KR101310279B1 - 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좌·우측 방향에서 내측으로 공기가 유입되는 제1흡입구 및 제2흡입구가 형성되고, 상측에 배출구가 형성되는 냉각탑 하우징과, 상기 제1흡입구 및 제2흡입구 내측에 각각 마련되고, 열교환 기능을 갖으며, 상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입된 공기가 상기 배출구 방향으로 편향되는 것을 방지하도록 상기 냉각탑 하우징의 내부방향으로 하향 경사진 공기유로가 형성되는 방열유닛과, 상기 방열유닛의 상부에서 냉각수를 공급하는 살수유닛 및 상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입되는 공기를 흡입하여 상기 배출구를 통해 외부로 배출시키는 토출유닛을 포함하는 냉각탑을 제공한다.
본 발명에 의한 냉각탑은, 첫째, 방열유닛 내부에서 공기의 유동방향을 개선하여 공기의 편향을 보정하고, 둘째, 방열판의 형상을 개선하여 열교환 면적을 증가시키며, 셋째, 공기의 편향 및 열교환 면적의 증가에 따라서 열교환 성능이 향상되며, 넷째, 엘리미네이터의 형상 개선으로 공기에 포함된 수분 제거가 용이해지는 효과가 있다.

Description

냉각탑{Cooling tower}

본 발명은 열교환 될 공기가 토출 방향으로 편향되는 구조를 개선하여 방열유닛의 열교환 면적을 향상시킨 냉각탑에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화설비 및 냉동, 냉장장치 등에서 냉동기나 산업용 열교환기기는 제거되어야 하는 폐열을 수반하며, 이 폐열을 제거하기 위해서는 냉각매체를 이용하여 폐열을 대기로 방출하여야한다. 냉각장치는 피 냉각 유체보다 온도가 낮은 대기상의 공기를 강제 대류 시켜 현열냉각을 하는 공랭식 냉각기와 냉각수와 공기의 직접접촉에 의한 현열냉각 및 증발잠열을 이용하여 냉각하는 냉각탑으로 구분되며 냉각탑은 어떤 다른 냉각장치보다 경제적이고 냉각효과가 크기 때문에 널리 사용되고 있다.

21세기에 접어들어 더욱 높아지고 있는 도심 건물 밀도와 건물 옥상에 형성되는 주차장, 휴식 공간, 스포츠 시설 및 옥상녹화(Green Rooftop) 등의 편의시설 이용확산은 냉각탑의 설치장소확보에 제약을 주어 보다 더 작은 설치면적과 건물 및 주변 환경과의 조화를 이룰 수 있는 미관개선을 강조하고 있고, 효율적인 에너지 이용을 강화함으로써 더 적은 전기에너지 소비와 용수절약 등 수요환경변화에 적용되는 냉각탑을 요구하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 냉각탑은 흡입공기가 토출유닛의 흡입력으로 인한 방열유닛의 상부로 편향 및 집중되는 한계가 발생하고, 이에 따라 방열유닛의 하부에서 열교환이 이루어지지 않아 전체적으로 열교환 면적이 감소하고 이에 따른 열교환 성능이 저하되는 문제점이 지적된다.

본 발명은 열교환 될 공기가 토출 방향으로 편향되는 구조를 개선하여 방열유닛의 열교환 면적을 향상시킨 냉각탑을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 좌·우측 방향에서 내측으로 공기가 유입되는 제1흡입구 및 제2흡입구가 형성되고, 상측에 배출구가 형성되는 냉각탑 하우징과, 상기 제1흡입구 및 제2흡입구 내측에 각각 마련되고, 열교환 기능을 갖으며, 상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입된 공기가 상기 배출구 방향으로 편향되는 것을 방지하도록 상기 냉각탑 하우징의 내부방향으로 하향 경사진 공기유로가 형성되는 방열유닛과, 상기 방열유닛의 상부에서 냉각수를 공급하는 살수유닛 및 상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입되는 공기를 흡입하여 상기 배출구를 통해 외부로 배출시키는 토출유닛을 포함하는 냉각탑을 제공한다.

