KR100736822B1 - 다공성 물질을 필러로 사용한 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공성 물질을 필러로 사용한 냉각탑에 관한 것으로, 통과 접촉되는 냉각수의 입자가 다공성 구조의 필러에 의해 감소되어 공기와의 접촉면적이 증가될 수 있도록 함으로서 냉각수에 대한 필러의 냉각능력을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 냉각탑은 그 기술적 수단으로 기공율이 1-60% 범위이고 기공수는 60-99ppi 범위인 다공성 물질의 구조체로서 구성되며, 나아가 상기 필러(30)는 다공성 물질의 구조체가 엘리미네이트(20) 아래쪽의 케이싱(10) 내부에 양쪽으로 설치되고, 각각의 필러(30) 위쪽으로는 냉각수분배기(70)가 각각 설치된 구성상의 특징이 있다.

냉각탑, 필러, 열교환, 냉각능력, 냉각수, 다공체, 기공율, 기공수

Description

다공성 물질을 필러로 사용한 냉각탑{Cooling tower using porosity matter with filler}

도 1은 본 발명의 다공성 구조를 갖는 필러를 적용시킨 기본 실시예의 냉각탑 구조도.

도 2는 본 발명의 다공성 구조를 갖는 필러를 적용시킨 응용 실시예의 냉각탑 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 케이싱(Casing) 20 : 엘리미네이트(Eliminator)

30 : 필러(Filler) 40 : 공기유입구(Louver)

50 : 송풍팬 60 : 물탱크

70 : 냉각수분배기 80 : 냉각수배출관

본 발명은 냉각수에 대한 필러의 냉각능력을 높인 냉각탑에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필러를 다공성 구조로 변경시켜 통과 접촉되는 냉각수가 공기와의 접촉면적이 증가되도록 함으로서 필러의 냉각능력을 획기적으로 향상시킬 수 있는 냉각능력을 높인 다공성 물질을 필러로 사용한 냉각탑에 관한 것이다.

최근 경제발전에 따른 산업규모가 총제적으로 증가함으로서 그에 따른 산업용수의 사용량이 크게 증가하고 있다. 산업용수 사용량의 증가는 제한된 수자원의 부족과 방류 산업용수에 의한 수질오염 등의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 산업용수중 약 70%를 차지하는 각종 냉각수의 재이용이 필요하다. 냉각수는 주로 생산공정 중 제품의 냉각, 생산기기의 냉각, 그리고 공조조화기의 냉각에 사용되고 있다.

산업체 및 대형건물 등에서는 산업기기 및 냉동공조설비의 열방출용 설비로서 냉각탑을 사용하고 있으며, 일반적으로 고열원의 열부하를 대기로 방출하는 최종장치로서 냉각탑에서의 효율적인 열교환은 산업기기 및 냉동공조설비 전체 시스템의 성능을 좌우하게 된다.

냉각탑(冷却塔, Cooling tower)은 통상 냉동기의 응축기에 사용하는 냉각용수를 재차 사용하기 위하여 실외공기와 직접 접속시켜 이 물을 냉각하는 일종의 열교환장치로서, 주위에 다량 존재하는 공기를 사용하여 물과 직접 접촉시켜 냉각하는 장치를 말한다. 그 냉각작용은 물과 공기의 온도차를 이용하는 열전달에 의한 감열과 물 자신의 증발을 이용하는 물질 전달에 의한 잠열의 두가지 작용으로 행하여지는데, 그중 특히 효과가 큰 것은 물의 증발이며 이 효과를 최대한으로 발휘시키기 위한 여러 가지 방식으로 대향류형, 직교류형, 증발형 등이 주로 적용되고 있다.

한편, 현재 국내에서 생산되고 있는 냉각탑(冷却塔, Cooling tower)에 사용되는 필러(Filler)는 일반적으로 플레이트형 또는 필름형을 주로 사용하며, 볼형상 등의 여러 가지 형상이 시도되고 있다. 특히 필러는 외부의 냉동기로부터 냉각수유입관을 통해 유입되는 응축수인 물(냉각수)이 냉각수분배기를 통해 낙하되면서 공기와의 접촉으로 열교환이 이루어진다.

즉, 냉각수가 필러의 표면으로 흘러내리면서 공기와의 열교환을 통해 증발이 이루어지는데, 지금까지 소개된 필러의 구조는 냉각수와의 접촉면적이 냉각탑 크기에 비해 제한될 수밖에 없어 그 냉각능력은 기대치에 훨씬 못 미친다는 한계가 있었다. 이는 결과적으로 냉각탑의 성능이 떨어지는 직접적인 원인이 되고 있다.

