KR100938556B1 - 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열교환영역을 형성하는 케이싱과; 열교환영역으로 급기를 유입하는 급기구와; 케이싱의 상단부에 열교환영역과 연통하게 형성되는 배기구와; 열교환영역에 배치되어 냉각수와 공기가 상호 유동하며 열교환하며 개방형 충진재 또는 밀폐형 전열코일 중 어느 하나로 구성되는 냉각열교환부와; 냉각열교환부의 상부영역에 배치되며, 냉각수펌프의 가동에 의하여 냉각수유입관을 통해 유입되는 냉각수를 냉각열교환부를 향해 살수하는 살수부와; 냉각열교환부를 통과하면서 열교환을 마친 고온의 습공기를 배기구를 통해 배기하는 냉각팬부와; 냉각열교환부를 통해 낙하되는 냉각수를 집수하며, 열교환기로 냉각수를 공급하는 냉각수유출관이 연결되는 냉각수유출구와, 배수관이 연결되는 배수구가 마련되는 집수조를 갖는 냉각탑에 있어서, 집수조의 수위에 변동따라 보급수를 공급 및 차단하며, 플로우트의 부력에 의하여 개폐되는 플로우트밸브 또는 수위검출기로부터 설정된 저수위 및 고수위의 검출신호에 의하여 개폐되는 전기작동식밸브 중 어느 하나로 이루어지는 보급수조절밸브와, 보급수조절밸브의 일측 결합구에 연결되는 보급수유입관과, 냉각수유출관과 보급수조절밸브의 타측 결합구 사이에 연결되어 냉각수유출관과, 열교환기와, 냉각수유입관을 통해 집수조로 보급수를 공급하도록 하는 보급수유출관으로 구성되는 보급수부와; 집수조의 일영역 또는 냉각수유입관 중 어느 한곳에 설치되어 냉각수 수질을 검출하는 수질검출기와, 수질검출기로부터 설정된 고농축값 및 저농축값의 검출신호에 따라 강제배수를 개폐하는 강제배수조절밸브와, 냉각수유입관과 강제배수조절밸브의 일측 결합구 사이에 연결되는 강제배수유출관과, 강제배수조절밸브의 타측 결합구에 연결되는 강제배수관으로 구성되는 강제배수부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템을 특징으로 한다. 이에 의하여, 보급수가 보유하는 냉열에너지를 전부 이용하여 열교환효율을 향상할 수 있고, 보급수의 절약과 냉각수의 농축완화 효율을 향상할 수 있으며, 유지보수비용을 절감할 수 있는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템을 제공할 수 있다.

냉각탑, 보급수, 강제배수

Description

냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템{make-up water and blow down system for cooling tower}

본 발명은, 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템에 관한 것으로서, 특히, 증발 및 비산 등의 손실로 부족(shortage)되는 냉각수의 보충과, 냉각탑, 냉각수유출관, 열교환기(냉동기의 응축기, 냉각유체 냉각기 등), 냉각수유입관을 포함하는 냉각수순환계의 오염된 냉각수를 소정량을 강제배수함에 따라 보급되는 보다 청결하고 저온인 보급수를 냉각수유출관과 열교환기와 냉각수유입관을 통해 집수조로 공급하고, 집수조의 저수 수위보다 낮은 위치의 냉각수유입관과 집수조의 배수구 중 어느 한곳에 연결되는 강제배수유출관을 통해 강제배수를 하도록 하여 열교환 및 농축 완화의 효율향상과 냉각수를 절약할 수 있는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화설비 및 냉동. 냉장장치 등에서 운전되는 냉동기나 산업용 열교환기는 제거되어야 하는 폐열을 수반하며, 이 폐열을 제거하기 위해서는 냉각매체를 이용하여 폐열을 대기로 방출하여야 한다.

냉각탑의 냉각방식은 피냉각 유체보다 온도가 낮은 대기상의 공기를 강제 대 류시키어 현열냉각을 하는 공랭식 냉각과, 냉각수와 공기의 접촉에 의한 증발 잠열을 이용하여 냉각하는 증발식 냉각으로 구분되며, 증발냉각 방식의 냉각탑은 어떤 다른 냉각장치보다 냉각효과가 크고 경제적이기 때문에 널리 사용되고 있다.

통상의 증발 냉각식 냉각탑은, 공기는 수직상향으로 유동되고 냉각수는 수직하향으로 유동되는 대향류형(counter flow type)냉각탑과, 공기는 수평으로 유동되고 냉각수는 수직하향으로 유동되는 직교류형(cross flow type) 냉각탑으로 구분되며, 냉각수의 유동 방식은, 냉각수와 공기가 개방된 냉각열교환부(충진재)를 유동하면서 상호 접촉에 의하여 증발 열교환하는 개방식(Open Circuit Type)과, 냉각유체(냉각수 또는 냉매)가 유동하는 밀폐된 전열코일의 외표면 상에 냉각수와 공기를 접촉시키면서 증발 열교환하는 밀폐식(Close Circuit Type)으로 구분되는 것이 일반적이나, 근래에 들어 냉각탑의 열교환 효율의 향상과, 수적음의 감소, 용수의 절감 등의 목적으로 개방식 냉각열교환부와 밀폐식 냉각열교환부를 채용한 하이브리드식(Hybrid Circuit Type) 냉각탑의 개발과 그 수요가 증가되고 있다.

그리고 통풍방식에 있어서는, 냉각탑의 배기구에 설치되어 냉각열교환부를 통과하면서 열교환을 마친 고온의 공기를 흡입하여 배출하는 흡입통풍식과, 냉각탑의 급기구와 연통하게 설치되어 냉각열교환부를 향해 외부공기를 압입 통풍하여 열교환을 마친 고온의 공기를 배기구로 배출하는 압입통풍식으로 구분된다.

다음으로, 증발식 냉각탑은, 대기 공기를 냉각매체로 이용하는 작용의 특성상, 반 대기오염방지 장치라 할 정도로 흡입되는 공기에 함유된 대기오염물질을 냉각수순환계에 집적시키게 된다. 냉각탑 가동 중에 유입되는 오염물질을 유기적으로 제거하지 아니하면 그 농축(오염)이 계속적으로 심화되어, 냉각수 순환계와 열교환 체계에 심각한 장애를 초래시키게 된다.

그리고, 증발냉각식 냉각탑은, 소정의 냉각수를 증발시키면서 발생되는 잠열을 이용하여 냉각수를 냉각하는 과정에서 유발되는 증발손실(evaporation loss)과, 강제 송풍작용에 의하여 살수되는 냉각수의 미세한 물방울이 배기기류에 편승하여 외부로 방출되는 비산손실(drift loss)과, 냉각탑내로 유동하는 송풍기류 보다 강한 편풍에 의하여 살수되는 냉각수의 미세한 물방울이 루버(급기구) 또는 배기구로 방출되는 편풍손실(windage loss)과, 냉각수순환계의 누수로 발생되는 누수손실(leak loss) 등의 냉각수 손실과,

냉각수의 증발 및 급기에 편승하여 냉각수계로 유입되는 대기오염물질로 인해 염류와 현탁물등으로 농축된 냉각수를 완화하기 위하여 소정량의 오염냉각수를 강제배수하는 강제배수손실(blow down loss)의 냉각수 손실을 수반하며,

냉각탑의 운전장애를 방지하기 위해서는, 냉각탑의 운전 중에 발생되는 냉각수의 손실(증발 및 비산 손실 등) 및 농축완화를 위한 강제배수에 따른 냉각수 손실과 즉응(real time)하여 그 손실과 상응하는 보급수가 공급되어야 한다.