상기 방열유닛은, 복수개의 방열판이 이격되어 결합되고, 상기 방열판들의 사이로 상기 공기유로가 형성되며, 상기 냉각수와 공기의 열교환 효율을 증가시키고 상측 방향으로 공기가 분산되는 것을 방지하도록 수직 단면이 지그재그 방향으로 형성될 수 있다.

상기 방열유닛은, 상기 방열판의 수직 단면에 형성되는 모서리 부분이 라운딩 처리될 수 있다.

상기 방열유닛은, 상기 방열판의 수직 단면의 수평선으로부터 상기 라운딩 처리된 부분의 변곡점에서의 접선 각도가 40°~50°로 형성될 수 있다.

상기 냉각탑은, 상기 방열유닛의 내측면에 각각 구비되어 상기 방열유닛으로부터 배출되는 공기에 수분을 제거하며, 상기 방열유닛으로부터 배출되는 공기를 유도하는 1차유로, 상기 1차유로로부터 상방 대각선 방향으로 경사지게 형성되는 2차유로, 및 상기 2차유로로부터 상기 냉각탑 하우징의 내부 방향으로 상기 2차유로의 경사에 비하여 완만한 경사가 형성되는 3차유로가 형성되는 엘리미네이터를 더 포함할 수 있다.

상기 공기유로의 하향 경사각도는 수평선으로부터 하측 방향으로 5°~10°로 형성될 수 있다.

상기 냉각탑은, 상기 방열유닛의 상·하측에 배치되어 상기 방열유닛 내부로 유입된 공기가 상기 방열유닛의 상·하측으로 배출되는 것을 방지하고, 상기 방열유닛의 상부로 공기가 집중되는 것을 방지하는 편향방지부재를 더 포함할 수 있다.

상기 편향방지부재는, 유입된 공기가 상기 방열유닛의 상·하측 방향으로 공기가 배출되는 것을 방지하도록 일 측에 공기 유동방향에 대하여 수직방향으로 형성되는 제1유도판과, 상기 편향방지부재의 상·하측으로부터 상기 방열유닛 내부로 공기가 유입되는 것을 방지하도록 타 측에 공기 유동방향에 대하여 수직 방향으로 형성되는 제2유도판을 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 냉각탑은,

첫째, 방열유닛 내부에서 공기의 유동방향을 개선하여 공기의 편향을 보정하고,

둘째, 방열판의 형상을 개선하여 열교환 면적을 증가시키며,

셋째, 공기의 편향 및 열교환 면적의 증가에 따라서 열교환 성능이 향상되며,

넷째, 엘리미네이터의 형상 개선으로 공기에 포함된 수분 제거가 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 냉각탑의 사시도,
도 2는 도 1에 나타낸 냉각탑의 정면을 도시하는 부분 단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 방열유닛의 정면도,
도 4는 도 3에 나타낸 방열유닛의 A-A' 부분을 나타내는 부분 단면도,
도 5는 도 3에 나타낸 엘리미네이터의 정면을 나타내는 부분 단면도,
도 6은 도 3에 나타낸 엘리미네이터의 상면을 나타내는 부분 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 냉각탑(100)의 정면을 도시하는 부분 단면도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 방열유닛(120)의 정면도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 방열유닛(120)의 A-A' 부분을 나타내는 부분 단면도이며, 도 5는 도 3에 나타낸 엘리미네이터(130)의 정면을 나타내는 부분 단면도이고, 도 6은 도 3에 나타낸 엘리미네이터(130)의 상면을 나타내는 부분 단면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각탑(100)은 외형을 형성하는 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내부에 배치되는 방열유닛(120)과, 상기 방열유닛(120)의 내측에 결합되는 엘리미네이터(130)와, 상기 방열유닛(120)의 상측 및 하측에 결합되는 편향방지부재(140) 및 상기 하우징(110) 내부로 공기를 흡입시키는 토출유닛(150)을 포함한다.

본 실시예에서는 상기 하우징(110) 내부 양측에 상기 방열유닛(120)이 수직 방향으로 배치되는 직교류형 냉각탑을 예시적으로 설명하며, 기타 냉각탑에도 적용 가능함은 물론이다. 또한 상기 냉각탑(100) 내부에 배치되는 살수유닛(미도시)의 내용은 일반적인 냉각탑(100)에 적용되고 있는 살수유닛과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 하우징(110)은 좌측 및 우측에 공기를 내부로 유입시키는 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112)가 각각 형성되고, 상기 하우징(110)의 상측에는 상기 토출유닛(150)이 상기 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112)를 통하여 흡입한 공기를 배출시키는 배출구(113)가 형성된다. 또한 상기 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112)의 외측에는 공기의 흡입 방향을 안내하는 루버(114)가 각각 배치된다.

