즐(32)을 통해 공기가 분사되면서 기포를 발생하게 되는데, 이 경우 집수조(12)의 수두압에 의해 역류하는 냉각수는 체크밸브(52)에 의해 방지된다.

이와 같이 집수된 냉각수 내에서 수많은 기포가 발생하게 됨으로써, 냉각수는 열교환을 이루어 대략 32도로 냉각되고, 다시 공급된 냉각수만큼 환수라인(26)을 따라 응축기(20)로 흘러가게 된다.

도 4는 냉각수와 공기의 온도관계 선도를 나타낸 그래프로서, X축은 공기가 통과하는 집수조 깊이의 비를 나타낸 것이고, Y축은 온도를 나타낸 것으로서, 본 발명에 따른 냉각탑의 성능을 나타낸 것이다.

여기서, A는 응축기를 통해 냉각탑으로 유입되는 냉각수의 온도이고, B는 냉각탑을 거쳐 열교환을 이룬 후에 다시 응축기로 환수되는 냉각수의 온도를 나타낸 것으로서, 이는 집수조의 깊이가 클수록 그 냉각범위가 큼을 알 수 있다.

또한, C는 루츠 블로어나 공기압력탱크 및 공기압축기를 통해 냉각탑으로 공급되는 공기의 온도를 나타낸 것이고, D는 냉각수와 열교환을 이룬 후, 배기덕트를 통해 배출되는 공기의 온도를 나타낸 것이다.

상기 집수조(12)내에 집수된 냉각수가 일정수위에 미치지 못할 경우에는 급수공급관(34)을 통해 공급이 이루어지고, 상기 급수공급관(34)에 연결된 볼탑(36)이 설정된 위치에 도달하면 더 이상의 공급은 이루어지지 않게 된다.

또한, 상기 집수조(12) 내에 집수된 냉각수의 양이 많게 되면, 오버플로어관(38)을 통해 외부로 배출이 이루어짐으로써, 상기 집수조(12)내의 냉각수는 항상 설정된 수위를 유지하게 된다.

상기 집수조(12)의 냉각수에서 발생된 기포는 수면위로 떠오르면서 터지게 되며, 이때 발생하는 기체는 배기덕트(40)를 통해 건축물의 외부로 빠져나가게 됨으로써, 상기 집수조(12)에 공기가 포화되는 것을 억제하게 된다.

즉, 집수조(12)에서는 압축공기와 냉각수가 열교환을 이루게 된다. 대기의 공기는 루츠 블로어(50)를 통과하면서 공기의 압력이 상승하게 되는 집수조(12)의 노즐(32)에서 팽창하면서 온도가 떨어지게 되는 바, 주변의 냉각수는 공기의 노점온도까지 냉각하게 되며, 공기는 수면 위로 상승하면서 열교환이 이루어지게 되는 것이다.

이와 같이 수면을 빠져나온 공기의 상태는 상대습도 100%의 과포화 공기가 되어 물탱크 내,외부의 압력차에 의해 배기덕트(40)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 상기 집수조(12)의 헤더(30)에 루츠 블로어(50)만으로 공기를 공급하면서 그 부하가 커지게 되면, 상기 공기압력탱크(60)와 공기압축기(62)를 통해 공기를 추가로 공급할 수 있게 된다.

즉, 상기 공기압력탱크(60) 및 공기압축기(62)와 헤더(30) 사이에 설치된 전자밸브(64)가 루츠 블로어(50)의 부하상태를 감지(예컨대, 응축기로부터 들어오는 냉각수의 온도가 높게 되면 그에 따라 집수조로 공급되는 공기의 양이 많이지게 됨으로써 부하가 커지게 됨)하여 그 부하가 크게 되면, 공기압력탱크(60) 및 공기압축기(62)에서 공기가 추가적으로 공급되도록 함으로써, 과부하를 방지하게 된다.

이때, 상기 전자밸브(64)는, 앞선 체크밸브(52)와 같이 집수조(12)내의 냉각수가 역류하는 것을 예방하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑에 의하면, 공기가 냉각수 내부에서 공급되어 기포상태로 접촉하여 열교환을 이루고, 기포가 터지면서 발생하는 기체는 별도의 배기덕트를 통해 외부로 배출됨으로써, 종래에서와 같이 공기를 압입송풍시켜 냉각수와 열교환을 이루도록 하여 발생되는 비산을 억제하게 되는 바, 건축물의 실내나 또는 공기중에 냉각수에 서식하는 라지오넬라균의 퍼짐을 예방하게 된다.

즉, 냉각탑의 집수조가 밀폐형으로 이루어져 있음으로 인하여 냉각수에 서식하게 되는 라지오넬라균이 외부로 뿜어져나가지 않게 됨으로써, 라지오넬라 감염증의 발생을 억제할 수 있어 결국 인류의 건강을 증진시키게 되는 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 종래에서와 같이 공기를 압입송풍시키기 위한 대용량의 냉각팬과 공기를 정화하기 위한 필러(충진재)가 필요하지 않음으로써, 그 구성이 간단해져 설치가 쉽고, 설비비용이 줄어드는 효과도 있다.

Claims (5)

1. 일정수위만큼 냉각수가 집수되는 밀폐형의 집수조와;

   상기 집수조의 상부에 설치되는 것으로서, 응축기와 공급라인으로 연결되어 상기 응축기를 통과한 냉각수가 살수되기 위한 살수노즐과;

   상기 집수조에서 열교환된 냉각수를 응축기로 환수시키기 위한 환수라인과;

   상기 집수조의 저부에 설치되고 복수의 노즐을 갖는 헤더와;

   상기 헤더에 공기를 공급하기 위한 루츠 블로어를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 헤더에는 전자밸브를 사이에 두고 공기압력탱크와 공기압축기가 더 연결된 것을 특징으로 하는 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 집수조의 상부에는 외부로 통하는 배기덕트가 설치된 것을 특징으로 하는 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 헤더와 루츠 블로어 사이에는 집수조 내의 냉각수가 역류하는 것을 방지하기 위한 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 루츠 블로어와 공기압력탱크 및 공기압축기는 상기 헤더에 대하여 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 비산방지를 위한 밀폐형 냉각탑.

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