또한, 상기한 냉각수의 손실과 그 손실을 보충하는 보급수에 따른 기본적인 순환 냉각수의 균형(cooling water balance)은 다음의 수식으로부터 얻어질 수 있다.

여기서,

N : 농축배수(순환냉각수에 용존 염류농도와 보급수의 농도를 비교한 배수)

CR : 냉각수 중의 염류농도(mg/ℓ)

CM : 보급수 중의 염류농도(mg/ℓ)

M : 보급수량 (l/h)

E : 증발손실량 (l/h)

W : 비산손실량 (l/h)

B : 강제배수량 (l/h)으로 하면 다음과 같은 관계가 있다.

여기서, 농축배수는;

....................................... (1)

냉각수순환계가 정상상태로 운전되는 경우는 다음(2) 식이 성립된다.

............................ (2)

(1) 및 (2)식에 의해 다음 (3)식을 얻을 수 있다.

......................... (3)

또한, (1)식에 (3)식을 대입하면 다음 (4)식이 얻어진다.

..................................... (4)

따라서, 상기 식에 의해 냉각수순환계의 농축배수를 구할 수 있다.

일예로 냉매를 응축하는 응축기를 적용하는 경우, 응축기로부터 냉각수가 받은 전열량과 냉각탑에서 물의 증발에 의해 방출된 전열량은 같으므로 다음 (5) 식이 성립된다.

R x10 ³ x △T x C = E x 10 ³ x H _L ................ (5)

여기서,

R : 순환수량(ℓ/h)

△T : 냉각탑 입출구 냉각수 온도차(℃)

C : 물의 정압비열(kJ / kgK , 수온 40℃에서 4,180 kJ / kgK)

H _L : 물의 증발잠열(kJ / kgK , 40℃에서 2,428 kJ / kg)일때,

증발손실량(E )은;

....................................(6)

(5)의 식에 따라서, 순환수량의 약 1% 정도가 증발한다.

참고로, 표준 공기조화기용 1000R/T(37℃ / 32℃) 냉각탑의 경우, 순환 냉각수 수량을 780,000ℓ/h로 할 때 증발손실량(E )은 7,800ℓ/h에 상응할 것이다.

단, 기온이 높은 여름철에는 계산한 증발 손실량과 실제의 증발 손실량이 거의 일치되지만, 봄,가을에는 약 70~ 80%, 겨울에는 약 50~ 60%에 상응함으로 설계계산으로 구한 증발 손실량과 실제의 값은 계절(기온) 등의 변수에 따라 달라질 수 있다.

강제배수량(B )은, 상기 (3), (4)식에서 (7)식을 얻을 수 있다.

...................................(7)

보급수량(M )은, 상기 (3), (4)식에서 (8), (9)식을 얻을 수 있다.

.......................................(8)

.......................................(9)

이상과 같이, 증발손실량과, 보급수량과, 강제배수량을 산정하는 기본적인 수식에 의하여 공조용 냉각탑의 경우 계산상의 전체 필요 보급수량은 개방식의 경우 1.24% 정도가 되고, 밀폐식의 경우 1.19% 정도가 되지만, 전체적인 냉각수 손실량은 대기온도 등의 변동시 가변적인 것이고, 실제로는 편풍손실과 누수손실 등을 포함하면 냉각수 순환수량의 1.8 ~ 2.0% 정도가 될 수 있고, 엘리미네이터가 제외되는 원형냉각탑의 경우에서는 보급수량이 더 이상으로 증가될 수 있다.

다음으로, 냉각수순환계에서 발생되는 주요 오염장애 종류와 수질관리 방법은 다음과 같다.

1. 부식 장해: 금속이 그 주위의 물질과 화학적 또는 전기 화학적인 반응을 일으켜서 금속 표면조직이 손상 또는 붕괴되는 부식과정에서 생성물질은 금속과 접촉하는 주위 물질에 따라 용해성이 있는 것과 없는 것이 있다. 비 용해성의 부식 생성물은 부식 발생 지점 또는 그 근처에 퇴적하게 되거나 유동되어 상당히 먼 곳에 가서 퇴적하는 경우도 있고, 냉각수순환계의 배관 등의 부식은 물론, 동 및 동합금으로 사용되는 열교환기(응축기 등)에 국부부식을 초래한다.

2. 스케일장해: 물이 가열 또는 증발과정에서 생성되는 불용해성의 물질이 여러 가지 원인으로 금속표면(응축기 및 배관)에 보호막을 형성하거나 침착되는 물 질로서, 스케일의 형성은 금속 표면의 부식을 감소시키는 반면에 열교환기의 열 교환 효율 저하와 관내 냉각수 유동 저항을 증가시키어 냉동기의 능력감소와 소비동 력을 증가시킨다. 냉각수의 농축(칼슘 경도, M 알카리도의 증대), pH상승에 의한 탄산이온농도의 증대, 수온의 상승에 의한 탄산칼슘의 용해도 감소 등의 원인으로 냉각수에서 탄산칼슘으로 석출하여 열교환기에 스케일로 고착화된다.

3. 슬라임과 조류 장애: 슬라임은 냉각수 속에서 서식하면서 오염 물질을 생성하는 미생물로 냉각수계에서 공기와 수중의 영양원(질소를 함유한 섬유소의 물질)을 먹이로 하여 광합성작용으로 번식된 세균, 곰팡이, 조류 및 효모 등의 미생물 체가 토사 및 먼지 등의 이물질과 혼합되어 형성된 연질성의 오염물질로서, 냉각수순환계 계통에서 국부부식, 냉각수의 유로 저항증가 및 열교환기의 열전달효율 저하의 원인이 된다.

위와 같은 장애를 해결하기 위해서는;

① 냉각수의 수질을 수질기준치에 맞도록 수질 유지(주기적인 수질검사 및 적정 농축배수 유지관리)와,

② 냉각수순환계에 오염물질이 형성되지 않도록 그에 따른 약품처리를 하는 것이 일반적이다.

상기한 바와 같이, 냉각수순환계에서 수질오염에 따른 장해를 억지하는 수질을 유지하기 위해서는 소정량의 강제배수는 필수적인 것이다.

적절한 냉각수 수질을 유지하기 위해서 수행되는 종래의 강제배수는 다음 방법 중 하나가 선택될 수 있다.

① 운전중에 소정량의 오염된 냉각수가 계속적으로 배수되도록 배수밸브를 개방

② 소정량의 오염된 냉각수가 계속적으로 넘침관을 통해 배수되도록 집수조의 운전수위를 높임

③ 집수조의 청소를 겸해서 정기적으로 냉각수순환계의 냉각수를 신선한 용수로 교체

그러나, 상기 종래의 강제배수 방법은, 강제배수의 수행으로 냉각수의 농축이 완화되더라도, 강제배수가 운전자가 통제하지 않는 한 계속적으로 배수되어 용수의 손실을 초래할 수 있고, 배수밸브의 수동 개폐와, 넘침관으로 자연 강제배수를 위한 집수조의 수위 조절 작업에 복잡성이 따르며, 냉각수순환계의 오염된 체류냉각수를 신선한 보급수로 전체 교체하는 경우에는 냉각탑을 가동할 수 없는 문제점이 있다.