상기 방열유닛(120)은 상기 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112) 내측으로 각각 배치되어 상기 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112)로부터 상기 하우징(110)의 내측으로 유입되는 공기를 열교환하는 기능을 갖는다. 상기 방열유닛(120)은 복수개의 얇은 방열판(121)이 간격을 두고 이격 배치되어 결합되며, 상기 간격으로 공기유로(125)가 형성된다.

상기 공기유로(125)는 지그재그 형상으로 굽이진 상기 방열판(121)과 인접하는 다른 방열판(121′) 사이에 형성되며, 상측 방향에서 냉각수가 공급되고, 도 3에 도시된 바와 같이 우측 하방으로 α° 만큼 경사지게 공기가 유동한다. 여기서 상기 α°는 5~10°로 형성되며, 상기 공기유로(125)는 상기 루버(114)를 통하여 유입된 공기가 상기 토출유닛(150) 방향으로 편향되는 것을 방지하는 기능을 갖는다.

상기 토출유닛(150)은 팬(Fan), 모터(Motor) 등을 포함하는 일반적인 구성으로 상세한 설명은 생략한다.

또한 도 4와 같이, 상기 공기유로(125) 상에서 유동하는 공기와 냉각수가 접촉하는 면적이 증가하도록 상기 방열판(121)의 단면은 모서리 부분이 라운드 처리되어 만곡하게 형성된다. 물론 기존 방식과 같이 상기 모서리 부분이 각이 진 형상으로도 사용될 수 있다.

상기 모서리 부분이 곡선으로 형성되면 상측으로부터 떨어지는 냉각수가 상기 모서리 끝부분에서 바로 떨어지지 않고, 상기 방열판(121)의 면을 따라서 유유히 유동하게 되므로, 상기 모서리 부분의 돌출되는 정도를 조절하여 공기와 냉각수의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.

이때 상기 방열판(121)은 상기 방열판(121)의 수직 단면의 수평선으로부터 상기 라운딩 처리된 부분의 변곡점에서의 접선 각도가 β°이며, 여기서 상기 접선 각도가 작아질수록 상기 모서리 부분의 돌출 정도가 커지고, 공기와 냉각수의 접촉면적이 증가하며, 공기가 상기 토출유닛(150) 방향인 상측으로 편향되어 유동하는 것을 방지할 수 있다.

상기 β°는 공기의 편향 정도를 보정하고, 공기의 진행방향으로 저항이 커지는 것을 방지하도록 40~50°로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서 상기 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112)를 통하여 상기 방열유닛(120)으로 유입된 공기가 상기 방열유닛(120) 상에서 전체적으로 균등하게 공급되어 열교환 면적이 증가하고, 이에 따르는 냉각 성능을 향상시키는 효과를 갖는다.

상기 편향방지부재(140)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 방열유닛(120)의 상측 및 하측에 배치된다. 상기 편향방지부재(140)의 기능은 상측 및 하측에 동일하게 적용되므로 상측에 배치되는 상기 편향방지부재(140)를 예시적으로 설명하면, 상기 편향방지부재(140)는 공기의 진행방향을 기준으로 전방에 배치되는 제1유도판(141)과, 후방에 배치되는 제2유도판(142)을 포함한다.

상기 편향방지부재(140)는 상기 방열유닛(120) 내부로 유입된 공기가 상기 제1유도판(141)에 반사되어 상기 편향방지부재(140) 상방으로 배출되는 것을 방지하고, 또한 상기 방열유닛(120)으로부터 배출된 소량의 공기나 상기 편향방지부재(140)의 상측에 유동하는 공기가 상기 제2유도판(142)에 반사되어 상기 방열유닛(120) 방향으로 유입되는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 따라서 상기 제1유도판(141) 및 제2유도판(142)은 공기의 유동방향과 반대방향으로 형성된다.