따라서 본 발명은 지금까지 냉각탑에 적용된 필러가 갖는 열교환 효율 즉, 냉각탑의 냉각능력이 떨어질 수밖에 없는 구조적인 한계를 해결하고자 개발된 것으로, 통과 접촉되는 냉각수의 입자가 다공성 구조의 필러에 의해 감소되어 공기와의 접촉면적이 증가될 수 있도록 함으로서 냉각수에 대한 필러의 냉각능력을 획기적으로 향상시킬 수 있는 냉각능력을 높인 냉각탑을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로 본 발명의 냉각탑은, 외부로부터 냉각수유입관을 통해 유입되는 냉각수가 물분배기를 통해 아래쪽의 필러로 낙 하되면서 공기와의 접촉으로 열교환이 이루어지는 냉각탑에 있어서, 상기 필러는 기공율이 1-60% 범위이고 기공수는 60-99ppi 범위인 다공성 물질의 구조체로서 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 필러는 다공성 물질의 구조체가 엘리미네이트 아래쪽의 케이싱 내부에 양쪽으로 설치되고, 각각의 필러 위쪽으로는 냉각수유입관으로부터의 냉각수분배기가 각각 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 다공성 물질의 구조체로서 냉각성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 필러가 적용된 냉각탑에 대한 구성 및 작용원리를 첨부한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 냉각탑 역시 도 1에서 보는 것처럼 기본적인 구성은 통상의 냉각탑 기본 구성에 따르며, 냉각수유입관으로의 냉각수분배기(70)를 통해 낙하되는 냉각수가 통과 접촉되면서 열교환 작용이 이루어지는 필러(30)의 구조가 냉각성능을 높일 수 있는 다공체 물질의 구조체가 변경된다.

즉, 통상의 냉각탑과 같이 케이싱(10)의 내부 상측에 공기유입구(40)에 의해 유입되는 공기에 의해 냉각수분배기(70)로부터의 냉각수가 송풍팬(50)으로 역류되는 것을 막을 수 있도록 상기 냉각수분배기(70) 위쪽으로 엘리미네이터(Eliminator)가 설치되며, 상기 냉각수분배기(70)는 일정크기의 기공율로 형성된 필러(30)로 냉각수가 균등하고 정확하게 낙하 통과될 수 있도록 상기 필러(30) 바로 위쪽에 설치된다.

또한 통과되는 냉각수가 필러(30)를 통해 공기와의 열교환이 효과적으로 이 루어질 수 있도록 케이싱(10)의 하측에 공기유입구(40)가 형성되고, 상기 공기유입구(40) 아래쪽에는 상기 필러(30)를 통과하면서 열교환되어 온도 하강된 냉각수가 낙하 수집되어 냉각수배출관(80)을 통해 다시 기타 냉각기의 냉각수로 순환 공급될 수 있도록 물탱크(60)가 설치된 구성을 갖는다.

특히 본 발명의 냉각탑에서는 냉각수분배기(70)로부터 낙하되는 냉각수가 통과면서 구조적으로 접촉면적이 증가되고 동시에 냉각수의 입자크기가 감소될 수 있도록 필러(30)가 다공체 물질의 구조체로서 구성되는데, 수많은 실험결과 다공체인 필러(30)의 기공율은 1-60% 범위이고 기공수는 60-99ppi(pore per inch) 범위에서 형성될 때 신뢰성있는 열교환 효과를 기대할 수 있다.

이는 기공율이 60% 이상으로 증가할 경우, 필러와 공기와의 접촉면적(표면적)이 줄어들어 신뢰성이 공기와의 열교환 효율에 대한 신뢰성이 떨어질 수 있다. 또한 기공수가 60ppi 이하로 감소할 경우, 물이나 공기가 필러(30)를 통과하기 힘들어 아래쪽의 공기유입구(40)를 통해 유입되는 공기에 대한 저항이 늘어날 수 있으며, 이는 결국 냉각수분배기(70)쪽으로의 공기 전달이 상승되면서 상기 냉각수분배기(70)를 통한 자연스런 냉각수의 낙하동작이 방해받을 수 있어 필러(30)의 기공율은 60% 이상을 초과하지 않으면서 기공수는 60ppi 이상으로 형성되는 것이 구조적으로 바람직하다.

이와 같이 필러(30)가 다공질 물질의 구조체로서 형성되는 본 발명의 냉각탑은 도 2에서 보는 것처럼, 필러(30)는 다공성 물질의 구조체인 필러(30)를 엘리미네이트(20) 아래쪽의 케이싱(10) 내부에 양쪽으로 설치할 수 있으며, 이 경우에는 각각의 필러(30) 위쪽으로 해당 냉각수분배기(70)가 각각 설치되어 냉각수가 해당 필러(30)로 낙하될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명의 냉각탑에 의하면, 기존의 냉각탑의 구조를 크게 변경시키지 않고도 필러의 구조를 개선시키는 정도로서도 필러를 통과하는 냉각수의 열교환능력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

특히, 일정 범위의 기공율과 기공수를 갖는 본 발명의 필러는 통과 접촉되는 냉각수의 입자크기를 구조적으로 감소시켜 공기와의 접촉면적을 획기적으로 증대시킬 수 있으며, 이는 결과적으로 필러를 통과하는 냉각수가 공기와의 열교환능력이 증가될 수 있어 냉각탑의 냉각효율이 구조적으로 향상될 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Claims (2)

1. 외부로부터 냉각수유입관을 통해 유입되는 냉각수가 냉각수분배기(70)를 통해 아래쪽의 필러(30)로 낙하되면서 공기와의 접촉으로 열교환이 이루어지는 냉각탑에 있어서,

   상기 필러(30)는 기공율이 1-60% 범위이고 기공수는 60-99ppi 범위인 다공성 물질의 구조체로서 구성된 것을 특징으로 하는 다공성 물질을 필러로 사용한 냉각탑.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 필러(30)는 다공성 물질의 구조체가 엘리미네이트(20) 아래쪽의 케이싱(10) 내부에 양쪽으로 설치되고, 각각의 필러(30) 위쪽으로는 냉각수분배기(70)가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 다공성 물질을 필러로 사용한 냉각탑.

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