그리고, 냉각수 손실(증발손실, 비산손실, 편풍손실, 누수손실 등)과 강제배수에 따른 냉각수 보충수 공급을 집수조내의 체수 표면에 행함으로, 강제배수 중에 보다 청결하고 저온인 일부의 보급수가 냉각수순환계에서 우회하여 집수조의 배수밸브 또는 넘침관을 통해 배수됨으로 보급수가 보유한 냉열 에너지의 일부를 활용할 수 없을 뿐만이 아니라, 우회 강제배수된 보급수량과 상응하는 보급수 손실과, 농축완화 효율의 저하와, 냉열 에너지 손실이 수반되는 문제점이 있다.

다음은, 종래 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템에 대하여, 첨부한 도면을 참고하여 설명하기로 한다.

도 6은 종래 냉각탑의 보급수 및 강제배수부에 대한 개략적인 구성도이고, 도 7은 도 6의 보급수 및 강제배수와 냉각수의 개략적인 밸런스도이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 종래 보급수 및 강제배수부를 구성하는 냉각탑(100)은, 열교환영역을 형성하는 케이싱(111)과; 상기 열교환영역으로 급기를 유입하는 급기구 (112)와; 상기 급기구(112)와 인접하게 마련되며, 급기를 안내하고 외부로 이탈되는 냉각수 물방울을 제지하여 상기 열교환영역내로 유도하는 루버(113)와; 상기 케이싱(111)의 상단부에 상기 열교환영역과 연통하게 형성되는 배기구(114)와; 상기 열교환영역에 배치되어 냉각수와 공기가 상호 유동하며 열교환하는 냉각열교환부 (115)와; 상기 냉각열교환부(115)의 상부영역에 배치되며, 냉각수 펌프(170)의 가동에 의하여 냉각수유입관(126)을 통해 유입되는 냉각수를 상기 냉각열교환부(115)를 향해 살수하는 살수부(116)와; 상기 냉각열교환부(115)를 통과하면서 열교환을 마친 포화습공기를 상기 배기구(114)를 통해 배기하는 냉각팬부(120)와; 상기 배기구(114)를 향하여 비산되는 물방울을 회수하는 엘리미네이터(118)와; 상기 냉각열교환부(115)를 통해 낙하되는 냉각수를 집수하며, 일영역에 열교환기(180)로 냉각수를 공급하는 냉각수유출관(125)이 연결되는 냉각수유출구(121)와, 배수관(129)이 연결되는 배수구(122)와, 운전 최고수위를 초과하는 체류 냉각수를 외부로 방출하는 넘침관(127)으로 구성되는 집수조(119)를 마련하고 있다.

그리고, 상기 집수조(119)의 수위에 변동따라 보급수를 상기 집수조(119)내로 공급 및 차단하며, 일측에 보급수유입관(132)이 연결되고 플로우트의 부력에 의하여 개폐되는 보급수조절밸브(131)와, 상기 집수조(119)의 배수구(129)에 연결된 배수관(129)에 마련되는 배수밸브(128)로 구성되는 보급수 및 강제배수부(130)를 마련하고 있다.

여기서, 상기 보급수 및 강제배수부(130)의 구성과 달리, 수질검출기(미도시)와, 수질검출기의 저수위 및 고수위 검출신호에 의하여 개폐되는 전기작동식 보급수조절밸브(미도시)와, 집수조내의 냉각수 수질을 검출하는 수질검출기 (145)와, 수질검출기(145)의 설정된 고농축값 및 저농축값 검출신호에 따라 강제배수를 개폐하며, 상기 집수조(119)의 배수관(129)에 설치되는 강제배수조절밸브 (140)로 구성되는 전기제어식 보급수 및 강제배수부를 구성할 수도 있다.

도면 7.을 참조하여 보급수 및 강제배수의 작용에 대하여 설명하기로 한다. 설명에 앞서, 각 유량을 수치화하기 위하여, 본 설명에서는 1,000CRT용량의 공조용 냉각탑을 기준한다.

먼저, 냉각탑의 외기온도, 부하율, 냉각열량, 냉각수 입출구의 온도, 보급수의 조건 등의 변동으로부터 냉각수 손실량(증발 및 비산 손실 등)과, 강제배수량, 보급수량은 다변적이므로, 표준설계조건(습구온도(27℃),냉각수유입구 온도 (37℃), 냉각수유출구온도(32℃))를 적용하는 1,000RT(3,024,000 Kcal/hr) 냉동기용 1,000CRT(3,900,000 Kcal/hr)냉각탑을 기준하여, 보급수량 (냉각수손실량과 강제배수량)은 통상 안정적으로 적용하는 냉각수순환수량의 2%로 가정하고, 농축배수는 4로 하며, 농축배수 4에 따른 강제배수량은 8,000ℓ/hr(8ℓ/hr.RT x 1,000)로 하고, 냉각수 손실량(증발 및 비산손실 등)은 7,600ℓ/hr(보급수량-강제배수량)로 가정한 다.

도면에 나타내고 있는 바와 같이, 열교환기(180)로부터 냉각수유입관(126)을 통해 유입된 고온의 ④냉각수(780,000ℓ/hr-37℃)는 냉각탑의 작용에 의하여 소정량의 냉각수가 ⑤손실(7,600ℓ/hr)되고, 농축배수 4에 준한 소정량(8,000ℓ/hr)의 냉각수가 배수밸브(138)의 개방에 의하여 ⓑ강제배수된다.

⑤손실 냉각수(7,600ℓ/ hr)와 ⓑ강제배수량 (8,000ℓ/hr)에 의하여 집수조 (19)의 체류수위가 낮아짐과 동시에 보급수부(130)의 보급수조절밸브(131)가 개방되어 소정의 ②보급수량(15,600ℓ/hr-15℃)이 집수조(119)의 체류 수표면상으로 공급되면서, 냉각열교환부(115)로부터 냉각되어, 집수조(119)로 집수되는 ①냉각수 (772,400 ℓ/hr -32℃)와 집수조(119) 내에서 혼합된 ③저온의 냉각수(788,000ℓ/hr -31.66℃)는 배수밸브(128)을 통하여 그 일부의 냉각수(8,000ℓ/hr-31.66℃)가 ⓑ강제배수되고, 나머지의 ④냉각수(780,000ℓ/hr-31.66℃)가 냉각수유출관 (125)과 열교환기(180)를 통해 열교환 열량을 흡수하여 고온의 냉각수(780,000ℓ/ hr-37℃)가 되어 다시 냉각수유입관(126)을 통해 냉각탑(100)으로 재순환되고, 위와 같은 냉각수의 손실, 강제배수 및 보급수의 공급 과정은 반복적으로 행해진다.

상기한 바와 같이, 종래의 보급수 및 강제배수부(130)는, 집수조(119) 내로 보급수②를 공급하고, 집수조(119) 내에서 냉각된 냉각수(32℃)와 보다 저온인 보급수(15℃)와 혼합되어 보다 저온이 된 소정량의 냉각수(31.66℃)를 집수조(119)의 배수밸브(128)를 통해 외부로 ⓑ강제배수 하는 것을 근본으로 하고 있다.

위와 같은 종래기술의 구성과 작용에 의하여, 집수조내로 보급수 전량을 공 급함과, 집수조 내에서 냉각된 냉각수와 보다 저온이고 청결한 보급수와 혼합된 보다 저온이고 농축이 비교적 완화된 소정량의 냉각수를 집수조의 배수밸브를 통해 외부로 강제배수(8,000ℓ/hr-31.66℃)함에 따라, 강제배수 냉각수(8,000ℓ/hr - 31.66℃)가 보유한 냉열 에너지(8,000 x (37-31.66)=42,720 Kcal/hr)가 그대로 손실되고, 굳이 실험수치를 개입하지 아니하더라도, 보다 농축이 완화된 냉각수 (8,000ℓ/hr)를 냉각수순환계를 거치지 않고, 우회 강제배수함으로서 강제배수량에 상응하는 냉각수 순환계의 농축 완화 효율저하와, 냉각수손실을 초래할 수 있다.