때문에 상기 살수유닛으로부터 공급된 냉각수가 분배되는 공간으로 공기의 유동이 발생하는 것을 최소화하고, 상기 방열유닛(120) 내부에서 유동하는 공기의 방향과 역방향으로 공기가 유동하는 것을 방지하여 열교환 성능이 향상된다.

상기 엘리미네이터(130)는 상기 방열유닛(120)으로부터 배출되는 공기가 유입되는 1차유로(131)와, 상기 1차유로(131)로부터 상측 방향의 대각선 방향으로 경사지게 형성되는 2차유로(132) 및 상기 2차유로(132)로부터 상기 하우징(110)의 내부 방향으로 경사지게 형성되는 3차유로(133)를 포함한다.

따라서 상기 엘리미네이터(130)는 단순히 유로 내부에서 공기의 진행방향을 변화시키는 형상이 아니라, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 2차유로(132)의 상·하 방향으로 경사가 형성되고, 도 6에서 보는 바와 같이 전·후 방향으로도 경사가 형성되어 3차원 적으로 공기의 진행방향을 변환하기 때문에 유동하는 공기가 상기 1차유로(131) 내지 3차유로(133) 내면에서 전체적으로 충돌이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

때문에 상기 엘리미네이터(130)는 상기 방열유닛(120)의 내측에서 상기 1차유로(131)와 연통하도록 배치되고, 상기 2차유로(132) 및 상기 3차유로(133)를 통과하면서 상기 방열유닛(120)으로부터 배출되는 공기에 포함된 수분을 제거한다.

이때 상기 3차유로(133)는 상기 2차유로(132)에 비하여 그 경사각도가 완만하게 형성되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(100)의 작동방법에 관해 설명한다.

상기 냉각탑(100)은 상기 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112)를 통하여 상기 하우징(110) 내측으로 공기가 유입된다. 이는 상기 토출유닛(150)으로부터 발생되는 흡입 압력으로 이루어지며, 열교환을 마친 공기는 상기 토출유닛(150)의 상측에 형성되는 상기 배출구(113)를 통하여 배출된다.

상기 제1흡입구(111) 및 제2흡입구(112)를 통하여 유입되는 공기는 상기 방열유닛(120)으로 공급되고, 상기 방열유닛(120)의 내부에 형성된 상기 공기유로(125)를 통하여 유동하며, 상기 공기유로(125) 상에서 냉각수와 접촉하여 열교환이 이루어져 냉각수의 온도를 감소시킨다.

이때 상기 공기유로(125)를 형성하는 상기 방열판(121)의 수직 단면은 지그재그 형상으로 형성되고, 또한 상기 모서리 부분을 라운드지게 형성하여, 냉각수가 상기 모서리 부분에서 떨어지지 않고 상기 방열판(121)의 면을 타고 흘러내리도록 하기 때문에 공기와의 열교환 면적을 증가시킨다.

상기 공기유로(125)는 수평선으로부터 하측 방향으로 경사지게 형성되어 공기 유동의 편향을 보정한다. 이는 상기 토출유닛(150) 방향으로 공기가 편향되는 것을 방지하고, 공기의 유동을 균일하도록 유도하여 상기 방열유닛(120) 전반에 걸쳐서 공기와 냉각수의 열교환이 이루지도록 한다. 따라서 열교환 성능이 향상되는 효과가 있다.

상기 편향방지부재(140)는 상기 방열유닛(120)의 상측 및 하측으로부터 이상 유동하는 공기에 방향성을 제공한다. 따라서 상기 공기유로(125)가 제공하는 공기의 유동 경로로 공기를 유도하여, 상기 방열유닛(120) 내부로 유동하는 공기의 진행에 저항이 발생하는 것을 방지한다.