그리고, 보급수를 집수조내의 체류 수표면 내로 공급하는 구조에 따라, 수압으로 공급되는 보급수와 집수조내의 체류 수표면의 마찰로 수적음이 발생됨은 물론 수표면에 파동이 발생되어 플로우트가 불필요하게 흔들리게 하여 개폐를 부정확하게 거나, 수질검출기의 검출점을 부정확하게 하는 문제점도 있다.

또한, 용수(수자원) 절약의 일환으로, 냉각탑산업계에서도 고효율의 엘리미네이터와, 강제배수량의 감소를 위한 냉각수의 수처리(약품 투입, 오존살균, 여과 등) 기술들이 개발되어 왔지만, 비산량을 보다 더 감소하기 위하여 엘리미네이터를 고효율화 하면 공기의 유동저항이 증가(냉각팬 소비동력 증가)되고, 냉각수 수처리 장치는 추가적인 설비비와 유지비가 증가됨은 물론 냉각수가 함유한 모든 오염물질의 처리에는 한계성이 있다.

그리고, 수자원이 풍부했던 19세기 초에 개발된 종래기술의 보급수 및 강제배수부를 현재까지 변함없이 냉각탑에 적용하고 있지만, 집수조의 배수밸브를 통해 강제배수하는 냉각수가 보유한 냉열 에너지손실과, 농축완화의 효율저하 및 냉각수의 손실이 수반됨에도 산업계 및 수요계에서는 냉각탑의 작용상 당연한 것으로 여겨 이 손실과 효율저하에 대해서는 아예 관심조차 없었던 것이 사실이다.

따라서, 본 발명은, 보급수가 보유하는 냉열에너지를 전부 이용하여 열교환효율을 향상할 수 있고, 보급수의 절약과 냉각수의 농축완화 효율을 향상할 수 있으며, 유지보수비용을 절감할 수 있는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서,

본 발명의 목적은, 냉각수 손실의 보충과, 냉각수 농축완화의 강제배수시 공급되는 보급수의 전량을 냉각수유출관을 통해 열교환기와 냉각수유입관으로 유동되도록 하는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 냉각수 농축완화를 위한 소정의 강제배수를 집수조의 저수 수위보다 낮은 위치의 냉각수유입관과 집수조의 배수구 중 어느 한곳을 통해 배출되도록 하는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 보급수가 보유하는 냉열에너지를 전부 이용하여 열교환효율을 향상함과, 보급수의 절약과, 냉각수의 농축완화 효율의 향상과, 유지보수비용을 절감하도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 열교환영역을 형성하는 케이싱과; 상기 열교환영역으로 급기를 유입하는 급기구와; 상기 케이싱의 상단부에 상기 열교환영역과 연통하게 형성되는 배기구와; 상기 열교환영역에 배치되어 냉각수와 공기가 상호 유동하며 열교환하며 개방형 충진재 또는 밀폐형 전열코일 중 어느 하나로 구성되는 냉각열교환부와; 상기 냉각열교환부의 상부영역에 배치되며, 냉각수펌프의 가동에 의하여 냉각수유입관을 통해 유입되는 냉각수를 상기 냉각열교환부를 향해 살수하는 살수부와; 상기 냉각열교환부를 통과하면서 열교환을 마친 고온의 습공기를 상기 배기구를 통해 배기하는 냉각팬부와; 상기 냉각열교환부를 통해 낙하되는 냉각수를 집수하며, 열교환기로 냉각수를 공급하는 냉각수유출관이 연결되는 냉각수유출구와, 배수관이 연결되는 배수구가 마련되는 집수조를 갖는 냉각탑에 있어서,

상기 집수조의 수위에 변동따라 보급수를 공급 및 차단하며, 플로우트의 부력에 의하여 개폐되는 플로우트밸브 또는 수위검출기로부터 설정된 저수위 및 고수위의 검출신호에 의하여 개폐되는 전기작동식밸브 중 어느 하나로 이루어지는 보급수조절밸브와, 상기 보급수조절밸브의 일측 결합구에 연결되는 보급수유입관과, 상기 냉각수유출관과 보급수조절밸브의 타측 결합구 사이에 연결되어 상기 냉각수유출관과, 상기 열교환기와, 상기 냉각수유입관을 통해 상기 집수조로 보급수를 공급하도록 하는 보급수유출관으로 구성되는 보급수부와;

상기 집수조의 일영역 또는 상기 냉각수유입관 중 어느 한곳에 설치되어 냉각수 수질을 검출하는 수질검출기와, 상기 수질검출기로부터 설정된 고농축값 및 저농축값의 검출신호에 따라 강제배수를 개폐하는 강제배수조절밸브와, 상기 냉각수유입관과 상기 강제배수조절밸브의 일측 결합구 사이에 연결되는 강제배수유출관과, 상기 강제배수조절밸브의 타측 결합구에 연결되는 강제배수관으로 구성되는 강제배수부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템을 제공한다

여기서, 상기 냉각탑은, 흡입 통풍식 냉각탑과, 압입통풍식 냉각탑 중 어느 하나로 적용될 수 있으며, 다른 형식의 냉각탑으로도 적용할 수 있으므로 그 형식에는 구애를 받지 않는다.

다음으로, 상기 냉각열교환부는, 대향류향과, 직교류형 중 어느 하나로 적용될 수 있으며, 다른 형식의 냉각열교환부로도 적용할 수 있으므로 그 형식에는 구애를 받지 않는다.

다음으로, 상기 살수부는, 냉각수 분배주관과, 다수의 분배관과, 분배관에 배치되는 다수의 살수노즐로 구성되는 압력살수식 살수부와, 다수의 살수노즐이 구성된 살수수조와 상기 살수수조와, 냉각수 분배주관과, 복수의 분배관과,상기 분배관의 하단부에 결합되어 상기 살수조로 냉각수를 고르게 배출하는 디퓨셔 (diffuser)로 구성되는 중력살수식 살수부 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

다음으로, 상기 냉각팬부는, 축류팬과, 팬실린더와, 구동벨트와, 팬드라이버 와, 모터가 구성되는 축류형 냉각팬부와, 원심팬과, 팬하우징과, 구동벨트와, 모터 가 구성되는 원심형 냉각팬부 중 어느 하나로 적용될 수 있으며, 벨트구동식이 아닌 직결 구동식으로도 적용할 수 있다.

다음으로, 전기작동식밸브로 구성되는 상기 보급수조절밸브에 연결되는 보급수유입관 및 보급수유출관은, 하절기에 관표면을 통한 열손실방지와, 동절기에 동파방지와, 상기 보급수조절밸브의 조작의 편리성을 위해 기계실내의 급수관과, 냉각수유출관 사이에 설치되는 것이 바람직하나, 옥외의 냉각탑과 근접한 급수관과, 냉각수유출관 사이에 설치할 수도 있다.

그리고, 전기작동식밸브로 구성되는 상기 보급수조절밸브에 연결되는 보급수유입관과 보급수유출관 중 어느 한곳에는, 상기 보급수조절밸브의 고장 또는 이물질의 장애로 밸브폐쇄가 않되는 경우 집수조 및 냉각수 유출관 내의 오염된 저수가 역류되는 것을 방지하기 위하여 역지변(check valve)을 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 전기작동식밸브는, 전자밸브인 것이 바람직하나, 전동밸브로도 적용할 수 있다.

다음으로, 상기 강제배수조절밸브와, 상기 강제배수조절밸브에 연결되는 강제배수유출관 및 강제배수관은, 동절기에 동파방지와, 강제배수의 바닥 결빙방지 와, 상기 강제배수조절밸브의 조작의 편리성을 위해 기계실내의 냉각수유입관에 설치되고, 기계실 배수관을 통해 강제배수되도록 하는 것이 바람직하나, 실내 설치에 제약이 있는 경우, 상기 강제배수조절밸브의 일측 결합구에 연결되는 강제배수유출관을 상기 집수조의 배수구에 설치할 수도 있다.

다음으로, 상기 보급수조절밸브와, 강제배수조절밸브의 각각에는 나사체결식 또는 플랜지 체결식의 배관 결합구가 마련되는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 강제배수부의 강제배수관을 통해 배수되는 고농축(오염) 냉각수의 일부를 재활용하여 냉각수의 손실을 절약하는 수단으로서, 상기 냉각수유출관과 강제배수관사이에는, 강제배수되는 냉각수의 소정량을 유입시키어 소정의 수질로 수처리하여 재활용하도록 하는 수처리유닛과, 상기 강제배수관과 수처리유닛의 유입구사이에 연결되어 강제배수되는 냉각수의 소정량을 상기 수처리유닛으로 유입시키는 강제배수유입관과, 상기 강제배수유입관에 설치되어 강제배수유입량을 조절하는 강제배수유입 조절 밸브와, 상기 강제배수관에 설치되어 상기 강제배수유입관으로 유입되는 유입량과 비례하여 강제배수 방출량을 조절하는 강제배수 방출조절 밸브와, 상기 냉각수유출관과 수처리유닛의 유출구 사이에 연결되어 수처리된 냉각수를 상기 냉각수유출관 또는 집수조의 저부로 공급하는 수처리냉각수 유출관과, 상기 수처리냉각수유출관으로 통하여 냉각수가 역류되는 것을 방지하도록 설치되는 역지변으로 구성되는 강제배수재활용부를 더 포함하여 마련할 수도 있다.

여기서, 상기 수처리유닛은, 냉각수의 오염물질을 여과하는 여과식(filter type) 수처리유닛과, 냉각수의 오염물질을 화공약품을 투입하여 제거 및 완화하는 약품투입식(cemical dosing type) 수처리유닛 등의 종래기술의 수처리유닛을 선택적으로 채용할 수 있다.

다음으로, 상기 보급수부와 강제배수부에는, 제어부를 더 포함하여 마련하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 냉각수펌프의 전원스위치의 작동(on/off) 신호에 따라, 상기 전기작동식밸브로 이루어지는 보급수조절밸브 및 수위검출기와, 상기 강제배수조절밸브 및 수질검출기의 전원이 연동(on/off)되도록 스위칭되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 냉각수펌프의 전원스위치의 가동(on) 신호에 따라, 상기 전기작동식밸브로 이루어지는 보급수조절밸브 및 수위검출기와, 상기 강제배수조절밸브 및 수질검출기의 전원이 연동(on) 스위칭될 시, 상기 전기작동식밸브로 이루어지는 보급수조절밸브 및 수위검출기와, 상기 강제배수조절밸브 및 수질검출기는 전원이 입력되어 작동 대기상태가 되며, 상기 수위검출기로부터 설정된 저수위 검출신호가 입력되면 상기 보급수조절밸브가 개방되어 보급수가 공급되고, 고수위 검출신호가 입력되면 상기 보급수조절밸브를 폐쇄되어 보급수공급을 차단하며, 상기 수질검출기로부터 설정된 고농축값 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브가 개방되어 고농축냉각수가 배수되고, 설정된 저농축값 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브를 폐쇄되어 배수를 차단 하도록 제어되도록 제어를 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각수펌프의 전원스위치의 정지(off) 신호에 따라, 상기 전기작동식밸브로 이루어지는 보급수조절밸브 및 수위검출기와, 상기 강제배수조절밸브 및 수질검출기의 전원은 연동(off) 스위칭 되도록 제어되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 수위검출기는, 설정된 저수위검출 신호(보급수조절밸브 개방신호)와, 설정된 고수위검출 신호(보급수조절밸브 폐쇄신호)를 출력하는, 전극봉식 수위검출기를 적용하는 것이 바람직하나, 플로우트식 등 다른 형식의 수위검출기로도 적용할 수 있다.

또한, 상기 수질검출기는, 냉각수 순환계를 유동하는 냉각수의 농축값의 대상이 되는 염화물(chlorides, Cl) 농도와, 탄산칼슘(CaCO3: calcium cabonate) 경도와, 냉각수의 도전율 중 어느 하나를 검출하는 것이 바람직하나, 다른 오염요소의 농축값로도 적용할 수도 있으며, 상기 수질검출기는, 상기 집수조의 저수 냉각수 농축값를 검출하도록 상기 집수조와 인접하게 설치되는 것이 바람직하나, 냉각수 유입관과, 냉각수유출관 중 어느 하나의 관로에 설치할 수도 있다.

본 발명에서 핵심으로 특징하는, 냉각수유출구와 열교환기 사이에 연결된 냉각수유출관을 통해 보급수의 전량을 냉각수유출관과, 열교환기와, 냉각수유입관으으로 공급하고, 집수조의 저면보다 낮은 위치의 냉각수유입관과, 집수조의 배수구 중 어느 한 곳을 통해 농축(오염)된 냉각수를 강제배수하는 기술적 구성에 의한 본 발명이 추구하는 효과에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 냉각탑의 외기온도, 부하율, 냉각열량, 냉각수 입출구의 온도, 보급수의 조건 등의 변동으로부터 냉각수 손실량(증발 및 비산 손실 등)과, 강제배수량, 보급수량은 다변적이나, 표준설계조건(습구온도(27℃),냉각수유입구온도(37℃), 냉각수유출구온도(32℃))를 적용하는 1,000RT(3,024,000 Kcal/hr) 냉동기용 1,000CRT (3,900,000 Kcal/hr) 냉각탑을 기준하고, 보급수량 (냉각수손실량과 강제배수량)을 냉각수순환수량의 2%로 가정한다.

여기서,

T1: 냉각수유입구온도(37℃)

T2: 냉각열교환부를 거친 냉각수온도(32℃)

T3: 냉각된 냉각수와 보급수의 혼합온도(냉각수유출구온도℃)

T4: 보급수 온도(15℃)

△T1: 온도차(T1-T2)=37-32=5℃

△T2: 온도차(T1-T3)=37-31.66=5.44℃

QS1: 기준냉각수유출량(780,000ℓ/hr ≒ 13,000ℓ/min)

QS2: 보정냉각수유출량(QR3 + QF)= 772,400 + 15,600=788,000ℓ/hr

QR1: 기준냉각수유입량(780,000ℓ/hr ≒ 13,000ℓ/min)

QR2: 보정냉각수유입량(QS2 - BQ)= 788,000 - 8,000=780,000ℓ/hr

QR3: 집수조로 유입되는 냉각된 냉각수량(QR2-WS)= 780,000- 7,600

=772,400ℓ/hr

QC: 보정냉각수순환수량(H1 /△T2)

QF: 보급수량(기준 냉각수유입량의 2%)

(QR1 x 0.02)=15,600ℓ/hr ≒ 260ℓ/min

N: 농축배수(4)

BQ: 농축배수 4에 따른 강제배수량(RT x 8ℓ/hr)=

1,000 x 8= 8,000ℓ/hr

WS: 가정 증발 및 비산 등의 냉각수 손실량(QF - BQ)=

15,600 - 8,000=7,600ℓ/hr

H1: 기준냉각열량(3,900,000 kcal/hr ≒ 1,000 CRT/hr)

H2: 보정냉각열량,으로 할 때,

냉각수와 보급수의 혼합온도(T3)는 다음 식(10)에 의하여 구할 수 있다.