상기 방열유닛(120)을 통과한 공기는 상기 엘리미네이터(130)를 통과하면서 공기에 포함된 수분이 제거된다. 상기 1차유로(131)를 통과한 공기는 상기 2차유로(132) 내면에 충돌하며 수분이 제거되고, 상기 3차유로(133)에서 한 번 더 충돌하여 수분을 제거하며 상기 배출구(113)를 통하여 외부로 배출된다. 이는 상기 배출구(113)를 통하여 수분이 비산하는 것을 방지하고, 제거된 수분을 포집하여 냉각수로 재사용 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 냉각탑 110 : 하우징
111 : 제1흡입구 112 : 제2흡입구
113 : 배출구 120 : 방열유닛
121, 121′ : 방열판 125 : 공기유로
130 : 엘리미네이터 131 : 1차유로
132 : 2차유로 133 : 3차유로
140 : 편향방지부재 141 : 제1유도판
142 : 제2유도판 150 : 토출유닛

Claims (8)

1. 좌·우측 방향에서 내측으로 공기가 유입되는 제1흡입구 및 제2흡입구가 형성되고, 상측에 배출구가 형성되는 냉각탑 하우징;
   상기 제1흡입구 및 제2흡입구 내측에 각각 마련되고, 열교환 기능을 갖으며, 상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입된 공기가 상기 배출구 방향으로 편향되는 것을 방지하도록 상기 냉각탑 하우징의 내부방향으로 하향 경사진 공기유로가 형성되는 방열유닛;
   상기 방열유닛의 상부에서 냉각수를 공급하는 살수유닛;
   상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입되는 공기를 흡입하여 상기 배출구를 통해 외부로 배출시키는 토출유닛; 및
   상기 방열유닛의 내측면에 각각 구비되어 상기 방열유닛으로부터 배출되는 공기에 수분을 제거하며, 상기 방열유닛으로부터 배출되는 공기를 유도하는 1차유로, 상기 1차유로로부터 상방 대각선 방향으로 경사지게 형성되는 2차유로, 및 상기 2차유로로부터 상기 냉각탑 하우징의 내부 방향으로 상기 2차유로의 경사에 비하여 완만한 경사가 형성되는 3차유로가 형성되는 엘리미네이터를 포함하는 냉각탑.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 방열유닛은,
   복수개의 방열판이 이격되어 결합되고, 상기 방열판들의 사이로 상기 공기유로가 형성되며, 상기 냉각수와 공기의 열교환 효율을 증가시키고 상측 방향으로 공기가 분산되는 것을 방지하도록 수직 단면이 지그재그 방향으로 형성되는 냉각탑.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 방열유닛은,
   상기 방열판의 수직 단면에 형성되는 모서리 부분이 라운딩 처리되는 냉각탑.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 방열유닛은,
   상기 방열판의 수직 단면의 수평선으로부터 상기 라운딩 처리된 부분의 변곡점에서의 접선 각도가 40°~50°인 냉각탑.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 공기유로의 하향 경사각도는 수평선으로부터 하측 방향으로 5°~10°인 냉각탑.
   
7. 좌·우측 방향에서 내측으로 공기가 유입되는 제1흡입구 및 제2흡입구가 형성되고, 상측에 배출구가 형성되는 냉각탑 하우징;
   상기 제1흡입구 및 제2흡입구 내측에 각각 마련되고, 열교환 기능을 갖으며, 상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입된 공기가 상기 배출구 방향으로 편향되는 것을 방지하도록 상기 냉각탑 하우징의 내부방향으로 하향 경사진 공기유로가 형성되는 방열유닛;
   상기 방열유닛의 상부에서 냉각수를 공급하는 살수유닛;
   상기 제1흡입구 및 제2흡입구로부터 유입되는 공기를 흡입하여 상기 배출구를 통해 외부로 배출시키는 토출유닛; 및
   상기 방열유닛의 상·하측에 배치되어 상기 방열유닛 내부로 유입된 공기가 상기 방열유닛의 상·하측으로 배출되는 것을 방지하고, 상기 방열유닛의 상부로 공기가 집중되는 것을 방지하는 편향방지부재를 포함하는 냉각탑.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 편향방지부재는,
   유입된 공기가 상기 방열유닛의 상·하측 방향으로 공기가 배출되는 것을 방지하도록 일 측에 공기 유동방향에 대하여 수직방향으로 형성되는 제1유도판과,
   상기 편향방지부재의 상·하측으로부터 상기 방열유닛 내부로 공기가 유입되는 것을 방지하도록 타 측에 공기 유동방향에 대하여 수직 방향으로 형성되는 제2유도판을 포함하는 냉각탑.

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