...........(10)

그리고, 보정냉각열량(H2)은 다음 식(11)에 의하여 구할 수 있다.

..........(11)

또한, 낮아진 냉각수의 온도에 따라, △T2가 5.34℃로 가정할 때 1,000RT (3,024,000 kcal/hr) 냉동기의 냉각수 순환수량(QC)은 다음식(12)에 의하여 구할 수 있다.

..............(12)

상술한 바와 같이, 보급수의 보유 냉열에너지를 전량 이용함으로, 시간당 79CRT(7.9%) 정도의 냉각능력이 향상되고, 낮아진 냉각수출구온도(31.66℃)와 상응하여, 냉동기의 성적계수 (C.O.P : coefficient of performance)의 향상(냉각수 온도가 1℃ 낮아지면 냉동기의 효율은 10% 정도 향상될 수 있음)하거나, 냉동기의 성적계수를 그대로 둘 경우 냉동톤(RT)당 냉각수 순환수량(13ℓ/min→12.17ℓ/min)을 6.4% 정도 감소할 수 있다.

그리고, 냉각수의 순환수량이 감소되면, 냉각수배관과 냉각수 순환펌프 등의 크기 감소에 영향을 줄 수 있다.

또한, 굳이 실험수치를 개입하지 아니하더라도, 냉각수유출구와 열교환기 사이에 연결된 냉각수유출관을 통해 보급수의 전량을 냉각수순환계로 공급하고, 집수조의 저수 수위보다 낮은 위치의 냉각수유입관과 집수조의 배수구 중 어느 한 곳을 통해 농축(오염)된 냉각수를 강제배수함으로서, 냉각수순환계를 순환하는 농축 냉각수가 고르게 농축완화됨으로 농축환화 효율을 향상시킬 수 있고, 강제배수에 따른 보급수량을 절약할 수 있다.

그리고, 냉각수유출관을 통해 냉각수순환계로 보급수를 공급함으로, 집수조내의 마찰 수적음과, 수표면에 파동에 의한 플로우트가 불필요하게 흔들리거나, 수질검출기의 검출점을 부정확하게 하여 발생되는 보급수조절밸브의 개폐 장애를 배제할 수 있다.

따라서, 본 발명은, 보급수가 보유하는 냉열에너지를 전부 이용하여 열교환효율을 향상할 수 있고, 보급수의 절약과 냉각수의 농축완화 효율을 향상할 수 있으며, 유지보수비용을 절감할 수 있는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템을 제공할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 여러 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 본 발명의 목적, 특징 및 장점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이 며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기술의 구성 및 작용에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 여러 실시 예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일부호를 적용하여 대표적으로 일실시 예에서 설명하고, 그 외의 실시 예에서는 일실시 예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 보급수 및 강제배수와 냉각수의 개략적인 밸런스도이다. 이들 도면에 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예는, 대향류식 개방형냉각탑에 적용하는 일예로서, 열교환영역을 형성하는 케이싱(11)과; 상기 열교환영역으로 급기를 유입하는 급기구(12)와; 상기 급기구(12)와 인접하게 마련되며, 급기를 안내하고 외부로 이탈되는 냉각수 물방울을 제지하여 상기 열교환영역내로 유도하는 루버(13)와; 상기 케이싱(11)의 상단부에 상기 열교환영역과 연통하게 형성되는 배기구(14)와; 상기 열교환영역에 배치되어 냉각수와 공기가 상호 유동하며 열교환하며 개방형 충진재로 구성되는 냉각열교환부(15a)와; 상기 냉각열교환부(15a)의 상부영역에 배치되며, 냉각수펌프(70)의 가동에 의하여 냉각수유입관(26)을 통해 유입되는 냉각수를 상기 냉각열교환부(15a)를 향해 살수하는 압력살수식 살수부(16a)와; 상기 냉각열교환부(15a)를 통과하면서 열교환을 마친 고온의 습공기를 상기 배기구를 통해 배기하는 축류형 냉각팬부(20a)와; 상기 배기구 (14)를 향하여 비산되는 물방울을 회수하는 엘리미네이터(18)와; 상기 냉각열교환부(15a)를 통해 낙하되는 냉각수를 집수하며, 열교환기(80)로 냉각수를 공급하는 냉각수유출관(25)이 연결되는 냉각수유출구(22)와, 배수관(29)이 연결되는 배수구 (22)와, 운전 최고수위가 초과될 시 그 초과 체류냉각수를 외부로 배출하는 넘침관 (27)을 갖는 집수조(19)로 구성되는 냉각탑(10a)을 마련하고 있다.

다음으로, 냉각수 손실의 보충과, 냉각수 농축완화의 강제배수시 공급되는 보급수의 전량을 냉각수유출관을 통해 열교환기와 냉각수유입관으로 유동되도록 하는 수단으로서,

상기 집수조(19)의 수위에 변동따라 보급수를 공급 및 차단하며, 플로우트의 부력에 의하여 개폐되는 플로우트밸브로 이루어지는 보급수조절밸브(31a)와, 상기 보급수조절밸브(31a)의 일측 결합구(미부호)에 연결되는 보급수유입관(32)과, 상기 냉각수유출관(25)과 보급수조절밸브(31a)의 타측 결합구(미부호) 사이에 연결되어 상기 냉각수유출관(25)과, 열교환기(80)와, 상기 냉각수유입관 (26)을 통해 상기 집수조(21)로 보급수를 공급하도록 하는 보급수유출관(33)으로 구성되는 보급수부 (30a)와;

오염된 냉각수의 농축완화를 위해 소정량의 오염 냉각수를 냉각수유입관을 통해 강제배수 하는 수단으로서,

상기 집수조(19)의 일영역에 설치되어 냉각수 수질을 검출하는 수질검출기 (45)와, 상기 수질검출기로부터 설정된 고농축값 및 저농축값의 검출신호에 따라 강제배수를 개폐하는 강제배수조절밸브(41)와, 상기 냉각수유입관(26)과, 상기 강 제배수조절밸브(41)의 일측 결합구(미부호) 사이에 연결되며, 유량을 조절하거나, 보수시 폐쇄하는 밸브(44)가 설치된 강제배수유출관(42)과, 상기 강제배수조절밸브 (41)의 타측 결합구(미부호)에 연결되는 강제배수관(43)으로 구성되는 강제배수부 (40)를 마련하고 있다.

여기서, 상기 보급수조절밸브(31a)는 플로우트밸브를 적용하는 것을 일예로 두고 있지만, 이를 대체하여, 후술할 다른 실시 예에서 개시하는 전기작동식밸브로 이루어지는 보급수조절밸브와, 수위검출기로 구성할 수도 있으므로 그 적용의 형식에는 구애를 받지 아니한다.

다음으로, 상기 강제배수부(40)를 제어하는 추가적인 구성으로서, 상기 냉각수펌프 (70)의 전원스위치 작동(on/off) 신호에 따라, 상기 강제배수조절밸브 (41) 및 수질검출기(45)의 전원이 연동(on/off) 스위칭하고, 상기 수질검출기(45)로부터 설정된 고농축값의 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브(41)를 개방하야 오염 냉각수를 강제배수하고, 설정된 저농축값의 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브(41)를 폐쇄하여 강제배수를 차단하도록 제어하는 제어부(60)가 마련되어 있다.

다음은, 도면 2.를 참조하여 보급수 및 강제배수의 작용에 대하여 설명하기로 한다. 설명에 앞서, 각 유량을 수치화하기 위하여, 본 설명에서는 1,000CRT용량의 공조용 냉각탑을 기준한다.

도면에 나타내고 있는 바와 같이, 열교환기(80)로부터 냉각수유입관(26)을 통해 유입된 고온의 ④냉각수(780,000ℓ/hr-37℃)는 냉각탑의 작용에 의하여 소정 량의 냉각수가 ⑤손실(7,600ℓ/hr)되고, 농축배수 4에 준한 소정의 ⓑ강제배수량 (8,000ℓ/hr-37℃)이 강제배수부(40)의 수질검출기(45)의 설정된 고농도값 검출신호에 의해 개방되는 강제배수조절밸브와, 냉각수유입관(26)에 연결된 강제배수유 출관(42)과, 강제배수관(43)을 통하여 외부로 방출된다.

⑤손실 냉각수(7,600ℓ/ hr)와 ⓑ강제배수량(8,000ℓ/hr-37℃)에 의하여 집수조(19)의 체류수위가 낮아짐과 동시에 보급수부(30a)의 개방된 보급수조절밸브 (31a)와, 냉각수유출관(25)에 연결된 보급수유출관(33)을 통하여 소정량의 ②보급수(15,600ℓ/hr-15℃)가 공급되면서, 냉각열교환부(15a)로부터 냉각되어, 집수조 (19)를 거쳐 냉각수유출관(25)으로 유동하는 ①냉각수(772,400ℓ/hr -32℃)와 냉각수유출관(25) 내에서 혼합된 ③저온의 냉각수(788,000ℓ/hr -31.66℃)는 열교환기(80)를 통과하면서 열교환 열량을 흡수하여 고온의 냉각수(788,000ℓ/ hr-37℃)가 되어 다시 냉각수유입관(26)으로 유동하면서 강제배수부(40)의 강제배수관 (43)을 통해 소정량(8,000ℓ/hr-37℃)의 오염 냉각수를 ⓑ강제배수하고, 그 나머지의 고온의 ④냉각수(780,000ℓ/hr-37℃)를 냉각탑으로 공급하게 되며, 위와 같은 냉각수의 손실, 강제배수 및 보급수의 공급 과정은 반복적으로 행해진다.

그리고, 강제배수의 작용은, 냉각수순환계의 체류 냉각수가 농축이 완화(저농도)되면, 강제배수부(40)의 수질검출기(45)의 설정된 저농도값 검출신호에 의해 강제배수조절밸브(41)가 폐쇄되어 강제배수를 정지하고, 농축이 강화(고농도)되면 수질검출기(45)의 설정된 고농도값 검출신호에 의해 강제배수조절밸브(41)가 개방되어 다시 강제 배수되는 작용이 반복된다.

그러나, 수질검출기(45)의 설정된 저농도값 검출은, 장마철 등으로 대기가 청결해져 대기오염물질 유입이 감소되는 경우와, 냉각수순환계의 체류냉각수의 전량교체 등으로 수질오염도가 낮은 경우에 일시적으로 발생될 수 있다.

위와 같은, 제 1실시 예의 기술적 구성과 그 작용에 의하여, 보급수가 보유하는 냉열에너지를 전부 이용하여 열교환효율을 향상할 수 있고, 보급수의 절약과 냉각수의 농축완화 효율을 향상할 수 있으며, 유지보수비용을 절감할 수 있는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템을 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이다. 도면에 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 전술한 제 1실시 예와는 달리, 압입통풍식 개방형냉각탑(10b)에 적용하는 일예로 서, 원심형 냉각팬부(20)를 구성하고 있다.

다음으로, 수위검출기(35)와, 상기 수위검출기(35)로부터 설정된 저수위 및 고수위의 검출신호에 의하여 개폐되는 보급수조절밸브(31b)와, 상기 보급수조절밸브(31b)의 일측 결합구에 연결되며 역류를 방지하는 역지변(34)이 설치된 보급수유입관(32)과, 상기 냉각수유출관(25)과 보급수조절밸브(31b)의 타측 결합구 사이에 연결되어 상기 냉각수유출관(25)과, 열교환기(80)와, 상기 냉각수유입관(26)을 통해 상기 집수조(19)로 보급수를 공급하는 보급수유출관(33)으로 구성되는 보급수부 (30b)와, 전술한 강제배수부(40)를 마련하고 있다.

다음으로, 상기 보급수부(30b)와 강제배수부(40)를 제어하는 추가적인 구성으로서, 상기 냉각수펌프 (70)의 전원스위치 작동(on/off) 신호에 따라, 상기 강 제배수조절밸브(41) 및 수질검출기(45)의 전원이 연동(on/off) 스위칭하고, 상기 수위검출기 (45)로부터 설정된 저수위 검출신호가 입력되면 상기 보급수조절밸브 (31b)가 개방되어 보급수를 공급하고, 설정된 고수위 검출신호가 입력되면 상기 보급수수조절밸브(31b)가 폐쇄되어 보급수 공급을 차단하며, 상기 수질검출기(45)로부터 설정된 고농축값의 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브(41)가 개방되어 오염된 냉각수가 강제배수되고, 설정된 저농축값의 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브(41)가 폐쇄되어 배수를 차단하도록 제어하는 제어부(60)가 마련되어 있다.

다음으로, 보급수 및 강제배수의 작용은 전술한 제 1실시 예와 상응하는 것이므로, 그 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이다. 도면에 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예는 전술한 실시 예와는 달리, 직교류식 개방형냉각탑에 적용하는 일예로서, 직교류형 냉각열교환부(15b)와, 중력 살수식 살수부(16b)와, 냉각수를 고르게 분배하는 디퓨서(17)를 갖는 냉각탑(10c)을 마련하고 있다.

다음으로, 상기 냉각탑(10c)에 구성되는 보급수부(30b)와 강제배수부(40)는 전술한 제 2실시 예와 동일한 구성이므로, 그 설명을 생략하기로 한다.

다음으로, 보급수 및 강제배수의 작용은 전술한 제 1실시 예와 상응하는 것이므로, 그 설명은 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이다. 도면에 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예는 전술한 실시 예와는 달리, 대향류식 밀폐형냉각탑에 적용하는 일예로서, 밀폐식 전열관으로 이루어지는 냉각열교환부(15c)와, 냉각수유출구(21)와 소정거리로 이격되게 집수조(19)의 일영역 저부를 관통하여 구성되는 배수구(22')와, 냉각수펌프(70)와, 상기 냉각수펌프(70)의 일측 결합구(미도시)와 상기 냉각수유출구(21) 사이를 연결하는 냉각수유출관(25)과, 상기 냉각수펌프(70)의 타측 결합구(미도시)와 살수부(16a) 사이를 연결하는 냉각수유입관(26)을 갖는 냉각탑(10d)을 마련하고 있다.

다음으로, 상기 냉각탑(10d)에 구성되는 보급수부(30b)와 강제배수부(40)는 전술한 제 2실시 예와 동일한 구성이므로, 그 설명을 생략하기로 한다.

다음으로, 강제배수되는 오염 냉각수의 소정량을 유입시키어 소정의 수질로 수처리하여 재활용하도록 하는 추가적인 구성으로서,

수처리유닛(51)과, 강제배수관(43)과 수처리유닛(51)의 유입구(미도시)사이에 연결되어 강제배수되는 냉각수의 소정량을 상기 수처리유닛(51)으로 유입시키는 강제배수유입관(52)과, 상기 강제배수유입관(52)에 설치되어 소정의 강제배수유입량을 조절하는 강제배수유입 조절 밸브(53)와, 상기 강제배수관(43)에 설치되어 상기 강제배수유입관(52)으로 유입되는 유입량과 비례하여 강제배수 방출량을 조절하는 강제배수 방출조절 밸브(54)와, 상기 냉각수유출관(25)과 수처리유닛(51)의 유출구(미도시) 사이에 연결되어 수처리된 냉각수를 상기 냉각수유출관(25)으로 공급하는 수처리냉각수유출관(55)과, 상기 수처리냉각수유출관(55)으로 통하여 냉각수 가 역류되는 것을 방지하도록 설치되는 역지변(56)으로 구성되는 강제배수재활용 부(50)를 더 포함하여 마련하고 있다.

다음으로, 보급수 및 강제배수의 작용은 전술한 제 1실시 예와 상응하는 것이므로, 그 설명은 생략하기로 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명하였지 만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 기술적 사상이나 필수적인 특징에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 용이하게 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 전술한 실시 예들은 그 실시 예가 특정하는 기술적 구성 및 작용만으로 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 관점에서 이해되어야 하며, 따라서, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이고, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 변형과 그 변형으로부터 얻은 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템은, 보급수가 보유하는 냉열에너지를 전부 이용하여 열교환효율을 향상할 수 있고, 보급수의 절약과 냉각수의 농축완화 효율을 향상할 수 있으며, 유지보수비용을 절감할 수 있는 산업상의 이점이 있고, 그 이용도 용이하다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이고,

도 2는 도 1의 보급수 및 강제배수와 냉각수의 개략적인 밸런스도이며,

도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이고,

도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이며,

도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템의 개략적인 구성도이고,

도 6은 종래 냉각탑의 보급수 및 강제배수부에 대한 개략적인 구성도이며,

도 7은 도 6의 보급수 및 강제배수와 냉각수의 개략적인 밸런스도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10a, 10b, 10c, 10d, 100 : 냉각탑 11, 111 : 케이싱

12, 112 : 급기구 13, 113 : 루버

14, 114 : 배기구 15a, 15b, 15c, 115 : 냉각열교환부

16a, 16b, 116 : 살수부 17 : 디퓨셔

18, 118 : 엘리미네이터 19, 119 : 집수조

20a, 20b, 120 : 냉각팬부 21, 121 : 냉각수유출구

22, 22' 122 : 배수구 25, 125 : 냉각수유출관

26, 126 : 냉각수유입관 27, 127 : 넘침관

28, 128 : 배수밸브 29, 29, 129 : 배수관

30a, 30b : 보급수부 31a, 31b, 131 : 보급수조절밸브

32, 132 : 보급수유입관 33 : 보급수유출관

34, 55 : 역지변 35 : 수위검출기

40, (140) : 강제배수부 41 : 강제배수조절밸브

42 : 강제배수유출관 43 : 강제배수관

44, 53, 54 : 밸브 45, (145) : 수질검출기

50 : 강제배수재활용부 51 : 수처리유닛

52 : 강제배수유입관 55 : 수처리냉각수유출관

60 : 제어부 70, 170 : 냉각수펌프

80, 180 : 열교환기 130 : 보급수 및 강제배수부

Claims (3)

1. 열교환영역을 형성하는 케이싱과; 상기 열교환영역으로 급기를 유입하는 급기구와; 상기 케이싱의 상단부에 상기 열교환영역과 연통하게 형성되는 배기구와; 상기 열교환영역에 배치되어 냉각수와 공기가 상호 유동하며 열교환하며 개방형 충진재 또는 밀폐형 전열코일 중 어느 하나로 구성되는 냉각열교환부와; 상기 냉각열교환부의 상부영역에 배치되며, 냉각수펌프의 가동에 의하여 냉각수유입관을 통해 유입되는 냉각수를 상기 냉각열교환부를 향해 살수하는 살수부와; 상기 냉각열교환부를 통과하면서 열교환을 마친 고온의 습공기를 상기 배기구를 통해 배기하는 냉각팬부와; 상기 냉각열교환부를 통해 낙하되는 냉각수를 집수하며, 열교환기로 냉각수를 공급하는 냉각수유출관이 연결되는 냉각수유출구와, 배수관이 연결되는 배수구가 마련되는 집수조를 갖는 냉각탑에 있어서,

   상기 집수조의 수위에 변동따라 보급수를 공급 및 차단하며, 플로우트의 부력에 의하여 개폐되는 플로우트밸브 또는 수위검출기로부터 설정된 저수위 및 고수위의 검출신호에 의하여 개폐되는 전기작동식밸브 중 어느 하나로 이루어지는 보급수조절밸브와, 상기 보급수조절밸브의 일측 결합구에 연결되는 보급수유입관과, 상기 냉각수유출관과 보급수조절밸브의 타측 결합구 사이에 연결되어 상기 냉각수유출관과, 상기 열교환기와, 상기 냉각수유입관을 통해 상기 집수조로 보급수를 공급하도록 하는 보급수유출관으로 구성되는 보급수부와;

   상기 집수조의 일영역 또는 상기 냉각수유입관 중 어느 한곳에 설치되어 냉각수 수질을 검출하는 수질검출기와, 상기 수질검출기로부터 설정된 고농축값 및 저농축값의 검출신호에 따라 강제배수를 개폐하는 강제배수조절밸브와, 상기 냉각수유입관과 상기 강제배수조절밸브의 일측 결합구 사이에 연결되는 강제배수유출관과, 상기 강제배수조절밸브의 타측 결합구에 연결되는 강제배수관으로 구성되는 강제배수부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각수유출관과 강제배수관 사이에는, 강제배수되는 냉각수의 소정량을 유입시키어 소정의 수질로 수처리하여 재활용하도록 하는 수처리유닛과, 상기 강제배수관과 수처리유닛의 유입구 사이에 연결되어 강제배수되는 냉각수의 소정량을 상기 수처리유닛으로 유입시키는 강제배수유입관과, 상기 강제배수유입관에 설치되어 소정의 강제배수유입량을 조절하는 강제배수유입 조절 밸브와, 상기 강제배수관에 설치되어 강제배수 방출량을 조절하는 강제배수 방출조절 밸브와, 상기 냉각수유출관과 수처리유닛의 유출구 사이에 연결되어 수처리된 냉각수를 상기 냉각수유출관으로 공급하는 수처리냉각수유출관으로 구성되는 강제배수재활용부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 보급수부와 강제배수부에는, 상기 냉각수펌프의 작동(on/off) 신호에 따라, 상기 전기작동식밸브로 이루어지는 보급수조절밸브 및 수위검출기와, 상기 강제배수조절밸브 및 수질검출기의 전원을 연동(on/off) 스위칭하고, 상기 수위검출기로부터 설정된 저수위 검출신호가 입력되면 상기 보급수조절밸브를 개방하여 보급수를 공급하고, 설정된 고수위 검출신호가 입력되면 상기 보급수조절밸브를 폐쇄하여 보급수 공급을 차단하며, 상기 수질검출기로부터 설정된 고농축값의 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브를 개방하여 오염 냉각수를 강제배수하고, 설정된 저농축값의 검출신호가 입력되면 상기 강제배수조절밸브를 폐쇄하여 강제배수를 차단하도록 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 냉각탑의 보급수 및 강제배수 시스템.

Images